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1、一. 冷沖壓模具設計的目的 冷沖壓模具課程設計是為機械設計制造及自動化專業(yè)在學完基礎理論課、 技術基礎課和專業(yè) 課的基礎 上，所設 置的一個重 要的實 踐性教學環(huán) 節(jié)。 其目的是： 1、 綜合運用本專業(yè)所學課程的理論和生產(chǎn)實際知識，進行一次冷沖壓模具設計 工作的實際訓練，從而培養(yǎng)和提高學生獨立工作的能力。 2、 鞏固與擴充“模具設計與制造”等課程所學的內(nèi)容，掌握冷沖壓模具設計的 方法和步驟。 3、 掌握冷沖壓模具設計的基本技能，如計算機繪圖、計算、查閱設計資料和手 冊，熟悉標準和規(guī)范等等 二. 分析零件 零件為圓筒形沖壓零件 生產(chǎn)批量：中批量 材料：45鋼材料厚度：2 mm 三

2、. 工藝分析： 工藝性是指沖壓件對沖壓工藝的適應性。 工件:此工件只有落料和拉深兩個工序?工件形狀簡單,并且工件為無凸緣圓 筒件,要求內(nèi)形尺寸，拉深時厚度不變，因此工件能滿足落料拉深要求?工件的底部 圓角半徑r=2mm >t,滿足再次拉深圓角半徑要求?尺寸? 20 mm,也滿足拉深工序 對工件的公差等級要求。 材料：45鋼，由于強度低,塑性好，適用于制造受力不大的沖壓件和拉深件，并 有利于沖壓成形和制件質(zhì)量的提高，還具有良好的沖壓成形性能，即有良好的抗破 裂性,良好的貼模和定形性，所以具有良好的沖壓性能。 四. 工藝方案的確定： 1. 先確定拉深次數(shù)： 確定拉深次數(shù)，先判斷能否一次

3、拉出總拉糸數(shù) m總=dn/D中的，dn實際上是 零件所要求的直徑?當m總〉mi時，則該零件只需要一次拉出，否則就要進行多次拉 深 計算毛坯尺寸： 查［1］中表6-2得修邊余量△ h, h/d=49/18=2.54,>△ h=4mm 毛坯直徑公式 D= . d2+4dh-1.72rd-0.56r2 參數(shù):d = 18mm 參數(shù):h = 49mm 參數(shù):r = 4mm 計算結果D=63.3mm 查[1]中表 6-6 得，取 mi=0.4,;取 m2=0.7,m3=0.75 總拉深糸數(shù)：m 總=dn/D=18/63.3=0.28

4、拉深直徑 di=mi D=0.4 x 63.3" 25.3mm 第一次拉深的高度：hi=0.25[(D /di)-di]+(0.43ri/di)(d什0.32ri) 參數(shù):di=25.3mm 參數(shù)ri=4mm 計算結果hi"37.5mm 第二次拉深直徑 d2=m2di=0.7x25.3"i7.7mm i-i所示 由此可得知，d2 < d工牛則產(chǎn)品是通過二次拉深所得到的。工序圖如 2. 工藝方案： 該工件包括落料、拉深兩個基本工序，可有以下三種工藝方案: 方案一：先落料，首次拉深一，再次拉深。采用單工序模生產(chǎn)。 方案二：落料+拉深復合，后拉深二。采用復合模+單工序模生產(chǎn)。 方案

5、三：先落料，后二次復合拉深。采用單工序模 +復合模生產(chǎn)。 方案四：落料+拉深+再次拉深。采用復合模生產(chǎn)。 方案一模具結構簡單，但需三道工序三副模具，成本高而生產(chǎn)效率低，難以滿足 大批量生產(chǎn)要求。方案二只需二副模具，工件的精度及生產(chǎn)效率都較高，工件精 度也能滿足要求，操作方便，成本較低。方案三也只需要二副模具，制造難度大， 成本也大。方案四只需一副模具，生產(chǎn)效率高，操作方便，工件精度也能滿足要 求，但模具成本造價高。通過對上述四種方案的分析比較， 該件的沖壓生產(chǎn)采用 方案二為佳。 五?模具總體設計 (1) 模具類型的選擇 由沖壓工藝分析可知，采用落料拉深沖壓和再次拉深。所以模具類型 為復

