墊片的沖孔落料復合模具設計【墊板沖壓模具設計】【說明書+CAD+UG】

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模具設計是學習模具設計與制造這門專業(yè)的重要內容之一，也是在畢業(yè)之前對我們所學的知識的一次檢查。 本套模具選用了黃銅為原料的復合沖裁模具。選擇這套模具是因為這類模具具有廣泛的應用性，且結構緊湊，可以比較全面的檢查自己所學的專業(yè)知識和技能，熟悉掌握模具設計的一般步驟和方法，知道怎樣檢查，和獲取有關資料，怎樣選取標準件等等。由于該沖裁件尺寸較小，所以模具體積也不大，屬于小型的復合模具。這次模具設計是畢業(yè)前走向工作崗位的一次鍛煉，對以后從事該職業(yè)崗位是十分有利的。 這套模具的主要優(yōu)點是，沖出的沖裁件具有較好的一致性，表面質量也很好。主要的技術難點是，怎樣合理安排模具結構，使用簡單可靠的模具結構，沖出最好的工件，以及確保模具具有較久的壽命。且在正常溫度下，壓力機通過模具對所選材料進行壓合，然后材料變形，或分離掉落，從而得到所需要的尺寸和性能的零件。因沖壓大多是在常規(guī)室溫下進行加工，不需要進行預熱，加熱，所以又叫做冷沖壓。目前國內沖壓設備多為傳統的設備，主要由機械壓力機，液壓機等。沖壓所用的原材料多為金屬材料，主要有板料，管材，線材，帶料等，其中板料所用最多。相對機械加工而言，沖壓加工的材料利用率相對較高，耗能較少，成本比較低，生產效率遠超機械加工，操作更加方便，所生產得產品尺寸精度更加符合標準，不易變形，并且可以加工出其他方法不易加工或加工不了的零件。 第1章 沖裁件工藝分析 1.1 沖裁件的工藝分析 該沖裁件是典型的落料沖孔模具，經過正確的設計計算，合理的確立各個部分的結果，采用國內先進技術和結果，可以確定該模具為沖孔落料復合型模具。該沖裁件如下圖所示： 圖1.1 材料：45鋼 板厚：1.2mm 工件精度：IT14級 分析該零件的材料是45號鋼片，是優(yōu)質碳素結構鋼。零件的加工涉及到了沖孔和落料兩道加工工序，圖中尺寸都未標注公差，參考下表5-19可知，沖裁件的經濟精度為IT14級，符合沖裁工藝要求。按照設計要求，沖孔有尺寸為8mm，參考下表可知最小沖孔尺寸為d=0.35t，d=0.35X1.2=0.42＜8，所以滿足工藝要求。如下表： 表1.1 材料厚度 t/mm 內孔與外形 孔中心距、孔邊距 普級 精級 普級 精級 ≤1 IT13 IT10 IT13 IT11 >1-4 IT14 IT11 IT14 IT13 材料 圓形孔（d） 方形孔（a） 硬鋼 0.5t 0.4t 軟鋼及黃銅 0.35t 0.3t 鋁、鋅 0.3t 0.28t 1.2 沖裁件的精度 圖紙上零件的尺寸均未標注尺寸公差，是自由尺寸，可按照IT14級確定制件尺寸公差。通過查【6】表5-14的標準公差數值，即可得出未標注的尺寸公差。查出的尺寸公差是： 表1.2 外形尺寸 內形尺寸 中心距尺寸 一般情況下，沖裁件的經濟公差等級不高于IT11級，落料公差一般最好低于IT10級，沖孔件公差最好低于IT9級，由參考【2】表2-8得，一般精度的沖裁所能達到的落料和沖孔公差分別為0.30和0.18，所以用一般精度沖裁就可達到要求。 1.3 確定工藝方案和模具結構 該沖裁件尺寸不大，形狀簡單，且精度要求不高，只有沖孔落料兩道加工工序，材料厚度適中，所以可大批量生產，為確保生產效率，可選用一次成形的沖孔落料復合的沖裁的方案，大批量生產該零件，生產時可采用手工送料方式，這樣也能降低生產成本，所以采用手工送料生產方式。零件尺寸較小，厚度比較薄，為確保孔的定位和精度，應該采用導柱導套導向，并且采用活動擋料銷對零件的定位，彈性卸料及下面出料的倒裝復合沖裁模具結構形式。 