沖壓模具課程設(shè)計(jì)--帶凸緣無底筒形件

1、沖壓模具設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)學(xué)院:姓名：寒冰色手學(xué)號:專業(yè)：11機(jī)制目錄1零件沖壓工藝分析031.1制件介紹031.2產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形狀分析032.零件沖壓工藝方案的確定033沖模結(jié)構(gòu)的確定044. 零件沖壓工藝計(jì)算044.1零件毛坯尺寸計(jì)算044.2排樣064.3拉深工序的拉深次數(shù)和拉深系數(shù)的確定 064.4沖裁力、拉深力的計(jì)算 074.5拉深間隙的計(jì)算 094.6拉深凸、凹模圓角半徑的計(jì)算094.7計(jì)算模具刃口尺寸094.8計(jì)算模具105. 選用標(biāo)準(zhǔn)模架125.1模架的類型125.2模架的尺寸126. 選用輔助結(jié)構(gòu)零件 136.1導(dǎo)向零件的選用136.2模柄的選用136.3卸料裝置146.4推件、頂件裝

2、置 146.5定位裝置147參考文獻(xiàn)141零件沖壓工藝分析1.1制件介紹零件名稱：心子隔套材料：08鋼料厚：1.0mm批量：大批量由圖1可知該零件為圓筒件經(jīng)過翻遍處理，翻邊處有過渡圓弧，且半徑為R=2.5mm故非常適合用模具拉深或翻邊進(jìn)行處理，故要對毛坯進(jìn)行計(jì)算。單邊 間隙、拉深凸凹模及拉深高度的確定應(yīng)符合制件要求。凹凸模的設(shè)計(jì)應(yīng)保證各工序間動作穩(wěn)定。尺寸精度：零件圖上所有未注公差的尺寸，屬于自由尺寸，可按 IT14級確定工件尺寸的公差。2零件沖壓工藝方案的確定方案一：該零件屬于心子隔套，即可以認(rèn)為是有凸緣筒形件去掉底部，即可用該規(guī)格的40mm勺無縫鋼管經(jīng)過翻遍處理即可獲得成品。方案二：經(jīng)過落

3、料，拉深獲得筒形件經(jīng)過去底，再翻邊處理獲得成品。方案三：在落料時(shí)首先獲得預(yù)沖孔，經(jīng)過拉深獲得有凸緣圓筒，最后經(jīng)過內(nèi) 孔上翻遍獲得成品。方案四：在落料時(shí)獲得預(yù)沖孔，直接對落料進(jìn)行翻邊處理獲得成品。通過分析可知方案一的結(jié)構(gòu)簡單，對模具的設(shè)計(jì)要求也很簡單，降低的設(shè)計(jì)要求和成本，但無縫鋼管成本高，該零件的產(chǎn)量為大批量生產(chǎn)，故使得生產(chǎn)成本上升，故方案一原則上是不可取的。方案二直接對落料拉深處理使得模具結(jié)構(gòu)簡單，但相對于方案一而言需要多 次拉深，且需要將底部作為廢料處理，使得產(chǎn)品的廢料增多，也使得對原料的需 求量變大，所以方案二的經(jīng)濟(jì)性比方案一高但從環(huán)保性考慮方案二沒有方案一 好。方案三在落料時(shí)獲得一個(gè)小

4、的預(yù)沖孔，然后經(jīng)過數(shù)次拉深處理獲得一個(gè)底部 帶有小孔的筒形件最后經(jīng)過翻邊處理獲得成品。 此方案增加了材料的利用率，減 少了原料成本，但增加了一道翻遍工序增加了生產(chǎn)成本， 且使得對模具設(shè)計(jì)要求 增多了一個(gè)翻邊工藝。方案四同方案三相似，省去了拉深這個(gè)工藝，只需要對毛坯翻遍即可獲得成 品，大大降低了生產(chǎn)成本和對模具的設(shè)計(jì)要求，但只通過翻遍處理的零件可不可 以達(dá)到零件的設(shè)計(jì)要求需要進(jìn)一步計(jì)算分析才知道。綜合以上分析得知，方案四最經(jīng)濟(jì)，方案三可作為很好的備選項(xiàng)。具體是取 方案三或者是取方案四需通過下面計(jì)算來得證。3.沖模結(jié)構(gòu)的確定3.1模具的結(jié)構(gòu)形式復(fù)合?？煞譃檎b式和倒裝式兩種形式。（1）正裝式的特點(diǎn)

