0080-油杯零件落料、拉深、成型復合模設計

0080-油杯零件落料、拉深、成型復合模設計,零件,成型,復合,設計 設計說明書 1.1 原始資料 一、 設計題目 油杯落料、拉深、成型、修邊復合模設計及典型工作零件的工藝分析 二、原始數(shù)據(jù) 1、沖壓件零件圖（包括零件尺寸、精度、材料等）。 2、生產批量為大批大量。 三、設計要求 1、保證規(guī)定的生產率和高質量的沖壓件的同時，力求成本低、模具壽命長。 2、設計的冷沖模必須保證操作安全、方便。 3、沖模零件必須具有良好的工藝性，即制造裝配容易、便于管理。 4、便于搬運、安裝、緊固到沖床上并且方便、可靠。 5、保證模具強度前提下，注意外形美觀，各部分比例協(xié)調。 四、設計圖紙 模具總裝圖一張 全部模具零件圖紙（其中至少有一張電腦繪圖） 所有圖紙折合成0號圖不得少于3張。 五、設計說明書 1、資料數(shù)據(jù)充分，并標明數(shù)據(jù)出處。 2、計算過程詳細、完全。 3、公式的字母含義應標明，有時還應標注公式的出處。 4、內容條理清楚，按步驟書寫。 5、說明書要求有計算機打印出來。 六、自選一個重要模具零件編制加工工藝路線，進行相關的計算，并編制加工工藝卡和工序卡。 1.零件的工藝性 1.2 零件材料及其沖壓工藝性分析 1.2.1 零件材料的分析 冷沖壓模具包括沖裁、彎曲、拉深、成形等各種單工序模和由這些基本工序組成的復合模、級進模等各種模具。設計這些模具時，首先要了解被加工材料的力學性能。材料的力學性能是進行模具設計時各種計算的主要依據(jù)。故在分析零件沖壓成形工藝，設計沖壓模具前，必須要了解和掌握材料的一些力學性能，以便設計。現(xiàn)將油杯零件材料為10號鋼的力學性能主要參數(shù)及其概念敘述如下： （1）應力：材料單位面積上所受的內力，單位是N/mm，用Pa表示。10Pa=1MPa；1MPa = 1N/mm；10Pa = 1GPa。 （2）屈服點σs：材料開始產生塑性變形時的應力值，單位是N/mm。彎曲、拉深、成形等工序中，材料都是在達到屈服強度時進行塑性變形而完成該工序的成形的。經查表取σs = 206 MPa。 （3）抗拉強度σb。材料受到拉深作用，開始產生斷裂時的應力值，單位是MPa。σb = 294～432MPa。 （4）抗剪強度τb。材料受到剪切作用，開始產生斷裂時的應力值，單位是MPa。取τb = 255～333MPa。 （5）彈性模量E。材料在彈性范圍內，表示受力與變形的指標，彈性模量大，表示材料受力后變形較小，或者說，產生一定的變形需要較大的力。E = 194 x 10MPa。 （6）屈服比σs/σb。是材料的屈服強度與抗拉強度之比，其值越小，表示材料允許的塑性變形區(qū)越大，在拉深工序中，材料的屈服比較小時，所需的壓邊力和所需克服的摩擦力相應的減小，有利于提高成形極限。 （7）伸長率δ。在材料性能實驗時，試件由拉伸試驗機拉斷后，對接起來測量長度，其伸長量與原長度之比稱為伸長率，其數(shù)值用“％”表示，其數(shù)值越大表示材料的塑性越好。經查表可得，材料為10號鋼的伸長率δ=29％。 綜上所述，對油杯零件材料10號鋼的力學性能分析，主要是為了便于模具設計中各參數(shù)的計算，故在后序的模具設計中各參數(shù)的計算均以上面所取的數(shù)值進行計算。 1.2.2零件工藝性的分析 沖壓件工藝性是指沖壓零件在沖壓加工過程中加工的難易程度。雖然沖壓加工工藝過程包括備料—沖壓加工工序—必要的輔助工序—質量檢驗—組合、包裝的全過程，但分析工藝性的重點要在沖壓加工工序這一過程里。而沖壓加工工序很多，各種工序中的工藝性又不盡相同。即使同一個零件，由于生產單位的生產條件、工藝裝備情況及生產的傳統(tǒng)習慣等不同，其工藝性的涵義也不完全一樣。這里我們重點分析零件的結構工藝性。 該零件為油杯，結構簡單，對稱，是典型的拉深件。在拉深過程中要注意控制拉深程度，加工時，根據(jù)零件的結構，形狀等一些技術要求，應考慮以下幾點： （1）拉深件圓角半徑：拉深件的圓角半徑要適合，應盡量大些，以便于成形和減少拉深次數(shù)，避免在拉深過程中出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象即拉裂。拉深件底與壁的圓角半徑應滿足r1≥t。而在此設計中圓角半徑R2＞t，故滿足設計要求。 （2）考慮拉深件厚度不均勻的現(xiàn)象：在拉深過程中，一般為不變薄拉深，從理論分析上說是不符合的，在拉深過程中壁厚應有少量的變化，如果在拉深件精度要求不高時，一般可以忽略不計，而在此設計當中我們應該考慮壁厚不均勻現(xiàn)象問題，加工出符合圖樣要求的零件。 （3）拉深件的孔位布置：根據(jù)示圖所示，該零件的孔位布置合理，處于中心部位。在沖孔時，要注意孔與拉深件的同心度的問題，孔到拉深底部邊緣的距離d≤d1-2r1-t。 根據(jù)零件圖，初步分析可以知道油杯零件的沖壓成形需要多道工序才能完成，首先進行正拉深，形成外形尺寸形狀，其次底部要成型。 綜上所述，油杯由平板毛坯沖壓成形應包括的基本工序有：沖裁（落料、成型）、拉深等，由于是多道工序，多套模具成形，還要特別注意各工序間的定位。 