汽車擋泥板倒裝式復合沖壓模具設計-落料沖孔含開題及12張CAD圖,汽車,擋泥板,倒裝,復合,沖壓,模具設計,沖孔,開題,12,十二,cad 汽車擋泥板復合沖壓模設計 摘 要 模具是工業(yè)生產中重要的工藝裝備，是國民經濟各部門發(fā)展的重要基礎之一。復合模是一種復雜、精密的沖壓模具，它具有高效率、高精度和高壽命等優(yōu)越性，適用于各種沖壓行業(yè) 的自動化生產。復合模涉及沖壓成形理論、沖壓工藝、模具設計與制造以及模具材料中的許多 關鍵技術。板料的沖壓成型是一種重要的金屬加工方式，被廣泛地應用工業(yè)生產領域中。模具是工業(yè)生產的基礎工藝裝備。用模具生產制件所具備的高精度、高復雜程度、高一致性、高生產率和低消耗,是其他加工制造方法所不能比擬的。 對汽車擋泥板進行沖裁工藝分析并確定沖裁方案，說明了模具主要零部件的設計和選用。以Solidworks為平臺，利用三 維參數化設計與建模技術，對汽車擋泥板的沖壓模具進行三維參數化造型設計，可以根據需要改變模具的尺寸；進行虛 擬裝配，可以直觀地觀察和分析模具的結構以及零件的相互位置關系；加快了產品開發(fā)速度，提高了產品開發(fā)效率，縮短了產品開發(fā)周期。 關鍵詞：Solidworks；擋泥板；沖壓模具設計 Abstract Mould & Die is important technical equipment in industrial production. It is also one of the most important developmental foundations for all departments of country economy. The progressive die is a kind of complex and precise forming die. It possesses many advantages such as high efficiency, accuracy and long life. The sheet metal stamping forming is important metal processing methods have been widely used industrial production areas. Mold is the basis for industrial production processes and equipment. Mold production of work pieces by the available high-precision, high-complexity, high consistency, high productivity and low consumption, other manufacturing methods could be compared. Blanking process analysis of fender is completed and blanking proposal is decided, and designing and selecting of main parts of die are showed. Based on Solidworks, three-dimensional parameterization molding designing for fender is completed with technology of three-dimensional parameterization designing and model building, and dimensions of die can be changed as required; by virtual assembly, structure of die and relation of mutual alignment can be observed and analyzed directly; the product rate of development is accelerated and product development cycle is shortened. Key words：Solidworks；Fender；Designing of die 目 錄 引言 1 1 工件的工藝分析 2 1.1 分析工件的使用材料及特性 2 1.2 工件結構分析 2 1.3 工件的尺寸精度、粗糙度、斷面質量分析 3 1.3.1尺寸精度 3 1.3.2沖裁斷面質量 3 2 模具的基本類型和機構分析 3 2.1工藝方案擬定 3 2.2 模具結構形式的確定 4 3 工件的工藝計算及沖裁設備的確定 5 3.1 排樣尺寸及材料利用率 5 3.1.1排樣尺寸 5 3.1.2材料利用率 6 3.2各工序壓力計算 7 3.2.1沖裁方法 7 3.2.2沖裁力的計算 7 3.2.3卸料力與推件力的計算 9 3.2.4總壓力計算 10 3.3 壓力機選擇 11 3.4 計算壓力中心 11 3.5 沖裁間隙 12 3.5.1沖裁間隙對沖件質量的影響 12 3.5.2對模具壽命的影響 13 3.5.3對沖裁力及卸料力的影響 14 3.5.4 合理間隙選用 15 3.6 模具刃口尺寸計算 16 3.6.1 凸、凹模刃口尺寸計算原則 16 3.6.2凸、凹模尺寸計算 17 4 模具零件選材和結構設計 20 4.1模具選材 20 4.2 模具制造特點、原則 22 4.3 凹模結構設計 23 4.4 沖孔凸模長度及校核 25 4.5 凸凹模結構設計 27 4.6 定位零件 27 4.7 卸料與出件裝置 28 4.8模架 30 4.9 其他支承與固定零件 31 4.10 模具總裝圖與明細表 31 5 模具零件加工工藝 33 5.1 工藝編制的基本原則與注意事項 33 5.2 模具主要零件加工工藝過程 34 結論 38 謝詞 39 參考文獻 40 附錄 41 引言 研究和發(fā)展模具技術，提高模具技術水平，對于促進國民經濟的發(fā)展有著特別重要的意義。