沖孔落料彎曲復(fù)合模具設(shè)計(jì)

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1、 1 緒 論 改革開(kāi)放以來(lái)，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，工業(yè)產(chǎn)品的品種和數(shù)量的不斷增加，更新?lián)Q代的不斷加快，在現(xiàn)代制造業(yè)中，企業(yè)的生產(chǎn)一方面朝著多品種、小批量和多樣式的方向發(fā)展，加快換型，采用柔性化加工，以適應(yīng)不同用戶的需要；另一方面朝著大批量，高效率生產(chǎn)的方向發(fā)展，以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和生產(chǎn)規(guī)模來(lái)創(chuàng)造更多效益，生產(chǎn)上采取專用設(shè)備生產(chǎn)的方式。模具，做為高效率的生產(chǎn)工具的一種，是工業(yè)生產(chǎn)中使用極為廣泛與重要的工藝裝備。采用模具生產(chǎn)制品和零件，具有生產(chǎn)效率高，可實(shí)現(xiàn)高速大批量的生產(chǎn)；節(jié)約原材料，實(shí)現(xiàn)無(wú)切屑加工；產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，具有良好的互換性；操作簡(jiǎn)單，對(duì)操作人員沒(méi)有很高的技術(shù)要求；

2、利用模具批量生產(chǎn)的零件加工費(fèi)用低；所加工出的零件與制件可以一次成形，不需進(jìn)行再加工；能制造出其它加工工藝方法難以加工、 形狀比較復(fù)雜的零件制品； 容易實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的自動(dòng)化的特點(diǎn)。 2 彎曲件的工藝分析 圖 2—1 零件圖 如圖 2—1所示零件圖。 生產(chǎn)批量：大批量 ; 材料： LY21 -Y; 該材料，經(jīng)退火及時(shí)效處理，具有較高的強(qiáng)度、硬度，適合做中等強(qiáng)度的零件。 1

3、 尺寸精度：按公差 IT14 查出來(lái)的。尺寸精度較低，普通沖裁完全能夠。 其他的形狀尺寸均未標(biāo)注公差，屬自由尺寸，可安 IT14 級(jí)確定工件的公差。 經(jīng)查公差表，各尺寸公差為： ?9 0 +0。30 20 0-0.52 600-0.52 工件結(jié)構(gòu)形狀：制件需要進(jìn)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(jìn)行沖裁 制件為大批量生產(chǎn)，應(yīng)重視模具材料和結(jié)構(gòu)的選擇，保證磨具的復(fù)雜程度和模具的壽命。 3 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

4、順序組合，可得如下幾種方案 ; (1) 落料——彎曲——沖孔；單工序模沖壓 (2) 落料——沖孔——彎曲；單工序模沖壓。 (3) 沖孔——落料——彎曲；連續(xù)模沖壓。 (4) 沖孔——落料——彎曲；復(fù)合模沖壓。 方案（ 1）（2）屬于單工序模沖裁工序沖裁模指在壓力機(jī)一次行程內(nèi) 完成一個(gè)沖壓工序的沖裁模。由于此制件生產(chǎn)批量大，尺寸又較這兩種方案生產(chǎn)效率較低，操作也不安全，勞動(dòng)強(qiáng)度大，故不宜采用。 方案（ 3）屬于連續(xù)模，是指壓力機(jī)在一次行程中，依次在模具幾個(gè)不同的位置上同時(shí)完成多道沖壓工序的模具。由于制件的結(jié)構(gòu)尺寸小，厚度小，連續(xù)模結(jié)構(gòu)復(fù)雜，又因落料在

5、前彎曲在后，必然使彎曲時(shí)產(chǎn)生很大的加工難度，因此，不宜采用該方案。 方案（ 4）屬于復(fù)合沖裁模，復(fù)合沖裁模是指在一次工作行程中，在模具同一部位同時(shí)完成數(shù)道沖壓工序的模具。采用復(fù)合模沖裁，其模具結(jié)構(gòu)沒(méi)有連續(xù)模復(fù)雜，生產(chǎn)效率也很高，又降低的工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，所以此方案最為合適。 根據(jù)分析采用方案（ 4）復(fù)合沖裁。 3.1 模具類型的選擇 由沖壓工藝分析可知，采用復(fù)合沖壓，所以模具類型為復(fù)合模。 3.2 定位方式的選擇 2 因?yàn)樵撃＞卟捎玫氖菞l料，控制條料的送進(jìn)方向采用導(dǎo)料板。控制條料的送進(jìn)步距采用導(dǎo)正銷定距。 3.3

6、 卸料方式的選擇 因?yàn)楣ぜ虾駷? 1.5mm，相對(duì)較厚，卸料力大，故可采用剛性料裝置卸料。 3.4 導(dǎo)向方式的選擇 為了提高模具壽命和工件質(zhì)量，方便安裝調(diào)整，該復(fù)合模采用中間導(dǎo)柱模架的導(dǎo)向方式。 4 模具設(shè)計(jì)工藝計(jì)算 4.1 計(jì)算毛坯尺寸 相對(duì)彎曲半徑為： R/t=2/1.5=1.33>0.5 式中： R——彎曲半徑（ mm） t——材料厚度（ mm） 由于相對(duì)彎曲半徑大于 0.5，可見(jiàn)制件屬于圓角半徑較大的彎曲件，應(yīng)該先求變形區(qū)中性層曲率半徑 β（mm）。 0 公式 ( 4— 1) β =r+kt

