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1、 調(diào)節(jié)偏心輪沖孔落料模設(shè)計(jì) 一、 沖壓工藝分析及模具結(jié)構(gòu)類型 該沖裁件的材料為Q235，料厚t=1.5mm，該沖裁件結(jié)構(gòu)簡單，比較適合沖裁。技術(shù)要求，該零件尺寸圖上所有未標(biāo)注公差為IT14級(jí)確定工件尺寸公差，屬自由尺寸，因此，尺寸精度要求較低。因生產(chǎn)批量較大，適宜采用落料沖孔復(fù)合模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 二、 排樣設(shè)計(jì) 在沖壓零件的成本中，材料費(fèi)用約占60%以上，因此材料的經(jīng)濟(jì)利用具有非常重要的意義。沖壓件在條料或板料上的布置方法稱為排樣。排樣合理與否不但影響材料的經(jīng)濟(jì)利用，還影響到制件的質(zhì)量、模具的結(jié)構(gòu)與壽命、制件的生產(chǎn)率和模具的成本等技術(shù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。因此，排樣時(shí)應(yīng)考慮如下原則：

2、 １．提高材料利用率 (不影響制件使用性能前提下，還可適當(dāng)改變制件形狀)。 ２．排樣方法使應(yīng)操作方便，勞動(dòng)強(qiáng)度小且安全。 ３．模具結(jié)構(gòu)簡單、壽命高。 ４．保證制件質(zhì)量和制件對(duì)板料纖維方向的要求。 根據(jù)零件實(shí)際情況，采用有廢料排樣法：如，沿制件的全部外形輪廓沖裁，在制件之間及制件與條料側(cè) 邊之間 ，都有工藝余料 (稱搭邊)存在。因留有搭邊，所以制件質(zhì)量和模具壽命較高，但材料利用率降低。 表 1搭邊a和a1數(shù)值(低碳鋼) 查表1得： 兩工件間的搭邊:a1=1mm 工件邊緣搭邊：a=1.2mm 步距為：53mm 條料寬度B=（D+2a）(mm) 式中：

3、 B——條料寬度的基本尺寸(mm)； D——條料寬度方向零件輪廓的最大尺寸(mm)； a——側(cè)面搭邊，查表1 (mm)； 條料寬度B=(52+1.2*2) =54.4mm 確定后排樣圖如圖2 圖2 三、材料利用率 在沖壓零件的成本中，材料費(fèi)用約占60%以上，因此材料的經(jīng)濟(jì)利用具有非常重要的意義。沖壓件在條料或板料上的布置方法稱為排樣。不合理的排樣會(huì)浪費(fèi)材料，衡量排樣經(jīng)濟(jì)性的指標(biāo)是材料的利用率，可用下式計(jì)算： η＝Ｆ/Ｆ0１００％＝F/ＡＢ１００％ 式中 η——材料利用率； Ｆ——工件的實(shí)際面積； F0——所用材料面積，包括工件面積與廢料面

4、積； A—— 送料進(jìn)距 (相鄰兩個(gè)制件對(duì)應(yīng)點(diǎn)的距離)； B——條料寬度。 材料利用率η＝Ｆ/Ｆ0１００％＝F/ＡＢ１００％ η=（2122.64-339-94）/2883.2*100% =61.8% 四、沖裁力與壓力中心計(jì)算 1、沖裁力 計(jì)算沖裁力的目的是為了選用合適的壓力機(jī)、設(shè)計(jì)模具和檢驗(yàn)?zāi)＞叩膹?qiáng)度。壓力機(jī)的噸位必須大于所計(jì)算的沖裁力，以適應(yīng)沖裁的需求。普通平刃沖裁模 ，其沖裁力 P一般可按下式計(jì)算： FP＝KptLτ 式中τ—— 材料抗剪強(qiáng)度 L——沖裁周邊總長(mm)； t——材料厚度(mm) 系數(shù)

5、 Kp是考慮到?jīng)_裁模刃口的磨損、 凸模與 凹模間隙之波動(dòng)(數(shù)值的變化或分布不均)、潤滑情況 、材料力學(xué)性能與厚度公差的變化等因素而設(shè)置的安全系數(shù)，一般取 13。 當(dāng)查不到抗剪強(qiáng)度 τ時(shí)，可用抗拉強(qiáng)度σ b代替τ，而取Kp＝1的近似計(jì)算法計(jì)算。當(dāng)上模完成 一次沖裁后，沖入凹模內(nèi)的制件或廢料因彈性擴(kuò)張而梗塞在凹模內(nèi)，模面上的材料因彈性 收縮而緊箍在 凸模上 。為了使沖裁工作繼續(xù)進(jìn)行，必須將箍在凸模上的材料料刮下 ,將梗塞在凹模內(nèi)的制件或廢料向下推出或向上頂出。從凸模上刮下材料所需的力，稱為卸料力 ；從凹模內(nèi)向下推出制件或廢料所需的力，稱為推件力。影響卸料力、推件力 的因素很多，要精確地計(jì)算

