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課 程 論 文 題 目 墊片沖壓級進(jìn)模設(shè)計 學(xué)生姓名 學(xué) 號 系 部 專 業(yè) 班 級 指導(dǎo)教師 2014-10-20 摘 要 I 摘 要 墊片屬于典型的沖裁件，本文在分析其工藝性的基礎(chǔ)上，根據(jù)生產(chǎn)要求， 確定采用級進(jìn)模結(jié)構(gòu)。本設(shè)計主要是落料凸、凹模及沖孔凸、凹模的設(shè)計， 需要計算凸凹模的間隙、工作零件的尺寸和公差。此外,還需要確定模具工 藝零件和結(jié)構(gòu)零件以及模具的總體尺寸，然后根據(jù)上面的設(shè)計繪出模具的總 裝圖。 關(guān)鍵詞：墊片 級進(jìn)模 沖孔落料 II 目 錄 摘 要 ..............................................................................................................................I 第一章 緒論 ...................................................................................................................4 1.1 課題背景 ................................................................................................................4 1.2 沖壓模具發(fā)展現(xiàn)狀和前景 ....................................................................................4 1.2.1 沖壓模具發(fā)展現(xiàn)狀 .........................................................................................4 1.3 課題研究的內(nèi)容和意義 ........................................................................................6 1.4 發(fā)展方向 ................................................................................................................6 第二章 沖裁模具課程設(shè)計任務(wù)書 .............................................................................7 2.1 任務(wù)書設(shè)計內(nèi)容 ....................................................................................................7 2.2 任務(wù)書的要求 ........................................................................................................7 2.2.1 技術(shù)要求： .....................................................................................................7 2.2.2 設(shè)計要求： .....................................................................................................7 第三章 零件的工藝性分析和方案確定 .....................................................................8 3.1 零件的工藝分析 ....................................................................................................8 3.1.1 結(jié)構(gòu)與尺寸的分析 .........................................................................................8 3.1.2 精度與斷面粗糙度分析 .................................................................................8 3.2 沖裁工藝方案的確定 ............................................................................................8 3.3 模具總體方案的確定 ..........................................................................................10 第四章 零件工藝的設(shè)計計算 ...................................................................................11 4.1 排樣設(shè)計與計算 ..................................................................................................11 4.1.1 材料利用率 ...................................................................................................11 4.1.2 排樣設(shè)計 .......................................................................................................12 4.2 沖裁力 ..................................................................................................................13 