5、：工件和沖孔廢料都將落在凹模表面，必須清除后才能 進(jìn)行下一次沖裁，造成操作不方便、不安全，但沖出的工件表面比較平直。（2）倒裝式的特點(diǎn)：沖孔廢料由沖孔凸模落入凹模洞口中，積聚到一定的 數(shù)量，由下模漏料孔排出，不必清除廢料，但工件表面平直度較差，凸凹模承受 的張力較大。3.2模具結(jié)構(gòu)的選擇經(jīng)分析，若工件表面平直度較差，影響零件的使用，而工件和沖孔廢料在有 氣源車間可以方便地清除。綜合比較兩種方式，決定采用正裝式復(fù)合模。4零件沖壓工藝計(jì)算4.1零件毛坯尺寸計(jì)算（1）確定零件的表面積計(jì)算0.65，由 D=39mr可得d 0?葉山 39 0.65 25.35mm最后求的翻邊所達(dá)到的最大高度為：D d3

6、9h (1) 0.57r(1 0.65) 0.57 3 8.535mm而筒狀尺寸H=38mm因而方案四不滿足設(shè)計(jì)要求，綜合以上考慮選擇方案三。環(huán)形尺寸計(jì)算：2 2 2 2F 4(d3 dJ 7(60 45)12371/4的凹形球環(huán)：F亍圓筒形：d 1 4 r )3 n /2(39 n +4X3)=634F dh因而39 35.5 4249.5刀 F=6220.42所以得到毛坯不帶修邊余量的最小面積：刀 F=6220.42+25.35 25.35/4 Xn =6725.13所以得到毛坯不帶修邊余量的最小直徑：92.54mm查書上160頁表7-5得修邊余量取3.5mm故求的毛坯直徑為：D毛坯 D

7、292.54 2 3.599.54mm即毛坯尺寸100mm翻邊孔孔徑23.5mm4.2排樣1、制件的毛坯為簡單的圓形件，而且尺寸比較小，考慮到操作方便，宜采用單 排。于t=1.0mm,查沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)附表 7軋制薄鋼板擬選用規(guī)格 為：1.0 X 500X 600 的板料。2、單排查教材93頁表4-3得工件間距離最小為1mm延邊距離最小為1mm進(jìn)而得排 樣方式如圖所示，得到通過單排可以獲得 28件毛坯，材料利用率為73%因此采用雙排板的方式加工毛坯件。4.3拉深工序的拉深次數(shù)和拉深系數(shù)的確定(1)判斷能否一次拉出板料相對厚度：t/D=1.0/100 X 100%=1.0%故由教材155頁表7

8、-1得知采用壓邊圈，進(jìn)而查教材174頁表7-13選取極限拉深系數(shù)m=0.49由制件直徑d=60mn板料直徑D=100mr得總拉深系數(shù)：m 仏 %0 a39由于總拉深系數(shù)小于查表得到的極限拉深系數(shù)，故一次拉深達(dá)不到制件所需要的 尺寸。所以需要進(jìn)行多次拉深。具體需拉深幾次，還需進(jìn)一步計(jì)算。查教材166頁表7-8知道第二次極限拉深系數(shù)為m=0.76di miDo.49 100 49d2 mhdi 0.76 49 37.24 40故只需兩次拉深即可，調(diào)整后得到的拉深系數(shù)m 0.5，m2 0.8所以以后各次拉深工序的直徑為：di miD 50d2 mhdi 40以后各次拉深工序的圓角半徑為 r仁Ri=3

9、.5,r2=R2=2.5第一次拉深深度為：0.25220.i4hi （D dp） .43（Rp Rd）（Rp Rd） 3i.8同理得3h2=33.2di33.2+8.5=4i.738故拉深后經(jīng)過翻邊工藝可以達(dá)到工藝要求。4.4沖裁力、拉深力的計(jì)算（1）落料工序取10鋼的強(qiáng)度極限8=400Mpa落料力：F=Lt 8=101 n X1X400=126920N 須27kN由板料厚度為1mm故可采用剛性卸料板。p卸 k卸 * P = 127X 0.025 = 3.175 kN ;P頂 K頂* P = 127X 0.06 = 7.62 kN ;Pi P P 卸 P頂=127+3.175+7.62 = 1

