ZL50裝載機(jī)總體及工作裝置設(shè)計
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多自由曲面產(chǎn)品注塑模具分型線的自動確定
邵 健11 ,呂震22 ,柯映林11
( 1. 浙江大學(xué)現(xiàn)代制造工程研究所, 浙江 杭州 310027
2. 浙江大學(xué)城市學(xué)院, 浙江 杭州 310015
【關(guān)鍵詞】:模具,分型線,特征識別,有限元
【摘 要】: 為有效地確定多自由曲面產(chǎn)品模具分型線問題, 提出了一種將特征識別技術(shù)和有限元方法相結(jié)合的模具分型線確定方法。在該方法中, 首先, 提出了基于圖的特征識別方法來對產(chǎn)品中的側(cè)凹特征進(jìn)行識別, 并在識別的基礎(chǔ)上對產(chǎn)品模型進(jìn)行簡化; 然后, 提出了基于有限元的離散方法, 對簡化的產(chǎn)品模型的所有組成面進(jìn)行離散, 并根據(jù)網(wǎng)格面的可視性來判別組成面的可視性; 最后, 將產(chǎn)品中的所有組成面分成可視面組、不可視面組和退化面組, 并通過抽取可視面組或不可視面組的最大邊環(huán)來確定模具的分型線。研究實(shí)踐表明, 通過該方法可以有效地解決多自由曲面產(chǎn)品模具分型線的確定問題, 提高模具設(shè)計的效率。
中圖分類號: T P391 文獻(xiàn)標(biāo)識碼: A
1引言
模具型腔的設(shè)計過程一般包括脫模方向的選擇、分型線的確定和分型面的生成3個步驟。其中分型線的確定是非常重要的一個環(huán)節(jié)，不但影響到后續(xù)分型面的生成，還對整個模具的結(jié)構(gòu)和成本有很大的影響.對于一些規(guī)則產(chǎn)品，模具分型線的確定是比較簡單的，但對于一些包含自由曲面的產(chǎn)品，模具的分型線往往難以確定。在一般的模具型腔設(shè)計過程中,分型線往往由模具工程師通過一些經(jīng)驗的方式來判斷確定。但通過這種方式來確定模具的分型線，設(shè)計效率不高，同時由于設(shè)計者的疏忽也有可能造成分型線確定失誤的問題。因此探索分型線的自動生成技術(shù)是模具設(shè)計自動化的一個重要研究內(nèi)容。
2 相關(guān)研究
對分型線的確定，有3類典型的方法：1）文獻(xiàn)[2] 等提出的通過拉伸零件最大投影輪廓線的方法來確定產(chǎn)品的分型線；2）文獻(xiàn)[3] 等提出的通過對塑件模型切片來生成分型線的方法；3）文獻(xiàn)[4]等提出的通過對注塑件表面進(jìn)行分組并抽取最大邊環(huán)來自動生成分型線的方法。在這3 種方法中，都沒有考慮產(chǎn)品中的側(cè)凹特征對模具分型線的影響，對于多自由曲面產(chǎn)品，無法有效地確定模具的分型線。文獻(xiàn)[5]等雖在文獻(xiàn)[ 4] 的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn),但對于多自由曲面產(chǎn)品, 也無法有效地確定模具的分型線。
為此，本文提出了一種將特征識別技術(shù)和有限元方法相結(jié)合的模具分型線確定方法，不但考慮了側(cè)凹特征對模具分型線確定的影響，提出了基于圖的特征識別方法對產(chǎn)品中的側(cè)凹特征進(jìn)行識別，還提出了基于有限元方法對包含自由曲面的產(chǎn)品模型的表面進(jìn)行離散，以解決自由曲面在模具分型線的確定過程中可能產(chǎn)生的歧義，加快模具分型線的自動確定過程。與前述的3類分型線確定方法相比，該方法的主要特點(diǎn)在于:1.在確定模具分型線前, 首先對產(chǎn)品中的側(cè)凹特征應(yīng)用提出的側(cè)凹特征識別方法進(jìn)行識別, 并根據(jù)特征識別的結(jié)果簡化產(chǎn)品模型, 從而避免了側(cè)凹特征對模具分型線的影響；2.型簡化后, 應(yīng)用有限元離散方法對產(chǎn)品模型的表面進(jìn)行離散, 并根據(jù)網(wǎng)格面的可視性來綜合判斷產(chǎn)品模型表面的可視性, 消除自由曲面在判斷面可視性時的不確定性。
3 基本概念
3.1表面的可見性
產(chǎn)品的表面一般由平面和自由曲面組成, 一些簡單的產(chǎn)品往往都由平面組成, 但一些外形和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的產(chǎn)品, 其表面則既包含平面, 也包含自由曲面。對于平面來說, 因為其法向惟一, 所以一定為可視、不可視或過渡面中的一種。但對于曲面來說, 由于其法向并不惟一, 既有可能全為可視或不可視, 也有可能部分可視、部分不可視。因此, 要判斷曲面的可視性, 必須應(yīng)用有限元方法。在有限元模型中, 產(chǎn)品模型的表面往往離散為一些小的單元模型。由于這些單元的表面都為平面, 可以方便地判斷出這些單元的可視性。設(shè) 表示模具的脫模方向,表示面的法向，則可根據(jù)如下規(guī)則來判斷面的可視性：如果, 則為可視面；如果, 則為不可視面；如果則為過渡面。
3.2 單一表面和復(fù)雜表面
所有表面的產(chǎn)品可以轉(zhuǎn)化為二維網(wǎng)格對各組成部分進(jìn)行有限元分析。網(wǎng)格包含以下三種類型：(a)可見網(wǎng)眼(b)無形的網(wǎng)(c)過渡網(wǎng)格。設(shè)表示模具的脫模方向,表示面Fi的法向，則可根據(jù)如下規(guī)則來判斷網(wǎng)格的可視性：如果, 則為可視網(wǎng)格；如果, 則為不可視網(wǎng)格；如果, 則為過渡面。一些簡單的產(chǎn)品往往都由平面組成, 但一些外形和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的產(chǎn)品, 其表面則既包含平面, 也包含自由曲面。對于平面來說, 因為其法向惟一, 所以一定為可視、不可視或過渡面中的一種。但對于曲面來說, 由于其法向并不惟一, 既有可能全為可視或不可視, 也有可能部分可視、部分不可視。因此, 要判斷曲面的可視性, 必須應(yīng)用有限元方法。在有限元模型中, 產(chǎn)品模型的表面往往離散為一些小的單元模型。由于這些單元的表面都為平面, 可以方便地判斷出這些單元的可視性。一般情況下表示模具的脫模方向, 表示單元面的法向。如圖2 所示, 圖2a 為可視表面, 所有的單元面均為可視單元面; 圖2b 為不可視表面, 所有的單元面均為不可視單元面; 圖2c 為可視、不可視同存表面, 在其單元面中, 既存在可視單元面, 又存在不可視單元面和過渡單元面。其中“+”表示可視單元面, “-”表示不可視單元面,“0”表示過渡單元面。
