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課程設(shè)計-墊片復(fù)合沖壓模具的設(shè)計 大 學(xué) 名稱 　　墊片復(fù)合沖壓模具的設(shè)計　　　 院 　系 機(jī)電工程系 班 級 姓 名 系　主　任 教研室主任 指導(dǎo)教師 長墊片復(fù)合沖壓模具的設(shè)計 摘要：模具是現(xiàn)代工業(yè)的重要工藝設(shè)備，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，它在國民經(jīng)濟(jì)中占有越來越重要的地位，發(fā)展前景十分廣闊。裝備制造業(yè)在2007年的迅速發(fā)展，尤其是汽車和電子電器產(chǎn)品的高速增長，為模具工業(yè)的發(fā)展?fàn)I造了良好的市場環(huán)境。本次綜合實訓(xùn)設(shè)計墊片的復(fù)合沖壓模具，從零件的工藝性分析到模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計再到工藝計算，一直到最后的模具裝配圖。 關(guān)鍵詞：墊片、復(fù)合沖壓模具、設(shè)計 目 錄 引言（緒論） 1 一、沖裁件的工藝性分析 7 二、確定沖壓工藝方案 7 三、選擇模具結(jié)構(gòu)形式 7 1.模具的形式 4 2.定位裝置 4 3.卸料裝置 4 4.導(dǎo)向零件 4 5.模架 4 四、必要的工藝計算 8 1.排樣設(shè)計與計算 4 2.計算沖壓力 4 3.計算模具壓力中心 4 4.計算模具刃口尺寸 4 五、墊片復(fù)合模主要零件的設(shè)計計算 4 1.落料凹模? 4 2.沖孔凸模長度及強(qiáng)度校核? 4 3.凸凹模長度確定及壁厚校核? 4 4.凸凹模固定板尺寸? 4 5.墊板結(jié)構(gòu)與設(shè)計 4 6.卸料板的設(shè)計 4 7.模座的選擇 4 六、壓力機(jī)校核? 4 1.模柄孔的校核? 4 2.模具閉合高度的校核? 4 3.壓力機(jī)工作臺尺寸的校核? 4 4.沖裁力校核 4 七、繪制模具總裝配圖及零件圖 14 課程設(shè)計小結(jié) 24 致謝? 4 參考文獻(xiàn) 25 引 言 裝備制造業(yè)在2007年的迅速發(fā)展，尤其是汽車和電子電器產(chǎn)品的高速增長，為模具工業(yè)的發(fā)展?fàn)I造了良好的市場環(huán)境。除了發(fā)展速度繼續(xù)提升外，我國模具行業(yè)在2007年還呈現(xiàn)出三大亮點： 一、是模具向大型、精密、復(fù)雜方向發(fā)展成果突出，如已生產(chǎn)出了單套重量達(dá)到100噸的巨型模具及型腔精度達(dá)到0.5μm的超精模具和能與2500次/分高速沖床相匹配的精密多工位級進(jìn)模等；模具專業(yè)化和標(biāo)準(zhǔn)化程度得到進(jìn)一步提高，如廣東模具企業(yè)的模具標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率大都已達(dá)到或超過了80%等；行業(yè)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步改善，如產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和進(jìn)出口結(jié)構(gòu)正在不斷趨向合理化等，行業(yè)正在形成一個以數(shù)字化和信息化為主要內(nèi)容的技術(shù)改造熱潮，發(fā)展后勁充足等。 二、是行業(yè)骨干隊伍正快速形成，集群式生產(chǎn)方式得到進(jìn)一步發(fā)展，勞動生產(chǎn)率不斷提高。