1、 冷沖壓模具設計 說明書 設計題目：冷沖壓模具     系部：機械電子工程系        專業：機械制造與自動化      班級: 12級機械班                     設

2、 計 者:                 學    號:   123520                  指導老師: 胡建軍   &#

3、160;                                    2014年 6月7日 摘 要 本次模具設計是從零件的工藝分析開始的，根據工藝要求來確定設計的大體思路。其開始是確定該模具類型為落料-拉深復合模，計算毛坯尺寸，確

4、定拉深次數，作工藝計算，計算出沖裁時的沖壓力、卸料力、推件力，以及拉深時的拉深力和壓邊力 ，確定模具的壓力中心，選擇壓力機和確定沖模的閉合高度，最后根據前面所計算出的內容確定模具的凸、凹模尺寸和形狀。設計出擋料銷、卸料板、推件裝置、彈簧、導柱、導套和模柄等模具的主要零部件，從而完成整個模具的設計工作。 其中模具主要零部件結構設計是這次設計的主要內容，其內容包含了凹模結構設計、凸模結構設計、凸凹模結構設計、定位零件、彈性卸料裝置、鋼性推件裝置、彈簧的選用、導柱與導套、模柄與模架的選取等重要零部件的設計加工方法和加工注意要點。這樣更有利于加工人員的一線操作，使其通俗易懂加工方便。本次設計不僅讓我熟

5、悉了課本所學的知識，而且讓我做到所學的運用到實踐當中，更讓我了解了沖壓模具設計的全過程和加工實踐中應注意的要點。使我在此次設計中有一個質的飛躍。 目 錄 1 冷沖壓工藝規程的編制 ·······.1 1.1工藝分析.1 1.2確定工藝方案.1 2 零件成形方案的確定2 2.1修邊余量的確定 .2 2.2毛坯尺寸的計算 .2 2.3計算毛坯相對厚度.2 2.4總的拉深系數 2 3 工藝計算.23.1凸、凹模間隙值的確定 .2 3.1.1沖裁間隙的確定.2 3.1.2拉深間隙的確定 .3 3.2凸、凹模工作部分的尺寸.33.2.

6、1總裁模凸、凹模配合加工時工作部分的尺寸 ··.·3 3.2.2拉深模凸、凹模工作部分的尺寸.·3 3.3拉深模凸、凹模圓角半徑.3 3.3.1 排樣和裁板方式的經濟性分析 . 4搭邊·.4 3.3.3送料步距及條料寬度計算.· 4 3.3.4裁板方式的確定 .4 排樣方式設計.5 3.4沖裁工藝力的計算. 5 3.4.1沖裁力的計算 .5 3.4.2卸料力、推件力和頂件力的計算 .5 3.4.3總沖壓力的計算 63.5拉深力和壓邊力的計算 . 6 3.5.1拉深力的計算 .6 3.5.2壓邊力的計算 6 3.6計算壓力中心 .6 3

7、.7選擇壓力機 . 7 3.8 沖模的閉合高度 7 4 模具主要零部件的結構設計 . 7 4.1凹模的結構設計 . 7 4.1.1凹模洞口形狀的選擇 7 4.1.2凹模的外形尺寸 .8 圖4.3 凹模 .8 4.1.3凹模的主要技術要求 9 4.2 凸模和凸凹模的結構設計 9 4.3 定位零件 104.3.1 條料方向的控制 .10 4.3.2 擋料銷的選擇.10 4.4彈性卸料裝置.10 4.5剛性推件裝置 .10 4.6 彈簧的選用.10 4.7 導柱與導套.11 4.8 模柄.11 4.9模架的選取及裝配圖.11 參 考 文獻 14結束語.151 冷沖壓工藝規程的編制 1.1工藝分析 該

