端蓋零件落料沖孔復合模設計【PROE】,PROE,零件,沖孔,復合,設計 大連交通大學 2015 屆本科畢業(yè)設計（論文） I 大連交通大學機械工程學院 畢業(yè)設計 題目:端蓋零件落料沖孔復合模設計 系 部 機械工程學院 _ 專 業(yè) 名 稱 機械工程及自動化+軟件工程 班 級 姓 名 指 導 教 師 2014 年 12 月 27 日 大連交通大學 2015 屆本科畢業(yè)設計（論文） II 摘 要 本文為順裝復合沖壓模設計。設計中運用沖壓模具設計與制造的知識及 CAD 應用 的知識，包括工藝分析、沖壓方案的確定、模具結構的設計、參數(shù)的計算、也包含了 沖裁力計算，定距方法，沖裁間隙選擇，壓力中心計算的設計要點以及運用 CAD 畫零 件圖和裝配圖。本文介紹的模具實例簡單實用,使用方便可靠,根據(jù)零件的幾何形狀要 求和尺寸的分析，采用復合模沖壓，這樣有利于提高效率，模具設計和制造也相對簡 單。 關鍵詞：復合模；沖壓；設計 大連交通大學 2015 屆本科畢業(yè)設計（論文） III ABSTRACT This article makes compound stamping die design . Used in the design of stamping die design and manufacture of knowledge, and the application of CAD, including process analysis, the scheme determination of stamping, die structure design, parameter calculation, also includes cutting force calculation distance method of blanking clearance choise ,design key points of pressuer center calculation and the use of CAD drawing parts drawing and assembly drawing. Examples in this paper, the mold is simple and practical, easy to use and reliable, according to the requirements of the parts geometric shapes and dimensions of analysis, USES the compound die stamping, so to improve efficiency, mold design and manufacturing is relatively simple. Key words: compound die; Stamping; design 大連交通大學 2015 屆本科畢業(yè)設計（論文） IV 目 錄 第一章 緒 論 .............................................................1 第二章 工藝分析 ..........................................................2 2.1 材料分析 ...........................................................2 2.2 零件結構 ...........................................................2 2.3 尺寸精度 ...........................................................2 第三章 沖壓工藝方案的確定 ................................................4 3.1 沖裁工藝方案的確定 .................................................4 3.2 沖裁工藝方法的確定 .................................................4 3.3 沖裁結構的選取 .....................................................5 第四章 沖壓模具總體結構設計 ..............................................6 4.1 模具類型 ...........................................................6 4.2 操作與定位方式 .....................................................6 4.3 卸料與出件方式 .....................................................6 4.4 模架類型及精度 .....................................................6 第五章 工藝參數(shù)計算 ......................................................7 5.1 排樣方式 ...........................................................7 5.1.1 搭邊值的確定 .................................................7 5.1.2 材料利用率的計算 .............................................9 5.2 沖壓力的計算 ......................................................10 5.2.1 總沖裁力的計算 ..............................................10 5.2.2 壓力中心的確定 ..............................................11 第六章 刃口尺寸計算 .....................................................13 6.1 沖裁間隙的確定 ....................................................13 6.2 刃口尺寸的計算及依據(jù)和法則 ........................................13 第七章 模具的總體設計 ...................................................17 7.1 凹模設計 ..........................................................18 7.2 凸模設計 ..........................................................19 7.2.1 凸模結構的確定 ..............................................19 大連交通大學 2015 屆本科畢業(yè)設計（論文） V 7.2.2 凸模高度的確定 ..............................................19 7.2.3 凸模材料的確定 ..............................................20 7.2.4 凸模精度的確定 ..............................................20 7.3 凸凹模設計 ........................................................21 7.3.1 凸凹模外形尺寸的確定 ........................................21 7.3.2 凸凹模壁厚的確定 ............................................21 7.3.4 凸凹模尺寸的設計 ............................................21 7.3.5 凸凹模材料的選取 ............................................21 7.4 卸料版設計 ........................................................22 7.4.1 卸料板外型設計 ..............................................22 7.4.2 卸料板材料的選擇 ............................................22 7.4.3 卸料板整體精度的確定 ........................................22 7.5 固定板設計 ........................................................22 7.5.1 凸模固定板的設計 ............................................22 7.5.2 凸凹模固定板的設計 ..........................................23 7.6 卸料彈簧設計 ......................................................23 7.7 推件塊、墊板、推板和推桿的設計 ....................................24 7.7.1 推件塊的設計 ................................................24 7.7.2 墊板的設計 ..................................................24 7.8 擋料銷導料銷的選取 ................................................25 7.9 上下模座、導柱和導套的標準 ........................................25 