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廣東石油化工學(xué)院
課程設(shè)計(jì)說明書
題 目 制定墊片的工藝規(guī)程及沖壓成型模具設(shè)計(jì)
專 業(yè)： 機(jī) 電 工 程 學(xué) 院
班 級： 材料成型及控制工程
學(xué) 生： 黃 丹 丹
學(xué) 號： 09024180103
指導(dǎo)教師： 陶 筱 梅
完成時間：2012年 12 月 24 日至2013年1月 4 日
《沖壓成型模具設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)任務(wù)書
機(jī)電工程學(xué)院 材料成型及控制工程 專業(yè) 09—1 班 學(xué)生 黃丹丹
一、課程設(shè)計(jì)題目：制訂墊片的工藝規(guī)程并設(shè)計(jì)其成型模具
二、原始設(shè)計(jì)資料：按附圖及要求
給定生產(chǎn)批量：大批量
三、設(shè)計(jì)工作起止日期： 2012 年12月 24 日——2013 年 1 月4日
四、設(shè)計(jì)內(nèi)容要求：
1. 明確設(shè)計(jì)任務(wù)，確定成型工藝，選擇成型設(shè)備；
2. 確定成型模具的結(jié)構(gòu)方案；
3. 計(jì)算成型模具零件的工作尺寸，關(guān)鍵部位進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算及校核；
4. 繪制成型模具的結(jié)構(gòu)總裝圖（0＃或1＃圖）；
5. 繪制三～四張主要零件圖（非標(biāo)準(zhǔn)件）；
6. 圖紙應(yīng)符合制圖標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范；
7. 按進(jìn)度要求分階段呈交指導(dǎo)教師檢查設(shè)計(jì)工作；
8. 設(shè)計(jì)圖紙及計(jì)算說明書必須經(jīng)指導(dǎo)教師審查后方能參加答辯。
五、進(jìn)度要求：
1. 明確設(shè)計(jì)任務(wù)，查閱資料。 1天
2. 分析塑件結(jié)構(gòu)，方案設(shè)計(jì)。 1天
3. 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 3天
4. 零件設(shè)計(jì)。 2天
5. 編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書。 2天
6. 答辯。 1天
六、應(yīng)交的設(shè)計(jì)資料（裝入檔案袋）：
1. 設(shè)計(jì)計(jì)算說明書一份（要求打?。?
2. 模具結(jié)構(gòu)總裝圖一張；
3. 零件圖三～四張。
七、主要參考資料
1. 塑料模設(shè)計(jì)手冊.《手冊》編寫組編. 機(jī)械工業(yè)出版社
2. 實(shí)用塑料注射模設(shè)計(jì)與制造. 陳萬林等編. 機(jī)械工業(yè)出版社
3. 塑料注射成型模具結(jié)構(gòu)圖冊. 上海市第二輕工協(xié)會
4. 典型注射模具結(jié)構(gòu)圖冊. 中南工業(yè)大學(xué)出版社
5. 機(jī)械制造工藝師手冊. 機(jī)械工業(yè)出版社
6. 李秦蕊主編. 塑料模具設(shè)計(jì). 西北工業(yè)大學(xué)出版社
教研室負(fù)責(zé)人
指導(dǎo)教師
接受設(shè)計(jì)任務(wù)開始執(zhí)行日期 年 月 日
學(xué)生簽名
目錄
一、對零件的沖壓工藝性分析 2
1、材料的性能 2
2、結(jié)構(gòu)分析 2
3、精度分析 2
二、分析比較確定工藝方案 2
