四孔托板復(fù)合模設(shè)計(jì)-沖壓模具

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摘 要 本論文應(yīng)用本專(zhuān)業(yè)所學(xué)課程的理論和生產(chǎn)實(shí)際知識(shí)進(jìn)行一次冷沖壓模具設(shè)計(jì)工作的實(shí)際訓(xùn)練從而培養(yǎng)和提高了我的獨(dú)立工作能力。本設(shè)計(jì)通過(guò)對(duì)襯板的復(fù)合模設(shè)計(jì)的工藝性分析，確定了正確的工藝方案。從而對(duì)模具設(shè)計(jì)方案，以及沖壓設(shè)備作出了分析與選擇。通過(guò)分析決定采用復(fù)合模形式，然后參考其他模具結(jié)構(gòu)以及查手冊(cè)和計(jì)算設(shè)計(jì)。當(dāng)所有的參數(shù)計(jì)算完后，對(duì)模具的裝配方案，對(duì)主要零件的設(shè)計(jì)和裝配要求技術(shù)要求都進(jìn)行了分析。在設(shè)計(jì)過(guò)程中除了設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)外，還包括模具的裝配圖，非標(biāo)準(zhǔn)零件的零件圖等。 關(guān)鍵詞：冷沖壓 ；復(fù)合模 ；設(shè)計(jì) Abstract In this paper, the theory and practical knowledge of this professional course were applied to a practical training of cold stamping die design, so as to cultivate and improve my ability to work independently. This design determines the correct process plan by analyzing the technological process of the compound die design of the lining board. Thus, the analysis and selection of mold design and stamping equipment are made. Through the analysis, it is decided to adopt the compound die form, and then refer to other die structures, as well as check manuals and calculation design. After all the parameters are calculated, the assembly scheme of the die, the design and assembly requirements of the main parts are analyzed. In the design process, besides the design specification, it also includes the assembly drawing of the mold, the part drawing of non-standard parts and so on. Key words: cold stamping; compound die; design 29 - - 目 錄 摘 要 I Abstract II 一、緒 論 4 二、零件的工藝分析和工藝方案的確定 5 2.1.沖壓件的工藝分析 5 2.2.確定工藝方案及模具的結(jié)構(gòu)形式 5 2.3.排樣、計(jì)算條料寬度及步距的確定 6 2.3.1.搭邊值的確定 6 2.3.2條料寬度的確定 7 2.3.3.導(dǎo)板間間距的確定 8 2.3.4.排樣 8 2.3.5.材料利用率的計(jì)算： 9 三、沖裁力的計(jì)算 12 3.1.計(jì)算沖裁力的公式 12 3.2.總沖裁力、卸料力、推料力和總沖壓力 12 3.2.1.總沖裁力 12 3.2.2.卸料力Fx的計(jì)算 13 3.2.3.推料力Ft的計(jì)算 14 3.2.4.總的沖壓力的計(jì)算 14 四、模具壓力中心與計(jì)算 15 五、沖裁模間隙的確定 16 六、刃口尺寸的計(jì)算 18 6.1.