新型端蓋無毛刺沖孔模具

1、西安工業(yè)大學畢業(yè)設計1目 錄目 錄.1中文摘要.2abstract.2第 1 章緒論.31.1 沖裁毛刺工藝 .31.1.1 無毛刺沖裁現(xiàn)狀.31.1.2 無毛刺沖裁方法4第 2 章模具設計.52.1 模具設計的目的及內(nèi)容.52.1.1 模具設計的目的.52.1.2 模具設計的內(nèi)容.52.2 模具設計.62.2.1 分析沖壓件的工藝性.62.2.2 制定沖壓件工藝方案.72.3 進行沖壓工藝計算.72.3.1 計算壓力中心.72.3.2 沖壓力的計算.82.3.3 估算各主要零件的外形尺寸.92.4 模具的總體設計.142.5 選定設備.152.5.1 壓力機選擇.152.5.2 主要標準件的

2、選取.1612.6 繪制模具總圖.20第 3 章模具參數(shù)設計.233.1 主沖深度.233.2 模具刃口圓角.233.3 反頂裝置.24設計總結(jié).25參考文獻.25西安工業(yè)大學畢業(yè)設計2中文摘要設計了一種新型端蓋無毛刺沖孔模具。用該模具進行板料沖孔可實現(xiàn)無毛刺沖裁，孔的光潔剪切帶長度可達料厚的 8085%，并可顯著提高孔的尺寸精度和形位精度，達到精密沖載的加工效果。該模具易于制造，可在普通沖床上使用，適合在生產(chǎn)中推廣應用。關鍵詞：關鍵詞： 毛刺，沖孔，設計西安工業(yè)大學畢業(yè)設計3新型端蓋無毛刺沖孔模具設計第 1 章緒論1.1 沖裁毛刺工藝1.1.1無毛刺沖裁現(xiàn)狀目前國內(nèi)外采用的沖裁工藝有兩大類：

3、一類是普通沖裁，另一類是精密沖裁，無論是哪一類沖裁工藝，所獲得沖件下表面均帶有縱向毛刺，毛刺的高度主要取決于被沖件材料的強度、料厚、沖裁間隙的大小和模具刃口的磨損情況等。上述因索的改善雖然可以把毛刺的高度限制到某一最小值，但不能沖制出沒有毛刺的沖件，就是各種精密沖裁也不是無毛刺沖裁，雖然精沖件的剪切面光潔、尺寸精度高、形位精度高但仍不可避免地產(chǎn)生比普通沖裁小的剪切毛刺，所以在通常情況下，沖裁毛刺只能進一步改善，而不能徹底清除。沖裁毛刺不僅影響零件外觀，以后的變形工序由于產(chǎn)生應力集中而容易引起開裂，同時也給后續(xù)工序毛坯板料分層和送料造成困難，并加劇刃口磨損，降低模具使用壽命以及產(chǎn)生鉚接間隙或焊穿

4、、焊不牢等缺陷。毛刺還會在生產(chǎn)和使用過程中劃傷操作者，威脅人身安全，可能影響裝配工作順利進行。因此，為滿足安裝、使用和工藝要求，就應當予以消除。消除毛刺的方法最常用的是滾光。還可用挫削、電解、化學處理等方法消除。但由于金屬材料的塑性，可能使毛刺倒向孔內(nèi)而得不到徹底清除。為了清除毛刺，需要添置清除毛刺的設備，增加清理毛刺的工時，還會帶來材料和能源消耗，從而增加了沖裁零件的加工成本。目前國內(nèi)尚無一種無毛刺沖裁工藝，國內(nèi)外聯(lián)機檢索最新報告表明，國內(nèi)的各種科技文獻中，只在如何減小毛刺高度方面有一定報道，國外(德國)有一種三工步無毛刺沖裁件，但它采用的仍是正間隙沖裁，一個孔要經(jīng)過三個工步才能完成整個沖裁

