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模具設計報告 設計題目：墊圈倒裝復合模設計 專 業(yè) 名 稱： 班 級： 姓 名： 指 導 教 師： 時 間： 2009 年 12 月 20 日 - 目 錄 1. 沖材件工藝性分析....................................................1 1.1 材料 1.2 工件結(jié)構(gòu)形狀 1.3 尺寸精度 2.沖裁工藝方案的確定.................................................. 3.模具結(jié)構(gòu)形式的確定.................................................. 4.模具總體設計........................................................ 4.1 模具類型的選擇 4.2 操作與定位方式 4.3 卸料、出件方式 4.4 確定送料方式 4.5 確定導向方式 5 模具設計計算.......................................................... 5.1 排樣 計算條料寬度、確定步距、計算材料利用率 5.2 沖壓力的計算 5.3 模具壓力中心的確定 5.4 模具刃口尺寸的計算 5.5 卸料橡膠的設計 6.主要部零件設計...................................................... 6.1 工作零件的結(jié)構(gòu)設計 6.2 卸料部件的設計 6.3 模架及其他零部件的選用 7 校核模具閉合高度及壓力機有關參數(shù).................................... 7.1 校核模具閉合高度 7. 2 沖壓設備的選定 參考文獻.............................................................. - 1 沖裁件工藝性分析 工件名稱：六角墊圈 工件簡圖：如圖 1-1 所示 生產(chǎn)批量：大批量 材料：45 鋼 材料厚度：2mm 圖 1-1 1.1 材料 查沖壓手冊知：45 鋼為普通碳素結(jié)構(gòu)鋼，具有良好的塑性、焊接性以及壓力加工 性，主要用于工程結(jié)構(gòu)和受力較小的機械零件。綜合評比均適合沖裁加工。 1.2 工件結(jié)構(gòu)形狀 工件結(jié)構(gòu)形狀相對簡單，成中心對稱，只有一個 φ20 的孔，孔與邊緣之間的距離 也滿足要求，可以沖裁。 1.3 尺寸精度 零件圖上未注公差為 IT12 級，尺寸精度較低，普通沖裁完全可以滿足要求。 根據(jù)以上分析：該零件沖裁工藝性較好，適宜沖裁加工。 2 沖裁工藝方案的確定 方案一：先沖孔，后落料。單工序模生產(chǎn)。 - 方案二：沖孔—落料復合沖壓。復合模生產(chǎn)。 方案三：沖孔—落料級進沖壓。級進模生產(chǎn)。 結(jié)合所學模具設計知識分析知：方案一模具結(jié)構(gòu)簡單，制造周期短，制造簡單， 但需要兩副模具，成本高而生產(chǎn)效率低，難以滿足大批量生產(chǎn)的要求。方案三只需一 副模具，生產(chǎn)效率高，操作方便，精度也能滿足要求，但模具輪廓尺寸較大，制造復 雜，成本較高。方案二也只需一副模具，制件精度和生產(chǎn)效率都較高，且工件最小壁 厚大于凸凹模許用最小壁厚模具強度也能滿足要求。沖裁件的內(nèi)孔與邊緣的相對位置 精度較高，板料的定位精度比方案三低，模具輪廓尺寸較小，制造比方案三簡單。 通過對上述三種方案的分析比較，該工件的沖壓生產(chǎn)采用方案二為佳。 3 模具結(jié)構(gòu)形式的確定 正裝式復合模和倒裝式結(jié)構(gòu)比較： 正裝式復合模適用于沖制材質(zhì)較軟或板料較薄的平直度要求較高的沖裁件，還可 以沖制孔邊距較小的沖裁件。 倒裝式復合模不宜沖制孔邊距較小的沖裁件，但倒裝式復合模結(jié)構(gòu)簡單，又可以 直接利用壓力機的打桿裝置進行推件卸件可靠，便于操作，并為機械化出件提供了有 利條件，所以應用十分廣泛。 根據(jù)零件分析，制件的精度要求較低，孔邊距較大，為提高經(jīng)濟效益和簡化模具 結(jié)構(gòu)，適宜 采用倒裝復合模生產(chǎn)。 