管卡級進模具設計

管卡級進模具設計,管卡級進,模具設計 管卡級進模具設計 摘 要 本文設計的模具為管卡級進模，使用方便可靠。該模具主要有沖孔、切斷、彎曲等工序。首先通過對制件進行工藝分析、確定沖壓工藝方案及模具結構形式，然后進行排樣設計、壓力中心計算、沖裁力計算、工作零件刃口尺寸的計算等，最后通過CAD繪制模具的裝配圖及零件圖。 關鍵詞：沖孔；落料；彎曲；級進模；設計 目 錄 1 緒論 1 2 制件工藝分析 2 2.1 材料分析 2 2.2 零件結構 4 2.3 尺寸精度 4 3 確定工藝方案 5 3.1 沖裁工藝方案的確定 5 3.2 沖裁工藝方法的選擇 5 4 選擇模具的結構形式 7 4.1 模具的選擇 7 4.2 定位裝置 7 4.3 卸料裝置 7 4.4 導向方式的選擇 7 4.5 模架 7 5 模具工藝參數(shù)計算 9 5.1 計算毛坯尺寸 9 5.2 排樣設計 11 5.3 搭邊值的確定 12 5.4 條料寬度的計算 13 5.5 導板間間距的確定 13 5.6 材料利用率的計算 14 6 計算沖裁力 16 6.1 計算沖裁力的公式 16 6.2 壓力的計算 16 6.2.1 總沖裁力 16 6.2.2 卸料力的計算 17 6.2.3 推料力的計算 17 6.2.4 頂件力的計算 18 6.2.5 彎曲力的計算 18 6.2.6 總沖壓力的計算 19 6.2.7 壓力機的初選 19 7 模具壓力中心的確定 22 8 沖裁模間隙的確定 23 9 刃口尺寸的計算 25 9.1 刃口尺寸計算的基本原則 25 9.2 刃口尺寸計算 25 9.2.1 計算凸凹模刃口尺寸 26 9.2.2 落料刃口計算 27 9.3 沖裁刃口尺寸 28 9.4 彎曲部分刃口計算 29 9.4.1 最小相對彎曲半徑Rmin/t 29 9.4.2 彎曲部分工作尺寸的計算 29 10 主要零部件的設計 32 10.1 凹模的結構設計 32 10.1.1 凹模外形尺寸的計算 32 10.1.2 凹模材料的選用 34 10.2 凸凹模的設計 35 10.3 外形凹模的設計 35 10.4 內孔凸模設計 35 10.4.1 凸模的結構設計 35 10.4.2 凸模尺寸計算 35 10.4.3 凸模材料的選用 36 10.5 彎曲凸模的設計 37 10.6 彈性元件的選擇 37 10.7 卸料板的設計 38 10.8 推件裝置的設計 38 10.9 擋料銷的設計 39 10.10 模架及其它零件的設計 39 10.10.1 模座的設計 39 10.10.2 模柄的選用 40 10.10.3 模架的設計 40 11 模具總裝圖 42 結論 43 致謝 44 參考文獻 45 附錄 46 II 1 緒論 模具，作為高效率的生產工具的一種，是工業(yè)生產中使用極為廣泛與重要的工藝裝備。采用模具生產制品和零件，具有生產效率高，可實現(xiàn)高速大批量的生產；節(jié)約原材料，實現(xiàn)無切屑加工；產品質量穩(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要求；利用模具批量生產的零件加工費用低；所加工出的零件與制件可以一次成形，不需進行再加工；能制造出其它加工工藝方法難以加工、形狀比較復雜的零件制品。 沖壓模具在實際工業(yè)生產中應用廣泛。在傳統(tǒng)的工業(yè)生產中，工人生產的勞動強度大、勞動量大，嚴重影響生產效率的提高。隨著當今科技的發(fā)展，工業(yè)生產中模具的使用已經越來越引起人們的重視，而被大量應用到工業(yè)生產中來。沖壓模具的自動送料技術也投入到實際的生產中，沖壓模具可以大大的提高勞動生產效率，減輕工人負擔，具有重要的技術進步意義和經濟價值。 研究和發(fā)展模具技術，對于促進國民經濟的發(fā)展具有特別重要的意義，模具技術已成為衡量一個國家產品制造技術的重要標志之一，隨著工業(yè)生產的迅速發(fā)展，模具工業(yè)在國民經濟中的地位日益提高，并在國民經濟發(fā)展過程中發(fā)揮越來越大的作用。 本次設計的產品名為管卡，其用途是固定各類管道。在日常生活中廣泛使用，需求量極大。產品外形為U形彎曲件，制造精度要求不高，按IT14級進行加工。該產品生產采用Q235材料。為了提高其經濟效益，本產品可用模具大批量生產，所以就用該產品的模具設計作為畢業(yè)設計選題。 42 2 制件工藝分析 圖2-1 零件圖 工件名稱：管卡 生產批量：大批量 材 料：Q235 工件厚度：t=1.5mm 工件精度：IT14級 2.1 材料分析 首先制件為彎曲件，這就要求材料具有良好的塑性，另外制件還得有一定強度，保證在使用中不易彎曲變形。從經濟角度及大批量的角度考慮，材料價格不宜過高。表2-1可知Q235的抗剪強度為310~380Mpa。 從而得出Q235的塑性較好，有一定強度，沖裁性較好，適合普通沖裁加工，故選擇Q235材料。 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） 普通碳素鋼 Q195 未退火 260-320 Q235 310-380 Q275 400-500 2.2 零件結構 該零件結構形狀相對簡單，無尖角，厚度適中，制件分布有Φ8兩個對稱孔，孔離工件邊緣最小為4mm。