1、沖壓模具設計說明書第一章緒論沖壓加工是利用安裝在壓力機上的模具，對模具里的板料施加變形力，使板料在模具里產生變形，從而獲得一定形狀、尺寸和性能的產品零件的生產技術。板料成形生產技術對航空、航天、國防、汽車、船舶以及其它日用品的生產和發展具有十分重要的意義。在沖壓加工過程中，將毛坯材料加工成沖壓件的一種特殊工藝裝備，被稱為沖壓模具（或稱沖模、冷沖模）。沖模是進行沖壓生產、實現板料沖壓成形必可少的主要工藝裝備。沖壓件的沖壓質量、生產效率以及生產成本等，都與沖模類型、結構及其零部件的設計制造精度有著直接關系。沖壓生產對沖模結構的基本要求是：在保證加工成形出合格沖壓件的前提下，不但應與生產批量相適應，

2、而且還應具有結構簡單、操作方便安全、使用壽命長、易于制造和維修、成本低廉等特點。中國模具產業除了要繼續提高生產能力，今后更要著重于行業內部結構的調整和技術發展水平的提高。結構調整方面，主要是企業結構向專業化調整，產品結構向著中高檔模具發展，向進出口結構的改進，多功能復合模具和復合加工及激光技術在模具設計制造上的應用、高速切削、超精加工及拋光技術、信息化方向發展。20第二章工藝性分析及總體方案的設計工件名稱：耳罩生產批量：大批量材料：Q235厚度：1.2mm工件結構如圖2.1零件的性能分析1 材料的性能分析Q235屬于優質碳素結構鋼，有一定的強度，有害雜質元素硫、磷受到嚴格限制，非金屬夾雜物含量

3、少，塑性和韌性較好，主要制作較重要的機械零件。材料Q235鋼板，其抗剪強度為p=304373Mpa,抗拉強度0b=432461Mpa,屈服強度0s=235Mpa,伸長率S=20%,具有較好的沖壓性能和力學性能，易于進行各類沖壓加工。市場上也容易買到這種材料，價格適中。2 零件工藝性分析：該零件是耳罩，為一般的帶凸緣拉伸件，尺寸公差無特殊要求，按IT14級選取，利用普通沖裁方式可達到圖樣要求。中間020mm的孔有多種方法制成，一種可以拉伸后車去底部，再一種是翻邊。第一種加工成本高，生產周期長。第二種采用翻邊，生產效率高且省料。故采用第二種方法是合理的。初步分析該零件的沖壓基本工序有；落料、拉伸、

4、沖孔、翻邊、切邊。2.2工藝方案的確定1計算毛坯尺寸外緣落料拉伸后得到的沖壓件如圖2.2.11所示。圖 2.2.1-11）毛坯直徑1.86由公式查設計資料得切邊余量=4.3,凸緣直徑d=(105.88+24.3)mm=114.86mm其中d=56.8mm,h=10.8mm,r=2.06mm(均按零件中線計算)因為114.4855.3420,r2.06所以DJ(d24dh)=115.5467mm,取116mm。2）是否使用壓邊圈毛坯的相對厚度t1.21001001.03D116零件的拉伸系數56.81160.4897查沖壓工藝與模具設計中表3）計算拉伸次數由凸緣相對直徑4-2,需采用壓邊圈。D

5、116 c 22.083d1 56.8查沖模設計與實用計算手冊1-27表得:m1=0.41因為mm1所以零件拉伸次數n=1。2 .落料工序落料工序需沖裁出直徑D=116mm的板料。3 .內孔外翻1）翻邊前是否需要拉伸成階梯零件，對翻邊進行核算20處的高度尺寸H=9mm,dm=21.2mm,r1=2.06根據公式，翻邊的高度Hi=dmlk/2+0.43r+0.72t經計算k=0.316即翻邊高度H1=9mm,需翻邊系數k=0.316。查新編實用沖壓模具設計手冊中表5-4得kmin=0.68因為min所以零件必須采用先拉伸再翻邊的工藝2）計算拉伸及翻邊的高度尺寸翻邊所能達到的最大高度（k=0.72

