扇形齒板精沖模具設(shè)計(jì)

1、南京農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院課 程 設(shè) 計(jì)課程名稱： 沖壓模課程設(shè)計(jì) 題目名稱： 扇形齒板沖壓模課程設(shè)計(jì) 專業(yè)班級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)導(dǎo)師： 2013年10月28日-2013年11月8日目錄1.課題分析·································&

2、#183;······21.1 課題來(lái)源·······························21.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容·········&

3、#183;··············21.3 工作步驟的擬定··················22.制件分析··············

4、·············32.1. 工藝分析·······················32.2 方案制定···········

5、;·············32.3工藝尺寸計(jì)算····················43、精沖工藝的力能參數(shù)·············&

6、#183;··········4 4、模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)·····························74.1凸模、凹模和凹凸模結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)·····&#

7、183;··········74.2確定模具的結(jié)構(gòu)形式·····················74.3卸料與出料裝置··············&#

8、183;········85、模具零件的選用與設(shè)計(jì)···················96、模具的校核···················

9、;·····137、總結(jié)·····························168、參考文獻(xiàn)·············

10、83;·············161 課題分析1.1 課題來(lái)源加工件是一扇形齒板,如圖1所示，它是汽車車門(mén)玻璃升降器的重要傳動(dòng)零件，它的齒形精度、斷面質(zhì)量和平面度，對(duì)玻璃升降器的傳動(dòng)精度、傳動(dòng)平穩(wěn)性和耐用度等都有很大影響。由于使用普通沖孔落料技術(shù)沖壓出來(lái)的產(chǎn)品有精度低、斷面質(zhì)量差的問(wèn)題，所以進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，設(shè)計(jì)精沖方案進(jìn)行生產(chǎn)。該板材料45號(hào)鋼，厚度2mm，齒板外形尺寸精度為it10級(jí)。 圖1-1 加工件零件圖1.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容根據(jù)零件圖的要求，設(shè)計(jì)出加工該零件的精沖

11、復(fù)合模具，該模具需要完成外形和孔的精沖并滿足精度要求。該設(shè)計(jì)需要運(yùn)用沖裁模具設(shè)計(jì)和精密沖裁的知識(shí)，合理運(yùn)用。具體要求如下:(1) 設(shè)計(jì)出生產(chǎn)該扇形齒板的沖裁模具；(2) 按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)用autocad軟件繪制模具裝配圖以及非標(biāo)準(zhǔn)零件圖；(3) 撰寫(xiě)說(shuō)明書(shū)，用圖片和文字結(jié)合說(shuō)明，并注明計(jì)算公式的出處；1.3 工作步驟的擬定通過(guò)對(duì)課題的研究和查找相關(guān)的資料，筆者擬定了整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中模具設(shè)計(jì)部分的設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)步驟如下：（1） 凹模、凸模和凹凸模結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)；（2） 計(jì)算凸模和凹模的刃口尺寸；（3） 選擇模具的正倒裝結(jié)構(gòu)；（4） 確定卸料和出件方式；（5） 選擇標(biāo)準(zhǔn)模架；（6） 對(duì)凸模進(jìn)行校核；2 制件

12、分析2.1 工藝分析從產(chǎn)品的使用要求來(lái)看，扇形齒板的外形主要是要保證齒形部分的精度和光潔度，因?yàn)樗侵苯佑绊憘鲃?dòng)精度的。在扇形齒板的四個(gè)孔中，主要是要保證13孔和2.25孔的位置精度，因?yàn)樗麄儗?duì)裝配精度有影響。精沖工藝不用于普通沖壓工藝。精沖需要三重動(dòng)作和壓力，除主沖裁力外，還需要有齒圈壓板壓力和反壓板壓力，從而使變形區(qū)內(nèi)外，上下形成三向壓應(yīng)力，并在近似于純剪切狀態(tài)下成形。本文論述了采用通用壓力機(jī)與液壓模架、精沖模具組合的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)精沖工件的目的，即靠壓力機(jī)提供主沖裁力，通過(guò)液壓模架上的兩個(gè)液壓缸獲得齒圈壓板壓力和反壓板壓力，從而達(dá)到精沖的三重動(dòng)作和壓應(yīng)力的要求，完成圖1中所示扇形齒板的精密沖