根據(jù)零件形狀來分析，該零件的結構滿足沖裁要求。 2.3 尺寸精度 零件上的尺寸都沒有尺寸公差，屬于自由尺寸，所以尺寸公差由公差等級表查得，經查表2-2，確定各尺寸公差：、、、、、、。 通過查公差表，我們發(fā)現(xiàn)普通沖裁能夠滿足零件精度要求。 表2-2 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 /μm /mm ≤3 ＞3~6 ＞6~10 ＞10~18 ＞18~30 ＞30~50 ＞50~80 ＞80~120 ＞120~180 ＞180~250 ＞250~315 ＞315~400 ＞400~500 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 3 確定工藝方案 3.1 沖裁工藝方案的確定 在沖裁工藝分析和技術經濟分析的基礎上，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、復合沖裁和級進沖裁三種。 單工序沖裁是在壓力機一次行程內只完成一個沖壓工序的沖裁模。 復合沖裁是在壓力機一次行程內，在模具的同一位置同時完成兩個或兩個以上的沖壓工序。 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。 表3-1 單工序沖裁、級進沖裁和復合沖裁性能 比較項目 單工序模 復合模 級進模 生產批量 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 沖壓生產率 低，壓力機一次行程內只能完成一個工序 較高，壓力機一次行程內可完成二個以上工序 高，壓力機在一次行程內能完成多個工序 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雜，只能在單機上實現(xiàn)部分機械操作 容易，尤其適應于單機上實現(xiàn)自動化 生產通用性 通用性好，適合于中小批量生產及大型零件的大量生產 通用性較差，僅適合于大批量生產 通用性較差，僅適合于中小型零件的大批量生產 沖模制造的復雜性和價格 結構簡單，制造周期短，價格低 沖裁較復雜零件時，比級進模低 沖裁較簡單零件時低于復合模 綜合模具的特點（見表3-1）有如下三種方案可選?。? 方案一：采用單工序模，由于其生產批量小，精度低，操作不安全，勞動強度大，故不宜采用。 方案二：采用復合模沖裁其模具結構復雜，制件廢料排出較復雜。 方案三：采用級進模沖裁，由于制件需要精度不高，且級進模安全性比較高，又因制件自身的特殊性，采用復合模結構較復雜。除此之外，該方案制件廢料易排出，所以采用此方案較為合適。 通過以上分析，應采用方案三，即該模具應采用級進模沖裁。 4 選擇模具的結構形式 4.1 模具的選擇 由以上沖壓工藝分析可知，采用級進模沖壓，所以模具類型為級進模。 4.2 定位裝置 該模具采用固定擋料銷控制條料的進送步距，采用導料板控制條料的方向，有側壓裝置。 4.3 卸料裝置 條料的卸除：因為工件的料厚為1.5mm，相對較薄，卸料力不大，故可采用彈性卸料裝置進行卸料。 工件的卸除：采用打料裝置將工件從上模落料凹模中推下，落在模具工作面上。 沖孔廢料的卸除：采用下模座漏料孔排出，沖孔廢料在下模座的凸凹模內積聚到一定數(shù)量便從下模座漏料孔中排出。 4.4 導向方式的選擇 導向零件有很多，用導板導向，安裝不方便，而且阻擋操作者視線，所以不采用。滾珠式導柱導套進行導向，雖然導向精度高，使用壽命長，但結構較為復雜，成本較高，維修麻煩，所以不常使用。而該零件精度要求不高，采用滑式導柱導套即可，且模具在壓力機上的安裝簡單方便，成本低。 4.5 模架 對角導柱模架：由于導柱安裝在模具壓力中心對稱的對角線上，所以上模座在導柱上滑行平穩(wěn)但使用不方便，加上難度高。 后側導柱模架：由于前面和左、右不受限制，送料和操作比較方便。因為導柱安裝在后側，工作時，偏心距會造成導套、導柱的單邊磨損，影響模具的使用壽命，且加工的制件精度不高。 四角導柱模架：具有導向平穩(wěn)，導向準確可靠，剛性好等優(yōu)點。常用于沖壓件尺寸較大或精度較高的沖壓零件，以及大量生產用的自動沖壓模架。 中間導柱模架：導柱安裝在模具的對稱線上，導向平穩(wěn)、準確，但只能從一個方向送料，也容易阻擋操作者的視線。 根據(jù)以上方案，比較并結合模具結構形式和送料方式，且該零件的加工精度不高，所以采用后側式導柱模架。 5 模具工藝參數(shù)計算 5.1 計算毛坯尺寸 相對彎曲半徑： 式中： R-彎曲半徑； t-材料厚度。 由于相對彎曲半徑大于0.5，可見制件屬于圓角半徑較大的彎曲件，應該先求變形區(qū)中性層曲率半徑βmm。 （5-1） 式中： r1-內彎曲半徑； k-中性層系數(shù)； t-材料厚度。 