安裝板沖壓成形工藝及模具設(shè)計(jì),安裝,沖壓,成形,工藝,模具設(shè)計(jì)
1 緒 論
80年代以來(lái)，中國(guó)模具工業(yè)發(fā)展十分迅速。國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展對(duì)模具工業(yè)提出了越來(lái)越高的要求，也為其發(fā)展提供了巨大的動(dòng)力。這些年來(lái)，中國(guó)模具工業(yè)一直以15%左右的增長(zhǎng)速度快速發(fā)展。目前，中國(guó)17000多個(gè)模具生產(chǎn)廠點(diǎn)，從業(yè)人數(shù)約50多萬(wàn)。1999年中國(guó)模具工業(yè)總產(chǎn)值已達(dá)245億元人民幣。工業(yè)總產(chǎn)值中企業(yè)自產(chǎn)自用的約占三分之二，作為商品銷售的約占三分之一。在模具工業(yè)的總產(chǎn)值中，沖壓模具約占50%，塑料模具約占33%，壓鑄模具約占6%，其他各類模具約占11%。
改革開(kāi)放以來(lái)，中國(guó)模具工業(yè)企業(yè)的所有制成分也發(fā)生了巨大變化。除了國(guó)有專業(yè)模具廠外，其他所有制形式的模具廠家，包括集體企業(yè)、合資企業(yè)、獨(dú)資企業(yè)和私營(yíng)企業(yè)，都得到了快速發(fā)展，集體和私營(yíng)的模具企業(yè)在廣東和浙江等省發(fā)展地最為迅速。例如，浙江寧波和黃巖地區(qū)，從事模具制造的集體企業(yè)和私營(yíng)企業(yè)多達(dá)數(shù)千家，成為國(guó)內(nèi)知名的“模具之鄉(xiāng)”和最具發(fā)展活力的地區(qū)之一。在大型、精密、復(fù)雜和長(zhǎng)壽命模具技術(shù)上存在明顯差距，這些類型模具的生產(chǎn)能力也不能滿足國(guó)內(nèi)需求，因而需要大量從國(guó)外進(jìn)口。
1.1國(guó)內(nèi)模具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)
1.1.1國(guó)內(nèi)模具的現(xiàn)狀
在中國(guó)，人們已經(jīng)越來(lái)越認(rèn)識(shí)到模具在制造中的重要基礎(chǔ)地位，認(rèn)識(shí)到模具技術(shù)水平的高低，已經(jīng)成為衡量一個(gè)國(guó)家制造業(yè)水平高低的重要標(biāo)志，并在很大程度上決定著產(chǎn)品質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)能力。許多模具企業(yè)十分重視技術(shù)發(fā)展，加大了用于技術(shù)進(jìn)步的投資力度，將技術(shù)進(jìn)步視為企業(yè)發(fā)展的重要?jiǎng)恿?。此外，許多研究機(jī)構(gòu)和大專院校開(kāi)展模具技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)。目前，從事模具技術(shù)研究的機(jī)構(gòu)和院校已達(dá)30余家，從事模具技術(shù)教育的培訓(xùn)的院校已超過(guò)50余家。其中，獲得國(guó)家重點(diǎn)資助建設(shè)的有華中理工大學(xué)模具技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海交通大學(xué)CAD國(guó)家工程研究所、北京機(jī)電研究所精沖技術(shù)國(guó)家工程研究中心和鄭州工業(yè)大學(xué)橡塑模具國(guó)家工程研究中心等。經(jīng)過(guò)多年的努力，在模具CAD\CAM\CAE技術(shù)、模具的電加工和數(shù)控加工技術(shù)、快速成型與快速制模技術(shù)、新型模具材料等方面取得了顯著進(jìn)步；在提高模具質(zhì)量和縮短模具設(shè)計(jì)制造周期等方面做出了貢獻(xiàn)。
1.1.2 國(guó)內(nèi)模具的發(fā)展趨勢(shì)
隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要和產(chǎn)品更新?lián)Q代不斷加快，對(duì)模具制造提出了越來(lái)越高的要求，模具制造質(zhì)量提高、生產(chǎn)周期縮短已經(jīng)成為該行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)?？v觀模具制造業(yè)僅十余年來(lái)的發(fā)展道路，其主要發(fā)展方向可以歸納為如下幾個(gè)方面。
1.模具生產(chǎn)的專業(yè)化和標(biāo)準(zhǔn)化程度不斷提高
2.模具粗加工技術(shù)向高速加工發(fā)展
3.成形表面的加工向精密、自動(dòng)化方向發(fā)展
4.光整加工技術(shù)向自動(dòng)化方向發(fā)展
5.反向制造工程制模技術(shù)的發(fā)展
6.模具CAD/CAM技術(shù)將有更快的發(fā)展
7.研制和發(fā)展模具用材料
1.2 國(guó)外模具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)
隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，模具工業(yè)也迅速發(fā)展。世界上一些工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，其模具工業(yè)總產(chǎn)值早已超過(guò)了機(jī)床工業(yè)，其發(fā)展速度也超過(guò)了機(jī)床、汽車、電子等工業(yè)。在這些國(guó)家，模具工業(yè)已成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)工業(yè)之一。美國(guó)工業(yè)界稱“模具工業(yè)是美國(guó)工業(yè)的基石”,日本模具協(xié)會(huì)稱“模具是促進(jìn)社會(huì)富裕的動(dòng)力”。模具的價(jià)值不僅是其本身的價(jià)值，還在于它的應(yīng)用為社會(huì)創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。模具技術(shù)，特別是制造精密、復(fù)雜、長(zhǎng)壽命模具的技術(shù)，已成為衡量一個(gè)國(guó)家機(jī)械制造水平的重要標(biāo)志之一。工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家在汽車、電子、儀表、輕工業(yè)等方面發(fā)展迅速，產(chǎn)品先進(jìn)、有競(jìng)爭(zhēng)力，在很大程度上取決于模具的供應(yīng)情況及其先進(jìn)程度。
1.3 冷沖壓技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用
沖壓工藝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(shí)也叫板料沖壓。沖壓不僅可以加工金屬板料，而且也可以加工非金屬板料。沖壓加工時(shí)，板料在模具的作用下，于其內(nèi)部產(chǎn)生使之變形的內(nèi)力，當(dāng)內(nèi)力的作用達(dá)到一定程度時(shí)，板料毛坯或毛坯的某個(gè)部位便會(huì)產(chǎn)生與內(nèi)力的作用性質(zhì)相對(duì)應(yīng)的變形，從而獲得一定的形狀、尺寸和性能的零件。
沖壓生產(chǎn)靠模具與設(shè)備完成加工過(guò)程，所以它的生產(chǎn)率高，而且由于操作簡(jiǎn)便，也便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化。
利用模具加工，可以獲得其他加工方法所不能或難以制造的、形狀復(fù)雜的零件。
沖壓產(chǎn)品的尺寸精度是由模具保證，所以質(zhì)量穩(wěn)定，一般不需再經(jīng)過(guò)機(jī)械工業(yè)加工便可使用。
沖壓加工一般不需要加熱毛坯，也不像切削加工那樣大量切削材料，所以它不但節(jié)能，而且節(jié)約材料。沖壓產(chǎn)品的表面質(zhì)量較好，使用的材料是冶金工廠大量生產(chǎn)的軋制板料或帶料，在沖壓過(guò)程中材料表面不受破壞。因此，沖壓工藝是一種產(chǎn)品質(zhì)量較好而且成本低的加工工藝。用它生產(chǎn)的產(chǎn)品一般還具有重量輕且剛性好的特點(diǎn)。
沖壓工藝在汽車、拖拉機(jī)、電機(jī)、電器、儀器、儀表、各種民用輕工業(yè)產(chǎn)品以及航空、航天和兵工等的生產(chǎn)方面占據(jù)十分重要的地位，現(xiàn)代各先進(jìn)工業(yè)化國(guó)家的沖壓生產(chǎn)都是十分發(fā)達(dá)的。在我國(guó)的現(xiàn)代化建設(shè)進(jìn)程中，沖壓生產(chǎn)占有重要的地位。
冷沖壓工藝發(fā)展趨勢(shì)：
1.工藝分析計(jì)算方法的現(xiàn)代化
2.模具設(shè)計(jì)及制造技術(shù)的現(xiàn)代化
3.沖壓生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化
4.為了滿足產(chǎn)品更新?lián)Q代加快和生產(chǎn)批量減小的發(fā)展趨勢(shì)
5.不斷改進(jìn)板料性能，以提高其成形能力和使用效果
1.4畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要目的
畢業(yè)設(shè)計(jì)作為大學(xué)教學(xué)中的一個(gè)必不可少的環(huán)節(jié)，是對(duì)我們?nèi)晁鶎W(xué)專業(yè)知識(shí)的最后一次也是最全面的一次檢查。通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)可以很好的讓老師了解學(xué)生掌握知識(shí)的程度，也可以使我們很好的加強(qiáng)對(duì)專業(yè)知識(shí)的鞏固，對(duì)我們以后踏足社會(huì)和在實(shí)踐工作中起到了不可估量的作用。
畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要目的有：
綜合運(yùn)用本專業(yè)所學(xué)課程的理論和生產(chǎn)實(shí)踐知識(shí)，進(jìn)行一次沖壓模具設(shè)計(jì)工作的實(shí)際訓(xùn)練，從而培養(yǎng)和提高學(xué)生自己的獨(dú)立工作的能力。鞏固《沖壓模具設(shè)計(jì)與制造》等課程所學(xué)的內(nèi)容，掌握模具設(shè)計(jì)的方法和步驟；掌握沖壓模具設(shè)計(jì)與基本技能，如模具相關(guān)尺寸計(jì)算、繪圖、查閱相關(guān)設(shè)計(jì)資料和手冊(cè)，熟悉標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范等。
