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XXXX 學(xué) 院
畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）說 明 書
題 目 沖壓模具設(shè)計
學(xué) 生
系 別 機(jī) 電 工 程 系
專 業(yè) 班 級 材料成型及控制工程
學(xué) 號
指 導(dǎo) 教 師
沖壓模具畢業(yè)設(shè)計
1.緒論
1.1沖壓的概念、特點及應(yīng)用
沖壓是利用安裝在沖壓設(shè)備（主要是壓力機(jī)）上的模具對材料施加壓力，使其產(chǎn)生分離或塑性變形，從而獲得所需零件（俗稱沖壓或沖壓件）的一種壓力加工方法。沖壓通常是在常溫下對材料進(jìn)行冷變形加工，且主要采用板料來加工成所需零件，所以也叫冷沖壓或板料沖壓。沖壓是材料壓力加工或塑性加工的主要方法之一，隸屬于材料成型工程術(shù)。
沖壓所使用的模具稱為沖壓模具，簡稱沖模。沖模是將材料（金屬或非金屬）批量加工成所需沖件的專用工具。沖模在沖壓中至關(guān)重要，沒有符合要求的沖模，批量沖壓生產(chǎn)就難以進(jìn)行；沒有先進(jìn)的沖模，先進(jìn)的沖壓工藝就無法實現(xiàn)。沖壓工藝與模具、沖壓設(shè)備和沖壓材料構(gòu)成沖壓加工的三要素，只有它們相互結(jié)合才能得出沖壓件。
與機(jī)械加工及塑性加工的其它方法相比，沖壓加工無論在技術(shù)方面還是經(jīng)濟(jì)方面都具有許多獨(dú)特的優(yōu)點。主要表現(xiàn)如下。
(1) 沖壓加工的生產(chǎn)效率高，且操作方便，易于實現(xiàn)機(jī)械化與自動化。這是因為沖壓是依靠沖模和沖壓設(shè)備來完成加工，普通壓力機(jī)的行程次數(shù)為每分鐘可達(dá)幾十次，高速壓力要每分鐘可達(dá)數(shù)百次甚至千次以上，而且每次沖壓行程就可能得到一個沖件。
（2）沖壓時由于模具保證了沖壓件的尺寸與形狀精度，且一般不破壞沖壓件的表面質(zhì)量,而模具的壽命一般較長,所以沖壓的質(zhì)量穩(wěn)定,互換性好,具有“一模一樣”的特征。
（3）沖壓可加工出尺寸范圍較大、形狀較復(fù)雜的零件，如小到鐘表的秒表，大到汽車縱梁、覆蓋件等，加上沖壓時材料的冷變形硬化效應(yīng)，沖壓的強(qiáng)度和剛度均較高。
（4）沖壓一般沒有切屑碎料生成，材料的消耗較少，且不需其它加熱設(shè)備，因而是一種省料，節(jié)能的加工方法，沖壓件的成本較低。
但是，沖壓加工所使用的模具一般具有專用性，有時一個復(fù)雜零件需要數(shù)套模具才能加工成形，且模具 制造的精度高，技術(shù)要求高，是技術(shù)密集形產(chǎn)品。所以，只有在沖壓件生產(chǎn)批量較大的情況下，沖壓加工的優(yōu)點才能充分體現(xiàn)，從而獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益。
1.2 沖壓的基本工序及模具
由于沖壓加工的零件種類繁多，各類零件的形狀、尺寸和精度要求又各不相同，因而生產(chǎn)中采用的沖壓工藝方法也是多種多樣的。概括起來，可分為分離工序和成形工序兩大類；分離工序是指使坯料沿一定的輪廓線分離而獲得一定形狀、尺寸和斷面質(zhì)量的沖壓（俗稱沖裁件）的工序；成形工序是指使坯料在不破裂的條件下產(chǎn)生塑性變形而獲得一定形狀和尺寸的沖壓件的工序。
上述兩類工序，按基本變形方式不同又可分為沖裁、彎曲、拉深和成形四種基本工序，每種基本工序還包含有多種單一工序。