第八章 模具的裝配 .......................................................26 8.1 模具的裝配過程可歸納為 ............................................26 8.2 裝配的技術要求有 ..................................................26 8.3 選擇沖壓設備 ......................................................26 8.4 試模 ..............................................................27 謝辭 .....................................................................29 參考文獻 .................................................................30 大連交通大學 2015 屆本科畢業(yè)設計（論文） 1 第一章 緒 論 沖壓是塑性加工的基本方法之一，它主要用于加工板料零件，所以有時也叫板料 沖壓。沖壓加工時在板料模具的作用下，于其內部產生使之變形的內力。當內力的作 用到達一定程度時，板料的某一部分就會產生與內力性質相應的變形，從而獲得一定 的形狀尺寸和性狀的零件。沖壓工藝的材料利用率高，便于自動化生產，適應新時代 的需要，因而具有很強大的生命力。 沖壓的特點及應用 與機械加工及塑性加工的其它方法相比，沖壓加工無論在技 術方面還是經(jīng)濟的方面都具有許多獨特的優(yōu)點。主要表現(xiàn)如下。 (1) 沖壓加工的生產 效率高，且操作方便，易于實現(xiàn)機械化與自動化。這是因為沖壓是依靠沖模和沖壓設 備來完成加工，普通壓力機的行程次數(shù)為每分鐘可達幾十次，高速壓力要每分鐘可達 數(shù)百次甚至千次以上，而且每次沖壓行程就可能得到一個沖件。 （2）沖壓時由于模 具保證了沖壓件的尺寸與形狀精度，且一般不破壞沖壓件的表面質量,而模具的壽命一 般較長,所以沖壓的質量穩(wěn)定,互換性好,具有“一模一樣”的特征。 （3）沖壓可加工 出尺寸范圍較大、形狀較復雜的零件，如小到鐘表的秒表，大到汽車縱梁、覆蓋件等， 加上沖壓時材料的冷變形硬化效應，沖壓的強度和剛度均較高。 （4）沖壓一般沒有 切屑碎料生成，材料的消耗較少，且不需其它加熱設備，因而是一種省料，節(jié)能的加 工方法，沖壓件的成本較低。 但是，沖壓加工所使用的模具一般具有專用性，有時 一個復雜零件需要數(shù)套模具才能加工成形，且模具 制造的精度高，技術要求高，是技 術密集形產品。所以，只有在沖壓件生產批量較大的情況下，沖壓加工的優(yōu)點才能充 分體現(xiàn)，從而獲得較好的經(jīng)濟效益。 沖壓模在現(xiàn)代工業(yè)生產中，尤其是大批量生產 中應用十分廣泛。相當多的工業(yè)部門越來越多地采用沖壓法加工產品零部件，如汽車、 農機、儀器、儀表、電子、航空、航天、家電及輕工等行業(yè)。在這些工業(yè)部門中，沖 壓件所占的比重都相當?shù)拇螅賱t 60%以上，多則 90%以上。不少過去用鍛造=鑄造和 切削加工方法制造的零件，現(xiàn)在大多數(shù)也被質量輕、剛度好的沖壓件所代替。因此可 以說， 如果生產中不諒采用沖壓工藝，許多工業(yè)部門要提高生產效率和產品質量、降低 生產成本、快速進行產品更新?lián)Q代等都是難以實現(xiàn)的。 大連交通大學 2015 屆本科畢業(yè)設計（論文） 2 模具材料是模具加工業(yè)的基礎。隨著我國國民經(jīng)濟發(fā)展和人民生活水平的提高， 人們對產品的審美觀、價值觀也不斷提高，從而對各類模具產品，無論是內在質量還 是外表美觀等方面均要求日益精臻，因此勢必對工模具材料在數(shù)量上、系列上和質量 上提出更高的要求。中國的模具材料從無到有，從小到大，從少到多，直到現(xiàn)在，無 論是從鋼種還是從規(guī)格、標準化、系列化等方面，都是伴隨著模具制造發(fā)展而發(fā)展的。 改革開放以來，我國的工業(yè)和經(jīng)濟蓬勃發(fā)展，以前的手工作坊和落后的生產方式 已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代工業(yè)的要求，迫切需要尋找另一種更有效率的方式來適應現(xiàn)代工業(yè)。 而在現(xiàn)代制造業(yè)中，企業(yè)的生產一方面朝著多品種、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 產的方向發(fā)展，以提高勞動生產率和生產規(guī)模來創(chuàng)造更多效益，生產上采取專用設備 生產的方式。于是模具技術及模具工業(yè)應運而生。 在現(xiàn)代工業(yè)生產中，60%～90%的工業(yè)生產需要使用模具來加工。作為一種高效率 的生產工具，模具是工業(yè)生產中使用極為廣泛、地位極其重要的工藝裝備。