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I 目 錄 1 緒論 ..............................................................1 2 沖壓件工藝分析 ....................................................2 2.1 材料分析 ......................................................2 2.2 尺寸結(jié)構(gòu) ......................................................2 2.3 尺寸精度 ......................................................2 3 沖壓方案的確定 ....................................................4 3.1 沖裁工藝方案的確定 ............................................4 3.2 沖裁工藝方法的選擇 ............................................4 3.3 沖裁結(jié)構(gòu)的選取 ................................................5 4 模具總體結(jié)構(gòu)的確定 ................................................6 4.1 模具類型的選擇 ................................................6 4.2 送料方式的選擇 ................................................6 4.3 定位方式的選擇 ................................................6 4.4 卸料、出件方式的選擇 ..........................................6 4.5 導(dǎo)向方式的選擇 ................................................6 5 工藝參數(shù)計算 ......................................................8 5.1 排樣方式的選擇 ................................................8 5.1.1 搭邊值的確定 ..............................................9 5.1.2 材料利用率的確定 .........................................10 5.2 沖壓力的計算 .................................................11 5.2.1 總沖裁力的計算 ...........................................12 5.2.2 卸料力、推件力的計算 .....................................13 5.2.3 總沖壓力的計算 ...........................................14 5.2.4 初選壓力機 ...............................................14 5.2.5 壓力中心的確定 ...........................................15 6 刃口尺寸計算 .....................................................17 6.1 沖裁間隙確定 .................................................17 6.2 刃口尺寸的計算及依據(jù)與法則 ...................................18 II 7 主要零部件設(shè)計 ...................................................23 7.1 凹模的設(shè)計 ...................................................23 7.1.1 凹模外形的確定 ...........................................23 7.1.2 凹模刃口結(jié)構(gòu)形式的選擇 ...................................23 7.1.3 凹模精度與材料的確定 .....................................23 7.2 凸模的設(shè)計 ...................................................26 7.2.1 凸模的結(jié)構(gòu)確定 ...........................................26 7.2.2 凸模的材料確定 ...........................................26 7.2.3 凸模精度的確定 ...........................................26 7.2.4 凸模高度的確定 ...........................................26 7.3 凸凹模的設(shè)計 .................................................27 7.3.1 凸凹模外形的確定 .........................................27 7.3.2 凸凹模材料的確定 .........................................27 7.3.3 凸凹模精度的確定 .........................................28 7.3.4 凸凹模壁厚的確定 .........................................28 