10、37.795 kN 勺38kN。式中：P 沖裁力，N;L 沖裁件受剪切周邊長度，L D 3.14 75 235.5mm;t 沖裁件的料厚；b 材料抗拉強(qiáng)度，查1第27頁表1.10，取值為400 MPa；P卸一卸料力，N;P頂一頂件力,N ;K卸卸料力系數(shù)，查1第52頁表2.3，取值為0.025 ;K頂一頂件力系數(shù)，查1第52頁表2.3，取值為0.06 ; P1 沖裁工序所需力之和。（2）沖孔工序P = Lt b = 25。35XnX 1 X 400= 31.86 kN ;P推K推P = 31.86 X 0.05 = 1.6 kN ;P頂K頂 P = 31。86X 0.06 = 1.91 kN

11、;P2= P p推 P頂=31.86+1.6+1.91 = 35.37 kN。P推一推件力，N;K推一推件力系數(shù)，查表取值為0.05 ;(2)拉深工序拉深力：p K2d1 t b 1.11 491 400 68348N 69kNPq Fq = n( 1002-492)/4 X 2.5 = 15 kN ；P3 Pq P 69 15 84 kN。PQ 壓邊力，N;F 在壓邊圈下坯料的投影面積，mrf;q 單位壓邊力，查表取值為 2.5 MPa；P3 拉深工序所需力之和。(4) 翻邊工序計(jì)算P4 1.1 (D d) s 1.1(40 25.35) 245 12.4kN(5) 計(jì)算完成零件沖壓所需的力

12、，并選擇壓力機(jī)卩總=P1 P2 P3 P4 =269.77kN485kN初選壓力機(jī)的標(biāo)稱壓力：P 1.8 Ptt 1.8 269.77wp總JH21-60）。初選公稱壓力為600kN的JH21系列開式固定臺壓力機(jī)(型號為 其最大裝模高度為300mm裝模高度調(diào)節(jié)量為70mm工作臺孔尺寸為150mm主 電機(jī)功率為5.5 kW。4.5拉深間隙的計(jì)算由表7-19查的凸凹模單邊間隙Z1= 1.1t=1.1mmZ2=1.05t=1.05mm根據(jù)凸凹模直徑大小查表得通氣孔直徑為5mm4.6拉深凸、凹模圓角半徑的計(jì)算 一般來說，大的r凹可以降低極限拉深系數(shù)，而且可以提高拉深件的質(zhì)量，所以r凹 盡可能大些但r凹

13、太大會削弱壓邊圈的作用，所以r凹由下式確定：r 凹=0.8.( D D 凹) t = 0.8.(100 40) 1 = 6.19 取 r凹 = 6.2。式中：D 坯料直徑，mn;D凹一凹模直徑，由于拉深件外徑為 40 mm,此處取值為40 mm(2) 凸模圓角半徑的計(jì)算r凸對拉深件的變形影響，不像r凹那樣顯著，但r凸過大或過小同樣對防止起 皺和拉裂及降低極限拉深系數(shù)不利。r凸的取值應(yīng)比r凹略小，可按下式進(jìn)行計(jì)算：r凸=0.8r凹=0.8 x 6.2 = 4.96 (mm取凹模圓角： r凹=5mm對于制件可一次拉深成形的拉深模，r凹、r凸應(yīng)取與零件圖上標(biāo)注的制件圓 角半徑相等的數(shù)值，但如果零件圖

14、上所標(biāo)注的圓角半徑小于r凹、r凸的合理值，則r凹、r凸仍需取合理值，待拉深后再用整形的方法使圓角半徑達(dá)到圖樣要求。 4.7計(jì)算模具刃口尺寸(1) 落料模刃口尺寸查表可得Z min = 0.05 mm ,Z max =0.1 mmZ max - Z min =0.50-0.36 = 0.05 mm凹=+0.03 mm,凸=-0.02 mm由此可得凹 凸=0.05mm 0.14mm故能滿足分別加工的要求。查表可得磨損系數(shù)X= 0.5，落料件基本尺寸為75 mm取精度為IT13，則 其公差 0.46mm，上偏差和下偏差分別為=0.23mm和-0.23mm。由此可得D落凹=(Dmax X ) 凹=(

