沖壓模具課程設計.doc

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遼寧工程技術(shù)大學畢業(yè)設計（論文） 1 鎖擋零件圖及工藝方案的擬訂 1.1 零件圖 鎖檔零件如圖1-1所示，材料選用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼薄鋼板，牌號為08F，抗剪強度：220～310；抗拉強度：280～390；屈服強度（）：180；伸長率：32；料厚2mm，大批量生產(chǎn)，制造精度要求IT10～IT12，要求零件表面無劃傷，周邊無毛刺，不允許出現(xiàn)起皺、拉裂、缺料等缺陷。由于該零件形狀較復雜，部分尺寸有精度要求，因此必須在仔細分析零件沖壓工藝的基礎(chǔ)上合理進行模具結(jié)構(gòu)設計。 圖 1-1 鎖擋零件 Fig.1-1 The lock stopper 1.2 零件的結(jié)構(gòu)工藝分析 該零件屬帶凸緣拉深件，除采用拉深工藝外，還包括沖孔、落料及切舌加工工序。由于其尺寸較小，兩凸緣孔和底部的切舌部位尺寸均不超過4 mm，離筒壁很近，且對兩端凸緣4 mm孔有位置精度要求，所以加工困難，在設計成形工序時必須仔細考慮。 1.2.1 沖裁部位成形工藝性 沖裁件孔徑因受沖孔凸模強度和剛度的限制，不宜過小，否則容易折斷或壓彎，沖孔的最小尺寸取決于沖壓材料的力學性能、凸模強度和模具結(jié)構(gòu)。該工件初步擬定采用無保護套沖孔，沖孔的最小尺寸必須滿足以下條件：圓孔(τ<390 MPa)，d(直徑)≥ t(料厚)；方孔，b(邊寬)≥0．9t。對該工件t=2 mm，圓孔處d=4 mm>t滿足；方孔處b=4 mm>0.9t滿足。沖孔件孔與孔，孔與邊緣的距離不能過小，以避免工件變形，模壁過薄或因材料易被拉人凹模而影響模具壽命，一般最小孔邊距取值范圍為：圓孔取a≥(1～1．5)t；矩形孔取a≥(1．5～2)t。對該工件，凸緣孔處：a=4 mm>1.5t；方孔與筒底孔邊距：a=4 mm>1.5 ，均滿足要求。 1.2.2 拉深部位成形工藝性 拉深件各部分的尺寸比例要恰當，應盡量避免寬凸緣(>3d)和深度大的拉深件(h≥2d)，該工件:=34mm，h=10 mm，=26 mm，均在易成形拉深參數(shù)范圍內(nèi)。在拉深件上沖孔時，為避免凸模受水平推力而折斷，孔壁與工件壁應保持一定距離，以避開拉深圓角。拉深件凸緣上的孔距應滿足： ≥ (+2+) （1-1） 拉深件底部孔徑應滿足： ≤-2-t （1-2） 對該工件(如圖1-2所示)：=40 mm，=26mm ，t=2 mm ,=5 mm ,=2 mm ，=4 mm ，=8 mm，則： (+2+)=40 mm= -2-t=20 mm> 8 mm= 均符合要求。 圖1-2 拉深件上孔的位置要求 Fig.1-2 Position of the hole in drawing work-piece 拉深件的圓角半徑在保證尺寸要求情況下應盡量大些，以利于成形和減少拉深次數(shù)，拉深件底與壁、凸緣與壁圓角半徑應滿足:r≥t，r≥2t，否則應增加整形工序。對該工件：r=2 mm，r=5 mm，拉深部位圓角半徑滿足要求，無需增加整形工序。 采用拉深加工，必須計算其拉深次數(shù)，并確定是否增加切口工序。由圖1所給的尺寸：d=34mm，d=26mm，t=2 mm，D 為零件毛坯展開直徑，由于材料厚度t=2mm，故按中線尺寸計算，根據(jù)下式初步計算： (1)確定修邊余量： 根據(jù)制件尺寸查表4-5得修邊余量=2.5mm，故實際凸緣直徑 d+2=34+22.5=39mm. （1-3） (2)預算坯料直徑： 由表4-7查得帶凸緣筒形件的坯料直徑計算公式為： （1-4） 將中線尺寸=22mm，R=6mm，r=3mm，=28mm，= 1mm，=40mm， =39mm.代入上式得： 則： 根據(jù)表4-12和表4-13查得凸緣件首次拉深的極限拉深系數(shù)[m]=0.39，帶凸緣筒形件第一次拉深的最大相對高度：[h/d]=0.650.80，則m=0.59>[m]，0.357<[h/d]。由計算結(jié)果可知拉深可一次完成，無需增加切口工序。此外根據(jù)零件圖可知該工度要求不高，對平面度及垂直度也沒要求，所以無需采用彎曲整形。但對于該模具為了使條料在拉深工序后，條料收縮不影響條料的正常定位，故在拉深工序前加道切口工序，切口為以D=47.16mm為內(nèi)邊，寬為b=2mm的兩個扇形環(huán)，所以坯料的實際直徑： =D+2b=47.16+22=51.16mm。 1.2.3 切舌部位彎曲成形工藝性 彎曲件的相對圓角半徑若過小會使彎曲件外表面纖維的拉伸應變超過材料所允許的極限而出現(xiàn)裂紋或折斷，所以在保證坯料外表面纖維不發(fā)生破壞的前提下，工件能夠彎成的內(nèi)表面最小圓角半徑為0.2t≤r ≤0.4t(0.2t為壓彎線與軋制紋向垂直的最小彎曲半徑，0．4t為壓彎線與軋制紋向平行的最小彎曲半徑）。該工件彎曲處內(nèi)表面圓角半徑為：r=1>0.8，故可以彎曲。