電機定子硅鋼片復合模具設計【落料、沖槽復合?！俊菊f明書+CAD】

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Keywords : dropping; Notching ; compound die; stamping die; Die punch. I 目 錄 中文摘要..............................................................................................................................Ⅰ 英文摘要..............................................................................................................................Ⅱ 第1章 緒論.......................................................................................................................1 1.1 模具發(fā)展的現(xiàn)狀和趨勢.................................................................................................1 1.2 模具設計的意義............................................................................................................4 第2章 工藝分析和方案的確定.......................................................................................5 2.1 工件工藝性分析..........................................................................................................5 2.1.1 工件尺寸和精度...................................................................................................5 2.1.2 工件的粗糙度和毛刺............................................................................................6 2.2 確定工藝方案..............................................................................................................6 第3章 模具結構形式的選擇............................................................................................8 第4章 工藝計算................................................................................................................9 4.1 毛坯尺寸計算.............................................................................................................9 4.2 排樣、搭邊和料寬以及材料的利用率........................................................................10 4.2.1 排樣.................................................................................................................10 4.2.2 搭邊和料寬.......................................................................................................11 4.2.3 材料利用率.......................................................................................................14 4.3 沖裁力、卸料力及推件力的計算...............................................................................16 4.3.1 沖裁力的計算...................................................................................................16 4.3.2 卸料力及推件力的計算.....................................................................................17 4.4 壓力中心的計算........................................................................................................18 4.5 沖裁間隙..................................................................................................................19 4.6 凸、凹模刃口尺寸計算.............................................................................................20 第5章 沖模主要零件的設計...........................................................................................30 5.1 凸模、凹模的設計以及模架的選擇............................................................................30 5.1.1 凸模的設計.......................................................................................................30 5.1.2 凹模的設計.......................................................................................................33 5.1.3 模架的選擇.......................................................................................................35 5.2 定位零件的設計.......................................................................................................36 5.3 卸料和推件、頂件零件的設計..................................................................................39 5.4 固定與緊固零件.......................................................................................................41 5.5 導向零件..................................................................................................................43 第6章 沖壓設備的選擇..................................................................................................44 6.1 設備類型的選擇......................................................................................................................44 6.2 設備型號的選擇......................................................................................................................45 第7章 繪制模具裝配圖和部分零件圖..........................................................................47 第8章 設計總結..............................................................................................................49 參考文獻..............................................................................................................................51 致謝......................................................................................................................................52 57 四川理工學院畢業(yè)設計（論文） 第一章 緒 論 1.1 模具發(fā)展的現(xiàn)狀和發(fā)展 1.1.1 沖壓在工業(yè)生產(chǎn)中的作用 近年來，隨著飛機、汽車、電子、儀表、日用工業(yè)品等工業(yè)的發(fā)展及少無切屑加工技術的應用，沖壓加工技術得到了高速的發(fā)展。