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課程設(shè)計(jì)（論文） 【課設(shè)】菱形墊片沖壓模具設(shè)計(jì) 摘 要 本設(shè)計(jì)為一菱形墊片的冷沖壓模具設(shè)計(jì)，根據(jù)設(shè)計(jì)零件的尺寸、材料、批量生 產(chǎn)等要求，首先分析零件的工藝性，確定沖裁工藝方案及模具結(jié)構(gòu)方案，然后通過 工藝設(shè)計(jì)計(jì)算，確定排樣和裁板，計(jì)算沖壓力和壓力中心，初選壓力機(jī)，計(jì)算凸、 凹模刃口尺寸和公差，最后設(shè)計(jì)選用零、部件，對(duì)壓力機(jī)進(jìn)行校核，繪制模具總裝 草圖，以及對(duì)模具主要零件的加工工藝規(guī)程進(jìn)行編制。其中在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，主要對(duì) 凸模、凹模、凸凹模、定位零件、卸料與出件裝置、模架、沖壓設(shè)備、緊固件等進(jìn) 行了設(shè)計(jì)，對(duì)于部分零部件選用的是標(biāo)準(zhǔn)件，就沒深入設(shè)計(jì)，并且在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的同 時(shí)，對(duì)部分零部件進(jìn)行了加工工藝分析，最終才完成這篇課程設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞：模具 沖裁件 凸模 凹模 凸凹模 Abstract The design for a plate of cold stamping die design, according to the size of the design components, materials, mass production, etc., the first part of the process of analysis to determine the blanking process planning and die structure of the program, and then through the process design calculations, determine the nesting and cutting board, calculate the pressure and pressure washed centers, primary presses, computing convex and concave Die Cutting Edge dimensions and tolerances, the final design selection of parts and components, to press for checking, drawing die assembly drawings, as well as Mold processing technology of the main parts to the preparation procedures. In which the structural design, primarily to the punch and die, punch and die, positioning parts, unloading and out of pieces of equipment, mold, pressing equipment, fasteners, etc. has been designed, for the selection of some components are standard parts , there is no in- depth design, and structural design, while some parts for the processing process analysis and ultimately to complete this graduation project. KEY WORD: mold stamping parts punch die punch and die 目錄 第一章 緒言 ................................................................................................................................................5 第一節(jié) 材料的工藝分析 .............................................................................................6 第二節(jié) 材料選擇 .........................................................................................................7 第三節(jié) 工件結(jié)構(gòu)形狀 .................................................................................................8 第二章 沖裁工藝方案的確定 ...............................................................................................................10 第三章 模具總體設(shè)計(jì) ..............................................................................................................................11 第一節(jié) 模具類型的選擇 ...........................................................................................11 第二節(jié) 操作與定位方式 ...........................................................................................11 第三節(jié) 卸料、出件方式 ...........................................................................................11 