4.2.1 沖裁力的計算 ...............................................................................................13 4.2.2 卸料力、推件力和頂件力的計算 ...............................................................14 4.3 壓力機(jī)的確定 ......................................................................................................15 4.3.1 壓力機(jī)的選擇 ...............................................................................................15 4.3.1 開式壓力機(jī)機(jī)床有關(guān)參數(shù) ...........................................................................15 4.4 壓力中心的計算 ..................................................................................................16 第五章 計算凸、凹模刃口尺寸及公差 ...................................................................18 5.1 凸、凹模間隙值 ..................................................................................................18 5.1.1 間隙對沖壓力和模具壽命的影響 ...............................................................18 5.1.2 沖裁間隙的確定 ...........................................................................................19 5.2 凸、凹模刃口分別加工的計算法 ......................................................................19 5.2.1 凸、凹模刃口尺寸計算的原則 ...................................................................19 5.2.2 沖孔凸、凹模刃口計算 ...............................................................................20 5.2.3 落料凸、凹模的計算 ...................................................................................21 目 錄 III 第六章 模具零部件的設(shè)計計算與總裝圖設(shè)計 .......................................................22 6.1 凹模外形設(shè)計 ......................................................................................................22 6.2 凸模的設(shè)計 ..........................................................................................................22 6.2.1 落料凸模的設(shè)計 ...............................................................................................22 6.2.2 沖孔凸模的設(shè)計 ...............................................................................................23 6.3 其他主要零件的設(shè)計 ..........................................................................................24 6.3.1 凸模固定板的厚度 .......................................................................................24 6.3.2 卸料板的設(shè)計 ...............................................................................................24 6.3.3 卸料橡皮的設(shè)計 ...........................................................................................24 6.4 標(biāo)準(zhǔn)件尺寸的確定 ..............................................................................................25 6.5 模具的總體設(shè)計 ..................................................................................................25 6.6 模具裝配和裝配圖 ..............................................................................................26 6.6.1 級進(jìn)沖裁模的裝配 .......................................................................................26 6.6.2 凸、凹模間隙的調(diào)整方法 ...........................................................................27 6.6.3 