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XXXX畢業(yè)設(shè)計(jì)
1 .緒論
1.1目的
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是在完成沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)理論課并進(jìn)行生產(chǎn)實(shí)習(xí)后，進(jìn)行的一個(gè)重要的教學(xué)環(huán)節(jié)。其目的是通過(guò)設(shè)計(jì)給定零件接觸片零件的沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)，提高學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力，為以后從事工程技術(shù)工作奠定基礎(chǔ)。并培養(yǎng)求是、創(chuàng)新的科學(xué)態(tài)度和養(yǎng)成嚴(yán)肅、認(rèn)真、細(xì)致的從事技術(shù)工作的優(yōu)良作風(fēng)。
1.2意義
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目是接觸片沖孔，落料級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)，課題的主要內(nèi)容是對(duì)給定零件接觸片零件進(jìn)行沖壓工藝性分析，提出各種可能的沖壓工藝方案，經(jīng)過(guò)分析與討論確定適合于大批生產(chǎn)的工藝方案和中批生產(chǎn)的工藝方案。進(jìn)行詳細(xì)的工藝計(jì)算，選擇沖壓設(shè)備，編制工藝文件。然后設(shè)計(jì)出中批生產(chǎn)所用的沖孔—落料級(jí)進(jìn)模。
1.3沖壓模具的相關(guān)研究動(dòng)態(tài)
１.我國(guó)模具的發(fā)展現(xiàn)狀：
我國(guó)具工業(yè)從起步到飛躍發(fā)展，歷經(jīng)了半個(gè)多世紀(jì)，近幾年來(lái)，我國(guó)模具技術(shù)有了很大發(fā)展，模具水平有了較大提高。大型、精密、復(fù)雜、高效和長(zhǎng)壽命模具上了新臺(tái)階。
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(guó)有專業(yè)模具廠外，集體、合資、獨(dú)資和私營(yíng)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。
(1) 以汽車覆蓋件模具為代表的大型沖壓模具的制造技術(shù)已取得很大進(jìn)步，東風(fēng)汽車公司模具廠、一汽模具中心等模具廠家已能生產(chǎn)部分轎車覆蓋件模具。
(2) 體現(xiàn)高水平制造技術(shù)的多工位級(jí)進(jìn)模、覆蓋面大增，已從電機(jī)、電鐵芯片模具，擴(kuò)大到接插件、電子零件、汽車零件、空調(diào)器散熱片等家電零件模具上。模具質(zhì)量、模具壽命明顯提高，模具交貨期較前縮短。
(3) 模具CAD/CAM/CAE技術(shù)相當(dāng)廣泛地得到應(yīng)用，并開發(fā)出了自主版權(quán)的模具CAD/CAE軟件。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?jiǎng)恿?。許多研究機(jī)構(gòu)和大專院校開展模具技術(shù)的研究和開發(fā)。經(jīng)過(guò)多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技術(shù)方面取得了顯著進(jìn)步；在提高模具質(zhì)量和縮短模具設(shè)計(jì)制造周期等方面做出了貢獻(xiàn)。一些國(guó)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(guó)際通用軟件，個(gè)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(jì)中。
(4)電加工、數(shù)控加工在模具制造技術(shù)發(fā)展上發(fā)揮了重要作用。模具加工機(jī)床品種增多，水平明顯提高。
(5) 快速經(jīng)濟(jì)制模技術(shù)得到了進(jìn)一步發(fā)展，尤其這一領(lǐng)域的高新技術(shù)快速原型制造技術(shù)(RPM)進(jìn)展很快，國(guó)內(nèi)有多家已自行開發(fā)出達(dá)到國(guó)際水平的相關(guān)設(shè)備。