表5-1 板料彎曲中性層系數(shù) r/t 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 1 1.2 x 0.21 0.22 0.23 0.24 0.25 0.26 0.28 0.3 0.32 0.33 r/t 1.2 1.5 2 2.5 3 4 5 6 7 ﹥8 x 0.34 0.36 0.38 0.39 0.4 0.42 0.44 0.46 0.48 0.5 查表5-1得：k=0.5。 根據(jù)公式5-1得： 根據(jù)零件圖可知，圓角半徑較大（R﹥0.5t），彎曲件的長度公式為： （5-2） 式中： L-彎曲件毛坯的展開長度； ∑L直-彎曲件各直線部分的長度； ∑L彎-彎曲件各彎曲部分的長度。 圖5-1 制件簡圖 （5-3） 式中： R-大圓半徑15； X1-系數(shù)取0.5； t-料厚1.5； r-小圓半徑6； X2-系數(shù)取0.47。 由于R=15，X1=0.5，t=1.5，代入公式5-3得： 由于∑L直=48mm，∑L彎=70.5087mm，代入公式5-2得： 取L=119mm。 根據(jù)計算得工件的展開尺寸為119mm×14mm，如圖5-2所示： 圖5-2 制件展開圖 5.2 排樣設計 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、沖件質量、生產率、模具結構與壽命。 排樣的方法有：直排、斜排、對直排、混合排，根據(jù)設計模具制件的形狀、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 沿沖件外形沖裁，在沖件周邊都留有搭邊。沖件尺寸完全由沖模來保證，因此沖件精度高，模具壽命高，但材料利用率低。 方案二：少廢料排樣 因受剪切條料和定位誤差的影響，沖件質量差，模具壽命較方案一低，但材料利用率稍高，沖模結構簡單。 方案三：無廢料排樣 沖件的質量和模具壽命更低一些，但材料利用率最高。 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構，降低沖裁力，但受條料寬度誤差及條料導向誤差的影響，沖裁件的尺寸精度不易保證，故應采用方案一。零件為矩形零件，選擇直排法。 5.3 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量。 對于其他材料的計算應取數(shù)值表5-2的數(shù)： 表5-2 其它材料的計算 材料 系數(shù) 鋼（WC0.3%～0.45%） 0.9 鋼（WC0.5%～0.65%） 0.8 硬黃銅 1～1.1 硬鋁 1～1.2 軟黃銅，純銅 1.2 一般來說，搭邊值是由經驗和查表來確定的，該制件的搭邊值采用查表5-3取得。 表5-3 搭邊值和側邊值的數(shù)值 材料厚度t 圓件及r>2t圓角 矩形邊長l≤50 矩形邊長l>50或圓角r≤2 工件間a1 側邊a 工件間a 側邊a1 工件間a1 側邊a 0.25以下 1.8 2.0 2.2 2.5 2.8 3.0 0.25-0.5 1.2 1.5 1.8 2.0 2.2 2.5 0.5-0.8 1.0 1.2 1.5 1.8 1.8 2.0 0.8-1.2 0.8 1.0 1.2 1.5 1.5 1.8 1.2-1.5 1.0 1.2 1.5 1.8 1.9 2.0 1.6-2.0 1.2 1.5 2.0 2.2 2.0 2.2 根據(jù)該制件為矩形且厚度為1.5mm。查表5-3得： 兩制件搭邊值a1=1.8mm。 側搭邊值為a=2.0mm。 5.4 條料寬度的計算 計算條料寬度有3種情況需要考慮： （1）有側壓裝置時條料的寬度。 （2）無側壓裝置時條料的寬度。 （3）有定距側刃時條料的寬度。 有側壓裝置的模具，能使條料始終沿著導料板送進。 條料寬度公式： （5-4） 式中： D-條料寬度方向沖裁件的最大尺寸； A-側搭邊值。 由于Dmax=14mm，a=2mm，查表5-4條料寬度偏差為0.1，代入公式5-4得： 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 表5-4 條料寬度公差 5.5 導板間間距的確定 導板間距離公式： （5-5） 式中： Z-導料板與條料間的最小間隙。 由于查表5-5得：Z=5mm，代入公式5-5得： A=B+Z =18+5 =23mm 表5-5 導料板與條料之間的最小間隙Zmin 材料厚度t（mm） 無側壓裝置 有側壓裝置 條料寬度B（mm） <100 ≥100～200 ≥200～300 <100 ≥100 0～0.5 0.5～1 1～2 2～3 3～4 4～5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 5 5 5 5 5 5 8 8 8 8 8 8 5.6 材料利用率的計算 沖裁件的實際面積與所用板料面積的百分比就叫材料利用率，它是衡量合理利用材料的經濟性指標。 沖裁零件的面積為： 毛坯規(guī)格為：850×1700mm。 送料步距為：h=D+a1=119+1.8=120.8mm。 一個步距內材料利用率為： n11=（）×100% 式中： n-為一個步距內沖件的個數(shù)。 