湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 東方科技 學(xué)院 課程設(shè)計說明書 課程名稱 ： 冷沖壓模具設(shè)計與制造 題目名稱 ： 沖孔落料連續(xù)模 班 級： 2008 級 機(jī)制 專業(yè) 機(jī)制 三 班 姓 名： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 評定成績： 教師評語： 指導(dǎo)老師簽名： 年 月 1 目錄 冷沖壓的概述 2 沖壓工藝的特點及其應(yīng)用 2 模具設(shè)計的主要內(nèi)容 3 一 、 零件設(shè)計總圖 3 二、沖壓件的工藝分析 4 四、 沖裁工藝方案 5 五 、排樣 8 六 、計算沖 壓力 10 七 、確定模具壓力中心 10 八、計算凸凹模刃口尺寸 12 九， 凸模和凹模工作部分尺寸的設(shè)計計算 13 十 、 磨具其他裝置的設(shè)計 15 十一 、 模架的選擇 16 十 二 、 壓力機(jī)相關(guān)參數(shù)的計算 17 十 三 、裝配圖 17十 四 、 結(jié)論 17 十五 、參考文獻(xiàn) 18 2 。 冷沖壓的概述 ： 冷沖壓是在常溫下利用沖模在壓力機(jī)上對材料施加壓力，使其產(chǎn)生分離或變形，從而獲得一定形狀，尺寸和性能的零件加工方法。它是壓力加工方法的一種，是機(jī)械制造中先進(jìn)的加工方法之一。 在冷沖壓加工中，冷沖模就是沖壓加工所用的工藝設(shè)備，沒有先進(jìn)的冷沖模，先進(jìn)的沖壓工藝就無法實現(xiàn)。 冷沖壓工序的分類： 由于冷沖壓加工的零件形 狀、尺寸、精度要求、批量大小、原材料性能等不同，其沖壓方法可分為分離工序和變形工序兩大類。 冷沖壓可分為 5個基本工序： 沖裁 使板料實現(xiàn)分離的沖壓工序。 彎曲 將金屬材料沿彎曲線彎成一定的角度和形狀的沖壓工序。 拉伸 將平面板料變成各種開口空心件，或者把空心件的尺寸作進(jìn)一步改變的沖壓工序。 成形 用各種步同性質(zhì)的局部變形來改變毛坯或沖壓件形狀的沖壓工序。 立體壓制 將金屬材料體積重新分布的沖壓工序。 沖壓工藝的特點及應(yīng)用 冷沖壓工藝與其他加工方法相比，有以下特點： 用冷沖壓加工方法可以得到形狀復(fù) 雜，用其他加工方法難以加工的工件。冷沖壓的尺寸精度是由模具保證的，因此，尺寸穩(wěn)定，互換性好。 材料利用率高，工件質(zhì)量輕，剛性好，強(qiáng)度高，沖壓過程耗能少，因此工件成本較低。 操作簡單，勞動強(qiáng)度低，易于實現(xiàn)自動化，生產(chǎn)率高。 3 冷沖壓加工中所需的模具結(jié)構(gòu)一般比較復(fù)雜，生產(chǎn)周期較長，成本較高，因此多用于成批，大量生產(chǎn)。 由于冷沖壓有許多突出優(yōu)點，因此在各個行業(yè)都有廣泛應(yīng)用。 模具設(shè)計的主要內(nèi)容 ： 1. 熟悉相關(guān)設(shè)計資料及文獻(xiàn)。 2. 對沖裁件進(jìn)行工藝性分析。 3. 確定合理的沖裁的工藝方案。 4. 選擇模具的結(jié)構(gòu)形式。 5. 進(jìn)行必要的工藝計算 ，主要包括： 1) 排樣的設(shè)計與計算：選擇排樣方法，確定搭邊值，計算送料步距與條料寬度，計算材料利用率，畫出排樣圓等。 2) 計算沖壓力：包括沖裁力，卸料力，推件力或頂件力。 3) 計算模具的壓力中心。 4) 計算凸凹模工作部分尺寸并確定其制造公差。 5) 彈性元件的選用。 6選擇與確定模具的主要零部件的結(jié)構(gòu)與尺寸。 7繪制裝配圖與零件圖。 8編寫設(shè)計說明書。 4 一 零件設(shè)計總圖 零件名稱 圖號 16 材料 H62 厚度 0.5mm 生產(chǎn)批量 大批量 二 沖壓件的工藝分析 該零件形狀簡單，沖孔是圓，落料周邊都是直線組成。由表 2.3、表 2.5 5 查出，沖裁件內(nèi)外形成能達(dá)到的經(jīng)濟(jì)精度為 IT11。 