Φ32雙耳止動(dòng)墊圈沖孔落料級(jí)進(jìn)模具設(shè)計(jì)【沖壓模含SW三維及30張CAD圖帶開(kāi)題報(bào)告】
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1IΦ32 雙耳止動(dòng)墊圈沖孔落料級(jí)進(jìn)模具設(shè)計(jì)摘要： 本次模具設(shè)計(jì)是從零件的工藝分析開(kāi)始的， 根據(jù)工藝要求來(lái)確定 整個(gè) 制 件 的 沖 壓 工 藝 方 案 。 其 開(kāi) 始 是 確 定 該 模 具 類(lèi) 型 為 沖 孔 -落 料 級(jí) 進(jìn) 模 ， 計(jì) 算 制 件 毛 坯 尺 寸 ， 確 定 沖 裁 次 數(shù) ， 作 工 藝 計(jì) 算 ， 計(jì) 算 出 沖 裁 時(shí) 的 沖 裁 力 、 卸 料 力 、 推 件 力。確定模具的壓力中心，選擇壓力機(jī)和確定沖模的閉合高度，設(shè)計(jì)出卸料板、 導(dǎo) 柱 和 導(dǎo) 套 、 凹 模 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 、 凸 模 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 、 定 位 零 件 、 彈 性 卸 料 裝 置 、 彈 簧 的 選 用 、 模 柄 與 模 架 等 模 具 的 主 要 零 部 件 ， 從 而 完 成 整 個(gè) 模 具 的 設(shè) 計(jì) 工 作 。 利 用 CAXA 軟件對(duì)模具的裝配圖和零件圖的繪制。關(guān) 鍵 詞 : 沖 壓 模 具 ； 沖 壓 成 型 ； 模 具 設(shè) 計(jì) IVDesign of piercing blanking progressive die for 32 double ear washersABSTRACT： Mold design starts from the process analysis of the parts, and determines the stamping process plan of the whole piece according to the process requirements. Firstly determined the type of die for punching - blanking progressive die, then calculate the size of the blank parts, determine the number of blanking, and the process is calculated to acquire the blanking force, stripping force and pushing force. Determine the pressure center of the die, select the press and determine the closing height, design the stripper plate, guide column and guide sleeve, die structure, punch structure, positioning part, elastic tripper, die handle and die frame and other main parts, so as to complete the design work of the whole die. Use CAXA software to draw the assembly drawing and part drawing of the die.Key words： Stamping die ,Punch forming , Mold designI1II目 錄1 緒 論 ..................................................................................................................11.1 本課題研究的目的意義 .........................................................................11.2 國(guó)內(nèi)外模具發(fā)展的現(xiàn)狀 .........................................................................11.2.2 國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀 ..............................................................................11.3 本課題研究的內(nèi)容 .................................................................................12 沖壓件工藝分析 ................................................................................................32.1 沖壓件工藝分析 .....................................................................................32.2 沖壓工藝方案的確定 .............................................................................33 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ....................................................................................................54 設(shè)計(jì)計(jì)算 ............................................................................................................74.1 排樣方式的確定及計(jì)算 .........................................................................74.2 搭邊的作用及搭邊值的確定 .................................................................74.3 排樣圖及材料利用率 .............................................................................84.3.1 排樣圖 ..........................................................................................8對(duì)排、橫排、縱排三種排樣圖如下圖 4-2 所示排樣所示。 .............84.3.2 排料利用率 ..................................................................................94.4 沖裁力、卸料力、頂件力及推件力的計(jì)算 .......................................104.4.1 沖裁力的計(jì)算 ............................................................................104.4.2 卸料力、頂件力及推件力 ........................................................104.5 壓力機(jī)所需總壓力計(jì)算 .......................................................................114.6 沖裁壓力中心的計(jì)算 ...........................................................................114.7 壓力機(jī)的選擇 .......................................................................................135 模具零件設(shè)計(jì) ..................................................................................................155.1 凸、凹模設(shè)計(jì) .......................................................................................15IV5.1.1 沖裁間隙 ....................................................................................155.1.2 凸、凹模刃口尺寸的計(jì)算 ........................................................155.1.3 凸、凹模的設(shè)計(jì)原則 ................................................................175.1.4 凸、凹模強(qiáng)度計(jì)算 ....................................................................185.2 輔助零件設(shè)計(jì)與選用 ...........................................................................205.2.1 導(dǎo)正銷(xiāo)的設(shè)計(jì) ............................................................................205.2.2 卸料裝置 ....................................................................................225.2.3 頂料裝置 ....................................................................................225.2.4 限位裝置 ....................................................................................235.2.5 模柄的選用 ................................................................................245.2.6 螺釘與銷(xiāo)釘?shù)倪x用 ....................................................................245.2.7 彈簧的選用 ................................................................................255.2.8 導(dǎo)柱、導(dǎo)套的選用 ....................................................................255.2.9 標(biāo)準(zhǔn)模架的選用 ........................................................................266 其他說(shuō)明 ..........................................................................................................296.1 材料選擇 ...............................................................................................296.2 公差與配合 ...........................................................................................297 設(shè)計(jì)總結(jié) ..........................................................................................................317.1 論文主要工作 .......................................................................................317.2 下一步工作及展望 ...............................................................................31致 謝 ....................................................................................................................33參考文獻(xiàn) ..............................................................................................................3591 緒 論1.1 本 課 題 研 究 的 目 的 意 義沖 壓 模 具 在 實(shí) 際 工 業(yè) 生 產(chǎn) 中 應(yīng) 用 廣 泛 。 