(6) 模具標(biāo)準(zhǔn)件應(yīng)用更加廣泛，品種有所擴(kuò)展。模具材料方面，由于對(duì)模具壽命的重視，優(yōu)質(zhì)模具鋼的應(yīng)用有較大進(jìn)展。
目前,我國(guó)模具總量雖然已達(dá)到相當(dāng)大的規(guī)模,模具水平也已有了很大提高,但設(shè)計(jì)制造水平在總體上要工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家落后許多。隨著與國(guó)際接軌的腳步不斷加快，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益加劇，人們已經(jīng)越來(lái)越認(rèn)識(shí)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(gè)鏈條中最基礎(chǔ)的要素之一我國(guó)目前的模具開發(fā)制造水平比國(guó)際先進(jìn)水平至少相差10 年， 特別是大型、精密、復(fù)雜、長(zhǎng)壽命模具的產(chǎn)需矛盾更加突出，已成為嚴(yán)重制約我國(guó)制造業(yè)發(fā)展的瓶頸。
２.未來(lái)沖壓模具技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。
模具技術(shù)的發(fā)展應(yīng)該要適應(yīng)模具產(chǎn)品“交貨期短”、“精度高”、“質(zhì)量好”、“價(jià)格低”的要求。達(dá)到要求發(fā)展有以下幾項(xiàng)：
（1）模具產(chǎn)品發(fā)展將大型化、精密化。
（2）多功能復(fù)合模具將進(jìn)一步發(fā)展。新型多功能復(fù)合具是在多工位級(jí)進(jìn)?；A(chǔ)上開發(fā)出來(lái)的。一套多功能模具除了沖壓成 形零件外，還可擔(dān)負(fù)轉(zhuǎn)位、疊壓、攻絲、鉚接、鎖緊等組裝任務(wù)。通過(guò)這種多功能模具生產(chǎn)出來(lái)的不再是單個(gè)零件，而是成批的組件。
（3）熱流道模具在塑料模具中的比重將逐步提高。
（4）快速經(jīng)濟(jì)模具的前景十分廣闊。適應(yīng)多品種、少批量生產(chǎn)方式。一方面是制品使用周期短，品種更新快，另一方面制品的花樣變化頻繁，均要求模具的生產(chǎn)周期越快越好。因此，開發(fā)快速經(jīng)濟(jì)具越來(lái)越引起人們的重視。例如，中、低 熔點(diǎn)合金模具、噴涂成型模具、陶瓷型精鑄模、疊層模及快速 原型制造模具等快速經(jīng)濟(jì)模具將進(jìn)一步發(fā)展。快換模架、快換沖頭等也將日益發(fā)展。另外，采用計(jì)算機(jī)控制和機(jī)械手操作的快速換模裝置、快速試模技術(shù)也會(huì)得到發(fā)展和提高。
（5）模具標(biāo)準(zhǔn)件的應(yīng)用將日漸廣泛。 使用模具標(biāo)準(zhǔn)件不但能縮短模具制造周期，而且能提高模具質(zhì)量和降低模具制造成本。
（6）模具使用優(yōu)質(zhì)材料及應(yīng)用先進(jìn)的表面處理技術(shù)。
（7）在模具設(shè)計(jì)制造中將全面推廣CAD/CAM/CAE技術(shù)。
（8）高速銑削加工將得到更廣泛的應(yīng)用。
（9）模具研磨拋光將向自動(dòng)化、智能化方向發(fā)展。
（10）模具自動(dòng)加工系統(tǒng)的研制和發(fā)展。
1.4 設(shè)計(jì)方法及步驟
1、查閱有關(guān)模具材料、模架結(jié)構(gòu)、模具設(shè)計(jì)理論、模具設(shè)計(jì)實(shí)例等方面的文獻(xiàn)，檢索相關(guān)資料和模具技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展動(dòng)態(tài)。全面復(fù)習(xí)相關(guān)專業(yè)課程，并翻譯外文資料一篇。
2、初步計(jì)算，根據(jù)所給零件圖樣，進(jìn)行必要的工藝計(jì)算，確定初步的設(shè)計(jì)方案。
3、深入工廠進(jìn)行實(shí)習(xí)和調(diào)研，熟悉各種沖壓模具的結(jié)構(gòu)，模具的制造、設(shè)計(jì)和裝配流程。
4、模具設(shè)計(jì)，確定快換模架的結(jié)構(gòu)形式，結(jié)合本零件繪制模具裝配圖和指定模具的零件圖。
2 . 零件沖壓生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)性分析和沖壓工藝分析
2.1 沖壓生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)性分析
