槽環(huán)沖孔落料模具設(shè)計【沖壓模具】

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槽環(huán)沖孔落料模具設(shè)計摘要: 槽環(huán)是一類形狀比較簡單用冷沖壓零件，對模具的設(shè)計制造要求不高。進(jìn)行了通過分析沖壓件的結(jié)構(gòu)特殊性及成型工藝性，并闡述了沖孔、落料動作過程，以及凸凹模、凸模、凹模設(shè)計、頂出系統(tǒng)設(shè)計、卸料系統(tǒng)設(shè)等細(xì)節(jié)方面作了詳細(xì)介紹。關(guān)鍵詞: 凸模 ；凸凹模 ；凹模 前 言國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展對模具工業(yè)提出了愈來愈高的要求，促使模具技術(shù)迅速發(fā)展，作為生產(chǎn)各種工業(yè)產(chǎn)品和民用產(chǎn)品的重要工藝裝備，模具已經(jīng)發(fā)展成為一門產(chǎn)業(yè)。近 20 年來，產(chǎn)值以每年 15%左右的速度增長。在現(xiàn)代制造業(yè)中，企業(yè)的生產(chǎn)一方面朝著多品種、小批量和多樣式的方向發(fā)展，加快換型，采用柔性化加工，以適應(yīng)不同用戶的需要；另一方面朝著大批量，高效率生產(chǎn)的方向發(fā)展，以提高勞動生產(chǎn)率和生產(chǎn)規(guī)模來創(chuàng)造更多的效益，生產(chǎn)上采取專用設(shè)備生產(chǎn)方式。模具，作為高效率的生產(chǎn)工具的一種，是工業(yè)生產(chǎn)中使用極為廣泛與重要的工藝裝備。采用模具生產(chǎn)制品和零件，具有生產(chǎn)率高，可實現(xiàn)高速大批量的生產(chǎn)；節(jié)約原材料，實現(xiàn)無切削加工；產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，具有良好的互換性；操作簡單，對操作人員沒很高的技術(shù)要求；利用模具批量生產(chǎn)的零件加工費(fèi)用低；所加工的零件與制作可以一次成形，不需要進(jìn)行加工；能制造出其它加工工藝方法的難以加工、形狀比較復(fù)雜的零件制品；容易實現(xiàn)生產(chǎn)的自動化特點。目 錄1沖壓件零件工藝性分析 ...........................................61.1產(chǎn)品分析 ........................................................62沖孔與落料的工藝方案 ...........................................72．1 定義毛坯尺寸長度 ...............................................72．2 確定排樣方式 ...................................................92．3 計算工序壓力、選用壓力機(jī) ......................................103沖裁模工作零件刃口尺寸計算 ...................................113.1模具合理間隙值的確定 ...........................................113.2凸模凹模刃口尺寸的計算 .........................................114模具其他零件的選取和設(shè)計 .....................................134.1凸模的設(shè)計 .....................................................134.2凹模的尺寸計算 .................................................164.3凸凹模 .........................................................174.4定位零件的設(shè)計 .................................................175模架的選用 .....................................................185.1模座參數(shù)的確定 .................................................185.2導(dǎo)柱與導(dǎo)套的選用 ...............................................196模具總裝圖 .....................................................20總結(jié)致謝參考文獻(xiàn)第 6 頁共 24 頁1沖壓件零件工藝性分析1.1產(chǎn)品分析零件圖展開圖如上圖為槽環(huán)，零件沒有公差要求，以 IT14 級公差要求，普通沖裁可以達(dá)第 7 頁共 24 頁到，所以尺寸精度要求不高，無表面粗糙度要求。（1）材料：10 鋼是屬于優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，含碳量為 ，1.5mm 厚，0.07~0.14%10 鋼的特點：塑性韌性好，焊接性好，用作沖壓板，滲碳件等沖壓制件。（2）該沖壓件為槽類零件，為大批量生產(chǎn)，由于該零件外形尺寸不是很大，模具制造工藝比較簡單。（3）由圖可知，要生產(chǎn)出該零件要由落料、沖孔、彎曲三道工序來完成，而本人只需完成沖孔、落料兩道工序。2沖孔與落料的工藝方案 沖壓工藝方案的確定：該工件包括落料和沖孔兩個基本工序，可有以下三種工藝方案：方案一：先落料，后沖孔。采用單工序模生產(chǎn)。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)。方案一中模具結(jié)構(gòu)簡單，但需要兩道工序兩套模具，成本高而生產(chǎn)效率低，難以滿足大批量生產(chǎn)要求。方案二只需要一副模具，生產(chǎn)效率高，操作方便，設(shè)計簡單，由于工件精度要求不高，完全能滿足工件技術(shù)要求。方案三也只需一套模具，工作精度及生產(chǎn)效率都比較高，但制造難度大，并且沖壓成品件留在模具上，清理模具上的物料影響沖壓速度，操作不方便。所以經(jīng)過比較，采用方案二最為合適。根據(jù)以上分析，考慮到槽環(huán)結(jié)構(gòu)相對比較簡單，采用一套復(fù)合模具來完成，這樣不僅能達(dá)到較高精度，而且在提高效率的同時可提高生產(chǎn)安全性。模具越少，表示模具越復(fù)雜，制造成本越高。所以我們在選用標(biāo)準(zhǔn)件的種類，規(guī)格，數(shù)量，位置，有關(guān)的尺寸及技術(shù)條件，要認(rèn)真的考慮，盡量選用可以滿足沖壓件的工藝性能的，又要節(jié)省成本的。2．1 定義毛坯尺寸長度2.11外形展開尺寸湘潭職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書第 8 頁共 24 頁根據(jù)槽環(huán)的形狀及尺寸要求，我們來設(shè)計排樣根據(jù)上面的分析，長 60mm 高度 12mm，根據(jù)公式計算：由上圖，根據(jù)《模具設(shè)計與制造》可知 ??=??1+??2+??3+??(??+????）其中： ??1=??3=12?1.5?1.5=9??2=14?1.5×2=11根據(jù)《模具設(shè)計與制造》P84，當(dāng) 時， 的取值為 0.31 所以代入上????=1 ??述公式可得：??=11+9+9+??（??+????）=29+6.17=35.172.12內(nèi)孔展開尺寸??=??1+??2+??3+??（ ??+????）湘潭職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書第 9 頁共 24 頁其中： ??1=??3=6?1.5?1.5=3??2=14?1.5×2=11根據(jù)《模具設(shè)計與制造》P84，當(dāng) 時， 的取值為 0.31 所以代入上????=1 ??述公式可得：??=11+3+3+??（??+????）=17+6.17=23.17即毛坯展開后，長*寬為： ，內(nèi)孔長 *寬：60????×35.17????，36????×23.17????2．2 確定排樣方式排樣方法有：按材料的利用率排樣、按布置形式排樣。