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彎曲墊片沖壓模畢業(yè)設(shè)計(jì)
1 緒論
近年來，沖壓成形工藝有很多新的進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)行加工，而現(xiàn)在可以對厚度達(dá)25mm 的厚板實(shí)現(xiàn)精密沖裁，并可對σb>900MPa的高強(qiáng)度合金材料進(jìn)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(jìn)行有限元等分析而逐步發(fā)展到采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行工藝過程的模擬與分析，以實(shí)現(xiàn)沖壓過程的優(yōu)化設(shè)計(jì)。在沖壓毛坯設(shè)計(jì)方面也開展了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，可以對排樣或壓延毛坯進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。
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(bào)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(yàn)、實(shí)驗(yàn)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(jì)算機(jī)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(diǎn)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(jìn)板料性能，以提高其成形能力和使用效果，例如研制高強(qiáng)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(qiáng)度。
客車上車門墊板零件是沖壓生產(chǎn)的一個(gè)典型零件，在客車生產(chǎn)中有很強(qiáng)的作用，其模具設(shè)計(jì)有一定的實(shí)用價(jià)值。對于該制件我們利用先進(jìn)的模具生產(chǎn)提高生產(chǎn)效益、保證產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)約成本，從而取得很高的經(jīng)濟(jì)效益。
33
2 沖壓件工藝分析
圖2-1零件圖
生產(chǎn)批量：大批量；
材料：08；
材料厚度：1mm；
未注公差：IT14。
2.1 材料分析
表2-1 部分碳素鋼抗剪性能
材料名稱
牌號
抗剪強(qiáng)度（Mpa）
抗拉強(qiáng)度（Mpa）
屈服點(diǎn)（Mpa）
伸長率（%）
碳素鋼
08
260~360
215~410
200
27
由上表2-1可知：08鋼是常用的碳素結(jié)構(gòu)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，有沖裁和彎曲工序加工而成。零件中有一個(gè)槽形缺口和一個(gè)圓孔，孔的邊長最小尺寸為1.55mm，孔離工件邊緣的距離最小約為2.255mm。根據(jù)該零件形狀來分析，該零件的結(jié)構(gòu)滿足沖裁要求。
2.3 尺寸精度
該零件上尺寸都未注尺寸公差，所以尺寸公差由公差等級表查得：對于未注公差尺寸，屬于自由尺寸，按IT14查表2-1得到：
落料尺寸：、、
沖孔尺寸：
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
2.4 毛坯尺寸展開
彎曲部分有一處，屬于V形彎曲。
圖2-2 v形彎曲分析圖
最終毛坯圖如2-3所示：
圖2-3 毛坯展開圖
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(jì)分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)沖裁件的特點(diǎn)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(jìn)沖裁三種。
單工序沖裁是在壓力機(jī)一次行程內(nèi)只完成一個(gè)沖壓工序的沖裁模。
復(fù)合沖裁是在壓力機(jī)一次行程內(nèi)，在模具的同一位置同時(shí)完成兩個(gè)或兩個(gè)以上的沖壓工序。
級進(jìn)沖裁是把沖裁件的若干個(gè)沖壓工序，排列成一定的順序，在壓力機(jī)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(jìn)沖裁和復(fù)合沖裁性能
比較項(xiàng)目
單工序模
復(fù)合模