刃口尺寸計(jì)算的基本原則 18 6.2.刃口尺寸的計(jì)算 18 6.3.計(jì)算凸、凹模刃口的尺寸 19 6.4.沖裁刃口高度 22 七、主要零部件的設(shè)計(jì) 23 7.1.工作零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 23 7.1.1.凹模的設(shè)計(jì) 23 7.1.2.凸凹模的設(shè)計(jì) 25 7.1.3.外形凸模的設(shè)計(jì) 25 7.1.4.內(nèi)孔凸模設(shè)計(jì) 26 7.2.模架及其它零件的設(shè)計(jì) 26 7.2.1.上下模座 26 7.2.2.模柄 27 7.2.3.模具的閉合高度 27 八、壓力機(jī)的選擇 28 結(jié) 論 29 參考文獻(xiàn) 30 一、緒 論 沖壓模具的形式很多，一般可按以下幾個(gè)主要特征分類(lèi)： 1．根據(jù)工藝性質(zhì)分類(lèi) （1）沖裁模 沿封閉或敞開(kāi)的輪廓線使材料產(chǎn)生分離的模具。如落料模、沖孔模、切斷模、切口模、剖切模等。 （2）彎曲模 使平板坯料沿著直線（彎曲模）產(chǎn)生彎曲變形，從而獲得一定角度和形狀的工件的模具。 （3）拉抻模 是把平板坯料制成開(kāi)口空心件，或使空心件進(jìn)一步改變形狀和尺寸的模具。 （4）成形模 是將坯料或工序件按凸、凹模的形狀直接復(fù)制成形，而材料本身僅產(chǎn)生局部塑性變形的模具。如脹形模、縮口模、擴(kuò)口模、起伏成形模、翻邊模、整形模等。 2．根據(jù)工序組合程度分類(lèi) （1）單工序模 一般只有一對(duì)凸、凹模，在壓力機(jī)的一次行程中，只完成一道沖壓工序的模具。 （2）復(fù)合模 只有一個(gè)工位，在壓力機(jī)的一次行程中，在同一工位上同時(shí)完成兩道或兩道以上工序的模具。 （3）連續(xù)模 在毛坯的送進(jìn)方向上，具有兩個(gè)或更多的工位，在壓力機(jī)的一次行程中，在不同的工位上逐次完成兩道以上工序的模具。連續(xù)模又稱(chēng)級(jí)進(jìn)模。 冷沖壓加工與其他加工方法相比，無(wú)論在技術(shù)方面，還是在經(jīng)濟(jì)方面，都具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。 二、零件的工藝分析和工藝方案的確定 2.1.沖壓件的工藝分析 圖2—1 零件圖 如圖2—1所示零件圖。 生產(chǎn)批量：大批量； 材料：08F鋼； 厚度：2.0mm； 與低碳鋼相比，強(qiáng)度、硬度均較高，具有較好的韌性、焊接性，此鋼大多在正火狀態(tài)下使用，也可進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。 由于產(chǎn)品四角是直角，為防止落料凹模熱處理應(yīng)力集中開(kāi)裂，清角處應(yīng)增加R角，本次課題根據(jù)材料厚度，建議增加R1。 2.2.確定工藝方案及模具的結(jié)構(gòu)形式 根據(jù)制件的工藝分析，其基本工序有落料、沖孔兩道基本工序，按其先后順序組合，可得如下幾種方案; (1) 落料——沖孔；單工序模沖壓 (2) 沖孔——落料；單工序模沖壓。 (3) 沖孔——落料；連續(xù)模沖壓。 (4) 落料沖孔；復(fù)合模沖壓。 方案（1）（2）屬于單工序模沖裁工序沖裁模指在壓力機(jī)一次行程內(nèi)完成一個(gè)沖壓工序的沖裁模。由于此制件生產(chǎn)批量大，尺寸又較這兩種方案生產(chǎn)效率較低，操作也不安全，勞動(dòng)強(qiáng)度大，故不宜采用。 方案（3）屬于連續(xù)模，是指壓力機(jī)在一次行程中，依次在模具幾個(gè)不同的位置上同時(shí)完成多道沖壓工序的模具。于制件的結(jié)構(gòu)尺寸小，厚度小，連續(xù)模結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高，維修不方便，因此，不宜采用該方案。 方案（4）屬于復(fù)合沖裁模，復(fù)合沖裁模是指在一次工作行程中，在模具同一部位同時(shí)完成數(shù)道沖壓工序的模具。