在完成大學(xué)三年的課程和學(xué)習(xí)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)，我熟練的掌握了機(jī)械制圖、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械原理等專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課方面的知識(shí)，對(duì)機(jī)械制造、加工的工藝有了一個(gè)系統(tǒng)、全面的理解，達(dá)到了學(xué)習(xí)的目的。對(duì)于模具設(shè)計(jì)這個(gè)實(shí)踐性非常強(qiáng)的設(shè)計(jì)課題，我們進(jìn)行了大量的實(shí)習(xí)。經(jīng)過(guò)在新飛電器有限公司、洛陽(yáng)一拖、中信重型礦山機(jī)械廠的生產(chǎn)實(shí)習(xí)，我對(duì)于冷沖模具、塑料模具的設(shè)計(jì)步驟有了一個(gè)全新的認(rèn)識(shí)，豐富和加深了對(duì)各種模具的結(jié)構(gòu)和動(dòng)作過(guò)程方面的知識(shí)，而對(duì)于模具的制造工藝更是有了全新的理解。在指導(dǎo)老師的悉心指導(dǎo)下和在工廠師傅的講解下，我們對(duì)于模具的設(shè)計(jì)和制造工藝有了系統(tǒng)而深刻的認(rèn)識(shí)。同時(shí)在實(shí)習(xí)現(xiàn)場(chǎng)親手拆裝了一些典型的模具實(shí)體并查閱了很多相關(guān)資料，通過(guò)這些實(shí)踐，我們熟練掌握了模具的一般工作原理、制造加工工藝。通過(guò)在圖書(shū)館 借閱相關(guān)手冊(cè)和書(shū)籍，更系統(tǒng)而全面了解問(wèn)題。鍛煉了縝密的思維，使我們初步具備了設(shè)計(jì)工作者應(yīng)有的素質(zhì)。設(shè)計(jì)中，將充分利用和查閱相關(guān)資料，并與同學(xué)進(jìn)行充分討論，盡最大努力做好本次畢業(yè)設(shè)計(jì)。
2 落料沖孔復(fù)合模設(shè)計(jì)
圖1（工件圖）
2.1工藝性分析和工藝方案的確定
2.1.1工藝性分析
工件材料為Q235鋼板，能夠進(jìn)行一般的沖壓加工，市場(chǎng)上也容易得到這種材料 ，價(jià)格適中。
工件圖如圖1所示，該工件形狀簡(jiǎn)單、對(duì)稱。沖裁件內(nèi)外形所能達(dá)到的經(jīng)濟(jì)精度為IT11-IT14,孔中心與邊緣距離尺寸公差未標(biāo)注。將以上精度與零件精度要求相比較，可認(rèn)為該零件的精度要求能夠在沖裁加工中得到保證。所給設(shè)計(jì)任務(wù)工件圖中未注尺寸公差均采用IT14級(jí)。
2.1.2工藝方案的確定
該工件所需的沖壓工序?yàn)槁淞虾蜎_孔，加工這樣的工件，可采用三種加工方案：
第一種：采用落料沖孔復(fù)合模。
第二種：采用落料沖孔級(jí)進(jìn)模。
第三種：用簡(jiǎn)單模分兩次加工，即落料-沖孔。
采用方案三，模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但需兩道工序，兩副模具，生產(chǎn)率低，工件的累積誤差大，操作不方便，由于該工件為中批量生產(chǎn)，方案二和方案三更具有優(yōu)越性。
方案二只需一副模具，生產(chǎn)率高，但零件的沖壓精度稍差，欲保證沖壓件的形位精度，需要在模具上設(shè)置導(dǎo)正銷導(dǎo)正，故模具制造、安裝較復(fù)合模復(fù)雜。方案一也只需一副模具，沖壓件的精度容易保證，且生產(chǎn)率也高，盡管模具結(jié)構(gòu)較方案一復(fù)雜，但由于零件的幾何形狀簡(jiǎn)單對(duì)稱，模具制造并不困難。
通過(guò)對(duì)上述三種方案的分析比較，該件的沖壓生產(chǎn)采用方案一為佳。
2.2必要的工藝計(jì)算
2.2.1排樣設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)復(fù)合模時(shí)，首先要設(shè)計(jì)條料排樣圖（如圖2所示）。合理的排樣應(yīng)是在保證制件質(zhì)量、有利于簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu)的前提下，以最少的材料消耗，沖出最多數(shù)量的合格工件。
該零件形狀規(guī)格、簡(jiǎn)單，適合采用有廢料排樣中的直排，沖裁件質(zhì)量和模具壽命都較高。
查《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)》表2.9取得工件間搭邊值為1.8，側(cè)面搭邊值為2.0.
圖2（排樣圖）
計(jì)算條料寬度：B=(D+2a+C)=（50+2×2+0.5）=54.5mm
步距：S=(35+1.8)mm=36.8mm
材料利用率的計(jì)算：
根據(jù)一般的市場(chǎng)供應(yīng)情況，原材料選用1000mmX2000mmX1.5mm的冷軋薄鋼板，每塊可剪切成54.5mmX1000mm規(guī)格條料36條，材料剪切利用率可到98.1%。
計(jì)算沖壓件毛坯的面積：
A=（[50X35-12X8-4Xπ/2X（3.5/2）2]mm2 =1634.7675mm2
一個(gè)步距的材料利用率：
η=nA/BsX100%=1634.7675/(54X37)X100%=81.82%
2.2.2計(jì)算凸、凹模刃口尺寸
查《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)》表2.4的間隙值
Z=0.132mm Z=0.240mm
1. 沖孔φ3.5mm凸、凹模刃口尺寸的計(jì)算
由于制件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，精度要求不高，所以采用凸模和凹模分開(kāi)加工的方法制作凸、凹模。其凸、凹模刃口尺寸計(jì)算如下：
查表2.5得凸、凹模制造公差：δ=0.02mm, δ=0.02mm
校核：Z -Z=0.108mm,而δ+δ=0.04mm
滿足Z -Z≥δ+δ的條件
查表2.6得：IT14級(jí)時(shí)磨損系數(shù)X=0.5
按式 d=(d+X△)0=(3.5+0.5×0.3)mm=3.65mm
d=(d+Z)=（3.65+0.132）mm=3.782mm
2. 沖方孔12mm×8mm凸、凹模刃口尺寸的計(jì)算
