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xx大 學(xué)
名稱 矩形墊片復(fù)合沖壓模具的設(shè)計(jì)
院 系 機(jī)電工程系
班 級(jí)
姓 名
系 主 任
教研室主任
指導(dǎo)教師
長(zhǎng)墊片復(fù)合沖壓模具的設(shè)計(jì)
摘要：模具是現(xiàn)代工業(yè)的重要工藝設(shè)備，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，它在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有越來(lái)越重要的地位，發(fā)展前景十分廣闊。裝備制造業(yè)在2007年的迅速發(fā)展，尤其是汽車和電子電器產(chǎn)品的高速增長(zhǎng)，為模具工業(yè)的發(fā)展?fàn)I造了良好的市場(chǎng)環(huán)境。本次綜合實(shí)訓(xùn)設(shè)計(jì)墊片的復(fù)合沖壓模具，從零件的工藝性分析到模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)再到工藝計(jì)算，一直到最后的模具裝配圖。
關(guān)鍵詞：墊片、復(fù)合沖壓模具、設(shè)計(jì)
目 錄
引言（緒論） 1
一、沖裁件的工藝性分析 7
二、確定沖壓工藝方案 7
三、選擇模具結(jié)構(gòu)形式 7
1.模具的形式 4
2.定位裝置 4
3.卸料裝置 4
4.導(dǎo)向零件 4
5.模架 4
四、必要的工藝計(jì)算 8
1.排樣設(shè)計(jì)與計(jì)算 4
2.計(jì)算沖壓力 4
3.計(jì)算模具壓力中心 4
4.計(jì)算模具刃口尺寸 4
五、墊片復(fù)合模主要零件的設(shè)計(jì)計(jì)算 4
1.落料凹模? 4
2.沖孔凸模長(zhǎng)度及強(qiáng)度校核? 4
3.凸凹模長(zhǎng)度確定及壁厚校核? 4
4.凸凹模固定板尺寸? 4
5.墊板結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì) 4
6.卸料板的設(shè)計(jì) 4
7.模座的選擇 4
六、壓力機(jī)校核? 4
1.模柄孔的校核? 4
2.模具閉合高度的校核? 4
3.壓力機(jī)工作臺(tái)尺寸的校核? 4
4.沖裁力校核 4
七、繪制模具總裝配圖及零件圖 14
課程設(shè)計(jì)小結(jié) 24
致謝? 4
參考文獻(xiàn) 25
引 言
汽車和電子電器產(chǎn)品的高速增長(zhǎng)，為模具工業(yè)的發(fā)展?fàn)I造了良好的市場(chǎng)環(huán)境。除了發(fā)展速度繼續(xù)提升外，我國(guó)模具行業(yè)在2007年還呈現(xiàn)出三大亮點(diǎn)：
一、是模具向大型、精密、復(fù)雜方向發(fā)展成果突出，如已生產(chǎn)出了單套重量達(dá)到100噸的巨型模具及型腔精度達(dá)到0.5μm的超精模具和能與2500次/分高速?zèng)_床相匹配的精密多工位級(jí)進(jìn)模等；模具專業(yè)化和標(biāo)準(zhǔn)化程度得到進(jìn)一步提高，如廣東模具企業(yè)的模具標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率大都已達(dá)到或超過(guò)了80%等；行業(yè)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步改善，如產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和進(jìn)出口結(jié)構(gòu)正在不斷趨向合理化等，行業(yè)正在形成一個(gè)以數(shù)字化和信息化為主要內(nèi)容的技術(shù)改造熱潮，發(fā)展后勁充足等。
二、是行業(yè)骨干隊(duì)伍正快速形成，集群式生產(chǎn)方式得到進(jìn)一步發(fā)展，勞動(dòng)生產(chǎn)率不斷提高。模具行業(yè)目前已有80多家重點(diǎn)骨干企業(yè)，現(xiàn)在，年產(chǎn)模具5000萬(wàn)元以上的企業(yè)全行業(yè)也有100家左右。骨干隊(duì)伍正在起著帶動(dòng)行業(yè)的作用。繼2006年之后，全國(guó)的模具城得到了進(jìn)一步發(fā)展。模具城的產(chǎn)出要比上年增長(zhǎng)25%以上。模具行業(yè)全員勞動(dòng)生產(chǎn)率比上年有10%以上的提高。
三、是國(guó)際合作進(jìn)一步發(fā)展，中國(guó)模具正在加速融入世界，因而也為中國(guó)模具今后的進(jìn)一步發(fā)展創(chuàng)造了更為有利的條件。無(wú)論是出展出訪還是來(lái)展來(lái)訪，中國(guó)模具行業(yè)2007年國(guó)際合作方面的活動(dòng)都要比往年更豐富，參與的企業(yè)數(shù)和人數(shù)更多，成效更加顯著?！ ?
