擋板沖裁級進模設計

擋板沖裁級進模設計,擋板,沖裁級進模,設計 江蘇農(nóng)林職業(yè)技術學院 畢 業(yè) 設 計（論 文） SNL/QR7.5.4-3 擋板沖裁模設計 專 業(yè) 模具制造 學生姓名 鄭煜 班 級 學 號 指導教師 完成日期 32 附1： 成績評議 學號　　　　　　　姓名 題目 指導教師建議成績： 評閱教師建議成績： 答辯小組建議成績： 院答辯委員會評閱意見及評定成績： 答辯委員會主任簽字（蓋章）： 年 月 日 附2： 畢業(yè)設計（論文）任務書 姓名 　 學號 　 班級 　 　 題目 　 設計(論文)主要內(nèi)容 　 　 重點研究問題 　 主要技術指標 　 其它要說明的問題 　 指導老師意見 指導教師簽字： 年 月 日 附3： 指導教師意見 對論文的簡短評價： 1.指出論文存在的問題及錯誤 2.對創(chuàng)造性工作評價 3.建議成績 優(yōu) 良 中 及格 不及格 指導教師簽字 年 月 日 評閱教師意見 對論文的簡短評價： 1.指出論文存在的問題及錯誤 2.對創(chuàng)造性工作評價 3.建議成績 優(yōu) 良 中 及格 不及格 評閱教師簽字 年 月 日 附4： 答辯小組評議意見 學號　　　　　　　姓名 題目 　答辯小組意見： 1、對論文的評價 2.建議成績等級 優(yōu) 良 中 及格 不及格 3.需要說明的問題 答辯小組長簽字 年 月 日 江蘇農(nóng)林職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文） 目錄 摘要 1 緒論 2 第2章 沖裁機理分析 3 2.1 沖裁變形過程分析 3 2.2 沖裁件質(zhì)量分析 3 2.3 沖裁模間隙 4 2.4 間隙對沖裁力的影響 4 第3章 沖壓件工藝設計 6 3.1 沖壓件工藝性分析 6 3.2 工藝方案的確定及模具結(jié)構類型 7 第4章 材料的經(jīng)濟利用 9 4.1 排樣設計 9 4.2 搭邊 10 4.3 計算材料利用率 10 第5章 壓力中心與沖壓力的計算 12 5.1 壓力中心的計算 12 5.2 沖壓力的計算 12 5.3 降低沖裁力的方法 14 第6章 工作零件刃口尺寸計算 15 6.1 刃口尺寸計算原則 15 6.2 刃口尺寸設計計算 15 6.3 卸料橡膠的設計 19 第7章 模具總體結(jié)構設計 20 7.1 模具類型的選擇 20 7.2 定位方式的選擇 20 7.3 確定送料方式 20 7.4 確定卸料形式 20 7.5 模架形式 20 第8章 計算模具閉合高度 21 第9章 繪制模具總裝圖 22 第10章 選擇壓力機并校核閉合高度 23 第11章 典型零件的制造工藝 24 11.1 工藝路線的擬定 24 11.1.1 表面加工方法的選擇 24 11.1.2加工路線的劃分 25 11.1.3加工工序的組成 26 11.1.4加工順序的安排 26 11.2 制訂加工工藝規(guī)程的指導思想 27 11.3 主要成型零件的加工工藝 27 結(jié)論 29 致謝 30 參考文獻 31 擋板沖裁模設計 摘要 目前，沖壓技術廣泛應用于金屬制品個行業(yè)中，如汽車，儀表，家用電器等工業(yè)中，而沖模是實現(xiàn)沖壓工藝的主要工藝裝備，在制造行業(yè)中占有重要的地位。隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，模具制造業(yè)在工業(yè)中所占的地位越來越重要。 沖模技術的水平直接和生產(chǎn)率、產(chǎn)品質(zhì)量（尺寸公差和表面粗糙度等）、一次刃磨的壽命以及設計和制造模具的周期緊密相關。提高沖模技術水平有利于獲得優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、廉價的產(chǎn)品，技術經(jīng)濟效果顯著，深受制造行業(yè)的重視。 沖壓工藝是塑性成型加工的基本方法之一。它主要用于加工板料零件，所以有時也叫板料沖壓。沖壓不僅可以加工金屬材料，而且也可以加工非金屬板料。冷沖壓的加工方式具有生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品一致性好，使用于大批量生產(chǎn)等特點，在某些領域已取代機械加工，并正逐步擴大其工藝范圍。因此，沖壓技術對發(fā)展生產(chǎn)，增強效益，更新產(chǎn)品等方面具有重要作用。 關鍵詞：沖壓;擋板；模具；設計；工藝 緒論 本課題主要研究的是級進模的設計。在壓力機一次沖程中，在有規(guī)律排列的幾個工位上分別完成一部分沖裁工序，在最后工序沖出完整工件。因為級進模是連續(xù)沖壓，生產(chǎn)過程中相當于每次沖程沖制一個工件，故生產(chǎn)效率高。沖裁可以減少模具數(shù)量，操作方便安全，便于實現(xiàn)沖壓生產(chǎn)自動化。但它在定位中產(chǎn)生的累計誤差會影響工件精度，因此級進模多用于生產(chǎn)批量大，精度要求不高，需要多工序沖裁的小零件加工。 本設計模具用于加工擋板。本設計的內(nèi)容包括零件的工藝性分析，工件的尺寸精度，刃口尺寸的計算模具的整體結(jié)構，選擇正確的壓力機，各部分零件的標準和材料，零件的尺寸設計，主要加工零件的加工工藝等，主要內(nèi)容如下： (1）到模具制造相關企業(yè)調(diào)研，了解模具生產(chǎn)，制造，加工情況。