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摘 要 本文是對尺寸小，精度要求相對較高，生產(chǎn)批量大的墊片進(jìn)行設(shè)計。在對墊片結(jié) 構(gòu)工藝性和材料加工工藝性正確分析的基礎(chǔ)上，采用敘述與計算相結(jié)合的方式，分別 對級進(jìn)模的沖孔、落料等工序進(jìn)行了從材料的選擇到工作零件、定位零件、卸料零件、 導(dǎo)向零件和安裝固定零件等進(jìn)行了設(shè)計。討論了思路的可行性，并對其進(jìn)行了整體和 局部的結(jié)構(gòu)設(shè)計。此級進(jìn)模的設(shè)計，對以往的學(xué)習(xí)進(jìn)行了一次綜合性的運(yùn)用，對今后 的工作也有相當(dāng)大的指導(dǎo)意義。 通過對課題的沖壓工藝的分析及模具零件的計算后，首先對主要的工作零件以及 非標(biāo)零件進(jìn)行二維圖的繪制，并且繪制本套模具的裝配圖。 關(guān)鍵詞：工藝分析； 零件設(shè)計； 模具裝配 I 目 錄 1 緒論 ............................................................................................................................1 2 沖壓件工藝分析 ........................................................................................................3 2.1 材料分析 ..............................................................................................................3 2.2 零件結(jié)構(gòu) ..............................................................................................................3 2.3 尺寸精度 ..............................................................................................................4 3 沖裁方案的確定 ........................................................................................................5 3.1 沖裁工藝方案的確定 ..........................................................................................5 3.2 沖裁工藝方法的選擇 ..........................................................................................5 3.3 確定沖壓工藝方案 ..............................................................................................6 4 模具總體結(jié)構(gòu)的確定 ................................................................................................7 4.1 模具類型的選擇 ..................................................................................................7 4.2 送料方式的選擇 ..................................................................................................7 4.3 定位方式的選擇 ..................................................................................................7 4.4 卸料、出件方式的選擇 ......................................................................................7 4.5 導(dǎo)向方式的選擇 ..................................................................................................7 5 工藝參數(shù)計算 ............................................................................................................9 5.1 排樣方式的選擇 ..................................................................................................9 5.1.1 排樣及搭邊值的計算 ...................................................................................9 5.1.2 步距和寬度的計算 .....................................................................................10 5.1.3 材料利用率的計算 .....................................................................................10 