產(chǎn)品零件的生產(chǎn)批量對(duì)沖壓工藝加工的經(jīng)濟(jì)性起著決定性的作用。沖壓產(chǎn)品的成本構(gòu)成：C=C材+C1+C模。C材 –材料費(fèi)，C1 –加工費(fèi)，C模模具費(fèi)。提高沖壓生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益的有效途徑有：
1． 提高材料利用率 一般材料費(fèi)要占沖壓件成本的60%，生產(chǎn)中通過(guò)合理設(shè)計(jì)零件或改進(jìn)毛坯形狀，合理排樣或?qū)嵭刑撞没蚶煤脧U料等；
2． 減少工序數(shù) 世界不少國(guó)家大力推行減少每個(gè)零件的工序數(shù)目。日本是瞄準(zhǔn)3-4道工序，目前其某些廠家已達(dá)到2-3道工序。因此日本沖壓件成本一般比我們低25%。其他國(guó)家也在大力推行。由于工序數(shù)減少，導(dǎo)致模具數(shù)量及模具出問(wèn)題的機(jī)會(huì)減少，開動(dòng)率提高，經(jīng)濟(jì)效益大幅度提高；
3． 推行“按件定隙” 經(jīng)驗(yàn)證明，當(dāng)相當(dāng)間隙Z雙收15%-20%時(shí)，模具使用壽命可提高3-5倍。因各種沖壓見的使用要求不同，質(zhì)量要求各異，故其沖裁間隙也應(yīng)不同，“按件定隙”會(huì)取得最佳效益；
4． 推行“按件選?！?因?qū)_壓件質(zhì)量與批量要求差別較大，要根據(jù)具體要求及批量大小選擇各種不同模具結(jié)構(gòu)、模具材料及制模方法等。在大批量生產(chǎn)時(shí)要采用高效的多工位級(jí)進(jìn)模、復(fù)合模、高壽命的硬質(zhì)合金模等。而在小批量時(shí)，可采用一些造價(jià)低廉、制模周期短、模具材料可回收利用的各種簡(jiǎn)易模具、組合模具或低熔點(diǎn)合金模等。
5． 提高生產(chǎn)率 目前世界一些國(guó)家，都在向生產(chǎn)效率要效益。有代表傾向的是(a) 建立沖壓自動(dòng)線；(b)沖壓設(shè)備向多工位壓力機(jī)轉(zhuǎn)移；(c)以拉伸墊或數(shù)控拉伸墊代替雙動(dòng)拉伸壓力機(jī)。由于生產(chǎn)效率高了，分?jǐn)偟絾渭馁M(fèi)用減少，即降低產(chǎn)品成本增加收入。
2.2 接觸片零件沖壓工藝分析
圖1
2.2.1零件工藝分析
圖1 所示叉形接觸片是一種復(fù)雜充電器的接觸片，在各類電器產(chǎn)品中廣泛使用。材質(zhì)為黃銅H62,料厚為2mm，未注尺寸公差為±0. 1mm。該工件形狀復(fù)雜，通過(guò)詳細(xì)分析，存在的問(wèn)題及難點(diǎn)有： 沖廢料凸模窄小、易斷；觸頭部位成形難，尺寸4 ±0. 012mm難保證;U形部位尖銳，尺寸38±0. 025mm較難保證。該工件是大批量生產(chǎn)，質(zhì)量要求高，若采用單工序模不僅工藝繁瑣，而且質(zhì)量也很難保證，由于零件體積小，操作不方便，多次定位后有些尺寸難以穩(wěn)定，產(chǎn)量低、不能適應(yīng)大批量生產(chǎn)的需要。因此采用沖壓多工位級(jí)進(jìn)模。
2.2.2確定沖壓基本工序
從零件的形狀看有以下基本工序：沖孔（沖4mm的側(cè)凹和R11.5mm的U型缺口），落料，整型三個(gè)基本工序。根據(jù)基本工序可以擬定出以下方案：
方案一：采用落料à 沖孔à整型單工序模；
方案二：采用沖孔à落料級(jí)進(jìn)模，整型單工序模；
方案三：采用沖孔à落料級(jí)進(jìn)模，整型單工序模。
分析：方案一，工序較多，投入工裝較大且產(chǎn)品生產(chǎn)率低；方案二，根據(jù)零件形狀，凹凸模的最小壁厚為2t，即4mm的窄槽，其寬度b=4mm＞1.5t。（采用鑲拼結(jié)構(gòu)）此處凹模的強(qiáng)度最薄弱，落料沖孔也可以同時(shí)進(jìn)行，但是此時(shí)凹凸模的形狀復(fù)雜，難以加工，而且U型缺口的上方形成兩個(gè)尖銳的部位，無(wú)論是凹模還是凸模都難以加工，也容易磨損，故不采用沖孔落料復(fù)合模的形式；方案三，工序數(shù)目少，沖孔落料整合為一個(gè)工序，大大提高了生產(chǎn)效率，并能保證零件的質(zhì)量，延長(zhǎng)模具壽命，適合大批量生產(chǎn)。綜合以上分析：本設(shè)計(jì)要求為大批量生產(chǎn)，故采用方案三。
2.2.3排樣方案的確定
按沖裁工藝方法和材料的合理利用，條料的排樣方法可分為三種：
1） 有廢料排樣 有廢料排樣是指在沖裁件與沖裁件之間、沖裁件與條料側(cè)邊之間均有工藝廢料，沖裁是沿沖裁件的封閉輪廓進(jìn)行的。