三、沖壓模的刃口尺寸計(jì)算 3
四、排樣方式 4
1、排樣方法的確定 4
2、搭邊值的確定 5
3、條料寬度的確定 5
五．沖壓力的計(jì)算 5
1、沖裁力的計(jì)算 5
2、頂件力的計(jì)算 6
3、卸料力的計(jì)算 6
4、推件力的計(jì)算 6
5、壓力機(jī)公稱壓力的計(jì)算 6
六、沖模壓力中心的確定 6
七、沖裁模主要部件和零件的設(shè)計(jì)與選用 7
1、確定各主要零件結(jié)構(gòu)尺寸 7
2、導(dǎo)料板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 8
3、固定擋料銷的選擇 8
4、卸料板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 9
5、凸模外形尺寸確定 9
6、卸料橡膠的設(shè)計(jì) 10
7、墊板的選擇 10
八、沖壓設(shè)備的選擇 11
九、標(biāo)準(zhǔn)模架的選用 11
1、模架類型 11
2、導(dǎo)向裝置 11
3、上、下模座 11
4、模柄 11
5、凸模固定板 12
6、緊固件 12
7、模架的選擇 12
十、繪制總裝配圖 13
十一、參考文獻(xiàn) 13
墊片2沖壓模具設(shè)計(jì)說明書
一、對零件的沖壓工藝性分析
零件名稱
墊 片 2
圖 號
材 料
Q235
料 厚
0.5mm
生產(chǎn)批量
25萬/年
1、材料的性能
Q235鋼，表示鋼的屈服強(qiáng)度不低于235MPa，舊牌號叫做A3鋼，是普通結(jié)構(gòu)鋼中的“大路貨”，是國產(chǎn)鋼材中應(yīng)用最為廣泛的鋼。它的特點(diǎn)是，塑性好，適合于制作各種型材，如板材、角鋼、槽鋼、工字鋼等；同時它的焊接性能優(yōu)良，適合于制造各種焊接結(jié)構(gòu)。
2、結(jié)構(gòu)分析
零件為落料沖孔件，結(jié)構(gòu)簡單，左右前后對稱，對沖裁較為有利，且此零件材料較薄，卸料力較小，應(yīng)采用彈性卸料裝置。另外，該零件沖裁時工位少，為了節(jié)省材料，不采用側(cè)刃定位，而采用固定擋料銷的沖孔落料模進(jìn)行加工。
3、精度分析
圖中尺寸未標(biāo)注公差，以沖裁件內(nèi)外所能達(dá)到的經(jīng)濟(jì)精度為IT14，將以上精度與零件簡圖中所標(biāo)注的尺寸公差相比較，可認(rèn)為該零件的精度要求能夠在沖裁加工中得到保證．其它尺寸標(biāo)注、生產(chǎn)批量等情況，也均符合沖裁的工藝要求。
二、分析比較確定工藝方案
方案一采用復(fù)合模加工。復(fù)合模的特點(diǎn)是生產(chǎn)率高，沖裁件的內(nèi)孔與外緣的相對位置精度高，沖模的輪廓尺寸較小。但復(fù)合模結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造精度要求高，成本高，安全度低。復(fù)合模主要用于生產(chǎn)批量大、精度要求高的沖裁件。
方案二采用級進(jìn)模加工。級進(jìn)模比單工序模生產(chǎn)率高，減少了模具和設(shè)備的數(shù)量，工件精度較高，便于操作和實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動化。對于特別復(fù)雜或孔邊距較小的沖壓件，用簡單?；驈?fù)合模沖制有困難時，可用級進(jìn)模逐步?jīng)_出。但級進(jìn)模輪廓尺寸較大，制造較復(fù)雜，成本較高，一般適用于大批量生產(chǎn)小型沖壓件。
比較方案一與方案二，對于所給零件，由于復(fù)合模沖裁零件時受到壁厚的限制，模具結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度方面相對較難實(shí)現(xiàn)和保證，所以根據(jù)零件性質(zhì)故采用級進(jìn)模加工。
