下載后文件包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 119709851XXXX 大學畢業(yè)設計(論文)課 題 名 稱 短連桿沖壓工藝與模具設計 學 生 姓 名 學 號 院( 系 )、專業(yè) 指 導 教 師 職 稱 2016 年 05 月 16 日下載后文件包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 119709852本科畢業(yè)設計（論文）誠 信 承 諾 書本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設計（論文） 短連桿冷沖壓工藝及級進模設計 是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的成果，其內容除了在畢業(yè)設計（論文）中特別加以標注引用，表示致謝的內容外，本畢業(yè)設計（論文）不包含任何其他個人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。班 級： 學 號： 作者姓名： 年 5 月 16 日下載后文件包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 119709853摘 要金屬板料沖壓是一種在工業(yè)生產中應用廣泛的加工方法。隨著現(xiàn)代各行各業(yè)突飛猛進的發(fā)展，金屬件的結構復雜，精度高，需求量多，加上對生產的安全性、操作的方便性，加工的經濟性等要求也日益提高，采用單工位模具已經無法滿足生產的需要，許多制造商均采用多工位級進模進行生產。因此，多工位級進模在國內外模具制造業(yè)中應用日趨廣泛。多工位級進模是在普通級進模的基礎上發(fā)展起來的一種模具，是當代所有模具中沖壓功能最多、結構最復雜、生產效率和自動化程度最高的一種沖模。在多工位級進模結構設計過程中，首先必須設計級進模的總裝結構，然后再在此基礎上進行模具其他零部件的設計。本模具采用切廢料方式進行沖裁，故模具結構采用沖孔、導正、彎曲、落料的工序設計，排樣采用單排橫排排列。本論文分析了短連桿的沖壓工藝性，介紹了短連桿多工位級進?？傮w結構設計，對工件進行了展開計算，確定了工件加工成型的工藝方案和排樣方案，對模具進行了工藝計算，根據(jù)計算結果進行了凸模、凹模、墊板、導料板、卸料板、鑲塊等主要零部件的設計，還根據(jù)各標準對模具中用到的其他標準件，如模架、導柱導套等，進行了選擇與設計。實踐證明：該模具結構合理、可靠，并能保證產品質量，對此類零件的級進模設計有參考價值。關鍵詞：短 連 桿 ； 沖 壓 工 藝 ； 排 樣 ； 連 續(xù) 模下載后文件包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 119709854目 錄摘 要 3引 言 6第 1 章、制件的工藝分析 9第 2 章、制件的排樣 112.1.目標值的選取 .112.2.制件成形工藝的設計和工位確定 .112.3.制件的排樣 .122.3.1.制件的排樣方法 122.3.2.制件件的排樣原則 132.3.3.搭邊值的確定 132.3.4.排樣的步驟 132.4.材料利用率的計算 .15第 3 章、力的計算和沖裁間隙的確定 163.1.沖裁力的計算 .163.1.1.沖裁力的計算 163.1.2.卸料力、推料力的計算 173.1.4.壓力機公稱壓力的選取 17下載后文件包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 1197098553.2.沖裁間隙的確定 .18第 4 章、模具總體結構和主要零件的設計 224.1.模具總體結構的確定 .224.2.沖裁外形凸模和凹模的設計 .234.2.1.外形凸模設計 234.2.2.凹模的設計 244.2.3.沖孔凸模的設計 264.3.帶料定位模具的設計 .274.3.1.定位的設計 274.3.2.定位銷的設計 274.4.模板、模座設計 .274.4.1.模板、模座厚度的確定 274.5.導向部分的設計 .284.6.緊固螺釘和定位部分的設計 .28第五章、確定模具的壓力中心 29第六章、模具的裝配 33結束語 35不足之處及未來展望 36參考資料 37下載后文件包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 119709856下載后文件包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 119709857下載后文件包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 119709858引 言模具是制造業(yè)的重要工藝基礎，在我國，模具制造屬于專用設備制造業(yè)。我國雖然很早就開始制造模具和使用模具，但長期未形成產業(yè)。直到 20 世紀80 年代后期，我國模具工業(yè)才駛入發(fā)展的快車道。近二十年來，模具產業(yè)的產值以每年 15%的速度遞增。2000 年我國模具工業(yè)的總產值達到 280 億元人民幣。在模具工業(yè)的總產值里，沖壓模具占到 50%，塑料模具約占 33%，壓鑄模具約下載后文件包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 119709859占 6%，其他各類模具約占 11%。冷沖壓工藝與其他加工相比，有以下特點：1） 用冷沖壓可以得到形狀復雜、用其他加工方法難以加工的工件，如薄殼零件等。冷沖壓件的尺寸精度是由模具保證，因此，尺寸穩(wěn)定，互換性好。2） 材料利用率高、工件重量輕、剛性好、強度高、沖壓過程耗能少。3） 操作簡單，勞動強度低、易于實現(xiàn)機械化和自動化、生產效率高。4） 沖壓加工所用的模具結構一般比較復雜，生產周期較長、成本較高。由于冷沖壓有許多的優(yōu)點，因此，在機械制造、電子、電器等各行各業(yè)中，都得到了廣泛的應用。我國沖壓模具無論在數(shù)量上，還是在質量、技術和能力等方面都已有了很大發(fā)展，但與國發(fā)經濟需求和世界先進水平相比，差距仍很大，一些大型、精度、復雜、長壽命的高檔模具每年仍大量進口，特別是中高檔轎車的覆蓋件模具，目前仍主要依靠進口。一些低檔次的簡單沖模，已趨供過于求，市場竟爭激烈。據(jù)中國模具工業(yè)協(xié)會發(fā)布的統(tǒng)計材料，2004 年我國沖壓模具總產出約為220 億元，其中出口 0.75 億美元,約合 6.2 億元.根據(jù)我國海關統(tǒng)計資料,2004 年我國共進口沖壓模具 5.61 億美聯(lián)社元,約合46.6 億元.從上述數(shù)字可以得出 2004 年我國沖壓模具市場總規(guī)模約為 266.6 億元.其中國內市場需求為 260.4 億元,總供應約為 213.8 億元,市場滿足率為 82%.在上述供求總體情況中,有幾個具體情況必須說明:一是進口模具大部分是技術含量高的大型精密模具,而出口模具大部分是技術含量較低中的中低檔模具,因此技術含量下載后文件包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 1197098510高的中高檔模具市場滿足率低于沖壓模具總體滿足率,這些模具的發(fā)展已滯后于沖壓件生產,而技術含量低的中低檔模具市場滿足率要高于沖壓模具市場總體滿足率;二是由于我國的模具價格要比國際市場低格低許多 ,具有一定的竟爭力,因此其在國際市場前景看好,2005 年沖壓模具出口達到 1.46 億美元,比 2004 年增長94.7%就可說明這一點;三是近年來港資、臺資、外資企業(yè)在我國發(fā)展迅速，這些企業(yè)中大量的自產自用的沖壓模具無確切的統(tǒng)計資料，因此未能計入上述數(shù)字之中。