模具設計畢業(yè)設計--落料沖孔級進模設計

1、<p>　　《沖壓工藝與模具設計》課程設計任務書</p><p>　　題 目： 《墊圈沖裁?！氛n程設計 </p><p>　　內 容：（1）沖壓件的工藝分析</p><p>　?。?）工藝方案的確定</p><p><b>　?。?）工藝計算</b></p>

2、<p><b>　　（4）模具總體設計</b></p><p>　?。?）模具主要零部件的結構設計</p><p>　　（6）沖壓設備的選擇急繪制模具總裝圖</p><p><b>　　落料沖孔級進模設計</b></p><p><b>　　工件名稱：墊圈</b>&l

3、t;/p><p><b>　　生產批量：大批量</b></p><p><b>　　材料：H62-M</b></p><p><b>　　厚度：1.5mm</b></p><p><b>　　工件簡圖見圖1</b></p><p>&l

4、t;b>　　圖1墊圈 </b></p><p>　　一、沖壓件工藝性分析</p><p>　　此零件只有落料和沖孔兩個工序，材料為H62-M，能夠進行一般的沖壓加工，市場上也容易得到這種材料，價格適中。</p><p>　　工件結構相對簡單，有一個φ6.5mm的孔，孔與邊緣之間的距離也滿足要求，最小壁厚為3.75mm。零件圖上尺寸均未標注尺寸偏差

5、，屬于未注公差尺寸，可按IT14級確定工件尺寸的公差。經查公查表，各尺寸公差為：22.30-0.52，60-0.36，φ140-0.45，φ6.5+0.360，0.50-0.25，符合一般級進沖壓的經濟精度要求。</p><p>　　由以上分析可知，圖示零件具有比較好的沖壓工藝性，適合沖壓生產。 </p><p><b>　　二、工藝方案的確定</b></p&g

6、t;<p>　　該零件所需的基本沖壓工序為落料和沖孔，可擬訂出以下三種工藝方案。</p><p>　　方案一：先落料，后沖孔。采用簡單的單工序模生產。</p><p>　　方案二：沖孔—落料復合沖壓。采用復合模生產。</p><p>　　方案三：沖孔—落料級進沖壓。 采用級進模生產。

7、 </p><p>　　采用方案一，模具結構簡單，但是需要兩副模具，成本高而且生產效率低，難以滿足中大批量生產要求，且累計誤差大。方案二只需要一副模具，工件的精度及生產效率都較高，但是工件的最小壁厚3.75mm小于凸凹模許用的最小壁厚3.8mm，模具的強度較差，制造的難度大，并且沖壓后成品件留在模具上，在清理模具上的物料時會影響沖壓速度，操作不方便。方案三也只需要一副模具，生產效率高，操

8、作方便，工件的精度也能滿足要求。通過上述三種方案的比較，該零件的沖壓生產采用方案三最佳。</p><p><b>　　三、必要的工藝計算</b></p><p><b>　?。?）排樣設計：</b></p><p>　　設計級進模時，首先要設計條料排樣圖。該零件是對稱的結構，可以采用直排圖2的排樣方案可以提高材料的利用率，

9、減少廢料。</p><p>　　查表沖壓工具及模具設計可取得搭邊值為1.0mm和1.8mm。</p><p><b>　　計算條料寬度</b></p><p>　　B=(D+2a)-△0查有關表△=0.15則</p><p>　　條料寬度按相應的公式計算</p><p>　　B=22.3+2

10、15;1.8=25.90-0.15 mm</p><p>　　送料步距：A=14+1.0=15 mm</p><p>　　沖裁件的面積計算可得S=207.29 mm2。一個步距的材料利用率 =, 式中 S—個步距內沖裁件的實際面積，mm2;</p><p><b>　　A—送料步距；</b></p><p>　　B—條

11、料寬度，mm;</p><p><b>　　= ==53.4％</b></p><p>　　畫出排樣圖，如圖2所示。</p><p><b>　　圖2 條料的排樣</b></p><p><b>　　（2）計算沖壓力：</b></p><p>　　由工件