在中國(guó)模具工業(yè)2007年可喜的發(fā)展中也有隱憂。
隱憂之一是生產(chǎn)模具的原材料、人工等成本費(fèi)用不斷上漲，2007年又比上年漲了20%左右，致使模具企業(yè)利潤(rùn)空間進(jìn)一步受擠壓，利潤(rùn)率進(jìn)一步下降，有些企業(yè)已出現(xiàn)虧損，顯得難以為繼。
隱憂之二是模具人才，特別是高技能、高水平人才全行業(yè)缺乏，這已制約了模具行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。由于總數(shù)量的供不應(yīng)求，高層次人才的正常流動(dòng)現(xiàn)在已變得有一些不正常了，用人單位的用人成本也顯著增加。同時(shí)，人才素質(zhì)也亟待提高。
隱憂之三是在模具行業(yè)國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)前景良好和現(xiàn)有企業(yè)大多利好的情況下，模具行業(yè)固定資產(chǎn)投入年復(fù)一年不斷攀升，尤其是外資和民間投資更為踴躍投入，致使某些領(lǐng)域已呈飽和之勢(shì)和低水平的重復(fù)。大量投資的結(jié)果雖然對(duì)促進(jìn)模具工業(yè)的發(fā)展有好處，但也預(yù)示著企業(yè)今后的競(jìng)爭(zhēng)更為劇烈。競(jìng)爭(zhēng)會(huì)不會(huì)造成今后的大調(diào)整而累及行業(yè)發(fā)展，這已引起一些業(yè)內(nèi)人士的擔(dān)憂。目前，在部分領(lǐng)域，尤其在中低檔市場(chǎng)上，競(jìng)爭(zhēng)已造成因相互過(guò)度壓價(jià)而損害產(chǎn)品質(zhì)量的狀況。
隱憂之四是中國(guó)模具行業(yè)總體創(chuàng)新能力薄弱，綜合水平仍比國(guó)外先進(jìn)水平落后許多，這對(duì)今后發(fā)展非常不利。所謂綜合水平的落后包括了技術(shù)落后、產(chǎn)品落后、管理落后及人的觀念和水平落后等。雖然我國(guó)模具行業(yè)中也不乏可與世界先進(jìn)水平相媲美的企業(yè)，有些產(chǎn)品也并不比世界先進(jìn)水平差，但這畢竟只是少數(shù)。就大多數(shù)而言，我們必須承認(rèn)落后，而且總體來(lái)說(shuō)，不是落后一點(diǎn)點(diǎn)，而是落后了許多。總體落后的主要表現(xiàn)是我國(guó)模具在結(jié)構(gòu)、精度、效能、壽命及生產(chǎn)周期等方面以及從業(yè)人員綜合素質(zhì)與水平和全員勞動(dòng)生產(chǎn)率等方面與國(guó)際先進(jìn)水平相比有著較大差距。此外，當(dāng)然還存在裝備及環(huán)境等方面的差距等。
模具設(shè)計(jì)
一、沖裁件的工藝性分析
（1）材料 Q235是普通碳素鋼，具有良好的沖壓性能。
（2）工件結(jié)構(gòu) 該零件形狀簡(jiǎn)單?？走吘噙h(yuǎn)大于凸、凹模允許的最小壁厚，故可以考慮采用復(fù)合沖壓工序。
（3）尺寸精度 零件圖上尺寸未標(biāo)注公差，屬自由公差，按IT14級(jí)確定工件的公差，一般沖壓均能滿足其尺寸精度要求。
二、確定沖壓工藝方案
該零件（如右圖）包括落料、沖孔兩個(gè)基本工序，可以有以下三種工藝方案：
方案一：先落料，后沖孔。采用單工序 模生產(chǎn)。
方案二：落料—沖孔復(fù)合沖壓，采用復(fù) 合模生產(chǎn)。
方案三：沖孔—落料連續(xù)沖壓，采用級(jí) 進(jìn)模生產(chǎn)。