5、工藝，因此工藝復雜、模具結(jié)構(gòu)復雜，模具精度要求高，孔的精度低，只相當于普通沖裁的沖制精度。 針對這一問題，研制出一種無毛刺沖件的沖制方法，該方法使得沖料經(jīng)過沖孔西安工業(yè)大學畢業(yè)設計4后無需再進行任何附加的加工可直接獲得無毛刺沖件。這就省去了沖裁后打磨、消除毛刺的后序操作，節(jié)省了清理毛刺所需的人力、相應的設備、物料及能源消耗。又由于該無毛刺沖裁工藝在普通沖床上就可獲得精密沖裁件的主要技術特征和效果，即具有沖裁表面尺寸精度高、形位精度高、剪切面光潔的特點，而不需要在價格昂貴的三動精沖壓力機上沖裁，所以為企業(yè)為社會帶來了可觀的經(jīng)濟和技術效益。1.1.2無毛刺沖裁方法采用負間隙沖裁法就可得到無毛刺沖件

6、。所謂負間隙沖裁法就是在普通沖床上應用普通模具，使得模具上凸模的尺寸大于凹模的孔徑，從而經(jīng)過沖孔后無需再進行任何附加的加工可直接獲得無毛刺沖件這時凸模不能對材料進行完全沖裁，即對于不同料厚的材料，使得在沖裁終了位置時凸模下端面距凹模上表面有一定的距離s (見圖1-1)，這樣壓凸部分的材料與板料之間有一s高和負間隙值寬的金屬連2接帶，然后對被壓凸部分進行反頂并使之與板料分離，金屬連接帶產(chǎn)生撕裂致使板料的下表面出現(xiàn)類似其上表面的塌角(見圖1-2)從而獲得無毛刺沖件這種沖裁法只要選定合適的技術參數(shù)，就能夠沖制出具有圖2特征的無毛刺沖件，即在沖件的下側(cè)和上側(cè)均無毛刺都有塌角，較長的光潔剪切面和較短的斷

7、裂帶相接，具有精密沖裁的沖制效果。圖 1-1 無毛刺沖壓凸面示意圖西安工業(yè)大學畢業(yè)設計5 圖 1-2 無毛刺沖件第 2 章模具設計2.1 模具設計的目的及內(nèi)容2.1.1 模具設計的目的 壓模具設計是為模具設計與制造專業(yè)學生在學完基礎理論課、技術基礎和專業(yè)課的基礎上，所設置的一個重要的實踐性環(huán)節(jié)。其目的是：1）綜合運用本專業(yè)所學課程的理論和生產(chǎn)實際知識，進行一次冷沖壓模具設計工作的實際訓練，從而培養(yǎng)和提高學生獨立工作的能力。2）鞏固與擴充專業(yè)課程所學的內(nèi)容，掌握冷沖壓模具設計的方法和步驟。3）充分掌握冷沖壓模具設計的基本技能，如計算、繪圖、查閱設計資料和手冊，熟悉標準和規(guī)范等。2.1.2 模具設

8、計的內(nèi)容 畢業(yè)設計是在學生學完全部課程后時行的，時間一般為 79 周。以設計中等復雜程度以上的大、中型模具為主，要求每個學生獨立完成沖壓件工藝設計，沖模結(jié)構(gòu)設計與計算，典型零件制造工藝規(guī)程制定工作，并完成一至兩套不同類型的模具總裝配圖及部件裝配圖和全部零件圖，完成設計計算說明書一份。畢業(yè)設計完成后要進行答辯。西安工業(yè)大學畢業(yè)設計62.2 模具設計2.2.1 分析沖壓件的工藝性如圖 2-1 所示為一端蓋，材料為 08 號鋼，厚度 t=2mm。該零件屬中批量生產(chǎn)。 圖 2-1 端蓋1)最小圓角半徑 表3 2-1 軟鋼沖孔的沖裁件,連接角度90 的最小圓角半徑為0.30t=0.302=0.60()

