畢業(yè)設(shè)計（論文）-十字墊片落料模設(shè)計

PAGE16目錄TOC\o"1-3"\h\u121091．緒論 3184641.1模具在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中作用 375722落料模工藝及模具設(shè)計 5173162.1沖裁件的工藝性分析 529732.2確定工藝方案 5155872.3沖裁件的排樣和搭邊 698382.3.1計算零件展開尺寸 6263472.3.2排樣 637222.3.3搭邊 6315102.4沖裁工藝力 7284582.4.1凸﹑凹模間隙值的確定 7312222.4.2確定刃口的加工方法 7102122.4.3沖裁力的計算 9268392.4.4卸料力﹑推件力和頂件力計算 9257872.4.5模具壓力中心的確定 961462.4.6初步選定沖壓設(shè)備 1082942.5落料沖孔模主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 1083752.5.1凸模、凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計 10315782.5.2凸凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計 12292092.5.3定位零件的設(shè)計與標(biāo)準(zhǔn) 12280492.5.4卸料與推件零件的設(shè)計 13166372.5.5緊固零件的設(shè)計與標(biāo)準(zhǔn) 1316482.5.6橡膠墊的計算 148622.5.7模柄的選用 15162392.5.8凸模固定板與墊板 15252432.5.9沖模模架的型號與選擇 15253882.5.10模具零件的材料選用 1647772．6模具結(jié)構(gòu)圖 1625169參考文獻(xiàn) 181．緒論1.1模具在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中作用沖壓加工作為一個行業(yè)，在國民經(jīng)濟(jì)的加工行業(yè)中占有重要的地位。根據(jù)統(tǒng)計，沖壓件在各個行業(yè)中均占相當(dāng)大的比重，尤其在汽車、電機(jī)、儀表、軍工、家用電器等方面所占比重更大[1]。沖壓加工的應(yīng)用范圍極廣，從精細(xì)的電子元件、儀表指針到重型汽車的覆蓋件和大梁、高壓容器封頭以及航空航天器的蒙皮、機(jī)身等均須沖壓加工?！澳＞呤枪I(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)工業(yè)的工藝準(zhǔn)備”也已經(jīng)取得了共識，60%～80%的零部件都要依靠模具成形（型）。用模具生產(chǎn)制件所具備的高精度、高復(fù)雜程度、高一致性、高生產(chǎn)率和低消耗，是其它加工制造方法所不能比擬的。模具又是“效益放大器”，用模具生產(chǎn)的最終產(chǎn)品的價值[2]，往往是模具自身價值的幾十倍、上百倍。目前全世界模具年產(chǎn)值約為600億美元。日、美等工業(yè)發(fā)達(dá)國家的模具工業(yè)產(chǎn)值已超過機(jī)床工業(yè)。近幾年，我國模具工業(yè)一直以每年15%左右的增長速度發(fā)展，2003年，我國模具總產(chǎn)值超過400億元人民幣。隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對工業(yè)產(chǎn)品的品種、數(shù)量、質(zhì)量及款式都有越來越高的要求。