畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）鐵路貨車制動(dòng)器背板沖壓模具設(shè)計(jì)

1、 鐵路貨車制動(dòng)器背板沖壓模具設(shè)計(jì) 專 業(yè) 班 級(jí) 姓 名 指導(dǎo)老師 一、零件設(shè)計(jì)任務(wù)零件簡(jiǎn)圖如圖1-1所示：材料：q235a材料厚度:6mm 生產(chǎn)批量:中批量 未注公差:按it14級(jí)確定.圖1-12、 零件的工藝性分析2.1工件材料由圖1-1分析可知：q235a韌性和塑性較好，有一定的伸長(zhǎng)率，具有良好的焊接性能和熱加工性。適合沖裁加工。2.2工件結(jié)構(gòu)形狀工件結(jié)構(gòu)形狀較為，有8個(gè)圓孔和兩個(gè)矩形槽，由圖1-1看出孔邊距c26mm11.5t滿足要求。可以沖裁加工。2.3工件尺寸精度根據(jù)零件圖上所注尺寸，有些孔的加工精度達(dá)到it9，精度較高，需采用光潔沖裁。其余均可采用普通沖裁。綜合以上分析：該零件沖

2、裁工藝性較好，適宜沖裁加工。3、 沖裁工藝方案完成此工件需要沖孔，落料，脹形三道工序。其加工工藝方案分為以下三種：1. 方案一：?jiǎn)喂ば蚰Ｉa(chǎn)。先脹形，再?zèng)_孔，最后落料；2. 方案二：級(jí)進(jìn)模生產(chǎn)。脹形-沖孔-落料級(jí)進(jìn)沖壓；3. 方案三：復(fù)合模生產(chǎn)。脹形-沖孔-落料復(fù)合沖壓。 方案一模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但需三道工序，即需要落料模，脹形模，沖孔模三副模具，生產(chǎn)效率低，難以滿足該零件的年產(chǎn)量要求。方安二只需一副模具，沖壓件的形位精度和尺寸精度易保證，且生產(chǎn)效率也高。盡管模具結(jié)構(gòu)較方案一復(fù)雜，但由于零件的幾何形狀簡(jiǎn)單對(duì)稱，模具制造并不困難。方案三也只需一副模具，生產(chǎn)效率也很高，但零件的沖壓精度稍差。欲保證沖壓

3、件的形位精度，需在模具上設(shè)置導(dǎo)正銷導(dǎo)正，故其模具制造，安裝較復(fù)合模復(fù)雜，而且因?yàn)楣ぜ耐庑纬叽绫容^大，采用級(jí)進(jìn)模占據(jù)的空間太大。通過(guò)對(duì)上述三種方案的分析比較，該件的沖壓生產(chǎn)采用方案二為佳?？紤]到零件結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜,料比較厚，且有些孔的精度要求比較高，故擬采用兩副復(fù)合模完成工件的生產(chǎn)：一副落料-沖孔（加工精度要求較低的4*24）；一副精沖-脹形復(fù)合模具。四、沖壓模具工藝與設(shè)計(jì)計(jì)算41 落料-沖孔復(fù)合模的設(shè)計(jì)與計(jì)算 4.1.1 排樣圖的設(shè)計(jì)與計(jì)算經(jīng)過(guò)分析，兩副模具只有在使用第一幅復(fù)合模時(shí)需要排樣處理。落料-沖孔復(fù)合模排樣分析： 在沖壓零件的成本中，材料費(fèi)用約占60%以上，因此材料的經(jīng)濟(jì)利用具有非常重

4、要的意義。沖壓件在條料或板料上的布置方法稱為排樣。排樣合理與否不但影響材料的經(jīng)濟(jì)利用，還影響到制件的質(zhì)量、模具的結(jié)構(gòu)與壽命、制件的生產(chǎn)率和模具的成本等技術(shù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。因此，排樣時(shí)應(yīng)考慮如下原則： 提高材料利用率 (不影響制件使用性能前提下，還可適當(dāng)改變制件形狀)。 排樣方法使應(yīng)操作方便，勞動(dòng)強(qiáng)度小且安全。 模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、壽命高。 保證制件質(zhì)量和制件對(duì)板料纖維方向的要求。根據(jù)零件實(shí)際情況，采用有廢料排樣法：如，沿制件的全部外形輪廓沖壓，在制件之間及制件與條料側(cè) 邊之間 ，都有工藝余料 (稱搭邊)存在。因留有搭邊，所以制件質(zhì)量和模具壽命較高，但材料利用率降低。該沖裁件材料厚度較厚，尺寸大，近似方形

