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1、 墊圈沖孔落料級進模設(shè)計 17 目 錄 1 沖壓件的工藝分析 5 1.1 零件工藝性分析 5 1.2 沖裁工藝方案的確定 6 1.3 零件工藝計算 6 1.3.1 排樣計算 6 1.3.2 沖壓力計算 7 1.3.3 壓力中心計算 8 1.4 沖壓設(shè)備的選用 9 2 模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計 10 2.1 模具零部件結(jié)構(gòu)的設(shè)計 10 2.1.1 標準模架的選用 10 2.1.2 卸料裝置的設(shè)計 11 2.1.3 其他零部件結(jié)構(gòu)的設(shè)計

2、12 2.2 沖模刃口尺寸及公差的計算 13 2.2.1 沖孔部分 13 2.2.2 落料部分 14 2.3 確定各主要零件結(jié)構(gòu)設(shè)計及尺寸計算 15 2.3.1 凹模結(jié)構(gòu)的設(shè)計 15 2.3.3 凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計及尺寸計算 16 2 沖壓件的工藝分析 2.1 零件工藝性分析 工件墊圈為圖2-1所示的落料沖孔件，材料為Q235鋼，材料厚度為2mm，生產(chǎn)批量為大批量。 圖2-1 墊圈工件圖 工藝性分析內(nèi)容如下： （1）材料分析 對于冷沖壓所用的材料，不僅要滿足設(shè)計的技術(shù)要求標準，還應(yīng)當滿足沖壓的工藝要求。主要應(yīng)該具備一下幾點：①應(yīng)當有良

3、好的可塑性。②應(yīng)該具備抗壓失穩(wěn)起皺的能力。③應(yīng)該具備光潔、平整、無缺陷損傷的表面狀態(tài)。④材料的厚度公差和外形尺寸公差應(yīng)該符合國家標準。Q235為普通碳素結(jié)構(gòu)鋼，抗剪強度為300Mpa，具有較好的沖裁成形性能。 （2）結(jié)構(gòu)分析 零件形狀簡單、對稱，由圓弧和直線組成，對沖裁加工較為有利。但孔邊距較小，故不適合精度要求高的沖壓工序。 （3）精度分析 一般沖裁件內(nèi)外所能達到的經(jīng)濟精度為IT14，該孔中心與邊緣距離尺寸公差為0.2mm。將以上精度和零件簡圖中所標注的尺寸公差相比較，可認為該零件的精度要求能夠在沖裁加工中得到保證。由以上分析可知，該零件可以用普通沖裁的加工方法制得。三個孔的中心在同

4、一條直線上的位置精度滿足形位公差要求。 2.2 沖裁工藝方案的確定 零件為一落料沖孔件，可提出的加工方案如下： 方案一：先落料，后沖孔，采用兩套單工序模生產(chǎn)。 方案二：落料—沖孔復(fù)合沖壓，采用復(fù)合模生產(chǎn)。 方案三：沖孔—落料連續(xù)沖壓，采用級進模生產(chǎn)。 方案一模具結(jié)構(gòu)簡單，但需兩道工序、兩副模具，生產(chǎn)效率低，零件精度較差，在生產(chǎn)批量較大的情況下不適用。 方案二采用復(fù)合模加工，復(fù)合模的特點是生產(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。復(fù)合模主要用于生產(chǎn)批量大、精度要求高的沖裁件。 方案三采用級進模加工。級進模比

5、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，可用級進模逐步?jīng)_出。但級進模輪廓尺寸較大，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。 比較方案二與方案三，對于所給零件，由于兩小孔比較接近輪廓邊緣，復(fù)合模沖裁零件時受到壁厚的限制，模具結(jié)構(gòu)與強度方面相對較難實現(xiàn)和保證，所以根據(jù)零件性質(zhì)故采用級進模加工。 2.3 零件工藝計算 2.3.1 排樣計算 （1）排樣方案的確定 分析零件形狀，零件是一個形似平行四邊形的中心對稱圖形，故采用最節(jié)省材料的單排方案。 （2）搭邊值的確定

