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課程設(shè)計(jì)說明書 題目：彎墊板沖壓模具設(shè)計(jì) 目錄 一、 確定工藝方案及模具結(jié)構(gòu)形式 二、 工藝計(jì)算 三、 凸、凹模具零件設(shè)計(jì) 四、 模具零部件設(shè)計(jì) 五、 相關(guān)零件剛度、強(qiáng)度校核 六、 壓力機(jī)的校核 七、 參考文獻(xiàn) 零件圖 一、確定工藝方案及模具結(jié)構(gòu)形式 （一）工藝方案的確定 1、零件的工藝性分析 該零件材料為10鋼，為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，其抗剪強(qiáng)度為τ=260～340MPa，抗拉強(qiáng)度為σb=300～440MPa，屈服強(qiáng)度為σs=210MPa，伸長率為δ=29%，屈強(qiáng)比為σs/σb=0.48～0.7，材料綜合性能良好，適合沖壓工藝。大批量生產(chǎn)，板厚為1.5mm，工件精度為IT8。有落料、沖孔、彎曲三個(gè)工序。 2、工藝方案的確定 （1）方案種類：該零件包括落料、沖孔、彎曲三個(gè)基本工序，可以有三種工藝方案： 方案一：先沖孔，后落料，再彎曲。采用單工序模生產(chǎn) 方案二：先沖孔落料，再彎曲。采用連續(xù)模和彎曲模生產(chǎn) 方案三：先沖孔落料，再彎曲。采用復(fù)合模和彎曲模生產(chǎn) 方案四：沖孔落料彎曲復(fù)合模生產(chǎn) （2）方案比較： 方案一：結(jié)構(gòu)簡單，但需要三道工具三副模具，成本高而生產(chǎn)效率低，模具壽命低，沖壓精度差，操作也不安全，難以滿足中批量生產(chǎn)要求。 方案二：連續(xù)模是一種多工位，效率高的加工方法。但連續(xù)模輪廓尺寸較大，采用此方案會(huì)加大模具尺寸，使加工難度提高，因而也排除此方案。 方案三：需要兩套模具，工件的精度及生產(chǎn)效率要求都能滿足，模具輪廓尺寸較小，模具的制造成本不高。 方案四：只需一套模具，但模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造加工難度大，且維修不易。 綜合考慮，故采用第三種方案最佳。 （二）模具總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1、模具類型 根據(jù)零件的沖裁工藝方案，采用復(fù)合沖裁模，所以模具類型為落料-沖孔復(fù)合模、彎曲模。復(fù)合模的主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是存在有雙重作用的結(jié)構(gòu)零件——凸凹模。凸凹模裝在上模模稱為正裝式復(fù)合模，凸凹模裝在下模稱為倒裝式復(fù)合模。采用倒裝式復(fù)合模省去了頂出裝置，結(jié)構(gòu)簡單，便于操作，因此采用倒裝式復(fù)合沖裁模。 2、定位方式 模具沖壓所使用的原料是條料，卸料采用彈性卸料裝置，導(dǎo)料采用導(dǎo)料銷，送進(jìn)步距控制采用活動(dòng)擋料銷。 3、卸料與出件方式 采用彈性卸料的方式卸料，彈性卸料裝置依靠彈簧的彈力來卸料，卸料力不大，但沖壓時(shí)可兼起壓料作用，可以保證沖裁件表面的平面度。沖孔廢料直接從凸凹?？字新湎?，制件由頂件塊從凹模中頂出。 4、模架的類型 中間導(dǎo)柱導(dǎo)套模架適宜于縱向送料，對(duì)角導(dǎo)柱導(dǎo)套模架適宜橫向送料，四角導(dǎo)柱導(dǎo)套模架則常用于大型模具；而精密模具還須采用滾珠導(dǎo)柱導(dǎo)套。