共 30 頁 第 頁 1 題目： 沖壓模具設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 所在系部 機(jī)械電力工程系 年 級 專 業(yè) 模具設(shè)計(jì)與制造 指導(dǎo)教師 成 績 共 30 頁 第 頁 2 目錄 第一章 概論 . 4 1.1 模具工業(yè)的發(fā)展與現(xiàn)狀 . 4 1.1.1 模具工業(yè)發(fā)展?fàn)顩r . 4 1.1.2 模具工業(yè)未來前景 . 4 1.2 CAD 在模具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 . 5 1.3 Pro/e 在模具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 . 5 第二章 工藝分析與模具結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì) . 6 2.1 工藝分析 . 6 2.1.1 沖裁件的形狀與尺寸要求 . 6 2.2 制定工藝方案 . 7 2.2.1 零件工藝要求 . 7 2.2.2 工序順序 的編排與工序組合 . 7 第三章 工藝計(jì)算 . 8 3.1 毛坯展開計(jì)算 . 8 3.2 排樣優(yōu)化設(shè)計(jì) . 8 3.2.1 搭邊 . 8 3.2.2 排樣方案設(shè)計(jì) . 8 3.2.3 排樣方案比較 . 9 3.2.4 排樣方案選擇 . 10 3.3 沖壓力的計(jì)算 . 10 3.3.1 沖裁力的計(jì)算 . 10 3.3.2 退料力、頂出 力的計(jì)算 . 11 3.3.3 降低沖裁力的方法 . 11 3.4 計(jì)算壓力中心 . 11 第四章 沖壓設(shè)備選 擇 . 14 4.1 典型沖壓設(shè)備概述（曲柄壓力機(jī) ) . 14 4.2 沖壓設(shè)備選擇原則 . 14 4.2.1 沖壓設(shè)備類型的選擇 . 14 4.2.2 沖壓設(shè)備規(guī)格的確定件 . 14 4.3 選擇沖壓設(shè)備 . 15 第五章 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . 16 5.1 模具總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . 16 5.1.1 方案分析 . 16 5.2 模具閉合高度分析 . 16 5.2.1 閉合高度概述 . 16 5.2.2估算模具閉合高度 . 16 第六章 模具主要零部件設(shè)計(jì) . 17 6.1 凸、凹模設(shè)計(jì) . 17 6.1.1 計(jì)算沖裁間隙 . 17 6.1.2 凸、凹模刃口尺寸計(jì)算 . 17 6.1.3 凸模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . 18 6.1.4 凹模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . 18 6.2 卸料裝置設(shè)計(jì) . 20 6.3 彈性元件的選擇 . 20 6.3.1 橡膠的選擇 原則 . 20 6.3.2 卸料裝置橡膠的選擇 . 21 6.4 螺釘和銷釘?shù)倪x擇 . 22 6.4.1 螺釘?shù)倪x擇 . 22 共 30 頁 第 頁 3 6.4.1 銷釘?shù)倪x擇 . 22 6.5 定位方式設(shè)計(jì) . 22 6.6 導(dǎo)向零件選擇 . 22 6.6.1 分析 . 22 6.6.2 導(dǎo)柱、導(dǎo)套選擇 . 