墊片沖壓模設計

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1、墊片沖壓模具設計 摘 要 本次設計了一套落料、沖孔的模具。經(jīng)過查閱資料，首先要對零件進行工藝分析。經(jīng)過工藝分析和對比，采用落料、沖孔工序。通過沖裁力、頂件力、卸料力等計算，確定壓力機的型號。再分析對沖壓件加工的模具適用類型選擇所需設計的模具。得出將設計的模具類型后將模具的各工作零部件設計過程表達出來。 沖壓是當今機械行業(yè)中用的較多的加工方法，它利用沖壓模具把板料分離或者成形而得到制件。與切削加工相比，它具有材料利用率高、制品力學性能好、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點。因為模具的生產(chǎn)主要是大批量生產(chǎn)，而模具可以保證沖壓產(chǎn)品的尺寸精度和產(chǎn)品質(zhì)量，所以模具的設計和制造就直接影響制件的質(zhì)量。因此要更好

2、更快地加工出合格的零件，就需要設計者不斷改良，以達到精益求精。本文設計的是平面墊圈模具，墊圈內(nèi)徑8mm，外徑18mm，材料為Q195，厚度為1.5mm，加工方法為沖孔、落料，綜合各種加工方案，采用級進模沖裁，生產(chǎn)效率高，操作簡便，通過合理的設計可以達到較好的零件質(zhì)量。 關(guān)鍵詞：沖壓；級進模；墊圈 II 目錄 前 言 1 第一章 制件的工藝分析 2 第二章 設計過程 2 第三章 沖壓工藝方案的確定 3 第四章 沖裁模間隙值的確定 3 第五章 沖壓工藝的主要計算 4 5.1排樣方式的確定及其計算 4 5.2沖壓力的計算 5 5

3、.3確定模具壓力中心 6 5.4工作零件刃口尺寸的計算 6 第六章 沖壓設備選定 8 第七章 沖裁模的總體設計 8 第八章 模具零件設計 9 8.1工作零件的設計 9 8.2 固定零件 10 8.3卸料部件的設計 12 總結(jié) 14 參考文獻 15 2 第1章 緒論 1.1 沖壓的概念 靠壓力機和模具對板材、帶材、管材和型材等施加外力，使之產(chǎn)生塑性變形或分離，從而獲得所需形狀和尺寸的工件（沖壓件）的成形加工方法。沖壓和鍛造同屬塑性加工（或稱壓力加工），合稱鍛壓。沖壓的坯料主要是熱軋和冷軋的鋼板和鋼帶。全世界

4、的鋼材中，有60～70%是板材，其中大部分經(jīng)過沖壓制成成品。汽車的車身、底盤、油箱、散熱器片，鍋爐的汽包，容器的殼體，電機、電器的鐵芯硅鋼片等都是沖壓加工的。儀器儀表、家用電器、自行車、辦公機械、生活器皿等產(chǎn)品中，也有大量沖壓件。 1.2 沖壓的優(yōu)勢 與機械加工及塑性加工的其它方法相比，沖壓加工無論在技術(shù)方面還是經(jīng)濟方面都具有許多獨特的優(yōu)點。主要表現(xiàn)如下。 (1) 沖壓加工的生產(chǎn)效率高，且操作方便，易于實現(xiàn)機械化與自動化。這是因為沖壓是依靠沖模和沖壓設備來完成加工，普通壓力機的行程次數(shù)為每分鐘可達幾十次，高速壓力要每分鐘可達數(shù)百次甚至千次以上，而且每次沖壓行程就可能得到一個沖件。

5、 （2） 沖壓時由于模具保證了沖壓件的尺寸與形狀精度，且一般不破壞沖壓件的表面質(zhì)量,而模具的壽命一般較長,所以沖壓的質(zhì)量穩(wěn)定,互換性好,具有“一模一樣”的特征。 （3） 沖壓可加工出尺寸范圍較大、形狀較復雜的零件，如小到鐘表的秒表，大到汽車縱梁、覆蓋件等，加上沖壓時材料的冷變形硬化效應，沖壓的強度和剛度均較高。 （4） 沖壓一般沒有切屑碎料生成，材料的消耗較少，且不需其它加熱設備，因而是一種省料，節(jié)能的加工方法，沖壓件的成本較低。 由于沖壓具有如此優(yōu)越性，沖壓加工在國民經(jīng)濟各個領(lǐng)域應用范圍相當廣泛。例如，在宇航，航空，軍工，機械，農(nóng)機，電子，信息，鐵道，郵電，交通，化工，醫(yī)療器具