橫裁時的條料數(shù)為： 每條件數(shù)為： n2=(850-1.8)/120.8 =7.02 則可沖7件。 板料可沖總件數(shù)為： n=n1×n2=94×7=658（件） 板料利用率為： 縱裁時的條料數(shù)為： n1=850/B =850/18 =47.2 則可沖47條。 每條件數(shù)為： n2=(1700-1.8)/120.8 =1698.2/120.8 =14.05 則可沖14件。 板料可沖總數(shù)為： n=n1×n2=47×14=658（件） 板料利用率為： n12=(/850×1700)×100% =(658×1666/850×1700)×100% =75.86% 零件排樣圖如下： 圖5-3 零件排樣圖 6 計算沖裁力 6.1 計算沖裁力的公式 計算沖裁力是為了選擇合適的壓力機，設計模具和檢驗模具的強度，壓力機的噸位必須大于所計算的沖裁力，以適宜沖裁的要求，普通平刃沖裁模，其沖裁力一般可以按下式計算： （6-1） 式中： τ-材料抗剪強度，見附表（Mpa）； L-沖裁周邊總長（mm）； t-材料厚度（mm）。 系數(shù)Kp是考慮到沖裁模刃口的磨損，凸模與凹模間隙之波動（數(shù)值的變化或分布不均）潤滑情況，材料力學性能與厚度公差的變化等因數(shù)而設置的安全系數(shù)Kp，一般取1～3。當查不到抗剪強度τ時，可以用抗拉強度代替τ，而取Kp=1.3的近似計算法計算。 根據(jù)常用金屬沖壓材料的力學性能查出Q235未退火τ=310～380（Mpa），取τ=350（Mpa），系數(shù)Kp一般取Kp=1.3。 6.2 沖壓力的計算 由于沖裁模具采用彈性卸料裝置和自然落料方式?？偟臎_裁力包括：F總沖壓力、Kp總沖裁力、FQ卸料力、FQ1推料力、FQ2頂件力、FC彎曲力。 根據(jù)常用金屬沖壓材料的力學性能查出Q235未退火τ=310～380（Mpa），取τ=350（Mpa）。 6.3 總沖裁力 =F1+F2 （6-2） 式中： F1-落料時的沖裁力； F2-沖孔時沖裁力。 落料的周邊長度為： L1=2×（14+119）=133×2=266mm 由于Kp=1.3，L=266mm，τ=350Mpa，代入公式6-1得： 沖孔時的周邊長度： L2=2×3.14×6=37.68mm 總沖裁力：=F1+F2=181.55+25.716=207.266KN 6.3.1 卸料力的計算 （6-3） 式中： Fp-總沖裁力； Kx-卸料系數(shù)。 表6-1 卸料力、推件力和頂件力系數(shù) 料厚/mm K卸 K推 K頂 鋼 ≤0.1 ＞0.1～0.5 ＞0.5～2.5 ＞2.5～6.5 ＞6.5 0.065～0.075 0.045～0.055 0.04～0.05 0.03～0.04 0.02～0.02 0.1 0.063 0.055 0.045 0.025 0.14 0.08 0.06 0.05 0.03 鋁及鋁合金 紫銅、黃銅 0.025～0.08 0.02～0.06 0.03～0.07 0.03～0.09 由于查表6-1得：Kx=0.04～0.05，取Kx=0.05，代入公式6-3得： FQ=0.05×207.266=10.36KN 6.3.2 推料力的計算 （6-4） 式中： Kt-推料系數(shù)。 由于查表6-1得：Kt=0.055，代入公式6-4得： FQ1=0.055×207.266=11.4KN 6.3.3 頂件力的計算 FQ2=KdFp （6-5） 式中： Kd-頂件系數(shù)。 由于查表6-1得：Kd=0.06，代入公式6-5得： FQ2=0.06×207.266=12.44KN 6.3.4 彎曲力的計算 影響彎曲力大小的基本因素有變形材料的性能和質量；彎曲件的形狀和尺寸；模具結構及凸凹模間隙；彎曲方式等，因此很難用理論的分析法進行準確的計算。實際中常用經驗公式進行慨略計算，以作為彎曲工藝設計和選擇沖壓設備的理論。 ?形彎曲件的經驗公式為： （6-6） 式中： Fu-沖壓行程結束時不校正時的彎曲力； B-彎曲件的寬度（mm）； t-彎曲件的厚度（mm）； γ-內彎曲半徑（mm）； σb-彎曲拆料的抗拉強度(Mpa)； K-安全系數(shù)，一般取1.3。 由于B=14mm，代入公式6-6： 對于頂件或壓料裝置的彎曲模，頂件力或壓料力可近似取彎曲力的30%～80%。 彎曲力： 6.3.5 總沖壓力的計算 根據(jù)模具結構的沖壓力： 6.3.6 壓力機的初選 壓力機可分為機械式和液壓式，機械式分為摩擦壓力機、曲柄壓力機、高速沖床，液壓式分為油壓機、水壓機，而在生產中一般常選用曲柄壓力機，曲柄壓力機分有開式和閉式兩種，開式機身形狀似英文字母C，其機身前端及左右均敞開，操作可見大，但機身剛度差，壓力機在工作負荷作用下會產生變形，一般壓力機噸位不超過2000KN。閉式機左右兩側封閉，操作不方便，但機身剛度好，壓力機精度高。 常用冷沖壓設備的工作原理和特點如表6-2。 表6-2 常用冷沖壓設備的工作原理和特點 類型 設備名稱 工作原理 特點 機械式壓力機 摩擦壓力機 利用摩擦盤與飛輪之間相互接觸傳遞動力，皆助螺桿與螺母相對運動原理而工作。 