結(jié)合本設計課題，查閱相關資料。 (2）分析設計已知工件級進模具。充分分析工件結(jié)構，工藝性，了解機構及工作原理，進行必要的計算，確定模具設計的基本步驟，設計模具的基本參數(shù)，設計模具的主體結(jié)構，工作零件，卸料裝置，導料裝置等。 (3）繪制模具總裝配圖，零件圖，完成本工件的設計。 (4）分析制定主要零件加工工藝。根據(jù)主要零件結(jié)構，技術參數(shù)要求，進行工藝計算，編制主要零件加工工藝規(guī)程。 第2章 沖裁機理分析 生產(chǎn)中為了滿足沖壓零件形狀、尺寸、精度、批量、原材料性能等方面的要求，采用多樣的沖壓加工方法。概括起來可以分為分離工序與成形工序兩大類。 分離工序是使坯料的一部分與另一部分相互分離的工藝方法、主要分離工序有落料、沖孔、切邊、剖切、整修等，其又以沖孔、落料應用最廣。 落料和沖孔是使坯料沿封閉輪廓分離的工序。沖裁加工之后，材料分成兩個部分沖孔是指在板料或者工件上沖出所需形狀的孔，沖去的為廢料，即封閉輪廓外的部分是工件，封閉輪廓內(nèi)的部分是廢料而落料是指從板料上沖下所需形狀的零件或者毛坯，即封閉輪廓內(nèi)的部分是工件，封閉輪廓外的部分是廢料。落料工序和沖孔工序的變形過程和模具結(jié)構是相同的，習慣上統(tǒng)稱為沖裁。沖裁既可以加工出成品零件，又可以為其他成形工序制備毛胚。 2.1 沖裁變形過程分析 沖裁工序是利用凸模與凹模組成上、下刃口將板料置于凹模上，凸模下行使板料變形，直至全部分離。因凸模與凹模之間存在間隙z,使凸、凹模作用于板料的力呈不均勻分布，主要集中于凸、模刃口。沖裁變形過程見下圖。在具有尖銳刃口及間隙合理的凸、凹模作用下，板料的變形過程可分為彈性變形、塑性變形、斷裂分離三個階段。 (1) 彈性變形階段 凸模與板料接觸后，使板料壓縮產(chǎn)生拉伸和彎曲彈性變形，此時，板料內(nèi)應力沒有超過材料的彈性極限。若卸去載荷，板料則恢復原狀。 (2) 塑性變形階段 當凸模繼續(xù)下壓，板料內(nèi)的應力值達到屈服強度時開始產(chǎn)生塑性流動、滑移變形，在凸、凹模的壓力作用下，板料表面受到壓縮，由于凸、凹模之間有間隙存在，使板料同時受到彎曲和拉伸的作用，凸模下的材料產(chǎn)生彎曲，凹模下的材料則向上翹曲出現(xiàn)彎曲和拉伸形成的圓角，并且出現(xiàn)壓痕。隨著凸模擠入板料的深度增大，塑性變形程度逐漸增大，變形區(qū)材料硬化加劇，直到刃口附近的板料內(nèi)應力達到材料強度極限，沖裁力達到最大值，板料出現(xiàn)裂紋，開始破壞，塑性變形階段結(jié)束。 (3) 斷裂分離階段 凸模的繼續(xù)壓入，使刃口附近的變形區(qū)的應力達到材料的破壞應力，在凹、凸模側(cè)面的變形區(qū)先后產(chǎn)生裂紋。已形成的上、下裂紋逐漸擴大并沿最大切應力方向向材料內(nèi)層延伸，甚至兩裂紋相遇重合，板料被剪斷分離，沖裁過程結(jié)束。 2.2 沖裁件質(zhì)量分析 沖裁件質(zhì)量主要是指沖切斷面質(zhì)量、表面質(zhì)量、形狀誤差和尺寸精度。對于沖裁工序而言，沖裁切斷面質(zhì)量往往是關系到工序成功與否的重要因素。沖裁件沖切斷面可以明顯地區(qū)分為四個部分:光亮帶、斷裂帶、圓角和毛刺。 光亮帶的形成，是在沖裁過程中沖裁模具刃口切入板料后，板料與模具刃口側(cè)面擠壓而產(chǎn)生塑性變形的結(jié)果:光亮帶部分出于具有擠壓特征，表面光潔垂直，是沖裁件切斷面上精度最高、質(zhì)量最好的部分。光亮帶所占比例通常是沖裁件斷面厚度的1/2-1/3。 斷裂帶是在沖裁過程的最后階段，板料剪斷分離時形成的區(qū)域，是模具刃口附近裂紋在拉應力作用下不斷擴展而形成的斷裂面。斷裂帶表面粗糙并略帶斜角，不與板平面垂直。 圓角形成的原因，是當模具壓入板料時刃口附近的材料被牽連變形的結(jié)果。材料塑性越好，則圓角帶越大。沖切斷面上的毛刺是在沖裁過程中出現(xiàn)微裂紋時形成的。隨后已形成的毛刺被拉長，并殘留在沖裁件上。 影響沖裁件沖切斷面質(zhì)量的因素很多。沖切斷面上的光亮帶、斷裂帶、圓角、毛刺等四個部分各自所占斷面厚度的比例也是隨著制件材料、模具和設備等各種沖裁條件不同而變化的。分析研究表明，凸凹模之間的間隙值是最主要的影響因素。提高沖裁件質(zhì)量。重要的是必須清楚間隙的影響規(guī)律，并尋求獲得合那間隙的確定方法。 2.3 沖裁模間隙 沖裁模具的凸、凹模間隙對沖裁件斷面質(zhì)量有很大的影響。間隙適中時，上、下裂紋互相重合，沖裁件斷面雖有一定斜度，但比較平直、光潔且毛刺很小。當間隙過小時，由于分離面上、下裂紋向材料中間擴展時不能互相重合，將被第二次剪切才完成分離，因此出現(xiàn)二次擠壓而形成二次光亮帶，毛刺也有所增長，沖裁件毛刺容易清除拱彎，斷面比較垂直。 間隙過大時，材料受到很大的拉伸和彎曲應力作用，沖裁件光亮帶小，圓角和斜度加大，毛刺大而厚，難以去除。表1和表2縫沖裁件斷面質(zhì)量要求。 表1 普通沖裁斷面的近似粗糙度值 板料厚度 1 >1～2 >2～3 >3～4 >4～5 表面粗糙度值 3.2 6.3 12.5 25 50 表2 普通沖裁斷面允許的毛刺高度 板料厚度 0.3 >0.3～0.5 >0.3～0.5 >0.3～0.5 >0.3～0.5 普通沖裁斷面允許的毛刺高度 0.015 0.02 0.03 0.04 0.05 普通沖裁斷面允許的毛刺高度 0.05 0.08 0.10 0.13 0.15 當間隙過大或過小時均使沖裁件尺寸精度降低。