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濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)
濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)
題目
密封墊片沖裁模設(shè)計(jì)
系別
專業(yè)
班級(jí)
姓名
學(xué)號(hào)
指導(dǎo)教師
日期
目 錄
摘 要 2
前 言 3
1材料分析和模具結(jié)構(gòu)的確定 4
1.1工藝分析 4
1.2工藝方案的確定 4
1.3毛坯形狀，尺寸和下料方式的確定 5
1.4排樣和材料的利用率 6
1.5沖模結(jié)構(gòu)的確定 7
2主要數(shù)據(jù)的計(jì)算 9
2.1各部分工藝力計(jì)算 9
2.2主工作部分尺寸計(jì)算 11
2.3凸模的長(zhǎng)度計(jì)算 14
2.4凸模能力的效核 14
3主要工作部分的形式選擇 16
3.1凸模固定形式的選擇 16
3.2凹模的選擇 16
3.3凸、凹模的選擇 18
4沖裁設(shè)備的選擇與驗(yàn)算 19
4.1沖裁設(shè)備的選擇 19
4.2 沖裁功的驗(yàn)算 19
4.3壓力中心的確定 20
4.4閉模高度的計(jì)算 20
5其它零件的設(shè)計(jì)與選擇 21
5.1彈性元件的計(jì)算 21
5.2定位零件的設(shè)計(jì) 22
5.3卸料裝置的設(shè)計(jì) 22
5.4推件裝置的設(shè)計(jì) 23
5.5凸凹模固定板的設(shè)計(jì) 23
5.6墊板選用 24
5.7導(dǎo)柱導(dǎo)套的布置和選用 25
5.8模柄的選用 26
5.9模具主要零件的材料的選用 26
6模架選擇及模具的動(dòng)作過(guò)程 28
結(jié)束語(yǔ) 29
致 謝 30
參考文獻(xiàn) 31
摘 要
在工業(yè)生產(chǎn)高度發(fā)展的現(xiàn)代社會(huì)里，利用模具加工是一種重要的加工方法，在一些國(guó)家里模具甚至被稱為是“黃金”，“金屬加工業(yè)中的帝王”，“磁力工業(yè)”，等。這些都足以看出模具在工業(yè)中的重要地位。
在本設(shè)計(jì)中是針對(duì)復(fù)合沖裁模具的設(shè)計(jì)，從第一章開始，先是對(duì)沖裁件的結(jié)構(gòu)工藝性進(jìn)行分析，然后依次確定模具的類型、總體結(jié)構(gòu)，最后是沖裁力和主要的尺寸計(jì)算、標(biāo)準(zhǔn)件的選用、零件圖和裝配圖的繪制。本套模具的設(shè)計(jì)不是以復(fù)雜模具的設(shè)計(jì)為主，而主要是對(duì)模具設(shè)計(jì)知識(shí)的系統(tǒng)學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)的練習(xí)，以達(dá)到掌握知識(shí)和設(shè)計(jì)方法的目的。
這一套模具是密封墊片的沖裁模，結(jié)構(gòu)緊湊簡(jiǎn)單。材料為黃銅H68，厚度t=2mm。按一般的的加工工序?yàn)槁淞?、沖孔、翻邊、修整。而考慮到?jīng)_裁件的具體結(jié)構(gòu)和工藝性，我采用的加工工序?yàn)椋郝淞稀o(wú)預(yù)制孔直接沖孔翻邊、擠切修邊。從而完成工件的加工。
實(shí)踐證明，模具的設(shè)計(jì)和制造只有一些理論知識(shí)是不行的，任何模具的設(shè)計(jì)都要有一定的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)才可以設(shè)計(jì)出更合理的模具。
關(guān)鍵詞：落料、沖孔、翻邊、修邊
前 言
模具設(shè)計(jì)是學(xué)習(xí)模具設(shè)計(jì)與制造專業(yè)的重要內(nèi)容之一，也是畢業(yè)前對(duì)所學(xué)知識(shí)的一次大檢查。
本套模具是以軟金屬黃銅為坯料的復(fù)合沖裁模。選擇這樣一套模具的主要是因?yàn)榭紤]到做這種模具的應(yīng)用性廣泛，結(jié)構(gòu)緊湊，可以較全面的檢查一下自己的專業(yè)知識(shí)和專業(yè)技能，熟悉并撐握模具設(shè)計(jì)的一般方法和步驟，知道如何查，查取有關(guān)資料，如何選取標(biāo)準(zhǔn)件，等。由于工件較小，故模具的體積不大，屬于小型復(fù)合沖裁模具。這一次的完整模具設(shè)計(jì)也可以看成是畢業(yè)前走向工作崗位的一次煅煉，對(duì)以后自己從事模具的設(shè)計(jì)和制造工作都是十分有利的。
本套模具的主要優(yōu)點(diǎn)是，沖出的工件一致性較好，表面質(zhì)量也較好。主要技術(shù)難點(diǎn)在于，如何合理安排模具結(jié)構(gòu)，使用最簡(jiǎn)單、可靠的模具結(jié)構(gòu)，沖裁出最好的工件，以及如何使模具的使用壽命符合要求，甚至更長(zhǎng)。
在本套模具的設(shè)計(jì)過(guò)程中，得到了指導(dǎo)老師和同學(xué)們的很多幫助，在這里一并表示由衷的感謝。由于本人缺乏設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，在其中難免有不足之處，懇望老師和同學(xué)們的批評(píng)指正。
1材料分析和模具結(jié)構(gòu)的確定
圖1 零件圖
工件名稱：密封墊片
生產(chǎn)批量：大批生產(chǎn)
材 料：黃銅H68
材料厚度：2mm
1.1工藝分析
該零件是圓形的軸對(duì)稱工件，且是變薄翻邊，總體上結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。主要尺寸是內(nèi)徑大于黃銅要求的最小沖孔直徑，即，最大外徑，精度要求一般，主要保證內(nèi)孔尺寸即可，精度等級(jí)可取為級(jí)。材料用塑性較好的黃銅，厚度，翻邊的高度為6mm，圓角半徑大于黃銅沖孔時(shí)的最小圓角半徑，即,孔邊距,其工件的加工工藝性較好，即沖裁性較好.