7.3.5 凸凹模洞口類型的選取 .....................................28 7.3.6 凸凹模尺寸的設(shè)計 .........................................29 7.4 定位零件的選用 ...............................................30 7.4.1 擋料銷、導(dǎo)料銷的選用 ......................................30 7.5 卸料裝置的選定 ...............................................30 7.5.1 卸料裝置的選用 ...........................................30 7.5.2 卸料螺釘?shù)倪x用 ...........................................31 7.5.3 卸料板外型設(shè)計 ...........................................31 7.5.4 卸料板材料的選用 .........................................31 7.5.5 卸料板結(jié)構(gòu)的設(shè)計 .........................................31 7.5.6 卸料板整體精度的確定 ......................................32 7.5.7 卸料橡膠的選用 ...........................................32 7.6 推件裝置的選定 ...............................................34 7.6.1 推件塊的設(shè)計 .............................................34 III 7.6.2 推板的選用 ................................................34 7.6.3 推桿的選用 ................................................35 7.7 上下模座的選用 ...............................................35 7.7.1 上下模座的選定 ...........................................35 7.8 連接及固定零件的選用 .........................................36 7.8.1 螺釘與銷釘?shù)倪x用 ..........................................36 7.8.2 模柄的選用 ................................................36 7.8.3 凸模固定板的設(shè)計 .........................................37 7.8.4 凸凹模固定板的設(shè)計 .......................................37 7.8.5 墊板的設(shè)計 ...............................................38 8 沖壓設(shè)備的校核 ...................................................39 8.1 沖壓設(shè)備的校核 ...............................................39 8.2 沖壓設(shè)備的選用 ...............................................39 9 壓力機的選用 .....................................................40 10 模具結(jié)構(gòu)簡述 ....................................................41 11 結(jié)論 ............................................................42 致謝 ...............................................................43 參考文獻 ...........................................................44 附錄 ...............................................................45 1 1 緒論 模具，作為高效率的生產(chǎn)工具的一種，它是工業(yè)生產(chǎn)中使用極為廣泛與重 要的工藝裝備。采用模具生產(chǎn)制造零件，具有生產(chǎn)效率高，可實現(xiàn)高速大批量 生產(chǎn)；節(jié)約原材料，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，具有良好的互換性。操作簡單，對操作人 員沒有很高的技術(shù)要求。利用模具批量生產(chǎn)的零件加工費用低，所加工出的零 件與制造一次成形。不需進行再加工，能制造出其他加工工藝方法難以加工的、 形狀比較復(fù)雜的零件。 改革開放以來，我國的工業(yè)和經(jīng)濟蓬勃發(fā)展，以前的手工作坊和落后的生 產(chǎn)方式已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代工業(yè)的要求，迫切需要尋找另一種更有效率的方式來 適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)。而在現(xiàn)代制造業(yè)中，企業(yè)的生產(chǎn)一方面朝著多品種、小批量和 多樣式的方向發(fā)展，加快換型，采用柔性化加工，以適應(yīng)不同用戶的需要；另 一方面朝著大批量、高效率生產(chǎn)的方向發(fā)展，以提高勞動生產(chǎn)率和生產(chǎn)規(guī)模來 創(chuàng)造更多效益，生產(chǎn)上采取專用設(shè)備生產(chǎn)的方式。