采用模具 生產制品和零件，具有生產效率高，可實現(xiàn)高速大批量的生產；節(jié)約原材料，實現(xiàn)無 切屑加工；產品質量穩(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 術要求；利用模具批量生產的零件加工費用低；所加工出的零件與制件可以一次成形， 不需進行再次加工；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)生產自動化的特點。 這是一個端蓋落料沖孔復合沖壓生產的一個典型零件，在生活中有很強的實用性， 其模具設計有一定的實用價值。對于該制件我們利用先進的模具生產提高生產效益、 保證產品質量、節(jié)約成本，從而取得很高的經(jīng)濟效益。 第二章 工藝分析 大連交通大學 2015 屆本科畢業(yè)設計（論文） 3 圖 2-1 零件簡圖 生產批量：中批量； 材料：08F； 材料厚度：1.2mm； 2.1 材料分析 表 2-1 部分碳素鋼抗剪性能 材料名稱 材料狀態(tài) 抗剪強度 （ Mpa） 抗拉強度 （ Mpa） 屈服點 （ Mpa） 伸長率 （%） 08F 未退火 175 295 175 35 由上表 2-1 可知：08F 碳素結構鋼，強度低和硬度、塑性、韌性好，易于深沖、拉 延、彎曲和焊接，適合鋼板用作深沖壓和深拉延的容器，如搪瓷制品、儀表板、汽車駕駛室蓋板 等。 圓鋼用作心部強度要求 不高的滲碳或氰化零件。 2.2 零件結構 零件結構形狀相對簡單，整體是一個矩形長度 34mm，寬度 32mm，厚度 1.2mm， 有四個直徑為 3.2mm 的圓孔以及中心部分有一個直徑 8.5mm 的圓孔，四個角倒圓角 大連交通大學 2015 屆本科畢業(yè)設計（論文） 4 R3.5mm，根據(jù)該零件形狀來分析，該零件的結構滿足沖裁要求。 2.3 尺寸精度 由于該圖紙未標注尺寸公差，所以此次設計孔中心距公差等級取 12 級，其余的尺 寸公差等級全部取 14 級。 由公差等級表查得： 零件外形: 、 、62.034?62.0?3.05?? 零件內孔: 、.0?3.08? 中心尺寸: 、26.?2. 2-2 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 10 0 11 5 13 0 14 0 15 5 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 工件厚度為 1.2mm，適于沖裁。 結論：該產品用沖壓工藝完全可以得到。 大連交通大學 2015 屆本科畢業(yè)設計（論文） 5 第三章 沖壓工藝方案的確定 3.1 沖裁工藝方案的確定 在沖裁工藝分析和技術經(jīng)濟分析的基礎上，根據(jù)沖裁件的特點確定工藝方案。工 藝方案分為沖裁工序的組合和沖裁順序的安排。 3.2 沖裁工藝方法的確定 沖裁工序分為單工序沖裁、復合沖裁和級進沖裁三種。 單工序沖裁是在壓力機一次行程內只完成一個沖壓工序的沖裁模。 復合沖裁是在壓力機一次行程內，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，在壓力機的一次行 程中條料在沖模的不同位置上，分別完成工件所要求的工序。 其三種工序的性能見表 3-1。 表 3-1 單工序沖裁、級進沖裁和復合沖裁性能 比較項目 單工序模 復合模 級進模 生產批量 小批量 中批量和大批量 中批量和大批量 沖壓精度 較低 較高 較高 沖壓生產率 低，壓力機一次行程內只能完成一個工序 較高，壓力機一次 行程內可完成二個 以上工序 高，壓力機在一次行 程內能完成多個工序 實現(xiàn)操作機械化 自動化的可能性 較易，尤其適合于多 工位壓力機上實現(xiàn)自 動化 制件和廢料排除較 復雜，只能在單機 上實現(xiàn)部分機械操 作 容易，尤其適應于單 機上實現(xiàn)自動化 生產通用性 通用性好，適合于中 小批量生產及大型零 件的大量生產 通用性較差，僅適 合于大批量生產 通用性較差，僅適合 于中小型零件的大批 量生產 沖模制造的復雜 性和價格 結構簡單，制造周期 短，價格低 沖裁較復雜零件時， 比級進模低 沖裁較簡單零件時低 于復合模 復合模的特點是生產效率高，沖裁件的內孔與外緣的相對位置精度高，板料的定 位精度要求比級進模低，沖模的輪廓尺寸較小。由于零件的生產要求的是大批量生產、 零件的尺寸較小，制造相對比較難，為提高生產率，根據(jù)上述方案分 析、比較，宜采用復合模沖裁。 大連交通大學 2015 屆本科畢業(yè)設計（論文） 6 3.3 沖裁結構的選取 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。 通過對正裝式復合模和倒裝式復合模兩種優(yōu)點、缺點及適用范圍的分析比較，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。綜上所述，宜采用順裝復合模。 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 大連交通大學 2015 屆本科畢業(yè)設計（論文） 7 第四章 沖壓模具總體結構設計 4.1 模具類型 根據(jù)該零件的工藝分析，采用復合模。