將以上精度與工件簡圖中所標(biāo)注的尺寸公差相比較，可認(rèn)為該工件的精度要求能夠在沖裁加工中得到保證。其他尺寸標(biāo)注，生產(chǎn)批量等情況，也都能滿足沖裁的工藝要求，故決定采用沖孔落料連續(xù)沖裁模進(jìn)行加工。 三 沖裁工藝方案 完成此工件需要沖孔、落料兩道工序。其加工工藝方案分為以下 3種： 方案一：單工序模生產(chǎn)，先沖孔，后落料 ； 方案二：復(fù)合模生產(chǎn)， 沖孔 落料復(fù)合沖壓； 方案三：連續(xù)模生產(chǎn)，沖孔 落料連續(xù)沖壓。 各模具結(jié)構(gòu)特點及比較如下表 ： 模具種類比較項目 單工序模 復(fù)合模 連續(xù)模 沖壓精度 一般較低 中、高級精度 中、高級精度 制件最大尺寸與材料厚度 一般不受限制 一般應(yīng)在 300mm以下 常在 200mm 以下，料厚在 0.12.0mm之間 生產(chǎn)效率 低 較高 高 制造復(fù)雜性和價格 結(jié)構(gòu)簡單，制造簡單，價格低 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造難度大，價格高 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造難度大，價格與工位數(shù)成比例上升 適用場合 料厚精度要求低的小批量沖件的形狀復(fù) 雜，精度要求較高，平直度要求高的中小型制大批量小型沖壓件的生產(chǎn) 6 生產(chǎn) 件的大批量生產(chǎn) 根據(jù)分析結(jié)合相關(guān)方面分析： 方案一模具簡單，但不能滿足制件的精度要求。 方案二能滿足制件的精度要求，但復(fù)合模必須用到凸凹模，但凸凹模有最小壁厚要求，材料厚度為 0.5mm，則最小壁厚為 3.0mm。故不能使用復(fù)合模。（冷沖模設(shè)計） 方案三能滿足精度要求，且生產(chǎn)率高，操作方便。 綜合對上述三種方案的分析比較，該工件的沖壓生產(chǎn)采用方案三為佳。 四 模具的基本結(jié)構(gòu) 4.1模具的類型選擇 由沖壓工藝分析可知，采用級進(jìn)模方式?jīng)_壓，所以 模具類型為連續(xù)模。 連續(xù)模的結(jié)構(gòu)組成 單元 功能 主要零件 工作單元 沖壓加工 凸模、凹模 輔 助 單 元 卸料 卸料板、卸料螺釘、彈簧 定 位 X 擋料銷、側(cè)刃 Y 導(dǎo)料板、側(cè)壓裝置 Z 浮頂銷等 精定位 導(dǎo)正銷 導(dǎo) 外 模架、導(dǎo)柱、導(dǎo)套 7 向 導(dǎo)向 內(nèi)導(dǎo)向 小導(dǎo)柱、小導(dǎo)套 固定 凸模固定板、上下模座、模柄、螺釘、銷釘 4.2條料（工件）送進(jìn)與定位方式 條料送進(jìn)方式采用手動送料，在模具設(shè)計時要特別注意操作安全問題。 條料在 X方向的定位是采用擋料銷定位， Y方向 采用分離式的導(dǎo)料板。沖裁件的精定位采用導(dǎo)正銷。 導(dǎo)料板一般沿條料送進(jìn)方向安裝在凹模形孔的兩側(cè)，對條料進(jìn)行導(dǎo)向。該模架采用平直式，平直式多用于低速、手工送料，且為平面沖裁的連續(xù)模。如下圖所示： 4.3卸料裝置 8 因采用級進(jìn)模生產(chǎn)，故采用向下落料出件。 有剛性卸料和彈性卸料兩種方式，彈性卸料則是卸料板、卸料螺釘和彈性元件構(gòu)成卸料裝置。在凸模抬起過程中，通過彈性元件的回彈力將條料從凸模上脫離的一種卸料方式。 在多工位連續(xù)模中，多使用彈性卸 料裝置。 4.4導(dǎo)向方式 一般采用安裝在模架上的導(dǎo)柱、導(dǎo)套進(jìn)行導(dǎo)向。連續(xù)模上的卸料板需對凸模進(jìn)行設(shè)計導(dǎo)向時，需增加小導(dǎo)柱、導(dǎo)套進(jìn)行導(dǎo)向。 4.5模具的正裝關(guān)系 對于連續(xù)模而言，其沖裁工序一般只采用正裝方式，否則由于廢料排除不便，導(dǎo)致無法完成連續(xù)沖壓成形。正裝是指凸模裝于上模，凹模裝于下模。 