側(cè)板落料沖孔復(fù)合模設(shè)計(jì)

側(cè)板落料沖孔復(fù)合模設(shè)計(jì),側(cè)板落料,沖孔,復(fù)合,設(shè)計(jì) 摘 要 隨著中國(guó)工業(yè)不斷地發(fā)展，模具行業(yè)也顯得越來(lái)越重要。本文針對(duì)側(cè)板的沖裁工藝性，介紹了落料沖孔復(fù)合模設(shè)計(jì)加工方法。分析比較了成形過(guò)程的三種不同沖壓工藝（單工序、復(fù)合工序和連續(xù)工序），確定用一幅復(fù)合模完成落料沖孔的工序過(guò)程。基本的要求是模具應(yīng)能滿足加工要求，保證制件精度；模具應(yīng)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，工作可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝卸方便，便于維修和調(diào)整；模具盡量用通用件以便降低制造成本。 本課題主要是沖壓成型的工藝設(shè)計(jì)，也就是沖壓模的工藝設(shè)計(jì)方案分析及確定工藝計(jì)算和模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算等內(nèi)容，且簡(jiǎn)要分析了坯料形狀、尺寸，排樣、裁板方案和沖壓工序性質(zhì)。進(jìn)行了工藝力、壓力中心、模具工作部分尺寸及公差的計(jì)算，并設(shè)計(jì)出模具。還具體分析了模具的主要零部件（如凸凹模、卸料裝置、墊板、凸模固定板等）的設(shè)計(jì)與制造，沖壓設(shè)備的選用等。列出了模具所需零件的詳細(xì)清單，并給出了合理的裝配圖。為了提高生產(chǎn)效率，因此在設(shè)計(jì)時(shí)要力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是一定要保證其精度要求。在對(duì)制件分析的基礎(chǔ)上完成了整副模具的設(shè)計(jì)，用CAXA軟件完成了二維設(shè)計(jì)圖紙的繪制,制件、模具零部件造型全部用SolidWorks2007軟件完成同時(shí)考慮了零部件的加工。 關(guān)鍵詞：模具；復(fù)合模；側(cè)板；工藝；設(shè)計(jì) Abstract With China's industries continue to develop and die industry is also becoming increasingly important. Based on the side plate of the stamping process, introduced the blanking punch compound die design and processing methods. Comparative analysis of the process of forming three different stamping process (single processes, complex processes and continuous processes), confirm completion of a composite model blanking and punching process. The basic requirement is mould should be able to satisfy the requirements of the processing, guarantee product precision; mould should be smooth operation, reliable, simple structure, easy maintenance, loading and unloading easily, convenient service and adjustment; mold as far as possible in order to reduce the use of common parts manufacturing costs. This subject mainly stamping forming process design, also is the stamping mould design analysis and calculation, the mould structure determination technology design, etc, and a brief analysis of the blank shape, size, layout, cutting board and pressing nature of the process program. For the process, the center of pressure, the die size and the tolerance of the calculation, design mold. Also analyzes the mold of the main components (such as punch and die and dump devices, slates, punch plate, etc) design and manufacturing, stamping equipment selection, punch-gap adjustment and establishment of a vital parts machining process. Die requirements set out a detailed list of parts, and gives a reasonable assembly. Production is mainly in order to increase the production efficiency, thus in the design of simple structure, but should strive to ensure the accuracy of certain requirements. Based on the analyses of manufacture, completion of the entire mold design, complete with CAXA software drawing two-dimensional design drawings. and all of the manufactures, subassembly were sculpted by Solidwork2007 software. Keywords：die; compound die; side plate; process; design 第40頁(yè) 共39頁(yè) 引言 復(fù)合模是指沖床在一次行程中，完成落料、沖孔等多個(gè)工序的一種模具結(jié)構(gòu)。在完成這些過(guò)程中．沖壓坯料無(wú)需進(jìn)給移動(dòng)。我國(guó)沖壓模具無(wú)論在數(shù)量上，還是在質(zhì)量、技術(shù)和能力等方面都已有了很大發(fā)展，但與國(guó)民經(jīng)濟(jì)需求和世界先進(jìn)水平相比，差距仍很大，一些大型、精密、復(fù)雜、長(zhǎng)壽命的高檔模具每年仍大量進(jìn)口，特別是中高檔轎車(chē)的覆蓋件模具，目前仍主要依靠進(jìn)口。一些低檔次的簡(jiǎn)單沖模，已趨向供過(guò)于求，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈。 近年來(lái)，我國(guó)沖壓模具水平已有很大提高。大型沖壓模具已能生產(chǎn)單套重量達(dá)50多噸的模具。為中檔轎車(chē)配套的覆蓋件模具國(guó)內(nèi)也能生產(chǎn)了。精度達(dá)到1～2μm，壽命2億次左右的多工位級(jí)進(jìn)模國(guó)內(nèi)已有多家企業(yè)能夠生產(chǎn)。表面粗糙度達(dá)到Ra≦1.5μm的精沖模，大尺寸（Φ≧300mm）精沖模及中厚板精沖模國(guó)內(nèi)也已達(dá)到相當(dāng)高的水平。 隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步、社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，模具成形技術(shù)及模具設(shè)計(jì)與制造已成為當(dāng)代工業(yè)生產(chǎn)的重要手段。近十幾年來(lái)，中國(guó)模具工業(yè)發(fā)展十分迅速，特別是高新技術(shù)企業(yè)的快速發(fā)展加大了用于技術(shù)進(jìn)步的投資力度，技術(shù)進(jìn)步已成為企業(yè)發(fā)展的重要?jiǎng)恿Α? 當(dāng)前，人們對(duì)冷沖壓技術(shù)的重視程度越來(lái)越高。生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品一致性好、應(yīng)用范圍廣等特點(diǎn)得到社會(huì)各界越來(lái)越多的業(yè)內(nèi)人士的認(rèn)同，模具制造已經(jīng)迅速民展成為一個(gè)新興的熱門(mén)行業(yè)，在整個(gè)模具制造中冷沖壓模具占到模具總量的50%以上。與其他設(shè)計(jì)、制造方法相比，冷沖壓工藝和冷沖模設(shè)計(jì)制造具有顯著的特殊性。現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，使汽車(chē)、電子、電器、食品包裝等產(chǎn)品的更新?lián)Q代加快；不斷增長(zhǎng)的社會(huì)需求，對(duì)沖壓生產(chǎn)工藝水平提出了更高的要求。如何使沖壓工藝水平適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)對(duì)沖壓生產(chǎn)精密、高速、自動(dòng)化，以及沖壓模具高精度、高壽命的要求。 在國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策的正確引導(dǎo)下，經(jīng)過(guò)幾十年努力，現(xiàn)在我國(guó)沖壓模具的設(shè)計(jì)與制造能力已達(dá)到較高水平，包括信息工程和虛擬技術(shù)等許多現(xiàn)代設(shè)計(jì)制造技術(shù)已在很多模具企業(yè)得到應(yīng)用。 同時(shí)，隨著數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，一些大型軟件如Pro／Engineer、SolidWorks、UG等都已開(kāi)發(fā)出專門(mén)用于沖壓模具設(shè)計(jì)的功能模塊，為模具設(shè)計(jì)提供了十分方便的工具。這些軟件在模具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，成功地彌補(bǔ)了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的不足，制品幾何造型、模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，都是基于同一數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行的，既方便，又易保證制品的精度。 本課題主要是沖壓的工藝設(shè)計(jì)，也就是沖壓模的工藝設(shè)計(jì)方案分析及確定工藝計(jì)算，模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算等內(nèi)容。生產(chǎn)主要是為了提高生產(chǎn)效率，因此在設(shè)計(jì)時(shí)要力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是一定要保證其精度要求。本模具的工作工序包括有落料和沖孔。 1 工藝分析 1.1 零件沖壓工藝性分析 圖1.1 側(cè)板零件 沖裁件的工藝性，是指沖裁件對(duì)沖壓工藝的適應(yīng)性。沖裁件的工藝性對(duì)沖裁件質(zhì)量、材料經(jīng)濟(jì)利用、生產(chǎn)率、模具制造及使用壽命等都有很大影響。因此，在設(shè)計(jì)中應(yīng)盡可能提高其工藝性。沖裁件的工藝性主要包括以下幾個(gè)方面： （1） 沖裁件的形狀和尺寸? ①?zèng)_裁件形狀應(yīng)盡可能設(shè)計(jì)成簡(jiǎn)單、對(duì)稱，使排樣時(shí)廢料最少。 表1-1 沖裁件圓角半徑R的最小值 ②沖裁件的外形和內(nèi)孔應(yīng)盡量避免尖銳的角，在各直線或曲線連接處，除少、無(wú)廢料排樣或采用鑲拼模結(jié)構(gòu)外，都應(yīng)有適當(dāng)?shù)膱A角相連，其半徑R的最小值見(jiàn)表1-1。 表1-2 采用凸模護(hù)套沖孔的最小尺寸 材料 圓形孔（d） 方形孔（a） 硬鋼 軟鋼及黃銅 鋁、鋅 0.5t 0.35t 0.3t 0.4t 0.3t 0.28t 表1-3 沖裁件的最小孔邊距 沖裁 材料 a/t b /t 分開(kāi)沖 同時(shí)沖 分開(kāi)沖 同時(shí)沖 L/t＜ L/t＞ 硬鋼 1.3~1.5 2~2.3 1.3+0.1 L/t 黃銅、 軟鋼 0.9~1.0 1.4~1.5 0.5+0.1 L/t 純銅軟鋅 0.75~0.8 1.1~1.2 0.2+0.1 L/t 夾紙、夾布膠板 0.7~0.75? 0.9~1.0 0.1 L/t 圖1.2 沖裁件的最小孔邊距 ③沖裁件的凸出懸臂和凹槽寬度不宜過(guò)小。 ④沖孔時(shí)，孔徑比翼過(guò)小。其最小孔徑與孔的形狀、材料的力學(xué)性能、材料的厚度等有關(guān)。 ⑤沖裁件的孔與孔之間，孔與邊緣之間的距離不應(yīng)過(guò)小，其許可值見(jiàn)表1-3和圖1.2。當(dāng)孔邊緣與制件邊緣不平行時(shí)應(yīng)不小于t,平行時(shí)應(yīng)不小于1.5t。 ⑥在彎曲件或拉深件上沖孔時(shí)，其孔壁與工件壁之間應(yīng)保持一定的距離，若距離太小，沖孔時(shí)會(huì)使凸模受水平推力而折斷。 （2）沖裁件的精度與粗糙度? ①?zèng)_裁件內(nèi)外形的精度不高于IT11級(jí)。一般要求落料件精度最好低于IT10級(jí)，沖孔件最好低于IT9級(jí)。見(jiàn)表表1-6。 ②沖裁件斷面的表面粗糙度和允許的毛刺高度可見(jiàn)表1-4和表1-5 表1-4　一般沖裁件剪斷面的表面粗糙度 材料厚度t/mm 1 >1~2 >2~3 >3~4 >4~5 表面粗糙度/m 3.2 6.3 12.5 25 50 表1-5 沖裁件的允許毛刺高度 ???(單位：mm) 材料厚度 >?0.3 0.3~0.5 0.5~1.0 1.0~1.5 1.5~2.0 新模試沖時(shí)允許毛刺高度 ≤0.015 ≤0.02 ≤0.03 ≤0.04 ≤0.05 生產(chǎn)時(shí)允許毛刺高度 ≤0.05 ≤0.08 ≤0.10 ≤0.13 ≤0.15 表1-6 孔對(duì)外緣輪廓的尺寸公差（單位：mm） 模具型式和定位方法 模具精度 工件尺寸 模具型式和定位方法 模具精度 工件尺寸 <30 30~100 100~200 <30 30~100 100~200 復(fù)合模 高級(jí) ±0.015 ±0.02 ±0.025 無(wú)導(dǎo)正銷(xiāo)的連續(xù)模 高級(jí) ±0.10 ±0.15 ±0.25 普通 ±0.02 ±0.30 ±0.04 普通 ±0.20 ±0.30 ±0.40 有導(dǎo)正銷(xiāo)連續(xù)模 高級(jí) ±0.05 ±0.10 ±0.12 外行定位的沖孔模 高級(jí) ±0.08 ±0.12 ±0.18 普通 ±0.10 ±0.15 ±0.20 普通 ±0.15 ±0.20 ±0.30 圖1.1為該零件的設(shè)計(jì)尺寸。根據(jù)圖1.1分析可知該側(cè)板形狀簡(jiǎn)單，尺寸均為自由公差，采用一般沖壓均能滿足其尺寸精度要求，mm的孔邊距外輪廓的最小距離為15mm，mm 的孔邊距外輪廓的最小距離為22mm，根據(jù)凸凹模允許的最小壁厚要求，該零件符合沖壓要求。 由零件圖1.1可知，圖中并大部分沒(méi)有標(biāo)明精度要求和公差等級(jí)，故沒(méi)有標(biāo)明精度的尺寸可采用自由公差進(jìn)行生產(chǎn)制造。GB/T1804-2000數(shù)據(jù)表1-7和表1-8。 