目前，除一般的成形方法外，又出現(xiàn)了冷、熱、溫擠壓成形，液壓成形，強力旋壓成形，超塑成形，爆炸成形，以及精密沖裁和高速沖壓等加工技術。 沖壓技術在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中占有十分重要的地位，是國防工業(yè)及民用工業(yè)生產(chǎn)中必不可少的加工方法。在電子產(chǎn)品中，沖壓件約占80~85％；在汽車、農(nóng)業(yè)機械產(chǎn)品中，沖壓件約占75—80％；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)中，沖壓件也占有很大的比例。 沖壓雖然以大批量生產(chǎn)為對象，但所使用的模具卻是單件生產(chǎn)。制造模具需要采用精度很高的加工設備、先進的工藝方法，同時還需要有技術熟練的技工配合。因此，根具的真正價值不只在于它的本身，而貝還在于它為社會創(chuàng)造的巨大經(jīng)濟效益。模具的好壞，將直接影響制件的質量、數(shù)量和成本。 1.1.2 沖壓生產(chǎn)的特點 沖壓生產(chǎn)是指在壓力機的作用下，利用模具使材料產(chǎn)生局部或整體塑性變形，以實現(xiàn)分離或成形，從而獲得一定形狀和尺寸制件的加工方法。由于它主要用于加工各種金屬或非金屬板料，所以又稱板料沖壓。 沖壓是一種先進的工藝，它與其它加工方法相比特點有： 1．利用模具能沖制出各種形狀復雜、精度一致的制件，且可以保證互換性。 2．操作筒便，易于實現(xiàn)自動化，并具有較高的生產(chǎn)效率。如在普通的沖壓設備上，一般每分鐘可以壓制幾十個制件；若在高速沖壓設備上，每分鐘可以壓制幾百件甚至上千件。 3．沖壓生產(chǎn)是一種節(jié)約能源的加工方法，它不象切削加工那樣消耗很多能量，把大量金屬切成碎屑后而獲得零件。沖壓生產(chǎn)往往是直接采用軋制的鋼板或鋼帶，只要排樣合理，可以極大的提高板材的利用率。 4．在加工過程中，材料表面不易遭受破壞，制件表面質量好。通過塑性變形以后，還可以使制件的機械性能有所提高。 5．沖壓生產(chǎn)操作容易，不需要高級操作技工?？傊瑳_壓生產(chǎn)是具有質量好、效率高、成本低等優(yōu)點的加工方法。 1.1.3 模具制造技術的發(fā)展 模具制造是技術密集型綜合加工技術，它向著高效、精密、大型、自動化方向發(fā)展。相應的模具設備，也在不斷的發(fā)展和更新，如各種精密磨床、精密鏜床、大型銑床、加工中心及大型電火花機床和線切割機等數(shù)控機床已逐漸取代常規(guī)加工設備。目前，國內(nèi)已可加工50多個工步的級進模，制造精度保持在微米級；加工的最大型腔?？蛇_4×5m；硬質合金模具的總壽命已達到數(shù)億次。對于多品種小批量生產(chǎn)使用的模具，也已廣泛采用各種快速制模技術，如低熔點合金模具、鋅合金模具、聚酯橡膠喔模具以及超塑成型、擠壓成型、精密鑄造、金屬噴鍍、電鑄成型等制模新工藝，使模具制造周期縮短，成本降低。 近年，由于在模具材料方面發(fā)展了高強韌模具鋼、綜合性能好的通用模具鋼和微變形精密模具鋼種，從而提高了模具的使用壽命，隨著加工技術的發(fā)展，硬質合金和鋼結硬質合金在模具制造中的應用越來越多；易熔合金模具材料的品種也有新的發(fā)展，擴大了使用范圍。在模具設計與模具結構方面，使用計算機輔助設計，不僅縮短了模具設計周期，而且也促進了模具標準化的發(fā)展。組合沖模的設汁和使用范圍的擴大，使其元件逐步走向標準化、系列化。為了適應多工位高速沖模的使用要求，模具結構形式有很多新的發(fā)展。例如，為保證與凸模間微米級的配合間隙，在卸料板上采用鑲套或電鑄成形；為了便于裝卸、快速更換模塊等易損件，采用雙重導向或浮動凸模結構；在模具上增加潤滑系統(tǒng)和溫控系統(tǒng)，以提高模具的使用壽命。此外，在表面處理、表面溶滲、噴焊、涂鍍等方面也取得了許多突破性的進展，對于大型模具采用?？诙押讣夹g可降低造價．縮短制造周期。 1.1.4 沖壓模具的發(fā)展方向` 21世紀模具制造行業(yè)的基本特征是高度集成化、智能化、柔性化和網(wǎng)絡化，追求的目標是提高模具質量及生產(chǎn)效率、縮短設計及制造周期、降低生產(chǎn)成本、最大限度地提高模具制造行業(yè)的應變能力，滿足用戶需求。具體表現(xiàn)為以下8個方面。 （1）集成化技術。 現(xiàn)代模具設計制造系統(tǒng)不僅應強調信息的集成，更應該強調技術、人和管理的集成。在開發(fā)模具制造系統(tǒng)時強調“多集成”的概念，即信息集成、智能集成、串并行工作機制集成及人員集成，這更適合未來制造系統(tǒng)的需求。 （2）智能化技術。 