級進(jìn)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(jī)一次行程內(nèi)只能完成一個(gè)工序
較高，壓力機(jī)一次行程內(nèi)可完成二個(gè)以上工序
高，壓力機(jī)在一次行程內(nèi)能完成多個(gè)工序
實(shí)現(xiàn)操作機(jī)械化自動(dòng)化的可能性
較易，尤其適合于多工位壓力機(jī)上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化
制件和廢料排除較復(fù)雜，只能在單機(jī)上實(shí)現(xiàn)部分機(jī)械操作
容易，尤其適應(yīng)于單機(jī)上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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)
沖模制造的復(fù)雜性和價(jià)格
結(jié)構(gòu)簡單，制造周期短，價(jià)格低
沖裁較復(fù)雜零件時(shí)，比級進(jìn)模低
沖裁較簡單零件時(shí)低于復(fù)合模
復(fù)合模的特點(diǎn)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(jìn)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)，而且工件有1處彎曲，相對復(fù)雜，所以不適合采用復(fù)合模。使用級進(jìn)?？梢詽M足生產(chǎn)的需要。
4 模具總體結(jié)構(gòu)的確定
4.1 模具類型的選擇
由以上沖壓工藝分析可知，采用級進(jìn)模沖壓。
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)可采用左右自動(dòng)送料方式。
4.3 定位方式的選擇
因?yàn)樵撃＞卟捎玫氖菞l料，控制條料的送進(jìn)方向采用導(dǎo)料板，無側(cè)壓裝置?？刂茥l料的送進(jìn)布距采用側(cè)刃定距，并使用導(dǎo)正銷完成精確的定位。
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。
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，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。
因?yàn)楣ぜ虾駷?mm，材料很薄，卸料力較小，而且由于需要彎曲工序，所以使用彈性卸料板，卸料的同時(shí)還可以起到壓料的作用。
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(dòng)平穩(wěn)。常用于橫向送料級進(jìn)模或縱向送料的落料模、復(fù)合模。
方案二：采用后側(cè)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?yàn)閷?dǎo)柱安裝在后側(cè)，操作者可以看見條料在模具中的送進(jìn)動(dòng)作。但是不能使用浮動(dòng)模柄。
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(diǎn)。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(dòng)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。只能一個(gè)方向送料。
（a） （b） （c） （d）
圖4-1 導(dǎo)柱模架
（a）中間導(dǎo)柱 （b）后側(cè)導(dǎo)柱 （c）對角導(dǎo)柱 （d）四角導(dǎo)柱
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(jìn)動(dòng)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 工藝參數(shù)計(jì)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、對直排、混合排 ，根據(jù)設(shè)計(jì)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(gè)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，故應(yīng)采用方案一。
分析零件形狀，應(yīng)采用單直排的排樣方式。
5.1.1 排樣及搭邊值的計(jì)算
在條料上沖裁時(shí)，工件之間以及工件和條料側(cè)邊之間的余料稱為搭邊。搭邊的作用是：補(bǔ)償送料誤差，以保證沖出合格產(chǎn)品；保持條料剛度利于送料，避免廢料絲進(jìn)入模具間隙損壞模具。搭邊值要合理確定，從節(jié)省材料出發(fā)，搭邊值越小越好，但搭邊值小于一定數(shù)值后，對模具壽命和剪切表面質(zhì)量不利。綜合考慮工件質(zhì)量及成本，根據(jù)零件形狀尺寸，材料厚度，材料的力學(xué)性能以及送料及擋料方式，我們來選擇合理的搭邊值。