為了滿足人類的需要，世界上各工業(yè)發(fā)達(dá)國家都十分重視模具技術(shù)的開發(fā)，大力發(fā)展模具工業(yè)，積極采用先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備，提高模具制造水平，并取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。美國是世界上超級經(jīng)濟(jì)大國，也是世界模具工業(yè)的領(lǐng)先國家?，F(xiàn)在大家都認(rèn)識到，研究和發(fā)展模具技術(shù)，對于促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有特別重要的意義。模具技術(shù)已成為衡量一個國家產(chǎn)品制造水平的重要標(biāo)志之一。模具工業(yè)能促進(jìn)工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)的發(fā)展和質(zhì)量的提高，并能獲得極大的經(jīng)濟(jì)效益[16]，因而引起了各個國家的高度重視和贊助。在日本，模具被譽(yù)為“進(jìn)入富裕社會的原動力”，在德國則冠之以“金屬加工業(yè)中的帝王”，在羅馬尼亞視為“模具就是黃金”。因此可以斷言，隨著工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，模具工業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中的地位將日益提高，模具技術(shù)也會不斷發(fā)展，并在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中發(fā)揮越來越重要的作用。2落料模工藝及模具設(shè)計2.1沖裁件的工藝性分析如圖2-1和2-1-1所示工件為插板零件圖，材料為Q235鋼，取σb=235Mpa。料厚為t=1mm，生產(chǎn)性質(zhì)屬大批量生產(chǎn)。圖2-1零件圖(1)零件的經(jīng)濟(jì)性分析沖裁件的工藝性是指該工件在沖裁加工中的難易程度。良好的沖裁工藝性應(yīng)保證材料消耗少、工序數(shù)目少、模具結(jié)構(gòu)簡單而壽命長，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、操作簡單等。此零件是一個簡單的插板。零件尺寸公差無特殊要求，按IT11級選取，利用普通沖裁方式可達(dá)到圖樣要求。由于該件形狀規(guī)則對稱，大批量生產(chǎn)，所以適合沖裁加工。(2)沖裁件的結(jié)構(gòu)工藝性，見表2-1所示內(nèi)容：表2-1沖裁件的結(jié)構(gòu)工藝性工藝性質(zhì)沖壓件工藝項目工藝性允許值工藝性評價落料工藝性1落料形狀落料外形符合工藝性2材料Q235常用材料范圍沖壓工藝性好2.2確定工藝方案從零件的結(jié)構(gòu)形狀可知，零件所需的沖壓基本工序為：落料。根據(jù)零件特點和工藝要求，考慮零件精度不高，定位準(zhǔn)確。需要大批量生產(chǎn)，采用單工序模，倒裝形式。2.3沖裁件的排樣和搭邊2.3.1計算零件展開尺寸如圖2-2所示，坯料展開尺寸分段計算可得：通過CAD計算，坯料總尺寸L切斷=442.3.2排樣排樣是指沖裁件在條料、帶料或板料上的布置方法。合理的排樣和選擇適當(dāng)?shù)拇钸呏担墙档统杀竞捅ＷC工件質(zhì)量及模具壽命的有效措施。排樣的方式有多種多樣，為了節(jié)約金屬和減少廢料，考慮到坯料形狀為矩形，采用單排最適宜。