本次設計一個沖孔落料級進模具。級進模是指沖床在一次行程中，完成落料沖孔等多個的一種模具結構，相對與其他冷沖模具結構而言，它具有一下一些優(yōu)點：①工件同軸度較好，表面平直，尺寸精度較高；②生產效率高，且不受條料外形尺寸的精度限制，有時廢角料也可以再生產。它的缺點是：模具零部件加工制造比較困難，成本較高，并且凸、凹模容易受到最小壁厚的限制，而使得一些內孔間距、內孔與邊緣間距較小的工件不適宜采用。由于級進模具本身具有的優(yōu)點明顯，故模具企業(yè)在條件允許的情況下，一般傾向于選擇級進模結構。沖壓工藝與模具設計的理論性和實用性均很強。從理論與實踐相結合的角度來研究、探討，并側重加強工程實踐能力這點應該得到重視。本次畢業(yè)設計是一個重要的專業(yè)教學環(huán)節(jié)，這個教學環(huán)節(jié)的目的：（1）幫助學生具體運用和鞏固《模具設計與制造》課程及相關的理論知識，了解設計沖壓模的一般程序。（2）是使學生能夠熟練地運用有關技術資料，如《冷沖模國家標準》 、 《模具設計與制造簡明手冊》 、 《冷沖壓模具結構圖冊》及其它有關規(guī)范等。（3）訓練學生初步設計冷沖壓模具的能力，為以后的工作打下初步的基礎。下載后文件包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 1197098511第 1 章、制件的工藝分析設計中的沖壓制件是一短連桿。如圖 1-1 所示。由制件零件圖可以知道：下載后文件包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 1197098512制件的外形不規(guī)則，尺寸中等，一頭大一頭小，屬于 L 形零件，產品中間有三個孔，孔和外形分開的話需要多次沖裁才能完成加工。通過對零件的初步分析可知，要完成該制件的生產，需要經過以下工藝：沖孔、沖孔、落料，等工藝。沖壓件的精度要求較高，制件的厚度為 3.0mm，屬于厚材料類沖裁，選用平板料；沖壓件的材料是 45#，是普通的優(yōu)質碳素結構鋼，根據(jù)常用金屬沖壓材料的力學性能查出 45#鋼的抗剪強度為 440～560(MPa)，另外，在設計中還應該考慮到產品材料的沖裁工藝性，以及其纖維方向的特性。由《模具設計手冊》可以知道：制件在沖裁時要求兩個相交邊盡量避免銳角，嚴禁尖角，圓角半徑 R=0.25t，沖裁件的凸出或凹入不宜太小，應避免長懸臂和窄臂和窄槽，要求懸臂和槽長 L 與其寬度 B 應有一定的比列。鋼板時，B=（ 1.3 至 1.5）t，有色金屬板時，B=（0.75 至 0.8）t，L=3B。沖裁孔與孔之間、孔與沖件邊緣之間的壁厚不應太小，否則會影響凹模強度、壽命和沖件質量。通過對制件零件圖分析，可知其不能滿足以上要求，所以實際排工藝和設計模具時需將兩孔分兩個工步沖裁。由于制件材料是 45#，具有良好的沖裁工藝性，本次設計的課題，年產量為 5 萬件，屬于中等批量生產；制件外觀的最大長度為 50+8+8+4=70mm，寬度為 12+8+4=24mm，屬小型制件，孔邊到外形邊的最小距離為 4-4.1/2=1.95，明顯小于 1.5 倍材料厚度，所以此處孔需要單獨沖裁，由于其形狀較復雜，生產效率要求高，因此我們設計生產效率高的級進模來完成此制件的生產。下載后文件包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 1197098513圖 1-1 制件圖下載后文件包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 1197098514第 2 章、制件的排樣排樣是模具設計的核心部分，排樣的方式決定了模具結構，凹模的分布等方面內容。在進行排樣之前，首先需要對制件的電子圖檔進行排樣，其過程如下。2.1.目標值的選取沖壓件零件各部分的作用不同，其在精度和工藝等方面的要求也不同，設計中根據(jù)沖壓件零件圖的公差確定目標值。制件目標值的選取原則如下：（1）沖圓孔、異形孔目標值的確定原則：孔在沖裁時，沖頭易磨損，加工過程中越來越小，為此孔（包括圓孔，異形孔）的尺寸目標值取其公差偏上限，此情況下的目標值 L=基本尺寸 L1+（1/2 倍公差的上偏差值）+0.05mm 至 0.1mm的余量。（2）外形尺寸的確定：外形在成型中，因凹模在沖裁過程中由于摩擦方面的原因，其外形會逐漸變大，為了保證沖壓制件的精度，延長模具的使用壽命，提高其的經濟性，其目標值的確定時在誤差范圍內應該盡量取下限值，在此情況下的目標值的取法為：目標值 L=基本尺寸 L1—（1/2 下偏差）2.2.制件成形工藝的設計和工位確定由制件的結構形狀可以知道，要沖壓出該制件需要的經過的基本工序為：沖孔，落料等工藝過程。經過分析，有三種工藝方案可以實現(xiàn)該沖壓件的加工，分別如下：方案一：直接采用落料沖孔復合模設計。方案二：采用連續(xù)沖裁方式，先沖工藝孔→沖側刃→以孔和側刃定位沖孔→落料。方案三：采用連續(xù)沖裁方式，沖裁側刃及工藝孔→以工藝孔定位一沖小孔下載后文件包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 1197098515及腰孔→落料。經分析，可知道：方案一的優(yōu)點是模具結構比較簡單，易加工，制造周期短。從產品的形狀和尺寸大小開看，可行性不大，產品材料薄，無法送料，孔邊到外行距離太小，凸凹模強度很小，無法實現(xiàn)。方案二具有某些優(yōu)點，此方法在采用孔和側刃定位時，不過產品形狀為 L形，直接排樣，材料利用率低，雖然生產效率提高，但不經濟，利潤低。方案三和方案二類似，采用級進模，區(qū)別是在排樣時采用錯位排樣法，這樣設計，材料利用率提高，產品精度能達到，但最后落料是距離太近，在設計模具時可以錯開落料，避免距離太小，凹模沒有強度。模具精度要求高，成本和方案二相差不大，但生產效率提高一倍。綜合以上分析，確定工藝方岸方案三為最佳工藝方案。2.3.制件的排樣在沖壓件的成本中，材料的費用占 60%以上，因此材料的經濟利用有非常重要的意義。沖壓件在材料或板料上的布置方法稱為排樣。衡量排樣經濟性的指標是材料的利用率。不合理的排樣方式會浪費材料，并且還可能影響到制件的質量，影響模具的結構設計的合理性；影響模具的使用壽命，制件的生產效率和模具的成本等技術、經濟指標等。排樣的常用方法有：有廢料排樣法；少廢料排樣法；無廢料排樣法。設計中由于制件的外形比較復雜，采用裁搭邊法,將制件的加工通過分次裁切來完成。分次排樣法設計加工出來的具有制件精度高，便于模具凹模、凸模的排布等優(yōu)點。制件的排樣的具體過程如下；2.3.1.制件的排樣方法排樣方法：可制作沖壓件展開毛坯樣板（3 至 5 個） ，在圖面上反復試排，下載后文件包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 1197098516綜合考慮材料利用率，確定初步方案，再在 AUTO CAD 軟件中對制件展開圖進行排布，在初步的排樣圖中按照沖壓工序設計的基本原則，進行沖裁工位設計。