目錄一、設(shè)計(jì)要求 21.設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求： 2二、沖裁方案的確定 3三、零件工藝分析 33.1材料分析 33.2結(jié)構(gòu)分析 33.3精度分析 3四、零件工藝計(jì)算 34.1零件坯料尺寸計(jì)算 34.2排樣設(shè)計(jì)與計(jì)算 34.3沖裁力計(jì)算 44.4確定模具壓力中心 54.5凸、凹模刃口尺寸計(jì)算 54.5.1刃口尺寸計(jì)算的一般原則 54.5.2刃口尺寸計(jì)算方法 64.5.3落料-沖孔模刃口尺寸的計(jì)算 6五、模具零部件結(jié)構(gòu)的確定 75.1確定凹模外形尺寸，選擇標(biāo)準(zhǔn) 75.2沖模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 75.2.1模具結(jié)構(gòu)型式分析 85.2.2模具主要零部件的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì) 8六、沖壓設(shè)備選擇 96.1模具的工作過程 96.2壓力機(jī)選擇 106.2.1沖壓設(shè)備的選擇原則 106.2.2選擇壓力機(jī)及壓力機(jī)參數(shù) 10七、沖壓模具工件的機(jī)械加工 107.1沖壓工作零件的技術(shù)要求 107.2沖模工作零件的熱處理 117.3沖模工作零件機(jī)械加工工藝過程 117.3.1凸模加工工藝工程 117.3.2凹模加工工藝過程 11八、模具裝配 118.1沖模裝配 118.2沖模的安裝 13參考文獻(xiàn) 13一、設(shè)計(jì)要求1.設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求：工件如下圖，材料為08F，料厚2mm。設(shè)計(jì)成型該零件的模具。零件圖零件三維圖二、沖裁方案的確定該工件包括落料、沖孔、拉深三個(gè)基本工序，可有以下三種工藝方案：方案一：沖孔、落料、拉深分開進(jìn)行。采用單工序模生產(chǎn)，三套模具。方案二：落料—沖孔復(fù)合沖壓，再進(jìn)行拉深。采用復(fù)合模生產(chǎn)，兩套模具。方案三：沖孔落料拉深復(fù)合沖壓。采用復(fù)合模生產(chǎn)，一套模具。方案一模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但需要三道工序三副模具，成本高而生產(chǎn)率低，難以滿足中批量生產(chǎn)要求。方案二需兩副模具，但模具設(shè)計(jì)方便簡(jiǎn)單，工件的精度和生產(chǎn)效率都較高。方案三只需一副模具，生產(chǎn)效率高，操作方便，但對(duì)奴家設(shè)計(jì)要求及生產(chǎn)精度要求高，不方便生產(chǎn)。通過對(duì)上述三種方案的分析比較，成形該零件采用方案二復(fù)合模具分步成形。本次只設(shè)計(jì)沖孔落料復(fù)合模。三、零件工藝分析3.1材料分析該零件的材料是08F，是沸騰鋼，板厚為2mm，具有良好的可沖壓性能。3.2結(jié)構(gòu)分析該零件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工藝性比較好。整個(gè)零件的結(jié)構(gòu)工藝性好。為簡(jiǎn)單環(huán)形沖裁件。結(jié)論：適合沖壓。3.3精度分析由于零件設(shè)計(jì)要求未注公差要求，故公差等級(jí)采用IT10,設(shè)計(jì)模具時(shí)采用IT8級(jí)制造。斷面粗糙度只要不影響工件的裝配與使用，取其自然的斷面粗糙度，Ra=12.5-50，最高Ra=6.3。由以上分析可知，該零件可以用普通沖裁的加工方法制得。四、零件工藝計(jì)算4.1零件坯料尺寸計(jì)算零件為由凸緣拉深件，故坯料計(jì)算如下：再加上拉深切邊余量ΔR=3mm，故取D=67mm。4.2排樣設(shè)計(jì)與計(jì)算沖裁件在條料上的布置方法稱為排樣。