采用復(fù)合模沖裁，其模具結(jié)構(gòu)沒(méi)有連續(xù)模復(fù)雜，生產(chǎn)效率也很高，又降低的工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，所以此方案最為合適。 根據(jù)分析采用方案（4）復(fù)合沖裁。 2.3.排樣、計(jì)算條料寬度及步距的確定 2.3.1.搭邊值的確定 排樣時(shí)零件之間以及零件與條料側(cè)邊之間留下的工藝余料，稱(chēng)為搭邊。搭邊的作用是補(bǔ)償定位誤差，保持條料有一定的剛度，以保證零件質(zhì)量和送料方便。搭邊過(guò)大，浪費(fèi)材料。搭邊過(guò)小，沖裁時(shí)容易翹曲或被拉斷，不僅會(huì)增大沖件毛刺，有時(shí)還有拉入凸、凹模間隙中損壞模具刃口，降低模具壽命?；蛴绊懰土瞎ぷ?。 搭邊值通常由經(jīng)驗(yàn)確定，表所列搭邊值為普通沖裁時(shí)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)之一。 表2—2 搭邊a和a1數(shù)值 材料厚度 圓件或類(lèi)似圓件的工件 矩形工件邊長(zhǎng)L≤50mm 矩形工件邊長(zhǎng)L＞50mm 工件間a1 沿邊a 工件間a1 沿邊a 工件間a1 沿邊a ＜ 0.25 0.25~0.5 0.5~1.0 1.0~1.5 1.5~2.0 2.0~2.5 2.5~3.0 3.0~3.5 3.5~4.0 4.0~5.0 5.0~12 1.0 0.8 0.8 1.0 1.2 1.5 1.8 2.2 2.5 3.0 0.6t 1.2 1.0 1.0 1.3 1.5 1.8 2.2 2.5 3.0 3.5 0.7t 1.2 1.8 1.5 1.2 1.5 2.0 2.2 2.5 2.5 3.5 0.7t 1.5 2.0 1.8 1.5 1.8 2.2 2.5 2.8 3.2 4.0 0.8t 1.5~2.5 2.2 1.8 1.5 1.8 2.2 2.5 2.8 3.2 4.0 0.8t 1.8~2.6 2.5 2.0 1.8 2.0 2.5 2.8 3.2 3.5 4.5 0.9t 搭邊值是廢料，所以應(yīng)盡量取小，但過(guò)小的搭邊值容易擠進(jìn)凹模，增加刃口磨損表2—2給出了鋼（WC0.05%～0.25%）的搭邊值。 該制件是矩形工件，根據(jù)尺寸從表2—2中查出：兩制件之間的搭邊值a1=2.0（mm），側(cè)搭邊值a=2.2(mm)。 2.3.2條料寬度的確定 計(jì)算條料寬度有三種情況需要考慮； 有側(cè)壓裝置時(shí)條料的寬度。 無(wú)側(cè)壓裝置時(shí)條料的寬度。 有定距側(cè)刃時(shí)條料的寬度。有定距側(cè)刃時(shí)條料的寬度。 有側(cè)壓裝置的模具，能使條料始終沿著定位銷(xiāo)送進(jìn)。 條料寬度公式： B0-△=（Dmax+2a） 公式（2—1） 其中條料寬度偏差上偏差為0，下偏差為—△，見(jiàn)表2—3條料寬度偏差。 D——條料寬度方向沖裁件的最大尺寸。 a——側(cè)搭邊值。 查表2—3條料寬度偏差為0.15 根據(jù)公式2 —3 B0-△=（Dmax+2a） =（58+22.2）0-0.30 =62.40-0.30 表2—3 條料寬度公差(mm) 條料寬度 B/mm 材料厚度t/mm ～0.5 >0.5～1 >1～2 ～20 0.05 0.08 0.10 >20～30 0.08 0.10 0.15 >30～50 0.10 0.15 0.20 2.3.3.導(dǎo)板間間距的確定 定位銷(xiāo)間距離公式： A=B+Z 公式（2—4） Z——定位銷(xiāo)與條料之間的最小間隙（mm）； 查表2—4得Z=5mm 根據(jù)公式2—4 A= B+Z =30+2.0 =32（mm） 表2—4 定位銷(xiāo)與條料之間的最小間隙Zmin（mm） 材料厚度t/mm 有 側(cè) 壓 裝 置 條 料 寬 度B/mm 100以下 100以上 ~0.5 0.5~1 1~2 2~3 3~4 4~5 5 5 5 5 5 5 8 8 8 8 8 8 2.3.4.排樣 根據(jù)材料經(jīng)濟(jì)利用程度，排樣方法可以分為有廢料、少?gòu)U料和無(wú)廢料排樣三種，根據(jù)制件在條料上的布置形式，排樣有可以分為直排、斜排、對(duì)排、混合排、多排等多重形式。 