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前言 改革開放以來，隨著國民經(jīng)濟的高速發(fā)展，工業(yè)產(chǎn)品的品種和數(shù)量的不斷增加，更新?lián)Q代的不斷加快，在現(xiàn)代制造業(yè)中，企業(yè)的生產(chǎn)一方面朝著多品種、小批量和多樣式的方向發(fā)展，加快換型，采用柔性化加工，以適應不同用戶的需要；另一方面朝著大批量，高效率生產(chǎn)的方向發(fā)展，以提高勞動生產(chǎn)率和生產(chǎn)規(guī)模來創(chuàng)造更多效益，生產(chǎn)上采取專用設(shè)備生產(chǎn)的方式。模具做為高效率的生產(chǎn)工具的一種，是工業(yè)生產(chǎn)中使用極為廣泛與重要的工藝裝備。采用模具生產(chǎn)制品和零件，生產(chǎn)效率高，可實現(xiàn)高速大批量的生產(chǎn)；節(jié)約原材料，實現(xiàn)無切屑加工；產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，具有良好的互換性；操作簡單，對操作人員沒有很高的技術(shù)要求；利用模具批量生產(chǎn)的零件加工費用低；所加工出的零件與制件可以一次成形，不需進行再加工；能制造出其它加工工藝方法難以加工、形狀比較復雜的零件制品；容易實現(xiàn)生產(chǎn)的自動化的特點。 1沖裁件工藝性分析 工件名稱：鑰匙毛坯 工件簡圖：如圖1-1所示 生產(chǎn)批量：大批量 材料： 08F 工件長度：75mm 工件厚度：1.5mm 工件精度：IT14級 圖1-1 工件簡圖 1.1材料選擇 根據(jù)表1-1、表1-2分析，08F為優(yōu)質(zhì)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。 1.2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12的孔,其余皆為直線，孔與邊緣之間的距離也滿足要求，可以沖裁。 1.3尺寸精度 零件圖上所注公差經(jīng)查標準公差表1-3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。查公差表可得各尺寸公差為： 零件外形：12mm 45mm 30mm 10mm 75mm 零件內(nèi)形：12 mm 表1-1 碳素結(jié)構(gòu)鋼的力學性能表 材料名稱 材料牌號 材料狀態(tài) 極限強度 伸長率 屈服強度 彈性模量E/MPa 抗剪 抗拉 碳素結(jié)構(gòu)鋼 05 已退火的 200 230 28 - 05F 210-300 260-380 32 - 08F 220-310 280-390 32 180 08 260-360 330-450 32 200 190000 10F 220-340 280-420 30 190 10 260-340 300-440 29 210 198000 15F 250-370 320-460 28 - 15 270-380 340-480 26 230 202000 20F 280-890 340-480 26 230 200000 2O 280-400 360-510 25 250 210000 25 320-440 400-550 24 280 202000 30 360-480 450-600 22 300 201000 35 400-520 500-650 20 320 201000 40 420-520 520-670 18 340 213500 45 440-560 550-700 16 360 204000 表1-2 部分碳素鋼抗剪性能 材料名稱 牌號 材料狀態(tài) 抗剪強度 抗拉強度 伸長率 屈服強度 普通碳素鋼 Q195 未退火 260～320 320～400 28～33 200 Q235 未退火 310～380 380～470 21～25 240 Q275 未退火 400～500 500～620 15～19 280 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 08F 已退火 220～310 280～390 32 180 08 已退火 260～360 330～450 32 200 10 已退火 260～340 300～440 29 210 20 已退火 280～400 360～410 25 250 45 已退火 440～560 550～700 16 360 表1-3 部分標準公差值（GB/T1800.3—1998） 公差等級 IT8 IT9 IT10 IT11 IT12 IT13 