1.4模架類型以及精度 沖壓模具的種類很多，沖壓模具選用必須綜合考慮沖壓件的數量，尺寸，精度要求，形狀和生產條件等多方面的因素。由于零件厚度比較薄，零件尺寸較小，沖裁間隙較小，且是復合沖壓模具，所以采用導向平穩(wěn)的后置導柱模架，考慮到零件精度要求IT14級，沖裁間隙也比較小，所以采用Ⅰ級模架精度。 第2章 沖裁件的工藝計算 2.1排樣的原則以及搭邊值計算 排樣方法根據材料經濟利用程度，排樣的方法可分為有廢料；少廢料和無廢料三種排樣。根據制作在條料上的布置形式，排樣又可分為直排；斜排；對排；混合排；多排等多種形式。 據圖分析該沖裁件特點是：有廢料排樣，排樣方式可選擇直排。且毛坯尺寸較小，并且考慮到操作方便與模具結構尺寸等因素，所以決定采用直排，參考下表2-8，最小工藝搭邊值為1.5mm，最小工藝邊距搭邊值為1.8mm，取為2mm，送料步距確定為31.5mm。 該零件的排樣圖以及搭邊值： 圖2.1 2.2沖裁力、推件力、卸料力的計算 由于這個模具采用了彈性卸料機下方出料的方式可知，總壓力由沖裁力F，卸料力F卸，推件力F推組成，其中沖裁力包含了落料沖裁力和沖孔的沖孔力兩個部分。 落料，沖孔力。材料45鋼的抗剪強度是τ=432~549MP，取平均值τ=500MP，料厚t=1.2mm，取K=1.3，零件周邊長度L≈ 330.72,根據公式得： =1.3×330.72×500×1.2 =257.9616（KN） 推件力： 由參考文獻【2】，可以根據材料厚度取凹模刃口的柱形部分高度h，當t≤0.5mm時，高度h=3~5mm；當t=0.5~5mm時，高度h=5~10mm。為了修復模具時能保證模具仍具有足夠強度，所以直壁的高度取值h=6mm，因此n=h/t=6/1.2=5mm。由表中文獻，即下表： 表2.1 -卸料力系數，其值為0.02-0.06（薄料取大值，厚料取小值） -推料力系數，其值為0.03-0.07（薄料取大值，厚料取小值） -頂件力系數，其值為0.04-0.08（薄料取大值，厚料取小值） -梗塞在凹模內的制件或廢料數量（） 取的=0.05，根據公式=n得： =n=5×0.05×257.9616 =64.4904（KN） 卸料力： 由上表文獻，取的=0.04，根據公式=n得： =n=5×0.04×257.9616 =51.59232（KN） =++ =257.9616+64.4904+51.59232 =374.04432（KN） 2.3 沖裁件的壓力中心 模具的壓力中心指的是沖裁力合力的作用點，為了保證沖壓模具平衡的工作，沖壓模具的壓力中心應該通過模柄的軸線，并且與壓力機的滑塊的中心線相重合，否則，會使沖壓模具和壓力機滑塊產生偏心載荷，使得滑塊和導軌間的產生過大的磨損，導致模具導向零件加速磨損，合理的間隙得不到保證，刃口迅速變鈍，從而降低沖壓件，模具和壓力機的使用壽命。甚至會損壞模具發(fā)生沖壓事故。因此，設計沖壓模具時，應該正確的計算出沖裁是的壓力中心，并且要使壓力中心與模柄的軸線重合，對于外形尺寸的過大的，形狀復雜的，多凸模的沖裁模具和連續(xù)模具，正確確定沖壓件的壓力中心是極為重要的。若是因為沖壓件的形狀過于特殊，不能從模具的結構方面來確定其壓力中心與模柄軸心線來重合，也要盡量注意其壓力中心的偏離不能超過所選用的壓力機模柄的孔的投影面積的范圍。 沖裁件的壓力中心與沖裁件的重心是不相同的，沖裁件的壓力中心指的是沖裁力的合力的作用中心，和沖裁力的作用位置和大小有關。而制件的重心取決在制件的形狀和它的質量分布。只要當制件具備了中心對稱的形狀時，它的壓力中心才可以與重心相重合。 