軸承蓋沖壓模具設計

目錄一、設計要求 21.設計內容及要求： 2二、沖裁方案的確定 3三、零件工藝分析 33.1材料分析 33.2結構分析 33.3精度分析 3四、零件工藝計算 34.1零件坯料尺寸計算 34.2排樣設計與計算 34.3沖裁力計算 44.4確定模具壓力中心 54.5凸、凹模刃口尺寸計算 54.5.1刃口尺寸計算的一般原則 54.5.2刃口尺寸計算方法 64.5.3落料-沖孔模刃口尺寸的計算 6五、模具零部件結構的確定 75.1確定凹模外形尺寸，選擇標準 75.2沖模結構設計 75.2.1模具結構型式分析 85.2.2模具主要零部件的結構和設計 8六、沖壓設備選擇 96.1模具的工作過程 96.2壓力機選擇 106.2.1沖壓設備的選擇原則 106.2.2選擇壓力機及壓力機參數 10七、沖壓模具工件的機械加工 107.1沖壓工作零件的技術要求 107.2沖模工作零件的熱處理 117.3沖模工作零件機械加工工藝過程 117.3.1凸模加工工藝工程 117.3.2凹模加工工藝過程 11八、模具裝配 118.1沖模裝配 118.2沖模的安裝 13參考文獻 13一、設計要求1.設計內容及要求：工件如下圖，材料為08F，料厚2mm。設計成型該零件的模具。零件圖零件三維圖二、沖裁方案的確定該工件包括落料、沖孔、拉深三個基本工序，可有以下三種工藝方案：方案一：沖孔、落料、拉深分開進行。采用單工序模生產，三套模具。方案二：落料—沖孔復合沖壓，再進行拉深。采用復合模生產，兩套模具。方案三：沖孔落料拉深復合沖壓。采用復合模生產，一套模具。方案一模具結構簡單，但需要三道工序三副模具，成本高而生產率低，難以滿足中批量生產要求。方案二需兩副模具，但模具設計方便簡單，工件的精度和生產效率都較高。方案三只需一副模具，生產效率高，操作方便，但對奴家設計要求及生產精度要求高，不方便生產。通過對上述三種方案的分析比較，成形該零件采用方案二復合模具分步成形。本次只設計沖孔落料復合模。三、零件工藝分析3.1材料分析該零件的材料是08F，是沸騰鋼，板厚為2mm，具有良好的可沖壓性能。3.2結構分析該零件結構簡單，工藝性比較好。整個零件的結構工藝性好。為簡單環形沖裁件。結論：適合沖壓。3.3精度分析由于零件設計要求未注公差要求，故公差等級采用IT10,設計模具時采用IT8級制造。斷面粗糙度只要不影響工件的裝配與使用，取其自然的斷面粗糙度，Ra=12.5-50，最高Ra=6.3。由以上分析可知，該零件可以用普通沖裁的加工方法制得。四、零件工藝計算4.1零件坯料尺寸計算零件為由凸緣拉深件，故坯料計算如下：再加上拉深切邊余量ΔR=3mm，故取D=67mm。4.2排樣設計與計算沖裁件在條料上的布置方法稱為排樣。排樣設計包括選擇排樣方法、確定搭邊值、計算條料寬度和送料步距，計算材料利用率，畫排樣圖。排樣方法的選擇根據對所給零件的分析，采用直排有廢料排樣方式，這樣可以保證沖件質量，提高模具壽命。可以補償送料誤差，以保證沖出合格工件；保持條料剛度利于送料，避免廢料絲進入模具間隙損壞模具。計算沖裁件面積：由軟件可求出沖裁件面積A=3071.705mm2。查表3-10[2]得到，工件間a=1.5mm,搭邊a1=1.8mm步距和條料寬度的計算步距H=67mm+1.5mm=68.5mm條料寬度B=67mm+1.8×2mm=70.6mm材料利用率的計算一個步距的材料利用率：η=(nA/（BH）)×100%=(1×3071.705÷（68.5×70.6）)×100％=63.5％排樣圖如圖3-1所示：圖3-1排樣圖4.3沖裁力計算平刃沖模沖裁時，沖裁力F0＝Ltτ，但考慮到模具刃口的磨損，模具間隙的波動，材料機械性能變化和材料厚度偏差等因素，實際所需沖裁力必須增大30％，即：F=1.3F0=Ltσb查表1-1[2]τ=295MPa落料：落料力：F落=Ltσb得：124.1×103N卸料力：F卸=kF落得：7.5×103N沖制件中間小孔：查表2-10[2]k1=0.06由經驗選取n=2查表2-10[2]k1=0.055沖孔力：F沖=Ltσb得：44.5×103N卸料力F卸：F卸=k1F沖得：2.7×103N推件力F推：F推=nk2F沖得：4.9×103N選擇沖床的總壓力落料-沖孔的總壓力：F總1=F=184×103N4.4確定模具壓力中心該制件形狀簡單，左右對稱，其壓力中心就在其幾何中心上，壓力中心如圖3-2所示。