12、結構和前面所定的沖壓方案可知，本工件的沖裁力包括以下部分：</p><p>　　沖φ6.5mm孔的力P1、落外形料的力P2，向下推出φ6.5mm沖孔廢料的力P3，向下推出工件的力P4。由剛性卸料板卸條料的廢料的力不是壓力機提供的，故不用計算在內。</p><p>　　考慮到模具刃部被磨損、凸凹模間隙不均勻和波動、材料力學性能及材料厚度偏差等因素的影響，實際計算沖裁力時按下面公式：</

13、p><p><b>　　P=KLtτ（1﹞</b></p><p>　　式中 P—沖裁力（kN）</p><p>　　L—沖裁件剪切周邊長度（mm）</p><p>　　t—沖裁件材料厚度（mm）</p><p>　　τ—被沖材料的抗剪強度(MPa)</p><p>　

14、　K—系數，一般取1.3。</p><p>　　上式中抗剪強度τ與材料種類和坯料的原始狀態(tài)有關，可在手冊中查詢。為方便計算，可取材料的τ=0.8σb,故沖裁力表達式又可表示為：P=1.3Ltτ≈Ltσb</p><p>　　式中 σb—被沖材料抗拉強度(MPa)。查手冊可得H62的σb=294MPa</p><p>　　P1=6.5×π×1.5

15、×294=9kN</p><p>　　P2=62.88×1.5×294=27.74kN</p><p>　　推件力 Pt=nKtP</p><p>　　Kt—推件力系數,由手冊（3）表2．7查得Kt=0.05</p><p>　　n—同時卡在凹模內的工件(或廢料)數,其中</p><

16、p><b>　　n=h∕t</b></p><p>　　h—凹模洞口的直刃壁高度（mm），</p><p>　　t—板料厚度 ( mm)</p><p>　　查手冊﹝3﹞表2．21可得和h=6mm,故n=4</p><p>　　P3=4×0.05×9=1.8kN</p><p

17、>　　P4=0.05×27.74=1.39kN</p><p>　　工序總力P總=P1+P2+P3+P4 =9+27.74+1.8+1.39=40kN</p><p><b>　　3）初選壓力機 </b></p><p>　　查文獻開式可傾壓力機參數初選壓力機型號為J23-6.3，見表一。</p><p>

18、;　　表一 所選擇壓力機的相關參數</p><p>　　(4)確定模具壓力中心</p><p>　　模具的壓力中心就是沖壓力合力的作用點。為了保證壓力機和模具的正常工作，應使模具的壓力中心與壓力機的中心滑塊中心線重合。否則，沖壓時滑塊就會承受偏心載荷，導致滑塊導軌與模具的導向部分不正常的磨損，還會使合理的間隙得不著保證，從而影響制件的質量和降低模具的壽命，甚至損壞模具。由于該零件為規(guī)則

19、形狀的制件，其對稱中心既為壓力中心。</p><p>　　4、計算凸凹模刃口尺寸</p><p>　　工作零部件的設計與標準化（尺寸、位置、標準與示意圖）</p><p><b>　　工作零部件的計算</b></p><p>　　查表2.4﹝3﹞得間隙值Zmin=0.090mm，Zmax=0.120mm</p>

20、;<p>　?。?）沖裁φ6.5mm孔凸模、凹模刃口尺寸的計算</p><p>　　由于制件結構簡單，精度要求不高，所以采用凸模和凹模分開加工的方法制作凸、凹模刃口尺寸計算如下，查表2.5（3）得凸、凹模制造公差：δa=0.02mm，δt=0.02mm。校核：Zmax－Zmin=0.03mm，而δa＋δt=0.04mm不滿足Zmax－Zmin≥δa＋δt的條件，所以用配做法制作凸、凹模，查表2.6﹝

21、3﹞得IT14級時磨損系數x：x=0.5以凸模尺寸為基準，計算如下：</p><p><b>　　凸模尺寸 </b></p><p>　　由手冊可查得△=0.36</p><p>　　dap=（d+x△）-δp0 =(6.5+0.5×0.36)0-0.02 =6.680-0.02mm</p><p>　

