墊板-側板落料沖孔復合模具設計-沖壓模含SW三維及11張CAD圖帶開題,墊板,側板落料,沖孔,復合,模具設計,沖壓,sw,三維,11,十一,cad,開題 側板落料沖孔復合模設計 摘 要 隨著中國工業(yè)不斷地發(fā)展，模具行業(yè)也顯得越來越重要。本文針對側板的沖裁工藝性，介紹了落料沖孔復合模設計加工方法。分析比較了成形過程的三種不同沖壓工藝（單工序、復合工序和連續(xù)工序），確定用一幅復合模完成落料沖孔的工序過程。基本的要求是模具應能滿足加工要求，保證制件精度；模具應運轉平穩(wěn)，工作可靠，結構簡單，裝卸方便，便于維修和調整；模具盡量用通用件以便降低制造成本。 本課題主要是沖壓成型的工藝設計，也就是沖壓模的工藝設計方案分析及確定工藝計算和模具結構設計計算等內容，且簡要分析了坯料形狀、尺寸，排樣、裁板方案和沖壓工序性質。進行了工藝力、壓力中心、模具工作部分尺寸及公差的計算，并設計出模具。還具體分析了模具的主要零部件（如凸凹模、卸料裝置、墊板、凸模固定板等）的設計與制造，沖壓設備的選用等。列出了模具所需零件的詳細清單，并給出了合理的裝配圖。為了提高生產效率，因此在設計時要力求結構簡單，但是一定要保證其精度要求。在對制件分析的基礎上完成了整副模具的設計，用CAXA軟件完成了二維設計圖紙的繪制,制件、模具零部件造型全部用SolidWorks2007軟件完成同時考慮了零部件的加工。 關鍵詞：模具；復合模；側板；工藝；設計 Abstract With China's industries continue to develop and die industry is also becoming increasingly important. Based on the side plate of the stamping process, introduced the blanking punch compound die design and processing methods. Comparative analysis of the process of forming three different stamping process (single processes, complex processes and continuous processes), confirm completion of a composite model blanking and punching process. The basic requirement is mould should be able to satisfy the requirements of the processing, guarantee product precision; mould should be smooth operation, reliable, simple structure, easy maintenance, loading and unloading easily, convenient service and adjustment; mold as far as possible in order to reduce the use of common parts manufacturing costs. This subject mainly stamping forming process design, also is the stamping mould design analysis and calculation, the mould structure determination technology design, etc, and a brief analysis of the blank shape, size, layout, cutting board and pressing nature of the process program. For the process, the center of pressure, the die size and the tolerance of the calculation, design mold. Also analyzes the mold of the main components (such as punch and die and dump devices, slates, punch plate, etc) design and manufacturing, stamping equipment selection, punch-gap adjustment and establishment of a vital parts machining process. Die requirements set out a detailed list of parts, and gives a reasonable assembly. Production is mainly in order to increase the production efficiency, thus in the design of simple structure, but should strive to ensure the accuracy of certain requirements. Based on the analyses of