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本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
題目：汽車穩(wěn)定桿卡子沖壓模具設(shè)計(jì)
系 別： 機(jī)電信息系
專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班 級(jí)：
學(xué) 生：
學(xué) 號(hào)：
指導(dǎo)教師：
2013年05月
汽車穩(wěn)定桿卡子沖壓模具設(shè)計(jì)
摘 要
本文介紹的模具實(shí)例結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單實(shí)用，使用方便可靠，首先根據(jù)工件圖算工件的展開尺寸，在根據(jù)展開尺寸算該零件的壓力中心，材料利用率，畫排樣圖。根據(jù)零件的幾何形狀要求和尺寸的分析，采用復(fù)合模沖壓，這樣有利于提高生產(chǎn)效率，模具設(shè)計(jì)和制造也相對(duì)于簡(jiǎn)單。當(dāng)所有的參數(shù)計(jì)算完后，對(duì)磨具的裝配方案，對(duì)主要零件的設(shè)計(jì)和裝配要求技術(shù)要求都進(jìn)行了分析。
在設(shè)計(jì)過程中除了設(shè)計(jì)說明書外，還包括模具的裝配圖，非標(biāo)準(zhǔn)零件的零件圖，工件的加工工藝卡片，工藝規(guī)程卡片，非標(biāo)準(zhǔn)零件的加工工藝過程卡片。
關(guān)鍵詞：復(fù)合模 ；沖壓 ；設(shè)計(jì)
Design of automobile stable bar clip stamping die
Abstract
This article introduced mold example structure simple and practical, convenient and reliable use, according to the dimension of workpiece is the workpiece, in the center of pressure parts according to the size, material utilization ratio, drawing layout. According to the analysis of the geometric shape and size requirements, the use of compound die stamping, which helps to improve the efficiency of production, mold design and manufacturing are also relative to the simple. When all of the parameter calculation is finished, assembly scheme to the tool, the main parts of the design and assembly requirements of the technical requirements are analyzed.
In the design process, in addition to the design specifications, but also including the mold assembly drawing, non-standard parts drawings, the workpiece card processing technology, process cards, process cards non standard parts.
Keywords: compound die punching; design;
II
目 錄
1 緒 論 1
2 沖裁工件件的工藝分析 2
3 確定工藝方案及模具的結(jié)構(gòu)形式 3
4 模具總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4
4.1 模具類型的選擇 4
4.2定位方式的選擇 4
4.3卸料方式的選擇 4
4.4導(dǎo)向方式的選擇 4
5 模具設(shè)計(jì)工藝計(jì)算 5
5.1計(jì)算毛坯尺寸 5
5.2排樣、計(jì)算條料寬度及步距的確定 5
5.2.1搭邊值的確定 5
5.2.2條料寬度的確定 7
5.2.3 送料步距的確定 7
5.2.4 排樣 8
5.2.5材料利用率的計(jì)算 8
6 沖裁力的計(jì)算 11
6.1計(jì)算沖裁力的公式 11
6.2 總沖裁力、卸料力、推料力、頂件力、彎曲力和總沖壓力 11
6.2.1 總沖裁力 12
6.2.2 卸料力FQ的計(jì)算 13
6.2.3推件力FQ1的計(jì)算 13
6.2.4頂件力FQ2的計(jì)算 13
6.2.5總的沖壓力的計(jì)算 13
7 模具壓力中心與計(jì)算 14
8 沖裁模間隙的確定 15
9 沖裁凸模、凹模刃口尺寸的計(jì)算 17
9.1凸、凹模刃口尺寸計(jì)算的基本原則 17
9.2凸、凹模刃口尺寸的計(jì)算 18
9.3計(jì)算凸、凹模刃口的尺寸的計(jì)算公式 19
9.4沖裁刃口高度 21
III
9.5彎曲部分刃口尺寸的計(jì)算 21
9.5.1最小相對(duì)彎曲半徑rmin/t 21
9.5.2彎曲部分工作尺寸的計(jì)算 22
10 主要零部件的設(shè)計(jì) 26
10.1 工作零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 26
10.1.1凸凹模的設(shè)計(jì) 26
10.1.2外形凸模的設(shè)計(jì) 26
10.1.3內(nèi)孔凸模設(shè)計(jì) 27
