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摘要 模具是大批量生產同型產品的工具，是工業(yè)生產的主要工藝裝備。模具工業(yè)是國民經濟的基礎工業(yè)。 模具可保證沖壓產品的尺寸精度，使產品質量穩(wěn)定。而且在加工中不破壞產品表面。用模具生產零件可以采用冶金廠大量的廉價的軋制鋼板或鋼帶為材料，而且在生產中不需要加熱，具有生產效率高，質量好，重量輕，成本低節(jié)約能源和原材料等一系列的優(yōu)點，是其他加工方法所不能比擬的。使用模具已經成為當代工業(yè)生產的重要手段和工藝發(fā)展方向。現(xiàn)代制造工業(yè)的發(fā)展和技術水平的提高，很大程度上取決于模具工業(yè)的發(fā)展。 本設計進行了沖孔、落料復合模的設計。文中簡要概述了沖壓模具目前的發(fā)展狀況和趨勢。對產品進行了詳細工藝分析和工藝方案的確定。進行了凹、凸模的閉合高度的計算并確定了模具的結構。計算并設計了本套模具上的主要零部件，如：凸模、凹模、凸模固定板、墊板、凹模固定板、卸料板、導板、擋料銷等。選定了合理的沖壓設備。設計中對工作零件和壓力機規(guī)格均進行了必要的校核計算。此外，本模具采用擋料銷擋料。模具的沖孔和落料凸模用固定板固定，便于調整間隙；沖孔凹模則采用整體固定板固定。 關鍵詞：復合模；凹模；凸模；落料；設計計算；校核。 Abstract Molds to form a mass production of industrial production facilities, is the main techniques and equipment。Mold industry is the foundation of the national economy industry。 Tool to ensure accuracy of the ram of the product sizes, and make products quality。And the process of the surface of the product。Die in the production of parts of the metallurgical factory of rolled steel plates or with a material，And in production don't need, with high efficiency, quality, light weight and low cost to save energy and raw materials for a range of advantages，is Other process could compare with。Use of molds has become an important means of industry and technology development. modern industrial development and technical level, much depends on industrial development of the mold。 This design has been blanking, punching, progressive die design. This paper briefly outlines the current development of stamping die situation and trends. Carried out a detailed process of product analysis and identification technology program. Stamping die design in accordance with the general steps to calculate and design the mold of this set of key components, such as: punch, die, punch retainers, plate, fixed die plate, stripper plate, guide plate, block material or marketing. Mold using standard mold, use a suitable stamping device. Design specifications of the working parts and the press were carried out the necessary checking calculation. In addition, the mold used beginning with the gauge pin gauge. Die punching and blanking punch were fixed with different fixation plate, easy to adjust the gap; punching die is fixed by the overall fixed plate. Blanking punch that has the lead is sold, guaranteeing her appearance on the hole and the relative position accuracy, improved precision. Keywords: Gang dies; punch; die; Blanking; calculate and design; Checking. 