圓形墊片沖壓成形工藝及模具設計【長圓孔墊片】【沖孔落料級進?！?/h1>

圓形墊片沖壓成形工藝及模具設計【長圓孔墊片】【沖孔落料級進模】,長圓孔墊片,沖孔落料級進模,圓形墊片沖壓成形工藝及模具設計【長圓孔墊片】【沖孔落料級進?！?圓形,墊片,沖壓,成形,工藝,模具設計,圓孔,沖孔,落料級進模 說明書 畢業(yè)設計題目：圓形墊片沖壓成形工藝及模具設計 系 部： 專 業(yè)： 班 級： 學生姓名： 學 號： 指導教師： 2014年 4 月 16 日 圓形墊片沖孔落料級進模 摘 要：沖壓摸具是實現沖壓工藝的主要工藝裝備，它直接影響到機電產品的質量、生產成本、更新周期及市場競爭能力。在國民經濟中的重要地位，已經越來越受到重視。 此課題主要對加工長圓孔墊片的沖壓級進模進行設計，借助Auto CAD根據零件圖的技術要求進行二維零件、裝配圖繪制，通過UG進行三維實體建模，實體裝配以及生成爆炸圖。 長圓孔墊片的加工分為沖孔和落料兩道工序。根據零件的尺寸、材料、批量生產等要求，主要設計內容為長圓孔墊片的沖裁工藝性分析；工件的排樣與搭邊計算；沖壓力及沖壓中心的計算；模具主要零件的結構設計；對部件進行標準化的選用；對模具及主要零部件進行了詳細的繪圖。 目前，模具零件大多已經標準化，設計時選用標準件，如模架，導柱、導套、上下模座等給設計帶來很大的便利。重點是對凸模和凹模工作部分尺寸的計算，結構尺寸的設計。最后選擇合適的壓力機，保證必要的沖壓力和合適的模具閉合高度。明確了設計思路，確定了沖壓成型工藝過程，鞏固和深化了所學知識。整個設計過程中結合所學專業(yè)知識，同時查閱了大量文獻資料，最終完成本次畢業(yè)設計。 關鍵詞： 沖壓工藝，級進模，設計 CIRCULAR GASKET PUNCHING BLANKING PROGRESSIVE DIE ABSTRACT：Stamping die stamping process technology and equipment，it directly affects the quality of the mechanical products，production costs，the update cycle and market competitiveness。An important position in the national economy，more and more attention. This subject，mainly on the processing of long hole circle gasket stamping progressive die design，with the help of Auto CAD According to the technical requirements of the part drawing two-dimensional parts ,assembly drawings 3D solid modeling，entity through UG assembly and generate exploded diagram. Long hole circle gasket processing is divided into punching and blanking the two process。According to the requirements of part dimensions，materials，mass production，the main design elements of the long hole circle gasket blanking process analysis，nesting of the work piece and take the side of computing，red pressure and stamping centric computing；mold part of the structure design：the selection of standardized components；a detailed drawing mold and part. At present，the mold part are mostly standardized, the design and selection criteria，such as mold，guide post ,guide sleeve ,the upper and lower mold base，etc。to design a great deal of convenience。Focus on the calculation on the part of the size of the punch and die work，the design of the structure size。Finally，choose a suitable press ,to ensure the necessary punch pressure and the mold shut height。Clear design ideas，and to determine the metal forming process，consolidate and deepen the knowledge。