沖孔落料彎曲復(fù)合模具設(shè)計(jì)

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； 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)。如圖21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。尺寸精度：按公差I(lǐng)T14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：?90 +0。 3020 0-0.52600-0.52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(lèi)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(lèi)型為復(fù)合模。3.2 定位方式的選擇因?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(xiāo)定距。3.3 卸料方式的選擇因?yàn)楣ぜ虾駷?.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 B （mm）。B =r+kt公式（41）式中：ro內(nèi)彎曲半徑t材料厚度k中性層系數(shù)表41板料彎曲中性層系數(shù)ro/t0.10.20.250.30.40.50.60.81.OK1（V）0.300.330.350.360.370.380.390.410.42K2（U）0.230.290.310.320.350.370.380.400.41K3（O）一一一一一0.720.700.670.63ro/t1.21.51.8234568K1（V）0.430.450.460.460.470.480.480.490.50K2（U）0.420.440.450.450.460.470.480.490.50K3（O）0.490.560.520.50查表 41, K=0.45根據(jù)公式41B= o+kt=2+0.45X1.5=2.675 （mm）圖41 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=60L3= N2(R+KT)=3.14/2 (2+0.45 X5)=6.2mm所以 L0=2X6.2+60+13=85.4mm(取 85.40-o,87 mm )根據(jù)計(jì)算得：工件的展開(kāi)尺寸為 20X85.4 (mm),如圖4-2所示in co圖42 尺寸展開(kāi)圖4.2排樣、計(jì)算條料寬度及步距的確定4.2.1 搭邊值的確定搭邊排樣時(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?；蛴绊懰土瞎?作。搭邊值通常由經(jīng)驗(yàn)確定，表42所列搭邊值為普通沖裁時(shí)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)之一。表42搭邊a和al數(shù)值材料厚度圓件及r>2t的工件矩形工件邊長(zhǎng) Lv 50mm矩形工件邊長(zhǎng)L>50mm或rv 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<0.251.82.02.22.52.83.00.250.51.21.51.82.02.22.50.50.81.01.21.51.81.82.00.81.20.81.01.21.51.51.81.21.61.01.21.51.81.82.01.62.01.21.51.82.02.02.22.02.51.51.82.02.22.22.52.53.01.82.22.22.52.52.83.03.52.22.52.52.82.83.23.54.02.52.82.53.23.23.54.05.03.03.53.54.04.04.55.0120.6t0.7t0.7t0.8t0.8t0.9t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42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(Wc0.3%0.45%)0.9鋼(Wc0.5%0.65%)0.8硬黃鋼11.11.2硬車(chē)呂11.2軟黃銅，純銅該制件是矩形工件，根據(jù)尺寸從表42中查出：兩制件之間的搭邊值ai=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：ai=1.8 X(1-1.2) =1.82.16(mm)取 a1=1.8(mm)側(cè)搭邊值a=2.0 X(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。無(wú)側(cè)壓裝置時(shí)條料的寬度。有定距側(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：B=(D+2a)_%公式(42)其中條料寬度偏差上偏差為0,下偏差為一,見(jiàn)表43條料寬度偏差。D條料寬度方向沖裁件的最大尺寸。a-一側(cè)搭邊值。