湖南大學冷沖模設計課程設計說明書 課 題：撥塊的模具設計 學 院：材料科學與工程學院 專 業(yè)：材料成型及控制工程 姓 名： 學 號： 指導老師：1.設計任務說明 1.1零件圖 1.2任務說明 完成所給工件的沖壓工藝設計與模具設計任務。提交模具的全套圖紙（總裝圖與非標零件圖）和相應的模具設計說明書。2.工藝分析與工藝方案確定2.1零件工藝分析 沖裁件的工藝性是指從沖壓工藝方面來衡量設計是否合理。一般的講，在滿足工件使用要求的條件下，能以最簡單最經(jīng)濟的方法將工件沖制出來，就說明該件的沖壓工藝性好，否則，該件的工藝性就差。當然工藝性的好壞是相對的，它直接受到工廠的沖壓技術(shù)水平和設備條件等環(huán)境因素的影響。 2.1.1結(jié)構(gòu)尺寸從設計說明書看出零件形狀結(jié)構(gòu)不復雜，只有一個12mm的凹模部分；尺寸也較小，厚度中等，內(nèi)外形連接線處無尖角。 2.1.2精度設計說明書中并沒有給出零件的具體精度要求，所以按照缺省狀態(tài)查冷沖模設計（機械設計出版社，丁松聚主編，P42 ）表31選取IT12精度級。 2.1.3材料零件材料為45鋼，具有較好的可沖壓性能。 2.1.4其余設計說明書中對于零件的表面質(zhì)量、表面粗糙度、尺寸公差均未有具體要求，所以一律按照缺省狀態(tài)處理。下文將會根據(jù)具體使用要求給出相應查表所得數(shù)據(jù)。2.2工藝方案確定設計說明書中明確給出工序要求：落料；再結(jié)合上文對于零件的結(jié)構(gòu)尺寸、精度、材料等分析，采用以下沖壓工藝：落料，單工序落料模。該工藝只需要落料一道工序，直接沖裁出所需零件。而且單工序落料模制造簡單，經(jīng)濟成本較低，操作方便可靠，經(jīng)濟實用，完全滿足要求。3.模具類型初選 確定沖壓工藝方案后，應通過分析比較，選擇合理的模具結(jié)構(gòu)型式，使其盡量滿足以下要求：（1）能沖出符合技術(shù)要求的工件；（2）能提高生產(chǎn)率；（3）模具制造和維修方便；（4）模具有足夠的壽命；（5）模具易于安裝調(diào)整，且操作方便、安全。3.1沖壓模具類型選取由沖壓工藝分析可知，在確定采用單工序模后，便要考慮采用開式、導板式還是導柱式單工序模。查冷沖模設計（機械設計出版社，丁松聚主編，P66）得：無導向的開式簡單沖裁模優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，尺寸較小，模具制造簡單，成本低廉；缺點：使用時安裝調(diào)整麻煩，模具壽命低，沖裁件精度差，操作不夠安全；適用于精度要求不高，形狀簡單，批量小或者試制用的沖裁件。導板式落料模優(yōu)點：精度較高，壽命長，使用安裝容易，操作安全；缺點：模具制造比較麻煩；適用于形狀簡單，尺寸不大的沖裁件。導柱式落料模優(yōu)點：比導板導向可靠，精度高，壽命長，使用安裝方便；缺點：成本較高。適用于成批大量生產(chǎn)中。綜合以上三種單工序沖裁模的優(yōu)缺點，本設計選擇導板式落料模。3.2 定位裝置選擇為了使條料送料時有準確的位置,保證沖出合格的制件,要對送料方向以及送料步距進行控制。因為板料厚度t=4mm,屬于中等厚度的板材,且制件尺寸不大,固采用側(cè)面四個固定送料銷定位導向,在送料方向由于受凸模和凹模的影響,為了不至于削弱模具的強度,在送給方向采用一個彈簧擋料裝置的活動擋料銷。