第一章 緒論1.1 沖壓工藝的特點(diǎn)沖壓是利用沖模在壓力機(jī)上對(duì)金屬（或非金屬）板料施加壓力使其產(chǎn)生分離或塑料變形，從而得到一定形狀，并且滿足一定使用要求的零件的加工方法。由于通常是在常溫（冷態(tài)）下進(jìn)行的，所以又稱為冷沖壓。又由于它主要用于加工板料零件，所以有時(shí)也叫板料沖壓。日常生活中人們使用的很多用具是用沖壓方法制造的，比如搪瓷面盆，它是用一塊圓形金屬板料，在壓力機(jī)上利用模具對(duì)板料加壓力而沖出來的。1. 沖壓加工的三要素（1） 沖床 供給變形所需的力。（2） 模具 沖壓所用的用具是各種形式的沖模，沖模對(duì)材料塑性變形加以約束，并直接使材料變形所需的零件。（3） 原材料 所用的原材料多為金屬和非金屬的板料。2. 沖壓生產(chǎn)特點(diǎn)沖壓是一種先進(jìn)的板料加工方法，與其他加工方法（切削）比較，在技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)上有如下優(yōu)點(diǎn)。（1） 它是無屑加工，被加工的金屬在再結(jié)晶溫度以下產(chǎn)生塑性變形，不產(chǎn)生切屑，變形中金屬產(chǎn)生加工硬化。（2） 在壓力機(jī)的簡(jiǎn)單沖壓下，能得到形狀復(fù)雜的零件，而這些零件用其他的方法是不可能或者很難得到的。（3） 制得的零件一般不進(jìn)一步加工，可直接用來裝配，而且有一定的精度，具有互換性。（4） 在耗料不大的情況下，能得到強(qiáng)度高、足夠剛性而質(zhì)量輕的零件，由于加工過程中不損壞原材料的表面質(zhì)量，制得的零件外表光滑美觀。（5） 生產(chǎn)效率高，沖床一次一般可得一個(gè)零件，而沖床一分鐘的行程少則幾十次，多則幾百次、千次以上。同時(shí)，毛坯和零件形狀規(guī)則，便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化生產(chǎn)。（6） 沖壓零件的質(zhì)量主要靠沖模保證，所以操作簡(jiǎn)單，便于組織生產(chǎn)。（7） 在大量生產(chǎn)的條件下，產(chǎn)品的成本低。沖壓工藝存在的不足之處有：對(duì)于批量較小的制件，模具費(fèi)用使得成本明顯增高，所以一般要有經(jīng)濟(jì)批量，同時(shí)，模具需要一個(gè)生產(chǎn)準(zhǔn)備周期；沖壓生產(chǎn)會(huì)產(chǎn)生噪聲和振動(dòng)，勞動(dòng)保護(hù)不到位時(shí)，還存在安全隱患；沖壓件的精度取定于模具精度，如零件的精度要求過高，用冷沖壓生產(chǎn)就難以達(dá)到?？傮w上看，沖壓是一種制件質(zhì)量較好、生產(chǎn)效率高、成本低，其他加工方法無法替代的加工工藝，在機(jī)械、車輛、電機(jī)、電器、儀器儀表、農(nóng)機(jī)、輕工、日用品、航空航天、電子、通信、船舶、鐵道、兵器等制造業(yè)中獲得了十分廣泛的應(yīng)用。表 1.1 各類產(chǎn)品中沖壓加工零件所占比例產(chǎn)品 汽車 儀器儀表 電子 電機(jī)電器 家用電器 自行車、手表比例% 60～70 70～70 ＞85 70～80 ≤90 ＞80工業(yè)發(fā)達(dá)國家（如美國、日本等）模具工業(yè)的產(chǎn)值已超過機(jī)床工業(yè)，從這些國家鋼材品種的構(gòu)成可看出冷沖壓的發(fā)展趨勢(shì)，如表 1.2 所示，其中鋼帶和鋼板占全部品種的 67%，說明沖壓加工方法已成為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的重要手段和發(fā)展方向。表 2.2 工業(yè)發(fā)達(dá)國家鋼材品種構(gòu)成鋼材品種 鋼帶 鋼板 棒材 型材 線材 管材 其他比例% 50 17 13 9 7 2 21.2 沖壓工藝的分類生產(chǎn)中為滿足沖壓零件形狀、尺寸、精度、批量大小、原材料性能的要求，沖壓加工方法是多種多樣的。但是，概括起來可分為分離工序和成形工序兩類。分離工序又可分為落料、沖孔和剪切等，目的是在沖壓過程中使沖壓件與板料沿一定的輪廓相互分離。成形工序可分為彎曲、拉深、翻孔、翻邊、脹形、縮口等，目的是使沖壓毛坯在不破壞的條件下發(fā)生塑性，并轉(zhuǎn)化成所需制件形狀。在實(shí)際生產(chǎn)中，為生產(chǎn)批量大時(shí)，如果僅以基本工序組成沖壓工藝過程，生產(chǎn)率可能很低，不可能滿足生產(chǎn)需要。因此，一般采用組合工序，即把兩個(gè)以上的單獨(dú)工序組成一道工序，構(gòu)成所謂的復(fù)合、級(jí)進(jìn)、復(fù)合—級(jí)進(jìn)的組合工序。第二章 沖壓件的結(jié)構(gòu)及技術(shù)要求分析2.1 設(shè)計(jì)題目零件沖裁復(fù)合模設(shè)計(jì)，工件尺寸如圖 2.1 所示：圖 2.1 鐵心片零件名稱：鐵心片材 料：硅鋼板料 厚：0.35mm生產(chǎn)批量：大批量精 度：IT122.2 模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析該零件的結(jié)構(gòu)，該零件有落料、沖孔兩個(gè)工序。