9、工件滿足要求。2）沖裁件孔的最小尺寸由于沖裁件上孔的尺寸受到凸模強度的限制，不能太小，沖孔的最小尺寸 表32-2 自由凸模沖圓孔 d=1.0t=12=2() 0.1-0.50.0630.080.045-0.055鋼0.5-2.50.0550.060.04-0.05由于本模具是采用彈性卸料裝置和上出件方式,總沖裁力應該只考慮卸料力和頂件力。卸料力 2-2330.05 440852204fk fnn頂料力 由于本模具是先作不完全沖裁的負間隙沖裁，再由反頂凸模沖裁完全分離出廢料。一般，主沖深度越深，連接帶高度就越小，反頂力越??；反之就越大。而一般的沖入深度為工件厚度的（60%-80%） ，實驗結(jié)果表

10、明反頂力一般不會超過 10kn。現(xiàn)在就先以 10kn 作計算總沖壓力的頂料力，即f =10kn2則算所得的總沖裁力：西安工業(yè)大學畢業(yè)設計9 2-3234408510000220456289ffffnnnn總沖3）初選壓力機根據(jù)工作要求,初選開式雙柱可傾式壓力機,采用標準工作臺.公稱力 63kn,型號為 j23-6.32.3.3 估算各主要零件的外形尺寸1) 凹模壁厚 表 2-2 凹模具最小壁厚材料厚度 t沖件材料0.50.6-0.81黃銅、低碳鋼0.8-1.01.0-1.2(1.2-2.5)t由表 2-2 可得，凹模的最小壁厚 2-4min1.51.5 23ctmm又由 h=kb 2-5 可求

11、出凹模厚度 ，查表 2-3表 2-3 系數(shù) k 值料厚 t/mmb/mm0.5123500.30.350.420.550-1000.20.220.280.35得 k=0.28 , 又已知 b=18mm 則:由式 2-5 得凹模厚度 h=0.2868=19.04mm 根據(jù) gb2858-81)矩形和圓形凹模外形尺寸標準,取凹模厚度 h=18mm。又由 c=（1.52）h 2-6 可求得凹模壁厚c=218mm=36mm 根據(jù)工件的尺寸可估算凹模的外形尺西安工業(yè)大學畢業(yè)設計10寸：長度寬度為 100mm100mm 圖 2-3 帶肩圓凹模而本模具的主沖凹模采用帶肩圓凹模，如圖 2-3 d=18mm d

12、=30mm h=8mm h=18mm135dmm13hmm具體尺寸見表1122.5-5 凹模固定板可選用 100100182) 凸模凸模長度 l 應該根據(jù)模具的具體結(jié)構(gòu)確定。對于本模具，上模座是帶有凸模固定板、卸料用的彈性體和卸料板，故凸模長度應為 2-712lhhh=凸模固定板厚度（mm）1h=卸料板厚度（mm）2h=附加長度（mm）h 根據(jù)彈性卸料橫向送料典型組合 9 凹模周界為 lb=100100組合的固定板厚度為 14，卸料板厚度為12，附加長度取 20。則初定凸模長度為：l=14+12+20=46表1122.5-1 選取圓形凸模 b18.146 jb/t8057.1-1995材料為

13、t10a。如圖 2-4 具體尺寸見表 2-4 圖 2-4 圓形凸模凸模校核圓凸模的強度計算校核 西安工業(yè)大學畢業(yè)設計1122325688.2210.510.518kmpampatd對于孔徑大于沖裁件材料厚度時，接觸應力大于平均壓應力，強度核k算條件為小于或等于凸模材料的許用應力，對于 08 鋼 取 325mpa。k2-8對于一般合金模具鋼=18002200mpa故該凸模的強度滿足要求。抗縱向彎曲失穩(wěn)能力校驗凸模在中心軸向壓力下，保持穩(wěn)定（不產(chǎn)生彎曲）的最大長度與導向方式有關。對于本模具是帶有卸料板導向的凸模，其最大允許長度可按下式計算：maxl2-9其中 凸模最大允許長度（）maxl e 凸模