在實際生產(chǎn)中，當(dāng)沖壓件的生產(chǎn)批量較大、尺寸較少而公差要求較小時，若用分散的單一工序來沖壓是不經(jīng)濟(jì)甚至難于達(dá)到要求。這時在工藝上多采用集中的方案，即把兩種或兩種以上的單一工序集中在一副模具內(nèi)完成，稱為組合的方法不同，又可將其分為復(fù)合-級進(jìn)和復(fù)合-級進(jìn)三種組合方式。
沖模的結(jié)構(gòu)類型也很多。通常按工序性質(zhì)可分為沖裁模、彎曲模、拉深模和成形模等；按工序的組合方式可分為單工序模、復(fù)合模和級進(jìn)模等。但不論何種類型的沖模，都可看成是由上模和下模兩部分組成，上模被固定在壓力機(jī)工作臺或墊板上，是沖模的固定部分。工作時，坯料在下模面上通過定位零件定位，壓力機(jī)滑塊帶動上模下壓，在模具工作零件（即凸模、凹模）的作用下坯料便產(chǎn)生分離或塑性變形，從而獲得所需形狀與尺寸的沖件。上?；厣龝r，模具的卸料與出件裝置將沖件或廢料從凸、凹模上卸下或推、頂出來，以便進(jìn)行下一次沖壓循環(huán)。
沖壓件圖如下圖所示:
沖壓技術(shù)要求:
1. 材料:Q235-A
2. 材料厚度:0.5mm
3. 生產(chǎn)批量:中批量
4. 未注公差:按IT14確定.
2 .零件的工藝性分析.
2.1 零件的工藝性分析 該零件材料為碳素結(jié)構(gòu)鋼，結(jié)構(gòu)簡單,形狀復(fù)雜,產(chǎn)品寬度B=38+12=50≥1.2t(t為材料厚度) ,沖孔時有尺寸為φ6，φ16，根據(jù)沖壓模具設(shè)計手冊知沖孔時,因受凸模強(qiáng)度的限制,孔的尺寸不應(yīng)太小.沖孔的最小尺寸取決于材料性能,凸模的強(qiáng)度和模具結(jié)構(gòu)等.根據(jù)表3-3可查得圓形孔最小值得d=0.9t=0.9X0.5=0.45mm<φ6，所以滿足工藝性要求.
沖裁件孔與孔之間:孔與邊緣之間的距離受模具的強(qiáng)度和沖裁件質(zhì)量的制約,其值不應(yīng)過小,一般要求C≥(1～1.5)t,C′>(1.5～2)t所以由沖件圖可知
C1=17>1X0.5=0.5,
由以上可知孔與孔之間距離C1滿足工藝性要求,
由以上分析可得,沖件的尺寸很小,如圖2—1所示。在模具結(jié)構(gòu)上需要多考慮，確定方案后,我們才能繼續(xù)做下一步的設(shè)計。
2.2 沖裁件的精度與粗糙度
沖裁件的經(jīng)濟(jì)公差等級不高于IT14級,一般落料公差等級最好低于IT10級,沖孔件公差等級最好低于IT9級,工件圖尺寸有公差,因此可用于一般精度的沖裁,普通沖裁可以達(dá)到要求.
由于沖裁件沒有斷面粗糙度的要求,我們不必考慮.
2.3 沖裁件的材料
由材料方面的資料得, Q235A是普通碳素鋼的一種。
材料名稱：普通碳素鋼
牌號：Q235A 標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 4423-1992
大量的使用在焊接鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)品當(dāng)中。它的強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于45#鋼。
Q235化學(xué)成份：
碳 C ：0.220
錳 Mn：≤1.4
硅Si ：≤0.35
磷 P：≤0.045
注：≤0.3(雜質(zhì))
Q235力學(xué)性能：
抗拉強(qiáng)度 σb (MPa)：≥375-500，
抗剪強(qiáng)度，τ=260-3804Mpa，
伸長率 δ (％)：≥5
本設(shè)計中采用Q235A,此材料具有良好的塑性級較高的彈性,沖裁性較好,可以沖裁加工.
2.4 確定工藝方案.