13、裁。2.2 方案制定 零件需要加工外形（齒板）和4個(gè)孔，用精密沖裁滿足要求。初擬的幾個(gè)方案如下： 方案一：先落料，再?zèng)_孔，采用單工序模進(jìn)行生產(chǎn)。 方案二：落料沖孔復(fù)合沖壓，采用復(fù)合模進(jìn)行生產(chǎn)。 方案三：沖孔落料連續(xù)沖壓，采用級(jí)進(jìn)模進(jìn)行生產(chǎn)。 方案一模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但需要兩道工序，兩套模具，生產(chǎn)效率低，且兩次定位難以滿足精度要求，生產(chǎn)效率低。方案三使用級(jí)進(jìn)模，級(jí)進(jìn)模的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造精度高，成本高，且同樣有多次定位誤差，不太合適。個(gè)人比較傾向于方案二，用復(fù)合模進(jìn)行生產(chǎn)可以提高生產(chǎn)效率，該零件精度要求較高，用復(fù)合模也可以滿足要求。2.3 工藝尺寸計(jì)算2.3.1 毛坯尺寸根據(jù)圖1計(jì)算，得長(zhǎng)度方向?yàn)?64

14、mm，寬度為95mm，厚度為2mm。164.5扇形弧長(zhǎng): l=×d×/360=×164.5×158/360=226.70mm13孔周長(zhǎng)： l1 =×d= ×13=40.82mm15孔周長(zhǎng)： l2 =×d=×15=47.1mm2.25孔周長(zhǎng): l3 =×d=×2.25=7.07mm扇形邊緣邊長(zhǎng)： l4 =85.48mm2.3.2 排樣排樣搭邊確定，采用直排。根據(jù)參考文獻(xiàn)1表11-1得x=4.5，y=5.5。（x表示側(cè)邊距，y表示相鄰兩工件間距。）3 精沖工藝的力能參數(shù)3.1 精沖工藝力的計(jì)算精沖工

15、藝過(guò)程是在壓邊力，反壓力和沖裁力三者同時(shí)作用下進(jìn)行的，這三個(gè)力對(duì)模具設(shè)計(jì)和保證工件質(zhì)量以及提高模具壽命具有重要意義。根據(jù)參考文獻(xiàn)1 p9195的內(nèi)容，分別計(jì)算沖裁力，壓邊力，反壓力，總壓力以及卸料力和頂件力。3.1.1 沖裁力沖裁力p1大小取決于沖裁內(nèi)外周邊的總長(zhǎng)度，材料的厚度和抗拉強(qiáng)度?？砂磪⒖嘉墨I(xiàn)1 p92由timmerbeil提出的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：p1=f1lttb （2-1）式中 f1 系數(shù)，取決與材料的屈強(qiáng)比 lt 內(nèi)外周邊的總長(zhǎng)（mm） t 材料厚度（mm） b 材料的抗拉強(qiáng)度（n/mm2）其中 lt=l+l1+l2+l3+2×l4=775.35mm t=2mm b=550

16、n/mm2考慮到精沖時(shí)由于模具的間隙小，刃口有圓角，材料處于三向受壓的應(yīng)力狀態(tài)和一般沖裁相比提高了變形抗力，因此f1根據(jù)參考文獻(xiàn)1圖6-2取0.9。 故沖裁力為： p1=0.9×775.35×2×550=1150kn（大約115t）3.1.2 壓邊力v型環(huán)壓邊力的作用有三：防止剪切區(qū)以外的材料在剪切過(guò)程中隨凸模流動(dòng)；夾持材料，在精沖過(guò)程中是材料始終和沖裁方向垂直而不翹起；在變形區(qū)建立三向受壓的應(yīng)力狀態(tài)。因此壓邊力對(duì)于保證工件剪切面質(zhì)量，降低動(dòng)力小號(hào)和提高模具的使用壽命有密切關(guān)系?？梢园凑諈⒖嘉墨I(xiàn)1 p93經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：p2=f2le×2hb (2-2)式