23 6.7 支撐零件選擇（上、下模座） . 23 6.7.1 上、下模座選擇原則 . 23 6.7.2 上、下模座的選擇 . 23 6.8 模架的選擇 . 23 第七章 模具總圖繪制 . 25 7.1 繪制二維工程圖 . 25 7.2 三維建模 . 25 第八章 模具主要零部件制造工藝的編制 . 25 8.1 上模板 . 26 8.2 下模板 . 26 8.3 凸模 . 26 8.4 凹模 . 27 8.5 退料板 . 27 8.6 導(dǎo)柱 . 28 8.7 導(dǎo)套 . 29 第九章 總結(jié) . 30 結(jié)束語 . 31 致謝 . 32 參考文獻(xiàn) . 33 共 30 頁 第 頁 4 第一章 概論 1.1 模具工業(yè)的發(fā)展與現(xiàn)狀 1.1.1 模具工業(yè)發(fā)展?fàn)顩r 據(jù)有關(guān)方面預(yù)測，模具市場的總體趨熱是平穩(wěn)向上的，在未來的模具市場中， 沖壓 模具的發(fā)展速度將高于其它模具，在模具行業(yè)中的比例將逐步提高。隨著 沖壓 工業(yè)的不斷發(fā)展，對 沖壓 模具提出越來越高的要求是正常的，因此，精密、大型、復(fù)雜、長壽命 沖壓 模具的發(fā)展將高于總量發(fā)展速度。同時(shí)，由于近年來進(jìn)口模具中，精密、大型、復(fù)雜、長壽命模具占多數(shù)，所以，從減少進(jìn)口、提高國產(chǎn)化率角度出發(fā)，這類高檔模具在市場上的份額也將 逐步增大。建筑業(yè)的快速發(fā)展，使各種異型材擠出模具、 PVC 沖壓 管材管接頭模具成為模具市場新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)，高速公路的迅速發(fā)展，對汽車輪胎也提出了更高要求，因此子午線橡膠輪胎模具，特別是活絡(luò)模的發(fā)展速度也將高于總平均水平；以塑代木，以塑代金屬使 沖壓 模具在汽車、摩托車工業(yè)中的需求量巨大；家用電器行業(yè)在 “十五 ”期間將有較大發(fā)展，特別是電冰箱、空調(diào)器和微波爐等的零配件的 沖壓 模需求很大；而電子及通訊產(chǎn)品方面，除了彩電等音像產(chǎn)品外，筆記本電腦和網(wǎng)機(jī)頂盒將有較大發(fā)展，這些都是 沖壓模具市場的增長點(diǎn) 。 1.1.2 模具工業(yè)未來前 景 模具標(biāo)準(zhǔn)件的應(yīng)用將日漸廣泛，模具標(biāo)準(zhǔn)化及模具標(biāo)準(zhǔn)件的應(yīng)用能極大地影響模具制造周期。使用模具標(biāo)準(zhǔn)件不但能縮短模具制造周期，而且能提高模具質(zhì)量和降低模具制造成本。同時(shí)，快速經(jīng)濟(jì)模具的前景十分廣闊。由于人們要求模具的生產(chǎn)周期越短越好，因此開發(fā)快速經(jīng)濟(jì)模具越來越引起人們的重視。例如研制各種超塑性材料來制作模具；用環(huán)氧、聚酯或在其中填充金屬、玻璃等增強(qiáng)物制作簡易模具。這類模具制造工藝簡單，精度易控制，收縮率較小，價(jià)格便宜，壽命較高。還可用水泥 沖壓 制作汽車覆蓋件模具。中、低熔點(diǎn)合金模具，噴涂成型模 具，電鑄模，精鑄模，層疊模，陶瓷吸塑模及光造型和使用熱硬化橡膠快速制造低成本模具等快速經(jīng)濟(jì)模具將進(jìn)一步發(fā)展?？鞊Q模架、快換沖頭等也將日益發(fā)展。另外采用計(jì)算機(jī)控制和機(jī)械手操作的快速換模裝置、快速試模裝置技術(shù)也會(huì)得到發(fā)展和提高。 共 30 頁 第 頁 5 1.2 CAD 在模具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 一般說來，模具零件的圖形都是由直線、曲線等圖象對象構(gòu)成的。 