U型輸送鏈附板沖壓工藝與模具設(shè)計（太原）,輸送,鏈附板,沖壓,工藝,模具設(shè)計,太原 畢業(yè)設(shè)計 U型輸送鏈附板沖壓工藝與模具設(shè)計 學(xué)生姓名： 張斌 學(xué)號： 1020181 41 系 部： 機械工程系 專 業(yè)： 材料成型及控制工程 指導(dǎo)教師： 佘銀柱 二○一四年六月 誠信聲明 本人鄭重聲明：本論文及其研究工作是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下獨立完成的，在完成論文時所利用的一切資料均已在參考文獻中列出。 本人簽名： 年 月 日 U型輸送鏈附板沖壓工藝與模具設(shè)計 摘要:分析了 U 型輸送鏈附板的結(jié)構(gòu)特點，在此基礎(chǔ)上對其沖壓加工工藝進行優(yōu)化設(shè)計介紹了改進后級進模的結(jié)構(gòu)特點及沖壓加工工藝，通過改進提高了產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性，提高了生產(chǎn)效率，降低了加工成本. 根據(jù)設(shè)計零件的尺寸、材料、批量生產(chǎn)等要求，首先分析零件的工藝性，確定沖裁工藝方案及模具結(jié)構(gòu)方案，即該工件需要落料-沖孔單工序模和彎曲模來完成。然后通過工藝設(shè)計計算，確定排樣方式。計算沖裁力和壓力中心，初選壓力機，計算凸、凹模刃口尺寸和公差，最后設(shè)計、選用零部件，其中在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，主要對凸模、凹模、凸凹模、定位零件、卸料與出件裝置、模架、沖壓設(shè)備、緊固件等進行了設(shè)計或選取，對模具主要零件的加工工藝規(guī)進行編制，對壓力機進行校核，繪制模具總裝圖，及零件圖，最終完成模具設(shè)計。 關(guān)鍵詞：輸送鏈附板,U形彎曲模,沖裁模,沖孔模,沖壓模具設(shè)計 Optimization Design of U-Shaped Conveyor Chain Additional Plate Abstract:Analyzes the structure features of U-shaped conveyor chain additional plate, optimized designs of stamping process on the basis of analysis .Introduces the features the features of improved progressive mold structure and stamping technics .The stability of production quality is improved; the production efficiency is high and the production cost is reduced. According to the size, materials, mass production of the production, the first part is to analysis the process of the part . so the program of blanking process and die structure has been confirmed. As a results, blanking-punching single operation dies mould and bending mould are used to produce the parts. Then based on the process design calculations, the stock layout design can be ensured. It is needed to carry on the blanking force and the center of pressure computation, according to which the press can be choose. Calculating the punch and die cutting edge size and tolerances, then design and selection the parts of die. During the structural design, it is mainly about the design of the punch, die, punch and die, positioning parts, unloading and ejecting devices, mold, pressing equipment, fasteners, and so on. Press need to be checked, then draw the drawings and assembly drawings of parts, finally the design has been completed. Key words：Conveying chain attached plate, U-Shaped bending die, blanking die, piercing die, Stamping die