止動件沖壓工藝與模具設計-畢業(yè)論文

緒論近年來，隨著先進制造技術(shù)的不斷發(fā)展，將沖壓工藝與現(xiàn)在高新技術(shù)相結(jié)合，使得沖壓工藝在深度和廣度上都取得了突飛猛進的進展。目前，沖壓工藝在高效精密沖壓、柔性模（軟膜）成形、無模多點成形、超塑性成形、爆炸和電磁等高能成形以及冷沖壓技術(shù)等方面取得了重大的進步。隨著國民經(jīng)濟的高速發(fā)展，市場對模具的需求量不斷增長。模具制造技術(shù)現(xiàn)已成為衡量一個國家制造業(yè)水平高低的重要標志，隨著與國際接軌的腳步不斷加快，市場競爭的日益加劇，人們已經(jīng)越來越認識到產(chǎn)品質(zhì)量、成本和新產(chǎn)品的開發(fā)能力的重要性。近年來，模具工業(yè)一直以15%左右的增長速度快速發(fā)展，許多模具企業(yè)加大了用于技術(shù)進步的投資力度，將技術(shù)進步視為企業(yè)發(fā)展的重要動力。一些國內(nèi)模具企業(yè)已普及了二維CAD，三維UG、Pro/Engineer等國際通用軟件，個別廠家還引進了C-Flow、DYNAFORM、MAGMASOFT等CAE軟件，并成功應用于沖壓模的設計中。

沖壓模具作為沖壓工藝中的一個重要因素，已成為當代工業(yè)生產(chǎn)的重要手段和工藝發(fā)展方向。它作為工業(yè)生產(chǎn)的主要工藝裝備是大批量生產(chǎn)同形產(chǎn)品的重要工具，是形成金屬或非金屬制件的基礎工藝裝備，它生產(chǎn)零部件所具有的生產(chǎn)效率高、節(jié)約原材料、操作簡單等優(yōu)點以及模具生產(chǎn)制件所具備的成本低、穩(wěn)定性好、良好的互換性、使用壽命長是其它加工制造方法所不能比擬的?，F(xiàn)代工業(yè)品的發(fā)展和技術(shù)水平的提高，很大程度上取決于模具工業(yè)的發(fā)展水平，因此模具工業(yè)對國民經(jīng)濟和社會發(fā)展將起越來越大的作用。

第一章止動件圖的繪制如下圖1-1所示，利用CAD，根據(jù)止動件尺寸及技術(shù)要求所繪制的工件圖。圖1-1止動件圖

第二章止動件的沖壓工藝分析2.1材料分析止動件材料為常用的金屬鈑金材料B3鋼，和Q235普通碳素結(jié)構(gòu)鋼的性質(zhì)差不多。含碳適中，綜合性能較好，強度、塑性和焊接等性能具有較好的配合，適合用來制作墊片等零件，也適合用來沖壓。2.2止動件形狀分析材料厚度0.5mm，止動件結(jié)構(gòu)簡單工、序數(shù)目少，模具結(jié)構(gòu)簡單而壽命高、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、操作簡單。止動件外部為長65mm、寬20mm的矩形與一段圓弧組合而成的形狀，中間為φ9mm的兩個關(guān)于矩形垂直對稱軸對稱的圓孔，滿足沖壓的條件。故可以利用沖裁加工獲得這種止動件。2.3止動件尺寸精度零件圖中尺寸均未標注尺寸精度和位置精度，沖裁件的經(jīng)濟公差等級不高于IT14級,一般落料公差等級最好低于IT10級,沖孔件公差等級最好低于IT9級，普通沖壓的沖孔精度一般在IT11~IT12級以下，所以精度能夠保證，可用一般精度的沖裁，故設公差等級取IT14級。由于工件的粗糙度沒有特殊要求，故選擇一般的粗糙度Ra=3.2μm。

第三章沖壓方案的確定3.1沖壓方案花墊圈從結(jié)構(gòu)形狀與要求來看，只要通過沖孔和落料兩個基本工序即可。有以下三種工序方案選擇：

方案一：先落料，后沖孔，采用兩套單工序模生產(chǎn)。方案二：落料—沖孔同時在多個工位上完成，采用級進模生產(chǎn)。方案三：落料—沖孔同時在一個工序上完成，采用復合模生產(chǎn)。3.2沖壓方案的選擇

