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目 錄
中文摘要 1
英文摘要: 2
1 序 言 3
2 零件沖壓工藝分析 4
2.1 工藝分析 4
2.1.1 制件的總體分析 4
2.1.2 制件的外形分析 5
2.2 沖壓工藝方案的確定 5
2.3必要的工藝計算 5
2.3.1 排樣設計與計算 5
2.3.2確定搭邊與搭肩值 5
2.3.3確定零件的排樣方案 5
2.3.4計算條料的寬 6
2.3.5計算材料的利用率 6
2.4 計算沖壓力和初選壓力機 7
2.4.1計算凸、凹模刃口尺寸 7
2.4.2計算沖壓力及壓力中心的確定 7
2.4.3初選壓力機 8
2.5模具的總體設計 9
2.5.1模具的類型選擇 9
2.5.2 定位方式的選擇 9
2.5.3 導向方式的選擇 10
2.6.模具主要零部件的結構設計 11
2.6.1凸模、凹模、凸凹模的結構設計 11
2.6.2模架的設計（圖2-9） 14
2.7上、下模座的裝固方法 16
3 模具附圖的繪制 18
3.1 沖孔落料正裝復合模及其工作原理 18
4 模具的裝配 19
小 結 20
參 考 文 獻 22
謝 辭 23
附錄A 卸料彈簧 24
附錄B 螺釘和銷釘 25
機箱側板及其沖壓模具設計
摘要：近幾十年來，沖壓技術有了飛速的發(fā)展，它表現(xiàn)在許多新工藝與新技術在生產(chǎn)的廣泛應用上，如今沖壓已成為現(xiàn)代工業(yè)中一種十分重要的加工方法。本次設計了一套落料沖孔復合模具。首先對零件進行工藝分析，經(jīng)過工藝分析和對比，采用沖孔落料工序，通過沖裁力、頂件力、卸料力等計算，確定壓力機的型號。再分析對沖壓件加工的模具適用類型選擇所需要設計的模具，最后將各工作零部件設計過程表達出來。
在設計說明書的第一部分，主要敘述了沖壓模具的發(fā)展狀況，說明了沖壓模具的重要性與本次設計的意義，接著是對沖壓件的工藝分析，完成了工藝方案的確定。第二部分，對零件排樣圖的設計，完成了材料利用率的計算。再進行沖裁工藝力的計算和沖裁模工作部分的設計計算，最后對主要零部件的設計和標準件進行了選擇。
關鍵詞：沖壓模具；沖孔；落料
Chassis side panels and stamping die design
Abstract: In recent decades, stamping technology has obtained rapid development, along with many new technologies and its wide application in production. Nowadays,stamping has become an important modern industrial processing technique. This work includes a set of compound die blanking punching . First, technology analysis for the selected parts was conducted, and then punch blankingprocess were designed, through calculating the blanking force, the top pieces of power, discharge force, the type of press was determined. Reanalysis of stamping parts processing mould for type selection design of the mould needed, the final will be the working parts express the design process.
In the first part of the design specification, mainly describes the development of stamping die, illustrates the importance of stamping die and the significance of this design, then there is the stamping technology analysis, completed the determination of process scheme. The second part, the part layout diagram design, completes the calculation of material utilization. For calculation of the force of cutting process and the working parts of die design and calculation, Finally has carried on the choice to design of main parts and standard parts, provide the basis for the design.
