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1、 墊圈沖孔落料級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì) 17 目 錄 1 沖壓件的工藝分析 5 1.1 零件工藝性分析 5 1.2 沖裁工藝方案的確定 6 1.3 零件工藝計(jì)算 6 1.3.1 排樣計(jì)算 6 1.3.2 沖壓力計(jì)算 7 1.3.3 壓力中心計(jì)算 8 1.4 沖壓設(shè)備的選用 9 2 模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 10 2.1 模具零部件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 10 2.1.1 標(biāo)準(zhǔn)模架的選用 10 2.1.2 卸料裝置的設(shè)計(jì) 11 2.1.3 其他零部件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

2、12 2.2 沖模刃口尺寸及公差的計(jì)算 13 2.2.1 沖孔部分 13 2.2.2 落料部分 14 2.3 確定各主要零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及尺寸計(jì)算 15 2.3.1 凹模結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 15 2.3.3 凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及尺寸計(jì)算 16 2 沖壓件的工藝分析 2.1 零件工藝性分析 工件墊圈為圖2-1所示的落料沖孔件，材料為Q235鋼，材料厚度為2mm，生產(chǎn)批量為大批量。 圖2-1 墊圈工件圖 工藝性分析內(nèi)容如下： （1）材料分析 對(duì)于冷沖壓所用的材料，不僅要滿足設(shè)計(jì)的技術(shù)要求標(biāo)準(zhǔn)，還應(yīng)當(dāng)滿足沖壓的工藝要求。主要應(yīng)該具備一下幾點(diǎn)：①應(yīng)當(dāng)有良

3、好的可塑性。②應(yīng)該具備抗壓失穩(wěn)起皺的能力。③應(yīng)該具備光潔、平整、無(wú)缺陷損傷的表面狀態(tài)。④材料的厚度公差和外形尺寸公差應(yīng)該符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。Q235為普通碳素結(jié)構(gòu)鋼，抗剪強(qiáng)度為300Mpa，具有較好的沖裁成形性能。 （2）結(jié)構(gòu)分析 零件形狀簡(jiǎn)單、對(duì)稱(chēng)，由圓弧和直線組成，對(duì)沖裁加工較為有利。但孔邊距較小，故不適合精度要求高的沖壓工序。 （3）精度分析 一般沖裁件內(nèi)外所能達(dá)到的經(jīng)濟(jì)精度為IT14，該孔中心與邊緣距離尺寸公差為0.2mm。將以上精度和零件簡(jiǎn)圖中所標(biāo)注的尺寸公差相比較，可認(rèn)為該零件的精度要求能夠在沖裁加工中得到保證。由以上分析可知，該零件可以用普通沖裁的加工方法制得。三個(gè)孔的中心在同

4、一條直線上的位置精度滿足形位公差要求。 2.2 沖裁工藝方案的確定 零件為一落料沖孔件，可提出的加工方案如下： 方案一：先落料，后沖孔，采用兩套單工序模生產(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—落料連續(xù)沖壓，采用級(jí)進(jìn)模生產(chǎn)。 方案一模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但需兩道工序、兩副模具，生產(chǎn)效率低，零件精度較差，在生產(chǎn)批量較大的情況下不適用。 方案二采用復(fù)合模加工，復(fù)合模的特點(diǎn)是生產(chǎn)率高，沖裁件的內(nèi)孔與外緣的相對(duì)位置精度高，沖模的輪廓尺寸較小。但復(fù)合模結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造精度要求高，成本高。復(fù)合模主要用于生產(chǎn)批量大、精度要求高的沖裁件。 方案三采用級(jí)進(jìn)模加工。級(jí)進(jìn)模比

5、單工序模生產(chǎn)率高，減少了模具和設(shè)備的數(shù)量，工件精度較高，便于操作和實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化。對(duì)于特別復(fù)雜或孔邊距較小的沖壓件，用簡(jiǎn)單?；驈?fù)合模沖制有困難時(shí)，可用級(jí)進(jìn)模逐步?jīng)_出。但級(jí)進(jìn)模輪廓尺寸較大，制造較復(fù)雜，成本較高，一般適用于大批量生產(chǎn)小型沖壓件。 比較方案二與方案三，對(duì)于所給零件，由于兩小孔比較接近輪廓邊緣，復(fù)合模沖裁零件時(shí)受到壁厚的限制，模具結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度方面相對(duì)較難實(shí)現(xiàn)和保證，所以根據(jù)零件性質(zhì)故采用級(jí)進(jìn)模加工。 2.3 零件工藝計(jì)算 2.3.1 排樣計(jì)算 （1）排樣方案的確定 分析零件形狀，零件是一個(gè)形似平行四邊形的中心對(duì)稱(chēng)圖形，故采用最節(jié)省材料的單排方案。 （2）搭邊值的確定