8、零件為旋轉體零件。屬于大批量生產，是一個不帶凸緣的圓筒形零件，且其形狀簡單、對稱，有利于合理排樣、減小廢料，直線、曲線的連接處為圓角過渡。其主要的形狀、尺寸可以由沖裁和拉深工序獲得。且選用硬鋁LY12，其彎曲半徑均大于該種材料的最小彎曲半徑，且工件精度要求不高，不需要校形，作為拉深成形尺寸，其相對值d凸/d、h/d都比較合適，拉深工藝性較好，因此，該零件可以用冷沖壓加工成形。（宋體，小四號字，行間距21磅，字間距0.9磅） 其零件如圖1.1： 1.2確定工藝方案 沖壓該零件所需的基本工序為落料和拉深。其拉深工藝方案有以下幾種： 方案一：落料與拉深復合，采用正裝復合模。 方案二：落料與拉深復合，

9、采用倒裝復合模。 方案三：先落料、再拉深，采用單工序 比較上述各方案可以看出：方案一的優點是在壓力機一次行程內，可同時完成落料及拉深工序，在完成這些工序的過程中，沖件材料無需進給移動；沖件精度高，不受送料誤差影響，內外形相對位置一致性好；沖件表面較為平整；適宜沖薄料及脆性或軟性材料；可充分利用短料和邊角余料；沖壓生產率高，適合于大批量生產，缺點是沖模面積較小，制造復雜，價格較高。 方案二的優點是廢料能直接從壓力機臺面落下，而沖裁件從上模推下，比較容易引出去，操作方便安全，且易于安裝送料裝置，缺點同方案一。 方案三：優點是通用性好，沖模結構簡單、制造周期短，價格低，適合于小批量生產，缺點是沖壓生

10、產率低。 由以上分析可知，該零件的加工選用方案一為優。2 零件成形方案的確定 2.1修邊余量的確定 一般拉深件，在拉深成形后，工件口或凸緣周邊不齊，必須進行修邊以達到工件的要求。因此，在按照工件圖樣計算毛坯尺寸時，必須加上修邊余量后再計算，查表2.1可得：2=d。 表2.1無凸緣圓筒形拉伸件的修邊余量工件高度h工件的相對高度h/H 附 圖 >0.50.8 >0.81.6 1.62.5 >2.54101.01.21.52>10201.21.622.5>205022.53.34>5010033.856>100150456.58>15020056.38

11、10>20025067.5911>25078.510122.2工件毛柸尺寸d工件最大直徑為32mm內部直徑為29,27 D毛坯尺寸為65mm2.3毛坯相對厚度為0.6mm 所以查表可知可不用壓邊圈拉深2.4總的拉深系數 計算總的拉深系數，并判斷能否一次拉成，根據工件直徑d和毛坯直徑D算出總拉深系數m總=d/D。由表2.3選取m1，如果m總m1³，則說明工件可以一次拉成。否則需多次拉深。計算得M總=1.35 所以需要兩次拉伸即可3 工藝計算 3.1凸、凹模間隙值的確定 3.1.1沖裁間隙的確定 沖裁間隙是指沖裁凸模和凹模之間工作部分的尺寸之間，如無特殊說明，沖裁間隙一般是指

12、雙邊間隙。沖裁間隙對沖裁過程有很大的影響，對模具壽命也有較大影響。 合理間隙值有一個相當大的變動范圍，約為（5%25%）t左右。取較小的間隙利于提高沖件的質量，取較大的間隙有利于提高模具的壽命。因此，在保證沖件質量的前提下，應采用較大間隙。 沖裁間隙的合理數值應在設計凸模與凹模工作部分尺寸時給予保證，同時在模具裝配時必須保證間隙，沿封閉輪廓線的分布均勻，這樣才能保證取得滿意的效果。由于沖裁件大于0.6可以認為無間隙。3.1.2拉深間隙的確定 拉深模的間隙是指單邊間隙，即Z=D凹D凸/2間隙過小增加磨擦阻力，使拉深件容易破裂，且易擦傷零件表面，降低模具壽命；間隙過大，則拉深時對毛坯的校直作用小，

