ZL50裝載機(jī)總體及工作裝置設(shè)計(jì)
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河 南 工 業(yè) 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 畢 業(yè) 論 文
題目：止動(dòng)件沖壓模具設(shè)計(jì)與制造
4
前 言
沖壓技術(shù)廣泛應(yīng)用于航空、汽車、電機(jī)、家電、通信等行業(yè)的零部件的成形的加工。據(jù)國(guó)際生產(chǎn)技術(shù)協(xié)會(huì)預(yù)測(cè)，到本世紀(jì)中，機(jī)械零部件中60%的粗加工、80%的精加工要有模具來(lái)完成加工。因此，沖壓技術(shù)對(duì)發(fā)展生產(chǎn)、增加效益、更新產(chǎn)品等方面具有重要作用。
目前，我國(guó)沖壓技術(shù)與先進(jìn)工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比還相當(dāng)落后，主要原因是我國(guó)在沖壓基礎(chǔ)理論及成形工藝、模具標(biāo)準(zhǔn)化、模具設(shè)計(jì)、模具制造工藝及設(shè)備等方面與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家尚有相當(dāng)大的差距，導(dǎo)致我國(guó)模具在壽命、效率、加工精度、生產(chǎn)周期等方面與先進(jìn)工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的模具相比差距相當(dāng)大。
本次設(shè)計(jì)是參考了眾多參考文獻(xiàn)及專業(yè)資料的規(guī)范要求編寫而成。本設(shè)計(jì)主要介紹止動(dòng)件的沖壓工藝分析和落料沖孔模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程。本設(shè)計(jì)共分五章，主要包括止動(dòng)件材料工藝分析和成形性能、沖壓工序特點(diǎn)和工藝計(jì)算、模具總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、模具主要零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及工藝性分析、主要零件工藝過(guò)程的制訂和主要工序的制訂等。另外，還附有畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書、論文評(píng)閱表、答辯小組成員表、部分模具零件沖壓工藝過(guò)程卡、裝配圖一張、零件圖四張等
摘 要
目前，我國(guó)冷沖壓技術(shù)與先進(jìn)工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比還相當(dāng)落后，主要原因是我國(guó)在沖壓基礎(chǔ)理論及成形工藝、模具標(biāo)準(zhǔn)化、模具設(shè)計(jì)、模具制造工藝及設(shè)備等方面與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家尚有相當(dāng)大的差距，導(dǎo)致我國(guó)模具在壽命、效率、加工精度、生產(chǎn)周期等方面與先進(jìn)工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的模具相比差距相當(dāng)大。
此次畢業(yè)設(shè)計(jì)產(chǎn)品為止動(dòng)件，首先對(duì)止動(dòng)件的沖壓工藝進(jìn)行了分析，沖壓工藝方案及模具結(jié)構(gòu)類型的進(jìn)行了確定，并進(jìn)行了必要的沖壓工藝參數(shù)計(jì)算，介紹了止動(dòng)件落料沖孔復(fù)合模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)，模具定位零件、卸料與推件裝置的設(shè)計(jì)，標(biāo)準(zhǔn)模架和導(dǎo)向零件的選用，模具主要工作零件的制造工藝和裝配工藝的過(guò)程，模具的總裝配、試模、潤(rùn)滑及模具使用注意事項(xiàng)等內(nèi)容。
隨著工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量的不斷提高，沖壓產(chǎn)品生產(chǎn)正呈現(xiàn)多品種、少批量，復(fù)雜、大型、精密，更新?lián)Q代速度快的變化特點(diǎn)，沖壓模具正向高效、精密、長(zhǎng)壽命、大型化方向發(fā)展。為適應(yīng)市場(chǎng)變化，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和制造技術(shù)的迅速發(fā)展，沖壓模具設(shè)計(jì)與制造技術(shù)正由手工設(shè)計(jì)、依靠人工經(jīng)驗(yàn)和常規(guī)機(jī)械加工技術(shù)向以計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、數(shù)控切削加工、數(shù)控電加工為核心的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造（CAD/CAM）技術(shù)轉(zhuǎn)變。
在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）繪制模具主要工作零件圖和模具的總裝配圖，運(yùn)用了數(shù)控切削加工、數(shù)控線切割電加工等先進(jìn)加工技術(shù)。是一次對(duì)所學(xué)知識(shí)的全面總結(jié)和運(yùn)用，是鞏固和加深各種理論知識(shí)靈活運(yùn)用的實(shí)踐過(guò)程。通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)，可以很好的培養(yǎng)獨(dú)立分析，獨(dú)立工作的能力，為畢業(yè)以后走上工作崗位從事本技術(shù)工作打下良好的基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞：止動(dòng)件 沖壓工藝 落料—沖孔復(fù)合模 模具設(shè)計(jì)與制造
目 錄
前 言 I
摘 要 II
設(shè)計(jì)課題 (1)
緒 論 (2)
1 沖壓工藝設(shè)計(jì) (3)
1.1工藝設(shè)計(jì)內(nèi)容 (3)
2 止動(dòng)件工藝分析及計(jì)算 (4)
2.1止動(dòng)件的工藝設(shè)計(jì) (5)
2.2排樣的設(shè)計(jì)及計(jì)算 (6)
2.3沖裁力和壓力中心的計(jì)算 (13)
3 止動(dòng)件的模具設(shè)計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)選用 (23)
3.1 模具零件的分類和標(biāo)準(zhǔn)化 (23)
3.2模具工作零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) (24)
3.3 定位零件的設(shè)計(jì) (33)
3.4卸料與推件裝置的設(shè)計(jì) (38)
3.5標(biāo)準(zhǔn)模架和導(dǎo)向零件的選取 (43)
3.6固定零件的選取 (45)
4 沖裁模的制造工藝 (47)
4.1沖孔凸模的制造工藝 (47)
4.2凸凹模的制造工藝 (50)
4.3其它模具零件的制造工藝加工工藝過(guò)程 (53)
5 模具裝配 (56)
5.1模具零件的裝配 (57)
5.2總裝配 (57)
5.3模具裝配圖 (58)
5.4模具零件圖 (58)
5.5試模 (58)
5.6潤(rùn)滑 (58)
5.7模具使用注意事項(xiàng) (58)
致 謝 (59)
參考文獻(xiàn) (60)
畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書 (62)
IV
設(shè)計(jì)課題
產(chǎn)品名稱： 止動(dòng)件
產(chǎn)品簡(jiǎn)圖： 如圖所示
生產(chǎn)批量： 大批量
材 料： Q235
材料厚度： 2mm
產(chǎn)品零件圖
任務(wù)：1、設(shè)計(jì)此工件的沖裁模
2、編寫其制造工藝規(guī)程
緒 論
模具工業(yè)作為一種新興工業(yè)，它有節(jié)約原材料、節(jié)約能源、較高的生產(chǎn)效率，以及保證較高的加工精度等特點(diǎn)，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中越來(lái)越重要。模具技術(shù)成為衡量一個(gè)國(guó)家制造水平的重要依據(jù)之一，其中沖載模具在模具工業(yè)中舉足輕重的地位。
沖壓技術(shù)廣泛應(yīng)用于航空、汽車、電機(jī)、家電、通信等行業(yè)的零部件的成形的加工。據(jù)國(guó)際生產(chǎn)技術(shù)協(xié)會(huì)預(yù)測(cè)，到本世紀(jì)中，機(jī)械零部件中60%的粗加工、80%的精加工要有模具來(lái)完成加工。因此，沖壓技術(shù)對(duì)發(fā)展生產(chǎn)、增加效益、更新產(chǎn)品等方面具有重要作用。
目前，我國(guó)沖壓技術(shù)與先進(jìn)工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比還相當(dāng)落后，主要原因是我國(guó)在沖壓基礎(chǔ)理論及成形工藝、模具標(biāo)準(zhǔn)化、模具設(shè)計(jì)、模具制造工藝及設(shè)備等方面與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家尚有相當(dāng)大的差距，導(dǎo)致我國(guó)模具在壽命、效率、加工精度、生產(chǎn)周期等方面與先進(jìn)工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的模具相比差距相當(dāng)大。
隨著工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量的不斷提高，沖壓產(chǎn)品生產(chǎn)正呈現(xiàn)多品種、少批量，復(fù)雜、大型、精密，更新?lián)Q代速度快的變化特點(diǎn)，沖壓模具正向高效、精密、長(zhǎng)壽命、大型化方向發(fā)展。為適應(yīng)市場(chǎng)變化，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和制造技術(shù)的迅速發(fā)展，沖壓模具設(shè)計(jì)與制造技術(shù)正由手工設(shè)計(jì)、依靠人工經(jīng)驗(yàn)和常規(guī)機(jī)械加工技術(shù)向以計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、數(shù)控切削加工、數(shù)控電加工為核心的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造（CAD/CAM）技術(shù)轉(zhuǎn)變。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的是對(duì)所學(xué)知識(shí)的全面總結(jié)和運(yùn)用，鞏固和加深各種理論知識(shí)靈活運(yùn)用。目標(biāo)是通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，可以很好的培養(yǎng)獨(dú)立思考，獨(dú)立工作的能力，為走上工作崗位從事技術(shù)工作打下良好的基礎(chǔ)。
此次畢業(yè)設(shè)計(jì)課題為止動(dòng)件沖壓復(fù)合模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造。首先對(duì)止動(dòng)件的沖壓工藝進(jìn)行了分析，介紹了落料沖孔模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)，同時(shí)編制了落料沖孔復(fù)合模的制造工藝和裝配工藝。
1 沖壓工藝設(shè)計(jì)
1.1工藝設(shè)計(jì)內(nèi)容
沖壓工藝設(shè)計(jì)，就是根據(jù)沖壓件的要求，合理安排原材料準(zhǔn)備、各種加工工序等，使得沖壓過(guò)程在經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上合理可行。工藝過(guò)程設(shè)計(jì)包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容。
一、工藝方案設(shè)計(jì)
工藝方案設(shè)計(jì)就是根據(jù)沖壓件的形狀尺寸、材料、生產(chǎn)批量等特點(diǎn)，初步確定出沖壓加工內(nèi)容，并制定出幾種可行的加工工藝方案，通過(guò)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率、設(shè)備條件、模具制造和壽命、操作的方便性和安全性、經(jīng)濟(jì)性等方面的綜合比較，確定出適合具體生產(chǎn)條件的最佳工藝方案。
二、工藝性分析
根據(jù)產(chǎn)品零件的形狀尺寸、材料、精度等要求，對(duì)沖壓工藝方案設(shè)計(jì)中所確定的各項(xiàng)工序內(nèi)容逐一進(jìn)行分析計(jì)算，確定它們對(duì)沖壓工藝的適應(yīng)性。
三、工藝計(jì)算
為了進(jìn)行模具設(shè)計(jì)和沖壓加工，工藝計(jì)算首先應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品零件的幾何形狀和尺寸來(lái)計(jì)算所需毛坯的形狀和尺寸，然后按照節(jié)約材料、簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu)的原則擬定合理的排樣方案，并確定板料或條料的規(guī)格及下料方式。合理優(yōu)選凸模和凹模之間的間隙等。
2 止動(dòng)件工藝分析及計(jì)算
止動(dòng)件的工序和零件如圖所示，工件使用材料為Q235鋼。材料厚度：2mm。生產(chǎn)批量：大批量。
圖2.1 止動(dòng)件零件圖
2.1止動(dòng)件的工藝設(shè)計(jì)
2.1.1 產(chǎn)品零件工藝性分析
此產(chǎn)品零件只有落料和沖孔兩道工序，在本模具加工中落料和沖孔兩道工序都要完成；材料為Q235鋼，為普通碳素鋼，具有良好的可沖壓性能；產(chǎn)品零件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，有兩個(gè)Ф10的圓形沖孔，在轉(zhuǎn)角處有四處R2圓角，并且工件為對(duì)稱形狀，壁厚2mm，比較適合沖裁。
零件的尺寸精度：產(chǎn)品零件圖上所有未注公差的尺寸，為自由公差，尺寸精度要求較底，可按作IT14級(jí)確定零件尺寸的公差；孔邊距12mm的公差為0.11，屬IT11級(jí)精度，普通沖裁加工即可滿足要求，但零件的強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到58～62HRC，有足夠的力學(xué)性能。
查公差表可得零件的各尺寸公差為：
零件外形： mm、mm、 mm 、mm 、mm
零件內(nèi)形：mm
孔心距：mm
結(jié)論：適合沖裁
2.1.2 沖壓工藝方案及模具結(jié)構(gòu)類型的確定
根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)形狀，該零件包括落料、沖孔兩個(gè)基本工序，材料Q235鋼，厚度為2mm，一般采用以下三種沖裁工藝方案：
