板材復合沖裁模模具設計【說明書+CAD】

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河南理工大學萬方科技學院 本科畢業(yè)設計開題報告 題目名稱 復合沖裁模模具設計 學生姓名 崔曉兵 專業(yè)班級 07機制-2班 學號 0720150112 一、 選題的目的和意義： 本課題要求對復合沖裁模模具設計，復合沖裁模是在沖床的一次沖壓過程中可以同時完成兩步或兩步以上的工序。該復合沖裁模將落料、沖孔兩步工序在一起完成。該模具選取了合理的凸、凹模間隙及最佳的模具設計結構完成工件的加工要求。它具有操作方便、一次成形、生產效率高的特點。闡述了零件沖壓復合模具的整體結構及其工作過程，為保證沖裁件的質量，指出了復合模具設計和加工注意的要點。該設計思路可擴展應用到其它類似零件的沖裁加工中。 因為模具制造對制造業(yè)的重大作用，激勵我趁此畢業(yè)設計的良機，選擇此課題，希望能夠掌握各種模具制造方法的基本原理和特點，在設計、制造模具時，根據(jù)實際情況，學習如何充分考慮它們的特點，選用最佳的工藝方案；掌握各種制造方法對模具結構的要求，具有分析模具結構工藝性的能力，能夠設計出工藝性能良好的模具結構；了解國內先進的模具制造技術，盡量采用新工藝、新技術。并且鞏固和加深已經(jīng)學過的理論知識，提高自己的綜合分析和解決工程實際問題的能力，為以后的工作奠定良好的基礎。 二． 國內外研究綜述： ??? 80年代以來，在國家產業(yè)政策和與之配套的一系列國家經(jīng)濟政策的支持和引導下，我國模具工業(yè)發(fā)展迅速，年均增速均為13%，1999年我國模具工業(yè)產值為 245億，至2002年我國模具總產值約為360億元，其中塑料模約30%左右。在未來的模具市場中，塑料模在模具總量中的比例還將逐步提高。 ??? ?模具制造在機電產品制造行業(yè)中應用廣泛，而沖模是實現(xiàn)沖壓工藝的主要工藝裝備，在制造行業(yè)中占有重要的地位。 改革開放以來，通過技術引進和合資經(jīng)營，我國的模具制造技術有了長足的進步，少數(shù)單位在沖模技術領域采用了CAD,CAM,CAE技術和先進制造技術，顯著地縮短了模具設計和制造周期，提高了模具質量，實現(xiàn)了模具工作零件的互換。 雖然我國的模具工業(yè)和技術得到了快速發(fā)展，但與國外工業(yè)發(fā)達國家相比仍存在較大差距，隨著科學技術的進步、社會經(jīng)濟的快速發(fā)張，模具制造技術的應用越來越廣泛，模具成形技術及模具設計與制造已成為當代工業(yè)生產的重要手段。因此社會上迫切需要各種模具設計師、模具技師等技術人才，未來的中國模具工業(yè)和技術的發(fā)展空間是巨大的。 ???? 二、 畢業(yè)設計（論文）所用的主要技術與方法： 1、到圖書館或網(wǎng)上查閱有關沖壓模具設計的文獻資料,借閱相關書籍,了解國內外相關 技術現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢； 2、對沖裁的零件設計進行分析,確定最佳工藝方案，進行主要工藝參數(shù)的計算，并確定壓力機的選擇； 3、根據(jù)對沖裁件的分析計算進行模具設計； 4、根據(jù)選型和計算尺寸，運用AutoCAD軟件繪出模具裝配圖、部件零件圖。 三、 主要參考文獻與資料獲得情況： [1]牟林．沖壓工藝與模具設計[M]．北京：中國林業(yè)出版社，2006 [2]楊玉英．實用沖壓工藝及模具設計手冊[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2005 [3]徐慧民．模具制造工藝學[M]．北京：北京理工大學出版社，2007 [4]翁其金、徐新成 沖壓工藝及沖模設計 機械工業(yè)出版社 2004 [5]朱偉成,徐成林,宋寶陽,富壯.沖壓技術發(fā)展趨勢[J].汽車工藝與材料,2007 [6]張葦．沖壓件模具CAD現(xiàn)狀與發(fā)展[J]．輕型汽車技術，2004 [7]劉京華 模具識圖與制圖 化學工業(yè)出版社 2007 [8]洪麗華,陳永祿.中國模具工業(yè)現(xiàn)狀和模具技術發(fā)展趨勢[J].機電技術，2007 [9]鐘日銘 陳忠鈺 AutoCAD 2008中文版機械設計基礎與實踐 機械工業(yè) 2007 [10] 模具實用技術叢書編委會.沖模設計應用實例.北京:機械工業(yè)出版社.1999 四、 畢業(yè)設計（論文）進度安排（按周說明） 1、第05—06周 整理相關背景資料,初步選題、提出設計方案; 2、第07周 開題、系統(tǒng)方案設計及方案論證; 3、第08—09周 模具總體結構設計,模具結構參數(shù)計算，完成主要零部件的設計; 4、第10—13周 完成模具裝配圖、部件零件圖的繪制; 5、第13—14周 審查、改進設計，并完成畢業(yè)設計說明書撰寫、打印、裝訂; 6、第15周 準備畢業(yè)答辯 五、 指導教師審批意見： 指導教師： （簽名） 年 月 日 4 河南理工大學萬方科技學院 本科畢業(yè)設計中期檢查表 指導教師： 鄭建新 職稱： 副教授 所在院（系）： 機械與動力工程學院 教研室（研究室）： 機制教研室 題 目 板材復合沖裁模模具設計 學生姓名 崔曉兵 專業(yè)班級 07機制2班 學號 0720150112 一、選題質量：（主要從以下四個方面填寫：1、選題是否符合專業(yè)培養(yǎng)目標，能否體現(xiàn)綜合訓練要求；2、題目難易程度；3、題目工作量；4、題目與生產、科研、經(jīng)濟、社會、文化及實驗室建設等實際的結合程度） 崔曉兵同學這次所選的題名為板材復合沖裁模模具設計，內容涉及到對沖壓工藝的分析、計算以及相應的模具設計。這次設計與所學的專業(yè)課程緊密聯(lián)系，符合專業(yè)培養(yǎng)目標。在這次的設計工作中，需要對所學的專業(yè)知識進行綜合地應用，能熟練的應用相關的參考資料，并且能培養(yǎng)查找專業(yè)文獻的能力。這次的設計所選的題名比較新穎，并且第一次接觸這類模具設計，學生要單獨去完成，工作量比較大，這能培養(yǎng)同學的自主創(chuàng)新的能力。 二、開題報告完成情況： 崔曉兵同學的開題報告已經(jīng)完成。 從適合實際工作環(huán)境出發(fā)，確定了明確的課題設計方向；通過去工廠的實習了解，對沖壓模具的結構已經(jīng)有了一定的認識了解。已經(jīng)對課題設計進行了分析以及設計計算，并有了突破性的進展。同時對一些相關的參考資料進行了仔細閱讀，開題報告完 成質量較高。 三、階段性成果： 1、本次設計的開題報告已經(jīng)完成，設計方案已經(jīng)確定。已經(jīng)完成了模具排樣圖的設計以及模具裝配圖和主要零部件的設計梗概。 2、一些設計的零件圖已經(jīng)基本完成，局部的裝配圖現(xiàn)在已經(jīng)開始在畫了，設計說明書基本完成。 3、英文翻譯工作已經(jīng)完成，現(xiàn)在正對一些結構設計進行復核。 四、存在主要問題： 1、對設計中的強度校核不太清楚，材料力學和理論力學的基礎知識不扎實； 2、設計當中的一些方案有些不合理，還是需要對一些設計方案進行改進。 3、在使用CAD繪圖時，有些較常用的指令不熟悉。 五、指導教師對學生在畢業(yè)實習中，勞動、學習紀律及畢業(yè)設計（論文）進展等方面的評語 崔曉兵學在畢業(yè)設計實習中吃苦耐勞，認真遵守實習工廠的各項規(guī)章制度，能夠虛心向廠技術部的工程師請教問題，認真地完成畢業(yè)實習筆記，廣泛收集畢業(yè)設計的相關資料。