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目錄 一、設計多墊圈復合模的出發(fā)點………………………………………… 2 二、多墊圈復合模沖壓的工藝分析……………………………………… 4 1、材料…………………………………………………………………4 2、尺寸精度……………………………………………………………4 3、沖壓工藝分析………………………………………………………4 三、沖壓工藝方案的制定………………………………………………… 6 1、單墊圈、多墊圈復合模的比較……………………………………6 2、主要難題及解決方法………………………………………………6 四、沖壓工藝的計算……………………………………………………… 8 （一）、排樣計算……………………………………………………………8 （二）、計算各工序壓力、選擇壓力機……………………………………10 （三）、復合模的凸、凹模的計算…………………………………………11 1、凸、凹模的刃口計算………………………………………………11 2、凸凹模的設計………………………………………………………13 （四）、彈簧的選用和計算…………………………………………………14 五、選擇壓力機型號……………………………………………………… 16 六、主要零部件結構與尺寸的選擇和確定……………………………… 17 七、繪制模具總裝圖……………………………………………………… 21 八、繪制主要非標準零部件圖…………………………………………… 23 九、結束語………………………………………………………………… 24 參考文獻…………………………………………………………………… 25 一、設計多墊圈復合模的出發(fā)點 因冷沖壓能得到形狀較復雜的制件，且加工精度高，尺寸穩(wěn)定，互換性好，在大量生產條件下，制件成本低，生產效率高，易于自動化。所以隨著我國工業(yè)的現代化，冷沖壓工藝正越來越多地被采用，并在使用中得到不斷發(fā)展。 在沖壓生產中，沖裁所使用的模具稱為沖裁模。它是沖壓生產中不可缺少的工藝設備，良好的模具結構是實現工藝方案的可靠保證。 常用的沖裁模典型結構主要有單工序沖裁模、復合模、連續(xù)模。由這次畢業(yè)設計的題目《多墊圈復合模》可知需要設計一付加工墊圈的模具。墊圈常用于各種儀器儀表，更可起到防震、絕緣的作用，且年產量高。 考慮到單工序沖裁生產效率低、難以滿足該零件的年產量要求，故考慮采用復合沖裁與連續(xù)沖裁。 復合沖裁是沖床在一次行程中，板料在沖模內經過一次定位，能夠同時完成兩種或兩種以上不同工序的沖壓過程。對于該零件采用復合模能保證沖壓件的形位精度和尺寸精度，且生產效率也高。 連續(xù)沖裁是在一套沖模里，把同一個沖壓件的幾個工序排列成一定順序。加工時，沖床每次行程，條料在沖模里依次移動一個位置。在不同的位置（簡稱工位）上，分別進行工件所要求的不同工步（即連續(xù)沖壓工序中每一單獨的工序），除最初幾次沖程外，以后每次沖程都可以完成一個沖壓件。對于該零件采用連續(xù)沖裁雖能滿足其生產效率，但零件的材料為橡膠，質軟，采用連續(xù)沖裁難以保證沖壓件的形位精度和尺寸精度，而且其模具制造、安裝較復合模要復雜。 通過對單工序模、復合模、連續(xù)模的比較分析，決定采用復合模形式比較合適。 而這次畢業(yè)設計的任務是設計出一付能一次沖出多個墊圈的復合模，其主要是因為某廠生產的墊圈用處廣泛，規(guī)格繁多，每年的墊圈單件產量多在百萬以上。