Throughout the design process combined with professional knowledge，access to the large number of documents the carful guidance of the final completion of the graduation project. KEY WORDS：Stamping process, Progressive die, design 目 錄 1 緒 論 1 1.1 課題的背景及意義 1 1.2 冷沖壓模具在工業(yè)生產中的地位 1 1.3 國內外研究現狀及發(fā)展趨勢 2 1.3.1 模具的國內外研究現狀 2 1.3.2 模具未來的發(fā)展趨勢 3 2 沖裁件的工藝分析 5 2.1 沖裁件的結構形狀 5 2.2 沖裁件的工藝性 6 2.3 確定工藝方案 6 3 沖壓工藝計算 10 3.1 沖裁件的排樣與搭邊 10 3.1.1 條料寬度和導尺寬度 10 3.1.2 確定步距 11 3.1.3 排樣 11 3.2 沖壓力的計算 12 3.3 壓力中心的計算 14 3.4 凸模凹模刃口尺寸及公差 17 3.4.1 凸模凹模間隙 17 3.4.2 凸模凹模刃口尺寸及公差 17 4 模具主要零部件設計 19 4.1 凹模設計 19 4.2 凸模設計 22 4.2.1 沖孔圓形凸模 22 4.2.2 沖長形孔凸模 23 4.2.3 落料凸模 23 4.2.4 凸模的校核 24 5 模具結構形式的選擇 25 5.1 模具類型的選擇 25 5.2 卸料裝置 26 5.3 定位零件 26 5.4 模座的選擇 28 5.5 凸模固定板的設計 28 5.6 墊板的設計 28 5.7 導向裝置 30 5.8 模具閉合高度的計算 30 5.8.1 計算模具閉合高度 30 5.8.2 壓力機設備的選擇 30 5.8.3 校核模具閉合高度 31 5.9 模柄的選擇 31 6 模具總裝圖 32 6.1 繪制模具總裝圖 32 6.2 模具工作過程 33 結 論 34 致 謝 34 參考文獻 35 35 圓形墊片沖壓模成形工藝及模具設計 1 緒 論 1.1 課題的背景及意義 沖壓是通過模具使板料產生分離或塑性變形，從而獲得所需要制件的一種加工方法。 沖壓因高生產率、高精度、高材料利用率和低成本、低能耗，而且產品一致性好，有利于裝配互換等，因而在汽車、家電、機械、電子、通信、軍工、航天航空、輕工、建材等領域的產品制造中廣泛應用。 隨著模具工業(yè)的迅猛發(fā)展，模具設計與制造已成為一個行業(yè)，越來越引起人民的重視，沖壓模具目前居于九大類模具（沖壓、鍛造、鑄造、精鑄、壓鑄、塑料、橡膠、玻璃、陶瓷模具）之首，約占全部模具總量的30%，因此設計沖壓模具具有較大的現實意義。因此畢業(yè)設計選擇沖壓模具設計，主要為加工長孔圓形墊片的級進模設計。 沖孔圓墊片不適于機加工，而且在要求大批量的情況下更難到達生產要求。采用冷沖壓制造該類零件，不僅可以大大提高生產效率，降低生產成本，而且極大地提高了零件之間的互換性。 1.2 冷沖壓模具在工業(yè)生產中的地位 模具是大批量生產同形產品的工具，是工業(yè)生產的主要工藝裝備。模具工業(yè)是國民經濟的基礎工業(yè)。 模具可保證沖壓產品的尺寸精度，使產品質量穩(wěn)定，而且在加工中不破壞產品表面。用模具生產零部件可以采用冶金廠大量生產的廉價的軋制鋼板或鋼板為坯料，且在生產中不需要加熱，具有生產效率高、質量好、重量輕、成本低且節(jié)約能源和原材料等一系列優(yōu)點，是其他加工方法所不能比擬的。使用模具已成為當代工業(yè)生產的重要手段和工藝發(fā)展方向。現代制造業(yè)的發(fā)展和技術水平的提高，很大程度上取決于模具工業(yè)的發(fā)展。 目前，工業(yè)生產中普遍采用模具成型工藝方法，以提高產品的生產率和質量。一般壓力機加工，一臺普通壓力機設備每分鐘可以生產零件幾件到幾十件，高速壓力機的生 產率已達到每分鐘數百件甚至上千件。根據不完全統(tǒng)計，飛機、汽車、拖拉機、電機、電器、儀表等產品，有60%左右的零件是用模具加工出來的；而自行車、手表、洗衣機、電冰箱及電風扇等輕工業(yè)產品，有90%左右的零件是用模具加工出來的；至于日用五金、餐具等物品的大批量生產基本上完全靠模具來進行。顯而易見，模具作為一種專業(yè)的工藝裝備，在生產中的決定性作用和重要地位逐漸為人們所共識。 1.3國內外研究現狀及發(fā)展趨勢 1.3.1 模具的國內外研究現狀 沖壓是一種先進的金屬加工方法，它具有生產效率高、加工成本低、材料利用率低、制件尺寸精度穩(wěn)定、操作簡單、易于實現機械化和自動化等一系列優(yōu)點，因而在機電產品制造業(yè)中獲得了廣泛應用。沖壓模具是保證實現沖壓工藝的主要工藝裝備，它直接影響到機電產品的質量、生產成本、更新周期及市場競爭能力。在國民經濟中的重要地位，已越來越受到重視。 模具制造技術水平的高低已成為衡量一個國家產品制造水平的保準。國外將模具比喻為“金鑰匙”、“進入富裕社會的原動力”等。從20世紀80年代開始，工業(yè)發(fā)達國家的模具工業(yè)，已從機床工業(yè)中分離出來，并發(fā)展成為一個獨立的工業(yè)部門，而且其產值已超過機床工業(yè)產值。