6、合模和單工序模二套模具。 (2) 定位方式的選擇 復合模：因為該模具采用的是條料，控制條料的送進方向采用導 料板，無側壓裝置。控制條料的送進步距采用固定擋料銷定距。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。 拉深二模：采用帶有壓邊圈裝置對工件進行定位。 (3) 卸料、出件方式的選擇 因為工件料厚為2mm相對較薄，卸料力也比較小，故可采用彈 性卸料。對于復合模生產(chǎn)，應采用上出件比較便于操作與提高生產(chǎn)效 率。對于拉深二，也是采用上出件比較方便. (4) 導向方式的選擇 為了提高模具壽命和工件質(zhì)量，方便安裝調(diào)整，該兩套模具采用后側 導柱的導向方式 六.工藝設

7、計計算 1 ?排樣方式的確定及其計算 設計復合模，首先要設計條料排樣圖。圓筒形狀簡單，落料形狀就是一個圓，可 以采用直排方式，如圖4-1所示的排樣方法， 1) 、查［1］中表 3-10 得 搭邊值 a=1.0mm ai=1.2mm 2) 、送料步距A A=D+a=63.3+ 仁 64.3mm 3) 、條料寬度B (采用無側壓裝置的導料板之間送料時) B = ( D+2ai+2 △ +bo) =［(63.3+2 X 1.2+2 X 0.5 ) =66.7mm 4) 、一個步距內(nèi)材料料利用率n n =(si/s o) x 100% 2 =(n X 63.3 /4)/(6

8、4.3 X 66.7 ) X 100% =73.33% 5) 、查［3］板材標準，宜選600mm X 1750mm的鋼板，每張鋼板可剪裁為 5張 條料(120mm X 1750mm )，每張鋼板的材料利用率為 74% 2、沖壓力的計算 料落：采用彈性卸料裝置和下出件模具 查［1］表2-3得,取疋=300MP 沖裁力 F=Lt(T b=1.3 T Lt=1.3 X 300X 3.14 X 63.3 X 0.8 ?62013N 式中L 沖裁件周長(mm) t —板料厚度(mr) (T b――材料的抗拉強度(MPa 查［1］表 3-8 得 K 卸=0.05 K 頂=0.06

9、F 卸=K卸 F=0.05 X 62013=3100.68N F 頂=K 頂 F=0.06 X 62013=3720.78N 壓力機所需的沖壓力 F沖總=F+ F卸+ F頂=68834.46N 拉深一 查［1］表 6-11 得,K1=1;K2=0.85; (T b 查［1］得表 2-3,查［1］6-13 得 c b=400MP P=2.5MP 拉深力:F拉=Kn dt c b =1 X 3.14 X 25.3 X 0.8 X 400 =25421.44N 壓邊力:Fq1=( n /4)［D 2-(d 1+2R凹)2］p =(3.14/4)［63.3 2-(25.3+2 X

10、6.4 凹)］X 2.5 =1071.23N 總沖裁力：F= F沖總+ F拉+ Fqi=95327.13N 也就是壓力機所需的沖壓力 故落料拉深復合模配的的壓力機所需的總沖壓力為 F 總=95327.13N 拉深二 查［1］表 6-11 得,心=0.85; (T b查得表 2-3,得(T b=400MP 查［1］表 6-13 得:p=2.5MP; 查［1］表 3-8 得 K 頂=0.06; 拉深力:F拉2=Kn dzt(T b =0.85 X 3.14 X 17.7 X 0.8 X 400 =15117N 壓邊力:Fq2=( n /4)［d 12-(d 2+2R凹)2