在 傳 統(tǒng) 的 工 業(yè) 生 產(chǎn) 中 ， 工 人 生 產(chǎn) 的 勞 動(dòng) 強(qiáng) 度 大 、 勞 動(dòng) 量 大 ， 嚴(yán) 重 影 響 生 產(chǎn) 效 率 的 提 高 。 隨 著 當(dāng) 今 科 技 的 發(fā) 展 ， 工 業(yè) 生 產(chǎn) 中 模 具 的 使 用 已 經(jīng) 越 來(lái) 越 引 起 人 們 的 重 視 ， 而 被 大 量 應(yīng) 用 到 工 業(yè) 生 產(chǎn) 中 來(lái) 。 沖 壓 模 具 的 自 動(dòng) 送 料 技 術(shù) 也 投 入 到 實(shí) 際 的 生 產(chǎn) 中 ， 沖 壓 模 具 可 以 大 大 的 提 高 勞 動(dòng) 生 產(chǎn) 效 率 ， 減 輕 工 人 負(fù)擔(dān)，具有重要的技術(shù)進(jìn)步意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值 [1]。 研 究 和 發(fā) 展 模 具 技 術(shù) ， 對(duì) 于 促 進(jìn) 國(guó) 民 經(jīng) 濟(jì) 的 發(fā) 展 具 有 特 別 重 要 的 意 義 ， 模 具 技 術(shù) 已 成 為 衡 量 一 個(gè) 國(guó) 家 產(chǎn) 品 制 造 技 術(shù) 的 重 要 標(biāo) 志 之 一 ， 隨 著 工 業(yè) 生 產(chǎn) 的 迅 速 發(fā) 展 ， 模 具 工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位日益提高，并在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中發(fā)揮越來(lái)越大的作用。 1.2 國(guó) 內(nèi) 外 模 具 發(fā) 展 的 現(xiàn) 狀1.2.1 國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀（ 1） 沖 壓 工 序 比 較 單 一 ， 多 數(shù) 以 沖 裁 級(jí) 進(jìn) 模 為 主 ， 少 部 分 為 沖 裁 拉 深 級(jí) 進(jìn) 模 ， 模具結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單、功能性不強(qiáng)。（2） 模具模板幅面尺寸比較小，一般在 1200×600mm 內(nèi) ， 一 次 沖 制 的 產(chǎn) 品 數(shù) 量也在十幾件以?xún)?nèi)，屬中小型級(jí)進(jìn)模。 （3） 模具精度不高，沖裁間隙誤差在 0.015mm 以上，制件產(chǎn)品容易產(chǎn)生毛刺。 （ 4） 模 具 使 用 壽 命 相 對(duì) 較 短 ， 一 般 一 次 刃 磨 在 50 萬(wàn) 次 以 內(nèi) ， 模 具 材 料 主 要 以 普 通 模 具 鋼 為 主 或 采 用 硬 質(zhì) 合 金 [2]。 1.2.2 國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀（1） 在國(guó)外 CAD/CAE/CAM 已 成 為 普 遍 應(yīng) 用 的 技 術(shù) 。 在 CAD 的應(yīng)用方面，已 經(jīng)超越了甩掉圖板、 二維繪圖的初級(jí)階段， 目前 3D 設(shè)計(jì)已達(dá)到了 70-89%， UG,PRO/E CIMATRON 等軟件的 應(yīng)用很普遍 [3]。（ 2） 設(shè) 計(jì) 上 采 用 了 先 進(jìn) 的 設(shè) 計(jì) 理 念 。 如 為 了 便 于 模 具 設(shè) 計(jì) 與 計(jì) 算 ， 各 道 工 序 均 以一個(gè)統(tǒng)一的基準(zhǔn)點(diǎn)為中心，以坐標(biāo)尺寸的方式標(biāo)注尺寸。10（ 3） 各 模 具 生 產(chǎn) 企 業(yè) 根 據(jù) 自 身 的 生 產(chǎn) 能 力 、 經(jīng) 驗(yàn) 等 ， 制 定 了 自 己 的 標(biāo) 準(zhǔn) 。 它 包 括設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化，模具零件和模具結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化。1.3 本 課 題 研 究 的 內(nèi) 容（ 1） 首 先 零 件 工 藝 性 分 析 ， 并 確 定 出 最 佳 的 沖 壓 工 藝 方 案 ， 根 據(jù) 選 用 的 工 藝 方 案設(shè)計(jì)出模具的結(jié)構(gòu)。（2） 設(shè)計(jì)出最佳的排樣方式并計(jì)算材料利用率。 （3） 計(jì)算沖裁力、卸料力、頂件力、以及壓力機(jī)所需的總沖壓力等。 （4） 根據(jù)總沖壓力來(lái)選擇壓力機(jī)，并確定出該壓力機(jī)的主要參數(shù)。 （5） 根據(jù)雙耳止動(dòng)片的形狀、外形尺寸設(shè)計(jì)出凹模、凸模等零件。 （6） 設(shè)計(jì)卸料裝置、頂件裝置、推件裝置、限位裝置、導(dǎo)套、導(dǎo)柱。 （7） 模架、模柄、彈簧、螺釘與銷(xiāo)釘?shù)倪x用。 2 沖 壓 件 工 藝 分 析2.1 沖壓件工藝分析沖 壓 件 是 雙 耳 止 動(dòng) 墊 圈 ， 此 雙 耳 止 動(dòng) 片 級(jí) 進(jìn) 模 只 有 沖 孔 和 落 料 兩 個(gè) 工 序 。 材 料 為 Q235-A 鋼，抗剪強(qiáng)度 310~380MPa， 抗 拉 強(qiáng) 度 380~470MPa,屈服強(qiáng)度 240MPa， 厚 度 為 1.5mm， 具 有 良 好 的 沖 壓 性 能 ， 適 合 沖 裁 。 工 件 結(jié) 構(gòu) 相 對(duì) 簡(jiǎn) 單 ， 可 看 作 IT13 級(jí) ， 尺 寸精度較低， 普通沖裁完全能滿(mǎn)足要求。 