此次設(shè)計(jì)采用的是彈性卸料裝置，根據(jù)查表確定工件的側(cè)搭邊值為1.2mm、1.5mm。
5.1.2 步距的計(jì)算
步距是指沖壓過程中壓力機(jī)每沖壓一次條料向前送進(jìn)的距離，其值為排樣沿送進(jìn)方向兩相鄰毛坯之間的最小距離值
步距可定義為：
S=L+b (5-1)
式中 S—沖裁步距；
L—沿條料送進(jìn)方向，毛坯外形輪廓的最大寬度值；
b—沿送進(jìn)方向的搭邊值
本設(shè)計(jì)沿條料送進(jìn)方向，毛坯外形輪廓的最大寬度約為L=25mm, 沿送進(jìn)方向的搭邊值b=1.2mm所以步距
S=L+b
=25+1.2
=26.2mm
5.1.3 條料寬度的確定
條料寬度指根據(jù)排樣結(jié)果確定的毛坯所需條料寬度方向的最小尺寸。理論上條料寬度可按下式計(jì)算：
(5-2)
式中 B—條料寬度的基本尺寸；
D—工件在寬度方向的尺寸；
a—側(cè)搭邊最小值。
△—條料寬度偏差（查表得本設(shè)計(jì)△=0.5）
由于模具加工誤差，條料的裁剪誤差及送料時(shí)的誤差。實(shí)際的條料寬度應(yīng)有一定的裕度，具體尺寸可根據(jù)不同的送料側(cè)定位方式計(jì)算。
本設(shè)計(jì)條料寬度可用下式計(jì)算：
=mm
5.1.4 材料利用率的計(jì)算
材料利用率定義為：
η=A/BS×100% (5-3)
式中 η—材料利用率
A—產(chǎn)品毛坯外形所包容的面積，CAD測量得：476.4mm2
B—條料寬度
S—沖裁步距
η=A/BS×100%
=476.4/26.2×25.7×100%
=70.7%
η越大，廢料多占面積越小。因此，一般將η作為衡量毛坯排樣方案友優(yōu)劣的指標(biāo)。材料利用率的計(jì)算有時(shí)也可以整個(gè)條料為基礎(chǔ)計(jì)算。
即 在沖壓生產(chǎn)中，材料利用率為70.7%。
圖5-2 零件排樣圖
5.2 沖壓力的計(jì)算
5.2.1沖裁力的計(jì)算
沖裁力可以參考文獻(xiàn)[4]第50頁式（2-1）（2-2）
或 (5-3)
式中 ——沖裁件周邊長度（mm）；
——材料厚度（mm）;
——材料抗減強(qiáng)度（）；
——系數(shù)。考慮到模具刃口的磨損，模具間隙的波動(dòng)，材料力學(xué)性能的變化及材料厚度偏差等因素，一般取=1.3。
——材料的抗拉強(qiáng)度（），一般情況下，材料的，取。
計(jì)算結(jié)果如下：
第1工位：側(cè)刃成形（沖裁周長為78mm）
第3工位：沖孔（周長28.28mm）
第5工位：切斷（周長29.2mm）
5.2.2彎曲力的計(jì)算
彎曲力是設(shè)計(jì)彎曲模和選擇壓力機(jī)的重要依據(jù)之一，特別是在彎曲坯料教厚，彎曲線較長，相對彎曲半徑較小，材料強(qiáng)度較大的彎曲件時(shí)，必須對彎曲力進(jìn)行計(jì)算。影響彎曲力的因素很多，若要進(jìn)行精確計(jì)算是很復(fù)雜的，這里只進(jìn)行大略計(jì)算，不考慮較平。由于零件的彎曲部位比較多，所以將它們分別計(jì)算，再因?yàn)閺澢Φ姆较蛳嗤?，將求得各彎曲分力代?shù)相加后便得到總的彎曲力。
根據(jù)V型件的彎曲力計(jì)算，得出：
(5-4)
——自由彎曲力在沖壓行程結(jié)束時(shí)的彎曲力 N
B——彎曲件的寬度
K——安全系數(shù)，一般取K=1.3
——材料的抗拉強(qiáng)度MPa
r——彎曲件的內(nèi)彎曲半徑，mm
t——彎曲件材料厚度
5.2.3 卸料力與推件力的計(jì)算
由于沖裁中材料的彈性變形及摩擦的存在，沖裁后帶孔部分的材料會(huì)緊箍在凸模上，而落下部分的材料會(huì)緊卡在凹模洞口中。從凸模上卸下緊箍著的材料所需的力稱為卸料力；把落料件從凹模洞口順著沖裁方向推出去的力稱為推件力；逆著沖裁方向頂出變的力稱力頂件力。
影響卸料力、推件力和頂出力的因素很多，如材料的種類，材料厚度，沖裁間隙，零件形狀尺寸以及潤滑情況等。這些力通常采用經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算，參考文獻(xiàn)[4]第52頁公式
(5-5)
(5-6)
(5-7)
式中——沖裁力（）；
、、——分別為卸料力、推件力、頂件力系數(shù)，其值可參考文獻(xiàn)[4]第52頁表2-2。
實(shí)際生產(chǎn)中，凹模孔口中會(huì)同時(shí)卡有好幾個(gè)工件，因而在計(jì)算推件力時(shí)應(yīng)考慮工件數(shù)目。本模具擬設(shè)在沖裁時(shí)凹?？讜?huì)卡住6個(gè)工件。
沖裁時(shí)所需的沖壓力為沖裁力、卸料力、推件力之和，應(yīng)根據(jù)不同的模具結(jié)構(gòu)區(qū)別對待。本模具采用彈性卸料裝置和下出料方式，其總沖壓力的公式可參考文獻(xiàn)[4]第52頁公式：
