1、沖壓工藝與模具設計課程設計設計題目外殼底孔沖壓單工序模設計 系 別 _機械系_專業班級 _09機械一班學生姓名 _龔康康_學 號 _090605501指導教師 _張保豐_目錄一、零件說明。3二、零件工藝性分析。41、材料分析。42、結構分析。43、精度分析。4三、工藝方案確定。4四、壓力中心計算。5五、沖裁力、卸料力、推件力、頂件力及總壓力的計算。5六、沖裁凸凹模刃口尺寸計算。6七、其他主要零件的設計。71、凹模設計。72、凸模設計。83、模架的選擇。94、卸料板的設計。105、墊板的設計。116、定位板的設計。127、凸模固定板的設計。128、彈簧的選用。13八、壓力機的選擇。13九、模柄的

2、選用。14十、緊固零件的選擇。14十一、各零部件的材料及要求。15十二、該模具設計的優缺點。15十三、心得體會。15十四、參考文獻。17一、零件說明制件如下圖所示：該制件名稱為柴油濾清器外殼，其技術要求為： 1，未注尺寸公差按GB/T15505的m級; 2，毛刺小于0.15; 3，質件要求平整，不允許有拉裂、起皺的現象; 4，中批量生產；材料：08F，t=1.5mm設計任務：沖出濾清器外殼底部的孔。二、零件工藝性分析1、材料分析（摘自GB/T 699-1999） 該制件材料為08F，屬于優質碳素結構鋼，強度、硬度低，塑性極好，深沖壓、深拉延性好，冷加工性、焊接性好。成分偏析傾向大，時效敏感性大

3、，故冷加工時，可采用消除應力熱處理或水韌處理，防止冷加工斷裂。化學成分（）：C：0.050.11，Si0.03，Mn：0.250.50，Cr0.10， Ni0.30，Ca0.25力學性能：抗剪強度為270340MPa，抗拉強度b不小于300MPa，屈服強度s為180MPa，斷面收縮率60%，伸長率不小于35%。2、結構分析 該零件為圓筒形件，其底部有一孔，為本次設計內容。該孔的尺寸為14.5mm，滿足沖裁最小孔徑dmin1.0t=1.5mm的要求。孔距已拉伸邊之間的最小孔邊距為9.3，滿足沖裁最小孔邊距lmin1.5t2.25mm的要求。所以，該零件的結構滿足沖裁要求。3、精度分析 圖示零件未

4、標注尺寸公差要求，按GB/T15055的m級可查得孔的尺寸公差為±0.40mm，普通沖裁可以達到零件的精度要求。由以上分析可知，該零件的沖裁性能好，沖裁加工能夠達到設計要求。三、工藝方案確定該零件的工序有五道，有：落料、一次拉深、二次拉深、三次拉深、沖孔。其工藝路線有兩條：方案一： 落料、一次拉深、二次拉深、三次拉深、沖孔方案二： 落料、沖孔、一次拉深、二次拉深、三次拉深由于拉深件上所有的孔，均應安排落料而后進行沖孔，以防落料時大的變形力使孔邊緣變形，所以采取方案一。四、壓力中心計算模具壓力中心是指沖壓時各個沖壓部分沖壓力合力的作用點。為了確保壓力機和模具正常工作，應使沖模的壓力中心

5、與壓力機滑塊的中心相重合。對于帶有模柄的沖壓模，壓力中心應通過模柄的軸心線。否則會使沖模和壓力機滑塊產生偏心載荷，使滑塊和導軌之間產生過大的磨損，模具導向零件加速磨損，降低模具和壓力機的使用壽命。 沖模的壓力中心，可按下述原則來確定：（1）對稱形狀的單個沖裁件，沖模的壓力中心就是沖裁件的幾何中心。沖裁直線段時，其壓力中心位于直線段的中點。（2）工件形狀相同且分布位置對稱時，沖模的壓力中心與零件的對稱中心相重合。（3）沖裁形狀復雜的零件或多凸模的零件時，其壓力中心可以通過解析計算法求出。 現在需要沖孔的零件是一個筒狀件，在其底部正中心需要沖孔，所以其壓力中心就是其幾何中心。五、沖裁力、卸料力、推