7、 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 K 1(V) 0.30 0.33 0.35 0.36 0.37 0.38 0.39 0.41 0.42 K 2(U) 0.23 0.29 0.31 0.32 0.35 0.37 0.38 0.40 0.41 K 3(O) — — — — — 0.72 0.70 0.67 0.6

8、3 0 1.2 1.5 1.8 2 3 4 5 6 8 r /t K 1(V) 0.43 0.45 0.46 0.46 0.47 0.48 0.48 0.49 0.50 K 2(U) 0.42 0.44 0.45 0.45 0.46 0.47 0.48 0.49 0.50 K 3(O) 0.49 0.56 0.52 0.50 3 查表 4— 1， K=0.45 根據(jù)公式 4—1 β=r0+kt =2+0.45X1

9、.5 =2.675（mm） 圖 4—1 算展開(kāi)尺寸示意圖 毛坯總展開(kāi)長(zhǎng)度 L0 ： L0=2L3+L1+L2 由毛坯圖的： L1=13 L2=60 L3=π /2(R+KT)=3.14/2 × (2+0.45 × 1.5)=6.2mm 所以 L0=2× 6.2+60+13=85.4mm(取 85.40-0.87 mm ） 根據(jù)計(jì)算得：工件的展開(kāi)尺寸為 20×85.4（mm）,如圖 4—2所示。

10、 圖 4—2 尺寸展開(kāi)圖 4 4.2 排樣、計(jì)算條料寬度及步距的確定 4.2.1 搭邊值的確定 排樣時(shí)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(bǔ)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(guò)大，浪費(fèi)材料。搭邊過(guò)小，沖裁時(shí)容易翹曲或被拉斷，不僅會(huì)增大 沖件毛刺，有時(shí)還有拉入凸、凹模間隙中損壞模具刃口，降低模具壽命?；蛴? 響送料工作。 搭邊

11、值通常由經(jīng)驗(yàn)確定，表 4— 2 所列搭邊值為普通沖裁時(shí)經(jīng)驗(yàn)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(zhǎng) L ＜ 50mm 矩形工件邊長(zhǎng) 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 1.8 2.0 2.2 2.5 2.8 3.0 0.25~0.5 1.2 1.5 1.8 2.0 2.2 2.5 0.5~0.8 1.0 1.2 1.5

12、 1.8 1.8 2.0 0.8~1.2 0.8 1.0 1.2 1.5 1.5 1.8 1.2~1.6 1.0 1.2 1.5 1.8 1.8 2.0 1.6~2.0 1.2 1.5 1.8 2.0 2.0 2.2 2.0~2.5 1.5 1.8 2.0 2.2 2.2 2.5 2.5~3.0 1.8 2.2 2.2 2.5 2.5 2.8 3.0~3.5 2.2 2.5 2.5 2.8 2.8 3.2 3.5~4.0 2.5 2.8 2.5 3.2 3.2 3.

13、5 4.0~5.0 3.0 3.5 3.5 4.0 4.0 4.5 5.0~12 0.6t 0.7t 0.7t 0.8t 0.8t 0.9t 搭邊值是廢料，所以應(yīng)盡量取小，但過(guò)小的搭邊值容易擠進(jìn)凹模，增加刃 口磨損表 4— 2 給出了鋼（ WC0.05%～ 0.25%）的搭邊值。 對(duì)于其他材料的應(yīng)將表中的數(shù)值乘以下列數(shù)： 鋼（W C0.3%～0.45%） 0.9 鋼（W C0.5%～0.65%） 0.8 5 硬黃鋼 1～1.1 硬鋁 1～1.2 軟黃銅，純銅 1.2 該制件

14、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=1.8（mm）,側(cè)搭邊值 a=2.0(mm)。 由于該制件的材料使 LY21—Y （硬鋁），所以兩制件之間的搭邊值為： a1=1.8 ×（1～1.2） =1.8～2.16(mm) 取 a1=1.8(mm) 側(cè)搭邊值 a=2.0 ×（1～1.2）=2～2.4(mm) 取 a=2.0(mm) 4.2.2條料寬度的確定 計(jì)算條料寬度有三種情況需要考慮； 1 ○ 有側(cè)壓裝置時(shí)條料的寬度。 2 ○ 無(wú)側(cè)壓裝置時(shí)條料的寬度。 3 ○ 有定

15、距側(cè)刃時(shí)條料的寬度。有定距側(cè)刃時(shí)條料的寬度。 條料寬度公式： 0 B=（D+2a） - △ 公式 （ 4—2）其中條料寬度偏差上偏差為 0，下偏差為△— ，見(jiàn)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 0.15 0 根據(jù)公式 4 —1 B=（D+2a） - △ =（ 20+2× 1.）50-0.15 =230-0.15 表 4—3 條料寬度公差 (mm) 條料寬度 材料厚度 t/mm 6