(5-8)
通過查表得
則第一工位到第五工位中所需的卸料力和推件力分別為：
第一工位：
第三工位：
第五工位：
5.2.4 總沖壓力的計(jì)算
各個(gè)工位的總沖壓力如下：
第一工位：
第三工位：
第四工位：
第五工位：
通過以上計(jì)算，得到各工步的沖壓力分別為：
模具總沖壓力為模具各個(gè)工步的沖壓力總和；
5.3 壓力機(jī)噸位選擇
5.3.1 沖壓設(shè)備類型的選擇
根據(jù)所要完成的沖壓工藝的性質(zhì)，生產(chǎn)批量的大小，沖壓件的幾何尺寸和精度要求等來選擇設(shè)備的類型。
對于中小型的沖裁件，彎曲件或拉深件的生產(chǎn)，主要應(yīng)采用開式機(jī)械壓力機(jī)。雖然開式?jīng)_床的剛度差，在沖壓力的作用下床身的變形能夠破壞沖裁模的間隙分布，降低模具的壽命或沖裁件的表面質(zhì)量。可是，由于它提供了極為方便的操作條件和非常容易安裝機(jī)械化附屬裝置的特點(diǎn)，使它成為目前中、小型沖壓設(shè)備的主要形式。
對于大中型沖壓件的生產(chǎn)．多采用閉式結(jié)構(gòu)形式的機(jī)械壓力機(jī)，其中有一般用途的通用壓力機(jī)，也有臺面較小而剛度大的專用擠壓壓力機(jī)、精壓機(jī)等。在大型拉深件的生產(chǎn)中，應(yīng)盡量選用雙動(dòng)拉深壓力機(jī)，因其可使所用模具結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整方便。
在小批量生產(chǎn)當(dāng)中，尤其是大型厚板沖壓件的生產(chǎn)多采用液壓機(jī)。液壓機(jī)沒有固定的行程，不會(huì)因?yàn)榘辶虾穸茸兓d，而且在需要很大的施力行程加工時(shí)，與機(jī)械壓力機(jī)相比具有明顯的優(yōu)點(diǎn)。但是，液壓機(jī)的速度小，生產(chǎn)效率低，而且零件的尺寸精度有時(shí)因受到操作因素的影響而不十分穩(wěn)定。
摩擦壓力機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低廉、不易發(fā)生超負(fù)荷損壞等特點(diǎn)，所以在小批量生產(chǎn)中常用來完成彎曲、成形等沖壓工作。但是，摩擦壓力機(jī)的行程次數(shù)較少，生產(chǎn)率低，而且操作也不太方便。
在大批量生產(chǎn)或形狀復(fù)雜零件的大量生產(chǎn)中，應(yīng)盡量選用高速壓力機(jī)或多工位自動(dòng)壓力機(jī)。
綜合以上因素，選用開式壓力機(jī)比較合適。
5.3.2 確定壓力機(jī)設(shè)備的規(guī)格
（1）壓力機(jī)的行程太小，應(yīng)能保證成型零件的取出和毛坯的放進(jìn)，例如拉深所用的壓力機(jī)行程，至少應(yīng)大于成型零件的高度兩倍以上。
（2）壓力機(jī)工作臺面的尺寸應(yīng)大于沖模平面尺寸，且還需留有安裝固定的余地，但過大的工作臺面上安裝小尺寸的沖模，工作臺的受力條件也是不利的。
（3）所用壓力機(jī)的閉合高度應(yīng)與沖模閉合高度相適應(yīng)。
模具閉合高度是指上模在最低工作位置時(shí)，下模板的底面到上模板頂面的距離。
壓力機(jī)的閉合高度是指滑塊在下死點(diǎn)時(shí)，工作臺面到滑塊的距離。大多數(shù)壓力機(jī)，其連桿長度能調(diào)節(jié)，也即壓力機(jī)的閉合高度可以調(diào)整，故壓力機(jī)有最大的閉合高度，最小閉合高度。
設(shè)計(jì)模具時(shí)，模具的閉合高度的數(shù)值應(yīng)該滿足下式
如無特殊情況應(yīng)取上限值，即最好取在.這是為了避免連桿調(diào)節(jié)過長，螺紋接觸面積小而壓壞。如果模具閉合高度實(shí)在太小，可以在壓床下面加墊板。
圖5-3 壓力機(jī)
（4）沖壓力與壓力機(jī)能的配合關(guān)系：當(dāng)進(jìn)行沖裁等沖壓加工時(shí)，由于其施力行程較小，近于板料的厚度，所以可按沖壓過程中作用于壓力機(jī)滑塊上所有力的總和選取壓力機(jī)。通常取壓力機(jī)的名義噸位比大。
本模具在沖裁過程中總的沖壓力，結(jié)合模具的閉合高度，為防止設(shè)備過載，可按公稱壓力選擇壓力機(jī)。參考文獻(xiàn)[6]第49頁初選壓力機(jī)型號為J23-16壓力機(jī)，其主要技術(shù)參數(shù)如下：
表5-1 開式壓力機(jī)規(guī)格及參數(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(diào)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
6 刃口尺寸計(jì)算
沖裁件的尺寸精度主要決定于模具的刃口尺寸精度，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(jì)沖裁模主要任務(wù)之一。
