冷沖模具論文 沖壓工藝設(shè)計(jì)

1、摘 要冷沖模是廣泛運(yùn)用的模具之一，種類包括沖孔模、落料模、彎曲模、拉深模等，近年來冷沖模的應(yīng)用越來越廣泛。冷沖壓具有成本低，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，能加工多種性能，狀態(tài)的零件。同時(shí)它的應(yīng)用和普遍也受到模具壽命和生產(chǎn)安全等方面的制約。通過熟悉各類模具的加工特點(diǎn)及內(nèi)部結(jié)構(gòu)，完成模具總體結(jié)構(gòu)分析；隨后作者進(jìn)行毛坯尺寸、排樣、工序尺寸、沖壓壓力、壓力中心、模具工作部分尺寸等工藝計(jì)算，力爭以最好的性價(jià)比設(shè)計(jì)了模具各零件的結(jié)構(gòu)及裝配關(guān)系，在此基礎(chǔ)上確定模具的外形，完成了裝配圖和非標(biāo)準(zhǔn)的零件圖。前言模具行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及市場前景現(xiàn)代模具工業(yè)有“不衰亡工業(yè)”之稱。世界模具市場總體上供不應(yīng)求，市場需求量維持在700億至85

2、0億美元，同時(shí)，我國的模具產(chǎn)業(yè)也迎來了新一輪的發(fā)展機(jī)遇。近幾年，我國模具產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值保持15%的年增長率（據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2005年國內(nèi)模具進(jìn)口總值達(dá)到700多億，同時(shí)，有近250個(gè)億的出口），到2007年模具產(chǎn)值預(yù)計(jì)為700億元，模具及模具標(biāo)準(zhǔn)件出口將從現(xiàn)在的每年9000多萬美元增長到2006年的2億美元左右。單就汽車產(chǎn)業(yè)而言，一個(gè)型號的汽車所需模具達(dá)幾千副，價(jià)值上億元，而當(dāng)汽車更換車型時(shí)約有80%的模具需要更換。2005年我國汽車產(chǎn)銷量均突破550萬輛，預(yù)計(jì)2007年產(chǎn)銷量各突破700萬輛，轎車產(chǎn)量將達(dá)到300萬輛。另外，電子和通訊產(chǎn)品對模具的需求也非常大，在發(fā)達(dá)國家往往占到模具市場總量的20

3、%之多。目前，中國17000多個(gè)模具生產(chǎn)廠點(diǎn)，從業(yè)人數(shù)約50多萬。1999年中國模具工業(yè)總產(chǎn)值已達(dá)245億元人民幣。工業(yè)總產(chǎn)值中企業(yè)自產(chǎn)自用的約占三分之二，作為商品銷售的約占三分之一。在模具工業(yè)的總產(chǎn)值中，沖壓模具約占50%，塑料模具約占33%，壓鑄模具約占6%，其它各類模具約占11%。模具的發(fā)展是體現(xiàn)一個(gè)國家現(xiàn)代化水平高低的一個(gè)重要標(biāo)志，就我國而言，經(jīng)過了這幾十年曲折的發(fā)展，模具行業(yè)也初具規(guī)模，從當(dāng)初只能靠進(jìn)口到現(xiàn)在部分進(jìn)口已經(jīng)跨了一大步，但還有一些精密的沖模自己還不能生產(chǎn)只能通過進(jìn)口來滿足生產(chǎn)需要。隨著各種加工工藝和多種設(shè)計(jì)軟件的應(yīng)用使的模具的應(yīng)用和設(shè)計(jì)更為方便。隨著信息產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，模