6、 由表確定搭邊值，根據(jù)零件形狀兩式件間按矩形取搭邊值b=2.0mm，側(cè)邊取搭邊值a=2.2mm。 則進(jìn)距： h=22.65+2≈25mm 條料寬度： 式中：B——條料的寬度，單位mm L——沖裁件垂直于送料方向的最大尺寸，單位mm a——側(cè)搭邊值 C——導(dǎo)料板與最寬條料之間的間隙 Δ——條料寬度的單向（負(fù)向）公差 查表得：△=0.7 排樣圖如下： 圖2-2 工件排樣圖 （3）材料利用率 由于工件圖形特殊，計(jì)算較為復(fù)雜，且排樣方案為單排方案，故只計(jì)算裁板率。 查表可知，可利用10004000的板塊沖裁制件。 因?yàn)檫M(jìn)距為25mm,條料寬帶也為25m

7、m，是板塊長(zhǎng)度與寬度的因數(shù)。故裁板率為100%。 2.3.2 沖壓力計(jì)算 該模具采用鋼性卸料和下出料方式。 基本計(jì)算公式為： （2-1） 式中：L——沖裁周邊長(zhǎng)度，單位mm t——材料厚度，單位mm ——材料抗剪強(qiáng)度，單位Mpa K——系數(shù)，一般取K=1.3 零件的材料厚度2mm，Q235鋼的抗剪強(qiáng)度取300Mpa。 （1）落料力 引用基本公式(2-1) （2）沖孔力 引用基本公式(2-1) 中心孔所需的沖孔力： 兩個(gè)小孔所需的沖孔力： 沖裁件的推件力，查表，根據(jù)凹模刃口形式，可知刃口高度h=4mm，則n=h/t=2個(gè)。故：

8、 為避免各凸模沖裁力的最大值同時(shí)出現(xiàn)，且考慮到凸模相距很近時(shí)，避免小直徑凸模由于承受材料流動(dòng)擠壓力作用而產(chǎn)生傾斜或折斷故把三個(gè)沖孔凸模設(shè)計(jì)成階梯凸模形式。如圖2-3。 圖2-3 階梯凸模草圖 則沖孔落料所需的最大沖壓力為： 2.3.3 壓力中心計(jì)算 計(jì)算壓力中心的目的有：（1）使沖裁壓力中心與沖床滑塊中心重合，避免產(chǎn)生偏彎矩，減少模具導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的不均勻磨損。（2）保持沖裁工作間隙的穩(wěn)定性，防止刃口局部迅速變鈍，提高沖裁件的質(zhì)量和模具的使用壽命。（3）合理布置凹模型孔位置。 根據(jù)圖形分析，因?yàn)楣ぜD形對(duì)稱(chēng)，故落

9、料時(shí)的壓力中心在上；沖孔時(shí)、的壓力中心在上。如圖2-4。 圖2-4 壓力中心測(cè)定圖 設(shè)沖模壓力中心離點(diǎn)的距離為x，根據(jù)力矩平衡原理得： 2.4 沖壓設(shè)備的選用 選用沖壓設(shè)備的公稱(chēng)壓力應(yīng)大于計(jì)算出的總壓力；最大閉合高度應(yīng)大于沖模閉合高度+5mm；工作臺(tái)臺(tái)面尺寸應(yīng)能滿足模具的正確安裝。根據(jù)沖壓力的大小為的1.1～1.3倍，結(jié)合實(shí)際可選取開(kāi)式雙柱可傾壓力機(jī)J23—16。 其主要技術(shù)參數(shù)如下： 公稱(chēng)壓力：160kN 滑塊行程：70mm 最大閉合高度：220mm 連桿調(diào)節(jié)量：60mm 工作臺(tái)尺寸（前后m

10、m左右mm）： 墊板尺寸（厚度mm孔徑mm）： 模柄尺寸（直徑mm深度mm）： 最大傾斜角度： 3 模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 3.1 模具零部件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 3.1.1 標(biāo)準(zhǔn)模架的選用 標(biāo)準(zhǔn)模架的選用依據(jù)為凹模的外形尺寸，所以應(yīng)首先計(jì)算凹模周界的大小。 凹模厚度的確定： 式中：——取總壓力 則系數(shù)： 凹模長(zhǎng)度： 工件長(zhǎng)度為： 凹模寬度的確定： 取步距為25mm，工件寬為19.8mm。

