單耳止動墊片沖壓工藝及級進模具設(shè)計

單耳止動墊片沖壓工藝及級進模具設(shè)計,單耳止動,墊片,沖壓,工藝,模具設(shè)計 《沖壓模具設(shè)計》課程設(shè)計說明書 課程設(shè)計說明書 題 目 學(xué) 院 材料工程學(xué)院 專 業(yè) 材料成型及控制工程 班 級 III 摘 要 本設(shè)計主要介紹了單耳止動墊片沖孔、落料復(fù)合模設(shè)計的全過程。通過對單耳止動墊片進行了詳細(xì)的工藝分析、確定沖壓工藝方案及模具結(jié)構(gòu)形式，然后進行模具總體設(shè)計，再進行參數(shù)額計與計算。在設(shè)計過程中除了設(shè)計說明書外，還完成模具的裝配圖，非標(biāo)準(zhǔn)零件的零件圖。采用CAD軟件繪制沖壓模具工作零件的零件圖。 關(guān)鍵詞：單耳止動墊片;沖壓模具;設(shè)計 目 錄 1 緒論 1 2 沖壓件工藝分析 3 2.1 材料分析 3 2.2 零件結(jié)構(gòu) 3 2.3 尺寸精度 4 3 沖裁方案的確定 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 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 7 5 模具設(shè)計工藝計算 9 5.1 排樣方式的選擇 9 5.1.1 搭邊值和條料寬度確定 10 5.1.2 材料的經(jīng)濟利用率 11 5.2 沖裁力的計算 12 5.3 沖壓設(shè)備的選擇 14 5.3 沖壓設(shè)備的選擇 15 6 刃口尺寸的計算 16 6.1 沖裁間隙的確 16 6.2 刃口尺寸的計算及依據(jù) 17 7 主要零部件設(shè)計 19 7.1 凹模的設(shè)計 19 7.2 凸模的設(shè)計 20 7.2.1 凸模結(jié)構(gòu)的確定 20 7.2.2 凸模材料的確定 20 7.2.3 凸模精度的確定 20 7.3 凸凹模的設(shè)計 20 7.3.1 凸凹模外形的確定 20 7.3.2 凸凹模材料的選取 20 7.3.3 凸凹模精度的確定 21 7.3.4 凸凹模壁厚的確定 21 7.3.5 凸凹模洞口類型的選取 21 7.4 卸料裝置的選用 22 7.4.1 卸料裝置的選用 22 7.4.2 卸料板外型的設(shè)計 22 7.4.3 卸料板材料的選擇 22 7.4.4 卸料板整體精度的確定 23 7.5 固定板的設(shè)計 23 7.5.1 凸模固定板的設(shè)計 23 7.5.2 凸凹模固定板的設(shè)計 23 7.6 墊板的設(shè)計 24 7.7 擋料銷、導(dǎo)料銷、卸料螺釘?shù)倪x用 24 7.7.1 擋料銷、導(dǎo)料銷的選用 24 7.7.2 卸料螺釘?shù)倪x用 24 7.8 上下模座、模柄、打桿的選用 24 7.8.1 上下模座的選用 24 7.8.2 模柄的選用 25 8 沖壓設(shè)備的校核 26 8.1 沖壓設(shè)備的校核 26 8.2 沖壓設(shè)備的選用 26 參考文獻 27 1 緒論 近年來，沖壓成形工藝有很多新的進展，特別是精密沖裁、精密成形、精密剪切、復(fù)合材料成形、超塑性成形、軟模成形以及電磁成形等新工藝日新月異，沖壓件的精度日趨精確，生產(chǎn)率也有極大提高，正在把沖壓加工提高到高品質(zhì)的、新的發(fā)展水平。前幾年的精密沖壓主要市是指對平板零件進行精密沖裁，而現(xiàn)在，除了精密沖裁外還可兼有精密彎曲、壓延、壓印等，可以進行復(fù)雜零件的立體精密成形。過去的精密沖裁只能對厚度為5~8mm以下的中板或薄板進行加工，而現(xiàn)在可以對厚度達25mm 的厚板實現(xiàn)精密沖裁，并可對σb >900MPa的高強度合金材料進行精沖。 由于引入了CAE，沖壓成形已從原來的對應(yīng)力應(yīng)變進行有限元等分析而逐步發(fā)展到采用計算機進行工藝過程的模擬與分析，以實現(xiàn)沖壓過程的優(yōu)化設(shè)計。在沖壓毛坯設(shè)計方面也開展了計算機輔助設(shè)計，可以對排樣或壓延毛坯進行優(yōu)化設(shè)計。 此外，對沖壓成形性能和成形極限的研究，沖壓件成形難度的判定以及成形預(yù)報等技術(shù)的發(fā)展，均標(biāo)志著沖壓成形以從原來的經(jīng)驗、實驗分析階段開始走上由沖壓理論指導(dǎo)的科學(xué)階段，使沖壓成形走向計算機輔助工程化和智能化的發(fā)展道路。 為了滿足制件更新?lián)Q代快和生產(chǎn)批量小的發(fā)展趨勢，發(fā)展了一些新的成形工藝(如高能成形和旋壓等)、簡易模具（如軟模和低熔點合金模等）、通用組合模具和數(shù)控沖壓設(shè)備等。這樣，就使沖壓生產(chǎn)既適合大量生產(chǎn)，也同樣適用于小批生產(chǎn)。