Keywords:stamping die；punching；blanking
機箱側板及其沖壓模具設計
1 序 言
目前，我國沖壓技術與工業(yè)發(fā)達國家相比還相當?shù)穆浜螅饕蚴俏覈跊_壓基礎理論及成形工藝、模具標準化、模具設計、模具制造工藝及設備等方面與工業(yè)發(fā)達國家尚有相當大的差距，導致我過模具在壽命、效率、加工精度、生產(chǎn)周期等方面與工業(yè)發(fā)達國家的模具相比差距相當大。隨著工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量的不斷提高，沖壓產(chǎn)品生產(chǎn)正呈現(xiàn)多品種、少批量，復雜大型、精密，更新?lián)Q代速度快等變化特點，沖壓模具正向高效、精密、長壽命、大型化方向發(fā)展。隨著與國際接軌的腳步不斷加快，市場競爭的日益加劇，人們已經(jīng)越來越認識到產(chǎn)品質(zhì)量、成本和新產(chǎn)品的開發(fā)能力的重要性。近年來許多模具企業(yè)因此加大了用于技術進步的投資力度，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/Engineer、I-DEAS等國際通用軟件，個別廠家還引進了Moldflow等CAE軟件，并成功應用于沖壓模的設計中[1-3]。
模具是一種技術密集、資金密集型產(chǎn)品，在我國國民經(jīng)濟中的地位也非常重要。模具工業(yè)已被我國正式確定為基礎產(chǎn)業(yè)，并在“十五”中列為重點扶持產(chǎn)業(yè)。由于新技術、新材料、新工藝的不斷發(fā)展，促使模具技術不斷進步，對人才的知識、能力、素質(zhì)的要求也不斷提高。本次設計就是以創(chuàng)新和優(yōu)化為目的，對目前較為流行的級進沖裁模具進行了設計，包括工藝和結構方面的優(yōu)化，達到性能提升的同時降低成本，設計過程本身對于我們模具專業(yè)的學生來說就是一種挑戰(zhàn)，是一種創(chuàng)新，對我們的設計能力和經(jīng)驗的積累也是有利的，我們應該注意在這個過程中的學習。
在為期的兩個月設計過程中我主要從以下方面來開展設計工作的。第一，根據(jù)工件的要求和尺寸繪制了零件的零件圖，包括二維和三維圖。第二，對零件進行沖壓工藝性能分析。第三，確定沖裁方案。第四，排樣設計。第五，工藝計算，包括沖裁力和凸凹模刃口尺寸的計算等。第六，根據(jù)沖裁力選用壓力設備。第七，模具的結構方案設計，包括設計一些典型零件和附件，并繪制其零件圖。第八，模具典型零件的固定方法的研究。第九，模具的安裝與裝配方法介紹。第十，模具的工作過程介紹和繪制模具裝配圖。第十一，對典型零件確定加工方案，擬定零件的加工工藝路線。另外，在整個過程中對CAD等軟件在模具設計中的應用也做了更加深入的認識。
2 零件沖壓工藝分析
零件名稱：機箱側板
生產(chǎn)批量：大批量生產(chǎn)
材料：Q235
厚度：1mm
零件圖：如圖2-1所示
圖2-1 零件圖
2.1 工藝分析
該零件形狀簡單，對稱，是有圓和直線組成的。沖裁件內(nèi)外形所能達到的經(jīng)濟精度為IT11~14.將以上精度與零件的精度要求相比較，可認為該零件的精度要求IT13能夠在沖裁加工中得到保證，其他尺寸標注、生產(chǎn)批量等情況也均符合沖裁的要求，故決定采用沖壓方式可以得到?jīng)_孔落料件。
本工件中的尺寸公差為未注公差，在處理這類零件公差的等級時均按IT13級要求。
2.1.1 制件的總體分析
