雙孔墊圈復合模具設計【模具三維】,模具三維,墊圈,復合,模具設計,模具,三維 雙孔墊圈復合模具設計 摘 要 本文對雙孔墊圈復合沖壓模具進行簡單的分析，根據(jù)毛坯的幾何形狀要求、材料和尺寸的分析得出沖裁排樣設計圖、凸模、凹模和凸凹模的結構，采用倒裝式復合模沖壓，有利于提高生產(chǎn)效率，降低成本、縮短制造周期，模具設計有一定的難度。工藝分析結束后，進行主要零件尺寸的計算，包括凸、凹模以及凸凹模刃口以及毛坯尺寸的計算，然后選取沖壓設備，接著是主要零部件的設計和選取，最后進行壓力機的校核，采用CAD軟件繪制沖壓模具工作零件的零件圖，繪制墊片倒裝復合模的零件圖和裝配圖。 關鍵詞：沖壓模具；雙孔墊圈；倒裝復合模 目 錄 1 緒論 1 1.1 概述 1 1.2 冷沖模成型特點 1 1.3 選題背景及意義 2 2 沖裁件的結構工藝性分析 3 2.1 制件簡介 3 2.2 材料分析 3 2.3 零件結構 4 2.4 尺寸精度 4 3 確定工藝方案及模具的結構形式 5 3.1 沖裁方案的分析及確定 5 3.2 方案種類 5 3.3 方案的比較與分析 5 4 模具總體結構設計 7 4.1 模具類型的選擇 7 4.2 送料方式的選擇 7 4.3 定位方式的選擇 7 4.4 卸料、出件方式的選擇 8 4.5 標準模架和導向方式的選擇 8 5 工藝參數(shù)計算 10 5.1 排樣方式的選擇 10 5.1.1 搭邊值的確定 11 5.1.2 材料利用率的計算 12 5.2 計算沖裁力的公式 13 5.2.1 總沖裁力的計算 14 5.2.2 卸料力、推件力的計算 15 5.2.3 初選壓力機 16 5.2.4 初選壓力機 16 5.2.5 壓力中心的確定 17 6 刃口尺寸的計算 19 6.1 沖裁間隙的確定 19 6.2 刃口尺寸的依據(jù)與法則及計算 20 7 主要零部件的設計 24 7.1 凹模設計 24 7.1.2 凹模刃口結構形式的選擇 24 7.1.3 凹模精度與材料的確定 24 7.1.4 凹模外形的確定 24 7.2 凸模的設計 27 7.2.1 凸模結構的確定 27 7.2.2 凸模材料的確定 27 7.2.3 凸模精度的確定 27 7.2.4 凸模尺寸計算 27 7.3 凸凹模設計 28 7.3.1 凸凹模的結構設計 28 7.3.2 凸凹模壁厚的確定 28 7.3.3 凸凹模洞口類型的選取 29 7.3.4 凸凹模尺寸的設計 30 7.3.5 凸凹模材料的選取 32 7.3.6 凸凹模精度的確定 32 7.4 定位零件的選用 32 7.5 卸料裝置的選定 33 7.5.1 卸料裝置的選用 33 7.5.2 卸料螺釘?shù)倪x用 33 7.5.3 卸料板外型設計 33 7.5.4 卸料板材料的選擇 33 7.5.5 卸料板的結構設計 34 7.5.6 卸料板整體精度的確定 34 7.5.7 卸料橡膠的選用 34 7.6 推件裝置的設計 36 7.6.1 推件塊的設計 37 7.6.2 推板的選用 37 7.6.3 推桿的設計 38 7.7 上下模座的選用 38 7.8 連接及固定零件的選用 39 7.8.1 螺釘與銷釘?shù)倪x用 39 7.8.2 模柄的選用 39 7.8.3 凸模固定板的設計 40 7.8.4 凸凹模固定板的設計 41 7.8.5 雙孔墊圈的設計 41 8 沖壓設備的校核與選定 43 8.1 沖壓設備的校核 43 8.2 沖壓設備的選用 43 8.3 沖壓設備的選用 43 9 模具結構簡述 44 結論 45 致謝 46 參考文獻 47 附錄 48 III 1 緒論 1.1 概述 隨著社會的發(fā)展，機械行業(yè)的模具專業(yè)在我國現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展中成為一個越來越重要的分支。模具滲透著整個社會。不管在那個行業(yè)，都有模具的存在。日常生活中輕重工業(yè)，都離不開模具生產(chǎn)，模具就是為了得到所需要的產(chǎn)品。模具己廣泛應用于電動機和電器產(chǎn)品、電子計算機產(chǎn)品、儀表、家用電器產(chǎn)品與辦公設備、汽車、軍械、通用機械等產(chǎn)品的生產(chǎn)中。要什么樣的產(chǎn)品，就可以生產(chǎn)什么樣的模具，如（塑料模具 、冷沖壓模具、壓鑄模、橡膠模 ）。而目前形勢的需要，產(chǎn)品更新?lián)Q代更快更易，所以模具行業(yè)的發(fā)展空間很大，有待我們去努力，去探索。 設計出正確合理的模具不僅能夠提高產(chǎn)品質量、生產(chǎn)率、具使用壽命，還可以提高產(chǎn)品經(jīng)濟效益。在進行模具設計時，必須清楚零件的加工工藝，設計出的零件要能加工、易加工。充分了解模具各部件作用是設計者進行模具設計的前提，新的設計思路必然帶來新的模具結構。 三年的學習，我對模具設計與制造有了深刻的認識。面臨課程期間，此次單獨設計一個雙孔墊圈復合模具，讓我了解了很多的模具結構、模具加工工藝、模具的用途。