目錄 摘要 1 Abstract 2 緒論 5 第1章 沖裁件零件的工藝分析 7 1.1 沖裁件沖裁件工藝方案論證 7 1.2 沖裁件零件制造步驟 7 1.3 沖裁件零件的工藝分析 8 1.3.1 材料 8 1.3.2 結構形狀 8 1.3.3 確定工藝方案與模具形式 8 1.3.4 尺寸精度 9 第2章 凸、凹模刃口尺寸及間隙的確定 10 2.1沖模間隙值的確定 10 2.2 凸模與凹模刃口尺寸的確定 11 2.3凸、凹模刃口尺寸確定的原則 12 2.4刃口尺寸的計算方法 13 2.4.1 按凸模與凹模圖樣分別加工 13 2.4.2凸模與凹模配作法 15 第3章 沖裁力和壓力中心的計算 17 3.1 沖裁力的計算 17 3.1.1沖孔力 17 3.1.2落料力 17 3.1.3卸料力 18 3.1.4推件力 18 3.1.5頂件力 18 3.1.6總沖壓力 18 3.2沖壓設備的選擇 19 3.3模具的閉合高度的確定 20 3.4壓力中心的確定 21 第4章 排樣設計 22 4.1 排樣方法 22 4.2確定搭邊和條料寬度 23 4.2.1搭邊 23 4.2.2條料寬度的確定 23 4.3材料的經濟利用率 24 第5章 模具總體的設計 25 5.1 精度與定位 25 5.2 模具類型的選擇 25 5.3 模具的導向裝置 25 5.4 卸件、卸料設計 26 5.5 支承與緊固 26 第6章 模具零部件的設計 28 6.1凸模的結構設計 28 6.1.1沖孔凸模的形式及長度的確定 28 6.1.2凸凹模的形式及長度的確定 28 6.3擋料螺釘 29 6.4卸料板 29 第7章 生產模具的失效及維護 30 7.1 模具的壽命 30 7.2 模具的失效形式 30 7.3 保證和提高模具有效磨損壽命的途徑 32 結束語 34 致謝 35 參考文獻 36 緒論 1、沖壓成型的特點 沖壓成形是指在壓力機上通過模具對板料金屬（或非金屬）加壓，使其產生分離或塑性變形，從而得到具有一定形狀、尺寸和性能要求的零件的加工方法，它屬于塑性成形的加工方法之一，見圖1.1。這種加工方法又稱冷沖壓或板料沖壓，所使用的成形工具為冷沖壓模具，簡稱沖模。沖模設計是實現(xiàn)冷沖工藝的核心，一個沖壓零件往往需要幾個工序甚至幾副模具才能加工成形。 沖壓成形是一種先進的金屬加工方法，和其他的加工方法（如機械加工）相比具有以下特點： 1. 可以獲得其他加工方法不能或難以加工的形狀復雜的零件，如汽車覆蓋件、車門等 2. 由于尺寸精度主要有模具來保證，所以加工出的零件質量穩(wěn)定、一致性好，具有“一模一樣”的特征。 3. 材料利用率高，屬少、無切屑加工。 4. 可以利用金屬板料的塑性變形提高工件的強度、剛度。 5. 生產率高、操作簡便，易于實現(xiàn)自動化。 圖0.1 沖壓原理結構簡圖 2、沖壓工序的分類 沖壓工序按變形性質可分為分離工序和成形工序兩大類。 1. 分離工序 被加工材料在外力作用下因剪切而發(fā)生分離，從而形成具有一定形狀和一定尺寸的零件，如剪切、沖孔、落料、切邊等。 2. 成形工序 被加工材料在外力作用下，發(fā)生塑性變形，從而得到具有一定形狀和尺寸的零件，如彎曲、拉伸、翻邊等。 3、模具發(fā)展的現(xiàn)狀及趨勢 標志沖模技術先進水平的多工位級進模，是我國重點發(fā)展的精密模具品種。復合模能夠在一副模具的一次沖壓完成復雜零件的沖裁，彎曲，拉深，立體成型以及裝配等復雜工藝，具有生產效率高，操作安全可靠，可以加工復雜零件等特點而受到普遍的重視，應用也日益廣泛。有代表性的是電機的轉子、定子疊片復合模，已達到國際水平。但總體上和國外多工位級進模相比，在制造精度、使用壽命、模具結構和功能上，仍存在一定差距。 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Ra1.5μm的精沖模，大尺寸（Φ300mm）精沖模及中厚板精沖模國內也已達到相當高的水平。 模具技術的發(fā)展應該為適應模具產品“交貨期短”、“精度高”、“質量好”、“價格低”的要求服務。達到這一要求急需發(fā)展如下幾項： 1. 全面推廣CAD/CAM/CAE技術 2. 高速銑削加工 3. 模具掃描及數(shù)字化系統(tǒng) 4. 電火花銑削加工 5. 提高模具標準化程度 6. 優(yōu)質材料及先進表面處理技術 第1章 沖裁件零件的工藝分析 1.1 沖裁件沖裁件工藝方案論證 該零件包括沖孔、落料兩個基本工序，可以采用以下四種工藝方案： 方案一：直接落料獲得產品，采用單工序模生產。 方案二：先沖孔，再落料，采用單工序復合模生產。 方案三：采用形狀倒置的復合模具獲得落料產品。 方案四：采用先沖孔，再落料的級進模。 方案分析： 方案一:模具結構相對而言比較簡單，經濟性高，但相對精度較低，不能很好的保證產品的允許公差尺寸。 方案二:先采用沖孔來定位工件毛坯料，然后再落下成品。