相框掛鉤沖壓模設(shè)計(jì)【沖孔落料復(fù)合?！俊緩澢！俊?套】,沖孔落料復(fù)合模,彎曲模,2套,掛鉤,沖壓,設(shè)計(jì),沖孔,復(fù)合,彎曲,曲折 江陰職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題 目 相框掛鉤沖壓模具設(shè)計(jì) 姓 名 學(xué) 號(hào) 系 部 機(jī)電工程系 專 業(yè) 模具設(shè)計(jì)與制造 指導(dǎo)教師 職 稱副教授 2014 年 12 月 10 日 摘 要 本設(shè)計(jì)為一相框掛鉤的冷沖壓模具設(shè)計(jì)，對(duì)零件進(jìn)行分析與計(jì)算，其中包括工 藝分析與設(shè)計(jì)方案的確定，設(shè)計(jì)排樣方式，計(jì)算沖裁力與選擇沖壓設(shè)備。其次，對(duì) 支架鏈接板進(jìn)行模具設(shè)計(jì)。主要是直接與沖壓相關(guān)的部件的設(shè)計(jì)以及標(biāo)準(zhǔn)件的選用。 此次設(shè)計(jì)是將我所學(xué)專業(yè)知識(shí)進(jìn)行運(yùn)用的一次機(jī)會(huì)，當(dāng)然，由于我沒有設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)， 不僅要多向老師和同學(xué)請(qǐng)教，還要借助模具設(shè)計(jì)手冊(cè)、計(jì)算機(jī)繪圖軟件，并參閱大 量?jī)?yōu)秀文獻(xiàn)。一來可以幫助我圓滿完成此次設(shè)計(jì)任務(wù)，二來可以培養(yǎng)我的設(shè)計(jì)能力 和文件檢索能力。 關(guān)鍵詞：模具 沖裁件 凸模 凹模 凸凹模 Abstract The design for the cold stamping die design of a photo frame, carries on the analysis and calculation of the parts, including the determination of process analysis and design scheme, design layout, calculation of blanking force and stamping equipment selection. Secondly, mold design of the link plate bracket. The design is the main direct stamping and related components and the selection of standard parts. This design is a chance, I learned to use the professional knowledge of course, because I do not have experience in design, not only to many teachers and students to ask, but also by the die design manuals, computer drawing software, and see a lot of excellent works. Can help me successfully completed the design task, and can cultivate my design ability and the ability of document retrieval. KEY WORD: mold stamping parts punch die punch and die 目錄 第一章 緒言 ................................................................................................................................................1 1.1 選題的背影及目的 ................................................................................................1 1.2 模具工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及市場(chǎng)前景 ........................................................................1 1.3 國(guó)內(nèi)外的研究動(dòng)態(tài) ................................................................................................2 1.4 我國(guó)沖壓行業(yè)存在的阻力。 ................................................................................2 1.5 本設(shè)計(jì)采用的方法 ................................................................................................3 第二章 工藝性分析及工藝方案確定 ...............................................................................................4 第一節(jié) 材料的工藝分析 .............................................................................................4 第二節(jié) 材料選擇 .........................................................................................................5 第三節(jié) 展開尺寸的計(jì)算 .............................................................................................5 第四節(jié) 尺寸精度 .........................................................................................................6 第五節(jié) 沖裁工藝方案的確定 .....................................................................................8 