6、件力、頂件力及總壓力的計算計算沖裁力的目的在于合理的選用壓力機和設計模具。沖裁力是指沖裁過程中的最大剪切抵抗力。它是隨著凸模切入材料的深度而變化的，當材料達到了剪切強度時，便產生裂紋且材料相互分離，此時的沖裁力是最大值。選擇壓力機就是按沖裁力最大力計算。沖裁后，由于板料的彈性恢復，使零件（或廢料）仍梗塞在凹模洞口內，需要把零件（或廢料）從凹模洞口推出或頂出。把從凹模洞口順沖裁方向推出的力稱推件力Ft；把逆沖裁方向從凹模洞口頂出的力稱頂件力F。同樣，由于沖裁后板料的彈性恢復，使廢料（或零件）緊卡住凸模，需要把這廢料（或零件）從凸模上卸下來的力稱卸料力Fx。此處所設計的模具為沖孔模，通過卸料板將卡

7、在凸模上的零件卸下來，有卸料力存在。采用的凹模刃口為階梯式，在沖裁是會有廢料卡在凹模中，又需要推件力。由于所沖完的廢料是直接從凹模落下，所以不需要在凹模下設置頂料裝置，故不存在頂料力。查參考文獻2表2-86得08F的抗剪強度=220310MPa，取=300MPa，查參考文獻6表3-11得Kx=0.04-0.05mm，取0.045mm，Kt=0.055mm。查參考文獻2表4-2，得沖裁刃口高度h810mm，取h=10mm。F= KLt=1.3×3.14×14.5×1.5×300=26.635kNFx=KxF=0.045×26.635=1.199K

8、Nn=h/t=10/1.5=6件FtnKtF6×0.055×26.635=8.790KNF=FFxFt36.624KN六、沖裁凸凹模刃口尺寸計算 凸模和凹模的刃口尺寸和公差，直接影響沖裁件的尺寸精度。模具的合理間隙也靠凸、凹模的刃口尺寸及其公差來保證。 在計算模具刃口尺寸及其制造公差時，應按落料和沖孔兩種情況分別進行，其原則如下： （1）落料 落料件的光面是因凹模刃口擠切材料產生的，因此其光面尺寸與凹模尺寸相等，故應以凹模尺寸為基準。又因落料件尺寸會隨凹模刃口的磨損而增大，為保證凹模磨損到一定程度仍能沖出合格零件，故落料件凹模基本尺寸應取工件尺寸公差范圍內的較小尺寸。而落料

9、凸模基本尺寸，則按凹模基本尺寸減最小初始間隙。 （2）沖孔 孔的光面是凸模刃口擠切材料產生的，因此其光面的孔徑與凸模尺寸相等，故應以凸模尺寸為基準。又因沖孔的尺寸會隨著凸模的磨損而減小，故沖孔凸模基本尺寸應取工件孔尺寸公差范圍內的較大尺寸。而沖孔凹模基本尺寸則按凸模基本尺寸加最小初始間隙。 （3）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)，會使模具制造困難，增加成本，延長生產周期；如果對刃口精度要求過低(即制造公差過大)，則生產出來的制件可能不合格，會使模具的壽命降低。刃口尺寸的計算方法 由于模具加工方法不同，凸模與凹模刃口部分尺寸的計算公式與制造

10、公差的標注也不同，刃口尺寸的計算方法可分為兩類，一個是凹模與凸模分別加工法，另一個是凹模與凸模配合加工法。分別加工法是指凸模和凹模分別按圖紙標注的尺寸和公差進行加工，沖裁間隙由凸模、凹模刃口尺寸和公差來保證，需要分別標注凸模和凹模刃口尺寸與制造公差(凸模p、凹模d)。其優點是具有互換性，但受到沖裁間隙的限制，它適用于圓形或簡單規則形狀（方形或矩形）的沖壓件。配作法就是先按設計尺寸制出一個基準件（凸模或凹模），然后根據基準件的實際尺寸按間隙配置另一件。這種加工方法的特點是模具的間隙由配置保證，工藝比較簡單，并且還可適當放大基準件的制造公差，是制造容易。一般工廠常常采用這種加工方法。沖孔凸凹模刃口