22、　凹模刃口尺寸按凸模刃口尺寸配作，保證雙面間隙在0.09～0.120mm之間</p><p>　?。?）外形落料凸模、凹模刃口尺寸的計算</p><p>　　因此落料件為復雜的制件，所以利用凸凹模配作法，這種方法有利于獲得最小的合理間隙，放寬對模具的加工設備的精度要求。</p><p>　　采用配作法，計算凹模的刃口尺寸，首先是根據凹模磨損后輪廓變化情況先正確判斷出

23、模具刃口各個尺寸在磨損過程中是變大還是變小，還是不變這三種情況，然后分別按不同的計算公式計算。</p><p>　　a、凹模磨損后會增大的尺寸-------第一類尺寸A</p><p>　　第一類尺寸：Aj=(Amax-x△)0+0.25△ </p><p>　　b、凹模磨損后會減小的尺寸-------第二類尺寸B</p><p>　　第二類

24、尺寸：Bj=(Bmax+x△)0 -0.25△</p><p>　　c、凹模磨損后會保持不變的尺寸 第三類尺寸C</p><p>　　第三類尺寸：Cj=(Cmin+0.5△)±0.125△</p><p>　　有分析可知凹模尺寸都是磨損后增大的，所以均屬于第一類尺寸</p><p>　　查表2.6﹝3﹞可得磨損系數x為：當△≥0.

25、50時，x=0.5</p><p>　　當△<0.50 時，x=0.75因為圖中沒有標注公差所以可以去IT14級公差，有相關手冊可得22.3、6、14、三個尺寸的公差分別是0.52、0.36、0.5</p><p>　　第一類尺寸：磨損后增大的尺寸：有公式可得如下：</p><p>　　A1=(Amax-x△) 0+0.25△=(22.3-0.5×

26、;0.52) 0+0.25×0.52=22.0400.155 mm</p><p>　　A2=(Amax-x△) 0+0.25△=(6-0.75×0.36) 0+0.25×0.36=5.730+0.09 mm</p><p>　　A3=(Amax-x△) 0+0.25△=(14-0.5×0.43) 0+0.25×0.43=13.78500.

27、108 mm</p><p>　　落料凸模的基本尺寸與凹模相同，分別是13.785mm，5.73mm，22.04mm，不必標注公差，但要在技術條件中注明：凸模實際刃口尺寸與落料凹模配制，保證最小雙面合理間隙值Zmin=0.090。</p><p>　　圖3 落料凹模刃口部分尺寸</p><p>　　四、模具結構形式的選擇與確定</p><p&g

28、t;　　1）正倒裝結構：根據上述分析，本零件的沖壓包括沖孔和落料兩個工序，為方便小孔廢料和成形工件的落下，采用正裝結構，即沖孔凹模和落料凹模都安排在下模。</p><p>　　2）送料方式：因是大批量生產，采用自動送料方式。</p><p>　　3）定位裝置：本工件在級進模中尺寸是一般的，又是大批量生產，沖時第一個工位采用始用擋料銷定位，第二個工位采用固定擋料銷定位。送料時始用擋料銷與固定

29、擋料銷作為粗定距，在大凸模上安裝兩個導正銷，利用條料上φ6.5mm的孔做導正銷孔進行導正，依此作為條料送進的精確定距。</p><p>　　3）導向方式：為確保零件的質量及穩(wěn)定性，選用導柱、導套導向。由于已經采用了自動送料方式，采用中間導柱模架。</p><p>　　4）卸料方式：本模具采用正裝結構，沖孔廢料和工件留在凹?？锥粗?，為了簡化模具結構，可以在下模座中開有通槽，使廢料和工件從孔洞

30、中落下。工件厚度為1.5mm，料厚比較厚，為了簡化模具結構和達到可靠的卸料力，選用剛性卸料板來卸下條料廢料。</p><p>　　五、模具主要零部件的結構設計</p><p>　　1、工作零件的結構設計</p><p><b>　　采用整體式凹模</b></p><p>　　凹模外形尺寸的確定：</p>&

