橢圓墊圈落料、沖孔復合模具設計【沖壓模具設計稿】

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XXXX 畢業(yè)設計說明書 系 部： 指導老師： 專 業(yè)：模具設計與制造 班 級： 小 組 號： 組 長： 同 組 人： 日 期： 年 月 日 目 錄 摘要 3 引言 4 1．沖裁件的工藝性分析 7 1.1 沖裁件的結構工藝性 7 1.1.1 沖裁件的形狀 7 1.1.2 沖裁件的尺寸精度 8 2 制件沖壓工藝方案的確定 9 2.1 沖壓工序的組合 9 2.2 沖壓順序的安排 9 3 制件排樣圖的設計及材料利用率的計算與比較 10 3.1制件排樣圖的設計 10 3.1.1 搭邊與料寬 10 3.2 材料利用率的計算與比較 11 4. 確定總沖壓力和選用壓力機及計算壓力中心 12 4.1 沖壓力 12 4.1.1 沖裁力的計算 12 4.1.2 卸料力、推件力及頂件力的計算 12 4.2 壓力中心的計算 13 4.3 壓力機的選用 14 5. 凸、凹模刃口尺寸計算 15 5.1 凸、凹模刃口尺寸計算原則 15 5.2 凸、凹模刃口尺寸計算方法 15 5.2.1 凸模和凹模分開加工 15 6 模具整體結構形式設計 18 7、模具的零件設計（見CAD圖紙） 20 7.1、落料凹模的設計 20 7.2、落料凸凹模的設計 20 7.3、沖頭的設計 21 7.4、沖頭固定板的設計 21 8、模具的總裝配 23 設計小結 24 致 謝 25 參考文獻 26 摘要 隨著模具制造的技能化逐步向科學化發(fā)展，逐漸由以前手動方式發(fā)展為利用軟件等高科技方式來輔助設計的完成。冷沖模是其中的一種。 畢業(yè)設計是在模具專業(yè)理論教學之后進行的實踐性教學環(huán)節(jié)。是對所學知識的一次總檢驗，是為畢業(yè)設計和將來走向工作崗位前的一次實戰(zhàn)演習。其目的是，綜合運用所學畢業(yè)的理論和實踐知識,設計一副完整的模具訓練、培養(yǎng)和提高自己的工作能力。鞏固和擴充模具專業(yè)畢業(yè)所學內容，掌握模具設計與制造的方法、步驟和相關技術規(guī)范。熟練查閱相關技術資料。掌握模具設計與制造的基本技能，如制件工藝性分析、模具工藝方案論證、工藝計算、加工設備選定、制造工藝、收集和查閱設計資料，繪圖及編寫設計技術文件等。 關鍵詞： 工藝性分析、模具工藝方案論證、工藝計算、加工設備選定、制造工藝、收集和查閱設計資料，繪圖及編寫設計技術文件等。 引言 21世紀的制造業(yè)，正從以機器為特征的傳統(tǒng)技術時代，向著以信息為特征的技術時代邁進，即用信息技術改造和提升傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)。經(jīng)濟全球化和世界市場一體化加速發(fā)展，不斷加劇了制造商之間的競爭，提出了快速反應市場的要求，與之相適應，制造業(yè)對柔性自動化技術及裝備的要求更加迫切而強烈。同時，微電子技術和信息通信技術的快速發(fā)展，為柔性自動化提供了重要的技術支撐，工業(yè)裝備的數(shù)控化、自動化、柔性化呈現(xiàn)蓬勃發(fā)展的態(tài)勢。 目前我國沖壓技術與工業(yè)發(fā)達國家相比還相當落后，可以說是剛起步階段，主要原因是我國在沖壓基礎理論及成型工藝、模具標準化、模具設計、模具制造工藝及設備等方面與工業(yè)發(fā)達國家尚有相當大的差距，導致我國模具在受命、效率、加工精度、生產(chǎn)周期等方面與工業(yè)發(fā)達的國家的模具相比差距相當大。 