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沖壓工藝及沖壓模設計 課程設計 設 計 說 明 書 起止日期 2011 年 1 月 3 日 至 2011 年 1 月 16 日 學 生 姓 名 班 級 學 號 成 績 指 導 教 師 簽 字 機械工程學院 部 2010 年 01 月 16 日 2 目 錄 第一章 拉深件工藝分析 3 1 1 制件介紹 3 1 2 產品結構及形狀分析 3 1 3 產品尺寸精度 粗糙度 斷面質量分析 3 1 3 1 尺寸精度 3 1 3 2 沖裁件斷面質量 3 1 3 3 產品材料分析 4 1 3 4 生產批量 4 第二章 零件沖壓工藝計算 4 2 1 翻孔工序的計算 4 2 2 零件毛坯尺寸計算 5 2 2 1 確定修邊余量 a 5 2 2 2 確定坯料直徑 5 2 2 3 確定工藝方案 5 2 2 4 排樣 計算條料寬度及確定步距 5 2 3 沖裁力的計算 6 2 4 確定拉深工序件尺寸 6 2 4 1 判斷能否一次拉深成形 6 2 4 2 確定首次拉深件尺寸 7 2 4 3 計算第二次拉深工序件的尺寸 7 2 5 計算拉深工序的力 8 2 6 工作部分尺寸計算 8 2 6 1 拉深間隙的計算 8 2 6 2 拉深凸 凹模尺寸的計算 8 第三章 設計選用模具零件 部件 9 3 1 拉深凹模的設計 9 3 3 2 拉深凸模的設計 9 3 3 壓邊 卸料及出件裝置設計 10 3 3 1 壓邊圈 10 3 3 2 推出與頂出裝置 11 第四章 模架的選擇 12 4 1 模架的選用 12 4 2 導柱與導套 13 4 3 模柄的選用 13 第五章 模具材料和熱處理 14 第六章 模具的總裝配圖 15 第七章 填寫沖壓工藝卡 16 設計總結 18 參考文獻 19 4 第一章 拉深件工藝分析 1 1 制件介紹 零件名稱 芯子隔套 材料 08 鋼 料厚 1mm 批量 大批量 零件圖 如圖 1 所示 圖 1 1 2 產品結構及形狀分析 由圖 1 可知 產品為圓片落料 有凸緣筒形件拉深 圓片沖孔 產品結構簡單 對稱 1 3 產品尺寸精度 粗糙度 斷面質量分析 1 3 1 尺寸精度 查參考資料 4 上表 5 11 可知 拉深件直徑的極限偏差為 30 6 25 4 高度的極限偏差為 78 1 3 2 沖裁件斷面質量 板料厚度為 1mm 查參考資料 4 表 2 67 可知沖裁件生產時毛刺允許高度 為 0 12mm 由于本產品在斷面質量和毛刺高度上沒有嚴格的要求 所以只要模具 精度達到一定要求 沖裁件的斷面質量可以保證 1 3 3 產品材料分析 沖壓材料不僅要滿足產品設計的技術要求 還要滿足沖壓工藝要求和沖壓后的 加工要求 因此 對于沖裁件材料一般要求其力學性能是強度低 塑性高 表面質 量和厚度公差符合國家標準 本設計產品所用的材料是 08 鋼 為優(yōu)質碳素結構鋼 5 其力學性能是強度 硬度和塑性指標適中 經熱處理后 用沖裁的加工方法是完全 可以成形的 1 3 4 生產批量 產品生產批量為大批量生產 適于采用沖壓加工的方法 最好是單工序模 模 具制造簡單 維修方便 第二章 零件沖壓工藝計算 2 1 翻孔工序的計算 由參考資料 1 表 6 4 可得極限翻邊系數(shù) 58 0min K 由參考資料 1 式 6 10 可知 翻孔的高度 為 axh m195 072 43 12407 43 0 1 2dhminmax trK 取整 hmax 由參考資料 1 式 6 12 預制孔直徑 為 0d 實際取整 d 58 in0 3d0 由參考資料 1 式 6 13 可得拉深高度為 1h mrhH5 3 23max1 綜上所述 拉深后的毛坯圖如下所示 6 2 2 零件毛坯尺寸計算 2 2 1 確定修邊余量 a 板料厚度為 1mm 故按外形尺寸計算 查參考資料 1 表 5 75 1406 df 可得 故拉深件的實際凸緣直徑m0 3 m6230 2 ft 2 2 2 確定坯料直徑 由參考資料 1 式 5 13 可得 