同時，沖裁間隙還影響模具壽命、卸料力、推件力和沖裁力等。 2.4 間隙對沖裁力的影響 隨著問隙的增大，材料所受的拉應力增大，材料容易斷裂分離，因此沖裁力減小。但繼續(xù)增大間隙值，會因從凸、凹模刃口處產(chǎn)生的裂紋不相重合的影響，沖裁力下降變緩，由于間隙的增大，使沖裁后零件的光亮面變窄，落料尺寸小于凹模尺寸，沖孔尺寸大于凸模尺寸，因而使卸料力、推件力或頂件力也隨之減小。但是，間隙增大時，因為毛刺增大，引起卸料力、頂件力迅速增大。 第3章 沖壓件工藝設計 沖裁工藝設計包括沖裁件的工藝性分析和沖裁工藝方案確定。良好的工藝性和合理的工藝方案，可以用最少的材料，最少的工序數(shù)和工時，使得模具結(jié)構簡單且壽命長，能穩(wěn)定地獲得合格沖件，因而可以減小勞動量和沖件成本。勞動量和沖裁件成本是衡量沖裁工藝設計合理性的主要指標。 零件名稱：擋板 生產(chǎn)批量：大批 材 料：鋼板08F 材料厚度：t＝1mm 本課題為按擋板（如下圖）尺寸設計其模具，并編制模具主要零件的加工工藝規(guī)程。 圖1 產(chǎn)品零件圖 3.1 沖壓件工藝性分析 沖裁零件的工藝性是指沖裁零件對沖裁工藝的適應性，即沖裁零件的形狀結(jié)構、尺寸大小及偏差等是否符合沖裁加工的工藝要求。沖裁零件的工藝性是否合理，對沖裁件的質(zhì)量、模具壽命和生產(chǎn)率有很大影響。 沖裁零件應滿足如下要求： (1) 沖裁工件的形狀 沖裁零件的形狀應盡可能簡單、對稱、排樣廢料少。 (2) 沖裁零件的圓角 除在少、無廢料排樣或采用鑲拼模結(jié)構時，允許工件有尖銳的清角外，沖裁零件的外形或內(nèi)孔的交角處，應避免尖銳的清角，其交角處用適宜的圓角相連。 (3) 沖裁件局部凸出或凹入部分的寬度和深度寬度不宜太小，應避免有窄長切口和過窄的切槽，否則會降低模具壽命和工件質(zhì)量。 (4) 沖裁件的孔徑 沖裁件的孔徑太小時，凸模易折斷或壓彎。沖孔的最小尺寸取決于材料的機械性能、凸模強度和模具結(jié)構，各種形狀的孔的最小尺寸可查表 。沖小孔的凸模，如果采用保護套，凸模不易損壞，穩(wěn)定性提高，最小沖孔尺寸可以減小。 (5) 沖裁件孔邊之間距離 沖裁件上孔與孔、孔與邊緣之間的距離不應過小，否則會產(chǎn)生孔與孔間材料的扭曲或使邊緣材料變形。復合沖裁時，因模壁過薄而容易破損；分別沖裁時，也會因材料易于被拉入凹模而影響模具壽命，特別是沖裁小孔距的小孔時，經(jīng)常會發(fā)生凸模彎曲變形而卡住模具。當沖孔邊緣與工件外形邊緣不平行時a1應不小于平行時。應不小于1.5t。 (6) 沖裁件尺寸的標注 沖裁件尺寸的基準應盡可能與制模時的定位基準重合，并選擇在沖裁過程中不參加變形的面或線上。 (7) 沖裁件兩孔心距所能達到的公差查表 該沖裁件的工藝性可按以下幾方面進行分析： (1) 材料：該沖裁件的材料08F鋼是普通碳素鋼，具有較好的可沖壓性。 (2) 零件結(jié)構：該沖裁件結(jié)構較簡單、對稱，并在轉(zhuǎn)角處都有R0.5圓角，比較適合沖裁。 (3) 尺寸精度：零件圖上尺寸未注公差，屬自由尺寸，可按IT14級確定工件尺寸的公差。 查公差表(GB1800 表2)可得各尺寸公差為： 零件外形： 25 0 -0.52 mm 30 0 -0.52 mm 180 -043 mm 8±0.18 mm 6 0 -0.3mm R0.5 mm 零件內(nèi)形：Φ3 +0.25 0mm 10 +0.36 0 mm 2.8+0.25 0mm R0.5 mm 孔心距：15±0.21 mm 10±0.21 mm 孔邊距：4±0.15 mm 從上面所分析可得出結(jié)論：該工件適合沖裁。 3.2 工藝方案的確定及模具結(jié)構類型 沖裁工序可分為單工序沖裁、復合工序沖裁和連續(xù)沖裁。 (1) 單工序模在一副模具中完成只完成一種工序的沖模，如落料模，沖孔模，拉深模等結(jié)構較為簡單，生產(chǎn)效率不高，一般適用于小批量生產(chǎn)。 (2) 復合模是在單工序模的基礎上發(fā)展起來的一種較先進的模，在一副沖模中一次定位可以同時完成幾個工序。復合模結(jié)構緊湊，一套模具能完成若干工序，大大減少了模具和占用的沖壓設備的數(shù)量，減少了操作人員和周轉(zhuǎn)時間，勞動生產(chǎn)效率高。 (3) 連續(xù)模是把完成一個沖件的幾個工序，排列成一定的順序，組成連續(xù)模，在沖裁過程中，條料在模具中依次在不同的工序位置上，分別完成沖件所要求的工序，除最初幾次沖程外，以后每次沖程都可以完成一個(或幾個)沖裁件。由于定位誤差影響到工件的精度，一般多用于精度低多工序的小零件。 從零件圖可看出，該零件包括落料、沖孔兩個基本工序，可以采用以下三種工藝方案： (1) 先落料，再沖孔，采用兩副單工序模生產(chǎn)。 (2) 落料－沖孔復合沖壓，采用復合模生產(chǎn)。 (3) 沖孔－落料連續(xù)沖壓，采用級進模生產(chǎn)。 對以上三種工藝方案進行分析比較： 方案一：模具結(jié)構簡單，但需要兩道工序、兩套模具才能完成零件的加工，生產(chǎn)效率較低，難以滿足零件大批量生產(chǎn)的需求。