在排樣圖的開始端一般安排沖孔、落料等分離工位。在安排工位時，要盡量避免沖小半孔，以防凸模因受力不均而折斷。2.3.2.制件件的排樣原則（1）為了提高材料利用率，在不影響制件使用性能指標的前提下，可以適當?shù)母淖冎萍男螤?。?）排樣時應考慮使設計出來的模具使用方便，勞動強度小且安全。（3）模具結構應該盡量簡單。（4）保證制件質量和制件對條料纖維方向的要求。2.3.3.搭邊值的確定排樣時制件與制件之間以及制件與側邊之間留下的工藝材料，叫做搭邊。其作用是補償定位誤差，保證條料強度，以保證在沖裁過程中帶料的送料順暢。搭邊應選擇適當，過大會造成材料的浪費，過小不利于制件的成形，或者沖裁不出合格的制件。搭邊值的大小通常是由經驗所確定的。設計中搭邊值的確定參照 APS 模具設計標準確定。2.3.4.排樣的步驟（1）由制件制件的外觀形狀和制件材料的特點確定排樣的方法（2）帶料寬度的確定：帶料寬度的確定要經過搭邊值的確定，制件的搭邊值的確定方法如下：側搭邊值的確定：側搭邊是指在級進模中將每個產品沿料寬方向連接起來的部分叫側搭邊。其確定方法為：最小側搭邊值 Zmin=1×T（0.8mm ≤T ≤1.6mm〉下載后文件包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 1197098517=6×T（0.4mm≤T ≤0.6mm 〉=1mm（0.2mm≤T≤0.3mm〉式中 T 表示帶料的厚度。間隙搭邊值的確定：間隙搭邊是指相鄰兩個制件之間的間隙，查閱模具設計標準，對于薄的材料取 1mm，即可以滿足兩個相鄰制件在沖裁時的強度要求。異形凸模最小寬度的確定：異形凸模最小寬度 Bmin=3.0~6.0mm（0.8mm≤T≤1.6mm ）=2.5~4.0mm（0.4mm≤T≤0.6mm）=0.6-0.9mm（0.2mm≤T≤0.3mm）本次設計，材料厚度為 3.0，產品長度為 100，大于 50，通過查詢相關表格，工件之間的最小搭邊值為 2.8，側面最小搭邊值為 3.2mm。參照以上標準，設計中各值確定如下：確定條料的寬度 B=制件寬度+搭邊距離×2+側刃寬度×2=70+2.8+12+3.2×2+3.2×2=97.6mm（3） 步矩的確定：間隙搭邊值的確定通常是根據(jù)經驗確定，在不影響產品質量情況下盡量取小些。在本設計中，制件之間的搭邊距離取為 2.8mm，則：步距 D=制件的排樣寬度+2.8=24+24+2.8+2.8-8-8=37.6mm 具體排樣圖如下：下載后文件包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 11970985182.4.材料利用率的計算一個步距內的材料利用率 η 為η=nF/Bs×100%η=2×1181.6637/37.6×97.6×100%=64.4%式中 F——一個步距內沖裁件面積（包括沖出的小孔在內） ；n——一個步距內沖裁件數(shù)目；B——條料寬度（mm） ；s——步距（mm） ； 下載后文件包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 1197098519第 3 章、力的計算和沖裁間隙的確定3.1.沖裁力的計算3.1.1.沖裁力的計算計算沖裁力的目的是為了選擇合適的壓力機，設計和檢驗模具的強度。壓力機的噸位必須大于所計算的沖裁力，以適應沖裁工藝的需求。沖裁力的計算公式為：P=KtLδ N上式中各字母的含義分別為：δ 表示材料的抗剪強度(MPa)； L 表示沖裁周邊的總長(mm)； t 表示材料的厚度(mm)； K 表示安全系數(shù) ，K 是考慮到沖裁模具刃口的磨損，凸模、凹模間隙之間波動，潤滑情況，材料力學性能與公差的變化等因素而設置的安全系數(shù)，一般取 1.3。通過查閱《模具設計手冊》可以知道：45#材料的抗剪強度 δ=440-560MPa。計算出沖裁件的周邊長度和孔的周長，相關計算如下： 產品外形周邊長度 L1=175.98mm產品圓孔的周長 L2=3.14×6.1=19.165mm 產品圓孔的周長 L3=3.14×6.1=19.165mm 產品圓孔的周長 L4=3.14×4.1=12.874mm 沖工藝孔的周長 L5=3.14×6=18.84mm沖側刃孔的周長 L6=37.6+3.2+3.2=44mm總的周長為 L=2L1+2L2+2L3+2L4+L5+2L6=561.208下載后文件包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 1197098520則總沖裁力：P= KtLm=1.3×3×561.208×560=1225678.272N≈1225.678KN。3.1.2.卸料力、推料力的計算影響卸料力、推料力和頂件力的因素很多，要精確的計算是困難的，在實際生產中常用經驗公式進行計算：卸料力 Q=KP N推料力 Q1=K1P N式中：P 表示沖裁力（ N） ；K 表示卸料系數(shù)，其值為 0.08 至 0.25，薄料取大值，厚料取小值；K1 表示推料系數(shù)，其值為 0.03 至 0.07，薄料取大值，厚料取小值。則有：卸料力 Q=KP=0.08×1225.678=98.05KN （K 取 0.08）推料力 Q1=K1P =0.03×1225.678=36.77K N （K 取 0.03）通過上面的計算可以知道模具在正常條件下工作所需要壓力機提供的壓力至少應該為：F=沖裁力+卸料力+推料力 =1225.678+98.05+36.77=1360.498KN3.1.4.壓力機公稱壓力的選取沖裁時，壓力機的公稱壓力必須大于或等于沖裁各工藝力的總和。設計中需要的最小總壓力為：1360.498KN根據(jù)以上計算結果選擇沖床，參照公司沖床式樣，選擇沖床的型號為：JA31-160B 閉式單點壓力機；沖床能夠提供的壓力為 160 噸，沖床的行程為160mm；工作臺的面積為 710mm×790mm；滑塊的底面積為450mm×630mm；沖床最大的閉合高度為 480mm；調節(jié)量為 120mm；行程次下載后文件包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 1197098521數(shù)為 32/分鐘；電動機功率 12.5kw。壓力中心的確定：由沖床的式樣可以知道：由于模具在工作時是將整個上模座固定在沖床的滑塊上，因此不必進行壓力中心的計算。為了方便模具安裝在壓力機上，在上模座上設計一個模柄，以起到模具在安裝時的裝夾作用。3.2.沖裁間隙的確定凹模凸模間隙的確定：沖裁模的凸模橫斷面，一般小于凹?？?，凹模與凸模部分，在垂直沖裁方向的投影尺寸之差，叫做沖裁間隙。沖裁間隙有兩種含義：一種是指凹模與凸模間每側空隙值，稱為單面間隙；另外一種指凹模和凸模間兩側間隙之和，稱為雙面間隙；習慣上常說的間隙是指雙面間隙，用符號C 表示，單面間隙用 Z/2 表示。沖裁間隙的大小對制件斷面的影響 間隙合理，材料在分離時，凹模和凸模刃口處裂紋重合，沖裁間隙不是一個絕對值，而是一個數(shù)值范圍，沖裁間隙在此范圍內都可以得到沖裁斷面較好的制件。間隙過大，凸模和凹模刃口處的裂紋不重合，凸模刃口附近的裂紋在凹模刃口附近裂紋的里邊，材料受很大的拉伸，光亮帶小，毛刺、塌角及斜度都比較大。間隙過小，裂紋也不重合，凸模刃口附近的裂紋在凹模刃口附近裂紋的外邊，兩條剪裂紋之間的一部分材料隨沖裁的繼續(xù)又被二次剪切和擠壓，在斷面上形成第二次光亮帶，并在中間出現(xiàn)夾層和毛刺。