由于制件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，精度要求不高，所以采用凸模和凹模分開(kāi)加工的方法制作凸、凹模。其凸、凹模刃口尺寸計(jì)算如下：
查表2.5得凸、凹模制造公差：δ=0.02mm, δ=0.02mm
校核：Z -Z=0.108mm,而δ+δ=0.04mm
滿足Z -Z≥δ+δ的條件
查表2.6得：IT14級(jí)時(shí)磨損系數(shù)X=0.75,X=0.5
按式 d=(d+X△)0=(8+0.75×0.36)mm=8.27mm
d=(d+X△)0=(12+0.5×0.43)mm=12.215mm
d=(d+Z)=（8.27+0.132）mm=8.402mm
d=(d+Z)=（12.215+0.132）mm=12.347mm
3. 外形落料凸、凹模刃口尺寸的計(jì)算
落料件，以凹模為基準(zhǔn)，只需計(jì)算凹模刃口尺寸及公差，凸模刃口尺寸由凹模實(shí)際刃口按間隙進(jìn)行配作。
當(dāng)以凹模為基準(zhǔn)時(shí)，凹模磨損后，刃口部分尺寸都增大，因此均屬于A類尺寸。
零件圖中未標(biāo)注公差的尺寸查相關(guān)文獻(xiàn)得出其極限偏差：
35mm, 50
查表2.6得磨損系數(shù)X=0.5
按式A=(A- X△)
35=(35-0.5×0.62)=34.69
50=(50-0.5×0.62) =49.69
落料凸模的基本尺寸與凹模相同，分別是34.69mm、49.69mm，不必標(biāo)注公差，但要在技術(shù)條件中注明:凸模實(shí)際刃口尺寸與落料凹模配制，保證最小雙面合理間隙值Z=0.132mm。
2.2.3沖壓力的計(jì)算
落料力： F =Ltσ=(170×1.5×450)N＝114.75KN
沖孔力： F= Ltσ=（4×2π×3.5/2+2×20）×450N=37.782KN
式中：L——沖裁周邊長(zhǎng)度；
t——材料厚度，t=1.5mm；
σ——材料的抗拉強(qiáng)度（MPa）,取Q235的σ=450 MPa。
沖孔時(shí)的推件力： F=nKF
取直筒形刃口的凹模刃口形式，由《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)》表2.21查得，h=6mm,則n=h/t=6/1.5=4個(gè)。
查表2.7得推件力系數(shù)K=0.05，
F=nKF=4×0.05×37.782KN=7.5564KN
落料時(shí)的卸料力： F=KF
查表2.7取卸料力系數(shù)K=0.04，
所以 F=KF=0.04×114.75KN=4.59KN
總沖壓力為：
F= F+ F+ F+ F
=(114.75+37.782+7.5564+4.59）KN
=164.6784KN
為了保證沖壓力足夠，一般沖裁時(shí)壓力機(jī)噸位應(yīng)比計(jì)算的沖壓力大30%左右，即
F/ =1.3×F=1.3×164.6784KN≈214KN
因?yàn)榱慵Y(jié)構(gòu)對(duì)稱，所以不用計(jì)算壓力中心。
初選壓力機(jī)型號(hào)為JC23-35開(kāi)式雙柱可傾壓力機(jī)。
3 模具總體設(shè)計(jì)
根據(jù)上述分析，本零件的沖壓包括沖孔和落料兩個(gè)工序，且孔邊距較大，可采用倒裝復(fù)合模具，可直接利用壓力機(jī)的打桿裝置進(jìn)行推件，卸料可靠，便于操作。工件留在落料凹?？锥蠢?，應(yīng)在凹?？自O(shè)置推件塊;卡于凸凹模上的廢料可由卸料板推出;而沖孔廢料則可以在下模座中開(kāi)設(shè)通槽，使廢料從孔洞中落下。由于在該模具中壓料是由落料凹模與卸件板一起配合工作來(lái)實(shí)現(xiàn)的，所以卸料板還應(yīng)具有壓料的作用，應(yīng)選用彈性卸料板來(lái)卸下條料廢料。
因是中批量生產(chǎn)，采用手動(dòng)送料方式，從前向后送料。
因該制件采用的是倒裝復(fù)合模，所以直接用擋料銷和導(dǎo)料銷即可。
為確保零件的質(zhì)量及穩(wěn)定性，選用導(dǎo)柱、導(dǎo)套導(dǎo)向。由于該零件導(dǎo)向尺寸較小，且精度要求不是太高，所以采用后側(cè)導(dǎo)柱模架。
4 模具主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
4.1凸模、凹模、凸凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
4.1.1落料凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
在落料凹模內(nèi)部，由于要設(shè)置推件塊，所以凹模刃口應(yīng)采用直筒形刃口，并查《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)》表2.21，取得刃口高度h=6mm。該凹模的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，宜采用整體式。
查表2.22，得厚度系數(shù)k=0.4
即 凹模高度H=kb=0.4×50mm=20mm
（b--垂直于送料方向的凹模刃口間最大距離）
凹模壁厚C=1.5H=1.5×20=30mm
凹模的外形尺寸的確定：
凹模外形長(zhǎng)度L=（50+2×30）=110mm
凹模外形寬度B=（35+2×30）=95mm
凹模整體尺寸標(biāo)準(zhǔn)化，取為160mm×100mm×30mm。
4.1.2沖圓孔φ3.5mm凸模設(shè)計(jì)
為了增加凸模的強(qiáng)度與剛度，凸模非工作部分直徑應(yīng)制成逐漸增大的多級(jí)形式，見(jiàn)圖3。臺(tái)階式的凸模強(qiáng)度剛性較好，裝配修磨方便，其工作部分的尺寸由計(jì)算而得，與凸模固定板配合部分按過(guò)渡配合H7/m6制造。臺(tái)階式凸模固定部分多做成圓形或矩形，這時(shí)凸模固定板的型孔為標(biāo)準(zhǔn)尺寸，有通用的加工工具及方法，容易加工，工作部分可采用車削、磨削或仿形加工，最后鉗工精修，加工較難。
