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課程設(shè)計說明書
題 目:調(diào)節(jié)偏心輪沖壓沖壓工藝及模具設(shè)計
年級、 專業(yè):
姓 名:
學(xué) 號:
指 導(dǎo) 教 師:
完 成 時 間:
摘 要
本設(shè)計是對給定的產(chǎn)品圖進(jìn)行沖壓模具設(shè)計。沖壓工藝的選擇是經(jīng)查閱相關(guān)資料和和對產(chǎn)品形狀仔細(xì)分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行的；沖壓模具的選擇是在綜合考慮了經(jīng)濟(jì)性、零件的沖壓工藝性以及復(fù)雜程度等諸多因素的基礎(chǔ)上進(jìn)行的；產(chǎn)品毛坯展開尺寸的計算是在方便建設(shè)又不影響模具成型的前提下簡化為所熟悉的模型進(jìn)行的。文中還對沖壓成型零件和其它相關(guān)零件的選擇原則及選擇方法進(jìn)行了說明，另外還介紹了幾種產(chǎn)品形狀的毛坯展開尺寸計算的方法和簡化模型，以及沖壓模具設(shè)計所需要使用的幾種參考書籍的查閱方法。
【關(guān)鍵詞】工藝、工藝性、沖壓工序、沖壓模具、尺寸
目 錄
摘 要 1
前 言 3
第一章、零件圖及工藝方案的擬訂 4
1.1.零件圖及零件工藝性分析 4
1.2.工藝方案的確定 5
第二章、工藝設(shè)計 6
2.1.確定排樣方案 6
2.2.計算各工序的壓力 7
2.3.壓力機的選擇 8
2.4.壓力中心的計算 8
第三章、模具類型及結(jié)構(gòu)形式的選擇 11
3.1.級進(jìn)模的設(shè)計 11
第四章、模具工作零件刃口尺寸及公差的計算 13
4.1.沖孔、落料模 13
第五章、模具零件的選用，設(shè)計及必要的計算 15
5.1.模具零件的選用 15
第六章、壓力機的校核 19
6.1.壓力機的校核 19
第七章、設(shè)計心得 20
第八章、致 謝 21
第九章、主要參考文獻(xiàn) 22
前 言
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，沖壓技術(shù)應(yīng)用范圍越來越廣泛，在國民經(jīng)濟(jì)各部門中，幾乎都有沖壓加工生產(chǎn)，它不僅與整個機械行業(yè)密切相關(guān)，而且與人們的生活緊密相連。
沖壓工藝與沖壓設(shè)備正在不斷地發(fā)展，特別是精密沖壓。高速沖壓、多工位自動沖壓以及液壓成形、超塑性沖壓等各種沖壓工藝的迅速發(fā)展，把沖壓的技術(shù)水平提高到了一個新高度。新型模具材料的采用和鋼結(jié)合金、硬質(zhì)合金模具的推廣，模具各種表面處理技術(shù)的發(fā)展，沖壓設(shè)備和模具結(jié)構(gòu)的改善及精度的提高，顯著地延長了模具的壽命和擴大了沖壓加工的工藝范圍。
由于沖壓工藝具有生產(chǎn)效率高、質(zhì)量穩(wěn)定、成本低以及可加工復(fù)雜形狀工件等一系列優(yōu)點，在機械、汽車、輕工、國防、電機電器、家用電器，以及日常生活用品等行業(yè)應(yīng)用非常廣泛，占有十分重要的地位。隨著工業(yè)產(chǎn)品的不斷發(fā)展和生產(chǎn)技術(shù)水平的不斷提高，沖壓模具作為個部門的重要基礎(chǔ)工藝裝備將起到越來越大的作用?？梢哉f，模具技術(shù)水平已成為衡量一個國家制造業(yè)水平的重要指標(biāo)。
