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1 沖壓變形 沖壓變形工藝可完成多種工序，其基本工序可分為分離工序和變形工序兩 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，主要有落料、 沖孔、切邊、剖切、修整等。其中有以沖孔、落料應(yīng)用最廣。變形工序是使坯 料的一部分相對(duì)另一部分產(chǎn)生位移而不破裂的工藝方法，主要有拉深、彎曲、 局部成形、脹形、翻邊、縮徑、校形、旋壓等。 從本質(zhì)上看，沖壓成形就是毛坯的變形區(qū)在外力的作用下產(chǎn)生相應(yīng)的塑性 變形，所以變形區(qū)的應(yīng)力狀態(tài)和變形性質(zhì)是決定沖壓成形性質(zhì)的基本因素。因 此，根據(jù)變形區(qū)應(yīng)力狀態(tài)和變形特點(diǎn)進(jìn)行的沖壓成形分類， 可以把成形性質(zhì)相 同的成形方法概括成同一個(gè)類型并進(jìn)行系統(tǒng)化的研究。 絕大多數(shù)沖壓成形時(shí)毛坯變形區(qū)均處于平面應(yīng)力狀態(tài)。通常認(rèn)為在板材表面上 不受外力的作用，即使有外力作用，其數(shù)值也是較小的，所以可以認(rèn)為垂直于 板面方向的應(yīng)力為零，使板材毛坯產(chǎn)生塑性變形的是作用于板面方向上相互垂 直的兩個(gè)主應(yīng)力。由于板厚較小，通常都近似地認(rèn)為這兩個(gè)主應(yīng)力在厚度方向 上是均勻分布的?；谶@樣的分析，可以把各種形式?jīng)_壓成形中的毛坯變形區(qū) 的受力狀態(tài)與變形特點(diǎn)，在平面應(yīng)力的應(yīng)力坐標(biāo)系中 (沖壓應(yīng)力圖 )與相應(yīng)的兩 向應(yīng)變坐標(biāo)系中 (沖壓應(yīng)變圖 )以應(yīng)力與 應(yīng)變坐標(biāo)決定的位置來表示。也就是說， 沖壓 應(yīng)力圖與沖壓應(yīng)變圖中的不同位置都代表著不同的受力情況與變形特點(diǎn) (1)沖壓毛坯變形區(qū)受兩向拉應(yīng)力作用時(shí)，可以分為兩種情況：即 0 t=0 和 0， t=0。再這兩種情況下，絕對(duì)值最大的應(yīng)力都是拉應(yīng)力。以下 對(duì)這兩種情況進(jìn)行分析。 1)當(dāng) 0且 t=0時(shí)，安全量理論可以寫出如下應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系式： (1-1) /（ - m） = /（ - m） = t/（ t - m） =k 式中 ， ， t 分 別 是 軸對(duì)稱沖壓 成 形時(shí) 的 徑向 主 應(yīng)變 、切向主 應(yīng) 變 和厚度方向上的主 應(yīng)變 ； ， ， t 分 別 是 軸對(duì)稱沖壓 成 形時(shí) 的 徑向 主 應(yīng) 力、切向主 應(yīng) 力和厚度 方向上的主 應(yīng) 力； m 平均 應(yīng) 力， m=（ + + t） /3； k 常數(shù) 。在平面 應(yīng) 力 狀態(tài) ，式（ 1 1）具有如下形式： 3 /（ 2 - ） =3 /（ 2 - t） =3 t/-（ t+ ） =k （ 1 2） 因?yàn)? 0，所以必定有 2 - 0 與 0。 這個(gè)結(jié) 果表明：在 兩向 2 拉應(yīng) 力的平面 應(yīng) 力 狀態(tài)時(shí) ，如果 絕對(duì) 值 最大 拉應(yīng) 力是 ，則在這個(gè)方向上的主 應(yīng)變一定是正應(yīng)變，即是伸長(zhǎng)變形。 又因?yàn)? 0，所以必定有 -（ t+ ） <0 與 t2 時(shí)， <0；當(dāng) 0。 的變化范圍是 = =0 。在雙向等拉力狀態(tài)時(shí)， = ，有 式（ 1 2）得 = 0 及 t 0 且 t=0 時(shí)，有式（ 1 2）可知：因?yàn)? 0，所以 1） 定有 2 0 與 0。這個(gè)結(jié)果表明：對(duì)于兩向拉應(yīng)力的平面應(yīng)力狀 態(tài)，當(dāng) 的絕對(duì)值最大時(shí)，則在這個(gè)方向上的應(yīng)變一定時(shí)正的，即一定是 伸長(zhǎng)變形。 又因?yàn)? 0，所以必定有 -（ t+ ） <0 與 t ， <0；當(dāng) 0。 的變化范圍是 = =0 。當(dāng) = 時(shí)， = 0， 也就是 在 雙向等拉 力 狀態(tài)下 ，在 兩個(gè)拉應(yīng) 力方向 上產(chǎn) 生 數(shù) 值相同的伸 長(zhǎng)變形 ；在受 單 向拉應(yīng) 力 狀態(tài)時(shí) ， 當(dāng) =0 時(shí)， =- /2，也就是說， 在受 單向拉應(yīng) 力 狀態(tài) 下 其 變形 性 質(zhì) 與一般的 簡(jiǎn)單 拉伸是完全一 樣 的 。 這種變形與受力情況，處于沖壓應(yīng)變圖中的 AOC 范圍內(nèi)（見圖 1 1）；而 在沖壓應(yīng)力圖中則處于 AOH 范圍內(nèi)（見圖 1 2）。 上述兩種沖壓情況，僅在最大應(yīng)力的方向上不同，而兩個(gè)應(yīng)力的性質(zhì)以及 它們引起的變形都是一樣的。因此，對(duì)于各向同性的均質(zhì)材料，這兩種變形是 完全相同的。 (1)沖壓毛坯變形區(qū)受兩向壓應(yīng)力的作用，這種變形也分兩種情況分析，即 < < t=0 和 < <0， t=0。 1）當(dāng) < <0 且 t=0 時(shí)，有式（ 1 2）可知：因 為 < <0，一定有 2 - <0 與 <0。 這個(gè)結(jié) 果表明：在 兩向壓應(yīng) 力的平面 應(yīng) 力 狀態(tài)時(shí) ，如果 3 絕對(duì) 值最大 拉應(yīng) 力是 <0，則在這個(gè)方向上的主應(yīng)變一定是負(fù)應(yīng)變，即是壓 縮變形。 又因?yàn)? < 0 與 t0，即在板料厚度方 向上的 應(yīng)變 是正的，板料增厚。 在 方向上的變形取決于 與 的數(shù)值：當(dāng) =2 時(shí)， =0；當(dāng) 2 時(shí)， <0；當(dāng) 0。 這時(shí) 的變化范圍是 與 0 之間 。當(dāng) = 時(shí)，是雙向等 壓 力狀態(tài) 時(shí)，故有 = <0；當(dāng) =0 時(shí) ，是受 單 向 壓應(yīng) 力 狀態(tài) ，所以 =- /2。 這種變形情況處于沖壓應(yīng)變圖中的 EOG 范圍內(nèi)（見圖 1 1）；而在沖壓應(yīng)力圖 中則處于 COD 范圍內(nèi)（見圖 1 2）。 2) 當(dāng) < <0 且 t=0 時(shí)，有式（ 1 2）可知：因?yàn)? < <0，所以 一定有 2 <0 與 <0。這個(gè)結(jié)果表明：對(duì)于兩向 壓 應(yīng)力的平面應(yīng)力狀 態(tài)，如果絕對(duì)值最大是 ，則在這個(gè)方向上的應(yīng)變一定時(shí)負(fù)的，即一定是壓 縮變形。 又因?yàn)? < 0 與 t0，即在板料厚度方 向上的 應(yīng)變 是正的，即 為壓縮變形 ，板厚增大。 在 方向上的變形取決于 與 的數(shù)值：當(dāng) =2 時(shí)， =0；當(dāng) 2 ， <0；當(dāng) 0。 這時(shí)， 的數(shù)值只能在 <= <=0 之間變化。當(dāng) = 時(shí)， 是 雙向 等壓力狀態(tài) ，所以 = 0。這種變形與受力情況，處于沖壓應(yīng)變圖中的 GOL 范圍內(nèi)（見圖 1 1）；而在沖壓應(yīng)力圖中則處于 DOE 范圍內(nèi)（見圖 1 2）。 (1)沖壓毛坯變形區(qū)受兩個(gè)異號(hào)應(yīng)力的作用，而且拉應(yīng)力的絕對(duì)值大于壓應(yīng) 力的絕對(duì) 值。這種變形共有兩種情況，分別作如下分析。 1）當(dāng) 0， | |時(shí)，由式（ 1 2）可知：因 為 0， | |，所以一定 有 2 - 0 及 0。 這個(gè)結(jié) 果表明：在異 號(hào) 的 平面 應(yīng) 力 狀態(tài)時(shí) ，如果 絕對(duì) 值最大 應(yīng) 力是 拉應(yīng) 力 ，則在這個(gè)絕對(duì)值最大的拉應(yīng) 力方向上應(yīng)變一定是正應(yīng)變，即是伸長(zhǎng)變形。 又因?yàn)? 0， | |，所以必定有 0 0， 0， | |時(shí)，由式（ 1 2）可知： 用與前 項(xiàng)相同的方法分析可得 0。 即在異 號(hào)應(yīng) 力作用的平面 應(yīng) 力 狀態(tài)下 ，如果 絕 對(duì) 值最大 應(yīng) 力是 拉應(yīng) 力 ，則在這個(gè)方向上的應(yīng)變是正的，是伸長(zhǎng)變形；而在 壓應(yīng)力 方向上的應(yīng)變是負(fù)的（ 0， 0， 0， | |時(shí)，由式（ 1 2）可知：因 為 0， | |，所以一定有 2 - <0 及 0， <0，必定有 2 - 0， 即在 拉應(yīng) 力方向上 的 應(yīng)變 是正的， 是伸長(zhǎng)變形。 這時(shí) 的變化范圍只能在 =- 與 =0 的范圍內(nèi) 。