模具行業(yè)目前已有80多家重點骨干企業(yè)，現(xiàn)在，年產(chǎn)模具5000萬元以上的企業(yè)全行業(yè)也有100家左右。骨干隊伍正在起著帶動行業(yè)的作用。繼2006年之后，全國的模具城得到了進(jìn)一步發(fā)展。模具城的產(chǎn)出要比上年增長25%以上。模具行業(yè)全員勞動生產(chǎn)率比上年有10%以上的提高。 三、是國際合作進(jìn)一步發(fā)展，中國模具正在加速融入世界，因而也為中國模具今后的進(jìn)一步發(fā)展創(chuàng)造了更為有利的條件。無論是出展出訪還是來展來訪，中國模具行業(yè)2007年國際合作方面的活動都要比往年更豐富，參與的企業(yè)數(shù)和人數(shù)更多，成效更加顯著。　　 在中國模具工業(yè)2007年可喜的發(fā)展中也有隱憂。 隱憂之一是生產(chǎn)模具的原材料、人工等成本費用不斷上漲，2007年又比上年漲了20%左右，致使模具企業(yè)利潤空間進(jìn)一步受擠壓，利潤率進(jìn)一步下降，有些企業(yè)已出現(xiàn)虧損，顯得難以為繼。 隱憂之二是模具人才，特別是高技能、高水平人才全行業(yè)缺乏，這已制約了模具行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。由于總數(shù)量的供不應(yīng)求，高層次人才的正常流動現(xiàn)在已變得有一些不正常了，用人單位的用人成本也顯著增加。同時，人才素質(zhì)也亟待提高。 隱憂之三是在模具行業(yè)國內(nèi)外市場前景良好和現(xiàn)有企業(yè)大多利好的情況下，模具行業(yè)固定資產(chǎn)投入年復(fù)一年不斷攀升，尤其是外資和民間投資更為踴躍投入，致使某些領(lǐng)域已呈飽和之勢和低水平的重復(fù)。大量投資的結(jié)果雖然對促進(jìn)模具工業(yè)的發(fā)展有好處，但也預(yù)示著企業(yè)今后的競爭更為劇烈。競爭會不會造成今后的大調(diào)整而累及行業(yè)發(fā)展，這已引起一些業(yè)內(nèi)人士的擔(dān)憂。目前，在部分領(lǐng)域，尤其在中低檔市場上，競爭已造成因相互過度壓價而損害產(chǎn)品質(zhì)量的狀況。 隱憂之四是中國模具行業(yè)總體創(chuàng)新能力薄弱，綜合水平仍比國外先進(jìn)水平落后許多，這對今后發(fā)展非常不利。所謂綜合水平的落后包括了技術(shù)落后、產(chǎn)品落后、管理落后及人的觀念和水平落后等。雖然我國模具行業(yè)中也不乏可與世界先進(jìn)水平相媲美的企業(yè)，有些產(chǎn)品也并不比世界先進(jìn)水平差，但這畢竟只是少數(shù)。就大多數(shù)而言，我們必須承認(rèn)落后，而且總體來說，不是落后一點點，而是落后了許多?？傮w落后的主要表現(xiàn)是我國模具在結(jié)構(gòu)、精度、效能、壽命及生產(chǎn)周期等方面以及從業(yè)人員綜合素質(zhì)與水平和全員勞動生產(chǎn)率等方面與國際先進(jìn)水平相比有著較大差距。此外，當(dāng)然還存在裝備及環(huán)境等方面的差距等。 模具設(shè)計 一、沖裁件的工藝性分析 （1）材料 Q235是普通碳素鋼，具有良好的沖壓性能。 （2）工件結(jié)構(gòu) 該零件形狀簡單?？走吘噙h(yuǎn)大于凸、凹模允許的最小壁厚，故可以考慮采用復(fù)合沖壓工序。 （3）尺寸精度 零件圖上尺寸未標(biāo)注公差，屬自由公差，按IT14級確定工件的公差，一般沖壓均能滿足其尺寸精度要求。 二、確定沖壓工藝方案 該零件（如右圖）包括落料、沖孔兩個基本工序，可以有以下三種工藝方案： 方案一：先落料，后沖孔。采用單工序 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(jìn)模生產(chǎn)。 