根據(jù)模具精度比沖裁件的精 度 （ IT13） 高 3~5 級(jí) 精 度 要 求 ， 需 要 采 用 IT10 以 上 的 精 度 才 能 滿(mǎn) 足 要 求 。 本 設(shè) 計(jì) 采 用 IT9 級(jí) 精 度 。 退 火 后，未經(jīng)表面處理，工件精度為 IT13， 具 體 尺 寸 要 求 如 下 圖 2-1 所示。 圖 2-1 零 件 圖 及 尺 寸 要 求 2.2 沖壓工藝方案的確定料 厚 ： 1.5mm 材 料 ： Q235A11根 據(jù) 雙 耳 止 動(dòng) 片 沖 壓 件 所 需 要 的 沖 壓 工 序 的 種 類(lèi) ， 雙 耳 止 動(dòng) 片 分 離 沖 孔 、 落 料 、 切 邊 等 工 序 ， 工 序 性 質(zhì) 的 確 定 取 決 于 沖 壓 件 的 結(jié) 構(gòu) 形 狀 、 尺 寸 精 度 、 還 要 考 慮 工 件 變 形性質(zhì)和具有的生產(chǎn)條件，制定三種沖壓方案。方案一：先沖孔，后落料。單工序模生產(chǎn)。 方案二：沖孔—落料復(fù)合沖壓。復(fù)合模生產(chǎn)。 方案三：沖孔—落料級(jí)進(jìn)沖壓。級(jí)進(jìn)模生產(chǎn)。 方 案 一 ： 模 具 結(jié) 構(gòu) 相 對(duì) 簡(jiǎn) 單 ， 至 少 需要 兩 副 模 具 來(lái) 完 成 沖 壓 裁 剪 ， 成 本 高 而 生 產(chǎn)效率低，沖裁出的零件精度也比較低，僅能滿(mǎn)足小批量生產(chǎn)的要求。 方 案 二 ： 只 需 一 副模 具 ， 制 件 尺 寸 精 度 和 生 產(chǎn) 效 率 比 方 案 一 都 高 ， 工 件 同 軸 度 較好，且工件最小壁厚大于凸凹模許用最小壁厚模具強(qiáng)度也能滿(mǎn)足要求。 方 案 三 ： 為 級(jí) 進(jìn)模 ， 需 一 副 模 具 ， 生 產(chǎn) 效 率 及 精 度 較 高 ， 壽 命 長(zhǎng) ， 級(jí) 進(jìn) 模 結(jié) 構(gòu) 相對(duì) 簡(jiǎn) 單 ， 操 作 方 便 且 安 全 ， 易 于 實(shí) 現(xiàn) 自 動(dòng) 化 生 產(chǎn) 。 對(duì) 于 特 別 復(fù) 雜 或 孔 邊 距 較 小 的 沖 壓 工 件 ， 用 單 工 序 模 或 者 復(fù) 合 膜 難 以 進(jìn) 行 沖 壓 時(shí) ， 可 以 使 用 多 工 位 級(jí) 進(jìn) 模 逐 步 沖 出 。 但 是 由 于 級(jí) 進(jìn) 模 輪 廓 尺 寸較 大 ， 使 得 制 造 成 本 相對(duì) 較 高 ， 所 以 多 工 位 級(jí)進(jìn) 模 一 般 適 用 于 小型沖壓件的大批量生產(chǎn) [4]。通 過(guò) 對(duì) 上 述 三 種 方 案 的 分 析 比 較 ， 雙 耳 止 動(dòng) 墊 圈 工 件 的 沖 壓 生 產(chǎn) ， 要 大 批 量 生 產(chǎn) 則采用方案三為佳。3 模 具 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì)零 件 總 體 尺 寸 不 大 ， 厚 度 較 薄 ， 采 用 彈 性 卸 料 方 式 ， 下 落 式 出 沖 孔 落 料 出 件 。 設(shè) 計(jì) 采 用 內(nèi) 導(dǎo) 料 板 和 外 導(dǎo) 料 板 組 合 使 用 。 為 了 保 證 導(dǎo) 料 的 準(zhǔn) 確 和 順 利 進(jìn) 行 ， 自 動(dòng) 送 料 的 級(jí) 進(jìn) 模 。 帶 料 （ 條 料 ） 經(jīng) 過(guò) 每 個(gè) 工 位 不 斷 的 沖 切 、 成 形 過(guò) 程 中 ， 為 保 證 帶 料 或 條 料 的 順 利 進(jìn) 行 ， 采 用 套 式 頂 料 桿 ， 可 以 防 止 防 止 帶 料 位 移 、 變 形 ， 有 保 護(hù) 了 導(dǎo) 正 銷(xiāo) 。 為 了 在 連 續(xù) 沖 裁 過(guò) 程 中 的 準(zhǔn) 確 定 位 ， 采 用 導(dǎo) 正 銷(xiāo) 與 側(cè) 刃 或 自 動(dòng) 送 料 機(jī) 構(gòu) 混 合 使 用 ， 采 用 側(cè) 刃或自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)作為粗基準(zhǔn)，導(dǎo)正銷(xiāo)作為精基準(zhǔn) [5]。模 架 分 為 鑄 鐵 模 架 和 鋼 鐵 模 架 倆 大 類(lèi) 。 因 為 模 架 是 模 具 的 主 體 結(jié) 構(gòu) ， 模 具 是 連 接 模 具 所 有 零 件 的 重 要 部 件 ， 模 具 上 下 模 之 間 相 對(duì) 位 置 通 過(guò) 模 架 的 導(dǎo) 向 裝 置 穩(wěn) 定 保 持 其 精度。模架材料我們采用鋼板 [6]。級(jí)進(jìn)模結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：12（1）為了保證上下模的對(duì)準(zhǔn)精度，我們采用四導(dǎo)柱滑動(dòng)導(dǎo)柱、導(dǎo)套模架制造。（2） 為了能減少材料， 提高材料利用率， 我們最終采用對(duì)排方式。 模具采用雙排， 一次就可以沖出倆個(gè)零件。（ 3） 采 用 內(nèi) 、 外 導(dǎo) 料 板 能 保 證 送 料 順 利 的 進(jìn) 行 ， 精 度 也 大 大 提 高 ， 導(dǎo) 料 銷(xiāo) 進(jìn) 行 進(jìn) 一步保證精度。（ 4） 該 模 具 采 用 自 動(dòng) 送 料 ， 沖 裁 后 的 制 件 和 廢 料 均 有 模 具 的 底 孔 漏 出 ， 大 大 的 提 高了效率，減少了人力、物力。模具結(jié)構(gòu)零件如下所示。1-四 導(dǎo) 柱 上 模 座 2-凸 模 固 定 板 墊 板 3-導(dǎo) 正 銷(xiāo) 孔 凸 模 4-圓 柱 壓 縮 彈 簧 5-凸 模 固 定 板 6-沖 孔 凸 模 7-模 柄 8-內(nèi) 六 角 圓 柱 頭 螺 釘 M10 9-落 料 凸 模 10-卸 料 螺 釘 11- 導(dǎo) 套 12-導(dǎo) 柱 13-卸 料 板 墊 板 14-卸 料 板 15-料 板 16-凹 模 板 17-凹 模 板 墊 板 18-四 導(dǎo) 柱 下 模 座 19-落 料 凹 模 20-導(dǎo) 正 銷(xiāo) 21-套 式 頂 料 桿 22-彈 簧 23- 擋 塊 24-沖 孔 凹 模 25-導(dǎo) 正 銷(xiāo) 凹 模 26-承 料 板 墊 板 27-承 料 板 28-外 導(dǎo) 料 板 1 29-內(nèi) 導(dǎo) 料 板 3 30-側(cè) 刃 凹 模 31- 側(cè) 刃 凸 模 32-內(nèi) 導(dǎo) 料 板 2 33-內(nèi) 導(dǎo) 料 板 1 34-上 限 位 柱 35-下 限 位 柱 雙耳止動(dòng)墊圈多工位級(jí)進(jìn)模結(jié)構(gòu)如圖 3-1 所示。