湘潭大學(xué)課程設(shè)計(jì)論文題 目：連接蓋沖壓模具設(shè)計(jì)學(xué) 院：機(jī)械工程學(xué)院專 業(yè)：材料成型及控制工程學(xué) 號(hào)：姓 名：指導(dǎo)教師：完成日期：2017.1.11第一章沖壓件工藝性分析1.1 分析技術(shù)要求是否合理圖1-1該零件形狀簡(jiǎn)單，尺寸精度要求不高，是由拉伸和翻邊等工序組成的復(fù)合件。工件的尺寸精度：沖裁件的精度要求，應(yīng)在經(jīng)濟(jì)精度范圍內(nèi)（所謂經(jīng)濟(jì)精度是指在正常加工 條件下，采用符合標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備工藝裝備和標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)等級(jí)工人、不延長(zhǎng)加工時(shí)間 所能保證的加工精度），對(duì)于普通沖裁件，其經(jīng)濟(jì)精度不高于 IT11級(jí)，沖孔比 落料件高一級(jí)。對(duì)與本次設(shè)計(jì)，未標(biāo)注有尺寸精度，考慮到成本，按照一般精 度要求來(lái)加工應(yīng)該可以滿足其工作性能，本工件要求內(nèi)精度，故除特別要求工 件精度等級(jí)選取IT14。沒(méi)有熱處理要求1.2 審查零件材料選用是否得當(dāng)考慮到產(chǎn)品成本和零件的使用性能，選用常用材料 08F,是優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu) 鋼，屈服強(qiáng)度180MPa,抗拉強(qiáng)度280390MPa,抗剪強(qiáng)度200310延伸率32%, 適宜沖壓選擇。1.3 沖裁件工藝性分析一般情況下，對(duì)沖裁件工藝性影響最大的是制件的結(jié)構(gòu)形狀、精度要求、 形位公差及技術(shù)要求。沖裁件的工藝性合理與否、，影響到?jīng)_裁件的質(zhì)量、模具 壽命、材料消耗、生產(chǎn)率等，在設(shè)計(jì)中應(yīng)盡可能提高其工藝性。沖裁件的形狀盡可能簡(jiǎn)單、對(duì)稱、避免復(fù)雜形狀的曲線，在許可的情況下， 把沖裁件設(shè)計(jì)成少、無(wú)廢料排樣的形狀，以減少?gòu)U料。矩形孔兩端宜用圓弧連接， 以利于模具加工。沖裁件各直線或曲線的連接處，盡量避免銳角，嚴(yán)禁尖角。除在少、無(wú)廢料排樣或采用鑲拼模結(jié)構(gòu)，都應(yīng)有適當(dāng)?shù)膱A角相連，以利于模具制造和提高模具 壽命。沖裁減凸出或凹入部分不能太窄，盡可能避免過(guò)長(zhǎng)的懸臂和窄槽。最小寬 度b一般 不小于1.5t,若沖裁材料為高碳鋼時(shí)，b>2t, Lmax&5b,當(dāng)材料厚度 t<1mm時(shí)，按t=1mm計(jì)算。沖裁件的孔徑因受孔凸模剛度和強(qiáng)度的限制，不宜 太小，否則容易折斷或壓彎，沖孔的最小尺寸取決與沖壓材料的力學(xué)性能、凸模強(qiáng)度和模具結(jié)構(gòu)。沖孔件上孔與孔、孔與邊緣之間的距離不能過(guò)小，以避免工件 變形、模壁過(guò)薄或因材料易被拉入凹模而影響模具壽命。本次設(shè)計(jì)，該零件是軸對(duì)稱件，沖裁結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，厚度僅為1mm,沖裁性能較好，工藝性容易滿足材料。1.4 翻邊工藝性分析一般情況下，圓孔翻邊時(shí)的孔緣在單向拉應(yīng)力作用下， 切向伸長(zhǎng)變形引起的 厚度減薄最大，最容易破裂，由于材料性質(zhì)不均勻，孔緣各處允許的切向延伸率 不一樣，一旦孔緣某處的伸長(zhǎng)變形超過(guò)了該處延允許的材料伸率， 該處就會(huì)因厚 度減薄過(guò)大而破裂。翻邊時(shí)的變形區(qū)基本上限制在凹模圓角區(qū)之內(nèi)， 凸模底部材 料為只要變形區(qū)，處于切向、徑向二向受拉伸的應(yīng)力狀態(tài)。切向應(yīng)力在孔邊緣最 大，徑向應(yīng)力在孔邊緣為零。圓孔翻邊時(shí)的變形程度用翻邊系數(shù) K表示：K =dD式中d毛坯上圓孔的初始直徑；D翻邊后豎邊的中徑。影響圓孔翻邊成形極限的因素如下： 材料伸長(zhǎng)率和硬化指數(shù)n大，Ki小，成形極限大。孔緣如無(wú)毛刺和無(wú)冷作硬化時(shí)， Ki較小，成形極限較大。為了改善孔緣狀況，可采用鉆孔代替沖孔，或在沖孔后進(jìn)行整修，有時(shí)還可在沖孔后退火，以消除孔 緣表面的硬化。用球形、錐形和拋物線凸模翻邊時(shí)，變形條件比平底凸模優(yōu)越，Ki較小。在平底凸模中，其相對(duì)圓角半徑rp/t越大，極限翻邊系數(shù)可越小。 p板材相對(duì)厚度越大，Ki越小，成形極限越大。毛坯尺寸的計(jì)算：(1)毛坯翻邊預(yù)制孔直徑dod0 = D -2（H 0.43r -0.72t）式中 D翻邊直徑19 （按中線計(jì)）（mm）;H翻邊高度（mm）, H=6mm ;R豎邊與凸緣的圓角半徑（mm）, r=1.5mm；R料厚（mm）, t=1mm。