由于廠家競爭激烈，產品面臨著殘酷的考驗。為此，必須在內部通過優(yōu)化加工工藝，提高材料利用率、生產效率等來降低成本。 首先，在指導老師的建議下，將各種墊圈的規(guī)格大小進行了分類比較。然后設想能否在單沖墊圈的基礎上，一模同時沖壓出多個各種規(guī)格的產品。以達到既能提高工作效率，又能提高材料的利用率。 在查閱了大量的文獻資料后，初步掌握了模具的設計方法，由于時間倉促，水平有限，整個設計必然有許多不足之處，這有待于今后在工作、學習中的不斷更正和改進。  二、多墊圈復合模沖壓的工藝分析 1、 材料： 該零件的材料為人造橡膠，厚度為2mm，年產量百萬以上。常用于各種儀表、儀器等。 2、 尺寸精度： 因為材料性質，所取的凸凹模的間隙應偏小，故模具零件的加工精度較高。所以可以初定最大外圓尺寸Φ500-0.1mm、及最小內孔尺寸Φ120+0.070均為IT10級。 3、 沖壓工藝性分析： 在排列出的各種規(guī)格墊圈中，在最不影響產品質量情況下及在符合產品所允許的公差范圍里，選出厚度一樣（均為2mm）、材料相同的墊圈，將其內外結構、尺寸進行整理如圖所示： 原墊圈的尺寸 調整后的墊圈尺寸 從圖中可以看出，尺寸經過調整后，墊圈的內外圈關系正好是相互套裁的。 墊圈甲（外徑為Φ50）的孔徑為墊圈乙（外徑Φ36）的外徑，墊圈乙的孔徑為墊圈丙（外徑Φ26）的外徑，墊圈丙的孔徑為墊圈丁（外徑Φ16）的外徑。這正符合一模同時沖壓下四個墊圈的條件。從其普遍的墊圈性質和客戶的要求來說，略作尺寸改動并不影響產品的使用，也不影響產品的質量。所以如果將原來的一次沖一模改進為一次沖出四模，不僅可使材料的利用率成倍的提高，生產效率更能大幅度地提高四倍。并節(jié)省了人工、電耗等。經濟效益十分可觀。 三、 沖壓工藝方案的制定 1、 方案的制定： 沖壓墊圈工序較簡單，基本工序是沖孔、落料。 比較項目 單墊圈復合模 多墊圈復合模 材料的利用率 K=31% K=61% 每一次沖得產品 1件 4件 產品質量 佳 佳 調整單件批量 容易 不易 模具開制成本估價 2000元/付×4=8000元 8000元/付 模具壽命 長 長 模具維護 簡單 較難 沖壓操作 簡單 簡單 該廠原來都是以單墊圈形式開制的復合模，現在多以用多墊圈復合模。為了更清晰了解這兩種復合模沖壓成型產品的優(yōu)劣性，下面列表將它們進行比較： 從上述列表中可以看出，多墊圈復合模在關鍵兩項——材料利用率和生產效率的對比上遙遙領先于單墊圈復合模。從某種意義上來講，該模具滿足了單件產品需求量巨大的情況。同時使本廠的競爭力大大提高。 所以，采用多墊圈復合模沖制零件。 2、 主要難題及解決方法。 （1） 主要難題：由于該零件的結構簡單，整個沖制過程并不存在什么問題。但是該復合模由多付凸凹模組合而成，所以如何將凸凹模中的產品一次卸出來成為一個主要難題。 （2） 解決方法：如下圖所示是凸凹模與卸料板的關系。 圖1 圖2 由圖1、2中可看出，凸凹模是尾部相互固定組合而成。而卸料板也必須與其同步而行，一起動作，才能成功卸料。 所以，需要在組合凸凹模上以穿孔機穿孔，然后經由線切割割出腰圓長槽，用銷子8將卸料圈串合起來。就能成功使卸料板、凸凹模成為一體在腰圓槽里上下同時動作，以達到一次將沖壓的四片墊圈卸出來的目的。 四、 沖壓工藝的計算 模具設計，牽涉面廣，要了解模具的加工工藝，不然設計出的模具無法加工就失敗了。首先要確定凸凹模的間隙，沖裁模凸模的橫斷面一般都小于凹?？住Ｍ拱寄Ｖg應有適當的空隙，但間隙的大小牽涉范圍很多。