1、課 程 設 計課程名稱沖壓工藝及模具設計題目名稱齒輪螺栓墊圈沖裁工藝及模具設計學生學院材料與能源學院_專業班級_材料成型及控制工程 _材料加工0801班_學 號_學生姓名_*_ 指導教師_廖毅娟_ 2011 年 6 月28 日廣東工業大學課程設計任務書題目名稱齒輪螺栓墊圈沖裁工藝及模具設計學生學院材料與能源學院專業班級材料成型及控制工程材料加工0801班姓 名學 號一、課程設計的內容1、沖壓工藝設計：包括工藝分析、方案選擇、工藝計算、模具結構尺寸的確定，壓力機的選擇等；2、模具結構及其零部件設計：設計一道工序的沖模，繪制沖模總裝配圖及主要零件圖（指導老師指定）；3、編寫沖壓工藝過程卡；4、編寫

2、設計計算說明書，用本校設計說明書專用紙書寫或A4紙打印，并裝訂成冊。二、課程設計的要求與數據工藝方案合理、設計計算正確；模具圖紙整潔、布局合理、圖紙標注等符合國標；設計說明書要求書寫工整、條理清晰、數據可靠、計算準確、格式等符合學校統一要求；獨立按時完成設計任務。課程設計圖紙工作量約1.5張零號圖紙（包括工藝卡片）；設計說明書2025頁。課程設計時間共1.5周。三、課程設計應完成的工作1、制定沖壓件的工藝過程，包括分析零件的沖壓工藝性，擬訂沖壓件的工藝方案，確定合理的排樣形式、裁板方法，并計算材料的利用率；2、模具設計，包括模具類型及結構形式的確定，模具零件的選用、設計、計算，繪制模具總裝配圖

3、，模具零件圖等；3、編寫完整的設計計算說明書。四、課程設計進程安排序號設計各階段內容地點起止日期1布置題目，工藝分析與工藝計算2工藝方案比較與模具結構草圖6.243繪制模具總裝配圖，繪制零件圖4編沖壓工藝卡6.295書寫設計說明書6.306答辯7.1五、應收集的資料及主要參考文獻1、沖壓工藝及模具設計課程設計指導書；2、沖裁工藝與模具設計、彎曲工藝與模具設計、拉深工藝與模具設計等；3、沖模設計圖冊。發出任務書日期： 2011 年 6 月 22 日 指導教師簽名：計劃完成日期： 2011 年 7月 1 日 基層教學單位責任人簽章：主管院長簽章：目錄一、產品零件圖及說明、要求 5二、沖壓件工藝性分

4、析 5三、沖裁工藝方案及模具類型的確定 5四、零件工藝計算 61、刃口尺寸計算 6（1）落料件尺寸的基本計算 6（2）沖孔件基本尺寸的計算 8（3）中心距 92、排樣計算 93、沖壓力計算 114、壓力中心計算 11五、沖壓設備的選用 12六、模具零部件結構的確定 121、模具總體設計 12（1）導料方式的選擇與設計 12（2）卸料、出件方式的選擇及設計 12（3）導向方式的選擇 13（4）擋料件的設計 142、卸料裝置中彈性元件的計算 153.確定各主要零件結構尺寸 16（1) 凹模外形尺寸的確定 16（2) 凸模長度Lp的確定 164.標準模架的選用 175.其他零部件結構 17(1)凸模

5、固定方式17（2）模柄的選用 18（3）模具材料的選擇 18七、模具總裝圖 18（1）、模具的裝配圖 18（2）、模具零件加工工藝 19（3）、模具的裝配 19八、設計小結20九、參考文獻21一、產品零件圖及說明、要求二、沖壓件工藝性分析三、沖裁工藝方案及模具類型的確定四、零件工藝計算1.刃口尺寸計算2.排樣計算3.沖壓力計算4.壓力中心計算五、沖壓設備的選用六、模具零部件結構的確定1、模具總體設計2、卸料裝置中彈性元件的計算3.確定各主要零件結構尺寸4.標準模架的選用5.其他零部件結構七、模具總裝圖八、設計小結九、應收集的資料及主要參考文獻一、產品零件圖及說明、要求數據如圖1所示，大批量生產