第四節(jié) 確定送料方式 ...............................................................................................12 第五節(jié) 確定導(dǎo)向方式 ...............................................................................................12 第四章 模具工藝參數(shù)確定 ....................................................................................................................13 第一節(jié) 排樣設(shè)計(jì)與計(jì)算 ...........................................................................................13 第二節(jié) 搭邊值的確定 ...............................................................................................13 第三節(jié) 進(jìn)距與條料寬度計(jì)算 ...................................................................................14 第四節(jié) 材料利用率的計(jì)算 .......................................................................................16 第五章 計(jì)算沖壓力與壓力機(jī)的初選 .................................................................................................18 第一節(jié) 沖裁力 Fp的計(jì)算 ..........................................................................................18 第二節(jié) 卸料力 Fq1的計(jì)算 .........................................................................................18 第三節(jié) 頂件力 Fq2的計(jì)算 .........................................................................................19 第四節(jié) 總的沖壓力 F 的計(jì)算 ..................................................................................19 第五節(jié) 壓力機(jī)的初選 ...............................................................................................19 第六章 模具壓力中心的確定 ...............................................................................................................20 第七章 沖裁模間隙的確定 ....................................................................................................................21 第一節(jié) 沖裁間隙 Z ...................................................................................................21 第二節(jié) 沖裁間隙分析 ...............................................................................................22 第八章 凹、凸模刃口尺寸的計(jì)算 ......................................................................................................23 第一節(jié) 刃口尺寸計(jì)算的基本原則 ...........................................................................23 第二節(jié) 刃口尺寸的計(jì)算 ...........................................................................................24 第九章 主要零部件的設(shè)計(jì) ....................................................................................................................26 第一節(jié) 工作零件的設(shè)計(jì)與計(jì)算 ...............................................................................26 第二節(jié) 橡膠的選用 ...................................................................................................32 第三節(jié) 模架及其零件的設(shè)計(jì) ...................................................................................33 第十章 校核模具閉合高度及壓力機(jī)有關(guān)參數(shù) .............................................................................35 