繪制模具的總裝圖 .......................................................................................28 第七章 總結(jié)與展望 ...................................................................................................29 致 謝 ...........................................................................................................................30 參考文獻(xiàn) .......................................................................................................................31 4 第一章 緒論 1.1 課題背景 我國把模具行業(yè)納入高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)領(lǐng)域，另一方面，沖壓工藝廣泛應(yīng) 用于民用、航空航天、汽車和工藝品等領(lǐng)域，在產(chǎn)品組件中所占的比例也越來 越大。但由于我國模具工業(yè)起步較晚，起點(diǎn)較低，加工制造手段落后，尤其是 技術(shù)應(yīng)用人才缺乏，技術(shù)水平落后，制約了該產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展,已使之成為制約 其他相關(guān)行業(yè)發(fā)展的“瓶頸” 。 模具技術(shù)是上世紀(jì)下半葉制造業(yè)中發(fā)展最快的 技術(shù)之一，由于模具的設(shè)計和制造是一個非常復(fù)雜的過程，并且是一個不斷反 復(fù)的過程，目前，采用具有三維參數(shù)化特征造型功能的 CAD 支撐軟件，在模具 設(shè)計中應(yīng)用并行工程原理，實(shí)現(xiàn)模具管理、工藝分析與設(shè)計及模具結(jié)構(gòu)設(shè)計的 一體化是一種較有代表性也很有應(yīng)用前景的模具 CAD 系統(tǒng)開發(fā)方法。如圖，典 型沖壓模具圖形。 圖 1-1 沖壓模具 1.2 沖壓模具發(fā)展現(xiàn)狀和前景 1.2.1 沖壓模具發(fā)展現(xiàn)狀 改革開放以來，隨著國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，市場對模具的需求量不斷增長。 近年來，模具工業(yè)一直以 15%左右的增長速度快速發(fā)展，模具工業(yè)企業(yè)的所有 制成分也發(fā)生了巨大變化，除了國有專業(yè)模具廠外，集體、合資、獨(dú)資和私營 也得到了快速發(fā)展。 浙江寧波和黃巖地區(qū)的“模具之鄉(xiāng)” ；廣東一些大集團(tuán)公司和迅速崛起的鄉(xiāng) 鎮(zhèn)企業(yè)，科龍、美的、康佳等集團(tuán)紛紛建立了自己的模具制造中心；中外合資 和外商獨(dú)資的模具企業(yè)現(xiàn)已有幾千家。 隨著與國際接軌的腳步不斷加快，市場 5 競爭的日益加劇，人們已經(jīng)越來越認(rèn)識到產(chǎn)品質(zhì)量、成本和新產(chǎn)品的開發(fā)能力 的重要性。而模具制造是整個鏈條中最基礎(chǔ)的要素之一，模具制造技術(shù)現(xiàn)已成 為衡量一個國家制造業(yè)水平高低的重要標(biāo)志，并在很大程度上決定企業(yè)的生存 空間。 近年許多模具企業(yè)加大了用于技術(shù)進(jìn)步的投資力度，將技術(shù)進(jìn)步視為企 業(yè)發(fā)展的重要動力。一些國內(nèi)模具企業(yè)已普及了二維 CAD，并陸續(xù)開始使用 UG，Pro/Engineer、I-DEAS、Euclid-IS 等國際通用軟件，個別廠家還引進(jìn)了 Moldflow、C-Flow 、DYNAFORM、Optris 和 MAGMASOFT 等 CAE 軟件，并成 功應(yīng)用于沖壓模的設(shè)計中。 雖然中國模具工業(yè)在過去十多年中取得了令人矚目的發(fā)展，但許多方面與 工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比仍有較大的差距。例如，精密加工設(shè)備在模具加工設(shè)備中的 比重比較低；CAD/CAE/CAM 技術(shù)的普及率不高；許多先進(jìn)的模具技術(shù)應(yīng)用不 夠廣泛等等，致使相當(dāng)一部分大型、精密、復(fù)雜和長壽命模具依賴進(jìn)口。 1.2.2 沖壓模具的前景 模具技術(shù)的發(fā)展應(yīng)該為適應(yīng)模具產(chǎn)品“交貨期短” 、 “精度高”、 “質(zhì)量好”、 “價格 低”的要求服務(wù)。 下列幾方面發(fā)展趨勢預(yù)計會在行業(yè)中得到較快應(yīng)用和推廣： 1. 超大型、超精密、長壽命、高效模具將得到發(fā)展。 2. 多種材質(zhì)、多種顏色、多層多腔、多種成型方法一體化的模具將得到發(fā)展。 3. 為各種快速經(jīng)濟(jì)模具，特別是與快速成型技術(shù)相結(jié)合的 RP/RT 技術(shù)將得 到快速發(fā)展。 4. 模具設(shè)計、加工及各種管理將向數(shù)字化、信息化方向發(fā)展 CAD/CAE/CAM/CAPP 及 PDM/PLM/ERP 等將向智慧化、集成化和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。 更高速、更高精度、更加智慧化的各種模具加工設(shè)備將進(jìn)一步得到發(fā)展和推廣 應(yīng)用。 5. 更高性能及滿足特殊用途的模具新材料將會不斷發(fā)展，隨之將產(chǎn)生一些 特殊的和更為先進(jìn)的加工方法。 6. 各種模具型腔表面處理技術(shù)，如涂覆、修補(bǔ)、研磨和拋光等新工藝也會 不斷得到發(fā)展。 7. 逆向工程、并行工程、復(fù)合加工乃至虛擬技術(shù)將進(jìn)一步得到發(fā)展。 8. 熱流道技術(shù)將會迅速發(fā)展，氣輔和其它注射成型工藝及模具也將會有所 發(fā)展。 9. 模具標(biāo)準(zhǔn)化程度將不斷提高。 10. 在可持續(xù)發(fā)展和綠色產(chǎn)品被日益重視的今天，“綠色模具” 的概念已逐漸 被提到議事日程上來。 