其中按材料的利用率排樣包括有廢料排樣：即工件與工件之間，工件與條料邊緣間都有塔邊存在。少廢料排樣：即工件與工件間有搭邊存在。工件與條料邊緣大廢料搭邊存在。無廢料的排樣：即工件與工件間，工 件 與 條 料 邊 緣 之間 均 無 搭 邊 存 在 。 因 少 廢 料 排 樣 對 模 具 壽 命 影 響 較 大 ， 無 廢 料 排 樣 定 位 誤 差 大 ，因 此 本 零 件 采 用 有 廢 料 排 樣 。按 布 置 形 式 排 樣 可 分 為 ： 直 排 、 對 排 、 斜 排 、 多 行 排 和 混 合 排 等 等 。由于坯料長乘寬為： 不算太大，考慮到操作方便， 因 此 本 零 件 采 用 采60????×35.17????用直排板料規(guī)格選用 。1.5????×70????×800????沖壓件大批量生產(chǎn)的成本中，坯料材料費(fèi)用占 以上，排樣的目的就在60%于合理利用原材料。沖裁件的實際面積與所用材料面積的百分比稱為材料利用率，它是衡量合理利用材料的指標(biāo)。一個步距內(nèi)的材料利用率計算公式：??=??1??0×100%其中 為一個步距內(nèi)零件的實際面積??1為一個步距內(nèi)所需的毛坯面積??0材料利用率為：??=??1??0×100%=77%總材料利用率： ??總 =58%湘潭職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書第 9 頁共 24 頁2．21 確定搭邊尺寸湘潭職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書第 10 頁共 24 頁由《模具設(shè)計與制造》表 1-8 查得 ， 。兩孔中心距??=2.0??????1=1.8????。 ??=35.17+2=37.17排樣圖如下：2．3 計算工序壓力、選用壓力機(jī)沖裁力的計算根據(jù)查《模具設(shè)計與制造》P20 公式 1-8 可得：??=????????=1.3×1.5×300×190.34=111348.9??公式中： ， 。??=300????????=190.34????卸料力和頂件力的計算根據(jù)查《模具設(shè)計與制造》P22 公式 1-11、1-13 可得：??卸 =??卸 ????頂 =??頂 ??查表 1-13 得公式中： 、??卸 =0.04??頂 =0.06??卸 =??卸 ??=4453.956????頂 =??頂 ??=6680.934??采用彈性卸料裝置： ??總 =??+??卸 +??頂 =122483.79??查《模具設(shè)計與制造》P26 得壓力為： 160KN湘潭職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書第 11 頁共 24 頁根據(jù)壓力值查表 1-15 選得壓力機(jī)型號為 ，其主要技術(shù)參數(shù)如下：J23-16公稱壓力： 160KN滑塊行程： 55mm壓力機(jī)工作臺面尺寸： （前后*左右）300????×450????滑塊模柄孔尺寸： Φ30×50壓力機(jī)最大閉合高度：220 ????連桿調(diào)節(jié)量：45 ????電動機(jī)功率： 1.5????2．31 沖裁壓力中心的計算該零件為中心對稱沖裁件，其沖裁壓力中心位于沖裁輪廓的幾何中心上。3沖裁模工作零件刃口尺寸計算3.1模具合理間隙值的確定沖裁間隙是指沖裁凹模和凸模之間工作部分的尺寸之差： ??=??凹 ???凸查《模具設(shè)計與制造》表 1-19 得 、 。????????=0.132????????=0.243.2凸模凹模刃口尺寸的計算3.21凸模凹模分別加工時的尺寸的計算落料：??凹 =（ ????????????） +??凹0??凸 =（??凹 ?????????）=（ ????????????） 0???凸沖孔：??凸 =（ ????????+???） 0???凸??凹 =（??凸 +????????）=（ ????????+???+????????） +??凹0對于采用分別加工的凸模和凹模應(yīng)保證下述關(guān)系：湘潭職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書第 12 頁共 24 頁|??凹 |+|??凸 |≤?????????????????式中： 為落料凹模和凸模的基本尺寸。??