查表43條料寬度偏差為0.15根據(jù)公式4 -1 B= (D+2a) %=(20+2M.5) 0-0.15=230-0.15表43 條料寬度公差(mm)條料寬度B/mm材料厚度t/mm0.5>0.5 1>12200.050.080.10>20 300.080.100.15>30 500.100.150.20導(dǎo)料板間距離公式：公式（43）A=B+ZZ導(dǎo)料板與條料之間的最小間隙（mm）;查表 4.33 得 Z=5mm根據(jù)公式42A= B+Z=23+5=28 （mm）表44導(dǎo)料板與條料之間的最小間隙Zmin （mm）有側(cè)壓裝置材料厚度t/mm條料寬度 B/mm100以下100以上0.5580.515812582358345845584.2.4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”表示：“桿Ai/hB) 100%(公式 44)式中T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：2Ai=85.4 20- (4.5%)=1708mm-64mm2=1644 (mm )條料寬度計(jì)算：B=85.4mm+ 2mme 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：“ =(nA/hB) 100%二(1 X636/21.8 89) 100%=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)x寬x厚為1410 X710 X1.5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：4 2=n1n2A1/LB X 100%5>32M636/1410 710X00%=82.15%由此可之，“值越大，材料的利用率就越高，廢料越少。工藝廢料的多少?zèng)Q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43 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，其沖裁 力Fp一般可以按下式計(jì)算：Fp=KptL r公式（51）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（。功伸長(zhǎng)率屈服強(qiáng)度優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼08F已退火22031028039032180082603603304503220010260340300440292102028040036051025250454405605507001636065Mn已退火60075012400不銹鋼1Cr13已退火32038040047021一1Cr18Ni9Ti處理軟化43055054070040200鋁L2、 L3、 L5已退火8075 1102550 80冷作硬化1001201504一鋁鎰合金LF21已退火70 1101101451950硬鋁LY12已退火10515015021512一淬硬后冷作硬化28032040060010340純銅T1、 T2、 T3軟態(tài)160200307硬態(tài)2403003一銅H62軟態(tài)26030035一半硬態(tài)30038020200H68軟態(tài)24030040100式中-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13。當(dāng)查不到抗剪強(qiáng)度r時(shí)，可以用抗拉強(qiáng)度crb代替q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280310(MPa),取 r =300(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FQi推料力。FQ2頂件力Fc彎曲力F 校 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 2803i0(MPa )5.2.1 總沖裁力：Fp=F1+F2公式 (5 2)F1落料時(shí)的沖裁力。F2沖孔時(shí)的沖裁力.落料時(shí)的周邊長(zhǎng)度為：L1=2X (85.4+20) =210.8 (mm)根據(jù)公式5-1F1=KptLr=1X1.5 210.8 300=94.5(KN)沖孔時(shí)的周邊長(zhǎng)度為：L2=tt d=3.14X=28.26 (mm)F2= KptL r=1X1.5 28.26 300=12.74(KN)總沖裁力： Fp=F1+F2=94.5+12.74=107.24(KN)表52 卸料力、推件力和頂件力系數(shù)料厚t/mmKxKtKd0 0.10.0650.0750.10.14>0.10.50.0450.0550.0630.08鋼> 0.50.250.040.050.0550.06>2.56.50.030.040.0450.05>6.50.020.030.0250.03鋁、鋁合金0.0250.080.030.07純銅黃銅0.020.060.030.09對(duì)于表中的數(shù)據(jù)，厚的材料取小直，薄材料取值5.2.2 卸料力FQ的計(jì)算FQ=Kx Fp公式(53)K卸料力系數(shù)。查表 52 得 Kx = 0.0250.08,取 Kx=0.08根據(jù)公式5-3 FQ=Kx Fp= 0.08 X07.24= 8.57(KN)5.2.3 推料力FQi的計(jì)算FQi=KtFp公式(54)Kt推料力系數(shù)。查表 52 得 Kt= 0.030.07,取 Kt=0.07根據(jù)公式5-4 FQi=KtFp=0.07 107.24勺.5068(KN)5.2.4 頂件力FQ2的計(jì)算FQ2=KdFp公式(55)Kd 頂件力系數(shù)。查表 52 得 Kd= 0.030.07,取 Kt=0.07根據(jù)公式5-5 FQ2=KdFp=0.07 107.24勺.