方案一：先落料、再?zèng)_孔成型，采用單工序模生產(chǎn)。
方案二：落料—沖孔連續(xù)沖壓成型，采用級(jí)進(jìn)模生產(chǎn)。
方案三：落料—沖孔一次沖壓成型，采用復(fù)合模生產(chǎn)。
方案一模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但需要先兩道工序，兩套模具才能完成零件的加工，工件尺寸積累誤差大，而且增加了模具的復(fù)雜程度，又浪費(fèi)了工時(shí)，生產(chǎn)效率較低，難以滿足大批量生產(chǎn)要求。方案二是生產(chǎn)效率可大大提高，但模具的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造難度大，成本較高。
表2.1.1三類模具的優(yōu)缺點(diǎn)比較：
特點(diǎn) 類型
單工序模
復(fù)合模
級(jí)進(jìn)模
結(jié)構(gòu)
簡(jiǎn)單
較復(fù)雜
復(fù)雜
成本、周期
小、短
小、短
高、長(zhǎng)
制造精度
低
較高
高
材料利用率
高
高
低
生產(chǎn)效率
低
低
高
維修
不方便
不方便
方便
產(chǎn)品精度
高
高
低
品質(zhì)
低
低
高
安全性
不安全
不安全
安全
自動(dòng)化
——
——
易于自動(dòng)化
沖床性能要求
低
低
高
應(yīng)用
小批量生產(chǎn)
大、中型零件的沖壓試制
大批量生產(chǎn)
內(nèi)外形精度要求高
大批量生產(chǎn)
中、小零件沖壓
由于零件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，考慮到生產(chǎn)該零件加工成型的經(jīng)濟(jì)性以及加工時(shí)效性，經(jīng)檢驗(yàn)并根據(jù)表1.1.1可得確定方案三比較合適。
2.2 排樣的設(shè)計(jì)及計(jì)算
在沖壓工藝和模具設(shè)計(jì)中，沖裁件在條料、帶料、板料上的布置方法叫排樣。排樣是一項(xiàng)極為很重要的、技術(shù)性很強(qiáng)的工作，排樣的正確與否將影響到材料的合理利用、零件質(zhì)量、生產(chǎn)率、模具結(jié)構(gòu)與壽命、生產(chǎn)操作與安全等。
2.2.1排樣方法
在沖壓生產(chǎn)實(shí)際中，由于零件的形狀、尺寸、精度要求、批量大小和原材料供應(yīng)等方面的不同，不可能提供一種固定不變的合理排樣方案。但在決定排樣方案時(shí)應(yīng)遵循的原則是：保證在最低的材料消耗和最高的勞動(dòng)生產(chǎn)率的條件下得到符合技術(shù)條件要求的零件，同時(shí)要考慮方便生產(chǎn)操作、沖模結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、壽命長(zhǎng)以及車間生產(chǎn)條件和原材料供應(yīng)情況等，總之要從各方面權(quán)衡利弊，以選擇出較為合理的排樣方案。
在沖裁件的成本中材料費(fèi)用一般占60％以上，可見材料利用率是一項(xiàng)很重要的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。提高材料利用率的方法有：
沖裁所產(chǎn)生的廢料可分為兩類：一類是結(jié)構(gòu)廢料，是由沖件的形狀特點(diǎn)產(chǎn)生的；另一類是由于沖件之間和沖件與條料側(cè)邊之間的搭邊，以及料頭、料尾和邊余料而產(chǎn)生的廢料，稱為工藝廢料。
要提高材料利用率，主要應(yīng)從減少工藝廢料著手。減少工藝廢料的有力措施是：設(shè)計(jì)合理的排樣方案，選擇合適的板料規(guī)格和合理的裁板法（減少料頭、料尾和邊余料），或利用廢料作小零件（如表1.2.1中的混合排樣）等。
根據(jù)材料的合理利用情況，條料排樣方法可分為三種，如圖1.2所示。
b)
圖2.2 排樣方法分類
a)
c)
有廢料排樣 如圖1.2a所示。沿沖件全部外形沖裁，沖件與沖件之間、沖件與條料之間都存在有搭邊廢料。沖件尺寸完全由沖模來(lái)保證，因此精度高，模具壽命也高，但材料利用率低。
少?gòu)U料排樣 如圖1.2b所示。沿沖件部分外形切斷或沖裁，只在沖件與沖件之間或沖件與條料側(cè)邊之間留有搭邊。因受剪裁條料質(zhì)量和定位誤差的影響，其沖件質(zhì)量稍差，同時(shí)邊緣毛刺被凸模帶入間隙也影響模具壽命，但材料利用率稍高，沖模結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。
無(wú)廢料排樣 如圖1.2c所示。沖件與沖件之間或沖件與條料側(cè)邊之間均無(wú)搭邊，沿直線或曲線切斷條料而獲得沖件。沖件的質(zhì)量和模具壽命更差一些，但材料利用率最高。另外，如圖1.2c所示，當(dāng)送進(jìn)步距為兩倍零件寬度時(shí)，一次切斷便能獲得兩個(gè)沖件，有利于提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。
采用少、無(wú)廢料的排樣可以簡(jiǎn)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(jí)低。同時(shí)，由于模具單邊受力（單邊切斷時(shí)），不但會(huì)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(shí)必須統(tǒng)籌兼顧、全面考慮。此外對(duì)有廢料排樣，少、無(wú)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，其主要形式列于表1.2.1。
表2.2.1 有廢料排樣和少、無(wú)廢料排樣主要形式的分類
對(duì)于形狀復(fù)雜的沖件，通常用紙片剪成3～5個(gè)樣件，然后擺出各種不同的排樣方法，經(jīng)過(guò)分析和計(jì)算，決定出合理的排樣方案。
由于此工件的形狀具有對(duì)稱結(jié)構(gòu)，采用有廢料直排法排樣較為合理。
2.2.2 搭邊值
排樣時(shí)沖裁件之間以及沖裁件與條料側(cè)邊之間留下的工藝廢料叫搭邊。搭邊的作用一是補(bǔ)償定位誤差和剪板誤差，確保沖出合格零件；二是增加條料剛度，方便條料送進(jìn)，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率；同時(shí)，搭邊還可以避免沖裁時(shí)條料邊緣的毛刺被拉人模具間隙，從而提高模具壽命。
搭邊值對(duì)沖裁過(guò)程及沖裁件質(zhì)量有很大的影響，因此一定要合理確定搭邊數(shù)值。搭邊過(guò)大，材料利用率低；搭邊過(guò)小時(shí)，搭邊的強(qiáng)度和剛度不夠，沖裁時(shí)容易翹曲或被拉斷，不僅會(huì)增大沖裁件毛刺，有時(shí)甚至單邊拉入模具間隙，造成沖裁力不均，損壞模具刃口。根據(jù)生產(chǎn)的統(tǒng)計(jì)，正常搭邊比無(wú)搭邊沖裁時(shí)的模具壽命高50％以上。
影響搭邊值的因素
(1）材料的力學(xué)性能：硬材料的搭邊值可小一些；軟材料、脆材料的搭邊值要大一些。
(2）材料厚度：材料越厚，搭邊值也越大。
(3）沖裁件的形狀與尺寸：零件外形越復(fù)雜，圓角半徑越小，搭邊值取大些。
(4）送料及擋料方式：用手工送料，有側(cè)壓裝置的搭邊值可以小一些；用側(cè)刃定距比用擋料銷定距的搭邊小一些。
(5）卸料方式：彈性卸料比剛性卸料的搭邊小一些。
搭邊值是由經(jīng)驗(yàn)確定的。表2.2.2為最小搭邊值的經(jīng)驗(yàn)數(shù)表之一，供設(shè)計(jì)時(shí)參考。
表2.2.2 最小搭邊值
2.2.3 零件毛坯尺寸計(jì)算
查表1.2.2，確定搭邊值：
兩工件間的搭邊值：a1=2.2mm
工件邊緣的搭邊值：a=2.5mm
步距為：S=32.2mm
條料寬度：=
=
=
式中——條料寬度方向沖裁件的最大尺寸；
a ——側(cè)搭邊值，可參考表2.2.2；
△——條料寬度的單向（負(fù)向）偏差，表2.2.3、表1.2.4；
表2.2.3條料寬度偏差 (mm)
條料寬度B/mm
