雙圓孔三角墊片-連接扣的沖壓工藝及級進模具設(shè)計【含9張CAD圖】
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雙圓孔三角 -連接扣的沖壓工藝及級進模具設(shè)計摘 要從連接口外形結(jié)構(gòu)分析，該工件輪廓結(jié)構(gòu)由直線圓弧過度相切，工件形狀具備對稱性。模具的設(shè)計先從工件的工藝結(jié)構(gòu)出發(fā)，根據(jù)工件圖只要求和形狀來確定模具的設(shè)計方案，模具采取了級進模具結(jié)構(gòu)，從而進步一確定模具制造精度等級，和排樣設(shè)計從而確定出模具的類型結(jié)構(gòu)，從實際生產(chǎn)的角度出發(fā)，為了節(jié)約模具制造成本，提高產(chǎn)品生產(chǎn)效率，保證工件的生產(chǎn)精度，該工件的沖裁模具設(shè)計方案采用了復(fù)合模具沖裁。在模具設(shè)計前主要查找工件圖紙中未標(biāo)注公差的尺寸公差，根據(jù)尺寸公差來確定模具制造的精度，經(jīng)過多次的排樣分析以后，開始進行模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計，計算模具的閉合高度、卸料力、沖裁力、沖裁間隙、模具裝配配合間隙、凸模高度、壓力中心、模具總壓力，根據(jù)總沖壓力選擇沖壓設(shè)備；所有的設(shè)計方案確定以后開始繪制模具草圖、裝配圖、零件圖、編寫技術(shù)要求、設(shè)計說明書。關(guān)鍵詞：級進模具，沖裁力，連接口，沖裁間隙，壓力中心 ABSTRACTFrom the analysis of the workpiece gasket structure and the workpiece contour structure by linear circular shape of the workpiece with tangent symmetry. Design of the mold design starts from the process of workpiece structure, according to the workpiece is the only requirement and shape to determine design scheme of the mould, progress a determined the mold manufacturing precision grade, and layout design so as to determine the type of mold structure, starting from the point of view of practical production, in order to save the mold manufacturing costs, improve production efficiency, ensure the production precision of the workpiece, the workpiece punching blanking die design of the compound die of blanking. In the mold design mainly find the workpiece drawings unlabeled tolerances of tolerance, according to the dimensional tolerances to determine precision mold manufacturing, after multiple layout analysis to design of die structure, die shut height calculation, unloading, blanking force, and punching blanking clearance, die assembly with the gap, the height of the convex die, the center of pressure, the mold total pressure, according to the total impulse pressure stamping equipment selection; all the design after determining the start sketching the mold and assembly drawings, part drawings, preparation of technical requirements, design specifications.Key words: compound die, blanking force, gasket, blanking clearance, pressure cente 目 錄1 前言 ...................................................................................................................11.1 冷沖壓模具概述和發(fā)展................................................................................................11.2 當(dāng)前模具的技術(shù)水平....................................................................................................12 沖壓件工藝分析 ...............................................................................................22.1 