1.3 確定工藝方案和模具形式 在沖壓分析的基礎上，找出工藝與模具設計的特點與難點，根據(jù)實際情況提出各種可能的沖壓工藝方案，內容包括工序性質，工序數(shù)目，工序順序及組合方式等，有時同一種沖壓零件也可能存在多個可行的方案，通常每種方案各有優(yōu)缺點，應從產品質量生產效率，設備占用情況，模具制造的難易程度和模具的使用壽命的高低，生產成本，操作方便與安全程度等方面進行綜合分析、比較，確定出適合于現(xiàn)有生產條件的最佳方案，故在一定的條件下，以最簡單的方法，最快的速度，最少的勞動量，最少的費用，可靠的加工出符合圖樣各項要求的零件，在保證加工質量的前提下，選擇經濟合理的工藝方案。 確定工藝方案及模具形式： 1、根據(jù)對沖壓零件的形狀、尺寸、精度及表面質量要求的分析結果，確定沖壓所需的基本的工序，如落料、沖孔、拉深、整形等。 2、根據(jù)初步工藝計算，確定工藝數(shù)目，如沖壓次數(shù)、拉深次數(shù)等。 3、根據(jù)個工序的變形特點、質量要求等確定工序順序。 一般可按照下列原則進行： 1）、對沖帶孔的或有缺口的沖裁件，如選用簡單模，一般先落料，再沖孔或切口，使用級進模，則先沖空孔或切口后落料 2）、對于到孔的拉深件，一般先拉深，后沖孔，但孔的位置在零件底部且孔徑尺寸要求不高時，也可先沖孔后拉深。 3）、對于形狀復雜的拉深件，為便于材料變形和流動，應先形成內部形狀，再拉深外部形狀。 4）、整形或校平工序，應在沖壓件基本成型以后進行。 4、根據(jù)生產批量和條件（沖壓加工條件和模具制造條件）確定工序組合。生產批量大時，沖壓工序應盡可能組合在一起，用復合模具；小批量生產用單工序簡單模。 由于油杯沖壓成形需要的多道工序完成，因此選擇合理的成形工藝方案十分重要，考慮到生產批量大，應在生產合格零件的基礎上盡量提高生產效率，降低生產成本。 要提高生產成本，應該盡量選擇合理的工藝方案，選擇復合能復合的工序，但復合程度太高，模具的結構復雜，安裝調試困難，模具成本高，同時可能降低模具的強度，縮短模具壽命。 根據(jù)零件形狀確定沖壓工序類型和選擇工序順序，沖壓該零件需要的基本工序有落料、成型、拉深。 工序的組合方案及比較 方案一：1）落料； 2）拉深； 3）成型。 方案二：1）落料與拉深復合； 2）成型。 方案三：1）落料； 2）拉深與成型復合。 方案四：1）落料、拉深與成型復合。 方案一：復合程度較低，模具結構簡單，安裝、調試容易，但生產道次多，效率低，不適合大批量生產。故很少使用。 方案二：將落料與拉深進行復合，工序少，生產效率較高，但模具結構較復雜，安裝、調試難于控制，同時模具強度較低。 方案三：將拉深與成型復合 方案四：復合程度最高，模具結構復雜，安裝調試困難，模具成本提高，同時可能降低模具的強度，縮短模具的壽命。 根據(jù)以上四個沖壓工藝方案的比較，四種沖壓工藝方案各有其優(yōu)點和缺點，為了提高生產率，保證模具結構簡單，沖壓件尺寸穩(wěn)定、精度高，故在此設計中選擇方案四進行沖制油杯。 2. 主要工藝參數(shù)的計算 2.1落料尺寸的計算 由于板料在扎壓或退火時所產生的聚合組織而使材料引起殘存的方向性，反映到拉深過程中，就使桶形拉深件的口部形成明顯的突耳。此外，如果板料本身的金屬結構組織不均勻、模具間隙不均勻、潤滑的不均勻等等，也都會引起沖件口高低不齊的現(xiàn)象，因此就必需在拉深厚的零件口部和外緣進行修邊處理。這樣在計算毛坯尺寸的時候就必需加上修邊余量然后再進行毛坯的展開尺寸計算。 根據(jù)零件的尺寸取修邊余量的值為4.6mm。查表5—7，《沖壓工藝與模具設計實用技術》 在拉深時，雖然拉深件的各部分厚度要求發(fā)生一些變化，但如果采用適當?shù)墓に嚧胧?，則其厚度的變化量還是并不太大。在設計工藝過程時，可以不考慮毛坯厚度的變化。 毛坯尺寸按公式 …………………………………2.1 所以 =168 2.2確定排樣方案 2.2.1確定排樣、裁板方案 沖裁件在板料、條料或帶料上的布置方法稱為排樣。排樣是否合理，直接影響到材料的利用率、零件質量、生產率、模具結構與壽命及生產操作方式與安全。因此，在沖壓工藝和模具設計中，排樣是一項極為重要的、技術性很強的工作。 加工此零件為大批大量生產，沖壓件的材料費用約占總成本的60%~80%之多。因此，材料利用率每提高1%，則可以使沖件的成本降低0.4%~0.5%。在沖壓工作中，節(jié)約金屬和減少廢料具有非常重要的意義，特別是在大批量的生產中，較好的確定沖件的形狀尺寸和合理的排樣的降低成本的有效措施之一。 由于材料的經濟利用直接決定于沖壓件的制造方法和排樣方式，所以在沖壓生產中，可以按工件在板料上排樣的合理程度即沖制某一工件的有用面積與所用板料的總面積的百分比來作為衡量排樣合理性的指標。 同時屬于工藝廢料的搭邊對沖壓工藝也有很大的作用。通常，搭邊的作用是為了補充送料是的定位誤差，防止由于條料的寬度誤差、送料時的步距誤差以及送料歪斜誤差等原因而沖出殘缺的廢品，從而確保沖件的切口表面質量，沖制出合格的工件。同時，搭邊還使條料保持有一定的剛度，保證條料的順利行進，提高了生產率。搭邊值得大小要合理選取。根據(jù)此零件的尺寸查表19.1—18，《沖壓模具設計》取 搭邊值為 進距方向 于是有 進距 ………………………2.2 條料寬度 …………………2.3 板料規(guī)格擬用1.0mm×600mm×1200mm熱軋鋼板（表18.3—24，《沖壓模具設計》）。由于毛坯面積較大所以橫裁和縱裁的利用率相同，從送料方便考慮，我們可以采用橫裁。 