manufacture, completion of the entire mold design, complete with CAXA software drawing two-dimensional design drawings. and all of the manufactures, subassembly were sculpted by Solidwork2007 software. Keywords：die; compound die; side plate; process; design 目 錄 引言 1 1 工藝分析 2 1.1 零件沖壓工藝性分析 2 1.2 沖壓工藝方案的確定 5 1.3 落料變形的三個階段 7 1.4 沖裁間隙 8 1.4.1沖裁間隙的選用 8 1.4.2間隙對沖裁工作的影響 8 2 工藝設計 10 2.1 排樣 10 2.1.1排樣的意義 10 2.1.2搭邊和條料寬度的確定 12 2.2 凸、凹模工作部分計算 14 2.2.1凸、凹模刃口尺寸計算原則 14 2.2.2刃口尺寸計算方法 15 2.2.3刃口尺寸計算 18 3 沖壓力計算及沖裁設備的選擇 19 3.1 沖壓力的計算 19 3.1.1落料力和沖孔力的計算 20 3.1.2卸料力、推件力和頂件力的計算 20 3. 2 沖裁設備的選擇 22 3.3 模具壓力中心的確定 23 4 主要零件設計 23 4.1 工作零件 24 4.1.1沖孔凸模 24 4.1.2凸凹模 26 4.1.3落料凹模 26 4.2 導向零件 26 4.3 定位零件 27 4.4 卸料和推件裝置 29 4.5 支承及夾持零件 30 5 模具總體結構 33 6 模具零件材料及加工工藝過程 34 6.1 模具零件材料及其熱處理 34 6.2 主要零件加工工藝規(guī)程 35 7 結論 37 謝 辭 38 參考文獻 39 引言 復合模是指沖床在一次行程中，完成落料、沖孔等多個工序的一種模具結構。在完成這些過程中．沖壓坯料無需進給移動。我國沖壓模具無論在數量上，還是在質量、技術和能力等方面都已有了很大發(fā)展，但與國民經濟需求和世界先進水平相比，差距仍很大，一些大型、精密、復雜、長壽命的高檔模具每年仍大量進口，特別是中高檔轎車的覆蓋件模具，目前仍主要依靠進口。一些低檔次的簡單沖模，已趨向供過于求，市場競爭激烈。 近年來，我國沖壓模具水平已有很大提高。大型沖壓模具已能生產單套重量達50多噸的模具。為中檔轎車配套的覆蓋件模具國內也能生產了。精度達到1～2μm，壽命2億次左右的多工位級進模國內已有多家企業(yè)能夠生產。表面粗糙度達到Ra≦1.5μm的精沖模，大尺寸（Φ≧300mm）精沖模及中厚板精沖模國內也已達到相當高的水平。 隨著科學技術的進步、社會經濟的快速發(fā)展，模具成形技術及模具設計與制造已成為當代工業(yè)生產的重要手段。近十幾年來，中國模具工業(yè)發(fā)展十分迅速，特別是高新技術企業(yè)的快速發(fā)展加大了用于技術進步的投資力度，技術進步已成為企業(yè)發(fā)展的重要動力。 當前，人們對冷沖壓技術的重視程度越來越高。生產效率高、產品一致性好、應用范圍廣等特點得到社會各界越來越多的業(yè)內人士的認同，模具制造已經迅速民展成為一個新興的熱門行業(yè)，在整個模具制造中冷沖壓模具占到模具總量的50%以上。與其他設計、制造方法相比，冷沖壓工藝和冷沖模設計制造具有顯著的特殊性?，F代科學技術的發(fā)展，使汽車、電子、電器、食品包裝等產品的更新換代加快；不斷增長的社會需求，對沖壓生產工藝水平提出了更高的要求。如何使沖壓工藝水平適應現代工業(yè)生產對沖壓生產精密、高速、自動化，以及沖壓模具高精度、高壽命的要求。 在國家產業(yè)政策的正確引導下，經過幾十年努力，現在我國沖壓模具的設計與制造能力已達到較高水平，包括信息工程和虛擬技術等許多現代設計制造技術已在很多模具企業(yè)得到應用。 同時，隨著數字化技術的發(fā)展，一些大型軟件如Pro／Engineer、SolidWorks、UG等都已開發(fā)出專門用于沖壓模具設計的功能模塊，為模具設計提供了十分方便的工具。這些軟件在模具設計中的應用，成功地彌補了傳統(tǒng)設計方法的不足，制品幾何造型、模具的結構設計，都是基于同一數據庫進行的，既方便，又易保證制品的精度。 本課題主要是沖壓的工藝設計，也就是沖壓模的工藝設計方案分析及確定工藝計算，模具結構設計計算等內容。生產主要是為了提高生產效率，因此在設計時要力求結構簡單，但是一定要保證其精度要求。本模具的工作工序包括有落料和沖孔。 1 工藝分析 1.1 零件沖壓工藝性分析 圖1.1 側板零件 沖裁件的工藝性，是指沖裁件對沖壓工藝的適應性。沖裁件的工藝性對沖裁件質量、材料經濟利用、生產率、模具制造及使用壽命等都有很大影響。因此，在設計中應盡可能提高其工藝性。沖裁件的工藝性主要包括以下幾個方面： （1） 沖裁件的形狀和尺寸? ①沖裁件形狀應盡可能設計成簡單、對稱，使排樣時廢料最少。 表1-1 沖裁件圓角半徑R的最小值 ②沖裁件的外形和內孔應盡量避免尖銳的角，在各直線或曲線連接處，除少、無廢料排樣或采用鑲拼模結構外，都應有適當的圓角相連，其半徑R的最小值見表1-1。 