15、100 0.5 0.46)o0.03=100。0.03 (mm)D落凸=(D落凹 Z min)0 凸=( 100 0.36) o.o2 = 99.640.o2 (mm)(2) 拉深模工作部分尺寸計(jì)算對于制件一次拉深成形的拉深模，其凸模和凹模的尺寸公差應(yīng)按制件的要求確定。此工件要求的是外形尺寸，設(shè)計(jì)凸、凹模時(shí)，應(yīng)以凹模尺寸為基準(zhǔn)進(jìn)行計(jì) 算。由此可得D 拉凹=D 0.140.1mm(mm)D立凸=D Z 39.9mm(mm)4.8計(jì)算模具(1)凹模a. 凹模壁厚查6第630頁表14-5,由落料件的直徑為100,料厚為t = 1mm可取凹 模壁厚為40。b. 凹模厚度查6第631頁圖14- 15,凹

16、模厚度h可根據(jù)沖裁力選取。由沖裁力為267kN, 可得凹模厚度為h= 28mmc. 刃壁高度查6第630頁刃壁高度的計(jì)算方法，垂直于凹模平面的刃壁，其高度h可按下列規(guī)則計(jì)算：沖件料厚t 3 mm, h0=t。由零件料厚為t = 1 mm,可得刃壁高度h0 = 3 mm(2) 上凸凹模上凸凹模的結(jié)構(gòu)是落料凸模和拉深凹模，其長度應(yīng)根據(jù)落料凸模的要求計(jì) 算，壁厚根據(jù)落料凸模和刃口尺寸和拉深凹模直徑計(jì)算。此處落料凸模采用有固定卸料板的凸模，長度可按下公式計(jì)算：L Hi H2 Y式中：L 上凸凹模的長度，mmHi上凸模固定版的厚度，mmH2卸料板的厚度，mm丫一附加長度，包括凸模刃口的修磨量、凸模進(jìn)入凹

17、模的深度、凸模固定版與卸料板的安全距離。在此固定版厚度取值為Hi = 25 mm對于卸料板，查沖模設(shè)計(jì)手冊，根據(jù) 其料厚t = 2.5，卸料板寬度與凹模外徑相當(dāng)，取其寬度為 B= 155,則卸料板厚 度取值為14 mm附加長度取值為丫二26。則上凸凹模的總長度為Li 25 14 26 65mm。上凸凹模做拉深凹模的部分壁厚為D落凸 D拉凹=(74.64 39.96)/2= 17.34mm。這部分的高度取值為20 mm保證拉深件所需的深度14mm再附加一定的長 度。其余部分的壁厚取13.34mm上凸凹模的結(jié)構(gòu)如圖4所示。5. 選用標(biāo)準(zhǔn)模架5.1模架的類型模架包括上模座、下模座、導(dǎo)柱和導(dǎo)套。沖壓模

18、具的全部零件都安裝在模架 上，為縮短模架制造周期，降低成本，我國已制定出模架標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)模架導(dǎo)向用 的導(dǎo)柱和導(dǎo)套間的配合性質(zhì)，模架分為滑動導(dǎo)向模架和滾動導(dǎo)向模架兩大類。每 類模架中，由于導(dǎo)柱安裝位置和數(shù)量的不同，由有多種模架類型，如：后側(cè)導(dǎo)柱 式、中間導(dǎo)柱式、對角導(dǎo)柱式和四角導(dǎo)柱式。選擇模架結(jié)構(gòu)時(shí)，要根據(jù)工件的受力變形特點(diǎn)、坯料定位和出件方式、板料 送進(jìn)方向、導(dǎo)柱受力狀態(tài)和操作是否方便等方面進(jìn)行綜合考慮。在此選用滑動導(dǎo)向型的后側(cè)導(dǎo)柱式模架。5.2模架的尺寸選擇模架尺寸時(shí)要根據(jù)凹模的輪廓尺寸考慮， 一般在長度及寬度上都應(yīng)比凹 模大3040mm模版厚度一般等于凹模厚度的11.5倍。選擇模架時(shí)，還要考