4.6模架類型及精度 選擇對角導(dǎo)柱模架，這種模架在凹模面積的對角中心線上裝有前、后導(dǎo)柱，其有效區(qū)在毛坯進(jìn)給方向的導(dǎo)套間。受力平衡，上模座在導(dǎo)柱上運(yùn)動平穩(wěn)。適用于縱向或橫向送料，使用面寬，常用于連續(xù)?；驈?fù)合模。其凹模周界范 圍為63mm x50mm至 500mm x 500mm。這種模架的導(dǎo)向精度較高。 對于中小型模具都是通過模柄固定在壓力機(jī)滑塊上的。本模具采用壓入式模柄。 五 排樣 1送料步距 A 條料在模具上每次送進(jìn)的距離稱為送料步距。每一個步距可以沖出一個零件，也可以沖出幾個零件，送料步距的大小應(yīng)為條料上兩個對應(yīng)沖裁間的對應(yīng)點之間的距離。 9 每次只沖一個零件的步距 A 的計算公式為： A = D + a 式中 D 平行于送料方向的沖裁件寬度 a 沖裁件之間的搭邊值 步距 A 6 + 1.5 7.5 mm 條料寬度 B 條料是由板料裁剪下料而得，為了保證送料順利，裁剪時的公差帶分布規(guī)定上偏差為零，下偏差為負(fù)值（ - ）條料在模具上送進(jìn)時一般都有導(dǎo)向，當(dāng)使用導(dǎo)料板導(dǎo)向而又無側(cè)壓裝置時，在寬度方向也會產(chǎn)生送料誤差。條料寬度 B的計算應(yīng)保證在這二種誤差的影響下，仍然保證在沖裁件與條料側(cè)邊之間有一定的搭邊值 a。 條料寬 B（ D + 2a1 + Z ） 0 式中 D沖裁件與送料方向垂直的最大尺寸； a1沖 裁件與條料側(cè)邊的搭邊； 板料剪裁時的下偏差。 Z -條料于導(dǎo)料間的間隙 查表 2.8 跟 2.9 可以得 a=1.5mm Z=0.1 B =（ 48 + 2 1.5 + 0.1 ） 0 = 51.1 0 mm 采用無廢料的排樣方案。側(cè)刃最小搭邊 a=3mm。 計算沖壓件毛坯面積： 218 9213426 mmA 條料寬度： 48mm 進(jìn)距 ： h=（ 6+3） =9mm： 一個進(jìn)距的材料利用率： %5.87%100489 1892%100 bhnA六 、計算沖壓力 10 該模具采用彈性卸料和下出料方式。 1，沖孔力 查表 7.1得到 H62的 b412MPa 根據(jù) 2.9 式，沖孔力： NLtFb 44.1 0 3 4 94125.014.3441 2、落料力： NLtFb 1 9 7 7 64 1 25.0961 3、根據(jù)式 2.12，沖孔部分及切斷部分的卸料力： 12 )F F K卸 卸（ F查表 2.10， 04.0卸KNKFFF 120504.01 9 7 7 644.1 0 3 4 921 ）（）（ 卸卸4、根據(jù)式 2.13，沖孔部分推件力： 11F n F K推 推查表 2.10 ，得 04.0推KNKFF 8.331144.1034904.05.0 4n 11 推推 5、落料部分推件力： NKFF 32.632804.0197765.0 4n 22 推推則總沖壓工藝力為： 12 12F F F F F F 總 卸 推 推NF 53.4 0 9 7 032.6 3 2 88.3 3 1 11 2 0 51 9 7 7 644.1 0 3 4 9 總 七 確定模具壓力中心 沖壓力合力的作用點稱為模具的壓力中心。模具的壓力中心必須通過模柄軸線而和壓力機(jī)滑塊的中心線重合。否則滑塊就會受到偏心載荷而導(dǎo)致滑塊導(dǎo)軌和模具的不正常摩擦，降低模具壽命甚至磨損模具。壓力中心的計算是通過空間平行力及合力的作用線的求解方法。 