沖裁沖孔復合模設計,沖孔,復合,設計 學校：上海第二工業(yè)大學 學院：機電工程學院 班級： 組別： 學號： 姓名： 指導老師： 沖裁沖孔復合模  沖壓工藝設計復合模具 如圖1所示零件：鋼板 生產(chǎn)批量：中小批量 材料：08F 料厚t=1.2mm 公差按IT14級制造 本零件為落料沖孔模 設計該零件的沖壓工藝與模具 。 圖1 鋼板 設計該零件的沖壓工藝與模具 （一） 沖壓工藝分析設計 沖裁件的工藝性是指從沖壓工藝方面來衡量設計是否合理。一般的講，在滿足工件使用要求的條件下，能以最簡單最經(jīng)濟的方法將工件沖制出來，就說明該件的沖壓工藝性好，否則，該件的工藝性就差。當然工藝性的好壞是相對的，它直接受到工廠的沖壓技術水平和設備條件等因素的影響。以上要求是確定沖壓件的結構，形狀，尺寸等對沖裁件工藝的實應性的主要因素。根據(jù)這一要求對該零件進行工藝分析。 零件尺寸部分公差已經(jīng)給出，其余未標注公差，屬自由尺寸，可按IT14級確定工件尺寸的公差，經(jīng)查公差表，各尺寸公差為：500-0.62、24.70-0.52、70-0.36、6.50-0.36、10±0.18、150+0.43以根據(jù)圖紙要求進行設計并畫圖，利用普通沖裁方式可達到圖樣要求。 材料為08F鋼板是優(yōu)質碳素結構鋼，具有良好的可沖壓性能。材料的厚度為1.2mm。由于該件外形簡單，形狀規(guī)則，適于落料沖孔加工。 （二） 確定工藝方案及模具結構形式 確定方案就是確定沖壓件的工藝路線，主要包括沖壓工序數(shù)，工序的組合和順序等。確定合理的沖裁工藝方案應在不同的工藝分析進行全面的分析與研究，比較其綜合的經(jīng)濟技術效果，選擇一個合理的沖壓工藝方案。 經(jīng)分析，該零件屬于中小批量生產(chǎn)，工藝性較好，沖壓件尺寸精度不高，形狀簡單。根據(jù)現(xiàn)有沖模制造條件與沖壓設備，采用沖裁沖孔復合模，模具制造周期短，價格低廉，工人操作安全，方便可靠。 （三） 模具設計計算 1.排樣 因為矩形邊長L=50mm 查表1可知 兩工件間按矩形取搭邊值a=1.8，工件與邊緣搭邊值a1=1.5. 條料寬度按相應的公式計算： B=(D+2a+δ)- δ 查表 2 ⊿=0.5 C=0.2 B=（50+2×2+0.5）0-0.5 B=54.50-0.5 mm 表1 搭邊值和側邊值的數(shù)值 材料厚度t（mm) 圓件及r＞2t圓角 矩形邊長l≤50 矩形邊長l＞50或圓角 r≤2 工件間a1 側邊a 工件間a 側邊a1 工件間a1 側邊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2 剪裁下的下偏差△（mm） 條料厚度t(mm) 條料寬度b(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 根據(jù)上述數(shù)據(jù)可知圖形搭邊值和條料寬度，如圖2可示： 圖2 排樣圖 2．計算沖裁力 若采用平刃沖裁模，其沖裁力Pp按下式計算： 　P—沖裁力； L—沖裁周邊長度； 　　　t—材料厚度； 　　　τ—材料抗剪強度； 　　?。恕禂?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。 L=50+50+10×4+24.7×2=189.4 mm 查τ>=210-400 取τ=300 Pp= KLtτ =1.3×（50+50+10×4+24.7×2）×1.2×300 =88639.2N 3 計算總沖壓力： 卸料力、頂件力、推料力的計算 在沖裁結束時，由于材料的彈性回復（包括徑向回復和彈性翹曲回復）及摩擦的存在，將使沖落的材料梗塞在凹模內(nèi)，而沖裁剩下的材料則緊箍在凸模上。