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課程設(shè)計說明書
題目：彎墊板沖壓模具設(shè)計
目錄
一、 確定工藝方案及模具結(jié)構(gòu)形式
二、 工藝計算
三、 凸、凹模具零件設(shè)計
四、 模具零部件設(shè)計
五、 相關(guān)零件剛度、強度校核
六、 壓力機的校核
七、 參考文獻
零件圖
一、確定工藝方案及模具結(jié)構(gòu)形式
（一）工藝方案的確定
1、零件的工藝性分析
該零件材料為10鋼，為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，其抗剪強度為τ=260～340MPa，抗拉強度為σb=300～440MPa，屈服強度為σs=210MPa，伸長率為δ=29%，屈強比為σs/σb=0.48～0.7，材料綜合性能良好，適合沖壓工藝。大批量生產(chǎn)，板厚為1.5mm，工件精度為IT8。有落料、沖孔、彎曲三個工序。
2、工藝方案的確定
（1）方案種類：該零件包括落料、沖孔、彎曲三個基本工序，可以有三種工藝方案：
方案一：先沖孔，后落料，再彎曲。采用單工序模生產(chǎn)
方案二：先沖孔落料，再彎曲。采用連續(xù)模和彎曲模生產(chǎn)
方案三：先沖孔落料，再彎曲。采用復(fù)合模和彎曲模生產(chǎn)
方案四：沖孔落料彎曲復(fù)合模生產(chǎn)
（2）方案比較：
方案一：結(jié)構(gòu)簡單，但需要三道工具三副模具，成本高而生產(chǎn)效率低，模具壽命低，沖壓精度差，操作也不安全，難以滿足中批量生產(chǎn)要求。
方案二：連續(xù)模是一種多工位，效率高的加工方法。但連續(xù)模輪廓尺寸較大，采用此方案會加大模具尺寸，使加工難度提高，因而也排除此方案。
方案三：需要兩套模具，工件的精度及生產(chǎn)效率要求都能滿足，模具輪廓尺寸較小，模具的制造成本不高。
方案四：只需一套模具，但模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造加工難度大，且維修不易。
綜合考慮，故采用第三種方案最佳。
（二）模具總體結(jié)構(gòu)設(shè)計
1、模具類型
根據(jù)零件的沖裁工藝方案，采用復(fù)合沖裁模，所以模具類型為落料-沖孔復(fù)合模、彎曲模。復(fù)合模的主要結(jié)構(gòu)特點是存在有雙重作用的結(jié)構(gòu)零件——凸凹模。凸凹模裝在上模模稱為正裝式復(fù)合模，凸凹模裝在下模稱為倒裝式復(fù)合模。采用倒裝式復(fù)合模省去了頂出裝置，結(jié)構(gòu)簡單，便于操作，因此采用倒裝式復(fù)合沖裁模。
2、定位方式
模具沖壓所使用的原料是條料，卸料采用彈性卸料裝置，導(dǎo)料采用導(dǎo)料銷，送進步距控制采用活動擋料銷。
3、卸料與出件方式
采用彈性卸料的方式卸料，彈性卸料裝置依靠彈簧的彈力來卸料，卸料力不大，但沖壓時可兼起壓料作用，可以保證沖裁件表面的平面度。沖孔廢料直接從凸凹?？字新湎拢萍身敿K從凹模中頂出。
4、模架的類型
中間導(dǎo)柱導(dǎo)套模架適宜于縱向送料，對角導(dǎo)柱導(dǎo)套模架適宜橫向送料，四角導(dǎo)柱導(dǎo)套模架則常用于大型模具；而精密模具還須采用滾珠導(dǎo)柱導(dǎo)套。該模具采用后側(cè)導(dǎo)柱的模架，模架100ｘ80ｘ130~150 I GB/T 2851.3，用導(dǎo)柱導(dǎo)套導(dǎo)向，送料與操作的方便。