沖裁間隙對制件尺寸精度的影響 落料和沖孔后，因發(fā)生彈性恢復，會影響制件的尺寸精度。沖裁間隙小到一定程度時，由于壓縮變形彈性恢復，落料件的尺寸會大于凹模尺寸，而沖出的孔小于凸模。間隙大到一定界限時，由于拉伸變形的彈性恢復，落料尺寸會小于凹模的刃口尺寸，而沖出的孔會大于凸模的刃口尺寸。間隙對于沖孔和落料精度的影響規(guī)律是不同的，且和材料的纖維下載后文件包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 1197098522方向有關。沖裁間隙對沖裁力和模具壽命的影響 間隙大時，沖裁力有一定的程度減小，卸料力和推件力也隨之降低。沖裁時，坯料對凹模凸模產生側壓力，并在凸磨與被沖孔之間及凹模與落料件之間均有摩擦力。間隙越小摩擦力和側壓力隨之增大。此外，由于在實際的生產中定，故間隙應該在增大凹模尺寸的方向上取得?？紤]到凸模和凹模的磨損，在設計和制造新模具時，取最小合理間隙。確定沖裁間隙的方法 常用的沖裁間隙確定方法有理論確定法和經驗確定法，在現(xiàn)場模具的設計和生產中通常用經驗確定模具的沖裁間隙。經驗計算公式為：C=mt式中：C 為合理沖裁間隙，單位為 mm；t 為板料厚度，單位為 mm；m 為系數(shù)，與料厚及材料性質有關，m 通常為料厚的百分之幾。沖裁間隙系數(shù)如下表所示： 單位：mm間隙類別材料Ⅰ Ⅱ Ⅲ低炭鋼 08F、10F 10、 20、A3、 6~14 14~20 20~25中炭鋼 45 不銹鋼 1Cr18Ni9Ti 7~6 16~22 22~30高炭鋼 T8A T10A 65Mn 16~24 24~30 30~36結合模具設計標準，將間隙值取為料厚的 8.0%。則凹模和凸模之間的間隙為：C=mt=8.0%×3=0.24mm具體計算如下：下載后文件包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 1197098523落料凹模尺寸：Aj1=(Amax-XΔ)-Δ/4=70.2-0.5×0.4=70 ； 02.?Aj2=(Amax-XΔ) -Δ/4=24.1-0.5×0.2=24 ；02.?Aj3=(Amax-XΔ) -Δ/4=12.1-0.5×0.2=12 ；02.?Aj4=(Amax-XΔ) -Δ/4=4.05-0.5×0.1=4 ；02.?Aj5=(Amax-XΔ) -Δ/4=16.1-0.5×0.2=16 ；02.?Aj6=(Amax-XΔ) -Δ/4=2.05-0.5×0.1=2 ；02.?落料凸模尺寸： Aj1=(Amax-2Z)+Δ/4=70-2×0.12=69.76 ; 02.?Aj2=(Amax-2Z) +Δ/4=24-2×0.12=23.76 ; 02.?Aj3=(Amax-2Z) +Δ/4=12-2×0.12=11.76 ;02.?Aj4=(Amax-Z) +Δ/4=4-0.12=3.88 ;02.?Aj5=(Amax-2Z) +Δ/4=16-2×0.12=15.76 ;02.?Aj6=(Amax-Z) +Δ/4下載后文件包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 1197098524=2-0.12=1.88 ;02.?沖孔凸模尺寸：Bj1=(Amin+XΔ)+Δ/4=6.0+0.5×0.2=6.1 ;02.?Bj2=(Amin+XΔ)+Δ/4=4.0+0.5×0.2=4.1 ;02.?Bj3=(Amin+XΔ)+Δ/4=5.9+0.5×0.2=6 ;02.?沖孔凹模尺寸：Bh1=(Amin+2Z)- Δ/4=6.1+2×0.12=6.34 ；02.?Bh2=(Amin+2Z)- Δ/4=4.1+2×0.12=4.34 ；02.?Bh3=(Amin+2Z)- Δ/4=6+2×0.12=6.24 ；02.?孔心距 Lp1=L±δp’=50±0.01Lp2=L±δp’=37.6±0.01Lp3=L±δp’=12±0.01下載后文件包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 1197098525第 4 章、模具總體結構和主要零件的設計4.1.模具總體結構的確定模具的總體結構的確定：參照下載后文件包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 1197098526圖 4-1 模具總體結構圖凹模和凸模的固定方式通常選用內六角緊固螺釘固定。為了保證導向精度，采用導柱結合的導向方式，模具采用滑動導向機構，采用彈壓卸料裝置的結構形式。模具在工作中需要加潤滑油，有利于保證制件的精度，減少毛刺的產生，同時起到延長模具的使用壽命的作用。由于有潤滑油在凹模板和卸料板的表面，帶料很容易沾在這兩塊模板上，在上模和下模分開時容易引起帶料的塑性變形，從而印象制件的質量，為了防止這種現(xiàn)象的產生，在模具設計時加入頂針結構，單獨安裝升浮銷，頂出產品。4.2.沖裁外形凸模和凹模的設計4.2.1.外形凸模設計查閱《模具設計手冊》 ，落料凸模的材料選用 Cr12MoV，將其熱處理到下載后文件包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 119709852758HRC~61HRC 即可以滿足設計要求。與固定板采用過盈配合，過盈量為 0.02-0.03，與上模板螺釘固定。圖 4-5 落料凸模形狀4.2.2.凹模的設計由于產品尺寸小，凹模采用整體的結構，材料選用 Cr12MoV，將其熱處理到 58HRC~61HRC，即可以滿足設計要求。選用 GB/T70.1 M10×50 的內六角螺釘與下模板固定。如下圖所示：下載后文件包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 1197098528凹模的刃口形式，考慮到生產批量較大，所以采用刃口強度較高的凹模，如圖 3-4 所示的刃口形式。凹模的外形尺寸，由文獻[3，式 4-7，式 4-8]計算：H＝kb=0.24 ×139.6=33.5mm，取 H＝40mm，C=1-1.5H=40-60mm，所以凹模長度尺寸為 139.6+2×(40~60)=219.6~259.6，寬度為 104+2×(40~60)=184~224，所以本次設計凹模外形尺寸為 240×210×40，凹模刃口處反面加工錐度，沖孔的廢料和落料的產品沿錐度下掉出模具，這樣不需要單獨卸料，提高生產效率。根據(jù)以上計算出凹模周界尺寸，相應的確定卸料板，固定板，墊板的外形尺寸也是 240×210。僅僅厚度不一樣，根據(jù)相關比例，卸料板厚度為 0.5 倍凹模厚度，所以卸料板厚度為 20mm，由于結構設計出導料板，所以需要增加加工導料板的讓位臺階，所以卸料板增厚到 28mm。固定板設計成 20mm 厚。墊下載后文件包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 1197098529板設計成 20mm 厚，熱處理 HRC45-48。4.2.3.沖孔凸模的設計沖小孔凸模，通常采用加大固定部分直徑，縮小刃口部分長度的措施來保證小凸模的強度和剛度。沖大孔凸模，基本都是直通式結構，就是固定部分與刃口部分尺寸一樣大，現(xiàn)在圓形凸模已經趨于標準化，間隔 0.1 都有標準件購買，所以本次設計的凸模，都可以購買標準件，所以小凸模當工作部分和固定部分直徑相差太大時，可以設計多臺階結構，各臺階過渡部分必須用圓弧光滑連接，不允許有刀痕（防止產生刮傷或毛刺） ，對于特小的凸?？