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鎮(zhèn)江高專裝備制造學院 畢 業(yè) 設 計（論 文）說 明 書 題 目 墊圈沖裁模具設計 學 生 系 別 專 業(yè) 班 級 材料成型及控制工程 學 號 指 導 教 師 課程設計（論文）的主要內容及基本要求 內容：如圖所示的零件， （1）生產批量：大批量； （2）材 料：黃銅H62； （3）材料厚度：t=0.3mm。 摘 要 沖壓模具主要是將板料分離或成形而得到制件的加工方法。因為模具的生產主要是大批量的生產，而且模具可以保證沖壓產品的尺寸精度和產品質量，模具的設計與制造主要考慮到模具的設計能否滿足工件的工藝性設計，能否加工出合格的零件，以及后來的維修和存放是否合理等。 本文闡述了沖壓復合模的結構設計及工作過程，通過工藝分析，采用落料沖孔工序，通過沖裁力、頂件力、卸料力等計算，確定模具類型。該模具采用中間導柱圓形模架，左右兩邊的導柱和導套采用不同型號。落料凹模采用整體結構，本模具性能可靠，運行平穩(wěn)，提高了產品質量和生產效率，降低勞動強度和生產成本。 關鍵字：沖壓；落料沖孔；復合模；模具結構 目 錄 摘 要 3 第一章、緒論 5 第二章、沖壓件工藝性分析及沖裁方案的確定 6 2.1.材料分析 6 2.2.沖裁件的結構工藝性 6 2.3.沖裁方案的確定 6 第三章、排樣圖的設計及材料利用率的計算 8 3.1.排樣的設計 8 3.2.搭邊的選取 8 3.3.材料利用率的計算 9 第四章、沖裁工藝力的計算 10 4.1.沖裁力的計算 10 4.1.1.沖裁力的計算公式 10 4.2.卸料力、推件力的計算 10 4.3.沖壓壓力中心計算 11 第五章、沖壓設備的選擇 12 5.1.沖壓設備選擇 12 第六章、沖裁模工作部分設計計算 13 6.1.沖裁間隙 13 第七章、卸料零件計算 14 7.1.卸料裝置的選擇 14 第八章、主要零部件設計 15 8.1.落料凹模設計 15 8.1.1.落料凹模刃口形式 15 8.1.2.落料凹模外形和尺寸的確定 16 8.1.3.落料凹模的結構形式 16 8.2.凸凹模設計 16 8.2.1.模具的結構形式和固定方法 16 8.2.2.凸凹模長度的確定 17 8.2.3.凸凹模結構設計 17 8.3.沖孔凸模 17 8.3.1.沖孔凸模的固定形式 17 8.3.2.凸模強度校核 17 總 結 18 參考文獻 19 第一章、緒論 我國考古發(fā)現，早在2000多年前，我國已有沖壓模具被用于制造銅器，證明了中國古代沖壓成型和沖壓模具方面的成就就在世界領先。1953年，長春第一汽車制造廠在中國首次建立了沖模車間，該廠于1958年開始制造汽車覆蓋件模具。我國于20世紀60年代開始生產精沖模具。在走過了漫長的發(fā)展道路之后，目前我國已形成了300多億元（未包括港、澳、臺的統計數字，下同。）各類沖壓模具生產能力。 我國模具近年來發(fā)展很快，我國模具無論是從品種數量還是精度方面都有了大幅度 的提高模具對工業(yè)產品的生產的影響也越來越大我過模具也由過去靠進口都逐步自行設計制造使模具加工工藝手段上升一個臺階同時為先進工藝發(fā)展奠定了堅實的基礎特別是模具成型表面的特種加工工藝的研究和發(fā)展使模具加工精度和粗糙度都有了很大的改善。我國模具制造技術水平，以前只能制造簡單模具，或者是簡易模具，發(fā)展到現在，可以制造大型，復雜，高精度，長壽命模具。