由于零件結(jié)構簡單，為提高生產(chǎn)效率，主要應采用復合沖裁?；蚣夁M沖裁模方式。 方案二：復合模定位精度高并且滿足大批量生產(chǎn)的要求，但需要考慮凸凹模的強度，正裝復合模凸凹模的最小壁厚值對黑色金屬等硬性材料可按板料厚度的1.5倍確定，但最小值不小于0.7mm。對有色金屬等軟材料可約等于板料厚度，但最小值不小于0.5mm。倒裝復合模凸凹模的最小壁厚值可按板料厚度的2~3倍確定，板料厚度小取大值，相反取小值。由于本零件孔比較多，必須用倒裝復合模方便落料，根據(jù)材料厚度t=1mm，則最小壁厚為3mm，而從零件圖可知，工件的最小壁厚為2.1mm，因此復合模的凸凹模的強度不夠，該工件并不適合用復合模加工。 方案三：級進模本身能滿足大批量生產(chǎn)，而且生產(chǎn)效率高，由于工件精度為IT14級，符合級進模加工工件的精度要求。 綜上所述，最后確定用沖裁方式進行生產(chǎn)。 第4章 材料的經(jīng)濟利用 4.1 排樣設計 排樣是指沖裁零件（毛坯）在條料、帶料或板料上布置的方法。 合理有效的排料在于保證在最低的材料消耗和高生產(chǎn)率的條件下，得到符合 設計技術要求的工件。在沖壓生產(chǎn)過程中，保證很低的廢料百分率是現(xiàn)代沖壓生產(chǎn)最重要的技術指標之一。在沖壓工作中，沖壓件材料消耗費用可達到總成本的60%~75%，每降低1%的沖壓廢料，將會使成本降低0.4%~0.5%。合理利用材料是降低成本的有效措施，尤其在成批和大量生產(chǎn)中，沖壓件的年產(chǎn)量達數(shù)十萬件，甚至數(shù)百萬件，材料合理利用的經(jīng)濟效果更為突出。 排樣方法的選擇原則： (1) 沖裁小工件或某中工件需要窄條（帶）料時，應沿板料順長方向進行排樣，符合材料規(guī)格及工藝要求。 (2) 沖裁彎曲毛坯時，應考慮板料扎制方向。 (3) 沖件在條（帶）料上的排樣，應考慮沖壓生產(chǎn)率、沖模耐用度、沖模結(jié)構是否簡單和操作方便與安全等。 (4) 條料寬度選擇與在板料上的排樣應優(yōu)先選用條料寬度較大而步距較小的方案，以便經(jīng)濟地裁切板料，并減少沖壓時間。 按沖裁工藝方法和材料的合理利用，條料排樣方法可分為有廢料排樣、少廢料排樣和無廢料排樣。根據(jù)沖裁件在條料上的不同布置形式分類，有直排、斜排、直對排、斜對排、混合排、沖裁搭邊等。 由于受沖裁件外型的限制，該工件的排樣只能采用有廢料的排樣形式，為了使模具設計簡單并且能達到最大的材料利用率，采用直排的形式即可，排樣方式如圖2所示。 圖2 排樣方式圖 4.2 搭邊 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。 搭邊的主要作用有： (1) 補償定位誤差，防止由于條料的寬度誤差、送料步距誤差、送料歪斜誤差等原因而沖裁出殘缺的廢品。 (2) 還應保持條料有一定的強度和剛度，保證送料的順利進行，從而提高制件質(zhì)量，沿整個封閉輪廓線沖裁，使受力平衡，提高模具壽命和工件斷面質(zhì)量。 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(zhì)量。一般來說，搭邊值是由經(jīng)驗確定的。搭邊的設計主要考慮幾方面的因素： (1) 材料的力學性能。塑性好的材料，搭邊值要大—些，硬度高與強度大的材料，搭邊值小一些。 (2) 材料的厚度。材料越厚，搭邊值也越大。 (3) 工件的形狀和尺寸。工件外形越復雜，圓角半徑越小，搭邊值也越大 (4) 排樣的形式。?對排的搭邊值大于直排的搭邊。 查（冷沖壓實用技術 P59 表3-2） 根據(jù)材料厚度t=1mm，確定搭邊值： 兩工件間的搭邊： a1 = 1.2 mm 工件邊緣搭邊： a = 1.5 mm 步距為： S＝18＋1.2＝19.2 mm 圖3 排樣圖 查（冷沖壓實用技術 P60 表3-4）， 確定導料板與條料之間的最小間隙Z 無側(cè)壓裝置 Z = 0.5 mm 條料寬度B ＝（D＋2 a＋Z）－Δ ＝（30＋2×1.5＋×0.5）－Δ ＝ 33.5－Δ mm Δ－- 條料寬度的偏差，查（冷沖壓實用技術 P60 表3-4）得0.4mm 確定后排樣圖如圖3所示。 4.3 計算材料利用率 把工件按圖4所示分割計算工件面積： 面積A1= 4×25＝100 mm2 面積A2= 6×30=180 mm2 面積A3= （25+30）×8）＝220mm2 面積A4=πR2= 3.14×1.52=7.065mm2 面積A5=2×π0.52+2.8×10=29.57 mm2 工件總面積A＝A1+ A2+A3－2A4－2A5 ＝100＋180+220－2×7.065－2×29.57 ＝426.73mm2 圖4 面積計算圖 一個步距內(nèi)的材料利用率η為： η＝A/BS×100％ ＝426.73/(33.5×19.2)×100％＝66.35％ A ----一個步距內(nèi)沖裁件的實際面積 BS---- 一個步距內(nèi)毛坯的面積 查板材標準，選用1000mm×2000mm×1mm的鋼板，假如，條料長度為1000，則條料上可沖壓工件數(shù)為： n1=1000-1.2/19.2=52.44個 取n1＝52個 則條料利用率為： 圖5 裁料圖 η1＝n1A/LB×100％ ＝(52×426.73)÷(1000×33.5)×100％ ＝66.2％ 假如，條料長度為2000，則條料上可沖壓工件數(shù)為 n2=2000-1.2/19.2=104.1個 取n1＝104個 則條料利用率為： η2＝n2A/LB×100％ ＝(104×426.73)÷(2000×33.5)×100％ ＝66.2％ 顯然，兩種規(guī)格的條料材料利用率是相等的。 