圖2-1零件材料為Q235，能夠進行一般的沖壓加工，市場上也容易得到這種材料，價格適中。由工件圖可知：該工件有沖孔落料，但工件上的的孔是對稱的，總的來說加工起來是容易的。由以上分析可知，圖示零件具有比較好的沖壓工藝性，適合沖壓生產(chǎn)。
2.1.2 制件的外形分析
制件形狀簡單對稱，有利于沖壓加工。
2.2 沖壓工藝方案的確定
該零件包括沖孔落料兩個基本工序，可以有三種工藝方案。
方案一：先沖孔，后落料，采用四道工序模進行生產(chǎn)。
方案二：沖孔-落料，采用復合模具進行生產(chǎn)。
方案三：沖孔-落料級進沖壓成形，采用級進模生產(chǎn)。
方案一模具結構簡單，但需要兩道工序兩副模具，成本高而生產(chǎn)效率低，難以滿足生產(chǎn)批量要求。方案二只需一副模具。工件的精度及生產(chǎn)效率都高，易于批量生產(chǎn)，模具強度較好制造難度小，并且沖壓后成品件留在模具上，在清理模具上的物料時，操作較方便。方案三只需要一副模具，生產(chǎn)效率高，但操作不方便，送料速度較快，通過對上述三種方案的分析比較，該件選擇第二種方案較為合適。沖壓生產(chǎn)采用該方案為最佳。
2.3必要的工藝計算
2.3.1 排樣設計與計算
設計復合模時，首先要設計條料排樣圖。根據(jù)工件的形狀選擇有廢料排樣，且為直排的形式，雖然材料的利用率低于少廢料和無廢料排樣，但工件的精度高，且易于保證工件外形的圓角。
2.3.2確定搭邊與搭肩值
為了確保沖裁件質(zhì)量，排樣中各工件與料邊之間、工件與工件之間留下的余量，稱為搭邊。在此處的搭邊值是根據(jù)課本表2.9取得工件間a=3mm，a2=3mm。
2.3.3確定零件的排樣方案
設計沖孔、落料復合模，首先要設計條件排樣圖。沖裁件在條料、帶料或板料上的布置方式，稱為沖裁件的排樣，簡稱排樣。合理的排樣應是在保證制件質(zhì)量、有利于簡化模具結構的前提下，以最少的材料消耗，沖出最多數(shù)量的合格工件。底座的形狀簡單，由于零件外形尺寸為自由尺寸對精度要求不高，為了提高材料的利用率減少沖裁力，雖然這時會使零件外形尺寸公差等級降低但是經(jīng)過等籌兼顧，全面考慮。這里我們采用有廢料排樣。如圖2-2所示：
圖2-2 排樣圖
2.3.4計算條料的寬
模具采用無側壓裝置的導料方式，條料寬度
其中 B—條料的寬度
Lmax—沖裁件垂直于送料方向的最大尺寸
a——側搭邊的最小值
C——導料板與最寬條料之間的單面最小間隙
故
2.3.5計算材料的利用率
式中 S1—一個布距內(nèi)零件的實際面積,S1=158430mm2；
B—一送料步距；
A—一條料寬度
代入已知數(shù)據(jù)，可得一個步距的材料利用率：
2.4 計算沖壓力和初選壓力機
2.4.1計算凸、凹模刃口尺寸
（1）沖孔凸、凹模刃口尺寸的計算
沖尺寸為Φ20mm的孔對應凸、凹模刃口尺寸的計算：
查表2.5得間隙值Zmin=0.132mm，Zmax=0.240mm。
由于制件結構簡單，精度要求不高，所以采用凸、凹模分開加工的方法制作凸、凹模。其凸、凹模人口尺寸的計算如下：
查表2.10得凸、凹模制造公差：δ凸=0.020mm，δ凹=0.020mm
校核：Zmax-Zmin=0.108mm，而δ凸+δ凹=0.040mm
滿足δ凸+δ凹＜Zmax-Zmin，故而采用分別法制造模具刃口。
工件圖中未標注公差值，查相關文獻可得尺寸為Φ20mm的工件公差值為△=0.18mm。
查表2.11得IT13級時的磨損系數(shù)x=0.75
所以可得：
（2）外形落料凸、凹模刃口尺寸的計算
對于沖裁件外輪廓的落料，其形狀相應也比較簡單，當以凹模為基準件時凹模磨損后，刃口部分尺寸都變大，因此屬于A類尺寸。對于外形尺寸分別為400mm，所以通過查相關文獻可查得其對應公差分別為：0.63mm
按公所以式：