不斷改進板料性能，以提高其成形能力和使用效果，例如研制高強度鋼板，用來生產(chǎn)汽車覆蓋件，以減輕零件重量和提高其結(jié)構(gòu)強度。 目前，國內(nèi)模具工業(yè)發(fā)展很快，其產(chǎn)值已超過機床工業(yè)的產(chǎn)值。我國模具工業(yè)作為一個獨立的新型的工業(yè)，正處于飛速發(fā)展階段，已成為國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)工業(yè)之一，其發(fā)展前景十分廣闊。據(jù)預(yù)測，未來我國將成為世界的制造中心，這更加給模具工業(yè)帶來前所未有的發(fā)展機遇和空間。但由于我國模具工業(yè)起步較晚，底子薄“九五”期間雖有較快發(fā)展，但與發(fā)達國家相比，差距還相當(dāng)大。許多模具還需要進口，模具制造高級 人才也供不應(yīng)求。為進一步加快我國模具工業(yè)的發(fā)展，基本任務(wù)之一就是加快人才的培養(yǎng)，普及先進的模具設(shè)計與制造技術(shù)，培養(yǎng)模具專業(yè)的高級人才。 為滿足模具制造業(yè)對技術(shù)工人的需求，很多職業(yè)技能培訓(xùn)學(xué)校都開設(shè)了模具制造相關(guān)專業(yè)，而目前我國模具制造工還沒有成為獨立的專業(yè)工種，還沒有統(tǒng)一的模具制造專業(yè)教學(xué)大綱和教材，也沒有統(tǒng)一的技能鑒定標(biāo)準(zhǔn)，各學(xué)校和企業(yè)都只能在摸索中自行組織安排，這種狀況顯然不利于該專業(yè)的發(fā)展和人才培養(yǎng)的規(guī)范性。 27 《沖壓模具設(shè)計》課程設(shè)計說明書 2 沖壓件工藝分析 單耳止動墊片年產(chǎn)量采用大批量生產(chǎn)，材料為Q235鋼，厚度為1.5mm，未注公差為IT14。零件如圖2-1所示： 圖2-1零件簡圖 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τ/MPa 碳素結(jié)構(gòu)鋼 08 已退火 300~360 Q235 303~372 Q275 392~490 由上表2-1可知：Q235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。凸、凹模允許的最小壁厚3.6mm，小于最小孔邊距17.5mm。所以，用倒裝式復(fù)合模沖壓這個零件。 2.3 尺寸精度 由于本零件給定的精度都按生產(chǎn)所需經(jīng)濟精度要求IT14查表2-2得： 屬于A類尺寸的有：、、 屬于B類尺寸的有：、 屬于C類尺寸的有： 通過查公差等級表，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 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。 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。 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。 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 復(fù)合模的特點是生產(chǎn)效率高，沖裁件的內(nèi)孔與外緣的相對位置精度高，板料的定位精度要求比級進模低，沖模的輪廓尺寸較小。由于零件的生產(chǎn)要求的是大批量生產(chǎn)、零件的尺寸較大，外形簡單，為提高生產(chǎn)率，根據(jù)上述方案分析、比較，宜采用復(fù)合模沖裁。 4 模具總體結(jié)構(gòu)的確定 4.1 模具類型的選擇 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4-1。 表4-1 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 比較項目表 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。 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?？刂茥l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，單邊間隙取（0.2～0.5）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（0.1～0.2）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1.5mm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模或縱向送料的落料模、復(fù)合模。 