目前國內(nèi)模具技術(shù)人員短缺，要解決這樣的問題，關(guān)鍵在于職業(yè)培訓(xùn)。我們做為踏入社會的當(dāng)代學(xué)生，就應(yīng)該掌握扎實的專業(yè)基礎(chǔ)，現(xiàn)在學(xué)好理論基礎(chǔ)。畢業(yè)設(shè)計是專業(yè)課程的理論學(xué)習(xí)和實踐之后的最后一個教學(xué)環(huán)節(jié)。希望能通過這次設(shè)計，能掌握模具設(shè)計的基本方法和基本理論。
本次設(shè)計的目的：
一、綜合運用本專業(yè)所學(xué)的理論與生產(chǎn)實際知識，進(jìn)行一次沖壓模設(shè)計的實際訓(xùn)練，從而提高我們獨立工作能力。
二、鞏固復(fù)習(xí)三年以來所學(xué)的各門學(xué)科的知識，以致能融貫通，進(jìn)一步了解從模具設(shè)計到模具制造整個工藝流程。
三、掌握模具設(shè)計的基本技能，如計算、繪圖、查閱設(shè)計資料和手冊，熟悉標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范等。
由于本人設(shè)計水平有限，經(jīng)驗不足，錯誤難免，敬請老師批評、指導(dǎo)，不勝感激。
第一章、零件圖及工藝方案的擬訂
1.1.零件圖及零件工藝性分析
一、零件圖
圖（1—1）
工件圖：如圖1—1所示
材料：Q235
板厚：1.5mm
產(chǎn)品外形是圓形，所以模具加工方便，且不容易開裂。
二、零件的工藝性分析
產(chǎn)品所用的材料為Q235,其力學(xué)性能如下：τ=310-380Mpa,σb=440-470Mpa,（《冷沖壓工藝與模具設(shè)計》P322），零件圖上未注公差等級，屬自由尺寸，按IT08-12級確定工件尺寸的公差.該制件形狀簡單，尺寸較小，齒與齒之間的距離小，而且齒比較多，厚度一般，屬于普通沖壓件，但有幾點應(yīng)該注意：
①該沖裁件的材料Q235，具有較好的可沖壓性能。
②由于板料厚度比較厚，在模具結(jié)構(gòu)上需要考慮其合理性。
③有一定的生產(chǎn)批量，應(yīng)重視模具材料的選擇和模具結(jié)構(gòu)的確定，保證模具的壽命。
④制件較小，從安全考慮，要采取適當(dāng)?shù)娜〖绞?，模具結(jié)構(gòu)上設(shè)計好推件和取件方式。
1.2.工藝方案的確定
對工序的安排，擬有以下幾種方案：
①落料— 沖孔，單工序模生產(chǎn)。
②落料—沖孔復(fù)合沖壓。
③沖孔—落料連續(xù)沖壓，采用級進(jìn)模生產(chǎn)。
方案①模具結(jié)構(gòu)簡單，容易制造。但成形制件需要兩道工序、兩套模具才能完成零件的加工，工序分散，搬運半成品要浪費大量時間。生產(chǎn)效率較低；工件的精度也難以保證。
方案②復(fù)合模結(jié)構(gòu)一般，比較容易制造。節(jié)約了半成品搬運的時間提高了生產(chǎn)效率且易于保證孔的質(zhì)量和制件精度。但齒比較多，而且，距離比較近，采用復(fù)合模，凸凹模的強度不夠，容易裂開，模具壽命不長
方案③級進(jìn)模結(jié)構(gòu)復(fù)雜；難以制造。有較高的生產(chǎn)效率且能保證制件的精度。模具壽命長。
綜上所述，由于產(chǎn)品材料很厚，并不適合復(fù)合模生產(chǎn)，可以考慮單模或者級進(jìn)模，根據(jù)生產(chǎn)效率、精度、所使用的機床、卸料方式、廢料出料、板料的定位方式、制造成本等方面分析最終確定方案三，級進(jìn)模。
第二章、工藝設(shè)計
2.1.確定排樣方案
外形最大尺寸為長度Dmax=52，材料厚度為1.5，根據(jù)材料性能，由《沖壓工藝與模具設(shè)計》P45表2.5.2 確定搭邊值：
工件間：a1=1.5；沿邊： a=1.5，
一．分析排樣方案