在一套模具中，若一次完成落料、沖孔、拉深、彎曲等工序中的兩個(gè)或兩個(gè)以上工序，這樣的模具稱為復(fù)合模。沖孔落料復(fù)合模的基本結(jié)構(gòu)，在模具的一方是落料凹模，中間裝著沖孔凸模，另一方面是凸凹模，外形是落料的凸模，內(nèi)孔是沖孔的凹模。若落料凹模裝在上模上，稱為倒裝復(fù)合模，反之，稱為順裝復(fù)合模。復(fù)合模廣泛應(yīng)用于大批量生產(chǎn)，尤其適合于形狀復(fù)雜，對(duì)精度和表面質(zhì)量要求較高的零件。（1）復(fù)合模的特點(diǎn)：生產(chǎn)效率高，由于一套模具能完成若干個(gè)工序，所以大大地減少了沖壓設(shè)備的占用，減少了操作人員，減少了周轉(zhuǎn)時(shí)間，提高了生產(chǎn)率。提高了沖裁件的質(zhì)量，在復(fù)合模中幾道沖壓工序是在同一共位上完成的，不用重新定位，可以避免重新定位產(chǎn)生的誤差，從而保證了沖壓見的位置精度。A 對(duì)模具制造要求要高，復(fù)合模的結(jié)構(gòu)比單工序模復(fù)雜，要求模具制造應(yīng)有較高的精度。早周期相對(duì)較長(zhǎng)，因此模具制造成本顯著增加。B 對(duì)復(fù)雜形狀零件，用復(fù)合模比用級(jí)進(jìn)模的制造難度低。C 通用性差，適用于形狀復(fù)雜、尺寸不大、精度要求較高零件的大批量生產(chǎn)。（2）選擇復(fù)合模的原則：確定是否采用復(fù)合模要考慮以下幾個(gè)方面：A 生產(chǎn)批量 由于復(fù)合模成本較高，小批量生產(chǎn)時(shí)易采用單工序模，幾個(gè)單工序模可能比一套復(fù)合模成本低，在大批量生產(chǎn)時(shí)適合采用復(fù)合模。B 沖壓零件的精度 當(dāng)沖壓件的尺寸或同軸度、對(duì)稱度等位置精度要求較高時(shí)，應(yīng)該考慮采用復(fù)合模；對(duì)于形狀復(fù)雜、重新定位可能產(chǎn)生較大誤差的沖壓工件，也應(yīng)采用復(fù)合模。C 復(fù)合工序數(shù)量 一般復(fù)合模工序數(shù)量在四道工序以下，否則模具過于復(fù)雜，同時(shí)模具的強(qiáng)度、剛度、可靠性也隨之降低。結(jié)合復(fù)合模的特點(diǎn)和復(fù)合模的選用原則，該工件是大批量生產(chǎn)，形狀也比較簡(jiǎn)單，只有落料、沖孔兩個(gè)工序，它能依次完成落料、沖孔兩個(gè)工序，所以決定采用復(fù)合模。進(jìn)一步確定該復(fù)合模采用倒裝形式，即凸凹模裝在下模。倒裝式復(fù)合模的優(yōu)點(diǎn)是沖孔廢料直接由沖孔凸模從凸凹模內(nèi)孔推下，無頂件裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，但如果采用直刃壁凹模洞口，凸凹模內(nèi)有積存廢料，脹力較大，當(dāng)凸凹模壁厚較小時(shí)，可能導(dǎo)致凸凹模脹裂。擋料裝置采用活動(dòng)擋料銷，卸料裝置采用彈性卸料裝置，彈性卸料裝置的基本零件是卸料板、彈性元件（選用橡膠） 、卸料螺釘?shù)取?.3 沖裁工藝分析沖裁件的工藝性，是指沖裁件對(duì)沖壓工藝的適應(yīng)性，即沖裁件的結(jié)構(gòu)、尺寸、形狀及公差等技術(shù)要求是否符合加工的工藝要求。工藝性是否合理，對(duì)沖裁件的質(zhì)量，模具壽命和生產(chǎn)率有很大的影響。良好的沖裁工藝性應(yīng)保證材料利用率高，工序數(shù)目少，模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且壽命高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。一般情況下，對(duì)沖裁件工藝性影響最大的是精度要求和幾何形狀及尺寸。（1） 沖裁的工藝分析該零件形狀簡(jiǎn)單，對(duì)稱，是由圓弧和直線組成。查參考文獻(xiàn)[3]表 2-3，表 2-5 可知，沖裁件內(nèi)外形所能達(dá)到的經(jīng)濟(jì)精度為 IT12~IT13，孔中心與邊緣距離尺寸公差為±0.5mm ，將以上精度與零件簡(jiǎn)圖中所標(biāo)注的尺寸公差相比較，可以認(rèn)為該零件的精度要求能夠在沖裁加工中得到保證，其他尺寸標(biāo)注、生產(chǎn)批量等情況，也符合沖裁的工藝要求，故決定采用沖孔落料復(fù)合沖裁模進(jìn)行加工，且一次沖壓成形。第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及尺寸計(jì)算3.1 排樣圖設(shè)計(jì)3.1.1 排樣排樣是指沖裁件在條料或板料上的布置的方法。工件的合理布置（即材料的經(jīng)濟(jì)利用）與零件的形狀有密切關(guān)系。排樣的合理與否不但影響材料的利用率，而且影響模具的壽命與生產(chǎn)率。