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：Fu=0.7KBt2 ob/ +t公式（56）Fu沖壓行程結(jié)束時(shí)不校正時(shí)的彎曲力。B 丫彎曲件的寬度（mm）。t彎曲件的厚度（mm）。T一一內(nèi)彎曲半徑（等于凸模圓角半徑）（mm）。6彎曲拆料的抗拉強(qiáng)度（MPa）（查機(jī)械手冊(cè)ob=400（MPa）oK安全系數(shù)，一般取1.3.根據(jù)公式 5-6 Fu=0.7KBt2 s/（ 丫 +t）2=0.7 1.3 *5.4 1.5 X400/（2+1.5）=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%X 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)行擠因此校正彎曲時(shí)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。只需計(jì)算校正彎曲力，即:F 校=qA式中：F校一一校正力(N)q單位面積上的校正力(Mpa),其值見(jiàn)表 5 4A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=BX (L-2r-2t)計(jì)算。因?yàn)楣ぜ閁形件所以計(jì)算投影面積公式選用：A=BX (L-2r-2t)計(jì)算投影面積 A=20X (85.4-2 2-2 >1.5)=20X78.4=1568 (mm2)表54 單位面積上的校正力材料料厚t(mm)1-33-10硬鋁30-4050-60黃銅60-8080- 100綜上所述彎曲校正力F校=qA=40X1568 =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)總勺沖壓力：F=Fp+FQ+FQi+FQ2+Fc+F校F=FP+FQ+FQi+FQ2+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 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=LiXi+L2X2+LnXn/L 1+L2+ LnYo=LiYi+L2Y2+LnYn/L 1+L2+Ln圖61 壓力中心1、按比例畫(huà)出凸模刃口的輪廓形狀，選坐標(biāo) XOYo如圖61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中表6.1 1落料件的壓力中心計(jì)算數(shù)據(jù)線 3.5 (mm)力壓中心位置壓力中心坐標(biāo)xYL1=-42.7C1=0.5X -42.7=-21.3501L2=42.702=0.5X42.7=21.3542.71L3=2003=0.5X20=1042.721L4=42.704=0.5X42.7=21.35021L5=-42.705=0.5X42.7=21.35-42.721L6=2006=0.5X20=10-42.71L7=28.2607=0.5 X 28.26=14.13011.05落料凸模的壓力中心坐標(biāo):Xn=LiXi+L2X2+LnXn/L 1+L2+Ln=(-42.7X 0+42.7 X42.7+20 X42.7+28.2*2.7+42.7 +28.26 =0Yn= L1Y1+L2Y2+LnYn/L 1+L2+Ln=(-42.7 1+42.7 1+20X21+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)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問(wèn) 隙Cmin,最大值稱為最大合理間隙 Cmax?？紤]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)面及材料問(wèn) 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51查出材料LY12Y的力學(xué)性能與10鋼相近表71查得最小 雙面間隙2Cmin=0.132mm,最大雙面間隙2Cmax=0.240mm8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)：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71沖裁模初始用間隙 2c(mm)材料厚度08、 10、 35、09Mn、Q23516Mn40、5065Mn2Cmin2Cmax2Cmin2Cmax2Cmin2Cmax2Cmin2Cmax小于0.5極小間隙0.50.0400.0600.0400.0600.0400.0600.0400.0600.60.0480.0720.0480.0720.0480.0720.0480.0720.70.0640.0920.0640.0920.0640.0920.0640.0920.80.0720.1040.0720.1040.0720.1040.0640.0920.90.0920.1260.0900.1260.0900.1260.0900.1261.00.1000.1400.1000.1400.1000.1400.0900.1261.20.1260.1800.1320.1800.1320.1801.50.1320.2400.1700.2400.1700.2401.750.2200.3200.2200.3200.2200.3202.00.2460.3600.