為使沖裁工作繼續(xù)進行，必須將緊箍在凸模上的料卸下，將梗塞在凹模內(nèi)的材料推出。從凸模上卸下箍著的料稱卸料力；逆沖裁方向將料從凹模內(nèi)頂出所需要的力稱為頂件力；從凹模內(nèi)向下推出制件或廢料所需的力，稱為推料力。一般按以下公式計算： 卸料力　　 P X=KXpP 頂件力 PD=KDPP 推料力 PQ=nK1Pp 式中，F(xiàn)P——沖裁力，N； KX——卸料力系數(shù)，可查表； KD——頂件力系數(shù)，可查表； K1——推料力系數(shù)，可查表； n——梗塞在凹模內(nèi)的制件或廢料數(shù)量，n=h/t h為凹模直刃高度，t為板厚； KX=0.04 KD=0.06 K1=0.05 卸料力計算：P X=KXPP =0.04×88639.2 =3545.6N 頂件力計算：PD=KDPP =0.06×88639.2 =5318.4N 推料力計算：PQ=nK1Pp =3×0.05×88639.2 =13295.9N 如表3.1 材料種類 板料厚度/mm Kx K1 KD 鋼 ~0.1 >0.1~0.5 >0.5~2.5 >2.5~6.5 >6.5 0.06~0.075 0.045~0.055 0.04~0.05 ~0.03~0.04 0.02~0.03 0.1 0.065 0.050 0.045 0.025 0.14 0.08 0.06 0.05 0.03 黃銅、紫銅 0.02~0.06 0.03~0.09 鋁、鋁合金 0.025~0.08 0.03~0.07 所以總沖壓力： P總= P X+ PD+ PQ =3545.6N+5318.4N+13295.9N =22159.9N 4 確定壓力中心： （1） 沖孔壓力中心： X01=25 Y01=（L1y1＋L2y2＋……Lnyn ）/（L1＋L2＋…＋Ln） =11.49mm (2)落料壓力中心： X02=25 Y02=（L1y1＋L2y2＋……Lnyn ）/（L1＋L2＋…＋Ln） =12.35mm （3）總壓力中心： X0=25 mm Y0=11.64 mm 5模具刃口尺寸的計算： （1） 凹模結構設計 考慮本成品零件的結構形狀,本凹模采用矩形局凹模,其材料和凸模一樣為 10TA，熱處理硬度為58-62HRC內(nèi)形尺寸即半成品的外形. 凹模厚度 H=Kb（>=15mm） 凹模壁厚 C=(1.5~2)H(>=30~40mm) 式中，b為沖裁件的最大外型尺寸;K是考慮板厚度的影響系數(shù)。查表可知 K=0.35 凹模厚度H=Kb=0.35×54=18.9 mm 凹模壁厚C=(1.5~2)H=2H=37.8 mm 凹模長度L的確定 W1=2C=75.6；工件b=37.8 L=b+2W1=37.8+ W1=113.4mm=115 mm 凹模寬度B的確定 B= 2C+工件寬 =75.6+24.7 =100.3 mm=100 mm L×B×H=115×100×18.9 mm 沖孔凹模設計 沖孔孔徑D=φ3.2 mm (2) 凸模長度L1的確定 落料凸模長度計算為： L1=h1+h2+t+Y 其中 導料板厚h1=25；卸料板厚h2=20；板料厚度t=1.2; 凸模修磨量Y=20則 L1=h1+h2+t+Y =25+20+1.2+20 =66.2 mm 鑲塊式凸模沖孔桿長度計算為 L2= L1+h3+t 其中L1為落料凸模長度，h3為凸模桿凸出長度，t為板厚。 