11、 則系數(shù)為： 凹模寬度為： 所以，凹模的厚度為H=21mm（取25mm），凹模的總長(zhǎng)為L(zhǎng)=82mm（取100mm），凹模的寬度為 B=109mm,（取120mm）。通過(guò)按標(biāo)準(zhǔn)合適的調(diào)整得到凹模外形尺寸為： 。 模具采用對(duì)角導(dǎo)柱模架，根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，可查得模架規(guī)格為： 上模座 下模座 導(dǎo)柱 左 右 導(dǎo)套 左 右 選擇對(duì)角模架是由排樣的形式和凸凹模的安裝位置來(lái)確定的，可以便于縱向或橫向送料，沖壓時(shí)可以防止由于偏心力矩而引起的模具傾斜。 上、下模座材料選用HT250鋼，為矩形模座，滿足外形尺寸應(yīng)比凹模相

12、應(yīng)尺寸大40～70mm，厚度為凹模厚度的1～1.5倍等要求，以匹配模具。 采用滑動(dòng)導(dǎo)柱，導(dǎo)套來(lái)保證上、下模的精確導(dǎo)向，加工方便，容易裝配。材料采用20鋼，為了增加表面硬度和耐磨性,應(yīng)進(jìn)行表面滲碳處理,滲碳后的淬火硬度為HRC58～62。導(dǎo)柱的下部與下模座導(dǎo)柱孔采用過(guò)盈配合，導(dǎo)套的外徑與上模座導(dǎo)套孔采用過(guò)盈配合。導(dǎo)柱和導(dǎo)套的配合可根據(jù)凸、凹模間隙選擇，間隙小于0.3mm時(shí)，采用H6/h5配合；間隙大于0.3mm時(shí)，采用H7/h6配合。 3.1.2 卸料裝置的設(shè)計(jì) （1）卸料板的確定 剛性卸料裝置適用于0.5mm以上條料，而彈性卸料裝置出于卸料力的考慮只適用1.5mm以下，固選擇剛性卸料裝

13、置。用螺釘和銷(xiāo)釘固定在下模上，能承受較大的卸料力，卸料安全，可靠。材料選用Q235鋼，長(zhǎng)和寬尺寸取與凸模固定板相同的尺寸，卸料板的厚度取決于卸料力的大小及卸料尺寸，一般取5～12mm，這里確定卸料板外形尺寸為，如圖3-1。 圖3-1 卸料板零件簡(jiǎn)圖 （2）導(dǎo)料板的確定 選用材料選用T8鋼，長(zhǎng)和寬尺寸選用典型模架組合尺寸，查冷沖模設(shè)計(jì)表，厚度H=6mm，導(dǎo)料板的外形尺寸為：，由此表還可知擋料銷(xiāo)高度h=3mm。 這里把導(dǎo)料板和卸料板設(shè)計(jì)為一體，內(nèi)表面粗糙度為Ra0.8，外表面粗糙度為Ra1.6。 如圖3-1導(dǎo)料板和卸料板共同組成了卸料裝置，同時(shí)也起導(dǎo)料作用。

14、 3.1.3 其他零部件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) （1）凸模固定板的設(shè)計(jì) 材料選用Q235鋼，凸模固定板的外形尺寸取和凹模外形一樣的尺寸，但還應(yīng)考慮緊固螺釘及銷(xiāo)釘?shù)奈恢?，其厚度取凹模厚度?.6～0.8，取0.8。落料、沖孔凸模固定板的外形尺寸為：，固定板上的凸模安裝孔與凸模采用過(guò)渡配合H7/m6。內(nèi)表面粗糙度取Ra0.8，外表面取Ra1.6。如圖3-2。 圖3-2 凸模固定板零件簡(jiǎn)圖 （2）墊板的確定 材料45，長(zhǎng)和寬的尺寸選用典型模架組合尺寸，墊板的外形尺寸為：。 （3）模柄的選擇 模柄的作用是將模具的上模座固定在沖床的滑塊上。在設(shè)計(jì)模柄時(shí)，模柄的長(zhǎng)度不得大于

