《沖壓模具課程設(shè)計(jì)》范例

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1、【范例】 (1)題目：東風(fēng)EQ-1090汽車儲(chǔ)氣簡(jiǎn)支架 (2)原始數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)如圖7—1所示。大批量生產(chǎn)，材料為Q215，t=3mm。 圖7-1零件圖 (3)工藝分析 此工件既有沖孔，又有落料兩個(gè)工序。材料為Q235、t=3mm的碳素鋼，具有良好的沖壓性能，適合沖裁，工件結(jié)構(gòu)中等復(fù)雜，有一個(gè)直徑φ44mm的圓孔，一個(gè)60mm26mm、圓角半徑為R6mm的長(zhǎng)方形孔和兩個(gè)直徑13mm的橢圓孔。此工件滿足沖裁的加工要求，孔與孔、孔與工件邊緣之間的最小壁厚大于8mm。工件的尺寸落料按ITll級(jí)，沖孔按IT10級(jí)計(jì)算。尺寸精度一般，普通沖裁完全能滿足要求。 (4)沖裁

2、工藝方案的確定 ①方案種類該工件包括落料、沖孑L兩個(gè)基本工序，可有以下三種工藝方案。 方案一：先沖孔，后落料。采用單工序模生產(chǎn)。 方案二：沖孔一落料級(jí)進(jìn)沖壓。采用級(jí)進(jìn)模生產(chǎn)。 方案三：采用落料一沖孔同時(shí)進(jìn)行的復(fù)合模生產(chǎn)。 ②方案的比較各方案的特點(diǎn)及比較如下。 方案一：模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，但需要兩道工序，兩副模具，成本相對(duì)較高，生產(chǎn)效率低，且更重要的是在第一道工序完成后，進(jìn)入第二道工序必然會(huì)增大誤差，使工件精度、質(zhì)量大打折扣，達(dá)不到所需的要求，難以滿足生產(chǎn)需要。故而不選此方案。 方案二：級(jí)進(jìn)模是一種多工位、效率高的加工方法

3、。但級(jí)進(jìn)模輪廓尺寸較大，制造復(fù)雜，成本較高，一般適用于大批量、小型沖壓件。而本工件尺寸輪廓較大，采用此方案，勢(shì)必會(huì)增大模具尺寸，使加工難度提高，因而也排除此方案。 方案三：只需要一套模具，工件的精度及生產(chǎn)效率要求都能滿足，模具輪廓尺寸較小、模具的制造成本不高。故本方案用先沖孔后落料的方法。 ③方案的確定綜上所述，本套模具采用沖孔一落料復(fù)合模。 (5)模具結(jié)構(gòu)形式的確定 復(fù)合模有兩種結(jié)構(gòu)形式，正裝式復(fù)合模和倒裝式復(fù)合模。分析該工件成形后脫模方便性，正裝式復(fù)合模成形后工件留在下模，需向上推出工件，取件不方便。倒裝式復(fù)合模成形后工件留在上模，只需在上模裝一副推件裝置，故采

4、用倒裝式復(fù)合模。 圖7 2粗畫排樣圖 (6)工藝尺寸計(jì)算 ①排樣設(shè)計(jì) a．排樣方法的確定根據(jù)工件的形狀。確定采用無廢料排樣的方法不可能做到，但能采用有廢料和少?gòu)U料的排樣方法。經(jīng)多次排樣計(jì)算決定采用直對(duì)排法，初畫排樣圖如圖7 2所示。 b．確定搭邊值查表，取最小搭邊值：工件間al=2.8，側(cè)面a=3.2。 考慮到工件的尺寸比較大，在沖壓過程中須在兩邊設(shè)置壓邊值，則應(yīng)取。a=5；為了方便計(jì)算取al=3。 c. 確定條料步距步距：257.5mm，寬度：250+5+5=260mm． d．條料的利用率 e．畫出排樣

5、圖根據(jù)以上資料畫出排樣圖，如圖7-3所示。 圖7-3排樣圖 ②沖裁力的計(jì)算 a．沖裁力F 查表9-1取材料Q235的抗拉強(qiáng)度σb=386MPa 由 F≈Ltσb 已知：L=181+113+102+220.5+50.73+39.7+98.27+π44+142 +482+π62+54+π132=1124.68 所以 F=1124．683386N=1302379N≈1300kN b．卸料力Fx 由Fx=KxF，已知Kx=0．04(查表2-17) 則 Fx=KxF=0.0041300=52kN c．推件力FT 由FT=nKTF，已知n=4 K

