一種卡板沖壓工藝及模具設計

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1、 編碼 2017-JXSJ 專業(yè)代碼 080202-169 本科畢業(yè)設計 一種卡板沖壓工藝及模具設計 學 院 商丘工學院 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 學 號 4113010508 學生姓名 王鵬 指導教師 管紅艷 提交日期 2017年05月18日 II 誠 信 承 諾 書 本人鄭重承諾和聲明： 我承諾在畢業(yè)論文撰寫過程中遵守學校有關規(guī)定,恪守學術規(guī)范,此畢業(yè)論文(設計)中均系本人在指導教師指導下獨立完成,沒有剽竊、抄襲他人的學術觀

2、點、思想和成果,沒有篡改研究數(shù)據(jù),凡涉及其他作者的觀點和材料,均作了注釋,如有違規(guī)行為發(fā)生,我愿承擔一切責任,接受學校的處理,并承擔相應的法律責任。 畢業(yè)論文（設計）作者簽名： 年 月 日 摘 要 本次的畢業(yè)設計是完成卡板沖壓工藝與模具設計，根據(jù)對零件的綜合分析，設計了兩套模具：第一種是利用連續(xù)模進行沖孔落料，第二種利用彎曲模進行彎曲操作，在設計中，首先依據(jù)工件圖計算毛坯尺寸，接著是算出工件的壓力、坯料的利用率，畫出排樣圖的設計草圖以及對凸凹模的刃口尺寸進行計算，然后再次對工

3、件進行分析，并確定合理的加工方案，確定模具的類型和壓力機的選用，最終完成模具的裝配與調試。對重要的零部件與裝配要求技術進行必要的分析。在本次的設計過程中除了設計說明書之外，還包括了模具的裝配圖、三維裝配圖和一些非標準零件圖等。在這次畢業(yè)設計中，先介紹了卡板的結構，對其工藝特點進行分析，再根據(jù)其結構特點對模具進行設計。本次的畢業(yè)設計使用了CAD繪制模具的主要工作部件圖和裝配圖，還使用了各種三維軟件；如UG、Proe等，繪制了模具的三維圖形，有利于我們對模具結構有更深的了解。 在本次畢業(yè)設計中，首先介紹了模具行業(yè)的特點以及國內外發(fā)展現(xiàn)狀，并對未來的發(fā)展方向進行了分析。然后對所設計的模具進行了工藝

4、分析和設計計算，并且根據(jù)主要的參數(shù)選擇合理的沖壓設備，最后完成了總體圖紙和關鍵零部件的圖紙。最后總結了本次設計的心得以及經驗。 關鍵字：卡板沖壓;模具設計;連續(xù)模;裝配圖  Abstract This graduation design is completed card stamping process and die design, according to the comprehensive analysis of parts, two sets of mold design: the first one is the use of continuous punching

5、die, using second kinds of bending die for bending operations, in the design, based on the work drawing calculation blank size, then calculated according to work pressure, blank rate, sketched out the layout of punch and die size of the blade is calculated, and then again on the workpiece is analyze

6、d, and determine the reasonable processing plan, determine the selection of type and press mold, the final completion of the mold assembly and debugging. Conduct necessary analysis of key components and assembly requirements. In the design process in addition to the design specifications, but also i

7、ncludes the mold assembly drawings, three-dimensional assembly drawings and some non-standard parts drawings, etc.. The graduation design of the main working parts using CAD drawing die drawing and assembly drawing, but also use a variety of 3D software; such as UG, Proe etc, rendering 3D graphics

8、to die, we have a deeper understanding of the structure of die. In this graduation project, this paper first introduces the characteristics of themold industry as well as the development status at home and abroad, and analyzes the future development direction. And then the design of the mold proces

9、s analysis and design calculations, and according to the main parameters of the selection of reasonable stamping equipment, and finally completed the overall drawings and drawings of key components. At last, it summarizes the experience and experience of this design. Keywords:stamping card board;

10、Mold design;Progressive die.Assembly drawing II 目 錄 1 緒論 1 1.1 模具行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 1 1.2 沖壓工藝的介紹 1 1.3 沖壓模具的分類 1 1.4 所面臨的問題及解決方法 1 2 沖壓工藝分析 2 2.1 產品零件圖 2 2.2 制件產品的工藝分析 2 2.2.1 制件產品的工藝審核 2 2.2.2 工件工藝分析 3 2.3 模具結構類型工藝方案 3 2.3.1 類型與結構 3 2.3.2 沖載原理 4 2.3.3 零件方案確定 4 3 連續(xù)模 5 3.1 半成品零件圖 5 3

11、.2 連續(xù)模的工作原理 5 3.3 工件的工藝分析 5 3.4 排樣設計 6 3.4.1 排樣的設計原則 6 3.4.2 最小工藝搭邊值的選擇 6 3.4.3 計算送料步距 6 3.4.4 計算條料寬度 7 3.4.5 排樣圖的繪制 7 3.5 條料尺寸的選擇 8 3.6 裁板方式 8 3.7 壓力中心的計算與沖載工藝力的計算 8 3.7.1 計算沖裁力 8 3.7.2 推件力、卸料力以及頂件力 9 3.8 壓力中心 9 4 連續(xù)模的零部件設計 12 4.1 凸模、凹模的結構設計 12 4.1.1 凸模的結構設計 12 4.1.2 凸模的長度計算 12 4.