每張鋼板可剪裁59塊條料（33.5mm×1000mm），每塊條料可沖52個工件；一張鋼板料1000mm×2000mm可沖 3068個工件。（如圖5所示）則每張板材的材料利用率η總為： η總＝nA1/LB×100％ ＝(3068×426.73)÷(1000×2000)×100％ ＝65.5％ 第5章 壓力中心與沖壓力的計算 5.1 壓力中心的計算 沖裁力合力的作用點稱為沖模壓力中心。為了保證沖裁和壓力機正常和平穩(wěn)地工作，沖模的壓力中心必須通過模柄軸線而與壓力機滑塊的中心重合。如果壓力中心不在模柄軸線上，滑塊會承受偏心載荷，沖壓時會使沖模與壓力機滑塊產(chǎn)生歪斜，從而導至滑塊導軌 和模具導向裝置的不正常磨損。同時引起凸、凹模間隙不均勻，使刃口迅速變鈍，甚至造成刃口損壞，降低模具使用壽命。 計算壓力中心必須在凹模刃口 設定XY軸的正方向，并選擇L5 的中點作為坐標原點， 如圖6所示： 凹模型口圖 圖6 壓力中心 由于工件Y方向?qū)ΨQ， 故壓力中心Y0=0mm X0= = = ＝1.31mm 其中：L1=25mm x1=－18mm； L2=2×4＝8mm x2=－16mm L3=2×=2×8.48＝16.96mm；x3=－10mm；L4=2×6＝12mm x4=―3mm； L5=30mm x5=0mm； L6=2×πd=2×3.14×3＝18.84mm x6=1.2（搭邊）＋4＝5.2mm； L7=2×（2πd+2×8＋2×2.8）＝59.76mm x7=15.2mm； 計算時，忽略邊緣R0.5圓角。 由以上計算可知沖壓件壓力中心的坐標為（1.31，0 ），與沖床滑塊中心只偏移1.31 mm，可忽略不計，故基本重合。 5.2 沖壓力的計算 沖裁力是選擇和確定沖壓設備、及模具強度較核的重要依據(jù)，在沖裁模設計中必須進行計算，同時，應掌握影響沖裁力大小的因素及降低沖裁力的方法。 沖裁力包括落料力、沖孔力、卸料力和頂件力。 當沖裁工作完成后，從板料上沖裁下來的工件(或廢料)由于徑向發(fā)生彈性變形而擴張。會卡在凹模模腔內(nèi)；同時，在板料上沖裁出的孔徑則沿著徑向發(fā)生彈性收縮，會緊箍在凸模上。為了將緊箍在凸模上的板料卸下來所需要的力稱為卸料力，以表示；將卡在凹模中的板料推出或頂出所需的力分別稱為推件力與頂件力，以與表示。 卸料力、推件力與頂件力是由壓機和模具的卸料、頂件裝置獲得的。在選擇壓機噸位和設計模具時，要根據(jù)模具結(jié)構來考慮卸料力、推件力與頂件力的大小，并作必要的計算。影響這些力的因素較多，主要有:材料的機械性能和厚度，工件形狀和尺一寸大小，凸、凹模間隙，排樣的搭邊大小及潤滑情況。生產(chǎn)中，常用下列經(jīng)驗公式計算： 式中，，—分別為卸料系數(shù)、推件系數(shù)和頂件系數(shù)，其值見表2-7； P——沖裁力 N； N——卡在陰?？變?nèi)的工件數(shù)，n=h/t (h為凹模刃孔的直壁高度，t為工件厚度)。 注：此模具結(jié)構中卸料裝置為卸料板卸料，并且用頂件塊頂出工件，因此只需要計算卸料力與頂件力。 以下為沖裁中各力的計算： 落料力 F落＝1.3 L tτ ＝1.3×91.76×1×290 ＝34593.52 (N) 其中：L=91.76mm(工件落料周長) t＝1mm(材料厚度) 查《沖壓模具設計與制造 》表1.5. 2 按08F鋼板，取τ＝290N/mm2 沖孔力 F沖＝1.3 （L1＋L2 ）tτ ＝1.3×（18.84＋59.76）×1×290＝1.3×78.60×1×290）＝29632.20（N） 其中：L1 、L2 為工件孔的周長。 卸料力 F卸＝Kx （F落＋F沖） 查表2-9（教材）得Kx = 0.04 ＝0.04×（34593.52＋31140.20）＝2629.34（N） 頂件力F頂＝kD F落 查表2-9取KD = 0.06 ＝0.06×34593.52 ＝2075.61（N） 總沖壓力： F總 = F落＋F沖＋F卸+ F頂 ＝ 34593.52＋29632.20＋2629.34+2075.61 ＝ 68930.67（N） 5.3 降低沖裁力的方法 沖壓生產(chǎn)中，由于設備條件以及減少振動、噪聲的需要，可以采用以下幾種常用方法降低沖裁力。 (1) 加熱沖裁，材料在加熱狀態(tài)下抗剪強度有明顯下降，所以加熱沖裁能降低沖裁力。這種沖裁方法的缺點是，材料加熱后產(chǎn)生氧化皮，且因加熱勞動條件差，只適用于厚板或工件表面質(zhì)量及公差等級要求不高的工件。 (2) 多凸模階梯布置沖裁，當沖裁模有多個凸模時，可將凸模刃口底平面呈階梯形布置，多凸模沖裁時，總沖裁力是每個凸模沖裁力的疊加。而將凸模作階梯形布置后，可以避免各個凸模沖裁力的最大值同時出現(xiàn)，減少了任意沖裁瞬時的剪切面面積，從而降低了沖裁力的峰值。在將多個凸模進行階梯形布置時，需要注意以下幾方面的要求： 階梯形布置需要對稱分布，防止偏載；為了避免沖大孔時材料流動的擠壓力對小孔沖頭的影響，階梯形應安排先沖大孔、后沖小孔，這樣也有利于減少小孔沖頭的長度。