6、 由表確定搭邊值，根據(jù)零件形狀兩式件間按矩形取搭邊值b=2.0mm，側(cè)邊取搭邊值a=2.2mm。 則進距： h=22.65+2≈25mm 條料寬度： 式中：B——條料的寬度，單位mm L——沖裁件垂直于送料方向的最大尺寸，單位mm a——側(cè)搭邊值 C——導(dǎo)料板與最寬條料之間的間隙 Δ——條料寬度的單向（負向）公差 查表得：△=0.7 排樣圖如下： 圖2-2 工件排樣圖 （3）材料利用率 由于工件圖形特殊，計算較為復(fù)雜，且排樣方案為單排方案，故只計算裁板率。 查表可知，可利用10004000的板塊沖裁制件。 因為進距為25mm,條料寬帶也為25m

7、m，是板塊長度與寬度的因數(shù)。故裁板率為100%。 2.3.2 沖壓力計算 該模具采用鋼性卸料和下出料方式。 基本計算公式為： （2-1） 式中：L——沖裁周邊長度，單位mm t——材料厚度，單位mm ——材料抗剪強度，單位Mpa K——系數(shù)，一般取K=1.3 零件的材料厚度2mm，Q235鋼的抗剪強度取300Mpa。 （1）落料力 引用基本公式(2-1) （2）沖孔力 引用基本公式(2-1) 中心孔所需的沖孔力： 兩個小孔所需的沖孔力： 沖裁件的推件力，查表，根據(jù)凹模刃口形式，可知刃口高度h=4mm，則n=h/t=2個。故：

8、 為避免各凸模沖裁力的最大值同時出現(xiàn)，且考慮到凸模相距很近時，避免小直徑凸模由于承受材料流動擠壓力作用而產(chǎn)生傾斜或折斷故把三個沖孔凸模設(shè)計成階梯凸模形式。如圖2-3。 圖2-3 階梯凸模草圖 則沖孔落料所需的最大沖壓力為： 2.3.3 壓力中心計算 計算壓力中心的目的有：（1）使沖裁壓力中心與沖床滑塊中心重合，避免產(chǎn)生偏彎矩，減少模具導(dǎo)向機構(gòu)的不均勻磨損。（2）保持沖裁工作間隙的穩(wěn)定性，防止刃口局部迅速變鈍，提高沖裁件的質(zhì)量和模具的使用壽命。（3）合理布置凹模型孔位置。 根據(jù)圖形分析，因為工件圖形對稱，故落

9、料時的壓力中心在上；沖孔時、的壓力中心在上。如圖2-4。 圖2-4 壓力中心測定圖 設(shè)沖模壓力中心離點的距離為x，根據(jù)力矩平衡原理得： 2.4 沖壓設(shè)備的選用 選用沖壓設(shè)備的公稱壓力應(yīng)大于計算出的總壓力；最大閉合高度應(yīng)大于沖模閉合高度+5mm；工作臺臺面尺寸應(yīng)能滿足模具的正確安裝。根據(jù)沖壓力的大小為的1.1～1.3倍，結(jié)合實際可選取開式雙柱可傾壓力機J23—16。 其主要技術(shù)參數(shù)如下： 公稱壓力：160kN 滑塊行程：70mm 最大閉合高度：220mm 連桿調(diào)節(jié)量：60mm 工作臺尺寸（前后m

10、m左右mm）： 墊板尺寸（厚度mm孔徑mm）： 模柄尺寸（直徑mm深度mm）： 最大傾斜角度： 3 模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計 3.1 模具零部件結(jié)構(gòu)的設(shè)計 3.1.1 標準模架的選用 標準模架的選用依據(jù)為凹模的外形尺寸，所以應(yīng)首先計算凹模周界的大小。 凹模厚度的確定： 式中：——取總壓力 則系數(shù)： 凹模長度： 工件長度為： 凹模寬度的確定： 取步距為25mm，工件寬為19.8mm。