并且學到不少的書本上沒有的知識，就拿沖壓模來說，對于影響模具壽命的因素，主要是模具的加工精度和材料的剛度，還有模具的材料，模具生產(chǎn)批量，模具結構等。影響模具的產(chǎn)品質量的主要因素也是模具的制造精度。 模具生產(chǎn)過程是一個循序漸進的過程，生產(chǎn)模具過程中可能用到的的機器有很多種類，如（電火花成型機、數(shù)控線切割、車床、銑床、刨床、磨床、鏜床等）。 隨著我國工業(yè)的迅速發(fā)展，中國模具工業(yè)水平不僅在質和量的方面有很大提高，而且在行業(yè)結構、產(chǎn)品水平、開發(fā)創(chuàng)新能力、企業(yè)的體制與機制以及技術進步的方面也會取得較大發(fā)展，工業(yè)產(chǎn)品的外形在滿足性能要求的同時，變的越來越復雜，而產(chǎn)品的制造離不開模具，利用計算機輔助軟件進行模具設計不但提高模具的制造精度而且還縮短了設計及加工的時間。 1.2 冷沖模成型特點 沖壓模具是沖壓生產(chǎn)必不可少的工藝裝備，是技術密集型產(chǎn)品。生產(chǎn)制件所表現(xiàn)出來的高精度、高復雜程度、高一致性、高生產(chǎn)效率和低能耗，是其它加工制作方法所不能比擬的。冷沖模具在大批量生產(chǎn)的情況下可以體現(xiàn)出巨大的優(yōu)勢，從而獲得好的經(jīng)濟效益。 1.3 選題背景及意義 模具制造的產(chǎn)品與生活息息相關，雙孔墊圈在生活中隨處可見，隨著需求增加，大批量生產(chǎn)是一種必然趨勢。而一套普通的金屬墊片沖裁模的使用壽命達不到所期望的沖壓次數(shù)。其主要原因有模具結構不合理、模具加工工藝問題、加工設備精度、原材料的熱處理。所以要對鎖扣模具結構、模具加工工藝進行系統(tǒng)的設計，進而提高模具的使用壽命。 課程之前選擇對這個課題進行研究，可以讓學生所學專業(yè)知識得到一次綜合性的運用，能夠訓練和提高課題方案設計、資料查閱、理論計算、計算機使用、文字表達等方面的能力和技巧。為其今后適應工作崗位的需要打下堅實的基礎。 2 沖裁件的結構工藝性分析 2.1 制件簡介 由于現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，機械裝備中大量運用雙孔墊圈，而用于工程雙孔墊圈的需求也隨之增加。它用于制件與制件的連接，在各類緊固零件的配合下，達到所需使用要求。 工件名稱：雙孔墊圈 生產(chǎn)批量：大批 材 料：Q235 公 差：IT14 如圖2-1所示。 圖2-1 雙孔墊圈制件圖 2.2 材料分析 Q235是碳素結構鋼，具有較好的沖裁成形性性能，適合要求較高的零件。綜合評比均適合沖裁加工。 2.3 零件結構 零件結構形狀相對簡單，無尖角，對沖裁加工較為有利零件結構簡單，對沖裁加工較為有利?？椎淖钚〕叽鐬?mm，滿足沖裁最小孔徑dmin≥1.0t=2mm的要求。最小壁厚大于5mm滿足許用壁厚要求（兩孔之間，大孔與小孔之間、孔與矩長方形之間、孔與邊緣之間的壁厚），零件的結構滿足沖裁要求。 2.4 尺寸精度 該零件由公差等級表查得：其孔的公差要求都屬IT14，所以普通沖裁可以達到零件的精度要求。對于未注公差尺寸，屬于自由尺寸，通過查公差等級表，該零件沖裁工藝性能較好，能夠滿足普通沖裁零件精度要求。 表2-1 常見零件公差等級表 公差等級 IT4 IT5 IT6 IT7 IT8 IT9 IT10 IT11 IT12 IT13 IT14 基本尺寸/mm /μm /mm ≤3 ＞3～6 ＞6～10 ＞10～18 ＞18～30 ＞30～50 ＞50～80 ＞80～120 ＞120～180 ＞180～250 ＞250～315 ＞315～400 ＞400～500 3 4 4 5 6 7 8 10 12 14 16 18 20 4 5 6 8 9 11 13 15 18 20 23 25 27 6 8 9 9 13 16 19 22 25 29 32 36 40 10 12 15 18 21 25 30 35 40 46 52 57 63 14 18 22 27 33 39 46 54 63 72 81 89 97 25 30 36 43 52 62 74 87 100 115 130 140 155 40 48 58 70 84 100 120 140 160 185 210 230 250 60 75 90 110 130 160 190 220 250 290 320 360 400 0.10 0.12 0.15 0.18 0.21 0.25 0.30 0.35 0.40 0.46 0.52 0.57 0.63 0.14 0.18 0.22 0.27 0.33 0.39 0.46 0.54 0.63 0.72 0.81 0.89 0.97 0.25 0.30 0.36 0.43 0.52 0.62 0.74 0.87 1.00 1.15 1.30 1.40 1.55 3 確定工藝方案及模具的結構形式 3.1 沖裁方案的分析及確定 確定方案就是確定沖壓件的工藝路線，主要包括沖壓工序數(shù)，工序的組合和順序等。