免費畢業(yè)論文--剎車片沖壓模具設計(一)

目   錄

 1零件及沖壓工藝分析…………………………………………………………………2
1.1 零件工藝分析…………………………………………………………………………2
1.2  方案論證及計算……………………………………………………………………3
1.3  選擇沖壓機…………………………………………………………………………6
 2 模具總體設計 ……………………………………………………………………………7
2.1 選擇模具類型 …………………………………………………………………………7
2.2凸模設計  ……………………………………………………………………………8
2.3凹模設計  ……………………………………………………………………………9
2.4  模具的結(jié)構(gòu)選擇 …………………………………………………………………11
  3總結(jié)……………………………………………………………………………………14
    3.1  本沖模的特點………………………………………………………………………14
 3.2  本沖模存在的問題及改進措施……………………………………………………14
  4參考文獻 ………………………………………………………………………………15

 

1 零件及沖壓工藝分析
1.1 零件工藝分析
    本文所設計的沖裁零件是止動件，如圖
    該沖裁件的材料為厚度2mm的A3鋼是普通碳素鋼，具有較好的可沖壓性能。該沖裁件的材料結(jié)構(gòu)簡單，并在轉(zhuǎn)角兩處有R2圓角，比較適合沖裁，零件圖上所有未注公差的尺寸，屬于自由尺寸，可按IT14級確定工件的尺寸公差。
 由工件圖可見，該沖壓件外形簡單，精度要求不高，僅需要一次沖裁加工既可成型，沖壓件為大批量生產(chǎn)，質(zhì)量輕尺寸小，為簡化模具制造過程降低生產(chǎn)成本，因而采用單工序。
  該沖裁件屬落料件，選凹模為設計基準件，只需要計算落料凹模刃口尺寸及制造公差，凸模刃口尺寸由凹模實際尺寸按間隙要求配作。
由表2.3.3查得：
尺寸45mm，選x = 0.5；尺寸35mm，選x = 1；其余尺寸均選x = 0.75。
落料凹模的基本尺寸計算如下：
磨損后增大的尺寸

 

 落料凸模的基本尺寸與凹模相同，分別是44.79mm，34.75mm，11.75mm，不必標注公差，但要在技術(shù)條件中注明：凸模實際刃口尺寸與落料凹模配制，保證最小雙面合理間隙值。
1.2  方案論證及計算
    在沖壓零件的成本中，材料的費用占有相當?shù)谋戎兀ㄆ胀�沖壓占60％－80％，多工位級進模依靠高產(chǎn)降低成本，但材料仍占相當比重），提高材料利用率是降低沖壓零件成本的重要途徑，而材料利用率的高低主要取決于沖壓零件的排樣。同時毛坯排樣的結(jié)果又是后續(xù)的工步排樣以及凹模、卸料板等模具零件設計的基礎(chǔ)，因此毛坯排樣是沖模設計的重要環(huán)節(jié)。由于工件在條料上的排布方式多種多樣，工件幾何形狀復雜多樣，僅僅憑借設計者的經(jīng)驗進行排樣幾乎不可能得到最佳的材料利用率。隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，許多學者對毛坯排樣優(yōu)化算法與系統(tǒng)開發(fā)進行了研究，提出了加密點逐步移動判定法水平平行線分割法、頂點算法、高度函數(shù)法、包絡矩形法等各種算法。
   本文中設計到的沖裁件，排樣設計通過查《沖壓模具設計與制造》所得。首先確定兩工件間的搭邊值：a=2.2mm
   工件邊緣搭邊：a＇=2.5mm
   步距S=35+a=37.2mm
   條料寬度B=（D+2a＇）=45+2*2.5=50mm
   沖裁件面積A=1027.8
  一個步距的材料利用率η=(A/BS)*100%
 =55.3%
  查板材標準，宜選900mm*1000mm的鋼板
  每張板可剪材為18張條料（50mm*1000mm）
  每張條料可沖483個工件。故每張板材的利
  用率為：
  η＇=(n*A/L*B)*100%=55.2%

 

排樣圖如右圖

1.2.1壓力中心的計算
    計算壓力中心時,先畫出凹模型口圖,由于工件Y方向?qū)ΨQ,故壓力中心Xo=32.5
Yo=(24.73*16.95+11.1*39.45+12*45+11.1*39.45+24.73*16.95)/(24.73+11.1+12+11.1+24.73)=26.84 mm
L1=24.73mm           Y1=16.95mm
L2=11.1mm           Y2=39.45mm
 L3=12mm              Y3=45mm
L4=11.1mm          Y4=39.45mm
L5=24.73mm        Y5=16.95mm