應用人工智能技術實現(xiàn)產(chǎn)品生命周期各個環(huán)節(jié)的智能化，實現(xiàn)生產(chǎn)過程各個環(huán)節(jié)的智能化，以及模具設備的智能化，也要實現(xiàn)人與系統(tǒng)的融合及人在其中智能的充分發(fā)揮。 （3）網(wǎng)絡技術的應用。 網(wǎng)絡技術包括硬件與軟件的集成實現(xiàn)。各種通訊協(xié)議及制造自動化協(xié)議，信息通訊接口，系統(tǒng)操作控制策略等，是實現(xiàn)各種制造系統(tǒng)自動化的基礎。目前早已出現(xiàn)了通過internet實現(xiàn)跨國界模具設計的成功例子。網(wǎng)絡技術的應用為我國模具企業(yè)實現(xiàn)敏捷制造和動態(tài)聯(lián)盟奠定了技術基礎。 （4）多學科多功能綜合產(chǎn)品設計技術。 未來產(chǎn)品的開發(fā)設計不僅用到機械科學的理論與知識，還用到電磁學、光學、控制理論等，甚至要考慮到經(jīng)濟、心理、環(huán)境、衛(wèi)生及社會等各方面的因素。產(chǎn)品的開發(fā)要進行多目標全性能的優(yōu)化設計，以追求模具產(chǎn)品動態(tài)特性、效率、精度、使用壽命、可靠性、制造成本與制造周期的最佳組合。 （5）虛擬現(xiàn)實與多媒體技術的應用。 虛擬現(xiàn)實VR（Virtual Reality ）是人造的計算機環(huán)境，人處在這種環(huán)境中有身臨其境的感覺，并強調人的介入與操作VR技術在21世紀整個制造中都將有廣泛的應用，可以用于培訓、制造系統(tǒng)仿真、實現(xiàn)基于制造仿真的設計與制造、集成設計與制造、實現(xiàn)集成人的設計等。美國已于1999 年借助VR技術成功地修復了太空望遠鏡。多媒體技術采用多種介質來存儲、表達處理多種信息，融文字、語音、圖像于一體，給人一種真實感。 （6）反求技術的應用。 常規(guī)的模具設計通常以產(chǎn)品的已有設計信息為依據(jù)，這些設計信息通過工程圖或一些模型來表達，然后制定出加工工藝規(guī)劃，最終通過模具和設備制造出產(chǎn)品。但在許多情況下，一些產(chǎn)品并非來自設計概念，而是起源于另外一些產(chǎn)品或實物，要在只有產(chǎn)品原型或實物模型，而沒有產(chǎn)品圖樣的條件下進行模具的設計和制造以便制造出產(chǎn)品。此時需要通過實物的測量，然后利用測量數(shù)據(jù)進行實物的CAD幾何模型的重新構造。這種過程就是反求工種RE（Reverse Engineering）。一旦建立了CAD幾何模型后，就可以依據(jù)這種數(shù)字化的幾何模型用于后續(xù)的許多操作，如實物CAD模型的修改、零件的重新設計、有限元分析、誤差分析、數(shù)控（NC）加工指令生成以及模具的設計和制造等。 （7）快速成型制造技術。 快速成型制造技術RPM（Rapid Prototyping Mannufacturing）基于層制造原理，迅速制造出產(chǎn)品原型，而與零件的幾何復雜程度無關，尤其是具有復雜曲面形狀的產(chǎn)品制造中更能顯示其優(yōu)越性。它不僅能夠迅速制造出原型、設計評估、裝配校檢、功能實驗。而且還可以通過形狀復制，快速經(jīng)濟地制造出產(chǎn)品模具（如制造電極用于EDM加工、作為模型消失鑄造出模具等），從而避免了傳統(tǒng)模具制造的費時和耗成本的NC加工，因而RPM技術在模具制造中發(fā)揮著重要的作用。 （8）全面質量管理技術。 全面質量管理TQM（Total Quality Management）的核心思想是：企業(yè)的一切活動都圍繞著質量來進行。它不僅要求質量管理部門進行質量管理，它還要從企業(yè)最高決策者到一般員工均應參加到質量管理過程中。并且強調質量控制活動應包括從市場調研、產(chǎn)品規(guī)劃、產(chǎn)品開發(fā)、制造、檢測到售后服務等產(chǎn)品生命周期。 我們已經(jīng)進入知識經(jīng)濟時代，這是一個以知識密集的智力資源為基礎的經(jīng)濟時代，是一個高度重視知識生產(chǎn)、知識傳播和知識應用的時代，是一個科技創(chuàng)新競爭的時代。重視技術創(chuàng)新，加大科技投入，把科技進步放在首位，培養(yǎng)高素質人才；深化改革，加強管理，降低產(chǎn)品成本，縮短生產(chǎn)周期，提高經(jīng)濟效益；重點發(fā)展大型、精密、復雜、長壽命模具，使高檔模具進一步立足于國內(nèi)，所有這些均是擺在我國模具工作者面前的重大任務。 1.2 模具設計的意義 畢業(yè)論文（設計）不僅是對前面所學專業(yè)知識的一種檢驗，而且也是對自己能力的一種提高。畢業(yè)論文（設計）是本科生培養(yǎng)方案中的重要環(huán)節(jié)。學生通過畢業(yè)論文（設計），綜合性地運用幾年內(nèi)所學知識去分析、解決一個問題，在作畢業(yè)論文（設計）的過程中，所學知識得到疏理和運用，它既是一次檢閱，又是一次鍛煉。作為當代大學生，知識與能力能否結合關系到以后生存的難易程度。所以作一次實戰(zhàn)性的設計是非常有必要的，同時也是對我們生存能力的一種檢驗。在社會競爭日趨激烈的今天，做好設計是我們成功邁向社會的第一步。 第二章 工藝分析和方案確定 2.1 沖件工藝性分析 2.1.1 工件尺寸和精度 工件圖如下：（圖2-1） 圖2-1 工件圖 硅鋼片的應用在機電行業(yè)中是相當廣泛的，由于有其寬廣的使用空間，所以得到了大量的生產(chǎn)。