材料厚度t/mm
～1
1～2
2～3
3～5
～50
0.4
0.5
0.7
0.9
50～100
0.5
0.6
0.8
1.0
100～150
0.6
0.7
0.9
1.1
150～220
0.7
0.8
1.0
1.2
220～300
0.8
0.9
1.1
1.3
表1.2.4條料寬度偏差 (mm)
條料寬度B/mm
材料厚度t/mm
～0.5
﹥0.5～1
﹥1～2
～20
0.05
0.08
0.10
﹥20～30
0.08
0.10
0.15
﹥30～50
0.10
0.15
0.20
2.2.4 材料利用率的計(jì)算
確定后排樣圖如下圖2.3：
圖2.3 排樣圖
查板材標(biāo)準(zhǔn)，宜選取8501500mm的軋制薄鋼板，厚度允許偏差為。
每張鋼板可裁條料數(shù)為C：
C=根
每張鋼板能沖出的工件數(shù)目N:
N=個(gè)
一個(gè)步距內(nèi)的材料利用率η為：
η=
=
=
材料總的利用率為：
=
=
=
式中N —— 一張板料能沖出的工件數(shù)目
A —— 一個(gè)工件的實(shí)際面積
—— 一根條料寬度
—— 板料總寬度
L —— 條料總長(zhǎng)度
即每張板料的材料利用率為。
2.3沖裁力和壓力中心的計(jì)算
2.3.1沖裁力
在沖裁過(guò)程中，沖裁力是隨凸模進(jìn)入材料的深度（凸模行程）而變化的。圖2.3.1 所示為Q235鋼沖裁時(shí)的沖裁力與凸模行程變化曲線，圖中OA段相當(dāng)于沖裁的彈性變形階段，凸模接觸材料后，載何急劇上升，當(dāng)凸模刃口一旦擠入材料，即進(jìn)入塑性變形階段后，載荷的上升就緩慢下來(lái)，如 AB段所示。雖然由于凸模擠入材料使承受沖裁力的材料面積減小，但只要材料加工硬化的影響超過(guò)受剪面積減小的影響，沖裁力就繼續(xù)上升，當(dāng)兩者達(dá)到相等影響的瞬間，沖裁力達(dá)最大值，即圖中的 B點(diǎn)。此后，受剪面積的減少超過(guò)了加工硬化的影響，于是沖裁力下降。 凸模繼續(xù)下壓，材料內(nèi)部的微裂紋迅速擴(kuò)張，沖裁力急劇下降，如圖BC段所示，此為沖裁的斷裂階段。CD段壓力主要是用于克服磨擦力和將材料由凹模內(nèi)的料推出。通常所說(shuō)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(jì)模具的重要依據(jù)之一。
圖 2.3.1 沖裁力與凸模行程曲線
圖 2.3.2 卸料力、推料力、頂件力示意圖
計(jì)算沖裁力的目的是為了選用合適的壓力機(jī)、設(shè)計(jì)模具和檢驗(yàn)?zāi)＞叩膹?qiáng)度。壓力機(jī)的噸位必須大于所計(jì)算的沖裁力，以適應(yīng)沖裁的需求。普通平刃沖裁模，其沖裁力F一般可按下式計(jì)算：
（2-1）
式中F ——沖裁力；
—— 材料抗剪強(qiáng)度 (MPa)；
L ——沖裁周邊總長(zhǎng)(mm)；
t ——材料厚度(mm)；
K ——系數(shù) ；
系數(shù) K是考慮到?jīng)_裁模刃口的磨損、 凸模與 凹模間隙之波動(dòng)(數(shù)值的變化或分布不均)、潤(rùn)滑情況 、材料力學(xué)性能與厚度公差的變化等因素而設(shè)置的安全系數(shù)，一般取K=1.3。
表2.3.1 部分常用材料的力學(xué)性能
當(dāng)查不到抗剪強(qiáng)度時(shí)，可用抗拉強(qiáng)度代替，而取K＝1的近似計(jì)算法計(jì)算。公式為：
（2-2）
式中——材料的抗拉強(qiáng)度。
當(dāng)上模完成一次沖裁后，沖入凹模內(nèi)的制件或廢料因彈性擴(kuò)張而梗塞在凹模內(nèi)，模面上的材料因彈性收縮而緊箍在凸模上。為了使沖裁工作繼續(xù)進(jìn)行，必須將箍在凸模上的材料料刮下，將梗塞在凹模內(nèi)的制件或廢料向下推出或向上頂出。從凸模上刮下材料所需的力，稱為卸料力；從凹模內(nèi)向下推出制件或廢料所需的力，稱為推料力；從凹模內(nèi)向上頂出制件需的力，稱為頂件力 (圖2.3.2)。影響卸料力、推料力和頂件力的因素很多，要精確地計(jì)算是困難的。在實(shí)際生產(chǎn)中常采用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：
卸料力 （2-3）
推料力 （2-4）
頂件力 （2-5）
式中 F——沖裁力(N)；
——卸料力系數(shù)，其值為見表2.3.2 (薄料取大值，厚料取小值)；
——推料力系數(shù)，其值為見表2.3.2 (薄料取大值，厚料取小值)；
——頂件力系數(shù)，其值為見表2.3.2 (薄料取大值，厚料取小值)；
n——梗塞在凹模內(nèi)的制件或廢料數(shù)量(n＝h/t);
h——凹模洞口的直刃口部分的高度(mm)；
t——材料厚度(mm)。卸料力和頂件力還是設(shè)計(jì)卸料裝置和彈頂裝置中彈性元件的依據(jù)。
表2.3.2 卸料力、推料力、頂件力系數(shù)
材料厚度t/mm
鋼
≤0.1
0.065～0.075
0.1
0.14
＞0.1～0.5
0.045～0.055
0.063
0.08
＞0.5～2.5
0.04～0.05
0.055
0.06
＞2.5～6.5
0.03～0.04
0.045
0.05
＞6.5
0.02～0.03
0.025
0.03
鋁、鋁合金
0.025～0.08
0.03～0.07
純銅、黃銅
0.02～0.06
0.03～0.09
注：卸料力系數(shù)，在沖多孔、大搭邊和輪廓復(fù)雜時(shí)取上限值。
2.3.2沖裁力的計(jì)算
由于該沖裁件是落料、沖孔倒裝復(fù)合模，只受沖裁力、卸料力、推件力，其沖裁力由公式（2-1）計(jì)算。
沖裁力
沖孔力
式中L—— 沖裁輪廓的總長(zhǎng)度（mm)；
—— 板料的抗拉強(qiáng)度（Mpa）查下表2.3.1；
t—— 板料厚度（mm)；
C—— 圓周長(zhǎng)（mm)；
卸料力由公式（2-3）計(jì)算：
卸料力
推件力的公式（2-4）計(jì)算：
推件力
式中n=6是因?yàn)橛袃蓚€(gè)孔。
2.3.3 壓力機(jī)公稱壓力的選取
沖裁時(shí)，壓力機(jī)的公稱壓力必須大于或等于沖裁各工藝力的總和。
采用彈壓卸料裝置和下出件的模具時(shí)：
（2-6）
采用彈壓卸料裝置和上出件的模具時(shí)：
（2-7）
采用剛性卸料裝置和下出件模具時(shí)：
（2-8）
在生產(chǎn)中，當(dāng)壓力機(jī)的噸位不足時(shí)，可采用凸模的階梯布置(各凸模工作端面不在一個(gè)平面)；斜刃沖裁(沖孔凸模或落料凹模作成斜刃)或加熱沖裁等措施以降低沖裁力。
因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)采用的是彈壓卸料裝置和下出件的模具，所以根據(jù)公式（2-6）計(jì)算壓力機(jī)的公稱壓力：
壓力機(jī)的公稱壓力
2.3.4 壓力中心的確定
沖壓力合力的作用點(diǎn)稱謂模具壓力中心。為了確保壓力機(jī)和模具正常工作，應(yīng)使沖裁模的壓力中心與壓力機(jī)滑塊的中心相重合。否則，會(huì)使沖裁模和壓力機(jī)滑塊產(chǎn)生偏心載荷，使滑塊和導(dǎo)軌間產(chǎn)生過(guò)大的磨損，模具導(dǎo)向零件加速磨損，降低模具和壓力機(jī)的使用壽命。
沖裁模的壓力中心，可按下述原則來(lái)確定：
1.對(duì)稱形狀的單個(gè)沖裁件，沖裁模的壓力中心就是沖裁件的幾何中心。
2.工件形狀相同且分布位置對(duì)稱時(shí)，沖模的壓力中心與零件的對(duì)稱中心相重合。
2.形狀復(fù)雜的零件、多孔沖裁模、級(jí)進(jìn)模的壓力中心可用解析計(jì)算法求出沖裁模壓力中心。另外還可以用作圖法、懸掛法等。解析法的計(jì)算依據(jù)是：各分力對(duì)某坐標(biāo)軸的力矩之代數(shù)和等于諸力的合力對(duì)該軸的力矩。求出合力作用點(diǎn)的座標(biāo)位置O0(x0,y0)，即為所求模具的壓力中心(如圖2.3.4)。
圖 2.3.4 解析法求壓力中心
a）復(fù)雜零件沖壓壓力中心; b）多凸模沖壓壓力中心
?
?