在畢業(yè)設計過程中能獨立去完成自己的設計工作，虛心請教指導老師在設計當中遇到的困難。畢業(yè)設計任務進展順利。 指導教師： （簽名） 年 月 日 河南理工大學萬方科技學院 本科畢業(yè)設計 附錄：外文資料與翻譯 院（系部）萬方科技學院機械與動力工程系 專業(yè)名稱 機械設計制造及其自動化 年級班級 07級機制二班 學生姓名 彭 鵬 指導教師 李 章 東 2011年5月  英文題目為：超聲表面滾壓Q345液壓支柱工藝參數(shù)對表面粗糙度的影響研究。 Guangyi Meia, Kehua Zhangb and Jinfu Dingc Transportation College of Zhejiang Normal University, JinHua 321004, China amgy@zjnu.cn, b mature@zjnu.cn, c zsddif@zjnu.cn 關鍵詞：超聲波軋制，加工參數(shù)，表面粗糙度，液壓支柱 摘要: 液壓支柱表面粗糙度對耐磨性，疲勞強度和其配合性能的重要影響。超聲波表面滾壓（USRE）處理實驗旨在降低該液壓支柱的表面粗糙度和一些機床參數(shù)，如工具振動幅度，需要詳細研究的進給速度。測試工件的表面粗糙度的儀器是接觸式粗糙度儀（MahrS2）。實驗結果表明，USRE可以明顯改善液壓支柱的表面粗糙度，經(jīng)過一次加工的表面粗糙度的值可以從0.976μm減少到0.105um。進給速度與表面粗糙度呈線性關系，當工具的振動幅度為6.5?8.5的范圍內時，有最佳的表面粗糙度值Ra為0.090μm與之對應。 運用USRE多次加工表面可以提高表面的質量。 介紹: 液壓支柱是一個切線樁可用于符合鉸鏈的頂梁或專有使用，這是對綜合配套設備。液壓支柱是煤礦安全的重要設備，加工表面質量對使用性能有重要的影響：1對耐磨性的影響，表面粗糙度對摩擦的起始階段有重要的影響，之后表面粗糙度對其的影響越來越小，而此時摩擦有一個最佳的參數(shù)約0.32?1.25μm。 2。對疲勞強度的影響，凹凸不平的表面和表面缺陷會導致應力集中而導致疲勞斷裂，所以整理后的接觸面應具有較高的疲勞強度。3.對抗腐蝕性的影響 ??，腐蝕問題是容易堆積在粗糙的表面，因此降低表面粗糙度可提高抗腐蝕性能.4對配合性能的影響，如果在粗糙的表面上有公差配合間隙將增加的磨損和撕裂的配合性能，因此配合精度和剛性將會降低，這將影響工件[1,2,3]的工作平穩(wěn)性和可靠性。因此，配合面必須達到要求。為了高效的改善工件表面質量，一個新的加工技術超聲表面滾壓加工（USRP）被提出，在USRP利用超聲振動的能量供應擠壓工件[4，5]表面。這種處理方法會產生更少的彈性壓力，摩擦力，并能夠很快將降低表面粗糙度，而表面硬度和耐磨性將會顯著提高。在此處理過程中，加工參數(shù)如軸向方向，靜壓和振動幅度決定了工件[6，7]最后的表面質量。 軋制實驗系統(tǒng)和超聲波原理 超聲波軋制試驗裝置 超聲波軋制實驗裝置如圖1所示。 它是由超聲波發(fā)生器8，換能器6，變幅桿5和工具頭2。超聲波振動通過換能器轉化成機械振動，振幅是通過振幅轉化器增大，然后能量再轉移給正在工作的工具頭。該工具頭2是通過螺絲擰緊與設備連接上的，在加工的過程中工件表面與工具頭之間產生相對旋轉。 數(shù)字化設計與制造技術的處理原則 在超聲波壓延加工，工具頭產生的機械振動，是由超聲波發(fā)生器和沿工件表面的進給速度共同引起的。因此，靜態(tài)壓力和超聲波振動將作用到工件表面（為圖2顯示）。擠壓作用會產生宏觀尺度上的彈塑性變形。處理后，加工表面將會產生一定的彈性恢復。因此，塑性流動會改變工件的表面，降低表面粗糙度，提高已加工過表面的綜合性能[5]。 圖1.軋制設備超聲示意圖 圖2.原理USRP [3] 圖3.現(xiàn)場加工的照片 實驗材料和實驗條件的材料 實驗材料 實驗材料為Q345系列液壓支柱，其尺寸為φ97×980毫米，Q345鋼的元素幾乎與16Mn鋼一樣，也有一些微量合金元素，有V，Ti和Nb，這些微量合金元素能夠促使晶粒細化和提高韌性，所以對含有Q345鋼的綜合大型機械有很大的改善。其初始的表面粗糙度值Ra是0.4μm。 實驗條件 液壓支柱的傳統(tǒng)加工工藝是先研磨后拋光，達到的表面粗糙度值Ra是0.4μm。在這個實驗中，采用超聲波壓延加工對基板進行研磨和拋光。實驗是NC數(shù)控車床上進行的，加工照片是區(qū)域設置如圖3。表面粗糙度值是MahrS2通過來衡量的。 實驗結果與討論 振幅對加工工件表面粗糙度的影響 在超聲波壓延加工中來研究振幅對表面粗糙度值的影響，實驗參數(shù)：主軸的轉速為710轉/分，進給速度為0.12毫米/ 001和靜態(tài)壓力為140N，表面處理三次。振幅的幅值與表面粗糙度的關系如圖4所示。振幅的幅值和表面粗糙度呈不單調的函數(shù)關系，適當增加振幅的幅值將會改善表面粗糙度，但過量就會使表面粗糙度惡化。 圖4 工具頭的幅值和表面粗糙度之間的關系 進料速度對表面粗糙度的影響 該實驗來研究進料速度對表面粗糙度的影響，超聲波進行壓延加工是伴隨著不同的進料速度進行的，進料速度與表面粗糙度的關系如圖5所示，進料速度與表面粗糙度呈線性關系。 圖5. 表面粗糙度和進料速度之間的關系 加工靜壓力對表面粗糙度的影響 在超聲波壓延加工中，具有一定的靜態(tài)的壓力和進給速度的工具來處理旋轉工件表面，使工件材料產生彈性和塑性變形。通過工具處理后的工件表面將會產生彈性恢復。金屬流動會造成谷狀的粗糙表面，因此工件的表面粗糙度將會改善。正如圖6中表明，靜態(tài)壓力增大，表面粗糙度降低。 圖 6. 靜壓力與表面粗糙度的關系 主軸轉速和進給軸速度對表面粗糙度的影響 超聲波壓延加工實驗，研究主軸轉速和進給速度對表面粗糙度的影響，加工參數(shù)：靜態(tài)壓力140N和振幅13μm，每一個工件處理三次，主軸轉速和進給速度與表面粗糙度的關系如圖7所示。表面粗糙度值隨軸向進給速度和主軸轉速的提高而增加。 圖 7 . 主軸轉速和進給軸速度對表面粗糙度的影響 總結 在本研究中超聲波壓延加工用來替代傳統(tǒng)的壓延加工工藝。對表面粗糙度的影響基本的因素如主軸轉速，軸向進給，靜態(tài)壓力和振動幅值進行了研究，如果選擇合適的工藝參數(shù)，表面粗糙度值將明顯提高，Ra值達到約0.1um。因此，在液壓支柱整理加工中超聲波壓延加工可以有效地取代研磨拋光。在超聲波20kHz的工作頻率下工作狀態(tài)最好，而此時Q345系列液壓支柱最佳加工參數(shù)：主軸轉速710轉/分，軸向進給0.12毫米/ 001靜壓140N，振幅13.2μm，滾子和滾子半徑3mm以及滾子的材料采用硬質合金。 