13、影響零件尺寸精度。因此，確定間隙的原則是既要考慮板料厚度的公差，又要考慮筒形件口部的增厚現象，根據拉深時是否采用壓邊圈和零件尺寸精度要求合理確定。筒形件拉深時，由設計可知本模具采用無壓邊圈裝置。3.2凸、凹模工作部分的尺寸 3.2.1總裁模凸、凹模配合加工時工作部分的尺寸 沖裁模確定凸凹模加工尺寸的原則： 落料件的尺寸取決于凹模，因此落料模先決定凹模尺寸，用減小凸模尺寸來保證合理間隙。 刃口磨損后沖件尺寸減小，取接近或等于沖件的最大極限尺寸。 在選擇模具制造公差時，既要保證沖件的精度要求，又要保證有合理的間隙值。一般沖模精度較沖件精度高23級。式中Ad=(A-Xo) - Ad凹模刃口尺寸，單位

14、為mm - A工件基本尺寸，單位為mm -D 工件的公差，本工件公差為0.3mm - x磨損系數。當沖裁件精度低于13級時，X=0.5所以凹模的尺寸為：Ad=（Ax/）=64.85凸模尺寸為：Ap=Ad-Z=64.733.2.2拉深模凸、凹模工作部分的尺寸 拉深凸模和凹模工作部分的尺寸及其制造公差，當工件要求內形尺寸時以凸模尺寸為基準進行計算，即：凸模尺寸：d凸1=（d+0.4/）=32.12 d凸2=(d+0.4/)=29.12 凹模尺寸：d凹1=（d+0.4/+2Z）=34.12 d凹 2=(d+0.4/+2Z)=31.123.3拉深模凸、凹模圓角半徑 一般來說，dr盡可能大些，大的dr可

15、以降低極限拉深系數，而且還可以提高拉深件的質量。但dr太大會削弱壓邊圈的作用，可能引起起皺現象，因此dr大小要適當。 筒形件首次拉深時的凹模圓角半徑可由下式確定：rd=c1c2t式中 - C1考慮材料力學性能的系數，對于軟鋼，硬鋁為1所以rd=c1c2t=7凸模圓角半徑過大，會使不與模具表面接觸的毛坯寬度加大，使這部分毛坯容易起皺；如果過小時，會使毛坯沿壓邊圈的滑動阻力增大，對拉深不利，又因本工件為一次拉深成形，所以凸模圓角半徑與零件底部圓角半徑的數值相等。即： r凸=3mm3.3.1 排樣和裁板方式的經濟性分析 排樣:排樣是指沖件在條料、帶料或板料上布置的方法。排樣方法可分為有廢料排樣法和少

16、、無廢料排樣法。 根據零件的外形與尺寸來看,本零件最適合的排樣方法為有廢料排樣法中的直排。3.3.2搭邊 排樣時,沖件之間以及沖件與條料側邊之間留下的余料叫搭邊。它的作用是補償定位誤差,保證沖出合格的沖件,以及保證條料有一定剛度,便于送料。 搭邊數字取決于以下因素: a) 沖件的尺寸和形狀。 b) 材料的硬度和厚度。 c) 排樣的形式。 d) 條料的送料方法(是否有側壓板)。 e) 擋料裝置的形式(包括擋料銷,導料銷和定距側刃等形式)。3.3.3送料步距及條料寬度計算 a) 送料步距A(mm)。每次只沖一件，其步距的計算公式為： A=D+a 式中 -D沖裁件平行于送料方向上的寬度，單位為mm

17、-a沖裁件之間的搭邊值，單位為mm b) 若一模出兩件，其送料步距則是工件寬度的兩倍。 則本模具的步距為： A=D+a=66.5c) 條料寬度B（mm），當導料板之間（或兩個單邊導料銷）時，條料寬度計算按下式計算： B=（D+2a） 式中：-D沖裁件與送料方向垂直的最大尺寸，單位為mm -a1沖裁件與條料側邊之間的搭邊，單位為mm -Do板料剪裁時的下偏差，單位為mm 當條料在無側壓裝置的導料板之間送料時，條料寬度按下式計算： B=(D+2a+2o+b) 式中 -0b條料與導料板之間的間隙。 又因為所選模具有側壓裝置，所以條料寬度為： B=(D+2a)683.3.4裁板方式的確定條料大多由板料