可求得：
凸模落料的基本尺寸與凹模相同，分別是399.53mm，不必標注公差，但要在技術要求中注明：凸模刃口實際尺寸與落料凹模配制，保證最小雙面合理間隙值Zmin=0.040mm。
2.4.2計算沖壓力及壓力中心的確定
（1）沖壓力的計算
該制件首先是采用沖孔落料正裝復合模，擬選用彈性卸料上出料。沖壓力的相關計算如下：
沖裁力
式中： F—沖裁力（KN）；
L—沖裁周邊長度（mm）；
t—沖裁件材料厚度（mm）；
—被沖材料的抗剪強度（MPa）；
K—系數(shù)，一般取1.3。
一般情況下，材料的抗拉強度=1.3，為方便計算，也可按下式進行估算沖裁力:
式中 —被沖裁材料抗拉強度（MPa）
查得Q235的為235Mpa。所以，
由于此處采用的是彈性卸料裝置和上出料的沖孔、落料正裝復合模，所以其沖裁工序總力的計算公式為：
查表2.2取K卸=0.05 K頂=0.06
所以
（2）壓力中心的確定
模具的壓力中心就是沖壓力合力的作用點。模具的壓力中心必須使模柄軸線與壓力機滑塊的中心線重合，否則，沖壓時滑塊就會承受偏心載荷，導致滑塊導軌和模具導向部分不正常的磨損，還會使合理間隙得不到保證，從而影響制件質(zhì)量和降低模具壽命甚至破壞模具，因該零件對稱，所以零件中心為模具壓力中心。
2.4.3初選壓力機
有上述已知計算可知，選擇型號為J36—250B型的閉式雙點單動壓力機能滿足要求。其主要技術參數(shù)如下表所示：
J36—250B型壓力機主要技術參數(shù)
公稱壓力/KN
2500
滑塊行程/mm
400
滑塊行程次數(shù)/（次/min）
17
最大封閉高度/mm
590
封閉高度調(diào)節(jié)量/mm
250
導軌間距離/mm
2620
工作臺尺寸/mm（前后×左右）
2770×1400
2.5模具的總體設計
2.5.1模具的類型選擇
由上述分析，本零件的第一套模具包括沖孔和落料兩道工序，結合制件結構，可采用正裝復合模。其上模部分由上模座、推板、墊板、落料凹模、沖孔凸模等零件組成，下模部分由凸凹模、彈性卸料板、下模座等組成。其優(yōu)點為：采用彈性的頂件裝置、卸料裝置對工件和條料起到壓平的作用，適用于沖制材質(zhì)較軟、板料較薄、平直度要求較高的沖裁件，沖裁件的精度較高。沖裁完成后回程時，上模部分的彈性卸料裝置將卡在凸凹模外的條料廢料卸下，而沖孔廢料由上模部分的彈性推件裝置卸出模外，工件由下模部分彈性頂件裝置頂出，每沖裁一次，頂出一次，模內(nèi)不會積聚工件，有利于減小凸凹模的最小壁厚，不易將凸凹模脹裂。但是由于此結構的沖孔廢料從上模引出，而此工件上孔又較多，沖孔廢料易落入下模部分，造成模具清理麻煩。
2.5.2 定位方式的選擇
在設計中，采用固定擋料銷。固定擋料銷分圓形和鉤形兩種。圓形擋料銷（如圖2-3所示）結構簡單，制造容易，但銷孔離凹模刃口較近，會削弱凹模強度。為防止不對稱的鉤頭轉(zhuǎn)動，需加定向銷，因此增加了制造的工作量。從經(jīng)濟性原則考慮，采用圓形固定銷相關數(shù)據(jù)如查表[6]固定擋料銷（表2-12）。
表2-12 固定擋料銷
d(h11)
d1(m6)
H
L
基本尺寸
極限偏差
基本尺寸
極限偏差
10
0
-0.075
6
+0.008
+0.002
3
8
圖2-3 固定擋料銷
2.5.3 導向方式的選擇
導柱導套的結構形式分為光滑圓柱導向裝置和滾珠導向裝置（圖2-4）。滾珠導向裝置是一種無間隙導向的結構。其精度比光滑圓柱導向裝置的高，且其壽命也長。在每分鐘200次以上的高速沖裁中時，以及對精密沖裁模和其它各種精密模具中都已較為廣泛地得到采用。導柱的上端面與上模座頂面的距離不小于10~15mm,而下模座底面與導柱底面的距離不小于5mm。導柱和導套目前都已標準化（GB/T2861-1990),在使用時可根據(jù)需要選取。