12、1.3 凹模的結構設計 13 4.1.4 凸、凹模工作尺寸計算 16 4.2 定位形式與結構設計 17 4.2.1 設計原則 17 4.2.2 定位零件 17 4.3 卸料橡膠元件的選擇 18 4.4 連續(xù)模導向和安裝 19 4.4.1 導向 19 4.4.2 結構件與安裝 19 4.4.3 緊固件選用 21 4.4.4零件的熱處理要求及材料選擇 21 5 壓力機的選擇 23 6 彎曲模的設計計算 24 6.1 彎曲的基本原理 24 6.1.1 彎曲工藝的概念及彎曲件 24 6.1.2 彎曲的基本原理 24 6.2 彎曲力 24 6.2.1 計算彎曲力 24

13、 6.2.2 彎曲用壓力機的額定壓力的計算 24 6.3 彎曲件的回彈 25 6.4 彎曲模工作部分尺寸的確定 25 6.4.1 凸、凹模圓角半徑以及間隙計算 25 6.4.2 凹模深度 25 6.4.3凸、凹模工作部分尺寸與公差 25 6.5 彎曲模零件總體尺寸的確定 25 6.5.1 緊固件選用 26 6.5.2 零件的熱處理要求及材料選擇 26 7 裝配 27 總 結 30 致 謝 31 參考文獻 32 IV 商丘工學院本科畢業(yè)設計 1 緒論 1.1 模具行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 隨著改革開放，我國在科學技術和社會經濟上是快速的發(fā)展，與其同時

14、沖壓加工的技術也是得到了越來越廣的應用，模具設計和制造和成形技術已然成為了現(xiàn)代工業(yè)生產中非常重要的技術，十幾年來，我國模具工業(yè)也是迅速發(fā)展，誰掌握了進步的技術，誰就掌握了未來。 我國雖然正快速的發(fā)展模具技術，但是和發(fā)達國家就顯得十分落后。主要是由于我國在模具的工藝、設計、成形技術、設備的基礎理論、模具的加工精度等等方面的發(fā)展比較落后，由此導致了和國外的差距。 使用模具在加工零件時能使用冶金廠大批量生產的鋼帶或者軋制的鋼板用為培料，并且在生產中還不需要加熱，還具有較高生產效率，成本低，質量好并且還節(jié)約原材料和能源等其它很多優(yōu)點，現(xiàn)代的工業(yè)生產的大趨勢就是使用模具加工工件。 1.2 沖壓工藝

15、的介紹 對金屬板材施加壓力的加工方法就叫做沖壓。沖壓加工的三要素：板料、模具和沖床。三要素是不可分離的，因為其是決定生產的效率、質量和精度的關鍵。只有好模具配上先進的壓力機再加上質量優(yōu)良的板材，才做到一流產品。 沖壓加工的優(yōu)點是操作十分簡單，便于管理和組織；由于生產的效率高，生產過程可以實現(xiàn)自動化和機械化，對大批量的生產比較適合，但是有利就有弊，伴隨而來的就是模具的制造成本高、周期長，對于小批量的就不適合了。 1.3 沖壓模具的分類 第一種是伸長類成形，變形區(qū)的最大主應力是拉力，破壞形式為拉裂，特征是變形區(qū)材料厚度減薄，比如說脹形。 第二種是壓縮類成形，變形區(qū)的最大主應力是壓力，破壞

16、形式為起皺，特征是厚壁增厚，比如說拉伸。 1.4 所面臨的問題及解決方法 沖壓模具行業(yè)所面臨的問題： 1.由于我國一直是制造大國，所以對自主研發(fā)和創(chuàng)新能力上有很大的欠缺。 2.最近幾年隨著改革開放，我國經濟上得到了飛速的發(fā)展，但伴隨而來的就是企業(yè)的管理與技術的要求得不到平衡。 3.目前，雖然我國互聯(lián)網發(fā)展的很快，但是在企業(yè)的信息化生產上，還是很難實現(xiàn)數(shù)字化。 2 沖壓工藝分析 2.1 產品零件圖 圖2-1 產品零件圖 如圖2.1所示，尺寸精度為IT14，厚度為2mm，材料為Q195，適用于大批量生產。 在這次設計中，主要牽涉到機械設計的構思以及對本次設計的可行

17、性分析，從零件到裝配再到說明書的完成，都是本次設計中所要考慮的。 由于模具是一種高效率的工藝裝備，另外還有很多優(yōu)點，比如說可以節(jié)約很多材料，另外對生產的成本控制上也是具有很大的優(yōu)勢，對保障產品的質量上也是不容懷疑。所以在設計中，必須要先了解模具的相關知識才能更好的完成任務。 2.2 制件產品的工藝分析 2.2.1 制件產品的工藝審核 1.工藝性審核的目的 設計時一定要仔細的分析制件的結構形狀、質量精度、尺寸大小以及材料的性能等是否滿足沖載要求，從而確定沖載的可能性。 2.審核方法 主要從以下幾方面審核: 1）沖裁件的形狀 沖載件的形狀簡單對稱。本次設計中，沖載件采用左右對稱，

18、力求簡單，符合審核條件。 2）最小沖孔尺寸 沖孔的尺寸不宜太小，目的是不讓在工作的時候出現(xiàn)把凸模弄斷或者彎曲。特選擇高強度的材料制作，最小直徑選擇為8mm。 3）最小圓角半徑 4）沖裁件上的尺寸精度 本次設計屬于經濟精度原則，因為之間的精度為IT14。 5）沖裁件的斷面質量，見表2-1。 表2-1 斷面表面粗糙度 材料厚度 t/mm ≤1 1-2 2-3 3-4 4-5 剪切斷面表面 粗糙度Ra/m 3.2 6.3 12.5 25 50 在本次設計中，滿足工藝要求。 2.2.2 工件工藝分析 1.材料：材料是普通碳素結構鋼Q195。該材料一般都是