11、］p =(3.14/4)［25.3 2-(17.7+2 X 2.4) 2］ X 2.5 =262.66N 頂件力：F 頂=K 頂 F 拉 2=0.06 X 15117=907N 總沖裁力：F= F 拉 + Fq2+ F 頂=15117+262.66+907=16286.66N 也就是壓力機所需的沖壓力 所以二次拉深時的壓力機所需的總沖壓力為 F 總=16286.66N 七?主要零部件設計 1.工藝零件設計： 1. 1工作零件：拉深落料復合模： ① 凸凹模 結合工件外形并考慮加工，將凸凹模設計成帶肩臺階式圓凸凹模，一方 面加工簡單，另一方面又便于裝配與更換，采用車床加工，與

12、凸凹模固定板的配 合按H7/m6。 凸凹模長度L=36+16+6+29+仁88m。具體結構可參見圖5-1.1(b)所示。 ② 拉深凸模 拉深凸模采用臺階式，也是采用車床加工，與凸模固定板的配合按 H7/m6 的配合,拉深凸模結構如圖5-1.1 ( a)所示。 ③ 落料凹模 凹模采用整體凹模，沖裁的凹?？卓刹捎镁€切割機床和銑床加工，安排凹模在模 架上的位置時，要依據(jù)計算壓力中心的數(shù)據(jù)，將壓力中心與模柄中心重合。 凹模的輪廓尺寸應要保證凹模有足夠的強度與剛度，凹模板的厚度還應考慮 修磨量，根據(jù)沖裁件的厚度和沖裁件的最大外形尺寸在標準中選取凹模板的各尺 寸為：長230mm寬200mm因

13、考慮到整套模具的整體布置要求，選其厚度為79mm ④ 模具刃口尺寸的計算 落料：按按單配加工時的尺寸的計算 查［1］中表3-3得 Zmin=0.072mm ZmaX=0.104mm 取落料的尺寸公差為IT14,則公差=0.87mm 查［1］中表3-5得x=0.5 所以落料料凹模尺寸：D=( Dmax-X △) =(6330.5*0.87) =62.865mm 因此落料凸模的基本尺寸與與凹模相同是 62.865mm但不必注公差，注明以 0.72?0.104mm的間隙與落料凹模配制. 落料凹模如圖5-1.2所示： 拉深一：查［1］中表6-14得 C=1, C2=8 1)

14、.凹模圓角半徑 R凹=C1 C2t=1 x 8X 0.8=6.4mm R凸=(0.7 ?1.0) R 凹=0.85 X 6.4=5.44mm取 R凸=5.5mm 2) .拉深模的單邊間隙Z=(D凹-D凸)/2 查［1］表 6-15,得單邊間隙 Z=1.1t=1.1 x 0.8=0.88mm 3) .拉深凸模和凹模工作部分的尺寸及其制造公差： 第一次拉深模，由于其毛坯尺寸與公差沒有必要予以嚴格的限制 ，這時凸模 和凹模尺寸只要取等于毛坯的過渡尺寸即可 ，以凸模為基準.取公差等級為 IT10=0.12mm. d 凸=d -：凸=63.2 o-o.i2 mm d 凹=(d 凸+

15、2Z) o+ s凹=(63.2+2 x 0.88) o+0.12=64.96 o+0.12mm 圖形如5-1.1圖所示： 1 (S67.2±0.01 :__- i —

16、 S5-L 1 圖 5-1.2 1 . 2工作零件：二次拉深模 ① 凸模 根據(jù)工件外形并考慮加工，將凸模設計成帶肩臺階式圓凸凹模，一方面加 工簡單，另一方面又便于裝配與修模，采用車床加工，與凸模固定板的配合按 H7/m6。 凸模長度L=H計f+Y 式中H i——凸模固定板厚度 H2――壓邊圈高度 Y――附加長度，包括凸模刃口修磨量，凸模進入凹模的深度 46mm 因此凸模長度L=28+60+46=134mm具體結構可參見圖5-1.2(a)所示。 ② 凹模 凹模采用整體凹模，各沖裁的凹?？拙捎镁€切割機床加工，安排凹模在 模架上的位置時，要依據(jù)計算壓力中心的數(shù)據(jù)

17、，將壓力中心與模柄中心重合。取 凹模輪廓尺寸為? 160mm x 58.8mm，結構如圖5-1.2 (b)所示 ③ 模具刃口尺寸的計算 1) .凹模圓角半徑R凸=r凸=2mm R凹=R 凸/0.85=2/0.85=2.352mm ~2.4 mm 2) .拉深模的單邊間隙Z=(D凹-D凸)/2 查［1］表 6-15,得單邊間隙 Z=1t=1 x 0.8=0.8mm 3) .拉深凸模和凹模工作部分的尺寸及其制造公差： 查［1］表6-16得凸凹的制造公差為：S凸=0.02mm S 凹=0.03mm 當工件要求內(nèi)形尺寸：凸模尺寸:d凸=(d min+0.4 △) =(17.7+0.