我國從20世紀80年代以來十分重視模具工業(yè)。1989年在國務院《關于當前產品政策要點的決定》中，將模具列為機械工業(yè)產業(yè)技術改造序列的第一位。 據中國模具工業(yè)協(xié)會的統(tǒng)計數據，1995年我國模具工業(yè)產值約為145億元，2001年為320億元，2002年為360億元，2003年為450億元，2004年為530億元，2005年為610億元，2006年的銷售額為720億元。在2001年至2006年的六年間，模具工業(yè)產值的年平均增長率為18%。據不完全統(tǒng)計，到2006年年底全國共有模具生產廠點約6萬多家，大多為中小型企業(yè)，從業(yè)人員約100萬人，產值1億元以上的模具企業(yè)只有40多家，超過3000萬元的企業(yè)約為200多家。 近年來，我國沖壓模具水平已有很大提高。大型沖壓模具已能生產單套重量達50多噸的模具。為中檔轎車配套的覆蓋件模具國內外也能生產了。精度達到1~2μm，壽命2億次左右的多工位級進模國內已有多家企業(yè)能夠生產。表面粗糙度達到Ra≤1.5μm的精沖模，大尺寸（Φ≥300mm）精沖模及中厚板精沖模國內也已達到相當高的水平。 目前中國模具年生產總量僅次于日本、美國，位居世界第三，其中，沖壓模占模具總量的40%以上，但在整個模具設計制造水平和標準化程度上，與德國、美國、日本等發(fā)達國家相比還存在相當大的差距。在設計制造方法、手段上已基本達到了國際水平，模具結構功能方面也接近國際水平，在轎車模具國產化進程中前進了一大步。但在制造質量、精度、制造周期和成本方面，與國外相比還存在一定的差距。在2006年第十一屆中國國際模具展覽中已展出了不少已達到國際水平的高質量、高效率、高壽命的大型、復雜、精密模具，但與國外模具企業(yè)相比，我國模具企業(yè)在生產設備水平與先進技術應用，尤其在人員素質和人才培養(yǎng)方面，仍有很大差異。 隨著模具工業(yè)人才素養(yǎng)的不斷提高，技術的不斷創(chuàng)新以及各行各業(yè)對于模具的重視，這對于加快我國模具技術發(fā)展、產品的創(chuàng)新，對于我國模具企業(yè)走向世界、面向參與國際合作與競爭，都有深遠的戰(zhàn)略意義和現實意義。 中國模具CAD/CAM技術從20世紀80年代起步，所有軟件為進口的圖形軟件、數據庫軟件、NC軟件等，自主開發(fā)的軟件缺乏通用性，商品化價值不高，對許多引進的CAD/CAM系統(tǒng)缺乏二次開發(fā)，經濟效益不顯著。針對上述情況，國家制定了許多相關的政策和措施。隨著中國模具工業(yè)的迅速發(fā)展，模具行業(yè)產業(yè)結構有了很大改善，模具商業(yè)化水平大幅度提高，中高檔模具占模具總量的比例也明顯提高，模具進出口比例逐漸趨于合理化。 1.3.2模具未來的發(fā)展趨勢 模具未來的發(fā)展方向應該為適應模具產品“交貨期短、精度高、質量好、價格低”的要求服務。達到這一要求急需發(fā)展如下幾項：全面推廣CAD/CAM技術、高速銑削加工、模具掃描及數字化系統(tǒng)、電火花銑削加工、提高模具標準化程度、優(yōu)質材料及先進表面處理技術、模具研磨拋光將自動化、智能化、模具自動加工系統(tǒng)的發(fā)展。以上幾項的實現將縮短新產品的開發(fā)周期和產品的更新期，使得開發(fā)新產品達到“高質量、低成本、上市快”的目標成為可能。 沖壓模具發(fā)展重點的選取應根據市場需求、發(fā)展趨勢和目前狀況來確定?，F階段應以汽車覆蓋件模具，多功能、多工位級進模和精沖模為沖壓模具產品發(fā)展重點。這些模具現在產需矛盾大，發(fā)展前景好。汽車覆蓋件模具中發(fā)展重點是技術要求高的中高檔轎車大中型覆蓋件模具，尤其是外覆蓋件模具。高強度板和不等厚板的沖壓模具及大型多工位級進模、連續(xù)模今后將會有較大的發(fā)展。多功能、多工位級進模中發(fā)展重點是高精度、高效率和大型、高壽命的級進模。精沖模中發(fā)展重點是厚板精沖大型精沖模，并不斷提高其精度。 模具表面的各種強化超硬處理等技術也是發(fā)展重點。主要是為了提高沖壓模具的壽命。對于模具數字化制造、系統(tǒng)集成、逆向工程、快速原型/模具制造及計算機輔助應用技術等方面形成全方位解決方案，提供模具開發(fā)與工程服務，全面提高企業(yè)水平和模具質量，這更是沖壓模具技術發(fā)展的重點。 其他發(fā)展重點及展望的內涵十分豐富，其中專業(yè)化與標準化尤為重要。由于歷史和體制上的原因，我國模具專業(yè)化和標準化水平一直很低，其中沖壓模具的專業(yè)化比塑料模和壓鑄模更低。這在一定程度上妨礙了沖壓模具的發(fā)展，根據國內外模具專業(yè)化情況來看，專業(yè)化可以有多層意思： 1. 模具生產于其他產品生產，專業(yè)生產模具外供； 2. 按模具種類劃分，專門從事某一模具生產； 3. 在某一類模具中，按其服務對象或模具工藝及尺寸大小，選取該類模具中的某種模具（例如汽車覆蓋件模具、多工位級進模、精沖模具等等）進行專業(yè)化生產； 4. 專業(yè)生產模具中的某一些零件（如模架、沖頭、彈性元件等）供給模具生產企業(yè)； 5.