11、計算查參考文獻1表19.1-7得Z=0.240mm Z=0.132mm，表19.1-9得=-0.020mm =+0.020mm，表19.1-10得x=0.5沖孔凸模 d=（dx） =14.5mm沖孔凹模d(d + Z)=14.632mm校核間隙|p |+ |d |=（0.02+0.02）mm=0.04mmZnax-ZMIN(0.240-0.132)0.108mm,故符合條件。七、其他主要零件的設計1、凹模設計常見凹模的結構形式有筒帶式、錐孔式、階梯式、過渡圓錐臺式以及低硬度凹模等。筒帶式凹模的優點是刃口強度高，刃磨后凹模工作尺寸不增大，適合于沖裁形狀復雜、尺寸精度要求比較高的沖裁件凹模選用。錐

12、孔式凹模的優點是凹模洞口內集料少，洞壁承受來自沖裁件或廢料的脹力和摩擦力大為減小，因而卸料力大幅度減少。然而，此種刃口強度比較低，刃磨后凹模工作尺寸略有增大，故適合于沖裁件形狀簡單、尺寸精度為IT10IT12級，板料厚度較薄、生產批量不大的沖裁件的凹模選用。階梯式凹模刃口厚度h較大，對頂件器導向性好，適合于向上推件的凹模選用。其缺點是工作時頂件器和沖裁件均頻繁的與刃口壁摩擦，從而導致刃口尺寸增大。過渡圓錐臺階式凹模優點是可增強刃口強度，漏料部位呈圓形又使得凹模制造方便，這種凹模結構形式主要適合于當沖裁尺寸小于5mm時的圓形沖裁件凹模使用。低硬度凹模的硬度一般為40HRC左右，適合于沖裁軟而薄的

13、金屬和非金屬材料的凹模選用。在這里選用階梯式凹模。當材料厚度t=1.5mm時,查宛強表2-3得K=0.18凹模厚度H=Kb=0.18×75=13.5mm 取H=15mm凹模壁厚C1.5-2 H=2H=30mm 取C=35mm凹模刃口高度h取10mm則凹模外形尺寸=75+3+35+35=148mm2、凸模設計凸模是以外形為工作表面的零件，是沖模中直接成形沖壓件的凸形工作零件。冷沖模的凸模結構主要包含兩部分，即工作部分和安裝部分。工作部分是直接完成沖壓加工的部位，安裝部分是通過固定板安裝在模座上。通常凸模都設計為整體式。常用的標準圓凸模主要有三種：A型圓凸模、B型圓凸模、快換圓凸模。A型

14、圓凸模剛性較好，直徑尺寸范圍為1.130.2mm，材料一般選用9Mn2V、Cr12MoV、Cr12、T10A、Cr6WV等。B型圓凸模適用于外形尺寸較大的時候，直徑尺寸范圍為3.030.2mm，材料與A型圓凸模相同。快換圓凸模是指只用簡單工具即可實現快速裝卸和更換的圓凸模。它與A型和B型圓凸模相比，一是沒有頭部，二是固定按h6級制造。在此選用A型圓凸模，其具體尺寸如下：凸模長度=固定板+已壓縮彈簧+卸料板+料厚+進入深度 =20+34+133.5+1.5+0.5 =189.5mm凸模頭部：直徑22mm 長度6mm凸模桿部：直徑18mm 長度20-6+34=48mm 與固定板按H7/m6配合凸模

15、工作部分：21+4+110+0.5=135.5mm 3、模架的選擇中間配置的兩導柱的導向直徑一般不相等，這樣可以避免合模時上模誤裝方向而損壞凹模刃口。在沖壓過程中，在按標準選用導柱長度時，導柱最好不要脫離開導套的導向孔，還要保證模具閉合后導柱上端面與上模板上平面的距離不小于10-15mm，導柱下端面與下模板下平面的距離應大于3mm，用以排氣和出油，導柱的長度必須得保證在沖壓時導柱一定要進入導套10mm以上。模架：選用中間導柱圓形模架根據GB2851.6-90,選擇：凹模周界：400mm，閉合高度：305350mm上模座：GB2855.11-90 400×60下模座：GB2855.12

16、-90 400×75導柱： GB2861.1-90 45×290 50×290導套： GB2861.6-90 45×150×58 50×150×58得到的模架如下圖 4、卸料板的設計卸料板包括剛性卸料板和彈性卸料板兩種形式，通過螺釘、彈簧固定在模板上。彈性卸料板的卸料力較小，但在沖壓成型過程中還能起到壓料作用，沖裁質量較好，多用于薄板的卸料。采用彈性卸料板時，工作空間敞開，操作方便，生產效率較高。彈性卸料板載沖壓前對毛坯有預壓作用，沖壓后也可以是沖壓件平穩卸料。彈性卸料板的選擇：（1） 卸料板作為凸模導向，卸料板孔與凸模按H

