塑性成形工藝課程設(shè)計(jì)題 目： 雙孔墊片復(fù)合模設(shè)計(jì) 姓 名： 學(xué) 號： 系 別： 材料工程系 專 業(yè)： 材料成型及控制工程 年 級： 指導(dǎo)教師： 2015年 月 日目 錄1 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書12 沖壓工藝分析12.1 結(jié)構(gòu)與尺寸12.2 精度22.3 材料23 沖裁工藝方案的確定23.1沖裁工藝分析23.2工藝設(shè)計(jì)與工藝計(jì)算33.2.1排樣圖設(shè)計(jì)33.2.2沖裁力的計(jì)算43.2.3卸料力和推件力計(jì)算53.2.4總沖壓力的計(jì)算53.2.5壓力中心計(jì)算54必要工藝計(jì)算54.1 凸模和凹模具尺寸計(jì)算的依據(jù)和計(jì)算原則64.2 凸模和凹模工作部分尺寸和公差65 主要工作零件設(shè)計(jì)85.1 凹模的尺寸85.2 凹模洞口的類型85.3 凸模的尺寸95.4 凸凹模的尺寸95.5 凸模固定板105.6 上、下墊板105.7 彈性元件的尺寸105.8 推件裝置的選擇105.9 卸料裝置105.10 輔助零件與結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)105.11 模架的選用115.11.1 上、下模架的選擇115.11.2 導(dǎo)柱、導(dǎo)套的選擇126 模柄127 閉合高度確認(rèn)128 壓力機(jī)的確定13參考文獻(xiàn)152 1 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書設(shè)計(jì)題目：雙孔墊片復(fù)合模設(shè)計(jì)工件圖：如圖1毛坯直徑：50mm材料：45#鋼厚度：1.5mm技術(shù)要求：零件公差按IT13選取圖1 零件尺寸圖2 沖壓工藝分析2.1 結(jié)構(gòu)與尺寸該零件結(jié)構(gòu)比較簡單，尺寸較小，應(yīng)用較廣泛，主要由沖孔和落料組成，工件為圓形雙孔墊片。墊片外圓直徑：D=50mm，上下偏差分別為0和-0.46。內(nèi)部孔心距為：25mm，上下偏差都0。兩個(gè)內(nèi)孔直徑：d=14mm，上下偏差分別為+0.27和0。板料厚度為 T=1.5mm。孔與工件外邊沿最小尺寸為5.5mm。以上尺寸均符合B>2T，此零件適合沖裁加工。2.2 精度沖裁件的精度一般可達(dá)IT12IT10級，較高精度可達(dá)IT10 IT8級，該工件精度要求IT13級，精度要求不高，此零件適合沖裁加工。2.3 材料工件加工材料為45號鋼，查冷沖模設(shè)計(jì)1表2-3：45號鋼力學(xué)性能：抗拉強(qiáng)度539MPa屈服強(qiáng)度353 MPa伸長率 16%剪切強(qiáng)度432 MPa45號鋼機(jī)械強(qiáng)度低，塑性、韌性好，冷狀態(tài)下容易模壓成形，容易切削加工，焊接性能好，為提高表面硬度可進(jìn)行滲碳和氰化處理。45號鋼用于制造強(qiáng)度不高的焊接件、冷沖壓件、鍛件和滲碳零件如螺栓、墊圈，隔板、外殼等。強(qiáng)度硬度不高，但塑性韌性都很好。由于此材料具有較高的彈性和良好的塑性故適合適合沖裁。3 沖裁工藝方案的確定3.1沖裁工藝分析根據(jù)之間工藝性分析，其本工序有落料，沖孔二種，可有以下三種工藝方案：落料沖孔，單工序模生產(chǎn)；落料沖孔，復(fù)合模生產(chǎn)；沖孔落料，級進(jìn)模生產(chǎn)。單工序模結(jié)構(gòu)簡單，但需要兩道工序兩模具、生產(chǎn)率低，零件質(zhì)量差，難以滿足該零件的生產(chǎn)要求。