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。 （a） （b） （c） （d） 圖4-1 導(dǎo)柱模架 （a）中間導(dǎo)柱模架 （b）后側(cè)導(dǎo)柱模架 （c）對角導(dǎo)柱模架 （d）四角導(dǎo)柱模架 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。 5 模具設(shè)計工藝計算 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：直排、斜排、對直、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(zhì)量差，模具壽命較方案一低，但材料利用率稍高，沖模結(jié)構(gòu)簡單。 方案三：無廢料排樣 沖件的質(zhì)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(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，所以采用方案一有廢料的排樣方式。 分析零件的形狀，零件的排樣方式如圖所示。 圖5-1 橫排 圖5-2 豎排 圖5-3 斜排 5.1.1 搭邊值和條料寬度確定 （1）搭邊值的確定 搭邊的作用一是補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，提高勞動生產(chǎn)率；同時，搭邊還可以避免沖裁時條料邊緣的毛刺被拉入模具間隙，從而提高模具壽命。 由材料的性能、厚度和形狀可確定搭邊值。 兩工件之間的搭邊：a1=1.8mm 工件與側(cè)面的搭邊： a=2.0mm 5.1.2 材料的經(jīng)濟利用率 條料的寬度： B=(D+2a)0 -Δ 式中，B—條料寬度； D—工件在寬度方向的尺寸； a—側(cè)搭邊值； b—側(cè)刃寬度； △—寬度偏差； 條料的寬度確定公式如下： 橫排 B=(55+2×2)0 -0.5 =590 -0.5mm 豎排 B=(83.5+2×2)0 -0.5 =87.50 -0.5mm 斜排 B=(+2×2)0 -0.5 =0 -0.5mm 條料的步矩： S=L+b 式中，S—沖裁步距； L—先選擇送料的方向，工件在送料方向上的最大尺寸，毛坯尺寸的最大值； b—沿送進方向的搭邊值 橫排： S=L+b=85.3 豎排： S=L+b=56.8 斜排： S=L+b=89.8 材料利用率定義為： η=A/BS×100% 式中，η—材料利用率； A—工件的面積，由二維軟件測得：A=3530.41mm2 B—條料寬度； S—沖裁步距。 橫排 η=A/BS×100% =3530.41/82×115.8×100% =71.46% 豎排 η=A/BS×100% =3530.41/118×79.8×100% =72.067% 斜排 η=A/BS×100% =3530.41/109.9×89.8×100% =68.75% 豎排的排樣利用率比較高，所以選擇采用豎排。 5.2 沖裁力的計算 計算沖裁力的目的是為了選用合理的壓力機，設(shè)計模具以及檢驗?zāi)＞叩膹姸取毫C的噸位必須大于所計算的沖裁力，以適應(yīng)沖裁工藝的需求。一般可按下公式計算： 式中 FP-------沖裁力（N）； L--------沖裁周邊長度（mm）； t--------沖裁料厚(mm)； τb--------------- 抗剪強度（MPa）； （1）落料力計算 按上式： 式中： F落――落料力（N）； L――工件外輪廓周長（mm）； T――材料厚度（mm），t=1.5mm； τ――材料抗剪強度（MPa）。材料為Q235鋼，由查表，。 根據(jù)零件圖可算落料輪廓長度L=238mm 則 （2）沖孔力 式中 ――沖孔力（N）； L――工件外輪廓周長（mm）； T――材料厚度（mm），t=1.5mm； τ――材料抗剪強度（MPa）。由查表，。 根據(jù)零件圖可算沖孔輪廓長度L=135(mm) 則 2. 落料時的卸料力的計算 =KX 式中 -----------卸料力（N）； -----------落料力（N） KX ------卸料系數(shù)，查《沖壓模具簡明設(shè)計手冊》表3-11，P57其值為0.03～0.04，取K=0.04。 則 =KX =0.04×167.1=6.7（KN） 3. 沖孔時的推件力的計算 =nkT 式中 -------------推料力（N）； K1------推料系數(shù)，查《沖壓模具簡明設(shè)計手冊》表3-11，其值為0.05； n------ 梗塞在凹模內(nèi)的制件或廢料數(shù)量，n=h/t，h為刃口部分的高（mm），t為材料厚度（mm），其中，h=6mm，t=1.5mm，取n=4， 則 =nkT=4×0.05×68.1=13.6(KN) 沖裁時，壓力機的公稱壓力必須大于或等于各沖裁工藝力的總和 = + ++ 式中：沖裁力 =167.1KN，=68.1KN，卸料力=6.7KN，推料力=13.6KN，則: = + ++=255.5kN 5.3 沖壓設(shè)備的選擇 計算得總沖壓力是255.5KN，所選壓力機的公稱壓力必須大于或等于總沖壓力的1.3倍。