1.2工藝方案的確定
方案一：采用單工序模具，即先落料后沖孔，再翻邊，需兩套模具;
方案二：采用復(fù)合模具，即一次安成落料沖孔翻邊工序，只需要一套模具;
方案三：采用級(jí)進(jìn)模具，即先沖孔落料在翻邊，只需要一套模具;
三種方案的比較見表1。
表1 三種方案的比較
模具種類
比較項(xiàng)目
單工序模
復(fù)合模
連續(xù)模
沖件精度
較低
高
一般
生產(chǎn)效率
較低
較高
高
生產(chǎn)批量
適合大、中、小批量
適合大批量
適合大批量
模具復(fù)雜程度
較易
較復(fù)雜
復(fù)雜
模具成本
較低
較高
高
模具制作精度
較低
較高
高
模具制造周期
較快
較長(zhǎng)
長(zhǎng)
模具外形尺寸
較小
中等
較大
沖壓設(shè)備能力
較小
中等
較大
工作條件
一般
較好
好
由于這樣一個(gè)工件按單工序模具來(lái)加工，則需兩個(gè)工序，即需要兩套模具，兩臺(tái)設(shè)備，模具制造費(fèi)用大，生產(chǎn)效率低，且不容易保證尺寸精度，操作不便，也不夠安全。所以方案一不合理。若采用模具級(jí)進(jìn)則模具制造難度加大，工件的尺寸也不容易保證。生產(chǎn)效率也不高，所以方案三也不合理。而采用復(fù)合模制沖件時(shí)，由于這個(gè)工件的結(jié)構(gòu)不太復(fù)雜而且軸對(duì)稱，復(fù)合模的成本不是太高，制造的難度也不大，容易保證尺寸的精度，操作也方便，安全性好，生產(chǎn)效率高。所以綜合考慮，對(duì)以上三種模具特點(diǎn)的比較后，方案二比較合理。所以采用方案二的復(fù)合模。
1.3毛坯形狀，尺寸和下料方式的確定
由于該工件是圓形的墊片，最大外徑是落料的直徑，且生產(chǎn)批量大，所以為了送料方便快速，坯料可以用條料，寬度應(yīng)比工件的最大直徑大兩個(gè)單邊搭邊值，兩沖裁件也應(yīng)留一個(gè)最小的搭邊值，以保證沖裁出完整的工件，避免殘缺工件的產(chǎn)生。提高坯料的利用率，提高生產(chǎn)效率和工件質(zhì)量。
由于工件只須內(nèi)孔翻邊，則落料件的尺寸與工件的外徑相等，查最小搭邊值得出，則：
調(diào)料寬度的尺寸計(jì)算還與條料送進(jìn)時(shí)模具上有無(wú)側(cè)壓裝置及是否有側(cè)刃有關(guān)，本套模具中沒有側(cè)壓和側(cè)刃裝置，則條料寬度的計(jì)算按下式:
(1－1)
式中 ----條料的寬度（mm）;
----工件的最大外徑（mm）;
----沖裁時(shí)留的最小搭喧值(mm);
則：
條料的送料步距按下式：
(1－2)
式中 ----送料步距（mm）;
----最小搭邊值（mm）;
則：
1.4排樣和材料的利用率
排樣的方法有：有廢料排樣，少?gòu)U料排樣和無(wú)廢料排樣三種，一般的沖裁時(shí)產(chǎn)生的廢料分兩種，一種是沖孔的廢料和材料尾部余料，這種廢料的產(chǎn)生與排樣無(wú)關(guān)，而只與零件的結(jié)構(gòu)有關(guān)，稱之為結(jié)構(gòu)廢料；另一種是料頭、前、中、側(cè)面的搭邊，與搭邊選用及工藝方法有關(guān)，稱之為工藝廢料。所以要提高材料的利用率就要合理排樣，盡可能地減少工藝廢料。工件的排樣如下圖。
圖2 排樣圖
由于工件的形狀和結(jié)構(gòu)的限制這里采用有廢料排樣的方法，排樣時(shí)為保證工件的質(zhì)量要求而留有搭邊值，其值在前面已經(jīng)查出。那么材料的利用率按式：
（1－3）
----條料的材料利用率；
n---- 條料上沖件總數(shù)，此取n＝40；
F1---- 工件實(shí)際面積(mm);
A---- 條料長(zhǎng)度(mm)此取A＝1061.5mm;
B---- 條料寬度 (mm) B＝28mm;
則：
1.5沖模結(jié)構(gòu)的確定
首先從上面我們已經(jīng)確定這是一套復(fù)合模，分析這個(gè)沖件可知，它是一個(gè)簡(jiǎn)單的圓形且是軸向?qū)ΨQ的沖件，而且最大直徑可直接通過(guò)落料得到，內(nèi)部需要同心沖孔和翻邊，而內(nèi)孔的沖裁又會(huì)產(chǎn)生廢料，所以總體上應(yīng)將落料的凹模固定在上模座上，而沖孔的凹模固定在下模座上，這樣先完成落料，再隨著模具的繼續(xù)動(dòng)作完成沖孔和翻邊，而沖孔和翻邊產(chǎn)生的廢料可以通過(guò)與沖孔凹模相通的通孔直接排出模具外。又由于條料只有2mm，較薄，而且沖壓件較小，質(zhì)量要求一般，屬于普通沖裁，所以可以用彈性卸料裝置進(jìn)行卸料，同時(shí)可以利用彈性裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)沖裁前凸凹模與卸料板的壓力來(lái)完成壓料動(dòng)作，以保證工件的平整度。又由于毛坯以條料的形式送進(jìn)模具，生產(chǎn)量又大，所以可用兩個(gè)導(dǎo)料銷和一個(gè)擋料銷來(lái)完成條料送進(jìn)時(shí)的正確定位和均勻正確的送料步距，同時(shí)由于沖件結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，沖件又小，所以用手動(dòng)送料即可。在上下模座的導(dǎo)向方式上，考慮到?jīng)_件的結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，尺寸精度要求較一般，而且是大量的生產(chǎn)，應(yīng)盡量能提高模具的使用壽命，可以用導(dǎo)柱和導(dǎo)套配合的形式來(lái)完成上下模正確的沖裁定位。再根據(jù)下面的倒、順裝復(fù)合模的比較,最后確定,整套模具采用倒裝的形式。