3.3 推件、卸料裝置選擇 3.3.1推件裝置在導板式單工序落料模中，沖裁后工件嵌在落料凹模內(nèi)，需要剛性或彈性推件裝置推出。剛性推件裝置推件可靠，可以將工件穩(wěn)當?shù)赝瞥霭寄?。但在沖裁時，剛性推件裝置對工件不起壓平作用，故工件平整度和尺寸精度比用彈性推件裝置時要低些。由于剛性推件裝置已能保證工件所有尺寸精度，又考慮到剛性推件裝置結(jié)構(gòu)緊湊，維護方便，故本設計采用剛性推件裝置。 3.3.2 卸料裝置在選用卸料裝置的形式時，需考慮出料方式是上出料，還是下出料。卸料裝置根據(jù)沖件平整度要求或料的厚薄來確定，對于沖件平整度要求高，且料薄的宜用彈壓卸料板。這樣既可壓料又可卸料，且卸料板隨上模上下運動，直觀性強，操作方便，是生產(chǎn)中常用的一種卸料方式。當板料較厚時，用彈壓卸料板難以卸料時，選用固定卸料裝置卸料，一般在零件形狀簡單、要求不高時，采用固定卸料方式，它可簡化模具結(jié)構(gòu)，但是因為工作部位封閉，送料只能靠手感，操作不便，安全性差。 由于零件厚度為4mm，屬于中厚料，所以采用剛性卸料裝置，以簡化模具結(jié)構(gòu)，降低成本。3.4 模架模架式整副模具的骨架，模具的全部零件都固定在它上面，并且承受沖壓過程中的全部載荷。模架的上模座通過模柄與壓力機滑塊相連，下模座用螺釘壓板固定在壓力機工作臺上。導板式模架由上、下模座、模柄組成。 3.4.1上模座 3.4.2下模座 3.4.3模柄3.5 模具草圖4.主要工藝計算4.1排樣設計 4.1.1排樣方式 排樣原則有直排、斜排、直對排、斜對排、混合排、多行排、裁搭邊等排法；排樣方法按照材料利用程度有無廢料排樣法、少廢料排樣法、有廢料排樣法。本設計綜合以上幾種形式最終選用有廢料直排法。排樣圖如下：排樣圖 4.1.2搭邊查冷沖模設計（機械設計出版社，丁松聚主編，P61） 表310得側(cè)面搭邊值a1=2.88mm，取3mm；工件間搭邊值a=2.52mm，取3mm。 4.1.3送料步距送料步距：條料在模具上每次送進的距離。公式： D1：平行于送料方向的沖裁件寬度。根據(jù)零件可知D1=20mm。a：工件間的搭邊值。由上文知a=3mm。綜上：A=D1+a=20+3=23mm。 4.1.4 條料寬度條料寬度：D2：垂直于送料方向的沖裁件的最大尺寸。根據(jù)零件可知D2 =40mm。a1 ：零件與條料側(cè)邊之間的搭邊值。友尚文可知a1=3mm。：工件公差。查冷沖模設計（機械設計出版社，丁松聚主編，P49）表 35，取0.30。綜上：mm。 4.1.5 材料利用率 不合理的排樣會浪費材料，衡量排樣經(jīng)濟的指標是材料的利用率，可以通過公式： 計算。式中： 材料利用率； 工件的使用面積； 所用材料面積，包括工件面積與廢料面積； 步距（23mm）（相鄰兩個制件對應點的距離）； 條料寬度（46mm）； 綜上：。4.2沖壓力計算 4.2.1沖裁力沖裁力是選擇壓力機的主要依據(jù)，也是涉及模具所必須的依據(jù)。普通平刃口的沖裁可根據(jù)以下式進行計算。公式：式中：沖裁力（N）； 系數(shù)。通常取K=1.3； 沖裁件周長（mm）；由沖裁件圖計算得L=133.28mm。 板料厚度（mm）； 板料抗剪強度（MPa），查冷沖模設計（機械設計出版社， 丁松聚主編，P38）表23，得取500。