L2= L1+h3+t =66.2+3+1.2 =70.4 mm 6計算凸、凹模的工作部分的尺寸 在沖模刃尺寸計算時需要注意：在計算工件外形落料時，應以凹模為基準，凸模尺寸按相應的凹模實際尺寸配制。保證雙面間隙為0.096~0.120 mm。 A類: Aj=(Amax-X△)0δ B類: Bj=(Bmin+X△)0-δ 式中，Aj、Bj——基準件尺寸，單位均為mm。 Amax、Bmin——相應的工件極限尺寸，單位均為mm。 △——工件公差，單位均為mm。 δ——基準件制造偏差，單位均為mm。當刃口尺寸公差標注形式為+δ (-δ)時，δ=△/4，當標注形式為+-δ時，δ=△/8. 第一類尺寸A1、A2、A3、A4.由表1查表得： X1、X2=0.5 X3、X4=0.75 A1=（50-0.5×0.62）00.62/4 =49.69 0+0.155mm A2=(24.7-0.5×0.52)00.52/4=24.4400.13 mm A3=(7-0.75×0.36)00.36/4=6.7300.09 mm A4=(6.5-0.75×0.36)00.36/4=6.2300.09 mm 第二類尺寸B。查表1得，X=0.5 有公式得： B=（15+0.5×0.43）-0.43/40=15.215-0.1080 mm 第三類尺寸C。查表1得，X=0.5 有公式得： C=(9.82+0.5×0.36) ±0.36/8=10±0.045 mm 沖孔時應以凸模為基準件來配作凹模。此工件的尺寸公差有查表可知：3.2+0.080 mm 有沖壓工藝學教材表：Zmax=0.120 mm, Zmin=0.096 mm Zmax- Zmin=0.024 mm 沖孔部分： δp=0.020 mm, δd=0.020 mm X=0.5 dp=（d+X△）- δ0=(3.2+0.5×0.08) – 0.020=3.24 – 0.020 mm dd=（dp+ Zmin）0+δd =(3.24+0.096) 0+0.02 mm=3.3360+0.02 mm 表10 系數(shù)X 料厚t(mm) 非圓形 圓形 1 0.75 0.5 0.75 0.5 工件公差△/mm 1 1~2 2~4 ＞4 ＜0.16 ＜0.20 ＜0.24 ＜0.30 0.17~0.35 0.21~0.41 0.25~0.49 0.31~0.59 ≥0.36 ≥0.42 ≥0.50 ≥0.60 ＜0.16 ＜0.20 ＜0.24 ＜0.30 ≥0.16 ≥0.20 ≥0.24 ≥0.30 （四）沖裁工藝方案的確定 1. 沖裁工序的組合 （1）生產(chǎn)批量：中批和大批量生產(chǎn)采用復合沖裁 （2）工件尺寸公差等級：復合沖裁所得到的工件尺寸公差等級高，因為它避免了多次沖壓的定位誤差，并且在沖裁過程中可以進行壓料，工件較平整。 （3）對工件尺寸、形狀的適應性：工件的尺寸較小時，考慮到單工序上料不方便和生產(chǎn)效率低，常采用復合沖裁。 （4）模具制造、安裝調(diào)整和成本：對復雜形狀的工件，采用復合沖裁較為適合，因模具制造、安裝調(diào)整較易，成本較低。 （5）操作方便與安全：復合沖裁處件或清除廢料較困難，工件安全性較差。 2．沖裁順序安排 根據(jù)圖形安排，先進行沖孔，沖孔結束后再進行落料，這樣能保證精度。 （五）凸模強度的校核 ??? 在一般情況下，凸模的強度和剛度是足夠的，無須進行強度校核。但對特別細長的凸?；蛲鼓５慕孛娉叽绾苄《鴽_裁的板料厚度較厚時，則必須進行承壓能力和抗縱彎曲能力的校核。其目的是檢查其凸模的危險斷面尺寸和自由長度是否滿足要求，以防止凸?？v向失穩(wěn)和折斷。