具體特點(diǎn)的比較如下表。
表2 倒、順裝復(fù)合模的比較
比較項(xiàng)目
倒裝復(fù)合模
順裝復(fù)合模
工作零件
裝配位置
凸模
在上模部分
在下模部分
凹模
在上模部分
在下模部分
凸凹模
在下模部分
在上模部分
出件方式
采用頂桿、頂桿自上模（凹模）內(nèi)推出，下落到模具工作面上
采用彈頂器自下模（凹模）內(nèi)頂出至模具工作面上
沖裁件的平整度
較差
較好
廢料排除
廢料凸模內(nèi)積聚到一定程度后，便從下模部分的漏料孔或排出槽排出
廢料不在凸凹模積聚。壓力機(jī)回程時(shí)及從凸凹模內(nèi)推出
凸凹模的強(qiáng)度和壽命
凸凹模承受的漲力太大，凸凹模的最小壁厚應(yīng)嚴(yán)格控制，否則會(huì)漲裂
受力情況比倒裝復(fù)合模好，但凸凹模的內(nèi)形尺寸易磨損增大，壁厚可比倒裝的薄
生產(chǎn)操作
廢料自漏料孔中排出，有利于清理模具的工作面，生產(chǎn)操作較安全
廢料自上而下?lián)袈?，和工件一起匯聚在模具工作面上，對(duì)生產(chǎn)操作不利
適應(yīng)性
沖裁件平整要求不高，凸凹模強(qiáng)度足夠時(shí)采用。凸凹模尺寸較大時(shí)，可直接固定要下模上，不用固定板
適用于薄料的生產(chǎn)，平整度要求較高，以及壁厚較小，強(qiáng)度較差的凸凹模
2主要數(shù)據(jù)的計(jì)算
2.1各部分工藝力計(jì)算
由于本工件的材料較薄，且工件的尺寸較小，所需的沖裁力不大，一般沖裁設(shè)備即可滿足所用的力，不需要采取降低沖裁力的措施，采用平刃沖裁即可。以下沖裁力的計(jì)算按平刃沖裁時(shí)的式子進(jìn)行計(jì)算。
2.1.1落料力的計(jì)算
落料力計(jì)算 按式2－1：
（2－1）
式中 F落――落料力（N）；
L――工件外輪廓周長(zhǎng)（mm）；
T――材料厚度（mm），t=1mm；
τ――材料抗剪強(qiáng)度（MPa）。由查表，。
則
2.1.2卸料力計(jì)算
卸料力 按式2－2：
（2－2）
式中 ――卸料力因數(shù)，其值由表2-15查得，。
則
2.1.3翻邊力的計(jì)算
此模具翻邊凸模的工作部分為圓錐形，且翻邊時(shí)無(wú)預(yù)制孔。因此。
按式2－3翻邊力為：
（2－3）
式中 ――翻邊力;
――材料的屈服強(qiáng)度，查表得，;
――翻邊直徑（按中線計(jì)），;
――毛坯預(yù)制孔直徑 ;
――材料厚度（mm）;
無(wú)預(yù)制孔的翻邊力比有預(yù)制孔的翻邊力大倍，此處取1.3，
則
2.1.4切邊力的計(jì)算
切邊力 按式2－4：
（2－4）
式中 ――切邊力（）；
――工件外輪廓周長(zhǎng)（mm）；
――材料厚度（mm），；
――材料抗剪強(qiáng)度（）。由查表，。
則
2.1.5卸料力的計(jì)算
卸料力 按式2－5：
（2－5）
式中 ---卸料力因數(shù)，其值由表2-15查得，K卸=0.02;
則
2.1.6推件力的計(jì)算
推件力 按式2－6：
（2－6）
式中 ――推件力因數(shù)，其值由表2-15查得;
n――工件在凹模內(nèi)的個(gè)數(shù)，取;
則
當(dāng)采用剛性卸料和下出件的模具（如剛性卸料的單工序?；蚣?jí)進(jìn)模等）時(shí)：
（2—7）
當(dāng)采用彈壓卸料和下出件的模具（如彈壓卸料的單工序模、級(jí)進(jìn)模或上模剛性推料的倒裝復(fù)合模等）時(shí)：
（2—8）
用倒裝復(fù)合模沖裁時(shí)，與落料有關(guān)，與沖孔有關(guān)。
當(dāng)采用彈壓卸料和上出件的模具（如上模彈壓卸料、下模彈頂出件的單工序或上模剛性推料的正裝復(fù)合模等）時(shí)：
（2—9）
此時(shí)，與落料有關(guān)，單工序模的與落料力有關(guān)，正裝復(fù)合模中與沖孔力及落料力都有關(guān)。
而本零件則采用彈壓卸料和上出件的模具，則采用式2－9;
故總的沖裁力
2.2 工作部分尺寸計(jì)算
2.2.1落料刃口尺寸計(jì)算
落料模設(shè)計(jì)時(shí)，以落料凹模刃口尺寸與沖件尺寸基本一致，作為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)尺寸，凸、凹模間隙靠減小凸模刃口尺寸得到。由于模具在沖裁過(guò)程中不斷被磨損，致使凹模刃口尺寸逐漸增大，故設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)選用接近或等于工件的最小極限尺寸作為凹模刃口尺寸。