design II 目 錄 1前言 1 2 沖裁彎曲件的工藝分析 2 3 確定工藝方案及模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計 3 3.1確定工藝方案及模具的結(jié)構(gòu)形式 3 3.2模具總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 3 4 模具設(shè)計工藝計算 4 4.2排樣、計算條料寬度及步距的確定 5 4.2.1搭邊值的確定 5 4.2.2條料寬度的確定 6 4.2.3 導(dǎo)板間間距的確定 6 4.2.4 排樣 7 4.2.5材料利用率的計算 7 4.3 沖裁力的計算 8 4.3.1 總沖裁力、卸料力、推料力、頂件力和總沖壓力 9 4.4 壓力機的選擇與校核 12 4.4.1壓力機的校核 14 4.5 模具壓力中心與計算 15 4.6 沖裁模間隙的確定 16 4.7 刃口尺寸的計算 17 4.7.1刃口尺寸計算的基本原則 17 4.7.2刃口尺寸的計算 18 4.7.3計算凸、凹模刃口的尺寸 19 4.7.4 沖裁刃口高度 22 4.8 主要零部件的設(shè)計 23 4.8.1 工作零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 23 4.9 落料模裝配圖 29 4.10 沖孔模裝配圖 30 5 彎曲模主要零部件設(shè)計 31 5.1彎曲力計算 31 5.2最小相對彎曲半徑rmin/t 32 5.3彎曲部分工作尺寸的計算 33 5.3.1彈頂裝置中彈性元件的設(shè)計 35 5.4 彎曲模裝配圖 36 6 裝配工序 38 結(jié)束語 39 參考文獻 40 致 謝 41 IV 太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 1前言 畢業(yè)設(shè)計是在修完所有課程之后，我們走向社會之前的一次綜合性設(shè)計。在此次設(shè)計中，主要用到所學(xué)的注射模設(shè)計，以及機械設(shè)計等方面的知識。著重說明了一副注射模的一般流程，即注射成型的分析、注射機的選擇及相關(guān)參數(shù)校核、模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計、注射模具設(shè)計的有關(guān)計算、模具總體尺寸的確定與結(jié)構(gòu)草圖的繪制、模具結(jié)構(gòu)總裝圖和零件工作圖的繪制、全面審核投產(chǎn)制造等。其中模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計既是重點又是難點，主要包括成型位置的及分型面的選擇，模具型腔數(shù)的確定及型腔的排列和流道布局和澆口位置的選擇，模具工作零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計，側(cè)面分型及抽芯機構(gòu)的設(shè)計，推出機構(gòu)的設(shè)計，拉料桿的形式選擇，排氣方式設(shè)計等。通過本次畢業(yè)設(shè)計，使我更加了解模具設(shè)計的含義，以及懂得如何查閱相關(guān)資料和怎樣解決在實際工作中遇到的實際問題，這為我們以后從事模具職業(yè)打下了良好的基礎(chǔ)?！?】 本次畢業(yè)設(shè)計也得到了佘老師和同學(xué)的幫助，在此表示感謝！由于實踐經(jīng)驗的缺乏，且水平有限，時間倉促。設(shè)計過程中難免有錯誤和欠妥之處，懇請各位老師和同學(xué)批評指正。 在編寫說明書過程中，我參考了《沖壓模成型工藝與模具設(shè)計》、《實用沖壓模設(shè)計手冊》和《模具制造工藝》等有關(guān)教材。引用了有關(guān)手冊的公式及圖表。但由于本人水平的有限，本說明書存在一些缺點和錯誤，希望老師多加指正，以達到本次設(shè)計的目的。 2 沖裁彎曲件的工藝分析 圖2.1 零件圖 材料：10鋼 尺寸精度：零件圖上的尺寸除了四個孔的定位尺寸標有偏差外，其他的形狀尺寸均未標注公差，屬自由尺寸，可安IT14級確定工件的公差。 工件結(jié)構(gòu)形狀：制件需要進行落料、沖孔、彎曲三道基本工序，尺寸較小。 結(jié)論：該制件可以進行沖裁。 3 確定工藝方案及模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計 3.1確定工藝方案及模具的結(jié)構(gòu)形式 根據(jù)制件的工藝分析，其基本工序有落料、沖孔、彎曲三道基本工序，按其先后順序組合，可得如下幾種方案; 1) 落料-沖孔-彎曲，單工序沖壓。 2) 落料-彎曲-沖孔，單工序沖壓。 3) 沖孔-落料-彎曲，單件復(fù)合沖壓。 4) 沖孔-切口-彎曲-切斷，單件連沖級進沖壓 方案（2）屬于單工序模沖裁工序沖裁，先彎曲在沖孔結(jié)構(gòu)設(shè)計復(fù)雜，強度也不好保證，故不宜采用。 方案（3）屬于復(fù)合式?jīng)_壓，由于結(jié)構(gòu)尺寸不大，壁厚小，復(fù)合模裝配較困難，強度也受影響，壽命不高，雖復(fù)合式?jīng)_壓解決了操作安全和生產(chǎn)率低等問題，但使用價值不高，也不易采用。 方案（4）設(shè)計方便，又有利于生產(chǎn)。故我采用方案一，設(shè)計落料，沖孔，彎曲單工序模?！?】 