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江陰職業(yè)技術(shù)學院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 題 目拖車掛鉤沖壓模具設(shè)計 姓 名 學 號 系 部 機電工程系 專 業(yè) 模具設(shè)計與制造 指導(dǎo)教師 職 稱 副教授 2014 年 12 月 10 日 摘 要 本設(shè)計為一拖車掛鉤的冷沖壓模具設(shè)計，根據(jù)設(shè)計零件的尺寸、材料、批量生 產(chǎn)等要求，首先分析零件的工藝性，確定沖裁工藝方案及模具結(jié)構(gòu)方案，然后通過 工藝設(shè)計計算，確定排樣和裁板，計算沖壓力和壓力中心，初選壓力機，計算凸、 凹模刃口尺寸和公差，最后設(shè)計選用零、部件，對壓力機進行校核，繪制模具總裝 草圖，以及對模具主要零件的加工工藝規(guī)程進行編制。其中在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，主要對 凸模、凹模、凸凹模、定位零件、卸料與出件裝置、模架、沖壓設(shè)備、緊固件等進 行了設(shè)計，對于部分零部件選用的是標準件，就沒深入設(shè)計，并且在結(jié)構(gòu)設(shè)計的同 時，對部分零部件進行了加工工藝分析，最終才完成這篇畢業(yè)設(shè)計。 關(guān)鍵詞：模具 沖裁件 凸模 凹模 凸凹模 Abstract The design for a plate of cold stamping die design, according to the size of the design components, materials, mass production, etc., the first part of the process of analysis to determine the blanking process planning and die structure of the program, and then through the process design calculations, determine the nesting and cutting board, calculate the pressure and pressure washed centers, primary presses, computing convex and concave Die Cutting Edge dimensions and tolerances, the final design selection of parts and components, to press for checking, drawing die assembly drawings, as well as Mold processing technology of the main parts to the preparation procedures. In which the structural design, primarily to the punch and die, punch and die, positioning parts, unloading and out of pieces of equipment, mold, pressing equipment, fasteners, etc. has been designed, for the selection of some components are standard parts , there is no in- depth design, and structural design, while some parts for the processing process analysis and ultimately to complete this graduation project. KEY WORD: mold stamping parts punch die punch and die 目錄 第一章 緒言 ................................................................................................................................................1 第一節(jié) 材料的工藝分析 .............................................................................................2 第二節(jié) 材料選擇 .........................................................................................................3 第三節(jié) 工件結(jié)構(gòu)形狀 .................................................................................................3 第四節(jié) 尺寸精度 .........................................................................................................5 第二章 沖裁工藝方案的確定 ..................................................................................................................7 第三章 模具總體設(shè)計 .................................................................................................................................8 第一節(jié) 模具類型的選擇 .............................................................................................8 第二節(jié) 操作與定位方式 .............................................................................................8 第三節(jié) 卸料、出件方式 .............................................................................................8 第四節(jié) 確定送料方式 .................................................................................................9 第五節(jié) 確定導(dǎo)向方式 .................................................................................................9 第四章 模具工藝參數(shù)確定 ....................................................................................................................10 第一節(jié) 排樣設(shè)計與計算 ...........................................................................................10 第二節(jié) 搭邊值的確定 ...............................................................................................10 第三節(jié) 進距與條料寬度計算 ...................................................................................11 第四節(jié) 材料利用率的計算 .......................................................................................14 第五章 計算沖壓力與壓力機的初選 .................................................................................................15 第一節(jié) 沖裁力 Fp的計算 ..........................................................................................15 第二節(jié) 卸料力 Fq1的計算 .........................................................................................16 第三節(jié) 頂件力 Fq2的計算 .........................................................................................16 第四節(jié) 總的沖壓力 F 的計算 ..................................................................................16 第五節(jié) 壓力機的初選 ...............................................................................................17 第六章 模具壓力中心的確定 ...............................................................................................................18 第七章 沖裁模間隙的確定 ....................................................................................................................19 第一節(jié) 沖裁間隙 Z ...................................................................................................19 第二節(jié) 沖裁間隙分析 ...............................................................................................20 第八章 凹、凸模刃口尺寸的計算 ......................................................................................................21 第一節(jié) 刃口尺寸計算的基本原則 ...........................................................................21 第二節(jié) 刃口尺寸的計算 ...........................................................................................22 第九章 主要零部件的設(shè)計 ....................................................................................................................26 第一節(jié) 工作零件的設(shè)計與計算 ...............................................................................26 