AutoCAD 完全滿足模具制圖過程中的各種制圖要求。例如，利用 AutoCAD 可以方便地繪制點(diǎn)、直線、圓弧、圓等基本圖形對象，還可以對基本圖形進(jìn)行編輯，以構(gòu)成復(fù)雜的模具圖形。與傳統(tǒng) 的手工繪圖相比， AutoCAD 具有無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。 1 . 減少重復(fù)性工作 當(dāng)圖紙上有多個(gè)相同圖形、或者所繪圖形對稱于某一軸線時(shí)，可利用復(fù)制、鏡像、陣列等功能快速地從已有圖形得到其他部分。還可以方便的將已有零件圖組裝模具裝配圖，就如實(shí)際裝配模具零件一樣，從而驗(yàn)證零件尺寸是否正確，以及是否會(huì)出現(xiàn)零件之間的干涉問題。同樣，利用 AutoCAD 的 復(fù)制等功能，可以方面的把模具裝配圖坼分成所需的模具零件圖。當(dāng)設(shè)計(jì)系列產(chǎn)品時(shí)，可以根據(jù)已有圖形，通過比例縮放功能派生出新的圖形出來。 2 . 便于建立圖形庫 AutoCAD 可以將常用圖形，如符合國家標(biāo)準(zhǔn)的軸承、螺栓、螺母和墊圈等分別建成圖形庫，當(dāng)需要繪制這些圖形時(shí)，可以調(diào)用插入即可。 3 . 易規(guī)范標(biāo)準(zhǔn) 國家機(jī)械制圖標(biāo)準(zhǔn)對機(jī)械制圖的線型、線寬、尺寸標(biāo)柱樣式、文字樣式等均有明確的規(guī)定，利用 AutoCAD 相應(yīng)的樣式設(shè)置，可以相應(yīng)的滿足這些標(biāo)準(zhǔn)要求。 4 . 便于圖形的保存和打印 AutoCAD 設(shè)計(jì)的圖形，可直接通過繪圖儀打印到硫酸紙，不再需要描圖員描圖，無論繪制的圖形有多大量，均可運(yùn)用磁盤、光盤等儲(chǔ)存介質(zhì)進(jìn)行保存，圖紙保存質(zhì)量高、壽命長。 基于上述優(yōu)點(diǎn)，利用 AutoCAD 進(jìn)行模具繪圖時(shí)，能大大提高繪圖效率，減輕設(shè)計(jì)工作量。雖然用 AutoCAD 有很多優(yōu)點(diǎn)，但也有不足之處，如繪制零號、一號圖幅的圖形時(shí)，由于計(jì)算機(jī)屏幕的限制，用戶不能直觀查看整個(gè)圖形只能通過 AutoCAD 提供的鳥瞰試圖、顯示縮放、移動(dòng)等功能了解全圖，這對沒多少設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的用戶來說，會(huì)影響設(shè)計(jì)中的直觀判斷。 1.3 Pro/e 在模具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 在這次設(shè)計(jì)過程中，采用 Pro/e繪圖的次數(shù)并不多，但是在繪制三維圖時(shí)，全部采用 Pro/e，在導(dǎo)圖時(shí)也采用了。 共 30 頁 第 頁 6 第二章 工藝分析與模具結(jié) 構(gòu)形式設(shè)計(jì) 2.1 工藝分析 2.1.1 沖裁件的形狀與尺寸要求 工件名稱： 墊板 工件簡圖： 如圖 2.1.1所示 生產(chǎn)批量： 10萬件（大批量） 材料 ： QS n6.5-0.1 材料厚度 t： 0.3mm (圖 2.1.1） 沖裁件的尺寸要求： 零件圖上所有沒注公差的尺寸，屬自由尺寸，可按 IT14 級確定工件的尺寸的公 共 30 頁 第 頁 7 差，最小孔邊距 2.1mm公差為 -0.11.