1、鉸鏈落料沖孔復合模具設計第一章 概述1.1 課題的來源與選題依據1.課題來源：企業開發研制產品需要。選題依據：根據學生所學專業及教學大綱要求，結合相關企業實際生產需要及設計模式，促使學生將所學專業基礎知識及專業知識具體應用到實踐中，培養其理論聯系實際的能力。 1.1.1 課題的意義及目的隨著科學技術的不斷進步和工業生產的迅速發展，沖壓及模具技術也在不斷革新與發展，主要表現在以下幾個方面：1）工藝分析計算方法現代化近幾年來，國外開始采用有限變形的彈塑性有限方法，對復雜成型件的成型過程進行應力，應變分析的計算機模擬，只預測某一工藝方案對零件成型的可能性和會發生的問題，將結果顯示在圖形的終端上，供設

2、計人員進行修改和選擇。2）模具設計制造現代化為了加快產品的更新換代，縮短模具設計周期，工業發達國家正在大力開展模具計算機輔助設計和制造的研究，并已在生產中運用。3）冷沖壓生產機械化與自動化為了大量生產的需要，沖壓設備由低速壓力機發展到高速自動壓力機。4）發展新的成型工藝為了滿足產品更新換代和小批量生產的需要，發展了一些新的成型工藝，簡易模具，數控沖壓設備和沖壓柔性制造技術等。5）不斷改進板料的沖壓性能目前世界各先進工業國不斷研制出沖壓性能良好的板料，只提高沖壓成型能力和使用效果。設計目的：1）掌握冷沖壓模具的設計方法，要求我們將理論與實際密切聯系起來力求所學知識更完備。2）培養綜合運用所學知識

3、，獨立解決實際問題的能力，并提高模具的設計與制造水平。3）熟悉查閱有關資料的手冊的方法，了解成型模具的工藝要求及結構特點。4）為了使我們為以后的工作打下良好的基礎。第二章 沖壓工藝過程設計2.1 沖壓件的工藝分析2.1.1 根據零件的使用條件和技術要求進行工藝分析該零件(鉸鏈)主要用于電信設備上零部件的安裝固定以及用于其它地方，可以說用途甚為廣泛。有兩個該零件通過銷一樣的東西將其結合就形成了鉸鏈，但問題的關鍵是要注意卷圓部分以及八字孔，而其它部分要求并不是十分嚴格，只要能達到產品使用目的就可以。2.1.2 根據零件的形狀、尺寸精度和材料進行工藝分析1 沖裁件的形狀和尺寸a.該沖裁件形狀簡單、對

4、稱、可采用少廢料直排，提高材料利用率，并且該沖裁件的外形4處交角處采用了圓角過渡，而八字形孔要保證其尖角不允許圓角過渡，但卷圓端部的兩個90°尖角不符合沖裁工藝要求，故需要設工藝圓角，其圓角值可查沖壓工藝與模具設計 表2.6.1 Rmin=0.35t=0.35×2.5=0.875mm，取Rmin=1mm。b.因該沖裁件本身就沒有懸臂與狹槽，故不需考慮其最小寬度b。c.因受模具強度和零件質量的限制，沖裁件中孔與孔之間以及孔與零件邊緣之間的壁厚值不能太小，若是太小零件質量不易保證。查書沖壓工藝與模具設計圖2.6.2 知必須滿足ct ，即c2.5，而該沖裁件上Cmin=9-5.2

5、=3.8>c 故滿足要求。d.沖裁件的孔徑由于受沖孔凸模強度和剛度的限制而不宜太小，否則凸模易折斷和壓彎。該沖裁件的材料為SS400 ， =400510Mpa，查書沖壓工藝與模具設計表2.6.2知自由凸模最小沖孔孔徑d1.3t=1.3×2.5=3.25mm，而該零件的最小孔徑d=8.43.25mm 故滿足要求。e.該零件上尺寸90、70，20、40等都是自由公差按IT14取，尺寸趨近IT14級，而尺寸8.5±0.3、10.4±0.2、8.4±0.2均在IT14級以下，普通沖裁加工可獲得的零件尺寸公差等級可以查冷沖壓模具設計指導表8-19，當t=2.

