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編號：
畢業(yè)設計（論文）說明書
題 目： 雙耳止動墊片沖孔
落料沖載模設計
學 院： 機電工程學院
專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化
學生姓名： 韋良華
學 號： 1000110129
指導教師單位： 機電工程學院
姓 名： 陳虎城
職 稱： 助教
題目類型：¨理論研究 ¨實驗研究 t工程設計 ¨工程技術研究 ¨軟件開發(fā)
2014年5月1日
摘 要
隨著社會生產(chǎn)力的提高與發(fā)展，現(xiàn)如今模具制造中的沖壓加工已經(jīng)是一種非常成熟的金屬加工方法。它具有操作簡單、精度高、產(chǎn)品一致性好、生產(chǎn)效率高、材料利用率高和用于大批量生產(chǎn)等特點。本次畢業(yè)設計根據(jù)已經(jīng)確定的沖載件即雙耳止動墊片的尺寸進行沖載工藝的分析及設計，從而得到?jīng)_載工藝。根據(jù)已經(jīng)確定好的沖載工藝進行凸凹模結構參數(shù)的計算與設計，并根據(jù)文獻資料最終確定級進模的凸凹模結構。根據(jù)設計好的凸凹模結構選擇標準零件和模架，從而完成模具的設計并校核。完成模具設計后，用UG軟件完成模具的三維模型并采用AutoCAD軟件完成模具裝配圖的制圖。本次畢業(yè)設計還獨立完成與專業(yè)相關且不少于4萬字符的指定英文資料翻譯。通過本次畢業(yè)設計，我系統(tǒng)的學習和掌握了模具設計的知識和制造加工工藝的編制技術。我采用了較好的設計思想和設計方法，成功的完成了雙耳止動墊片沖孔落料級進模的畢業(yè)設計。
關鍵詞：設計；工藝分析；沖壓模具；結構計算；級進模。
Abstract
With the improvement and development of social productive forces, the stamping of Mold Manufacturing now is already a very advanced metal processing methods. It has the feature of simple operation, high accuracy, product consistency, high production efficiency, high utilization of materials and for mass production and so on. The graduation project bases on the pieces（binaural washer）of punch set that have been identified in binaural washer dimensions for analysis and design of the craft of punch set resulting in getting the craft of punch. I will do the job of calculation and design of structural parameters punch basing on the craft of punch set that has been determined，and ultimately determine the progressive of punch structure of Progressive Die according to the literature. I select the standard parts and the mold according to the designed structure of punch structure .Thus completing the mold design. After the completion of mold design, I use UG software to complete three-dimensional model and use AutoCAD software to complete the graphics of mold assembly drawing. The graduation project is independently complete not less than40,000 characters of the specified English translation associated with professional. Through this graduation design, I learn systematically and mastered the preparation of technical of manufacturing process and knowledge of mold design. I used the advanced design concepts and design methods, and I successfully complete the graduate design of Binaural Washer Punching and Blanking Progressive Die Design.
Key words : design; process analysis; stamping die; progressive die; structural calculations.
