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1、第一章 前言 1.1 我國模具的現狀與發(fā)展 中國模具標準件發(fā)展現狀 由于中國模具標準化工作起步晚、進展慢，再加上過去“大而全”、“小而全”、“自產自 配”等陳舊觀念的影響，因此，中國模具標準件長期以來一直是品種規(guī)格少、生產規(guī)模小、流通不 暢通。即使是目前生產較多的模架、導向件、推桿推管、彈性元件等，也是中低檔產品多，中高檔 產品少。一些外資企業(yè)生產的高檔模具標準件，由于價格昂貴而影響其推廣應用。 b5E2RGbCAP 模具標準件適合于社會化大批量專業(yè)化生產，但中國長期以來卻一直是散、亂、差的局面。目 前全國雖然已有銷售點近百家，但大多數規(guī)模不大、庫存不多、銷售額小，即使是中國模

2、具工業(yè)協(xié) 會標準件委員會模具標準件聯合銷售網內的 50 多家經營單位，也存在同樣問題。個別單位計劃開 展網上銷售和電子商務，但這工作起步不久，要形成規(guī)模尚待時日。 p1EanqFDPw 中國模具標準件市場發(fā)展展望 模具標準件是模具的重要組成部分，對縮短模具設計制造周期、降低模具生產成本、提高模具 質量都具有十分重要的技術經濟意義。國際模具及五金塑膠產業(yè)供應商協(xié)會副秘書長王金玲表示， 模具標準件的專業(yè)化生產和商品化供應，極大地促進了模具工業(yè)的發(fā)展。廣泛應用標準件可縮短設 計制造周期達 25-40%；可節(jié)約由于使用者自制標準件所造成的社會工時，減少原材料及能源的浪 費；可為模具 C

3、AD/CA咻現代技術的應用奠定基礎；可顯著提高模具的制造精度和使用性能。通常 采用專業(yè)化生產的標準件比自制標準件其配合精度和位置精度將至少提高一個數量級，并可保證互 換性，提高模具的使用壽命，進而促進行業(yè)內部經濟體制、經營機制以及產業(yè)結構和生產管理方面 的改革，實現專業(yè)化和規(guī)模化生產，并帶動模具標準件商品市場的形成與發(fā)展?？梢哉f沒有模具標 準件的專業(yè)化和商品化，就沒有模具工業(yè)的現代化。 DXDiTa9E3d 近年來隨著我國模具工業(yè)的迅猛發(fā)展，模具零件的標準化、專業(yè)化和商品化工作，已具有較高 的水平，取得了長足的進步。自 1983 年全國模具標準化技術委員會成立以來，組織專家對模具標

4、 準進行制定、修訂和審查，共發(fā)布了 90 多項標準，其中沖模標準 22 項、塑料模標準 20 余項。這 些標準的發(fā)布、實施，推動了模具行業(yè)的技術進步和發(fā)展，產生了很大的社會效益和經濟效益。模 標準件的研究、開發(fā)和生產正在全面深入展開，無論是產品類型、品種、規(guī)格，還是產品的技術性 能和質量水平都有明顯的提高。 RTCrpUDGiT 西安解放軍 1001 模具標準件研究所開發(fā)研制含油導板和導套、球鎖式快換凸模和固定板、斜 楔裝置和零部件、高檔塑料模標準件；昆山精密模具導向件有限公司生產的精密導向件；廣州東華 模具推桿廠生產的氮化推桿；渭河工模具總廠生產的沖壓模架；福州東方模具公司生產

5、的獨立導 柱；深圳南方模具廠生產的注塑模架；上海克朗寧技術設備有限公司生產的熱流道系列產品等等。 其中有的已達到國內先進水平，有的正在接近或達到國際水平，填補了國內空白。 5PCzVD7HxA 中國模具行業(yè)發(fā)展規(guī)劃提出：模具標準件要擴大品種、提高精度，達到互換。其中主要品種， 如模架、導向件、推桿、彈性元件等，要實現按經濟規(guī)模大批量生產。 2005 年模具標準件使用覆 蓋率達到 60%， 2018 年達到 70%以上 ( 其中大型模具 60%零件實現標準化 ＞，基本滿足市場需要，模 架、導向件、推桿、推管、彈性元件、標準組件、小型標準件 ( 如標準凸凹模、澆口套、定位圈、 拉鉤等

6、 ＞和熱流道元件是發(fā)展重點。可見模具標準化及模具標準件方面之艱巨任務和美好前景。中 國模具工業(yè)協(xié)會標準件委員會提出的模具標準化工作的指導思想是：標準化是基礎。 jLBHrnAILg 但是，必須清醒地看到，目前我國模具的標準化程度和應用水平還比較低，樂觀地估計不足 30%，與國外工業(yè)發(fā)達國家 (70-80%＞相比，尚有較大的差距?，F在生產銷售廠家雖然逐年增加，但 大多數是規(guī)模小、設備陳舊、工藝落后、成本高、效益低。只有普通中小型標準沖模模架和塑料模 模架、導柱、導套、推桿、模具彈簧、氣動元件等產品，商品化程度較高，可基本滿足國內市場的 需求，并有部分出口。而那些技術含量高、結構先進、

7、性能優(yōu)異、質量上乘、更換便捷的具有個性 化的產品，如球鎖式快換凸模及固定板、固體潤滑導板和導套、斜楔機構及其零部件，高檔塑料模 具標準件和氮氣彈簧等在國內的生產廠家甚少，且由于資金缺乏，技改工程難以實施，生產效率 低，交貨周期長，供需矛盾日益突出。因此，每年尚需從國外進口相當數量的模具標準件，其費用 約占年模具進口額的 3-8%。國產模具標準件在技術標準、科技開發(fā)、產品質量等方面，還存在不 少問題。諸如，產品標準混亂，功能元件少且技術含量低，適用性差；技改力度小、設備陳舊、工 藝落后、專業(yè)化水平低、產品質量不穩(wěn)定；專業(yè)人才缺乏，管理跟不上、生產效率低、交貨周期 長；生產銷售網點分