6 1.3 課題研究的內(nèi)容和意義 本課題研究的內(nèi)容如下： 第 1 章為緒論，論述了本課題的研究背景和意義，總結(jié)了沖壓模具技術(shù)的 發(fā)展歷史和在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢。 第 2 章為本次設(shè)計的任務(wù)書，介紹了設(shè)計的零件圖和設(shè)計的具體得要求， 包括零件的名稱、材料和生產(chǎn)批量等等，有技術(shù)要求和設(shè)計要求。 第 3 章為設(shè)計的第一步，首先分析零件的工藝性，包括尺寸和精度的分析， 還有材料性質(zhì)的重點(diǎn)分析，然后按照以上的分析初步確定設(shè)計的大體方案，從 簡單模、復(fù)合模和級進(jìn)模中選擇，最終選用級進(jìn)模設(shè)計。最后查閱相關(guān)資料， 確定模具的一些工作零件和輔助零件的設(shè)計，以至于確定模具的總體方案。 第 4 章為設(shè)計中的重點(diǎn)部分，是承接上一章工藝分析的，所以我們將進(jìn)行 工藝計算，有排樣的設(shè)計和計算、材料利用率的計算，沖裁力圖形設(shè)計和具體 的計算，還有最重要的就是壓力機(jī)的確定和數(shù)據(jù)的校核。 第 5 章為設(shè)計的中心部分，有凸、凹模的間隙和凸、凹模設(shè)計的原則，還 有凸、凹模的人口尺寸計算，包括基本尺寸的計算和公差的確定。 第 6 章為模具工作零件的具體設(shè)計，包括凹模的設(shè)計和尺寸的計算，還有 凸模的長度和硬度校核，還有卸料板、墊板、導(dǎo)料板及標(biāo)準(zhǔn)件的設(shè)計、選用和 計算，并有非標(biāo)準(zhǔn)件的零件圖形和最終的裝配草圖和裝配圖。 模具生產(chǎn)技術(shù)水平的高低是衡量一個國家產(chǎn)品制造水平高低的重要標(biāo)志。 模具質(zhì)量及附加值的高低，取決于模具專業(yè)人才的技術(shù)水平。隨著產(chǎn)品市場的 國際化，如何降低生產(chǎn)成本以適應(yīng)競爭的激烈和殘酷越來受關(guān)注，產(chǎn)品制造的 批量化、集約化和標(biāo)準(zhǔn)化，就越來越顯得十分重要了。 目前，在全世界，模具快速發(fā)展，已成為大國的重要工業(yè)發(fā)展對象，各個 行業(yè)都需要模具的輔助制造，所以模具對工業(yè)的發(fā)展有個不可替代的重要性。 未來，模具的發(fā)展也許有將成為國家第一產(chǎn)業(yè)的可能。 1.4 發(fā)展方向 本章首先介紹了研究該課題的背景和優(yōu)勢，就模具的發(fā)展已經(jīng)納入高技術(shù) 的行業(yè)，成為我國工業(yè)中重要的一部分，最具有潛力的工業(yè)之一。并促進(jìn)我國 的軟件（如 CAD、ProE 和 UG）的快速研發(fā)。隨后介紹了沖壓模具的發(fā)展現(xiàn)狀 和前景，隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速增長，模具的需求量也隨著增長，國內(nèi)沿海地區(qū) 已經(jīng)把模具行業(yè)列為重要產(chǎn)業(yè)，建立了大型的模具城。在過去十年中，模具發(fā) 展有著矚目的發(fā)展，但是距離國外，仍有不小的差距，所以未來的模具發(fā)展就 向模具產(chǎn)品“交貨期短” 、 “精度高” 、 “質(zhì)量好” 、 “價格低”的要求服務(wù)，以求 早日跟上國際的腳步。 7 第二章 沖裁模具課程設(shè)計任務(wù)書 2.1 任務(wù)書設(shè)計內(nèi)容 課題名稱：墊片級進(jìn)模設(shè)計 零件名稱：墊板 材 料：10 厚 度： t=1mm 生產(chǎn)批量：大批量 工件圖：如圖所示 圖 2-1 零件圖 2.2 任務(wù)書的要求 2.2.1 技術(shù)要求： 1、沖裁件內(nèi)外精度均為 IT14 2、毛刺小于 0.1mm 3、要求設(shè)計制造此工件的沖裁模 2.2.2 設(shè)計要求： 1、 繪制制作該工件所需的沖裁模具總裝圖 2、 繪制構(gòu)成該模具的所有非標(biāo)準(zhǔn)零件圖 3、 編制設(shè)計說明書 4、 將設(shè)計說明書裝訂成冊、圖紙折疊成 A4 尺寸并裝訂成冊 5、 把審題表、任務(wù)書全部裝入檔案袋 8 第三章 零件的工藝性分析和方案確定 3.1 零件的工藝分析 沖裁件的工藝性是指沖裁件對沖裁工藝的適用性，即沖裁加工的難以程度。 沖裁件的工藝性主要包括沖裁件的結(jié)構(gòu)與尺寸、精度與斷面粗糙度和材料 3 個 方面。 3.1.1 結(jié)構(gòu)與尺寸的分析 沖裁件的結(jié)構(gòu)分析需要對零件的形狀、外形、沖裁件的懸臂件和窄槽、沖 孔的最小尺寸、孔間距的要求和孔壁、沖裁寬度的要求。 零件材料為 10，適合一般的沖壓加工。該零件形狀對稱、簡單，為長方形 結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)相對比較簡單，只有 2 個 6 的孔。此工件只有落料和沖孔兩個工 序，圖示零件的尺寸全部為未注公差的一般尺寸，一般按 IT14 級取，尺寸精度 較低，可認(rèn)為該零件的精度要求能夠在沖裁加工中得到保證，其他尺寸標(biāo)注、 生產(chǎn)批量等情況，也符合沖裁的工藝要求，普通沖裁完全可以滿足要求 該零件結(jié)構(gòu)較簡單，形狀對稱，尺寸較小。因此，均適宜沖裁加工。 3.1.2 精度與斷面粗糙度分析 沖裁件的精度一般可分為精密級和經(jīng)濟(jì)級兩大類。精密級是沖壓工藝技術(shù) 所允許的精度，而經(jīng)濟(jì)級是可以用經(jīng)濟(jì)手段達(dá)到的精度。沖裁件的尺寸精度是 在合理間隙的情況下，對鋁、銅、軟鋼等常用材料沖裁加工數(shù)據(jù)。精度要求特 別高的工件，需要增加整修等精密沖裁工件。在沖裁件內(nèi)外所能達(dá)到的經(jīng)濟(jì)精 度，見表所示。 表 3-1 沖裁件內(nèi)外形所能達(dá)到的經(jīng)濟(jì)精度 基本尺寸材料厚度 (mm) 3 36 610 1018 18500 1 IT12IT13 IT11 12 IT14 IT12IT13 IT11 23 IT14 IT12IT13 35 IT14 IT12IT13 零件的尺寸公差精度均為 IT14 級，未注公差精度也為 IT14 級，并無其他特 殊要求，因此，利用普通沖裁的方式就可以滿足零件的圖樣要求。 由以上可以看出，該零件工藝性較好，可以沖裁加工。 3.2 沖裁工藝方案的確定 沖裁方案的選擇： 在沖裁工藝分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)沖裁件的特點(diǎn)確定沖裁工藝方案。確定工 藝方案首先要考慮的問題是確定沖裁的工序數(shù)，沖裁工序的組合以及沖裁工序 9 順序的安排。