模具被日本譽為“進入富裕社會的原動力”，在德國則冠之為“金屬加工業(yè)中的帝王”，在羅馬尼亞視為“模具就是黃金”，在歐美其他一些發(fā)達國家被稱為“磁力工業(yè)”?？梢詳嘌?，隨著工業(yè)生產的迅速發(fā)展，模具工業(yè)在國民經濟發(fā)展過程中將發(fā)揮越來越重要的作用。 模具工業(yè)發(fā)展的關鍵是模具技術的進步，模具技術是一門涉及到多學科的交叉學科。模具作為一種高附加值和技術密集型產品，其技術水平的高低已成為衡量一個國家制造水平的重要標志之一。工業(yè)生產中普遍采用模具成型工藝方法，有效地保證了產品的生產率和質量，使操作技術簡化，還能省料、節(jié)能，獲得顯著的經濟效益。 在工業(yè)產品的生產中，應用模具的目的在于保證產品的質量，提高生產率和降低成本。因此，除了正確進行模具設計，采用合理的模具結構外，還必須有高質量的模具制造技術作為保證。 模具是制造業(yè)的重要工藝基礎，在我國，模具制造屬于專用設備制造業(yè)。中國雖然很早就開始制造模具和使用模具，但長期未形成產業(yè)。直到20世紀80年代后期，中國模具工業(yè)才駛入發(fā)展的快車道。近年，不僅國有模具企業(yè)有了很大發(fā)展，三資企業(yè)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)（個體）模具企業(yè)的發(fā)展也相當迅速。 雖然中國模具工業(yè)發(fā)展迅速，但與需求相比，顯然供不應求，其主要缺口集中于精密、大型、復雜、長壽命模具領域。由于在模具精度、壽命、制造周期及生產能力等方面，中國與國際平均水平和發(fā)達國家仍有較大差距，因此，每年需要大量進口模具。 　　中國模具產業(yè)除了要繼續(xù)提高生產能力，今后更要著重于行業(yè)內部結構的調整和技術發(fā)展水平的提高。結構調整方面，主要是企業(yè)結構向專業(yè)化調整，產品結構向著中高檔模具發(fā)展，向進出口結構的改進，中高檔汽車覆蓋件模具成形分析及結構改進、多功能復合模具和復合加工及激光技術在模具設計制造上的應用、高速切削、超精加工及拋光技術、信息化方向發(fā)展。 近年，模具行業(yè)結構調整和體制改革步伐加大，主要表現在，大型、精密、復雜、長壽命、中高檔模具及模具標準件發(fā)展速度高于一般模具產品；塑料模和壓鑄模比例增大；專業(yè)模具廠數量及其生產能力增加；“三資”及私營企業(yè)發(fā)展迅速；股份制改造步伐加快等。從地區(qū)分布來看，以珠江三角洲和長江三角洲為中心的東南沿海地區(qū)發(fā)展快于中西部地區(qū)，南方的發(fā)展快于北方。目前發(fā)展最快、模具生產最為集中的省份是廣東和浙江，江蘇、上海、安徽和山東等地近幾年也有較大發(fā)展。 ? 1 工件的工藝分析 1.1 分析工件的使用材料及特性 工件的材料為碳素結構鋼08，碳素結構鋼是碳素鋼的一種。含碳量約0.05％～0.70％，個別可高達0.90％?？煞譃槠胀ㄌ妓亟Y構鋼和優(yōu)質碳素結構鋼兩類。前者含雜質較多，價格低廉，用于對性能要求不高的地方，它的含碳量多數在0.30％以下，含錳量不超過0.80％，強度較低，但塑性、韌性、冷變形性能好。除少數情況外，一般不作熱處理，直接使用。多制成條鋼、異型鋼材、鋼板等。用途很多，用量很大，主要用于鐵道、橋梁、各類建筑工程，制造承受靜載荷的各種金屬構件及不重要不需要熱處理的機械零件和一般焊接件。 　　依據GB699-88，優(yōu)質碳素結構鋼的牌號用兩位數字表示，即是鋼中平均含碳量的萬分位數。例如，20號鋼表示平均含碳量為0.20%的優(yōu)質碳素鋼。對于沸騰鋼則在尾部加上F，如10F、15F等。08、10、15、20、25等牌號屬于低碳鋼，其塑性好，易于拉拔、沖壓、擠壓、鍛造和焊接。 　　優(yōu)質碳素結構鋼中08、10、15、20、25等牌號屬于低碳鋼，其塑性好，易于拉拔、沖壓、擠壓、鍛造和焊接。其中20鋼用途最廣，常用來制造螺釘、螺母、墊圈、軸以及沖壓件、焊接件，有時也用于制造滲碳件。 1.2 工件結構分析 該零件結構復雜，形狀不對稱，既有溝槽又有懸臂，兩處懸臂長小于 5 倍臂寬、寬度大于 1.5t，具體結構見圖1-1。 圖1-1 零件 1.3 工件的尺寸精度、粗糙度、斷面質量分析 1.3.1尺寸精度 有零件圖可知，圖中并沒有標明精度要求和公差等級，故采用自由公差進行生產制造。GB/T1804-2000數據如下： 表1-1??