16、 B/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 公式（ 4— 3） Z——導(dǎo)料板與條料之間的最小間隙（ mm）； 查表 4.3 —3得 Z=5mm 根據(jù)公式 4—2 A= B+Z =23+5 =28（mm） 表 4—4導(dǎo)料板與條料之間的最小間隙 Zmin （mm）

17、 有側(cè)壓裝置 材料厚度 t/mm 條 料 寬 度 B/mm 100 以下 100 以上 ~0.5 5 8 0.5~1 5 8 1~2 5 8 2~3 5 8 3~4 5 8 4~5 5 8 4.2.4 排樣 根據(jù)材料經(jīng)濟(jì)利用程度，排樣方法可以分為有廢料、少?gòu)U料和無(wú)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(duì)排、混 合排、多排等多重形式。 采用少、無(wú)廢料排樣法，材料利用率高，不但有利于一次沖

18、程獲得多個(gè)制 件，而且可以簡(jiǎn)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 7 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(jí)較低。同時(shí)，因 模具單面受力（單邊切斷時(shí)），不但會(huì)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。 由于設(shè)計(jì)的零件是矩形零件，且中間一個(gè)個(gè)孔均有要求，所以采用有費(fèi)料 直排法。 4.2.5材料利用率的計(jì)算： 材料利用率通常以一個(gè)進(jìn)距內(nèi)制件的實(shí)際面積與所用毛坯面積的百分率 η 表示： η =(nA/hB) × 100% （公式 4—

19、1 4） 式中 η—— 材料利用率（ %）； n—— 沖裁件的數(shù)目； A1—— 沖裁件的實(shí)際面積 (mm2)； B—— 板料寬度 (mm)； h—— 進(jìn)距 計(jì)算沖壓件的面積： A 1=85.4 × 20-（4.52π） =1708mm-64mm 2 條料寬度計(jì)算： B=85.4mm+ 2mm× 2mm =89.4mm 進(jìn)距的計(jì)算： h=20+1.8 =21.8mm 一個(gè)進(jìn)距的材料利用率： η =(nA1/hB) × 100% =(1 ×

20、 1636/21.8 ××89)100% 8 =84.3% 總材料利用率 根據(jù)冷沖模設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)取板的長(zhǎng)×寬×厚為 1410×710×1.5 采用縱向剪切的方法剪鋼板沒(méi)張鋼板上可剪得的條料數(shù)： n1=1410/89.4=15 條余 16(mm) 每條板材上可剪得的沖壓件數(shù)： n2=710/21.8=32（個(gè)） 材料的總利用率： η 2=n1n2A1/LB × 100%=15× 32× 1636/1410 × 710× 100%=82.15% 由此可之， η值越大，材料的利用率就越高，廢料越少。工藝廢料

21、的多少 決定于搭邊和余量的大小，也決定于排樣的形式和沖壓方式。因此，要提高材 料利用率，就要合理排樣，減少工藝廢料。 圖 4—3 排樣圖 5 沖裁力的計(jì)算 5.1 計(jì)算沖裁力的公式 計(jì)算沖裁力是為了選擇合適的壓力機(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，以適宜沖裁的要求，普通平刃沖裁模，其 9

22、 沖裁力 F p 一般可以按下式計(jì)算： Fp=KptL τ 公式（ 5— 1） 表 5—1 部分常用沖壓材料的力學(xué)性能 材料名稱 牌號(hào) 材料狀態(tài) 抗剪強(qiáng)度 抗拉強(qiáng)度 伸長(zhǎng)率 屈服強(qiáng)度 ( τ) ( σ b) 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu) 08F 已退火 鋼 08 10 20 45 65Mn 已退火 不銹鋼 1Cr13 已退火 1Cr18Ni9Ti 處理軟化 鋁 L2、 L3、

23、 L5 已退火 冷作硬化 鋁錳合金 LF21 已退火 硬鋁 LY12 已退火 淬硬后冷 作硬花 純銅 T1、 T2、 T3 軟態(tài) 硬態(tài)  220 ～ 310 280～ 390 32 180 260 ～ 360 330～ 450 32 200 260 ～ 340 300～ 440 29 210 280 ～ 400 360～ 510 25 250 440 ～ 560 550～ 700 16 360 600 750 12 400 320 ～ 380 400～ 470

24、21 — 430 ～ 550 540～ 700 40 200 80 75～ 110 25 50～80 100 120～ 150 4 — 70～ 110 110～145 19 50 105 ～ 150 150～ 215 12 — 280 ～ 320 400～ 600 10 340 160 200 30 7 240 300 3 — 10 銅 H62 軟態(tài) 260 300 35 — 半硬態(tài) 300 380 20 200 H

25、68 軟態(tài) 240 300 40 100 式中 τ——材料抗剪強(qiáng)度，見(jiàn)附表（ MPa）； L—— 沖裁周邊總長(zhǎng)（ 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(dòng)（數(shù)值的變化或分布不均），潤(rùn)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 1~3。當(dāng)查不到抗剪強(qiáng)度 r 時(shí)，可以用抗拉強(qiáng)度 σb代替 τ，而取 Kp=1 的近似計(jì)算法計(jì)算。 根據(jù)常用金屬?zèng)_壓材料的力學(xué)性能查表 5—1 得出 LY21—Y 的抗剪強(qiáng)度為 280～ 310(MPa)， 取 τ=300(