8、布不均，經營品種規(guī)格少，供應不足；某些單位為了爭奪市場，不講質量，以 次充好，偽劣商品充斥市場。還有不計成本、盲目降價、擾亂市場的現象，是需要認真研究，亟待 解決的。 xHAQX74J0X 國際模具及五金塑膠產業(yè)供應商協(xié)會負責人羅百輝指出，隨著我國國民經濟的快速發(fā)展，模具 市場的總趨勢是平穩(wěn)向上的。汽車、摩托車行業(yè)是模具的最大市場。家用電器、電子通信、建筑器 材、儀器儀表、塑料橡膠等行業(yè)也有相當可觀的模具市場。因此，模具標準件的應用必將日益廣 泛。在今后的市場經濟中模具標準件必將成為一種十分活躍而又高速發(fā)展的產品。從長遠發(fā)展的角 度看，我國模具工業(yè)必將伴隨著知識經濟時代的來臨而發(fā)

9、生深刻的變革，模具結構的典型化、零部 件的標準化、標準化的專業(yè)化生產和商品化供應，也是今后發(fā)展的必然趨勢。因而深信模具標準件 行業(yè)的發(fā)展前景是非常樂觀而美好的。 LDAYtRyKfE 1.2 本次設計的意義 本次設計是在大學期間的最后一次設計，也是對大學三年所學知識的檢驗，更是走上工作崗位 前的一次練兵，因此，此次設計的意義深遠。 Zzz6ZB2Ltk 此次設計完全采用電子文檔和 AUTOCAD繪圖，因此這又是一次對 CAD熟悉的過程，對畢業(yè)后 直接操作CAD有很大的幫助。此次設計的為復合模具，在冷沖模中占有相當大的比重，所設計的落 料拉深沖孔復合模也是比較復合模具中的典型。因

10、此設計這一副模具可以對模具的設計有很深的理 解，希望這次設計圓滿順利的完成。 dvzfvkwMI1 - 1 - / 35 第二章沖裁工藝分析 2.1.1 沖裁件的形狀和尺寸 根據所設計的是電閘開關的連結電表與電線介媒，必須是導電性良好，有一定硬度，才能保證 通電性能暢通；而且所設計是應用廣泛，在現實生活中保證了用電的安全，小到生活上、大到工廠 及國家的用電的安全。據統(tǒng)計可以中批量生產，因此，所選是該工件材料 H62,查文獻［1］表8-3, 該銅種是純銅。含銅量為 99.70%,具有良好的沖壓、拉延和彎曲性能，易切削。 rqyn14ZNXI 該工件屬于較典型的沖孔、落料、

11、彎曲件，形狀簡單，所有尺寸公差等級均為 IT14 ,對工件 厚度變化也沒有作要求。 EmxvxOtOco 2.1.2 沖裁工藝方案的確定 在沖裁工藝分析和技術經濟分析的基礎上根據沖裁件的特點確定沖裁工藝方案。 沖裁工序的組合 沖裁工序可分為單工序沖裁、復合沖裁和級進沖裁 復合沖裁是在壓機一次行程中，在模具的同一位置同時完成兩個或兩個以上的沖壓工序；級進 沖裁是把沖裁件的若干個沖壓工序，排列成一定的順序，在壓機一次行程中條料在沖模的不同工序 位置上，分別完成工件所要求的工序。除最初幾次沖程外，以后每次沖程都可以完成一個沖裁件。 組合的沖裁工序比單工序沖裁生產效率高，獲得的制件精度等級

12、高。 SixE2yXPq5 沖裁組合方式的確定應根據下列因素決定。 1 .生產批量一般來說，小批量與試制采用單工序沖裁，中批和大批量生產采用復合沖裁或級 進沖裁。 2 .工件尺寸公差等級復合沖裁所得到的工件尺寸公差等級高，因為它避免了多次沖壓的定位 誤差，并且在沖裁過程中可以進行壓料，工件較平整。級進沖裁所得到的工件尺寸公差等級較復合 沖裁低，在級進沖裁中采用導正銷結構，可提高沖裁件精度。 6ewMyirQFL 3．對工件尺寸、形狀的適應性工件的尺寸較小時，考慮到單工序上料不方便和生產率低，常 采用復合沖裁或級進沖裁。對于尺寸中等的工件，由于制造多副單工序模的費用比復合模昂貴，也

13、宜采用復合沖裁。但工件上孔與孔之間或孔與邊緣之間的距離過小時，不宜采用復合沖裁和單工序 沖裁，宜采用級進沖裁。所以級進沖裁可以加工形狀復雜、寬度很小等異形工件，且可沖裁的材料 厚度比復合沖裁時要大，但級進沖裁受壓機臺面尺寸與工序數的限制，沖裁工件尺寸不宜太大。 kavU42VRUs 4．模具制造、安裝調整和成本對復雜形狀的工件，采用復合沖裁比采用級進沖裁為宜。因模 具制造、安裝調整較易，成本較低。 y6v3ALoS89 5．操作方便與安全復合沖裁出件或清除廢料較困難，工作安全性較差。級進沖裁較安全。 綜合上述分析，對于一個工件，可以得出多種工藝方案。必須對這些方案進行比較，選取在

14、滿 足工件質量與生產率的要求下，模具制造成本低、壽命長、操作方便又安全的工藝方案。該工件包 括落料、拉深、沖孔三個基本工序，可有以下三種工藝方案： M2ub6vSTnP 方案一：先落料，再彎曲，后沖孔。采用單工序模生產。 方案二：先沖孔落料，再彎曲，采用復合模具和彎曲模具生產。 方案三：沖孔－落料－彎曲采用復合模生產。 方案一，模具結構簡單，但需三道工序兩三副模具，生產效率低，難以滿足該工件大批量生產 的要求。 方案二，先采用復合模具沖孔－落料沖裁能夠保證沖裁尺寸精度，適用范圍廣、效益高。再用 彎曲模具彎曲，用孔定位能保證沖裁件的尺寸精度。 0YujCfmUCw 方案三，對