19、用于建筑，結構，摩托車車架等。該材料具有高塑性、高韌性和高焊接性能，另外壓力加工性能也比較好，所以在沖壓性能上也是非常不錯的。 2.零件結構：外形結構簡單對稱，另外在轉彎處設置的有圓角，適合沖載。 3.尺寸精度：零件圖沒有什么特殊尺寸要求，采用普通的沖載方式就可以滿足要求。 4.結論：適合沖裁 2.3 模具結構類型工藝方案 本次設計是冷沖壓模具，為了適應生產，模具的結構對生產要滿足，只有這樣不僅可以生產出合格的制件，還能提高生產效率。 2.3.1 類型與結構 1.冷沖壓模具類型 工藝性質分類：成形模、拉伸模、沖載模、彎曲模 工序組合程度分類：級進模、復合模、單工序模 2.冷

20、沖壓模具結構組成 冷沖模結構分為：支撐、導向、工作、定位、壓料、緊固、緩沖。 模具的零件還分為：工藝零件、輔助零件。 2.3.2 沖載原理 沖載是利用模具使板料的一部分與另一部分沿著一定的輪廓方向進行形狀分離的沖壓方法。沖載模具的定義是用于將金屬或者非金屬的板料相互分離的沖模冷沖壓生產過程。 2.3.3 零件方案確定 我這次所做的零件需要三個基本工序：沖孔、落料、彎曲。所以現(xiàn)在有以下三種方案： 1.采用沖孔—落料—彎曲，單工序模進行； 2.采用復合模與單工序模結合； 3.采用連續(xù)模與單工序模相結合，然后進行沖孔－落料連續(xù)沖壓，再進行彎曲達到生產的目的。 方案1中的模具優(yōu)點：

21、結構上是比較簡單，制造起來周期短，最重要的就是加工成本低。缺點要三套模具才可以完成加工，生產起來比較費勁，不宜大批量生產。但是方案3不僅具有結構上的簡單，另外制做起來周期也是相對較短的，對于大批量生產，還是符合要求的。 所以采用方案3先沖矩形孔和圓孔，進行落料處理，最后利用彎曲摸彎曲生產的生產方式。 33 3 連續(xù)模 3.1 半成品零件圖 圖3-1 半成品零件圖 3.2 連續(xù)模的工作原理 連續(xù)模的定義是在一次沖壓行程中，完成一次沖壓，按照一定的距離料帶移動一次，一直移動直至制件完成。連續(xù)模中的沖壓始終是在一個方向上運動，連續(xù)模具有以下幾個特點： 1

22、.在一個模具中可以完成多道工序，顯著提高勞動生產率； 2.結構復雜，模具的制造精度要求很高，對于后期的維修、調試帶來了難度； 3.連續(xù)模一般都是用于沖載工件壁較薄、大批量生產的中小型零件。 3.3 工件的工藝分析 1.考慮到設計要有良好的沖載性能，本次設計中的材料就選擇用Q195普通碳素結構鋼。 2.為了便于沖載，由于該零件結構簡單，形狀對稱，特在轉角處設置了R4的圓角。 3.尺寸精度：公差可按IT14級確定。查公差表可得各尺寸公差為： 零件外形： R9-0.0360mm、R40+0.30mm、R4-0.300mm、45-0.620mm、44-0.620mm、18-0.520mm

23、、96-0.870 mm 零件內形： 120+0.43mm、60+0.30mm、Φ80+0.30mm 孔心距： 78±0.37mm 孔邊距： 30-0.520mm、4-0.300mm 3.4 排樣設計 因為本設計的模具要適用于大批量生產，在生產中，原材料占成本的百分之六十以上，所以對于排樣的合理與否，不僅僅僅影響著產品成本，更是材料能否提高利用率的關鍵，又是保證質量的有效措施。 排樣方法按照廢料有和沒有可以分為：有廢料、少廢料、無廢料。 具體的排樣形式有多種形式：直排、斜排、對稱排樣或者混合排樣。 鑒于本次設計的工件尺寸和公差等級，采用少廢料、無廢料的排樣方法都不合適，工件

24、要是采取対排排樣進行送料雖然可以節(jié)省材料，提高材料的利用率，但是這樣會給模具的制造上帶來較大的困難，伴隨而來的就是造價高，考慮到本次加工的零件材料是Q195，成本相對較低。 綜上所述，本設計考慮直排方案。 3.4.1 排樣的設計原則 1.為了保障模具整體的受力，在成型的工藝中是存在局限的，我們可以選擇模具對安裝尺寸進行修正調節(jié)。 2.加工的工步盡量少，當然也要考慮到成型的可靠性和工件的強度。 3.在考慮到模具的可行性，必要時可以預留空檔位。 3.4.2 最小工藝搭邊值的選擇 1.搭邊有四種作用： （1）用于定位條料； （2）補償定位和剪板誤差； （3）搭邊的優(yōu)點就是可以讓條

25、料剛度增加，條料可以更加的方便送進，從而使勞動生產率大幅度提高； （4）可以提高模具的壽命。 2.搭邊值選取 由于生產最看重的是經濟，雖然搭邊是廢料，但是為了省成本，也考慮到生產效率，該值的大小對沖載過程和質量有影響，所以值越小越好。通常搭邊值保證其作用的前提盡量取最小值，但選的過小又會容易把模具損壞。 由《沖壓工藝及模具設計》表3-3知兩工件間的搭邊：a=1.5mm, 工件側搭邊值：a1=2mm。 3.4.3 計算送料步距 步距也叫做進距，指模具每沖載一次，條料在模具上前進的距離，其值大小與排樣方法及工件的形狀、尺寸都是有關的。 A=D+a