確定合理的沖裁工藝方案應在不同的工藝分析進行全面的分析與研究，比較其綜合的經(jīng)濟技術效果，選擇一個合理的沖壓工藝方案。 3.2 方案種類 該零件包括沖孔，落料兩個基本工序，可以采用以下三種方案： (1)先落料再沖孔 采用單工序模生產(chǎn) (2)落料-沖孔復合沖壓 采用復合模生產(chǎn) (3)沖孔-落料連續(xù)沖壓 采用級進模生產(chǎn) 3.3 方案的比較與分析 方案一模具結構簡單，但需兩道工序兩副模具，生產(chǎn)效率低，難以滿足該零件的年產(chǎn)量要求。 方案二只需一副模具，沖壓的形狀精度和尺寸容易保證且生產(chǎn)效率也高，盡管模具結構較方案一復雜，但由于零件的幾何形狀簡單，模具制造難度較小。 方案三只需一副模具，生產(chǎn)效率很高，但零件的沖裁精度稍差。欲保證沖壓件的形狀精度，需要在模具上設置導正銷導正，故模具制造、安裝較復合模具復雜。 通過對上述三種方案的分析比較，該零件的沖壓生產(chǎn)采用方案二復合模為最佳。 4 模具總體結構設計 4.1 模具類型的選擇 按照復合模工作零件的安裝位置不同，分為正裝式復合模和倒裝式復合模兩種，兩種的優(yōu)點、缺點及適用范圍見表3-2： 表3-2 正裝式復合模、倒裝式復合模的優(yōu)點、缺點及適用范圍 比較項目 正裝(順裝)式復合模 倒裝式復合模 結構 凸凹模裝在上模，落料凹模和沖孔凸模裝在下模 凸凹模裝在下模，落料凹模和沖孔凸模裝在上模 優(yōu)點 沖出的沖件平直度較高 結構較簡單 缺點 結構復雜，沖件容易被嵌入邊料中影響操作 不宜沖制孔邊距離較小的沖裁件 適用范圍 沖制材質較軟或板料較薄的平直度要求較高的沖裁件，還可以沖制孔邊距離較小的沖裁件 不宜沖制孔邊距離較小的沖裁件，但倒裝式復合模結構簡單、又可以直接利用壓力機的打桿裝置進行推件，卸料可靠，便于操作，并為機械化出件提供了有利條件，故應用十分廣泛 正裝式復合模適合于沖制材質較軟或板料較薄的平直度要求較高的沖裁件，還可以沖制孔邊距離較小的沖裁件。倒裝式冷沖模不宜沖制孔邊距離較小的沖裁件，但倒裝式冷沖模結構簡單，可以直接利用壓力機打桿裝置進行推件，卸件可靠，便于操作，并為機械化出件提供了有利條件，故應用十分廣泛。綜上所述，該制件結構形狀簡單，精度要求較低，孔邊距較大，宜采用倒裝式復合模。 4.2 送料方式的選擇 由于零件的生產(chǎn)批量是大批量及模具類型的確定，合理安排生產(chǎn)可采用前后自動化送料方式 4.3 定位方式的選擇 （1）因為該模具采用的是條料，控制條料的送進導向可選方案： 方案一：導料銷，其結構簡單是標準件，導料銷導向定位多用于單工序模和復合模中。 方案二：導料板，其結構簡單是標準件，導料板導向定位多用于單工序級進模。 結論，綜上所述，該模具適用方案一，用導料銷導向。 （2）控制條料的送進定距方案有： 方案一：固定擋料銷。其結構簡單，制造容易，廣泛用于沖制小型沖裁件的擋料定距，其缺點是銷孔離凹模刃壁較近，削弱凹模的強度。 方案二：活動擋料銷。其結構簡單，制造容易，應用廣泛。送料時不用抬板，方便送料。 結論：經(jīng)方案比較，選擇送料方便，不用抬板的活動擋料銷。 4.4 卸料、出件方式的選擇 工件平直度較高，料厚中等，卸料力不大，由于彈性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狀態(tài)，且彈性卸料板對工件施加的柔性力，不會損傷工件表面，故可采用彈性卸料。 推件裝置分為剛性推件裝置和彈性推件裝置兩種方案。 剛性推件裝置，由打桿和推件塊組成。推件力大，工作可靠，也比較常用。 彈性推件裝置，同時兼壓料、卸料作用，出件力不大，但出件平穩(wěn)無撞擊，沖件質量高，多用于大型薄板以及工件精度要求較高的模具。 結論：由于零件厚為2m，精度等級要求不是很高，故采用剛性推件裝置。 4.5 標準模架和導向方式的選擇 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：采用后側式導柱模架。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，工作時，偏心距會造成導套導柱單邊磨損對模具使用壽命有一定影響。 方案三：采用四導柱模架。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及大量生產(chǎn)用的自動沖壓模架。 方案四：采用中間導柱模架。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。 （a）中間導柱 （b）后側導柱 （c）對角導柱 （d）四導柱 圖4-1 導柱模架 根據(jù)以上方案比較并結合模具結構形式和送料方式，為提高模具壽命和工件質量，采用后側導柱模架，操作者可以看見條料在模具中的送進動作。能滿足工件成型的要求。 綜上所述，方案四最佳。 