表1-2 采用凸模護套沖孔的最小尺寸 材料 圓形孔（d） 方形孔（a） 硬鋼 軟鋼及黃銅 鋁、鋅 0.5t 0.35t 0.3t 0.4t 0.3t 0.28t 表1-3 沖裁件的最小孔邊距 沖裁 材料 a/t b /t 分開沖 同時沖 分開沖 同時沖 L/t＜ L/t＞ 硬鋼 1.3~1.5 2~2.3 1.3+0.1 L/t 黃銅、 軟鋼 0.9~1.0 1.4~1.5 0.5+0.1 L/t 純銅軟鋅 0.75~0.8 1.1~1.2 0.2+0.1 L/t 夾紙、夾布膠板 0.7~0.75? 0.9~1.0 0.1 L/t 圖1.2 沖裁件的最小孔邊距 ③沖裁件的凸出懸臂和凹槽寬度不宜過小。 ④沖孔時，孔徑比翼過小。其最小孔徑與孔的形狀、材料的力學性能、材料的厚度等有關。 ⑤沖裁件的孔與孔之間，孔與邊緣之間的距離不應過小，其許可值見表1-3和圖1.2。當孔邊緣與制件邊緣不平行時應不小于t,平行時應不小于1.5t。 ⑥在彎曲件或拉深件上沖孔時，其孔壁與工件壁之間應保持一定的距離，若距離太小，沖孔時會使凸模受水平推力而折斷。 （2）沖裁件的精度與粗糙度? ①沖裁件內外形的精度不高于IT11級。一般要求落料件精度最好低于IT10級，沖孔件最好低于IT9級。見表表1-6。 ②沖裁件斷面的表面粗糙度和允許的毛刺高度可見表1-4和表1-5 表1-4　一般沖裁件剪斷面的表面粗糙度 材料厚度t/mm 1 >1~2 >2~3 >3~4 >4~5 表面粗糙度/m 3.2 6.3 12.5 25 50 表1-5 沖裁件的允許毛刺高度 ???(單位：mm) 材料厚度 >?0.3 0.3~0.5 0.5~1.0 1.0~1.5 1.5~2.0 新模試沖時允許毛刺高度 ≤0.015 ≤0.02 ≤0.03 ≤0.04 ≤0.05 生產時允許毛刺高度 ≤0.05 ≤0.08 ≤0.10 ≤0.13 ≤0.15 表1-6 孔對外緣輪廓的尺寸公差（單位：mm） 模具型式和定位方法 模具精度 工件尺寸 模具型式和定位方法 模具精度 工件尺寸 <30 30~100 100~200 <30 30~100 100~200 復合模 高級 ±0.015 ±0.02 ±0.025 無導正銷的連續(xù)模 高級 ±0.10 ±0.15 ±0.25 普通 ±0.02 ±0.30 ±0.04 普通 ±0.20 ±0.30 ±0.40 有導正銷連續(xù)模 高級 ±0.05 ±0.10 ±0.12 外行定位的沖孔模 高級 ±0.08 ±0.12 ±0.18 普通 ±0.10 ±0.15 ±0.20 普通 ±0.15 ±0.20 ±0.30 圖1.1為該零件的設計尺寸。根據圖1.1分析可知該側板形狀簡單，尺寸均為自由公差，采用一般沖壓均能滿足其尺寸精度要求，mm的孔邊距外輪廓的最小距離為15mm，mm 的孔邊距外輪廓的最小距離為22mm，根據凸凹模允許的最小壁厚要求，該零件符合沖壓要求。 由零件圖1.1可知，圖中并大部分沒有標明精度要求和公差等級，故沒有標明精度的尺寸可采用自由公差進行生產制造。GB/T1804-2000數據表1-7和表1-8。 表1-7 線性尺寸的極限偏差數值 尺寸 公差等級 0.5~3 >3~6 >6~30 >30 ~120 >120 ~400 >400 ~1000 >1000 ~2000 >2000 ~4000 f（精密級） ±0.05 ±0.05 ±0.1 ±0.15 ±0.2 ±0.3 ±0.5 — m（中等級） ±0.1 ±0.1 ±0.2 ±0.3 ±0.5 ±0.8 ±1.2 ±2 c（粗糙級） ±0.2 ±0.3 ±0.5 ±0.8 ±1.2 ±2 ±3 ±4 v（最粗級） ±0.5 ±1 ±1.5 ±2.5 ±4 ±6 ±8 表1-8 倒圓半徑與倒角高度尺寸的極限偏差數值 尺寸等級 公差等級 0.5~3 >3~6 >6~30 >30 f（精密級） ±0.2 ±0.5 ±1 ±2 m（中等級） c（粗糙級） ±0.4 ±1 ±2 ±4 v（最粗級） 1.2 沖壓工藝方案的確定 沖壓模是指在冷沖壓加工中，將材料（金屬或非金屬）加工成零件（或半成品）的一種特殊工藝裝備。其工作原理是,上模通過模柄與沖床滑塊相聯接,下模利用壓板固定在沖床的工作臺上,上下模通過導柱、導套導向。工作時,條料靠著定位機構送進定位,當上模隨滑塊下降時,卸料板先壓住板料,接著凸模沖落凹模上面的材料獲得工件。這時工件卡在凸模與頂塊之間,廢料也緊緊箍在凸模上。在上?；厣龝r,工件由頂塊借彈簧的彈力從凹模中頂出；同時箍在凸模上的廢料,由卸料板靠彈簧的彈力卸掉,完成一個工位的沖制過程。再將條料送進一個步距, 經逐個工位沖制過后,便得到一個完整的沖壓工件,如此往復進行批量生產。 沖模設計時，首先要根據工藝方案選定模具類型（簡單模、級進?；驈秃夏＃_定具體的模具總體結構形式。這是沖模設計的關鍵一步，它直接影響沖壓件的品質，成本和沖壓生產率。 　　模具的結構形式很多，可根據沖壓件的形狀、尺寸、精度、材料性能和生產批量及沖壓設備、模具加工條件、工藝方案等設計。在滿足沖壓件品質要求的前提下，力求模具結構簡單、制造周期短、成本低、生產效率高、壽命長。 　　確定模具結構形式的內容包括以下幾個方面：： 　　①根據沖壓件的形狀和尺寸，確定凸、凹模的加工精度、結構形式和固定方法； 　　②根據毛坯的特點、沖壓件的精度和生產批量，確定定位、導料和擋料方式； 　?、鄹鶕ぜ蛷U料的形狀、大小，確定進料、出件和排出廢料的方式； 　?、芨鶕辶系暮穸群蜎_壓件的精度要求，確定壓料與卸料方式，壓料或不壓料，彈性卸料或剛性卸料； 　?、莞鶕a批量，確定操作方式：手工操作、自動或半自動操作； 　?、薷鶕_壓件的特征和對模具壽命的要求，確定合理的模具加工精度，選取合理的導向方式和模具固定方式； 　　⑦根據所使用的設備，確定模具的安裝與固定方式。 