卡墊沖壓工藝及復合模具設計,沖壓,工藝,復合,模具設計 目 錄 第一章 緒論 2 第二章 沖壓件工藝分析 3 2.1 材料分析 3 2.2 零件結構 3 2.3 尺寸精度 3 第三章 沖裁方案的確定 4 3.1 沖裁工藝方案的確定 4 3.2 沖裁工藝方法的選擇 4 3.3 沖裁結構的選取 4 第四章 模具總體結構的確定 6 4.1 模具類型的選擇 6 4.2 送料方式的選擇 6 4.3 定位方式的選擇 6 4.4 卸料、出件方式的選擇 6 4.5 導向方式的選擇 6 第五章 工藝參數計算 8 5.1 排樣方式的選擇 8 5.1.1 搭邊值的確定 8 5.1.2 材料利用率的計算 9 5.2 沖壓力的計算 9 5.3 初選壓力機 11 第六章 刃口尺寸計算 12 6.1 沖裁間隙的確定 12 6.2 刃口尺寸的計算及依據與法則 12 結 論 14 參考文獻 15 第一章 緒論 近年來，沖壓成形工藝有很多新的進展，特別是精密沖裁、精密成形、精密剪切、復合材料成形、超塑性成形、軟模成形以及電磁成形等新工藝日新月異，沖壓件的精度日趨精確，生產率也有極大提高，正在把沖壓加工提高到高品質的、新的發(fā)展水平。前幾年的精密沖壓主要市是指對平板零件進行精密沖裁，而現在，除了精密沖裁外還可兼有精密彎曲、壓延、壓印等，可以進行復雜零件的立體精密成形。過去的精密沖裁只能對厚度為5~8mm以下的中板或薄板進行加工，而現在可以對厚度達25mm 的厚板實現精密沖裁，并可對σb>900MPa的高強度合金材料進行精沖。 由于引入了CAE，沖壓成形已從原來的對應力應變進行有限元等分析而逐步發(fā)展到采用計算機進行工藝過程的模擬與分析，以實現沖壓過程的優(yōu)化設計。在沖壓毛坯設計方面也開展了計算機輔助設計，可以對排樣或壓延毛坯進行優(yōu)化設計。 此外，對沖壓成形性能和成形極限的研究，沖壓件成形難度的判定以及成形預報等技術的發(fā)展，均標志著沖壓成形以從原來的經驗、實驗分析階段開始走上由沖壓理論指導的科學階段，使沖壓成形走向計算機輔助工程化和智能化的發(fā)展道路。 為了滿足制件更新換代快和生產批量小的發(fā)展趨勢，發(fā)展了一些新的成形工藝(如高能成形和旋壓等)、簡易模具（如軟模和低熔點合金模等）、通用組合模具和數控沖壓設備等。這樣，就使沖壓生產既適合大量生產，也同樣適用于小批生產。不斷改進板料性能，以提高其成形能力和使用效果，例如研制高強度鋼板，用來生產汽車覆蓋件，以減輕零件重量和提高其結構強度。 接線端子零件是沖壓生產的一個典型零件，在客車生產中有很強的作用，其模具設計有一定的實用價值。對于該制件我們利用先進的模具生產提高生產效益、保證產品質量、節(jié)約成本，從而取得很高的經濟效益。 15 第二章 沖壓件工藝分析 圖2-1 零件圖 材料：08鋼 材料厚度：2mm； 未注公差：IT14。 2.1 材料分析 表2-1 部分碳素鋼抗剪性能 材料名稱 牌號 材料狀態(tài) 抗剪強度（Mpa） 抗拉強度（Mpa） 屈服點（Mpa） 伸長率（%） 沸騰鋼 08 已淬火 ≥320 ≥295 ≥175 35 由上表2-1可知：08是沸騰鋼，具有較好的沖裁成形性性能，適合要求較高的零件。綜合評比均適合沖裁加工。 2.2 零件結構 零件結構形狀相對簡單，無尖角，對沖裁加工較為有利。根據該零件形狀來分析，該零件的結構滿足沖裁要求。 2.3 尺寸精度 該零件上尺寸除長度尺寸為外，其余都未注尺寸公差，所以尺寸公差由公差等級表查得：對于未注公差尺寸，屬于自由尺寸，按IT14級。 通過查公差等級表，我們發(fā)現普通沖裁能夠滿足零件精度要求。 第三章 沖裁方案的確定 3.1 沖裁工藝方案的確定 在沖裁工藝分析和技術經濟分析的基礎上，根據沖裁件的特點確定工藝方案。工藝方案分為沖裁工序的組合和沖裁順序的安排。 3.2 沖裁工藝方法的選擇 沖裁工序分為單工序沖裁、復合沖裁和級進沖裁三種。 