當(dāng) =- 時(shí)， 0 0， 0， | |時(shí)，由式（ 1 2）可知： 用與前 項(xiàng)相同的方法分析可得 0， 0， 0, 0 AON GOH + + 伸長(zhǎng)類 AOC AOH + + 伸長(zhǎng)類 雙向受壓 <0, <0 < EOG COD 壓縮類 0, | | MON FOG + + 伸長(zhǎng) 類 | || | LOM EOF 壓縮類 異號(hào)應(yīng)力 0, | | COD AOB + + 伸長(zhǎng)類 | | | | DOE BOC 壓縮類 7 變形區(qū)質(zhì)量問題的表 現(xiàn)形式 變形程度過大引起變形區(qū) 產(chǎn)生破裂現(xiàn)象 壓力作用下失穩(wěn)起皺 成形極限 1 主要取決于板材的塑 性， 與厚度無關(guān) 2 可用伸長(zhǎng)率及成形極 限 DLF 判斷 1 主要取決于傳力區(qū)的 承載能力 2 取決于抗失穩(wěn)能力 3 與板厚有關(guān) 變形區(qū)板厚的變化 減薄 增厚 提高成形極限的方法 1 改善板材塑性 2 使變形均勻化，降低局 部變形程度 3 工序間熱處理 1 采用多道工序成形 2 改變傳力區(qū)與變形區(qū) 的力學(xué)關(guān)系 3 采用防起皺措施 伸 長(zhǎng) 類 成 形 脹 形 拉 深 翻 邊 壓 縮 類 成 形 壓 縮 類 成 形 擴(kuò) 口 拉 深 脹 形 伸 長(zhǎng) 類 成 形 縮 口 縮 口 擴(kuò)口 + - - + /4 /4 翻 邊 - + + - 圖 1 3 沖壓應(yīng)變圖 8 沖壓成形 極限 變形區(qū)的 成形極限 傳動(dòng)區(qū)的 成形極限 伸長(zhǎng)類 變 形 壓縮類 變 形 強(qiáng) 度 抗拉與抗壓 縮失衡能力 塑 性 抗縮頸 能 力 變形均 化與擴(kuò) 展能力 塑 性 抗起皺 能 力 變形力及 其 變 化 各向異性 值 硬化性能 變形抗力 化學(xué)成分 組 織 變形條件 硬化性能 應(yīng)力狀態(tài) 應(yīng)變梯度 硬化性能 模具狀態(tài) 力學(xué)性能 值與 值 相對(duì)厚度 化學(xué)成分 組 織 變形條件 圖 1 3 體系化研究方法舉例 9 Categories of stamping forming Many deformation processes can be done by stamping, the basic processes of the stamping can be divided into two kinds: cutting and forming. Cutting is a shearing process that one part of the blank is cut form the other .It mainly includes blanking, punching, trimming, parting and shaving, where punching and blanking are the most widely used. Forming is a process that one part of the blank has some displacement form the other. It mainly includes deep drawing, bending, local forming, bulging, flanging, necking, sizing and spinning. In substance, stamping forming is such that the plastic deformation occurs in the deformation zone of the stamping blank caused by the external force. The stress state and deformation characteristic of the deformation zone are the basic factors to decide the properties of the stamping forming. Based on the stress state and deformation characteristics of the deformation zone, the forming methods can be divided into several categories with the same forming properties and to be studied systematically. The deformation zone in almost all types of stamping forming is in the plane stress state. Usually there is no force or only small force applied on the blank surface. When it is assumed that the stress perpendicular to the blank surface equal to zero, two principal stresses perpendicular to each other and act on the blank surface produce the plastic deformation of the material. Due to the small thickness of the blank, it is assumed approximately that the two principal stresses distribute uniformly along the thickness direction. Based on this analysis, the stress state and 10 the deformation characteristics of the deformation zone in all kind of stamping forming can be denoted by the point in the coordinates of the plane princ ipal stress(diagram of the stamping stress) and the coordinates of the corresponding plane principal stains (diagram of the stamping strain). The different points in the figures of the stamping stress and strain possess different stress state and deformation characteristics. (1)When the deformation zone of the stamping blank is subjected toplanetensile stresses, it can be divided into two cases, that is 0,t=0and 0,t=0.In both cases, the stress with the maximum absolute value is always a tensile stress. These two cases are analyzed respectively as follows. 2)In the case that 0andt=0, according to the integral theory, the relationships between stresses and strains are: /（ -m） =/（ -m） =t/（ t -m） =k 1.1 where, ， ， t are the principal strains of the radial, tangential and thickness directions of the axial symmetrical stamping forming; ， and tare the principal stresses of the radial, tangential and thickness directions of the axial symmetrical stamping forming;m is the average stress,m=（ ++t） /3; k is a constant. In plane stress state, Equation 1.1 3/（ 2-） =3/（ 2-t） =3t/-（ t+） =k 1.2 Since 0,so 2-0 and 0.It indicates that in plane stress state with two axial tensile stresses, if the tensile stress with the maximum absolute value is , the principal strain in this direction must be positive, that is, the deformation belongs 11 to tensile forming. In addition, because 0， therefore -（ t+） <0 and t2,<0； and when 0. The range of is ==0 . In the equibiaxial tensile stress state = ， according to Equation 1.2,=0 and t 0 and t=0, according to Equation 1.2 , 2 0 and 0,This result shows that for the plane stress state with two tensile stresses, when the absoluste value of is the strain in this direction must be positive, that is, it must be in the state of tensile forming. Also because0， therefore -（ t+） <0 and t,<0;and when 0. 