畢業(yè)論文落料沖孔翻邊復(fù)合模具設(shè)計

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1、前 言 沖壓加工技術(shù)是工業(yè)的一項基礎(chǔ)技術(shù),在機(jī)械、電子、航空、航天、汽車、輕工等制造行業(yè)中應(yīng)用廣泛。同時也對模具制造業(yè)提出了應(yīng)用信息技術(shù)將先進(jìn)的設(shè)計理論、方法與制造技術(shù)加以系統(tǒng)的集成創(chuàng)新的要求，促進(jìn)了沖壓模具設(shè)計、制造的信息化與智能化的快速發(fā)展。 進(jìn)入21世紀(jì)，制造技術(shù)在中國發(fā)展更加迅速，作為制造業(yè)大國，培養(yǎng)數(shù)以萬計的應(yīng)用性、技能型人才必須采用現(xiàn)代教育技術(shù)手段，以實現(xiàn)國家的人才培養(yǎng)戰(zhàn)略的需求。 概 論 1.1引言 日常生產(chǎn)、生活中所使用到的各種工具和產(chǎn)品，大到機(jī)床的底座、機(jī)身外殼，小到一個胚頭螺絲、紐扣以及各種家用電器的外殼，無不與模具有著密切的關(guān)系。模具的形狀決定著

2、這些產(chǎn)品的外形，模具的加工質(zhì)量與精度也就決定著這些產(chǎn)品的質(zhì)量。因為各種產(chǎn)品的材質(zhì)、外觀、規(guī)格及用途的不同，模具分為了鑄造模、鍛造模、壓鑄模、沖壓模等非塑膠模具，以及塑膠模具。 隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，沖壓加工技術(shù)的應(yīng)用愈來愈廣泛，模具成形已成為當(dāng)代工業(yè)生產(chǎn)的重要手段。 1.2沖壓模地位及我國沖壓技術(shù) 1.2.1沖壓模相關(guān)介紹 冷沖壓:是在常溫下利用沖模在壓力機(jī)上對材料施加壓力，使其產(chǎn)生分離或變形，從而獲得一定形狀、尺寸和性能的零件的加工方法。 沖壓可分為五個基本工序：沖裁、彎曲、拉深、成形和立體壓制。 沖壓模具:在冷沖壓加工

3、中，將材料（金屬或非金屬）加工成零件（或半成品）的一種特殊工藝裝備，稱為冷沖壓模具（俗稱冷沖模）。 沖壓模按照工序組合分為三類：單工序模、復(fù)合模和級進(jìn)模。 復(fù)合模與單工序模相比減少了沖壓工藝，其結(jié)構(gòu)緊湊，面積較??；沖出的制件精度高，工件表面較平直，特別是孔與制件的外形同步精度容易保證；適于沖薄料，可充分利用短料和邊角余料；適合大批量生產(chǎn)，生產(chǎn)率高，所以得到廣泛應(yīng)用，但模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難。 沖壓模具是沖壓生產(chǎn)必不可少的工藝裝備，是技術(shù)密集型產(chǎn)品。沖壓件的質(zhì)量、生產(chǎn)效率以及生產(chǎn)成本等，與模具設(shè)計和制造有直接關(guān)系。模具設(shè)計與制造技術(shù)水平的高低，是衡量一個國家產(chǎn)品制造

4、水平高低的重要標(biāo)志之一，在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。 1.2.2沖模在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的地位 在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，沖模約占模具工業(yè)的50%，，在國民經(jīng)濟(jì)各個部門，特別是汽車、航空航天、儀器儀表、機(jī)械制造、家用電器、石油化工、輕工日用品等工業(yè)部門得到極其廣泛的應(yīng)用。據(jù)統(tǒng)計，利用沖模制造的零件，在飛機(jī)、汽車、電機(jī)電器、儀器儀表等機(jī)電產(chǎn)品中占60%~70%，在電視機(jī)、錄音機(jī)、計算機(jī)等電子產(chǎn)品中占80%以上，在自行車、手表、洗衣機(jī)、電冰箱、電風(fēng)扇等輕工產(chǎn)品中占85%以上。在各種類型的汽車中，平均一個車型需要沖壓模具2000套，其中大中型覆蓋件模具300套。 1.2

5、.3我國沖壓模具市場情況 我國沖壓模具無論在數(shù)量上，還是在質(zhì)量、技術(shù)和能力等方面都已有了很大發(fā)展，但與國發(fā)經(jīng)濟(jì)需求和世界先進(jìn)水平相比，差距仍很大，一些大型、精度、復(fù)雜、長壽命的高檔模具每年仍大量進(jìn)口，特別是中高檔轎車的覆蓋件模具，目前仍主要依靠進(jìn)口。一些低檔次的簡單沖模，已趨供過于求，市場竟?fàn)幖ち摇? 據(jù)中國模具工業(yè)協(xié)會發(fā)布的統(tǒng)計材料，2004年我國沖壓模具總產(chǎn)出約為220億元，其中出口0.75億美元,約合6.2億元. 根據(jù)我國海關(guān)統(tǒng)計資料,2004年我國共進(jìn)口沖壓模具5.61億美聯(lián)社元,約合46.6億元.從上述數(shù)字可以得出2004年我國沖壓模具市場總規(guī)模約為266.

6、6億元.其中國內(nèi)市場需求為260.4億元,總供應(yīng)約為213.8億元,市場滿足率為82%.在上述供求總體情況中,有幾個具體情況必須說明:一是進(jìn)口模具大部分是技術(shù)含量高的大型精密模具,而出口模具大部分是技術(shù)含量較低中的中低檔模具,因此技術(shù)含量高的中高檔模具市場滿足率低于沖壓模具總體滿足率,這些模具的發(fā)展已滯后于沖壓件生產(chǎn),而技術(shù)含量低的中低檔模具市場滿足率要高于沖壓模具市場總體滿足率;二是由于我國的模具價格要比國際市場低格低許多,具有一定的竟?fàn)幜?因此其在國際市場前景看好,2005年沖壓模具出口達(dá)到1.46億美元,比2004年增長94.7%就可說明這一點;三是近年來港資、臺資、外資企業(yè)在我國發(fā)展迅