模具類型為順裝式復合模。 4.2 操作與定位方式 零件中批量生產，安排生產可采用手工送料方式能達到批量生產，且能降低模具 成本，因此采用手工進料方式;零件尺寸較小，保證沖孔落料的精度采用固定擋料銷和 活動導料銷. 4.3 卸料與出件方式 卸料方式采用彈性卸料，以彈簧為彈性元件。沖孔廢料從凸凹模頂出,成品從凹模 推出 4.4 模架類型及精度 因為零件材料厚度較小，尺寸較小，所以采用導向精度較高的后側導柱標準模架， 考慮零件精度要求不是很高，采用 I 級模架精度。 大連交通大學 2015 屆本科畢業(yè)設計（論文） 8 第五章 工藝參數(shù)計算 5.1 排樣方式 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。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，沖件質量差，模具壽命 較方案一低，但材料利用率稍高，沖模結構簡單。 方案三：無廢料排樣 沖件的質量和模具壽命更低一些，但材料利用率最高。 采用少、無廢料排樣法，材料利用率高，不但有利于一次沖程獲得多個制件，而 且可以簡化模具結構，降低沖裁力，但受條料寬度誤差及條料導向誤差的影響，沖裁 件的尺寸精度不易保證，故應采用方案一。 分析零件形狀，零件可能的排樣方式如圖： 圖 5-1 排樣圖 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。 大連交通大學 2015 屆本科畢業(yè)設計（論文） 9 表 5-1 搭邊 a 和 a1 數(shù)值（低碳鋼） 矩形件邊長 L≤50mm 的工件 材料厚度 t 工件間 a1 沿邊 a 0.25 以下 2.2 2.5 0.25~0.5 1.8 2.0 0.5~0.8 1.5 1.8 0.8~1.2 1.2 1.5 1.2~1.6 1.5 1.8 1.6~2.0 1.8 2.5 2.0~2.5 2.0 2.2 2.5~3.0 2.2 2.5 如表 5-1 所示：根據(jù)此表和工件外形可知 L﹥50mm ，得:a=1.5mm，a1=1.2mm。 寬度的確定： 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。本套模具無導料板為無側壓裝置。 故按下式計算： B =（D max+2a1+C） (5-1) 0 -△ 0 -△ 式中:B-條料寬度； Dmax-條料寬度方向沖裁件的最大尺寸； a1-側搭邊值，可參考表 5-1； -△-條料寬度的單向（負向）偏差，見表 5-2； 表 5-2 剪料公差及條料與導料板之間隙 材料厚度 t/mm條料寬度 B/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 大連交通大學 2015 屆本科畢業(yè)設計（論文） 10 條料寬度:B =（D max+2a1） =(34+2×1.5) = mm 0 - △ 0 - △ 0 - △ 5.37? 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。 步距為：S=D+a=32+1.2=33.2mm 一個步距材料利用率 η 為：%91.78372. )25.3(14.5.4)58(1)2.3(4.32410?????????BSA? A-一個步距內沖裁件的實際面； B-條料寬度； S-步距。 經(jīng)過計算，選擇 1600mm x 800mm 的板料。 每張可裁剪為（40X800）規(guī)格的 40 張條料，每條可沖 24 個工件，總料為 960 個， 則 η 總為： η 總= %10?BLnA = 7.28436.92? n— 條料上實際沖裁件的總數(shù)； L— 條料長度； B— 條料寬度； A— 一個零件的實際面積。 5.2 沖壓力的計算 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： Fp=KptLτ (5-2) 大連交通大學 2015 屆本科畢業(yè)設計（論文） 11 式中: τ-材料抗剪強度； 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)K p，一般 取1～3。當查不到抗剪強度τ時，可以用抗拉強度σb代替τ，而取K p=1.3的近似計算法 計算。 其中 τ 是按 08F 號鋼最大值計算。 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。 F 沖 = F1+F2 (5-3) 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: mL 28.145.34.2)5.32()5.34(1 ????????? 沖孔周長為: m8.6.14.2 ? 落料沖裁力由公式得： F1=KtL1τ = N65.719328.4.3?? 沖孔沖裁力由公式得： F2=KtL2τ = N1.3079258.613. ?? 卸料力: 大連交通大學 2015 屆本科畢業(yè)設計（論文） 12 (5-4)N FK62.3415.790??