26、 （3·1） 公式 A——送料步距； D——沖裁件寬度； a——沖裁件間的搭邊值； 計算得步距為： A=D+a=44+1.5=45.5mm 3.4.4 計算條料寬度 沖裁時，通常需按照要求將板料裁剪為適當寬度的條料，稱為下料。在設計沖裁模時，設計者應根據(jù)沖裁件的形狀尺寸、選用的搭邊值計算出條料寬度，以備供應、工藝、生產等部門備料。 查《沖壓工藝及模具設計》式（3.3）得到條料寬度，即 B-?0=(D+2a1)-?0 （3·2） 導料板之間的距

27、離為： A=B+c 公式 B為條料寬度，單位mm； D為在垂直送料的方向上的最大的外形尺寸，單位mm； a1為側搭邊值，單位為mm； ?為條料寬度的單向偏差，單位mm； A為導料板之間距離，單位mm； c為間隙（條料與導料板間），單位mm； 按《沖壓工藝及模具設計》表2

28、.9和《沖壓工藝及模具設計》式（2.26）知，?=0.6。所以條料寬度： B=(96+2×2)-0.60=100-0.60mm 3.4.5 排樣圖的繪制 圖3-2 排樣圖 3.5 條料尺寸的選擇 選用鋼板尺寸：長×寬×高=2000mm×1000mm×2mm。 3.6 裁板方式 1.裁板的方式 已知板材的規(guī)格1000mm×2000mm×2mm，那么裁剪條數(shù)按照直排法可得： S1=2000÷100=20 取S1=20條； S2=1000÷100=10 取S2=10條。 得到的工件數(shù)分別為: n1×S1=22×20=440件 n2×S2=44×10=440件 2

29、.板料的利用率 由《沖壓工藝與模具設計》式3-1得： η0=440×2412.021000×2000×100%=53.1% 即把板料裁為長×寬=1000mm×100mm的樣式。 3.7 壓力中心的計算與沖載工藝力的計算 沖載過程中的主要工藝力有沖載力，推件力，卸料力和頂件力四種。 3.7.1 計算沖裁力 沖載過程中所需的壓力，它的大小隨著凸模行程不斷變化的最小承受壓力。 沖裁力分為斜刃沖裁力和平刃沖裁力。沖載力大小的計算公式可以參見表3-1所示： 表3-1 沖裁力大小的計算公式 刃口形式 計算公式 平刃式刃口 F=1.3Ltτ 斜刃式刃口 F=1.3KLtτ 公

30、式 F沖——沖裁力，單位為N； L——沖裁件斷面周長，單位為mm； t——沖裁件厚度，單位為mm； K——修正系數(shù)，一般取0.4~0.7，具體為： 當H=t，K=0.4~0.6；當H=2t時，K=0.2~0.4。 另外在一般情況下，材料σ≈1.3τ，為了計算上的方便，沖裁力可以估算： F沖=Ltσb （3·3） 式中 σb——材料的抗拉強度，單位MPa。 落料力： F落=KLtτ=1.3×221.682×2×195=112392.774N 沖孔力：

31、F沖=KLtτ=1.3×158.262×2×195=80238.834N 3.7.2 推件力、卸料力以及頂件力 在一次沖載結束之后，被沖載下來的制件由于彈性的回復會卡在凹?？罩校瑤Э椎臈l料會禁錮在凸模之外。如《沖壓工藝與模具設計》圖3-3 a所示。為了使沖壓可以連續(xù)進行，必須取出凹模之內的和凸模之外的料或者制件。 由于在實際生產中，在理論上這些力比較難計算，實際上，在平時的生產中，我們都是用下邊的經驗公式進行計算： F卸=K卸F （3·4） F推=nK推F

32、 （3·5） F頂=K頂F （3·6） 式中 F卸、F推、F頂單位為N； K為各力的系數(shù)，見《沖壓工藝與模具設計》表3-8 ； F為平刃模所需沖載力，單位為N； N為凹?？字辛系募?shù)，n=ht。 由于此連續(xù)模采用自然漏料方式和剛性卸料裝置，總的沖壓力： F 總=F 卸+F 推+F 頂+F 沖 （3·7） 查表τ=195Mpa，K=1.3，經計算： L落=221.682mm，L沖=158.2

33、65mm F卸=K卸 查《沖壓工藝及模具設計》表3-8：K卸 =0.05，則： F卸=0.05×192633N=9631.65(N) 卸料力 F推=K推nP 式中可得：n=ht=4查《模具結構設計》表2-2：h=8mm， 查《沖壓工藝及模具設計》表3-8：K推=0.055，則： F推=4×0.055×192633N=38526.6(N) F總=F卸+F落+F推+F沖 =9631.65+112392.774+80238.834+38526.6 =240789.858(N) 3.8 壓力中

34、心 沖模在與壓力機固定的時候，壓力中心通模柄中心并且與滑塊的中心線重合，目的就是使沖?？梢云椒€(wěn)的進行工作，減少對壓力機精度的影響。本次設計中，首先計算壓力中心。 由于沖載件形狀對稱，壓力中心Y坐標可以不計算，只需要計算X坐標即可。 單凸模壓力中心X坐標的計算： （1）按照比例畫出工件的輪廓。 （2）建立直角坐標系xOy。 （3）分解沖載件的輪廓，計算各段的長度l1，l2，l3，……ln。 （4）計算各個線段重心到x、y的距離y1, y2, y3……yn和x1, x2，x3……xn。 （5）由力矩平衡原理，由《沖壓工藝及模具設計》式（3-10）（3-11）計算壓力中心的公式是：