4、具的設(shè)計(jì)和制造也越來越趨近于國際化。現(xiàn)在模具的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和制造（CAD/CAM）技術(shù)的研究和應(yīng)用。大大提搞了模具設(shè)計(jì)和制造的效率。減短了生產(chǎn)周期。采用模具CAD/CAM技術(shù)，還可提高模具質(zhì)量，大大減少設(shè)計(jì)和制造人員的重復(fù)勞動(dòng)，使設(shè)計(jì)者有可能把精力用在創(chuàng)新和開發(fā)上。尤其是pro/E和UG等軟件的應(yīng)用更進(jìn)一步推動(dòng)了模具產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。數(shù)控技術(shù)的發(fā)展使模具工作零件的加工趨進(jìn)于自動(dòng)化。電火花和線切割技術(shù)的廣泛應(yīng)用也對模具行業(yè)起到了飛越發(fā)展。模具的標(biāo)準(zhǔn)化程度在國內(nèi)外現(xiàn)在也比較明顯。特別是對一些通用件的使用應(yīng)用的越來越多。其大大的提高了它們的互換性。加強(qiáng)了各個(gè)地區(qū)的合作。對整個(gè)模具的行業(yè)水平的提高也起到了

5、重要的作用。第一章 沖壓工藝設(shè)計(jì)第一節(jié) 沖壓件的工藝性分析及工藝方案1、沖壓工藝介紹沖壓工藝是塑性加工的基本加工方法之一。它主要用于加工板料零件，所以有時(shí)也叫板料沖壓。沖壓不僅可以加工金屬板料，而且也可以加工非金屬板料。沖壓加工時(shí)，板料在模具的作用下，于其內(nèi)部產(chǎn)生使之變形的內(nèi)力。當(dāng)內(nèi)力的作用達(dá)到一定程度時(shí)，板料毛坯或毛坯的某個(gè)部位便會(huì)產(chǎn)生與內(nèi)力的作用性質(zhì)相對應(yīng)的變形，從而獲得一定的形狀、尺寸和性能的零件。 沖壓生產(chǎn)靠模具與設(shè)備完成加工過程，所以它的生產(chǎn)率高，而且由于操作簡便，也便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化。 利用模具加工，可以獲得其它加工方法所不能或難以制造的、形狀復(fù)雜的零件。 沖壓產(chǎn)品的尺寸精度是

6、由模具保證的，所以質(zhì)量穩(wěn)定，一般不需要再經(jīng)過機(jī)械加工便可以使用。 沖壓加工一般不需要加熱毛坯，也不像切削加工那樣大量的切削材料，所以它不但節(jié)能，而且節(jié)約材料。沖壓產(chǎn)品的表面質(zhì)量較好，使用的原材料是冶金工廠大量生產(chǎn)的軋制板料或帶料，在沖壓過程中材料表面不受破壞。 因此，沖壓工藝是一種產(chǎn)品質(zhì)量好而且成本低的加工工藝。用它生產(chǎn)的產(chǎn)品一般還具有重量輕且剛性好的特點(diǎn)。 沖壓加工在汽車、拖拉機(jī)、電機(jī)、電器、儀器、儀表、各種民用輕工產(chǎn)品以及航空、航天和兵工等的生產(chǎn)方面占據(jù)十分重要的地位?，F(xiàn)代各種先進(jìn)工業(yè)化國家的沖壓生產(chǎn)都是十分發(fā)達(dá)的。在我國的現(xiàn)代化建設(shè)進(jìn)程中，沖壓生產(chǎn)占有重要的地位。 當(dāng)今，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)

7、展，沖壓工藝技術(shù)也在不斷革新和發(fā)展，這些革新和發(fā)展主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）工藝分析計(jì)算方法的現(xiàn)代化（2）模具設(shè)計(jì)及制造技術(shù)的現(xiàn)代化（3）沖壓生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化（4）新的成型工藝以及技術(shù)的出現(xiàn)（5）不斷改進(jìn)板料的性能，以提高其成型能力和使用效果。2、沖壓工藝的種類 沖壓主要是按工藝分類，可分為分離工序和成形工序兩大類。分離工序也稱沖裁，其目的是使沖壓件沿一定輪廓線從板料上分離，同時(shí)保證分離斷面的質(zhì)量要求。成形工序的目的是使板料在不破坯的條件下發(fā)生塑性變形，制成所需形狀和尺寸的工件。在實(shí)際生產(chǎn)中，常常是多種工序綜合應(yīng)用于一個(gè)工件。沖裁、彎曲、剪切、拉深、脹形、旋壓、矯正是幾種主要的沖壓工藝