11、 則系數(shù)為： 凹模寬度為： 所以，凹模的厚度為H=21mm（取25mm），凹模的總長為L=82mm（取100mm），凹模的寬度為 B=109mm,（取120mm）。通過按標準合適的調(diào)整得到凹模外形尺寸為： 。 模具采用對角導(dǎo)柱模架，根據(jù)以上計算結(jié)果，可查得模架規(guī)格為： 上模座 下模座 導(dǎo)柱 左 右 導(dǎo)套 左 右 選擇對角模架是由排樣的形式和凸凹模的安裝位置來確定的，可以便于縱向或橫向送料，沖壓時可以防止由于偏心力矩而引起的模具傾斜。 上、下模座材料選用HT250鋼，為矩形模座，滿足外形尺寸應(yīng)比凹模相

12、應(yīng)尺寸大40～70mm，厚度為凹模厚度的1～1.5倍等要求，以匹配模具。 采用滑動導(dǎo)柱，導(dǎo)套來保證上、下模的精確導(dǎo)向，加工方便，容易裝配。材料采用20鋼，為了增加表面硬度和耐磨性,應(yīng)進行表面滲碳處理,滲碳后的淬火硬度為HRC58～62。導(dǎo)柱的下部與下模座導(dǎo)柱孔采用過盈配合，導(dǎo)套的外徑與上模座導(dǎo)套孔采用過盈配合。導(dǎo)柱和導(dǎo)套的配合可根據(jù)凸、凹模間隙選擇，間隙小于0.3mm時，采用H6/h5配合；間隙大于0.3mm時，采用H7/h6配合。 3.1.2 卸料裝置的設(shè)計 （1）卸料板的確定 剛性卸料裝置適用于0.5mm以上條料，而彈性卸料裝置出于卸料力的考慮只適用1.5mm以下，固選擇剛性卸料裝

13、置。用螺釘和銷釘固定在下模上，能承受較大的卸料力，卸料安全，可靠。材料選用Q235鋼，長和寬尺寸取與凸模固定板相同的尺寸，卸料板的厚度取決于卸料力的大小及卸料尺寸，一般取5～12mm，這里確定卸料板外形尺寸為，如圖3-1。 圖3-1 卸料板零件簡圖 （2）導(dǎo)料板的確定 選用材料選用T8鋼，長和寬尺寸選用典型模架組合尺寸，查冷沖模設(shè)計表，厚度H=6mm，導(dǎo)料板的外形尺寸為：，由此表還可知擋料銷高度h=3mm。 這里把導(dǎo)料板和卸料板設(shè)計為一體，內(nèi)表面粗糙度為Ra0.8，外表面粗糙度為Ra1.6。 如圖3-1導(dǎo)料板和卸料板共同組成了卸料裝置，同時也起導(dǎo)料作用。

14、 3.1.3 其他零部件結(jié)構(gòu)的設(shè)計 （1）凸模固定板的設(shè)計 材料選用Q235鋼，凸模固定板的外形尺寸取和凹模外形一樣的尺寸，但還應(yīng)考慮緊固螺釘及銷釘?shù)奈恢?，其厚度取凹模厚度?.6～0.8，取0.8。落料、沖孔凸模固定板的外形尺寸為：，固定板上的凸模安裝孔與凸模采用過渡配合H7/m6。內(nèi)表面粗糙度取Ra0.8，外表面取Ra1.6。如圖3-2。 圖3-2 凸模固定板零件簡圖 （2）墊板的確定 材料45，長和寬的尺寸選用典型模架組合尺寸，墊板的外形尺寸為：。 （3）模柄的選擇 模柄的作用是將模具的上模座固定在沖床的滑塊上。在設(shè)計模柄時，模柄的長度不得大于