裁板條數(shù) 條余128mm 每條個數(shù) 個余92mm 每板總個數(shù) 2.2.2材料利用率 依據(jù)（P203，《沖壓工藝與模具設計實用手冊》） 2.2.3計算零件的凈重G ……………………………………2.4 依據(jù)（P264，《沖壓工藝模具學》） 式中—密度，低碳鋼取。 內的第一項為毛坯面積，第二項為底孔廢料面積，第三項（）內為切邊廢料面積。 其排樣如圖2.1所示： 圖2.1排樣圖 2.3計算拉深次數(shù) 在考慮拉深的變形程度時，必需保證使毛坯在變形過程中的應力既不超過材料的變形極限，同時還能充分利用材料的塑性。也就是說，對于每道拉深工序，應在毛坯側壁強度允許的條件下，采用最大的變形程度，即極限變形程度。 極限拉深系數(shù)值可以用理論計算的方法確定。即使得在傳力區(qū)的最大拉應力與在危險斷面上的抗拉強度相等，便可求出最小拉深系數(shù)的理論值，此值即為極限拉深系數(shù)。但在實際生產過程中，極限拉深系數(shù)值一般是在一定的拉深條件下用實驗的方法得出的，我們可以通過查表來取值。 該工件拉深一個過程，因此可以計算其拉深系數(shù)來確定拉深次數(shù)。 其實際拉深系數(shù)為： …………………………2.5 材料的相對厚度為 …………………2.6 凸緣的相對直徑為 …………………………2.7 凸緣的相對高度為 ……………………………2.8 由表5—21，《沖壓工藝與模具設計實用手冊》可以查出 ，表5—22，《沖壓工藝與模具設計實用手冊》可以查出 8 因為凸緣的相對高度0.4444小于最大相對高度0.58，且實際拉深系數(shù)0.58大于最小極限拉深系數(shù)0.48，所以拉深過程可以一次拉深成功。 2.4拉深沖壓力的計算 由于該零件為軸對稱件，故不必進行壓力中心的計算。 2.4.1落料過程 （1）落料力 平刃凸模落料力的計算公式為 …………………………………………2.9 依據(jù)(P175，《沖壓工藝與模具設計實用手冊》 ) 式中 P—沖裁力（N） L—沖件的周邊長度（mm） t—板料厚度（mm） —材料的抗沖剪強度（MPa） K—修正系數(shù)。它與沖裁間隙、沖件形狀、沖裁速度、板料厚度、潤滑情況等多種因素有關。其影響范圍的最小值和最大值在（1.0～1.3）P的范圍內，一般k取為1.25～1.3。 在實際應用中，抗沖剪強度的值一般取材料抗拉強度的0.7～0.85。為便于估算，通常取抗沖剪強度等于該材料抗拉強度的80%。即 因此，該沖件的落料力的計算公式為 …………………………………………2.10 （2）卸料力 一般情況下，沖裁件從板料切下以后受彈性變形及收縮影響。會使落料件梗塞在凹模內，而沖裁后剩下的板料則箍緊在凸模上。從凸模上將沖件或廢料卸下來所需的力稱卸料力。影響這個力的因素較多，主要有材料力學性能、模具間隙、材料厚度、零件形狀尺寸以及潤滑情況等。所以要精確地計算這些力是困難的，一般用下列經驗公式計算： 卸料力 ………………………………2.11 式中 F——沖裁力(N) ——頂件力及卸料力系數(shù)， 其值可查（表19.1—12，《沖壓模具設計》）取為0.04。 因此 2.4.2、拉深過程 （1）拉深力 帶凸緣圓筒形零件的拉深力近似計算公式為 ………………………………2.12 式中 —圓筒形零件的凸模直徑（mm） —系數(shù)，查（表5—3，《沖壓工藝與模具設計實用手冊》）取0.8 —材料的抗拉強度（MPa） 因此 （2）壓邊力 壓邊力的大小對拉深件的質量是有一定影響的，如果過大，就要增加拉深力，因而會使制件拉裂，而壓邊圈的壓力過小就會使工件的邊壁或凸緣起皺，所以壓邊圈的壓力必須適當。合適的壓邊力范圍一般應以沖件既不起皺、又使得沖件的側壁和口部不致產生顯著的變薄為原則。壓邊力的大小和很多因素有關，所以在實際生產中，可以根據(jù)近似的經驗公式進行計算。 …………………………………2.13 依據(jù)（P328，《沖壓工藝與模具設計實用手冊》） 式中 D—毛坯直徑（mm） d—沖件的外徑（mm） q—單位壓邊力（MPa）（表5—20，《沖壓工藝與模具設計實用手冊》）q的值取2.5。 所以 （3）頂件力 頂件力的計算公式可按下式： = ………………………………………2.14 式中 ——頂件力（N）； ——頂件力系數(shù)；查表2-8 = 0.06 = = 0.06120576 = 7234.56 （4）拉深功的計算 拉深所需的功可按下式計算 ……………………………2.15 依據(jù)（P45，《沖壓工藝模具學》） 式中 ——最大拉深力（N） h ——拉深深度（mm） W——拉深功（N·m） C——修正系數(shù)，一般取為C=0.6~0.8。 所以 2.4.3成型過程 采用平頭凸模對塑性較好的低碳鋼板、軟鋁板進行脹形所能達到的深度h見表5-1《沖壓工藝與模具》。 采用剛性凸模對平板毛胚進行脹形時所需的脹形力F按下式估算 脹形力 ……………………………………2.16 = 式中 L --脹形區(qū)周邊長度 t --板料厚度 K –考慮變形程度大小的系數(shù)，一般取K=0.7～1 --板料抗拉強度 拉深力出現(xiàn)在落料力之后，因此最大沖壓力出現(xiàn)在沖裁階段，選用落料拉深成型復合模結構，最大沖壓力為： Fmax = F +F1 + F2 …………………………2.17 =219448 + 10972+ 7234 = 237654N 2.5沖壓設備的選擇 為安全起見，防止設備的超載，對于沖裁工序，壓力機的公稱壓力P應大于或等于沖裁時總沖壓力的1.1～1.3倍。 