31、lt;p>　　凹模厚度H（按經驗公式H=kb（H≥15mm） ）</p><p>　　其中b為最大型孔的寬度尺寸，有設計工件可知b=22.3mm，k為系數，查沖壓手冊可取k=0.5</p><p>　　所以H=22.3×0.5=11.15mm，綜上可取H=15mm</p><p>　　凹模長度L的確定 L=b+2c</p><

32、p>　　因t=1.5mm沖壓工件寬度b=22.3mm，查表可得凹模壁厚c=30mm</p><p>　　則L=22.3+30×2=82.3mm</p><p>　　凹模寬度B的確定 B=步距+工件寬+2c</p><p>　　由以上的設計中可知B=15+14+2×30=89mm</p><p>　　凹模整體尺寸標

33、準化，取為100×100×15</p><p>　　凹模材料選用Cr12制造，熱處理硬度為58～62HRC。</p><p>　　落料凸模如圖4所示：</p><p><b>　　圖4落料凸模</b></p><p>　　沖小圓孔的凸模，為了增加凸模的強度與剛度，凸模非工作部分直徑應作成逐漸增大的多級

34、形式如圖5所示：</p><p>　　圖5 沖孔凸模的結構形式</p><p><b>　　凸模長度的計算：</b></p><p>　　凸模長度的確定主要根據模具結構、修磨、操作安全、裝配等因素的需要。采用卸料板和導料板，凸模長度按下式計算：</p><p>　　L=h1+h2+h3+h</p><

35、;p>　　式中 L—凸模長度， mm</p><p>　　h1—凸模固定板厚度，mm</p><p>　　h2—卸料板厚度，mm</p><p>　　h3—導料板厚度，mm</p><p>　　h—附加高度，主要考慮凸模進入凹模的深度（0.5~1）及模具閉合狀態(tài)下卸料板到凸模固定板間的安全距離，一般取15~20mm，就取17mm。

36、</p><p>　　凸模固定板厚度一般取凹模厚度的0.6~0.8倍，可取9mm，卸料板厚度可以取凹模厚度的0.8~1.0倍，可取12mm。導料板厚度查相關沖壓手冊可知為6mm。</p><p>　　綜上可取凸模長度L=9+12+6+17=44mm</p><p>　　小凸模強度校核 如要使凸模正常工作，必須使凸模最小斷面的壓應力不超過凸模材料的許用壓應力，即

37、</p><p>　　對于圓形凸模 dmin≥</p><p>　　式中 dmin—圓形凸模最小截面直徑，mm</p><p>　　t—沖裁材料厚度，mm</p><p>　　—沖裁材料的抗剪強度，MPa</p><p>　　—凸模材料許用強度，?。?.0~1.6）×103MPa</p>

38、;<p>　　dmin≥==1.36mm 所以承壓能力足夠。</p><p>　　抗縱向彎曲力校核　對于圓形凸模（有導向裝置）　</p><p>　?。蘭ax≤270d2/</p><p>　　式中 Lmax ——允許的凸模最大自由長度，mm</p><p><b>　　F ——沖模力,N</b>

39、;</p><p>　　ｄ——凸模最小截面的直徑，mm</p><p>　　Lmax≤270d2/=270×6.682/， 所以長度適宜。</p><p><b>　　凸模固定端面的壓力</b></p><p><b>　　q =<</b></p><p>

40、　　式中　　　　　q—凸模固定端面的壓力，MPa</p><p>　　F—落料或沖孔的沖裁力，N</p><p>　　—模座材料許用壓應力，MPa</p><p>　　q ==94.7MPa</p><p>　　凸模固定板端面壓力超過了80～90ＭＰa，為此應在凸模頂端與模座之間加一個淬硬的墊板。矩形墊板材料可用45鋼，結構形式和尺寸規(guī)格查手