則：已知預(yù)制孔直徑為9.7mm（2）毛坯的直徑D0當(dāng)零件的彎曲角為900時(shí)，則毛坯的展開(kāi)長(zhǎng)度為D =n一- Ai4D = . (d -2r)2 4d(H -r) 2二r(d -2r) 8r2已知，d=49, r=1.5, H=5D=57第二章沖壓工藝方案的確定考慮到需落料、沖孔、拉深、翻邊成形四道工序，可以有以下種方案： 方案一：先落料沖孔，后拉深翻邊成形，采用單工序生產(chǎn)。方案二：落料-沖孔-翻邊-拉深復(fù)合模，采用復(fù)合模生產(chǎn)。方案三：落料-沖孔-翻邊-拉深級(jí)進(jìn)模，采用級(jí)進(jìn)模生產(chǎn)。方案一結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但需兩道工序、兩副模具才能完成，效率較低，且精度不易保證。如此浪費(fèi)了人力，物力，財(cái)力。從經(jīng)濟(jì)角度考慮不妥當(dāng)，難以滿足大批 量生產(chǎn)要求。方案二只需一副模具即可成型，該工藝特點(diǎn)首先進(jìn)行落料，再?zèng)_孔，翻邊， 拉深成型。采用這種方法加工的工件外觀平整、毛刺小、產(chǎn)品質(zhì)量高，而且大大 的提高了生產(chǎn)效率，也解決了操作者將手放入模具內(nèi)的不安全因素， 復(fù)合模能在 壓力機(jī)的一次行程內(nèi)，完成落料、沖孔、及拉深、翻邊數(shù)道工序。在完成這些工 序的過(guò)程中，沖件材料無(wú)須進(jìn)給移動(dòng)。復(fù)合模具具有以下主要特點(diǎn)：1）沖件精度較高，不受送料誤差影響，內(nèi)外形相對(duì)位置一直性好。2）沖件表面較為平整。3）適宜沖薄料，也適宜沖脆性或軟質(zhì)材料。4）可從充分利用短料和邊角余料。、5）沖裁件內(nèi)孔和外緣的相對(duì)位置精度容易保證，而且板料的定位精度要求 比級(jí)進(jìn)模低6）沖模面積較小。復(fù)合模也存在一定的問(wèn)題，如凸凹模內(nèi)、外形間的壁厚，或內(nèi)形與外形問(wèn) 壁厚，都不能過(guò)薄，以免影響強(qiáng)度。另外，沖件不能漏下，需要解決出件問(wèn)題。 同時(shí)，復(fù)合模具結(jié)構(gòu)也較為復(fù)雜。同樣用復(fù)合模生產(chǎn)可分為采用筒形料加工和板 料加工。筒形料加工工件厚度不能保證。板料加工模具結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜。方案三：級(jí)進(jìn)模是在壓力機(jī)一次行程中完成多個(gè)工序的模具，它具有操作安 全的顯著特點(diǎn)，模具強(qiáng)度較高，壽命較長(zhǎng)。使用級(jí)進(jìn)模便于沖壓生產(chǎn)自動(dòng)化，可 以采用高速壓力機(jī)生產(chǎn)，也只需要一副模具，制造精度較高，先落料后沖孔，再 進(jìn)行拉伸翻邊成形，但是級(jí)進(jìn)模較難保證內(nèi)、外相對(duì)位置的一直性，材相對(duì)生產(chǎn) 周期長(zhǎng)，其模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，料的定位與送進(jìn)是級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問(wèn)題。通過(guò)上述三種方案的分析比較，該工件的沖壓生產(chǎn)采用方案二的板料加工為 佳。第三章 排樣及材料利用率的計(jì)算3.1排樣的設(shè)計(jì)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(jì)利用率，還會(huì)影響到模具結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)率、制件質(zhì)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(shè)計(jì)中一項(xiàng)很重要的工作。沖沖壓件大批量生產(chǎn)成本中，毛坯材料費(fèi)用占 60%以上，排樣的目的就在于 合理利用原材料。衡量排樣經(jīng)濟(jì)性、合理性的指標(biāo)是材料利用率。要提高材料利 用率，就必須減少?gòu)U料面積，沖裁過(guò)程中所產(chǎn)生的廢料，可分為兩種情況。結(jié)構(gòu)廢料由于工件結(jié)構(gòu)形狀的需要，如工件內(nèi)孔的存在而產(chǎn)生的廢料稱為結(jié)構(gòu)廢料， 它取決于工件的形狀，一般不能夠改變。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，提高材料利用率要從減少工 藝廢料著手，同一個(gè)工件，可以有幾種不同的排樣方法。根據(jù)材料的利用情況，排樣的方法可以有三種：（1）有廢料排樣沿工件的全部外形沖裁，工件與工件之間，工件與條料側(cè)邊之間都有工藝余 料（搭邊）存在，沖裁后搭邊成為廢料，如圖 a所示。（2）少?gòu)U料排樣沿工件的部分外形輪廓切斷或沖裁，只在工件之間或是工件與條料側(cè)邊之間有搭邊存在，如圖b所示。（3）無(wú)廢料排樣工件與工件之間。工件與條料側(cè)邊之間均無(wú)搭邊存在，條料沿直線或曲線切 斷而得工件。如圖c所示。a)b)0)A圖3-1排樣方法a）有廢料排樣 b）少?gòu)U料排樣 c）無(wú)廢料排樣有廢料的排樣法材料利用率較低，但制件的質(zhì)量和沖模壽命較高，常用于工 件形狀復(fù)雜、尺寸精度要求較高的排樣。