5 工藝參數(shù)計算 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)率和延長模具壽命，排樣是否合理將影響到材料的合理利用、沖件質量、生產(chǎn)率、模具結構與壽命。 排樣的方法有：直排、斜排、對直排、混合排 ，根據(jù)設計模具制件的形狀、厚度、材料等方面全面考慮。分析零件圓形形狀，應采用單縱排的排樣方式，零件可能的排樣方式有如圖5-1所示兩種。 5-1 排樣圖簡圖 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。搭邊是廢料，從節(jié)省材料出發(fā)，搭邊值應愈小愈好。但過小的搭邊容易擠進凹模，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量。一般來說，搭邊值是由經(jīng)驗和查表來確定的，該制件的搭邊值采用查表取得。 所示：根據(jù)此表和工件外形可知L<50mm，可確定搭邊值a和a1，a取1.2mm，a1取1.5mm，較為合理。 寬度的確定： 搭邊的作用是補償定位誤差，保證條料有一定的剛度，同時保證零件質量和送料方便。根據(jù)模具的結構不同，可分為有側壓裝置的模具和無側壓裝置的模具，側壓裝置的作用是用于壓緊送進模具的條料（從料帶側面壓緊），使條料不至于側向竄動，以利于穩(wěn)定地加工生產(chǎn)。本套模具無導料板為無側壓裝置。 故按下式計算： (5-1) 式中： B-條料寬度； Dmax-條料寬度方向沖裁件的最大尺寸； A-沖裁件之間的搭邊值，可參考表5-1； -△-條料寬度的單向（負向）偏差，見表5-2； C-導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料板之間隙 mm 條料寬度 B/mm 材料厚度t/mm 0～1 1～2 2～3 3～5 ～50 50～100 100～150 150～220 220～300 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 有側壓裝置和無側壓裝置對照表 材料厚度t（mm） 無側壓裝置 有側壓裝置 條料寬度B（mm） <100 ≥100～200 ≥200～300 <100 ≥100 0～0.5 0.5～1 1～2 2～3 3～4 4～5 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： 橫排 條料寬度： =45+2×1.5+0.5 =93.50-0.6 5.1.2 材料利用率的計算 沖裁件的實際面積與所用板料面積的百分比就叫材料利用率，它是衡量合理利用材料的經(jīng)濟性指標。關于材料利用率，可用下式表示： (5-2) 式中： A-個步距內沖裁件的實際面； B-條料寬度（mm）； S-步距(mm)； 由圖5-1和圖5-2及公式（5-2)得： A=1511mm2 橫排 ： =[1511÷(48×46.2)]×100%≈68% 根據(jù)上述縱排、橫排兩個式子的計算對比，可確定縱排的材料利用率比橫排的材料利用率高。結合模具結構總體結構，方便操作，派樣方式合適 5.2 計算沖裁力的公式 計算沖裁力是為了選擇合適的壓力機，設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： (5-3) 式中： τ-材料抗剪強度，見表5-3(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（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)而設置的安全系數(shù)Kp，一般取1～3。當查不到抗剪強度τ時，可以用抗拉強度代替τ，而取Kp=1.3的近似計算法計算。 由于Q235的力學性能查表5-4可知：抗剪強度τ取300MPa。 5.2.1 總沖裁力的計算 由于沖裁模具采用彈性卸料裝置和自然落料方式。 (5-4) 式中： F沖-總沖裁力； F1-落料時的沖裁力； F2-沖孔時的沖裁力； 沖裁周邊的總長(mm） 落料周長為： L1=141mm 沖孔周長為： L2=31.4mm 落料沖裁力由公式(5-3）得： =1.3×141×2.0×300 =110KN 沖孔沖裁力由公式(5-3）得： =1.3×2.0×31.4×300 =24.5KN 所以可求總沖裁力由公式(5-4）得： =110+24.5 =134.5kN 5.2.2 卸料力、推件力的計算 當上模完成一次沖裁后，沖入凹模內的制件或廢料因彈性擴張而梗塞在凹模內，模面上的材料因彈性收縮而會緊箍在凸模上。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刮下，將梗塞在凹模內的制件或廢料向下推出或向上頂出。從凸模上刮下材料所需的力，稱為卸料力；從凹模內向下推出制件或廢料所需的力，稱為推料力。 