10.1.4彎曲凸模的設(shè)計(jì) 27
10.2卸料部分的設(shè)計(jì) 27
10.2.1卸料板的設(shè)計(jì) 27
10.2.2卸料彈簧的設(shè)計(jì) 28
10.3定位零件的設(shè)計(jì) 29
10.4模架及其它零件的設(shè)計(jì) 30
10.4.1上下模座 30
10.4.2模柄 30
10.4.3模具的閉合高度 31
11 模具總裝圖 32
12 壓力機(jī)的選擇 33
總 結(jié) 34
致謝 35
參考文獻(xiàn) 36
附錄1 37
附錄2 38
附錄3 39
附錄4 40
附錄5 41
IV
1 緒論
1 緒論
改革開放以來，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，工業(yè)產(chǎn)品的品種和數(shù)量的不斷增加，更新?lián)Q代的不斷加快，在現(xiàn)代制造業(yè)中，企業(yè)的生產(chǎn)一方面朝著多品種、小批量和多樣式的方向發(fā)展，加快換型，采用柔性化加工，以適應(yīng)不同用戶的需要；另一方面朝著大批量，高效率生產(chǎn)的方向發(fā)展，以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和生產(chǎn)規(guī)模來創(chuàng)造更多效益，生產(chǎn)上采取專用設(shè)備生產(chǎn)的方式。模具，做為高效率的生產(chǎn)工具的一種，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)制品和零件，具有生產(chǎn)效率高，可實(shí)現(xiàn)高速大批量的生產(chǎn)；節(jié)約原材料，實(shí)現(xiàn)無切屑加工；產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，具有良好的互換性；操作簡(jiǎn)單，對(duì)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件可以一次成形，不需進(jìn)行再加工；能制造出其它加工工藝方法難以加工、形狀比較復(fù)雜的零件制品；
容易實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的自動(dòng)化的特點(diǎn)。
43
2 沖裁工件間的工藝分析
2 沖裁工件間的工藝分析
如圖2.1所示零件圖。
生產(chǎn)批量：大批量;
材料： Q235;厚度2mm
圖2.1 零件圖
該材料，經(jīng)退火及時(shí)效處理，具有較高的強(qiáng)度、硬度，適合做中等強(qiáng)度的零件。
尺寸精度：零件圖上的尺寸均未標(biāo)注公差，屬自由尺寸，可安IT14級(jí)確定工件的公差。
經(jīng)查公差表，各尺寸公差為： 100 0-0.52 ?350 +0。30
兩個(gè)孔的位置公差為：
工件結(jié)構(gòu)形狀：工件簡(jiǎn)單，對(duì)稱有利于材料的合理利用，制件需要進(jìn)行落料、沖孔兩道基本工序，尺寸較小。
結(jié)論：該制件可以進(jìn)行沖裁
制件為大批量生產(chǎn)，應(yīng)重視模具材料和結(jié)構(gòu)的選擇，保證磨具的復(fù)雜程度和模具的壽命。
3 確定工藝方案及模具的結(jié)構(gòu)形式
3 確定工藝方案及模具的結(jié)構(gòu)形式
根據(jù)制件的工藝分析，其基本工序有落料、沖孔、兩道基本工序，按其先后順序組合，可得如下幾種方案;
(1) 落料———沖孔；單工序模沖壓
(2) 沖孔——落料；單工序模沖壓。
(3) 落料—沖孔；復(fù)合模沖壓
方案（1）（2）屬于單工序模沖裁工序沖裁模指在壓力機(jī)一次行程內(nèi)
完成一個(gè)沖壓工序的沖裁模。由于此制件生產(chǎn)批量大，尺寸又較小這兩種方案生產(chǎn)效率較低，操作也不安全，勞動(dòng)強(qiáng)度大，故不宜采用。
方案（3）屬于復(fù)合沖裁模，復(fù)合沖裁模是指在一次工作行程中，在模具同一部位同時(shí)完成數(shù)道沖壓工序的模具。采用復(fù)合模沖裁，其模具結(jié)構(gòu)沒有單工序模復(fù)雜減少了模具的個(gè)數(shù)，也避免了不同模具間產(chǎn)生的誤差，生產(chǎn)效率也很高，又降低的工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，所以此方案最為合適。
根據(jù)分析采用方案（3）復(fù)合沖裁。
4 模具總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
4 模具總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
4.1 模具類型的選擇
???? ?由沖壓工藝分析可知，采用復(fù)合沖壓，所以模具類型為復(fù)合模。
4.2定位方式的選擇
? ?因?yàn)樵撃＞卟捎玫氖菞l料，控制條料的送進(jìn)方向采用導(dǎo)料銷，有側(cè)壓裝置。控制條料的送進(jìn)步距采用導(dǎo)正銷定距。
4.3卸料方式的選擇
? 因?yàn)楣ぜ虾駷?mm，相對(duì)較薄，卸料力不大，故可采用彈性料裝置卸料。
4.4導(dǎo)向方式的選擇
? 為了提高模具壽命和工件質(zhì)量，方便安裝調(diào)整，該復(fù)合模采用對(duì)角導(dǎo)柱的導(dǎo)向方式。
5 模具設(shè)計(jì)工藝計(jì)算
5 模具設(shè)計(jì)工藝計(jì)算
圖5.2 尺寸展開圖
5.1計(jì)算毛坯尺寸
根據(jù)圖示得：工件的展開尺寸為627.37×100（mm）,如圖4—2所示。
比例1:10
5.2排樣、計(jì)算條料寬度及步距的確定