2600.3800.2600.3802.10.2600.3800.2800.4000.2800.4002.50.2600.5000.3800.5400.3800.5402.750.4000.5600.4200.6000.4200.6003.00.4600.6400.4800.6600.4800.660.3.50.5400.7400.5800.7800.5800.7804.00.6100.8800.6800.9200.6800.9204.50.7201.0000.6800.9600.7801.0405.50.9401.2800.7801.1000.9801.3206.01.0801.4400.8401.2001.1401.5006.50.9401.3008.01.2001.680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)，凹模基本尺寸應(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)小），會(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IT17IT9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? 作為基準(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留的間隙值。這6兩6僦不再受間隙限制。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，普通模具的制造公差一般可取6塾/4 (精密模具的制造公差可選46m)0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。第一類(lèi)：凸?；虬寄Ｄp會(huì)增大的尺寸；第二類(lèi)：凸?；虬寄Ｄp或會(huì)減小的尺寸；第三類(lèi)：凸模或凹模磨損后基本不變的尺寸；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Aa= (Amax-xA) +q A公式(81)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Ba=(Bmax+xA)- 0 a公式(82)3、凹模磨損后無(wú)變化的尺寸，具基本計(jì)算公式為Ca=(Cmax+0.5A) ±0.5 6 A了方便使用，隨工件尺寸的標(biāo)注方法不同，將其分為三種情況：公式（83）工件尺寸為C引寸Ca=（C+0M） ±0.5 6 A工件尺寸為C-0時(shí)Ca=（C-0.5A） ±0.5 6 A公式（84）工件尺寸為C±時(shí)Ca=C±6A公式（85）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；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0.51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(chóng)=1工件精度 IT11IT13x=0.75工件精度IT14x=0.5八 0.5 6 A 6 A凹模制造偏差，通常取 6AW /4。表81系數(shù)x料厚t(mm)非圓形圓形10.750.50.750.5工件公差4 /mm1<0.160.170.35>0.36<0.16>0.1612<0.200.210.41>0.42<0.20>0.2024<0.240.250.49>0.50<0.24>0.24>4<0.300.310.59>0.60<0.30>0.30（一）落料刃口尺寸計(jì)算圖81計(jì)算刃口尺寸小意圖圖上的尺寸均無(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: 850-0.52200-0.25?9 0 +0。30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81上可知，A、B、C、D均屬磨損后變大的尺寸， 屬于第一類(lèi)尺寸，計(jì)算公式為：Ba=(Bmax-xA)-0A ( 6 A=/4)查表 71 得：2Cmin=0.132(mm), 2Cmax=0.240(mm);查表 81 得： x1=x2=x3=x4=0.75落料凹模的基本尺寸計(jì)算如下：根據(jù)公式 81A 凹=(Bmax-xA)- 0 A=(85.4-0.75 0.52) 0-0.52/4=85.010-0.似mm)B 凹二(Bmax-xA)-0A=(20-0.75 0<52) 0-0.52/4=19.610-0.13(mm)C 凹二(Bmax-xA)-0 A=(85.4+0.75 052) 0-0.52/4=85.020 -0.13(mm)D 凹二(Bmax-xA)-0 A=(20-0.75 0.52) 0-0.52/4=19.610-0.i3(mm)凸模安凹模尺寸配制，保證雙面間隙(0.1320.240) (mm).