第二節(jié) 橡膠的選用 ...................................................................................................33 第三節(jié) 模架及其零件的設(shè)計 ...................................................................................34 第十章 校核模具閉合高度及壓力機有關(guān)參數(shù) .............................................................................35 第一節(jié) 閉合高度的計算 ...........................................................................................35 第二節(jié) 沖壓設(shè)備的選定 ...........................................................................................36 第十一章 模具的總體裝配 ..................................................................................................................36 設(shè)計總結(jié) .........................................................................................................................................................37 致謝 .....................................................................................................................................................................1 參考文獻 ............................................................................................................................................................1 1 第一章 緒言 目前，我國沖壓技術(shù)與工業(yè)發(fā)達國家相比還相當落后，主要原因是我國在沖壓 基礎(chǔ)理論及成形工藝，模具標準化、模具設(shè)計、模具制造工藝及設(shè)備等方面與工業(yè) 發(fā)達國家尚有相當大的差距，導(dǎo)致我國模具在壽命，效率、加工精度、生產(chǎn)周期等 方面與發(fā)達國家的模具相比差距相當大。例如，精密加工設(shè)備在模具加工設(shè)備中的 比重比較低；CAD/CAE/CAM技術(shù)的普及率不高；許多先進的模具技術(shù)應(yīng)用不夠廣泛 等等，致使相當一部分大型，精密、復(fù)雜和長壽命的模具依賴進口。 隨著科學技術(shù)的不斷進步和工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，沖壓加工作為現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域 內(nèi)重要的生產(chǎn)手段之一，更加體現(xiàn)出其特有的優(yōu)越性。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，由于市 場競爭日益激烈，產(chǎn)品性能和質(zhì)量要求越來越高，更新?lián)Q代的速度越來越快，沖壓 產(chǎn)品正朝著復(fù)雜化，多樣化高、性能、高質(zhì)量方向發(fā)展，模具也正朝著復(fù)雜化，高 效率、高精度、長壽命方向發(fā)展。隨著計算機技術(shù)和制造技術(shù)的迅速發(fā)展，沖壓模 具設(shè)計與制造技術(shù)正由手工設(shè)計，依靠人工經(jīng)驗和常規(guī)機械加工技術(shù)向以計算機輔 助設(shè)計（CAD） ，數(shù)控切削加工、數(shù)控電加工為核心的計算機輔助設(shè)計與制造 （CAD/CAM） 技術(shù)轉(zhuǎn)變。 近年許多模具企業(yè)加大了用于技術(shù)進步的投資力度，將技術(shù)進步視為企業(yè)發(fā)展 的重要動力。一些國內(nèi)模具企業(yè)已普及了二維CAD，并陸續(xù)開始使用UG、Pro/E、I- DEAS、Euclid-IS等國際通用軟件，個別廠家還引進了Moldflow、C- Flow、DYNAFORM、Optris和MAGMASOFT等CAE軟件，并且成功應(yīng)用于沖壓模的設(shè)計中。 未來沖壓模具的發(fā)展趨勢: 模具行業(yè)在今后的發(fā)展中，首先要更加關(guān)注其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的戰(zhàn)略性調(diào)整，使結(jié)構(gòu) 復(fù)雜、精密度高的高檔模具得到更快的發(fā)展。我們的模具行業(yè)要緊緊的跟著市場的 需求發(fā)展。沒有產(chǎn)品的需求、產(chǎn)品的更新?lián)Q代，就沒有模具行業(yè)的技術(shù)進步，也就 沒有模具產(chǎn)品的上規(guī)模、上檔次。如汽車生產(chǎn)中90以上的零部件，都要依賴模具 成型，在電子產(chǎn)品中，沖壓件約占8085；在汽車，農(nóng)業(yè)機械產(chǎn)品中，沖壓件約 占7580；在輕工產(chǎn)品中，沖壓件約占90以上。此外，在航空及航天工業(yè)生產(chǎn) 2 中，沖壓件也占有很大的比例。在珠三角和長三角，為汽車行業(yè)配套的模具產(chǎn)值增 長達40左右。