在選擇凸、凹模刃口尺寸公差時(shí)，應(yīng)依照沖件的精度要求，以經(jīng)濟(jì)合理為原則。一般模具精度應(yīng)比沖件精度要求至少高兩個(gè)級(jí)別。
按表查得沖裁模刃口雙面間隙，。
工件的未注公差尺寸按IT14級(jí)計(jì)算，查書附錄得落料件直徑為。
落料凸、凹模的制造公差由文獻(xiàn)查得，。磨損因數(shù)由表查得。
校核： （2－10）
則，落料凸、凹模采用配合加工方法按式2－11：
（2－11）
式中： ――凹模尺寸;
――工件的基本尺寸 （mm）;
――磨損系數(shù)，當(dāng)工件尺寸公差等級(jí)為IT11～13時(shí)取x=0.75;
――工件公差 （mm）;
――凹模制造公差 （mm）;
則凹模尺寸
凸模的尺寸按凹模的尺寸配制，其雙面間隙為。
2.2.2切邊刃口尺寸計(jì)算
沖壓工件切邊部分尺寸為,尺寸精度為級(jí)。
切邊間隙對(duì)切邊質(zhì)量和模具壽命影響較大，雙邊間隙Z過(guò)小則模架導(dǎo)向精度高，模具壽命低；Z過(guò)大則制件口部的毛刺大，取為宜。查得切邊刃口雙面間隙，。
查表得凸、凹模的制造公差。磨損因數(shù)由表2-13得。
校核：
則切邊凸、凹模采用配合加工方法。按式2－12:
（2－12）
式中 ――凸模尺寸；
B――工件的基本尺寸（mm）;
X――磨損系數(shù)，當(dāng)工件尺寸公差等級(jí)為IT11～13時(shí),x=0.75;
△――工件公差（mm）;
――凸模制造公差（mm）;
則凸模尺寸
凹模的尺寸按凸模尺寸配制，其雙面間隙為。
2.2.3翻邊的工作部分尺寸計(jì)算
由于是內(nèi)孔翻邊且有尺寸精度要求，尺寸精度由凸模保證。故設(shè)計(jì)基準(zhǔn)尺寸應(yīng)以凸模為基準(zhǔn)，凸、凹模間隙靠加大凹模刃口尺寸得到。凸模在工作過(guò)程中也會(huì)不斷的磨損，故設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)選用接近或等于工件的最大極限尺寸作為凸模刃口的尺寸。
翻邊過(guò)程中一般對(duì)坯料加工有預(yù)制孔，但這樣會(huì)使孔口表面形成硬化層、毛剌、撕裂告等缺陷，導(dǎo)致極限翻邊系數(shù)變大，而本工件的材料塑性較好，且工件屬于小形件，故坯料不必加工預(yù)制孔。
由于工件是屬于變薄翻邊，為了保證工件在翻邊過(guò)程中不產(chǎn)生破裂，應(yīng)先根據(jù)工件材料的最大翻邊高度和工件的要求翻邊高度來(lái)確定翻邊的次數(shù)，則：工件的最大翻邊高度按下式（2－13）計(jì)算：
（2－13）
――工件最大翻邊高度（mm）;
――工件凸圓部分的中間直徑（mm）;
――翻邊系數(shù)，黃銅t=（0.5～5）mm時(shí)， ;
――翻邊圓角;
――材料的厚度;
則：
工件的要求高度為：h=6mm,即,工件通過(guò)一次翻邊即可達(dá)到高度要求，且不會(huì)產(chǎn)生破裂。
為了避免彈性卸料和推件裝置的行程過(guò)大，翻邊凸模端部設(shè)計(jì)為圓錐形凸模，其錐角取90°。推件塊還有壓邊的作用，故翻邊凸模不需要臺(tái)肩。
由于翻邊凸模在下行中，還進(jìn)行擠切修邊：
則，翻邊凸模的直徑。
考慮到工件翻邊變薄的情況，平毛坯翻邊凸凹模之間單邊間隙可小于材料的厚度，一般單邊間隙按進(jìn)行計(jì)算，即.翻邊凹模圓角半徑對(duì)翻邊成形影響不大，取值一般為零件的圓角半徑即可。
翻邊凹模尺寸 （2－14）
翻邊凸模凸圓與落料凹模的配合部分采用壓入式過(guò)盈配合，配合取H7/p6，則翻邊凸模的凸圓部分的極限偏差查標(biāo)準(zhǔn)公差表得： , 再查孔的基本偏差數(shù)值表得的基本偏差是下偏差：
則
翻邊凸模與落料凹模配合部分的基本偏差為下偏差，則極限偏差分別為：
下偏差：
上偏差：
2.3凸模的長(zhǎng)度計(jì)算
凸模的長(zhǎng)度應(yīng)根據(jù)具體的模具結(jié)構(gòu)形式確定，本模具中按下式計(jì)算：
(2－15)
式中 ----凸模的長(zhǎng)度（mm）;
----落料凹模的長(zhǎng)度（mm）;
則
2.4凸模能力的效核
2.4.1凸模承壓能力的效核
要使凸模正常工作，必須使凸模最小斷面的壓應(yīng)力不超過(guò)凸模材料的許用壓應(yīng)力，按下式2－16計(jì)算：
對(duì)于圓形凸模 （2－16）
式中 ——凸模最小斷面的壓應(yīng)力；
——圓形凸模最小截面的直徑
ｔ——沖裁材料厚度；
——沖裁材料抗剪強(qiáng)度；
——凸模材料的許用壓應(yīng)力，對(duì)于T8A、T10A、Cr12MoV、GCr15等工具鋼，淬火硬度為HRC58～62時(shí)，可取凸模有特殊導(dǎo)向時(shí)，可取;
則
即，滿足要求，所以符合凸模設(shè)計(jì)要求。
2.4.2抗縱向彎曲應(yīng)力的效核