15、于初學者很多沖裁件尺寸不能保證，模具結構復雜很多地方不能達到要求。 通過對上述三種方案的分析比較，該件若能一次沖裁，則其沖壓生產采用方案二為佳。 - 5 - / 35 第三章 主要設計計算 3.1 毛坯尺寸計算 1.1 彎曲件毛坯展開長度的計算： 一般將r >0.5t的彎曲稱為有圓角半徑的彎曲 ,r W0.5t的彎曲稱為無圓角半徑彎曲。 根據：如圖2-5工件圖，所以1.5 >0.5X21固零件是有圓角彎曲，計算如下： 有圓角半徑的彎曲0.5t ） 有圓角半徑的彎曲件，毛坯展開尺寸等于彎曲件直線部分長度與圓弧部分長度的總和。 板材 L 形彎曲件， <彎曲角 90 度

16、時）長度 L 的計算： L=E Li +E 兀 ai/180 0（ri + Xt i> （3.3> 式中L 為彎曲件毛坯總長度， ; Li——為各段直線部分長度

17、> {注：X圓弧部分中性層位移系數查書《沖壓工藝與模具設計 〈第二版）》中表 3.3.3 ,彎曲 900 時系數 X , X =0.42 o }eUts8ZQVRd 3.2 彎曲工序壓力計算 3.2.1 自由彎曲時的彎曲力的計算 3.2.1.1 彎曲力的計算 根據所設計的零件圖，是V形彎曲件彎曲力公式如： F 自=0.6Kbt 2ab/r +t 式中 F 自——為沖壓行程結束時的自由彎曲力，

18、 V形彎曲件彎曲力計算： F 自=0.6 X 1.3 X 8X<4) 2X 300/1.5 +2 = 4608 /3.5 ?2139.43(N> {注：查沖壓工藝與模具設計 哪二版)書，沖壓金屬板料的力學性能表 1.4.1 ,選用硬材料 材料抗拉強度為 300; A——為單位面積上的校正力， ;取整數約為 63。 A

19、 =63X 8 …， 一2 =504(mm> F 校=40X504 = 20180 F 壓機> 2139.43(N> 由于校正力是發(fā)生在接近壓力機下死點的位置，校正力的數值比自由彎曲力、頂件力和壓料力大得 多，故F自、FQ值可忽略不計。則按校正彎曲力選擇

20、壓力機的噸位，即： TIrRGchYzg F 壓機> F 校 <3.3.6 ) F 壓機 > 20180(N> 故F壓機取用23000(N>。 3.3 彎曲模主要工作零件結構參數的確定 1 .彎曲凸模和凹模的圓角半徑 <1)彎曲凸模的圓角半徑 時，首次彎曲可先彎成較大的圓角半徑，然 后采用整形工序進行整形，使其滿足彎曲件圓角的要求； lzq7IGf02E 若彎曲件的相對彎

21、曲半徑較大 < r/t >10),精度要求較高時，由于圓角半徑的回彈大，凸模的 圓角半徑應根據回彈值作相應的修正。 zvpgeqJIhk <2)凹模圓角半徑 凹模的圓角半徑的大小對彎曲變形力和制件質量均有較大影響，同時還關系到凹模厚度的確定。凹 模圓角半徑過小，坯料拉入凹模的滑動阻力大，使制件表面易擦傷甚至出現壓痕。凹模圓角半徑過 大，會影響坯料定位的準確性。凹模兩邊的圓角要求制造均勻一致，當兩邊圓角有差異時，毛坯兩 側移動速度不一致，使其發(fā)生偏移。生產中常根據材料的厚度來選擇凹模圓角半徑： NrpoJac3v1 當 t w 2mm^, r a=(3 ?6>t t =2?4mnm^

22、,ra=(2-3>t > 4mnfli, r a=2t 彎曲模結構尺寸示意圖: - 9 - / 35 r ' a =<0.6 ?0.8 ) 圖3 — 1彎曲結構尺寸 V 形彎曲凹模其底部圓角半徑可依據彎曲變形區(qū)坯料變薄的特點取: r a= 3 x 2 r ' a= 0.8 x (1.5 + 2> = 6(mm> =0.8 x 3.5 =2.8(mm> h = 22(mm> L0= 15(mm> ｛注：查《沖壓工藝與模具設計 〈第二版)》書 h、L0的值，

23、表3.4.1彎曲v形件的凹模深度 L0 及底部最小厚度值 h ｝。fjnFLDa5Zo 3.4零件沖裁模的凸模和凹模配制加工計算刃口尺寸 對于形狀復雜或料薄的沖壓件，為了保證沖裁凸、凹模間有一定的間隙值，必須彩用配合加工。此 方法是先按尺寸和公差制造出凹模或凸模其中一個 （基準件 >,然后依此為基準再按最小合隙配作另 一件。這種加工方法的特點是： tfnNhnE6e5 dP或dd 一般可 <1 ）模具的沖裁間隙在配制中保證，不需受到I dP| + I dd | < 2Zmax— 2Zmin條件限制，加 匚基準件時可適當放寬公差，使工容易。根據經驗，普通沖裁模具的制造偏差 取

24、△/ 4< △ 為制件公差）。HbmVN777sL <2 ）尺寸標注簡單，只在基準件上標注尺寸和制造公差，配制件只標注公稱基本尺寸并注明做 所留的間隙值。但該方法制造的凸模、凹模是不能互換的。尺寸 〈凸凹模刃口尺寸）。 V7l4jRB8Hs 在計算復雜形狀的凸模、凹模工作部分的尺寸時，其各部分尺寸在模具工件時磨損性質不同， 一個凸?；虬寄瑫r存在著三類不同磨損性質的尺寸：① 凸?；虬寄Ｄp會增大的尺寸；② 凸 ?；虬寄Ｄp后會減小的尺寸；③ 凸?；虬寄Ｄp后基本不變的尺寸。 83lcPA59W9 根據查《沖模設計應用實例》書，表 2—10落料、沖孔模刃口始用間隙： 沖裁模初始雙