6.1 沖裁間隙的確定
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(jì)模具時(shí)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(shí)，卸料力增加，又影響模具壽命。一般間隙為（10%～15%）t時(shí)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(gè)絕對合理的間隙數(shù)值，能同時(shí)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(shí)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，使模具壽命達(dá)到最長。目前在生產(chǎn)中，廣泛采用經(jīng)驗(yàn)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植。
根據(jù)實(shí)用間隙表 6-1查得材料間隙為0.10、0.14.。
表6-1 沖裁模初始雙邊間隙值 mm
材料
厚度
08、10、20、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
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
0.060
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
0.040
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
0.060
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
0.040
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
0.060
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
0.040
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(jì)算及依據(jù)與法則
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(jì)中的一項(xiàng)重要工作。
凸模、凹模工作部分尺寸即凸、凹模刃口尺寸的計(jì)算，有兩種計(jì)算方法，第一種計(jì)算方式是凸模與凹模圖樣分別加工法計(jì)算；第二種計(jì)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(jì)算，計(jì)算繁瑣，且計(jì)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Ｄp后會(huì)增大的尺寸---第一類尺寸A
Aj=(Amax-x△)
凸模或凹模磨損后會(huì)減小的尺寸---第一類尺寸B
Bj=(Bmin+x△)
（3）凸?；虬寄Ｄp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
因?yàn)楸竟ぜ叽缇鶠榛境叽?，故按IT14級精度，x=0.5。
在所有的尺寸中，
落料尺寸：、、
沖孔尺寸：
注：①凸?；虬寄Ｄp后將會(huì)增大的尺寸——第一類尺寸A。
②凸?；虬寄Ｄp后將會(huì)減小的尺寸——第二類尺寸B。
③凸?；虬寄Ｄp后會(huì)基本不變的尺寸——第三類尺寸C。
具體計(jì)算如表5-3。
表 6-2 工作零件刃口尺寸計(jì)算
尺寸類型
公稱尺寸
公式
計(jì)算后尺寸
落料
沖孔
6.3 彎曲刃口尺寸計(jì)算
彎曲模的刃口尺寸計(jì)算
彎曲時(shí)，V形件的彎曲，必須選擇適當(dāng)?shù)拈g隙，間隙的大小對于工件質(zhì)量和彎曲力的大小有很大的影響。間隙越小，彎曲力越大。間隙過小，會(huì)使工件壁變薄，并降低凸模壽命。間隙過大，則回彈較大，還會(huì)降低工件的精度。
彎曲時(shí)，間隙值利用公式計(jì)算。
（6-1）
式中 ——彎曲凸、凹模的單面間隙；
t——材料的公稱厚度；
n——因數(shù)，與工件的彎曲高度和彎曲線長度有關(guān)，查表，取0.05。
代入公式可得：。
彎曲件標(biāo)注的為外形公差，應(yīng)計(jì)算模具的凹模尺寸，凸模根據(jù)單面間隙配作。
取彎曲凸、凹模的制造公差為IT17、IT18，查表得：
7 主要零部件設(shè)計(jì)
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(diǎn)，可以分為工藝零件和結(jié)構(gòu)零件兩類。