少、無(wú)廢料排樣法的材料利用率較高，在無(wú)廢料排樣時(shí)只有料頭、料尾損失, 材料利用率可達(dá)85%95%,少?gòu)U料排樣法也可達(dá)70%90%。少、無(wú)廢料排樣 法有利于一次沖裁多個(gè)工件，可以提高生產(chǎn)率。由于這種排樣法沖切周邊減少， 所以還可以簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu)，降低沖裁力。但是，少、無(wú)廢料排樣的應(yīng)用范圍有一 定的局限性，受到工件形狀結(jié)構(gòu)的限制，且由于條料本身的寬度公差，條料導(dǎo)向 與定位所產(chǎn)生的誤差，會(huì)直接影響工件尺寸而使工件的精度降低。 在幾個(gè)工件的 匯合點(diǎn)容易產(chǎn)生毛刺。由于采用單邊剪切，也會(huì)加快模具磨損而降低沖模壽命， 并直接影響工件的斷面質(zhì)量，所以少、無(wú)廢料排樣常用于精度要求不高的工件排 樣。1.有廢料、少?gòu)U料或無(wú)廢料排樣。按工件的外形特征、排樣的形式又可分為 直排、斜排、對(duì)排、混合排、多排和裁搭邊等考慮到造作方便及模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，故采用單排排樣設(shè)計(jì)。搭邊值要合理確定。 搭邊值過(guò)大，材料利用率低。搭邊值小，材料利用率雖高，但過(guò)小時(shí)就不能發(fā)揮 搭邊的作用，在沖裁過(guò)程中會(huì)被拉斷，造成送料困難，使工件產(chǎn)生毛刺，有時(shí)候 還會(huì)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(guò)小，會(huì)使 作用在凸模側(cè)表面上的法向應(yīng)力沿著落料毛坯周長(zhǎng)的分布不均勻，引起模具刃口 的磨損。影響搭邊值的因素主要有以下幾點(diǎn)：1 .材料的力學(xué)性能塑性好的材料，搭邊值要大一些，硬度高與強(qiáng)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(fù)雜，圓角半徑越小，搭邊值越大。4 .排樣的形式 對(duì)排的搭邊值大雨直排的搭邊。5 .送料及擋料的方式 用手工送料，有側(cè)壓板導(dǎo)向的搭邊值可小一些。查得搭邊值 a=1.5mm, a1=2.1mm0條料送進(jìn)步距h=57+1.5=58.5mm3.2材料利用率的計(jì)算一個(gè)步距內(nèi)的材料利用率nAn 100% Bh式中 A沖裁件面積（包括沖出的小孔在內(nèi)）（mm2）n一個(gè)步距內(nèi)的沖件數(shù)目；n取1B條料寬度（mm）;h進(jìn)距（mm）A=3.14X 57/2X57/2=2550 （ mm2） B=61.2,nA 100% =71.2%Bh第四章各部分工藝力的計(jì)算4.1 沖裁力的計(jì)算沖裁力計(jì)算包括沖裁力、卸料力、推件力、頂件力的計(jì)算。沖裁力是凸模與凹模相對(duì)運(yùn)動(dòng)使工件與板料分離的力，其大小主要與材料力 學(xué)性能、厚度及沖裁件分離的輪廓長(zhǎng)度等參數(shù)有關(guān)。沖裁力是設(shè)計(jì)模具、選擇壓 力機(jī)的重要參數(shù)。計(jì)算沖裁力的目的是為了合理的選用沖壓設(shè)備和設(shè)計(jì)模具。選用沖壓設(shè)備的標(biāo)稱壓力必須大于所計(jì)算的沖裁力， 所設(shè)計(jì)的模具必須能傳遞和承 受所計(jì)算的沖裁力，以適應(yīng)沖裁的要求。4.1.1 沖壓力的行程曲線XOEL-凸模行程圖4-1沖載力YJ模行程曲線在沖裁過(guò)程中，沖裁力的大小是不段變化的，圖4-1為沖裁時(shí)沖裁力-凸模 行程曲線。圖中AB段相當(dāng)于沖裁的彈性階段，凸模進(jìn)入材料后，載荷急劇上升， 但當(dāng)凸模刃口一旦擠入材料，即進(jìn)入塑性變形階段，載荷的上升就緩慢下來(lái)，如 BC段所示。雖然由于凸模擠入材料使承受沖裁力的材料面積秒減小，但只要材 料加工硬化的影響超過(guò)受剪切面積小的影響，沖裁力就繼續(xù)上升，當(dāng)兩者達(dá)到相當(dāng)?shù)挠绊懙乃查g，沖裁力達(dá)最大值，即圖中 C點(diǎn)。此后，受剪面積的減少超過(guò)硬 化的影響，于是沖裁力下降。凸模再繼續(xù)下壓，材料內(nèi)部產(chǎn)生裂紋并迅速擴(kuò)張， 沖裁力急劇下降，如圖中CD段所示，此為沖裁的斷裂階段。此后所用的力僅是 克服摩擦阻力，推出已分離的料。4.1.2 沖裁力的計(jì)算公式?jīng)_裁力的大小主要與材料力學(xué)性能、厚度及沖裁件分離的輪廓長(zhǎng)度有關(guān)。考 慮到成本和沖裁件的質(zhì)量要求，此用平刃口模具沖裁，沖裁力F (N):F = KLT(4-1)式中L 沖裁件周邊長(zhǎng)度(mm；t材料厚度(mm；r材料抗剪強(qiáng)度(MPa；K系數(shù)?？