間隙過小時，會使沖裁后的落料件尺寸增大，沖孔件尺寸縮小；間隙過大時，會使沖裁結束后的落料件尺寸縮小，沖孔件尺寸增大。 間隙大小還對模具壽命有影響。當間隙增大時，模具壽命有明顯增長。 同時，間隙的大小還和工件平直、沖裁面毛刺大小等密切相關。 故應考慮墊片的產品性質，主要要求為：產品要平直、無毛刺。產品材料為人造橡膠，適宜選偏小間隙，查表后可確定其雙邊間隙為0.08mm。 其次，要計算凸、凹模的尺寸大小、沖裁件的排樣方式和了解被加工零件的沖裁力、卸料力、推料力等，還要根據計算出來的沖壓力選擇壓力機。了解該壓力機的開閉合高度，安裝板的大小等，才能考慮模具的總厚度是多少并確定模架。根據沖壓零件的材料、批量來定模具凸凹模的材料，淬火硬度等。 （一）、排樣計算 為了合理利用材料，并盡可能的節(jié)省材料，應對沖裁件進行合理地排樣。 1、板料規(guī)格的確定：零件材料為人造橡膠，厚度為2mm，選用2mm×500mm×500mm。 2、方案的確定： 方案一：采用單排法 1）查表得搭邊值 a=2mm，a1=1.5mm 則 B=D＋2a=50＋2×2=54mm 2）確定步距s s=D＋a1=50＋1.5=51.5mm 3）裁板條數n1=Bb/B=500/54=9條，余14mm； 每條沖零件個數n2=（Lb－a1）/s=（500－1.5）/51.5=9個，余35mm； 每板沖零件總個數n總=n1×n2=9×9=81個 板料的利用率為 η總=[n總×π(R2－r2)/LbBb]×100% =[81×3.14×(252－62)/500×500]×100% =60% 方案二：采用多排。 1）如圖所示，根據相關幾何知識可知 B=D＋2a =[(50＋1.5)sin60＋50]＋2×2 =44.6＋50＋4 =98.6mm 2）步距s=D＋a1=50＋1.5=51.5mm 3）裁板條數n1=Bb/B =500/98.6=5條，余7mm； 每條沖零件個數n2=（Lb－a1）/s =（500－1.5）/51.5 =9個 余35mm； 每板沖零件總個數n總=2n1×n2=90個 板料利用率為 η總=[n總×π(R2－r2)/LbBb]×100% =[90×3.14×(252－62)/500×500]×100% =66.6% 由上述可知，采用單排的板料利用率為60%，采用多排的板料利用率可提高到66%。很明顯，多排方式是能達到提高材料利用率的要求，所以采用多排方式。 （二）、計算各工序壓力、選擇壓力機 該產品只需沖孔、落料復合沖壓一道工序，并根據復合模的結構能一次沖出四個墊圈。 已知產品材料為人造橡膠，厚度為2mm，查表得τ=50N/mm2 四墊圈沖裁力P沖=KLtτ =1.3×(50＋36＋26＋16＋12)×3.14×2×50 =57148N 人造橡膠的K卸系數根據材料性質并查表得K卸=0.01 四墊圈卸料力P卸=K卸P沖 =0.01×57148 =571.48N 同理得,K頂=0.015 四墊圈頂料力P頂=K頂P沖 =0.015×57148 =857.22N 多墊圈復合模結構主要是采用彈性卸料裝置和上出料方式的沖裁工藝力,故 P總=P沖＋P卸＋P頂 =57148＋571.48＋857.22 =58576.7N =58.5767.×103N =59KN 按現有規(guī)格選用100KN壓力機比較適宜。但是考慮到模具結構，為了能滿足模具最大封閉閉合高度，選用160KN壓力機才更適宜。 （三）、復合模的凸、凹模刃口計算 1、復合模的凸、凹模刃口計算 1）沖孔部分： 凸凹模中的凹模部分和沖孔凸模部分，可采用分開加工。 如圖所示，該零件的材料為人造橡膠，厚度t=2mm。