6、，日用電器及輕工等部門里都有沖壓加工。不但整個產(chǎn)業(yè)界都用到它，而且每個人都直接與沖壓產(chǎn)品發(fā)生聯(lián)系。像飛機，火車，汽車，拖拉機上就有許多大，中，小型沖壓件。小轎車的車身，車架及車圈等零部件都是沖壓加工出來的。據(jù)有關(guān)調(diào)查統(tǒng)計，自行車，縫紉機，手表里有80%是沖壓件；電視機，收錄機，攝像機里有90%是沖壓件；還有食品金屬罐殼，鋼精鍋爐，搪瓷盆碗及不銹鋼餐具，全都是使用模具的沖壓加工產(chǎn)品；就連電腦的硬件中也缺少不了沖壓件。 但是，沖壓加工所使用的模具一般具有專用性，有時一個復雜零件需要數(shù)套模具才能加工成形，且模具制造的精度高，技術(shù)要求高，是技術(shù)密集形產(chǎn)品。所以，只有在沖壓件生產(chǎn)批量較大的情況下，沖

7、壓加工的優(yōu)點才能充分體現(xiàn)，從而獲得較好的經(jīng)濟效益的。 1.3 沖壓的問題和缺點 當然，沖壓加工也存在著一些問題和缺點。主要表現(xiàn)在沖壓加工時產(chǎn)生的噪音和振動兩種公害，而且操作者的安全事故時有發(fā)生。不過，這些問題并不完全是由于沖壓加工工藝及模具本身帶來的，而主要是由于傳統(tǒng)的沖壓設備及落后的手工操作造成的。隨著科學技術(shù)的進步，特別是計算機技術(shù)的發(fā)展，隨著機電一體化技術(shù)的進步，這些問題一定會盡快而完善的得到解決 第2章 零件的工藝性分析及沖壓模具總體結(jié)構(gòu)設計 2.1 零件工藝分析 零件名稱：墊片 材料：Q195 外形尺寸：如圖2-1所示

8、 厚度：1.5mm 大批量生產(chǎn) 圖 2-1 零件圖 此工件只有沖孔和落料兩個工序，材料為Q195，具有良好的沖壓性，工件結(jié)構(gòu)簡單而且對稱，工件尺寸全部為自由公差。 2.2 擬定沖壓工藝方案 該工件包括沖孔、落料兩個基本工序，可以有以下三種工藝方案： 方案一：先落料，再沖孔。采用單工序模生產(chǎn)。 方案二：沖孔一落料復合沖壓。采用復合模生產(chǎn)。 方案三：先沖孔，后落料。采用級進模生產(chǎn)。 方案一，模具結(jié)構(gòu)簡單，但是有兩道工序，則需要兩套模具，成本高

9、且效率低，難以滿足大批量生產(chǎn)。 方案二，只需要一套模具，生產(chǎn)效率高，不過精度要求也高，制造難度大，且成品件容易留在模具上，即是使用推出機構(gòu)把成品推出，也需要人手把成品移走，影響生產(chǎn)速度。 方案三，同樣需要一套模具，生產(chǎn)效率也高，操作方便，成品和廢料都自動落下，減少了人工的操作。 根據(jù)以上的分析和比較，要滿足大批量生產(chǎn)，僅有方案三滿足，所以采用級進模。 2.3 沖壓模具總體結(jié)構(gòu)設計 1模具類型 根據(jù)零件的沖裁工藝方案，采用級進沖裁模。 2操作與定位方式 零件大批量生產(chǎn)，安排手工送料可以達到要求且降低模具成本，因此采用手工送料方式。而定位方式就采用導料板導向、導正銷導正，擋料銷定

10、位。 3卸料和出件方式 因為零件料厚1.5mm，可采用剛性卸料，沖件和廢料都采用直接從凹模洞口推下的出方式，這樣便可提高生產(chǎn)效率。 4導向方式 采用導向平穩(wěn)的中間導柱模架，考慮零件精度要求不是很高，沖裁間隙較小，因此采用Ⅰ級模架精度。 第3章 設計計算 3.1 排樣設計與計算 該沖裁件形狀對稱且簡單，因此排樣如圖3-1所示： 圖 3-1 排樣圖 查表所得，a=1.2mm，a1=1mm 條料寬度偏差Δ=0.5mm 條料與導料板之間的間隙b0=0.5mm 當條料在無側(cè)壓裝置的導料板之間送料時，條料寬度B按下式計算：