設(shè)計(jì)主要零部件時(shí)，首先要考慮主要零部件的定位、固定以及總體裝配方法，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(jìn)定距和導(dǎo)料銷送進(jìn)定位，無側(cè)壓裝置。下面就分別介紹各個(gè)零部件的設(shè)計(jì)方法。
7.1 凹模設(shè)計(jì)
7.1.1 凹模外形的確定
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(qiáng)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(jì)算公式如下：
凹模邊壁厚 H=Kb1 （7-1）
凹模邊壁厚 c>1.5H （7-2）
凹模板邊長 L=b1+2c （7-3）
凹模板邊寬 B=b2+2c （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=0.3。
根據(jù)公式（7-1）可計(jì)算落料凹模板的尺寸：
凹模厚度：
H=Kb2
=0.5×22.7
=11.35（mm）
根據(jù)公式（7-2）可計(jì)算凹模邊壁厚：
c>1.5H
=1.5×11.35
=17（mm）
取凹模邊壁厚為25mm。
根據(jù)凹模厚度和邊壁厚可確定凹模板的長、寬的尺寸。
取整后?。篖×B×H=160mm×105mm×30mm
7.1.2 凹模刃口結(jié)構(gòu)形式的選擇
沖裁凹模刃口形式有直筒式和錐形兩種，選用時(shí)主要根據(jù)沖件的形狀、厚度、尺寸精度以及模具結(jié)構(gòu)來確定。由于本模具沖的零件尺寸較大，所以采用刃口為直通式，該類型刃口強(qiáng)度高，修磨后刃口尺寸不變。
7.1.3 凹模精度與材料的確定
根據(jù)凹模作為工作零件，其精度要求較高，外形精度為IT11級，內(nèi)型腔精度為IT7級，表面粗糙度為Ra3.2um，上下平面的平行度為0.02，材料選Cr12。
7.2 凸模的設(shè)計(jì)
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?yàn)樵撝萍螤畈粡?fù)雜，所以將落料模設(shè)計(jì)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 凸模高度的確定
因?yàn)樵撝萍螤畈皇呛軓?fù)雜，所以將沖孔模設(shè)計(jì)成臺階式凸模。凸模與凸模固定板的配合按H7/m6。凸模的高度是凸模固定板的厚度、落料凹模與附加長度的總和，如圖7-3所示。
圖7-3 凸模高度尺寸
凸模高度為：
L=h1+h2+H (7-5)
式中: h1-凸模固定板厚度，可得：h1=20mm；
h2-卸料板厚度，可得：h2=20mm；
H-附加長度。附加長度包括凸模的修磨量，橡膠的高度，凸模進(jìn)入凸凹模的深度。
由公式(7-5)得： L=20+30+17=67mm)
7.2.3 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(shí)的沖擊力,所以凸模的材料應(yīng)選T10A，熱處理58～62HRC。
7.2.4 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。
7.3 卸料板的設(shè)計(jì)
7.3.1 卸料板外型設(shè)計(jì)
在沖壓工藝分析中已經(jīng)選擇了彈性卸料裝置，采用卸料板進(jìn)行卸料。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(hù)作用，卸料板的邊界尺寸與凹模的邊界尺寸相等。
卸料板與凹模的外形尺寸相同，厚度為20mm，根據(jù)凹模的尺寸，從而可以確定卸料板的尺寸160mm×105mm×15mm。
7.3.2 卸料板材料的選擇
卸料板主要是起卸料的作用，對它的強(qiáng)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(dòng)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(qiáng)度、硬度，又具有較好的塑性、韌性。
7.3.3 卸料板整體精度的確定
卸料板外輪廓的精度要求不高，所以選取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，所以選取IT11級，粗糙度為Ra1.6；兩個(gè)螺紋孔和擋料銷、導(dǎo)料銷有定位的作用，所以精度要求要高一些為IT7級，粗糙度為Ra3.2。
7.4 固定板的設(shè)計(jì)
凸模固定板主要是固定凸模，保證凸模有足夠的強(qiáng)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凸固=（0.6～0.8）H凹 （7-6）
式中：H凸固-凸模固定板厚度；
H凹-凹模厚度。
根據(jù)公式（7-7）得凸模固定板厚度為：
H凸固=（0.6～0.8）H凹
=（0.6～0.8）H凹
=（0.6～0.8）×30
= 18～24（mm）
凸模固定板厚度取20mm。
7.5 墊板的設(shè)計(jì)