12 The range of is = =0 .When =,=0, that is, in equibiaxial tensile stress state, the tensile deformation with the same values occurs in the two tensile stress directions; when =0, =- /2, that is, in uniaxial tensile stress state, the deformation characteristic in this case is the same as that of the ordinary uniaxial tensile. This kind of deformation is in the region AON of the diagram of the stamping strain (see Fig.1.1), and in the region GOH of the diagram of the stamping stress (see Fig.1.2). Between above two cases of stamping deformation, the properties ofand, and the deformation caused by them are the same, only the direction of the maximum stress is different. These two deformations are same for isotropic homogeneous material. (1)When the deformation zone of stamping blank is subjected to two compressive stressesand(t=0), it can also be divided into two cases, which are <<0,t=0 and < <0,t=0. 1） When <<0 and t=0, according to Equation 1.2, 2-<0 與 =0.This result shows that in the plane stress state with two compressive stresses, if the stress with the maximum absolute value is <0, the strain in this direction must be negative, that is, in the state of compressive forming. Also because <0 and t0.The strain in the thickness direction of the blankt is positive, and the thickness increases. The deformation condition in the tangential direction depends on the values 13 of and .When =2,=0;when 2,<0;and when 0. The range of is <<0.When =,it is in equibiaxial tensile stress state, hence=<0; when =0,it is in uniaxial tensile stress state, hence =-/2.This kind of deformation condition is in the region EOG of the diagram of the stamping strain (see Fig.1.1), and in the region COD of the diagram of the stamping stress (see Fig.1.2). 2） When < <0and t=0, according to Equation 1.2,2- <0 and <0. This result shows that in the plane stress state with two compressive stresses, if the stress with the maximum absolute value is , the strain in this direction must be negative, that is, in the state of compressive forming. Also because< 0 and t0.The strain in the thickness direction of the blankt is positive, and the thickness increases. The deformation condition in the radial direction depends on the values of and . When =2, =0; when 2,<0; and when 0. The range of is <= <=0 . When = , it is in equibiaxial tensile stress state, hence =0.This kind of deformation is in the region GOL of the diagram of the stamping strain (see Fig.1.1), and in the region DOE of the diagram of the stamping stress (see Fig.1.2). (3) The deformation zone of the stamping blank is subjected to two stresses with opposite signs, and the absolute value of the tensile stress is larger than that of the compressive stress. There exist two cases to be analyzed as follow: 14 1)When 0, ||, according to Equation 1.2, 2-0 and 0.This result shows that in the plane stress state with opposite signs, if the stress with the maximum absolute value is tensile, the strain in the maximum stress direction is positive, that is, in the state of tensile forming. Also because 0, ||, therefore ==-. When =-, then 0,0,0, ||, according to Equation 1.2, by means of the same analysis mentioned above, 0, that is, the deformation zone is in the plane stress state with opposite signs. If the stress with the maximum absolute value is tensile stress , the strain in this direction is positive, that is, in the state of tensile forming. The strain in the radial direction is negative （ ==-. When =-, then 0, 0, 0,||, according to Equation 1.2, 2- <0 and 0 and <0, therefore 2- 0. The strain in the tensile stress direction is positive, or in the state of tensile forming. The range of is 0==-.When =-, then 0,0,0, ||, according to Equation 1.2 and by means of the same analysis mentioned above,==-.When =-, then 0, 0, 0,0 AON GOH + + Tensile AOC AOH + + Tensile Biaxial compressive stress state <0,<0 < EOG COD Compress ive 0,|| MON FOG + + Tensile |||| LOM EOF Compress ive State of stress with opposite signs 0,|| COD AOB + + Tensile || || DOE BOC Compress ive 20 Table 1.2 Comparison between tensile and compressive forming Item Tensile forming Compressive forming Representation of the quality problem in the deformation zone Fracture in the deformation zone due to excessive deformation Instability wrinkle caused by compressive stress Forming limit 3 Mainly depends on the plasticity of the material, and is irrelevant to the thickness 4 Can be estimated by extensibility or the forming limit DLF 4 Mainly depends on the loading capability in the force transferring zone 5 Depends on the anti-instability capability 6 Has certain relationship to the blank thickness Variation of the blank thickness in the deformation zone Thinning Thickening Methods to improve forming limit 4 Improve the plasticity of the material 5 Decrease local 4 Adopt multi-pass forming process 5 Change the mechanics 21 deformation, and increase deformation uniformity 6 Adopt an intermediate heat treatment process relationship between the force transferring and deformation zones 6 Adopt anti-wrinkle measures Fig.1.1 Diagram of stamping strain tensile