8、。 沖壓用板料的表面和內(nèi)在性能對沖壓成品的質(zhì)量影響很大，要求沖壓材料厚度精確、均勻；表面光潔，無斑、無疤、無擦傷、無表面裂紋等；屈服強(qiáng)度均勻，無明顯方向性；均勻延伸率高；屈強(qiáng)比低；加工硬化性低。 在實(shí)際生產(chǎn)中，常用與沖壓過程近似的工藝性試驗(yàn)，如拉深性能試驗(yàn)、脹形性能試驗(yàn)等檢驗(yàn)材料的沖壓性能，以保證成品質(zhì)量和高的合格率。 模具的精度和結(jié)構(gòu)直接影響沖壓件的成形和精度。模具制造成本和壽命則是影響沖壓件成本和質(zhì)量的重要因素。模具設(shè)計(jì)和制造需要較多的時(shí)間，這就延長了新沖壓件的生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間。 模座、模架、導(dǎo)向件的標(biāo)準(zhǔn)化和發(fā)展簡易模具(供小批量生產(chǎn))、復(fù)合模、多工位級進(jìn)模(供大量生產(chǎn))，以及研制快速換模裝置

9、，可減少?zèng)_壓生產(chǎn)準(zhǔn)備工作量和縮短準(zhǔn)備時(shí)間，能使適用于減少?zèng)_壓生產(chǎn)準(zhǔn)備工作量和縮短準(zhǔn)備時(shí)間，能使適用于大批量生產(chǎn)的先進(jìn)沖壓技術(shù)合理地應(yīng)用于小批量多品種生產(chǎn)。沖壓設(shè)備除了厚板用水壓機(jī)成形外，一般都采用機(jī)械壓力機(jī)。以現(xiàn)代高速多工位機(jī)械壓力機(jī)為中心，配置開卷、矯平、成品收集、輸送等機(jī)械以及模具庫和快速換模裝置，并利用計(jì)算機(jī)程序控制，可組成高生產(chǎn)率的自動(dòng)沖壓生產(chǎn)線。在每分鐘生產(chǎn)數(shù)十、數(shù)百件沖壓件的情況下，在短暫時(shí)間內(nèi)完成送料、沖壓、出件、排廢料等工序，常常發(fā)生人身、設(shè)備和質(zhì)量事故。因此，沖壓中的安全生產(chǎn)是一個(gè)非常重要的問題。 3、沖壓件的形狀和尺寸（圖1） （沖壓件的形狀和尺寸特點(diǎn)分析） C20 ste

10、el 1mm thick圖1 零件圖1 沖壓件的尺寸精度 材料：該沖裁件的材料C20鋼是優(yōu)質(zhì)碳素鋼，具有較好的可沖壓性能。 零件結(jié)構(gòu)：該沖裁件的結(jié)構(gòu)簡單，并在轉(zhuǎn)角有兩處R2.5圓角，比較適合沖裁。 尺寸精度：零件圖上所有未注尺寸，屬自由尺寸，按IT13級確定工件尺寸的公差。查機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)表1-3，可得各尺寸公差零件外形: mm mm mm mm mm 零件內(nèi)形：mm 結(jié)論： 適合沖裁2. 生產(chǎn)批量 該零件為單件小批量生產(chǎn)。 3沖壓工藝方案的制定 該零件包括落料、沖孔兩個(gè)基本工序，可以采用以下三種工藝方案：a) 先落料，再?zèng)_孔，采用單工序模生產(chǎn)。b) 落料沖孔復(fù)合沖壓，采用復(fù)合模生產(chǎn)。c)

