冷沖壓工藝與模具設(shè)計課程設(shè)計

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1、沖壓工藝及模具設(shè)計 課程設(shè)計例題 設(shè)計任務(wù)書 (題目 一） 編制圖示零件沖壓工藝規(guī)程及沖裁模設(shè)計 設(shè)計條件： 1、生產(chǎn)綱領(lǐng) 8 萬件 /年 2、鋼板 3 1500 2000 3、壓力機 :(160630)kN 開式壓力機 設(shè)計 任務(wù)： 1、編制沖壓工藝規(guī)程； 2、設(shè)計沖孔、落料復(fù)合模 裝配圖 1張，凸、凹模 及卸料板零件圖； 3、編寫設(shè)計說明書。 設(shè)計計算與說明 (一 ) 編制沖壓工藝規(guī)程 1、沖壓件的工藝分析： 材料： 08F 塑性好，良好的沖裁性能 尺寸精度： 孔 10 為 IT12級 尺寸 600.23 IT13級 其余 :自由公差 (未注公差尺寸 ) +0.15 一般沖壓 方法可以 達

2、到 設(shè)計計算與說明 結(jié)構(gòu)工藝性： 沖裁結(jié)構(gòu)工藝性 - 項目 沖壓件形狀 /尺寸 工藝允許值 分析結(jié)論 形狀 矩形，形狀簡單 工藝結(jié)構(gòu) 都大于容 許的最小 值，沖裁 結(jié)構(gòu)工藝 性良好。 孔徑 6， 大于允許值 d t =3 圓角半徑 R3， 大于允許值 r 0.25t =0.75 孔邊距 2-6，至邊緣距離為 9 1.5t =4.5 孔與彎曲 直壁距離 2-6，至直壁距離為 9 R+0.5t =5.5 彎曲結(jié)構(gòu)工藝性 - 設(shè)計計算與說明 項目 沖壓件形狀 尺寸 工藝允許值 分析結(jié)論 形狀 U型四角彎曲，形狀 簡單對稱 彎曲件形 狀簡單對 稱，結(jié)構(gòu) 尺寸大于 最小值， 彎曲工藝 性良好。 可以先沖

3、 孔后彎曲。 彎曲半徑 R4 0.1t =0.3 直邊高度 外角直邊高 19 2t =6 孔邊距 10孔邊離彎曲半徑 中心為 6 2t =6 2、確定毛坯形狀、尺寸 零件展開為矩形 5段 直邊（ L1L5） 4段 長度相等的園弧（ l1l4） 須判斷、考慮中性層內(nèi)移 r/t=4/3=1.334， 中性層內(nèi)移 查表 0=0.34 li=4 l1=4 (r+0t)/2 L=2L1+2L2+L3+li=103.5(mm) 毛坯尺寸為 103.5 36(mm) 設(shè)計計算與說明 3、排樣設(shè)計及材料利用率計算 排樣方式選擇 ： 毛坯為矩形、四角為圓弧 有搭邊 中批量 計算條料寬度 B： 查表 沿邊搭邊值

4、a=2.8, 工件間搭邊 a1=2.5 剪料公差 =0.9 擬采用沿導(dǎo)料一側(cè)送料，不考慮導(dǎo)料間隙。 B=（ L+2a+） -=（ 103.5+2 2.8+0.9） -0.9=110-0.9 B計算后實際搭邊值為 a= 3.25 mm。 進距 ： A= 毛坯寬度 + a1 =36+2.5= 38.5mm 設(shè)計計算與說明 采用單列直排 有搭邊排樣 設(shè)計計算與說明 a=2.8 a1=2.5 進距 A 設(shè)計計算與說明 裁板方式選擇與材料利用率 ： 縱裁： 每張鋼板裁條數(shù) n1=1500/110=13(條 )，余 70mm； 每塊條料沖件數(shù) n2=(2000-2.5)/38.5=51(件 ) 材料利用率