既能很好的保證工件有一定的定位精度，又能減少一次沖壓的合力，并且保證機構能在相對小的載荷下工作。 方案三：采用此種生產方式可以大大的提高工作效率，而且可以提高毛坯料的利用效率，但是該種方式會大大增加壓力機的噸位，在實際生產中還得考慮減噪、安全、靈活等。況且該零件沖裁件本來就已經屬于尺寸較大的工件了，采用一次落兩個會使模具的體積擴大，不便于裝卸等。 方案四：供需相對分散，兩次沖裁對精度具有一定的影響，且同樣具有方案三的問題，且不適合實際生產，工作效率也沒有什么實質性的提高，而且模具規(guī)模也大大加大，同時模具的結構相對較復雜。 綜上所述以及實際生產的相關條件和要求，我決定選擇第二種方案。 1.2 沖裁件零件制造步驟 對沖裁件的零件結構進行工藝性的分析，根據(jù)強度和剛度的要求及沖壓的可行性，該零件需要一套模具方案便可以制造了。該零件的設計分為三個階段： 第一階段：先沖孔來為后續(xù)加工起定位作用； 第二階段：通過凹模與凸模的相互作用落料成型； 第三階段：通過頂出裝置將零件產品頂出。 1.3 沖裁件零件的工藝分析 沖裁件零件圖及相關尺寸見圖2.1零件圖。 圖1.1 零件圖 1.3.1 材料 沖裁件零件材質為：Q235，厚度為2mm；屬于普通碳素綱，具有良好的沖壓性能。 由資料[1]查表得抗拉強度=235Mpa，屈服極限=235MPa，彈性模數(shù)E=MP，伸長率=25%，抗剪強度為τ=310～380Mpa。 1.3.2 結構形狀 該零件的結構相對有些復雜，但其屬于薄板件，對稱結構，比較規(guī)則，結構相對而言不算太大，適合沖壓加工。 1.3.3 確定工藝方案與模具形式 由于該零件的生產批量為10萬件，屬于大批生產，為提高生產效率并保證兩端的沖孔的位置精度，又因為同時存在沖孔和落料兩道工步，所以采用復合模進行生產?？紤]到正裝的復合模不便于毛坯料平穩(wěn)放置所以采用倒裝的復合模。 1.3.4 尺寸精度 由于本零件給定的尺寸精度一般，所以未標注公差的尺寸都按生產所需經濟精度要求的IT12級查[2]得各尺寸的公差為：，，,， 結論：該沖裁件的材料Q235，是普通碳素結構鋼，具有較好的沖壓性能，年生產10萬件，為大批量生產，故比較適合沖裁加工。 第2章 凸、凹模刃口尺寸及間隙的確定 2.1沖模間隙值的確定 在模具設計時確定一個合理的間隙值，能同時滿足沖裁件質量最佳、沖模壽命最長、沖裁力最小等各方面的要求。因此在沖壓實際生產中，主要根據(jù)沖裁件斷面質量、尺寸精度和模具壽命的三個因素綜合考慮，給間隙規(guī)定一個合理的范圍值。只要間隙在這個范圍內，就能得到質量合格的沖裁件和較長的模具壽命。這個間隙范圍就稱為合理間隙，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。 考慮到在生產過程中的磨損使間隙變大，故設計與制造新模具時應采用最小合理間隙。確定合理間隙值有理論法和經驗法兩種。 1、理論確定法 主要是根據(jù)凸、凹模刃口產生的裂紋相互重合進行計算。 查[1]得凸、凹模的合理間隙： Z=2(t-b)tanβ （2.1） =2t(t-t/b)tanβ 式中：Z——雙面間隙值（mm）； t——材料厚度（mm）； ??? b——產生裂紋時凸模擠入的材料深度（mm）； ? b/t ——產生裂紋時凸模擠入材料的相對深度； ?? β——剪切裂紋與垂線間的夾角。 由上式可見，影響間隙值的主要因素是材料性質和厚度。材料厚度越大，塑性越低的硬脆材料，所需間隙Z值就越大；材料厚度越薄，塑性越好的材料，所需間隙Z值就越小。由于理論計算法在生產中計算不方便，故目前廣泛采用的是經驗法確定間隙。 2、經驗確定法 根據(jù)研究與實際生產經驗，間隙值可按要求分類查表確定。 對于尺寸精度、斷面質量要求高的沖裁件應選用較小間隙值，這時沖裁力與模具壽命作為次要因素考慮。 對于對于尺寸精度和斷面質量要求不高的沖裁件，在滿足沖裁件要求都前提下，應以降低沖裁力，提高模具壽命為主，選用較大的雙面間隙值。查[2]得表2.1。 表2.1沖裁模初始用間隙2c mm 材料厚度 t（mm） 65Mn、45、T7 30、硅鋼片 08、10、15、 H62、Q235 H62、H68、LF21 2Cmin 2Cmax 2Cmin Cmax 2Cmin 2Cmax 2Cmin 2Cmax 2 0.008 0.012 0.01 0.014 0.012 0.016 0.014 0.018 3 0.012 0.018 0.015 0.021 0.018 0.024 0.021 0.027 4 0.016 0.024 0.02 0.028 0.024 0.032 0.028 0.036 注：當模具采用線切割加工，若直接從凹模中制取凸模，此時凸凹模間隙決定于電極絲直徑，放電間隙和研磨量，但其總和不能超過最大單面初始間隙值。 本設計選用經驗確定法，零件厚度為2mm，材料型號為Q10—A.故查表2.1得： 2Cmin=0.012mm 2Cmax=0.016mm 2.2 凸模與凹模刃口尺寸的確定 凸模與凹模刃口尺寸和公差，直接影響沖裁件的尺寸精度。模具的合理間隙值也靠凸、凹模刃口尺寸及公差來保證。因此正確確定凸凹模刃口尺寸和公差，是沖裁模設計中的一項重要工作。 