計算時忽略邊緣2-R2圓角
由以上計算可知沖壓件壓力中心坐標為(32.5,13.39)
1.2.2  工作零件刃口尺寸計算
    落料部分以落料凹模為基準計算,落料凸模按間隙值配制
基本尺寸
及分類 沖裁間隙 磨損系數(shù) 計算公式 制造公差 計算結(jié)果 
落

料

凹

模 Dmax = 65
(上偏差為0，下偏差為-0.74)  

Zmin=0.246
Zmax=0.36

 

 

Zmax-Zmin
=0.36-0.246
=0.11mm 制作精度為IT14級，故X=0.5 Dd=(Dmax-xΔ)  Δ/4 Dd=64.63(上偏差為+0.185，下偏差為0)，相應凸模尺寸按凹模尺寸配作，保證雙面間隙在0.246~0.36之間 
 Dmax = 24
（上偏差為0，下偏差為-0.52）     Dd=23.74（上偏差為+0.13，下偏差為0）

   同上 
 Dmax = 30
（上偏差為0，下偏差為-0.52）     Dd=29.74（上偏差為+0.13，下偏差為0）
  
   同上 

1.2.3 工作零件結(jié)構(gòu)尺寸                                                                                                                                                       
落料凹模板尺寸
凹模厚度：H=Kb(≥15mm)    （查表2.9.5得K=0.28）
           H=0.28*65=18.2mm
凹模邊厚度：C≥(1.5~2)*H
 =(1.5~2)*18.2
 =(27.3~36.4)mm   實取C=27.3mm
 凹模板邊長：L=b+2c
              =65+2*27.3
              =119mm
 查標準GB/T—6743.1—94：凹模板寬B=119mm
 故確定凹模板外形為：125*125*18(mm),將凹模板制作成薄型形式并加空心墊板后實取為：119*119*14（mm）
(2)凸凹模尺寸：
 凸凹模長度：L=h+h′+h″=16+10+24=50(mm)
 其中：h―增加長度（包括凸模進入凹模深度，彈性元件安裝高度等）
         h′―凸凹模固定板厚度
            h″―彈性卸料板厚度
 凸凹模內(nèi)外刃口間壁厚校核：根據(jù)沖裁件結(jié)構(gòu)凸凹模內(nèi)外刃口最小壁厚為7mm，根據(jù)強度要求查《沖壓模具設計與制造》知壁厚為4.9mm即可，故該凸凹模側(cè)壁強度足夠。
1.3 選擇沖壓機
 該沖壓件的排樣設計完以后，我們要選擇一定的沖壓設備。沖壓設備的選擇是工藝設計中的一項重要內(nèi)容，它直接關(guān)系到設備的合理使用、安全、產(chǎn)品質(zhì)量，模具壽命、生產(chǎn)效益及成本等一系列重要問題。在選擇沖壓設備時需要知道模具的總沖壓力，下面就是沖壓力的計算：

項目分類 項  目 公       式 結(jié) 果 備    注 

 沖壓力 沖裁力P P=KLtτ=1.3*215.96*2*450 252.67KN L=215.96
τ=450mpa 
 卸料力
P卸 P卸=K＇P=0.05*252.67 12.63KN 查表2.6.1 K＇=0.055 
 推件力
P推 P推=nK＂P=6*0.055*252.67 83.38KN n=h/t=8/1.2=6 
 總沖壓力P總 P總=P+ P卸+ P推 =252.67+12.36+83.38 348.41KN 直接卸料 下出件 
  根據(jù)總沖壓力P總=348.4KN，模具閉合高度，沖床工作臺面尺寸等，并結(jié)合現(xiàn)有的設備，選用J23-63開式雙柱可傾沖床，并在工作臺面上制備墊板，其主要工藝參數(shù)如下：
 公稱壓力：630KN
 滑塊行程：130mm
 行程次數(shù)：50次/分
 最大閉合高度：360mm
 連桿調(diào)節(jié)長度：80mm
 工作臺尺寸（前后*左右）：480*710
 