按工序開展專業(yè)化協(xié)作。目前社會上專門從事模具設計的公司、專門進行型腔加工或電加工協(xié)作的企業(yè)、專門接收測量或熱處理委托業(yè)務的企業(yè)及專業(yè)從事拋光業(yè)務的企業(yè)等等，這種多層次的專業(yè)化促進了模具行業(yè)的發(fā)展。但專業(yè)化的路途仍舊遙遠，必須加快進程才能適應形勢。因此，這也是發(fā)展重點； 在信息化帶動工業(yè)化發(fā)展的今天，在經濟全球化趨向日漸加速的情況下，我國沖壓模具必須盡快提高水平。通過與發(fā)展，采取各種有效措施。在沖壓模具行業(yè)全體職工的共同努力下，我國沖壓模具也一定會不斷提高水平，逐漸縮小與世界先進水平的差距?！笆晃濉逼陂g，在科學發(fā)展觀指導下，不斷提高自主開發(fā)能力、重視創(chuàng)新、走新型工業(yè)化道路，將速度效益型的增長模式逐步轉變到質量和水平效益型軌道上來，我國的沖壓模具的水平也必然會有一個質的飛躍。 2 沖裁件的工藝分析 2.1 沖裁件的結構形狀 圖2-1 工件圖 名稱：長圓孔墊片 材料：08鋼 材料厚度：1mm 生產批量：大批量生產 2.2 沖裁件的工藝性 零件的沖壓工藝性是指從沖壓工藝的角度來衡量零件的設計（包括選材、形狀結構等）是否合理。即在滿足零件使用要求的前提下，能否用最簡單的、最經濟的沖壓加工方法將零件制成。零件的工藝性好壞直接關系到其質量、生產率、材料利用率和生產成本等。 如圖2-1所示，零件為長孔圓形墊片，材料為 ，具有良好的沖壓性能，零件厚度為1mm，生產綱領為大批量生產。零件結構簡單，結合工件實際尺寸，零件內外形所能達到的經濟精度為IT 級，要完成該制件的生產，需要經過沖孔、落料兩道工序，適合沖裁。沖裁件的表面粗糙度數值一般在6.3μm以下。 材料厚度在0~1之間時，表面粗糙度選3.2μm，材料厚度在1~2之間時，選6.3μm；在2~3之間時，選取12.5μm；在3~4之間時，選取25μm；在4~5之間時，表面粗糙度選取50μm。 2.3 確定工藝方案 該工件包括落料、沖孔兩道工序，零件如圖所示，其加工的工藝方案分為以下3種。 1. 方案： 采用單工序逐步加工。 （1） 沖孔、落料單工序模。工序簡圖如圖2-2所示。 沖孔 落料 圖2-2 沖孔、落料單工序模 （2） 落料、沖孔單工序模。工序簡圖如圖2-3所示。 圖2-3 落料、沖孔單工序模 特點：由于采用單工序模，模具制造簡單，維修方便，但生產效率低，工件精度低，不適合大批量生產。 2. 方案：采用復合模加工成形，工序簡圖如圖2-4所示 圖2-4 沖孔、落料復合工序模 特點：生產效率高，工件精度高（IT9級以下），但凸凹模壁厚（工件內形與外形之間、內形與內形之間的尺寸）受限。尺寸不能太小，否則影響模具強度。 3. 第3種方案：采用級進模加工成形。 工序簡圖如圖2-5所示。 圖2-5 沖孔、落料級進模 特點：生產效率高，便于操作和實現生產自動化，但模具制造復雜，成本高。 工藝方案的比較： 方案一，模具結構簡單，制造方便，但需要兩道工序，兩副模具，成本相對較高，生產效率低，且更重要的是在第一道工序完成后，進入第二道工序必然會增大誤差，使工件精度、質量大打折扣，達不到所需的要求，難以滿足生產要求。故而不選此方案。所以不能選擇方案一。由于工件中心孔與其余三個內孔間距為8.5mm，由課本65頁表2.23（凸凹模最小壁厚）知，當材料厚度為1mm時，最小壁厚需要2.7mm，所以復合模受到壁厚的限制，不能選用方案二。最終選用方案三，級進模加工。 3 沖壓工藝計算 3.1沖裁件的排樣與搭邊 3.1.1 條料寬度和導尺寬度 根據工件工藝性，工件加工時采用導尺導正，無側壓裝置。 條料寬度B： B-Δ0=[D+2(a +Δ)] -Δ0 （3-1） 導尺間距離A: A=B+2Z （3-2） 式中 A————導尺距離，mm； B————條料寬度的基本尺寸，mm； D————沖裁件垂直于送料方向的最大尺寸，mm； a————搭邊值，mm； Δ————條料寬度的單位極限偏差，mm；Δ=0.5mm； Z————條料與導尺間的最小間隙，mm；Z=0.5mm； B-Δ0=[D+2(a +Δ)] -Δ0=[50+2×（1+0.5）] -0.50=53-0.50mm A= B+2Z=53-0.50+2×0.5=54-0.50mm 即，條料寬度B=53-0.50mm,導尺間距離A=54-0.50mm. 3.1.2 確定步距 級進模送料步距S S=+a1 （3-3） 式中 S————送料步距，mm； ————平行于條料送料方向沖裁件最大尺寸，mm； a1————————沖裁件之間的搭邊值，mm； S=50+0.8=50.8mm 步距S=50.8mm。 3.1.3 排樣 排樣分為有搭邊、少搭邊和無搭邊三種：按工件的外形特征又可分為直排、斜排、直對排、斜對排、多排、混合排及沖裁搭邊等形式。根據零件外形以及各種排樣方式特點，最終選擇有搭邊直排。為了保證模具有足夠強度，確保模具的使用壽命，在級進模排樣時增加1個空位。排樣如圖3-1所示： 圖3-1 排樣圖 3.2 沖壓力的計算 沖壓力是指在沖裁時，壓力機應具有的最小壓力。沖壓力是選擇沖床噸位，進行模具強度，剛度校核依據。 本模具采用固定卸料板和下出料方式。 