6、,拉伸凸模圓角半徑凸=2mm）hmax強（1-k）0.57r凸2=2.968+1.04=4.108mm沖孔直徑：拉伸高度：如圖 2.2.3-1do=Kdm=0.7221.2=15.264mmh1=9-hmax+r凸+t=8.092mm圖2.2.3-1綜上所述，可以進一步確定該零件的沖壓加工工序包括以下基本工序：落料、外緣拉伸、內緣拉伸、沖孔、翻邊、切邊。綜上所述，共有四種工藝方案。第一種落料與外緣拉深復合，其他基本工序不變。第二種落料與外緣拉深復合，預沖孔與翻邊復合，外緣孔與切邊復合，其他基本工序不變。第三種落料、外緣拉深和預沖孔復合，其他基本工序不變。第四種落料、拉伸、沖孔、翻邊、切邊組成級

7、進模，其他基本工序不變。對上述方案進行比較確定最佳工藝方案：第二方案中，預沖孔與翻邊復合，模具壁厚過小，容易損壞。第三方案中，預沖孔與外緣孔復合，他們的刃口不在統一工作平面上，修模不方便。第四方案中，級進模將各工序合并，生產效率高，但模具結構復雜，制造周期長，成本高。因此采用第一方案。第三章確定排樣裁板方案及材料利用率計算根據上述計算，毛坯直徑已經確定，可以進行排樣設計。1 .排樣方式確定根據工件的結構和材料的利用情況有三種排樣方式，即有廢料排樣、無廢料排樣和少廢料排樣。由于毛坯直徑較大，采用有廢料排樣，考慮操作方便，排樣采用單排。2 .搭邊值的確定查沖壓工藝與模具設計中表2-10得a=2mm

8、a尸1.5mm條料進距h=D+a二117.5mm條料寬度b=D+2a=120mm排樣如圖2.3.2-1圖2.3.2-1第四章沖壓力計算1落料、外緣拉伸工序F落=Ltb=(1161.2450)N=196689.6NF外拉伸=d1tbk1=3.1456.81,24500.8581863.568NF壓=D2-d12rd2q3141162-56.8222442.519152.744NQ卸=KF落=0.04196689.6=7867.584Nb為板料抗拉強度，查沖壓工藝與模具設計實用技術附表12得Q235的抗拉強度為（440-470）MPa,取450MPa。口為修正系數，q為單位壓力，K為卸料力系數，查

9、沖模設計與制造實用計算手冊表1-53得k1=0,85表1-56得q=2.5MPa表2-15得K=0.42內緣拉伸工序根據工件結構，在內緣拉伸之前，外緣已經進行拉伸，因此在內緣拉伸時其凸緣上的金屬不太可能有徑向流動，但內緣拉伸成型高度相對較淺，金屬流動阻力不大，可以按寬凸緣的筒型件拉伸時計算其沖壓力，根據表F內拉深=d2tbk33.1421.21,24500.75=26960.04N,取350KN。3預制孔預制孔直徑d=15.264mm,F沖孔=Ltb=3.1415.2641.245025881.6384N4翻邊翻邊高度hmax=4.108mm,當采用圓柱平底凸模時，圓孔翻邊力為F翻邊=1.1d

10、m-dots1.13.1421.2-15.2641.22405904.85479Ns為板料抗拉強度，查沖壓工藝與模具設計實用技術附表12得Q235的屈服強度為240MPa.5 邊緣沖孔孔直徑d0=10mm，F沖孔=Ltb=3.14101.245016956N6 切邊F切=Ltb=(270.3731.2450)N=1460011.42N第五章工作零件刃口尺寸的計算1落料落料凹模、落料凸模采用分別加工法加工。落料件尺寸為116-00.35mm。根據t=1.2mm，查中國模具設計大典(第3卷)表19.1-7、表19.1-9和表19.1-10，得Zmin=0.132mm，Zmax=0.180mm，p-

11、0.087mm，d0.054mm，x=0.5。|p|dl=0.141mmZmax-Zmin=0.048mm說明所取公差不能滿足|p|d|WZmax-Zmin,調整如下：p=0.4(Zmax-Zmin)=0.40.0480.0192mmd=0.6(Zmax-Zmin)=0.60.048=0.0288mm凹模刃口尺寸Dd=(Dmax-x)0d=(116-0.50.054)00.0288mm=115.97300.0288mm凸模刃口尺寸Dp=(Dd-Zmin)-0=(115.973-0.132)-00.0192mm-p=115.841-00.0192mm2外緣拉深外緣拉深尺寸為55.6o0.03mm