目 錄
引言 1
1 沖載件的工藝性分析 2
1.1 沖載件 2
1.1.1沖載件材料的選擇 2
1.1.2沖載件結構分析 2
1.1.3沖載件尺寸精度 2
1.2 沖載模的選擇 3
1.2.1方案一 — 單工序模生產(chǎn) 3
1.2.3方案二 — 復合模生產(chǎn) 3
1.2.3方案三 — 級進模生產(chǎn) 3
2 沖載工藝設計 4
2.1 排樣方式的確定及計算 4
2.1.1搭邊值的確定 4
2.1.2確定排料方向 4
2.1.3計算送料步距A 5
2.1.4計算料條寬度B 5
2.1.5排樣圖 5
2.1.6計算材料的利用率 6
2.2 級進模壓力中心的建立 7
2.3 沖載力的計算 9
2.3.1 沖孔力 10
2.3.2 落料力 10
2.3.3 沖載力 10
2.3.4 卸料力、推件力和頂件力 10
2.3.5 壓力機的選擇 11
3級進模設計 12
3.1 凸、凹刃口尺寸計算 12
3.1.1 沖孔時凸、凹模刃口尺寸的計算 12
3.1.2對于落料時凸、凹模刃口尺寸的計算 12
3.2 凸、凹模外形尺寸計算及確定 14
3.2.1沖孔及落料凸模外形尺寸計算及確定 14
3.2.1沖孔及落料凸模外形尺寸計算及確定 16
4 級進模主要零件設計 17
4.1 級進模模架的設計 17
4.2級進模模柄的設計 18
4.3 級進模墊板的設計 19
4.4 凸模固定板的設計 20
4.5 彈性卸料板設計 21
4.6 導料板的設計 23
4.7 標準圓柱銷和內(nèi)六角圓柱螺釘?shù)倪x擇 23
4.8 級進模導柱和導套的選擇 25
4.9 級進模校核 26
5 級進模零件材料的選擇 27
5.1 級進模凸模選材 27
5.2 級進模凹模選材 28
5.3 級進模上、下模座選材 28
5.4 級進模導柱和導套選材 28
5.5 級進模其他零件的選材 29
5.5.1級進模墊板、導料板和卸料板選材 29
5.5.2 級進模凸模固定板選材 29
6 級進模主要零部件的加工工藝 30
6.1 凸模加工工藝 30
6.1.1圓形凸模加工工藝 30
6.1.2非圓形凸模加工工藝 30
7 級進模的UG建模和autoCAD制圖 31
總結 33
謝 辭 34
參考文獻 35
附 表 36
IV
桂林電子科技大學畢業(yè)設計(論文)報告用紙 第36頁 共37頁
引言
隨著我國經(jīng)濟快速發(fā)展的拉動和我國產(chǎn)業(yè)政策的正確引導下，模具行業(yè)得到了快速的發(fā)展。近年來，隨著模具行業(yè)的結構調(diào)整，我國模具行業(yè)的模具產(chǎn)品向著更大型、更精密、更復雜和更經(jīng)濟快速方向發(fā)展。我國模具行業(yè)的發(fā)展不僅為我國經(jīng)濟快速發(fā)展做出貢獻還為世界制造業(yè)做出貢獻。
現(xiàn)在，模具制造中的冷沖壓加工已經(jīng)是一種成熟的金屬加工方法。因此，冷沖壓模具的設計就很有必要。但是，冷沖壓模具的設計尤其是對于相對復雜的冷沖壓模具來說，設計時需要很強的想象力和創(chuàng)造力。對于模具設計者和制造者來說，模具設計理論、模具設計經(jīng)驗和模具設計創(chuàng)新是不可或缺的。為了設計出擁有自主知識產(chǎn)權、適合我國國情、具有較高水平的模具，設計者和制造者必須不斷學習模具設計與制造的最新知識并且要敢于不斷創(chuàng)新。我國現(xiàn)在已經(jīng)擁有了大量的模具標準件，包括模具、導向件，推桿等標準件，這為實現(xiàn)我國模具行業(yè)快速健康發(fā)展提供可能。同時，因為有較大產(chǎn)量模具標準件的存在，使得我們的模具設計的周期縮短并為設計出更精密更大型的模具提供可能。