沖裁時凸、凹模的制造公差由[2]得表2.2，如下： 表2.2 凸、凹模的制造公差 基本尺寸 凸模偏差 凹模偏差 基本尺寸 凸模偏差 凹模偏差 ≤18 0.020 0.020 ＞180～260 0.030 0.045 ＞18～30 0.020 0.025 ＞260～360 0.036 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 零件的沖孔基本尺寸為≤18之間，故取凸模偏差為0.020mm，凹模偏差為0.020mm。 2.3凸、凹模刃口尺寸確定的原則 由于凸凹模之間存在間隙，所以沖裁件斷面都帶有錐度，而在沖裁件尺寸的測量和使用中，都以光亮帶的尺寸為基準。落料件的光亮帶處于大端尺寸，沖孔件的光亮帶處于小端尺寸。落料件的光亮帶是因凹模刃口擠切材料而產生的，而沖孔件的光亮帶是凸模刃口擠切材料產生的，且落料件的大端尺寸等于凹模尺寸，沖孔件的小端尺寸等于凹模尺寸。沖裁過程中，凸凹模要與沖裁零件或廢料發(fā)生摩擦，凹模輪廓越磨越小，凹模輪廓越磨越大，結果使間隙越用越大，因此確定凸凹模刃口尺寸應區(qū)分落料和沖孔，并遵循如下原則： 1、根據(jù)沖孔落料的特點 落料件的尺寸取決于凹模的尺寸，故落料模以凹模為設計基準，先確定凹模的尺寸，再按照間隙值確定凸模刃口尺寸；沖孔時孔徑的尺寸取決于凸模的尺寸，故沖孔模以凸模為設計基準。 2、先考慮凹、凸模的磨損 凹、凸模在沖裁過程中有磨損，凸模刃口尺寸磨損使沖孔尺寸減小，凹模尺寸磨損使落料尺寸增大。為了保證沖裁件的尺寸精度要求，并盡可能提高模具使用壽命，設計落料模時，凹模刃口的基本尺寸應取落料件尺寸公差范圍內的較小尺寸；設計沖孔模時，凸模刃口的基本尺寸應取工件孔尺寸公差范圍內的較大尺寸。 3、刃口制造精度與工件精度的關系 凹、凸模刃口尺寸精度的選擇應以能保證工件的精度要求為準，保證合理的凹、凸模間隙值，保證模具的一定使用壽命。 2.4刃口尺寸的計算方法 由于沖模加工方法不同，刃口尺寸的計算方法也不同，基本上可分為兩類。 2.4.1 按凸模與凹模圖樣分別加工 凸模與凹模圖樣分別加工主要適用于圓形或簡單形狀的工件，設計時需在圖紙上分別標注凸模和凹模刃口尺寸及制造公差。 凸凹模分別加工方法的優(yōu)點是，凸凹模具有互換性，制造周期短，便于成批制造。其缺點是，為了保證初始間隙在合理范圍內，需要采用較小的凸凹模具制造公差，所以模具制造成本相對較高。 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： （2.2） 即： （2.3） （2.4） 式中：——凸模制造公差； ——凹模制造公差； ——最大合理間隙； ——最小合理間隙。 表2.3 系數(shù)K 材料厚度 t（mm） 非 圓 形 圓 形 1 0.75 0.5 0.75 0.5 工件公差Δ（mm） ＜1 1～2 2～4 ＞4 ≤0.16 ≤0.20 ≤0.24 ≤0.30 0.17～0.35 0.21～0.41 0.25～0.49 0.31～0.59 ≥0.36 ≥0.42 ≥0.50 ≥0.60 ＜0.16 ＜0.20 ＜0.24 ＜0.30 ≥0.16 ≥0.20 ≥0.24 ≥0.30 由圖1.1可知，該零件屬于無特殊要求的一般沖孔、落料件。外輪廓由落料獲得，上下的兩個沖孔由沖孔獲得。 最小合理間隙2Cmin=0.012,最大合理間隙2Cmax=0.016 則： 2Cmax -2Cmin=0.016-0.012=0.004mm 沖孔： 凸模刃口尺寸： （2.5） 凹模刃口尺寸： （2.6） 式中：d——沖孔件豁孔的最大極限尺寸（mm）； ——沖孔凸模基本尺寸（mm）； ——凸模刃口制造公差，可按IT8選用（mm）； △——制件公差（mm）； K——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。查[2]得，詳見上表2.3； ——沖孔凹?；境叽纾╩m）； ——最小合理間隙（mm）。 落料： 凹模刃口尺寸： （2.7） 凸模刃口尺寸： （2.8） 式中：——落料件的最小極限尺寸（mm）； ——落料凹?；境叽纾╩m）； —落料凸?；境叽纾╩m）。 2.4.2凸模與凹模配作法 采用凸凹模分開加工時，為了保證凹凸模間一定的間隙值，必須嚴格限制沖模制造公差。因此，造成沖裁制造困難。 為了保證凹、凸模間一定的合理間隙，必須滿足關系式，這對于、差值很小時，將使凹、凸模刃口尺寸公差值更小，給凹、凸模的制造帶來困難。這種情況必須采用配合加工 配合加工就是先按設計尺寸制造一個基準件，然后再根據(jù)基準件的實際尺寸，按要求的間隙值配制另一件。對于沖制薄材料的沖裁，或沖制復雜形狀的工件的沖模，或單件生產的沖模，常常采用凸模與凹模配作的方法加工。 落料時應以凹模為基準件，根據(jù)凹模的實際尺寸按最小合理間隙配置凸模。沖孔時應以凸模為基準件配制凹模。 該沖裁工件為尺寸相對較多的，故根據(jù)磨損情況進行詳細單個計算。查[4]得表2.5。 表2.5 mm 磨損后工件尺寸變化分類 相關尺寸 計算公式 沖 豁 凸模磨損尺寸減小 孔20 凸模磨損尺寸增大 孔28 凸模磨損尺寸不變 偏差正標注 偏差負標注 偏差對稱標注 凹模磨損尺寸增大 100,100 落 料 凹模磨損尺寸減小 凹模磨損尺寸不變 偏差正標注 偏差負標注 偏差對稱標注 第3章 沖裁力和壓力中心的計算 3.1 沖裁力的計算 計算沖裁力是為了選用合適的壓力機，設計模具以及檢驗模具的強度。壓力機的噸位必須大于所計算的沖裁力，以適應沖裁工藝的需求。 