即： P≥ （1.1～1.3）Fmax………………………2.18 取 P = 1.3 Fmax P = 1.3 Fmax = 309KN 所以可以選擇噸位為630KN以上的壓力機，考慮到拉深成形的行程比較大，選定壓力機還應參考壓力機說明書所給出的允許工作負荷曲線。參照書末表C-1可選取公稱壓力為630KN的開式壓力機，該壓力機與模具設計的有關參數(shù)為： 表2.1 名稱 量值 公稱壓力（10KN） 63 發(fā)生公稱壓力時滑塊離下極點距離/mm 8 滑塊行程 固定行程/mm 120 調節(jié)行程/mm 120 12 標準行程次數(shù)（不小于）/（次/min） 70 最大閉合高度/mm 固定臺和可傾/mm 360 活動臺位置 最低/mm 460 最高/mm 220 閉合高度調節(jié)量/mm 90 滑塊中心到機身距離（喉深）/mm 260 工作臺尺寸/mm 左右 710 前后 480 工作臺孔尺寸/mm 左右 340 前后 180 直徑 230 立柱間距離（不小于）/mm 340 模柄孔尺寸（直徑x 深度）/mm Φ50 x 70 工作臺板厚度/mm 90 3、模具設計 3.1模具結構的設計 模具結構形式的選擇采用落料、拉深、成型復合模，首先要考慮落料凸模（兼拉深凹模）的壁厚是否過薄。本次設計中凸凹模的壁厚為 ……………………… 3.1 能夠保證足夠的強度，故采用復合模。 如前所述，模具設計包括模具結構形式的選擇和設計，模具結構參數(shù)計算，模具圖的繪制等內容。現(xiàn)對落料、拉深、成型模設計步驟如下： 模具結構如圖3.1所示 圖3.1 落料、拉深、成型復合模 1——下模座、2——螺釘、3——固定板、4—螺釘、5——導柱、6——銷釘、 7——上模座、8——導套、 9——銷釘、 10——墊板、11——凸緣模柄、 12——打桿、13——螺釘、14——螺釘、 15——推件塊、16—— 凸凹模、 17——固定卸料板、18——導料板、19——壓邊圈、20——落料凹模、 21——拉深凸模、22——推桿、23——銷釘 如圖3.1所示，送料時條料沿兩個導料板18進行導料，由擋料銷24定距。 開始工作時，首先由凹模20和凸凹模16完成落料，緊接著由凸模19和凸凹模進行拉深。 拉深結束后，在回程由推件塊15將工件從凸凹模內推出。 壓邊圈19間作兼作頂板，在拉深過程中起壓邊作用，拉深結束后又能將工件頂起，使其脫離凸模。 當壓力機的閉合高度不夠時，對模具可作如下改動：將模柄11換成凸緣式模柄，去掉墊板10；如果閉合高度仍不夠，可去掉固定板，將凸模直接嵌入下模座上。 該模具采用了中間導柱模架進行導向，這是為了保證均勻的沖裁間隙，提高模具的刃模壽命，并使模具的調試簡單化。因此兼有沖裁加工的拉深模都采用模架進行導向。 落料、拉深、成型復合模比單工序?？商岣呱a率，但模具較復雜，裝配難度也較大。由于計算的拉深件的毛坯尺寸不一定準確，常需經試模修正，因此應在拉深件毛坯經單工序模生產驗證合格之后，為提高生產率，才設計落料、拉深、成型復合模。對于較小的拉深件，從安全考慮，新設計拉深模也可以取落料與拉深、成型復合模的方案。在變形程度允許的條件下，可適當加大毛坯尺寸，以提高模具的可靠性。對于非圓形拉深件，新設計模具不宜采用落料與拉深、成型復合的方案，因為其毛坯尺寸計算的可靠性更差。除非工件的變形程度較小，允許將毛坯尺寸加大，才考慮設計落料、拉深、成型復合模。 3.2模具的閉合高度 根據(jù)以上落料、拉深和成型復合模結構圖可知，模具的閉合高度hm為： Hm=下模板厚度+上模板厚度+墊板厚度+凸凹模長度+凹模高度+凸模固定板+凸凹模進人凹模的深度 =65+50+25+40+20+70+60 =330mm 查所選設備的參數(shù)；壓力機的最大的閉合高度為360mm，最小閉合高度為270 mm，則模具的裝模高度應該滿足下式要求： Hmax-5 > hm Hmin+10………………………3.2 即： 355> 330 280 故滿足設計要求。 3.3模具工作部分尺寸及公差計算 由模具結構圖便知，該模具工作部分尺寸及公差計算，主要包括落料凸、凹模刃口尺寸及公差計算、拉深模和成型模工作部分尺寸的計算。 3.3.1落料凸、凹模刃口的尺寸及公差的計算： 沖裁模刃口是尖銳鋒利的，多為直角，故沖裁模刃口尺寸是指沖頭與凹模的直徑尺寸。由于剪切面是工具的側面與材料接觸并擠光而得到的平滑面，所以落料件的外徑尺寸應等于凹模內徑尺寸。模具兩刃口尺寸中總有一個基準尺寸，設計和制造模具時，可分別根據(jù)工件的精度要求，決定第一件為基準件，把間隙取在另一件上。故落料件以凹模為基準。 模具工作部分加工時要注意經濟上的合理性，精度太高，則制造困難、成本高；精度太低，則又可能加工不出合格的產品。因此，模具的精度應隨工件的精度要求而定，這樣才會有好的經濟性。一般模具精度比工件精度至少高兩個級別。 對于落料 ……………………3.3 …………………3.4 依據(jù)（P22，《沖壓工藝模具學》） 式中 —落料凸模直徑（mm） —落料凹模直徑（mm） D —工件外徑的公稱尺寸（mm） — 沖裁工件要求的公差 X —系數(shù)，為避免多數(shù)沖裁件尺寸都偏向于極限尺寸，此處可取X=0.5。 