35、 xc=l1x1+l2x2+…+lnxnl1+l2+…+ln （3·8） yc=l1y1+l2y2+…+lnynl1+l2+…+ln （3·9） 選取如圖3-4所示的坐標系，將軸選在上下對稱的位置，則壓力中心的y坐標不用計算，即＝0獨立的沖裁輪廓共有8個，其長度與重心的x坐標如下： x1=0 l1=8 x2=9 l2=18π x3=18 l3=25 x4=18.9 l4=4π x5=31

36、 l5=36 x6=43 l6=4π x7=44 l7=37 x8=54 l8=16π x9=75 l9=108 圖3-4 壓力中心計算草圖 計算壓力中心的x坐標，由《沖壓工藝及模具設計》式（3-10）得： xc=l1x1+l2x2+…+lnxnl1+l2+…+ln =9×18π+18×25+18.94×4π+31×36+43.06×4π+37×44+54.2×16π+75.2×10878+18π+25+4π+4π+16π+108+37+36=36.85 壓力中心由上式可得坐標：（36.8

37、5，0）。 4 連續(xù)模的零部件設計 4.1 凸模、凹模的結構設計 在冷沖模中，都是由若干個零件組成的，并且大部分的零部件已經標準化，但是，凹凸模大部分為非標準件，所以本章節(jié)將凸凹模的結構設計進行闡述。 定義是可以使制件直接成形的工作部件，她們的結構是否合理直接影響著模具的加工難易程度以及使用壽命。 4.1.1 凸模的結構設計 在凸模的結構設計中，必須具有以下的三個原則，才能保證能夠正常工作：防止拔出、防止轉動以及接觸定位。 我在設計中采用無固定式凸模，工作部分和固定部分是等端面形式，所以在本設計中，采用線切割的凸模刃口是合適的。 凸模在固定上，之所以采取鉚接式固定，是因為考慮

38、到沖三個方孔之間的間距較小，如圖4-1所示： 圖4-1 凸模的鉚接式固定 在凸模的上端鉚出1.5×45°的斜面，為了防止脫落，將凸模裝入固定板。凸模選擇直通式。為了上端的鉚接，采取頭部局部淬火工藝。 4.1.2 凸模的長度計算 計算凸模長度L凸的公式為： L凸=H1+H2+H3+H （4·1） 式中 H1---固定板 H2---卸料板 H3---橡膠厚度 H---附加厚度 故得到： L凸=H1+H2+H3+H=24+30+29+10=93mm 本設計只對凸模端面進行校核。 1.承壓能力

39、計算： S壓=PF≤S壓 （4·2） 對圓形凸模，帶入P=pdtτ 得： 4t[s壓]d3t 式中 P──沖裁力，N； F──凸模最小斷面面積，mm； d──凸模直徑，mm； t──毛料厚度，mm； τ──毛料抗剪強度，MPa； σ壓──凸模材料許用壓應力，MPa。 查《沖壓模具與制造》得dt=2，知s壓=1000~1600MPa，可以取值為1200MPa，τ=195MPa 故S壓=PF≤S壓成立，沖孔的凸模有足夠的能力承受壓力。 2.失穩(wěn)彎曲應力校驗 為了防止失穩(wěn)彎曲，圓凸模最大長度為：

40、 Lmax≤270d2p （4·3） 由之前的數(shù)據(jù)計算可知失穩(wěn)彎曲應力是足夠的。 4.1.3 凹模的結構設計 凹模是最關鍵的模具零件，起著不可或缺的作用，在典型結構設計中，可以根據(jù)凹模的結構和尺寸設計或者選用模具中的多個零件，因此凹模的設計很關鍵。在本次結構設計中，主要解決下面幾種類型： 1.凹模的類型選擇 由《沖壓工藝及模具設計》可知，選取直壁刃口整體式凹模，該凹模的優(yōu)點就是刃口強度較高，制造方便，對以后的安裝、維修都是十分的方便，但是有利就有弊，這種刃口的孔內容易積廢料和增大張烈力、推件力和磨損。 2.凹模的固定方式 由于整體

41、式的凹模平面尺寸較大，可以直接選擇在下模座上固定螺釘和銷釘。 3.凹模的外形設計 凹模的選擇主要看所沖的工件形狀接近于什么，如果接近矩形就用矩形凹模，同理，接近于圓形，就使用圓形凹模。本次設計的凹模外形如圖4-2所示： 整體式凹模外形設計的尺寸初步確定需要考慮到沖件的尺寸、凹模的壁厚，當然也可以借鑒經驗公式。凹模尺寸的確定如圖4-3所示： 圖4-2 凹模外形 圖4-3 凹模外形尺寸的確定 由于孔口尺寸b<50，料厚2mm，根據(jù)《沖壓工藝及模具設計》表3-29知修正系數(shù)K=0.42，h和β的取值見《沖壓工藝及模具設計》表3-30。 那么

42、 H=Kb≥15mm c≥1.5~2H≥22.5~30mm 所以凹模外形的計算尺寸是： H=Kb （4·4） L=Db+2c （4·5） B=Da+2c （4·6） 式中 H為凹模的厚度，單位mm； b為工件的最大外形尺寸, 單位mm； K為修正系數(shù)； c為凹模壁厚，單位mm； Da和Db為凹模的刃口尺寸，單位mm； 則：H=Kb=0.28X96=26.