13圖 3-1 雙 耳 止 動(dòng) 墊 圈 沖 孔 落 料 級(jí) 進(jìn) 模 結(jié) 構(gòu) 4 設(shè) 計(jì) 計(jì) 算根 據(jù) 制 件 圖 的 工 藝 分 析 和 尺 寸 公 差 對(duì) 制 件 進(jìn) 行 工 藝 計(jì) 算 ， 計(jì) 算 材 料 的 利 用 率 ， 計(jì) 算沖壓力，計(jì)算壓力中心，選擇合適的壓力機(jī)，計(jì)算模具主要零件的外形尺寸等。4.1 排 樣 方 式 的 確 定 及 計(jì) 算方 案 一 ： 有 廢 料 排 樣 沿 沖 件 外 形 沖 裁 ， 在 沖 件 四 周 都 有 搭 邊 。 由 沖 模 來(lái) 保 證 沖 件 尺 寸 ， 因 此 沖 件 精 度 高 ， 模 具 壽 命 高 ， 但 材 料 利 用 率 低 常 沖 裁 一 些 形 狀 比 較 復(fù) 雜 、 尺寸精度要求較高的沖件。方 案 二 ： 少 廢 料 排 樣 材 料 利 用 率 稍 高 于 方 案 一 ， 可 以 簡(jiǎn) 化 凹 模 型 孔 ， 模 具 制 造 簡(jiǎn)單，因受剪切條料和定位誤差的影響，沖件質(zhì)量差，模具壽命較方案一低。14方案三：無(wú)廢料排樣 材料利用率最高,沖件的斷面質(zhì)量和沖裁件精度最低。 比較三種方案，考慮模具壽命和沖件質(zhì)量，選擇方案一的排樣方式最佳。4.2 搭 邊 的 作 用 及 搭 邊 值 的 確 定排 樣 時(shí) 制 件 與 制 件 之 間 及 制 件 與 條 料 側(cè) 邊 之 間 留 下 的 工 藝 廢 料 稱(chēng) 為 搭 邊 和 側(cè) 搭 邊 。 雖 然 為 廢 料 ， 但 它 補(bǔ) 償 了 條 料 的 裁 剪 誤 差 、 送 料 步 距 誤 差 、 定 位 誤 差 ， 確 保 沖 出 合 格 的制件。搭邊還可以增加條料的剛性，以保證送料順利進(jìn)行。搭 邊 值 的 大 小 取 決 于 材 料 厚 度 、 材 料 種 類(lèi) 、 沖 件 形 狀 和 尺 寸 以 及 卸 料 方 法 。 搭 邊 值的大小通常用經(jīng)驗(yàn)確定 [7]。查《多工位級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)手冊(cè)》表 3-5 得搭邊和側(cè)搭邊如下圖 4-1 和表 4-1 所示。圖 a 表 示 圓 形 或 類(lèi) 圓 形 搭 邊 及 側(cè) 搭 邊 值 圖 b 表 示 矩 形 或 類(lèi) 矩 形 搭 邊 及 側(cè) 搭 邊 值 圖 4-1 圓 形 與 矩 形 搭 邊 及 側(cè) 搭 邊 15表 4-1 搭 邊 與 側(cè) 搭 邊 的 選 取 材 料 厚 度 t 圓 形 或 類(lèi) 似 圓 形 制 件 見(jiàn) 圖 a 矩 形 或 類(lèi) 似 矩 形 制 件 長(zhǎng)度 L≤ 50 矩 形 或 類(lèi) 似 矩 形 制 件 長(zhǎng)度 L>50 見(jiàn) 圖 b 材 料 厚度 t 圓 形 或 類(lèi) 似 圓 形 制 件 見(jiàn)圖 a 矩 形 或 類(lèi) 似 矩 形 制 件 長(zhǎng) 度 見(jiàn) 圖 b a a1 a a1 a a1 ≤0.025 >0.25~0.5 1.0 0.8 1.2 1.0 1.2 1.0 1.5 1.2 1.5~2.5 1.2~2.2 1.8~2.6 1.2~2.5 >0.5~1 0.8 1.0 1.0 1.2 1.5~2.5 1.8~2.6 >1~1.5 1.0 1.3 1.2 1.5 1.8~2.8 2.2~3.2 材料厚度 1.5mm，零件外形類(lèi)圓形，取 a=1.0mm； a1=1.3mm， 對(duì)排取 a=2mm， a1=2.5mm， 計(jì) 算 送 料 步距 S； S=90mm， 計(jì)算料條直排寬度 B： B=D+2a1=75+2×1.3=77.6mm， 計(jì)算料條對(duì)排寬度 B： B=D+2a1=75+2×2.5=80.0mm。 4.3 排樣圖及材料利用率4.3.1 排樣圖對(duì)排、橫排、縱排三種排樣圖如下圖 4-2 所示排樣所示。圖 a 對(duì) 排 16圖 b 橫 排圖 c 縱 排圖 4-2 排 樣 圖 4.3.2 排料利用率排料方式及材料利用率，它是衡量合理利用材料的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。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。 一個(gè)步距內(nèi)的材料利用率，查《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)手冊(cè)》如公式 4-1 所示。? = ? /?? ×100% （ 4-1）式中： A—一個(gè)步距內(nèi)制件的實(shí)際面積 （mm 2） B—條料寬度 （mm）N—是一張板料（帶料、條料）上沖裁件的總數(shù)目（個(gè)） L—板料的長(zhǎng)度（mm）17（1）直排材料利用率? = ?? ?（2）縱排材料利用率? = ?? ?（3）對(duì)排材料利用率? = ?? ?×100%=3828.228=43.66%。 8768.8×100%=3828.228=43.66%。8768.8×100%=3828.228=49.83%。 7682.4通 過(guò) 上 述 方 案 可 對(duì) 比 ， 在 提 高 材 料 利 用 率 的 同 時(shí) 還 要 考 慮 條 料 在 沖 裁 過(guò) 程 中 要 減少 翻 動(dòng) ， 盡 可 能 的 選 擇 條 料 寬 、 進(jìn) 距 小 的 排 樣 方 式 。 這 樣 能 可 以 減 少 板 材 裁 剪 次 數(shù) 和 剪 裁 備 料 的 時(shí) 間 。 在 保 證 沖 件 質(zhì) 量 的 情 況 下 ， 還 要 保 證 模 具 的 使 用 壽 命 ， 綜 合 因 素 下 我們選用對(duì)排排料方式。184.4 沖 裁 力 、 卸 料 力 、 頂 件 力 及 推 件 力 的 計(jì) 算4.4.1 沖裁力的計(jì)算指 沖 壓 時(shí) 材 料 對(duì) 凸 模 的 最 大 抵 抗 力 。 也 就 是 說(shuō) 沖 裁 時(shí) 所 需 要 的 壓 力 。 影 響 沖 裁 力 大 小 的 因 素 有 很 多 ， 但 主 要 與 材 料 的 力 學(xué) 性 能 、 材 料 的 厚 度 、 沖 裁 件 的 輪 廓 周 長(zhǎng) 、 沖 裁間隙、刃口的銳利程度、沖裁速度和潤(rùn)滑情況等 [8]。