975 240 38406r4 3d220 dhDf 2 2 3 確定工藝方案 通過分析計算可以得出該零件的正確工藝方案是 落料 第一次拉深 第二次 拉深 沖孔 第四道工序為翻邊 達到零件形狀和尺寸要求 2 2 4 排樣 計算條料寬度及確定步距 采用單排方案 如下圖 由參考資料 4 圓件 的圓角的零件間間距 沿邊間距t2r mb8 0 mb0 1 送料步距 調料的寬度 調料的長mS8 6 0 B612 度 L 根據附錄 選用 裁板的方式為 301 7 采用橫裁可裁條料數(shù)為 條 余 8mm 每條板料可468301 BLn 沖制件數(shù) 件 則每張板料可沖制件為8 6 0 2 n 件 經計算采用豎裁每張板料可沖制件數(shù)也是 352 件 3548 板料利用率為 28 76 19 8 07 5 2 75 21 bD 2 3 沖裁力的計算 本模具采用剛性卸料 根據公式 3 24 文獻 1 計算沖裁力 F 查文獻 3 表 2 29 可知 08 鋼的抗剪強度為 則 MPab706 NKLtFb 19253 1 落 由于該毛坯為圓 壓力中心在圓心 2 4 確定拉深工序件尺寸 2 4 1 判斷能否一次拉深成形 7625 043h d 3 19t D 4 6540d t 12 97mF 查參考資料 1 上表 5 5 5 6 以及圖 5 18 可知 帶凸緣圓筒形件的 極限拉深系數(shù) 首次拉深極限相對高度 比較可知 51 0 F 53 0 42 1 dh 不能一次拉深成形 查參考資料 4 可知需要進行 2 次拉深 8 2 4 2 確定首次拉深件尺寸 根據上面求出的 以及 查參考資料 4 上表 5 Ddt t 5 21 tr 40 可得第一次拉深系數(shù) 46 0m1 查表 9 36 可得首次拉深凹模圓角半徑 mt101 凹 則第一次拉深后的直徑為 497 1 高度為 3 25 12Rrdht 67 30 64 0 總的拉深高度為 30 5mm 而拉深次數(shù)為 2 為了確保第二次拉深質量 充分發(fā) 揮板材在第一次拉深變形中的塑性潛力 實際定為第一次拉深高度 mh21 拉深后圖形如下 2 4 3 計算第二次拉深工序件的尺寸 查參考資料 1 上表 5 3 可得 75 02 m 則第二次拉深凹模圓角半徑 Rr凹 拉深直徑為 md406 348 12 拉深高度為 h3 拉深次數(shù) n 凸緣直徑 td筒體直徑 d 高度 h 圓角半徑 R 圓角半徑 r 1 97 45 20 10 10 2 97 40 30 5 2 5 2 5 9 2 5 計算 拉深工序的 力 查參考資料 1 式 5 24 可知 第二次拉深用普通的平端面凹模拉深時毛 坯不起皺的條件為 代入數(shù)據得 按照 1 7 0 9 1mdt 08 1 d mt 公式判斷要使用壓邊圈 按參考資料 1 公式 5 29 計算得拉深力為 NKtPb 50869 410 32 按參考資料 1 公式 5 27 壓邊力為 ApQ5 14 式中 的值按相應表選取為q2mN 總拉深力 NP403086 總 拉深功 JhCFA153 57 13max 初選公稱壓力為 250 kN 的 JH21 系列開式固定臺壓力機 型號為 JH21 25 其最大裝模高度為 250mm 裝模高度調節(jié)量為 50mm 工作臺孔尺寸為 150mm 主電 機功率為 2 2 kW 2 6 工作部分尺寸計算 2 6 1 拉深間隙的計算 拉深間隙指單邊間隙 即 拉深工序采用壓邊裝置 查2 拉 凸拉 凹 DZ 參考資料 1 式 5 55 可得拉深間隙為 式中 k 為間隙系數(shù) tZ max 查 1 表 5 18 可知 k 0 1 故得 1 0 2 6 2 拉深凸 凹模尺寸的計算 2 6 2 1 凸凹模圓角半徑的計算 第二次拉深為最后一次拉深 故拉深凹凸模的圓角半徑都等于工件的圓角半徑 2 5mm 即 mr5 2 凸凹 2 6 2 2 拉深模工作部分尺寸計算 查參考資料 1 表 9 38 可得拉深模工作部分尺寸 mm 