沖裁工序數(shù)一般容易確定，關(guān)鍵是確定沖裁工序的組合與沖裁工 序的順序。沖裁模的結(jié)構(gòu)形式多種多樣，如果按工序的組合分類，可分為單工 序模、級進(jìn)模（連續(xù)?；蛱侥＃?、復(fù)合模等各種沖裁摸的構(gòu)成大體相同，主要 由于工作零件、定位零件、卸料與推料零件 、導(dǎo)向零件、聯(lián)接與固定零件組成。 該零件包括落料、沖孔兩個基本工序，可有一下三種方案： 方案一：先落料，后沖孔，采用單工序模生產(chǎn) 方案二：落料沖孔復(fù)合沖壓，采用復(fù)合模生產(chǎn) 方案三：沖孔落料連續(xù)沖壓，采用級進(jìn)模生產(chǎn) 單工序模、級進(jìn)模、復(fù)合模比較如表所示 表 3-2 各類模具結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)比較 模具種類 比較項(xiàng)目 單工序模 （無導(dǎo)向） （有導(dǎo) 向） 級進(jìn)模 復(fù)合模 零件公差等級 低 一般 可達(dá) IT13IT10 級 可達(dá) IT10IT8 級 零件特點(diǎn) 尺寸不 受限制 厚度不 受限制 中小型 尺寸厚 度較厚 小零件厚度 0.26mm 可加工復(fù)雜零件，如 寬度極小的異形件 形狀與尺寸受模具結(jié)構(gòu) 與強(qiáng)度限制，尺寸可以 較大，厚度可達(dá) 3mm 零件平面度 低 一般 中小型件不平直，高質(zhì)量制件需較平 由于壓料沖件的同時得 到了較平，制件平直度 好且具有良好的剪切斷 面 生產(chǎn)效率 低 較低 工序間自動送料，可 以自動排除制件，生 產(chǎn)效率高 沖件被頂?shù)侥＞吖ぷ鞅?面上，必須手動或機(jī)械 排除，生產(chǎn)效率較低 安全性 不安全，需采取安全措施 比較安全 不安全，需采取安全措施 模具制造工作量 和成本 低 比無導(dǎo)向 的稍高 沖裁簡單的零件時， 比復(fù)合模低 沖裁較復(fù)雜零件時，比 級進(jìn)模低 適用場合 料厚精度要求低 的小批量沖件的 生產(chǎn) 大批量小型沖壓件的 生產(chǎn) 形狀復(fù)雜，精度要求較 高，平直度要求高的中 小型制件的大批量生產(chǎn) 根據(jù)分析結(jié)合表分析： 方案一的模具結(jié)構(gòu)簡單，但需要兩道工序兩套模具，成本高而且生產(chǎn)效率 10 低，難以滿足大批量生產(chǎn)的要求 方案二只需要一副模具，工件的精度及生產(chǎn)效率都高，由于查表 2.9.6 可 知材料厚度為 1mm 時凸、凹模的許用的最小壁厚為 2.7mm,由圖形可知孔邊距小 于凸、凹模許用最小壁厚，用方案二模具強(qiáng)度較差，制造難度大，并且沖壓后 成品留在模具上，在清理模具上的物料時會影響沖壓的速度，操作不方便 方案三也只需要一副模具，生產(chǎn)效率高，操作方便，工件精度也能滿足要 求，且安全性高。通過對比以上方案可知，該工件的沖壓生產(chǎn)采用方案三較好 通過對上述三種方案的分析比較，該工件的沖壓生產(chǎn)采用方案三級進(jìn)模最 佳 3.3 模具總體方案的確定 （1）模具類型 根據(jù)零件的沖裁工藝方案，采用級進(jìn)沖裁模。 （2）操作與定位方式 為了提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量，可以采用配合自動裝置送料方式。由于零件尺 寸小且厚度適中，可以采用導(dǎo)正銷與自動送料裝置聯(lián)合定距的方式。 （3）卸料與出件方式 考慮到零件厚度薄，可以采用彈性卸料方式，并采用由凸模直接從凹模洞 口直接推下的下出件方式以提高生產(chǎn)率。 （4）模架類型及精度 考慮到零件的結(jié)構(gòu)工藝特點(diǎn)，可以采用導(dǎo)向平穩(wěn)的中間導(dǎo)柱模架， 。由于零 件的精度要求不是很高，可以采用 I 級模架精度。 以上的各項(xiàng)將在第五章詳細(xì)說明解釋。 11 第四章 零件工藝的設(shè)計計算 4.1 排樣設(shè)計與計算 沖裁件在條料、帶料或板料上的布置方法叫排樣。合理的排樣是提高材料 利用率、降低成本，保證沖件質(zhì)量及模具壽命有效措施。 4.1.1 材料利用率 沖裁件的實(shí)際面積與所用板料面積的百分比叫材料利用率，它是衡量合理 利用材料經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。 材料利用率通用計算公式 = /A100%OA 式中 沖裁件的總面積OA A 個步距的條料面積（LB） 通過 CAD 軟件計算得到制件的總面積是 1243.45mm2 經(jīng)計算得: = 100%.41352 =70.2% 故材料的利用率為 70.2% 廢料可分為工藝廢料與結(jié)構(gòu)廢料兩種。結(jié)構(gòu)廢料由工件的形狀特點(diǎn)決定， 一般不能改變；搭邊和余料屬于工藝廢料，是與排樣形式及沖壓方式有關(guān)的廢 料，設(shè)計合理的排樣方案，減少工藝廢料，才能提高材料利用率。 12 4.1.2 排樣設(shè)計 根據(jù)材料的合理利用情況，條料排樣方法可分為三種：有廢料排樣、少廢 料排樣和無廢料排樣。采用少、無廢料的排樣可以簡化沖裁模結(jié)構(gòu)，減小沖裁 力，提高材料利用率。但是，因條料本身的公差以及條料導(dǎo)向與定位所產(chǎn)生的 誤差影響，沖裁件公差等級低。同時，由于模具單邊受力（單邊切斷時） ，不但 會加劇模具磨損，降低模具壽命，而且也直接影響沖裁件的斷面質(zhì)量。為此， 排樣時必須統(tǒng)籌兼顧、全面考慮。 對有廢料排樣，少、無廢料排樣還可以進(jìn)一步按沖裁件在條料上的布置方 法加以分類，其主要形式可分為：直排、斜排、直對排、斜對排、混合排、多 排和沖裁搭邊。該零件結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)批量大，精度要求一般，綜合上述可以 使用直排少廢料的排樣的設(shè)計。墊片零件外形是矩形只有沖孔，所以結(jié)構(gòu)比較 簡單，只需要直排就可以。 因此，如圖所示。查表可得，兩工件間的搭邊 a1=1.5mm，工件邊緣搭邊 a=1.2mm。 具體排樣設(shè)計如圖所示： 13 圖 4-1 零件排樣圖 4.2 沖裁力 4.2.1 沖裁力的計算 沖裁力是沖裁過程中凸模對板料施加的壓力，它是隨凸模進(jìn)入材料的深度 （凸模行程）而變化的。通常說的沖裁力是指沖裁力的最大值，它是選用壓力 機(jī)和設(shè)計模具的重要依據(jù)之一。 用普通平刃口模具沖裁時，其沖孔力 F 一般按下式計算： F=K L t b 式中：F沖孔力 L沖裁周邊長度 t 材料厚度 K系數(shù)（K 一般取 1.3） 材料抗剪強(qiáng)度 ( =294MPa)bb 系數(shù) K 是考慮到實(shí)際生產(chǎn)中，模具間隙值的波動和不均勻、刃口的磨損、 板料力學(xué)性能和厚度波動等因素的影響而給出的修正系數(shù)(一般取 K=1.3)。 