5、 =13 51 103.5 36/(1500 2000) = 82.3 %(未考慮結(jié)構(gòu)廢料 ) 橫裁： 每張鋼板裁條數(shù) n1=2000/110=18(條 )，余 20mm； 每塊條料沖件數(shù) n2=(1500-2.5)/38.5=38(件 ) 材料利用率 =18 38 103.5 36/(1500 2000) = 85 %(未考慮結(jié)構(gòu)廢料 ) 設(shè)計計算與說明 裁板優(yōu)選方式確定 : 橫裁時，材料利用率高 折彎線與材料纖維垂直 注意： 折彎線與材料纖維（鋼板軋制方向）平行的排樣， 容易造成外層（側(cè)）裂紋，尤其 r/t較小時。 采用橫裁下料 4、 確定工藝方案及模具工作部分的結(jié)構(gòu)形式 （ 1） 確定基

6、本工序和工序順序 ： 基本工序： 工藝分析 落料 、 沖孔 、 彎曲 （ 單工序模 ） 或沖孔 、 切口 （ 半落料 ） 、 彎曲 、 切斷 （ 級進模 ） 彎曲的實現(xiàn)方式： 10孔不在彎曲變形區(qū) ， 可 在彎曲前沖出 ， 還可作后 續(xù)定位用； 2-6孔為保證孔距尺寸 ， 只 能在彎曲后沖 。 所以 工序順序： 落料 沖 10孔 彎曲 沖 2-6孔 設(shè)計計算與說明 設(shè)計計算與說明 4、確定工藝方案及模具工作部分的結(jié)構(gòu)形式 （ 2）工序組合與工藝方案（海選 )及模具結(jié)構(gòu) ： 由于生產(chǎn)是中批量，應(yīng)進行適當(dāng)?shù)墓ば蚪M合。 落料與沖 10孔組合成復(fù)合模： 復(fù)合模須校核 凸凹模最小壁厚 ： 最小壁厚為（

7、36-10） /2=13mm， 查表，允許的最小壁厚為 6.7mm。 大于允許值 ,所以 落料與沖 10孔 可 以組合成復(fù)合模 4、確定工藝方案及模具工作部分的結(jié)構(gòu)形式 （ 2）工序組合與工藝方案（海選 )及模具結(jié)構(gòu) (續(xù) )： 彎曲與沖裁的組合 ,可以得到五種方案 : （一）沖 10孔 與落料 復(fù)合 彎外角成 90-彎內(nèi)角成 90 -沖 2-6孔： 設(shè)計計算與說明 設(shè)計計算與說明 4、確定工藝方案及模具工作部分的結(jié)構(gòu)形式 （ 2） 工序組合與工藝方案（海選 )及模具結(jié)構(gòu) (續(xù) )： （二）落料與沖 10孔復(fù)合 一次彎四角 沖 2-6孔： 4、確定工藝方案及模具工作部分的結(jié)構(gòu)形式 （ 2） 工

8、序組合與工藝方案（海選 )及模具結(jié)構(gòu) (續(xù) )： （三）沖 10孔 與落料 復(fù)合 在一副模具上先后兩次彎 四角 沖 2-6孔： 設(shè)計計算與說明 設(shè)計計算與說明 4、確定工藝方案及模具工作部分的結(jié)構(gòu)形式 （ 2） 工序組合與工藝方案（海選 )及模具結(jié)構(gòu) (續(xù) )： （四）沖 10孔 與落料 復(fù)合 彎外角成 90 并彎內(nèi)角 成 45 彎內(nèi)角成 90 沖 2-6孔： 設(shè)計計算與說明 4、確定工藝方案及模具工作部分的結(jié)構(gòu)形式 （ 2） 工序組合與工藝方案（海選 )及模具結(jié)構(gòu) (續(xù) )： （五）采用級進模 : 沖 10孔 切口 彎外角成 90 同時彎內(nèi)角成 45 彎內(nèi)角成 90 沖 2-6孔 切斷 4、