屬于一般的沖孔、落料件。Φ120+0.070mm由沖孔獲得。查雙邊間隙表得，Zmin=0.0615mm,Zmax=0.09mm則Zmax－Zmin=0.09－0.0615=0.0285mm 零件精度IT10以上，χ=1。按照模具制造精度高于沖裁件精度3～4級的原則，設凸、凹模按IT5級制造，沖孔Φ120+0.070mm，查表得,δ凸=δ凹=0.008mm。 d凸=(d＋χΔ)0－δ凸=(12mm＋1×0.070)0－0.008=12.070－0.008mm d凹=(d＋χΔ＋Zmin)0＋δ凹=(12mm＋1×0.070＋0.0615)0+0.008 =12.13150+0.008mm 校核：δ凸＋δ凹≤Zmax－Zmin δ凸＋δ凹=0.008＋0.008=0.016mm<0.0285mm 故凸、凹模刃口尺寸可確定。 根據模具結構要求，可確定凸模以臺肩固定的方式固定。 因是采用彈性卸料板的小凸模，可確定凸模長度為： L=h1＋h2＋δ＋h 式中L—凸模長度 h1—凸模固定板厚度（20mm） h2—卸料板厚度（15mm） δ—材料厚度（2mm） h—附加長度，它包括凸模的修模量，凸模進入凹模的深度，凸模固定板與卸料板之間的安全距離。一般取h=15～20mm。 故總長度L=20＋15＋2＋15=52mm 即確定的凸模長度為52mm。 詳細凸模尺寸見零件圖第9頁。 2）落料部分： 圓形落料凹模和凸凹模中的凸模部分，亦采用分開加工。 Φ500－0.1mm由落料獲得。查表得，δ凹=0.011mm，δ凸=0.011mm。 D凹=(D－χΔ)0+δ凹=(50－1×0.1)0+0.011=49.90+0.011mm D凸=(D－χΔ－Zmin)0－δ凸=(50－1×0.1－0.0615) 0－0.011 =49.83850－0.011mm 校核：δ凸＋δ凹=0.011＋0.011=0.022mm≤0.0285mm 所以凸、凹模尺寸可確定。 該復合模的凹模刃口為直筒形，用螺釘固定在上模座上,因此它屬于倒裝復合模。 根據模具結構要求，確定凹模壁厚為35mm。其實際尺寸可參看零件圖第4頁。 另外，因為該模具的四付凸凹模之間尺寸有互借關系，所以按其名義尺寸進行制造。 2、凸、凹模的設計 該模具為同時沖出四個墊圈的復合模。這四個墊圈的尺寸是相互套裁的。用復合模沖出四個墊圈（這四個墊圈尺寸按由大到小分別以甲、乙、丙、丁命名），理應在同一位置上要布置八套凸、凹模。由于其中有三個是套裁的，需要五付凸、凹模。這副模具進一步展示了復合模在同一位置布置多套凸、凹模的結構特點。 這副模具的凸、凹模的布置方法是：上模部分裝有凸凹模2（它的外切刃口是墊圈甲的沖孔凸模同時又是墊圈乙的落料凸模，它的內刃口是墊圈乙的沖孔凹模同時又是墊圈丙的落料凹模）和墊圈甲的落料凹模3、凸凹模18（它的外切刃口是墊圈丙的沖孔凸模同時又是墊圈丁的落料凸模，它的內刃口是墊圈丁的沖孔凹模）。下模部分裝有凸凹模7（它的外切刃口是墊圈甲的落料凸模 ，它的內刃口是墊圈甲的沖孔凹模同時又是墊圈乙的落料凹模）和墊圈丁的沖孔凸模11以及凸凹模14（它的外切口是墊圈乙的沖孔凸模同時又是墊圈丙的落料凸模，它的內刃口是墊圈丙的沖孔凹模同時又是墊圈丁的落料凹模）。沖裁后，由上模推下的是墊圈甲、丙，還有墊圈丁的沖孔廢料，由下模頂出（在下模座下裝有彈頂裝置）的是墊圈乙和墊圈丁。關于其卸料方式已在上文中提及，就不再詳細介紹。 （四）、彈簧的選用和計算 1）卸料力前面已算出，總卸料力F卸=571.48N，根據模具結構估計擬選用4個彈簧，計算每個彈簧擔負卸料力約為 F預=F卸/n =571.48/4 =142.87N 即每個彈簧所承受的負荷力為142.87N。 