模具沿工件全部外形進(jìn)行沖裁，工件周邊都留有搭邊。這種排樣能保證沖裁件的質(zhì)量，沖模壽命也長。具體排布如圖2-3所示。圖2-3排樣分布圖2.3.3搭邊搭邊的作用是為了補(bǔ)償定位誤差，保證沖出合格的沖件，以及保證材料有一定剛度，便于送料。從節(jié)省材料出發(fā)，搭邊值應(yīng)愈小愈好，但過小的搭邊容易擠進(jìn)凹模，增加刃口磨損，降低模具壽命。一般來說，搭邊值是由經(jīng)驗確定的，取搭邊沿邊a=2.5mm，工件間a1=2.5mm，查表2.4沖裁工藝力2.4.1凸﹑凹模間隙值的確定設(shè)計模具時，一定要選擇一個合理的間隙，使沖裁件的斷面質(zhì)量好，尺寸精度高，模具壽命長，所需沖裁力小。確定合理間隙的方法主要有理論計算法和查表選取法兩種。通過查表選取法，選擇Zmin=0.08mm，Zmax=0.12mm。（查[1]表得沖裁模刃口雙面間隙Z（機(jī)電行業(yè)用））。2.4.2確定刃口的加工方法沖裁件的尺寸精度取決于凸，凹模刃口部分的尺寸。沖裁的合理間隙也要靠凸、凹模刃口部分的尺寸來實現(xiàn)和保證。所以正確地確定刃口部分尺寸是相當(dāng)重要的。由于加工模具的方法不同，凸模與凹模刃口部分尺寸不的計算公式與制造公差的標(biāo)注也不同，刃口尺寸的計算方法可分為以下兩種情況：凹模與凸模分開加工，凸模和凹模配合加工。由[1]表得：=0.12mm,=0.08mm。另外經(jīng)查表得凸模刃口尺寸制造偏差QUOTE=0.02mm;凹模刃口尺寸制造偏差QUOTE=0.02mm。因為QUOTE+QUOTE=0.04mm≤—，所以設(shè)計合理。對于沖孔凸、凹模，有：QUOTE(2.1)QUOTE（2.2）式中：QUOTE、QUOTE—沖孔凸、凹模基本尺寸（mm）；QUOTE—工件制造公差（mm）；X—因數(shù)，其值可查表2—3[1]得落料凸、凹模對于形狀復(fù)雜或料薄的沖裁件，為了保證凸、凹模之間一定的間隙值，必須采用配合加工。此方法是先加工好其中的一件（凸?；虬寄＃┳鳛榛鶞?zhǔn)件，然后以此基準(zhǔn)件為標(biāo)準(zhǔn)來加工另一件，使它們之間保持一定的間隙。由于復(fù)雜形狀工件各部分性質(zhì)不同，凸模和凹模磨損后，尺寸變化的趨勢不同，所以基準(zhǔn)件的刃口尺寸計算得方法也不相同。落料：零件應(yīng)以凹模為基準(zhǔn)件，然后配作凸模。先做凹模，凹模磨損后，刃口尺寸變化有增大、減小、不變?nèi)N情況。因此凹模刃口尺寸應(yīng)按不同情況分別計算。Ad=(Amax-xΔ)+0δd（2.3）Bd=(Bmin+xΔ)0-δd（2.4）③凹模磨損后尺寸不變，則按下述三種情況計算制件尺寸為C+Δ0Cd=(Cmin+0.5Δ)0.5δd（2.5）制件尺寸為C0-ΔCd=(Cmin-0.5Δ)0.5δd（2.6）制件尺寸為C±ΔˊCd=Cmin0.5δd（2.7）式中：AdBdCd——凹模刃口尺寸（mm）；A、B、C——工件標(biāo)稱尺寸（mm）；Δ—工件公差（mm）；δd--凹模制造公差，δd=Δ/4；Δ＇—工件偏差，對稱偏差時，Δ＇=Δ/2。根據(jù)零件形狀，凹模磨損后其尺寸變化有三種情況：（1）凹模磨損后，尺寸A1﹑A2﹑A3﹑A4由查表[1]得：X1=X2=X3=X4=1由公式（2.3）得：A1d=(128-0.11)+00.25×0.11=127.89+0A2d=(64-0.11)+00.25×0.11=63.89+0A3d=(96-0.11)+00.25×0.11=95.89+0A4d=(36-0.11)+00.25×0.11=35.89+0由表[1]查得Zmin=0.08mm，Zmax=0.12mm。