方案一模具結(jié)構(gòu)簡單，制作容易，但需要兩副模具，增加了模具的制作成本，同時要進行兩道工序，導致生產(chǎn)效率降低，難以滿足大批量生產(chǎn)。方案二只需要一副模具，減少模具和設備的數(shù)量，降低了模具制作成本，生產(chǎn)效率高，操作方便，生產(chǎn)效率較高，精度也能滿足要求，易于實現(xiàn)自動化。但級進模輪廓尺寸比較大，結(jié)構(gòu)比單工序模復雜，成本高。方案三只需要一副模具，模具輪廓尺寸較小結(jié)構(gòu)緊湊，沖出的制件精度高，平整。板料定位精度低，但能滿足止動件的要求精度。通過對三種方案的分析和對比可以確定方案三為最佳方案。

第四章模具類型4.1模具類型的選擇由沖壓工藝分析可知，模具類型為復合模，能在同一副模具的相同位置，同時完成兩道或兩道以上不同沖壓工序。倒裝式復合模具結(jié)構(gòu)相對正裝簡單，加工更容易，制作成本相對低，故選擇倒裝式復合模具。4.2定位方式的選擇通過模具的材料是條料，所以選用定位銷來實現(xiàn)對沖裁條料的定位。4.3導向方式的選擇為提高模具壽命和工作質(zhì)量，安裝調(diào)整方便，模具結(jié)構(gòu)更簡單，該復合模采用后側(cè)導柱的導向方式。4.4卸料、出料方式的選擇卸料裝置分為剛性卸料裝置、彈性卸料裝置和廢料切刀三種。剛性卸料裝置卸料力大，工作可靠，常用于材料較硬、厚度較厚、精度要求不是很高的工件。但在卸料時，由于板料沒有受到壓料力的作用，導致沖裁帶孔部分有明顯的翹曲現(xiàn)象。彈性卸料裝置主要由卸料板、卸料螺釘和彈性元件（彈簧或橡皮）等構(gòu)成；主要用于材料較薄（小于或等于2mm）、硬度較小、精度要求高的沖裁；沖裁時彈性元件對板料有預緊作用力，故沖壓件的平整度比較高。彈性元件提供的卸料力比較小。廢料切刀主要用于大、中型零件沖裁或成形切邊時，卸料力要求大，利用廢料切刀將廢料切開，達到卸料的目的。止動件厚度0.5mm，相對較薄，尺寸較小，制件重量較輕，卸料力要求不大；墊片的平整度要求也不能過低；故采用彈性卸料。在倒裝式復合模具中，彈性卸料裝置安裝在下模。為了使模具結(jié)構(gòu)簡單，采用向下出件方式。4.5推件裝置的選擇推件裝置分為剛推件料裝置和彈性推件裝置。剛性推件裝置適用于對推件力要求大的制件；要使彈性推料裝置就要選擇好一點的彈性元件，這樣增大了模具的制作成本。為了推件平穩(wěn)可靠，成本低，選用剛性推件裝置。4.6