三、沖壓模的刃口尺寸計(jì)算
表1-1 基準(zhǔn)件標(biāo)準(zhǔn)公差數(shù)值表
基本尺寸
mm
公 差 等 級
IT1
IT2
IT3
IT4
IT5
IT6
IT7
IT8
IT9
IT10
IT11
IT12
IT13
IT14
IT15
IT16
≤3
>3～6
>6～10
>10～18
>18～30
>30～50
>50～80
>80～120
>120～180
>180～250
>250～315
>315～400
>400～500
0.8
1
1
1.2
1.5
1.5
2
2.5
35
4.5
6
7
8
1.2
1.5
1.5
2
2.5
2.5
3
4
5
7
8
9
10
2
2.5
2.5
3
4
4
5
6
8
10
12
13
15
3
4
4
5
6
7
8
10
12
14
16
18
20
4
5
6
8
9
11
13
15
18
20
23
25
127
6
8
9
11
13
16
19
22
25
29
32
36
40
10
12
15
18
21
25
30
35
40
46
52
57
63
14
18
22
27
33
39
46
54
63
72
81
89
97
25
30
36
43
52
62
74
87
100
115
130
140
155
40
48
58
70
84
100
120
140
160
185
210
230
250
60
75
90
110
130
160
190
220
250
290
320
360
400
100
120
150
180
210
250
300
350
400
460
520
570
630
140
180
220
270
330
390
460
540
630
720
810
890
970
250
300
360
430
520
620
740
870
1000
1150
1300
1400
1550
400
480
580
700
940
1000
1200
1400
1600
1850
2100
2300
2500
600
750
900
1100
1300
1600
1900
2200
2500
2900
3200
3600
4000
1）沖孔部分
對于沖孔部分，采用凹模和凸模分別加工法。
，
根據(jù)、，
取得：，
故滿足條件
查《沖壓工藝及沖模設(shè)計(jì)》表3-5得 ，查表1-1得，則
2）落料部分
對外輪廓的落料，采用配合加工方法。
零件圖中未注公差的尺寸，等級以IT14由表1-1查出其極限偏差：，
查《沖壓工藝及沖模設(shè)計(jì)》表3-5均得 ；
當(dāng)以凹模為基準(zhǔn)件時，凹模磨損后刃口部分尺寸都增大，因此屬于凹模磨損后變大的尺寸，即A類尺寸，按一般落料凹模尺寸公差計(jì)算：
R3.5為凹模磨損后變小的尺寸，即B類尺寸。按一般沖孔凸模尺寸公差計(jì)算。
=
落料凸模的基本尺寸與凹模相同，分別是：
該零件落料用的凸模刃口尺寸，按凹模實(shí)際尺寸配制，并保證最小間隙。故在凹模上只標(biāo)注基本尺寸，不標(biāo)注偏差，保證雙面間隙值，。
四、排樣方式
1、根據(jù)該零件的形狀特點(diǎn)及精度要求考慮，采用有廢料的排列方法，且采用直對排排樣方法，如圖1。
2、搭邊值的確定
查表確定搭邊值，根據(jù)零件形狀兩工件間按有弧度取搭邊值，側(cè)邊取搭邊值。
3、條料寬度的確定
為了使條料始終緊靠同一側(cè)導(dǎo)料板送進(jìn)，所以采用有側(cè)壓裝置的沖裁模，計(jì)算如下：
查表得 ，Z=5。則：
條料寬度：
導(dǎo)料板之間的距離：
—條料寬度方向制件最大尺寸；
—側(cè)搭邊；
—條料寬度偏差。
4、材料利用率計(jì)算：
A—一個沖裁件的實(shí)際面積（）；
B—條料寬度（㎜）；
S—步距（㎜）。
五．沖壓力的計(jì)算