該沖裁件包括落料和沖孔兩個基本工序,可采用的沖裁方案有單工序沖裁,復(fù)合沖裁和級進(jìn)沖裁三種.零件屬于中批量生產(chǎn),因此采用單工序須要模具數(shù)量較多,生產(chǎn)率低,所用費(fèi)用也高,不合理;若采用復(fù)合沖,可以得出沖件的精度和平直度較好,生產(chǎn)率較高,但因零件的孔邊距太小,模具強(qiáng)度不能保證;用用級進(jìn)模沖裁時,生產(chǎn)率高,操作方便,通過合理設(shè)計可以達(dá)到較好的零件質(zhì)量和避免模具強(qiáng)度不夠的問題,根據(jù)以上分析,該零件采用級進(jìn)沖裁工藝方案.
3. 沖壓模具總體結(jié)構(gòu)設(shè)計
3.1模具類型
根據(jù)零件的沖裁工藝方案,采用級進(jìn)沖裁模.
3.2 操作與定位方式
零件中批量生產(chǎn),安排生產(chǎn)可采用手工送料方式能夠達(dá)到批量生產(chǎn),且能降低模具成本,因此采用手工送料方式.零件尺寸較小，厚度較小，保證孔的精度及較好的定位，宜采用導(dǎo)料板導(dǎo)向，定位銷導(dǎo)正。
3．3 卸料與出件方式
考慮零件尺寸較小，厚度較薄，采用彈壓卸料方式，為了便于操作，提高生產(chǎn)率，沖件和廢料采用凸模直接從凹模洞口推下的下出件方式。
3．4 模架類型及精度
由于零件材料較薄，尺寸較小，沖裁間隙較小，又是級進(jìn)模因此采用內(nèi)導(dǎo)柱，模具小可以選用標(biāo)準(zhǔn)模架。
4． 沖壓模具工藝與設(shè)計計算
4．1 排樣設(shè)計與計算
該沖裁件材料厚度較薄，尺寸小，因此可采用以下排樣比較合理,如圖4-11所示。
圖4-1
搭邊值要合理確定，值過大，材料利用率低；值過小，搭邊的強(qiáng)度與剛度不夠，沖裁時容易翹曲或被拉斷，不僅會增大沖裁件毛刺，有時甚至單邊拉入模具間隙，造成沖裁力不均，損壞模具刃口。因此，搭邊的最小寬度大于塑性變形區(qū)的寬度，一般可取等于材料的厚度。
搭邊值的大小還與材料的力學(xué)性能、厚度、零件的形狀與尺寸、排樣的形式、送料及擋料方式、卸料方式等因素有關(guān)。搭邊值一般由經(jīng)驗確定，根據(jù)所給材料厚度δ=0.5mm，確定搭邊工作間a1為1.2mm, a為1.5mm。
因此根據(jù)式3-13，條料的寬度為
B=（Dmax+2a+z）=50+2×1.5+2=55 mm
進(jìn)距為:s=24+a1=24+1.2=25.2mm
根據(jù)3-14，導(dǎo)板間距為：
B0=B+Z= Dmax+2a=50mm
由零件圖在CAD用計算機(jī)算得一個零件的面積為656.27mm
一個進(jìn)距內(nèi)的坯料面積:
BXS=25.5X55=1402.5mm,
因此材料利用率為:
η=(A/BS)X100%
=(656.27/1402.5)X100%
=46.79%
4.2 設(shè)計沖壓力與壓力中心,初選壓力機(jī).
(1).沖裁力 根據(jù)零件圖,用CAD可計算出沖一次零件內(nèi)外周邊之和L=145.7mm(首次沖裁除外),又因為τ=380Mpa,t=0.5mm,取K=1.3,則根據(jù)式3-18,F=KLtτ=1.3X145.7X0.5X380=35.98KN，沖孔力的大?。篎=KLtτ=1.3X（3.14×6.35+3.14×16.05）X0.5X380=17.37KN，切側(cè)刃力的大?。篎=KLtτ=1.3X34X0.5X380=8.4KN，總的力為35.98+17.37+8.4=61.75
卸料力:,取Kx=0.06,則
Fx=KxF=0.06X61.75=3.71KN
推件力:根據(jù)材料厚度取凹模刃口直壁高度h≥3mm,為了修模時能保證模具仍具有足夠的強(qiáng)度,所以直壁高度取h=3mm,
由式3-23應(yīng)選取的壓力機(jī)公稱壓力為:
P0≥(1.1～1.3)F∑=(1.1～1.3)X（61.75+3.71）=85.1KN
因此可選壓力機(jī)型號為J23-40.