5.2 沖壓力的計算 ....................................................................................................11 5.2.1 總沖裁力的計算 .........................................................................................12 5.2.2 卸料力、推件力的計算 .............................................................................12 5.2.3 總沖壓力的計算 .........................................................................................14 5.2.4 初選壓力機(jī) .................................................................................................14 6 刃口尺寸計算 ..........................................................................................................15 6.1 沖裁間隙的確定 ................................................................................................15 II 6.2 刃口尺寸的計算及依據(jù)與法則 ........................................................................16 7 主要零部件設(shè)計 ......................................................................................................18 7.1 凹模設(shè)計 ............................................................................................................18 7.1.1 凹模刃口結(jié)構(gòu)形式的選擇 .........................................................................18 7.1.2 凹模精度與材料的確定 .............................................................................18 7.1.3 凹模外形的確定 .........................................................................................18 7.2 凸模的設(shè)計 ........................................................................................................20 7.2.1 凸模結(jié)構(gòu)的確定 .........................................................................................20 7.2.2 凸模高度的確定 .........................................................................................20 7.2.3 凸模材料的確定 .........................................................................................21 7.2.4 凸模精度的確定 .........................................................................................21 7.3 定位零件的選用 ................................................................................................22 7.4 卸料板的設(shè)計 ....................................................................................................22 7.4.1 卸料板外型設(shè)計 .........................................................................................22 7.4.2 卸料板材料的選擇 .....................................................................................23 7.4.3 卸料板整體精度的確定 .............................................................................23 7.4.4 卸料橡膠的選用 .........................................................................................23 7.6 墊板的設(shè)計 ........................................................................................................25 7.6 