彎曲部位直邊高度不能過小，彎曲直角時，彎曲件直邊高度h必須大于或等于最小彎邊高度：h=2t，該工件彎曲部位直邊高度為:h=4 mm,符合要求。 1．3 沖壓工藝方案確定 模具類型的選用主要取決于沖壓件的生產(chǎn)批量、尺寸大小和精度要求等因素。對尺寸較小的沖壓件，考慮到單工序模上料不方便和生產(chǎn)率低，加上存在安全隱患，常選用復合模或級進模生產(chǎn)。若選用自動送料，一般用連續(xù)沖壓，為避免多次沖壓的定位誤差，常選用復合模生產(chǎn)。復合模的沖壓精度比級進模高，結(jié)構(gòu)緊湊，模具輪廓比級進模小，但級進模的生產(chǎn)效率更高，操作比較安全，容易實現(xiàn)單機自動化生產(chǎn)。若安裝自動送料裝置，可實現(xiàn)小件的自動沖壓生產(chǎn)，這主要是針對薄件(料厚不超過2mm)。級進模設計時，工序可以分散，采用空工位，不必集中在一個工位，不存在復合模的“最小壁厚問題”，因而模具強度較高，壽命較長。使用級進?？梢詼p少壓力機數(shù)量，減少半成品的運輸，可大大減少車間和倉庫面積。對于該零件，生產(chǎn)批量大，零件尺寸小，最大徑向尺寸為52 mm，料厚為2 mm，較薄，尺寸精度要求IT12級。鑒于此，采用自動送料出件的級進模生產(chǎn)最合適。根據(jù)所選用的模具類型為級進模及所確定的沖壓工序，擬定以下幾種工藝方案。 1)方案1：沖中心孔—切口--拉深--切舌--沖兩凸緣孔--落料 2)方案2：沖中心孔—切口--拉深--沖兩凸緣孔--切舌--落料 3)方案3：切口--拉深--沖中心孔--沖兩凸緣孔--切舌--落料 4)方案4：切口--拉深--沖中心孔與兩凸緣孔復合--切舌--落料 對以上各方案比較分析如下。 方案1復合程度低，為簡單工序的連續(xù)沖壓，模具結(jié)構(gòu)簡單，安裝調(diào)試容易，但該方案第2工步的定位不便。若采用導正銷，則結(jié)構(gòu)較復雜，因為拉深件在精度要求不高的情況下一般靠外形定位，此外，切舌工步底部必須有方孔的存在以容納彎曲直邊，到后續(xù)工序也必須存在，以便條料放置(落料除外)，增加了模具零件的加工難度。方案2與方案l一樣復合程度低，也同樣存在第2工步的定位問題，其不同點在于調(diào)換了切舌與沖凸緣孔兩工步，解決了前面模具零件加工的問題。方案3復合程度較低，但這對級進模而言并不是問題，而是其特點所在。其與方案4的主要區(qū)別在于后者將沖中心孔與沖凸緣孔復合，這樣設計可以保證三孔的中心位于同一條基準線，符合零件的技術(shù)要求，但是可能存在最小壁厚問題。確切一點說，壁厚問題存在的關(guān)鍵不是在底孔，也不是復不復合的問題，而在于兩凸緣孔本身。因為凸緣孔離拉深筒壁較近，若存在問題，方案3同樣不可行，這一點由后續(xù)的排樣設計及模具設計過程可以看出并不存在問題，所以方案4與方案3同樣是可行的，但是其復合程度相對較高，而且也不影響級進拉深過程。總體而言方案4優(yōu)于方案3。綜合以上比較分析，方案4更經(jīng)濟合理可行，符合生產(chǎn)要求，故采用方案4。 1.4 模具類型及結(jié)構(gòu)形式的選擇 1.4.1 模具結(jié)構(gòu)形式要求 根據(jù)確定的工藝方案和零件的形狀特點，精度要求，預選設備的主要技術(shù)參數(shù)，模具的制造條件及安全生產(chǎn)等，選定模具類型及結(jié)構(gòu)形式。 確定加工工藝后，應通過分析比較，選擇合適的模具結(jié)構(gòu)形式，使其盡量滿足以下要求： （1）能沖出符合技術(shù)要求的工件； （2）能提高生產(chǎn)率； （3）模具制造和維修方便； （4）模具有足夠的壽命； （5）模具易于安裝調(diào)整，且操作方便、安全。 1.4.2 模具整體結(jié)構(gòu) 按照模具設計原則，根據(jù)帶料排樣圖，結(jié)合零件特點，在上述分析計算的基礎(chǔ)上，進行模具結(jié)構(gòu)的總體設計。模具采用整體式彈壓卸料板，凹模均采用組合式鑲塊結(jié)構(gòu)，送料采用人工送料，導料板粗定位，導正銷精定位。該零件精度要求不高，因此模具主要靠側(cè)壓裝置和側(cè)刃定位，故采用始用擋料銷、導料板、導料銷導料。切舌工步因凸模細長采用護套結(jié)構(gòu)，最后工步因是拉深件落料，必須進行導正，故采用導正銷。該多工位級進模的模具結(jié)構(gòu)如圖6所示。 1.上模座 2.導套（25mm）3.墊板 4.切舌凸模 5.凸模固定板 6.拉深凸模 7.模柄 8.防轉(zhuǎn)銷 9.切舌凸模 10.防轉(zhuǎn)銷 11.防轉(zhuǎn)銷 12.開槽螺釘 13.落料凸模 14.防轉(zhuǎn)銷 15.導套（25mm） 16.卸料板 17.瓦軸 18.導柱（28mm）19.凹模固定板 20.內(nèi)六角螺釘 21.落料凹模 22.導正銷 23.切舌凹模 24.彈簧 25.頂桿 26.切舌護套 27.沖孔凹模 28.拉深凹模 29.頂件塊 30.