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河南機電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計說明書/論文
動片零件沖孔落料級進模設(shè)計
緒 論
現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)對模具要求越來越高，模具結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜，制造難度日益增大。模具制造正由過去的勞動密集和主要依靠工人的手工技巧及采用傳統(tǒng)機械加工設(shè)備轉(zhuǎn)變?yōu)榧夹g(shù)密集，更多的依靠各種高效、高精度的數(shù)控切削機床、電加工機床，從過去的機械加工時代轉(zhuǎn)變成機、電結(jié)合加工以及其他特殊加工時代，模具鉗工量正呈逐漸減少之勢。現(xiàn)代模具制造集中了制造技術(shù)的精華，體現(xiàn)了先進制造技術(shù)，已成為技術(shù)密集型的綜合加工技術(shù)。
模具是機械，汽車，電子，通訊，家電等工業(yè)產(chǎn)品的基礎(chǔ)工藝裝備，屬于高新技術(shù)產(chǎn)品。
作為基礎(chǔ)工業(yè)，模具的質(zhì)量，精度，壽命對其它工業(yè)的發(fā)展起著十分重要的作用，在國際上稱為“工業(yè)之母”。近十年來，隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，作為工業(yè)品基礎(chǔ)的模具工業(yè)，也得到了蓬勃發(fā)展，已成為國民經(jīng)濟建設(shè)中的重要產(chǎn)業(yè)。據(jù)統(tǒng)計，我國（未包括臺灣，香港，澳門）現(xiàn)有模具生產(chǎn)廠家已超過1700家，從業(yè)人員達到60多萬人。
模具分為冷沖壓模具，熱鍛模具，塑料模具，鑄造模具，橡膠模具和玻璃模具等。其中冷沖壓模具歷史悠久，用途廣，技術(shù)成熟，在各種模具中所占比重最多。汽車，摩托車，家電行業(yè)是模具最大的市場，占整個模具市場的60%以上。例如一種車型的轎車共需模具約4000套，價值達2億元—3億元；單臺電冰箱需要模具生產(chǎn)的零件約150個，共需模具約350套，價值約400萬元；單臺彩電大約有150個零件需用模具生產(chǎn)共需模具約140套，價值達700萬元。其中所用模具大部分為冷沖壓模具。
利用模具生產(chǎn)零件的方法已成為工業(yè)上進行成批或大批生產(chǎn)的主要技術(shù)手段，它對于保證制品質(zhì)量，縮短試制周期，進而爭先占領(lǐng)市場，以及產(chǎn)品更新?lián)Q代和新產(chǎn)品開發(fā)都具有決定性意義。
由于模具工業(yè)的重要性，模具成型工藝在各個部門得到了廣泛的應(yīng)用，使得模具行業(yè)的產(chǎn)值已經(jīng)大大超過機床工業(yè)的產(chǎn)值。這一情況充分說明在國民經(jīng)濟蓬勃發(fā)展的過程中，在各個工業(yè)發(fā)達國家對世界市場進行激烈的爭奪中，愈來愈多地采用模具來進行生產(chǎn)，模具工業(yè)明顯的成為技術(shù)，經(jīng)濟和國力發(fā)展的關(guān)鍵。
從我國的情況來看，不少工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量上不去，新產(chǎn)品開發(fā)不出來，老產(chǎn)品更新速度慢，能源消費指標(biāo)高，材料消耗量大，這些都與我國模具生產(chǎn)技術(shù)落后，沒有一個強大的，先進的模具工業(yè)密切相關(guān)。
因此要使國民經(jīng)濟各個部門獲得高速發(fā)展，加速實現(xiàn)社會主義四個現(xiàn)代化，就必須盡快將模具工業(yè)搞上去，使模具生產(chǎn)形成一個獨立的工業(yè)部門，從而充分發(fā)揮模具工業(yè)在國民經(jīng)濟中的關(guān)鍵作用。
但是，我國面具工業(yè)要想在盡可能短的時間內(nèi)趕上世界工業(yè)發(fā)達國家的水平，還要付出許多艱苦的努力，主要應(yīng)叢下列幾個方面采取措施：
（1）進行專業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)
（2）采用先進的制造技術(shù)
（3）研制和發(fā)展模具用材料
（4）進一步推廣應(yīng)用計算機輔助設(shè)計和輔助制造（CAD/CAM）
（5）加強模具技術(shù)人才的開發(fā)