所以選用公稱壓力為350KN的機械壓力機J23-35。壓力機主要參數(shù)經(jīng)查《沖模設(shè)計手冊》、《沖壓模具設(shè)計師手冊》、《沖壓手冊》得表5-4。 表5-4 J23系列開式可傾壓力機主要技術(shù)參數(shù) 技術(shù)參數(shù) 型號 J23-3.15 J23-6.3 J23-10 J23-16 J23-25 J23-35 J23-40 J23-63 滑塊公稱 壓力 31.5 63 100 160 250 350 400 630 滑塊行程 25 35 45 55 65 100 100 120 封閉高度 120 150 180 220 270 290 330 360 連桿調(diào)節(jié)量 25 30 35 45 55 60 65 70 滑塊中心線至機身距離 90 110 130 160 200 200 250 300 滑塊地面尺寸 左右 100 140 170 200 250 250 300 300 前后 90 120 150 180 220 220 260 260 模柄孔尺寸 直徑 25 30 30 40 40 40 50 50 深度 40 55 55 60 60 60 70 80 墊塊厚度 30 30 35 40 50 65 65 90 最大傾斜角 45 45 35 35 30 30 30 30 工作臺尺寸 左右 250 310 370 450 560 610 700 710 前后 160 200 240 300 370 380 460 480 5.3 沖壓設(shè)備的選擇 對于規(guī)則的圖形，一般選擇幾何中心作為模具的壓力中心，而無需計算，如果工件比較復(fù)雜，或者有多個凸模，我們可以采用解析法進行詳細(xì)的計算。 對于復(fù)雜的工件，一般采用解析發(fā)計算，通過力矩原理來進行計算。 按比例畫出凸模刃口的輪廓形狀，選坐標(biāo)XOY。 表5-5 壓力中心計算數(shù)據(jù) 模具壓力中心坐標(biāo)： =-6.9563 計算得模具壓力中心的坐標(biāo)值為（-6.9563，0）。 6 刃口尺寸的計算 沖裁件的尺寸精度主要決定于模具的刃口的尺寸精度，模具的合理間隙值也要靠模具刃口尺寸及制造精度來保證。正確確定模具刃口尺寸及其制造公差，是設(shè)計沖裁模主要任務(wù)之一。 6.1 沖裁間隙的確 沖裁間隙是影響沖裁工序最重要的工藝參數(shù)，其定義為沖裁凸模與凹模之間的空隙尺寸，如圖6-1所示。設(shè)計模具時一定要選擇合理的間隙，以保證沖裁件的斷面質(zhì)量、尺寸精度滿足產(chǎn)品的要求，所需沖裁力小、模具壽命高。沖裁過程中模具的失效形式一般有磨損、變形、崩刀和凹模刃口脹裂四種。間隙大小主要對模具磨損及脹裂產(chǎn)生影響。間隙增大可以使沖裁力、卸料力等減小，因而模具的磨損也減小。但當(dāng)間隙繼續(xù)增大時，卸料力增加，又影響模具壽命。一般間隙為（10%~15%）t時的磨損最小，模具壽命較高。 圖6-1沖裁間隙圖 由于沖裁間隙對斷面質(zhì)量、工件尺寸精度、模具壽命、沖裁力等的影響規(guī)律并非一致，所以，并不存在一個絕對合理的間隙數(shù)值，能同時滿足斷面質(zhì)量最佳、尺寸精度最高、模具壽命最長、沖裁力最小等各方面的要求。所以在實際生產(chǎn)中，其總的原則應(yīng)該是在保證滿足沖裁件剪切斷面質(zhì)量和尺寸精度的前提下，使模具壽命最長。目前在生產(chǎn)中，廣泛采用經(jīng)驗法和查表法來確定合理的間隙植。本套模具采用查表法予以確定其間隙值。 根據(jù)實用間隙表6-1查得材料Q235鋼的最小雙面間隙Zmin=0.132mm，最大雙面間隙Zmax=0.24mm。 表6-1 沖裁模初始雙邊間隙值 mm 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 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 0.060 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 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 6.2 刃口尺寸的計算及依據(jù) 凸模和凹模的刃口尺寸和公差，直接影響沖裁件的尺寸精度。模具的合理間隙值也靠凸凹模刃口尺寸及其公差來保證。因此，正確確定凸凹模刃口尺寸和公差，是沖裁模具設(shè)計中的一項重要工作。 凸模、凹模工作部分尺寸即凸、凹模刃口尺寸的計算，有兩種計算方法，第一種計算方式是凸模與凹模圖樣分別加工法計算；第二種計算方法是凸模與凹模配作法。 該沖件尺寸較多，若采用分開加工法計算，計算繁瑣，且計算量較大，不宜采用，故采用第二種算法：凸模與凹模配作法。 （1）凸?；虬寄Ｄp后會增大的尺寸---第一類尺寸A Aj=(Amax-x△) （2） 凸?；虬寄Ｄp后會減小的尺寸---第一類尺寸B Bj=(Bmin+x△) （3）凸?；虬寄Ｄp后基本不變的尺寸---第一類尺寸C Cj=(Cmin+) 其中，x為磨損系數(shù)。 查表得： 工件精度IT10級以上 x=1 工件精度 IT1-IT13 x=0.75 工件精度 IT14 x=0.5 根據(jù)工件尺寸公差判斷，已標(biāo)注尺寸為IT13精度，x=0.75。 在所有的尺寸中， 屬于A類尺寸的有：、、 屬于B類尺寸的有：、R 屬于C類尺寸的有： 注：①凸?；虬寄Ｄp后將會增大的尺寸——第一類尺寸A。 ②凸?；虬寄Ｄp后將會減小的尺寸——第二類尺寸B。 ③凸模或凹模磨損后會基本不變的尺寸——第三類尺寸C。 其中，x為磨損系數(shù)。 具體計算如表6-1。 表6-1 工作零件刃口尺寸計算 尺寸類型 公稱尺寸 公式 計算后尺寸 備注 A 雙邊間隙為0.132 -0.24。 B C Cj=(Cmin+) 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用什么方法加工制造及總體裝配方法。結(jié)合模具的特點，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，無測壓裝置。下面分別介紹各個零部件的設(shè)計方法。 7.1 凹模的設(shè)計 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。 凹模各尺寸計算公式如下： 凹模厚度 （7-1） 凹模邊壁厚 （7-2） 凹模板邊長 （7-3） 凹模板邊寬 （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 查表7-1得：K=02 根據(jù)公式（7-1）可計算落料凹模板的尺寸： =0.2×83.5 =16.7(mm) 根據(jù)公式（7-2）可計算凹模邊壁厚： C =(1.5～2)×17 =(1.5～2)×17 =25.5～34(mm) 取凹模邊壁厚c=30mm 選用凹模尺寸為200mm×200mm×30mm 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，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Cr12，熱處理58～62HRC。 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。 7.3 凸凹模的設(shè)計 7.3.1 凸凹模外形的確定 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。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，在該模具中凸凹模材料選用Cr12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。 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7-2 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 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3.7mm，該壁厚為15.4mm即可，本設(shè)計中凸凹模的壁厚為大于3.7mm，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7-1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)直通式 (b)直通式 (c)直通式 (d)錐筒式 (e)錐形式 圖7-1 凸凹模洞口的類型 7.4 卸料裝置的選用 7.4.1 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。 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0.3～0.5mm，以便順利卸料。 7.4.2 卸料板外型的設(shè)計 在沖壓工藝分析中已經(jīng)選擇了卸料裝置為彈性卸料，采用卸料板卸料。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。 卸料板與凹模的外形尺寸相同。根據(jù)凹模的尺寸200mm×200mm×30mm，從而確定卸料板的尺寸。 選擇卸料板厚度為15mm。 表7-3 卸料板與凸凹模間隙值 材料厚度t/mm ＜0.5 0.5～1 ＞1 單邊間隙Z/mm 0.05 0.1 0.15 7.4.3 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。 