6、T=0.045(查表2-17) 則 FT=nKTF=40.0451300=23.4kN d．頂件力FD 由FD=nKDF，已知KD=0.05(查表2-17) 則 FD=nKDF=0.051300=65kN ③壓力機(jī)公稱壓力的確定本模具采用剛性卸料裝置和下出料方式，所以 Fz=F+FT=1323.4kN 根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，沖壓設(shè)備擬選JA21-160。 ④沖裁壓力中心的確定 a．按比例畫出每一個(gè)凸模刃口輪廓的位置，并確定坐標(biāo)系，標(biāo)注各段壓力中心坐標(biāo)點(diǎn)，如圖7-4所示。 圖7-4壓力中心計(jì)算圖 b．畫出坐標(biāo)軸x、y。 c．分別計(jì)算出各段壓

7、力中點(diǎn)及各段壓力中點(diǎn)的坐標(biāo)值，并標(biāo)注如圖7-4所示。 沖裁直線段時(shí)，其壓力中心位于各段直線段的中心。 沖裁圓弧線段時(shí)，其壓力中心的位置見圖7-5，按下式計(jì)算 Y=(180Rsinα)／(πα)=RS／b 則　Y=142188／220.5=121 圖7-5壓力中心的位置 所以，根據(jù)圖7-5求出H點(diǎn)的坐標(biāo)為：H(121.27，120.86)。 d．分別計(jì)算出凸模刃口輪廓的周長(zhǎng)。 沖裁壓力中心計(jì)算數(shù)據(jù)見表7-1。 e．根據(jù)力學(xué)原理，分力對(duì)某軸的力矩等于各分力對(duì)同軸力矩的代數(shù)和，則可求得壓力中心坐標(biāo)（，） 得 綜上所述，沖裁件的壓力中心坐標(biāo)為(

8、10l.87，62.73)。 ⑤刃口尺寸的計(jì)算 a．加工方法的確定。結(jié)合模具及工件的形狀特點(diǎn)，此模具制造宜采用配作法，落料時(shí)，選凹模為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)件，只需要計(jì)算落料凹模刃口尺寸及制造公差，凸模刃口尺寸由凹模實(shí)際尺寸按要求配作；沖孔時(shí)，則只需計(jì)算凸模的刃口尺寸及制造公差，凹模刃口尺寸由凸模實(shí)際尺寸按要求配作；只是需要在配作時(shí)保證最小雙面合理間隙值Zmin=0.46mm(查表)。凸凹模刃口尺寸由凸模配作尺寸和凹模配作尺寸結(jié)合完成。 b．采用配作法，先判斷模具各個(gè)尺寸在模具磨損后的變化情況，分三種情況，分別統(tǒng)計(jì)如下。 第一種尺寸(增大)：181，171，56.5，14.5，98.27，5

9、0.73，179，113，56，27，51，75。 第二種尺寸(減小)：142，13，26，60，44，6。 第三種尺寸(不變)：10，5，60，40。 c．按入體原則查表2-3確定沖裁件內(nèi)形與內(nèi)形尺寸公差，工作零件刃口尺寸計(jì)算見表。 d．畫出落料凹模、凸凹模尺寸，如圖7-6所示。 圖7—6工作零件尺寸 e．卸料裝置的設(shè)計(jì)。采用圖7—7所示的卸料裝置，已知沖裁板厚t=3mm，沖裁卸料力 FX=52kN。根據(jù)模具安裝位置擬選6個(gè)彈簧，每個(gè)彈簧的預(yù)壓力為 FO≥FX／n=8.67kN 查第9章表9-32圓柱螺旋壓縮彈簧，初選彈簧規(guī)格

10、為(使所選彈簧的工作極限負(fù)荷Fj > F預(yù)) D＝6mm，D＝30mm，hO＝60mm，F(xiàn)j=1700mm，hj=13.1mm，n=7，f=1.88mm，t=7.8mm 其中，d為材料直徑，D為彈簧大徑，F(xiàn)j為工作極限負(fù)荷，hO為自由高度，hj為工作極限負(fù)荷下變形量，n為有效圈數(shù)，t為節(jié)距。 彈簧的總壓縮量為 圖7 7卸料裝置 l一打桿；2推板；3一連接推桿；4一推件塊 (7) 模具總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ①模具類型的選擇 由沖壓工藝分析可知，采用復(fù)合模沖壓，所以本套模具類型為復(fù)合模。 ②定位方式的選擇因?yàn)樵撃＞卟捎玫氖菞l料，控制條料的送進(jìn)方向采用導(dǎo)料銷；控制條料的送

