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免費畢業論文--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 模具的結構選擇 …………………………………………………………………11
3總結……………………………………………………………………………………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。該沖裁件的材料結構簡單，并在轉角兩處有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，質量輕尺寸小，為簡化模具制造過程降低生產成本，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的比重（普通沖壓占60％－80％，多工位級進模依靠高產降低成本，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。同時毛坯排樣的結果又是后續的工步排樣以及凹模、卸料板等模具零件設計的基礎，因此毛坯排樣是沖模設計的重要環節。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。隨著計算機技術的不斷發展，許多學者對毛坯排樣優化算法與系統開發進行了研究，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方向對稱,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 計算公式 制造公差 計算結果
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 工作零件結構尺寸
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
凸凹模內外刃口間壁厚校核：根據沖裁件結構凸凹模內外刃口最小壁厚為7mm，根據強度要求查《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容，它直接關系到設備的合理使用、安全、產品質量，模具壽命、生產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 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，并結合現有的設備，選用J23-63開式雙柱可傾沖床，并在工作臺面上制備墊板，其主要工藝參數如下：
公稱壓力：630KN
滑塊行程：130mm
行程次數：50次/分
最大閉合高度：360mm
連桿調節長度：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，該零件結構簡單，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，無側壓裝置。控制條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） 凸模的結構形式及固定方法
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，所以在實際生產中使用的凸模結構形式很多。其截面形狀有圓形和非圓形；刃口形狀有平刃和斜刃等；結構有整體式、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，結構是整體式，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模具的具體結構，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。但對特別細長的凸模或凸模的截面尺寸很小而沖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和折斷。
凸模如圖下：
2.3 凹模設計
(1) 凹模外形結構及其固定方法
凹模類型很多，凹模的外形有圓形和板形；結構有整體式和鑲拼式；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，結構是整體式，刃口是平刃。
（2） 凹模的刃口形式
凹模按結構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，主要應根據沖裁件的形狀、厚度、尺寸精度以及模具的具體結構來決定。
（3） 凹模輪廓尺寸的確定
沖裁時凹模承受沖裁力和側向擠壓的作用。由于凹模結構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 調質
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 模具的結構選擇
一套模具，結構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，是選何種模具結構形式，是選正裝模具結構（即凹模安裝在下模座上）呢？還是倒（反）裝模具結構（即凸模安裝在下模座上）？是選單工序模具結構呢？還是選復合模具結構？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、 正裝模具的結構特點 正裝模具的結構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構非常簡單，非常實用。正裝模具結構的優點（1）因模具結構簡單，可縮短模具制造周期，有利于新產品的研制與開發。（2）使用及維修都較方便。（3）安裝與調整凸、凹模間隙較方便（相對倒裝模具而言）。（4）模具制造成本低，有利于提高企業的經濟效益。（5）由于在整個拉伸過程中，始終存在著壓邊力，所以適用于非旋轉體件的拉抻（參看五金科技，1997；6：42～44）。
正裝模具結構的缺點（1）由于工件或廢料在凹模孔內的積聚，增加了凹�？變鹊男〗M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�？變鹊姆e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、 倒裝模具的結構特點 倒裝模具的結構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。
倒裝模具結構的優點（1）由于采用彈壓卸料裝置，使沖制出的工件平整，表面質量好。（2）由于采用打料桿將工件或廢料從凹模孔中打下，因而工件或廢料不在凹模孔內積聚，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，節約模具材料。（3）由于工件或廢料不在凹�？變确e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，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）。倒裝模具結構的缺點（1）模具結構較復雜（相對正裝模具而言）。（2）安裝與調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，生產批量不大的工件，在很多生產企業都普遍存在。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. 內六角螺釘 13.卸料板 14.下模 15.擋料釘 16.圓柱定位銷 17. 內六角螺釘 18.下模座
3總 結
本沖模的特點
采用“有導向落料�！保哂薪Y構簡單，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�！痹谠O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
1、肖景容等主編．沖壓手冊．北京：機械工業出版社，1996
2、王孝培主編. 沖壓模具設計與制造.北京:機械工業出版社,1990
3、成虹主編．沖壓工藝與模具設計．北京：高等教育出版社，2000
4、東福等編．冷沖壓模具設計．長沙：湖南科技技術出版社，1985
5、高佩福主編.實用模具制造技術.北京:中國輕工業出版社,1999
6、李云程主編．模具制造工藝學．北京：機械工業出版社，2001
7、碩本主編．沖壓工藝學．北京：機械工業出版社，1982
8、陳萬林等編.五金科技.北京：機械工業出版社，1997
9、陳劍鶴等編.模具設計基礎.北京：機械工業出版社，2003
10、黃勁枝主編.機械設計基礎.北京：機械工業出版社，2001
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