方案一模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但需要兩道工序兩副模具，生產(chǎn)率低，難以滿足該零件的年生產(chǎn)需要。方案二只需一副模具，沖壓件的形位精度和尺寸精度容易保證，且生產(chǎn)率也高。盡管模具結(jié)構(gòu)較方案一復(fù)雜，但由于零件的幾何形狀簡(jiǎn)單對(duì)稱，模具制造并不困難。方案三也只需要一副模具，生產(chǎn)率也高，但模具制造、安裝較復(fù)合模復(fù)雜。通過(guò)對(duì)上述三種方案的分析比較，該件的沖壓生產(chǎn)采用方案二為佳。
三、選擇模具結(jié)構(gòu)形式
（1）模具的形式
此工件有三個(gè)孔，若采用正裝式復(fù)合模，操作很不方便；另外此工件無(wú)較高平直度要求，工件要求精度也較低，沖孔廢料由沖孔凸模沖入凹模洞口中，積聚到一定數(shù)量，由下模漏料孔排出，不必清除廢料，操作方便，應(yīng)用很廣，但工作表面平直度較差，凹凸模承受的張力較大。因此凹凸模的壁厚應(yīng)嚴(yán)格控制，以免強(qiáng)度不足。所以從操作方便、模具制造簡(jiǎn)單等方面考慮，決定采用倒裝式復(fù)合模。
（2）定位裝置
采用擋料銷縱向定位，安裝在卸料板上，并在凹模板開(kāi)設(shè)讓位孔。
（3）卸料裝置
1.條料的卸除 采用彈性卸料板。因?yàn)槭堑寡b式復(fù)合模，所以卸料板安裝在下模。
2.工件的卸除 采用打料裝置將工件從上模落料凹模中推下，落在模具工作面上。
3.沖孔廢料的卸除 采用下模座上漏料孔排出。沖孔廢料在下模的凹凸模內(nèi)積聚到一定數(shù)量，便從下模座的漏料孔中排出。
（4）導(dǎo)向零件
導(dǎo)向零件有許多，如用導(dǎo)板導(dǎo)向則在模具上安裝不便，而且阻擋操作者視線，所以不采用；若用鋼珠式導(dǎo)柱導(dǎo)套進(jìn)行導(dǎo)向，則雖然導(dǎo)向精度高，壽命長(zhǎng)，但結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，所以不采用；針對(duì)這次加工的產(chǎn)品精度要求不高，采用滑動(dòng)式導(dǎo)柱導(dǎo)套進(jìn)行導(dǎo)向即可。而且模具在壓力機(jī)上的安裝比較簡(jiǎn)單，操作又方便，還可降低成本。
（5）模架
若采用中間導(dǎo)柱模架，則導(dǎo)柱對(duì)稱分布，受力平衡，滑動(dòng)平穩(wěn)，拔模方便，但只能一個(gè)方向送料。若采用后側(cè)導(dǎo)柱模架，則可三方向送料。操作者視線不被擋住，結(jié)構(gòu)比較緊湊。
本設(shè)計(jì)決定采用后側(cè)導(dǎo)柱模架。
四、必要的工藝計(jì)算
（1）排樣設(shè)計(jì)與計(jì)算
1、單直排
a、搭邊。查《沖壓模具設(shè)計(jì)與制造》，確定搭邊直a、a1
t = 8 mm，工件間a1 =7 mm。
側(cè)搭邊 a = 6mm。
b、條料寬度。采用無(wú)側(cè)邊裝置，所以
B=（D+2a）= （160+7+7）= 174mm
式中——條料寬度的單向偏差，mm，查表得=-0.15mm
c、送料步距：
S = L + a =200 +6 = 206 mm
d、材料利用率
利用CAD軟件，查得其面積為1163.542mm
條料一個(gè)步距內(nèi)的面積為45×34=1530 mm
=100%=100%=76.04%
排樣圖如下：
2、計(jì)算沖壓力
沖裁力公式為
P= P+ P
式中 P —— 沖裁力；
P—— 沖孔沖裁力；
P——落料沖裁力。
（1） 沖孔沖裁力P孔。
P= Pt
式中 L ——沖孔周長(zhǎng)；
t ——材料厚度，t=1mm；
