FILENAME勾板沖裁模具設計第6頁共14頁PAGEPAGE6目錄1引言 22沖壓件工藝分析 23沖壓工藝方案的確定 24主要設計計算 34.1排樣方案的確定及其計算 34.2沖壓力的計算 44.3沖壓設備的選定 44.4模具壓力中心的確定 54.5沖裁間隙及模具工作部分尺寸的確定 75模具結構設計 85.1凹模的設計 85.2凸模的設計 95.3選擇標準模架 105.4其他結構尺寸的確定 105.5模具閉和高度的計算 115.6繪制模具總裝圖 126模具的裝配 12致謝 13參考文獻 13勾板沖裁模具設計作者：孟闊指導老師：許偉（安徽農業大學工學院07機制合肥230036）摘要：板料沖壓是金屬塑性加工的一種基本方法，沖壓模具則是推行沖壓工藝必不可少的工藝設備。近年來，由于模具技術的迅速發展，模具設計與制造已成為一個行業，它的應用也越來越廣泛。我本次畢業設計的課題是勾板沖裁模的設計，首先我從工藝的合理性出發，分析勾板的結構特點和精度要求，確定最佳沖壓工藝方案；然后通過查閱沖壓模具設計的相關文獻，綜合考慮多方面的影響因素，包括載荷與壓力機的實際情況、模具的強度和使用壽命、加工過程的可操作性與安全性等，再經過復雜嚴謹的工藝計算，最終確定模具的結構形式。最后用AUTOCAD繪制出模具總裝圖及各組成非標準零件圖,并用三維軟件CATIA繪制出三維造型，完成整個設計過程。關鍵詞：勾板沖裁模沖孔落料圖1勾板零件圖零件名稱：勾板生產批量：大批量材料：Q235厚度：1.5mm1引言隨著機械工業的迅速發展，人們對冷沖壓技術的重視程度越來越高。生產效率高、產品一致性好、應用范圍廣等特點得到社會各界越來越多的業內人士的認同，模具設計制造已成為一個新興的熱門行業。本人本次畢業設計的題目是勾板沖裁模具的設計，這是對我以往所學專業知識、思維、創新以及動手能力的一次綜合測試，整個設計過程我本著實事求是、嚴肅謹慎的態度認真完成，力圖獲得使自己最大的收獲。設計說明書主要包括沖壓件工藝分析、沖壓工藝方案的確定、主要設計計算、模具結構設計和模具的裝配五大部分。附帶設計圖形包括二維和三維圖形，意在準確清晰的表達出模具的結構，使人一目了然。本論文參考了大量的資料，從結構設計到CAD制圖均得到指導老師許偉的盡心輔導，并提出很多寶貴的意見，在此表示忠心的感謝！沖壓件工藝分析此工件形狀相對復雜，其輪廓由若干直線段和圓弧段組成，它的加工過程只有沖孔和落料兩個工序。材料是Q235鋼，具有良好的沖壓性能，適合沖裁。工件內部有五個φ3mm的小孔，孔與孔之間、孔與邊緣之間的距離也都是滿足加工要求的，最小壁厚為3.5mm。工件的尺寸全部為自由公差，可看作IT14級，尺寸精度較低，普通沖裁就可以滿足加工要求。3沖壓工藝方案的確定該工件包括沖孔和落料兩個基本工序，可以有以下三種工藝方案：方案一：先落料，后沖孔。采用單工序模進行加工。方案二：落料沖孔復合沖壓。采用復合模進行加工。方案三：沖孔落料級進沖壓。采用級進模進行加工。比較這三種工藝方案，方案一模具結構簡單，但需要兩副模具，兩次分別進行加工，生產效率太低，難以滿足大批量的生產要求；方案二只需一副模具，壓力機一次行程內可完成兩道工序，工件的精度及生產效率都較高，但是根據工件材料厚度1.5mm查得凸凹模需用最小壁厚為3.8mm，，而工件的最小壁厚為3.5mm＜3.8mm，還是不能滿足加工要求。方案三同樣只需一副模具，生產效率相對于方案二更高，操作方便，工件的精度也能滿足要求，且適合大批量生產。綜上所述，采用方案三作為最終的沖壓工藝方案最佳。4主要設計計算4.1排樣方案的確定及其計算勾板的形狀大致為角尺形，要提高材料利用率，應盡量減少廢料，采用縱向單件斜排，如圖2所示。搭邊值通過查表，取工件與工件之間為2mm，工件與條料邊緣之間為2.5mm,兩相鄰工件之間的縱向距離取20mm，即條料進距。選擇條料寬度為72mm，長度為1500mm，每個條料可沖裁出74個工件。圖2排樣圖條料寬度(單邊側刃定距)：B=D+2b+b=65+2×2.5+2=72mm,式中D為垂直于送料方向的工件的最大尺寸；b為工件與條料邊緣的搭邊值，b為側刃沖切料邊的寬度。兩導料板間距B=B+2C=72+2×0.5=73mm。