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湖南大學(xué) 冷沖模設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說明書 課 題：撥塊的模具設(shè)計(jì) 學(xué) 院：材料科學(xué)與工程學(xué)院 專 業(yè)：材料成型及控制工程 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)老師： 1.設(shè)計(jì)任務(wù)說明 1.1零件圖 1.2任務(wù)說明 完成所給工件的沖壓工藝設(shè)計(jì)與模具設(shè)計(jì)任務(wù)。提交模具的全套圖紙（總裝圖與非標(biāo)零件圖）和相應(yīng)的模具設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(jiǎn)單最經(jīng)濟(jì)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(dāng)然工藝性的好壞是相對(duì)的，它直接受到工廠的沖壓技術(shù)水平和設(shè)備條件等環(huán)境因素的影響。 2.1.1結(jié)構(gòu)尺寸 從設(shè)計(jì)說明書看出零件形狀結(jié)構(gòu)不復(fù)雜，只有一個(gè)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)》（機(jī)械設(shè)計(jì)出版社，丁松聚主編，P42 ）表3—1選取IT12精度級(jí)。 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(shè)計(jì)說明書中對(duì)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(huì)根據(jù)具體使用要求給出相應(yīng)查表所得數(shù)據(jù)。 2.2工藝方案確定 設(shè)計(jì)說明書中明確給出工序要求：落料；再結(jié)合上文對(duì)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(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)成本較低，操作方便可靠，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，完全滿足要求。 3.模具類型初選 確定沖壓工藝方案后，應(yīng)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(dǎo)板式還是導(dǎo)柱式單工序模。查《冷沖模設(shè)計(jì)》（機(jī)械設(shè)計(jì)出版社，丁松聚主編，P66）得： ①無導(dǎo)向的開式簡(jiǎn)單沖裁模 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸較小，模具制造簡(jiǎn)單，成本低廉； 缺點(diǎn)：使用時(shí)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(jiǎn)單，批量小或者試制用的沖裁件。 ②導(dǎo)板式落料模 優(yōu)點(diǎn)：精度較高，壽命長(zhǎng)，使用安裝容易，操作安全； 缺點(diǎn)：模具制造比較麻煩； 適用于形狀簡(jiǎn)單，尺寸不大的沖裁件。 ③導(dǎo)柱式落料模 優(yōu)點(diǎn)：比導(dǎo)板導(dǎo)向可靠，精度高，壽命長(zhǎng)，使用安裝方便； 缺點(diǎn)：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(diǎn)，本設(shè)計(jì)選擇導(dǎo)板式落料模。 3.2 定位裝置選擇 為了使條料送料時(shí)有準(zhǔn)確的位置,保證沖出合格的制件,要對(duì)送料方向以及送料步距進(jìn)行控制。因?yàn)榘辶虾穸萾=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(gè)固定送料銷定位導(dǎo)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(qiáng)度,在送給方向采用一個(gè)彈簧擋料裝置的活動(dòng)擋料銷。 3.3 推件、卸料裝置選擇 3.3.1推件裝置 在導(dǎo)板式單工序落料模中，沖裁后工件嵌在落料凹模內(nèi)，需要?jiǎng)傂曰驈椥酝萍b置推出。剛性推件裝置推件可靠，可以將工件穩(wěn)當(dāng)?shù)赝瞥霭寄?。但在沖裁時(shí)，剛性推件裝置對(duì)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(shí)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(hù)方便，故本設(shè)計(jì)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(shí)，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(duì)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(yùn)動(dòng)，直觀性強(qiáng)，操作方便，是生產(chǎn)中常用的一種卸料方式。 當(dāng)板料較厚時(shí)，用彈壓卸料板難以卸料時(shí)，選用固定卸料裝置卸料，一般在零件形狀簡(jiǎn)單、要求不高時(shí)，采用固定卸料方式，它可簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu)，但是因?yàn)楣ぷ鞑课环忾]，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(jiǎn)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(jī)滑塊相連，下模座用螺釘壓板固定在壓力機(jī)工作臺(tái)上。導(dǎo)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(jì)算 4.1排樣設(shè)計(jì) 4.1.1排樣方式 排樣原則有直排、斜排、直對(duì)排、斜對(duì)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?gòu)U料排樣法、有廢料排樣法。本設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)》（機(jī)械設(shè)計(jì)出版社，丁松聚主編，P61） 表3—10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(jìn)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(shè)計(jì)》（機(jī)械設(shè)計(jì)出版社，丁松聚主編，P49）表 3—5，取0.30。 