1、 廣西科技大學課程設計 廣西科技大學沖壓工藝與模具設計課程設計說 明 書設計題目 U型墊板單工序落料模的設計 系 別 機械工程學院 專業班級 學生姓名 學 號 指導教師 日 期 目 錄一 分析沖裁件的工藝性.3二 確定合理工藝方案.4三 確定模具總體結構.5四 排樣設計及材料利用率 .6 4.1 計算毛坯尺寸大小.6 4.2 確定排樣方案、計算材料利用率.6五 計算壓力中心.10六 沖裁力的計算 .11七 凸、凹模刃口尺寸的計算.12 7.1 間隙值確定的原則12 7.2 凸模、凹模刃口尺寸計算原則.12八 沖裁件主要零部件的選用.14 8.1 沖裁零件的分類.14 8.2 工作零件.14 8

2、.3 定位零件.15 8.4 導向零件. .15 8.5 支撐零件. .15 8.5 緊固零件. .15九 模具總裝圖.16 10.1. 模架的選擇.16 10.2. 上、下模座的選擇.17十 壓力機的選擇 .19總結.20參考文獻.2119一.分析沖壓件的工藝性沖壓件名稱：U型蓋板沖壓件材料：Q235 （碳素結構鋼，屈服強度s235MPa）沖壓件的表面粗糙度：查簡明手冊得，Ra值為6.3m。沖壓件的尺寸未標注公差：尺寸精度的選擇可參考老師所給要求GB/T15055-2007的m級查找。查找公差表后，各尺寸標注為：210±1.4 ，60±1.0 ， 172±1.4

3、 ，12±0.4 ，140±0.7 ，120±0.55 ，R8。 二確定合理工藝方案 1. 確定基本沖壓工序的性質：工件形狀對稱，結構簡單，看圖可確定有沖孔，落料，彎曲三 道基本工序。2. 確定基本工序的數量，結合工件的形狀尺寸，公差要求，材料性能，生產批量，沖壓設備， 模具加工條件等因素： 按照先后順序組合，可得以下幾種方案： （1）落料彎曲沖孔；單工序模沖壓。 （2）落料沖孔彎曲；單工序模沖壓。 （3）沖孔落料彎曲；復合模沖壓。 （4）沖孔落料彎曲；級進模沖壓。方案（1）（2）屬于單工序模。沖裁工序沖裁模指在壓力機一次行程內完成一個沖壓工序的沖裁模。由于該沖壓

4、件生產批量大，尺寸又較這兩種方案生產效率低，操作也不安全，勞動強度大，故不宜采用。方案（3）制造精度和生產效率較高，但是因為對沖裁件中的沖孔定位有要求，其精度低于方案（4）。方案（4）只需要一套模具，在大批量生產時，提高了生產率，有利于實現生產的自動化，模具輪廓尺寸較大，制造復雜，但是模具費用在沖裁件成本中所占比例相對較小，模具可使用壽命長，有利于大批量生產。通過對上述四種方案的綜合比較，選用方案（4）為該工件的沖壓生產方案。三確定模具總結構1.模具類型的確定 通過以上對沖壓工藝方案的確定，可知工件形狀簡單且要求大批量生產，通過沖孔、落料、彎曲級進模可以實現這樣的要求。2.導向方式：根據沖件形

5、狀，尺寸，精度及生產批量來選擇和確定導向方式：級進模：沖壓件形狀簡單，精度中等且為大批量生產，可選用導柱、導套導向。而導柱導套有滑動導向和滾動導向兩種，一般用滑動導向。（1） 滑動式模架的選擇：用導柱導套導向的模架，根據之前學習的材料成型設備選擇原則，一般來說，中小型沖裁件、彎曲件或者淺拉深件多采用具有“C”形機身的開式曲柄壓力機，其操作空間三面敞開，易于安裝機械化附屬裝置且成本低廉，是目前中小型沖壓件生產的主要設備。所以選擇后側導柱模架，可以三方面送料，操作方便，適合于尺寸精度不高的中小型模具。（2） 壓料、卸料方式的確定雖然板料較薄，但由于零件形狀很簡單，且零件的精度也不高，所以采用固定卸