19、 慮模架與壓力機(jī)的安裝關(guān)系，例如模架與壓力機(jī)工作臺孔的關(guān)系， 模座的寬度應(yīng) 比壓力機(jī)工作臺的孔徑每邊約大 4050mm在本設(shè)計(jì)中，凹模采用圓形的結(jié)構(gòu)，其工作部分基本尺寸為 75mm壁厚為 40mm所以其外徑基本尺寸為155 mm厚度為h = 28 mm模具的閉合高度H應(yīng) 介于壓力機(jī)的最大裝模高度H max與最小裝模高度H min之間，其關(guān)系為：H max + 10 W H H min 一 5由上面壓力機(jī)的選擇可知道 H max =300 mm H min = H max 一 70=230 mm 所以 H 應(yīng)介于225mn 310mm之間。查指導(dǎo)書表選用的模架為、上模座、下模座分別為：模架：25

20、0 X 250X（ 240285）GB/T2851.3上模座：250X 250X 50GB/T2855.5下模座：250X 250X 65GB/T2855.6由此可知其最大裝模高度為285mm最小裝模高度為240mm符合H的要求。下 模座周界尺寸為250X 250,而凹模的外徑為155mm所以周界尺寸符合要求。下 模座厚度為65mm而凹模的厚度為28mm也符合要求。工作臺孔尺寸為150mm 模座的寬度也比工作臺孔尺寸大，也符合要求。根據(jù)模具的結(jié)構(gòu)，可知其閉合高對為H 閉合 h1 h2 H1 L1 t h3 h4 h5 h6式中： H閉合一模具的閉合高度，mmhi 上模座厚度，mm由前可知hi

21、= 50 mmh2 上墊板厚度，mm此處選h2 = 5 mmHi 凸模固定板厚度，mm由前可知25 mmLi 上凸凹模長度，mm由前可知L = 65 mmt 制件厚度，mm此處t = 2.5 mm；h3 下推板厚度，mm由前可知h3 = 21 mmh4 下凸凹模固定板厚度，mm由前可知h4 = 25 mmhs 下墊板厚度，mm選取hs = 5 mn;he 下模座厚度，mm由前可知h6=65 mm綜上可得 H閉合=50+5+25+65+2.5+21+25+5+6蒂263.5 mm所以H閉合介于225mm 和310mm之間，符合設(shè)計(jì)要求。6. 選用輔助結(jié)構(gòu)零件6.1導(dǎo)向零件的選用導(dǎo)向裝置可提高模具

22、精度、壽命以及工件的質(zhì)量，而且還能節(jié)省調(diào)試模具的 時(shí)間，導(dǎo)向裝置設(shè)計(jì)的主意事項(xiàng)：(1) 導(dǎo)柱與導(dǎo)套應(yīng)在凸模工作前或壓料板接觸到工件前充分閉合，且此時(shí) 應(yīng)保證導(dǎo)柱上端距上模座上平面有 1015 mm的間隙；(2) 導(dǎo)柱、導(dǎo)套與上、下模板裝配后，應(yīng)保持導(dǎo)柱與下模座的下平面、導(dǎo)套上端與上模座的上平面均留 23 mm的間隙；(3) 對于形狀對稱的工件，為避免合模安裝時(shí)引起的方向錯(cuò)誤，兩側(cè)導(dǎo)柱 直徑或位置應(yīng)有所不同；(4) 當(dāng)沖模有較大的側(cè)向壓力時(shí)，模座上應(yīng)裝設(shè)止推墊，避免導(dǎo)套、導(dǎo)柱 承受側(cè)向壓力；(5) 導(dǎo)套應(yīng)開排氣孔以排除空氣。根據(jù)所選擇的模架，選用導(dǎo)柱的規(guī)格為：35X230 (GB/T 2861.1 )，選用導(dǎo)套的規(guī)格為 35X 125X 48 ( GB/T 2861.6 )。6.2模柄的選用根據(jù)壓力機(jī)模柄孔的尺寸：直徑：50 mm，深度：60 mm，選擇凸緣式模柄，查2第437頁表15.20，可知其參數(shù)如下：d=50 mm，極限偏差土 0.05 mm, d1=132 mm總高度 L=91 mm 凸緣高 L1=23 mm模柄倒角高度L2=5 mm打桿孔d2=15 mm凸緣螺釘環(huán)繞直徑da=91 mm凸緣固 定螺釘沉孔的直徑d4=11 mm沉孔臺階直徑d5=18 mm臺階高度h=11 mm材料 為 Q35。6.3卸料裝置固定卸料板的主要作用是把材料從凸