第一節(jié) 閉合高度的計(jì)算 ...........................................................................................35 第二節(jié) 沖壓設(shè)備的選定 ...........................................................................................35 第十一章 模具的總體裝配 ..................................................................................................................36 設(shè)計(jì)總結(jié) .........................................................................................................................................................37 參考文獻(xiàn) .........................................................................................................................................................38 致謝 ...................................................................................................................................................................39 5 第一章 緒言 目前，我國沖壓技術(shù)與工業(yè)發(fā)達(dá)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(jì)、模具制造工藝及設(shè)備等方面與工業(yè) 發(fā)達(dá)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 方面與發(fā)達(dá)國家的模具相比差距相當(dāng)大。例如，精密加工設(shè)備在模具加工設(shè)備中的 比重比較低；CAD/CAE/CAM技術(shù)的普及率不高；許多先進(jìn)的模具技術(shù)應(yīng)用不夠廣泛 等等，致使相當(dāng)一部分大型，精密、復(fù)雜和長壽命的模具依賴進(jìn)口。 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，沖壓加工作為現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域 內(nèi)重要的生產(chǎn)手段之一，更加體現(xiàn)出其特有的優(yōu)越性。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，由于市 場競爭日益激烈，產(chǎn)品性能和質(zhì)量要求越來越高，更新?lián)Q代的速度越來越快，沖壓 產(chǎn)品正朝著復(fù)雜化，多樣化高、性能、高質(zhì)量方向發(fā)展，模具也正朝著復(fù)雜化，高 效率、高精度、長壽命方向發(fā)展。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和制造技術(shù)的迅速發(fā)展，沖壓模 具設(shè)計(jì)與制造技術(shù)正由手工設(shè)計(jì)，依靠人工經(jīng)驗(yàn)和常規(guī)機(jī)械加工技術(shù)向以計(jì)算機(jī)輔 助設(shè)計(jì)（CAD） ，數(shù)控切削加工、數(shù)控電加工為核心的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造 （CAD/CAM） 技術(shù)轉(zhuǎn)變。 近年許多模具企業(yè)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?。一些國?nèi)模具企業(yè)已普及了二維CAD，并陸續(xù)開始使用UG、Pro/E、I- DEAS、Euclid-IS等國際通用軟件，個(gè)別廠家還引進(jìn)了Moldflow、C- Flow、DYNAFORM、Optris和MAGMASOFT等CAE軟件，并且成功應(yīng)用于沖壓模的設(shè)計(jì)中。 未來沖壓模具的發(fā)展趨勢: 模具行業(yè)在今后的發(fā)展中，首先要更加關(guān)注其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的戰(zhàn)略性調(diào)整，使結(jié)構(gòu) 復(fù)雜、精密度高的高檔模具得到更快的發(fā)展。我們的模具行業(yè)要緊緊的跟著市場的 需求發(fā)展。沒有產(chǎn)品的需求、產(chǎn)品的更新?lián)Q代，就沒有模具行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，也就 沒有模具產(chǎn)品的上規(guī)模、上檔次。如汽車生產(chǎn)中90以上的零部件，都要依賴模具 成型，在電子產(chǎn)品中，沖壓件約占8085；在汽車，農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品中，沖壓件約 占7580；在輕工產(chǎn)品中，沖壓件約占90以上。此外，在航空及航天工業(yè)生產(chǎn) 6 中，沖壓件也占有很大的比例。在珠三角和長三角，為汽車行業(yè)配套的模具產(chǎn)值增 長達(dá)40左右。而模具技術(shù)水平的高低，在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和 新產(chǎn)品的開發(fā)能力。已成為衡量一個(gè)國家產(chǎn)品制造水平高低的重要標(biāo)志。 其次，要積極推進(jìn)中西部地區(qū)模具產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，努力縮小發(fā)達(dá)地區(qū)和不發(fā)達(dá)地 區(qū)的差距。