2模具總體設計
2.1選擇模具類型
模具類型選擇
 由沖壓工藝分析可知，該零件結(jié)構(gòu)簡單，知需一次沖裁即可成型。
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導料板，無側(cè)壓裝置�？刂茥l料的送進步距采用擋料釘初定距，定位銷精定距。而第一件的沖壓位置因為條料長度有一定的余量，可以靠操作工目測來定。
卸料、出件方式的選擇
  因為工件厚為2毫米，相對較薄，卸料力也比較小，故可以采用彈性卸料。  
2.2 凸模設計
（1） 凸模的結(jié)構(gòu)形式及固定方法
    由于沖件的形狀和尺寸不同，沖模的加工以及裝配工藝等實際條件亦不同，所以在實際生產(chǎn)中使用的凸模結(jié)構(gòu)形式很多。其截面形狀有圓形和非圓形；刃口形狀有平刃和斜刃等；結(jié)構(gòu)有整體式、鑲拼式、階梯式、直通式和帶護套式等。凸模的固定方法有臺肩固定、鉚接、螺釘和銷釘固定；粘結(jié)劑澆注法固定等。所以凸模形狀是非圓形，刃口形狀是平刃，結(jié)構(gòu)是整體式，凸模的固定方法是螺釘和銷釘固定。
（2） 凸模長度計算
    凸模長度尺寸應根據(jù)模具的具體結(jié)構(gòu)，并考慮修磨、固定板與卸料板之間的安全距離、裝配等的需要來確定。
  凸凹模長度：L=h+h′+h″=16+10+24=50(mm)
其中：h―增加長度（包括凸模進入凹模深度，彈性元件安裝高度等）
   h′―凸凹模固定板厚度
      h″―彈性卸料板厚度
(3)  凸模的強度校核
    在一般情況下，凸模的強度和剛度是足夠的，無須進行強度校核。但對特別細長的凸�；蛲鼓５慕孛娉叽绾苄《鴽_裁的板料厚度較厚時，則必須進行承壓能力和抗縱彎曲能力的校核。其目的是檢查其凸模的危險斷面尺寸和自由長度是否要求，以防止凸模縱向失穩(wěn)和折斷。
凸模如圖下：

2.3 凹模設計
(1)  凹模外形結(jié)構(gòu)及其固定方法
    凹模類型很多，凹模的外形有圓形和板形；結(jié)構(gòu)有整體式和鑲拼式；刃口也有平刃和斜刃。
    凹模采用螺釘和銷釘定位固定時，要保證螺釘（或沉孔）間、螺孔與銷孔間及螺孔、銷孔與凹模刃壁間的距離不能太近，否則會影響模具壽命。所以凹模外形是板形，結(jié)構(gòu)是整體式，刃口是平刃。
（2） 凹模的刃口形式
     凹模按結(jié)構(gòu)分為整體式和鑲拼式凹模。沖裁凹模的刃口形式有直筒形和錐形兩種。選用刃口形式時，主要應根據(jù)沖裁件的形狀、厚度、尺寸精度以及模具的具體結(jié)構(gòu)來決定。
（3） 凹模輪廓尺寸的確定
     沖裁時凹模承受沖裁力和側(cè)向擠壓的作用。由于凹模結(jié)構(gòu)形式及固定方法不同，受力情況又比較復雜，目前還不能理論方法確定凹模輪廓尺寸。
 計算如下：   H=15mm      C=37mm
     凹模如圖下：
 
 
   對與此次設計的沖裁模，加工工藝也是必須要了解的，下面舉例落料凸模加工的工藝過程：
工序號 工序名稱 工序內(nèi)容 
1 備料 ①     原料尺寸1000*900mm  ②分成條料尺900*70mm 
2 熱處理 退火 
3 粗加工毛胚 刨6面保證尺寸 
4 熱處理 調(diào)質(zhì) 
5 磨平面 磨六面，互為直角 
6 鉗工劃線 畫出各孔位置線 
7 加工螺釘孔，安裝孔 按位置加工螺釘孔，銷釘孔 
8 熱處理 按熱處理工藝，淬火回火達到58~62HRC 
9 磨平面 精磨上下平面 
10 線切割 按圖線切割，輪廓達到尺寸要求 
11 鉗工精修 全面達到設計要求 
12 檢驗   