紤]到模具刃口的磨損，模具間隙的波動(dòng)，材料力學(xué)性能K=1.3的變化及材料厚度偏差等因素，一般取系數(shù)沖裁件周邊長(zhǎng)度 L=3.14 x 57=178.98mm取179mm材料的抗剪強(qiáng)度（MPa,取 s=310MPa一般情況下，材料的（rb=1.3 r ,故沖裁力F （N）F1=LT（T b=179X 1 義 310=55490NF 卸=0.04X55490=2219.6NFffi =0.063 X 55490=3495.9NF1=55490+2219.6+3495.9=6120.5N式中bb材料的抗拉強(qiáng)度（MPa。4.1.3 降低沖裁力的方法在沖裁高強(qiáng)度材料或厚度大、周邊長(zhǎng)時(shí)，所需的沖裁力較大。如果超過(guò)現(xiàn)有 壓力機(jī)噸位，就有必須采取措施降低沖裁力，主要有以下幾種方法：（一）階梯凸模沖裁在多凸模沖裁模具中，為避免各凸模沖裁力的最大值同時(shí)出現(xiàn)，可根據(jù)凸 模尺寸的大小，做成不同高度，形成階梯布置，從而減少?zèng)_裁力。這種模具的缺 點(diǎn)是長(zhǎng)凸模插入凹模較深，容易磨損，修磨刃口也比較麻煩。（二）斜刃口沖裁在用平刃口模具沖裁時(shí)，整個(gè)刃口同時(shí)與沖裁件周邊接觸，同時(shí)切斷，所 需沖裁力大。若采用斜刃口模具沖裁，也就是將凸模（或凹模）刃口做成有一定 斜度的斜刃，沖裁時(shí)刃口就不是同時(shí)切入，而是逐步切入材料，逐步切斷，這樣， 所需的沖裁力可以減小，并能減小沖擊、振動(dòng)和噪聲，對(duì)于大型沖壓件，斜刃沖 裁用的比較廣泛。斜刃沖裁降低了沖裁力，使壓力機(jī)性能在比較柔和、平穩(wěn)的條件下工作。 但模具制造與修磨比較復(fù)雜，增加了困難，刃口容易磨損，工件不夠平整，一般 只用于大型工件沖裁及厚板沖裁。除上述兩種方法外，將材料加熱沖裁也是一種行之有效的降低沖裁力的方法，因?yàn)椴牧显诩訜釥顟B(tài)的抗剪強(qiáng)度有明顯下降。但材料加熱后產(chǎn)生氧化皮，且因?yàn)橐訜幔瑒趧?dòng)條件差。另外，在保證沖裁件斷面質(zhì)量的前提下，也可適當(dāng)增 大沖裁間隙等方法來(lái)降低沖裁力。4.2 沖孔力的計(jì)算% = K Lt式中L沖裁件周邊長(zhǎng)度（mm）;t材料厚度（mm）;.材料抗剪強(qiáng)度（MPa）;K系數(shù)，考慮到模具刃口的磨損，模具間隙的波動(dòng)，材料力學(xué)性能 的變化及材料厚度偏差等因素,一般取 K=1.3。所以，一般情況下，上式也可以寫(xiě)成F沖=1. 3. tL=3.14X9.7=30.5mm.二310MPa貝U F沖=1.3Lh=1.3X30.5X 1 X 310=12291.5N推件力：F推=n Ki ?F式中K推推件力因素，查得K推=0.063;n工件卡的凹模內(nèi)的個(gè)數(shù)，取 n=1。則5推=門垛：F=0.063X 12291.5=774.4NF2=12291.5+774.4=13065.9N4.3 翻邊力的計(jì)算F 翻=1.1 二（dm-d 0）t0 二 s式中 dm翻邊后豎邊的中徑（mm）, dm=21mm；d0圓孔初始直徑（預(yù)制孔）（mm）, d0=9.7mm；10毛坯厚度（mm）, t0=1mm；口 材料屈服點(diǎn)（MPa）。Gs=180MPa 則53=5翻=1.1 n(dm-d0) t/s=1.1X3.14 (21-9.7) X 1 X 180=7025.4N4.4 淺拉深成形力F 拉=K d tb式中d拉深件的直徑（mm）, d=49mm；二b 材料抗拉強(qiáng)度（MPa）,得二 b=390MPat材料厚度（mm）, t=1mmm=d/D=49/57=0.86K修正系數(shù)，取 K=0.8o則F4= F =KndEb=0.8X 3.14X49X 1 X 390=48004.32N4.5 總的沖裁力的計(jì)算因此，總的沖裁力為：F總，=F1+F2+F3+F4=6120.5+13065.9+7025.4+48004.32=74216.12N4.6 壓力中心的計(jì)算沖裁時(shí)的合力作用點(diǎn)或多工序模各工序沖壓力的合力作用點(diǎn)， 稱為模具壓力 中心。如果模具壓力中心與壓力機(jī)滑塊中心不一致， 沖壓時(shí)會(huì)產(chǎn)生偏載，導(dǎo)致模 具以及滑塊與導(dǎo)軌的急劇磨損，降低模具和壓力機(jī)的使用壽命。通常利用求平行 力系合力作用點(diǎn)的方法（解析法或圖解法）確定模具的壓力中心。本模具由于制件為軸對(duì)稱零件，所以其壓力中心及為零件的幾何中心第五章 沖壓設(shè)備的選擇沖壓設(shè)備的選擇是工藝設(shè)計(jì)中的一項(xiàng)重要內(nèi)容，它直接關(guān)系到設(shè)備的合理 使用、安全、產(chǎn)品制造、模具壽命、生產(chǎn)效率和成本等一系列重要的問(wèn)題。對(duì)于 中小型沖裁件、彎曲件或淺拉深件多用具有C形床身的開(kāi)式曲柄壓力機(jī)。雖然開(kāi)式壓力機(jī)的剛度差，并且由于床身的變形而破壞了沖模的間隙分布，降低了沖 模的壽命和沖裁件的質(zhì)量。但是，它卻具有操作空間三面敞開(kāi)，操作方便，容易 安裝機(jī)械話的附屬設(shè)備和成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，目前仍是中小件生產(chǎn)的主要設(shè)備。確定設(shè)備的規(guī)格時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)問(wèn)題：1）壓力機(jī)的行程大小，應(yīng)能保證成形零件的取出與毛坯的放進(jìn)，例如拉深所用壓力機(jī)的行程，至少應(yīng)大于成品零件高度的兩倍以上。