根據(jù)以上分析確定該制件的生產(chǎn)采用倒裝式復合模具生產(chǎn) 4 模具總體設計 4.1 模具類型的選擇 經(jīng)分析，工件尺寸精度要求不高，形狀較簡單，但工件產(chǎn)量較大，根據(jù)材料厚度， 為保證沖模有較高的生產(chǎn)率，通過比較，決定實行工序集中的工藝方案，彈性卸料裝 置，自然漏料的倒裝復合結(jié)構(gòu)方式。 4.2 操作與定位方式 4.2.1 操作方式 零件的生產(chǎn)批量較大，但合理安排生產(chǎn)可用手工送料方式，提高經(jīng)濟效益。 4.2.2 定位方式 因為導料銷和固定擋料銷結(jié)構(gòu)簡單，制造方便。且該模具采用的是條料，根據(jù)模 - 具具體結(jié)構(gòu)兼顧經(jīng)濟效益，控制條料的送進方向采用導料銷，控制送料步距采用固定 擋料。 4.3 卸料、出件方式 4.3.1 卸料方式 彈壓卸料板具有卸料和壓料的雙重作用，主要用于料厚小于或等于 2mm 的板料由 于有壓料作用，沖件比較平整。卸料板與凸模之間的單邊間隙選擇（0.1—0.2）t,若 彈壓卸料板還要起對凸模導向作用時，二者的配合間隙應小于沖裁間隙。常用作落料 模、沖孔模。工件平直度較高，料厚為 2mm 相對較薄，卸料力不大，由于彈壓卸料模 具比剛性卸料模具方便，操作者可以看見條料在模具中的送進動態(tài)，且彈性卸料板對 工件施加的是柔性力，不會損傷工件表面，故可采用彈性卸料。 4.3.2 出件方式 因采用倒裝復合模生產(chǎn)，故采用下出件為佳。 4.4 確定送料方式 因選用的沖壓設備為開式壓力機，采用縱向送料方式，即由前向后送料。 4.5 確定導向方式 方案一：采用對角導柱模架。由于導柱安裝在模具壓力中心對稱的對角線上，所 以上模座在導柱上滑動平穩(wěn)。常用于橫向送料級進模或縱向送料的落料模、復合模。 方案二：采用后側(cè)導柱模架。由于前面和左、右不受限制，送料和操作比較方便。 因為導柱安裝在后側(cè)，工作時，偏心距會造成導套導柱單邊磨損，嚴重影響模具使用 壽命，且不能使用浮動模柄。 方案三：四導柱模架。具有導向平穩(wěn)、導向準確可靠、剛性好等優(yōu)點。常用于沖 壓件尺寸較大或精度要求較高的沖壓零件，以及大量生產(chǎn)用的自動沖壓模架。 方案四：中間導柱模架。導柱安裝在模具的對稱線上，導向平穩(wěn)、準確。單只能 一個方向送料。 根據(jù)以上方案比較并結(jié)合模具結(jié)構(gòu)形式和送料方式，為提高模具壽命和工件質(zhì)量， 采用后側(cè)導柱的導向方式，即方案四最佳。 5 模具設計計算 5.1 排樣 計算條料寬度、確定步距、計算材料利用率 5.1.1 排樣方式的選擇 - 方案一：有廢料排樣 沿沖件外形沖裁，在沖件周邊都留有搭邊。沖件尺寸完全 由沖模來保證，因此沖件精度高，模具壽命高，但材料利用率低。 方案二：少廢料排樣 因受剪切條料和定位誤差的影響，沖件質(zhì)量差，模具壽命 較方案一低，但材料利用率稍高，沖模結(jié)構(gòu)簡單。 方案三：無廢料排樣 沖件的質(zhì)量和模具壽命更低一些，但材料利用率最高。 通過上述三種方案的分析比較，綜合考慮模具壽命和沖件質(zhì)量，該沖件的排樣方 式選擇方案一為佳。考慮模具結(jié)構(gòu)和制造成本有廢料排樣的具體形式選擇直排最佳。 5.1.2 計算條料寬度 搭邊的作用是補償定位誤差，保持條料有一定的剛度，以保證零件質(zhì)量和送料方 便。搭邊過大，浪費材料。搭邊過小，沖裁時容易翹曲或被拉斷，不僅會增大沖件毛 刺，有時還有拉入凸、凹模間隙中損壞模具刃口，降低模具壽命。或影響送料工作。 搭邊值通常由經(jīng)驗確定，表 4 所列搭邊值為普通沖裁時經(jīng)驗數(shù)據(jù)之一。 根據(jù)零件形狀，查表 4 工件之間搭邊值 a=2.0mm, 工件與側(cè)邊之間搭邊值 a1=3mm, 條料是有板料裁剪下料而得，為保證送料順利，規(guī)定其上偏差為零，小偏差為負值— △ B=（Dmax＋2a） -0△ （公式 5-1） 式中 Dmax—條料寬度方向沖裁件的最大尺寸； a— 沖裁件之間的搭邊值； △—板料剪裁下的偏差（其值查表 5-2） ； B=（36.69＋ 2×3） =45.690-0.5(mm) 所以條料寬度在 45.19～45.69mm 表 5-1 搭邊值和側(cè)邊值的數(shù)值 圓件及 r＞2t 圓角 矩形邊長 l≤50 矩形邊長 l＞50 或圓角 r≤2 材料厚度 t 工件間 a1 