排樣設(shè)計(jì)包括選擇排樣方法、確定搭邊值、計(jì)算條料寬度和送料步距，計(jì)算材料利用率，畫排樣圖。排樣方法的選擇根據(jù)對(duì)所給零件的分析，采用直排有廢料排樣方式，這樣可以保證沖件質(zhì)量，提高模具壽命。可以補(bǔ)償送料誤差，以保證沖出合格工件；保持條料剛度利于送料，避免廢料絲進(jìn)入模具間隙損壞模具。計(jì)算沖裁件面積：由軟件可求出沖裁件面積A=3071.705mm2。查表3-10[2]得到，工件間a=1.5mm,搭邊a1=1.8mm步距和條料寬度的計(jì)算步距H=67mm+1.5mm=68.5mm條料寬度B=67mm+1.8×2mm=70.6mm材料利用率的計(jì)算一個(gè)步距的材料利用率：η=(nA/（BH）)×100%=(1×3071.705÷（68.5×70.6）)×100％=63.5％排樣圖如圖3-1所示：圖3-1排樣圖4.3沖裁力計(jì)算平刃沖模沖裁時(shí)，沖裁力F0＝Ltτ，但考慮到模具刃口的磨損，模具間隙的波動(dòng)，材料機(jī)械性能變化和材料厚度偏差等因素，實(shí)際所需沖裁力必須增大30％，即：F=1.3F0=Ltσb查表1-1[2]τ=295MPa落料：落料力：F落=Ltσb得：124.1×103N卸料力：F卸=kF落得：7.5×103N沖制件中間小孔：查表2-10[2]k1=0.06由經(jīng)驗(yàn)選取n=2查表2-10[2]k1=0.055沖孔力：F沖=Ltσb得：44.5×103N卸料力F卸：F卸=k1F沖得：2.7×103N推件力F推：F推=nk2F沖得：4.9×103N選擇沖床的總壓力落料-沖孔的總壓力：F總1=F=184×103N4.4確定模具壓力中心該制件形狀簡(jiǎn)單，左右對(duì)稱，其壓力中心就在其幾何中心上，壓力中心如圖3-2所示。圖3-2壓力中心示意圖4.5凸、凹模刃口尺寸計(jì)算4.5.1刃口尺寸計(jì)算的一般原則刃口尺寸應(yīng)保證沖出合格零件由于落料件的實(shí)際尺寸基本與凹模刃口尺寸一致，所以落料時(shí)應(yīng)先計(jì)算凹模刃口尺寸，以獲得合理的沖裁間隙值。而沖孔時(shí)孔的實(shí)際尺寸基本與凸模刃口尺寸一致，因此應(yīng)先計(jì)算凸模刃口尺寸，合理沖裁間隙值依靠改變凹模刃口尺寸獲得。刃口磨損一些仍能沖出合格工件隨著沖裁件數(shù)量的增加，凸模與凹模的刃口在不斷磨損，并不斷改變?nèi)锌诔叽纭Ｖ灰p量不超過一定范圍，模具應(yīng)仍能沖出合格工件。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)取最小合理沖裁間隙隨著凸模與凹模刃口磨損量的不斷增大，沖裁間隙也將不斷增大。所以設(shè)計(jì)模具時(shí)，沖裁間隙應(yīng)取其允許的最小值Zmin。應(yīng)注意到，凸模與凹模刃口尺寸的制造公差影響沖裁間隙的大小。所以刃口尺寸的計(jì)算與處理既要保證沖出合格的工件，又要保證合理的沖裁間隙值。4.5.2刃口尺寸計(jì)算方法常用的計(jì)算刃口尺寸方法有兩種：一是凸模與凹模分別注出各自的基本尺寸及其公差，簡(jiǎn)稱公差法制模；二是只有基準(zhǔn)件（落料時(shí)為凹模，沖孔時(shí)為凸模）注出基本尺寸及其制造公差，而配作件（落料時(shí)為凸模，沖孔時(shí)為凹模）則只注與基準(zhǔn)件相同的基本尺寸，不注公差，在技術(shù)要求中注明配作時(shí)應(yīng)達(dá)到的合理沖裁間隙值Zmin，簡(jiǎn)稱為配作法制模。4.5.3落料-沖孔模刃口尺寸的計(jì)算查表，材料是08F，料厚2mm的初始雙面間隙為：Zmax=0.18mm,Zmin=0.13mm對(duì)于精度為IT10的工件，磨損系數(shù)χ=0.5對(duì)落料Φ40我們采用凸、凹模分開加工的方法來計(jì)算，查表3-11[2]得凸凹模的制造公差：δp=0.020mm,δd=0.030mm，查表3-1[2]得工件公差Δ=1mm校核：Zmax-Zmin=0.18mm-0.13mm=0.05mmδp+δd=0.02mm+0.03mm=0.05mm滿足δp+δd≤Zmax-Zmin表3-2外形落料刃口尺寸計(jì)算基本尺寸公差公式結(jié)果備注Φ671mm66.5+0.030066.870-0.03對(duì)沖孔Φ15，采用凸、凹模分開加工的方法。