第三章 模具總體設(shè)計(jì) .................................................................................................................................9 第一節(jié) 模具類型的選擇 .............................................................................................9 第二節(jié) 操作與定位方式 .............................................................................................9 第三節(jié) 卸料、出件方式 .............................................................................................9 第四節(jié) 確定送料方式 ...............................................................................................10 第五節(jié) 確定導(dǎo)向方式 ...............................................................................................10 第四章 模具工藝參數(shù)確定 ....................................................................................................................11 第一節(jié) 排樣設(shè)計(jì)與計(jì)算 ...........................................................................................11 第二節(jié) 搭邊值的確定 ...............................................................................................11 第三節(jié) 進(jìn)距與條料寬度計(jì)算 ...................................................................................12 第四節(jié) 材料利用率的計(jì)算 .......................................................................................14 第五章 計(jì)算沖壓力與壓力機(jī)的初選 .................................................................................................16 第一節(jié) 沖裁力 Fp的計(jì)算 ..........................................................................................16 第二節(jié) 卸料力 Fq1的計(jì)算 .........................................................................................16 第三節(jié) 頂件力 Fq2的計(jì)算 .........................................................................................17 第四節(jié) 總的沖壓力 F 的計(jì)算 ..................................................................................17 第五節(jié) 彎曲力的計(jì)算 ...............................................................................................17 第六節(jié) 壓力機(jī)的初選 ...............................................................................................18 第六章 模具壓力中心的確定 ...............................................................................................................19 第七章 沖裁模間隙的確定 ....................................................................................................................20 第一節(jié) 沖裁間隙 Z ...................................................................................................20 第二節(jié) 沖裁間隙分析 ...............................................................................................20 第八章 凹、凸模刃口尺寸的計(jì)算 ......................................................................................................22 第一節(jié) 刃口尺寸計(jì)算的基本原則 ...........................................................................22 第二節(jié) 刃口尺寸的計(jì)算 ...........................................................................................23 第九章 主要零部件的設(shè)計(jì) ....................................................................................................................27 