由給定的工件圖（圖2 -1）可知，此零件形狀較規(guī)則，但相對復雜，其要求的工件等級也都在IT9級以上。其中內(nèi)小孔要求的精度等級為IT8級，內(nèi)大孔要求的精度等級為IT9級，外圍尺寸和要求的精度等級為IT7級。在現(xiàn)有的條件下沖出這樣精度的零件是完全可行的，再者，雖有24個內(nèi)槽，但是沒有精度等級的要求，外圍的四個對稱燕尾槽也沒有精度等級要求，因此，我們可以看做是一般的精度等級。所以要沖出這樣的一個零件是完全合乎要求的。 2.1.2 工件的粗糙度和毛刺 沖裁件的工藝性是指制件的形狀結構、精度要求、形位公差及技術要求以及對沖裁工藝的適應性。制件的工藝性不好，要影響沖裁件的質量、模具壽命、材料消耗、生產(chǎn)率和沖件成本，嚴重的要影響到?jīng)_裁工藝的實施。制件設計中應盡可能提高沖裁件的工藝性。沖裁斷面的粗糙度，對普通沖裁，當板厚小于5mm時，為100～6.3 ；精密沖裁件為o.8～o.4”；整修時Ra為3.2～o.8，制件的毛刺高度與沖裁性質、不同材料及厚度有關。表2-1所示為普通沖裁沖裁是允許毛刺高度的參考位值。 表2-1 毛刺高度 （mm） 2.2 確定工藝方案 方案一：用兩道單工序進行沖壓，見圖2-2，工序1先用復合模沖出工藝小孔和外圍形狀；工序2用裝有分度裝置的沖槽模對半成品進行內(nèi)孔和單槽沖壓，每沖好一個槽就將工件轉過15o，依次沖出24個槽形。 工序1 工序2 工序1 工序2 沖孔落料 單槽依次沖 沖孔落料 24個槽一次沖出 圖2-2 沖壓工藝方案之一 圖2-3 沖壓工藝方案之二 方案二：用兩道但工序進行沖壓，見圖2-3，工序1和方案一的一樣，工序2用沖槽模一次將半成品的24個槽形沖出。 方案三：用三個工步的級進模在一次工序中將零件沖出，見圖2-4。第一工步?jīng)_出工藝孔；第二工步?jīng)_出內(nèi)內(nèi)大孔和全部槽形；第三工步外形落料，壓力機一次行程生產(chǎn)一個完整的定子沖片制件。 圖2-4 沖壓工藝方案之三 方案四：在復合模中同時進行沖孔、落料、沖槽，將零件一次沖出。 方案分析： 方案一的特點是化零為整，將原先很復雜的制件形狀分解內(nèi)孔、一個槽形和外形三個形狀較簡單的單元，從而可以簡化模具刃口形狀，便于模具制造。另外，所需沖壓力也因此而減小了。但是該方案的缺點是，需要兩道沖壓工序，且第二道工序又是單槽沖出，生產(chǎn)效率較低；在沖槽過程中還要進行多次的分度定位，操作不便；由于多次分度定位，定子沖片槽形的同軸度與分度誤差都較難達到高的精度要求，所以方案一不可行。 方案二與方案一基本相同，不同之處在于第二方案的工序2可以一次沖出24個槽形，所以槽的分度誤差要比方案一的小得多，能夠滿足槽形分度的精度要求，但是此方案在沖槽時仍以內(nèi)小孔定位，同軸度要求0.08mm仍較難保證。所以方案二也是不可行的。 方案三由于制件與槽孔廢料都可以由壓力機臺下排出，操作方便安全，故生產(chǎn)效率高，此外，如果在級進模上設有彈性卸料裝置，則可以在高速沖床上進行連續(xù)沖壓。該方案的主要缺點是，沖出定子沖片的精度不夠高.故要選取更優(yōu)的方案。 方案四是將各個工序復合在一起一次沖成。因而生產(chǎn)效率最高，操作也較安全。復合模沖裁的制件精度，主要是取決于模具的制造精度。若采用高級精度（IT9級以上）復合模沖壓本制件，則可以保證制件所要求的各項精度指標。此外，由于復合模沖裁時，由彈性卸料板先將毛坯壓緊后再沖壓，因此，剪切斷面質量較高，制件的表面質量也較為平整。故方案四為最優(yōu)方案。 第三章 模具結構形式的選擇 確定沖壓工藝方案以后，應通過分析比較，選擇合理的模具結構形式。選定的模具結構形式，應能沖出達到技術要求的制件，能滿足需要的生產(chǎn)率，模具應便于制造和修磨，易于安裝調整，操作方便、安全，具有足夠的使用壽命。選定采用復合模后，還要確定是用正裝式還是例裝式復合模。在大多數(shù)情況下，優(yōu)先采用倒裝式復合模，因為倒裝式復合模的沖孔廢料可通過凸凹模從壓力機工作臺孔中漏出；制件由上面的凹模帶上后，由推件裝置推出，再由壓力機上附加的接件裝置接走；條料由下模的卸料裝置脫出。操作方便而安全，且能保證較高的生產(chǎn)率。而正裝式復合模，沖孔廢料由上模帶上，冉由推料裝置推出，制件則由下模的推件裝置向上推出，條料由上模卸料裝置脫出，三者混雜在一起，如果不能及時排除廢料(或制件)而進行下一次沖壓，就容易崩裂模具刃口。倒裝式復合模沖裁后的制件嵌在上模部分的落料凹模內(nèi)，需由剛性或彈性推件裝置推出。采用剛性推件裝置，可將制件平穩(wěn)可靠地推出凹模，但在沖裁時對制件不起壓平作用，故制件平整度和尺寸精度比用彈性推件裝置時低些。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，用剛性推件裝置已能保證定沖片所有尺寸精度，而且剛性推件裝置的結構緊湊，維護方便，故以采用剛性推件裝置為宜。復合模沖裁時，條料將卡在凸凹模外緣，因而需要在下模設卸料裝置。在下模的彈性卸料裝置有兩種形式，一種是將彈性零件裝設在卸料板與凸凹模固定板之間，另一種是將彈性浮什裝設在下樓板下面。出于定子沖片的條料卸料力不大，故采用前一種結構，并且使用橡皮作為彈性零件。 