凸模長(zhǎng)度按下式計(jì)算
L=h+h
式中 h---凸模固定板厚度（mm）
h---落料凹模厚度（mm）
所以 L=h+h =（20+20）mm=40mm
圖3
凸模強(qiáng)度、剛度的校核：
在一般情況下，凸模不用進(jìn)行強(qiáng)度校核，只有當(dāng)板料很厚
強(qiáng)度很大、凸模很小、細(xì)長(zhǎng)比大時(shí)才進(jìn)行校核。其目的是檢查其凸模的危險(xiǎn)截面尺寸和自由長(zhǎng)度是否滿足要求，以防止凸?？v向失穩(wěn)和折斷。
1.壓應(yīng)力校核。
當(dāng)凸模斷面小而沖裁力相當(dāng)大時(shí)，凸?？箟簭?qiáng)度校核公式如下：
圓形凸模 d≥4tτ/［σ］
式中d---凸模最小直徑(mm)；
t----料厚(mm)；
τ----板料的抗剪強(qiáng)度(MPa)；
σ---凸模材料的許用壓應(yīng)力(MPa)；
4tτ/［σ］=4×1.5×460/1800≈1.53mm
d=3.65mm 故設(shè)計(jì)合理
2.彎曲應(yīng)力校核。
當(dāng)凸模較長(zhǎng)而斷面又較小時(shí)，必須進(jìn)行縱向彎曲應(yīng)力的驗(yàn)算。
對(duì)于有導(dǎo)向裝置的凸模，其校核如下：
圓形凸模 L≤270d/√F
式中 L---許可的凸模最大自由長(zhǎng)度(mm)；
d----凸模的最小直徑(mm)；
F----沖裁力(N)；
270d/√F=270×3.65/√19782≈25.57mm
L=20mm 故設(shè)計(jì)合理
4.1.3沖方孔8mm×12mm凸模設(shè)計(jì)
對(duì)于非圓形凸模，大多數(shù)情況下，凸模截面是非圓形的，又稱為異型凸模。異型凸模的結(jié)構(gòu)和固定方式如圖4所示，為使凸模加工方便，凸模與固定板配合部分做成圓形截面，其固定方式采用過(guò)渡配合H7/m6與凸模固定板配合。采用成型磨削、線切割等方法進(jìn)行加工，加工容易。其總長(zhǎng)度應(yīng)增加1mm，裝配后磨平。
當(dāng)采用彈性卸料板時(shí)，凸模長(zhǎng)度按下式計(jì)算
L=h+h
式中 h---凸模固定板厚度（mm）
h---落料凹模厚度（mm）
所以 L=h+h=（20+20）mm=40mm
圖4
方形凸模尺寸較大，不用進(jìn)行剛度校核。
4.1.4凸凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
本模具為落料、沖孔復(fù)合沖裁模，除了沖孔凸模和落料凹模外，還有一個(gè)凸凹模。根據(jù)整體模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要，凸凹模的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖應(yīng)如圖5所示。確定凸凹模安裝在模架上的位置時(shí)，要依據(jù)壓力中心的數(shù)據(jù)，使壓力中心與模柄中心重合。
圖5
校核凸凹模的強(qiáng)度：
查《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)》表2.23得凸凹模的最小壁厚為3.4mm，而實(shí)際最小壁厚為4.845mm。故符合強(qiáng)度要求。
凸凹模的刃口尺寸按落料凹模尺寸配制，并保證雙面間隙為0.132mm～0.240mm。凸凹模上孔中心與邊緣距離尺寸4.85mm的公差，應(yīng)比零件所標(biāo)注的精度高3～4級(jí)，即定為（4.85±0.075）mm。
4.2定位零件的設(shè)計(jì)
沖裁模定位零件的作用是使條料或半成品毛坯在模具上能迅速放正，便于實(shí)現(xiàn)沖裁。
毛坯在模具中的定位有兩方面的內(nèi)容：一是在與條料送料方向垂直的方向上的限位，保證條料沿正確的方向送進(jìn)，稱為送料方向，或稱導(dǎo)料；二是在送料方向上的限位，控制條料一次送進(jìn)的距離（步距）稱為送料定距，或稱擋料。
4.2.1送進(jìn)導(dǎo)向零件
選用導(dǎo)料板作為導(dǎo)料零件。本模具從前向后送料，將導(dǎo)料板裝在條料兩側(cè)，條料沿著導(dǎo)料板確定的直線送進(jìn)。導(dǎo)料板與卸料板制成整體的結(jié)構(gòu)，如圖6所示。
圖6
設(shè)計(jì)時(shí)，兩導(dǎo)料板間距離等于條料寬度加上一個(gè)間隙值，目的是使條料順利送進(jìn)。導(dǎo)料板的厚度H取決于導(dǎo)料方式和板料厚度。采用固定擋料銷時(shí)，導(dǎo)料板厚度H見(jiàn)《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)》表2.24，查得導(dǎo)料板厚度為4mm。
無(wú)側(cè)壓裝置時(shí)的條料寬度與導(dǎo)料板間距離的計(jì)算：
條料寬度 B=(D+2a+C)
導(dǎo)料板間距離 A=B+C= D+2a+2C
式中 B—條料的寬度（mm）
D—沖裁件垂直于送料方向的最大尺寸
a— 側(cè)搭邊的最小值（a=2mm）
△ —條料寬度的單向（負(fù)向）偏差，見(jiàn)表2.10、表2.11
C—導(dǎo)料板與最寬條料之間的單面最小間隙，見(jiàn)表2.12
所以 B=(D+2a+C)=（50+2×2+0.5）=54.5mm
A=B+C= D+2a+2C=50+2×2+2×0.5=55mm
4.2.2送料定距零件
采用活動(dòng)擋料銷來(lái)保證條料有準(zhǔn)確的送料步距。所采用的彈簧彈頂擋料裝置如圖7所示。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，廣泛用于沖制中、小型沖裁件的擋料定距，常用于倒裝復(fù)合模中，裝在卸料板上可以伸縮，沖裁時(shí)后端帶有彈性元件的擋料銷隨上模下行而壓入孔中。
圖7