而模具技術(shù)水平的高低，在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和 新產(chǎn)品的開發(fā)能力。已成為衡量一個國家產(chǎn)品制造水平高低的重要標志。 其次，要積極推進中西部地區(qū)模具產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，努力縮小發(fā)達地區(qū)和不發(fā)達地 區(qū)的差距。中西部很多地區(qū)已經(jīng)意識到模具產(chǎn)業(yè)的發(fā)展對制造業(yè)的重要作用。如陜 西、四川、河北等模具生產(chǎn)有了很大的發(fā)展，河北興林車身制造集團有限公司作為 河北泊頭地區(qū)的骨干企業(yè)帶動了一片模具企業(yè)的開拓；四川宜賓普什模具有限公司 憑借強有力的資金投入，將在未來寫下新的篇章。 第三，要積極推進模具企業(yè)特別是國有企業(yè)的體制的創(chuàng)新，轉(zhuǎn)換經(jīng)營機制，大 力發(fā)展混合所有制經(jīng)濟，明確產(chǎn)權(quán)和完善法人治理結(jié)構(gòu)。充分發(fā)掘企業(yè)發(fā)展的內(nèi)在 動力。要積極推進中、西部地區(qū)工業(yè)基礎(chǔ)較好地區(qū)的制造業(yè)大中型企業(yè)主輔分離， 使其模具車間、分廠在不太長的時間里，采用多種有效實現(xiàn)形式，轉(zhuǎn)換機制，大力 發(fā)展產(chǎn)權(quán)明晰、獨立自主經(jīng)營，適應(yīng)市場運作和模具生產(chǎn)快速反應(yīng)的現(xiàn)代專業(yè)模具 企業(yè)，培養(yǎng)能代表行業(yè)水平的“龍頭” 企業(yè)，帶動地區(qū)產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。 第一節(jié) 材料的工藝分析 沖壓是利用安裝在沖壓設(shè)備（主要是壓力機）上的模具對材料施加壓力，使其 產(chǎn)生分離或塑性變形，從而獲得所需零件（俗稱沖壓或沖壓件）的一種壓力加工方 法。沖壓通常是在常溫下對材料進行變形加工，且主要采用板料來加工成所需零件， 所以也叫冷沖壓或板料沖壓。沖壓是材料壓力加工或塑性加工的主要方法之一，隸 屬于材料成型工程。 工件名稱：拖車掛鉤 工件簡圖：如圖 1.1 所示 生產(chǎn)批量：大批量 材料： Q235 厚度：2mm 工件精度：IT14 3 圖 1.1 工件簡圖 第二節(jié) 材料選擇 根據(jù)表 1.1，Q235 為碳素結(jié)構(gòu)鋼，具有良好的塑性、焊接性以及壓力加工性， 主要用于工程結(jié)構(gòu)和受力較小的機械零件。綜合評比均適合沖裁加工。 第三節(jié) 工件結(jié)構(gòu)形狀 工件結(jié)構(gòu)形狀相對簡單，屬軸對稱結(jié)構(gòu)，除有一個孔,其余皆為直線，孔與邊緣 之間的距離也滿足要求，可以沖裁。 2.2 展開尺寸的計算 彎曲件毛坯的展開尺寸是根據(jù)變形中性層長度不變的原理來求出的，對于變形 4 程度很小或?qū)Τ叽缫桓叩膹澢碚f，可以近似的認為變形中性層與毛坯的斷面 中心相重合，這時，中性層的位置為 =r+t/2 式中 r彎曲件內(nèi)層的彎曲半徑 t板料的厚度， 而當需要精確的求出彎曲毛坯的展開長度時，就必須精確的求出變形中性層的 位置。確定位置之后就可以進行毛坯展開長度的計算了，這需要一個中性層的位移 系數(shù)，此系數(shù)對于彎曲形狀及彎曲程度不同，數(shù)值也不同，需要根據(jù)實際的模具調(diào) 節(jié)展開尺寸。 本產(chǎn)品，尺寸沒標公差，屬于自由公差，可以直接按毛坯的斷面中性層尺寸計算， 經(jīng)過計算 L1=120，寬度 D=88 此尺寸目前是待定，在實際生產(chǎn)時需調(diào)節(jié)。 如圖，展開圖紙如下圖所示： 5 第四節(jié) 尺寸精度 零件圖上所注公差經(jīng)查標準公差表 1.2 為 IT14 級，尺寸精度較低，普通沖裁完 全可以滿足要求。 根據(jù)以上分析：該零件沖裁工藝性較好，適宜沖裁加工。查公差表得各尺寸公 差： 零件外形：120 mm、88 mm 、18 mm087.087.036. 零件內(nèi)形：6 mm3 表 1.1 黑色金屬的力學性能 極限強度 材料名 稱 材料牌 號 材料狀 態(tài) 抗剪 MPa/抗拉 ab/ 伸長率 %/屈服強度 MPas/ 彈性模 量 E/MPa Q235 216-304 275-383 32 177 08 255-353 324-441 32 196 186000 10F 216-333 275-412 30 186 10 255-333 294-432 29 206 194000 15F 245-363 314-451 28 15 265-373 333-471 26 225 198000 20F 275-383 333-471 26 225 196000 2O 275-392 353-500 25 245 206000 25 314-432 329-539 24 275 198000 30 353-471 441-588 22 294 197000 35 392-511 490-637 20 314 197000 40 412-530 511-657 18 333 209000 45 432-549 539-686 16 353 200000 碳素結(jié) 構(gòu)鋼 50 已退火 的 432-569 539-716 14 373 216000 6 表 1.2 部分標準公差值（GB/T1800.31998） 公差等級 IT6 IT7 IT8 IT9 IT10 IT11 IT12 IT13 IT14 IT15 基本尺寸 /m /mm 36 8 12 18 30 48 75 0.12 0.18 0.30 0.48 610 9 15 22 36 58 90 0.15 0.22 0.36 0.58 1018 11 18 27 43 70 110 0.18 0.27 0.43 0.70 1830 13 21 33 52 84 130 0.21 0.33 0.52 0.84 3050 16 25 39 62 100 160 0.25 0.39 0.62 1.00 5080 19 30 46 74 120 190 0.30 0.46 0.74 1.20 80120 22 35 54 87 140 220 0.35 0.54 0.87 1.40 從表 1.1 中查出 Q235 抗拉強度：=275383Mpa 抗剪強度：=216304Mpa 伸長率： =32% 分析其力學性能較好，故選擇 Q235 材料。 