3.2模具總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 ?由沖壓工藝分析可知，由于設(shè)計時尺寸不能滿足凸凹模的最小壁厚采用單工序沖壓，所以模具類型單工序模。 因為該模具采用的是條料，控制條料的送進方向采用導(dǎo)料銷。彎曲時用工件的頂孔定位。控制條料的送進步距采用導(dǎo)正銷定距。因為工件料厚為1.0mm，相對較薄，卸料力不大，故可采用彈性料裝置卸料。 4 模具設(shè)計工藝計算 相對彎曲半徑為：R/t=0.5/1.0=0.5 式中：R——彎曲半徑（mm） t——材料厚度（mm） 由于相對彎曲半徑等于0.5，先求變形區(qū)中性層曲率半徑β（mm）。 β=r0+kt 式中：r0——內(nèi)彎曲半徑 t——材料厚度 k——中性層系數(shù) 表4.1 板料彎曲中性層系數(shù) r0/t 0.1 0.2 0.25 0.3 0.4 0.5 0.6 0.8 1.O K1(V) 0.30 0.33 0.35 0.36 0.37 0.38 0.39 0.41 0.42 K2(U) 0.23 0.29 0.31 0.32 0.35 0.37 0.38 0.40 0.41 K3(O) — — — — — 0.72 0.70 0.67 0.63 r0/t 1.2 1.5 1.8 2 3 4 5 6 8 K1(V) 0.43 0.45 0.46 0.46 0.47 0.48 0.48 0.49 0.50 K2(U) 0.42 0.44 0.45 0.45 0.46 0.47 0.48 0.49 0.50 K3(O) 0.49 0.56 0.52 0.50 查表4.1，K=0.37 根據(jù)公式 β= r0+kt =0.5+0.37*1 =0.87（mm） 材料的圓弧長度為：l=πφ/108 o×(r+xt)=3.14*0.5*0.25=0.3925 計算毛坯展開尺寸：其彎曲角為90 o L=L1+L2+L3=12.1*2+13.6+10.1*2=58（mm） 毛坯寬度為最大寬度為18（mm） 根據(jù)計算得：工件的展開尺寸為18×58（mm）。 4.2排樣、計算條料寬度及步距的確定 4.2.1搭邊值的確定 排樣時零件之間以及零件與條料側(cè)邊之間留下的工藝余料，稱為搭邊。搭邊的作用是補償定位誤差，保持條料有一定的剛度，以保證零件質(zhì)量和送料方便。搭邊過大，浪費材料。搭邊過小，沖裁時容易翹曲或被拉斷，不僅會增大沖件毛刺，有時還有拉入凸、凹模間隙中損壞模具刃口，降低模具壽命?；蛴绊懰土瞎ぷ??！?】 搭邊值通常由經(jīng)驗確定，表所列搭邊值為普通沖裁時經(jīng)驗數(shù)據(jù)之一。 表4.2 搭邊a和a1數(shù)值 材料厚度 圓件及r＞2t的工件 矩形工件邊長L＜50mm 矩形工件邊長L＞50mm 或r＜2t的工件 工件間a1 沿邊a 工件間a1 沿邊a 工件間a1 沿邊a ＜ 0.25 0.250.5 0.50.8 0.81.2 1.21.6 1.62.0 2.02.5 2.53.0 3.03.5 3.54.0 4.05.0 5.012 1.8 1.2 1.0 0.8 1.0 1.2 1.5 1.8 2.2 2.5 3.0 0.6t 2.0 1.5 1.2 1.0 1.2 1.5 1.8 2.2 2.5 2.8 3.5 0.7t 2.2 1.8 1.5 1.2 1.5 1.8 2.0 2.2 2.5 2.5 3.5 0.7t 2.5 2.0 1.8 1.5 1.8 2.0 2.2 2.5 2.8 3.2 4.0 0.8t 2.8 2.2 1.8 1.5 1.8 2.0 2.2 2.5 2.8 3.2 4.0 0.8t 3.0 2.5 2.0 1.8 2.0 2.2 2.5 2.8 3.2 3.5 4.5 0.9t 該制件是矩形工件，根據(jù)尺寸從表4.2中查出：兩制件之間的搭邊值a1=1.5（mm）,側(cè)搭邊值a=1.8(mm)。 4.2.2條料寬度的確定 計算條料寬度有三種情況需要考慮； (1)有側(cè)壓裝置時條料的寬度。 (2)無側(cè)壓裝置時條料的寬度。 (3)有定距側(cè)刃時條料的寬度。有定距側(cè)刃時條料的寬度。 有側(cè)壓裝置的模具，能使條料始終沿著導(dǎo)料板送進。 條料寬度公式： B=（D+2a） 其中條料寬度偏差上偏差為0，下偏差為—△，見表4.3條料寬度偏差。 D——條料寬度方向沖裁件的最大尺寸。 a——側(cè)搭邊值。 查表4.3條料寬度偏差為0.08 根據(jù)公式 =（18+2×1.8）0-0.08 =21.60-0.08 表4.3 條料寬度公差(mm) 條料寬度 B/mm 材料厚度t/mm ～0.5 >0.5～1 >1～2 ～20 0.05 0.08 0.10 >20～30 0.08 0.10 0.15 >30～50 0.10 0.15 0.20 4.2.3 導(dǎo)板間間距的確定 導(dǎo)料板間距離公式： A=B+Z Z——導(dǎo)料板與條料之間的最小間隙（mm）； 查表4.4得Z=5mm 根據(jù)公式 A= B+Z =21.6+5 =26.6（mm） 表4.4 導(dǎo)料板與條料之間的最小間隙Zmin（mm） 材料厚度t/mm 有 側(cè) 壓 裝 置 條 料 寬 度B/mm 100以下 100以上 0.5 0.51 12 23 34 45 5 5 5 5 5 5 8 8 8 8 8 8 4.2.4 排樣 根據(jù)材料經(jīng)濟利用程度，排樣方法可以分為有廢料、少廢料和無廢料排樣三種，根據(jù)制件在條料上的布置形式，排樣有可以分為直排、斜排、對排、混合排、多排等多重形式。 