導柱（25mm）31.下模座 32.導料板 33.側(cè)刃 34.側(cè)刃擋塊 35.導料銷 36.始用擋料銷 37.沖凸緣孔凸模 38.沖中心孔凸模 39.卸料螺釘 40.圓柱銷 41.橡膠 42.圓柱頭螺釘 43. 圓柱銷 圖1-3 模具結(jié)構(gòu) Fig.1-3 Die structure 1.4.3 模具工作過程 首先是板料進入第1個工位，利用始用擋料銷進行定位，此時壓力機滑塊下行，帶動切口凸模4壓入切口凹模中，完成切口工步，然后滑塊上行，人工進料一個步距，制件進入第2工步，側(cè)刃定位，緊接著壓力機滑塊下行，帶動拉深凸模6壓入拉深凹模27中，完成拉深工步；然后滑塊上行，凸凹模分離，制件由頂件塊28頂出，此時人工送料一個步距，制件進入第3工位沖出中心孔及凸緣孔；再由頂件塊頂出后送入第4工位進行切舌，在此工位由切舌凸模護套對拉深部位導正后沖裁及彎曲；最后工件進入落料模，先由導正銷2l導正，再由落料凸模13和落料凹模20完成沖裁落料，使制件與板料完全分離，制件從凹?？字新湎?，完成落料工序。 1.4.4 模具結(jié)構(gòu)特點 1)模具整體尺寸較小，選用對角布置式，其受力較平衡，操作維護較為方便。同時采用2副導柱導套的不等直徑設計，避免裝錯方向時損壞凸、凹模刃口。 2)各道工序凹模都采用鑲拼結(jié)構(gòu)，安裝在凹模固定板上，便于模具制造、更換及修模。 3)采用整體式彈壓卸料板，選用聚氨酯橡膠作為彈性元件。卸料板除卸料作用外，還起到壓料和凸模導向作用，此外還兼起防止沖裁時材料的變形等作用。 4)卸料板安裝導套與導柱配合上下運動，保證了卸料板的運動精度，使卸料板凸模導向正確、可靠。 5)第3工步?jīng)_中心孔與沖凸緣孔同時完成，可以保證三孔的中心位于同一條基準線上，符合零件的技術(shù)要求，且工藝符合程度高，簡化模具結(jié)構(gòu)。采用整體式三孔凹模，既保證了三孔的尺寸精度，又簡化了模具結(jié)構(gòu)，提高了模具強度。 6) 切舌凹模同時起到頂件塊的作用，與下面的卸料螺釘及彈性元件配合組成彈頂器。 7) 切舌模沖裁凸模在沖壓時容易折斷，因此在模具設計時采用了保護套。保護套對切舌模起導向及保護作用，并且由于斜刃沖裁過程中，本身就存在錯移力，對細長凸模的影響尤為嚴重，所以必須增加壓料裝置。保護套在切舌進行前還可利用外形對零件前一工序拉深部分定位。 8）上模固定方式：凸模固定板和墊板用螺釘緊固，銷釘定位，緊固在上模座上，拉深凸模、沖孔凸模、切舌凸模、落料凸模利用凸模固定板直接固定在墊板上，零件之間配合為過渡配合，查表2-13，基孔制優(yōu)選、常用配合。 9）下模固定方式：凹模均采用組合式鑲塊結(jié)構(gòu)，凹模固定板用螺釘緊固，銷釘定位，緊固在下模座上，拉深凹模、沖孔凹模、切舌凹模、落料凹模均利用凹模固定板固定在下模座上，為了方便凹模鑲塊的更換，各凹模鑲塊與凹模固定板過渡配合，固定在凹模固定板上各自的位置上。 2 鎖擋沖壓工藝計算 2．1 排樣設計 2.1.1 零件展開 通過對零件圖的分析與計算，繪制出的零件展開如圖3所示，該工件(包括結(jié)構(gòu)廢料)展開后的有效面積為： F （ +）=3.14（）=1858.9mm （2-1） 圖 2-1 零件展開 Fig.2-1 The developed blank drawing 考慮變形過程中，各部分變形性質(zhì)與材料流動情況不盡相同，且過渡圓角部分為簡化計算有小部分沒計入，則毛坯計算面積取為1860mm。 2.1.2 排樣設計 確定選用多工位級進模，先要解決排樣圖的設計。根據(jù)零件形狀選用合理的排樣方案可以提高材料利用率，延長模具壽命，提高生產(chǎn)率。對于該工件，采用斜排和直排2種形 式的排樣方案如圖2-2所示，同時為保證沖件的質(zhì)量及模具壽命，沖件周邊都有搭邊。 圖2-2 2種排樣方式比較 Fig.2-2 Two kinds of blank layout 比較以上2種方案,顯然斜排方案材料利用率要比直排方案材料利用率要大 ，第2種雖在模具布局上復雜一點，但并不影響模具強度及加工難度，并且由于是對稱件，也不存在壓力中心的偏移，所以選用第2種方案。確定后的排樣如圖2-3所示，工位安排為：拉深---沖孔---切舌---整體落料。 圖2-3 排樣 Fig.5 Process layout diagram 2．2 條料寬度和利用率計算 2.2.1 搭邊 排樣中相鄰兩個零件之間的余料或零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，保持條料有一定的剛度以保證零件質(zhì)量和送料方便。搭邊值一般由經(jīng)驗或查表確定，根據(jù)所送材料厚度t=2mm，查表2-10得兩工件之間搭邊值=2mm，側(cè)邊取=2.5mm。 2.2.2 送料步距和條料寬度的確定 （1）送料步距 條料在模具上每次送進的距離成為送料步距，對于該模具為了條料在拉深工序后，條料收縮不影響條料的正常定位，故在拉深工序前加道切口工序，切口為以D=47.16mm為內(nèi)邊，寬為b=2mm的兩個扇形環(huán)，故每次只沖一個零件的步距S的計算公式為： S=D++2b （2-2） 式中： D：平行于送料方向的沖裁寬度（mm）； ：沖裁之間的搭邊值（mm）； b ：扇形環(huán)的徑向?qū)挾龋? 