線性尺寸的極限偏差數值 尺寸分段 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1-2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） 本次設計中的凸、凹模加工尺寸采用m（中等級）。 1.3.2沖裁斷面質量 應為一般用普通沖裁方式沖2mm以下的金屬板料時，其斷面粗糙度可達12.5~3.2um，毛刺允許高度為0.01~0.05mm；本產品在斷面粗糙度和 毛刺高度上沒有太嚴格的要求，所以只要模具進度達到一定要求，沖裁件的斷面質量可以保證。 對于沖裁件材料的一般要求的力學性能是強度低，塑性高，表面質量和厚度公差符合國家標準。本設計的產品材料是碳結構鋼08，屬優(yōu)質碳素結構鋼，其力學性能是強度、硬度和塑性指標適合，經退火后用沖裁的加工方法是完全可以成形的。另外產品對厚度和表面質量沒有嚴格的要求，所以盡量采用國家標準的板材，其沖裁出的產品的表面和厚度公差就可以保證。 經上述分析，產品的材料性能符合冷沖壓加工要求。 2 模具的基本類型和機構分析 2.1工藝方案擬定 （1）簡單模 ①概述：壓力機在一次沖壓行程中只能完成單一沖裁工序的模具稱為簡單?；騿喂ば蚰?，如落料模、沖孔模等。 ②分析：從外形上分析，加工該制件需要多個工序，包括沖孔、落料、拉深、翻邊等工藝過程，所以需要多套單工序模才能成形。對于生產批量大的小型金屬制件來說，其生產效率低、各個工序之間的精度不易保證，且生產周期較長。 （2）級進模 ①概述：級進模是在單工序沖?；A上發(fā)展起來的一種多工序、高效率的沖模，適用于大批量小型沖壓件生產。但級進模結構復雜，制造困難，制造成本高。由于各個工序是在不同工位上完成的，則因定位產生的累積誤差會影響工件的精度。 ②分析：由于制件尺寸較大，若采用此方案，勢必會增大模具尺寸，使加工難度提高，從而增加成本，故不適合使用級進模。 （3）復合模 ①概述：在壓力機一次沖程中，經一次送料定位，在模具的同一部位可以同時完成幾道沖裁工序的模具稱為復合模。復合模同連續(xù)模一樣，也是在簡單模的基礎上發(fā)展起來的一種較先進的模具。與連續(xù)模比較，復合模沖裁件的相互位置精度高，對條料的定位精度要求較低，復合模的輪廓尺寸較小。復合模生產率高，沖壓件精度高，成本較級進模小，且適用于生產批量大、精度要求高、內外形尺寸差較大的沖裁件。 ②分析：該工件制造精度要求高，且內外形尺寸較一致，對于外形尺寸較大的零件，采用復合模生產既能滿足生產率的又能減少成本。 在選擇沖模結構方案時，除了考慮沖壓件的質量、技術要求外，還要結合批量大小與現有沖壓設備，對沖壓成本進行綜合分析。一般情況下，簡單模造價低于復合模。當沖壓產品的質量要求較高、批量又較大時，應盡量選用復合模具。復合模易于實現生產的自動化，而且生產過程穩(wěn)定，產品一致性較好。 2.2 模具結構形式的確定 模具的總體方案為采用一副模具生產汽車擋泥板零件。 （1）模具形式 復合?？煞譃檎b式和倒裝式。 正裝式特點：頂件板、卸料板均有彈性方式推動，條料與沖裁件同時受到壓平作用，所以沖出的軟、薄沖裁件比較平整，精度也較高。正裝復合模在凸凹模的孔內不會積聚廢料，可以避免廢料對四周的孔壁產生過大的脹力，有利于凸模的強度。 倒裝式特點：廢料能直接從壓力機落料孔落下，沖裁件從上模落下，比較容易取出這些排出件，因此操作方便安全，有利于倒裝式復合模安裝送料裝置，生產效率較高，所以應用比較廣泛。 經分析，次工件有兩個孔，若采用正裝式復合模，操作不方便；另外，此工件無較高的平直度要求，工件精度要求也較低，所以從操作方便、模具制造簡單等方面考慮，決定采用倒裝式復合模。 （2）操作與定位方式 雖然零件的生產批量較大，但合理安排生產可用手工送料方式能夠達到批量要求，且能降低模具成本，且零件尺寸和厚度不是很大，剛好適合手工送料。但是為了保證零件的精度和減少材料料頭和料尾的材料消耗和提高定距的可靠性，特采用采用接觸定位，通過兩個導料銷和一個擋料銷來實現定位。 （3）卸料與出件方式 考慮到零件厚度適中，為了簡便，所以采用彈性卸料方式。為了便于操作和提高生產率，廢料和沖件采用由頂料桿卸料的方式。 （4）模架類型 該模具由于工件輪廓復雜、沖裁力較大且不均勻，故采用導面平穩(wěn)的四導柱模架。 3 工件的工藝計算及沖裁設備的確定 3.1 排樣尺寸及材料利用率 要提高材料的利用率，就必須減少廢料面積，沖裁過程中所產生的廢料可分為兩種情況 ①結構廢料 出于工件結構形狀的需要，如工件內孔的存在而產生的廢料，稱為結構廢料，它決定于工件的形狀，一般不能改變。 ②工藝廢料 工件之間和工件與條料邊緣之間存在的搭邊，定位需要切去的料邊與定位孔，不可避免的料頭和料尾廢料，稱為工藝廢料，它決定于沖壓方式和排樣方式。 因此．提高材料利用率主要應從減少工藝廢料著手，同一個工件，可以有幾種不同的排樣方法。合理的排樣方法，應是將工藝廢料減到最少。 3.1.1排樣尺寸 排樣是否合理將直接影響到材料利用率、沖件質量、生產效率、沖模結構與壽命等。根據材料的合理利用情況，排樣方法可分為：有廢料排樣、少廢料排樣、無廢料排樣三種。有廢料排樣用于沖裁形狀較復雜、尺寸精度要求較高的沖件。 因此，沖件質量好，模具壽命高，但材料利用率低。少廢料排樣只在沖件之間或沖件與條料邊緣之間留有搭邊，此種方法因受剪裁條料質量和定位誤差的影響，其沖件質量稍差，同時邊緣毛刺易被凸模帶入間隙，也影響沖模壽命，但材料利用率較高，沖模結構簡單，一般用于形狀較規(guī)則、某些精度尺寸要求不高的沖件。