工件材料分析...............................................................................................................22.2 工件結(jié)構(gòu)形狀分析.......................................................................................................22.3 尺寸精度.......................................................................................................................33 沖壓工藝方案確定 ...........................................................................................43.1 沖裁工藝方案的確定...................................................................................................43.2 沖裁工藝方法的選擇...................................................................................................44 模具總體結(jié)構(gòu) ...................................................................................................54.1 模具類型的選擇...........................................................................................................54.2 定位方式的選擇...........................................................................................................54.3 送料方式的確定...........................................................................................................54.4 出件方式的確定...........................................................................................................54.5 模架結(jié)構(gòu)和導(dǎo)向裝置的選擇........................................................................................55 工藝參數(shù)計算 ...................................................................................................75.1 排樣方式的選擇...........................................................................................................75.2 沖壓力 的計算.............................................................................................................106 刃口尺寸的計算 .............................................................................................146.1 沖裁間隙的確定.........................................................................................................146.2 刃口尺 寸的計算及依據(jù)與法則.................................................................................157 主要零部件設(shè)計 .............................................................................................197.1 凹模設(shè)計.....................................................................................................................197.2 凸模的設(shè)計.................................................................................................................227.3 卸料裝置的設(shè)計.........................................................................................................237.4 凸模固定板的設(shè)計.....................................................................................................257.5 導(dǎo)向零件及模架的選用的設(shè)計.................................................................................257.6 模柄的選用.................................................................................................................268 沖壓設(shè)備的校核與選定 .................................................................................278.1 沖壓設(shè)備的 校核.........................................................................................................278.2 沖壓設(shè)備的選用.........................................................................................................27 8.3 壓力機的選擇..............................................................................................................279 結(jié) 論 ..............................................................................................................29參考文獻 .............................................................................................................30致 謝 .................................................................................................................31 1 前言1.1 冷沖壓模具概述和發(fā)展在沖壓加工中，將材料加工成零件（或半成品）的一種特殊工藝裝備，稱為沖壓模具。沖壓模具是一種特殊的工藝裝備,與沖壓件有“一模一樣” 的關(guān)系,且沒有通用性，是沖壓生產(chǎn)必不可少的工藝裝備，決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力，其功能和作用、設(shè)計與制造方法和手法決定了沖壓模具是技術(shù)密集、高附加值型產(chǎn)品。沖壓成形加工特點：低耗、高效、低成本、 “一模一樣”、質(zhì)量穩(wěn)定、高一致性，可加工薄壁、復(fù)雜零件，板材有良好的沖壓成形性能，但是模具成本高，所以沖壓成形適宜批量生產(chǎn)。沖壓加工是制造業(yè)中最常用的一種材料成形加工方法，采用模具生產(chǎn)制件具有生產(chǎn)效率高，質(zhì)量好，切削少，節(jié)約能源和材料，成本底等一系列的優(yōu)點，模具成形已經(jīng)成為當(dāng)代工業(yè)生產(chǎn)的重要手段，成為多種成型工藝中最具潛力的發(fā)展方向。模具是機械、電子等行業(yè)的基礎(chǔ)工業(yè)，它對國民經(jīng)濟和社會的發(fā)展起著越來越大的作用。 一個國家模具生產(chǎn)能力的強弱、水平的高低，直接影響著許多工業(yè)部門的新產(chǎn)品開發(fā)和舊產(chǎn)品更新，影響著產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟效益的提高。我國為了優(yōu)先發(fā)展模具工業(yè)，制定了一系列優(yōu)惠政策，并把它放在國民經(jīng)濟發(fā)展十分重要的戰(zhàn)略地位。1.2 當(dāng)前模具的技術(shù)水平近年許多模具企業(yè)加大了用于技術(shù)進步的投資力度，將技術(shù)進步視為企業(yè)發(fā)展的重要動力。一些國內(nèi)模具企業(yè)已普及了二維 CAD，并陸續(xù)開始使用UG、Pro/E、Solid Edge、 Solid works、Optris 和 MAGMASOFT 等軟件，并成功應(yīng)用于沖壓模的設(shè)計中。此外，許多研究機構(gòu)和大專院校開展模具技術(shù)的研究和開發(fā)。經(jīng)過多年的努力，在模具 CAD/CAE/CAM 技術(shù)方面取得了顯著進步；在提高模具質(zhì)量和縮短模具設(shè)計制造周期等方面做出了貢獻。 2 沖壓件工藝分析圖 2-1 工件尺寸圖工件名稱：刷片； 工件簡圖：如圖 2-1；生產(chǎn)批量：大量；材料：Q235；材料厚度：2mm；精度等級：IT14 。工件表面質(zhì)量：工件表面無毛刺、壓痕、油污等不良現(xiàn)象2.1 工件材料分析材料名稱：碳素結(jié)構(gòu)鋼；材料牌號：Q235；材料狀態(tài)：已退火；抗剪強度：310-380Mpa ；抗拉強度：440--470Mpa；屈服點：240Mpa；伸長率：21-25% 2.2 工件結(jié)構(gòu)形狀分析（1）沖裁件為沖孔落料件，材料厚度為 2mm，輪廓均由圓弧和直線相切且無尖角，工件結(jié)構(gòu)具備對稱性，結(jié)合生產(chǎn)批量，模具設(shè)計前應(yīng)該分析凸凹模工作零件刃口的使用壽命和耐疲勞和耐磨損程度，選取相應(yīng)的模具材料。