17、中 f2系數(shù)，取決于b； le工件外周邊長(zhǎng)度（mm）； hv形齒高（mm）; b材料的抗拉強(qiáng)度（n/mm2）其中 le=624mm； h=0.8mm； b=550n/mm2f2根據(jù)參考文獻(xiàn)1 表6-1查得取1.8。故壓邊力為： p2=1.8×624×0.8×550=494kn(大約49t)3.1.3 反壓力反壓板的反壓力也是影響精沖件質(zhì)量的重要因素，它主要影響工件的尺寸精度，平面度，塌角和孔的剪切面質(zhì)量。反壓力可以根據(jù)參考文獻(xiàn)1 p93經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：p3=20%p1 （2-3）故反壓力為： p3=20%×1150=230kn（大約23t）3.1.4 總壓

18、力工件完成精沖所需的總壓力pt是選用壓力機(jī)的主要依據(jù)，根據(jù)參考文獻(xiàn)1 p94 pt=p1+p2'+p3 （2-4）式中 p1沖裁力（n）； p2'保壓壓邊力（n）； p3反壓力（n）由于在實(shí)踐過(guò)程中發(fā)現(xiàn)v形環(huán)壓邊圈壓入材料所需的壓邊力p2，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于精沖過(guò)程中為了保證工件剪切面質(zhì)量要求v形環(huán)壓邊圈保持的壓力p2',一般p2'只有p2的30%50%。故保壓壓邊力：p2'=（30%50%）p2=200kn（大約20t）故總壓力為： pt=p1+p2'+p3=1150+200+230=1580kn（大約158t）3.1.5 卸料力和頂件力精沖完畢，在滑塊

19、回程過(guò)程中不同步的完成卸料和頂件。壓邊圈將廢料從凸模上卸下，反壓板蔣工件從凹模中頂出。卸料力p4和頂件力p5可以按參考文獻(xiàn)1 p95經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：p4=5%10%p1=115kn(大約11.5t) (2-5)p5=5%10%p1=115kn(大約11.5t) (2-6)4 模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4.1 凸模、凹模和凹凸模結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)4.1.1 凸模的結(jié)構(gòu)形式根據(jù)參考文獻(xiàn)3 p83 表2-43選擇凸模的結(jié)構(gòu)形式，在經(jīng)過(guò)比較之后，選擇剛度好，便于裝配，固定方便的圓形凸模b，如圖4-1所示圖4-1 凸模結(jié)構(gòu)圖4.1.2 凹模的結(jié)構(gòu)形式該凹模的作用是與凹凸模一起，沖裁出該扇形齒板的外形。結(jié)構(gòu)如圖4-2所示。圖4

20、-2凹模結(jié)構(gòu)圖4.1.3 凹凸模結(jié)構(gòu)凹凸模需要同時(shí)與凸模以及凹模配合工作，來(lái)完成對(duì)齒板外形的沖裁和內(nèi)部孔的沖裁。 4.2 確定模具的結(jié)構(gòu)形式因?yàn)橹萍纳a(chǎn)批量較大，選擇復(fù)合模具和級(jí)進(jìn)模都可以完成，但考慮到加工要求和設(shè)計(jì)的難度，所以采用復(fù)合模。根據(jù)制件的尺寸和精度要求，齒板外形精度為it10級(jí)，表面粗糙度值為ra0.6微米，外形尺寸精度和表面質(zhì)量要求都比較高，且整個(gè)零件表面要求平整光滑，斷面質(zhì)量要求良好。這種條件下，復(fù)合模是最合適的加工方法，其他的加工方式都難免會(huì)有不足之處。精沖模具的結(jié)構(gòu)，有固定凸模式和活動(dòng)凸模式兩種。對(duì)于在普通壓力機(jī)上加液壓模架的精沖，一般選擇固定凸模式結(jié)構(gòu)，即凹模和凸模裝在