IT14 IT15 IT16 基本尺寸/mm /μm /mm ＞3～6 18 30 48 75 0.12 0.18 0.30 0.48 0.75 ＞6～10 22 36 58 90 0.15 0.22 0.36 0.58 0.90 ＞10～18 27 3 70 110 0.18 0.27 0.43 0.70 1.10 ＞18～30 3 2 84 130 0.21 0.33 0.52 0.84 1.30 ＞30～50 9 2 100 160 0.25 0.39 0.62 1.00 16.0 ＞50～80 6 4 120 190 0.30 0.46 0.74 1.20 19.0 ＞80～120 4 87 140 220 0.35 0.54 0.87 1.40 2.20 從表1-1、 表1-2中查出08F 抗拉強度：=280～390Mpa 抗剪強度： τ=220～310Mpa 伸長率： δ=32% 屈服強度：=180Mpa 分析其力學性能較好，故選擇08F材料。 2 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。單工序模生產(chǎn)。 方案二：沖孔—落料復合沖壓。復合模生產(chǎn)。 方案三：沖孔—落料級進沖壓。級進模生產(chǎn)。 表2-1各類模具結(jié)構(gòu)及特點比較 模具種類 比較項目 單工序模 級進模 復合模 無導向 有導向 零件公差等級 低 一般 可達IT13～IT10級 可達IT10～IT8級 零件特點 尺寸不受限制厚度不受限制 中小型尺寸厚度較厚 小零件厚度0.2～6mm可加工復雜零件，如寬度極小的異形件 形狀與尺寸受模具結(jié)構(gòu)與強度限制，尺寸可以較大，厚度可達3mm 零件平面度 低 一般 中小型件不平直，高質(zhì)量制件需較平 由于壓料沖件的同時得到了較平的制件，制件平直度好且具有良好的剪切斷面 生產(chǎn)效率 低 較低 工序間自動送料，可以自動排除制件，生產(chǎn)效率高 沖件被頂?shù)侥＞吖ぷ鞅砻嫔?，必須手動或機械排除，生產(chǎn)效率較低 安全性 不安全，需采取安全措施 比較安全 不安全，需采取安全措施 模具制造工作量和成本 低 比無導向的稍高 沖裁簡單的零件時，比復合模低 沖裁較復雜零件時，比級進模低 適用場合 料厚精度要求低的小批量沖件的生產(chǎn) 大批量小型沖壓件的生產(chǎn) 形狀復雜，精度要求較高，平直度要求高的中小型制件的大批量生產(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。 方案二也只需一副模具，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，制造復雜，成本較高。 通過對上述三種方案的分析比較,采用復合模是比較合理的。 3 模具結(jié)構(gòu)形式的確定 正裝式復合模和倒裝式結(jié)構(gòu)比較： 正裝式復合模適用于沖制材質(zhì)較軟或板料較薄的平直度要求較高的沖裁件，還可以沖制孔邊距較小的沖裁件。 倒裝式復合模不宜沖制孔邊距較小的沖裁件，但倒裝式復合模結(jié)構(gòu)簡單，又可以直接利用壓力機的打桿裝置進行推件，卸件可靠，便于操作，并為機械化出件提供了有利條件，所以應用十分廣泛。 由零件分析知：制件的精度要求較低，孔邊距較大，平直度較高為提高經(jīng)濟效益，適宜采用倒裝復合模生產(chǎn)。 根據(jù)以上分析確定該制件的生產(chǎn)采用倒裝式復合模具生產(chǎn)。 4 模具總體設(shè)計 4.1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合模具結(jié)構(gòu)方式。 4.2操作與定位方式 4.2.1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。 4.2.2定位方式 因為導料銷和擋料銷結(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料銷，控制送料步距采用固定擋料銷。 4.3卸料、出件方式 4.3.1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?。?.2～0.5）t。當固定卸料板還要起到對凸模的導向作用時卸料板與凸模的配合間隙應該小于沖裁間隙。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（0.1～0.2）t,若彈壓卸料板還要起對凸模導向作用時，二者的配合間隙應小于沖裁間隙。常用作落料模、沖孔模。 