25、面間隙 Zmax = 0.34 Zmin = 0.30。未標公差的毛坯尺寸按照 IT14級精度計 算，也可查《沖模設計應用實例》書末附錄 D1。根據《沖模設計應用實例》書中的附錄查得零件 150 0.43 0 ? 4 +0.30 8 — 0.36 AVktR43bpw 各尺寸公差為： mZkklkzaaP 62.67 0 0.62 圖3-1要沖裁的零件圖 表2.3.2以沖孔凸模設計為基準的刃口尺寸計算 工序性質 凹模刃口尺寸磨損情況 基準件凹模的尺寸（圖2.3.4 b> 配制凸模的尺寸 1 落料 磨損后增大的尺寸 a a +0.25 A Aj =( Amax-

26、XA > 0 按凹模實際尺寸配制， 保證雙面合理間隙 Zmin ?Zmax 磨損后減小的尺寸 Bj = ( Bmin + XA > 0 0.25 △ 磨損后小艾的尺寸 Cj = ( Cmin + 0.5 △ >± 0.125 △ 表2.3.3以沖孔凸模設計為基準的刃口尺寸計算 工序性質 凸模刃口尺寸磨損情況 基準件凸模的尺寸（圖2.3.4 b> 配制凹模的尺寸 沖孔 磨損后增大的尺寸 + 0.25 △ aj = (amax— XA > 0 按凸模實際尺寸配制，保 證雙面合理間隙Zmin? Zmax 磨損后減小的尺寸 bj = (bmin + x △

27、 > 0.25 △ 磨損后小艾的尺寸 cj = ( Cmin + 0.5 △ >± 0.125 △ +0.30 1.1 根據零件特點，先沖孔兩個 ? 40 的孔，該沖裁件屬沖孔，凸模設計為基準件。是凸模刃口 尺寸磨損變小的尺寸。 ORjBnOwcEd 由表2.3.1查得：其磨損系數為 X = 0.5。｛注：查《沖壓工藝與模具設計 〈第二版)》書｝ bj = (bmin + XA > -0.25A = <4+0.5 X0.3) 0-0.25x0.3 0 = 4.15 － 0.075 凸模刃口尺寸確定，查《沖模設計應用實例》書中表 2 — 10,沖裁合理間隙 Zmax=0

28、.34 Zmin = 0.30 ,故：凸模刃口尺寸按凹模相應部位的尺寸配制，保證雙面最小間隙為 Zmin = 0.30。 2MiJTy0dTT 1.2 根據零件的形狀，后落料，以凹模設計為基準件。是凹模刃口尺寸磨損變大小的尺寸有： 500 0.62 80 0.36 R4 o其中R4為半磨損尺寸，制造偏差 d =0.25 A/2；為保證圓弧R4與 80—0.36尺寸相切，故 R4不需用公式計算，直接取 Aj8計算值的一半。由表 2.3.1查得：其磨損系 數為X=0.5。｛注：查《沖壓工藝與模具設計 〈第二版)》書｝gIiSpiue7A ＋ 0.25 △ Aj = (Amax- X

29、A> 0 . _ _ __ _ _ _ _ _ _ +0.25X0.62 Aj 50=(62.67 -0.5 X 0.62 >0 ＋ 0.155 =62.36 0 A _ _ _ K _ _ _ +0.25 X0.36 Aj8 =(8- 0.5 X 0.36 >0 7.82 0 ＋ 0.09 AR4= Aj8/2 ＋ 0.09/2 7.85/2 0 ＋ 0.045 = 3.91 0 凸模刃口尺寸確定，查《沖模設計應用實例》書中表 2 — 10,沖裁合理間隙 Zmax=0.34 Zmin = 0.30 ,故：凸模刃口尺寸按凹模相應部位的尺寸配制，保證雙面最小間隙為

30、 Zmin = 0.30。 uEh0U1Yfmh 3.5沖裁力的計算 計算沖裁力的目的是為了合理地選用沖壓設備、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，以適應沖裁的需求。 IAg9qLsgBX 若采用平刃沖裁模具，其沖裁力 FP按下式計算： F P= KPtL r 式中t-一為材料抗剪強度， t ——為材料厚度，（mm^ 系數KP——是考慮到沖裁模刃口的磨損、凸模與凹模間隙的波動 〈數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素而設置的安全系數，一般取 1.3。當查不到材料抗剪

31、 強度麗，可用抗拉強度 ab代替T；此時KP= 1。WwghWvVhPE 根據沖裁零件計算： F P=1.3 X2X<8+ 62.67 —4+8 兀/2） X 300 = 1.3 X 2X 79.17 X 300 = 61752.6

32、 2——頂件力系數，其值為 0.04?0.08〈薄料取大值，厚料取小值）； n 梗塞在凹模內的制件或廢料數量， n = h/t , h為直刃口部分的高， （mm吊t為材料厚, （mm>> 料厚0.1 ?0.5 >0.5 ?2.5 >2.5 ?6.5 > 6.5 0.065 - 0.045 不 0.04 八 0.03 ~ 0.02 - -0.075 0.055 0.05 -0.04 0.06 0.1 0.063 0.055 0.045 0.025 0.14 0.08 0.06 0.05

33、0.03 鋁1 紫銅 君合金 黃銅 0.025 / 0.02 - -0.08 0.06 0.03 , 0.03 , -0.07 -0.09 注：卸料力系數 K卸在沖多孔、大搭邊和輪廓復雜時取上限值 當沖裁完成后，由于沖裁中材料的彈性變形及摩擦的存在，在板材上沖裁出的廢料 〈或工件） 孔徑沿徑向發(fā)生彈性收縮，會箍在凸模上。而沖裁下來的工件或 <廢料）徑向會擴張， 因此會卡在 凹模內，為了使沖裁過程連續(xù)，操作方便，就需要把套在凸模上的材料卸下，把卡在凹?？變鹊墓? 件或廢料推出。 asfpsfpi4k 根據所設計模具，卸料力 推料力和頂料力的計算： 卸料力：FQ

34、 =0.06 X61752.6 = 3705.156

35、彈壓卸料裝置和上出件的模具時： F P 總= 61752.6 +3705.156 + 4940.208 =70397.964

36、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與零件的對稱中 心相重合。 （ 3 ） 形狀復雜零件、多凸模的壓力中心可用解讀計算法求出。 解讀法的計算依據是：各分力對某坐標軸的力矩之代數和等于諸力的合力對該坐標軸的力矩。求出 合力作用點的坐標位置，即為所求模具的壓力中心。 BkeGuInkxI 計算公式為： Xo= y()=