每個沖裁件的面積（包括內形結構廢料）：A=3.14×5×5÷2＋20×10＋29×12＋30×12＋6×6÷2-12×12÷2=932.5mm一個條料上總的材料利用率：η=nA/LB×100%=74×932.5÷1500÷72×100%=65.7%4.2沖壓力的計算該模具采用沖孔落料級進模，選擇剛性卸料裝置和下出料方式。沖裁力F=KLt=1.3×224.25×1.5×350=153050.6N,式中L為沖裁件的周長,mm;t為材料厚度，mm;為材料抗剪強度，MPa;K為系數，常取K=1.3。項目分類項目計算公式計算結果備注排樣單個沖裁件面積A/932.5mm2搭邊值查表取工件與工件之間a=2mm,工件與條料邊緣之間b=2.5mm每條料出件數n=74采用單邊側刃定距，條料與導料槽間隙2C=1mm條料規格B×L/72mm×1500mm步距S/20mm材料利用率ηη=nA/LB×100%65.7%沖壓力沖裁力FF=KLtτ153050.6NK=1.3，τ=350MPaL=224.25mm,t=1.5mm推件力FF=nKF33671.1NK=0.055n=h/t=6/1.5=4沖壓工藝總力∑F∑F=F+F186721.7N剛性卸料，下出件沖裁功WW=XFt/1000142.3JX=0.62推件力F=nKF=4×0.055×153050.6=33671.1N，式中n為同時卡在凹模中的工件(或廢料)數目，n=h/t=6/1.5=4,h為凹模刃口直壁高度，mm,t為料厚，mm;K為查表取值。沖壓工藝總力∑F=F+K=153050.6+33671.1=186721.7N沖裁功（平刃沖裁）W=XFt/1000=0.62×153050.6×1.5÷1000=142.3J表1排樣與沖壓力的相關計算數據匯總4.3沖壓設備的選定經過計算，選擇日本三井公司生產的BSTA-30高速壓力機可滿足使用要求，其主要技術參數如下：公稱壓力：300KN滑塊行程：40mm滑塊行程次數：120次·min最大封閉高度：22封閉高度調節量：45工作臺尺寸（前后×左右）：540mm×工作臺墊板厚度：60mm電動機功率：5.5KW機器質量：1t校驗：壓力機的公稱壓力大于沖裁所需的工藝總力，且留有38%的余量。電動機功率P=5.5KW﹥==4.5KW,式中n為滑塊行程次數，k為系數，取0.8，W為沖裁功。所以，所選壓力機滿足使用要求且操作安全。4.4模具壓力中心的確定沖壓力合力的作用點稱為壓力中心。為了保證壓力機和沖模正常平穩地工作，必須使沖模的壓力中心通過模柄軸線與壓力機滑塊中心重合。圖3如圖4建立平面直角坐標系，由于制件形狀相對復雜，可先將其分解為若干簡單的直線段及圓弧段，再進行壓力中心的計算。沖裁直線段時，其壓力中心位于直線段的中點。沖裁圓弧段時，其壓力中心的位置按公式y=RS/b計算，式中b為弧長，其余符號含義如圖3所示。該級進模總的壓力中心按公式X=LX/L,Y=LY/L計算。壓力中心具體數據見表2。圖4表2壓力中心數據表基本要素長度L/mm各基本要素壓力中心的坐標值XYL1=15.7046.18L2=20-533L3=1-5.523L4=17-614.5L5=16.9700L6=3021-6L7=12360L8=24246L9=8.4899L10=11617.5L11=15.523L12=20533L13=9.4214.1457.14L14=9.4214.1432.14L15=9.4214.1422.14L16=9.4234.1414.14L17=9.4244.1414.14合計224.2512.5517.334.5沖裁間隙及模具工作部分尺寸的確定按照沖裁間隙選取的原則，因沖裁過程力能消耗較小，且沖裁件尺寸精度要求不高，為提高沖模壽命，宜選取Ⅲ類間隙（大間隙）。工件材料為Q235低碳鋼，材料厚度為1.5mm，查表得：其間隙值(單面)Z=0.066mm，Z=0.120。沖孔時，先確定凸模刃口尺寸，凸模刃口的基本尺寸取接近或等于孔的最大極限尺寸，以保證凸模磨損在一定范圍內仍可使用，而凹模刃口的基本尺寸按凸模刃口的基本尺寸加上一個最小合理間隙值來確定。落料時，先確定凹模刃口尺寸，凹模刃口的基本尺寸取接近或等于制件的最小極限尺寸，以保證凹模磨損在一定范圍內仍能沖出合格制件，凸模刃口的基本尺寸則按凹模刃口基本尺寸減去一個最小合理間隙值來確定。