根據工序組合程度分類，沖模的典型結構有如下三種：單工序模、復合模、連續(xù)模。 表1-9 單工序模、復合模、連續(xù)模優(yōu)缺點比較 比較項 單工序模 連續(xù)模 復合模 生產效率 低 最高 搞 零件精度 最低，一般為IT14~15級 高 最高，可達IT8級，內、外同心度一般可達±0.02mm 結構與成本 最簡單、最容易制造、成本最低 較復雜 成本高 結構緊湊、復雜 成本高 模具尺寸 小 大 中 材料利用率 可用廢料沖壓零件、材料利用率高 可用廢料沖壓零件、材料利用率高 操作與調試 最不安全、調試最不方便，壽命低、易磨損 好 較好 適用范圍 精度要求不高、形狀簡單的小批量生產和新產品試制 精度要求不高、尺寸小的大批量生產 精度要求高、尺寸大的大批量生產，尤其適宜沖壓薄料、軟料及脆性材料 單工序模是指在一副模具上只完成零件的一個沖壓工序的模具。典型結構有敞開式簡單沖裁模、導板模、小沖孔模。 復合模是指壓力機一次行程中，在模具的一個工位上，同時完成兩道以上不同工序的模具，它屬于多工序模。 連續(xù)模是指在壓力機一次行程中按照一定順序在同一模具的不同工位上完成兩道以上工序的模具。 從圖1.1可知，該零件包括落料和沖孔兩個基本工序，根據沖壓要求可以有以下三種工藝方案。 方案一：先落料后沖孔，采用單工序生產。 方案二：落料,沖孔復合沖壓，采用復合模生產。 方案三：沖孔,落料級進沖壓，采用級進模生產。 參照表1-9單工序模、復合模、連續(xù)模優(yōu)缺點比較，分析上述三個方案，確定該零件沖壓的工藝方案。方案一模具結構簡單，需要兩副模具，生產效率低；方案二需要一副模具，零件的形狀和尺寸精度容易保證，且生產效率高，模具結構比方案一復雜，但由于側板零件的幾何形狀簡單，模具的制造并不復雜；方案三需要一副模具，生產效率高，但沖制的零件精度較復合模沖制的零件精度低，同時在級進模中為了給條料定位需要制作導正銷，模具結構比復合模具復雜。 通過上述方案分析和比較，同時為了滿足加工需求，宜選擇方案二進行加工，即采用落料沖孔復合模進行生產。 1.3 落料變形的三個階段 把板材沖壓出所需外輪廓坯料的過程。落料的過程是在瞬間完成的，整個變形過程大致可分為三個階段。 （1）彈性變形階段 凸模對板料施壓，使材料產生彈性變形。板料稍微擠入凹?？?。板料與凸、凹模接觸處形成很小的圓角。由于凸、凹模之間存在間隙，板料同時受到彎曲和拉伸的作用，凸模下的板料產生彎曲，凹模上的板料開始上翹。 （2）塑性變形階段 當凸模繼續(xù)壓到一定深度時，材料內部應力達到屈服點，板料開始在與凸模、凹模的刃口接觸處產生塑性剪切變形。凸模切入板料并將下部板料擠入凹?？變取Ｔ诎辶霞羟忻嫣幮纬伤?，同時在切斷面上形成一小段光亮且與板料垂直的表面。隨著沖壓過程的繼續(xù)，應力不斷增加，材料的變形程度便不斷增加，變形區(qū)向板材的深度方向發(fā)展、擴大，同時硬化加劇，變形抗力也不斷上升，應力也隨之增加，直至凸、凹模刃口處達到極限應力的應變值，這就意味著塑性變形結束，材料即產生微小裂紋。 （3）分離階段 裂紋產生后，隨凸模繼續(xù)壓入，凸、凹模刃口附近產生的微裂紋沿最大剪應變速度方向不斷向板材內部擴展。若間隙合適，上、下裂紋則相遇重合，板料上下部分分離。 通過分析以上落料變形的三個階段，可知間隙的取值很關鍵，應合理選擇。 1.4 沖裁間隙 1.4.1沖裁間隙的選用 沖裁間隙是指沖裁模的凸模和凹模刃口之間的尺寸之差。單邊間隙用C表示，雙邊間隙用Z表示。 圓形沖裁模雙邊間隙為 式中 －沖裁模凹模直徑尺寸，mm； －沖裁模凸模直徑尺寸，mm。 沖裁間隙值的大小對沖裁件質量、模具壽命、沖裁力和卸料力的影響很大，是模具設計中的一個重要因素。因此設計模具時一定要選擇一個合理的間隙，考慮到模具制造中的偏差及使用中的磨損，生產中通常是選擇一個適當的范圍作為合理間隙，這個范圍的最小值稱這最小合理間隙，最大值稱為最大合理間隙，由于模具在使用過程中會逐步磨損，設計和制造新模具時宜采用最小合理間隙。 1.4.2間隙對沖裁工作的影響 間隙值影響到沖裁時彎曲、拉伸、擠壓等附加變形的大小，因而對沖裁工序影響大，主要有以下幾方面： (1)間隙對零件質量的影響 影響斷面質量的主要因素是模具間隙，提高斷面質量的關鍵在于推遲裂紋的產生，以增大光亮帶寬度，其主要途徑是減小間隙。因為斷面質量與裂紋的走向有關。而裂紋走向與間隙有關，只有凸、凹模間隙適當時，裂紋在凸、凹模刃口附近板料產生的上、下裂紋才重合，此時零件斷面斜度很小，且比較平直光滑，毛刺小，斷面質量比較好。 當間隙過小時，凸模刃口附近的裂紋比正常間隙時向外錯開一段距離，裂紋成長受到抑制而成為滯留裂紋，上、下裂紋之間的材料隨凸模繼續(xù)下壓產生第二次剪切、出現第二光亮帶。在兩個光亮帶之間形成斷裂帶，或者呈現斷續(xù)的小光斑、在沖裁件端面出現擠長的毛刺。 當間隙過大時，材料的彎曲和拉伸增大，接近于脹形破裂狀態(tài)，容易產生裂紋，凸模心口處的裂紋較正常間隙向里錯開一段距離，裂紋間的材料產生第二次拉裂、零件斷面出現兩個斜度，這時材料的彎曲與拉伸大，拉應加大，材料的塑性變形階段結束較早，致使光亮帶較窄，圓角與斜度較大，穹彎厲害，毛刺大而厚，使沖裁件的斷面質量下降。 模具間隙對沖裁件尺寸精度影響主要是當間隙較大時，材料所受拉伸作用增大，沖裁結束后，因材料的彈性恢復，使沖孔件的尺寸增大，落料件的尺寸變小，當間隙較小時，材料受凸、凹模擠壓力大，壓縮變形大，沖裁完畢后，材料的彈性恢復使落料件尺寸增大，而沖孔件尺寸則變小。 (2)間隙對沖裁力的影響 間隙增大，材料所受的拉應力大，材料容易斷裂分離，沖裁力可得到一定程度的降低，繼續(xù)增大間隙值，會因從凸、凹模刃口處產生的裂紋不相重合的影響，沖裁力下降變慢。當單向間隙為料厚的5%～20%時，沖裁力的降低并不顯著（不超過5%～10%）。間隙減小，材料所受拉應力減小，壓應力增大，材料不易產生撕裂，使沖裁力增大，在間隙合理情況下，沖裁力最小。 間隙對卸料力、推件力或頂件力的影響也比較顯著。間隙增大后，從凸模上卸料或從凹?？字型屏隙际×?。一般當單向間隙增大到料厚的15%～25%時，卸料力幾乎為零，但當間隙繼續(xù)增大時，零件毛刺增大，卸料力、頂件力迅速增大，也會使刃口磨損加大，所以間隙選擇要合理。 (3)間隙對模具壽命的影響 模具間隙是影響模具壽命中最主要的因素之一。沖裁過程中，凸、凹模刃口受到材料對它的作用力。在這些力的作用下模具的失效形式一般有磨損、崩刃、變形、脹裂、斷裂等。間隙主要對模具的磨損有脹裂有影響。沖裁過程中，模具與被沖制件之間均有摩擦，而且間隙越小，模具作用的壓應力越大，磨損也越嚴重。過小的間隙會引起沖裁力、側壓力、摩擦力、卸料力、推件力增大，甚至會使材料粘連刃口，這就加劇了刃口磨損；如果出現二次剪切，產生的碎屑也會使磨損加大，間隙小，落料件或廢料往往梗塞在凹模洞口，導致凹模脹裂。所以過小的間隙對模具壽命極為不利。 間隙增大，可使沖裁力、卸料力等減小，使模具側面與材料間的摩擦減小，從而刃口磨損減小。適當大的間隙還可補償因模具制造精度不夠及動態(tài)間隙不勻所造成的不足，不至于啃傷刃口，起到延長模具壽命的作用。 沖裁問隙的大小對沖裁件質量、模具壽命、計中的一個重要的工藝參數。在確定間隙值時要結合實際經驗進行選取。在本設計中只進行理論選取。 表1-10 金屬材料沖裁間隙值（部分） 材料 抗剪強度τ/MPa 初始間隙（單邊間隙）, %t Ⅰ類 Ⅱ類 Ⅲ類 低碳鋼08F、10F、10、20、Q235-A 210~400 3.0~7.0 7.0~10.0 10.0~12.5 中碳鋼、不銹鋼、1Cr18Ni9Ti、4Cr13、膨脹合金（可伐合金） 420~560 3.5~8.0 8.0~11.0 11.0~15 本設計中所用的材料為Q235，此模具設計中?、蝾愰g隙Z=(14～20)%t進行計算，所以 2 工藝設計 2.1 排樣 2.1.1排樣的意義 沖裁件在條料、帶料或板料上的布置方法叫排樣。在沖壓零件的成本中，材料費用約占60%以上，因此材料的經濟利用具有非常重要的意義。沖壓件在條料或板料上的布置方法稱為排樣。排樣合理與否不但影響材料的經濟利用，還影響到制件的質量、模具的結構與壽命、制件的生產率和模具的成本等技術、經濟指標。排樣的意義在于保證用最低的材料消耗和最高的勞動生產率得到合格的零件。排樣合理與否，經濟性是否好，可用材料利用率來衡量。提高材料利用率的途徑是減少廢料面積。廢料分為結構廢料和工藝廢料。結構廢料是由零件的結構特點產生的廢料，一般不能改變，但可以利用大尺寸的廢料沖制小尺寸的零件；工藝廢料是零件之間和零件與條料側邊之間的廢料。 排樣方式不同，材料的利用率不同，提高材料利用率的途徑有：主要從減少工藝廢料著手；設計合理排樣方案；選擇合適的板料規(guī)格；合理的材料法（減少料頭、料尾）；利用廢料沖制小件；在不影響設計要求的情況下，改善零件結構。 按材料利用情況排樣可分為三類，其比較見表2-1 表2-1 按材料利用情況排樣方式比較 排樣方式 概念 優(yōu)缺點及適用范圍 有廢料 排樣 沿零件的全部外形沖壓四周有一定的余量 這樣排樣材料利用率較低，但制件質量和精度均能得到保證，沖模的壽命相應提高，多用于形狀復雜制件精度要求較高的制品沖壓 少廢料 排樣 沿制件部分外形沖壓，也就是只能有一個。 此排樣材料利用率較高，生產率高，具有一次能沖壓多個制件和簡化模具結構降低沖壓力等優(yōu)點。但只能保證一個方向的制件精度。 無廢料 排樣 在整個沖壓過程中只有料頭料尾和結構廢料。 這種排樣材料利用率最高，生產率高；模具結構得以簡化，成本低，沖床負荷輕；但制件的沖壓精度差，多用于沖壓精度要求不高，且比較貴重的材料沖壓。 按沖裁件在條料上的布置方式，排樣又可分為直排、單行排、多行排、斜排、對頭直排、對頭斜排。見表2-2 表2-2 有搭邊排樣方式 形 式 簡 圖 用 途 直排 幾何形狀簡單的零件（如圓形等） 斜排 T形或其他復雜外形零件，這些零件直排時廢料較多 對排 T、Ⅱ、Ⅲ形零件，這些零件直排或斜排時廢料較多 混合排 兩個材料及厚度均相同的不同零件，適于大批量生產 多排 大批量生產中輪廓尺寸較小的零件 沖裁搭邊 大批量生產中小而窄的零件 （1）排樣方式設計 在選擇排樣方式的時候，要根據以下的原則進行選擇： ①提高材料利用率 (不影響制件使用性能前提下，還可適當改變制件形狀)。 ② 排樣方法使應操作方便，勞動強度小且安全。 ③ 模具結構簡單、壽命高。 ④ 保證制件質量和制件對板料纖維方向的要求。 根據所沖的零件的特點，結合要求本設計宜采用有廢料直排排樣方式。 （2）排樣方式確定 該零件采用直排式排樣進行沖壓。沿制件的全部外形輪廓沖壓，在制件之間及制件與條料側邊之間都有工藝余料 (稱搭邊)存在。因留有搭邊，所以制件質量和模具壽命較高，但材料利用率降低。 2.1.2搭邊和條料寬度的確定 (1)搭邊及其作用 沖裁模搭邊是指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。搭邊的作用有以下兩點： 　?