21、下底板上。這種結(jié)構(gòu)受力平衡，但因精沖后制件，條料和沖孔廢料都留在了模子上，操作不便。因此，根據(jù)產(chǎn)品的使用個(gè)要求，決定只對(duì)外形精沖，對(duì)孔做一般沖孔來(lái)處理。這樣可以將固定凸模式結(jié)構(gòu)倒過(guò)來(lái)裝，沖孔廢料可以從下面漏出，操作方便又安全，如圖4-4所示。倒裝模具結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)：（1） 采用彈壓卸料裝置，使沖制出的工件平整，表面質(zhì)量好。（2） 采用打料桿將制件或者廢料沖凹?？字写蛳?，因而制件或廢料不在凹模孔內(nèi)積聚，可以減少制件或廢料對(duì)孔的漲力。從而可以減少凹模壁厚，使凹模的外形尺寸縮小，節(jié)省模具的材料。（3） 制件或廢料不在凹模孔內(nèi)積聚，可以減少制件或廢料對(duì)刃口的磨損，減少凹模的刃磨次數(shù)，從而提高了凹模的使用壽

22、命。（4） 制件或者廢料不再凹模內(nèi)積聚，因此也就沒(méi)有必要加工凹模的反面孔（出料孔）?？梢钥s短模具的制作周期，降低模具的加工費(fèi)用。由于所選用的倒裝結(jié)構(gòu)是將凹凸模裝在下模座上，所以不用考慮落料的廢料如何排出的問(wèn)題，只需要考慮如何將制件和沖孔廢料如何從凸模和凹凸模上卸下的問(wèn)題。這些問(wèn)題已經(jīng)通過(guò)精沖模具的常用方式解決。4.3 卸料與出料裝置精沖完成后，上模上行，下液壓缸通過(guò)托桿，齒圈壓板將條料從凹凸模上退出，上液壓缸通過(guò)推桿和反壓板將制件從凸模和凹模中頂出。廢料從凹凸模的孔中通過(guò)下模板的廢料槽排出。5 模具零件的選用與設(shè)計(jì)5.1 模具零件的選用與設(shè)計(jì)根據(jù)工件的加工特點(diǎn)，有沖孔13，沖孔2-15，沖孔2

23、.25和齒板外形的精沖。 5.1.1 固定板上模固定板選用參考文獻(xiàn)3 p 116117 表2-65矩形固定板，選取jb/t7643.2中的標(biāo)準(zhǔn)模版，有關(guān)數(shù)據(jù)315×250×28。下模固定板選用參考文獻(xiàn)3 p 116117 表2-65矩形固定板，選取jb/t7643.2中的標(biāo)準(zhǔn)模版，有關(guān)數(shù)據(jù)250×250×28。5.1.2 墊板上模墊板選用參考文獻(xiàn)3 p 118 表2-67矩形墊板，選取jb/t7643.3中的標(biāo)準(zhǔn)模板，有關(guān)數(shù)據(jù)315×250×8。下模墊板選用參考文獻(xiàn)3 p 118 表2-67矩形墊板，選取jb/t7643.3中的標(biāo)準(zhǔn)模

24、板，有關(guān)數(shù)據(jù)250×250×8。5.1.3 凹模凹模的材料選用cr12mov模具鋼，該材料的淬透性、淬火回火的硬度、耐磨性、強(qiáng)度均比較高，適合做尺寸較大的沖孔凹模。凹模采用板狀結(jié)構(gòu)和直接通過(guò)螺釘，銷釘和上模座固定的方式。根據(jù)參考文獻(xiàn)3 p 96公式：l=l+2c （5-1）b=b+2c （5-2）式中 l沿凹模長(zhǎng)度方向刃口型孔的最大距離（mm）； b沿凹模寬度方向刃口型孔的最大距離（mm）； c凹模壁厚（mm）。其中 l=164mm； b=95mm; c考慮布置螺孔和銷孔的需要，再參照參考文獻(xiàn)3 p 97 表2-48根據(jù)材料厚度為3mm選取c的范圍為3848mm。 故： l