模具采用彈性卸料裝置和推件結構，所需卸料力F卸和推件力F推分別為： 推件力、卸料力計算公式如下： (5-5） (5-6） 式中： F推-推件力； F卸-卸料力； F沖-沖裁力； K卸-卸料力系數(shù)，見表5-5； K推-推件力系數(shù)，見表5-5； N-卡在凹模里的工件個數(shù)，n=h/t； 表5-5 卸料力、推件力和頂件力系數(shù) 料厚/mm K卸 K推 K頂 鋼 ≤0.1 ＞0.1～0.5 ＞0.5～2.5 ＞2.5～6.5 0.065～0.075 0.045～0.055 0.04～0.05 0.03～0.04 0.1 0.063 0.055 0.045 0.14 0.08 0.06 0.05 鋁及鋁合金 紫銅、黃銅 0.025～0.08 0.02～0.06 0.03～0.07 0.03～0.09 注釋：卸料力系數(shù)K卸在沖多孔、大搭邊和輪廓復雜時取上限值。 K推-推件力系數(shù)通過查表5-5確定，推件力系數(shù)取K推＝0.055； 由公式(5-5）得： 推件力 =6/6×0.055×134.5 =7.4kN K卸-卸料力系數(shù)通過查表5-5確定，卸料力系數(shù)取K卸＝0.045； 由公式(5-6）得： 卸料力 =0.045×134.5 =6.05KN 5.2.3 初選壓力機 由于該沖裁模具采用彈壓卸料和下出料方式，所以總的沖裁力（F總）為沖裁力（F沖）、推件力（F推）、卸料力（F卸）之和，即： =134.5+7.4+6.05 =147.95kN 5.2.4 初選壓力機 壓力機可分為機械式和液壓式，機械式分為摩擦壓力機、曲柄壓力機、高速沖床，液壓式分為油壓機、水壓機，而在生產(chǎn)中一般常選用曲柄壓力機，曲柄壓力機分有開式和閉式兩種，開式機身形狀似英文字母C，其機身前端及左右均敞開，操作可見大，但機身剛度差，壓力機在工作負荷作用下會產(chǎn)生變形，一般壓力機噸位不超過2000KW。閉式機左右兩側封閉，操作不方便，但機身剛度好，壓力機精度高。考慮到經(jīng)濟性能、加工要求和操作方便在此選開式壓力機。根據(jù)以上計算數(shù)值，查下表5-6初選壓力機為JC23-25型壓力機。 J23-10 J23-25 J23-63 滑塊公稱壓力 Pe KN 100 250 630 滑塊行程 S mm 60 65 120 最大閉合高度 H2 mm 180 270 360 連桿調節(jié)量 M1 mm 50 55 90 滑塊中心線至機身距離 C1 mm 130 220 260 滑塊地面尺寸 左右 a mm 180 220 250 前后 b mm 120 150 180 模柄孔尺寸 直徑 d mm 40 50 50 深度 I mm 60 70 70 墊塊厚度 H1 mm 40 50 65 最大傾斜角 a 0 30 30 30 工作臺尺寸 左右 a mm 700 700 710 前后 b mm 460 460 480 5.2.5 壓力中心的確定 模具壓力中心是指沖壓時諸沖壓合力的作用點的位置。為了確保壓力機和模具正常工作，應使模具的壓力中心與壓力機滑塊的中心相重合，否者，會使沖模和壓力機滑塊產(chǎn)生偏心載荷，使滑塊和導軌之間產(chǎn)生過大的摩擦，模具導向零件加速磨損，降低模具和壓力機的使用壽命。 產(chǎn)品對稱，所以壓力中心，在產(chǎn)品的中間位置。 （1）對稱形狀的單個沖裁件，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。如圖5-3所示。 單個零件的壓力中心計算如下： （5-9） （5-10） 式中： X0-壓力中心的橫坐標； Y0-壓力中心的縱坐標； L-各線段的長度； X-各線段重心的橫坐標； Y-各線段重心的縱坐標。 由于產(chǎn)品對稱，壓力中心在產(chǎn)品的中心位置。 6 刃口尺寸的計算 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，是設計沖裁模只要任務之一。 6.1 沖裁間隙的確定 沖裁間隙是影響沖裁工序最重要的工藝參數(shù)，其定義為沖裁凸模與凹模之間的空隙尺寸，如圖6-1所示。設計模具時一定要選擇合理的間隙，以保證沖裁件的斷面質量、尺寸精度滿足產(chǎn)品的要求，所需沖裁力小、模具壽命高。沖裁過程中模具的失效形式一般有磨損、變形、崩刀和凹模刃口脹裂四種。間隙大小主要對模具磨損及脹裂產(chǎn)生影響，間隙增大可以使沖裁力、卸料力等減小，因而模具的磨損也減小。但當間隙繼續(xù)增大時，卸料力增加，又影響模具壽命。一般間隙為（10%～15%）t時的磨損最小，模具壽命較高。 圖6-1 沖裁間隙值 由于沖裁間隙對斷面質量、工件尺寸精度、模具壽命、沖裁力等影響規(guī)律并非一致，所以，并不存在一個絕對合理的間隙數(shù)值，能同時滿足短命質量最佳、尺寸精度最高、模具壽命最長、沖裁力最小等各方面的要求。所以在實際生產(chǎn)中，其總的原則應該是在保證滿足沖裁件剪切斷面質量和尺寸精度的前提下，使模具壽命達到最長。目前在生產(chǎn)中，廣泛采用經(jīng)驗法和查表法來確定合理的間隙值。本套模具采用查表法予以確定其間隙值。 