、—凹、凸模制造偏差,查表其值分別為+0.040、-0.030 （表2-7，《冷沖模設計》） —實用間隙最小值，可以通過查表1—2，《沖壓工藝模具學》 選取 所落下的料（即為拉深的坯料）按未注公差的自由尺寸IT14級選取極限偏差，故落料件的尺寸取為，還必須滿足下列公式 ……………………3.5 依據(jù)（P22，《沖壓工藝模具學》） 有 所以滿足條件。 …………………………3.6 …………………3.7 3.3.2拉深凸、凹模刃口的尺寸及公差的計算 由式 ……………………………3.8 ……………………3.9 依據(jù)（P54，《沖壓工藝模具學》） 以上各式中，查表可知分別為+0.025、-0.035。間隙C查表（表2—10，《沖壓工藝模具學》） 有 …………………………3.10 4、沖模零件的設計 4.1 落料凹模的設計 4.1.1 凹模的尺寸計算 凹模工作部分的尺寸計算，參見前面的主要工藝參數(shù)的計算。其他部分結構寸的計算如下： （1）凹模壁厚C 凹模壁厚C是指凹模刃口到凹模外邊緣的最短距離。凹模壁厚將直接影響凹模板的外形尺寸，即長度與寬度（L x B）。故在設計過程中應選擇合適的凹模壁厚C。 凹模壁厚C值主要考慮布置連接螺釘孔和銷釘孔的需要，同時也能保證凹模強度和剛度，在選擇凹模壁厚時，還應注意以下幾點：工件落料時取表中較小值，反之取較大值；型孔為圓弧時取小值、為直邊時取中值、為尖角時取大值；當設計標準模具或雖然設計非標準模具，但凹模板毛坯需要外購時，應將計算的凹模外形尺寸L X B按模具國家標準中凹模板的系列尺寸進行修正，取較大規(guī)格的尺寸。所以根據(jù)以上的要求查表9-6得零件毛坯直徑為Φ168，板料厚度為1mm的凹模壁厚C為45mm。 （2）凹模厚度H 凹模板的厚度H主要不是從強度需要考慮的，而是從連接螺釘旋入深度與凹模剛度的需要考慮的。凹模板的厚度一般應不小于10mm，特別小型的模具可取8mm。隨著凹模板外形尺寸的增大，凹模板的厚度也應相應的增大。 整體凹模板的厚度可按如下的經驗公式估算： H = K1 x K2 x（0.1F） 1/3 …………………………4.1 式中 F——沖裁力（N）；在前面計算沖裁力得： F=219448N； K1——凹模材料修正系數(shù)，合金工具鋼K1=1，碳素工具鋼K1=1.3；該凹模的材料為T12，故取K1=1.3； K2——凹模刃口周邊長度修正系數(shù)，見表2-18 凹模厚度按刃口長度修正系數(shù)K2可得：K2=1.37； 把K1=1.3；K2=1.37；F=219448N；代入H = K1 x K2 x（0.1F） 1/3 可得： H = K1 x K2 x（0.1F） 1/3 =1.3 x 1.37 x (0.1 x 219448)1/3 =49.86mm 在求得凹模壁厚和厚度后，就初步有了凹模的外形的尺寸，這個外形尺寸，還須向國家標準靠攏。由凹模壁厚C=45mm；凹模厚度H=55.33知： 凹模長L=168+2 x 45 =258mm 凹模寬B=168+2 x 45 =258mm 凹模板外形尺寸：L x B x h=258 x 258 x 49.86 查表14-6摘自GB2858-81 矩形和圓形凹模外形尺寸知: 將上述凹模板外形尺寸改為: 260 x 260 x 40mm 凹模外形尺寸形狀如下圖所示: ` 4.1凹模外形尺寸圖 凹模的外形尺寸已標準化，用以上方法求得的外形尺寸應向接近的標準尺寸靠攏。故凹模尺寸、強度和剛度足夠，一般不再進行強度和剛度的核算。 4.1.2 凹模的結構形式 當沖裁形狀復雜，公差等級高，尺寸大或尺寸較小的零件時，可以采用鑲拼式凹模，但對于此零件的沖裁其凹模結構簡單，故采用整體式結構。其凹模結構圖如下圖所示： 4.2落料凹模結構形式圖 凹模的固定方法用螺釘固定，具體的固定方法見裝配圖。 4.2拉深凸模的設計 4.2.1 計算 拉深凸模的工作尺寸的計算參見前面的主要工藝參數(shù)計算?，F(xiàn)將其它參數(shù)的計算介紹如下： （1）拉深模的凸模圓角半徑 拉深凸模的圓角半徑r凸對拉深工作也有影響。當r凸過小時，則角部彎曲變形大，危險斷面容易拉斷。當r凸過大時，則毛坯底部的承壓面積減小，懸空部分加大，容易產生底部的局部變薄和內皺。 除最后一次拉深，凸模的圓角半徑r凸應比凹模半徑略小，即：r凸=（0.6～1）r凹，最后一次拉深時，凸模的r凸應等于零件的內圓半徑，但不得小于材料厚度。如工件的內圓角半徑要求小于料厚，則要有整形工序來完成。故在此設計中取r凸=2mm。 （2）拉深間隙 拉深間隙指拉深凸模與凹模之間的單面間隙，用Z表示。 ① 模具間隙對拉深過程的影響 拉深模的凸模與凹模之間的單邊間隙Z/2，影響拉深力與拉深件的質量。 拉深模的凸、凹模間隙Z/2大，則摩擦小，能減小拉深力。但如果間隙過大，拉深件的精度將不易控制，拉深后零件的高度將小于所要求的高度，零件成桶形。 拉深模的凸、凹模間隙Z/2小，則摩擦大，將增加拉深力，造成許用拉深系數(shù)m值的增大。如果凸、凹模間隙Z/2小于拉深件的材料厚度，則將產生變薄拉深的效果，使得拉深件的精度降低。 ② 拉深模具間隙的取向 A）除最后一道工序外，間隙的取向不作規(guī)定。 