41、冊，查得100×100×6　</p><p>　　2、定位裝置的設計與標準化</p><p>　　（1）始用擋料銷的設計與標準化（尺寸、位置、標準與示意圖）.</p><p>　　圖6 始用擋料銷的設計</p><p>　　擋料銷標記： 456 GB/T2866.1—81</p><p>　　材

42、料：45鋼 GB/699—88</p><p>　　熱處理：硬度43～48HRC</p><p>　　技術條件：按GB2870—81</p><p>　　固定擋料銷的設計與標準化</p><p>　　固定擋料銷的設計根據標準件，選用此擋料銷如圖7</p><p>　　圖7 固定擋料銷的結構</p>&

43、lt;p>　　選用直徑φ8mm，h=4mm材料為45鋼A型固定擋料銷（JB/T7649.10—94）</p><p>　　根據分析選用廢料孔前端定位時擋料銷位置如圖 </p><p>　　廢料孔前端定位時擋料銷位置（如圖8）</p><p>　　圖8 固定擋料銷的位置</p><p><b>　　=C-()+0.1</

44、b></p><p>　　——擋料銷與導正銷的間距，mm </p><p>　　C——連續(xù)模的步距，mm</p><p>　　dr——導正銷的直徑，mm</p><p>　　d——擋料銷頭部直徑，mm</p><p>　　=15.5-()+0.

45、1=15.55mm </p><p>　?。?）導正銷的設計與標準化</p><p>　　導正銷主要用于級進模上，消除擋料銷的定位誤差，以獲得較精確的工件。導正銷的結構形式，結構設計，尺寸精度，材料的熱處理等可參照JB/T7647.1—94和JB/T7647.2—94選定。</p><p>　　導正銷的結構形式查手冊[2]選用如圖9</p>

46、<p>　　圖9 導正銷的結構形式</p><p><b>　　D=d-2a</b></p><p>　　D——導正銷直徑的基本尺寸</p><p><b>　　d——沖孔凸模直徑</b></p><p>　　2a——導正銷與孔徑兩邊的間隙</p><p>　　沖

47、裁φ6.5mm孔的導正銷 查表得h=0.6t 2a=0.05mm</p><p>　　D=d-2a=6.15-0.05=6.50mm</p><p>　　h=0.6×2.2=1.32mm </p><p>　　3、導料板的設計與標準化</p><p>　　經查表分析得]導料板長度L=100mm，寬度B=26mm ，厚度h=6mm

48、如圖10。</p><p>　　圖10 導料板的設計</p><p><b>　　4、 卸料板的設計</b></p><p>　　卸料板用螺釘、銷釘固定在下模的凹模工作面上，卸料板能承受較大的卸料力，其中卸料板孔與凸模單邊間隙一般?。?.1~0.5）t，就取0.45mm。卸料板兼做凸模向導，與凸模的配合為H7/h6，厚度為12mm，其外形尺寸一

49、般與凹模相同。5、5、承料板的設計</p><p>　　承料板的作用是擴大沖壓板料受承托部分的長度，以便于送進。</p><p>　　送料定距零件始用擋料銷 </p><p>　　始用擋料銷又稱臨時擋料銷，條料首次送進定位時使用。開始沖裁時，將擋料銷向里壓緊，完成條料第一次定位后，在彈簧的作用下?lián)趿箱N自動退出。</p><p>　　6、.標

50、準模架的選用</p><p>　　模架是由上、下模座、模柄及導向裝置（最常用的是導柱、導套）組成。</p><p>　　由凹模周界可以選取標準模架。</p><p>　　凹模周界Ｌ＝100mm,B=100mm,閉合高度h1=122mm</p><p>　　選擇中間導柱模架100100130~150</p><p>　　

51、導柱標記：20100 GB/T2861.1</p><p>　　20100 GB/T2861.1</p><p>　　導套標記：206523 GB/T2861.6</p><p>　　206523 GB/T2861.6</p><p>　　上模座標記：10010025 GB/T2855.1</p><p>