3.1.1沖孔力 由[2]得沖裁力的計算公式 F沖孔孔=KLtτ （3.1） 式中： K—系數(shù)，K=1.3； L—沖裁周邊長度（mm）； t—沖裁件的厚度（mm）； τ—材料的抗剪強度（MPa）。 b-安全系數(shù) F沖孔孔=KLtτb =1.3×382x24×350×0.2×0.2 =172.536（kN） 3.1.2落料力 =KLtτ （3.2） 式中： K—系數(shù)，K=1.3； L—沖裁周邊長度（mm）； t—沖裁件的厚度（mm）； τ—材料的抗剪強度（MPa）。 =KLtτ =1.3×79x24×420.9×0.2 =207.5（kN） 3.1.3卸料力 由[2]得卸料力的計算公式 F卸料=K卸料F落料 （3.3） 式中： K卸料—卸料力系數(shù)，查表3.1。 F卸料=K卸料F落料 =0.034×207.5 =7.055（kN） 3.1.4推件力 由[2]中推件力的計算公式 F推件=nK推件F沖孔 （3.4） 式中： K推件—推件力系數(shù)，查表3.1。 n—同時梗塞在凹模內的工件數(shù)（廢料數(shù)）； F推件=nK推件F沖孔 =24×0.045×172.536 =186.3（kN） 3.1.5頂件力 由[2]中頂件力的計算公式 F頂件=K頂件F落料 （3.5） 式中： K頂件—頂件力系數(shù)，查表3.1。 F頂件=K頂件F落料 =0.06×207.5 =12.45（kN） 3.1.6總沖壓力 F= F落料+F卸料+F推件 （3.6） =207.5+7.055+186.3 =400.855（kN） 表3.1 卸料力、推件力、頂件力系數(shù) 材料 K卸料 K推件 F頂件 鋼 t/mm ≤0.1 0.065～0.075 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 0.03～0.04 0.045 0.05 >6.5 0.02～0.03 0.025 0.03 3.2沖壓設備的選擇 計算得總沖壓力是400.855KN，壓力機的公稱壓力必須大于或等于總沖壓力。所以選用公稱壓力為100噸的壓力機。壓力機主要參數(shù)經查[2]、[10]、[14]得表3.2。 表 3.2 壓力機參數(shù) 序號 項 目 數(shù) 值 單位 1 沖壓設備型號 J23-100 2 公 稱 壓 力 100 噸 3 滑 塊 行 程 130 毫米 4 滑塊每分鐘行程次數(shù) 38 次 5 最大閉合高度 480 毫米 6 閉合高度調節(jié)量 400 毫米 7 滑塊中心線至床身距離 380 毫米 8 立柱距離 530 毫米 9 工作臺尺寸 前 后 710 毫米 左 右 1080 毫米 10 工作臺孔尺寸 前 后 380 毫米 左 右 560 毫米 直 徑 500 毫米 11 墊板尺寸 厚 度 100 毫米 直 徑 — 12 模柄孔尺寸 直 徑 φ60 毫米 深 度 75 毫米 13 滑塊底面尺寸 前 后 360 毫米 左 右 430 毫米 14 機床最大可傾角 30 度 3.3模具的閉合高度的確定 模具的閉合高度H模 是指模具在最低工作位置時，上、下模之間的距離。 為使模具正常工作，模具閉合高度必須與沖床的閉合高度相適應。應介于沖床最大和最小閉合高度之間: H最大-5≥H模≥H最小+10 （3.7） 475mm≥H?！?0mm 3.4壓力中心的確定 因為該零件是對稱圖形，并按照如下式進行計算得： 沖孔： （3.8） （3.9） 沖裁邊： （3.10） （4.11） 式中：——沖孔時指各種孔的中心位置； 沖裁邊時指各線段中心坐標； ——沖各孔時所用壓力； ——各線段長度； ——壓力中心坐標。 第4章 排樣設計 4.1 排樣方法 根據(jù)材料的合理利用情況，條料排樣方法可分為三種 ?（1）有廢料排樣。沿沖件全部外形沖裁，沖件與沖件之間、沖件與條料之間都存在有搭邊廢料。沖件尺寸完全由沖模來保證，因此精度高，模具壽命也高，但材料利用率低。 ?（2）少廢料排樣。沿沖件部分外形切斷或沖裁，只在沖件與沖件之間或沖件與條料側邊之間留有搭邊。因受剪裁條料質量和定位誤差的影響，其沖件質量稍差，同時邊緣毛刺被凸模帶入間隙也影響模具壽命，但材料利用率較高，沖模結構簡單。 ??(3）無廢料排樣。沖件與沖件之間或沖件與條料側邊之間均無搭邊，沿直線或曲線切斷條料而獲得沖件。沖件的質量和模具壽命更差一些，但材料利用率最高。另外，當送進步距為兩倍零件寬度時，一次切斷便能獲得兩個沖件，有利于提高勞動生產率。 采用少、無廢料的排樣可以簡化沖裁模結構，減小沖裁力，提高材料利用率。但是，因條料本身的公差以及條料導向與定位所產生的誤差影響，沖裁件公差等級低。 由于零件為大批量生產，為了提高模具的壽命，所以選用少廢料排樣。排樣圖如圖4.1所示。 圖4.1 排樣圖 4.2確定搭邊和條料寬度 4.2.1搭邊 搭邊的作用一是補償定位誤差和剪板誤差，確保沖出合格零件；二是增加條料剛度，方便條料送進，提高勞動生產率；同時，搭邊還可以避免沖裁時條料邊緣的毛刺被拉入模具間隙，從而提高模具壽命。 搭邊通常有經驗確定，由參考文獻[1]根據(jù)材料的性能、厚度和形狀可確定搭邊值 4.2.2條料寬度的確定 由于上節(jié)確定的a值已經考慮了剪料公差所引起的減小值，所以條料寬度的計算一般采用下列的簡化公式。 （1）有側壓裝置時條料的寬度與導料板間距離 有側壓裝置的模具，能使條料始終沿著導料板送進，故按下式計算： 條料寬度： （4.1） 導料板間距： （4.2） 式中： b——條料寬度方向沖裁件的最大尺寸； a ——側搭邊值； ——條料寬度的單向（負向）偏差；?????? Z——導料板與最寬條料之間的間隙； （2）無側壓裝置時條料的寬度與導料板間距離 側壓裝置的模具，應考慮在送料過程中因條料的擺動而使側面搭邊減少。為了補償側面搭邊的減少，條料寬度應增加一個條料可能的擺動量，應按下式計算： 條料寬度： （4.3） 導料板間距： （4.4） 式中： b——條料寬度方向沖裁件的最大尺寸； a——側搭邊值； ——條料寬度的單向（負向）偏差；?????? Z——導料板與最寬條料之間的間隙； （2）無側壓裝置時條料的寬度與導料板間距離 由于模具設計時有沖孔凸模起定位作用,落料尺寸要求不高，所以選用無側壓裝置。同時用無測壓裝置公式（4.3、4.4）來計算。 條料寬度： 4.3材料的經濟利用率 ?參考文獻[1]中公式 η=×100%? （4.5） =（2×9710）/（134×250） =58% 式中：η——材料利用率 n——張板料（或帯料、條料）上沖件的數(shù)目 A——整個沖裁件的實際面積 L——板料長度 B——板料寬度 第5章 模具總體的設計 通常，模具是由機械零、部件，通用機構和功能元件構成。因此，其整體構造設計方法和原理，與通用機械設計的方法和原理基本上是相同的。但是，由于其使用功能和作用對象即使金屬和非金屬材料，加工成形為合格的制件（沖件、塑件、鍛件等），而且，每副模具只能用于加工成形一種特定的制件，專用性強，是一種專用成形工具。因此，模具設計具有以下特點和要求： 5.1 精度與定位 精度概念和意識，是模具設計人員須建立的基本概念和意識。模具精度包括模具整體組合和零、部件的位置與形狀尺寸精度、配合精度與定位精度。如沖模的沖裁間隙值及其均勻性等，均需由凸模與凹模的形狀、位置精度、導向裝置的位置與配合精度保證。因此，在模具設計時需進行嚴格的尺寸精度設計與計算。同時，還須考慮零、部件的制造工藝性和工藝精度，以保證模具的精密性能和可靠性。 由于本零件給定的尺寸精度都較低，所以未標注公差的尺寸都按生產所需經濟精度要求的IT12級進行設計計算。因為該模具采用的是條料，控制條料的送進方向采用導料板，無側壓裝置。控制條料的送進步距采用擋料銷初定距，導正銷精定距。而第一件的沖壓位置可由活動擋料銷定距。 5.2 模具類型的選擇 通過之前對四種沖裁工藝的分析，確定應該采用單工序，雙工步沖壓，所以模具類型為復合模具。 5.3 模具的導向裝置 模具運動方向的導向，是由導向裝置來保證的。同時，導向裝置對模具間隙的均勻性，精確合模運動還起定位的作用。導向裝置常用的有，導柱與導套組成的導向裝置（含滑動和滾動配合）；導板導向裝置（含一般導板副和自潤滑導板副），主要用于大型沖模，滑塊與導軌組成的斜抽芯導向；沖模送料的導料板導向等四種。模具運動方向的導向裝置，由于起著精密導向和精密定位作用，所以要求精度高，導向剛度好等，常采用過定位導向。 由于本設計零件的相關部位的精度要求較高，且相對行程較大故采用導柱導套導向，且，相應導向均已標準化。 5.4 卸件、卸料設計 沖模的卸料，通常采用在凹模上設計漏料孔漏料，在凸模上設計打料機構或設計氣孔，用壓縮空氣吹料等方法。 因為工件料厚2mm，相對較薄，卸料力也比較小，故可采用凹模內置卸料裝置進行卸料。又因為是復合模生產，所以采用上出件比較便于操作與提高生產效率。 5.5 支承與緊固 模架是模具的主要支承部件。模架分上模座（或動模）和下模座（或定模）兩部分，在模座上固定有凸模及其配件和凹模及其配件。模座也是送料機構、抽芯機構的支承部件。 另外，凸模墊板、固定板及卸料板的支承配件等均是具有一定功能的標準支承零件。模具的固定和連接，分剛性和彈性兩種。通常采用螺栓、定位銷進行剛性固定和連接方法。其中壓料、卸料板則采用彈性連接，上模座（或動模）與下模座（或定模）之間連接方式是由導柱和導套等導向裝置，使在進行合模運動時相連接，以完成制件的加工成形。 圖5.1 整體結構圖 第6章 模具零部件的設計 模具的零部件，有很大一部分已實現(xiàn)了標準化，這對于簡化設計工作、穩(wěn)定模具質量、簡化模具的制造維修等，都具有重大意義。 根據(jù)在模具中的功能和特點，可以分成兩類： 6.1凸模的結構設計 6.1.1沖孔凸模的形式及長度的確定 凸模長度一般是根據(jù)結構上的需要而確定的。根據(jù)本次設計的模具結構，及[7]其沖孔凸模長度用下列公式計算 （6.1） 式中：——凸模長度mm； ——凸模固定板厚度mm； ——落料凹模厚度mm； ——第一步沖孔時沖孔凸模長出落料凹模的部分。在此根據(jù)板材的厚度取為2mm。 ——安裝時多出的部分厚度mm，用砂輪抹掉； 根據(jù)公式（6.1） =44mm 6.1.2凸凹模的形式及長度的確定 落料凸模： （6.2） 式中：——凸模長度mm； ——凹模固定板厚度mm； ——橡膠塊厚度mm； ——笑料板厚度mm； 6.3擋料螺釘 擋料銷的選用查[6]中表2-7-5，查得h=14mm直徑為φ10mm具體尺寸如圖6.5所示。相關精度根據(jù)[12]確定。 圖6.5 擋料螺釘 6.4卸料板 外形尺寸及螺釘、銷釘位置與下模固定板相同，由于卸料只是起頂出條了的作用，所以對其強度和剛度不做要求。