為了適應(yīng)模具工業(yè)的發(fā)展，迎接新時代技術(shù)革命，今后將改變“大而全”、“小而全”的生產(chǎn)體制，大力推進專業(yè)化生產(chǎn)，在管理體制上實現(xiàn)科學(xué)化。在模具的要求方面將朝著高效率、高精度、高壽命的方向發(fā)展，以適應(yīng)制品日趨精密、復(fù)雜和成型工藝的高速化、自動化、精密化的要求。在模具加工設(shè)備方面將著重研制和開發(fā)高效、高精度、大型自動化的關(guān)鍵設(shè)備。此外健全和完善模具的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，并大力推廣和實施這些標(biāo)準(zhǔn)；建立保質(zhì)、保量、供應(yīng)及時的模具標(biāo)準(zhǔn)件、商品化供應(yīng)渠道；加強智力開發(fā)和人才培養(yǎng)，很抓模具的基礎(chǔ)理論研究和關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)…，使整個模具工業(yè)在范圍和素質(zhì)上獲得空前的發(fā)展。
工件簡圖
生產(chǎn)批量：大批量
材 料：鋁
材料厚度：1mm
設(shè)計要求：級進模
1 沖壓件工藝性分析
沖裁件的工藝性是指沖裁件對沖裁工藝的適應(yīng)性。所謂沖裁工藝性好是指能用普通沖裁方法，在模具壽命和生產(chǎn)率較、成本較低的條件下得到質(zhì)量合格的沖裁件。因此，沖裁件的結(jié)構(gòu)形狀、尺寸大小、精度等級、材料及厚度等是否符合沖裁的工藝要求，對沖裁件的質(zhì)量、模具壽命和生產(chǎn)效率有很大影響。
1.1 沖裁件的結(jié)構(gòu)工藝性
（1） 沖裁件的形狀 沖裁件的形狀應(yīng)力求簡單、對稱，有利于材料的合理利用。
（2） 沖裁件內(nèi)形幾外形的轉(zhuǎn)角 沖裁件內(nèi)形幾外形的轉(zhuǎn)角處要盡量避免尖角，應(yīng)以圓弧過度，以便于模具加工，減少熱處理開裂，減少沖裁時尖角處的崩刃和過快磨損。圓角半徑R的最小值參考《沖壓模具設(shè)計與制造》表2.7.1，0.5≥0.18t=0.18,滿足要求。
（3） 沖裁件上凸出的懸臂和凹槽 盡量避免沖裁件上過長的凸出懸臂和凹槽，懸臂和凹槽寬度也不宜過小。
（4） 沖裁件的孔邊距 為避免工件變形和保證模具強度，孔邊距不能過小?？走吘嘧钚≈祬⒖肌稕_壓模具設(shè)計與制造》圖2.7.2，滿足要求。
（5） 在彎曲件上沖孔時，孔邊應(yīng)與直臂之間保持一定距離，以免沖孔是凸模受水平推力而折斷。
（6） 沖孔時，因受凸模強度的限制，孔的尺寸不應(yīng)太小，否則凸模易折斷或壓彎?？椎淖钚〕叽鐓⒖肌稕_壓模具設(shè)計與制造》表2.7.2，d=3≥0.8t=0.8;b=2.5≥0.7t=0.7,滿足要求。
1.2 沖裁件的尺寸精度和表面粗糙度
（1） 沖裁件的經(jīng)濟公差等級不高于IT11級，一般要求落料件公差等級最好低于IT10級，沖孔件最好低于IT9級。
（2） 沖裁件的斷面粗糙度與材料塑性、材料厚度、沖裁模間隙、刃口銳鈍以及沖模結(jié)構(gòu)等有關(guān)。當(dāng)沖裁厚度為2mm以下的金屬板料時，其斷面粗糙度Ra一般可達12.5～3.2μm。
1.3 沖裁件尺寸標(biāo)注
沖裁件尺寸的基準(zhǔn)應(yīng)盡可能與其沖壓時定位基準(zhǔn)重合，并選擇在沖裁過程中基本上下不變動的面或線上。
綜上，此工件包含有落料和沖孔兩個工序。材料為鋁，具有良好的沖壓性能，適合沖裁。工件結(jié)構(gòu)簡相對復(fù)雜，有一個孔（孔為非圓孔），且孔與邊緣之間的距離也滿足要求，最小壁厚為1mm（工件孔與R2.5mm外圓之間的壁厚）。工件尺寸精度相對較高,應(yīng)用定位精度較高的沖裁才能滿足要求。
2 沖壓工藝方案的確定
在沖裁工藝性分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)沖裁件的特點來確定工藝方案。確定工藝方案首先要考慮的問題是確定沖裁的工序數(shù)，沖裁工序的組合以及沖裁工序順序的安排。
（1） 工序數(shù)
由沖壓工藝性分析可知其工序包含沖孔和落料兩個工序。
（2） 沖裁工序的組合
根據(jù)生產(chǎn)批量、沖裁件尺寸和精度等級、對沖裁件尺寸形狀的適應(yīng)性、模具制造安裝調(diào)整的難易和成本的高低、操作是否安全與方便等因素綜合考慮，確定其沖裁工序的組合方式為級進沖裁。
（3） 沖裁工序順序的安排
先沖孔或沖缺口，最后落料或切斷，將沖裁件與條料分離。
綜上所述，對于一個沖裁件，可以得出多種工藝方案。必須對這些方案進行比較，選取在滿足沖裁件質(zhì)量與生產(chǎn)率的前提下，模具制造成本較低，模具壽命較高、操作較方便及安全的工藝方案。
該工件包括落料、沖孔兩個基本工序，可以有以下三種工藝方案：
方案一：先落料，后沖孔。采用單工序模生產(chǎn)。