結合我大學期間所學知識以及實踐所得經(jīng)驗，本次設計就是在這樣的背景下進行的。本次設計在為期十六周的時間里順利完成。
1 沖載件的工藝性分析
1.1 沖載件
1.1.1沖載件材料的選擇
由于此次設計的沖載件是雙耳止動墊片，根據(jù)《機械設計手冊》[1]中冷沖壓零件推薦用鋼和鋼鐵材料的分類及技術條件的綜合比較，可以選擇本次畢業(yè)設計的雙耳止動墊片的原材料為A2，即304不銹鋼。
根據(jù)《機械設計手冊》[1]可知，A2的抗拉強度范圍為340~520MPa。根據(jù)設計經(jīng)驗，對塑性材料：剪切應力極限 =(0.6一0.8)*抗拉極限；對脆性材料：剪切應力極限 =(0.8～1.0)*抗拉極限。所以可以取材料的抗剪切值為τ=420MPa。
1.1.2沖載件結構分析
由于本次設計的沖載件結構簡單，形狀簡單，孔邊距遠大于凸凹模允許的最小壁厚，因此本次設計可以考慮采用多道沖壓工序的沖載模。
1.1.3沖載件尺寸精度
由于該沖載件的厚度為S=0.75mm且該沖載件的所有尺寸都未標注公差，根據(jù)《沖壓工藝與模具設計》[2]中的表3-3和表3-7綜合考慮，可以按IT11級來確定該沖載件公差。它的尺寸精度能滿足一般的沖壓要求。根據(jù)《互換性與測量技術》[3]中的表3-4，得各尺寸公差分別為：
d1=10.50+0.110 ； d2=21-0.1300 ； b=10-0.0900 ；
l1=22-0.1300 ； l2=13-0.1100 ； r=4-0.0750 。
其如圖1—1沖載件尺寸所示。
結論：沖載件的尺寸精度能滿足這次的沖壓要求，
所以該沖載件可以沖裁。
圖1—1 沖載件尺寸
1.2 沖載模的選擇
沖載模是冷沖壓生產(chǎn)所采用的主要工藝設備。沖載模結構的標準性、先進性和合理性對沖載件的質(zhì)量和精度、沖載加工的生產(chǎn)率及良品率和經(jīng)濟效益、模具的使用壽命與操作安全性等都有著非常大的影響。由于本次設計的沖載件包括沖孔、落料兩個基本工序，所以可以有三種沖載模具選擇。下面，將對三種用不同沖壓工藝方案進行沖載件生產(chǎn)的沖載模具進行對比以選擇最合理的沖載模具。
1.2.1方案一 — 單工序模生產(chǎn)
單工序模是在沖床一次沖載行程中只完成一個沖載工序的沖載模。結合本次設計的沖載件的工藝性，這種沖載工藝是先完成沖孔工序，再下個工序完成落料。從而完成一個沖載件的生產(chǎn)。單工序模的模具結構簡單、操作方便，但需要兩道工序兩副模具，成本高且生產(chǎn)效率低，兩次定位累計誤差大，難以滿足大批量生產(chǎn)要求。
1.2.3方案二 — 復合模生產(chǎn)
復合模可在壓力機的一次沖載行程內(nèi)，在模具的同一位置上完成兩個或兩個以上沖載工序的沖模。這種沖模在完成本次設計的沖載件生產(chǎn)時只需要一副模具且生產(chǎn)效率也很高，同時容易實現(xiàn)自動化生產(chǎn)和管理。雖然此沖載件的所有尺寸的尺寸精度要求較高，但是復合模不存在送料定位誤差問題，只要在模具上設置導正銷導正就可以保證沖載件的形狀精度，所以可以考慮這個方案。
1.2.3方案三 — 級進模生產(chǎn)
級進模又稱跳步模，是在沖床的一次行程中，在模具的幾個不同的工位上同時完成兩個或兩個以上沖載工序的沖載模。它具有定位精度相對高，所以能生產(chǎn)出高精度沖載件。級進模的使用壽命長，具有良好的經(jīng)濟預期。級進模能滿足這次的沖載件尺寸的精度要求以及模具設計和制造成本要求。
本次設計的雙耳止動墊片沖孔落料模具設計的沖載件是大批量生產(chǎn)及該沖載件的尺寸精度要求高。綜合考慮模具的生產(chǎn)成本、操作要求和模具的使用壽命，所以這次設計采用級進模進行生產(chǎn)，即選擇方案三。
2 沖載工藝設計
2.1 排樣方式的確定及計算