9、確定工藝方案及模具工作部分的結(jié)構(gòu)形式 （ 3）方案比較并確定工藝方案 ： 方案比較： 方案一： 單工序模，模具結(jié)構(gòu)簡單，制造方便；但工序數(shù) 量多，需設(shè)備多，效率較低?？捎糜谥行∨可a(chǎn)。 方案二： 比方案一少一道工序；但彎曲部位變形復(fù)雜，外 角形狀不準(zhǔn)確，質(zhì)量差。 方案三： 工序數(shù)量同方案二，且彎曲四角先后進行，其質(zhì) 量比方案二好，但彎曲凹模須較大的內(nèi)腔空間，外角直邊 較短時可選。 方案四： 基本同方案一，但第一次彎曲校正效果好，彎曲 精度容易保證。適合中批量生產(chǎn)。 方案五： 生產(chǎn)率高，但模具設(shè)計、制造復(fù)雜。適大批量。 綜合考慮，本設(shè)計確定采用工藝方案四。 設(shè)計計算與說明 設(shè)計計算與說明 5、

10、工藝計算 （ 1）確定工序尺寸 ： 該沖壓件尺寸形狀比較簡單，可以一面分析工序，一面直接 在工藝卡片中標(biāo)注工序尺寸 : (1)沖孔 -落料工序 (2)彎外角并彎內(nèi)角成 45 (3)彎內(nèi)角成 90 (4)沖 2-6孔 設(shè)計計算與說明 5、工藝計算（續(xù)） （ 2）沖壓力計算 ： 沖孔 落料工序 : 須計算：沖裁力；（彈性）卸料力；推件力（沖孔廢料） 查表：材料剪切強度 =260MPa； 卸料力系數(shù) Kx=0.04; 推件力系數(shù) Kt=0.05; 沖孔凹模腔廢料數(shù) n：取凹模刃口高為 8mm， n=8/33 沖孔力： P1=1.3L1t=1.3 10 3 260=31.86(kN) 落料力： P2=

11、1.3L2t=1.3 (2 30+2 97.5+4 (1/4) 6) 3 260=277.68(kN) 沖裁力： P=P1+ P2=309.5(k N) 卸料力： P x=KxP2=0.04 277.68=4.8 (kN) 推件力： Pt=nKtP1=3 0.05 31.86(kN) 總沖壓力： P=P+P x+Pt =325.4(kN) 設(shè)計計算與說明 5、工藝計算（續(xù)） （ 2）沖壓力計算 ： 首次彎曲 : 由于采用校正彎曲，而校正 力比彎曲力大得多，故按校正力 計算。 單位校正力（查表） q=60 M Pa 投影面積 A =2 36 (16+24)cos45 =2036.5 校正力 P1

12、=Aq=2036.5 60=122.2（ kN） 5、工藝計算（續(xù)） （ 2）沖壓力計算 ： 第二次彎曲 : 第二次彎曲按自由彎曲計算。 查表：材料強度極限 b =330 MPa； 安全系數(shù) k =1.3 彎曲力： P2=0.7 kbt2b /(r+t) =0.7 1.3 36 32 330/(4+3)=13.9(kN) 壓料力： Py=0.5P2=0.5 13.9=7(kN) 總沖壓力： P2=P2+Py=20.9(kN) 設(shè)計計算與說明 設(shè)計計算與說明 5、工藝計算（續(xù)） （ 2）沖壓力計算 ： 沖 2-6 孔 : 須計算：沖孔力；（彈性）卸料力；推件力（沖孔廢料） 查表：材料剪切強度 =

13、260MPa； 卸料力系數(shù) Kx=0.04; 推件力系數(shù) Kt=0.05; 沖孔凹模腔廢料數(shù) n：取凹模刃口高為 8mm， n=8/33 沖孔力： P1=2(1.3L1t)=2 1.3 6 3 260 =38.2(kN) 卸料力： P x=KxP2=0.04 38.2=1.5 (kN) 推件力： Pt=nKtP1=3 0.05 38.2=5.7(kN) 總沖壓力： P=P1+P x+Pt =45.4(kN) 設(shè)計計算與說明 6、初選沖壓設(shè)備 根據(jù)總沖壓力和有關(guān)設(shè)備資料，選擇壓力機。 沖孔落料工序 : P=325.4(kN)， 選 JG23-40型 曲柄壓力機 首次彎曲工序 : P1=122.2