表1-7 線性尺寸的極限偏差數(shù)值 尺寸 公差等級(jí) 0.5~3 >3~6 >6~30 >30 ~120 >120 ~400 >400 ~1000 >1000 ~2000 >2000 ~4000 f（精密級(jí)） ±0.05 ±0.05 ±0.1 ±0.15 ±0.2 ±0.3 ±0.5 — m（中等級(jí)） ±0.1 ±0.1 ±0.2 ±0.3 ±0.5 ±0.8 ±1.2 ±2 c（粗糙級(jí)） ±0.2 ±0.3 ±0.5 ±0.8 ±1.2 ±2 ±3 ±4 v（最粗級(jí)） ±0.5 ±1 ±1.5 ±2.5 ±4 ±6 ±8 表1-8 倒圓半徑與倒角高度尺寸的極限偏差數(shù)值 尺寸等級(jí) 公差等級(jí) 0.5~3 >3~6 >6~30 >30 f（精密級(jí)） ±0.2 ±0.5 ±1 ±2 m（中等級(jí)） c（粗糙級(jí)） ±0.4 ±1 ±2 ±4 v（最粗級(jí)） 1.2 沖壓工藝方案的確定 沖壓模是指在冷沖壓加工中，將材料（金屬或非金屬）加工成零件（或半成品）的一種特殊工藝裝備。其工作原理是,上模通過(guò)模柄與沖床滑塊相聯(lián)接,下模利用壓板固定在沖床的工作臺(tái)上,上下模通過(guò)導(dǎo)柱、導(dǎo)套導(dǎo)向。工作時(shí),條料靠著定位機(jī)構(gòu)送進(jìn)定位,當(dāng)上模隨滑塊下降時(shí),卸料板先壓住板料,接著凸模沖落凹模上面的材料獲得工件。這時(shí)工件卡在凸模與頂塊之間,廢料也緊緊箍在凸模上。在上模回升時(shí),工件由頂塊借彈簧的彈力從凹模中頂出；同時(shí)箍在凸模上的廢料,由卸料板靠彈簧的彈力卸掉,完成一個(gè)工位的沖制過(guò)程。再將條料送進(jìn)一個(gè)步距, 經(jīng)逐個(gè)工位沖制過(guò)后,便得到一個(gè)完整的沖壓工件,如此往復(fù)進(jìn)行批量生產(chǎn)。 沖模設(shè)計(jì)時(shí)，首先要根據(jù)工藝方案選定模具類型（簡(jiǎn)單模、級(jí)進(jìn)?；驈?fù)合模），確定具體的模具總體結(jié)構(gòu)形式。這是沖模設(shè)計(jì)的關(guān)鍵一步，它直接影響沖壓件的品質(zhì)，成本和沖壓生產(chǎn)率。 　　模具的結(jié)構(gòu)形式很多，可根據(jù)沖壓件的形狀、尺寸、精度、材料性能和生產(chǎn)批量及沖壓設(shè)備、模具加工條件、工藝方案等設(shè)計(jì)。在滿足沖壓件品質(zhì)要求的前提下，力求模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造周期短、成本低、生產(chǎn)效率高、壽命長(zhǎng)。 　　確定模具結(jié)構(gòu)形式的內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：： 　?、俑鶕?jù)沖壓件的形狀和尺寸，確定凸、凹模的加工精度、結(jié)構(gòu)形式和固定方法； 　　②根據(jù)毛坯的特點(diǎn)、沖壓件的精度和生產(chǎn)批量，確定定位、導(dǎo)料和擋料方式； 　　③根據(jù)工件和廢料的形狀、大小，確定進(jìn)料、出件和排出廢料的方式； 　?、芨鶕?jù)板料的厚度和沖壓件的精度要求，確定壓料與卸料方式，壓料或不壓料，彈性卸料或剛性卸料； 　?、莞鶕?jù)生產(chǎn)批量，確定操作方式：手工操作、自動(dòng)或半自動(dòng)操作； 　?、薷鶕?jù)沖壓件的特征和對(duì)模具壽命的要求，確定合理的模具加工精度，選取合理的導(dǎo)向方式和模具固定方式； 　　⑦根據(jù)所使用的設(shè)備，確定模具的安裝與固定方式。 根據(jù)工序組合程度分類，沖模的典型結(jié)構(gòu)有如下三種：?jiǎn)喂ば蚰?、?fù)合模、連續(xù)模。 表1-9 單工序模、復(fù)合模、連續(xù)模優(yōu)缺點(diǎn)比較 比較項(xiàng) 單工序模 連續(xù)模 復(fù)合模 生產(chǎn)效率 低 最高 搞 零件精度 最低，一般為IT14~15級(jí) 高 最高，可達(dá)IT8級(jí)，內(nèi)、外同心度一般可達(dá)±0.02mm 結(jié)構(gòu)與成本 最簡(jiǎn)單、最容易制造、成本最低 較復(fù)雜 成本高 結(jié)構(gòu)緊湊、復(fù)雜 成本高 模具尺寸 小 大 中 材料利用率 可用廢料沖壓零件、材料利用率高 可用廢料沖壓零件、材料利用率高 操作與調(diào)試 最不安全、調(diào)試最不方便，壽命低、易磨損 好 較好 適用范圍 精度要求不高、形狀簡(jiǎn)單的小批量生產(chǎn)和新產(chǎn)品試制 精度要求不高、尺寸小的大批量生產(chǎn) 精度要求高、尺寸大的大批量生產(chǎn)，尤其適宜沖壓薄料、軟料及脆性材料 單工序模是指在一副模具上只完成零件的一個(gè)沖壓工序的模具。典型結(jié)構(gòu)有敞開(kāi)式簡(jiǎn)單沖裁模、導(dǎo)板模、小沖孔模。 復(fù)合模是指壓力機(jī)一次行程中，在模具的一個(gè)工位上，同時(shí)完成兩道以上不同工序的模具，它屬于多工序模。 連續(xù)模是指在壓力機(jī)一次行程中按照一定順序在同一模具的不同工位上完成兩道以上工序的模具。 從圖1.1可知，該零件包括落料和沖孔兩個(gè)基本工序，根據(jù)沖壓要求可以有以下三種工藝方案。 方案一：先落料后沖孔，采用單工序生產(chǎn)。 方案二：落料,沖孔復(fù)合沖壓，采用復(fù)合模生產(chǎn)。 方案三：沖孔,落料級(jí)進(jìn)沖壓，采用級(jí)進(jìn)模生產(chǎn)。 參照表1-9單工序模、復(fù)合模、連續(xù)模優(yōu)缺點(diǎn)比較，分析上述三個(gè)方案，確定該零件沖壓的工藝方案。方案一模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，需要兩副模具，生產(chǎn)效率低；方案二需要一副模具，零件的形狀和尺寸精度容易保證，且生產(chǎn)效率高，模具結(jié)構(gòu)比方案一復(fù)雜，但由于側(cè)板零件的幾何形狀簡(jiǎn)單，模具的制造并不復(fù)雜；方案三需要一副模具，生產(chǎn)效率高，但沖制的零件精度較復(fù)合模沖制的零件精度低，同時(shí)在級(jí)進(jìn)模中為了給條料定位需要制作導(dǎo)正銷(xiāo)，模具結(jié)構(gòu)比復(fù)合模具復(fù)雜。 通過(guò)上述方案分析和比較，同時(shí)為了滿足加工需求，宜選擇方案二進(jìn)行加工，即采用落料沖孔復(fù)合模進(jìn)行生產(chǎn)。 1.3 落料變形的三個(gè)階段 把板材沖壓出所需外輪廓坯料的過(guò)程。落料的過(guò)程是在瞬間完成的，整個(gè)變形過(guò)程大致可分為三個(gè)階段。 （1）彈性變形階段 凸模對(duì)板料施壓，使材料產(chǎn)生彈性變形。板料稍微擠入凹?？凇０辶吓c凸、凹模接觸處形成很小的圓角。由于凸、凹模之間存在間隙，板料同時(shí)受到彎曲和拉伸的作用，凸模下的板料產(chǎn)生彎曲，凹模上的板料開(kāi)始上翹。 （2）塑性變形階段 當(dāng)凸模繼續(xù)壓到一定深度時(shí)，材料內(nèi)部應(yīng)力達(dá)到屈服點(diǎn)，板料開(kāi)始在與凸模、凹模的刃口接觸處產(chǎn)生塑性剪切變形。凸模切入板料并將下部板料擠入凹?？變?nèi)。在板料剪切面處形成塌角，同時(shí)在切斷面上形成一小段光亮且與板料垂直的表面。隨著沖壓過(guò)程的繼續(xù)，應(yīng)力不斷增加，材料的變形程度便不斷增加，變形區(qū)向板材的深度方向發(fā)展、擴(kuò)大，同時(shí)硬化加劇，變形抗力也不斷上升，應(yīng)力也隨之增加，直至凸、凹模刃口處達(dá)到極限應(yīng)力的應(yīng)變值，這就意味著塑性變形結(jié)束，材料即產(chǎn)生微小裂紋。 （3）分離階段 裂紋產(chǎn)生后，隨凸模繼續(xù)壓入，凸、凹模刃口附近產(chǎn)生的微裂紋沿最大剪應(yīng)變速度方向不斷向板材內(nèi)部擴(kuò)展。若間隙合適，上、下裂紋則相遇重合，板料上下部分分離。 通過(guò)分析以上落料變形的三個(gè)階段，可知間隙的取值很關(guān)鍵，應(yīng)合理選擇。 