代入 S=D++2b=47.16+2+22=53.16mm （2）條料寬度 條料寬度的確定原則，最小條料寬度要保證沖裁時零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，并與導料板之間有一定的間隙。當條料用側(cè)刃定位時，條料寬度必須增加側(cè)刃切去的材料寬度，采用一個側(cè)刃時，可按下列公式計算： （2-3） （2-4） （2-5） 式中： ：條料寬度的基本尺寸（mm）； ：導料板的入端導料寬度的基本尺寸（mm）； ：導料板的出端導料寬度的基本尺寸（mm）； ：條料寬度方向沖裁件的最大尺寸（mm）； ：側(cè)搭邊值，可參考教材表2-7， =0.75（mm）； ：側(cè)刃數(shù)，取=1； ：側(cè)刃沖切的料邊寬度，見表2-10，取=2mm； ：沖切前的條料寬度與導料板間的間隙，見表2-9，取=0.5mm ； ：沖切后的條料寬度與導料板間的間隙，見表2-10，取=0.15mm； 2.2.3 材料利用率 一個步距的材料利用率： （2-6） 式中： ：材料利用率； ：沖裁件的面積（mm）； ：步距（mm）； ：條料寬度（mm）； 2．3 計算沖壓力 沖壓力是指沖裁力、卸料力、推件力和頂件力的總稱。計算沖裁力的目的是為了選用合適的壓力機、設計模具和檢驗模具的強度。根據(jù)拉深、沖裁工藝沖壓力計算公式計算出各工序沖壓力。 2.3.1 拉深工序沖壓力 a.拉深力計算 =3.1430=94mm （2-7） 用壓邊圈的一次拉深力： F==9423901=73.32kN （2-8） 式中： L：拉深件橫斷面積周長（mm）； t：材料厚度（mm）； ：拉深件抗拉強度（MPa）； ：拉深力計算系數(shù)； b.壓邊力計算 由表4-45，單邊壓力機上拉深的單位壓邊力查得P=3, Q=AP=(47.5656.16-)3=2.14kN （2-9） 式中： Q：壓邊力（MPa）； A：壓邊圈毛坯面積(mm)； P：單位壓邊力（MPa）； c.拉深工序的卸料力計算 由表2-13，查得=0.05， =（F+Q）=0.05（73.32+2.14）=4.53kN （2-10） = F+Q+=73.32+2.14+4.53=79.99kN （2-11） 2.3.2 沖孔工序沖壓力 a.沖孔沖裁力計算 （2-12） 式中： :沖孔沖裁力； :沖孔周長度（mm），=3.148+23.144=50.24mm； :材料抗剪強度，MPa，工件的材料抗剪強度=310 MPa； :材料厚度（mm）, =2mm； :系數(shù)，通常=1.3； 代入 =1.350.242310=40.493kN b.卸料力計算 （2-13） 式中： ：卸料力； ：卸料系數(shù)，查表2-13得=0.05。 代入 =0.0540.493=2.02kN c.推料力計算 （2-14） 式中： ：推料力； ：推料系數(shù)，查表2-13得=0.05。 ：同時卡在凹模洞孔內(nèi)的件數(shù)，取=3。 代入 =30.0540.493=6.06kN =40.493+2.02+6.06=48.573kN （2-15） 2.3.3 落料工序沖壓力 a.落料沖裁力計算 （2-16） 式中 ：落料沖裁力； ：落料周長度（mm），=137.78mm； 代入 =1.3137.782310=111.05KN b.推料力計算 （2-17） 式中 ：卸料力； ：卸料系數(shù)，查表2-13得=0.05。 代入 =0.05111.05=5.55kN =111.05+5.55=116.6kN （2-18） 2.3.4 切舌工序沖壓力 a.切舌沖裁力計算 （2-19） 式中 a:切口的長度（mm）； ：切口的寬度（mm）； H：斜角高度H=2=4（mm）； 代入 =1.32310（4+2）=4.03kN b.推料力計算 （2-20） 式中： ：卸料力； ：卸料系數(shù)，查表2-13得=0.06。 代入 =0.064.03=0.24kN =4.03+0.24=4.27kN （2-21） 2.3.5 切口工序沖壓力 a.切口沖裁力計算 （2-22） 式中： ：切口沖裁力； ：切口周長度（mm），： :材料抗剪強度，MPa，工件的材料抗剪強度=310 MPa； :材料厚度（mm）, =2mm； :系數(shù)，通常=1.3； 代入 =1.3261.262310=210.57kN b.卸料力計算 （2-23） 式中 ：卸料力； ：卸料系數(shù)，查表2-13得=0.05。 代入 =0.05210.57=10.53kN c.推料力計算 （2-24） 式中： ：推料力； ：推料系數(shù)，查表2-13得=0.05。 ：同時卡在凹模洞孔內(nèi)的件數(shù)，取=3。 