工件平直度較高，料厚為1.5mm相對較薄，卸料力不大，由于彈壓卸料模具比剛性卸料模具方便，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。 4.3.2出件方式 因采用倒裝復合模生產(chǎn)，故采用彈性上出件。 4.4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。 4.5確定導向方式 方案一：采用對角導柱模架。由于導柱安裝在模具壓力中心對稱的對角線上，所以上模座在導柱上滑動平穩(wěn)。常用于橫向送料級進?；蚩v向送料的落料模、復合模。 方案二：采用后側(cè)導柱模架。由于前面和左右不受限制，送料和操作比較方便。因為導柱安裝在后側(cè)，工作時，偏心距會造成導套導柱單邊磨損，嚴重影響模具使用壽命，且不能使用浮動模柄。 方案三：四導柱模架。具有導向平穩(wěn)、導向準確可靠、剛性好等優(yōu)點。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)用的自動沖壓模架。 方案四：中間導柱模架。導柱安裝在模具的對稱線上，導向平穩(wěn)、準確。只能一個方向送料。 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，為提高模具壽命和工件質(zhì)量，采用后側(cè)導柱的導向方式，即方案二最佳。 5模具工藝參數(shù)確定 5.1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廢料、少廢料和無廢料排樣三種，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。 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?？紤]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）。 5.2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，以保證零件質(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，所以應盡量取小，但過小的搭邊值容易擠進凹模，增加刃口磨損。表5-1給出了鋼（=0.05～0.25%）的搭邊值。 對于其他材料的應將表中的數(shù)值乘以下列數(shù)： 鋼（0.3%～0.45%） 0.9 鋼（0.5%～0.65%） 0.8 硬黃銅 1～1.1 硬鋁 1～1.2 軟黃銅，純銅 1.2 搭邊值通常由經(jīng)驗確定，表5-1列出的搭邊普通沖裁時經(jīng)驗數(shù)據(jù)之一。 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=1.9mm. 側(cè)搭邊值a=2.0mm. 表5-1搭邊值和側(cè)邊值 材料厚度t 圓件及r＞2t圓角 矩形邊長l≤50 矩形邊長l＞50或圓角 r≤2 工件間 側(cè)邊a 工件間a 側(cè)邊 工件間 側(cè)邊a 0.25以下 1.8 2.0 2.2 2.5 2.8 3.0 0.25～0.5 1.2 1.5 1.8 2.0 2.2 2.5 0.5～0.8 1.0 1.2 1.5 1.8 1.8 2.0 0.8～1.2 0.8 1.0 1.2 1.5 1.5 1.8 1.2～1.5 1.0 1.2 1.5 1.8 1.9 2.0 1.6～2.0 1.2 1.5 2.0 2.2 2.0 2.2 2.0~2.5 1.5 1.8 2.0 2.2 2.2 2.5 2.5~3.0 1.8 2.2 2.2 2.5 2.5 2.8 3.0~3.5 2.2 2.5 2.5 2.8 2.8 3.2 3.5~4.0 2.5 2.8 2.5 3.2 3.2 3.5 4.0~5.0 3.0 3.5 3.5 4.0 4.0 4.5 5.0~12 0.6t 0.7t 0.7t 0.8t 0.8t 0.9t 5.3進距與條料寬度計算 5.3.1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+ (5-1) 式中 D——平行于送料方向的沖裁件寬度 ——沖裁件之間搭邊值 根據(jù)公式(5-1)： A= D+=31.9mm 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。如：L＜B時，采用縱向送料方式；L＞B時，則采用橫向送料方式；L=B時，縱向或橫向均可。就本模具而言，采用縱向送料方式。（注：L為送料方向的凹模長度；B為垂直于送料方向的凹模寬度）。 圖5-1 排樣圖 5.3.2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料板送進。 