1、沖裁力的計(jì)算
1）落料力
通常說的沖裁力是指沖裁力的最大值，它是選用壓力機(jī)和設(shè)計(jì)模具的重要依據(jù)之一。平刃口沖裁模的沖裁力F一般按下式計(jì)算：
式中 ： F—沖裁力（N）；
L—沖裁周邊長度（mm）,該沖裁件L=118.14mm
T—材料厚度（mm）；
—材料抗剪強(qiáng)度（MPa），查表；
K—系數(shù)，一般取K＝1.3。
2)沖孔力
2、頂件力的計(jì)算
查《沖壓工藝及沖模設(shè)計(jì)》表3-11頂件力系數(shù)
落料件： =0.08×23037.3N=1843N
沖孔：
3、卸料力的計(jì)算
查《沖壓工藝及沖模設(shè)計(jì)》表3-11卸料力系數(shù)=0.045～0.055，取0.05
落料件：
沖孔：
4、推件力的計(jì)算
查《沖壓工藝及沖模設(shè)計(jì)》表3-11推件力系數(shù)=0.063
落料件： =10.06323037.3.4=1451.3N
沖孔：
5、壓力機(jī)公稱壓力的計(jì)算
壓力機(jī)的公稱壓力必須大于或等于沖壓力。采用剛性卸料裝置和下出料方式的沖裁模，按下式計(jì)算總沖壓力FZ：
六、沖模壓力中心的確定
如圖3-4，根據(jù)圖形分析，因?yàn)楣ぜD形對稱，故落料時的壓力中心在上；沖孔時、的壓力中心在上。
圖3-4 確定壓力中心示意圖
設(shè)沖模壓力中心離點(diǎn)的距離為，根據(jù)力矩平衡原理得：
由此算得
七、沖裁模主要部件和零件的設(shè)計(jì)與選用
1、確定各主要零件結(jié)構(gòu)尺寸
常見凹模形狀有圓形凹模和矩形凹模，圓形凹模在落料沖孔模中最經(jīng)常采用，所以采用整體式圓形凹模。
（1）凹模外形尺寸的確定
①整體式凹模板厚度：
F——沖裁力
——凹模材料修正系數(shù)，合金工具鋼取=1；
——凹模刃口周邊長度修正系數(shù)，可查表2-28，取=1.25
則凹模厚度取H=16mm
②凹模長度L:
由《沖壓模具設(shè)計(jì)》表2-27查得凹模壁厚c=20～25mm，此處c取25mm。
凹模長度L: L=
——巖凹模長度方向壓力中心至最遠(yuǎn)刃口間隙的2倍，則=2×（37-5.67+）=67.66mm；
故L=67.66+25×2mm=117.66mm 取L=118mm
③凹模寬度B:
凹模寬度B:B=b+2c=30+2×25mm=80mm
式中b——巖凹模寬度方向刃口型孔的最大距離（mm）；
c——凹模厚度，取c=25mm。
凹模的材料選用Cr12MoV，工作部分熱處理62～64HRC。
所以凹模尺寸為L=118mm×80mm×16mm
凹模洞口結(jié)構(gòu)形式有多種，根據(jù)加工和落料需求，采用直壁式洞口，線切割后用酸腐蝕下面落料孔或者加工好落料孔再線切割。根據(jù)下圖的尺寸關(guān)系，選擇直壁洞口的尺寸參數(shù)：
H為凹模的厚度。這樣，凹模板的形狀尺寸和工作尺寸基本確定，整體結(jié)構(gòu)，例如固定螺釘位置等，在下面確定。
2、導(dǎo)料板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
根據(jù)下圖并結(jié)合排樣圖確定導(dǎo)料板在凹模上的位置，由以上計(jì)算得知導(dǎo)料板之間的距離A為38.5㎜。導(dǎo)料板其他部分形狀，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)料板的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，如下圖為標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)料板的相關(guān)結(jié)構(gòu)：
根據(jù)材料厚度0.5mm，查表選擋料銷的高度為3㎜，導(dǎo)料板的高度H則為4㎜。