排樣是指沖載件在條料、帶料或板料上合理的布置方法。選擇合理的排樣和選擇合適的搭邊值可以有效的降低成本，保證沖載件的質(zhì)量及提高級進模壽命。所以必須要科學的選擇搭邊值和科學的選擇排樣方案，以保證沖載件的順利生產(chǎn)。
2.1.1搭邊值的確定
搭邊的作用是要補償定位誤差和保證條料具有滿足設計的強度和剛度，防止由于條料的寬度誤差和送進步距誤差等原因造成沖載出來的沖載件變成殘缺廢品。搭邊保證了送料的順利進行，從而保證了沖載件的質(zhì)量。
由于本次設計將采用彈壓卸料板和沖載件的材料厚度為S=0.75 mm，根據(jù)《沖壓工藝與模具設計》[2]的表3-12以及設計經(jīng)驗，可以得出工件間搭邊值a=1.5mm,側面搭邊值a1=1.8mm。
2.1.2確定排料方向
根據(jù)沖載件的外形結構及尺寸特點，綜合考慮沖載時排料的科學性。有如下兩種方案如圖2—1 排料方案所示。
圖2.1 排料方案
由圖2—1 排料方向可知，
方案1總面積 S1=50*32.5=1625mm2；
方案2總面積 S2=66.5*23.5=1562.75mm2。
雖然S1大于S2，但是由圖2.1可知方案1的送料步距比方案2的送料步距少9 mm?？紤]到送料步距和級進模設計時的結構設計，綜合考慮兩種方案的可行性，最終決定選擇方案1作為本次設計的方案。
2.1.3計算送料步距A
根據(jù)方案1可得，A=13+10.5+1.5=25 mm
2.1.4計算料條寬度B
根據(jù)《沖壓工藝與模具設計》[2]中的表3-8和表3-9，可得兩孔中心矩公差為±0.10mm，孔中心與邊緣距離尺寸公差為±0.5，條料寬度的單向（負向）公差?=0.15 mm，導料板于最寬條料之間的間隙Z=0.5。所以可求得：
B=（32.5+2a1+z）-0。150=36.6-0.150 mm
取整后可得 B=37-0.150mm，則側面搭邊值為a1=2.25 mm。
2.1.5排樣圖
根據(jù)以上分析計算可得排樣圖如圖2—2 沖載件排樣所示。
圖2—2 沖載件排樣
2.1.6計算材料的利用率
根據(jù)《機械設計手冊》[1]中的軋制薄鋼板品種（GB708—85），可以用500*1000的板料來做沖載件的條料。因此可以得到A和B兩種方案。
A方案：由500/37=13.51，可得13條條料；由1000/25=40，可得每條條料上可沖載得40個沖件。如圖2.3 方案A所示。
圖2—3 方案A
B方案：由1000/37=27.02，可得27條條料；由500/25=20.00，可得每條條料上可沖載得20個沖件。如圖2—4 方案B所示。
圖2—4 方案B
因為，一個步距內(nèi)的材料利用率為η=nAbh×100%
一張板料上總的材料利用率的為ηΣ=AnΣLB×100%
n?―一個步距內(nèi)沖裁件的總數(shù)目；
A— 沖載件面積（包括內(nèi)形結構廢料），單位mm2；
b—條料寬度，單位mm；
h—步距，單位mm；
nΣ—一張板料上沖載件的總數(shù)目；
L—板料長，單位mm；
B—板料寬，單位mm。
其中一個沖載件的面積計算如圖2—5 面積計算所示。
圖2—5 面積計算
根據(jù)分割計算原理計算得沖載件的面積為 S面積=450 mm2。
所以可以得出，
方案A總的材料利用率為
ηΣA=AnΣLB×100%=450×13×40500×1000×100%=46.8%
方案B總的材料利用率為
ηΣB=AnΣLB×100%=450×27×20500×1000×100%=48.60%
由于方案B總的材料利用率大于方案A的材料利用率，從而選擇方案B來沖載制件。
2.2 級進模壓力中心的建立