無廢料排樣無任何搭邊廢料，沖件質量和模具壽命質量更差一些。但材料利用率最高?？捎糜谛螤钜?guī)則對稱，尺寸精度不高或貴重金屬材料的沖件。 由于該零件加工精度不是很高，形狀較規(guī)則，相對模具的價格而言，用少廢料排樣較有廢料排樣更經濟，故在此設計中選用少廢料排樣。沖壓材料使用鋼帶平板料，材料厚1mm。采用手工送料。根據前面確定的工藝方案，排樣方式如圖3-1所示 查手冊，確定搭邊值：側邊，工件間。 采用單排方式，此時條料寬度可裁為: , 沖裁時送進步距為： 圖3-1排樣圖 3.1.2材料利用率 沖裁件在板、條等材料上的布置方法稱為排樣。排樣的合理與否，影響到材料的經濟利用率，還合影響到模具結構、生產率、制件質量、生產操作方便與安全等。因此，排樣是沖裁工藝與模具設計中項很重要的工作。 沖壓件大批量生產成本中，毛坯材料費用占60％以上，排樣的目的就在于合理利用原材料。衡量排樣經濟性、合理性的指標是材料的利用率。其計算公式如下： （3-1） 式中 A——沖裁件面積(包括沖出的小孔在內)(mm2)； n——一個進距內沖件數目； B——條料寬度(mm)； s——進距(mm)； 3.2各工序壓力計算 3.2.1沖裁方法 常采用下列方法: (1) 階梯凸模沖裁 在多凸模的沖模中，將凸模做成不同長度，使其工作端面呈階梯式布置，使各凸模沖裁力的最大峰值不同時出現，以此降低總的沖裁力。 在幾個凸模相距很近的情況下，階梯凸模沖裁還能避免小尺寸凸模由于承受材料流動的側壓力而產生折斷或傾斜現象，應將小尺寸凸模做短一些。 凸模間的高度差H應大于沖裁斷面的光亮帶高度，它與板料的厚度有關： t <3mm： H=t t >3mm： H=0.5t 階梯凸模沖裁力，一般只按產生最大沖裁力的那一層凸模來進行計算，以選擇沖床； 布置各層凸模時，位置應對稱，使合力位于模具中心，以免工作時模具偏斜。 (2) 斜刃沖裁 在用平刃模具沖裁時，整個零件周邊同時被剪切，沖裁力較大。所謂斜刃沖裁就是將凸模（或凹模）平面刃口做成與其軸線傾斜一個角度的斜刃。 沖裁時刃口就不是全部同時切入材料，而是將板料沿其周邊逐步切離，剪切面積小，因而沖裁力顯著下降。 斜刃位置及形狀：落料時凸模應做成平刃，凹模做成斜刃；沖孔時凹模應做成平刃，凸模做成斜刃；斜刃一般做成波峰形，波峰應對稱布置以免承受單向側壓力而啃傷刃口。 (3) 加熱沖裁 板料加熱后，抗剪強度t明顯下降，從而降低了沖裁力。但材料加熱后產生氧化皮，且因加熱，勞動條件差，故少用,其沖裁力按平刃沖裁力公式計算。 (4) 其它方法 對于大型和形狀復雜的零件，為降低沖裁力，可采用部分沖裁法，但零件精度較低。 3.2.2沖裁力的計算 沖裁力是沖裁時凸模與凹模相對運動使工件與板料分離所需要的力，它與材料的厚度、工件周邊長度及材料的力學性能等參數有關。沖裁力是設計模具、選擇壓力機的重要參數，計算沖裁力的目的是為了合理地選用沖壓設備和設計模具。 在沖裁高強度材料或厚度大，周邊長的工件時，需要很大的沖裁力，當工廠的設備的噸位不能適應的時候，為不影響生產，可采取一定的措施降低沖裁力，常用的方法有階梯沖裁、斜刃沖裁和加熱沖裁等。 沖裁力在沖裁變形工程中并不是一個常數，工程術語定義的沖裁力是指沖裁工程中最大的抗力，也就是沖裁曲線上的峰值，如圖3-2所示 圖3-2 沖裁曲線 ——沖裁力，——凸模行程，——推料力， ——卸料力，——下死點位置，——上死點位置 模具沖裁部分有1φ7mm個、1個φ8mm的圓孔、外型落料力，工件材料為碳素結構鋼 08， 工件厚度為 t＝1 mm，其抗剪切強度 τ＝255～353 Mpa。材料具有較高的彈性和良好的塑性，沖裁加工性較好。其沖裁力的計算見式。 (3-2) 式中 —— 沖裁力 （N）； —— 系數?？紤]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，常取K=1.3 —— 沖裁件的周長 （mm）； —— 材料厚度 （mm）； —— 材料抗剪強度 （Mpa）。 考慮到凸、凹模刃口的磨損，模具間隙的波動，材料力學性能的變化以及材料厚度偏差等因素，實際所需的沖裁力還需增加30%，故選擇沖床時的沖裁力（N）應為： （3-3） 式中 —— 材料的抗拉強度（Mpa），在一般情況下，材料的，為計算方便，也可以采用公式（3-3）。 各沖裁區(qū)只是沖裁線的長度不同，材料抗剪強度取=300Mpa，由于工件形狀比較復雜，計算其沖裁過程很繁瑣，用AutoCAD等計算機輔助設計軟件則可很容易查詢到各沖裁線的沖裁長度。 平刃口模具的沖裁力可按上式（3-3）計算： 落料沖裁力： N 沖孔沖裁力： N 沖裁力： 式中 F——沖裁力； τ——材料的抗剪強; L——沖裁周邊總長； t——材料厚度； 1.3——考慮到模具間隙不均勻、刃口的磨損、材料力學性能和厚度波動等因素的影響而給出的修正系數； 3.2.3卸料力與推件力的計算 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緊箍在凸模上，而落下部分的材料會緊卡在凹模洞口中。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中順著沖裁方向推出去的力稱為推件力；逆著沖裁方向頂出來的力叫頂出力。 卸料力的影響因素較多，主要有：材料的力學性能與厚度、沖件形狀與尺寸、沖模間隙與凹?？卓跈C構、排樣的搭邊大小及潤滑情況等。