5、，因此可采用直排比較合理。表 1搭邊a和a1數(shù)值(低碳鋼)查表1得：兩工件間的搭邊:a1=0.6t=3.6mm工件邊緣搭邊：a=0.7t=4.2mm步距為：648+3.6=651.6mm條料寬度b=（d+2a）(mm) 式中： b條料寬度的基本尺寸(mm)； d條料寬度方向零件輪廓的最大尺寸，由圖1-1知d=420(mm)；a側(cè)面搭邊，查表4.2(mm)； 條料寬度b=(420+4.2*2) =428.4mm確定后排樣圖如下圖：4.1.2沖壓力與壓力中心計(jì)算 1、沖壓力的計(jì)算計(jì)算沖壓力的目的是為了選用合適的壓力機(jī)、設(shè)計(jì)模具和檢驗(yàn)?zāi)＞叩膹?qiáng)度。壓力機(jī)的噸位必須大于所計(jì)算的沖壓力，以適應(yīng)沖壓的需求。

6、對(duì)于沖裁模 ，其沖壓力 一般可按下式計(jì)算： fkptl 式中 材料抗剪強(qiáng)度；l沖壓周邊總長(zhǎng)(mm)； t材料厚度(mm) 系數(shù) kp是考慮到?jīng)_壓模刃口的磨損、 凸模與 凹模間隙之波動(dòng)(數(shù)值的變化或分布不均)、潤(rùn)滑情況 、材料力學(xué)性能與厚度公差的變化等因素而設(shè)置的安全系數(shù)，一般取 1.3。 當(dāng)查不到抗剪強(qiáng)度 時(shí)，可用抗拉強(qiáng)度b代替，而取kp1的近似計(jì)算法計(jì)算。當(dāng)上模完成一次沖壓后，沖入凹模內(nèi)的制件或廢料因彈性擴(kuò)張而梗塞在凹模內(nèi)，模面上的材料因彈性 收縮而緊箍在 凸模上 。為了使沖壓工作繼續(xù)進(jìn)行，必須將箍在凸模上的材料料刮下 ,將梗塞在凹模內(nèi)的制件或廢料向下推出或向上頂出。從凸模上刮下材料所需的力

7、，稱為卸料力 ；從凹模內(nèi)向下推出制件或廢料所需的力，稱為推件力。影響卸料力、推件力 的因素很多，要精確地計(jì)算是困難的。在實(shí)際生產(chǎn)中常采用經(jīng)驗(yàn) 公式計(jì)算： 卸料力： f卸=k卸*f 推件力： f推k推*f 頂件力： f頂k頂*f式中 f沖壓力(n)； k卸卸料力系數(shù)，其值為0.020.06(薄料取大值， 厚料取小值)；k推推料力系數(shù)，其值為0.030.07(薄料取大值， 厚料取小值)；k頂 頂件力系數(shù)，其值為0.040.08(薄料取大值， 厚料取小值)；n梗塞在凹模內(nèi)的制件或廢料數(shù)量(nh/t); h直刃口部分的高(mm)；t材料厚度(mm)。卸料力和 頂件力還是 設(shè)計(jì)卸料裝置和彈頂裝置中彈性元

8、件的依據(jù)。沖壓力:kptl=1.3*材料周邊的總長(zhǎng)*材料厚度*q235a鋼的抗剪強(qiáng)度=1.3*1950.6*6*350=5325.138kn卸料力：f卸=k卸*f=0.02*5325.138=106.503kn推件力：f推k推*f=0.03* 5325.138=159.754kn頂件力：f頂k頂*f=0.04* 5325.138=213.006kn總沖壓力= f+f卸+f推 = 5325.138+1106.503+159.754=6591.4kn 2、壓力中心計(jì)算 模具壓力中心是指沖壓時(shí)諸沖壓力合力的作用點(diǎn)位置。為了確保壓力機(jī)和模具正常工作，應(yīng)使沖模的壓力中心與壓力機(jī)滑塊的中心相重合。對(duì)于帶有