屬 11 級精度。查公差表可得歌尺寸公差： 零件外形： 25-00.52mm; 零件內(nèi)形： 40+0.3mm; 10+0.25mm 孔心距： 5.5 0.3mm 2.2 制定工藝方案 2.2.1 零件工藝要求 此工件只有沖孔和落料兩個(gè)工序。材料為 QS n6.5-0.1，具有良好的沖壓性能，適合沖裁。工件結(jié)構(gòu)簡單，有一個(gè) 4mm 的橢圓孔和兩個(gè) 1mm 的孔孔與孔、孔與邊緣之間的距離也滿足要求，最小壁厚為2.1mm（橢圓與 1、兩個(gè) 1的孔之間、及橢圓、 1 與外圓之間的厚度）。工件的尺寸全部為自由公差，可看著 IT14級，尺寸精度較低，普通沖裁完全能滿足要 求。 2.2.2 工序順序的編排與工序組合 該工件包括落料、沖孔兩個(gè)基本工序，可以有以下三種工藝方案： 方案一：先落料，后沖孔。采用單工序模。 方案二：落料 沖孔復(fù)合沖壓。采用復(fù)合模生產(chǎn)。 方案三：沖孔 落料級進(jìn)沖壓。采用級進(jìn)模生產(chǎn)。 方案一模具結(jié)構(gòu)簡單，但是需要兩道工序兩副模具，成本要求高而且生產(chǎn)效率低，難以滿足大批量生產(chǎn)要求。方案二只需一副模具，工件的精度及生產(chǎn)效率都較高，但工件最小壁厚 2.1mm小于凸、凹模許用的最小壁厚尺寸 3.2mm，模具強(qiáng)度較差，制造困難大，并且沖壓后成品件留在模具上，在清理模具上的物料時(shí)會(huì)影響沖壓速度，操作不方便。方案三也只要一副模具，生產(chǎn)效率高，操作方便，工件精度也能滿足要求。通過對上述三種方案的比較分析，該件的沖壓生產(chǎn)采用方案三為佳。 共 30 頁 第 頁 8 第三章 工藝計(jì)算 3.1 毛坯展開計(jì)算 毛坯長 L 毛坯寬 B=（ Lmax + 2a + C ) = 25+2 1.5+ 0.5 = 28.5mm 式中： L 毛坯長度； B 毛坯寬度； D 條料寬度方向沖裁件最大尺寸； A 側(cè)搭邊值，見沖壓模具設(shè)計(jì)與制造表 2.5.2； C 導(dǎo)料板與最寬 條料之間的間隙，其最小值見沖壓模具設(shè)計(jì)與制造表 2.5.5。 3.2 排樣優(yōu)化設(shè)計(jì) 3.2.1 搭邊 此工件中的圓形或圓角 r 2t 。所以工件與側(cè)面的距離 a 取 1.5mm，工件與工件之間取 a1為 1.2mm。 式中： t 為材料厚度 ； 3.2.2 排樣方案設(shè)計(jì) 排樣方式最主要采用提高材料的利用率，降低成本及保證沖裁件及模具的使用壽命為前提。故方案有廢 料的直排方式，如圖 3.2.2 所示： 共 30 頁 第 頁 9 (圖 3.2.2） 方案二：有廢料直對排： （圖 3.2.3） 3.2.3 排樣方案比較 排樣圖方案一 一個(gè)步距的材料利用率： = A/Bs 100 A = 220 - 2 -( R+0.6 4)=198.8mm 工件的步距 s 為： B+ a = 12.2mm = A/Bs=198.8/28.5 12.2 100 =57.1 方案二的材料利用率： = A/Bs 100 s =B + a =26.2mm = 198.8 14 26. 100 54.4 查板材標(biāo)準(zhǔn)選用 700mm 800mm的剛板，每張剛板可剪裁 25 張條料（ 28mm 800mm），每張條料可沖 1625個(gè)工件，則 ： 共 30 頁 第 頁 10 =nA1 LB 100 =1625 198.8 770 800 100% =52.4% 故一張剛板的材料利用率為 25.4% 式中： 一個(gè)步距的材料利用率； B 工件寬度； A 一個(gè)步距內(nèi)沖裁件的實(shí)際面積； B 條料寬度； s 步距 . 