由《最新沖壓模具標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)用手冊》查表9-6彈壓卸料橫向送料典型組合的結(jié)構(gòu)參數(shù)得，導(dǎo)料板的平面尺寸為145×80，其尺寸確定。
3、固定擋料銷的選擇
定位裝置是用來保證原材料的正確送進(jìn)并準(zhǔn)確定位，在送料方向上采用導(dǎo)料板，在送料垂直的方向上采用固定擋料銷，分別控制著材料的平穩(wěn)送進(jìn)以及送進(jìn)步距。
根據(jù)擋料銷的高度為0.5，查表選擇標(biāo)準(zhǔn)擋料銷標(biāo)記為：固定擋料銷 A8 JB/T 7649.10-2008。
下模座、凹模和導(dǎo)料板用螺釘和銷直接緊固在一起，根據(jù)螺孔和銷孔之間及螺孔至凹模刃口和邊緣的最小距離表不選擇緊固螺釘規(guī)格并確定它們的位置。整體凹模結(jié)構(gòu)最終如下圖：
4、卸料板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
由于該沖裁件的所需卸料力較小，故采用彈壓卸料裝置，這樣的話即可以起到卸料作用又可以起到壓料的作用，所得的沖裁件的質(zhì)量較好，且平直度較高。凸臺高度等于導(dǎo)料板高度減去材料厚度。
由《最新沖壓模具標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)用手冊》查表6-18：取彈性卸料板的板厚（不包括凸臺部分）為12㎜。
卸料上螺釘孔位置與凹模一致，卸料螺釘規(guī)格為M10。
5、凸模外形尺寸確定
①凸模結(jié)構(gòu)類型
采用凸緣式凸模，工作截面形狀跟工件形狀相同，固定段截面取圓形，以便加工固定板的型孔，并在凸緣邊緣處加騎縫銷釘。
②凸模長度的計(jì)算
當(dāng)采用彈壓卸料板時，凸模長度L按下式計(jì)算：
L=h1+h2+t+h
---凸模固定板厚度 =（0.6～0.8）H，則=16×0.7≈12mm；
---卸料板厚度, =8mm
t---材料厚度,t=0.5mm；
h---增加長度，一般取10～20mm，此處h=20mm。
因此，L1=15+8+0.5+20=43.5mm
取L1=44mm
凸模材料選用Cr12MoV，工作部分熱處理58～62HRC。
6、卸料橡膠的設(shè)計(jì)
卸料橡膠的設(shè)計(jì)計(jì)算見如下。選用的四塊橡膠板的厚度務(wù)必一致，不然會造成受力不均勻，運(yùn)動產(chǎn)生歪斜，影響模具的正常工作。
卸料板工作行程,一般取，t為板料厚度；
橡膠的工作行程，為凸模修磨量取5mm。
橡膠的自由高度，H取 的25%。
橡膠的預(yù)壓縮量,一般。
每個橡膠承受的載荷,選用四個圓筒形橡膠。
橡膠的外徑,d為圓筒形橡膠的內(nèi)徑，取d=10mm，p為0.5MP。
校核橡膠的自由高度，滿足要求。
橡膠的安裝高度。
7、墊板的選擇
沖裁凸模是否加墊板，應(yīng)根據(jù)模座承壓的大小進(jìn)行判斷。凸模支承端面對模座的單位壓應(yīng)力（Mpa）為
<
式中，F(xiàn)—沖裁力（N）；A—凸模支承端面積（）；—模座材料的許用壓應(yīng)力，在此，采用Q235的模座。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，不需加墊板。
八、沖壓設(shè)備的選擇
使用沖床的公稱壓力應(yīng)大于計(jì)算出的總壓力；最大閉合高度應(yīng)大于沖模閉合高度；工作臺臺面尺寸應(yīng)能滿足模具的正確安裝。按上述要求，結(jié)合工廠實(shí)際，可稱用J23-6.3A開式雙柱可傾壓力機(jī)。并需在工作臺面上配備墊塊，墊塊實(shí)際尺寸可配制。
雙柱可傾壓力機(jī)J23-6.3參數(shù)：
公稱壓力：