2） 少?gòu)U料排樣 少?gòu)U料排樣是指只在沖裁件之間或只在沖裁件與條料側(cè)邊之間留有搭邊。沖裁只沿沖裁件的部分輪廓 進(jìn)行，材料利用率達(dá)70%～90%。
3） 無(wú)廢料排樣 無(wú)廢料排樣是指在沖裁件與沖裁件之間、沖裁件與條料側(cè)邊之間留有無(wú)搭邊存在，部裁件實(shí)際上是直接由切斷條料獲得的。材料利用率達(dá)85%～90%。
從接觸片零件圖上分析可知，零件形狀復(fù)雜，只能采用有廢料排料，缺口較多，由此形成的設(shè)計(jì)廢料占了很大的比例，要控制和提高材料的利用率，唯有從降低工藝廢料百分比入手，采用合理的排樣方法才能降低廢料的比例。本設(shè)計(jì)的接觸片零件為長(zhǎng)小工件，考慮沿板（卷）料順長(zhǎng)度方向進(jìn)行排樣，符合材料規(guī)格及工藝要求。考慮到此為大批量生產(chǎn)，結(jié)合沖壓生產(chǎn)率，沖模耐用度，沖模結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量簡(jiǎn)單和操作方便，安全等因素，提出以下幾種方案：
方案一：
排樣 工位
圖2
此方案采用零件間緊靠排樣，材料利用率高，只需要兩個(gè)工位即可，但凸凹模存在形狀復(fù)雜，難以加工，強(qiáng)度不夠，容易磨損等問(wèn)題。
方案二：
排樣 工位
圖3
與方案一相比，此方案增大了排樣距離，4mm的缺口連接起來(lái)形成一個(gè)獨(dú)立的長(zhǎng)孔，改善了凸凹模的復(fù)雜性，增強(qiáng)了凸模和凹模的強(qiáng)度。但第三工位還存在凸模和凹模有尖銳部位而導(dǎo)致容易磨損的情況，而且此一模一件的工藝方式，對(duì)提高生產(chǎn)效率不理想。
方案三：
排樣 工位
圖4
此方案是對(duì)方案二的改進(jìn)，采用一模二件的模具結(jié)構(gòu)，使生產(chǎn)率提高了一倍，滿足月產(chǎn)量10萬(wàn)件的要求。兩個(gè)零件相對(duì)排列，兩個(gè)U型缺口組合起來(lái)形成一個(gè)橢圓形的孔，改善和簡(jiǎn)化了模具結(jié)構(gòu)，加工容易。但第三工位依然存在凸模和凹模有尖銳部位而導(dǎo)致容易磨損的情況，需要進(jìn)一步改善。
方案四：
排樣 工位
圖5
此方案，在合理設(shè)計(jì)考慮模具壁厚和強(qiáng)度及盡可能降低廢料百分率的情況，作出了對(duì)前三種方案存在問(wèn)題進(jìn)行改進(jìn)。第一個(gè)工位先沖出一個(gè)長(zhǎng)孔，第二個(gè)工位沖出兩個(gè)窄孔，然后第三個(gè)工位落料分離出兩個(gè)零件，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工容易，但工序分成三步，有點(diǎn)過(guò)多，其實(shí)還可以縮短工序。
方案五：
圖六 最終排樣圖
此方案在方案四的基礎(chǔ)上又進(jìn)行了一定的改進(jìn)，把原來(lái)的三步工序縮成了兩步，第一步先沖出一個(gè)長(zhǎng)孔，第二步落料分離出兩個(gè)零件。由圖中看出，為了增加凹模壁的厚度，提高模具的壽命，于是第一步工序和第二步工序的距離盡可能拉大一些。雖然增加了模具原材料，但這為了后繼凸模的安裝工作不至于發(fā)生干涉，利于裝配。
2.2.4 材料利用率
材料的經(jīng)濟(jì)利用，直接取決于沖壓工件的加工工藝和排樣方法。沖壓工藝設(shè)計(jì)中，評(píng)價(jià)材料經(jīng)濟(jì)利用程度的指標(biāo)是材料利用率。
材料利用率：
實(shí)際材料面積即沖壓件（毛坯）的有效面積，它與消耗材料面積之差即為廢料。
廢料分為工藝廢料和設(shè)計(jì)廢料兩部分。
設(shè)計(jì)廢料是由于零件結(jié)構(gòu)形狀的特點(diǎn)所形成的廢料，如零件上的孔，槽以及外緣部分的凹槽、缺口等，一般情況下設(shè)計(jì)廢料是難以避免的。
工藝廢料是工件之間和工件與條料、帶料或板料側(cè)邊之間的搭邊，以及沖裁、下料過(guò)程中出現(xiàn)的料頭和料。合理的排樣方法可以降低工藝廢料的比例。
一張板料上總的材料利用率：
式中: A---沖裁件（毛坯）面積（）； ---一張板料上所沖工件總數(shù)量；
---板料長(zhǎng)寬（）。
材料利用率。如果，那么將有16%的材料變成沖壓廢料。
經(jīng)計(jì)算，本設(shè)計(jì)零件接觸片的面積為 A1644。
條料寬度計(jì)算：。
D---沖件尺寸； 條料長(zhǎng)度：3000。
所以：
2.2.5）排樣方法
①排樣方法的選擇原則
沖裁小工件或某種工件需要窄條料時(shí)，應(yīng)沿板料順長(zhǎng)度方向進(jìn)行排樣，符合材料規(guī)格及工藝要求。