根據(jù)選擇的排樣方式?jīng)_裁件的沖裁步驟： （ 1） 先沖兩個(gè) 1和橢圓 （ 2） 對工件的外形狀落料 3.2.4 排樣方案選擇 方案一的材料利用率比方案二的高，方案一在沖裁過程中工件飛的剛性、強(qiáng)度 都相較方案二好。在滿足材料利用率及工件最后的剛性等條件下，排樣方式選擇方案一。 3.3 沖壓力的計(jì)算 3.3.1 沖裁力的計(jì)算 沖裁力是沖裁過程中凸模對板料施加的壓力，它是隨凸模進(jìn)入材料的深度（凸模行程）而變化的。通常說的沖裁力是指沖裁力的最大值。 工件的沖裁力為： F = KLt b = 1.3 68 0.3 300=7956(N) 式中： F 沖裁力； L 沖裁周邊長度； t 材料厚度； b 材料抗剪強(qiáng)度； K 系數(shù)（一般取值 1.3） 共 30 頁 第 頁 11 3.3.2 退料力、頂出力的計(jì)算 退料力頂出力包括卸料力、推件力和頂件力 卸料力：從凸模上卸下卡住的料所需要的力 ； 推件力：將梗塞在凹模內(nèi)的料順沖裁方向推出所需要的力； 頂件力：逆沖裁方向?qū)⒘蠌陌寄?nèi)頂出所需要的力。 卸料力的計(jì)算： Fx=KxF =0.05 7956=397.8(N) 推件力的計(jì)算 : Ft=nKt F n =h/t =3/0.3 =10 Ft = 10 0.063 7956=5014.3(N) 頂出力的計(jì)算 : Fd=Kd F =0.08 7956= 636.5(N) 式中 : F 沖裁力 ; Kx、 Kt、 Kd 卸料力、推件力、頂件力系數(shù) ,見 沖壓模具設(shè)計(jì)與制造 表 2.6.1; n 同時(shí)卡在凹模內(nèi)的沖裁件 (或廢料 )數(shù) ; n = h/t h 凹模洞口的直刃壁高度 ; t 板料厚度。 3.3.3 降低沖裁力的方法 為了實(shí)現(xiàn)小設(shè)備沖裁大工件 ,或使沖裁過程平穩(wěn)以減少壓力機(jī)振動(dòng) ,常采用以下方法降低沖裁力。 1.階梯凸模沖裁 在多凸摸的沖模中 ,將凸模設(shè)計(jì)成不同的長度 ,使工件端面呈階梯式布置 ,這樣 ,各凸模沖裁力的最大峰值不同時(shí)出現(xiàn) ,從而達(dá)到降低沖裁力的目的。 2.斜刃沖裁 用平刃口沖裁模具時(shí) ,沿刃口整 個(gè)周邊同時(shí)沖切材料 ,故沖裁力很大。若將凸模 (或凹模 )刃口平面作成與其軸線傾斜一個(gè)角度的斜刃 ,則沖裁時(shí)刃口就不是全部同時(shí)切入 ,而是逐步地將材料切離 ,這樣就相當(dāng)于把沖裁件整個(gè)周邊長分成若干小段進(jìn)行剪切分離 ,因而能明顯降低沖裁力。 3.加熱沖裁 (紅沖 ) 3.4 計(jì)算壓力中心 模具的壓力中心就沖壓合力的作用點(diǎn)。 確定模具的壓力中心 (1) 按比例畫出圖形的輪廓，如圖 3.4.1 共 30 頁 第 頁 12 圖 3.4.1 （ 2） 任意位子畫出坐標(biāo)軸 X、 Y，如圖 3.4.1所示。 （ 3） 將組成圖形的輪廓?jiǎng)澐譃槿舾珊唵蔚木€段求出各線段長 L1、 L2 、 L3 Ln L1= R1=3.14 4.1 = 12.9mm L2=1/4 R2 =1/4 3.14 4 3.14mm L3 8.46mm L4= 1/2 D=1/2 3.14 11 17.3mm L5=15.4mm （ 4） 確定各段的重心位置 X1、 X2、 X3 和 Y1、 Y2、 Y3。 L1 (6,6.9) ; L2 (12.94,4) ; L3 (13.7,0) ; L4 (21.4,5.5) ; L5 (17.17,11) (5) 按沖壓模具與設(shè)計(jì)公式（ 2.6.12）、（ 2.6.13）算出壓力中心坐標(biāo)（ X0、 Y0)。 