在實際計算中，這些力通常用經驗公式進行計算，見式（3-4）。 圖3-3 卸料力、推件力與頂件力 F卸＝K卸F F推＝nK推F （3-4） F頂＝K頂F 式中 F —— 沖裁力 （N）； n —— 卡在凹模洞口中的工件或廢料的數目； K卸、K推、K頂—— 分別為卸料力、推件力、頂件力因數。 本模具采用彈性卸料裝置及下出料方式，因此只需要計算推件力，卸料力。經查資料可知，K推=0.055，取凹模刃口高度h=5mm，則n=h/t=5; K卸 =0.05;故 推件力： F推＝n K推F = N 卸料力: F卸＝K卸F 3.2.4總壓力計算 由以上的分析及算得的各種力，可得總的沖裁力為： 3.3 壓力機選擇 沖壓設備規(guī)格的確定: ⑴選擇的壓力設備的類型：根據要完成的沖壓工藝的性質，生產批量的大小，沖壓件的幾何尺寸和精度要求。 中小型部裁件變曲件拉滌件生產,采用開式機械壓力機；在中型沖壓件生產采用閉式結構形式的機械壓力機；小批量生產，大型厚板沖壓件的生產采用液壓機；大批量生產或開頭復雜零件的大量生產中，選用高速壓力機械多工位自動壓力機。 ⑵ 規(guī)格的確定、根據沖壓設備部壓件的尺寸模具的尺寸和沖壓力來確定。 所選壓力機的公稱壓力必須大于沖壓所需的總沖壓力P壓機>P總 ；壓力機的行程要適當：行程直接影響模具的主要高度引程過大，凸模與導板分離導板?；驅е鶎追蛛x；壓力機閉合高度應與沖模的閉合高度相適應,即沖模的閉合高度介于壓力機的最大閉合高度和最小閉合高度之間；壓力機工作臺面的尺寸必須大于模具下模座的外形尺寸,并留有安裝固定的余地,但工作臺也不應太大,以免工作臺受力不好. ⑶由于該制件是一件大型制件，且精度要求不高，因此選用開式可傾壓力機。它具有工作臺三面敞開，操作方便，成本低廉的優(yōu)點，由于沖裁，拉深復合模的壓力行程的特點，是在開始階段即需要很大的壓力，而在拉深階段所需要的倒要小的多，因此若按照總沖裁開始階段沖裁時已經超載，但是在一般條件下，可以根據生產車間的實際條件，在現有的壓力機中選取， 根據所需壓力,應選取公稱壓力 查機械設計手冊，可選用的壓力機型號為J23-63，具體數值如表3-1 表3-1 壓力機參數 公稱壓力(KN) 630 最大閉合高度（mm） 400 滑塊行程（mm） 100 閉合高度調節(jié)量（mm） 80 滑塊行程次數（次/分鐘） 40 滑塊中心線至床身距離（mm） 310 床身最大可傾角（度） 25 立柱距離（mm） 420 工作臺前后尺寸（mm） 570 工作臺左右尺寸（mm） 860 3.4 計算壓力中心 壓力中心即工件內外周邊上沖裁力的合力中心。應盡可能使沖裁力的壓力中心和壓力機滑塊的壓力中心一致，否則會產生一個附加力矩，使模具產生偏斜、間隙不均勻、并使壓力機和模具的導向機構產生不均勻磨損，刃口迅速變鈍。 內外周邊形狀對稱的工件，其幾何中心就是壓力中心。工件內外周邊沖裁力的合力，是由工件周邊各線段重心位置所決定的，而各線段的重心是已知的，利用解析法和圖解法即可求得合力的中心。 所謂解析法，就是將工件劃分為已知重心的各個線段和圓弧。設一個X—Y坐標系，則每個線段重心的距離可從X軸和Y軸量得。 沖裁合力中心s相對于Y軸的距離為： （3-5） 沖裁合力中心s相對于X軸的距離為： （3-6） 計算壓力中心時，首先畫出凸模工作部分輪廓圖，在圖中建立X-Y坐標系。但由于該零件形狀復雜，難以計算，故可利用三維軟件Solidworks直接尋找壓力中心。壓力中心坐標（94，58），如下圖所示: 圖3-4 壓力中心坐標 3.5 沖裁間隙 3.5.1沖裁間隙對沖件質量的影響 沖裁件的質量主要是指斷面質量、尺寸精度和形狀誤差。斷面應平直、光滑；圓角??；無裂紋、撕裂、夾層和毛刺等缺陷。零件表面應盡可能平整。尺寸應在圖樣規(guī)定的公差范圍之內。影響沖裁件質量的因素有：凸、凹模間隙值的大小及其分布的均勻性，模具刃口鋒利狀態(tài)、模具結構與制造精度，材料性能等，其中，間隙值大小與分布的均勻程度是主要因素。 沖裁件的尺寸精度是指沖裁件實際尺寸與標稱尺寸的差值(δ)，差值越小，精度越高。這個差值包括兩方面的偏差，一是沖裁件相對凸?；虬寄３叽绲钠?，二是模具本身的制造偏差。沖裁件相對凸?；虬寄３叽绲钠?，主要是由于沖裁過程中，材料受拉伸、擠壓、彎曲等作用引起的變形，在加工結束后工件脫離模具時，會產生彈性恢復而造成的。偏差值可能是正的，也可能是負的。影響這一偏差值的因素主要是凸、凹模的間隙。當間隙較大時，材料所受拉伸作用增大，沖裁完畢后，因材料的彈性恢復，沖裁件尺寸向實體方向收縮，使落料件尺寸小于凹摸尺寸，而沖孔件的孔徑則大于凸摸尺寸。 當間隙較小時，凸摸壓入扳料接近于擠壓狀態(tài)，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，而沖孔件的孔徑則變小。 此外，尺寸變化量的大小還與材料力學性能、厚度、軋制方向、沖裁件形狀等因素有關。材料軟，彈性變形量較小，沖裁后彈性恢復量就小，零件的精度也就高。材料硬，彈件恢復量就大。 以上是在模具制造精度一定的前提下進行的，間隙對沖裁件精度的影響比模具本身制造精度的影響要小得多，若模具刃口制造精度低，沖裁出的工件精度也就無法得到保證。模具的磨損及模具刃口在壓力作用下產生的彈性變形也會影響到間隙及沖裁件應力狀態(tài)的改變，對沖裁件的質量會產生綜合性影響。 3.5.2對模具壽命的影響 沖裁模具的壽命以沖出合格制品的沖裁次數來衡量，分兩次刃磨間的壽命與全部磨損后總的壽命。