方案二：落料-沖孔復(fù)合沖壓。采用復(fù)合模生產(chǎn)。
方案三：落料-沖孔級進沖壓。采用級進模生產(chǎn)。
方案一模具結(jié)構(gòu)簡單，但需兩道工序兩副模具，成本高而生產(chǎn)效率低，難以滿足顧客的要求。方案二只需一副模具，工件的精度及生產(chǎn)效率都較高，但工件最小壁厚1mm，小于凸、凹模許用最小壁厚2.7mm，模具強度不足，無法沖出合格工件，模具易損壞，并且沖壓后成品留在模具上，在清理模具上的物料時會影響沖壓速度，操作不方便。方案三也只需一副模具，生產(chǎn)效率高，操作方便，工件精度也能滿足要求。通過對上述三種方案的分析比較，該工件的沖壓生產(chǎn)采用方案三為佳。
3 主要設(shè)計計算
3.1 排樣方式的確定及其計算
設(shè)計級進模，首先要設(shè)計排樣圖。由于
零件的外形，參考《沖壓模具設(shè)計與制造》
表2.5.1，在滿足排樣方案應(yīng)遵循的原則
的前提下，確定其排樣方式為直對排。設(shè)計
成換向沖壓，可顯著地減少廢料，提高材
送料方向
料利用率。所謂換向沖壓就是將其中一排
沖壓以后，將條料換向，沖壓另一排。
其排樣圖如右圖所示：
排樣方案
排樣方案確定后，為保證準(zhǔn)確的計算，要先確定搭邊值：排樣時沖裁件之間以及沖裁件與條料側(cè)邊之間的留下的工藝廢料叫搭邊。搭邊的作用一是補償定位誤差和剪板誤差，確保沖出合格零件；二是增加條料剛度，方便條料送進，提高勞動生產(chǎn)率；同時，搭邊還可以避免沖裁時條料邊緣的毛刺被拉入模具間隙，從而提高模具壽命。
影響搭邊值的因素：
（1） 材料的力學(xué)性能 硬材料的搭邊值可小一些；軟材料、脆材料的搭邊值要大些。
（2） 材料厚度 材料越厚，搭邊值應(yīng)該越大。
（3） 沖裁件的形狀與尺寸 零件外形越復(fù)雜，圓角半徑越小，搭邊值取大些。
（4） 送料及擋料方式 用手工送料，有側(cè)壓裝置的搭邊值可以小一些；用側(cè)刃定距比用擋料銷定距的搭邊小一些。
（5） 卸料方式 彈性卸料比剛性卸料的搭邊小一些。
通過以上分析，查《沖壓模具設(shè)計與制造》表2.5.2得：取最小工藝搭邊值a(工件與條料邊)=1.0mm a1(工件間)=0.8mm。計算下列參數(shù)：
（1） 沖裁件面積A： 由于該工件結(jié)構(gòu)不對稱，普通公式計算相當(dāng)
復(fù)雜，經(jīng)CAD畫圖得出其面積為83mm2。
（2） 條料寬度B： 采用無側(cè)壓裝置，條料與導(dǎo)料板間間隙經(jīng)查《沖壓模具設(shè)計與制造》表2.5.5取Cmin=0.5mm,
B=2×9.8-2.5+2×1+0.8=19.9mm。
（3） 步距S S=14.09+0.8=14.9mm。
（4） 一個步距的材料利用率：η==2×83/19.9×14.9=60%
如上圖所確定的排樣方案，條料寬度為19.9mm，步距為14.9mm。一個步距的材料利用率分別為60％。查《沖壓模具手冊》材料標(biāo)準(zhǔn)，宜選600mm×1200mm的鋼板。每張鋼板可剪裁為30張條料（19.9×1200mm）。
3.2 沖壓力的計算
（1） 沖裁力F的計算：
沖裁力是沖裁過程中凸模對板料施加的壓力，他是隨著凸模進入材料的深度（凸模行程）而變化的。通常所說的沖裁力是指沖裁力的最大值，它是選用壓力機和設(shè)計模具的重要依據(jù)之一。
用普通平刃模具沖裁時，其沖裁力F一般按下式計算：
F=KLtτb =1.3×48.9×1×78=4958N。
式中：F——沖裁力；￣
L——沖裁件周邊長度；
t——材料厚度；
τb ——材料抗剪強度；
K——系數(shù)。
系數(shù)K是考慮到實際生產(chǎn)中，模具間隙值的波動和不均勻，刃口的磨損、板料力學(xué)性能厚度波動等因素的影響而給出的修正系數(shù)。一般取K=1.3。查《沖壓模具手冊》材料抗剪強度為78 MPa（退火狀態(tài)）。
（2） 卸料力和推件力的計算：
在沖裁結(jié)束時，由于材料的彈性恢復(fù)（包括徑向彈性恢復(fù)和彈性翹曲的恢復(fù)）及摩擦的存在，將使沖落部分的材料梗塞在凹模內(nèi)，而使沖裁剩下的材料則緊箍在凸模上。為使沖裁工作繼續(xù)進行，必須將箍在凸模上的料卸下，將卡在凹模內(nèi)的料推出。從凸模上將工件或廢料取下來所需的力稱為卸料力；將梗塞在凹模內(nèi)的料順沖裁方向推出所需要的力稱為推件力。
卸料力、推件力是由壓力機和模具卸料裝置傳遞的。所以在選擇設(shè)備的公稱壓力或設(shè)計沖模時，應(yīng)分別予以考慮。影響這些力的因素較多,主要有材料的力學(xué)性能,板料厚度,模具間隙,工件形狀及尺寸模具的工作狀態(tài)及尺寸,模具的工作狀態(tài)及潤滑情況等,實際上難以準(zhǔn)確計算和確定這些力。為了較合理正確地確定沖裁力,建議采用以下公式計算:
卸料力Fχ ：Fχ = Kχ F=0.06×4958=297.5N
推件力FT ： FT = nKTF=6×0.05×4958=1487N
式中：Fχ 、KT ——卸料力、推件力系數(shù)。
n——同時卡在凹模的工件個數(shù) n=h /t,
其中h 為凹模行斜壁垂直部分高度mm; t為材料厚度mm, 凹模型口直壁高度h=6mm
查《沖壓模具設(shè)計與制造》表2.6.1取卸料力系數(shù)Kχ為0.06，取推件力系數(shù)FT為0.05。
該模具采用級進模，擬選擇彈性卸料裝置、下出件。根據(jù)計算結(jié)果，沖壓設(shè)備擬選用J23-40。
總結(jié)3.1、3.2得下表1:
表3-1 條料及沖壓力的相關(guān)計算
項目分類
項目
公式
結(jié)果
備注
排樣
沖裁件的面積A
經(jīng)CAD畫圖得知
83mm2
條料寬度B
B=2×9.8-2.5+2×1+0.8
19.9mm
查《沖壓模具設(shè)計與制造》表2.5.2，最小搭邊值a=1mm,a1=0.8mm；采用無側(cè)壓裝置
步距S
S=14.09+0.8
14.9mm
一個步距的材料利用率η
η=
=2×83/（19.9×14.9）×100%=60%
60%
沖壓力
沖裁力F
F=KLtτb=1.3×48.9×1×78
4958N
L=48.9mm
τb=78MPa
卸料力Fχ
Fχ= KχF=0.06×4958
297.5N
查《沖壓模具設(shè)計與制造》表2.6.1得：
Kx=0.06, KT=0.05
n=h/t=6/1=6
推件力FT
FT=nKTF=6×0.05×4958
1487N
沖壓工藝總力FZ
FZ= F+ Fχ+ FT
=4958+297.5+1487
6742.5N
彈性卸料，下出件
3.3 沖壓設(shè)備的確定
壓力機應(yīng)根據(jù)沖壓工序的性質(zhì)、生產(chǎn)內(nèi)批量的大小、模具的外形尺寸和計算的沖裁力工藝總值等情況來進行選擇。
由表1知其沖壓工藝總力為6742.5N，所選壓力機的噸位必須大于所計算的沖裁力，經(jīng)查《沖壓模具手冊》選擇壓力機為開式雙柱可傾壓力機J23-40能滿足使用要求。其主要技術(shù)參數(shù)如下：
公稱壓力： 40kN
滑塊行程： 40mm
最大閉合高度： 160mm
連桿調(diào)節(jié)高度： 45mm
工作臺尺寸（前后×左右）： 180mm×280mm
墊板尺寸（厚度×孔徑）： 30mm×120mm
模柄孔尺寸： φ30mm×50mm
最小傾斜角度： 300
3.4 壓力中心的確定及相關(guān)計算
模具的壓力中心就是沖壓合力的作用點。為保證壓力機和模具的正常工作，必須使沖模的壓力中心與壓力機滑塊的中心線相重合。否則，在沖壓時滑塊兒就會承受偏心載荷，這樣會使沖模與壓力機的滑塊歪斜，引起凸、凹模間隙不均勻和導(dǎo)向零件加速磨損，造成刃口和其他零件的損壞，甚至?xí)饓毫C導(dǎo)軌的磨損。影響壓力機的精度。從而影響制件質(zhì)量和降低模具使用壽命甚至損壞模具。
說明：對于形狀簡單而對稱的工件如矩形、圓形、正多邊形，其沖裁的壓力中心與工件的幾何中心重合，可不必計算。而對于形狀復(fù)雜或不對稱的工件就必須按解析法求出其壓力中心。
計算壓力中心時，先畫出凹模型口圖，如圖1所示。
在圖中將xOy坐標(biāo)系建立在圖示的中心線上，將沖裁輪廓線
按幾何圖形分解成L1到L14一共14組基本線段，求出各基本
線段的坐標(biāo)值如下表2：由該工件圖可得復(fù)雜形狀零件模具
壓力中心的計算原理與多凸模沖裁壓力中心的計算原理相同。
其具體步驟如下 ：
（1）選定坐標(biāo)軸x和y。
（2）將組成圖形的輪廓線劃分為若干
簡單的線段，求出各線段長度。
（3）確定各線段的重心位置x和y。
（4）按《沖壓模具設(shè)計與制造》公式（2.6.12）
和（2.6.13）算出壓力中心的坐標(biāo)（x0，y0）。
圖1 凹模型口圖
表3-2 壓力中心數(shù)據(jù)表
基本要素長度
L/mm
各基本要素壓力中心的坐標(biāo)值
x
y
L1=7.4
-2.5
7
L2=0.7
0.25
9.8
L3=5.14
0.3
12.4
L4=0.9
0.4
15.2
L5=10.9
5.7
12.4
L6=6.8
6
4
L7=3.2
1.8
0.8
L8=0.9
0.2
0.5
L9=3.8
0.1
2.1
L10=0.7
-0.15
3.9
L11=1.66
0
-9.2
L12=1.66
0
-6.6
L13=2.9
-1.5
-7.9
L14=2.9
1.5
-7.9
合計48.9
1.9
5
用解析法求出壓力中心C點坐標(biāo)值：（x0 ,y0）
x0=L1x1+L2x2+…+L14x14/L1+L2+…+L14=1.9