該零件凸模刃口各部分尺寸按上述凹模的相應(yīng)尺寸配置，保證雙面間隙值Zmin~Zmax=0.08~0.12mm。2.4.3沖裁力的計算計算沖裁力的目的是為了合理的選擇壓力機(jī)和設(shè)計模具，壓力機(jī)的噸位必須大于所計算的沖裁力，以適應(yīng)沖裁的要求。一般情況下，材料的σb=1.3τ，σb=235MPa，為計算方便，可用下列計算沖裁力F（N）F=Ltσb=448×1×235=105280N式中L—沖裁件周邊長度（mm）；t—材料厚度（mm）；σb—材料的抗拉強(qiáng)度（MPa）。2.4.4卸料力﹑推件力和頂件力計算為了使沖裁過程連續(xù)，操作方便，就需把套在凸模上的材料卸下，把卡在凹?？變?nèi)的沖件或廢料推出。從凸模上將零件或廢料卸下來所需的力稱卸料力F卸，順著沖裁方向?qū)⒘慵驈U料從凹模腔推出的力稱推件力F推，逆著沖裁方向?qū)⒘慵驈U料從凹模腔頂出的力稱頂件力F頂。F卸、F推、F頂是由壓力機(jī)和模具的卸料、頂件裝置獲得的。要準(zhǔn)確計算這些力是困難的，實際生產(chǎn)中常用下列經(jīng)驗公式計算F卸=K卸FF推=K推FF頂=K頂F在設(shè)計過程中，采用彈性卸料裝置和下出料方式，凹模刃口直臂高度h=6mm。卸料力：由表[1]查得K卸=0.04；F頂=0.06，所以：F卸=0.04×105280=4211.2（N）F頂=0.06×105280=6316.8（N）沖壓力F總=F+F卸+F頂=105280＋6316.8+4211.2=116808(N)2.4.5模具壓力中心的確定沖裁模的壓力中心就是沖裁力合力的作用點。沖壓時，模具的壓力中心一定要與沖裁滑塊的中心線重合。否則滑塊就會承受偏心載荷，使模具歪斜，間隙不均，從而導(dǎo)致沖床滑塊與導(dǎo)軌和模具的不正常磨損，降低沖床和模具的壽命。因該硬盤支架形狀對稱，則壓力中心位于其對稱中心線的交點。2.4.6初步選定沖壓設(shè)備由沖孔落料模的落料沖裁力遠(yuǎn)大于沖孔時需要的力，故只需要按落料時的沖裁力來選擇壓力機(jī)的公稱壓力。為安全起見，防止設(shè)備超載，可按公稱壓力F壓≥F總的原則選取壓力機(jī)。由于計算F總時以加安全系數(shù)，故可得：F壓≥116808kN沖壓設(shè)備的選擇主要是根據(jù)沖壓工藝性質(zhì)、生產(chǎn)批量大小、沖壓件的幾何形狀、尺寸及精度要求等因素來確定的。參照（參照表[9]常見沖壓設(shè)備與應(yīng)用），初步選擇160kN的開式壓力機(jī)，相關(guān)數(shù)據(jù)如下：公稱力：160滑塊行程：70滑塊行程次數(shù):115最大閉合高度：300裝模高度調(diào)節(jié)量：60喉口深度：160立柱距離：220工作臺尺寸左-右：550前-后：550工作臺孔尺寸直徑：160模柄孔尺寸直徑：50深度：602.5落料沖孔模主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計2.5.1凸模、凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計（1）落料凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計凹模的外形尺寸是指凹模的高度、長度與寬度（矩形凹模）或高度與外徑（圓形凹模）。凹模板的高度直接影響到模具的使用，高度過小，影響凹模的強(qiáng)度和剛度；高度過大，會使模具的體積和閉合高度增大，從而增大了模具的重量。長度與寬度的選擇直接與高度有關(guān)，同時也是選擇模架外形尺寸的依據(jù)。工作時，凹模刃口周邊承受沖裁力和彎曲力矩的作用，刃壁上承受分布不均勻的擠壓力作用。