用平刃沖裁時，其沖裁力F一般按下式計算： F=L t τ （3-4） 式中 F————沖裁力，N； L————沖裁周邊長度，mm； t————材料厚度，mm； τ————材料抗剪強度，； 選擇設備噸位時，考慮刃口磨損和材料厚度及力學性能波動等因素，實際沖裁力可能增大，所以應取 F=1.3 L t τ ≈L t σ b （3-5）式中 σb————————材料的抗拉強度，；材料08的抗拉強度為300~440MPa 材料08的抗剪強度為260~340Mpa,取σ b= 370Mpa 1. 沖孔力計算 沖孔周長 L1=18π+3 × [5π+ × (35π+45π)] =18×3.14+3 × [5×3.14+× (35×3.14+45×3.14)] ≈200mm 所以沖孔力 F1= L1tσ b=200×1×370=7.4×104KN 2. 落料力計算 落料周長 L2=50π=50×3.14=157mm 所以落料力 F2= L2tσ b=157×1×370=58090=5.809×104 KN 3. 卸料力計算 F卸=（F1+F2）K卸 （3-6） 式中 F卸————卸料力，N; F1 ————沖孔力，N; F2————落料力，N; K卸————卸料力系數，取K卸=0.03. F卸=(7.4×104KN+5.8095.809×104)×0.03 =3962.7 =39.627×102 N 4. 推件力計算 F推= （3-7） 式中 F推————推件力，N; n————卡在凹模洞里的零件（或廢料）數目，n=h/t。h為圓柱形凹模腔口高度，取h=4mm，則n=4個 F————沖裁力，N; h————凹模洞口的直刃壁高度； K推————推件力系數，取K推=0.04. 沖口部分推料力 F推1=nF1K推=4×7.4×104×0.04=1.184×104N 落料部分推件力 F推2=nF2K推=4×5.809×104×0.04=9.29×103N 5. 總沖裁力 因為彈性卸料裝置沖壓時兼起壓料作用，沖裁件質量較好，多用于沖裁薄料及表面平面度要求較高的零件。所以設計時采用彈性卸料裝置。此時總沖裁力為 F總=F1+F2+F推1 +F推2+ F卸 =7.4×104+5.809×104+1.184×104+9.29×103+39.627×102 =153.2×103N+39.627×102N =157.18×103N 3.3 壓力中心的計算 壓力中心即工件內外周邊上沖裁力的合力中心。應盡可能的使沖裁力的壓力中心和壓力機滑塊的壓力中心一致，否則會產生一個附加力矩，使模具產生偏斜、間隙不均勻，導致滑塊導軌和模具導向部分不正常的磨損，還會使合理間隙得不到保證，從而影響制件質量和降低模具壽命甚至損壞模具。 壓力中心的計算方法有解析法、圖解法兩種。解析法就是利用各分力對坐標軸的力矩代數和等于諸力的合力對該坐標軸的力矩。 x0== y0== 計算時因為沖裁力與沖裁周邊長度成正比，所以式中的各沖裁力F1、F2、F3 .......Fn可分別用各沖裁周邊長度L1、L2、L3......L n ，代替即， x0== y0== 先用解析法計算復雜沖孔部分壓力中心，畫出工件沖孔部分形狀，把沖裁邊分成基本線段，并選定坐標系，壓力中心分析圖如圖3-2所示。 圖3-2 壓力中心分析圖 其中（單位為mm）r=2.5mm，R=20mm,R1=17.5mm，R2=22.5mm，R3=9mm。尺寸如圖3-3所示。 圖3-3 尺寸圖 圖形關于x軸對稱，則y0=0，計算時只需x0即可 x0= =-0.5 （3-8） L1=7.85 mm ; L2=18mm;L3=7.85mm;L4=14mm;L5=7.85mm; L6=18mm;L7=7.85mm L8=14mm; L9=7.85mm; L10=18mm;L11=7.85mm; L12=14mm; L13=15.7mm 經計算復雜沖孔部分壓力中心偏離原點較小，幾乎與原點重合，考慮到零件精度不是太高和沖壓力不是很大，為方便模具設計、加工和安裝，沖孔部分壓力中心取在原點上。體壓力中心分析圖如圖3-4所示。 圖3-4 壓力中心分析圖 由壓力分析圖可以看出L1和L2的壓力中心都在圖形幾何中心上，所以沖模壓力中心在O1O2的中心。 3.4 凸模凹模刃口尺寸及公差 3.4.1 凸模凹模間隙 根據工件材料為08鋼，材料厚度為1mm選取的落料模及沖孔模刃口始用間隙為=0.100mm,=0,140mm。 3.4.2 凸模凹模刃口尺寸及公差 模具工作時共有沖孔落料兩道工序，設計凸凹模刃口尺寸時要分別按沖孔模和落料模設計。 1. 沖圓孔 設計沖孔模時，因工件的尺寸等于凸模刃口公稱尺寸，所以應先確定凸模尺寸，間隙取在凹模上。 對沖Φ18mm圓孔，采用凸凹模分開加工方法，刃口尺寸計算如下 d凸=（+）0-δ凸 （3-9） d凹=（d凸+）=(++)+ δ凹0 （3-10） 式中 d凸，d凹————分別為沖孔凸、凹模的基本尺寸，mm； ————沖孔件的最小極限尺寸，mm； δ凸δ凹————分別為凸模、凹模的制造公差，凸模公差取下偏差絕對值，凹模公差取上偏差絕對值，一般按零件公差的1/3~1/4來選取。