7、速，這些企業(yè)中大量的自產(chǎn)自用的沖壓模具無確切的統(tǒng)計資料，因此未能計入上述數(shù)字之中。 我國沖模工業(yè)不能滿足國內(nèi)經(jīng)濟(jì)需要的原因主要有： 1.專業(yè)化和標(biāo)準(zhǔn)化程度低。 2.模具品種少，效率低，經(jīng)濟(jì)效益也差。 3.制造周期長，模具精度不高，制造技術(shù)較落后。 4.模具壽命短，新材料使用量不到10%。 4. 力量分散，管理落后。 但改革開放以來，在國家產(chǎn)業(yè)政策和與之配套的一系列國家經(jīng)濟(jì)政策的支持和引導(dǎo)下，尤其是國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，大大地提高了模具的商品化程度，推動了模具技術(shù)和模具工業(yè)的迅速發(fā)展，在CAD/CAM/CAE的運(yùn)用、加工工藝手段、沖壓件質(zhì)量及模具性能方面，均已達(dá)到或接近國際水平。

8、 1.2.4 沖壓模具水平狀況 近年來，我國沖壓模具水平已有很大提高。大型沖壓模具已能生產(chǎn)單套重量達(dá)50多噸的模具。為中檔轎車配套的覆蓋件模具內(nèi)也能生產(chǎn)了。精度達(dá)到1~2μm，壽命2億次左右的多工位級進(jìn)模國內(nèi)已有多家企業(yè)能夠生產(chǎn)。表面粗糙度達(dá)到Ra≤1.5μm的精沖模，大尺寸（φ≥300mm）精沖模及中厚板精沖模國內(nèi)也已達(dá)到相當(dāng)高的水平。 1. 模具CAD/CAM技術(shù)狀況 我國模具CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展已有20多年歷史。由原華中工學(xué)院和武漢733廠于1984年共同完成的精神模CAD/CAM系統(tǒng)是我國第一個自行開發(fā)的模具CAD/CAM系統(tǒng)。由華中工學(xué)院和北京模具廠等

9、于1986年共同完成的冷沖模CAD/CAM系統(tǒng)是我國自行開發(fā)的第一個沖裁模CAD/CAM系統(tǒng)。上海交通大學(xué)開發(fā)的冷沖模CAD/CAM系統(tǒng)也于同年完成。20世紀(jì)90年代以來，國內(nèi)汽車行業(yè)的模具設(shè)計制造中開始采用CAD/CAM技術(shù)。國家科委863計劃將東風(fēng)汽車公司作為CIMS應(yīng)用示范工廠，由華中理工大學(xué)作為技術(shù)依托單位，開發(fā)的汽車車身與覆蓋模具CAD/CAPP/CAM集成系統(tǒng)于1996年初通過鑒定。在此期間，一汽和成飛汽車模具中心引進(jìn)了工作站和CAD/CAM軟件系統(tǒng)，并在模具設(shè)計制造中實際應(yīng)用，取得了顯著效益。1997年一汽引進(jìn)了板料成型過程計算機(jī)模擬CAE軟件并開始用于生產(chǎn)。 21世紀(jì)開始C

10、AD/CAM技術(shù)逐漸普及，現(xiàn)在具有一定生產(chǎn)能力的沖壓模具企業(yè)基本都有了CAD/CAM技術(shù)。其中部分骨干重點企業(yè)還具備各CAE能力。 模具CAD/CAM技術(shù)能顯著縮短模具設(shè)計與制造周期，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量，已成為人們的共識。在“八五”、九五“期間，已有一大批模具企業(yè)推廣普及了計算機(jī)繪圖技術(shù)，數(shù)控加工的使用率也越來越高，并陸續(xù)引進(jìn)了相當(dāng)數(shù)量CAD/CAM系統(tǒng)。如美國EDS的UG，美國Parametric Technology公司 Pro/Engineer，美國CV公司的CADSS，英國DELCAM公司的DOCT5，日本HZS公司的CRADE及space-E, 以色列公司的Cim

11、atron 還引進(jìn)了AutoCAD CATIA 等軟件及法國Marta-Daravision公司用于汽車及覆蓋件模具的Euclid-IS等專用軟件。國內(nèi)汽車覆蓋件模具生產(chǎn)企業(yè)普遍采用了CAD/CAM技術(shù)/DL圖的設(shè)計和模具結(jié)構(gòu)圖的設(shè)計均已實現(xiàn)二維CAD，多數(shù)企業(yè)已經(jīng)向三維過渡，總圖生產(chǎn)逐步代替零件圖生產(chǎn)。且模具的參數(shù)化設(shè)計也開始走向少數(shù)模具廠家技術(shù)開發(fā)的領(lǐng)域。 在沖壓成型CAE軟件方面，除了引進(jìn)的軟件外，華中科技術(shù)大學(xué)、吉林大學(xué)、湖南大學(xué)等都已研發(fā)了較高水平的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的軟件，并已在生實踐中得到成功應(yīng)用，產(chǎn)生了良好的效益。 快速原型（RP）傳統(tǒng)的快速經(jīng)濟(jì)模具相結(jié)合

12、，快速制造大型汽車覆蓋件模具，解決了原來低熔點合金模具靠樣件澆鑄模具，模具精度低、制件精度低，樣樣制作難等問題，實現(xiàn)了以三維CAD模型作為制模依據(jù)的快速模具制造，它標(biāo)志著RPM應(yīng)用于汽車身大型覆蓋件試制模具已取得了成功。 圍繞著汽車車身試制、大型覆蓋件模具的快速制造，近年來也涌現(xiàn)出一些新的快速成型方法，例如目前已開始在生產(chǎn)中應(yīng)用的無模多點成型及激光沖擊和電磁成型等技術(shù)。它們都表現(xiàn)出了降低成本、提高效率等優(yōu)點。 2. 模具設(shè)計與制造能力狀況 在國家產(chǎn)業(yè)政策的正確引導(dǎo)下，經(jīng)過幾十年努力，現(xiàn)在我國沖壓模具的設(shè)計與制造能力已達(dá)到較高水平，包括信息工程和虛擬技術(shù)等許多現(xiàn)代設(shè)計