卸卸 K 卸查表可得 推件力: F 推=nK 推 F (5-5) =1x0.05x57193.656 =2859.68N K 推查表可得 頂件力: F 頂=K 頂 F (5-6) =0.06x57193.656 = 3431.62N K 頂查表得 總沖壓力：F 總=F 落+F 沖+F 卸+F 推/F 頂 =57193.656+30779.1+3431.62+2859.68+3431.62 =97.7(KN) 5.2.2 壓力中心的確定 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，應使模具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，使滑塊和導軌之間產生過大的摩擦，模具導向零件加速磨 損，降低模具和壓力機的使用壽命。 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）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沖模壓 力中心。 解析法的計算依據(jù)是：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X 0，Y 0（即x=0，y=0），即為所求模具的壓力中 大連交通大學 2015 屆本科畢業(yè)設計（論文） 13 心。設工件的壓力中心為（x0，y0），取工件的質心為壓力中心，以工件的的對稱中 心為坐標遠點。 因為工件在X軸和Y軸上都是對稱，所以壓力中心和產品中心重合，即產品的中心 孔圓心為壓力中心。 大連交通大學 2015 屆本科畢業(yè)設計（論文） 14 第六章 刃口尺寸計算 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 主要任務之一。 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。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。 由于沖裁間隙對斷面質量、工件尺寸精度、模具壽命、沖裁力等的影響規(guī)律并非 一致，所以，并不存在一個絕對合理的間隙數(shù)值，能同時滿足斷面質量最佳、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。 目前在生產中，廣泛采用經(jīng)驗法和查表法來確定合理的間隙植。本套模具采用查表法 予以確定其間隙植。 根據(jù)實用間隙表 6-1 查得材料 08 鋼的最小雙面間隙 Zmin=0.126mm，最大雙面間 隙 Zmax=0.180mm。 6.2 刃口尺寸的計算及依據(jù)和法則 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。 大連交通大學 2015 屆本科畢業(yè)設計（論文） 15 （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： 表 6-1 沖裁模初始雙邊間隙值 08、10、35、 09Mn、Q235 16Mn 40、50 65Mn材料 厚度 Zmin Zmax Zmin Zmax Zmin Zmax Zmin Zmax 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 2.75 3.0 3.5 4.0 4.5 5.5 6.0 6.5 8.0 0.040 0.048 0.064 0.072 0.092 0.100 0.126 0.132 0.220 0.246 0.260 0.260 0.400 0.460 0.540 0.610 0.720 0.940 1.080 0.060 0.072 0.092 0.104 0.126 0.140 0.180 0.240 0.320 0.360 0.380 0.500 0.560 0.640 0.740 0.880 1.000 1.280 1.440 0.040 0.048 0.064 0.072 0.090 0.100 0.132 0.170 0.220 0.260 0.280 0.380 0.420 0.480 0.580 0.680 0.680 0.780 0.840 0.940 1.200 0.060 0.072 0.092 0.104 0.126 0.140 0.180 0.240 0.320 0.380 0.400 0.540 0.600 0.660 0.780 0.920 0.960 1.100 1.200 1.300 1.680 0.040 0.048 0.064 0.072 0.090 0.100 0.132 0.170 0.220 0.260 0.280 0.380 0.420 0.480 0.580 0.680 0.780 0.980 1.140 0.060 0.072 0.092 0.104 0.126 0.140 0.180 0.240 0.320 0.380 0.400 0.540 0.600 0.660 0.780 0.920 1.040 1.320 1.500 0.040 0.048 0.064 0.064 0.090 0.090 0.060 0.072 0.092 0.092 0.126 0.126 （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 大連交通大學 2015 屆本科畢業(yè)設計（論文） 16 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。 