2）由裝配結構尺寸，求得彈簧自由高度 H0＞凸模固定板厚度＋彈簧壓縮量＋凸模自由高度 H0＞20＋1.25＋15=36.25mm 根據F預的大小，從圓柱螺旋壓縮彈簧表中可初選彈簧規(guī)格為外徑D=16mm，鋼絲直徑d=2.5mm，自由高度H0=50mm，彈簧最大工作載荷下的總變形量H許=17.5mm，有效圈數n=9.5，最大工作載荷F許=292N。 3）求出彈簧的預壓縮量：H預=F預H許/F許 =142.87×17.5/292 =8.56mm 則總壓縮量為：H總=H預＋H工作＋H修磨 =8.56＋2＋1＋5 =16.56mm 總壓力F總=F預H總/ H預=142.87×16.56/8.56=276.4N 4）檢查所選彈簧的性能要求，即 總壓縮量H總=16.56mm＜最大許可壓縮量H 許=17.5mm 總壓力F總=276.4N＜最大工作負荷F許=292N 說明所選彈簧合適 最后選彈簧規(guī)格為：16mm×2.5mm×50mm 五、 選擇壓力機型號 因為模具閉合高度： H閉=上模座厚＋下模座厚＋落料凹模厚＋沖孔凸模長度＋上墊板＋下墊板－落料凹模與凸模的刃面高度差＋板料厚度 =40＋45＋52＋52＋10＋10－1＋2 =210mm 根據設備載荷情況和模具的閉合高度，可選用J23-16型壓力機，該壓力機的最大裝模高度為220mm，最小裝模高度為160mm。 模具閉合高度滿足Hmin＋10≤H閉≤Hmax－5，故認為合適。 六、主要零部件結構與尺寸的選擇和確定 雖然為了能簡化模具設計制造工作，縮短周期，提高質量，節(jié)約材料，降低成本，應盡量采用標準件，但考慮到模具結構的特殊性和合理性，還是不得不對零件某些方面進行必要的修改以滿足技術要求。 1）擋料銷：限定條料或卷料送進距離的定位銷件。考慮到該模具為帶有彈性卸料板的倒裝復合模，采用彈壓式活動擋料銷。此種擋料銷裝在彈壓卸料板上，沖壓時被壓入卸料板孔內，上模回程時由彈簧、簧片將其頂起，以待下一次沖程時定位用。卸料板的擋料銷孔和擋料銷采用H8/d9基孔制間隙配合。 2）卸料裝置：卸料裝置的型式較多，它包括固定卸料板、活動卸料板、彈壓卸料板和廢料切刀等幾種。本模具采用彈壓卸料板作為卸料裝置。卸料板一般采用Q235或Q255鋼制造；在這里的卸料板宜用45鋼制造，熱處理硬度為28～30HRC。表面粗糙度應達到Ra1.6～0.8μm。詳細尺寸見零件圖第11頁。 3）模柄選擇：中、小型沖模通過模柄將上模固定在壓力機的滑塊上。 由壓力機型號可知模柄孔直徑為40mm，深度為60mm，選旋入式模柄，通過螺紋與上模座連接，為防止松動，常用防轉螺釘緊固。選模柄規(guī)格為A40×90 GB2862.2—81·Q235，其旋入部分為30mm。因為在復合模的上模座中要加工打板孔15mm，所以旋入部分為40mm（模架厚度）－15mm（打板孔深）=25mm。即模柄的旋入部分要在原有基礎上再車去5mm，此時模柄總長度H=85mm。實際模柄規(guī)格為A40mm×85mm。 4）打料推桿尺寸：推桿直徑根據打料力選Φ12mm。 根據模具結構，推桿的長度為L桿＞模柄總長=85mm 所以L桿=120mm。 5）凸凹模固定板：根據模具的結構，取固定板厚度為20mm。凸凹模固定板上的凸凹模安裝孔與凸凹模采用M7/h6基軸制過渡配合，凸凹模壓裝后端面要與固定板一起磨平。固定板的上、下表面粗糙度為Ra1.6～0.8μm，另一非基準面可適當降低要求。固定板材料用45鋼制造，無需熱處理淬硬。 