13、制造技術(shù)已在很多模具企業(yè)得到應(yīng)用。 雖然如此，我國的沖壓模具設(shè)計制造能力與市場需要和國際先進(jìn)水平相比仍有較大差距。這一些主要表現(xiàn)在高檔轎車和大中型汽車覆蓋件模具及高精度沖模方面，無論在設(shè)計還是加工工藝和能力方面，都有較大差距。轎車覆蓋件模具，具有設(shè)計和制造難度大，質(zhì)量和精度要求高的特點，可代表覆蓋件模具的水平。雖然在設(shè)計制造方法和手段方面基本達(dá)到了國際水平，模具結(jié)構(gòu)周期等方面，與國外相比還存在一定的差距。 標(biāo)志沖模技術(shù)先進(jìn)水平的多工位級進(jìn)模和多功能模具，是我國重點發(fā)展的精密模具品種。有代表性的是集機(jī)電一體化的鐵芯精密自動閥片多功能模具，已基本達(dá)到國際水平。

14、但總體上和國外多工位級進(jìn)模相比，在制造精度、使用壽命、模具結(jié)構(gòu)和功能上，仍存在一定差距。 汽車覆蓋件模具制造技術(shù)正在不斷地提高和完美，高精度、高效益加工設(shè)備的使用越來越廣泛。高性能的五軸高速銑床和三軸的高速銑床的應(yīng)用已越來越多。NC、DNC技術(shù)的應(yīng)用越來越成熟，可以進(jìn)行傾角加工超精加工。這些都提高了模具面加工精度，提高了模具的質(zhì)量，縮短了模具的制造周期。 模具表面強(qiáng)化技術(shù)也得到廣泛應(yīng)用。工藝成熟、無污染、成本適中的離子滲氮技術(shù)越來越被認(rèn)可，碳化物被覆處理（TD處理）及許多鍍（涂）層技術(shù)在沖壓模具上的應(yīng)用日益增多。真空處理技術(shù)、實型鑄造技術(shù)、刃口堆焊技術(shù)等日趨成熟。激光切

15、割和激光焊技術(shù)也得到了應(yīng)用。 1.2.5我國沖模今后發(fā)展趨勢 根據(jù)我國沖模技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及存在的問題，今后應(yīng)朝著如下幾個方面發(fā)展： 1.開發(fā)、發(fā)展精密、復(fù)雜、大型、長壽命模具。 2.加速模具標(biāo)準(zhǔn)化和商品化，以提高模具質(zhì)量，縮短模具制造周期。 3.大力開發(fā)和推廣應(yīng)用模具CAD/CAM技術(shù)，提高模具制造過程的自動化程度。 4.積極開發(fā)模具新品種、新工藝、新技術(shù)和新材料。 5.發(fā)展模具加工成套設(shè)備，以滿足高速發(fā)展的模具工業(yè)需要。 1.3總結(jié) 沖壓加工作為一個行業(yè)，在國民經(jīng)濟(jì)的加工工業(yè)中占有重要的地位。近年來，

16、沖壓成型工藝有了很多新的進(jìn)展，特別是精密沖裁、精密成形、精密剪切、復(fù)合材料成形、超塑性成形、軟模成形以及電磁成形等新工藝日新月異，沖壓件的成形精度日趨精確，生產(chǎn)率有了極大的提高，正把沖壓加工提高到高品質(zhì)、新的發(fā)展水平。由于引入了計算機(jī)輔助工程（CAE）沖壓成形已從原來對應(yīng)力應(yīng)變進(jìn)行有限元分析而逐步發(fā)展到采用計算機(jī)進(jìn)行工藝過程的模擬與分析，以實現(xiàn)沖壓過程的優(yōu)化分析設(shè)計。計算機(jī)在模具領(lǐng)域，包括設(shè)計、制造、管理等領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。 第二章 工件工藝性分析及方案確定 2.1工件工藝性分析 2.1.1沖

17、裁工藝性 圖2-1 零件圖 由零件簡圖2-1可見，該工件的加工涉及到落料、沖孔、翻邊或拉深等工序成形。 該零件的外徑為Φ54mm,屬于小制件，形狀簡單且對稱，適于沖裁加工。 查《冷沖壓模具設(shè)計與制造》表2.3沖壓件內(nèi)、外形所能達(dá)到的經(jīng)濟(jì)精度，因制件形狀簡單、對稱，沖裁件內(nèi)外形所能達(dá)到的經(jīng)濟(jì)精度為IT12-IT13。 查表2.5孔中心與邊緣距離尺寸公差為0.5mm。 查表2.7一般剪切斷面表面粗糙度為3.2m. 查《冷沖模設(shè)計》表2—3，得材料10號鋼的力學(xué)性能如下表： 表2-1 10號鋼的性能 抗剪強(qiáng)度τ 255～333MPa 抗拉強(qiáng)度σb 294～432MPa

18、 屈服點σs 206MPa 伸長率δ 29% 材料10鋼，其沖壓性能較好，孔與外緣的壁厚較大，復(fù)合模中的凸凹模壁厚部分具有足夠的強(qiáng)度。 2.1.2翻邊工藝性 1. 翻邊工件邊緣與平面的圓角半徑r=(2～3)t 2. 翻邊的高度h=8≥1.5r=1.5 3. 翻邊的相對厚度d/t=15.16>(1.7～2),所以翻邊后有良好的圓筒壁 4. 沖孔毛刺面與翻邊方向相反，翻邊后工件質(zhì)量沒大影響。 5. 查《中國模具設(shè)計大典》第3卷，第35頁，K.W.I擴(kuò)孔實驗，預(yù)加工孔Φ15.16可擴(kuò)孔到Φ45左右，而制件為Φ28，即滿足翻邊性能。 總體看來：該制件均滿足沖裁工藝

19、性和翻邊工藝性，適于沖裁加工。 2.1.3判斷能否一次性翻邊成形 由預(yù)沖孔公式可以得到翻邊高度H的表達(dá)式： H=D-d2+0.43r+0.72t (2-1) 或H=D2(1-dD)+0.43r+0.72t =D2(1-K) +0.43r+0.72t 若將Kmin帶入上式，則可得到許可的最大翻邊高度Hmax Hmax=D2（1-Kmin）+0.43r+0.72t 其中 D—翻邊后的中經(jīng)(mm)

