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湘潭大學(xué) 課程設(shè)計說明 題 目： 彈簧卡箍 學(xué) 院： 機(jī)械工程學(xué)院 專 業(yè)： 材料成型及控制工程 學(xué) 號： 2009501205 姓 名： 1232 指導(dǎo)教師： 肖良紅老師 完成日期： 2013-03-13 目 錄 前言 第一章 設(shè)計任務(wù)————————————————3 1.1零件設(shè)計任務(wù)———————————————3 1.2分析比較和確定工藝方案——————————3 第二章 計算沖裁壓力、壓力中心和選用壓力機(jī)———5 2.1排樣方式的確定及材料利用率計算——————5 2.2計算沖裁力、卸料力————————————5 2.3確定模具壓力中心—————————————6 第三章 模具工作部分尺寸及公差—————————7 3.1沖孔部分—————————————————7 3.2落料部分—————————————————7 第四章 確定各主要零件結(jié)構(gòu)尺寸—————————9 4.1凹模外形尺寸確定—————————————9 4.2其他尺寸的確定——————————————9 合模高度計算———————————————9 第五章模具零部件結(jié)構(gòu)的確定—————————————9 感言 ———————————————10 前 言 　在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，模具時重要的工藝裝備之一，它以其特定的形狀通過一定的方式使原材料成型，模具車成型由于具有優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)省料和低成本等特點(diǎn)現(xiàn)已在國民經(jīng)濟(jì)各個部門得到了廣泛的應(yīng)用。 模具產(chǎn)業(yè)是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的一個組成部分，目前我國模具企業(yè)就達(dá)到3萬多家，電子產(chǎn)品、航天航空領(lǐng)域都離不開精密模具。許多高精度模具本身就是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的一部分。 模具課程設(shè)計是一個很專業(yè)的訓(xùn)練環(huán)節(jié)，學(xué)生通過對金屬制件的沖孔和落料，成型工藝和模具的綜合分析設(shè)計，訓(xùn)練，要求達(dá)到如下目的： 1通過課程設(shè)計，幫助學(xué)生具體運(yùn)用和鞏固模具設(shè)計課程及相關(guān)課程的理論知識，了解冷沖模的一般設(shè)計的方法和程序。 2訓(xùn)練學(xué)生查詢相關(guān)資料，如：《沖壓模具簡明設(shè)計手冊》，《沖壓模具設(shè)計和加工計算速查手冊》，使學(xué)生能熟練地運(yùn)用有關(guān)資料，熟悉有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范，使用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行估算等方面的全面的訓(xùn)練。 3掌握模具的基本設(shè)計方法和程序，綜合運(yùn)用相關(guān)專業(yè)的理論知識，并按照有關(guān)的設(shè)計技術(shù)規(guī)范，進(jìn)行沖壓模具設(shè)計的基本技能訓(xùn)練，為今后在實(shí)際的工程設(shè)計中打好必要的基礎(chǔ)。 一、零件工藝性分析 工件為圖1所示的落料沖孔件，材料為10鋼，材料厚度1mm，生產(chǎn)批量為大批量。