為保證條料送進(jìn)的剛性和穩(wěn)定性以及正確處理工件送料與載體的連接關(guān)系，應(yīng)考慮沿零件縱向排樣和橫向排樣，由于本設(shè)計中產(chǎn)品外形是圓形，縱向和橫向，無論是操作，還是在材料利用率上是完全一樣的，產(chǎn)品加上單邊側(cè)刃寬度1.5，排樣寬度為52+1.5+1.5+1.5=56.5，具體排樣圖如下：
先沖導(dǎo)正孔，再以此孔做定位沖中間孔，最后落料。
圖2—1）
條料下料寬度為56.5，剪切公差：δ=0.5
條料與導(dǎo)料板之間的間隙：c=0.5
送料步距為52+1.5=53.5；
二．計算工件實際面積
工件實際面積為3.14×26×26=2122.64，
材料利用率的計算：
一個步距內(nèi)的材料利用率η為
η=nF/Bs×100%
η=1×2122.64/53.5×56.5×100%=70.22%
式中 F——一個步距內(nèi)沖裁件面積（包括沖出的小孔在內(nèi)）；
n——一個步距內(nèi)沖裁件數(shù)目；
B——條料寬度（mm）；
s——步距；
2.2.計算各工序的壓力
已知工件的材料為材料是Q235,厚度為1.5mm，抗剪切強度τ=380Mpa,抗拉強度σb=470Mpa,
沖側(cè)刃力：F1=1.3Ltτ
=1.3×1×56.5×1.5×380
=41866.5（N)
=41.86KN
沖導(dǎo)正孔力：F2=1.3πd孔 tτ
=1.3×2×3.14×6×1.5×380
=27920.88（N)
=27.92KN
沖中間孔力：F3=1.3Ltτ
=1.3×68.3×1.5×380
=50610.3（N)
=50.61KN
落料力： F4=n1.3πd孔Ltτ
=1.3×3.14×52×1.5×380
=120990.48（N)
=120.99KN
卸料力： P2=k卸F （查《冷沖壓工藝與模具設(shè)計》得：k卸=0.025～0.08）
沖壓力大小為F=F1+F2+F3+F4
=41.86+27.92+50.61+120.99=241.38KN
P2=k卸F=241.38×0.06
=14.48KN
這一工序的最大總壓力為：
P=F+ P2=241.38+14.48
=255.86KN
2.3.壓力機的選擇
根據(jù)以上計算和分析，再結(jié)合車間設(shè)備的實際情況，選用公稱壓力為630KN的單柱固定臺壓力機（型號為J23—40）能滿足使用要求。
壓力機的具體參數(shù)如下
公稱壓力：400KN
滑塊行程：100mm
滑塊行程次數(shù)：80次/min
最大封閉高度： 300mm
最大裝模高度： 220mm
封閉高度調(diào)節(jié)量：80mm
模柄孔尺寸：直徑50mm，深度70mm
工作臺面尺寸：350mm（前后）×450mm（左右）
墊板厚度：80mm
2.4.壓力中心的計算
模具壓力中心是指沖壓時諸沖壓力合力的作用點位置。為了確保壓力機和模具正常工作。采用解析法求壓力中心，
圖2—2）
首先，：
F1——沖側(cè)刃力 F1=KLδτ，得F1=41.86KN
F2——沖導(dǎo)正孔力 F2=KLδτ，得F2=27.92/2=13.96KN
F3——沖導(dǎo)正孔力 F3=KLδτ，得F3=27.92/2=13.96KN
F4——沖中間孔力 F4=KLδτ，得F4=50.61KN
F5——落料力 F5=KLδτ，得F5=120.99KN
Y1——F1到X軸的力臂 Y1=27.5
X1——F1到Y(jié)軸的力臂 X1=107
Y2——F2到X軸的力臂 Y2=20
X2——F2到Y(jié)軸的力臂 X2=53.5
Y3——F3到X軸的力臂 Y3=-20
X3——F3到Y(jié)軸的力臂 X3=53.5
Y4——F4到X軸的力臂 Y4=0