上下模座、模柄的選用 ....................................................................................25 7.6.1 上下模座的選用 .........................................................................................25 7.6.2 模柄的選用 .................................................................................................25 7.7 螺釘、銷釘?shù)倪x用 ............................................................................................26 8 沖壓設(shè)備的校核與選定 ..........................................................................................27 8.1 沖壓設(shè)備的校核 ................................................................................................27 8.2 沖壓設(shè)備的選用 ................................................................................................27 參考文獻(xiàn) ......................................................................................................................28 1 1 緒論 模具，作為高效率的生產(chǎn)工具的一種，它是工業(yè)生產(chǎn)中使用極為廣泛與重 要的工藝裝備。采用模具生產(chǎn)制造零件，具有生產(chǎn)效率高，可實現(xiàn)高速大批量 生產(chǎn)；節(jié)約原材料，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，具有良好的互換性。操作簡單，對操作人 員沒有很高的技術(shù)要求。利用模具批量生產(chǎn)的零件加工費(fèi)用低，所加工出的零 件與制造一次成形。不需進(jìn)行再加工，能制造出其他加工工藝方法難以加工的、 形狀比較復(fù)雜的零件。 模具工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，模具工業(yè)被稱為先進(jìn)制造技術(shù)的重要組 成部分，也標(biāo)志著一個國家的工業(yè)水平以及產(chǎn)品開發(fā)能力。隨著我國模具制造 業(yè)的不斷發(fā)展，對沖壓技術(shù)也提出了更高的要求，如：提高生產(chǎn)效益、保證產(chǎn) 品質(zhì)量、節(jié)約成本，從而取得更高的經(jīng)濟(jì)效益。 在中國人們已經(jīng)越來越認(rèn)識到模具在制造中的重要基礎(chǔ)地位，認(rèn)識到模具 技術(shù)水平的高低，已成為衡量一個國家制造業(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)展的重要動 力。此外，許多研究機(jī)構(gòu)和大專院校開展模具技術(shù)的研究和開發(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 50 余家。經(jīng)過多年的努力，在模具 CAD/CAE/CAM 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)計制造周期等方面做出了貢獻(xiàn)。 巨大的市場需求將推動中國模具的工業(yè)調(diào)整發(fā)展。雖然我國的模具工業(yè)和 技術(shù)在過去的十多年得到了快速發(fā)展，但與國外工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比仍存在較大 差距，尚不能完全滿足國民經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的需求。 近年來，沖壓成形工藝有很多新的進(jìn)展，特別是精密沖裁、精密成形、精 密剪切、復(fù)合材料成形、超塑性成形、軟模成形以及電磁成形等新工藝日新月 異，沖壓件的精度日趨精確，生產(chǎn)率也有極大提高，正在把沖壓加工提高到高 品質(zhì)的、新的發(fā)展水平。前幾年的精密沖壓主要市是指對平板零件進(jìn)行精密沖 裁，而現(xiàn)在，除了精密沖裁外還可兼有精密彎曲、壓延、壓印等，可以進(jìn)行復(fù) 雜零件的立體精密成形。過去的精密沖裁只能對厚度為 58mm 以下的中板或薄 板進(jìn)行加工，而現(xiàn)在可以對厚度達(dá) 25mm 的厚板實現(xiàn)精密沖裁，并可對 2 b900MPa 的高強(qiáng)度合金材料進(jìn)行精沖。 由于引入了 CAE，沖壓成形已從原來的對應(yīng)力應(yīng)變進(jìn)行有限元等分析而逐 步發(fā)展到采用計算機(jī)進(jìn)行工藝過程的模擬與分析，以實現(xiàn)沖壓過程的優(yōu)化設(shè)計。 在沖壓毛坯設(shè)計方面也開展了計算機(jī)輔助設(shè)計，可以對排樣或壓延毛坯進(jìn)行優(yōu) 化設(shè)計。 此外，對沖壓成形性能和成形極限的研究，沖壓件成形難度的判定以及成 形預(yù)報等技術(shù)的發(fā)展，均標(biāo)志著沖壓成形以從原來的經(jīng)驗、實驗分析階段開始 走上由沖壓理論指導(dǎo)的科學(xué)階段，使沖壓成形走向計算機(jī)輔助工程化和智能化 的發(fā)展道路。 為了滿足制件更新?lián)Q代快和生產(chǎn)批量小的發(fā)展趨勢，發(fā)展了一些新的成形 工藝( 如高能成形和旋壓等)、簡易模具（如軟模和低熔點合金模等） 、通用組合 模具和數(shù)控沖壓設(shè)備等。