4.3卸料裝置和推件裝置的設(shè)計(jì)
4.3.1卸料裝置
卸料裝置的目的是沖裁后將卡在凸凹模外的廢料卸掉，保證下次沖裁順利進(jìn)行。本模具為倒裝式的復(fù)合模，采用彈性卸料裝置，由卸料板、卸料彈性元件橡皮、卸料螺釘?shù)冉M成，裝在下模上。如圖8所示。
圖8
4.3.2橡皮的選用和計(jì)算
橡皮允許承受的負(fù)荷較彈簧大，且安裝調(diào)試方便，在沖裁模中應(yīng)用很廣泛。
1.橡皮的平面尺寸
平面尺寸按其所產(chǎn)生的壓力F計(jì)算 F=S×q
所以S=F/q,由此式可求出D(F是所需要的卸料力)
式中 D—橡皮直徑
S—橡皮的橫截面積
q—與橡皮的壓縮量有關(guān)單位壓力，按橡皮的壓縮特性曲線選用
因此 S= F/q=0.5×4.59×103/13=191.25mm
因?yàn)? D=4S/π=4×191.25/3.14=243.6mm
所以 可求得D=15.6mm
為保證有足夠的卸料力，取D=20mm
2.橡皮的高度
橡皮的高度必須滿足工藝要求與模具結(jié)構(gòu)空間要求，并考慮橡皮的壽命。
（1）橡皮最大壓縮量不宜超過(guò)自由高度H的35%-45%。
（2）橡皮裝在模具上，一般應(yīng)預(yù)先壓縮（10%-15%）H,使預(yù)壓的壓力達(dá)到所需要的卸料力。
（3）壓縮工作行程為H=（25%-30%）H
橡皮自由度為 H= H/（25%-30%）
式中H—橡皮壓縮工作行程，根據(jù)模具結(jié)構(gòu)可知；
H—橡皮的自由高度。
所以 H=5/（25%-30%）=20mm～17mm 取H=18mm
上式算出的高度按下式校核
（4）高度校核：0.5≤H/D≤1.5 (D為橡皮的直徑)。
H/D=18/20=0.9
0.5≤0.9≤1.5 故設(shè)計(jì)合理
4.3.3推件裝置
推件裝置的目的是從落料凹模內(nèi)卸下沖件。本模具采用剛性推件裝置，基本零件有：推桿、推板、連接推桿和推件塊。剛性推件裝置裝于上模部分，在沖壓結(jié)束后上模回程時(shí)，利用壓力機(jī)滑塊上的打料橫桿，撞擊上模內(nèi)的推桿，推桿將力傳給推板，由推板推動(dòng)連接推桿，再由連接推桿推動(dòng)推件塊運(yùn)動(dòng)，推件塊直接作用于沖件，將其從落料凹模內(nèi)推出，其推件力大且可靠。如圖9所示。
圖9
而沖孔的廢料則聚集在下模部分的漏料孔中，積聚的廢料的個(gè)數(shù)n為凸凹模厚度與板料厚度的比值，當(dāng)進(jìn)行第n+1次沖裁時(shí)，將第一次沖裁的廢料推出，由漏料孔漏下。下模積聚廢料，易將凹模脹破。
4.4導(dǎo)向零件的設(shè)計(jì)
對(duì)于生產(chǎn)批量大、模具壽命要求長(zhǎng)，工件精度較高的沖壓模具，一般采用導(dǎo)柱、導(dǎo)套來(lái)保證上、下模的運(yùn)動(dòng)方向。
1.結(jié)構(gòu)形式
滑動(dòng)導(dǎo)柱和導(dǎo)套是標(biāo)準(zhǔn)件，其結(jié)構(gòu)和尺寸都有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，其結(jié)構(gòu)形式如下圖10所示。其中導(dǎo)套內(nèi)孔開(kāi)有儲(chǔ)油槽，以便儲(chǔ)油潤(rùn)滑，內(nèi)孔d與導(dǎo)柱滑動(dòng)配合；導(dǎo)柱兩端基本尺寸相同，公差不同。
2.安裝尺寸要求
導(dǎo)柱直徑一般在16-160mm之間，長(zhǎng)度在90-320mm之間。按照標(biāo)準(zhǔn)選用時(shí)，L應(yīng)保證導(dǎo)柱的上端面與上模座的上平面之間的距離不小于10-15mm,以保證凸、凹模經(jīng)多次刃磨而使模具閉合高度變小后，導(dǎo)柱也不會(huì)影響模具正常工作；而下模座的下平面與導(dǎo)柱壓入端的端面之間的距離不應(yīng)小于2-3mm，以保證下模座在壓力機(jī)工作臺(tái)上的安裝固定；導(dǎo)套的上端面與上模座上平面之間的距離應(yīng)大于2-3mm，以便排氣和出油。如圖10所示。
圖10
（3）尺寸配合要求
導(dǎo)套的外徑和上模座采用過(guò)盈配合（H7/r6）；導(dǎo)柱的下部與下模座導(dǎo)柱孔采用過(guò)盈配合（H7/r6）。導(dǎo)柱、導(dǎo)套之間采用間隙配合，其配合間隙必須小于沖裁間隙，沖裁間隙小的一般按照H6/h5配合，沖裁間隙大的一般按照H7/h6配合，設(shè)計(jì)采用H7/h6配合。
（4）制造材料及熱處理要求
導(dǎo)柱、導(dǎo)套都選用20鋼制造，為了增加表面硬度和耐磨性，應(yīng)進(jìn)行表面滲碳處理，滲碳后的淬火硬度為58-62HRC
4.5支撐零件的設(shè)計(jì)
4.5.1模座
1.模座作用
上模座用來(lái)固定上模部分零件，并通過(guò)模柄把上模固定到壓力機(jī)滑塊上，同時(shí)又起傳遞并承受沖裁力的作用。
下模座用來(lái)固定下模部分零件，通過(guò)螺栓、壓板將下模座固定在壓力機(jī)工作臺(tái)面上，同時(shí)起著承受并分散沖裁力的作用。
2.模座尺寸
在設(shè)計(jì)沖壓模具時(shí)，一般按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)選用上下模座，選用的根據(jù)是凹模周界。如果根據(jù)設(shè)計(jì)要求，標(biāo)準(zhǔn)模座不能滿足需要，則應(yīng)按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。自行設(shè)計(jì)模座時(shí)，圓形模座的直徑應(yīng)比凹模板直徑大30-70mm,矩形模座的長(zhǎng)度應(yīng)比凹模板長(zhǎng)度大40-70mm，寬度可以略大于或等于凹模板的寬度，模座的厚度可以參照標(biāo)準(zhǔn)模座，一般為凹模板厚度的1.0-1.5倍。
4. 模座材料
模座材料選用HT200.