表6-1 沖裁間隙初始雙邊間隙值 mm 材料厚度 08、10、35、09Mn、Q235 16Mn 40、50 65Mn 2Zmin 2Zmax 2Zmin 2Zmax 2Zmin 2Zmax 2Zmin 2Zmax 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 2.5 0.040 0.048 0.064 0.072 0.092 0.100 0.126 0.132 0.220 0.246 0.260 0.260 0.060 0.072 0.092 0.104 0.126 0.140 0.180 0.240 0.320 0.360 0.380 0.500 0.040 0.048 0.064 0.072 0.090 0.100 0.132 0.170 0.220 0.260 0.280 0.380 0.060 0.072 0.092 0.104 0.126 0.140 0.180 0.240 0.320 0.380 0.400 0.540 0.040 0.048 0.064 0.072 0.090 0.100 0.132 0.170 0.220 0.260 0.280 0.380 0.060 0.072 0.092 0.104 0.126 0.140 0.180 0.240 0.320 0.380 0.400 0.540 0.040 0.048 0.064 0.064 0.090 0.090 0.060 0.072 0.092 0.092 0.126 0.126 根據(jù)實用間隙表6-1查得材料Q235的最小雙面間隙Zmin=0.246mm,最大雙面間隙Zmax=0.360mm。即在配合加工時，要保證合理間隙值在0.246～0.360mm之間。 6.2 刃口尺寸的依據(jù)與法則及計算 在確定沖模凸模和凹模刃口尺寸時，必須遵循以下原則： （1）根據(jù)落料和沖孔的特點，落料件的尺寸取決于凹模尺寸，因此落料模應先決定凹模尺寸，用減小凸模尺寸來保證合理間隙。沖孔件的尺寸取決于凸模尺寸，故沖孔以凹模為基準件，用增大凹模尺寸來保證合理間隙； （2）根據(jù)凸、凹模刃口的磨損規(guī)律，凹模刃口磨損后使落料件尺寸變大，其刃口的基本尺寸應取接近或等于工件的最小極限尺寸；凸模刃口磨損后使沖孔件孔徑減小，故應使刃口尺寸接近或等于工件的最大極限尺寸； （3）凸模和凹模之間應保證有合理的間隙； （4）凸模和凹模的制造公差應與沖裁件的尺寸精度相適應； 制造模具時常用以下兩種方法來保證合理間隙： （1）分別加工法：分別規(guī)定凸模與凹模的尺寸和公差的尺寸及制造公差來保證間隙要求。凸模與凹模分別加工，成批制造，可以互換。這種加工方法必須把模具的制造公差控制在間隙的變動范圍之內，使模具制造難度增加。這種方法主要用于沖裁形狀簡單、間隙較大的模具或用精密設備加工凸模和凹模的模具。 （2）單配加工法：用凸模和凹模相互單配的方法來保證合理間隙。先加工基準件，然后非基準件按基準件配做，加工后的凸模和凹模不能互換。通常落料件選擇凹模為基準模，沖孔件選擇凸模為基準模。這種方法多用于沖裁件的形狀復雜、間隙較小的模具。 根據(jù)上述計算法則，對于采用分別加工的凸模和凹模，應保證下述關系： 所以，新制造的模具應該保證，否則，模具的初始間隙已超過了允許的變動范圍Zmin～Zmax，影響模具使用壽命。本套模具采用分別加工法進行加工。 分開加工時計算公式如下： 落料： (6-1） (6-2） 沖孔： (6-3) (6-4) 孔心距： Ld=L±1/8Δ (6-5) 式中： D凸、D凹-分別為落料凹模和凸模的基本尺寸； d凸、d凹-分別為沖孔凹模和凸模的基本尺寸； Dmax-落料件的最大極限尺寸； Dmin-沖孔件的最小極限尺寸； L、Ld-工件孔心距和凹?？仔木嗟墓Q尺寸； △-沖裁件公差； X-磨損系數(shù)； δ凸、δ凹分別為凹模和凸模的制造公差，凸模偏差取值負，凹模偏差正。 由上表6-1可得： =0.246mm =0.360mm =(0.360-0.246）mm=0.114mm （1）對落料件尺寸1020- 0.25的凹、凸模偏差值查下表6-2得： δ凸=-0.020mm δ凹=+0.030mm 根據(jù)條件： 則：(0.020+0.030）mm=0.05mm＜0.114mm，所以，滿足分別加工條件。 （2）對沖孔尺寸12+00.22的凸、凹模偏差查表6-2得： δ凸=-0.020mm δ凹=+0.020mm 根據(jù)條件： (0.020+0.020）mm=0.040mm0.114mm，所以，滿足分別加工條件。 表6-2 簡單形狀（方形、圓形）沖裁時凸、凹模制造偏差 公稱尺寸 凸模偏差δ凸 凹模偏差δ凹 公稱尺寸 凸模偏差δ凸 凹模偏差δ凹 ≤18 >18～30 >30～80 >80～120 -0.020 -0.020 -0.020 -0.025 +0.020 +0.025 +0.030 +0.035 >180～260 >260～360 >360～500 >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) 材料厚度 工件公差△ 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 磨損系數(shù) 非圓形x值 圓形x值 1 0.75 0.5 0.75 0.5 由上表6-3可查得：按照圓形公差查得磨損系數(shù)x=0.75，非圓形件磨損系數(shù)x=0.5。 