y0=L1y1+L2y2+…+L14y14/L1+L2+…+L14= 5
所求壓力中心坐標(biāo)值為（1.9，5）。
由以上計算結(jié)果可以看出，該工件沖裁力不大，壓力中心偏移坐標(biāo)原點O較小，為了便于模具的加工和裝配，模具中心仍選在坐標(biāo)原點O。若選用J23-25沖床，工件的幾何中心仍在壓力機模柄孔投影面積范圍內(nèi)，滿足要求。
3.5工作零件刃口尺寸計算
凸模和凹模的刃口尺寸和公差，直接影響沖裁件的尺寸精度。模具的合理間隙值也靠凸、凹模刃口尺寸及其公差來保證。因此，正確確定凸、凹模刃口尺寸和公差，是沖裁模設(shè)計中的一項重要工作。
凸、凹模刃口尺寸計算要遵循如下計算原則：
（1） 設(shè)計落料模先確定凹模刃口尺寸。以凹模為基準(zhǔn)，間隙取在凸模上，即沖裁間隙通過減小凸模刃口尺寸來取得。設(shè)計沖孔凸模先確定凸模刃口尺寸。以凸模為基準(zhǔn)，間隙取在凹模上，沖裁間隙通過增大凹模刃口尺寸來取得。
（2） 根據(jù)沖模在使用過程中的磨損規(guī)律，設(shè)計落料模時，凹?；境叽鐟?yīng)取接近或等于工件的最小極限尺寸；設(shè)計沖孔模時，凸?；境叽鐒t取接近或等于工件孔的最大極限尺寸。
（3） 不管落料還是沖孔，沖裁間隙一般選用最小合理間隙值。
（4） 選擇模具刃口制造公差時，要考慮工件精度與模具精度的關(guān)系，既要保證工件的精度要求，又要保證合理的間隙值。
（5） 工件尺寸公差與沖模刃口尺寸的制造偏差原則上都應(yīng)按“入體”原則標(biāo)注為單向公差，所謂“入體”原則是指標(biāo)注工件尺寸公差時應(yīng)向材料實體方向單向標(biāo)注。
在確定工作零件刃口尺寸計算方法之前，首先要考慮工作零件的加工方法及模具的裝配方法。結(jié)合該模具的特點，適宜采用線切割機床分別加工沖孔凸模、凹模、凸模固定板以及卸料板，這種加工方法可以保證工件和孔的同軸度，使裝配工作簡化。因此工作零件刃口尺寸計算就按分開加工的方法來計算。所謂分別制造就是凸、凹模刃口分別按照各自的基本尺寸及公差互不相干的分別制造，制造后裝配使用。分開加工方法的優(yōu)點是：凸凹模具有互換性，制造周期短，便與成批制造。其缺點是：為了保證初始間隙在合理范圍內(nèi)，需要采用較小的凸、凹模具制造公差才能滿足δT+δA ≤（Zmax-Zmin）的要求，所以模具制造成本相對較高。
具體計算過程見下表3：
表3-3 工作零件刃口尺寸計算
尺寸及分類
尺寸轉(zhuǎn)換
計算公式
結(jié)果
備注
落
料
R2.5
R2.50-0.25
RA=(Dmax-X )0+δA
RT=（DA-Zmin/2）-δT0
RA=2.31+00.006
查《沖壓模具設(shè)計與制造》表2.3.3得雙面間隙Zmax=0.06mm,Zmin=0.04mm 磨損系數(shù)《沖壓模具手冊》取X=0.75，按IT6-IT7級制造。校核滿足δT+δA ≤（Zmax-Zmin）
RT=2.290-0.006
R5.05
R5.050-0.04
RA=5.010+0.008
RT=4.990-0.008
R7.8
R7.80-0.058
RA=7.75+00.009
RT=7.730-0.009
R9.05
R5.050-0.058
RA=9.00+00.009
RT=8.980-0.009
R0.5
R0.50-0.25
RA=0.31+00.006
RT=0.290-0.006
沖孔
兩個圓弧R1.5
R1.50-0.04
RT=(dmin+ X)0-δT
RA=(dT+Zmin/2)0+δA
RT=1.530-0.006
RA=1.550+0.006
3.6 卸料橡膠的設(shè)計
（1）橡膠的選用原則：
a.為保證橡膠的正常工作，所選橡膠應(yīng)滿足預(yù)壓力要求：F0≥FX
式中：F0——橡膠在預(yù)壓縮狀態(tài)下的壓力（N）；
Fx——卸料力（N）。
b.為保證橡膠不過早失效，其允許最大壓縮量不應(yīng)超過其自由高度的45%，橡膠預(yù)壓縮量一般取自由高度的10%～15%。
c．橡膠高度與直徑之比應(yīng)按下式校核： 0.5≤H自由/D≤1.5。
（2）橡膠選擇步驟：
a．根據(jù)工藝性質(zhì)和模具結(jié)構(gòu)確定橡膠性能、形狀和數(shù)量。沖裁卸料用較硬橡膠；拉深壓料用較軟橡膠。
b. 根據(jù)卸料力求橡膠橫截面尺寸：D=(
c．求橡膠自由高度尺寸：H自由=4 H工
d. 校核橡膠高度與直徑之比。如果超過1.5，則應(yīng)把橡膠分成若干塊，在其間墊以綱圈；若小于0.5，則應(yīng)重新確定其尺寸。
卸料橡膠的設(shè)計計算見表4。選用的4塊橡膠的厚度務(wù)必一致，不然會造成受力不均勻，運動產(chǎn)生歪斜，影響模具正常工作。
表3-4 卸料橡膠的設(shè)計
項目
公式
結(jié)果
備注
卸料板工作行程h工