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） 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剪料公差△及條料與導料板之間隙（mm） 條料厚度(mm) 條料寬度(mm) ≤50 ＞50～100 ＞100～200 ＞200 ≤１ 0.5 0.5 0.7 1.0 ＞１～３ 0.5 1.0 1.0 1.0 ＞3～４ 1.0 1.0 1.0 1.5 ＞4～６ 1.0 1.0 1.0 2.0 根據(jù)零件圖查表5-2確定剪料公差及條料與導板之間的間隙△=1.0。 根據(jù)公式(5-2)： B= [D+2a+c] =(106.9+2×2.0) =110.9 5.4材料利用率的計算 5.4.1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UG4.0輔助軟件可快速準確的計算出面積、周長（如圖5-4）。 取 F=2647.6mm2 L=409.68mm 5.4.2計算材料利用率 在沖壓零件的成本中，材料費用約占60%以上，因此材料的經(jīng)濟利用具有非常重要的意義。衡量排樣經(jīng)濟性的重要指標是材料的利用率。 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η表示： η=(nF/AB)×100% （5-3） 式中 η—— 材料利用率（%）； n—— 沖裁件的數(shù)目； 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)： η=(1×2647.6/31.9×110.9)×100% ≈74.84% 由此可之，η值越大，材料的利用率就越高，廢料越少。工藝廢料的多少決定于搭邊和余量的大小，也決定于排樣的形式和沖壓方式。因此，要提高材料利用率，就要合理排樣，減少工藝廢料。 6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)計模具和檢驗模具的強度，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Fp一般可以按下式計算： =tLτ （6-1） 式中 τ——材料抗剪強度，見附表（MPa）； L——沖裁周邊總長（mm）； t——材料厚度（mm）; 系數(shù)是考慮到?jīng)_裁模刃口的磨損，凸模與凹模間隙之波動（數(shù)值的變化或分布不均），潤滑情況，材料力學性能與厚度公差的變化等因數(shù)而設(shè)置的安全系數(shù)，一般取1~3。當查不到抗剪強度r時，可以用抗拉強度代替τ，而取=1的近似計算法計算。 查表可知材料08F鋼的抗剪強度τ=220～310Mpa，故取其抗剪強度τ=260(MPa)。 6.1沖裁力的計算 據(jù)圖5-4可得一個零件內(nèi)外周邊之和L=204.84mm。 查普通碳素結(jié)構(gòu)鋼的力學性能表（摘自GB 700—1988、GB/T 13304—1991）知：Q235的抗剪強度τ=220Mpa～310 Mpa.取260 Mpa而制件厚度t=1.5mm，取安全系數(shù)Kp=1，則 根據(jù)公式(6-1)： = tLτ =1×1.5×409.68×260 =159775.2 (N) ≈159.78（KN） 6.2卸料力的計算 = （6-2） 式中 ——卸料力系數(shù)。 　查表6-1得＝0.04~0.05，?。?.05 根據(jù)公式（6-2）： = 　　　　　　　　 =0.05×159775.2 　　　　　　　　 =7988.76 (N) ≈7.99(KN) 表6-1 卸料力、推件力和頂件力系數(shù) 料厚t/mm 鋼 ≤0.1 ＞0.1~0.5 ＞0.5~2.5 ＞2.5~6.5 ＞6.5 0.065~0.075 0.045~0.055 0.04~0.05 0.03~0.04 0.02~0.03 0.1 0.063 0.055 0.045 0.025 0.14 0.08 0.06 0.05 0.03 鋁、鋁合金 純銅，黃銅 0.025~0.08 0.02~0.06 0.03~0.07 0.03~0.09 6.3頂件力的計算 = （6-3） 式中 ——頂件力系數(shù)。 查表6-1得＝0.06. 根據(jù)公式（6-3）： = =0.06×159775.2 =9586.512(N) ≈9.59（KN） 6.4總的沖壓力F的計算 根據(jù)模具結(jié)構(gòu)總的沖壓力F=++ F=++ =159775.2+7988.76+9586.512 =177350.472(N) ≈177.35(KN) 6.5 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（以表示其型號）和液壓機（以表示其型號）。 