零件刃口尺寸如圖6-2，根據(jù)以上公式分別計算工作零件刃口尺寸見表6-4。 （a）落料 （b）沖孔 圖6-2 工作零件刃口尺寸 沖孔凸模根據(jù)公式6-2有： =（?5+0.5×0.3）0-0.02 =?5.150-0.02 mm 沖孔凹模根據(jù)公式6-3有： =（?5+0.5×0.3+0.108）0+0.02 =?5.2580+0.02mm 落料凹模根據(jù)公式6-5有： =（45-0.5×0.62）0+0.025 =44.690+0.025mm 落料凸模根據(jù)公式6-4有： =（45-0.5×0.62-0.108）0-0.02 =44.5980-0.02mm 7 主要零部件的設計 設計主要零部件時，首先要考慮主要零部的定位、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，銷釘起零件的定位作用，采用擋料銷送進定距和導料銷送進定位，無側壓裝置。下面就分別介紹各個零部件的設計方法。 7.1 凹模設計 7.1.2 凹模刃口結構形式的選擇 沖裁凹模刃口形式有直筒式和錐形兩種，選用時主要根據(jù)沖件的形狀、厚度、尺寸精度以及模具結構來確定。由于本模具沖的零件尺寸較大，所以采用刃口為直通式，該類型刃口強度高，修磨后刃口尺寸不變。 7.1.3 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，內型腔精度為IT10級，表面精度為Ra3.2μm，上下平行度為0.02，凹模材料選用Cr12Mov，熱處理62～64HRC。 7.1.4 凹模外形的確定 凹模的外形尺寸應保證有足夠的強度、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。 圖7-1 凹模外形尺寸示意圖 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，使壓力中心與模柄中心重合。凹模各尺寸計算公式如下： 凹模厚度：H=KR （7-1） 凹模邊壁厚：C=(1.5～2)H （7-2） 凹模長度的確定公式：L=R+2C （7-3） 凹模寬度的確定公式為：B=R+2C （7-4） 式中： R-制件最大直徑； 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 材料料寬s/mm 沖件材料厚度t/mm ≤1 ＞1～3 ＞3～6 ≤50 0.30～0.40 0.35～0.50 0.45～0.60 ＞50～100 0.20～0.30 0.22～0.35 0.30～0.45 ＞100～200 0.15～0.20 0.18～0.22 0.22～0.30 ＞200 0.10～0.15 0.12～0.18 0.15～0.22 查表7-1得：K=0.2。 根據(jù)公式（7-1）可計算落料凹模板的尺寸： 凹模厚度： H=50*0.4 =20mm 根據(jù)公式（7-2）可計算凹模邊壁厚： C=(1.5～2）H =30-40mm 取凹模邊壁厚為40mm。 根據(jù)凹模厚度和邊壁厚可確定凹模板的長、寬的尺寸。 根據(jù)公式（7-3）可計算凹模長： L=b1+2c =50+2×30 =110mm 根據(jù)公式（7-4）可計算凹模寬： B=b2+2c =50+2×30 =110mm 即：L×B×H=110mm×110mm×20mm 查表7-2得凹模尺寸為:120mm×120mm×20mm 7.2 凸模的設計 7.2.1 凸模結構的確定 凸模結構通常分為兩大類。一類是鑲拼式，另一類為整體式。整體式中，根據(jù)加工方法的不同，又分為直通式和臺階式。因為該制件形狀不復雜，所以將落料模設計成臺階式凸模，臺階式凸模工作部分和固定部分的形狀做成一樣，凸模與凸模固定板的配合按H7/m6。 凸模的高度是凸模固定板的厚度、落料凹模、材料厚度與附加長度的總和，如圖7-3所示。 圖7-4 凸模 7.2.2 凸模材料的確定 該模具要求有較高的壽命和較高的耐磨性，并能承受沖裁時的沖擊力,所以凸模的材料應選Cr12MoV，熱處理60～62HRC。 7.2.3 凸模精度的確定 根據(jù)凸模作為工作零件，其精度要求較高，所以選用IT7級，表面粗糙度為Ra0.8μm，同軸度為0.02。 7.2.4 凸模尺寸計算 由圖7-3可知凸模高度為： L=h1+h2 +（1～2） （7-5） 式中： L-凸模長度； h1-凸模固定板厚度，h1=(0.6～0.8）H2=15～20=16 mm； h2-凹模厚度，可得：h2=25mm； 1～2-附加長度； 附加長度包括凸模的修磨量，凸模進入凸凹模的深度（附加長度取1mm）。 