17、7/h6配合（2） 卸料板底部高出凸模底面的尺寸為0.20.8mm，取0.5mm（3） 卸料螺釘孔直徑d處的最小值，在材料為鑄鐵時，L=d（4） 卸料螺釘底部距卸料板底面a0.3mm（5） 卸料板厚度取21，上徑250mm，下徑39mm，孔定位尺寸180mm（6） 總長=21+4+110-1.5=133.5mm 5、墊板的設計當沖壓件的厚度較大而外形尺寸有小時，在沖壓成型過程中凸模上端面與凹模下端面對模板作用有較大的單位壓力，有時可能超過模板的允許抗壓應力，此時就該采用墊板。墊板的作用是直接承受和擴散凸、凹模傳遞的壓力，以降低模板所受的單位壓力，防止模板局部破壞導致模具壽命的降低。驗證是否需要

18、加裝墊板：上模板所受單位壓力：=F/A=F+F/D=26635+1199/×22=73MPa下模板所受單位壓力：=F/A= F/D=36624/×145=2.2MPa所選模板材料為HT250，需用壓應力=90140MPa，由于上下模板所受的單位壓力均小于，所以可以不加墊板。6、定位板的設計外徑 148mm，內徑 78mm，高 25mm，孔定位尺寸 118mm 7、凸模固定板的設計固定板主要用于固定中小型的凸模和凹模。用固定板固定凸模或凹模時，應緊固牢靠并保證平面與凸模或凹模的中心線有良好的垂直度。固定板的上、下表面應磨平，并與凸模安裝孔的軸線垂直。凸模固定板厚度H=（1-1

19、.5）D=（1-1.5）×18=20mm，直徑250mm，孔定位尺寸180mm。注：D為凸模頭部直徑。 8、彈簧的選用彈簧選擇的原則：（1）所選彈簧必須滿足壓力的要求，即FF/n（2）所選彈簧必須滿足壓縮量的要求。（3）所選彈簧必須滿足模具空間結構的要求。選擇適用的彈簧：（1） 根據模具結構空間尺寸，擬選彈簧個數n=3（2） 計算每個彈簧應有的預壓力 Fy=Fx/n=1200/3=400N（3） 由2Fy估算彈簧極限工作負荷 Fj=2Fy=2×400=800N。 查GB/T 2089-2009 普通圓柱螺旋壓縮彈簧國標，初選彈簧的規格為彈簧直徑d=6mm，彈簧中徑D=41m

20、m，彈簧圈數n=2.5圈，彈簧自由高度H=40mm，彈簧極限工作負荷Fj=1376N，彈簧極限壓縮量hj=12mm（4） 計算彈簧預壓縮量hy=Fy·hj/Fj=400×12/1376=3.5mm（5） 校核 h=hy+hx+hm=3.5+1.5+1+5=11mm12mm 所選彈簧是合適的。（6） 該彈簧的裝模高度h=h-h=40-3.5=36.5mm（7） 在工作極限位置時高度h=h-h-t-1=40-3.5-1.5-1=34mm八、壓力機的選擇選用壓力機需要考慮的因素主要有:(1) 壓力機的行程大小，需保證成型零件的取出與毛坯的放進。(2) 壓力機工作臺面的尺寸應大于模

21、具的平面尺寸，而且還需要留有安裝固定的余地。(3) 所選壓力機的閉合高度應與模具的閉合高度相適用。模具閉合高度H的數值應滿足H-5mmHH+10mm。H和H分別為壓力機最大閉合高度和最小閉合高度。(4) 在沖裁加工時，由于其施力行程較小，近于板材的厚度，所以可按沖壓過程中作用于壓力機滑塊上所有力的總和F選取壓力機。通常壓力機的公稱壓力比F大1020。該模具的部分參數為：(1)閉合高度=上模板+凸模+凹模-0.5+下模板=60+189.5+15-0.5+75=339(2)上下模板的最大外形尺寸 605mm×410mm(3)沖孔所需總壓力F=37KN查閱參考文獻4附表5，選擇標稱壓力為6