7 第二章 沖裁工藝方案的確定 該制件的沖裁工序包括落料和沖孔，其沖裁加工有以下三種方案： 方案一：先沖孔，后落料，然后彎曲。單工序模生產(chǎn)。 方案二：沖孔落料復(fù)合沖壓然后彎曲。復(fù)合模生產(chǎn)。 方案三：沖孔落料彎曲級進沖壓。級進模生產(chǎn)。 方案一模具結(jié)構(gòu)簡單，投資少，且每次沖裁所需的沖裁力較小，可以解決沖壓 設(shè)備噸位不夠的問題。其缺點在于零件的精度難于保證，并且零件比較小，在第二 次沖孔時，準確定位不宜，容易使人受傷，生產(chǎn)率低。 方案二也只需 2 副模具，制件精度和生產(chǎn)效率都較高，且工件最小壁厚大于凸 凹模許用最小壁厚，模具強度也能滿足要求。沖裁件的內(nèi)孔與邊緣的相對位置精度 較高，板料的定位精度比方案三低，模具輪廓尺寸較小，制造比方案三簡單。 方案三只需一副模具，生產(chǎn)效率高，操作方便，精度也能滿足要求，但模具輪 廓尺寸較大，制造復(fù)雜，成本較高。 通過對上述三種方案的分析比較,采用方案二復(fù)合模是比較合理的。 8 第三章 模具總體設(shè)計 第一節(jié) 模具類型的選擇 經(jīng)分析，工件尺寸精度要求不高，形狀較簡單，但工件產(chǎn)量較大，根據(jù)材料厚 度，為保證沖模有較高的生產(chǎn)率，通過比較，決定實行工序集中的工藝方案，彈性 卸料裝置的倒裝復(fù)合模具結(jié)構(gòu)方式。 第二節(jié) 操作與定位方式 一、操作方式 零件的生產(chǎn)批量較大，但合理安排生產(chǎn)可用手工送料方式，提高經(jīng)濟效益。 二、定位方式 因為導(dǎo)料銷和擋料銷結(jié)構(gòu)簡單，制造方便。且該模具采用的是條料，根據(jù)模具 具體結(jié)構(gòu)兼顧經(jīng)濟效益，控制條料的送進方向采用導(dǎo)料銷，控制送料步距采用固定 擋料銷。 第三節(jié) 卸料、出件方式 一、卸料方式 剛性卸料與彈性卸料的比較： 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。當卸料板只起卸料作用時與凸模的間隙隨材料厚度的增加而增大，單邊 間隙?。?.20.5）t。當固定卸料板還要起到對凸模的導(dǎo)向作用時卸料板與凸模的 配合間隙應(yīng)該小于沖裁間隙。此時要求凸模卸料時不能完全脫離卸料板。主要用于 卸料力較大、材料厚度大于 2mm 且模具結(jié)構(gòu)為倒裝的場合。 彈壓卸料板具有卸料和壓料的雙重作用，主要用于料厚小于或等于 2mm 的板料 由于有壓料作用，沖件比較平整。卸料板與凸模之間的單邊間隙選擇（0.10.2）t,若 彈壓卸料板還要起對凸模導(dǎo)向作用時，二者的配合間隙應(yīng)小于沖裁間隙。常用作落 料模、沖孔模。 工件平直度較高，料厚為 2mm，卸料力不大，由于彈壓卸料模具比剛性卸料模 9 具方便，操作者可以看見條料在模具中的送進動態(tài)，且彈性卸料板對工件施加的是 柔性力，不會損傷工件表面，故可采用彈性卸料。 二、出件方式 因采用倒裝復(fù)合模生產(chǎn)，故采用彈性上出件。 第四節(jié) 確定送料方式 因選用的沖壓設(shè)備為開式壓力機，采用橫向送料方式，即由右向左送料。 第五節(jié) 確定導(dǎo)向方式 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。因為導(dǎo) 柱安裝在后側(cè)，工作時，偏心距會造成導(dǎo)套導(dǎo)柱單邊磨損，嚴重影響模具使用壽命， 且不能使用浮動模柄。 10 第四章 模具工藝參數(shù)確定 第一節(jié) 排樣設(shè)計與計算 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。 根據(jù)材料經(jīng)濟利用程度，排樣方法可以分為有搭邊、少搭邊和無搭邊排樣三種， 根據(jù)制件在條料上的布置形式，排樣有可以分為直排、斜排、對排、混合排、多排 等多重形式。 因此有下列三種方案： 方案一：有搭邊排樣 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：少搭邊排樣 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：無搭邊排樣 沖件的質(zhì)量和模具壽命更低一些，但材料利用率最高。 通過上述三種方案的分析比較，綜合考慮模具壽命和沖件質(zhì)量，該沖件的排樣 方式選擇方案一為佳。考慮模具結(jié)構(gòu)和制造成本有廢料排樣的具體形式選擇直排最 佳（如圖 5.1 所示）。 第二節(jié) 搭邊值的確定 排樣時零件之間以及零件與條料側(cè)邊之間留下的工藝余料，稱為搭邊。 搭邊的作用是補償定位誤差，保持條料有一定的剛度，保證零件質(zhì)量和送料方 便。搭邊過大，浪費材料。搭邊過小，沖裁時容易翹曲或被拉斷，不僅會增大沖件 毛刺，有時還會拉入凸、凹模間隙中損壞模具刃口，降低模具壽命。或影響送料工 作。搭邊值是廢料，所以應(yīng)盡量取小，但過小的搭邊值容易擠進凹模，增加刃口磨 損。根據(jù)制件厚度與制件的排樣方法查表 5.1 得： 兩制件之間搭邊值 a1=2mm 11 側(cè)搭邊值 a=2.5mm 表 5.1 搭邊值和側(cè)邊值 手動送料 圓形 非圓形 往復(fù)送料 自動送料材料厚 度 t a a1 a a1 a a1 a a1 1 以下 1.5 1.5 2 1.5 3 2 12 2 1.5 2.5 2 3.5 2.5 3 2 23 2.5 2 3 2.5 4 3.5 34 3 2.5 3.5 3 5 4 4 3 45 4 3 5 4 6 5 5 4 56 5 4 6 5 7 6 2.0 5 第三節(jié) 進距與條料寬度計算 一、送料進距 A 條料在模具上每次送進的距離稱為送料進距，每個進距可沖出一個或多個零件。 A=D+a1 (5.1) 式中 D平行于送料方向的沖裁件寬度 a1沖裁件之間搭邊值 模具相對于模架是采用從前往后的縱向送料方式,還是采用從右往左的橫向送料 方式，這主要取決于凹模的周界尺寸。