4 確定分型面的過程
4.1 簡化的產(chǎn)品模型
因為側(cè)凹特征的存在會直接影響到模具分型線的正確確定。因此, 在確定模具的分型線前, 首先要對產(chǎn)品中的側(cè)凹特征進(jìn)行識別, 并對產(chǎn)品模型進(jìn)行簡化。識別特征的方法較多[7] , 本文提出了一種基于圖的特征識別方法。在識別過程中, 首先將產(chǎn)品模型用面屬性鄰接圖( FaceAt tribute Adjacency Graph, FAAG)[8] 的方式表示，然后通過在產(chǎn)品FAAG 中搜索側(cè)凹特征子圖的方式來識別側(cè)凹特征。
圖1 所示為3 種典型類型的側(cè)凹特征的子圖。圖1a 為一凹類型的側(cè)凹特征及其子圖U，該側(cè)凹特征只有一個特征生成面( 側(cè)凹特征附著的面) n1 , 在割集( 將側(cè)凹特征的子圖從產(chǎn)品FAAG 圖中分離出來的一組邊) A c 中, 所有的邊都為凸邊，在子圖U中，所有的邊都為凹邊；圖1b 為一凸類型的側(cè)凹特征及其子圖U, 該側(cè)凹特征也只有一個特征生成面n1 , 在割集Ac 中, 所有的邊都為凹邊, 在子圖U 中,所有的邊都為凸邊; 圖1c 所示為一通孔類型的側(cè)凹特征, 該側(cè)凹特征有兩個特征生成面n1 , n8 , 在割集Ac 中, 所有的邊都為凸邊, 在子圖U 中, 所有的邊都為凹邊。在子圖匹配的過程中, 如果對產(chǎn)品的FAAG 應(yīng)用遍歷方式進(jìn)行搜索, 則搜索的時間將會非常長。因此, 在實(shí)際的搜索過程中, 總是先找到產(chǎn)品中所有的特征生成面然后再確定子圖的割集, 并利用割集將產(chǎn)品的FAAG 圖分解為兩部分, 一部分為產(chǎn)品FAAG, 一部分為側(cè)凹特征FAAG。側(cè)凹特征識別后, 為了方便模具分型線的確定, 還需要對產(chǎn)品模型進(jìn)行簡化, 簡化的過程即產(chǎn)品FAAG 重構(gòu)的過程。
4.2 產(chǎn)品模型轉(zhuǎn)化
簡化模型后,產(chǎn)品將會被轉(zhuǎn)換成采用離散曲面模型,采用有限元分析方法。無論怎樣的平面,曲面或自由曲面產(chǎn)品模型可以表示為2維表面網(wǎng)格，轉(zhuǎn)換過程如圖4所示。該產(chǎn)品模型可以描述為；其中Ω代表了產(chǎn)品的模型；代表模型的每個表面；M代表表面的號碼，這樣一來，每一個外表面即可表示為；其中m表示橫向的網(wǎng)格數(shù)量，n表示縱向的網(wǎng)格數(shù)量。三角形或四邊形網(wǎng)格是當(dāng)前常用的轉(zhuǎn)化過程。雖然網(wǎng)格的數(shù)量是由經(jīng)驗確定的,有一些原則是可以照辦，例如網(wǎng)格的數(shù)量的多少表面與表面的曲率有關(guān)。網(wǎng)格的數(shù)量越大,其表面曲率越大。
4.3 分離復(fù)雜表面
產(chǎn)品中可視、不可視同存的表面, 稱為復(fù)合產(chǎn)品表面, 而對于單一的可視面或不可視面, 則稱為單一產(chǎn)品表面。在確定模具的分型線前, 必須將復(fù)合產(chǎn)品表面分解為單一產(chǎn)品表面, 從而在將這些產(chǎn)品表面歸入可視或不可視面組時, 就不會產(chǎn)生二義性。在對復(fù)合產(chǎn)品表面進(jìn)行分解前, 首先要獲取這些產(chǎn)品表面對應(yīng)脫模方向的最大外輪廓線, 以最大輪廓線為界, 復(fù)合產(chǎn)品表面就可以分解為單一產(chǎn)品表面。在分解過程中, 首先要做1個垂直于產(chǎn)品脫模方向的平面為投影平面, 并將產(chǎn)品表面投影到投影平面上。投影后, 首先找到產(chǎn)品表面在投影平面上的投影輪廓線, 然后沿脫模方向拉伸投影輪廓線并與產(chǎn)品表面相交, 則所確定的交線即為該產(chǎn)品表面的最大外輪廓線。如圖3 所示為復(fù)合產(chǎn)品表面的分解過程示意。圖中的PD表示產(chǎn)品的脫模方向, Λ表示投影平面。S+ 和S- 為經(jīng)過分解后的單一產(chǎn)品表面,S+ 表示可視表面, S- 表示不可視表面。
4.4分型線的確定
模具的分型線即為產(chǎn)品中可視面組和不可視面組的最大邊環(huán), 因此, 為了正確地確定模具的分型線, 首先要將產(chǎn)品中所有過渡面調(diào)整到可視面組或不可視面組中去。在調(diào)整過程中, 首先要判斷過渡面最大輪廓線與可視面組或不可視面組最大邊環(huán)的關(guān)系。
(1) 如果過渡面的大輪廓線在可視面組的最大邊環(huán)內(nèi), 則將過渡面調(diào)整到可視面組中去, 調(diào)整規(guī)則表述為,if then →
(2) 如果過渡面的最大輪廓線在不可視面組的最大邊環(huán)內(nèi), 則將過渡面調(diào)整到不可視面組中去, 調(diào)整規(guī)則表述為: ,if then →
其中, G1 表示產(chǎn)品中的可視面組, G2 表示產(chǎn)品中的不可視面組, G3 表示產(chǎn)品中的過渡面組, 表示過渡面組G3 中的第i個面I， 表示的最大輪廓, 表示可視面組的最大邊環(huán), 表示不可視面組的最大邊環(huán)。設(shè)過渡面組G3中調(diào)整到中的面組為, 調(diào)整到G2 中的面組為, 則最后確定的模具的分型線為。
5 實(shí)例研究
本文提出的多自由曲面產(chǎn)品模具分型線的確定方法已在注塑模具型腔設(shè)計制造系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn), 系統(tǒng)的開發(fā)基于U G 平臺, 開發(fā)工具為VC+ + 和UG/Open, U G/ Open 是基于UG 平臺的一組2 次開發(fā)工具, 包括U G/ Open 應(yīng)用程序界面( A pplicat io nPro gramming Inter face, API) , UG/ Open Grip 等。該開發(fā)工具可以使用戶方便地對產(chǎn)品B- r ep 模型中的幾何和拓?fù)湫畔⑦M(jìn)行操作, 實(shí)現(xiàn)用戶的自定義功能。