計(jì)算公式為：
(2-9)
因沖裁力與沖裁周邊長(zhǎng)度成正比，所以式中的各沖裁力 P１、P２、P３……Pn，可分別用各沖裁周邊長(zhǎng)度 L１、L２、L３……Ln代替，即：
(2-10)
由于該零件x方向?qū)ΨQ，如圖 2.3.5所示，根據(jù)公式(2-10)計(jì)算，故壓力中心x0=32.5mm
式中:L1=24mm Y1=12mm
L2=60mm Y2=0mm
L3=24mm Y3=12mm
L4=14.5mm Y4=12mm
L5=38.61mm Y5=27.97mm
L6=14.5mm Y6=24mm
L7=31.4mm Y7=12mm
L8=31.4mm Y8=12mm
計(jì)算時(shí)，忽略邊緣4×R2.5圓角。由以上計(jì)算可知沖裁件的壓力中心的坐標(biāo)為（32.5，13）。
圖2.3.5 沖裁件的壓力中心
2.3.5壓力機(jī)的選擇
一般情況下，設(shè)備的公稱壓力應(yīng)大于或等于成型工藝所需力和輔助工藝力總和的1.3倍。根據(jù)總沖壓力F=252.85KN,模具閉合高度，沖床工作臺(tái)面尺寸等，并結(jié)合現(xiàn)有設(shè)備，選用J23-63雙柱開式可傾壓力機(jī)。
壓力機(jī)主要參數(shù)：
壓力機(jī)技術(shù)規(guī)格：J23—63
公稱壓力：630KN
滑塊行程：120mm
滑塊行程及次數(shù)：70次/分
最大閉合高度：360mm
閉合高度調(diào)節(jié)量：90mm
工作臺(tái)尺寸(前后×左右)：480mm×710mm
此壓力機(jī)規(guī)定完全符合本模具所要求條件、故選用此壓力機(jī)。
2.3.6 降低沖裁力的措施
圖2.3.6減小沖裁力的設(shè)計(jì)
當(dāng)采用平刃沖裁壓力過(guò)大時(shí)，或因現(xiàn)有設(shè)備無(wú)法滿足沖裁需要時(shí)，可采用斜刃進(jìn)行沖裁以降低沖裁力。為了能得到平整的工件，落料時(shí)斜刃做在凸模上，如圖2.3.6a所示。斜刃一般做成中間凹進(jìn)的形狀。
在沖壓高強(qiáng)度材料、厚料和大尺寸沖壓件時(shí)，需要的沖裁力較大，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)壓力機(jī)的噸位不足時(shí)，為不影響生產(chǎn)，可采用一些有效措施降低沖裁力。
1.凸模的階梯布置（如圖2.3.6）
凸模階梯布置由于各凸模工作端面不在一個(gè)平面，各凸模沖裁力的最大值不同時(shí)出現(xiàn)，從而達(dá)到降低沖裁力的目的。當(dāng)凸模直徑有較大差異時(shí)，一般把小直徑凸模做短一些，高度差H=(0.5～1 )t。凸模的階梯布置會(huì)給刃磨造成一定困難，僅在小批量生產(chǎn)采用。
圖2.3.7 斜刃沖裁
（a）、（b）落料凹模為斜刃；（c）、（d）、（e）沖孔凸模為斜刃；（f）用于切口或切斷的單邊斜刃
2.斜刃沖裁（如圖2.3.7）
斜刃是將沖孔凸?；蚵淞习寄５墓ぷ魅锌谧鞒尚比?，沖裁時(shí)刃口不是全部同時(shí)切入，而是逐步地將材料分離，能顯著降低沖裁力，但斜刃刃口制造和刃磨都比較困難，刃口容易磨損，沖件也不夠平整。為了能得到較平整的工件，落料時(shí)斜刃做在凹模上；沖孔時(shí)斜刃做在凸模上。
另外，加熱沖裁使金屬抗剪強(qiáng)度降低，也能降低沖裁力。
3 止動(dòng)件的模具設(shè)計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)選用
由沖壓工藝分析可知，采用復(fù)合沖壓模具，復(fù)合沖壓模具有倒裝和順裝之分，倒裝復(fù)合模在結(jié)構(gòu)上比順裝簡(jiǎn)單，少一套排除沖孔廢料的打料裝置，因此優(yōu)先選用倒裝復(fù)合模。
3.1 模具零件的分類和標(biāo)準(zhǔn)化
3.1.1模具零件的分類
按模具零件的不同作用，可將其分為工藝零件和結(jié)構(gòu)零件兩大類。工藝零件是在完成沖壓工序時(shí)，與材料或制件直接發(fā)生接觸的零件；結(jié)構(gòu)零件是在模具的制造和使用中起裝配、安裝、定位作用的零件，以及制造和使用中起導(dǎo)向作用的零件冷沖壓模具零件的詳細(xì)分類如下表：
3.1.2模具標(biāo)準(zhǔn)化的意義
模具標(biāo)準(zhǔn)化，就是將模具的許多零件的形狀和尺寸以及各種典型組合和典型結(jié)構(gòu)按統(tǒng)一結(jié)構(gòu)形式及尺寸，實(shí)行標(biāo)準(zhǔn)系列并組織專業(yè)化生產(chǎn)，以充分滿足用戶選用，象普通工具一樣在市場(chǎng)上銷售和選購(gòu)。模具標(biāo)準(zhǔn)化還可促使模具工業(yè)的發(fā)展，促進(jìn)技術(shù)交流，簡(jiǎn)化模具設(shè)計(jì)，縮短生產(chǎn)周期。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)總局制訂了 GB2851～2875～90冷沖模國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)模具類型、導(dǎo)向方式、送料方向、凹模形狀等不同，規(guī)定了十四種典型組合形式。每一種典型組合中，又規(guī)定了多種凹模周界尺寸 (長(zhǎng)×寬)以及相配合的凹模厚度、凸模高度、模架類型和尺寸及固定板、卸料板、墊板、導(dǎo)料板等具體尺寸，還規(guī)定了選用標(biāo)準(zhǔn)件的種類、規(guī)格、數(shù)量、位置及有關(guān)的尺寸。這樣在進(jìn)行模具設(shè)計(jì)時(shí)，僅設(shè)計(jì)直接與沖壓件有關(guān)的部分，其余都可從標(biāo)準(zhǔn)中選取。簡(jiǎn)化了模具設(shè)計(jì)，縮短了設(shè)計(jì)周期，為模具的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。
3.2模具工作零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.2.1凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
(一)凸模的結(jié)構(gòu)形式
圖3.2.2 整體式凸模
圖 3.2.1 鑲拼式凸模圖
凸模結(jié)構(gòu)通常分為兩大類。一類是鑲拼式，圖 3.2.1，另一類為整體式。整體式中，根據(jù)加工方法的不同，又分為直通式 (圖3.2.2c)和臺(tái)階式(圖3.2.2a、b)。直通式凸模的工作部分和固定部分的形狀與尺寸做成一樣，這類凸模一般采用線切割方法進(jìn)行加工。臺(tái)階式凸模一般采用機(jī)械加工，當(dāng)形狀復(fù)雜時(shí)，成形部分常采用成型磨削。對(duì)于圓形凸模, GB2863—81的冷沖模標(biāo)準(zhǔn)已制訂出這類的凸模的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)形式與尺寸規(guī)格(圖3.2.3)。設(shè)計(jì)時(shí)可按國(guó)標(biāo)選擇。
圖3.2.3 標(biāo)準(zhǔn)圓形凸模
圖 3.2.4 凸模長(zhǎng)度的確定
(二)凸模長(zhǎng)度的確定(圖3.2.4)
凸模長(zhǎng)度應(yīng)根據(jù)模具結(jié)構(gòu)的需要來(lái)確定。若采用固定卸料板和導(dǎo)料板結(jié)構(gòu)時(shí)，凸模的長(zhǎng)度應(yīng)該為：