18、剪裁而得，條料寬度一經決定，就可以裁板。板料一般都是長方形的，所以就有縱裁（沿長邊裁，也就是沿展制纖維方向裁）和橫裁（沿短邊裁）兩種方法。因為縱裁裁板次數少，沖壓時調換條料次數少，工人操作方便，生產率高，所以在通常情況下應盡可能縱裁。在以下情況可考慮橫裁： a) 板料縱裁后的條料太長，受沖壓車間壓力機排列的限制、移動不便時； b) 條料太重，超過12kg時（工人勞動強度太高）； c) 橫裁的板料利用率顯著高于縱裁時。 板料尺寸，選用1800mm*900mm*1mm標準鋼板，比較縱裁和橫裁兩種方案，選用其中材料利用率高的一種。 縱裁時，每張板料裁成條料數：n1=900/68=13條 每塊條料沖裁

19、的制件數： N2=18801/66.5=27個 每張板料沖制制件數： N=n1*n2=13*27=351個 材料利用率： &利=351*0.8*65*65/900*1800=71.9%3.3.5排樣方式設計 排樣圖是排樣設計最終的表達形式，排樣圖是編制沖壓工藝與設計模具的重要工藝文件。一張完整的模具裝配圖，在其右上角應畫出沖裁件圖及其公差，送料步距及搭邊a1a2值。 采用斜排方法排樣時，還應注明傾斜角的大小，必要時，還可用雙點劃線畫出條料在送料時定位元件的位置。對有纖維方向要求的排樣圖，則應用箭頭表示條料的級向。 ，3.4沖裁工藝力的計算3.4.1沖裁力的計算在沖壓過程中，壓力機除了要

20、克服沖裁力外，往往還需要克服卸料力、推件力、頂件力等壓力。普通平刃的沖裁模，其沖裁力一般按下式計算：F沖=KLtc式中： - F沖裁力，單位為N K系數要考慮到刃口鈍化，間隙不均勻，材料力學性能與厚度波動等因素而增加的安全系數。常取K=1.3。-L沖裁件周長，單位為mmt板料厚度，單位為mmc板料的抗剪強度，單位為Mpa，本工件為260Mpa則本零件的沖裁力為F沖=KLtc=68985.8N3.4.2卸料力、推件力和頂件力的計算卸料力卸F、推件力推F、頂件力頂F，在實際生產中常用以下經驗 公式計算：F卸=K卸F沖 F推=nK推F F頂=K頂F沖數值分別為（0.048、0.05、0.06）F沖裁

21、力 n梗塞在凹模內的沖裁件或廢料的數目n=h/t F和推F是選擇卸料裝置和頂件裝置的彈性元件的依據。 在計算沖裁所需要的總沖壓力時，應根據模具結構的具體情況去考慮卸F、推F的影響。所以得F卸=K卸F沖=3311N F頂=KF=4139N3.4.3總沖壓力的計算當采用剛性卸料和下出件的模具（如剛性卸料的單工序模或級進模等）時： F總沖=F沖+F推當采用彈壓卸料和下出件的模具（如彈壓卸料的單工序模、級進模或上模剛性推料的倒裝復合模等）時 F總沖=F沖+F推+F卸用倒裝復合模沖裁時，卸F與落料有關，推F與沖孔有關。當采用彈壓卸料和上出件的模具（如上模彈壓卸料、下模彈頂出件的單工序模或上模剛性推料的正

22、裝復合模等）時： F總沖=F沖+F頂+F卸此時，卸F與落料有關，單工序模的頂F與落料力有關，正裝復合模中與沖孔力及落料力都有關。而本零件則采用彈壓卸料和上出件的模具，所以：F總沖=F沖+F頂+F卸=76436N3.5拉深力和壓邊力的計算計算拉深力的目的是為了合理的選用壓力機和設計拉深模具。總的沖壓力為拉深力與壓邊力之和。3.5.1拉深力的計算 FL=3.14dt0k式中 -FL拉深力)(N -d筒形件的工序直徑，根據料厚中線計算，單位為mm -t材料厚度，單位為mm -bs材料抗拉強度，本工件為329MPa - k系數，硬鋁為1由上式可算出該零件的拉深力：FL=3.14dt0k=64380N3