圖4 所示為某汽車車燈產(chǎn)品的產(chǎn)品模型。在產(chǎn)品模型中, 不但存在側(cè)凹特征, 同時模型表面也存在自由曲面, 因此在確定零件的模具分型線前, 首先要對產(chǎn)品模型中的側(cè)凹特征進(jìn)行識別并對產(chǎn)品模型進(jìn)行簡化。因為確定的脫模方向為Z 軸方向, 所以在產(chǎn)品模型中, 實(shí)際的側(cè)凹特征為產(chǎn)品側(cè)壁的通風(fēng)孔。產(chǎn)品中另外的特征, 由于其特征方向都與脫模方向一致, 并不構(gòu)成真正的側(cè)凹特征。圖4b 所示為經(jīng)過簡化后的產(chǎn)品模型。產(chǎn)品模型簡化后, 即可應(yīng)用有限元方法對簡化產(chǎn)品模型的表面進(jìn)行離散。本例中采用的網(wǎng)格為四邊形網(wǎng)格, 網(wǎng)格單位為8, 離散后的產(chǎn)品模型如圖4c 所示。對所有的網(wǎng)格面確定其可視性, 并由此來判斷模型表面的可視性。由于在該產(chǎn)品模型中并不存在復(fù)合產(chǎn)品表面, 可以直接將所有的產(chǎn)品表面歸入可視面組、不可視面組和過渡面組中。在將所有的過渡面通過調(diào)整規(guī)則調(diào)整到可視面組和不可視面組之后, 即可確定模具的分型線。圖4d 所示為最終經(jīng)系統(tǒng)自動確定的該測試產(chǎn)品的模具分型線。
6 結(jié)束語
本文提出了一種將特征識別技術(shù)和有限元方法相結(jié)合的模具分型線確定方法, 可以有效地確定多自由曲面產(chǎn)品的模型分型線的問題, 從而縮短模具設(shè)計的周期, 提高模具設(shè)計的效率。通過對數(shù)十個多自由曲面產(chǎn)品的測試表明, 系統(tǒng)自動確定的模具分型線與設(shè)計師依據(jù)經(jīng)驗判斷確定的模具分型線的情況完全吻合。目前, 該方法已經(jīng)應(yīng)用于筆者所開
發(fā)的注塑模具型腔設(shè)計制造系統(tǒng)中, 運(yùn)行情況良好。
參考文獻(xiàn)
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圖1 三種類型表面
圖2 單一表面及復(fù)雜表面
（a）凸 (b)凹 (c)穿透
圖3 3種類型的削弱特征和重復(fù)選擇
圖4 轉(zhuǎn)化的過程
圖5 復(fù)雜表面的拆分
圖6 UG軟件的界面
圖7 一個塑造部分的分型線確定
畢業(yè)設(shè)計(論文)中期報告
汽車穩(wěn)定桿卡子沖壓模具設(shè)計
院（系） 機(jī)電信息系
專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化
班 級
姓 名
學(xué) 號
導(dǎo) 師
2013年03月22日
1. 設(shè)計（論文）進(jìn)展?fàn)顩r
本階段的主要任務(wù)是完成外文文獻(xiàn)的翻譯，對塑件進(jìn)行更深層次的分析和理解，包括塑件的幾何特性與物理特性，以及沖壓材料的性能等。 通過以上分析，基本上完成了沖壓模具的二維的裝配圖，同時深刻體會到Pro/e,cad軟件功能的強(qiáng)大；大概了解了沖壓材料在選用過程中所依據(jù)的原則；大概了解了制作沖壓模具工藝過程與流程圖。
圖1三維零件圖
圖2二維裝配圖
2. 存在問題及解決措施
隨著設(shè)計的不斷進(jìn)行，出現(xiàn)的問題也慢慢浮現(xiàn)，主要有：
對零件結(jié)構(gòu)的理解還不是很到位。
然后，在設(shè)計裝配過程中對彎曲部分的認(rèn)識不是很清楚。
通過與同學(xué)的探討及老師的指點(diǎn)，使我對自己的畢業(yè)設(shè)計有了更深一步的認(rèn) 識。我深深明白了設(shè)計與實(shí)際要緊密結(jié)合，要多動腦，勤思考。平時要多練習(xí)軟件。
3. 后期工作安排
后期的任務(wù)主要有：
10—11周：完成全部技術(shù)設(shè)計。
12—14周：撰寫畢業(yè)設(shè)計論文。
15周：答辯前準(zhǔn)備。
后期的主要工作重點(diǎn)還是放在工程圖的繪制，并且需要完善已經(jīng)完成的裝配圖以及加強(qiáng)后期零件圖的繪制。最后在同時進(jìn)行設(shè)計論文的完成以及最后整個油路熱溫升校核，完成全部技術(shù)設(shè)計。
本科畢業(yè)設(shè)計(論文)
題目：汽車穩(wěn)定桿卡子沖壓模具設(shè)計
系 別： 機(jī)電信息系
專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計制造及其自動化
班 級：
學(xué) 生：
學(xué) 號：
指導(dǎo)教師：
2013年05月
汽車穩(wěn)定桿卡子沖壓模具設(shè)計
摘 要
本文介紹的模具實(shí)例結(jié)構(gòu)簡單實(shí)用，使用方便可靠，首先根據(jù)工件圖算工件的展開尺寸，在根據(jù)展開尺寸算該零件的壓力中心，材料利用率，畫排樣圖。根據(jù)零件的幾何形狀要求和尺寸的分析，采用復(fù)合模沖壓，這樣有利于提高生產(chǎn)效率，模具設(shè)計和制造也相對于簡單。當(dāng)所有的參數(shù)計算完后，對磨具的裝配方案，對主要零件的設(shè)計和裝配要求技術(shù)要求都進(jìn)行了分析。
在設(shè)計過程中除了設(shè)計說明書外，還包括模具的裝配圖，非標(biāo)準(zhǔn)零件的零件圖，工件的加工工藝卡片，工藝規(guī)程卡片，非標(biāo)準(zhǔn)零件的加工工藝過程卡片。
關(guān)鍵詞：復(fù)合模 ；沖壓 ；設(shè)計
Design of automobile stable bar clip stamping die
Abstract