二、工藝計算
（一）毛坯尺寸計算
彎曲件毛坯展開長度的計算：
一般將 r／t＞0.5的彎曲稱為有圓角半徑的彎曲，r／t≤0.5的彎曲稱為無圓角半徑彎曲。根據(jù)工件圖，r／t =０．５／１．５＝０.３３＜０．５，故零件是無圓角半徑彎曲。
無圓角半徑彎曲的毛坯尺寸計算是依據(jù)彎曲前后材料體積不變原則確定的，并考慮彎曲時圓角變形區(qū)板厚變薄。計算公式如下：
L＝Ｌ１＋Ｌ２＋Ｏ．５ｔ
＝１４＋（２２－２）＋０．５ｘ１．５
＝３４．７５ｍｍ
（二）排樣的設(shè)計與計算
沖裁件在條料上的布置方法稱為排樣。排樣設(shè)計包括選擇排樣方法、確定搭邊值、計算條料寬度和送料步距，計算材料利用率，畫排樣圖。
１、排樣方法的選擇
根據(jù)對所給零件的分析，可采用直排有廢料排樣或無搭邊對排方式，但無搭邊對排方式模具過于復(fù)雜，且不能保證精度，而且兩種排樣方式材料利用率相差不大，故采用直排有廢料排樣方式，這樣可以保證沖件質(zhì)量，提高模具壽命?？梢匝a償送料誤差，以保證沖出合格工件。
２、計算沖裁面積
沖裁面積A＝１２ｘ８＋２２ｘ９＋０．５π（６２＋１１２）－（π（３２＋６２））＝３９９.２４mm2
側(cè)面搭邊ａ＝1.５mm, 工件間搭邊ａ１＝１.２mm
３、步距和條料寬度的計算
步距H＝２２＋1.２＝２３.２mm
條料寬度B＝３４.７５＋２ｘ１.５＝３７.７５mm
４、排樣圖
（三）材料利用率的計算
一個步距的材料利用率:
η＝ (A/BH)×100%
＝(３９９.２４/（３７.７５×２３.２）)×100%
＝４５.６%
（四）工藝力的計算
１、沖孔落料模
（１）沖裁工藝力的計算
沖裁力是沖裁過程中凸模對材料的壓力。沖裁力是選用壓力機、模具設(shè)計以及強度校核的重要依據(jù)。
沖裁力的計算公式：F＝KLtτ
式中 F——沖裁力（N）；
L——零件的剪切周長（mm）；
t——材料厚度（mm）；
τ——材料抗剪切強度（MPa）；
K——系數(shù)?？紤]到模具間隙值的波動及均勻性，刃口的磨損，材料力學(xué)性能及厚度的波動、潤滑情況等因素對沖裁力的值都有影響，一般取K＝1.3。
K＝1.3 ；t＝１.５mm ；τ ＝３００MPa；
落料力F1＝KL1tτ＝1.3×９７.４×１.５×３００＝５６９７９N
沖孔力F2＝KL2tτ＝1.3×５６.５５×１.５×３００＝３３０８２N
沖裁力F＝F1＋F2＝９００６１N
卸料力F卸＝K卸F＝0.04×９００６１＝３６０２N
推件力F推＝K推F＝0.055×９００６１＝４９５３N
表3.1 卸料力、推件力、頂件力系數(shù)
料厚（mm）
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
0.02～0.06
0.1
0.063
0.055
0.045
0.025
0.14
0.08
0.06
0.05
0.03
鋁 鋁合金
紫銅 黃銅
0.025～0.08
0.02～0.06
0.03～0.07
0.03～0.09
（２）初選壓力機
總的沖壓力F總＝F＋ F卸F推
＝９００６１＋３６０２＋４９５３
＝９８.６２KN
應(yīng)選取的壓力機公稱壓力為：160kN。
因此可選擇壓力機型號為 J23-16。
J23-16壓力機技術(shù)參數(shù)：
公稱壓力：160kN
滑塊行程：55mm
滑塊行程次數(shù)： 120/n?min-1
最大封閉高度：220mm
封閉高度調(diào)節(jié)量：45mm
工作臺尺寸（左右×前后）：450×300mm
模柄孔尺寸（直徑×深度）：40×60mm