2）壓力機(jī)工作臺(tái)面的尺寸應(yīng)大于沖模的平面尺寸，且還需要留有安裝固定的 余地，但過(guò)大的工作臺(tái)面上安裝小尺寸的沖模時(shí)，工作臺(tái)的受力條件也是不利的。3）所選壓力機(jī)的封閉高度應(yīng)與沖模的封閉高度相適應(yīng)。模具的閉合高度Ho是指上模在最低的工作位置時(shí)，下模板的底面到上模板的 頂面的距離。壓力機(jī)的閉合高度是指滑塊在下死點(diǎn)時(shí)，工作臺(tái)面到滑塊下端面的距離。大 多數(shù)壓力機(jī)的連桿長(zhǎng)短能調(diào)節(jié)，也既壓力機(jī)的閉合高度可以調(diào)整， 故壓力機(jī)有最 大閉合爆肚Hmax和最小閉合高度Hmin。設(shè)計(jì)模具時(shí)，模具閉合高度 H0的數(shù)值應(yīng)滿足下式：Hmax -5mm> Ho> H min 10mm4）沖壓力與壓力機(jī)力能的配合關(guān)系： 當(dāng)進(jìn)行沖裁等沖壓加工時(shí)，由于其施力 行程較小，近于板材的厚度，所以可按沖壓過(guò)程中作用于壓力機(jī)滑塊上所有力的 總和F總選取壓力機(jī)。根據(jù)所要完成的沖壓工藝的性質(zhì)、生產(chǎn)批量的大小、沖壓家的幾何尺寸和精 度要求等來(lái)選定設(shè)備類型。由于復(fù)合模的特點(diǎn)，為防止設(shè)備超載，可按公稱壓力 F壓（1.6s 1.8） F總選擇壓力 機(jī)。選 取公稱壓力為 350kN的開(kāi)式壓力機(jī)JC23-35。其與模具設(shè)計(jì)的相關(guān)參數(shù)為：公稱壓力：350kN滑塊行程：80 mm、最大閉合高度：280mm封閉高度調(diào)節(jié)量：60 mm工作臺(tái)孔徑：380mm 610mm模柄孔尺寸：, 50mm 70mm第六章主要工作部分尺寸計(jì)算6.1 沖裁間隙沖裁間隙是指沖裁模的凸模和凹模刃口之間的間隙。 沖裁間隙分單邊間隙和 雙邊間隙，單邊間隙用 C表示，雙邊間隙用Z表示。間隙值的大小對(duì)沖裁件質(zhì) 量、模具壽命、沖裁力大小的影響很大，是沖裁工藝與模具設(shè)計(jì)中的一個(gè)極其重 要的工藝參數(shù)。6.1.1 沖裁間隙對(duì)沖裁件質(zhì)量的影響沖裁件的質(zhì)量主要是指斷面質(zhì)量、尺寸精度和形狀誤差。斷面應(yīng)平直、光滑；圓角?。粺o(wú)裂紋、撕裂、夾層和毛刺等缺陷。零件表面應(yīng)盡可能平整 尺寸應(yīng)在圖樣規(guī)定公差范圍之內(nèi)影響沖裁件質(zhì)量的因素有：凸、凹模間隙值 的大小及其分布的均勻性，模具刃口鋒利狀態(tài)、模具結(jié)構(gòu)與制造精度，材料 性能等，其中間隙值大小與分布的均勻程度是主要因素。沖裁件的尺寸精度是指沖裁件實(shí)際尺寸與標(biāo)稱尺寸的差值（ 仃）。差值越 小，精度越高。這個(gè)差值包括兩方面的偏差，一是沖裁件相對(duì)凸?；虬寄３?寸的偏差，二是模具本身的制造偏差。沖裁件相對(duì)凸模或凹模尺寸的偏差，主要是由于沖裁過(guò)程中，材料受拉 伸、擠壓、彎曲等作用引起的變形，在加工結(jié)束后工件脫離模具時(shí)，會(huì)產(chǎn)生 彈性恢復(fù)而造成。偏差值可能是正的，也可能是負(fù)的。影響這一偏差值的因 素主要是凸、凹模的間隙。間隙大小對(duì)沖裁件尺寸偏差的影響規(guī)律可見(jiàn)圖 6-1。當(dāng)間隙較大時(shí)，材料所受拉伸作用增大，沖裁完畢后，因材料的彈性恢 復(fù)，沖裁件尺寸向?qū)嶓w方向收縮，使落料件尺寸小于凹模尺寸，而沖孔件的 孔徑則大于凸模尺寸。當(dāng)間隙較小時(shí)，凸模壓入板料接近于擠壓狀態(tài)，材料 手凸、凹模擠壓力大。沖裁完畢后，材料的彈性恢復(fù)使落料件尺寸增打發(fā)， 而沖孔件的孔徑則變小。6.1.2 沖裁間隙對(duì)模具壽命的影響沖裁模具的壽命以沖出合格制品的沖裁次數(shù)來(lái)衡量，分兩次刃磨間的壽 命與全部磨損后總的壽命，沖裁過(guò)程中，模具的損壞有磨損、崩刃、折斷、 啃壞等多種式。影響模具壽命的因素很多，有模具間隙；模具制造材料和精度、表面粗 糙度；被加工材料特性；沖裁件輪廓形狀和潤(rùn)滑條件等。模具間隙是其中的 一個(gè)重要因素。因?yàn)闆_裁過(guò)程中，模具端面受到很大的垂直壓力與側(cè)壓力，而模具表面 與材料的接觸面僅局限在刃口附近的狹小區(qū)域，這就以為著即使整個(gè)模具在 許用壓應(yīng)力下工作，但在模具刃口處所受的壓力也非常大。這種高的壓力會(huì) 使沖裁模具和板材的接觸面之間產(chǎn)生局部附著現(xiàn)象，當(dāng)接觸面發(fā)生相對(duì)滑動(dòng) 時(shí)，附著部分便發(fā)生剪切而引起磨損一一附著磨損。其磨損量與接觸壓力、 相對(duì)滑動(dòng)距離成正比，與材料屈服強(qiáng)度成反比。它被認(rèn)為是模具磨損的主要 形式。當(dāng)模具間隙減小時(shí)，接觸壓力（垂直力、側(cè)壓力、摩擦力）會(huì)隨之增 大，摩擦距離隨這增長(zhǎng)，因此模具磨損加劇，甚至使模具與材料之間產(chǎn)生粘 結(jié)現(xiàn)象。