這樣，就使沖壓生產(chǎn)既適合大量生產(chǎn)，也同樣適用于 小批生產(chǎn)。不斷改進(jìn)板料性能，以提高其成形能力和使用效果，例如研制高強(qiáng) 度鋼板，用來生產(chǎn)汽車覆蓋件，以減輕零件重量和提高其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。 墊片是沖壓生產(chǎn)的一個典型零件，在生產(chǎn)中有很強(qiáng)的作用，其模具設(shè)計有 一定的實用價值。對于該制件我們利用先進(jìn)的模具生產(chǎn)提高生產(chǎn)效益、保證產(chǎn) 品質(zhì)量、節(jié)約成本，從而取得很高的經(jīng)濟(jì)效益。 3 2 沖壓件工藝分析 墊片年產(chǎn)量采用大批量生產(chǎn)，材料采用 H62 鋼，零件厚度為 1.5mm，未注 公差等級為 IT13，零件如圖 2-1 所示： 圖 2-1 零件簡圖 生產(chǎn)批量：大批量； 材料：H62 鋼； 材料厚度：1.5mm； 未注公差：IT13 。 2.1 材料分析 表 2-1 部分碳素鋼抗剪性能 材料名稱 牌號 抗剪強(qiáng)度 （ Mpa） 抗拉強(qiáng)度 （ Mpa） 屈服點 （ Mpa） 伸長率 （%） 碳素鋼 H62 鋼 300 380 210 30 由上表 2-1 可知：H62 鋼是碳素鋼，具有較好的沖裁成形性性能，適合要 求較高的零件。綜合評比均適合沖裁加工。 2.2 零件結(jié)構(gòu) 零件結(jié)構(gòu)形狀相對簡單，上下對稱，對沖裁加工較為有利。零件中有一個 大圓形孔，孔的直徑尺寸為 12mm，孔離工件邊緣的距離最小為 4mm。根據(jù)該 零件形狀來分析，該零件的結(jié)構(gòu)滿足沖裁要求。 4 2.3 尺寸精度 該零件上尺寸都未注尺寸公差，所以尺寸公差由公差等級表查得：對于未 注公差尺寸，屬于自由尺寸，按 IT13 查表得到： A 類尺寸的有： 、 、0.320.3940.21 B 類尺寸的有： .71 通過查公差等級表，發(fā)現(xiàn)普通沖裁能夠滿足零件精度要求。 表 2-2 常見零件公差等級表 公差等級 IT4 IT5 IT6 IT7 IT8 IT9 IT10 IT11 IT12 IT13 IT14 基本尺寸 /mm /m /mm 3 36 610 1018 1830 3050 5080 80120 120180 180250 250315 315400 400500 3 4 4 5 6 7 8 10 12 14 16 18 20 4 5 6 8 9 11 13 15 18 20 23 25 27 6 8 9 9 13 16 19 22 25 29 32 36 40 10 12 15 18 21 25 30 35 40 46 52 57 63 14 18 22 27 33 39 46 54 63 72 81 89 97 25 30 36 43 52 62 74 87 100 115 130 140 155 40 48 58 70 84 100 120 140 160 185 210 230 250 60 75 90 110 130 160 190 220 250 290 320 360 400 0.10 0.12 0.15 0.18 0.21 0.25 0.30 0.35 0.40 0.46 0.52 0.57 0.63 0.14 0.18 0.22 0.27 0.33 0.39 0.46 0.54 0.63 0.72 0.81 0.89 0.97 0.25 0.30 0.36 0.43 0.52 0.62 0.74 0.87 1.00 1.15 1.30 1.40 1.55 5 3 沖裁方案的確定 3.1 沖裁工藝方案的確定 在沖裁工藝分析和技術(shù)經(jīng)濟(jì)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(jìn)沖裁三種。 單工序沖裁是在壓力機(jī)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(jī)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(jìn)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(jī)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。 其三種工序的性能見表 3-1： 表 3-1 單工序沖裁、級進(jìn)沖裁和復(fù)合沖裁性能 比較項目 單工序模 復(fù)合模 級進(jìn)模 生產(chǎn)批量 小批量 中批量和大批量 中批量和大批量 沖壓精度 較低 較高 較高 沖壓生產(chǎn)率 低，壓力機(jī)一次行程 內(nèi)只能完成一個工序 較高，壓力機(jī)一次 行程內(nèi)可完成二個 以上工序 高，壓力機(jī)在一次行 程內(nèi)能完成多個工序 實現(xiàn)操作機(jī)械化 自動化的可能性 較易，尤其適合于多 工位壓力機(jī)上實現(xiàn)自 動化 制件和廢料排除較 復(fù)雜，只能在單機(jī) 上實現(xiàn)部分機(jī)械操 作 容易，尤其適應(yīng)于單 機(jī)上實現(xiàn)自動化 生產(chǎn)通用性 通用性好，適合于中 小批量生產(chǎn)及大型零 件的大量生產(chǎn) 通用性較差，僅適 合于大批量生產(chǎn) 通用性較差，僅適合 于中小型零件的大批 量生產(chǎn) 沖模制造的復(fù)雜 性和價格 結(jié)構(gòu)簡單，制造周期 短，價格低 沖裁較復(fù)雜零件時， 比級進(jìn)模低 沖裁較簡單零件時低 于復(fù)合模 6 3.3 確定沖壓工藝方案 沖裁工序分為單工序沖裁、復(fù)合沖裁和級進(jìn)沖裁三種。 方案一：先落料，后沖孔。單工序沖裁是在壓力機(jī)一次行程內(nèi)只完成一個 沖壓工序的沖裁模。 方案二：落料沖孔復(fù)合沖壓，采用復(fù)合模生產(chǎn)。復(fù)合沖裁是在壓力機(jī)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。 