排樣時(shí)應(yīng)考慮下面兩個(gè)問題：1.材料利用率 力求在相同的材料面積上得到最多的工件，以提高材料的利用率。一個(gè)進(jìn)距的材料利用率 k 的計(jì)算式：k＝ nA／bh×100%式中：k—— 材料利用率n——個(gè)進(jìn)距內(nèi)沖裁件數(shù)目b—— 條料寬度（ mm）h—— 進(jìn)距 (mm)2.生產(chǎn)批量排樣時(shí)必須考慮生產(chǎn)批量的大小決定排樣方案時(shí)應(yīng)遵循的原則；保證在最低的材料消耗和最高的勞動(dòng)生產(chǎn)率的條件下得到符合技術(shù)要求的零件，同時(shí)要考慮方便生產(chǎn)操作、沖模結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、壽命長(zhǎng)以及車間生產(chǎn)條件和原材料供應(yīng)情況等，從各方面權(quán)衡利弊，以選擇出較為合理的排樣方案。1） 方案一：采用直對(duì)排根據(jù)材料厚度 t=0.35mm，查參考文獻(xiàn)[2] 表 2-7 可得最小搭邊值a=2.5mm，工件間搭邊值 a1=2.5mm。查參考文獻(xiàn)[2]表 2-18 得條料寬度公差△=0.6mm 。（1） 計(jì)算沖壓件毛坯面積A＝60× 15×2＋60×25＋105×15－2×π×3.5 ＝4798mm22（2）條料寬度：b＝75＋3×2.5 ＋15＋0.6＝98.1mm（3）進(jìn)距： h＝105＋2×5＋25＝140mm（4）一個(gè)進(jìn)距的材料利用率：K ＝n×A／（b ×h）×100%＝2×4798／(98.1×140)×100%＝69.87%2） 方案二：采用直排條料寬度：b＝105＋2a ＝105＋2×2.5＝110mm進(jìn)距：h＝75＋2.5＝77.5mm一個(gè)進(jìn)距的材料利用率：K ＝ n×A／（ b×h）×100%＝1×4798／(110×77.5)×100%＝56.26%從材料的利用率和經(jīng)濟(jì)效益等方面考慮，選用方案一作為本設(shè)計(jì)的排樣方式。3.1.2 排樣圖按零件的不同幾何形狀，可得出其相適合的排樣類型，而根據(jù)排樣類型又可分為有搭邊與無搭邊兩種。根據(jù)零件的形狀分析和考慮到?jīng)_裁時(shí)的工藝合理性與經(jīng)濟(jì)合理性，采用有搭邊的排樣方案比較合理。方案一的排樣圖，見圖 3.1 所示：圖 3.1 排樣圖一方案二排樣圖見圖 3.2 所示：圖 3.2 排樣圖二3.1.3 搭邊排樣時(shí)工件之間以及工件與條料側(cè)邊之間留下的余料叫搭邊。搭邊雖然是廢料，但在工藝上卻有很大的作用，搭邊的作用是補(bǔ)償定位誤差，保證沖出合格的零件，搭邊還可以保證條料有一定的剛度，利于送進(jìn)。搭邊值要合理確定，搭邊值過大，材料利用率低；搭邊值過小，在沖裁中有可能被拉斷，使零件產(chǎn)生毛刺，嚴(yán)重時(shí)會(huì)拉入凸模與凹模間隙之中，損壞模具刃口。搭邊值的大小通常與材料的機(jī)械性能、工件的形狀和尺寸、材料的厚度以及送料和擋料方式等因素有關(guān)。硬材料的搭邊值比軟材料的搭邊值可小一些；工件尺寸大或是有尖突的復(fù)雜形狀時(shí)，搭邊值取大些，厚材料的搭邊值應(yīng)取大些；用手工送料，有側(cè)壓裝置時(shí)，搭邊值可取小一些。搭邊值大小的確定，目前是由經(jīng)驗(yàn)確定的，實(shí)際生產(chǎn)中，考慮材料的利用率，可根據(jù)條料的長(zhǎng)度作適當(dāng)?shù)脑鰷p。3.2 沖裁力的計(jì)算在沖裁過程中，沖裁力是隨著凸模進(jìn)入材料的深度（凸模行程）而變化的。用平刃口模具沖裁時(shí)，其落料力 F1 一般按下式計(jì)算：F1＝K Lt b??式中 F1——落料力（N）L——沖裁周邊長(zhǎng)度（mm）t—— 材料厚度（ mm）b——材料抗剪強(qiáng)度（Mpa）??K——系數(shù)由于 K 是考慮到實(shí)際生產(chǎn)中，模具間隙值的波動(dòng)、刃口的磨損、板料力學(xué)性能和厚度波動(dòng)等因素的影響而給出的修正系數(shù)，一般取 K=1.3為方便計(jì)算，也可按下式：F1≈L1tσ b式中 σ b——材料的抗拉強(qiáng)度該工件材料是硅鋼片，它的抗剪強(qiáng)度 b=190Mpa，經(jīng)計(jì)算，該工件沖裁周??邊長(zhǎng)度：L1＝ 75×2＋105＋60 ×4＋ 25×3＋15×2=600mm計(jì)算落料力：F1＝K L1t b=1.3×600×0.35×190=51.87×103N??沖孔力：F2＝K L2t b??L2=4π×3.5=43.96mm則 F2=1.3×43.96×0.35×190=3.8×103N3.3 推件力和卸料力的計(jì)算沖裁過程中，材料由于彈性變形和摩擦使帶孔部分的板料緊在凸模上，而沖落部分的板料緊卡在凹模洞口內(nèi)，為繼續(xù)下一步的沖裁工作，必須將在凸模上的板料卸下，將卡在凹模洞口的板料推出，從凸模上卸下緊著的板料叫卸料，所需的力叫卸料力；順著沖裁方向?qū)⒖ㄔ诎寄６纯趦?nèi)的板料推出叫推件，所需的力叫推件力；有時(shí)需將卡在凹模洞口內(nèi)的板料逆著沖裁方向頂出，這就叫頂件，頂件所需的力叫頂件力。