This article introduced mold example structure simple and practical, convenient and reliable use, according to the dimension of workpiece is the workpiece, in the center of pressure parts according to the size, material utilization ratio, drawing layout. According to the analysis of the geometric shape and size requirements, the use of compound die stamping, which helps to improve the efficiency of production, mold design and manufacturing are also relative to the simple. When all of the parameter calculation is finished, assembly scheme to the tool, the main parts of the design and assembly requirements of the technical requirements are analyzed.
In the design process, in addition to the design specifications, but also including the mold assembly drawing, non-standard parts drawings, the workpiece card processing technology, process cards, process cards non standard parts.
Keywords: compound die punching; design;
II
目 錄
1 緒 論 1
2 沖裁工件件的工藝分析 2
3 確定工藝方案及模具的結(jié)構(gòu)形式 3
4 模具總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 4
4.1 模具類型的選擇 4
4.2定位方式的選擇 4
4.3卸料方式的選擇 4
4.4導(dǎo)向方式的選擇 4
5 模具設(shè)計工藝計算 5
5.1計算毛坯尺寸 5
5.2排樣、計算條料寬度及步距的確定 5
5.2.1搭邊值的確定 5
5.2.2條料寬度的確定 7
5.2.3 送料步距的確定 7
5.2.4 排樣 8
5.2.5材料利用率的計算 8
6 沖裁力的計算 11
6.1計算沖裁力的公式 11
6.2 總沖裁力、卸料力、推料力、頂件力、彎曲力和總沖壓力 11
6.2.1 總沖裁力 12
6.2.2 卸料力FQ的計算 13
6.2.3推件力FQ1的計算 13
6.2.4頂件力FQ2的計算 13
6.2.5總的沖壓力的計算 13
7 模具壓力中心與計算 14
8 沖裁模間隙的確定 15
9 沖裁凸模、凹模刃口尺寸的計算 17
9.1凸、凹模刃口尺寸計算的基本原則 17
9.2凸、凹模刃口尺寸的計算 18
9.3計算凸、凹模刃口的尺寸的計算公式 19
9.4沖裁刃口高度 21
III
9.5彎曲部分刃口尺寸的計算 21
9.5.1最小相對彎曲半徑rmin/t 21
9.5.2彎曲部分工作尺寸的計算 22
10 主要零部件的設(shè)計 26
10.1 工作零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 26
10.1.1凸凹模的設(shè)計 26
10.1.2外形凸模的設(shè)計 26
10.1.3內(nèi)孔凸模設(shè)計 27
10.1.4彎曲凸模的設(shè)計 27
10.2卸料部分的設(shè)計 27
10.2.1卸料板的設(shè)計 27
10.2.2卸料彈簧的設(shè)計 28
10.3定位零件的設(shè)計 29
10.4模架及其它零件的設(shè)計 30
10.4.1上下模座 30
10.4.2模柄 30
10.4.3模具的閉合高度 31
11 模具總裝圖 32
12 壓力機(jī)的選擇 33
總 結(jié) 34
致謝 35
參考文獻(xiàn) 36
附錄1 37
附錄2 38
附錄3 39
附錄4 40
附錄5 41
IV
1 緒論
1 緒論
改革開放以來，隨著國民經(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，以提高勞動生產(chǎn)率和生產(chǎn)規(guī)模來創(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)無切屑加工；產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，具有良好的互換性；操作簡單，對操作人員沒有很高的技術(shù)要求；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)的自動化的特點(diǎn)。
43
2 沖裁工件間的工藝分析
2 沖裁工件間的工藝分析
如圖2.1所示零件圖。
生產(chǎn)批量：大批量;
材料： Q235;厚度2mm
圖2.1 零件圖
該材料，經(jīng)退火及時效處理，具有較高的強(qiáng)度、硬度，適合做中等強(qiáng)度的零件。
尺寸精度：零件圖上的尺寸均未標(biāo)注公差，屬自由尺寸，可安IT14級確定工件的公差。
經(jīng)查公差表，各尺寸公差為： 100 0-0.52 ?350 +0。30
兩個孔的位置公差為：
工件結(jié)構(gòu)形狀：工件簡單，對稱有利于材料的合理利用，制件需要進(jìn)行落料、沖孔兩道基本工序，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
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、兩道基本工序，按其先后順序組合，可得如下幾種方案;
(1) 落料———沖孔；單工序模沖壓
(2) 沖孔——落料；單工序模沖壓。
(3) 落料—沖孔；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)
完成一個沖壓工序的沖裁模。由于此制件生產(chǎn)批量大，尺寸又較小這兩種方案生產(chǎn)效率較低，操作也不安全，勞動強(qiáng)度大，故不宜采用。
方案（3）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)沒有單工序模復(fù)雜減少了模具的個數(shù)，也避免了不同模具間產(chǎn)生的誤差，生產(chǎn)效率也很高，又降低的工人的勞動強(qiáng)度，所以此方案最為合適。