forming bulging deep drawing flanging compressive forming compressive forming expanding deep drawing bulging tensile forming necking necking expanding + - - + /4 /4 flanging - + + - Fig.1.2 Diagram of stamping stress 22 Ten sile for ming Com pres sion for ming St re ngth Cap abil ity of an ti -w rinkle und er t he t ensi le and com pres sive st re sses Plasticity Cap abil ity of an ti -n ecking Def orma tion uniformit y an d ex te nsion ca pa bility Pl as ticity Cap abil ity of an ti -w rinkle Def orma tion for ce a nd i ts Ani sotr opy valu e of r Har deni ng c hara cter isti cs Deformation r es is ta nc e Che mist ry c ompo nent Str uctu re Deformation c on di ti on s Har deni ng c hara cter isti cs Sta te o f st ress Gradient of s tr ai n Har deni ng c hara cter isti cs Die sha pe Mechanical pr oe rt y The value of t he n a nd r Relative th ic kn es s Che mist ry c ompo nent Str uctu re Deformation c on di ti on s Fig.1.3 Examples for systematic research methods XXXXXXX 學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 題目：扇形齒板沖壓模具設(shè)計(jì) 系 部 專 業(yè) 名 稱 班 級(jí) 姓 名 指 導(dǎo) 教 師 2015 年 9 月 15 日 扇形齒板沖壓模具設(shè)計(jì) 摘 要 從工件結(jié)構(gòu)分析，該工件輪廓結(jié)構(gòu)由直線圓弧構(gòu)成，工件形狀具備對(duì)稱性。 模具的設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)先從工件的工藝結(jié)構(gòu)出發(fā)，根據(jù)工件圖只要求和形狀來確定 模具的設(shè)計(jì)方案，進(jìn)步一確定模具制造精度等級(jí)，和排樣設(shè)計(jì)從而確定出模具 的類型結(jié)構(gòu)，從實(shí)際生產(chǎn)的角度出發(fā)，為了節(jié)約模具制造成本，提高產(chǎn)品生產(chǎn) 效率，保證工件的生產(chǎn)精度，該工件的沖裁模具設(shè)計(jì)方案采用了復(fù)合模具沖裁。 在模具設(shè)計(jì)前主要查找工件圖紙中未標(biāo)注公差的尺寸公差，根據(jù)尺寸公差來確 定模具制造的精度，經(jīng)過多次的排樣分析以后，開始進(jìn)行模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，計(jì) 算模具的閉合高度、卸料力、沖裁力、、沖裁間隙、模具裝配配合間隙、凸模 高度、壓力中心、模具總壓力，根據(jù)總沖壓力選擇沖壓設(shè)備；所有的設(shè)計(jì)方案 確定以后開始繪制模具草圖、裝配圖、零件圖、編寫技術(shù)要求、設(shè)計(jì)說明書。 關(guān)鍵詞：復(fù)合模具，沖裁力，墊片，沖裁間隙，壓力中心 目 錄 1 前言 ............................................................................................................................1 1.1 冷沖壓模具概述和發(fā)展 ...................................................................................1 1.2 當(dāng)前模具的技術(shù)水平 .......................................................................................1 2 沖壓件工藝分析 ........................................................................................................2 2.1 工件材料分析 ..................................................................................................2 2.2 工件結(jié)構(gòu)形狀分析 ..........................................................................................3 2.3 尺寸精度 ..........................................................................................................3 3 沖壓工藝方案確定 ....................................................................................................4 3.1 沖裁工藝方案的確定 ......................................................................................4 3.2 沖裁工藝方法的選擇 ......................................................................................4 4 模具總體結(jié)構(gòu) ............................................................................................................5 4.1 模具類型的選擇 ..............................................................................................5 4.2 定位方式的選擇 ..............................................................................................5 4.3 送料方式的確定 ..............................................................................................5 4.4 出件方式的確定 ..............................................................................................5 4.5 模架結(jié)構(gòu)和導(dǎo)向裝置的選擇 ...........................................................................5 5 工藝參數(shù)計(jì)算 ............................................................................................................7 5.1 排樣方式的選擇 ..............................................................................................7 5.1.1 搭邊值的確定 ........................................................................................7 5.1.2 材料利用率的計(jì)算 ................................................................................9 5.2 沖壓力的計(jì)算 ................................................................................................10 5.2.1 沖裁力的計(jì)算 ......................................................................................11 5.2.2 卸料力計(jì)算 ..........................................................................................11 5.2.3 總沖壓力的計(jì)算 ..................................................................................12 5.2.4 初選壓力機(jī) ..........................................................................................12 5.2.5 壓力中心的確定 ..................................................................................13 