h工=h1+t+h2
3mm
h1為凸模凹進卸料板的高度1mm
h2為凸模沖裁后進入凹模的深度1mm
橡膠工作行程H工
H工=h工+h修
7mm
h修為凸、凹模修模量，取4mm
橡膠自由高度H自由
H自由=4 H工
28mm
取H工為H自由的25﹪
橡膠的預(yù)壓縮量H預(yù)
H預(yù)=15﹪H自由
6mm
一般H預(yù)=10﹪～15﹪H自由
每個橡膠承受的載荷F1
F1=F卸/4
74.4N
選用四個圓筒形橡膠
橡膠的外徑D
D=
20mm
d為圓筒橡膠的內(nèi)徑，取d=15mm；p=0.5Mpa
校核橡膠的自由高H自由
0.5≤H自由/D=1.4≤1.5
滿足要求
橡膠的安裝高度H安
H安=H自由-H預(yù)
22mm
4 模具總體設(shè)計
4.1 模具的類型選擇
由沖壓工藝分析可知，采用級進沖壓，所以模具類型為級進模。
級進模是一種工位多、效率高的沖模。整個沖件的成形是在連續(xù)過程中完成的。連續(xù)成形是工序集中的工藝方法，可以使多種工序在一副模具上完成?？傊?，級進模比單工序模生產(chǎn)率高，減少了模具和設(shè)備的數(shù)量，工件精度較高，便于操作和實現(xiàn)自動化。對于特別復(fù)雜或孔邊距較小的沖壓件，用簡單模或復(fù)合模沖裁有困難時，可用級進模逐步?jīng)_出。但級進模輪廓尺寸較大，成本較高，一般適用于大批量生產(chǎn)小型沖壓件。
4.2 定位方法的選擇
因為該模具采用的是條料，控制條料的送進方向采用導(dǎo)料板，無側(cè)壓裝置。控制條料的送進步距采用固定擋料銷初定距，而第一件的沖壓位置因為條料的長度有一定的余量，可以靠操作工目測來定。
4.3 卸料、出件方式的選擇
卸料裝置是多工位級進模結(jié)構(gòu)中的重要部件。它的作用除了沖壓開始前壓緊帶料，防止各凸模沖壓時由于先后次序的不同或受力不均而引起帶料竄動，并保證沖壓結(jié)束后及時平穩(wěn)的卸料外更重要的是卸料板將對各工位上的凸模在受側(cè)向作用力時，起到精確導(dǎo)向和有效的保護。卸料裝置主要由卸料板，彈性元件，卸料螺釘和輔助導(dǎo)向零件所組成。
因為工件的厚度為1mm，相對較薄，卸料力也比較小，故可采用彈性卸料。
又因為是級進模生產(chǎn)，所以采用下出件的方式比較便于操作與生產(chǎn)率的提高。
4.4導(dǎo)向方式的選擇
為提高模具壽命和工件質(zhì)量，方便安裝調(diào)整，該模具采用中間導(dǎo)柱的導(dǎo)向方式。
5 模具主要零部件設(shè)計
5.1 工作零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計
5.1.1 落料凸模的設(shè)計及計算
結(jié)合工件外形尺寸并考慮加工，落料凸?？蛇x用成標(biāo)準(zhǔn)凸模，然后進行加工。凸模長度尺寸應(yīng)根據(jù)模具的具體結(jié)構(gòu)，并考慮修磨、固定板與卸料板之間的安全距離、裝配等的需要來確定。當(dāng)采用彈壓卸料板時，其凸模長度按下式計算：
L= h1+ h2+ t+ h = 20+ 15+ 1+ 14 = 50mm
式中：L——凸模長度（mm）；
h1——凸模固定板的厚度（mm）；
h2————卸料板的厚度（mm）；
t——材料的厚度（mm）；
h——增長長度。它包括凸模的修模量，凸模進入凹模的深度（0.5到1），凸模固定板與卸料板之間的安全距離等，一般取10到20mm。
因此應(yīng)選用為：
尺寸d: 24.2
D(m6)|基本尺寸:
30
D(m6)|極限偏差:
＋0.021 ＋0.008
D1: 35
尺寸h|Ⅰ型: 3
L|50:
然后把d 24.2mm加工成零件外形。
5.1.2 沖孔凸模的設(shè)計及計算
因為所沖的孔為非圓形，而且不屬于需要特別保護的小凸模，所以沖孔凸模采用臺階式，一方面加工簡單，另一方面由便于裝配與更換。其中工件孔凸?？蛇x用標(biāo)準(zhǔn)件B型式（尺寸為3mm×50mm），然后對其進行加工?？椎耐鼓＝Y(jié)構(gòu)可參考零件圖。
尺寸d: 3.0
D(m6)|基本尺寸: 6
D(m6)|極限偏差: ＋0.012 ＋0.004
D1: 9
尺寸h|Ⅰ型: 3
尺寸h|Ⅱ型: -
5.1.3 凹模的設(shè)計及計算
凹模采用整體式結(jié)構(gòu)，各沖裁的凹?？拙捎秒娀鸹ň€切割加工，安排凹模在模架上的位置時，要依據(jù)計算壓力中心的數(shù)據(jù)，將壓力中心與模柄中心重合。沖裁時凹模承受沖裁力和側(cè)向擠壓力的作用。由于凹模結(jié)構(gòu)形式及固定方法不同，受力情況又比較復(fù)雜，目前還不能理論方法確定凹模輪廓尺。在生產(chǎn)中，通常根據(jù)沖裁的板料厚度和沖件的輪廓尺寸，或凹?？卓谌斜陂g距離，按經(jīng)驗公式《沖壓模具設(shè)計與制造》公式2.9.3、2.9.4計算：