于是模具技術(shù)及模具工業(yè)應(yīng) 運而生。 設(shè)計出正確合理的模具不僅能夠提高產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率、使用壽命。還可 以提高產(chǎn)品經(jīng)濟效益。在進行模具設(shè)計時，必須清楚模具的加工工藝，設(shè)計出 的零件要能加工、易加工。充分了解模具基礎(chǔ)知識和應(yīng)用是設(shè)計者進行模具設(shè) 計的前提。 門鎖墊片是沖壓生產(chǎn)的一個典型零件，在生活中有很強的實用性，其模具 設(shè)計有一定的實用價值。對于該制件利用先進的模具生產(chǎn)提高生產(chǎn)效益、保證 產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)約成本，從而取得較高的經(jīng)濟效益。 2 2 沖壓件工藝分析 圖 2-1 門鎖墊片零件簡圖 工件名稱：門鎖墊片 生產(chǎn)批量：大批量； 材料：10 鋼； 材料厚度：2mm； 未注公差：IT12 。 2.1 材料分析 表 2-1 部分碳素鋼抗剪性能 材料名稱 牌號 材料狀態(tài) 抗剪強度（ Mpa） 抗拉強度（ Mpa） 屈服點（ Mpa） 伸長率（%） 10 260340 290430 210 26碳素結(jié)構(gòu) 鋼 15 已退火 270380 335470 230 25 由上表 2-1 可知：10 鋼是碳素結(jié)構(gòu)鋼，具有較好的沖裁成形性性能，適合 要求較高的零件。綜合評比均適合沖裁加工。 2.2 零件結(jié)構(gòu) 零件結(jié)構(gòu)形狀相對簡單，無尖角，對沖裁加工較為有利零件結(jié)構(gòu)簡單，對 沖裁加工較為有利。零件包括兩個 15 的孔、兩個 6 的螺釘孔、一個 12mm20mm 長方形的孔，孔的最小尺寸為 6mm，滿足沖裁最小孔徑 dmin1.0t=2mm 的要求。最小壁厚大于 5mm 滿足許用壁厚要求（兩孔之間，大 孔與小孔之間、孔與矩長方形之間、孔與邊緣之間的壁厚） ，零件的結(jié)構(gòu)滿足沖 裁要求。 2.3 尺寸精度 該零件由公差等級表查得：其孔的公差要求都屬 IT11，所以普通沖裁可以 3 達到零件的精度要求。對于未注公差尺寸，屬于自由尺寸，按 IT12 查表 2-1 得 到： 100-0.15、 120+0.18、12.5 0-0.18、200.21、 250-0.21、300.21 、35 0-0.25、37 0- 0.25、45 0-0.25、600.3、120 0-0.35。 通過查公差等級表，該零件沖裁工藝性能較好，能夠滿足普通沖裁零件精 度要求。 表 2-1 常見零件公差等級表 公差等級 IT4 IT5 IT6 IT7 IT8 IT9 IT10 IT11 IT12 IT13 IT14 基本尺寸 /mm /m /mm 3 36 610 1018 1830 3050 5080 80120 120180 180250 250315 315400 400500 3 4 4 5 6 7 8 10 12 14 16 18 20 4 5 6 8 9 11 13 15 18 20 23 25 27 6 8 9 9 13 16 19 22 25 29 32 36 40 10 12 15 18 21 25 30 35 40 46 52 57 63 14 18 22 27 33 39 46 54 63 72 81 89 97 25 30 36 43 52 62 74 87 100 115 130 140 155 40 48 58 70 84 100 120 140 160 185 210 230 250 60 75 90 110 130 160 190 220 250 290 320 360 400 0.10 0.12 0.15 0.18 0.21 0.25 0.30 0.35 0.40 0.46 0.52 0.57 0.63 0.14 0.18 0.22 0.27 0.33 0.39 0.46 0.54 0.63 0.72 0.81 0.89 0.97 0.25 0.30 0.36 0.43 0.52 0.62 0.74 0.87 1.00 1.15 1.30 1.40 1.55 4 3 沖裁方案的確定 3.1 沖裁工藝方案的確定 在沖裁工藝分析和技術(shù)經(jīng)濟分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)沖裁件的特點確定工藝方 案。工藝方案分為沖裁工序的組合和沖裁順序的安排。 3.2 沖裁工藝方法的選擇 沖裁工序分為單工序沖裁、復(fù)合沖裁和級進沖裁三種。 方案一：先落料，后沖孔。單工序沖裁是在壓力機一次行程內(nèi)只完成一個 沖壓工序的沖裁模。 方案二：落料沖孔復(fù)合沖壓，采用復(fù)合模生產(chǎn)。復(fù)合沖裁是在壓力機一次 行程內(nèi)，在模具的同一位置同時完成兩個或兩個以上的沖壓工序。 方案三：級進沖裁是把沖裁件的若干個沖壓工序，排列成一定的順序，在 壓力機的一次行程中條料在沖模的不同位置上，分別完成工件所要求的工序。 其三種工序的性能見表 3-1。 表 3-1 單工序沖裁、級進沖裁和復(fù)合沖裁性能 比較項目 單工序模 復(fù)合模 級進模 生產(chǎn)批量 小批量 中批量和大批量 中批量和大批量 沖壓精度 較低 較高 較高 沖壓生產(chǎn)率 低，壓力機一次行程內(nèi)只能完成一個工序 較高，壓力機一次 行程內(nèi)可完成二個 以上工序 高，壓力機在一次行 程內(nèi)能完成多個工序 實現(xiàn)操作機械化 自動化的可能性 較易，尤其適合于多 工位壓力機上實現(xiàn)自 動化 制件和廢料排除較 復(fù)雜，只能在單機 上實現(xiàn)部分機械操 作 容易，尤其適應(yīng)于單 機上實現(xiàn)自動化 生產(chǎn)通用性 通用性好，適合于中 小批量生產(chǎn)及大型零 件的大量生產(chǎn) 通用性較差，僅適 合于大批量生產(chǎn) 通用性較差，僅適合 于中小型零件的大批 量生產(chǎn) 沖模制造的復(fù)雜 性和價格 結(jié)構(gòu)簡單，制造周期 短，價格低 沖裁較復(fù)雜零件時， 比級進模低 沖裁較簡單零件時低 于復(fù)合模 根據(jù)分析結(jié)合表 3-1 得出結(jié)論： 方案一模具結(jié)構(gòu)簡單，但需兩道工序兩副模具，生產(chǎn)效率低，難以滿足該 零件的年產(chǎn)量要求。 