6 刃口尺寸的計(jì)算 ......................................................................................................15 6.1 沖裁間隙的確定 ............................................................................................15 6.2 刃口尺寸的計(jì)算及依據(jù)與法則 ....................................................................17 7 主要零部件設(shè)計(jì) ......................................................................................................21 7.1 凹模設(shè)計(jì) ........................................................................................................21 7.1.1 凹模刃口結(jié)構(gòu)形式的選擇 ..................................................................21 7.1.2 凹模精度與材料的確定 ......................................................................22 7.1.3 凹模外形尺寸的確定 .......................................................................22 7.2 凸模的設(shè)計(jì) ....................................................................................................25 7.2.1 凸模結(jié)構(gòu)的確定 ..................................................................................25 7.2.2 凸模高度、長(zhǎng)度的確定 ......................................................................25 7.2.3 凸模材料的確定 ..................................................................................26 7.2.4 凸模精度的確定 ..................................................................................26 7.3 卸料裝置的設(shè)計(jì) ............................................................................................26 7.3.1 卸料板的外形設(shè)計(jì) ..............................................................................26 7.3.2 卸料板材料的選擇 ..............................................................................27 7.3.3 卸料板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ..............................................................................27 7.3.4 卸料板整體精度的確定 ......................................................................28 7.3.5 卸料彈簧的設(shè)計(jì) ..................................................................................28 7.3.6 卸料螺釘?shù)倪x用 ..................................................................................28 7.4 凸模固定板的設(shè)計(jì) ........................................................................................28 7.5 導(dǎo)向零件的設(shè)計(jì) ............................................................................................29 7.5.1 墊板的設(shè)計(jì) ..........................................................................................29 7.6 模柄的選用 ....................................................................................................30 7.7 螺釘?shù)倪x用 ....................................................................................................31 8 沖壓設(shè)備的校核與選定 ..........................................................................................32 8.1 沖壓設(shè)備的校核 ............................................................................................32 8.2 沖壓設(shè)備的選用 ............................................................................................32 8.3 壓力機(jī)的選擇 ................................................................................................32 10 模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)述 ........................................................................................................34 結(jié) 論 ..........................................................................................................................35 致 謝 ..........................................................................................................................36 參考文獻(xiàn) ......................................................................................................................37 附錄 ..............................................................................................................................38 1 1 前言 1.1 冷沖壓模具概述和發(fā)展 在沖壓加工中，將材料加工成零件（或半成品）的一種特殊工藝裝備，稱 為沖壓模具。沖壓模具是一種特殊的工藝裝備,與沖壓件有“一模一樣” 的關(guān)系,且 沒有通用性，是沖壓生產(chǎn)必不可少的工藝裝備，決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新 產(chǎn)品的開發(fā)能力，其功能和作用、設(shè)計(jì)與制造方法和手法決定了沖壓模具是技 術(shù)密集、高附加值型產(chǎn)品。沖壓成形加工特點(diǎn)：低耗、高效、低成本、 “一模一 樣”、質(zhì)量穩(wěn)定、高一致性，可加工薄壁、復(fù)雜零件，板材有良好的沖壓成形性 能，但是模具成本高，所以沖壓成形適宜批量生產(chǎn)。沖壓加工是制造業(yè)中最常 用的一種材料成形加工方法，采用模具生產(chǎn)制件具有生產(chǎn)效率高，質(zhì)量好，切 削少，節(jié)約能源和材料，成本底等一系列的優(yōu)點(diǎn)，模具成形已經(jīng)成為當(dāng)代工業(yè) 生產(chǎn)的重要手段，成為多種成型工藝中最具潛力的發(fā)展方向。模具是機(jī)械、電 子等行業(yè)的基礎(chǔ)工業(yè)，它對(duì)國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展起著越來越大的作用。 一個(gè) 國家模具生產(chǎn)能力的強(qiáng)弱、水平的高低，直接影響著許多工業(yè)部門的新產(chǎn)品開 發(fā)和舊產(chǎn)品更新，影響著產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益的提高。