凹模厚度 H=kb=0.3×14.09=4.3mm＜15mm
（查《沖壓模具設(shè)計與制造》表2.9.5得k=0.3）
式中：b——凹模刃口的最大尺寸（mm）；
k——系數(shù)；與材料厚度有關(guān)。
因為凹模厚度需≥15mm，所以取H=15mm
凹模壁厚 c=（1.5∽2）H(≥30～40mm)=22.5～30mm
取凹模厚度 H=15mm, 凹模壁厚c=30mm
凹模寬度 B=b+2c=（14.09+60）=74.1mm取100mm
凹模長度 L取100mm（送料方向）
凹模輪廓尺寸為 100mm×100mm×15mm。結(jié)構(gòu)可參考模具裝配圖。
5.2 定位零件的設(shè)計
起定距作用的固定擋料銷，可選用標(biāo)準(zhǔn)件8×10，然后進行加工，
尺寸d(h11)|基本尺寸: 8
尺寸d(h11)|極限偏差: 0/－0.090
尺寸d1(m6)|基本尺寸: 4
尺寸d1(m6)|極限偏差: +0.012/+0.004
尺寸h: 2
L: 10
5.3 導(dǎo)料板的設(shè)計
到料板的內(nèi)側(cè)與條料接觸，外側(cè)與凹模齊平，導(dǎo)料板與條料之間的間隙取1mm,這樣就可確定了導(dǎo)料板的寬度，導(dǎo)料板的厚度按《沖壓模具設(shè)計與制造》表2.9.7選擇。導(dǎo)料板采用45鋼制作，熱處理硬度為40∽45HRC，用螺釘和銷釘固定在凹模上。導(dǎo)料板的進料端安裝有承料板。
5.4 卸料部件的設(shè)計
5.4.1 卸料板的設(shè)計
卸料板的周界尺寸與凸凹模的周界尺寸相同，厚度為10mm。
卸料板采用45鋼制造，淬火硬度為40∽45HRC。
5.4.2 卸料螺釘?shù)倪x用
卸料板上設(shè)置4個卸料螺釘，公稱直徑為10mm，螺紋部分為M8×8mm。卸料螺釘?shù)奈膊繎?yīng)留有足夠的行程空間。卸料螺釘擰緊后，應(yīng)使卸料板超出凸模端面1mm，有時誤差可以通過在螺釘與卸料板之間安裝墊片來調(diào)整。
5.5 模架及其他零部件的設(shè)計
根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，模架主要有兩大類：一類是由上模座，下模座，導(dǎo)柱，導(dǎo)套組成的導(dǎo)柱模模架；另一類是由彈壓導(dǎo)板，下模座，導(dǎo)柱，導(dǎo)套組成的導(dǎo)板模模架。模架及其組成零件已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，并對其規(guī)定了一定的技術(shù)條件。
該模具采用中間導(dǎo)柱模架，這種模架的導(dǎo)柱在模具中間位置，沖壓時可防止由于偏心力矩而引起的模具歪斜。以凸凹模周界尺寸為依據(jù)，查《沖壓模具手冊》選擇模架規(guī)格為：
導(dǎo)柱d/mm×L/mm分別為φ20×100，φ22×100；導(dǎo)套d/mm×L/mm×D/mm分別為φ20×65×23，φ22×65×23。
上模坐L/mm×B/mm×L/mm為100×100×25；下模坐L/mm×B/mm×L/mm為100×100×30
上模座的厚度H上模取25mm，上模座墊板的厚度H墊取10mm，固定板的厚度取15mm，下模座的厚度H下模取30mm，那么，該模具的閉合高度：
H閉=H上模+H墊+H下模+H+L-h2
=（25+10+30+15+50-1）=129mm
式中：L-沖孔凸模長度，L=50mm；
H-凹模厚度，H=15mm；
h2-凸模沖裁進入凹模的深度，h2=1mm。
可見該模具閉合厚度小于所選壓力機J23-40的最大閉合高度（160mm），可以使用。
6 模具總裝配
通過以上設(shè)計，可得到這套模具的總裝圖。模具的上模部分主要有上模板、墊板、落料凸模、沖孔凸模、凸模固定板等組成。下部分由下模座、凹模、凹模固定板、卸料板等組成。卸料方式采用彈性卸料，以橡膠為彈性元件。沖孔廢件從漏料孔中漏出，工件從凹模中落下。
工作原理:條料送進時采用固定擋料銷進行定位，而有導(dǎo)料銷和導(dǎo)料板保證送料沿正確的方向送進。當(dāng)條料送到指定位置時，上模在壓力機的作用下進行沖壓。當(dāng)沖壓完成時，上模上行回程，卡在落料凸模上的廢料由彈性卸料板卸下，工件從凹模中落下。然后，再開始下一個行程。
模具的裝配：
根據(jù)級進模裝配要點，選凹模作為裝配基準(zhǔn)件，先裝下模，再裝上模，并調(diào)整間隙，試沖。返修。
1. 凸、凹模預(yù)配 裝配前仔細(xì)檢查各凸模形狀及尺寸以及凹模形孔,是否符合圖紙要求尺寸精度、形狀；將各凸模分別與相應(yīng)的凹?？紫嗯?，檢查其間隙是否加工均勻。不合適者應(yīng)重新修磨或更換。
2.凸模裝配 以凹模孔定位，將各凸模分別壓入凸模固定板的形孔中，并擠緊牢固。