根據(jù)分析采用方案（3）復(fù)合沖裁。
4 模具總體結(jié)構(gòu)設(shè)計
4 模具總體結(jié)構(gòu)設(shè)計
4.1 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。
4.2定位方式的選擇
? ?因為該模具采用的是條料，控制條料的送進(jìn)方向采用導(dǎo)料銷，有側(cè)壓裝置?？刂茥l料的送進(jìn)步距采用導(dǎo)正銷定距。
4.3卸料方式的選擇
? 因為工件料厚為2mm，相對較薄，卸料力不大，故可采用彈性料裝置卸料。
4.4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)合模采用對角導(dǎo)柱的導(dǎo)向方式。
5 模具設(shè)計工藝計算
5 模具設(shè)計工藝計算
圖5.2 尺寸展開圖
5.1計算毛坯尺寸
根據(jù)圖示得：工件的展開尺寸為627.37×100（mm）,如圖4—2所示。
比例1:10
5.2排樣、計算條料寬度及步距的確定
5.2.1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：
補(bǔ)償剪裁誤差、送料步距誤差以及補(bǔ)償因條料與導(dǎo)料之間的間隙所造成的送料歪斜誤差。
使凸凹模刃口雙邊受力，保持條料有一定的剛度，以保證零件質(zhì)量和送料方便。
搭邊的數(shù)值：
畢業(yè)設(shè)計（論文）
a. 搭邊值應(yīng)合理選擇，搭邊過大，浪費(fèi)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?；蛴绊懰土瞎ぷ鳌?
b. 搭邊的合理數(shù)值就是在保證沖裁件質(zhì)量、保證模具較長壽命、保證自動送料到位條件下允許的最小值。
c. 搭邊的合理數(shù)值主要取決于材料厚度、材料種類、沖裁件的大小以及沖裁件的輪廓形狀等
搭邊值通常由經(jīng)驗確定，如表5--2所列搭邊值為普通沖裁時經(jīng)驗數(shù)據(jù)之一。
表5.2 搭邊和數(shù)值9(低碳鋼)
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
側(cè)面
工件間
側(cè)面
工件間
側(cè)面
＜ 0.25
0.25~0.5
0.5~0.8
0.8~1.2
1.2~1.6
1.6~2.0
2.0~2.5
2.5~3.0
3.0~3.5
3.5~4.0
4.0~5.0
5.0~12
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
搭邊值是廢料，所以應(yīng)盡量取小，但過小的搭邊值容易擠進(jìn)凹模，增加刃口磨損.表5.2給出了低碳鋼的搭邊值。
對于其他材料的應(yīng)將表中的數(shù)值乘以下列數(shù)進(jìn)行適當(dāng)修正：
中碳鋼（WC0.3%～0.45%） 0.9
高碳鋼（WC0.5%～0.65%） 0.8
硬黃銅 1～1.1
硬鋁 1～1.2
軟黃銅，純銅 1.2
鋁 1.3—1.4
非金屬（皮革、纖維、紙等） 1.5—2
該制件是矩形工件且邊長L>50，根據(jù)尺寸從表5.2中查出：兩制件之間的搭邊值a=2.2（mm）,側(cè)搭邊值=2.5(mm)。
由于該制件的材料是Q235屬于低碳鋼，所以兩制件之間的搭邊值為：
取a=2.2mm
側(cè)搭邊值 取=2.5mm
5.2.2條料寬度的確定
計算條料寬度有三種情況需要考慮；
a 有側(cè)壓裝置時條料的寬度。
b 無側(cè)壓裝置時條料的寬度。
c 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(jìn)。
條料寬度公式：
B=（D+2） 公式（5.1）其中條料寬度偏差上偏差為0，下偏差為，見表5—3條料寬度偏差。
D ——沖裁件與送料方向垂直的最大尺寸。
——側(cè)搭邊值。
------板料剪裁時的下偏差(見表5.3)
查表5.3條料寬度偏差為0.3
根據(jù)公式4 —1 B=（D+2+）
=（100+2×2.5+0.1）0-0.1
=105.10-0.1
表5.3 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
>50~90
0.12
0.20
0.25
>90
0.15
.024
0.30
5.2.3 送料步距的確定
送料步距公式：
A=D+a 公式（5.2）
D---- 平行于送料方向的沖裁件寬度。
a——沖裁件之間的搭邊值（mm）；
查表5.2得a=2.2mm
根據(jù)公式5.2 A= D+a
=627.33+2.2
=629.53（mm）
5.2.4 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。
由于設(shè)計的零件是矩形零件，且孔與形狀尺寸的要求都不高，所以采用少廢料直排法。
5.2.5材料利用率的計算
1.一個步距內(nèi)的材料利用率為：
（5.3式）
—一個步距內(nèi)零件的實(shí)際面積
--- 一個步距內(nèi)所需毛坯面積
A-- 送料步距 B-- 條料寬度
沖裁零件的面積為=長×寬=627.33×100=62733(mm2)
毛坯規(guī)格為：1000×10000（mm）。
送料步距為：A=D+a=21.5
送料寬度：B=（D+2+）=（100+2×2.5+0.1）0-0.1 =105.10-0.1
以上代入（5.3式）
2.為了計算出更準(zhǔn)確還應(yīng)該考慮料頭與料尾以致裁板時邊料消耗情況，此時可用條料（或者整個板料）總利用率來表示，即（5.4式）
1）縱裁時的條料數(shù)為：
n1 =1000/B
=10000/629.53=16.12 可沖16條，
每條料件數(shù)為：
n2 =(1000-a)/h
=(1000-2.2)/105.1
=9.23 可沖9件，
板料可沖總件數(shù)n為：
n=n1×=16×9=151(件)
2）縱裁時的條料數(shù)為：
n1=1000/B
=1000/629.33
=1 可沖1條，
每條件數(shù)為：
n2=(10000-a)/h
=(10000-2.2)/105.1
= 95.4 可沖95件，
板料可沖總件數(shù)為：
n==95（件）
板料的利用率為：
（5.4中）n--條料（或整個板料）上實(shí)際沖裁的零件數(shù)
L-- 條料（或板料的）長度