單工序沖裁是在壓力機一次行程內只完成一個沖壓工序的沖裁模。 復合沖裁是在壓力機一次行程內，在模具的同一位置同時完成兩個或兩個以上的沖壓工序。 級進沖裁是把沖裁件的若干個沖壓工序，排列成一定的順序，在壓力機的一次行程中條料在沖模的不同位置上，分別完成工件所要求的工序。 其三種工序的性能見表3-1： 表3-1 單工序沖裁、級進沖裁和復合沖裁性能 比較項目 單工序模 復合模 級進模 生產批量 小批量 中批量和大批量 中批量和大批量 沖壓精度 較低 較高 較高 沖壓生產率 低，壓力機一次行程內只能完成一個工序 較高，壓力機一次行程內可完成二個以上工序 高，壓力機在一次行程內能完成多個工序 實現操作機械化自動化的可能性 較易，尤其適合于多工位壓力機上實現自動化 制件和廢料排除較復雜，只能在單機上實現部分機械操作 容易，尤其適應于單機上實現自動化 生產通用性 通用性好，適合于中小批量生產及大型零件的大量生產 通用性較差，僅適合于大批量生產 通用性較差，僅適合于中小型零件的大批量生產 沖模制造的復雜性和價格 結構簡單，制造周期短，價格低 沖裁較復雜零件時，比級進模低 沖裁較簡單零件時低于復合模 復合模的特點是生產效率高，沖裁件的內孔與外緣的相對位置精度高，板料的定位精度要求比級進模低，沖模的輪廓尺寸較小。由于零件的生產要求的是大批量生產、零件的尺寸較小，制造相對比較難，為提高生產率，根據上述方案分析、比較，宜采用復合模沖裁。 3.3 沖裁結構的選取 按照復合模工作零件的安裝位置不同，分為正裝式復合模和倒裝式復合模兩種，兩種的優(yōu)點、缺點及適用范圍見表3-2： 表3-2 正裝式復合模、倒裝式復合模的優(yōu)點、缺點及適用范圍 比較項目 正裝（順裝）式復合模 倒裝式復合模 結構 凸凹模裝在上模，落料凹模和沖孔凸模裝在下模 凸凹模裝在下模，落料凹模和沖孔凸模裝在上模 優(yōu)點 沖出的沖件平直度較高 結構較簡單 缺點 結構復雜，沖件容易被嵌入邊料中影響操作 不宜沖制孔邊距離較小的沖裁件 適用范圍 沖制材質較軟或板料較薄的平直度要求較高的沖裁件，還可以沖制孔邊距離較小的沖裁件 不宜沖制孔邊距離較小的沖裁件，但倒裝式復合模結構簡單、又可以直接利用壓力機的打桿裝置進行推件，卸料可靠，便于操作，并為機械化出件提供了有利條件，故應用十分廣泛 通過對正裝式復合模和倒裝式復合模兩種優(yōu)點、缺點及適用范圍的分析比較，正裝式復合模適合于沖制材質較軟或板料較薄的平直度要求較高的沖裁件，還可以沖制孔邊距離較小的沖裁件。而倒裝式復合模不宜沖制孔邊距離較小的沖裁件，但倒裝式冷沖模結構簡單，可以直接利用壓力機打桿裝置進行推件，卸件可靠，便于操作，并為機械化出件提供了有利條件，故應用十分廣泛。綜上所述，該制件結構形狀簡單，精度要求較低，宜采用倒裝式復合模。 第四章 模具總體結構的確定 4.1 模具類型的選擇 由以上沖壓工藝分析可知，采用復合模沖壓，模具類型為倒裝式復合模。 4.2 送料方式的選擇 由于零件的生產批量是大批量及模具類型的確定，合理安排生產可采用前后自動送料方式。 4.3 定位方式的選擇 因為該模具采用的是條料，控制條料的送進方向采用定位螺釘，無側壓裝置?？刂茥l料的送進布局采用擋料銷定距。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。 4.4 卸料、出件方式的選擇 剛性卸料是采用固定卸料板結構，常用于較硬、較厚且精度不高工件沖裁后卸料。 彈性卸料具有卸料與壓料的雙重作用，主要用在沖料厚在2mm及以下厚度的板料，由于有壓料作用，沖裁件比較平整。彈壓卸料板與彈性元件、卸料螺釘組成彈壓裝置。 因為工件料厚為2mm，卸料力一般，可采用彈性卸料裝置。又因為是倒裝式復合模生產，所以采用下出件比較便于操作與提高生產效率。 4.5 導向方式的選擇 方案一：采用對角導柱模架。