6、是困難的。在實(shí)際生產(chǎn)中常采用經(jīng)驗(yàn) 公式計(jì)算： 卸料力F卸=K卸*F落 推件力 F推＝nK推 *F落 式中 P——沖裁力(N)； K——卸料力系數(shù)，其值為0.02～0.06(薄料取大值， 厚料取小值)； K１——推料力系數(shù)，其值為0.03～0.07(薄料取大值， 厚料取小值)； K2—— 頂件力系數(shù)，其值為0.04～0.08(薄料取大值， 厚料取小值)； n——梗塞在凹模內(nèi)的制件或廢料數(shù)量(n＝h/t); h——直刃口部分的高(mm)；t——材料厚度(mm)。卸料力和 頂件力還是 設(shè)計(jì)卸料裝置和彈頂裝置中彈

7、性元件的依據(jù)。 落料力 F落＝KptLτ=1.3*材料周邊的總長*材料厚度*Q235鋼的抗剪強(qiáng)度=1.3*（163.4+68.3）*1.5*235= 106.2KN 卸料力F卸=K卸*F落=0.04* 106.2=4.25KN 推件力 F推＝nK推 *F落=0.05* 106.2=5.31K N 總沖壓力= F落+F卸+F推 =106.2+4.25+5.31=115.76KN 2、壓力中心計(jì)算 模具壓力中心是指沖壓時(shí)諸沖壓力合力的作用點(diǎn)位置。為了確保壓力機(jī)和模具正常工作，應(yīng)使沖模的壓力中心與壓力機(jī)滑塊的中心相重合。對(duì)于帶有模柄的沖壓模，壓力中心應(yīng)通過模柄的軸心線。否則會(huì)使沖模

8、和壓力機(jī)滑塊產(chǎn)生偏心載荷，使滑塊和導(dǎo)軌之間產(chǎn)生過大的磨損，模具導(dǎo)向零件加速磨損，降低模具和壓力機(jī)的使用壽命。 沖模的壓力中心，可按下述原則來確定： （1）對(duì)稱形狀的單個(gè)沖裁件，沖模的壓力中心就是沖裁件的幾何中心。 （2）工件形狀相同且分布位置對(duì)稱時(shí)，沖模的壓力中心與零件的對(duì)稱中心相重合。 （3）形狀復(fù)雜的零件、多凸模的壓力中心可用解析計(jì)算法求出沖模壓力中心 工件圖如下： 由圖示此可知工件壓力中心坐標(biāo)為X26，Y27。 1、沖裁模刃口尺寸計(jì)算的基本原則 沖裁件的尺寸精度主要決定于模具刃口的尺寸精度，模具的合理間隙值也要靠模具刃口尺寸及制造精度來保證。正確確定模具刃口尺寸及其

9、制造公差，是設(shè)計(jì)沖裁模主要任務(wù)之一。從生產(chǎn)實(shí)踐中可以發(fā)現(xiàn)：  （1）由于凸模、凹模之間存在間隙，使落下的料或沖出的孔都帶有錐度，且落料件的大端尺寸等于凹模尺寸，沖孔件的小端尺寸等于凸模尺寸。  （2）在測量與使用中，落料件是以大端尺寸為基準(zhǔn)，沖孔孔徑是以小端尺寸為基準(zhǔn)。  （3）沖裁時(shí)，凸模、凹模要與沖裁件或廢料發(fā)生摩擦，凸模愈磨愈小，凹模愈磨愈大，結(jié)果使間隙越來越大。 由此在決定模具刃口尺寸及其制造公差時(shí)需考慮下述原則：  （1）落料件尺寸由凹模尺寸決定，沖孔時(shí)孔的尺寸由凸模尺寸決定。故設(shè)計(jì)落料模時(shí)，以凹模為基準(zhǔn)，間隙取在凸模上；設(shè)計(jì)沖孔模時(shí)，以凸模為基準(zhǔn)，間隙取在凹模上。