圖2-4 導向裝置
導柱導套的裝配方式有以下幾種（圖2-5）：
1)最常用的裝配方式是將導柱裝在下模座，導套則裝在上模座上，分別采用過盈配合H7/r6。
2)為模具工作部門刃磨方便起見，可以將中心一側的導柱裝在下模座上，而將另一側的導柱裝在下模座上。
3)在采用彈壓卸料板的結構形式時，可以采用將導柱裝在上模座上，而將導套安裝在下模座上。
圖2-5 導柱導套的裝配方式
本文中為確保零件的質(zhì)量及穩(wěn)定性，選用導柱、導套導向。又根據(jù)制件尺寸及精度要求等采用四導柱模架（表2-13）。
表2-13導柱相關數(shù)據(jù)
零件件號，名稱及標準編號
1
2
3
4
上模座GB／T2855.7
下模座GB／T2855.8
導柱GB／T2861.1
導套GB／T2861.6
數(shù)量
1
1
4
4
規(guī)格
——
——
90×230
142×136×136
2.6.模具主要零部件的結構設計
2.6.1凸模、凹模、凸凹模的結構設計
（1)落料凸、凹模(圖2-6）的結構設計
在落料凹模內(nèi)部由于要設置推件塊，所以凹模刃口應采用直通型刃口，并查表2.1取得刃口高度h=5mm。該凹模結構簡單宜采用整體式。整體凹模的厚度H可以按沖裁力的大小來盡心估算。其經(jīng)驗公式為：
式中 H—凹模厚度（mm）；
P—沖裁力（N）；
K1—沖裁輪廓長度修正系數(shù)，其值見表2-14；
K2——凹模材料修正系數(shù)，其值見表2-15
表2-14 凹模沖裁輪廓長度修正系數(shù)K1
表2-15凹模材料修正系數(shù)K2
因此
取 H=60mm
凹模壁厚
參照標準，在此取凹模外形尺寸為：600mm×600mm×60mm
圖2-6 落料凹模
(2)尺寸為20mm孔的凸模設計（圖2-7）
因為該制件內(nèi)孔圓形，凸模固定板厚度取25mm，凸模長度根據(jù)結構上的需要來確定。故其長度計算如下：
L=h凸模固定板+h落料凹模=25mm+60mm=85mm
圖2-7 沖孔凸模
由于此凸模尺寸適中，且長度較短，剛強度足夠，所以不需對其進行校核。沖裁時注意進入凹模刃口1mm。
（3)凸凹模的結構設計
本模具為復合沖裁模，除了沖孔凸模和落料凹模以外還有一個凸凹模。由于凸凹模是復合沖裁中的一個特殊零件，其內(nèi)形刃口起沖孔凹模的作用，按凹模設計，其外形刃口起落料凸模作用，按凸模設計。內(nèi)外緣之間的壁厚由沖裁件形狀和尺寸決定，從強度考慮，壁厚受最小壁厚限制。而對于此沖孔落料正裝復合模來說，凸凹模裝于上模部分，內(nèi)孔不會積聚廢料，脹力小，最小壁厚可以小些。根據(jù)模具的整體結構設計要求，凸凹模的結構簡圖應如圖2-8所示。另外，在確定凸凹模安排在模架上的位置時，要依據(jù)計算的壓力中心的數(shù)據(jù)，使壓力中心與模柄中心重合。
圖2-8 凸凹模
2.6.2模架的設計（圖2-9）
目前，我國的模座已實現(xiàn)標準化（GB/T2855~2857-1990）。在設計模具時，可根據(jù)之間的幾何形狀及沖件的工藝特點來進行選擇。
在選用圓形的模座時，應使模座的直徑比凹模的直徑大30~70mm，在選用矩形模座時，模座的長度尺寸應比凹模的長度大40~70mm，其寬度可以與凹模相同。選用模座時，還應使下模座的尺寸比壓力機漏料孔的尺寸每邊大40~50以上。
上模座：1000mm×880mm×80mm
下模座：1000mm×880mm×80mm
卸料板：600mm×600mm×15mm
凸模固定板：600mm×600mm×25mm
模具閉合高度：
H閉=H上模+H凸凹模+H凹模+H凸模固定板+H下模座