工藝性分析內(nèi)容如下： 1材料分析 10鋼為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，具有良好的成型性能，抗剪切強(qiáng)度，為260~340 Mpa，屈服強(qiáng)度為295-430 MPa，屈服強(qiáng)度為210 MPa，伸長率26%。其力學(xué)性能是強(qiáng)度，硬度低，塑性韌性好具有較好的沖裁成形性能。 2結(jié)構(gòu)分析 零件結(jié)構(gòu)簡單對稱，無尖角，對沖裁加工較為有利。零件中部有一圓孔，孔的最直徑為6mm，滿足沖裁最小孔徑dmin≥1.0t=1mm的要求。另外，經(jīng)計算圓孔距零件外形之間的最小孔邊距為9.5mm，滿足沖裁件最小孔邊距l(xiāng)min≥1.5t=1.5mm的要求。所以，該零件的結(jié)構(gòu)滿足沖裁的要求。 3精度要求 零件上的尺寸均未標(biāo)注尺寸偏差，為自由尺寸，可按IT10~IT14級精度補(bǔ)標(biāo)工件尺寸公差。選定IT10確定尺寸的公差, 孔Φ9取IT9。 。 二、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(jìn)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。方案二只需一副模具，沖壓件的形位精度和尺寸精度易保證，且生產(chǎn)效率高。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較簡單，模具制造并不困難。方案三也只需一副模具，生產(chǎn)效率也很高，但與方案二比生產(chǎn)的零件精度稍差。欲保證沖壓件的形位精度，需在模具上設(shè)置導(dǎo)正銷導(dǎo)正，模具制造、裝配較復(fù)合模略復(fù)雜。 所以，比較三個方案采用方案二生產(chǎn)。 三、零件工藝計算 1.刃口尺寸計算 根據(jù)零件形狀特點(diǎn)，刃口尺寸計算采用分開制造法。 查得凸、凹模最小間隙Zmin=0.10mm，最大間隙Zmax=0.14mm，X=0.7 Zmax－Zmin＝ 0.14mm－0.10mm＝0.04mm 1）落料件尺寸的基本計算公式為 查得磨損系數(shù)x=1 凸模制造公差, 凹模制造公差 長47.08mm， ， ， 長5mm， ， ， 高12mm， ， 高6.5mm， ， ， 2）沖孔件尺寸的基本計算公式為 查得磨損系數(shù)x=0.75 凸模制造公差, 凹模制造公差 孔Φ6， 2.排樣計算 分析零件形狀，應(yīng)采用單直排的排樣方式，零件可能的排樣方式有圖2所示兩種。 查表得延邊a=,1.8工件間a1=1.5 方案a 方案b 比較方案a和方案b，方案b所裁條料寬度過窄，剪板時容易造成條料的變形和卷曲，所以應(yīng)采用方案a?，F(xiàn)選用4000mm1000 mm的鋼板，則需計算采用不同的裁剪方式時，每張板料能出的零件總個數(shù)。 （1）裁成寬60.68mm、長1000mm的條料，則一張板材能出的零件總個數(shù)為 （2）裁成寬60.68mm、長4000mm的條料，則一張板材能出的零件總個數(shù)為 比較以上兩種裁剪方法，應(yīng)采用第1種裁剪方式，即裁為寬60.68mm、長1000mm的條料。其具體排樣圖如圖3所示。 3.沖壓力計算 計算沖裁力的目的是為了合理地選用壓床和設(shè)計模具。壓床的噸位必須大于所計算的沖裁力，以適應(yīng)沖裁的要求。 平刃模具沖裁是，其沖裁力F0可按下式計算： 式中 t——材料厚度，1mm; ——材料抗剪強(qiáng)度（Mpa）； L——沖裁周長，164.16mm; m——與相對間隙有關(guān)的系數(shù)，取1.2; ——材料抗拉強(qiáng)度，取400MPa 考慮到模具刃口的磨損，凸凹模間隙的波動，材料機(jī)械性能的變化，材料厚度偏差等因素，十級所需沖裁力還須增加30%，即 經(jīng)計算≈260 Mpa 沖孔沖裁力為： ; 推薦力： 頂件力： 卸料力： F——沖材力； n——同時梗塞在凹模內(nèi)的零件數(shù)，; t——為材料厚度； h——圓柱形凹模腔口高度； K1、 K2 、K3——推件力、頂件力及卸料力系數(shù)，查表得0.055 ，0.06 ，0.05 計算得： 9141N; 3324N; 2770N; 采用彈性卸料裝置和上出料方式的總沖裁力為： =67.3KN; 初選設(shè)備為開式壓力機(jī)J23—16B。 