5.2.1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：
補(bǔ)償剪裁誤差、送料步距誤差以及補(bǔ)償因條料與導(dǎo)料之間的間隙所造成的送料歪斜誤差。
使凸凹模刃口雙邊受力，保持條料有一定的剛度，以保證零件質(zhì)量和送料方便。
搭邊的數(shù)值：
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
a. 搭邊值應(yīng)合理選擇，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)還有拉入凸、凹模間隙中損壞模具刃口，降低模具壽命。或影響送料工作。
b. 搭邊的合理數(shù)值就是在保證沖裁件質(zhì)量、保證模具較長(zhǎng)壽命、保證自動(dòng)送料到位條件下允許的最小值。
c. 搭邊的合理數(shù)值主要取決于材料厚度、材料種類、沖裁件的大小以及沖裁件的輪廓形狀等
搭邊值通常由經(jīng)驗(yàn)確定，如表5--2所列搭邊值為普通沖裁時(shí)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)之一。
表5.2 搭邊和數(shù)值9(低碳鋼)
材料厚度
圓件及r＞2t的工件
矩形工件邊長(zhǎng)L＜50mm
矩形工件邊長(zhǎng)L＞50mm
或r＜2t的工件
工件間
側(cè)面
工件間
側(cè)面
工件間
側(cè)面
＜ 0.25
0.25~0.5
0.5~0.8
0.8~1.2
1.2~1.6
1.6~2.0
2.0~2.5
2.5~3.0
3.0~3.5
3.5~4.0
4.0~5.0
5.0~12
1.8
1.2
1.0
0.8
1.0
1.2
1.5
1.8
2.2
2.5
3.0
0.6t
2.0
1.5
1.2
1.0
1.2
1.5
1.8
2.2
2.5
2.8
3.5
0.7t
2.2
1.8
1.5
1.2
1.5
1.8
2.0
2.2
2.5
2.5
3.5
0.7t
2.5
2.0
1.8
1.5
1.8
2.0
2.2
2.5
2.8
3.2
4.0
0.8t
2.8
2.2
1.8
1.5
1.8
2.0
2.2
2.5
2.8
3.2
4.0
0.8t
3.0
2.5
2.0
1.8
2.0
2.2
2.5
2.8
3.2
3.5
4.5
0.9t
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.表5.2給出了低碳鋼的搭邊值。
對(duì)于其他材料的應(yīng)將表中的數(shù)值乘以下列數(shù)進(jìn)行適當(dāng)修正：
中碳鋼（WC0.3%～0.45%） 0.9
高碳鋼（WC0.5%～0.65%） 0.8
硬黃銅 1～1.1
硬鋁 1～1.2
軟黃銅，純銅 1.2
鋁 1.3—1.4
非金屬（皮革、纖維、紙等） 1.5—2
該制件是矩形工件且邊長(zhǎng)L>50，根據(jù)尺寸從表5.2中查出：兩制件之間的搭邊值a=2.2（mm）,側(cè)搭邊值=2.5(mm)。
由于該制件的材料是Q235屬于低碳鋼，所以兩制件之間的搭邊值為：
取a=2.2mm
側(cè)搭邊值 取=2.5mm
5.2.2條料寬度的確定
計(jì)算條料寬度有三種情況需要考慮；
a 有側(cè)壓裝置時(shí)條料的寬度。
b 無側(cè)壓裝置時(shí)條料的寬度。
c 有定距側(cè)刃時(shí)條料的寬度。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)。
條料寬度公式：
B=（D+2） 公式（5.1）其中條料寬度偏差上偏差為0，下偏差為，見表5—3條料寬度偏差。
D ——沖裁件與送料方向垂直的最大尺寸。
——側(cè)搭邊值。
------板料剪裁時(shí)的下偏差(見表5.3)
查表5.3條料寬度偏差為0.3
根據(jù)公式4 —1 B=（D+2+）
=（100+2×2.5+0.1）0-0.1
=105.10-0.1
表5.3 條料寬度公差(mm)
條料寬度
B/mm
材料厚度t/mm
～0.5
>0.5～1
>1～2
～20
0.05
0.08
0.10
>20～30
0.08
0.10
0.15
>30～50
0.10
0.15
0.20
>50~90
0.12
0.20
0.25
>90
0.15
.024
0.30
5.2.3 送料步距的確定
送料步距公式：
A=D+a 公式（5.2）
D---- 平行于送料方向的沖裁件寬度。
a——沖裁件之間的搭邊值（mm）；
查表5.2得a=2.2mm
根據(jù)公式5.2 A= D+a
=627.33+2.2
=629.53（mm）
5.2.4 排樣
根據(jù)材料經(jīng)濟(jì)利用程度，排樣方法可以分為有廢料、少?gòu)U料和無廢料排樣三種，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。
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(gè)制件，而且可以簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu)，降低沖裁力，但是，因條料本身的公差以及條料導(dǎo)向與定位所產(chǎn)生的誤差的影響，所以模具沖裁件的公差等級(jí)較低。同時(shí)，因模具單面受力（單邊切斷時(shí)），不但會(huì)加劇模具的磨損，降低模具的壽命，而且也直接影響到?jīng)_裁件的斷面質(zhì)量。
由于設(shè)計(jì)的零件是矩形零件，且孔與形狀尺寸的要求都不高，所以采用少?gòu)U料直排法。
5.2.5材料利用率的計(jì)算
1.一個(gè)步距內(nèi)的材料利用率為：
（5.3式）
—一個(gè)步距內(nèi)零件的實(shí)際面積
--- 一個(gè)步距內(nèi)所需毛坯面積
A-- 送料步距 B-- 條料寬度