26、MPa) 5.2 總沖裁力、卸料力、推料力、頂件力、彎曲力和總沖壓力 由于沖裁模具采用剛性卸料裝置推料裝置和打料裝置?？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 F ?！?校正力 根據(jù)常用金屬?zèng)_壓材料的力學(xué)性能查出 LY21— Y 的抗剪強(qiáng)度為 280～ 310(MPa ) 5.2.1 總沖裁力： Fp=F1+F2 公式 (5 —2) F1——落料時(shí)的沖裁力。 11

27、 F2——沖孔時(shí)的沖裁力 . 落料時(shí)的周邊長(zhǎng)度為： L1=2×（ 85.4+20）=210.8（mm） 根據(jù)公式 5—1 F1=KptLτ =1× 1.5 × 210.8 × 300 =94.5(KN) 沖孔時(shí)的周邊長(zhǎng)度為： L2=πd=3.14×9=28.26（mm） F2= KptL τ =1× 1.5 × 28.26 × 300 =12.74(KN) 總沖裁力： Fp=F1+F2=94.5+12.74=107.24(KN) 表 5—2 卸料力、推件力和頂件力

28、系數(shù) 料厚 t/mm Kx Kt Kd ≤ 0.1 0.065~0.075 0.1 0.14 ＞ 0.1~0.5 0.045~0.055 0.063 0.08 鋼 ＞ 0.5~0.25 0.04~0.05 0.055 0.06 ＞ 2.5~6.5 0.03~0.04 0.045 0.05 ＞ 6.5 0.02~0.03 0.025 0.03 鋁、鋁合金 0.025~0.08 0.03~0.07 純銅，黃銅 0.02~0.06 0.03~0.09 對(duì)于表中的數(shù)據(jù)，厚的材料取小直，薄材料

29、取值。 5.2.2 卸料力 FQ 的計(jì)算 FQ=Kx Fp 公式 (5 — 3) K——卸料力系數(shù)。 查表 5—2 得 K Ｘ＝0.025~0.08，取 KＸ＝0.08 根據(jù)公式 5—3 FQ=KＸ Fp ＝ 0.08 ×107.24 12 ＝ 8.57(KN) 5.2.3推料力 FQ1 的計(jì)算 FQ1=KtFp 公式 (5 — 4) Kt——推料力系數(shù)。 查表 5—2得 K t＝ 0.03~0.07, 取 Kt=0.07 根據(jù)公式 5—4 FQ1=KtFp =

30、0.07 × 107.24 ≈ 7.5068(KN) 5.2.4頂件力 FQ2 的計(jì)算 FQ2=KdFp 公式 (5 — 5) Kd—— 頂件力系數(shù)。 查表 5—2得 K d＝ 0.03~0.07, 取 Kt=0.07 根據(jù)公式 5—5 FQ2=KdFp =0.07 × 107.24 ≈ 7.5068(KN) 5.2.5彎曲力 FC 的計(jì)算 影響彎曲力大小的基本因素有變形材料的性能和質(zhì)量；彎曲件的形狀和尺 寸；模具結(jié)構(gòu)及凸凹模間隙；彎曲方式等，因此很難用理論的分析法進(jìn)行準(zhǔn)確 的計(jì)算。實(shí)際中常用經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行慨略計(jì)算，以

31、作為彎曲工藝設(shè)計(jì)和選擇沖壓 設(shè)備的理論。 ? 形彎曲件的經(jīng)驗(yàn)公式為： 2 公式 (5 — 6) Fu=0.7KBt σ/ γ +t b Fu——沖壓行程結(jié)束時(shí)不校正時(shí)的彎曲力。 B—— γ彎曲件的寬度（ mm）。 t——彎曲件的厚度（ mm）。 γ——內(nèi)彎曲半徑（等于凸模圓角半徑）（mm）。 σb——彎曲拆料的抗拉強(qiáng)度 (MPa)(查機(jī)械手冊(cè) σb=400(MPa)。 13 K——安全系數(shù)，一般取 1.3. 根據(jù)公式 5—6 Fu=0

32、.7KBt2σb/( γ +t) 2 =0.7 × 1.3 × 85.4 ×1400/(2+1.5.5) =23.20(KN) 對(duì)于頂件或壓料裝置的彎曲模，頂件力或壓料力可近似取彎曲力的 30%～80%。 F 壓=80% Fu =80%× 23.20 =18.56(KN) 彎曲力 : FC= Fu+ F 壓 =23.20+18.56 =41.76(KN) 5.2.6校正彎曲力的計(jì)算 校正彎曲是在自由彎曲階段后進(jìn)一步對(duì)貼合于凸凹模表面的彎曲件進(jìn)行擠 壓，其彎曲力比自由彎曲力大的多，而且兩個(gè)力并非同時(shí)存在。因此校

33、正彎曲 時(shí)只需計(jì)算校正彎曲力，即： F 校=qA 式中: F 校—— 校正力（ N） q —— 單位面積上的校正力（ Mpa），其值見(jiàn)表 5—4 A —— 彎曲件被校正部分的投影面積（ mm）。 當(dāng)凸模圓角半徑 r 材料厚度 t 與凹模支點(diǎn)間的距離 L 之比很小時(shí)，在 V 行 件校正彎曲中，投影面積按 A=BL 計(jì)算：在 U 型件彎曲中，投影面積按 A=B×（L-2r-2t）計(jì)算。 因?yàn)楣ぜ?U 形件所以計(jì)算投影面積公式選用： A=B× （L -2r-2t） 計(jì)算投影面積 A=20×（85.4-2×2-×1