B-- 條料（或板料的）寬度
-- 一個零件的實(shí)際面積
橫裁和縱裁的材料利用率一樣，該零件采用裁法。
6 沖裁力的計算
6 沖裁力的計算
6.1計算沖裁力的公式
計算沖裁力是為了選擇合適的壓力機(jī)的主要依據(jù)，也是模具強(qiáng)度、剛度設(shè)計校核時所必需的數(shù)據(jù)。設(shè)計模具和檢驗?zāi)＞叩膹?qiáng)度，壓力機(jī)的噸位必須大于所計算的沖裁力，以適宜沖裁的要求。
（1）公式計算法：
普通平刃口凸、凹沖裁模，其沖裁力F 一般可以按下式計算：
F=KtLτ 公式（5.5）
式中，F(xiàn)---- 沖裁力（N）
τ——材料抗剪強(qiáng)度，見附表（MPa）；
L——沖裁輪廓周邊總長（mm）；
t——材料厚度（mm）;
系數(shù)K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1.3。
一般情況下，材料的抗拉強(qiáng)度 ，所以，也可通過抗拉強(qiáng)度來計算沖裁力：
（2） 圖標(biāo)計算法：
因為沖裁力的F的大小取決于沖裁內(nèi)外周邊的總長度、材料的厚度和長度和材料的抗拉強(qiáng)度，可以按照下列進(jìn)行計算： 公式(5.6)
式中，L—沖裁件承受剪切的周邊長度（mm）
t —沖裁件的厚度（mm）
—材料的抗拉強(qiáng)度（MPa）
—系數(shù)，取決于材料的屈服比，一般為0.6--0.9.
6.2 總沖裁力、卸料力、推料力、頂件力、彎曲力和總沖壓力
由于沖裁模具采用彈壓卸料裝置和自然落料方式?？偟臎_裁力包括
F——總沖壓力。
畢業(yè)設(shè)計（論文）
Fp——總沖裁力。
FQ——卸料力
FQ1——推料力。
FQ2——頂件力
根據(jù)金屬沖壓材料的力學(xué)性能設(shè)計手冊查出Q235的抗剪強(qiáng)度為τ=304～373(MPa ) 取τ=343(MPa)
6.2.1 總沖裁力
Fp=F1+F2 公式(5.7)
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=2×（105.1+627.33）=1424.84（mm）
根據(jù)公式5—5 落料沖裁力： F1 = KtLτ
=1.3×2×1424.84×343
=1270672.3(N)
沖孔時的周邊長度為：L2=2πd=2×3.14×35=219.8（mm）
沖孔沖裁力 F2= KtLτ
=1.3×2×219.8×343
=196017.6(N)
總沖裁力：Fp=F1+F2=196017.6+1270672.3=1466690(N)
表6.5 卸料力、推件力和頂件力系數(shù)
料厚t/mm
K
K
鋼
≤0.1
＞0.1~0.5
＞0.5~0.25
＞2.5~6.5
＞6.5
0.065~0.075
0.045~0.055
0.04~0.05
0.03~0.04
0.02~0.03
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
0.025~0.08
0.02~0.06
0.03~0.07
0.03~0.09
對于表中的數(shù)據(jù)，強(qiáng)度高的材料取小值，反之取大值。
6.2.2 卸料力FQ的計算
FQ=K卸Fp 公式(5.8)
K——卸料力系數(shù)。
查表6—5得＝0.04--0.05，?。?.05
根據(jù)公式5—8 FQ=K卸Fp
＝0.05×1466690
＝73334.5(N)
6.2.3推件力FQ1的計算
FQ1=KtFp 公式(5.9)
K——推料力系數(shù)。
查表6—5得K＝0.055
根據(jù)公式5—9 FQ1 =KFp
=0.055×1466690
=80667(N)
6.2.4頂件力FQ2的計算
FQ2=KFp 公式(6.1)
K——頂件力系數(shù)。
查表6—5得K頂＝0.06,
根據(jù)公式6—1 FQ2=KdFp
=0.06×1466690
=64001(N)
6.2.5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
=1466690+73334.5+80667+64001
=1684692（N）=1684.69(KN)
根據(jù)總的沖壓力及沖壓設(shè)備的參數(shù)，初選壓力機(jī)為：雙柱可傾壓力機(jī)J23-25
7 模具壓力中心與計算
7 模具壓力中心與計算
因沖裁件尺寸較小，沖裁力不大，且選用了雙柱導(dǎo)柱式模架，估計壓力中心是在模架的中心，不會超出模柄端面之外，因此不必詳細(xì)的計算壓力中心的位置。
8 沖裁模間隙的確定
8 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。考慮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(dāng)?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(Zmin)，最大值稱為最大合理間隙(Zmax)?？紤]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Zmin。
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(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)計中的一個非常重要的工藝參數(shù)。確定合理間隙值有以下幾種方法：
（1） 理論確定法
理論確定法確定合理的間隙值是根據(jù)凸、凹模產(chǎn)生的裂紋相互重合的原則進(jìn)行計算的：
式中.t--板料厚度
--產(chǎn)生裂紋時凸模壓入板料的深度(mm)
/t--產(chǎn)生裂紋時凸模壓入板料的相對深度(即光亮帶的相對寬度,mm)
--最大切應(yīng)力方向與垂線間的夾角,
(2)查表確定法:
在實(shí)際生產(chǎn)中,合理間隙的數(shù)值是實(shí)驗方法所制定的表格來確定.如下表:
畢業(yè)設(shè)計（論文）
表8.1 沖裁模初始雙面間隙Z(mm)
材料
厚度
08、10、35、
09Mn、Q235
16Mn
40、50
65Mn
Zmin
Zmax
Zmin
Zmax
Zmin
Zmax
Zmin
Zmax
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
0.4000.460