沖裁零件的面積為=長(zhǎng)×寬=627.33×100=62733(mm2)
毛坯規(guī)格為：1000×10000（mm）。
送料步距為：A=D+a=21.5
送料寬度：B=（D+2+）=（100+2×2.5+0.1）0-0.1 =105.10-0.1
以上代入（5.3式）
2.為了計(jì)算出更準(zhǔn)確還應(yīng)該考慮料頭與料尾以致裁板時(shí)邊料消耗情況，此時(shí)可用條料（或者整個(gè)板料）總利用率來表示，即（5.4式）
1）縱裁時(shí)的條料數(shù)為：
n1 =1000/B
=10000/629.53=16.12 可沖16條，
每條料件數(shù)為：
n2 =(1000-a)/h
=(1000-2.2)/105.1
=9.23 可沖9件，
板料可沖總件數(shù)n為：
n=n1×=16×9=151(件)
2）縱裁時(shí)的條料數(shù)為：
n1=1000/B
=1000/629.33
=1 可沖1條，
每條件數(shù)為：
n2=(10000-a)/h
=(10000-2.2)/105.1
= 95.4 可沖95件，
板料可沖總件數(shù)為：
n==95（件）
板料的利用率為：
（5.4中）n--條料（或整個(gè)板料）上實(shí)際沖裁的零件數(shù)
L-- 條料（或板料的）長(zhǎng)度
B-- 條料（或板料的）寬度
-- 一個(gè)零件的實(shí)際面積
橫裁和縱裁的材料利用率一樣，該零件采用裁法。
6 沖裁力的計(jì)算
6 沖裁力的計(jì)算
6.1計(jì)算沖裁力的公式
計(jì)算沖裁力是為了選擇合適的壓力機(jī)的主要依據(jù)，也是模具強(qiáng)度、剛度設(shè)計(jì)校核時(shí)所必需的數(shù)據(jù)。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。
（1）公式計(jì)算法：
普通平刃口凸、凹沖裁模，其沖裁力F 一般可以按下式計(jì)算：
F=KtLτ 公式（5.5）
式中，F(xiàn)---- 沖裁力（N）
τ——材料抗剪強(qiáng)度，見附表（MPa）；
L——沖裁輪廓周邊總長(zhǎng)（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(dòng)（數(shù)值的變化或分布不均），潤(rùn)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1.3。
一般情況下，材料的抗拉強(qiáng)度 ，所以，也可通過抗拉強(qiáng)度來計(jì)算沖裁力：
（2） 圖標(biāo)計(jì)算法：
因?yàn)闆_裁力的F的大小取決于沖裁內(nèi)外周邊的總長(zhǎng)度、材料的厚度和長(zhǎng)度和材料的抗拉強(qiáng)度，可以按照下列進(jìn)行計(jì)算： 公式(5.6)
式中，L—沖裁件承受剪切的周邊長(zhǎng)度（mm）
t —沖裁件的厚度（mm）
—材料的抗拉強(qiáng)度（MPa）
—系數(shù)，取決于材料的屈服比，一般為0.6--0.9.
6.2 總沖裁力、卸料力、推料力、頂件力、彎曲力和總沖壓力
由于沖裁模具采用彈壓卸料裝置和自然落料方式?？偟臎_裁力包括
F——總沖壓力。
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
Fp——總沖裁力。
FQ——卸料力
FQ1——推料力。
FQ2——頂件力
根據(jù)金屬?zèng)_壓材料的力學(xué)性能設(shè)計(jì)手冊(cè)查出Q235的抗剪強(qiáng)度為τ=304～373(MPa ) 取τ=343(MPa)
6.2.1 總沖裁力
Fp=F1+F2 公式(5.7)
F1——落料時(shí)的沖裁力。
F2——沖孔時(shí)的沖裁力.
落料時(shí)的周邊長(zhǎng)度為：L1=2×（105.1+627.33）=1424.84（mm）
根據(jù)公式5—5 落料沖裁力： F1 = KtLτ
=1.3×2×1424.84×343
=1270672.3(N)
沖孔時(shí)的周邊長(zhǎng)度為：L2=2πd=2×3.14×35=219.8（mm）
沖孔沖裁力 F2= KtLτ
=1.3×2×219.8×343
=196017.6(N)
總沖裁力：Fp=F1+F2=196017.6+1270672.3=1466690(N)
表6.5 卸料力、推件力和頂件力系數(shù)
料厚t/mm
K
K
鋼
≤0.1
＞0.1~0.5
＞0.5~0.25
＞2.5~6.5
＞6.5
0.065~0.075
0.045~0.055
0.04~0.05
0.03~0.04
0.02~0.03
0.1
0.063
0.055
0.045
0.025
0.14
0.08
0.06
0.05
0.03
鋁、鋁合金
純銅，黃銅
0.025~0.08
0.02~0.06
0.03~0.07
0.03~0.09
對(duì)于表中的數(shù)據(jù)，強(qiáng)度高的材料取小值，反之取大值。
6.2.2 卸料力FQ的計(jì)算
FQ=K卸Fp 公式(5.8)
K——卸料力系數(shù)。
查表6—5得＝0.04--0.05，?。?.05
根據(jù)公式5—8 FQ=K卸Fp
＝0.05×1466690
＝73334.5(N)
6.2.3推件力FQ1的計(jì)算
FQ1=KtFp 公式(5.9)
K——推料力系數(shù)。
查表6—5得K＝0.055
根據(jù)公式5—9 FQ1 =KFp
=0.055×1466690
=80667(N)
6.2.4頂件力FQ2的計(jì)算
FQ2=KFp 公式(6.1)
K——頂件力系數(shù)。
查表6—5得K頂＝0.06,
根據(jù)公式6—1 FQ2=KdFp
=0.06×1466690
=64001(N)
6.2.5總的沖壓力的計(jì)算
根據(jù)模具結(jié)構(gòu)總的沖壓力： F=Fp+FQ+FQ1+FQ2