11、進(jìn)步距采用彈簧彈頂?shù)幕顒?dòng)擋料銷來定步距。而第一件的沖壓位置因?yàn)闂l料有一定的余量，可以靠操作工人目測(cè)來確定。 ③卸料、出件方式的選擇根據(jù)模具沖裁的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，該模具采用剛性卸料方式比較方便。因?yàn)楣ぜ虾駷?mm，推件力比較大，用彈性裝置取出工件不太容易，且對(duì)彈力要求很高，不易使用。而采用推件塊，利用模具的開模力來推出工件，既安全又可靠。故采用剛性裝置取出工件。結(jié)構(gòu)如圖7-7所示。 ④導(dǎo)柱、導(dǎo)套位置的確定為了提高模具的壽命和工件質(zhì)量，方便安裝、調(diào)整、維修模具，該復(fù)合模采用中間導(dǎo)柱模架。 (8)主要零部件的設(shè)計(jì) ①工作零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) a．落料凹模凹模采用整體凹模，輪廓全部采用數(shù)控

12、線切割機(jī)床即可一次成形，安排凹模在模架上的位置時(shí)，要依據(jù)壓力中心的數(shù)據(jù)，盡量保證壓力中心與模柄中心重合。其輪廓尺寸可按公式(2-24)和公式(2-25)計(jì)算 凹模厚度H=kb=0.20181=36.2mm(查表2-22得k=0.22) 凹模壁厚C=(1.5～2)H=54.3～72.4mm 取凹模厚度H=60ram，壁厚C取60mm。 凹模寬度B=b+2c=179+260=299mm(送料方向) 凹模長(zhǎng)度L=181+260=301 根據(jù)工件圖樣，在分析受力情況及保證壁厚強(qiáng)度的前提下，取凹模長(zhǎng)度為315mm，寬度為315mm，所以凹模輪廓

13、尺寸為315mm315mm60mm。 b．沖孔凸模根據(jù)圖樣：工件中有4個(gè)孔，其中有2個(gè)孔大小相等，因此需設(shè)計(jì)3支凸模。為了方便固定，都采用階梯式，長(zhǎng)度為L(zhǎng)=凹模+固定板+t=60+30+3.5=93.5mm。 c．凸凹模 當(dāng)采用倒裝復(fù)合模時(shí)，凸凹模尺寸計(jì)算如下 H凸凹=h1+h2+t+h=20+30+3+10.5=63.5mm 式中，hl為卸料板厚度，取20mm；h2為凸凹模固定板厚度，取30mm；t為材料的厚度，取3mm；h為卸料板與固定板之間的安全高度，取10.5。因凸凹模為模具設(shè)計(jì)中的配作件，所以應(yīng)保證與沖孔凸模和落料凹模的雙邊合理間隙Zmin。 ②定

14、位零件的設(shè)計(jì)結(jié)合本套模具的具體結(jié)構(gòu)，考慮到工件的形狀，設(shè)置一個(gè)φ6活動(dòng)擋料銷(起定距的作用)和兩個(gè)φ8的活動(dòng)導(dǎo)料銷。擋料銷和導(dǎo)料銷的下面分別采用壓縮彈簧，在開模時(shí)，彈簧恢復(fù)彈力把擋料銷頂起，使它處于工作狀態(tài)，旁邊的導(dǎo)料銷也一起工作，具體結(jié)構(gòu)如圖7—8所示。 圖7—8活動(dòng)擋料銷 a．卸料板設(shè)計(jì) 卸料板的周界尺寸與凹模周界尺寸相同，厚度為20mm，材料為45鋼，淬火硬變?yōu)?0～45HRC。 b. 卸料螺釘?shù)倪x用 卸料板采用6個(gè)M8的螺釘固定，長(zhǎng)度L=h1+h2+a=44+8+15=67mm(其中hl為彈簧的安裝高度；h2為卸料板工作行程；a為凸凹模固定板厚度)。

15、③模架及其他零部件的設(shè)計(jì) 該模具采用中間導(dǎo)柱模架，這種模架的導(dǎo)柱在模具中間位置，沖壓時(shí)可以防止由于偏心力矩而引起的模具歪斜。以凹模周界尺寸為依據(jù)，查第表9-48選擇模架規(guī)格 導(dǎo)柱：d(mm)L(mm)分別為φ45230、φ50230(GB／T 2861.1)。 導(dǎo)套：d(mm)L(mm)D(mm)分別為φ4512548、φ4512548(GB／T2861.6)。 上模座厚度H上取50mm，下模座厚度H下取60mm，上墊板厚度H墊取10mm，則該模具的閉合高度H閉為 H閉=H上+H下+H墊+L+H-h=50+60+10+93.5+63.5-3.5=273mm 式中