由于導柱安裝在模具壓力中心對稱的對角線上，所以上模座在導柱上滑動平穩(wěn)。常用于橫向送料級進?；蚩v向送料的落料模、復合模。 方案二：采用后側導柱模架。由于前面和左、右不受限制，送料比較方便。因為導柱安裝在后側，操作者可以看見條料在模具中的送進動作。但是不能使用浮動模柄。 方案三：采用四導柱模架。具有導向平穩(wěn)、導向準確可靠、剛性好等優(yōu)點。常用于沖壓件尺寸較大或精度要求較高的沖壓零件及大量生產用的自動沖壓模架。 方案四：采用中間導柱模架。導柱安裝在模具的對稱線上，導向平穩(wěn)、準確。只能一個方向送料。 （a） （b） （c） （d） 圖4-1 導柱模架 根據以上方案比較并結合模具結構形式和送料方式，為提高模具壽命和工件質量，采用后側導柱模架，操作者可以看見條料在模具中的送進動作。由于前面和左、右不受限制，能滿足工件成型的要求。即方案四最佳。 第五章 工藝參數計算 5.1 排樣方式的選擇 分析零件形狀，應采用直排的排樣方式，零件可能的排樣方式如圖5-1所示。 圖5-1 排樣示意圖 5.1.1 搭邊值的確定 排樣中相鄰兩工件之間的余料或工件與條料邊緣間的余料稱為搭邊。搭邊是廢料，從節(jié)省材料出發(fā)，搭邊值應愈小愈好。但過小的搭邊容易擠進凹模，增加刃口磨損，降低模具壽命，并且也影響沖裁件的剪切表面質量。一般來說，搭邊值是由經驗和查表來確定的，該制件的搭邊值采用查表取得。 如表5-1所示：根據此表和工件外形可知L﹥50mm，可確定最小搭邊值a和a1，a取1.5mm，a1取2.0mm。根據實際情況進行合理 表5-1 搭邊a和a1數值（低碳鋼） mm 材料厚度t 矩形件邊長L≥50mm或圓角r≤2t的工件 工件間a1 沿邊a 0.25以下 2.8 3.0 0.25~0.5 2.2 2.5 0.5~0.8 1.8 2.0 0.8~1.2 1.2 1.5 1.2~1.6 1.8 2.0 1.6~2.0 2.0 2.2 2.0~2.5 2.2 2.5 2.5~3.0 2.5 2.8 寬度的確定： 根據模具的結構不同，可分為有側壓裝置的模具和無側壓裝置的模具，側壓裝置的作用是用于壓緊送進模具的條料（從料帶側面壓緊），使條料不至于側向竄動，以利于穩(wěn)定地加工生產。本套模具無導料板為無側壓裝置。故按下式計算： B=（Dmax+2a） (5-1) 式中: B-條料寬度； Dmax-條料寬度方向沖裁件的最大尺寸； a-側搭邊值，可參考表5-1； △-條料寬度的單向（負向）偏差，見表5-2； 表5-2 剪料公差及條料與導料板之間隙 mm 條料寬度 B/mm 材料厚度t/mm 0~1 1~2 2~3 3~5 ~50 50~100 100~150 150~220 220~300 0.4 0.5 0.7 0.8 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 所以根據以上理論數據由公式（5-1）得出： 條料寬度 B=（Dmax+2a）= 5.1.2 材料利用率的計算 沖裁件的實際面積與所用板料面積的百分比就叫材料利用率，它是衡量合理利用材料的經濟性指標。關于材料利用率，可用下式表示： η=A/BS×100% (5-2) 式中: A-一個步距內沖裁件的實際面； B-條料寬度； S-步距。 由圖5-1和圖5-2；公式（5-2）得： η=A/BS×100% ≈91.2(％) 5.2 沖壓力的計算 計算沖裁力的目的是為了選用合理的壓力機，設計模具以及檢驗模具的強度。壓力機的噸位必須大于所計算的沖裁力，以適應沖裁工藝的需求。一般可按下公式計算： 式中 FP-------沖裁力（N）； L--------沖裁周邊長度（mm）； t--------沖裁料厚(mm)； τb--------------- 抗剪強度（MPa）； （1）落料力計算 按下式： 式中： F落――落料力（N）； L――工件外輪廓周長（mm）； T――材料厚度（mm），t=1.5mm； τ――材料抗剪強度（MPa）。