該模具采用后側(cè)導(dǎo)柱的模架，模架100ｘ80ｘ130~150 I GB/T 2851.3，用導(dǎo)柱導(dǎo)套導(dǎo)向，送料與操作的方便。 二、工藝計(jì)算 （一）毛坯尺寸計(jì)算 彎曲件毛坯展開長度的計(jì)算： 一般將 r／t＞0.5的彎曲稱為有圓角半徑的彎曲，r／t≤0.5的彎曲稱為無圓角半徑彎曲。根據(jù)工件圖，r／t =０．５／１．５＝０.３３＜０．５，故零件是無圓角半徑彎曲。 無圓角半徑彎曲的毛坯尺寸計(jì)算是依據(jù)彎曲前后材料體積不變?cè)瓌t確定的，并考慮彎曲時(shí)圓角變形區(qū)板厚變薄。計(jì)算公式如下： L＝Ｌ１＋Ｌ２＋Ｏ．５ｔ ＝１４＋（２２－２）＋０．５ｘ１．５　 ＝３４．７５ｍｍ （二）排樣的設(shè)計(jì)與計(jì)算 沖裁件在條料上的布置方法稱為排樣。排樣設(shè)計(jì)包括選擇排樣方法、確定搭邊值、計(jì)算條料寬度和送料步距，計(jì)算材料利用率，畫排樣圖。 １、排樣方法的選擇 根據(jù)對(duì)所給零件的分析，可采用直排有廢料排樣或無搭邊對(duì)排方式，但無搭邊對(duì)排方式模具過于復(fù)雜，且不能保證精度，而且兩種排樣方式材料利用率相差不大，故采用直排有廢料排樣方式，這樣可以保證沖件質(zhì)量，提高模具壽命。可以補(bǔ)償送料誤差，以保證沖出合格工件。 ２、計(jì)算沖裁面積 沖裁面積A＝１２ｘ８＋２２ｘ９＋０．５π（６２＋１１２）－（π（３２＋６２））＝３９９.２４mm2 側(cè)面搭邊ａ＝1.５mm, 工件間搭邊ａ１＝１.２mm ３、步距和條料寬度的計(jì)算 步距H＝２２＋1.２＝２３.２mm 條料寬度B＝３４.７５＋２ｘ１.５＝３７.７５mm ４、排樣圖 （三）材料利用率的計(jì)算 一個(gè)步距的材料利用率: η＝ (A/BH)×100% ＝(３９９.２４/（３７.７５×２３.２）)×100% ＝４５.６% （四）工藝力的計(jì)算 １、沖孔落料模 （１）沖裁工藝力的計(jì)算 沖裁力是沖裁過程中凸模對(duì)材料的壓力。沖裁力是選用壓力機(jī)、模具設(shè)計(jì)以及強(qiáng)度校核的重要依據(jù)。 沖裁力的計(jì)算公式：F＝KLtτ 式中 F——沖裁力（N）； L——零件的剪切周長（mm）； t——材料厚度（mm）； τ——材料抗剪切強(qiáng)度（MPa）； K——系數(shù)?？紤]到模具間隙值的波動(dòng)及均勻性，刃口的磨損，材料力學(xué)性能及厚度的波動(dòng)、潤滑情況等因素對(duì)沖裁力的值都有影響，一般取K＝1.3。 K＝1.3 ；t＝１.５mm ；τ ＝３００MPa； 落料力F1＝KL1tτ＝1.3×９７.４×１.５×３００＝５６９７９N 沖孔力F2＝KL2tτ＝1.3×５６.５５×１.５×３００＝３３０８２N 沖裁力F＝F1＋F2＝９００６１N 卸料力F卸＝K卸F＝0.04×９００６１＝３６０２N 推件力F推＝K推F＝0.055×９００６１＝４９５３N 表3.1 卸料力、推件力、頂件力系數(shù) 料厚（mm） 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 （２）初選壓力機(jī) 總的沖壓力F總＝F＋ F卸F推 ＝９００６１＋３６０２＋４９５３ ＝９８.６２KN 應(yīng)選取的壓力機(jī)公稱壓力為：160kN。 因此可選擇壓力機(jī)型號(hào)為 J23-16。 J23-16壓力機(jī)技術(shù)參數(shù)： 公稱壓力：160kN 滑塊行程：55mm 滑塊行程次數(shù)： 120/n?min-1 最大封閉高度：220mm 封閉高度調(diào)節(jié)量：45mm 工作臺(tái)尺寸（左右×前后）：450×300mm 模柄孔尺寸（直徑×深度）：40×60mm 傾斜角：35° 2、彎曲模 (1)彎曲回彈角的確定 此彎曲件為小圓角半徑彎曲，查文獻(xiàn)1表3-11，?