F=Fp+FQ+FQ1+FQ2
=1466690+73334.5+80667+64001
=1684692（N）=1684.69(KN)
根據(jù)總的沖壓力及沖壓設(shè)備的參數(shù)，初選壓力機(jī)為：雙柱可傾壓力機(jī)J23-25
7 模具壓力中心與計(jì)算
7 模具壓力中心與計(jì)算
因沖裁件尺寸較小，沖裁力不大，且選用了雙柱導(dǎo)柱式模架，估計(jì)壓力中心是在模架的中心，不會(huì)超出模柄端面之外，因此不必詳細(xì)的計(jì)算壓力中心的位置。
8 沖裁模間隙的確定
8 沖裁模間隙的確定
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?？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(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。
沖裁間隙的大小對(duì)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。沖裁過程中，凸模與被沖的孔之間，凹模與落料件之間均有摩擦，間隙越小，模具作用的壓應(yīng)力越大，摩擦也越嚴(yán)重，而降低了模具的壽命。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(jì)中的一個(gè)非常重要的工藝參數(shù)。確定合理間隙值有以下幾種方法：
（1） 理論確定法
理論確定法確定合理的間隙值是根據(jù)凸、凹模產(chǎn)生的裂紋相互重合的原則進(jìn)行計(jì)算的：
式中.t--板料厚度
--產(chǎn)生裂紋時(shí)凸模壓入板料的深度(mm)
/t--產(chǎn)生裂紋時(shí)凸模壓入板料的相對(duì)深度(即光亮帶的相對(duì)寬度,mm)
--最大切應(yīng)力方向與垂線間的夾角,
(2)查表確定法:
在實(shí)際生產(chǎn)中,合理間隙的數(shù)值是實(shí)驗(yàn)方法所制定的表格來確定.如下表:
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
表8.1 沖裁模初始雙面間隙Z(mm)
材料
厚度
08、10、35、
09Mn、Q235
16Mn
40、50
65Mn
Zmin
Zmax
Zmin
Zmax
Zmin
Zmax
Zmin
Zmax
小于0.5
極小間隙
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
3.0
.3.5
4.0
4.5
5.5
6.0
6.5
8.0
0.040
0.048
0.064
0.072
0.092
0.100
0.126
0.132
0.220
0.246
0.260
0.260
0.4000.460
0.540
0.610
0.720
0.940
1.080
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
0.640
0.740
0.880
1.000
1.280
1.440
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
0.480
0.580
0.680
0.680
0.780
0.840
0.940
1.200
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
0.660
0.780
0.920
0.960
1.100
1.200
1.300
1.680
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
0.480
0.580
0.680
0.780
0.980
1.140
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
0.660
0.780
0.920
1.040
1.320
1.500
0.040
0.048
0.064
0.064
0.090
0.090
0.060
0.072
0.092
0.092
0.126
0.126
(3)經(jīng)驗(yàn)確定法：
根據(jù)多年研究與使用決定間隙數(shù)值可按要求分類，其值可用下列公式計(jì)算：
軟材料（如銅，鋁等）： t<1mm Z=(6%-8%)t
t=1-3 Z=(10%-16)t
硬材料（如鋼等）： t<1mm Z=(8%-12%)t
t=1-3 Z=(12%-16%)t
根據(jù)實(shí)用間隙表 8.1 查得材料Q235鋼的最小雙面間隙Zmin=0.246mm，最大雙面間隙Zmax=0.360mm
9 沖裁凸模、凹模刃口在、尺寸的計(jì)算
9 沖裁凸模、凹模刃口尺寸的計(jì)算
9.1凸、凹模刃口尺寸計(jì)算的基本原則
沖裁件的尺寸精度主要取決與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)沖裁模主要任務(wù)之一。從生產(chǎn)實(shí)踐中可以發(fā)現(xiàn)：
a、由于凸、凹模之間存在間隙，使落下的料和沖出的孔都帶有錐度，且落料件的大端尺寸等于凹模尺寸，沖孔件的小端尺寸等于凸模的尺寸。
b、在尺量與使用中，落料件是以大端尺寸為基準(zhǔn)，沖孔孔徑是以小端尺寸為基準(zhǔn)。
c、沖裁時(shí)，凸、凹模要與沖裁件或廢料發(fā)生摩擦，凸模越磨愈小，凹模越磨愈大，結(jié)果使間隙越來越大。
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：
(1)、落料件尺寸由凹模尺寸決定，沖孔時(shí)的尺寸由凸模尺寸決定。故設(shè)計(jì)落料模時(shí)，以凹模尺寸為基準(zhǔn)，間隙由減少凸模尺寸來取得。設(shè)計(jì)沖孔模時(shí)，以凸模尺寸為基準(zhǔn)，間隙由增大凹模尺寸來取得。