15、沖床滑塊內(nèi)模柄孔的深度，模柄直徑應(yīng)與壓力機滑塊上的模柄孔徑一致。 選用帶螺紋的旋入式模柄，材料Q235，這種模柄可較好地保證模柄軸線與上模座的垂直度。它與上模座孔采用H7/m6，屬于過渡配合。根據(jù)壓力機J23-16的相關(guān)參考可知，模柄的外形尺寸為：，用于小型模具。 （4）導(dǎo)正銷與擋料銷的設(shè)計 為了保證級進模沖裁件各部分的相對位置精度，在級進模中可采用導(dǎo)正銷與擋料銷的配合使用。工作時，始用擋料銷限定條料的初始位置，進行沖孔。始用擋料銷在彈簧作用下復(fù)位后，條料再送進一個部距，以固定擋料銷定位，落料時以裝在落料凸模端面上的導(dǎo)正銷進行精定位，保證零件上的孔與外圓的相對位置精度。 設(shè)計有導(dǎo)正銷的

16、級進模，擋料銷的位置應(yīng)保證導(dǎo)正銷在導(dǎo)正條料過程中條料活動的可能。固定擋料銷的位置可由式計算: （3-1） 式中：c——條料進距（mm）； D——落料凸模直徑（mm）； d——擋料銷的頭部直徑（mm）； 0.1——導(dǎo)正銷往前推的活動余量（mm）。 由（3-1）式可解得：e=16.76mm。 固定擋料銷與銷孔采用H7/r6配合，導(dǎo)正銷與落料凸模采用H7/r6配合。 （5）螺釘、銷釘選擇 ①螺釘?shù)倪x擇 上模座固定螺釘選用4—M12 下模座固定螺釘選用4—M12 卸料螺釘選用4—M10 ②銷釘?shù)倪x擇 下模座連接銷釘選

17、用2— 3.2 沖模刃口尺寸及公差的計算 3.2.1 沖孔部分 對沖孔和孔用凸、凹模分開的加工方法。 表3-1 沖裁間隙分類及雙面間隙值Z （t%mm） 制件 分類 I II III 低碳鋼08F，10F，Q235，10，20 6~14 >14~20 >20~25 中碳鋼45，1Cr18Ni9Ti,4Cr13,可伐合金 7~16 >16~22 >22~30 高碳鋼T8A,T10A，65Mn鋼 16~24

18、 >24~30 >30~36 由表3-1查得： ， 式中：——凸凹模最大初始雙向間隙（mm） ——凸凹模最小初始雙向間隙（mm） 對沖孔時： ， 對沖孔時： ， 式中：——凸模下偏差，按IT6～IT7選取 ——凹模上偏差，按IT6～IT7選取 由此可知，滿足公差間隙校核條件： 查表得，則： 沖孔部分： 沖孔部分： 該尺寸極限偏差轉(zhuǎn)化為。 式中：——沖孔凸?；境叽纾╩m） ——沖孔凹?；境叽纾╩m） ——制件公差 ——磨損

19、系數(shù)，其值與沖裁件的制造精度有關(guān)。當沖裁件精度在IT14時，。 3.2.2 落料部分 對外輪廓的落料，由于形狀較復(fù)雜，故采用配合加工方法。 落料以凹模為基準，為使模具具有一定的使用壽命，應(yīng)考慮加、減備磨量。 非圓形與圓形凹模刃口尺寸計算不同之處是凹模各組成尺寸磨損后的變化情況不同，計算時要分析凹模各尺寸磨損的變化情況。磨損后增大的尺寸應(yīng)減去一個備模量；磨損后減小的尺寸應(yīng)加上一個備磨量；磨損后既不增大也不減小的尺寸可不考慮備模量。 當以凹模為基準件時，凹模磨損后刃口部分尺寸都增大，因此均屬于A類尺寸。 零件圖中末注公差的尺寸由表查出其極限偏差：

20、 ， ，尺寸極限偏差需轉(zhuǎn)化為，。 查表得，則落料凹模刃口尺寸為： 該零件凸模刃口各部分尺寸按上述凹模的相應(yīng)部分尺寸配制，保證雙面間隙值滿足：。 3.3 確定各主要零件結(jié)構(gòu)設(shè)計及尺寸計算 3.3.1 凹模結(jié)構(gòu)的設(shè)計 在3.1章節(jié)里已經(jīng)確定了凹模的外形尺寸，這里主要對凹模外形進行選型。 常用的凹模洞口形式有三種，分別是： （1）圓柱形孔口 這種結(jié)構(gòu)工作刃口的強度較高，刃磨后工作部分的尺寸不變。主要用于沖制料較厚、形狀較復(fù)雜的制件。 （2）錐形孔口 這種結(jié)構(gòu)工作刃口刃磨后，工作部分的尺寸會變大。主要用于沖制精度較低、形狀較簡單的制件。