5 方案二只需一副模具，沖壓的形狀精度和尺寸容易保證且生產(chǎn)效率也高， 盡管模具結(jié)構(gòu)較方案一復(fù)雜，但由于零件的幾何形狀簡單，模具制造難度較小。 方案三只需一副模具，生產(chǎn)效率很高，但零件的沖裁精度稍差。欲保證沖 壓件的形狀精度，需要在模具上設(shè)置導(dǎo)正銷導(dǎo)正，故模具制造、安裝較復(fù)合模 具復(fù)雜。 通過對上述三種方案的分析比較，該零件的沖壓生產(chǎn)采用方案二為佳。 3.3 沖裁結(jié)構(gòu)的選取 按照復(fù)合模工作零件的安裝位置不同，分為正裝式復(fù)合模和倒裝式復(fù)合模 兩種，兩種的優(yōu)點、缺點及適用范圍見表 3-2。 表 3-2 正裝式復(fù)合模、倒裝式復(fù)合模的優(yōu)點、缺點及適用范圍 比較項目 正裝(順裝)式復(fù)合模 倒裝式復(fù)合模 結(jié)構(gòu) 凸凹模裝在上模，落料凹模和沖孔凸模裝在下模 凸凹模裝在下模，落料凹模和沖孔凸模裝在上模 優(yōu)點 沖出的沖件平直度較高 結(jié)構(gòu)較簡單 缺點 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，沖件容易被嵌入邊料中影響操作 不宜沖制孔邊距離較小的沖裁件 適用范圍 沖制材質(zhì)較軟或板料較薄的平直 度要求較高的沖裁件，還可以沖 制孔邊距離較小的沖裁件 不宜沖制孔邊距離較小的沖裁件， 但倒裝式復(fù)合模結(jié)構(gòu)簡單、又可 以直接利用壓力機的打桿裝置進 行推件，卸料可靠，便于操作， 并為機械化出件提供了有利條件， 故應(yīng)用十分廣泛 正裝式復(fù)合模適合于沖制材質(zhì)較軟或板料較薄的平直度要求較高的沖裁件， 還可以沖制孔邊距離較小的沖裁件。倒裝式冷沖模不宜沖制孔邊距離較小的沖 裁件，但倒裝式冷沖模結(jié)構(gòu)簡單，可以直接利用壓力機打桿裝置進行推件，卸 件可靠，便于操作，并為機械化出件提供了有利條件，故應(yīng)用十分廣泛。綜上 所述，該制件結(jié)構(gòu)形狀簡單，精度要求較低，孔邊距較大，宜采用倒裝式復(fù)合 模。 6 4 模具總體結(jié)構(gòu)的確定 4.1 模具類型的選擇 由以上沖壓工藝分析可知，采用復(fù)合模沖壓，模具類型為倒裝式復(fù)合模。 4.2 送料方式的選擇 由于零件的生產(chǎn)批量是大批量及模具類型的確定，合理安排生產(chǎn)可采用前 后自動送料方式。 4.3 定位方式的選擇 因為該模具采用的是條料，控制條料的送進方向采用導(dǎo)料銷，無側(cè)壓裝置。 控制條料的送進布局采用擋料銷定距。而第一件的沖壓位置因為條料長度有一 定余量，可以靠操作工目測來定。 4.4 卸料、出件方式的選擇 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)卸料版只起卸料作用時與凸模間隙隨材料厚度的增大而增加， 單邊間隙?。?.20.5）t。當(dāng)固定卸料板還要起到對凸模的導(dǎo)向作用時卸料板 與凸模的配合間隙應(yīng)該小于沖裁間隙，此時要求凸模卸料時不能完全脫離卸料 板。主要用于卸料力較大，材料厚度大于 2mm 的材料。 彈性卸料具有卸料與壓料的雙重作用，主要用在沖料厚在 2mm 及以下厚度的板 料，卸料板與凸模之間的單邊間隙選擇（0.10.2）t，若彈性卸料板還要起對 凸模導(dǎo)向作用時，二者的配合間隙性小于沖裁間隙，常用作落料模、沖孔模、 癥狀復(fù)合模的卸料裝置。由于有壓料作用，沖裁件比較平整。彈壓卸料板與彈 性元件、卸料螺釘組成彈壓裝置。 工件平直度較高，料厚為 2mm 相對較薄，卸料力不大，由于彈性卸料模具 比剛性卸料模具方便，操作者可以看見條料在模具中的送進狀態(tài)，且彈性卸料 板對工件施加的柔性力，不會損傷工件表面，故可采用彈性卸料。 4.5 導(dǎo)向方式的選擇 方案一：采用對角導(dǎo)柱模架。由于導(dǎo)柱安裝在模具壓力中心對稱的對角線 上，所以上模座在導(dǎo)柱上滑動平穩(wěn)。常用于橫向送料級進?；蚩v向送料的落料 模、復(fù)合模。 7 方案二：采用后側(cè)式導(dǎo)柱模架。由于前面和左右不受限制，送料和操作比 較方便。因為導(dǎo)柱安裝在后側(cè)，工作時，偏心距會造成導(dǎo)套導(dǎo)柱單邊磨損對模 具使用壽命有一定影響。 方案三：采用四導(dǎo)柱模架。具有導(dǎo)向平穩(wěn)、導(dǎo)向準(zhǔn)確可靠、剛性好等優(yōu)點。 常用于沖壓件尺寸較大或精度要求較高的沖壓零件及大量生產(chǎn)用的自動沖壓模 架。 方案四：采用中間導(dǎo)柱模架。導(dǎo)柱安裝在模具的對稱線上，導(dǎo)向平穩(wěn)、準(zhǔn) 確。只能一個方向送料。 （a） （b） （c） （d） 圖 4-1 導(dǎo)柱模架 （a）下模座 （b）導(dǎo)柱 （c）導(dǎo)套 （d）上模座 根據(jù)以上方案比較并結(jié)合模具結(jié)構(gòu)形式和送料方式，為提高模具壽命和工 件質(zhì)量，采用后側(cè)導(dǎo)柱模架，操作者可以看見條料在模具中的送進動作。由于 前面和左、右不受限制，能滿足工件成型的要求。即方案二最佳。 8 5 工藝參數(shù)計算 5.1 排樣方式的選擇 沖裁件在板料、帶料或條料上的布置方法稱為排樣。排樣的意義在于減小 材料消耗、提高生產(chǎn)率和延長模具壽命，排樣是否合理將影響到材料的合理利 用、沖件質(zhì)量、生產(chǎn)率、模具結(jié)構(gòu)與壽命。 排樣的方法有：縱排、橫排、對直排、混合排 ，根據(jù)設(shè)計模具制件的形狀、 厚度、材料等方面全面考慮。因此有下列三種方案： 方案一：有廢料排樣。沿沖件全部外形沖裁，沖件與沖件之間、沖件與條料 之間都存在搭邊廢料沖件尺寸完全由沖模來保證，因此精度高，模具壽命高， 但材料利用率低。 方案二：少廢料排樣。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)簡單。 方案三：無廢料排樣。