34、.5） =20× 78.4 =1568（ mm2） 表 5—4 單位面積上的校正力 14 料厚 t(mm) 材料 1——3 3—— 10 硬鋁 30—— 40 50—— 60 黃銅 60—— 80 80—— 100 綜上所述彎曲校正力 F 校=qA =40× 1568 =62720（N） =62.72（ KN ） 5.2.7模具總沖壓力的計(jì)算 根據(jù)模具結(jié)構(gòu)總的沖壓力： F=Fp+FQ+FQ1+FQ2+FC+ F 校 F=Fp+FQ+FQ1+FQ

35、2+FC+F 校 =107.24+8.57+7.5068+7.5068+41.76+62.72 =235.3(KN) 選擇壓力機(jī)時(shí)應(yīng)用總沖壓力乘 1.3 所以總沖壓力 F=235.3×1.3=305.89（KN ） 根據(jù)總的沖壓力，初選壓力機(jī)為：開(kāi)式雙柱可傾壓力機(jī) J23—35。 6 模具壓力中心與計(jì)算 模具壓力中心是指諸沖壓合力的作用點(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。否則，會(huì)使沖模和壓 力機(jī)滑塊產(chǎn)生偏心載荷，使滑塊和導(dǎo)軌間產(chǎn)生過(guò)大磨損，模具導(dǎo)向零件加速磨 損，降低了模具和壓力

36、機(jī)的使用壽命。 模具的壓力中心，可安以下原則來(lái)確定： 1、對(duì)稱零件的單個(gè)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(duì)稱時(shí)，沖模的壓力中心與零件的對(duì)稱中心相重 合。 3、各分力對(duì)某坐標(biāo)軸的力矩之代數(shù)和等于諸力的合力對(duì)該軸的力矩。求出 15 合力作用點(diǎn)的坐標(biāo)位置 0， 0（ x=0,y=0），即為所求模具的壓力中心。 Xo=L 1X 1+L 2X 2+ LnXn/L 1+L 2+ Ln Yo=L1Y 1+L 2Y 2+ LnYn/L 1+L2+ Ln

37、 圖 6—1 壓力中心 1、按比例畫(huà)出凸模刃口的輪廓形狀，選坐標(biāo) XOY 。如圖 6—1 所示 2、把刃口輪廓分為 7 段并確定各段長(zhǎng)度，具體數(shù)值列于下表 6—1 中。 線 3.5（ mm） L1= -42.7 L2=42.7 L3=20 L4=42.7 L5= -42.7 L6=20 L7=28.26 

38、 表 6.1—1 落料件的壓力中心計(jì)算數(shù)據(jù) 壓力中心坐標(biāo) 力壓中心位置 x Y C1=0.5×-42.7=-21.35 0 1 C2=0.5×42.7=21.35 42.7 1 C3=0.5×20=10 42.7 21 C4=0.5×42.7=21.35 0 21 C5=0.5×42.7=21.35 -42.7 21 C6=0.5×20=10 -42.7 1 C7=0.5×28.26=14.13 0 11.05 落料凸模的壓力中心坐標(biāo)： 16

39、 Xn=L 1X 1+L2X 2+ LnXn/L 1+L 2+ Ln =（-42.7 × 0+42.7 × 42.7+20 × 42.7+ ）28/（.2642.7+42.7 +28.26） =0 Yn= L1Y 1+L2Y2+ LnYn/L 1+L 2+ Ln =（-42.7 × 1+42.7 × 1+20 ×21+28.26 × 11.05）/（ 42.7+42.7 +28.26） =6.01 所以求得模具壓力中心的坐標(biāo)值為（ 0, 6.01）。 7 沖裁模間隙的確定 設(shè)計(jì)模具時(shí)一定要選擇合理的間隙，以保證沖裁件的斷面質(zhì)

40、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(gè)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(gè)適當(dāng)?shù)姆秶鳛楹侠黹g 隙，只要間隙在這個(gè)范圍內(nèi)，就可以沖出良好的制件，這個(gè)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(guò)程 中的磨損使間隙增大，故設(shè)計(jì)與制造新模具時(shí)要采用最小合理間隙值 Cmin。 沖裁間隙的大小對(duì)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

41、裁件的尺寸精度。沖裁過(guò)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(yán)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(jì)中的一個(gè)非常重要的工藝參數(shù)。 根據(jù)表 5—1 查出材料 LY12— Y 的力學(xué)性能與 10 鋼相近表 7—1 查得最小雙面間隙 2Cmin=0.132mm，最大雙面間隙 2Cmax=0.240mm 8 刃口尺寸的計(jì)算 8.1 刃口尺寸計(jì)算的基本原則 沖裁件的尺寸精度主要取決與