第一節(jié) 工作零件的設(shè)計(jì)與計(jì)算 ...............................................................................27 第二節(jié) 橡膠的選用 ...................................................................................................33 第三節(jié) 模架及其零件的設(shè)計(jì) ...................................................................................34 第十章 校核模具閉合高度及壓力機(jī)有關(guān)參數(shù) .............................................................................36 第一節(jié) 閉合高度的計(jì)算 ...........................................................................................36 第二節(jié) 沖壓設(shè)備的選定 ...........................................................................................36 第十一章 模具總裝圖 ..............................................................................................................................36 總結(jié) ...................................................................................................................................................................38 致謝 ...................................................................................................................................................................39 參考文獻(xiàn) .........................................................................................................................................................40 1 第一章 緒言 1.1 選題的背影及目的 模具工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門發(fā)展重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)之一。由于沖壓加工具有節(jié)材、 節(jié)能和生產(chǎn)率高等突出特點(diǎn)，決定了沖壓產(chǎn)品成本低廉，效益較好，因而沖壓生產(chǎn) 在制造行業(yè)中占有重要地位。冷沖壓加工是在室溫下，利用安裝在壓力機(jī)上的模具 對(duì)材料施加壓力，使其產(chǎn)生分離或塑性變形從而獲得所需沖壓件的一種壓力加工方 法。我們知道，冷沖模則是將材料加工成所需沖壓件的一種工藝設(shè)備。冷沖模在實(shí) 現(xiàn)冷沖壓加工中是至關(guān)重要的，沒有先進(jìn)的沖模技術(shù)，就不能實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的沖壓工藝。 沖壓加工技術(shù)應(yīng)用范圍十分廣泛,在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各工業(yè)部門中，幾乎都有沖壓加工 或沖壓產(chǎn)品的生產(chǎn)。如飛機(jī)、 拖拉機(jī)、電機(jī)、電器、儀表、鐵道、電信、化工以及 輕工日用新產(chǎn)品中均占有相當(dāng)?shù)谋戎?。并具有如下特點(diǎn)： 1)、 生產(chǎn)率高、操作簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化，特別適合于成批大量生 產(chǎn)； 2)、 沖壓零件表面光潔，尺寸精度穩(wěn)定，互換性好，成本低廉； 3)、 在材料消耗不多的情況下，可以獲得強(qiáng)度高，剛度大，而重量小的零件； 4)、 可得到其他加工方法難以加工或無法加工的復(fù)雜形狀零件。 隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，模具已成為當(dāng)代工業(yè)生產(chǎn)的重要 手段，沖壓生產(chǎn)和模具工業(yè)得到了世界各國(guó)的高度重視。另外一個(gè)方面，很好的撐 握冷模具的設(shè)計(jì)方法，將在以后的工作中對(duì)我有很大的幫助，所以我選擇冷模具設(shè) 計(jì)作為我的畢業(yè)題目。本設(shè)計(jì)是支架連接板連續(xù)模設(shè)計(jì)。 1.2 模具工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及市場(chǎng)前景 模具產(chǎn)業(yè)的發(fā)展是體現(xiàn)一個(gè)國(guó)家現(xiàn)代化水平高低的一個(gè)重要標(biāo)志。目前，世界 模具市場(chǎng)可以說是供不應(yīng)求，市場(chǎng)需求量維持在 700 億至 850 億美元，被稱為“不 2 衰亡工業(yè)” 。同時(shí)，我國(guó)的模具產(chǎn)業(yè)經(jīng)過幾十年的曲折發(fā)展，也迎來了新一輪的發(fā)展 機(jī)遇,從以前只能靠進(jìn)口到現(xiàn)在部分進(jìn)口，已經(jīng)跨越了以大步，但還有一些精密的沖 模自己還不能生產(chǎn)，只能依靠進(jìn)口來滿足生產(chǎn)的需要。 1.3 國(guó)內(nèi)外的研究動(dòng)態(tài) 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，許多新技術(shù)、新工藝、 新設(shè)備、新材料不斷涌現(xiàn)，因而促進(jìn)了沖壓技術(shù)的不斷革新與進(jìn)步。