10、 　（2）考慮到?jīng)_裁中凸模、凹模的磨損，設(shè)計(jì)落料模時(shí)，凹模基本尺寸應(yīng)取尺寸公差范圍的較小尺寸；設(shè)計(jì)沖孔模時(shí)，凸?；境叽鐒t應(yīng)取工件孔尺寸公差范圍內(nèi)的較大尺寸。這樣，在凸模、凹模磨損到一定程度的情況下，仍能沖出合格制件。凸模、凹模間隙則取最小合理間隙值。  （3）確定沖模刃口制造公差時(shí)，應(yīng)考慮制件的公差要求。如果對(duì)刃口精度要求過高( 即制造公差過小)，會(huì)使模具制造困難，增加成本，延長生產(chǎn)周期；如果對(duì)刃口精度要求過低(即制造公差過大)，則生產(chǎn)出來的制件可能不合格，會(huì)使模具的壽命降低。制件精度與模具制造精度的關(guān)系見表2.2.1。若制件沒有標(biāo)注公差，則對(duì)于非圓形件按國家標(biāo)準(zhǔn)“非配合尺寸的公差數(shù)

11、值”IT14級(jí)處理，沖模則可按IT11級(jí)制造；對(duì)于圓形件，一般可按IT7～I(xiàn)T6級(jí)制造模具。沖壓件的尺寸公差應(yīng)按“入體”原則標(biāo)注，落料件上偏差為零，下偏差為負(fù)；沖孔件下偏差為零，上偏差為正。 2、刃口尺寸的計(jì)算方法 由于模具加工方法不同，凸模與凹模刃口部分尺寸的計(jì)算公式與制造公差的標(biāo)注也不同，刃口尺寸的計(jì)算方法可分為二種情況。 凸模與凹模分別加工計(jì)算模具刃口尺寸 采用這種方法，是指凸模和凹模分別按圖紙標(biāo)注的尺寸和公差進(jìn)行加工。沖裁間隙由凸模、凹模刃口尺寸和公差來保證。要分別標(biāo)注凸模和凹模刃口尺寸與制造公差(凸模δp、凹模δd)，優(yōu)點(diǎn)是具有互換性，但受到?jīng)_裁間隙的限制，它適用于

12、圓形或簡單形狀的沖壓件。從圖2.3.1沖壓件與凸模、凹模刃口尺寸及公差的分布狀態(tài)可以看出，要保證初始間隙值小于最大合理間隙2cmax，必須滿足下列條件： 　　　　　?。?p｜＋｜δd｜≤２cmax－2cmin 　　　也就是說，新制造的模具應(yīng)該是｜δp｜＋｜δd｜＋２cmin≤2cmax。 否則制造的模具間隙已超過允許變動(dòng)范圍 2cmin～2cmax，影響模具的使用壽命。 若｜δ p｜＋｜δd｜>２cmax－2cmin，可取δp＝0.4(2cmax－2cmin)，δd＝0.6(2cmax－2cmin)作為模具的凸模、凹模的制造偏差。 1．落料： 設(shè)工件的尺寸為D０－△，根據(jù)計(jì)

13、算原則，落料時(shí)以凹模為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)。首先確定凹模尺寸，使凹模基本尺寸接近或等于制件輪廓的最小極限尺寸，再減小凸模尺寸以保證最小合理間隙值2cmin。凹模制造偏差取正偏差，凸模偏差取負(fù)偏差，其計(jì)算公式如下： 凸模偏差?。荷掀?，下偏差-0.02 凹模偏差?。荷掀?0.15，下偏差+0.1 2.沖孔： 設(shè)沖孔尺寸為d＋△0，根據(jù)以上原則，沖孔時(shí)以凸模設(shè)計(jì)為基準(zhǔn)，首先確定凸模刃口尺寸，使凸?；境叽缃咏虻扔诠ぜ椎淖畲髽O限尺寸，再增大凹模尺寸以保證最小合理間隙 2cmin。凸模制造偏差取負(fù)偏差，凹模取正偏差。其計(jì)算公式如下： 在同一工步中沖出制件兩個(gè)以上孔時(shí)，凹

14、模型孔中心距 Ld按下式確定 ： 式中：Ｄd—落料凹?；境叽?mm)；  Ｄp—落料凸?；境叽?mm)；  Dmax—落料件最大極限尺寸(mm)； dd—沖孔凹模基本尺寸(mm)； dp—沖孔凸模基本尺寸(mm)； dmin—沖孔件孔的最小極限尺寸(mm)； Ld—同一工步中凹?？拙嗷境叽?mm)； Lmin—制件孔距最小極限尺寸(mm)； △—制件公差 (mm)； 2cmin—凸模、凹模最小初始雙面間隙(mm)；  δp—凸模下偏差，可按IT6選用(mm)；  δd—凹模上偏差，可按IT7選用(mm)；  x—系數(shù)，是為了使沖裁件的實(shí)際尺寸