凹 、 ??凸為沖孔凹模和凸模的基本尺寸。??凹 、 ??凸為落料件的最大極限尺寸。????????為沖孔件的最小極限尺寸。????????為沖裁件的公差。?為磨損系數(shù)??查《模具設(shè)計與制造》表 1-21 和表 1-22 得： 、 、 、??=0.5?≥0.42??凸 =0.02，??凹 =0.03對于外形 60??????凹 =（ ????????????） +??凹0 =（ 60?0.5×0.42） +0.030 =59.79+0.030??凸 =（ ??凹 ?????????） 0???凸 =（ 59.79?0.132） 0?0.02=59.6580?0.02對于外形 35.17??????凹 =（ ????????????） +??凹0 =（ 35.17?0.5×0.42） +0.030 =34.96+0.030??凸 =（ ??凹 ?????????） 0???凸 =（ 34.96?0.132） 0?0.02=34.8280?0.02校核：0.03+0.02≤0.24?0.134結(jié)果： （滿足間隙公差條件）0.055~10???? ?=10~15????該零件的材料厚度為 1.5 ，取凹?？卓诟叨?。???? ?=6????凹模外形結(jié)構(gòu)的設(shè)計 一般方形刃口凹模外形結(jié)構(gòu)也為方形。4.22凹模輪廓尺寸計算根據(jù)《模具設(shè)計與制造》P54 公式 1-34、1-35 得：??=??????=（ 1.5~2） ??公式中：b 為沖裁件的最大外形尺寸；K 為凹模厚度系數(shù)，考慮板料厚度的影響。查表 1-26 得： 。??=0.4??=????=24????湘潭職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書第 17 頁共 24 頁凹模厚度取 。??=24??????=（1.5~2）??=（1.5~2）×24=36~48????凹模壁厚取 。??=40????凹模寬度： ??=??+2??=118????凹模長度 取L 150????由上算得凹模輪廓尺寸為： 150×118×244.23凹模的固定方法凹模一般采用螺釘和銷釘固定在下模座上，螺釘與銷釘?shù)臄?shù)量、規(guī)格和它們的位置尺寸均可在標(biāo)準(zhǔn)中查得，也可根據(jù)結(jié)果需求做出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。4.24凹模的主要技術(shù)要求凹模的型孔軸線與頂面應(yīng)保持垂直，凹模的底面與頂面應(yīng)保持平行。為提高模具壽命與沖裁件精度，凹模的底面和型孔的孔壁應(yīng)光滑，表面粗糙度為 ，底面與銷孔的粗糙度為 。????=0.8~0.4???? ????=1.6~0.8????凹模的材料與凸模一樣，其熱處理硬度應(yīng)略高于凸模，達(dá)到 。60~64HRC（洛氏硬度）4.3凸凹模凸凹模的內(nèi)、外緣均為刃口，外緣之間的壁厚決定于沖裁件的尺寸。從強(qiáng)度考慮，壁厚受最小值的限制。凸凹模的最小壁厚與沖模結(jié)構(gòu)有關(guān)，對于正裝復(fù)合模，由于凸凹模裝于上模上，孔內(nèi)不會積存廢料，脹力小，最小壁厚可以適當(dāng)調(diào)小一些。不積聚廢料的凸凹模的最小壁厚：對于黑色金屬和硬材料約為工件料厚的1.5 倍但不得小于 。0.7mm4.4定位零件的設(shè)計本零件可選用送料步距的控制來進(jìn)行沖壓，選用擋料銷可有效的控制步距，而擋料銷分為活動擋料銷和固定擋料銷。而本次設(shè)計采用鉤形固定擋料銷：固定擋料銷有圓形與鉤形之分，標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的圓形擋料銷結(jié)構(gòu)簡單制造方便，但銷口離湘潭職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書第 18 頁共 24 頁凹模刃口較近，會減弱凹模強(qiáng)度，然而鉤形擋料銷則可離凹模刃口較遠(yuǎn)。5模架的選用模架是由上模座、下模座模柄及導(dǎo)向裝置組成。模架要有足夠的強(qiáng)度與剛度，要有足夠的精度，上、下模座之間的導(dǎo)向要精確。查《模具設(shè)計與制造》P28，式（1—28）： ???????????1+10≤??