凸模沖裁時(shí)，可視為壓桿。當(dāng)凸模細(xì)長(zhǎng)時(shí)，必須根據(jù)歐拉公式進(jìn)行縱向彎曲應(yīng)力的效核。對(duì)于圓形凸模按下式2－17計(jì)算：
（2－17）
式中 ——允許的凸模最大自由長(zhǎng)度；
Ｆ——沖裁力；
Ｉ——凸模最小截面的慣性矩；
ｄ——凸模最小截面的直徑；
則:
即，,滿足要求，所以符合凸模的長(zhǎng)度設(shè)計(jì)要求。
3主要工作部分的形式選擇
3.1凸模固定形式的選擇
凸模的固定形式有：采用凸模固定板固定、與上模板直接固定和采用低溶點(diǎn)合金或環(huán)氧樹脂澆注固定三種，各自的特點(diǎn)的比較如下表。
表3 固定形式的特點(diǎn)比較
固定形式
固定方法
特點(diǎn)
凸模固定板固定
一般采用H7/p6過(guò)渡配合，圓形凸模則采用凸肩固定
定位精度高，牢靠，但固定孔精度高，加工困難
與上模板直接連接
采用螺釘，銷釘直接把凸模固定在上模板上
適用于大型凸模的固定
低熔點(diǎn)合金澆注固定
或
環(huán)氧樹脂澆注固定
使低熔點(diǎn)合金或氧樹脂溶化，像粘結(jié)劑一樣固定在凸模上
適用于沖裁0.3～2mm的板料
由于本工件是大批量的生產(chǎn)，且內(nèi)孔有一定的精度要求，模具采用的是復(fù)合模，則從上表的比較中可選用凸模固定板固定的形式固定凸模，而這里的固定板又是與落料凹模一體的，即凸模的凸肩與落料凹模的上端以H7/p6過(guò)渡配合。具體的尺寸見附圖。
3.2凹模的選擇
3.2.1凹模結(jié)構(gòu)形式的選擇
凹模的結(jié)構(gòu)形式有整體式和組體式兩種，兩種結(jié)構(gòu)形式的比較如下表。
表4 凹模兩種結(jié)構(gòu)形式的比較
結(jié)構(gòu)形式
制作方法
固定方法
特點(diǎn)
整體式凹模
其外形按毛坯和工件的形狀制作
采用螺釘和銷釘直接固定在模板上
制造簡(jiǎn)單，但工作部分與非工作部分都由優(yōu)質(zhì)鋼制造，損壞后全部更換，浪費(fèi)材料，成本高
組合式凹模
凹模工作部分與非工作部分開制造，非工作部分用普通鋼制造，凹模以過(guò)渡配合壓裝在凹模固定板內(nèi)
采用螺釘和銷釘把凹模固定板緊固在模板上
節(jié)約貴重的模具材料，且當(dāng)凹模損壞后是易維修更換，適用于沖制大、中型工件上的小孔
由于工件是大批量的生產(chǎn)，而且整體尺寸較小，則根據(jù)上面的比較表可選用整體式的凹模結(jié)構(gòu)。
3.2.2凹模刃口形式的選擇
凹模的刃口形式有直壁形、錐形和凸臺(tái)式三種，這幾種形式比較如下表。
表5 凹模刃口形式的比較
刃口形式
優(yōu)點(diǎn)
缺點(diǎn)
直壁形
刃口強(qiáng)度高且刃磨后孔中尺寸不隨修磨而變化，制造方便
孔內(nèi)易積工件或廢料，增大了凹模的脹力，推件力，孔壁易磨損
錐形
凹模加工容易，不易積存工件或廢料，對(duì)孔壁摩擦力和壓力小
刃口強(qiáng)度較差且刃磨以后孔口尺寸隨修磨變大
凸臺(tái)式
可以用錘敲打凸臺(tái)斜面以調(diào)整模具間隙，直到試出滿意的沖件
僅適用于沖0.3mm以下的軟金屬與非金屬材料，凹模的硬度一般不高于HRC35～38
在本套復(fù)合模中，采用的是倒裝的形式，而且凹模內(nèi)有推件塊，所以凹模內(nèi)不會(huì)積存工件，而錐形的又不利于工件的推出和間化模具的結(jié)構(gòu)，則根據(jù)上面的比較表選用直壁形的刃口形式。具體的尺寸見附圖。
3.3凸、凹模的選擇
凸、凹模的結(jié)構(gòu)大到分為整體式和鑲拼式的兩種，鑲拼式結(jié)構(gòu)適合于大，中型和形狀復(fù)雜，局部容易損壞的整體凸模式或凹模，而此處所需的凸凹模形狀較簡(jiǎn)單，所以選用整體式來(lái)加工凸凹模。為了滿足凸凹模的強(qiáng)度要求，應(yīng)滿足凸凹模的最小壁厚
即 （3－1）
m——最小壁厚值（mm）;
t——材料的厚度（mm）;
則:
而工件內(nèi)孔邊緣與外邊緣相差，所以凸凹模強(qiáng)度滿足要求。具體的結(jié)構(gòu)尺寸見附圖。
4沖裁設(shè)備的選擇與驗(yàn)算
4.1沖裁設(shè)備的選擇
壓力機(jī)的精度低，會(huì)造成模具壽命低，工件精度低等不良后果。壓力機(jī)的精度分子負(fù)荷狀態(tài)的靜精度和負(fù)荷狀態(tài)下的動(dòng)精度兩種。對(duì)沖壓加工來(lái)說(shuō)，實(shí)際需要的是動(dòng)精度。
平行度不好，彎曲加工時(shí)造成彎曲角的波動(dòng)，拉深加工時(shí)造成壓邊力不均勻和凸、凹模間隙不均勻等后果。垂直度不好，需要長(zhǎng)加工距離的彎曲拉深加工，在加工行程的各點(diǎn)造成凸、凹模中心錯(cuò)移。綜合間隙過(guò)大會(huì)助長(zhǎng)過(guò)沖現(xiàn)象發(fā)生，因此希望其為必要的最小限度。