方案一模具結(jié)構(gòu)簡單，但需要兩道工序兩副模具，生產(chǎn)率低，難以滿足該零件的年生產(chǎn)需要。方案二只需一副模具，沖壓件的形位精度和尺寸精度容易保證，且生產(chǎn)率也高。盡管模具結(jié)構(gòu)較方案一復(fù)雜，但由于零件的幾何形狀簡單對稱，模具制造并不困難。方案三也只需要一副模具，生產(chǎn)率也高，但模具制造、安裝較復(fù)合模復(fù)雜。通過對上述三種方案的分析比較，該件的沖壓生產(chǎn)采用方案二為佳。 三、選擇模具結(jié)構(gòu)形式 （1）模具的形式 此工件有三個孔，若采用正裝式復(fù)合模，操作很不方便；另外此工件無較高平直度要求，工件要求精度也較低，沖孔廢料由沖孔凸模沖入凹模洞口中，積聚到一定數(shù)量，由下模漏料孔排出，不必清除廢料，操作方便，應(yīng)用很廣，但工作表面平直度較差，凹凸模承受的張力較大。因此凹凸模的壁厚應(yīng)嚴(yán)格控制，以免強(qiáng)度不足。所以從操作方便、模具制造簡單等方面考慮，決定采用倒裝式復(fù)合模。 （2）定位裝置 采用擋料銷縱向定位，安裝在卸料板上，并在凹模板開設(shè)讓位孔。 （3）卸料裝置 1.條料的卸除 采用彈性卸料板。因為是倒裝式復(fù)合模，所以卸料板安裝在下模。 2.工件的卸除 采用打料裝置將工件從上模落料凹模中推下，落在模具工作面上。 3.沖孔廢料的卸除 采用下模座上漏料孔排出。沖孔廢料在下模的凹凸模內(nèi)積聚到一定數(shù)量，便從下模座的漏料孔中排出。 （4）導(dǎo)向零件 導(dǎo)向零件有許多，如用導(dǎo)板導(dǎo)向則在模具上安裝不便，而且阻擋操作者視線，所以不采用；若用鋼珠式導(dǎo)柱導(dǎo)套進(jìn)行導(dǎo)向，則雖然導(dǎo)向精度高，壽命長，但結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，所以不采用；針對這次加工的產(chǎn)品精度要求不高，采用滑動式導(dǎo)柱導(dǎo)套進(jìn)行導(dǎo)向即可。而且模具在壓力機(jī)上的安裝比較簡單，操作又方便，還可降低成本。 （5）模架 若采用中間導(dǎo)柱模架，則導(dǎo)柱對稱分布，受力平衡，滑動平穩(wěn)，拔模方便，但只能一個方向送料。若采用后側(cè)導(dǎo)柱模架，則可三方向送料。操作者視線不被擋住，結(jié)構(gòu)比較緊湊。 本設(shè)計決定采用后側(cè)導(dǎo)柱模架。 四、必要的工藝計算 （1）排樣設(shè)計與計算 1、單直排 a、搭邊。查《沖壓模具設(shè)計與制造》，確定搭邊直a、a1 t = 2 mm，工件間a1 =2.5 mm。 側(cè)搭邊 a = 2mm。 b、條料寬度。采用無側(cè)邊裝置，所以 B=（D+2a）= （50+2.5+2.5）= 55mm 式中——條料寬度的單向偏差，mm，查表得=-0.15mm c、送料步距： S = L + a =30 +2 = 32 mm d、材料利用率 利用CAD軟件，查得其面積為1163.542mm 條料一個步距內(nèi)的面積為45×34=1530 mm =100%=100%=76.04% 排樣圖如下： 2、計算沖壓力 沖裁力公式為 P= P+ P 式中 P —— 沖裁力； P—— 沖孔沖裁力； P——落料沖裁力。 （1） 沖孔沖裁力P孔。 P= Pt 式中 L ——沖孔周長； t ——材料厚度，t=1mm； ——材料抗拉強(qiáng)度，MPa，查手冊，Q235，=375~460MPa，取=400MPa。 所以 P = Lt=（2×3×2+2×8）×1×400=35168N （2） 落料沖裁力P落。 P= Lt 所以 P= Lt=（++26×4）×1×4 00 =77605.3N （3） 卸料力P。 