≤???????????1?5185≤??≤215根據(jù)壓力機(jī)的最大裝模高度和凹模周界的范圍及模具工作的穩(wěn)定性、剛度等各方面的因素綜合考慮，查《模具專業(yè)設(shè)計手冊》P112，表 7—1 可知：模架選擇 （GB2851.2-81）的滑動導(dǎo)向中間導(dǎo)柱模架。200×160×180~2205.1模座參數(shù)的確定模座以標(biāo)準(zhǔn)化，在選用時應(yīng)考慮以下幾點：所選用的模座的凹模周界尺寸 應(yīng)于凹模的周界尺寸一致。模座的（L ×??）厚度一般為凹模板厚度的 倍，以保證有足夠的強(qiáng)度和剛度。1.0~1.5所選用的模座必須與所選壓力機(jī)的工作臺和滑塊的有關(guān)尺寸相適應(yīng)，并進(jìn)行必要的校核。下模座的最小輪廓尺寸，應(yīng)比壓力機(jī)工作臺上漏料孔的尺寸每邊至少要大 。下模座的最大輪廓尺寸比所選壓力機(jī)的工作臺尺寸每邊40~50????至少要小 ，以便于安裝與固定。40~50????5.12下模座的確定本次設(shè)計所選的壓力機(jī)為 型，其工作臺上的漏料孔尺寸為 ，??23?16 ??100其工作臺尺寸為 （前后*左右）。300????×450????所以下模座尺寸為：最小尺寸為 ： 145×145最大尺寸為 。 210×360所以查《模具專業(yè)設(shè)計手冊》 P116 表 7-5 下模座尺寸為:（GB2851.2-81）。190×280×40湘潭職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書第 19 頁共 24 頁5.13上模座的確定本零件選擇帶柄矩形上模座，根據(jù)壓力機(jī)的滑塊模柄孔尺寸： 查Φ30×50《模具專業(yè)設(shè)計手冊》表 7-17 選得上模座規(guī)格為：（GB2857.2-81）。200×120×255.2導(dǎo)柱與導(dǎo)套的選用導(dǎo)柱、導(dǎo)套類型有 A 型導(dǎo)套導(dǎo)柱和 B 型導(dǎo)套導(dǎo)柱。但 A 型導(dǎo)柱上下端容易裝錯，B 型導(dǎo)柱下端有 深的凹槽上下標(biāo)示明顯。0.5mm5.21導(dǎo)柱參數(shù)導(dǎo)柱直徑 根據(jù)下模座導(dǎo)柱安裝孔直徑確定，導(dǎo)柱的長度 應(yīng)保證在模具最?? ??小閉合高度時，導(dǎo)柱上端面與上模座平面的距離為 ，下模座下平面與10~15????導(dǎo)柱下端面的距離應(yīng)為 ，2~3????對于沖裁模，模具的閉合高度 、導(dǎo)柱的長度 可根據(jù)《模具設(shè)計與制造》H ??P67 公式 1-39 和 1-40 得： ??=?1+?2+?3+?4????=???（2~3）?（ 10~15）公式中： 為模具閉合高度；H為上模座的厚度；?1為下模座的厚度； ?2為凹模板的厚度；?3為凸模的厚度；?4為凸模刃口進(jìn)入凹模刃口的深度，一般取 ；? ?=0.5~1????為導(dǎo)柱長度。????=148??????=136~130????取 135mm5.22導(dǎo)套參數(shù)湘潭職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書第 19 頁共 24 頁導(dǎo)套內(nèi)徑 根據(jù)導(dǎo)柱外徑確定，導(dǎo)套外徑 根據(jù)上模座導(dǎo)套安裝孔直徑確定。?? ??導(dǎo)套的裝配長度 應(yīng)小于上模座厚度 以上，?? 3mm湘潭職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書第 20 頁共 24 頁導(dǎo)柱、導(dǎo)套已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，查《模具專業(yè)畢業(yè)設(shè)計手冊》P152 得導(dǎo)柱直徑、然后查 《模具設(shè)計與制造 》表 1-29 得導(dǎo)套長度 。導(dǎo)柱導(dǎo)??=25???? ??=55????套如下圖：導(dǎo)柱導(dǎo)套的裝配關(guān)系如下圖：6模具總裝圖通過以上設(shè)計可得到下圖所示的模具裝配圖。