方案三：級進(jìn)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(jī)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。 方案一模具結(jié)構(gòu)簡單，但需兩道工序兩副模具，生產(chǎn)效率低，難以滿足該 零件的年產(chǎn)量要求。 方案二只需一副模具，沖壓的形狀精度和尺寸容易保證且生產(chǎn)效率也高， 但是由于工件的孔離邊緣比較近，模具設(shè)計時，凸凹模的壁厚太薄，容易導(dǎo)致 凸凹模的強(qiáng)度和剛度降低，模具壽命大大降低。 方案三只需一副模具，生產(chǎn)效率很高，但零件的沖裁精度稍差。但是可以 在模具上設(shè)置導(dǎo)正銷導(dǎo)正，所以能夠滿足生產(chǎn)的需要。 通過對上述三種方案的分析比較，該零件的的幾何形狀簡單，孔邊距較小， 故沖壓生產(chǎn)采用方案三為佳。 7 4 模具總體結(jié)構(gòu)的確定 4.1 模具類型的選擇 由以上沖壓工藝分析可知，采用級進(jìn)模沖壓。 4.2 送料方式的選擇 由于零件的生產(chǎn)批量是大批量及模具類型的確定，合理安排生產(chǎn)可采用左 右自動送料方式。 4.3 定位方式的選擇 因為該模具采用的是條料，控制條料的送進(jìn)方向采用導(dǎo)料板，無側(cè)壓裝置。 控制條料的送進(jìn)布距采用擋料銷定距。而第一件的沖壓位置靠始用擋料銷來定。 4.4 卸料、出件方式的選擇 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)卸料版只起卸料作用時與凸模間隙隨材料厚度的增大而增加， 單邊間隙?。?.20.5）t。當(dāng)固定卸料板還要起到對凸模的導(dǎo)向作用時卸料板 與凸模的配合間隙應(yīng)該小于沖裁間隙，此時要求凸模卸料時不能完全脫離卸料 板。主要用于卸料力較大，材料厚度大于 2mm 的材料。 彈性卸料具有卸料與壓料的雙重作用，主要用在沖料厚在 2mm 及以下厚度 的板料，卸料板與凸模之間的單邊間隙選擇（0.10.2）t，若彈性卸料板還要 起對凸模導(dǎo)向作用時，二者的配合間隙性小于沖裁間隙，常用作落料模、沖孔 模、癥狀復(fù)合模的卸料裝置。由于有壓料作用，沖裁件比較平整。彈壓卸料板 與彈性元件、卸料螺釘組成彈壓裝置。 工件平直度較高，料厚為 1.5mm 相對較薄，卸料力不大，由于彈性卸料模 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)狀態(tài)，且彈性卸 料板對工件施加的柔性力，不會損傷工件表面，故可采用彈性卸料。 4.5 導(dǎo)向方式的選擇 方案一：采用對角導(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(jìn)?；蚩v向送料的落料 模、復(fù)合模。 方案二：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。因為導(dǎo)柱安裝在后側(cè)，操作者可以看見條料在模具中的送進(jìn)動作。但 8 是不能使用浮動模柄。 方案三：采用四導(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及大量生產(chǎn)用的自動沖壓模 架。 方案四：采用中間導(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。只能一個方向送料。 （a）中間導(dǎo)柱 （b）后側(cè)導(dǎo)柱 （c ）對角導(dǎo)柱 （d）四角導(dǎo)柱 圖 4-1 導(dǎo)柱模架 （1）下模座 （2）導(dǎo)柱 （3）導(dǎo)套 （4）上模座 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，為提高模具壽命和工 件質(zhì)量，采用后側(cè)導(dǎo)柱模架，操作者可以看見條料在模具中的送進(jìn)動作。由于 前面和左、右不受限制，能滿足工件成型的要求。即方案二最佳。 9 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。因此有下列三種方案： 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。 采用少、無廢料排樣法，材料利用率高，不但有利于一次沖程獲得多個制 件，而且可以簡化模具結(jié)構(gòu)，降低沖裁力，但受條料寬度誤差及條料導(dǎo)向誤差 的影響，沖裁件的尺寸精度不易保證，故應(yīng)采用方案一。 分析零件形狀，應(yīng)采用單直排的排樣方式。排樣示意圖如圖 5-1 所示。 圖 5-1 排樣示意圖 10 5.1.1 排樣及搭邊值的計算 在條料上沖裁時，工件之間以及工件和條料側(cè)邊之間的余料稱為搭邊。搭 邊的作用是：補(bǔ)償送料誤差，以保證沖出合格產(chǎn)品；保持條料剛度利于送料， 避免廢料絲進(jìn)入模具間隙損壞模具。搭邊值要合理確定，從節(jié)省材料出發(fā)，搭 邊值越小越好，但搭邊值小于一定數(shù)值后，對模具壽命和剪切表面質(zhì)量不利。 綜合考慮工件質(zhì)量及成本，根據(jù)零件形狀尺寸，材料厚度，材料的力學(xué)性能以 及送料及擋料方式，我們來選擇合理的搭邊值。 此次設(shè)計采用的是彈性卸料裝置，根據(jù)查表 5-1 確定工件的搭邊值為 1.5mm、側(cè)搭邊 1.8mm。 