1.4 沖裁間隙 1.4.1沖裁間隙的選用 沖裁間隙是指沖裁模的凸模和凹模刃口之間的尺寸之差。單邊間隙用C表示，雙邊間隙用Z表示。 圓形沖裁模雙邊間隙為 式中 －沖裁模凹模直徑尺寸，mm； －沖裁模凸模直徑尺寸，mm。 沖裁間隙值的大小對(duì)沖裁件質(zhì)量、模具壽命、沖裁力和卸料力的影響很大，是模具設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要因素。因此設(shè)計(jì)模具時(shí)一定要選擇一個(gè)合理的間隙，考慮到模具制造中的偏差及使用中的磨損，生產(chǎn)中通常是選擇一個(gè)適當(dāng)?shù)姆秶鳛楹侠黹g隙，這個(gè)范圍的最小值稱這最小合理間隙，最大值稱為最大合理間隙，由于模具在使用過(guò)程中會(huì)逐步磨損，設(shè)計(jì)和制造新模具時(shí)宜采用最小合理間隙。 1.4.2間隙對(duì)沖裁工作的影響 間隙值影響到?jīng)_裁時(shí)彎曲、拉伸、擠壓等附加變形的大小，因而對(duì)沖裁工序影響大，主要有以下幾方面： (1)間隙對(duì)零件質(zhì)量的影響 影響斷面質(zhì)量的主要因素是模具間隙，提高斷面質(zhì)量的關(guān)鍵在于推遲裂紋的產(chǎn)生，以增大光亮帶寬度，其主要途徑是減小間隙。因?yàn)閿嗝尜|(zhì)量與裂紋的走向有關(guān)。而裂紋走向與間隙有關(guān)，只有凸、凹模間隙適當(dāng)時(shí)，裂紋在凸、凹模刃口附近板料產(chǎn)生的上、下裂紋才重合，此時(shí)零件斷面斜度很小，且比較平直光滑，毛刺小，斷面質(zhì)量比較好。 當(dāng)間隙過(guò)小時(shí)，凸模刃口附近的裂紋比正常間隙時(shí)向外錯(cuò)開(kāi)一段距離，裂紋成長(zhǎng)受到抑制而成為滯留裂紋，上、下裂紋之間的材料隨凸模繼續(xù)下壓產(chǎn)生第二次剪切、出現(xiàn)第二光亮帶。在兩個(gè)光亮帶之間形成斷裂帶，或者呈現(xiàn)斷續(xù)的小光斑、在沖裁件端面出現(xiàn)擠長(zhǎng)的毛刺。 當(dāng)間隙過(guò)大時(shí)，材料的彎曲和拉伸增大，接近于脹形破裂狀態(tài)，容易產(chǎn)生裂紋，凸模心口處的裂紋較正常間隙向里錯(cuò)開(kāi)一段距離，裂紋間的材料產(chǎn)生第二次拉裂、零件斷面出現(xiàn)兩個(gè)斜度，這時(shí)材料的彎曲與拉伸大，拉應(yīng)加大，材料的塑性變形階段結(jié)束較早，致使光亮帶較窄，圓角與斜度較大，穹彎厲害，毛刺大而厚，使沖裁件的斷面質(zhì)量下降。 模具間隙對(duì)沖裁件尺寸精度影響主要是當(dāng)間隙較大時(shí)，材料所受拉伸作用增大，沖裁結(jié)束后，因材料的彈性恢復(fù)，使沖孔件的尺寸增大，落料件的尺寸變小，當(dāng)間隙較小時(shí)，材料受凸、凹模擠壓力大，壓縮變形大，沖裁完畢后，材料的彈性恢復(fù)使落料件尺寸增大，而沖孔件尺寸則變小。 (2)間隙對(duì)沖裁力的影響 間隙增大，材料所受的拉應(yīng)力大，材料容易斷裂分離，沖裁力可得到一定程度的降低，繼續(xù)增大間隙值，會(huì)因從凸、凹模刃口處產(chǎn)生的裂紋不相重合的影響，沖裁力下降變慢。當(dāng)單向間隙為料厚的5%～20%時(shí)，沖裁力的降低并不顯著（不超過(guò)5%～10%）。間隙減小，材料所受拉應(yīng)力減小，壓應(yīng)力增大，材料不易產(chǎn)生撕裂，使沖裁力增大，在間隙合理情況下，沖裁力最小。 間隙對(duì)卸料力、推件力或頂件力的影響也比較顯著。間隙增大后，從凸模上卸料或從凹?？字型屏隙际×?。一般當(dāng)單向間隙增大到料厚的15%～25%時(shí)，卸料力幾乎為零，但當(dāng)間隙繼續(xù)增大時(shí)，零件毛刺增大，卸料力、頂件力迅速增大，也會(huì)使刃口磨損加大，所以間隙選擇要合理。 (3)間隙對(duì)模具壽命的影響 模具間隙是影響模具壽命中最主要的因素之一。沖裁過(guò)程中，凸、凹模刃口受到材料對(duì)它的作用力。在這些力的作用下模具的失效形式一般有磨損、崩刃、變形、脹裂、斷裂等。間隙主要對(duì)模具的磨損有脹裂有影響。沖裁過(guò)程中，模具與被沖制件之間均有摩擦，而且間隙越小，模具作用的壓應(yīng)力越大，磨損也越嚴(yán)重。過(guò)小的間隙會(huì)引起沖裁力、側(cè)壓力、摩擦力、卸料力、推件力增大，甚至?xí)共牧险尺B刃口，這就加劇了刃口磨損；如果出現(xiàn)二次剪切，產(chǎn)生的碎屑也會(huì)使磨損加大，間隙小，落料件或廢料往往梗塞在凹模洞口，導(dǎo)致凹模脹裂。所以過(guò)小的間隙對(duì)模具壽命極為不利。 間隙增大，可使沖裁力、卸料力等減小，使模具側(cè)面與材料間的摩擦減小，從而刃口磨損減小。適當(dāng)大的間隙還可補(bǔ)償因模具制造精度不夠及動(dòng)態(tài)間隙不勻所造成的不足，不至于啃傷刃口，起到延長(zhǎng)模具壽命的作用。 沖裁問(wèn)隙的大小對(duì)沖裁件質(zhì)量、模具壽命、計(jì)中的一個(gè)重要的工藝參數(shù)。在確定間隙值時(shí)要結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行選取。在本設(shè)計(jì)中只進(jìn)行理論選取。 表1-10 金屬材料沖裁間隙值（部分） 材料 抗剪強(qiáng)度τ/MPa 初始間隙（單邊間隙）, %t Ⅰ類 Ⅱ類 Ⅲ類 低碳鋼08F、10F、10、20、Q235-A 210~400 3.0~7.0 7.0~10.0 10.0~12.5 中碳鋼、不銹鋼、1Cr18Ni9Ti、4Cr13、膨脹合金（可伐合金） 420~560 3.5~8.0 8.0~11.0 11.0~15 本設(shè)計(jì)中所用的材料為Q235，此模具設(shè)計(jì)中?、蝾愰g隙Z=(14～20)%t進(jìn)行計(jì)算，所以 2 工藝設(shè)計(jì) 2.1 排樣 2.1.1排樣的意義 沖裁件在條料、帶料或板料上的布置方法叫排樣。在沖壓零件的成本中，材料費(fèi)用約占60%以上，因此材料的經(jīng)濟(jì)利用具有非常重要的意義。沖壓件在條料或板料上的布置方法稱為排樣。排樣合理與否不但影響材料的經(jīng)濟(jì)利用，還影響到制件的質(zhì)量、模具的結(jié)構(gòu)與壽命、制件的生產(chǎn)率和模具的成本等技術(shù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。排樣的意義在于保證用最低的材料消耗和最高的勞動(dòng)生產(chǎn)率得到合格的零件。排樣合理與否，經(jīng)濟(jì)性是否好，可用材料利用率來(lái)衡量。提高材料利用率的途徑是減少?gòu)U料面積。廢料分為結(jié)構(gòu)廢料和工藝廢料。結(jié)構(gòu)廢料是由零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)產(chǎn)生的廢料，一般不能改變，但可以利用大尺寸的廢料沖制小尺寸的零件；工藝廢料是零件之間和零件與條料側(cè)邊之間的廢料。 排樣方式不同，材料的利用率不同，提高材料利用率的途徑有：主要從減少工藝廢料著手；設(shè)計(jì)合理排樣方案；選擇合適的板料規(guī)格；合理的材料法（減少料頭、料尾）；利用廢料沖制小件；在不影響設(shè)計(jì)要求的情況下，改善零件結(jié)構(gòu)。 按材料利用情況排樣可分為三類，其比較見(jiàn)表2-1 表2-1 按材料利用情況排樣方式比較 排樣方式 概念 優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍 有廢料 排樣 沿零件的全部外形沖壓四周有一定的余量 這樣排樣材料利用率較低，但制件質(zhì)量和精度均能得到保證，沖模的壽命相應(yīng)提高，多用于形狀復(fù)雜制件精度要求較高的制品沖壓 少?gòu)U料 排樣 沿制件部分外形沖壓，也就是只能有一個(gè)。 此排樣材料利用率較高，生產(chǎn)率高，具有一次能沖壓多個(gè)制件和簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu)降低沖壓力等優(yōu)點(diǎn)。但只能保證一個(gè)方向的制件精度。 