復(fù)合模只需要一副模具，沖壓件的形狀精度和尺寸精度容易保證，且生產(chǎn)率也高。盡管模具較方案（1）復(fù)雜，但由于零件的幾何形狀簡單對稱，模具制造并不苦難。級進(jìn)模也只需一副模具，生產(chǎn)率也很高，但零件的沖壓精度稍差，欲保證沖壓件的形位公差，需要在模具上設(shè)置導(dǎo)正銷導(dǎo)正，故模具制造、安裝角復(fù)合模復(fù)雜。通過對上述三種方案的分析比較，該零件的沖壓生產(chǎn)采用方案（2）為佳3.2工藝設(shè)計(jì)與工藝計(jì)算3.2.1排樣圖設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)復(fù)合模，首先要設(shè)計(jì)調(diào)料排樣圖。排樣方法可分為有廢料排樣法，少廢料排樣法和無廢料排樣法，墊片的形狀呈圓形特點(diǎn)，多排時(shí)因沖件尺寸較大影響沖件質(zhì)量，應(yīng)采用直排式。排樣如下圖查冷沖模設(shè)計(jì) P61表3-10 確定搭邊值：兩工件間的搭邊 a =1.0mm; 工件邊緣搭邊 a1=1.2mm; 步距為 A =D+a=50+1=51mm; 條料寬度查冷沖模設(shè)計(jì)有 公式（1） D 平行于送料方向的沖裁件寬度，取D=50mm；沖裁件與條料側(cè)邊之間的搭邊，取=1.2mm；板料剪裁時(shí)的下偏差，取=0.5mm；條料與導(dǎo)料板之間的間隙，取=0.8mm。 =(50+21.2+20.5+0.8） =54.2 確定后排樣圖如下圖2所示 圖2 排樣圖一個(gè)進(jìn)距內(nèi)的材料利用率（根據(jù)冷沖模設(shè)計(jì) P63式327查得）： =S/AB100% 公式（2） 式中，S 一個(gè)步距內(nèi)沖裁件的實(shí)際面積（） B 條料寬度（） A 送料步距(） 公式（3） =2525-277=1655.62（） =1655.62/（5154.2）100%=64.5%3.2.2沖裁力的計(jì)算沖壓力的大小主要與材料的力學(xué)性能、厚度及沖裁件分離的輪廓長度有關(guān)。用平刃口沖裁時(shí)，沖裁力F（N）可按下式進(jìn)行計(jì)算：F = KLt 公式（4）式中， L沖裁件周邊長度，取L=（50+215）mm； T 材料厚度，取T=1.5mm； 材料抗剪強(qiáng)度（MPa）； K 系數(shù)?？紤]到模具刃口的磨損。模具間隙的波動(dòng)，材料力學(xué)性能的變化及材料厚度偏差等因素，一般取K=1.3，查冷沖模設(shè)計(jì) P38表23取 =500MPa。故F = 1.3（D+2d）1.5500=1.3（50+215）1.5500 =245.04KN3.2.3卸料力和推件力計(jì)算卸料力：從凸模上卸下板料料所需的力F卸= K卸F；推件力：從凹模內(nèi)向下推出工件或者廢料所需的力F推= nK推F。查冷沖模設(shè)計(jì) P57表3-8可知：K卸=0.04 、K推=0.05。則：F卸= K卸 F=0.04245.04=9.802KN F推= nK推F =40.05245.04 = 49.008KN 式中，F(xiàn) 沖裁力； K卸 卸料系數(shù)； K推 推件系數(shù)； n 梗塞在凹模內(nèi)的沖件數(shù)（n=h/t）h由冷沖模設(shè)計(jì)1 P101表4-2取h=6； F卸 卸料力； F推 推件力。3.2.4總沖壓力的計(jì)算采用彈壓卸料裝置和上出件，所以 F總=F+F卸+F推 公式（5） =245.04+9.802+49.008 =303.85KN 3.2.5壓力中心計(jì)算 因?yàn)闆_裁件形狀是對稱沖件，而對稱沖件的壓力中心，位于沖件輪廓圖形的幾何中心上，因此該模具的壓力中心坐標(biāo)為（0，0）。