隨著工業(yè)產(chǎn)品質量的不斷提高，沖壓產(chǎn)品生產(chǎn)呈現(xiàn)多品種、少批量，復雜大興，精度更新?lián)Q代速度快等變化特點，沖壓模具正向高效、精密、長壽命、大型化方向發(fā)展。為適應市場變化，隨計算機技術和制造技術的迅速發(fā)展，沖壓模設計與制造技術正由手工設計，依靠人工經(jīng)驗和常規(guī)機械加工技術向以計算機輔助設計（CAD）、數(shù)控切削加工（NC）數(shù)控電加工為核心的計算機輔助設計與制造（CAD/CDM）技術轉變。 CAD/CAM在冷沖模中最早應用CAD/CAM技術的是沖裁模。20世紀50年代末期，國外一些科學家開始研究開發(fā)冷沖模CAD/CAM系統(tǒng)。1971年美國Diclomp公司成功地開發(fā)了級進模計算機輔助設計系統(tǒng)PDDC。應用該系統(tǒng)可以完成冷沖模設計的全部過程，其中包括輸入產(chǎn)品圖和技術條件；確定操作順序、步距、空位、總工位數(shù)繪制排樣圖；輸出模具裝配圖，零件圖和壓力機床參數(shù)；生成數(shù)控線切割程序等。1977年捷克制造出AKT系統(tǒng)，用于簡單、復合和連續(xù)沖裁模的設計制造；20世紀70年代末期日本開發(fā)了連續(xù)模設計系統(tǒng)MEL和沖孔彎曲模系統(tǒng)PENTAX；1982年日本研制了沖裁模CAD系統(tǒng)，大大縮短了模具開發(fā)周期，降低了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率。CAD/CAM系統(tǒng)在模具中的發(fā)展趨勢，向集成化發(fā)展，即CAD/CAM 系統(tǒng)集成，實現(xiàn)模具設計制造全過程的一體化、自動化和最優(yōu)化；向智能化發(fā)展，實現(xiàn)“知識+推理”的程序，將人類和專家的知識和經(jīng)驗結合在一起，使它具有邏輯推理和決策判斷能力。如CATLA的Knowledgeware，UGII的Knowledge Based；標準化發(fā)展，把圖形軟件標準；網(wǎng)絡化發(fā)展，實現(xiàn)計算機技術與通信技術相互結合、密切深透的產(chǎn)物；最優(yōu)化發(fā)展，使產(chǎn)品設計和工業(yè)過程的最優(yōu)化。 沖壓生產(chǎn)靠模具與設備完成加工過程，所以它的生產(chǎn)率高，而且由于操作簡便，也便于實現(xiàn)機械化和自動化。 沖壓件與鑄件、鍛件相比，具有薄、勻、輕、強的特點。沖壓可制出其他方法難于制造的帶有加強筋、肋、起伏或翻邊的工件，以提高其剛性。由于采用精密模具，工件精度可達微米級，且重復精度高、規(guī)格一致，可以沖壓出孔窩、凸臺等。 沖壓產(chǎn)品的尺寸精度是由模具保證的，所以質量穩(wěn)定，一般不需要再經(jīng)過機械加工便可以使用。 沖壓是高效的生產(chǎn)方法，采用復合模，尤其是多工位級進模，可在一臺壓力機上完成多道沖壓工序，實現(xiàn)由帶料開卷、矯平、沖裁到成形、精整的全自動生產(chǎn)。生產(chǎn)效率高，勞動條件好，生產(chǎn)成本低，一般每分鐘可生產(chǎn)數(shù)百件。 模具的精度和結構直接影響沖壓件的成形和精度。模具制造成本和壽命則是影響沖壓件成本和質量的重要因素。模具設計和制造需要較多的時間，這就延長了新沖壓件的生產(chǎn)準備時間。 模座、模架、導向件的標準化和發(fā)展簡易模具(供小批量生產(chǎn))、復合模、多工位級進模(供大量生產(chǎn))，以及研制快速換模裝置，可減少沖壓生產(chǎn)準備工作量和縮短準備時間，能使適用于減少沖壓生產(chǎn)準備工作量和縮短準備時間，能使適用于大批量生產(chǎn)的先進沖壓技術合理地應用于小批量多品種生產(chǎn)。 