α =1.5° (2)L形彎曲件自由彎曲力 L形彎曲件是在自由彎曲階段相當(dāng)于彎曲U形件的一半，而且應(yīng)設(shè)置壓料裝置，所以可近似地取彎曲力為 F自=（FU+FQ）/2 （1-1） 其中：FU為彎曲力 FQ為壓料力 FU＝0.7KBt2σb/（r+t） 式中FU——為U形件沖壓行程結(jié)束時(shí)的自由彎曲力，（N）； B——沖裁件寬度（mm）； t——材料厚度（mm）； r——沖裁件彎曲半徑（mm）； σb——材料抗拉強(qiáng)度（MPa）； K——為安全系數(shù)。一般取系數(shù)K=1.3 U形彎曲件彎曲力計(jì)算： FU＝0.7×1.3×12×1.52×370/（0.5＋1.5） ＝4545.45N 對(duì)設(shè)置壓料裝置的彎曲模，其壓料力也要由壓力機(jī)滑塊承擔(dān)，F(xiàn)Q可近似取自由彎曲力的30%～60%,即FQ=（0.3～0.6）FU。，這里取FQ=0.5FU。 將數(shù)據(jù)代入，求得： FQ=2272.73N 將FQ、FU代入式（1-1）得： F自=3409.09N (3)L形彎曲件校正彎曲力 F校＝Ap 式中F?！獮樾Ｕ龔澢鷷r(shí)的彎曲力，（N）； A——為校正部分垂直投影面積，(mm2)； p——為單位面積上的校正力，（MPa）； 具體彎曲計(jì)算如下： A ＝20×9+0.5π112＝369.97mm2 F校＝100MPa×369.97mm2＝36997N=37kN (4)頂件力 F頂＝（0.3～0.8）FU，取系數(shù)為0.5，則F頂=2272.73N (5)選擇沖壓設(shè)備 由彎曲工藝可知，彎曲時(shí)的校正彎曲力與自由彎曲力、頂出力不是同時(shí)發(fā)生的，且校正彎曲力比自由彎曲力和頂出力大得多。因此，可按F校=37KN選擇沖壓設(shè)備，實(shí)際選用100kN壓力機(jī)，因此可選擇壓力機(jī)型號(hào)為 J23-10。 壓力機(jī)J23-10，其主要技術(shù)參數(shù)為： 公稱壓力：100kN 滑塊行程： 45mm 滑塊行程次數(shù)：145/n·min-1 最大閉合高度： 180mm 閉合高度調(diào)節(jié)量： 35mm 工作臺(tái)尺寸（左右×前后）： 370×240mm 模柄孔尺寸（直徑×深度）： 30×55mm 床身最大傾角： 35° （五）沖模的壓力中心的確定 計(jì)算公式為: X0＝（L1X1＋L2X2……LnXn）/（L1＋L2……Ln）＝∑LiXi/∑Li y0＝（L1y1＋L2y2……Lnyn）/（ L1＋L2……Ln）＝∑Liyi/∑Li 式中: L1、L2、Ln為個(gè)凸模輪廓長。 X0 ＝0 （零件左右對(duì)稱） y0＝（2/3×11×11π＋2×15.5×9＋2×24×8＋6π×30+11×12π+28×6π）/（(12+6+11+6）π+34）=2424.39/143.9＝16.85mm 壓力中心計(jì)算圖 三、凸、凹模具零件設(shè)計(jì) （一）落料沖孔復(fù)合模設(shè)計(jì) 1、沖裁凸凹模間隙的確定 沖裁模間隙是直接關(guān)系到?jīng)_裁件斷面質(zhì)量、尺寸精度、模具壽命和力能消耗的重要工藝參數(shù)。沖裁模間隙數(shù)值，主要與材料的厚度、種類有關(guān)。但由于各種沖壓件對(duì)其斷面質(zhì)量和尺寸精度的要求不同，以及生產(chǎn)條件的差異，在生產(chǎn)實(shí)踐中就很難有一種統(tǒng)一的間隙數(shù)值，而應(yīng)區(qū)別情況，分別對(duì)待，在保證沖裁件斷面質(zhì)量和尺寸精度的前提下，是模具壽命最高。 