23、.5.2壓邊力的計算在拉深過程中，壓邊圈的作用是用來防止工件邊壁或凸緣起皺的。隨著拉深深度的增加而需要的壓邊力應減少。則該零件的壓邊力為：Fy=3.14/4(D2(d+2Rd)2)p式中 -YF壓邊力)(N -D毛坯直徑，單位為mm （該零件毛坯直徑為65mm -d拉深件直徑，單位為mm - rd凹模圓角半徑，單位為mm -P單位壓邊力，單位為Mpa 得Fr=3.14/4(D2-(d+2rd)2)p=3614N所以總力為：F=F沖壓+F壓邊力（Fr）=80KN3.6計算壓力中心 對于級進模以及輪廓形狀復雜或多凸模的沖裁模，必須求出沖壓力合力的作用點即壓力中心。模具的壓力中心應與模柄的軸線重合，

24、否則會影響模具及壓力機的精度和壽命。 一切對稱沖裁件的壓力中心，均位于其輪廓圖形的幾何中心點上。對于該零件，由圖形可知壓力中心位于圓心上。3.7選擇壓力機 首先以沖裁所需的總沖壓力初步選擇壓力機，壓力機的公稱壓力必須大于所計算的總沖壓力。 在確定了模具結構及尺寸以后，還需對所選的壓力機的其它技術參數進行校核，最后才能確定所需的壓力機。選擇壓力機的型號為J23-10 。3.8 沖模的閉合高度沖模的閉合高度必須與壓力機的裝模高度相適應。當壓力機連桿調至最短時為壓力機的最大裝模高度Hmax，連桿調至最長時為最小裝模高度Hmin。沖模的閉合高度H應介于壓力機的最大裝模高度和最小裝模高度之間，其大小關系

25、為： Hmax5mm>H>Hmin+10mm如果沖模的閉合高度大于壓力機的最大裝模高度時，沖模不能在該壓力機上使用。反之，小于壓力機最小裝模高度時，可加減經過磨平的墊板。 沖模的其它外形結構尺寸也必須和壓力機相適應，如模具外形輪廓平面尺寸與壓力機墊板、滑塊底面尺寸，模柄與模柄孔尺寸，下模緩沖器平面尺寸與壓力機正整板孔尺寸等 都必須相適應，以便模具能正確安裝和正常使用。 所以加工該零件的模具閉合高度應為： 180mm-5mm>H>145mm+10mm則H值為：175mm>H>155 所以H取175mm4 模具主要零部件的結構設計 4.1凹模的結構設計 4.1.

26、1凹模洞口形狀的選擇 直壁式的孔壁垂直于頂面，刃口尺寸不隨修磨刃口增大。故沖件精度較高，刃口強度較高，刃口強度也較好。直壁式刃口沖裁時磨損大，洞口磨損后會形成倒錐形，因此修磨的刃磨量大，總壽命低。 如圖4.1所示的洞口形狀適用于沖件形狀簡單，材料較薄的復合模，所以本模具選用此形狀的洞口形狀。 4.1.2凹模的外形尺寸凹模的外形尺寸應保證凹模有足夠的強度和剛度。凹模的厚度還應考慮修磨量。凹模的外形尺寸一般是根據沖件材料的厚度和沖裁的最大外形尺寸來確定的。凹模的厚度：H=kb(>5mm)凹模的壁厚：c=(1.5-2)H(>510mm)式中 -b沖裁件的最大外形尺寸 -k系數，考慮板料厚