梢圆捎帽Ｗo結構。卸料板還必須起到導向作用，以消除側壓力對凸模作用面的影響，大凸?？梢栽O計成直通式。本次設計的凸模相對材料厚度，都是屬于大凸模。在加工方面，由于這些凸模和凹模的形狀都比較復雜，為了加工出精密的零件，均采用線切割結合磨削制造。完成磨削依靠專用的自動磨床和平面磨床，且通過金剛石對砂輪進行修正，達到磨削所要求的形狀和尺寸要求。模具的材料選用 Cr12MoV，將其熱處理硬度達到至 58HRC~61HRC。下載后文件包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 1197098530圖 4-8 沖孔凸模結構示意圖二4.3.帶料定位模具的設計4.3.1.定位的設計為了保證制件的精度，用工藝孔對帶料進行精確定位。由排樣圖可知，其步距為 37.6mm，工藝孔的設計必須滿足搭邊要求，將工藝孔的直徑設計為6mm 比較合適，但為了防止定位銷帶料引起帶料的變形，定位銷釘導人部分的直徑小于 6mm，考慮到方便定位釘?shù)募庸?，可以把工藝孔的直徑放?.03mm，這樣導正釘工作部分的直徑為 6mm 即可，或者把定位小 0.03mm。 4.3.2.定位銷的設計在級進模中，定位銷在其他定位機構的配合下，對帶料在前一工位上沖出的圓孔進行精確定位，定位銷一般緊挨沖孔工位后的工序上。4.4.模板、模座設計4.4.1.模板、模座厚度的確定在設計中，由于凹模周界很小，可以采用標準模架，由于本次設計的產品1XXXX 大學畢業(yè)設計(論文)課 題 名 稱 短連桿沖壓工藝與模具設計 學 生 姓 名 學 號 院( 系 )、專業(yè) 指 導 教 師 職 稱 2016 年 05 月 16 日2本科畢業(yè)設計（論文）誠 信 承 諾 書本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設計（論文） 短連桿冷沖壓工藝及級進模設計 是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的成果，其內容除了在畢業(yè)設計（論文）中特別加以標注引用，表示致謝的內容外，本畢業(yè)設計（論文）不包含任何其他個人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。班 級： 學 號： 作者姓名： 2016 年 5 月 16 日3摘 要金屬板料沖壓是一種在工業(yè)生產中應用廣泛的加工方法。隨著現(xiàn)代各行各業(yè)突飛猛進的發(fā)展，金屬件的結構復雜，精度高，需求量多，加上對生產的安全性、操作的方便性，加工的經濟性等要求也日益提高，采用單工位模具已經無法滿足生產的需要，許多制造商均采用多工位級進模進行生產。因此，多工位級進模在國內外模具制造業(yè)中應用日趨廣泛。多工位級進模是在普通級進模的基礎上發(fā)展起來的一種模具，是當代所有模具中沖壓功能最多、結構最復雜、生產效率和自動化程度最高的一種沖模。在多工位級進模結構設計過程中，首先必須設計級進模的總裝結構，然后再在此基礎上進行模具其他零部件的設計。本模具采用切廢料方式進行沖裁，故模具結構采用沖孔、導正、彎曲、落料的工序設計，排樣采用單排橫排排列。本論文分析了短連桿的沖壓工藝性，介紹了短連桿多工位級進?？傮w結構設計，對工件進行了展開計算，確定了工件加工成型的工藝方案和排樣方案，對模具進行了工藝計算，根據(jù)計算結果進行了凸模、凹模、墊板、導料板、卸料板、鑲塊等主要零部件的設計，還根據(jù)各標準對模具中用到的其他標準件，如模架、導柱導套等，進行了選擇與設計。實踐證明：該模具結構合理、可靠，并能保證產品質量，對此類零件的級進模設計有參考價值。關鍵詞：短 連 桿 ； 沖 壓 工 藝 ； 排 樣 ； 連 續(xù) 模4目 錄摘 要 3引 言 6第 1 章、制件的工藝分析 9第 2 章、制件的排樣 112.1.目標值的選取 .112.2.制件成形工藝的設計和工位確定 .112.3.制件的排樣 .122.3.1.制件的排樣方法 122.3.2.制件件的排樣原則 132.3.3.搭邊值的確定 132.3.4.排樣的步驟 132.4.材料利用率的計算 .15第 3 章、力的計算和沖裁間隙的確定 163.1.沖裁力的計算 .163.1.1.沖裁力的計算 163.1.2.卸料力、推料力的計算 173.1.4.壓力機公稱壓力的選取 1753.2.沖裁間隙的確定 .18第 4 章、模具總體結構和主要零件的設計 224.1.模具總體結構的確定 .224.2.沖裁外形凸模和凹模的設計 .234.2.1.外形凸模設計 234.2.2.凹模的設計 244.2.3.沖孔凸模的設計 264.3.帶料定位模具的設計 .274.3.1.定位的設計 274.3.2.定位銷的設計 274.4.模板、模座設計 .274.4.1.模板、模座厚度的確定 274.5.導向部分的設計 .284.6.緊固螺釘和定位部分的設計 .28第五章、確定模具的壓力中心 29第六章、模具的裝配 33結束語 35不足之處及未來展望 36參考資料 376引 言模具是制造業(yè)的重要工藝基礎，在我國，模具制造屬于專用設備制造業(yè)。我國雖然很早就開始制造模具和使用模具，但長期未形成產業(yè)。直到 20 世紀80 年代后期，我國模具工業(yè)才駛入發(fā)展的快車道。近二十年來，模具產業(yè)的產值以每年 15%的速度遞增。2000 年我國模具工業(yè)的總產值達到 280 億元人民幣。在模具工業(yè)的總產值里，沖壓模具占到 50%，塑料模具約占 33%，壓鑄模具約占 6%，其他各類模具約占 11%。冷沖壓工藝與其他加工相比，有以下特點：1） 用冷沖壓可以得到形狀復雜、用其他加工方法難以加工的工件，如薄殼零件等。冷沖壓件的尺寸精度是由模具保證，因此，尺寸穩(wěn)定，互換性好。2） 材料利用率高、工件重量輕、剛性好、強度高、沖壓過程耗能少。3） 操作簡單，勞動強度低、易于實現(xiàn)機械化和自動化、生產效率高。4） 沖壓加工所用的模具結構一般比較復雜，生產周期較長、成本較高。由于冷沖壓有許多的優(yōu)點，因此，在機械制造、電子、電器等各行各業(yè)中，都得到了廣泛的應用。我國沖壓模具無論在數(shù)量上，還是在質量、技術和能力等方面都已有了很大發(fā)展，但與國發(fā)經濟需求和世界先進水平相比，差距仍很大，一些大型、精度、復雜、長壽命的高檔模具每年仍大量進口，特別是中高檔轎車的覆蓋件模7具，目前仍主要依靠進口。一些低檔次的簡單沖模，已趨供過于求，市場竟爭激烈。據(jù)中國模具工業(yè)協(xié)會發(fā)布的統(tǒng)計材料，2004 年我國沖壓模具總產出約為220 億元，其中出口 0.75 億美元,約合 6.2 億元.根據(jù)我國海關統(tǒng)計資料,2004 年我國共進口沖壓模具 5.61 億美聯(lián)社元,約合46.6 億元.從上述數(shù)字可以得出 2004 年我國沖壓模具市場總規(guī)模約為 266.6 億元.其中國內市場需求為 260.4 億元,總供應約為 213.8 億元,市場滿足率為 82%.在上述供求總體情況中,有幾個具體情況必須說明:一是進口模具大部分是技術含量高的大型精密模具,而出口模具大部分是技術含量較低中的中低檔模具,因此技術含量高的中高檔模具市場滿足率低于沖壓模具總體滿足率,這些模具的發(fā)展已滯后于沖壓件生產,而技術含量低的中低檔模具市場滿足率要高于沖壓模具市場總體滿足率; 二是由于我國的模具價格要比國際市場低格低許多 ,具有一定的竟爭力,因此其在國際市場前景看好,2005 年沖壓模具出口達到 1.46 億美元,比 2004 年增長94.7%就可說明這一點;三是近年來港資、臺資、外資企業(yè)在我國發(fā)展迅速，這些企業(yè)中大量的自產自用的沖壓模具無確切的統(tǒng)計資料，因此未能計入上述數(shù)字之中。