14 經(jīng)計算得： F= =87KN1.327.094 所以，在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用沖壓力為 132KN 來參考 一般在實(shí)際生產(chǎn)中，需要用系數(shù) K 來計算，為計算方便，落料力可按以下 公式計算： F0=Lt b 式中 材料抗拉強(qiáng)度 ( =373MPa)bb 經(jīng)計算得： F0=30.1KN 所以，在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用切斷力為 26.476KN 來參考。 4.2.2 卸料力、推件力和頂件力的計算 在沖裁結(jié)束時，由于材料的彈性回復(fù)（包括徑向彈性回復(fù)和彈性翹曲的回 復(fù)）及摩擦的存在，將使沖落部分的材料硬塞在凹模內(nèi)，而沖裁剩下的材料則 緊固在凸模上。所以卸料力、推件力和頂件力是在選擇沖壓設(shè)備和校核公稱壓 力應(yīng)分別考慮的，因?yàn)樗麄兌际怯蓧毫C(jī)和模具卸料裝置或頂出裝置傳遞的。 且在選擇設(shè)備的公稱壓力或設(shè)計沖模時，應(yīng)分別予以考慮。因此要準(zhǔn)確的計算 這些力是困難的，生產(chǎn)中常用下列經(jīng)驗(yàn)公式計算： 卸料力：查手冊表取 ，則0.5XK F X =KX F 代入數(shù)據(jù)得： F X=26.476KN 推件力：查手冊表取 ，則.6T F T =nKT F n=h/t 代入數(shù)據(jù)得： F T =7.92KN 頂件力：查手冊表取 ，則0.6DK F D =KD F 代入數(shù)據(jù)得： F D =3.61KN 式中： F 沖裁力 KX 卸料力系系數(shù)數(shù) KT 推件力 KD 頂件力系數(shù) n 同時卡在凹模內(nèi)的沖裁件（或廢料）數(shù) h 凹模洞口的直刃壁高度 t 板料厚度 可查手冊表 15 表 4-1 卸料力、推件力和頂件力系數(shù) 料厚 t/mm KX KT KD 鋼 0.1 0.10.5 0.52.5 2.56.5 6.5 0.0650.075 0.0450.055 0.040.05 0.030.04 0.020.03 0.1 0.63 0.55 0.45 0.25 0.14 0.08 0.06 0.05 0.03 鋁、鋁合金 純銅、黃銅 0.0250.08 0.020.06 0.030.07 0.030.09 注：卸料力系數(shù) KX，在沖多孔、大搭 邊和輪廓復(fù)雜制件時取上限值。 然而壓力機(jī)的公稱壓力必須大于或等于各種沖壓工藝的總和，則計算如下 所示： = F +F0+F X+F T =110.316KN 總P 4.3 壓力機(jī)的確定 4.3.1 壓力機(jī)的選擇 對于中小型沖裁件常采用開式曲柄壓力機(jī)。 根據(jù)總沖壓力 =110.316KN，模具閉合高度，沖床工作臺面尺寸等，并結(jié)總PF 合現(xiàn)有設(shè)備，選用 J23-250 開式雙柱可傾沖床，并在工作臺面上備制墊板。其 主要工藝參數(shù)如下： 公稱壓力：250KN 滑塊行程 ：80mm 行程次數(shù)：100 次/分 最大封閉高度：220mm 封閉高度調(diào)節(jié)量：70mm 工作臺尺寸（左右*前后）：560mm360mm 工作臺板厚度：70mm 模柄尺寸：5070 傾斜角：30 4.3.1 開式壓力機(jī)機(jī)床有關(guān)參數(shù) 1、機(jī)床控制系統(tǒng)： (1)開門斷電，漏電保護(hù)。電控系統(tǒng)符合國家安全標(biāo)準(zhǔn)。 (2)電動式油缸行程調(diào)節(jié)，顯數(shù)器顯示。 16 (3)電動式擋料尺寸調(diào)節(jié)，顯數(shù)器顯示。 2、機(jī)床后擋料的基本配置： (1)普通電機(jī) (2)普通絲桿和光桿 (3)后擋料鏈輪傳動 注：機(jī)床參數(shù)及配置如需變動敬請另外說明，作為合同附件 3、機(jī)床結(jié)構(gòu)： (1) 采用全鋼焊接機(jī)架， （、拼裝工作臺組成）振動時效處理，具有足夠的 強(qiáng)度和剛性。 (2) 雙油缸控制，機(jī)械擋塊機(jī)構(gòu)保護(hù)，液壓上傳動，扭軸強(qiáng)迫同步機(jī)構(gòu)。 (3) 滑塊行程電動快速調(diào)節(jié)，并有手動微調(diào)，顯數(shù)器顯示 (4) 上模具配有斜楔式撓度補(bǔ)償機(jī)構(gòu)，以補(bǔ)充折彎精度。 (5) 單邊/雙邊 T 型槽口工作臺，調(diào)整分段下模快速方便。 (6) 可進(jìn)行多機(jī)聯(lián)動（需同時購買一臺該型號的機(jī)床并加裝聯(lián)動同步裝置） ， 也可單機(jī)單動。 (7) 該設(shè)備可折板厚是根據(jù) 10 鋼板/A3 板的抗拉強(qiáng)度（450N/mm2）和折彎 槽口比例 1 比 8 來計算的，敬請核實(shí)好各種錳板的抗拉強(qiáng)度后與 Q235 板比較進(jìn) 行折算，另外可以通過擴(kuò)大折彎下模的槽口尺寸來取得更厚的折板尺寸。 (8) 工作臺主立板和臺面均可調(diào)節(jié)。可根據(jù)折彎力的需要，適當(dāng)調(diào)整工作臺 的加凸量來彌補(bǔ)由于工作臺的變形而出現(xiàn)的撓度進(jìn)行補(bǔ)償。 4.4 壓力中心的計算 模具的壓力中心就是沖壓合力的作用點(diǎn)。為了保證壓力機(jī)的模具的正常工 作，應(yīng)使模具的壓力中心與壓力機(jī)滑塊的中心線相重合。否則，沖壓時滑塊就 會承受偏心載荷，導(dǎo)致滑塊導(dǎo)軌和模具導(dǎo)向部分不正常在磨損，還會使合理間 隙得不到保證，從而影響制件質(zhì)量和降低模具壽命甚至損壞模具。在實(shí)際生產(chǎn) 中，可能會出現(xiàn)由于沖件的形狀特殊或排樣特殊，從模具結(jié)構(gòu)設(shè)計與制造考慮 不宜使壓力中心與模柄中心線重合，這時應(yīng)注意使壓力中心的偏離不致超出所 選用壓力機(jī)允許的范圍。 