常用冷沖壓設(shè)備的工作原理和特點如表6-2。 表6-2 常用冷沖壓設(shè)備的工作原理和特點 類型 設(shè)備名稱 工作原理 特點 機械式 壓力機 摩擦壓力機 利用摩擦盤與飛輪之間相互接觸傳遞動力，皆助螺桿與螺母相對運動原理而工作。 結(jié)構(gòu)簡單，當超負荷時，只會引起飛輪與摩擦盤之間的滑動，而不致?lián)p壞機件。但飛輪輪緣摩擦損壞大，生產(chǎn)率低。適用于中小件的沖壓加工， 曲柄式壓力機 利用曲柄連桿機構(gòu)進行工作，電機通過皮帶輪及齒輪帶動曲軸傳動，經(jīng)連桿使滑塊作直線往復運動。 生產(chǎn)率高，適用于各類沖壓加工。 高速壓力機 工作原理與曲柄壓力機相同，但其剛度、精度、行程次數(shù)都比較高，一般帶有自動送料裝置、安全檢測裝置等輔助裝置。 生產(chǎn)率很高，適用于大批量生產(chǎn)，模具一般采用多工為級進模。 液壓機 油壓機 水壓機 利用帕斯卡原理，以水或油為工作介質(zhì)，采用靜壓力傳遞進行工作，使滑塊上、下往復運動。 壓力大，而且是靜壓力，但生產(chǎn)率低。適用于拉深、擠壓等成形工序。 表6-3 J23系列開式雙柱可傾壓力機主要技術(shù)參數(shù) 技術(shù)參數(shù) 代號 單位 型號 J23-3.15 J23-6.3 J23-10 J23-16 J23-25 J23-35 J23-40 滑塊公稱壓力 Pe kN 31.5 63 100 160 250 350 400 滑塊行程 S mm 25 35 45 55 65 100 100 封閉高度 mm 120 150 180 220 270 290 330 連桿調(diào)節(jié)量 mm 25 30 35 45 55 60 65 滑塊中心線至機身距離 mm 90 110 130 160 200 200 250 滑塊地面尺寸 左右 a mm 100 140 170 200 250 250 300 前后 b mm 90 120 150 180 220 220 260 模柄孔尺寸 直徑 d mm 25 30 30 40 40 40 50 深度 l mm 40 55 55 60 60 60 70 墊塊厚度 mm 30 30 35 40 50 65 65 最大傾斜角 ° 45 45 35 35 30 30 30 工作臺尺寸 左右 a mm 250 310 370 450 560 610 700 前后 b mm 160 200 240 300 370 380 460 根據(jù)沖壓力的計算和壓力中心的計算，選擇開式雙柱可傾壓力機的型號為J23-25 7 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，使滑塊和導軌間產(chǎn)生過大磨損，模具導向零件加速磨損，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。 其中、、………分別為各沖裁周邊長度。 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（-7.5，0） 8沖裁模間隙的確定 8.1沖裁間隙Z 指沖裁模中凹模刃口橫向尺寸與凸模刃口橫向尺寸的差值（如圖8-1），是設(shè)計模具的重要工藝參數(shù)。 圖8-1沖裁間隙 8.2沖裁間隙分析 （1）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悄＞弑旧淼闹圃炱?。 （2）間隙對模具壽命的影響 模具壽命受各種因素的綜合影響，間隙是也許模具壽命諸因數(shù)中最主要的因數(shù)之一，沖裁過程中，凸模與被沖的孔之間，凹模與落料件之間均有摩擦，而且間隙越小，模具作用的壓應力越大，摩擦也越嚴重，所以過小的間隙對模具壽命極為不利。 （3）間隙對沖裁工藝力的影響 隨著間隙的增大，材料所受的拉應力增大，材料容易斷裂分離，因此沖裁力減小。通常沖裁力的降低并不顯著，當單邊間隙在材料厚度的5~20%左右時，沖裁力的降低不超過5~10%。間隙對卸料力推料力的影響比較顯著。間隙增大后，從凸模里卸料和從凹模里推料都省力，當單邊間隙達到材料厚度的15~25%左右時的卸料力幾乎為零。但間隙繼續(xù)增大，因為毛刺增大，又將引起卸料力、頂件力迅速增大。 （4）間隙值的確定 由以上分析可見，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。因此，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，最大值稱為最大合理間隙?？