6、5mm時，內孔、孔中心距和孔邊距高于IT14，故該沖裁件可以用普通沖裁完成。2 彎曲工藝性分析a.彎曲件的最大彎曲圓角半徑可以不加限制，只要措施得當控制其回彈量即可，查書沖壓工藝與模具設計表3.3.1 最小相對彎曲半徑Rmin/t的實驗數值：當彎曲線與板料軋紋方向垂直時Rmin=0.6×2.5=1.5mm；當彎曲線與板料軋紋方向水平時Rmin=1.2×2.5=3mm；而R=5Rmin 故滿足要求。b.由后面尺寸展開計算知直邊L2=18.42mm， 即H=L2=18.42mm2t=2×2.5=5mm，故彎曲件的直邊高度也滿足要求。c.孔邊至彎曲半徑中心的距離L 查沖

7、壓工藝與模具設計P120 圖3.3.14知 L2t 而L=26.44-9-8.5-4.2=4.742t=2×2.5=5mm。故不能滿足要求，應先彎曲后沖孔。但尺寸相差不大，且考慮該八字形孔是固定螺栓讓孔，形狀和尺寸要求并不是很高，允許有少量的變形，如果重新做模具其成本大大增加，所以綜合考慮仍然采用沖孔落料復合模。2.1.3 材料分析SS400材料分析寶鋼鋼鐵股份有限公司廠標國家標準Q/BQB 321-2003GB912-89/GB 3274-88（GB710-91/GB711-88）SS400Q235、Q245化學成分牌號公稱厚度化學成分SS40022.0CSiMnPS0.210.3

8、01.400.0350.035力學性能牌號下屈服強度/MPa（）抗拉強度/Mpa（）斷后伸長率180°彎曲試驗V型沖擊試驗Lo=50mmLo=20mmb=25mmB=40mmb35彎心直徑公稱厚度/mm公稱厚度/mm溫度試驗沖擊功率16165516162452354005102117213a注： a.拉伸試驗取橫向試樣；屈服現象不明顯，采用Rpa2；對拉伸試驗取Lo=50mm，b=25mm的試樣，即為GB/T228中P14試樣。b.彎曲試驗取橫向試樣。沖裁試驗時試驗寬度為35mm。c.沖擊試驗取縱向試樣，沖擊試驗僅適用于厚度不小于12.0mm的產品。d.WEL-TENS90RE的拉伸

9、試樣取Lo=50mm，b=25mm。根據材料分析SS400韌性較好，塑性較好，彈性模量較大（E=206GPa）適宜冷沖壓成形加工。2.2 確定工藝方案2.2.1 沖壓工序類型和工序數量的確定該零件為電信設備上零部件的安裝固定，故該零件為中批量生產，工藝性較好，可以從零件圖上直觀確定該沖裁件所需的基本工序有：落料、沖孔、預彎、卷圓、彎曲。2.2.2 工序組合及方案比較方案一：落料沖8.4孔沖10.4孔預彎卷圓彎曲。方案二：復合模沖孔落料（落料與沖8.4孔）沖10.4孔預彎卷圓彎曲。方案三：落料與沖8字形孔的級進模預彎卷圓彎曲。方案比較：方案一：此方案需要6副模具，工作量較大，較煩瑣，成本較高，生

10、產率低。方案二：雖然此方案要5副模具才能完成，但相對方案一6套模具來說已經減輕工作量，并且每副模具都較簡單，而且加工質量比較好，成本也較低。方案三：雖然此方案只需要4副模具，但第一副模具是涉及級進模，此副模具結構較復雜，而且制造成本較高，同時沖孔時沖孔的質量比較差，沒有方案二的沖孔質量好；八字孔一次成型，孔與孔連接處應力較集中，影響模具強度。綜合考慮：采用方案二2.2.3 各工序模具結構形式的確定工序 沖孔落料復合模，采用倒裝式。工序 沖孔模，采用順裝，鑲套式凹模，下漏料。工序 彎曲預彎R圓角，順裝，帶頂板校正彎曲。工序 彎曲模卷圓R圓角，立式卷圓模。工序 彎曲模成形彎曲，順裝，帶頂板校正彎曲