采用少、無(wú)廢料排樣法，材料利用率高，不但有利于一次沖程獲得多個(gè)制件，而且可以簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu)，降低沖裁力，但是，因條料本身的公差以及條料導(dǎo)向與定位所產(chǎn)生的誤差的影響，所以模具沖裁件的公差等級(jí)較低。同時(shí)，因模具單面受力（單邊切斷時(shí)），不但會(huì)加劇模具的磨損，降低模具的壽命，而且也直接影響到?jīng)_裁件的斷面質(zhì)量。 由于設(shè)計(jì)的零件是矩形零件，外形不完全規(guī)則，且四個(gè)孔均勻分布，所以采用有費(fèi)料直排法。 2.3.5.材料利用率的計(jì)算： 沖裁零件的面積為： F= 1404.2(mm2) 毛坯規(guī)格為：12501000（mm）。 送料步距為：h=D＋a1=30+2=32 一個(gè)步距內(nèi)的材料利用率為： n11=(nF/Bh)100% n為一個(gè)步距內(nèi)沖件的個(gè)數(shù)。 n11=(nF/Bh)100% =（11404.2/62.432）100% =70.32% 橫裁時(shí)的條料數(shù)為： n1 =1000/B =1000/62.4 =16.02 可沖16條， 每條件數(shù)為： n2 =(1250-a)/h =(1250-2)/32 =39 可沖39件， 板料可沖總件數(shù)為： n=n1n2=1639=624(件) 板料利用率為： n12=(nF/12501000) =(6241404.2/12501000) 100% =70.097% 縱裁時(shí)的條料數(shù)為： n1=1250/B =1250/62.4 =20.03 可沖20條， 每條件數(shù)為： n2=(1000-a)/h =(1000-2)/32 =31.18 可沖31件， 板料可沖總件數(shù)為： n= n1n2=2031=620（件） 板料的利用率為： n12=(nF/12501000) =(6201404.2/12501000) 100% =69.65% 通過(guò)比較，橫裁比縱裁的材料利用率大，所以該零件采用橫裁法。 圖2—2 排樣圖 三、沖裁力的計(jì)算 3.1.計(jì)算沖裁力的公式 計(jì)算沖裁力是為了選擇合適的壓力機(jī)，設(shè)計(jì)模具和檢驗(yàn)?zāi)＞叩膹?qiáng)度，壓力機(jī)的噸位必須大于所計(jì)算的沖裁力，以適宜沖裁的要求，普通平刃沖裁模，其沖裁力F p一般可以按下式計(jì)算： Fp=KptLτ 公式（3—1） 式中 τ——材料抗剪強(qiáng)度，見(jiàn)附表（MPa）； L——沖裁周邊總長(zhǎng)（mm）； t——材料厚度（mm）; 系數(shù)Kp是考慮到?jīng)_裁模刃口的磨損，凸模與凹模間隙之波動(dòng)（數(shù)值的變化或分布不均），潤(rùn)滑情況，材料力學(xué)性能與厚度公差的變化等因數(shù)而設(shè)置的安全系數(shù)Kp，一般取1~3。當(dāng)查不到抗剪強(qiáng)度τ時(shí)，可以用抗拉強(qiáng)度σb代替τ，而取Kp=1的近似計(jì)算法計(jì)算。 根據(jù)常用金屬?zèng)_壓材料的力學(xué)性能查出08F鋼的抗剪強(qiáng)度為220～310(MPa)， 取τ=310(MPa) 3.2.總沖裁力、卸料力、推料力和總沖壓力 由于沖裁模具采用彈性卸料裝置和自然落料方式。 總的沖裁力包括: F——總沖壓力。 Fp——總沖裁力。 FQ——卸料力 FQ1——推料力。 根據(jù)常用金屬?zèng)_壓材料的力學(xué)性能查出08F鋼的抗剪強(qiáng)度為220～310 (MPa ) 3.2.1.總沖裁力 Fp=F1+F2 公式(3—2) F1——落料時(shí)的沖裁力。 F2——沖孔時(shí)的沖裁力. 落料時(shí)的周邊長(zhǎng)度為：L1=160.55（mm） 根據(jù)公式5—1 F1=KptLτ =1.32.0160.55310 =129.4033(KN) 沖4小孔時(shí)的周邊長(zhǎng)度為：L2=4πd=43.143.5=43.96（mm） F2= KptLτ =1.32.043.96310 =35.43(KN) 總沖裁力：Fp=F1+F2=129.4033+35.43=164.8333(KN) 表3—1 卸料力、推件力和頂件力系數(shù) 料厚t/mm Kx Kt Kd 鋼 ≤0.1 ＞0.1~0.5 ＞0.5~2.5 ＞2.5~6.5 ＞6.5 0.065~0.075 0.045~0.055 0.04~0.05 0.03~0.04 0.02~0.03 0.1 0.063 0.055 0.045 0.025 0.14 0.08 0.06 0.05 0.03 鋁、鋁合金 純銅，黃銅 0.025~0.08 0.02~0.06 0.03~0.07 0.03~0.09 對(duì)于表中的數(shù)據(jù)，厚的材料取小值，薄材料取大值。 