在一般情況下，材料的抗拉強度，為計算方便，可用下式計算沖裁力：。：查冷沖模設計（機械設計出版社，丁松聚主編，P38）表23得取600。綜上：。 4.2.2 推件力沖裁時材料在分離前存在著彈性變形，在一般沖裁條件下，沖裁后材料的彈性恢復，使落件或沖孔廢料梗在凹模內(nèi)，而板料緊箍在凸模上，為了使沖裁工作繼續(xù)進行，必須將箍在凸模上的板料卸下，將梗在凹模內(nèi)的廢料或工件向下推出或者向上頂出。由上文知本設計采用剛性卸料，所以只需計算出即可?？筛鶕?jù)如下公式計算。公式：式中：梗塞在凹模的沖件數(shù)（）； 推薦系數(shù)； 沖裁力；由下文凹模結(jié)構(gòu)分析可得，由沖件圖可得板厚，所以；由上文可得；查冷沖模設計（機械設計出版社，丁松聚主編，P57）表38得。綜上：。 4.2.3 壓力機所需總壓力計算采用剛性卸料裝置和下出件模具時壓力機總壓力，式中：沖裁力； 推件力：綜上：。4.3 模具壓力中心計算沖壓力合力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滑塊的中心重合。否則滑塊就會受到偏心載荷而導致滑塊導軌和模具的不正常磨損，降低模具壽命甚至損壞模具。簡單形狀沖裁件的壓力中心即為他們的重心或者對稱中心。對于復雜形狀沖裁件的壓力中心可根據(jù)合理對某軸之力矩等于各合力對同軸的力之矩之和的力學原理求得。查冷沖模設計（機械設計出版社，丁松聚主編，P117）,得具體計算方式如下：根據(jù)壓力中心坐標的計算公式是： 式中：各段輪廓的長度； 各段輪廓壓力中心到軸的距離； 各段輪廓壓力中心到軸的距離；綜上，計算該模具的壓力中心如下： 詳情見下圖： 4.4凹凸模刃口尺寸計算凹模和凸模工作部分尺寸直接決定了沖裁件的尺寸和間隙大小，是模具上最重要的尺寸。落料模中尺寸計算需要遵循以下幾個原則：（1） 落料時，落料件的尺寸是由凹模決定的，因此應以落料凹模未設計基準；（2） 凹凸模應考慮磨損規(guī)律；（3） 凹凸模之間應保證有合理的間隙；（4） 凹凸模的制造公差應與沖裁件的尺寸精度相適應。 模具制造時常使用分別加工法和單配加工法來保證合理間隙，本設計采用分別加工法。分別加工法的尺寸計算按照以下方式進行。 4.4.1沖裁間隙沖裁間隙是指沖裁凸模和凹模之間工作部分的尺寸之差。公式： 查冷沖模設計（機械設計出版社，丁松聚主編，P46） 表33得，。 4.4.2凹凸模刃口尺寸 凹凸模工作部分尺寸如下： ； ；式中：落料件的最大極限尺寸； 磨損系數(shù)，查冷沖模設計（機械設計出版社，丁松聚主編， P49） 表35得?。?沖裁件公差，查冷沖模設計（機械設計出版社，丁松聚主編， P49） 表35得??； 凸模制造偏差，查冷沖模設計（機械設計出版社，丁松聚主 編，P49）表36?。?凸模制造偏差，查冷沖模設計（機械設計出版社，丁松聚主 編，P49）表36取； 綜上，。5.模具主要零部件的結(jié)構(gòu)與尺寸的分析5.1凸模組件及其結(jié)構(gòu)設計一般凸模組件包括凸模、凸模固定板、墊板和防轉(zhuǎn)銷等。本設計中的模具的凸模組件有凸模、涂抹固定板和墊板。下面對組件進行詳細介紹。 5.1.1凸模（1）凸模形式凸模有兩種形式：直通式和臺階式。直通式常用于非圓形斷面的凸模，而臺階式多用于圓形斷面的凸模。