43、88mm c≥1.5~2H≥40.32~53.76mm，取c=60mm 所以凹模的厚度為26.88mm，凹模的壁厚為60mm，之所以把這個值等于60mm，是因為凹模的刃口線形狀有點復雜。 4.計算凹模有效面積 從型孔邊界畫一矩形×b初定為凹模有效面積，如圖4.4所示（使用雙點畫線表示）： 圖4.4 凹模有效面積 為了方便模柄的中心線與壓力中心的線在一條直線上，凹模有效面積矩形的對稱中心應與壓力中心應該屬于重合狀態(tài)。修正后為： l＇=44+1.2+44+15.5=104.7mm B=44+1.2+44=89.2mm 5.凹模外形尺寸 凹模長度L：L=104.7+2×60=22

44、4.7mm 凹模寬度B：B=96+2×60=216mm 凹模尺寸： LBh=224.721630mm 將上述尺寸綜合考慮可以調整為：240mm240mm30mm。 4.1.4 凸、凹模工作尺寸計算 如果沖載模是比較常用的，通常把凹模當做配作件進行加工，這樣加工起來相對而言是比較方便的。 1.沖孔凸模刃口尺寸 按照《模具設計與制造》中的第二類公式1-29計算，該尺寸屬于磨損后減少的尺寸，即： Bp=(bmin+x?)-?/40 （4·7） 公差為IT14級時磨損補償系數(shù)=0.5。沖孔凸模刃口尺寸分別為：

45、 120+0.43=(12+0.5×0.43)-0.43/40=12.215-0.110mm 60+0.30=6+0.5×0.3--0.30/440=6.15-0.0750mm ?80+0.36=(8+0.5×0.36)-0.43/40=8.18-0.090mm 2.落料凸模刃口尺寸 按《模具設計與制造》式（1-28）進行得出落料凸模增大磨損尺寸： Bp=（+-） （4·8） 公差為IT14級時磨損補償系數(shù)=0.5。按板料厚度2mm，查《沖壓模具設計》表2-3知， Zmin=0.120mm。 落料凸模的刃口尺寸分別為： R9

46、-0.360=(9-0.5×0.36+0.364-0120)-0.36/40=8.79-0.36/40mm R4-0.300=(4-0.5×0.62+0.624-0120)-0.30/40=8.79-0.30/40mm 45-0.620=(45-0.5×0.62+0.624-0120)-0.62/40=44.73-0.1550mm 44-0.620=(44-0.5×0.62+0.624-0120)-0.62/40=44.73-0.1550mm 96-0.870=(96-0.5×0.87+0.624-0.120)-0.87/40=95.67-0.2180mm 18-0.520=(18-

47、0.5×0.5+0.524-0.120)-0.52/40=17.75-0.0750mm 凹模板上定位尺寸磨損增大后的尺寸： Dd=(D-x?)0+δd （4·9） 則，按上式計算，各孔邊距尺寸為： 30-0.520=(30-0.5×0.52)0+0.52/4=29.7400.13mm 4-0.300=(4-0.5×0.30)0+0.30/4=3.8500.075mm 3.凸、凹模間隙的計算 （1）間隙對沖裁過程有影響 間隙對沖裁件性質、沖裁力、模具壽命都有影響，所以要選擇合理的沖裁間隙。 （2）合理沖裁間隙的確定 一般采用最

48、小的合理間隙進行模具的設計與制造。 （3）間隙選用的依據(jù)與原則 目的是保證沖裁件斷面質量和尺寸精度。 （4）間隙的選用 本次設計選用查表法進行計算： 由《沖壓工藝及模具設計》表3-25知： δp=0.120mm，?=0.050mm； δd=δp+?=0.120+0.050=0.170mm 此連續(xù)模中的最大間隙不得超過0.170mm，雙邊最小間隙為0.120mm。 4.凹模的刃口尺寸計算 在沖孔中，以凸模為基準，因為孔型簡單，選用分別加工法進行加工模具。凹模的刃口尺寸計算按照凸模的刃口的實際尺寸進行配制，但是要保證最小雙面合理間隙值0.120mm。 4.2 定位形式與結構設

49、計 定位零件的作用就是確定送進模具的毛坯保證正確的位置上，以保障沖出的零件是合格的，毛坯一般分為兩種：條料或者單個毛坯。 4.2.1 設計原則 1.在設計的時候，一般為了坯料及條料的定位精度和穩(wěn)定，都會在定位中至少選擇一個定程點、兩個導向點、三個支撐點。 2.定位的方向與位置應使操作方便。 3.定位機構必須遠離產生細小廢料或切屑所處位置，另外注意不能卡住或者被廢料堵塞。 4.2.2 定位零件 1.擋料銷 （1）固定擋料銷 據(jù)《沖壓工藝與模具設計》表3-34選用高度為3.5mm，根據(jù)《模具設計大典3》可選用圓頭形式φ12mm的固定擋料銷。固定擋料銷一般都是用在手動送料的模具，使

50、用的時候都是把固定擋料銷的桿和凹模采用H7/m6進行過渡配合，固定擋料銷如圖4-5所示： 圖4-5 固定擋料銷 （2）初始擋料銷 沖裁開始的時候，為了幫住條調料的位置準確，都會把初始擋料銷往里邊壓緊。 2.導料板 常見的導料板有兩種，一種是標準結構，一種是非標準結構，JB/T7648.5—2008規(guī)定了導料板的標準結構和尺寸，使用的時候一般放在條料的兩側，利用螺釘和銷釘進行與凹模的固定，厚度選擇一般是條料厚度的2.5~4倍，材料選擇為45鋼，熱處理硬度為28~32HRC。本設計選用分離式導料板，如圖4-7。查《沖壓工藝及模具設計》選導料板的高度H=8mm。按《沖壓工藝及模具設計》