但要保證一定的周邊精度以及一定的強度。 第7章 生產模具的失效及維護 7.1 模具的壽命 模具的壽命是指模具能夠生產合格制品的耐用程度，一般以模具所完成的工作循環(huán)次數(shù)或所生產的制件數(shù)量來表示。 模具在使用過程中，其零件將由于磨損或損壞而失效。如果磨損或損壞嚴重，導致模具無法修復時，模具就應報廢。如果模具的零件都具有互換性，零件失效后能夠得到更換，那么模具的壽命在理論上將是無限的。但是，模具在長時間使用后，零件趨于老化，故障概率大大增加，修理費用隨之增加，同時模具經常需要修理會直接影響制件的生產。因此，當修理模具在經濟上并不合理時，也應考慮將其報廢。模具在報廢前所完成的工作循環(huán)次數(shù)或所生產的制件數(shù)量稱為模具的總壽命。除此以外，還應考慮模具在兩次修理之間的壽命，如沖裁模的刃磨壽命。 在設計和制造模具時，作為用戶都會提出關于模具壽命的要求，這種要求稱為模具的期望壽命。確定模具的期望壽命應綜合考慮兩方面的因素：一是技術上的可能性；二是經濟上的合理性。一般而言，當制件生產批量較小時，模具壽命只需滿足制件生產量的要求就足夠了，此時在保證模具壽命的前提下應盡量降低模具的成本；當制件為大批大量生產時，即使需要很高的模具成本，也應盡可能地提高模具的使用壽命和使用效率。 7.2 模具的失效形式 模具失效的基本形式有五種，即磨損失效、疲勞失效、熱疲勞失效、塑性變形失效和斷裂失效。 磨損失效 模具在使用時的磨損是不可避免的，使用時間越長，則磨損量也越大，磨損就越嚴重。磨損的形式有磨料磨損、粘著磨損、腐蝕磨損、疲勞磨損等。判斷模具是否因磨損而失效的主要標準是制件的尺寸精度，當制件的尺寸超出允許的公差范圍時即宣告模具失效。如果模具的磨損導致制件的表面質量嚴重下降，那么制件的表面質量要求也是判斷模具是否失效的依據(jù)。沖裁模的凸、凹模刃口由于磨損而逐漸鈍化，嚴重時將顯著地劣化模具的工作條件和制件的質量。制件的毛刺高度隨著凸、凹模刃口的鈍化而逐漸增高，因而可以作為判斷凸、凹模刃口鈍化程度的標志，當毛刺高度超過規(guī)定值時，表明刃口鈍化嚴重，需要重新刃磨刃口后模具才能繼續(xù)使用。 疲勞失效 模具一般都以間歇工作的方式進行工作，頻繁的反復加載和卸載使模具受力零件處于交變應力作用下。模具使用一段時間后，由于交變應力的作用，在零件表面或內部存在微觀缺陷及應力集中的部位將會萌生許多微裂紋。模具繼續(xù)使用時，這些微裂紋將逐漸擴展，當微裂紋擴展到一定程度時，模具零件的承載能力被嚴重削弱，最終導致模具開裂或破損。 熱疲勞失效 熱加工模具一般都在急冷急熱條件下工作。當模具零件急劇受熱時，溫度較高的表層材料的受熱膨脹受到溫度較低的內層材料的約束，使表層材料產生壓應力；當模具零件急劇冷卻時，溫度較低的表層材料的冷卻收縮又受到溫度較高的內層材料的約束，使表層材料產生拉應力。在工作一段時間后，這種循環(huán)熱應力將使模具零件表層材料出現(xiàn)許多細小的裂紋，導致模具失效。熱疲勞裂紋的形狀有網(wǎng)狀、放射狀、平行狀等。 塑性變形失效 當模具零件承受的載荷使零件內部的應力超過其自身材料的屈服強度時，零件就會產生塑性變形。常見的塑性變形失效有工作零件出現(xiàn)表面皺紋、局部塌陷和棱角倒塌，凸模、型芯出現(xiàn)鐓粗、縱向彎曲，型腔、型孔出現(xiàn)脹大等。 斷裂失效 模具在正常工作時，因為某種原因而突然出現(xiàn)較大的裂紋，甚至分裂成幾個部分，使模具立即喪失工作能力的失效形式稱為斷裂失效。常見的斷裂失效有開裂、破裂、崩刃、折斷等。 模具失效的五種基本形式中，熱疲勞失效一般只出現(xiàn)于冷熱溫差較大的熱加工模具，其他的四種形式在各類模具上都有可能出現(xiàn)。不同的失效形式之間常常有密切的聯(lián)系和交互促進作用。磨損產生的溝痕往往成為萌生疲勞裂紋和熱疲勞裂紋的發(fā)源地，同時深而尖銳的溝痕本身就可成為一次性斷裂的起裂點。零件表面出現(xiàn)疲勞裂紋和熱疲勞裂紋后，表面質量嚴重惡化，將使磨損加劇，裂紋的尖端出現(xiàn)應力集中，將成為斷裂源，促進一次性斷裂的產生。磨損雖然會導致模具失效，但在正常的工作條件下，模具在失效前都能在較長的時間內穩(wěn)定有效地工作。大部分模具的有效壽命決定于磨損失效，對于這些模具，磨損失效是它們的正常失效形式，其有效磨損壽命是確定模具期望壽命的依據(jù)。部分重載模具如冷擠壓模的有效壽命主要決定于疲勞失效，部分冷、熱溫差很大的模具如壓鑄模的有效壽命主要決定于熱疲勞失效。在疲勞和熱疲勞失效前，模具一般也有較長的使用壽命，但習慣上仍將它們看作是模具的早期失效。如果模具質量存在問題，或者使用不當，塑性變形和斷裂失效在模具使用的各個時期都有可能產生，而且一旦發(fā)生的話，其后果很可能是致命的，它們是造成模具早期失效的主要形式。 保證和提高模具的壽命，一方面要通過各種途徑保證和提高模具的耐磨性，使模具具有足夠的有效磨損壽命，另一方面要采取各種措施，預防早期失效的出現(xiàn)，保證模具在有效壽命期內能夠安全穩(wěn)定地運行。 7.3 保證和提高模具有效磨損壽命的途徑 模具磨損的根本原因是模具零件與制件（或坯料）之間或模具零件與零件之間的相互摩擦作用。能夠降低這種摩擦作用，或者能夠提高模具零件的耐磨性的途徑，都是降低模具的磨損速度、提高模具有效磨損壽命的有效途徑。 