查教材表2-3，可知： Zmax＝0.120mm ，Zmin＝0.090mm Zmax–Zmin=0.030mm 2、沖模的凸凹模刃口尺寸計(jì)算 凸、凹模刃口尺寸的計(jì)算可以分為兩種： 一是凸凹模分別加工，這種加工方法適用于圓形或簡單形狀的沖裁件。采用凸、凹模分別加工法，為了保證合理間隙，必須滿足系類條件：δP＋δd≤Zmax－Zmin。 二是凸、凹模配合加工，對(duì)于形狀復(fù)雜或薄料的沖裁件的沖裁，一般采用配合加工。 （1）對(duì)于落料，應(yīng)以凹模為基準(zhǔn)件，工件形狀復(fù)雜，采用配合加工,系數(shù)x=1。 各尺寸為 A1：22±0.0165，A2：9±0.011，A3：12±0.0135，C1：8±0.011，C2：5±0.009 A1d=Amax1－xΔ0 +δ=22.0165－1×0.0330 +0.008=21.98 0+0.008mm A2d=Amax2－xΔ0 +δ =9.011－1×0.0220 +0.006 =8.990 +0.006mm A3d=Amax3－xΔ0 +δ =12.0135－1×0.0270 +0.007 =11.990 +0.007mm C1d=Cmin1+0.5Δ-δ +δ=(7.989+0.5×0.022)±0.003=8±0.003mm C2d=Cmin2+0.5Δ-δ +δ = (4.991+0.5×0.018)±0.002=5±0.002mm 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Zmin~Zmax=0.09~0.12mm。 （2）對(duì)于沖孔Φ6，采用凸凹模分別加工： δP＝0.02mm ，δd＝0.02mm；工件公差Δ＝0.018mm；磨損系數(shù)x＝0.75 經(jīng)計(jì)算：δP＋δd=0.04mm＞Zmax－Zmin，可取δP=0.4（Zmax－Zmin）=0.012mm，δd=0.6（Zmax－Zmin）=0.018mm。 dp＝（d+xΔ）-δP 0＝（6+0.75×0.018）-0.012 0＝6.01-0.012 0mm dd＝（dp+Zmin） 0+δd=（6.01+0.09） 0+0.018＝6.10 0+0.018mm （3）對(duì)于沖孔Φ12，采用凸凹模分別加工： δP＝0.02mm ，δd＝0.02mm；工件公差Δ＝0.027mm；磨損系數(shù)x＝0.75 經(jīng)計(jì)算：δP＋δd=0.04mm＞Zmax－Zmin，可取δP=0.4（Zmax－Zmin）=0.012mm，δd=0.6（Zmax－Zmin）=0.018mm。 dp＝（d+xΔ）-δP 0＝（12+0.75×0.027）-0.012 0＝12.02-0.012 0mm dd＝（dp+Zmin） 0+δd=（12.02+0.09） 0+0.018＝12.11 0+0.018mm （二）彎曲模工作部分尺寸計(jì)算 1. 彎曲凸凹模的間隙確定： 彎曲U形件時(shí)，凸凹模間隙c的大小，對(duì)彎曲件質(zhì)量有直接影響，過大的間隙將引起彈復(fù)角的增加，過小時(shí)，引起工件材料厚度的變薄，降低了模具試用壽命。 對(duì)于鋼板，凸凹模合理間隙值：c＝（1.05~1.15）t，取系數(shù)為1.1，則c=1.1×1.5=1.65mm。 2. 凸、凹模長度尺寸計(jì)算 彎曲件長度尺寸標(biāo)注在外側(cè)，應(yīng)以凹模為基準(zhǔn)。 工件彎曲長度L＝22mm，Δ＝0.033mm，δP＝0.02mm； Ld=（L-0.5Δ）0+δP＝（22+0.5×0.033）0+0.02＝22.020+0.02mm Lp＝Ld-c＝22.02-1.65＝20.370-0.020mm 3. 