B）對于最后一道工序，當工件外形尺寸要求一定時，以凹模為基準，凸模尺寸按凹模減小以取得間隙。當工件內形尺寸要求一定時，以凸模為基準，凹模尺寸按凸模放大以取得間隙。 C）淺拉深時，拉深間隙可取小些，深拉深時，則應取大些。這是因為變形程度越大，板厚的增厚量也越大。 D）多次拉深時，前幾次拉深可取較大的拉深間隙，以便使拉深順利進行。最后一次拉深則取較小的拉深間隙，以便獲得尺寸精度較高的拉深件。 E）在整形拉深時，如果要求工件的精度較高，例如IT10～12級，可取拉深間隙稍小于板料厚度，常取Z/2=（0.9～0.95）t。如果整形時只要求減小圓角半徑，拉深間隙可稍大于板料厚度，例如取Z/2=（1.05～1.1）t。 F）板料較軟時，可取較小的拉深間隙，因為軟料在凸模與凹模之間容易被擠薄，可消除拉深過程已出現(xiàn)的微小皺折。相反，硬度則應取較大的拉深間隙。 G）實際供應的板料厚度可能與其公稱值相比較有較大的誤差，甚至超出板厚的公差范圍。因此，如果成批生產拉深件的板料已經購入，最好依據(jù)實測的板料厚度參考上述原則確定合適的拉深間隙值。 ③ 拉深模具間隙的確定 根據(jù)以上對拉深間隙的取向原則和拉深間隙對拉深件的影響我們得知，拉深時，凸模與凹模之間的單邊Z/2，一般都大于材料的厚度，以減小摩擦力。單邊間隙Z/2可按下式計算： Z/2=tmax + Kt…………………………4.2 式中： tmax——材料的最大厚度； tmax=t +δ，δ為板厚的上偏差。查附表13知，板料為1的鋼板上偏差δ=0.10mm。 k——拉深間隙系數(shù)，查表4-8 k=0.1； t——材料的厚度，t=1mm。 把tmax=1+0.10=1.10mm；δ=0.10mm；k=0.2；t=1mm。代入 Z/2=tmax + Kt可得： Z/2=tmax + Kt =1.10+0.2 x 1 =1.3mm。 4.2.2 凸模的結構設計 （1）凸模的結構設計的三原則 為了保證凸模能夠正常工作，設計任何結構形式的凸模都滿足如下三原則。 ① 精確定位 凸模安裝到固定板上以后，在工作過程中其軸線或母線不允許發(fā)生任何方向的移位否則將造成沖裁間隙不均勻，降低模具壽命，嚴重時可造成啃模。 ② 防止拔出 回程時，卸料力對凸模產生拉伸作用。凸模的結構應能防止凸模從固定板中拔出來。 ③ 防止轉動 對于工作段截面為圓形的凸模，當然不存在防轉的問題?？墒菍τ谝恍┙孛姹容^簡單的凸模，例如長圓形、半圓形、矩形等，為了使凸模固定板上安裝凸模的型孔加工容易，常常將凸模固定段簡化為圓形。這時就必須保證凸模在工作過程中不發(fā)生轉動，否則將啃模。 以上三條原則主要是從凸模安裝固定方法考慮的。在設計各種凸模的時，應注意都要滿足這三條原則。 （2）拉深凸模結構 根據(jù)以上凸模設計的三個原則，在設計拉深凸模時應滿足這三個原則。在學習拉深成形這一章節(jié)時我們知道，拉深凸模結構比較簡單，可參見設計模具裝配圖，在此僅就其結構設計的一些要點作一簡要的介紹。首先每個拉深凸模需鉆一通氣孔，以防當工件脫離凸模時在凸模端頭與工件底之間的空間形成真空，增加額外的卸件力，嚴重時會將工件底部抽癟。通氣孔直徑一般可在3～8mm之間選取，本設計取6.5mm。受鉆頭長度限制，一般很難從凸模工件端鉆通至固定端，這時可自工作端先鉆一深孔，再從凸模側壁鉆孔與之相通，側孔中心線到凸模工作端只要稍大于拉深工序件的高度就可達到通氣的目的。 其次要確定拉深凸模的固定方法，以便確定其固定端的結構形式。對于順裝順出件簡單拉深模，如果工件直徑與模柄直徑相差不大，常將凸模與模柄制成一體。如果兩者直徑相差較大，或者拉深模有壓邊裝置，可將凸模固定板設計成凸緣式的，借助固定板與上模板進行連接。許多設計者喜歡采用下述方法固定拉深凸模：凸模固定端不帶凸緣，以過渡配合直接嵌入到模座內一定深度，并用螺釘聯(lián)接防止拔出。其優(yōu)點是模具結構比較的簡單，可省去銷釘和凸模固定板。但拉深凸模與模座的垂直度比凸緣式凸模較差，因此不適用于較精密的拉深模。有利于較大的拉深凸模，從節(jié)省模具鋼與便于熱處理考慮，可采用組合式的結構。其凸模結構圖如下所示： 4.3拉深凸模結構圖 4.3凸凹模（落料凸模和拉深凹模）的設計 凸凹模即落料時為落料凸模、拉深時為拉深凹模。在設計過程中綜合考慮。其一些設計要點在這里不在敘述，凸凹模結構圖如下所示： 4.4 沖模的導向裝置 沖模工作時，除了由壓力機滑塊對上模與下模進行導向以外，還可單獨設置導向裝置進行導向，其主要作用如下： 1.模具在壓力機上安裝調整比較的方便。 2.沖制的工件質量穩(wěn)定，沖裁間隙始終保持一致而不易發(fā)生變化，因此工件有較好的互換性。 3.沖模不易損壞，故模具的壽命比無導向沖模高。 4.4.1無導向沖裁 （1）無導向沖裁的條件 無導向沖裁是指沖裁模本身無導向裝置。沖裁時，壓力機滑塊的導向精度，即滑塊橫向偏擺的最大距離將直接影響沖裁間隙的均勻程度。 無導向沖裁不啃模的條件是：在凸模與凹模單面間隙調整均勻的條件下，其值應不小于壓力機滑塊的導向精度。如果從保證沖裁件斷面質量考慮，則單面沖裁間隙允許的波動值，應不小于壓力機滑塊的導向精度。 4.4凸凹模（落料凸模和拉深凹模）結構圖 （2）無導向沖裁的應用 無導向沖裁模的優(yōu)點是模具結構簡單，裝配容易，成本降低。其缺點是沖裁過程中沖裁間隙的波動將造成工件的質量不穩(wěn)定，精度較低，并加速模具刃口的磨損，調模間隙不好控制，會造成啃模事故。