(2)、考慮到?jīng)_裁中凸、凹模的磨損，設(shè)計(jì)落料凹模時(shí)，凹模基本尺寸應(yīng)接近于落料件的最小極限尺寸；設(shè)計(jì)沖孔模時(shí)，凸?；境叽鐟?yīng)接近于工件孔尺寸的最大極限尺寸。這樣在凸凹麼磨損到一定程度的情況下，才能沖出合格的制件。凸凹模間隙則取最小合理間隙值。
(3)、確定沖模刃口制造公差時(shí)，應(yīng)考慮制件的公差要求。如果對(duì)刃口精度要求過高（即制造公差過?。瑫?huì)使模具制造困能，增加成本，延長(zhǎng)生產(chǎn)周期；如果對(duì)刃口要求過低（即制造公差過大）則生產(chǎn)出來的制件有可能不和格，會(huì)使模具的壽命降低。若工件沒有標(biāo)注公差，則對(duì)工件按國(guó)家“配合尺寸的公差數(shù)值”IT14級(jí)處理，沖模則可按IT11級(jí)制造；對(duì)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，下偏差為零，一般沖裁模具精度較沖裁件精度高2-3級(jí)。
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
9.2凸、凹模刃口尺寸的計(jì)算
沖裁模凹、凸模刃口尺寸有兩種計(jì)算和標(biāo)注的方法，即凸、凹模分別加工和凸、凹模配做加工兩種方法。前者用于沖件厚度較大和尺寸精度要求不高的場(chǎng)合，后者用于形狀復(fù)雜或薄板工件的模具。
對(duì)于該工件厚度只有2（mm）屬于薄板零件，并且兩個(gè)孔有位置公差要求，為了保證沖裁凸、凹模間有一定的間隙值，必須采用配合加工。此方法是先做好其中一件（凸?；虬寄＃┳鳛榛鶞?zhǔn)件，然后以此基準(zhǔn)件的實(shí)際尺寸來配合加工另一件，使它們之間保留一定的間隙值，因此，只在基準(zhǔn)件上標(biāo)注尺寸制造公差，另一件只標(biāo)注公稱尺寸并注明配做所留的間隙值。這δp與δd就不再受間隙限制。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，普通模具的制造公差一般可取δ=△/4（精密模具的制造公差可選4~6μm）。這種方法不僅容易保證凸、凹模間隙枝很小。而且還可以放大基準(zhǔn)件的制造公差，使制造容易。在計(jì)算復(fù)雜形狀的凸凹模工作部分的尺寸時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)凸模和凹模磨損后，在一個(gè)凸模或凹模上會(huì)同時(shí)存在三種不同磨損性質(zhì)的尺寸，這時(shí)需要區(qū)別對(duì)待。
a 第一類：凸模或凹模磨損會(huì)增大的尺寸；
b 第二類：凸模或凹模磨損或會(huì)減小的尺寸；
c 第三類：凸模或凹模磨損后基本不變的尺寸；
9.3計(jì)算凸、凹模刃口的尺寸的計(jì)算公式
工序性質(zhì)
制件尺寸
凸模尺寸
凹模尺寸
落料
按凹模實(shí)際尺寸配制，其雙面間隙值為
C
沖孔
按凹模實(shí)際尺寸配制，其雙面間隙值為
C
注：表中，A、B、C——工件基本尺寸
——工件的公差(mm)
——工件的偏差(mm),對(duì)稱偏差時(shí),=1/2
x —— 磨損系數(shù)。x值在0.5~1之間，與工件精度有關(guān)可查表9—1或按下面關(guān)系選取。
工件精度IT10以上 x=1
工件精度IT11~IT13 x=0.75
工件精度IT14 x=0.5
表9.1 系數(shù)x
料厚t(mm)
非圓形
圓形
1
0.75
0.5
0.75
0.5
工件公差△/mm
1
1~2
2~4
＞4
＜0.16
＜0.20
＜0.24
＜0.30
0.17~0.35
0.21~0.41
0.25~0.49
0.31~0.59
≥0.36
≥0.42
≥0.50
≥0.60
＜0.16
＜0.20
＜0.24
＜0.30
≥0.16
≥0.20
≥0.24
≥0.30
(一)凸模與凹模配合加工的方法計(jì)算落料凸凹模的刃口尺寸。
解：該沖裁件為落料件，以凹模為基準(zhǔn)，只要計(jì)算落料凹模尺寸及制造公差，凸模則由凹模的實(shí)際尺寸按間隙要求配做。
（1）落料凹模刃口尺寸計(jì)算（如下圖：）
比例1:10
圖9.1 計(jì)算刃口尺寸示意圖
圖上的尺寸均無公差要求，安國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)IT14級(jí)公差要求處理，查公差表得：
?350 +0。30 100 0-0.52
如圖8.1所示的固定夾的落料零件圖，計(jì)算凸、凹模的刃口尺寸。考慮到零件形狀比較復(fù)雜，采用配作法加工凸、凹模。凹模磨損后其尺寸變化有三種情況, 落料時(shí)應(yīng)以凹模的實(shí)際尺寸按間隙要求來配作凸模，沖孔時(shí)應(yīng)以凸模的實(shí)際尺寸按間隙要求來配制凹模。
落料凹模的尺寸從圖9.1上可知，A、B、C均屬磨損后變大的尺寸，屬于第一類尺寸，計(jì)算公式為：Ba=(Bmax-x△) (δA=△/4)
查表8.1得：2Cmin=0.132(mm)，2Cmax=0.18(mm)；查表 9.1 得：x1=x2=x3=x4=0.75
落料凹模的基本尺寸計(jì)算如下：
根據(jù)公式9.1 A凹=(Bmax-x△)
=（32-0.75×0.52）0-0.52/4
=31.610-0.13(mm)
B凹=(Bmax-x△)
=（25-0.75×0.52）0-0.52/4
=24.610-0.13(mm)
C凹=(Bmax-x△)
=（32+0.75×0.52）0-0.52/4
=31.620-0.13(mm)
D凹=(Bmax-x△)
=（25-0.75×0.52）0-0.52/4
=24.610-0.13(mm)
凸模安凹模尺寸配制，保證雙面間隙（0.132～0.180）(mm).