代入 =30.05210.57=31.59kN =210.57+10.53+31.59=252.60kN （2-25） 2.2.6 總沖壓力 根據(jù)拉深、沖裁工藝沖壓力計算公式計算出各工序沖壓力分別為：F=79.990kN，F(xiàn)=48.573 kN，F(xiàn)=4.270 kN，F(xiàn)=116.60kN，=252.60kN。計算時，考慮了各工序的卸料力和推件力。最終計算出的總沖壓力為設備選型的重要依據(jù)： F =F+ F+ F+F+ （2-26） =79.990+48.573+4.270+116.60+252.60 =502.033kN。 2.4 沖模壓力中心的計算 沖壓力合力的作用點即為模具的壓力中心，設計時應使模具的壓力中心與壓力機滑塊中心重合，否則沖壓時產(chǎn)生偏載，導致模具以及壓力機滑塊與導軌的磨損加快，降低模具和壓力機的使用壽命。實際中由于一系列因素，不可能使壓力中心與滑塊中心完全重合，但壓力中心的偏移不能超出所選用壓力機所允許的范圍。確定壓力中心的另一個目的就是找到模柄中心線，模柄中心線應與壓力中心線重合?？紤]到側(cè)刃沖壓一個步距時也會產(chǎn)生沖裁力，從而會影響壓力中心的位置，但由于該沖裁力比較小，可忽略不計，則根據(jù)壓力中心計算公式，以導柱為圓心畫出受力坐標如圖2-4所示，求出壓力中心位置： 圖2-4 壓力坐標圖 Fig.2-4 Pressure coordinates figure （2-27） 2．5 壓力機的選擇 由于畢業(yè)設計題目沒給出指定的車間設備的實際情況，故采用本人實習單位的車間設備的實際情況制定，理論聯(lián)系實際。 根據(jù)以上計算和分析，再結(jié)合車間設備的實際情況，初選用公稱壓力為630KN的開式雙柱可傾臺壓力機（型號為JB23-63）。 JB23-63具體參數(shù)如下： 型號：JB23-63 公稱壓力/KN：630 滑塊行程/mm：120 滑塊行程次數(shù)/次/分：70 最大閉合高度/mm：360 閉合高度調(diào)節(jié)量/mm：90 滑塊中心線至床身距離/mm：260 立柱距離/mm：340 工作臺尺寸/前后左右/mm：710480 模柄孔尺寸/直徑深度/mm：5070 電機功率/KW：5.5 2．6 模具刃口尺寸計算 2.6.1 凸模和凹模加工方法 凸模和凹模配作加工，就是先按尺寸和公差制造出凹?；蛲鼓Ｆ渲幸粋€，然后依此為基礎(chǔ)再按最小合理間隙配做另一件。采用這種方法不僅容易保證沖裁間隙，而且還可以放大基準件的公差，不必檢驗。同時還能大大簡化設計模具的繪圖工件。 目前，工廠對單件生產(chǎn)的模具或沖制復雜形狀的模具，廣泛采用配作加工的方法來設計制造。故采用凸模和凹模配作加工。 落料部分以落料凹模為基準計算，落料凸模按間隙值配制；沖孔部分以沖孔凸模為基準計算，沖孔凹模按間隙值配制。既以落料凹模、沖孔凸模為基準，凸凹模按間隙值配制。 2.6.2 工作零件刃口尺寸計算 落料件尺寸取決于凹模尺寸，落料模先決定凹模尺寸，用減少凸模尺寸來保證沖裁間隙值。沖孔件尺寸取決于凸模尺寸，沖孔模先決定凸模尺寸，用減小凹模尺寸來保證沖裁間隙值。根據(jù)沖裁間隙標準化分類及實用間隙值，采用中等間隙，因殘余應力小，能減少變形破裂現(xiàn)象，設凸凹模分別按IT6和IT7級加工制造。 表2-1 工作零件刃口尺寸計算 Tape2-1 Working parts of the blade size calculation 工序 分類 尺寸 尺寸 轉(zhuǎn)換 計算公式及結(jié)果 備注 切 切 口 R2 查表2-20得沖裁雙面間隙：=0.36，=0.246，沖裁件精度IT11-IT13級之間，取磨損系數(shù)=0.75，查表2-23得到和校核滿足：。 式中： ，：沖件公稱尺寸； ：沖件公差； ，：落料凸、凹模刃口尺寸； ，：沖孔凸、凹模刃口尺寸； ：最小沖裁間隙； ：磨損系數(shù)，與沖件精度有關(guān)； 、：凸、凹模制造公差； R23.56 R25.56 落 料 5 （51.78–0.246） （33.81–0.246） R6 （6–0.750.12） （5.91–0.246） R2 （2–0.750.1） （1.93–0.246） 沖 孔 （8+0.750.15） （8.11+0.246） （4+0.750.12） （4.09+0.246） 6 53.16 切 舌 4 （4+0.750.12） （4.09+0.246） 2 （2+0.750.1） 2.8 3 模具零件的設計、選用及必要的計算 3．1 成形零件 3.1.1 沖孔凹模 跟據(jù)所加工零件的形狀特征，保證零件三孔的中心位于同一條基準線上，達到并符合零件的技術(shù)要求，且工藝符合程度高，簡化模具結(jié)構(gòu)，決定采用整體式三孔凹模。這樣既保證了三孔的尺寸精度，又簡化了模具結(jié)構(gòu)，提高了模具強度。由表2-21，凹?？卓谛褪竭x序號1，刃口直筒h=6mm。 分析工件可知該件沖裁時得采用階梯沖裁，它是指在多凸模的沖裁中，將凸模做成不同高度，呈階梯狀布置，使各凸模沖裁力的最大值不在同一個時刻出現(xiàn)，從而降低沖裁力，各凸模高度的相差量H與板料厚度有關(guān)。