結構簡單，當超負荷時，只會引起飛輪與摩擦盤之間的滑動，而不致?lián)p壞機件。但飛輪輪緣摩擦損壞大，生產率低。適用于中小件的沖壓件加工。 曲柄式壓力機 利用曲柄連桿機構進行工作，電機通過皮帶輪及齒輪帶動，經連桿使滑塊作直線反復運動。 生產率高，適用于各類沖壓加工。 高速壓力機 工作原理與曲柄壓力機相同，但其剛度、精度、行程次數(shù)都比較高，一般帶有自動送料裝置、安全檢測裝置等輔助裝置。 生產率很高，適用于大批量生產，模具一般采用級進模。 液壓機 油壓機 水壓機 利用帕斯卡原理，以水或油為工作介質，采用靜壓力傳遞進行工作，使滑塊上、下往復運動。 壓力大，而且是靜壓力，但生產率低。適用于拉伸擠壓等成形工序。 根據(jù)總的沖壓力與常用冷沖壓設備的工作原理和特點，查表6-3初選壓力機為：開式雙柱可傾壓力機J23-35。 表6-3 J23系列開式雙柱可傾壓力機主要技術參數(shù) 型號 J23-10 J23-16 J23-25 J23-35 J23-40 公稱壓力/KN 100 160 250 350 400 滑塊行程/mm 45 55 65 100 100 最大閉合高度/mm 180 220 270 290 330 閉合高度調節(jié)/mm 35 45 55 60 65 滑塊中心線至床身距離/mm 130 160 200 200 250 滑塊底面尺寸/mm 前后 150 180 220 220 260 左右 170 200 250 250 300 工作臺板厚度/mm 35 40 50 290 65 模柄孔尺寸/mm 直徑 30 40 40 40 50 深度 35 60 60 60 70 7 模具壓力中心的確定 模具壓力中心是指沖壓時諸沖壓力合力的作用點位置。為了確保壓力機和模具正常工作，應使模具的壓力中心與壓力機滑塊的中心相重合，否則會使沖模和壓力機滑塊產生偏心載荷，使滑塊和導軌之間產生過大的摩擦，模具導向零件加速磨損，降低模具和壓力機的使用壽命。 模具的壓力中心，可安以下原則來確定： （1）對稱零件的單個沖裁件，沖模的壓力中心為沖裁件的幾何中心。 （2）工件形狀相同且分布對稱時，沖模的壓力中心與零件的對稱中心相重合。 （3）各分力對某坐標軸的力矩之代數(shù)和等于諸力的合力對該軸的力矩。求出合力作用點的坐標位置X0，Y0（x=0，y=0），即為所求模具的壓力中心。 Xo=L1X1+L2X2+……LnXn/L1+L2+……Ln Yo=L1Y1+L2Y2+……LnYn/L1+L2+……Ln 設沖模壓力中心離O點的距離為X根據(jù)力矩平衡原理得： F1X=(120.8-X)F2 得X=16mm。 圖7-1 壓力中心 由于該零件是一個矩形，X軸、Y軸均對稱的圖形，屬于對稱零件，故落料時壓力中心在O點，沖孔時在O1處。 8 沖裁模間隙的確定 設計模具時一定要選擇合理的間隙，以保證沖裁件的斷面質量、尺寸精度滿足產品的要求，所需沖裁力小、模具壽命高，但分別從質量，沖裁力、模具壽命等方面的要求確定的合理間隙并不是同一個數(shù)值，只是彼此接近?？紤]到制造中的偏差及使用中的磨損、生產中通常只選擇一個適當?shù)姆秶鳛楹侠黹g隙，只要間隙在這個范圍內，就可以沖出良好的制件，這個范圍的最小值稱為最小合理間隙Cmin，最大值稱為最大合理間隙Cmax?？紤]到模具在使用過程中的磨損使間隙增大，故設計與制造新模具時要采用最小合理間隙值Cmin。 沖裁間隙的大小對沖裁件的斷面質量有極其重要的影響，此外，沖裁間隙還影響模具壽命、卸料力、推件力、沖裁力和沖裁件的尺寸精度。沖裁過程中，凸模與被沖的孔之間，凹模與落料件之間均有摩擦，間隙越小，模具作用的壓應力越大，摩擦也越嚴重，而降低了模具的壽命。 根據(jù)實用間隙表8-1查得材料Q235的最小雙面間隙Zmin=0.132mm，最大雙面間隙Zmax=0.24mm。 表8-1 沖裁模初始雙邊間隙 材料 厚度 08、10、35、 09Mn、Q235 16Mn 40、50 65Mn Zmin Zmax Zmin Zmax Zmin Zmax Zmin Zmax 小于0.5 極小間隙（或無間隙） 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.2 1.5 1.75 2.0 2.1 2.5 2.75 3.0 3.5 4.0 4.5 5.5 6.0 6.5 8.0 0.040 0.048 0.064 0.072 0.092 0.100 0.126 0.132 0.220 0.246 0.260 0.260 0.400 0.460 0.540 0.610 0.720 0.940 1.080 0.060 0.072 0.092 0.104 0.126 0.140 0.180 0.240 0.320 0.360 0.380 0.500 0.560 0.640 0.740 0.880 1.000 1.280 1.440 0.040 0.048 0.064 0.072 0.090 0.100 0.132 0.170 0.220 0.260 0.280 0.380 0.420 0.480 0.580 0.680 0.680 0.780 0.840 0.940 1.200 