18、4 x 0.4) mm=17.86mm 凹模尺寸：d 凹=(d min+0.4 △ +2Z) =(17.7+0.4 x 0.4+2 x 0.8) =19.46mm 圖形如5-1.2所示： ^0.03 0150 均布 ；二 0 /as 拆記示跑： 直艮（?— 24臨，的玄顯 固楚45料鋌A10 JB/T 林料：45.題處理貶度 43-^STIR€ 技術務th按JB/T 7653—］<>y4 的規(guī)定 1.3.定位零件的設計 落料拉深復合模 ① 固定擋料銷 落料凹模

19、上部設置固定擋料銷，采用 固定擋料銷的進行定距?擋料裝置在復合模 中，主要作用是保持沖件輪廓的完整和適量 的搭邊?，如圖所示為鉤形擋料銷，因其固定孔 離刃口較遠，因此凹模強度要求，結構上帶有 防轉(zhuǎn)定向銷?擋料銷采用H7/r6安裝在落料 凹模端面 ② 導料板的設計 導料板的內(nèi)側與條料接觸，外側與凹模齊平，查 ［2］表14-17導料板與條 料之間的間隙取0.5mm，這樣就可確定了導料板的寬度，導料板的厚度按 ［2］表 14-15選擇。導料板采用45鋼制作，熱處理硬度為28?32HRC，用螺釘固定在 凹模上。 ③ 卸料部件設計 卸料裝置用彈壓卸料板的卸料裝置，如下圖1-3所示，卸料板內(nèi)孔每側

20、與 凸模保持間隙Cz =0.1~0.2t=0.16mm;卸料板周界尺寸與凹模周界尺寸一樣， 厚度 根據(jù)沖裁件料厚t和卸料板寬度B查模具手冊之四［2］中表14-10得其厚度為 16mm。卸料板采用45鋼制造，淬火硬度為43?48HRC。 卸料螺釘?shù)倪x用 卸料板上設置2個卸料螺釘，公稱直徑為12mm，螺紋部分為M8 x 16mm。卸 料釘尾部應留有足夠的行程空間。卸料螺釘擰緊后， 應使卸料板超出凸模端面 lmm，有誤差時通過在螺釘與卸料板之間安裝墊片來調(diào)整。 ④ 壓邊圈設計 首次拉深： 為了防止拉深過程中起皺，生產(chǎn)中主要采用壓邊圈，查 [1]表6-12，可判斷 出需要壓邊圈。壓邊圈采

21、用 45鋼制造，熱處理硬度為42?45HRC。其結構如 5-2.4(a)所示 二次拉深： 壓邊圈，結構與尺寸由標準中選取，壓邊圈圓角半徑rY應比上次拉深凸模的 相應圓角半徑大0.5?1mm以便將工序件套在壓邊圈上.材料采用45鋼，熱處理 硬度為調(diào)質(zhì)42-45HRC其結構如圖5-2.4(b)所示. ,eT5 ^114.36 (a) 圖"3 (b〉 2■結構零件 1. 1模架及其他零部件設計 ①落料拉深復合模 采用滑動導向后側導柱式模架的導向方式，如圖所示，帶有導柱的沖裁模 適合于精度要求較高，生產(chǎn)批量較大的沖裁件，且導柱模結構比較完善，對后側 導柱的導向