傾斜角：35°
2、彎曲模
(1)彎曲回彈角的確定
此彎曲件為小圓角半徑彎曲，查文獻1表3-11，?α =1.5°
(2)L形彎曲件自由彎曲力
L形彎曲件是在自由彎曲階段相當(dāng)于彎曲U形件的一半，而且應(yīng)設(shè)置壓料裝置，所以可近似地取彎曲力為
F自=（FU+FQ）/2 （1-1）
其中：FU為彎曲力
FQ為壓料力
FU＝0.7KBt2σb/（r+t）
式中FU——為U形件沖壓行程結(jié)束時的自由彎曲力，（N）；
B——沖裁件寬度（mm）；
t——材料厚度（mm）；
r——沖裁件彎曲半徑（mm）；
σb——材料抗拉強度（MPa）；
K——為安全系數(shù)。一般取系數(shù)K=1.3
U形彎曲件彎曲力計算：
FU＝0.7×1.3×12×1.52×370/（0.5＋1.5）
＝4545.45N
對設(shè)置壓料裝置的彎曲模，其壓料力也要由壓力機滑塊承擔(dān)，F(xiàn)Q可近似取自由彎曲力的30%～60%,即FQ=（0.3～0.6）FU。，這里取FQ=0.5FU。
將數(shù)據(jù)代入，求得：
FQ=2272.73N
將FQ、FU代入式（1-1）得：
F自=3409.09N
(3)L形彎曲件校正彎曲力
F校＝Ap
式中F?！獮樾Ｕ龔澢鷷r的彎曲力，（N）；
A——為校正部分垂直投影面積，(mm2)；
p——為單位面積上的校正力，（MPa）；
具體彎曲計算如下：
A ＝20×9+0.5π112＝369.97mm2
F校＝100MPa×369.97mm2＝36997N=37kN
(4)頂件力
F頂＝（0.3～0.8）FU，取系數(shù)為0.5，則F頂=2272.73N
(5)選擇沖壓設(shè)備
由彎曲工藝可知，彎曲時的校正彎曲力與自由彎曲力、頂出力不是同時發(fā)生的，且校正彎曲力比自由彎曲力和頂出力大得多。因此，可按F校=37KN選擇沖壓設(shè)備，實際選用100kN壓力機，因此可選擇壓力機型號為 J23-10。
壓力機J23-10，其主要技術(shù)參數(shù)為：
公稱壓力：100kN
滑塊行程： 45mm
滑塊行程次數(shù)：145/n·min-1
最大閉合高度： 180mm
閉合高度調(diào)節(jié)量： 35mm
工作臺尺寸（左右×前后）： 370×240mm
模柄孔尺寸（直徑×深度）： 30×55mm
床身最大傾角： 35°
（五）沖模的壓力中心的確定
計算公式為:
X0＝（L1X1＋L2X2……LnXn）/（L1＋L2……Ln）＝∑LiXi/∑Li
y0＝（L1y1＋L2y2……Lnyn）/（ L1＋L2……Ln）＝∑Liyi/∑Li
式中: L1、L2、Ln為個凸模輪廓長。
X0 ＝0 （零件左右對稱）
y0＝（2/3×11×11π＋2×15.5×9＋2×24×8＋6π×30+11×12π+28×6π）/（(12+6+11+6）π+34）=2424.39/143.9＝16.85mm
壓力中心計算圖
三、凸、凹模具零件設(shè)計
（一）落料沖孔復(fù)合模設(shè)計
1、沖裁凸凹模間隙的確定
沖裁模間隙是直接關(guān)系到?jīng)_裁件斷面質(zhì)量、尺寸精度、模具壽命和力能消耗的重要工藝參數(shù)。沖裁模間隙數(shù)值，主要與材料的厚度、種類有關(guān)。但由于各種沖壓件對其斷面質(zhì)量和尺寸精度的要求不同，以及生產(chǎn)條件的差異，在生產(chǎn)實踐中就很難有一種統(tǒng)一的間隙數(shù)值，而應(yīng)區(qū)別情況，分別對待，在保證沖裁件斷面質(zhì)量和尺寸精度的前提下，是模具壽命最高。