沖壓設備除了厚板用水壓機成形外，一般都采用機械壓力機。以現(xiàn)代高速多工位機械壓力機為中心，配置開卷、矯平、成品收集、輸送等機械以及模具庫和快速換模裝置，并利用計算機程序控制，可組成高生產(chǎn)率的自動沖壓生產(chǎn)線。 沖壓加工一般不需要加熱毛坯，也不像切削加工那樣大量的切削材料，所以它不但節(jié)能，而且節(jié)約材料。沖壓產(chǎn)品的表面質量較好，使用的原材料是冶金工廠大量生產(chǎn)的軋制板料或帶料，在沖壓過程中材料表面不受破壞。 因此，沖壓工藝是一種產(chǎn)品質量好而且成本低的加工工藝。用它生產(chǎn)的產(chǎn)品一般還具有重量輕且剛性好的特點。 當今，隨著科學技術的發(fā)展，沖壓工藝技術也在不斷革新和發(fā)展，這些革新和發(fā)展主要表現(xiàn)在以下幾個方面： （1）工藝分析計算方法的現(xiàn)代化 （2）模具設計及制造技術的現(xiàn)代化 （3）沖壓生產(chǎn)的機械化和自動化 （4）新的成型工藝以及技術的出現(xiàn) （5）不斷改進板料的性能，以提高其成型能力和使用效果。 1．沖裁件的工藝性分析 沖壓主要是按工藝分類，可分為分離工序和成形工序兩大類。分離工序也稱沖裁，其目的是使沖壓件沿一定輪廓線從板料上分離，同時保證分離斷面的質量要求。成形工序的目的是使板料在不破坯的條件下發(fā)生塑性變形，制成所需形狀和尺寸的工件。在實際生產(chǎn)中，常常是多種工序綜合應用于一個工件。沖裁、彎曲、剪切、拉深、脹形、旋壓、矯正是幾種主要的沖壓工藝。 沖裁件的工藝性是指沖裁件在沖裁加工中的難易程度。所謂沖裁工藝性好是指能用普通的沖裁方法，在模具壽命和生產(chǎn)率較高、成本較低的條件下得到質量合格的沖裁件。因此，沖裁件的結構形狀、尺寸大小、精度等級、材料及厚度等是否符合沖裁的工藝要求，對沖裁件質量、模具壽命和生產(chǎn)效率有很大的影響。 1.1 沖裁件的結構工藝性 1.1.1 沖裁件的形狀 材料為20F 圖1.零件及尺寸 此制件的形狀較簡單，便于模具的加工和減少沖壓時在尖角處開裂的現(xiàn)象. 1.1.2 沖裁件的尺寸精度 沖裁件的精度主要以其尺寸精度、沖裁斷面粗糙度、毛刺高度三個方面的指標來衡量，根據(jù)零件圖上的尺寸標注及公差，可以判斷屬于尺寸精度為IT10—IT12的經(jīng)濟級普通沖裁。 2 制件沖壓工藝方案的確定 2.1 沖壓工序的組合 沖裁工序可以分為單工序沖裁、復合工序沖裁和連續(xù)沖裁。 沖裁方式根據(jù)下列因素確定： 根據(jù)生產(chǎn)批量來確定 對于年產(chǎn)量需求100萬件的產(chǎn)品來說采用復合?；蜻B續(xù)模較合適。 根據(jù)沖裁件尺寸和精度等級來確定 復合沖裁所得到的沖裁件尺寸精度等級高，而連續(xù)沖裁比復合沖裁的沖裁件尺寸精度等級低。 根據(jù)模具制造安裝調整的難易和成本的高低來確定, 對復雜形狀的沖裁件來說，采用復合沖裁比采用連續(xù)沖裁較為適宜，因為模具制造安裝調整較容易，且成本較低。 綜上所述分析，在滿足沖裁件質量與生產(chǎn)率的要求下，選擇復合沖裁方式，其模具壽命較長，生產(chǎn)率高，操作較方便和工作安全性高。 2.2 沖壓順序的安排 落料沖孔復合模 3 制件排樣圖的設計及材料利用率的計算與比較 3.1制件排樣圖的設計 3.1.1 搭邊與料寬 1．搭邊 搭邊值的大小與材料的力學性能、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。