采用少、無廢料排樣法，材料利用率高，不但有利于一次沖程獲得多個制件，而且可以簡化模具結(jié)構(gòu)，降低沖裁力，但是，因條料本身的公差以及條料導(dǎo)向與定位所產(chǎn)生的誤差的影響，所以模具沖裁件的公差等級較低。同時，因模具單面受力（單邊切斷時），不但會加劇模具的磨損，降低模具的壽命，而且也直接影響到?jīng)_裁件的斷面質(zhì)量。【3】 由于設(shè)計的零件是矩形零件，且四個孔均有位置公差要求，所以采用有費料直排法。 4.2.5材料利用率的計算 沖裁零件的面積為： F=長×寬=18×58=1044(mm2) 選用毛坯規(guī)格為：500×1000（mm） 送料步距為：h=D＋a1=58+1.5=59.5 材料利用率為：n1=(nF/Bh)×100%=1044/(21.6×59.5) ×100％ =81％ 橫向沖件個數(shù)：500/（18+1.5）=25個 縱向沖件個數(shù)：1000/（58+1.8）=17個 沖件個數(shù)：25×17=425 總的材料利用率： n=(nF/Bh)×n1=（425×1044）/（500×1000）×0.81=72﹪ 排樣圖如下： 4.1 排樣圖 4.3 沖裁力的計算 計算沖裁力是為了選擇合適的壓力機，設(shè)計模具和檢驗?zāi)＞叩膹姸?，壓力機的噸位必須大于所計算的沖裁力，以適宜沖裁的要求，普通平刃沖裁模，其沖裁力F p一般可以按下式計算： Fp=KptLτ 式中 τ——材料抗剪強度（MPa）； L——沖裁周邊總長（mm）； t——材料厚度（mm）; 系數(shù)Kp是考慮到?jīng)_裁模刃口的磨損，凸模與凹模間隙之波動（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數(shù)而設(shè)置的安全系數(shù)Kp，一般取13。當查不到抗剪強度r時，可以用抗拉強度σb代替τ，而取Kp=1的近似計算法計算。【5】 根據(jù)常用金屬沖壓材料的力學(xué)性能查出10鋼的抗剪強度為255～333(MPa)， 取τ=300(MPa) 4.3.1 總沖裁力、卸料力、推料力、頂件力和總沖壓力 由于沖裁模具采用彈壓卸料裝置和自然落料方式?？偟臎_裁力包括 F——總沖壓力。 Fp——總沖裁力。 FQ——卸料力 FQ1——推料力。 FQ2——頂件力 FC——彎曲力 根據(jù)常用金屬沖壓材料的力學(xué)性能查出10鋼的抗剪強度為255～333 (MPa ) 總沖裁力： Fp=F1+F2 F1——落料時的沖裁力。 F2——沖孔時的沖裁力. 落料時的周邊長度為：L1=10.1×4+4×4+0.3925×4+6×7+8×4＋1.5×4+13.6×2+15×2 =177(mm) 根據(jù)公式 F1=KptLτ =1.3×1×177×300 =69(KN) 沖孔時的周邊長度為：L2=4πd=4×3.14×3.6+2×3.2×3.14=47（mm） F2= KptLτ =1.3×1×47×300 =18.33(KN) 表4.5 卸料力、推件力和頂件力系數(shù) 料厚t/mm Kx Kt Kd 鋼 ≤0.1 ＞0.10.5 ＞0.50.25 ＞2.56.5 ＞6.5 0.0650.075 0.0450.055 0.040.05 0.030.04 0.020.03 0.1 0.063 0.055 0.045 0.025 0.14 0.08 0.06 0.05 0.03 鋁、鋁合金 純銅，黃銅 0.0250.08 0.020.06 0.030.07 0.030.09 沖孔時卸料力FQ的計算： FQ=Kx Fp K——卸料力系數(shù)。 查表4.5得KＸ＝0.025~0.06，取KＸ＝0.05 　　根據(jù)公式 FQ=KＸ Fp 　　　　　　　　 ＝0.05×18.33 　　　　　　　＝0.9165(KN) 沖孔時推料力FQ1的計算： FQ1=KtFp Kt——推料力系數(shù)。 查表4.5得Kt＝0.05, 根據(jù)公式 FQ1=KtFp =0.05×18.33 =0.9165(KN) 沖孔時頂件力FQ2的計算： FQ2=KdFp Kd——頂件力系數(shù)。 查表4.5得Kd＝0.06 根據(jù)公式 FQ2=KdFp =0.06×18.33 =1.0998(KN) 沖孔總的沖壓力的計算： 根據(jù)模具結(jié)構(gòu)總的沖壓力： F=Fp+FQ+FQ1+FQ2 F=Fp+FQ+FQ1+FQ2 =18.33+0.9165+0.9165+1.0998 =21.2628(KN) 根據(jù)總的沖壓力，初選壓力機為：開式雙柱可傾壓力機J23—10。 落料時卸料力FQ的計算： FQ=Kx Fp K——卸料力系數(shù)。 　查表4.5得KＸ＝0.025~0.06，取KＸ＝0.05 　　 根據(jù)　FQ=KＸ Fp 　　　　　?。?.05×69 　　　 ＝3.45(KN) 落料時推料力FQ1的計算： FQ1=KtFp Kt——推料力系數(shù)。 查表4.5得Kt＝0.05, 根據(jù)公式 FQ1=KtFp =0.05×69 =3.45(KN) 落料時頂件力FQ2的計算： FQ2=KdFp Kd——頂件力系數(shù)。 