因此適當(dāng)增大模具間隙，可使凸、凹模側(cè)面與材料見(jiàn)摩擦減小，并 減緩間隙不均勻的不利因素，從而提高模具壽命。但間隙過(guò)大時(shí)，半了的彎 曲拉伸相應(yīng)增大，使模具刃口端面上的正壓力增大，容易產(chǎn)生崩刃或產(chǎn)生塑 性變形使磨損加劇，降低模具壽命，同時(shí)，間隙過(guò)大卸料力會(huì)隨之增大，也 會(huì)增加模具的磨損，所以間隙是影響模具壽命的一個(gè)重要因素。6.1.3 沖裁間隙對(duì)沖裁力及卸料力的影響當(dāng)間隙減小時(shí)，凸模壓入板材的情況接近于擠壓狀態(tài)，材料所受拉應(yīng)力減小， 壓應(yīng)力增大，板料的易產(chǎn)生裂紋，因此最大沖裁力增大。當(dāng)間隙增大時(shí)，材料所 受拉應(yīng)力增大，材料容易產(chǎn)生裂紋，因此沖裁力減小，繼續(xù)增大間隙值，凸、凹 模刃口產(chǎn)生的裂紋不相重合，會(huì)發(fā)生二次斷裂，沖裁力下降變緩。當(dāng)間隙增大時(shí)沖裁件光亮帶窄，落料件尺寸偏差為負(fù)，沖孔見(jiàn)尺寸偏差為正， 因而使卸料力、推件力或頂件力減小。間隙繼續(xù)增大時(shí)，制件毛刺增大，卸料力、 頂件力迅速增大。6.2 沖孔刃口尺寸計(jì)算6.2.1 計(jì)算原則由于凸、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 見(jiàn)的大端尺寸等于凹模尺寸，沖孔見(jiàn)的小斷尺寸等與凸模尺寸，在測(cè)量與使用中， 落料件都是以大端尺寸為基準(zhǔn)，沖孔件孔徑是以小端尺寸為基準(zhǔn)。沖裁過(guò)程中， 凸、凹模要與沖裁零件或廢料發(fā)生摩擦，凸模越磨越小，凹模越磨越大，結(jié)果使 間隙越來(lái)越大，因此，在確定凸、凹模刃口尺寸時(shí)，必須遵循以下原則：(1)落料模先確定凹模r刃口尺寸，其標(biāo)稱尺寸應(yīng)取接近或等與制件的最小極 限尺寸，以保證凹模磨損到一定尺寸范圍內(nèi)， 也能沖出合格制件，凸模刃口的標(biāo) 稱尺寸比凹模小一個(gè)最小合理間隙。(2)沖孔模先確定凸模刃口尺寸，其標(biāo)稱尺寸應(yīng)取接近或等于之間的最大極限 尺寸，以保證凸模磨損到一定尺寸范圍內(nèi)， 也能沖出合格的空。凹模人口的標(biāo)稱 尺寸應(yīng)比凸模大個(gè)億最小合理間隙。(3)選擇模具刃口制造公差時(shí)，要考慮工件精度與模具精度的關(guān)系，即要保證工件的精度要求，又要保證有合理的間隙值，一般沖模精度較工件精度高23級(jí)。若零件沒(méi)有標(biāo)注公差，則對(duì)于非圓形件按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)非配合尺寸的IT14級(jí)精度來(lái)處理，圓形件可按IT10級(jí)精度要求來(lái)處理，工件尺寸公差應(yīng)按“入體”原 則標(biāo)注為單向公差。所謂“入體”原則是指標(biāo)注工件尺寸公差時(shí)應(yīng)向材料尸體方 向單向標(biāo)注，即：落料件正公差為零，只標(biāo)注負(fù)公差；沖孔見(jiàn)負(fù)公差為零，只標(biāo)注正公差。6.2.2 計(jì)算方法模具工作部分尺寸及公差的計(jì)算方法與加工方法有關(guān)，基本上可分為兩類。1 .凸模與凹模分開(kāi)加工凸、凹模分開(kāi)加工，是指凸模和凹模分別按圖樣加工至尺寸。此種方法適用于圓形或形狀簡(jiǎn)單的工件， 為了保證凸、凹模間隙小 于最大合理間隙Zmax，不僅凸、凹模分別標(biāo)注公差(凸模 3,凹模為)，而且要求有較高的制造精度，以滿足如下條件:id p Zm ax Z m i或取“ =0.4(Zmax -Zmin)、：d =0.6（Zmax -Zm.）也就是說(shuō)，新制造的模具應(yīng)該是 為+%+Zmin =WZmax。否則制造的模具間隙 已超過(guò)允許的變動(dòng)范圍Zmin Zmax ,影響模具的使用壽命。2 .凸模與凹模配合加工對(duì)于沖制件形狀復(fù)雜或薄板制件的模具，其凸、凹模往往采用配合加工的方法。此方法是先加工好凸模（或凹模）作為基準(zhǔn)件，然 后根據(jù)此基準(zhǔn)件的實(shí)際尺寸，配作凹模（或凸模），使他們保持一定距離。因此， 只需在基準(zhǔn)件上標(biāo)注尺寸及公差，另一件只標(biāo)注標(biāo)稱尺寸，并注明"XX尺寸按 凸模（或凹模）配作，保證雙面間隙”。這樣?？煞糯蠡鶞?zhǔn)件的制造公差。其公 差不再受凸、凹模間隙大小的限制，制造容易，并容易保證凸、凹模間的間隙。 由于復(fù)雜形狀工件各部分尺寸性質(zhì)不同，凸模和凹模磨損后，尺寸變化趨勢(shì)不同， 所以基準(zhǔn)件的刃口尺寸計(jì)算方法也不相同6.2.3 沖孔刃口尺寸計(jì)算查得沖裁刃口雙面間隙 Zmin=0.08mm, Zmax=0.12mm。未注公差的零件尺寸按IT14級(jí)精度計(jì)算，查得x=0.5o沖孔凸、凹模的制造公差可由下表查出：基本尺寸凸模偏差凹模偏差<180.0200.02018300.0200.02530800.0200.030801200.0250.0351201800.0300.0401802600.0300.0452603600.0350.0503605000.0400.0605000.0500.070表6-2規(guī)則形狀（圓形、方形）沖裁時(shí)凸模、凹模的制造偏差（ mm從上表可知：。