我國為了優(yōu)先發(fā)展模具 工業(yè)，制定了一系列優(yōu)惠政策，并把它放在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展十分重要的戰(zhàn)略地位。 1.2 當(dāng)前模具的技術(shù)水平 近年許多模具企業(yè)加大了用于技術(shù)進(jìn)步的投資力度，將技術(shù)進(jìn)步視為企業(yè)發(fā) 展的重要?jiǎng)恿?。一些國?nèi)模具企業(yè)已普及了二維 CAD，并陸續(xù)開始使用 UG、Pro/E、Solid Edge、Solid works、Optris 和 MAGMASOFT 等軟件，并成 功應(yīng)用于沖壓模的設(shè)計(jì)中。此外，許多研究機(jī)構(gòu)和大專院校開展模具技術(shù)的研 究和開發(fā)。經(jīng)過多年的努力，在模具 CAD/CAE/CAM 技術(shù)方面取得了顯著進(jìn)步； 在提高模具質(zhì)量和縮短模具設(shè)計(jì)制造周期等方面做出了貢獻(xiàn)。 2 2 沖壓件工藝分析 圖 2-1 工件尺寸圖 工件名稱：扇形齒板； 工件簡(jiǎn)圖：如圖 2-1； 生產(chǎn)批量：大量； 材料：45； 材料厚度：2mm； 精度等級(jí)：IT10 。 工件表面質(zhì)量：工件表面無毛刺、壓痕、拉裂、油污等不良現(xiàn)象 2.1 工件材料分析 材料名稱：普通碳素鋼； 材料牌號(hào)：45； 材料狀態(tài)：已退火； 抗剪強(qiáng)度：440-560Mpa ； 抗拉強(qiáng)度：550-700Mpa ； 屈服點(diǎn)：380Mpa； 伸長(zhǎng)率：14% 2.2 工件結(jié)構(gòu)形狀分析 （1）沖裁件為沖孔落料件，材料厚度為 2mm，輪廓均由圓弧和直線構(gòu)成， 3 若工件長(zhǎng)期大批量生產(chǎn)，模具設(shè)計(jì)前應(yīng)該分析凸凹模工作零件刃口的使用壽命 和耐疲勞和耐磨損程度，選取相應(yīng)的模具模材料。 （2）工件上的最小孔直徑為 2.25mm，孔心距為 46.5mm，孔邊距為 12.5mm，這些數(shù)值均大于材料厚度的 1.5 倍，所以該零件的結(jié)構(gòu)滿足沖裁要求。 2.3 尺寸精度 根據(jù)工件技術(shù)要求注明未標(biāo)注的尺寸公差按照 IT12 計(jì)算，所以通過查表 2- 1 常用找出未標(biāo)注公差的上下極限偏差，一般無明確要求的情況下模具設(shè)計(jì)制 造的公差等級(jí)大于工件的 2 到 3 個(gè)公差等級(jí)。 表 2-1 常見零件公差等級(jí)表 公差等級(jí) IT4 IT5 IT6 IT7 IT8 IT9 IT10 IT11 IT12 IT13 IT14 尺寸 /mm /m /mm 3 36 610 1018 1830 3050 5080 80120 120180 3 4 4 5 6 7 8 10 12 4 5 6 8 9 11 13 15 18 6 8 9 9 13 16 19 22 25 10 12 15 18 21 25 30 35 40 14 18 22 27 33 39 46 54 63 25 30 36 43 52 62 74 87 100 40 48 58 70 84 100 120 140 160 60 75 90 110 130 160 190 220 250 0.10 0.12 0.15 0.18 0.21 0.25 0.30 0.35 0.40 0.14 0.18 0.22 0.27 0.33 0.39 0.46 0.54 0.63 0.25 0.30 0.36 0.43 0.52 0.62 0.74 0.87 1.00 4 3 沖壓工藝方案確定 3.1 沖裁工藝方案的確定 沖裁工藝方案從尺寸精度、圖紙技術(shù)要求、工件外觀質(zhì)量、工件材料力學(xué) 性能及生產(chǎn)批量開始，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(jí)進(jìn)沖裁三種其三種工序的性能見 表 3-1。 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(jí)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。 表 3-1 單工序沖裁、級(jí)進(jìn)沖裁和冷沖沖裁性能 比較項(xiàng)目 單工序模 復(fù)合冷沖模 級(jí)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(jiǎn)單，制造周期 短，價(jià)格低 沖裁較復(fù)雜零件時(shí)，比級(jí) 進(jìn)模低 沖裁較簡(jiǎn)單零件時(shí)低于冷 沖模 因?yàn)樵摏_裁件的精度要求滿足 IT14 級(jí)即可，并且要有很高的生產(chǎn)率和安全 的操作過程，由于工件的工藝性質(zhì)和形狀結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，為了提高生產(chǎn)效率和尺寸 5 精度，采用復(fù)合沖裁即可達(dá)到要求。 4 模具總體結(jié)構(gòu) 4.1 模具類型的選擇 在上述的工藝分析方案中確定使用復(fù)合沖裁模具，復(fù)合模具可分為正裝復(fù) 合模具和倒裝復(fù)合模具，為了方便安全送料操作，沖裁件模具設(shè)計(jì)采用的是倒 裝結(jié)構(gòu)的復(fù)合模具。 4.2 定位方式的選擇 在復(fù)合沖裁模具設(shè)計(jì)時(shí)，因沖孔落料工藝同時(shí)完成，所以不需要再設(shè)計(jì)精 確地導(dǎo)正定位裝置，為了方便生產(chǎn)中送料和精準(zhǔn)的確定步距，在模具送料方向 上設(shè)計(jì)擋料銷，兩側(cè)根據(jù)材料寬度設(shè)計(jì)兩個(gè)導(dǎo)料銷，在實(shí)際生產(chǎn)加工時(shí)，只需 要將條料靠注擋料銷和導(dǎo)料銷，方可精確地定位。 4.3 送料方式的確定 因復(fù)合沖裁模具對(duì)沖壓設(shè)備的要求不高，因工件材料厚度為 2mm，條料通 常為板材，為了進(jìn)一步的提高經(jīng)濟(jì)效益，沖裁件的生產(chǎn)加工將采用手工送料的 方式。 4.4 出件方式的確定 復(fù)合模具大致可分為倒裝復(fù)合模具和正裝復(fù)合模具，倒裝復(fù)合模具是將落 料凹模設(shè)計(jì)在上模部分，正裝復(fù)合模具是將落料凹模設(shè)計(jì)在模具的下模部分， 但由于工件所需要沖孔較多，為了方便沖孔廢料方便從下模落出，模具將設(shè)計(jì) 成倒裝復(fù)合模具，當(dāng)模具完成一次沖裁周期的時(shí)候，沖孔廢料由下模落出，成 品件在上模推件塊推力的作用下將工件從上模的落料凹模中推出。 4.5 模架結(jié)構(gòu)和導(dǎo)向裝置的選擇 模架的外形尺寸主要由凹模尺寸決定，根據(jù)模具結(jié)構(gòu)、且對(duì)于此副模具的 話，主要有落料的凹模來確定長(zhǎng)以及寬，模具的閉合高度則有設(shè)計(jì)的上模，下 模，以及模具的一些配件來決定，對(duì)于此復(fù)合模，應(yīng)該先考慮他的閉合高度， 其次才是它的寬度和長(zhǎng)度，所以要合理選擇模架，就有必要考慮它的工作零件 以及配件的合理高度，這樣才能合理的選擇模架，模架結(jié)構(gòu)可分為： 對(duì)角導(dǎo)柱模架由于導(dǎo)柱安裝在模具壓力中心對(duì)稱的對(duì)角線上，所以上模座 6 在導(dǎo)柱上滑動(dòng)平穩(wěn)。常用于橫向送料級(jí)進(jìn)?；蚩v向送料的落料模、復(fù)合模。 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)，工作時(shí)，偏心距會(huì)造成導(dǎo)套導(dǎo)柱單邊磨損，嚴(yán)重影響模具使用 壽命，且不能使用浮動(dòng)模柄。 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，以及大量生產(chǎn)用的自動(dòng)沖壓模架。 中間導(dǎo)柱模架，導(dǎo)柱安裝在模具的對(duì)稱線上，導(dǎo)向平穩(wěn)、準(zhǔn)確。但只能一 個(gè)方向送料。 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，為提高生產(chǎn)效率，模 具壽命和工件質(zhì)量以及工件尺寸精度，采用中間式導(dǎo)柱模架，模具導(dǎo)向性能好， 精度高。 7 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(zhǎng)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(duì)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。因此考慮以下三種方案： 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(jiǎn)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。 為了綜合考慮排樣條料的強(qiáng)度，決定采用有廢料的排樣方案。 圖 5-1 排樣示意圖 5.1.1 搭邊值的確定 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 8 是廢料，從節(jié)省材料出發(fā)，搭邊值應(yīng)愈小愈好。但過小的搭邊容易擠進(jìn)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(yàn)和查表來確定的，該制件的搭邊值采用查表 5-1 取得。 如表 5-1 所示：根據(jù)此表和工件可確定搭邊值 a 和 a1，a 的最小值取 1.8mm，a1 最小值取 1.5mm。 