查《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)手冊(cè)》 如公式 4-2 所示。F=K?L?t? ? （ 4-2）式 中 ： K—修 正 系 數(shù) F—沖 裁 力 ； L—沖裁件周邊長(zhǎng)度； t—材料厚度； ? ? —材 料 抗 剪 切 強(qiáng) 度 經(jīng) 計(jì) 算 和 查 表 得 ： L=233.35mm； t=1.5mm； τ=380MPa； K=1.3。 沖 裁 力 計(jì) 算 ： F=K?L?t? ? =1.3×233.35×1.5×380=172912.35N。4.4.2 卸料力、頂件力及推件力（1） 卸料力 將箍在凸模上的材料卸下所需的力。查《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)手冊(cè)》如公式 4-3 所示。? ? 卸 = ? 卸 ×F （ 4-3） 卸 料 力 計(jì) 算 ： ? ? 卸 = ? 卸 ×F=0.04×172912.35=6916.49N。（2） 推料力將 落 料 件 順 著 沖 裁 方 向 從 凹 模 孔 推 出 所 需 的 力 。 查 《 沖 壓 工 藝 與 模 具 設(shè) 計(jì) 手 冊(cè) 》 如公式 4-4 所示。 ? ? 推 = ? ? ? 推 ? ? （ 4-4） 推料力的計(jì)算：? 推 = ?? 推 ? =5×0.055×172912.35=47550.89N。 （3） 頂料力 將 落 料 件 逆 著 沖 裁 方 向 從 凹 模 孔 推 出 所 需 的 力 。 查 《 沖 壓 工 藝 與 模 具 設(shè) 計(jì) 手 冊(cè)》 如公式 4-5 所示。 19? ? 頂 =? 頂 F （ 4-5） 頂料力計(jì)算：? 頂 =? 頂 F=0.06×172912.35=10374.74N卸料力、頂料力、推料力系數(shù)可查《沖壓模具設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)》表 4-35，具體數(shù)值見(jiàn)下表 4-2 所示。表 4-2 卸 料 力 、 頂 料 力 、 推 料 力 系 數(shù) 料 厚 /mm(鋼 ) K 卸 K 推 K 頂 ≤0.01 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 >6.5 鋁 、 鋁 合 金 純 銅 、 黃 銅 0.03~0.04 0.02~0.03 0.025~0.08 0.02~0.06 0.045 0.025 0.03~0.07 0.03~0.09 0.05 0.03 0.03~0.07 0.03~0.09 4.5 壓 力 機(jī) 所 需 總 壓 力 計(jì) 算沖裁工藝力包括卸料力、 頂料力、 推料力、 沖 裁力的總 和， 即? ? 總 =? + ? ? 卸 + ? ? 推 +? ? 頂 ， 這時(shí)壓力機(jī)的噸位需大于? ? 總 的 30%。 一般我們把凸模做成不同高度， 按階梯分布，可以使各凸模沖裁力的最大值不同時(shí)出現(xiàn)，從而降低沖裁力和減少壓力機(jī)的震動(dòng)。? 總 =? + ? ? 卸 + ? ? 推 + ? 頂 =237754.47N。4.6 沖裁壓力中心的計(jì)算沖 壓 力 合 力 的 作 用 點(diǎn) 稱(chēng) 為 沖 模 的 壓 力 中 心 。 沖 模 的 壓 力 中 心 必 須 通 過(guò) 模 柄 軸 線 而 與 壓 力 機(jī) 滑 塊 的 中 心 線 重 合 。 否 則 ， 沖 壓 時(shí) 滑 塊 就 會(huì) 受 到 偏 心 載 荷 ， 導(dǎo) 致 滑 塊 導(dǎo) 軌 和 模 具 導(dǎo) 向 部 分 的 磨 損 ， 還 會(huì) 使 合 理 間 隙 得 不 到 保 證 ， 從 而 降 低 沖 裁 件 的 質(zhì) 量 和 模 具 的 壽命，甚至?xí)p壞沖模 [9]。具體計(jì)算如下圖 4-3 和表 4-3 所示。20圖 4-3 坐 標(biāo) 位 置 表 4-3 坐 標(biāo) 點(diǎn) 序 號(hào) L X Y 1 77.89 23 23 2 31.506 10 49.25 3 26 23 55 4 5 6 7 8 9 31.506 5.636 11.5 26 11.506 100.53 36 23 59.25 75 59.25 23 49.25 23 36 23 10 23 建立坐標(biāo)系， 標(biāo)注如圖 所示， 利用 AtuoCAD 軟件， 直接求出各線段 的壓力中心 坐 標(biāo)，測(cè)量得到如上結(jié)果。簡(jiǎn)單幾何圖形壓力中心的位置：（1）對(duì)稱(chēng)件裁剪的壓力中心，都位于沖裁件輪廓圖形的幾何中心上。（2）沖裁直線段時(shí)，其壓力中心位于直線段的中心位置。（ 3） 沖 裁 圓 線 段 時(shí) ， 壓 力 中 心 位 置 可 通 過(guò) 計(jì) 算 得 出 。 計(jì) 算 公 式 查 《 沖 壓 工 藝 與 模具設(shè)計(jì)》如公式 4-6 得y=180? ?? ?? =??（ 4-6）YX—線 段 的 橫 坐 標(biāo)Y—線 段 的 縱 坐 標(biāo) L—線 段 的 長(zhǎng) 度0 X21∑∑∑?? ?式 中 ： b—弧 長(zhǎng) ， mm； ? ? —半 角 ， 弧 度 ；復(fù)雜零件模具壓力中心的確定：（1）在任意位置畫(huà)出坐標(biāo)軸，（ 2） 分 別 計(jì) 算 出 每 一 個(gè) 凸 模 刃 口 輪 廓 壓 力 中 心 及 坐 標(biāo) 位 置 ， ? 1、 ? 2 ?? ? 和 ? 1 、? 2?? ? 。 （3） 將刃口輪廓線按基本要素劃分為若干線段 ? 1、 ? 2? ? ? ， 并計(jì)算出各段的長(zhǎng)度。 根 據(jù) 力 學(xué) 定 理 ， 合 力 對(duì) 每 軸 的 力 矩 等 于 各 分 立 對(duì) 同 軸 力 矩 的 代 數(shù) 和 ， 則 可 得 到 壓力中心坐標(biāo) （ ? 0， ? 0） 。查 《 沖模設(shè)計(jì)手冊(cè) 》 如公式 4-7、 4-8? ? 1? 1+? ? 2? 2+? ? ? ? ? ? ? ?????=1? ? ? ? ?? 0 = ? +? ? +??= ∑? ?（ 4-7）1 2 ? ? ? =1 ?? 1? 1+? 2? 2+? ? ? ? ?????=1? ? ? ? ? ? ?? 0 = ??1+?? 2+??? ??=??? ? =1????（4-8）22帶 入 公 式 進(jìn) 行 計(jì) 算 ? 0 =29.788； ? 0=30.179。4.7 壓 力 機(jī) 的 選 擇根 據(jù) 總 沖 壓 力 F總 =237754N ， 壓 力 機(jī) 公 稱(chēng) 壓 力 P= （ 1.1~1.3 ） ?? ? 