11、沖孔落料連續(xù)沖壓，采用級進(jìn)模生產(chǎn)。第二節(jié) 確定工藝方案及模具結(jié)構(gòu)型式1. 模具結(jié)構(gòu)形式的選擇方案模具結(jié)構(gòu)簡單，但需要兩道工序、兩套模具才能完成零件的加工，生產(chǎn)效率較低；由于零件結(jié)構(gòu)簡單，為提高生產(chǎn)效率，主要應(yīng)采用復(fù)合沖裁或級進(jìn)沖裁方式。由于級進(jìn)模結(jié)構(gòu)復(fù)雜能以制造，根據(jù)生產(chǎn)效率、精度、所使用的機(jī)床、卸料方式、廢料出料、板料的定位方式、制造成本等方面分析最終確定用下出料，凹模固定在上模座上，凸模固定在下模座上。最后確定用復(fù)合沖裁方式進(jìn)行生產(chǎn)。工件尺寸可知，凸凹模壁厚大于最小壁厚，為便于操作，所以復(fù)合結(jié)構(gòu)采用倒裝復(fù)合模及彈性卸料和定位釘定位方式。2. 工序與排樣在沖壓生產(chǎn)中，節(jié)約金屬和減少廢料具有非

12、常重要的意義，特別是在大批量生產(chǎn)中，較好地確定沖件尺寸和合理排樣是降低成本的有效措施之一。排樣是指沖件在條料、帶料或板料上布置的方法。沖件的合理布置（即材料的經(jīng)濟(jì)利用），與沖件的外形有很大關(guān)系。根據(jù)不同幾何形狀的沖件，可得出與其相適應(yīng)的排樣類型，而根據(jù)排樣的類型，又可分為少或無工藝余料的排樣與有工藝余料的排樣兩種。1） 搭邊設(shè)計(jì) 排樣時(shí)，沖件之間以及沖件與條料側(cè)邊之間留下的余料叫搭邊。它的作用是補(bǔ)償定位誤差，保證沖出合格的沖件，以及保證條料有一定剛度，便于送料。搭邊數(shù)值取決于以下因素：件的尺寸和形狀。材料的硬度和厚度。排樣的形式（直排、斜排、對排等）。條料的送料方法（是否有側(cè)壓板）。擋料裝置的

13、形式（包括擋料銷、導(dǎo)料銷和定距側(cè)刃等的形式）。搭邊值一般是由經(jīng)驗(yàn)再經(jīng)過簡單計(jì)算確定的。查沖壓模具設(shè)計(jì)與制造表2.5.2，確定搭邊值： 兩工件間的搭邊：a=1.5mm 工件邊緣搭邊： b=1.8mm 步距為：12.2mm 條料寬度 B=43.6mm （查沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)表2-8 =0.4）2） 排樣布局（附圖） 圖2 排樣圖確定后排樣圖如圖2所示。一個(gè)步距內(nèi)的材料利用率n 為： n= A/BS x 100% =（5*15+20*10+3.14/2*25-3.14/2*2.52）/(11.5*43.6)*100% =64.21% 第三節(jié) 工藝計(jì)算1. 凸模、凹模刃口尺寸的計(jì)算落料部分以落料凹模為

14、基準(zhǔn)，落料凸模按間隙配制；沖孔部分以沖孔凸模為基準(zhǔn)計(jì)算，沖孔凹模按間隙值配制。即以落料凹模、沖孔凸模為基準(zhǔn)，凹凸模按間隙值配制。 1落料凹模根據(jù)零件材料查沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)表2-3 得： 2Cmin=0.100mm 2Cmax=0.140mm由零件為IT13級查沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)表2-5得：X=0.75 則由公式 = 可得凹模刃口尺寸：(1) =mm = mm(2) = mm = = mm(3) = mm = = mm(4) = mm = = mm(5) = mm = = mm相應(yīng)凸模尺寸按凹模尺寸配作，保證兩面間隙在0.100mm0.140mm之間。2 沖孔凸模根據(jù)零件材料查沖壓工藝與模具設(shè)