強度的校核的目的主要是檢查其高度是否足夠，若高度不夠，將會產(chǎn)生彎曲變形以至損壞 查《實用模具設計與制造手冊》[3]表2—94凹模的強度校核公式 σW=1.5P/h×h (3.7) hmin= 1.5p/[σW] 其中為沖裁力 P=Ltτ=π357×1.5×300=50444.1N Pp= KLtτ =1.3×（50+50+10×4+24.7×2）×1.2×300 =88639.2N hmin==1.5×88639.2N=60mm 取h=65mm 所以凸模強度符合強度要求 凹模板上螺釘孔 的確定 查〈〈冷沖模具設計與指導〉〉表1—26 ，可以用M10的緊固螺釘，材料為45鋼許用負載為3100N 查表可得 a1=12.5d=10mm a2=1.5d=12mm （六） 模具模架選擇 （1）沖壓設備的選用 壓力機對模具壽命的影響也不容被忽視。壓力機在不加載狀態(tài)下的精度稱為靜精度，加載狀態(tài)下的精度稱為動精度。 當壓力機的動精度不好時，就等于喲暖和精度不好的壓力機進行沖壓加 工。由于測量動精度很困難，目前還沒有壓力機動精度的標準，生產(chǎn)廠家 也只保證壓力機的靜精度。因此壓力機的動精度一般只能根據(jù)其靜精度的好壞、框架結構形式和尺寸以及對壓力機生產(chǎn)廠家的信任程度來推斷。 根據(jù)以上原因和總的沖裁力必須小于或等于壓力機的公稱壓力，故選壓力機型號 故選壓力機型號為開式壓力機其技術規(guī)格如下: 公稱壓力 40KN 滑塊行程 40mm 滑塊行程次數(shù) 6 最大的封閉高度為260mm 閉合高度調(diào)節(jié)量為35 mm 工作臺尺寸前后180mm 左右280mm 模柄孔尺寸（直徑x深度） Φ30×50 （2） 模柄的選用 通過查找手冊確定選用壓入式模柄 模柄材料：Q235-1F GB700 直徑d=32mm 高度L=80mm的A型壓入式模柄 模柄A 32×80 JB/T 7646.1 (3)模具的閉合高度的計算 沖模的閉合高度是指滑塊在下死點即模具在最低工作位置時，上模座上平面與下模座下平面之間的距離H。沖模的閉合高度必須與壓力機的裝模高度相適應。壓機的裝模高度 是指滑塊在下死點位置時，滑塊下端面至墊板上平面間的距離。當連桿調(diào)至最短時為壓機的最大裝模高度Hmax；連桿調(diào)至最長時為為最小裝模高度Hmin。 沖模的閉合高度H應介于壓機的最大裝模高度Hmax之間，其關系為： Hmax-5mm≥H≥Hmin+10mm 255>H>220 如果沖模的閉合高度大于壓機最大裝模高度時，沖不能在該壓力機上使用。反之小于壓力機最小裝模高度時，可加經(jīng)過磨平的墊板。 沖模的其它外形結構尺寸也必須和壓力機相適應，如模具外形輪廓平面尺寸與壓力機墊板、滑塊底面尺寸，模柄與模柄孔尺寸，下模緩沖器平面尺寸與壓力機墊板孔尺寸等都必須相適應，以便模具能正確安裝和正常使用。 （4）根據(jù)凹模寬度B、長度L、厚度H，凸模長度L1、導料板厚、卸料板厚、板料厚度、凸模修磨量等數(shù)據(jù)查表得到模具模架的尺寸。查表可得數(shù)據(jù)如下 1、上下模座 GB/T2856.3 250×200×50 2、導柱 GB/T2861.4 32×215 3、導套 GB/T2861.8 32×150×48 4、螺釘 DB/T70.1 M6×43 5、模具閉合高度 H=230mm （5） 推桿的選材，熱處理工藝方案 根據(jù)《冷沖壓模具設計手冊》 [2]一般用途的推桿的 材料選擇45鋼。它是一種優(yōu)質碳素鋼。含磷比較少，非金屬雜質比較少。鋼的品質較高。它須調(diào)質處理后使用，調(diào)質處理后具有良好的綜合力學性能，即具有較高的的刃性和塑性，焊接性能也好。