圖3-2壓力中心示意圖4.5凸、凹模刃口尺寸計算4.5.1刃口尺寸計算的一般原則刃口尺寸應保證沖出合格零件由于落料件的實際尺寸基本與凹模刃口尺寸一致，所以落料時應先計算凹模刃口尺寸，以獲得合理的沖裁間隙值。而沖孔時孔的實際尺寸基本與凸模刃口尺寸一致，因此應先計算凸模刃口尺寸，合理沖裁間隙值依靠改變凹模刃口尺寸獲得。刃口磨損一些仍能沖出合格工件隨著沖裁件數量的增加，凸模與凹模的刃口在不斷磨損，并不斷改變刃口尺寸。只要磨損量不超過一定范圍，模具應仍能沖出合格工件。設計時應取最小合理沖裁間隙隨著凸模與凹模刃口磨損量的不斷增大，沖裁間隙也將不斷增大。所以設計模具時，沖裁間隙應取其允許的最小值Zmin。應注意到，凸模與凹模刃口尺寸的制造公差影響沖裁間隙的大小。所以刃口尺寸的計算與處理既要保證沖出合格的工件，又要保證合理的沖裁間隙值。4.5.2刃口尺寸計算方法常用的計算刃口尺寸方法有兩種：一是凸模與凹模分別注出各自的基本尺寸及其公差，簡稱公差法制模；二是只有基準件（落料時為凹模，沖孔時為凸模）注出基本尺寸及其制造公差，而配作件（落料時為凸模，沖孔時為凹模）則只注與基準件相同的基本尺寸，不注公差，在技術要求中注明配作時應達到的合理沖裁間隙值Zmin，簡稱為配作法制模。4.5.3落料-沖孔模刃口尺寸的計算查表，材料是08F，料厚2mm的初始雙面間隙為：Zmax=0.18mm,Zmin=0.13mm對于精度為IT10的工件，磨損系數χ=0.5對落料Φ40我們采用凸、凹模分開加工的方法來計算，查表3-11[2]得凸凹模的制造公差：δp=0.020mm,δd=0.030mm，查表3-1[2]得工件公差Δ=1mm校核：Zmax-Zmin=0.18mm-0.13mm=0.05mmδp+δd=0.02mm+0.03mm=0.05mm滿足δp+δd≤Zmax-Zmin表3-2外形落料刃口尺寸計算基本尺寸公差公式結果備注Φ671mm66.5+0.030066.870-0.03對沖孔Φ15，采用凸、凹模分開加工的方法。查表2-10[2]得凸凹模的制造公差：δp=0.020mm,δd=0.030mm查表3-1[6]得工件公差Δ=0.62mm校核：Zmax-Zmin=0.18mm-0.15mm=0.05mmδp+δd=0.02mm+0.03mm=0.05mm滿足δp+δd≤Zmax-Zmin表3-3中間大孔刃口尺寸計算基本尺寸公差公式結果備注Φ240.62mm24.50-0.03五、模具零部件結構的確定5.1確定凹模外形尺寸，選擇標準凹模的輪廓尺寸，因其結構型式不一，受力狀態各不相同，目前還不能用理論計算方法確定，在生產中，通常根據沖裁件尺寸和板料厚度，憑經驗概略地加以計算。凹模的外形結構與輪廓尺寸表3-5凹模的外形結構與輪廓尺寸項目公式結果取值備注凹模高度23.15mm30mm查表8-3[2]k=0.20凹模壁厚c=1.5H3440凹模周界尺寸150x150160×160標準模架的選取根據凹模周界尺寸，L=1600mmB=160mm查表5-10[2]選取二導柱模架，確定模架的標準尺寸。其中，上模座：254×240×40下模座：254×240×45導柱：A28h5×150導套：A28H6×90×38其他零件也從標準件中選取。5.2沖模結構設計5.2.1模具結構型式分析根據工件可選用落料和沖孔復合模具。復合模是在壓力機的一次行程內在模具的一個工位上完成兩道或兩道以上沖壓工序的模具，是一種多工序沖壓模具。