型號為J23—40壓力機(jī)的基本參數(shù)如：（表一）
公稱壓力/KN
400
墊板尺寸/mm
滑塊行程/mm
200
厚度80
滑塊行程次數(shù)/（次/min）
80
模柄孔尺寸/mm
直徑40
深度70
最小封閉高度/mm
120
滑塊底面積尺寸/mm
封閉高度調(diào)節(jié)量
80
滑塊中心線至床身距離/mm
床身最大可傾角
30°
立柱距離/mm
工作臺尺寸/mm
前后420
左右630
工作臺孔尺寸
(2)壓力中心
根據(jù)排樣,我們可以在CAD里使用查詢便能得出沖孔的壓力中心,
F1——沖側(cè)刃力 F1= Ltσb ，得F1=8.4KN
F2——沖孔力φ6.35 F2= Ltσb ，得F2=4.92KN
F3——沖孔力φ16.05 F3= Ltσb , 得F3=12.49KN
F4——落料力 F5= Ltσb , 得F5=64.97KN
Y1——F1到X軸的力臂 Y1=26.5
X1——F1到Y(jié)軸的力臂 X1=37.8
Y2——F2到X軸的力臂 Y2=15
X2——F2到Y(jié)軸的力臂 X2=12.6
Y3——F3到X軸的力臂 Y3=-13
X3——F3到Y(jié)軸的力臂 X3=12.6
Y4——F4到X軸的力臂 Y4=0
X4——F4到Y(jié)軸的力臂 X4=-37.8
根據(jù)合力距定理：
YG = （Y1F1+ Y2F2+ Y3F3）/（F1+ F2+ F3）
XG = （X1F1+ X2F2+ X3F3）/（F1+ F2+ F3）
XG——F沖壓力到X軸的力臂；XG=-13.32
YG——F沖壓力到Y(jié)軸的力臂；YG=-1.07
所以由以上可以算得壓力中心為G(-13.32,1.07)
(3).計算凸凹模刃口尺寸及公差
由于材料較薄,模具間隙較小,模具的間隙由配作保證,工藝比較簡單,并且還可以放大基準(zhǔn)件的制造公差,(一般可取沖件公差的1/4),使制造容易,因此采用配作加工為宜.
由落料尺寸得,凹模會變小,所以得以凹模為基準(zhǔn),配作凸模.
由沖孔尺寸得,凸模尺寸變小,所以以凸模為基準(zhǔn),配作凹模.
由材料厚度可得Zmin=0.01mm, Zmax=0.03mm.
由落料,凹模磨損后變大,磨損系數(shù)X=0.5所以:
Ad1=(A1max-x△)=(24-0.5X0.21) =23.9
Ad2=(A2max-x△)=(12-0.5X0) =12
Ad3=(A3max-x△)=(6.12-0.5X0.12) =6.06
Ad4=(A4max-x△)=(5-0.5X0.12) =4.94
Ad5=(A5max-x△)=(6-0.5X0) =6
Ad6=(A6max-x△)=(38.125-0.5X0.25) =38
由于Ad1,為落料尺寸,故以凹模為基準(zhǔn),配作凸模，所以落料凸模刃口尺寸按凹模實際尺寸配作，保證雙面間隙值為0.02～0.03mm.