中西部很多地區(qū)已經(jīng)意識(shí)到模具產(chǎn)業(yè)的發(fā)展對(duì)制造業(yè)的重要作用。如陜 西、四川、河北等模具生產(chǎn)有了很大的發(fā)展，河北興林車身制造集團(tuán)有限公司作為 河北泊頭地區(qū)的骨干企業(yè)帶動(dòng)了一片模具企業(yè)的開拓；四川宜賓普什模具有限公司 憑借強(qiáng)有力的資金投入，將在未來寫下新的篇章。 第三，要積極推進(jìn)模具企業(yè)特別是國有企業(yè)的體制的創(chuàng)新，轉(zhuǎn)換經(jīng)營機(jī)制，大 力發(fā)展混合所有制經(jīng)濟(jì)，明確產(chǎn)權(quán)和完善法人治理結(jié)構(gòu)。充分發(fā)掘企業(yè)發(fā)展的內(nèi)在 動(dòng)力。要積極推進(jìn)中、西部地區(qū)工業(yè)基礎(chǔ)較好地區(qū)的制造業(yè)大中型企業(yè)主輔分離， 使其模具車間、分廠在不太長的時(shí)間里，采用多種有效實(shí)現(xiàn)形式，轉(zhuǎn)換機(jī)制，大力 發(fā)展產(chǎn)權(quán)明晰、獨(dú)立自主經(jīng)營，適應(yīng)市場運(yùn)作和模具生產(chǎn)快速反應(yīng)的現(xiàn)代專業(yè)模具 企業(yè)，培養(yǎng)能代表行業(yè)水平的“龍頭” 企業(yè)，帶動(dòng)地區(qū)產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。 第一節(jié) 材料的工藝分析 沖壓是利用安裝在沖壓設(shè)備（主要是壓力機(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，從而獲得所需零件（俗稱沖壓或沖壓件）的一種壓力加工方 法。沖壓通常是在常溫下對(duì)材料進(jìn)行變形加工，且主要采用板料來加工成所需零件， 所以也叫冷沖壓或板料沖壓。沖壓是材料壓力加工或塑性加工的主要方法之一，隸 屬于材料成型工程。 工件名稱：菱形墊片 工件簡圖：如圖 1.1 所示 生產(chǎn)批量：大批量 材料： Q235 厚度：1.5mm 工件精度：IT14 7 圖 1.1 工件簡圖 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， 8 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。 第三節(jié) 工件結(jié)構(gòu)形狀 工件結(jié)構(gòu)形狀相對(duì)簡單，屬軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)，除有一個(gè)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。 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/T1800.31998） 公差等級(jí) IT6 IT7 IT8 IT9 IT10 IT11 IT12 IT13 IT14 IT15 9 基本尺寸 /m /mm 36 8 12 18 30 48 75 0.12 0.18 0.30 0.48 610 9 15 22 36 58 90 0.15 0.22 0.36 0.58 1018 11 18 27 43 70 110 0.18 0.27 0.43 0.70 1830 13 21 33 52 84 130 0.21 0.33 0.52 0.84 3050 16 25 39 62 100 160 0.25 0.39 0.62 1.00 5080 19 30 46 74 120 190 0.30 0.46 0.74 1.20 80120 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：=275383Mpa 抗剪強(qiáng)度：=216304Mpa 伸長率： =32% 分析其力學(xué)性能較好，故選擇 Q235 材料。 10 第二章 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，后落料單工序模生產(chǎn)。 方案二：沖孔落料復(fù)合沖壓復(fù)合模生產(chǎn)。 方案三：沖孔落料級(jí)進(jìn)沖壓。級(jí)進(jìn)模生產(chǎn)。 方案一模具結(jié)構(gòu)簡單，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。 11 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?。?.20.5）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（0.10.2）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 料模、沖孔模。 工件平直度較高，料厚為 1.5mm，卸料力不大，由于彈壓卸料模具比剛性卸料 12 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。 13 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。考慮模具結(jié)構(gòu)和制造成本有廢料排樣的具體形式選擇直排最 佳（如圖 5.1 所示）。 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。或影響送料工 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=2mm 14 側(cè)搭邊值 a=2.5mm 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 12 2 1.5 2.5 2 3.5 2.5 3 2 23 2.5 2 3 2.5 4 3.5 34 3 2.5 3.5 3 5 4 4 3 45 4 3 5 4 6 5 5 4 56 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。 15 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)。 16 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 12 23 35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 50100 0.5 0.1 0.6 0.2 0.8 0.4 1.0 0.6 100150 0. 