22、方式可從左右和前后兩個方向進行送料。故相應選后側導柱模架。 因為它的模具較高所以選取比較大一點的模架模 架的結構與尺寸都直接由標準中選取，相關參數(shù)如下： 凹模周界L: 315 凹模周界B: 250 閉合高度(參考)|最小： 275 閉合高度（參考）|最大： 320 1上模座 數(shù)量1 規(guī)格： 315X 250X 55 2下模座 數(shù)量1 規(guī)格： 315X 250X 70 3導柱 數(shù)量1 規(guī)格： 40X 260 4導套 數(shù)量1 規(guī)格： 40X 140X 53 導柱與導套結構由標準中選取，尺寸由模架中參數(shù)決定。 導柱的長度應保證沖模在最低工作位置時，導柱上端面與上模座頂面的距

23、離不小于10-15mm，而下模座底面與導柱底面的距離應為 0.5-1mm。導柱與導套 之間的配合為H7/h6,導套與上模座之間的配合為H7/r6，導柱與下模座之間的配 合為R7/h5。導柱與導套材料采用20鋼，熱處理硬度為（滲碳） 下模座材料采用45鋼，熱處理硬度為調(diào)質(zhì)28-32HRC。 ②二次拉深模 也是采用滑動導向后側導柱式模架的導向方式，如圖所示， 模架的結構與尺寸都直接由標準中選取，因為它的模具 較高所以選取比較大一點的模架相關參數(shù)如下： 凹模周界L： 250 凹模周界B： 250 56-62HRC。上 閉合高度（參考）|最小: 閉合高度（參考）|最大: 1上模座 2下模

24、座 3導柱 4導套 240 285 250 X 250 X 50 250 X 250 X 65 數(shù)量1規(guī)格: 數(shù)量1規(guī)格: 數(shù)量1 規(guī)格: 35 X 230 數(shù)量1 規(guī)格： 35 X 125X 48 導柱與導套結構由標準中選取，尺寸由模架中參數(shù)決定 導柱的長度應保證沖模在最低工作位置時，導柱上端面與上模座頂面的距 離不小于10-15mm，而下模座底面與導柱底面的距離應為 0.5-1mm。導柱與導套 之間的配合為H7/h6,導套與上模座之間的配合為H7/r6，導柱與下模座之間的配 合為R7/h5。導柱與導套材料采用20鋼，熱處理硬度為（滲碳）56-62HRC。上 下

25、模座材料采用45鋼，熱處理硬度為調(diào)質(zhì)28-32HRC 1. 2彈頂器的彈性元件的選取 ①落料拉深復合模 選用橡皮作為彈性元件，橡皮一般為聚氨膠，因為它允許承受的載荷較彈簧 大，并且安裝調(diào)理方便。 因為聚氨脂橡膠的總壓縮量一般w 35%所以取30%,剛聚氨膠的高度 h=0.3X H h為壓邊圈運行的高度=39.8mm H=39.8/0.3=132.7mm 橡膠的高度H與直徑D應有適當比例：H=（0.5~1.5）D 根據(jù)上二式查［3］表 3-100 得.D=60mm; d=16.5mm; H=50mm; Di=78mm 選取三塊同樣的橡膠.中間加上鋼墊圈，防止失穩(wěn)彎曲.其結構

26、圖如下 in ②二次拉深模 ”8 ?選用圓柱螺旋彈簧 荷Fj與其相對應的工作極限負荷下的變形量 Lj。根據(jù)所需要的卸料力或推件力 Fq以及所需要的量大壓縮行程L0,來計算Fj與Lj,然后就可以在標準中選取相 應的規(guī)格彈簧。 1） 確定彈簧的數(shù)目為1 2） 頂件載荷Fq=壓邊力=1260N 3） 最大壓縮行程 L0=h1 + h2 + h3 + t =1+46.8+7+0.8=55.6mm 4）計算所需的彈簧的工作極限負荷 Fj與工作極限負荷下的變形量Lj,K取 Fj = Fq/K=1260/0.4=3150N Lj= L0/(1-K)=55.6心-0.4)=92.6