37、11 ) 根據零件圖如下： 39,335 6867 Xo= {16 X 4 兀 +2X <58.67 X 39.335 ) + 4 兀 X 68.67 + 8 兀 /2 X 68.67}/<4 兀 + 2 X 58.67 + 4 兀 + 8 兀 /2 ) PgdO0sRlMo ={200.96 + 4615.5689 + 862.4952 + 862.4952}/12.56+117.34+12.56+12.56 3cdXwckm15 = 6541.5193/155.02 ~ 42.20 y0= 14（根據零件的特殊情況：是對稱的＞ 第四章沖裁工藝分析 沖裁工藝設計包含

38、沖裁件的工藝性分析、沖裁工藝方案的確定和技術經濟分析的內容。良好的 工藝性和合理的工藝方案，可以用最少的材料，最少的工序數量和工時，并使模具結構簡單，模具 壽命高，最終穩(wěn)定地獲得合格工作勞動量和工藝成本是衡量沖裁工藝設計的主要指標 。h8c52WOngM 4.1 沖裁件的工藝性分析 沖裁件的工藝性，是指沖裁件對沖壓工藝的適應性，即沖裁件的結構、形狀、尺寸及公差等技 術要求是否符合沖裁加工的工藝要求。工藝性是否合理，對沖裁件的質量、模具壽命和生產率有很 大的影響。v4bdyGious 4.2 沖裁件的形狀和尺寸 1 .沖裁件形狀應盡可能簡單、對稱、排樣廢料少。在滿足質量要求的條件下，

39、把沖裁件設計 成少、無廢料的排樣形狀。如圖 2-1a＞所示零件，若外形無關緊要，只是三孔位置有較高要求，改 為圖2-1b＞所示形狀，可用無廢料排樣，材料利用率提高 40% J0bm4qMpJ9 - 13 - / 35 2 .除在少、無廢料排樣或采用鑲拼模結構時，允許工件有尖銳的清角外，沖裁件的外形或內 孔交角處應采用圓角過渡，避免清角。 XVauA9grYP 進距 a) b> a）有廢料排樣 b ）無廢料排樣 圖3-2沖裁件形狀對工藝性的影響示例 3 .盡量避免沖裁件上過長的懸臂與狹槽，如圖 3—3,應使它們的最小寬度 b>1.5t 。 圖3-

40、3沖裁件的結構工藝性圖 4 .沖裁件孔與孔之間、孔與零件邊緣之間的壁厚 （圖3-4>,因受模具強度和零件質量的限 制，其值不能太小。一般要求 O1.5t , c >t o若在彎曲或拉深件上沖孔，沖孔位置與件壁間距 應滿足圖示尺寸。其要求見圖 2-3 。 bR9c6TJscw /2K+0.5E 02R1+0.5f 圖3 —4彎曲件的沖孔位置 5 .沖裁件的孔徑因受沖孔凸模強度和剛度的限制，不宜太小，否則容易折斷和壓彎。沖孔最 小尺寸取決于材料的機械性能、凸模強度和模具結構。 pN9LBDdtrd 2.1.2沖裁件的尺寸精度和表面粗糙度要求 沖裁件的精度要求，應在經濟精度范

41、圍以內，對于普通沖裁件，其經濟精度不高于 IT11 沖孔件比落料件高一級。DJ8T7nHuGT 4.3 沖裁件的尺寸基準 L2必 沖裁件的尺寸基準應盡可能和制模時的定位基準重合，以避免產生基準不重合誤差?？孜怀叽?基準應盡量選擇在沖裁過程中始終不參加變形的面或線上，切不要與參加變形的部位聯系起來。如 圖3 —5所示，原設計尺寸的標注 （圖a＞,對沖裁圖樣是不合理的，因為這樣標注，尺寸 L1、 須考慮到模具的磨損而相應給以較寬的公差造成孔心距的不穩(wěn)定，孔心距公差會隨著模具磨損而增 大。改用圖b＞的標注，兩孔的 孔心距才不受模具磨損的影響，比較合理。 QF81D7bvUA a）強調邊

42、距b ）強調中心距 圖3 —5沖裁件的尺寸基準 4.4 排樣的分析及利用率 根據零件的尺寸要求，選擇少廢料排樣法。 ＜一）搭邊 排樣時零件之間以及零件與條料側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，以保證零件質量和送料方便。搭邊過大，浪費材料。搭邊太小，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。 4B7a9QFw9h 表3-2搭邊a和al數彳1（低碳鋼> 工科間加 沿邊. 工件同4t 沿邊日 工件間E 沿邊g <0 25 2.0 2

43、.2 2.5 2.B 3.0 D.15-0.5 1.2 1.5 L.S 2.0 2.2 2.5 0 5-0』 1.0 1.2 L5 1.8 1..8 2.0 0.8 L.0 L.2 15 15 1.8 1.2-L6 1.0 1.2 L5 1.S L8 2,0 1.6-20 1.2 1.5 L8 2.0 2-0 2.2 2.0-2.5 1.5 丸0 2.2 2.2 2.5 ￡5-3.0 LS 2.2 2.2 1.3 1.5 3.O-J,3 2.2 2.5 2.5 2.3 2.