11、。2.2.4 計算并確定每個工序的形狀和尺寸，繪制各工序圖、排樣圖，并且計算材料利用率1.復合模（沖外形及2-Ø8.4±0.2孔）1) 計算彎曲件毛坯展開尺寸該零件圓角半徑為R=5mm查書沖壓工藝與模具設計知道 R=50.5t=0.5×0.25=1.25mm故選單向彎曲件的毛坯展開長度計算公式為：因查書沖壓工藝與模具設計表3.3.3知道 x=0.38 因r / t =4.25/2.5 =1.7查書沖壓工藝與模具設計表3.3.5知道 k=0.61則卷圓部分 圖2-1-1 毛坯彎曲圖 圖2-1-2 彎曲角度可得L1=26.44mm L2=18.42mm所以毛坯展開尺寸

12、為L=L1+L2+L3+L4=26.44+18.42+4.67+30.24=79.77mm因零件彎曲成形時材料伸長趨勢影響故取L=79.8mm。 圖2-2 毛坯展開圖2) 確定排樣方案搭邊和條料寬度的確定查書沖壓工藝與模具設計表2.5.2因工件材料t=2.5mm且為矩形工件 L50mm,知a1=2.5,a2=2.8考慮補償定位誤差，保持條料有一定的剛度可取 a1=3mm ,a=3mm 條料寬度的確定。、c查表2.5.3知 =0.8 c=0.4此處為無側壓裝置則取。按制件在材料上的排列來看排樣方案取為直排,詳見排樣圖 圖2-3 排樣圖3）計算材料利用率2.沖孔模（工序圖）3.預彎（工序圖）由前面

13、尺寸展開計算知L1=26.44mm，L2=19.42mm，L3=4.67mm設L5(225°圓弧長)，查書沖壓工藝與模具設計表3.3.5知道 k=0.614卷圓（工序圖）5.零件圖2.2.5 計算各工序的沖壓力，初選壓力機1）復合模沖孔落料沖裁力計算 該零件材料為SS400 取落料 查書沖壓模具設計指導表2-20知 =0.04 =F落料=89775+3591=93366沖8.4孔 查書沖壓模具設計指導表2-20知=0.04 =初選壓力機 J23-162）沖10.4孔查書沖壓模具設計指導表2-20知=0.04 =初選壓力機 J23-103）預彎按校正彎曲時的彎曲力計算查書沖壓模具設計指

14、導表3.3.6知 q=4060 MPa取q=60MPaA6.25×63=393.75（彎曲件被校正部分的投影面積）=q×A=60×393.75=23625N初選壓力機 J23-104）卷圓按自由彎曲時的V形彎曲件彎曲力計算查書沖壓模具設計指導（3.3.14）知k=1.3=20475N式中b為彎曲件的寬度（mm）；t為彎曲件的厚度（mm）；r為內圓彎曲半徑（mm）；為彎曲件的抗拉強度（MPa）；K為安全系數，一般取1.3。初選壓力機 J23-105）彎曲按校正彎曲時的彎曲力計算查書沖壓模具設計指導表3.3.6知 q=4060 MPa取q=60MPaA4.36

15、5;63=274.68N（彎曲件被校正部分的投影面積）=q×A=60×274.68=16480.8N初選壓力機 J23-10第三章 沖壓模具設計3.1 模具結構形式的確定我所設計的是鉸鏈落料沖孔（8.4）復合模具，經分析：我采用倒裝復合模，它的定位方式可以采用一個固定擋料釘做步擋釘定距，兩個活動擋料釘做側擋釘導料，卸料方式可以采用彈壓卸料，剛性打料推件，詳情見模具工裝設計圖。3.2 計算模具壓力中心，確定模具受力中心的位置落料工序圖中考慮到倒圓角，由于計算較復雜且要求并不是太嚴格，所以我們將其近似看成是直線，以直線計算較方便，圖見工序圖 圖3-1 零件圖各點坐標：A（0，2

16、2.5）B（13.015，0）C（32.78，38.25）D（60.29，31.5）E（79.8，15.75）零件關于X軸對稱 所以模具的壓力中心為 （33.8 , 0）該零件左右對稱中心坐標為（39.9，0）與（33.8 , 0）相差不大，在模柄范圍內，為使模具結構對稱，降低模具材料成本，選模具的壓力中心為（39.9，0）。3.3 計算或估算模具各主要零件（凹模、凸模固定板、墊板，凸模）的外形尺寸，并確定標準模架以及卸料橡膠或彈簧的自由高度等。1設計凹模的外形尺寸查書沖壓工藝與模具設計表2.8.2知系數k=0.35凹模外形尺寸綜合考慮并查冷沖模國家標準 取 即凹模尺寸 （）凹模材料可以選用W