查表2-10[2]得凸凹模的制造公差：δp=0.020mm,δd=0.030mm查表3-1[6]得工件公差Δ=0.62mm校核：Zmax-Zmin=0.18mm-0.15mm=0.05mmδp+δd=0.02mm+0.03mm=0.05mm滿足δp+δd≤Zmax-Zmin表3-3中間大孔刃口尺寸計(jì)算基本尺寸公差公式結(jié)果備注Φ240.62mm24.50-0.03五、模具零部件結(jié)構(gòu)的確定5.1確定凹模外形尺寸，選擇標(biāo)準(zhǔn)凹模的輪廓尺寸，因其結(jié)構(gòu)型式不一，受力狀態(tài)各不相同，目前還不能用理論計(jì)算方法確定，在生產(chǎn)中，通常根據(jù)沖裁件尺寸和板料厚度，憑經(jīng)驗(yàn)概略地加以計(jì)算。凹模的外形結(jié)構(gòu)與輪廓尺寸表3-5凹模的外形結(jié)構(gòu)與輪廓尺寸項(xiàng)目公式結(jié)果取值備注凹模高度23.15mm30mm查表8-3[2]k=0.20凹模壁厚c=1.5H3440凹模周界尺寸150x150160×160標(biāo)準(zhǔn)模架的選取根據(jù)凹模周界尺寸，L=1600mmB=160mm查表5-10[2]選取二導(dǎo)柱模架，確定模架的標(biāo)準(zhǔn)尺寸。其中，上模座：254×240×40下模座：254×240×45導(dǎo)柱：A28h5×150導(dǎo)套：A28H6×90×38其他零件也從標(biāo)準(zhǔn)件中選取。5.2沖模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)5.2.1模具結(jié)構(gòu)型式分析根據(jù)工件可選用落料和沖孔復(fù)合模具。復(fù)合模是在壓力機(jī)的一次行程內(nèi)在模具的一個(gè)工位上完成兩道或兩道以上沖壓工序的模具，是一種多工序沖壓模具。復(fù)合模與單工序模相比，主要優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)效率和沖壓件精度高；其缺點(diǎn)是模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不易制造。它適合精度要求較高的軟材料或薄板料沖壓件。落料和沖孔的復(fù)合模。適用用于圓形工件。沖壓時(shí)上模下行，使凸凹模與落料凹模、工件和凸模接觸，從而成型工件。上模回程后由推件和卸料板將沖壓件推出。5.2.2模具主要零部件的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)圓形凸模中間大孔為圓形，選用圓形凸模。凸模做成階梯形，用以增加強(qiáng)度。凸模用凸模固定板和凸模墊板模座連接在一起，凸模墊板，凸模固定板用內(nèi)六角螺釘與上模座連接在一起。凸模由于工件上孔位比較多，為保證沖裁精度，采用直通式凸模。凸模用柳接形式固定在凸模固定板上，凸模墊板，凸模固定板用內(nèi)六角螺釘與上模座連接在一起。凹模凹模由內(nèi)六角螺釘和圓柱銷固定在上模座上。刃口選用直筒形，刃口強(qiáng)度較高，刃磨后工作部分尺寸不變。為保證工件的平整性，在該凹模內(nèi)安裝護(hù)板，有利于提高沖壓質(zhì)量，適合沖壓形狀復(fù)雜的工件。最大缺點(diǎn)每次沖壓后，工件或廢料在凹模內(nèi)，會(huì)增加孔壁磨損。凸凹模凹模由內(nèi)六角螺釘和圓柱銷固定在下模座上。卸料板部件設(shè)計(jì)彈性卸料板有一定的厚度，用螺栓和銷釘固定在下模座上，能承受的卸料力比較大。固定卸料板和凸模的單邊間隙，一般取0.1～0.5mm，但不小于0.05mm。固定卸料板厚度與沖裁力大小、卸料尺寸等有關(guān)，一般取5～10mm.。卸料橡膠計(jì)算采用橡膠塊作為彈性元件。具有承受載荷比彈簧大，安全與安裝調(diào)整方便等優(yōu)點(diǎn)。橡膠塊的選用包括決定其品種、高度及截面尺寸等等。