11、 (3-1) 式中 B──條料寬度，單位mm； L──沖裁件與送料方向垂直的最大尺寸，單位mm； a──沖裁件與條料側(cè)邊之間的搭邊，單位mm； △──條料下料時的下偏差值，單位mm； b0──條料與導料板之間的間隙，單位mm。 根據(jù)公式3-1，條料的寬度為： 導板間距為B0=B+ b0=20.9+0.5=21.4mm 模具每沖裁一次，條料在模具上前進的距離稱為送料進距或步距。當單個進距內(nèi)只沖裁一個零件時，送料進距的大小等于條料上兩個零件對應點之間的距離。 A=D+al

12、 (3-2) 式中 A──送料進距，單位mm； D──平行于送料方向的沖裁件寬度，單位mm； a1──沖裁件之間的搭邊值，單位mm。 根據(jù)式3-2，送料進距A=18+1=19mm 材料利用率計算公式： (3-3) 式中 S1── 一個進距內(nèi)沖裁件的實際面積，單位mm2； S0── 一個進距內(nèi)所需毛坯面積，單位mm2； A── 送料進距，單位mm； B── 條料寬度，單位mm。 根據(jù)式3-3， 材料利用率

13、 3.2 設計沖壓力與壓力中心，初選壓力機 3.2.1 沖壓力 1.沖裁力 F=KLtτ (3-4) 式中 F──沖裁力，單位N； L──沖裁件周邊長度，單位mm； K──系數(shù)，取K=1.3； τ──材料抗剪強度，單位MPa； t──材料厚度，單位mm。 在一般情況下，材料σb=1.3τ，為計算方便，也可以用下式計算沖裁力 F=Ltσb (3-5) 式中 σb──材料的抗拉

14、強度，單位MPa 取σb=350Mpa，根據(jù)式3-5得： 2.卸料力、推料力、頂料力的計算 (1)卸料力是將箍在凸模上的材料卸下時所需的力； (2)推料力是將落料件順著沖裁方向從凹模洞口推出時所需的力； F缷=K卸F (3-6) F推=nK推F

15、 (3-7) 式中 K卸──卸料力系數(shù)； K推──推料力系數(shù)； n──同時卡在凹?？趦?nèi)的沖裁件 卸料力、推料力系數(shù)，其值如表3.1所示 表3.1 卸料力、推料力和頂料力系數(shù)表 查表3.1得，K卸=0.045，K推=0.05，n取5 卸料力 F缷=K卸F=0.04542861=1929N 推件力 F推=nK推F=50.0542861=10715N 3.2.2 壓力機選擇 由于采用固定卸料和下出件方式,所以F∑= F+ F推=42861+10715=53576N 因此可選壓力機型號

16、為JD23-25，參數(shù)如表3.2所示。 表3.2 壓力機參數(shù) 型號：JD23-25 公稱壓力KN ：250 滑塊行程mm ：65 最大封閉高度mm ：270 最大裝模高度mm:220 連桿調(diào)節(jié)長度mm:55 工作臺尺寸(前后左右)mm ：370560 墊板尺寸（厚度直徑）mm：50200 模柄孔尺寸(直徑/深度)mm ：40/60 最大傾斜角度：30度 3.2.3 壓力中心計算 通過壓力中心計算公式可得壓力中心處于O點，如圖3-2所示 圖 3-2 壓力中心位置圖

17、 第4章 凹凸模設計計算 4.1 凸凹模刃口尺寸及公差 由于工件是圓形等簡單規(guī)則形狀，因此選用互換加工。刃口尺寸計算按分開加工的方法計算。 φ18和φ8按IT14級選取， 查標準公差數(shù)值表可將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為 (1)落料 (4-1) (4-2) (2)沖孔 (4-3) (4-4) 式中 Dp、Dd──落料凸、凹模刃口尺寸，單位mm； dp、dd──沖孔凸、凹模刃口尺寸，單位mm；

18、 Δ──工件公差，單位mm； δp、δd──凸、凹模制造公差，單位mm； x──磨損系數(shù)。 查表得知：Zmax=0.15，Zmin=0.19，x=0.5 根據(jù)式4-1～4-4，得： (1)落料 (2)沖孔 (3)孔中心距 由于， 所以滿足要求。 4.2 凹模機構(gòu)設計 由于零件形狀簡單，故采用整體式凹模，各沖裁的凹模孔均采用線切割機床加工。安排凹模具在模架上的位置時，要依