6、，材料為Q235，t=1mm。零件圖如下：圖一 產品零件圖二、沖壓件工藝性分析（1）材料：Q235為普通碳素結構鋼，具有較好的沖裁成形性能。（2）零件結構：零件結構簡單對稱，無尖角，對沖裁加工較為有利。零件中有兩圓孔，孔的最小尺寸為11mm，滿足沖裁最小孔徑mm的要求。另外，經計算孔距零件外形之間的最小孔邊距為4.5mm，滿足沖裁件最小孔邊距mm的要求。所以該零件的結構滿足沖裁的要求3、尺寸精度：零件圖上未標注公差的尺寸屬于自由尺寸，可按IT14級確定工件尺寸的公差。查公差表2-3可得各尺寸公差為：零件外形：720-0.74mm 170-0.43mm 200-0.52mm 50-0.30R10

7、0-0.36mm R10-0.25mm R1.50-0.25mm R2.50-0.25mm孔內形：110+0.43 mm孔心距：40±0.31mm結論：適合沖裁。三、沖裁工藝方案及模具類型的確定該零件包括落料、沖孔兩個基本工序，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。方案二：落料沖孔復合沖壓，采用復合模生產。方案三：沖孔落料連續沖壓，采用級進模生產。方案一模具結構簡單，但需兩道工序、兩副模具，生產效率低，零件精度較差，在生產批量較大的情況下不適用。方案二只需一副模具，沖壓件的形位精度和尺寸精度易保證，且生產效率高。盡管模具結構較方案一復雜，但由于零件的幾何

8、形狀較簡單，模具制造并不困難。方案三也只需一副模具，生產效率也很高，但與方案二比生產的零件精度稍差。欲保證沖壓件的形位精度，需在模具上設置導正銷導正，模具制造、裝配較復合模略復雜。所以，比較三個方案欲采用方案二生產。現對復合模中凸凹模壁厚進行校核，當材料厚度為1mm時，可查表2-24得凸凹模最小壁厚為2.7mm，現零件上的最小孔邊距為4.5mm，所以可以采用復合模生產，即采用方案二。四、零件工藝計算1.刃口尺寸計算根據零件形狀特點，刃口尺寸計算采用分開制造法。（1）落料件尺寸的基本計算落料模先確定凹模刃口的尺寸，其標稱尺寸應取接近或等于制件的最小極限尺寸，以保證凹模磨損到一定尺寸范圍內，也能沖

9、出合格制件，凸模刃口的標稱尺寸比凹模小一個最小最小合理間隙。其計算公式為：尺寸720-0.74mm，有表2-5可查得凸、凹模最小間隙Zmin=0.120mm，最大間隙Zmax=0.180mm，凸模制造公差mm，凹模制造公差mm，查得系數x=0.5。將以上各值代入ZmaxZmin校驗是否成立，經校驗，不等式成立，所以可按上式計算工作零件刃口尺寸。即 Dd1=(720. 5×0.74)0+0.03mm=71.630+0.03mmDp1=(71.630.12)0-0.02mm=71.510-0.02mm尺寸1700.43mm，可查得凸模制造公差mm，凹模制造公差mm,查得系數x=0.5。將

10、以上各值代入校驗是否成立，經校驗，不等式成立，所以可按上式計算工作零件刃口尺寸。 即 尺寸200-0.52mm，可查得凸模制造公差mm，凹模制造公差mm，查得系數x=0.5。將以上各值代入校驗是否成立，經校驗，不等式成立，所以可按上式計算工作零件刃口尺寸。 即 尺寸50-0.30mm，可查得凸模制造公差mm，凹模制造公差mm, 查得系數x=0.75。將以上各值代入校驗是否成立，經校驗，不等式成立，所以可按上式計算工作零件刃口尺寸。 即 尺寸R100-0.36mm，可查得凸模制造公差mm，凹模制造公差mm, 查得系數x=0.5。將以上各值代入校驗是否成立，經校驗，不等式成立，所以可按上式計算工作

11、零件刃口尺寸。 即 尺寸R10-0.25mm，可查得凸模制造公差mm，凹模制造公差mm，查得系數x=0.75。將以上各值代入校驗是否成立，經校驗，不等式成立，所以可按上式計算工作零件刃口尺寸。 即 尺寸R1.50-0.25mm，可查得凸模制造公差mm，凹模制造公差mm, 查得系數x=0.75。將以上各值代入校驗是否成立，經校驗，不等式成立，所以可按上式計算工作零件刃口尺寸。 即 尺寸R2.50-0.18mm，可查得凸模制造公差mm，凹模制造公差mm, 查得系數x=0.75。將以上各值代入校驗是否成立，經校驗，不等式成立，所以可按上式計算工作零件刃口尺寸。 即 （2）沖孔件基本尺寸的計算 沖孔模