L＝h1＋h2＋h3（15～20）mm（3—1)
式中：h1、h2、h3分別為凸模固定板、卸料板、導(dǎo)料板的厚度。15～20mm為附加長(zhǎng)度，包括凸模的修磨量，凸模進(jìn)入凹模的深度及凸模固定板與卸料板間的安全距離。
(三)凸模材料
模具刃口要求有較高的耐磨性，并能承受沖裁時(shí)的沖擊力。因此應(yīng)有高的硬度與適當(dāng)?shù)捻g性。形狀簡(jiǎn)單且模具壽命要求不高的凸?？蛇x用 T8A、T10A等材料；形狀復(fù)雜且模具有較高壽命要求的凸模應(yīng)選 Cr12、Cr12MoV、CrWMn等制造，HRC取58～62，要求高壽命、高耐磨性的凸模，可選硬質(zhì)合金材料。
(四)凸模強(qiáng)度和剛度
在一般情況下，凸模的強(qiáng)度是足夠的，不必進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。但是，對(duì)細(xì)長(zhǎng)的凸模，或凸模斷面尺寸較小而毛坯厚度又比較大的情況下，必須進(jìn)行承壓能力和抗縱向彎曲能力兩方面的校驗(yàn)。
1．凸模承載能力校核凸模最小斷面承受的壓應(yīng)力σ，必須小于凸模材料強(qiáng)度允許的壓力［σ］，即：
σ＝P/Fmin ≤［σ］
故非圓凸模 Fmin ≥P/［σ］ (3—2)
對(duì)圓形凸模 dmin ≥4tτ/［σ］(3—3)
式中
σ ——凸模最小斷面的壓應(yīng)力 (MPa)；
P ——凸?？v向總壓力(N)；
Fmin ——凸模最小斷面積()；
dmin ——凸模最小直徑(mm)；
t——沖裁材料厚度(mm)；
τ——沖裁材料抗剪強(qiáng)度 (MPa)；
［σ］——凸模材料的許用壓應(yīng)力 (MPa)。
圖 3.2.5 凸模的自由長(zhǎng)度
a)無(wú)導(dǎo)向裝置的凸模、b)有導(dǎo)向裝置的直通式凸模 、c)有導(dǎo)向裝置的階梯式凸模
2．凸?？箯澞芰π：送鼓_裁時(shí)穩(wěn)定性校驗(yàn)采用桿件受軸向壓力的歐拉公式。根據(jù)模具結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，可分為無(wú)導(dǎo)向裝置和有導(dǎo)向裝置的凸模 (圖3.2.5)進(jìn)行校驗(yàn)。
對(duì)無(wú)導(dǎo)向裝置的凸模，其受力情況相當(dāng)于一端固定另一端自由的壓桿，其縱向的抗彎能力可用下列公式校驗(yàn)：
對(duì)圓形凸模 （3—4)
對(duì)非圓形凸模 （3—5)
有導(dǎo)向裝置的凸模，其不發(fā)生失穩(wěn)彎曲的凸模最大長(zhǎng)度為：
對(duì)圓形凸模 (3—6)
對(duì)非圓形凸模 (3—7)
以上各式中， J為凸模最小截面的慣性距(mm)；F為凸模的沖裁力(N)；d為凸模最小直徑(mm)。據(jù)上述公式可知，凸模彎曲不失穩(wěn)時(shí)的最大長(zhǎng)度 Lmax，與凸模截面尺寸、沖截力的大小、材料機(jī)械性能等因素有關(guān)。同時(shí)還受到模具精度、刃口鋒利程度、制造過(guò)程、熱處理等影響。為防止小凸模的折斷，常采用如圖 3.2.6所示的結(jié)構(gòu)進(jìn)行保護(hù)。
(五)凸模的護(hù)套
圖 3.2.6a、b是兩種簡(jiǎn)單的圓形凸模護(hù)套。圖a所示護(hù)套1、凸模2均用鉚接固定。圖b所示護(hù)套 1采用臺(tái)肩固定，凸模2很短，上端有一個(gè)錐形臺(tái)，以防卸料時(shí)拔出凸模，沖裁時(shí)，凸模依靠芯軸 3承受壓力。c所示護(hù)套1固定在卸料板(或?qū)О?4上，護(hù)套1與上模導(dǎo)板5呈H7/h6的配合，凸模 2與護(hù)套1呈H8/h8的配合。工作時(shí)護(hù)套1始終在上模導(dǎo)板5內(nèi)滑動(dòng)而不脫離(起小導(dǎo)柱作用，以防卸料板在水平方向擺動(dòng) )。當(dāng)上模下降時(shí)，卸料彈簧壓縮，凸模從護(hù)套中伸出沖孔。此結(jié)構(gòu)有效地避免了卸料板的擺動(dòng)和凸模工作端的彎曲，可沖厚度大于直徑兩倍的小孔。d是一種比較完善的凸模護(hù)套，三個(gè)等分扇形塊6固定在固定板中，具有三個(gè)等分扇形槽的護(hù)套 1固定在導(dǎo)板4中，可在固定扇形塊6內(nèi)滑動(dòng)，因此可使凸模在任意位置均處于三向?qū)蚺c保護(hù)之中。但其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，制造比較困難。采用 c、d兩種結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)注意兩點(diǎn)：一是，上模處于上止點(diǎn)位置時(shí)，護(hù)套 1的上端不能離開上模的導(dǎo)向元件(如上模導(dǎo)板5、扇形塊6，其最小重疊部分長(zhǎng)度不小于 3～5mm。其二，上模處于下止點(diǎn)位置時(shí)，護(hù)套1的上端不能受到碰撞。
圖 3.2.6 凸模護(hù)套
(六)凸模的固定方式
圖 3.2.7大凸模的固定
平面尺寸比較大的凸模，可以直接用銷釘和螺栓固定(圖3.2.7)。中、小型凸模多采用臺(tái)肩、吊裝或鉚接固定(圖3.2.8)。對(duì)于有的小凸模還可以采用粘接固定(圖3.2.9)。對(duì)于大型沖模中沖小孔的易損凸模，可以采用快換凸模的固定方法，以便于修理與更換，如圖 3.2.10所示。
圖 3.2.8中小凸模的固定方式
1—凸模 2—凸模固定板 3—墊板 4—防轉(zhuǎn)銷
5—吊裝螺釘 6—吊裝橫銷 7—上模座
圖 3.2.9 凸模的粘結(jié)固定
a)環(huán)氧樹脂固定 ;b)低熔點(diǎn)合金固定;c)無(wú)機(jī)粘結(jié)劑固定
圖3.2.10 快換式凸模的固定方法
3.2.2 凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
(一)凹模洞口的類型
常用凹模洞口類型如圖 3.2.11所示，其中a)、b)、c)型為直筒式刃口凹模。其特點(diǎn)是制造方便，刃口強(qiáng)度高，刃磨后工作部分尺寸不變。廣泛用于沖裁公差要求較小，形狀復(fù)雜的精密制件。但因廢料 (或制件)的聚集而增大了推件力和凹模的漲裂力，給凸、凹模的強(qiáng)度都帶來(lái)了不利的影響。一般復(fù)合模和上出件的沖裁模用 a)、c)型下出件的用b)或a)型。d)、e)型是錐筒式刃口，在凹模內(nèi)不聚集材料，側(cè)壁磨損小。但刃口強(qiáng)度差，刃磨后刃口徑向尺寸略有增大 (如α＝30°時(shí)，刃磨0.1mm，其尺寸增大0.0017mm)。
凹模錐角α、后角β和洞口高度 h，均隨制件材料厚度的增加而增大，一般取α＝15′～30′、β＝ 2°～3°、h＝4～10mm。
圖 3.2.11 凹模洞口的類型
圖 3.2.12 凹模外形尺寸
(二)凹模的外形尺寸
凹模的外形一般有矩形與圓形兩種。凹模的外形尺寸應(yīng)保證有足夠的強(qiáng)度、剛度和修磨量。凹模的外形尺寸一般是根據(jù)被沖材料的厚度和沖裁件的最大外形尺寸來(lái)確定的如圖 3.2.12所示。
凹模厚度H＝Kb(≥15mm) (3—8)
凹模壁厚 c＝(1.5～2)H (≥30～40mm) (3—9)
表 3.2.1 系數(shù)K值
b
材料厚度t
≤
＞
＞
＞
0.5
1
2
3
＞3
0.3
0.2
0.15
0.1
0.35
0.22
0.18
0.12
0.42
0.28
0.2
0.15
0.5
0.35