當尺寸為Φ18mm時，δ凸=0.020mm、δ凹=0.020mm； Δ————沖裁件的制造公差，當尺寸為Φ18mm時，Δ=0.11mm； X————磨損系數，其值在0.5~1之間，與沖裁件精度有關，x=0.75； d凸=（18+0.75×0.11）0-0.02=18.080-0.02mm d凹=（18.08+0.10）0+0.02=18.180+0.02mm 為保證新模具的間隙小于最大合理間隙（）,凸模和凹模的制造公差必須滿足下列條件： -≥δ凸+δ凹 校核 =0.140-0.010=0.040mm δ凸+δ凹=0.02+0.02=0.04mm 滿足 ≥δ凸+δ凹 2. 沖長圓孔 沖長圓孔模具采用凸凹模分開加工法，凸凹模刃口部分尺寸計算如下： d凸=（+）0-δ凸 =（5+0.75×0.11）0-0.02 =5.08 0-0.02 d凹=（d凸+）=(++)+ δ凹0 =(5.08+0.10) 0+0.02 =5.180+0.02mm 3. 落料模 切外輪廓相當于落料，根據沖裁模刃口尺寸原則，落料應先確定凹模刃口尺寸，間隙取在凸模上，靠減小其尺寸獲得，計算如下 D凹=（D-）+ δ凹0 （3-11） D凸=（D凹-）0-δ凸 （3-12） 式中 D凹、D凸————分別為落料凸、凹模的基本尺寸，mm； D————落料件外徑的基本尺寸，mm； δ凸δ凹————分別為凸模、凹模的制造公差，凸模公差取下偏差絕對值，凹模公差取上偏差絕對值，一般按零件公差的1/3~1/4來選取。δ凸=0.020mm、δ凹=0.030mm； Δ————沖裁件的制造公差，當尺寸為Φ50mm時，Δ=0.19mm； X————磨損系數，其值在0.5~1之間，與沖裁件精度有關，x=0. 5； D凹=（50-0.5×0.19）+0.030 =49.905+0.030mm D凸=（49.905-0.10）-0.020 =49.805-0.020mm 4 模具主要零部件設計 4.1 凹模設計 在工位不多的小型級進模具中通常選用整體式結構，其結構緊湊、設計、加工簡單，制造裝配方便，根據零件形狀特征和工位數，凹模外形設計成矩形，采用銷釘和螺釘固定在下模座上。 1. 凹模型孔結構類型 凹模型孔分為階梯形直壁型、喇叭形直壁式、直通形斜壁式和階梯形斜壁式5種類型，根據各類型特點以及工件特點凹模型孔采用階梯形直壁式。凹模刃口高度取6mm。 2. 凹模厚度H 當沖裁輪廓尺寸≥50mm時按下式計算 H=K （4-1） 式中 H————凹模厚度，mm； F————最大沖裁力，N; K————修正系數，取K=1.12 H=1.12×=32.42mm 但該工件上還需沖一些孔，且都在同一個凹模上進行，所以取H= 28 mm。 3. 凹模壁厚c 凹模壁厚公式如下： C=（1.5~2）H 式中 c————凹模壁厚，mm； H————凹模厚度，mm； C=（1.5~2）×28 =42~56mm 考慮到螺釘孔和銷釘孔的安排，取c= 50 mm。 4. 螺孔到凹模外緣距離 由于凹模采用整體式，所以需要用螺栓將凹模固定在下模座上。 螺孔到凹模外緣距離a a=1.25d 式中 a————螺孔到凹模外緣距離，mm； d————螺孔尺寸，mm； 螺孔到凹?？?、銷釘孔最小距離 =1.3d 式中 ————螺孔到凹?？?、銷釘孔最小距離，mm； 當凹模厚度H≥25~32時，螺釘規(guī)格可選為M6或M10.因此H=28mm時，螺孔大小為M10。 當螺孔為M10時，螺孔間距最小距離為60mm,最大距離為115mm。 綜上所述螺孔到凹模邊緣距離a=1.25d=1.25×10=12.5mm。螺孔到凹?？?、銷釘孔的最小距離=1.3d=1.3×10=13mm。根據工件尺寸及實際設計情況，選取最接近的標準凹模輪廓尺寸L×B×H=315mm×200mm×28mm。凹模材料選用熱處理變形小、尺寸穩(wěn)定向好的合金工具鋼Cr12MoV。凹模如圖4-1所示。 圖4-1 凹模 4.2 凸模設計 4.2.1 沖孔圓形凸模 凸模長度一般根據模具結構需要而確定，純沖裁級進模的上模，只需安裝有沖裁凸模，其余長度基本一致，并且符合標準長度。凸模材料選用熱處理變形小、尺寸穩(wěn)定向好的合金工具鋼Cr12MoV.凸模如圖4-2所示。 圖4-2 沖圓孔凸模 本套模具采用彈性卸料裝置卸料，其長度應該為： L=H1+H2+H+t 式中 L————凸模長度，mm； H1————凸模固定板厚度，mm；H1=0.7H凹=19.6mm；取H1=20mm； H2————卸料板厚度，mm；取H2=10mm； H————附加長度，主要考慮凸模進入凹模的深度（0.5～1mm）及模具閉合狀態(tài)下卸料板到凸模固定板間的安全距離（15～20mm）等因素。綜上論述取H=19mm. t————料厚度，mm； L=H1+H2+H+t=20+10+19+1=50mm 4.2.2沖長形孔凸模 沖長形孔凸模長度、材料同沖圓形孔凸模。沖長形孔凸模尺寸較小，所以采用鉚接凸模。 4.2.3落料凸模 落料凸模其長度、材料同沖圓形孔凸模，落料凸模采用臺肩式。落料凸模如圖4-3所示。 圖4-3 沖圓孔凸模 4.2.4 凸模的校核 在所有凸模中需要對直徑較小的長孔凸模進行強度和穩(wěn)定性校核，具體包括壓應力和彎曲應力的校核。 1. 壓應力的校核 凸模上承受的最大壓應力不超過凸模材料的許用壓應力，這樣的凸模才安全，壓應力按下式校核 ≤[σ壓] F————最大沖裁力，N; A————凸模刃口斷面積，mm2； [σ壓]————凸模材料淬火后的許用壓應力，Cr12MoV淬火硬度為56~62HRC時取1000~1800MPa = = =177＜1000MPa 所以沖長孔凸模在強度上滿足要求。 