=294mm
圖2-9 標準模架
2.7上、下模座的裝固方法
上、下模座的裝固方法見表2-15和2-16所
表2-15 上模座的裝固方法
表2-16 下模座的裝固方法
3 模具附圖的繪制
3.1 沖孔落料正裝復合模及其工作原理
所設計沖孔落料復合模如圖3-1所示。
圖3-1沖孔落料正裝復合模具圖
其工作原理為：該模具由導料銷和擋料銷控制條料的送進方向和步距。上模下行，進行沖裁，導柱、導套對上、下模的運動起到可靠的導向作用。沖裁過程中，彈性卸料板對板料起著壓平作用，沖才出的工件精度高。沖裁完畢，上?；爻?，上模部分的彈性卸料裝置將卡在凸凹模外的廢料卸下，沖孔廢料由上模部分的彈性推件裝置卸出模外，工件由下模部分的彈性頂件裝置頂出，每沖裁一次，頂出一次，模內(nèi)不積聚工件，不易將凸凹模脹裂，但是沖孔廢料落在下模面上，清除廢料麻煩，彈性卸料板上需開設擋料銷、導料銷的讓為孔。
4 模具的裝配
（1）組成模具的各零件的材料、尺寸公差、表面粗糙度和熱處理等均符合相應圖樣的要求。
（2）模架的三項技術指標：上模座上平面對下模座下平面的平行度，導柱軸心線對下模座下平面的垂直度和導套孔軸心線對上模座上平面的垂直度均應達到規(guī)定的精度等級要求。
（3）模架的上模沿導柱上、下移動應平穩(wěn)，無阻滯現(xiàn)象。
（4）裝配好的模具，其封閉高度應符合圖樣規(guī)定要求。
（5）模柄的軸心線對上模座上平面的垂直度公差在全長范圍內(nèi)不大于0.05mm。
（6）凸模和凹模之間的配合間隙應符合圖樣要求，周圍的間隙應均勻一致。
（7）定位裝置要保證定位準確可靠。
（8）頂料裝置活動靈活、正確，出料孔暢通無阻，保證制件及廢料不卡在沖模中。
參 考 文 獻
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附錄A 卸料彈簧
1． 卸料彈簧的選用與計算
彈簧卸料裝置中的彈簧，一般不進行強度設計，而是按標準選用個，在選擇彈簧式，應滿足下述的要求：
1.所選彈簧必須滿足工藝要求
Pmax≥p1
P0≥0.5p1
式中 Pmax—彈簧允許的最大壓力；
P1—卸料力；
P0—彈簧的預壓力；
選擇彈簧的步驟大致如下：
1） 按照模具的結構尺寸，合理選定彈簧的數(shù)量。
2） 根據(jù)每個彈簧所分擔的卸料力和模具的結構尺寸，選擇彈簧的規(guī)格。這時，應使所選彈簧的最大工作壓力Pmax大于彈簧所分擔的力P1。
3） 根據(jù)所選彈簧的特性曲線，查出對應于彈簧預壓力P0時的預壓縮量F0
4） 檢查彈簧允許的最大壓縮量Fmax是否滿足要求，即Fmax≥ΣF0,如滿足，則所選的彈簧合適。
預選8根TF30×16×40GB/T2089.80彈簧，校核如下：
式中：—卸料力（N）；
—彈簧工作極限負荷（N）。
附錄B 螺釘和銷釘
螺釘是緊固模具零件用的，沖模中多采用內(nèi)六角頭或圓頭螺釘。螺釘主要承受拉應力，其尺寸及數(shù)量一般根據(jù)經(jīng)驗確定。沖模中圓柱銷起定位作用，圓柱銷承受一定的錯移力。一般圓柱銷用兩個以上，布置時一般離模具刃口較遠[21]。螺釘和銷釘選用結果如表B-1。
表B-1 螺釘和銷釘
螺釘
M12*80GB/T 70.1-2000
4
螺釘
M10*70GB/T 70.1-2000
2
螺釘
M12*50GB/T 70.1-2000
1
螺釘
M12*25GB/T 70.1-2000
3
圓柱銷
10r6*85GB/T119.1-2000
2
圓柱銷
10r6*100GB/T119.1-2000
2
圓柱銷
12r6*75GB/T119.1-2000
2
導料銷
GB/T119.1 12m6*22
1
24