11 沖裁輪廓周長 /mm 個凸模壓力中心坐標(biāo) X(mm) Y（ mm） 1L=3 0 7.5 2L=42 21 9 3L=6 42 6 4L=21 31.5 3 5L=3 21 6 6L =21 10.5 6 7L =12.56 2.5 3 8L =12.56 7.5 3 9L =12.56 34.5 6 10L =12.56 39.5 6 由 2.7式得，壓力中心到 X軸的距離為： 109876543211010998877665544332211XXXXXXXXXXXLXLXLXLXLXLXLXLXLXLX 12 15924.145.395.345.75.25.10215.3142210 )5.395.345.75.2(56.125.10212135.3121426214230 X由 2.8式得，壓力中心到 Y軸的距離為： 10987654321 1010998877665544332211 YYYYYYYYYY YLYLYLYLYLYLYLYLYLYLY 603.155.79635.466633 )6633(56.126215.43321669425.73 Y 八 、計算凸凹模刃口尺寸 1、計算沖孔凸凹模刃口尺寸 查表 2.12得間隙值 minZ =0.04mm maxZ=0.06mm 查表 2.14 4 得凸凹模制造公差 20.oop mm， 04.0dmm。 校核：maxZ- minZ =0.02mm p+d=0.06mm 為保證新沖模的間隙小于最大合理間隙（maxZ），凸模和凹模制造公差必須保證 p d m a x m i nZZ 否則，?。簆 m a x m i n0 . 4 0 . 4 0 . 0 4 5 0 . 0 2 5 0 . 0 0 8ZZ （ ） （ ）mm d m a x m i n0 . 6 0 . 6 0 . 0 4 5 0 . 0 2 5 0 . 0 1 2ZZ （ ） （ ）mm 對零件圖中未注公差的尺寸，按 IT14級查表 7.14，其極限偏差為： 0.304。 查表 2.17得磨損系數(shù) x=0.5，查表 7.14 制造公差 0.3mm 。 根據(jù)表 3.16得： 凸模尺寸 0m i n ppdx （ d ）000 . 0 0 8 0 . 0 0 84 0 . 5 0 . 3 4 . 1 5p mm （ 4 ）凹模尺寸 008.000m in )04.015.4()( pZdd pd mm 2、計算落料凸凹模刃口尺寸 對外輪廓的落料，由于形狀較復(fù)雜，故采用配合加工方法，其凸，凹 模刃口部分尺寸計算如下。 當(dāng)以凹模為基準(zhǔn)件時，凹模磨損后，刃口部分尺寸增大的為 A類尺寸，刃口 13 部分尺寸基本不變的為 C類尺寸。 對零件圖中未注公差的尺寸，查表 7.14，其極偏差為： 006.03， 0075.06， 016.042，0 13.021 。 將零件圖中的各尺寸進(jìn)行分類： A類尺寸： 006.03， 013.021， 0075.06， 016.042mm。 C 類尺寸： 03.03 ， 065.021 mm。 查表 2.17得因數(shù) x為：由于都 50.0 所以因數(shù) x=0.75。 凹模 刃口尺寸計算如下： 40)( xAA d 015.00406.00 9 9 5.2)06.075.03(3 d 0 1 8 7 5.004075.00 944.5)075.075.06(6 d 04.00416.00 88.41)16.075.042(42 0325.00413.00 9 0 2 5.20)13.075.021(21 8 CCd0075.033 d01625.02121 d九 ， 凸模和凹模工作部分尺寸的設(shè)計計算 尺寸計算的原則 落料時，落料件的尺寸由凹模決定，因此應(yīng)以落料凹模為設(shè)計基準(zhǔn)。沖孔的尺寸是由凸模決定的，因此應(yīng)以沖孔凸模為設(shè)計基準(zhǔn)。 凸模和凹模應(yīng)考慮磨損規(guī)律。凹模磨損后會增大落料件的尺寸，凸模磨損后會減少沖孔件的尺 寸，為了提高模具壽命，在制造新模具時應(yīng)把凹模尺寸做得趨向于落料件的最小極限尺寸，把凸模尺寸做得趨向于沖孔件的最大極限尺寸。 凸模和凹模之間應(yīng)該有合力間隙。由于間隙在模具磨損后會增大，所以在設(shè) 14 計圖凸模和凹模尺寸時取初始間隙的最小值 Zmin. 凸模和凹模的制造公差，應(yīng)于沖裁件的尺寸精度相適應(yīng)。 尺寸計算時要考慮模具的制造特點：一種是分別加工法，另一種是單配加工法。 