凸、凹模的圓角半徑 凸模圓角半徑rp＝r＝0.5mm ； 凹模圓角半徑rd＝(3~6)t，取rd=5t=5×1.5=7.5mm 4. 彎曲凹模深度 查文獻(xiàn)1表3-26，m=4mm 則L0=16+4=20mm 四、模具零部件設(shè)計(jì) （一）落料-沖孔復(fù)合模具 1、沖孔凸模設(shè)計(jì) 沖孔部分的凸模刃口尺寸為圓形，為了便于凸模和固定板的加工，將沖孔凸模設(shè)計(jì)成臺(tái)階式。小端圓柱部分，是具有鋒利刃口的工作部分，采用臺(tái)肩式固定。凸模材料采用Cr12MoV，凸模工作端（即刃口）淬硬至HRC 58～62。 2、凹模設(shè)計(jì) 凹模的結(jié)構(gòu)形式和固定方法：凹模采用矩形板狀結(jié)構(gòu)，通過螺釘、銷釘與固定板，上模座連接固定。 凹模刃口的結(jié)構(gòu)形式：因沖件的批量較大，考慮凹模有磨損和保證沖件的質(zhì)量，凹模刃口采用直刃壁結(jié)構(gòu)，刃壁高度取10mm。 凹模材料和技術(shù)要求：凹模的材料選用Cr12MoV。工件部分淬硬至HRC60~64。外輪廓棱角要倒鈍。 3、凸凹模設(shè)計(jì) 凸凹模采用固定板固定。 凸凹模的外刃口尺寸按凹模尺寸配作,內(nèi)形刃口尺寸按凸模尺寸配做，保證最小間隙為Zmin=0.09mm。 凸凹模材料采用Cr12MoV，淬硬至HRC 58～62。 4、定位零件 定位零件的作用是使坯料或工件在模具上相對(duì)凸、凹模有正確的位置。 選用活動(dòng)擋料銷一個(gè)。擋料銷的作用是擋住條料搭邊或沖件輪廓以限定條料送進(jìn)的距離，活動(dòng)擋料銷固定在卸料板上，材料45號(hào)鋼，硬度為HRC 43～48 選用導(dǎo)料銷2個(gè)。導(dǎo)料銷的作用是保證條料送料的準(zhǔn)確，在條料的送進(jìn)方向上。 5、卸料及出件裝置 卸料采用彈性卸料裝置，由，卸料板，卸料螺釘，彈性元件（這里是橡膠）組成。 出件裝置由打桿、推件塊、連接推桿、頂件塊組成。 6、模柄 模柄的作用是把上模固定在壓力機(jī)滑塊上，同時(shí)使模具中心通過滑塊的壓力中心，模柄的尺寸規(guī)格選用凸緣式模柄，B20JB/T7646.3。 7、模座 標(biāo)準(zhǔn)模座根據(jù)模架類型及凹模周界尺寸選用， 上模座：100×80×25mm； 下模座：100×80×30mm； 模座材料采用灰口鑄鐵，它具有較好的吸震性，采用牌號(hào)為HT200。 8、導(dǎo)柱和導(dǎo)套 導(dǎo)柱選用A型導(dǎo)柱，A20h6×120　GB2861.1-81 。材料為20鋼，熱處理要求：滲碳深度為0.8～1.2，硬度HRC58～62。 導(dǎo)套選用A型導(dǎo)套，A20H7×65×23　GB2861.6-81 。材料為20鋼，熱處理要求：滲碳深度為0.8～1.2，硬度HRC58～62。 （二）彎曲模 1、凸模 凸模采用固定板固定。凸模材料采用Cr12MoV，凸模工作端淬硬至HRC 58～62。 2、凹模 凹模是由兩部分組成，用螺釘固定于下模座內(nèi)。凹模材料采用Cr12MoV，淬硬至HRC60～64。 3、模柄 模柄材料為Q235，采用凸緣式A30×64JB/T 7646.1。 4、導(dǎo)柱和導(dǎo)套 導(dǎo)柱選用A型導(dǎo)柱，A20h6×130　GB2861.1-81 。材料為20鋼，熱處理要求：滲碳深度為0.8～1.2，硬度HRC58～62。 導(dǎo)套選用A型導(dǎo)套，A20H7×70×28　GB2861.6-81 。材料為20鋼，熱處理要求：滲碳深度為0.8～1.2，硬度HRC58～62。 