推件力、頂件力和卸料力是從沖床、卸料裝置或頂件器獲得的，所以，選擇設(shè)備噸位或設(shè)計(jì)沖模的卸料裝置以及頂件器時(shí)，都需要對(duì)卸料力、推件力及頂件力進(jìn)行計(jì)算。影響推件力、頂件力和卸料力的因素很多，主要有材料的機(jī)械性能、材料厚度、模具間隙、零件的形狀和尺寸以及潤(rùn)滑條件等。大間隙沖裁時(shí)，由于板料所受拉伸變形大，故沖裁后的彈性回復(fù)使落料件比凹模尺寸小，而沖下的孔比凸模尺寸大，因此卸料力、推件力都有顯著下降，要準(zhǔn)確地計(jì)算這些力是困難的，生產(chǎn)中常用以下經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算。推件力： Ft＝ n Kt F卸料力： Fx＝ KxF式中 F——沖裁力Kt、Kx——推件力和卸料力系數(shù)n——同時(shí)卡在凹模洞口的零件數(shù)，n = h/t式中 h——凹模洞口的直刃壁高度 查參考文獻(xiàn)[2]表 2-8 取凹模刃口直壁高度 h＝4mm，則 n＝ h／t ＝4／0.35＝11由文獻(xiàn)[2]表 2-5，當(dāng) t＝0.35mm 時(shí)，Kx ＝0.05 ，Kt＝0.063推件力 Ft＝ n Kt F＝11×0.063×3.8 ×10 ＝2.63×10 N33卸料力 Fx＝KxF＝0.05×51.87×10 ＝2.6×10 N采用彈性卸料裝置和下出料方式的沖裁模：F 總 ＝F1＋F2＋Ft＋Fx=51.87×10 3+3.8×103+2.63×10 +2.6×10 =60.9×10 N3333.4 壓力機(jī)公稱壓力的確定壓力機(jī)公稱壓力必須大于或等于沖壓力。由于確定模具結(jié)構(gòu)為倒裝復(fù)合模，卸料裝置為彈性卸料裝置，出料方式是下出料。則計(jì)算沖壓力為F 總 ＝F1 ＋F2＋Ft＋Fx=60.9× 10 N3因計(jì)算出沖壓力為 60.9×10 N， 查[13]表 1.3 及以后模柄孔徑的標(biāo)準(zhǔn)，選用開3式固定臺(tái)壓力機(jī)，所選壓力機(jī)的基本參數(shù)是：公稱力/KN 160滑塊行程/mm 70滑塊行程次數(shù)/（次 /min） 120最大封閉高度/mm 205封閉高度調(diào)節(jié)量 /mm 45喉深/mm 160兩立柱距離/mm 220工作臺(tái)尺寸/mm 前后 300，左右 450墊板厚度/mm 40最大傾斜角/（°） 35模柄孔尺寸/mm 直徑 40，深度 60?電動(dòng)機(jī)功率/kw 1.53.5 沖模壓力中心的確定沖裁力合力的作用點(diǎn)稱為沖模壓力中心。為保證沖模正確和平衡地工作，沖模的壓力中心必須通過模柄軸線而和壓力機(jī)滑塊的中心線相重合，以免滑塊受偏心載荷，從而減少?zèng)_模和壓力機(jī)導(dǎo)軌的不正常磨損，提高模具壽命，避免沖壓事故。確定復(fù)雜形狀沖裁件的壓力中心和多凸模模具的壓力中心，常用下面幾種方法：（1） 按比例畫出沖壓件形狀（2） 選定坐標(biāo) XOY。（3） 將工件沖裁周邊分成若干基本線段，求出各段長(zhǎng)度，并同時(shí)求出各段重心。按比例畫出零件行狀，選定坐標(biāo)系 XOY，如圖所示, 因零件左右對(duì)稱，即 X c=0，故只需計(jì)算 Yc，將零件沖裁周邊分成 L1、L2…L6 基本線段，求出各段長(zhǎng)度及各段的重心位置。圖 3.3 壓力中心L1=105mm Y1=0mmL2=150mm Y2=37.5mmL3=30mm Y3=75mmL4=240mm Y4=45mmL5=50mm Y5=15mmL6=43.96mm Y6=7.5mmL7=25mmm Y7=75mmYc＝(L1×Y1＋L2×Y2＋L3×Y3＋…＋L6×Y6+L7×Y7)/( L1＋…＋L6+L7)=33.59mm計(jì)算出的壓力中心（0，33.59）3.6 沖模閉合高度的計(jì)算沖模的閉合高度 H 是指模具在最低的工作位置時(shí)，下模座的底面至上模座的頂面的距離。在設(shè)計(jì)模具時(shí)，應(yīng)與壓力機(jī)的閉合高度相協(xié)調(diào)。壓力機(jī)的閉合高度 h 是指滑塊在下死點(diǎn)時(shí)，工作臺(tái)面至滑塊的距離。大多數(shù)壓力機(jī)，其連桿長(zhǎng)度可以調(diào)節(jié)，即壓力機(jī)的閉合高度可以調(diào)整。當(dāng)連桿調(diào)至最短時(shí)，壓力機(jī)閉合高度最大，稱為最大閉合高度 Hmax，連桿調(diào)至最長(zhǎng)時(shí)，壓力機(jī)閉合高度最小，稱為最小的閉合高度 Hmin（Hmax－Hmin＝M 其中 M 為連桿的調(diào)節(jié)量）沖模閉合高度 H，一般應(yīng)滿足如下關(guān)系Hmin＋10mm≤H ≤Hmax － 5mm無特殊情況，H 應(yīng)取上限值，最好取在 H≥Hmin+M/3 ，這是為里避免連桿調(diào)節(jié)過長(zhǎng)，螺紋接觸面過小容易被壓壞。