沖裁件在條料上的排樣，應(yīng)考慮沖壓生產(chǎn)效率、沖模耐用度、沖模結(jié)構(gòu)是否簡(jiǎn)單和操作方便與安全等。
條料寬度選擇與在板料上的排樣應(yīng)優(yōu)先選用條料寬度較大而步距較小的方案，以便經(jīng)濟(jì)地裁切板料，并減少?zèng)_壓用時(shí)間。
在可能的情況下，要求產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)修正產(chǎn)品零件的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸，以減少或消除設(shè)計(jì)廢料的形成，并有可能采取小、無(wú)廢料排樣方式。
3 沖孔—落料級(jí)進(jìn)模零件的設(shè)計(jì)與計(jì)算
3.1沖壓力的計(jì)算
沖裁力
沖裁模設(shè)計(jì)時(shí)，為了合理地設(shè)計(jì)模具及選用設(shè)備，必須計(jì)算沖裁力。沖裁力是沖裁過(guò)程中，模具工作部分對(duì)材料的壓力。沖裁力在沖裁過(guò)程中隨上模行程變化而變化，故通常是指沖裁力的最大值。沖裁力是選用沖壓設(shè)備和檢驗(yàn)沖模強(qiáng)度的重要依據(jù)，沖裁力的大小與材料性質(zhì)、厚度和工件分離的輪廓長(zhǎng)度有關(guān)。
因采用平刃口沖裁，其理論沖裁力（N）按下式計(jì)算：
F = KLtτb
式中 ： L——沖裁內(nèi)、外周邊的總長(zhǎng)，單位為mm；
t——材料的厚度，單位為mm；
τb——材料的抗切強(qiáng)度，單位為MPa；
K——系數(shù)，一般取K=1.3；
F——沖孔力，單位為N；
圖3-1
圖3-2
由于圖3-1沖孔模和圖3-2的落料凸模不同時(shí)進(jìn)行，所以，兩者只選擇沖裁力最大的作為沖裁力的最終確定值。同時(shí)，圖3-2的左右兩個(gè)十字型的凸模和余下的凸也不是同時(shí)進(jìn)進(jìn)行工作，所以
(1)對(duì)圖3-1的凸模進(jìn)行沖裁力計(jì)算：
由計(jì)算得知mm，查表得=260Mpa，K一般取1.3
則F = KLtτb
即F=1.3×147×2×260=99372N
卸料力：
查表得 取
所以沖孔模的總沖裁力為:
N
(2)對(duì)圖2-2的凸模進(jìn)行沖裁力計(jì)算：
由計(jì)算得mm，查表得=260Mpa，K一般取1.3
則
即
卸料力：
查表得 取
所以落料模的總沖裁力為：
N
所以總的沖裁力為：
N
4壓力中心的計(jì)算
沖裁力合力的作用點(diǎn)稱為沖裁的壓力中心。為了保證壓力機(jī)和模具平穩(wěn)的工作，必須使壓力中心與滑塊中心線相重合，對(duì)于使用模柄的中小型模具就要使壓力中心與模柄軸線相重合，否則將使沖模和壓力機(jī)滑塊承受側(cè)向力，引起凸、凹模間隙不均勻和導(dǎo)向零件加速磨損，甚至還會(huì)引起壓力機(jī)導(dǎo)軌的磨損，影響壓力機(jī)精度。
圖4-1
由計(jì)算得：
；
；
。
壓力中心坐標(biāo)：
5 模具主要零件尺寸計(jì)算
5.1) 凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1）凹模板的尺寸
凹模因其結(jié)構(gòu)形式不一，沖裁時(shí)受力狀態(tài)又比較復(fù)雜，現(xiàn)在還不能用理論計(jì)算方法確定其尺寸。從凹模刃口到凹模外邊緣的最短距離稱為凹模的壁厚。凹模壁厚將直接影響到凹模板的外形尺寸，即長(zhǎng)度與寬度（L×B）。在生產(chǎn)實(shí)際中，一般根據(jù)沖裁件的輪廓尺寸和板料厚度，按下列經(jīng)驗(yàn)公式概略地計(jì)算凹模的外形尺寸。
凹模厚度 凹模壁厚 ～2 h ～
式中b---沖裁件最大外形尺寸，單位為mm; k---系數(shù)，其值查表5。在沖裁件形狀簡(jiǎn)單時(shí)取偏小值，形狀復(fù)雜時(shí)取偏大值。
表5 系數(shù)k的數(shù)值
板料厚度t/mm
b/mm
0.5
1
2
3
>3
<50
0.30
0.35
0.42
0.50
0.60
50～100
0.20
0.22
0.28
0.35
0.42
100～200
0.15
0.18
0.20
0.24
0.30
>200
0.10
0.12
0.15
0.18
0.22
本設(shè)計(jì)接觸片零件k取值k=0.20。
凹模厚度：mm(沖裁件最大外形尺寸是155mm),考慮到其它因素，現(xiàn)在把厚度增加一些，取H=40mm。
凹模壁厚：mm
根據(jù)工件尺寸即可估算凹模的外形尺寸；
長(zhǎng)度×寬度為330mm×250mm。