本次設計一個沖孔落料級進模具。級進模是指沖床在一次行程中，完成落料沖孔等多個的一種模具結構，相對與其他冷沖模具結構而言，它具有一下一些優(yōu)點：①工件同軸度較好，表面平直，尺寸精度較高；②生產效率高，且不受條料外形尺寸的精度限制，有時廢角料也可以再生產。它的缺點是：模具零部件加工制造比較困難，成本較高，并且凸、凹模容易受到最小壁厚的限制，而使得一些內孔間距、內孔與邊緣間距較小的工件不適宜采用。由于級進模具本身具有的優(yōu)點明顯，故模具企業(yè)在條件允許的情況下，一般傾向于選擇級進8模結構。沖壓工藝與模具設計的理論性和實用性均很強。從理論與實踐相結合的角度來研究、探討，并側重加強工程實踐能力這點應該得到重視。本次畢業(yè)設計是一個重要的專業(yè)教學環(huán)節(jié)，這個教學環(huán)節(jié)的目的：（1）幫助學生具體運用和鞏固《模具設計與制造》課程及相關的理論知識，了解設計沖壓模的一般程序。（2）是使學生能夠熟練地運用有關技術資料，如《冷沖模國家標準》 、 《模具設計與制造簡明手冊》 、 《冷沖壓模具結構圖冊》及其它有關規(guī)范等。（3）訓練學生初步設計冷沖壓模具的能力，為以后的工作打下初步的基礎。9第 1 章、制件的工藝分析設計中的沖壓制件是一短連桿。如圖 1-1 所示。由制件零件圖可以知道：制件的外形不規(guī)則，尺寸中等，一頭大一頭小，屬于 L 形零件，產品中間有三個孔，孔和外形分開的話需要多次沖裁才能完成加工。通過對零件的初步分析可知，要完成該制件的生產，需要經過以下工藝：沖孔、沖孔、落料，等工藝。沖壓件的精度要求較高，制件的厚度為 3.0mm，屬于厚材料類沖裁，選用平板料；沖壓件的材料是 45#，是普通的優(yōu)質碳素結構鋼，根據(jù)常用金屬沖壓材料的力學性能查出 45#鋼的抗剪強度為 440～560(MPa) ，另外，在設計中還應該考慮到產品材料的沖裁工藝性，以及其纖維方向的特性。由《模具設計手冊》可以知道：制件在沖裁時要求兩個相交邊盡量避免銳角，嚴禁尖角，圓角半徑 R=0.25t，沖裁件的凸出或凹入不宜太小，應避免長懸臂和窄臂和窄槽，要求懸臂和槽長 L 與其寬度 B 應有一定的比列。鋼板時，B=（ 1.3 至 1.5）t，有色金屬板時，B=（0.75 至 0.8）t，L=3B。沖裁孔與孔之間、孔與沖件邊緣之間的壁厚不應太小，否則會影響凹模強度、壽命和沖件質量。通過對制件零件圖分析，可知其不能滿足以上要求，所以實際排工藝和設計模具時需將兩孔分兩個工步沖裁。10由于制件材料是 45#，具有良好的沖裁工藝性，本次設計的課題，年產量為 5 萬件，屬于中等批量生產；制件外觀的最大長度為 50+8+8+4=70mm，寬度為 12+8+4=24mm，屬小型制件，孔邊到外形邊的最小距離為 4-4.1/2=1.95，明顯小于 1.5 倍材料厚度，所以此處孔需要單獨沖裁，由于其形狀較復雜，生產效率要求高，因此我們設計生產效率高的級進模來完成此制件的生產。圖 1-1 制件圖11第 2 章、制件的排樣排樣是模具設計的核心部分，排樣的方式決定了模具結構，凹模的分布等方面內容。在進行排樣之前，首先需要對制件的電子圖檔進行排樣，其過程如下。2.1.目標值的選取沖壓件零件各部分的作用不同，其在精度和工藝等方面的要求也不同，設計中根據(jù)沖壓件零件圖的公差確定目標值。制件目標值的選取原則如下：（1）沖圓孔、異形孔目標值的確定原則：孔在沖裁時，沖頭易磨損，加工過程中越來越小，為此孔（包括圓孔，異形孔）的尺寸目標值取其公差偏上限，此情況下的目標值 L=基本尺寸 L1+（1/2 倍公差的上偏差值）+0.05mm 至 0.1mm的余量。（2）外形尺寸的確定：外形在成型中，因凹模在沖裁過程中由于摩擦方面的原因，其外形會逐漸變大，為了保證沖壓制件的精度，延長模具的使用壽命，提高其的經濟性，其目標值的確定時在誤差范圍內應該盡量取下限值，在此情況下的目標值的取法為：目標值 L=基本尺寸 L1—（1/2 下偏差）2.2.制件成形工藝的設計和工位確定由制件的結構形狀可以知道，要沖壓出該制件需要的經過的基本工序為：沖孔，落料等工藝過程。經過分析，有三種工藝方案可以實現(xiàn)該沖壓件的加工，分別如下：12方案一：直接采用落料沖孔復合模設計。方案二：采用連續(xù)沖裁方式，先沖工藝孔→沖側刃→以孔和側刃定位沖孔→落料。方案三：采用連續(xù)沖裁方式，沖裁側刃及工藝孔→以工藝孔定位一沖小孔及腰孔→落料。經分析，可知道：方案一的優(yōu)點是模具結構比較簡單，易加工，制造周期短。從產品的形狀和尺寸大小開看，可行性不大，產品材料薄，無法送料，孔邊到外行距離太小，凸凹模強度很小，無法實現(xiàn)。方案二具有某些優(yōu)點，此方法在采用孔和側刃定位時，不過產品形狀為 L形，直接排樣，材料利用率低，雖然生產效率提高，但不經濟，利潤低。方案三和方案二類似，采用級進模，區(qū)別是在排樣時采用錯位排樣法，這樣設計，材料利用率提高，產品精度能達到，但最后落料是距離太近，在設計模具時可以錯開落料，避免距離太小，凹模沒有強度。模具精度要求高，成本和方案二相差不大，但生產效率提高一倍。綜合以上分析，確定工藝方岸方案三為最佳工藝方案。2.3.制件的排樣在沖壓件的成本中，材料的費用占 60%以上，因此材料的經濟利用有非常重要的意義。沖壓件在材料或板料上的布置方法稱為排樣。衡量排樣經濟性的指標是材料的利用率。不合理的排樣方式會浪費材料，并且還可能影響到制件的質量，影響模具的結構設計的合理性；影響模具的使用壽命，制件的生產效率和模具的成本等技術、經濟指標等。排樣的常用方法有：有廢料排樣法；少廢料排樣法；無廢料排樣法。設計中由于制件的外形比較復雜，采用裁搭邊法,將制件的加工通過分次裁切來完成。13分次排樣法設計加工出來的具有制件精度高，便于模具凹模、凸模的排布等優(yōu)點。制件的排樣的具體過程如下；2.3.1.制件的排樣方法排樣方法：可制作沖壓件展開毛坯樣板（3 至 5 個） ，在圖面上反復試排，綜合考慮材料利用率，確定初步方案，再在 AUTO CAD 軟件中對制件展開圖進行排布，在初步的排樣圖中按照沖壓工序設計的基本原則，進行沖裁工位設計。在排樣圖的開始端一般安排沖孔、落料等分離工位。在安排工位時，要盡量避免沖小半孔，以防凸模因受力不均而折斷。2.3.2.制件件的排樣原則（1）為了提高材料利用率，在不影響制件使用性能指標的前提下，可以適當?shù)母淖冎萍男螤?。?）排樣時應考慮使設計出來的模具使用方便，勞動強度小且安全。（3）模具結構應該盡量簡單。（4）保證制件質量和制件對條料纖維方向的要求。2.3.3.搭邊值的確定排樣時制件與制件之間以及制件與側邊之間留下的工藝材料，叫做搭邊。其作用是補償定位誤差，保證條料強度，以保證在沖裁過程中帶料的送料順暢。搭邊應選擇適當，過大會造成材料的浪費，過小不利于制件的成形，或者沖裁不出合格的制件。搭邊值的大小通常是由經驗所確定的。設計中搭邊值的確定參照 APS 模具設計標準確定。2.3.4.排樣的步驟（1）由制件制件的外觀形狀和制件材料的特點確定排樣的方法（2）帶料寬度的確定：帶料寬度的確定要經過搭邊值的確定，制件的搭邊14值的確定方法如下：側搭邊值的確定：側搭邊是指在級進模中將每個產品沿料寬方向連接起來的部分叫側搭邊。