（2）工件上的最小孔直徑為 1.8mm，孔邊距為 3mm，這些數(shù)值均大于材料厚度的 1.5 倍，所以該零件的結(jié)構(gòu)滿足沖裁要求。2.3 尺寸精度根據(jù)工件技術(shù)要求注明未標(biāo)注的尺寸公差按照 IT14 計算，所以通過查常用公差等級表 2-1 獲得工件未標(biāo)注尺寸，模具設(shè)計的相關(guān)尺寸按照工件的公差等級來確定，一般無明確要求的情況下模具設(shè)計制造的公差等級大于工件的 2 到3 個公差等級。表 2-1 常見零件公差等級表公差等級 IT4 IT5 IT6 IT7 IT8 IT9 IT10 IT11 IT12 IT13 IT14尺寸 /mm /μm /mm≤3＞3~6＞ 6~10＞ 10~18＞ 18~30＞ 30~50＞ 50~80＞ 80~120＞ 120~18034456781012456891113151868991316192225101215182125303540141822273339465463253036435262748710040485870841001201401606075901101301601902202500.100.120.150.180.210.250.300.350.400.140.180.220.270.330.390.460.540.630.250.300.360.430.520.620.740.871.00 3 沖壓工藝方案確定3.1 沖裁工藝方案的確定沖裁工藝方案從尺寸精度、圖紙技術(shù)要求、工件外觀質(zhì)量、工件材料力學(xué)性能及生產(chǎn)批量開始，在沖裁工藝分析和技術(shù)經(jīng)濟分析的基礎(chǔ)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 沖裁工藝方法的選擇沖裁工序分為單工序沖裁、復(fù)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(nèi)只完成一個沖壓工序的沖裁模；復(fù)合沖裁是在壓力機一次行程內(nèi)，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。因為該沖裁件的精度要求滿足 IT14 級即可，并且要有很高的生產(chǎn)率和安全的操作過程，由于工件的工藝性質(zhì)和形狀結(jié)構(gòu)簡單，為了提高生產(chǎn)效率和尺寸精度，采用級進模具即可達(dá)到要求。 4 模具總體結(jié)構(gòu)4.1 定位方式的選擇在級進模具設(shè)計中為了方便生產(chǎn)中送料和精準(zhǔn)的確定步距，在模具送料方向上設(shè)計側(cè)刃切邊，導(dǎo)正銷精確定位，兩側(cè)根據(jù)材料寬度設(shè)計兩個導(dǎo)料板，在實際生產(chǎn)加工時，只需要將條料靠導(dǎo)料板，方可精確地定位。4.2 送料方式的確定結(jié)合工件的尺寸精度，對沖壓設(shè)備的要求不高，為了進一步的提高經(jīng)濟效益，沖裁件的生產(chǎn)加工將采用手工送料的方式。4.3 模架結(jié)構(gòu)和導(dǎo)向裝置的選擇模架的外形尺寸主要由凹模尺寸決定，根據(jù)模具結(jié)構(gòu)、且對于此副模具的話，主要有落料的凹模來確定長以及寬，模具的閉合高度則有設(shè)計的上模，下模，以及模具的一些配件來決定，對于此復(fù)合模，應(yīng)該先考慮他的閉合高度，其次才是它的寬度和長度，所以要合理選擇模架，就有必要考慮它的工作零件以及配件的合理高度，這樣才能合理的選擇模架，模架結(jié)構(gòu)可分為：對角導(dǎo)柱模架由于導(dǎo)柱安裝在模具壓力中心對稱的對角線上，所以上模座在導(dǎo)柱上滑動平穩(wěn)。常用于橫向送料級進模或縱向送料的落料模、復(fù)合模。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。因為導(dǎo)柱安裝在后側(cè)，工作時，偏心距會造成導(dǎo)套導(dǎo)柱單邊磨損，嚴(yán)重影響模具使用壽命，且不能使用浮動模柄。四導(dǎo)柱模架具有導(dǎo)向平穩(wěn)、導(dǎo)向準(zhǔn)確可靠、剛性好等優(yōu)點。常用于沖壓件尺寸較大或精度要求較高的沖壓零件，以及大量生產(chǎn)用的自動沖壓模架。中間導(dǎo)柱模架，導(dǎo)柱安裝在模具的對稱線上，導(dǎo)向平穩(wěn)、準(zhǔn)確。但只能一個方向送料。根據(jù)以上方案比較并結(jié)合模具結(jié)構(gòu)形式和送料方式，為提高生產(chǎn)效率，模具壽命和工件質(zhì)量以及工件尺寸精度，采用后側(cè)式導(dǎo)柱模架，模具送料方便。 5 工藝參數(shù)計算5.1 排樣方式的選擇沖裁件在板料、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。排樣的方法有：直排、斜排、對直排、混合排 ，根據(jù)設(shè)計模具制件的形狀、厚度、材料等方面全面考慮。因此考慮以下三種方案：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(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)簡單。方案三：無廢料排樣 沖件的質(zhì)量和模具壽命更低一些，但材料利用率最高。為了綜合考慮排樣條料的強度，決定采用有廢料的錯對排的排樣方案。圖 5-1 排樣示意圖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(yīng)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(zhì)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 5-1 取得。