25、=230mm； b=190mm； 根據(jù)參考文獻(xiàn)3 p 97公式：h= k1k230.1×f （5-3）其中 f沖裁力（n）； k1凹模材料修正系數(shù)； k2凹模刃口周邊長(zhǎng)度修正系數(shù)。其中 f=1150kn； k1=1(材料為合金工具鋼取1)； k2=1.37（根據(jù)參考文獻(xiàn)3 p97 表2-49查得）。故 h=66.62mm。由于該公式計(jì)算的是整體式凹模的厚度，本設(shè)計(jì)中凹模并不是直接固定在模座上，而是通過(guò)固定板再固定在模座上，所以可以在厚度上去除固定板的厚度28mm，再根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)凹模尺寸系列進(jìn)行修正，取40mm。5.1.4 凸模 材料選用cr12mov。由于沖裁力較大，使用t10a等材料其

26、硬度不夠，因而使用淬透性、淬火回火的硬度、耐磨性、強(qiáng)度等性能均優(yōu)良的cr12mov。凸模的結(jié)構(gòu)已經(jīng)確定，需要計(jì)算凸模的長(zhǎng)度。根據(jù)圖6倒裝結(jié)構(gòu)可以得出凸模的長(zhǎng)度只需計(jì)算凹模與上模固定板的厚度。凹模的厚度為40mm，固定板厚度為28mm，所以凸模長(zhǎng)度為68mm。根據(jù)參考文獻(xiàn)3表10-2 選取標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度為70mm。（1） 沖孔凸模1 用于沖13孔，根據(jù)參考文獻(xiàn)3 表10-2，選取b型標(biāo)準(zhǔn)圓凸模。（2） 沖孔凸模2用于沖15孔，根據(jù)參考文獻(xiàn)3表10-2，選取b型標(biāo)準(zhǔn)圓凸模。（3） 沖孔凸模3用于沖5.2孔，根據(jù)參考文獻(xiàn)3表10-2，選取b型標(biāo)準(zhǔn)圓凸模。5.1.5 凹、凸模固定方式凸模采用凸緣固定方式，結(jié)

27、構(gòu)簡(jiǎn)單，剛度好。凹模是使用螺釘緊固，銷釘定位的方式。緊固可靠。由于在確定壓力中心時(shí)，壓力中心與模柄中心并未重合，加工時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)扭矩，采用如粘結(jié)方式的固定方式容易被破壞。5.1.6 定位使用的是兩個(gè)擋料銷進(jìn)行對(duì)板料定位。5.2 凸、凹模的尺寸計(jì)算5.2.1 13沖孔的凸、凹模尺寸計(jì)算已知孔130+0.11根據(jù)參考文獻(xiàn)2 p 277 沖孔零件的要求，當(dāng)精沖件要求內(nèi)形尺寸n+時(shí)，應(yīng)以凸模為基準(zhǔn)。凸模尺寸：b=g-25% （5-4）式中 b內(nèi)形凸模名義尺寸（mm）； g零件的最大尺寸（mm）； 零件的公差（mm）。其中 g=13.11mm； =0.11mm。故凸模名義尺寸： b=13.11-25%&

28、#215;0.11 =13.083mm根據(jù)參考文獻(xiàn)2 p 279 精沖間隙 圖5-66 查得該孔的精沖間隙為0.008mm。故13孔的凹模尺寸為13.099。5.2.2 15沖孔的凸、凹模尺寸計(jì)算 已知孔15。 由于該孔沒(méi)有公差要求，可以按照普通沖裁的方式來(lái)處理。根據(jù)參考文獻(xiàn)3 p 53 表2-20 查得沖裁間隙為0.25mm。 故凸模尺寸為15mm. 凹模尺寸為15.5mm。5.2.3 5.2沖孔的凸、凹模尺寸計(jì)算 已知孔5.2與扇形的圓心有位置公差要求，所以根據(jù)參考文獻(xiàn)2 p 277，按照以凹模為基準(zhǔn)。 凹模尺寸：a=k+25% （5-5）式中 a凹模名義尺寸（mm）； k零件的最小尺寸（