4.5.2模柄
1.模柄的作用
模柄的作用是使模具的中心線與壓力機(jī)的中心線重合，并把沖壓模具上模部分零件固定在壓力機(jī)滑塊上，常用于1000KN以下的壓力機(jī)上的中、小型模具的安裝。
2.模柄的結(jié)構(gòu)形式
標(biāo)準(zhǔn)的模柄結(jié)構(gòu)形式有整體式模柄、壓入式模柄、旋入式模柄、凸緣模柄和浮動(dòng)模柄等幾種，本次設(shè)計(jì)選用凸緣模柄，其結(jié)構(gòu)形式如圖11所示用螺釘、銷釘緊固于上模座上，模柄的凸緣與上模座的窩孔采用H8/h7的小間隙配合。
圖11
3.模柄材料及注意事項(xiàng)
模柄材料采用Q235鋼，其支撐面應(yīng)垂直于模柄的軸線（垂直度不應(yīng)超過(guò)0.02：100），模柄壓入上模座后應(yīng)將端面磨平。
4.5.3標(biāo)準(zhǔn)模架
模架是由上、下模座、模柄及導(dǎo)向裝置（最常用的是導(dǎo)柱、帶套）組成。
標(biāo)準(zhǔn)模架中，應(yīng)用最廣泛的是導(dǎo)柱、導(dǎo)套作為導(dǎo)向裝置的模架，根據(jù)導(dǎo)柱、導(dǎo)套配置的不同，模架有下列四種基本形式：對(duì)角導(dǎo)柱模架、后側(cè)導(dǎo)柱模架、中間導(dǎo)柱模架和四導(dǎo)柱模架。綜合比較考慮，采用后側(cè)導(dǎo)柱模架。導(dǎo)向裝置在后側(cè)，可以縱向、橫向送料。
4.5.4固定板
固定板用于小型凸模、凹模和凸凹模等工作零件的固定。
凸模固定板的厚度取凹模厚度的0.6-0.8倍，其平面尺寸可與凹模、卸料板外形尺寸相同，固定板的凸模安裝孔與凸模采用過(guò)渡配合H7/m6，壓裝后將凸模端面與固定板一起磨平。
固定板材料采用Q235鋼，無(wú)需熱處理淬硬。
4.5.5墊板
墊板的作用是直接承受和擴(kuò)散凸模傳遞的壓力，以降低模座所受的單位壓力，防止模座被壓出凹坑，影響凹模的正常工作。
墊板的外形尺寸與固定板相同，其厚度一般取3-10mm.墊板材料為45鋼，淬火硬度為43-48HRC。墊板上、下表面應(yīng)磨平，以保證平行度要求。為了便于模具裝配，墊板上銷釘通過(guò)孔直徑可比銷釘直徑增大0.3-0.5mm。
4.6緊固和定位零件的設(shè)計(jì)
模具上常用的緊固零件是螺釘和銷釘，螺釘和銷釘都是標(biāo)準(zhǔn)件，設(shè)計(jì)模具時(shí)按標(biāo)準(zhǔn)選用即可。螺釘用于固定模具零件，而銷釘則起定位作用。模具中廣泛應(yīng)用的是內(nèi)六角螺釘和圓柱銷釘，螺釘、銷釘?shù)囊?guī)格應(yīng)根據(jù)沖壓工藝力的大小、凹模厚度等確定，螺釘規(guī)格參照《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)》表2.27.同一組合中的銷釘不少于兩個(gè)。
具體設(shè)計(jì)時(shí)上模部分選用M8的緊固螺釘4個(gè)，φ8mm的定位銷釘2個(gè)，在連接模柄和上模座時(shí)用M6的緊固螺釘4個(gè)。下模部分用到4個(gè)M8的卸料螺釘，在連接凸凹模固定板和下模座時(shí)用了4個(gè)M8的緊固螺釘，2個(gè)φ8mm的定位銷釘。
4.7模架各零部件的設(shè)計(jì)標(biāo)記
上模座：220mm×180mm×30mm 下模座：220mm×180mm×30mm
導(dǎo)柱：B35h6×146mm×30mm 導(dǎo)套：B35H7×78 mm×40mm
模柄：φ50mm×80mm 墊板：160mm×100mm×7mm
推板：70mm×30mm 推桿：φ8mm×50mm
凸模固定板：160mm×100mm×20mm
卸料板：160mm×100mm×15mm
凸凹模固定板：160mm×100mm×20mm
5 模具的裝配與維護(hù)
5.1沖裁模的裝配要點(diǎn)
由于模具結(jié)構(gòu)的不同，沖模的裝配過(guò)程中也有不同的要求，但大多數(shù)模具在裝配過(guò)程中有共同的特點(diǎn)。裝配沖裁模時(shí)有以下幾個(gè)要點(diǎn)：
1.裝配前的準(zhǔn)備