材料為08，由查表，。 則： （2）沖孔力 式中 ――沖孔力（N）； L――工件外輪廓周長（mm）； T――材料厚度（mm），t=2mm； τ――材料抗剪強度（MPa）。由查表，。 則： 2. 落料時的卸料力的計算 =KX 式中 -----------卸料力（N）； -----------落料力（N） KX ------卸料系數，查《沖壓模具簡明設計手冊》表3-11，P57其值為0.03～0.04，取K=0.04。 則 =KX =0.03×230.21=6.9（KN） 3. 沖孔時的推件力的計算 =nkT 式中 -------------推料力（N）； K1------推料系數，查《沖壓模具簡明設計手冊》表3-11，其值為0.05； n------ 梗塞在凹模內的制件或廢料數量，n=h/t，h為刃口部分的高 （mm），t為材料厚度（mm），則 =nkT=2.07KN 沖裁時，壓力機的公稱壓力必須大于或等于各沖裁工藝力的總和 =+++ 式中：沖裁力 =230.21KN，=19.42KN，卸料力=6.9KN，推料力=2.07KN，則: = + ++=258.6kN 5.3 初選壓力機 壓力機可分為機械式和液壓式，機械式分為摩擦壓力機、曲柄壓力機、高速沖床，液壓式分為油壓機、水壓機，而在生產中一般常選用曲柄壓力機，曲柄壓力機分有開式和閉式兩種，開式機身形狀似英文字母C，其機身前端及左右均敞開，操作可見大，但機身剛度差，壓力機在工作負荷作用下會產生變形，一般壓力機噸位不超過2000KW。閉式機左右兩側封閉，操作不方便，但機身剛度好，壓力機精度高?？紤]到經濟性能、加工要求和操作方便在此選開式壓力機。根據以上計算數值，查下表5-3初選壓力機為J23-35型壓力機。 表5-3 開式壓力機規(guī)格及參數 型號 J23-10 J23-16 J23-25 J23-35 J23-40 公稱壓力/KN 100 160 250 350 400 滑塊行程/mm 45 55 65 100 100 最大閉合高度/mm 180 220 270 290 330 閉合高度調節(jié)/mm 35 45 55 60 65 滑塊中心線至床身 距離/mm 130 160 200 200 250 滑塊底面尺寸/mm 前后 150 180 220 220 260 左右 170 200 250 250 300 工作臺板厚度/mm 35 40 50 290 65 模柄孔尺寸/mm 直徑 30 40 40 40 50 深度 35 60 60 60 70 第六章 刃口尺寸計算 沖裁件的尺寸精度主要決定于模具的刃口尺寸精度，模具的合理間隙值也要靠模具刃口尺寸及制造精度來保證。正確確定模具刃口尺寸及其制造公差，是設計沖裁模主要任務之一。 6.1 沖裁間隙的確定 根據實用間隙表 6-1查得材料08的最小雙面間隙Zmin=0.132mm，最大雙面間隙Zmax=0.240m。 表6-1 沖裁模初始雙邊間隙值 mm 材料 厚度 08F、10、35、 09Mn、Q235 16Mn 40、50 65Mn Zmin Zmax Zmin Zmax Zmin Zmax Zmin Zmax 小于0.5 極小間隙（或無間隙） 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.2 1.5 1.75 2.0 2.1 2.5 2.75 3.0 3.5 4.0 4.5 5.5 6.0 0.040 0.048 0.064 0.072 0.092 0.100 0.126 0.132 0.220 0.246 0.260 0.260 0.400 0.460 0.540 0.610 0.720 0.940 1.080 0.060 0.072 0.092 0.104 