搭邊值一般由經(jīng)驗確定，根據(jù)所給材料厚度δ=2.0mm，確定搭邊工作間a1為3.0mm, a為3.0mm。 2．送料步距和條料寬度的確定 1.1.送料步距 條料在模具上每次送進的距離成為送料步距。每次只沖一個零件的步距S的計算公式為 S=D+a1 (1) S=70+3=73mm 式中 D——平行于送料方向的沖裁寬度； a1——沖裁之間的搭邊值。 1.2.條料寬度 條料寬度的確定原則：最小條料寬度要保證沖裁時零件周邊有足夠的搭邊值，最大條料寬度要能在沖裁時順利地在導料板之間送進，并與導料板之間有一定的間隙。 當用孔定距時，可按下式計算 條料寬度 B-Δ=(Dmax+2a)-Δ =(100+2×3) -0.5 =106-0.5 mm 式中 B——條料的寬度（mm）； Dmax——沖裁件垂直于送料方向的最大尺寸（mm）； a——側搭邊值； Δ——條料寬度的單向（負向）公差； 剪切條料寬度偏差Δ=0.5, 因此B=106-0.5。 3.2 材料利用率的計算與比較 一個步距內的材料利用率η為 η=nF/Bs×100% （3） η=1×5497.78/73×106×100%=71.05% 式中 F——一個步距內沖裁件面積（包括沖出的小孔在內）； n——一個步距內沖裁件數(shù)目； B——條料寬度（mm）； s——步距； 4. 確定總沖壓力和選用壓力機及計算壓力中心 4.1 沖壓力 沖壓力是指沖裁力、卸料力、推件力和頂件力的總稱。 4.1.1 沖裁力的計算 平刃口沖裁力可按下式計算 落料力計算 F=KLδτ (4-1) F=1.3×269.1×2.0×390=272867.4N =272.87KN 式中 F——沖裁力（N）； L——沖裁件周邊長度（mm）； τ——材料抗剪強度（MPa）； δ——材料厚度；(mm) K——系數(shù)，通常K=1.3； 沖孔力計算 F=nKLδτ (4-2) F=4×1.3×3.14×10×2.0×390=127358.4N =127.36KN 4.1.2 卸料力、推件力及頂件力的計算 生產(chǎn)中常用下列公式計算 F卸=K卸F落 (4-3) =0.045×272.87=12.28KN F頂=K頂F孔 (4-4) =0.05×127.36=6.37KN 式中 F——沖裁力； F卸、F頂——分別為卸料系數(shù)和頂件系數(shù) 綜上所述，總的沖裁力為 F總= F卸+F落+F頂+F孔=272.87+127.36+12.28+6.37=418.88KN 4.2 壓力中心的計算 采用解析法求壓力中心，求YG 建立坐標系如下圖： F1——落料力 F1= Ltσb , 得F1=272.87KN F2——沖孔力 F2= Ltσb , 得F2=127.36KN Y1——F1到X軸的力臂 Y1=0 X1——F1到Y軸的力臂 X1=0 Y2——F2到X軸的力臂 Y2=0 X2——F2到Y軸的力臂 X2=0 根據(jù)合力距定理： YG = （Y1F1+ Y2F2）/（F1+ F2） XG = （X1F1+ X2F2）/（F1+ F2） YG——F沖壓力到X軸的力臂；YG=0 XG——F沖壓力到Y軸的力臂；XG=0 4.3 壓力機的選用 初步確定壓力機的型號： F公稱≥F總 因此選擇壓力機的型號為：JC23—63壓力機 型號為JC23—63壓力機的基本參數(shù)如：（表一） 公稱壓力/KN 630 墊板尺寸/mm 滑塊行程/mm 120 厚度90 滑塊行程次數(shù)/（次/min） 70 模柄孔尺寸/mm 直徑50 深度70 最大封閉高度/mm 360 滑塊底面積尺寸/mm 前后260 封閉高度調節(jié)量 90 左右480 滑塊中心線至床身距離/mm 床身最大可傾角 20° 立柱距離/mm 460 工作臺尺寸/mm 前后480 左右710 工作臺孔尺寸 5. 