01 4 05 4 07 75 拉 凹 dD mm 01 01 4 8372 2 拉 凸 Z 10 式中 D 拉深件的基本尺寸 mm 拉深件的尺寸公差 從零件圖可知其值為 0 05mm 拉深凸模出氣孔的尺寸由參考資料 4 表 9 39 可得出氣孔直徑 md5 第三章 設計選用模具零件 部件 3 1 拉深凹模的設計 凹模采用矩形板狀結構和直接通過螺釘 銷釘與固定板固定的方式連接 凹模 刃口采用直刃壁結構 尺寸為 刃壁的高度取 2 5mm 模具的壁厚根據m01 4 條料的寬寬 68mm 和料厚 t 1mm 選取 查閱文獻 5 表 2 48 選取凹模壁厚 C 25mm 凹模長度等于寬度為 LB1480268 凹模板厚度按文獻 5 97 頁公式估算 321 FKH 式中 則 m52190 5 313 該模板的厚度要求較厚 可以省略墊板 凹模板直接與下模座連結固定 那么確定凹模板的總體尺寸大小為 HLB48 3 2 拉深 凸模 的設計 其結構尺寸為 根據模具結構 凸模的長度 L 可由安裝固定的厚m01 837 度 下推板厚度 拉深深度 和附加長度 h 之和再減去一個板厚取得 1h2h3h 根據模架結構取固定厚度為 22mm 下推板此處的作用相當于壓邊圈 其厚度 取為 18 mm 附加長度主要考慮滿足制件的拉深深度要求 取 5 mm 由此可得凸模 的長度為 51493 2 11 KNF 選 取系 數(shù) 參 考 表凹 模 刃 口 周 邊 長 度 修 正 素 工 具 鋼 取凹 模 材 料 修 正 系 數(shù) 碳沖 裁 力 11 m751 30182321 thhL 其固定方式直接用螺釘 銷釘連結在模座上 作為拉深凸模 要開設排氣孔 大小為 具體結構尺寸如圖所示 m5 3 3 壓邊 卸料及出件裝置設計 3 3 1 壓邊圈 根據模具的總體結構的要求 使用彈性壓邊裝置中的帶限位裝置的壓邊圈 由 于第二次拉深的零件尺寸較小 故彈性裝置使用橡皮墊結構 使其壓邊力隨行程的 變化極小 該裝置在沖模完成后用于頂出工件 即做卸料板 壓邊圈與凹模板間隙 配合 內圈大于凸模直徑 2mm 結構如圖所示 12 3 3 2 推出與頂出裝置 根據模具的結構 該拉深工件首先需要從下凸模中頂出 然后再從凹模內推出 頂出裝置如上圖所示 采用橡皮墊式平板壓邊圈頂出 推出裝置安裝在上模內 通過沖床滑塊內的打料機構 將拉深后的工件從凸凹 模的凹模內推出 為了盡量保證制件表面光滑 故采用推塊將制件從凹模內頂出 13 第四章 模架的選擇 4 1 模架的選用 模架包括上模座 下模座 導柱和導套 沖壓模具的全部零件都安裝在模架上 選擇模架尺寸時要根據凹模的輪廓尺寸考慮 一般在長度及寬度上都應比凹模 大 30 40mm 模版厚度一般等于凹模厚度的 1 1 5 倍 根據凹模板的尺寸 120mm 120mm 參考文獻 5 表 10 31 選取滑動標準模架 選用的模架為 上模座 下模座分別為 模架 250 250 210 255 GB T2851 3 上模座 250 250 50 GB T2855 5 下模座 250 250 65 GB T2855 6 凹模 120 120 52 導柱 35 200 GB T2861 1 導套 35 115 43 GB T2861 6 根據模具的結構 可知其閉合高度為 654321hhH 閉 合 式中 H 閉合 模具的閉合高度 mm h1 上模座厚度 mm h2 拉深深度 mm h3 凸模高度 mm h4 凹模的厚度 mm h5 下模座厚度 mm h6 凸模裝入下模座的深度 取 15mm 將前面計算的數(shù)值代入 mH 2476525 10 閉 合 介于 210mm 和 255mm 之間 符合設計要求 閉 合 14 4 2 導柱與導套 根據模架的選取 采用 A 型導套 參考文獻 5 表 15 21 選用的型號為 導套 A35H7 115 43 GB T 2861 6 導柱采用 B 型 按文獻 5 表 15 4 選用 的型號為 導柱 B35h6 200 35 GB T 2861 2 導柱與導套為 