、傺a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量。 　　搭邊是指排樣時零件之間以及零件與條料側邊之間留下的剩（余）料。其作用是使條料定位，補償定位誤差，保證零件的質量和精度，確保沖出合格的零件；使條料有一定的剛度，不彎曲，便于送進；提高沖模壽命。 （2）搭邊值的確定 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。 表2-3 工件的最小搭邊值 （ 單位：mm） 材料厚度t 圓件及r>2t的圓角 矩形件邊長l<50mm 矩形件邊長l>50mm或圓角r<2t 工件間 側面 工件間 側面 工件間 側面 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 1.2~1.6 1.0 1.2 1.5 1.8 1.8 2.0 1.6~2.0 1.2 1.5 1.8 2.0 2.0 2.2 2.0~2.5 1.5 1.8 2.0 2.2 2.2 2.5 2.5~3.0 1.8 2.2 2.2 2.5 2.5 2.8 3.0~3.5 2.2 2.5 2.5 2.8 2.8 3.2 3.5~4.0 2.5 2.8 2.8 3.2 3.2 3.5 4.0~5.0 3.0 3.5 3.5 4.0 4.0 4.5 5.0~12 0.6t 0.7t 0.7t 0.8t 0.8t 0.9t 一般來說，搭邊值是由經驗確定的，確定搭邊是應考慮以下幾個方面： 　 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樣的形式對排的搭邊值大于直排的搭邊。 ⑤料及擋料方式用手工送料，有側壓板導向的搭邊值可小一些。 搭邊值在實際生產中應該結合實際情況，從實際經驗出發(fā)，參考理論的計算方法進行確定。在進行理論計算的時候，搭邊值可以根據表2-3進行選定，同時根據不同材料應要考慮不同材料的搭邊系數（表2-4），本設計中的搭邊值根據表2-3計算所得。 表2-4 各材料搭邊系數 材料 系數 材料 系數 中等硬度的鋼 硬鋼 青銅及硬黃銅 硬鋁 0.9 0.8 1~1.1 1~1.2 軟黃銅 鋁 非金屬（皮革、硬紙板） 1.2 1.3~1.4 1.5~2 （3）條料尺寸確定和材料利用率 確定條料寬度的原則是：最小條料寬度要保證沖裁時零件周圍有足夠的搭邊值。最大條料寬度能在導料板間送進，并與導料板間有一定的間隙 。此設計中使用了導料銷和擋料銷，條料寬度可以根據零件的尺寸和規(guī)定的搭邊值進行確定。 查表3-8得 兩工件間的搭邊: 工件邊緣搭邊： 條料寬度 式中： B——條料寬度的基本尺寸，mm； D——毛坯寬度方向零件輪廓的最大尺寸，mm； a——側面搭邊，查表3-8。 步距=122+8=130mm 所以材料的利用率為 式中 ———1個步距內零件的實際面積； ———1個步距內所需毛壞面積。 沖裁排樣方式見下圖2.1 圖2.1 沖裁排樣圖 2.2 凸、凹模工作部分計算 2.2.1凸、凹模刃口尺寸計算原則 由沖裁過程和生產實踐可知：落料件的光面是因凹模刃口擠切材料產生的，而孔的光面是凸模刃口擠切材料產生的，落料件的大端尺寸等于或接近于凹模刃口尺寸，沖孔件的小端尺寸等于或接近于凸模刃口尺寸。同時考慮到模具使用后的磨損情況，在確定模具刃口尺寸及其制造公差時，需遵循下述原則。 （1）落料時，先確定凹模刃口尺寸。凹模刃口的基本尺寸取接近或等于制件的最小極限尺寸，以保證凹模磨損在一定范圍內，仍能沖出合格制件。凸模刃口的基本尺寸則按凹模刃口基本尺寸減小一個最小合理間隙值來確定。 （2）沖孔時，先確定凸模刃口尺寸。凸模刃口的基本尺寸取接近或等于也的最大極限尺寸，以保證凸模磨損在一定范圍內仍可使用，而凹模刃口的基本尺寸按凸模刃口的基本尺寸加上一個最小合理間隙值來確定。 （3）凸模和凹模刃口的制造公差，主要取決于沖裁件的精度和形狀。一般模具的制造精度比沖裁件的精度至少高1～2級。若制件沒有標注公差，則對于非圓形件按國家標準非配合尺寸的IT14級精度來處理，圓形件一般可按IT10級精度來處理。制件精度與模具制造精度的關系見表2-1。 表2-5 制件精度與模具制造精度關系表 2.2.2刃口尺寸計算方法 凸、凹模刃口尺寸的計算與加工方法有關，基本上可分為凸模與凹模圖紙分別加工法和配作法兩類。 （1）凸模與凹模分別加工法 圖2.2 落料沖孔時各部分尺寸及公差分布 這種方法主要適用于圓形或簡單規(guī)則的沖裁件。采用這種方法時，要分別標注凸模和凹模刃口尺寸與制造公司（凸模公差、凹模公差）。同時，為保證一定的間隙，模具的制造公差必須滿足下列條件，落料沖孔時各部分尺寸及公差分布見圖2.2。 或 式中：－凸模制造公差，mm； －凹模制造公差，mm； －最大合理間隙，mm； －最小合理間隙，mm。 當選擇凸模與凹模分別加工方法加工模具時，其工作部分尺寸公差和計算公式如表2-6。 表2-6 凸模與凹模分別加工工作部分尺寸和公差計算公式 工序性質 制件尺寸 凸模尺寸 凹模尺寸 落料 后求出 先求出 沖孔 先求出 后求出 注：、－落料凸、凹?；境叽纾琺m；、－沖孔凸、凹模基本尺寸，mm；－制件制造公差，mm；Zmin－最小合理間隙；－因數，其值見表2-7；、－凸、凹模的制造公差，見表2-8。 