查表4.5得Kd＝0.06 根據(jù) FQ2=KdFp =0.06×69 =4.14(KN) 落料總的沖壓力的計算： 根據(jù)模具結(jié)構(gòu)總的沖壓力： F=Fp+FQ+FQ1+FQ2 F=Fp+FQ+FQ1+FQ2 =69+3.45+3.45+4.14 =80.04(KN) 4.4 壓力機的選擇與校核 可供選用的壓力機系列參數(shù)如下表4.6所示 表4.6 J23系列開式可輕壓力機主要技術(shù)參數(shù) 型 號 J23-3.15 J23-6.3 J23-10 J23-16 J23-25 J23-40 J23-63 公稱壓力 噸 31.5 63 100 160 250 400 630 滑塊行程 毫米 25 35 45 55 65 100 130 滑塊行程次數(shù) 次/分 200 170 145 120 105 45 50 最大閉合高度 毫米 120 150 180 220 270 330 360 連桿調(diào)節(jié)長度 毫米 25 30 35 45 55 65 80 滑塊中心線至床身距離 毫米 90 110 130 160 200 250 260 床身兩立柱間距離 毫米 120 150 180 220 270 340 350 工作臺尺寸：前后 毫米 160 200 240 300 370 460 480 左右 毫米 250 310 370 450 560 700 710 墊板尺寸：厚度 毫米 25 30 35 40 50 65 80 孔徑 毫米 110 140 170 210 200 220 250 模柄孔尺寸：直徑 毫米 25 30 30 40 40 50 50 深度 毫米 45 50 55 60 60 70 80 最大傾斜角 度 45 45 35 35 30 30 30 電動機功率 千瓦 0.55 0.75 4.1 1.5 2.2 5.5 5.5 機床外型尺寸：前后 毫米 675 776 895 1130 1335 1685 1700 左右 毫米 478 550 651 921 1112 1325 1373 高低 毫米 1310 1488 1673 1890 2120 2470 2750 機床總重量 公斤 194 400 576 1055 1780 3540 4800 落料時壓力機選擇： 落料時根據(jù)總的沖壓力，初選壓力機為：開式雙柱可傾壓力機J23—16。 其主要技術(shù)參數(shù)如下： 公稱壓力：160kN 滑塊行程：55mm 最大閉合高度：220 mm 閉合高度調(diào)節(jié)量：45mm 滑塊中心線到床身距離：160mm 工作臺尺寸：300 mm×450mm 工作臺孔尺寸：φ210mm 模柄孔尺寸：φ40 mm×60mm 墊板厚度：40 mm 沖孔時壓力機選擇： 沖孔時根據(jù)總的沖壓力，初選壓力機為：開式雙柱可傾壓力機J23—10。 沖孔時時根據(jù)總的沖壓力，初選壓力機為：開式雙柱可傾壓力機J23—10。 其主要技術(shù)參數(shù)如下： 公稱壓力：100kN 滑塊行程：45mm 最大閉合高度：180 mm 閉合高度調(diào)節(jié)量：35mm 滑塊中心線到床身距離：130mm 工作臺尺寸：240 mm×370mm 工作臺孔尺寸：φ170mm 模柄孔尺寸：φ30 mm×55mm 墊板厚度：35 mm 4.4.1壓力機的校核 落料時沖壓力：J23-16公稱壓力為160KN大于所需壓力80.04KN。 閉合高度 模具的閉合高度是指模具在最低工作位置時，上模座上平面至下模座下平面之間的距離。它與壓力機的配合應(yīng)該遵守下列關(guān)系:(Hmax-Hd)-5>H>(Hmin-Hd)+10 此設(shè)計中模具沖孔落料的閉合高度為： H模=158+55=213mm 滿足J23-16要求。 此設(shè)計中彎曲模具的閉合高度為220。滿足J23-16要求。 沖孔時沖壓力：J23-10公稱壓力為100KN大于所需壓力21.2628KN。 閉合高度 模具的閉合高度是指模具在最低工作位置時，上模座上平面至下模座下平面之間的距離。它與壓力機的配合應(yīng)該遵守下列關(guān)系 (Hmax-Hd)-5>H>(Hmin-Hd)+10 此設(shè)計中模具沖孔落料的閉合高度為： H模=125+45=170mm。 滿足J23-10要求。此設(shè)計中彎曲模具的閉合高度為180。滿足J23-10要求。 4.5 模具壓力中心與計算 模具壓力中心是指諸沖壓合力的作用點位置，為了確保壓力機和模具正常工作，應(yīng)使沖模的壓力中心與壓力機滑塊的中心相重合。否則，會使沖模和壓力機滑塊產(chǎn)生偏心載荷，使滑塊和導(dǎo)軌間產(chǎn)生過大磨損，模具導(dǎo)向零件加速磨損，降低了模具和壓力機的使用壽命【4】。模具的壓力中心，可安以下原則來確定： 1、對稱零件的單個沖裁件，沖模的壓力中心為沖裁件的幾何中心。 2、工件形狀 相同且分布對稱時，沖模的壓力中心與零件的對稱中心相重合。 3、各分力對某坐標軸的力矩之代數(shù)和等于諸力的合力對該軸的力矩。求出合力作用點的坐標位置0，0（x=0,y=0），即為所求模具的壓力中心。 Xo=L1X1+L2X2+……LnXn/L1+L2+……Ln Yo=L1Y1+L2Y2+……LnYn/L1+L2+……Ln 屬于對稱中心零件，所以該零件的壓力中心在圖形的幾何中心O如圖4.2所示： 圖4.2 4.6 沖裁模間隙的確定 設(shè)計模具時一定要選擇合理的間隙，以保證沖裁件的斷面質(zhì)量、尺寸精度滿足產(chǎn)品的要求，所需沖裁力小、模具壽命高，但分別從質(zhì)量，沖裁力、模具壽命等方面的要求確定的合理間隙并不是同一個數(shù)值，只是彼此接近?？