19、據(jù)計算壓力中心的數(shù)據(jù)，使壓力中心盡量與模柄的中心線靠近。其輪廓尺寸如下： 查表得模具的高度和壁厚分別為 H=22mm C=35mm 凹模的寬度B=D+2C=18+70=88，故取B=100mm 沿進料方向凹模長度L=R+r+L+2C=9+4+19+70=102，故取L=105mm 凹模的結(jié)構(gòu)示意圖如圖 4-1所示， 圖 4-1 凹模零件圖 4.3 凸模機構(gòu)設計 4.3.1 沖孔凸模設計 因為所沖的孔均為圓形，而且都不屬于要特別保護的小凸模，所以沖孔凸模采用圓柱頭直桿圓凸模，加工簡單，便于安裝與更換。其計算如下： 凸模長度 L=h1+h2+h3+h4+

20、h (4-5) 式中 h1一一凸模固定板厚度，單位mm； h2一一卸料板厚度，單位mm； h3一一導板厚度，單位mm； h4一一凸模進入凹模厚度，單位mm； h一一根據(jù)安全因素增加的長度，單位mm。 取h1=20mm，h2=14mm，h3=5mm，h4=1mm，h=15mm 根據(jù)式 4-5可得L= h1+h2+h3+h4+h =20+14+5+1+15=55mm 沖孔凸模結(jié)構(gòu)如圖 4-2所示， 圖 4-2 沖孔凸模零

21、件圖 4.3.2 落料凸模設計 結(jié)合工件外形并考慮加工，講落料凸模設計成臺階式，采用線切割機床加工，與凸模固定板的配合按H7/m6，落料凸模長度與沖孔凸模長度相同，均為55mm。 落料凸模結(jié)構(gòu)如圖 4-3所示， 圖 4-3 落料凸模零件圖 4.4 其他零件設計 4.4.1 導正銷設計 落料凸模下部設置一個導正銷，借用工件直徑8mm的孔作為導正孔，導正銷與落料凸模端面的配合選用H7/n6。 導正銷導正部分直徑尺寸應略小于制件沖孔直徑，則： d=d孔-2a=8-0.12=7.88mm

22、 (4-6) 式中 d一一導正銷的直徑，單位mm； d孔一一孔的直徑，單位mm； a一一導正銷和孔間的空隙，查表得為0.06，單位mm。 查表得，導正高度h=1mm 導正銷結(jié)構(gòu)如圖4-4所示， 圖 4-4 導正銷零件圖 4.4.2 擋料銷設計 導正銷安裝在落料凸模的工作端面上，落料前導正銷先插入已沖好的孔中，確定內(nèi)孔與外形的相對位置，消除送料和導向中產(chǎn)生的誤差。擋料銷的位置，應保證導正銷在導正條料過程中條料活動的可能。則： e=A-D/2+d/2+0.1mm

23、 (4-7) 式中 A──送料進距； D──落料凸模直徑； d──擋料銷頭部直徑； 0.1──導正銷往前推的活動余量。 根據(jù)式 4-7得，L=19-18/2+6/2+0.1=13.1mm 為了方便第一次沖孔時定位，在導料板上增加一個活動擋料銷。 4.4.3 導料板設計 導料板內(nèi)側(cè)與條料接觸，外側(cè)與凹模齊平，導料板與條料之間間隙取0.5mm，這樣就可以確定了導料板的寬度為，導料板厚度取5mm，采用45鋼制作，熱處理硬度為40-45HRC，用螺釘固定在凹模上。 4.4.4 卸料板設計

24、 卸料以固定板卸料,出件是以凸模往下沖即可,因此不用設計出件零件.固定卸料板的平面外形尺寸一般與凹模板相同,其厚度取8mm。采用45鋼制造，淬火硬度為40-45HRC。 結(jié)構(gòu)如圖4-5所示， 圖 4-5 卸料版零件圖 4.4.5 模架與其他零部件設計 該模具采用中間導柱模座，模柄選標準模柄A40100，導柱選φ28130，導套選φ28φ4285。上模座厚度為30mm，上墊板厚度為10mm，固定板厚度為20mm，材料選用45鋼制造，調(diào)質(zhì)處理，固定板結(jié)構(gòu)如圖4-6所示，下模座厚度為35mm，那么該模具的閉合高度： H閉=H上+H墊+L