6、料板卸料可以簡化模具結構。（3） 定距方式的確定 由于設計的是單工序模具、單排排樣、采用的卸料方式是固定卸料板卸料，條料沖裁后留有搭邊，以上條件可以使用固定擋料銷定位。 四.排樣設計及材料利用率1. 計算毛坯大小變形區中性層曲率半徑：= r + kt （4-1）上式：r彎曲件內層的彎曲半徑(mm)； t材料厚度（mm）； k中性層系數，可查下表4.1。相對彎曲半徑為：r/t=8/2=4式中：r彎曲半徑（mm）；R/t1.21.51.823456k0.430.450.460.460.470.480.480.49查表4.1，k=0.48根據公式41：= r + kt =8+0.48×2=

7、8.96mm由于零件圖的圓角半徑較大（r=8>0.5t=1）,所以彎曲件的毛坯長度為： L= （4-2）根據計算得：工件的毛坯尺寸為：318.13×172，如下圖所示：圖4.1毛坯展開圖2. 確定排樣方案，計算材料利用率：排樣是指沖裁件在板料、條料或者帶料上的布置方式。排樣合理與否，對材料利用率的大小有直接影響。（1） 排樣方法：在條料沖裁時，工件之間以及工件和條料之間的余料稱為搭邊。搭邊的作用是：補償送料誤差，以保證沖出合格工件；保持條料剛度便于送料，避免廢料絲進入模具間隙損壞模具。排樣分為有搭邊、少搭邊和無搭邊三種；按工件的外形特征又可分為直排、斜排、直對排、斜對排、混合排

8、、多行排及裁搭邊等形式。由于零件是大批量生產，所以若采用無搭邊容易使模具磨損，不利于模具使用，其壽命降低，所以采用有搭邊沖裁，而沖裁件幾何形狀簡單，所以有搭邊的排樣形式中采用直排。所以該零件排樣的方法是：有搭邊，直排式排樣。以172mm為順送料方向的長度，318.13mm為垂直送料方向的寬度沖裁。（2） 搭邊值、料寬、料寬公差、步距的選擇，材料利用率的計算：搭邊值：搭邊過大，浪費材料。搭邊過小，沖裁時容易翹曲或被拉斷，不僅會增大沖件毛刺，有時還有拉入凸、凹模間隙中損壞模具刃口，降低模具壽命，或影響送料工作。硬材料的搭邊值可以小一些，軟材料、脆材料的搭邊值要大一些。手工送料時，有側壓板導向的搭邊

9、值可以小一些。搭邊值通常由經驗確定，表所列搭邊值為普通沖裁時經驗數據之一。表4.2 搭邊和數值 單位：mm材料厚度圓件及圓角r2t的工件矩形工件邊長L50mm矩形工件邊長L50mm或r2t的工件工件間沿邊工件間沿邊工件間沿邊0.250.250.50.50.80.81.21.21.61.62.02.02.52.53.03.03.53.54.04.05.05.0121.81.21.00.81.01.21.51.82.22.53.00.6t2.01.51.21.01.21.51.82.22.52.83.50.7t2.21.81.51.21.51.82.02.22.52.53.50.7t2.52.01

10、.81.51.82.02.22.52.83.24.00.8t2.82.21.81.51.82.02.22.52.83.24.00.8t3.02.52.01.82.02.22.52.83.23.54.50.9t搭邊值是廢料，所以應盡量取小，但過小的搭邊值容易擠進凹模，增加刃口磨損表4.2給出了鋼（WC 0.05%0.25%）的搭邊值。對于其他材料的應將表中的數值乘以下列數：中等硬度鋼（WC0.3%0.45）0.9，硬鋼（WC0.5%0.65%）0.8硬黃銅 11.1 ，硬鋁11.2，軟黃銅、純鋁1.2，其他鋁1.31.4非金屬1.52。由上表可知，兩沖裁件之間的搭邊值為2mm,條料與沖裁件之間的

11、搭邊值為2.2mm。料寬及料寬公差：在排樣方案和搭邊值確定以后，就可以確定條料的寬度和導料板之間的距離，可分為以下三種情況：有側壓裝置：有側壓裝置的模具能使條料始終緊靠同一側導料板送進，因此只需在條料與另一側導料板間留有間隙。無側壓裝置：對于無側壓裝置的模具，應該考慮在送料過程中因條料的擺動量而使側面搭邊減小的問題。為了補償搭邊的減少，條料寬度應增加一個條料可能的擺動量。有側刃的定距：當條料的送進步距用側刃定位時，條料寬度必須增加側刃切去的部分。沖裁件的外形尺寸精度不高，故采用無側壓裝置的模具，可按下式計算：條料寬度： （4-3）式中，為條料寬度方向沖裁件的最大尺寸，根據沖壓件未標注公差的要求