0.2 0.7 0.3 0.9 0.5 1.1 0.7 150220 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。 第四節(jié) 材料利用率的計(jì)算 一、計(jì)算沖壓件面積、周長 17 因?yàn)樵摴ぜD由多段圓弧組成，計(jì)算周長需要準(zhǔn)確的找到各段圓弧的長度，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（如圖 5.3）。 取 F=1185.52mm2 L=275.11mm 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 表示： =(nF/AB)100% （5.3） 式中 材料利用率（%）； n沖裁件的數(shù)目； 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)： =(1185.52/6742)100% 18 47.8% 由此可之， 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 Lt =Lt （6.1） 式中 材料抗剪強(qiáng)度（MPa）； 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(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=275.11mm。 查碳素結(jié)構(gòu)鋼的力學(xué)性能表知：Q235 的抗剪強(qiáng)度 =216Mpa304Mpa，取 260Mpa，制件厚度 t=1.5mm，則 根據(jù)公式(6.1)： F p= Kp Lt =1.31.5275.11260 =139480.77(N) 139（KN） 第二節(jié) 卸料力 Fq1的計(jì)算 Fq1=KxFp （6.2） 19 式中 Kx卸料力系數(shù)，查表 6.1 取 Kx0.05。 根據(jù)公式（6.2）： F q1= KxFp =0.05139（KN） 6.98(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 0.10.5 0.52.5 2.56.5 6.5 0.0650.075 0.0450.055 0.040.05 0.030.04 0.020.03 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 Kd0.06. 根據(jù)公式（6.3）： F q2= KdFp =0.06139（KN） 8.368（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 =139+6.98+8.368 =154.35(KN) 選用的壓力機(jī)公稱壓力 P（1.11.3）F，取系數(shù)為 1.3，則： P1.3F=1.3x154.35 (KN)=200(KN)。 20 第五節(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 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 J23-25。 21 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。 其中 、 、 分別為各沖裁周邊長度。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） 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?？紤]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=0.246mm，最大雙面間隙 Zmax=0.360mm 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 IT6IT7 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，使凸模基本尺寸接近或等于工件孔的最大極限尺寸，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=(dx) 0- p 凹模 d d=( Z min)0+ d (dXZ min) 0+ d 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=(Lmin0.5)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同一工步中凹模孔距基本尺寸(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 IT11IT13，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 12 24 4 0.16 0.20 0.24 0.30 0.170.35 0.210.41 0.250.49 0.310.59 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 IT20 和 IT7 級(jí)加工制造，所以 凸模： d p =(d+X) 0- p =(22+0.750.21) 075. =22.120 075. 凹模： d d=( dp +Zmin) d 26 =(22.120+0.10) 012. =22.220 012. 二、落料凸、凹模計(jì)算 凹模： D d=(DX) d0 凸模： D p=( DdZ min) (DXZ min)P0P 式中 Dd落料凹模基本尺寸(mm)； Dp落料凸模基本尺寸(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。 校核因?yàn)? =0.018+0.011=0.029mm1p2d =0.013+0.021=0.034mm2 =0.016+0.025=0.041mm3p3d =0.019+0.030=0.049mm44 ZmaxZ min =0.24-0.132=0.108mm(Zmax、Z min是凸、凹模最大初始雙面間隙，查 表 8-1 得 Zmax =0.24、Z min =0.132)滿足 Z maxZ min。pd 第九章 主要零部件的設(shè)計(jì) 第一節(jié) 工作零件的設(shè)計(jì)與計(jì)算 一、凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和外形尺寸計(jì)算 1.凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 凹模：在沖壓過程中與凸模配合直接對(duì)沖壓制件進(jìn)行分離或成形的工作零件。 凹模洞口的類型如圖 10.1 所示，其中 a、b、c 型為直筒式刃口凹模，其特點(diǎn)是 制造方便，刃口強(qiáng)度高，本設(shè)計(jì)選用 c 型筒口。 27 圖 10.1 凹模類型 2.外形尺寸計(jì)算 凹模結(jié)構(gòu)分為整體式和鑲拼式兩大類，本設(shè)計(jì)凹模采用整體式凹模。 凹模厚度： H=Kb(15mm) (10.1) 凹模壁厚： C=(1.52)H(30mm) (10.2) 凹模外形尺寸： B=b+2C (10.3) 式中 b沖裁件的最大外形尺寸；（mm）； K系數(shù)，考慮板料厚度的影響（見表 10.1）； H凹模厚度； C凹模壁厚； B凹模外形最大尺寸。 表 10.1 系數(shù) K 的數(shù)值 厚度 t/mm b/mm 0.5 1 2 3 3 50 0.3 0.35 0.42 0.5 0.6 50-100 0.2 0.22 0.28 0.35 0.42 100-200 0.15 0.18 0.2 0.24 0.3 200 0.1 0.12 0.15 0.18 0.22 根據(jù)圖 1.1 查表 10.1，取 K=0.25，又 b=75mm，則由公式 10.1 和公式 10.2 得： 凹模厚度： H=Kb=0.25107=26.75mm； 凹模壁厚： C=(1.52)H=(1.52) 26.75=40.12553.5mm 根據(jù)表 10.2 取凹模厚度：H=30mm；取凹模壁厚 C=45mm。 28 根據(jù)公式（10.2）： B=b+2C =107+245 =197mm L=b+2C =30+245 =120mm 查表 10.2，選取凹模外形尺寸 LB=100mm100mm。 表 10.2 矩形和圓形凹模的外形尺寸(JB/T-6743.1-1994) 矩形凹模的長度和寬度 LB 矩形和圓形凹模厚度 H 6350、6363 10、12、14、16、18、20 8063、8080、10063、10080、100 100、12580 12、14、16、18、20、22 125100、125125、14080、14080 14、16、18、20、22、25 140125、140140、160100、160125 、160140、200100、200125 16、18、20、22、25、28 160160、200140、200160、250125 、250140 16、20、22、25、28、32 凹模輪廓尺寸為 100mm100mm40mm。 二、沖孔凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和外形尺寸計(jì)算 1.凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 因?yàn)榱慵愋?，采用線切割方法進(jìn)行加工，所以采用整體直通式凸模（如圖 10.3），與凸模固定板采用 H7/m6 配合，按凸模的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)形式與尺寸規(guī)格選取。 2.凸模外形尺寸計(jì)算 凸模長度尺寸應(yīng)根據(jù)模具的具體結(jié)構(gòu)確定，因?yàn)樵撃＞卟捎玫氖堑寡b式復(fù)合模， 采用的是彈壓卸料上出件方式，其總長按相關(guān)公式計(jì)算： L = H1 + H2 + H + t 式中 H1凸模固定板厚度；得 H1=0.8H 凹=0.840=32mm。 H2卸料板厚度查表 10.4； t材料的厚度； H沖裁件厚度和凸模進(jìn)入凸凹模一般 410mm。則： 29 L =32+20+6.5+1.5=60mm 凸模強(qiáng)度校核：該凸模不屬于細(xì)長桿，強(qiáng)度足夠。 圖 10.3 沖孔凸模尺寸 3.凸模材料的選用 模具刃口要求有較高的耐磨性，并能承受沖裁時(shí)的沖擊力，因此應(yīng)有高的硬度 與適當(dāng)?shù)捻g性。形狀復(fù)雜且壽命要求較高的凸模選用 Cr12、Cr12MoV 等制造。 該凸模材料應(yīng)選 Cr12MoV，熱處理 5862HRC。 三、凸凹模的設(shè)計(jì)和外形尺寸計(jì)算 1.凸凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 凸凹模是復(fù)合沖裁中的主要零件。他的內(nèi)外邊緣均為刃口，內(nèi)外邊緣之間的壁 厚取決于沖裁件的尺寸。從強(qiáng)度方面考慮，其壁厚應(yīng)受最小限制。當(dāng)模具為正裝結(jié) 構(gòu)時(shí)，內(nèi)孔不積存廢料，脹力小，最小壁厚可以小些；當(dāng)模具為倒裝結(jié)構(gòu)時(shí)，若內(nèi) 孔為直筒形刃口形式，且采用下出料方式，則內(nèi)孔積存廢料，脹力大，故最小壁厚 應(yīng)大些。凸凹模的最小壁厚值，倒裝復(fù)合模的凸凹模最小壁厚見表 10.3。 表 10.3 倒裝復(fù)合模凸凹模的最小壁厚 材料厚度 mm 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2. 5 最小壁厚 a 2.7 3.2 3.6 4.0 4.4 4.9 5.2 5. 8 由于選用的是倒裝式復(fù)合模，所以查表得：最小壁厚 a=3.8。 2.凸凹模的外形尺寸計(jì)算 其長度 可按下式計(jì)算：L L = h1+h2+h （10.4） 式中 h1凸凹模固定板厚度；得 h1=0.6H 凹=0.640=24mm。 30 h2卸料板厚度；查表 10.4 取 15mm。 h附加長度（包括凸模進(jìn)入凹模深度，彈性元件安裝高度）； 根據(jù)公式（10.4）： L = h 1+h2+h =24+15+10 =49mm 表 10.4 卸料板厚度 卸料板寬度沖件厚度 tmm 50 5080 80125 125200 200 0.8 6 6 8 10 12 0.81.5 6 8 10 12 14 1.53 8 10 12 14 16 四、工作零件材料的選用 由于沖模為冷沖模，所以材料要有良好的耐磨性、高強(qiáng)度、足夠的韌性、良好 的抗疲勞性、良好的抗粘結(jié)能力、可段性、可切削性、可磨削性、熱處理工藝性等。 由上要求在該模具中沖孔凸模、凸凹模和凹模板的材料選用 Cr12MoV 鋼。Cr12MoV 剛具有較好的淬透性，很高的耐磨性，有較高的沖擊韌度。淬火、回火工藝見表 10.5。 表 10.5 Cr12MoV 鋼的淬火、回火工藝 低淬低回工藝 中淬中回工藝 高淬高回工藝 鋼號(hào) 淬火溫度 / 淬火 硬度 HRC 回火 溫度 / 淬火 溫度 / 淬火 硬度 H