本設計中的模具明顯為非圓形斷面，所以采用直通式。由于非圓形斷面安裝不方便，難度較大，為方便安裝將凸模分為兩部分，非工作部分，圓形斷面和工作部分非圓形斷面。下文將會有更加詳細描述。（2）凸模長度計算公式：;式中：凸模固定板厚度，查實用沖模結(jié)構(gòu)設計手冊（張正修主編，化學工業(yè) 出版社，P183），?。?導板厚度，查實用沖模結(jié)構(gòu)設計手冊（張正修主編，化學工業(yè)出版 社P183），?。?導料板厚度，查實用沖模結(jié)構(gòu)設計手冊（張正修主編，化學工業(yè)出 版社P183），??； 附加長度，包括凸模刃口的修磨量，凸模進入凹模的深度和凸模 固定板與導板之間的安全距離，查實用沖模結(jié)構(gòu)設計手冊（張正 修主編，化學工業(yè)出版社，P183）表2.82，取， ；所以 ；綜上，凸模長度，按標準取72mm。（3）凸模的材料模具刃口要求有較高的耐磨性，并能受總裁時的沖擊力。因此要有高有硬度與適當?shù)捻g性，形狀簡單且模具壽命要求不高的凸?？蛇x用T8、T10A等材料；形狀復雜且模具有較高壽命要求的凸模應選Cr12、Cr12MoV、CrWMn等制造，硬度取60；要求高壽命、高耐磨性的凸模，可選硬質(zhì)合金材料。根據(jù)上文說明和計算，本設計中的模具材料選用CrWMn。（4）表面粗糙度凸模工作部分表面粗糙度m，取0.6m，固定部分為m，取1.2m。 上文提到工作部分為非圓形斷面，斷面圖如下，長20mm；非工作部分為圓形斷面，長50mm。凸模詳情見下圖： 5.1.2凸模固定板凸模固定板用于固定凸模。固定板的外形尺寸一般與凹模大小一致，可由標準中查得。凸模固定板內(nèi)凸模的固定方法通常是江凸模壓入固定板內(nèi)，其配合用，直通式凸模用、。對于大尺寸凸模也可直接用螺釘、銷釘固定到模座上而不用固定板。對于小凸模還可以采用粘結(jié)固定。本設計中凸模和固定板是采用配合的方式，配合采用。如下圖： 5.1.3墊板墊板裝在固定板和上模座或下模座之間。它的作用是防止沖裁時凸模壓壞上模座。點半的尺寸可在標準中可查得。本設計中，墊板放在固定板和上模座之間。墊板材料選用45鋼，熱處理硬度選取45，厚度選擇8。外形尺寸與固定板一致。5.2凹模設計 5.2.1凹模洞口選擇凹模洞口有直壁式、斜壁式、凸臺式。直壁式孔壁垂直于頂面，刃口尺寸不隨修磨刃口增大。故沖裁精度較高，刃口強度也較好。直壁式刃口沖裁時磨損較大，洞口磨損后會形成倒錐狀，因此每次修磨的刃磨量較大，總壽命低。沖裁時，工件易在孔內(nèi)積聚，嚴重時使凹模膨脹。斜壁式特點與直壁式相反，在一般的工件或廢料向下落的模具中應用廣泛。凸臺式主要用于沖裁板料厚度在0.3mm以下的小間隙、無間隙模具。本設計中的模具采用向下落料，且要求壽命較高，所以應選斜壁式。如下圖： 5.2.2凹模的外形尺寸凹模的外形尺寸一般有圓形和矩形兩種。凹模的外形尺寸應保證凹模有足夠的強的和剛度。凹模的厚度還應考慮修磨量。凹模的外星一般是根據(jù)被沖材料的厚度和沖裁件的最大外形尺寸來確定的。凹模厚度：；凹模壁厚：；式中：沖裁件最大外形尺寸，由 前文知； 系數(shù)，查冷沖模設計 （機械設計出版社，丁松 聚主編，P101）表43 得。綜上：，取 ；。5.2.3凹模固定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)目、規(guī)格和位置都可在標準中查得。