側(cè)邊 a 工件間 a 側(cè)邊 a1 工件間 a1 側(cè)邊 a 0.25 以下 1.8 2.0 2.2 2.5 2.8 3.0 0.25～0.5 1.2 1.5 1.8 2.0 2.2 2.5 0.5～0.8 1.0 1.2 1.5 1.8 1.8 2.0 - 0.8～1.2 0.8 1.0 1.2 1.5 1.5 1.8 1.2～1.5 1.0 1.2 1.5 1.8 1.9 2.0 1.6～2.0 1.2 1.5 2.0 2.2 2.0 2.2 表 5-2 剪裁下的下偏差△（ mm） 條料寬度(mm) 條料厚度(mm) ≤50 ＞50～100 ＞100～200 ＞200 ≤１ 0.5 0.5 0.7 1.0 ＞１～３ 0.5 1.0 1.0 1.0 ＞3～４ 1.0 1.0 1.0 1.5 ＞4～６ 1.0 1.0 1.0 2.0 5.1.3 確定步距 送料步距 S：條料在模具上每次送進的距離稱為送料步距，每個步距可沖一個或 多個零件。進距與排樣方式有關，是決定擋料銷位置的依據(jù)。條料寬度的確定與模具 的結(jié)構(gòu)有關。 進距確定的原則是，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 條料寬度能在沖裁時順利的在導料板之間送進條料，并有一定的間隙。 送料步距 S S ＝17.32mm＋17.32mm ＋2mm ＝36.64(mm) 排樣圖如圖 5-2 所示。 - 圖 5-2 排樣圖 5.1.4 計算材料利用率 沖裁件的實際面積與所用板料面積的百分比叫材料的利用率，它是衡量合理利用 材料的重要指標。 一個步距內(nèi)的材料利用率 η＝Ａ/BS×100% (公式 5-2) 式中 A—一個步距內(nèi)沖裁件的實際面積； B—條料寬度； S—步距； η=725 ／45.69×36.64×100% =45% 5.2 沖壓力的計算 5.2.1 沖裁力的計算 用平刃沖裁時，其沖裁力Ｆ一般按下式計算： F=KLtτb ( 公式 5-3) 式中 F— 沖裁力； L—沖裁周邊長度； - t—材料厚度； τ b—材料抗剪強度； K—系數(shù)，系數(shù)Ｋ是考慮到實際生產(chǎn)中，模具間隙值的波動和不均勻，刃 口磨損、板料力學性能和厚度波動等原因的影響而給出修正系數(shù)，一般?。?1.3。 計算沖裁件輪廓周長 L L=πd＋6b (公式 5-4） 式中 d—沖裁孔的直徑； b—沖裁件邊長； L=3.14×20＋6×19.24 =178.24(mm) 查表 2-1 取 τb=350Mpa 所以 F=KLtτb =1.3×178.24×2×350 =162200(N) 5.2.2 卸料力、推料力的計算 卸料力 FX FX=KXF （公式 5-5） 推料力 FT FT =nKTF （公式 5-6） n～梗塞在凹模內(nèi)的制件或廢料數(shù)量(n=h/t) ； h～直刃口部分的高(mm)； t～ 材料厚度(mm) FX=KXF =0.04×162200 =6488(N) - （K X、K T 為卸料力、推件力系數(shù)，其值查表 5-3 可得） FT=nKTF =4×0.055×162200 =35684(N) 所以總沖壓力 FZ=F+FX+FT =162200N+6488N+35684N =204372(N) 根據(jù)沖壓力計算結(jié)果擬選壓力機規(guī)格為 J23—25。 5.3 模具壓力中心的確定 模具壓力中心是指沖壓時諸沖壓力合力的作用點位置。為了確保壓力機和模具正 常工作，應使模具的壓力中心與壓力機滑塊的中心相重合，否則，會使沖模和力機滑 塊產(chǎn)生偏心載荷，使滑塊和導軌之間產(chǎn)生過大的摩擦，模具導向零件加速磨損，降低 模具和壓力機的使用壽命。該零件為中心對稱圖形，其幾何中心即為壓力中心。 表 5-3 卸料力、推件力和頂件力系數(shù) 料厚 t/mm KX KT KD 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 0.02~0.03 0.1 0.063 0.055 0.045 0.025 0.14 0.08 0.06 0.05 0.03 鋁、鋁合金 純銅，黃銅 0.025~0.08 0.02~0.06 0.03~0.07 0.03~0.09 5.4 工作零件刃口尺寸計算 5.4.1 落料凹、凸模刃口尺寸計算 該制件外形為一正六邊形，相對較復雜，適合采用凸凹模配作加工。