如表 5-1 所示：根據(jù)此表和工件外形可知 r≤2t，可確定搭邊值 a 和 a1，a 的最小值取 2.0，a1 最小值取 2.5mm。 表5-1 搭邊a和a 1數(shù)值（低碳鋼） （mm） 圓件及 r>2t 的圓角 矩形件邊長 L≤50mm 矩形件邊長 L>50mm 或圓角r≤2t材料厚度a a1 a a1 a a1≤0.250.25～0.50.5～0.80.8～1.21.2～1.61.6～2.02.0～2.52.5～3.03.0～3.53.5～4.04.0～5.05.0～121.81.21.00.81.01.21.51.82.22.53.00.6t2.01.51.21.01.21.51.82.22.52.83.50.7t2.21.81.51.21.51.82.02.22.52.53.50.7t2.52.01.81.51.82.52.22.52.83.24.00.8t2.82.21.81.51.82.02.22.52.83.24.00.8t3.02.52.01.82.02.22.52.83.23.54.50.9t根據(jù)模具的結(jié)構(gòu)不同，可分為有側(cè)壓裝置的模具和無側(cè)壓裝置的模具，側(cè)壓裝置的作用是用于壓緊送進模具的條料（從料帶側(cè)面壓緊） ，使條料不至于側(cè)向竄動，以利于穩(wěn)定地加工生產(chǎn)。側(cè)壓裝置適用于工件材料厚度較小的模具，在這次工件的模具設(shè)計中，工件材料厚度 0.5mm，無需測壓裝置，只需導(dǎo)料板橫向?qū)Я霞纯?。故按公?5-1 計算：B =（D max+2a1+C） 0 - △ 0 - △（5-1） 式中：B-條料寬度；Dmax-條料寬度方向沖裁件的最大尺寸； a1-側(cè)搭邊值，可參考表 5-1；△-條料寬度的單向（負(fù)向）偏差，見表 5-2；C-導(dǎo)料板與最寬條料之間的間隙，其最小值見表 5-3。B 表 5-2 剪料公差及條料與導(dǎo)料板之間隙 （mm）材料厚度 t/mm條料寬度B/mm 0~1 1~2 2~3 3~5~5050~100100~150150~220220~3000.40.50.70.80.50.60.70.80.90.70.80.91.01.10.91.01.11.21.3表 5-3 有側(cè)壓裝置和無側(cè)壓裝置對照表 （mm）無側(cè)壓裝置 有側(cè)壓裝置條料寬度 B（mm）材料厚度t（ mm）<100 ≥100~200 ≥200~300 <100 ≥1000~0.50.5~11~22~33~44~50.50.50.50.50.50.50.51111111111555555888888所以根據(jù)以上理論數(shù)據(jù)由公式 5-1 得出條料寬度為：B =（Dmax+2a1+C）0 - △ 0 - △=（48+2×2.2+0.5） -00.5 mm=52.900.5 mm結(jié)合實際生產(chǎn)，為了方便準(zhǔn)備生產(chǎn)條料，條料寬度尺寸通常取整數(shù)值，所以條料寬度尺寸取值為 53mm。5.1.2 材料利用率的計算關(guān)于材料利用率，可用公式 5-2 表示：η=A/BS×100% （5-2）式中， A-一個步距內(nèi)沖裁件的實際面； B-條料寬度； S-步距。由圖 5-1、圖 5-2 和公式 5-2 得：A=1048.1（mm 2）η=A/BS×100% =[2×1048.1÷（ 53×56）]×100%≈70.62%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(shè)計模具和檢驗?zāi)＞叩膹姸?，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 一般可以按公式 5-3 計算：F=KtLτ （5-3） 式中， τ-材料抗剪強度， （MPa ） ；L-沖裁周邊總長（ mm） ；t-材料厚度（mm） 。系數(shù)K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(xué)性能與厚度公差的變化等因數(shù)而設(shè)置的安全系數(shù)K，一般取1～3。當(dāng)查不到抗剪強度τ時，可以用抗拉強度σ b代替τ，而K通常取1.3的近似計算法計算。根據(jù)材料名稱08F查力學(xué)性能表得抗剪強度τ為380MPa5.2.1 沖裁力的計算F 沖 =F1+F2 （5-4）式中， F 沖 -沖裁力；F1-落料時的沖裁力；F2-沖孔時的沖裁力。由以上公式換算得：F 沖 =F1+F2=KtL1τ+ KtL2τ=Ktτ（L1+L2）=KtτL 總沖裁周邊的總長 L 總=384mm沖裁力由以上公式計算得： F1=KptL 總 τ=1.3×2×384×380=379.4KN5.2.2 卸料力計算當(dāng)上模完成一次沖裁后，沖入凹模內(nèi)的制件或廢料因彈性擴張而梗塞在凹模內(nèi)，模面上的材料因彈性收縮而會緊箍在凸模上。為了使沖裁工作連續(xù)，操作方便，必須將套在凸模上的材料卸下。從凸模上刮下材料所需的力，稱為卸料力；在倒裝復(fù)合模具中，完成一次沖裁，成品工件卡在凹模內(nèi)，從凹模內(nèi)將成品工件從落料凹模內(nèi)推出所需要的力稱為推件力。卸料力、推件力計算公式如下：F 卸= K 卸 F 沖 （5-5）式中： F 卸-卸料力；F 沖-沖裁力；K 卸-、推件力系數(shù)、卸料力系數(shù)，見表 5-4；表 5-5 卸料力、推件力和頂件力系數(shù)料厚/mm K 卸 K 推 K 頂鋼≤0.1＞0.1~0.5＞0.5~2.5＞2.5~6.5＞6.50.065~0.0750.045~0.0550.04~0.050.03~0.040.02~0.020.10.0630.0550.0450.0250.140.080.060.050.03注：卸料力系數(shù) K 卸 在沖多孔、大搭邊和輪廓復(fù)雜時取上限值。