我國模具制造業(yè)近十余年的年工業(yè)產值持續(xù)以 15%的增長速度在迅猛發(fā)展已經成為國民經濟的一個非常重要的工業(yè)分支。 改革開放以來，隨著國民經濟的高速發(fā)展，模具市場不斷增長。近年來，我國沖壓模具水平已有很大提高。尤其是大型沖壓模具，國內已能生產單套重量達50多噸的模具。中檔轎車配套的覆蓋件模具，國內也能生產了。精密模具，精度達到1~2μm，壽命2億次左右的多工位級進模國內已有多家企業(yè)能夠生產。表面粗糙度達到Ra≦1.5μm的精沖模，大尺寸（φ≧300mm）精沖模及中厚板精沖模國內也已達到相當高的水平。 第二章、沖壓件工藝性分析及沖裁方案的確定 2.1.材料分析 沖裁材料為H62，查文獻[1] ：屬于黃銅（軟態(tài)），屈服點σs=7MPa，抗拉強度σb=200MPa，延伸率不小于30％，抗剪強度τ=160MPa，塑性好，焊接性好，適合沖裁。 2.2.沖裁件的結構工藝性 沖裁件的結構形狀應盡可能簡單、對稱、避免復雜形狀的曲線，在許可的情況下，把沖裁件設計成少、無廢料排樣的形狀，以減少廢料，矩形孔兩端宜用圓弧連接，以利于模具加工。從產品形狀看，產品屬于圓形，四周是圓弧的，這樣凹模不會因為熱處理應力集中而導致開裂。 沖裁件凸出或凹進的部分不能太窄，盡可能避免過長的懸臂和窄槽，如圖2-2所示。最小寬度b一般不小于1.5t，若沖裁材料為高碳鋼，b≥2t, ，當材料厚度t<1mm時，按1mm計算。該工件凸出部分的寬度為2.9-2=0.9mm。0.9mm≥1.5t=1.5×0.3=0.45mm，滿足條件。 沖裁件的孔徑因受沖孔凸模和剛度的現在，不宜太小，否則容易折斷和壓彎，沖孔的最小尺寸取決于沖壓材料的力學性能，凸模強度和模具結構。該沖裁件的孔徑d=1.25mm≥1.5t=1.5×0.3=0.45mm，查文獻[2]：P75表2-18，用無保護套凸模沖孔。 2.3.沖裁方案的確定 沖裁工序按工序的組合程度可分為單工序沖裁、復合沖裁和級進沖裁。 復合沖裁是在壓力機的一次行程中，在模具的同一位置同時完成兩個或兩個以上的工序；級進沖裁是把一個沖裁件的幾個工序，排列成一定順序，組成級進模，在壓力機的一次行程中，模具的不同位置同時完成兩個或兩個以上的工序，除最初幾次沖程外，每次沖程都可完成一個沖裁件。該工件包括落料、沖孔兩個基本工序，可以有以下五種工藝方案： 方案一：先落料，后沖孔，或者先沖孔，后落料，采用單工序模生產。 方案二：落料-沖孔復合沖壓。采用正裝或倒裝復合模生產。 方案三：沖孔-落料，級進沖壓。采用級進模生產。 方案一結構簡單，但需兩道工序、兩副模具才能完成，生產效率也低，如此則浪費了人力、物力、財力，從經濟性的角度來考慮不妥當，難以滿足大批量的生產要求。 方案二采用倒裝復合模生產，與方案一相比，倒裝復合模具把凸凹模放在下模，雖然模具結構較方案二簡單，可沖工件的孔邊距也較大，但是工件的平整性較方案一差。 方案三采用沖孔落料級進模具生產，也只需要一副模具，制造精度高，先沖孔后落料，但是其模具結構復雜，生產周期長，成本高。 通過上述三種方案的分析比較，該工件的沖壓生產采用方案二為佳，由于凹?？臻g比較小，所以建議選擇樹脂擠壓的方法沖裁。 第三章、排樣圖的設計及材料利用率的計算 3.1.排樣的設計 合理的排樣方法，應是將工藝廢料減到最少。考慮到該工件的外形特征和材料的利用情況，此采用以上的的排樣方式。 3.2.