由公式（7-5）得： L=35mm 7.3 凸凹模設計 7.3.1 凸凹模的結構設計 凸凹模的外形由本套模具所設計的零件圖樣外形確定。凸凹模的外形尺寸應保證有足夠的強度、剛度和修磨量，一般根據(jù)被沖材料的厚度和沖裁件的最大外形尺寸來確定的，與落料凹模配合確定，其內孔尺寸與沖孔凸模配合確定。 7.3.2 凸凹模壁厚的確定 凸凹模是復合模中同時具有落料凸模和沖孔凹模作用的工作零件。它的內外緣均為刃口，內外緣之間的壁厚取決于沖裁件的尺寸。從強度方面考慮，其壁厚應受最小值限制。凸凹模的最小壁厚與模具結構有關：當模具為正裝結構時，內孔不積存廢料，脹力小，最小壁厚可以小些；當模具為倒裝結構時，若內孔為直筒型刃口形式，且采用下出料方式，則內孔積存廢料，脹力大，故最小壁厚應大一些。 凸凹模的最小壁厚值，目前一般按經(jīng)驗數(shù)據(jù)確定，倒裝復合模的凸凹模最小壁厚見表7-3。正裝復合模的凸凹模最小壁厚可比倒裝的小一些。 表7-3 凸凹模的最小壁厚 材料厚度t/mm 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.5 最小壁厚mm 1.4 1.8 2.3 2.7 3.2 3.6 4.0 4.4 4.9 5.2 5.8 材料厚t/mm 2.8 3.0 3.2 3.5 3.8 4.0 4.2 4.4 4.6 4.8 5.0 最小壁厚mm 6.4 6.7 7.1 7.6 8.1 8.5 8.8 9.1 9.4 9.7 10 凸凹模內外刃口間壁厚校核：根據(jù)沖裁件結構凸凹模內外刃口最小壁厚為4.9mm，該壁厚選擇為4.9mm即可，本設計中凸凹模的壁厚為7.3mm，故該凸凹模的側壁強度要求足夠。 7.3.3 凸凹模洞口類型的選取 本設計采用的是倒裝式復合模，故凸凹模在下模，采用下出料方式，需要設計凸凹模洞口類型，排出積存廢料。 凸凹模洞口的類型如圖7-7所示，其中a、b、c型為直筒式刃口凹模，其特點是制造方便，刃口強度但因廢料的聚集而增大了推件力和凸凹模的漲裂力，給凸、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，在凸凹模內不聚集材料，側壁磨損小，但刃口強度差，刃磨后刃口徑向尺寸略有增大。 綜上所述，本設計選用a型洞口。 （a）直通式 （b）直通式 （c）直通式 （d）錐筒式 （e）錐形式 圖7-7 凸凹模洞口的類型 7.3.4 凸凹模尺寸的設計 表7-4 復合模矩形厚凹模和矩形薄板凹模典型組合尺寸 凹模周界 L 80 100 125 160 200 250 B 63 80 100 125 160 200 凸凹模長度 42 46 56 56 63 配用模架閉合高度H 最小 140 160 190 210 220 最大 165 190 225 255 265 孔距尺寸 S 62 76 101 130 164 214 S1 36 40 65 70 90 130 S2 45 56 76 95 124 164 S4 21 28 40 55 60 90 零件件號、名稱及標準編號 1 雙孔墊圈厚度 （厚/?。? 件數(shù) 6 4 4 6 零件件號、名 稱及標準編號 1 雙孔墊圈厚度（厚/?。? 2 凸模固定板厚度 12 12 14 2 凸模固定板厚度 3 凹模厚度 （厚/薄） 22 22 25 3 凹模厚度 （厚/?。? 4 卸料板 厚度 10 10 12 4 卸料板 厚度 5 凸凹模固定板厚度 件數(shù) 6 14 14 16 5 凸凹模固定板厚度 6 雙孔墊圈厚度 4 4 6 6 雙孔墊圈厚度 7 螺釘 （厚/?。? 4 M6×45 M8×45 M6×55 7 螺釘 （厚/薄） 6 — M12× 75 8 圓柱銷 （厚/?。? 2 6×45 8×45 8×55 8 9 卸料螺釘（厚/薄） 4 6×38 8×38 8×42 9 卸料螺釘（厚/?。? 6 — 12×55 續(xù)表7-4 10 彈簧 4 設計選用。亦可以用橡皮、聚氨酯、蝶形彈簧 6 11 螺釘 （厚/?。? 4 M6× M8× M8× 11 螺釘 55 55 65 （厚/薄） 6 — M12× 95 12 圓柱銷 （厚/?。? 2 6×50 8×50 8×70 12 13 圓柱銷 （厚/薄） 6×40 8×40 8×40 13 凸凹模高度尺寸如圖7-8所示，計算公式如下： L=h+h1+h2+h3 （7-6） 式中： h-增加長度（包括凸模進入凸凹模深度，彈性元件安裝高度等）； h1-彈性卸料板厚度（mm）； h2-彈簧厚度(mm)； H3-凸凹模固定板厚度(mm)； 根據(jù)公式（7-6）凸凹模高度： L=h+h1+h2+h3 =62mm 綜上所述，結合總體設計中對零件圖樣的設計，最終確定零件尺寸：102×62mm。凸凹模簡圖如圖7-9所示： 圖7-9 凸凹模 7.3.5 凸凹模材料的選取 由于沖模為復合模，故材料要有良好的耐磨性、抗疲勞性、高強度、足夠的韌性、熱處理工藝性等。Cr12MoV鋼具有較好的淬透性，很高的耐磨性、較高的沖擊韌度和承載強度，且淬火變形