多凸模之間的高度差H可以?。? 當板料厚度t<3mm時，H=t； 當板料厚度t>3mm時，H=0.5t。 (3) 斜刃口模具沖裁，普通模具刃口都是采用與模具軸線相垂直的平面形式。若將，凸模(或凹模)刃口平面設計成與軸線傾斜一定的角度進行沖裁時，刃口逐步?jīng)_切材料，減少了每一瞬時的剪切面積，從而降低了沖裁力。與平刃沖裁相比，斜刃口沖裁的沖裁力可以降低50%-75%。為了制取平整的零件，落料時，將凹模設計為斜刃。沖孔時，則相反，沖裁彎曲狀工件時，采用有圓頭的凸模。單邊斜刃沖裁，只適用于折彎的切口。設計斜刃模具時，應注意將斜刃作對稱布置，以免沖裁時承受單向側(cè)壓力而發(fā)生偏移，啃壞刀刃。輪廓復雜的工件，不宜采用斜刃沖模的減力程度由斜刃高度H和角度決定，H和可參考下列數(shù)值選?。? 當板料厚度t < 3mm, H=2t，<； 當板料厚度 t =3～10mm, H=t，<； 一般情況時，角不大于。 斜刃沖裁力P，可按下式計算： 式中 P—用平刃沖模沖裁時所需的力; k—沖裁減力系數(shù)。 斜刃沖裁厚板時，應驗算沖裁功。其公式如下： A= 式中 A—沖裁功，Nm; t—板厚，mm； —斜刃沖裁力，N。 采用斜刃模具的主要缺點是：刃口制造與修磨比較復雜，刃口極易磨損，工件不夠平整，因此一般情況下盡量不用，只用于大型工件及厚料沖裁。 第6章 工作零件刃口尺寸計算 沖裁模凸、凹模刃口尺寸精度是影響沖裁件尺寸精度的重要因素。凸、凹模的合理間隙值也要靠刃口尺寸及其公差保證。因此，在沖裁模設計中，正確確定與計算凸、凹模刃口尺寸及其公差是極為重要的。 6.1 刃口尺寸計算原則 確定和計算凸、凹模刃口尺寸及公差必須遵循以下原則： (1) 根據(jù)沖孔和落料的特點 落料件的尺寸決定于凹模尺寸，故落料模以凹模為設計基準，先確定凹模的人口尺寸，再按間隙值確定凸模的刃口尺寸；沖孔時孔徑的尺寸決定于凸模尺寸，故沖孔模以凸模為設計基準，先決定凸模的刃口尺寸，再按間隙值確定凹模的刃口尺寸。 (2) 考慮凸、凹模的磨損 凸、凹模在沖裁過程中有磨損，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，設計落料模時，凹模刃口的基本尺寸應取落料件尺寸公差范圍內(nèi)的較小尺寸；設計沖孔模時，凸模刃口的基本尺寸應去工件尺寸公差范圍內(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、凹模間隙都應取用合理間隙范圍內(nèi)的最小值。 (3) 刃口制造精度與工件精度的關系 凸、凹模刃口尺寸精度的選擇應以能保證工件的精度要求為準，保證合理的凸、凹模間隙值，保證模具的一定使用壽命。模具刃口制造精度與沖裁件精度的對應關系見表2-5。一般情況下，也可按工件公差的1/3-1/4選取。對于圓形凸、凹模，由于制造容易，精度易保證，制造公差可按IT6-IT7級選取。 6.2 刃口尺寸設計計算 凸凹模加工方法一般分為兩種：凸、凹模分開加工法和凸、凹模配合加工法。 當凸、凹模分開加工時，模具具有互換性，便于模具成批制造。但是，制模精度要求高、制造困難、相應地會增加加工成本。凸、凹模分配合加工適合于較復雜的、非圓形的模具，制造簡單，成本低。 根據(jù)刃口尺寸計算的原則，并且使凸、凹模具有一定的間隙，從而令到加工出來的工件達到一定的尺寸精度，最好的方法就是采用凸凹模配合加工。凸、凹模配合加工，是指先加工凸模(或凹模)，然后根據(jù)制造好的凸模(或凹模)的實際尺寸，配做凹模（或凸模），在凹模(或凸模)上修出最小合理間隙值。其方法是把先加工出的凸模(或凹模)作為基準件，它的工作部分的尺寸作為基準尺寸，而與它配做的凹模(或凸模)，只需在圖紙上標注相應部分的凸模公稱尺寸(或凹模公稱尺寸)，注明“x x尺寸按凸模{或凹模}配作，每邊保證間隙x x”。這樣，基準件的制造公差（或）的大小，就不再受凸、凹模間隙大小的限制，使模具制造容易。一般基準件的制造公差（或）=4。形狀簡單時按IT6（）級IT7（）公差制造。配合加工法在工廠中被廣泛采用，適用于形狀復雜的沖裁件。 1、落料 應以凹模為基準，然后配做凸模。落料凹模磨損后，刃口尺寸的變化有增大、減小、不變?nèi)N情況。因此，凹模尺寸應根據(jù)這三種規(guī)律分別計算。 (1) 凹模磨損后尺寸增大，計算這類尺寸時，先把工件圖尺寸化成。這時凹模尺寸按下公式計算： (2) 凹模磨損后尺寸減小，計算這類尺寸時，先把工件圖尺寸化成。這時凹模尺寸按下公式計算： (3) 凹模磨損后尺寸不變，計算這類尺寸時，先把工件圖尺寸化成的形式。這時凹模尺寸按下式計算： 2、沖孔 應以凸模為基準，然后配做凹模看沖孔件，沖孔凸模磨損后，刃口尺寸變化也有減小、增大、不變?nèi)N情況。因此，凸模尺寸也應根據(jù)這三種規(guī)律分別計算。 (1)凸模磨損后尺寸減小，計算這類尺寸時，先把工件圖尺寸化成。這時凸模尺寸按公式計算： （2）凸模磨損后尺寸增大，計算這類尺寸時，先把工件圖尺寸化成。這時凸模尺寸按落料凹模公式計算： (3)凸模磨損后尺寸不變，如圖2- 14中C1，C2這類尺寸計算方法與落料件相同，按公式(2-7)計算： 式中 D —— 工件的最大極限尺寸 (mm) d —— 工件的最小極限尺寸 (mm) —— 工件公差 （mm） X ——系數(shù)，X=0.5～1。