2.4  模具的結(jié)構(gòu)選擇
  一套模具，結(jié)構(gòu)簡單的不過幾十個零部件組成。但是，我們絕不能小看它。在剛開始設計時，是選何種模具結(jié)構(gòu)形式，是選正裝模具結(jié)構(gòu)（即凹模安裝在下模座上）呢？還是倒（反）裝模具結(jié)構(gòu)（即凸模安裝在下模座上）？是選單工序模具結(jié)構(gòu)呢？還是選復合模具結(jié)構(gòu)？這是擺在我們每個模具工作者面前的一個非常值得深入探討的話題，這里面是大有文章可做的。
1、 正裝模具的結(jié)構(gòu)特點　　正裝模具的結(jié)構(gòu)特點是凹模安裝在下模座上。故無論是工件的落料、沖孔，還是其它一些工序，工件或廢料能非常方便的落入沖床工作臺上的廢料孔中。因此在設計正裝模具時，就不必考慮工件或廢料的流向。因而使設計出的模具結(jié)構(gòu)非常簡單，非常實用。正裝模具結(jié)構(gòu)的優(yōu)點（1）因模具結(jié)構(gòu)簡單，可縮短模具制造周期，有利于新產(chǎn)品的研制與開發(fā)。（2）使用及維修都較方便。（3）安裝與調(diào)整凸、凹模間隙較方便（相對倒裝模具而言）。（4）模具制造成本低，有利于提高企業(yè)的經(jīng)濟效益。（5）由于在整個拉伸過程中，始終存在著壓邊力，所以適用于非旋轉(zhuǎn)體件的拉抻（參看五金科技，1997；6：42～44）。
正裝模具結(jié)構(gòu)的缺點（1）由于工件或廢料在凹�？變�(nèi)的積聚，增加了凹�？變�(nèi)的小組漲力。因此凹必須增加壁厚，以提高強度。（2）由于工件或廢料在凹�？變�(nèi)的積聚，所以在一般情況下，凹模刃口就必須要加工落料斜度。在有些情況下，還要加工凹模刃口的反面孔（出料孔）。因而即延長了模具的制作周期，又加大了模具的加工費用。2、 倒裝模具的結(jié)構(gòu)特點　　倒裝模具的結(jié)構(gòu)特點是凸模安裝在下模座上，故我們就必須采用彈壓卸料裝置將工件或廢料從凸模上卸下。而它的凹模是安裝在上模座上，因而就存在著如何將凹孔內(nèi)的工件或廢件從孔中排出的問題。倒裝模是利用沖床上的打料裝置，通過打料桿將工件或廢料打下，在打料桿將工件或廢料打下的一瞬間，利用壓縮空氣將工件或廢料吹走，以免落到工件或坯料上，使模具損壞。另外需注意的一點就是，當沖床滑塊處于死點時，卸料圈的上頂面，應比凸模高出約0.20～0.30mm。即必須將坯料壓緊后，再進行沖裁。以免坯料或工件在沖裁時移動，達不到精度要求。
倒裝模具結(jié)構(gòu)的優(yōu)點（1）由于采用彈壓卸料裝置，使沖制出的工件平整，表面質(zhì)量好。（2）由于采用打料桿將工件或廢料從凹�？字写蛳拢�因而工件或廢料不在凹�？變�(nèi)積聚，可減少工件可廢料對孔的漲力。從而可減少凹模的壁厚，使凹模的外形尺寸縮小，節(jié)約模具材料。（3）由于工件或廢料不在凹模孔內(nèi)積聚，可減少工件或廢料對模刃口的磨損，減少凹模的刃磨次數(shù)，從而提高了凹模的使用壽命。（4）由于工件或廢料不在凹模也內(nèi)積聚，因此也就沒有必要加工凹模的反面孔（出料孔）�？煽s短模具制作周期，降低模具加工費用。（5）由于壓邊力只在平板坯料沒有完全被拉入凹模前起作用，所以適用于旋轉(zhuǎn)體體的拉伸。如圖2中的圓筒形件（參看五金科技，1997；6：42～44）。倒裝模具結(jié)構(gòu)的缺點（1）模具結(jié)構(gòu)較復雜（相對正裝模具而言）。（2）安裝與調(diào)整凸凹模之間的間隙較困難（相對正裝模而言）。（3）工件或廢料的排除麻煩（最好使用壓縮空氣將其吹走）
    在本課題中所設計的零件由于加精度要求不高，生產(chǎn)批量不大的工件，在很多生產(chǎn)企業(yè)都普遍存在。所以采用有導向裝置的單工序模、正裝。如下圖所示

 

1.模柄 2.內(nèi)六角螺釘 3.圓柱定位銷 4.導套 5.導柱 6.上模座 7.上模墊板 8.上模      9.上模襯板  10.導套  11.導柱  12. 內(nèi)六角螺釘  13.卸料板  14.下模  15.擋料釘    16.圓柱定位銷   17. 內(nèi)六角螺釘   18.下模座

3總   結(jié)
  本沖模的特點
 采用“有導向落料�！保�具有結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，安全，易于制造，裝配和維修的特點，為了更好的完成沖壓工作，并能保證尺寸精度及使用功能，又能提高材料的利用率，模具本身要符合設計要求，在保證設計方案可行的基礎(chǔ)上，要保證制造成本等方面合理的可行。  
3.2  本沖模存在的問題及改進方法
 “止動件落料模”在設計和制造過程中會遇到許多問題，其主要問題和解決方案如下：
 問題：凸凹模刃口尺寸的控制；
 解決方案：嚴格的刃口尺寸計算。
問題：送料方向定位元件的選擇；
 解決方案：采用圓柱定位銷。
 問題：沖壓力的大��；
 解決方案：嚴格的沖壓力計算。
 問題：模具壓力中心的確定；
 解決方案嚴格的模具壓力中心的計算。
 

參考文獻
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2、王孝培主編. 沖壓模具設計與制造.北京:機械工業(yè)出版社,1990
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7、碩本主編．沖壓工藝學．北京：機械工業(yè)出版社，1982
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