確定該零件的壓力中心計算步驟如下： （1）選定坐標(biāo)軸 X 和 Y （2）計算出各單一圖形的壓力中心到坐標(biāo)軸的距離 x1、x 2、x 3、x n和 y1、 y 2、 y 3、、y n （3）將組成圖形的輪廓線劃分為若干簡單的線段，求出各線段長度 L1、L 2、L 3、、Ln. 17 （4）按如下公式算出壓力中心的坐標(biāo)（X 0、Y 0） 根據(jù)力學(xué)定理，合力對某軸的力矩等于各分力對同軸力矩的代數(shù)和，則可 得壓力中心坐標(biāo)（x 0 、y 0）計算公式： 因?yàn)闆_裁力與周邊長度成正比，所以式中各沖裁力 F1、F 2、F 3、、F n 可 分別用沖裁周邊長度 L1、L 2、L 3、、L n 代替，即12 10 1nininiiLxxLxL12 10 1nininiiLyLyLy 其中：L為每段線段的長度或圓弧的周長 X為每段線段的中點(diǎn)或圓弧的中心到 X 軸的距離； Y為每段線段的中點(diǎn)或圓弧的中心到 Y 軸的距離； 模具的結(jié)構(gòu)的制造壓力中心與模柄中心線重合，故壓力中心點(diǎn)就是幾何對 稱點(diǎn)。若選用坐標(biāo)系 XOY，即 xc0，y c0 由以上計算可以得出模具的壓力中心以便裝模時與壓力機(jī)滑塊的中心線相 重合 18 第五章 計算凸、凹模刃口尺寸及公差 5.1 凸、凹模間隙值 沖裁間隙是指沖裁模凸、凹模刃口之間的空隙。凸模與凹模間每側(cè)的間隙 稱為單面間隙，用 Z/2 表示；兩側(cè)間隙之和稱為雙面間隙，用 Z 表示。如無特 殊說明，沖裁間隙都是指雙面間隙。沖裁間隙的數(shù)值等于凸、凹模刃口尺寸的 差值，如圖所示，即 dpZD 式中 凹模刃口尺寸；dD 凸模刃口尺寸。p 沖裁間隙對沖裁過程有著很大的影響。此外，間隙對沖壓力和模具壽命也 有著較大的影響。 圖 5-1 凸、凹模刃口尺寸的差值 5.1.1 間隙對沖壓力和模具壽命的影響 間隙很小時，因材料的擠壓和摩擦作用增強(qiáng)，沖裁力必然較大。隨著間隙 的增大，材料所受的拉應(yīng)力增大，容易發(fā)生斷裂分離，因此沖裁力減小。但試 驗(yàn)表明，當(dāng)單面間隙在材料厚度的 520范圍內(nèi)時，沖裁力降低不多，不超 過 510。因此，在正常情況下，間隙對沖裁力的影響不是很大。 19 模具壽命通常是用模具失效前所沖的合格沖裁件數(shù)量來表示。沖裁模的失 效形式一般有磨損、變形、崩刃和凹模脹裂。間隙大小主要對模具的磨損及凹 模脹裂產(chǎn)生較大影響。模具刃口磨損看，使刃口鈍化、間隙增加，從而導(dǎo)致制 件的尺寸精度降低沖裁能量增大，斷面粗糙。所以必須注意盡量減少模具的磨 損。為提高模具壽命，一般需要采用較大間隙。 5.1.2 沖裁間隙的確定 凸、凹模間隙對沖裁件斷面質(zhì)量、尺寸精度、模具壽命以及沖裁力等有較 大影響，所以必須選擇合理的間隙。在沖壓的實(shí)際生產(chǎn)中，為了獲得合格的沖 裁件、較小的沖壓力，并保證模具有一定壽命，我們規(guī)定一個間隙值范圍，稱 為合理間隙。這個范圍的最小值稱為最小合理間隙（Z min） ，最大值稱為最大合 理間隙（Z max） 。因沖模在使用過程中會逐漸磨損，間隙增大，再設(shè)計和制造新 模具時，一般采用最小合理間隙。 沖裁間隙數(shù)值主要按制件質(zhì)量要求，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)值來選用。然而對于電子、 電器、儀器等行業(yè)對制件斷面質(zhì)量和尺寸精度要求較高，可選用較小的間隙值。 如下圖要求零件內(nèi)外尺寸精度為 14 級，且該零件屬于無特殊要求的一般沖孔、 落料。 5.2 凸、凹模刃口分別加工的計算法 沖裁件的尺寸精度主要取決于模具刃口的尺寸精度，合理間隙的數(shù)值也必 須靠模具刃口的尺寸及公差來保證。正確確定模具刃口尺寸及其公差，將會直 接影響到?jīng)_裁生產(chǎn)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果，因此它是設(shè)計沖裁模的主要任務(wù)之一。由 于制件結(jié)構(gòu)簡單精度要求不高，所以采用凸模和凹模分開加工的方法制作凸凹 模。這時需要分別計算和標(biāo)注凸模和凹模的尺寸和公差。由于零件未標(biāo)注公差 在此均按 IT13 級算。根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，刃口尺寸采用配作法加工。 5.2.1 凸、凹模刃口尺寸計算的原則 在計算刃口尺寸時，應(yīng)該落料和沖孔兩種情況分別考慮其原則如下。 a. 落料時，應(yīng)以凹模刃口尺寸為基準(zhǔn)，間隙取在凸模上。凹?；境叽缛?落料件尺寸公差范圍內(nèi)較小尺寸。凸模的基本尺寸則用凹?；境叽鐪p去最小 合理間隙。由表 2-3 得 Zmin=0.100mm Zmax=0.140mm b. 沖孔時，應(yīng)以凸模尺寸為基準(zhǔn)，間隙取在凹模上。凸模基本尺寸取沖件 公差范圍內(nèi)的較大尺寸。凹模的基本尺寸則是用凸模基本尺寸加上最小合間隙。 由沖壓工藝與模具設(shè)計表 2.4 得 Zmin=0.100mm Zmax=0.140mm c. 凸、凹模刃口的制造公差應(yīng)根據(jù)沖裁件的尺寸公差和凸、凹模的加工方 法來確定，既要保證沖裁間隙要求并沖出合格的零件，又要便于模具加工。 d. 根據(jù)工件尺寸公差要求，確定模具刃口尺寸的公差等級，見表所示。 20 表 5-1 模具刃口尺寸的公差等級 料厚 t（mm） 0.5 0.8 1.0 1.5 2 3 4 5 6 8 10 12 模具 刃口 尺寸 公差 沖裁件尺寸公差 IT6 IT7 IT8 IT8 IT9 IT10 IT7 IT8 IT9 IT10 IT10 IT12 IT12 IT9 IT12 IT12 IT12 IT12 IT12 IT14 IT14 IT14 IT14 5.2.2 沖孔凸、凹模刃口計算 凸、凹模分別加工時要求分別計算出凸模和凹模的刃口尺寸及公差，并標(biāo) 注在凸、凹模的設(shè)計圖樣上。這種加工的優(yōu)點(diǎn)是凸、凹模具有互換性，便于成 批制造。但由于受沖裁間隙的限制，要求凸、凹模制造公差較小，所以這種加 工主要適用于簡單規(guī)則形狀（圓形、方形和矩形）的沖件。 落料件外形尺寸為 ,沖孔件內(nèi)孔尺寸為 ，根據(jù)刃口尺寸的計算原則 (4)，0D0d 可得落料時： max0()AA inTZ 沖孔時： 10min()TTdx 1 1minmx0()A AAi idZ 式中 、 落料時凹、凸模的刃口尺寸，mm；DT 、 沖孔時凸、凹模的刃口尺寸，mm；1d1A 落料件的最大極限尺寸，mm；max 沖孔件孔的最小極限尺寸，mm；in X 沖件的制造公差； 最小合理間隙；mxiZ 、 凸、凹模的制造公差，mm 按“ 入體”原則標(biāo)注；TA X 磨損系數(shù)，如表所示： 21 表 5-2 磨損系數(shù)值 沖裁件精度 x 值 IT10 以上 1 IT1113 0.75 IT14 0.5 由公差表查得：零件內(nèi)外尺寸全部按照 IT14 級精度，則 。0.5X 有上可得間隙值為：Z min=0.100mm Zmax=0.140mm 1、磨損后減小的尺寸：6mm =6.10-0.045mm10min()TTdx =6.10-0.055mm11 10minmx()A AAi iZdZ 2、磨損后不變的尺寸：20mm =20.140.0337max0()AAD 5.2.3 落料凸、凹模的計算 落料凹模的基本尺寸與凸模相同保證最小雙面合理間隙值 Zmin=0.10mm。 