查教材表2-3，可知：
Zmax＝0.120mm ，Zmin＝0.090mm
Zmax–Zmin=0.030mm
2、沖模的凸凹模刃口尺寸計算
凸、凹模刃口尺寸的計算可以分為兩種：
一是凸凹模分別加工，這種加工方法適用于圓形或簡單形狀的沖裁件。采用凸、凹模分別加工法，為了保證合理間隙，必須滿足系類條件：δP＋δd≤Zmax－Zmin。
二是凸、凹模配合加工，對于形狀復(fù)雜或薄料的沖裁件的沖裁，一般采用配合加工。
（1）對于落料，應(yīng)以凹模為基準(zhǔn)件，工件形狀復(fù)雜，采用配合加工,系數(shù)x=1。
各尺寸為
A1：22±0.0165，A2：9±0.011，A3：12±0.0135，C1：8±0.011，C2：5±0.009
A1d=Amax1－xΔ0 +δ=22.0165－1×0.0330 +0.008=21.98 0+0.008mm
A2d=Amax2－xΔ0 +δ =9.011－1×0.0220 +0.006 =8.990 +0.006mm
A3d=Amax3－xΔ0 +δ =12.0135－1×0.0270 +0.007 =11.990 +0.007mm
C1d=Cmin1+0.5Δ-δ +δ=(7.989+0.5×0.022)±0.003=8±0.003mm
C2d=Cmin2+0.5Δ-δ +δ = (4.991+0.5×0.018)±0.002=5±0.002mm
該零件凸模刃口各部分尺寸按上述凹模的相應(yīng)部分尺寸配制，保證雙面間隙值Zmin~Zmax=0.09~0.12mm。
（2）對于沖孔Φ6，采用凸凹模分別加工：
δP＝0.02mm ，δd＝0.02mm；工件公差Δ＝0.018mm；磨損系數(shù)x＝0.75
經(jīng)計算：δP＋δd=0.04mm＞Zmax－Zmin，可取δP=0.4（Zmax－Zmin）=0.012mm，δd=0.6（Zmax－Zmin）=0.018mm。
dp＝（d+xΔ）-δP 0＝（6+0.75×0.018）-0.012 0＝6.01-0.012 0mm
dd＝（dp+Zmin） 0+δd=（6.01+0.09） 0+0.018＝6.10 0+0.018mm
（3）對于沖孔Φ12，采用凸凹模分別加工：
δP＝0.02mm ，δd＝0.02mm；工件公差Δ＝0.027mm；磨損系數(shù)x＝0.75
經(jīng)計算：δP＋δd=0.04mm＞Zmax－Zmin，可取δP=0.4（Zmax－Zmin）=0.012mm，δd=0.6（Zmax－Zmin）=0.018mm。
dp＝（d+xΔ）-δP 0＝（12+0.75×0.027）-0.012 0＝12.02-0.012 0mm
dd＝（dp+Zmin） 0+δd=（12.02+0.09） 0+0.018＝12.11 0+0.018mm
（二）彎曲模工作部分尺寸計算
1. 彎曲凸凹模的間隙確定：
彎曲U形件時，凸凹模間隙c的大小，對彎曲件質(zhì)量有直接影響，過大的間隙將引起彈復(fù)角的增加，過小時，引起工件材料厚度的變薄，降低了模具試用壽命。
對于鋼板，凸凹模合理間隙值：c＝（1.05~1.15）t，取系數(shù)為1.1，則c=1.1×1.5=1.65mm。
2. 凸、凹模長度尺寸計算
彎曲件長度尺寸標(biāo)注在外側(cè)，應(yīng)以凹模為基準(zhǔn)。
工件彎曲長度L＝22mm，Δ＝0.033mm，δP＝0.02mm；
Ld=（L-0.5Δ）0+δP＝（22+0.5×0.033）0+0.02＝22.020+0.02mm