搭邊的選取 （一）搭邊 搭邊值的選取關系到送料的順利進行、制件的質量、材料的利用率、模具壽命。 搭邊值要合理確定。搭邊值過大，材料利用率低。搭邊值小，材料利用率雖高，但過小就不能發(fā)揮搭邊的作用，在沖裁過程中會被拉斷，造成送料困難，使工件產生毛刺，有時還會被拉入凸模和凹模間隙，損壞模具刃口，降低模具壽命。搭邊值過小，會使作用在凸模側面上的法向應力沿著落料毛坯周長的分布不均勻，引起模具刃口的磨損。 搭邊值一般由經驗確定，根據工件寬和材料厚度，由文獻[2] P72表2-13，選工件間搭邊值a=1.8mm,側面搭邊a1=2.0mm。 （二）條料寬度的確定 排樣方案和搭邊數值確定后，即可確定條料或帶料的寬度和進距。 條料寬度的確定原則是：最小條料寬度要保證沖裁時工件周邊有足夠的搭邊值，最大條料寬度要能在沖裁時順利地在導料板之間送進，并與導料板之間有一定的間隙。因此，在確定條料寬度時必須考慮到模具的結構中是否采用側壓裝置和側刃，根據不同結構分別計算。 進距是指條料在模具上每次送進的距離，進距的計算與排樣方式有關，每個進距可以沖出一個零件，也可以沖出幾個零件。進距是決定擋料銷位置的依據。 每次只沖一個零件的進距的計算公式為 （3-1） 式中 B——平行于送料方向工件的寬度； a——沖件之間的搭邊值。 A=5.8+1.8=7.6mm。 考慮到工件形狀的特殊性，此工件在生產的過程中送料時將使用定位銷導向，如圖3-1： 條料寬度 B-Δ=(Dmax+2a)-Δ =(5.8+2×2.0) -0.3=9.8-0.3 mm 條料與定位銷之間的間隙△查表3-1得△=0.3mm, 圖3-1沖裁件的排樣 3.3.材料利用率的計算 一個步距的材料利用率h為 h= （3-2） 上式引自文獻[2]P67式2-21. 式中 A——沖裁件面積（包括沖出的小孔在內）（mm2）； N——一個布距內沖裁件數目； B——條料寬度（mm）； H——進距（mm）； 沖裁件的面積A=3.14×2.9×2.9=26.4074mm2 故一個進距內的材料利用率為 η=nF/Bs×100% η=1×26.4074/7.6×9.8×100%=35.46% 第四章、沖裁工藝力的計算 4.1.沖裁力的計算 沖裁力計算包括沖裁力、卸料力、頂件力的計算。 4.1.1.沖裁力的計算公式 沖裁力的大小主要與材料力學性能、厚度及沖裁件分離的輪廓長度有關?？紤]到成本和沖裁件的質量要求，此用平刃口模具沖裁，沖裁力F（N）： （4-1） 上式引自文獻[2]P50式（2-1）。 式中 L——沖裁件周邊長度（mm）； t——材料厚度（mm）； τ——材料抗剪強度（MPa）； K——系數?？紤]到模具刃口的磨損，模具間隙的波動，材料力學性能的變化及材料厚度偏差等因素，一般取系數K=1.3。 沖裁件周邊長度L=30.772mm，（包括外形和孔，3.14×5.8+3.14×4） 材料的抗剪強度（MPa）查文獻[1]P25表2-7：取τ=160 MPa 故沖裁力F（N），F=LTσb=160×1.3×30.772×0.3=1920.1728N=1.92KN 式中σ——材料的抗剪強度（MPa）。 4.2.卸料力、推件力的計算 從凸模上將零件或廢料卸下來的力稱卸料力，順著沖裁方向將零件或廢料從凹模腔推出的力稱推件力。 卸料力、推件力是由壓力機和模具的卸料、頂件裝置獲得的。影響這些力的因素主要有材料的力學性能、材料厚度、模具間隙、凸、凹模表面粗糙度、零件形狀和尺寸以及潤滑情況等。