復合模與單工序模相比，主要優點是生產效率和沖壓件精度高；其缺點是模具結構復雜，不易制造。它適合精度要求較高的軟材料或薄板料沖壓件。落料和沖孔的復合模。適用用于圓形工件。沖壓時上模下行，使凸凹模與落料凹模、工件和凸模接觸，從而成型工件。上模回程后由推件和卸料板將沖壓件推出。5.2.2模具主要零部件的結構和設計圓形凸模中間大孔為圓形，選用圓形凸模。凸模做成階梯形，用以增加強度。凸模用凸模固定板和凸模墊板模座連接在一起，凸模墊板，凸模固定板用內六角螺釘與上模座連接在一起。凸模由于工件上孔位比較多，為保證沖裁精度，采用直通式凸模。凸模用柳接形式固定在凸模固定板上，凸模墊板，凸模固定板用內六角螺釘與上模座連接在一起。凹模凹模由內六角螺釘和圓柱銷固定在上模座上。刃口選用直筒形，刃口強度較高，刃磨后工作部分尺寸不變。為保證工件的平整性，在該凹模內安裝護板，有利于提高沖壓質量，適合沖壓形狀復雜的工件。最大缺點每次沖壓后，工件或廢料在凹模內，會增加孔壁磨損。凸凹模凹模由內六角螺釘和圓柱銷固定在下模座上。卸料板部件設計彈性卸料板有一定的厚度，用螺栓和銷釘固定在下模座上，能承受的卸料力比較大。固定卸料板和凸模的單邊間隙，一般取0.1～0.5mm，但不小于0.05mm。固定卸料板厚度與沖裁力大小、卸料尺寸等有關，一般取5～10mm.。卸料橡膠計算采用橡膠塊作為彈性元件。具有承受載荷比彈簧大，安全與安裝調整方便等優點。橡膠塊的選用包括決定其品種、高度及截面尺寸等等。橡膠塊品種的選擇考慮到模具結構，選用1個圓筒形的聚氨酯橡膠，則橡膠所承受的預壓力為：Fy=F卸料力=7.5×103N確定橡膠的橫截面積A。取hy=10%h0=0.1h0,查表3-35[2]，得到P=1.1MPa,則A=Fy/P=7.5×103N/1.1=6.8×103（mm2）計算并校核橡膠塊高度h0=(mm)=52(mm)因為h0/D=52/95=0.55,故所選橡膠符合要求。橡膠的安裝高度ha=h0-hy=52-52×0.1=46.8(mm)卸料螺釘及其設置螺紋長度雖短但與光桿段有臺階，可保證旋入彈性壓力板后不易松動螺釘長度使指光桿段長度且有公差要求，便于保證彈性卸料板工作平面與模面平行。螺釘材料為45號鋼且要求熱處理硬度為35～40HRC，以便保證螺釘有足夠的強度，能夠承受卸料過程中反復作用的拉應力。導柱導套導柱和導套都是圓柱形，加工方便，容易裝配，是模具行業應用最廣泛的導向裝置。導柱的直徑一般在16～60mm之間，長度L在90～320mm之間，下部長度與下模板導柱孔采用過盈配合，配合時，孔徑會收縮，所以導套過盈配合部分的孔徑應比導套和導柱間隙配合孔徑增大1mm。導住和導套為間隙配合，要求配合表面堅硬和耐磨，且有一定的強韌性，常用20號鋼制作，表面經過滲碳淬火處理，硬度為HRC58～62，滲碳層深度0.8～1.2mm。六、沖壓設備選擇6.1模具的工作過程 本套模具可完成落料、沖孔兩個工序。條料送進時，有彈頂擋了銷導向，沖首件是以目測定位，待沖第二個工件時，則用擋料銷定位。模具工作時，用壓力機的氣墊壓邊，可獲得較大的壓邊力，壓力和行程的大小也容易調節，另外，可使模具結構簡單。氣墊壓邊是通過拖桿傳到壓邊圈上進行壓邊的。工件制出后，上模上行，打桿和推件塊起作用，把工件從凸凹模中推出。6.2壓力機選擇6.2.1沖壓設備的選擇原則沖壓設備的選擇主要是根據沖壓工藝性質、生產批量大小、沖壓件的幾何形狀、尺寸及精度要求等因素來確定的。沖壓生產中常用的沖壓設備種類很多，選擇沖壓設備時主要考慮下述因素：沖壓設備的類型和工作方式是否適用于應完成的工序；是否符合安全生產和環保的要求；沖壓設備的壓力和功率是否滿足應完成工序的需要；沖壓設備的裝模高度、工作臺面尺寸、行程等是否適合應完成工序所用的模具；沖壓設備的行程次數是否滿足生產率的要求等。