Lp＝Ld-c＝22.02-1.65＝20.370-0.020mm
3. 凸、凹模的圓角半徑
凸模圓角半徑rp＝r＝0.5mm ；
凹模圓角半徑rd＝(3~6)t，取rd=5t=5×1.5=7.5mm
4. 彎曲凹模深度
查文獻1表3-26，m=4mm
則L0=16+4=20mm
四、模具零部件設(shè)計
（一）落料-沖孔復(fù)合模具
1、沖孔凸模設(shè)計
沖孔部分的凸模刃口尺寸為圓形，為了便于凸模和固定板的加工，將沖孔凸模設(shè)計成臺階式。小端圓柱部分，是具有鋒利刃口的工作部分，采用臺肩式固定。凸模材料采用Cr12MoV，凸模工作端（即刃口）淬硬至HRC 58～62。
2、凹模設(shè)計
凹模的結(jié)構(gòu)形式和固定方法：凹模采用矩形板狀結(jié)構(gòu)，通過螺釘、銷釘與固定板，上模座連接固定。
凹模刃口的結(jié)構(gòu)形式：因沖件的批量較大，考慮凹模有磨損和保證沖件的質(zhì)量，凹模刃口采用直刃壁結(jié)構(gòu)，刃壁高度取10mm。
凹模材料和技術(shù)要求：凹模的材料選用Cr12MoV。工件部分淬硬至HRC60~64。外輪廓棱角要倒鈍。
3、凸凹模設(shè)計
凸凹模采用固定板固定。
凸凹模的外刃口尺寸按凹模尺寸配作,內(nèi)形刃口尺寸按凸模尺寸配做，保證最小間隙為Zmin=0.09mm。
凸凹模材料采用Cr12MoV，淬硬至HRC 58～62。
4、定位零件
定位零件的作用是使坯料或工件在模具上相對凸、凹模有正確的位置。
選用活動擋料銷一個。擋料銷的作用是擋住條料搭邊或沖件輪廓以限定條料送進的距離，活動擋料銷固定在卸料板上，材料45號鋼，硬度為HRC 43～48
選用導(dǎo)料銷2個。導(dǎo)料銷的作用是保證條料送料的準(zhǔn)確，在條料的送進方向上。
5、卸料及出件裝置
卸料采用彈性卸料裝置，由，卸料板，卸料螺釘，彈性元件（這里是橡膠）組成。
出件裝置由打桿、推件塊、連接推桿、頂件塊組成。
6、模柄
模柄的作用是把上模固定在壓力機滑塊上，同時使模具中心通過滑塊的壓力中心，模柄的尺寸規(guī)格選用凸緣式模柄，B20JB/T7646.3。
7、模座
標(biāo)準(zhǔn)模座根據(jù)模架類型及凹模周界尺寸選用，
上模座：100×80×25mm；
下模座：100×80×30mm；
模座材料采用灰口鑄鐵，它具有較好的吸震性，采用牌號為HT200。
8、導(dǎo)柱和導(dǎo)套
導(dǎo)柱選用A型導(dǎo)柱，A20h6×120 GB2861.1-81 。材料為20鋼，熱處理要求：滲碳深度為0.8～1.2，硬度HRC58～62。
導(dǎo)套選用A型導(dǎo)套，A20H7×65×23 GB2861.6-81 。材料為20鋼，熱處理要求：滲碳深度為0.8～1.2，硬度HRC58～62。
（二）彎曲模
1、凸模
凸模采用固定板固定。凸模材料采用Cr12MoV，凸模工作端淬硬至HRC 58～62。
2、凹模
凹模是由兩部分組成，用螺釘固定于下模座內(nèi)。凹模材料采用Cr12MoV，淬硬至HRC60～64。
3、模柄
模柄材料為Q235，采用凸緣式A30×64JB/T 7646.1。
4、導(dǎo)柱和導(dǎo)套
導(dǎo)柱選用A型導(dǎo)柱，A20h6×130 GB2861.1-81 。材料為20鋼，熱處理要求：滲碳深度為0.8～1.2，硬度HRC58～62。
導(dǎo)套選用A型導(dǎo)套，A20H7×70×28 GB2861.6-81 。材料為20鋼，熱處理要求：滲碳深度為0.8～1.2，硬度HRC58～62。