2） 凹模刃口形式
分為直壁刃口和錐形刃口兩類
A. 直壁刃口：強(qiáng)度好，制造容易，刃磨后刃口尺寸不變，但每次沖壓后工件會(huì)積存在刃口的直壁部分。增加了推件力并加速孔壁磨損。為減少直壁部分積存工件或廢料?？扇≈北诟叨萮=4～8mm。直壁刃口適合精度要求高和形狀復(fù)雜沖壓件使用。
B. 錐形刃口：沖壓后不積存工件或廢料，取件方便。但每次刃口磨后尺寸要加大，且刃口強(qiáng)度低，適于精度要求不高、形狀簡(jiǎn)單的沖壓件。
根據(jù)接觸片零件的精度要求，選用直壁型刃口 。圓柱形型孔的直壁高度h應(yīng)與凹模的使用壽命要求相適應(yīng)，參考表6選取。
表6 凹模型孔主要參數(shù)
板料厚度
主要參數(shù)
備注
h
<0.5
4
表中、值僅適用于機(jī)械加工后經(jīng)鉗工精修
一般電火花加工取=～。
0.5～1.0
5
1.0～2.5
6
2.5～6.0
8
3
>6.0
本設(shè)計(jì)取凹模直壁高度h=7mm。
3） 凹模尺寸設(shè)計(jì)
由于本設(shè)計(jì)模具凸模和凹模刃口尺寸是按照配坐加工的計(jì)算方法進(jìn)行計(jì)算，所以凹模是按凸模尺寸配制，須確定模具的雙面沖裁間隙，才能配制出凹模實(shí)際尺寸。
沖裁間隙指的是凸、凹模刃口縫隙的距離，是沖裁過(guò)程中的重要工藝參數(shù)。間隙的大小影響沖裁件的質(zhì)量，沖裁力的大小以及模具的壽命。間隙是影響斷面質(zhì)量的主要因素，間隙在一定的合理范圍內(nèi)時(shí)，由凸凹模刃口沿最大剪切力方向產(chǎn)生的裂紋將互相重合，制件斷面比較平直、光亮、毛刺很小。間隙過(guò)小或過(guò)大時(shí)，上、下裂紋不重合，出現(xiàn)硬擠裂或者撕裂，斷面質(zhì)量較差，毛刺較大。間隙還影響零件的尺寸和形狀精度。
間隙的大小及其沿刃口邊緣的均勻性直接影響零件剪切面質(zhì)量。選取合理間隙，保證間隙均勻，并使其在整個(gè)沖裁過(guò)程中保持間隙均勻恒定是沖裁技術(shù)的關(guān)鍵條件。間隙主要取決于材料厚度，并與沖裁輪廓、工件材料有關(guān)。
因?yàn)闆_裁模凸、凹模間隙值受多種因素制約，而斷面質(zhì)量和尺寸精度在不同的行業(yè)中其要求也不相同，所以，在生產(chǎn)中很難確定統(tǒng)一的間隙數(shù)值，只能分類按照使用要求及材料性質(zhì)、板料厚度確定一個(gè)適當(dāng)?shù)姆秶鳛楹侠黹g隙值，只要凸、凹模間隙在此范圍內(nèi)就能沖壓出復(fù)合要求的沖壓件。合理間隙的最小值稱為最小合理間隙值最大值稱為最大合理間隙值Zmax。設(shè)計(jì)和制造模具時(shí)應(yīng)考慮模具凸、凹模再使用中會(huì)因未磨損而使間隙增大，故應(yīng)按最小間隙值定合理間隙值Zmin，來(lái)確定模具間隙。
按凸模尺寸配制，其雙面間隙為～。沖裁間隙Z的確定查下表7
表7 機(jī)電行業(yè)用沖裁模初始雙面間隙
材料厚度/mm
08F、10、15、H62、T1、T2、T3
2.0
0.13
0.18
考慮凸、凹模的磨損 凸、凹模在沖裁過(guò)程中有磨損，凸模刃口尺寸磨損使沖孔尺寸減小，凹模刃口尺寸磨損則使落料尺寸增大。為了保證沖裁件的尺寸精度要求，并盡可能提高模具的使用壽命，設(shè)計(jì)落料模時(shí)，凹模刃口的基本尺寸應(yīng)取工件孔公差范圍內(nèi)的較小尺寸；設(shè)計(jì)沖孔模時(shí)，凸模刃口的基本尺寸應(yīng)取工件孔尺寸公差范圍內(nèi)的較大尺寸。這樣就能保證凸、凹模磨損到一定程度后仍能沖裁出合格的工件。不論落料還是沖孔，凸、凹模間隙都應(yīng)取用合理間隙范圍內(nèi)的最小值。
4）凹模外形尺寸的確定
凹模外形可分為圓形和長(zhǎng)方形兩種，其中圓形凹模已標(biāo)準(zhǔn)化。 凹模材料選擇T8A，淬火硬度（熱處理）HRC58-62。凹模刃口尺寸較復(fù)雜，根據(jù)基本外形選用長(zhǎng)方形凹模外形。
5) 凸模固定板厚度
，取整數(shù)為30mm。
6) 計(jì)算凸凹模工作部分尺寸：
沖孔凸模Ⅰ
工作件孔尺寸：寬23mm，長(zhǎng)58mm。
由表查得：尺寸為23mm時(shí)
尺寸為58mm時(shí) 。
查表得X=0.5。
根據(jù) 。又查表得到=0.52mm。
則
沖孔凸模Ⅱ
工作工件尺寸：寬6mm、20mm、31mm，長(zhǎng)5mm、25mm、105mm。
根據(jù)查表得：尺寸為5mm、6mm時(shí)，；
尺寸為20mm、25mm、31mm時(shí)，；
尺寸為105mm時(shí)，。
查表得，X=0.5。
根據(jù)查表知，尺寸5mm、6mm、20mm、25mm、31mm的公差分別為、、、、。
根據(jù)公式得：