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
(3)經(jīng)驗確定法：
根據(jù)多年研究與使用決定間隙數(shù)值可按要求分類，其值可用下列公式計算：
軟材料（如銅，鋁等）： t<1mm Z=(6%-8%)t
t=1-3 Z=(10%-16)t
硬材料（如鋼等）： t<1mm Z=(8%-12%)t
t=1-3 Z=(12%-16%)t
根據(jù)實(shí)用間隙表 8.1 查得材料Q235鋼的最小雙面間隙Zmin=0.246mm，最大雙面間隙Zmax=0.360mm
9 沖裁凸模、凹模刃口在、尺寸的計算
9 沖裁凸模、凹模刃口尺寸的計算
9.1凸、凹模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(shí)踐中可以發(fā)現(xiàn)：
a、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。
b、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)。
c、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：
(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，以凹模尺寸為基準(zhǔn)，間隙由減少凸模尺寸來取得。設(shè)計沖孔模時，以凸模尺寸為基準(zhǔn)，間隙由增大凹模尺寸來取得。
(2)、考慮到?jīng)_裁中凸、凹模的磨損，設(shè)計落料凹模時，凹模基本尺寸應(yīng)接近于落料件的最小極限尺寸；設(shè)計沖孔模時，凸?；境叽鐟?yīng)接近于工件孔尺寸的最大極限尺寸。這樣在凸凹麼磨損到一定程度的情況下，才能沖出合格的制件。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（即制造公差過小），會使模具制造困能，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(biāo)注公差，則對工件按國家“配合尺寸的公差數(shù)值”IT14級處理，沖模則可按IT11級制造；對沖壓件的尺寸公差應(yīng)按“入體”原則標(biāo)注單項公差，落料件上偏差為零，下偏差為負(fù)；沖孔件上偏差為正，下偏差為零，一般沖裁模具精度較沖裁件精度高2-3級。
畢業(yè)設(shè)計（論文）
9.2凸、凹模刃口尺寸的計算
沖裁模凹、凸模刃口尺寸有兩種計算和標(biāo)注的方法，即凸、凹模分別加工和凸、凹模配做加工兩種方法。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)雜或薄板工件的模具。
對于該工件厚度只有2（mm）屬于薄板零件，并且兩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?zhǔn)件，然后以此基準(zhǔn)件的實(shí)際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(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(zhǔn)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?；虬寄Ｉ蠒瑫r存在三種不同磨損性質(zhì)的尺寸，這時需要區(qū)別對待。
a 第一類：凸?；虬寄Ｄp會增大的尺寸；
b 第二類：凸?；虬寄Ｄp或會減小的尺寸；
c 第三類：凸?；虬寄Ｄp后基本不變的尺寸；
9.3計算凸、凹模刃口的尺寸的計算公式
工序性質(zhì)
制件尺寸
凸模尺寸
凹模尺寸
落料
按凹模實(shí)際尺寸配制，其雙面間隙值為
C
沖孔
按凹模實(shí)際尺寸配制，其雙面間隙值為
C
注：表中，A、B、C——工件基本尺寸
——工件的公差(mm)
——工件的偏差(mm),對稱偏差時,=1/2
x —— 磨損系數(shù)。x值在0.5~1之間，與工件精度有關(guān)可查表9—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
表9.1 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
1~2
2~4
＞4
＜0.16
＜0.20
＜0.24
＜0.30
0.17~0.35
0.21~0.41
0.25~0.49
0.31~0.59
≥0.36
≥0.42
≥0.50
≥0.60
＜0.16
＜0.20
＜0.24
＜0.30
≥0.16
≥0.20
≥0.24
≥0.30
(一)凸模與凹模配合加工的方法計算落料凸凹模的刃口尺寸。
解：該沖裁件為落料件，以凹模為基準(zhǔn)，只要計算落料凹模尺寸及制造公差，凸模則由凹模的實(shí)際尺寸按間隙要求配做。
（1）落料凹模刃口尺寸計算（如下圖：）
比例1:10
圖9.1 計算刃口尺寸示意圖
圖上的尺寸均無公差要求，安國家標(biāo)準(zhǔn)IT14級公差要求處理，查公差表得：
?350 +0。30 100 0-0.52
如圖8.1所示的固定夾的落料零件圖，計算凸、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, 落料時應(yīng)以凹模的實(shí)際尺寸按間隙要求來配作凸模，沖孔時應(yīng)以凸模的實(shí)際尺寸按間隙要求來配制凹模。
落料凹模的尺寸從圖9.1上可知，A、B、C均屬磨損后變大的尺寸，屬于第一類尺寸，計算公式為：Ba=(Bmax-x△) (δA=△/4)
查表8.1得：2Cmin=0.132(mm)，2Cmax=0.18(mm)；查表 9.1 得：x1=x2=x3=x4=0.75
落料凹模的基本尺寸計算如下：
根據(jù)公式9.1 A凹=(Bmax-x△)
=（32-0.75×0.52）0-0.52/4
=31.610-0.13(mm)
B凹=(Bmax-x△)
=（25-0.75×0.52）0-0.52/4
=24.610-0.13(mm)
C凹=(Bmax-x△)
=（32+0.75×0.52）0-0.52/4
=31.620-0.13(mm)
D凹=(Bmax-x△)
=（25-0.75×0.52）0-0.52/4
=24.610-0.13(mm)
凸模安凹模尺寸配制，保證雙面間隙（0.132～0.180）(mm).