總 =1.2×237754N=285KN， 考 慮 閉 合 高 度 、 最 大 行 程 等 綜 合 因 素 。 查 《 多 工 位 級(jí) 進(jìn)模設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)》 表 9-3 JFC21 系列開(kāi)式告訴高 精密壓力機(jī)， 技術(shù)參數(shù)見(jiàn)下表 4-4 所示。 23表 4-4 壓 力 機(jī) 參 數(shù) 名稱(chēng) 系列公 稱(chēng) 壓 力 （ KN） 450滑 塊 行 程 （ mm） 50行 程 次 數(shù) （ 次 /min） 120~200最 大 裝 模 高 度 （ mm） 裝 模 高度 調(diào) 節(jié) （ mm） 滑 塊 中 心 至 床身 距 離 （ mm） 立 柱 間 距 離 （mm） 工 作 臺(tái) 尺 寸 （ 前 后 ×左 右 ） 機(jī) 身工 作 臺(tái) 尺 寸 （ 前 后 ×左 右 ） 工 作 臺(tái) 板 厚 度 模 柄 孔 尺寸 (直 徑 ×深 度 ) 30050300540570×800300×30010040×605 模 具 零 件 設(shè) 計(jì)5.1 凸 、 凹 模 設(shè) 計(jì)5.1.1 沖裁間隙指 沖 裁 凸 模 和 凹 模 之 間 的 間 隙 ， 不 僅 對(duì) 沖 裁 件 的 質(zhì) 量 有 極 重 要 的 影 響 ， 而 且 還 影 響 模 具 壽 命 、 沖 裁 力 、 卸 料 力 和 推 件 力 等 ， 間 隙 過(guò) 大 是 凸 模 刃 口 處 的 比 合 理 間 隙 時(shí) 向 內(nèi) 錯(cuò) 開(kāi) 一 段 距 離 。 當(dāng) 間 隙 過(guò) 小 時(shí) 凸 模 刃 口 處 的 裂 紋 比 合 理 間 隙 時(shí) 向 外 錯(cuò) 開(kāi) 一 段 距 離 。 通過(guò)查表法確定間隙值的大小。凸凹模刃口尺寸計(jì)算沖裁件材料為 Q235， 料 厚 S=1.5mm， 查 《 多 工 位 級(jí) 進(jìn) 模 設(shè) 計(jì) 適用手冊(cè)》表 4-6 沖裁模初始雙面間隙（汽車(chē)、拖拉機(jī)行業(yè)） ? ? ? ? ? ? =0.132mm； ? ? ? ? ? =0.240mm。5.1.2 凸、凹模刃口尺寸的計(jì)算凸、凹模刃口尺寸計(jì)算原則：24（ 1） 落 料 時(shí) ， 制 件 的 尺 寸 取 決 于 凹 模 刃 口 尺 寸 ， 而 沖 孔 時(shí) ， 制 件 的 尺 寸 取 決 于 于 凸 模 尺 寸 ， 故 料 帶 設(shè) 計(jì) 落 料 時(shí) ， 應(yīng) 以 凹 模 為 基 準(zhǔn) ， 間 隙 去 在 凸 模 上 ， 否 則 相 反 。 在 使 用 中 ， 凸 模 會(huì) 越 磨 越 小 ， 凹 模 會(huì) 越 磨 越 大 [10]。（ 2） 由 于 在 沖 裁 中 凸 凹 模 的 磨 損 ， 在 設(shè) 計(jì) 落 料 時(shí) ， 凹 模 公 稱(chēng) 尺 寸 應(yīng) 取 制 件 尺 寸 公差范圍內(nèi)較小尺寸， 設(shè)計(jì)沖孔時(shí)， 凸模公稱(chēng)尺寸應(yīng)取制件尺寸公差范圍內(nèi)較大的值， 這樣在凸凹模磨損不嚴(yán)重情況下沖出仍然是合格品。（ 3） 凹 、 凸 模 的 制 造 公 差 主 要 與 沖 裁 件 的 精 度 和 形 狀 有 關(guān) ， 一 般 比 沖 裁 件 的 精 度高 2~3 級(jí)。 （ 4） 沖 裁 件 刃 口 尺 寸 均 按 “入 體 ”原 則 標(biāo) 注 ， 即 凹 模 刃 口 尺 寸 偏 差 標(biāo) 注 正 值 ， 凸 模 刃 口 尺 寸 偏 差 標(biāo) 注 負(fù) 值 ； 而 對(duì) 于 孔 心 距 ， 以 及 不 隨 刃 口 磨 損 而 變 得 尺 寸 ， 擇 取 向 雙偏差。沖裁凸模與凹模分開(kāi)加工時(shí)刃口尺寸計(jì)算 這種方法適用于圓形或簡(jiǎn)單規(guī)則形狀的沖裁件。 為了保證合理的間隙值， 其制造公差 （凸模制造公差δ p， 凹 模制造公差?? ? ） 必須滿(mǎn)足下列關(guān)系式： |? ? ? ? |+|? ? ? ? |≤ ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （ 5-1） 其取值方法有以下幾種方法： （1） 按表 4-9 查取25???? ?（2） 規(guī)則形狀一般可按凸模 IT6、 凹 模 IT7 精度查標(biāo)準(zhǔn)公差表選?。?） 按下式取值，如公式 5-2 所示。? ? ? ? = 0.4( ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? )， ? ? ? ? = 0.6（ ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ） （ 5-2） 查《多工位級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)使用手冊(cè)》表 4-9 查取，具體公差見(jiàn)下表 5-1 所示。表 5-1 規(guī) 則 形 狀 （ 圓 形 、 方 形 ） 沖 裁 時(shí) 凸 、 凹 模 制 造 公 差 公 稱(chēng) 尺 寸 凸 模 公 差 凹 模 公 差≤180.020 0.020>18~30 0.020 0.025>30~80 0.020 0.030>80~120 0.025 0.0351.沖孔 ? ? = (? ??? + ?? )0+? ? ? ?+????（ 5-3）2.落料? ? = (? ? + ? ? ? ? ? ? )0= (? ??? + ? ? ? + ? ? ? ? ? ? )0+? ? ? ?（ 5-4）? ? ? ? = (? ? ? ? ? ? ?? )00（ 5-5）0?? ? ? = (? ? ? ? ? 26? ? ? ? ? ? )?? ? ? ? =(? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? )?? ? ? ?式 中 ： ? ? ? ? 、 ? ? ? ? —落 料 凹 模 與 凸 模 刃 口 尺寸 （ mm）? ? ? 、? ? ? —沖孔凹模與凸模刃口尺寸（mm）? ? ? ? ? —落料件最大極限尺寸（ mm）? ??? —沖孔件最小極限尺寸（mm）?—沖裁件公差? ? 、? ? —凹模上極限偏差與凸模上極限偏差（mm）? ? ? ? ? ? ——凸 凹 模 最 小 初 始 雙 面 間 隙 （ mm）（ 5-6）270 00 0? ? ? ? 