固采用此鋼比較好。 (6) 推桿與推板的設計 為了便于裝在凹模內(nèi)，本副模具采用剛性推件裝置。 同時采用圓柱形推板，推板的大直徑大約設計為6mm，小直徑大約設計為3.2mm推板的長度大約為152mm （7） 卸料板的設計 一般卸料板材料為45號鋼，它是一種優(yōu)質碳素鋼，卸料板的形狀設計為長方形，其工作部分的尺寸由沖落料部分的凸凹模來決定，并且與凸凹模保持1~2mm的間隙。 (8) 確定裝配基準 1、 落料，沖孔應以沖材凸凹模為裝配基準件。 首先確定凸凹模在模架中的位置，安裝凸凹模組件，確定凸凹組件在下模座的位置，然后用平行板將凸凹模和下模座夾緊。 沖裁模具材料的選?。? 可查《冷沖壓模具設計指導》表8-8和8-9： 凸模的材料為T10A，凹模的材料為T10A，熱處理硬度為58-62HRC，墊板、凸模固定板、凹模固定板的材料的45號鋼，熱處理硬度為HRC43-48。 沖裁模的常用配合： 2、 H7/h6的間隙定位配合，導柱和導套的配合。 3、 H7/r6的過度配合，用于較高的定位，凸模與固定板的配合，導套與模座，導套與固定板，模柄與模座的配合。 4、 H7/m6的過度配合，能以最好的定位精度滿足零件的剛性和定位要求，凸模的固定導套與模座的固定、導柱與固定板的固定。 實驗小節(jié) 隨著社會的發(fā)展，機械行業(yè)的模具專業(yè)在我國現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展中成為一個越來越重要的分支。模具滲透著整個社會。不管在那個行業(yè)，都有模具的存在。日常生活中輕重工業(yè)，都離不開模具生產(chǎn)，模具就是為了得到所需要的產(chǎn)品。要什么樣的產(chǎn)品，就可以生產(chǎn)什么樣的模具，如（塑料模具 、冷沖壓模具、壓鑄模、橡膠模 ）。而目前形勢的需要，產(chǎn)品更新?lián)Q代更快更易，所以模具行業(yè)的發(fā)展空間很大，有待我們?nèi)ヅΓヌ剿鳌? 模具生產(chǎn)過程是一個循序漸進的過程，生產(chǎn)模具過程中可能用到的的機器有很多種類，如（電火花成型機、數(shù)控線切割、車床、銑床、刨床、磨床、鏜床等）。 三年的學習，我對模具設計與制造有了深刻的認識。此次單獨設計一個模具，讓我了解了很多的模具結構、模具加工工藝、模具的用途。并且學到不少的書本上沒有的知識，就拿塑料模來說，對于影響模具壽命的因素，主要是模具的加工精度和材料的剛度，還有模具的材料，模具生產(chǎn)批量，模具結構等。影響模具的產(chǎn)品質量的主要因素也是模具的制造精度。。 通過這次課程設計，我從理論和實踐上又更進一步的加深。模具結構設計的好壞直接影響產(chǎn)品質量和經(jīng)濟。中國面臨世界的挑戰(zhàn)，在模具行業(yè)這方面，我希望日后能在模具這一行有所貢獻。 感謝我的導師田浩彬老師，她嚴謹細致、一絲不茍的作風一直是我工作、學習中的榜樣；他們循循善誘的教導和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪。這次的課程設計讓我又更加深了模具設計各方面知識。 參考文獻 [1] 《冷沖模設計》———丁松聚主編-——北京機械工業(yè)出版社 [2] 《冷沖壓模具設計手冊》——— 丁松聚主編———機械工業(yè)出版社 [3] 《沖壓工藝與模具設計》———成虹主編———北京高等教育出版社 [4] 《沖壓模具設計及實例精解》———宛強主編———北京化學工業(yè)出版社 [5] 《畫法幾何及工程制圖———朱輝主編———上海科學技術出版社