3.2.2.卸料力Fx的計(jì)算 Fx=Kx Fp 公式(3—3) Kx——卸料力系數(shù)。 　查表3—1得KＸ＝0.04~0.05，取KＸ＝0.05 　　 根據(jù)公式3—3　Fx=KＸ Fp 　　　　　　　　 ＝0.05164.8333 　　　　　　　　 ≈ 8.24(KN) 3.2.3.推料力Ft的計(jì)算 Ft=KtFp 公式(3—4) Kt——推料力系數(shù)。 查表3—1得Kt＝0.055, 取Kt=0.055 根據(jù)公式3—4 Ft=KtFp =0.055164.8333 ≈9.066(KN) 3.2.4.總的沖壓力的計(jì)算 根據(jù)模具結(jié)構(gòu)總的沖壓力：F=Fp+Fx+Ft F=Fp+Fx+Ft+Fd =164.8333+8.24+9.066 =182.14(KN) 根據(jù)總的沖壓力，初選壓力機(jī)為：開(kāi)式雙柱可傾壓力機(jī)J23—40。 四、模具壓力中心與計(jì)算 模具壓力中心是指諸沖壓合力的作用點(diǎn)位置，為了確保壓力機(jī)和模具正常工作，應(yīng)使沖模的壓力中心與壓力機(jī)滑塊的中心相重合。否則，會(huì)使沖模和壓力機(jī)滑塊產(chǎn)生偏心載荷，使滑塊和導(dǎo)軌間產(chǎn)生過(guò)大磨損，模具導(dǎo)向零件加速磨損，降低了模具和壓力機(jī)的使用壽命。 模具的壓力中心，可安以下原則來(lái)確定： 1、對(duì)稱(chēng)零件的單個(gè)沖裁件，沖模的壓力中心為沖裁件的幾何中心。 2、工件形狀 相同且分布對(duì)稱(chēng)時(shí)，沖模的壓力中心與零件的對(duì)稱(chēng)中心相重合。 3、各分力對(duì)某坐標(biāo)軸的力矩之代數(shù)和等于諸力的合力對(duì)該軸的力矩。求出合力作用點(diǎn)的坐標(biāo)位置0，0（x=0,y=0），即為所求模具的壓力中心。 Xo=L1X1+L2X2+……LnXn/L1+L2+……Ln Yo=L1Y1+L2Y2+……LnYn/L1+L2+……Ln 由于該零件是一個(gè)矩形圖形，屬于對(duì)稱(chēng)中心零件，所以該零件的壓力中心在圖形的幾何中心O處。 五、沖裁模間隙的確定 設(shè)計(jì)模具時(shí)一定要選擇合理的間隙，以保證沖裁件的斷面質(zhì)量、尺寸精度滿(mǎn)足產(chǎn)品的要求，所需沖裁力小、模具壽命高，但分別從質(zhì)量，沖裁力、模具壽命等方面的要求確定的合理間隙并不是同一個(gè)數(shù)值，只是彼此接近。考慮到制造中的偏差及使用中的磨損、生產(chǎn)中通常只選擇一個(gè)適當(dāng)?shù)姆秶鳛楹侠黹g隙，只要間隙在這個(gè)范圍內(nèi)，就可以沖出良好的制件，這個(gè)范圍的最小值稱(chēng)為最小合理間隙Zmin，最大值稱(chēng)為最大合理間隙Zmax。考慮到模具在使用過(guò)程中的磨損使間隙增大，故設(shè)計(jì)與制造新模具時(shí)要采用最小合理間隙值Zmin。 由于硬呂與中碳剛的間隙取值是一樣的，所以硬呂材料的間隙值與中碳剛的間隙取值一樣。 根據(jù)實(shí)用間隙表 5—1 查得材料30#鋼的最小雙面間隙Zmin=0.10mm，最大雙面間隙Zmax=0.14mm， 表5—1 沖裁模初始雙面間隙 材料 厚度 08、10、35、 09Mn、Q235 16Mn 40、50 65Mn Zmin Zmax Zmin Zmax Zmin Zmax Zmin Zmax 小于0.5 極小間隙 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.2 1.5 1.75 2.0 2.1 2.5 2.75 3.0 .3.5 4.0 4.5 5.5 6.0 6.5 8.0 0.040 0.048 0.064 0.072 0.090 0.100 0.126 0.162 0.220 0.246 0.260 0.360 0.400