12、先確定凸模刃口尺寸，其標稱尺寸應取接近或等于制件的最大極限尺寸，以保證凸模磨損到一定尺寸范圍內，也能沖出合格的孔，凹模刃口的標稱尺寸應比凸模大一個最小合理間隙。尺寸110+0.43，查得其凸模制造公差，凹模制造公差。經驗算，滿足不等式，查得系數x=0.5,因該尺寸為單邊磨損尺寸，所以計算時沖裁間隙減半，得（3）中心距：尺寸40±0.31mm2.排樣計算沖裁件在板、條等材料上的布置方法稱為排樣。排樣的合理與否，影響到材料的經濟利用率，還影響到模具結構、生產率、制件質量、生產操作方便與安全等。因此，排樣是沖裁工藝與模具設計中一項很重要的工作。分析零件形狀，應采用單直排的排樣方式，零件可能

13、的排樣方式有圖2所示兩種。 a b 圖二 零件可能的排樣方法比較方案a和方案b，方案b所裁條料寬度過窄，剪板時容易造成條料的變形和卷曲，所以應采用方案a。現選用4000mm×1000 mm的鋼板，則需計算采用不同的裁剪方式時，每張板料能出的零件總個數。（1）裁成寬78.4mm、長1000mm的條料，則一張板材能出的零件總個數為（2）裁成寬78.4mm、長4000mm的條料，則一張板材能出的零件總個數為比較以上兩種裁剪方法，應采用第1種裁剪方式，即裁為寬81.4mm、長1000mm的條料。其具體排樣圖如圖3所示。圖3 零件排樣圖3.沖壓力計算計算沖裁力的主要目的是為了合理選擇壓力機和設

14、計模具，壓力機的噸位必須大于所計算的沖裁力，以適應沖裁的要求。沖裁力的大小主要與材料力學性能、厚度及沖裁件分離的輪廓長度有關。可知沖裁力基本計算公式為： 式中 沖裁件周邊長度（）材料厚度（）材料抗剪強度（MPa） K系數。考慮到模具刃口的磨損，模具間隙的波動，材料力學性能的變化及材料厚度偏差等因素，一般取K=1.3。此例中零件的周長為268.68mm，材料厚度1mm，Q235鋼的抗剪強度取350MPa，則沖裁該零件所需沖裁力為模具采用彈性卸料裝置和推件結構，所以所需卸料力和推件力為則零件所需得沖壓力為初選設備為開式壓力機J2325。4.壓力中心計算如圖，根據圖形分析，因為工件圖形左右對稱，故零

15、件壓力中心在y軸上；但零件的上下不對稱，故其壓力中心不在x軸。由平衡條件，經計算得：x1=Li*Xi/Li=(2×1/2×-2.5)×0+6×2.5-6×2.5-20×10+17.5×10+7×13.5×2+5×17+×11×0/(2×1/2×+6×2+20+17.5+7×2+5+×11)=1.5mm 圖四 零件壓力中心五、沖壓設備的選用先用沖床的公稱壓力應大于計算出的總壓力F總=148.5KN，最大閉合高度應大于沖模閉合高度

16、+5mm；工作臺臺面尺寸應能滿足模具的正確安裝。按上述要求，結合工廠實際，可選用J23-25開式可傾壓力機。并需要在工作臺面上配置墊塊，起緩沖作用，墊塊實際尺寸可配置。壓力機主要技術參數如下：公稱壓力：250kN滑塊行程：80mm最大閉合高度：250 mm閉合高度調節量：70 mm滑塊中心線到床身距離：190mm工作臺尺寸：3680 mm×560 mm工作臺孔尺寸：130 mm×260 mm模柄孔尺寸：50 mm×70 mm墊板厚度：50 mm六、模具零部件結構的確定1、模具總體設計（1）導料方式的選擇與設計因為該模具采用的是調料，控制調料的送進方向采用導料板，無