如果沖模閉合高度小于壓力機(jī)的最小閉合高度，則可以在壓力機(jī)工作臺(tái)面上加墊板。查[13]附表 8-1，所選壓力機(jī)最大閉合高度 Hmax=205mm，最小閉合高度Hmin=135 mm，計(jì)算模具的閉合高度為：H=188mmHmin＋10=145mm≤H ≤Hmax －5mm=200mm滿足要求。3.7 工作零件的設(shè)計(jì)與計(jì)算3.7.1 凹模及凸凹模刃口尺寸計(jì)算根據(jù)沖裁件結(jié)構(gòu)的不同，刃口尺寸的計(jì)算方法如下：（1） 落料 落料時(shí)應(yīng)以凹模為基準(zhǔn)件來配作凸模。凹模磨損后刃口尺寸有變大，變小，不變?nèi)N情況，故凹模刃口尺寸也應(yīng)分三種情況進(jìn)行計(jì)算第一類 凹模磨損后變大的尺寸，按一般落料凹模尺寸公式計(jì)算，即：Ad＝（A－x△） d??0第二類 當(dāng)凹模磨損后變小的尺寸，按一般沖孔凸模尺寸公式計(jì)算即：Bd＝（B＋x△） 0??第三類 當(dāng)凹模磨損后沒有變化的尺寸，可分為三種情況1）沖裁件尺寸標(biāo)注為 C 時(shí) Cd＝（C＋0.5 △）±δd??2）沖裁件尺寸標(biāo)注為 C 時(shí) Cd＝（C－0.5 △）±δd?3）沖裁件尺寸標(biāo)注為 C±△ `時(shí) Cd＝C±δd各式中各符號(hào)的意義： Ad、 Bd、Cd— —凹模尺寸（ mm）A、B 、C——相應(yīng)沖裁件基本尺寸（mm）△——沖裁件的公差△` ——凸模制造偏差（ mm） ，當(dāng)標(biāo)注為+δd 或-δd 時(shí)，δd＝△／4，當(dāng)標(biāo)注形式為 ±δd 時(shí)，δd＝△’／4＝△／8以上是落料時(shí)凹模尺寸的計(jì)算方法，相應(yīng)的凸模尺寸按凹模尺寸配作，并保證最小間隙 Zmin。故在凸模上只標(biāo)基本尺寸，不標(biāo)注偏差，同時(shí)在圖樣技術(shù)要求上注明：“凸模刃口尺寸按凹模實(shí)際尺寸配制，保證雙面間隙值為Zmin~Zmax”。1）落料凹模工件精度為 IT12 時(shí)，磨損系數(shù) x=0.75a) 落料凹模磨損后尺寸變大，按 [2]式（2-4）得：即： Ad＝（A－ x△） ，其中 δd 按 [2]表 2-4 取值d??0Ad2＝(75－0.75×0.3) ＝74.78 mm03. 03.?圖 3.4 落料凹模刃口尺寸圖Ad3＝(15－0.75×0.2) ＝14.85 mm02.?02.?Ad4＝(25－0.75×0.2) ＝24.85 mm 025. 025.b) 凹模尺寸磨損變小的尺寸，按參考文獻(xiàn)[2] 式（2-4 ）得：Bd=（B＋x△） 0d??B25=(25+0.75×0.2) =25.15 mm025.?025.Ad1＝104.85 mm03.?c) 凹模尺寸磨損沒有變化的尺寸，沖裁件尺寸標(biāo)注為 C 時(shí)，可按參考文獻(xiàn)[2]??式（2-6）得：Cd=(C＋0.5△)±δdCd1=(60＋0.5×0.3) ±0.03=60.15±0.03mm2) 凸凹模刃口尺寸計(jì)算落料時(shí)相應(yīng)的凸凹模尺寸按凹模尺寸配作，并保證最小間隙Zmin＝0.02mm。則：Ap2＝74.78-0.02＝74.76mmAp3＝14.85-0.02＝14.83mmAp4＝24.85-0.02＝24.83mmAp25=25.15-0.02=25.13mmAp5＝60.15-0.02＝60.13mmAp90＝90±0.035=90±0.035mm Ap1＝14.83×2+25.13×2+24.83=104.75mm3.7.2 沖孔凸模刃口尺寸計(jì)算 設(shè)計(jì)沖孔凸模時(shí)，因孔的尺寸等于凸模刃口尺寸，應(yīng)先確定凸模刃口尺寸，間隙取在凹模上，考慮到?jīng)_裁中模具的磨損，凸模刃口尺寸越磨越小，因此，凸模刃口的基本尺寸應(yīng)取工件尺寸公差范圍內(nèi)的較大尺寸，再增大凹模刃口尺寸，以保證最小合理間隙。對(duì)沖孔 Φ7mm 采用凸、凹模配作，其凸、模刃口尺寸部分計(jì)算如下：查參考文獻(xiàn)[2]表 2-10 得間隙值 Zmin＝0.02，Zmax＝0.05工件精度為 IT12，磨損系數(shù) 0.75查[2]表 2-4 得凸、凹模制造公差 δp=0.02mm ， δd=0.02mm凸模磨損后尺寸變小，則：Dp= = =7.04-0.02mm(??+???)?????(7+0.75×0.05)?0.02Dd=Dp+Zmin=7.04+0.02=7.06mm3.8 凹模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1） 確定凹模孔口的結(jié)構(gòu)形式凹?？