9、模柄的沖壓模，壓力中心應(yīng)通過(guò)模柄的軸心線。否則會(huì)使沖模和壓力機(jī)滑塊產(chǎn)生偏心載荷，使滑塊和導(dǎo)軌之間產(chǎn)生過(guò)大的磨損，模具導(dǎo)向零件加速磨損，降低模具和壓力機(jī)的使用壽命。沖模的壓力中心，可按下述原則來(lái)確定：（1）對(duì)稱形狀的單個(gè)沖壓件，沖模的壓力中心就是沖壓件的幾何中心。（2）工件形狀相同且分布位置對(duì)稱時(shí)，沖模的壓力中心與零件的對(duì)稱中心相重合。（3）形狀復(fù)雜的零件、多凸模的壓力中心可用解析計(jì)算法求出沖模壓力中心工件圖如下：此時(shí)工件基本為一對(duì)稱件。由圖示此可知工件壓力中心坐標(biāo)為x360，y0。4.1.3沖壓模刃口尺寸計(jì)算 、計(jì)算原則 沖壓件的尺寸精度主要決定于模具刃口的尺寸精度，模具的合理間隙值也要靠模具

10、刃口尺寸及制造精度來(lái)保證。正確確定模具刃口尺寸及其制造公差，是設(shè)計(jì)沖壓模主要任務(wù)之一。從生產(chǎn)實(shí)踐中可以發(fā)現(xiàn)： （1）由于凸模、凹模之間存在間隙，使落下的料或沖出的孔都帶有錐度，且落料件的大端尺寸等于凹模尺寸，沖孔件的小端尺寸等于凸模尺寸。 （2）在測(cè)量與使用中，落料件是以大端尺寸為基準(zhǔn)，沖孔孔徑是以小端尺寸為基準(zhǔn)。 （3）沖壓時(shí)，凸模、凹模要與沖壓件或廢料發(fā)生摩擦，凸模愈磨愈小，凹模愈磨愈大，結(jié)果使間隙越來(lái)越大。由此在決定模具刃口尺寸及其制造公差時(shí)需考慮下述原則： 落料件尺寸由凹模尺寸決定，沖孔時(shí)孔的尺寸由凸模尺寸決定。故設(shè)計(jì)落料模時(shí)，以凹模為基準(zhǔn)，間隙取在凸模上；設(shè)計(jì)沖孔模時(shí)，以凸模為基準(zhǔn)，

11、間隙取在凹模上。 考慮到?jīng)_壓中凸模、凹模的磨損，設(shè)計(jì)落料模時(shí)，凹模基本尺寸應(yīng)取尺寸公差范圍的較小尺寸；設(shè)計(jì)沖孔模時(shí)，凸模基本尺寸則應(yīng)取工件孔尺寸公差范圍內(nèi)的較大尺寸。這樣，在凸模、凹模磨損到一定程度的情況下，仍能沖出合格制件。凸模、凹模間隙則取最小合理間隙值。 確定沖模刃口制造公差時(shí)，應(yīng)考慮制件的公差要求。如果對(duì)刃口精度要求過(guò)高( 即制造公差過(guò)小)，會(huì)使模具制造困難，增加成本，延長(zhǎng)生產(chǎn)周期；如果對(duì)刃口精度要求過(guò)低(即制造公差過(guò)大)，則生產(chǎn)出來(lái)的制件可能不合格，會(huì)使模具的壽命降低。沖壓件的尺寸公差應(yīng)按“入體”原則標(biāo)注，落料件上偏差為零，下偏差為負(fù)；沖孔件下偏差為零，上偏差為正。 、刃口尺寸的計(jì)算

12、1 落料部分：落料應(yīng)以凹模為基準(zhǔn)件，然后配做凸模。工件落料部分的外形尺寸為=420mm、=648mm、=r160mm、=r50=r25，凹模磨損后，尺寸、變大。由表4-1查得：=0.5，=0.5，=0.5，=0.5，=0.75.系數(shù)x材料厚度t()非 圓 形 圓 形 10.750.50.750.5工件公差 4 0.160.200.240.30 0.170.350.210.410.250.440.310.590.360.420.500.60 0.160.200.240.300.160.200.240.30 表4-1由沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)公式（2-11）得 =（420-0.5*1.55）mm=419