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。 確定合理間隙的方法有經(jīng)驗法、理論確定法和查表法。 根據(jù)近年的研究與使用的經(jīng)驗，在確定間隙值時要按要求分類選用。對于尺寸精度，斷面垂直度要求高的制件應選用較小的間隙值，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。 經(jīng)驗公式： 軟材料： t＜1mm， C＝(3%~4%)t t＝1~3mm，C＝(5%~8%)t t＝3~5mm，C＝(8%~1%)t 硬材料： t＜1mm， C＝(4%~5%)t t＝1~3mm，C＝(6%~8%)t t＝3~8mm，C＝(8%~13%)t 根據(jù)間隙表8-1查得材料Q235的最小雙面間隙2=0.16mm，最大雙面間隙2=0.24mm 表8-1沖裁模初始用間隙(mm) 材料厚度 T8、45 Q235 08F、10、15、 1060、1050A、1200 Z最小 Z最大 Z最小 Z最大 Z最小 Z最大 Z最小 Z最大 0.35 0.03 0.05 0.02 0.05 0.01 0.03 0.50 0.04 0.08 0.03 0.07 0.02 0.04 0.02 0.03 0.80 0.09 0.12 0.06 0.10 0.04 0.07 0.025 0.045 1.0 0.11 0.15 0.08 0.12 0.05 0.08 0.04 0.06 1.2 0.14 0.18 0.10 0.14 0.07 0.10 0.05 0.07 1.5 0.19 0.23 0.13 0.17 0.08 0.12 0.06 0.10 2.0 0.26 0.38 0.20 0.24 0.13 0.18 0.08 0.12 2.5 0.37 0.43 0.25 0.31 0.16 0.22 0.11 0.17 3.0 0.48 0.54 0.33 0.39 0.21 0.27 0.14 0.20 注：08號鋼沖裁皮革、石棉和紙板時，取間隙的25%。 9凸、凹模刃口尺寸的計算 9.1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)計沖裁模主要任務之一。從生產(chǎn)實踐中可以發(fā)現(xiàn)： （1）由于凸、凹模之間存在間隙，使落下的料和沖出的孔都帶有錐度，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凸模的尺寸。 （2）在測量與使用中，落料件是以大端尺寸為基準，沖孔孔徑是以小端尺寸為基準。 （3）沖裁時，凸、凹模要與沖裁件或廢料發(fā)生摩擦，凸模越磨愈小，凹模越磨愈大，結(jié)果使間隙越來越大。 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： （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?；境叽鐟〕叽绻罘秶妮^小尺寸；設(shè)計沖孔模時，凹?；境叽鐟」ぜ壮叽绻罘秶妮^大尺寸。這樣在凸凹模磨損到一定程度的情況下，仍能沖出合格的制件。凸凹模間隙則取最小合理間隙值。 （3）確定沖模刃口制造公差時，應考慮制件的公差要求。如果對刃口精度要求過高（即制造公差過小），會使模具制造困難，增加成本，延長生產(chǎn)周期；如果對刃口精度要求過低（即制造公差過大）則生產(chǎn)出來的制件有可能不合格，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“配合尺寸的公差數(shù)值”IT14級處理，沖模則可按IT11級制造；對于圓形工件可按IT17～IT9級制造模具。沖壓件的尺寸公差應按“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。 9.2刃口尺寸的計算 由于模具的加工方法不同，凸模與凹模刃口部分尺寸的計算公式與制造公差的標注也不同，刃口尺寸的計算方法可以分為兩種情況。凸模與凹模分開加工和凸模與凹模配合加工。對于該制件應該選用凸模與凹模分開加工方法。 采用這種方法，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2，必須滿足下列條件： 或 9.2.1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，首先確定凸模刃口尺寸，使凸?；境叽缃咏虻扔诠ぜ椎淖畲髽O限尺寸，再增大凹模尺寸以保證最小合理間隙 2。凸模制造偏差取負偏差，凹模取正偏差。