對于薄料H=t(t3)。 采用查表法，據(jù)t=2mm，b=8mm,查表2-22得：沖中心孔凹模厚度為H=25mm,故沖凸緣孔凹模的厚度=35mm，模具結(jié)構(gòu)如圖3-1所示： 圖3-1 沖孔凸模 Fig.3-1 Punch die 3.1.2 落料凹模結(jié)構(gòu)形式 刃壁帶有斜度，沖件不易滯留在刃孔內(nèi)，因而減輕對刃壁的磨損，一次刃磨量較少。雖然由于刃壁與漏料孔用臺肩過渡，導致凹模工作部分強度較差，但因制件形狀簡單，材料較薄，這種凹模結(jié)構(gòu)可以使用。 3．1．3 沖孔凸模 沖中心孔及凸緣孔凸模均采用臺階式，用固定板固定，中間臺階與凸模固定板采用過渡配合(H7／m6)。在此雖存在沖小孔凸模(沖孔直徑只有4mm)，但因采用整體式彈壓卸料板，卸料板能起到凸模導向及保護作用(凸模與卸料板間隙配合H7／h6)，且凸模實際作用長度只有3 mm，比徑向尺寸小，所以其強度能保證。材料選用W6Mo5Cr4V2模具鋼，是鎢鉬系高速鋼，碳化物細小均勻，韌性高，熱塑性好。熱處理工藝及參數(shù)為：淬火上限溫度1118～1200℃，560～580℃同火3次，硬度可達到60～64HRC。 根據(jù)所加工零件的形狀特征，采用標準圓形凸模，由多工位級進模結(jié)構(gòu)設計可知級進模凸模的形式與一般模具相似。但由于在多工位級進模中凸模數(shù)量較多，再加上導正銷等零件的安裝需要占據(jù)位置，使得凸模的安裝空間受到一定限制，由此在選擇安裝固定方法上要特別注意，以便于裝配與調(diào)整。在同一副模具中還應力求固定方法一致。最后確定選擇軸臺式凸模，并采用壓入法將其固定在凸模固定板上。 沖中心孔凸模： （3-1） 沖凸緣孔凸模： 式中： ：沖中心孔凸模的長度(mm)； ：沖凸緣孔凸模的長度(mm)； ：凸模固定板的厚度(mm)； ：彈性物質(zhì)在最低工作位置的高度(mm)； ：卸料板的厚度(mm)； ：自由尺寸(mm)； 故沖中心孔凸模和沖凸緣孔凸模的具體結(jié)構(gòu)如圖3-2和3-3所示： 圖3-2 沖中心孔凸模 Fig.3-2 Blunt center of the punch holes 圖3-3 沖凸緣孔凸模 Fig.3-3 Blunt flange hole punch die 3．1．4 沖孔凸模強度計算 對于圓形凸模，凸模最小直徑應滿足： （3-2） 式中： ：凸模最小直徑（mm）； ：材料厚度（mm）； ：材料抗剪強度（）； ：凸模材料的許用應力（）； 易知沖孔凸模滿足強度要求。 3．1．5 切舌凸模 分析所加工零件的形狀特征，切舌凸模同樣采用臺階式，用同定板同定，中間臺階與凸模同定板同樣采用過渡配合(H7／m6)，工作部分與卸料版間隙配合(H7／h6)。切舌過程中還必須防止凸模轉(zhuǎn)動，在裝配過程中配止動銷，材料及熱處理工藝同沖孔凸模。查表2-10及表2-11得切舌凸模應滿足：斜角高度H=2t=4mm,斜角度數(shù)，平均沖裁力為平刃的，其中t=2mm為料厚。最后確定選擇臺階式切舌凸模，切舌凸模的長度： 最后確定切舌凸模如下圖3-5所示： 圖3-5 切舌凸模 Fig.3-5 Punch die cutting tongue 3．1．6切舌凸模護套 考慮到切舌凸模在沖裁過程中伸出卸料板達18mm，并且其最小部位徑向尺寸小于4 mm，故增加凸模護套，起凸模導向及保護作用，并作為壓料裝置。材料選用Crl2MoV，熱處理硬度58--62HRC，最終切舌凸模護套如圖3-6所示： 圖3-6 切舌模護套 Fig.3-6 Cover of lancing die 3．1．7 切舌凹模切口的尺寸計算 切舌凹模除了起到切舌凹模的作用外，還同時起到頂件塊的作用，其與下面的卸料螺釘及彈性元件配合組成彈頂器，切舌凹模的切口尺寸較為重要。根據(jù)切舌部分切舌前后零件體積不變原理，設切舌后舌部厚度為，則： 切舌前切舌部分的體積： （3-3） 切舌后切舌部分的體積： （3-4） 由切舌部分切舌前后零件體積不變原理可知： 解得切舌后舌部厚度為，所以切舌凹模的凹模尺寸寬度基本尺寸應為：，凹模尺寸長度基本尺寸，故切舌凹模的實際尺寸由表已知。 3．1．8 拉深凸、凹模尺寸計算 由表3-25，有壓邊圈拉深單邊間隙，查得：，又由表3-29圓筒形拉深件凸模和凹模制造公差，查得：，，制件要求內(nèi)形尺寸，故采用： （3-5） （3-6） 式中： 、：凸模和凹模尺寸（mm）； ：工件最小極限尺寸（mm）； ：拉深件公差（mm）； ：凸模和凹模間的間隙（mm）； 、：凹模和凸模制造公差（mm）； 3．1．9 拉深凸、凹模圓角半徑的確定 凸模圓角半徑計算：因為該工件拉深部分是一次成形，故，凹模圓角半徑計算： （3-7） 故凹模圓角半徑。 式中： D：毛坯直徑（mm）； d：拉深件直徑（mm）； ：料厚（mm）； 3．1．