沖孔凸模的尺寸從圖81上可知，沖孔凸模的尺寸在磨損過(guò)程中將變小,屬于第二類(lèi)尺寸，計(jì)算公式為：Ba=(Bmax+xA)-0A(SAW/4)查表 71 得：2Cmin=0.132mm, 2Cmax=0.18mm；查表 81 磨損系數(shù)X=3.950.5沖孔凸模的刃口尺寸計(jì)算如下：根據(jù)公式 82 E 凸二(Bmax+xA)-0A=(9+0.5 0.3) 0-0.3/4=9.0 1 50-0.075(mm)沖孔凸模的尺寸為9.0150-0.075(mm)凹模按凸模尺寸配制，保證雙面間隙(0.1320.240) (mm)8.4 沖裁刃口高度表82刃口高度料厚<0.5>0.5 1刃口舒度h<6>68>12>24>4>8-10>10 12>14查表82,刃口高度為h>810(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 rmin/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P,則最外層金屬(半徑為 R)的伸長(zhǎng)率外為:M=(R-p)/ p公式(86)設(shè)中性層位置在半徑為尸r+t/2處，且彎曲厚度保持不變，則有 R=r+t,固有旃=1/(2r/t+1)公式(87)如將6外以材料斷后伸長(zhǎng)率6帶入，則有r/r轉(zhuǎn)化為rmin/t,且有rmin/t=(1-a /2 6公式(88)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 8-7M=1/(2r/t+1)=1/ (2浸/1.5+1)=0.28最小彎曲半徑為：根據(jù)公式 88rmin/t= (1-§) /2 6=(1-0.28) /2 8.28=1.0128.5.2 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 83得，回彈值為6°,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83 鋁材料校正彎曲回彈材料r/t材料厚度t(mm)<°.8°.8 2>2硬鋁LY12V 22°3°4°254°6°8°>56°1°°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+A+ct公式（89）式中：Z彎曲凸、凹模單邊間隙t材料的厚度A材料厚度白正偏差（表 84）C間隙數(shù)（表85）查表得：A=0C=0.05根據(jù)公式89Z=t+ A +ct=1.5+0+0.05 %5=1.5+0.075=1.575 （mm）表84薄鋼板、黃銅板（帶）、鋁板厚度公差厚度材料薄鋼板黃銅板（帶）板 鋁08FH62,H68,HP 12A11、2A12B級(jí)公差C級(jí)公差冷扎帶冷軋板最小公差取人公差0.23.04i0.06-0.03-0.03-0.02-0.040.33.04i0.06-0.04-0.04-0.02-0.050.43.04i0.06-0.07-0.07-0.03-0.050.53.05i0.07-0.07-0.07-0.04-0.120.63.06i0.08-0.07-0.08-0.04-0.120.83.08i0.10-0.08-0.10-0.04-0.141.03.090.12-0.09-0.12-0.04-0.171.2i0.11i0.13-0.10-0.14一1.53.12i0.15-0.10-0.16-0.10-0.272.03.15i0.18-0.12-0.18-0.10-0.282.53.17i0.20-0.12-0.18-0.20-0.303.03.18i0.22-0.14-0.20-0.25-0.353.53.20i0.25-0.16-0.23-0.25-0.363、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，間隙取在 凸模上。當(dāng)工件為雙向?qū)ΨQ偏差時(shí)，凹模尺寸為：LA=（L-2/1 A+/Ao公式（810）當(dāng)工件為單向偏差時(shí)，凹模實(shí)際尺寸為： LA=（L- 3/4 A+S Ao 公式（811） 凸模尺寸為：LT=（LA-Z） 0-At公式（812）或者凸模尺寸按凹模實(shí)際尺寸配制，保證單向間隙 Z/2 o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）彎曲件公差“ 6 A-凸、凹制造公差，選用 IT7IT9級(jí)精度，亦可按 6t= 6A=A /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- 3/4 A+SAo表85U形彎曲件凸凹模的間隙系數(shù)C值彎曲件邊長(zhǎng)L/mmBW 2LB>2L材料厚度t/mm<0.50.622.144.15<5.00.622.1 44.17.57.612100.050.050.040.100.100.08200.050.050.040.030.100.100.080.060.06350.070.050.040.030.150.100.080.060.06500.100.070.050.040.200.150.100.060.06700.100.070.050.050.200.150.100.100.081000.070.050.050.150.100.100.081500.100.070.050.200.150.150.102000.100.070.070.200.150.150.10凸、凹制造公差，At=6A=A/4=0.45 +4=0.1125根據(jù)公式86凹模尺寸為：LA=（L- 3/4、 + Ao=(11.2-3/4 0M5) +0.11250 =10.86+0.11250 ( mm)根據(jù)公式8-7凸模尺寸為：LT=(LA-Z) 0- s t=( 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。9 主要零部件的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)主要零部件時(shí)， 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(gè)內(nèi)孔的同軸度， 使裝配工作簡(jiǎn)化。