落料凸模尺寸：Ah1=(Ad1-2Z)+ Δ
=23.9-2X0.02=23.86;
Ah2=(Aj2-2Z)+ Δ
=12-2X0.02=11.96;
Ah3=(Aj3+Z)+ Δ
=6.06+2X0.02=6.1;
Ah4=(Aj4-2Z)+ Δ
=4.96-2X0.02=4.90;
Ah5=(Aj5-Z)+ Δ
=6-0.02=5.98;
Ah6=(Aj6-2Z)+ Δ=38±0.01;
(2).由沖孔尺寸凸模磨損后變小有:
b1=φ6.35, b2=φ16.05,,磨損系數(shù)X1=X20.5,故bp6不需采用刃口尺寸公式計算,而直接取bp6=2bp5.所以:
bp1=(b1min+X1△1)=(6+0.5X0.75)=6.35
bp2=(b2min+X2△2)=(16+0.5X0.11)=16.05
(3).凸,凹模磨損后不變的尺寸Cp1=28，Cp1=38，得:Cp=(Cmin+0.5△),所以:
Cp1=(Cmin+0.5△)=280.01
Cp2=(Cmin+0.5△)=380.01
5. 模具的總張圖與零件圖
5.1 根據(jù)前面的設(shè)計與分析,我們可以得出如級進(jìn)模具的總張圖
如圖5-1所示:
圖5-1 級進(jìn)?？傃b圖
1.下模板;2. 內(nèi)六角螺釘;3.凹模;4.定位銷;5.卸料板;6.落料凸模;7.樹脂; 8.固定板;9.圓柱銷;10. 內(nèi)六角螺釘；11.上墊板;12.上模板;13. 鋼絲;14.模柄;15防轉(zhuǎn)銷;16.沖孔凸模1;17.鋼絲；18.切側(cè)刃凸模;19.卸料螺釘;20.內(nèi)導(dǎo)柱;21.沖孔凸模2;22.導(dǎo)料板;23.內(nèi)六角螺釘
5.2 沖壓模具的零件圖
(1).凹模設(shè)計
凹模采用矩形板狀結(jié)構(gòu)和直接通過螺釘,圓柱銷與下模座固定的固定方式.考慮凹模的磨損和保證沖件的質(zhì)量根據(jù)表3-28,凹模刃口采用直筒形刃口壁結(jié)構(gòu),刃口高度根據(jù)前面“4.2”計算沖裁力時所取h=3mm,漏料部分刃口輪廓適當(dāng)擴(kuò)大，可以擴(kuò)大0.5～1mm,取1mm,(為便于加工,落料凹模漏料孔可設(shè)計成近似于刃口輪廓的簡化形狀,如圖所示),凹模輪廓尺寸計算如下:
凹模輪廓尺寸的確定，凹模輪廓輪廓尺寸包括凹模板的平面尺寸LXB(長X寬)及厚度尺寸H.從凹模外邊緣的最短距離稱為凹模壁厚C.對于簡單對稱形狀刃口凹模,由于壓力中心即對稱中心,所以凹模和平面尺寸即可沿刃口型孔向四周擴(kuò)大一個凹模壁厚來確定,所以:
L=l+2C=50+2X52.5=160 B=200
C值可根據(jù)資料查得.
整體式凹模板的厚度可按如下經(jīng)驗公式估算:
H=K1K2=35mm, K1取1,K2根據(jù)資料取2.5.
由以上算得凹模輪廓尺寸LXBXH=160X200X31,查有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn),并無厚度合適,因此我選LXB為標(biāo)準(zhǔn)尺寸,得LXBXH=160X200X35.
凹模材料的選用:材料選用Cr12MoV，孔與孔的校核:校核最小值為4，都能達(dá)到要求,因此得以校核.凹模刃口尺寸及其它具體見零件圖5-21.或后面所附的零件圖.設(shè)計中,因為壓力中心與凹模板的幾何中心相差不太,由壓力機(jī)根據(jù)模柄孔尺寸為φ40,壓力中心仍在模柄投影面積,可設(shè)他們在同軸線上.
圖5-2 凹模
(2).凸模設(shè)計
落料凸模刃口部分為異形,又在它里面開孔,裝配導(dǎo)正銷,為便于凸模和固定板的加工,可通這設(shè)計成鉚接方式與固定板固定.沖孔凸模采用階梯結(jié)構(gòu),設(shè)計成鉚接方式.凸模的尺寸根據(jù)導(dǎo)料板尺寸、卸料板尺寸和安裝固定要求尺寸h，取h15~20，因為這里的凹模刃口尺寸為3 mm,在范圍之內(nèi)取18mm所以凸模的尺寸為L=18+15+20+2=55mm.
凸模材料：參照沖壓模具設(shè)計與制造選用Cr12MoV.
考慮沖孔凸模的直徑很小，故需對最小凸模φ6進(jìn)行強(qiáng)度和鋼度校核：根據(jù)表3-26可得：
L≤90d/=(90X6X6)/=14.1mm.