0.060 0.072 0.092 0.104 0.126 0.140 0.180 0.240 0.320 0.380 0.400 0.540 0.600 0.660 0.780 0.920 0.960 1.100 1.200 1.300 1.680 0.040 0.048 0.064 0.072 0.090 0.100 0.132 0.170 0.220 0.260 0.280 0.380 0.420 0.480 0.580 0.680 0.780 0.980 1.140 0.060 0.072 0.092 0.104 0.126 0.140 0.180 0.240 0.320 0.380 0.400 0.540 0.600 0.660 0.780 0.920 1.040 1.320 1.500 0.040 0.048 0.064 0.064 0.090 0.090 0.060 0.072 0.092 0.092 0.126 0.126 9 刃口尺寸的計算 9.1 刃口尺寸計算的基本原則 在確定沖模凸模和凹模刃口尺寸時，必須遵循以下原則： （1）根據(jù)落料和沖孔的特點，落料件的尺寸取決于凹模尺寸，因此落料模應先決定凹模尺寸，用減小凸模尺寸來保證合理間隙；沖孔件的尺寸取決于凸模尺寸，故沖孔以凹模為基準件，用增大凹模尺寸來保證合理間隙。 （2）根據(jù)凸、凹模刃口的磨損規(guī)律，凹模刃口磨損后使落料件尺寸變大，其刃口的基本尺寸應取接近或等于工件的最小極限尺寸；凸模刃口磨損后使沖孔件孔徑減小，故應使刃口尺寸接近或等于工件的最大極限尺寸。 （3）凸模和凹模之間應保證有合理的間隙。 （4）凸模和凹模的制造公差應與沖裁件的尺寸精度相適應。 9.2 刃口尺寸計算 沖裁模凹、凸模刃口尺寸有兩種計算和標注的方法，即分開加工和配做加工兩種方法。前者用于沖件厚度較大和尺寸精度要求不高的場合，后者用于形狀復雜或薄板工件的模具。 對于該工件的模具，為了保證沖裁凸、凹模間有一定間隙，必須采用配合加工。此方法是先做好其中一件作為基準件，然后以此基準件的實際尺寸來配合加工另一件，使它們之間保留一定的間隙值，因此，只在基準件上標注尺寸制造公差，另一件只標注公稱尺寸并注明配做所留的間隙值。這δp與δd就不再受間隙限制。根據(jù)經驗，普通模具的制造公差一般可取δ=△/4。在計算復雜形狀的凸凹模工作部分的尺寸時，可以發(fā)現(xiàn)凸模和凹模磨損后，在一個凸模或凹模上會同時存在三種不同磨損性質的尺寸，這時需要區(qū)別對待。 （1）第一類：凸?；虬寄Ｄp會增大的尺寸； （2）第二類：凸?；虬寄Ｄp或會減小的尺寸； （3）第三類：凸?；虬寄Ｄp后基本不變的尺寸。 9.2.1 計算凸凹模刃口尺寸 凸模與凹模配合加工的方法計算落料凸凹模的刃口尺寸。 （1）凹模磨損后變大的尺寸，按一般落料凹模公式計算，即： （9-1） （2）凹模磨損后變小的尺寸，按一般沖孔凸模公式計算，即： （9-2） （3）凹模磨損后無變化尺寸，為了方便使用，隨工件尺寸的標注方法不同，將其分為三種情況： 工件尺寸為時： （9-3） 工件尺寸為時： （9-4） 工件尺寸為時： （9-5） 式中： Aa、Ba、Ca-相應的凹模刃口尺寸； Amax-工件的最大極限尺寸； Bmin-工件的最小極限尺寸； C-工件的基本尺寸； -工件偏差。 為了避免沖裁件尺寸偏向極限尺寸（落料時偏向最小尺寸，沖孔時偏向最大尺寸），x值在0.5～1之間，與工件精度有關可查表9-1或按下面關系選取。 工件精度IT10以上：x=1。 工件精度IT11～IT13：x=0.75。 工件精度IT14：x=0.5。 δA、0.5δA、δA為凹模制造偏差，通常取δA=/4。 表9-1 系數(shù)x 材料厚度 工件公差△ 1 1～2 2～4 ＞4 ≤0.16 ≤0.20 ≤0.24 ≤0.30 0.17～0.35 0.21～0.41 0.25～0.49 0.31～0.59 ≥0.36 ≥0.42 ≥0.50 ≥0.60 ＜0.16 ＜0.20 ＜0.24 ＜0.30 ≥0.16 ≥0.20 ≥0.24 ≥0.30 磨損系數(shù) 非圓形X值 圓形X值 1 0.75 0.5 0.75 0.5 9.2.2 落料刃口計算 圖9-1 計算刃口尺寸簡圖 圖9-1中的尺寸均無公差要求，按國家標準IT14級公差要求處理，查公差表得：、、。 如圖9-1中所示的落料零件圖，計算凸、凹模的刃口尺寸?？紤]到零件形狀比較復雜，采用配作法加工凸、凹模。凹模磨損后其尺寸變化有三種情況, 落料時應以凹模的實際尺寸按間隙要求來配作凸模，沖孔時應以凸模的實際尺寸按間隙要求來配制凹模。 落料凹模的尺寸從圖9-1上可知，A、B、C、D均屬磨損后變大的尺寸，屬于第一類尺寸，計算公式為： 落料凹模的基本計算尺寸如下： 凸模按凹模尺寸配制，保證雙面間隙（0.132～0.24mm） 沖孔凸模的尺寸從圖9-1上可知，凸模的尺寸在磨損過程中將變小，屬于第二類尺寸，計算公式為： 由于Bmax=7.3，查表9-1磨損系數(shù)X=0.5，代入公式9-2得： 凹模按凹模尺寸配制，保證雙面間隙（0.132～0.24mm）。 