X0=L1X1+L2X2+L3X3+L4X4+L5X5 L1+L2+L3+L4+L5 =77.4+40.6+115.9+370.22+264.4 12.9+3.14+8.46+17.3+15.4 =14.08 Y0=L1Y1+L2Y2+L3Y3+L4Y4+L5Y5 L1+L2+L3+L4+L5 =89+12.56+0+95.15+169.4 57.2 =6.4 零件的壓力中心即所求的中心如圖 3.4.2所示： 共 30 頁 第 頁 13 （圖 3.4.2） 共 30 頁 第 頁 14 第四章 沖壓設(shè)備選 4.1 典型沖壓設(shè)備概述（曲柄壓力機(jī) ) 曲柄壓力機(jī)的工作原理：利用曲柄連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行工作，電動(dòng)機(jī)通過帶輪及齒輪帶動(dòng)曲軸運(yùn)動(dòng)，經(jīng)連桿使滑塊作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。曲柄壓力機(jī)分為偏心壓力機(jī)和曲軸壓力機(jī)，二者區(qū)別主要在主軸，前者主軸是偏心軸，后者主軸是曲軸。偏心壓力機(jī)一般是 開式壓力機(jī)，而曲軸壓力機(jī)有開式和閉式之分。 曲柄壓力機(jī)的特點(diǎn)有：生產(chǎn)率高，適合與各種沖壓加工。 4.2 沖壓設(shè)備選擇原則 4.2.1 沖壓設(shè)備類型的選擇 （ 1） 中小型沖壓件 選擇開式機(jī)械壓力機(jī) （ 2） 大中型沖壓件 選擇雙柱閉式機(jī)械壓力機(jī) （ 3） 導(dǎo)板模或要求導(dǎo)套不離開導(dǎo)柱的模具 選擇偏心壓力機(jī) （ 4） 大量生產(chǎn)的沖壓件 選擇高速壓力機(jī)或多工位自動(dòng)壓力機(jī) 4.2.2 沖壓設(shè)備規(guī)格的確定 壓力機(jī)的選用原則 ： （ 1） 公稱壓力 公稱壓力的大小，表示壓力機(jī)本身能夠承受的沖擊大小。 （ 2） 滑塊行程長度 是指曲柄旋轉(zhuǎn)一周滑塊所移動(dòng)的距離，其值為曲柄半徑的兩倍。 （ 3） 行程次數(shù) 行程次數(shù)即指滑塊每分鐘沖擊次數(shù)。 （ 4） 工作臺面尺寸 （ 5） 滑塊模柄孔 （ 6） 閉合高度 （ 7） 電動(dòng)機(jī)功率的選擇 共 30 頁 第 頁 15 4.3 選擇沖壓設(shè)備 對于曲柄壓力機(jī)來說，必須滿足以下要求： （ 1）壓力機(jī)的標(biāo)稱壓力必須大于沖壓的工藝力的總和 FZ。即 FZ F。 更確切地說，應(yīng)該是沖壓過程的負(fù)荷曲線必須在壓力機(jī)的許用負(fù)荷曲線之下。 該工件采用剛性卸料： F=F+FT=7956+5014.3(N)=12970.3(N) 即： FZ 1297.0（ N) 12.97（ KN) （ 2）壓力機(jī)的裝模高度必須符合模具閉合高度的要求。 （ 3）壓力機(jī)的行程要滿足工件成形的要求。 （ 4）壓力機(jī)的臺面尺寸必須大于模具下模座的外形尺寸，并要留有固定模具的位置。一般每邊應(yīng)大出 50 70mm以上。壓力機(jī)臺面上的漏料孔尺寸必須大于大件（或廢料）的尺寸。 鑒于該工件屬小型大批量生產(chǎn)， 在保證費(fèi)用地等情況下，選擇開式機(jī)械壓力機(jī)。根據(jù)工件的沖壓總工藝力選擇： J23 - 3.15 開式可傾壓力機(jī) （ 3.15 表示公稱壓力為 31.5KN）壓力機(jī)的技術(shù)參數(shù)為： 滑塊公稱壓力 P0： 31.5KN 滑塊行程 S： 25mm 行程次數(shù)（快