五、相關(guān)零件剛度、強(qiáng)度校核 (一)沖孔落料模 1、沖孔凸模長度計(jì)算 沖孔凸模長度一般是根據(jù)結(jié)構(gòu)上的需要而確定的，其凸模長度用下列公 式計(jì)算： L = h 1 + h 2 + h 3 + h 式中 L—凸模長度， m m h 1—凸模固定板高度， m m h 2—推件塊高度， m m h 3—凸模進(jìn)入凹模深度， m m h—附加高度，一般取 1 5 ~ 2 0 m m 凸模長度 L = 2 0 + 10+ 1.5 + 15= 46.5 m m 2、強(qiáng)度校核 對(duì)于圓凸模，校核強(qiáng)度可以用最小直徑d的大小是否滿足式d≥4tτ/[σ壓]求得， t—沖裁材料厚度， τ—沖裁材料的抗剪強(qiáng)度，取300 M p a [σ壓] —凸模材料許用壓應(yīng)力，取 1000Mpa 即d≥4×1.5×300/1000=1.8mm 滿足要求 3、彎曲應(yīng)力校核 對(duì)于圓形凸模（有導(dǎo)向裝置） L m a x≤270d2/√F 式中 L m a x ——允許的凸模最大自由長度， F ——沖模力, ｄ——凸模最小直徑， L m a x≤270×62/√33082=53.44mm 所以長度適宜。 (二)彎曲模 1、凸模長度計(jì)算 沖孔凸模長度一般是根據(jù)結(jié)構(gòu)上的需要而確定的，其凸模長度用下列公 式計(jì)算： L = h 1 + h 2 + h 式中 L—凸模長度， m m h 1—凸模固定板高度， m m h 2—凸模進(jìn)入凹模深度， m m h—附加高度，mm 凸模長度 L = 8 + 18.5 +29 = 55.5 m m 2、強(qiáng)度校核 對(duì)于非圓凸模，校核強(qiáng)度可以用凸模刃口最小面積A的大小是否滿足式A≥F/[σ壓]求得， [σ壓] —凸模材料許用壓應(yīng)力，取 1000Mpa 即A=20.37×22=448.14mm2≥37000/1000=37mm2 滿足要求 3、彎曲應(yīng)力校核 對(duì)于非圓形凸模（有導(dǎo)向裝置） L m a x≤1200√（JF) 式中 L m a x ——允許的凸模最大自由長度， F ——沖模力, J——凸模最小斷面慣性矩，J=ab3/12=22×20.373/12=15495mm4 L m a x≤1200×(1549537000)=777mm 所以長度適宜。 六、壓力機(jī)的校核 （一）沖孔落料模壓力機(jī) 表6.1 開式壓力機(jī)J23-16的技術(shù)參數(shù) 公稱壓力（KN） 160 滑塊行程（mm） 55 滑塊行程次數(shù)(n/min) 120 最大閉合高度(mm) 220 閉合高度調(diào)節(jié)量(mm) 45 工作臺(tái)尺寸(mm) 前后 300 左右 450 模柄孔尺寸(mm) 直徑 40 深度 60 1、公稱壓力 根據(jù)公稱壓力的選取壓力機(jī)型號(hào)為J23-16,它的壓力為160kN>98.62kN,故符合要求。 2、滑塊行程 滑塊行程應(yīng)保證坯料能順利地放入模具和沖壓件能順利地從模具中取出.這里只是材料的厚度t=1.5mm,卸料板的厚度h=10mm,及凸模沖入凹模的最大深度1.5mm,即S1=1.5+10+1.5=13mm37kN,故符合要求。 2、滑塊行程 滑塊行程應(yīng)保證坯料能順利地放入模具和沖壓件能順利地從模具中取出.這里只是材料的厚度t=1.5mm,及凸模沖入凹模的最大深度18.5mm,即S1=1.5+18.5=20mm

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