沖壓模具課程設計

沖壓模具課程設計沖壓是在室溫下，利用安裝在壓力機上的模具對材料施加壓力，使其產生分離或者塑性變形，從而獲得所需零件的一種壓力加工方法。沖壓模具在冷沖壓加工中，將材料（金屬或者非金屬）加工成零件（或者半成品）的一種特殊工藝裝備，稱之冷沖壓模具（俗稱冷沖模）。沖壓模具是沖壓生產必不可少的工藝裝備，是技術密集型產品。沖壓件的質量、生產效率與生產成本等，與模具設計與制造有直接關系。模具設計與制造技術水平的高低，是衡量一個國家產品制造水平高低的重要標志之一，在很大程度上決定著產品的質量、效益與新產品的開發(fā)能力。我國的沖壓模具設計制造能力與市場需要與國際先進水平相比仍有較大差距。這些要緊表現(xiàn)在飛行器鈑金件、高檔轎車與大中型汽車覆蓋件模具及高精度沖模方面，不管在設計還是加工工藝與能力方面，都有較大差距。覆蓋件模具，具有設計與制造難度大，質量與精度要求高的特點，可代表覆蓋件模具的水平。盡管在設計制造方法與手段方面已基本達到了國際水平，模具結構功能方面也接近國際水平，在模具國產化進程中前進了一大步，但在制造質量、精度、制造周期等方面，與國外相比還存在一定的差距。標志沖模技術先進水平的多工位級進模與多功能模具，是我國重點進展的精密模具品種。有代表性的是集機電一體化的鐵芯精密自動閥片多功能模具，已基本達到國際水平。因此我們在學習完《飛機鈑金成形原理與工藝》等模具有關基礎課程后，安排了模具設計課程設計，以幫助我們掌握模具設計的過程，為以后參加工作打下基礎。設計內容一、零件的工藝性分析圖1零件圖1） 零件的尺寸精度分析如圖1所示零件圖，該零件外形尺寸為R11,19；內孔尺寸為R3,6,均未標注公差，公差等級選用IT14級，則用通常精度的模具即可滿足制件的精度要求。2） 零件結構工藝性分析零件形狀簡單，適合沖裁成形。3） 制件材料分析制件材料為45鋼，抗剪強度為432?549Mpa，抗拉強度為540?685Mpa，伸長率為16%。適合沖壓成形。綜合以上分析，得到最終結論:該制件能夠用沖壓生產的方式進行生產。但有幾點應注意：1） 孔與零件左邊緣最近處僅為2mm，在設計模具是應加以注意。2） 制件較小，從安全方面考慮，要采取適當的取件方式。3） 有一定批量，應重視模具材料與結構的選擇，保證一定的模具壽命。二、工藝方案的確定由零件圖可知，該制件需落料與沖孔兩種沖壓工藝，設計模具時可有下列三種方案：方案一：先落料，再沖孔，使用單工序模生產。方案二：沖孔、落料連續(xù)沖壓，使用級進模生產。方案三：落料與沖孔復合沖壓，使用復合模生產。方案一使用單工序模生產，模具結構簡單，但需要兩道工序、兩套模具才能完成零件的加工，生產效率較低，難以滿足零件年產20萬件的需求，而且要考慮第二套模具中工序件的定位問題，操作不便。方案二使用級進模生產，可有效地提高生產效率，但連續(xù)模制造與設計難度大，費用高，用于生產該制件達不到經濟性要求。方案三使用復合模生產，亦有很高的生產效率，復合模能在壓力機一次行程內，完成落料、沖孔兩道工序，所沖壓的工件精度較高，不受送料誤差影響，能較好的滿足該制件內孔與外形同心的要求。通過對比，故使用方案三，比較適合該零件。三、 模具結構形式的確定（一） 模具類型及卸料方式分析因制件材料較薄，為了保證制件的平整度，因此使用正裝式復合模，即凸凹模安裝在上模，這樣，從模柄中穿入導桿能夠直接把嵌在凸凹模里的廢料從刃口中打下，卡在凸凹模凸模刃口上的材料能夠用彈性卸料板卸料；沖孔凸模與落料凹模安裝于下模，用頂件器帶動卸料板頂出制件。（二） 模具定位方式分析在模具設計中，拋棄了傳統(tǒng)的銷釘定位，而是把凸凹模與凹模分別在上、下模座定位，上、下模座的定位沉臺在制造時是與導柱、導套固定在一起加工完成的，這樣保證了上、下模工作零件的同軸度，從而達到保證零件尺寸精度的目的。同時沒有使用銷釘，也使模具的維修方便了很多，即使多次拆卸也能保證零件的精度不變。四、 工藝設計與計算（一）制件排樣與材料利用率計算使用單排直排有廢料排樣，如圖2所示。由文獻【1】表3-17查得制件間搭邊值a=0.8mm，側搭邊值a1=1mm，則送料步距L=19+0.8=19.8；條料寬度B=22+1+1=24；經計算制件面積S=284.73mm2,一個步距的材料利用率為：n=S/(BL)X100%=284.73/(24X19.8)X100%=59.92%圖2排樣圖由文獻【2】表4-1冷軋鋼板的尺寸，選板料規(guī)格為1200mmX600mmX1mm,剪裁條料時使用橫裁法，因此條料尺寸為24mmX600mm。每板條料數氣二1200/24=50（條）；每條制件數n「（600-0.8X2）/19.8=30（件）；每塊板制件數n「七Xn2=50X30=1500（件）材料總利用率n，=1500X284.73/（1200X600）=59.3%（二）沖壓力的計算沖裁力可按下列公式［1］計算：F=KLttkp式中：t一材料厚度（mm）；L一沖裁件周長（mm）；丁炒--材料抗剪強度（Mpa）。已知K=1.3,t=1mm；查文獻【2】表4-12得\=432?549,取'=500；經計算得外形周長Lj67.57mm，內孔周長L2=30.85mm。因此落料沖裁力F1=KL1ttkp=1.3X67.57X500X1=43.92kN沖孔沖裁力F2=KL2ttkp=1.3X30.85X500X1=20.05kN推件力與卸料力可用下列經驗公式［1］進行估算：F推件=nK推FF卸料%F式中：F一沖裁力；n為同時卡塞在凹模內的零件數，通常為3?5；K推一推件力系數；K卸一卸料力系數。查文獻【1】表3-15得，K推=0.055,K卸=0.04?0.05，因此F卸料=K『「0.04X43.92=1.7568kNF推件二nK推F2=5X0.055X20.05=5.51kN由于該制件模具使用彈性卸料裝置，因此總沖壓力的計算公式為：F總二F1+F2+F卸料+F推件=43.92+20.05+1.7568+5.51=71.24kN（三） 初選壓力機根據總壓力71.24kN,查文獻【2】表4-33開式壓力機的要緊技術參數，初選壓力機型號規(guī)格為J23-10，其要緊參數如下：公稱壓力：100kN滑塊行程：45mm最大閉合高度：180mm最大裝模高度：145mm工作臺尺寸：370mmX240mm模柄孔尺寸：30mmX55mm（四） 計算壓力中心該制件圖形較規(guī)則，上下對稱，故使用解析法求壓力中心較為方便。建立如下圖所示坐標系。設壓力中心為（x,y），由于上下對稱，因此y=0，只需求x，又由于內孔0 0 0 0為軸對稱圖形，因此只需考慮外形。經計算得L=15.1mm,L=52.47mm,x=3.165,12 2X1=-8。根據合力矩定理得