21、 （3）具有過渡圓柱形孔口 具有圓柱形孔口的特點，并且制造方便，是生活中常用的一種結(jié)構(gòu)。 綜合考慮，選用第3種具有過渡圓柱形孔口的形式。凹模孔的內(nèi)表面粗糙度為Ra0.8，外表面為Ra1.6。 冷沖模凸模、凹模或凸凹模是完成條料沖壓成形的最主要的工作零件。 凹模工作部分的硬度要求通常為60～64HRC。本次設(shè)計模具的凹模邊緣倒圓角，硬度要求為60～63HRC，材料為T10A，如圖3-3。 圖3-3 凹模零件簡圖 3.3.3 凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計及尺寸計算 （1）凸模結(jié)構(gòu) 常見的凸模形式有： ①臺肩式凸模 這種凸模結(jié)構(gòu)主要用于橫斷面簡單（如圓形、方形等），裝配修模方便，具有較好的

22、固定性和工作穩(wěn)定性的情況。故在模具中經(jīng)常采用，這里用于沖孔凸模的結(jié)構(gòu)形式。 ②直通式凸模 即凸模沿軸線方向橫斷面尺寸相同。這種凸模結(jié)構(gòu)對于沖制非圓形制件非常實用。這里作為落料凸模的結(jié)構(gòu)形式。 （2）凸模的固定方式 主要有臺肩式和鉚接式固定兩打類。這里落料凸模采用鉚接式固定，沖孔凸模采用臺肩固定式。 （3）凸?；窘Y(jié)構(gòu)參數(shù)的確定 臺肩固定式凸模的臺肩尺寸一般大于凸模刃口尺寸3～5mm。 凸模長度計算為： 其中初定：導(dǎo)料板厚 卸料板厚 凸模固定板厚 料厚t=2m

23、m 式中：h——增加長度，它包括凸模的修磨量10mm，凸模進入凹模的深度2mm，凸模固定板與卸料板之間的安全距離2mm等，一般取10～20mm，這里取h=14mm。 修磨之后的實際長度為： 沖孔凸模為臺肩形式，臺肩厚度取6mm，沖大孔凸模長度為38mm。由于是階梯形式，大孔凸模長度要比小孔凸模大一個料厚，所以沖小孔凸模長度為36mm。刃口部分表面粗糙度Ra0.4，模壁表面粗糙度為Ra0.8。 落料凸模為直通式凸模，長度為44mm，螺釘?shù)跹b，鉚接深度為2mm。刃口部分表面粗糙度Ra0.8。 如圖（3-3）和圖（3-4），分別為沖孔凸模和落料凸模零件圖。 圖3-3 沖孔凸模零件簡圖

24、 沖孔凸模的刃口部分淬火硬度為60～63HRC，刃口部分熱處理長度為10～12mm。沖孔凸模與凸模固定板采用H7/m6配合。 沖模一般需要進行預(yù)備熱處理和最終熱處理。 沖模的工作零件的預(yù)備熱處理是毛坯常采用退火、正火工藝，其主要目的是消除內(nèi)應(yīng)力，降低硬度以改善切削加工性能，為最終熱處理做準備。 沖模工作零件的最終熱處理是在精加工前進行淬火、低溫回火處理，以提高其硬度和耐磨性。 圖3-4 落料凸模零件簡圖 落料凸模的刃口部分淬火硬度為60～63HRC，刃口部分熱處理長度為10～12mm。鉚式凸模多用高碳鋼制造。這里兩種凸模都才用T10A材料。落料凸模與凸模固定板采用N7/h6配合。