經(jīng)分析，由于制件精度要求高，材料薄，模具間隙小，且生產(chǎn)批量大，故采用后側導柱模架，模具形式選擇倒裝式復合模，推件采用剛性推件裝置，卸料板采用彈性卸料板。 第四章 工藝計算 4.1 毛坯尺寸的計算 由于此零件的不規(guī)則形狀，所以要直接計算其沖裁尺寸是有點困難的，但是我們具備了相當?shù)膸缀沃R，我們可以將其分解進行計算，先取其1/4，見圖4-1，進行計算： 圖4-1 部分工件圖 圖4-2 工件槽形 經(jīng)過計算，1/4外圍的尺寸為 C1=96.19mm 所以，整個外圍的尺寸為 C2=4C1=384.76mm 由于在零件的上端，有一半徑為的圓，所以最后外圍的尺寸為 在半徑為圓周圍，有24個槽形，見圖4-2，其沖裁尺寸為 所以，整個環(huán)形的槽形的尺寸為 槽的小口部分是2.2mm寬，在直徑的圓上所占的弧度非常小，故取近似等于所占圓弧角度的弧度。所以，內(nèi)周長為 由于在中心還要 沖一個工藝小孔。最后，總的沖裁尺寸為 4.2 排樣、搭邊和料寬以及材料利用率 4.2.1 排樣 制件在板料、條料或帶料上的布置方法稱作排樣。排樣是制定沖壓工藝不可缺少的內(nèi)容，它直接影響材料的利用率、沖模結構、制件質量和生產(chǎn)率。排樣的方法很多，主要包括有搭邊排樣、少搭邊排樣和無搭邊排樣。如圖4-3 所示 有搭邊排樣 少搭邊排樣 無搭邊排樣 圖4-3 排樣圖 有搭邊排樣(見圖4-3a)制件，在板料上沖栽輪廓四周都有搭邊(圖中陰影部分)。沖裁后搭邊成為廢料。有搭邊排樣的材料利用率較低，但制件的質量和沖模壽命較高，常用于制件形狀復雜、尺寸精度要求較高的排樣。少搭邊排樣(見圖4-3b)沿制件的部分外部輪廊切斷或沖裁，即制件與條料的側邊，或制件與制件之間有部分搭邊的排樣。這種排樣方法，材料的利用率較高，常用于制件某些尺寸要求不高的排樣。無搭邊排樣(見圖4-3c)是無廢料的排樣方法，沖裁過程制件與制件之間沿不同的線段分開。這種排樣方法，材料的利用率最高，但對制件形狀結構要求更嚴格，所以其應用范圍有一定的局限性，制件設計時要考慮這方面的工藝性能。 采用少搭邊和無搭邊排樣可以簡化沖模結構，減少沖裁力，但應用中要受制件結構的限制，主要用于精度要求較低的制件。此外，它對沖模的工作條件也有一定的影響．會降低沖模壽命和制件質量。 對于簡單形狀的制件，可以用計算方法選擇合理的排樣；而對于形狀復雜的制件，常采用放樣的方法進行比較排樣，找出比較合理的排樣方案。 經(jīng)過對制件的分析，此零件的尺寸較大，外部形狀雖有4個槽形，但也是規(guī)則的形狀；再考慮到壓力機工作臺面的大小和模具的因素，現(xiàn)擬定排樣方式見圖4-4。 圖4-4 沖件的排樣形式 對上述排樣進行分析：此零件由于尺寸較大，而且外部形狀較為規(guī)則，如果要多行排列的話，不僅要求壓力機的工作臺面很大，而且壓力機的壓力也要求較高，更為困難的是模具將要設計得很大，不僅在工作的時候操作上引起不便。在安裝上也是個值得考慮的問題，如果模具太大的話，將會對手工安裝帶來很多不便，這樣顯然是很困難的。所以此排樣適合沖裁的要求。 4.2.2 搭邊和料寬 1. 搭邊 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。搭邊的作用是補償定位誤差，防止由于條料的寬度誤差、送料步距誤差、送料歪斜誤差等原因而沖裁出殘缺的廢品。此外，還應保持條料有一定的強度和剛度，保證送料的順利進行，從而提高制件質量，使凸、凹模刃口沿整個封閉輪廓線沖裁，使受力平衡，提高模具壽命和工件斷面質量。搭邊值要合理確定。搭邊值過大，材料利用率低。搭邊值小，材料利用率雖高，但過小時就不能發(fā)揮搭邊的作用，在沖裁過程中會被拉斷，造成送料因難，使工件產(chǎn)生毛刺、有時還會被拉入凸模和凹模間隙，損壞模具刃口，降低模具壽命。搭邊值過小，會使作用在凸模側表面上的法向應力沿著落料毛坯周長的分布不均勻，引起模具刃口的磨損。為避免這一現(xiàn)象，搭邊的最小寬度大約取為毛坯的厚度，使之大于塑變區(qū)的寬度。 影響搭邊值大小的因素主要有： 1． 材料的力學性能 塑性好的材料，搭邊值要大一些，硬度高與強度大的材料，搭邊值可小—些。 2． 材料的厚度 材料越厚，搭邊值也越大。 3. 工件的形狀和尺寸 工件外形越復雜，圓角半徑越小，搭邊值越大。 4． 排樣的形式 對排的指邊值大于直排的搭邊。 5． 送料及擋料方式 用手工送料，有側壓板導向的搭邊值可小一些。 搭邊值一般由經(jīng)驗確定，表4-1列出普通沖裁低碳鋼時的搭邊值。 表4-1 搭邊a和數(shù)值 （） 由工件給定的尺寸，并查表4-1得：取 mm 所以，其搭邊情況如圖4-5 圖4-5 搭邊值 2. 條料寬度的確定 排樣方案和搭邊數(shù)值確定后，即可確定條料或帶料的寬度及進距。 條料寬度的確定原則是：最小條料寬度要保證沖裁時工件周邊有足夠的搭邊值，最大條料寬度要能在沖裁時順利地在導料板之間送進，并與導科板之間有一定的間隙。因此，在確定條料寬度時必須考慮到?？h的結構中是否采用側壓裝置和側刃，根據(jù)不同結構分別進行計算。 當條料在無側壓裝置的導料板之間送料時(圖)，條料寬度按下式計算 （4-1） 式中 B——條料標稱寬度(mm)； D——工件垂直于送料力向的最大尺寸(mm)。 一—側搭邊(mm)； V一一條料寬度的公差(mm)，見表4-2； ——條料與導料板間的間隙(mm)，見表4-3。 當條料在有側壓裝置的導料板之間送料時（圖4-6b），條料寬度按下式計算 （4-2） 式中各符號意義同上。 