所以，凹模實際受力情況十分復(fù)雜，生產(chǎn)中按照經(jīng)驗公式確定凹模的外形尺寸。通常是根據(jù)制件的厚度和排樣圖所確定的凹模型孔孔壁間最大距離為依據(jù)，計算凹模的外形尺寸。其公式如下：凹模厚度：H=Kb(2.8)這里系數(shù)K根據(jù)表2-24[12]查得K=0.42,所以H=0.42×128≈53.76凹模長度和寬度L、B：L=259mm，B=式中：b—沖裁件的最大外形尺寸；K—系數(shù)，根據(jù)板料厚度的影響，可參照表[12]。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)（GB2863.4—81及GB2863.5—81），凹模采用材料Cr12MoV，熱處理硬度為56~60HRC。圖2-5落料凹模零件圖2.5.2凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計凸模的最小壁厚值，一般由經(jīng)驗數(shù)據(jù)決定。對于黑色金屬和硬質(zhì)材料約為工件料厚的1.5倍，但不小于0.7mm；對于有色金屬及軟材料約等于工件料厚，但不小于0.5mm。凸模長度確定凸模長度HtaHta=H0-F0+FX-1+（20~25）=20+10+31-1=60mm（2.10）式中：H0—彈簧的自由長度，mm；F0—橡膠壓縮量，mm；FX—卸料板厚度，mm。其結(jié)構(gòu)見下2-6圖所示：圖2-6凸模零件圖2.5.3定位零件的設(shè)計與標(biāo)準(zhǔn)沖模定位裝置的作用是保證條料的正確送進(jìn)及在模具中的正確位置。條料在模具送料平面中必須有兩個放心的限位：一是在與條料垂直的方向上的限位，保證條料沿正確的方向送進(jìn)，稱為送進(jìn)導(dǎo)向；二是在送料方向上的限位。在選擇定位的方式和確定定位零件的結(jié)構(gòu)形式時，應(yīng)根據(jù)坯料形式、模具結(jié)構(gòu)、沖件的精度和生產(chǎn)率的要求等來具體的對待。（1）導(dǎo)料銷導(dǎo)料板有與卸料板分離和聯(lián)成整體的兩種結(jié)構(gòu)。導(dǎo)料板與條料的間隙，當(dāng)無側(cè)壓板時取0.5QUOTE1.5mm;有側(cè)壓板時取5QUOTE8mm。導(dǎo)料板厚度一般為材料厚度的2.5QUOTE4倍，材料厚度取小值?？紤]經(jīng)濟(jì)性，加工難易程度原則，這里采用聯(lián)成整體的結(jié)構(gòu)。為使條料順利通過，導(dǎo)料板間的距離應(yīng)等于條料的最大寬度加上一間隙值（2）擋料銷擋料銷起定位作用，用它擋住搭邊或沖件輪廓，以限定條料送進(jìn)距離，它可以分為固定擋料銷、活動擋料銷和始用擋料銷。在設(shè)計中，采用活動擋料銷。從經(jīng)濟(jì)性原則考慮，采用活動擋料銷相關(guān)數(shù)據(jù)查表[8]活動擋料銷。2.5.4卸料與推件零件的設(shè)計卸料裝置主要用來在沖壓工作完成后從凸模上卸下條料或廢料，有時也起壓料或凸模導(dǎo)向的作用，此外還兼有保護(hù)凸模強(qiáng)度、防止沖裁時材料的變形的作用。而把沖件或廢料從凹模中卸下則稱為推件（裝在上模）或頂件（裝在下模）。卸料裝置的形式較多，它包括固定卸料板、活動卸料板、彈壓卸料板和廢料切刀等幾種。在設(shè)計中，采用彈性卸料板，彈壓卸料裝置是由卸料板、彈性元件（彈簧或橡膠）、卸料螺釘?shù)攘慵M成。卸料板孔和凸模的單邊間隙Z／2=0.1-0.5t（t為材料厚度，mm）,硬材料的單邊間隙取大值，軟材料取小值。卸料板孔與凸模的單邊間隙值從表[6]中選取。