25、+H+H下-h (4-8) 式中：h一一凸模沖裁后進入凹模的深度，h=1mm； L一一凸模長度，L=55mm； H一一凹模厚度，H=22mm。 根據(jù)式 4-8 得，H閉=30+10+55+22+35-1=151mm。 可見該模具閉合高度小于所選壓力機的最大裝模高度（220mm），可以使用。 圖 4-6 固定板零件圖 4.5 φ8φ18墊圈級進模裝配圖 φ8φ18墊圈級進模主視圖如圖4-7所示，B-B剖面圖如圖4-

26、8所示，A-A剖面圖如圖4-9所示。 圖4-7 主視圖 1-上模架；2-導套；3-導柱；4-模柄；5-上墊板；6-固定板；20-活動擋料銷；21-導料板1；22-導料板2 圖4-8 B-B剖面圖 圖4-9 A-A剖面圖 7-內(nèi)六角圓柱頭螺釘M845；8-圓柱銷φ655；9-圓柱銷φ612；10-沖孔凸模；11-落料凸模；12-卸料板；13-導正銷；14-擋料銷；15-凹模；16-下模架；17-圓柱銷φ870； 18-內(nèi)六角圓柱頭螺釘M840；19—內(nèi)六角圓柱頭螺釘M816 第5章 總結(jié)

27、 畢業(yè)設計是大學最后的一個課程，也是對大學生活所學習的知識的概括。在這里沖壓模具設計中，我綜合運用了本專業(yè)所學的課程的理論進行了一次冷沖壓模具設計，為以后設計模具奠定了基礎(chǔ)。 通過這次畢業(yè)設計，我明白到一項設計不是想象那么簡單，即是是墊圈這么簡單的零件，設計中也有很多需要注意的細節(jié)。從一開始不知道如何入手，接著到借鑒別人的設計，到后來加入自己的設想，最后從有經(jīng)驗的人士中學到一些未接觸過的知識。一步一步地走來，從中提高了我的獨立工作能力，鞏固和擴充了模具的知識，熟悉了模具的基本結(jié)構(gòu)，熟悉了模具規(guī)范和便準，提高了計算能力和繪圖能力，我明白到設計要依靠很多學科的知識和現(xiàn)實的經(jīng)驗。雖然這次設計勉強

28、完成了，但是我模具設計的知識依然欠缺，需要在以后繼續(xù)閱讀資料，吸取經(jīng)驗。要想成為一名合格的模具設計人員，就需要不斷虛心學習，不斷專研，這樣才能更上一個新臺階。 此外，我還得出一個結(jié)論：知識必須通過應用才能實現(xiàn)其價值。有些東西以為學會了，但是真正到用的時候才發(fā)現(xiàn)是兩回事，所以只有能真正會用的時候才是真的學會了。 參考文獻： 【1】李建軍、李德群.模具設計基礎(chǔ)及模具CAD.北京：機械設計工業(yè)出版社，2005.7 【2】薛啟翔.沖壓模具設計和加工計算速查手冊.北京：化學工業(yè)出版社2007.10 【3】陳劍鶴.模具設計基礎(chǔ).北京：機械設計工業(yè)出版社2003.2 【4】王秀鳳 萬良輝

29、.冷沖壓模具設計與制造.北京：北京航空航天大學出版社，2005.4 【5】張如華.沖壓工藝與模具設計.北京：清華大學出版社，2006.1 致謝 本畢業(yè)設計是在老師的親切關(guān)懷和耐心指導下完成的，從課題的選擇到論文的最終完成，老師始終都給予了細心的指導和不懈的支持。老師強調(diào)圖紙的格式規(guī)范；在畫圖時，我的問題，老師都是有問必答，而且耐心地解析每個細節(jié)；初稿完成后，老師又不辭勞苦地幫我一遍又一遍地檢查圖紙，接著又指點我如何修改。老師已經(jīng)無數(shù)遍地閱讀了我的說明書和圖紙，在老師一次又一次地指導下，我的設計終于完成了。老師宅心仁厚，不慕榮利，在他的身上，我們可以感受到一個學者的嚴謹和務實，這些都讓我們獲益菲淺，并且將終生受用無窮。畢竟“經(jīng)師易得，人師難求”，希望借此機會向老師表示最衷心的感謝！ 此外，本文最終得以順利完成，也是與班上的所有同學的幫助分不開的，他們幫我查閱資料，畫圖時指出錯誤，在編輯說明書時，不會的功能都是他們教我的。 同時，能走到今天，所有的任教老師都是功不可沒的，沒有他們的教導，我也不可能完成。因此，真誠地感謝各位老師，謝謝你們的言傳身教熏陶了我。我會永遠地記住你們！