在此用經驗公式計算： =0.06F=0.05×1.92=0.1152KN （4-2） =0.09F=0.055×1.92=0.1728KN （4-3） 式（4-2）、（4-3）引自文獻[2]P52。 式中 F——沖裁力； 、——分別為卸料力、推件力、頂件力系數，其值查表4-1。 表4-1 卸料力、推件力和頂件力系數 料厚（mm） K卸 K推 K頂 鋼 ≤0.1 >0.1～0.5 >0.5～2.5 >2.5～6.5 > 6.5 0.065～0.075 0.045～0.055 0.04～0.05 0.03～0.04 0.02～0.06 0.1 0.063 0.055 0.045 0.025 0.14 0.08 0.06 0.05 0.03 鋁 鋁合金 紫銅 黃銅 0.025～0.08 0.02～0.06 0.03～0.07 0.03～0.09 注：表4-1引自文獻[2]。卸料力系數K卸在沖多孔、大搭邊和輪廓復雜時取上限值。 沖裁時，所需沖壓力為沖裁力、卸料力和推件力之和，這些力在選擇壓力機時是否要考慮進去，應根據不同的模具結構區(qū)別對待。 采用剛性卸料裝置和下出料的沖裁模的總壓力為 （4-4） 采用彈性卸料裝置和下出料的總壓力為 （4-5） 采用彈性卸料裝置和上出料方式的的總壓力為 （4-6） 式（4-4）、（4-5）、（4-6）引自文獻[2]P52。 因為工件厚0.3mm，相對較薄，卸料力也比較小，故采用彈性卸料裝置上出料方式，總沖壓力F總： F總=F沖+F卸+F推=1.92+0.1152+0.1728+0.138+0.1518=2.208KN 4.3.沖壓壓力中心計算 沖裁時的合力作用或多工序模各工序沖壓力的合力作用點，稱為模具壓力中心。如果模具壓力中心與滑塊的壓力中心不一致，沖壓時會產生偏載，導致模具以及滑塊與導軌的急劇磨損，降低模具壽命和壓力機的使用壽命。 計算壓力中心時，如圖4-2所示。為了減少計算，坐標設在和上，此時=0，=0，可少算兩個數。將xoy坐標系建立在圖示的對稱中心上，將沖裁輪廓線按集合圖形分解為10段基本線段。若選用JH23-16沖床，模柄孔Φ40，壓力中心點仍在壓力機模柄孔投影面積范圍內，滿足要求。 由于外形兩邊對稱，圓孔在中心，所以整個模具的壓力中心即為模具中心。 第五章、沖壓設備的選擇 5.1.沖壓設備選擇 考慮到制件的精度要求，參考文獻[2]P49初選JH23-16壓力機，其主要技術參數如下： 公稱壓力：160KN 滑塊行程：50mm 行程次數：150次/min 最大封閉高度：220mm 封閉高度調節(jié)量：45mm 工作臺尺寸（前后×左右）：300mm×450mm 墊板尺寸（厚度×孔直徑）：40mm×210mm 立柱之間距離：220mm 模柄孔尺寸（直徑×深度）：Φ40mm×60mm 電動機功率：1.5/kw 第六章、沖裁模工作部分設計計算 6.1.沖裁間隙 沖裁間隙是沖裁模的凸模和凹模刃口之間的間隙。沖裁間隙分為單邊間隙和雙邊間隙單邊間隙用C表示,雙邊間隙用Z表示。 間隙值的大小對沖裁件尺寸精度、模具壽命、沖裁力的影響很大，合理的模具間隙值是沖裁工藝與模具設計中一個極其重要的工藝參數。 確定合理間隙的方法主要有理論計算法和查表選取法兩種。一般直接采取查表的方法，直接明了。 本模具所沖裁的材料為黃銅，且是用樹脂擠壓沖裁，所以無需計算模具間隙。 第七章、卸料零件計算 7.1.卸料裝置的選擇 因為工件料厚為0.3mm，相對較薄，卸料力也比較小，故采用彈性卸料。根據卸料力115.2N采用4個彈簧，此時每個彈簧擔負的卸料力為約28.8N。