其主要表現(xiàn)在 以下幾個(gè)方面： 1） 、隨著各種加工工藝和多種設(shè)計(jì)軟件的應(yīng)用使模具的設(shè)計(jì)和應(yīng)用更為方便。 計(jì)算機(jī)技術(shù)與模具技術(shù)完美結(jié)合，模具計(jì)算機(jī)機(jī)輔助技術(shù)（CAD、CAM、輔助工程 （CAE）是 20 世紀(jì) 70 年代迅速發(fā)展起來的，到 80 年代已進(jìn)入了實(shí)用化，大大減少 了模具設(shè)計(jì)與制造人員的重復(fù)勞動(dòng)，使設(shè)計(jì)人員可以把主要精力放在創(chuàng)新和開發(fā)上。 特別是 pro/E、UG 等軟件的應(yīng)用，數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，以及電火花和線切割技術(shù)的推 廣更一步推動(dòng)了模具產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。 2） 、簡(jiǎn)易制模工藝的研究，為了及時(shí)的更新產(chǎn)品的花色品種，降低成本和適應(yīng) 小批量產(chǎn)品生產(chǎn)的要求，開展了簡(jiǎn)易制模工藝。 3） 、模具標(biāo)準(zhǔn)化，目前發(fā)達(dá)國(guó)家模具標(biāo)準(zhǔn)化程度達(dá)到模具加工工作量的 30％以 上，并且有完美的標(biāo)準(zhǔn)化體系列，包括零件標(biāo)準(zhǔn)和模架標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)際化組織已制定了 國(guó)際模具系列標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)件品種多，規(guī)格全，質(zhì)量高，而且均已商品化，特別是對(duì) 一些通用件的使用越來越多，其大大提高了他們的互換性，加強(qiáng)了各個(gè)地區(qū)的合作。 對(duì)整個(gè)模具行業(yè)水平的提高也起到了重要作用。 1.4 我國(guó)沖壓行業(yè)存在的阻力。 阻力一：機(jī)械化、自動(dòng)化程度低。目前，代表當(dāng)今國(guó)際水平的大型多工位壓力 機(jī)在我國(guó)的應(yīng)用較少，中、小企業(yè)設(shè)備普遍比較落后，耗能耗材高，環(huán)境污染嚴(yán)重， 精沖機(jī)價(jià)格昂貴，是普通壓力機(jī)的 5-10 倍，多數(shù)企業(yè)無力投資，阻礙了精沖技術(shù)在 我國(guó)的推廣應(yīng)用，尤其是內(nèi)高壓成形設(shè)備投資大，國(guó)內(nèi)難以起步；阻力二：生產(chǎn)集 中度低。 ；阻力三：沖壓板材自給率不足，品種規(guī)格不配套；阻力四：科技成果轉(zhuǎn)化 3 慢，先進(jìn)工藝推廣慢；阻力五：大、精模具依賴進(jìn)口；阻力六：專業(yè)人才缺乏。業(yè) 內(nèi)掌握先進(jìn)設(shè)計(jì)分析技術(shù)和數(shù)字技術(shù)的高素質(zhì)人才遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足沖壓行業(yè)飛速發(fā)展 的需要。另外，眾多合資公司由外方進(jìn)行工程設(shè)計(jì)，掌握設(shè)計(jì)權(quán)、投資權(quán)，我方?jīng)_ 壓技術(shù)人員難以真正掌握沖壓工藝的真諦。 1.5 本設(shè)計(jì)采用的方法 1） 、在圖書館電子閱覽室查閱相關(guān)資料。在學(xué)校讀書館有大量 書籍關(guān)于冷沖模具設(shè)計(jì)，并且電子閱覽室的中文全國(guó)書刊也有許多優(yōu)秀的論文作為 參考。 2） 、采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。我熟習(xí) AutoCAD、對(duì)我的作圖非常有幫助。 3） 、基于實(shí)例設(shè)計(jì)。根據(jù)產(chǎn)品功能及市場(chǎng)信息，從實(shí)例庫中選 出與設(shè)計(jì)要求最接近的實(shí)例，作為參考，并仔細(xì)構(gòu)思出新觀念。 4） 、向老師和同學(xué)請(qǐng)教。副教授老師對(duì)沖壓模具經(jīng)驗(yàn)豐富， 所以向他請(qǐng)教了許多，還有向我最好的同學(xué)請(qǐng)教了不少。 5） 、分割設(shè)計(jì)方法。即一種把復(fù)雜的東西簡(jiǎn)單化的，分為數(shù)個(gè)模塊單個(gè)分析， 然后綜合起來的有效方法。 4 第二章 工藝性分析及工藝方案確定 第一節(jié) 材料的工藝分析 使板料分離的沖壓工藝稱為沖裁。沖壓工藝的種類很多，常用的有切斷、落料、 沖孔等。從板料上沖下所需形狀是工件(或毛坯)稱為落料。在工件上沖出所需形狀 的孔（沖去的為廢料）稱為沖孔。 沖壓用板料的表面和內(nèi)在性能對(duì)沖壓成品的質(zhì)量影響很大，要求沖壓材料厚度 精確、均勻;表面光潔，無擦傷、無裂紋；屈服強(qiáng)度均勻，無明顯方向性；均勻延伸 率高；屈強(qiáng)比低；加工硬化性低。 工件名稱：相框掛鉤 工件簡(jiǎn)圖：如圖 1.1 所示 生產(chǎn)批量：大批量 材料： Q235 厚度：2mm 工件精度：IT14 5 圖 1.1 工件簡(jiǎn)圖 第二節(jié) 材料選擇 根據(jù)表 1.1，Q235 為碳素結(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(jī)械零件。綜合評(píng)比均適合沖裁加工。生產(chǎn)批量為 大批量，厚度為 1mm，材料的抗剪切強(qiáng)度為 275-392MP、抗拉強(qiáng)度為 353-500MP、屈 服點(diǎn)為 245MP、伸長(zhǎng)率為 25MP，且形狀較為規(guī)則，尺寸較小，公差為自由公差，精 度要求 IT14，便于沖壓，普通沖裁能滿足要求。由于沖裁件沒有斷面粗糙度的要求， 我們不必考慮。 第三節(jié) 展開尺寸的計(jì)算 工件結(jié)構(gòu)形狀相對(duì)簡(jiǎn)單，屬軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)，除有 2 個(gè)直徑為 4 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。 彎曲件毛坯的展開尺寸是根據(jù)變形中性層長(zhǎng)度不變的原理來求出的，對(duì)于變形 6 程度很小或?qū)Τ叽缫桓叩膹澢碚f，可以近似的認(rèn)為變形中性層與毛坯的斷面 中心相重合，這時(shí)，中性層的位置為 ρ=r+t/2 式中 r——彎曲件內(nèi)層的彎曲半徑 t——板料的厚度， 而當(dāng)需要精確的求出彎曲毛坯的展開長(zhǎng)度時(shí)，就必須精確的求出變形中性層的 位置。