沖壓力合力的作用點叫做模具的壓力中心。為了有效保證壓力機和沖模能正常平穩(wěn)地工作，沖模的壓力中心通過模柄軸線與壓力機滑塊中心必須設計成重合。要不然，沖載過程中壓力機滑塊和沖模都將會承受偏心載荷使滑塊導軌和沖模導向部分產(chǎn)生不正常磨損。同時合理間隙也得不到保證，使得刃口迅速變鈍，從而降低沖載件的質(zhì)量和級進模的壽命甚至損壞級進模發(fā)生沖壓事故。
這里我采用了解析法來確定沖壓力的合力作用點。如圖2—6 模具沖壓力中心所示。
圖2.6模具沖壓力中心
（以上兩個零件標注是為了更好的標清零件尺寸?，F(xiàn)在將上圖的左邊坐標系里的左邊圖形記為C圖形,右邊的圖形記為D圖形。）
由公式 y=Rsb 可以分別求得
yL3=yL4=yL8=yL10=3.78 mm
yL9=6.37 mm
yL12=10.5 mm。
繼而可以分別求出各個線段或弧段的中心的坐標（單位為mm）：
x1，y1=(0，22)
x2，y2=(-5，16.685)
x3，y3=(-5.67，9.8)
x4，y4=(-9.72，5.6)
x5，y5=(-12.185，5)
x6，y6=(-13，0)
x7，y7=(-12.185，-5)
x8，y8=(-9.72，-5.6)
x9，y9=(5.67，-4.5)
x10，y10=(5.67，9.8)
x11，y11=(5，16.85)
x12，y12=(-7.42，7.42)
x13，y13=(25，0)。
根據(jù)凸模沖載時壓力的計算原理與復雜形狀件沖載時的計算原理，先求出各單一圖形的壓力中心到坐標軸的距離，并計算各單一圖形輪廓的周長，然后根據(jù)基本公式求得級進模的壓力中心。所以根據(jù)分好的圖形標記，現(xiàn)在分別求C圖形的壓力中心和D圖形的壓力中心，然后再求總的級進模壓力中心。
對于C圖形有：
xC=L1x1+L2x2+L3x3+L12x12+2L4x4+2L5x5+L6x6+L9x9+L10x10+L11x11L1+L2+L3+L12+L4+L5+L6+L7+L8+L9+L10+L11
帶入數(shù)據(jù)，求得 xC=-0.55 mm；
yC=L1y1+2L2y2+2L3y3+L12y12+L4y4+L5y5+L6y6+L7y7+L8y8+L9y9L1+L2+L3+L12+L4+L5+L6+L7+L8+L9+L10+L11
帶入數(shù)據(jù)，求得 yC=5.265 mm；
同時可以求得C圖形的總周長
LC=L1+L2+L3+L12+L4+L5+L6+L7+L8+L9+L10+L11=96.37 mm
對于D圖形，其壓力中心在圓心（24.5，0）上。其圓周長為
LD=πd122=86.59 mm
根據(jù)以上計算，現(xiàn)在求總的級進模壓力中心:
X=LCxC+LDxDLC+LD
代入數(shù)據(jù)，求得 X=11.30 mm；
Y=LCyC+LDyDLC+LD
代入數(shù)據(jù)，求得 Y=2.77 mm
所以可以求得級進模的壓力中心為（11.30，2.77）。
2.3 沖載力的計算
沖載力是選擇壓力機的主要依據(jù)，也是設計級進模所必須的數(shù)據(jù)。沖載工藝包括沖載力、卸料力、推件力、頂件力。在沖載過程中，沖載力的大小是不斷變化的，沖載力是指板料作用在凸模上的最大抗力。下面分別沖載工藝中的各力。
2.3.1 沖孔力
根據(jù)沖孔力的計算公式
F沖孔=KLtτ
其中F為沖載力，單位N；L為沖載件的周長，單位mm；t為材料厚度，單位mm；τ為材料的抗剪強度，單位為MPb；K為系數(shù)，考慮到凸模、凸模刃口磨損，級進模間隙波動，材料力學性能變化及材料厚度偏差等因素而增加的安全系數(shù)，一般取K=1.3。
代入數(shù)據(jù)，求得
F沖孔=1.3×86.590×0.75×420=35458.66 N
2.3.2 落料力
根據(jù)落料力計算公式
F落料=KLTτ
得