42、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(lái)保證。正確確定模具刃口尺寸及制造公差，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)： 17 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(zhǔn)，沖孔孔徑是以小端尺寸為基準(zhǔn)。 表 7—1 沖裁模初始用間隙 2c(mm) 材料 08、10、 35、 16Mn 40、 50 65Mn 厚度 09Mn 、 Q235

43、 2Cmin 2Cmax 2Cmin 2Cmax 2Cmin 2Cmax 2Cmin 2Cmax 小于 極小間隙 0.5 0.5 0.040 0.060 0.040 0.060 0.040 0.060 0.040 0.060 0.6 0.048 0.072 0.048 0.072 0.048 0.072 0.048 0.072 0.7 0.064 0.092 0.064 0.092 0.064 0.092 0.064 0.092 0.8 0

44、.072 0.104 0.072 0.104 0.072 0.104 0.064 0.092 0.9 0.092 0.126 0.090 0.126 0.090 0.126 0.090 0.126 1.0 0.100 0.140 0.100 0.140 0.100 0.140 0.090 0.126 1.2 0.126 0.180 0.132 0.180 0.132 0.180 1.5 0.132 0.240 0.170 0.240 0.170 0.240 1.75 0.220 0.320 0

45、.220 0.320 0.220 0.320 2.0 0.246 0.360 0.260 0.380 0.260 0.380 2.1 0.260 0.380 0.280 0.400 0.280 0.400 2.5 0.260 0.500 0.380 0.540 0.380 0.540 2.75 0.400 0.560 0.420 0.600 0.420 0.600 3.0 0.460 0.640 0.480 0.660 0.480 0.660 .3.5 0.540

46、0.740 0.580 0.780 0.580 0.780 4.0 0.610 0.880 0.680 0.920 0.680 0.920 4.5 0.720 1.000 0.680 0.960 0.780 1.040 5.5 0.940 1.280 0.780 1.100 0.980 1.320 6.0 1.080 1.440 0.840 1.200 1.140 1.500 18 6.5 0.940 1.300 8.0 1.200

47、 1.680 注：取 08 號(hào)鋼沖裁皮革、石棉和紙板時(shí)，間隙的 25%。 3、沖裁時(shí)，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(lái)越大。 由此在決定模具刃口尺寸及其制造公差時(shí)需要考慮以下原則： 1、落料件尺寸由凹模尺寸決定，沖孔時(shí)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)，間隙去在凹模上：設(shè)計(jì)沖孔模時(shí)，以凸模尺寸為基準(zhǔn)， 間隙去在凹模上。 2、考慮到?jīng)_裁中凸、凹模的磨損，設(shè)計(jì)落料凹模時(shí)，凹?；境叽鐟?yīng)取尺寸公差范圍的較小尺寸；設(shè)計(jì)沖孔模時(shí)，凹模基本尺寸應(yīng)取工件孔尺寸公差范 圍的較大尺寸。這樣

48、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(shí)，應(yīng)考慮制件的公差要求。如果對(duì)刃口精度要 求過(guò)高（即制造公差過(guò)?。瑫?huì)使模具制造困能，增加成本，延長(zhǎng)生產(chǎn)周期；如 果對(duì)刃口要求過(guò)低（即制造公差過(guò)大）則生產(chǎn)出來(lái)的制件有可能不和格，會(huì)使 模具的壽命降低。若工件沒(méi)有標(biāo)注公差，則對(duì)于非圓形工件安國(guó)家“配合尺寸 的公差數(shù)值” IT14 級(jí)處理，沖模則可按 IT11 級(jí)制造；對(duì)于圓形工件可按 IT17～I(xiàn)T9 級(jí)制造模具。沖壓件的尺寸公差應(yīng)按“入體”原則標(biāo)注單項(xiàng)公差， 落料件上偏差為零，下

49、偏差為負(fù)；沖孔件上偏差為正，下偏差為零。 8.2 刃口尺寸的計(jì)算 沖裁模凹、凸模刃口尺寸有兩種計(jì)算和標(biāo)注的方法，即分開(kāi)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(chǎng)合，后者用于形 狀復(fù)雜或波板工件的模具。 對(duì)于該工件厚度只有 1.5（mm）屬于厚板板零件，并且孔有位置公差要求，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?zhǔn)件，然后以此基準(zhǔn)件的實(shí)際尺寸來(lái)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(zhǔn)件上標(biāo)注尺寸制造 公差，另一件只標(biāo)注公稱尺寸并注明配做所

50、留的間隙值。這 δp與 δd就不再受 19 間隙限制。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，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(zhǔn)件的制造公差，使制造容易。在計(jì)算復(fù)雜形狀的凸凹模工作部分的尺寸 時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)凸模和凹模磨損后，在一個(gè)凸?；虬寄Ｉ蠒?huì)同時(shí)存在三種不同磨 損性質(zhì)的尺寸，這時(shí)需要區(qū)別對(duì)待。 1 ○ 第一類：凸?；虬寄Ｄp會(huì)增大的尺寸； 2 ○ 第二類：凸?；虬寄Ｄp或會(huì)減小的尺寸； 3 ○ 第三類：凸?；虬寄Ｄp后