它的作用是直接承受和擴(kuò)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，需在凸模端部與上模座之間加上墊板防止模具損壞。
墊板外形尺寸可與凸模固定板相同，其厚度一般取3～10mm，查參考文獻(xiàn)中沖壓模具設(shè)計(jì)與制造 22.5-17JB/T7643.3-1994，可得墊板尺寸為160mm×105mm×10mm。
7.6 上下模座、模柄的選用
7.6.1 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(shí)（閉合狀態(tài)），導(dǎo)柱上端面與上模座頂面的距離11mm。而下模座底面與導(dǎo)柱底面的距離為14mm。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(shí)導(dǎo)柱一定要進(jìn)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。
表7-2 模架組合
名 稱
數(shù) 量
材 料
規(guī) 格
標(biāo) 準(zhǔn)
上模座
1
下模架
1
導(dǎo) 柱
1
1
20
導(dǎo) 套
1
1
20
7.7 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(dòng)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)，采用壓入式模柄。在設(shè)計(jì)模柄時(shí)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：A40 JB/T7646.3-1994。
7.8 螺釘、銷釘?shù)倪x用
螺釘、銷釘都是標(biāo)準(zhǔn)件，螺釘用于固定模具零件，銷釘則起定位作用。根據(jù)上模座、墊板、凸模固定板采用6個(gè)M6×55mm的螺釘固定，凹模和下模座采用6個(gè)M6×60mm的螺釘固定螺釘分布對稱，使緊固零件受力均勻。沖模上的螺釘常用圓柱頭內(nèi)六角螺釘（GB/T70-1985）。
銷釘起定位作用，防止零件之間發(fā)生錯(cuò)移，其本身承受切應(yīng)力。銷釘采用兩個(gè)，多用圓柱銷（GB/T119-2000）與零件上的銷孔采用過渡配合，上模座、凸模固定板、墊板和凹模采用Φ6×60mm的定位銷釘，凹模與下模座采用Φ6×60mm的定位銷釘。
8 沖壓設(shè)備的校核與選定
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-凹模厚度；
h-沖孔凸模沖裁后進(jìn)入凹模的深度h=1mm。
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
=201（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(jī)型號為J23-16的最大裝模高度為220mm，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(jī)型號為J23-16，能滿足各項(xiàng)要求，因此選取J23-16號壓力機(jī)。
結(jié)論
畢業(yè)設(shè)計(jì)是本科學(xué)習(xí)階段一次非常難得的理論與實(shí)際相結(jié)合的機(jī)會(huì)，通過這次比較完整、全面的給模具進(jìn)行設(shè)計(jì)，我擺脫了單純的理論知識學(xué)習(xí)狀態(tài)，和實(shí)際設(shè)計(jì)的結(jié)合鍛煉了我的綜合運(yùn)用所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識，解決機(jī)械問題的能力，同時(shí)也提高我查閱文獻(xiàn)資料、設(shè)計(jì)手冊、設(shè)計(jì)規(guī)范以及電腦制圖等其他專業(yè)能力水平，而且通過對整體的掌控，對局部的取舍，以及對細(xì)節(jié)的斟酌處理，都使我的能力得到了鍛煉，經(jīng)驗(yàn)得到了豐富，并且意志品質(zhì)力，抗壓能力及耐力也都得到了不同程度的提升。這是我們都希望看到的也正是我們進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的所在。
雖然畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容繁多，過程繁瑣但我的收獲卻更加豐富。各種系統(tǒng)的適用條件，各種設(shè)備的選用標(biāo)準(zhǔn)，我都是隨著設(shè)計(jì)的不斷深入而不斷熟悉并學(xué)會(huì)應(yīng)用的。和老師的溝通交流更使我對設(shè)計(jì)有了新的認(rèn)識也對自己提出了新的要求，
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