表5-1 搭邊 a和a 1數(shù)值 mm 圓件及 r2t 的工件 矩形工件邊長 L50mm 矩形工件邊長 L50mm 或 r2t 的工件 材料厚度 工件間 a1 沿邊 a 工件間 a1 沿邊 a 工件間 a1 沿邊 a 0.25 0.250.5 0.50.8 0.81.2 1.21.6 1.62.0 2.02.5 2.53.0 3.03.5 1.8 1.2 1.0 0.8 1.0 1.2 1.5 1.8 2.2 2.0 1.5 1.2 1.0 1.2 1.5 1.8 2.2 2.5 2.2 1.8 1.5 1.2 1.5 1.8 2.0 2.2 2.5 2.5 2.0 1.8 1.5 1.8 2.0 2.2 2.5 2.8 2.8 2.2 1.8 1.5 1.8 2.0 2.2 2.5 2.8 3.0 2.5 2.0 1.8 2.0 2.2 2.5 2.8 3.2 5.1.2 步距和寬度的計算 采用直對排的排樣方案，如圖 5-2 所示： 送料步距 A：送料步距的大小應(yīng)為條料上沖裁件的對應(yīng)點之間的距離，每 次沖二個零件的步距按式：ADa1，A20+1.521.5mm 條料寬度 B：B=43.6mm 11 5.1.3 材料利用率的計算 =S/BA100% 式中 一個步距內(nèi)零件的實際面積1S 一個步距內(nèi)所需毛坯面積0 A送料步距 B條料寬度 帶入數(shù)據(jù)可得： =S/BA100%=518.5/43.6mm21.5mm100%55.31% 圖 5-2 零件排樣圖 5.2 沖壓力的計算 計算沖裁力是為了選擇合適的壓力機(jī)，設(shè)計模具和檢驗?zāi)＞叩膹?qiáng)度，壓力 機(jī)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 一般可以按下式計算： Fp=KptL (5-4) 式中:-材料抗剪強(qiáng)度； 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（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)Kp，一般取13。當(dāng)查不到抗剪強(qiáng)度時，可以用抗拉強(qiáng)度b代替，而取 12 Kp=1.3的近似計算法計算。 的數(shù)值取決于材料的種類和坯料的原始狀態(tài)，可在設(shè)計資料及有關(guān)手冊 中查找，本設(shè)計 取值的通過查下表確定，材料為 H62 鋼，厚度 t=0.5mm，取 =300MPa。 5.2.1 總沖裁力的計算 由于沖裁模具采用彈性卸料裝置。 F 沖 = F1+F2 (5-5) 式中: F 沖 -總沖裁力； F1-落料時的沖裁力； F2-沖孔時的沖裁力。 （1）落料力計算 按上式： Fp=KptL 式中： F 落 落料力（ N） ； L工件外輪廓周長（mm） ； T材料厚度（mm） ，t=0.5mm； 材料抗剪強(qiáng)度（ MPa） 。材料為 H62 鋼，由查表， 。30MPa 根據(jù)零件圖可算落料輪廓長度 L=105.04mm 則 F1=KptL1 =1.30.5105.04300 =20483（N） （2）沖孔力 Fp=KptL 式中 沖孔力（N） ；沖 孔F L工件外輪廓周長（mm） ； T材料厚度（mm） ，t=1.5mm； 材料抗剪強(qiáng)度（ MPa） 。由查表， 。30MPa 根據(jù)零件圖可算沖孔輪廓長度 L=37.7(mm) 則 F2=KptL2 =1.30.537.7300 13 =7352（N） 總沖裁力：F= 20483+7352=27835 （N） 5.2.2 卸料力、推件力的計算 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(kuò)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刮下，將梗塞在凹模內(nèi)的制件或廢料向下推 出或向上頂出。從凸模上刮下材料所需的力，稱為卸料力；從凹模內(nèi)向下推出 制件或廢料所需的力，稱為推料力。 模具采用彈性卸料裝置和推件結(jié)構(gòu)，凹模型口直壁高度 h=6mm，所需卸料 力 F 卸 和推件力 F 推 分別為： 推件力、卸料力計算公式如下： F 推 =nK 推 F 沖 (5-6) F 卸 = K 卸 F 落 (5-7) 式中：F 推-推件力； F 卸-卸料力； F 沖-沖裁力； K 卸-卸料力系數(shù)； K 推-推件力系數(shù)； n-卡在凹模里的工件個數(shù)，n=h/t。 表 5-2 卸料力、推件力和頂件力系數(shù) mm 料厚/mm K 卸 K 推 K 頂 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 0.020.02 0.1 0.063 0.055 0.045 0.025 0.14 0.08 0.06 0.05 0.03 鋁及鋁合金 紫銅、黃銅 0.0250.08 0.020.06 0.030.07 0.030.09 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。 K 推-推件力系數(shù)通過查表 4-1 確定，推件力系數(shù)取 K 推0.063； 由公式得： 推件力 F 推 =nK 推 F 沖 14 =100.06327835 =17536（N） K 卸 卸料力系數(shù)通過查表確定，卸料力系數(shù)取 K 卸 0.05； 由公式得： 卸料力 F 卸 = K 卸 F 落 =0.0527835 =1392（N） 5.2.3 總沖壓力的計算 F= F 總 +F 卸 +F 推 =27835+17536+1392 =46763（N） 5.2.4 初選壓力機(jī) 壓力機(jī)可分為機(jī)械式和液壓式，機(jī)械式分為摩擦壓力機(jī)、曲柄壓力機(jī)、高 速沖床，液壓式分為油壓機(jī)、水壓機(jī)，而在生產(chǎn)中一般常選用曲柄壓力機(jī)，曲 柄壓力機(jī)分有開式和閉式兩種，開式機(jī)身形狀似英文字母 C，其機(jī)身前端及左 右均敞開，操作可見大，但機(jī)身剛度差，壓力機(jī)在工作負(fù)荷作用下會產(chǎn)生變形， 一般壓力機(jī)噸位不超過 2000KW。閉式機(jī)左右兩側(cè)封閉，操作不方便，但機(jī)身 剛度好，壓力機(jī)精度高?？紤]到經(jīng)濟(jì)性能、加工要求和操作方便在此選開式壓 力機(jī)。根據(jù)以上計算數(shù)值，查下表 5-3 初選壓力機(jī)為 J23-16 型壓力機(jī)。 