15、沖床滑塊內(nèi)模柄孔的深度，模柄直徑應(yīng)與壓力機(jī)滑塊上的模柄孔徑一致。 選用帶螺紋的旋入式模柄，材料Q235，這種模柄可較好地保證模柄軸線與上模座的垂直度。它與上模座孔采用H7/m6，屬于過(guò)渡配合。根據(jù)壓力機(jī)J23-16的相關(guān)參考可知，模柄的外形尺寸為：，用于小型模具。 （4）導(dǎo)正銷(xiāo)與擋料銷(xiāo)的設(shè)計(jì) 為了保證級(jí)進(jìn)模沖裁件各部分的相對(duì)位置精度，在級(jí)進(jìn)模中可采用導(dǎo)正銷(xiāo)與擋料銷(xiāo)的配合使用。工作時(shí)，始用擋料銷(xiāo)限定條料的初始位置，進(jìn)行沖孔。始用擋料銷(xiāo)在彈簧作用下復(fù)位后，條料再送進(jìn)一個(gè)部距，以固定擋料銷(xiāo)定位，落料時(shí)以裝在落料凸模端面上的導(dǎo)正銷(xiāo)進(jìn)行精定位，保證零件上的孔與外圓的相對(duì)位置精度。 設(shè)計(jì)有導(dǎo)正銷(xiāo)的

16、級(jí)進(jìn)模，擋料銷(xiāo)的位置應(yīng)保證導(dǎo)正銷(xiāo)在導(dǎo)正條料過(guò)程中條料活動(dòng)的可能。固定擋料銷(xiāo)的位置可由式計(jì)算: （3-1） 式中：c——條料進(jìn)距（mm）； D——落料凸模直徑（mm）； d——擋料銷(xiāo)的頭部直徑（mm）； 0.1——導(dǎo)正銷(xiāo)往前推的活動(dòng)余量（mm）。 由（3-1）式可解得：e=16.76mm。 固定擋料銷(xiāo)與銷(xiāo)孔采用H7/r6配合，導(dǎo)正銷(xiāo)與落料凸模采用H7/r6配合。 （5）螺釘、銷(xiāo)釘選擇 ①螺釘?shù)倪x擇 上模座固定螺釘選用4—M12 下模座固定螺釘選用4—M12 卸料螺釘選用4—M10 ②銷(xiāo)釘?shù)倪x擇 下模座連接銷(xiāo)釘選

17、用2— 3.2 沖模刃口尺寸及公差的計(jì)算 3.2.1 沖孔部分 對(duì)沖孔和孔用凸、凹模分開(kāi)的加工方法。 表3-1 沖裁間隙分類(lèi)及雙面間隙值Z （t%mm） 制件 分類(lèi) I II III 低碳鋼08F，10F，Q235，10，20 6~14 >14~20 >20~25 中碳鋼45，1Cr18Ni9Ti,4Cr13,可伐合金 7~16 >16~22 >22~30 高碳鋼T8A,T10A，65Mn鋼 16~24

18、 >24~30 >30~36 由表3-1查得： ， 式中：——凸凹模最大初始雙向間隙（mm） ——凸凹模最小初始雙向間隙（mm） 對(duì)沖孔時(shí)： ， 對(duì)沖孔時(shí)： ， 式中：——凸模下偏差，按IT6～I(xiàn)T7選取 ——凹模上偏差，按IT6～I(xiàn)T7選取 由此可知，滿足公差間隙校核條件： 查表得，則： 沖孔部分： 沖孔部分： 該尺寸極限偏差轉(zhuǎn)化為。 式中：——沖孔凸模基本尺寸（mm） ——沖孔凹?；境叽纾╩m） ——制件公差 ——磨損

19、系數(shù)，其值與沖裁件的制造精度有關(guān)。當(dāng)沖裁件精度在IT14時(shí)，。 3.2.2 落料部分 對(duì)外輪廓的落料，由于形狀較復(fù)雜，故采用配合加工方法。 落料以凹模為基準(zhǔn)，為使模具具有一定的使用壽命，應(yīng)考慮加、減備磨量。 非圓形與圓形凹模刃口尺寸計(jì)算不同之處是凹模各組成尺寸磨損后的變化情況不同，計(jì)算時(shí)要分析凹模各尺寸磨損的變化情況。磨損后增大的尺寸應(yīng)減去一個(gè)備模量；磨損后減小的尺寸應(yīng)加上一個(gè)備磨量；磨損后既不增大也不減小的尺寸可不考慮備模量。 當(dāng)以凹模為基準(zhǔn)件時(shí)，凹模磨損后刃口部分尺寸都增大，因此均屬于A類(lèi)尺寸。 零件圖中末注公差的尺寸由表查出其極限偏差：