綜上：mm。 4.1.5 材料利用率 不合理的排樣會(huì)浪費(fèi)材料，衡量排樣經(jīng)濟(jì)的指標(biāo)是材料的利用率，可以通過公式： 計(jì)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(gè)制件對(duì)應(yīng)點(diǎn)的距離）； ——條料寬度（46mm）； 綜上：。 4.2沖壓力計(jì)算 4.2.1沖裁力 沖裁力是選擇壓力機(jī)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(jìn)行計(jì)算。 公式： 式中：——沖裁力（N）； ——系數(shù)。通常取K=1.3； ——沖裁件周長(zhǎng)（mm）；由沖裁件圖計(jì)算得L=133.28mm。 ——板料厚度（mm）； ——板料抗剪強(qiáng)度（MPa），查《冷沖模設(shè)計(jì)》（機(jī)械設(shè)計(jì)出版社， 丁松聚主編，P38）表2—3，得取500。 在一般情況下，材料的抗拉強(qiáng)度，為計(jì)算方便，可用下式計(jì)算沖裁力：。 ：查《冷沖模設(shè)計(jì)》（機(jī)械設(shè)計(jì)出版社，丁松聚主編，P38）表2—3得取600。 綜上：。 4.2.2 推件力 沖裁時(shí)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(fù)，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(jìn)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(shè)計(jì)采用剛性卸料，所以只需計(jì)算出即可。可根據(jù)如下公式計(jì)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(shè)計(jì)》（機(jī)械設(shè)計(jì)出版社，丁松聚主編，P57）表3—8得。 綜上：。 4.2.3 壓力機(jī)所需總壓力計(jì)算 采用剛性卸料裝置和下出件模具時(shí)壓力機(jī)總壓力， 式中：——沖裁力； ——推件力： 綜上：。 4.3 模具壓力中心計(jì)算 沖壓力合力作用點(diǎn)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(jī)滑塊的中心重合。否則滑塊就會(huì)受到偏心載荷而導(dǎo)致滑塊導(dǎo)軌和模具的不正常磨損，降低模具壽命甚至損壞模具。 簡(jiǎn)單形狀沖裁件的壓力中心即為他們的重心或者對(duì)稱中心。 對(duì)于復(fù)雜形狀沖裁件的壓力中心可根據(jù)合理對(duì)某軸之力矩等于各合力對(duì)同軸的力之矩之和的力學(xué)原理求得。查《冷沖模設(shè)計(jì)》（機(jī)械設(shè)計(jì)出版社，丁松聚主編，P117）,得具體計(jì)算方式如下： 根據(jù)壓力中心坐標(biāo)的計(jì)算公式是： 式中：——各段輪廓的長(zhǎng)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(jì)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(jì)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(jì)算需要遵循以下幾個(gè)原則： （1） 落料時(shí)，落料件的尺寸是由凹模決定的，因此應(yīng)以落料凹模未設(shè)計(jì)基準(zhǔn)； （2） 凹凸模應(yīng)考慮磨損規(guī)律； （3） 凹凸模之間應(yīng)保證有合理的間隙； （4） 凹凸模的制造公差應(yīng)與沖裁件的尺寸精度相適應(yīng)。 模具制造時(shí)常使用分別加工法和單配加工法來保證合理間隙，本設(shè)計(jì)采用分別加工法。分別加工法的尺寸計(jì)算按照以下方式進(jìn)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(shè)計(jì)》（機(jī)械設(shè)計(jì)出版社，丁松聚主編，P46） 表3—3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(shè)計(jì)》（機(jī)械設(shè)計(jì)出版社，丁松聚主編， P49） 表3—5得?。? ——沖裁件公差，查《冷沖模設(shè)計(jì)》（機(jī)械設(shè)計(jì)出版社，丁松聚主編， P49） 表3—5得??； ——凸模制造偏差，查《冷沖模設(shè)計(jì)》（機(jī)械設(shè)計(jì)出版社，丁松聚主 編，P49）表3—6?。? ——凸模制造偏差，查《冷沖模設(shè)計(jì)》（機(jī)械設(shè)計(jì)出版社，丁松聚主 編，P49）表3—6?。? 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(shè)計(jì) 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(shè)計(jì)中的模具的凸模組件有凸模、涂抹固定板和墊板。下面對(duì)組件進(jìn)行詳細(xì)介紹。 5.1.1凸模 （1）凸模形式 凸模有兩種形式：直通式和臺(tái)階式。直通式常用于非圓形斷面的凸模，而臺(tái)階式多用于圓形斷面的凸模。 本設(shè)計(jì)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(huì)有更加詳細(xì)描述。 （2）凸模長(zhǎng)度 計(jì)算公式：; 式中：——凸模固定板厚度，查《實(shí)用沖模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)》（張正修主編，化學(xué)工業(yè) 出版社，P183），取； ——導(dǎo)板厚度，查《實(shí)用沖模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)》（張正修主編，化學(xué)工業(yè)出版 社P183），??； ——導(dǎo)料板厚度，查《實(shí)用沖模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)》（張正修主編，化學(xué)工業(yè)出 版社P183），取； ——附加長(zhǎng)度，包括凸模刃口的修磨量，凸模進(jìn)入凹模的深度和凸模 固定板與導(dǎo)板之間的安全距離，查《實(shí)用沖模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)》（張正 修主編，化學(xué)工業(yè)出版社，P183）表2.8—2，取，， ；所以 ； 綜上，凸模長(zhǎng)度，按標(biāo)準(zhǔn)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(shí)的沖擊力。