橡膠塊品種的選擇考慮到模具結(jié)構(gòu)，選用1個(gè)圓筒形的聚氨酯橡膠，則橡膠所承受的預(yù)壓力為：Fy=F卸料力=7.5×103N確定橡膠的橫截面積A。取hy=10%h0=0.1h0,查表3-35[2]，得到P=1.1MPa,則A=Fy/P=7.5×103N/1.1=6.8×103（mm2）計(jì)算并校核橡膠塊高度h0=(mm)=52(mm)因?yàn)閔0/D=52/95=0.55,故所選橡膠符合要求。橡膠的安裝高度ha=h0-hy=52-52×0.1=46.8(mm)卸料螺釘及其設(shè)置螺紋長(zhǎng)度雖短但與光桿段有臺(tái)階，可保證旋入彈性壓力板后不易松動(dòng)螺釘長(zhǎng)度使指光桿段長(zhǎng)度且有公差要求，便于保證彈性卸料板工作平面與模面平行。螺釘材料為45號(hào)鋼且要求熱處理硬度為35～40HRC，以便保證螺釘有足夠的強(qiáng)度，能夠承受卸料過程中反復(fù)作用的拉應(yīng)力。導(dǎo)柱導(dǎo)套導(dǎo)柱和導(dǎo)套都是圓柱形，加工方便，容易裝配，是模具行業(yè)應(yīng)用最廣泛的導(dǎo)向裝置。導(dǎo)柱的直徑一般在16～60mm之間，長(zhǎng)度L在90～320mm之間，下部長(zhǎng)度與下模板導(dǎo)柱孔采用過盈配合，配合時(shí)，孔徑會(huì)收縮，所以導(dǎo)套過盈配合部分的孔徑應(yīng)比導(dǎo)套和導(dǎo)柱間隙配合孔徑增大1mm。導(dǎo)住和導(dǎo)套為間隙配合，要求配合表面堅(jiān)硬和耐磨，且有一定的強(qiáng)韌性，常用20號(hào)鋼制作，表面經(jīng)過滲碳淬火處理，硬度為HRC58～62，滲碳層深度0.8～1.2mm。六、沖壓設(shè)備選擇6.1模具的工作過程 本套模具可完成落料、沖孔兩個(gè)工序。條料送進(jìn)時(shí)，有彈頂擋了銷導(dǎo)向，沖首件是以目測(cè)定位，待沖第二個(gè)工件時(shí)，則用擋料銷定位。模具工作時(shí)，用壓力機(jī)的氣墊壓邊，可獲得較大的壓邊力，壓力和行程的大小也容易調(diào)節(jié)，另外，可使模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。氣墊壓邊是通過拖桿傳到壓邊圈上進(jìn)行壓邊的。工件制出后，上模上行，打桿和推件塊起作用，把工件從凸凹模中推出。6.2壓力機(jī)選擇6.2.1沖壓設(shè)備的選擇原則沖壓設(shè)備的選擇主要是根據(jù)沖壓工藝性質(zhì)、生產(chǎn)批量大小、沖壓件的幾何形狀、尺寸及精度要求等因素來確定的。沖壓生產(chǎn)中常用的沖壓設(shè)備種類很多，選擇沖壓設(shè)備時(shí)主要考慮下述因素：沖壓設(shè)備的類型和工作方式是否適用于應(yīng)完成的工序；是否符合安全生產(chǎn)和環(huán)保的要求；沖壓設(shè)備的壓力和功率是否滿足應(yīng)完成工序的需要；沖壓設(shè)備的裝模高度、工作臺(tái)面尺寸、行程等是否適合應(yīng)完成工序所用的模具；沖壓設(shè)備的行程次數(shù)是否滿足生產(chǎn)率的要求等。6.2.2選擇壓力機(jī)及壓力機(jī)參數(shù)由表2-7[4]查得，落料時(shí)的壓力機(jī)應(yīng)選標(biāo)稱壓力為250×103N的開式可傾壓力機(jī)J23-160表3-1開式可傾壓力機(jī)J23-200主要技術(shù)參數(shù)公稱壓力/KN滑塊行程/mm滑塊行程次數(shù)/n˙min-1最大閉合高度/mm閉合高度調(diào)節(jié)量/mm工作臺(tái)尺寸/mm長(zhǎng)×寬墊板尺寸/mm模柄孔尺寸/mm2508010020050560×400厚度孔徑直徑深度752104060七、沖壓模具工件的機(jī)械加工7.1沖壓工作零件的技術(shù)要求保證凸、凹模尺寸精度和凸凹模之間的間隙均勻。保證凸、凹模表面形狀和位置精度。表面光潔、刃口鋒利、刃口部分的表面粗糙度為Ra0.4m,配合表面的粗糙度為Ra0.8~1.6m，其余為Ra6.3m。