27、7N 由上述二式查彈簧標準表得：彈簧材料直徑為 10mm,彈簧中徑為75mm,節(jié)距 為t=26.5,工作極限負荷Fj =3500N,變形量Lj=111mm有效圈數(shù)為7.5 六.模具總裝圖 通過以上設計，可得到如圖6-1的落料拉深模和6-2拉深二模所示的模具 總裝圖。 ① 落料拉深模：模具上模部分主要由上模座板、墊板、凸模、凸模固定板、 推件板及卸料板等組成。卸料方式采用彈性卸料，以彈簧為彈性元件。下模部分 由下模座、墊板、凹模板、凹模固定板、壓邊圈和導料板等組成。條料送進時采 用固定擋料銷粗定距，拉深凸模 7低于落料凹模8的距離為一個料厚，是為了 在沖壓是能保證先落料再拉深。 ②

28、拉深二模：拉深前毛坯套在壓邊圈 6上，所以設計的壓邊圈形狀與上一 次拉出來的半成品相適應，拉深后，壓邊圈將沖壓件從凸模 7上托出，推件板9 將沖壓件從凹模中推出。 圖6-1 圖6-2 七.沖壓設備的選定 落料拉深復合模： 通過校核，根據(jù)F總查［1］中表1-3選型號為J23-40的壓力機 其基本參數(shù)： 標稱壓力（kN） 400 滑塊行程（mm ―― 80 行程次數(shù)（次/min）——45/90 連桿調(diào)節(jié)長度（mrj） 65 最大裝模咼度（mrj） 330 工作臺尺寸 前后X左右（mrtK mr） 460x 700 模柄孔尺寸 直徑X深度（mr）i ? 50X 70

29、電動機功率（kW ——5.5 模具的閉合高度H模具應介于壓力機的最大裝模高度 Hmax與最小裝模高度Hnin之間, 否則就不能保證下常的安裝與工作。其關系為： Fkin+10mn^ H 模具＜ Hr^5mm 若模具的閉合高度H 模具＞fax,貝U該壓力機不能用，若H 模具＜ Hmin,貝U可以加墊板。 實際算得H模具=301mm 則滿足 Hnin+10mmf H模具＜ Hna＞-5mm的要求。 二次拉深模： 根據(jù)F總查《冷沖模設計》中表1-3選型號為J23-25的壓力機 其基本參數(shù)：標稱壓力（kN） ―― 250 滑塊行程（mm ―― 65 行程次數(shù)（次/min） ——

30、 50/105 連桿調(diào)節(jié)長度（mrj） 55 最大裝模高度（mrj） 270 工作臺尺寸 前后X左右（mm＜ mr） 370X 560 模柄孔尺寸 直徑X深度（mm ―― ? 50X 70 電動機功率（kW ―― 2.2 模具的閉合高度H模具應介于壓力機的最大裝模高度HLax與最小裝模高度Unin之間， 否則就不能保證下常的安裝與工作。其關系為： H1in+10mm^ H 模具 ＜ Hkax-5mm 若模具的閉合高度H 模具＞fax,貝U該壓力機不能用，若H 模具＜ Hmin,貝U可以加墊板。 實際算得HA8mm 則滿足 Hnin+10mr^ H模具＜ Hlax-5mm的要求

31、。 七.對二次拉深件進入切邊： 主要通過切邊模具對二次拉深件進切邊，而達到所需要的產(chǎn)品尺寸。可以 采用帶錐形口的拉深凹?；驇A角的拉深凹模設計進行切邊， 由于切邊凹模沒有 鋒利的刃口，所以切下的廢料拖有較大的毛刺，也有將這種切邊方法稱為擠邊。 用這種方法對筒形件切邊由于其結構簡單， 使用方便，并可用復合模的結構與拉 深同時進行，所以使用十分廣泛。切邊的工序圖如下所示： 八■參考文獻 [1] . 丁松聚主編.冷沖模設計.北京:機械工業(yè)出版社,2001 [2] 《沖壓設計手冊》編寫組編寫.沖壓設計手冊.北京:機械工業(yè)出版社，1999 [3] 楊玉英主編.實用沖壓工藝及模具設計手冊.北京:機械工業(yè)出版社,2004 [4] 王樹勛主編.典型模具結構圖冊?廣州:華南理工大學出版社，2005 [5] 孫鳳勤、閻亞林主編.沖壓與塑壓成形設備.北京:高等教育出版社,2003