20、 Kmin—極限翻邊系數(shù) r—翻邊圓角半徑(mm) t—材料厚度(mm) 查《冷沖模設(shè)計》，表7-1低碳鋼圓孔極限翻邊系數(shù) 這里凸模采用圓柱形平底型式 孔的加工方式為沖孔 因 相對厚度d/t=15.16 得Kmin= 0.55 于是Hmax=282（1-0.55）+0.432+0.721 =8.0(mm) 因工件高度H=Hmax，所以在平板上能一次性翻邊成形 2.2 工藝方案確定 根據(jù)工件形狀，初步確定采用落料

21、、沖孔和翻邊等工序，現(xiàn)確定以下方案： 方案一：一套落料、沖孔、翻邊復(fù)合模 方案二：一套落料、沖孔、翻邊單工序模 方案三：一套落料、沖孔、翻邊連續(xù)模 單工序模、連續(xù)模和復(fù)合模的相互比較見表2-2 表2-2單工序模、連續(xù)模和復(fù)合模的性能比較 項目 單工序模 連續(xù)模 復(fù)合模 工作情況 尺寸精度 精度較高 可達(dá)IT13～10級 可達(dá)IT9～8級 工件形狀 易加工簡單件 可加工復(fù)雜零件，如寬度極小的異形件、特殊形件 形狀與尺寸要受模具結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度的限制 孔與外形的位置精度 較高 較差 較高 工件平整性 推板上落料，平整 較差，易彎曲

22、 推板上落料，平整 工件尺寸 一般不受限制 宜較小零件 可加工較大零件 工件料厚 一般不受限制 0.6～6mm 0.05～3mm 工藝性能 操作性能 方便 方便 不方便，要手動進(jìn)行卸料 安全性 比較安全 比較安全 不太安全 生產(chǎn)率 低，壓力機(jī)一次行程只能完成一道工序，但在多工位壓力機(jī)使用多副模具時，生產(chǎn)率高 高，壓力機(jī)一次行程內(nèi)可完成多道工序 較高，壓力機(jī)一次行程內(nèi)能完成兩道以上工序 條料寬度 要求不嚴(yán)格 要求嚴(yán)格 要求不嚴(yán)格 模具制造 結(jié)構(gòu)簡單，制造周期短 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造和調(diào)整難度大 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造難度大

23、 總的看來：方案一：生產(chǎn)效率高，因為滑塊下行一次既完成落料、沖孔和翻邊等工序，不存在定位誤差，同軸度高，因此沖壓出來的制件精度也較高；但模具結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，因此模具制造難度大。 方案二：生產(chǎn)效率不高，由于要多機(jī)床或多道工序完成，致使生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益都降低；但模具制造周期短。 方案三：生產(chǎn)效率較高，完成落料、沖孔的連續(xù)模生產(chǎn)效率較高，和方案二一樣，由于第二道翻邊單工序的存在，降低了生產(chǎn)效率不說，精度也難保證。 因此綜合考慮采用方案一，再來確定

24、采用正裝復(fù)合模還是采用倒裝復(fù)合模。 正裝復(fù)合模和倒裝復(fù)合模的比較見下表2-3 表2-3正裝復(fù)合模和倒裝復(fù)合模的比較 序號 正裝 倒裝 1 對于薄沖件能達(dá)到平整要求 不能達(dá)到平整要求 2 操作不方便，不安全，孔的廢料由打棒打出 操作方便，能裝自動拔料裝置，能提高生產(chǎn)效率又能保證安全生產(chǎn)，孔的廢料通過凸凹模的孔往下漏掉 3 廢料不會在凸凹?？變?nèi)積聚，每次由打棒打出，可減少孔內(nèi)廢料的脹力，有利于凸凹模減少最小壁厚 廢料在凸凹?？變?nèi)積聚，凸凹模要求有較大的壁厚以增加強(qiáng)度 4 裝凹模的面積較大，有利于復(fù)雜制件拼快結(jié)構(gòu) 如凸凹模較大，可直接將凸凹模固定在底座上省去固定板

25、 從表2-3中可以看出：正裝對于薄沖件能達(dá)到平整要求，且廢料不會在凸凹?？變?nèi)積聚，有利于凸凹模減少最小壁厚。而倒裝不能達(dá)到平整要求，而且廢料在凸凹?？變?nèi)積聚，凸凹模要求有較大的壁厚以增加強(qiáng)度。 從保證沖裁件質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)性和安全性前提下，綜合考慮采用正裝復(fù)合模，即模具結(jié)構(gòu)為落料、沖孔、翻邊正裝復(fù)合模。 第三章 排樣及計算材料利用率 3.1計算預(yù)沖孔大小 圖3-1 零件圖 該制件是在沖孔后的平板毛坯上翻邊成形，在翻邊時，同心圓之間的距離變化不顯著，預(yù)制孔直徑可以用彎曲展開的方法近似計算： 查《冷沖模設(shè)計》第215頁 預(yù)沖孔直徑公式d=D1-2[π2r+t2+h

26、] (3-1) 因 D1=D+t+2r h=H-r-t 代入上式，并簡化得： d=D-2(H-0.43r-0.72t) 式中 D—翻邊后的中經(jīng)(mm) H—翻邊高度(mm) r—翻邊圓角半徑(mm) t—材料厚度(mm) 這里D=28mm H=8mm r=2mm t=1mm 所以d=28-2（

27、8-0.432-0.721） =15.16(mm) 同可得：相對厚度d/t=15.16/1=15.16 翻邊系數(shù)d/D=15.16/28=0.54 3.2確定排樣方式 采用有廢料和少廢料排樣，排樣圖分別如圖3-2和圖3-3 圖3-2 有廢料排樣 圖3-3無廢料排樣 少廢料排樣雖然材料利用率有所提高，但由于條料本身的寬度公差，以及條料導(dǎo)向與定位所產(chǎn)生的誤差會直接影響沖裁件尺寸而使沖裁件的精度降低，也降低了模具壽命，結(jié)合各自的優(yōu)缺點，綜合考慮采用有廢料排樣法。 3.3計算材料利用率 1.計算制件的面積A 制件面積A的計算公式： A=π4（D2-d2）