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 ＞ 120~180 －0.020 －0.020 －0.020 －0.025 －0.030 ＋0.020 ＋0.025 ＋0.030 ＋0.035 ＋0.040 >180~260 ＞ 260~360 ＞ 360~500 ＞500 －0.030 －0.035 －0.040 －0.050 ＋0.045 ＋0.050 ＋0.060 ＋0.070 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： │δ 凸 │＋│δ 凹 │≤Zmax－Z min (6-1) 所以，新制造的模具應該保證│δ 凸 │＋│δ 凹 │＋Z min≤Zmax，否則，模具的初始間隙 已超過了允許的變動范圍 Zmin～Z max，影響模具使用壽命。 查表得: Zmin=0.126mm Zmax=0.180mm Zmax-Zmin=0.180-0.126=0.054mm 零件尺寸如下： 零件外形: 、 、62.034?62.0?3.05?? 零件內孔: 、.0?3.08? 中心尺寸: 、26.?.1 （1）對落料件尺寸 的凹、凸模偏差值查下表 6-2 得62.034? δ 凸 =－0.020mm δ 凹 =＋0.030mm 根據(jù)條件:│δ 凸 │＋│δ 凹 │≤Zmax－Z min 則(0.020 ＋0.030)mm=0.050mm ＜0.054mm 所以，滿足分別加工條件。 （2）對落料件尺寸 的凹、凸模偏差值查下表 6-2 得62.03? δ 凸 =－0.02mm δ 凹 =＋0.03mm 根據(jù)條件:│δ 凸 │＋│δ 凹 │≤Zmax－Z min 則(0.02＋0.03)mm=0.050mm ＜0.054mm 大連交通大學 2015 屆本科畢業(yè)設計（論文） 17 所以，滿足分別加工條件。 （3）對落料件尺寸 的凹、凸模偏差值查下表 6-2 得3.05?? δ 凸 =－0.02mm δ 凹 =＋0.02mm 根據(jù)條件:│δ 凸 │＋│δ 凹 │≤Zmax－Z min 則(0.02＋0.02)mm=0.040mm ＜0.054mm 所以，滿足分別加工條件。 （4）對沖孔件尺寸 的凹、凸模偏差值查下表 6-2 得36.058?? δ 凸 =－ 0.020mm δ 凹 =＋0.02mm 根據(jù)條件:│δ 凸 │＋│δ 凹 │≤Zmax－Z min 則(0.020＋0.02)mm=0.04mm ＜0.054mm 所以，滿足分別加工條件。 （5）對沖孔件尺寸 的凸、凹模偏差查表 6-2 得3.02?? δ 凸 =－0.020mm δ 凹 =+0.020mm 根據(jù)條件:│δ 凸 │＋│δ 凹 │≤Zmax－Z min 則(0.020 ＋0.020)mm=0.040mm＜0.054mm 所以，滿足分別加工條件。 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 非圓形 χ 值 圓形 χ 值 磨損系數(shù) 1 0.75 0.5 0.75 0.5 查表 6-3 得 圓孔的磨損系數(shù)取 x=0.5，非圓形的磨損系數(shù)也取 0.5 所以 得到以下尺寸 大連交通大學 2015 屆本科畢業(yè)設計（論文） 18 零件外形: 、 、62.034?62.0?3.05?? 零件內孔: 、.0?3.08 表 6-4 工作零件刃口尺寸的計算 尺寸及分類 尺寸轉換 計算公式 結果 D 凹 = 03.14? 34 62.034? D 凸 = 2.8? D 凹 = 03.? 32 62.0? D 凸 = 02.14? D 凹 = .653? 落料 R3.5 3.05??R D 凹 =(Dmax-χ△) 凹??0 D 凸 =(Dmax-χ△-Zmin) 凸?? D 凸 = 02.? d 凸 = 0. Ф3.2 3.02?? d 凹 = 2.4763? d 凸 = 02.8? 沖孔 Ф8.5 36.058?? d 凸 =(dmin+χ△) 0凸?? d 凹 =( dmin+χ△+ Zmin) 凹?0 d 凹 = .? 大連交通大學 2015 屆本科畢業(yè)設計（論文） 19 第七章 模具的總體設計 雖然各類沖裁模的結構形式和復雜程度不同，但組成模具的零件種類是基本相同 的，根據(jù)它們在模具中的功用和特點，可以分為工藝零件和結構零件兩類。 7.1 凹模設計 凹模的外形一般有矩形和圓形兩種。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。 