無(wú)廢料 排樣 在整個(gè)沖壓過(guò)程中只有料頭料尾和結(jié)構(gòu)廢料。 這種排樣材料利用率最高，生產(chǎn)率高；模具結(jié)構(gòu)得以簡(jiǎn)化，成本低，沖床負(fù)荷輕；但制件的沖壓精度差，多用于沖壓精度要求不高，且比較貴重的材料沖壓。 按沖裁件在條料上的布置方式，排樣又可分為直排、單行排、多行排、斜排、對(duì)頭直排、對(duì)頭斜排。見(jiàn)表2-2 表2-2 有搭邊排樣方式 形 式 簡(jiǎn) 圖 用 途 直排 幾何形狀簡(jiǎn)單的零件（如圓形等） 斜排 T形或其他復(fù)雜外形零件，這些零件直排時(shí)廢料較多 對(duì)排 T、Ⅱ、Ⅲ形零件，這些零件直排或斜排時(shí)廢料較多 混合排 兩個(gè)材料及厚度均相同的不同零件，適于大批量生產(chǎn) 多排 大批量生產(chǎn)中輪廓尺寸較小的零件 沖裁搭邊 大批量生產(chǎn)中小而窄的零件 （1）排樣方式設(shè)計(jì) 在選擇排樣方式的時(shí)候，要根據(jù)以下的原則進(jìn)行選擇： ①提高材料利用率 (不影響制件使用性能前提下，還可適當(dāng)改變制件形狀)。 ② 排樣方法使應(yīng)操作方便，勞動(dòng)強(qiáng)度小且安全。 ③ 模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、壽命高。 ④ 保證制件質(zhì)量和制件對(duì)板料纖維方向的要求。 根據(jù)所沖的零件的特點(diǎn)，結(jié)合要求本設(shè)計(jì)宜采用有廢料直排排樣方式。 （2）排樣方式確定 該零件采用直排式排樣進(jìn)行沖壓。沿制件的全部外形輪廓沖壓，在制件之間及制件與條料側(cè)邊之間都有工藝余料 (稱搭邊)存在。因留有搭邊，所以制件質(zhì)量和模具壽命較高，但材料利用率降低。 2.1.2搭邊和條料寬度的確定 (1)搭邊及其作用 沖裁模搭邊是指排樣中相鄰兩工件之間的余料或工件與條料邊緣間的余料稱為搭邊。搭邊的作用有以下兩點(diǎn)： 　?、傺a(bǔ)償定位誤差，防止由于條料的寬度誤差、送料步距誤差、送料歪斜誤差等原因而沖裁出殘缺的廢品。 ②還應(yīng)保持條料有一定的強(qiáng)度和剛度，保證送料的順利進(jìn)行，從而提高制件質(zhì)量，沿整個(gè)封閉輪廓線沖裁，使受力平衡，提高模具壽命和工件斷面質(zhì)量。 　　搭邊是指排樣時(shí)零件之間以及零件與條料側(cè)邊之間留下的剩（余）料。其作用是使條料定位，補(bǔ)償定位誤差，保證零件的質(zhì)量和精度，確保沖出合格的零件；使條料有一定的剛度，不彎曲，便于送進(jìn)；提高沖模壽命。 （2）搭邊值的確定 搭邊是廢料，從節(jié)省材料出發(fā)，搭邊值應(yīng)愈小愈好。但過(guò)小的搭邊容易擠進(jìn)凹模，增加刃口磨損，降低模具壽命，并且也影響沖裁件的剪切表面質(zhì)量。 表2-3 工件的最小搭邊值 （ 單位：mm） 材料厚度t 圓件及r>2t的圓角 矩形件邊長(zhǎng)l<50mm 矩形件邊長(zhǎng)l>50mm或圓角r<2t 工件間 側(cè)面 工件間 側(cè)面 工件間 側(cè)面 0.25以下 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 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 2.8 3.2 3.2 3.5 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 一般來(lái)說(shuō)，搭邊值是由經(jīng)驗(yàn)確定的，確定搭邊是應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面： 　 ①材料的力學(xué)性能。塑性好的材料，搭邊值要大—些，硬度高與強(qiáng)度大的材料，搭邊值小一些。 　 ②材料的厚度。材料越厚，搭邊值也越大。 　 ③件的形狀和尺寸。工件外形越復(fù)雜，圓角半徑越小，搭邊值也越大。 　 ④樣的形式對(duì)排的搭邊值大于直排的搭邊。 ⑤料及擋料方式用手工送料，有側(cè)壓板導(dǎo)向的搭邊值可小一些。 搭邊值在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)該結(jié)合實(shí)際情況，從實(shí)際經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，參考理論的計(jì)算方法進(jìn)行確定。在進(jìn)行理論計(jì)算的時(shí)候，搭邊值可以根據(jù)表2-3進(jìn)行選定，同時(shí)根據(jù)不同材料應(yīng)要考慮不同材料的搭邊系數(shù)（表2-4），本設(shè)計(jì)中的搭邊值根據(jù)表2-3計(jì)算所得。 表2-4 各材料搭邊系數(shù) 材料 系數(shù) 材料 系數(shù) 中等硬度的鋼 硬鋼 青銅及硬黃銅 硬鋁 0.9 0.8 1~1.1 1~1.2 軟黃銅 鋁 非金屬（皮革、硬紙板） 1.2 1.3~1.4 1.5~2 （3）條料尺寸確定和材料利用率 確定條料寬度的原則是：最小條料寬度要保證沖裁時(shí)零件周?chē)凶銐虻拇钸呏怠Ｗ畲髼l料寬度能在導(dǎo)料板間送進(jìn)，并與導(dǎo)料板間有一定的間隙 。此設(shè)計(jì)中使用了導(dǎo)料銷(xiāo)和擋料銷(xiāo)，條料寬度可以根據(jù)零件的尺寸和規(guī)定的搭邊值進(jìn)行確定。 查表3-8得 兩工件間的搭邊: 工件邊緣搭邊： 條料寬度 式中： B——條料寬度的基本尺寸，mm； D——毛坯寬度方向零件輪廓的最大尺寸，mm； a——側(cè)面搭邊，查表3-8。 步距=122+8=130mm 所以材料的利用率為 式中 ———1個(gè)步距內(nèi)零件的實(shí)際面積； ———1個(gè)步距內(nèi)所需毛壞面積。 沖裁排樣方式見(jiàn)下圖2.1 圖2.1 沖裁排樣圖 2.2 凸、凹模工作部分計(jì)算 2.2.1凸、凹模刃口尺寸計(jì)算原則 由沖裁過(guò)程和生產(chǎn)實(shí)踐可知：落料件的光面是因凹模刃口擠切材料產(chǎn)生的，而孔的光面是凸模刃口擠切材料產(chǎn)生的，落料件的大端尺寸等于或接近于凹模刃口尺寸，沖孔件的小端尺寸等于或接近于凸模刃口尺寸。同時(shí)考慮到模具使用后的磨損情況，在確定模具刃口尺寸及其制造公差時(shí)，需遵循下述原則。 （1）落料時(shí)，先確定凹模刃口尺寸。凹模刃口的基本尺寸取接近或等于制件的最小極限尺寸，以保證凹模磨損在一定范圍內(nèi)，仍能沖出合格制件。凸模刃口的基本尺寸則按凹模刃口基本尺寸減小一個(gè)最小合理間隙值來(lái)確定。 （2）沖孔時(shí)，先確定凸模刃口尺寸。凸模刃口的基本尺寸取接近或等于也的最大極限尺寸，以保證凸模磨損在一定范圍內(nèi)仍可使用，而凹模刃口的基本尺寸按凸模刃口的基本尺寸加上一個(gè)最小合理間隙值來(lái)確定。 （3）凸模和凹模刃口的制造公差，主要取決于沖裁件的精度和形狀。一般模具的制造精度比沖裁件的精度至少高1～2級(jí)。若制件沒(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，圓形件一般可按IT10級(jí)精度來(lái)處理。制件精度與模具制造精度的關(guān)系見(jiàn)表2-1。 表2-5 制件精度與模具制造精度關(guān)系表 2.2.2刃口尺寸計(jì)算方法 凸、凹模刃口尺寸的計(jì)算與加工方法有關(guān)，基本上可分為凸模與凹模圖紙分別加工法和配作法兩類。 （1）凸模與凹模分別加工法 圖2.2 落料沖孔時(shí)各部分尺寸及公差分布 這種方法主要適用于圓形或簡(jiǎn)單規(guī)則的沖裁件。采用這種方法時(shí)，要分別標(biāo)注凸模和凹模刃口尺寸與制造公司（凸模公差、凹模公差）。同時(shí)，為保證一定的間隙，模具的制造公差必須滿足下列條件，落料沖孔時(shí)各部分尺寸及公差分布見(jiàn)圖2.2。 或 式中：－凸模制造公差，mm； －凹模制造公差，mm； －最大合理間隙，mm； －最小合理間隙，mm。 當(dāng)選擇凸模與凹模分別加工方法加工模具時(shí)，其工作部分尺寸公差和計(jì)算公式如表2-6。 