20、 ， ，尺寸極限偏差需轉(zhuǎn)化為，。 查表得，則落料凹模刃口尺寸為： 該零件凸模刃口各部分尺寸按上述凹模的相應(yīng)部分尺寸配制，保證雙面間隙值滿足：。 3.3 確定各主要零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及尺寸計(jì)算 3.3.1 凹模結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 在3.1章節(jié)里已經(jīng)確定了凹模的外形尺寸，這里主要對(duì)凹模外形進(jìn)行選型。 常用的凹模洞口形式有三種，分別是： （1）圓柱形孔口 這種結(jié)構(gòu)工作刃口的強(qiáng)度較高，刃磨后工作部分的尺寸不變。主要用于沖制料較厚、形狀較復(fù)雜的制件。 （2）錐形孔口 這種結(jié)構(gòu)工作刃口刃磨后，工作部分的尺寸會(huì)變大。主要用于沖制精度較低、形狀較簡(jiǎn)單的制件。

21、 （3）具有過(guò)渡圓柱形孔口 具有圓柱形孔口的特點(diǎn)，并且制造方便，是生活中常用的一種結(jié)構(gòu)。 綜合考慮，選用第3種具有過(guò)渡圓柱形孔口的形式。凹?？椎膬?nèi)表面粗糙度為Ra0.8，外表面為Ra1.6。 冷沖模凸模、凹?；蛲拱寄Ｊ峭瓿蓷l料沖壓成形的最主要的工作零件。 凹模工作部分的硬度要求通常為60～64HRC。本次設(shè)計(jì)模具的凹模邊緣倒圓角，硬度要求為60～63HRC，材料為T(mén)10A，如圖3-3。 圖3-3 凹模零件簡(jiǎn)圖 3.3.3 凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及尺寸計(jì)算 （1）凸模結(jié)構(gòu) 常見(jiàn)的凸模形式有： ①臺(tái)肩式凸模 這種凸模結(jié)構(gòu)主要用于橫斷面簡(jiǎn)單（如圓形、方形等），裝配修模方便，具有較好的

22、固定性和工作穩(wěn)定性的情況。故在模具中經(jīng)常采用，這里用于沖孔凸模的結(jié)構(gòu)形式。 ②直通式凸模 即凸模沿軸線方向橫斷面尺寸相同。這種凸模結(jié)構(gòu)對(duì)于沖制非圓形制件非常實(shí)用。這里作為落料凸模的結(jié)構(gòu)形式。 （2）凸模的固定方式 主要有臺(tái)肩式和鉚接式固定兩打類(lèi)。這里落料凸模采用鉚接式固定，沖孔凸模采用臺(tái)肩固定式。 （3）凸?；窘Y(jié)構(gòu)參數(shù)的確定 臺(tái)肩固定式凸模的臺(tái)肩尺寸一般大于凸模刃口尺寸3～5mm。 凸模長(zhǎng)度計(jì)算為： 其中初定：導(dǎo)料板厚 卸料板厚 凸模固定板厚 料厚t=2m

23、m 式中：h——增加長(zhǎng)度，它包括凸模的修磨量10mm，凸模進(jìn)入凹模的深度2mm，凸模固定板與卸料板之間的安全距離2mm等，一般取10～20mm，這里取h=14mm。 修磨之后的實(shí)際長(zhǎng)度為： 沖孔凸模為臺(tái)肩形式，臺(tái)肩厚度取6mm，沖大孔凸模長(zhǎng)度為38mm。由于是階梯形式，大孔凸模長(zhǎng)度要比小孔凸模大一個(gè)料厚，所以沖小孔凸模長(zhǎng)度為36mm。刃口部分表面粗糙度Ra0.4，模壁表面粗糙度為Ra0.8。 落料凸模為直通式凸模，長(zhǎng)度為44mm，螺釘?shù)跹b，鉚接深度為2mm。刃口部分表面粗糙度Ra0.8。 如圖（3-3）和圖（3-4），分別為沖孔凸模和落料凸模零件圖。 圖3-3 沖孔凸模零件簡(jiǎn)圖

24、 沖孔凸模的刃口部分淬火硬度為60～63HRC，刃口部分熱處理長(zhǎng)度為10～12mm。沖孔凸模與凸模固定板采用H7/m6配合。 沖模一般需要進(jìn)行預(yù)備熱處理和最終熱處理。 沖模的工作零件的預(yù)備熱處理是毛坯常采用退火、正火工藝，其主要目的是消除內(nèi)應(yīng)力，降低硬度以改善切削加工性能，為最終熱處理做準(zhǔn)備。 沖模工作零件的最終熱處理是在精加工前進(jìn)行淬火、低溫回火處理，以提高其硬度和耐磨性。 圖3-4 落料凸模零件簡(jiǎn)圖 落料凸模的刃口部分淬火硬度為60～63HRC，刃口部分熱處理長(zhǎng)度為10～12mm。鉚式凸模多用高碳鋼制造。這里兩種凸模都才用T10A材料。落料凸模與凸模固定板采用N7/h6配合。