3.裝配下模 在下模座上劃中心線，按中心預(yù)緊凹模、導(dǎo)料板； 在下模座、導(dǎo)料板上，用已加工好的凹模分別確定其螺孔位置，并分別鉆孔，攻絲； 將下模座、導(dǎo)料板、凹模、活動擋料銷、彈簧裝在一起，并用螺釘緊固，打入銷釘。
4.裝配上模 在已裝好的下模上放等高墊鐵，再在凹模中放入0.12mm的紙片，然后將凸模與固定板組合裝入凹模； 預(yù)裝上模座，劃出與凸模固定板相應(yīng)螺孔、銷孔位置并鉆鉸 螺孔、銷孔； 用螺釘將固定板組合、墊板、上模座連接在一起，但不要擰緊； 將卸料板套裝在已裝入固定板的凸模上，裝上橡膠和卸料螺釘，并調(diào)節(jié)橡膠的預(yù)壓量，使卸料板高出凸模下端約1mm； 復(fù)查凸、凹模間隙并調(diào)整合適后緊固螺釘； 安裝導(dǎo)正銷、承料板； 切紙檢查，合適后打入銷釘。
5.試沖與調(diào)整 裝機試沖并根據(jù)試沖結(jié)果作相應(yīng)調(diào)整。
設(shè)計總結(jié)
在河南機電高等?？茖W(xué)校學(xué)習(xí)三年，收獲頗豐。三年來，在老師悉心的指導(dǎo)下，大大豐富了自己的文化知識，同時也為自己創(chuàng)造了一個很好的發(fā)展機會，為以后的人生道路選擇了正確的方向。
目前，我國沖壓技術(shù)與工業(yè)發(fā)達國家相比還相當(dāng)落后，主要原因是我國在沖壓基礎(chǔ)理論及成形工藝、模具標(biāo)準(zhǔn)化、模具設(shè)計、模具制造工藝及設(shè)備方面與工業(yè)發(fā)達國家尚有相當(dāng)大的差距，導(dǎo)致我國模具在壽命、效率、加工精度、生產(chǎn)周期等方面與工業(yè)發(fā)達國家的模具相比差距相當(dāng)大。
隨著工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量的不斷高，沖壓產(chǎn)品生產(chǎn)正呈現(xiàn)多品種、少批量，復(fù)雜、大型、精密，更新?lián)Q代速度較快等變化特點，沖壓模具正向高效、精密、長壽命、大型化方向發(fā)展。為適應(yīng)市場變化，隨著計算機技術(shù)和制造技術(shù)的迅速發(fā)展，沖壓模具設(shè)計與制造技術(shù)正由手工設(shè)計、依靠人工經(jīng)驗和常規(guī)機械加工技術(shù)向以計算機輔助設(shè)計、數(shù)控切削加工、數(shù)控電加工為核心的計算機輔助設(shè)計與制造技術(shù)轉(zhuǎn)變。
通過沖壓課程設(shè)計，我進一步鞏固了沖裁理論知識。并且也加深了相關(guān)理論知識的認(rèn)識。同時熟練掌握了專業(yè)工具書的使用方法。在整個過程中，增強了自己的動手能力及獨立思考解決問題的能力。當(dāng)然，由于本人水平有限及缺乏生產(chǎn)實際經(jīng)驗，該設(shè)計難免存在不足之處。希望老師對此提出批評意見，在此表示萬分的感謝。
致謝
國學(xué)大師王國維在《人間辭話》闡述了一個人要成為大學(xué)問家必經(jīng)歷三種境界：“昨夜西風(fēng)凋碧樹，獨上高樓，望斷天涯路；衣帶漸寬終不悔，惟伊消得人憔悴；眾里尋他千百度，慕然回首，那人卻在燈火闌珊處。”其實這三種境界，簡而言之為樹立目標(biāo)、為之奮斗、達到目標(biāo)。換句話說作畢業(yè)設(shè)計也是樹立目標(biāo)、為之努力、達到目標(biāo)。在接到畢業(yè)設(shè)計題目的那一刻開始，就得到了于老師的多方面的指導(dǎo)，如明白畢業(yè)設(shè)計題目的要求、在畢業(yè)設(shè)計中應(yīng)注意的問題等等。在此對于老師表示深深的謝意。
“三人行，必有我?guī)煛薄Ｔ谧鳟厴I(yè)設(shè)計將近一個月的過程中，由于本人水平有限，遇到過不少棘手的問題，曾得到多位同學(xué)的大力幫助。在此對提供過幫助的同學(xué)表示深深的謝意。
在畢業(yè)設(shè)計過程中，我參考了其它很多的文獻如王孝培所編的《沖壓手冊》，其不僅鞏固了我所學(xué)的知識，并且擴大了自己的視野。最重要的是這些文獻幫助我順利完成了畢業(yè)設(shè)計論文。在此對這些文獻的作者表示深深的謝意。
參考文獻
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2.《沖壓模具設(shè)計與制造》 劉建超主編 高等教育出版社
3.《沖壓工藝學(xué)》 吳詩淳主編 西安工業(yè)大學(xué)出版社
4.《冷沖模設(shè)計》 丁松聚主編 機械工業(yè)出版社
5.《公差配合與技術(shù)測量》 薛彥成主編 機械工業(yè)出版社
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