14、(kN)， 選 JG23-25型 曲柄壓力機 第二次彎曲工序 :P2=20.9(kN)， 選 JG23-16型 曲柄壓力機 沖 2-6 孔工序 : P=45.4(kN)， 選 JG23-16型 曲柄壓力機 (分別為 40、 25、 16 噸 ) 7 、填 寫 工 藝 卡 片 設(shè)計計算與說明 設(shè)計計算與說明 7、填寫工藝卡片（續(xù)） 設(shè)計計算與說明 7、填寫工藝卡片（續(xù)） 設(shè)計計算與說明 7、填寫工藝卡片（續(xù)） 設(shè)計計算與說明 7、填寫工藝卡片（續(xù)） 設(shè)計計算與說明 7、填寫工藝卡片（續(xù)） 設(shè)計計算與說明 7、填寫工藝卡片（續(xù)） 沖孔落料模具設(shè)計 （二）沖孔落料模具設(shè)計 1、確定模具結(jié)構(gòu)型式、繪制

15、草圖 模具結(jié)構(gòu)型式： 在前面的工藝規(guī)程分析擬定 時，已確定為復(fù)合模。因零件平整度 無特別的要求，采用倒裝式復(fù)合模。 卸料方式： 因橡膠作彈性元件安裝較方便 卸料力不是很大 推件采用剛性推件裝置 導(dǎo)向系統(tǒng)： 選用中間導(dǎo)柱模架 定位系統(tǒng)： 選用沿送料方向的活動擋料銷定位 （不削弱凹模刃口附近強度） 導(dǎo)料系統(tǒng)： 送料方向一側(cè)設(shè)置兩個活動導(dǎo)料銷。 采用橡膠作卸料元件 沖孔落料模具設(shè)計 繪制草圖 (沖 10+0.15孔 +落料 ) 2、 模具設(shè)計計算 （ 1） 凸 、 凹模刃口尺寸計算 因零件結(jié)構(gòu)簡單 ， 采用分開加工方法制造 ， 須分別計算凸 、 凹 模刃口尺寸 對孔 10+0.15， 其精度為 IT

16、12級 ， 公差 =0.15， 取系數(shù) =0.75， 查表得沖孔間隙 Zmin=0.46， Zmax=0.64 凸模制造公差 p=0.02， 凹模制造公差 d=0.02 (凸 、 凹模刃口制造公差也可按 IT6、 IT7取 ) 公差驗算 :p+d=0.04 (Zmin+Zmax)=0.18 凸 、 凹模刃口制造公差滿足要求 。 刃口尺寸計算： -沖孔以凸模為基準(zhǔn) ， 間隙取在凹模上 凸模： dp=(dmin+)-p=(10+0.75 0.15)-0.02=10.11-0.02 凹模： dd=(dp+ Zmin) +d =(10.11+0.46)+0.02 =10.57+0.02 沖孔落料模具設(shè)

17、計 沖孔落料模具設(shè)計 對落料 103.5 36-R3， 其精度為未注公差尺寸 ， 取 IT14級 ， 查表 ， 公差分別為 1 =0.87， 103.5-0.87 2 =0.64， 36-0.64 R3， 取 IT14級 ， 3=0.3， R3-0.3 ， 取系數(shù) =0.5 落料間隙 Zmin=0.46， Zmax=0.64 凸 、 凹模制造公差： 103.5-0.87 p=0.025, d=0.035 36-0.64 ， p=0.02， d=0.03 (凸 、 凹模刃口制造公差也可按 IT6、 IT7取 ) -由于尺寸 103.5、 36為圓弧連接 ， 應(yīng)取相同制造公差 公差驗算： p+d=

18、0.025+0.035=0.06(Zmin+Zmax)=0.18 凸 、 凹模刃口制造公差滿足要求 。 刃口尺寸計算： -落料以凹模為基準(zhǔn) ， 間隙取在凸模上 取系數(shù) =0.5 沖孔落料模具設(shè)計 對落料 103.5 36-R3， 刃口尺寸計算： -落料以凹模為基準(zhǔn) ,間隙取在凸模上 凹模刃口 (分別對應(yīng) 尺寸 103.5-0.87 、 36-0.64、 R3-0.3） ： Dd1=(D1max-1)+d1=(103.5-0.5 0.87)+0.035=103.065+0.035 Dd2=(D2max-2)+d2=(36-0.5 0.64)+0.035=35.680+0.035 Dd3=(D3m