F落料=KLTτ=1.3×96.37×0.75×420=39463.52 N
2.3.3 沖載力
根據(jù)沖載力計算公式
F沖載=F沖孔+F落料
得
F沖載=F沖孔+F落料=74922.18 N
2.3.4 卸料力、推件力和頂件力
由于卸料力、推件力和頂件力與材料的力學性能、材料厚度，沖件輪廓的形狀、沖載間隙、潤滑情況、凹模洞口形狀等因素有關。在生產(chǎn)中，都是采用簡單的經(jīng)驗公式來計算：
F卸=K卸F沖載
F頂=K頂F沖載
F推=nK推F沖載
式中：F卸、F頂、F推分別為卸料力、頂件力和推件力，單位為N；K卸、K頂、K推分別為卸料力系數(shù)、頂件力系數(shù)和推件力系數(shù)；F沖載為沖載力，單位為N；n為同時卡在凹模洞口的件數(shù)，n=h/t，h為凹模刃口直壁高度，單位mm；t為材料厚度，單位mm。其中n=6/0.75=8。根據(jù)《沖壓工藝與模具設計》[2]中表3-18可得h取6 mm。
根據(jù)《沖壓工藝與模具設計》 【2】中表3-13，查得K卸=0.05、K頂=0.06、K推=0.055。從而代入數(shù)據(jù)可以分別求得：
F卸=0.05×74922.18=3746.11 N
F頂=0.06×74922.18=4495.33 N
F推=8×0.055×74922.18=32965.76 N
本次設計采用彈性卸料裝置和下出料方式的沖載工藝力，從而可以計算總的沖壓力為
F=F沖載+F卸+F推=74922.18+3746.11+32965.76=111634.05 N
固有 P=1.1~1.3F=1.1×F=1.1×111634.05=122797.45N=122.80 KN
2.3.5 壓力機的選擇
根據(jù)沖壓工藝力選擇壓力機時，一般應使所選壓力機的噸位大于計算所得的值。再根據(jù)《沖壓工藝與模具設計》【2】中的表2—1，開式壓力機參數(shù)選擇如表2—1所示。
表2—1開式壓力機
公稱壓力/KN
產(chǎn)生公稱壓力時滑塊距下死點的距離/mm
滑塊行程/mm
行程次數(shù)（次/min）
最大封閉高度/mm
封閉高度調(diào)節(jié)量/mm
滑塊中心到床身距離/mm
工作臺尺寸/mm
工作臺孔尺寸/mm
固定臺和可傾式
活動臺位置
左右
前后
左右
前后
直徑
最高
最低
160
5
70
115
220
300
160
60
160
450
300
220
110
160
3級進模設計
3.1 凸、凹刃口尺寸計算
由于沖載件的尺寸精度主要決定于凸、凹模刃口尺寸及公差，級進模的合理間隙值也是靠凸、凹模刃口尺寸及公差來保證的。因此確定凸、凹模刃口尺寸及公差，是沖載模設計中的一項重要工作。由于沖載件的尺寸公差等級為IT11，根據(jù)設計原理及經(jīng)驗，可以選擇級進模的制作精度等級為IT9。
本次設計中，沖孔件稍大于凸模尺寸，落料件稍小于凹模尺寸。由于凸、凹模的制造偏差和磨損均使間隙變大，故新級進模的初始間隙應該取最小合理間隙。本次采用的沖載件材料是A2，根據(jù)國標GB/T 16743-1997沖載間隙可得:
最小合理間隙Zmin=2×8%t=0.120mm；
最大合理間隙Zmax=2×11.0%t=0.165mm。
固有Zmax-Zmin=0.165-0.120=0.045mm
3.1.1 沖孔時凸、凹模刃口尺寸的計算
對于沖孔?10.5，本次設計采用的是凸、凹分開的加工方法。根據(jù)《沖壓工藝與模具設計》【2】中的表3—16得：
凸模制造公差 δp=0.020mm；凹模制造公差 δd=0.020mm；
固有δp+δd=0.020+0.020=0.040mm；
故滿足δp+δd
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