凸=0.020,仃凹=0.025, A =-0.52校核： 。凸十仃凹=0.045mmZmax-Zmin = 0.005mm因此，凸、凹模采用配合加工方法。則凸模刃口尺寸由下式計(jì)算：d=9.96mm凹模刃口尺寸按凸模尺寸配制，保證其雙間隙為0.080.12mm,d =10.33mm圖6-1沖孔凸模6.2.4 拉深成形工作部分尺寸計(jì)算拉深起伏見(jiàn)未注公差按IT14級(jí)計(jì)算，其偏差值可查表 6-1,得其極限偏差為 A = 0.62mm 0則凸、凹模的制造公差可按IT10級(jí)計(jì)算，其值可查得0.14mm。 拉深成形模的單邊間隙；Z=1.62+0.8*1=2.42查得x=0.7520mm翻邊凸，根據(jù)入體原則，則先計(jì)算凹模尺寸：D=19.75mm凸模尺寸根據(jù)凹模尺寸配制，凸、凹模采用配合加工方法：D=15.16mm50mm成形件凸、凹模，根據(jù)入體原則，也先計(jì)算凹模：D=55.09mm凸模尺寸根據(jù)凹模尺寸配制，凸、凹模采用配合加工方法：D=50.25mm6.2.5 落料刃口尺寸計(jì)算：。落料件尺寸58.5mm的極限偏差由表6-1查出A=0.87mm。磨損因數(shù)查出x=0.5。凹模的制造公差：.：=0.87加=0.0356 凸=0.025則：凸模尺寸為：d=58.07mm凹模尺寸：d=58.42mm38 42嗎聲R00mllM“6圖6-2落料凹模第七章模具總體設(shè)計(jì)7.1 模具類型的選擇由沖壓工藝分析可知，采用復(fù)合模沖壓，所以模具類型為復(fù)合模具。7.2 確定送料方式模具相對(duì)于模架是采用從前往后的縱向送料方式，還是采用從右往左的橫向送料方式，這主要取決于凹模的周界尺寸。如L （送料方向的凹模長(zhǎng)度）< B （垂 直于送料方向的凹模寬度）時(shí)，采用縱向送料方式；L> B時(shí)，則采用橫向送料方式；L=B時(shí)，縱向或橫向均可。就本模具而言，L=B其送料方式應(yīng)采用橫向送 料。7.3 定位方式的選擇由于該模具采用的是條料，控制條料送進(jìn)方向采用導(dǎo)料柱和擋料銷協(xié)調(diào)作 用。控制條料送進(jìn)步距采用擋料銷。而第一件工件的沖壓位置因?yàn)闂l料長(zhǎng)度有一 定余量，可以靠操作工目測(cè)來(lái)定。7.4 卸料、出件方式的選擇模具是采用彈壓卸料板，還是采用固定卸料板，取決于卸料力的大小，其中 材料料厚是主要考慮因素。由于彈壓卸料模具操作時(shí)比固定卸料模具方便， 操作 者可以看見(jiàn)條料在模具中的送進(jìn)動(dòng)作，且彈壓卸料板卸料時(shí)對(duì)條料施加的是柔性 力，不會(huì)損傷工件表面，因此實(shí)際設(shè)計(jì)中盡量采彈壓卸料板， 而只有在彈壓卸料 板卸料力不足時(shí)，才改用固定卸料板。7.5 導(dǎo)向方式的選擇如采用縱向送料方式，適宜采用中間導(dǎo)柱導(dǎo)套模架（對(duì)角導(dǎo)柱導(dǎo)套模架也可）；橫向送料適宜采用對(duì)角導(dǎo)柱導(dǎo)套模架： 而后側(cè)導(dǎo)柱導(dǎo)套模架有利于送料（縱 橫向均可且送料較順暢），但工作時(shí)受力均衡性和對(duì)稱性比中間導(dǎo)柱導(dǎo)套模架及 對(duì)角導(dǎo)柱導(dǎo)套模架差一些；四角導(dǎo)柱導(dǎo)套模架則常用于大型模具； 而精密模具還 須采用滾珠導(dǎo)柱導(dǎo)套。本模具采用后側(cè)導(dǎo)柱導(dǎo)套模架，因?yàn)橄驒M向送料方式較適 合。第八章沖模主要零件設(shè)計(jì)8.1 模具材料的選擇8.1.1 模具材料的處理一模具材料的選擇是否正確不僅影響到模具使用壽命，也影響著制件的生產(chǎn) 質(zhì)量。應(yīng)該根據(jù)模具制造條件、模具工作條件、模具材料的基本性能等相關(guān)因素， 來(lái)選擇經(jīng)濟(jì)、先進(jìn)、適用的模具材料。選材時(shí)必須兼顧模具使用性能要求。對(duì)于 冷沖模應(yīng)主要考慮鋼的強(qiáng)度、韌性和耐磨性。強(qiáng)度與韌性以及韌性與耐磨性之間 往往此消彼長(zhǎng)。當(dāng)模具的主要失效方式是脆性開(kāi)裂時(shí)可考慮選擇強(qiáng)度較低但韌性 更好的材料或制訂合理的熱處理工藝以改善鋼的韌性，亦可根據(jù)實(shí)際情況選擇同 時(shí)具有高強(qiáng)度與高韌性的高級(jí)合金鋼。從兼顧韌性和耐磨性的角度除了整體合理 選材外，亦可考慮在保證韌性的同時(shí)，采用合理的表面處理以改善模具的耐磨性。 塑料模具鋼選用時(shí)要兼顧其在塑料成形溫度下的強(qiáng)度、耐磨性和耐蝕性，同時(shí)還應(yīng)考慮其加工性能和鏡面度。熱處理不當(dāng)是導(dǎo)致模具早期失效的重要因素。熱處理對(duì)模具壽命的影響主要 反映在熱處理技術(shù)要求不合理和熱處理質(zhì)量不良兩個(gè)方面。統(tǒng)計(jì)資料表明，由于選材和熱處理不當(dāng)，致使模具早期失效的約占70%。