17、側壓裝置。控制條料的送進步距采用擋料銷初定距，導正銷精定距。而第一件的沖壓位置因為條料長度有一定余量，可以靠操作工目測來定。導料板的內側與條料接觸，外側與凹模齊平，導料板與條料之間的間隙取1mm，這樣就可確定了導料板的寬度，導料板的厚度按取4mm。導料板采用45鋼制作，熱處理硬度為4045HRC，用螺釘和銷釘固定在凹模上。（2）卸料、出件方式的選擇及設計因為工件料厚為1.0mm，相對較薄，卸料力也比較小，故可采用彈性卸料；又因為是復合模生產，所以采用上出件比較便于操作與提高生產效率。1）卸料板的設計  卸料板的設計 卸料板的周界尺寸與凹模的周界尺寸相同，厚度為12mm。&#

18、160;卸料板采用45鋼制造，淬火硬度為4045HRC。 卸料螺釘的選用卸料板上設置4個卸料螺釘，公稱直徑為12mm，螺紋部分為M10×10mm。2）推件塊的設計由于模具采用正裝，零件采用上出方式，故零件在沖裁后需要頂出，使其跟隨上模運動，故設計推件塊。推件塊的各尺寸和形狀如圖五所示： 圖五 推件塊 （3）導向方式的選擇為了提高模具壽命和工件質量，方便安裝調整，該復合模采用后置導柱導向方式，便于進料，操作方便，導柱導套的配合精度為H6/h5或H7/H6。如圖六所示： 圖六 導柱導套（4）擋料件的設計 擋料件的作用是給予條料或帶料送料時以確定進距。主要形式有固定擋料

19、銷、活動擋料銷、自動擋料銷、始用擋料銷和定距側刀等。根據零件的形狀及送料方式，該模具采用固定擋料銷方式進行擋料。擋料銷的直徑D=15mm。如圖七所示： 圖七 固定擋料銷    2、卸料裝置中彈性元件的計算模具采用彈性卸料裝置，彈性元件選用橡膠，其尺寸計算如下：（1）確定橡膠的自由高度得 H0=3.8×9=35mm即得橡膠的自由高度為35mm。（2）確定橡膠的橫截面積查得矩形橡膠在預壓量為10%15%時的單位壓力為0.6MPa，所以（3）確定橡膠的平面尺寸根據零件的形狀特點，橡膠墊的外形應為矩形，中間開有矩形孔以避讓凸模。結合零件的具體尺寸，橡膠

20、墊中間的避讓孔尺寸為82 mm×30mm，外形暫定一邊長為140mm，則另一邊長b為（4）校核橡膠的自由高度為滿足橡膠墊的高徑比要求，將橡膠墊分割成四塊裝入模具中，其最大外形尺寸為70mm，所以橡膠墊的高徑比在0.51.5之間，所以選用的橡膠墊規格合理。橡膠的裝模高度約為0.85×35 mm =30mm。單塊橡膠的尺寸和形狀如圖八所示： 圖八 橡膠3.確定各主要零件結構尺寸（1) 、凹模外形尺寸的確定圓形凹模可由冷沖壓國家標準或工廠標準中選用。非標準尺寸的凹模受力狀態比較復雜，目前還不能用理論計算方法計算，一般按經驗公式概略地計算。1）、凹模高度H的確定：H=Kb式中 b沖

21、壓件最大外形尺寸K系數，考慮板材厚度的影響；查表得K的值為0.28故得H=0.28×72=21mm。2）、凹模壁厚C的確定： C=（1.52）H=1.8×21=38mm3）、凹模長度Ld的確定：Ld=l+2C=72+2×38=148mm4）、凹模寬度Bd的確定：Bd=b+2(C+12)=27+2×40=107mm（2)、 凸模長度Lp的確定 凸模的長度一般是根據結構上的需要確定的。Lp=h1+h2+a 式中 h1固定板的厚度（mm）; h2固定卸料板的厚度（mm）; a 附加長度，它包括凸模的修模量、凸模進入凹模的深度及凸模固定板與卸料板的安全距離。這一

22、尺寸如無特殊要求，可取1020mm。1）、上模中凸模長度確定：考慮到上模中凸模的固定困難，需要用化學連接的方法進行連接，故取固定板的厚度h1=25mm；同時考慮到卸料裝置中橡膠的高度，故取a=30mm；卸料板的厚度取h2=12mm；得Lp1=h1+h2+a=25+12=30=67mm2）、下模中凸模長度的確定下模中凸模為圓形件，可選用冷沖模國家標準或工廠標準；Lp2=h1+h2+a=12+21+7=40mm4.標準模架的選用標準模架的選用依據為凹模的外形尺寸，所以應首先計算凹模周界的大小。根據以上的計算，得凹模長度Ld=148mm，凹模寬度Bd=107mm。按以確定的模具形式及參數，模具采用后