落料時，以凹模為基準(zhǔn)，間隙取在凸模上。由表 2-23 得 Zmin=0.100mm Zmax=0.140mm。 磨損后減小的尺寸：20mm,40mm,0.5mm =19.750+0.0825mmmax0()AAD =39.71 0+0.0975mm 落料凸模的基本尺寸與凹模相同，分別是 19.75mm，39.71mm 不必標(biāo)注公 差，但要在技術(shù)條件中注明：凸模實(shí)際刃口尺寸與落料凹模配制，保證最小雙 面合理間隙值 Zmin=0.01mm。落料凹模部分刃口尺寸如圖所示 22 第六章 模具零部件的設(shè)計計算與總裝圖設(shè)計 6.1 凹模外形設(shè)計 凹模采用整體式凹模結(jié)構(gòu)和直接通過螺釘、銷釘于下模座固定的固定方式。 凹模刃口采用直接刃壁結(jié)構(gòu)，刃壁高度 5mm，漏料部分沿刃口輪廓適當(dāng)擴(kuò)大。 凹模輪廓尺寸計算如下 凹模高度 H=Kb=0.4034=13.6mm 按表取標(biāo)準(zhǔn)值 15mm 凹模壁厚 c=（1.52）H = 22.530mm 取凹模厚度為 30mm, 凹模寬度 B=b+2c=(34+230)=94mm, 凹模長度 L 取 45mm， 式中 b---凹模刃口的最大尺寸(mm) c---凹模壁厚(mm) 指刃口至凹模外形邊緣的距離； K=系數(shù)，取 0.40 故凹模輪廓尺寸為：459430 凹模上螺孔到凹模外緣的距離一般取（1.72.0）d 為了更好的選取標(biāo)準(zhǔn)模架，則凹模板輪廓尺寸全取整數(shù)： 確定凹模外形尺寸須選用矩形凹模板 10010015（GB/T70.1-2000） 凹模的材料選用 Cr12,工作部分熱處理淬硬為 6064HRC。 6.2 凸模的設(shè)計 6.2.1 落料凸模的設(shè)計 結(jié)合工件外形并考慮加工，將落料凸模設(shè)計為直通式，采用線切割機(jī)床加 工，2 個 M6 的螺釘固定在墊板上，與凸模固定板的配合按 H7/m6。再通過鉚接方 式與固定板固定。確保因磨損而滑落，從而更為牢靠。凸模的尺寸根據(jù)刃口尺寸，卸料裝 置和安裝固定要求來確定。凸模材料選用 CrWMn，工作部分熱處理淬硬為 5862HRC。 其總長 L 可按下列公式計算：L=h1+h2+t+h =(15+12+1+30)=58mm 式中：h1凸模固定板厚度（mm） h2卸料板厚度（mm） t材料厚度（mm） h自由高度（mm） 具體結(jié)構(gòu)圖如下所示 23 6.2.2 沖孔凸模的設(shè)計 因?yàn)樗鶝_的孔均為圓形，而且都不屬于需要特別保護(hù)的小凸模，所以沖孔 凸模采用臺階式，一方面加工簡單，另一方面又便于裝配與更換。沖 6mm 的 孔的凸模結(jié)構(gòu)如圖所示： 1、凸模最小直徑的校核(強(qiáng)度校核) 凸模用 T10 鋼 要使凸模正常工作，必須使凸模最小斷面的壓應(yīng)力不超過凸模材料的許用 壓應(yīng)力，即 對于圓形凸模 dmin =41350/450=3.11mm 所以承壓能力足夠。4t 式中 沖裁材料的抗剪強(qiáng)度，310380Mpa 凸模材料許用強(qiáng)度，取 440470Mpa 抗縱向彎曲力校核 對于圓形凸模（有導(dǎo)向裝置）Lmax270d 2/ =2703.22/(4521.2)F 1/2=44.8mm 所以長度適宜。 式中 Lmax 允許的凸模最大自由長度，mm F 沖模力,N 凸模最小截面的直徑，mm 凸模固定端面的壓力 24 q = < =4521.2/(1.652)=528.2MPa 式中AF 式中 q凸模固定端面的壓力，MPa F落料或沖孔的沖裁力，N 模座材料許用壓應(yīng)力，MPa 凸模固定板端面壓力超過了 8090a，為此應(yīng)在凸模頂端與模座之間加 一個淬硬的墊板。矩形墊板材料可用 45 鋼，結(jié)構(gòu)形式和尺寸規(guī)格見手冊 表查得 1001006 6.3 其他主要零件的設(shè)計 6.3.1 凸模固定板的厚度 H1=0.7H=0.730=21mm，取整數(shù)為 25mm 6.3.2 卸料板的設(shè)計 卸料板的周界尺寸與凹模的周界尺寸相同，厚度為 12mm。在前面已經(jīng)確定 了采用彈性卸料板，設(shè)計卸料板為一整體板。 卸料板采用 45 鋼制造，淬火硬度為 4045HRC 6.3.3 卸料橡皮的設(shè)計 卸料橡膠的設(shè)計計算見下表。選用的 4 塊橡膠板的厚度務(wù)必一致，不然會 造成受力不均勻，運(yùn)動產(chǎn)生歪斜，影響模具的正常工作。 表 6-1 卸料橡膠的設(shè)計 項(xiàng) 目 公式 結(jié)果 備注 卸料板工作行 程 h 工 h 工 =h1+t+h2 4mm h1 為凸、凹模 凹進(jìn)卸料板的 高度 1mm h2 為凸、凹模 沖裁后進(jìn)入凹 模的深度 2mm 橡膠工作行程 H 工 H 工 =h 工 +h 修 9mm h 修 為凸、凹 模修模量，取 5mm 橡膠自由高度 H 自由 H 自由 =4 H 工 36mm 取 H 工 為 H 自 由 的 25 橡膠的預(yù)壓縮 量 H 預(yù) H 預(yù) =15H 自由 5.4mm 一般 H 預(yù) =1015H 自由 25 每個橡膠承受 的載荷 F1 F 卸 /4 1184.5N 選用四個圓筒 形橡膠 橡膠的外徑 D D= /p)1.27((d48mm 校核橡膠的自 由高度 H 自由 0.5H 自由 /D=0.751.5 滿足要求 D 為圓筒橡膠 的內(nèi)徑，取 d=12mm；p=0.5 Mpa 橡膠的安裝高 度 H 安 H 安 =H 自由 -H 預(yù) 30mm 6.4 標(biāo)準(zhǔn)件尺寸的確定 1.螺釘固定、銷釘定位 內(nèi)六角螺釘標(biāo)記：35 鋼 M545 GB7085 螺釘標(biāo)記：35 鋼 M555 GB6876 圓柱銷釘標(biāo)記：35 鋼 650 GB 11986 止動圓柱銷標(biāo)記：35 鋼 625 GB11986 2. 導(dǎo)正銷 導(dǎo)正銷主要用于級進(jìn)模上，消除擋料銷的定位誤差，以獲得較精確的工件。 導(dǎo)正銷的結(jié)構(gòu)形式，結(jié)構(gòu)設(shè)計，尺寸精度，材料的熱處理等可參照 JB/T7647.194 和 JB/T7647.294 選定 圖 6-3 導(dǎo)正銷的結(jié)構(gòu)形式 6.5 模具的總體設(shè)計 本模具是采用自動送料的級進(jìn)模，切斷凸模面積較大可直接用螺釘與圓柱 銷固定，沖孔凸模則須用固定板固定，凹?？芍苯佑寐葆斉c圓柱銷固定，切斷 凸模的外側(cè)須有擋塊以克服側(cè)