為安全起見，防止設(shè)備超載，可按公稱壓力的原則選取壓力機(jī)。由于該工件屬于小件，沖裁精度一般而且是大批量生產(chǎn)，在考慮壓力機(jī)是應(yīng)以機(jī)械壓力機(jī)為主，而機(jī)械壓力機(jī)加工速度比液壓壓力機(jī)快的多，高的生產(chǎn)效率是其絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，所以確定在機(jī)械壓力機(jī)內(nèi)選擇。而沖裁的行程又比較短，所以又以曲柄結(jié)構(gòu)有利。參照附錄，可選取公稱壓力為的單曲柄壓力機(jī)，其技術(shù)參數(shù)為：
公稱壓力：
滑塊行程：
最大封閉高度：
封閉高度調(diào)節(jié)量：
滑塊中心線至床身距離：
電動(dòng)機(jī)功率：2.2KW
最大傾斜角度：30°
工作臺(tái)尺寸：前后；左右
工作臺(tái)孔徑：前后：左右：直徑
模柄孔尺寸：
機(jī)床總質(zhì)量：
4.2 沖裁功的驗(yàn)算
為了使壓力機(jī)的每次行程功不超過(guò)額定數(shù)值，從而保證壓力機(jī)飛輪的轉(zhuǎn)速及保證電動(dòng)機(jī)不超載，必須進(jìn)行沖裁功的驗(yàn)算:
分析工件的結(jié)構(gòu)及要求可知，易采用平刃沖裁：
即 （4－1）
A――平刃沖裁功 (N·m);
P――平刃沖裁時(shí)的總沖裁力 (N);
t――材料厚度 (mm);
m――系數(shù)，一般取值m=0.63
則
即，壓力機(jī)符合要求。
4.3壓力中心的確定
對(duì)于對(duì)稱的工件，其壓力中心位于輪廓圖形的幾何中心。則，本工件的壓力中心就在其圓心的位置。
4.4閉模高度的計(jì)算
為了保證模具和壓力機(jī)相適應(yīng)，沖模的閉合高度應(yīng)介于壓力機(jī)的最大裝模高度和最小裝模高度之間，其關(guān)系式為4－2。
（4－2）
式中 H——沖模的閉模高度;
——最大裝模高度;
——最小裝模高度;
則：
而
則，所選的壓力機(jī)符合要求。
5其它零件的設(shè)計(jì)與選擇
5.1彈性元件的計(jì)算
5.1.1卸料橡膠的計(jì)算
卸料裝置采用橡膠作為彈性元件。計(jì)算橡膠的自由高度為5－1。
（5－1）
式中： －－工作行程與模具修磨量或調(diào)整量之和。
則
取
橡膠的裝配高度
取。
橡膠的斷面面積，在模具裝配時(shí)，根據(jù)模具空間大小確定。
5.1.2彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算
推件塊用于沖壓件的上卸料，且兼作壓料板，是使工件保持平整的關(guān)鍵零件，故選擇彈簧時(shí)，其工作壓力應(yīng)再加大一些。
根據(jù)結(jié)構(gòu)初選為1根彈簧，卸料力。按預(yù)壓力和模具結(jié)構(gòu)的尺寸，由查表可選序號(hào)的彈簧，其負(fù)荷。
檢驗(yàn)是否滿足。
其中，查表及負(fù)荷一行程曲線可得下列有關(guān)數(shù)據(jù)如下表6。
表6 彈簧的數(shù)據(jù)比較
彈簧序號(hào)
H
H1
S1=H－Ｈ１
Ｓ預(yù)
Ｓ總＝Ｓ工作+Ｓ預(yù)+Ｓ修磨（=6mm）
51
40
30.1
9.9
9.2
22.2
52
50
37.0
13
16.5
29.5
53
60
44.2
15.8
14.5
27.5
54
70
51.2
18.8
17.5
30.5
55
80
58.2
21.8
20
33
56
90
65.3
24.7
24.5
37.5
故選取55號(hào)彈簧，外徑，鋼絲直徑，自由狀態(tài)下高度
。則，彈簧裝配高度。
5.2定位零件的設(shè)計(jì)
定位零件分兩類：一類是在送料方向垂直方向的定位，即送進(jìn)導(dǎo)向，另一類是要送料方向上定位用來(lái)控制送料進(jìn)距。在本套模具中，導(dǎo)料裝置和擋料裝置均采用銷釘?shù)男问剑踩齻€(gè)，其中兩個(gè)作為導(dǎo)料銷壓裝在凸凹模的一側(cè)另外一個(gè)作為擋料銷壓裝在凸凹模上與送料方面一致的前方，其銷頭的高度為,即3mm。
5.3卸料裝置的設(shè)計(jì)
卸料板的型式較多，本套模具采用彈壓卸料板的形式，它的作用是除了把板料從凸凹模上卸下外， 還起到壓料的作用。卸料板與凸凹模的單邊間隙一般?。?.2～0.5）mm,厚度一般?。?～15）mm。
卸料板的厚度查表?。汉穸?。
卸料板孔與凸模的單邊間隙查表取：;
卸料板底面高出凸模底面的尺寸：
這里取;
卸料螺釘按標(biāo)準(zhǔn)件選取，卸料板的具體結(jié)構(gòu)尺寸如下圖。
圖3 卸料板的結(jié)構(gòu)尺寸圖
5.4推件裝置的設(shè)計(jì)
推件裝置有鋼性推件裝置和彈性推件裝置兩種，在本套模具中采用彈性推件裝置。推件塊與凸模的配合不起導(dǎo)向作用，所以此處的單面間隙?。╰為材料厚度）具體結(jié)構(gòu)尺寸如下圖4。
圖4 推件塊的結(jié)構(gòu)尺寸圖
5.5凸凹模固定板的設(shè)計(jì)
一般凸凹模固定板的厚度按取值,此處取45mm，具體結(jié)構(gòu)尺寸如下圖5。
圖5 凸凹模固定板的結(jié)構(gòu)尺寸圖
5.6墊板選用