44、8 3： 3.5-4.0- 2.5 2.8 3.5 3.2 3.2 35 ，口 一山口 3.(3 3.5 3」 4+0 4 0 4.5 337 a 0.7r 加7『 O.St 0.8( 0.9r 搭邊值通常是由經驗確定，表 2所列搭邊值為普通沖裁時經驗數據之一。 （二〉條料寬度的確定 排樣方式和搭邊值確定后，條料的寬度和進距也就可設計出。進距是每次將條料送入模具進行 沖裁的距離。進距與排樣方式有關，是決定擋料銷位置的依據。條料寬度的確定與模具的結構有 關。確定的原則是，最小條料寬度要保證沖裁時工件周邊有足夠的搭邊值；最大條料寬度能在沖裁 時

45、順利地在導料板之間送進條料，并有一定的間隙。 ix6iFA8xoX 1 .有側壓裝置時條料的寬度 （圖4 — 1> 圖4— 2無側壓裝置時條料的寬度的確定 無側壓裝置的模具，其條料寬度應考慮在送料過程中因條料的擺動而使側面搭邊減小。為了補 償側面搭邊的減小部分，條料寬度應增加一個條料可能的擺動量。故條料寬度為： wt6qbkCyDE B =[D+2(a + 6+c)] < 式 3—3) 式中c——條料與導料板之間的間隙 (即條料的可能擺動量 >,查表2-8(mm> 導料板之間的距離，應使條料與導料板之間保持一定的間隙 (表3-3> ,以保證送料暢通。 表3 -3

46、剪料公差及條料與導料板之間隙 (mm> 條料寬度 B 條料寬度t <1 > 1~2 > 2~3 > 3~ 5 8 C 8 C 8 C 8 C <50 0.4 0.1 0.5 0.2 0.7 0.4 0.9 0.6 > 50~100 0.5 0.1 0.6 0.2 0.8 0.4 1.0 0.6 >100~150 0.6 0.2 0.7 0.3 0.9 0.5 1.1 0.7 >150~220 0.7 0.2 0.8 0.3 1.0 0.5 1.2 0.7 > 220~300 0.8 0.

47、3 0.9 0.4 1.1 0.6 1.3 0.8 綜合考慮以上各種問題，最后確定采用有廢料直排的排樣方式，排樣圖如圖 4-3所示 3 圖4—3排樣圖 材料的利用率計算如下： 在沖壓零件的成本中，材料費用約占 60%A上，因此材料的經濟利用具有非常重要的意義。 沖壓件在條料或板料上的布置方法稱為排樣。不合理的排樣會浪費材料，衡量排樣經濟性的指標是 材料的利用率，可用下式計算： Kp5zH46zRk r]= （S/S 0>X 100%= （S/AB> X 100% 式中，Y] 材料利用率； s ——工件的實際面積； S 0——所用材料面積，包括工件面積

48、與廢料面積； A ——步距〈相鄰兩個制件對應點的距離）； B ——條料寬度； 沖裁件面積S： S= 8 X 58.67 + 2 兀 42/2 =494.48 根據所設計的沖裁模不是有側壓裝置的模具也不是無有側壓裝置的模具 固條料寬度： B=2X 1.5 +58.67 = 61.67 A =2X4+3 =11 S 0=61.67X11 =678.37 材料利用率： 刀=＜494.48/678.37 ） X 100% =72.89% 第五章 模具總體設計 5.1 模具類型的選擇 有沖壓工藝分析可知，采用符合沖壓，所以模具類型為落料 - 沖孔復合模、彎曲模。 5.

49、2 定位方式的選擇 因為該模具使用的是條料，卸料采用彈性卸料裝置，所以導料采用導向螺栓，送進步距控制采 用擋料銷。 5.3 卸料、出件方式的選擇 模具是采用彈性卸料板，還是采用固定卸料板，取決于卸料力的大小，其中材料料厚是主要考 慮因素。由于彈性卸料模具操作時比固定卸料模具方便，操作者可以看見條料在模具中的送進動 作，且彈性卸料板卸料時對條料施加的是柔性力，不會損傷工件表面，因此實際設計中盡量采彈性 卸料板，而只有在彈性卸料板卸料力不足時，才改用固定卸料板。隨著模具用彈性元件彈力的增強 〈如采用矩形彈簧），彈性卸料板的卸料力大大增強。根據目前情況，當材料料厚約在 2mm以下時

50、 采用彈壓卸料板，大于 2mm時采用固定卸料板較為貼近實際。本模具所沖材料的料厚為 1mm因此 可采用彈性卸料板。 Yl4HdOAA61 5.4 導向方式的選擇 如采用縱向送料方式，適宜采用中間導柱導套模架 ＜對角導柱導套模架也可）；橫向送料適宜 采用對角導柱導套模架：而后側導柱導套模架有利于送料 ＜縱橫向均可且送料較順暢），但工作時 受力均衡性和對稱性比中間導柱導套模架及對角導柱導套模架差一些；四角導柱導套模架則常用于 大型模具；而精密模具還須采用滾珠導柱導套。本模具采用兩導柱置于后側，雖然導向情況較差， 但它能從三個方向送料，操作方便，對導向要求不太嚴格且偏移力不打的情況廣泛

51、的采用這種形 式。 ch4PJx4BlI - 19 - / 35 第六章 零部件設計 6.1 模具材料的選擇 6.1.1 沖壓模具材料 制造沖壓模具的材料有鋼材、硬質合金、鋼結硬質合金、鋅基合金、低熔點合金、鋁青銅、高 分子材料等等。目前制造沖壓模具的材料絕大部分以鋼材為主，常用的模具工作部件材料的種類 有：碳素工具鋼、低合金工具鋼、高碳高鉻或中鉻工具鋼、中碳合金鋼、高速鋼、基體鋼以及硬質 合金、鋼結硬質合金等等。 qd3YfhxCzo 1. 碳素工具鋼 在模具中應用較多的碳素工具鋼為 T8A、 T10A 等，優(yōu)點為加工性能好，價格便宜。但淬透性和 紅硬性差，熱處理

52、變形大，承載能力較低。 E836L11DO5 2. 低合金工具鋼 低合金工具鋼是在碳素工具鋼的基礎上加入了適量的合金元素。與碳素工具鋼相比，減少了淬 火變形和開裂傾向，提高了鋼的淬透性，耐磨性亦較好。用于制造模具的低合金鋼有 CrWMn、 9Mn2M 7CrSiMnMoV（代號 CH-1＞、6CrNiSiMnMoV （代號 GD薄。S42ehLvE3M 3. 高碳高鉻工具鋼 常用的高碳高銘工具鋼有 J12和cn2MoM 512Mo1V1＜代號D2）,它們具有較好的淬透性、 淬硬性和耐磨性，熱處理變形很小，為高耐磨微變形模具鋼，承載能力僅次于高速鋼。但碳化物偏 析嚴重，必須進行反復鐓