51、計算模具導料板之間的距離，即： A=B+b0 （4·10） 式中 B──公稱寬度 b0──導料板與條料的間隙 A=B+b0=100+0.2=100.2mm 圖4-6 導料板 4.3 卸料橡膠元件的選擇 在此連續(xù)模中，卸料板做凸模的導向板，凸模配做卸料板孔。卸料板采用的是剛性卸料裝置，卸料板的厚度由《沖壓工藝與模具設計》表3-39得：B=8mm但是又做了凸模的導板，厚度就需要選擇凹模厚度的（0.8~1）倍，所以取值B=30mm。 橡膠是沖模中常用的彈性元件，它的許用負荷比彈簧大，安裝調整也很方便。卸料頂件一般選擇硬橡

52、膠。 1.橡膠壓力P P=Aq (4·11) 式中 P——橡膠壓力，N； A——橡膠橫截面積，mm2； q——橡膠壓縮的單位壓力，MPa，q值與橡膠的壓縮量有關，其值見表4-1。 表4-1 橡膠壓縮量與單位壓力值q 壓縮量/% 10 15 20 25 30 35 q/MPa 0.26 0.50 0.74 1.06 1.52 2.10 橡膠的橫截面積A=29×50+50=2900mm2 2.橡膠的自由高度H H=L(3.3~4)

53、 (4.12) 式中 H——橡膠的自由高度，mm； L——考慮修模最后的卸料或者壓邊的工作行程，mm。 計算出的橡膠高度H應滿足下式，即 0.5≤HD≤1.5 (4·13) 式中 H——橡膠的自由高度，mm； D——橡膠自由狀態(tài)時的直徑，mm。 如果HD≥1.5，則可以將橡膠分層，并且在兩層之間加設鋼質墊板； 如果HD≤0.5，則需要增加橡膠層的厚度，一直加得到HD≥0.5。 3.在本次設計中選擇使用聚氨酯彈性橡膠，幾何尺寸計算方式參照《最新沖壓模具標準及應用手冊》表8-15。

54、本次設計選擇的尺寸是：長×寬×高=240mm×50×29mm，HD=0.58。橡膠的高度是滿足要求的。 4.4 連續(xù)模導向和安裝 4.4.1 導向 在大批量生產中，或在精度要求較高的情況下，為了裝模的方便 ，模具都采用導向裝置，以保證使用壽命。本次設計采取導板導向，導板的導向孔與凸模采用H7/h6的過渡配合。另外使用的標準模架是沖?；瑒訉蚰＜?，選用后側導柱模架，原因是本次加工的工件精度要求不高，另外也是為了送料的方便。 4.4.2 結構件與安裝 1.模座 模座有上下模座之分，是整個模具的基礎。本次設計中，使用的就是滑動的標準模架。上下模座的材料推薦使用HT200。 LMZ=L+

55、（40～100） （4·14） 式中 LMZ——矩形模座尺寸，mm； L——矩形凹模尺寸，mm； LMZ=240+80=320mm 矩形模座的寬度取240mm。 Hmz≥（1.4～1.6）Hd （4·15） 式中 Hmz──模座厚度，mm； Hd──凹模厚度，mm，則： Hmz≥（1.4～1.6）×30mm 由以上計算綜合可知：上下模座厚度都取值45mm。 2.墊板與凸模固定板 墊板作用使模座安全可靠工作。模座的外形尺寸和凹模的周界尺寸

56、厚度為10mm。因為凸模固定板的選擇是根據(jù)凹模的外形決定的，厚度選擇為凹模厚度的0.6-0.8倍，因為凹模的厚度是30mm，故選擇凸模固定板的厚度為：24mm。本次設計的墊板如圖4-8。 圖4-8 墊板 圖4-9 凸模固定板 凸模固定板孔和凸模之間采用H7/m6的過渡配合，另外壓裝的凸模端面和固定板務必要磨平。凸模固定板如圖4-9。固定板的材料選擇45鋼，熱處理的硬度28~32HRC。 3.模柄 模柄的作用是把上模和壓力機的滑塊固定在一起，模柄是標準件，本次選擇壓入式模柄（JB/T7646.1—2008），與上模座采用H7/

57、m6的過渡配合，為了防止轉動選擇加上止轉銷。按照壓力機模座孔d值取φ50，由《模具設計大典3》選模柄A50×115，如圖4-10。 圖4-10 模柄A50×115 4.4.3 緊固件選用 由之前計算出來的參數(shù)和確定的沖模形式，在冷沖壓模具標準中查得有關標準件。在沖壓模具中，一般都是選擇內六角圓柱頭螺釘，選擇的規(guī)格大小依據(jù)凹模的厚度決定，但是直徑一般都是相同的。凹模厚度與螺釘直徑的關系見《沖壓工藝與模具設計》表3-43。 銷釘: 4—Ф10×60 GB119—86 1—4m6×22 GB/T 119.1—2000 4—5×35 GB

58、119—86 螺釘: 2—M10×85 GB75—85 2—M10×90 GB75—85 4—M10×60 GB70—85 4.4.4零件的熱處理要求及材料選擇 模 柄：45鋼、43～48HRC 凹 模：Cr12、60～62HRC 凸模固定板：45鋼、43～48HRC 墊 板：45鋼、43～48HRC 凸 模：Cr12、58～60HRC 導 料 板：45鋼、調質28～32HRC 上、下模座：HT200 固定擋料銷：45鋼、43～48HRC 導 板：45鋼、43～48HR