X4——F4到Y(jié)軸的力臂 X4=-26.75
Y5——F5到X軸的力臂 Y5=0
X5——F5到Y(jié)軸的力臂 X5=-80.25
根據(jù)合力距定理：
YG=（Y1F1+Y2F2...）/（F1+F2…）
XG=（X1F1+X2F2…）/（F1+F2…）
YG——F沖壓力到X軸的力臂；YG=4.77
XG——F沖壓力到Y(jié)軸的力臂；XG=-21.09
所以模具的壓力中心為（-21.09,4.77）。
第三章、模具類型及結(jié)構(gòu)形式的選擇
根據(jù)確定的工藝方案和零件的形狀特點，精度要求，預(yù)選設(shè)備的主要技術(shù)參數(shù)，模具的制造條件及安全生產(chǎn)等，選定模具類型及結(jié)構(gòu)形式。
本次設(shè)計的級進(jìn)模，在壓力機的一次行程中，經(jīng)一次送料定位，在模具的同一部位同時完成多道工序,其沖裁件的相互位置精度高,對條料的定位精度也比較高，因為需要用導(dǎo)料板對條料寬度進(jìn)行導(dǎo)向。沖壓件精度高,可以很好的保證工件的形狀和尺寸精度,模具結(jié)構(gòu)較一般,制造精度要求比較高,制造周期短,價格相對較低，節(jié)約了成本。工序較集中排除了半成品搬運時間，提高了生產(chǎn)效率。這種模具適用于生產(chǎn)批量大,精度要求高,內(nèi)外形尺寸差較大的沖裁件。沖孔廢料由凹模孔向下排除，同時錯位落料的產(chǎn)品也由凹模孔向下排除，這樣操作方便，生產(chǎn)效率提高很多。每步送料步距靠導(dǎo)正銷定位。
3.1.級進(jìn)模的設(shè)計
本設(shè)計中采用沖孔落料級進(jìn)模。工件厚度比較厚，故采用彈性卸料裝置，彈性卸料裝置除了卸料的作用外，在沖孔時還起到壓緊工件的作用。上模彈性力由橡皮產(chǎn)生。沖出的廢料和產(chǎn)品直接掉下模。
級進(jìn)模的結(jié)構(gòu)形式如圖3—1所示。
圖3—1）
第四章、模具工作零件刃口尺寸及公差的計算
4.1.沖孔、落料模
落料，沖孔尺寸刃口設(shè)計和計算
該沖裁件外形尺寸為落料件，選凹模為設(shè)計基準(zhǔn)件，只需計算落料凹模刃口尺寸由凹模的實際尺寸按間隙要求配做。
工件精度要求為IT12級查《沖壓工藝與模具設(shè)計》P31附表2.2.1：
沖模制造精度為IT9～I(xiàn)T10級，取IT10級。
沖孔凸模和落料凹模尺寸按下列公式計算：
沖孔時 dp=(dmin+XΔ)- δp
落料時 Dp=(Dmax-XΔ -Zmin)- δp
孔心距 Lp=L±δp’
式中 Dp dp——分別為落料和沖孔凸模的刃口尺寸（mm）；
Dmax ——為落料件的最大極限尺寸（mm）；
dmin——為沖孔件的最小極限尺寸（mm）；
Δ——工件公差；
Δp——凸模制造公差，通常取δp=Δ/4；
δp’——刃口中心距對稱偏差，通常取δp’=Δ/8；
Lp——凸模中心距尺寸（mm）；
L——沖件中心距基本尺寸（mm）；
Zmin——最小沖裁間隙（mm）；
落料凹模尺寸：Dp1=(Dmax-XΔ -Zmin)+ Δ/4
=52-0.5×0.04=51.98+0.02-0，
落料凸模尺寸：Ah1=(Dp1-2Z)+ Δ/4
=52-2×0.06=51.88+0.02-0，
沖孔凸模尺寸：dp1=(dmin+XΔ)- Δ/4
=6+0.5×0.04=6.02+0-0.02，
dp2=(dmin+XΔ)- Δ/4
=22+0.5×0.04=22.02+0-0.02，
dp3=(dmin+XΔ)- Δ/4
=9+0.5×0.04=9.02+0-0.02，
dp4=(dmin+XΔ)- Δ/4
=53.5+0.5×0.04=53.52+0-0.02，