15、盡量接近沖裁件公差帶的中間尺寸，與工件制造精度有關(guān)，按下列關(guān)系取值，也可查表2.3.1： 當(dāng)制件公差為 IT10以上，取x＝１  當(dāng)制件公差為 IT11～I(xiàn)T13，取x＝0.75 當(dāng)制件公差為 IT14以下時(shí)，取x＝0.5。 系數(shù)x 材料厚度t(㎜) 非 圓 形 圓 形 1 0.75 0.5 0.75 0.5 工件公差Δ < 1 1~2 2~4 > 4 ≤0.16 ≤0.20 ≤0.24 ≤0.30 0.17~0.35 0.21~0.41 0.25~0.44 0.31~0.59 ≥0.36 ≥0.42 ≥0.50

16、 ≥0.60 <0.16 <0.20 <0.24 <0.30 ≥0.16 ≥0.20 ≥0.24 ≥0.30 六、彈簧的選用 彈簧屬標(biāo)準(zhǔn)件，在模具中應(yīng)用最多的是圓柱螺旋壓縮彈簧和碟形彈簧。這里是采用圓柱螺旋壓縮彈簧。 選擇原則： 1.簧必須滿足預(yù)壓力的要求： 2.裝置 頂件裝置一般是彈性的。其基本組成有頂桿、頂件塊和裝在下模底下的彈頂器，彈頂器可以做成通用的，其彈性元件是彈簧或橡膠，這種結(jié)構(gòu)的頂件力容易調(diào)節(jié)，工作可靠，沖件平直度較高。 推件塊或頂件塊在沖裁過程中是在凹模中運(yùn)動(dòng)的零件，對(duì)它有如下要求：模具處于閉合狀態(tài)時(shí)，其背后有一定空間，以備修磨和調(diào)整的需

17、要；模具處于開啟狀態(tài)時(shí)，必須順利復(fù)位，工作面高出凹模平面，以便繼續(xù)沖裁；它與凹模和凸模 的配合應(yīng)保證順利滑動(dòng)，不發(fā)生互相干涉。為此，推件塊和頂件塊與凹模為間隙配合，其外形尺寸一般按公差與配合國家標(biāo)準(zhǔn)h8制造，也可以根據(jù)板料厚度取適當(dāng)間隙。推件塊和頂件塊與凸模的配合一般呈較松的間隙配合，也可以根據(jù)板料厚度取適當(dāng)間隙。 所選彈簧必須滿足預(yù)壓力要求： 所選彈簧必須滿足最大許可壓縮量的要求 卸料力F卸=K卸*F落=0.04* 106.2=4.25KN 由于卸料力較小，因此可以選用彈力橡膠代替彈簧的使用。 六、沖床的選用 根據(jù)總沖壓力 F總=115.76（KN）,模具閉合

18、高度,沖床工作臺(tái)面尺寸等,并結(jié)合現(xiàn)有設(shè)備,選用J23-63開式雙柱可傾沖床,并在工作臺(tái)面上備制墊塊。其主要工藝參數(shù)如下： 　　公稱壓力： 630KN 　　滑塊行程： 130mm 　　行程次數(shù)： 50 次∕分 　　最大閉合高度： 360mm 　　連桿調(diào)節(jié)長度： 80mm 　　工作臺(tái)尺寸（前后左右）： 480mm 710mm 七、沖壓工藝規(guī)程 在沖裁工藝分析和技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析的基礎(chǔ)上根據(jù)沖裁件的特點(diǎn)確定沖裁工藝方案。沖裁工藝方案可分為單工序沖裁、復(fù)合沖裁和級(jí)進(jìn)沖裁。 　　　單工序沖裁是在壓機(jī)一次行程，在模具單一的工位中完成單一工序的沖壓；復(fù)合沖裁是在壓機(jī)一次行程中，