就本模具而言,采用縱向送料方式。 12 圖 5.1 排樣圖 二、條料寬度 B 計算 排樣方式和搭邊值確定以后，條料的寬度也就可以設(shè)計出。計算條料寬度有三 種情況需要考慮： 1.有側(cè)壓裝置時條料的寬度。 2.無側(cè)壓裝置時條料的寬度。 3.有定距側(cè)刃時條料的寬度。 有側(cè)壓裝置的模具，能使條料始終沿著導(dǎo)料板送進。 13 圖 5.2 有側(cè)壓裝置時條料的寬度確定 本設(shè)計采用的是有側(cè)壓裝置的模具。 所謂條料寬度，是指工件最大極限尺寸加上側(cè)搭邊值。因條料是由板料剪裁下 料而得，為保證送料順利，規(guī)定其上偏差為零，下偏差為負值 。其計算公式如 下： B=D+2a （5.2） 0 - 式中 B條料寬度基本尺寸； D條料寬度方向零件輪廓的最大尺寸； a側(cè)搭邊值，查表 5.1； 條料下料剪切公差； 表 5.2 剪切公差及條料與導(dǎo)料板之間隙 C（mm） 條料寬度(mm) 1 12 23 35條料厚度(mm) C C C C 50 0.4 0.1 0.5 0.2 0.7 0.4 0.9 0.6 50100 0.5 0.1 0.6 0.2 0.8 0.4 1.0 0.6 100150 0. 0.2 0.7 0.3 0.9 0.5 1.1 0.7 150220 0.7 0.2 0.8 0.3 1.0 0.5 1.2 0.7 根據(jù)零件圖查表 5.2 確定剪料公差及條料與導(dǎo)板之間的間隙=0.6。 根據(jù)公式(5.2)： B=D+2a+c 0 - =(120+22.5) 6.0 =125 06. 14 第四節(jié) 材料利用率的計算 一、計算沖壓件面積、周長 因為該工件圖由多段圓弧組成，計算周長需要準確的找到各段圓弧的長度，計 算面積也需要準確的找到切點，諸多因素采用人工計算時計算量較大，因此采用三 維輔助軟件可快速準確的計算出面積、周長（如圖 5.3）。 圖 5.3 沖壓件的周長和面積 取 F=5374.35mm2 L=631.4mm 二、計算材料利用率 沖裁件的實際面積與所用板料面積的百分比叫材料的利用率。 材料利用率通常以一個進距內(nèi)制件的實際面積與所用毛坯面積的百分率 表示： =(nF/AB)100% （5.3） 式中 材料利用率（%）； n沖裁件的數(shù)目； 15 F沖裁件的實際面積(mm2)；包括工件面積與廢料面積； B板料寬度(mm)； A送料進距； 根據(jù)公式(5.3)： =(5374.35/90125)100% 47.8% 由此可之， 值越大，材料的利用率就越高，廢料越少。因此，要提高材料利 用率，就要合理排樣，減少工藝廢料。 第五章 計算沖壓力與壓力機的初選 計算沖裁力是為了選擇合適的壓力機，設(shè)計模具和檢驗?zāi)＞叩膹姸?，壓力機的 噸位必須大于所計算的沖裁力，以適宜沖裁的要求，普通平刃沖裁模，其沖裁力 一般可以按下式計算：PF Fp=Kp Lt =Lt （6.1） 式中 材料抗剪強度（MPa）； L沖裁周邊總長（mm）； t材料厚度（mm）； 系數(shù) Kp是考慮到?jīng)_裁模刃口的磨損，凸模與凹模間隙之波動，取 Kp =1.3。 第一節(jié) 沖裁力 Fp的計算 據(jù)圖 5.3 可得一個零件內(nèi)外周邊之和 L=631.4mm。 查碳素結(jié)構(gòu)鋼的力學性能表知：Q235 的抗剪強度 =216Mpa304Mpa，取 260Mpa，制件厚度 t=2mm，則 根據(jù)公式(6.1)： F p= Kp Lt =1.32631.4260 =426826.4(N) 426.8（KN） 16 第二節(jié) 卸料力 Fq1的計算 Fq1=KxFp （6.2） 式中 Kx卸料力系數(shù)，查表 6.1 取 Kx0.05。 根據(jù)公式（6.2）： F q1= KxFp =0.05426.8（KN） 21.34(KN) 表 6.1 卸料力、推件力和頂件力系數(shù) 料厚 t/mm Kx kt Kd 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 0.020.03 0.1 0.063 0.055 0.045 0.025 0.14 0.08 0.06 0.05 0.03 第三節(jié) 頂件力 Fq2的計算 Fq2= KdFp （6.3） 式中 Kd頂件力系數(shù)。 查表 6.1 得 Kd0.06. 根據(jù)公式（6.3）： F q2= KdFp =0.06426.8（KN） 25.608（KN） 第四節(jié) 總的沖壓力 F 的計算 根據(jù)模具結(jié)構(gòu)總的沖壓力 F=FP+Fq1+Fq2 17 =426.8+21.34+25.608 =473.75(KN) 選用的壓力機公稱壓力 P（1.11.3）F，取系數(shù)為 1.3，則： P1.3F=1.3x473.75 (KN)=615.87(KN)。 4.3 彎曲力的計算 本產(chǎn)品屬于 Z 形彎曲，由于彎曲雖然是一副模具，定位做成可調(diào)接的，所以 在計算彎曲力時，需要計算 1 次，Z 形彎曲的計算公式如下 ，彎曲力計算 F=0.6KBtt/(R+t) (4-1) F=0.61.3202600/（0.5+2）=7488N =7.488KN 式中 F彎曲力（N） ； B產(chǎn)品的彎曲的寬度（mm） ； 材料抗拉強度（MPa） ；（550-700 MPa） t材料厚度；(mm) K系數(shù)，通常 K=1.3； 第五節(jié) 壓力機的初選 沖裁時，壓力機的公稱壓力必須大于或等于沖裁各工藝力的總和。 沖壓設(shè)備屬鍛壓機械。常見的冷沖壓設(shè)備有機械壓力機。 表 6.2 部分常用開式壓力機的主要技術(shù)參數(shù) 型號技術(shù)參數(shù) 單 位 J23-4 J23-6.3 J23-10 J23-16 J23-25 J23-63 J23-100 滑塊公稱壓 力 KN 40 63 100 160 250 630 1000 滑塊行程次 數(shù) 次 /mm 200 160 135 115 100 70 70 最大閉合高 度 mm 160 170 180 220 250 360 360 閉合高度調(diào) 節(jié)量 mm 35 40 50 60 70 90 90 18 立柱間距 mm 100 150 180 220 260 250 250 左 右 mm 100 140 170 200 300 300滑塊 地面 尺寸 前后 mm 90 120 150 180 340 340 直 徑 mm 30 50模柄孔尺 寸 深度 mm 50 70 墊塊厚度 mm 35 40 50 60 70 80 90 最大傾斜角 45 35 30 左 右 mm 280 315 360 450 560 630 710工作臺尺 寸 前后 mm 180 200 240 300 360 420 480 根據(jù)沖壓力的計算和壓力中心的計算，選擇開式壓力機的型號為 J23-63。 