凸、凹模工作部分要求是具有較高的硬度，耐磨性及良好的韌性，凹模工作部分的要求是硬度為60~62HRC，凸模為58~62RHC。鉚式凸模采用高碳鋼制造，配合部分不要求淬硬，工作部分采用局部淬火。7.2沖模工作零件的熱處理沖模工作零件的毛坯通常采用退火，正火熱處理，。目的主要是消除內(nèi)應(yīng)力，降低硬度以改善切削加工性能。沖模工作零件在精加工前要進(jìn)行淬火和回火熱處理，以提高其硬度和耐磨性。7.3沖模工作零件機(jī)械加工工藝過程7.3.1凸模加工工藝工程圓形凸模加工比較簡(jiǎn)單，熱處理前毛坯經(jīng)車削加工，配合面留適當(dāng)磨削余量；熱處理后，經(jīng)外圓磨削而可以達(dá)到其技術(shù)要求。在加工中，可采用一次裝夾或采用一定位基準(zhǔn)安裝加工的工藝措施來保證。其加工過工程為：下料→鍛造→退火→粗加工→粗磨基準(zhǔn)面→畫線→工作面半精加工→淬火、回火→磨削→修研7.3.2凹模加工工藝過程圓形凹模加工凹模加工屬于孔系加工，除保證孔的尺寸和形狀精度外，還要保證各型孔間的位置精度，可采用高精度坐標(biāo)鏜床加工非圓形凹模加工加工過程為：下料→鍛造→退火→粗加工六面→粗磨基準(zhǔn)面→畫線→型孔半精加工→（型孔精加工）→淬火、回火→精磨八、模具裝配8.1沖模裝配沖壓模具的裝配是按照設(shè)計(jì)要求、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和技術(shù)條件，以一定的裝配順序和方法，將模具零件連接或固定起來，達(dá)到一定的裝配技術(shù)要求，并保證加工出合格沖壓件的過程。對(duì)于沖裁模，既要保證零件的加工精度，也要保證裝配技術(shù)要求，若裝配不能保證均勻的沖裁間隙，會(huì)影響沖壓件的質(zhì)量及模具的使用、維修和壽命。在模具進(jìn)行裝配之前，要仔細(xì)研究設(shè)計(jì)圖樣，按照模具的結(jié)構(gòu)和技術(shù)要求，確定合理的裝配順序及裝配方法，選擇合理的檢測(cè)方法和測(cè)量工具。沖壓模在使用時(shí)，上模座部分通過模柄安裝在壓力機(jī)的滑塊上，是模具的活動(dòng)部分。下模座部分被固定在壓力機(jī)的工作臺(tái)上，是模具的固定部分。模具工作時(shí)，活動(dòng)部分和固定部分上的工作零件必須保證正確的相對(duì)位置，才能使模具正常工作。模具裝配時(shí)，為了方便地將上、下兩部分的工作零件調(diào)整到正確位置，并使凸模、凹模具有均勻的間隙，應(yīng)正確安排上、下模的裝配順序。裝配有模架的模具時(shí)，一般是先裝配模架，再進(jìn)行模具工作零件和其他結(jié)構(gòu)零件的裝配。上、下模的裝配順序應(yīng)根據(jù)上模和下模上所安裝的模具零件在裝配和調(diào)整過程中所受限制的情況來決定。如果上模部分的模具零件在裝配和調(diào)整時(shí)所受限制最大，則應(yīng)先裝上模部分，并以它為基準(zhǔn)調(diào)整下模部分的零件，保證凸、凹模配合間隙均勻。反之，則應(yīng)先裝模具的下模部分，并以它為基準(zhǔn)調(diào)整上模部分的零件。上、下模的裝配順序應(yīng)根據(jù)模具的結(jié)構(gòu)來決定。對(duì)于無導(dǎo)柱的模具，凸、凹模的配合間隙是在模具安裝到壓力機(jī)上時(shí)才進(jìn)行調(diào)整，上、下模的配合可以分別進(jìn)行。模具安裝過程：組件裝配將模柄裝配于上模座內(nèi)并磨平端面；將拉深凸模裝入凸模固定板內(nèi)，作為凸模組件。確定裝配基準(zhǔn)件落料拉深復(fù)合模應(yīng)以拉深凸模為裝配基準(zhǔn)件，裝配時(shí)首先確定拉深凸模在模架中的位置。安裝凸模組件時(shí)，確定凸模組件在下模座上的位置，然后用平行夾板將凸模組件、墊板和下模座夾緊。安裝固定凸模組件時(shí)，將凸模組件在下模座重新找正定位，用平行夾板夾緊。鉆、鉸銷孔和螺孔，裝入定位銷和螺釘。安裝上模部分檢查上模各個(gè)零件尺寸是否能滿足裝配技術(shù)條件，檢查各零件尺寸是否合適、動(dòng)作