L為凸模的允許最大工作尺寸，而設(shè)計中，凸模的工作尺寸為
55＞38.18,所以鋼度不需要校核。
具體零件圖如后面所附零件圖為準(zhǔn)，
(3).選擇堅固件及定位零件
螺釘規(guī)格的選用: 由凹模板的厚度可選用M10,在根據(jù)實際要求,查標(biāo)準(zhǔn)選用GB 70-85 M10X50,這里要6個,卸料板的螺釘選用GB 70-85 M8X60,這里要4個。
銷釘規(guī)格的選用: 銷釘?shù)墓Q直徑可取與螺釘大徑相同或小一個規(guī)格,因此根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)選用GB 119-86 φ10X60, 選取材料為45鋼.根據(jù)定位方式及坯料的形狀與尺寸,選用合適的標(biāo)準(zhǔn)定位零件.
導(dǎo)料板: 根據(jù)凹模LXB=200X160,查標(biāo)準(zhǔn)GB2865.5-81,選規(guī)格為:長度L=200,寬度B=160,厚度H=8,材料為45#的導(dǎo)料板,即導(dǎo)料板:200X160X8
如圖5-10所示:
(4).設(shè)計和選用卸料與出件零件
卸料以卸料板卸料,出件是以凸模往下沖即可,因此不用設(shè)計出件零件.固定卸料板的平面外形尺寸一般與凹模板相同,其厚度可取凹模厚度的0.5~1倍,所以卸料板的LXBXH=200X160X/0.5X35=200X160X17.5,卸料板在此僅起卸料作用,凸模與卸料板間的雙邊間隙一般取0.05~0.1mm,這里取0.1mm,材料為45#.由以上根據(jù)凸模和凹?？稍O(shè)計出卸料板如圖5-13.
(5).選擇模架及其它模具零件
選擇模架:
根據(jù)GB/T 2851.5-90,由凹模周界200X160,及安裝要求,選取凹模周界:LXB=200X160,閉合高度:H=159~189,選用21#后側(cè)標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)柱模架，上模座大小:290X245X35，下模座大小:290X245X40,導(dǎo)柱:28X170,導(dǎo)套:42X70。模板材料為鑄鐵。
由以上可得模架及其零件如圖5-14所示.
模柄: 由壓力機(jī)的型號J23-40.可查得模柄孔的直徑為40,深度為70,由裝配要求,模柄與模柄孔配合為H7/m6并加銷釘防轉(zhuǎn),模柄長度比模柄孔深度小5~10mm,由于采用彈壓卸料，上模座回程時受力較大，因此選用壓入式模柄較合理。
墊板: 墊板的作用是承受并擴(kuò)散凸模傳遞的壓力,以防止模座被擠壓損傷,因此在與模座接觸面之間加上一塊淬硬磨平的墊板.墊板的外形尺寸與凸模固定板相同,厚度可取3~10mm,這里設(shè)計時,由于壓力較大,根據(jù)GB2865.2-81選取規(guī)格為LXBXH=200X160X10.
凸模固定板:
凸模固定板的外形尺寸與凹模的外形尺寸一致,厚度為凹模的0.4~0.6h,h為凹模的厚度,這里取0.5h,即0.5X35=17.5mm,根據(jù)核準(zhǔn)選取板的規(guī)格為LXBXH=200X160X18;凸模與凸模固定板的配合為H7/n6,裝配可通過2個銷釘定位,6個螺釘與上模座連接固定,各形孔的位置尺寸與凹模的保持一致,頂部與凸模鉚接,因此必須倒角,由以上可得凸模固定板的零件圖如圖5-16所示:
5.3壓力機(jī)的校核
(1).公稱壓力 根據(jù)公稱壓力的選取壓力機(jī)型號為J23-40,它的壓力為400>126.79,所以壓力不需要校核;
(2).滑塊行程 滑塊行程應(yīng)保證坯料能順利地放入模具和沖壓能順利地從模具中取出.這里只是材料的厚度t=1.0,導(dǎo)料板的厚度H=8及凸模沖入凹模的最大深度2,即S1=1+8+2=11
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