送料方式的選擇對于大批量生產(chǎn)的復合模，一般選用自動送料機構(gòu)送料。

第五章主要工藝參數(shù)的計算5.1排樣方式5.1.1排樣方式的選擇零件結(jié)構(gòu)簡單，條料從右至左送進，落料凸模的沖壓力比較均勻，零件形狀精度容易保證，為簡單方便選擇單列直排方式。5.1.2確定搭邊值和料寬止動件為非圓形，可根據(jù)下表5-1選擇搭邊值。表5-1手工送料時沖裁非圓形金屬制件最小搭邊值料厚t（mm)aa1≤121.5＞1～22.52＞2～332.5料厚t=1.5mm，搭邊值a=2mm，a1=1.5mm。該沖模選擇有側(cè)壓裝置，材料的料寬：（5-1）式中：Dmax一條料寬度方向沖裁件的最大尺寸；a—側(cè)搭邊值；一條料寬度的單向偏差。采用縱向排列，故Dmax=20mm；a=1.5mm得：△值可根據(jù)表5-2選擇：表5-2普通剪床用帶料寬度偏差△（mm）料寬50~100料厚t（mm）△≤10.5＞１～31＞3~41由t=0.5mm得：△=0.5所以5.1.3排樣方式圖如下圖5.1所示：圖5.1排樣方式圖5.2送料步距和利用率的計算5.2.1送料步距的計算按圖5.1的排樣方式，送料的步距為止動件的寬度與搭邊值的和，用S表示：為方便令S取整：S=22mm。5.2.2材料利用率的計算材料利用率是衡量材料是否合理利用的重要指標，在保證制件質(zhì)量的前提下，也決定板料的沖裁是橫向還是縱向。一塊板料的材料利用率：(5-2)式中:A0—一個制件的有效面積；A一一塊板料的面積；n—一塊板料所沖制件的總數(shù)。一塊板料的材料利用率為結(jié)構(gòu)廢料有工件的形狀決定，無法避免，材料的利用率滿足要求，故排樣方式合理。5.3沖壓力的計算5.3.1沖裁力的計算沖裁工序力包括沖裁力、卸料力、推件力、頂件力等，其中，最主要的是沖裁力的確定。沖裁時，凸模給材料施加壓力，材料對凸模產(chǎn)生反作用力，通常這種反作用力被稱為抗力，材料對凸模的最大抗力就是沖裁力。只有知道沖裁力才能保證正確的壓力機和合理設計模具。為了使結(jié)構(gòu)簡單，選擇一般平刃沖裁，平刃沖裁時的沖裁力：（5-3）式中：K—安全系數(shù)，K=1.3；t—材料厚度；—材料的抗剪強度；L—沖剪斷面的周長。材料抗剪強度可從材料手冊的機械性能中查出，，B3的性質(zhì)和Q235性質(zhì)相似，Q235未退火狀態(tài)在室溫下的=310～380MP，取380Mp。沖裁力為：5.3.2卸料力、推件力的計算在沖裁結(jié)束后，由于材料的彈性回復及摩擦的存在，使沖落部分的材料卡在凹模內(nèi)，而余下的材料則緊箍在凸模上，為使沖壓工作能繼續(xù)進行，必須將卡在凹模內(nèi)的這些材料推出，將緊箍在凸模上的材料卸下。卸下包在凸模上的材料所需的力叫卸料力；順著沖裁方向推出卡在凹模里的材料所需的力一般叫推件力。卸料力的計算公式：（5-4）推件力的計算公式：（5-5）式中：K1、K2—分別為卸料力、推件力n—同時卡在凹模的沖裁件（或廢料）的個數(shù)，n=h/t（h：凹模洞口的直壁高度）,n=6/0.5=12。K1、K2的取值可從表5-3中選取表5-3鋼板卸料力、推件力的系數(shù)材料厚度t/mmK1K2≤0.10.065~0.0750.10.1~0.50.045~0.0550.0630.5~2.50.04~0.050.0552.5~6.50.03~0.040.045＞0.02~0.030.03根據(jù)沖裁的性質(zhì)和厚度得：K1=0.055、K2=0.063。根據(jù)公式（5-4）、（5-5）得：綜上所述沖壓力為：5.4壓力機的選擇本模具采用彈壓卸料裝置，壓力機的公稱壓力必須大于或等于工序總力。查手冊選開式可傾壓力機型號為J23-16的壓力機。J23-16壓力機的主要參數(shù)：公稱壓力160，滑塊行程70mm，行程次數(shù)115次，最大封閉高度220mm，封閉高度調(diào)節(jié)量60mm，滑塊中心到床身的距離160mm，工作臺尺寸300×450mm，達到公稱壓力時滑塊距下止點的距離5mm，工作臺孔尺寸（前后220mm，左右110mm，直徑160mm），可傾斜角30度，模柄孔尺寸（直徑×深度）φ50mm×70mm，工作臺板厚度60mm。5.5壓力中心的確定模具壓力中心是指模具在工作時，被沖壓材料對沖模的反作用力合力的作用點，即沖模所受合力的作用點位置。為了模具正常的工作，模具的壓力中心必須與模柄的中心線重合，否則沖壓時便會產(chǎn)生偏力矩，使模具的導柱或沖床的滑塊單面受力，引起模具和導軌的過早損壞，加速刀口變鈍的速度，同時也會使沖模及壓力機滑塊歪斜，引起凸、凹模的間隙不均，使導向零件加速磨損，降低模具的壽命，有甚者引起壓力機導軌磨損加重，損壞壓力機。止動件為軸對稱形，外形簡單，可按照確定簡單形狀制件的壓力中心的原則來確定止動件的壓力中心。簡單形狀制件的壓力中心確定原則：（1）沖裁直線段時，壓力中心位于該線段的重點。（2）沖裁簡單對稱的沖件時，其壓力中心位于沖件輪廓圖形的幾何中心（即重心）。（3）形狀和尺寸相同的多個凸模對稱分布時，壓力中心與多個凸模的對稱中心相重合。