卓谛问接兄比斜谛问胶托比斜谛问健Ｖ比斜诎寄Ｌ攸c(diǎn)是刃口強(qiáng)度高，修模后刃口尺寸不變，制造較方便簡(jiǎn)單，但是在廢料或沖件向下推出的模具結(jié)構(gòu)中，廢料或沖件會(huì)積存在孔口內(nèi)，凹模脹力大，增加沖裁力和刃壁的磨損，磨損后每次修模量較大。斜刃壁凹模孔內(nèi)不易積存廢料，磨損后修模量較小，刃口強(qiáng)度較低，修模后孔口尺寸會(huì)變大。由于設(shè)計(jì)時(shí)采用倒裝復(fù)合模結(jié)構(gòu)，凹模固定在上模座，不會(huì)出現(xiàn)沖件積存在孔口的情況，所以凹模孔口采用直刃壁形式，如圖 3.5 所示：2）凹模厚度的確定可按下式計(jì)算：凹模厚度：H 凹=Kb(≥15mm)式中：K—— 修正系數(shù)，考慮坯料厚度影響的系數(shù)，其值可查[2] 表 2-9b—— 沖裁件最大外形尺寸（mm ）查[2]表 2-9 得 K=0.15，算的 H 凹=0.15×105=15.75mm 取 H 凹=16mm3） 凹模壁厚凹模壁厚即刃口到邊緣的距離。凹模壁厚： C=(1.5～2.0)H(≥30～40mm)C=(1.5～2.0)16=24～32mm 取 C=32mm4） 凹模周邊尺寸的確定L 凹＝2C ＋bB 寬＝2C＋ b1式中： L 凹——凹模的長(zhǎng)度（mm）B 寬——凹模的寬度（mm）b—— 沖裁件最大外形尺寸（mm ）b1——沖裁件最大外寬度尺寸（mm ）則： L 凹＝2C ＋b＝2×32＋105＝169mm ， 取 L 凹=170mm圖 3.5 凹模尺寸B 寬＝ 2C＋b1 ＝2×32＋75＝139mm， 取 B 寬=140mm再根據(jù)以后模架的標(biāo)準(zhǔn)選擇，確定凹模長(zhǎng)度尺寸為 200mm，凹模寬度尺寸為 160mm。3.9 凸模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.9.1 凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、長(zhǎng)度計(jì)算及固定方法凸模的結(jié)構(gòu)總的來說包括兩大部分，即凸模的工作部分與安裝部分。用凸模固定板將凸模連接固定在模板的正確位置上，其平面尺寸除保證能安裝凸模外，還應(yīng)該能夠正確安放定位銷和緊固螺釘。凸模和固定板之間采用過渡配合，凸模裝入固定板后，端面進(jìn)行磨平。凸模長(zhǎng)度 L 應(yīng)根據(jù)模具的具體結(jié)構(gòu)確定L 凸=H1＋H2＋H3 ＋h式中： H1——凸模固定板厚度（ mm）H2——凹模厚度（mm）H3——凹模固定板厚度（ mm）h—— 附加長(zhǎng)度（1mm～ 2mm）凸模固定板厚度: H1＝（ 0.6～0.8 ）H 凹=（0.6～ 0.8）×16=9.6mm～12.8mm取 H1=12mm卸料板厚度： H2 ＝（ 0.8～1）H 凹＝16 mm凹模固定板厚度： H3=（1.0～1.5 ）H 凹＝16 mmL 凸＝H1 ＋H2＋H3＋h=12+16+16+(1～2)=45mm～46mm取標(biāo)準(zhǔn) 45mm按 標(biāo)準(zhǔn)：h= mm，D= mm，D1=13mm，d= mm5+0.10 100?0.02 7.040?0.02圖 3.7 沖孔凸模3.9.2 凸模強(qiáng)度校核一般情況下，凸模的強(qiáng)度是足夠的，沒有必要作強(qiáng)度校核，但對(duì)于特別細(xì)長(zhǎng)的凸模則必須進(jìn)行凸模承載能力和抗縱向彎曲能力的校核。圖 3.6 凸模示意圖（1）承載能力校核沖裁時(shí)，凸模承受的壓應(yīng)力 σc 必須小于凸模材料允許的壓應(yīng)力[σc]，即σc≤[ σc]σc＝F ／Amin≤[ σc]對(duì)于圓形凸模，根據(jù)[2]式（ 2-22）得，Amin[σc]≥F/[σc]式中 F—— 沖孔力（N ）Amin—— 凸模最小截面積（mm ）2[σc]—— 凸模材料的許用壓應(yīng)力（ MPa）由前面計(jì)算： F＝3.8×10 （N ）3Amin＝ 38.465 mm 2故 Σc＝F ／Amin＝98.79（MPa）凸模材料選用 Cr12MoV，查得許用壓應(yīng)力[σc]=1.0～1.6×10 3Mpa，取[σc]=1.2×103Mpa，因 σc ＜[σc]，所以強(qiáng)度條件符合。（2）抗縱向彎曲能力的校核為了凸模在沖裁時(shí)不致縱向彎曲失穩(wěn)，凸模的自由長(zhǎng)度必須受到限制。根據(jù)參考文獻(xiàn)[2]式（2-27）：L≤95 d /2F式中： L——凸模最大自由長(zhǎng)度（mm）d——凸模的最小直徑（mm）F——沖裁力（N）L≤95×7 / =75.5mm2380凸模長(zhǎng)度為 45mm，故凸模的彎曲強(qiáng)度也滿足。3.10 凸凹模設(shè)計(jì)當(dāng)復(fù)合沖裁模中，凸、凹模的內(nèi)外緣均為刃口。由于設(shè)計(jì)時(shí)選擇將凸凹模固定在下模座上，凸凹?？變?nèi)會(huì)積存廢料，積存廢料的凸凹模，壁厚最小值可查[2]表 2-10 得，最小壁厚 a=1.4mm，分析該工件圖，最小壁厚為 3mm， 完全符合最小壁厚要求。