19、ax-3)+d3=(3-0.5 0.3)+0.018=2.850+0.018 因尺寸 R3為半磨損尺寸 ， 其制造公差取 d3=d2/2 。 凸模刃口 (分別對應(yīng) 尺寸 103.5-0.87 、 36-0.64、 R3-0.3） : Dp1=(Dd1- Zmin)-p1=(103.65-0.46)-0.025=102.605-0.025 Dp2=(Dd2- Zmin)-p2=(35.68-0.46)-0.025=35.220-0.025 Dp3=(Dd3- Zmin)-p3=(2.85-0.46)-0.012=2.390-0.012 沖孔落料模具設(shè)計 2、 模具設(shè)計計算 （ 續(xù) ） （ 2）

20、壓力中心計算 0=S11+S22+ +Snn)/(S1+S2+ +Sn)=Sii/Si 0=S11+S22+ +Snn)/(S1+S2+ +Sn)=Sii/Si 因零件結(jié)構(gòu)簡單 、 對稱 ,壓力中心在 沖孔 、 落料件的幾何中心上 ， 不必計算 。 不對稱時 ， 必須進行壓力中心坐標(biāo)計算 。 2、 模具設(shè)計計算 （ 續(xù) ） （ 3） 橡膠板設(shè)計計算 1） 工作行程壓縮量 h=h1+t+h2+h3=1+3+1+5=10 (mm) 2） 橡膠板厚度 H=h/（ 0.250.35） =10/（ 0.250.35） =40 29, 取 H=35mm。 沖孔落料模具設(shè)計 h1 凸模滯后量 h2 閉合時凸

21、模進 入凹模腔深度 h3 凸模修模量 沖孔落料模具設(shè)計 （ 3） 橡膠板設(shè)計計算 (續(xù) ) 3） 橡膠板安裝高度 H1=(0.85 0.9） H=29.531.5(mm)， 取 H1=30 (mm) 預(yù)壓縮量近似為 15%。 4） 橡膠板承壓面積 A=Px/q A=11.1 103 /0.5 =22200 (mm2) 橡膠板外形尺寸待凹模輪廓尺寸設(shè)計后確定 。 Px 卸料力 , 工藝計算時已得 q-橡膠板單位壓力 查表 , 得 q= 0.5MPa 3、 模具零件設(shè)計及標(biāo)準(zhǔn)件選用 （ 1） 沖孔凸模設(shè)計 1） 壓應(yīng)力校核 選用材料 Cr12MoV, 已知： P1=31.86kN -沖孔力 =98

22、11569MPa -許用壓應(yīng)力 p=P1/A=31.86 103 /(102 /4)=405.6 ， 故 需 加墊板 。 式中： P1 沖孔力； Pt 推件力； A 凸模與上模座接觸面積 。 沖孔落料模具設(shè)計 （ 3） 墊板 、 固定板 、 螺釘?shù)攘慵x擇 (續(xù) ) 2） 查表或根據(jù)凹模輪廓尺寸與所定模具型式 （ 選 用典型組合時要與設(shè)計一致 ） ， 得到有關(guān)零件規(guī) 格如下： 墊板 200 160 8 GB2858.3-81 固定板 200 160 20 GB2858.2-81, 包括凸模固定板 、 凸凹模固定板 。 厚度暫取與前面相同 （ 取為 20mm） 。 卸料板 200 160 14