References [1] L.F. Han, S.G. Qu and W. Xia: Machine Tool and Hydraulics, (2007), p. 19-21 (in Chinese) [2] M.H. El-Axi and M.M. El-Khabeery: Journal of Materials Processing Technology, (2003), p. 82-89 [3] D.P. Wang, N.X. Song, T. Wang, et a1: Journal of Tianjin University, (2007), p. 228-233 (in Chinese) [4] X.J. Liu: Mechanical Research and Application, (2007), p. 38-39 (in Chinese) [5] L. Chen: Journal of Materials Processing Technology, (2008), p. 439-450 (in Chinese) [6] F.G. Cao: Chemical Industry Press, Beijing 2005 (in Chinese) [7] G.Y. Lv, Y.L. Zhu, et al: China Surface Engineering, (2007), p. 38-41 (in Chinese) Digital Design and Manufacturing Technology doi:10.4028/www.scientific.net/AMR.102-104 Study on the Effect of Ultrasonic Surface Rolling Processing Parameters on the Surface Roughness of Q345 Hydraulic Prop doi:10.4028/www.scientific.net/AMR.102-104.591 References [1] L.F. Han, S.G. Qu and W. Xia: Machine Tool and Hydraulics, (2007), p. 19-21 (in Chinese) [2] M.H. El-Axi and M.M. El-Khabeery: Journal of Materials Processing Technology, (2003), p. 82-89 doi:10.1016/S0924-0136(02)00269-8 [3] D.P. Wang, N.X. Song, T. Wang, et a1: Journal of Tianjin University, (2007), p. 228-233 (in Chinese) [4] X.J. Liu: Mechanical Research and Application, (2007), p. 38-39 (in Chinese) [5] L. Chen: Journal of Materials Processing Technology, (2008), p. 439-450 (in Chinese) [6] F.G. Cao: Chemical Industry Press, Beijing 2005 (in Chinese) [7] G.Y. Lv, Y.L. Zhu, et al: China Surface Engineering, (2007), p. 38-41 (in Chinese) 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 摘要 本次設計的是復合沖裁模，復合沖裁是在沖床的一次沖壓過程中可以同時完成兩步或兩步以上的工序。該復合沖裁模將落料、沖孔兩步工序在一起完成。該模具選取了合理的凸、凹模間隙及最佳的模具設計結構完成工件的加工要求。它具有操作方便、一次成形、生產效率高的特點。闡述了零件沖壓復合模具的整體結構及其工作過程，為保證沖裁件的質量，指出了復合模具設計和加工注意的要點。該設計思路可擴展應用到其它類似零件的沖裁加工中。 關鍵詞： 模具設計； 模具加工； 沖壓； 復合沖裁模； 模具結構； Abstrast In this paper , a compound die is designed .The compound die can produce two parts or more by one punching procedure .It introduce the design and way of fine blanking and chose the blanking clearance between punch and matrix .The best structure is introduced to complish the desire of the making machine.Compared with the traditional dies ,this whole structure and working process of the die were stated,and the main points method can be used to the forming of other similar parts. Key Word: die design; die manufacturing; stamping; compound die; structure so the structing of die. 摘要 1 前 言 1 1設計題目及要求 1 1.1沖壓工藝與模具設計的內容及步驟 1 1.2 工藝設計 2 1.2.1 零件及其沖壓工藝分析 2 1.2.2 確定工藝方案,主要工藝參數(shù)計算 3 1.2.3 選擇沖壓設備 3 1.3 模具設計 3 1.3.1 模具結構形式的選擇與設計 3 1.3.2 模具結構參數(shù)計算 3 1.3.3 繪制模具圖 3 2 工藝設計 4 2.1 零件及其沖壓工藝性分析 4 2.2 確定工藝方案 4 2.2.1 沖裁工序的組合 4 2.2.2 沖裁件結構工藝性 8 2.3主要參數(shù)的計算 9 2.3.1沖裁力 9 2.3.2 材料的周長和面積 10 2.3.3 材料的經(jīng)濟利用 11 2.3.4壓力中心的計算 14 2.4 選擇沖壓設備 21 2.4.1 常用壓力機的分類 21 2.4.2 壓力機類型的選擇 21 2.4.3 確定設備規(guī)格 22 3 模 具 設 計 24 3.1 沖模的分類 24 3.2 沖模零件的分類 25 3.3 工作零件 26 3.3.1 凹模的設計 26 3.3.2凸模長度確定及其強度校核 28 3.3.3 沖模刃口尺寸的計算 32 3.4 定位零件 38 3.5 壓料、卸料零件 39 3.6 連接與固定零件 45 3.6.1 模柄 45 3.6.2 上、下模座 46 3.7 模具結構形式的確定 47 3.8 確定導向方式 47 4 模具的裝配及工作過程 49 4.1模具的裝配 49 4.2 工作過程 49 總 結 50 致 謝 51 參 考 文 獻 52 [鍵入文字] 前 言 沖壓工藝是塑性件，它主要用于加工板料零件時也叫板料沖壓。沖壓不僅可以加工金屬板料，也可以加工非金屬板料。沖壓加工時，板料在模具的作用下，于其內部產生使之變形的內力。當內力的作用達到一定程度時，板料毛坯或毛坯的某個部位便會產生與內力的作用性質相對應的變形，從而獲得一定的形狀、尺寸和性能的零件。 沖壓生產靠模具與設備完成加工過程，所以它的生產率且由于操作簡便，也便于實現(xiàn)機械化和自動化。 利用模具加工，可以獲得其它加工方法所不能或難以制造的、形狀復雜的零件。 沖壓產品的尺寸精度是由模具保證的，所以質量穩(wěn)定，一般不需要再經(jīng)過機械加工便可使用。 沖壓加工一般不需要加熱毛坯，也不像切削加工那樣大量切削材料，所以它不但節(jié)能，而且節(jié)約材料。沖壓產品的表面質量較好，使用的原材料是冶金工廠大量生產的扎制板料或帶料，在沖壓過程中材料表面不受破壞。 沖壓工藝在汽車、拖拉機、電機、電器、儀器 、儀表、各種民用輕工產品以及航空、航天和兵工等的生產方面占據(jù)十分重要。因此，沖壓工藝是一種產品質量較好而且成本較低的加工工藝。用它生產的產品一般還具有重量輕且剛性好的特點?，F(xiàn)代各先進工業(yè)化的國家的沖壓生產都是十分發(fā)達的。