——材料抗拉強(qiáng)度，MPa，查手冊(cè)，Q235，=375~460MPa，取=400MPa。
所以 P = Lt=（2×3×2+2×8）×1×400=35168N
（2） 落料沖裁力P落。
P= Lt
所以 P= Lt=（++26×4）×1×4 00
=77605.3N
（3） 卸料力P。
P= K× P
式中 P——卸料力；
K——卸料系數(shù)，查表K=0.04~0.05，取K=0.04。
所以 P= K× P=0.04×77605.3N=3104.212N
（4） 推件力P
P = KPn
式中 K——推料系數(shù)，查表取K=0.055；
n——同時(shí)卡在凹模洞孔內(nèi)的件數(shù)，取n=3。
所以 P = KP n=0.055×35168×3N=5802.72N
（5） 總沖壓力P總。沖裁時(shí)，壓力機(jī)的壓力值必須大于或等于沖裁各工藝力的總和，即大于總的沖壓力?？偟臎_壓力根據(jù)模具結(jié)構(gòu)不同計(jì)算公式不同，當(dāng)采用彈壓卸料裝置和下出件的模具時(shí)，總的沖壓力為
P =P+ P+ P= P+ P+ P+ P
=77605.3+3104.212+35168+5802.72 N=121680.26N122KN
初選壓力機(jī)型號(hào)為：JH23—25。
該壓力機(jī)的主要參數(shù)：
公稱壓力250KN
滑塊行程75mm
最大封閉高度260mm
封閉高度調(diào)節(jié)量55mm
工作臺(tái)尺寸560×370
模柄孔尺寸40×60
3.計(jì)算模具壓力中心
由于該零件關(guān)于中心對(duì)稱，所以模具的壓力中心在幾何圖形的中心點(diǎn)上。
4.計(jì)算模具刃口尺寸
落料 設(shè)工件的尺寸為,根據(jù)計(jì)算原則，落料以凹模為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)。首先確定凹模尺寸，使凹模的基本尺寸接近或等于工件輪廓的最小極限尺寸;將凹模尺寸減去最小合理間隙值即得到凸模尺寸。
=（）
D=（D）
=（D）
沖孔 設(shè)沖孔尺寸為，根據(jù)計(jì)算原則，沖孔時(shí)以凸模為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)。首先確定凸模尺寸，使凸模的基準(zhǔn)尺寸接近或等于工件孔的最大極限尺寸；將凸模尺寸增大最小合理間隙值即得到凹模尺寸。
d=(d+x)
d=(d+z)=(d+x+z)
孔心距 孔心距屬于磨損后基本不變的尺寸。在同一工步中，在工件上沖出孔距為L(zhǎng)兩個(gè)孔時(shí)，其凹模型孔中心距可按下式確定。
L=L
上述式中： 、D ——落料凹、凸模尺寸；
d、 d ——沖孔凸、凹模尺寸；
D ——落料件的最大極限尺寸；
d ——沖孔件孔的最小極限尺寸；
L、 L ——工件孔心距和凹?？仔木嗟墓Q尺寸；
——工件制造公差；
z——最小合理間隙；
x ——磨損系數(shù)；
——凸或凹模的制造公差，可按IT6~IT7級(jí)來(lái)選取，也可查表選取，或?。ǎ?，（）。
為了保證初始間隙不超過(guò)Z即++,和選取必須滿足以下條件：
+
外形由落料獲得， 16由沖孔同時(shí)得到：
查表得：Z=0.1mm,Z=0.14mm,
則 Z-Z=(0.14-0.1)mm=0.04mm
由于尺寸為自由公差，均為IT14級(jí)，所以×=0.5mm
設(shè)凸、凹模分別按IT6和IT7級(jí)加工制造，則
沖16孔：
d=(d+×)=(16+0.5×0.43) =16.215mm
d=( d+ Z)=(16.215+0.1)=16.315mm
校核：+
0.011+0.0180.14-0.1
0.029<0.04（滿足間隙公差條件）
落料