紤]到制造中的偏差及使用中的磨損、生產(chǎn)中通常只選擇一個適當?shù)姆秶鳛楹侠黹g隙，只要間隙在這個范圍內(nèi)，就可以沖出良好的制件，這個范圍的最小值稱為最小合理間隙Cmin，最大值稱為最大合理間隙Cmax。考慮到模具在使用過程中的磨損使間隙增大，故設(shè)計與制造新模具時要采用最小合理間隙值Cmin。 沖裁間隙的大小對沖裁件的斷面質(zhì)量有極其重要的影響，此外，沖裁間隙還影響模具壽命、卸料力、推件力、沖裁力和沖裁件的尺寸精度。沖裁過程中，凸模與被沖的孔之間，凹模與落料件之間均有摩擦，間隙越小，模具作用的壓應(yīng)力越大，摩擦也越嚴重，而降低了模具的壽命。較大的間隙可使凸模側(cè)面及材料間的摩擦減小，并延緩間隙由于受到制造和裝配精度的限制，雖然提高了模具壽命而，但出現(xiàn)間隙不均勻。因此，沖裁間隙是沖裁工藝與模具設(shè)計中的一個非常重要的工藝參數(shù)【5】。 由于硬呂與中碳剛的間隙取值是一樣的，所以硬呂材料的間隙值與中碳剛的間隙取值一樣。 根據(jù)實用間隙表 4.7 查得材料10鋼的最小雙面間隙2Cmin=0.100mm，最大雙面間隙2Cmax=0.140mm 表4.7 沖裁模初始用間隙2c(mm) 材料 厚度 08、10、35、 09Mn、Q235 16Mn 40、50 65Mn 2Cmin 2Cmax 2Cmin 2Cmax 2Cmin 2Cmax 2Cmin 2Cmax 小于0.5 極小間隙 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.2 1.5 1.75 2.0 2.1 2.5 2.75 3.0 .3.5 4.0 4.5 5.5 6.0 6.5 8.0 0.040 0.048 0.064 0.072 0.092 0.100 0.126 0.132 0.220 0.246 0.260 0.260 0.40027 0.460 0.540 0.610 0.720 0.940 1.080 0.060 0.072 0.092 0.104 0.126 0.140 0.180 0.240 0.320 0.360 0.380 0.500 0.560 0.640 0.740 0.880 1.000 1.280 1.440 0.040 0.048 0.064 0.072 0.090 0.100 0.132 0.170 0.220 0.260 0.280 0.380 0.420 0.480 0.580 0.680 0.680 0.780 0.840 0.940 1.200 0.060 0.072 0.092 0.104 0.126 0.140 0.180 0.240 0.320 0.380 0.400 0.540 0.600 0.660 0.780 0.920 0.960 1.100 1.200 1.300 1.680 0.040 0.048 0.064 0.072 0.090 0.100 0.132 0.170 0.220 0.260 0.280 0.380 0.420 0.480 0.580 0.680 0.780 0.980 1.140 0.060 0.072 0.092 0.104 0.126 0.140 0.180 0.240 0.320 0.380 0.400 0.540 0.600 0.660 0.780 0.920 1.040 1.320 1.500 0.040 0.048 0.064 0.064 0.090 0.090 0.060 0.072 0.092 0.092 0.126 0.126 注：取08號鋼沖裁皮革、石棉和紙板時，間隙的25%。 4.7 刃口尺寸的計算 4.7.1刃口尺寸計算的基本原則 沖裁件的尺寸精度主要取決與模具刃口的尺寸的精度，模具的合理間隙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制造公差，是設(shè)計沖裁模主要任務(wù)之一。從生產(chǎn)實踐中可以發(fā)現(xiàn)： (1)、由于凸、凹模之間存在間隙，使落下的料和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的尺寸。 (2)、在尺量與使用中，落料件是以大端尺寸為基準，沖孔孔徑是以小端尺寸為基準。 (3)、沖裁時，凸、凹模要與沖裁件或廢料發(fā)生摩擦，凸模越磨愈小，凹模越磨愈大，結(jié)果使間隙越來越大。【4】 由此在決定模具刃口尺寸及其制造公差時需要考慮以下原則： (1)、落料件尺寸由凹模尺寸決定，沖孔時的尺寸由凸模尺寸決定。故設(shè)計落料模時，以凹模為基準，間隙去在凹模上：設(shè)計沖孔模時，以凸模尺寸為基準，間隙去在凹模上。 (2)、考慮到?jīng)_裁中凸、凹模的磨損，設(shè)計落料凹模時，凹?；境叽鐟?yīng)取尺寸公差范圍的較小尺寸；設(shè)計沖孔模時，凹?；境叽鐟?yīng)取工件孔尺寸公差范圍的較大尺寸。這樣在凸凹麼磨損到一定程度的情況下，人能沖出合格的制件。凸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，應(yīng)考慮制件的公差要求。如果對刃口精度要求過高（即制造公差過?。瑫鼓＞咧圃炖?，增加成本，延長生產(chǎn)周期；如果對刃口要求過低（即制造公差過大）則生產(chǎn)出來的制件有可能不和格，會使模具的壽命降低。