在我國的現(xiàn)代化建設進程中，沖壓生產占有重要的地位。 沖壓工藝，模具以及沖壓設備等正在隨著科學技術的發(fā)展而不斷發(fā)展，從總體來看，現(xiàn)代沖壓工藝與模具的主要發(fā)展方向可以歸納為以下幾個方面： (1)、沖壓成型工藝與理論的研究 成形，近年來，沖壓成型工藝有很多的新的發(fā)展,特別是精密沖裁，精密剪切，復合材料成形，軟模成形以及電磁成形等新工藝日新月異，沖壓件的成形精度日趨精確，生產率也有極大的提高，正在把沖壓加工提高到高品質的、新的發(fā)展水平。 由于引入了計算機輔助工程(CAE)沖壓成行已從原來的對應力應變進行有限元等分析而逐步發(fā)展到采用計算機進行工藝過程的模擬與分析，已實現(xiàn)沖壓過程的優(yōu)化設計。 (2)、沖壓加工自動化與柔性化 為了適應大批量、高效率的生產需要,在沖壓模具和設備上廣泛應用了各種自動化的進、出料機構。專門配置了機械手或機器人，這不僅大大提高了沖壓件的生產品質和生產率，而且增加了沖壓工作和沖壓工人的安全性。在中小件的大批量生產方面，現(xiàn)已廣泛應用多工位級進模、多任務位壓力機或高速壓力機。在小批量多品種生產方面，正在發(fā)展柔性制造系統(tǒng)(FMS)，為了適應多品種生產是不斷更換模具的需要，已成功地發(fā)展了一種快換模系統(tǒng)?，F(xiàn)在，量生產方面,.換一副大型沖壓模具，僅需6~8分鐘即可完成。此外，近年來，集成制造系統(tǒng)（CIMS）也正被引入沖壓加工系統(tǒng)，出現(xiàn)了沖壓加工中心，并且使設計、沖壓生產、零件運輸、倉儲、品質檢驗以及生產管理等全面實現(xiàn)自動化。 (3)、 沖模CAD/CAM 自從美國Die Comp公司與1971年在簡單級進模中首先將CAD/CAM技術引入到?jīng)_模設計與制造中以來，沖模CAD/CAM 技術已成為沖壓工藝與模具的主要發(fā)展方向之一。1978年日本機械工程實驗室開發(fā)了MEL 系統(tǒng),采用了圖形顯示設備和交互圖形設計技術，使CAD開始走向實用化。我國在沖壓模具的CAD/CAM方面也取得了重大的進展，上海交通大學在80年代初期開展了大規(guī)模的CAD/CAM研究開發(fā)工作，目前在上海交通大學已建立了模具CAD/CAM國家工程中心。在華中理工大學建立了模具CAD/CAM國家重點實驗室。 由于新技術的應用和引導,模具技術在國民經(jīng)濟中的地位愈來愈大，在一定程度上決定了我國機械制造業(yè)在21世紀的市場競爭能力，為此，我們要有足夠的認識并采取得力的措施。 51 1設計題目及要求 原始設計題目如下圖所示： 圖 1沖件零件圖 1.1沖壓工藝與模具設計的內容及步驟 沖壓工藝與模具設計應結合工廠的設備、人員等實際情況，從零件的質量、生產效率、生產綜合考慮,選擇性各個方面和設計出技術先進、經(jīng)濟上合理、使用安全可靠的工藝方案和模具結構，應使沖壓件的生產在保證達到設計圖樣上所提出的各項技術要求的基礎上，盡可能降低沖壓件的工藝成本和保證安全生產。一般來講，設計的主要內容及步驟包括：成本、勞動強度、環(huán)境的保護以及生產的安全。 此次沖壓件是板料，有關板料的沖壓介紹如下： 板料沖壓：利用沖模在壓力機上使板料分離或變形，從而獲得沖壓件的加工方法稱為板料沖壓。板料沖壓的坯料厚度一般小于4mm，通常在常溫下沖壓，故又稱為冷沖壓。 原材料：具有塑性的金屬材料，如低碳鋼、奧氏體不銹鋼、銅或鋁及其合金等，也可以是非金屬材料，如膠木、云母、纖維板、皮革等。 板料沖壓的特點： （1）沖壓生產操作簡單，生產率高，易于實現(xiàn)機械化和自動化。 （2）沖壓件的尺寸精確，表面光潔，質量穩(wěn)定，互換性好，一般不再進行機械加工，即可作為零件使用。 （3）金屬薄板經(jīng)過沖壓塑性變形獲得一定幾何形狀，并產生冷變形強化，使沖壓件具有質量輕、強度高和剛性好的優(yōu)點。 （4）沖模是沖壓生產的主要工藝裝備，其結構復雜，精度要求高，制造費用相對較高，故沖壓適合在大批量生產條件下采用。 1.2 工藝設計 1.2.1 零件及其沖壓工藝分析 根據(jù)沖壓件產品圖，分析沖壓件的形狀特點、尺寸大小、精度要求、原材料尺寸規(guī)格和力學性能,并結合可供選用的沖壓設備規(guī)格以及模具制造條件/生產批量等因素，分析零件的沖壓工藝性能的沖壓工藝方案，內容包括工序性質、供序數(shù)目、工序順序及組合方式等。 工藝參數(shù)指制定工藝方案所依據(jù)的數(shù)據(jù),計算有兩種情況,第一種是工藝參數(shù)可以計算的比較準確，如零件材料的排樣利用率、沖裁壓力中心、工件面積等；第二重視工藝參數(shù)只能作近似計算，如一般彎曲或拉深成形力、復雜零件的坯料展開尺寸。 1.2.2 確定工藝方案,主要工藝參數(shù)計算 在沖壓工藝性分析的基礎上，找出工藝與模具設計的重點與難點，根據(jù)實際情況提出各種可能。 1.2.3 選擇沖壓設備 根據(jù)要完成的沖壓工序性質和各種沖壓設備的性能特點，考慮沖壓加工所需的變形力、變形功及模具閉合高度和輪廓尺寸的大小等主要因素，結合工廠現(xiàn)有設備情況來合理選定設備類型和噸位。 1.3 模具設計 模具設計包括模具結構形式的選擇與設計、模具結構參數(shù)計算、模具圖繪制等內容。 1.3.1 模具結構形式的選擇與設計 根據(jù)擬定的工藝方案，考慮沖壓件的形狀特點、零件尺寸大小、精度要求、生產批量、模具加工條件、操作方便與安全的要求等選定與設計沖模結構形式。 1.3.2 模具結構參數(shù)計算 確定模具結構形式后，計算或校核模具結構上的有關參數(shù)，如模具工作部分的幾何尺寸、模具零件的強度與剛度、模具運動部件的運動參數(shù)、模具與設備之間的安裝尺寸，選用和核算彈性組件等。 1.3.3 繪制模具圖 模具圖是沖壓工藝與模具設計結果的最終體現(xiàn)，該模具圖包括制造模具和使用模具的完備信息。 2 工藝設計 2.1 零件及其沖壓工藝性分析 沖裁件的工藝性是指沖裁件對沖壓工藝的適應性。該工件的材料是08F，屬于低碳鋼。選用08F的冷軋鋼板作為原料，鋼板尺寸為1500×600型號的。這種鋼板的沖壓性能好，該材料抗剪強度 為220~310 ，抗拉強度 為280~390 ，（在下文的計算中抗拉強度取295） 由沖裁件圖上所標注的尺寸公差可以確定該工件的表面加工精度要求為級，在沖裁中其尺寸公差等級為級，屬于普通沖裁。 2.2 確定工藝方案 工藝方案的內容是確定沖裁件的工藝路線，主要包括確定工序數(shù)、工序組合和工序順序的安排等，應在工藝分析的基礎上制定幾種可能的方案，再根據(jù)工件的批量、形狀、尺寸等多方面的因素，全面考慮、綜合分析，選取一個較為合理的沖裁方案。 2.2.1 沖裁工序的組合 沖裁工序按工序的組合程度可分為單工序沖裁、復合沖裁和級進沖裁。 復合沖裁是在壓力機的一次行程中，在模具的同一位置同時完成兩個或兩個以上的工序；級進沖裁是把一個沖裁件的幾個工序，排列成一定順序，組成級進模，在壓力機的一次行程中，在模具的不同位置同時完成兩個或兩個以上的工序，除最初幾次沖程外，每次沖程都可以完成一個沖裁件。 沖裁組合方式的選擇根據(jù)沖裁件的生產批量、尺寸精度、形狀復雜 程度、模具成本等多方面因素來考慮。 (1) 生產批量 由于模具費用在制件成本種占很大的比例，所以，沖裁件的生產批量在很大程度上決定了沖裁工序的組合程度，即決定所用的模具結構。一般來說，新產品試制與小批量生產，模具制造簡單，力求制造快，成本低，采用單工序沖裁，對于中批和大批量生產，模具結構力求完善，要求效率高、壽命長，采用復合沖裁或級進沖裁。 (2) 沖裁件尺寸精度 復合沖裁所得工件公差等級高，內、外形同軸度一般可達到料，工件較平整，不翹曲。級進沖裁所得工件的尺寸公差等級較復合沖裁低，工件有拱彎、不夠平整。但工序沖裁的工件精度最低。 (3) 對工件尺寸、形狀的適應性 復合沖裁可用于各種尺寸的工件。材料厚度一般在以下。但工件上孔與孔之間和孔與邊緣之間的距離不能過小?？走吘嘈∮谧钚『侠碇禃r，若采用復合沖裁，則該部位的凸凹模的壁厚因小于最小極限值，易因強度不足而破裂。此時也不宜采用單工序沖裁，因孔邊距過小，落料后沖孔時，這些部位會發(fā)生外脹和外扭變形，得到不合格的產品，這時宜采用級進沖裁，這樣可避免這些缺陷。級進沖裁可以加工形狀復雜、寬度很小的異形零件，且可沖裁的材料厚度比復合沖裁要大。但級進沖裁受壓力機臺面尺寸與工序數(shù)的限制，沖裁工件一般為中、小型件。為提高生產效率與材料利用率，常采用多排沖壓。級進沖裁時廣泛采用多排沖壓，但復合沖裁則很少采用。 (4) 模具制造、安裝調整和成本 對復雜性狀的工件，采用復合沖裁與采用連續(xù)沖裁，模具制造，安裝調整較易，成本較低。對簡單形狀、精度不高的零件，級進沖裁，模具結構較之復合模簡單，易于制造。 本次模具設計的沖裁工件形狀雖然不規(guī)則，但結構并不是很復雜。沖孔、落料兩道工序即可完成，考慮到?jīng)_裁件的定位誤差、材料厚度、大批量生產、安裝以及成本等因素，決定采用復合沖裁。在此有四種方案可供選擇： 方案一、 落料 圖2 落料 此種方法的優(yōu)點是：定位誤差小，只需要一次定位即可。位置精度高。其缺點是：危險截面強度雖夠，但模具制造復雜，難以加工和裝配。并且成本比較高。 方案二、 沖孔、落料 圖3 沖孔、落料 采用落料、沖孔復合模。先沖孔，沖掉陰影部分，再落料。此種方法雖然降低了模具的加工和裝配的難度，降低了制造成本。但是沖孔與落料的交界處留有尖角，難以加工和去除，這常常是沖壓工藝所不允許的。 方案三、 沖孔、落料 圖4 落料、沖孔 也還是先沖掉陰影部分，再落料。此種方法雖然也和方案二有著同樣的優(yōu)點，此外比上述方案好的是沖孔與落料的交界處沒有尖角，同時還能 保證沖孔凸模和落料凹模的足夠強度。 方案四、 沖孔、落料 圖5 沖孔、落料 此種方法是采取沖孔、落料分開加工兩道工序，用兩套模具。這樣很容易產生定位誤差，難以保證加工精度。 綜合考慮上述四種方案，方案三還是比較理想的。在用一套模具能滿足加工要求的前提下，盡量不用兩套或多套模具來加工。所以，采用方案三為最終方案。 2.2.2 沖裁件結構工藝性 沖裁件結構工藝性指沖裁件結構、形狀、尺寸對沖裁工藝的適應性。 主要包括以下幾方面： （1）沖裁件的形狀應力求簡單、對稱，有利于排樣時合理利用材料，盡可能提高材料的利用率。 （2） 沖裁件轉角處應盡量避免尖角，以圓角過渡。一般在轉角處應有半徑R≥0.25t（t為板厚）的圓角，以減小角部模具的磨損。 （3） 沖裁件應避免長槽和細長懸臂結構，對孔的最小尺寸及孔距間的最小距離等也都有一定限制。 （4）沖裁件的尺寸精度要求應與沖壓工藝相適應，其合理經(jīng)濟精度為IT9~IT12，較高精度沖裁件可達到IT8~IT10。采用整修或精密沖裁等工藝，可使沖裁件精度達到IT6~IT7，但成本也相應提高。 2.3主要參數(shù)的計算 2.3.1沖裁力 沖裁力是指沖裁過程中的最大剪切抗力，計算沖裁力的目的是為了合理的選擇壓力機和設計模具?？紤]到模具刃口的磨損、凸模和凹模間隙的不均勻、材料性能的波動和材料厚度偏差等因素，實際所需的沖裁力比所給公式的沖裁力的值增加30%。 如用平刃口模具的沖裁時，按下面的公式進行計算 式中 ——沖裁力； ——沖裁件周長()； ——材料厚度 ； ——材料剪切強度； 而實際沖裁力應按下式計算： 式中 —— 材料的抗拉強度 ⑴ 沖孔時的沖裁力 ⑵ 落料時的沖裁力 ⑶ 卸料力、頂件力 沖裁時，工件或廢料從凸模上卸下來的力叫卸料力；從凹模內將工件或廢料順著沖裁的方向推出的力叫做推件力；逆沖裁方向頂出的力叫頂件力。 卸料力 式中 ——沖裁力； ——頂件力； ——卸料力、頂件力系數(shù)； 沖裁時的沖壓力為沖裁力、卸料力、頂件力之和，這些力在選擇壓力機時是否考慮進去，應根據(jù)不同的模具結構區(qū)別對待。 考慮彈性卸料裝置卸料力較小，一般用于材料厚度小于1.5的沖裁件。本次模具設計的沖裁件厚度為1.2，沖裁力也不是很大，故采用彈性卸料裝置和上出料方式的沖裁模。 2.3.2 材料的周長和面積 周長： 面積： 圖6 面積計算 2.3.3 材料的經(jīng)濟利用 在沖壓生產中，沖裁件在板、條等材料上的布置方法成為排樣。排樣方案對材料利用率、沖裁件質量、生產率、生產成本和模具結構形式都有重要影響。 A 排樣設計原則 (1)提高材料利用率 沖裁件生產批量大，生產效率高，材料費用一般會占總成本的60%以上，所以材料利用率是衡量排樣經(jīng)濟性的一項重要指標。在不影響零件性能的前提下，應合理設計零件外形及排樣，提高材料利用率。 (2)改善操作性 沖裁件排樣應使工人操作方便、安全、勞動強度低。一般說來，在沖裁生產時應盡量減少條料的翻動次數(shù)，在材料利用率相同或相近時，應選用條料寬度及進距小的排樣方式。 (3)使模具結構簡單合理，使用壽命高。 (4)保證沖裁件質量。 B 排樣方式的選擇 方案一：有廢料排樣 沿沖件外形沖裁，在沖件周邊都留有搭邊。沖件尺寸完全由沖模來保證，因此沖件精度高，模具壽命高，但材料利用率低。 方案二：少廢料排樣 因受剪切條料和定位誤差的影響，沖件質量差，模具壽命較方案一低，但材料利用率稍高，沖模結構簡單。 方案三：無廢料排樣 沖件的質量和模具壽命更低一些，但材料利用率最高。 采用少廢料、無廢料排樣時，材料利用率高，不但有利于一次行程獲得多個沖裁件，還可以簡化模具結構、降低沖裁力，但受條料寬度誤差及條料導向誤差的影響，沖裁件尺寸及精度不易保證，另外，在有些無廢料排樣中，沖裁時模具會單面受力，影響模具使用壽命。有廢料抖樣時沖裁件質量和模具壽命較高，但材料利用率較低。所以通過上述三種方案的分析比較，綜合考慮模具壽命和沖件質量，該沖件的排樣方式選擇方案一為佳。 排樣是否合理直接影響到材料的經(jīng)濟利用。工件材料08F的軋制薄鋼板，其尺寸為1500 排樣方法： 采用直排的方法，排列簡圖及搭邊值見下圖 圖7 材料的排樣 板料，長度方向上 可以剪成9塊條料，條料邊距為1.8。每塊條料上排各工件。因此，整個板料上共各工件。 評價排樣經(jīng)濟性、和理性的指標是材料的利用率，其計算公式如下： 式中： ——沖裁件面積； ——材料上沖件總數(shù)； ——板料長度； ——板料寬度； 要提高材料的利用率，就必須減少廢料的面積，沖裁過程中所產生的廢料可分為結構廢料和工藝廢料。 結構廢料 由于工件結構形狀的需要，如工件內孔的存在而產生的廢料，成為結構廢料，它決定于工件的形狀，一般不能改變。 工藝廢料 工件之間和工件于條料邊緣之間存在的搭邊，定位需要切去得料邊與定位孔，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。 材料的利用率： 也就是說工藝廢料為14% 這是結構廢料，是由工件自身的形狀結構決定的，是不可避免的。 2.3.4壓力中心的計算 為了保證壓力機和模具正常地工作，必須使沖模的壓力中心于壓力機滑塊中心線向重合。否則在沖壓時會使沖模與壓力機滑塊歪斜，引起凸凹模間隙不均和導向零件加速磨損，造成刃口和其它零件的損壞，甚至還會引起壓力機導軌磨損，影響壓力機精度。 形狀簡單而對稱的工件，如圓形、正多邊形，其沖裁時的壓力中心與工件的幾何中心重合。形狀復雜的工件，多凸模沖孔模及連續(xù)模的壓力中心則用解析法或作圖發(fā)來確定。