4必要工藝計(jì)算4.1 凸模和凹模具尺寸計(jì)算的依據(jù)和計(jì)算原則1）落料部分以落料凹模為基準(zhǔn)計(jì)算 ,落料凸模按間隙值配制。2）沖孔部分以沖孔凸模為基準(zhǔn)計(jì)算,沖孔凹模按間隙值配制。3）孔心距孔心距由凹模孔心距保證。由于凸模和凹模具磨損不影響孔心距變化，故凹?？仔木嗟幕境叽缛∮霉ぜ仔木喙畹闹悬c(diǎn)上，按雙向?qū)ΨQ偏差標(biāo)注。4）沖模刃口制造公差。凸凹模具刃口尺寸精度的選擇應(yīng)以能保證工件精度要求為準(zhǔn)，保證合理的圖凹模間隙，保證模具一定的使用壽命。4.2 凸模和凹模工作部分尺寸和公差以凸模與凹模分別加工法，根據(jù)多工位級進(jìn)模設(shè)計(jì)與制造2 P18表2-4查得計(jì)算如下：Zmin=0.190mm Zmax=0.230mmZmax-Zmin=0.2300.190mm=0.04mm落料部分制造偏差：凸= -0.020mm 凹=0.03mm|凸 |+|凹|=0.05mm>0.04mm不能滿足|凸|+|凹| Zmax- Zmin條件將數(shù)據(jù)帶入黃金分割公式，即可得到：凸=0.4（Zmax-Zmin）=0.40.04mm=0.016mm 凹=0.6（Zmax-Zmin）=0.60.04mm=0.024mm 沖孔部分： Zmin=0.190mm Zmax=0.230mm 凸= -0.020mm 凹=0.020 mm |凸 |+|凹|=0.04mm=0.04mm能滿足|凸|+|凹| Zmax- Zmin條件1） 落料 D凹 =（Dmax-x) 公式（6） D凸 = ( D凹 Zmin） 公式（7） 2）沖孔d凸 = (Dmin+） 公式（8） d凹=(d凸+ Zmin ） 公式（9） 式中 D凸、D凹 落料凹凸模尺寸； D凸、d凹 沖孔凸凹模尺寸； 凸、凹 凸、凹模的制造公差； Dmax 落料件最大極限尺寸，取Dmax=50mm； Dmin 沖孔件最小極限尺寸，取Dmin=14mm； 沖裁件制造公差，取=0.46mm； 最小初始雙面間隙，取Zmin=0.19mm； X 系數(shù)，在0.51之間，根據(jù)冷沖模設(shè)計(jì) 查表3-5，取X=0.5。故1）落料 D凹 =（Dmax-x) = 49.77mm D凸 = ( D凹 Zmin） = 49.58mm 2）沖孔d凸 =（Dmin+） = 14.135m d凹 =（d凸+ Zmin ） = 14.325mm綜上所述，模具刃口尺寸如下：類型名稱公稱尺寸上偏差下偏差落料49.580-0.02049.77+0.0300沖孔14.1350-0.02014.325+0.0200孔心距25005 主要工作零件設(shè)計(jì)5.1 凹模的尺寸凸凹模中落料凹模高度計(jì)算，采用直壁式，根據(jù)沖壓模具設(shè)計(jì)手冊3 查得P101表4-2取得h=6 =2；由P102 根據(jù)材料厚度1.5mm，b為50100 表4-3取得k=0.4 。凹模厚度 H落= kb 公式（10） 凹模壁厚 c=（1.52）H落 公式（11） 送料方向的凹模寬度 公式（12）凹模長度 公式（13）式中，H落落料凹模的厚度（H落15mm）； c落料凹模的壁厚（c3040mm）； b工件最大外形尺寸，取b=50mm； k系數(shù)，取k=1.5。 故H落=20mm c=30mm B=110mm L=110mm 凹模的外形尺寸110mm110mm20mm根據(jù)沖壓模具標(biāo)準(zhǔn)件選用與設(shè)計(jì)指南4查得P16 表2-2 取125mm125mm20mm。