表5-1 搭邊a和a 1數(shù)值（低碳鋼） （mm） 圓件或圓角 r2t 的工件 矩形件邊長(zhǎng) L50mm材料厚度 t/mm 工件間 a 1 沿邊 a 工件間 a1 沿邊 a 0.25 以下 1.8 2.0 2.2 2.5 0.25-0.5 1.2 1.5 1.8 2.0 0.5-0.8 1.0 1.2 1.5 1.8 0.8-1.2 0.8 1.0 1.2 1.5 1.2-1.6 1.0 1.2 1.5 1.8 1.6-2.0 1.2 1.5 1.8 2.5 2.0-2.5 1.5 1.8 2.0 2.2 2.5-3.0 1.8 2.2 2.2 2.5 3.0-3.5 2.2 2.5 2.5 2.8 3.5-4.0 2.5 2.8 2.5 3.2 4.0-5.0 3.0 3.5 3.5 4.0 根據(jù)模具的結(jié)構(gòu)不同，可分為有側(cè)壓裝置的模具和無側(cè)壓裝置的模具，側(cè) 壓裝置的作用是用于壓緊送進(jìn)模具的條料（從料帶側(cè)面壓緊） ，使條料不至于側(cè) 向竄動(dòng)，以利于穩(wěn)定地加工生產(chǎn)。側(cè)壓裝置適用于工件材料厚度較小的模具， 在這次工件的模具設(shè)計(jì)中，工件材料厚度 1mm，無需測(cè)壓裝置，只需導(dǎo)料板橫 向?qū)Я霞纯伞?故按公式 5-1 計(jì)算： B =（D max+2a1+C） 0 - 0 - 9 （5-1） 式中：B-條料寬度； Dmax-條料寬度方向沖裁件的最大尺寸； a1-側(cè)搭邊值，可參考表 5-1； -條料寬度的單向（負(fù)向）偏差，見表 5-2； C-導(dǎo)料板與最寬條料之間的間隙，其最小值見表 5-3。 表 5-2 剪料公差及條料與導(dǎo)料板之間隙 （mm） 材料厚度 t/mm條料寬度 B/mm 01 12 23 35 50 50100 100150 150220 220300 0.4 0.5 0.7 0.8 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 表 5-3 有側(cè)壓裝置和無側(cè)壓裝置對(duì)照表 （mm） 無側(cè)壓裝置 有側(cè)壓裝置 條料寬度 B（mm） 材料厚度 t（ mm） <100 100200 200300 <100 100 00.5 0.51 12 23 34 45 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 5 5 5 5 5 5 8 8 8 8 8 8 所以根據(jù)以上理論數(shù)據(jù)由公式 5-1 得出條料寬度為： B =（D max+2a1+C） 0 - 0 - =161.48+1.8+1.8+1 =166.08-00.6 因考慮到方便準(zhǔn)備條料，條料寬度通常取整數(shù)值，所以條料寬度取值為 167mm。 10 5.1.2 材料利用率的計(jì)算 關(guān)于材料利用率，可用公式 5-2 表示： =A/BS100% （5- 2） 式中， A-一個(gè)步距內(nèi)沖裁件的實(shí)際面； B-條料寬度； S-步距。 由圖 5-1、圖 5-2 和公式 5-2 得： A=9327.7（mm 2） =A/BS100% =9327.7（16785）100% 65.7% 5.2 沖壓力的計(jì)算 5.2.1 沖裁力的計(jì)算 計(jì)算沖裁力是為了選擇合適的壓力機(jī)，設(shè)計(jì)模具和檢驗(yàn)?zāi)＞叩膹?qiáng)度，壓力 機(jī)的噸位必須大于所計(jì)算的沖裁力，以適宜沖裁的要求，普通平刃沖裁模，其 沖裁力 Fp 一般可以按公式 5-3 計(jì)算： F=KtL （5-3） 式中， -材料抗剪強(qiáng)度，MPa ； L-沖裁周邊總長(zhǎng) mm； t-材料厚度 mm。 K-波動(dòng)系數(shù)值，取1.3. 由于45的力學(xué)性能查表2-1可得：抗剪強(qiáng)度 取350MPa 。 的數(shù)值取決于材料的種類和坯料的原始狀態(tài)，可在設(shè)計(jì)資料及有關(guān)手冊(cè) 中查找，本設(shè)計(jì) 取值的通過查下表確定，材料厚度 2mm，取 560MPa。 F 沖 =F1+F2 （5-4） 式中， F 沖 -沖裁力； F1-落料時(shí)的沖裁力； F2-沖孔時(shí)的沖裁力。 11 沖裁周邊的總長(zhǎng)（mm） 沖裁總周長(zhǎng)為： L=391.3mm ） 落料沖裁力由公式 5-3 得： F 沖 =KtL1 =1.32391.3350 =569.7KN 5.2.2 卸料力計(jì)算 當(dāng)上模完成一次沖裁后，沖入凹模內(nèi)的制件或廢料因彈性擴(kuò)張而梗塞在凹 模內(nèi)，模面上的材料因彈性收縮而會(huì)緊箍在凸模上。為了使沖裁工作連續(xù)，操 作方便，必須將套在凸模上的材料卸下。從凸模上刮下材料所需的力，稱為卸 料力。 卸料力計(jì)算公式如下： F 卸 = K 卸 F 沖 （5-5） 式中，F(xiàn) 卸 -卸料力； F 沖 -沖裁力； K 卸 -卸料力系數(shù)，見表 5-4； 表 5-5 卸料力、推件力和頂件力系數(shù) （mm ） 料厚/mm K 卸 K 推 K 頂 鋼 0.1 0.10.5 0.52.5 2.56.5 6.5 0.0650.075 0.0450.055 0.040.05 0.030.04 0.020.02 0.1 0.063 0.055 0.045 0.025 0.14 0.08 0.06 0.05 0.03 注：卸料力系數(shù) K 卸 在沖多孔、大搭邊和輪廓復(fù)雜時(shí)取上限值。 K 卸 卸料力系數(shù)通過查表 5-4 確定，卸料力系數(shù)取 K 卸 0.04，由公式 5- 5 得： F 卸 = K 卸 F 沖 =0.05569.7 12 28.5KN 5.2.3 總沖壓力的計(jì)算 由于沖裁模具采用彈壓卸料裝置，固總的沖壓力包括： F= F 沖 +F 卸 （5- 6） =569.7+28.5 =598.2KN 5.2.4 初選壓力機(jī) 壓力機(jī)可分為機(jī)械式和液壓式，機(jī)械式分為摩擦壓力機(jī)、曲柄壓力機(jī)、高 速?zèng)_床，液壓式分為油壓機(jī)、水壓機(jī)，而在生產(chǎn)中一般常選用曲柄壓力機(jī)，曲 柄壓力機(jī)分有開式和閉式兩種，開式機(jī)身形狀似英文字母 C，其操作可見大， 但機(jī)身剛度差，壓力機(jī)在工作負(fù)荷作用下會(huì)產(chǎn)生變形，一般壓力機(jī)噸位不超過 2000KW。閉式機(jī)左右兩側(cè)封閉，操作不方便，但機(jī)身剛度好，壓力機(jī)精度高。 考慮到經(jīng)濟(jì)性能、加工要求和操作方便在此選開式壓力機(jī)。根據(jù)以上計(jì)算數(shù)值， 查下表 5-6 初選壓力機(jī)為 J23-63 型壓力機(jī)。 表 5-6 開式壓力機(jī)規(guī)格及參數(shù) 型號(hào) J23-16 J23-25 J23-40 J23-63 公稱壓力/KN 160 250 400 630 滑塊行程/mm 55 65 100 130 最大閉合高度/mm 220 270 330 360 閉合高度調(diào)節(jié)/mm 45 55 65 80 滑塊中心線至床身 距離/mm 160 200 250 265 前后 180 220 260 280滑塊底面 尺寸/mm 左右 200 250 300 480 工作臺(tái)板厚度/mm 40 50 65 80 直徑 40 40 50 50模柄孔尺 寸 /mm 深度 60 60 70 80 5.2.5 壓力中心的確定 模具壓力中心是指沖壓時(shí)多個(gè)沖壓力合力的作用點(diǎn)位置。為了確保壓力機(jī) 和模具正常工作，應(yīng)使模具的壓力中心與壓力機(jī)滑塊的中心相重合，否則會(huì)使 13 沖模和壓力機(jī)滑塊產(chǎn)生偏心載荷，使滑塊和導(dǎo)軌之間產(chǎn)生過大的摩擦，模具導(dǎo) 向零件加速磨損，降低模具和壓力機(jī)的使用壽命。 沖模的壓力中心，可按下述原則來確定： （1）對(duì)稱形狀的單個(gè)沖裁件，沖模的壓力中心就是沖裁件的幾何中心。 （2）工件形狀相同且分布位置對(duì)稱時(shí)，壓力中心與零件的對(duì)稱中心相重合。 （3）形狀復(fù)雜的零件、多孔沖模、級(jí)進(jìn)模的壓力中心可用解析計(jì)算法求出 沖模壓力中心。解析法的計(jì)算依據(jù)是：各分力對(duì)某坐標(biāo)軸的力矩之代數(shù)和等于 諸力的合力對(duì)該軸的力矩。求出合力作用點(diǎn)的坐標(biāo)位置（X 0，Y 0） ，即為所求模 具的壓力中心。 該件的壓力中心計(jì)算如下： X0（L 1X1+L2X2+L nXn）（L 1+L2+Ln） （5-6） =9.32 Y0（L 1Y1+ L 2Y2+L nYn）（L 1+ L 2+L n） （5-7） =41.13 式中：X 0-壓力中心的橫坐標(biāo)； Y0-壓力中心的縱坐標(biāo)； L-沖裁件輪廓尺寸； X-各線段重心的橫坐標(biāo)； Y-各線段重心的縱坐標(biāo)。 所以，模具壓力中心為（9.32，41.13） 14 6 刃口尺寸的計(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 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，但分別從質(zhì)量，沖裁力、模具 壽命等方面的要求確定的合理間隙并不是同一個(gè)數(shù)值，只是彼此接近。考慮到 制造中的偏差及使用中的磨損、生產(chǎn)中通常只選擇一個(gè)適當(dāng)?shù)姆秶鳛楹侠黹g 隙，只要間隙在這個(gè)范圍內(nèi)，就可以沖出良好的制件，這個(gè)范圍的最小值稱為 最小合理間隙 Zmin，最大值稱為最大合理間隙 Zmax?？紤]到模具在使用過程中 的磨損使間隙增大，故設(shè)計(jì)與制造新模具時(shí)要采用最小合理間隙值 Zmin，如圖 6-1。 沖裁間隙的大小對(duì)沖裁件的斷面質(zhì)量有極其重要的影響，此外，沖裁間隙 還影響模具壽命、卸料力、推件力、沖裁力和沖裁件的尺寸精度。較大的間隙 可使凸模側(cè)面及材料間的摩擦減小，并延緩間隙由于受到制造和裝配精度的限 制，雖然提高了模具壽命而，但出現(xiàn)間隙不均勻。因此，沖裁間隙是沖裁工藝 與模具設(shè)計(jì)中的一個(gè)非常重要的工藝參數(shù)。 沖裁間隙是沖裁工藝與沖裁模具設(shè)計(jì)的一個(gè)重要工藝參數(shù)，對(duì)沖裁件質(zhì)量、 沖裁力和模具壽命均有很大的影響。沖裁間隙還影響著沖裁件的尺寸精度。沖 裁件的尺寸精度是指沖裁件的實(shí)際尺寸與基本尺寸的差值，差值越小，精度越 高。