本次模具設計工件形狀不規(guī)則，所以采用解析法來確定沖模的壓力中心。 計算步驟： 1 按比例畫出工作部分剖面的輪廓圖； ⑵ 在輪廓內外任意距離處，選定坐標軸和； ⑶ 將輪廓線分成若干基本線段，計算各基本線段的長度（途中沖裁力與沖裁線長度成正比，故沖裁線段的長短，即可代表沖裁力的大?。? ⑷計算基本線段的中心位置到軸的距離及到軸的距離； ⑸根據(jù)“對同一軸線的分力之和的力矩等于各分力矩之和”的原理，可按下式求出沖模壓力中心到軸和軸的距離 到軸的距離： 到軸的距離： 將工件分成41段，軸在上，y軸在的中心，各段的長度為： 如下圖8所示： 圖8 直線的中心在線段的中心點，圓弧的中心重心按下式 計算： 式中： ——重心到圓心的距離； ——弦長； ——弧長； ——圓弧半徑； 于是求得各圓弧的重心如下： 均為 圓弧，其值相同， 為的圓弧，其中 =0mm =2.5mm =5mm =9.5mm =14mm =15.45mm =21.5mm 各線段的重心如下： = 3mm = -65mm =-70mm =-75mm =-59mm =-40.45mm =-39mm =27.55mm =25mm =23.5mm =22mm =20.55mm =14.5mm =8.45mm =7mm =8.45mm =16mm =23.55mm =25mm =23.55mm =16mm =8.45mm =7mm =8.45mm =15mm =21.55mm =-35mm =-26mm =-21mm =-24mm =-29.55mm =-31mm =-29.55mm =-21mm =-12.45mm =-11mm =-9.55mm =0mm =9.55mm =11mm =12.45mm =21mm =29.55mm =31mm =21.55mm =23mm =24mm =29.55mm =24mm y29=25mm y30=18.5mm y31=9.45mm y32=8mm y33=9.45mm y34=15.5mm y35=21.5mm y36=23mm y37=24mm y38=25mm y39=15mm y40=5mm y41=2.5mm =21mm x29=35mm x30=39mm x31=40.45mm x32=59mm x33=67.55mm x34=69mm x35=67.55mm x36=61mm x37=57mm x38=69mm x39=81mm x40=76mm x41=71mm 利用下列兩個公式計算工件的壓力中心： 式1 式2 2.4 選擇沖壓設備 2.4.1 常用壓力機的分類 壓力機的種類很多,按照不同的觀點可以把壓力機分成不同的類別.如:按驅動滑塊力的種類分機械的、液壓的、氣動的等；按滑塊個數(shù)可分為單動的、雙動的、三動的等；按驅動滑塊的機構的種類又可分為曲軸式、肘桿式、摩擦式；按機身結構形式可分為開式的、閉式的等等。另外還有許多種分類方法，一般按驅動滑塊力的種類而把壓力機分為機械壓力機、液壓機。 2.4.2 壓力機類型的選擇 壓力機類型的選擇，主要是根據(jù)沖壓工藝的性質、生產批量大小、制件的幾何形狀、尺寸及精度要求，以及安全操作等因素來確定的。 開式曲柄壓力機雖然剛度差，降低了模具壽命和沖件的質量。但是它成本低，且有三個方向可以操作的優(yōu)點，故廣泛應用于中小型沖裁件、彎曲件或拉深件的生產中。 閉式曲柄壓力機剛度好、精度高，只能兩個方向操作,適于大中型沖壓件的生產。 雙動曲柄壓力機有兩個滑塊,壓邊可靠易調，適用于較復雜的大中型拉深件的生產。 高速壓力機或多工位自動壓力幾適用于大批量生產。 液壓機沒有固定的行程,不會因為板材厚度超差而過載,全行程中壓力恒定,但是壓力機的速度低、生產效率低.適用于小批量,尤其是大型厚板沖壓件的生產。 摩擦壓力機結構簡單、造價低、不易發(fā)生超負荷損壞。在小批量生產中用來完成彎曲、成形等沖壓工件。 肘桿式精壓機剛度大、滑塊行程小，在行程末端停留時間長，適用于校正、校平和整形等類沖壓工序。 2.4.3 確定設備規(guī)格 (1) 壓力機的行程大小，應該能保證成形零件的取出與毛坯的放進，例如拉伸所用壓力機的行程，至少應大于成品零件高度的兩倍以上。 (2) 壓力機工作臺面的尺寸應大于沖模的平面尺寸，且還需留有安裝固定的余地，但過大的工作臺面上安裝小尺寸的沖模時,工作臺的受力條件也是不利的。 (3) 所選壓力機的封閉高度應與沖模的封閉高度相適應。模具的閉合高度是指上模在最低的工作位置時，下模板的底面到上模板的頂面的距離.壓力機的閉合高度是指滑塊在下死點時，工作臺面到滑塊下端面的距離。大多數(shù)壓力機,其連桿長短能調節(jié)，也即壓力機的閉合高度可以調節(jié)，故壓力機有最大閉合高度和最小閉合高度。 設計模具時，模具閉合高度的數(shù)值應滿足下式： 無特殊情況應取上限值，即最好取在：,這是為了避免連桿調節(jié)過長，螺紋接觸面積過小而被壓壞。如果模具閉合高度實在太小，可以在壓床臺面上加墊板。 綜合上述，考慮到所設計的沖裁件尺寸不大，精度要求不是很高，所以選擇開式曲柄壓力機。其參數(shù)如下： 公稱壓力/ 250 固定行程/ 80 調節(jié)行程/ 80 行程次數(shù)/(次/) 100 最大閉合高度/ 250 閉合高度調節(jié)量/ 70 工作臺尺寸/ 左右 560 前后 200 工作臺孔尺寸/ 左右 260 前后 130 直徑 180 工作臺板厚度/ 70 模柄孔尺寸(直徑深度) 5070 3 模 具 設 計 沖壓工藝是通過沖壓模具來實現(xiàn)的，因此做好模具設計是沖壓工藝的一項關鍵的工作。模具設計主要是確定模具的類型、結構和模具零件的選用、設計與計算等。 3.1 沖模的分類 沖壓件的品種、式樣很多，導致沖模的類型多種多樣。 (1) 按工序性質可分為落料模、沖孔模、切斷模、整修模、彎曲模、拉深模、成形模等。 (2) 按工序組合程度可分為單工序模、級進模和復合模。 但工序模：在一副模具中只完成一個工序。如落料模、沖孔模、彎曲模、拉深模等。 級進模：在一次行程中， 在一副模具的不同位置上完成不同的工序。因此對工件來說，要經(jīng)過幾個工位即幾個行程才能完成。而對模具來說，則每一次行程都能沖出一個制件。所以級進模生產率相當高。 復合模： 在一次行程中, 在一副模具的同一個位置上,能完成兩個以上工序。因此復合模沖壓出的制件的精度較高,生產率也高。 (3) 按導向方式可分為無導向的開式模。有導向的導板模、導柱模等。 (4) 按卸料方式可分為剛性卸料模、彈性卸料模等。 (5) 按送料、出件及排除廢料的方式可分為手動模、半自動模、自動模等。 (6) 按凸、凹模的材料可分為硬質合金模、鋅基合金模、薄板模、鋼帶模、聚氨酯橡膠模等。 3.2 沖模零件的分類 凡屬模具，無論其結構形式如何，一般都是有固定和活動兩部分組成、固定部分是用壓鐵、螺栓等緊固件固定在壓力機的工作臺面上，稱為下模；活動部分一般固定在壓力機的滑塊上，稱為上模；上模隨著滑塊作上下往復運動，從而進行沖壓工作。 一套模具根據(jù)其復雜程度不同，一般都有數(shù)個、數(shù)十個甚至更多的零件組成。但無論其復雜程度如何，或是哪一種結構形式,根據(jù)模具零件的作用又可以分成五個類型的零件。 （1） 工作零件 是完成沖壓工作的零件,如凸模、凹模、凸凹模等。 （2） 定位零件 這些零件的作用是保證送料時有良好的導向和控制送料的進距,如擋料銷、定距側刀、導正銷、定位板、導料板、側壓板等。 （3） 卸料、推件零件 這些零件的作用是保證在沖壓工序完畢后將制件和廢料排除,以保證下一次沖壓工序的順利進行。如推件器、卸料板、廢料切刀等。 （4） 導向零件 這些零件的作用是保證上模與下模相對運動時有精確的導向,使凸模凹模間有均勻的間隙,提高沖壓件的質量。