12、1)圓角半徑拉深凹模的圓角半徑可按經驗公式rd=0.8J(D-d)t0.8y116-55.6126.81mm,取7mm一次拉深中凸模的圓角半徑rp應與工件圓角半徑相等。但對于厚度小于6mm勺材料，其數值不應小于2t。驗證rp=2mm2t=2.4mm，需加整形工序，凸模圓角半徑rp=3mm2)間隙拉深模的凸模及凹模的單邊間隙C=Dd-dp2外緣采用壓邊圈，這時C=tmax+Kt=1.2+0.11.2=1.32mmK一系數，查沖壓工藝與模具設計表4-8,得K=0.13)拉深凸、凹模工作部分尺寸確，根據中國模具設計大典(第3卷)表19.4-39得凹模Dd=(d+0.4+2c)0d=(55.6+0.4

13、0.0321.32)0.09=58.2520.09mm凸模dp=(d+0.4)0=(55.6+p0.40.03)0006=55.612006mm式中p、d-圓形凸、凹模的制造公差，由沖模設計指導表4-34得到，p=0.06d=0.093 .內緣拉深內緣拉深尺寸為2000.21mm。1)圓角半徑根據零件形狀拉深凹模的圓角半徑需與工件圓角半徑相等，即rd=2mm一次拉深中凸模的圓角半徑rp=(0.6-1)%。但對于厚度小于6mmi勺材料，其數值不應小于2t。驗證rp=2mm2t=2.4mm，需加整形工序，凸模圓角半徑rp=3mm。2)間隙內緣拉深沒有采用壓邊圈，c=tmax=1.2mm。3)凸、凹

14、模工作尺寸的確定凹模Dd=(d+0.4+2c)0d=(20+0.40.21+21.2)00.08=22.48400.08凸模dp=(d+0.4)-0p=(20+0.40.21)-00.05=20.0084-00.05式中p、d圓形凸、凹模的制造公差，由沖模設計指導表4-34得到，p=0.05d=0.084 翻邊沖孔翻邊前沖孔的直徑為d0=15.26400.18mm，沖孔凸模、沖孔凹模采用分別加工法加工。根據t=1.2mm查中國模具設計大典(第3卷)表19.1-7、表19.1-9和表19.1-10，得Zmin=0.132mm，Zmax=0.180mm，p0.021mm，d0.013mm，x=0.

15、5。|p|d|=0.044mmZmax-Zmin=0.048mm說明所取公差滿足|pl|d|WZmax-Zmin,且有=(15.264+0.5 0. 18)沖孔凸模：dp=(dmaxx).-00.021=15.354-00.021mm沖孔凹模：dd=(dp+Zmin)0d=(15.354+0.132)00.013mm=15.48600.013mm5 翻邊圓孔翻邊時，材料沿切向伸長，其斷面材料變薄非常嚴重。查沖模設計指導表5-5得，C=0.9mm凸模直徑：D(d)0(20+0.21)-00.05=20.21-00.05mmp-p凹模直徑：Dd=(d+2c)od=(20+0.21+2X0.9)00

16、08=22.01o0.08mmp、d圓形凸、凹模的制造公差，由沖模設計指導表4-34得到，p=0.05d=0.086切邊與邊緣沖孔A沖孔凸模、沖孔凹模采用分別加工法加工。根據t=1.2mm查中國模具設計大典（第3卷）表19.1-7、表19.1-9和表19.1-10,得Zmin=0.132mm,Zmax=0.180mm,p0.021mm,d0.013mm,x=0.5。Zmax- Zmin=0.048mm| p| | dl=0.044mm0.0130 mm.-0.021 =10.09 00.021mm工件尺寸公差計算公式凹模刃口尺寸767600.3A=(amax-X)04B=(bminx)3-/4

17、C=(Cmin%)/875.775oO.O75R10R1000.159.8875oO.O37540400.25401250.03125TO.145-0.03125606000.359.85oO.O754848。0.2547.875oO.O625按照公差等級確定補償系數x。x=0.75凸模刃口尺寸按實際尺寸配作，保證單面間隙z=0.15mm。第六章沖壓設備的選擇由于零件屬于中小型沖壓件，且需要拉伸工序，所以沖壓設備類型初步選為開式壓力機。1落料拉伸工序P=F落+F外拉伸+F壓+Q卸=3o5573.496N壓力機選型號為J23-40，公稱壓力：400KN。滑塊行程：65mm閉合高度：265mm33