表2-6 凸模與凹模分別加工工作部分尺寸和公差計(jì)算公式 工序性質(zhì) 制件尺寸 凸模尺寸 凹模尺寸 落料 后求出 先求出 沖孔 先求出 后求出 注：、－落料凸、凹模基本尺寸，mm；、－沖孔凸、凹?；境叽?，mm；－制件制造公差，mm；Zmin－最小合理間隙；－因數(shù)，其值見(jiàn)表2-7；、－凸、凹模的制造公差，見(jiàn)表2-8。 表2-7 因數(shù) 材料厚度 t/mm 非圓形值 圓形值 1 0.75 0.5 0.75 0.5 制件公差/mm <1 ≤0.16 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 0.21~0.59 ≥0.60 <0.30 ≥0.30 表2-8 凹、凸模的制造公差 基本尺寸 凸模公差 凹模公差 基本尺寸 凸模公差 凹模公差 ≤18 0.020 0.020 >180~260 0.030 0.045 >18~30 0.020 0.025 >260~360 0.035 0.050 >30~80 0.020 0.030 >360~500 0.040 0.060 >80~120 0.025 0.035 >500 0.050 0.070 >120~180 0.030 0.040 （2）凸模與凹模配作加工 凸、凹模配作加工是指先按圖樣設(shè)計(jì)尺寸加工好凸?；虬寄Ｖ械囊患鳛榛鶞?zhǔn)件（一般落料時(shí)以凹模為基準(zhǔn)件，沖也時(shí)以凸模為基準(zhǔn)件），然后根據(jù)基準(zhǔn)件的實(shí)際尺寸 按間隙要求配作另一件。 圖2.3 配作加工凸凹模尺寸 表2-9 凸模與凹模配作加工工作部分尺寸和公差計(jì)算公式 工序性質(zhì) 制件尺寸 凸模尺寸 凹模尺寸 落料 按凹模尺寸配制， 其雙面間隙為~ C 沖孔 按凸模尺寸配制，其雙面間隙為~ C 注：、、－凹模刃口尺寸，mm；、、－凸模刃口尺寸，mm；、、－制件基本尺寸，mm；、－凹模、凸模制造公差，取值為/4；－制件公差，mm；－制件偏差，對(duì)稱偏差時(shí)＝/2，mm；－因數(shù)，其值見(jiàn)表2-7；、－落料、沖孔模刃口最小、最大合理間隙。 配作加工方法的特點(diǎn)是模具的間隙由配作保證，工藝比較簡(jiǎn)單，不需用公式來(lái)進(jìn)行校核，并且還可以放大基準(zhǔn)件的制造公差（一般可取沖裁件公差的1/4），使制造容易，因此是目前一般工廠常采用的方法。用配合加工法制造模具常用于復(fù)雜開(kāi)關(guān)及薄料的沖裁件，圖樣上只需標(biāo)注基準(zhǔn)件的尺寸及其公差，配作件僅注基本尺寸，并注明與基準(zhǔn)件配作及應(yīng)保證的間隙值。 配作加工凸模和凹模的尺寸計(jì)算，落料件按凹模磨損后尺寸變大、變小、不變的規(guī)律分為三種；沖孔件按凸模磨損后尺寸變大、變小、不變的規(guī)律也分為三種。表2-9為 凸模與凹模配作加工工作部分尺寸和公差計(jì)算公式。 2.2.3刃口尺寸計(jì)算 在模具設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需對(duì)模具的關(guān)鍵部位比如凸、凹模的間隙和制造精度進(jìn)行嚴(yán)格的計(jì)算，根據(jù)前面介紹的間隙選擇原則以及間隙對(duì)模具的影響，通過(guò)查沖壓手冊(cè)沖裁模雙面間隙值表，該零件材料為Q235，?、蝾愰g隙Z=(14～20)%t，可以計(jì)算出凸、凹模的間隙分別為 （1）落料尺寸計(jì)算 因?yàn)椴捎梅謩e加工方法，根據(jù)要求在計(jì)算落料尺寸時(shí)，先計(jì)算凹模尺寸，再計(jì)算凸模尺寸。這里在計(jì)算落料尺寸時(shí)，將零件分成兩部分進(jìn)行。 ①落R30mm料時(shí)，尺寸R30mm按GB/T 1804-m 自由公差進(jìn)行計(jì)算，=0.6mm，根據(jù)沖壓手冊(cè)中沖裁計(jì)算常用公式，取0.5（查表2-7）。查表2-8得，， 、的計(jì)算如下 = 校核是否符合要求。因?yàn)? 所以符合要求， 、尺寸如上所求。 ②落尺寸122mm料時(shí)，尺寸122mm 按GB/T 1804-m自由公差進(jìn)行計(jì)算，=0.6，根據(jù)沖壓手冊(cè)中沖裁計(jì)算常用公式，取0.5，查表2-8得，， 、的計(jì)算如下 == == mm 校核是否符合要求。因?yàn)? 所以符合要求， 、尺寸如上所求。 （2）沖孔尺寸計(jì)算 在計(jì)算沖孔尺寸要計(jì)算凸模尺寸、凹模尺寸。 ①?zèng)_孔mm時(shí)，=0.2mm，根據(jù)沖壓手冊(cè)中沖裁計(jì)算常用公式，取0.5，查表2-8得，，、的計(jì)算如下： 校核是否符合要求。因?yàn)? 所以符合要求，、尺寸如上所求。 ②沖孔時(shí)，=0.2mm，根據(jù)沖壓手冊(cè)中沖裁計(jì)算常用公式，取0.5，查表2-8得，，、的計(jì)算如下： 校核是否符合要求。因?yàn)? 所以符合要求，、尺寸如上所求。 ③孔距是不變尺寸，根據(jù)公式： = 圖定尺寸孔距為，按GB/T 1804-m 自由公差進(jìn)行計(jì)算，公差范圍為，=1mm，mm，因此 = 3 沖壓力計(jì)算及沖裁設(shè)備的選擇 3.1 沖壓力的計(jì)算 在沖裁過(guò)程中，沖裁力的大小是不斷變化的，沖裁力是板料作用在凸模上的最大抗力。對(duì)于普通平刃刀口的沖裁，其計(jì)算公式如下 式中：－沖裁力，； －沖裁件的周長(zhǎng)，； －材料厚度，； －材料抗剪強(qiáng)度，； －系數(shù)，考慮到凸模、凹模刃口磨損，模具間隙波動(dòng)，材料力學(xué)性能變化及材料厚度偏差等因素而增加的安全系數(shù)，常取＝1.3。 3.1.1落料力和沖孔力的計(jì)算 （1）落料力 根據(jù)公式得 ==1.3440.710350N=2005KN 式中，根據(jù)金屬材料手冊(cè)中常用金屬材料的力學(xué)性能表查得303～372，取=350，440.7mm是沖裁件沖裁輪廓周邊長(zhǎng)度。 （2）沖孔力 沖孔mm 時(shí)，沖孔力 ==1.33.143010350N=429KN 沖孔時(shí)，沖孔力 ==1.33.144210350N=600KN 3.1.2卸料力、推件力和頂件力的計(jì)算 圖3.1 卸料力、推件力和頂件力 考慮沖裁時(shí)材料的彈性變形及摩擦，在一般沖裁條件下，沖裁后材料將發(fā)生彈性恢復(fù)，使落料件或沖孔廢料硬塞在凹模內(nèi)，而板料則緊箍在凸模上，為了使沖裁工作繼續(xù)進(jìn)行，必須將緊箍在凸模的板料卸下，將卡在凹模內(nèi)的工件或廢料向下推出或向上推出。將緊箍在凸模上的料卸下所需的力稱為卸料力；將卡在凹模中的料推出所需的力稱為推件力；將卡在凹模中的料逆著沖裁力方向頂出所需的力稱為頂件力。 卸料力、推件力和頂件力與材料的力學(xué)性能、材料厚度、沖件輪廓的形狀、沖裁間隙、潤(rùn)滑情況、凹模洞口開(kāi)關(guān)等因素有關(guān)。在生產(chǎn)中，都是采用簡(jiǎn)單的經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)計(jì)算： 式中：、、——分別為卸料力、推件力、頂件力，N； 、、——分別為卸料力系數(shù)、推件力系數(shù)、頂件力系數(shù)，其值見(jiàn)表3-1； ——沖裁力，N； N——同時(shí)卡在凹模洞口的件數(shù)，，h為凹模刃口直壁高度，mm; ——料厚，mm。 表3-1 卸料力、推件力和頂件力系數(shù) 材料 材料厚度/mm 鋼 ≤0.1 0.005～0.075 0.1 0.14 >0.1～0.5 0.045～0.055 0.063 0.08 >0.5～2.5 0.04～0.05 0.055 0.06 >2.5～6.5 00.03～0.04 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 － 注：卸料力系數(shù)在沖多孔、大搭邊和輪廓復(fù)雜說(shuō)取上限值。 ① 卸料力： =0.032005kN =61.5KN，式中，根據(jù)表3-1可取，=0.03。 ②推料力： =50.025(429+600)kN =128.7kN 式中，根據(jù)表3-10可取=0.025，；n為卡在凹模內(nèi)的沖孔廢料數(shù)目，根據(jù)該模具設(shè)計(jì)n=50/10=5。 