如導柱、導套、導板等。 （5） 支撐、緊固零件 這些零件的作用是使上述四部分零件連接成“整體”保證各零件的相對位置,并使模具能安裝在壓力機上。如上模板、下模板、模柄、固定板、墊板、螺釘、圓柱銷等。 由此可見,在看模具圖時，特別是復雜模具，應從這五個方面去識別模具上的各個零件。因此本次模具設計就從這五個方面著手來設計。 3.3 工作零件 3.3.1 凹模的設計 (1) 凹模的結構形式 常見的凹模結構形式有整體式凹模和組合式凹模兩種形式。整體式凹模結構,其俯視外形按毛坯和工件形狀可做成矩形和圓形,用螺釘和銷釘直接固定在模板上。整體式凹模的特點是制造簡單,適用于沖制中、小型工件。 (2) 凹模的孔口形式 凹模的孔口形式通常有以下幾種.圖a中為直壁形,刃口強度高,刃口磨后孔口尺寸不變,制造方便。一般適用于形狀復雜和精度要求較高的制件,對向上出件或出料的模具也采用此刃口形式。 圖 9 凹模刃口形式 圖b的 特點是不易積存廢料和制件,對洞口磨損及壓力小,但刃口邊強度較差。且刃口磨后尺寸稍有增大,不過由于它的磨損小,這種增大不會影響模具的壽命。一般適用與形狀較簡單、沖裁制件精度要求不高、制件或廢料向下落的情況。 圖c與圖b相似,圖g用于沖裁薄料和凹模較薄的情況。圖e與圖a相似,適用于上出件或上料的模具。 圖f適用于沖裁0.5mm以下的薄料,且凹模不淬火或淬火硬度不高(35~40HRC),采用這種形式可用手錘敲打斜面以調整間隙,直到試出滿意的沖裁件為止。 (3) 凹模外形和尺寸的確定 圓形凹?？捎衫錄_模國家標準或工廠標準中選用。非標準尺寸的凹模受力狀態(tài)比較復雜,目前還不能用理論計算方法確定,一般按經(jīng)驗公式概略地計算。 凹模高度 凹模壁厚 式中b—沖壓件最大外形尺寸 K--系數(shù),考慮板材厚度的影響,其值可查表8-1。 修磨量取 所以 由于計算出的沖模壓力中心是坐標為(7,12)使得工件在壓力中心兩側的長度尺寸分別為82mm,74mm,而壓力中心必須在凹模中心,綜合考慮, 所以整個落料凹模長度 查表取落料凹模尺寸 L=315mm； B=200mm 上述方法適用于確定普通工具鋼經(jīng)過正常熱處理，并在平面支撐下工作的凹模尺寸。沖裁件形狀簡單時，壁厚系數(shù)取最小值，形狀復雜取最大值。用于大批量生產下的凹模，其高度應該在計算結果中增加總的修磨量。 對于復合?；蚨嗳锌诎寄?，經(jīng)常遇到刃口間相距很近的問題，此時凹模的強度是否足夠，證明這點用理論方法十分復雜,許多工廠根據(jù)生產實踐總結了一些模壁最小厚度的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，只要凹模刃口間的距離不小于所列的側壁最小厚度，凹模就有相當?shù)氖褂脡勖１敬卧O計的模具的模壁最小厚度2>1.8(模壁最小允許厚度)。 3.3.2凸模長度確定及其強度校核 （1）凸模長度計算 凸模的長度一般是根據(jù)結構上的需要確定的，凸模長度 式中—固定板的厚度(取20mm) ___卸料板的厚度(取25mm) ___導料板的厚度(取10mm) --附加長度（取20mm，其中修磨量為8mm），它包括凸模的修模量、凸模進入凹模的深度及凸模固定板與卸料板的安全距離等。這一尺寸無特殊要求，可取10~20mm； 凸模長度確定后一般不做強度校核，只有當凸模特別細長時，才進行凸模的抗彎能力和承壓能力的校核。 沖孔凸模 落料凸模長度: A 凸模的校核 1) 落料凸模的校核 壓應力校核 當凸模橫斷面小而沖裁力相當大時，必須對凸模進行抗壓強度計算，對于非圓形斷面的凸模 式中 —凸模最狹窄處的截面積（mm）； --沖裁力(N)； --凸模材料的許用應力,碳素工具鋼淬火后的許用應力為淬火前的1.5~3倍。 式中 L—凸模最狹窄處的周長(mm)； t--板料厚度(mm)； --板料抗拉強度(MPa)； 而滿足 因此該落料凸模滿足壓應力要求 落料凸模彎曲應力校核 沖裁力 凸模的最小面積 把凸模形狀等效為一個矩形 其軸慣矩 ,滿足 則落料凸模設計合理。 2) 沖孔凸模的校核 (分別為三個沖孔凸模的面積) 只要沖模3能滿足條件沖模1.2也能滿足 對于沖模3： 滿足 沖孔凸模強度足夠。 彎曲應力校核 對于無導向裝置的沖模，須滿足 式中: ___允許的凸模最大自由長度； J____凸模做小橫斷面的軸慣矩； F_____沖裁力； 根據(jù)式 (*) 式中 已知 =8.95 將上述各式代入(*),則 ,滿足 所以，沖孔凸模的彎曲應力也滿足要求，即凸模設計合理。 3.3.3 沖模刃口尺寸的計算 1) 模具刃口尺寸精度等級 模具刃口尺寸精度等級是影響沖裁件尺寸精度等級的首要因素，模具的合理間隙值也是要靠模具刃口尺寸及其精度來保證。因此，在確定凸、凹模工作部分尺寸及其制造精度時，必須考慮到?jīng)_裁變形規(guī)律、沖裁件精度等級、模具磨損和制造的特點。 實踐證明，落料件尺寸有凹模刃口尺寸決定；而沖孔件尺寸由凸模刃口尺寸決定.所以，當計算凸、凹模刃口尺寸時，應按落料和沖孔兩種情況分別考慮。再生產過程中凸、凹模刃口尺寸又因磨損而發(fā)生變化。凸模越磨越小，凹模越磨越大，結果使間隙越用越大。因此，當設計和制造模具時，取最小合理間隙。 (1) 落料時，先確定凹模工作部分尺寸，其大小應取接近于或等于工件的最小極限尺寸，以保證凹模磨損到一定尺寸范圍內,仍能沖出合格工件。凸模公稱尺寸應比凹模公稱尺寸小一個最小合理間隙值。 (2) 沖孔時，先確定凸模工作部分尺寸，其大小應取接近于或等于孔的最大極限尺寸，以保證凸模磨損到一定尺寸范圍內，仍能沖出合格工件。凹模公稱尺寸應比凸模公稱尺寸大一個最小合理間隙值。 (3) 對于落料件一般標注單向負公差.假定工件的公稱尺寸為D ，工件公差為，則工件尺寸就是D 。沖孔件的公差一般為單向正公差，假定沖孔件的公稱尺寸為d ，工件公差為，則沖孔件尺寸為。若公件尺寸標注由正負偏差，則應將正負偏差換算成上述要求的等價的正負公差，若工件沒有標注公差，則工件公差按國家標準非配合尺寸的IT14級來處理。 2) 凸凹模配合加工時尺寸與公差的確定 凸凹模加工方法有兩種，一種是分開加工法：一種是配合加工法；分開加工是指凸模與凹?？梢苑謩e按各自的圖紙加工之最后尺寸。此種方法是用于圓形或形狀簡單的工件.配合加工法是指先加工凸模(或凹模),然后根據(jù)制造好的凸模(或凹模)的實際尺寸，配作凹模(或凸模),在凹模(或凸模)上繡出最小合理間隙值。其方法是把先加工好的凸模(或凹模)作為基準件，它的工作部分的尺寸作為基準尺寸，而與它配作的凹模(或凸模)只能在圖紙上標注相應部分的凸模公稱尺寸(或凹模公稱尺寸)，注明”× ×尺寸按凸模(或凹模)配做，每邊保證間隙××” .這樣，基準件的制造公差(或)的大小，就不再受凸、凹模間隙大小的限制,使模具制造容易。一般基準件的制造公差(或)=；形狀簡單時按IT6級或IT7級公差制造。配合加工法在工廠中廣泛采用，適用于形狀復雜的沖裁件。 A落料 應以凹模為基準,然后配做凸模。模具尺寸磨損后，刃口尺寸的變化有增大、減小、不變三種情況 (1) 凹模磨損后尺寸增加 計算這類尺寸時,先把工件圖尺寸化成D這是凹模尺寸按落料凹模公式計算，即 (2) 凹模磨損后尺寸減小 計算這類尺寸時，先把工件圖尺寸化成 。這是凹模尺寸按沖孔凸模公式計算，即 (3) 凹模磨損后尺寸不變 計算這類尺寸時，先把工件圖尺寸化成的形式。這時凹模尺寸按下式計算，即 L = 或 L = B沖孔 應以凸模為基準，然后配做凹模.沖孔凸模磨損后，刃口尺寸變化也有減小、增大、不變三種情況。因此，凸模尺寸也應根據(jù)這三種規(guī)律分別計算。 (1) 凸模磨損后尺寸減小 計算這類尺寸時，先把工件圖尺寸化成 。