沖件與沖件之間或沖件與條料側(cè)邊之間均無搭邊， 沿直線或曲線切斷條料而獲得沖件，但對材料利用率最高。 采用少、無廢料排樣法，材料利用率高，不但有利于一次沖程獲得多個制 件，而且可以簡化模具結(jié)構(gòu)，降低沖裁力，但受條料寬度誤差及條料導(dǎo)向誤差 的影響，沖裁件的尺寸精度不易保證，故應(yīng)采用方案一。 分析零件形狀，應(yīng)采用單縱排的排樣方式，零件可能的排樣方式有圖 5-1 和圖 5-2 所示兩種。 圖 5-1 縱排示意圖 9 圖 5-2 橫排示意圖 5.1.1 搭邊值的確定 排樣中相鄰兩工件之間的余料或工件與條料邊緣間的余料稱為搭邊。搭邊 是廢料，從節(jié)省材料出發(fā)，搭邊值應(yīng)愈小愈好。但過小的搭邊容易擠進凹模， 增加刃口磨損，降低模具壽命，并且也影響沖裁件的剪切表面質(zhì)量。一般來說， 搭邊值是由經(jīng)驗和查表來確定的，該制件的搭邊值采用查表取得。 如表 5-1 所示：根據(jù)此表和工件外形可知 L50mm，可確定搭邊值 a 和 a1，a 取 2.2mm，a 1 取 2.0mm，較為合理。 表5-1 搭邊a和a 1數(shù)值（低碳鋼） mm 矩形件邊長 L50mm 或圓角 r2t 的工件 材料厚度 t 工件間 a1 沿邊 a 0.25 以下 2.8 3.0 0.250.5 2.2 2.5 0.50.8 1.8 2.0 0.81.2 1.5 1.8 1.21.6 1.8 2.0 1.62.0 2.0 2.2 2.02.5 2.2 2.5 2.53.0 2.5 2.8 寬度的確定： 搭邊的作用是補償定位誤差，保證條料有一定的剛度，同時保證零件質(zhì)量 和送料方便。根據(jù)模具的結(jié)構(gòu)不同，可分為有側(cè)壓裝置的模具和無側(cè)壓裝置的 模具，側(cè)壓裝置的作用是用于壓緊送進模具的條料（從料帶側(cè)面壓緊） ，使條料 不至于側(cè)向竄動，以利于穩(wěn)定地加工生產(chǎn)。本套模具無導(dǎo)料板為無側(cè)壓裝置。 故按下式計算： 10 B0-=（ DMAX+2a） 0- (5-1) 式中: B-條料寬度； Dmax-條料寬度方向沖裁件的最大尺寸； a-沖裁件之間的搭邊值；可參考表 5-1； --條料寬度的單向（負(fù)向）偏差，見表 5-2； C-導(dǎo)料板與最寬條料之間的間隙，其最小值見表 5-3。 表 5-2 剪料公差及條料與導(dǎo)料板之間隙 mm 材料厚度 t/mm條料寬度 B/mm 01 12 23 35 50 50100 100150 150220 220300 0.4 0.5 0.7 0.8 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 表 5-3 有側(cè)壓裝置和無側(cè)壓裝置對照表 mm 無側(cè)壓裝置 有側(cè)壓裝置 條料寬度 B（mm）材料厚度 t（ mm） <100 100200 200300 180260 260360 360500 500 0.030 0.035 0.040 0.050 0.045 0.050 0.060 0.070 由下表 6-3 可查得：按照圓形公差查得磨損系數(shù) x=0.75，非圓形件磨損系 數(shù) x=0.5。 表 6-3 磨損系數(shù) mm 材料厚度 工件公差 1 12 24 4 0.16 0.20 0.24 0.30 0.170.35 0.210.41 0.250.49 0.310.59 0.36 0.42 0.50 0.60 0.16 0.20 0.24 0.30 0.16 0.20 0.24 0.30 非圓形 值 圓形 值 磨損系數(shù) 1 0.75 0.5 0.75 0.5 工作零件刃口尺寸如圖6-1，根據(jù)以上公式（6-1） 、 （6-2） 、 （6-3） 、 （6-4） 、 （6-5）分別計算工作零件刃口尺寸見表6-4。 （a） （b） 圖 6-1 工作零件刃口尺寸 （a）落料 （b）沖孔 表 6-4 工作零件刃口尺寸的計算 尺寸及分類 尺寸轉(zhuǎn)換 計算公式 結(jié)果 D 凹 =119.740+0.08落料 120 1200 -0.35 D 凹 =(Dmax- ) 凹0 D 凸 =119.4940+0.08 23 D 凹 =24.8420+0.05 25 250-0.21 D 凸 =24.8420+0.0254 D 凹 =44.8130+0.06 D 凸 =44.812918645 450-0.25 D 凹 =34.8130+0.06 35 350-0.25 D 凸 =34.8129186 D 凹 =36.8130+0.0637 370 -0.25 D 凸 =(Dmax- -Zmin) 0凸 D 凸 =36.8129186 d 凸 =5.910-0.03 6 6+00.12 d 凹 =6.270-0.03 d 凸 =11.8650-0.04 12 12+00.18 d 凹 =12.2250-0.04 D 凸 =14.9650-0.04 沖孔 15 150+0.18 d 凸 =(dmin+ ) 0凸 d 凹 =( dmin+ + Zmin) 凹0 d 凹 =15.3250-0.04 60 600.20 Ld=600.025 20 200.12 Ld=200.025孔心距 30 200.15 Ld=L1/8 Ld=300.025 通過上述對工作零件刃口尺寸的計算，落料凹模、凸模的尺寸如圖 6-2。 （1） （2） 圖 6-2 落料凹模、凸模的尺寸 （1）落料凹模尺寸 （2）落料凸模尺寸 24 7 主要零部件設(shè)計 雖然各類沖裁模的結(jié)構(gòu)形式和復(fù)雜程度不同，但組成模具的零件種類是基 本相同的，根據(jù)它們在模具中的功用和特點，可以分為工藝零件和結(jié)構(gòu)零件兩 類。 設(shè)計主要零部件時，首先要考慮主要零部件的定位、固定以及總體裝配方 法，本套模具主要采用螺釘固定模具零件，銷釘起零件的定位作用，采用擋料 銷送進定距和導(dǎo)料銷送進定位，無側(cè)壓裝置。下面就分別介紹各個零部件的設(shè) 計方法。 7.1 凹模設(shè)計 7.1.1 凹模外形的確定 凹模的外形一般有矩形和圓形兩種。凹模的外形尺寸應(yīng)保證有足夠的強度、 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 形尺寸來確定的，如圖7-1所示。 