F 卸= K 卸 F 沖=0.05×379.4≈19KN5.2.3 總沖壓力的計算由于沖裁模具采用彈壓卸料裝置，固總的沖壓力包括：F= F 沖+F 卸 （5-6）=379.4+19=398.4KN 5.2.4 初選壓力機壓力機可分為機械式和液壓式，機械式分為摩擦壓力機、曲柄壓力機、高速沖床，液壓式分為油壓機、水壓機，而在生產(chǎn)中一般常選用曲柄壓力機，曲柄壓力機分有開式和閉式兩種，開式機身形狀似英文字母 C，其操作可見大，但機身剛度差，壓力機在工作負(fù)荷作用下會產(chǎn)生變形，一般壓力機噸位不超過2000KW。閉式機左右兩側(cè)封閉，操作不方便，但機身剛度好，壓力機精度高?？紤]到經(jīng)濟性能、加工要求和操作方便在此選開式壓力機。根據(jù)以上計算數(shù)值，查下表 5-6 初選壓力機為 J23-63 型壓力機。5.2.5 壓力中心的確定模具壓力中心是指沖壓時多個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(yīng)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(chǎn)生偏心載荷，使滑塊和導(dǎo)軌之間產(chǎn)生過大的摩擦，模具導(dǎo)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，壓力中心與零件的對稱中心相重合。（3）形狀復(fù)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(biāo)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(biāo)位置（X0 ，Y0 ） ，即為所求模具的壓力中心。該件的壓力中心計算如下：X0＝（L1X1+L2X2+……L nXn）／（L1+L2+……Ln ） （5-6） Y0＝（L 1Y1+ L 2Y2+……L nYn）／（L 1+ L 2+……L n） （5-7）式中：X0-壓力中心的橫坐標(biāo)； Y0-壓力中心的縱坐標(biāo)；L-沖裁件輪廓尺寸；X-各線段重心的橫坐標(biāo)；Y-各線段重心的縱坐標(biāo)。按照如圖 5-1 計算得模具壓力中心為（102.63,44） 圖 5-2 壓力中心示意圖6 刃口尺寸的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(shè)計沖裁模主要任務(wù)之一。6.1 沖裁間隙的確定設(shè)計模具時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數(shù)值，只是彼此接近?？紤]到制造中的偏差及使用中的磨損、生產(chǎn)中通常只選擇一個適當(dāng)?shù)姆秶鳛楹侠黹g隙，只要間隙在這個范圍內(nèi)，就可以沖出良好的制件，這個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?？紤]到模具在使用過程中的磨損使間隙增大，故設(shè)計與制造新模具時要采用最小合理間隙值 Zmin。沖裁間隙的大小對沖裁件的斷面質(zhì)量有極其重要的影響，此外，沖裁間隙還影響模具壽命、卸料力、推件力、沖裁力和沖裁件的尺寸精度。較大的間隙可使凸模側(cè)面及材料間的摩擦減小，并延緩間隙由于受到制造和裝配精度的限制，雖然提高了模具壽命而，但出現(xiàn)間隙不均勻。因此，沖裁間隙是沖裁工藝與模具設(shè)計中的一個非常重要的工藝參數(shù)。沖裁間隙是沖裁工藝與沖裁模具設(shè)計的一個重要工藝參數(shù)，對沖裁件質(zhì)量、 沖裁力和模具壽命均有很大的影響。沖裁間隙還影響著沖裁件的尺寸精度。沖裁件的尺寸精度是指沖裁件的實際尺寸與基本尺寸的差值，差值越小，精度越高。間隙過大，會使落料件尺寸小于凸凹模尺寸，沖孔件尺寸大于凸模尺寸，沖裁力也會慢慢下降，卸料力、推件力或頂件力都將隨之下降。間隙過小，會使落料件尺寸大于凸凹模尺寸，沖孔件尺寸小于凸模尺寸，沖裁力也會增大，會使模具刃口磨損加劇，還會產(chǎn)生凸凹模脹裂，小凸模折斷，凸模和凸凹模相互啃刃等異常損壞。由此可見，我們在確定沖裁間隙時，一定要有一個合理的范圍作為間隙值，當(dāng)然我們在設(shè)計時要采用最小合理間隙。由表 6-1 可知，Zmin=0.246mm， Zmax=0.360mm。表 6-1 部分沖裁模初始雙邊間隙值 08、10、35、09Mn、Q23516Mn 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)0.50.60.70.80.91.01.21.51.752.02.10.0400.0480.0640.0720.0920.1000.1260.1320.2200.2460.2600.0600.0720.0920.1040.1260.1400.1800.2400.3200.3600.3800.0400.0480.0640.0720.0900.1000.1320.1700.2200.2600.2800.0600.0720.0920.1040.1260.1400.1800.2400.3200.3800.4000.0400.0480.0640.0720.0900.1000.1320.1700.2200.2600.2800.0600.0720.0920.1040.1260.1400.1800.2400.3200.3800.4000.0400.0480.0640.0640.0900.0900.0600.0720.0920.0920.1260.126 6.2 刃口尺寸的計算及依據(jù)與法則沖裁件的尺寸精度主要決定于凸、凹模刃口尺寸及公差，模具的合理間隙也是靠凸、凹模刃口尺寸及其公差來保證。其計算方法是：（1）因為沖出的孔，落下的料都有錐度，且落料件的大端尺寸等于凹模刃口尺寸，而沖孔的小端尺寸等于凸模刃口尺寸。