13、.23 mm =（648-0.5*2）mm=647 mm =（160-0.5*1）mm=159.50 mm =（50-0.5*0.62）mm=49.69 mm =（25-0.75*0.52）mm=24.61 mm 由沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)表2-5查得=1.08；=1.4該零件落料部分的凸模刃口尺寸按上述凹模的相應(yīng)尺寸配制，保證雙面間隙值=1.081.4mm。 2. 沖孔部分 由沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)表2-5查得=1.08mm；=1.4mm工件沖孔部分的尺寸有=24。由沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)表 2-10查得凸、凹模制造公差：, 由表4-1查得：=0.5故4.1.4主要零件設(shè)計(jì)一、工作零件（一）凸、凹模固定形

14、式參照沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)圖8-1凸模、凹模的固定形式，選用圖h的連接形式，直接用螺釘和銷直接固定在模板上。（2） 凹模刃口形式由于零件形狀較簡(jiǎn)單，沖壓制件精度要求不是很高，廢料向下落，參照沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)圖8-3，選用圖b形式的刃口形式。（3） 凹模外形和尺寸的確定由于沖孔尺寸較落料部分小得多，故本副模具只需要對(duì)落料部分的凹模進(jìn)行校核： 由于本工件形狀特殊故只能按經(jīng)驗(yàn)公式概率的計(jì)算 由經(jīng)驗(yàn)公式 凹模高度 （15mm） 凹模壁厚 c(1.52)h (3040mm)式中 b沖壓件最大外形尺寸 k系數(shù)，考慮板厚的影響，其值可查沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)表8-1h=0.22648=142.56mm 取h=1

15、44mmc=(1.52)143=214.5286mm 取c=200mm，考慮到凹模尺寸過(guò)大，而加工圓弧一側(cè)受力較少，故取圓弧側(cè)厚度為90mm，另一側(cè)取185mm。(4) 凸模長(zhǎng)度確定及其強(qiáng)度核算對(duì)于沖孔部分，凸模長(zhǎng)度 l=+a式中 固定板的厚度（mm）本副模具中為46mm， 固定卸料板的厚度（mm）本副模具中為58mm 導(dǎo)尺的厚度（mm）本副模具沒(méi)有導(dǎo)尺 a附加長(zhǎng)度，在本副模具中有特殊要求，取126mm經(jīng)計(jì)算取l=230mm凸模長(zhǎng)度確定后一般不需要作強(qiáng)度核算，只有當(dāng)凸模特別細(xì)長(zhǎng)時(shí)，才進(jìn)行凸模的抗彎能力和承壓能力的校核。此處不需要校核。（5） 凸凹模外形尺寸的確定 凸凹模的尺寸應(yīng)該根據(jù)與其配合的

16、凸模，凹模尺寸進(jìn)行確定。取凸凹?？偢叨葹?2mm、固定部分長(zhǎng)度為680mm。2、 壓料及卸料零件(1) 推件裝置參照沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)圖8-26選用圖b形式的剛性推件。（2） 卸料裝置由上面計(jì)算可知卸料力較大，卸料量較大，參照沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)圖8-29選用圖c形式的剛性卸料裝置，根據(jù)實(shí)際情況結(jié)構(gòu)有所改動(dòng)，具體見(jiàn)裝配圖。三、定位零件（一）導(dǎo)料件由于本副模具采用的是剛性卸料板，且工件外形尺寸較大，故擬采用固定銷的導(dǎo)料方式，具體見(jiàn)裝配圖。（2） 擋料件為便于與卸料板的配合，選擇沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)圖8-20中圖b的活動(dòng)擋料銷。4、 固定與緊固零件（1） 固定板由經(jīng)驗(yàn)公式 ：凸模固定板 h=（11.5