29、mm）； 零件公差（mm）。其中 k=5.105mm； =0.19mm。 故凹模名義尺寸： a=5.105+25%×0.19 =5.1525mm 根據(jù)參考文獻(xiàn)2 p 279 精沖間隙 圖5-66 查得精沖間隙為0.015mm。 故凸模尺寸為：5.1225mm。5.2.4 外形沖裁的凸、凹模尺寸計(jì)算 如圖1-1所示，扇形外形尺寸為164.5-0.160。 根據(jù)參考文獻(xiàn)2 p 277 落料零件的要求，當(dāng)精沖件要求外形尺寸為n-時(shí)，應(yīng)以凹模為基準(zhǔn)。 凹模尺寸：a=k+25% （5-6）式中 a凹模名義尺寸（mm）； k零件的最小尺寸（mm）； 零件公差（mm）。其中 k=164.34mm；

30、 =0.16mm。 故凹模名義尺寸為： a=164.34+25%×0.16=164.38mm根據(jù)參考文獻(xiàn)2 p 279 精沖間隙 圖5-66 查得外形的精沖間隙為0.011mm。故凸模尺寸為164.369mm。5.3 復(fù)合凸模的設(shè)計(jì)材料選用cr12mov。由于沖裁力較大，使用t10a等材料其硬度不夠，因而使用淬透性、淬火回火的硬度、耐磨性、強(qiáng)度等性能均優(yōu)良的cr12mov。復(fù)合凸模的結(jié)構(gòu)如圖5-3所示。圖5-3 凹凸模本模具組合了沖孔和落料的結(jié)構(gòu)，另外廢料的排除通道也在該復(fù)合凸模的內(nèi)部，加工精度比較高，且略復(fù)雜。該模具采用嵌入固定板的方式，用螺釘將其與墊板固定，固定方式比較簡(jiǎn)單，且容

31、易更換。5.4 模架選用由于該加工件精度要求較高，所以選用液壓模架來(lái)配合進(jìn)行加工。模具的周界尺寸為230*190，所以選用yma-1型精沖液壓模架。其最大閉合高度為310mm，最小閉合高度為280mm。5.6 壓力機(jī)選用 為了節(jié)約成本，選用普通壓力機(jī)來(lái)完成沖壓過(guò)程。根據(jù)參考文獻(xiàn)3 p 36表1-40，選擇型號(hào)為j31-160a的閉式單點(diǎn)壓力機(jī)。公稱壓力為1600kn大于總壓力1580kn。閉合高度為265360mm，模具高度在其工作范圍內(nèi)。所以選用該壓力機(jī)沒(méi)有問(wèn)題。6 模具的校核6.1 凸模的校核凸模的強(qiáng)度，通常核算最小斷面的壓應(yīng)力和縱向保持穩(wěn)定的最大長(zhǎng)度。6.1.1 5.2沖孔凸模校核根據(jù)參

32、考文獻(xiàn)1 p 253 表4-1中圓形凸模的強(qiáng)度核算公式：lmax=/8 ed03/t （6-1）式中 e凸模材料彈性模量（mpa）； d0凸模大端直徑（mm）； t沖件材料厚度（mm）； 沖件材料抗剪強(qiáng)度（mpa）。其中 e=210000mpa； d0=8mm； t=2mm； =300mpa；故： lmax= /8ed03/t =/8×210000×83/(3×300) =135mm l=70mmlmax=135mm所以5.2沖孔凸模的強(qiáng)度足夠。6.1.2 13沖孔凸模校核 根據(jù)參考文獻(xiàn)1 p 253 表4-1中圓形凸模的強(qiáng)度核算公式：lmax=c ed03/t （6-2）式中 c系數(shù)； e凸模材料彈性模量（mpa）； d0凸模大端直徑（mm）； t沖件材料厚度（mm）； 沖件材料抗剪強(qiáng)度（mpa）。其中 e=210000mpa； d0=18mm； t=2mm； =300mpa； c根據(jù)參考文獻(xiàn)