7.1.2 凹模刃口結(jié)構(gòu)形式的選擇 沖裁凹模刃口形式有直筒式和錐形兩種，選用時主要根據(jù)沖件的形狀、厚 度、尺寸精度以及模具結(jié)構(gòu)來確定。由于本模具沖的零件尺寸較大，所以采用 刃口為直通式，該類型刃口強度高，修磨后刃口尺寸不變。 7.1.3 凹模精度與材料的確定 根據(jù)凹模作為工作零件，其精度要求較高，外形精度為 IT11 級，內(nèi)型腔精 25 度為 IT7 級，表面粗糙度為 Ra3.2um，上下平面的平行度為 0.02，材料選 Cr12MoV。 圖7-1 凹模外形尺寸的確定 凹模各尺寸計算公式如下： 凹模邊壁厚 H=Kb1 （7- 1） 凹模邊壁厚 c=(1.5 2)H （7- 2） 凹模板邊長 L=b1+2c （7-3 ） 凹模板邊寬 B=b2+2c （7- 4） 式中： b1-沖裁件的橫向最大外形尺寸； b2-沖裁件的縱向最大外形尺寸； K-系數(shù)，考慮板料厚度的影響，查表7-1。 表 7-1 系數(shù) K 值 材料厚度 t/mm 材料料寬 s/mm 1 13 36 50 0.300.40 0.350.50 0.450.60 50100 0.200.30 0.220.35 0.300.45 100200 0.150.20 0.180.22 0.220.30 26 200 0.100.15 0.120.18 0.150.22 查表7-1 得：K=0.2。 根據(jù)公式（7-1）可計算落料凹模板的尺寸： 凹模厚度： H=Kb1 =0.2120 =24（mm） 根據(jù)公式（7-2）可計算凹模邊壁厚： c=(1.5 2)H =(1.52)24 =3648（mm） 取凹模邊壁厚為40mm。 根據(jù)凹模厚度和邊壁厚可確定凹模板的長、寬的尺寸。 根據(jù)公式（7-3）可計算凹模長： L=b1+2c =120+240 =200（mm） 根據(jù)公式（7-4）可計算凹模寬： L=b2+2c =37+240 =117（ mm） 即：LBH=200mm117mm24mm 查表 7-2 得凹模尺寸為 200mm125mm25mm。 表 7-2 矩形和圓形凹模外形尺寸 mm 矩形凹模的長度和寬度 LB 矩形和圓形凹 模厚度 圓形凹模直徑 d 6350、6363 10、12、14、 16、18、20 63 8063、8080、10063、10080、100100、12580 12、14、16、 18、20、22 80、100 27 125100、125125、（140）80、（140）100 14、16、18、 20、22、25 125 （140）125、（140）（140）、 160100、160125、160（140）、 200100、200125 16、18、20、 22、25、28 （140） 160160、200（140）、200160、200125、 250（140） 16、20、22、 25、28、32 160 200200、250160、250200、（280）160 18、22、25、 28、32、35 200 250250、（280）200、（280）250、 20、25、28、 32、35、40 250 315250 20、28、32、 35、40、45 （280）、315 凹模外形簡圖如圖 7-2 所示: 圖 7-2 凹模簡圖 7.2 凸模的設(shè)計 7.2.1 凸模結(jié)構(gòu)的確定 凸模結(jié)構(gòu)通常分為兩大類。一類是鑲拼式，另一類為整體式。整體式中， 28 根據(jù)加工方法的不同，又分為直通式和臺階式。因為該制件形狀不復(fù)雜，所以 將落料模設(shè)計成臺階式凸模，臺階式凸模工作部分和固定部分的形狀做成一樣， 凸模與凸模固定板的配合按 H7/m6。 7.2.2 凸模材料的確定 該模具要求有較高的壽命和較高的耐磨性，并能承受沖裁時的沖擊力,所以 凸模的材料應(yīng)選 Cr12MoV，熱處理 5862HRC。 7.2.3 凸模精度的確定 根據(jù)凸模作為工作零件，其精度要求較高，所以選用 IT7 級，表面粗糙度 為 Ra1.6um，同軸度為 0.02。 7.2.4 凸模高度的確定 因為該制件形狀不是很復(fù)雜，所以將沖孔模設(shè)計成臺階式凸模。凸模與凸 模固定板的配合按H7/m6。凸模的高度是凸模固定板的厚度、落料凹模與附加 長度的總和，如圖7-3所示。 圖7-3 凸模高度尺寸 凸模高度為： L=h1+h2+（ 1 2） (7-5) 式中: h1-凸模固定板厚度，可得：h1=16mm； h2-凹模厚度 ，可得：h2=24mm； 12-附加長度。 附加長度包括凸模的修磨量，凸模進入凸凹模的深度。 （附加長度取1mm） 由公式(7-5)得： L=16+24+1=42(mm) 29 由以上可得凸模簡圖如圖 7-4 所示： 圖 7-4 凸模簡圖 7.3 凸凹模設(shè)計 7.3.1 凸凹模外形尺寸的確定 凸凹模的外形由本套模具所設(shè)計的零件圖樣外形確定。凸凹模的外形尺寸 應(yīng)保證有足夠的強度、剛度和修磨量，一般根據(jù)被沖材料的厚度和沖裁件的最 大外形尺寸來確定的，與落料凹模配合確定，其內(nèi)孔尺寸與沖孔凸模配合確定。 7.3.2 凸凹模材料的選取 由于沖模為復(fù)合模，所以材料要有良好的耐磨性、高強度、足夠的韌性、 良好的抗疲勞性、熱處理工藝性等。Cr12MoV 剛具有較好的淬透性，很高的耐 磨性，有較高的沖擊韌度和承載強度，且淬火變形小。為滿足以上要求，在該 模具中凸凹模材料選用 Cr12MoV 鋼。 7.3.3 凸凹模精度的確定 零件精度：由于該零件為工作零件，起主要成型的作用，對精度要求較高， 外形精度公差為 IT7。 7.3.4 凸凹模壁厚的確定 凸凹模是復(fù)合模中同時具有落料凸模和沖孔凹模作用的工作零件。它的內(nèi) 外緣均為刃口，內(nèi)外緣之間的壁厚取決于沖裁件的尺寸。從強度方面考慮，其 壁厚應(yīng)受最小值限制。凸凹模的最小壁厚與模具結(jié)構(gòu)有關(guān)：當(dāng)模具為正裝結(jié)構(gòu) 時，內(nèi)孔不積存廢料，脹力小，最小壁厚可以小些；當(dāng)模具為倒裝結(jié)構(gòu)時，若 內(nèi)孔為直筒型刃口形式，且采用下出料方式，則內(nèi)孔積存廢料，脹力大，故最 小壁厚應(yīng)大一些。 30 凸凹模的最小壁厚值，目前一般按經(jīng)驗數(shù)據(jù)確定，倒裝復(fù)合模的凸凹模最 小壁厚見表 7-3。