如圖所示：圖 3.8 凸凹模3.11 其它零件的設(shè)計(jì)1. 墊板的采用與厚度是否采用墊板，視模座所承受的應(yīng)力是否超過模座材料的許用應(yīng)力[σ]而定，當(dāng)壓應(yīng)力 σ>[σ],則應(yīng)采用墊板，反之可以不加墊板。σ＝F／A式中： F——凸模所承受的壓力（N ）A——凸模與上下模板的接觸面積（mm ）2[σ]——模板的允許抗壓強(qiáng)度（Mpa）則 σ＝F／A＝3.8×10 ／（13 π／4）＝28.64Mp＜[σ]32查參考文獻(xiàn)[7]表 7-11，[σ]＝90～140 Mpa所以不需要使用墊板。2. 彈性卸料板彈性卸料裝置一般由卸料板、橡膠、卸料螺釘組成。卸料板外形尺寸與凹模外形尺寸一致，卸料板的厚度與制件尺寸和卸料力有關(guān)，一般為：H 卸＝（0.8～1）H 凹＝16mm3. 橡膠的選用與計(jì)算1） 橡膠的自由高度根據(jù)工件材料厚度為 0.35mm，沖裁時(shí)凸模進(jìn)入凹模深度為 1mm，與凸模的總修磨量為 4～6mm，模具開啟時(shí)推件塊高出凸模 1mm，因此，總的工作行程為：Hz=t＋1＋4=5.35mm根據(jù)[15] 式 7-42 橡膠的自由高度：Ho＝Hz/（0.25～0.3）式中 Hz——橡膠的工作行程（mm）Ho——橡膠的自由高度（mm ）則 Ho＝Hz/ （0.25～0.3）＝5.35/ （0.25 ～0.3）＝18.4～22.12mm，取標(biāo)準(zhǔn)Ho=20 mm2） 橡膠墊的橫截面積 A：為使橡膠滿足壓力的要求，則 F 預(yù)＝AP≥F 卸，則A＝F 卸／P式中 F 卸——卸料力P——橡膠單位壓力，與橡膠墊的壓縮量、形狀及尺寸大小有關(guān)查參考文獻(xiàn)[15]表 7-9，P＝2.1A＝ F 卸／P ＝2600／2.1 ＝1238mm 2初選圓柱橡膠 4 塊，則單個(gè)橡膠的截面積 A0＝A ／4＝332 mm ，則選2D＝25 mm 的圓柱橡膠。膠墊的自由高度 0.5≤Ho／D≤1.5 取 D＝25mm，則 Ho／D＝0.8 ，滿足要求。3） 橡膠墊的安裝高度由[16]普通橡皮預(yù)壓量 H 預(yù)＝（10%～15% ）×Ho＝（0.1～0.15）×20=2.0～3.0mm ，取H 預(yù) = 2mm，則 H 裝＝Ho－H 預(yù)＝18mm 。4. 推料件（頂料件或打料桿）采用剛性推件裝置，一般裝于上模，其推件是靠壓力機(jī)中滑塊內(nèi)的橫梁作用，推件力大且可靠，通常由推桿、推板、推銷和推件塊組成。推桿的長(zhǎng)度應(yīng)高出壓力機(jī)滑塊模柄孔 5～10mm，取 10 mm。推件塊須高出凹模刃口平面 0.5～1mm，取 1 mm。為了使推件力均衡分布，長(zhǎng)短一致。推板一般裝在上模孔內(nèi)，其厚度與工件尺寸和推件力有關(guān)。5.固定零件設(shè)計(jì)1）模柄中、小型沖模一般通過模柄將上模固定在壓力機(jī)的滑塊上。模柄的結(jié)構(gòu)形式很多；主要有：旋入式模柄、壓入式模柄、凸緣模柄和浮動(dòng)模柄。 據(jù)實(shí)際情況，采用凸緣模柄，用 3 個(gè)或 4 個(gè)螺釘固定在上模板的窩孔內(nèi)。多用于較大型模具。查文獻(xiàn)[13] 表 1.7，模柄孔徑（直徑×深度/mm ）： 40×60，則?d=40mm,d1=122mm,L=91mm,L1=23mm,L2=4mm,d2=11mm,d3=81mm,d4=9mm,d5=15mm,h=9mm。2） 螺釘與銷釘螺釘是用于緊固模具的傳統(tǒng)零件，主要承受拉應(yīng)力。一般按經(jīng)驗(yàn)選用。對(duì)于中、小型模具螺釘?shù)某叽缈筛鶕?jù)凹模厚度選用。螺釘?shù)臄?shù)量視被緊固零件的外型尺寸及其受力大小而定，一般采用 6 個(gè)，也可采用 4 個(gè)。螺釘?shù)牟贾脩?yīng)對(duì)稱，使緊固的零件受力均衡。沖模上的螺釘常用圓柱內(nèi)六角螺釘。這種螺釘緊固牢靠，且螺釘埋在凹模內(nèi)，使模具結(jié)構(gòu)緊湊，外形美觀。螺釘擰入最小深度：采用鋼時(shí)與螺紋直徑相等；采用鑄鐵時(shí)為螺紋直徑的 1.5 倍。銷釘起定位作用，防止零件之間發(fā)生錯(cuò)移，銷釘本身承受切應(yīng)力。銷釘一般用兩個(gè)，多用圓柱銷，與零件上的銷孔采用過渡配合，其直徑與螺釘?shù)闹睆较嗤Ｈ袅慵艿降腻e(cuò)移力較大時(shí)，可選用較大的銷釘。銷釘?shù)淖钚∨浜祥L(zhǎng)度是銷釘直徑的 2 倍。 上模座和下模座所用的螺釘，查[14]表 9-7 得：上模：型號(hào) M12×70mm 數(shù)量：4 個(gè)下模：型號(hào) M8×45mm 數(shù)量：4 個(gè)圓柱銷 [14]表 9-27 得：上模座：D 型銷 10×70mm 數(shù)量 2 個(gè)下模座：D 型銷 6×50mm 數(shù)量 2 個(gè)4） 擋料銷定位零件采用擋料銷，擋料銷的形式較多，它與條料的進(jìn)料邊一端或與條料上搭邊相接觸，限定條料在送進(jìn)方向的移動(dòng)距離，主要起定位的作用。