53、拔 ＜軸向鐓、徑向拔）改鍛，以降低碳化物的不均勻性，提高使用性能。 501nNvZFis 4. 高碳中鉻工具鋼 用于模具的高碳中銘工具鋼有 Cr4W2MoV Cr6WV、Cr5MoV等，它們的含銘量較低，共晶碳化 物少，碳化物分布均勻，熱處理變形小，具有良好的淬透性和尺寸穩(wěn)定性。與碳化物偏析相對較嚴 重的高碳高鉻鋼相比，性能有所改善。 jW1viftGw9 5. 高速鋼 高速鋼具有模具鋼中最高的的硬度、耐磨性和抗壓強度，承載能力很高。模具中常用的有 W18Cr4V戰(zhàn)號8-4-1 ）和含鴇量較少的 W6Mo5 Cr4V2《弋號6-5-4-2 ,美國牌號為 M2以及為提高韌 性開發(fā)

54、的降碳降銳 高速鋼6W6Mo5 Cr4V＜R號6W6或稱低碳M2 。高速鋼也需要改鍛 ，以改善其 碳化物分布。 xS0DOYWHLP 6. 基體鋼 在高速鋼的基本成分上添加少量的其它元素，適當增減含碳量，以改善鋼的性能。這樣的鋼種 統(tǒng)稱基體鋼。它們不僅有高速鋼的特點，具有一定的耐磨性和硬度，而且抗疲勞強度和韌性均優(yōu)于 高速鋼，為高強韌性冷作模具鋼，材料成本卻比高速鋼低。模具中常用的基體鋼有 6Cr4W3Mo2VNb＜ 代號 65Nb）、7Cr7Mo2V2Si〈代號 LD）、5Cr4Mo3SiMnVAL戰(zhàn)號 012AL）等。 LOZMkIqI0w 7. 硬質合金和鋼結硬質合金 硬質合金

55、的硬度和耐磨性高于其它任何種類的模具鋼，但抗彎強度和韌性差。用作模具的硬質 合金是鎢鈷類，對沖擊性小而耐磨性要求高的模具，可選用含鈷量較低的硬質合金。對沖擊性大的 模具，可選用含鈷量較高的硬質合金。 ZKZUQsUJed 鋼結硬質合金是以鐵粉加入少量的合金元素粉末 ＜如鉻、鉬、鎢、釩等）做粘合劑，以碳化鈦 或碳化鎢為硬質相，用粉末冶金方法燒結而成。鋼結硬質合金的基體是鋼，克服了硬質合金韌性較 差、加工困難的缺點，可以切削、焊接、鍛造和熱處理。鋼結硬質合金含有大量的碳化物，雖然硬 度和耐磨性低于硬質合金，但仍高于其它鋼種，經淬火、回火后硬度可達 68?73HRC dGY2mcoKtT

56、- # - / 35 6.1.2 CrWMn鋼的性能 由于該模具是復合模具沖裁，綜合考慮選用用材料 CrWMn熱處理HRC60- 64。 CrWMn鋼 C 含量 0.9%?1.05%,Mn 含量 0.8%?1.1%,Si 含量 0.15%?0.35%, Cr 含量 0.9%? 1.2%,淬火溫度 820?840C, HRC不低于 62,回火溫度 140?160C, HRC62-65〈查文獻[5]:儲 凱，許斌，李先民，李維民主編《機械工程材料 P126表8-11 ? ）。具有高淬透性、高硬度和耐磨 性，淬火尺寸穩(wěn)定性好，變形小，并有效好的韌性。 rCYbSWRLIA 由于鴇形成碳

57、化物，這種鋼在淬火和低溫回火后具有比銘鋼和 9SiCr鋼更多的過剩碳化物和 更高的硬度及耐磨性。此外，鴇還有助于保存細小晶粒，從而使鋼獲得較好的韌性。所以由 CrWMn 鋼制成的刃具，崩刃現象較少，并能較好地保持刀刃形狀和尺寸。 FyXjoFlMWh 但是，CrWMn鋼對形成碳化物網比較敏感，這種網的存在，就使工具刃部有剝落的危險，從 而使工具的使用壽命縮短，因此，有碳化物網的鋼，必須根據其嚴重程度進行鍛壓和正火。這種鋼 用來制造在工作時切削刃口不劇烈變熱的工具和淬火時要求不變形的量具和刃具，例如制作刀、長 沖裁模的工作零件對材料性能特殊要求，沖裁模的刃口在工作時受到強烈的摩擦和沖擊，所

58、以其模 具材料應該具有高的耐磨性、沖擊韌性以及耐疲勞斷裂性能。 TuWrUpPObX 6.2 凹模的結構形式與固定方法 常見的凹模結構形式有整體式凹模和組合式凹模兩種形式。 圖6-1所示為整體式凹模結構，其俯視外形按毛坯和工件形狀可做成矩形或圓形，用螺釘和 銷釘直接固定在模板上。整體式凹模的特點是制作簡單，工作部分與非工作部分做為一體，全由優(yōu) 質鋼制造，使用時，若局部損壞就得整體更換。因此，整體式凹模只適用欲沖制中、小型工件。 7qWAq9jPqE 圖6-2所示為組合式凹模結構。凹模的工作部分與非工作部分是分開制成的，非工作部分 〈圖 中凹模套1）可以用普通鋼制造。凹模 2過渡配合

59、壓裝在凹模套 1〈或固定板）內，然后再用螺釘和 銷釘把凹模套緊固在模板上。組合式凹模而已節(jié)約貴重的模具材料，且當凹模損壞后易于維修更 換。這種凹模適用于沖大、中型工件上的孔。 llVIWTNQFk 1—凹模套 2—凹模 圖6-1 整體式凹模 圖6-2 組合式凹模 因為工件形狀簡單對稱，所以模具的工作零件均采用整體結構。 凹模的孔口形式： 凹模的孔口形式通常有如圖6-3所示的幾種。圖中a、e為直壁形，刃口強度高， 刃磨后空口尺寸不變，制造方便。但是在孔口內易于積存工件或廢料，增大了凹模的 脹力、推件力和孔壁的磨損；磨損后每次的修磨量大，模具的總壽命較低。止匕外，凹 模磨損后孔口可能