2. 彎曲應力的校核 設計時凸模不帶導向，所以按下式進行校核 ≤ 式中 ————凸模允許的最大自由長度，mm； d————凸模最小直徑，mm； F————沖裁力，mm； ≤ =18mm 在設計過程中凸模自由長度為13mm，小于18mm所以凸模強度滿足要求。 5 模具結構形式的選擇 沖裁模一般由六部分組成，即工作零件，定位零件，導向裝置，支撐零件，壓料、卸料、出料裝置及緊固零件。其中沖裁模的工作零件包括凸模和凹模，這是沖裁模設計的主要內容，這部分內容將在下章具體介紹。定位零件、導向裝置、支撐零件和緊固零件大多已標準化、商品化設計時可根據需要選用。 5.1 模具類型的選擇 沖裁模常見類型分為單工序模、復合模和級進模三種。 1.沖裁精度比較：單工序模較低，復合模較高，級進模一般。 2.沖壓生產率比較：單工序模生產率低，級進模較復合模高。 3.實現機械化、自動化、的可能性比較：單工序模較易，尤其適合于在多工位壓力機上實現自動化；復合模較難，制件和廢料排除較復雜，可實現部分機械化；級進模容易，尤其在單機上實現自動化。 4.沖模制造的復雜性和價格：單工序模結構簡單、制造周期短、價格低；復合模復雜性和價格較高；級進模低于復合模。 確定模具類型時，要根據沖裁精度要求、生產批量、模具加工等條件來確定。根據各模具特點以及工藝方案，選擇級進模進行加工。 級進模是在壓力機一次沖裁過程中，在模具不同部位上同時完成數道沖裁工序的模具。 5.2 卸料裝置 為把材料從凸模上卸下，應使用卸料裝置，卸料裝置有固定卸料裝置和彈性卸料裝置兩種，在多工位級進模中，大多采用彈性卸料裝置，只有在料厚t≥3mm的沖裁件沖制時才采用固定卸料裝置。因此設計時采用彈性卸料板，材料為橡膠塊，卸料板的尺寸與凹模周界尺寸相同，即L×B=315mm×200mm。其厚度取H=10mm，卸料板與凸模單邊間隙Z/2=0.3mm 。由于安裝使用檔料銷，為方便安裝及整體設計，固定擋料板如圖5-1所示 圖5-1 固定擋料板 5.3 定位零件 為限制被沖材料的進給步距和正確的將工件安放在沖模上完成下一步的沖壓工藝，必須采用各種形式的定位裝置，用于沖壓的定位零件主要有導料銷、導料板、擋料銷、定位板、導正銷、定距側刃等。側刃定距一般用于連續(xù)沖制窄長形零件（步距小于6~8mm）或薄料（厚度0.5mm一下）沖裁，根據本次設計的具體情況，采用導料板導向，導正銷導正，始用擋料銷和固定擋料銷相結合來定距。導正銷示意圖如圖5-2所示。 圖5-2 導正銷示意圖 始用擋料銷如圖5-3所示 圖5-3 始用擋料銷 5.4 模座的選擇 模座有后側導柱模座、對角導柱模座、中間導柱模座以及四角導柱模座。因為加工的零件不是很大，可以選擇后側導柱模架，有可以三面送料，操作方便，視野開闊的特點。根據凹模周界尺寸，選擇標準上模座L×B×H=315mm×200mm×35mm和選擇標準下模座L×B×H=315mm×200mm×50mm。 5.5 凸模固定板的設計 對于小型凸、凹模零件，一般通過固定板間接安裝在模座上，以節(jié)省貴重的模具鋼，設計時采用45鋼，壓裝配合面粗糙度Ra1.6μm。 為使凸模固定牢靠并有良好的垂直度，固定板必須有足夠的厚度，凸模固定板的厚度按下式計算 H=0.7H凹 式中 H————凸模固定板厚度，mm； H凹————凹模厚度，mm； H=0.7H凹=0.7×28=20mm 取H=20mm 凸模固定板的外形尺寸與凹模周界相同，即L×B=315mm×200mm。凸模與凹模固定板采用H7/m6，采用M10螺釘和Φ8銷釘將其固定在上模座上。 5.6 墊板的設計 墊板主要用于分散凸模傳遞的壓力和防止凸模尾端壓損上模座。是否采用墊板，以其承壓面較小的凸模進行計算，沖長孔的凸模承壓面的尺寸如圖5-4所示 圖5-4 沖長孔凸模端面示意圖 其工程壓力按下式計算 σ= 式中 σ————凸模斷面承受的壓應力，N; F————作用在凸模斷面上的總壓力，N; S————凸模端面面積，mm2； σ== = ×1×370 =177.6MPa 上模座材料為HT200，其許用壓力為100MPa。故大于許用壓力。為了分散凸模傳遞的壓力和防止凸模尾端壓損 上模座，因此在上模座和凸模固定板之間安裝淬硬磨平的墊板，采用墊板外形尺寸與凸模固定板尺寸相同L×B=315mm×200mm，厚度為10mm，為了便于安裝，銷釘通孔直徑較銷釘直徑大0.3~0.5mm。墊板材料可選用45鋼，淬火硬度43~48HRC. 5.7 導向裝置 對于生產批量大、要求模具壽命和制件精度較高的沖模，一般采用導向裝置來保證上、下模的精度導向。上下模導向，在凸模開始閉合前或壓料板接觸制件前就應充分合上，小型模具通常選擇導柱、導套來導向。原則上導柱應安裝在下模座上。 導向裝置具體包括滑動式導柱導套結構和滾動式導柱導套結構，滾動式導柱導套結構主要用于沖裁薄料（t＜0.1mm）或精密沖模、硬質合金模和高速沖模等要求無間隙導向的設備。其中滑動式導柱導套的導向機構是最常用的形式，這種結構加工裝配方便，易于標準化，并且能夠保證導向精度。因此采用滑動式導柱導套。 5.8 模具閉合高度的計算 5.8.1 計算模具閉合高度 模具的閉合高度是指滑塊在下止點即模具在最低工作位置時，上模座上表面與下模座下表面之間的距離。 經過以上各部件的計算及確定可以計算出模具閉合高度。