導料板之間的距離： A=B+ 圖4-6 條料寬度的確定 a) 無側壓裝置 b) 有側壓裝置 1——導料板 2——凹模 表4-2 剪切條料寬度公差 （mm） 條料寬度B 材 料 厚 度 t ~1 1~2 2~3 3~5 ~50 50~100 100~150 150~220 220~300 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 0.9 1.0 1.1. 1.2 1.3 表4-3 條料與導料板之間的間隙 （mm） 條料厚度 無側壓裝置 有側壓裝置 條 料 寬 度 ≤100 >100~200 >200~300 ≤100 >100 ≤1 >1~5 0.5 0.5 0.5 1 1 1 5 5 8 8 此次設計的模具采用有側壓裝置 查表4-2得，取V=0.6mm; 查表4-3得，取=8mm。 側搭邊取 所以條料寬度為 4.2.3 材料利用率 沖裁件在板、條等材料上的布置方法稱為排樣。排樣的合理與否，影響到材料的經(jīng)濟利用率，還會影響到模具結構、生產(chǎn)率、制件質量、生產(chǎn)操作方便與安全等。因此，排樣是沖裁工藝與模具設計中一項很重要的工作。 沖壓件大批量生產(chǎn)成本中，毛坯材料費用占60％以上，排祥的目的就在十合理利用原材料。衡量排樣經(jīng)濟件、合理性的指標是材料的利用率。其計算公式如下： —個進距內(nèi)的材料利用率為 （4-3） 式中 A——沖裁件面積(包括沖出的小孔在內(nèi))( )； n——一個進距內(nèi)沖件數(shù)目； B——條料寬度（）； h——進距（）； 一張板料上總的材料利用率為 （4-4） 式中 N——一張板料上沖件總數(shù)目； L——一板材長度(mm)。 條料、帶料和板料的利用率比—個進距內(nèi)的材料利用率要低。其原因是條料和帶料有料頭和料尾的影響，另外用板材剪成條料還有料邊的影響。 要提高材料的利用率，就必須減少廢料面積，沖裁過程中所產(chǎn)生的廢料可分為兩種情況，見圖4-7。 圖4-7 廢料種類 1一料頭(搭邊) 2—側搭邊 3一搭邊 4一定距刀廢料 5一結構廢料 1．結構廢料 由于工件結構形狀的需要，如工件內(nèi)孔的存在而產(chǎn)生的廢料，稱為結構廢料，它決定于工件的形狀， 一般不能改變。 2．工藝廢料 工件之間和工件與條料邊緣之間存在的搭邊，定位需要切去的料邊與定位孔，不可避免的料頭和料尾廢料，稱為工藝廢料，它決定于沖壓方式和排樣方式。 因此，提高材料利用率主要應從減少工藝廢料著手，同一個工件，可以有幾種不同的排樣方法。合理的排樣方法，應是特工藝廢料減到最少。 進距是指條料在模具上每次送進的距離，進距的計算與排樣的方式有關，每個進距可以沖出一個零件，也可以沖出幾個零件。進距是決定擋料銷位置的依據(jù)。 每次沖一個零件的進距h的計算公式為 h=B+a 式中 B——平行于送料方向的工件的寬度（mm）； a——沖件之間的搭邊值（mm）。 因為此次所設計的模具是每個進距只可以沖出一個零件，所以進距為 h=110+2.5=112.5mm 由幾何知識可知，沖裁件的面積S為 綜合前面所述，可求得材料的利用率η為 材料的利用率滿足設計的要求。 4.3 沖裁力、卸料力及推件力的計算 4.3.1 沖裁力的計算 沖裁力的大小主要與材料力學性能、厚度及沖裁件分離的輪廓長度有關。采用平刃口模具沖裁時，沖裁力 (N)可按下式進行計算： （4-5） 式中 L——沖裁件周邊的長度（mm）； t——材料的厚度（mm）； ——材料的抗剪強度（MPa）其值見表4-4； K——系數(shù)。考慮到模具刃口的磨損，模具間隙的波動，材料力學性能的變化及材料厚度偏差等因素，—般取K＝1.3。 表4-4 部分黑色金屬的機械性能 （MPa） 查表4-4得，取=190MPa。 L= K=1.3 t=0.5mm 所以，沖裁力為 =1.31297.340.5190=160221.49N 4.3.2 卸料力及推件力的計算 無論采用何種刃口沖裁，當沖裁工作完成后，由于彈性變形，在板材上沖裁出的廢料(或工件)孔徑沿著徑向發(fā)生彈性收縮，會緊箍在凸模上。而沖裁下來的工件(或廢料)徑向會擴張，并因要力圖恢復彈性形變，所以會卡在凹?？變?nèi)。為了使沖裁過程連續(xù)，操作方便，就需把套在凸模上的材料卸下，把卡在凹?？變?nèi)的沖件或廢料推出。從凸模上將零件或廢料卸下來所需的力稱卸料力，順著沖裁方向將零件或廢料從凹橫腔推出的力稱推件力，逆著沖裁方向將零件或廢料從凹模腔頂出的力稱頂件力。 、、是由壓力機和模具的卸料、頂件裝置獲得的。影響這些力的因素主要有材料的力學性能、材料厚度、模具間隙、凸、凹模表面粗精度、零件形狀和尺寸以及潤滑情況等。要準確計算這些力是困難的，實際生產(chǎn)中常用下列經(jīng)驗公式計算 = = = 式中 ——沖裁力（N）； 、、——分別為卸料力、推件力、頂件力系數(shù)，見表4-5。 表4-5 卸料力、推件力、頂件力系數(shù) 料 厚（mm） 、 、 鋼 ≤1 >0.1~0.5 >0.5~2.5 >2.5~6.5 >6.5 0.065~0.075 0.045~0..55 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 紫銅 黃銅 0.025~0.08 0.02~0.06 0.03~0.07 0.03~0.09 實際生產(chǎn)時，凹?？