它與工件公差等級有關： 當工件公差等級為IT10級或更高時，取X=1； 當工件公差等級為IT11～IT13級時，取X=0.75 當工件公差等級為IT14級或更低時，取X=0.5 如表3中的零件尺寸所示，把工件各尺寸進行分類： (1) 落料凹模磨損后，會增大的尺寸有：D1=25 0 -0.52 mm D2=180 -043 mm D3=30 0 -0.52 mm D4=6 0 -0.3mm D5=4±0.15 mm 不變的尺寸有： L1=8±0.18 mm (2) 沖孔凸模磨損后，會減小的尺寸有： 為 d1=Φ3 +0.25 0mm d2=10 +0.36 0 mm d3=2.8+0.25 0mm 不變的尺寸有： L2=10±0.21 mm L3=15±0.21 mm 根據(jù)凸、凹模配合加工的刃口計算方法，對以上各尺寸進行計算 表3 刃口尺寸計算 基本尺寸及分類 沖裁間隙 磨損系數(shù) 計算公式 計算結(jié)果 落料凹模 25 0 -0.52 查表2-2(教材) (7%~10%)t Zmin=0.07 Zmax=0.10 Zmax －Zmin =0.03mm 制造精度為：IT14級， 故X=0.5 （P22） +Δ/4 0 當凹模磨損后，尺寸25、18、30、6、R0.5會增大。故基本尺寸按下式計算： DA=( Dmax－xΔ) DA=24.74＋0.13 0 相應凸模尺寸按凹模尺寸配作，保證雙面間隙在 0.07～0.10之間 180 -043 DA=17.78＋0.11 0 同上 0 -0.52 30 DA=29.74＋0.13 0 同上 60 -0.36 同上 DA=5.85＋0.08 0 同上 8±0.18 同上 當凹模磨損后，尺寸8基本不變故基本尺寸按下式計算： L=( Lmin+1/2Δ) ±?/8 L=8±0.05 孔邊距 4±0.15 同上 +Δ/4 0 按落料凹模考慮，當凹模磨損后， 4會增大。故基本尺寸按下式計算： Lp=( Lmax－xΔ) LP＝4 ＋0.08 0 同上 孔心距 L±?/2 = 15±0.21 同上 按沖孔凸模考慮，當凸模磨損后，孔心距尺寸15、10基本不會變。故基本尺寸按下式計算： Lj=( Lmin+1/2Δ) ±?/8 Lj=15±0.05 （注：Δ =0.21×2＝0.42） 10±0.21 同上 Lj=10±0.05 沖孔凸模 Φ3 +0.25 0 同上 0 -Δ/4 當凸模磨損后，孔尺寸?3、R0.5、10、2.8會減小。故基本尺寸按下式計算： dT=( dmin+xΔ) dT=3.13 0 －0.06 相應凹模尺寸按凸模尺寸配作，保證雙面間隙在 0.07～0.10之間 10 +0.36 0 同上 dT=10.180 －0.09 2.8+0.25 0 同上 dT=2.93 0 －0.06 6.3 卸料橡膠的設計 橡膠的允許承受的負荷較大，安裝調(diào)整靈活方便，是沖裁模中常用的彈性元件。根據(jù)模具結(jié)構如果選擇圓形套在4個卸料釘，初步計算橡膠尺寸為： 1．卸料板的工作行程：△＝t＋h＝1＋0.5＝1.5 t為板料厚度；h為凸模縮進卸料板的高度0.5mm。 2．橡膠工作行程：△H1＝△＋ ＝1.5＋4.5＝6 其中： ――凸模刃口修磨量，一般4～10 mm， 取4.5mm。(P79) 3．橡膠自由高度H0＝△H1/（0.25～0.3）＝6/0.25=24mm 取△H1為H0的25％ 4． 橡膠的預壓縮量：△H0＝15％H0＝0.15×24＝3.6mm 一般△H0＝10％～15％H0 5．每塊橡膠的預壓力F0：卸料力為2629.34（N），選用四個圓筒形橡膠，則為： F0≥Fxy/n＝2629.34/4=657.33(N) 6．橡膠的內(nèi)徑d ：因圓筒形橡膠是套在卸料釘上，而卸料釘?shù)闹睆綖?mm,故取橡膠的內(nèi)徑d＝10mm。 7．橡膠的外徑D： 按表2.9.12（P65）計算出橡膠的外徑D = 其中：Fxy－橡膠所產(chǎn)生的壓力，設計時取大于或等于卸料力Fx（即F0）； P－橡膠所產(chǎn)生的單位面積壓力，與壓縮量有關，其值可按圖2.9.30（P66）確定，設計時取預壓量下的單位壓力。 因選取預壓縮量15％，一般預壓縮量為自由高度的10％～15％（P64） 根據(jù)預壓縮量為自由高度的15％查圖2.9.30得P=0.6(MPa=N/mm2) 故：D= ＝ ＝38.62mm≈40mm 8．校核橡膠自由高度H0 0.5< H0/D =24/40=0.6< 1.5 滿足要求。 9．橡膠的安裝高度H＝H0－△H0＝24－3.6＝20.40≈20mm 圓筒形橡膠尺寸為：內(nèi)徑10mm 外徑40mm 自由高度24mm 安裝高度20mm 第7章 模具總體結(jié)構設計 7.1 模具類型的選擇 由沖壓工藝分析可知，采用級進沖壓，所以模具類型為級進模。 7.2 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料板，無側(cè)壓裝置?？刂茥l料的送進步距采用擋料銷初定距，導正銷精定距。而第一件的沖壓位置采用始用擋料銷定位。 7.3 確定送料方式 模具相對于模架是采用從前往后的縱向送料方式，還是采用從右往左的橫向送料方式，這主要取決于凹模的周界尺寸。如L(送料方向的凹模長度)＜B(垂直于送料方向的凹模寬度)時，采用縱向送料方式；L＞B時，則采用橫向送料方式；L=B時，縱向或橫向均可。