17、6Mo5Cr4V2。2設計主要零部件外形尺寸1）墊板墊板的作用是承受凸?；虬寄５膲毫?，防止過大的沖壓力在上、下模座上壓出凹坑，影響模具正常工作，墊板厚度根據壓力機大小選擇，一般取。而此副模具上墊板需考慮打板活動量，故取 而下墊板可按冷沖模國家標準查取 ，而墊板的外形尺寸與凹模輪廓尺寸基本一致 則，材料為45鋼，熱處理后硬度為。則 上墊板尺寸下墊板尺寸 （）2）固定板固定板主要用于小型凸?；蛲拱寄５裙ぷ髁慵墓潭ǎ潭ò宓耐庑闻c凹模輪廓尺寸一致，厚度取即 取，材料可選Q235或45鋼。則上、下固定板尺寸 （）3）卸料板卸料板外形尺寸考慮安裝條料縱向送料的擋料釘，寬度尺寸需放大，并且根據排樣圖上擋

18、料釘位置尺寸取其寬度 ，長度仍與凹模一致，即 ， 厚度按冷沖模國家標準取 ，則卸料板的尺寸4）卸料橡皮的自由高度根據工件材料厚度，沖裁時凸模進入凹模深度取2mm考慮模具維修時刃磨量再考慮開啟時卸料板高出凸模，則總的工作行程，取，模具在組裝時橡皮的預壓量為 取5）模架的選擇查中華人民共和國國家標準GB28512875-81冷沖模.1984-01-01實施.國家標準總局 批準選冷沖?；瑒訉蚰＜苤虚g導柱模架 250×200×220265 GB2851.5-813.4 確定凸、凹模的間隙，計算凸凹模工作部分尺寸1）查書沖壓工藝與模具設計表2.2.3知 沖裁件精度在IT14時 也可

19、以查書沖壓工藝與模具設計表2.3.1設凸、凹模分別按IT6，IT7級加工制造，則落料 展開尺寸試模修正沖孔孔距尺寸 =落料凸凹模的基本尺寸與凹模相同，分別是62.7mm，89.6mm，79.8mm,8.4mm，不必標注公差，但要注明以0.360.5mm的雙面間隙與落料凹模配做。3.5 校核壓力機初選壓力機型號為J23-16，該壓力機最大閉合高度為220mm，而模具的總閉合高度為250mm，由這一條就可以說明：初選型號為 J23-16的壓力機不能滿足要求，故改選型號為 JH21-60的壓力機。該壓力機的主要技術規格公稱壓力/KN 600公稱壓力行程/mm 4滑塊行程/mm 140行程次數/次 7

20、0最大閉合高度/mm 300閉合高度調節量/mm 70滑塊中心線到機身距離/mm 270工作臺尺寸/mm 870×520 (左右×前后)工作臺孔尺寸/mm 150模柄孔尺寸/mm 50×60 (直徑×深度)電機功率/kw 5.51.是否滿足1.模具總閉合高度由壓力機 JH21-60 知道 由知所以滿足要求2.公稱壓力是否大于沖壓計算的總壓力，即所以滿足要求3.滑塊行程是否滿足沖壓件的成形要求所選壓力機滑塊行程為140mm而沖裁此零件的行程只需約6mm遠遠小于140mm所以滿足要求4.工作臺尺寸是否大于模具尺寸所選壓力機工作臺尺寸/mm 870×520 (左右×前后)而模具為 480×280所以工作臺尺寸每邊肯定大于70mm，并且工作臺墊板孔能保證廢料漏下。因此滿足要求根據上面計算綜合考慮課題設計（復合模落料、沖孔）等條件以及其他因素壓力機選 JH21系列開式固定臺壓力機選壓力機型號為 JH21-60結 論時光匆匆而逝，為了更好的適應以后的工作，培養我們能運用所學的專業知識獨立解決實際生產問題的能力，以及鞏固和擴大課堂教學內容提高工藝計算機械制圖的各科設計資料的能力，為今后工作崗位從事專業工