D=(D- ×)=(30-0.5×0.15) =29.925mm
D=( D- Z)=(29.925-0.1)=29.825mm
校核：+
0.012+0.0080.14-0.1
0.002<0.04（滿足間隙公差條件）
符合精度要求。
五、主要零件的設(shè)計(jì)計(jì)算
1.落料凹模
1）厚度H
H=K
式中 K——修正系數(shù)，查表K=1.25；
P——落料沖裁力，N，P=77605.3N=78KN。
代入 H=1.25×=24.7mm
取H=20mm
2）長(zhǎng)度和寬度L、B
L=l+2W
式中 W——垂直于送料方向的凹模型孔壁間最大距離。
W1.2 H=1.2×20=24mm
所以 L= l+2W=25×2+12+24×2=110mm
B= B+2W=26+24×2=74mm
取 L=120mm
B=70mm
由于凹模內(nèi)要設(shè)置推件塊，為了使模具加工簡(jiǎn)單，將凹模分成兩塊：凹模板和空心墊板，每塊板的厚度各為10mm。
2.沖孔凸模長(zhǎng)度及強(qiáng)度校核
1）沖孔凸模長(zhǎng)度L.
L=H+l
H=(0.6~0.8)H
H=K
l= H
以上各式中 H——凸模固定板厚度；
H——沖孔凸模厚度；
P——沖孔沖裁力；
K——系數(shù)；
l——凸模自由長(zhǎng)度；
H——落料凹模厚度，H=20mm。
所以H=K=1×=15.2mm，取H=16mm
H=(0.6+0.8)H=(0.6~0.8)×16 = 9.6~12.8mm，取H=10mm
l= H=20mm
所以L= H+l=10+20=30mm
2）凸模強(qiáng)度——壓應(yīng)力校核
校核公式為：
式中 P——沖孔沖裁力，N，P=7536N，
F——凸模最小斷面積，F(xiàn)=r=3.14×3×3=28.26mm，
[]——凸模材料的許用壓應(yīng)力，MPa，材料為Cr12，查手冊(cè)，[]=(1000~1600)MPa,取[]=1200MPa.
因?yàn)? ==266.7MPa<[]
所以凸模強(qiáng)度符合要求。
3.凸凹模長(zhǎng)度確定及壁厚校核
1）凸凹模長(zhǎng)度H確定
H=H-F+H-1+H=50-20+10-1+20=59mm60mm
式中 H——彈簧的自由長(zhǎng)度，mm，H=50；
F——彈簧壓縮量，mm；
H——卸料板厚度，mm，取H=10mm；
H——固定板厚度，mm，取H=20mm。
2）凸凹模壁厚校核。
查表，倒裝復(fù)合模最小壁厚n=2.7mm，（料厚t=1mm）
此例中n=6-3=3mm> n
所以滿足最小壁厚n> n的要求。
4.凸凹模固定板尺寸
凸凹模形狀為矩形120×70,厚度取20mm，與凸凹模過(guò)盈配合。
5.墊板結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)
理論上，確定是否需要墊板的方法如下：
條件：沖裁時(shí)，如果凸模的端部對(duì)模座的壓應(yīng)力超過(guò)模座材料的許用壓應(yīng)力，這時(shí)需要凸模端部與模座之間加上一塊強(qiáng)度較高的墊板。即下列情況需要加墊板。
式中 ——凸模端面壓應(yīng)力，MPa；
——模座材料許用壓應(yīng)力，鑄鐵約為100MPa，鋼約為200MPa；
P——沖裁力，N；
F——凸模上端面面積，mm；
D——凸模上端面直徑，mm。
墊板形狀和凸模固定板一致，矩形，墊板厚度一般為3~10mm。
墊板材料常用T7或T8工具鋼，熱處理硬度為48~52HRC。墊板淬硬后兩面應(yīng)磨平，表面粗糙度R0.32~0.63um。
本例中上模部分已有墊板。
下面確定凸凹模與下模板之間是否需要墊板：