51、基本不變的尺寸； 8.3 計(jì)算凸、凹模刃口的尺寸 凸模與凹模配合加工的方法計(jì)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(jì)算，即 + δA Aa=（Amax-x△） 0 公式 （ 8—1） 2、凹模磨損后變小的尺寸，按一般沖孔凸模公式計(jì)算，因它在凹模上相當(dāng) 于沖孔凸模尺寸，即 0 Ba=(Bmax+x - δA 公式 △) （ 8—2） 3、凹模磨損后無(wú)變化的尺寸，其基本計(jì)算公式為 Ca=(Cmax+0.5△ ) ± 0.5 δA 了方便使用，隨工件尺寸的標(biāo)注方法不同，將其分為三種

52、情況： + 工件尺寸為 C △0 時(shí) Ca=(C+0.5△) ± 0.5 δA 公式（ 8— 3） - 工件尺寸為 C 0 時(shí) △ Ca=(C-0.5 △)± 0.5 δA 公式（ 8— 4） 工件尺寸為 C△± 時(shí) 20 Ca=C±δA 公式（ 8— 5）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； ——△工件偏差；

53、 x——系數(shù)，為了避免沖裁件尺寸偏向極限尺寸（落料 時(shí)偏向最小尺寸，沖孔時(shí)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 8—1或按下面關(guān)系選取。 工件精度 IT10 以上 x=1 工件精度 IT11~IT13 x=0.75 工件精度 IT14 x=0.5 δA、 0.5 δA、δ A——凹模制造偏差，通常取 δ A= △/4。 表 8—1 系數(shù) x 非圓形 圓形 料厚 t(mm) 1 0.75 0.5 0.75 0.5 工件公差△ /mm 1 ＜ 0.

54、16 0.17~0.35 ≥ 0.36 ＜ 0.16 ≥ 0.16 1~2 ＜ 0.20 0.21~0.41 ≥ 0.42 ＜ 0.20 ≥ 0.20 2~4 ＜ 0.24 0.25~0.49 ≥ 0.50 ＜ 0.24 ≥ 0.24 ＞4 ＜ 0.30 0.31~0.59 ≥ 0.60 ＜ 0.30 ≥ 0.30 （一）落料刃口尺寸計(jì)算 21 圖 8—1 計(jì)算刃口尺寸示意圖 圖上的尺寸均

55、無(wú)公差要求，按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) IT14 級(jí)公差要求處理，查公差表得： 0-0.52 0-0.25 ?9 0 +0。30 85 20 如圖 8—1所示的固定夾的落料零件圖，計(jì)算凸、凹模的刃口尺寸?？紤]到零件形狀比較復(fù)雜，采用配作法加工凸、凹模。凹模磨損后其尺寸變化有三種情況 , 落料時(shí)應(yīng)以凹模的實(shí)際尺寸按間隙要求來(lái)配作凸模，沖孔時(shí)應(yīng)以凸模的實(shí)際尺寸按間隙要求來(lái)配制凹模。 落料凹模的尺寸從圖 8—1上可知， A 、B、C、 D 均屬磨損后變大的尺寸， 0 屬于第一類尺寸，計(jì)算公式為： Ba=(Bmax-x - δA ( δ A=△/4)

56、 △) 查表 7— 1 得：2Cmin=0.132(mm)， 2Cmax=0.240(mm)；查表 8—1 得： x1=x2=x3=x4=0.75 落料凹模的基本尺寸計(jì)算如下： 0 根據(jù)公式 8—1 A 凹=(Bmax-x - δA △) （ ） = 85.4-0.75 × 0.52 0-0.52/4 0-0.13 =85.01 (mm) 0 B 凹 =(Bmax-x - δA △) =（ 20-0.75 × 0.52）0-0.52/4

57、 =19.610-0.13(mm) 0 C 凹 =(Bmax-x - δA △) = 85.4+0.75 × 0.52 （ ）0-0.52/4 =85.020-0.13(mm) D 凹=(Bmax-x 0 △) - δA =（ 20-0.75 × 0.52）0-0.52/4 =19.610-0.13(mm) 凸模安凹模尺寸配制，保證雙面間隙（ 0.132～0.240）(mm). 22 沖孔凸模的尺寸從圖 8—1上可知，沖孔凸模的尺寸在磨損過(guò)程中將變小， 0 屬于第二類尺寸

58、，計(jì)算公式為： Ba=(Bmax+x - δA （δA=△ /4) △) 查表 7— 1 得：2Cmin=0.132mm，2Cmax=0.18mm；查表 8—1 磨損系數(shù) X=3.950.5 沖孔凸模的刃口尺寸計(jì)算如下： 0 根據(jù)公式 8—2 E 凸=(Bmax+x - δA △) （ ） = 9+0.5 × 0.3 0-0.3/4 = 9.0150-0.075(mm) 沖孔凸模的尺寸為 9.0150-0.075(mm)

59、 表 8—2 刃口高度 凹模按凸模尺寸配制，保證雙面間隙（ 0.132～0.240）(mm) 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 8.4 沖裁刃口高度查表8—2，刃口高度為 h＞8～10(mm), 取 h=9(mm) 8.5 彎曲部分刃口尺寸的計(jì)算 8.5.1最小相對(duì)彎曲半徑 r min/t 彎曲時(shí)彎曲半徑越小，板料外表面的變形程度越大，若彎曲半徑過(guò)小，則 板料的外表面將超過(guò)材料