（2）在測量與使用中，沖孔能測量到小端尺寸，落料件能測量大端尺寸。（3）從產(chǎn)品的使用性能看，孔必須控制最小端尺寸，落料的外形尺寸要控制最大端尺寸。（4）凸、凹模的設(shè)計原則沖孔時，設(shè)計計算以凸模為準(zhǔn)，間隙放大在凹模刃口上。落料時，設(shè)計計算以凹模為準(zhǔn)，間隙縮小在凸模刃口上。（5）考慮磨損（名義尺寸）沖孔時，凹模越磨越小，凸模設(shè)計應(yīng)取制件尺寸公差范圍內(nèi)移大尺寸。落料時，凹模越磨越大，凹模設(shè)計應(yīng)取制件尺寸公差范圍內(nèi)移小尺寸。（6）凸、凹模刃口的制造公差制件上未注公差，非圓形件按 級精度，模具比其高 2-3 精度即 級14IT12IT或 級，圓形件按 - 級精度，凸模和凹模刃口尺寸的計算與加工方法1IT6I7有關(guān)，有分開加工和配合加工，分開加工是指凸模和凹模分別按各自圖樣上標(biāo)注的尺寸及公差進行加工，沖裁間隙由凸、凹模刃口尺寸及公差保證。其可以凸、凹模具有互換性，便于成批制造，但受沖裁間隙的限制，要求凸、凹模的制造公差較小，主要適用于簡單規(guī)則形狀（圓形、方形或矩形）的沖件。配合加工是指先按圖樣設(shè)計制造其中一件（沖孔先做好凸模，落料先做好凹模） ，再以此件做為基準(zhǔn)件，以基準(zhǔn)件為標(biāo)準(zhǔn)來加工另一件，使它們之間保持一定的間隙，圖紙上只要在基準(zhǔn)件上標(biāo)注尺寸和公差，根據(jù)公式 6-1 得：│δ 凸 │＋│δ 凹 │≤Zmax－Z min （6-1）所以，新制造的模具應(yīng)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。本套模具采用分別加工法進行加工。分開加工時計算公式如下：沖孔凸模尺寸： （6-??0δmin凸凸xΔd???2） 沖孔凹模尺寸： （6-??凸δ0minin凸ZxΔd??3）落料凸模寸： （6-0δinmax凸D4）落料凹模尺寸： （6-??凸δ0ax凸Δ???5）孔距尺寸： （6-1/8Ld?6）其中： ， -分別為落料凸、凹?；境叽纾煌笵， -分別為沖孔凸、凹模基本尺寸；d-沖孔件孔的最小極限尺寸；min-落料件最大極限尺寸；axD， -分別為凹模上偏差，可按 IT7，凸模下偏差，可按 IT6；凸δ-制造公差；Δ-磨損系數(shù)，其值在 0.5～1 之間。x該制件的最小雙邊間隙為 Zmin=0.246mm，最大雙邊間隙 Zmax=0.360mm，則有 Zmax- Zmin=0.108。通過查常用公差等級表 2-1 獲得工件外輪廓尺寸160+1mm，R7 0+1mm；內(nèi)部尺寸 ?8.5-0.1+0.2mm，查表 6-3 得 x 為 0.5。沖孔凸模根據(jù)公式 6-2 有： ??0δmin凸凸xΔd???=（?8.5+0.5×0.1） 0-0.02=?8.550-0.02 mm沖孔凹模根據(jù)公式 6-3 有：??凸δ0minin凸ZxΔd??=（?8.5+0.5×0.1+0.108） 0+0.02=?8.6580+0.02 mm落料凹模根據(jù)公式 6-5 有：??凹凹?????0maxD D 凹 1=（16-0.5×1） 0+0.03=15.50+0.03mmD 凹 2=（R7-0.5×1 ） 0+0.03=R6.50+0.03mm落料凸模根據(jù)公式 6-4 有：??0凸δminmax凸ΔZ?D 凸 1=（16-0.5×1-0.108） 0-0.02=15.3490.02mmD 凸 2=（R7-0.5×1-0.108） 0-0.02=R6.3490-0.02mm表 6-2 簡單形狀（方形、圓形）沖裁時凸、凹模制造偏差 (mm)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表 6-3 磨損系數(shù) （mm ）材料厚度 工件公差△11~22~4＞4≤0.16≤0.20≤0.24≤0.300.17~0.350.21~0.410.25~0.490.31~0.59≥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 x 值 圓形 x 值磨損系數(shù)1 0.75 0.5 0.75 0.5 7 主要零部件設(shè)計雖然各類沖裁模的結(jié)構(gòu)形式和復(fù)雜程度有很多不同的，但組成模具的零件種類可以說是基本相同的，根據(jù)它們在模具中的功用和特點，可將他分為非標(biāo)準(zhǔn)件和標(biāo)準(zhǔn)件兩類。模具標(biāo)準(zhǔn)化是縮短模具制造周期的有效辦法，是應(yīng)用模具 CAD/CAM 技術(shù)的前提，是模具工業(yè)化和現(xiàn)代化的生產(chǎn)基礎(chǔ)，所以在模具設(shè)計與制造過程中，必須推廣和優(yōu)先使用國家標(biāo)準(zhǔn)。雖然相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)雖然各類沖裁模的結(jié)構(gòu)形式和復(fù)雜程度有很多不同的，但組成模具的零件種類可以說是基本相同的，根據(jù)它們在模具中的功用和特點，可以將他們分為工藝零件和結(jié)構(gòu)零件兩類。設(shè)計主要零部件時，首先要考慮主要零部件的定位、固定以及總體裝配方法，本套模具主要采用螺釘固定模具零件，采用導(dǎo)料板送進定位，無側(cè)壓裝置。7.1 凹模設(shè)計7.1.1 凹模刃口結(jié)構(gòu)形式的選擇沖裁凹模刃口形式有直筒式和凸臺兩種，選用時主要根據(jù)沖件的形狀、厚度、尺寸精度以及模具結(jié)構(gòu)來確定。由于本模具沖的零件尺寸較大，所以采用刃口為凸臺式，該類型刃口強度高，修磨后刃口尺寸不變，裝配如圖 7-1 所示。圖 7-1 凹模裝配簡圖7.1.2 凹模精度與材料的確定根據(jù)凹模作為工作零件，其精度要求較高，外形精度為 IT12 級，內(nèi)型腔精度為 IT12 級，表面粗糙度為 Ra3.2um，上下平面的平行度為 0.02，材料選Cr12MoV。 