dp5=(dmin+XΔ)- Δ/4
=3+0.5×0.04=3.02+0-0.02，
沖孔凹模尺寸：Bh1=(dp1+2Z)- Δ/4
=6+2×0.06=6.12+0-0.02，
Bh2=(dp2+2Z)- Δ/4
=22+2×0.06=22.12+0-0.02，
Bh3=(dp3+Z)- Δ/4
=9+0.06=9.06+0-0.02，
Bh4=(dp4+2Z)- Δ/4
=53.5+2×0.06=53.62+0-0.02，
Bh3=(dp3+2Z)- Δ/4
=3+2×0.06=3.12+0-0.02，
孔心距 Lp=L±δp’
Lp1=53.5±0.01，節(jié)距保持不變
Lp2=40±0.01，
第五章、模具零件的選用，設(shè)計及必要的計算
5.1.模具零件的選用
一、沖頭
沖頭材料選用Cr12MoV，淬火硬度達(dá)到58-62HRC。采用臺階式凸模（如圖5-1所示），圓形凸模采用臺階式固定，異形凸模與固定板采用過盈配合的方式，
圖5-1）
二、凹模
凹模材料選用Cr12MoV，淬火硬度達(dá)到58-62HRC。凹模采用螺釘固定結(jié)構(gòu)，與上模板配合，這樣簡化了模具的結(jié)構(gòu)，節(jié)省了材料的成本。外形尺寸
凹模材料選用Cr12MoV，淬火硬度達(dá)到58-62HRC。凸模采用臺階固定結(jié)構(gòu)，與固定板配合，外形直接車加工。螺釘孔固定在上模板上。
三、支撐固定零件
上、下模座中間聯(lián)以導(dǎo)向裝置的總體稱為模架。通常都是根據(jù)凹模最大外形尺寸D。選用標(biāo)準(zhǔn)模架。凹模最大外形尺寸L=300mm，B=140mm，選用鋼板模板。模具的閉合高度h=139～179mm ，
上下模座選用材料為Q235，下模板厚度35，上模板厚度30。再由凹模板和模架尺寸確定其它模具模板的尺寸如下：
上墊板：300×140×10
凸模固定板：300×140×18
凹模：300×140×35
上模板：420×200×30
下模板：420×200×35
四、導(dǎo)向裝置
本模具采用圓形導(dǎo)柱、導(dǎo)套式的導(dǎo)向裝置。導(dǎo)柱與導(dǎo)套之間采用間隙配合，配合精度為H7/R6 。導(dǎo)柱與導(dǎo)套相對滑動，要求配合表面有足夠的強度，又要有足夠的韌性。所以材料選用20鋼，表面經(jīng)滲碳淬火處理，表面硬度為58～62HRC。
導(dǎo)柱選用GB2861.2—81中的B型導(dǎo)柱，直徑d=25mm 、極限偏差為R7、長度L=150mm；直徑d=28mm 、極限偏差為R7、長度L=150mm。
導(dǎo)套選用GB2861.6—81中的A型導(dǎo)套，直徑d=25mm、D=38、極限偏差為H7、長度L=80mm；直徑d=28mm、D=42、極限偏差為H7、長度L=80mm。
第六章、壓力機的校核
6.1.壓力機的校核
1、閉合高度的校核
所選壓力機的最大裝模高度為220mm，閉合高度的調(diào)節(jié)量為80mm
Hmin=220-80=140mm
本次設(shè)計模具的的閉合高度
H=H上模座+H墊板 +H凸模+H凹模+ H固定板+ H下模座
=30+10+60+35+35
=170
Hmax-5=215 Hmin=140
所以滿足要求。
2、工作臺面尺寸的校核
所選壓力機的工作臺尺寸為：左右：450 前后：350
而模具的外形尺寸為：420×200
根據(jù)工作臺面尺寸一般應(yīng)大于模具底座30～50mm，∴工作臺面尺寸滿足。
滑塊行程的校核
滑塊行程應(yīng)保證方便地放入毛坯和取出零件，
所選壓力機滑塊行程為40mm,滿足。
綜上，所選壓力機J23-40滿足需要。
第七章、設(shè)計心得