1、凹模的設(shè)計 凹模厚度，按式 2.38，其中 b=45mm,K 按表 2.21查得， K=0.40 H=Kb=0.4 45=18mm 凹模壁厚 C=1.5 H=27mm 凹模刃口形狀的選擇，凹模刃口有兩種基本形狀：一種是直壁式，一種直斜壁式。直壁式強(qiáng)度好，刃磨后尺寸不增大，沖件精度高，但沖裁是磨損大，工件易在型空內(nèi)聚集，嚴(yán)重時會讓凹模脹裂，不如斜壁式鋒利。每次刃磨磨量大。為避免工件在型空內(nèi)聚集，考慮到本例生產(chǎn)量較大凹模刃口形狀應(yīng)選擇直壁式的。 3、沖孔凸模的設(shè)計 沖孔凸模材料選用 T10A 鋼制造，淬火硬度為 HRC5860， 1300c M P a 凸模的長度 L：由表 7.40得，選用圓凸模 A II 4.15 40 （ CB2863.1-81. T10A ） L=40mm 凸模強(qiáng)度與剛度的校核： 強(qiáng)度校核：根據(jù)式 2.26 ccFS4685 3 7 3 1 2 . 5 6ccM P a ，強(qiáng)度滿足要求。 剛度校核：根據(jù)式 2.32 22m a x()crEJFl2523 . 1 4 2 . 1 1 0 3 . 1 4 8 2 9 2 4 6 8 540crF N N ，剛度滿足要 15 求。 十 、磨具其他裝置的設(shè)計 1、凸模固定板的厚度應(yīng)取其凸模設(shè)計長度 L 的 40%，故凸模固定板厚度為 20mm,凸模和一般鋼質(zhì)的凹模鑲塊與固定板選用 H7/m6 配合。 2、卸料板的確定：材料 Q235 鋼，長和寬的尺寸和凸模固定板的尺寸相同，根據(jù)表 2.26，選擇厚度 H=6mm. 3、墊板：一般沖裁模使用的墊板，厚度可在 412mm 內(nèi)按標(biāo)準(zhǔn)選用，外形尺寸應(yīng)與凸模固定板相同。選取厚度 H=6.2mm。 4、凸模、凸模固定板、墊板、上模座用圓柱銷和內(nèi)六角圓柱頭螺釘來連接的，凹模與凹模座也是用圓柱銷和內(nèi)六角圓柱頭螺釘連接 圓柱銷的數(shù)量為 4 根，其尺寸為 GB119-86A6X50。與上下模座、墊板、凹模、凸模固定板的配合為 H7/m6 的過渡配合。 內(nèi)六角圓柱頭螺釘數(shù)量 6 個，其尺寸為： GB70-85M6。 5、 擋料銷 擋料銷分為固定擋料銷、活動擋料銷、始用擋料銷。這里采用圓形固定擋料銷，安裝在凹模上，結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，但銷孔離凹模較近會削弱凹模強(qiáng)度。根據(jù) JB/T7649.10-1994,選擇 d=6, 1d=3。 6、 導(dǎo)料板 根據(jù)模具工程大典 P1130選擇導(dǎo)料板 125x40x4 JB/T 7648.5 和 160x40x4 JB/T 7648.5 材料： 45鋼，調(diào)質(zhì) 2832HRC 技術(shù)條件：按 JB/T 7653 1994 的規(guī)定。 7、 導(dǎo)正銷 導(dǎo)正銷的結(jié)構(gòu)主要有四種，（見冷沖模設(shè)計 P104），導(dǎo)正銷是根據(jù) 16 孔的尺寸選用的。導(dǎo)正銷由導(dǎo)入和定位兩部分組成。導(dǎo)入部分一般用圓弧或圓錐過渡，定位部分為圓柱面。為保 證導(dǎo)正銷能順利地插入孔中，應(yīng)保持導(dǎo)正銷直徑與孔之間有一定的間隙。導(dǎo)正銷的直徑按基孔制間隙配合h9，但考慮到?jīng)_孔后彈性變形收縮，因此導(dǎo)正銷的基本尺寸應(yīng)比沖孔凸模直徑小。 這里沖孔凸模的孔徑為 6mm，選擇 C型，這種結(jié)構(gòu)裝拆方便，模具刃磨后導(dǎo)正銷長度仍能適應(yīng)導(dǎo)正需要。 連續(xù)模采用擋料銷初定位，用導(dǎo)正銷精定位時，擋料銷的安裝位置應(yīng)保證導(dǎo)正銷在導(dǎo)正條料的過程中有移動的余地。有兩種方式對導(dǎo)正銷進(jìn)行定位： 這里按第一種方式進(jìn)行定位： (見冷沖模設(shè)計 P105圖 4-57) / 2 /