確定位置之后就可以進(jìn)行毛坯展開長(zhǎng)度的計(jì)算了，這需要一個(gè)中性層的位移 系數(shù)，此系數(shù)對(duì)于彎曲形狀及彎曲程度不同，數(shù)值也不同，需要根據(jù)實(shí)際的模具調(diào) 節(jié)展開尺寸。 本產(chǎn)品，尺寸沒標(biāo)公差，屬于自由公差，可以直接按毛坯的斷面中性層尺寸計(jì)算， 經(jīng)過計(jì)算 L1=52.3，寬度 D=15 此尺寸目前是待定，在實(shí)際生產(chǎn)時(shí)需調(diào)節(jié)。 如圖，展開圖紙如下圖所示： 第四節(jié) 尺寸精度 零件圖上所注公差經(jīng)查標(biāo)準(zhǔn)公差表 1.2 為 IT14 級(jí)，尺寸精度較低，普通沖裁完 7 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。查公差表得各尺寸公 差： 零件外形：52.3 mm、11 、15 mm、8074.?043.?043.?036.? 零件內(nèi)形：4 mm3.? 表 1.1 黑色金屬的力學(xué)性能 極限強(qiáng)度 材料名 稱 材料牌 號(hào) 材料狀 態(tài) 抗剪 MPa/?抗拉 ab/? 伸長(zhǎng)率 %/?屈服強(qiáng)度 MPas/? 彈性模 量 E/MPa Q235 216-304 275-383 32 177 08 255-353 324-441 32 196 186000 10F 216-333 275-412 30 186 10 255-333 294-432 29 206 194000 15F 245-363 314-451 28 15 265-373 333-471 26 225 198000 20F 275-383 333-471 26 225 196000 2O 275-392 353-500 25 245 206000 25 314-432 329-539 24 275 198000 30 353-471 441-588 22 294 197000 35 392-511 490-637 20 314 197000 40 412-530 511-657 18 333 209000 45 432-549 539-686 16 353 200000 碳素結(jié) 構(gòu)鋼 50 已退火 的 432-569 539-716 14 373 216000 表 1.2 部分標(biāo)準(zhǔn)公差值（GB/T1800.3—1998） 公差等級(jí) IT6 IT7 IT8 IT9 IT10 IT11 IT12 IT13 IT14 IT15 基本尺寸 /μm /mm 8 ＞3～6 8 12 18 30 48 75 0.12 0.18 0.30 0.48 ＞6～10 9 15 22 36 58 90 0.15 0.22 0.36 0.58 ＞10～18 11 18 27 43 70 110 0.18 0.27 0.43 0.70 ＞18～30 13 21 33 52 84 130 0.21 0.33 0.52 0.84 ＞30～50 16 25 39 62 100 160 0.25 0.39 0.62 1.00 ＞50～80 19 30 46 74 120 190 0.30 0.46 0.74 1.20 ＞80～120 22 35 54 87 140 220 0.35 0.54 0.87 1.40 從表 1.1 中查出 Q235 抗拉強(qiáng)度：σ=275～383Mpa 抗剪強(qiáng)度：τ=216～304Mpa 伸長(zhǎng)率： δ=32% 分析其力學(xué)性能較好，故選擇 Q235 材料。 第五節(jié) 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，然后彎曲。單工序模生產(chǎn)。 方案二：沖孔—落料復(fù)合沖壓然后彎曲。復(fù)合模生產(chǎn)。 方案三：沖孔—落料—彎曲級(jí)進(jìn)沖壓。級(jí)進(jìn)模生產(chǎn)。 方案一模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(diǎn)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(shí)，準(zhǔn)確定位不宜，容易使人受傷，生產(chǎn)率低。 方案二也只需 2 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(qiáng)度也能滿足要求。沖裁件的內(nèi)孔與邊緣的相對(duì)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(jiǎn)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(fù)雜，成本較高。 通過對(duì)上述三種方案的分析比較,采用方案二復(fù)合模是比較合理的。 9 10 第三章 模具總體設(shè)計(jì) 第一節(jié) 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(jiǎn)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(shí)行工序集中的工藝方案，彈性 卸料裝置的倒裝復(fù)合模具結(jié)構(gòu)方式。 第二節(jié) 操作與定位方式 一、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(jì)效益。 二、定位方式 因?yàn)閷?dǎo)料銷和擋料銷結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(jì)效益，控制條料的送進(jìn)方向采用導(dǎo)料銷，控制送料步距采用固定 擋料銷。 第三節(jié) 卸料、出件方式 一、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(dāng)卸料板只起卸料作用時(shí)與凸模的間隙隨材料厚度的增加而增大，單邊 間隙取（0.2～0.5）t。當(dāng)固定卸料板還要起到對(duì)凸模的導(dǎo)向作用時(shí)卸料板與凸模的 配合間隙應(yīng)該小于沖裁間隙。此時(shí)要求凸模卸料時(shí)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(chǎng)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(duì)凸模導(dǎo)向作用時(shí)，二者的配合間隙應(yīng)小于沖裁間隙。常用作落 11 料模、沖孔模。 