6.2.2選擇壓力機及壓力機參數由表2-7[4]查得，落料時的壓力機應選標稱壓力為250×103N的開式可傾壓力機J23-160表3-1開式可傾壓力機J23-200主要技術參數公稱壓力/KN滑塊行程/mm滑塊行程次數/n˙min-1最大閉合高度/mm閉合高度調節量/mm工作臺尺寸/mm長×寬墊板尺寸/mm模柄孔尺寸/mm2508010020050560×400厚度孔徑直徑深度752104060七、沖壓模具工件的機械加工7.1沖壓工作零件的技術要求保證凸、凹模尺寸精度和凸凹模之間的間隙均勻。保證凸、凹模表面形狀和位置精度。表面光潔、刃口鋒利、刃口部分的表面粗糙度為Ra0.4m,配合表面的粗糙度為Ra0.8~1.6m，其余為Ra6.3m。凸、凹模工作部分要求是具有較高的硬度，耐磨性及良好的韌性，凹模工作部分的要求是硬度為60~62HRC，凸模為58~62RHC。鉚式凸模采用高碳鋼制造，配合部分不要求淬硬，工作部分采用局部淬火。7.2沖模工作零件的熱處理沖模工作零件的毛坯通常采用退火，正火熱處理，。目的主要是消除內應力，降低硬度以改善切削加工性能。沖模工作零件在精加工前要進行淬火和回火熱處理，以提高其硬度和耐磨性。7.3沖模工作零件機械加工工藝過程7.3.1凸模加工工藝工程圓形凸模加工比較簡單，熱處理前毛坯經車削加工，配合面留適當磨削余量；熱處理后，經外圓磨削而可以達到其技術要求。在加工中，可采用一次裝夾或采用一定位基準安裝加工的工藝措施來保證。其加工過工程為：下料→鍛造→退火→粗加工→粗磨基準面→畫線→工作面半精加工→淬火、回火→磨削→修研7.3.2凹模加工工藝過程圓形凹模加工凹模加工屬于孔系加工，除保證孔的尺寸和形狀精度外，還要保證各型孔間的位置精度，可采用高精度坐標鏜床加工非圓形凹模加工加工過程為：下料→鍛造→退火→粗加工六面→粗磨基準面→畫線→型孔半精加工→（型孔精加工）→淬火、回火→精磨八、模具裝配8.1沖模裝配沖壓模具的裝配是按照設計要求、結構特點和技術條件，以一定的裝配順序和方法，將模具零件連接或固定起來，達到一定的裝配技術要求，并保證加工出合格沖壓件的過程。對于沖裁模，既要保證零件的加工精度，也要保證裝配技術要求，若裝配不能保證均勻的沖裁間隙，會影響沖壓件的質量及模具的使用、維修和壽命。在模具進行裝配之前，要仔細研究設計圖樣，按照模具的結構和技術要求，確定合理的裝配順序及裝配方法，選擇合理的檢測方法和測量工具。沖壓模在使用時，上模座部分通過模柄安裝在壓力機的滑塊上，是模具的活動部分。下模座部分被固定在壓力機的工作臺上，是模具的固定部分。模具工作時，活動部分和固定部分上的工作零件必須保證正確的相對位置，才能使模具正常工作。模具裝配時，為了方便地將上、下兩部分的工作零件調整到正確位置，并使凸模、凹模具有均勻的間隙，應正確安排上、下模的裝配順序。裝配有模架的模具時，一般是先裝配模架，再進行模具工作零件和其他結構零件的裝配。上、下模的裝配順序應根據上模和下模上所安裝的模具零件在裝配和調整過程中所受限制的情況來決定。如果上模部分的模具零件在裝配和調整時所受限制最大，則應先裝上模部分，并以它為基準調整下模部分的零件，保證凸、凹模配合間隙均勻。反之，則應先裝模具的下模部分，并以它為基準調整上模部分的零件。上、下模的裝配順序應根據模具的結構來決定。對于無導柱的模具，凸、凹模的配合間隙是在模具安裝到壓力機上時才進行調整，上、下模的配合可以分別進行。模具安裝過程：組件裝配將模柄裝配于上模座內并磨平端面；將拉深凸模裝入凸模固定板內，作為凸模組件。確定裝配基準件落料拉深復合模應以拉深凸模為裝配基準件，裝配時首先確定拉深凸模在模架中的位置。安裝凸模組件時，確定凸模組件在下模座上的位置，然后用平行夾板將凸模組件、墊板和下模座夾緊。安裝固定凸模組件時，將凸模組件在下模座重新找正定位，用平行夾板夾緊。鉆、鉸銷孔和螺孔，裝入定位銷和螺釘。安裝上模部分檢查上模各個零件尺寸是否能滿足裝配技術條件，檢查各零件尺寸是否合適、動作