0.24
0.18
0.6
0.42
0.3
0.22
式中
b——沖裁件的最大外形尺寸；
K——系數(shù)，考慮板料厚度的影響，查表3.2.1
根據(jù)凹模壁厚即可算出其相應(yīng)凹模外形尺寸的長(zhǎng)和寬，然后可在冷沖模國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè)中選取標(biāo)準(zhǔn)值。
(三)凹模的固定方法和主要技術(shù)要求
凹模一般采用螺釘和銷釘固定。螺釘和銷釘?shù)臄?shù)量、規(guī)格及它們的位置應(yīng)可根據(jù)凹模的大小，可在標(biāo)準(zhǔn)的典型組合中查得。位置可根據(jù)結(jié)構(gòu)需要作適當(dāng)調(diào)整。螺孔、銷孔之間以及它們到模板邊緣尺寸，應(yīng)滿足有關(guān)要求。
凹模洞孔軸線應(yīng)與凹模頂面保持垂直，上下平面應(yīng)保持平行。型孔的表面有粗糙度的要求 Ra＝0.8～0.4μm。凹模材料選擇與凸模一樣，但熱處理后的硬度應(yīng)略高于凸模。
3.2.3主要工作零件的尺寸計(jì)算
本模具有落料、沖孔兩道工序，落料部分以落料凹模為基準(zhǔn)計(jì)算，落料凸模按間隙值配作；沖孔部分沖孔凸模為基準(zhǔn)計(jì)算，沖孔凹模按間隙值配作。既以落料凹模、沖孔凸模為基準(zhǔn)，凸凹模按間隙值配作。
模具刃口尺寸計(jì)算見表3.2.2
表3.2.2刃口尺寸計(jì)算
基本尺寸及分類
沖裁間隙Z
磨損系數(shù)x
計(jì)算公式
制造公差
計(jì)算結(jié)果及說(shuō)明
落料凹模
制造精度
為IT14級(jí),
故x=0.5
相應(yīng)凸模尺寸按凹模尺寸配作,保證雙面間隙在0.246～0.36之間
同上
同上
相應(yīng)凸模尺寸按凹模尺寸配作,保證單面間隙在0.123～0.18之間
同上
沖孔凸模
同上
同上
相應(yīng)凹模尺寸按凸模尺寸配作,保證雙面間隙在0.246～0.36之間
孔邊距
同上
制造精度
為IT11級(jí),
故x=0.75
同上
孔心距
同上
x=0.5
落料凹模板尺寸
凹模板厚度：
凹模邊壁厚：
實(shí)取c=30mm
凹模板邊長(zhǎng)：
查國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)JB/T6743.1-94：凹模板寬B=125mm
故確定凹模板外形尺寸為：125×125×18(mm)。將凹模板作成薄型形式并加空心墊板后實(shí)取為：125×125×14(mm)。
凸凹模尺寸
凸凹模長(zhǎng)度：
其中：——凸凹模固定板厚度；
——彈性厚度；
——增加長(zhǎng)度（包括凸模進(jìn)入凹模深度，彈性元件安裝高度等）；
凸凹模內(nèi)外刃口間壁厚校核：根據(jù)沖裁件結(jié)構(gòu)凸凹模內(nèi)外刃口最小壁厚為7mm，根據(jù)強(qiáng)度要求查《沖壓模具設(shè)計(jì)與制造》表2.9.6知,該壁厚為4.9mm即可,故該凸凹模側(cè)壁強(qiáng)度足夠。
沖孔凸模長(zhǎng)度
凸模長(zhǎng)度：
其中：——凸模固定板厚度；
——空心墊板厚度；
——凹模板厚度；
凸模強(qiáng)度校核：該凸模不屬于細(xì)長(zhǎng)桿，強(qiáng)度足夠。具體結(jié)構(gòu)參見圖紙。
3.3 定位零件的設(shè)計(jì)
為保證出外形完整的合格零件。毛坯在模具中應(yīng)該有正確的位置，稱謂定位。定位應(yīng)符合六點(diǎn)定位原則。正確位置是依靠定位零件來(lái)保證的。由于毛坯形式和模具結(jié)構(gòu)不同，所以定位零件的種類很多。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)毛坯形式、模具結(jié)構(gòu)、零件公差大小、生產(chǎn)效率等進(jìn)行選擇。定位包含控制送料進(jìn)距的擋料和垂直方向的導(dǎo)料等。
該模具沖裁用的是條料，控制條料的送進(jìn)方向采用無(wú)側(cè)壓裝置?？刂茥l料的送進(jìn)步距，采用擋料銷定距。同時(shí)接觸兩個(gè)導(dǎo)料銷和一個(gè)擋料銷來(lái)進(jìn)行精確定位。從凹模強(qiáng)度考慮，采用彈頂式導(dǎo)料銷。為了便于送料且有利于防止條料偏斜，將兩個(gè)圖3.2.13 定位裝置
導(dǎo)料銷的位置適當(dāng)?shù)叵鄬?duì)中心距進(jìn)行擴(kuò)大，且又考慮到工作人員的安全操作，將兩個(gè)導(dǎo)料銷置于近人的一側(cè)。擋料銷選用固定擋料銷，將其設(shè)置在凹模型孔出料一側(cè)，利于落料以后的廢料孔進(jìn)行擋料，控制送料進(jìn)距。如圖3.2.13所示。
3.3.1擋料銷
國(guó)標(biāo)中常見的擋料銷有三種形式。固定擋料銷 (圖3.3.1)活動(dòng)擋料銷(圖3.3.2)和始用擋料銷(圖3.3.3)。固定擋料銷安裝在凹模上，用來(lái)控制條料的進(jìn)距。特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便。由于安裝在凹模上，安裝孔可造成凹模強(qiáng)度的削弱。常用的有圓形和鉤形擋料銷。活動(dòng)擋料銷常用于倒裝復(fù)合模中。始用擋料銷用于級(jí)進(jìn)模中開始定位
圖3.3.1 固定擋料銷
圖3.3.2 活動(dòng)擋料銷
1—簧片(或彈簧) 2—始用檔塊 3—導(dǎo)料板 4—固定卸料板
圖 3.3.3始用擋料裝置
3.3.2導(dǎo)料銷
導(dǎo)料銷通常與擋料銷配合使用在級(jí)進(jìn)模中，以減小定位誤差，保證孔與外形的相對(duì)位置尺寸要求。當(dāng)零件上有適宜于導(dǎo)料銷導(dǎo)正用的孔時(shí)，導(dǎo)料銷固定在落料凸模上。按其固定方法可分為如圖 3.3.4所示的六種。圖 a)、b)、c)用于直徑小于10mm的孔導(dǎo)正；圖d)用于直徑為10～30mm的孔；圖e)用于直徑為 20～50mm的孔。為了便于裝卸，對(duì)小的導(dǎo)料銷也可采用圖 f所示的結(jié)構(gòu)，其更換十分方便。
當(dāng)零件上沒有適宜于導(dǎo)料銷導(dǎo)正用的孔時(shí)，對(duì)于工步數(shù)較多、零件精度要求較高的級(jí)進(jìn)模，應(yīng)在條料兩側(cè)的空位處設(shè)置工藝孔，以供導(dǎo)料銷導(dǎo)正條料用。此時(shí)，導(dǎo)料銷固定在凸模固定板上或彈壓卸料板上，圖 3.3.5所示。
圖 3.3.4 導(dǎo)正銷在凸模上的固定形式
圖 3.3.5 固定在凸模固定板上的導(dǎo)正銷1—上模座 2—凸模固定板 3—卸料板 4—導(dǎo)正銷 5—彈簧 6—螺塞 7—頂銷
圖3.3.6 擋料銷的位置
當(dāng)導(dǎo)料銷與擋料銷配合使用時(shí)，其相互位置如圖 3.3.6所示。
如按圖 a)所示方式定位，其擋料銷的位置尺寸可按下式計(jì)算：
L = A - DP/2 + D/2 + 0.1
= A - (DP - D)/2 + 0.1
如按圖 b)所示方式定位，其擋料銷的位置尺寸可按下式計(jì)算：
L`= A + DP/2 -D/2 -0.1
= A + (DP - D)/2 - 0.1
式中
A——步距(mm)；
Dp——落料凸模直徑(mm)；
D——擋料銷頭部直徑(mm)；
L、L`——擋料銷軸心與落料凸模軸心距(mm)。
3.3.3定位板和定位釘
定位板和定位釘是作為單個(gè)毛坯的定位裝置，以保證前后工序相對(duì)位置精度或?qū)ぜ?nèi)孔與外輪廓的位置精度的要求。圖 3.3.6a)所示為毛坯外輪廓定位，圖3.3.6b)所示為毛坯內(nèi)孔定位。