15、計(jì)表2-3得：2Cmin=0.100mm 2Cmax=0.140mm由零件為IT13級查沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)表25得：X=0.75則由公式=可得凸模刃口尺寸 =mm = =mm相應(yīng)凹模尺寸按凸模尺寸配作，保證兩面間隙在0.100mm0.140mm之間3 落料凹模的周界的確定 凹模厚度：H=Kb（H15mm）（K查沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)表2-20） =0.35*40 取H =15mm 凹模邊壁厚：C=（1.52）H =（1.52）*15 取C= 30mm 凹模邊長： L=b+2C =40+60 =100mm 查標(biāo)準(zhǔn)JB/T -6743.1-94: 凹模寬B=100mm 故確定凹模外形：100*100*

16、15mm。將凹模作成薄形式并加空心墊板后實(shí)取為：100*100*12mm 4 沖裁力計(jì)算 落料力 F落=KptL NKp=1.3 為材料抗剪強(qiáng)度 L為沖裁周邊總長 t為材料厚度 L =5+12.5*2+20*2+3.14*2.5+3.14*5=92.55mm t =1mm 查沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)附錄A1可得 =440MPa F落 =1.3x1x92.55x440=52.94KN 沖孔力 F沖=1.3Lt=1.3x3.14x5x1x440=8.98KN 卸料力 F卸=K卸* F落 K卸 其值范圍（0.020.06）取K卸=0.05 F卸=0.05x52.94=2.647KN 推件力 F推=nK推F

17、沖 K推 其值范圍 （0.030.07）取K推=0.06 F推=3x0.06x8.98=1.62KN （n 取 3） F總= F落+ F沖+ F卸+ F推 =52.94+8.98+2.647+1.62=66.187KN5 壓力機(jī)公稱壓力的選取 根據(jù) F總=66.187KN查冷沖壓模具設(shè)計(jì)與制造表710選用J23-10開式雙柱可傾壓力機(jī)；其參數(shù)如下： 滑塊行程：45mm 滑塊行程次數(shù)：145次min-1 最大封閉高度： 180mm 封閉高度調(diào)節(jié)量：35mm 模柄孔尺寸：直徑30mm 6 壓力中心的計(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)使沖模壓力中心

18、與壓力機(jī)滑塊的中心重合。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)軌間產(chǎn)生過大的磨損，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。 圖3如圖3所示 工件在y方向?qū)ΨQ，故壓力中心Y0=5mm解析法計(jì)算依據(jù)：各分力對某坐標(biāo)軸的力矩之代數(shù)和等于諸力的合力對該軸的力矩。求出合力的坐標(biāo)位置，即為所求模具的壓力中心。 =26.34mm 其中： L1=5 X1=0 L2=12.5 X2 = 6.25 L3 =1/2*3.14*2.5 X3 =13.25 L4 =20 X4 =25 L5=2*3.14*2.5 X5=35 L9=12.5 X9= 6.25 L8=1/2*3.14*2.5 X8=1

19、3.25 L7=20 X7=25 L5=2*3.14*2.5 X5=35L6=3.14*5 X6=40由以上計(jì)算工件的壓力中心坐標(biāo)為（5，26.34） 第二章 模具零件及結(jié)構(gòu)的詳細(xì)設(shè)計(jì)第一節(jié)標(biāo)準(zhǔn)件的選取 模架的選取 由凹模周界L=100mm B=100mm 查沖壓模具簡明設(shè)計(jì)手冊表15.2 GB/T2851.3選擇滑動(dòng)后側(cè)導(dǎo)柱式模架。 上模座 標(biāo)準(zhǔn)編號： GB/T2855.5 100*100*30 其基本參數(shù)： H=30mm =130 mm S=116mm =75mm =110mm R=32mm =60mm mm 下模座 標(biāo)準(zhǔn)編號： GB/T2855.6 100*100*40 其基本參數(shù)： =