12、，查得沖裁件的尺寸及其公差為：318±0.7mm，172±0.7mm。；為側搭邊值，查表4.2；為條料寬度的單向（負向）偏差，查表4.3；為導料板與最寬條料之間的間隙，查表4.4。表4.3 用斜刃剪床裁條料寬度公差 單位：mm表4.4 導料板與條料間的最小間隙 單位：mm 由表4.3查得料寬公差=1.2帶入式4-3中，得： = =導料板之間的距離： （4-4） 由表4.4查得導料板與條料板間的最小間隙Z=1mm帶入式4-4中，得： 步距的確定與計算： 條料在模具上每次送進得距離成為送料步距，每次步距可沖一個或多個零件。條料寬度的確定與模具的結構有關。進距確定的原則是，最小條

13、料寬度要保證沖裁時工件周邊有足夠的搭邊值；最大條料寬度能在沖裁時順利的在導料板之間送進條料，并有一定的間隙。步距S： (4-5) 材料利用率的計算： 沖裁間的實際面積與所用板料面積的百分比稱為材料利用率，它是衡量合理利用材料的技術經濟指標。 一個步距內的材料利用率可用下式表示： (4-6) 式中，A為一個步距內沖裁件的實際面積（），；B為板料寬度（），；S為步距（），。將以上數據代入式（4-6）中可得：板料上排樣應該注意的事項：注意板料軋制纖維方向，以防止彎曲工件的開裂。手工送料時，條料的長度不宜超過15mm。 已知板厚和料寬，可用標準板料規格確定最終料寬和料寬公差，但在實際生產中，往往根據計

14、算出來的料寬采用卷板下料。 五.計算沖裁力中心 沖模對工件施加的沖壓力合力的中心稱為沖壓壓力中心。沖裁模對工件施加的沖裁力合力的中心稱為沖裁壓力中心。 要使沖壓模具正常工作，必須使得壓力中心與模柄的中心線重合，而使得壓力中心與所選沖壓設備滑塊的中心相重合。否則在沖壓時將不可避免的產生彎矩，使得沖壓設備的滑塊與模具發生歪斜，引起凸、凹模間隙不均勻，刃口迅速變鈍，并使沖壓設備和模具的導向機構產生不均勻磨損。沖壓形狀對稱的沖壓件，如圓形、正多邊形。矩形時，壓力中心位于其對稱中心線的交點，既幾何中心上。 該沖裁件的形狀為矩形，規則，所以其沖壓中心與幾何中心重合。 圖5.1六沖裁力的計算沖裁力是指沖裁時

15、凹模縮承受的最大壓力，包括施加給板料的正壓力和摩擦阻力。通常所說的沖裁力是指沖裁力的最大值，它是選用壓力機和設計模具的重要依據之一。平刃口沖裁模的沖裁力F一般按下式計算： （6-1）式子中，F為沖裁力（N）；為沖裁周邊長度（mm）；t為材料厚度（mm)，t=2mm；為材料抗剪強度（）,查簡明手冊=310380，取=350；K為系數，一般取1.3。板材經沖裁后，由于彈性變形恢復的作用，將使沖落部分的材料梗塞在凹模內，而沖裁剩下的材料則緊箍在凸模上。為使沖裁工作繼續進行，必須將箍在凸模上的材料卸下，將卡在凹模內的材料推出。從凸模上卸下箍著的料需要的力稱為卸料力；將梗塞在凹模內的料順著沖裁方向推出所

16、需要的力稱為推件力；逆沖裁方向將料從凹模內頂出所需要的力稱為頂件力。壓力機的公稱壓力必須大于或等于沖壓力。計算總的沖壓力，要視不同情況處理。該沖裁模采用剛性卸料裝置和下出料方式時： （6-2）其中，為推件力： （6-3）式中，n為同時梗塞在凹模內的工件數，h為凹模洞口的直壁高度（mm），可查表6.1;t為材料厚度（mm)，t=2mm；為推件力系數,查表取0.055。故得推件力：。故總沖壓力為：。初選壓力機JH23-125。七凸、凹模刃口大小的計算1. 間隙值確定的原則：凸模與凹模間每側的間隙稱為單面間隙，兩側間隙之和稱為雙面間隙。在沖壓實際生產中，主要根據沖裁件斷面質量、尺寸精度和模具壽命這幾