表 5-3 開式壓力機(jī)規(guī)格及參數(shù) 型號 J23-10 J23-16 J23-25 J23-35 J23-40 公稱壓力/KN 100 160 250 350 400 滑塊行程/mm 45 55 65 100 100 最大閉合高度/mm 180 220 270 290 330 閉合高度調(diào)節(jié)/mm 35 45 55 60 65 前后 150 180 220 220 260滑塊底面 尺寸/mm 左右 170 200 250 250 300 工作臺板厚度/mm 35 40 50 290 65 模柄孔尺 寸 /mm 直徑 30 40 40 40 50 深度 35 60 60 60 70 15 16 6 刃口尺寸計算 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 沖裁間隙是影響沖裁工序最重要的工藝參數(shù)，其定義為沖裁凸模與凹模之 間的空隙尺寸，如圖 6-1 所示。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。沖 裁過程中模具的失效形式一般有磨損、變形、崩刀和凹模刃口脹裂四種。間隙 大小主要對模具磨損及脹裂產(chǎn)生影響,間隙增大可以使沖裁力、卸料力等減小， 因而模具的磨損也減小。但當(dāng)間隙繼續(xù)增大時，卸料力增加，又影響模具壽命。 一般間隙為（10%15% ） t 時的磨損最小，模具壽命較高。 圖 6-1 沖裁間隙圖 由于沖裁間隙對斷面質(zhì)量、工件尺寸精度、模具壽命、沖裁力等的影響規(guī) 律并非一致，所以，并不存在一個絕對合理的間隙數(shù)值，能同時滿足斷面質(zhì)量 最佳、尺寸精度最高、模具壽命最長、沖裁力最小等各方面的要求。所以在實 際生產(chǎn)中，其總的原則應(yīng)該是在保證滿足沖裁件剪切斷面質(zhì)量和尺寸精度的前 提下，使模具壽命達(dá)到最長。目前在生產(chǎn)中，廣泛采用經(jīng)驗法和查表法來確定 合理的間隙植。本套模具采用查表法予以確定其間隙植。 根據(jù)實用間隙表 6-1 查得材料 H62 鋼的最小雙面間隙 Zmin=0.04mm，最大 雙面間隙 Zmax=0.06mm。 17 表 6-1 沖裁模初始雙邊間隙值 mm 材料 厚度 08、10、20、35 、 09Mn、Q235 16Mn 40、50 65Mn Zmin Zmax Zmin Zmax Zmin Zmax Zmin Zmax 小于 0.5 極小間隙（或無間隙） 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.2 1.5 1.75 2.0 2.1 2.5 2.75 0.040 0.048 0.064 0.072 0.092 0.100 0.126 0.132 0.220 0.246 0.260 0.260 0.400 0.060 0.072 0.092 0.104 0.126 0.140 0.180 0.240 0.320 0.360 0.380 0.500 0.560 0.040 0.048 0.064 0.072 0.090 0.100 0.132 0.170 0.220 0.260 0.280 0.380 0.420 0.060 0.072 0.092 0.104 0.126 0.140 0.180 0.240 0.320 0.380 0.400 0.540 0.600 0.040 0.048 0.064 0.072 0.090 0.100 0.132 0.170 0.220 0.260 0.280 0.380 0.420 0.060 0.072 0.092 0.104 0.126 0.140 0.180 0.240 0.320 0.380 0.400 0.540 0.600 0.040 0.048 0.064 0.064 0.090 0.090 0.060 0.072 0.092 0.092 0.126 0.126 6.2 刃口尺寸的計算及依據(jù)與法則 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，是沖裁模具設(shè)計中的一項重要工作。 凸模、凹模工作部分尺寸即凸、凹模刃口尺寸的計算，有兩種計算方法，第 一種計算方式是凸模與凹模圖樣分別加工法計算；第二種計算方法是凸模與凹 模配作法。 該沖件尺寸較多，若采用分開加工法計算，計算繁瑣，且計算量較大，不宜 采用，故采用第二種算法：凸模與凹模配作法。 該沖件采用第二種算法：凸模與凹模配作法。 18 （1）凸模或凹模磨損后會增大的尺寸---第一類尺寸 A Aj=（Amax-x） 0+（1/4 ） （2）凸?；虬寄Ｄp后會減小的尺寸---第一類尺寸 B Bj=（Bmax+x ） 0-（1/4） （3）凸?；虬寄Ｄp后基本不變的尺寸---第一類尺寸 C Cj=（Bmax+0.5 ）1/8 其中，x 為磨損系數(shù)。 查表得： 工件精度 IT10 級以上 x=1 工件精度 IT1-IT12 x=0.75 工件精度 IT13-IT14 x=0.5 因為本工件尺寸均為基本尺寸，故按 IT13 級精度，x=0.75。 在所有的尺寸中， A 類尺寸的有： 、 、0.320.3940.21 B 類尺寸的有： .71 注：凸?；虬寄Ｄp后將會增大的尺寸第一類尺寸 A。 凸模或凹模磨損后將會減小的尺寸第二類尺寸 B。 其中，x 為磨損系數(shù)。 具體計算如表 6-2。 表 6-2 工作零件刃口尺寸計算 尺寸類型 公稱尺寸 公式 計算后尺寸 備注0.32 0.819750.394 0.13 A 0.21 )4/1(0max(Aj 0.5984 B 0.27 0)4/1(in(xBj 0.72 凸凹模尺寸中落 料凸模刃口尺寸 與落料凹模尺寸 配作，沖孔凹模 刃口尺寸與沖孔 凸模刃口尺寸配 作，保證雙邊間 隙為 0.04- 0.06。 19 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)雜程度不同，但組成模具的零件種類是基 本相同的，根據(jù)它們在模具中的功用和特點，可以分為工藝零件和結(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，銷釘起零件的定位作用，采用擋料 銷送進(jìn)定距和導(dǎo)料銷送進(jìn)定位，無側(cè)壓裝置。下面就分別介紹各個零部件的設(shè) 計方法。 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錐形兩種，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 刃口為直通式，該類型刃口強(qiáng)度高，修磨后刃口尺寸不變。 