6）墊板：墊板的作用是直接承受和擴散凸模傳遞的壓力，以降低模座所受的單位壓力，防止模座被局部壓陷。該模具因為上下模座均分布著凸凹模，為降低模座所受的單位壓力，均需加上墊板。墊板外形尺寸詳見零件圖第2、8頁。其厚度取10mm。墊板材料為45鋼，淬火硬度為43～48HRC。墊板上、下表面應磨平，表面粗糙度為Ra1.6～0.8μm，以保證平行度要求。 7）模架的選取：常用的標準模架是由上托、底座、導柱、導套等零件組成。按導柱的數量、在模架上固定位置的不同，可分為十二種。一般采用兩個導柱的模架。后側導柱模架可用于沖裁寬度大的條料，送料及操作比較方便。但由于導柱裝在一側，沖壓時容易產生偏心力矩，使模具偏斜，影響模具壽命與工件質量。因而適用于中等復雜程度及公差等級要求一般的中、小型工件。中間導柱模架在沖壓時不會因偏心距而引起模具的偏斜，有利于延長壽命，至于其缺點為條料寬度受導柱間的距離的限制，在對本工件加工中并不重要，所以本模具采用中間導柱形式。 由凹模周界尺寸D=50mm＋2×35mm=120mm，選I級精度的中間導柱圓形模架。 模架規(guī)格：160mm×（180～220）mm I [GB/T2851.6—1990《沖?；瑒訉蚰＜?中間導柱圓形模架》] 8）螺釘：選M10mm螺釘，其長度根據模具結構定。 9）圓柱銷：選Φ8mm來固定凹模，選Φ6mm來連接卸料板，長度由模具結構定。 七、繪制模具總裝圖 原理說明： 本模具為多墊圈復合模。 該模具一次沖出四只橡膠墊圈，具有生產效率高和少廢料的特點。 模具由凸模11、凹模3和凸凹模2、7、14、18等組成。 頂板5、12、圓銷6和彈壓卸料板13一起組成下頂件器，借彈簧24之力將工件頂出。 頂板15、16、17與圓銷4連在一起組成上頂件器，借打棒20之力將工件和廢料打下。 八、 繪制主要非標準零部件圖 （見圖紙第2～18頁） 十、結束語 歷時兩個多月的畢業(yè)設計，其目的在于綜合運用本專業(yè)所學課程的理論和生產實際知識，進行一次設計工作的實際訓練，從而培養(yǎng)和提高獨立工作的能力，鞏固和擴充課堂上所學到的知識，掌握一般設計的方法和步驟等基本技能，進一步熟練計算、繪圖、查閱設計資料和手冊，熟悉標準規(guī)范。 沖壓模具是冷沖壓工藝必不可少的工藝裝備，沖壓模具設計的好壞，水平的高低，將直接影響產品質量、成本、生產效率與操作者的安全。 復合模是沖壓模具的一種，它對提高生產效率、降低成本、提高質量和實際沖壓自動化等方面有著非?，F實的意義。 這付多墊圈復合模的結構比較復雜，模具制造精度高，這對模具設計者來說，需要考慮的方面很多，尤其是模具各部分結構的設計。 在本次設計得到了指導老師的幫助和支持，特在此表示衷心的感謝！ 由于水平有限，此模具設計難免存在著一些缺點和錯誤，敬請各位老師批評指教。 參考文獻 高鴻庭、劉建超主編：《冷沖模設計及制造》，機械工業(yè)出版社 華玉培、李恒權主編：《冷沖壓及模具設計》，山東科學技術出版社 丁松聚主編：《冷沖模設計》，機械工業(yè)出版社 陳劍鶴主編：《冷沖壓工藝與模具設計》，機械工業(yè)出版社 王芳主編：《冷沖壓模具設計指導》，機械工業(yè)出版社 王孝培主編：《沖壓設計資料》，機械工業(yè)出版社 南京機械高等?？茖W校——陳于萍主編：《互換性與測量技術基礎》，機械工業(yè)出版社 《冷沖壓模具設計》，上海市儀表電訊工業(yè)局 《冷沖壓模具設計》，第四機械工業(yè)部標準化研究所 《機械制圖》，高等教育出版社 《機械設計基礎》，江蘇科學出版社 《沖模設計手冊》，機械工業(yè)出版社 25