這是凸模尺寸按沖孔凸模公式計算，即 （2）凸模磨損后尺寸增大 計算這類尺寸時，先把工件圖尺寸化成 。這是凸模尺寸按落料凹模公式計算，即 （3）凸模磨損后尺寸不變 計算這類尺寸時，與落料件計算方法相同，即 ,或 L = 沖孔凸模1尺寸及其制造精度 凸模磨損后尺寸減小的有：150.2， 140.2， ，40.1， 200.2， 220.2 工件尺寸/mm 凸模尺寸及公差/mm 150.2化成14.8 140.2化成13.8 40.1化成3.9 200.2化成19.8 220.2化成21.8 凸模磨損后尺寸不變的是：70.14， 70.14 70.035 沖孔凸模2尺寸及其制造精度 凸模磨損后尺寸減小的有：140.2， 160.2， 200.2， 220.2 ， 40.1， 140.2化成13.8 160.2化成15.8 200.2化成19.8 220.2化成21.8 40.1化成3.9 凸模磨損后尺寸不變的是：60.14， 60.14 60.035 沖孔凸模3尺寸及其制造精度 凸模磨損后尺寸減小的有：80.14， 150.2， 200.2， 210.2 ， 40.1， 80.14化成7.86 150.2化成14.8 200.2化成19.8 210.2化成20.8 40.1化成3.9 凸模磨損后尺寸不變的是：60.14， 60.14 60.035 查間隙表 得： ， 沖孔凹模則按凸模的時及尺寸配做，每邊保證間隙0.035~0.5mm 落料凹磨的尺寸及制造精度 凹模磨損后尺寸增大的有： 90.14， 290.28， 180.2， 140.16， 80.12， 250.2， 1560.2 ， 90.14轉化為9.14 290.28轉化為29.28 180.2轉化為18.2 140.16轉化為14.16 80.12轉化為8.12 250.2轉化為25.2 1560.2轉化為156.2 凹模磨損后尺寸減小的有： 140.14， 280.2 140.14轉化為13.86 280.2轉化為27.8 凹模磨損后尺寸不變的有：360.28， 280.2， 240.2， 50.14， 360.28 360.07 280.2 280.05 240.2 240.05 50.14 50.035 查間隙表 ，得： ， 落料凸模則按凹模的時及尺寸配做，每邊保證間隙0.035~0.5mm 3.4 定位零件 定位部分零件的作用是使毛坯(條料或塊料)送料時有準確的位置,保證沖出合格制件,不致沖缺而造成浪費。 (一) 定位件 主要指定位板或定位銷，一般用于對單個毛坯的定位。 (二) 導料件 主要指導料板和側壓板，它對條料或帶料送料時起導正作用。 (三) 擋料件 其作用是給予條料或帶料送料時以確定的進距。主要有固定擋料銷、活動擋料銷、自動擋料銷、始用擋料銷和定距側刀等。 (1) 固定擋料銷 結構簡單，常用的為圓頭形式。當擋料銷孔離凹模刃口太近時， 擋料銷可移離一個進距，以免削弱凹模強度，也可以采用鉤形擋料銷。 (2) 活動擋料銷 這種擋料銷后端帶有彈簧或彈簧片， 擋料銷能自由活動,這種擋料銷常用在帶彈性卸料板的結構中，復合模中最常見。 (3) 自動擋料銷 采用這種擋料銷送料時，無需將料抬起或后拉，只要沖裁后將料往前推，便能自動擋料，故能連續(xù)送料沖壓。 (4) 始用擋料銷 有時又稱為臨時擋料銷，用于條料在級進模上沖壓時的首次定位。 級進模有數(shù)各工位， 數(shù)個工位時往往就需要用使用擋料銷。使用擋料銷的數(shù)目，視級進模的工位數(shù)而定。 (5)定距側刀 這種裝置是以切去條料旁側少量材料而達到擋料的目的。 定距側刀擋料的缺點是浪費材料，只有在沖制窄而長的制件(進距小于6~8mm)和某些少、無廢料排樣,而用別的擋料形式有困難時才用。沖壓厚度較薄(<0.5mm)的材料而采用級進模時，也經(jīng)常使用定距側刀。 在設計中采用的是固定擋料銷，因為它結構簡單，而且能滿足要求，且安裝方便。考慮到此擋料銷在凹模上的安裝位置，所以，沒能采用活動擋料銷，因為活動擋料銷有彈簧裝置，需要在凹模上挖槽。 (四) 導正銷 導正銷多用于級進模中，裝在第二工位以后的凸模上。沖壓時它先插進已沖好的孔中，以保證內孔與外形相對位置的精度，消除由于送料而引起的誤差。但對于薄料(t<0.3mm)，導正銷插入孔內會使孔邊彎曲，不能起到正確的定料作用，此外孔的直徑太小(d<1.5)mm時導正銷易折斷，也不宜采用，此時可考慮采用側刀。 此次模具設計，采用了4個定位銷將導料板和凹模先固定，以免在安裝時板件錯位而引起誤差。對于上、下模座和固定板、墊板的固定也是分別采用兩個定位銷定位。本次設計的擋料件是兩塊導料板，它的作用是對條料送料時起著導正作用。導料板與條料的間隙為1mm。擋料件是兩個活動擋料銷，這種擋料銷常用在彈性卸料板的結構中，且能自由活動。因為距離凹模刃口太近，所以，其中的一個擋料銷移離了一個進距，這樣避免了削弱凹模的強度。 3.5 壓料、卸料零件 （一） 推件裝置 推件由剛性和彈性兩種形式。一般說來彈性推件裝置在沖裁時 能壓住制件，沖出的制件質量較高，但彈性元件的壓力有限，當沖裁較厚材料是推件的力量不足或使結構龐大。剛性推件不起壓料作用，但推件力大。剛性推件要考慮不應過多地削弱上模板的強度，推件力應盡可能分不均勻。有時也做成剛、彈性結合的形式，能綜合兩者的優(yōu)點。 （二） 卸料裝置 卸料裝置也有剛性（即固定卸料板）和彈性卸料板兩種形式。 此外廢料切刀也是卸料的一種形式。 固定卸料板卸料力大，但無壓料作用，毛坯材料厚度大于0.8mm以上時多采用。 彈性卸料板的卸料力小，但有壓料作用，沖裁質量較好，多用于材料厚度小于1.5mm的沖裁薄料。彈性卸料裝置一般由卸料板、彈性元件（彈簧或橡膠）和卸料螺釘組成。此結構可裝于上模，也可裝于下模。 本設計采用的是彈性卸料裝置。卸料板與落料凸模之間留有0.15mm的間隙。 (三)、壓邊圈 采用壓邊圈可以防止拉深件凸緣部分起皺，裝在雙動機上的拉深模，凸模裝在內滑塊上，壓邊圈裝在外滑塊上。裝在單動機上的拉深模，倒裝形式結構可在下面裝彈頂器或者利用壓力機的氣墊，有較大的壓邊力和壓邊行程。本次設計中用不到壓邊圈。 （四）、彈簧和橡膠零件 彈簧和橡膠零件主要用于卸料、壓料或推件等。 模具用的彈簧形式很多，可分為圓鋼絲螺旋彈簧、方鋼絲螺旋彈簧和碟形彈簧等。圓鋼絲螺旋彈簧制造方便，應用最廣。方鋼絲（或矩形鋼絲）螺旋彈簧所產生的壓力比圓鋼絲螺旋彈簧大得多，主要。用于卸料力或壓料力較大的模具。 在中、小工廠，沖模的彈性零件廣泛使用橡膠，其優(yōu)點是使用十分方便，價格便宜。但是橡膠和油接觸，容易被腐蝕損壞。近年來又有使用聚氨酯橡膠作彈性零件的，它比普通的橡膠的力量大，壽命也長，但價格較貴。 本次模具設計的卸料裝置，因其卸料力不大，而且沖裁件也不厚，故采用的是彈性卸料裝置。 彈簧的選用: 沖模中常用的圓柱螺旋彈簧是用或碳素彈簧鋼絲卷制而成的，熱處理硬度為，彈簧兩端拼緊并磨平。 卸料彈簧的選用原則及步驟： 1） 根據(jù)總卸料力估計擬用彈簧的個數(shù)，計算出每個彈簧 所承受的負荷。即 2） 根據(jù)大小，從標準中 初選彈簧規(guī) 格，使所選用的彈簧的最大工作負荷大于值，即〉。 3） 根據(jù)所選某號彈簧的最大工作負荷和最大工作負荷下的總 變形量，做出該號彈簧的特性曲線。 4） 檢查彈簧最大允許壓縮量，如果滿足下列條件，則彈簧選得合適。即 式中 ——彈簧預壓縮量； ——卸料板工作行程，一般取料厚+1mm； ——凸、凹模修磨量，一般取4~10mm。 如果，則必須重新選擇彈簧。 擬選用四個彈簧，則每個彈簧的負荷為： 查表，并考慮到模具結構尺寸，初選彈簧參數(shù)為： 彈簧特性曲線 檢查彈簧最大壓縮量是否滿足上述條件： 故所選彈簧合適。 對于落料件采