59、C 5 壓力機的選擇 沖載設備是完成沖載加工的三要素之一，設備的選擇是否得當直接影響著模具的使用，沖載所用的設備一般是曲柄壓力機，設備選擇的依據(jù)是沖載工藝力的大小，以及模具的結構。最大裝模高度要大于225mm，工作臺板的的尺寸要保證沖壓模具的安裝。根據(jù)要求選擇壓力機：J23-40開式雙柱可傾式壓力機。但是需要加設墊板，厚度65mm，孔徑320mm。 工作臺板厚度：70mm 滑塊行程：80mm 公稱壓力：400kN 最大封閉高度：330mm 模柄孔尺寸：φ50mm×70mm 封閉高度調節(jié)量：65mm 工作臺尺寸：460mm×700mm（前后×左右） 1.由之前的計算可知：總

60、壓力=240.80kN 2.做功校核： 對J23—40開式雙柱可傾式壓力機進行校核： Sg=7且Fg=250KN Hg=0.4Fg=0.4×15.8=6.32mm 壓力機的做功能力： A1>A1* A1=0.315×Fg×h0=0.315×400×6.32=796.32J 而此時工件的變形功A1*為： A1*=Fs=240.4×2=480.8J 因為A1>A1*，選擇J23-40壓力機，滿足要求。 6 彎曲模的設計計算 6.1 彎曲的基本原理 6.1.1 彎曲工藝的概念及彎曲件 彎曲工藝的概念是我們根據(jù)我們需要的工件形狀，讓壓力機和模具一起努力來讓毛坯形成

61、我們需要的形狀，這就是彎曲工藝，也是一種沖壓工藝方法。 彎曲成形工藝的應用是十分廣泛的，大到飛機上的機頂蓋，小到自行車上的腳支架，無處不存在彎曲成形工藝。 6.1.2 彎曲的基本原理 1.由于凸凹模的不同接觸點，產生力的作用產生的彎矩，在彎矩的作用下產生彎曲。 2.凸模繼續(xù)往下，毛坯和凹模慢慢的靠近并且接觸，導致毛坯與凹模之間的接觸點由凹模兩肩上移動到兩斜面上。 3.凸模再往下，彎曲開始。 4.壓平階段。 5.行程結束，圓角直邊與凸模接觸形成目標形狀。 6.2 彎曲力 6.2.1 計算彎曲力 按《沖壓工藝與模具設計》式（3-30）計算： FU=Ffu+FQ=(1.3~1.

62、6)Bt2σbrp+t(N) （6·1） 式中 B──彎曲線長度（mm）； t──板料厚度（mm）； σb──材料抗拉強度（MPa）； γb──彎曲凸模圓角半徑（mm）。 則FU=1.3~1.696×2×2×(315~390)3+2=31.54～47.92（kN） 6.2.2 彎曲用壓力機的額定壓力的計算 為了保障機械壓力機的安全，由平時的工作經歷都會選擇機械壓力機彎曲力大約是額定壓力的75%～80%，所以，本次設計用開式雙柱可傾J23—16F型號的壓力機。 工作臺板厚

63、度：40mm 公稱壓力：160kN 最大封閉高度：205mm 滑塊行程：70mm 模柄孔尺寸：φ30mm×50mm 封閉高度調節(jié)量：45mm 工作臺尺寸：300mm×450mm（前后×左右） 6.3 彎曲件的回彈 彎曲半徑小于5時的自由彎曲，卸載之后彎曲件的彎曲角度都會發(fā)生一些變化，但是彎曲半徑的變化還是很小的，可以忽略不計。 6.4 彎曲模工作部分尺寸的確定 6.4.1 凸、凹模圓角半徑以及間隙計算 當彎曲件最小的半徑小于圓角半徑，若是設計要求沒什么特殊性，則工件的彎曲半徑選擇rp=3mm。 實際加工生產中，材料的厚度一般等于凹模圓角半徑。 當t≤2mm時，rd=（

64、3～6）t （6.2） 故得到圓角半徑rd=6mm。 根據(jù)《沖壓工藝及模具設計》中的公式（4--46）計算： Z=tmax+Ct （6·3） 式中 Z──單面間隙，mm； tmax──材料最大厚度，mm； C──因數(shù) Z=2+0.10×2=2.20mm 6.4.2 凹模深度 凹模

65、總深度=20+6+15+5=46mm。其中反頂板的厚度15mm。 6.4.3凸、凹模工作部分尺寸與公差 對于尺寸標注在外形上的彎曲件，彎曲件為單向公差時，凹模尺寸為： Ad=(A-3?4)0+δd （6·4） 則Ad=(50-3×0.62/4)0+0.039=49.5350+0.039，凸模尺寸按凹模配制，保證單面間隙值2.20mm。 6.5 彎曲模零件總體尺寸的確定 凸模長度基本尺寸：45.6mm； 凸模高度：78mm； 凸模寬度：46mm； 凹模長度：每一塊都取值 63mm； 凹模寬度：98mm； 凹模高度：46mm；

66、 上模座：316mm×44mm×40mm（長×寬×高）； 下模座：316mm×138mm×40mm（長×寬×高）； 模柄：模柄與上模座做為整體，φ30mm×45mm； 定位板（兩塊）55mm×98mm×5mm（長×寬×高）； 反頂板：50mm×98mm×15mm(長×寬×高）。 6.5.1 緊固件選用 由之前計算出來的參數(shù)和確定的沖模形式，在冷沖壓模具標準中查得： 銷釘: 2—10×60 GB119—86 2—5×35 GB119—86 螺釘: 2—8×20 GB65—76 6—M10×50 GB70—76 6.5.2 零件的熱處理要求及材料選擇 模 柄：45鋼、43～48HRC 凹 模：Cr12、60～62HRC 凸模固定板：45鋼、43～48HRC 墊 板：45鋼、43～48HRC 凸 模：Cr12、58～60HRC 導 料 板：45鋼、調質28～32HRC 上、下模座：HT200 固定擋料銷：45鋼、43～48HRC 導 板：45鋼、43～48HRC