28、 (3-2) = π4（542 -15.162) =2108.6469(mm2) 式中 D—毛坯外徑(mm) d—沖孔直徑(mm) 2.確定搭邊a與a1的值 查《冷沖模設(shè)計》表3-10搭邊a與a1數(shù)值 取a=0.8mm a1=1.0mm 于是條料寬度:b=54+2a1=56mm

29、 進(jìn)距:l=54+a=54.8mm 3.材料利用率計算 查《中國模具設(shè)計大典》第3卷沖壓模具設(shè)計。 表18.3-24軋制薄鋼板的尺寸（GB/T708-1988） 板料規(guī)格選用 1.0mm750mm1500mm(tmmBmmLmm) 1）若采用縱裁： 裁板條數(shù) n1=B/b=750/56=13條余22mm 每條個數(shù)n2=A-al=1500-0.854.8=27個余19.6mm 每板總個數(shù)n總=n1n2 =1327 =351(個) 材料利用率 η總=n總π(D2-d2)4LB 100%

30、 (3-3) =3512108.64691500750100% = 65.79% 2）若采用橫裁： 裁板條數(shù) n1=L/b=1500/56=26條余44mm 每條個數(shù) n2=B-al=750-0.854.8=13個余36.8mm 每板總個數(shù)n總=n1n2 =2613 =338(個) 材料利用率 η總=n總π(D2-d2)4LB 100%

31、 (3-4) =3382108.64691500750100% = 63.35% 顯然縱裁的材料利用率要高些，因此選用縱裁。 4.計算零件的凈重G G=F.t.ρ (3-5) 式中 G—工件重量（g） F—工件面積（cm2） t—材料厚度（

32、cm） ρ—材料密度（g/cm3） 10號鋼屬于低炭鋼，在這里密度取ρ=7.85 g/cm3 則 G=F.t.ρ =2108.646910-21.010-1 7.85 =16.55 g 第四章 沖裁力及壓力中心計算 4.1.落料力F落 查《冷沖模設(shè)計》第54頁，落料力F落公式為 F落

33、=KLtτ (4-1)式中 F落—落料力（N） L—沖裁件周長(mm) t—材料厚度(mm) τ—材料的抗剪強(qiáng)度（MPa） K—系數(shù)，常取K=1.3 這里L(fēng)=π54mm t=1mm 取τ=300MPa 則 F落=1.3π541300 =66128.4（N） 4.2卸料力F 卸 查《冷沖模設(shè)計》表3-8卸料力、推件力和頂件力系數(shù) 取K卸 =0.035 F卸 =

34、 K卸 . F落 (4-2) =0.03566128.4 =2314.494（N） 4.3沖孔力F沖 查《冷沖模設(shè)計》第54頁，落料力F沖公式為 F沖=KLtτ (4-3) 式中 F沖—落料力（N） L—沖裁件周長(mm) t—材料厚度(mm) τ—材料的抗剪強(qiáng)度（MPa

35、） K—系數(shù)，常取K=1.3 這里L(fēng)=π27mm t=1mm 取τ=300MPa 于是F沖=1.3π271300 =33064.2（N） 4.4頂件力F頂 查《冷沖模設(shè)計》表3-8卸料力、推件力和頂件力系數(shù) 取K頂 =0.06 F頂 = K頂.F沖 (4-4) = 0.0633064.2 =1983.852（N） 4.5翻邊力F翻 查《冷沖模設(shè)計》，第

36、216頁，翻邊力公式為 F翻=1.1π(D-d)tσs (4-5) 其中 F翻—翻邊力(N) D—翻邊后中經(jīng)(mm) d—翻邊預(yù)沖孔直徑(mm) t—材料厚度(mm) σs —材料的屈服點(MPa) 這里D=28mm，d=15.16mm, t=1mm, σs=206MPa 于是F翻=1.13.14(28-15.16)1206 =9135.9682(N) 4.6總沖壓力F總 F總=F落+F沖+F卸+F頂+F翻

37、 (4-6) =66128.4＋33064.2＋2314.494＋1157.247+1983.852+9135.9682 =112626.91（N） 4.7計算壓力中心 計算壓力中心的目的是使模柄軸線和壓力機(jī)滑塊的中心線重合，避免滑塊受偏心載荷的影響而導(dǎo)致滑塊軌道和模具的不正常磨損，降低模具壽命甚至損壞模具。 從制件的形狀可以看出，該制件是回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)，形狀對稱，故模具壓力中心就在圓心部位，即無須再來計算了。 第五章 主要工作部分尺寸計算

38、 5.1落料刃口尺寸 查《冷沖模設(shè)計》表3-3沖裁模初始雙面間隙Z 取Zmin=0.1mm Zmax=0.14mm 對零件圖中未注公差的尺寸，沖壓件一般保證精度IT14，因制件形狀簡單且對稱，在這里保證精度IT13。 查《互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ)》表3-6簡單形狀沖裁時凸凹模的制造偏差 δ凹=+0.03mm δ凸=-0.02mm 因此：|δ凹|+|δ凸|=0.03+0.02 mm =0.05mm Zmax -Zmin=0.14-0.1mm =0.04mm

39、 |δ凹|+|δ凸|> Zmax –Zmin 因此在這里采用單配方法加工。 對于落料，先做凹模，并以它作為基準(zhǔn)配做凸模 查《互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ)》表2-4查出其極限偏差為： Φ54-0.460mm 查《冷沖模設(shè)計》表3-5磨損系數(shù) 取X=0.5 則 D凹=（D-X△）0+（14）△ (5-1) = (54-0.50.46）0+(14)0.46mm =53.770+0.115mm 落料凸模的尺寸按凹模尺寸

40、配制，其雙面間隙為0.10～0.14mm 5.2沖孔刃口尺寸 沖孔部分：δ凹=+0.02mm δ凸=-0.02mm |δ凹|+|δ凸|=0.02+0.02mm =0.04mm |δ凹|+|δ凸|= Zmax –Zmin 對于采用分別加工時，應(yīng)保證下述關(guān)系： |δ凹|+|δ凸|≤Zmax –Zmin (5-2) 但對于形狀復(fù)雜或料薄的工件，為了保證凸、凹模間一定的隙值，必須采用配合加工。 因此在這里采用還是采用單配方法加工 對于沖孔，