沖裁時(shí)之沖壓力為沖裁力、卸料力和推件力之和，這些力在選擇壓力機(jī)時(shí)是否考慮進(jìn)去，應(yīng)根據(jù)不同的模具結(jié)構(gòu)區(qū)別對(duì)待，即 采用彈性卸料裝置和上出料方式的沖裁模時(shí)為： 采用剛性卸料裝置和下出料方式的沖模為: 采用彈性卸料裝置和下出料方式的沖模為: 如上所述，沖裁工藝力包括沖裁力、卸料力、推件力和頂件力。因此，在選擇壓力機(jī)噸位時(shí)，需根據(jù)模具結(jié)構(gòu)分別計(jì)算沖裁工藝力。本模具中該零件總的沖壓力為 =(2005+429+600+61.5+128.7)kN =3224.2KN 3. 2 沖裁設(shè)備的選擇 沖壓工作是將沖壓模具安裝在沖壓設(shè)備上進(jìn)行的，因而模具的設(shè)計(jì)要與沖壓設(shè)備的類型和主要規(guī)格相匹配，否則不能工作。正確選擇沖壓設(shè)備，關(guān)系到設(shè)備的安全使用，沖壓工藝的順利實(shí)施及沖壓件的質(zhì)量，生產(chǎn)效率和模具壽命等一系列重要問(wèn)題。 沖壓設(shè)備類型主要根據(jù)所要完成的沖壓工藝性質(zhì)、生產(chǎn)批量、沖壓件的尺寸大小和及精度要求等來(lái)選擇。在選定沖壓設(shè)備的類型之后，應(yīng)該進(jìn)一步根據(jù)沖壓件的大小、模具尺寸及沖壓力來(lái)選定設(shè)備的規(guī)格。沖壓設(shè)備規(guī)格主要由一下參數(shù)確定。 根據(jù)沖裁工藝力選擇設(shè)備時(shí)，一般應(yīng)使所選設(shè)備的噸位大于計(jì)算所得的值。為滿足沖壓力要求，根據(jù)現(xiàn)有加工設(shè)備，選用400t沖床進(jìn)行沖裁。查資料得型號(hào)為J11-400，工作臺(tái)為900mm×1400mm。其他參數(shù)如下表3-11 表3-2 J11-400沖床參數(shù) 類型 普通沖床 產(chǎn)地 徐州 動(dòng)力類型 氣動(dòng) 型號(hào) J11-400 主電機(jī)功率 30kw 公稱壓力 4000kN 滑塊行程 200mm 控制形式 自動(dòng)、人工 適用范圍 通用 使用行業(yè) 通用 行程次數(shù) 25次/分鐘 作用對(duì)象材質(zhì) 金屬 3.3 模具壓力中心的確定 沖壓力合力的作用點(diǎn)稱為壓力中心。為了保證壓力機(jī)和沖模正常平穩(wěn)地工作，必須使沖模的壓力中心通過(guò)模柄軸線與壓力滑塊中心重合，否則，沖裁過(guò)程中壓力機(jī)滑塊和沖模將會(huì)承受偏心載荷，使滑塊導(dǎo)軌和沖模導(dǎo)向部分產(chǎn)生不正常磨損，合理間隙得不到保證，刃口迅速變鈍，從而降低沖件質(zhì)量和模具壽命甚至損壞模具發(fā)生沖壓事故。因此，設(shè)計(jì)沖模時(shí)，應(yīng)正確計(jì)算出沖裁時(shí)的壓力中心，并使壓力中心與模柄軸心線重合，對(duì)于制件外形尺寸大、形狀復(fù)雜，多凸模的沖裁模和連續(xù)模，正確確定其壓力中心就顯得更為重要。若因沖件的形狀特殊，從模具結(jié)構(gòu)方面考慮不宜使壓力中心與模柄軸心線相重合，也就注意盡量使壓力中心的偏離不超出所選壓力機(jī)模柄孔投影面積的范圍。對(duì)于形狀簡(jiǎn)單或?qū)ΨQ的沖件，其壓力中心即位于沖件輪廓圖形的幾何中心。沖裁直線段時(shí)，其壓力中心位于直線段的中心。通過(guò)三維軟件SolidWorks直接尋找壓力中心，所得壓力中心為坐標(biāo)86.5，66。 圖3.2 壓力中心圖 4 主要零件設(shè)計(jì) 模具的組成零件主要可以分為工藝零件和結(jié)構(gòu)零件。 　　工藝零件是指直接參與工藝過(guò)程的完成并和坯料有直接接觸，包括有工作零件、定位零件、卸料與壓料零件等； 　　結(jié)構(gòu)零件是指不直接參與完成工藝過(guò)程，也不和坯料有直接接觸，只對(duì)模具完成工藝過(guò)程起保證作用，或?qū)δ＞吖δ芷鹜晟谱饔茫ㄓ袑?dǎo)向零件、緊固零件、標(biāo)準(zhǔn)件及其它零件等。但并不是所有的沖模都必須具備上述六種零件，尤其是單工序模，但是工作零件和必要的固定零件等是不可缺少的。 4.1 工作零件 工作零件是指凸模、凹模、凸凹模。其功能是完成材料的分離，成形等。模具工作零件的結(jié)構(gòu)包括工作部分，用以成形零件；固定部分，用來(lái)使凸模、凹模正確地固定在模架上。設(shè)計(jì)模具工作零件時(shí)，主要就是決定刃口形式和固定方法。有前面所述的設(shè)計(jì)計(jì)算，工作零件如下。 4.1.1沖孔凸模 凸模按斷面形狀分為圓形和非圓形；按刃口形狀分為平刃和斜刃等。常見(jiàn)的凸模結(jié)構(gòu)型式及固定方法如圖4.1所示。 a） b） c） d） e） 4.1 常見(jiàn)的凸模結(jié)構(gòu)型式 a）為圓形斷面標(biāo)準(zhǔn)凸模，為了避免應(yīng)力集中，保證強(qiáng)度和剛度方面的要求，做成圓滑過(guò)渡的階梯形，前端直徑d為工件部分，中間直徑D為固定部分，它與固定板的配合為H7/m6過(guò)渡配合，尾部直徑D1部分是為保證卸料時(shí)凸模不致掉出。 b）為沖制Φ8～30mm的沖壓加工件的凸模結(jié)構(gòu)型式 c）是在②的中部增加過(guò)渡段，以改善凸模強(qiáng)度 d）為沖制孔徑與料厚相近的小孔時(shí)所用的一種凸模型式，采用護(hù)套結(jié)構(gòu)既可以提高抗縱向彎曲的能力，又能節(jié)省模具鋼材，從而提高經(jīng)濟(jì)效益。 e）沖裁為大件時(shí)常用的結(jié)構(gòu)型式。 沖孔凸模的材質(zhì)選用Cr12鋼進(jìn)行制作，刃口處淬火硬度60~62HRC；淬火的目的是：使其獲得較高的硬度和耐磨性；刃口采用淬火后磨削加工。其尺寸根據(jù)凸模長(zhǎng)度計(jì)算公式得，凸模共兩個(gè)，一個(gè)是沖孔，另一個(gè)是沖孔，見(jiàn)圖4.2，圖4. 3為凸模的三維造型。 圖4.2 凸模 圖4.3 沖孔凸模零件 圖4.4 凸凹模 4.1.2凸凹模 凸凹模的材質(zhì)選用Cr12 鋼進(jìn)行制作，采用淬火硬度60~62HRC，其設(shè)計(jì)見(jiàn)圖4.4，具體設(shè)計(jì)尺寸詳見(jiàn)圖紙。 4.1.3落料凹模 凹模類型很多，凹模的外形有圓形和板形；結(jié)構(gòu)有整體式和鑲拼式；刃口也有平刃和斜刃。 （1）凹模的結(jié)構(gòu)類型及固定方法 ? 凹模類型由整體式、帶臺(tái)肩的沖圓孔凹模、無(wú)臺(tái)肩的沖圓孔凹模、沖非圓孔形凹模、臺(tái)肩式?jīng)_非圓孔的圓凹模等十余種類型。在這里我們主要選用整體式凹模。固定方式采用直接聯(lián)結(jié)，其特點(diǎn)是用螺釘、銷(xiāo)釘直接緊固凹模，緊固可靠，應(yīng)用廣泛。 （2）凹模刃口的結(jié)構(gòu)形式 ? 沖裁凹模的刃口形式有直筒形和錐形兩種，選用時(shí)主要根據(jù)沖件的形狀、厚度、尺寸精度及模具的具體結(jié)構(gòu)來(lái)決定。 在這里采用直筒形進(jìn)行加工。 落料凹模的材質(zhì)選用Cr12鋼進(jìn)行制作，采用淬火處理，硬度58~64HRC，其三維造型見(jiàn)圖4.4，其尺寸詳見(jiàn)圖紙。 圖4.5 落料凹模零件 4.2 導(dǎo)向零件 導(dǎo)向零件的功能:保證上、下模正常運(yùn)行，使之不產(chǎn)生位置偏差。常見(jiàn)的模具導(dǎo)向有：導(dǎo)板導(dǎo)向、導(dǎo)套導(dǎo)向、滾珠導(dǎo)柱。 (1) 導(dǎo)柱和導(dǎo)套導(dǎo)向 導(dǎo)柱和導(dǎo)套都是圓柱形，加工方便，容易裝配；是模具中應(yīng)用最廣的導(dǎo)向裝置； 導(dǎo)柱和導(dǎo)套為間隙配合（H7/h6或H6/h5）；導(dǎo)柱下部與下模板導(dǎo)柱孔采用過(guò)盈配合（H7/r6）；導(dǎo)套外徑與上模板導(dǎo)套孔也是過(guò)盈配合；導(dǎo)柱和導(dǎo)套材料及熱處理；導(dǎo)柱和導(dǎo)套的配合表面要求堅(jiān)硬耐磨、且有一定的強(qiáng)韌性；常用20號(hào)鋼經(jīng)滲碳淬火處理而成，其滲碳深度為0.8～1.2mm，硬度為HRC58～62。 (2) 滾珠導(dǎo)柱導(dǎo)向 滾珠置于保持圈內(nèi)，與導(dǎo)柱導(dǎo)套接觸，并有一定過(guò)盈量，導(dǎo)向效果好。上模升到上死點(diǎn)時(shí)，導(dǎo)套不應(yīng)脫離導(dǎo)柱；它是一種無(wú)間隙導(dǎo)向、精度高、壽命較長(zhǎng)；適于高速?zèng)_模、精密沖裁模、硬質(zhì)合金模等；由于其承受側(cè)壓力的能力弱，故不能用于有較大側(cè)壓力的場(chǎng)合，也不能用于后側(cè)導(dǎo)柱模架。 對(duì)生產(chǎn)批量較大、零件公差要求較高、壽命要求較長(zhǎng)的模具，一般都采用導(dǎo)向裝置。模具中應(yīng)用最廣泛的是導(dǎo)柱和導(dǎo)套 導(dǎo)套與模座的裝配方式及要求按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。但要注意，在選定導(dǎo)向裝置及零件標(biāo)準(zhǔn)之后，根據(jù)所設(shè)計(jì)模具的實(shí)際閉合高度，并保證有足夠的導(dǎo)向長(zhǎng)度。 滾珠導(dǎo)向是一種無(wú)間隙導(dǎo)向，精度高，壽命長(zhǎng)。滾珠導(dǎo)向裝置及其組成零件均已標(biāo)準(zhǔn)化。滾珠在導(dǎo)柱和導(dǎo)套之間應(yīng)保證導(dǎo)套內(nèi)徑與導(dǎo)柱在工作時(shí)有0.01～0.02mm的過(guò)盈量。此設(shè)計(jì)中導(dǎo)柱導(dǎo)套規(guī)格分別為 導(dǎo)套：，20鋼制作，HRC58~62，滲氮。 導(dǎo)柱：，20鋼制作，HRC58~62，滲碳。 4.3 定位零件 定位零件的作用是使毛坯或半成品在模具上能夠正確定位，條料在模具送料平面中必須有兩個(gè)方向的限位：一是在與條料方向垂直的方向上的限位，保證條料沿正確的方向送進(jìn)，稱為送進(jìn)導(dǎo)向；二是在送料方向上的限位，控制條料一次送進(jìn)的距離稱為送料定位。對(duì)于塊料或工序件的定位，基本也是在兩個(gè)方向上的限位，只是定位零件的結(jié)構(gòu)形式與條料有所不同而已。定位零件根據(jù)其作用主要分為兩類，擋料和導(dǎo)料兩種定位零件。 擋料：進(jìn)行送料方向定距； 導(dǎo)料：與送料方向垂直的方向上的定位，對(duì)送料的方向進(jìn)行定向。 根據(jù)毛坯形狀、尺寸以及模具的結(jié)構(gòu)型式，可以選用不同的定位方式。 （1）定位釘和定位板 常見(jiàn)定位釘有兩種： 固定式定位釘：主要用于單件毛坯或半成品再次沖壓時(shí)的定位； 彈性定位釘：適用于薄壁凹模及拉深模的毛坯定位。 常見(jiàn)定位板有兩種型式：以毛坯外形定位和用毛坯內(nèi)孔或內(nèi)徑定位。 （2）擋料銷(xiāo) 固定式擋料銷(xiāo)有臺(tái)肩型式和鉤式擋料銷(xiāo)。 臺(tái)肩型式是標(biāo)準(zhǔn)型式，工件部分與固定部分（凹模）直徑相差較大，不會(huì)削弱凹模強(qiáng)度，且制造簡(jiǎn)單； 鉤式擋料銷(xiāo)是非標(biāo)準(zhǔn)型式，它離凹模刃口的距離更遠(yuǎn)，更不會(huì)削弱凹模強(qiáng)度，但加工較困難，常用于厚料和尺寸大的零件。 活動(dòng)式擋料銷(xiāo)有回帶式擋料銷(xiāo)、彈頂擋料銷(xiāo)和始沖擋料銷(xiāo)。 回帶式擋料銷(xiāo)常安裝于固定卸料板上，其主要優(yōu)點(diǎn)是不必將條料抬起在擋料銷(xiāo)釘上套進(jìn)套出； 彈頂擋料銷(xiāo)用于倒裝復(fù)合模的活動(dòng)擋料銷(xiāo)； 始沖擋料銷(xiāo)在連續(xù)模中條料送進(jìn)時(shí)的首次定位。 （3）導(dǎo)正銷(xiāo) 導(dǎo)正銷(xiāo)是伸入工件的孔中導(dǎo)正其在凹模內(nèi)位置的銷(xiāo)形金屬零件。導(dǎo)正銷(xiāo)一般采用高速鋼、鎢鋼、硬質(zhì)合金等硬度較高的材料制造，用于引導(dǎo)工件的位置，以保證精準(zhǔn)沖裁工件。導(dǎo)正銷(xiāo)外觀上類似紅纓槍的槍頭。導(dǎo)正銷(xiāo)是一種常見(jiàn)的模具配件，精密度非常高。導(dǎo)正銷(xiāo)一般都是安裝在連續(xù)模中，此模具設(shè)計(jì)中不使用。 （4）導(dǎo)料板（導(dǎo)尺） 導(dǎo)料板用于單工序模及連續(xù)模中，作條料定位及導(dǎo)向用。 按其固定方式導(dǎo)料板可分為：與卸料板分離結(jié)構(gòu)形式，與卸料板加工成一體的結(jié)構(gòu)形式。 分離式導(dǎo)料板一般為兩塊構(gòu)成，常用45鋼做成。 導(dǎo)料板的厚度一般與所沖的板料厚度有關(guān)，可查表，一般6～25mm。 兩側(cè)面導(dǎo)向面必須相互平行，其定位部分常局部淬硬，或加上淬硬的側(cè)刃擋塊。 導(dǎo)料銷(xiāo)或?qū)Я习迨菍?duì)條料或帶料的側(cè)向進(jìn)行導(dǎo)向，以免送偏的定位零件。 表4-1 導(dǎo)料板、擋料銷(xiāo)高度 （mm） 材料厚度t 擋料銷(xiāo)高度 導(dǎo)料板厚度H 固定擋料銷(xiāo) 自動(dòng)擋料銷(xiāo) 0.3～2 3 6～8 4～8 2～3 4 8～10 6～8 3～4 4 10～12 8～10 4～6 5 12～15 8～10 6～10 8 15～25 10～15 （5）導(dǎo)料銷(xiāo) 導(dǎo)料銷(xiāo)一般設(shè)兩個(gè)，并位于條料的同側(cè)，從右向左送料時(shí)導(dǎo)料銷(xiāo)裝在后側(cè)；從前向后送料時(shí)，導(dǎo)料銷(xiāo)裝在左側(cè)。導(dǎo)料銷(xiāo)可設(shè)在凹模面上（一般為固定式的），也可以設(shè)在彈壓卸料板上，還可以設(shè)在固定板或下模左平面上。 固定式和活動(dòng)式的導(dǎo)料銷(xiāo)可選用標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)料銷(xiāo)導(dǎo)向定位多用于但工序模和復(fù)合模中。具有導(dǎo)板（或卸料板）的但工序?；蚣?jí)進(jìn)模，常采用導(dǎo)料板送料導(dǎo)向結(jié)構(gòu)。導(dǎo)料板一般設(shè)在條料兩側(cè)，其結(jié)構(gòu)有兩種：一種是標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，它與卸料板或?qū)О宸珠_(kāi)制造；另一種是與卸料板制成整體的結(jié)構(gòu)。為了使條料能順利通過(guò)，兩導(dǎo)料板間距離應(yīng)等于條料寬度再加上一個(gè)間隙值。導(dǎo)料板的厚度H取決于導(dǎo)料方式和板料的厚度。導(dǎo)料板用于剛性卸料，導(dǎo)料銷(xiāo)用于彈性卸料。 在本設(shè)計(jì)中使用了擋料銷(xiāo)和導(dǎo)料銷(xiāo)。查表4-1得擋料銷(xiāo)高度為8mm，45鋼制作，淬火處理，HRC43~48。導(dǎo)料銷(xiāo)45鋼，硬度28~32HRC，長(zhǎng)度為35mm，高度為10mm。采用固定在卸料板上的固定方式。 4.4 卸料和推件裝置 卸料和推件裝置的功能是把箍在凸凹模外圍的條料卸下來(lái)，把梗塞在凹內(nèi)的零件推出來(lái)，保證沖壓繼續(xù)進(jìn)行。主要有卸料板、頂件器、推件器等 （1）卸料板 ①固定卸料板 卸料力大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但有時(shí)零件要變形；適合于t≥0.5mm或沖裁力大的一般要求零件；裝在凹模與導(dǎo)料板上，與凸模雙面間隙為0.2～0.6mm；兼起導(dǎo)向作用時(shí)，取0.01～0.03mm（最好小于沖裁間隙）；厚度取5～10mm。 ②彈性卸料板 彈壓卸料把板料安裝在凸模一側(cè)，用卸料螺釘連接于上模座或凸模固定板，上模座和卸料板之間安裝有彈簧或橡皮等彈性元件，彈簧有一定的預(yù)壓縮量，用于提供卸料力。彈壓卸料板還可提供壓料力