10 拉深凸模 根據(jù)零件拉深特點和情況，為了防止拉深件被凹模內(nèi)壓縮空氣頂癟及拉深件與凸模之間發(fā)生真空現(xiàn)象而緊箍在凸模上，應在凹模、凸模上設計通氣孔，以使拉深后工件容易從凸模上取下，否則，工件與凸模間形成真空，增加卸件困難，造成工件底部不平，查表4-42確定圓形拉深凸模工件表面上通氣孔尺寸，出氣孔直徑d=5mm，拉深凸模的長度： 確定拉深凸模如圖3-7所示： 圖3-7 拉深凸模 Fig.3-7 Deep drawing the punch 3．2 卸料板和墊板的確定 3．2．1 卸料板 整套模具采用整體式彈壓卸料板，兼起卸料、壓邊、保護凸模和導向作用。卸料板無導向部位單邊問隙取c=0.1mm，導向部位(沖兩凸緣孔凸模與切舌凸模)按H7／h6配合加工。此次設汁卸料板選用Crl2MoV冷作模具鋼，熱處理硬度58～62HRC ，深冷處理以減小變形，與凸模相配合的形孔及銷孔均采用慢走絲線切割加工，最后確定卸料板如圖13所示： 圖3-8 卸料板 Fig.3-8 Stripper plate 3．2．2 墊板 墊板可以起到將凸模承受的壓力均布到模座上，避免凸模直接和模座接觸，從而避免壓強過高而壓塌模面。墊板的作用是直接承受和分散凸模傳遞的壓力，以降低模座所承受的單位壓力，保護模座不被凸模斷面壓陷。而是否采用墊板，視模座所受的壓力是否超過模座材料的許用應力而定，當壓應力超過，則用墊板，反之，可以不用墊板。外形尺寸和凸模固定板一致，厚度與外形尺寸有關(guān)，取長度為315mm，寬度為125mm，由表2-40選用墊板的厚度為6mm。 3．3 模架的選用 上、下模座中間聯(lián)接導向裝置的總體稱為模架，選用對角布置式標準模架，其受力較平衡，操作維護較為方便，凹模最大外形尺寸為315mm125mm，選用GB/T2851.1-1990中的滑動導向?qū)菍е鶚藴誓＜?。模具的閉合高度h=190-230mm，上模座GB/T2855.1為315mm125mm45mm，下模座GB/T2855.2為315mm125mm55mm，導柱GB/T2861.1的基本尺寸為25mm180mm和28mm180mm，導套GB/T2861.6的基本尺寸為25mm95mm38mm和28mm95mm38mm。 3.3.1 上模座 查標準GB/T2851.1-1990，上模座選用對角導柱模架一件，材料為HT200，如圖3-9所示。 標記：上模座31512545 GB/T2851.1-1990 其主要參數(shù)（mm）： L=315 B=125 H=45 圖3-9 上模座 Fig.3-9 On mould seat 3.3.2 下模座 查標準GB/T2851.1-1990，下模座選用對角導柱模架一件，材料為HT200，如圖3-10所示。 標記：上模座31512555 GB/T2851.1-1990 其主要參數(shù)（mm）： L=315 B=125 H=55 圖3-10 下模座 Fig.3-10 Next mould seat 該模具采用圓形導柱、導套式的導向裝置。導柱與導套之間采用間隙配合，配合精度為H7/h6。導柱與導套相對滑動，要求配合表面有足夠的強度，又要有足夠的韌性。材料為20鋼，表面經(jīng)滲碳淬火處理，表面硬度為58-62HRC。 3.3.3 導柱 查標準GB/T2861.1-1990，導柱選用A型導柱兩條。 標記：導柱A25h6200 GB/T2861.1-1990和導柱A28h6200 GB/T2861.1-1990 其基本參數(shù)（mm）: 3.3.4 導套 查標準GB/T2861.6-1990，導套選用A型導套兩件。 標記：導套A25H79038 GB/T2861.6-1990和導套A28H79042 GB/T2861.6-1990 其基本參數(shù)（mm）： 3．4 壓力機的校核 3．4．1 閉合高度的校核 前面所選壓力機的最大閉合高度為360mm，閉合高度的調(diào)節(jié)量為90mm，所以最小閉合高度為： 根據(jù)模具結(jié)構(gòu)，本次設計模具的閉合高度為： 而模具的閉合高度必須與壓力機的閉合高度相適應，應介于壓力機最大和最小閉合高度之間，一般可按如下關(guān)系式確定： （3-8） 所以模具在安裝時需加上厚度為80mm的墊板才能滿足的要求。 3．4．2 工作臺面尺寸的校核 所選壓力機的工作臺尺寸為： 左右：710mm 前后：480mm 而模具的外形尺寸為： 左右：454mm 前后：264mm 根據(jù)工作臺尺寸一般應大于模具底座5070mm，故工作臺面尺寸滿足。 3．5 其他標準零件的選用 3．5．1 模柄 查標準J/TB7646.1-1994,模柄選用壓入式模柄，材料為Q235的B型壓入式模柄一件，如圖3-11所示。 標記：模柄B50105 J/TB7646.1-1994 其具體參數(shù)為（mm）： 圖3-11 模柄 Fig.3-11 Mould handle 3．5．2 卸料零件 彈性卸料板常用于較薄較軟的板材，卸料力需求不大的場合，它具有壓料作用，所以采用整體式彈壓卸料板，該彈性卸料板不但能承擔模具的卸料工作，而且還可以對放置在模具內(nèi)的條料起壓平和壓住的作用，保證平整和防止位置移動，此外還兼起防止沖裁時材料的變形等作用。