其計算公式如下： 凸模： =(d＋X△) 凹模: =(＋2)＝(d＋X△＋2) 在同一工步中沖出制件兩個以上孔時， 凹模型孔中心距按下式確定 ： =(＋0.5△)±0.125△ 式中 ——沖孔凹模基本尺寸(mm)； ? ——沖孔凸模基本尺寸(mm)； ? d——沖孔件孔的最小極限尺寸(mm)； ——同一工步中凹?？拙嗷境叽?mm)； ? ——制件孔距最小極限尺寸(mm)； ? △——沖孔件孔徑公差(mm)； 2——凸、凹模最小初始雙面間隙(mm)； ? ——凸模下偏差，可按IT6選用(mm)，根據(jù)表1-3可查得； ? ——凹模上偏差，可按IT7選用(mm), 根據(jù)表1-3可查得； 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或按下列關(guān)系取值： ? 當制件公差為 IT10以上，取x=1； ? 當制件公差為 IT11～IT13，取x=0.75； ? 當制件公差為 IT14，則取x=0.5。 表9-1 磨損系數(shù)X 料厚t(mm) 非圓形 圓形 1 0.75 0.5 0.75 0.5 工件公差△/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 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. 由公差表(1-3)查得：12 為IT14級。設(shè)凸、凹模分別按IT6和IT7級加工制造，所以 凸模：=(d+X△) =(12+0.5×0.43) =12.215 凹模：=(+2Cmin) =(12.215+0.16) =12.375 校核: 因為 ｜｜＋｜｜=0.011+0.018=0.029mm 2－2=0.24-0.16=0.08mm(2、2是凸、凹模最大許用雙面間隙，查表8.1得2=0.24、2=0.16) 滿足 ｜｜＋｜｜≤2－2。 所以沖孔凸、凹模刃口尺寸=12.215mm，=12.375mm 9.2.2落料凸、凹模計算： 凹模： =(D－X△) 凸模： =(－2Cmin)＝(D－X△－2Cmin) 式中 ——落料凹?；境叽?mm)； ? ——落料凸模基本尺寸(mm)； ? D——落料件最大極限尺寸(mm)； r——落料件外徑公差(mm)； 2——凸、凹模最小初始雙面間隙(mm)；查表8.1取0.246； ? ——凸模刃口尺寸制造偏差，可按IT6選用(mm)； ? ——凹模刃口尺寸制造偏差，可按IT7選用(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)?？刹楸?-1?。篨=0.5。 由公差表（1-3）查得：12mm 45mm 30mm 75mm為IT14級。設(shè)凸、凹模分別按IT6和IT7級加工制造。 所以凹模 12:=(D1-X) =(12-0.5×0.43) =11.785mm 30:=(-X) = (30-0.5×0.52) = 29.74mm 45:=(-X) =(45-0.5×0.62) =44.69mm 75:=(-X) =(75-0.5×0.74) =74.63mm 凸模 12:＝(-2) =(11.785-0.16) =11.625mm 30:= (-2) =(29.74-0.16) =29.58mm 75:=(-2) =(74.63-0.16) =74.47mm 校核 因為 ｜｜＋｜｜=0.018+0.011=0.029mm ｜｜＋｜｜=0.013+0.021=0.034mm ｜｜＋｜｜=0.016+0.025=0.041mm ｜｜＋｜｜=0.019+0.030=0.049mm 2－2=0.24-0.16=0.08mm(2、2是凸、凹模最大許用雙面間隙，查表8.1得2=0.24、2=0.16)滿足｜｜＋｜｜≤2－2。 所以落料凸、凹模刃口尺寸11.785mm、29.74mm、44.69mm、74.63mm、11.625mm、29.58mm、44.53mm、74.47mm。 10主要零部件的設(shè)計 10.1工作零件的設(shè)計與計算 10.1.1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，刃磨后工作部分尺寸不變，廣泛用于沖裁公差要求較小，形狀復雜的精密制件。但因廢料的聚集而增大了推件力和凹模的漲裂力，給凸、凹模的強度都帶來了不利影響。一般復合模和上出件的沖裁模用a、c型，下出件用b、d型其中d型是錐筒式刃口，在凹模內(nèi)不聚集材料，側(cè)壁磨損小，但刃口強度差，刃磨后刃口徑向尺寸略有增大。綜上，本設(shè)計選用c型筒口。 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，各種沖裁的凹?？拙捎镁€切割機床加工，安排凹模在模架上位置時，要依據(jù)計算壓力中心的數(shù)據(jù)，將壓力中心