60、成倒錐，使沖成的工件或廢料反跳到凹模表面上，造成操作困難。 直壁形孔口凹模適用于沖裁精度較高、厚度較大的工件。對于上頂出工件 ＜或廢料）的 模具也采用此種孔口形式。a適用于圓形或矩形工件；e適用于形狀復雜的工件。b、 c、d的孔口為錐形，孔口內不易于積存工件或廢料，孔壁所受的脹力、摩擦力小，所 -20 - / 35 以凹模的磨損及每次的餓刃磨量小。但刃口強度較低，且刃口的尺寸在修磨后略有增 大。一般用于形狀簡單，精度要求不高和較薄的沖裁件。 c適用于較復雜的沖裁加件; d用于沖裁薄料和凹模厚度較薄的情況。yhUQsDgRTI d〉 e) F) 圖6-3凹模的孔口形式

61、f為凸臺式凹模，適用于沖裁軟而薄的金屬與非金屬材料，這種材料一般不淬火或淬火強度不 高［＜35?38） HRC1可以用手錘敲打凸臺斜面以調整模具間隙，直到試沖出滿意的沖壓件為止。 MdUZYnKS8I 凹?？仔偷闹北诟叨龋糷）、斜度角〈&和E）與工件的材料厚度和加工方法有關，其數值見表 6-1。 還有一種和整體凹模相比，其厚度和長度要小得多薄刃口組合凹模的結構。這種結構及設計不 僅適用于普通沖裁，也能用于諸如奧氏體鋼板疊層沖裁模等簡易而先進的模具。 09T7t6eTno 薄刃口組合圓凹模如圖 5-4所示。用模具鋼制作的薄刃口模 1是與墊板2用螺釘或壓板緊固和 用粘結劑緊固在一起的。

62、如果兩者和二為一，用同種模具鋼制作，即變?yōu)槠胀ǖ恼w凹模 ，可視 為圖中點劃線所示。e5TfZQIUB5 表6-1 凹?？仔蛥? t/mm 主要參數 備注 h/mm * <0.5 之4 之5 20 a、戶值僅適用于鉗工加工。電 0.5 ?1 15， 火花加工時，一般 &=4，?20，，復合模 1.0 ?2.5 之6  2.5 ?6.0 38 30 / 3。 取小值， 1=30/?50）。帶斜度裝置的線 >6.0 一 切割時， 口 =1。?1.5 0 H 1—薄刃合凹模 2—凹模墊塊3、5—緊定螺

63、釘4一下模座 圖6-4薄刃口組合凹模圖 6-5凹模外形尺寸 <3）模外形尺寸的確定 凹模外形尺寸應保證有作夠的強度和剛度。由于凹模的結構不一 ' , 受力狀態(tài)又比較復雜，一般根據沖裁件遲緩廠和板料厚度，按下列經驗公式確定外形尺寸 〈見圖6- 5）。sISovAcVQM 凹模高度 H = kb <二15mm 凹模壁厚〈刃口到外邊緣的距離）： C 二（1.5匚 2.0）H <>30-40） 式中人一沖裁件最大外形尺寸 《一系數?？紤]坯料厚度影響的系數，其值可參考表 6-2。 表6-2系數K值 t/mmb/ mm 、一一 0.5 1 2 3 >3 <50 0.3

64、 0.35 0.42 0.5 0.6 50~100 0.2 0.22 0.28 0.35 0.42  100~200 0.15 0.18 0.2 0.24 0.3 >200 0.1 0.12 0.15 0.18 0.22 注：t為厚度。 上述方法適用于確定普通工具鋼經過熱處理，并在平面支撐條件下工作的凹模尺寸。沖裁件形 狀簡單時，壁厚系數 K取偏小值，形狀復雜時取偏大值。用于大批量生產條件下的凹模，其高度應 該計算結果中增加總的修模量。 GXRwIkFW5s 所設計的凹?？紤]以上因素，最終確定尺寸如圖 5-6所示： 取凹模厚60,外圓

65、直徑4 125。落料凹模采用螺釘、銷釘的固定方式直接固定在下模座上，按 GB70-80選4根內六角圓柱頭螺釘 M10X 40,按GB119-86選兩根D型圓柱銷 D10X 45。UTREx49Xj9 - 31 - / 35 6日67 圖6—7沖孔一落料凸摸結構 6.3 沖孔凸模的結構設計 凸模設計應考慮沖孔完畢后再進行落料，由于沖孔凸模相對于其它幾個模具直徑尺寸較小，采 用中間中間用一根螺釘固定在凸模固定板上，按 GB70-80選內六角圓柱頭螺釘 M5X 30,凸模具體 結構圖如圖 6-8所示：8PQN3NDYyP in 4 圖5-8兩個沖孔凸模 

66、 6.4 凸模固定板的設計 凸模固定板取厚度為 20mm沖孔凸模通過鑲嵌固定在上面，具體結構如圖 6-9所示: i跆怎7 圖6-9凸模固定板 6.5 卸料板及卸料彈簧的設計 因為工件料厚為 2mm相對較薄，卸料力也比較小，故采用彈性卸料。根據卸料力 3115.008N 采用4個彈簧，此時每個彈簧擔負的卸料力為約 778.85N。mLPVzx7ZNw 沖裁時卸料板的工作行程 h2= t+1=3mm;考慮凸模的修模余量 h3=5 mm,彈簧的預壓量為 hl; 故彈簧總壓縮量為 AHP35hB02d Hti=hi+h2+h3=hi+8mm 考慮卸料的可靠性，取彈簧在預壓量為 hi時就有應力778.85N的壓力。初選彈簧直徑 d=5 mm, 彈簧中徑 D2=28 mm,工作極限負荷 945N;自由高度 ho=65 mm,工作極限載荷下單圈彈簧的變形量 hj=3.375mm。NDOcBi4igT 該彈簧在預備壓量 hi時，卸料力達778.85N,即 h i=Fi/Fjhj =778.85/945 X 3.375 X 2 mm^ 5.6mm 故H總=5.6+8