工件平直度較高，料厚為 1mm，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(jìn)動(dòng)態(tài)，且彈性卸料板對(duì)工件施加的是 柔性力，不會(huì)損傷工件表面，故可采用彈性卸料。 二、出件方式 因采用倒裝復(fù)合模生產(chǎn)，故采用彈性上出件。 第四節(jié) 確定送料方式 因選用的沖壓設(shè)備為開式壓力機(jī)，采用橫向送料方式，即由右向左送料。 第五節(jié) 確定導(dǎo)向方式 采用后側(cè)導(dǎo)柱模架。由于前面和左右不受限制，送料和操作比較方便。因?yàn)閷?dǎo) 柱安裝在后側(cè)，工作時(shí)，偏心距會(huì)造成導(dǎo)套導(dǎo)柱單邊磨損，嚴(yán)重影響模具使用壽命， 且不能使用浮動(dòng)模柄。 12 第四章 模具工藝參數(shù)確定 第一節(jié) 排樣設(shè)計(jì)與計(jì)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(zhǎng)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(jì)利用程度，排樣方法可以分為有搭邊、少搭邊和無搭邊排樣三種， 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(duì)排、混合排、多排 等多重形式。 因此有下列三種方案： 方案一：有搭邊排樣 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：少搭邊排樣 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(jiǎn)單。 方案三：無搭邊排樣 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 第二節(jié) 搭邊值的確定 排樣時(shí)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(bǔ)償定位誤差，保持條料有一定的剛度，保證零件質(zhì)量和送料方 便。搭邊過大，浪費(fèi)材料。搭邊過小，沖裁時(shí)容易翹曲或被拉斷，不僅會(huì)增大沖件 毛刺，有時(shí)還會(huì)拉入凸、凹模間隙中損壞模具刃口，降低模具壽命?；蛴绊懰土瞎?作。搭邊值是廢料，所以應(yīng)盡量取小，但過小的搭邊值容易擠進(jìn)凹模，增加刃口磨 損。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 a1=1.5mm 13 側(cè)搭邊值 a=2mm 表 5.1 搭邊值和側(cè)邊值 手動(dòng)送料 圓形 非圓形 往復(fù)送料 自動(dòng)送料材料厚 度 t a a1 a a1 a a1 a a1 1 以下 1.5 1.5 2 1.5 3 2 1～2 2 1.5 2.5 2 3.5 2.5 3 2 2～3 2.5 2 3 2.5 4 3.5 3～4 3 2.5 3.5 3 5 4 4 3 4～5 4 3 5 4 6 5 5 4 5～6 5 4 6 5 7 6 2.0 5 第三節(jié) 進(jìn)距與條料寬度計(jì)算 一、送料進(jìn)距 A 條料在模具上每次送進(jìn)的距離稱為送料進(jìn)距，每個(gè)進(jìn)距可沖出一個(gè)或多個(gè)零件。 A=D+a1 (5.1) 式中 D——平行于送料方向的沖裁件寬度 a1——沖裁件之間搭邊值 模具相對(duì)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。就本模具而言,采用縱向送料方式。 14 圖 5.1 排樣圖 二、條料寬度 B 計(jì)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(jì)出。計(jì)算條料寬度有三 種情況需要考慮： 1.有側(cè)壓裝置時(shí)條料的寬度。 2.無側(cè)壓裝置時(shí)條料的寬度。 3.有定距側(cè)刃時(shí)條料的寬度。 有側(cè)壓裝置的模具，能使條料始終沿著導(dǎo)料板送進(jìn)。 15 圖 5.2 有側(cè)壓裝置時(shí)條料的寬度確定 本設(shè)計(jì)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(fù)值 。其計(jì)算公式如?? 下： B=[D+2a] （5.2） 0 - △ 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 剪切公差△及條料與導(dǎo)料板之間隙 C（mm） 條料寬度(mm) ≤1 ＞1～2 ＞2～3 ＞3～5條料厚度(mm) △ C △ C △ C △ 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. 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 根據(jù)零件圖查表 5.2 確定剪料公差及條料與導(dǎo)板之間的間隙△=0.6。 根據(jù)公式(5.2)： B=[D+2a+c] 0 - △ =(52.3+2×2) 6.0? =56.3 06.? 16 第四節(jié) 材料利用率的計(jì)算 一、計(jì)算沖壓件面積、周長(zhǎng) 因?yàn)樵摴ぜD由多段圓弧組成，計(jì)算周長(zhǎng)需要準(zhǔn)確的找到各段圓弧的長(zhǎng)度，計(jì) 算面積也需要準(zhǔn)確的找到切點(diǎn)，諸多因素采用人工計(jì)算時(shí)計(jì)算量較大，因此采用三 維輔助軟件可快速準(zhǔn)確的計(jì)算出面積、周長(zhǎng)（如圖 5.3）。 圖 5.3 沖壓件的周長(zhǎng)和面積 取 F=640.83mm2 L=176.06mm 二、計(jì)算材料利用率 沖裁件的實(shí)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(gè)進(jìn)距內(nèi)制件的實(shí)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； 17 F——沖裁件的實(shí)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(jìn)距； 根據(jù)公式(5.3)： η=(640.83/17×56.3)×100% ≈66.95% 由此可之，η 值越大，材料的利用率就越高，廢料越少。因此，要提高材料利 用率，就要合理排樣，減少工藝廢料。 第五章 計(jì)算沖壓力與壓力機(jī)的初選 計(jì)算沖裁力是為了選擇合適的壓力機(jī)，設(shè)計(jì)模具和檢驗(yàn)?zāi)＞叩膹?qiáng)度，壓力機(jī)的 噸位必須大于所計(jì)算的沖裁力，以適宜沖裁的要求，普通平刃沖裁模，其沖裁力 一般可以按下式計(jì)算：PF Fp=Kp Ltτ =Lt （6.1） 式中 τ——材料抗剪強(qiáng)度（MPa）； L——沖裁周邊總長(zhǎng)（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(dòng)，取 Kp =1.3。 