下面就分別介紹各個(gè)零部件的設(shè)計(jì)方法。9.1 工作零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)9.1.1 凹模的設(shè)計(jì)凹模采用整體凹模， 各種沖裁的凹?？拙捎镁€切割機(jī)床加工， 安排凹模在模架上位置時(shí)，要依據(jù)計(jì)算壓力中心的數(shù)據(jù)，將壓力中心與模柄中心重合。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(jì)算后，選取的H值不應(yīng)小于（1520） mm;表9 1系數(shù)值Ks/mm材料厚度t/mm<1>13>36<500.300.400.350.500.450.60>501000.200.300.220.350.300.45>1002000.150.200.180.220.220.30>2000.100.150.120.180.150.22查表 91 得：K=0.35H=0.35 >85=27.75mm取 H=28mm模具壁厚的確定公式為：C=(1.52)H=1.5 182>28=2736mm凹模壁厚取C=30mm凹模寬度的確定公式為：B=b+2C=85+2 M0=145mm查表91取標(biāo)準(zhǔn)取B=160mm凹模長(zhǎng)度的確定公式為：L=20+2 X30=80mm凹模的長(zhǎng)度要考慮導(dǎo)料銷(xiāo)發(fā)揮的作用，保證送料粗定位精度。查表10-2取標(biāo)準(zhǔn)L=100mm。(送料方向)凹模輪廓尺寸為160m佛100mrK 28mm。凹模材料選用Cr12 ,熱處理6064HRC。表92矩形和圓形凹模的外形尺寸矩形凹模的寬度和長(zhǎng)度BXL矩形和圓形凹模厚度H63 >5063 >6310、12、14、16、18、2080 >63、80 >80、100X63、100 >80、100 M 00、125 >8012、 14、 16、 18、 120、 22125X100、125 M 25、140 >80、140 >8014、16、18、20、22、25140X125、140X140、160 M00、160X25、160X140、200 M00、200X12516、 18、 20、 22、 25、 28160X160、200X140、200 M60、250X25、250X14016、 20、 22、 25、 28、 32200X200、250X160、250 >200、280 M 6018、 22、 25、 28、 32、 35250 X250、280 >200、280 >250、315 >20020、 25、 28、 32、 35、 409.1.2 凸凹模的設(shè)計(jì)凸凹模的內(nèi)、外緣均為刃口，內(nèi)、外緣之間的壁厚取決于沖裁件的尺寸，為 保證凸凹模的強(qiáng)度，凸凹模應(yīng)有一定的壁厚為30mm。9.1.3 外形凸模的設(shè)計(jì)因?yàn)樵撝萍螤畈皇菑?fù)雜，但有彎曲部分，所以將落料模設(shè)計(jì)成直通式凸模， 直通式凸模工作部分和固定部分的形狀做成一樣，直通式凸模采用線切割機(jī)床加工?？梢灾苯佑?個(gè)M8的螺釘固定在墊板上，凸模與凸模固定板的配合按 H7/m6。外形凸模的高度是凸模固定板的厚度、卸料板的厚度、導(dǎo)料板的厚度的 總和，外形凸模下部設(shè)置1個(gè)導(dǎo)正銷(xiāo)，借用工件上的孔作為導(dǎo)正孔。外形凸模長(zhǎng) 度為：L=H1 +H3 (1520) mmH1凸模固定板厚度；得 H1=0.8汨凹=0.8 28=22.6mm(標(biāo)準(zhǔn)為20mm)H3卸料板厚度；查表95得H3=6mm(1520)附加長(zhǎng)度，包括凸模的修磨量，凸模進(jìn)入凹模的深度及凸模固定板與卸料板間的安全距離。(附加長(zhǎng)度取15)L=20+6+19=45mm9.1.4 內(nèi)孔凸模設(shè)計(jì)因?yàn)閮?nèi)孔凸模是圓凸摸，仍然選用直通式凸模，采用線切割加工。與凸模固 定板采用H7/r6配合。凸模長(zhǎng)度與外形凸模長(zhǎng)度相等為 45mm。凸模材料應(yīng)選 T10A,熱處理5660HRC,凸模與卸料板之間的間隙見(jiàn)表 9 3查得凸模與卸料 板的間隙選為0.035mm。表93凸模與卸料板、導(dǎo)柱與導(dǎo)套的間隙序號(hào)模具沖裁間隙Z卸料板與凸模間隙 Z1輔助小導(dǎo)柱與小導(dǎo)套間隙Z21>0.0150.025>0.0050.007約為0.0032>0.0250.05>0.0070.015約為0.0063>0.050.10>0.0150.025約為0.019.1.5彎曲凸模的設(shè)計(jì)彎曲凸模選用直通式，采用線切割加工方法。彎曲凸模與凸模固定板采用 H7/r6配合。長(zhǎng)度與外形凸模的長(zhǎng)度相等，等于 45mm,凸模材料應(yīng)選T10A,熱 處理5660HRC,沖孔凸模與彎曲凸模之間有一定的間隙。為了保證間隙合理， 彎曲凸模的寬度取16 mm。9.2 卸料部分的設(shè)計(jì)9.2.1 卸料板的設(shè)計(jì)本模具的卸料板不僅有卸料作用，還具有用外形凸模導(dǎo)向，對(duì)內(nèi)孔凸模起保 護(hù)作用，卸料板的邊界尺寸與凹模的邊界尺寸相同，卸料板的厚度按表9-5選擇，卸料板厚度為 6mm。卸料板與2個(gè)凸模的間隙以在凸模設(shè)計(jì)中確定了為 0.035。卸料板采用45鋼制造，熱處理淬火硬度 4