P= K× P 式中 P——卸料力； K——卸料系數(shù)，查表K=0.04~0.05，取K=0.04。 所以 P= K× P=0.04×77605.3N=3104.212N （4） 推件力P P = KPn 式中 K——推料系數(shù)，查表取K=0.055； n——同時卡在凹模洞孔內(nèi)的件數(shù)，取n=3。 所以 P = KP n=0.055×35168×3N=5802.72N （5） 總沖壓力P總。沖裁時，壓力機(jī)的壓力值必須大于或等于沖裁各工藝力的總和，即大于總的沖壓力?？偟臎_壓力根據(jù)模具結(jié)構(gòu)不同計算公式不同，當(dāng)采用彈壓卸料裝置和下出件的模具時，總的沖壓力為 P =P+ P+ P= P+ P+ P+ P =77605.3+3104.212+35168+5802.72 N=121680.26N122KN 初選壓力機(jī)型號為：JH23—25。 該壓力機(jī)的主要參數(shù)： 公稱壓力250KN 滑塊行程75mm 最大封閉高度260mm 封閉高度調(diào)節(jié)量55mm 工作臺尺寸560×370 模柄孔尺寸40×60 3.計算模具壓力中心 由于該零件關(guān)于中心對稱，所以模具的壓力中心在幾何圖形的中心點上。 4.計算模具刃口尺寸 落料 設(shè)工件的尺寸為,根據(jù)計算原則，落料以凹模為設(shè)計基準(zhǔn)。首先確定凹模尺寸，使凹模的基本尺寸接近或等于工件輪廓的最小極限尺寸;將凹模尺寸減去最小合理間隙值即得到凸模尺寸。 =（） D=（D） =（D） 沖孔 設(shè)沖孔尺寸為，根據(jù)計算原則，沖孔時以凸模為設(shè)計基準(zhǔn)。首先確定凸模尺寸，使凸模的基準(zhǔn)尺寸接近或等于工件孔的最大極限尺寸；將凸模尺寸增大最小合理間隙值即得到凹模尺寸。 d=(d+x) d=(d+z)=(d+x+z) 孔心距 孔心距屬于磨損后基本不變的尺寸。在同一工步中，在工件上沖出孔距為L兩個孔時，其凹模型孔中心距可按下式確定。 L=L 上述式中： 、D ——落料凹、凸模尺寸； d、 d ——沖孔凸、凹模尺寸； D ——落料件的最大極限尺寸； d ——沖孔件孔的最小極限尺寸； L、 L ——工件孔心距和凹?？仔木嗟墓Q尺寸； ——工件制造公差； z——最小合理間隙； x ——磨損系數(shù)； ——凸或凹模的制造公差，可按IT6~IT7級來選取，也可查表選取，或?。ǎ?，（）。 為了保證初始間隙不超過Z即++,和選取必須滿足以下條件： + 外形由落料獲得， 16由沖孔同時得到： 查表得：Z=0.1mm,Z=0.14mm, 則 Z-Z=(0.14-0.1)mm=0.04mm 由于尺寸為自由公差，均為IT14級，所以×=0.5mm 設(shè)凸、凹模分別按IT6和IT7級加工制造，則 沖16孔： d=(d+×)=(16+0.5×0.43) =16.215mm d=( d+ Z)=(16.215+0.1)=16.315mm 校核：+ 0.011+0.0180.14-0.1 0.029<0.04（滿足間隙公差條件） 落料 D=(D- ×)=(30-0.5×0.15) =29.925mm D=( D- Z)=(29.925-0.1)=29.825mm 校核：+ 0.012+0.0080.14-0.1 0.002<0.04（滿足間隙公差條件） 符合精度要求。 五、主要零件的設(shè)計計算 1.落料凹模 1）厚度H H=K 式中 K——修正系數(shù)，查表K=1.25； P——落料沖裁力，N，P=77605.3N=78KN。 代入 H=1.25×=24.7mm 取H=20mm 2）長度和寬度L、B L=l+2W 式中 W——垂直于送料方向的凹模型孔壁間最大距離。 