經過分析此沖裁件的壓力中心和它的沖裁件的重心相重合，此時的壓力中心在工件的輪廓的幾何中心上，圖中O點即為壓力中心。見下圖知： 圖2.2 2.4 降低沖裁力的方法 為了實現小設備沖裁大尺寸零件，或者使沖裁過程中平穩(wěn)以減少壓力機振動，可以使用以下方法來降低沖裁力。 階梯凸模沖裁法： 在多凸模的沖壓模具中，將凸模設計成不同的長度，使得工作端面呈現階梯式布置，如下圖所示，這樣各凸模沖裁力的最大峰值就不會同時出現，從而就能達到降低沖裁力的目的了。在幾個凸模直徑相差比較大的情況下，相距又是比較近的時候，為了能避免小直徑凸模要承受材料流動的側面壓力時產生的折斷或者傾斜的現象時，就應該采用階梯式的布置，就是將小凸模做短一些。凸模間的高度差H與厚度t有關系，即： t<3mm，H=t t>3mm，H=0.5t 階梯狀凸模沖裁的沖裁力，一般只能按產生最大沖裁力的那個階梯來進行計算。 斜刃沖裁： 使用平刃口模具沖裁的時候，沿刃口的整個周邊是同時沖切材料的，所以沖裁力比較大。若是將凸?；蛘甙寄５娜锌谄矫嬷谱鞒珊退S線傾斜一個角度的斜刃，那么沖裁時的刃口就不會全部同時切入，逐步的將材料進行切離，這樣就相當于把制件的整個周邊長分成若干個的小段來進行了剪切分離，所以能夠顯著的降低了沖裁力。 加熱沖裁： 將金屬加熱到一定的溫度后，它的抗剪強度就會降低，加熱沖裁就能降低沖裁力。但是加熱沖裁容易破壞工件的表面的質量，還會產生熱變形，精度下降，所以應用的比較少。 第3章 壓力機的選擇 根據公式≥（1.1~1.3）得： ≥（1.1~1.3）× ≥1.2×374.04432 ≥448.853184（KN） 所以可以選擇壓力機的型號是JB23-63的開式雙柱可傾斜壓力機。 查下表： 表3.1 開式雙柱可傾斜壓力機主要技術規(guī)格 型 號 J23-3.15 J23-6.3 J23-10 J23-16 J23-25 J23-40 J23-63 J23-100 公稱壓力 噸 3.15 6.3 10 16 25 40 63 100 滑塊行程 毫米 25 35 45 55 65 100 130 130 滑塊行程次數 次/分 200 170 145 120 105 45 50 38 最大閉合高度 毫米 120 150 180 220 270 330 360 480 連桿調節(jié)長度 毫米 25 30 35 45 55 65 80 100 滑塊中心線至床身距離 毫米 90 110 130 160 200 250 260 380 床身兩立柱間距離 毫米 120 150 180 220 270 340 350 450 工作臺尺寸：前后 毫米 160 200 240 300 370 460 480 710 左右 毫米 250 310 370 450 560 700 710 1080 墊板尺寸：厚度 毫米 25 30 35 40 50 65 80 100 孔徑 毫米 110 140 170 210 200 220 250 250 模柄孔尺寸：直徑 毫米 25 30 30 40 40 50 50 60 深度 毫米 45 50 55 60 60 70 80 75 最大傾斜角 度 45 45 35 35 30 30 30 30 電動機功率 千瓦 0.55 0.75 4.1 1.5 2.2 5.5 5.5 10 機床外型尺寸：前后 毫米 675 776 895 1130 1335 1685 1700 2472 左右 毫米 478 550 651 921 1112 1325 1373 1736 高低 毫米 1310 1488 1673 1890 2120 2470 2750 3312 機床總重量 公斤 194 400 576 1055 1780 3540 4800 10000 可以確定該壓力機的主要參數： 表3.2 公稱壓力 630KN 閉合厚度調節(jié)量 80mm 滑塊行程 100mm 模柄孔直徑 最大閉合高度 400mm 墊板厚度 80mm 第4章 沖壓凸凹模零件設計 4.1 沖裁模的類型及特點 因為沖裁模具的結構形式多種多樣，為了研究方便，可以對沖裁模具的不同特征進行下面六種分類： （1） 按照工序的性質分為落料模具，沖孔模具，切斷模具，切口模具，切邊模具，剖切模具等。 （2） 按照工序的組合方式可以分為單工序模具，復合模具，級進模具。 （3） 按照上模，下模的導向方式可以分為無導向的開式模具，有導向的導板模具，導柱模具，導筒模具等等。 （4） 按照凸模，凹模的結構和布置方法可以分為整體模具和鑲拼模具，正裝模具和倒裝模具。 （5） 按照凸模，凹模的材料可以分為硬質合金沖壓模具，鋼皮沖壓模具，鋅基合金沖壓模具，聚氨酯沖壓模具等。 （6） 按照自動化程度可以分為手工操作模具，半自動模具，自動模具。 經過上面沖裁模具分類可得到該沖裁件采用的是沖孔落料復合模具，復合模具的特點是它的生產率高，沖裁件的內孔和外緣的相對位置的精度高，但是結構復雜，制作的精度要求高，且成本也高。復合模具主要用與生產批量大的精度要求較高的沖裁件。 4.2 沖裁模的間隙 沖裁間隙Z指的是沖裁模具中的凹模刃口尺寸與凸模刃口尺寸的差值，即是：Z=- 通過查【6】表2-4和【6】圖2-9法所提取到的經驗數據為落料，沖孔模具的初始間隙，可以用于一般的沖裁。表格中的初始間隙的最小值是最小的合理間隙，而初始間隙的最大值是在考慮到的凸模與凹模的制造的公差。在使用的過程中，因為模具工作部件的磨損，間隙就會逐漸增加，因為間隙的最大值可能超過表中所舉出的數值，因此當材料厚度t=1.2mm時，查表得，該零件的間隙最小值=0.132mm，最大值=0.180mm。 4.3 凸凹模刃口的尺寸 用互換加工的方法來計算凸凹模刃口的尺寸 從圖中可以看得出，基準模具的刃口尺寸必須位于制件尺寸的范圍之內，為了確保初始間隙值小于最大的合理間隙，加工時得滿足下面的條件即： - 或?。?0.4（-） =0.6（-） 通過計算得到： =0.4（-） =0.6（-） =0.4（0.180-0.132） =0.6（0.180-0.132） =0.0192 =0.0288 磨損系數X，它的值在0.5~1之間，可查表2-5，也可以根據制件的制造精度進行選擇，工件精度IT10級以上時，X=1，工件精度IT11~IT13級時，X=0.75，工件精度IT14級時，X=0.5。所以磨損系數X=0.5。 沖孔凸凹模刃口計算： 沖孔的刃口計算： 8的孔： =（8+0.5×0.36mm =8.18mm （+=（++ =（8.18+0.132mm =8.312mm 10的孔： =（10+0.5×0.36mm =10.18mm （+=（++ =（10.18+0.132mm =10.312mm 校核 - 0.0192mm+0.00288mm≤0.18mm-0.132mm 0.02208mm＜0.048mm滿足間隙公差條件 孔距的刃口尺寸計算： 240.02： =L=（240.125×0.04）mm=（240.005）mm 500.04： =L=（500.125×0.08）mm=（500.01）mm 落料的刃口尺寸計算： ： =(-X =（80-0.5×0.74mm =79.63mm =(- =(79.63-0.132mm =79.498mm ： =(-X =（30-0.5×0.52mm =29.74mm =(- =(29.74-0.132mm =29.608mm ： =(-X =（10-0.5×0.36mm =9.9352mm =(- =(9.9352-0.132mm =9.8032mm 校核 - 0.0192mm+0.00288mm≤0.18mm-0.132mm 0.02208mm＜0.048mm滿足間隙公差條件 4.4 凹模的設計 凹模的外形尺寸。