表2-7 因數 材料厚度 t/mm 非圓形值 圓形值 1 0.75 0.5 0.75 0.5 制件公差/mm <1 ≤0.16 0.17~0.35 ≥0.36 <0.16 ≥0.16 1～2 ≤0.20 0.21~0.41 ≥0.42 <0.20 ≥0.20 2～4 ≤0.24 0.25~0.49 ≥0.50 <0.24 ≥0.24 >4 ≤0.30 0.21~0.59 ≥0.60 <0.30 ≥0.30 表2-8 凹、凸模的制造公差 基本尺寸 凸模公差 凹模公差 基本尺寸 凸模公差 凹模公差 ≤18 0.020 0.020 >180~260 0.030 0.045 >18~30 0.020 0.025 >260~360 0.035 0.050 >30~80 0.020 0.030 >360~500 0.040 0.060 >80~120 0.025 0.035 >500 0.050 0.070 >120~180 0.030 0.040 （2）凸模與凹模配作加工 凸、凹模配作加工是指先按圖樣設計尺寸加工好凸?；虬寄Ｖ械囊患鳛榛鶞始ㄒ话懵淞蠒r以凹模為基準件，沖也時以凸模為基準件），然后根據基準件的實際尺寸 按間隙要求配作另一件。 圖2.3 配作加工凸凹模尺寸 表2-9 凸模與凹模配作加工工作部分尺寸和公差計算公式 工序性質 制件尺寸 凸模尺寸 凹模尺寸 落料 按凹模尺寸配制， 其雙面間隙為~ C 沖孔 按凸模尺寸配制，其雙面間隙為~ C 注：、、－凹模刃口尺寸，mm；、、－凸模刃口尺寸，mm；、、－制件基本尺寸，mm；、－凹模、凸模制造公差，取值為/4；－制件公差，mm；－制件偏差，對稱偏差時＝/2，mm；－因數，其值見表2-7；、－落料、沖孔模刃口最小、最大合理間隙。 配作加工方法的特點是模具的間隙由配作保證，工藝比較簡單，不需用公式來進行校核，并且還可以放大基準件的制造公差（一般可取沖裁件公差的1/4），使制造容易，因此是目前一般工廠常采用的方法。用配合加工法制造模具常用于復雜開關及薄料的沖裁件，圖樣上只需標注基準件的尺寸及其公差，配作件僅注基本尺寸，并注明與基準件配作及應保證的間隙值。 配作加工凸模和凹模的尺寸計算，落料件按凹模磨損后尺寸變大、變小、不變的規(guī)律分為三種；沖孔件按凸模磨損后尺寸變大、變小、不變的規(guī)律也分為三種。表2-9為 凸模與凹模配作加工工作部分尺寸和公差計算公式。 2.2.3刃口尺寸計算 在模具設計的過程中，需對模具的關鍵部位比如凸、凹模的間隙和制造精度進行嚴格的計算，根據前面介紹的間隙選擇原則以及間隙對模具的影響，通過查沖壓手冊沖裁模雙面間隙值表，該零件材料為Q235，?、蝾愰g隙Z=(14～20)%t，可以計算出凸、凹模的間隙分別為 （1）落料尺寸計算 因為采用分別加工方法，根據要求在計算落料尺寸時，先計算凹模尺寸，再計算凸模尺寸。這里在計算落料尺寸時，將零件分成兩部分進行。 ①落R30mm料時，尺寸R30mm按GB/T 1804-m 自由公差進行計算，=0.6mm，根據沖壓手冊中沖裁計算常用公式，取0.5（查表2-7）。查表2-8得，， 、的計算如下 = 校核是否符合要求。因為 所以符合要求， 、尺寸如上所求。 ②落尺寸122mm料時，尺寸122mm 按GB/T 1804-m自由公差進行計算，=0.6，根據沖壓手冊中沖裁計算常用公式，取0.5，查表2-8得，， 、的計算如下 == == mm 校核是否符合要求。因為 所以符合要求， 、尺寸如上所求。 （2）沖孔尺寸計算 在計算沖孔尺寸要計算凸模尺寸、凹模尺寸。 ①沖孔mm時，=0.2mm，根據沖壓手冊中沖裁計算常用公式，取0.5，查表2-8得，，、的計算如下： 校核是否符合要求。因為 所以符合要求，、尺寸如上所求。 ②沖孔時，=0.2mm，根據沖壓手冊中沖裁計算常用公式，取0.5，查表2-8得，，、的計算如下： 校核是否符合要求。因為 所以符合要求，、尺寸如上所求。 ③孔距是不變尺寸，根據公式： = 圖定尺寸孔距為，按GB/T 1804-m 自由公差進行計算，公差范圍為，=1mm，mm，因此 = 3 沖壓力計算及沖裁設備的選擇 3.1 沖壓力的計算 在沖裁過程中，沖裁力的大小是不斷變化的，沖裁力是板料作用在凸模上的最大抗力。對于普通平刃刀口的沖裁，其計算公式如下 式中：－沖裁力，； －沖裁件的周長，； －材料厚度，； －材料抗剪強度，； －系數，考慮到凸模、凹模刃口磨損，模具間隙波動，材料力學性能變化及材料厚度偏差等因素而增加的安全系數，常?。?.3。 3.1.1落料力和沖孔力的計算 （1）落料力 根據公式得 ==1.3440.710350N=2005KN 式中，根據金屬材料手冊中常用金屬材料的力學性能表查得303～372，取=350，440.7mm是沖裁件沖裁輪廓周邊長度。 （2）沖孔力 沖孔mm 時，沖孔力 ==1.33.143010350N=429KN 沖孔時，沖孔力 ==1.33.144210350N=600KN 3.1.2卸料力、推件力和頂件力的計算 圖3.1 卸料力、推件力和頂件力 考慮沖裁時材料的彈性變形及摩擦，在一般沖裁條件下，沖裁后材料將發(fā)生彈性恢復，使落料件或沖孔廢料硬塞在凹模內，而板料則緊箍在凸模上，為了使沖裁工作繼續(xù)進行，必須將緊箍在凸模的板料卸下，將卡在凹模內的工件或廢料向下推出或向上推出。將緊箍在凸模上的料卸下所需的力稱為卸料力；將卡在凹模中的料推出所需的力稱為推件力；將卡在凹模中的料逆著沖裁力方向頂出所需的力稱為頂件力。 卸料力、推件力和頂件力與材料的力學性能、材料厚度、沖件輪廓的形狀、沖裁間隙、潤滑情況、凹模洞口開關等因素有關。在生產中，都是采用簡單的經驗公式來計算： 式中：、、——分別為卸料力、推件力、頂件力，N； 、、——分別為卸料力系數、推件力系數、頂件力系數，其值見表3-1； ——沖裁力，N； N——同時卡在凹模洞口的件數，，h為凹模刃口直壁高度，mm; ——料厚，mm。 