16、L——凸模高度，mm； H——凸凹模高度，mm； h——凸模沖裁后進(jìn)入凸凹模的深度，mm。 可見該模具的閉合高度小于所選壓力機(jī)JA21-160的最大裝模高度450mm，因此該壓力機(jī)可以滿足使用要求。 (9)模具總裝圖 通過以上設(shè)計(jì)，可得到如圖7-9所示模具的總裝圖。模具上模部分主要由上模座、墊板、沖孔凸模、沖孔凸模固定板、凹模板等組成。下模由下模座板、固定板、卸料板等組成。出件是由打桿、推板、連接推桿、推件塊組成的剛性推件裝置，利用開模力取出工件。卸料是在開模時(shí)，彈簧恢復(fù)彈力，推動(dòng)卸料板向上運(yùn)動(dòng)，從而推出條料。在這中間沖出的廢料由漏料孔直接漏出。 條料送進(jìn)時(shí)利用活動(dòng)擋料銷定

17、步距，側(cè)邊的兩個(gè)導(dǎo)料銷來定條料的寬度位置。操作時(shí)完成第一步后，把條料向上抬起向前移動(dòng)，移到剛沖過的料口里，再利用側(cè)邊的導(dǎo)料銷繼續(xù)下一個(gè)工件的沖裁。重復(fù)以上動(dòng)作來完成所需工件的沖裁。 (10)沖壓設(shè)備的選取 通過校核，選擇開式雙柱固定臺(tái)式壓力機(jī)JA21-160能滿足使用要求。其主要技術(shù)參數(shù)如下。 公稱壓力：1600kN 滑塊行程：160mm 滑塊行程次數(shù)：40次／min 最大封閉高度：450mm 封閉高度調(diào)節(jié)量：130mm 滑塊中心線至床身距離：380mm 立柱距離：530mm

18、 工作臺(tái)尺寸(前后左右)：710mm1120mm 墊板尺寸(厚度)：460mm 模柄尺寸(直徑深度)：70mm80mm 滑塊底面尺寸(前后左右)：460mm650mm (11)模具零件加工工藝 模具零件加工的關(guān)鍵在工作零件、固定板以及卸料板，若采用線切割加工技術(shù)，這些零件的加工就變得相對(duì)簡(jiǎn)單。表7-3所列為φ44圓孔凸模的加工工藝，表7-4所列為6026沖孔凸模加工工藝過程。表7-5所列為凹模加工工藝過程。 (12)模具的裝配 根據(jù)復(fù)合模的特點(diǎn)，先裝上模，再裝下模較為合理，并調(diào)整間隙，試沖，返修。具體過程如下。 ①上模裝配

19、 a．仔細(xì)檢查每個(gè)將要裝配零件是否符合圖紙要求，并作好劃線、定位等準(zhǔn)備工作。 b．先將凸模與凸模固定板裝配，再與凹模板裝配，并調(diào)整間隙。 c．把已裝配好的凸模及凹模與上模座連接，并再次檢查間隙是否合理后，打入銷釘及擰入螺絲。 ②下模裝配 a。仔細(xì)檢查將要裝配的各零件是否符合圖紙要求，并作好劃線、定位等準(zhǔn)備工作。 b．先將凸凹模放在下模座上，再裝入凸凹模固定板并調(diào)整間隙，以免發(fā)生干涉及零件損壞。接著依次按順序裝入銷釘、活動(dòng)擋料銷、彈頂橡膠塊及卸料板，檢查間隙合理后擰入卸料螺釘，再擰入緊固螺釘，并再次檢查調(diào)整。 c．將經(jīng)調(diào)整后的上下

20、模按導(dǎo)柱、導(dǎo)套配合進(jìn)行組裝，檢查間隙及其他裝配合理后進(jìn)行試沖。并根據(jù)試沖結(jié)果作出相應(yīng)調(diào)整，直到生產(chǎn)出合格制件。 (13)結(jié)束語 通過對(duì)東風(fēng)EQ-1090汽車儲(chǔ)氣筒支架沖孔落料復(fù)合模的設(shè)計(jì)，更深一層地了解沖裁模的設(shè)計(jì)流程，包括沖裁件的工藝分析、工藝方案的確定、模具結(jié)構(gòu)形式的選擇、必要的工藝計(jì)算、主要零部件的設(shè)計(jì)、壓力機(jī)型號(hào)的選擇、總裝圖及零件圖的繪制。在設(shè)計(jì)過程中，有些數(shù)據(jù)、尺寸是一點(diǎn)也馬虎不得，只要一個(gè)數(shù)據(jù)有誤，就得全部改動(dòng)，使設(shè)計(jì)難度大大增加。條料送進(jìn)時(shí)利用活動(dòng)擋料銷定步距，側(cè)邊的兩個(gè)導(dǎo)料銷來定條料的寬度位置。操作時(shí)完成第一步后，把條料向上抬起向前移動(dòng)，移到剛沖過的料口里，再利用側(cè)邊的導(dǎo)料銷繼續(xù)下一個(gè)工件的沖裁。重復(fù)以上動(dòng)作來完成所需工件的沖裁。 (14)參考文獻(xiàn) (15)致謝