17、個因素給間隙范圍一個范圍值。只要間隙在這個范圍內，就能夠得到合格的沖裁件和較長的模具壽命。這個范圍稱為合理間隙值，合理間隙的最小值就稱為最小合理間隙，最大值稱為最大合理間隙。設計和制造時應考慮到凸模、凹模在使用過程中會因磨損而使間隙增大，故應按照最小合理間隙值確定模具間隙。根據間隙表7.1查得材料Q235的最小雙面間隙為表7.1 沖裁模初始雙面間隙Z材料厚度08、10、35、09Mn、Q23516Mn40、5065Mn小于0.5極小間隙0.50.60.70.80.91.01.21.51.752.02.12.5 2.753.0.3.54.04.55.56.00.0400.0480.0640.07

18、20.0920.1000.1260.1320.2200.2460.2600.2600.4000.4600.5400.6100.7200.9401.0800.0600.0720.0920.1040.1260.1400.1800.2400.3200.3600.3800.5000.5600.6400.7400.8801.0001.2801.4400.0400.0480.0640.0720.0900.1000.1320.1700.2200.2600.2800.3800.4200.4800.5800.6800.6800.7800.8400.0600.0720.0920.1040.1260.1400.18

19、00.2400.3200.3800.4000.5400.6000.6600.7800.9200.9601.1001.2000.0400.0480.0640.0720.0900.1000.1320.1700.2200.2600.2800.3800.4200.4800.5800.6800.7800.9801.1400.0600.0720.0920.1040.1260.1400.1800.2400.3200.3800.4000.5400.6000.6600.7800.9201.0401.3201.5000.0400.0480.0640.0640.0900.0900.0600.0720.0920.09

20、20.1260.1262. 凸模、凹模刃口尺寸計算的原則：決定模具刃口尺寸及其制造公差時需要考慮以下原則：落料件尺寸由凹模尺寸決定，沖孔時的尺寸由凸模尺寸決定。故設計落料模時，以凹模為基準，間隙取在凸模上：設計沖孔模時，以凸模尺寸為基準，間隙取在凹模上。考慮到沖裁中凸、凹模的磨損，設計落料凹模時，凹模基本尺寸應取尺寸公差范圍的較小尺寸；設計沖孔模時，凸模基本尺寸應取工件孔尺寸公差范圍的較大尺寸。這樣在凸凹模磨損到一定程度的情況下，仍能沖出合格的制件。凸凹模間隙則取最小合理間隙值。確定沖模刃口制造公差時，應考慮制件的公差要求。如果對刃口精度要求過高（即制造公差過小），會使模具制造困能，增加成本，

21、延長生產周期；3. 凸模、凹模刃口尺寸的計算方法：簡單形狀的工件一般采用凸模、凹模分開加工的方法。根據刃口尺寸計算原則，計算式如下：落料： （7-1） （7-2）采用凸模、凹模分開加工法時，應在圖樣上分別標出凸、凹模刃口尺寸與制造公差。凸、凹模的公差可直接按公式確定： （7-3） （7-4）根據查得的間隙值分別帶入式(7-3)、(7-4)中，得到：=0.0456,；=0.0684所以可得落料凹模的尺寸： 八沖裁模主要零部件的設計和選用1. 沖模零件的分類一般可分為：工藝零件：這類零件直接參與完成工藝過程并和毛坯直接發生作用，包括工作零件、定位零件、卸料和壓料零件；結構零件：這類零件不直接參與完

22、成工藝過程，也不和毛坯直接發生作用，包括導向零件、支撐零件、緊固零件和其他零件。2. 工作零件凹模的設計：凹模采用整體式凹模，落料孔均采用線切割加工；由于承受較大的拉應力，凹模的失效一般是由于刃口部位的磨損。因此這類模具，特別是工件批量大，加工板料強度高的模具，要求模具材料必須具有較高的強度和耐磨性，必須重視模具材料的淬透性。所以采用的材料是,熱處理后硬度為5864 HRC。刃口采用的是平刃；凹模孔口的結構形式：參考簡明手冊，決定采用階梯形直刃壁型孔，其特點是制造方便，刃口強度高，刃磨后工作部分尺寸不變，適用于非圓形孔。凹模厚度的計算公式為： （8-1）根據凹模刃口輪廓不同，凹模壁厚與凹模高度