沖孔凸模的尺寸從圖9—1上可知，四個(gè)沖孔凸模的尺寸在磨損過程中將變小，屬于第二類尺寸，計(jì)算公式為：Ba=(Bmax+x△) （δA=△/4)
查表8—1得：2Cmin=0.132mm，2Cmax=0.18mm；查表 9.1磨損系數(shù)X=3.950.5
沖孔凸模的刃口尺寸計(jì)算如下：
根據(jù)公式8.2 E凸=(Bmax+x△)
=（3.8+0.5×0.3）0-0.3/4
= 3.950-0.075(mm)
四個(gè)沖孔凸模的尺寸是一樣的，都為3.950-0.075(mm)
凹模按凸模尺寸配制，保證雙面間隙（0.132～0.180）(mm)
9.4沖裁刃口高度
表9.2 刃口高度
料厚
≤0.5
＞0.5～1
＞1～2
＞2～4
＞4
刃口高度h
≤6
＞6～8
＞8～10
＞10～12
≥14
查表9.1，刃口高度為h＞8～10(mm),取h=9(mm)
9.5彎曲部分刃口尺寸的計(jì)算
9.5.1最小相對(duì)彎曲半徑rmin/t
彎曲時(shí)彎曲半徑越小，板料外表面的變形程度越大，若彎曲半徑過小，則板料的外表面將超過材料的變形極限，而出現(xiàn)裂紋或拉裂。在保證彎曲變形區(qū)材料外表面不發(fā)生裂紋的條件下，彎曲件列表面所能行成的最小圓角半徑稱為最小彎曲半徑。
最小彎曲半徑與彎曲件厚度的比值rmin/t稱為最小相對(duì)彎曲半徑，又稱為最小彎曲系數(shù)，是衡量彎曲變形的一個(gè)重要指標(biāo)。
設(shè)中性層半徑為ρ，則最外層金屬（半徑為R）的伸長(zhǎng)率外為：
δ外=（R-ρ）/ρ 公式（9.1）
設(shè)中性層位置在半徑為ρ=r+t/2處，且彎曲厚度保持不變，則有R=r+t,固有
δ外=1/(2r/t+1) 公式（9.2）
如將δ外以材料斷后伸長(zhǎng)率δ帶入，則有r/r轉(zhuǎn)化為rmin/t，且有
rmin/t=（1-δ）/2δ 公式（9.3）
根據(jù)公式就可以算出最小彎曲半徑。
最外層金屬（半徑為R）的伸長(zhǎng)率外為：
根據(jù)公式9.2 δ外=1/(2r/t+1)
=1÷（2×5÷1.2+1）
=0.107
最小彎曲半徑為：
根據(jù)公式9.3 rmin/t=（1-δ）/2δ
=（1-0.107）/2×0.107
=0.1012
9.5.2彎曲部分工作尺寸的計(jì)算
1、回彈值 由工藝分析可知，固定夾彎曲回彈影響最大的部分是最大半徑處，r/t=3.8/1.2=3.16＜5。此處屬于小圓角V形彎曲，故只考慮回彈值。查表8.5—1得,回彈值為60，由于回彈值很小，故彎曲凸、凹模均可按制件的基本尺寸標(biāo)注，在試模后稍加修磨即可。
表9.3 鋁材料校正彎曲回彈
材料
r/t
材料厚度t(mm)
＜0.8
0.8～2
＞2
硬鋁LY12
＜2
20
30
40
2～5
40
60
80
＞5
60
100
140
3、模具間隙 彎曲V形件時(shí)，不需要在設(shè)計(jì)和制造模具時(shí)確定間隙。對(duì)于U形件的彎曲，必須選擇合模具間隙 彎曲V形件時(shí)，凸、凹模間隙是用調(diào)整沖床的閉合高度來控制的適的間隙，間隙過小，會(huì)使邊部壁厚變薄，降低模具壽命。間隙過大則回彈大，降低制件精度凸、凹模單邊間隙Z一般可按下式計(jì)算：
Z=t+Δ+ct 公式（9.4）
式中：Z——彎曲凸、凹模單邊間隙
t——材料的厚度
Δ——材料厚度的正偏差（表9.2）
C——間隙數(shù)(表9.3)
查表得：Δ =0 C=0.05
根據(jù)公式9.4 Z=t+Δ+ct
=1.2+0+0.05×1.2
=1.2+0.60
=1.8 (mm)
表9.4 薄鋼板、黃銅板（帶）、鋁板厚度公差
厚度
材料
薄鋼板
黃銅板（帶）
鋁板
08F
H62,H68,HP—1
2A11、2A12
B級(jí)公差
C級(jí)公差
冷扎帶
冷軋板
最小公差
最大公差
0.2
±0.04
±0.06
-0.03
-0.03
-0.02
-0.04
0.3
±0.04
±0.06
-0.04
-0.04
-0.02
-0.05
0.4
±0.04
±0.06
-0.07
-0.07
-0.03
-0.05
0.5
±0.05
±0.07
-0.07
-0.07
-0.04
-0.12
0.6
±0.06
±0.08
-0.07
-0.08
-0.04
-0.12
0.8
±0.08
±0.10
-0.08
-0.10
-0.04
-0.14