若工件沒有標注公差，則對于非圓形工件安國家“配合尺寸的公差數(shù)值”IT14級處理，沖模則可按IT11級制造；對于圓形工件可按IT17～IT9級制造模具。沖壓件的尺寸公差應(yīng)按“如體”原則標注單項公差，落料件上偏差為零，下偏差為負；沖孔件上偏差為正，下偏差為零?！?】 4.7.2刃口尺寸的計算 沖裁模凹、凸模刃口尺寸有兩種計算和標注的方法，即分開加工和配做加工兩種方法。前者用于沖件厚度較大和尺寸精度要求不高的場合，后者用于形狀復(fù)雜或波板工件的模具。 沖裁件的尺寸精度主要取決與模具刃口的尺寸的精度，模具的合理間隙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制造公差，是設(shè)計沖裁模主要任務(wù)之一。從生產(chǎn)實踐中可以發(fā)現(xiàn)： 由于凸、凹模之間存在間隙，使落下的料和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的尺寸。 在尺量與使用中，落料件是以大端尺寸為基準，沖孔孔徑是以小端尺寸為基準。 沖裁時，凸、凹模要與沖裁件或廢料發(fā)生摩擦，凸模越磨愈小，凹模越磨愈大，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需要考慮以下原則： 落料件尺寸由凹模尺寸決定，沖孔時的尺寸由凸模尺寸決定。故設(shè)計落料模時，以凹模為基準，間隙去在凹模上：設(shè)計沖孔模時，以凸模尺寸為基準，間隙去在凹模上。 考慮到?jīng)_裁中凸、凹模的磨損，設(shè)計落料凹模時，凹?；境叽鐟?yīng)取尺寸公差范圍的較小尺寸；設(shè)計沖孔模時，凹?；境叽鐟?yīng)取工件孔尺寸公差范圍的較大尺寸。這樣在凸凹麼磨損到一定程度的情況下，人能沖出合格的制件。凸凹模間隙則取最小合理間隙值。材料選用Cr12，熱處理60~64HRC。 對于該工件厚度只有1.0（mm）屬于薄板零件，并且四個孔有位置公差要求，為了保證沖裁凸、凹模間有一定的間隙值，必須采用配合加工。此方法是先做好其中一件（凸?；虬寄＃┳鳛榛鶞始缓笠源嘶鶞始膶嶋H尺寸來配合加工另一件，使它們之間保留一定的間隙值，因此，只在基準件上標注尺寸制造公差，另一件只標注公稱尺寸并注明配做所留的間隙值。這δp與δd就不再受間隙限制。根據(jù)經(jīng)驗，普通模具的制造公差一般可取δ=△/4（精密模具的制造公差可選4~6μm）。這種方法不僅容易保證凸、凹模間隙枝很小。而且還可以放大基準件的制造公差，使制造容易。在計算復(fù)雜形狀的凸凹模工作部分的尺寸時，可以發(fā)現(xiàn)凸模和凹模磨損后，在一個凸模或凹模上會同時存在三種不同磨損性質(zhì)的尺寸，這時需要區(qū)別對待。 (1)第一類：凸模或凹模磨損會增大的尺寸； (2)第二類：凸模或凹模磨損或會減小的尺寸； (3)第三類：凸?；虬寄Ｄp后基本不變的尺寸； 4.7.3計算凸、凹模刃口的尺寸 落料凸模展開圖： 圖4.3 凸模與凹模配合加工的方法計算落料凸凹模的刃口尺寸。 (1)、凹模磨損后變大的尺寸，按一般落料凹模公式計算，即 Aa=（Amax-x△） (2)、凹模磨損后變小的尺寸，按一般沖孔凸模公式計算，因它在凹模上相當于沖孔凸模尺寸，即 Ba=(Bmax+x△) (3)、凹模磨損后無變化的尺寸，其基本計算公式為 Ca=沖裁件該尺寸的中間尺寸±1/8△ 式中 Aa、Ba、Ca——相應(yīng)的凹模刃口尺寸； Amax——工件的最大極限尺寸； Bmin——工件的最小極限尺寸； C——工件的基本尺寸； △——工件公差； x——系數(shù)，為了避免沖裁件尺寸偏向極限尺寸（落料時偏向最小尺寸，沖孔時偏向最大尺寸），x值在0.5~1之間，與工件精度有關(guān)可查表4.8或按下面關(guān)系選取。 表4.8 系數(shù)x 料厚t(mm) 非圓形 圓形 1 0.75 0.5 0.75 0.5 工件公差△/mm 1 12 24 ＞4 ＜0.16 ＜0.20 ＜0.24 ＜0.30 0.170.35 0.210.41 0.250.49 0.310.59 ≥0.36 ≥0.42 ≥0.50 ≥0.60 ＜0.16 ＜0.20 ＜0.24 ＜0.30 ≥0.16 ≥0.20 ≥0.24 ≥0.30 落料時計算凹模尺寸： 對于a e h屬于第一類尺寸 對于c與g屬于第二類尺寸 對于b d f屬于第三類尺寸 A凹=（沖裁件上該尺寸最大極限尺寸—x△） =（10.25-0.75×0.3）+1/4△ 0 =10.034+0.075 0mm E凹=（8.15-0.75×0.3）+1/4△ 0 =7.925+0.075 0mm H凹=15.15-0.75×0.3）+1/4△ 0 =14.925+0.075 0mm C凹=（沖裁件上該尺寸最小極限尺寸+x△） =（0.395-0.15+0.5×0.3）0 -1/4△ =0.3950 -0.075mm G凹 =（13.6-0.15+0.5×0.3）0 -1/4△ =13.6750 -0.075mm B凹=沖裁件該尺寸的中間尺寸±1/8△ =4±1/8×0.3 =4±0.0375mm D凹=6±1/8×0.3 =6±0.0375mm F凹=1.5±0.0375mm 對于沖孔模凸凹模刃口尺寸的計算： d凸=（d+x△） 查表得Zmin=0.100 Zmax=0.140 x=0.75 凸模公差為-0.020 凹模公差+0.020 側(cè)孔: d凸=3.6+0.75×0.1 =3.6750 -0.020 d凹 =（d凸 +Zmin） =（3.675+0.100）+0.020 0 =3.775+0.020 0 頂孔：d凸=（3.2+0.75×0.1）0 -0.020 =3.2750 -0.020 d凹=3.375+0.020 0 沖孔凸模： 圖4.4 4.7.4沖裁刃口高度 表4.9 刃口高度 料厚 ≤0.5 ＞0.5～1 ＞1～2 ＞2～4 ＞4 刃口高度h ≤6 ＞6～8 ＞8～10 ＞10～12 ≥14 查表4.9，刃口高度為h＞6～8(mm),取h=7(mm) 4.8主要零部件的設(shè)計 設(shè)計主要零部件時，首先要考慮主要零部件用什么方法加工制造及總體裝配方法。