五、相關(guān)零件剛度、強度校核
(一)沖孔落料模
1、沖孔凸模長度計算
沖孔凸模長度一般是根據(jù)結(jié)構(gòu)上的需要而確定的，其凸模長度用下列公
式計算：
L = h 1 + h 2 + h 3 + h
式中 L—凸模長度， m m
h 1—凸模固定板高度， m m
h 2—推件塊高度， m m
h 3—凸模進入凹模深度， m m
h—附加高度，一般取 1 5 ~ 2 0 m m
凸模長度 L = 2 0 + 10+ 1.5 + 15= 46.5 m m
2、強度校核
對于圓凸模，校核強度可以用最小直徑d的大小是否滿足式d≥4tτ/[σ壓]求得，
t—沖裁材料厚度，
τ—沖裁材料的抗剪強度，取300 M p a
[σ壓] —凸模材料許用壓應(yīng)力，取 1000Mpa
即d≥4×1.5×300/1000=1.8mm
滿足要求
3、彎曲應(yīng)力校核
對于圓形凸模（有導(dǎo)向裝置）
L m a x≤270d2/√F
式中 L m a x ——允許的凸模最大自由長度，
F ——沖模力,
ｄ——凸模最小直徑，
L m a x≤270×62/√33082=53.44mm
所以長度適宜。
(二)彎曲模
1、凸模長度計算
沖孔凸模長度一般是根據(jù)結(jié)構(gòu)上的需要而確定的，其凸模長度用下列公
式計算：
L = h 1 + h 2 + h
式中 L—凸模長度， m m
h 1—凸模固定板高度， m m
h 2—凸模進入凹模深度， m m
h—附加高度，mm
凸模長度 L = 8 + 18.5 +29 = 55.5 m m
2、強度校核
對于非圓凸模，校核強度可以用凸模刃口最小面積A的大小是否滿足式A≥F/[σ壓]求得，
[σ壓] —凸模材料許用壓應(yīng)力，取 1000Mpa
即A=20.37×22=448.14mm2≥37000/1000=37mm2
滿足要求
3、彎曲應(yīng)力校核
對于非圓形凸模（有導(dǎo)向裝置）
L m a x≤1200√（JF)
式中 L m a x ——允許的凸模最大自由長度，
F ——沖模力,
J——凸模最小斷面慣性矩，J=ab3/12=22×20.373/12=15495mm4
L m a x≤1200×(1549537000)=777mm
所以長度適宜。
六、壓力機的校核
（一）沖孔落料模壓力機
表6.1 開式壓力機J23-16的技術(shù)參數(shù)
公稱壓力（KN）
160
滑塊行程（mm）
55
滑塊行程次數(shù)(n/min)
120
最大閉合高度(mm)
220
閉合高度調(diào)節(jié)量(mm)
45
工作臺尺寸(mm)
前后
300
左右
450
模柄孔尺寸(mm)
直徑
40
深度
60
1、公稱壓力
根據(jù)公稱壓力的選取壓力機型號為J23-16,它的壓力為160kN>98.62kN,故符合要求。
2、滑塊行程
滑塊行程應(yīng)保證坯料能順利地放入模具和沖壓件能順利地從模具中取出.這里只是材料的厚度t=1.5mm,卸料板的厚度h=10mm,及凸模沖入凹模的最大深度1.5mm,即S1=1.5+10+1.5=13mm
37kN,故符合要求。
2、滑塊行程
滑塊行程應(yīng)保證坯料能順利地放入模具和沖壓件能順利地從模具中取出.這里只是材料的厚度t=1.5mm,及凸模沖入凹模的最大深度18.5mm,即S1=1.5+18.5=20mm
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