41、先做凸模，并以它作為基準(zhǔn)配做凹模 查《互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ)》表2-4查出其極限偏差為： Φ15.160+0.27mm 查《冷沖模設(shè)計》表3-5磨損系數(shù) 取X=0.5 則 d凸=（d+X△）-（14）△0 (5-3) = (15.16+0.50.27)-(14)0.270 =15.3-0.0680 mm 沖孔凹模的尺寸按凸模尺寸配制，其雙面間隙為0.10～0.14mm 5.3翻邊工作刃口尺寸 5.3.1翻邊間隙 如圖5-1，由于在翻邊過程中，

42、材料沿切向伸長，因此其端面的材料變薄非常嚴(yán)重，根據(jù)材料的統(tǒng)一變形情況，翻邊凹模與翻邊凸模之間的間隙應(yīng)小于原來的材料厚度。 圖5-1 翻邊間隙 查《冷沖壓模具設(shè)計與制造》，表5-5平板毛坯翻邊時凸凹模之間的間隙 得Z/2=0.85mm 5.3.2翻邊刃口尺寸 1. 翻邊凸模的刃口尺寸計算 查《互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ)》表2-4查出其極限偏差為： Φ270+0.33mm 查《冷沖模設(shè)計》表3-5磨損系數(shù) 取X=0.5 則 d凸=（d+X△）-（14）△0 (5-4) =(27+

43、0.50.33)-(14)0.330 =27.165-0.08250 2.翻邊凹模的刃口尺寸計算 根據(jù)翻邊間隙和翻邊凸模的刃口尺寸來確定翻邊凹模的刃口尺寸 D凹=（d凸+22Z）0+（14）△ (5-5) =（27.165+20.85）0+140.33 =28.8650+0.0825mm 第六章 凸模、凹模及凸凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計及校核 6.1落料凹模結(jié)構(gòu)設(shè)計 6.1.1最小壁厚 沖孔落料復(fù)合模的凸凹模．其刃口平面與工件尺寸相同，這就產(chǎn)

44、生了復(fù)合模的“最小壁厚”問題。 沖孔落料復(fù)合模許用最小壁厚可按表6-1選取，形式如圖6-1表示，表值為經(jīng)驗數(shù)據(jù)。 表6-1 凸凹模最小壁厚a數(shù)值 （單位：mm）部分如下 材料厚度 0.8 0.9 1.0 1.2 最小壁厚 2.3 2.5 2.7 3.2 最小直徑 15 18 圖6—1 最小壁厚 為了增加凸凹模的強(qiáng)度和減少孔內(nèi)廢料的漲力，可以采用對凸凹模有效刃口以下增加壁厚或?qū)U料反向頂出的辦法．如圖6—1所示。 6.1.2模具材料的選擇 從眾多模具材料中選出9Mn2V鋼，該模具鋼是一種綜合力學(xué)性

45、能比碳素工具鋼好的低合金工具鋼，它具有較高的硬度和耐磨性，淬火時變形較小，淬透性很好。由于鋼中含有一定量的釩，細(xì)化了晶粒，減小了鋼的過熱敏感性，同時碳化物較細(xì)小和分布較均勻。 9Mn2V鋼的化學(xué)成分和物理性能分別如表6-2和表6-3所示 表6-2 9Mn2V鋼化學(xué)成分（GB/T 1299—2000）W% C Si Mn V P S 0.85～0.95 ≤0.40 1.70～2.00 0.10～0.25 ≤0.030 ≤0.030 表6-3 臨界溫度 臨界點 Ac1 Acm Ar1 Ar3 溫度（近似值）/oC 730 760 655 690

46、 表6-4 綜合性能 耐磨性 耐沖擊性 淬火不變形性 淬硬深度 中等 中等 好 淺 紅硬性 脫碳敏感性 切削加工性 差 較大 較好 所以這里不管是凸模、凹模還是凸凹模，材料都選用9Mn2V鋼 這里的落料凹模的熱處理硬度為60～62HRC 6.1.3確定凹模外形尺寸 確定凹模外形尺寸的方法有多種，通常都是根據(jù)零件的材料厚度和排樣圖所確定的凹模型孔壁間最大距離為依據(jù)，來求凹模的外形尺寸。 凹模的刃口形式，考慮到本例生產(chǎn)批量較大，所以采用刃口強(qiáng)度較高的凹模，故采用階梯形直壁式。 凹模的外形一般

47、有矩形與圓形兩種，凹模的外形尺寸應(yīng)保證凹模有足夠的強(qiáng)度與剛度，凹模的厚度還應(yīng)考慮修模量。凹模的外形尺寸一般根據(jù)沖材料的厚度和沖裁件的最大外形尺寸來確定。 查《冷沖模設(shè)計》，第101頁，凹模厚度和壁厚公式為 凹模厚度 H=Kb(≥15mm) (6-1) 式中 K—系數(shù)，考慮板料厚度的影響 b—沖裁件的最大外形尺寸 凹模壁厚 C=(1.5～2)H(≥30～40mm) (6-2) 查《冷沖模設(shè)計》，表4-3

48、系數(shù)K值 因 b=54 mm 取K=0.22 故 H=0.2254 =11.88mm C=1.522 =33mm 考慮到翻邊高度8mm 和保證H≥15mm，最后取H=22mm 凹模形狀簡圖如圖6-2 圖6-2 落料凹模 6.1.4凹模的強(qiáng)度校核 查《中國模具設(shè)計大典》，第三卷，表20.1-18 凹模強(qiáng)度計算公式 Hmin=1.5Fσwp(1-2d3do)

49、 (6-3) 式中 Hmin—凹模的最小厚度（mm） F—沖壓力（N） σwp—許用彎曲應(yīng)力（MPa） d、do—凹模刃口與支承口直徑（mm） 這里F= F落=66128.4（N） σwp= 500MPa d=53.77mm do=64mm Hmin=1.566128.4500（1-253.77364） =9.34mm 而真實的凹模厚度為22mm，所以凹模的強(qiáng)度滿足要求。 6.2落料、翻邊凸凹模外形尺寸 1.落料、翻邊凸凹模的高度 落料、翻邊凸凹模的高度滿足翻邊