H7 h6 的間隙配合 導柱導套與模架均為 H7 r6 的過盈配合 為了保證使用中的安全性和可靠性 當模具處于閉合位置時 導柱上端面與上 模座的上平面應留 10 15mm 的距離 導柱下端面與下模座下平面應留有 2 5mm 的距 離 導套與上模座上平面六不小于 3mm 的距離 上模座開橫槽以便排氣 4 3 模柄的選用 根據壓力機模柄孔的尺寸 直徑 40 mm 深度 65 mm 查參考文獻 5 表 15 20 選擇 C 型凸緣式模柄 可知其參數(shù)如下 d 40 極限偏差 0 05 mm d 1 122 mm 總高度 L 91 mm 凸緣高 L1 23 mm 模柄倒角高度 L2 4 mm 打桿孔 d2 11 mm 凸緣螺釘環(huán)繞直徑 d3 81 mm 凸緣 固定螺釘沉孔的直徑 d4 9 mm 沉孔臺階直徑 d5 15 mm 臺階高度 h 9 mm 材料為 Q235 如下圖所示 15 第五章 模具材料和熱處理 使用的模具材料應具備良好的耐磨性 韌性和較高的強度 硬度 本模具為沖 裁拉深復合為第二次拉深模 又為大批量生產 要求凹模能承受較大的拉應力 凸 模承受較大的壓應力 因此凹模和凸模必須具有較高的強度和耐磨性 對于拉深的 凸模和凹模 由于與工件接觸 受到比較強烈的磨損選用耐磨性良好的和淬透性好 的模具鋼 凹模和凹模材料選用 T20A 均進行淬硬的熱處理 使凹模工作部分熱處理硬 度為 60 62HRC 凹模和凸模工作部分熱處理淬硬 58 62HRC 其他結構件的材料見 裝配圖明細表 16 第六章 模具的總裝配圖 1 下模座 2 卸料螺釘 3 導柱 4 壓邊圈 5 導套 6 凸模 7 上模座 8 12 17 螺釘 9 推板 10 推桿 11 模柄 13 凹模 14 螺母 15 特種螺釘 16 頂桿 工作原理 經首次拉深后的毛坯件放在壓邊圈 4 的下凹圈內定位 壓邊圈通過頂桿 16 由橡皮墊壓邊 通過三根特種螺釘 15 對壓邊圈進行限位 用以控制壓料間隙 防止壓料力過大 17 第七章 填寫沖壓工藝卡 產品型號 零件名稱 芯子隔套 共 頁 廠名 冷沖壓 工藝卡 片 產品名稱 零件型號 第 頁 材料牌號及規(guī)格 材料技術 要求 毛坯尺寸 每毛坯可 制件數(shù) 毛坯重量 輔助材料 08 鋼 板料 3000mm 6 00mm 1mm 352 件 工 序 號 工序 名稱 工序 內容 加工簡圖 設備 工藝 裝備 工時 0 下料 剪床 上裁 板 1 首次拉深 JH21 110 18 2 再次拉深 3 翻邊切邊 剪床 上裁 板 4 檢驗 按產 品零 件圖 檢驗 編制 日 期 審核 日 期 會簽 日期 標 記 處數(shù) 更 改 文 件 號 簽字 日期 標記 處數(shù) 更改 文件 號 簽字 日期 19 設計總結 經過這次的設計 我學到了很多上課無法學到的東西 雖然算不上是經驗 但 是總算有種接觸專業(yè)的感覺 我設計的是芯子隔套的二次拉深模 經過幾次的修改 總算有點成形的樣子 這個設計是我們二個人一組開始的 每個人的數(shù)據和材料各不相同 這樣既培養(yǎng)了 我們的團隊精神 又鍛煉了我們處理問題的能力 更重要的是 我們從中學到了如 何一個人去解決問題 查找資料 為了做好這個設計 我們都很努力 經常到了凌 晨兩三點 還抱著資料翻找 不想就這樣擱置 我們都抱以極大的熱誠來完成了它 對自己更是充滿了信心 對自己設計的成果雖然算不上最好的 但是我很開心 因 為 在最初的懷疑到堅信到完成 我做到了 這次設計少不了的當然還有老師的細心指導 為了能讓我們順利完成 老師每 天都在跟進我們 及時指出我們的錯誤 讓我們減少了修改的分量 謝謝老師 20 參考文獻 1 王孝培主編 沖壓設計資料 機械工業(yè)出版社 2 李天佑主編 冷沖模圖冊 機械工業(yè)出版社 3 王芳主編 冷沖模設計指導 機械工業(yè)出版社 4 張正修主編 沖壓技術實用數(shù)據速查手冊 機械工業(yè)出版社 5 郝斌海主編 沖壓模具簡明設計手冊 化學工業(yè)出版社