同時由于與凸模的良好配合，加上沖切時凸模伸出長度小，對凸模有較好的保護作用。 （1） 彈性元件 由于制件材料較薄，較軟，工件厚度為2mm，卸料力不大為保證沖裁件表面的平整采用彈性卸料板卸料。根據(jù)卸料力的大小和卸料板寬度B>200，取卸料板厚度為18mm，根據(jù)模座周界大小取卸料橡膠尺寸為 300mm110mm48mm。 此級進模中的彈性元件采用的是聚氨酯橡膠塊。橡膠塊的壓縮量一般不能超過橡膠自由高度的30%，否則橡膠會過早地失去彈性。 橡膠塊的可壓縮量為 壓縮卸料板的工作行程為 ，所以選橡膠塊滿足使用要求。 （2） 卸料螺釘 查標準JB/T 7650.6-1994，選取卸料螺釘四件，選用M1070的圓柱頭內(nèi)六角卸料螺釘，見圖。標記：圓柱頭內(nèi)六角卸料螺釘M1070 JB/T 7650.6 3．5．3 定位零件 （1）導料板 導料板一般設在條料兩側(cè)，此時用于彈壓卸料板結(jié)構(gòu)中，查得表4-22可知，側(cè)料板高度取H=4.2mm，具體結(jié)構(gòu)如圖3-12所示。 圖3-12 導料板 Fig.3-12 Guide stripper plate （2）導料銷 導料銷一般設2個，位于條料的兩側(cè)，導料銷結(jié)構(gòu)形式參照圓柱頭擋料銷。 查標準JB/T 7649.10-1994，選取直徑為d=8mm的A型固定擋料銷作為導料銷，這種零件結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，對模具強度削弱小，如圖3-13所示。 標記：固定擋料銷 A8 JB/T 7649.10 其具體參數(shù)為（mm）: 圖3-13 導料銷 Fig.3-13 Guide material pin （3） 上、下模座銷釘?shù)倪x取 由凹模固定板315125選用的圓柱銷釘，根據(jù)模具的實際情況，上模座選兩顆1060的圓柱銷釘定位，下模座選用兩顆1070的圓柱銷釘定位。參照模具各零件的具體情況，合理布置螺釘、圓柱銷的位置。 標記：銷 GB/T 119.2—2000 銷 GB/T 119.2—2000 （4） 上、下模座螺釘?shù)倪x取 由凹模周界315125選用M10的內(nèi)六角圓柱頭螺釘，參照模具各零件的具體情況，上、下模座均選用六顆M1060的內(nèi)六角圓柱頭螺釘固定。 標記：螺釘 M1060 GB/T 70.1—2000 （5） 側(cè)刃和側(cè)刃擋塊的選取 由前面的計算可知步距，所以側(cè)刃步距，查JB/T 7648.1-1994選用型側(cè)刃，取側(cè)刃寬度、側(cè)刃高度應與沖凸緣孔的沖孔凸模高度一致。 標記：側(cè)刃53.16671 JB/T 7648.1 查標準JB/T 7648.2-1994選用長度、厚度、的A型側(cè)刃擋塊。 標記：A型擋塊166 JB/T 7648.2 （6）始用擋料銷的選取 查標準JB/T 7649.1-1994選用始用擋料銷的基本尺寸：長度、厚度，標記：使用擋料裝置404 JB/T 7649.1。 （7）導正銷的選取 導正銷主要用于級進模中，以保證沖壓件內(nèi)孔與外形相對位置的精度。它用于最后一道落料工序中，沖裁時它先插進已沖好或拉深好的孔中，使孔與外形的相對位置對準，然后進行落料，查標準JB/T 7647.4-1994選用直徑、高度的D型導正銷，標記：D型導正銷 2620 JB/T 7647.4，如圖3-14所示。 圖3-14 導正銷 Fig.3-14 Guide are pin 3．5．4 頂件裝置 由該級進模裝配圖可知，頂件裝置由頂桿、彈簧、頂件塊組成。 （1）頂桿 該頂桿選用的形式采用卸料螺釘?shù)男问?，查標準JB/T 7650.6-1994，選取卸料螺釘兩件，選用M855的圓柱頭內(nèi)六角卸料螺釘。 標記：圓柱頭內(nèi)六角卸料螺釘M855 JB/T 7650.6 （2） 彈簧 彈簧的作用是通過頂件塊把落在凹模內(nèi)的工件頂出凹模，經(jīng)分析可知，該頂件力包括條料、頂件塊和頂桿的重量，它們?nèi)齻€零件的密度，由于頂件塊的特殊形狀，把頂桿的體積約合在頂件塊上一起進行計算，故拉深工序的頂件塊的體積約為： （3-9） 切舌工序的頂件塊的體積約為： （3-10） 在模具內(nèi)條料的體積約為： （3-11） 所以總體積： （3-12） 由于頂桿為約合計算故最終取。 總質(zhì)量： （3-13） 總重量： （3-14） 式中： ：拉深工序的頂件塊的體積（）； ：切舌工序的頂件塊的體積（）； ：模具內(nèi)條料的體積（）； ：總體積（）； ：拉深，切舌工序的頂件塊的半徑（）； ：拉深，切舌工序的頂件塊的高度（）； ：條料在模具中的長度（）； ：條料寬度的基本尺寸（）； ： 條料的厚度（）； ：條料、頂件塊和頂桿的總質(zhì)量（）； ：條料、頂件塊和頂桿的總重量（）； 假設考慮了模具結(jié)構(gòu)，粗選定彈簧個數(shù)n=2，則每個彈簧的預壓力為： （3-15） 粗選彈簧規(guī)格：按2估算彈簧的極限工作壓力 （3