50、高度和凸、凹模之間安全距離外，還考慮翻邊間隙，保證強(qiáng)度要求，即凸凹模壁厚大于最小壁厚。 這里落料、翻邊凸凹模的高度為30mm。 2. 落料、翻邊凸凹模的強(qiáng)度校核 Lmax≤π16Ed3tτ （6-4）式中 Lmax—沖孔凸模許用的最大自由長度（mm） E—沖孔凸模材料的彈性模量（MPa） d—凸模或沖孔直徑（mm） τ—沖件材料的抗剪強(qiáng)度（MPa） t—沖件材料的厚度（mm） 這里E=2.2105 MPa d=

51、53.77mm t=1mm τ=300 MPa 于是Lmax ≤π16Ed3tτ=3.1416 =2095.4mm 而實際的沖孔、翻邊凸凹模厚度為30mm，所以強(qiáng)度完全滿足要求。 材料同樣選用9Mn2V鋼，其熱處理硬度為58～60HRC 落料、翻邊凸凹模簡圖如圖6-3 圖6-3 落料、翻邊凸凹模 6.3沖孔、翻邊凸凹模外形尺寸 沖孔、翻邊凸凹模的功能是完成沖孔、翻邊，重要性大，其熱處理硬度也相對比落料凸模大，其材料選用9Mn2V鋼，熱處理硬度為60～62HRC 1. 沖孔、翻邊凸凹模的高度 沖孔、翻邊凸凹模的高度=沖孔、翻邊凸凹模固定板的厚

52、度+落料凹模的厚度 =12mm +22mm =34mm 2. 沖孔、翻邊凸凹模的強(qiáng)度校核 1）沖孔凹模的強(qiáng)度校核 查《中國模具設(shè)計大典》，第三卷，表20.1-18 凹模強(qiáng)度計算公式 Hmin=1.5Fσwp(1-2d3do) (6-5) 式中 Hmin—沖孔、翻邊凸凹模的最小厚度（mm） F—沖壓力（N） σwp—許用彎曲應(yīng)力（MPa） d、do—沖孔、翻邊凸凹模刃口與支承口直徑（mm） 這里F=

53、F沖=33064.2 N σwp= 500MPa d=15.3mm do=16.3mm Hmin= =6.1mm 2）翻邊凸模穩(wěn)定能力的校核 Lmax≤π16Ed3tτ （6-6） 式中 Lmax—沖孔凸模許用的最大自由長度（mm） E—沖孔凸模材料的彈性模量（MPa） d—凸模或沖孔直徑（mm） τ—沖件材料的抗剪強(qiáng)度（MPa） t—沖件材料的厚度（mm） 這里E=2.2105 MP

54、a d=27mm t=1mm τ=300 MPa 于是Lmax ≤π16Ed3tτ=3.1416 =745.6mm 而實際的沖孔、翻邊凸凹模厚度為34mm，所以強(qiáng)度完全滿足要求。 沖孔、翻邊凸凹模的簡圖如圖6-4 圖6-4 沖孔、翻邊凸凹模 6.4沖孔凸模外形尺寸 1.沖孔凸模的形式采用類似直通式的形式，少了階梯形式的復(fù)雜，主要受上頂桿孔和凸模孔的影響，避免出現(xiàn)最小壁厚。 2.沖孔凸模的長度 沖孔凸模的長度=沖孔凸模固定板的厚度+落料、翻邊凸凹模的高度+超出落料、翻邊凸凹模的2mm 則沖孔凸模的長度=12mm +30mm +2mm

55、 =44mm 沖孔凸模簡圖如圖6-5 圖6-5 沖孔凸模 3.強(qiáng)度校核 1）凸模穩(wěn)定能力的校核 查《中國模具設(shè)計大典》，第三卷，表20.1-10 凸模穩(wěn)定能力校核計算公式 Lmax≤π16Ed3tτ （6-7）式中 Lmax—沖孔凸模許用的最大自由長度（mm） E—沖孔凸模材料的彈性模量（MPa） d—凸?；驔_孔直徑（mm） τ—沖件材料的抗剪強(qiáng)度（MPa） t—沖件

56、材料的厚度（mm） 這里E=2.2105 MPa d=15.3mm t=1mm τ=300 MPa 于是Lmax ≤π16Ed3tτ=3.14162.210515.331300 =318mm 2）承壓能力的校核 σk=2τ1-0.5td≤σp (6-8)式中 τ—沖件材料的抗剪強(qiáng)度（MPa） t—沖件材料的厚度（mm） d—凸模或沖孔直徑（mm） σk—凸模刃口的接觸應(yīng)力（MPa） σp—凸模材料的許用壓應(yīng)力（MPa） 這

57、里τ=300 MPa t=1mm d=15.3mm σp=1500 MPa 則σk=2τ1-0.5td =23001-0.5115。3 =600MPa≤σp=1500 MPa 即凸模穩(wěn)定能力和承壓能力均滿足要求。 第七章 主要零部件設(shè)計 7.1模柄的設(shè)計 查《中國模具設(shè)計大典》第3卷，表22.5-24壓入式模柄（JB/T7646.1-1994） 選擇B型 材料：Q235 熱處理硬度：43～48HRC 模柄簡圖如圖7-1 圖7-1 模柄 7.2固定板和墊板的設(shè)計 7.2.1沖孔、翻邊

58、凸凹模固定板的設(shè)計 查《中國模具設(shè)計大典》第3卷，表22.5-19圓形固定板 直徑D=120mm，厚度H=12mm 材料：45 熱處理硬度43～48HRC 沖孔、翻邊凸凹模固定板的簡圖如圖7-2 圖7-2 沖孔、翻邊凸凹模固定板 7.2.2沖孔凸模固定板的設(shè)計 沖孔凸模的固定方式有直接固定在模座、用固定板固定和快換式固定三種固定方式，這里選用固定板固定，且采用臺肩固定。 將沖孔凸模壓入固定板內(nèi)，裝配采用N7/h6 查《中國模具設(shè)計大典》第3卷，表22.5-19圓形固定板 直徑D=120mm，厚度H=12mm 材料：45