（4）形狀復雜的零件、多孔沖?；蚣夁M模的壓力中心，可以用以下解析計算法(5-6)(5-7)

求出。根據(jù)以上原則可以確定該模具的壓力中心在該制件的質(zhì)心，則壓力中心對稱軸上，如圖5-2所示：圖5-2止動件的坐標圖利用CAD對圖形進行分析該止動件的質(zhì)心坐標為（11mm，32.5mm）。由于前述計算的沖壓力比壓力機公稱壓力小很多，裕度較大，為便于模具設計、制造和裝配，本模具將壓力中心矩形的中心處。5.6模具刃口尺寸計算5.6.1沖裁間隙沖裁間隙是模具設計中的一個相當重要的參數(shù)，它對沖件的斷面質(zhì)量、模具壽命、卸料力、推件力以及沖裁件的尺寸精度等都有影響。在不同場合，沖裁間隙的概念定義也不同。在設計過程中所考慮的一般是凸、凹模刃口部分的尺寸之差。沖裁間隙過大、過小都是不合理的，只有選擇合適的沖裁間隙才能進行正常的沖裁生產(chǎn)。而不斷地沖裁又會使得凸、凹模磨損，凸模尺寸減小，凹模尺寸增大，沖裁間隙也就增大。根據(jù)材料力學性質(zhì)、制件的表面粗糙度和尺寸精度，按照經(jīng)驗數(shù)據(jù)來確定。經(jīng)驗數(shù)據(jù)參考如表5-4所示：表5-4沖裁模初始雙面間隙材料名稱45；T7，T8；磷青銅（硬）；鈹青銅（硬）10,15,20冷軋鋼；30鋼板；H62，H68（硬）；硅鋼片Q215,Q235;08,10,15;H62,H68(半硬)H62,H68(軟);純銅（軟）；3A12,5A02厚度初始間隙ZminZmaxZminZmaxZminZmaxZminZmax0.10.0150.0350.010.030.20.0250.0450.0150.0350.010.030.30.040.060.030.050.020.040.010.030.50.080.100.060.080.040.060.0250.0470.100.0450.0751.030.0650.95根據(jù)5-4得：Zmin=0.04mm，Zmax=0.06mm。5.6.2凸、凹制造公差的計算凸、凹模的加工方法有兩種，第一種是按互換性原則組織生產(chǎn)，叫分別制造法，第二種是按配合加工原則組織生產(chǎn)，叫配合加工法。該模具的設計過程按照互換性的原則進行設計，因此必須保證：式中：—凸模的制造公差；—凹模的制造公差。一般情況下?。海?-8）（5-9）故：；5.6.3沖孔凸、凹模刃口尺寸計算沖裁件的測量和使用中都是以光亮帶的尺寸為基準，沖孔件的光亮帶處于小端尺寸，沖孔件的光亮帶是凸模刃口擠切材料產(chǎn)生的，沖孔件的小端尺寸等于凸模尺寸。故沖孔時以凸模為基準件進行計算，間隙取在凹模上，沖裁間隙通過增大凹模刃口尺寸來取得，計算公式為：（5-10）（5-11）式中：dp、dd—沖孔凸、凹模的刃口尺寸；d—沖孔工件的基本尺寸；△—工件公差。如表5-5所示，GB/T1800.3-1998對應的部分△取值表5-5標準公差表（GB/T1800.3-1998）公差等級IT10IT11IT12IT13IT14IT15基本尺寸mm≤30.0400.06050.40＞3~60.0480.070.48＞6~100.0580.09060.58＞10~180.0700.1100.180.270.430.70＞18~300.0840.1300.210.330.520.84＞30~500.1000.1600.250.390.621.00＞50~800.1200.1900.300.460.741.2孔的基本尺寸為d=φ9mm，公差等級為IT14對應的公差△=0.36mm。如表5-5所示，磨損系數(shù)的取值：表5-6磨損系數(shù)材料厚度t（mm）非圓形工件x值圓形工件x值10.750.50.750.5工件公差Δ/mm≤1﹤0.160.17~0.35≥0.36﹤0.16≥0.161~2﹤0.200.21~0.41≥0.42﹤0.20≥0.202~4﹤0.240.25~0.49≥0.50﹤0.24≥0.24＞4﹤0.300.31~0.59≥0.60﹤0.30≥0.30根據(jù)材料的厚度、沖裁件的形狀以及工件公差△，依據(jù)表5-6得：x=0.5所以：5.6.4落料凸、凹模刃口尺寸計算落料件的光亮帶是因凹模刃口擠切材料產(chǎn)生的，落料件的光亮帶處于大端尺寸，且大端尺寸等于凹模尺寸所以落料時應先確定凹模刃口尺寸。以凹模為基準進行計算，間隙取在凸模上，沖裁間隙通過減小凹模刃口尺寸來取得。落料時計算的凹、凸模長度公差為：（5-12）（5-13）式中：Dp、Dd—落料凹、凸模的刃口長度；D—落料工件的長度；△—工件公差。矩形長度為20mm，根據(jù)表5-5公差等級為IT14對應的公差△=0.52mm。根據(jù)表5-6，按材料的厚度、沖裁件的形狀以及工件公差得x=0.5。所以：矩形寬度為65mm，根據(jù)表5-5公差等級為IT14對應的公差△=0.74mm。根據(jù)表5-6，按材料的厚度、沖裁件的形狀以及工件公差得x=0.5。所以：圓弧處φ56mm，根據(jù)表5-5公差等級為IT14對應的公差△=0.74mm。根據(jù)表5-6，按材料的厚度、沖裁件的形狀以及工件公差得x=0.5。所以：與圓弧處相連接的兩段長度都為14mm，根據(jù)表5-5公差等級為IT14對應的公差△=0.43mm。根據(jù)表5-6，按材料的厚度、沖裁件的形狀以及工件公差得x=0.5。所以：兩沖孔之間的距離為37mm，公差等級為IT6，對應的△=0.016mm。故：