14、材料的彈性模量，對于鋼材可取 e=210000mpa 則 ： 而本模具選取的凸模長度比最大允許長度小得多，故本模具的彎曲穩(wěn)定maxl性滿足要求。3max8edlt33max3.14210000 18.1543.26882325edlmmt西安工業(yè)大學畢業(yè)設計12綜上述校驗可知，本凸模的強度滿足要求。表 2-4 b 型圓凸模尺寸3) 計算凸凹模工作部分尺寸本模具為沖孔模，因孔的尺寸要等于凸模刃口尺寸，故應先確定凸模刃口尺寸，間隙則取在凹模上，考慮到?jīng)_裁中模具的磨損，凸模刃口尺寸會越磨越小，因此凸模刃口的基本尺寸應取工件尺寸公差范圍內(nèi)的較大尺寸，以保證凸模磨損到一定程度時，仍可使用。 主沖凸模 已

15、知沖裁件沖孔要求尺寸為0.20018 凹凸模的極限偏差: 表12-29 查得圓形凸凹模的極限偏差 0.020mm 凸0.020mm凹 (0.0200.020)0.040mmmm凸凹 表12-30 查得 磨損系數(shù) x=0.5故可確定凸模尺寸: 2-10 0.0200.020()(180.50.20)18.1ddxmmmm凸凸西安工業(yè)大學畢業(yè)設計13凹模由于本模具采用的是負間隙沖裁,即dd凹凸參考2p116 光潔沖裁的負間隙落料沖裁法。間隙的數(shù)值因輪廓形狀的不同而有的不同，突出角部最大，凹入部分最小。對于本沖孔模具，單邊負間隙值可取厚度的 0.12 倍，即 c=0.12t=0.122=0.24 。

16、 主沖模具的沖裁間隙是影響沖裁效果的重要因素，沖裁間隙的取值不同，將直接影響到獲得無毛刺沖裁件的技術效果。如果負間隙值取值過小、將不能獲得無毛刺沖裁件；如果負間隙取值過大，這將直接影響到?jīng)_件剪口的完好率，即直接影響剪口質(zhì)量。推薦主沖模具的負間隙值為 z0.050.5mm。而實驗結(jié)果也表明沖裁間隙在這個取值范圍內(nèi)時，能保證沖孔件有較好的表面質(zhì)量。最佳負間隙值的選取，還得要據(jù)經(jīng)驗在實際操作中通過試驗而得。故可取雙邊負間隙值 z=0.4則凹模尺寸為 2-110.0200.020()(18.1 0.40)17.7ddzmmmm凹凹凸雖然該模具的凸凹模采用分開加工,但與一般的沖裁模有別，凹模的確定不用考

17、慮因磨損而限定尺寸在最大合理間隙值內(nèi)，故不用要求模具的公差應保證下面關系 2-12maxminzz凸凹 但在裝配時必須調(diào)整凹凸模間隙均勻。 反頂凸模 反頂凸模的作用是將被壓凸的材料部分反頂出板料上表面 反頂凸模的外廓尺寸的取值為 ： d頂 2-13(1 4)ddmm頂主式中：為主沖凸模的直徑() 即反頂凸模的尺寸比主沖凸模的尺寸d主小 14，這就極大地降低了反頂凸模的制造精度，同時也降低了凸模的加工制造成本 根據(jù)式(2-13)可得： (18.1 2)16.1dmmmm頂西安工業(yè)大學畢業(yè)設計144）卸料橡皮的自由高度選用冷沖模裝置聚胺酯彈性體。 表1122.5.12 根據(jù)卸料螺釘選取孔徑 d=1

18、0.5的彈性體，外形如圖 2-5 所示，具體尺寸見表 2-5 圖 2-5 聚胺酯彈性體表 2-5 聚胺酯彈性體尺寸（部分） 對于本模具，根據(jù)工件材料厚度為 2,考慮沖裁時凹模進入深度,維修時刃磨留量以及開啟時卸料板高出凸模的高度,預算沖工作行程.再根據(jù)下式6hmm工作算出橡皮的自由高度 2-14取 25hmm自由模具在組裝時像皮的預壓量為 2-1510% 15%2.5 3.75hhmm預自由20 25(0.250.30)hhmm工作自由 西安工業(yè)大學畢業(yè)設計15取 3hmm預由此可算出模具在安裝橡皮的空間高度尺寸為 22。2.4 模具的總體設計 彈壓卸料橫向送料典型組合圖和典型組合尺寸表8 初