59、 熱處理硬度43～48HRC 沖孔固定板的簡圖如圖7-3 圖7-3 沖孔固定板 7.2.3墊板的設(shè)計 查《中國模具設(shè)計大典》第3卷，表22.5-20圓形墊板 直徑D=120mm，厚度H=6mm 材料：45 熱處理硬度43～48HRC 墊板的結(jié)構(gòu)簡圖如圖7-4 圖7-4 墊板 7.3定位零件的設(shè)計 7.3.1固定擋料銷的設(shè)計 固定擋料銷的作用是控制送料步距，分圓形與鉤形兩種，一般裝在凹模上。因圓形擋料銷結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，我們這里就選用圓形了。 查《中國模具設(shè)計大

60、典》第3卷，表22.5-58固定擋料銷（JB/T7649.10-1994） 選用直徑為d=6mm,A型固定擋料銷 材料：45 熱處理硬度：43～48HRC 固定擋料銷簡圖如圖7-5 圖7-5 固定擋料銷 7.3.2定位銷的設(shè)計 定位銷的作用是提供條料的導(dǎo)向，以免送偏。 材料：45 熱處理硬度：43～48HRC 定位銷簡圖如圖7-6 圖7-6 定位銷 7.3.3圓柱銷的設(shè)計 1. 上圓柱銷的設(shè)計 查《中國模具設(shè)計大典》第3卷，表22.6-12淬硬鋼和奧氏體不銹鋼圓柱銷（GB/T199.2-2000） 上圓柱銷公稱直徑d=8mm，公差為m6，公稱長度l=70

61、mm 材料：45，普通淬火，表面氧化處理 上圓柱銷簡圖如圖7-7 圖7-7 上圓柱銷 2.下圓柱銷的設(shè)計 查《中國模具設(shè)計大典》第3卷，表22.6-12 淬硬鋼和奧氏體不銹鋼圓柱銷（GB/T199.2-2000） 下圓柱銷公稱直徑d=8mm，公差為m6，公稱長度l=60 mm 材料：45，普通淬火，表面氧化處理 下圓柱銷簡圖如圖7-8 圖7-8 下圓柱銷 7.4出件機(jī)構(gòu)的設(shè)計 7.4.1上出件機(jī)構(gòu)的設(shè)計 1.推板 參照《冷沖壓模具設(shè)計與制造》，第309頁，頂板圖7.28及表7.56 材料：45 熱處理：43～48HRC 推板簡圖如圖7-9

62、 圖7-9 推板 2.推桿 查《冷沖壓模具設(shè)計與制造》表7.54帶肩推桿尺寸（GB/T2867.1—81） 推桿長度=翻邊行程距離+ 材料：45 熱處理：43～48HRC 推桿簡圖如圖7-10 圖7-10 推桿 3.上頂桿 查《中國模具設(shè)計大典》第3卷，表22.5-61頂桿（JB/T7650.3-1994） 材料：45 熱處理硬度：43～48HRC 上頂桿的長度L=沖孔凸模固定板厚度+上墊板厚度+空閑高度+行程距離 =12+6+10+11 =39mm 上頂桿的結(jié)構(gòu)簡圖如圖7-11 圖7-1

63、1 上頂桿 4.上頂板 查《中國模具設(shè)計大典》第3卷，表22.5-62頂板（JB/T7650.4-1994） 材料：45 熱處理硬度：43～48HRC 頂板的簡圖分別如圖7-12 圖7-12 上頂板 7.4.2下出件機(jī)構(gòu)的設(shè)計 下出件機(jī)構(gòu)是個彈頂器，裝于下模座，由彈簧驅(qū)動。 1.下頂桿 查《中國模具設(shè)計大典》第3卷，表22.5-61頂桿（JB/T7650.3-1994） 材料：45 熱處理硬度：43～48HRC 下頂桿的長度L=沖孔、翻邊凸凹模固定板厚度+下模座厚度+翻邊高度和安全距離 =12mm +35mm +11mm

64、 =58mm 下頂桿的結(jié)構(gòu)簡圖如圖7-13 圖7-13 下頂桿 2.圓柱螺旋壓縮彈簧 因 卸料力F卸=2314.494（N） 這里只用一根彈簧，所以該彈簧受力2314.494（N） 在滿足工作負(fù)荷前提下，查《沖模設(shè)計應(yīng)用實例》，附錄C1 圓鋼絲螺旋彈簧規(guī)格 選取了序號78至83的8鐘彈簧，它們的主要參數(shù)如下表7-1 表7-1 圓鋼絲螺旋彈簧規(guī)格（序號78至83） 序號 彈簧外徑 D/mm 材料直徑 d/mm 節(jié)距t/mm 自由高度 H0/mm 受負(fù)荷F1時的高度H1/mm 最大工作負(fù)荷F1/N 78 55 9

65、 14.5 80 60.2 2750 79 120 88.4 80 160 116.5 81 200 144.5 82 240 173 83 280 201.5 圖7-14 彈簧負(fù)荷（F）與行程（S）曲線圖 根據(jù)表7-1和圖7-14 ，得到如下數(shù)據(jù)表7-2 表7-2 圓鋼絲螺旋彈簧有關(guān)數(shù)據(jù)（序號78至83） 序號 H0 H1 S1= H0-H1 S預(yù) S總（S工作+ S預(yù)） 78 80 60.2 19.8 16 27 79 120 88.4 3

66、1.6 27 28 80 160 116.5 43.5 32 43 81 200 144.5 55.5 43 54 82 240 173 67 54.5 65.5 83 280 201.5 78.5 66 77 其中：S工作=10mm+1mm=11mm 檢驗是否滿足S1> S總,如果滿足，則可以選用。 80號至83號彈簧均滿足要求，因此這里選用80號彈簧 規(guī)格為94680 GB/T2089-80 彈簧裝配高度H2= H0- S預(yù) =160-32 =128mm 材料：60Si2MnA 熱處理硬度：43～48HRC，彈簧兩端拼緊并磨平。 3.下頂板 查《中國模具設(shè)計大典》第3卷，表22.5-62頂板（JB/T7650.4-1994） 材料：45 熱處理硬度：43～48HRC 下頂板的簡圖分別如圖7-15 圖7