凸、凹模刃口尺寸計算 5.1 凸、凹模刃口尺寸計算原則 設計落料模先確定凹模刃口尺寸，以凹模為基準，間隙取在凸模上；設計沖孔模先確定凸模刃口尺寸，以凸模為基準，間隙取在凹模上。 不管落料還是沖孔，沖裁間隙一律采用最小合理間隙值（Zmin）。選擇模具制造公差時，一般沖模精度較零件高3-4級。對于形狀簡單的圓形、方形刃口，其制造偏差值可按IT6- IT7級選?。粚τ谛螤顝碗s的刃口尺寸制造偏差可按零件相應部位公差值的1/4來選?。粚τ谌锌诔叽缒p后無變化的制造偏差值可取沖件相應部位公差值的1/8并冠以（±）；若零件沒有標注公差，則可按IT14級取值。 5.2 凸、凹模刃口尺寸計算方法 5.2.1 凸模和凹模分開加工 這種方法主要適用于圓形或簡單刃口。設計時，需在圖樣上分別標注凸模和凹模刃口尺寸及制造公差。并且保證沖模的制造公差與沖裁間隙之間滿足： δd+δp≤Zmax-Zmin (5-1) 沖孔凸模和落料凹模尺寸按下列公式計算： 沖孔時 dp=(dmin+XΔ)- δp (5-2) 落料時 Dp=(Dmax-XΔ-Zmin)- δp (5-3) 孔心距 Lp=L±δp’ (5-4) 式中 Dp dp——分別為落料和沖孔凸模的刃口尺寸（mm）； Dmax ——為落料件的最大極限尺寸（mm）； dmin——為沖孔件的最小極限尺寸（mm）； Δ——工件公差； Δp——凸模制造公差，通常取δp=Δ/4； δp’——刃口中心距對稱偏差，通常取δp’=Δ/8； Lp——凸模中心距尺寸（mm）； L——沖件中心距基本尺寸（mm）； Zmin——最小沖裁間隙（mm）； 落料凹模尺寸： Aj1=(Amax-XΔ)+ Δ =100+0.02; Aj2=(Amax-XΔ)+ Δ =70+0.02; 落料凸模尺寸： Aj1=(Amax-XΔ)-2Z+ Δ =100-2×0.08=99.84+0.02; Aj2=(Amax-XΔ)-2Z+ Δ =70-2×0.08=69.84+0.02; 沖孔凸模 dp1=(dmin+XΔ)- δp =10+0. 5×0=10+0.02 Dp2=(dmin+XΔ)- δp =30+0. 5×0=30+0.02 沖孔凹模 dp1=(dmin+XΔ)+2Z- δp =10+2×0.08=10.16+0.02 Dp2=(dmin+XΔ)+2Z- δp =30+2×0.08=30.16+0.02 中心距離 L1=50±0.01 L2=30°±0.01 6 模具整體結構形式設計 落料沖孔模結構形式 凹模型腔部分比較小，無法安裝樹脂，所以采用打料裝置，凸模，沖頭，凹模材料，因制件形狀簡單，總體尺寸不大，選用整體式凹模較為合理，選用Cr12MoV為凸模，凹模材料。在設計模具時，考慮到模具結構，凹模內腔空間比較小，還要安裝1個沖頭，沒空間安裝樹脂，只能采用打料結構，剛性卸料。 凹模周界 由《冷沖壓工藝與模具設計》得出凹模周界的計算公式 厚度H=Kd（≥15mm） 式中：d——沖裁件的最大外形尺寸，d1=100, K——系數(shù)，查表得K=0.38 則 H1=0.38×100=38mm 凹模壁厚c=（1.0~1.5）H（≥30~40mm）=38-57 最小D1=200mm，由《模具設計指導》表，凹模標準可查到較為靠近的凹模周界尺寸為200×170。選用24號后側導柱標準模架。 由《模具設計指導》表5-4，可得此模具典型組合尺寸為200×170mm（JB/T8066.1—1995）。而由此典型組合標準，即可方便的確定其他沖模零件的數(shù)量、尺寸及主要參數(shù)。 