正裝復(fù)合模的凸凹模最小壁厚可比倒裝的小一些。 表 7-3 凸凹模的最小壁厚 材料厚度t/mm 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.5 最小壁厚mm 1.4 1.8 2.3 2.7 3.2 3.6 4.0 4.4 4.9 5.2 5.8 材料厚t/mm 2.8 3.0 3.2 3.5 3.8 4.0 4.2 4.4 4.6 4.8 5.0 最小壁厚mm 6.4 6.7 7.1 7.6 8.1 8.5 8.8 9.1 9.4 9.7 10 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 4.9mm，該壁厚為4.9mm即可，本設(shè)計中凸凹模的壁厚為6mm，故該凸凹模的 側(cè)壁強度要求足夠。 7.3.5 凸凹模洞口類型的選取 本設(shè)計采用的是倒裝式復(fù)合模，故凸凹模在下模，采用下出料方式，需要 設(shè)計凸凹模洞口類型，排出積存廢料。 凸凹模洞口的類型如圖 7-5 所示，其中 a、b、c 型為直筒式刃口凹模，其 特點是制造方便，刃口強度高，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。但因廢料的聚集而增大了推件力和凸凹模的 漲裂力，給凸、凸凹模的強度都帶來了不利影響。一般復(fù)合模和上出件的沖裁 模用 a、c 型，下出件用 b、d 型其中 d 型是錐筒式刃口，在凸凹模內(nèi)不聚集材 料，側(cè)壁磨損小，但刃口強度差，刃磨后刃口徑向尺寸略有增大。 綜上所述，本設(shè)計選用 a 型洞口。 (a) (b) (c) (d) (e) 圖 7-5 凸凹模洞口的類型 (a)直通式 (b)直通式 (c)直通式 (d)錐筒式 (e)錐形式 31 7.3.6 凸凹模尺寸的設(shè)計 凸凹模高度尺寸如圖 7-6 所示，計算公式如下： L=h+h1+h2 （7- 6） 式中： h-增加長度（包括凸模進入凸凹模深度，彈性元件安裝高度等） ； h1-凸凹模固定板厚度； h2-彈性卸料板厚度； h3-凸凹模板厚度； 圖 7-6 凸凹模高度尺寸 根據(jù)公式（7-6）凸凹模高度： L=h+h1+h2+h3 =2+20+12+20 =54(mm) 綜上所述，結(jié)合總體設(shè)計中對零件圖樣的設(shè)計，最終確定零件尺寸： 136mm53mm54mm。凸凹模簡圖如圖 7-7 所示： 32 圖 7-7 凸凹模簡圖 7.4 定位零件的選用 7.4.1 擋料銷、導(dǎo)料銷的選用 設(shè)計擋料銷時，應(yīng)注意以下幾點： （1）工件外形簡單時，應(yīng)以外形定位，外形復(fù)雜時以內(nèi)孔定位。 （2）定位要可靠，放置毛坯和取出工件要方便，確保操作安全。 （3）若工件需要經(jīng)過幾道工序完成時，各套沖模應(yīng)盡可能利用工件上同一 位基準(zhǔn)，避免累積誤差。 在此選用機械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) GB/T7649.10-94 中的 A 型擋料銷，作為該模具中的 擋料銷和導(dǎo)料銷。 選取該模具的擋料銷和導(dǎo)料銷的直徑 d6mm 的 A 型固定擋料銷。 7.5 卸料裝置的選定 7.5.1 卸料裝置的選用 彈性卸料裝置由卸料板、彈性元件、卸料螺釘?shù)攘慵M成。如圖 7-8 所示： 彈性卸料起導(dǎo)向作用時，卸料板與凸模按 H7/h6 配合制造，但其間隙應(yīng)比凸、 凹間隙小，此時，凸模與固定板以 H7/h6 配合。此外，在模具開啟狀態(tài)，卸料 板應(yīng)高出模具工件零件刃口 0.30.5mm，以便順利卸料。彈性卸料裝置簡圖如 圖 7-8 所示： 33 圖 7-8 彈壓卸料裝置簡圖 1-卸料板；2-彈性元件；3-卸料螺釘 7.5.2 卸料螺釘?shù)倪x用 根據(jù)復(fù)合模具典型組合尺寸查得卸料螺釘選擇為：圓柱頭卸料螺 M1260mm JB/T7650.5。 7.5.3 卸料板外型設(shè)計 在沖壓工藝分析中已經(jīng)選擇了彈性卸料裝置，采用卸料板進行卸料。卸料 板不僅有卸料作用，還具有用凸凹模導(dǎo)向，對凸凹模起保護作用，卸料板的邊 界尺寸與凹模的邊界尺寸相等。卸料板與凸凹模的間隙值由表 7-4 確定，取 0.15mm。 7.5.4 卸料板材料的選擇 卸料板主要是起卸料的作用，對它的強度和硬度要求較高，所以材料選擇 是 45 鋼。45 鋼是優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，它的質(zhì)量較好，含碳量（0.45%）波動小， 性能較穩(wěn)定。經(jīng)過熱處理（調(diào)質(zhì)）后具有良好的綜合力學(xué)性能，即具有較高的 強度、硬度，又具有較好的塑性、韌性。 7.5.5 卸料板的結(jié)構(gòu)設(shè)計 卸料板與凸凹模應(yīng)該是間隙配合，要保證單邊間隙為 0.15mm。 表 7-4 卸料板與凸凹模間隙值 材料厚度 t/mm 0.5 0.51 1 單邊間隙 Z/mm 0.05 0.1 0.15 經(jīng)查表 7-4 得凸凹模的單邊間隙符合條件。 本套模具采用了一個擋料銷和兩個導(dǎo)料銷進行條料的定位和導(dǎo)料。根據(jù)條 34 料的寬（120mm）和搭邊值（2mm）確定擋料銷和導(dǎo)料銷的位置，兩個導(dǎo)料銷 之間的距離為 20mm。 模具采用的是彈壓卸料板、橡膠和卸料螺釘進行卸料。兩個卸料螺釘對稱 分布，使每個卸料螺釘受力均勻。 7.5.6 卸料板整體精度的確定 卸料板外輪廓的精度要求不高，所以選取 IT12 級，粗糙度為 Ra3.2；而內(nèi) 輪廓的精度要求比外輪廓的要求稍高，所以選取 IT11 級，粗糙度為 Ra1.6；兩 個螺紋孔和擋料銷、導(dǎo)料銷有定位的作用，所以精度要求要高一些為 IT7 級， 粗糙度為 Ra3.2。 7.5.7 卸料橡膠的設(shè)計 在沖裁模卸料與出件裝置中，常用的元件是彈簧和橡膠，考慮模具的結(jié)構(gòu)， 該模具采用的彈性元件為橡膠。橡膠允許承受的負(fù)載較大，占據(jù)空間尺寸較小， 安裝調(diào)整較方便靈活，而且成本低，是中小型沖模中彈性卸料、頂件及壓邊裝 置常用的彈性元件。 