沖孔凸模的尺寸從圖9—1上可知，四個沖孔凸模的尺寸在磨損過程中將變小，屬于第二類尺寸，計算公式為：Ba=(Bmax+x△) （δA=△/4)
查表8—1得：2Cmin=0.132mm，2Cmax=0.18mm；查表 9.1磨損系數(shù)X=3.950.5
沖孔凸模的刃口尺寸計算如下：
根據(jù)公式8.2 E凸=(Bmax+x△)
=（3.8+0.5×0.3）0-0.3/4
= 3.950-0.075(mm)
四個沖孔凸模的尺寸是一樣的，都為3.950-0.075(mm)
凹模按凸模尺寸配制，保證雙面間隙（0.132～0.180）(mm)
9.4沖裁刃口高度
表9.2 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9.1，刃口高度為h＞8～10(mm),取h=9(mm)
9.5彎曲部分刃口尺寸的計算
9.5.1最小相對彎曲半徑rmin/t
彎曲時彎曲半徑越小，板料外表面的變形程度越大，若彎曲半徑過小，則板料的外表面將超過材料的變形極限，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稱為最小相對彎曲半徑，又稱為最小彎曲系數(shù)，是衡量彎曲變形的一個重要指標(biāo)。
設(shè)中性層半徑為ρ，則最外層金屬（半徑為R）的伸長率外為：
δ外=（R-ρ）/ρ 公式（9.1）
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（9.2）
如將δ外以材料斷后伸長率δ帶入，則有r/r轉(zhuǎn)化為rmin/t，且有
rmin/t=（1-δ）/2δ 公式（9.3）
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）的伸長率外為：
根據(jù)公式9.2 δ外=1/(2r/t+1)
=1÷（2×5÷1.2+1）
=0.107
最小彎曲半徑為：
根據(jù)公式9.3 rmin/t=（1-δ）/2δ
=（1-0.107）/2×0.107
=0.1012
9.5.2彎曲部分工作尺寸的計算
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8.5—1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9.3 鋁材料校正彎曲回彈
材料
r/t
材料厚度t(mm)
＜0.8
0.8～2
＞2
硬鋁LY12
＜2
20
30
40
2～5
40
60
80
＞5
60
100
140
3、模具間隙 彎曲V形件時，不需要在設(shè)計和制造模具時確定間隙。對于U形件的彎曲，必須選擇合模具間隙 彎曲V形件時，凸、凹模間隙是用調(diào)整沖床的閉合高度來控制的適的間隙，間隙過小，會使邊部壁厚變薄，降低模具壽命。間隙過大則回彈大，降低制件精度凸、凹模單邊間隙Z一般可按下式計算：
Z=t+Δ+ct 公式（9.4）
式中：Z——彎曲凸、凹模單邊間隙
t——材料的厚度
Δ——材料厚度的正偏差（表9.2）
C——間隙數(shù)(表9.3)
查表得：Δ =0 C=0.05
根據(jù)公式9.4 Z=t+Δ+ct
=1.2+0+0.05×1.2
=1.2+0.60
=1.8 (mm)
表9.4 薄鋼板、黃銅板（帶）、鋁板厚度公差
厚度
材料
薄鋼板
黃銅板（帶）
鋁板
08F
H62,H68,HP—1
2A11、2A12
B級公差
C級公差
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
±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
4.0
±0.22
±0.30
-0.18
-0.23
-0.25
-0.37
4.5
—
—
-0.20
-0.26
—
—
5.0
—
—
-0.20
-0.26
-0.30
-0.37
表9.5 U形彎曲件凸凹模的間隙系數(shù)C值
彎曲件邊長L/mm
B≤2L
B＞2L
材料厚度t/mm
＜
0.5
0.6～2
2.1～
4
4.1～
5
＜5.0
0.6～2
2.1～4
4.1～7.5
7.6～12
10
0.05
0.05
0.04
0.10
0.10
0.08
20
0.05
0.05
0.04
0.03
0.10
0.10
0.08
0.06
0.06
35
0.07
0.05
0.04
0.03
0.15
0.10
0.08
0.06
0.06
50
0.10
0.07
0.05
0.04
0.20
0.15
0.10
0.06
0.06
70
0.10
0.07
0.05
0.05
0.20
0.15
0.10
0.10
0.08
100
0.07
0.05
0.05
0.15
0.10
0.10
0.08
150
0.10
0.07
0.05
0.20
0.15
0.15
0.10
200
0.10
0.07
0.07
0.20
0.15
0.15
0.10
4、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，按磨損原則應(yīng)以凹模為基準(zhǔn)，先計算凹模，間隙取在凸模上。
當(dāng)工件為雙向?qū)ΨQ偏差時，凹模尺寸為：LA=(L-2/1Δ)+δA0 公式（9.5）
當(dāng)工件為單向偏差時，凹模實(shí)際尺寸為：LA=(L-3/4Δ) +δA0 公式 (9.6)
凸模尺寸為：LT=(LA-Z)0-Δt 公式（9.7）
或者凸模尺寸按凹模實(shí)際尺寸配制，保證單向間隙Z/2。
式中： L——彎曲件的基本尺寸（mm）
LT、LA——凸模、凹模工作部分尺寸（mm）
Δ——彎曲件公差
δT、δA——凸、凹制造公差，選用IT7～I(xiàn)T9級精度，亦可按δt=δA=Δ/4選取。
2/Z——凸模與凹模的單向間隙
工件的外形尺寸為：11.2+0.430
由于工件為單向偏差，所以凹模的實(shí)際尺寸為：LA=(L-3/4Δ) +δA0
凸、凹制造公差，Δt=δA=Δ/4=0.45÷4=0.1125
根據(jù)公式9.6凹模尺寸為： LA=(L-3/4Δ) +δA0
=（11.2-3/4×0.45）+0.11250
=10.86+0.11250（mm）
根據(jù)公式9.7凸模尺寸為： LT=(LA-Z)0-δt
=（10.86-1.8）0-0.1125
=9.060-0.1125（mm）
根據(jù)工件的尺寸要求，凸、凹模刃口處都應(yīng)有相應(yīng)的圓角，為保證彎曲件的尺寸精度，圓角應(yīng)按實(shí)際尺寸配制。
10 主要零部件設(shè)計
10 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(diǎn)，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。
10.1 工作零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計
10.1.1凸凹模的設(shè)計
凸凹模的內(nèi)、外緣均為