19、步確定本模具的外形尺寸和部分工件的尺寸。部分尺寸見下表 2-6 對于本模具，作為半成品加工，是用手工送料的單工序模。圓凸模和圓凹模都采用固定板固定，而固定板必須用螺釘和圓柱銷固定。另外，為使沖裁件定位，可在凹模固定板上加上定位銷。卸料裝置采用彈性卸料，導向裝置采用導柱導套。根據(jù)上述各步計算所得的數(shù)據(jù)及確定的工藝方案，便可以對模具進行總體設計并畫出草圖，如圖 2-6 所示。表 2-6 典型組合尺寸 （部分） 單位：l100凹模周界b100凸模長度42最小110配用模架閉合高度 h最大130墊板厚度14凸模固定板厚度114卸料板厚度112零件數(shù)量西安工業(yè)大學畢業(yè)設計16 圖 2-6 模具結(jié)構(gòu)草圖2

20、.5 選定設備2.5.1 壓力機選擇 該模具的總沖壓力 屬中小型的沖壓56289fn總 模具閉合高度：123hmm閉 凹模固定板的外形尺寸： 100100參考9p50 開式雙柱可傾式壓力機,采用標準工作臺.公稱力 63kn,型號為 j23-6.3 ，其具體的技術規(guī)格如下表 2-7表 2-7 壓力機技術規(guī)格（部分）j23-6.3 壓力機技術規(guī)格公稱壓力63kn前左200滑塊行程35工作臺尺寸前右310滑塊行程次數(shù)1701min前后110最大閉合高度150左右160閉合高度調(diào)節(jié)量35工作臺孔尺寸直徑140滑塊中心線至床身距離110模柄孔尺寸直徑30西安工業(yè)大學畢業(yè)設計17立柱距離150滑度55墊板

21、尺寸30床身最大可傾角45 圖 2-7 沖床簡圖(右)工作臺；2-滑塊；3-齒輪；4-飛輪；5-床身2.5.2 主要標準件的選取1） 模座 表1122.4-14 后側(cè)導柱上模座（gb/t2855.5-1990） 根據(jù)凹模周界 lb=100100 選取 厚度h=30 如圖 2-8 所示標記為上模座 10010030 gb/t2855.5材料：ht200 圖 2-8 后側(cè)導柱上模座西安工業(yè)大學畢業(yè)設計18表 2-8 其部分尺寸參數(shù)如下 單位：凹模周界h1ls1a2ar2ld（h7）100100301101167513032600.025032 表1122.14-15 后側(cè)導柱上模座（gb/t285

22、5.6-1990）根據(jù)凹模周界 lb=100100 選取 h=30 如圖 2-9 所示標記為：下模座 10010030 gb/t2855.6材料：ht200 圖 2-9 后側(cè)導柱下模座表 2-9 其主要尺寸如下 單位：凹模周界h1ls1a2ar2l( 7)d r1001251101167513032600.0200.04120西安工業(yè)大學畢業(yè)設計19002）導柱、導套 表1122.4-37 b 型導柱（gb/t2861.2-1990） 根據(jù)所選模座尺寸選擇導柱 直徑 d=20 、極限偏差 h5 、長度 l=100 、l=30的 b 型導柱 標記為：導柱 b20h510030 gb/t2861.

23、2 技術條件：按 jb/t8070-1995 規(guī)定 圖2-10 b 型導柱 表1122.4-39 a 型導套（gb/t2861.6-1990） 根據(jù)上模座和導柱數(shù)據(jù)可選?。?直徑 d=20、公差帶為 h6、 長度 l=65、h=23、油槽數(shù)為 2 標記為：a 型導套 20h66523 gb/t 2861.6西安工業(yè)大學畢業(yè)設計20 技術條件：按 jb/t8070-1995 規(guī)定 圖 2-11 a 型導柱4) 模柄表1122.5-24 壓入式模柄(jb/t7646.1-1994)根據(jù)壓力機參數(shù)選取 d=30,l=78的 a 型壓入式模柄。標記為：模柄 a3078jb/t7646.1（圖例如下圖