配作法加工 的特點是模具的間隙由配做保證，工藝比較簡單，無需較核[δ T＋δ A]≤Z max—Zmin 的 條件，并且還可以放大基準件的制造公差，使制造容易，所以采用配作法加工。 落料凹模刃口磨損后，刃口尺寸只有一種變化，全部變大。其刃口尺寸一般按式 5-7 計算。 AA=（A max-x△） 0+0.25△ （式 5-7） 式中 Amax—垂直于送料方向的凹模刃口間的最大距離； - x —凹模磨損系數(shù)； △—刃口制造公差； 1）凹模刃口尺寸計算 基本尺寸 39.85、34.64，按 IT12 級將其轉(zhuǎn)化為 39.850-0.25、34.64 0-0.25。查表 5-4 得 x=0.75。 A1=（39.85－0.75×0.25） 0+0.25×0.25 =39.650+0.06(mm) A2 =（34.64－0.75×0.25） 0+0.25×0.25 =34.440+0.06(mm) 將 A1、A 2 轉(zhuǎn)化為整數(shù)尺寸： A1=40-0.29-0.35 A2=35-0.5-0.56 2）落料凸模刃口尺寸計算 制件精度不高，為 IT12 級，確定刃口間隙時主要考慮模具壽命，故應該取較大間 隙。查表得： Zmax=0.360mm Zmin=0.246mm 所以 Z=Z max=0.360mm 落料凸模刃口尺寸 B1=39.650-0.3 B2=34.440-0.3 將其轉(zhuǎn)換為整數(shù)尺寸： B1=40-65-0.35 B2=35-0.86-0.56 表 5-4 系數(shù) X 非圓形 圓形 1 0.75 0.5 0.75 0.5料厚 t(mm) 工件公差△/mm 1 1~2 2~4 ＜0.16 ＜0.20 ＜0.24 0.17~0.35 0.21~0.41 0.25~0.49 ≥0.36 ≥0.42 ≥0.50 ＜0.16 ＜0.20 ＜0.24 ≥0.16 ≥0.20 ≥0.24 - ＞4 ＜0.30 0.31~0.59 ≥0.60 ＜0.30 ≥0.30 5.4.2 沖孔凸模、凹模尺寸計算 該制件只有一個圓形的孔，適宜采用凸、凹模分開加工。其尺寸計算公式： dT=(dmin＋x△) 0-δT （式 5-8） dA=( dT＋Z min)＋δA 0 （式 5-9） 表 5-5 規(guī)則形狀沖裁時凸、凹模制造偏差（mm) 基本尺寸 凸模偏差 dT 凹模偏差 dA ≤18 0.020 0.020 ＞18～30 0.020 0.025 ＞30～80 0.020 0.030 ＞80～120 0.025 0.035 ＞120～180 0.030 0.040 ＞180～260 0.030 0.045 ＞260～360 0.035 0.050 ＞360～500 0.040 0.060 ＞500 0.050 0.070 查表 5-4、5-5 得： δ A=0.020mm δ T=0.020mm X=0.75 校核：│δ T│＋│δ A│=0.040mm＜C max－C min，滿足│δ T│＋│δ A│ ≤C max－C min 的條件。 將已知和查表所得的數(shù)據(jù)代入公式，即得： dT=(20+0.75×0.21） 0-0.20=20.160-0.20mm dA=(20+0.246)0+0.20=20.250+0.20mm 5.5 卸料橡膠的設計 5.5.1 卸料板工作行程 h h=h1+h2+t =1+2+2=5(mm) - h1 為凸凹模凹進卸料板的深度 1mm，h 2 為凸凹模沖裁后進入凹模的深度 2mm,t 為 材料厚度 2mm。 5.5.2 卸料橡膠工作行程 H H=h1+h0 =5+5=10(mm) h0 為凸凹模修磨量，取 5mm 5.5.3 卸料橡膠自由高度 H0 H0=4H =4×11=40(mm) 取 H 為 H0 的 25% 5.5.4 卸料橡膠的預壓縮量 H1 H1 =15%H0 =0.15×40=6(mm) （一般取 H1=10%—15%H0） 5.5.5 每個橡膠所承受的載荷 F1 根據(jù)模具安裝位置和模具結(jié)構(gòu)，選取 4 個卸料橡膠。 F1=Fx/4 =6488/4=1622(N) 5.5.6 卸料橡膠的外徑 D D2=d2+1.27F1/P =1444mm 所以 D=36(mm) （取 P=1，d=13） 5.5.7 較核卸料橡膠自由高度 H0 X=H0/D =44/38=1.16 0.5
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