W1.2 H=1.2×20=24mm 所以 L= l+2W=25×2+12+24×2=110mm B= B+2W=26+24×2=74mm 取 L=120mm B=70mm 由于凹模內(nèi)要設(shè)置推件塊，為了使模具加工簡單，將凹模分成兩塊：凹模板和空心墊板，每塊板的厚度各為10mm。 2.沖孔凸模長度及強(qiáng)度校核 1）沖孔凸模長度L. L=H+l H=(0.6~0.8)H H=K l= H 以上各式中 H——凸模固定板厚度； H——沖孔凸模厚度； P——沖孔沖裁力； K——系數(shù)； l——凸模自由長度； H——落料凹模厚度，H=20mm。 所以H=K=1×=15.2mm，取H=16mm H=(0.6+0.8)H=(0.6~0.8)×16 = 9.6~12.8mm，取H=10mm l= H=20mm 所以L= H+l=10+20=30mm 2）凸模強(qiáng)度——壓應(yīng)力校核 校核公式為： 式中 P——沖孔沖裁力，N，P=7536N， F——凸模最小斷面積，F(xiàn)=r=3.14×3×3=28.26mm， []——凸模材料的許用壓應(yīng)力，MPa，材料為Cr12，查手冊，[]=(1000~1600)MPa,取[]=1200MPa. 因為 ==266.7MPa<[] 所以凸模強(qiáng)度符合要求。 3.凸凹模長度確定及壁厚校核 1）凸凹模長度H確定 H=H-F+H-1+H=50-20+10-1+20=59mm60mm 式中 H——彈簧的自由長度，mm，H=50； F——彈簧壓縮量，mm； H——卸料板厚度，mm，取H=10mm； H——固定板厚度，mm，取H=20mm。 2）凸凹模壁厚校核。 查表，倒裝復(fù)合模最小壁厚n=2.7mm，（料厚t=1mm） 此例中n=6-3=3mm> n 所以滿足最小壁厚n> n的要求。 4.凸凹模固定板尺寸 凸凹模形狀為矩形120×70,厚度取20mm，與凸凹模過盈配合。 5.墊板結(jié)構(gòu)與設(shè)計 理論上，確定是否需要墊板的方法如下： 條件：沖裁時，如果凸模的端部對模座的壓應(yīng)力超過模座材料的許用壓應(yīng)力，這時需要凸模端部與模座之間加上一塊強(qiáng)度較高的墊板。即下列情況需要加墊板。 式中 ——凸模端面壓應(yīng)力，MPa； ——模座材料許用壓應(yīng)力，鑄鐵約為100MPa，鋼約為200MPa； P——沖裁力，N； F——凸模上端面面積，mm； D——凸模上端面直徑，mm。 墊板形狀和凸模固定板一致，矩形，墊板厚度一般為3~10mm。 墊板材料常用T7或T8工具鋼，熱處理硬度為48~52HRC。墊板淬硬后兩面應(yīng)磨平，表面粗糙度R0.32~0.63um。 本例中上模部分已有墊板。 下面確定凸凹模與下模板之間是否需要墊板： 本例中，由于凸凹模和固定板的配合為過盈配合，所以其表面積按固定板面積計算，很顯然不需要加墊板。因為加墊板之后與沒加之前（下表面積）沒有區(qū)別。 6.卸料板的設(shè)計 1）卸料板的形狀和尺寸。 卸料板取矩形板，厚度為H=10mm，卸料板材料選A3或（45鋼），不用熱處理淬硬。 2）卸料板上成形孔的設(shè)計。取彈壓卸料板與凸模的雙面間隙為0.1~0.3mm。 7.模座選擇 由于模板周界為120×70mm，所以選 上模座 125×80×30 GB/T2855.5—1990 下模座 125×80×30 GB/T2855.6—1990 材料 HT200 GB9436—88 閉合高度最小140mm，最大165mm。 導(dǎo)柱20×130 GB/T2861.1—1990 導(dǎo)套20×70×28 GB/T2861.6—1990 六、壓力機(jī)校核 初選壓力機(jī)型號為：JH23—25. 該壓力機(jī)的主要參數(shù)： 公稱壓力250KN 滑塊行程75mm 最大封閉高度260mm 封閉高度調(diào)節(jié)量55mm 工作臺尺寸560×370 模柄孔尺寸40×60 1.