7.4.4 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IT14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IT11級，粗糙度為Ra1.6；四個螺紋孔和擋料銷、導(dǎo)料銷有定位作用，所以精度要求要高一些為IT7級，粗糙度為 Ra3.2。 7.5 固定板的設(shè)計 7.5.1 凸模固定板的設(shè)計 凸模固定板主要是固定凸模，保證凸模有足夠的強度，使凸模與落料凹模、上模座、墊板更好的定位。凸模與凸模固定板的配合按H7/m6。 凸模固定板的厚度一般取凹模厚度的0.6~0.8倍。 則凸模固定板的厚度： H=（0.6~0.8）H （7-11） 式中：H-凸模固定板厚度； H-凹模厚度； 根據(jù)公式（7-11）得凸凹模厚度為： H =（0.6~0.8）H =（0.6~0.8）×30 = 18~24mm 凸模固定板厚度取20mm。 7.5.2 凸凹模固定板的設(shè)計 凸凹模固定板主要是固定凸凹模，保證凸凹模有足夠的強度，使凸凹模與卸料版、下模座、墊板更好的定位。凸凹模與凸凹模固定板的配合按H7/m6。 凸凹模固定板的厚度一般取凹模厚度的0.6~0.8倍。 則凸凹模固定板的厚度為： H =（0.6~0.8）H （7-12） 式中：H凸凹固-凸凹模固定板厚度； H凹-凹模厚度； 根據(jù)公式（7-12）得凸凹模固定板厚度為： H =（0.6~0.8）H =（0.6~0.8）H =（0.6~0.8）×30 = 18~24mm 凸凹模固定板厚度取20mm。 7.6 墊板的設(shè)計 它的作用是直接承受和擴散凸模傳遞的壓力，如果凸模的端部對材料的壓力超過材料的許用壓力，需在凸模端部與模座之間加上墊板防止模具損壞。 墊板外形尺寸可與固定板相同，其厚度一般取3~10mm，查參考文獻沖壓模具設(shè)計與制造 22.5-17JB/T7643.3-1994，墊板尺寸為200mm×200mm×10mm。 7.7 擋料銷、導(dǎo)料銷、卸料螺釘?shù)倪x用 7.7.1 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d=4mm的A型固定擋料銷。 7.7.2 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：圓柱頭卸料螺釘M12×90mm JB/T7650.5 7.8 上下模座、模柄、打桿的選用 7.8.1 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18mm。而下模座底面與導(dǎo)柱底面的距離為9mm。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0.8~1.2mm，淬硬58~62HRC。 上模座： L/mm=200×200×40 下模座：L/mm＝200×200×50 導(dǎo)柱：d/mmL/mm=32200 導(dǎo)套：d/mmL/mmD/mm=3210045 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。 根據(jù)本模具結(jié)構(gòu)，采用帶臺階的凸緣式模柄。在設(shè)計模柄時模柄長度不得大 于沖床滑塊內(nèi)模柄孔的深度，模柄直徑應(yīng)與模柄孔徑一致。 綜合以上，本模具模柄選用：A50 JB/T7646.3-1994。 8 沖壓設(shè)備的校核 8.1 沖壓設(shè)備的校核 該模具的閉合高度由以下零件高度相加之和求的。 該模具閉合高度： H閉=H上+H下+H墊+L+H-h （8-1） 式中： L-沖孔凸模長度； H-凸凹模厚度； h-沖孔凸模沖裁后進入凸凹模的深度h=2mm。 根據(jù)公式（8-1）得模具的閉合高度為： H閉=H上+H下+H墊+L+H-h =226.5（mm） 可見該模具的閉合高度在所選模具閉合高度之間，則該模架可以使用，該模具的閉合高度小于所選壓力機型號為J23-35的最大閉合高度為270mm，可以使用。 8.2 沖壓設(shè)備的選用 根據(jù)模具閉合高度、沖裁力等，壓力機型號為J23-35，能滿足各項要求，因此選取J23-35號壓力機。 參考文獻 [1]成虹.沖壓工藝與模具設(shè)計. 北京：高等教育出版社 [2]徐政坤.沖壓模具設(shè)計與制造. 北京：北京工業(yè)出版社 [3]陳劍鶴.冷沖壓工藝與模具設(shè)計. 北京：機械工業(yè)出版社 [4]翁其金.冷沖壓技術(shù). 北京：機械工業(yè)出版社 [5]萬站勝.沖壓模具設(shè)計. 北京：中國鐵道出版社 [6]張鼎承.沖模設(shè)計手冊. 北京：機械工業(yè)出版社 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