也要根據(jù)具體情況做適當調(diào)整。本設計中的凹模與下模座的固定方法可見設計說明最后部分的總裝配圖。5.2.4凹模的主要技術(shù)要求凹模的孔型軸線與頂面應保持垂直，凹模的地面與頂面應保持平行。（1） 表面粗糙度 為了提高模具壽命和沖裁件精度，凹模的底面與型孔的孔壁應光滑，表面粗糙度為m，取0.6m，底面與銷孔的粗糙度為m，取1.2m。（2） 材料 凹模的材料與凸模一樣，其熱處理硬度應略高于凸模，達到62。5.3定位零件本設計中采用側(cè)面四個固定導料銷來控制送料方向，采用活動擋料銷來控制送料步距。詳見本設計3.2定位零件的選擇。導料銷和擋料銷結(jié)構(gòu)相似，就不做多余圖示，此處僅給出擋料銷結(jié)構(gòu)圖示：5.4導料板、承料板5.4.1導料板（1）主要技術(shù)參數(shù)材料：；熱處理硬度：調(diào)質(zhì)。（2） 外形尺寸：見下圖。 5.4.2承料板 承料板的主要技術(shù)參數(shù)與導料板一樣，其結(jié)構(gòu)簡圖也和導料板類似。5.5卸料、推件裝置本設計中的模具采用剛性卸料裝置，剛性推件下出模具裝置，詳見本設計說明的3.3。在此就不做贅述。5.6模架對模架的要求如下：（1） 足夠的強度和剛度；（2） 足夠的精度；（3） 上下模之間的導向要精確。 本設計中采用剛性導板式落料模，沒有導柱，所以模架只有上下模座和模柄構(gòu)成。 5.6.1上模座（1） 主要技術(shù)參數(shù) 材料：；熱處理硬度：調(diào)質(zhì)。（2） 外形尺寸上模座的外形尺寸與凸模一致，詳情可參考凸模外形尺寸或者參見下文的總裝配示意圖。 5.6.2下模座下模座的技術(shù)參數(shù)和上模座一樣，外形尺寸和凹模一致，可參見凹模外形尺寸或者總裝配示意圖。 5.6.3模柄模柄采用普通剛性模柄，主要技術(shù)參數(shù)和模座一樣。其外形尺寸可參見下文中的總裝配示意圖。6.沖壓設備的選用 6.1模具總閉合高度 查實用沖模結(jié)構(gòu)設計手冊（張正修主編 化學工業(yè)出版社 P183）表2.83取模具標準閉合高度，所以。 6.2壓力機的選取根據(jù)前文可知壓力機，且，查實用沖壓工藝技術(shù)參考（張玉英主編 機械工業(yè)出版社 P873）表1311選擇壓力機參數(shù)如下：開式固定臺式壓力機 J2160參數(shù)名稱技術(shù)參數(shù)公稱壓力/KN600公稱壓力行程/mm4滑塊行程/mm140最大閉合高度/mm300閉合高度調(diào)節(jié)量/mm70工作臺尺寸左右/mm870前后/mm520工作臺尺寸/mm150模柄孔尺寸直徑/mm50深度/mm60電動機功率/KW5.57.模具裝配圖參考文獻1 丁松聚主編冷沖模設計，機械工業(yè)出版社，20012 楊玉英主編，實用沖壓工藝與模具設計手冊，機械工業(yè)出版社，20043 張正修主編，實用沖模結(jié)構(gòu)設計手冊，化學工業(yè)出版社，20094 林乘全主編，典型沖壓工藝及模具設計，化學工業(yè)出版社，20145 何銘心 錢可強主編，機械制圖（第五版），高等教育出版社出版，20046 楊月英 張琳主編，中文版AtuoCAD2008機械繪圖,機械工業(yè)出版社，2008