9.3 沖裁刃口尺寸 表9-2 沖裁刃口高度 料厚/mm ≤0.5 ＞0.5～1 ＞1～2 ＞2～4 ＞4 刃口高度/mm ≤6 ＞6～8 ＞8～10 ＞10～12 ≥14 查表9-1，刃口高度為h＞8～10（mm），取h=9（mm）。 9.4 彎曲部分刃口計算 9.4.1 最小相對彎曲半徑Rmin/t 彎曲時彎曲半徑越小，板料外表面的變形程度越大，若彎曲半徑過小，則板料的外表面將超過材料的變形極限，而出現(xiàn)裂紋或拉裂。在保證彎曲變形區(qū)材料外表面不發(fā)生裂紋的條件下，彎曲件表面所能行成的最小圓角半徑稱為最小彎曲半徑。 最小彎曲半徑與彎曲件厚度的比值Rmin/t稱為最小相對彎曲半徑，又稱為最小彎曲系數(shù)，是衡量彎曲變形的一個重要指標。 設中性層半徑為ρ，則最外層金屬（半徑為R）的伸長率外為： （9-6） 設中性層位置在半徑為ρ=r+t/2處，且彎曲厚度保持不變，則有R=r+t，固有： （9-7） 如將δ外以材料斷后伸長率δ帶入，則有r/r轉化為Rmin/t，且有： （9-8） 根據(jù)公式就可以算出最小彎曲半徑。 最外層金屬（半徑為R）的伸長率外為： 由于r=16.5mm，代入公式9-7得： 最小彎曲半徑： 由于δ=0.076mm，代入公式9-8得： 9.4.2 彎曲部分工作尺寸的計算 （1） 回彈值 由工藝分析可知，制件彎曲回彈影響最大的部分是最大半徑處，r/t=12.5/1.5=10?5。此處屬于小圓角U形彎曲，故只考慮回彈值。其回彈值為150，由于回彈值很小，故彎曲凸、凹模均可按制件的基本尺寸標注，在試模后稍加修磨即可。 （2） 模具間隙 對于U形件的彎曲，必須選擇合模具間隙，間隙過小，會使邊部壁厚變薄，降低模具壽命。間隙過大則回彈大。 凸凹模單邊間隙Z一般可按下式計算： （9-9） 式中： Z-彎曲凸、凹模單邊間隙； t-材料的厚度； Δ-材料厚度的正偏差； C-間隙數(shù)。 由表9-3查得：Δ=0，C=0.05，代入公式9-9得： 表9-3 普通碳素結構鋼板的厚度公差 材料厚度/mm 材料厚度公差 普通 較高 0.75-0.95 -0.070 -0.050 1.0-1.35 -0.090 -0.060 1.40-1.50 -0.110 -0.080 表9-4 U形彎曲件凸凹模的間隙數(shù)Z值 彎曲件邊長L/mm B/h≤2 板料厚度（t/mm） ＜0.5 0.6～2 2～4 10 0.05 0.05 0.04 20 0.05 0.05 0.04 35 0.07 0.05 0.04 50 0.10 0.07 0.05 （3）凸凹模橫向尺寸的確定 彎曲模的凸凹模工作部分尺寸確定比較復雜，不同的工件形狀其橫向工作尺寸的確定方法不同。 工件標注外形尺寸時，按磨損原則應以凹模為基準，先計算凹模，間隙取在凸模上。 當工件為雙向對稱偏差時，凹模尺寸為： （9-10） 當工件為單向偏差時，凹模實際尺寸為： （9-11） 凸模尺寸為： （9-12） 式中： L-彎曲件的基本尺寸（mm）； LT、LA-凸模、凹模工作部分尺寸（mm）； Δ-彎曲件公差。 δT、δA為凸、凹制造公差，選用IT7～IT9級精度，亦可按δt=δA=Δ/4選取。 工件的外形尺寸為：34+00.62由于工件為單向偏差，所以凹模的實際尺寸為：LA=(L-3/4Δ) +δA0，凸、凹制造公差，Δt=δA=Δ/4=0.62/4=0.16。 由于L=34mm，代入公式9-11得： 由于LA=33.54mm，代入公式9-12得： 根據(jù)工件的尺寸要求，凸、凹模刃口處都應有相應的圓角，為保證彎曲件的尺寸精度，圓角應按實際尺寸配制。 10 主要零部件的設計 設計主要零部件時，首先要考慮主要零部件用什么方法加工制造及總體裝配方法。結合模具的特點，本模具適宜采用線切割加工凸模固定板、卸料板、凹模及外形凸模、內孔凸模。這種加工方法可以保證這些零件各個內孔的同軸度，使裝配工作簡化。下面就分別介紹各個零部件的設計方法。 10.1 凹模的結構設計 10.1.1 凹模外形尺寸的計算 凹模分為整體式和鑲拼式，該模具設計凹模采用整體式凹模，各種沖裁的凹?？拙捎镁€切割機床加工，安排凹模在模架上位置時，要依據(jù)計算壓力中心的數(shù)據(jù)，將壓力中心與模柄中心重合。 模具厚度的確定公式為： （10-1） 式中： K-系數(shù)值，考慮板料厚度的影響； b-沖裁件的最大外形尺寸。 表10-1 系數(shù)值K 材料料寬s/mm 材料厚度t/mm ≤1 >1～3 >3～6 ≤50 0.30～0.40 0.35～0.50 0.45～0.60 >50～100 0.20～0.30 0.22～0.35 0.30～0.45 >100～200 0.15～0.20 0.18～0.22 0.22～0.30 >200 0.10～0.15 0.12～0.18 0.15～0.22 由于查表10-1得：K=0.3，代入公式10-1得： 取H=40mm。 模具壁厚的確定公式為： 凹模壁厚取C=66mm。 凹模長度的確定公式為： 查表10-3取標準L=280mm。 凹模寬度的確定公式為： 查表10-2，選取凹模外形尺寸。凹模輪廓尺寸為280mm×200mm×40mm。 