22、30KN的開式壓力機。該壓力機最大閉合高度H為360mm，最小閉合高度H為270mm，工作臺尺寸為710mm×480mm，所有參數均能滿足所設計的模具使用。九、模柄的選用模柄尺寸根據所選壓力機上模柄孔的尺寸選擇。標稱壓力為630KN的開式壓力機模柄孔尺寸為50×70，故根據GB2862.3-81選擇50×100的凸緣式模柄。十、緊固零件的選擇緊固零件是將兩個或兩個以上的零件（或構件）緊固連接成為一個整體式所采用的一類機械零件。常用的沖模緊固零件主要包括螺栓、螺釘、螺母和圓柱銷等。其中廣泛應用的是內六角螺釘和圓柱銷釘。內六角螺釘緊固牢靠，螺釘頭部不外露，可以保證模具

23、外形安全美觀，其中M6M12mm的螺釘最為常用。銷釘用于連接兩個帶通孔的零件，起定位作用，承受一般的錯移力。同一個組合的圓柱銷不少于兩個，一般選用d=6mm、8mm、10mm、12mm等幾種尺寸。其配合深度不小于其直徑的兩倍，也不宜太深。圓柱頭卸料螺釘是專門用于沖模卸料裝置的螺釘。螺釘之間、螺釘與銷釘之間、螺釘或銷釘距離外邊緣之間的距離，均不應過小，以防降低強度。其最小距離查紅黃書表5-17得，從孔中心到邊緣的距離，在孔為12時，需大于13；為16時，需大于16；為24時，需大于25；為28時，需大于30。卸料螺釘： 圓柱頭卸料螺釘， d=M12，L=57，共3個。模柄螺釘： 內六角圓柱頭螺釘

24、，d=M10，L=30，共3個。固定板螺釘：內六角圓柱頭螺釘，d=M12，L=55，共3個。固定板銷釘：淬硬鋼和馬氏體不銹鋼圓柱銷，d=10，L=50，共2個。凹模螺釘：內六角圓柱頭螺釘，d=M12，L=75，共3個。凹模銷釘：淬硬鋼和馬氏體不銹鋼圓柱銷，d=10，L=70，共3個。十一、各零部件的材料及要求 導套 20鋼 滲碳深度0.81.2mm，硬度5862HRC 導柱 20鋼 滲碳深度0.81.2mm，硬度5862HRC 模座 HT250凸、凹模 T10A 淬硬至5862HRC，頭部回火至4050HRC固定板 45鋼 對熱處理硬度無特殊要求模柄 Q235 對熱處理硬度無特殊要求 彈簧 6

25、5Mn 淬硬至60HRC 卸料板 45鋼 對熱處理硬度無特殊要求 定位板 45鋼 對熱處理硬度無特殊要求 定位銷 45鋼 淬硬至550650HV30 螺釘 45鋼 十二、該模具設計的優缺點該模具的優點為結構簡單 ,需要的輔助設備較少,操作較為安全方便。缺點是由于工作行程較大造成模具閉合高度較高、外形尺寸較大，由此所選擇的壓力機的標稱壓力也較大，造成一定的設備浪費。十三、心得體會在剛剛過去的兩周多的時間里，我們進行了沖壓工藝及模具設計這門課程的課程設計。回顧起此次沖壓模具的課程設計，我感慨頗多。的確，從選題到完成設計，從理論到實踐，在兩個多星期的時間里，可以說是苦多于甜，但是可以學到很多很多的東

26、西，不僅鞏固的以前所學的知識，而且學到了很多在書本上沒有遇到過的知識。老師是在這次課程設計開始前幾周就布置了題目，一領到老師的題目后，我就去圖書館借閱了大量的資料，由于資料比較分散，所以整理有用的資料就顯得很重要，有些東西實在是不懂就去和其他同學討論，通過大家的幫助，我獲益良多。這次課程設計剛開始時，由于理論知識的不足，在加上平時沒有什么設計經驗，有些手忙腳亂，不知從何入手。在老師的諄諄教導，和同學的熱情幫助下，我找到了信心。現在想想其實課程設計的每一天都是很累的，其實正向老師說的一樣，模具設計并不簡單，你想簡單的復制或自己胡亂蒙上幾個數據騙騙老師都是行不通的，因為你的每一個數據都是有出處的，絕對不是空想能想出來的。每當有一個問題得到解決的時候，就覺得很高興，可是問題還是會不斷的涌現出來，在整個設計的過程中，可以說是困難重重。雖然現在，種種困難我都已經克服，但是還是難免有些疏忽和