0.126 0.140 0.180 0.240 0.320 0.360 0.380 0.500 0.560 0.640 0.740 0.880 1.000 1.280 1.440 0.040 0.048 0.064 0.072 0.090 0.100 0.132 0.170 0.220 0.260 0.280 0.380 0.420 0.480 0.580 0.680 0.680 0.780 0.840 0.060 0.072 0.092 0.104 0.126 0.140 0.180 0.240 0.320 0.380 0.400 0.540 0.600 0.660 0.780 0.920 0.960 1.100 1.200 0.040 0.048 0.064 0.072 0.090 0.100 0.132 0.170 0.220 0.260 0.280 0.380 0.420 0.480 0.580 0.680 0.780 0.980 1.140 0.060 0.072 0.092 0.104 0.126 0.140 0.180 0.240 0.320 0.380 0.400 0.540 0.600 0.660 0.780 0.920 1.040 1.320 1.500 0.040 0.048 0.064 0.064 0.090 0.090 0.060 0.072 0.092 0.092 0.126 0.126 6.2 刃口尺寸的計算及依據與法則 凸模與凹模配作法。 （1）凸模或凹模磨損后會增大的尺寸---第一類尺寸A Aj=(Amax-x△) （2）凸?；虬寄Ｄp后會減小的尺寸---第一類尺寸B Bj=(Bmin+x△) （3）凸?；虬寄Ｄp后基本不變的尺寸---第一類尺寸C Cj=(Cmin+) 其中，x為磨損系數。 在所有的尺寸中，屬于A類尺寸的有：R53、168； 屬于B類尺寸的有：42、； 屬于C類尺寸的有：54。 注：①凸?；虬寄Ｄp后將會增大的尺寸——第一類尺寸A。 ②凸?；虬寄Ｄp后將會減小的尺寸——第二類尺寸B。 ③凸?；虬寄Ｄp后會基本不變的尺寸——第三類尺寸C。 具體計算如表5.1。 表 5-1 工作零件刃口尺寸計算 尺寸類型 公稱尺寸 公式 計算后尺寸 備注 A類 53 保證雙邊間隙為0.132-0.240。 168 B類 42 C類 54 結 論 課程設計是大學學習階段一次非常難得的理論與實際相結合的機會，通過這次比較完整、全面的給模具進行設計，我擺脫了單純的理論知識學習狀態(tài)，和實際設計的結合鍛煉了我的綜合運用所學的專業(yè)基礎知識，解決機械問題的能力，同時也提高我查閱文獻資料、設計手冊、設計規(guī)范以及電腦制圖等其他專業(yè)能力水平，而且通過對整體的掌控，對局部的取舍，以及對細節(jié)的斟酌處理，都使我的能力得到了鍛煉，經驗得到了豐富，并且意志品質力，抗壓能力及耐力也都得到了不同程度的提升。這是我們都希望看到的也正是我們進行課程設計設計的目的所在。 雖然課程設計設計內容繁多，過程繁瑣但我的收獲卻更加豐富。各種系統(tǒng)的適用條件，各種設備的選用標準，我都是隨著設計的不斷深入而不斷熟悉并學會應用的。和老師的溝通交流更使我對設計有了新的認識也對自己提出了新的要求， 參考文獻 [1] 任海東、蘇君. 《冷沖壓工藝與模具設計》.鄭州：河南科學技術出版社2007 [2] 王麗霞、愈佳芝.《計算機繪圖》.鄭州：河南科學技術出版社2006 [3] 劉家平.《機械制圖》.鄭州：河南科學技術出版社2006 [4] Yoshida K, Classification and Systematization of Sheet Metal Press Forming Process Sci. 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