7.1.3 凹模外形尺寸的確定凹模的外形一般有矩形和圓形兩種。凹模的外形尺寸應(yīng)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：b1-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=0.35根據(jù)公式7-1 可計算落料凹模板的尺寸：凹模厚度：H= Kb1=0.35×48=16.8mm留取凹模的修磨余量，凹模厚度尺寸取25根據(jù)公式7-2 可計算凹模邊壁厚：C=（1.5～2）H =1.5×25～2×25=36.5～50mm取凹模邊壁厚為35mm。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=b1+2c=201+2×35=231mm根據(jù)公式7-4 可計算凹模寬： B=b2+2c=48+2×35=118mm 即：L×B×H=231×118 ×25mm，考慮到模具凹模強度和推件塊的安裝，方便準(zhǔn)備模具材料，最終將凹模周界尺寸取值為260×120×25mm。落料凹模的作用是起落料的作用，該零件在模具上所受力較大，對硬度、強度的要求較高。該零件選擇材料為 Cr12MoV， Cr12MoV 具有更高的淬透性、耐磨性和承載強度，且淬火變形小。它的強度、硬度，能夠滿足零件的加工要求。凹模采用銷釘和螺釘固定。銷釘?shù)臄?shù)量為兩個，其位置按對稱分布。螺釘?shù)臄?shù)量為四個，其位置按對稱分布。這樣有利于力的均勻分布。圖 7-2 凹模簡圖 7.2 凸模的設(shè)計7.2.1 凸模結(jié)構(gòu)的確定凸模結(jié)構(gòu)通常分為兩大類。一類是鑲拼式，另一類為整體式。整體式中，根據(jù)加工方法的不同，又分為直通式和臺階式。因為該工件形狀復(fù)雜，所以將落料凸模模設(shè)計成臺階式凸模，臺階式凸模工作部分和固定部分的形狀做成一樣，內(nèi)輪廓孔的凸模設(shè)計成臺階式，固定于凸模固定板，凸模與凸模固定板的配合按 H7/m6。7.2.2 凸模高度、長度的確定因為該制件形狀不是很復(fù)雜，所以將沖孔模設(shè)計成臺階式凸模。凸模與凸模固定板的配合按H7/m6。凸模的高度是凸模固定板的厚度、落料凹模與附加長度的總和，如圖7-3所示。圖7-3 凸模高度尺寸凸模高度為：L=h1+h2+h3+h4 （7-5） 式中: h1-凸模固定板厚度；H2-卸料板高度H3-附加長度。附加長度包括凸模的修磨量，凸模進入凸凹模的深度。由公式7-5得： L=20+20+5=45mm由以上可得凸模簡圖如圖 7-4 所示： 圖 7-4 凸模簡圖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(yīng)選 Cr12MoV，熱處理 60～64HRC。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 IT10 級，表面粗糙度Ra 為 0.8um。7.3 卸料裝置的設(shè)計7.3.1 卸料板的外形設(shè)計卸料裝置分為彈性卸料和剛性卸料，彈性卸料工作原理如圖 7-5 所示，當(dāng)模具上模上下移動，帶動卸料彈簧的壓縮和伸張，凸模相對于卸料板上下移動，使夾在凸模上的條料在卸料板的阻力下完成卸料過程，彈性卸料比較力穩(wěn)定，適合用于工件材料厚度較小的模具。剛性卸料工作原理是當(dāng)模具完成沖裁打開時，夾在凸模上的條料隨著凸模往上移動，與固定于凹模板上的卸料板碰撞，使條料與凸模分離，達(dá)到卸料的目的，剛性卸料版卸料力較大，適合用于大型模具和工件材料厚度較大的模具。結(jié)合工件的尺寸、材料厚度、模具總體尺寸選擇彈性卸料裝置。 采用卸料板進行卸料。卸料板不僅有卸料作用，還具有用凹模導(dǎo)向，對凹模起保護作用，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 7-3 確定，取 0.15mm。 卸料板的厚度查表 7-4，卸料板與凹模的外形尺寸相同。根據(jù)凹模的尺寸200mm×200mm×18mm，從而可以確定卸料板的尺寸。查表 7-4，卸料板的厚度為 15mm。表 7-3 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表 7-4 固定卸料板厚度卸料板寬度沖件厚度 t＜50 50~80 80~125 125~200 ＞200~0.8 6 6 8 10 12＞0.8~1.5 6 8 10 12 14＞1.5~3 8 10 12 14 167.3.2 卸料板材料的選擇卸料板主要是起卸料的作用，對它的強度和硬度要求較高，所以材料選擇是 Cr12MoV，淬火硬度 60-64HRC，即具有較高的強度、硬度，又具有較好的塑性、韌性。7.3.3 卸料板的結(jié)構(gòu)設(shè)計卸料板與凸凹模應(yīng)該是間隙配合，要保證單邊間隙為 0.015mm。模具采用的是彈壓卸料板和卸料螺釘進行卸料。六個卸料螺釘對稱分布，使每個卸料螺釘受力均勻，如圖 7-5 所示。 圖 7-5 卸料板的結(jié)構(gòu)件圖7.3.4 卸料板整體精度的確定卸料板外輪廓的精度要求不高，所以選取 IT14 級，上下平面粗糙度0.8um；而內(nèi)輪廓的精度要求比外輪廓的要求稍高，所以選取 IT10 級，其余粗糙度 Ra 為 3.2um。7.3.5 彈性元件的設(shè)計在沖裁模卸料與出件裝置中，常用的元件是彈簧和橡膠，考慮模具的結(jié)構(gòu)，該模具采用的彈性元件為橡膠。橡膠允許承受的負(fù)載較大，安裝調(diào)整較方便靈活，而且成本低，是中小型沖模中彈性卸料、頂件及壓邊裝置常用的彈性元件。7.4 凸模固定板的設(shè)計凸模固定板主要是固定凸模，保證凸模有足夠的強度，使凸模與落料凹模、上模座、墊板更好的定位。凸模與凸模固定板的配合按 H7/m6，如圖 7-7 所示。