24、2-12）西安工業(yè)大學畢業(yè)設計21圖 2-12 a 型壓入式凸模12.6 繪制模具總圖 總圖如圖 2-12 所示，圖中零件說明見表 2-10表 2-10 零件明細表序號代號名稱數(shù)量材料備注西安工業(yè)大學畢業(yè)設計221gb/t2855。6-1990下模座1ht2002gb/t70.1-2000內(nèi)六角螺釘445m8283gb/t119.1-2000圓柱銷245a8354gb/t2861.2-1990導柱2205gb/t7649.10-1994檔料釘2456gb/t2861.6-1990導套2207gb/t2855.5-1990上模座1ht2008gb/t70.1-2000內(nèi)六角螺釘445m8409g

25、b/t119.1-2000圓柱銷245a84010jb/t7646.1-1994模柄1q235307811jb/t750.6-1994卸料螺釘245m83012jb/t7643.2-1994墊板1451300-01凸模固定板1q23514jb/7650.9-1995橡膠塊2聚胺酯彈性體32421500-02限位柱2451600-03凸模19mn2v1700-04卸料板1451800-05凹模固定板1451900-06凹模19mn2v2000-07反頂凸模19mn2v西安工業(yè)大學畢業(yè)設計23 圖 2-13 端蓋無毛刺沖裁模西安工業(yè)大學畢業(yè)設計24第 3 章模具參數(shù)設計3.1 主沖深度 主凸模進行

26、不完全沖裁的深度主沖深度對沖件的質(zhì)量影響很大，對于一l沖定尺寸厚度 t 的板料，是與被壓凸部分和板料之間連接帶的高度相對應的，l沖h連即。若減小，相應地就增大了；亦即增大了撕裂帶在材料厚度方向tlh沖連l沖h連上的尺寸，雖可獲得無毛刺沖件，但卻降低了沖件的精度相反，若增加，則可l沖使剪口在整個沖裁深度上具有較好的尺寸、形位精度和表面質(zhì)量。經(jīng)試驗測試：的取值范圍為，當然的取值還取決于材料的厚度 t。h連0.10 1.00mmh連 對于本模具，材料的厚度為 t=2mm，則凸模的主沖深度取值范圍在1.001.90,又知相對擠入深度一般為 0.60.8,故取主沖深度為: 3-10.80.8 21.6l

27、tmm沖 為保證壓入深度,可使用限位柱控制其壓入深度.3.2 模具刃口圓角在無毛刺沖裁工藝中，為獲得較高質(zhì)量的沖件，應適當增加凸模刃口圓角，但不宜過大，因采用過大的凸模圓角將增加主沖裁力，一般其取值范圍為0.020.50。同時也應適當加大凹模刃口圓角，這樣在壓凸過程中有利于材料的塑性流動，但此圓角也不宜選取過大，因為過大的凹模圓角將直接減小凸凹模的負間隙值。一般凹模刃口圓角的取值范圍為 0.020.50。西安工業(yè)大學畢業(yè)設計253.3 反頂裝置 反頂裝置作用是利用反頂凸模將廢料頂回到孔內(nèi)，對反頂凸模的要求是：當主沖凸模進行沖孔時，凸模通過被壓凸的材料可以將反頂凸模向下壓。當主沖凸模沖孔到下死點位置開始向上返回時，反頂凸模應能與主沖凸模一起向上隨動，并將被壓凸的廢料頂出凹模的內(nèi)孔，從而完成整個無毛刺沖孔過程。因此，必須將反頂凸模設計成浮動支承狀態(tài)，并且還要能夠與主沖凸模同時進行上、下隨動。此外，為了能可靠地將被壓凸的廢料頂出凹模內(nèi)孔，反頂凸模在隨動過程中必須具有相應的出力。為此，所設計的反頂裝置的結(jié)構(gòu)如圖 3-1 所示。 圖 3-1 液壓支承反頂機構(gòu)1、主沖凹模 2、反頂凸模 3、螺母 4、活塞桿 5、油