因此要有高有硬度與適當(dāng)?shù)捻g性，形狀簡(jiǎn)單且模具壽命要求不高的凸模可選用T8、T10A等材料；形狀復(fù)雜且模具有較高壽命要求的凸模應(yīng)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(jì)算，本設(shè)計(jì)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μm，取0.6μm，固定部分為μm，取1.2μm。 上文提到工作部分為非圓形斷面，斷面圖如下，長(zhǎng)20mm；非工作部分為圓形斷面，長(zhǎng)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(biāo)準(zhǔn)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(duì)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(duì)于小凸模還可以采用粘結(jié)固定。本設(shè)計(jì)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(shí)凸模壓壞上模座。點(diǎn)半的尺寸可在標(biāo)準(zhǔn)中可查得。 本設(shè)計(jì)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(shè)計(jì) 5.2.1凹模洞口選擇 凹模洞口有直壁式、斜壁式、凸臺(tái)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(qiáng)度也較好。直壁式刃口沖裁時(shí)磨損較大，洞口磨損后會(huì)形成倒錐狀，因此每次修磨的刃磨量較大，總壽命低。沖裁時(shí)，工件易在孔內(nèi)積聚，嚴(yán)重時(shí)使凹模膨脹。斜壁式特點(diǎn)與直壁式相反，在一般的工件或廢料向下落的模具中應(yīng)用廣泛。凸臺(tái)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(shè)計(jì)中的模具采用向下落料，且要求壽命較高，所以應(yīng)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(yīng)保證凹模有足夠的強(qiáng)的和剛度。凹模的厚度還應(yīng)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(shè)計(jì)》 （機(jī)械設(shè)計(jì)出版社，丁松 聚主編，P101）表4—3 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(biāo)準(zhǔn)中查得。也要根據(jù)具體情況做適當(dāng)調(diào)整。 本設(shè)計(jì)中的凹模與下模座的固定方法可見設(shè)計(jì)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(yīng)保持垂直，凹模的地面與頂面應(yīng)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(yīng)光滑，表面粗糙度為μm，取0.6μm，底面與銷孔的粗糙度為μm，取1.2μm。 （2） 材料 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62。 5.3定位零件 本設(shè)計(jì)中采用側(cè)面四個(gè)固定導(dǎo)料銷來控制送料方向，采用活動(dòng)擋料銷來控制送料步距。詳見本設(shè)計(jì)3.2定位零件的選擇。導(dǎo)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(dǎo)料板、承料板 5.4.1導(dǎo)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(dǎo)料板一樣，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖也和導(dǎo)料板類似。 5.5卸料、推件裝置 本設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)說明的3.3。在此就不做贅述。 5.6模架 對(duì)模架的要求如下： （1） 足夠的強(qiáng)度和剛度； （2） 足夠的精度； （3） 上下模之間的導(dǎo)向要精確。 本設(shè)計(jì)中采用剛性導(dǎo)板式落料模，沒有導(dǎo)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(shè)備的選用 6.1模具總閉合高度 查《實(shí)用沖模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)》（張正修主編 化學(xué)工業(yè)出版社 P183）表2.8—3取模具標(biāo)準(zhǔn)閉合高度，，所以。 6.2壓力機(jī)的選取 根據(jù)前文可知壓力機(jī)，且，查《實(shí)用沖壓工藝技術(shù)參考》（張玉英主編 機(jī)械工業(yè)出版社 P873）表13—11選擇壓力機(jī)參數(shù)如下： 開式固定臺(tái)式壓力機(jī) J21—60 參數(shù)名稱 技術(shù)參數(shù) 公稱壓力/KN 600 公稱壓力行程/mm 4 滑塊行程/mm 140 最大閉合高度/mm 300 閉合高度調(diào)節(jié)量/mm 70 工作臺(tái)尺寸 左右/mm 870 前后/mm 520 工作臺(tái)尺寸/mm 150 模柄孔尺寸 直徑/mm 50 深度/mm 60 電動(dòng)機(jī)功率/KW 5.5 7.模具裝配圖 參考文獻(xiàn) [1] 丁松聚主編《冷沖模設(shè)計(jì)》，機(jī)械工業(yè)出版社，2001 [2] 楊玉英主編，《實(shí)用沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)手冊(cè)》，機(jī)械工業(yè)出版社，2004 [3] 張正修主編，《實(shí)用沖模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)》，化學(xué)工業(yè)出版社，2009 [4] 林乘全主編，《典型沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)》，化學(xué)工業(yè)出版社，2014 [5] 何銘心 錢可強(qiáng)主編，《機(jī)械制圖（第五版）》，高等教育出版社出版，2004 [6] 楊月英 張琳主編，《中文版AtuoCAD2008機(jī)械繪圖》,機(jī)械工業(yè)出版社，2008