。
凹模工作部分尺寸按凸模研配，保證兩側(cè)共有0.064～0.88mm的均勻間隙。
6 選擇沖壓設(shè)備
在實(shí)際生產(chǎn)中，沖裁時(shí)凸模進(jìn)入凹模的深度一般均小于沖裁材料的厚度，凸模在沖壓工作時(shí)的有效行程遠(yuǎn)小于壓力機(jī)的行程長(zhǎng)度，因而沖裁模具在選擇設(shè)備時(shí)，需按總沖裁力小于設(shè)備公稱力和標(biāo)準(zhǔn)行程次數(shù)是否達(dá)到月產(chǎn)量10件的要求，即
及每分鐘行程次數(shù)：（次），（按一個(gè)月30天，每天工作8小時(shí)算）。
考慮到實(shí)際情況，故選擇公稱壓力為1600kN的J23-25開式液動(dòng)壓力機(jī)。其主要參數(shù)為：表8
公稱壓力： 1600kN
滑塊行程： 160mm
最大閉合高度：450mm
閉合高度調(diào)節(jié)量：130mm
工作臺(tái)尺寸：前后：710mm
左右：1120mm
工作臺(tái)孔尺寸：前后：300mm
左右：530mm
墊板尺寸：厚度：130mm
直徑：無(wú)
模柄孔尺寸：直徑：70mm
深度：80mm
標(biāo)準(zhǔn)行程次數(shù)（不小于） (min-1)
40
立柱間距離（不小于）: 530
7 沖模的閉合高度
沖模的閉合高度是指滑塊在下死點(diǎn)即模具在最低工作位置時(shí)，上模座上平面與下模座下平面之間的距離H。沖模的閉合高度必須為壓力機(jī)的裝模高度相適應(yīng)。沖模的閉合高度H應(yīng)介于壓力機(jī)的最大裝模高度Hmax和最小裝模高度Hmin之間，其關(guān)系式如下：
Hmax－5Hmin＋10
而本設(shè)計(jì)的H=300mm，又；
則： 320-5=315mm275+10=285mm
若無(wú)特殊情況，H應(yīng)取上限值，最好為 H≥Hmin＋M/3，以避免因連桿調(diào)節(jié)過(guò)長(zhǎng)而損壞連接螺紋，如果沖模的閉合高度大于壓力機(jī)最大閉和高度，沖模無(wú)法安裝。但若小于壓力機(jī)最小閉和高度，可另附加墊板。所以，在實(shí)際生產(chǎn)中，可靈活調(diào)節(jié)。
其示意圖如圖7-1所示：
圖7-1沖模閉合高度計(jì)算
8 固定與聯(lián)接零件
固定與聯(lián)接零件是用來(lái)將凸、凹模固定在上、下模座上，以及將上、下模座固定在壓力機(jī)上的零件，主要的固定與聯(lián)接零件有模柄、上模座、下模座和上下模固定板，以及墊板、螺釘和銷釘?shù)取?
1. 模柄的類型及選擇
模柄是將上模座安裝在壓力機(jī)滑塊上的零件。選擇模具的類型要考慮模具結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和使用要求，模柄工作段的直徑應(yīng)與所選定的壓力機(jī)滑塊孔的直徑相一致。
中小型模具一般都用模柄將上模和壓力機(jī)滑塊相連接。設(shè)計(jì)模具時(shí)，選擇模柄的類型要考慮模具結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和使用要求，模柄工作段的直徑應(yīng)與所選定的壓力機(jī)滑塊孔的直徑相一致。模柄有以下五種形式：
① 整體式：模柄與上模座做成整體，適用于小型模具。
② 壓入式：與模座安裝孔用H7/h6配合，可保證較高的同軸度和垂直度。適于中小型模具。
③ 螺紋旋入式：制造和安裝方便，為防止松動(dòng)擰入防轉(zhuǎn)螺釘，適合于中、小型模具。
④ 凸緣式：用螺釘與銷釘與上模座緊固在一起，使用與較大的模具。
⑤ 浮動(dòng)式：可通過(guò)球面墊塊消除壓力機(jī)導(dǎo)軌誤差對(duì)沖模導(dǎo)向精度的影響。這種結(jié)構(gòu)允許模柄有少許傾斜，可以避免壓力機(jī)滑塊導(dǎo)向誤差對(duì)模具導(dǎo)向精度的影響。浮動(dòng)式模柄適用于滾動(dòng)導(dǎo)柱導(dǎo)套的精密模具、多工序級(jí)進(jìn)模等。
在這里選用浮動(dòng)式模柄，模柄材料采用Q235，淬硬HRC43～48制造。如圖6-1。
圖8-1
9 沖裁件整形
在沖壓工藝中整形和校平屬于修正性的成形工序，大都是在沖裁、彎曲、拉深等沖壓工藝后進(jìn)行，主要是為了把沖壓件的平面度、圓角半徑等修整到滿足工件的要求。
這類工序的特點(diǎn)是：變形量很小，是在局部的地方成形以達(dá)到修整的目的，要求經(jīng)過(guò)整形或校平后，工件的誤差比較小，因而對(duì)模具也要求較精確；要求壓力機(jī)滑塊達(dá)到下止點(diǎn)時(shí)，對(duì)工件要施加校正力，因此，所用設(shè)備要有一定的剛性，這類工序使用的機(jī)械壓力機(jī)必須帶有保護(hù)裝置，以防損壞設(shè)備。