結(jié)合模具的特點，本模具適宜采用線切割加工凸模固定板、卸料板、凹模及外形凸模、內(nèi)孔凸模。這種加工方法可以保證這些零件各個內(nèi)孔的同軸度，使裝配工作簡化。下面就分別介紹各個零部件的設(shè)計方法。 4.8.1 工作零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 (1)凹凸模的尺寸標準 凸、凹模間隙對沖裁件斷面質(zhì)量、尺寸精度、模具壽命以及沖裁力、卸料力、推件力等有較大影響，所以必須選擇合理的間隙。 確定凸、凹模刃口尺寸的原則： ? 考慮落掉和沖孔的區(qū)別，落料件的尺寸取決于凹模，因此落料模應(yīng)先決定凹模尺寸，用減小凸模尺寸來保證合理間隙；沖孔件的尺寸取決于凸模，因此沖孔模應(yīng)先決定凸模尺寸，用增大凹模尺寸來保證合理間隙。 ? 考慮刃口的磨損對沖件尺寸的影響；刃口磨損后尺寸變大，其刃口的基本尺寸應(yīng)接近或等于沖件的最小極限尺寸；刃口磨損后尺寸減小，應(yīng)取接近或等于沖件的最大極限尺寸。 ? 考慮沖件精度與模具精度間的關(guān)系，在選擇模具制造公差時，既要保證沖件的精度要求，又要保證有合理的間隙值。 (2) 模架凹模的設(shè)計 模架是模具的主體結(jié)構(gòu)，它是單工序模所有零件的重要部件，模具的全部零件都固定在它的上面，并承受沖壓過程中全部載荷。模具的上、下模之間相對位置通過模架的導(dǎo)向裝置穩(wěn)定保持其精度，并引導(dǎo)凸模正確運動，保證沖壓過程中凸、凹模之間間隙均勻。 凹模采用整體凹模，各種沖裁的凹?？拙捎镁€切割機床加工，安排凹模在模架上位置時，要依據(jù)計算壓力中心的數(shù)據(jù)，將壓力中心與模柄中心重合。【7】 模具厚度的確定公式為： H=Kb 式中： K——系數(shù)值，考慮板料厚度的影響； b—— 沖裁件的最大外形尺寸； 安上式計算后，選取的H值不應(yīng)小于（15～20）mm; 表4.10 系數(shù)值K s/mm 材料厚度t/mm <1 >13 >36 <50 >50~100 >100~200 >200 0.300.40 0.200.30 0.150.20 0.100.15 0.350.50 0.220.35 0.180.22 0.120.18 0.450.60 0.300.45 0.220.30 0.150.22 查表4.10得：K=0.22～0.35 H=0.25×58 =14.5mm 取H=20mm 模具壁厚的確定公式為： C=(1.5~2)H =1.5×20~2×20 =30~40mm 凹模壁厚取C=35mm 凹模長度的確定公式為： L=b+2C =58+2×35 =128mm b-最大外形尺寸 凹模寬度的確定公式為： B=18+2×35 =88mm 模座分帶導(dǎo)柱和不帶導(dǎo)柱兩種，根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模和生產(chǎn)要求確定是否帶導(dǎo)柱的模座。 本模具采用對角導(dǎo)柱、導(dǎo)套來保證模具上、下模的精確導(dǎo)向。滑動導(dǎo)柱、導(dǎo)套都是圓柱形的，其加工方便，可采用車床加工，裝配容易。導(dǎo)柱的長度應(yīng)保證上模座最底位置時（閉合狀態(tài)），導(dǎo)柱上端面與上模座頂面的距離15mm。而下模座底面與導(dǎo)柱底面的距離為5mm。導(dǎo)柱的下部與下模座導(dǎo)柱孔采用R7/h5的過盈配合,導(dǎo)套的外徑與上模座導(dǎo)套孔采用R7/h5的過盈配合。導(dǎo)套的長度，需要保證沖壓時導(dǎo)柱一定要進入導(dǎo)套10mm以上。導(dǎo)柱與導(dǎo)套之間采用H7/h6的間隙配合，導(dǎo)柱與導(dǎo)套均采用20鋼，熱處理硬度滲碳淬硬56~60HRC。 導(dǎo)柱的直徑、長度，按標準選取。 模具采用后側(cè)導(dǎo)柱模架，根據(jù)以上計算結(jié)果，查得模架規(guī)格為：上模座160mm×100mm×35mm，下模座160mm×100mm×40mm，導(dǎo)柱25mm×130mm，導(dǎo)套25mm×90mm×38mm。如圖 4.5所示 圖4.5模架簡圖 1-上模座 2-下模座 3-導(dǎo)柱 4-導(dǎo)套 (3) 模柄的設(shè)計 模柄是中小型級進模模架上一個不可少的零件，通過它使上模部分迅速找正位置，直接與壓力機滑塊連接固定在一起，以實現(xiàn)沖壓的往復(fù)運動。因此，模柄的直徑和長度應(yīng)和壓力機滑塊的模柄孔相匹配。 模柄的作用是將模具的上模座固定在沖床的滑塊上。常用的模柄