凹模各尺寸計算公式如下： 凹模邊壁厚 H=Kb1 （7-1） 凹模邊壁厚 c=(1.5～2)H （7-2 ） 凹模板邊長 L=b1+2c （7-3） 凹模板邊寬 B=b2+2c （7-4） 式中：b 1-沖裁件的橫向最大外形尺寸； b2-沖裁件的縱向最大外形尺寸； 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 材料厚度 t/mm 材料料寬 s/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=0.4。 根據(jù)公式（7-1）可計算落料凹模板的尺寸。 凹模厚度： H=Kb1 =0.4x37=14.8mm 根據(jù)公式（7-4）計算凹模寬： B=b2+2c=37+2x30=97mm 取標準模板，凹模板的外形為160 x140（mm） 大連交通大學 2015 屆本科畢業(yè)設計（論文） 20 表 7-2 矩形和圓形凹模外形尺寸 矩形凹模的長度和寬度 L×B 矩形和圓形凹 模厚度 圓形凹模直徑 d 63×50、63×63 10、12、14、 16、18、20 63 80×63、80×80、100×63、100×80、100×100、125×80 12、14、16、 18、20、22 80、100 125×100、125×125、（140）×80、（140）×100 14、16、18、 20、22、25 125 （140）×125、（140）×（140）、 160×100、160×125、160×（140）、 200×100、200×125 16、18、20、 22、25、28 （140） 160×160、200×（140）、200×160、200×125、 250×（140） 16、20、22、 25、28、32 160 200×200、250×160、250×200、（280）×160 18、22、25、 28、32、35 200 250×250、（280）×200、（280）×250、 20、25、28、 32、35、40 250 315×250 20、28、32、 35、40、45 （280）、315 根據(jù)公式（7-2）可計算凹模邊壁厚： c=(1.5～2)H =(1.5～2)x14.8 =(22.2～29.6)mm 實取 c=50mm 取凹模邊壁厚為50mm。 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=b+2c=33.2+2X50=133.2mm，取標準模板長度=160mm。 大連交通大學 2015 屆本科畢業(yè)設計（論文） 21 7.2 凸模設計 7.2.1 凸模結構的確定 因為該制件形狀不復雜，圓凸模沖模，凸模與凸模固定板的配合按 H7/m6。 7.2.2 凸模高度的確定 根據(jù)圓凸模沖模小圓孔其長度 L1 為凸模固定板厚度、空心墊板厚度、凹模厚度、料厚 以及凸模伸入凹凸模內部的深度之和，所以 L=20+25+1.2+3.8=50mm，再考慮到凸模刃 口的修模量，凸模進入凹模的深度（0.5—1mm），根據(jù)[1]取 L1=55.5mm， 工件工作孔 也取其長度 L2=52mm 7.2.3 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 Cr12，熱處理 50～54HRC。 7.2.4 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 Ra1.6um，同軸度為 0.01。 圖 7-1 沖孔凸模圖 7.3 凸凹模設計 7.3.1 凸凹模外形尺寸的確定 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 大連交通大學 2015 屆本科畢業(yè)設計（論文） 22 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。 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，故該凸凹模的側壁強度要求足夠。 7.3.4 凸凹模尺寸的設計 凸凹模的長度為凸模固定板、彈簧厚度、卸料板之和 L 凸凹 =30+40+20=90mm 考慮 到安全卸料板起壓料作用，選取凸凹模長度為 L 凸凹 =85mm 7.3.5 凸凹模材料的選取 由于沖模為復合模，所以材料要有良好的耐磨性、高強度、足夠的韌性、良好的 抗疲勞性、熱處理工藝性等。Cr12 剛具有較好的淬透性，很高的耐磨性，有較高的沖 擊韌度和承載強度，且淬火變形小。為滿足以上要求，在該模具中凸凹模材料選用 Cr12 鋼。 7.4 卸料版設計 7.4.1 卸料板外型設計 在沖壓工藝分析中已經(jīng)選擇了彈性卸料裝置，采用卸料板進行卸料。卸料板不僅 有卸料作用，還具有用凸凹模導向，對凸凹模起保護作用，卸料板的邊界尺寸與凹模 的邊界尺寸相等。卸料板與凸凹模的間隙值由表 7-4 確定，取 0.15mm。 表 7-4 卸料板與凸凹模間隙值 材料厚度 t/mm ＜0.5 0.5～1 ＞1 單邊間隙 Z/mm 0.05 0.1 0.15 卸料板的厚度查表 7-5，卸料板與凹模的外形尺寸相同。根據(jù)凹模的尺寸 160 x140 x20（mm），從而可以確定卸料板的尺寸。 所以，卸料板的厚度取 20mm。 大連交通大學 20