5.2 凹模洞口的類型沖孔凹模的孔口形式通常有如圖3所示的幾種。圖中a、e為 直壁形，刃口強(qiáng)度高，刃磨后空口尺寸不變，制造方便。但是在孔口 內(nèi) 易于積存工件或廢料，增大了凹模的脹力、推件力和孔壁的磨損； 磨損后每次的修磨量大，模具的總壽命較低。此外，凹模磨損后孔口可能成倒錐，使沖成的工件或廢料反跳到凹模表面上，造成操作困難。直壁形孔口 凹模適用于沖裁精度較高、厚度較大的工件。對于上頂出工件（或廢料）的模具也采用此種孔口形式。a適用于圓形或矩形工件；e適用于形狀復(fù)雜的工件。b、c、d的孔口為錐形，孔口內(nèi)不易于積存工件或廢料，孔壁所受的脹力、摩擦力小，所以沖孔凹模的磨損及每次的餓刃磨量小。但刃口強(qiáng)度較低，且刃口的尺寸在修磨后略有增大。一般用于形狀簡單，精度要求不高和較薄的沖裁件。c適用于較復(fù)雜的沖裁加件；d用于沖裁薄料和凹模厚度較薄的情況。f為凸臺式凹模，適用于沖裁軟而薄的金屬與非金屬材料，這種材料一般不淬火或淬火強(qiáng)度不高（3538）HRC，可以用手錘敲打凸臺斜面以調(diào)整模具間隙，直到試沖出滿意的沖壓件為止。 圖3 凹模洞口而根據(jù)上述分析本模具采用 b 為合理。5.3 凸模的尺寸兩個(gè)沖孔凸模采用B型根據(jù)沖壓模具設(shè)計(jì)手冊 查得P92表4-3 d=14mm D(m6)=18mm H=40mm5.4 凸凹模的尺寸凸凹模長度計(jì)算 查最新沖壓模具標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)用手冊5 P36查公式4-4可有：L=H1+H2+ t +Y 公式（14）式中，H1凸凹模固定板的厚度，取H1=16mm； H2彈性卸料板的厚度，取H2=12mm； T 板料的厚度；，取T=1.5mm； Y 附加長度，包括凸模刃口修模量，凸模進(jìn)入凹模的深度（0.51）mm，凸模固定板與卸料板的安全距離A等，其中A取1520mm，取Y=15.5mm。 所以 L=H1+H2+ t +Y= 16 + 12 + 1.5+ 15.5=45mm5.5 凸模固定板凸模固定板厚度 H =（11.5）D 公式（15）式中，D凸模與固定板相配合部分的直徑，取D=14mm。故 H =1.414=19.6mm根據(jù)沖模模具設(shè)計(jì)手冊P165表72 總結(jié)得到凸模固定板尺寸如下：沖孔凸模固定板長度125mm寬度125 mm厚度20 mm5.6 上、下墊板采用墊板加固設(shè)計(jì)，上下墊板厚度取6mm。根據(jù)沖模模具設(shè)計(jì)手冊查得P167 表7-4 取125mm125mm6mm。5.7 彈性元件的尺寸 根據(jù)沖壓模設(shè)計(jì)指導(dǎo)6P86表3-45 彈性導(dǎo)料銷的標(biāo)準(zhǔn)圓柱螺旋壓縮彈簧型號0.5620；彈性卸料螺釘?shù)膹椈尚吞柸?biāo)準(zhǔn)1mm14mm20mm。5.8 推件裝置的選擇1）推桿：根據(jù)沖模設(shè)計(jì)手冊7P191表241選擇帶肩推桿A型d=6mm L=90mm2）頂板：根據(jù)最新沖壓模具標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)用手冊P190表240選擇A型D=50mm H=6mm3）頂桿：根據(jù)沖壓模設(shè)計(jì)指導(dǎo)P75表3-34 取d=6mm 取L=35mm5.9 卸料裝置本方案采用彈性卸料板卸料，因?yàn)槟＞卟捎玫寡b復(fù)合模，落料凹模裝在上模上，廢料從凸凹模的凹模中落下，卸料可靠。根據(jù)沖模模具設(shè)計(jì)手冊P170表78選取125mm125mm12mm。