其確定方法為：最小側搭邊值 Zmin=1×T（0.8mm ≤T ≤1.6mm〉=6×T（0.4mm≤T ≤0.6mm 〉=1mm（0.2mm≤T≤0.3mm〉式中 T 表示帶料的厚度。間隙搭邊值的確定：間隙搭邊是指相鄰兩個制件之間的間隙，查閱模具設計標準，對于薄的材料取 1mm，即可以滿足兩個相鄰制件在沖裁時的強度要求。異形凸模最小寬度的確定：異形凸模最小寬度 Bmin=3.0~6.0mm（0.8mm≤T≤1.6mm ）=2.5~4.0mm（0.4mm≤T≤0.6mm）=0.6-0.9mm（0.2mm≤T≤0.3mm）本次設計，材料厚度為 3.0，產品長度為 100，大于 50，通過查詢相關表格，工件之間的最小搭邊值為 2.8，側面最小搭邊值為 3.2mm。參照以上標準，設計中各值確定如下：確定條料的寬度 B=制件寬度+搭邊距離×2+側刃寬度×2=70+2.8+12+3.2×2+3.2×2=97.6mm（3） 步矩的確定：間隙搭邊值的確定通常是根據(jù)經驗確定，在不影響產品質量情況下盡量取小些。在本設計中，制件之間的搭邊距離取為 2.8mm，則：步距 D=制件的排樣寬度+2.8=24+24+2.8+2.8-8-8=37.6mm 具體排樣圖如下：152.4.材料利用率的計算一個步距內的材料利用率 η 為η=nF/Bs×100%η=2×1181.6637/37.6×97.6×100%=64.4%式中 F——一個步距內沖裁件面積（包括沖出的小孔在內） ；n——一個步距內沖裁件數(shù)目；B——條料寬度（mm） ；s——步距（mm） ； 16第 3 章、力的計算和沖裁間隙的確定3.1.沖裁力的計算3.1.1.沖裁力的計算計算沖裁力的目的是為了選擇合適的壓力機，設計和檢驗模具的強度。壓力機的噸位必須大于所計算的沖裁力，以適應沖裁工藝的需求。沖裁力的計算公式為：P=KtLδ N上式中各字母的含義分別為：δ 表示材料的抗剪強度(MPa)； L 表示沖裁周邊的總長(mm)； t 表示材料的厚度(mm)； K 表示安全系數(shù) ，K 是考慮到沖裁模具刃口的磨損，凸模、凹模間隙之間波動，潤滑情況，材料力學性能與公差的變化等因素而設置的安全系數(shù)，一般取 1.3。通過查閱《模具設計手冊》可以知道：45#材料的抗剪強度 δ=440-560MPa。計算出沖裁件的周邊長度和孔的周長，相關計算如下： 產品外形周邊長度 L1=175.98mm產品圓孔的周長 L2=3.14×6.1=19.165mm 產品圓孔的周長 L3=3.14×6.1=19.165mm 產品圓孔的周長 L4=3.14×4.1=12.874mm 沖工藝孔的周長 L5=3.14×6=18.84mm沖側刃孔的周長 L6=37.6+3.2+3.2=44mm總的周長為 L=2L1+2L2+2L3+2L4+L5+2L6=561.20817則總沖裁力：P= KtLm=1.3×3×561.208×560=1225678.272N≈1225.678KN。3.1.2.卸料力、推料力的計算影響卸料力、推料力和頂件力的因素很多，要精確的計算是困難的，在實際生產中常用經驗公式進行計算：卸料力 Q=KP N推料力 Q1=K1P N式中：P 表示沖裁力（ N） ；K 表示卸料系數(shù)，其值為 0.08 至 0.25，薄料取大值，厚料取小值；K1 表示推料系數(shù)，其值為 0.03 至 0.07，薄料取大值，厚料取小值。則有：卸料力 Q=KP=0.08×1225.678=98.05KN （K 取 0.08）推料力 Q1=K1P =0.03×1225.678=36.77K N （K 取 0.03）通過上面的計算可以知道模具在正常條件下工作所需要壓力機提供的壓力至少應該為：F=沖裁力+卸料力+推料力 =1225.678+98.05+36.77=1360.498KN3.1.4.壓力機公稱壓力的選取沖裁時，壓力機的公稱壓力必須大于或等于沖裁各工藝力的總和。設計中需要的最小總壓力為：1360.498KN根據(jù)以上計算結果選擇沖床，參照公司沖床式樣，選擇沖床的型號為：JA31-160B 閉式單點壓力機；沖床能夠提供的壓力為 160 噸，沖床的行程為160mm；工作臺的面積為 710mm×790mm；滑塊的底面積為450mm×630mm；沖床最大的閉合高度為 480mm；調節(jié)量為 120mm；行程次18數(shù)為 32/分鐘；電動機功率 12.5kw。壓力中心的確定：由沖床的式樣可以知道：由于模具在工作時是將整個上模座固定在沖床的滑塊上，因此不必進行壓力中心的計算。為了方便模具安裝在壓力機上，在上模座上設計一個模柄，以起到模具在安裝時的裝夾作用。3.2.沖裁間隙的確定凹模凸模間隙的確定：沖裁模的凸模橫斷面，一般小于凹?？?，凹模與凸模部分，在垂直沖裁方向的投影尺寸之差，叫做沖裁間隙。沖裁間隙有兩種含義：一種是指凹模與凸模間每側空隙值，稱為單面間隙；另外一種指凹模和凸模間兩側間隙之和，稱為雙面間隙；習慣上常說的間隙是指雙面間隙，用符號C 表示，單面間隙用 Z/2 表示。沖裁間隙的大小對制件斷面的影響 間隙合理，材料在分離時，凹模和凸模刃口處裂紋重合，沖裁間隙不是一個絕對值，而是一個數(shù)值范圍，沖裁間隙在此范圍內都可以得到沖裁斷面較好的制件。間隙過大，凸模和凹模刃口處的裂紋不重合，凸模刃口附近的裂紋在凹模刃口附近裂紋的里邊，材料受很大的拉伸，光亮帶小，毛刺、塌角及斜度都比較大。間隙過小，裂紋也不重合，凸模刃口附近的裂紋在凹模刃口附近裂紋的外邊，兩條剪裂紋之間的一部分材料隨沖裁的繼續(xù)又被二次剪切和擠壓，在斷面上形成第二次光亮帶，并在中間出現(xiàn)夾層和毛刺。沖裁間隙對制件尺寸精度的影響 落料和沖孔后，因發(fā)生彈性恢復，會影響制件的尺寸精度。沖裁間隙小到一定程度時，由于壓縮變形彈性恢復，落料件的尺寸會大于凹模尺寸，而沖出的孔小于凸模。間隙大到一定界限時，由于拉伸變形的彈性恢復，落料尺寸會小于凹模的刃口尺寸，而沖出的孔會大于凸模的刃口尺寸。間隙對于沖孔和落料精度的影響規(guī)律是不同的，且和材料的纖維19方向有關。沖裁間隙對沖裁力和模具壽命的影響 間隙大時，沖裁力有一定的程度減小，卸料力和推件力也隨之降低。沖裁時，坯料對凹模凸模產生側壓力，并在凸磨與被沖孔之間及凹模與落料件之間均有摩擦力。間隙越小摩擦力和側壓力隨之增大。此外，由于在實際的生產中定，故間隙應該在增大凹模尺寸的方向上取得。考慮到凸模和凹模的磨損，在設計和制造新模具時，取最小合理間隙。確定沖裁間隙的方法 常用的沖裁間隙確定方法有理論確定法和經驗確定法，在現(xiàn)場模具的設計和生產中通常用經驗確定模具的沖裁間隙。經驗計算公式為：C=mt式中：C 為合理沖裁間隙，單位為 mm；t 為板料厚度，單位為 mm；m 為系數(shù)，與料厚及材料性質有關，m 通常為料厚的百分之幾。沖裁間隙系數(shù)如下表所示： 單位：mm間隙類別材料Ⅰ Ⅱ Ⅲ低炭鋼 08F、10F 10、 20、A3、 6~14 14~20 20~25中炭鋼 45 不銹鋼 1Cr18Ni9Ti 7~6 16~22 22~30高炭鋼 T8A T10A 65Mn 16~24 24~30 30~36結合模具設計標準，將間隙值取為料厚的 8.0%。