滑塊行程：
最大裝模高度：
連桿調(diào)長度：
滑塊中心到床身距離：120mm
工作臺尺寸（前后×左右）：
模柄孔尺寸（直徑mm深度mm）：?30×55
最大傾斜角度：45°
九、標(biāo)準(zhǔn)模架的選用
1、模架類型
由于零件材料厚度較薄，采用級進(jìn)沖裁模，對角導(dǎo)柱模架。安裝在模座對稱中心兩側(cè)，導(dǎo)向平穩(wěn)、導(dǎo)向準(zhǔn)確可靠，適用于橫向和縱向進(jìn)料。
2、導(dǎo)向裝置
采用導(dǎo)柱導(dǎo)套式導(dǎo)向裝置。講導(dǎo)柱與導(dǎo)套制成小間隙配合，H7/h6.為了保證使用中的安全性與可靠性，還應(yīng)注意：當(dāng)模具出于閉合位置時，導(dǎo)柱上端面與上模座的上平面應(yīng)留10～15mm的距離；導(dǎo)柱下端面與下模座下平面應(yīng)留2～5mm的距離。導(dǎo)套與上模座上平面應(yīng)留不小于3mm的距離。
3、上、下模座
選用矩形模座，模座的長度比凹模板長度長40～70mm，取160mm；寬度等于凹模的寬度，即85mm；厚度為凹模板厚度的1.5倍，取45mm
4、模柄
中、小型模具一般是通過模柄將上模固定在壓力機(jī)滑塊上。選用壓入式模柄，選用壓入式模柄，查表得尺寸為如圖所示，固定段與上模座孔采用H7/m6過渡配合，并加騎縫銷防止轉(zhuǎn)動。裝配后模柄軸線與上模座垂直度好。
5、凸模固定板
選用矩形凸模固定板，根據(jù)凸模固定和緊固件合理布置的需要，確定其長寬為90mm，厚度為凹模厚度的60％～80％，取18mm.材料選用45鋼。
6、緊固件
螺釘、銷釘在沖模中起緊固定位作用。選用內(nèi)六角螺釘，規(guī)格為M8，數(shù)量為8個；銷釘φ8，數(shù)量為4個。
7、模架的選擇
模具的閉合高度
考慮到壓力機(jī)J23-6.3的參數(shù)
最大閉合高度：170mm
閉合高度調(diào)節(jié)量：40mm
所以模具的閉合高度H在要這個范圍內(nèi)即130～170mm之間
凹模高度為16mm
上,下模座高度取為70mm
凸模固定板是12mm
卸料板厚度取為12mm
導(dǎo)料板厚度取4mm
橡膠取為18mm
模具的閉合高度H＝22+55+24+8+22=132mm
所以在壓力機(jī)的閉合高度調(diào)節(jié)范圍內(nèi)。
根據(jù)上述計(jì)算，查得模架標(biāo)準(zhǔn)為：
凹模周界：
上模座：
下模座：，
導(dǎo)柱： GB/T 2861.1
導(dǎo)套： GB/T 2861.7
材料清單表
零件名稱
材料牌號
硬度/HRC
尺寸（L×b×H）/mm
下模座
45
160×100×40
上模座
45
160×100×30
凹模
Cr12MoV
62～64
125×80×16
凸模
Cr12MoV
56～62
凸模
Cr12MoV
56～62
卸料板
45
125×80×18
凸模固定板
45
125×80×12
凹模固定板
45
125×80×12
十、繪制總裝配圖
十一、參考文獻(xiàn)
1．《沖壓工藝及沖模設(shè)計(jì)》，翁其金、徐新成 主編，機(jī)械工業(yè)出版社，2004/7。
2．《模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》，許發(fā)樾 主編，機(jī)械工業(yè)出版社，2003/10。
3．《實(shí)用模具技術(shù)手冊》，陳孝康等主編，中國輕工業(yè)出版社，2001/1。
4．《模具工實(shí)用技術(shù)手冊》，駱志斌主編，江蘇科學(xué)技術(shù)出版社，1999/8。
5．《中國模具設(shè)計(jì)大典》，夏巨諶、李志剛主編，2003/5。
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