x—x—L1x1+L2x2—15.1x(-8)+52.47x3.165=072L1+L2因此，壓力中心為(0.72,0)。15.1+52.47計算凸凹模刃口尺寸本制件形狀簡單，可按分別加工方法制造凸、凹模，凸、凹模的制造公差七與七務必滿足不等式［1］：5p"d^m根據制件的材料與厚度，由文獻【3】表2-14汽車、拖拉機等行業(yè)沖裁模初始雙邊間隙值，查得：Z=0.140mm,Z.=0.100mm；根據制件的基本尺寸與厚度，由文獻【3】表2-19汽車、拖拉機等行業(yè)簡單形狀制件凸、凹模的制造偏差，查得：落料部分：凸模-0.020mm,凹模+0.020沖孔部分：凸模-0.020mm,凹模+0.020驗證制造偏差是否合格：5p+5d=0.02+0.02=0.04Zm-Zmin=0.140-0.100=0.04因此，5p+5d=Zm盤Z訕=0.04，合格，能夠使用該公差值。由于零件圖未注公差，為了降低工作難度，因此在實際生產中按照IT14等級確定制件各尺寸公差，查文獻【3】附錄一標準公差數值與表2-17磨損系數x得：落料部分：尺寸R11，公差為0.43mm，取x=0.5；尺寸19，公差為0.52mm，取x=0.5；沖孔部分：尺寸R3，公差為0.25mm，取x=0.5；尺寸6，公差為0.3mm，取x=0.75。1)落料尺寸R11+0.215D=(D-xA)+5d=(11.215-0.5X0.43)+O-O2O=11+o.O2OTOC\o"1-5"\h\z-0.215dmax0 0 0Dp=(Dd-Z_J-5p=(ll-0.l00)-0.02=10.9-0.02尺寸19+0-26 D=(D-xA)+5d=(19.26-0.5X0.52)+0.020=19+0.020-0.26dmax0 0 0D=(D-Z.)0=(19-0.100)-002=18.9-002pdmin—5p U?02 U?02沖孔尺寸R3-0.125 dp=(dmin+xA)Ogp=(2.875+0.5X0.25)-如廣3-°炬d=(d+Z)+5d=(3+0.100)+0-020=3.1炊020TOC\o"1-5"\h\zdp mi/0 J0 0尺寸6+0.15 d=(d+xA)0=(585+075X03)0 =6075。x \U?UUIU?'U/、U?U) u.u/u-0.15 pmin—8p —0.02 —0.02d=(d+Z)+8d=(6.075+0.100)+0.020=6.175+0-020dpmin0 0 0五、模具結構設計凹模設計因制件形狀簡單，輪廓近似圓形，且總體尺寸不大，選用整體式圓形凹模較為合理。因制件精度較低，厚度較小，由文獻【2】表3-5冷沖模工作零件的材料及熱處理要求，選用9Mn2V為凹模材料。1)確定凹模厚度H值：由凹模厚度經驗公式⑷估算：H=K1K2V01F式中，F(xiàn)一沖裁力，N；K1一凹模材料修正系數，合金鋼取1，碳素鋼取1.3；K一凹模刃口周邊長度修正系數。2本例中沖裁力F=43.92kN；凹模材料為合金鋼，故K1取1；凹模刃口周邊長度為67.57mm，查文獻【4】表3-34凹模刃口周邊長度修正系數，得K=1.12，2因此H=K1K2V0.1F=1X1.12XV0.1X43920=19.06mm2)確定凹模周界尺寸D：根據條料寬度B=24mm，材料厚度t=1mm,由文獻【4】表3-33，查得凹?？妆诤馽=22mm。因此D=2R+2c=22+2x22=66mm由文獻【2】表5-45圓形凹模板尺寸，可查到較為靠近凹模周界尺寸為63mmX20mm，故凹模周界尺寸取為63mmX20mm。其結構圖如圖3所示。