則凹模和凸模之間的間隙為：C=mt=8.0%×3=0.24mm具體計算如下：20落料凹模尺寸：Aj1=(Amax-XΔ)-Δ/4=70.2-0.5×0.4=70 ； 02.?Aj2=(Amax-XΔ) -Δ/4=24.1-0.5×0.2=24 ；02.?Aj3=(Amax-XΔ) -Δ/4=12.1-0.5×0.2=12 ；02.?Aj4=(Amax-XΔ) -Δ/4=4.05-0.5×0.1=4 ；02.?Aj5=(Amax-XΔ) -Δ/4=16.1-0.5×0.2=16 ；02.?Aj6=(Amax-XΔ) -Δ/4=2.05-0.5×0.1=2 ；02.?落料凸模尺寸： Aj1=(Amax-2Z)+Δ/4=70-2×0.12=69.76 ; 02.?Aj2=(Amax-2Z) +Δ/4=24-2×0.12=23.76 ; 02.?Aj3=(Amax-2Z) +Δ/4=12-2×0.12=11.76 ;02.?Aj4=(Amax-Z) +Δ/4=4-0.12=3.88 ;02.?Aj5=(Amax-2Z) +Δ/4=16-2×0.12=15.76 ;02.?Aj6=(Amax-Z) +Δ/421=2-0.12=1.88 ;02.?沖孔凸模尺寸：Bj1=(Amin+XΔ)+Δ/4=6.0+0.5×0.2=6.1 ;02.?Bj2=(Amin+XΔ)+Δ/4=4.0+0.5×0.2=4.1 ;02.?Bj3=(Amin+XΔ)+Δ/4=5.9+0.5×0.2=6 ;02.?沖孔凹模尺寸：Bh1=(Amin+2Z)- Δ/4=6.1+2×0.12=6.34 ；02.?Bh2=(Amin+2Z)- Δ/4=4.1+2×0.12=4.34 ；02.?Bh3=(Amin+2Z)- Δ/4=6+2×0.12=6.24 ；02.?孔心距 Lp1=L±δp’=50±0.01Lp2=L±δp’=37.6±0.01Lp3=L±δp’=12±0.0122第 4 章、模具總體結構和主要零件的設計4.1.模具總體結構的確定模具的總體結構的確定：參照23圖 4-1 模具總體結構圖凹模和凸模的固定方式通常選用內六角緊固螺釘固定。為了保證導向精度，采用導柱結合的導向方式，模具采用滑動導向機構，采用彈壓卸料裝置的結構形式。模具在工作中需要加潤滑油，有利于保證制件的精度，減少毛刺的產生，同時起到延長模具的使用壽命的作用。由于有潤滑油在凹模板和卸料板的表面，帶料很容易沾在這兩塊模板上，在上模和下模分開時容易引起帶料的塑性變形，從而印象制件的質量，為了防止這種現(xiàn)象的產生，在模具設計時加入頂針結構，單獨安裝升浮銷，頂出產品。4.2.沖裁外形凸模和凹模的設計4.2.1.外形凸模設計查閱《模具設計手冊》 ，落料凸模的材料選用 Cr12MoV，將其熱處理到2458HRC~61HRC 即可以滿足設計要求。與固定板采用過盈配合，過盈量為 0.02-0.03，與上模板螺釘固定。圖 4-5 落料凸模形狀4.2.2.凹模的設計由于產品尺寸小，凹模采用整體的結構，材料選用 Cr12MoV，將其熱處理到 58HRC~61HRC，即可以滿足設計要求。選用 GB/T70.1 M10×50 的內六角螺釘與下模板固定。如下圖所示：25凹模的刃口形式，考慮到生產批量較大，所以采用刃口強度較高的凹模，如圖 3-4 所示的刃口形式。凹模的外形尺寸，由文獻[3，式 4-7，式 4-8]計算：H＝kb=0.24 ×139.6=33.5mm，取 H＝40mm，C=1-1.5H=40-60mm，所以凹模長度尺寸為 139.6+2×(40~60)=219.6~259.6，寬度為 104+2×(40~60)=184~224，所以本次設計凹模外形尺寸為 240×210×40，凹模刃口處反面加工錐度，沖孔的廢料和落料的產品沿錐度下掉出模具，這樣不需要單獨卸料，提高生產效率。根據(jù)以上計算出凹模周界尺寸，相應的確定卸料板，固定板，墊板的外形尺寸也是 240×210。僅僅厚度不一樣，根據(jù)相關比例，卸料板厚度為 0.5 倍凹模厚度，所以卸料板厚度為 20mm，由于結構設計出導料板，所以需要增加加工導料板的讓位臺階，所以卸料板增厚到 28mm。固定板設計成 20mm 厚。墊26板設計成 20mm 厚，熱處理 HRC45-48。4.2.3.沖孔凸模的設計沖小孔凸模，通常采用加大固定部分直徑，縮小刃口部分長度的措施來保證小凸模的強度和剛度。沖大孔凸模，基本都是直通式結構，就是固定部分與刃口部分尺寸一樣大，現(xiàn)在圓形凸模已經趨于標準化，間隔 0.1 都有標準件購買，所以本次設計的凸模，都可以購買標準件，所以小凸模當工作部分和固定部分直徑相差太大時，可以設計多臺階結構，各臺階過渡部分必須用圓弧光滑連接，不允許有刀痕（防止產生刮傷或毛刺） ，對于特小的凸?？梢圆捎帽Ｗo結構。卸料板還必須起到導向作用，以消除側壓力對凸模作用面的影響，大凸?？梢栽O計成直通式。本次設計的凸模相對材料厚度，都是屬于大凸模。在加工方面，由于這些凸模和凹模的形狀都比較復雜，為了加工出精密的零件，均采用線切割結合磨削制造。完成磨削依靠專用的自動磨床和平面磨床，且通過金剛石對砂輪進行修正，達到磨削所要求的形狀和尺寸要求。模具的材料選用 Cr12MoV，將其熱處理硬度達到至 58HRC~61HRC。27圖 4-8 沖孔凸模結構示意圖二4.3.帶料定位模具的設計4.3.1.定位的設計為了保證制件的精度，用工藝孔對帶料進行精確定位。由排樣圖可知，其步距為 37.6mm，工藝孔的設計必須滿足搭邊要求，將工藝孔的直徑設計為6mm 比較合適，但為了防止定位銷帶料引起帶料的變形，定位銷釘導人部分的直徑小于 6mm，考慮到方便定位釘?shù)募庸?，可以把工藝孔的直徑放?.03mm，這樣導正釘工作部分的直徑為 6mm 即可，或者把定位小 0.03mm。 4.3.2.定位銷的設計在級進模中，定位銷在其他定位機構的配合下，對帶料在前一工位上沖出的圓孔進行精確定位，定位銷一般緊挨沖孔工位后的工序上。4.4.模板、模座設計4.4.1.模板、模座厚度的確定在設計中，由于凹模周界很小，可以采用標準模架，由于本次設計的產品28雖然不大，模具周界尺寸也不大，不過產品材料厚度大，所計算的沖裁力大，如果采用標準模架，所用的材料為鑄鐵 HT200，無法長期承載如此大的沖裁力，所以建議選擇非標準鋼板模架。4.5.導向部分的設計本次設計采用自制模架，對于沖孔落料小間隙的級進模，一般都是采用比較平穩(wěn)的四導柱模架，本次設計材料厚度大，模具間隙大，模具外形又比較小，所以為方便工人操作，建議選擇三導柱模架，這樣工人操作的空間相對多點，更方便，導柱導套選用標準滑動導向件，此類結構間隙小，適合用與級進沖裁小間隙模具，本次設計選擇 3-φ28×160。4.6.緊固螺釘和定位部分的設計由模具的總體結構可以知道，其模板的固定方式為：上模座，上墊板，固定板之間用內六角螺釘固定；凹模，下模板之間用內六角螺釘固定；卸料板上模板之間用卸料螺釘。29第五章、確定模具的壓力中心 模具壓力中心是指沖壓時諸沖壓力合力的作用點位置。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生偏心載荷，使滑塊和導軌間產生過大的磨損，模具導向零件加速磨損，降低模具和壓力機的使用壽命。 沖模的壓力中心，可按下述原則來確定： （１）對稱形狀的單個沖壓件，沖模的壓力中心就是沖壓件的幾何中心。（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）形狀復雜的零件、多孔沖模、 級進模的 壓力中心可用解析計算法求出諸力的 合力對該軸的力矩。求出合力作用點的 座標 位置 O0(x0,y０)，即為所求模具的壓力中心。計算公式為：30因沖壓力與沖壓周邊長度成正比， 所以式中的各沖壓力 P１、Ｐ２、Ｐ３……Pn，可分別用各沖壓周邊長度 L１、Ｌ２、Ｌ３……Ln代替，即：該產品級進模壓力中心計算如下：