4個彈簧壓力完全可以卸出產品。 沖裁時卸料板的工作行程h2= t+1=1.3mm；考慮凸模的修模余量h3=3mm，樹脂的預壓量為h1；故樹脂總壓縮量為 H總=h1+h2+h3=h1+4.3 mm 考慮卸料的可靠性，取彈簧在預壓量為h1時就有應力600N的壓力。初選彈簧直徑d=19mm,工作極限負荷500N；自由高度h0=25mm,工作極限載荷下彈簧的變形量hj=6.3 mm?？紤]到自由高度25mm的彈簧節(jié)距很小，所以，還是建議選擇用樹脂卸料。 第八章、主要零部件設計 8.1.落料凹模設計 凹模的設計是模具設計一項很重要的工作。 8.1.1.落料凹模刃口形式 凹模刃口通常有如圖9-1所示的幾種形式。 圖9-1 凹模的刃口形式 圖a的特點是刃邊強度較好該刃口形式的特點是刃邊強度較好，刃磨后工作部分尺寸不變,但洞口易積存廢料或制件,推件力大且磨損撒,刃磨時磨去的尺寸較多。一般刃磨后工作部分尺寸不變，但洞口積存廢料或制件，推件力大且磨損大，刃磨時磨去的尺寸較多。一般用于形狀復雜和精度要求較高的制件,對向上出件或出料的模具也采用此刃口形式。 圖b的特點不易積存廢料或制件,對洞口磨損及壓力很小,但刃邊強度差。且刃磨后尺寸稍有增大,不過由于它的磨損小,這種增大不會影響模具壽命。一般適用于形狀較簡單、沖裁制件精度要求不高、制件或廢料向下落的情況。 圖c、d與圖b相似,圖c適用于沖裁較復雜的零件;圖d適用于沖裁薄料和凹模厚度較薄的情況。 圖e 與圖a相似,適用于上出件或上出料的模具。 圖f 適用于沖裁0.5mm以下的薄料，且凹模不淬火或淬火硬度不高（35～40HRC），采用這種形式可用手錘打斜面以調整間隙，直到試出滿意的沖裁件為止。 考慮到本模具的出件方式和精度要求，此落料凹模采用直刃口形式。 8.1.2.落料凹模外形和尺寸的確定 圓形凹?？捎衫錄_模國家標準或工廠標準件中選用。非標準尺寸的凹模受力狀態(tài)比較復雜，目前還不能用理論計算方法確定，一般按照經驗公式概略地計算，如8-2圖所示： 凹模高度 H=Kb (≥15mm) 凹模壁厚 c(1.5～2)H（≥30～40mm） 式中 b——沖壓件最大外形尺寸 K——系數，考慮板材厚度的影響，其值可查文獻[2]P224表8-1。 上述方法適用于確定普通工具鋼經過正常熱處理，并在平面支撐條件下工作的凹模尺寸。沖裁件形狀簡單時，壁厚系數取偏小值，形狀復雜時取偏大值。用于大批量生產的凹模，其高度應該在計算結構中增加總的修模量。 根據本模具情況，查得K=0.72。凹模高度H=Kb=0.72×5.8=4.176mm 由于大批量生產，考慮到總的修模量，凹模厚度H取30mm.凹模壁厚取45-50mm。所以凹模尺寸為D=5.8+100=105.8,本次設計建議凹模設計成φ100x30。 8.1.3.落料凹模的結構形式 由于該沖模形狀簡單，考慮到凹模內孔加工比較簡單，可以采用凹模整體的結構形式，這樣便于成形磨削，使制造簡單化，模具的裝配比較容易。 8.2.凸凹模設計 凸凹模是本模具中相當重要的工作零件，是完成沖壓工作的主要零件。圓形凸模已趨于標準化。非圓形凸模固定部分應做成圓形或矩形，如果采用線切割或成型磨削時，固定部分應和工作部分一致。 8.2.1.模具的結構形式和固定方法 凸、凹模的固定形式有以下幾種方式：直接固定在模板上；臺階固定，螺栓壓緊；鉚接，凸模上臺階，裝配時端面鉚開然后磨平；采用緊固配合固定；粘接劑澆注法固定；螺釘、銷釘固定。 