卓谥袝瑫r卡有好幾個工件，所以在計算推件力時應考慮工件數(shù)目。設h為凹橫孔口直壁的高度，t為材料厚度．則工件數(shù)n＝h/t。由參考文獻[2]表2-21，取h=5mm，則n=h/t=5/0.5=10 查表4-5得：取=0.055，=0.063，=0.08 所以 ==0.055160221.49=8812.18N =n=0.063160221.49=100939.54N ==0.08160221.49=12817.72N 沖裁時，所需沖壓力為沖裁力、卸料力和推件力之和，這些力在選擇壓力機時是否要考慮進去，應根據(jù)不同的模具結構區(qū)別對待。 采用剛性卸料裝置和下出料方式的沖裁模的總沖壓力為 =+ 采用彈性卸料裝置和下出料方式的總沖壓力為 =++ 采用彈性卸料裝置和上出料方式的總沖壓力為 =++ 此次設計采用彈性卸料件結合剛性卸料的裝置和上出料的方式，故最后總的沖壓力為 =+++=160221.49+812.18+100939.54+12817.72=282790.93N 4.4 壓力中心的計算 沖裁時的合力作用點或多工序模各工序沖壓力的合力作用點，稱為模具壓力中心。如果模具壓力中心與壓力機滑塊中心不一致，沖壓時會產(chǎn)生偏載，導致模具以及滑塊與導軌的急劇磨損，降低模具和壓力機的使用壽命，通過利用求平行力系合力作用點的方法(解析法或圖解法)確定模具的壓力中心。 由于此次設計模具所要沖裁的零件是個中心對稱圖形，如圖4-8所示，雖然在上端有一直徑為5mm的半圓槽，但是相對于整個制件的沖裁邊緣來說，其所需的壓力可以忽略不計，所以制件的壓力中心位于幾何中心。 圖4-8 壓力中心的確定 4.5 沖裁間隙 1. 沖裁間隙的含義 沖裁模的凸模橫斷面，一般小于凹?？?。凹模與凸模刃口部分，在垂直于外栽力方向的投影尺寸之差，稱為沖栽間隙。 間隙有兩種含義：—種指凹模與凸模間每側空隙的數(shù)值，稱為單面間隙；另一種指凹模與凸模間兩側空隙之和，稱為雙面間隙。對于圓形刃口的凸、凹模來說，雙面間隙就是兩者直徑之差。習慣上常說的多少間隙，是指雙面間隙，用符號Z表示。單面用Z／2表示。 2. 間隙對沖裁的影響 生產(chǎn)實踐證明，間隙值的大小、分布是否均勻等，對沖裁件的斷面質量、尺寸精度、沖裁力和模具形命等均有直接影響。凸、凹模之間的間隙大小可分三種基本情況， 即間隙合理、間隙過大和間隙過小。 1）沖裁件的斷面質量 間隙合理，材料在分離時，凸、凹模刃口處的裂紋重合，沖裁斷面比較平直、光滑，塌角和毛刺均較小，制件質量較好。但合理的沖裁間隙并非是一個絕對值，而是某一個數(shù)值范圍，沖裁間隙在此范圍內(nèi)都可得到?jīng)_裁斷面好的制件。間隙過大，凸、凹模刃口處的裂紋不重合，凸模刃口附近的裂紋在凹模刃口附近裂紋的里邊，材料受很大的拉伸，光亮帶小，毛刺、塌角及斜度都較大。間隙過小，裂紋也不重合，凸模刃口附近的裂紋在凹模刃口附近裂紋的外邊，兩條剪裂紋之間的一部分材料隨沖裁的繼續(xù)又被二次剪切和擠壓，在斷面上形成第二次光亮帶，并在其間出現(xiàn)夾層和毛刺。 2）尺寸精度 落料或沖孔后，因發(fā)生彈性恢復，會影響尺寸精度。間隙小到一定界限，由于壓縮變形彈性恢復，落料件尺寸會大于凹模尺寸，而使沖出的孔小于凸模。間隙大到一定界限，由于拉伸變形彈性恢復，落料件尺寸會小于凹模，而使沖出的孔大于凸模。間隙對于沖孔和落料精度的影響規(guī)律是不同的，且與材料軋制的纖維方向有關。 3）沖裁力和模具壽命 間隙值大時，沖栽力有一定程度的減小，卸料力和推件力也隨之降低。 沖裁時，坯料對凸模與凹模刃口產(chǎn)生側壓力，并在凸模與被沖孔之間以及凹模與落料件之間均有摩擦力。間隙越小，側壓力和摩擦力隨之增大。此外，在實際生產(chǎn)中，模具因受到制造誤差和裝配精度的限制，凸模不可能絕對垂直于凹模平面，而間隙分布也不可能十分均勻所以，過小的間隙會使凸、凹模刃口磨損加劇，壽命下降。而較大的間隙則可使凸、凹模側面與材料問摩擦減小，并減緩間隙不勻的不利影響，從而提高模具壽命；但間隙過大，坯料彎曲相應增大，使凸模與凹模刃口端面上的壓應力分布不均勻，容易產(chǎn)生崩刃或產(chǎn)生塑性變形，因而對模具壽命也不利。 3. 沖裁方向的確定原則 沖裁時，由于凸、凹模之間存在間隙，因此落下的料或沖出的孔均帶有錐度，其大端尺寸基本等于凹棋尺寸，小端尺寸基本等于凸模尺寸。測量時，也是按沖孔的小端和落料的大端作為基準量取尺寸的。又由于在生產(chǎn)中，凸、凹模都要與沖件或廢料發(fā)生摩擦，凸核愈磨愈小，凹模愈磨愈大，使間隙隨之增大?；谶@一分析，確定沖裁間隙值的原則是：落料時因制件尺寸隨凹模尺寸而定，故間隙應在減小凸模尺寸的方向上取得；沖孔時因孔尺寸隨凸模尺寸而定，故間隙應在增大凹模尺寸的方向上取得。 考慮到?jīng)_裁件的斷面質量、尺寸精度、凸、凹模的磨損，在設計與制造新模具時，取最小合理間隙。 根據(jù)材料的厚度t=0.5mm，查參考文獻[2]，表2-2，取=0.035mm，=0.045mm。 4.6 凸、凹模刃口尺寸的計算 沖裁件的尺寸精度，決定于凸、凹模刀口部分尺寸。沖裁的合理間隙，也要靠凸、凹模刃口部分尺寸來實現(xiàn)和保證。所以正確地確定刃口部分尺寸是相當重要的。 4.6.1 尺寸計算的原則 由于凸、凹模之間存在間隙，所以沖裁件斷面都是帶有錐度的，且落料件的大端尺才等于凹模尺寸，沖孔件的小端尺寸等于凸模尺寸。在測量與使用中，落料件是以大端尺