18、0mm模柄孔：直徑50mm深度70mm打桿：直徑小于16mm，孔深度70mm，行程40mm2內拉深工序P=F內拉深+F壓=d2tbk33.1421.21,24500.751.1=29656.0444N壓力機選型號為J23-6.3公稱壓力：63KN滑塊行程：35mm閉合高度：85mm120mm模柄孔：直徑30mm深度55mm3 預沖孔工序F沖孔=Ltb=3.1415.2641.245025881.6384N壓力機選型號J23-6.3，公稱壓力：63KN滑塊行程：35mm閉合高度：85mm120mm模柄孔：直徑30mm深度55mm4 翻邊F翻邊=1.1dm-dots1.13.1421.2-15.2

19、641.22405904.85479NF卸=KF翻邊=0.045904.85479=236.2NF=F翻邊+F卸壓力機采用型號J23-6.3，公稱壓力：63KN滑塊行程：35mm閉合高度：85mm120mm模柄孔：直徑30mm深度55mm5 邊緣沖孔孔直徑F沖孔=Ltb=3.14101.245016956N壓力機采用型號J23-6.3，公稱壓力：63KN滑塊行程：35mm閉合高度：85mm120mm模柄孔：直徑30mm深度55mm6 切邊F切=Ltb=(270.3731,2450)N=1460011.42N壓力機采用型號J23-16公稱壓力：63KN滑塊行程：35mm閉合高度：85mm120m

20、m模柄孔：直徑30mm深度55mm第七章其他零部件的設計以拉深卸料復合模和翻邊單工序模為例。1彈性元件1)復合模選用的彈性元件是強力彈簧，根據卸料力7.87KN,采用4個卸料彈簧。F預=F卸/4=1.9675KN,初選彈簧參數為；外徑35mm,內徑19mm,類別TM，自由長度80mm。載荷1970N2450N。2)翻邊工序模采用的彈性元件是橡膠，卸料力為236.4N(1)確定橡膠的自由高度H0=3.5Hz=3.513.2=46.2mm(2)確定橡膠的橫截面積A和每個橡膠塊面積aA=F卸/P=236.4/1.4=168.86mm2a=A/4=42.215mm(3)確定橡膠的平面尺寸D=d21.2

21、7a橡膠塊尺寸如圖2.7-110102.7-112工作零件尺寸1)凹模的尺寸本工序中落料凹模刃口為規則的圓形，結構簡單，加工成形容易,故采用整體式圓形凹模。凹模厚度：凹模刃壁間最大距離s=d=116mm查表3-15取系數k=0.3則H=ks=0.3x116mm=34.8mmD=s+(1.52)H=116+(1.52.0)X34.8mm=168.2-185.6mm查有關資料，初步選定凹模輪廓尺寸為200乂50mm由于落料與拉深做成復合模，凹模的厚度不但要滿足落料的強度，還要求能夠滿足拉深的高度，凹模板的高度要增高，經計算需要將其高度增加到50。即凹模的輪廓尺寸為200x50mm。2) 選擇模架根

22、據凹模的結構尺寸，查資料選擇的模架為：下模板：200X200X50mm上模板：200X200X45mm3) 固定卸料板料厚小于3mm時，固定卸料板高度應取8倍。H20.8H40mm但是實際中，經驗證明，不需要這么厚即可滿足使用要求，故選取卸料板為210X210X16也能滿足使用要求。4) 校核在一般情況下零件的強度與剛度是足夠的，沒必要進行校核，只有當零件的截面尺寸很小而沖裁的厚度較大時或根據結構需要確定的凸模特別細長時，則應進行承載能力和彎曲能力的校核。由于設計初期，所選用的零件都有較大的富余量，且沒有薄壁部分，故不再進行校核。要完整的生產一套模具，既有這些尺寸時遠遠不夠的，還有很多尺寸在這

23、里還不能準確制定，有的需要繪制草圖厚才能確定，這里不再詳細贅述，最終的尺寸及公差請看零件圖。結論本次沖壓模具設計有沖壓模具裝配圖2張，模具零件圖22張。比較成功的完成了設計任務。我在設計中遇到了一些問題，但是也收獲了很多，第一，我對于材料的知識又有了進一步的了解；第二，我對模具設計與制造行業又有了一個新的認識；第三，我對模具的結構又掌握了許多；第四，我熟悉了模具設計的過程。第五，我對熱處理的知識又有了深了步的了解。經過沖壓工藝及沖模設計的學習，對各種級進模、復合模、拉深模、沖孔模的有了很深的認識，可以設計各種模具。通過排樣的學習，可以考慮全面，最大限度的提高材料的利用率；拉深件的兩大缺陷是起皺和拉裂，通過壓邊圈的設置和拉伸程度的控制可以