5.10 輔助零件與結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)1）螺釘?shù)倪x擇：根據(jù)沖壓模具設(shè)計(jì)手冊P132表58取M10型號。2）導(dǎo)料銷的選擇：采用彈簧彈頂導(dǎo)料裝置，導(dǎo)料銷放在彈性卸料板，根據(jù)沖模設(shè)計(jì)手冊P168 表2-8 d=4mm。 3）銷釘?shù)倪x擇：根據(jù)沖壓模具設(shè)計(jì)手冊P134表52查得圓柱銷釘孔選d（m6/h8）=10mm。4）卸料螺釘?shù)倪x擇：根據(jù)沖壓模具設(shè)計(jì)手冊P132表59選用圓柱頭卸料螺釘M10型號。5）彈簧的選擇：根據(jù)彈性卸料螺釘?shù)囊?guī)格查沖壓模設(shè)計(jì)指導(dǎo)P86表345選擇彈簧GB/T2089 2mm14mm15mm；根據(jù)彈性導(dǎo)料銷的規(guī)格查沖壓模設(shè)計(jì)指導(dǎo)P86表345選擇彈簧GB/T2089 1mm6mm20mm。5.11 模架的選用5.11.1 上、下模架的選擇常用的導(dǎo)柱導(dǎo)套式模架，是由上、下模座和導(dǎo)向零件組成。模架是整副模具的骨架，模具的全部零件都固定在它的上面，并承受沖壓過程的全部載荷。模具上模座和下模座分別與沖壓設(shè)備的滑塊和工作臺固定。上、下模間的精確位置，由導(dǎo)柱、導(dǎo)套的導(dǎo)向來實(shí)現(xiàn)。四種模架類型如下圖： （a） （b） （c） （d）圖（a）為后側(cè)導(dǎo)柱模架。優(yōu)點(diǎn)：左、右不受限制，送料和操作比較方便。缺點(diǎn)：工作時(shí)偏心距會(huì)造成導(dǎo)柱導(dǎo)套單邊磨損且不能使用浮動(dòng)模柄結(jié)構(gòu) 。 圖（b）為中間導(dǎo)柱模架。優(yōu)點(diǎn)：向平穩(wěn)、準(zhǔn)確。缺點(diǎn)：能一個(gè)方向送料。 圖（c）為對角導(dǎo)柱模架。優(yōu)點(diǎn)：模座在導(dǎo)柱上滑動(dòng)平穩(wěn)。 圖（d）為四導(dǎo)柱模架。優(yōu)點(diǎn)：動(dòng)平穩(wěn)、導(dǎo)向準(zhǔn)確可靠、剛性好等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)以上特點(diǎn)選用a較為適合。以凹模周界尺寸為依據(jù)，根據(jù)沖壓模具設(shè)計(jì)手冊P18表2-3和P20表2-4選擇模架規(guī)格如下：后側(cè)導(dǎo)柱上模L=125mm B=125mm H=35mm D(H7)=35mm后側(cè)導(dǎo)柱下模L=125mm B=125mm H=35mm d(R7)=22mm5.11.2 導(dǎo)柱、導(dǎo)套的選擇根據(jù)上、下模座的選擇查沖壓模具設(shè)計(jì)手冊P67表3-2選用A型導(dǎo)柱和P68表3-3A型導(dǎo)套導(dǎo)柱d=22mm L=150mm導(dǎo)套D=35mm L=80mm H=33mm零件尺寸名稱尺寸A導(dǎo)柱dL（mm）22150A導(dǎo)套dLD（mm）228035后側(cè)導(dǎo)柱上模座LBH（mm）12512535后側(cè)導(dǎo)柱下模座LBH（mm）125125356 模柄模柄:根據(jù)冷沖模設(shè)計(jì)P12表1-3選擇壓力機(jī)的型號JH23-40可查得模柄孔的直徑為50mm,，深度為60mm，根據(jù)沖壓模設(shè)計(jì)手冊P83表3-41選用旋入式模柄。