表2-2卸料板孔與凸模的單邊間隙材料厚度t/mmQUOTE0.50.5QUOTE1>1單邊間隙QUOTE/2/mm0.050.10.15為了可靠卸料，彈壓卸料板應(yīng)高出凸模0.2~0.5mm。卸料板的尺寸厚度查表[6]得彈性卸料板的厚度H。表2-3彈性卸料板的厚度H沖件厚度t卸料板寬度BQUOTE5050QUOTE8080QUOTE125125QUOTE200>200QUOTE0.88101214160.8QUOTE11012141618在工廠的實際生產(chǎn)中，沖壓單個毛坯時直接采用橡膠緊箍在凸模上進(jìn)行卸料，這樣可以使模具設(shè)計、加工以及維修簡單化，縮短周期，降低成本。2.5.5緊固零件的設(shè)計與標(biāo)準(zhǔn)卸料板螺釘孔的確定見圖2-8所示。H=h1+h2+1-h3-L=50+43+1-10-78=6mm（2.11）并且H=h+h4+（3~5）式中：h—螺釘頭部高度（mm）；h1—模板高度（mm）；h2—凸凹模高度（mm）；h3—卸料板厚度（mm）；h4—刃口修磨量（mm）；L—卸料螺釘長度（mm）。2.5.6橡膠墊的計算橡膠是沖模中常用的彈性元件，其許用負(fù)荷比彈簧大，安裝調(diào)整也很方便。卸料、頂件常選用硬橡膠，拉壓邊多選用軟橡膠。橡膠墊的選用原則如下：（1）為保證橡膠墊不過早失去彈性而損壞，其允許的最大壓縮量不得超過自由高度的45%，一般取h總=（0.35~0.45）h自由。由工作行程可計算出橡膠墊高度H：H=L／（0.25~0.35）(2.12)式中：H—橡膠墊自由狀態(tài)下的高度（mm）；L—考慮修模最后的卸料或壓邊的工作行程（mm）。根據(jù)工件材料厚度為1mm，沖裁時凸模進(jìn)入凹模深度取1mm，考慮模具維修時刃磨留量2mm，在考慮開啟時卸料高出凸模1mm，則總的工作形成L=5mm，根據(jù)式(2.12)，橡膠墊的自由高度H=L／（0.25~0.35）=15~20mm。取H=20mm。模具在組裝時橡皮的預(yù)壓縮量為H預(yù)=H×（10%~15%）=2~3mm。取H預(yù)=2mm由此可算出模具安裝橡皮的空間高度尺寸為18mm。（2）核算橡膠墊的高度和直徑0.5≤H／D≤1.5(2.13)式中D—橡膠墊直徑（mm）。若H／DQUOTE1.5，則可將橡膠分層，且兩層橡膠之間需加鋼制墊片；若H／D≤0.5，則增加橡膠層的高度，至H／DQUOTE0.5。（3）選用普通橡膠時要注意防油，橡膠周圍應(yīng)有適當(dāng)?shù)目臻g使橡膠受力后能自由變形。2.5.7模柄的選用中、小型模具通過模柄將上模固定在壓力機(jī)的滑塊上。模柄是作為上模與壓力機(jī)滑塊連接的零件。對它的基本要求是：一要與壓力機(jī)滑塊上的模柄孔正確配合，安裝可靠；二要與上模正確而可靠連接。在安裝模具時應(yīng)注意模柄尺寸與壓力機(jī)模柄孔直徑要一致。這里采用凸緣模柄，參照表[12]模柄(G2862.1-81)，相關(guān)數(shù)據(jù)如下是：基本尺寸40mm、QUOTE=90mm、H=70mm、h=10mm。2.5.8墊板（1）墊板墊板的作用是直接承受和擴(kuò)散凸模傳遞的壓力，以降低模座所受的單位壓力，保護(hù)模座以免被凸模斷面壓陷。如果凸模支承端面的單位壓力p大于模座材料的許用應(yīng)力[σp]，需加經(jīng)淬硬磨平的墊板；反之則不加。墊板厚度一般取4~12mm。本設(shè)計中取10mm，墊板的材料選用10鋼板Q235，熱處理硬度為HRC43~48。2.5.9沖模模架的型號與選擇模架指的是上模座、下模座、導(dǎo)柱、導(dǎo)套和模柄等的組合體，沖壓模具的全部零件都安裝在模架上。其主要作用是把模具的結(jié)構(gòu)及工作零件聯(lián)接起來，以保證模具工作部分在工作時有一個確定的相對位置。選擇模架結(jié)