19、在模具的同一工作位置同時(shí)完成兩個(gè)或兩個(gè)以上的沖壓工序；級(jí)進(jìn)沖裁是把沖裁件的若干個(gè)沖壓工序，排列成一定的順序，在壓機(jī)一次行程中條料在沖模的不同工序位置上，分別完成工件所要求的工序，在完成所有要求的工序后，以后每次沖程都可以得到一個(gè)完整的沖裁件。組合的沖裁工序比單工序沖裁生產(chǎn)效率高，獲得的制件精度等級(jí)高。 1. 沖裁工序的組合 　　　沖裁組合方式的確定應(yīng)根據(jù)下列因素決定。 　　　(1）生產(chǎn)批量 小批量與試制采用單工序沖裁，中批和大批量生產(chǎn)采用復(fù)合沖裁或級(jí)進(jìn)沖裁。 　　　(2）工件尺寸公差等級(jí) 復(fù)合沖裁所得到的工件尺寸公差等級(jí)高，因?yàn)樗苊饬硕啻螞_壓的定位誤差，并且在沖裁過程中可

20、以進(jìn)行壓料，工件較平整。級(jí)進(jìn)沖裁所得到的工件尺寸公差等級(jí)較復(fù)合沖裁低，在級(jí)進(jìn)沖裁中采用導(dǎo)正銷結(jié)構(gòu)，可提高沖裁件精度。 　　　(3）對(duì)工件尺寸、形狀的適應(yīng)性 工件的尺寸較小時(shí)，考慮到單工序上料不方便和生產(chǎn)率低，常采用復(fù)合沖裁或級(jí)進(jìn)沖裁。對(duì)于尺寸中等的工件，由于制造多副單工序模的費(fèi)用比復(fù)合模昂貴，也宜采用復(fù)合沖裁。但工件上孔與孔之間或孔與邊緣之間的距離過小時(shí)，不宜采用復(fù)合沖裁和單工序沖裁，宜采用級(jí)進(jìn)沖裁。 所以級(jí)進(jìn)沖裁可以加工形狀復(fù)雜、寬度很小等異形工件(參見圖2.6.6），但級(jí)進(jìn)沖裁受壓機(jī)臺(tái)面尺寸與工序數(shù)的限制，沖裁工件尺寸不宜太大。 　　　(4）模具制造、安裝調(diào)整和成本 對(duì)復(fù)雜形狀的

21、工件，采用復(fù)合沖裁比采用級(jí)進(jìn)沖裁為宜。因模具制造、安裝調(diào)整較易，成本較低。 　　　(5）操作方便與安全 復(fù)合沖裁出件或清除廢料較困難，工作安全性較差。級(jí)進(jìn)沖裁較安全。 　　　綜合上述分析，對(duì)于一個(gè)工件，可以得出多種工藝方案。必須對(duì)這些方案進(jìn)行比較，選取在滿足工件質(zhì)量與生產(chǎn)率的要求下，模具制造成本低、壽命長、操作方便又安全的工藝方案。 2. 沖裁順序的安排 （1）級(jí)進(jìn)沖裁的順序安排  　　① 先沖孔或切口，最后落料或切斷，將工件與條料分離。首先沖出的孔可作后續(xù)工序的定位用。在定位要求較高時(shí)，則可沖出專供定位用的工藝孔(一般為兩個(gè)，見圖2.6.6)。 　　② 采用定

22、距側(cè)刃時(shí)，定距側(cè)刃切邊工序安排與首次沖孔同時(shí)進(jìn)行，以便控制送料步距。采用兩個(gè)定側(cè)距刃時(shí)，可以安排成一前一后，也可并例布置。 （2）多工序工件用單工序沖裁時(shí)的順序安排 　　① 先落料使毛坯與條料分離，再?zèng)_孔或沖缺口。后繼各沖裁工序的定位基準(zhǔn)要一致，以避免定位誤差和尺寸鏈換算。 　?、?沖裁大小不同、相距較近的孔時(shí)，為減少孔的變形，應(yīng)先沖大孔，后沖小孔。 根據(jù)沖裁件確定工藝規(guī)程： 切料（剪床） 沖裁（開試雙柱可傾沖床J23-63） 去毛刺(鉗工) 檢驗(yàn)（游標(biāo)卡尺等） 八、模具總裝配圖 （詳見：圖紙） 九、模具零件圖 （詳見：圖紙） 十、主要參考文獻(xiàn)： 李雙義《冷沖模具設(shè)計(jì)》清華大學(xué)出版社 安繼儒《中外常用金屬材料手冊(cè)》陜西科學(xué)技術(shù)出版社 王守新《材料力學(xué)》大連理工大學(xué)出版社 鄧明《材料成形新技術(shù)及模具》化學(xué)工業(yè)出版社 戴達(dá)煌《現(xiàn)代材料表面技術(shù)科學(xué)》冶金工業(yè)出版社 曾正明《機(jī)械工程材料手冊(cè).金屬材料》機(jī)械工業(yè)出版社