20、130 mm S=116mm =75mm =110mm R=mm=60mm mm 型導(dǎo)柱 標(biāo)準(zhǔn)編號： GB/T2861.1 20*130其基本參數(shù)： 型導(dǎo)套 標(biāo)準(zhǔn)編號： GB/T2861.6 20*70*28其基本參數(shù)：mm mm模柄的選取 由J23-10開式雙柱可傾壓力機(jī)需d=30的模柄 查冷沖壓模具設(shè)計(jì)與制造表737 選用B型壓入式模柄，其基本參數(shù)為： mmmmmm H=78mm h=30mm h1=4mm b=2mm a=0.5mm d1=6mm d2=11mm 螺釘?shù)倪x取上，下模座螺釘由凹模周界100*100 選用M8的內(nèi)六角圓柱頭螺釘 其基本參數(shù)查GB/T70 .12000: P=1

21、.25mm =13mm k=8mm t=4 mm s=6mm e=6.86mm r=0.1 =1280mm 根據(jù)模具的實(shí)際情況上模座選用M8X50的內(nèi)六角圓柱頭螺釘。下模座選用M8X25的內(nèi)六角圓柱螺釘。 卸料螺釘 查沖壓模具簡明設(shè)計(jì)手冊表15-34 選用M8X35的圓柱頭卸料螺釘 銷釘?shù)倪x取上，下模座銷釘由凹模周界100*100選用M8的圓柱銷釘其基本參數(shù)查GB/T119.1 C=1.6mm mm 根據(jù)模具的實(shí)際情況 上模座選用M8X50的圓柱銷釘 下模座選用M8X30的圓柱銷釘 模柄固定銷 由模柄選用M6的圓柱銷釘 其基本參數(shù)查GB/T119.1C=1.2mm =1260mm 根據(jù)模具的實(shí)

22、際情況 選用M8X12的圓柱銷釘 擋料銷和導(dǎo)料銷 由條料的排樣布局查冷沖壓模具設(shè)計(jì)與制造表7.44選用固定 擋料銷，其基本參數(shù)如下： mm mm h=1mm mm 卸料彈簧的選取查沖模設(shè)計(jì)手冊表14-35選用D=15 H=22的彈簧 推桿的選取 查沖壓模具簡明設(shè)計(jì)手冊表15.42選用A型帶肩推桿。 其基本參數(shù)：D=8mm L=110mm mm 第二節(jié) 模具工作零部件詳細(xì)設(shè)計(jì) （1）凹模 查GB2871.481，得兩螺釘孔距S=76mm S2=56mm兩銷釘孔距S1=40mm根據(jù)第二章第三節(jié)1計(jì)算出來的刃口尺寸，則凹模的具體尺寸見附圖1由凹模板確定其它模具模板的尺寸列表如下 (2) 沖孔凸模尺寸

23、凸模長度： L=h1+h2+h3 =12+12+12 =36mm其中h1為凸模固定板高度h2 為空心墊板高度h3 為凹模板高度查冷沖壓模具設(shè)計(jì)與制造表7.41GB/2863.281由凸模直徑確定沖孔凸模其它尺寸見附圖5(3) 推件塊推薦塊高度：L=H+3 =12+3 =15mmH為凹模板高度。查沖模設(shè)計(jì)表8得出與凹模的間隙為0.3mm其具體尺寸見附圖6(4)凸凹模 凸凹模高度：L=L1+h1-h2 =35+12-4 =43mm其中L1為卸料銷釘?shù)腖長度，h1為卸料板的厚度，h2為下墊板的厚度其具體尺寸見附圖8第三節(jié) 模具零件三維設(shè)計(jì)1，下模座 2，上模座 3，下墊板 4，上墊板 5，凸模固定板 6，凸凹模固定板 7,空心墊板 8卸料板9，凹模板 10， 凸模 11，凹凸模 12，模柄 14，推桿 15，推件塊 16，卸料螺釘 17，彈簧 18，螺釘 19，圓柱銷 20