第一節(jié) 沖裁力 Fp的計(jì)算 據(jù)圖 5.3 可得一個(gè)零件內(nèi)外周邊之和 L=176.06mm。 查碳素結(jié)構(gòu)鋼的力學(xué)性能表知：Q235 的抗剪強(qiáng)度 τ=216Mpa～304Mpa，取 260Mpa，制件厚度 t=2mm，則 根據(jù)公式(6.1)： F p= Kp Ltτ =1.3×1×176.06×260 =59508.28(N) ≈59.5（KN） 18 第二節(jié) 卸料力 Fq1的計(jì)算 Fq1=KxFp （6.2） 式中 Kx——卸料力系數(shù)，查表 6.1 取 Kx＝0.05。 根據(jù)公式（6.2）： F q1= KxFp =0.05×59.5（KN） ≈2.975(KN) 表 6.1 卸料力、推件力和頂件力系數(shù) 料厚 t/mm Kx kt Kd 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 第三節(jié) 頂件力 Fq2的計(jì)算 Fq2= KdFp （6.3） 式中 Kd——頂件力系數(shù)。 查表 6.1 得 Kd＝0.06. 根據(jù)公式（6.3）： F q2= KdFp =0.06×59.5（KN） ≈3.57（KN） 第四節(jié) 總的沖壓力 F 的計(jì)算 根據(jù)模具結(jié)構(gòu)總的沖壓力 F=FP+Fq1+Fq2 19 =59.5+2.975+3.57 =66.045(KN) 選用的壓力機(jī)公稱壓力 P≥（1.1～1.3）F，取系數(shù)為 1.3，則： P≥1.3F=1.3x66.045 (KN)=85.85(KN)。 第五節(jié) 彎曲力的計(jì)算 本產(chǎn)品屬于 U 形彎曲，由于彎曲雖然是一副模具，定位做成可調(diào)接的，所以 在計(jì)算彎曲力時(shí)，需要計(jì)算 1 次，U 形彎曲的計(jì)算公式如下 ，彎曲力計(jì)算 F=0.6KBttδ/(R+t) (4-1) F=0.6×1.3×20×2×600/（0.5+2）=7488N =7.488KN 式中 F——彎曲力（N） ； B——產(chǎn)品的彎曲的寬度（mm） ； δ——材料抗拉強(qiáng)度（MPa） ；（550-700 MPa） t——材料厚度；(mm) K——系數(shù)，通常 K=1.3； 第六節(jié) 壓力機(jī)的初選 沖裁時(shí)，壓力機(jī)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(jī)械。常見的冷沖壓設(shè)備有機(jī)械壓力機(jī)。 表 6.2 部分常用開式壓力機(jī)的主要技術(shù)參數(shù) 型號(hào)技術(shù)參數(shù) 單 位 J23-4 J23-6.3 J23-10 J23-16 J23-25 J23-63 J23-100 滑塊公稱壓 力 KN 40 63 100 160 250 630 1000 滑塊行程次 數(shù) 次 /mm 200 160 135 115 100 70 70 最大閉合高 度 mm 160 170 180 220 250 360 360 20 閉合高度調(diào) 節(jié)量 mm 35 40 50 60 70 90 90 立柱間距 mm 100 150 180 220 260 250 250 左 右 mm 100 140 170 200 300 300滑塊 地面 尺寸 前后 mm 90 120 150 180 340 340 直 徑 mm 30 50模柄孔尺 寸 深度 mm 50 70 墊塊厚度 mm 35 40 50 60 70 80 90 最大傾斜角 ° 45 35 30 左 右 mm 280 315 360 450 560 630 710工作臺(tái)尺 寸 前后 mm 180 200 240 300 360 420 480 根據(jù)沖壓力的計(jì)算和壓力中心的計(jì)算，選擇開式壓力機(jī)的型號(hào)為 J23-10。 第六章 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(diǎn)位置，為了確保壓力機(jī)和模具正常工作， 應(yīng)使沖模的壓力中心與壓力機(jī)滑塊的中心相重合。否則，會(huì)使沖模和壓力機(jī)滑塊產(chǎn) 生偏心載荷，使滑塊和導(dǎo)軌間產(chǎn)生過大磨損，模具導(dǎo)向零件加速磨損，降低了模具 和壓力機(jī)的使用壽命。 模具的壓力中心，可按以下原則來確定： 1.對(duì)稱零件的單個(gè)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(duì)稱時(shí)，沖模的壓力中心與零件的對(duì)稱中心相重合。 3.各分力對(duì)某坐標(biāo)軸的力矩之代數(shù)和等于諸力的合力對(duì)該軸的 力矩。求出合力 作用點(diǎn)的坐標(biāo)位置 0，0（x=0,y=0），即為所求模具的壓力中心。 21 其中 、 、 ……… 分別為各沖裁周邊長(zhǎng)度。1L23NL 圖 7.1 壓力中心 按比例畫出零件形狀，選定坐標(biāo)系 XOY。計(jì)算出零件壓力中心為（0，-0.5） 第七章 沖裁模間隙的確定 第一節(jié) 沖裁間隙 Z 指沖裁模中凹模刃口橫向尺寸 DA與凸模刃口橫向尺寸 DT的差值（如圖 8.1）， 是設(shè)計(jì)模具的重要工藝參數(shù)。 22 圖 8.1 沖裁間隙 第二節(jié) 沖裁間隙分析 一、間隙對(duì)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(shí)際尺寸與基本尺寸的差值，差值越小，則精 度越高，這個(gè)差值包括兩方面的偏差，一是沖裁件相對(duì)于凸模或凹模的偏差，二是 模具本身的制造偏差。 二、間隙值的確定 凸、凹模間隙對(duì)沖裁件質(zhì)量、沖裁工藝力、模具壽命都有很大的影響。設(shè)計(jì)模 具時(shí)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(gè)數(shù)值，只是彼此接近。考慮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(gè)適當(dāng)?shù)姆秶鳛楹侠黹g隙，只要間隙在這個(gè)范圍內(nèi)， 就可以沖出良好的制件，這個(gè)范圍的最小值稱為最小合理間隙 Zmin，最大值稱為最 大合理間隙 Zmax。考慮到模具在使用過程中的磨損使間隙增大，故設(shè)計(jì)與制造新模 具時(shí)要采用最小合理間隙值 Zmin。 確定合理間隙的方法有經(jīng)驗(yàn)法、理論確定法和查表法。 