合理選擇模具材料 材料的耐磨性是決定模具零件磨損速度的主要因素之一，材料的耐磨性主要決定于材料的種類和熱處理狀態(tài)。常用模具材料中，以冷作模具用鋼為例，硬質合金的耐磨性最高，其次是高碳高鉻工具鋼，再次是低合金工具鋼，碳素工具鋼的耐磨性最低。一般情況下，需要耐磨的模具零件都應通過淬火或其他熱處理方法提高材料的硬度，材料越硬，耐磨性就越好。 提高模具零件表面質量 首先，要提高零件表面的精加工質量。零件加工越精細，表面粗糙度值越小，則磨損速度就越慢，使用壽命就越高。其次，要盡力避免零件表層材料在加工過程發(fā)生軟化現(xiàn)象，防止材料耐磨性的降低。例如，在磨削加工時，如果工藝條件選擇不當，就會會產生磨削燒傷，使表層材料的硬度降低，大大降低零件的耐磨性。 潤滑處理 模具的導柱、導套及其他有相對運動的部位應經常加注潤滑油。沖壓加工時一般應在凸、凹模工作表面或毛坯表面涂覆潤滑油或潤滑劑。變形抗力大的沖壓加工，如冷擠壓、厚料拉深、變薄拉深等，應對坯料進行表面潤滑處理，例如：對碳鋼坯料進行磷化皂化處理；對不銹鋼坯料進行草酸鹽處理。鍛模、塑料模和壓鑄模等模具在成形前都應將潤滑劑或起模劑噴涂于成形零件表面。 防止粘模 如果制件材料與模具材料之間有較強的親和力，兩者之間會產生很強的粘附作用，甚至相互間在高壓作用下產生冷焊，這就是所謂的粘?，F(xiàn)象。粘?，F(xiàn)象嚴重時，將在起模時導致制件和模具零件表面的材料撕裂脫落，一方面影響制件的表面質量，另一方面將使模具零件產生劇烈的粘著磨損，同時脫落的材料顆粒還會加劇模具零件的磨損。因此，無論是對于制件質量，還是對于模具壽命，粘?，F(xiàn)象都是極為有害的，都應采取措施加以預防。 預防粘模的方法有：采用與制件材料親和力較小的模具材料；采用可靠的潤滑措施，防止?jié)櫥ぴ诟邏合卤粩D破；采用滲氮、碳氮共滲等表面處理方法，改變模具零件表層材料的組織結構。 合理選擇模具結構參數(shù)和成形工藝條件 在保證制件質量的前提下，對于沖裁模適當加大凸、凹模間隙，對于彎曲模、拉深模適當加大凸、凹模間隙和凹?？诓繄A角半徑，對于冷擠壓模適當減小凹模入口角和凸、凹模工作帶高度，以及增加制件的起模斜度，都能提高模具磨損壽命。對于塑料模、壓鑄模等模具，適當減小成形壓力、溫度和速度，提高模具溫度，既能減小熔融塑料或合金液在充模時對模具成形表面的沖擊磨損，又能減小制件對模具的脹模力，從而減小模具在制件起模時的磨損。 表面強化 表面強化的目的是提高模具零件表面的耐磨性。常用的表面強化方法有表面電火花強化、硬質合金堆焊、滲氮、碳氮共滲、滲硫處理、表面鍍鉻等。表面電火花強化、硬質合金堆焊常用于沖裁模。滲氮（硬氮化）主要用于熱加工模具鋼零件的表面強化，此方法除能提高零件的耐磨性外，還能提高零件的耐疲勞性、耐熱疲勞性和耐磨蝕性，主要用于壓鑄模、塑料模等模具。碳氮共滲（氣體軟氮化）不受鋼種的限制，能應用于各類模具。滲硫處理能減小摩擦系數(shù)，提高材料的耐磨性，一般只用于拉深模、彎曲模。表面鍍鉻主要用于塑料模及拉深模、彎曲模。除了上述常用方法外、模具的表面強化還有滲硼處理、滲金屬處理、化學氣相沉積處理、碳氮硼多元共滲等許多方法。 其他事項 1. 妥善處理模具損壞事故，細致分析事故原因，進而采取適當措施防止同類事故的再次發(fā)生。 2. 做好預防性維修工作，防止一個零件的失效殃及其他零件的安全。對已經失效的零件應及時修理或更換。妥善保管摸具，防止模具生銹，遺失。 結束語 這次設計是對我大學生活的總結。此次設計要綜合運用到我大學幾年里所學到的理論知識和專業(yè)知識，并為即將踏入社會的我奠定了堅實的基礎。以下是我對這次的設計的一些體會和心得： [1]在今次的設計過程中，有很多的問題需要獨立思考，在用常規(guī)的方法解決不了問題時，還要從反向去思考。從而使我的思維能力得到了很大的提高。設計中所涉及到一定的創(chuàng)新設計，給我提供了一個很好的提高應變能力的訓練機會。 [2]設計時，經過不斷的到校圖書館認真地查找和借閱相關的參考資料，不但提高了個人查閱資料的能力，還擴闊了我的知識視野。 [3]本模具采用CAD等制圖軟件設計，在設計其間對軟件的理解與熟練程度得到了很好的提升。 經過近一學期的努力終于完成了設計，說心里話，作為一個大學生，在最初拿到課題進行設計時，就好像丈二的和尚，我想最大的難度在于自己對沖裁模設計的思路很迷忙，面對神秘瑰麗的沖裁模茫然不知從何處下手，幾經醞釀思索，最后在指導老師的鼓勵和幫助下，收集資料，確定方案，最終對簡單沖裁模設計進行嘗試性的構思，由此才展開設計。 在設計的過程中，也出現(xiàn)了一些客觀不足的問題，沒有實踐條件，不能根據(jù)實際的情況來作合適、客觀地修改，加上我自己的實踐經驗又不多，這樣做出來的設計，難免有不足之處，希望老師能夠本諒。 經歷過本次設計之后，使我解決機械設計問題的能力有了很大的提升，對以后的工作有很大的幫助，更有信心迎接挑戰(zhàn)。 致謝 這次設計得到了很多老師、同學和同事的幫助，其中我的導師對我的關心和支持尤為重要，每次遇到難題，我最先做的就是向老師尋求幫助，而老師每次不管忙或閑，總會抽空來找我面談，然后一起商量解決的辦法。 另外，感謝校方給予我這樣一次機會，能夠獨立地完成一個課題，并在這個過程當中，給予我們各種方便，使我們在即將離校的最后一段時間里，能夠更多學習一些實踐應用知識，增強了我們實踐操作和動手應用能