23、的關系可由下式確定： （8-2）式中， H為凹模高度（mm）；F為沖裁力（N），C為凹模壁厚(mm)。指刃口到外形邊緣的距離。凹模寬度的計算公式： （8-3） 凹模長度的計算公式： （8-4）綜上所述，查簡明手冊，初選凹模輪廓的規格尺寸：。凹模板上的刃口尺寸可以根據沖裁刃口尺寸計算得到，需要注意的是，漏料孔的尺寸比凹模直壁刃口大0.22.2mm。（2） 凸模的設計：凸模的長度一般是根據模具的結構需要而定的，從沖裁刃口的計算可得到凸模工作部分的尺寸。凸模固定端面的壓力經過校核： （8-5）凸模固定板與模座直接接觸，當其單位壓力超過模座壓力時，模座表面就會損傷。為此應在凸模頂端加一個淬硬的墊板。當

24、不超過該模座材料（HT200）的許用壓力時，可以不需要墊板。但由于凸模的長度：H=凸模固定板厚度+安全距離+固定卸料板厚度+導料板厚度+凸、凹模接觸（13）=74mm，H再加上凹模板的厚度和上下模座的厚度與模具的閉合高度的要求不符，所以可加墊板。凸模的固定方式采用鉚接法。3. 定位零件： 固定擋料銷：采用固定擋料銷進行定位。擋料銷裝配的位置一般在凹模口附近或距離凹模口一個或數個送料步距的位置上，設計時要注意凹模壁的強度，并要求更換方便。擋料銷鼻炎用45鋼制造，熱處理硬度為4448HRC。當料厚3mm以下時，擋料銷的高度可高于料厚1mm左右。所以可以確定大端直徑為6，小端直徑為3，大端高度為3的

25、固定擋料銷。導料板：導料板有分離式和整體式兩種，導料板與條料的間隙，無側壓板時取0.51.5mm，故取1mm.導料板的厚度一般取材料厚度的2.56倍，材料厚度取小值，故取5mm厚。導料板的材料一般取45鋼，下表面磨削以便與凹模裝配，工作側面粗糙度值在1.6µm以下。導料板的尺寸可以根據半標準參考，具體的尺寸根據導料板間的間隔和凹模板的長寬來確定。卸料零件：固定卸料板的特點是卸料力大，使用安全，但送料操作受約束，常用于料厚大于0.5mm，平面度要求不高的工件，特別使用于卸料力較大的簡單沖模。使用條料時固定卸料板可以兼作送料導向。固定卸料板分為整體式和分離式兩種，分離式適用于條料寬度較大

26、的情況。固定卸料板孔形和凸模的單邊間隙Z=0.4mm。固定卸料板的厚度可查表取12mm,其他外形尺寸可以凹模周界來定。4. 導向零件;模架采用的是滑動導向中間導柱式，而滑動式導柱導套的導向裝置是常用的形式，這種結構加工裝配方便，易于標準化。導柱設計在底座上，為常用的形式，裝配調整較為方便。導向裝置設計的注意事項：導柱與導套應在凸模工作前充分閉合，且此時應保證導柱上端距離上模座上平面留有1015mm的間隙。導柱、導套與上、下模座裝配后，應保證導柱與下模座的下平面、導套上端與上模座的上平面均留23mm的間隙。對于形狀對稱的工件，為了區別安裝時方向的正反，所以要特別注意兩側的導柱導套組合直徑大小不一

27、，一邊大一邊小。導套應該開設排氣孔以排除空氣。5. 支撐零件： 支撐零件包括上、下模座，模柄，凸、凹模固定板，墊板。上下模座的規格可見裝配圖，材料采用的是HT200。模柄選用的結構是壓入式模柄，配用一個防轉銷釘，防止模柄的轉動。模柄與上模座之間的配合為H7/m6。凸模固定板一般的厚度為凹模厚度的6080%，所以厚度取為36mm。墊板的平面尺寸與固定板相同，其厚度一般取610mm，該設計選為12mm。6. 緊固零件： 采用標準的螺釘和銷釘對容易松動的部位緊固與防轉。具體的型號可參考裝配圖。注：以上零件的具體型號可參考裝配圖。九總裝配圖1. 模架的選擇：通常中、小型沖模采用后側式、對角式或者中間導柱型模架。四角導柱式模架主要用于精度要求高的沖壓件和大型沖壓件。該模具選用的是沖模滑動導向中間導柱模架。根據凹模的規格尺寸查表9.1，查得模具的閉合高度范圍：表9.1中間導柱模架的規格尺寸圖9.1根據壓力機最大閉合高度的校核公式： （9-1）查簡明手冊JH21-125的為430m