由于凸凹模落料部分具有復雜外形和較大的斷面積，所以模具采用螺釘與下模板連接。凸模上無臺階，裝配時上面鉚開然后磨平，這種形式適用于形狀較復雜的零件，加工凸模時便于全長一起磨削。 8.2.2.凸凹模長度的確定 凸凹模的長度一般是根據結構上的需要確定的， 凸凹模長度 L=h1+h2+t+a 式中h1——固定板厚度（mm）；15mm h2——卸料板厚度（mm）；15mm t——材料厚度（mm）,t=0.3mm； a——附加長度，它包括凸模的修模量、凸模進入凹模的深度級凸模固定板與卸料板的安全距離等。這一尺寸如無特殊要求，可取10～25mm。 固定板厚度h1取15mm,卸料板厚度15mm,凸凹模長度為 L=15+15+0.3+15=45.3mm 取凸凹模長度為50mm.由于凸凹模的斷面積較大，故不需要進行強度核算以及抗彎能力和承壓能力的校核。 8.2.3.凸凹模結構設計 由于凸凹模同時起到落料凸模和沖孔凹模的作用，并且也肩負著排除廢料的責任， 8.3.沖孔凸模 凸凹模的材料選擇Cr12MoV，HRC55～60。由于所沖的孔有圓形,而且都不屬于需要特別保護的小凸模,如此一方面加工簡單，另一方面又便于裝配和更換。 8.3.1.沖孔凸模的固定形式 由于沖孔凸模結構簡單，圓孔的沖孔凸模采用臺階式，凸模與固定板用H7/m6配合，上面留有臺階。腰孔沖孔凸模采用臺階固定，過盈配合的方式，與固定板配合，過盈量為0.02-0.03。 8.3.2.凸模強度校核 一般情況下，凸模的強度是足夠的，沒有必要作強度校核。但對于特別細長的凸模或小凸模沖厚而硬的材料時，必須進行凸模承壓能力和抗縱向彎曲能力的校驗。 總 結 課程設計是一種綜合性較強的專業(yè)實踐環(huán)節(jié)，它具知識面寬、學科廣、綜合性強，通過這次課程設計，我鞏固了以前學過的知識，提高了查閱資料的能力，使我更加認識到課程設計的重要性，從而提高了我理論聯系實際的設計能力和動手能力。為我今后走向工作崗位打下了一定的基礎。 此次設計是在學完沖壓工藝與模具設計，模具制造工藝和大部分專業(yè)課并進行了生產實習的基礎上進行的，這次設計使我能夠綜合運用沖壓工藝與模具設計中的基本理論，結合生產中所學的新知識、獨立分析和解決工藝問題，初步具備了設計一個中等復雜程度的冷沖壓模具的能力。通過分析，擬定設計方案，完成模具結構設計等一系列復雜工作，最終完成此次的設計任務。 整套模具的設計過程中使用了先進的CAD/CAM技術進行輔助設計，在保證模具高精度的同時簡化了傳統的繁瑣計算過程，使得設計更為便捷。由此可以看到，在大型級進模、高精密、高復雜性、高技術含量先進模具的設計中，使用先進的CAD/CAE/CAM技術進行輔助設計會是一條必經之路。 通過這次設計使我初步具備了設計一個中等復雜程度的沖壓模具的工藝規(guī)程和掌握運用模具設計的基本原理和方法，同時也學會了熟練運用有關參考資料，圖表等基本技能，增強了自我的讀圖和繪圖能力，從而使我在能力方面又提高了一個臺階，為今后從事的工作打下了良好的基礎，設計過程中按照任務書的要求和目的，循序漸進,力求數據準確，結構合理。參考了許多文獻資料。由于經驗不足，還有許多地方沒有考慮全面，有待于完善。 總之，學海無涯，在以后的時間里，我要更加努力學習！ 參考文獻 （1）中國模具標準件手冊.中國模具工業(yè)協會標準委員會編.上海：上?？茖W普及出版社，1989 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