4.5.1沖孔處凸凹模刃口尺寸計算沖圓孔結構簡單，可采用凸凹模分開加工的方法，圖中孔尺寸未標注公差，按IT14級公差處理，孔尺寸為φ3mm先求出凸模尺寸d=(d+)=(3+0.5×0.25)=3.125mm后求出凹模尺寸d=(d++2Z)=(3.125+2×0.066)=3.257mm備注：δ+δ=0.02+0.02=0.042(Z－Z)=2×（0.120－0.066）=0.108式中δ、δ分別為凸凹模的制造公差4.5.2外輪廓落料凸凹模刃口尺寸計算由于外輪廓形狀稍顯復雜，可采用配合加工的方法，同樣圖中未標注公差的尺寸，按IT14級公差處理。先確定凹模刃口尺寸，凹模磨損后尺寸變大的有R5mm，17mm，16.968mm，30mm，12mm，24mm，11mm；凹模磨損后尺寸磨損后尺寸變大的尺寸AR5mm處，A=(5－0.75×0.3)=4.775mmA=（4.775－2×0.066）=4.643mm17mm處，A=（17－0.75×0.43）=16.677mmA=（16.677－2×0.066）=16.545mm16.968mm處，A=（16.968－0.75×0.43）=16.645mmA=（16.645－2×0.066）=16.513mm30mm處，A=（30－0.75×0.52）=29.610mmA=（29.610－2×0.066）=29.478mm12mm處，A=（12－0.75×0.43）=11.677mmA=（11.677－2×0.066）=11.545mm24mm處，A=（24－0.75×0.52）=23.610mmA=（23.610－2×0.066）=23.478mm、11mm處，A=（11－0.75×0.43）=10.677mmA=（10.677－2×0.066）=10.545mm②磨損后尺寸變小的尺寸B20mm處，B=（20+0.75×0.52）=20.390mmB=（20.390+2×0.066）=20.522mm8.484mm處，B=（8.484+0.75×0.36）=8.754mmB=（8.754+2×0.066）=8.886mm磨損后尺寸不變的尺寸C10.125mm處，C=10.01mmC=10.01mm5模具結構設計5.1凹模的設計①凹模的孔口形式。凹模的孔口采用直筒式孔口，其直壁部分的高度在前面已經提及，取h=6mm，錐形部分的出料斜角，取β=2o。②凹模外形尺寸的確定凹模高度可根據沖裁力的大小按以下公式計算，即H=kk=1.37×1×=33.98mm式中，k為凹模沖裁輪廓長度修正系數，查表取值k=1.37；k為凹模材料修正系數，查表取值k=1。經圓整，取H=34mm。凹模壁厚C=1.2H，取C=40mm。凹模寬度B=b+2C=65+2×40=145mm，b為沖裁件凹模長度（送料方向）L＞35.5+20+2×40=135.5mm，取最終確定凹模輪廓尺寸為145mm×140mm×③凹模的固定方式該凹模采用整體凹模，用螺釘和銷釘固定，螺釘規格為M8，銷釘規格為φ8，各有四個。凹模上螺孔到凹模外緣的距離一般取a=（1.7—2.0）d，這里取a=16mm，螺孔到凹模孔、螺孔到銷釘的距離一般取b＞2d，這里取b=24④凹模的強度校核凹模材料選為Cr12MoV，硬度60—64HRC。凹模在沖裁過程中受彎曲應力：σ=1.5F/H2=1.5×153050.6÷342=198.6MPa＜[σ]=294MPa所以，凹模強度滿足要求，安全可靠。其結構尺寸如圖01所示。5.2凸模的設計5.2.1沖孔凸模的設計本例中沖件料厚為1.5mm，沖孔凸模為圓形凸模，凸模直徑為3.125mm，大于沖件料厚，凸模材料選為Cr12MoV，硬度為52—58HRC，凸模固定在凸模固定板中，采用掛耳固定，與之配合按H7∕m6。其承壓能力（壓應力）σ===360.5MPa＜=2000MPa抗縱彎能力（最大允許長度）L===69.3mm可選用圓凸模尺寸為φ3.125mm×54mm。其結構尺寸如圖5.2.2落料凸模的設計結合工件外形并考慮加工，將落料凸模設計成直通式，同樣固定在凸模固定板中，采用掛耳固定，與之配合按H7∕m6，凸模材料選為Cr12MoV，硬度為52—58HRC。其結構尺寸如圖03所示。