主要包括凹模的長度L，凹模的寬度B，凹模的壁厚C，凹模的厚度H。凹模壁厚C就是從凹模刃口到外邊緣的距離。對于這個刃口凹模，壓力中心就是在凹模的中心上。 凹模厚度：參考【1】表2-15，凹模的厚度系數K=0.25，根據公式： H=KL=0.25×80=20mm 為了增加強度和模具使用的壽命H取36mm 凹模壁厚：C=（1.5~2）H=40mm 為了增加強度和模具使用的壽命H取50mm 凹模寬度：B=步距+沖裁寬度+2C=12+30+100=142mm 凹模長度：L=b+2c=80+2×50=180mm 根據計算凹模的周界尺寸等，確立了凹模的外形尺寸為200mm×160mm，擇實際模具凹模工作界限為160mm×160mm，因模具整體結構需要，為了便于連接桿的安排和推件塊的推出，所以凹模的設計要打孔，見下圖： 圖4.1 4.5 凸模的設計 凸模的長度：根據模具的結構，凸模的長度是由凸模固定板和凹模的寬度的材料厚度，和凸模進入到凹模洞口的長度來確定的。參考【6】表2-54，當采用彈性卸料板的時候，凸模的長度根據下面的公式計算： L=h1+h2+h=32+36+2=70mm （h1是凸模固定板的厚度為32mm，h2是凹模寬度為36mm，h是凸模修磨量和凸模進入凹模的深度為2mm）。凸模材料選用Cr12。 4.6 凸凹模的設計 根據模具結構的具體情況，凸凹模的厚度的尺寸選擇為62mm，凸凹模刃口尺寸可以按照配做法來配做，保證它的間隙在0.07mm~0.035mm，凸凹模上的孔距，孔的邊緣距應該比圖紙所示的精度要高出3~4各等級，即它的公差為0.02mm，如下圖所示： 圖4.2 第5章 模具總裝圖 結束語 經過本次畢業(yè)設計，在理論的指導下，結合了實訓生產過程中所獲得的實戰(zhàn)經驗，仔細且獨立的完成了本次設計。在這次的設計的過程中，自己通過實際的操作計算，讓我對以前所學習的知識有了更近一步的了解，在設計中也讓我認識到了自己的一些不足之處，讓我有了深刻的體會，以前學習的知識都是很有用的，而且這些都是模具設計的基礎，也是最根本的知識。 本次設計花費了一個月之久，從最初領會畢業(yè)設計的要求，到自己沖壓件的分析計算，對要進行設計的沖裁件有了個較全面的認識后，在綜合了生產中的各個因素，最終確定了本次的畢業(yè)設計的方案。雖然在這個過程中有很多困難我們不知道如何解決，但是通過我們的努力還是可以克服，希望以后我們能得到更多的這類機會，來鍛煉我們自己，提高我們自己的設計能力，因為我們只是停留在書本知識中，缺少實踐經驗，并且我們的水平有限，很多的困難是由同學們和老師一起共同努力才得以解決的，我們經常需要借用學校的圖書館中的書本和網絡查詢來解決疑惑，但是依舊很難避免所有的錯誤，還需要老師和同學們一起檢查分析。 參考文獻 [1]張榮清.模具設計與制造.高等教育出版社.2003.8 [2]楊關全.冷沖模設計資料與指導.大連理工大學出版社.2007.8 [3]鄧明.實用模具設計簡明手冊.機械工業(yè)出版社.2009.1 [4]張正修.沖壓技術實用數據速查手冊.機械工業(yè)出版社.2009.1 [5]鄭展.沖壓工藝與模具設計.機械工業(yè)出版社.2009.1 [6]王樹勛.冷沖壓工藝與模具設計.電子工業(yè)出版社.2009.12 [7]楊海鵬.模具設計與制造實訓教程.清華大學出版社.2011.5 [8]史鐵梁.模具設計指導.機械工業(yè)出版社.2011.6 22