4.壓力中心計算 零件外形為對稱件，中間的異形孔雖然左右不對稱，但孔的尺寸很小，左右兩邊圓弧各自的壓力中心距零件中心線的距離差距很小，所以該零件的壓力中心可近似認(rèn)為就是零件外形中心線的交點(diǎn)。 四、沖壓設(shè)備的選用 根據(jù)沖壓力的大小，選取開式雙柱可傾壓力機(jī)J23—16B，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：220 mm 閉合高度調(diào)節(jié)量：60 mm 滑塊地面尺寸：180mm220mm 工作臺尺寸：300 mm450 mm 工作臺孔尺寸：110 mm220 mm 模柄孔尺寸：φ30 mm50 mm 五、模具零部件結(jié)構(gòu)的確定 1.標(biāo)準(zhǔn)模架的選用 標(biāo)準(zhǔn)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。由凹模高度和壁厚的計算公式得，凹模高度， 凹模壁厚。 所以，凹模的總長為 （取121mm）， 凹模的寬度為 。 模具采用后置導(dǎo)柱模架，如圖： 圖6 模架 1——上模座 2——下模座 3——導(dǎo)柱 4——導(dǎo)套 本次設(shè)計選用導(dǎo)柱導(dǎo)套式，其布置方式為后側(cè)布置。根據(jù)沖壓工序性質(zhì)、沖件精度以及模具壽命等要求，導(dǎo)柱和導(dǎo)套的配合精度選擇。導(dǎo)柱和導(dǎo)套為間隙配合，要求配合便面堅(jiān)硬和耐磨，且有一定的強(qiáng)韌性，常用20號鋼制作，表面經(jīng)過滲碳淬火處理，硬度為HRC58～62，滲碳層深度0.8～1.2mm。 根據(jù)以上計算結(jié)果，可查得模架規(guī)格為上模座125mm100mm35mm，下模座125mm100mm45mm，導(dǎo)柱22mm130mm，導(dǎo)套22mm70mm28mm。 2 .卸料板的設(shè)計 卸料裝置有剛性卸料裝置、彈性卸料裝置和廢料切力等形式。本次設(shè)計選擇彈性卸料板，屬于彈性卸料裝置，裝在凹模和導(dǎo)料板上。它結(jié)構(gòu)簡單，卸料力較小，主要用于板厚在1.5mm以下薄件的卸料工作。 彈性卸料板厚度與卸件尺寸與卸料力有關(guān)，對于中小件卸料一般取5至10mm，該處取8mm。 3. 沖孔凸模的設(shè)計 ①凸模的結(jié)構(gòu)形式與固定方法 凸模的固定方法很多，一般凸模固定時要注意下列問題： （1）異形凸模要有防轉(zhuǎn)措施； （2）有導(dǎo)向裝置的凸模，穩(wěn)定性好，可利用卸料板是凸模導(dǎo)向，但要注意他們的配合尺寸； （3）沖小孔，凸模必須考慮導(dǎo)向和保護(hù)； （4）快速裝換凸模機(jī)構(gòu)可靠性要好。 本次設(shè)計所選用的圓形凸模結(jié)構(gòu)及固定方法如圖8所示： 圖8 沖孔凸模 為了增加凸模的強(qiáng)度和剛度，凸模做成臺階式，用固定板固定，臺階處圓滑過渡，以避免應(yīng)力集中。小端是工作部分，其尺寸和公差根據(jù)工件尺寸和制造方法確定。中間臺階與凸模固定板過渡配合（H7/m6）。最大臺階是用其臺肩保證凸模在卸料時不被拉出。 ②凸模長度的確定 凸模長度一般是根據(jù)模具的具體結(jié)構(gòu)來確定。本次設(shè)計采用固定卸料板和導(dǎo)尺的模具結(jié)構(gòu)，凸模長度用下列公式計算： （公式19） 式中 L——凸模長度（mm）; ——凸模固定板厚度（mm）； ——凸凹模固定板（mm）； ——卸料板厚度（mm）； ——凸模進(jìn)入凹模的深度（0.5～1mm）； ——附加長度，包括凸模的修模量及模具閉合狀態(tài)下卸料板到凸模固定板之間的安全距離等。