52、　　下模座標記：10010030 GB/T2855.2</p><p>　　模柄標記：A50110 JB/T 7646.1</p><p>　　兩個導柱左、右對稱分布，受力均衡，所以導柱導套磨損均勻，但是只能一個方向送料，適用于縱向送料和單個毛坯沖制的較精密的模具。</p><p>　　圖11 中間導柱導套式模架</p><p>&

53、lt;b>　　7、模柄的選用 </b></p><p>　　模柄的作用是使模具的中心線與壓力機的中心線重合，并把沖壓模具上模部分零件固定在壓力機滑塊上。對于本設計選擇壓入式模柄，它與模座孔采用過渡配合，常加銷釘防止松動。主要用于小型沖壓模具。</p><p>　　圖12 壓入式模柄</p><p>　　8、緊固零件的設計和標準選用</p&g

54、t;<p>　　模具上常用的緊固零件是螺釘和銷釘，螺釘與銷釘都是標準件，設計模具時按標準選用。螺釘用于固定模具零件，而銷釘則起定位作用。</p><p>　　本模具采用螺釘固定，銷釘定位。具體如下：</p><p>　　內六角螺釘標記：45鋼M865 GB70—85</p><p>　　螺釘標記：45鋼M830 GB68—76</p>

55、<p>　　圓柱銷釘標記：45鋼665 GB 119—86 </p><p>　　止動圓柱銷標記：45鋼46GB119—86</p><p>　　9、校核沖壓設備基本參數</p><p>　　①模具閉合高度的校核：H閉=H上+H下+H凹+H凸+H墊-1.5=20+30+15+44+6-1.5=119.5mm，沖床的最大閉合高度為150mm，滿足條件。&

56、lt;/p><p>　　②沖裁所需要總壓力P0=40kN，沖床的公稱壓力為P共為63kN，P0＜P共 滿足生產要求。</p><p><b>　　六、模具工作原理</b></p><p>　　凸模下行，，上下模有導柱導套導向，條料由前向后送，首件沖孔時有手作用始用擋料銷定位，然后始用擋料銷在彈簧的作用下恢復，條料再向前送進有導正銷定位，以后的沖裁都

57、有擋料釘粗定位，有導正銷精定位。</p><p>　　七、墊圈沖孔落料級進?？傃b圖與模具材料的選用(附圖01)</p><p><b>　　八、設計總結</b></p><p>　　課程設計是畢業(yè)設計的前奏，同時也是對我們以前所學知識的總結和檢驗。在《沖壓工藝與模具設計》課本后面的《沖壓模據設計和實例》的章節(jié)中有沖壓模具設計的一般步驟、模具零件

58、加工工藝規(guī)程的制定、沖壓模具的設計實例等等，為我們的設計提供一步步的導向作用，可以為我們提供參考。</p><p>　　這次的設計比較難，首先，在設計的前我必須要對我所要進行的設計的零件進行多方面的分析如：零件的材料、零件的厚度、零件的尺寸精度、生產的批量要求等；其次，還要對零件有一些基本的認識，沖裁件的經濟公差等級不高于IT11級，一般要求落料件公差等級最好低于IT10級，沖孔件最好低于IT9級。凡產品圖樣上沒

59、有標注公差等級或者公差的尺寸，其極限偏差數值通常按IT14級處理。再者，在繪制模具總裝圖時應清楚地表達出各個零件之間的裝配關系以及固定連接的方式。</p><p>　　雖然我查閱了好多資料，但由于我的能力有限及缺乏實踐經驗，對材料和設備的選擇等還不能面面俱到，其中還存在著缺陷和不足，希望老師能給與指正，謝謝！</p><p><b>　　參考文獻</b></p&

60、gt;<p>　　王孝培主編，《沖壓手冊》，機械工業(yè)出版社，1988年2月</p><p>　　高軍、李熹平、修大鵬等編著，《沖壓模具標準件選用與設計指南》，</p><p>　　化學工業(yè)出版社，2007年7月</p><p>　　原紅玲主編，《沖壓工藝與模具設計》，機械工業(yè)出版社，2008年9月</p><p>　　中國機床總