墊板的功能主要是保護(hù)上模板，具體的結(jié)構(gòu)尺寸如下圖6。
圖6 墊板的結(jié)構(gòu)尺寸圖
5.7導(dǎo)柱導(dǎo)套的布置和選用
本工件的生產(chǎn)是大批量，要求模具壽命長(zhǎng)，因此采有導(dǎo)柱導(dǎo)套的標(biāo)準(zhǔn)件。由于沖件是一個(gè)對(duì)稱的圓形件，為了保證上下模有一個(gè)精確的位置關(guān)系，避免兩個(gè)裝錯(cuò)時(shí)影響沖裁精度，兩個(gè)導(dǎo)柱選用不同的直徑，直徑相差一般為2～3mm。普通沖裁采用滑動(dòng)導(dǎo)柱導(dǎo)套即可滿足沖裁要求。具體的導(dǎo)柱、導(dǎo)套的布置根據(jù)下面的比較表選用后側(cè)布置。
表7 導(dǎo)柱、導(dǎo)套的布置比較
布置形式
特點(diǎn)
適用場(chǎng)合
后側(cè)布置
導(dǎo)柱、導(dǎo)套受力不平衡，影響導(dǎo)向精度，但它各個(gè)方向敞開，送料操作方便，容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，自動(dòng)化
對(duì)導(dǎo)向要求不太嚴(yán)格，且沖壓偏移國(guó)不在時(shí)，廣泛采用這種布置方式
中間兩側(cè)布置
受力平衡，但只能一個(gè)方向送料
多用于彎曲模和拉深模
對(duì)角布置
受力平衡，使用時(shí)可兩個(gè)方向送料，操作方便
一般用于中、小型的模具
四角布置
受力均勻，導(dǎo)向精度高，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜
僅用于大型沖?；蚬ぜ纫筇貏e高的情況
導(dǎo)柱、導(dǎo)套的配合間隙根據(jù)凸、凹模之間的精度確定，一般當(dāng)工件材料厚度大于0.8mm時(shí)，導(dǎo)柱、導(dǎo)套按H7/h6配合，而導(dǎo)柱、導(dǎo)套與上、下模的配合為H7/r6。
選擇導(dǎo)柱、導(dǎo)套長(zhǎng)度時(shí)，應(yīng)考慮模具閉合時(shí)導(dǎo)柱上端面與上模板上平面距離不小于10～5mm，而導(dǎo)柱下端和下模板下平面的距離不小于2～5mm，導(dǎo)套的上端面與上模板上平面的距離要大于3mm，用以排氣和出油。可參照下面的關(guān)系圖，如下圖7。
1－上模板 2－導(dǎo)套 3－導(dǎo)柱 4－下模
圖7 導(dǎo)柱、導(dǎo)套裝模關(guān)系圖
5.8模柄的選用
本模具屬于小形沖模，采用壓入式標(biāo)準(zhǔn)核模柄，上模座與孔采用H7/m6的過(guò)渡配合，并加銷釘防轉(zhuǎn)。
5.9模具主要零件的材料的選用
模具中各零件的材料選取和要求可參照下表進(jìn)行選用如下表8。
表8 模具材料選用一覽
零件名稱
選用材料
熱處理HRC
上、下模座
HT20-40
導(dǎo)柱
20
滲碳60～64
導(dǎo)套
20
滲碳58～62
凸模
78A/T10A
58～62
凹模
78A/T10A
58～62
模柄
A3
擋料銷
45
42～48
彈簧
65Mn
43～48
銷、螺釘、螺栓
45
43～48
固定、墊板、確定
A3/A5
淬火
6模架選擇及模具的動(dòng)作過(guò)程
該模具主要由上、下模座落料凹模、凸凹翻邊凹模、凸凹模固定板、卸料板、推件塊等零件構(gòu)成。
根據(jù)落料凹模的外形尺寸及橡膠尺寸，參照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，可選擇I級(jí)精
后側(cè)導(dǎo)柱模架
上模座： HT300
下模座： HT300
導(dǎo) 柱： 20鋼
導(dǎo) 套： 20鋼
工作時(shí)，條料由卸料板上面送入，依靠導(dǎo)料銷和擋料銷來(lái)對(duì)條料進(jìn)行正確的定位，上模下行卸料板與推件塊壓緊板料，然后凸凹模與落料完成落料工作，同時(shí)端部呈錐形的翻孔凸模進(jìn)行沖穿孔。上模繼續(xù)下行，工件要推件塊的壓緊狀態(tài)下進(jìn)行翻孔。當(dāng)翻孔結(jié)束時(shí)，翻孔凸模與凸凹模進(jìn)行擠切修邊。上?；厣龝r(shí)，由卸料板及推件塊完成卸料，擠切修邊廢料從凸凹?？卓趦?nèi)落下，至此整個(gè)沖壓工序完畢。
結(jié)束語(yǔ)
這是一套復(fù)合沖裁模的設(shè)計(jì)，雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但這是我對(duì)模具設(shè)計(jì)的第一次嘗試。
在剛開始做這套模具的時(shí)候，不知道從何處下手，從各類資料的得到的答案也各不相同。這曾讓我不知該如何是好，但是要做好一套模具就必須要有一個(gè)好的開頭和好的設(shè)計(jì)思路，于是，我把各種方法做了一個(gè)比較，發(fā)現(xiàn)它們有一個(gè)共同的地方，那就是根據(jù)具體的工件要求制定具體的設(shè)計(jì)方案。這樣我明確了設(shè)計(jì)方法之后，首先把設(shè)計(jì)的思路定了下來(lái)，然后在根據(jù)這個(gè)思路一步一步的做下去。在具體做設(shè)計(jì)的過(guò)程中，又碰到了許多的問(wèn)題，有許多都涉及到了新的知識(shí)，對(duì)于這些問(wèn)題，有些通過(guò)請(qǐng)教老師得到解決，有些則是和同學(xué)討論后查資料得到解決的。