17、）d 取h=46mm（2） 模柄參照沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)圖8-32選用圖b形式的壓入式模柄5、 導(dǎo)向零件導(dǎo)柱和導(dǎo)套導(dǎo)向根據(jù)零件要求，參照沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)圖8-33選用圖a形式的布置形式，配合精度選h6/h5最終沖孔-落料復(fù)合模的大致裝配圖如下：4.1.5沖床的選用根據(jù)總沖壓力 f總=6591.4（kn）,模具閉合高度,沖床工作臺(tái)面尺寸等,并結(jié)合現(xiàn)有設(shè)備,選用沖床,并在工作臺(tái)面上備制墊塊。其主要工藝參數(shù)如下： 公稱壓力： kn 滑塊行程：mm 行程次數(shù)： 1 次 模具的閉合高度h：mm 連桿調(diào)節(jié)長(zhǎng)度：mm 工作臺(tái)尺寸（前后左右）： mm mm4.2 精沖-脹形復(fù)合模的設(shè)計(jì)和計(jì)算4.2.1沖壓力與

18、壓力中心計(jì)算1、沖壓力的計(jì)算：對(duì)于精沖部分，計(jì)算公式：fkptl。 =kptl=1.3*材料周邊的總長(zhǎng)*材料厚度*q235a鋼的抗剪強(qiáng)度=1.3*832.52*6*350=2272.78kn對(duì)于脹形部分：對(duì)于脹形模具，沖壓加強(qiáng)肋的變形力可以用下列經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算 式中 f 變形力（n）；k系數(shù),可取0.7-1，當(dāng)加強(qiáng)肋形狀 窄而深時(shí)取大值，寬而淺時(shí)取小值;l加強(qiáng)助周長(zhǎng)；t毛坯厚度； 材料強(qiáng)度極限。故：=0.8*380*6*400=729.6kn總的沖壓力：+2*=2272.78+729.62=3731.98kn卸料力：f卸=k卸*f=0.02*3731.98=74.6396kn推件力：f推k推*f

19、=0.03* 3731.98=111.9594kn頂件力：f頂k頂*f=0.04* 3731.98=149.2792kn總沖壓力= f+f卸+f推 = 3731.98+111.9594+149.2792=3993.22kn2. 壓力中心的計(jì)算：工件圖如下：此時(shí)工件結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。經(jīng)初步計(jì)算得：由圖示此可知工件壓力中心坐標(biāo)為x420，y25。4.2.2沖壓模刃口尺寸計(jì)算1. 沖孔部分沖孔應(yīng)以凸模為基準(zhǔn)件，然后配做凹模。工件沖孔部分的尺寸有=54，=56，=60，=95。由沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)表2-5查得=1.08mm；=1.4mm對(duì)于工件沖孔部分的尺寸，由沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)表2-10查得凸、凹模制造

20、公差：, 由表4-1查得：=0.75故對(duì)于工件沖孔部分的尺寸，由沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)表 2-10查得凸、凹模制造公差：, 由表4-1查得：=0.75故對(duì)于工件沖孔部分的尺寸，由沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)表 2-10查得凸、凹模制造公差：, 由表4-1查得：=0.75故對(duì)于工件沖孔部分的尺寸，由沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)表 2-10查得凸、凹模制造公差：, 由表4-1查得：=0.75故2. 脹形部分本工件中脹形成型部分為兩個(gè)加強(qiáng)肋，加強(qiáng)肋能夠一次成形的條件是： 式中：成形前的原始長(zhǎng)度； 成形后加強(qiáng)肋的曲線輪廓長(zhǎng)度； 材料伸長(zhǎng)率。故本工件脹形部分可以一次成形。壓助模的結(jié)構(gòu)如下圖所示。圖中，凸模上部寬度和凸模高度，分別取零件上凸肋的上口寬度和高度；凹模深度= （0.52）+；凹、凸模圓角半徑、等于產(chǎn)品圖上的r數(shù)值。故根據(jù)零件圖，取=45mm，=8mm，=10mm，=3mm。4.2.3主要零件設(shè)計(jì)一、工作零件（一）凸、凹模固定形式參照沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)圖8-1凸模、凹模的固定形式，選用圖h的連接形式，直接用螺釘和銷直接固定在模板上。 (二)凹模刃口形式由于零件形狀較簡(jiǎn)單，沖壓制件精度要求比較高，廢料向下落，參照沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)圖8-3，選用圖a形式的刃口形