23、置導柱模架，考慮模具的進料方式及下模中凹模與凸模的連接形式，可查得模架規格為：上模座160mm×160mm×40mm下模座160mm×160mm×45mm導柱28mm×150mm導套28mm×100mm×38mm墊板 160mm×160mm×8mm凸模固定板 160mm×160mm×25mm凹模 160mm×160mm×40mm卸料板 160mm×160mm×12mm5.其他零部件結構 (1)凸模固定方式由于凸模形狀復雜，難以加工成階梯狀，故凸模

24、的固定采用低熔點合金或高分子塑料的化學結合方法。這種方法是在固定板與凸模連接處留有空槽，裝配時將凸模與凹模、凸模與凸模固定板的間隙調整好，然后在空槽上倒入低熔點合金，當合金冷卻后體積膨脹，即把凸模固定。如圖九所示： 圖九 凸模固定方式（2）模柄的選用模柄采用凸緣式模柄，根據設備上模柄孔尺寸，選用規格B50×100的模柄。（3）模具材料的選擇凹模、凸模、鑲塊等非標準模具零件材料為Cr12、Cr12MoV,淬火加低溫回火硬度>=58HRC； 各種模板、墊塊、固定板、支撐塊、壓塊、擋塊等材料選T10A，熱處理后硬度>=55HRC。七、模具總裝圖（1）模具的裝配圖通過以上設計，可

25、得到如圖十所示的落料沖孔復合模的模具總裝圖。模具上模部分主要由上模板、推板、推桿、墊板、凹凸模、凸模固定板及卸料板等組成。卸料方式采用彈性卸料，以橡膠為彈性元件。下模部分由下模座、凹模板、導料板、推件塊、凸模等組成。沖孔成品件由推件塊推出，廢料由上模推桿推出。條料送進時采用活動擋料銷作為粗定距，由于條料留有搭邊，故以導料板作為條料送進的導向。操作時上模未合上時，把條料抬起向前移動，用落料孔套在活動擋料銷上，并向前推緊，沖壓時上模的凹凸模一起作用在調料板上，使成型件分離。沖壓完成后，由下模的推件塊將制件推出，并由人工或其他機器手取出。廢料則通過上模的推板推動推桿將其推出上模的凹凸模，再通過其他方

26、式取出。圖十 模具裝配圖（2）、模具零件加工工藝本副沖裁模，模具零件加工的關鍵在工作零件、固定板、推件塊以及卸料板，若采用線切割加工技術，這些零件的加工就變得相對簡單。（3）、模具的裝配根據復合模裝配要點，選凹模作為裝配基準件，先裝下模，再裝上模，并調整間隙、試沖、返修。八、設計小結通過一個多星期的辛苦奮斗，終于完成了這次的課程設計。通過這次課程設計，把先修課程（機械制圖，機械制造，機械設計，沖壓成型工藝學，模具材料與熱處理）中所學到的理論知識在實際的設計工作中綜合地加以運用。使這些知識得到鞏固發展，初步培養了我冷沖壓模具設計的獨立工作打下良好基礎，樹立正確的設計思路。剛開始做課程設計的時候，

27、我有種無從下手的感覺！通過不斷翻書和同學討論過程中，不斷認識到零件的結構以及模具的構造。在這短短的十幾天里，從白紙到完成模具總裝圖，零件圖，設計說明書。學到很多原本學到的但不是很懂的知識，了解了一些設計的原理和過程。例如，沖裁模具設計一般步驟：（1）、沖壓件工藝性分（2）、沖裁工藝方案及模具類型的確定（3）、零件工藝計算（4）、沖壓設備的選用（5）、模具零部件結構的確定還有更多的知識，在這里不做過多的敘述。本次課程設計，不僅培養了我們正確的設計思想；同時也讓我們掌握了工程設計的一般程序和方法，鍛煉了我們綜合運用知識的能力。通過翻查和閱讀各種技術資料及手冊，我不僅學會思考和探討模具設計領域的各種問題，而且學會了對零件進行全面的分析。雖然在設計過程中遇到很多問題與麻煩，但通過輔導老師的耐心教導和幫助，克服了這些困難。在此，我向一直幫助我的各位輔導老師道一聲：謝謝！在這次設計中，我總結了：要學會親自去嘗試，不要害怕失敗。失敗也是一份財富，經歷也