對(duì)于尺寸精度，斷面垂直度要求高的制件應(yīng)選用較小的間隙值，對(duì)于垂直度與 尺寸精度要求不高的制件，應(yīng)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。 根據(jù)間隙表 8.1 查得材料 Q235 的最小雙面間隙 Zmin=0.100mm，最大雙面間隙 Zmax=0.140mm 23 表 8.1 部分較大間隙的沖裁模具初始雙面間隙 08、10、35、0 9Mn2、Q235 40、50 16Mn 65Mn材料厚 度 m Z 最小 Z 最大 Z 最小 Z 最大 Z 最小 Z 最大 Z 最小 Z 最大 小于 0.5 較小間隙 0.5 0.04 0.060 0.040 0.060 0.040 0.060 0.040 0.060 0.8 0.072 0.104 0.072 0.104 0.072 0.104 0.064 0.092 1.0 0.100 0.140 0.100 0.140 0.100 0.140 0.90 0.126 1.2 0.126 0.180 0.132 0.180 0.132 0.180 1.5 0.132 0.240 0.170 0.240 0.170 0.240 2.0 0.246 0.360 0.260 0.380 0.260 0.380 2.5 0.360 0.500 0.380 0.540 0.380 0.540 3.0 0.460 0.640 0.480 0.660 0.480 0.660 4.0 0.640 0.880 注：08 鋼沖裁皮革、石棉和紙板時(shí)，取間隙的 25%。 第八章 凹、凸模刃口尺寸的計(jì)算 第一節(jié) 刃口尺寸計(jì)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(jì)沖裁 模關(guān)鍵環(huán)節(jié)。 由此在決定模具刃口尺寸及其制造公差時(shí)需要考慮以下原則： 24 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(jì)落料模時(shí)， 以凹模為基準(zhǔn)，間隙取在凸模上；設(shè)計(jì)沖孔模時(shí)，以凸模尺寸為基準(zhǔn)，間隙取在凹 模上。 2.考慮到?jīng)_裁中凸、凹模的磨損，設(shè)計(jì)落料凹模時(shí)，凹?；境叽鐟?yīng)取尺寸公 差范圍的較小尺寸；設(shè)計(jì)沖孔模時(shí)，凹模基本尺寸應(yīng)取工件孔尺寸公差范圍的較大 尺寸。 3.確定沖模刃口制造公差時(shí)。如果對(duì)刃口精度要求過高，增加成本，如果對(duì)刃 口精度要求過低，會(huì)使模具的壽命降低。若工件沒有標(biāo)注公差，則對(duì)于非圓形工件 按國(guó)家“非配合尺寸的公差數(shù)值”IT14 級(jí)處理，沖?？砂?IT11 級(jí)制造；對(duì)于圓形 工件按 IT6～I(xiàn)T7 級(jí)制造。沖壓件的尺寸公差應(yīng)按“入體”原則標(biāo)注單項(xiàng)公差，落料 件上偏差為零，下偏差為負(fù)；沖孔件上偏差為正，下偏差為零。 第二節(jié) 刃口尺寸的計(jì)算 根據(jù)模具的加工方法不同，凸、凹模刃口尺寸的計(jì)算方法分為兩種情況。凸模 與凹模分開加工和凸模與凹模配合加工。對(duì)于該制件應(yīng)該選用凸模與凹模分開加工 方法。 凸模與凹模分開加工是指凸模和凹模分別按圖紙加工至尺寸。要分別標(biāo)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 Zmax必須滿足 下列條件： minmaxpd Z—??? 或者 、????inmaxd6.0???? ????minax4.0????? 一、沖孔凸、凹模計(jì)算 設(shè)沖孔尺寸為 根據(jù)以上原則，沖孔時(shí)以凸模設(shè)計(jì)為基準(zhǔn)，首先確定凸模刃 ??0 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 25 證最小合理間隙 Zmin。凸模制造偏差取負(fù)偏差，凹模取正偏差。其計(jì)算公式為： 凸模 d p=(d＋x△) 0- δp 凹模 d d=( ＋Z min)0+ δd ＝(d＋X△＋Z min) 0+ δd 在同一工步中沖出制件兩個(gè)以上孔時(shí)，凹模型孔中心距 Ld按下式確定： Ld=(Lmin＋0.5△)±0.125△ 式中 dd——沖孔凹?；境叽?mm)； dp——沖孔凸?；境叽?mm)； d——沖孔件孔的最小極限尺寸(mm)； Ld——同一工步中凹?？拙嗷境叽?mm)； Lmin——制件孔距最小極限尺寸(mm)； △——沖孔件孔徑公差(mm)； Zmin——凸、凹模最小初始雙面間隙(mm)； X——磨損系數(shù)，是為了使沖裁件的實(shí)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 取值：當(dāng)工件精度 IT10 以上，取 x=1；當(dāng) 工件精度 IT11～I(xiàn)T13，取 x=0.75；當(dāng)工件精度 IT14，則取 x=0.5。 表 9.1 磨損系數(shù) X 非圓形 圓形 1 0.75 0.5 0.75 0.5 料厚 t(mm) 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 設(shè)凸、凹模分別按 IT6 和 IT7 級(jí)加工制造，所以 凸模： d p =(d+X△) 0- δp =(4+0.5×0.30) 01.? =4.15 01.? 凹模： d d=( dp +Zmin) d?? 26 =(4.15+0.246) 018.? =4.396 018.? 校核: ｜δ p｜＋｜δ d｜=0.011+0.018=0.029mm 表 8.1 得 Zmax =0.1；Z min =0.14)。 ｜δ p｜＋｜δ d｜≤Z max－Z min 二、落料凸、凹模計(jì)算 凹模： D d=(D－X△) d??0 凸模： D p=( Dd－Z min) ＝(D－X△－Z min)P??0P?? 式中 Dd——落料凹?；境叽?mm)； Dp——落料凸?；境叽?mm)； D——落料件最大極限尺寸(mm)； ?——落料件外徑公差(mm)； Zmin——凸、凹模最小初始雙面間隙(mm)； X——磨損系數(shù)，是為了使沖裁件的實(shí)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)。表 9.1 取 X=0.5。 由公差表（1.2）查得：52.3 mm、11 、15 mm、8 設(shè)凸、凹模分074.?043.?043.?036.? 別按 IT6 和 IT7 級(jí)加工。 所以凹模 52.3 mm:Dd1=(D1-X )074.??d ??0 =(52.3-0.5×0.74)0+0.018 =51.930+0.018mm 11 :Dd4=(D4-X )0