本例中，由于凸凹模和固定板的配合為過(guò)盈配合，所以其表面積按固定板面積計(jì)算，很顯然不需要加墊板。因?yàn)榧訅|板之后與沒(méi)加之前（下表面積）沒(méi)有區(qū)別。
6.卸料板的設(shè)計(jì)
1）卸料板的形狀和尺寸。
卸料板取矩形板，厚度為H=10mm，卸料板材料選A3或（45鋼），不用熱處理淬硬。
2）卸料板上成形孔的設(shè)計(jì)。取彈壓卸料板與凸模的雙面間隙為0.1~0.3mm。
7.模座選擇
由于模板周界為120×70mm，所以選
上模座 125×80×30 GB/T2855.5—1990
下模座 125×80×30 GB/T2855.6—1990
材料 HT200 GB9436—88 閉合高度最小140mm，最大165mm。
導(dǎo)柱20×130 GB/T2861.1—1990
導(dǎo)套20×70×28 GB/T2861.6—1990
六、壓力機(jī)校核
初選壓力機(jī)型號(hào)為：JH23—25.
該壓力機(jī)的主要參數(shù)：
公稱壓力250KN
滑塊行程75mm
最大封閉高度260mm
封閉高度調(diào)節(jié)量55mm
工作臺(tái)尺寸560×370
模柄孔尺寸40×60
1.模柄孔的校核
模柄的尺寸為40×80，上模座厚度為30mm，則模柄伸出上模座的高度為50mm<60mm，因此合適。
2.模具閉合高度的校核
模具的閉合高度H=30+15+10+10+10+60+30-1=164mm，而壓力機(jī)的最大封閉高度260mm，其調(diào)節(jié)量為55mm，則壓力機(jī)的最小閉合高度為205mm，大于模具的閉合高度，可以在模具下模座下加墊板，所以此項(xiàng)也可滿足要求。
3.壓力機(jī)工作臺(tái)尺寸的校核
查手冊(cè)，該型號(hào)模座的外形尺寸為：194×142mm，壓力機(jī)的工作臺(tái)尺寸為560×370mm，符合每邊留出60~100mm的要求，用來(lái)安裝固定模具用的螺栓、墊塊和壓板，所以合適。
4.沖裁力校核
沖裁合格產(chǎn)品所需的沖裁力P為122KN<壓力機(jī)的公稱壓力250KN，所以合適。
綜上所述：型號(hào)為JH23—25的壓力機(jī)符合要求。
七、繪制模具總裝配圖及工作零件圖
模具整體裝配效果圖
總結(jié)
通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)使我對(duì)模具行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)有了更深刻的了解，通過(guò)整個(gè)模具設(shè)計(jì)流程，使我掌握了沖壓模具的總體設(shè)計(jì)思路及在模具設(shè)計(jì)中經(jīng)常出現(xiàn)的一些問(wèn)題、及處理方法，對(duì)設(shè)計(jì)中一些常規(guī)方法了有了進(jìn)一步的了解，為以后從事模具行業(yè)打下了基礎(chǔ)。通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助手段實(shí)現(xiàn)了對(duì)模具零件的三維造型，同時(shí)利用軟件完成了相關(guān)零部件的裝配過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了模具結(jié)構(gòu)的總裝配，同時(shí)，使用了 AutoCAD 完成了相關(guān)二維結(jié)構(gòu)及零件圖。這次課程設(shè)計(jì)讓我鞏固了專業(yè)知識(shí)，對(duì)知識(shí)有了更深刻的認(rèn)識(shí)。
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