表3-1 卸料力、推件力和頂件力系數 材料 材料厚度/mm 鋼 ≤0.1 0.005～0.075 0.1 0.14 >0.1～0.5 0.045～0.055 0.063 0.08 >0.5～2.5 0.04～0.05 0.055 0.06 >2.5～6.5 00.03～0.04 0.045 0.05 >6.5 0.02～0.03 0.025 0.03 鋁、鋁合金 — 0.025～0.08 0.03～0.07 － 純銅、黃銅 — 0.02～0.06 0.03～0.09 － 注：卸料力系數在沖多孔、大搭邊和輪廓復雜說取上限值。 ① 卸料力： =0.032005kN =61.5KN，式中，根據表3-1可取，=0.03。 ②推料力： =50.025(429+600)kN =128.7kN 式中，根據表3-10可取=0.025，；n為卡在凹模內的沖孔廢料數目，根據該模具設計n=50/10=5。 沖裁時之沖壓力為沖裁力、卸料力和推件力之和，這些力在選擇壓力機時是否考慮進去，應根據不同的模具結構區(qū)別對待，即 采用彈性卸料裝置和上出料方式的沖裁模時為： 采用剛性卸料裝置和下出料方式的沖模為: 采用彈性卸料裝置和下出料方式的沖模為: 如上所述，沖裁工藝力包括沖裁力、卸料力、推件力和頂件力。因此，在選擇壓力機噸位時，需根據模具結構分別計算沖裁工藝力。本模具中該零件總的沖壓力為 =(2005+429+600+61.5+128.7)kN =3224.2KN 3. 2 沖裁設備的選擇 沖壓工作是將沖壓模具安裝在沖壓設備上進行的，因而模具的設計要與沖壓設備的類型和主要規(guī)格相匹配，否則不能工作。正確選擇沖壓設備，關系到設備的安全使用，沖壓工藝的順利實施及沖壓件的質量，生產效率和模具壽命等一系列重要問題。 沖壓設備類型主要根據所要完成的沖壓工藝性質、生產批量、沖壓件的尺寸大小和及精度要求等來選擇。在選定沖壓設備的類型之后，應該進一步根據沖壓件的大小、模具尺寸及沖壓力來選定設備的規(guī)格。沖壓設備規(guī)格主要由一下參數確定。 根據沖裁工藝力選擇設備時，一般應使所選設備的噸位大于計算所得的值。為滿足沖壓力要求，根據現有加工設備，選用400t沖床進行沖裁。查資料得型號為J11-400，工作臺為900mm×1400mm。其他參數如下表3-11 表3-2 J11-400沖床參數 類型 普通沖床 產地 徐州 動力類型 氣動 型號 J11-400 主電機功率 30kw 公稱壓力 4000kN 滑塊行程 200mm 控制形式 自動、人工 適用范圍 通用 使用行業(yè) 通用 行程次數 25次/分鐘 作用對象材質 金屬 3.3 模具壓力中心的確定 沖壓力合力的作用點稱為壓力中心。為了保證壓力機和沖模正常平穩(wěn)地工作，必須使沖模的壓力中心通過模柄軸線與壓力滑塊中心重合，否則，沖裁過程中壓力機滑塊和沖模將會承受偏心載荷，使滑塊導軌和沖模導向部分產生不正常磨損，合理間隙得不到保證，刃口迅速變鈍，從而降低沖件質量和模具壽命甚至損壞模具發(fā)生沖壓事故。因此，設計沖模時，應正確計算出沖裁時的壓力中心，并使壓力中心與模柄軸心線重合，對于制件外形尺寸大、形狀復雜，多凸模的沖裁模和連續(xù)模，正確確定其壓力中心就顯得更為重要。若因沖件的形狀特殊，從模具結構方面考慮不宜使壓力中心與模柄軸心線相重合，也就注意盡量使壓力中心的偏離不超出所選壓力機模柄孔投影面積的范圍。對于形狀簡單或對稱的沖件，其壓力中心即位于沖件輪廓圖形的幾何中心。沖裁直線段時，其壓力中心位于直線段的中心。通過三維軟件SolidWorks直接尋找壓力中心，所得壓力中心為坐標86.5，66。 圖3.2 壓力中心圖 4 主要零件設計 模具的組成零件主要可以分為工藝零件和結構零件。 　　工藝零件是指直接參與工藝過程的完成并和坯料有直接接觸，包括有工作零件、定位零件、卸料與壓料零件等； 　　結構零件是指不直接參與完成工藝過程，也不和坯料有直接接觸，只對模具完成工藝過程起保證作用，或對模具功能起完善作用，包括有導向零件、緊固零件、標準件及其它零件等。但并不是所有的沖模都必須具備上述六種零件，尤其是單工序模，但是工作零件和必要的固定零件等是不可缺少的。 4.1 工作零件 工作零件是指凸模、凹模、凸凹模。其功能是完成材料的分離，成形等。模具工作零件的結構包括工作部分，用以成形零件；固定部分，用來使凸模、凹模正確地固定在模架上。設計模具工作零件時，主要就是決定刃口形式和固定方法。有前面所述的設計計算，工作零件如下。 4.1.1沖孔凸模 凸模按斷面形狀分為圓形和非圓形；按刃口形狀分為平刃和斜刃等。常見的凸模結構型式及固定方法如圖4.1所示。 a） b） c） d） e） 4.1 常見的凸模結構型式 a）為圓形斷面標準凸模，為了避免應力集中，保證強度和剛度方面的要求，做成圓滑過渡的階梯形，前端直徑d為工件部分，中間直徑D為固定部分，它與固定板的配合為H7/m6過渡配合，尾部直徑D1部分是為保證卸料時凸模不致掉出。 b）為沖制Φ8～30mm的沖壓加工件的凸模結構型式 c）是在②的中部增加過渡段，以改善凸模強度 d）為沖制孔徑與料厚相近的小孔時所用的一種凸模型式，采用護套結構既可以提高抗縱向彎曲的能力，又能節(jié)省模具鋼材，從而提高經濟效益。 e）沖裁為大件時常用的結構型式。 沖孔凸模的材質選用Cr12鋼進行制作，刃口處淬火硬度60~62HRC；淬火的目的是：使其獲得較高的硬