23、GB2858.2-81 ?。郝葆?M12；定位銷直徑 12mm；卸料螺釘直徑 12mm， 螺紋部分為 M10。 沖孔落料模具設(shè)計 （ 4） 凸凹模設(shè)計 為方便固定 ， 凸凹模采用階梯式結(jié)構(gòu) 凸凹模壁厚驗算： 最小壁厚 =（ 36-10） /2=13 6.7(容許值 , 查表 ) 高度 H=h1+h2+h3-1=20+30+14-1=63（ mm） 沖孔落料模具設(shè)計 (5)導(dǎo)料銷 、 擋料銷 由于采用倒裝式復(fù)合模 ， 導(dǎo)料銷 、 擋料銷裝在彈性卸料板上 。 選用橡膠墊彈頂擋料銷 ， 尺寸為 d=6mm， L=18mm。 沖孔落料模具設(shè)計 （ 6） 卸料橡膠板 取橡膠板每邊比卸料板尺寸小 5mm，

24、 得橡膠板輪廓尺 寸為： 190 150。 橡膠板中間開有 110 40孔用于穿過凸凹模及 4個 14 卸料螺釘孔 。 橡膠板實際 承壓面積 為 A=190 150 110 40 4 (/4) 142 =23484（ mm2） 22200（ mm2） 滿足承壓要求 。 橡膠板尺寸為： 190 150 35 沖孔落料模具設(shè)計 （ 7） 上 、 下模座 ， 導(dǎo)柱 、 導(dǎo)套選擇 根據(jù)下模工作部分輪廓尺寸 200 160， 查表 （ 結(jié)合有關(guān)國 家標(biāo)準(zhǔn) GB/T2855.10-90） 得 上模座 200 160 40 GB/T 2855.9-90 下模座 200 160 45 GB/T 2855.10

25、-90 閉合高度 H 180220mm 下模座輪廓尺寸 345 233 導(dǎo)柱 A28h5 170 A32h5 170 GB/T2861.1-90 導(dǎo)套 A28H6 100 38 A32H6 100 38 GB/T2861.6-90 沖孔落料模具設(shè)計 （ 8）模柄 為了方便在上模座內(nèi)安裝推板 ， 選用凸緣式模柄 。 根據(jù)壓力機滑塊孔徑 50、 深 70， 查表 ， 選 C型模柄 ， d=50、 D=100。 （ 9） 推桿 、 推板 、 打桿 推桿：根據(jù)墊板厚 、 凸模固定板厚 、 凹模厚及推件塊厚度 ， 確定推桿長為 50mm， 查表 ， 取 d=8。 標(biāo)記 頂桿 8 50 GB2867.3-

26、81 推板：根據(jù)落料件形狀 、 尺寸 ， 查表 ， 選 B型 ， 取 L=80， b=12。 標(biāo)記 B80 GB2867.4-81 打桿：選無肩打桿。根據(jù)模柄高度、上模座厚度， 查表，取 d=16， L=110。 沖孔落料模具設(shè)計 （ 10） 卸料螺釘長 L=凸凹模高 +0.5-卸料板厚 +下模座厚 -卸料螺釘孔深 =63+0.5-14+45-22=72.5(mm) 查表 ， 取 L=70， 則卸料螺釘孔深為 24.5mm。 沖孔落料模具設(shè)計 4、 計算模具閉合高度 H=(上模座厚 +墊板厚 +凸模長 )-1+(凸凹模高 +下模座厚 ) =40+8+45-1+63+45=200(mm) 所選模

27、架閉合高度為 180220， 滿足要求 。 沖孔落料模具設(shè)計 5、 繪制裝配圖 根據(jù)以上設(shè)計計算和模具簡圖 ， 取 1 3比例 （ 最好是 1 1） 繪制裝配圖 。 沖孔落料模具設(shè)計 6、 畫凸凹模 、 凹模 、 卸料板零件圖 凸凹模 沖孔落料模具設(shè)計 凹模 沖孔落料模具設(shè)計 卸料板 沖孔落料模具設(shè)計 7、壓力機校核 校核內(nèi)容 壓力機參數(shù) 模具參數(shù) 結(jié)論 行程 80mm 要求 5mm 滿足 閉合高度 Hmax=300 Hmin-H1+10H Hmin=220墊板厚 H1=80 H=200mmHmax- H1-5 滿足條件 工作臺尺寸 630 420 下模座輪廓尺寸為 345 233 滿足 安裝孔 滑塊孔徑 50，深 70 模柄外徑 50，高 60 滿足安裝 謝 謝！