7 閉合高度確認(rèn)模具閉合高度應(yīng)為上模座板、下模座板、上下墊板、凸凹模固定板、落料凹模固定板、彈性卸料板等厚度的總和。即 H上+H下+H沖固+H凹+H上墊+H凸凹固+H下墊+H彈+A=< H1 式中，H上 上模座的厚度，取H上=35mm； H下下模座的厚度，取H下=35mm； H沖固沖孔凸模固定板的厚度，取H沖固=20mm； H凹凹模的厚度，取H凹=20mm； H上墊上模座墊板厚度，取H上墊=6mm； H凸凹固凸凹模固定板厚度，取H凸凹固=16mm； H下墊下模座墊板厚度，取H下墊=6mm； H彈彈性卸料板厚度，取H彈=12mm； A安全距離，取A=17mm； H1 曲柄壓力機(jī)的最大裝模高度，取H1=330mm。 故模具閉合高度為 H上+H下+H沖固+H凹+H上墊+H凸凹固+H下墊+H彈+A =35+35+20+20+6+16+6+12+17 =167mm8 壓力機(jī)的確定在選擇沖壓設(shè)備的類型后，要進(jìn)一步根據(jù)沖壓加工中所需的沖壓力包括卸料力、壓料力，變形功以及模具的結(jié)構(gòu)形狀或閉合高度、外形輪廓尺寸等選擇沖壓設(shè)備的規(guī)格。 1）公稱壓力 壓力機(jī)滑塊離下止點(diǎn)前一特定距離,既壓力機(jī)的曲軸旋轉(zhuǎn)侄離下止點(diǎn)前某一角度時(shí)滑快上所容需的最大工作壓力。壓力機(jī)的工稱壓力一般情況下應(yīng)大于或等于沖壓工藝力的1.11.3倍。 2）滑快行程 滑快從上止點(diǎn)到下止點(diǎn)所經(jīng)過的距離壓力機(jī)的行程的小來保證毛胚或半成品的放入及成型零件的取出。 3）閉合高度 滑快在下止點(diǎn)時(shí)，滑快底平面到工作臺面之間的高度模具的閉合高度必須適合于壓力機(jī)閉合高度范圍的要求：+10mm-5mm- 公式（16）式中，Hmin 當(dāng)連桿調(diào)至最長時(shí)壓力機(jī)的最小裝模高度，取Hmin =260mm； H1 墊板的厚度，取H1 =120mm； H模具模具在最低工作位置時(shí)上模座的上平面與下模座的下平面之間的高度，取=167mm； Hmax 當(dāng)連桿調(diào)至最短時(shí)壓力機(jī)的最大裝模高度，取Hmax =330mm。故 +10mm-H1-5mm-H1 150mm 167mm205mm模具的閉合高度符合使用要求。 根據(jù)冷沖模設(shè)計(jì)P12 表1-2 選擇開式固定臺壓力機(jī) 型號JH21-40標(biāo)稱壓力400 KN標(biāo)稱行程3.2 mm滑塊行程80 mm滑塊行程次數(shù) 80次/min工作臺尺寸460700mm電動(dòng)機(jī)功率5.5KW模柄孔尺寸直徑50mm深度70mm最大裝模高度330 mm連桿調(diào)節(jié)長度 70mm 參考文獻(xiàn)1 丁松聚. 冷沖模設(shè)計(jì). 機(jī)械工業(yè)出版社，20122 陳炎嗣. 多工位級進(jìn)模設(shè)計(jì)與制造. 高等教育出版社，19923 馬朝興. 沖模模具設(shè)計(jì)手冊. 化學(xué)工業(yè)出版社，19984 高軍. 沖壓模具標(biāo)準(zhǔn)件選用與設(shè)計(jì)指南. 化學(xué)工業(yè)出版社，20075 楊占堯. 最新沖壓模具標(biāo)準(zhǔn)件及應(yīng)用手冊. 化學(xué)工業(yè)出版社，20106 王立人. 沖壓模設(shè)計(jì)指導(dǎo). 北京理工大學(xué)出版社，2009 7 鄭展 . 沖模設(shè)計(jì)手冊 . 機(jī)械工業(yè)出版社，2013 16