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 IT11 級，內(nèi)型腔精 度為 IT7 級，表面粗糙度為 Ra3.2um，上下平面的平行度為 0.02，材料選 Cr12。 7.1.3 凹模外形的確定 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(qiáng)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 c1.5H （7- 2） 凹模板邊長 L=b1+2c （7- 3） 凹模板邊寬 B=b2+2c （7- 4） 20 式中：b 1-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 13 36 50 0.300.40 0.350.50 0.450.60 50100 0.200.30 0.220.35 0.300.45 100200 0.150.20 0.180.22 0.220.30 200 0.100.15 0.120.18 0.150.22 查表7-1 得：K=0.4。 根據(jù)公式（7-1）可計算落料凹模板的尺寸： 凹模厚度： H=Kb2 =16（mm） 根據(jù)公式（7-2）可計算凹模邊壁厚： c1.5H =1.516 =24（mm） 取凹模邊壁厚為30mm。 根據(jù)凹模厚度和邊壁厚可確定凹模板的長、寬的尺寸。 取凹模為：LBH=125mm100mm20mm。 凹模外形簡圖如圖 7-1 所示： 21 圖7-1 凹模 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。因為該制件形狀不復(fù)雜，所以 將落料模設(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， 凸模與凸模固定板的配合按 H7/m6。 7.2.2 凸模高度的確定 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7-2所示。 22 圖7-2 凸模高度尺寸 凸模高度為： L=h1+h2+（12） (7-5) 式中: h1-凸模固定板厚度，可得：h1=15mm； h2-卸料板及其他厚度，可得：h2=34.5mm； 12- 附加長度。 附加長度包括凸模的修磨量，凸模進(jìn)入凸凹模的深度。 （附加長度取 1.5mm） 由公式(7-5)得： L=15+34.5+1.5=51(mm) 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 T10A，熱處理 5862HRC。 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 IT7 級，表面粗糙度 為 Ra1.6um。 圖 7-3 沖孔凸模 23 圖 7-4 落料凸模 7.3 定位零件的選用 定位零件為擋料銷和導(dǎo)料銷，選取時，應(yīng)注意以下幾點： （1）工件外形簡單時，應(yīng)以外形定位，外形復(fù)雜時以內(nèi)孔定位。 （2）定位要可靠，放置毛坯和取出工件要方便，確保操作安全。 （3）若工件需要經(jīng)過幾道工序完成時，各套沖模應(yīng)盡可能利用工件上同一 位基準(zhǔn)，避免累積誤差。 在此選用機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) GB/T7649.10-94 中的固定擋料銷，作為該模具中的 擋料銷和導(dǎo)料銷。 選取該模具的擋料銷的直徑 d10mm 的活動擋料銷。同時利用導(dǎo)正銷進(jìn)行 精確的定位。 7.4 卸料板的設(shè)計 7.4.1 卸料板外型設(shè)計 在沖壓工藝分析中已經(jīng)選擇了彈性卸料裝置，采用卸料板進(jìn)行卸料。卸料 板不僅有卸料作用，還具有用凸凹模導(dǎo)向，對凸凹模起保護(hù)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 7-4 確定，取 0.05mm。 24 卸料板的厚度查表 7-5，卸料板與凹模的外形尺寸相同，厚度為 14.5mm， 根據(jù)凹模的尺寸，從而可以確定卸料板的尺寸 125mm100mm14.5mm。 7.4.2 卸料板材料的選擇 卸料板主要是起卸料的作用，對它的強(qiáng)度和硬度要求較高，所以材料選擇 是 45 鋼。45 鋼是優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，它的質(zhì)量較好，含碳量（0.45%）波動小， 性能較穩(wěn)定。經(jīng)過熱處理（調(diào)質(zhì)）后具有良好的綜合力學(xué)性能，即具有較高的 強(qiáng)度、硬度，又具有較好的塑性、韌性。 7.4.3 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，粗糙度為 Ra3.2；而內(nèi) 輪廓的精度要求比外輪廓的要求稍高，所以選取 IT11 級，粗糙度為 Ra1.6；兩 個螺紋孔和擋料銷、導(dǎo)料銷有定位的作用，所以精度要求要高一些為 IT7 級， 粗糙度為 Ra3.2。 7.4.4 卸料橡膠的選用 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，占據(jù)空間尺寸較小， 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。 卸料橡膠的選用與計算步驟： （1）確定自由高度 H 自 H 自=L 工/（0.250.30）+h 修模 （7-6） 式中：L 工-沖模的工作行程，對沖裁模而言，L 工=t+1； h 修模-預(yù)留的修模量，根據(jù)模具設(shè)計壽命一般取 46 mm。 根據(jù)公式（7-7）得： H 自=L 工/（0.25 0.30）+h 修模 =3/（0.250.30 ）+ （46） =（10 12） +（46） =1418 =16（mm ） （2）確定 L 預(yù) 和 H 裝 L 預(yù)=（0.10.15）H 自 （7-7） 25 式中：