針對(duì)本次設(shè)計(jì)中沖裁件的精度要求，只需校平就可以達(dá)到所需要的精度要求，其具體的校平工藝過(guò)程如下：
校平通常用來(lái)校正沖裁件的穹彎。
根據(jù)板料的厚度和對(duì)表面的要求，校平可以采用光面模和齒型模兩種。但一般對(duì)于薄料和表面不允許有壓痕的板件，采用光面校平模，為了使校平不受壓力機(jī)滑塊導(dǎo)向誤差的影響，校平模最好做成浮動(dòng)式，如圖9-1所示：
a）上模浮動(dòng)式 b）下模浮動(dòng)式
圖9-1
應(yīng)用光面校平模進(jìn)行校平時(shí)，由于回彈較大，對(duì)于高強(qiáng)度材料制成的工件，校平效果較差。
校平力可按下式計(jì)算：
F=Aq
式中 F為校平力，單位為N；
A為校平投影面積，單位為mm；
q為單位校平力，單位為MP；q值可查下表10
表10 校平單位壓力 （MPa）
方法
q值
光面校平模校平
50～80
由前面計(jì)算可知，接觸片校平投影面積A=1644mm
所以 F=1644，小于之前所假設(shè)的總沖裁力，可行。
考慮到工件在模具采用彈性卸料裝置，在沖壓過(guò)程中，工件變形相對(duì)比較小，校平壓力要求不是很高，能達(dá)到校平效果。
10 模具安裝與調(diào)試
10.1上、下模座的安裝
10.1.1 上模的安裝形式與聯(lián)接
根據(jù)模具的大小不同，上模的安裝形式與聯(lián)接方法有如下三種：
（1）利用模具的模柄：廣泛用開式壓力機(jī)，模具比較小，模柄固定在壓力機(jī)的滑塊模柄內(nèi)，由于模柄是聯(lián)接模具的整個(gè)上模部分，壓力機(jī)滑塊的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)整個(gè)模具的上模部分完成沖壓動(dòng)作。
（2）利用模座的上模座：常用于閉式壓力機(jī)和大的開式壓力機(jī)，模具大，通過(guò)壓板、墊塊和螺釘?shù)龋脡毫C(jī)滑塊底平面上的T型槽將上模座緊緊地固定在壓力機(jī)的滑塊上，這樣模具的上模部分與壓力機(jī)的滑塊成為一體，壓力機(jī)滑塊的往復(fù)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)整個(gè)模具的上模部分完成沖壓動(dòng)作。
（3）用模柄又利用上模座：可靠和方便對(duì)中。
本設(shè)計(jì)采用的是第一種方案。
101.2 下模的安裝形式與聯(lián)接
下模板是直接固定在壓力機(jī)的工作臺(tái)墊板平面上，工作臺(tái)墊板平面上有T型槽，利用壓板、墊塊和螺釘壓緊在工作臺(tái)上，下模的安裝常在上模的安裝之后進(jìn)行。
10.2 調(diào)整和試模
10.2.1 調(diào)整模具閉合高度
不同沖壓性質(zhì)的模具，閉合高度的調(diào)整值是完全不相同的，沖孔、落料等沖裁模具，凸模調(diào)整進(jìn)入凹模刃口的深度為其被沖料厚的2/3或略深一些就可以了。而壓彎模凸模進(jìn)入凹模的深度與彎曲件的形狀有關(guān)，一般凸模要全部進(jìn)入或進(jìn)入凹模一定深度，將彎曲件壓成形為止。
10.2.2 調(diào)整模具間隙
沖裁間隙最主要的影響因素是被沖材料的性質(zhì)、板料厚度和對(duì)沖件的質(zhì)量要求，沖裁間隙的調(diào)整是指沖模裝配是凸、凹模之間的間隙如何做到均勻一致。根據(jù)沖模結(jié)構(gòu)、形狀、間隙大小和裝配方法可采用不同的調(diào)整方法。調(diào)整方法有以下幾種：
透光法，切紙法，墊片法，鍍銅法，油漆法，測(cè)量法。
10.2.3 試模
模具裝配完后，要按正常生產(chǎn)條件下進(jìn)行試模，即試模使用設(shè)備和試模用材料等技術(shù)條件均要符合生產(chǎn)要求。
（1）驗(yàn)證使用的設(shè)備是否準(zhǔn)確，包括沖壓力是否足夠及模具是否不用任何修改就能順利地裝到設(shè)備上使用。
（2）驗(yàn)證該模具所生產(chǎn)的工件在形狀、尺寸精度等方面是否符合設(shè)計(jì)要求。
驗(yàn)證該模具在卸料、定位、頂出件、排料及安全生產(chǎn)方面是否正?？煽浚芊襁M(jìn)行生產(chǎn)使用。
（3）驗(yàn)證沖壓工藝流程是否合理。
（4）為模具設(shè)計(jì)反饋信息，了解模具結(jié)構(gòu)實(shí)際等不合理需要改進(jìn)的地方。
（5）為模具投入正常生產(chǎn)作準(zhǔn)備。
參考文獻(xiàn)
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