第六章 模具壓力中心的確定 模具壓力中心是指諸沖壓合力的作用點位置，為了確保壓力機和模具正常工作， 應(yīng)使沖模的壓力中心與壓力機滑塊的中心相重合。否則，會使沖模和壓力機滑塊產(chǎn) 生偏心載荷，使滑塊和導(dǎo)軌間產(chǎn)生過大磨損，模具導(dǎo)向零件加速磨損，降低了模具 和壓力機的使用壽命。 模具的壓力中心，可按以下原則來確定： 1.對稱零件的單個沖裁件，沖模的壓力中心為沖裁件的幾何中心。 2.工件形狀相同且分布對稱時，沖模的壓力中心與零件的對稱中心相重合。 3.各分力對某坐標軸的力矩之代數(shù)和等于諸力的合力對該軸的 力矩。求出合力 作用點的坐標位置 0，0（x=0,y=0），即為所求模具的壓力中心。 19 其中 、 、 分別為各沖裁周邊長度。1L23NL 圖 7.1 壓力中心 按比例畫出零件形狀，選定坐標系 XOY。計算出零件壓力中心為（0，31.45） 第七章 沖裁模間隙的確定 第一節(jié) 沖裁間隙 Z 指沖裁模中凹模刃口橫向尺寸 DA與凸模刃口橫向尺寸 DT的差值（如圖 8.1）， 是設(shè)計模具的重要工藝參數(shù)。 20 圖 8.1 沖裁間隙 第二節(jié) 沖裁間隙分析 一、間隙對沖裁件尺寸精度的影響 沖裁件的尺寸精度是指沖裁件的實際尺寸與基本尺寸的差值，差值越小，則精 度越高，這個差值包括兩方面的偏差，一是沖裁件相對于凸?；虬寄５钠睿?模具本身的制造偏差。 二、間隙值的確定 凸、凹模間隙對沖裁件質(zhì)量、沖裁工藝力、模具壽命都有很大的影響。設(shè)計模 具時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數(shù)值，只是彼此接近?？紤]到模具制造中的偏差及使用中 的磨損、生產(chǎn)中通常只選擇一個適當?shù)姆秶鳛楹侠黹g隙，只要間隙在這個范圍內(nèi)， 就可以沖出良好的制件，這個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)計與制造新模 具時要采用最小合理間隙值 Zmin。 確定合理間隙的方法有經(jīng)驗法、理論確定法和查表法。 對于尺寸精度，斷面垂直度要求高的制件應(yīng)選用較小的間隙值，對于垂直度與 尺寸精度要求不高的制件，應(yīng)以降沖裁力、提高模具壽命為主，可采用較大的間隙 值。由于理論法在生產(chǎn)中使用不方便，所以常采用查表法來確定間隙值。 根據(jù)間隙表 8.1 查得材料 Q235 的最小雙面間隙 Zmin=0.246mm，最大雙面間隙 Zmax=0.360mm 21 表 8.1 部分較大間隙的沖裁模具初始雙面間隙 08、10、35、0 9Mn2、Q235 40、50 16Mn 65Mn材料厚 度 m Z 最小 Z 最大 Z 最小 Z 最大 Z 最小 Z 最大 Z 最小 Z 最大 小于 0.5 較小間隙 0.5 0.04 0.060 0.040 0.060 0.040 0.060 0.040 0.060 0.8 0.072 0.104 0.072 0.104 0.072 0.104 0.064 0.092 1.0 0.100 0.140 0.100 0.140 0.100 0.140 0.90 0.126 1.2 0.126 0.180 0.132 0.180 0.132 0.180 1.5 0.132 0.240 0.170 0.240 0.170 0.240 2.0 0.246 0.360 0.260 0.380 0.260 0.380 2.5 0.360 0.500 0.380 0.540 0.380 0.540 3.0 0.460 0.640 0.480 0.660 0.480 0.660 4.0 0.640 0.880 注：08 鋼沖裁皮革、石棉和紙板時，取間隙的 25%。 第八章 凹、凸模刃口尺寸的計算 第一節(jié) 刃口尺寸計算的基本原則 沖裁件的尺寸精度主要取決于模具刃口的尺寸的精度，模具的合理間隙也要靠 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制造公差，是設(shè)計沖裁 模關(guān)鍵環(huán)節(jié)。 由此在決定模具刃口尺寸及其制造公差時需要考慮以下原則： 22 1.落料件尺寸由凹模尺寸決定，沖孔尺寸由凸模尺寸決定。故設(shè)計落料模時， 以凹模為基準，間隙取在凸模上；設(shè)計沖孔模時，以凸模尺寸為基準，間隙取在凹 模上。 2.考慮到?jīng)_裁中凸、凹模的磨損，設(shè)計落料凹模時，凹模基本尺寸應(yīng)取尺寸公 差范圍的較小尺寸；設(shè)計沖孔模時，凹?；境叽鐟?yīng)取工件孔尺寸公差范圍的較大 尺寸。 3.確定沖模刃口制造公差時。如果對刃口精度要求過高，增加成本，如果對刃 口精度要求過低，會使模具的壽命降低。若工件沒有標注公差，則對于非圓形工件 按國家“非配合尺寸的公差數(shù)值”IT14 級處理，沖模可按 IT11 級制造；對于圓形 工件按 IT6IT7 級制造。沖壓件的尺寸公差應(yīng)按“入體”原則標注單項公差，落料 件上偏差為零，下偏差為負；沖孔件上偏差為正，下偏差為零。 第二節(jié) 刃口尺寸的計算 根據(jù)模具的加工方法不同，凸、凹模刃口尺寸的計算方法分為兩種情況。凸模 與凹模分開加工和凸模與凹模配合加工。對于該制件應(yīng)該選用凸模與凹模分開加工 方法。 凸模與凹模分開加工是指凸模和凹模分別按圖紙加工至尺寸。要分別標注凸模 與凹模刃口尺寸與制造公差。為了保證初始間隙值小于最大合理間隙 Zmax必須滿足 下列條件： minmaxpd Z 或者 、inmaxd6.0 minax4.0 一、沖孔凸、凹模計算 設(shè)沖孔尺寸為 根據(jù)以上原則，沖孔時以凸模設(shè)計為基準，首先確定凸模刃 0 口尺寸，使凸模基本尺寸接近或等于工件孔的最大極限尺寸，再增大凹模尺寸以保 23 證最小合理間隙 Zmin。