表10-2 矩形和圓形凹模的外形尺寸 矩形凹模的長度和寬度L×B 矩形和圓形凹模厚度 圓形凹模直徑d 63×50、63×63 10、12、14、16、18、20 63 80×63、80×80、100×63、100×80、100×100、125×80 12、14、16、18、20、22 80、100 125×100、125×125、140×80、140×100 14、16、18、20、22、25 125 140×125、140×140、160×100、160×125、160×140、200×100、200×125 16、18、20、22、25、28 140 160×160、200×140、200×160、200×125、 250×140 16、20、22、25、28、32 160 200×200、250×160、250×200、280×160 18、22、25、28、32、35 200 250×250、280×200、280×250、 20、25、28、32、35、40 250 315×250 20、28、32、35、40、45 280、315 10.1.2 凹模材料的選用 凹模刃口要求有較高的耐磨性，并能承受沖裁時的沖擊力，因此要有較高的硬度和適度的韌性。根據(jù)設計要求，選用Cr12比較好，熱處理淬火硬度60～64HRC。 10.2 凸凹模的設計 凸凹模材料選擇與凹模一樣，都要求使用時間較長，高耐磨性，高硬度和適度的韌性。但熱處理應高于凹模。所以，材料也選用Cr12。 10.3 外形凹模的設計 因為該制件形狀不是很復雜，但有彎曲部分，所以將落料模設計成直通式凸模，直通式凸模工作部分和固定部分的形狀做成一樣，直通式凸模采用線切割機床加工。可以直接用2個M8的螺釘固定在墊板上，凸模與凸模固定板的配合按H7/m6。外形凸模的高度是凸模固定板的厚度、卸料板的厚度、導料板的厚度的總和，外形凸模下部設置1個導正銷，借用工件上的孔作為導正孔。 外形凸模長度為： （10-2） 式中： H1-凸模固定板厚度； H導-導板的厚度； H2-卸料板厚度； y-增加長度。 由于H導=6mm，y=46mm，查表10-3得H2=18mm，代入公式10-2得： 10.4 內孔凸模設計 10.4.1 凸模的結構設計 凸模結構通常分為兩大類。一類是鑲拼式，另一類為整體式。整體式中，根據(jù)加工方法的不同，又分為直通式和臺階式。因為本設計中凸模是圓形結構，所以綜合考慮采用整體式中的臺階式（如圖10-1），凸模與凸模固定板的配合按H7/m6。 10.4.2 凸模尺寸計算 凸模長度尺寸應根據(jù)模具的具體結構確定，同時考慮凸模的修模量及固定板與卸料板之間的安全距離等因素。因為該模具采用的是彈性卸料上出件方式，其總長按相關公式計算： （10-3） 式中： H1-凸模固定板厚度； H2-彈簧工作厚度； H3-卸料板厚度； H4-導料板厚度； H5-沖裁件厚度和凸模進入凸凹模經驗值。 由于H1=20，H2=20，H3=18，H4=6，H5=2，代入公式10-3得： 圖10-1 沖孔凸模尺寸 10.4.3 凸模材料的選用 由于沖模為級進模，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。Cr12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，在該模具中凸模材料選用Cr12鋼，熱處理58～60HRC，凸模與推件塊之間的間隙見表10-4，查得凸模與推件塊的間隙為0.035mm。 表10-3 卸料板厚度 沖件厚度t 卸料板寬度 ＜50 50～80 80～125 125～200 ＞200 ～0.8 6 6 8 10 12 ＞0.8～1.5 6 8 10 12 14 ＞1.5～3 8 10 12 14 18 表10-4 凸模與卸料板、導柱與導套的間隙 序號 模具沖裁間隙 Z 卸料板與凸模間隙Z1 輔助小導柱與小導套間隙Z2 1 >0.015～0.025 >0.005～0.007 約為0.003 2 >0.025～0.05 >0.007～0.015 約為0.006 3 >0.05～0.10 >0.015～0.025 約為0.01 4 >0.10～0.15 >0.025～0.035 約為0.02 10.5 彎曲凸模的設計 彎曲凸模選用直通式，采用線切割加工方法。彎曲凸模與凸模固定板采用H7/r6配合。長度為52mm，凸模材料應選Cr12，熱處理58～60HRC，彎曲寬度為60mm。 10.6 彈性元件的選擇 在沖裁模卸料與出件裝置中，常用的元件是彈簧和橡膠，考慮本模具的結構，該模具采用的彈性元件為彈簧。在卸料裝置中，常用的彈簧是圓柱螺旋壓縮彈簧。這種彈簧已標準化（GB2089-1980），設計時根據(jù)所要求的壓縮量和生產的壓力按標準選用即可。 沖模常用圓柱螺旋壓縮彈簧，一般用65Mn或60Si2Mn等鋼絲圈繞成，兩端拼齊并磨平，熱處理以后硬度一般為43～48HRC。 卸料彈簧的選用如下： （1）初步選用彈簧個數(shù)為2~4個。 （2）根據(jù)總卸料力FQ和初選彈簧個數(shù)n，算出彈簧預壓力Fy： （10-4）