8.1.2 Cri2鋼的性能Cri2 鋼 C含量 0.9%1.05%,Mn含量 0.8%1.1%,Si 含量 0.15%0.35%, Cr 含量0.9%1.2%,淬火溫度820840C , HR8低于62,回火溫度140160C, HRC6864。具有高淬透性、高硬度和耐磨性，淬火尺寸穩(wěn)定性好，變形小，并 有效好的韌性。由于鴇形成碳化物，這種鋼在淬火和低溫回火后具有比銘鋼和 9SiCr鋼更 多的過(guò)剩碳化物和更高的硬度及耐磨性。止匕外，鴇還有助于保存細(xì)小晶粒，從而 使鋼獲得較好的韌性。所以由Cr12鋼制成的刃具，崩刃現(xiàn)象較少，并能較好地保 持刀刃形狀和尺寸。但是，Cr12鋼對(duì)形成碳化物網(wǎng)比較敏感，這種網(wǎng)的存在，就使工具刃部有 剝落的危險(xiǎn)，從而使工具的使用壽命縮短，因此，有碳化物網(wǎng)的鋼，必須根據(jù)其 嚴(yán)重程度進(jìn)行鍛壓和正火。這種鋼用來(lái)制造在工作時(shí)切削刃口不劇烈變熱的工具 和淬火時(shí)要求不變形的量具和刃具，例如制作刀、長(zhǎng)沖裁模的工作零件對(duì)材料性 能特殊要求，沖裁模的刃口在工作時(shí)受到強(qiáng)烈的摩擦和沖擊，所以其模具材料應(yīng)該具有高的耐磨性、沖擊韌性以及耐疲勞斷裂性能。由于該模具是用來(lái)沖裁復(fù)雜形狀的工件，采用材料C門2,熱處理HRC5&608.2 沖孔凸凹模的設(shè)計(jì)8.2.1 凸模、凹模的固定形式如圖81所示、圖a、b、g、h是直接固定在模板上的，其中圖 b、h 般用于小型和大列零件，圖a、s常用于沖壓數(shù)量較少的簡(jiǎn)單模；圖 c、i所示 凸模（凹模）與周走板用H7/m6配合.上面留有臺(tái)階，這種形式多在零件形狀簡(jiǎn) 單、板材較厚時(shí)采用；固d所示是采用怫接，凸模上無(wú)臺(tái)階，全部長(zhǎng)度尺寸形 狀相同，裝配時(shí)上面怫開(kāi)然后磨平。這種形式適用于形狀較復(fù)雜的零件，加工 凸模時(shí)便于全長(zhǎng)一起磨削，圖J所示是僅靠H7/r6配合固緊，一般只在沖壓小 件時(shí)使用；圖e、f、k所示是快速更換凸模（凹模）的固定形式。對(duì)多凸模（凹模） 沖模，其中個(gè)別凸模（凹模）特別易壞.需經(jīng)常更換，此時(shí)采用這種形式更換易 損凸模（凹模）較方便。Eih】I)j)圖8-1凸模、凹模的固定形式本設(shè)計(jì)采用圖（h）8.2.2 落料凹模刃口形式凹模刃口通常有如圖8-2所示的幾種形式圖8-2凹模的刃口形式圖a的特點(diǎn)是刃邊強(qiáng)度較好該刃口形式的特點(diǎn)是刃邊強(qiáng)度較好，刃磨后工作部分尺寸不變，但洞口易積存廢料或制件，推件力大且磨損撒，刃磨時(shí)磨去的 尺寸較多。一般刃磨后工作部分尺寸不變，但洞口積存廢料或制件，推件力大 且磨損大，刃磨時(shí)磨去的尺寸較多。一般用于形狀復(fù)雜和精度要求較高的制件， 對(duì)向上出件或出料的模具也采用此刃口形式。圖b的特點(diǎn)不易積存廢料或制件，對(duì)洞口磨損及壓力很小，但刃邊強(qiáng)度差。且刃磨后尺寸稍有增大，不過(guò)由于它的磨損小，這種增大不會(huì)影響模具壽命。一 般適用于形狀較簡(jiǎn)單、沖裁制件精度要求不高、制件或廢料向下落的情況。圖c、d與圖b相似，圖c適用于沖裁較復(fù)雜的零件；圖d適用于沖裁薄料 和凹模厚度較薄的情況。圖e與圖a相似，適用于上出件或上出料的模具。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打斜面以調(diào)整間隙， 直到試出滿意的沖裁件為止。第九章標(biāo)準(zhǔn)件的選擇9.1 模架及模柄的選擇根據(jù)主要零件的結(jié)構(gòu)、外形尺寸及卸料裝置的尺寸，選取后側(cè)導(dǎo)柱模架，根 據(jù)冷沖模國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 2851.61990取凹模周界Do=160mm*250mm,始 用最小閉合高度180mm,最大閉合高度225mm。上模板厚H=45mm,下模板厚 H=55mm,材料 HT200。根據(jù)凸模的形式及卸料的要求，根據(jù)JB/T7646.3選擇凸緣模柄。9.2 導(dǎo)料柱的選擇考慮P小于料厚，所以卞g據(jù)JB71-85選才? M10X80選用材料為45號(hào)鋼。9.3 推桿的選擇按照 Jb2867.3-81 選擇帶肩推桿 JB/T7650.1 B8X 1109.4 導(dǎo)柱，導(dǎo)套的選擇根據(jù)選擇的模架來(lái)選擇導(dǎo)柱，導(dǎo)套。導(dǎo)柱，導(dǎo)套為配合選擇導(dǎo)柱：GB2861.1-81 導(dǎo)套：GB2861.1-819.5 模柄的選擇根據(jù)所選擇的壓力機(jī)來(lái)選擇模柄 GB2862.8-819.6 連接推桿的選擇推桿的作用是實(shí)現(xiàn)推板和頂出器的傳動(dòng)，根據(jù)模具總壓力考慮選擇 GB2867.3-81 選用材料 Q235。第十章繪制模具總圖及裝配圖1,下模架2,導(dǎo)柱3,導(dǎo)套4,上模架5,彈簧6,墊板7,螺釘8,模柄9,螺釘10, 打料銷11,打料板12,打桿13,沖孔凸模14,卸料器15,翻邊凸模16,拉深凸模17, 落料拉深凸凹模 18,落料凹模19,頂料銷20,壓板21,橡膠22,推桿23,螺釘24, 限位螺釘25,卸料板26,卸料螺釘