沖裁過程中，模具的損壞有磨損、崩刃、折斷、啃壞等多種形式。 影響模具壽命的因素很多，有模具間隙；模具制造材料和精度、表面粗糙度；被加工材料特性；沖裁件輪廓形狀和潤滑條件等。模具間隙是其中的一個主要因素。因為沖裁過程中，模具端面受到很大的垂直壓力與側壓力，而模具表面與材料的接觸面僅局限在刃口附近的狹小區(qū)域，這就意味著即使整個模具在許用壓應力下工作，但在模具刃口處所受的壓力也非常大。這種高的壓力會使沖裁模具和板材的接觸面之間產生局部附著現象，當接觸面發(fā)生相對滑動時，附著部分便發(fā)生剪切而引起磨損——附著磨損。其磨損量與接觸壓力、相對滑動距離成正比，與材料屈服強度成反比。它被認為是模具磨損的主要形式。當模具間隙減小時，接觸壓力(垂直力、側壓力、摩擦力)會隨之增大，摩擦距離隨之增長，摩擦發(fā)熱嚴重，因此模具磨損加劇。而接觸壓力的增大，還會引起刃口的壓縮疲勞破壞，使之崩刃。小間隙還會產生凹模脹裂，小凸模折斷，凸、凹模相互啃刃等異常損壞。這些都導致模具壽命大大降低。因此，適當增大模具間隙，可使凸、凹模側面與材料間摩擦減小，并減緩間隙不均勻的不利因素，從而提高模具壽命。但間隙過大時。板料的彎曲拉伸相應增大，使模具刃口端面上的正壓力增大，容易產生崩刃或產生塑性變形使磨損加劇，降低模具壽命。同時，間隙過大，卸料力會隨之增大，也會增加模具的磨損。所以間隙是影響模具壽命的—個重要因素。 圖3-5間隙與磨損的關系 從圖3—5可看出，凹模端面的磨損比凸模大，這是由于凹模端面上材料的滑動比較自由，而凸模下面的材料沿板面方向的移動受到限制的原因，而圖中所看到的凸模側面的磨損最大，是因為從凸模上卸料，長距離摩擦加劇了側面的磨損，若采用較大間隙可使孔徑在沖裁后因回彈增大．卸料時減少與凸模的摩擦，從而減少凸模側面的磨損。模具刃口磨損，帶來刃口的鈍化和間隙的增加，使制件尺寸精度降低，沖裁能量增大，斷面粗糙。刃口的鈍化會使裂紋發(fā)生點由刃口端面向側面移動，發(fā)生在刃口磨損部分終點處，從而產生大小和磨損量相當的毛刺(凸模刃口磨鈍，毛刺產生在落料件上，凹模刀口磨鈍，毛刺產生在孔上)，所以必須注意盡量減少模具的磨損。為提高模具壽命， 一般需采用較大間隙，若制件精度要求不高時。采用合理大間隙，使2/t達到15％-25％，模具壽命可提高3—5倍，若采用小間隙，就必須提高模具硬度與模具制造精度，在沖裁刃口進行充分的潤滑，以減少磨損。 3.5.3對沖裁力及卸料力的影響 當間隙減小時，凸模壓入板材的情況接近于擠壓狀態(tài)，材料所受拉應力減小，壓應力增大，板料不易產生裂紋，因此最大沖裁力增大。當間隙增大時，材料所受拉應力增大，材料容易產生裂紋，因此沖裁力減小。繼續(xù)增大間隙值，凸、凹模刃口產生的裂紋不相重合，會發(fā)生二次斷裂．沖裁力下降變緩。 當間隙增大時，沖裁件光亮帶窄，落料件尺寸偏差為負，沖孔件尺寸偏差為正，因而使卸料力、推件力或頂件力減小。間隙繼續(xù)增大時，制件毛刺增大，卸料力、頂件力迅速增大。 3.5.4 合理間隙選用 凸、凹模間隙是沖裁過程最重要的工藝參數，它對沖裁件質量、模具壽命、沖裁力和卸料力等都有很大的影響，因此，設計模具時，一定要選擇一個合理的間隙，使沖裁件的斷面質量好，尺寸精度高，模具壽命長，所需沖裁力小，但嚴格說來，并不存在一個同時滿足所有理想要求的合理間隙?？紤]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，只要模具間隙在這個范圍內，就可以基本滿足以上各項要求，沖出合格制件。這個范圍的最小值稱為最小合理間隙，最大值稱為最大合理間隙。考慮到模具在使用過程中的逐步磨損，設計和制造新模具時應采用最 小合理間隙。 確定合理間隙的方法主要有理論計算法和查表選取法兩種。本設計采用查表法。 （1）理論計算法 確定間隙時理論計算的依據主要是：在合理間隙情況下沖裁時，材料在凸、凹模刃口處產生的裂紋成直線會合。從圖3—2所示的幾何關系可得出計算合理間隙的公式 （3-7） 式中 ----產生裂紋時的凸模壓入探度(mm) t——料厚(mm)； ——最大切應力方向與垂線間夾角(即裂紋方向角)。 由上式可知，間隙z與板材厚度、相對壓入深度/t、裂紋方向角有關。而、又與材料性質有關，但是這種方法不方便。 （2）查表選取法 圖3-6合理沖裁間隙的確定 如上所述，間隙的選取主要與材料的種類、厚度有關，但由于各種沖壓件對其斷面質量和尺寸精度的要求不同，以及生產條件的差異，在生產實踐中就很難有一種統(tǒng)一的間隙數值，各種資料中所給的間隙值并不相同，有的相差較大，選用時應按使用要求分別選取。對于斷面質量和尺寸精度要求高的工件，應選用小間隙值，而對于精度要求不高的工件，則應盡可能采用大間隙，以利于提高模具壽命、降低沖裁力。同時，還必須結合生產條件，依據沖裁件尺寸與形狀、模具材料和加工方法、沖壓方法和生產率等，靈活掌握、酌情增減。例如：沖小孔而凸模導向又較差時，凸模易折斷，間隙可取大些。 表3-2 h/t與β值 材料 h0/t(%) β t<1 t=1～2 t=2～4 t>4 軟剛 75～70 70～65 65～55 50～40 5°～6° 中硬鋼 65～60 60～55 55～48 45～35 4°～5° 硬鋼 54～47 47～45 44～38 35～25 4° 凹模刃口為斜壁時，間隙應比直壁小。