1.0
±0.09
0.12
-0.09
-0.12
-0.04
-0.17
1.2
±0.11
±0.13
-0.10
-0.14
—
1.5
±0.12
±0.15
-0.10
-0.16
-0.10
—-0.27
2.0
±0.15
±0.18
-0.12
-0.18
-0.10
-0.28
2.5
±0.17
±0.20
-0.12
-0.18
-0.20
-0.30
3.0
±0.18
±0.22
-0.14
-0.20
-0.25
-0.35
3.5
±0.20
±0.25
-0.16
-0.23
-0.25
-0.36
4.0
±0.22
±0.30
-0.18
-0.23
-0.25
-0.37
4.5
—
—
-0.20
-0.26
—
—
5.0
—
—
-0.20
-0.26
-0.30
-0.37
表9.5 U形彎曲件凸凹模的間隙系數(shù)C值
彎曲件邊長(zhǎng)L/mm
B≤2L
B＞2L
材料厚度t/mm
＜
0.5
0.6～2
2.1～
4
4.1～
5
＜5.0
0.6～2
2.1～4
4.1～7.5
7.6～12
10
0.05
0.05
0.04
0.10
0.10
0.08
20
0.05
0.05
0.04
0.03
0.10
0.10
0.08
0.06
0.06
35
0.07
0.05
0.04
0.03
0.15
0.10
0.08
0.06
0.06
50
0.10
0.07
0.05
0.04
0.20
0.15
0.10
0.06
0.06
70
0.10
0.07
0.05
0.05
0.20
0.15
0.10
0.10
0.08
100
0.07
0.05
0.05
0.15
0.10
0.10
0.08
150
0.10
0.07
0.05
0.20
0.15
0.15
0.10
200
0.10
0.07
0.07
0.20
0.15
0.15
0.10
4、凸凹模橫向尺寸的確定 彎曲模的凸凹模工作部分尺寸確定比較復(fù)雜，不同的工件形狀其橫向工作尺寸的確定方法不同。
工件標(biāo)注外形尺寸時(shí)，按磨損原則應(yīng)以凹模為基準(zhǔn)，先計(jì)算凹模，間隙取在凸模上。
當(dāng)工件為雙向?qū)ΨQ偏差時(shí)，凹模尺寸為：LA=(L-2/1Δ)+δA0 公式（9.5）
當(dāng)工件為單向偏差時(shí)，凹模實(shí)際尺寸為：LA=(L-3/4Δ) +δA0 公式 (9.6)
凸模尺寸為：LT=(LA-Z)0-Δt 公式（9.7）
或者凸模尺寸按凹模實(shí)際尺寸配制，保證單向間隙Z/2。
式中： L——彎曲件的基本尺寸（mm）
LT、LA——凸模、凹模工作部分尺寸（mm）
Δ——彎曲件公差
δT、δA——凸、凹制造公差，選用IT7～I(xiàn)T9級(jí)精度，亦可按δt=δA=Δ/4選取。
2/Z——凸模與凹模的單向間隙
工件的外形尺寸為：11.2+0.430
由于工件為單向偏差，所以凹模的實(shí)際尺寸為：LA=(L-3/4Δ) +δA0
凸、凹制造公差，Δt=δA=Δ/4=0.45÷4=0.1125
根據(jù)公式9.6凹模尺寸為： LA=(L-3/4Δ) +δA0
=（11.2-3/4×0.45）+0.11250
=10.86+0.11250（mm）
根據(jù)公式9.7凸模尺寸為： LT=(LA-Z)0-δt
=（10.86-1.8）0-0.1125
=9.060-0.1125（mm）
根據(jù)工件的尺寸要求，凸、凹模刃口處都應(yīng)有相應(yīng)的圓角，為保證彎曲件的尺寸精度，圓角應(yīng)按實(shí)際尺寸配制。
10 主要零部件設(shè)計(jì)
10 主要零部件的設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)主要零部件時(shí)，首先要考慮主要零部件用什么方法加工制造及總體裝配方法。結(jié)合模具的特點(diǎn)，本模具適宜采用線切割加工凸模固定板、卸料板、凹模及外形凸模、內(nèi)孔凸模。這種加工方法可以保證這些零件各個(gè)內(nèi)孔的同軸度，使裝配工作簡(jiǎn)化。下面就分別介紹各個(gè)零部件的設(shè)計(jì)方法。
10.1 工作零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
10.1.1凸凹模的設(shè)計(jì)
凸凹模的內(nèi)、外緣均為