通過(guò)這次沖裁模的設(shè)計(jì)，可以說(shuō)是我畢業(yè)前參加工作的預(yù)練，也可以說(shuō)是對(duì)我所學(xué)知識(shí)的一次大檢查，使我在做設(shè)計(jì)的過(guò)程中得到鍛煉，并且熟悉和掌握了模具設(shè)計(jì)的一般步驟和方法。同時(shí)也擴(kuò)展了自己的知識(shí)面，及時(shí)的發(fā)現(xiàn)和填補(bǔ)自己知識(shí)的漏洞，讓我在以后參加工作時(shí)可以更快的融入其中，更好的做好自己的工作。
總而言之，通過(guò)這次模具的設(shè)計(jì)，讓我增加知識(shí)的同時(shí)，也讓我感到了老師對(duì)我們的關(guān)心，同學(xué)之間的團(tuán)結(jié)與友愛。在這里，我感謝老師對(duì)我們的認(rèn)真指導(dǎo)，也感謝同學(xué)們的幫助！
因水平有限，設(shè)計(jì)中必然有許多不足之處，還望老師批評(píng)指正。
致 謝
大學(xué)三年的學(xué)習(xí)生活很快就過(guò)去了，在外求學(xué)經(jīng)歷的坎坷使我慢慢成熟，對(duì)在過(guò)去的日子里曾給予過(guò)我鼓勵(lì)、幫助的人們我滿懷感激，時(shí)刻沒有忘記。所經(jīng)歷的一切將讓我倍加珍惜未來(lái)的生活。
一個(gè)月左右的時(shí)間我們的畢業(yè)設(shè)計(jì)作品終于完成了。
此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的順利完成,我要大力感謝我們的指導(dǎo)老師——李秀副老師，他嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致治學(xué)態(tài)度、一絲不茍的工作作風(fēng)、淵博的學(xué)術(shù)知識(shí)、和藹大度的學(xué)者風(fēng)范一直是我工作、學(xué)習(xí)中的榜樣；他循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無(wú)盡的啟迪。我們對(duì)李老師耐心細(xì)致的講解、給我們提供相關(guān)的材料表示大力的感謝?？梢哉f(shuō),沒有李老師這位負(fù)責(zé)的指導(dǎo)老師,我們的畢業(yè)設(shè)計(jì)也不可能這樣順利的完成。 李老師不僅從一開始就非常關(guān)注我們的設(shè)計(jì),而且在他很忙的情況下還幫我們指導(dǎo),我們對(duì)此衷心的感謝!同時(shí)還要感謝三年當(dāng)中對(duì)我進(jìn)行教育的各位老師,沒有他們的培養(yǎng)也不可能有今天的我們順利完成。通過(guò)三年課程的認(rèn)真學(xué)習(xí)，使我們?cè)诖嘶A(chǔ)上利用所學(xué)東西順利進(jìn)行并完成了設(shè)計(jì)。在此，對(duì)李老師以及三年當(dāng)中對(duì)我進(jìn)行教育的各位老師，表示我最真誠(chéng)的尊敬和最誠(chéng)摯的感謝。
在此，感謝我們的指導(dǎo)老師——李秀副老師在百忙之中給予我們作品的悉心指點(diǎn)與幫助。感謝他為我們指點(diǎn)迷律、出謀劃策。同時(shí)，也感謝我們的這組的成員在這次設(shè)計(jì)中給予我的幫助！謝謝！
并向本文所參考的文獻(xiàn)的作者們表示我最真誠(chéng)的謝意。
向在百忙之中評(píng)閱本方案并提出寶貴意見的各位評(píng)委老師表示最誠(chéng)摯的謝意，同時(shí)向所有關(guān)心、幫助和支持我的老師和同學(xué)表示衷心的感謝，祝他們工作順利，萬(wàn)事如意！
由于本人的學(xué)識(shí)水平、時(shí)間和精力有限，文中肯定有許多不盡人意和不完善之處，我將在以后的工作、學(xué)習(xí)中不斷以思考和完善。
最后向三年來(lái)教過(guò)我、幫助我的所有老師和關(guān)心我的同學(xué)表示我最真誠(chéng)的謝意！
張延濤
2006.12.5
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[24] 周勤芳．公差與技術(shù)測(cè)量（第二版）．上海：上海交通大學(xué)出版社，2001
指導(dǎo)教師意見：
教師簽字：
年 月 日
評(píng)閱人意見：
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答辯委員會(huì)意見：
成 績(jī) 評(píng) 定：
答辯組組長(zhǎng)簽字：
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