就本例的凹模板而言，其送料方式應采用橫向送料。另外采用何種送料方式，還得考慮壓力機本身是開式還是閉式而定。 7.4 確定卸料形式 模具是采用彈壓卸料板，還是采用固定卸料板，取決于卸料力的大小，其中材料料厚是主要考慮因素。由于彈壓卸料模具操作時比固定卸料模具方便，操作者可以看見條料在模具中的送進動作，且彈壓卸料板卸料時對條料施加的是柔性力，不會損傷工件表面，因此實際設計中盡量采彈壓卸料板，而只有在彈壓卸料板卸料力不足時，才改用固定卸料板。實際中，當材料料厚約在2mm以下時采用彈壓卸料板，大于2mm時采用固定卸料板較為貼近實際。 本模具所沖材料的料厚為1mm，因此可采用彈壓卸料板。 7.5 模架形式 如采用橫向送料方式，適宜采用中間導柱導套模架或?qū)菍е鶎啄＜埽欢髠?cè)導柱導套模架有利于送料(縱橫向均可且送料較順暢)，但工作時受力均衡性和對稱性比中間導柱導套模架及對角導柱導套模架差一些；四角導柱導套模架則常用于大型模具；而精密模具還須采用滾珠導柱導套。本模具采用對角導柱導套模架，對橫向送料方式較適宜。 第8章 計算模具閉合高度 沖模結(jié)構的外形尺寸必須與所選擇的壓機相適應,如；沖模下模外形平面尺寸應能安裝在壓機的工作臺面上，模柄尺寸與滑塊裝?？壮叽缫恢隆Ｏ履ｍ敿b置所用緩沖器的頂桿能通過壓機墊板孔。模具的封閉高度應與壓機的封閉高度相適應。 沖模的封閉高度是指模具在最低工作位置時，上模座頂面與下模座底面間的距離H。壓機的封閉高度是指滑塊在下極點位置時，滑塊下端面至墊板面間的距離。當連桿調(diào)至最短時為壓機的最大封閉高度Hmax；連桿調(diào)至最長時為最小封閉高度Hmin。沖模的封閉高度應介于壓機的最大封閉高度及最小封閉高度之間，計算如下： H=H上模＋H上墊板＋H凸模＋H凹模＋H下墊板＋H下模座－h(huán) ＝35＋6＋49.5＋20＋12＋45－2＝165.5 mm h－凸模沖裁后進入凹模的深度，h＝2mm 第9章 繪制模具總裝圖 總裝圖主要反映整個模具各個零件之間的裝配關系,應該對應繪制說明模具構造的投影圖,主要是主視圖和俯視圖及必要的剖面、剖視圖，并注明主要結(jié)構尺寸，如閉和高度、輪廓尺寸等。習慣上俯視圖由下模部分投影而得，同時在圖紙的右上角繪出工件圖、排樣圖，右下方列出模具零件的明細表，寫明技術要求等。 通過對本套模具各個零件的設計計算和校核，確定他們的形狀和尺寸，并選用必要的標準件，最終，得到擋板級進模，結(jié)構見圖8。 本級進模是用手工送料，條料第一次進去時，要用始用擋料銷頂住，先沖孔，把始用擋料銷放開復位再進行下一步?jīng)_裁。第二工位是落料，把條料頂?shù)綋趿箱N進行粗定位，當上模下行時，落料凸模上的導正銷會對準第一工步中沖裁的兩個圓孔進行精確定位，然后把零件沖裁出來。沖裁后工件會進入凹模并且在頂件塊上，當上模上行離開凹模時，彈頂器會把頂件塊往上頂，從而使工件被頂出凹模。卸料板的作用就是沖裁結(jié)束后，坯料會套在凸模上，當上模上行復位，利用卸料橡膠把卸料板往下頂，使坯料從凸模中落下，進行下一步?jīng)_裁。 圖8 模具結(jié)構圖 第10章 選擇壓力機并校核閉合高度 沖壓設備的正確選擇及合理使用將決定沖壓生產(chǎn)能否順利進行，并與產(chǎn)品質(zhì)量、模具壽命、生產(chǎn)效率、產(chǎn)品成本等密切相關。 沖壓設備的選擇只要是根據(jù)沖壓工藝性質(zhì)、生產(chǎn)批量大小、沖壓件的幾何形狀、尺寸及精度要求等因素來確定的。沖壓生產(chǎn)中常用的沖壓設備種類很多，選用沖壓設備時主要應考慮下述因素： (1) 沖壓設備的類型和工作形式是否適用于應完成的工序；是否符合安全生產(chǎn)和環(huán)保的要求； (2) 沖壓設備的壓力和功率是否滿足應完成工序的要求； (3) 沖壓設備的裝模高度、工作臺面尺寸、行程等是否適合應完成工序所用的模具； (4) 沖壓設備的行程次數(shù)是否滿足生產(chǎn)率的要求等。 根據(jù)總沖壓力 F總＝68.9（KN），模具閉合高度，沖床工作臺面尺寸等，并結(jié)合現(xiàn)有設備,選用J23-16開式雙柱可傾壓力機（一般沖裁時壓力不應超過壓力機公稱壓力的80％）。 其主要工藝參數(shù)如下： 公稱壓力： 160KN 滑塊行程： 55mm 最大閉合高度： 220mm 連桿調(diào)節(jié)長度：45mm 工作臺尺寸（前后×左右）： 300mm × 450mm 墊板尺寸（厚度×孔徑）：40 mm×Ф210 mm 模柄孔尺寸（直徑×深度）：Ф40 mm×60mm 壓力機最大裝模高度（壓力機最小閉合高度）Hmin＝220（壓力機最大閉合高度）－45（連桿調(diào)節(jié)長度）＝175mm。 校核模具的閉合高度H：Hmin－H1＋10≤H≤Hmax－H1－5 (P9) 175－40＋10 mm≤165.5≤220―40―5 mm 145mm≤165.5 ≤175mm Hmin—壓力機最小閉合高度 H1—墊板厚度 Hmax—壓力機最大閉合高度 第11章 典型零件的制造工藝 機械制造工藝主要研究如何優(yōu)質(zhì)、高效率、低消耗地制造機械產(chǎn)品。顧名思義，工藝即加工制作的藝術、技藝。如何能用最優(yōu)的方法將產(chǎn)品制造出來就是其研究的內(nèi)容和任務。一個好的設計，要靠好的工藝，好的材料來保證；產(chǎn)品是龍頭，工藝則是基礎，再好的設計也