一般取h=15～20之間。 所以凸模長度為 L=8+13+1+3=25（mm） ③凸模強(qiáng)度校核 對于特別細(xì)的凸模或小凸模沖裁厚而硬的材料是，必須進(jìn)行凸模承壓能力和抗縱向彎曲能力的校核。但是一般情況下，凸模的強(qiáng)度時足夠的，沒有必要作強(qiáng)度校核。 4.卸料裝置中彈性元件的計算 模具采用彈性卸料裝置，彈性元件選用橡膠，其尺寸計算如下： 橡膠工作行程=卸料板工作行程+模具修磨量（4mm~6mm） 即 H工作=h工作+h修磨 h工作=h1+h2+t 式中 h1—凸模進(jìn)入卸料板的高度1mm; t—板料厚度0.5mm 即 h工作=h1+h2+t=1+0.5=1.5 H工作=h工作+h修磨 =1.5+（4~6）=5.5~7.5 取 H工作=6mm 橡膠的自由高度H自由，橡膠的工作高度取自由高度的25%，即可得 H自由=4H工作=24mm 查表得 矩形橡膠在預(yù)壓量為30%時的單位壓力為1.52MPa 橡膠截面積： 式中 A—橡膠墊橫截面積（mm） F—橡膠產(chǎn)生的壓力，設(shè)計時取大于或等于卸料力(N)； P—與橡膠墊壓縮量有關(guān)的單位壓力(Mpa) 選取兩塊橡皮，即每塊橡皮的面積為A1= 471mm2 D= = 24.5mm 取 D=25mm 橡膠的校核： 橡膠的校核要求橡膠的高徑比在0.5～1.5之間。 在此0.5＜==0.96,＜1.5 選用的兩塊φ2528的橡膠墊即可以滿足要求 凸模、凹模固定板的計算 凹模固定板的平面尺寸與凹模的外型尺寸相同，厚度一般取凹模厚度的0.6～0.8倍根據(jù)凹模的外形尺寸可以得到凸模固定板的長度L=110mm,寬度B=80mm，H=(0.6～0.8) 16=9.6～12.8; 查中國模具設(shè)計大典續(xù)表22.5-15, 取其高度H=12mm 選用材料為45鋼,固定板的凸模安裝孔與凸模采用過渡配合H7/m6,壓裝后將凸模端面與固定板一起磨平。9.3、上下墊板 墊板的用于直接承受凸模的壓力，以降低模坐的單位壓力，防止模坐被局部被壓陷。查表取墊板厚度為6mm. 其外形尺寸為121906mm 六、模具裝配圖(在后頁) 結(jié)束感言 在這一個星期的學(xué)習(xí)中，經(jīng)過老師的辛勤的指導(dǎo)，我受益頗多。這次實(shí)訓(xùn)，可以說這次是大學(xué)學(xué)習(xí)生涯中最重要的一次實(shí)訓(xùn)，以前的實(shí)訓(xùn)，都是為這次打好基礎(chǔ)。在這期間，我學(xué)習(xí)了如何合理的設(shè)計一整套模具，對自己的能力有一個完整的認(rèn)識，同時也提升了自己的多方面能力，為大學(xué)畢業(yè)以后找工作奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，不會茫然不知所措，不會問什么都一竅不通。然而，這次實(shí)訓(xùn)我們學(xué)習(xí)的只不過是一些皮毛，更深層的還在于我們以后自己的學(xué)習(xí)探索，俗話說：“要想為事業(yè)多添一把火，自己就得多添一捆材”。我對此話深有感觸。要想事業(yè)更加成功，在校期間我們就應(yīng)該更加努力學(xué)習(xí)。我們和老師交流的時，使我們對社會工作經(jīng)驗(yàn)有了許多認(rèn)識，工作時要求是嚴(yán)格的，不會馬馬虎虎，自己做出的東西自己要負(fù)責(zé)。同學(xué)之間也互相幫助，和同學(xué)討論，幫助別人的同時也充實(shí)鞏固了自己。 在以后的學(xué)習(xí)中，應(yīng)該更加努力，不能荒廢時間，淵博的知識對自己的工作是一個極其強(qiáng)大的助力。不能粗心，要仔細(xì)。 最后，對耐心指導(dǎo)我們的老師們，祝你們工作順利，天天開心 附送裝配圖 拍樣圖 凹模， 凹凸模固定板 凸模 裝配圖 主圖