間隙過大，會(huì)使落料件尺寸小于凸凹模尺寸，沖孔件尺寸大于凸模尺寸， 沖裁力也會(huì)慢慢下降，卸料力、推件力或頂件力都將隨之下降。間隙過小，會(huì) 使落料件尺寸大于凸凹模尺寸，沖孔件尺寸小于凸模尺寸，沖裁力也會(huì)增大， 會(huì)使模具刃口磨損加劇，還會(huì)產(chǎn)生凸凹模脹裂，小凸模折斷，凸模和凸凹模相 互啃刃等異常損壞。 由此可見，我們?cè)诖_定沖裁間隙時(shí)，一定要有一個(gè)合理的范圍作為間隙值， 當(dāng)然我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)要采用最小合理間隙。由表6-1可知，Z min=0.246mm Zmax=0.36mm。 15 圖 6-1 沖裁間隙 表 6-1 部分沖裁模初始雙邊間隙值 08、10、35、 09Mn、Q235 16Mn 40、50 65Mn材料 厚度 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 0.040 0.048 0.064 0.072 0.092 0.100 0.126 0.132 0.220 0.246 0.260 0.060 0.072 0.092 0.104 0.126 0.140 0.180 0.240 0.320 0.360 0.380 0.040 0.048 0.064 0.072 0.090 0.100 0.132 0.170 0.220 0.260 0.280 0.060 0.072 0.092 0.104 0.126 0.140 0.180 0.240 0.320 0.380 0.400 0.040 0.048 0.064 0.072 0.090 0.100 0.132 0.170 0.220 0.260 0.280 0.060 0.072 0.092 0.104 0.126 0.140 0.180 0.240 0.320 0.380 0.400 0.040 0.048 0.064 0.064 0.090 0.090 0.060 0.072 0.092 0.092 0.126 0.126 16 6.2 刃口尺寸的計(jì)算及依據(jù)與法則 沖裁件的尺寸精度主要決定于凸、凹模刃口尺寸及公差，模具的合理間隙 也是靠凸、凹模刃口尺寸及其公差來保證。其計(jì)算方法是： （1）因?yàn)闆_出的孔，落下的料都有錐度，且落料件的大端尺寸等于凹模刃 口尺寸，而沖孔的小端尺寸等于凸模刃口尺寸。 （2）在測(cè)量與使用中，沖孔能測(cè)量到小端尺寸，落料件能測(cè)量大端尺寸。 （3）從產(chǎn)品的使用性能看，孔必須控制最小端尺寸，落料的外形尺寸要控 制最大端尺寸。 （4）凸、凹模的設(shè)計(jì)原則 沖孔時(shí)，設(shè)計(jì)計(jì)算以凸模為準(zhǔn)，間隙放大在凹模刃口上。 落料時(shí)，設(shè)計(jì)計(jì)算以凹模為準(zhǔn)，間隙縮小在凸模刃口上。 （5）考慮磨損（名義尺寸） 沖孔時(shí)，凹模越磨越小，凸模設(shè)計(jì)應(yīng)取制件尺寸公差范圍內(nèi)移大尺寸。 落料時(shí)，凹模越磨越大，凹模設(shè)計(jì)應(yīng)取制件尺寸公差范圍內(nèi)移小尺寸。 （6）凸、凹模刃口的制造公差 制件上未注公差，非圓形件按 級(jí)精度，模具比其高 2-3 精度即 級(jí)14IT12IT 或 級(jí)，圓形件按 - 級(jí)精度，凸模和凹模刃口尺寸的計(jì)算與加工方法1IT6I7 有關(guān)，有分開加工和配合加工，分開加工是指凸模和凹模分別按各自圖樣上標(biāo) 注的尺寸及公差進(jìn)行加工，沖裁間隙由凸、凹模刃口尺寸及公差保證。其可以 凸、凹模具有互換性，便于成批制造，但受沖裁間隙的限制，要求凸、凹模的 制造公差較小，主要適用于簡(jiǎn)單規(guī)則形狀（圓形、方形或矩形）的沖件。配合 加工是指先按圖樣設(shè)計(jì)制造其中一件（沖孔先做好凸模，落料先做好凹模） ，再 以此件做為基準(zhǔn)件，以基準(zhǔn)件為標(biāo)準(zhǔn)來加工另一件，使它們之間保持一定的間 隙，圖紙上只要在基準(zhǔn)件上標(biāo)注尺寸和公差，根據(jù)公式 6-1 得： 凸 凹 ZmaxZ min （6- 1） 所以，新制造的模具應(yīng)該保證 凸 凹 Z minZmax，否則，模具的初 始間隙已超過了允許的變動(dòng)范圍 ZminZ max，影響模具使用壽命。本套模具采 用分別加工法進(jìn)行加工。 17 分開加工時(shí)計(jì)算公式如下： 沖孔凸模尺寸： （6-0min凸凸xd 2） 沖孔凹模尺寸： （6-凸0mininZ 3） 落料凸模寸： （6-0凸inmax凸D 4） 落料凹模尺寸： （6-凸0ax 5） 孔距尺寸： （6-1/8Ld 6） 其中： ， -分別為落料凸、凹?；境叽纾煌笵 ， -分別為沖孔凸、凹?；境叽?；d -沖孔件孔的最小極限尺寸；min -落料件最大極限尺寸；axD ， -分別為凹模上偏差，可按 IT7，凸模下偏差，可按 IT6；凸 -制造公差； -磨損系數(shù)，其值在 0.51 之間。x 該制件的最小雙邊間隙為 Zmin=0.246mm，最大雙邊間隙 Zmax=0.36mm，則 有 Zmax- Zmin=0.126。查表 2-1 標(biāo)準(zhǔn)公差數(shù)值得： 130.11mm、 2.250.04mm、150.07mm， 164.5 0-0.16 查表 6-3 得 x 為 0.5。 沖孔凸模根據(jù)公式 6-2 有： 0min凸凸xd d 凸 1= （ 13+0.5 0.11） 0-0.02 =13.0550-0.02 mm d 凸 2= （ 2.25+0.50.04） 0-0.02 18 =2.270-0.02 mm d 凸 3= （ 15+0.50.07） 0-0.02 =15.0350-0.02 mm 沖孔凹模根據(jù)公式 6-3 有： 凸 0minin凸Zxd d 凹 1= （ 13+0.5 0.11+0.126） 0+0.02 = 13.1310+0.02 mm d 凹 2=（ 2.25+0.50.04+0.126） 0+0.02 = 2.3960+0.02 mm d 凹 3=（ 15+0.50.07+0.126） 0+0.02 = 15.1610+0.02 mm 落料凹模根據(jù)公式 6-4 有： 0凸minmax凸ZD D 凸 1= （ 164.5-0.5 0.16-0.126） 0-0.02 = 164.294.0-0.02 mm 落料凸模根據(jù)公式 6-5 有： 凹凹 0max D 凹 1= （ 164.5-0.5 0.16） 0+0.02 = 164.420+0.02mm 表 6-2 簡(jiǎn)單形狀（方形、圓形）沖裁時(shí)凸、凹模制造偏差 (mm) 公稱尺寸 凸模偏差 凸 凹模偏差 凹 公稱尺寸 凸模偏差 凸 凹模偏差 凹 19 18 1830 3080 80120 120180 0.020 0.020 0.020 0.025 0.030 0.020 0.025 0.030 0.035 0.040 180260 260360 360500 500 0.030 0.035 0.040 0.050 0.045 0.050 0.060 0.070 表 6-3 磨損系數(shù) （mm ） 材料厚度 工件公差 1 12 24 4 0.16 0.20 0.24 0.30 0.170.35 0.210.41 0.250.49 0.310.59 0.36 0.42 0.50 0.60 0.16 0.20 0.24 0.30 0.16 0.20 0.24 0.30 非圓形 x 值 圓形 x 值 磨損系數(shù) 1 0.75 0.5 0.75 0.5 （a ）落料 （b）沖孔圖 圖6-2 工作零件刃口尺寸 20 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)雜程度有很多不同的，但組成模具的零件 種類可以說是基本相同的，根據(jù)它們?cè)谀＞咧械墓τ煤吞攸c(diǎn)，可將他分為非標(biāo) 準(zhǔn)件和標(biāo)準(zhǔn)件兩類。 模具標(biāo)準(zhǔn)化是縮短模具制造周期的有效辦法，是應(yīng)用模具 CAD/CAM 技術(shù) 的前提，是模具工業(yè)化和現(xiàn)代化的生產(chǎn)基礎(chǔ)，所以在模具設(shè)計(jì)與制造過程中， 必須推廣和優(yōu)先使用國家標(biāo)準(zhǔn)。雖然相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)雖然各類沖裁模的結(jié)構(gòu)形式 和復(fù)雜程度有很多不同的，但組成模具的零件種類可以說是基本相同的，根據(jù) 它們?cè)谀＞咧械墓τ煤吞攸c(diǎn)，可以將他們分為工藝零件和結(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，采用導(dǎo)料板送進(jìn)定位，無側(cè)壓裝置。 7.1 凹模設(shè)計(jì) 7.1.1 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凸臺(tái)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 刃口為凸臺(tái)式，該類型刃口強(qiáng)度高，修磨后刃口尺寸不變，裝配如圖 7-1 所示。 21 圖 7-1 凹模裝配簡(jiǎn)圖 7.1.2 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 IT12 級(jí)，內(nèi)型腔精 度為 IT12 級(jí)，表面粗糙度為 Ra3.2um，上下平面的平行度為 0.02，材料選 Cr12MoV。 7.1.3 凹模外形尺寸的確定 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=（1.52）H， （c30-40） （7- 2） 凹模板邊長(zhǎng) 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 22 材料厚度 t/mm 材料料寬 s/mm 1 13 36 50 0.300.40 0.350.50 0.450.60 50100 0.200.30 0.220.35 0.300.45 100200 0.150.20 0.180.22 0.220.30 200 0.100.15 0.120.18 0.150.22 查表7-1 得： K=0.2 根據(jù)公式7-1 可計(jì)算落料凹模板的尺寸： 凹模厚度： H= Kb1 =0.3