裝配前的準(zhǔn)備工作內(nèi)容較多，主要包括：讀懂模具的裝配圖，理解模具的裝配技術(shù)要求；了解零件之間的配合關(guān)系；檢查零件的精度，特別應(yīng)注意配合要求較高的零件是否達(dá)到加工要求；配齊所有零件，根據(jù)裝配要求選用裝配時(shí)所必需的工具。
2.裝配
按先裝配上模，后裝配下模；先裝配緊配合件，后裝配松配合件；先裝配難裝配件，后裝配易裝配件的原則進(jìn)行模具零件裝配和部件裝配。
本設(shè)計(jì)的模具裝配圖如圖12所示。先將凸模裝入凸模固定板，并達(dá)到配合要求，如凸模與凸模固定板的垂直度要求等；再裝入間隙配合的推件塊、推桿、墊板等形成上模的組件，將凸模組件用螺釘固定在上模架上，將上、下模間隙調(diào)整好后配做定位銷，裝入定位銷；然后再將凸凹模裝入下模架，并調(diào)整好凸、凹模之間的間隙，用螺釘將凸凹模固定在下模架上，形成下模組件。
3.檢查模具各部位的配合關(guān)系
模具裝配后，應(yīng)對(duì)各部位的配合間隙進(jìn)行檢查，判斷間隙配合處的間隙大小是否在技術(shù)要求的范圍之內(nèi)。特別是凸、凹模之間的間隙，當(dāng)達(dá)不到要求時(shí)，可以稍微放松凹模的固定螺釘，調(diào)整其間隙，直至達(dá)到要求為止，再次擰緊螺釘。當(dāng)確定間隙達(dá)到要求時(shí)，配做下模定位銷、導(dǎo)料板及凹模的定位銷，裝入定位銷。
4.裝配后的工作
在裝配后的模具上打刻凸、凹模方向記號(hào)及編號(hào)和圖號(hào)等。
圖12 裝配圖
5.2模具的正確使用、維護(hù)與保養(yǎng)
模具的使用壽命，除取決于模具的合理結(jié)構(gòu)、模具的材料及熱處理的正確選用、模具制造與裝配精度的保證、壓力機(jī)的合理選用等因素外，沖壓生產(chǎn)中對(duì)模具的正確使用、維護(hù)和保養(yǎng)也是不可忽視的，使用中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
1.使用模具前，應(yīng)嚴(yán)格檢查，清除雜物，看各組成部分是否完整無(wú)缺。有導(dǎo)向裝置的模具還應(yīng)檢查導(dǎo)向部分是否靈活，有無(wú)卡死現(xiàn)象，潤(rùn)滑是否良好。
2.按安裝程序，將模具牢固安裝在壓力機(jī)上，要正確調(diào)整凸凹模的間隙，保證間隙均勻。
3.定期檢查壓力機(jī)，保證其精度要求。
4.材料毛坯表面要清潔，并涂以良好的潤(rùn)滑劑。
5.凸、凹模刃口磨損后要及時(shí)刃磨，防止刃口磨損深度迅速擴(kuò)大而降低重建質(zhì)量和模具壽命。
6.大量生產(chǎn)時(shí)，模具必須有庫(kù)存，以便輪換使用。
7.模具安裝調(diào)整時(shí)，操作工具應(yīng)用軟金屬(如紫銅棒)制成，以防止模具以外損壞。
8.模具搬運(yùn)要輕拿輕放，絕不允許亂扔亂碰，以免損壞模具刃口和導(dǎo)向裝置。對(duì)于超過(guò)50千克的大、中型模具，應(yīng)配有吊裝螺釘，便于起吊搬運(yùn)。
9.模具使用后，應(yīng)清除廢料與臟物，存放于干燥通風(fēng)處，并在刃口與導(dǎo)向部分涂上潤(rùn)滑油，以防止模具生銹。
10.已磨損和損壞的零件要及時(shí)修理和更換。
6 沖壓設(shè)備的選擇
6.1選擇壓力機(jī)
模具的閉合高度為;
H =H +H墊板+H上固定板+H蓋板+H卸料板+H橡膠+H凹模+H下固定板+H下
=（30+7+20+20+15+18+20+30）mm
=160mm
選擇型號(hào)為JC23-35的開(kāi)式雙柱可傾壓力機(jī)能滿足使用要求。其主要技術(shù)參數(shù)如下：
公稱壓力：350KN
滑塊行程：80mm
最大閉合高度：280mm
最小閉合高度：150mm
工作臺(tái)尺寸（前后×左右）：380mm×610mm
墊板尺寸（厚度×孔徑）：60mm×150mm
模柄孔尺寸：φ50mm×70mm
最大傾斜角度：20°
6.2壓力機(jī)參數(shù)的校核
模具閉合高度與壓力機(jī)裝模高度的關(guān)系:
Hmin-H1+10
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