通過本次課程設(shè)計，在理論知識的指導(dǎo)下，結(jié)合認(rèn)識實習(xí)和生產(chǎn)實習(xí)中所獲得的實踐經(jīng)驗，在老師和同學(xué)的幫助下，認(rèn)真獨立地完成了本次設(shè)計。在本次設(shè)計的過程中，通過自己實際的操作計算，我對以前所學(xué)過的專業(yè)知識有了更進(jìn)一步、更深刻的認(rèn)識，能夠把自己所學(xué)的知識比較系統(tǒng)的聯(lián)系起來。同時也認(rèn)識到了自己的不足之處。到此時才深刻體會到，以前所學(xué)的專業(yè)知識還是有用的，而且都是模具設(shè)計與制造最基礎(chǔ)、最根本的知識。
本次課程設(shè)計歷時兩個星期左右，從最初的領(lǐng)會課程設(shè)計的要求，到對拿到自己手上的沖壓件的沖壓性能的分析計算，諸如對沖壓件結(jié)構(gòu)的分析，對形狀的分析等，不斷地分析計算，對要進(jìn)行設(shè)計的沖壓件有了一個比較全面深刻的認(rèn)識，并在此基礎(chǔ)上綜合考慮生產(chǎn)中的各種實際因素，最后確定本次設(shè)計的工藝方案。然后是對排樣方式的計算，直到模具總裝配圖的繪制，用時近兩個星期。在這段時間里，我進(jìn)行了大量的計算：從材料利用率的計算，到工序壓力的計算，再工作部分刃口尺寸及公差的計算，到各種零件結(jié)構(gòu)尺寸的計算以及主要零部件強度剛度的核算。其間在圖書館翻閱了許多相關(guān)書籍和各種設(shè)計資料。因此從某種意義上講，通過本次設(shè)計的訓(xùn)練，也培養(yǎng)和鍛煉了一種自己查閱資料，獲取有價值信息的能力。
總之，通過本次設(shè)計的鍛煉，使我對模具設(shè)計與模具制造的整個過程都有了比較深刻的認(rèn)識和全面的掌握。使我接受了一個模具專業(yè)的畢業(yè)生應(yīng)該有的鍛煉和考查。我很感謝學(xué)校和各位老師給我這次鍛煉機會。我是認(rèn)認(rèn)真真的做完這次設(shè)計的，也應(yīng)該認(rèn)認(rèn)真真的完成我大學(xué)三年里一次重要的設(shè)計。但是由于水平有限，錯誤和不足之處再所難免，懇請各位指導(dǎo)老師批評指正，不勝感激。
第八章、致 謝
首先感謝學(xué)校及學(xué)院各位領(lǐng)導(dǎo)的悉心關(guān)懷和耐心指導(dǎo)，特別要感謝指導(dǎo)老師給我的指導(dǎo)，在設(shè)計和說明書的寫作以及實物制作過程中，我始終得到他的悉心教導(dǎo)和認(rèn)真指點，使得我的理論知識和動手操作能力都有了很大的提高與進(jìn)步，對模具設(shè)計與制造的整個工藝流程也有了一個基本的掌握。在他身上，時刻體現(xiàn)著作為科研工作者所特有的嚴(yán)謹(jǐn)求實的教學(xué)風(fēng)范，勇于探索的工作態(tài)度和求同思變、不斷創(chuàng)新的治學(xué)理念。他不知疲倦的敬業(yè)精神和精益求精的治學(xué)要求，端正了我的學(xué)習(xí)態(tài)度，使我受益匪淺。
另外，還要感謝和我同組的其他同學(xué)，他們在尋找資料，解答疑惑，實驗操作、論文修改等方面，都給了我很大的幫助和借鑒。
最后，感謝所有給予我關(guān)心和支持的老師和同學(xué)使我能如期完成這次畢業(yè)設(shè)計。謝謝各位老師和同學(xué)！
感謝學(xué)校對我這兩年的培養(yǎng)和教導(dǎo)，感謝學(xué)院各位領(lǐng)導(dǎo)各位老師三年如一日的諄諄教導(dǎo)！
第九章、主要參考文獻(xiàn)
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