0X—磨損系數(shù)， 與制造精度有關(guān) ， 可查 《多工 位級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)手冊(cè) 》 表 4-10 選取，具體見(jiàn)下表 5-2 所示或按下列關(guān)系選取。 當(dāng)裁件精度 IT10 以上時(shí) 取 x=1， 當(dāng)沖裁件精度 IT11~IT13 時(shí) 取 x=0.75， 當(dāng)沖裁件精度 IT14 以下時(shí) 取 x=0.5。沖 孔 部 分 ， ? ? dIT7, δp按 IT6 查標(biāo)準(zhǔn)公差表,得? ? =-0.016mm ? ? d=+0.025mm查《多工位級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)》表 4-6 得：? ? ? ? ? =0.240 mm ? ? ? ? ? ? =0.132mm；? ? ? ? |+| ? ? ? ? |=0.04104 ≤ 0.30 0.31~0.59 0.60 t 時(shí)，凸模強(qiáng)度按下式核算2? ?? = 1?0.5? ??≤ [? ? ] （ 5-7）當(dāng) d≤t 式，凸模強(qiáng)度按下式核算? = 4 (? ) ? ≤ [? ? ] （ 5-8）?式中： t—制件材料厚度（mm） ； d—凸模或沖孔直徑（mm） ；? ? —制件材料抗剪強(qiáng)度（MPa ） ； σk—凸模刃口接觸應(yīng)力（ MPa） ；? —凸模平均壓力（MPa） [σ]—凸 模 材 料 許 用 壓 力 應(yīng) 力 ， 對(duì) 于 常 用 合 金 模 具 鋼 ， 可取 1800~2200MPaQ235 鋼材料厚度為 1.5mm，抗剪切強(qiáng)度為 310~380MPa? ? ? ? = 2? ?1 ? 0.5 ??2 × 350=1 ? 0.5 1.530= 718.95MPA ≤ [σ]??300彎彎則滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。（2） 凹模強(qiáng)度計(jì)算 多 工 位 級(jí) 進(jìn) 模 沖 裁 時(shí) ， 凹 模 下 面 的 模 板 或 墊 板 上 的 孔 口 要 比凹 模 的 孔 口 大 ， 使 凹模 工 作 時(shí) 受 彎 曲 。 若 凹 模 厚 度 不 夠 ， 會(huì) 產(chǎn) 生 彎 曲 變 形 ， 故 需 校 核 凹 模 的 抗 彎 強(qiáng) 度 ， 一 般只核算其受彎曲應(yīng)力時(shí)的最小厚壁。圓心凹模其強(qiáng)度可按《多工位級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)手冊(cè)》公式 5-9、 5-10 所示公式計(jì)算1.5F 2d抗彎能力 （彎曲應(yīng)力） ? ?彎 =H2 (1 ? 3d ) ≤ [σ彎 ] （ 5-9）1.5F 2d凹模板最小厚度 ? ? ? ? ?? =√*? ?（1 ?+ 3d0） （ 5-10）式 中 ： F—沖 裁 力 （ N） [ σ彎 ]=300~500MPa? ? ? ? ? ? —凹 模 最 小 厚 度 ， d、 ? 0—凹模刃口與支承口直徑[σ彎 ]—凹模材料的許用彎曲應(yīng) 力 （MP a） ， 淬火鋼為未淬火鋼的 1.5~3 倍， T10A，Cr12MoV、 GCr15 等工具鋼淬火硬度為 58~62HRC。1.5? ? 2d? ? ? ? ?? =√*? ?（1 ?+ 3d0） =24.0mm31（3） 凹模壁厚計(jì)算凹模壁厚是凹模刃口與外援的距離， 查多工位 級(jí)進(jìn)模手冊(cè)表 6-85， 見(jiàn) 表 5-3 所示。表 5-3 凹 模 壁 厚 取 值 表 模 具 件 厚 度 t/mm 零 件 料 厚 ≤ 0.8 制 件 料 厚 >0.8~1.5 制 件 料 厚 >1.5~3 制 件 料 厚 >3~5 ≤40 20~25 22~28 24~32 28~36 >40~50 22~28 24~32 28~36 30~40 >50~70 28~36 30~40 32~42 35~45 >70~90 >90~120 >120~150 32~42 35~45 40~52 35~45 40~42 42~54 38~48 42~54 45~58 40~52 45~58 48~62 沖孔落料凹模如圖 5-2 所示。32a.沖 孔 凹 模 b.落料凹模圖 5-2 沖 孔 落 料 凹 模 5.2 輔助零件設(shè)計(jì)與選用帶 料 （ 條 料 ） 定 位 時(shí) ， 是 通 過(guò) 裝 在 上 模 座 上 的 導(dǎo) 正 銷(xiāo) 插 入 帶 料 上 的 圓 孔 來(lái)校 正 帶 料 或 制 件 位 置 達(dá) 到 精 確 定 位 ， 被 插 入 的 圓 孔 或 其 他 形 狀 的 孔 ， 一 般 是在 帶 料 的 載 體 上 沖出工藝孔，專(zhuān)供導(dǎo)正使用。 5.2.1 導(dǎo)正銷(xiāo)的設(shè)計(jì)33（ 1） 在 帶 料 上 的 載 體 、 工 藝 廢 料 或 結(jié) 構(gòu) 廢 料 上 設(shè) 置 導(dǎo) 正 孔 ， 既 要 保 證 帶料 的 定 位 精 度 ， 又 要 保 證 保 證 導(dǎo) 正 銷(xiāo) 順 利 的 插 入 導(dǎo) 正 銷(xiāo) 孔 。 若 導(dǎo) 正 銷(xiāo) 與 導(dǎo) 正 銷(xiāo)孔 的 配 合 間 隙 過(guò) 大 ， 則 定 位 精 度 低 ， 反 之 ， 配 合 間 隙 過(guò) 小 ， 導(dǎo) 致 帶 料 上 的 銷(xiāo)孔 變 形 ， 從 而 影 響 定 位 的精度。一般的導(dǎo)正銷(xiāo)直徑 d 與導(dǎo)正銷(xiāo)孔和正銷(xiāo)孔之間的間隙應(yīng)符合以下規(guī)定。 當(dāng)帶料的厚度 t 0.5mm 時(shí)，且對(duì)工位步距精度無(wú)嚴(yán)格要求時(shí) d1=d-t×0.035 當(dāng)帶料的厚度 t≤0.5mm 時(shí)，且對(duì)工位步距精度要求較高時(shí) d1=d-t×0.025 當(dāng)帶料的厚度 t 0.7mm 時(shí)，且對(duì)工位步距精度嚴(yán)格要求時(shí) d1=d-t×0.020 式 中 ： d—導(dǎo) 正 銷(xiāo) 直 徑 d1—導(dǎo) 正 銷(xiāo) 孔 凸 模 直 徑 t—帶料的厚度。 （2） 導(dǎo)正銷(xiāo)工作長(zhǎng)度的確定 導(dǎo) 正 銷(xiāo) 工 作 部 分 長(zhǎng) 度 也 就 是 導(dǎo) 正 銷(xiāo) 工 作 部 分 直 徑 伸 出 卸 料 板 地 平 面 的 有 效 定 位 長(zhǎng) 度 h,長(zhǎng)度 h 帶料的厚度 t 與 料 的 軟 硬 有 關(guān) ， 材 料 越 硬 ， 導(dǎo) 正 銷(xiāo) 孔 的 剪 切 面 越