因此，無導向沖裁模的安全性較差。綜上所述，在板料厚度大于0.8～1mm。精度要求不高、生產批量較小的落料、沖孔等單工序生產中，可以采用無導向裝置。 4.4.2導板導向 （1）導板導向的特點 將固定卸料板式模具的固定卸料板與凸模制成小間隙配合，一般為H7/h6，稱為導板。導板的型孔按凸模刃口尺寸配作。導板的功用有兩個：一是在沖裁時起上模與下模之間的導向作用；二是在回程時起卸料作用。 導板導向式沖裁模突出的優(yōu)點是使用時非常安全，可以說是所有沖裁中最安全的。因為在使用過程中，始終不允許凸模與導板脫離。 （2）導板導向的應用 導板式導向的應用仍有很大的局限性。首先，由于凸模要兼作導向件，其截面尺寸不能太小，以免受側向力而折斷，其截面也不應太復雜。其次，由于使用中不允許凸模與導板脫離，選用壓力機也受到了限制，只能使用行程可調沖床。而且導板導向式沖裁模仍屬于固定卸料方式，也不適宜沖裁薄料。但對于板料厚度大于0.8mm、形狀較簡單的落料加工，采用導板導向式沖裁模，還是很適合的。 4.4.3模架的導向 （1）模架導向的特點 普通模架由導柱、導套、上模座和下模座組成。從安全考慮，通常導柱安裝在下模座，導套安裝在上模座。導柱與導套的配合面取圓柱面，以便容易加工成小間隙配合，使模架的導向精度高于壓力機滑塊的導向精度。 采用模架進行導向，不僅能保證上、下模的導向精度，而且能提高模具的剛性、延長模具的使用壽命、使沖裁件的質量比較穩(wěn)定、使模具的安裝調整比較容易。因此在中小型沖模上廣泛采用模架作為上、下模的導向裝置。 模具可視為模具的一個部件，并且早已高度標準化與商品化。在沖模設計時，特別是中小型沖模設計時，應盡量選擇專業(yè)生產的標準模架，對提高模具質量、縮短制模周期有著十分重要的意義。 （2）模架的類型及應用 按導柱不同的位置，分為如下四種模架： 中間導柱模架 導柱分布在矩形凹模的對稱中心線上，兩個導柱的直徑不同，可避免上模與下模裝錯而發(fā)生啃模事故。適用于單工序模和工位少的級進模。 后側導柱模架 后側導柱模架導柱分布在模座的一側且直徑相同，只適用橫向送料。其優(yōu)點是工作面開敞，是適于在大件邊緣沖裁。其缺點是剛性與安全性最差，工作不夠平穩(wěn)、，應盡量少用。 對角導柱模架 導柱分布在矩形凹模的對角線方向上，既可以橫向送料，又可以縱向送料。由于導柱間的誤差方向與送料方向傾斜，因此一般認為導向精度高于前兩種模架。適于各種沖裁模使用，特別適于級進沖裁模的使用。為避免上、下模的方向裝錯，兩導柱直徑制成一大一小。 四導柱模架 4個導柱分布在矩形凹模的兩對角線方向上。模架的剛性很好，導向非常平穩(wěn)，但價格較高，一般的沖壓加工不需要四導柱模架。只要要求模具剛性與精度都很高的精密沖裁模，以及同時要求模具壽命很高的多工位自動級進模才采用。 彈壓導板式模架 彈壓導板除具有彈壓卸料板壓料及卸料功能外，還能對凸模進行導向。 按導柱導套配合性質的不同，有如下兩種形式： 導柱導套滑動導向模架 將導柱與導套制成小間隙配合，為H6/h5時稱為一級 模架，為H7/h6時稱為二級模架。在加工時，導柱導套與模座均為H7/r6過盈配合。為避免導套壓入模座因變形而影響與導柱的配合，將導套壓入段的內孔直徑加大1mm，不與導柱相配合。 裝配良好的模架，應能用兩手輕輕抬起上模座而下模座不動，但這樣的效果很難達到， 因為導柱與模座為過盈配合，壓入導柱導套時難以保證垂直度。所以在裝配時，導柱、導套與模座可以較松的過渡配合H7/m6代替過盈配合，容易保證導柱和導套的軸線垂直于模座平面，使模架的導向精度只決定于加工精度，而容易制成精密模架。 對于沖裁模，導柱導套的配合間隙應小于單面間隙。當雙面沖裁間隙不超過0.03時，相當于板料厚度小于0.5mm，可選用一級模架。雙面沖裁間隙超過0.03mm時，可選用二級模架。 為了保證使用中的安全和可靠性，設計與裝配模具時，還應注意下列事項： 當模具處于閉合位置時，導柱的上端面與上模座的上平面應留10～15mm的距離；導柱下端面與下模座下平面應留2～5mm的距離。導套與上模座上平面應留不小于3mm的距離，同時上模座開橫槽，以便排氣。 導柱導套滾動導向模架 在導柱與導套之間加多排鋼球，組成滾動導向裝置滾動導向的突出特點是：鋼球與導柱、導套之間不但沒有間隙，而且有0.01～0.02mm 的過盈量，成為無間隙導向。因此其導向精度非常高。 為了減少磨損，鋼球沿導柱與導套工作面的滾動軌跡應不重合。為此，鋼球在保持圈內的排列；橫向應當錯開，縱向連線與導柱軸線成8度角。 為了防止保持圈在工作時下沉、脫離導套而減少配合長度，可在導柱上另加一個支承彈簧。 滾動導向裝置屬于無間隙導向，精度高，壽命長。使用于高速沖模、薄料（t小于0.5mm）無間隙沖裁、精密沖裁、硬質合金模及其它精密沖裁， 標準模架 標準模架是指列入模具國家標準的模架。標準模架有如下特點： （1）標準模架是模具標準件中商品化程度最高的，有各種型號與規(guī)格可供選購。 （2）出售的標準模架均由專業(yè)廠成批制造，質量有保障，價格便宜。 （3）雖然每個模具都是單件生產的，但是模架卻可以批量生產。為適應批量生產的需要，降低生產成本，提高模架質量，模座采用鑄鐵制造，普通模架的導柱與導套選用20號鋼制造并經滲碳淬火，硬度為58～62HRC；而滾動導向模架的導柱與導套則采用軸承鋼GCr15制造，淬火硬度為62～68HRC。 （4）標準模架嚴格按冷沖模模架技術條件GB2854-81制造與驗收。 可見，標準模架的質量是很高的，設計模具時應盡量選用。 根據(jù)以上對各種模架的比較，為了提高生產率，降低模具的成本，故在選擇模架時，根據(jù)以上模架的使用和裝配要求，在此設計中選用中間導柱標準模架，其結構圖如裝配圖所示。 4.5中間導柱模架結構圖 4.5定位裝置 沖壓加工時，條料或坯料在沖模內處于正確的位置，稱為定位。 定位的基本形式有如下三種類型： （1）導向定位 （2）接觸定位 （3）形狀定位 在此設計模具中選用接觸定位。 4.5.1條料的橫向定位裝置： 條料的橫向定位也稱為導料，主要作用是保證條料的橫向搭邊值。故在此次設計中采用導料板進行條料的橫向定位，其設計過程如下所述： 導料板一般由兩塊組成，裝配模具時保證兩導向面互相平行，稱為分體式導向板在簡單落料模上，有時將導料板與固定卸料板制成一體，稱為整體式導料板。采用整體式導料板的模具，結構較簡單，但是，固定卸料板的加工量比較大，且不便于安裝調整。 在固定卸料式沖模和級進模中，條料的橫向定位使用導料板，而不用導料銷。導料板比導料銷耐用，安裝調整方便。 （1）導料板的長度 對于無承料板的模具，導料板的長度就等于凹模板的長度。即：L=260mm。 （2）導料板的寬度 當凹模型孔橫向尺寸沿對稱軸線均分時，無論型孔是否對稱，則兩塊導料板的寬度是相同的。其寬度b應按下式計算： b=0.5（B-B0-B1） 式中： b——導料板的寬度（mm）； B——凹模板的寬度（mm）；B=260mm； B0——條料板的寬度（mm）；B0=169.6mm； B1——雙面導料間隙（mm）；B1=0.2mm。 把B=260mm；B0=169.6mm；B1=0.2mm。代入b=0.5（B-B0-B1）中可得： b=0.5（B-B0-B1） =0.5（260-169.6-0.2） =0.5 90.2 =45.1mm （3）導料板的厚度 查表2-22 導料板厚度可得：由于此零件的厚度為1. mm，故取導料板的厚度為6mm。 其導料板的結構圖如下圖所示： 4.6導料板的結構圖 4.5.2.條料的縱向定位裝置： 條料縱向定位也稱為擋料。在落料模與復合模中，擋料的主要作用是保證條料的縱向搭邊值。而在級進模中還將影響制件的形位尺寸精度，因此要求更高?？紤]模具的結構簡單，故在此選用固定擋料銷進行條料的縱向定位。其設計過程介紹如下： 固定擋料銷裝在凹模型孔出料一側，利用落料以后的廢料孔進行擋料，控制送料距離，簡稱定距。模具國家標準規(guī)定的固定擋料銷有兩種型號即：A型和B型。具體結構查閱相關資料。但是B型用于廢料孔較窄時擋料較方便，但應用不多，一般都采用A型。故在此設計中選用A型。 固定擋料銷設置在近凹模刃口出為推式擋料，設置在遠離凹模刃口處為拉式擋料，在此選用推式擋料。推式擋料的擋料銷孔離凹模刃口較近，損害凹模強度。拉式擋料可克服這一缺點，沖厚料時可考慮采用。但在落料縱向尺寸較大時，將使凹模長度乃至整個模具尺寸都增大。因此，應用并不多。采用擋料銷定距時，每次送料均需將條料抬起，因此，只能單沖，不便連沖，生產效率較低，拉料擋料更是如此。 固定擋料銷主要用在落料模與順裝復合模上。在2～3個工位的簡單級進模上有時也采用。工位多的級進沖裁模不宜采用擋料銷定距。采用固定擋料銷定距時，如果模具為彈壓卸料方式，卸料板上要開避讓孔，以防卸料板與擋料銷碰撞。 4.6卸料裝置 卸料裝置的功用是在一次沖裁結束之后，將條料或工件與落料凸?；驔_孔凸模脫離，以便進行下一次沖裁。在這里只介紹固定卸料裝置。 4.6.1.固定卸料裝置的形式 （1）整體式卸料板：結構簡單，但裝配調整不便。 （2）分體式卸料板：導料板裝配方便，應用較多。 （3）懸臂式卸料板：用于窄長件的沖孔或切口后的卸料。 （4）拱橋十卸料板：用于空心件或彎曲件沖底孔后的卸料。 4.6.2.固定卸料板的固定方式 （1）卸料板和凹模用同一螺釘和銷釘緊固到下模座上，螺釘數(shù)量為4個。其結構簡單，但為了刃磨凹模，在拆下卸料板同時，也使凹模脫離了下模座。如模具是用導柱導向的，刃磨后再重新裝配模具，很可能使沖裁間隙不如初裝時均勻而損害模具的精度。 （2）卸料板只連接到凹模上，凹模再單獨連接到下模座上，螺釘一般要增加4～6個，銷釘要增加2個。其結構復雜些，但拆下卸料板時，凹模不脫離下模座，也就克服了前者的缺點。應注意，在下模座與卸料板定位銷對應處，應鉆直徑稍大于銷釘直徑的通孔，以便拆卸料板時頂出銷釘。 如果板料較薄，采用固定卸料方式，會引起板料嚴重翹曲，使工件質量不好，在間隙過大時，還容易出現(xiàn)卡死現(xiàn)象，嚴重時可能損壞模具。因此，采用固定卸料方式，按生產經驗，板料厚度不宜大于0.8mm，而且不適于沖軟鋁板。 固定卸料板的平面外形尺寸一般與凹模板相同，其厚度可取凹模厚度的0.8倍，板料厚度超過3mm時，可與凹模厚度一致。固定卸料板形孔與凸模的單面間隙可以取0.2～0.5mm，厚料與硬料可取大值。 4.7推件裝置的設計 復合模出件均為逆出件，沖入凹模內的工件需由出件裝置反向推出或頂出。倒裝復合模的出件裝置在上模，也稱為推件裝置，順裝復合模的出件裝置在下模，也稱為頂件裝置。 推件裝置一般由推件板、推桿、打板、打桿組成。在回程，當滑塊內的打桿橫梁撞擊到床身兩側的限為螺釘時，便產生推件力，并通過打桿、打板、推桿傳至推件板。類似的