模具閉合高度H計算公式如下 H=上模座厚度+上墊板厚度+凸模長度+凹模厚度+下模座厚度 H=35+10+55+28+50=178mm 5.8.2 壓力機設備的選擇 該模具的總沖壓力F總=157.18×103N.本模具屬于小型沖裁模具，選擇開式壓力機。一般情況下所選壓力機的工程壓力大于或等于工藝力總和的1.3倍，即 F工程壓力≥157.18×103×1.3=204×103N 根據計算初選JH21-60開式壓力機。 根據凹模周界選用的模架最大閉合高度200mm，最小閉合高度150mm。初選的JH21-60開式壓力機的最大閉合高度為300mm，滿足使用要求。 5.8.3 校核模具閉合高度 為了保模具正常工作，應對模具閉合高度進行校核。根據選擇的后側導柱模架的最大閉合高度為200，最小閉合高度為150mm，JH21-60型壓力機的最大閉合高度為300mm，滿足使用要求。 5.9 模柄的選擇 模柄主要有壓入式模柄、旋入式模柄、凸緣模柄，其中凸緣模柄適用于較大型模具，旋入式模柄垂直精度差，壓入式模柄可以保證較高的同軸度和垂直度，適用于各種小型模具，因此使用壓入式模柄，它與模座安裝孔采用H7/n6配合。 根據開式壓力機JH21-60技術參數提供模柄直徑50mm，深度60mm。如圖5-5所示。 圖5-5 模柄 6 模具總裝圖 6.1 繪制模具總裝圖 1-凹模；2-固定導料銷；3-導正銷；4-開槽圓柱形螺釘；5-導套；6-墊板；7-上模座；8-卸料螺釘；9-落料凸模；10-模柄；11-止轉銷；12-沖圓孔凸模；13-銷釘；14-沖長圓孔凸模；15-凸模固定板；16-固定卸料板；17-導柱；18-下模板 圖6-1 模具總裝圖 模具總裝圖是使用Auto CAD繪制而成，在機械設計領域，CAD應用非常廣泛，Auto CAD美國Auto desk公司從1982年12月開始推出計算機輔助設計軟件，CAD的出現以及在機械行業(yè)的廣泛應用使得開發(fā)新產品達到“高質量、低成本、上市快”的目標成為可能。 模具三維爆炸圖是使用三維繪圖軟件UG繪制而成，UG是美國EDS公司（現已經被西門子公司收購）的集CAD/CAM/CAE功能于一體的軟件集成系統(tǒng)。UG以其建模的靈活性、協(xié)同化裝配建模、直觀的二維繪圖、先進的數控加工、領先的鈑金件制造等優(yōu)點在航空、汽車、通用機械、工業(yè)設備、醫(yī)療器械以及其它高科技應用領域的機械設計和模具加工自動化的市場上得到了廣泛的應用。 6.2 模具工作過程 本模具采用始用檔料銷和固定擋料銷擋料，條料從右往左送料，開始三次行程用第一、第二、第三始用擋料銷擋料，第四次行程后即由固定擋料銷擋料。 凹模采用整體式凹模，直接用內六角螺釘和銷釘將凹模固定在下模座上。沖孔凸模和落料凸模用固定板固定在上模座上。在落料凸模中裝有導正銷，利用零件Φ18mm的孔進行導正，提高工件精度。沖裁完成后，條料包裹在凸模上隨凸模上升，最終固定卸料板將其卸下，此時開始送料，利用固定擋料銷擋在落料廢孔上進行擋料，如此往復完成沖壓過程。 結 論 本次畢業(yè)設計歷時近五個月，設計內容為長孔圓墊片沖壓工藝分析與模具設計。設計過程中查閱了大量的文獻資料，對沖壓模具主要零部件進行設計和選擇，同時對主要零部件進行校核。 由于模具行業(yè)的快速發(fā)展，沖壓模具很多零部件已經標準化和商業(yè)化，對于這部分只是進行了合理的選擇，并未進行深入地設計。本次設計主要對模具工作部分和未能選擇標準的零部件進行設計。 這次設計不僅是對所學專業(yè)知識和掌握情況的真實檢驗，也是熟悉設計工程，培養(yǎng)設計能力、創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的一個良好機會，它讓我熟悉了沖壓模具的設計流程，鞏固了大學所學的專業(yè)知識，將零散的獨立的知識有機的結合在一起，解決了設計中的一個個難題，同時也為我設計提供了依據，同時提升了駕馭知識的能力。模具作為現代制造業(yè)中的特殊工藝裝備，越來越廣泛地被應用到各個領域中。畢業(yè)設計是培養(yǎng)目標要求的重要培養(yǎng)階段，也是我們在大學期間的最后學習階段。這對提升我個人發(fā)現問題、分析問題、解決問題的能力和進行科研的能力以及論文撰寫技巧。在設計過程中養(yǎng)成的嚴謹、認真、求實的態(tài)度將伴隨我的一生。 致 謝 本次畢業(yè)設計的圓滿完成，首先要感謝原國森老師在整個畢業(yè)設計過程中，給予我悉心指導，原國森老師在邊教學邊科研的情況下，還要對畢業(yè)生進行畢業(yè)指導。原國森老師不僅在設計上給予我們指導，同時在做人方面也給予我們極大地幫助，要求我們要嚴謹務實，要積極上進。他具有的責任心和敬業(yè)精神都將積極影響我今后的學習和工作。同時感謝設計過程中給予我?guī)椭睦蠋熀屯瑢W，在這里請接受我誠摯的謝意！ 最后還要感謝大學三年來所有的老師，是您為我打下了扎實的專業(yè)基礎：同時還要感謝所有關心我支持我的幫助過我的老師及同學，是你們無私的幫助，讓我度過大學最美好的時光，謝謝！ 參考文獻 [1]孫籍.AutoCAD2010基礎與應用技術[M].北京：高等教育出版社，2010:29-272. 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