卸料橡膠的選用與計算步驟： （1）確定自由高度 H 自 H 自 =L 工 /(0.25 0.30)+h 修模 （7-7） 式中： L 工- 沖模的工作行程，對沖裁模而言， L 工=t+1； h 修模-預(yù)留的修模量，根據(jù)模具設(shè)計壽命一般取 46 mm。 根據(jù)公式（7-7）得： H 自 =L 工 /（ 0.25 0.30） +h 修模 =3/（0.250.30 ）+ （46） =（10 12） +（46） =1418 =16（mm ） （2）確定 L 預(yù) 和 H 裝 L 預(yù) =（ 0.1 0.15） H 自 （7-8） 式中： L 預(yù)- 橡膠的預(yù)壓縮量。 根據(jù)公式（7-8）得： 35 L 預(yù)=(0.10.15)18=1.82.7=2.0（mm） H 裝 =H 自 -L 預(yù) （7-9） 式中： H 裝-沖模裝配好以后橡膠的高度。 根據(jù)公式（7-9）得： H 裝 =H 自 -L 預(yù) =18-2=16（mm） （3）確定橡膠橫截面積 A A=F/g （7-10） 式中： F-所需的彈壓力（F=9885.564N ） ； g-橡膠在預(yù)壓縮狀態(tài)下的單位壓力：g=0.260.50MPa 。 根據(jù)公式（7-10）得： A=F/g=9885.564/0.40=24713.91（mm 2） 綜上所述，結(jié)合卸料板的厚度查表 7-5，卸料板與凹模的外形尺寸相同。根 據(jù)凹模的尺寸 200mm125mm25mm，從而可以確定卸料板的尺寸。 查表 7-5，卸料板的厚度為 12mm。 表 7-5 固定卸料板厚度 200 0.8 6 6 8 10 12 0.81.5 6 8 10 12 14 1.53 8 10 12 14 16 卸料板簡圖如圖 7-9 所示： 36 圖 7-9 卸料板簡圖 7.6 推件裝置的選定 7.6.1 推件塊的設(shè)計 推件的目的是將制件從凹模中推出。 推件塊結(jié)構(gòu)形式分為： （1）彈性推件裝置：一般裝在下模，具有壓料作用，沖裁件質(zhì)量好；但推 件力較小。常用于正裝式復(fù)合?；驔_裁薄板料的落料模中。 （2）剛性推件裝置：一般裝在上模，利用壓力機的力推件，因此推件力大， 推件可靠；但不具有壓料作用。常用于倒裝式復(fù)合模中。 根據(jù)本副模具要求，所以采用剛性推件裝置。 確定推件塊的材料為 45 鋼，沖孔凸模與推件塊的單邊間隙確定為 0.5mm， 保證沖孔凸模能正常運動。推件塊簡圖如圖 7-10 所示： 圖 7-10 推件塊簡圖 7.6.2 推板的設(shè)計 根據(jù)零件尺寸和自身模具設(shè)計加上參照書本標(biāo)準(zhǔn)，最終我們選取的零件尺 寸為：推板的尺寸為 130 mm37 mm7 mm。 推板材料的選擇：采用 45 鋼作為原材料，熱處理硬度 4348HRC。 根據(jù)以上確定推板的結(jié)構(gòu)尺寸如圖 7-11 所示： 37 圖 7-11 推板簡圖 7.6.3 推桿的設(shè)計 根據(jù)上模座、凸模固定板、以及凹模尺寸。我們設(shè)計選取的推桿尺寸如下： D=6mm，L=40mm。 推桿材料的選擇：用的材料是 45 鋼，熱處理硬度 4348HRC。 根據(jù)以上確定推桿零件簡圖如圖 7-12 所示： 圖 7-12 推桿簡圖 7.7 上下模座的選用 7.7.1 上下模座的選用 本模具采用后側(cè)導(dǎo)柱、導(dǎo)套來保證模具上、下模的精確導(dǎo)向。后側(cè)導(dǎo)柱、 導(dǎo)套都是圓柱形的，其加工方便，裝配容易。導(dǎo)柱的長度應(yīng)保證上模座最底位 置時（閉合狀態(tài)） ，導(dǎo)柱上端面與上模座頂面的距離 5mm。而下模座底面與導(dǎo) 柱底面的距離為 14mm。導(dǎo)柱的下部與下模座導(dǎo)柱孔采用 H7/r6 的過盈配合,導(dǎo) 套的外徑與上模座導(dǎo)套孔采用 H7/r6 的過盈配合。導(dǎo)套的長度，需要保證沖壓 時導(dǎo)柱一定要進入導(dǎo)套 10mm 以上。導(dǎo)柱與導(dǎo)套之間采用 H7/r6 的間隙配合， 導(dǎo)柱與導(dǎo)套均采用 20 鋼，熱處理硬度滲碳深度 0.81.2mm，淬硬 5862HRC。 導(dǎo)柱的直徑、長度，按標(biāo)準(zhǔn)選取。 導(dǎo)柱：A28 h615028 GB/T2861.1 導(dǎo)套：A38 H68038 GB/2861.6 38 模座的的尺寸 L/mmB/mm200mm125mm,上模座的厚度與下模座厚度 查標(biāo)準(zhǔn)分別為 45mm、45mm。 7.8 連接及固定零件的選用 7.8.1 螺釘與銷釘?shù)倪x用 沖模中廣泛使用內(nèi)六角螺釘（緊固可靠、螺釘頭部不外露）和圓柱銷釘。 中、小型模具通用M6 M12的螺釘和420的銷釘。一起使用時，銷釘公稱 直徑可取與螺釘?shù)穆菁y規(guī)格數(shù)值相同或小一個規(guī)格。根據(jù)上模座、墊板、凸模 固定板和凹模采用4個M1270mm的螺釘固定，凸凹模固定板和下模座采用 4個 M1255mm的螺釘固定，模柄與上模座采用4個M1240mm的螺釘固定，螺釘分 布對稱，使緊固零件受力均勻。沖模上的螺釘常用圓柱頭內(nèi)六角螺釘（GB/T70- 1985） 。 銷釘起定位作用，防止零件之間發(fā)生錯移，其本身承受切應(yīng)力。銷釘采用 兩個，多用圓柱銷（GB/T119-2000）與零件上的銷孔采用過渡配合，上模座、 凸模固定板、墊板和凹模采用1285mm的定位銷釘，凸凹模固定板與下模座 采用1260mm的定位銷釘。 7.8.2 模柄的選用 模柄的作用是將上模座固定在沖床的滑塊上。常用的模柄形式有： （1）整體式模柄，模柄與上模座做成整體，用于小型模具。 （2）帶臺階的壓入式模柄，它與模座安裝孔用 H7/n6 配合，可以保證較高 的同軸度和垂直度，適用于各種中小型模具。 （3）帶螺紋的旋入式模柄，與上模連接后，擰入防轉(zhuǎn)螺釘緊固，垂直度較 差，主要用于小型模具。 （4）有凸緣的模柄，用螺釘、銷釘與上模座緊固在一起，使用與較大是模 具。 （5）浮動式模柄，它由模柄、球面墊塊和連接板組成，這種結(jié)構(gòu)可以通過 球面墊塊消除沖床導(dǎo)軌位差對沖模導(dǎo)向精度的影響，適用于滾珠導(dǎo)柱、導(dǎo)套導(dǎo) 向的緊密沖裁。