擋料銷有固定擋料銷和活動(dòng)擋料銷，根據(jù)模具的結(jié)構(gòu)，由于卸料板采用的是彈壓卸料板，所以擋料銷采用活動(dòng)擋料銷，活動(dòng)擋料銷能根據(jù)外界條件自由伸縮，比較方便，不用在凹模上鉆相應(yīng)的讓位孔。3.12 模架及其零件設(shè)計(jì)對(duì)于生產(chǎn)批量大，要求模具壽命長(zhǎng)，便于安裝、精度高的沖壓模具，都應(yīng)采用導(dǎo)向裝置，常采用的導(dǎo)向裝置有：導(dǎo)板式、導(dǎo)柱導(dǎo)套式和滾珠導(dǎo)套式。本設(shè)計(jì)采用導(dǎo)柱導(dǎo)套式。導(dǎo)柱導(dǎo)套的布置方式常見的有后側(cè)布置、中間兩側(cè)布置、對(duì)角布置和四角布置等幾種。采用后側(cè)布置時(shí)，送料操作方便，容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化生產(chǎn)。根據(jù)沖壓工序性質(zhì)工件精度及模具壽命等要求，導(dǎo)柱與導(dǎo)套的配合精度可分為 H6/h5 或 H7/h6 兩種。對(duì)于沖裁模，導(dǎo)柱與導(dǎo)套間隙應(yīng)小于凸、凹模間隙。凸、凹模間隙小于 0.03mm 時(shí)，導(dǎo)柱與導(dǎo)套的配合取 H6/h5，大于 0.03mm 時(shí)，取 H7/h6。對(duì)于硬質(zhì)合金?；驈?fù)雜的連續(xù)模，應(yīng)取 H6/h5，一般模具取 H7/h6。導(dǎo)柱、導(dǎo)套既要耐磨，又要具有足夠的韌度，一般選用 20 號(hào)鋼經(jīng)滲碳淬火處理，硬度為 HRC58～ 62，滲碳層深度 0.8～1.2mm。根據(jù)參考文獻(xiàn)[11]表 22.4-30，上模座：L/mm×B/mm×H/mm ＝200×160×40下模座：L/mm×B/mm×H/mm ＝200×160×45導(dǎo)柱： d/mm×L/mm＝28×170導(dǎo)套：d/mm×L/mm×D/mm=28×100×38第四章 設(shè)計(jì)小結(jié)在本次學(xué)習(xí)與設(shè)計(jì)中，我對(duì)模具的設(shè)計(jì)與制造有了一定的了解，對(duì)模具的工作原理也有掌握，尤其是對(duì)沖壓模的典型結(jié)構(gòu)、凸凹模的固定方式、復(fù)合模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題有了進(jìn)一步的了解與認(rèn)識(shí)。同時(shí)，在設(shè)計(jì)過程中還查閱了模具制造加工技術(shù)相關(guān)的資料。本次設(shè)計(jì)我主要設(shè)計(jì)的是簡(jiǎn)單的落料沖孔復(fù)合沖裁模。在設(shè)計(jì)過程中我學(xué)到了很多關(guān)于倒裝復(fù)合模的知識(shí)，通過對(duì)導(dǎo)料、定距、卸料、擋料等機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，使我學(xué)到了很多實(shí)用的東西。沖壓模具有精度高，生產(chǎn)效率高的特點(diǎn)，并且它能夠制造范圍很廣的零件，因而在工業(yè)制造中句有非常重要的地位，沖壓模具是模具中的主導(dǎo)產(chǎn)品，沖壓模具的設(shè)計(jì)有十分重要的意義。模具具有很多相似的地方，如導(dǎo)向、定位、出料等，因此沖壓模具的設(shè)計(jì)也為其他的設(shè)計(jì)打下了基礎(chǔ)。在這次的設(shè)計(jì)中，需要查找很多的相關(guān)資料，設(shè)計(jì)重要的目的就是要學(xué)會(huì)查手冊(cè)，而在這次的設(shè)計(jì)中讓我跟進(jìn)一步的熟悉了這項(xiàng)技能。在此過程中也有很多不明白的問題，在老師和同學(xué)的指導(dǎo)和幫助下，問題才得以一一解決。模具設(shè)計(jì)綜合了大學(xué)所學(xué)的各種課程的各方面的知識(shí)，如材料力學(xué)、工程材料、模具制造工藝等，使我們將所學(xué)的知識(shí)運(yùn)用到本次設(shè)計(jì)中，也在設(shè)計(jì)學(xué)到更多的知識(shí)，重溫一遍所學(xué)的東西。在這次設(shè)計(jì)中，我的計(jì)算機(jī)繪圖的水平也大有提高。在這次的設(shè)計(jì)中，我學(xué)到了很多東西，這使得我知道不管在以后的學(xué)習(xí)或是工作中，要在實(shí)踐中不斷的總結(jié)分析，遇到問題想辦法解決，只有這樣才能讓自己的能力得到一定的提高，積累一定的經(jīng)驗(yàn)。我相信這次的設(shè)計(jì)將對(duì)我即將走上工作崗位會(huì)有很大的幫助。參考文獻(xiàn)[1]萬戰(zhàn)勝. 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