第六章模具設計6.1沖孔凸模設計凸模長度尺寸是根據(jù)模具的具體結(jié)構(gòu)，考慮修磨、固定板與卸料板之間的安全距離、裝配等需求來確定。止動件模具采用的是彈性卸料裝置，凸模長度的計算公式為：（6-1）式中：L—凸模長度；h1—凸模固定板厚度，取20mm；h2—卸料板厚度，取25mm；t—材料厚度，相對其他尺寸可以忽略；h—增加強度。它包括凸模的修模量、凸模進入凹模的深度（0.5~1mm）、凸模固定板與卸料板之間的安全距離等，一般取10~20mm，取20mm。故：如圖6-1所示，兩個沖孔凸模圖圖6-1沖孔凸模圖6.1落料凹模設計凹模的結(jié)構(gòu)分為整體式、組合式、鑲拼式三種形式，整體式結(jié)構(gòu)簡單，強度好，制造精度高。組合式和鑲拼式的結(jié)構(gòu)復雜，制造精度相對整體式的要低，故該模具采用整體式形式。整體式凹模的計算公式為：，且Ha≥15mm(6-2)c=（1.3~2.0）Ha，且c＞30~40mm(6-3)式中：Ha—凸模厚度；F—沖裁里，F(xiàn)=42.8kN；c—凹模厚度（指最小壁厚）。凹模厚度Ha=17mm，凹模壁厚c=34mm。查GB/T2855.5-1990確定凹模外形尺寸長=160mm、寬=100mm；凹模圖如下圖6-2所示：圖6-2卸料凸模圖6.3凹凸模設計凹凸模在復合模中同時具有落料凸模和沖孔凹模作用的工作零件。凹凸模的內(nèi)外緣均為刃口，內(nèi)緣之間的壁厚取決于沖裁件的尺寸。該模具為倒裝式復合模，內(nèi)孔積存廢料，最小壁厚可以大些。凸凹模長度計算公式：L=h1+h2+h（6-4）式中：h1—凸凹模固定板高度；h2—卸料板厚度；h—自由尺寸，h=20。計算結(jié)果L=75凸凹模設計如圖6-3所示：圖6-3凸凹模圖6.4其他模具零件結(jié)構(gòu)根據(jù)凹模零件尺寸，結(jié)合倒裝式復合模結(jié)構(gòu)特點，查GB/T2855.5-1990選用四導柱模架方式，查JB/T2885.1-94，確定其他模具結(jié)構(gòu)零件，如下表6-1：表6-1模具零件結(jié)構(gòu)序號名稱規(guī)格材料數(shù)量1墊板160×100×104512凸模固定板125×100×204513卸料板125×100×204514凸凹模固定板125×100×204515上模座160×100×404516下模座160×100×504517導柱25×1504528導套25×90×384526.5典型零件加工工藝方案如下以凹模板的加工為例，典型零件的加工工藝為：備料——熱處理——磨平面——鉗工——磨平面——熱處理——線切割。工藝過程如表6-2表6-2凹模板加工工序序號工序名稱工序的主要內(nèi)容1備料根據(jù)圖紙下適合的毛坯料2熱處理退火3銑、磨平面先銑后磨平面4鉗工劃線、打螺紋孔、銷釘孔和穿絲孔5磨平面光上下平面至圖紙要求6熱處理淬火、回火達到硬度要求7線切割線切割內(nèi)型，保證間隙達到要求8去毛刺用細砂打磨去毛刺