其零件參數(shù)如下表所示： 凹模周界 配用模架閉合高度H 孔距尺寸 最小 最大 S S1 200×170×30 210 247 零件名稱及標準編號 上墊板 凹模 固定板 卸料板 200×170×10 200×170×30 200×170×18 200×170×18 圓柱銷 卸料螺釘 螺釘 螺釘 圓柱銷 φ8×80 M8×60 M8×80 M8×50 φ8×40 由凹模周界尺寸及模架閉合高度在210~247mm之間，查《模具設計指導》表5-7選用標準模架：24號后側導柱標準模架290×245×210—247ⅠGB/T2851.1—1990，上模座290×245×40，下模座290×245×50，導柱28×200，導套42×80。 7、模具的零件設計（見CAD圖紙） 7.1、落料凹模的設計 材料Cr12MoV，硬度：58～62HRC，（如圖） 7.2、落料凸凹模的設計 材料：Cr12Mov 硬度：55～58HRC 形狀結構：（如圖），外形與固定板過盈配合，反面采用2-M8螺釘固定。 7.3、沖頭的設計 材料：Cr12Mov 硬度：55～58HRC 形狀結構：（如圖），與固定板過盈配合。 7.4、沖頭固定板的設計 材料：45# 形狀結構：（如圖），與沖頭過盈配合。 8、模具的總裝配 1、確定裝配基準件 應以沖孔凸模為裝配基準件。 首先要確定凸模在模架中的位置， 安裝凸模組件， 確定凸模組件在下模座的位置， 然后用平行板將凸模和下模座夾緊，在下模座上劃出彎曲孔線，進而安裝下模座其他組件。 2、安裝上模部分 檢查上模部分各個零件尺寸是不是滿足裝配技術條件要求。 安裝上模，調整沖裁間隙， 將上模系統(tǒng)各零件分別裝于上模座內。 3、安裝下模部分 4、自檢 按沖模技術條件進行總裝配檢查。 5、檢驗 6、試沖 設計小結 畢業(yè)設計是一種綜合性較強的專業(yè)實踐環(huán)節(jié)，它具知識面寬、學科廣、綜合性強，通過這次設計，我鞏固了以前學過的知識，提高了查閱資料的能力，使我更加認識到畢業(yè)設計的重要性，從而提高了我理論聯(lián)系實際的設計能力和動手能力。為我今后走向工作崗位打下了一定的基礎。 設計過程中按照任務書的要求和目的，循序漸進,力求數(shù)據(jù)準確，結構合理。參考了許多文獻資料。由于經(jīng)驗不足，還有許多地方?jīng)]有考慮全面，有待于完善。 總之，學海無涯，在以后的時間里，我要更加努力學習！ 致 謝 對本次設計指導我和給予我最多的老師表示我最衷心的感謝!畢業(yè)設計開始以來，有幸多次聆聽老師的教誨。老師以他寬廣的知識、高瞻遠矚的學識、在實際生產(chǎn)中所積累的經(jīng)驗。拓寬了我的視野和思維，更為重要的是老師以他對事業(yè)孜孜不倦的追求和待人接物謙遜的態(tài)度和豁達的胸襟，時刻都在潛移默化地影響著我，這將使我終生受益。 參考文獻 [1]朱光力主編. 模具設計與制造實訓.第1版. 北京：高等教育出版社. 2002. 134~156 [2]溫松明主編. 互換性與測量技術基礎. 第2版. 長沙：湖南大學出版社. 1998. 4~5 [3]馮炳堯 韓泰榮 殷振海 蔣文森編. 模具設計與制造簡明手冊. 第1版.上海：上?？茖W技術出版社. 1985. 1~ 80 [4]張代東主編. 機械工程材料應用基礎. 第1版.北京：機械工業(yè)出版社.2001.85~103 [5]傅建軍主編. 模具制造工藝. 第1版.北京：機械工業(yè)出版社.2005. 24~25 [6]王新華 袁聯(lián)富主編.沖模結構圖冊. 第1版. 北京：機械工業(yè)出版社. 2003. 26