圖3圖3凹模（二）其他沖模零件設計據以上確定的凹模周界尺寸，查文獻【2】表5-5復合模圓形厚凹模典型組合尺寸，可得其他沖模零件的數量、尺寸及要緊參數。1）卸料板標準編號JB/T7643.5-1994,周界尺寸63mmX8mm,結構圖如圖4所示。圖4卸料板2）凸凹模固定板標準編號JB/T7643.5-1994,周界尺寸63mmX12mm,結構圖如圖5所示。

圖5凸凹模固定板3）頂件塊非標準件，尺寸根據凸、凹模尺寸確定，結構圖如圖6所示。1919圖6頂件塊4）凸凹模凸凹模使用直通式結構，固定部分簡化為圓形，因使用彈壓卸料，因此凸凹模長度按下式⑹計算L=h1+h2+t+h式中，h1—凸凹模固定板厚度，mm；h2—卸料板厚度，mm；t—材料厚度，mm；h一增加長度。它包含凸凹模修磨量、凸凹模進入凹模的深度（0.5?1mm）、凸凹模固定板與卸料板之間的安全距離等，通常取10?20mm。本例中，h「12mm，h「8mm，t=1mm，h取14mm，因此凸凹模長度L=h+h+t+h=12+8+1+14=35mm1 2凸凹模結構圖如圖7所示。￡'30—一嫵圖7凸凹模

凸模凸模亦使用直通式，固定部分簡化成圓形，長度L=19.5mm，其結構圖如圖8所示。圖8凸模選擇模架由凹模周界尺寸63mmX20mm及模架閉合高度110mm，查文獻【2】表5-8滑動導向后側導柱模架規(guī)格，選用后側導柱模座，其要緊參數如下：上模座63mmX63mmX25mm(GB/T2855.5-1990)；下模座63mmX63mmX30mm(GB/T2855.6-1990)；導柱 16mmX110mmX30mm(GB/T2861.2T990)；導套16mmX50mmX23mm(GB/T2861.6-1990)。

模架具體結構尺寸，參照文獻【5】表4-6后側導向模柱、表3-38導柱與表3-39導套設計。（四）模柄設計本例使用凸緣模柄，尺寸與模柄孔配做。六、 校核壓力機安裝尺寸模座外形尺寸為63mmX63mm，閉合高度為110mm,J23-10型壓力機工作臺尺寸為370mmX240mm，最大閉合高度為180mm，故此壓力機能滿足要求。七、 繪制裝配圖什由4五

結束語鈑金沖壓成形課程設計是我們在大學期間的一門重要課程，是對我們將理論應用于實踐能力的考核。通過這次課程設計我加深了對沖壓成形的懂得，掌握了模具設計的基本方法，很好地鞏固了往常所學的知識，相信對我將來從事工作將有很大幫助。在本設計過程中，