第七章模具閉合高度校核模具閉合高度H應滿足Hmin-H1+10≤H≤Hmax-H1–5式中：Hmax—壓力機最大閉合高度；Hmin—壓力機最小閉合高度；H1—墊板厚度。本模具閉合高度為H=180mm，墊板厚度H1=10mm，而J23-16型開式雙柱可傾式壓力機最大閉合高度為220mm，閉合高度調(diào)節(jié)量為60mm。將這些參數(shù)代入得160-10+10≤180≤220-10–5故模具閉合高度滿足壓力機要求，說明該模具的設計是合理的。

第八章繪制模具總裝圖按已確定的模具類型及相關(guān)參數(shù)，繪制完成模具裝配圖，見圖8-1。圖8-1模具總裝圖

第九章設計總結(jié)這次設計主要以《沖壓工藝及沖模設計》課程的理論為依據(jù)，同時結(jié)合《機械設計》、《機械制圖》、《互換性與技術(shù)測量》、《機械制造技術(shù)基礎》等相關(guān)課程的知識，首先根據(jù)課程考查任務書的要求，利用AutoCAD軟件完成了連接板零件圖的繪制，然后進行沖壓工藝分析并確定合理的沖壓工藝方案，選擇排樣方式與模具類型，并進行具體工藝計算和校核，選擇定位和卸料方式，選擇沖壓設備，而且對如何保證沖壓件精度要求，提高沖壓生產(chǎn)效率，保證模具可靠工作，降低模具制造成本也進行了充分的考慮，最后利用AutoCAD軟件完成了連接板沖壓模具裝配圖的設計和凸、凹模零件圖的繪制。課程考查過程中，在收獲知識的同時，也增強獨立動手的能力。在設計的過程中，讓我知道了很多時候?qū)τ诠た茖W生解決問題的時候，要有高度的責任心，可以將其當成工程問題的對待，而這也可以成為日后最實用的，讓我受益匪淺。這次模具課程設計對于我的將來可能也有很大的幫助。以后，我對待公司派來的任務或者是其他工程問題，我都可以很好的對待以及正確的態(tài)度去處理。這次課程考查鍛煉了我的動手能力與解決問題的能力，讓原本零基礎模具設計的我有了很深刻的認知，還讓我在模具設計方面有了不少的了解與提升。

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