圖 3.3.6 定位板和定位釘
a)外輪廓定位 b)孔定位
3.3.5送料方向的控制
條料的送料方向是條料靠著一側(cè)的導(dǎo)料板，沿著設(shè)計(jì)的送料方向?qū)蛩瓦M(jìn)。標(biāo)準(zhǔn)的導(dǎo)料板結(jié)構(gòu)見國(guó)標(biāo) (GB2865.1－81)。而采用導(dǎo)料銷時(shí)，要選用兩個(gè)。導(dǎo)料銷的結(jié)構(gòu)與擋料銷相同。
為了保證送料精度，使條料緊靠一側(cè)的導(dǎo)料板送進(jìn)，可采用側(cè)壓裝置。圖 3.3.7所示為常用的幾種結(jié)構(gòu)?；善接糜诹虾裥∮?mm，側(cè)壓力要求不大的情況。彈簧壓塊式和彈簧板式用于側(cè)壓力較大的場(chǎng)合。彈簧壓板式側(cè)壓力均勻，它安裝在進(jìn)料口，常用于側(cè)刃定距的級(jí)進(jìn)模?；善胶蛷椈蓧簤K式使用時(shí)，一般設(shè)置 2—3個(gè)。
圖3.3.7側(cè)壓裝置
a)彈簧側(cè)壓塊式；b)簧片式；c) 簧片側(cè)壓塊式 d) 彈簧壓板式
3.4卸料與推件裝置的設(shè)計(jì)
為了保證沖裁的連續(xù)進(jìn)行，還要設(shè)計(jì)卸料和推件裝置。因?yàn)楸灸＞呤堑寡b模具，工件所用條料厚度為2mm，相對(duì)較薄，卸料力較小，故采用彈壓卸料裝置，逆出件的方式生產(chǎn)。彈壓卸料裝置主要有卸料板、卸料鏍釘與彈性元件組成。
由于本模具采用彈壓卸料裝置，對(duì)于無(wú)精確導(dǎo)向的普通模具，應(yīng)取臺(tái)階寬度，臺(tái)階高度取，式中的h為卸料板厚度，t為板料厚度，所以尺寸為安全尺寸。彈壓卸料板的型孔與凸模應(yīng)有適當(dāng)?shù)拈g隙，為了滿足卸料要求，只要單邊間隙小于板厚就可以了。為了提高壓料效果，又對(duì)間隙值進(jìn)行了適當(dāng)?shù)姆判。涂着c凸模之間的雙邊間隙可取0.1~0.3mm，為了卸料可靠裝配模具時(shí)彈壓卸料板的壓料面積應(yīng)超出凸模端面0.2~0.5mm。型孔與凸模取H7/n6配合。
3.4.1 卸料零件的設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)卸料零件的目的，是將沖裁后卡箍在凸模上或凸凹模上的制件或廢料卸掉，保證下次沖壓正常進(jìn)行。常用的卸料方式有：
(1) 剛性卸料
剛性卸料是采用固定卸料板結(jié)構(gòu)。常用于較硬、較厚且精度要求不高的工件沖裁后卸料。當(dāng)卸料板只起卸料作用時(shí)與凸模的間隙隨材料厚度的增加而增大，單邊間隙取 (0.2～0.5)t。當(dāng)固定卸料板還要起到對(duì)凸模的導(dǎo)向作用時(shí)，卸料板與凸模的配合間隙應(yīng)小于沖裁間隙。此時(shí)，要求卸料后凸模不能完全脫離卸料板，保證凸模與卸料板配合大于5mm。
常用固定卸料板如圖 3.4.1所示。圖a)是卸料與導(dǎo)料為一體的整體式卸料板；圖b)是卸料與導(dǎo)料板分開的組合式卸料板，在沖裁模中應(yīng)用最廣泛；圖c)是用于窄長(zhǎng)零件的沖孔或切口卸件的懸臂式卸料板；圖d)是在沖底孔時(shí)用來(lái)卸空心件或彎曲件的拱形卸料板。
圖 3.4.1 固定卸料板
(2) 彈壓卸料板
彈壓卸料板具有卸料和壓料的雙重作用，主要用于沖裁料厚在 1.5mm以下的板料，由于有壓料作用，沖裁件比較平整。彈壓卸料板與彈性元件 (彈簧或橡皮)、卸料螺釘組成彈壓卸料裝置。如圖3.4.2所示。卸料板與凸模之間的單邊間隙選擇(0.1～0.2)t，若彈壓卸料板還要起對(duì)凸模導(dǎo)向作用時(shí)，二者的配合間隙應(yīng)小于沖裁間隙。彈性元件的選擇，應(yīng)滿足卸料力和沖裁模結(jié)構(gòu)的要求。設(shè)計(jì)時(shí)可參考有關(guān)的設(shè)計(jì)資料。圖a)用橡膠塊直接卸料；c)、e)為倒裝式卸料；d)是一種組合式的卸料板，該卸料板為細(xì)長(zhǎng)小凸模導(dǎo)向，而小導(dǎo)柱4又對(duì)卸料板導(dǎo)向。采用圖b)結(jié)構(gòu)時(shí)，凸臺(tái)部分的設(shè)計(jì)高度h=H-(0.1～0.3)t。
圖 3.4.2 彈性卸料裝置 a)向上卸料 b)向下卸料
3.4.2彈性元件的選用和計(jì)算
結(jié)合本模具特點(diǎn)，在此選用彈簧作為彈性元件，在沖裁模中常用圓柱螺旋壓縮彈簧，一般用65Mn或60Si2Mn等彈簧鋼絲繞制而成。優(yōu)選60Si2Mn彈簧鋼作為彈性材料，熱處理硬度為40~48HRC，彈簧兩端并緊并需磨平。
參考《實(shí)用沖壓模具設(shè)計(jì)手冊(cè)》選取步驟如下：
初步確定彈簧個(gè)數(shù)n：考慮到模具受力均勻，n取4；
根據(jù)總卸料力 和初步確定的彈簧個(gè)數(shù)n算出每個(gè)彈簧的預(yù)壓力Fy：
按1.5Fy估算彈簧的極限工作負(fù)荷：
選取彈簧規(guī)格為：D=22mm d=4mm H0=65mm
計(jì)算彈簧的預(yù)壓縮量：
因?yàn)樾读习骞ぷ餍谐?，凸、凹模刃口修磨量，則彈簧的實(shí)際最大壓縮量H為：
結(jié)論：所選取的彈簧滿足使用要求。
3.4.3推件和頂件裝置的設(shè)計(jì)
圖 3.4.3 剛性推件裝置
1—打桿 2—推板 3—推桿 4—推件塊
推件和頂件的目的，是將制件從凹模中推出來(lái) (凹模在上模)或頂出(凹模在下模)。推件力是通過(guò)壓力機(jī)的橫梁作用在一些傳力元件上，使推件力傳遞到推件板上將制件(或廢料)推出凹模。推板的形狀和推桿的布置應(yīng)根據(jù)被推材料的尺寸和形狀來(lái)確定。常見的剛性推沖件裝置如圖3.4.3，彈性推件裝置如圖3.4.4。
設(shè)計(jì)在下模的彈性頂件裝置，如圖3.4.5所示。通過(guò)凸模下壓使彈性元件在沖壓時(shí)貯存能量，模具回程時(shí)，頂件器的彈性元件釋放能量，頂件塊將材料從凹模洞中頂出。
1—橡膠塊 2—推板 3—推桿 4—推件塊
圖3.4.5 彈性頂件裝置
1—頂件塊 2—頂桿 3—支承板 4—橡膠塊圖 3.4.4 彈性頂件裝置
為了防止推件塊從凹模內(nèi)脫出，其結(jié)構(gòu)形式一般采用凸緣式，在此結(jié)合本模具的結(jié)構(gòu)形式采用凸緣與本體分開，即分體結(jié)構(gòu)。
推件塊是出件裝置中最重要的零件，其截面形狀與凸凹模很相似，其外形與凹模有配作關(guān)系，其內(nèi)形以與凸模有配作關(guān)系，因此加工難度較大。工作時(shí)，推件塊應(yīng)避免卡死。為此推件塊內(nèi)形按凸模配作成H8/h7小間隙配合，而外形按凹模配作成H11/h11大間隙配合。
圖3.4.5 出件裝置
推件塊在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保證下極點(diǎn)位置的端面超出凹模面0.2~1.5mm，以便出件時(shí)使工件與凹模徹底脫離。推件塊在上極點(diǎn)位置時(shí)，其工作段不應(yīng)脫離凹模直壁面，應(yīng)有不小于4mm的配作段，而且此時(shí)凹模內(nèi)到少應(yīng)容納3~4片工件，以便在出件裝置失靈時(shí)，操作者有足夠的時(shí)間停機(jī)。一致于發(fā)生撞擊而損壞模具或機(jī)床。
根據(jù)本模具特點(diǎn)，選用壓力機(jī)的特點(diǎn)，及以上對(duì)推件塊的設(shè)計(jì)