高速沖裁時，模具易發(fā)熱，間隙應增大，如每分鐘行程超過200次，間隙值可增大10％左右，熱沖時材料強度低，間隙應比冷沖時減小，硬質合金沖模，間隙可比鋼模大。電火花加凹模型腔時，間隙可比磨削加工小。同樣條件下，非圓形比圓形的間隙大，沖孔間隙比落料大。當采用大間隙時．廢料易帶出凹模表面，應在凸模上開通氣孔或裝彈性頂銷．為保證制件平整，要有壓料與頂件裝置。 相應模具刃口尺寸按以上的實際尺寸配制、并保證雙面間隙0.10~0.13mm。 3.6 模具刃口尺寸計算 沖裁件的尺寸精度主要取決于凹、凸模刃口尺寸及公差、模具的合理間隙值也是靠凸、凹模刃口尺寸及其公差來保證的，因此，正確的確定凸、凹模刃口尺寸及其公差，是沖裁設計中的一項重要工作。 3.6.1 凸、凹模刃口尺寸計算原則 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按凹模的刃口基本尺寸減小一個最小合理間隙來確定。 ②沖孔時，先確定凸模刃口尺寸。凸模刃口尺寸的基本尺寸接近或等于孔的最大極限尺寸，以保證凸模磨損在一定范圍內，仍能沖出合格制件。凹模刃口的基本尺寸按凸模的刃口基本尺寸減小一個最小合理間隙來確定。 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，本次計算采用 GB/T1804-2000計算，具體數值見表1-1，表1-2 表3-3 因數 材料厚度 t/mm 非圓形值 圓形值 1 0.75 0.5 0.75 0.5 制造公差/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 3.6.2凸、凹模尺寸計算 （1）、沖孔 沖孔部分由于結構簡單，故采用凸凹模分別加工法。 查手冊可知落料、沖孔模刃口間隙取 ，取因數=0.5，制造等級采用m（中等級）。 孔徑為7： 孔徑為8： 校核 ，有(0.020+0.020) > (0.13-0.10),故、不滿足要求，則凸凹模制造公差應重新確定： mm mm 即，孔7： ， ； 孔8： ， 注： 、—— 分別為沖孔凹模和凸模的刃口尺寸（mm）； 、—— 分別為凹模和凸模的制造公差（mm）； ——凸模最小尺寸（mm） ——最小合理間隙（mm） —— 系數； —— 公件的公差（mm）； (2）、落料 零件輪廓復雜形狀，故采用配合加工法，并以凹模作為設計與制造的基準件。查手冊可知落料、沖孔模刃口間隙取 ，制造等級采用m（中等級）。各邊尺寸、誤差、及因數的具體數值見表4，由圖可知 圖3-7 邊框圖 磨損變大的邊有：A、B、C、F、H、K、J、M、Q、R、T、V、X、b 磨損變小的邊有：G、O 磨損不變的邊有：D、E、I、L、N、P、S、U、W、a、c 注：——落料凸?；境叽纾╩m） ——落料凹模基本尺寸（mm） ——最小合理間隙（mm） —— 系數； —— 公件的公差（mm）； 表3-4 各邊尺寸、誤差 邊 A B C D E F G H I 尺寸 110 114 20 26.83 17 12.91 8.29 15 3.61 因數 0.5 0.5 0.75 0.75 0.75 0.75 1 0.75 1 誤差 0.3 0.3 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.1 0.2 磨損 變大 變大 變大 不變 不變 變大 變小 變大 不變 邊 J K L M N O P Q R 尺寸 20 7.85 8 7.85 7 12.57 41.33 19.56 30 因數 0.75 0.5 0.75 0.5 0.75 0.5 0.5 0.5 0.75 誤差 0.2 0.5 0.2 0.5 0.2 1 2 1 0.2 磨損 變大 變大 不變 變大 不變 變小 不變 變大 變大 邊 S T U V W X a b c 尺寸 35.36 18 2 18.85 4 176 2 18.85 4 因數 0.75 0.75 1 0.5 1 0.5 1 0.5 1 誤差 0.2 0.2 0.1 1 0.1 0.5 0.1 1 0.1 磨損 不變 變大 不變 變大 不變 變大 不變 變大 不變 以凹模為基準，凸模按凹模間隙尺寸配作，保證雙邊間隙0.10mm–0.13mm。 4 模具零件選材和結構設計 4.1模具選材 (1)模具材料選擇的基本要求 1、綜合性能良好。模具材料應具有一定得硬度和耐磨性，使模具在特定的條件下能夠保持其形狀和尺寸的穩(wěn)定，應具有強度和韌度，既能承受一定的高壓又能承受一定得沖擊載荷的作用，應具有一定的抗熱性能。包括一定得熱強性，熱硬性、熱穩(wěn)定性、熱疲勞抗性和熱粘著性等，以承受模具工作時可能因強烈摩擦而產生的局部高溫。 2、工藝性能良好。所選用的模具材料應具有良好的冷、熱加工性能及熱處理工藝性能，制造簡單，加工方便，能夠保證供應且經濟性合理。 3、選擇模具材料應考慮的因素 ①模具的工作條件，包括承載能力的大小，速度（沖擊狀況）、工作穩(wěn)定及腐蝕情況等。 ②模具的失效。模具的失效形式主要是有塑性變形失效、磨損失效及斷裂失效。 ③模具所加工的產品，包括所加工的產品批量的大小、產品的質量的高低、產品的材質等。 ④ 模具的結構，包括模具的大小、模具的形狀、模具零件的工作性質等。模具工作零件所用的材料應該比其他零件好。 ⑤模具的制造工藝及工廠現有的設備及技術水平。當然，具體選材時，對于以上各因素的考慮應有所側重，應該按照模具工作要求有針對性的選擇。 (2)沖壓模材料 目前使用的沖壓模材料很多，有冷作模具鋼、硬質合金鋼、陶瓷材料、鑄鐵、低熔點合金、高分子材料、木材等，等使用最多的是冷作模具鋼和硬質合金。用硬質合金制作沖壓模，其模具成本比一般的合金鋼模具高3-4倍，但同時壽命也要提高20-30倍，所以，硬質合金在沖壓模中應用越來越多。 對于沖壓模材料的選擇，有一定得原則。一般來說，對于形狀簡單的，沖壓件尺寸不大的模具工作零件，常常選用碳素工具鋼，對于形狀復雜，沖壓件尺寸較大的模具工作模具工作零件，常選用合金工具鋼或高速工具鋼，對于沖壓件精度或模具壽命要求較高的模具工作零件，常用硬質合金鋼或鋼結硬質合金，對于諸如汽車覆蓋件沖模這樣大型模具工作零件，常選用合金鑄鐵。 表3-5 沖模零件材料及熱處理要求 零件名稱 選用材料 熱處理 硬度 HRC 沖裁凸模 T10A 淬硬 58～62 沖裁凹模 Cr12MoV 淬硬 60～64 凸凹模 Cr12MoV 淬硬 56～60 推件塊 45 淬硬 40～45 模柄 Q235 淬硬 56～60 凸模固定板 45 淬硬 43～48 凸凹模固定板 45 淬硬 43～48 卸料板 45 淬硬 40～45 墊板 45 淬硬 43～48 導料銷 45 淬硬 40～45 擋料銷 45 淬硬 52～56 螺釘 45 頭部淬硬 35～40 銷釘 45 淬硬 35～40 打桿 45 淬硬 40～45 4.2 模具制造特點、原則 （1）模具制造的特點 模具生產具有一般機械產品生產的共性，同時又具有其自己的特點。與一般機械制造相比，通常模具制造難度較大。作為一種專用工藝設備，模具生產和工藝主要有以下幾個方面的特點： ①模具屬于非定向型產品。每一幅模具均有其不同的技術要求及加工方法。因此，模具制造是一項創(chuàng)造性的工作。 ②模具一般根據用戶的合同或生產產品的需要來組織生產，其任務來源的隨機性強，計劃性差。 ③模具生產為單件、多品種生產 。每幅模具只能生產某一種特定形狀、尺寸和精度的制件。在制造工藝上應盡量采用通用機床、通用刀量具和儀器，盡可能地減少專用工具的數量。在制造工序安排上要求工序相對集中，以保證模具加工的質量和進度，簡化管理并減少工序周轉時間。 ④制造質量要求高。模具制造不僅要求加工精度高，而且還要求加工表面質量好。一般來說，模具工作部分的制造公差都應控制在±0.01㎜以內，有的甚至要求在微米級范圍內，模具加工后的表面缺陷要求非常嚴格，而且工作部分的表面粗糙度一般都要要求。 ⑤形狀復雜。模具的工作部分一般都是二維或三維的復雜曲面（尤其型腔模具），而不是一般機械加工的簡單形面。 ⑥加工周期長并需要反復修配、調整。 ⑦考慮模具在工作過程中磨損及熱冷縮脹的影響。 （2）模具制造的技術要求 ①模具零件應具有較高的強度、剛度、耐磨性、耐沖擊性。淬透性和較好的切削加工性。 ②模具零件的形狀、尺寸精度要求高，表面粗糙度數值要求低。模具零件的形狀直接決定成型件的形狀，其精度直接影響成型件的精度。一般說來，模具成型部分的精度在IT6級左右，模具的形狀位置精度為4至5級。 ③模具零件的標準化。模具零件的標準化直接影響模具的制造周期、制造成本及制造質量。 ④模具凸凹模之間應具有合理的間隙。各類模具中凸凹模之間的間隙是保證模具正常工作的必要條件，間隙大或間隙小或間隙不均，均不能使模具正常工作，甚至會損壞模具。 （3）模具設計的基本原則是： ①要根據制件的尺寸精度及生產批量，綜合考慮經濟效益，確定采用單工序模、復合模、級進模。 ② 模具結構和模具材料應與制件批量相適應。 ③盡量選用標準模架和模具零件。 ④模架的平面尺寸，不僅要與凹模尺寸相適應，還應與壓力機臺面尺寸及開孔大小相適應。 ⑤落料模的送料方向與所選的壓力機相適應。 ⑥為了便于較模和存放，模具應安裝閉合高度限位塊。模具工作時限位塊不應受壓。 ⑦沖裁對稱件的模架應明顯不對稱，以防止上模和下模裝錯位置。彎曲件的落料模，拍樣時應考慮材料的軋制方向。刃口尖角處宜用拼塊，既便于加工，也可防止應力集中導致開裂。 ⑧單面沖裁的模具，應在結構上采取措施使凸模和凹模的側方向相互平衡，不宜讓模架的導柱導套受側向力，安裝于模架內的彈簧，在結構上影能保證彈簧斷裂時不致蹦出傷人。 ⑨沖孔模應考慮放入和取出制件的方便、安全。沖孔模的定位，應防止落料板坯正反面都能放入。 ⑩多凸模沖孔是，鄰近大凸模的細小凸模比大凸模在長度上段一沖件厚，防止凸模折斷。對于大型落料與修邊模或沖孔內有窄小凸出與凹槽時，應采用鑲拼與嵌拼結構。 4.3 凹模結構設計 由于該工件比較復雜，且有很深的溝槽，所以將凹模設計為鑲拼結構，并用內六角螺釘和銷釘將其固定在上模座上。凹模采用鑲拼結構后，雖然拼塊的裝配和模具結構變得復雜，但是分塊后凹模易于加工，精度容易保證，而且還可以將懸臂結構單獨作為一個部分，損壞后易于更換，可避免整體凹模報廢，如圖5所示 圖4-1 凹模 凸模和凹模鑲拼結構設計的依據是凸、凹模形狀、尺寸及其受力情況、沖裁板料厚度等。鑲拼結構設計的一般原則如下： (1)力求改善加工工藝性，減少鉗工工作量，提高模具加工精度 ????①盡量將形狀復雜的內形加工變成外形加工，以便于切削加工和磨削。 ????②盡量使分割后拼塊的形狀、尺寸相同，可以幾塊同時加工和磨削，一般沿對稱線分割可以實現這個目的。 ????③應沿轉角、尖角分割，并盡量使拼塊角度大于或等于90°。 ????④圓弧盡量單獨分塊，拼接線應在離切點4~7mm的直線處，大圓弧和長