模具上模部分主要由上模座、湘潭職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書第 21 頁共 24 頁凸模、凸模固定板及卸料板等組成，卸料方式采用彈性卸料，以橡膠為彈性選件。下模座部分由下模座、凹模、導(dǎo)料板等組成。1-推桿；2-模柄；3-卸料螺釘；4-上模座板；5-導(dǎo)套；6-凸凹模；7-導(dǎo)柱；8-卸料板；9-滑塊；10-卸料桿；11-凸模；12-下模座；16-凸模固定板；17-彈簧；18-凹模；19-凸凹模固定板湘潭職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書第 22 頁共 24 頁結(jié)論通過畢業(yè)設(shè)計，不僅給了我一次獨立思考的的機(jī)會，同時也是一次自我評價的時候，也是對我學(xué)的知識的一次總結(jié)。通過廣泛查閱資料對沖壓前景有了一定的了解，并查閱模具設(shè)計與制造等相關(guān)書籍文獻(xiàn)資料，對模具加工、制造的現(xiàn)狀及其能夠從中提取出與我的畢業(yè)設(shè)計相關(guān)的大量資料。由于模具的加工相對較復(fù)雜，且設(shè)計又比較靈活加上我國模具行業(yè)起步比較晚，還沒有制定出完善的模具國家標(biāo)準(zhǔn)，所以我在本次畢業(yè)設(shè)計過程中不僅對大量書籍和參考文獻(xiàn)進(jìn)行綜合比較論證通過推算各種數(shù)據(jù)、繪制裝配草圖。將我大學(xué)三年來在學(xué)校里所學(xué)的理論知識與在實習(xí)工廠里所獲得的實踐知識有機(jī)的融合到一起。使我的綜合運(yùn)用能力有了明顯的提高，同時也培養(yǎng)了我的創(chuàng)新思維，懂得了治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，持之以恒的道理。同時這次的畢業(yè)設(shè)計很好地鍛煉了我的獨立思考問題、分析問題、解決問題的能力，關(guān)鍵是掌握了獨立思考問題的方法。湘潭職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書第 23 頁共 24 頁致謝在這次畢業(yè)設(shè)計中我在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下熟悉了獨立進(jìn)行項目設(shè)計的全過程以及設(shè)計過程中如何解決碰到的難題。在設(shè)計過程中經(jīng)常會碰到書本上推薦的理論數(shù)據(jù)與實際應(yīng)用不符合，這時候就必須理論聯(lián)系實際綜合考慮實際的應(yīng)用性進(jìn)行合理的選擇，此收獲雖有勤奮學(xué)習(xí)的功勞，但更多的卻與指導(dǎo)老師平時對我們的嚴(yán)格要求有著密不可分的聯(lián)系。他常常在關(guān)鍵時刻給我們以方向性的指導(dǎo)。在此，特感謝指導(dǎo)老師——劉中華老師對我們的嚴(yán)格監(jiān)督和悉心指導(dǎo)，才使我們得以按計劃完成本次設(shè)計，為我們的三年大學(xué)生活畫上了圓滿的句號。簽名：湘潭職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書第 24 頁共 24 頁參考文獻(xiàn)[1]馬希青，蘇夢香，趙月羅.機(jī)械制圖[M].中國礦業(yè)大學(xué)出版社,2001.[2]李奇.模具設(shè)計與制造[M].任命郵電出版社,2014.[3]翁其金，徐新成.沖壓工藝及模具設(shè)計[M].機(jī)械工業(yè)出版社.[4]周大雋.沖模結(jié)構(gòu)設(shè)計[M].機(jī)械工業(yè)出版社.2006.[5]李名望.沖壓模具設(shè)計與制造技術(shù)指南[M].化學(xué)工業(yè)出版社.2008.[6]張瑞平.金屬工藝學(xué)[M].北京：冶金工業(yè)出版社.[7] 王先逵.機(jī)械制造工藝學(xué).機(jī)械工業(yè)出版社.2003.[8]魏春雷，朱三武，章南.模具專業(yè)畢業(yè)設(shè)計手冊[M].天津大學(xué)出版社.2010.[9]郝濱海.沖壓模具簡明設(shè)計手冊.化學(xué)工業(yè)出版社.2004.