模柄孔的校核 模柄的尺寸為40×80，上模座厚度為30mm，則模柄伸出上模座的高度為50mm<60mm，因此合適。 2.模具閉合高度的校核 模具的閉合高度H=30+15+10+10+10+60+30-1=164mm，而壓力機(jī)的最大封閉高度260mm，其調(diào)節(jié)量為55mm，則壓力機(jī)的最小閉合高度為205mm，大于模具的閉合高度，可以在模具下模座下加墊板，所以此項也可滿足要求。 3.壓力機(jī)工作臺尺寸的校核 查手冊，該型號模座的外形尺寸為：194×142mm，壓力機(jī)的工作臺尺寸為560×370mm，符合每邊留出60~100mm的要求，用來安裝固定模具用的螺栓、墊塊和壓板，所以合適。 4.沖裁力校核 沖裁合格產(chǎn)品所需的沖裁力P為122KN<壓力機(jī)的公稱壓力250KN，所以合適。 綜上所述：型號為JH23—25的壓力機(jī)符合要求。 七、繪制模具總裝配圖及工作零件圖 模具整體裝配效果圖 設(shè)計小結(jié) 通過這次課程設(shè)計使我對模具行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及未來的發(fā)展趨勢有了更深刻的了解，通過整個模具設(shè)計流程，使我掌握了沖壓模具的總體設(shè)計思路及在模具設(shè)計中經(jīng)常出現(xiàn)的一些問題、及處理方法，對設(shè)計中一些常規(guī)方法了有了進(jìn)一步的了解，為以后從事模具行業(yè)打下了基礎(chǔ)。通過計算機(jī)輔助手段實現(xiàn)了對模具零件的三維造型，同時利用軟件完成了相關(guān)零部件的裝配過程，實現(xiàn)了模具結(jié)構(gòu)的總裝配，同時，使用了 AutoCAD 完成了相關(guān)二維結(jié)構(gòu)及零件圖。這次課程設(shè)計讓我鞏固了專業(yè)知識，對知識有了更深刻的認(rèn)識。 致謝 本次實訓(xùn)即將結(jié)束，在這次實訓(xùn)過程中得老師以及許多同學(xué)的幫助，老師的悉心指導(dǎo)，使我受益匪淺。在此，向曾經(jīng)教導(dǎo)過我和一直幫助關(guān)心我的老師們致以深深的敬意，同時也要感謝我的同學(xué)們在這次實訓(xùn)過程中給我的幫助。 參考文獻(xiàn)： [1]王孝培主編. 沖壓手冊. 機(jī)械工業(yè)出版社 1990.11 [2]王一梅主編.典型實用模具圖冊.江蘇科學(xué)技術(shù)出版社1991.8 [3]模具實用技術(shù)叢書編委會主編. 沖模設(shè)計應(yīng)用實例.機(jī)械工業(yè)出版社.2000.4 [4]丁松聚主編.冷沖模設(shè)計. 機(jī)械工業(yè)出版社. 2001.10 [5]徐政坤主編. 沖壓模具設(shè)計與制造. 化學(xué)工業(yè)出版社.2005.1 [6]付宏生主編. 冷沖壓成形工藝與模具設(shè)計制造. 化學(xué)工業(yè)出版社.2005.3 [7]K.Stoeckhert/G.Menning 編著.模具制造手冊. 化學(xué)工業(yè)出版社.2003.2 [8]楊占堯主編.現(xiàn)代模具工手冊. 化學(xué)工業(yè)出版社.2007.7 [9]高軍、李嘉平、修大鵬等編著.沖壓模具標(biāo)準(zhǔn)件選用與設(shè)計指南. 化學(xué)工業(yè)出版社.2007.2 [10]楊占堯主編.沖壓模具圖冊.高等教育出版社.2008.3 [11]周本凱編著.沖壓模具設(shè)計實踐. 化學(xué)工業(yè)出版社.2008.3 [12]中國就業(yè)培訓(xùn)技術(shù)指導(dǎo)中心組織編寫.模具設(shè)計師.中國勞動社會保障出版社.2008.5 21