5.3選擇標準模架根據凹模外形尺寸，選擇相近規格的標準鑄鐵滑動導向對角導柱模架，沖壓時模架承載剛度大，受力平衡，上模座在導柱上運動平穩，適合縱向送料。其凹模周界范圍為L=160mm，B=160mm，上模板厚度為45參照標準GB／T2861.1，選用φ28mm×180mm和φ32mm×180mm的導柱（A型）各一個，相應的導套（A型）尺寸分別為φ28mm×110mm×43mm、φ32mm×110mm×43mm。5.4其他結構尺寸的確定①凸模墊板：凸模墊板的作用是直接承受和擴散凸模傳遞的壓力，以降低對模座的單位壓力，防止模座被壓出陷痕而損壞。在這里，根據實踐經驗，凸模墊板的厚度取H=8mm，其外形尺寸與凸模固定板相同，材料選用45鋼。其結構尺寸如圖04所示。②凸模固定板：凸模固定板和沖裁凸模相連接部分的形狀應盡量簡單，本例中做成矩形，其厚度以確保沖壓受力時能夠穩定為原則。按實踐經驗，此處厚度取H=16mm。凸模固定板的外形尺寸與凹模的外形尺寸相同，材料為45鋼。其結構尺寸如圖05所示。③剛性卸料板：卸料結構是用于將條料、廢料從凸模上卸下的裝置，分剛性卸料裝置和彈性卸料裝置兩種。本例中，用于沖件料厚大于0.8mm且精度要求不高的場合，采用剛性卸料裝置卸料力大，卸料可靠。卸料板的厚度取H=14mm。卸料板采用45鋼制造，淬火硬度為42—48HRC。其結構尺寸如圖06所示。④導料板：為了便于材料的送進與導向，在卸料板與凹模之間有兩個導料板。兩導料板之間的距離即等于條料的寬度加上一定的間隙，在前面已提及，并計算求得準確的結果，在此不再贅述。導料板的結構形式可參閱JB／T7648.6—2008來選定，其外形尺寸與凹模的外形相當。其厚度查閱資料，按板料厚度來選取，這里取H=4mm。導料板采用45鋼制造，熱處理硬度為28—32HRC，用螺釘和銷釘固定在凹模上。其結構尺寸如圖07所示。⑤承料板：本例中所采用的導料板是分離式的，為使所送進的條料能平穩地被拖住，在導料板的送入端處，應增設一承料板。其結構尺寸如圖08所示。⑥側刃：側刃用于控制條料送進的步距和定位，本例中采用單邊側刃定距。工作時，每次行程在條料側邊切去一段等于步距大小的料，下次送料時以此空缺的后沿定位。此處定位精度要求不高，采用結構簡單的長方形側刃。其結構尺寸如圖09所示。⑦導正銷：導正銷又稱導頭，其以尖圓頭一端先進入零件預先沖出的定位孔中，以輔正送料中的誤差，起到精確定位的作用。本例中導正銷裝配在第二工位以后的落料凸模上，沖裁時與側刃相配合，插入前工位已沖好的孔中進行精確定位。其結構尺寸如圖10所示。⑧模柄：模柄的作用是把上模部分與壓力機的滑塊相連接，并將作用力由壓力機傳給模具。此處選擇壓入式模柄，上模板與模柄之間的配合為H7∕m6。其結構尺寸如圖11所示。⑨凸模長度：以上尺寸都確定以后，凸模的長度尺寸便可隨之確定，同時要考慮凸模的修磨量及固定板與卸料板之間的安全距離等因素。凸模長度過短則凸模不能插入凹模刃口內對條料進行沖切，但若凸模過長又降低其工作時的穩定性，其長度應按公式L=H+H+H+H取值。式中H為附加長度，它包括凸模的修模量，凸模進入凹模的深度，凸模固定板與卸料板的安全距離等，這里取H=20mm，則L=16mm+14mm+4mm+20mm=54mm。5.5模具閉合高度的計算沖模的閉合高度，是指沖模處于閉合狀態（工作行程最低點）時，上模板的上平面至下模板的下平面的高度。沖模設計時，必須使沖模的閉合高度與壓力機的閉合高度相適應，通常應滿足下列關系式：H－5mm≥H≥H＋10mm式中，H為壓力機的最大閉合高度，H=220mm，H為壓力機的最小閉合高度，H=175mm，H為沖模的閉合高度。本例中，為沖裁模，不需考慮沖裁料厚（與料厚無關），但需考慮刃口進入量：H=h+h+h+h+H－，式中h為上模板的厚度，h為下模板的厚度，h為凹模的厚度（即高度），h為凸模的厚度（即長度），H為凸模墊板的厚度，對于普通沖裁取=1mm。H=45mm+55mm+34mm+54mm+8mm經檢驗，215mm＞H=195mm＞185mm，滿足使用要求。5.6繪制模具總裝圖通過以上設計計算，模具各組成部分的結構尺寸都已清晰，便可得到模具總裝圖。模具總裝圖主要用來表達模具的結構、工作原理和零件的裝配關系。模具主要由上模板