60、的變形極限，而出現(xiàn)裂紋或拉裂。在保證彎曲變形區(qū) 材料外表面不發(fā)生裂紋的條件下，彎曲件列表面所能行成的最小圓角半徑稱為 最小彎曲半徑。 最小彎曲半徑與彎曲件厚度的比值 rmin/t 稱為最小相對(duì)彎曲半徑，又稱為最小彎曲系數(shù)，是衡量彎曲變形的一個(gè)重要指標(biāo)。 設(shè)中性層半徑為 ρ，則最外層金屬（半徑為  R）的伸長(zhǎng)率外為： δ外=（R-ρ） / ρ  公式 （ 8—6） 設(shè)中性層位置在半徑為 ρ=r+t/2處，且彎曲厚度保持不變，則有  R=r+t,固有 δ外=1/(2r/t+1)  公式（ 8—

61、 7） 23 如將 外以材料斷后伸長(zhǎng)率 帶入，則有 r/r 轉(zhuǎn)化為 r min ，且有 δ δ /t r /t= （ ） δ 公式 1-δ /2 min （ 8—8） 根據(jù)公式就可以算出最小彎曲半徑。 最外層金屬（半徑為 R）的伸長(zhǎng)率外為： 根據(jù)公式 8—7 δ外=1/(2r/t+1) =1/（2× 2/1.5+1） =0.28 最小彎曲半徑為：

62、 根據(jù)公式 8—8 r min /t= （ ） δ 1-δ /2 =（ 1-0.28）/2 × 0.28 =1.012 8.5.2彎曲部分工作尺寸的計(jì)算 1、回彈值由工藝分析可知，固定夾彎曲回彈影響最大的部分是最大半徑處， r/t=3.8/1.2=3.16＜5。此處屬于小圓角 V 形彎曲，故只考慮回彈值。查表 8—3得 , 回彈值為 60，由于回彈值很小，故彎曲凸、凹模均可按制件的基本尺 寸標(biāo)注，在試模后稍加修磨即可。 表 8—3 鋁材料校正彎曲回彈 材料 r/t 材料厚度 t(mm)

63、 ＜ 0.8 0.8～ 2 ＞ 2 硬鋁 LY12 ＜ 2 0 0 0 2 3 4 2～ 5 0 0 0 4 6 8 ＞ 5 0 0 0 6 10 14 2、模具間隙 彎曲 V 形件時(shí)，不需要在設(shè)計(jì)和制造模具時(shí)確定間隙。對(duì)于 U 形件的彎曲， 必須選擇合模具間隙 彎曲 V 形件時(shí)，凸、凹模間隙是用調(diào)整沖床的閉合高度 來(lái)控制的適的間隙，間隙過(guò)小，會(huì)使邊部壁厚變薄，降低模具壽命。間隙過(guò)大 則回彈大，降低制件精度凸、凹模單邊間隙 Z 一般可按下式計(jì)算： Z=t+ +ct 公式（ 8—

64、 24 9） 式中： Z—— 彎曲凸、凹模單邊間隙 t——材料的厚度 ——材料厚度的正偏差（表 8—4） C——間隙數(shù) (表 8—5) 查表得： =0 C=0.05 根據(jù)公式 8—9 Z=t+ +ct =1.5+0+0.05 × 1.5 =1.5+0.075 =1.575 (mm) 表 8—4 薄鋼板、黃銅板（帶）、鋁板厚度公差 材料 薄鋼板 黃銅板（帶） 鋁板 厚度 08F H62,H68,HP —1

65、2A11 、 2A12 B 級(jí)公差 C 級(jí)公差 冷扎帶 冷軋板 最小公差 最大公差 0.2 ± 0.04 ± 0.06 -0.03 -0.03 -0.02 -0.04 0.3 ± 0.04 ± 0.06 -0.04 -0.04 -0.02 -0.05 0.4 ± 0.04 ± 0.06 -0.07 -0.07 -0.03 -0.05 0.5 ± 0.05 ± 0.07 -0.07 -0.07 -0.04 -0.12 0.6 ± 0.06 ± 0.08 -0.07 -0.08 -0.04 -0.12 0.8

66、 ± 0.08 ± 0.10 -0.08 -0.10 -0.04 -0.14 1.0 ± 0.09 0.12 -0.09 -0.12 -0.04 -0.17 1.2 ± 0.11 ± 0.13 -0.10 -0.14 — 1.5 ± 0.12 ± 0.15 -0.10 -0.16 -0.10 — -0.27 2.0 ± 0.15 ± 0.18 -0.12 -0.18 -0.10 -0.28 2.5 ± 0.17 ± 0.20 -0.12 -0.18 -0.20 -0.30 3.0 ± 0.18 ± 0.22 -0.14 -0.20 -0.25 -0.35 3.5 ± 0.20 ± 0.25 -0.16 -0.23 -0.25 -0.36 25 3、凸凹模橫向尺寸的確定 彎曲模的凸凹模工作部分尺寸確定比較復(fù)雜， 不同的工件形狀其橫向工作尺寸的確定方法不同。 工件標(biāo)注外形尺寸時(shí)，按磨損原則應(yīng)以凹模為基準(zhǔn)，先計(jì)算凹模，間隙取