27、度的影響，本模具的系數取K=0.22則凹模厚度 H=kb=14.3 則取 H=22所以 C=1.5H=1.5*5=7.5mm則凹模的外形尺寸的長與寬為： L=B=b+2c=80mm根據模具結構和工件尺寸的要求，凹模的實際尺寸如圖4.3所示：4.1.3凹模的主要技術要求凹模的型孔軸線與頂面應保持垂直。凹模的底面與頂面應保持平行。 為了提高模具壽命與沖裁件精度，凹模的底面和型孔的孔壁光滑，表面粗糙度為Ra=0.80.4um，底面與銷孔的為Ra=1.60.8um。 凹模的材料與凸模一樣，其熱處理硬度應略高于凸模，達到6064HRC。4.2 凸模和凸凹模的結構設計 根據凸凹模的工作要求及結構特點，以及

28、工作的尺寸，拉深凸模和凸凹模的實際尺寸如圖4.4和圖4.5所示： 4.3 定位零件4.3.1 條料方向的控制 條料的送料方向一般都是靠著導料板或導料銷一側導向送料，以免送偏。用導料銷控制送料方向時，一般要用兩個。由于本沖壓模具采用手工送料，為此，不可以省去側壓裝置。手工直接送料進入凸模刃口。4.3.2 擋料銷的選擇 固定擋料銷分為圓形與鉤形兩種。一般裝在凹模上，活動擋料銷，其常用于倒裝復合模中，裝于卸料板上可以伸縮。由于本模具裝置要求簡單，所以可以采用圓形擋料銷，因為其結構簡單，制造加工方便。4.4彈性卸料裝置 彈性卸料裝置一般由卸料板、彈性元件（彈簧或橡皮）和卸料螺釘組成。常用于沖裁厚度小于

29、1.5mm的板料，由于有壓料作用，沖裁件平整。廣泛用于復合模中。卸料板與凸模之間的單邊間隙取（0.10.2）t。4.5剛性推件裝置常用于倒裝復合模中的推件裝置，裝于上模部分。將沖出的工件或落料從上模的凹模型孔內向下推出使用的裝置稱為推件裝置。剛性推料裝置推件力大，工件可靠，便于維修。4.6 彈簧的選用在選用時必須同時滿足沖裁工藝（包括力和行程）和沖模結構的要求，圓柱螺旋壓縮彈簧已經標準化了，每個型號彈簧的主要技術參數是能承受的工作極限負荷Fj與其相對應的工作極限符合下的變形量Lj。設計模具時，根據所需的卸料力或推件力以及所需的最大壓縮行程Lo來計算Fj與Lj，然后在標準中選用相應規格的彈簧。選

30、用步驟如下：(1) 根據模具結構與尺寸，確定可裝置彈簧的數目n，本模具安裝8個彈簧。(2) 計算每個彈簧的卸料或頂件載荷F卸=F卸/n,F卸也就是卸料或頂料裝置中每個彈簧所受的預壓力。則本模具中彈簧的卸料載荷F卸=3311/8=413N(3) 計算卸料或頂件時所需的最大壓縮行程L.L=h1+t+h2+h3式中 -h1卸料板高出凸模端面的高度，一般為1mm -h2凸模進入凹模的深度，一般為0.51mm -h3凸模的總修磨量，一般為410mm-t沖裁件厚度mm所以本模具卸料時所需的最大壓縮行程oL為：L=h1+t+h2+h3=10mm(4) 計算所需彈簧的工作極限負荷下的變形量Lj由虎克定律：Fa

31、/L=Fi/Li L+Lo<Li令L=KL='，一般取K為60%左右，對于沖裁模，K可取大些，對于拉深或彎曲模，K要取小些。則 F卸/KLi=Fi/Li于是 Fi=F卸/K由 Li=L+Lo=KLi+Lo于是 Li=Lo/1K由上述兩式和已知'Fa與Lo，求出Fj與Lj。則本模具為：Fi=413/0.6=689NLi=10mm/10.6=25mm (5) 根據求出jF與jL從標準中選擇彈簧型號。 則應選彈簧為：5*30*100´´ GB2089804.7 導柱與導套 在選用時應注意導柱的長度，應保證沖模在最低工作位置時，導柱上端面與上模座頂面的距離不小于1015mm。而下模座底面與導柱底面的距離應為0.51mm。 導柱與導套之間的配合根據沖裁模的間隙大小選用。當沖裁板厚在0.8mm以下的模具時，選用H6/