凸模制造偏差取負偏差，凹模取正偏差。其計算公式為： 凸模 d p=(dx) 0- p 凹模 d d=( Z min)0+ d (dXZ min) 0+ d 在同一工步中沖出制件兩個以上孔時，凹模型孔中心距 Ld按下式確定： Ld=(Lmin0.5)0.125 式中 dd沖孔凹模基本尺寸(mm)； dp沖孔凸模基本尺寸(mm)； d沖孔件孔的最小極限尺寸(mm)； Ld同一工步中凹?？拙嗷境叽?mm)； Lmin制件孔距最小極限尺寸(mm)； 沖孔件孔徑公差(mm)； Zmin凸、凹模最小初始雙面間隙(mm)； X磨損系數(shù)，是為了使沖裁件的實際尺寸盡量接近沖裁件公差帶的中間 尺寸，與工件制造精度有關(guān)，可查表 9.1 取值：當工件精度 IT10 以上，取 x=1；當 工件精度 IT11IT13，取 x=0.75；當工件精度 IT14，則取 x=0.5。 表 9.1 磨損系數(shù) X 非圓形 圓形 1 0.75 0.5 0.75 0.5 料厚 t(mm) 工件公差/mm 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 根據(jù)圖 1.1 和表 9.1 查得磨損系數(shù) X 取 0.5，即 X=0.5 設(shè)凸、凹模分別按 IT6 和 IT7 級加工制造，所以 凸模： d p =(d+X) 0- p =(6+0.50.30) 01. =6. 15 01. 凹模： d d=( dp +Zmin) d 24 =(6.15+0.246) 018. =6.396 018. 校核: p d=0.011+0.018=0.029mm 表 8.1 得 Zmax =0.1；Z min =0.14)。 p dZ maxZ min 二、落料凸、凹模計算 凹模： D d=(DX) d0 凸模： D p=( DdZ min) (DXZ min)P0P 式中 Dd落料凹模基本尺寸(mm)； Dp落料凸模基本尺寸(mm)； D落料件最大極限尺寸(mm)； 落料件外徑公差(mm)； Zmin凸、凹模最小初始雙面間隙(mm)； X磨損系數(shù)，是為了使沖裁件的實際尺寸盡量接近沖裁件公差帶的中間 尺寸，與工件制造精度有關(guān)。表 9.1 取 X=0.5。 由公差表（1.2）查得：120 mm、88 mm 、18 mm 設(shè)凸、凹模分別按087.087.036. IT6 和 IT7 級加工。 所以凹模 120 :Dd1=(D1-X )087.d 0 =(120-0.50.87)0+0.018 =119.5650+0.018mm 88 :Dd1=(D1-X )087.d =(88-0.50.87)0+0.018 =87.9650+0.018mm 18 :Dd4=(D4-X )036. d =(18-0.50.36) 03. =17.82 mm 03. 凸模 120 :Dp1=(Dd1-Zmin)087. 0P =(119.565-0.246) 1. 25 =119.32 mm 01. 88 :Dp1=(Dd1-Zmin)087.P =(87.965-0.246) 01. =87.32 mm 01. 18 :Dp4=(Dd4- Zmin)036.P =(17.82-0.246) 019. =17.574 mm 019. 校核因為 =0.018+0.011=0.029mm1p2d =0.013+0.021=0.034mm2 =0.016+0.025=0.041mm3p3d =0.019+0.030=0.049mm44 ZmaxZ min =0.24-0.132=0.108mm(Zmax、Z min是凸、凹模最大初始雙面間隙，查 表 8-1 得 Zmax =0.24、Z min =0.132)滿足 Z maxZ min。pd 6.3.3 彎曲凸模，凹模設(shè)計計算 毛坯經(jīng)凹模圓角進入凹模時，受彎曲和摩擦作用，若凹模圓角半徑過小， 因徑向拉力增大，易使拉伸件表面劃傷或產(chǎn)生斷裂；若過大，則壓邊面積小， 由于懸空增大，易起內(nèi)皺。因此，合理的選擇凹模圓角半徑很重要。具體數(shù)值 查表可得。 彎曲模間隙是單面間隙，即凹模和凸模直徑之差的一半。 本次設(shè)計的模具結(jié)構(gòu)比較簡單，在選擇間隙時可以直接查表，所以查表可 知間隙為(1-1.1t)，t 為材料厚度。由于產(chǎn)品圓角較大，所以間隙不能大，否 則產(chǎn)品有錐度，精度差，不符合要求，間隙太小，模具壽命短，所以取間隙為 t。 凸、凹模工作部分尺寸的確定，主要考慮模具的磨損和產(chǎn)品的回彈。 1） 、制件標注外形尺寸 凹模尺寸為 L d=（Lmax 0.75） 凸模尺寸為 26 L p=（Ld0.75Z） （2） 、制件標注內(nèi)尺寸 凸模尺寸為 L p=（Lmin +0.4） 凹模尺寸為 L d=（Lp+0.4+Z） 其中 L產(chǎn)品件的外形或內(nèi)尺寸 產(chǎn)品件的尺寸偏差 L d產(chǎn)品凹模的基本尺寸 L p產(chǎn)品凸模的基本尺寸 Z凸凹模雙面間隙 具體計算如下，制件標注內(nèi)尺寸，按此公式計算 彎曲凸模尺寸為 L p1=（Lmin +0.4） =0.5 凹模尺寸為 L d1=（Lp1+0.4+Z） =1.5 凸、凹模工作表面粗造度要求：凹模工作表面和型腔表面粗造度應(yīng)達到 0.8；圓角處的表面粗造度一般要求 0.4；凸模工作部分表面粗造度一般要求 0.8- 1.6。 第九章 主要零部件的設(shè)計 第一節(jié) 工作零件的設(shè)計與計算 一、凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計和外形尺寸計算 1.凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計 凹模：在沖壓過程中與凸模配合直接對沖壓制件進行分離或成形的工作零件。 凹模洞口的類型如圖 10.1 所示，其中 a、b、c 型為直筒式刃口凹模，其特點是 制造方便，刃口強度高，本設(shè)計選用 c 型筒口。 27 圖 10.1 凹模類型 2.外形尺寸計算 凹模結(jié)構(gòu)分為整體式和鑲拼式兩大類，本設(shè)計凹模采用整體式凹模。 凹模厚度： H=Kb(15mm) (10.1) 凹模壁厚： C=(1.52)H(30mm) (10.2) 凹模外形尺寸