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江陰職業(yè)技術學院 畢業(yè)設計（論文） 題 目 彎墊板沖壓模具的設計 姓 名 學 號 系 部 機電工程系 專 業(yè) 模具設計與制造 指導教師 職 稱 2 摘要： 本文通過設計彎墊板該零件的沖裁模.首先對沖壓件進行工藝性 分析,對沖壓模具總體結(jié)構設計,畫裝配圖. 沖壓是利用安裝在沖壓設備（主要是壓力機）上的模具對材料 施加壓力，使其產(chǎn)生分離或塑性變形，從而獲得所需零件（俗稱沖 壓或沖壓件）的一種壓力加工方法。沖壓通常是在常溫下對材料進 行冷變形加工，且主要采用板料來加工成所需零件，所以也叫冷沖 壓或板料沖壓。沖壓是材料壓力加工或塑性加工的主要方法之一， 隸屬于材料成型工程技術 關鍵字: 沖壓 凸模 凹模 模架 凸凹模 Abstract: In this paper, through the design of bending plate of this part of the blanking die. First of all, on the technical analysis of the stamping parts, the overall structure of the stamping die design, drawing the assembly drawing. Stamping is installed in the use of stamping equipment (mainly Press) on the mold to exert pressure on the material, to produce plastic deformation or separation, to obtain the necessary parts (commonly known as stamping or punching.) a pressure processing method. Stamping is usually at room temperature cold deformation processing of materials, and mainly used to process sheet metal parts as required, also called cold stamping or sheet metal stamping. Stamping is one of the main methods of pressure processing or plastic materials processing, belonging to the technology of material forming Engineering Keywords: stamping convex die mold punch and die. 目錄 第一章 彎墊板的工藝分析 .............................................................................................................7 第二章 零件的工藝性分析 .............................................................................................................8 第一節(jié) 尺寸的計算 .............................................................................................8 第二節(jié) 沖裁件的精度與粗糙度 .........................................................................9 第三章 沖壓模具總體結(jié)構設計 .................................................................................................10 第一節(jié) 模具類型 ...............................................................................................10 第二節(jié) 導向與定位方式 ...................................................................................10 第三節(jié) 卸料與出件方式 ...................................................................................11 第四節(jié) 模架類型及精度 ...................................................................................11 第四章 沖壓模具工藝與設計計算 ............................................................................................11 第一節(jié) 排樣設計與計算 ...................................................................................11 第二節(jié) 搭邊值的確定 .......................................................................................12 第三節(jié) 進距與條料寬度計算 ...........................................................................12 第四節(jié) 材料利用率的計算 ...............................................................................15 第五章 計算沖壓力與壓力機的初選 .......................................................................................16 第一節(jié) 沖裁力 Fp的計算 ..................................................................................16 第二節(jié) 卸料力 Fq1的計算 .................................................................................17 第三節(jié) 頂件力 Fq2的計算 .................................................................................17 第四節(jié) 總的沖壓力 F 的計算 ...........................................................................18 第五節(jié) 壓力機的初選 .......................................................................................18 第六章 模具壓力中心的確定 ......................................................................................................19 第七章 沖裁模間隙的確定 ...........................................................................................................20 第一節(jié) 沖裁間隙 Z ...........................................................................................20 第二節(jié) 沖裁間隙分析 .......................................................................................20 第八章 凹、凸模刃口尺寸的計算 ............................................................................................22 第一節(jié) 刃口尺寸計算的基本原則 ...................................................................22 第二節(jié) 刃口尺寸的計算 ...................................................................................23 5 第九章 主要零部件的設計 ...........................................................................................................27 第一節(jié) 工作零件的設計與計算 .......................................................................27 第二節(jié) 橡膠的選用 ...........................................................................................34 第三節(jié) 模架及其零件的設計 ...........................................................................35 第十章 校核模具閉合高度及壓力機有關參數(shù) ....................................................................36 第一節(jié) 閉合高度的計算 ...................................................................................36 第二節(jié) 沖壓設備的選定 ...................................................................................37 第十一章 模具總裝圖與凸、凹模零件圖 .............................................................................37 結(jié)論 .........................................................................................................................................................39 致謝 .........................................................................................................................................................40 前 言 模具工業(yè)既是高新技術產(chǎn)業(yè)的一個組成部分，又是高新技術產(chǎn) 業(yè)化的重要領域。模具在模具，電子，輕工，汽車，紡織，航空， 航天等工業(yè)領域里，日益成為使用最廣泛的主要工藝裝備，它承擔 了這些工業(yè)領域中 60%90%的產(chǎn)品的零件，組件和部件的生產(chǎn)加工。 模具制造的重要性主要體現(xiàn)在市場的需求上，僅以汽車，摩托 車行業(yè)的模具市場為例。汽車，摩托車行業(yè)是模具最大的市場，在 工業(yè)發(fā)達的國家，這一市場占整個模具市場一半左右。汽車工業(yè)是 我國國民經(jīng)濟五大支柱產(chǎn)業(yè)之一，汽車工業(yè)重點是發(fā)展零部件，經(jīng) 濟型轎車和重型汽車，汽車模具作為發(fā)展重點，已在汽車工業(yè)產(chǎn)業(yè) 政策中得到了明確。汽車基本車型不斷增加，一個型號的汽車所需 模具達幾千副，價值上億元。為了適應市場的需求，汽車將 不斷換型，汽車換型時約有 80%的模具需要更換。中國摩托車產(chǎn)量 位居世界第一，據(jù)統(tǒng)計， 中國摩托車共有 14 種排量 80 多個車型，1000 多個型號。單輛摩托 車約有零件 2000 種，共計 5000 多個，其中一半以上需要模具生產(chǎn)。 一個型號的摩托車生產(chǎn)需 1000 副模具，總價值為 1000 多萬元。其 他行業(yè)，如電子及通訊，家電建筑等，也存在巨大的模具市場。 第一章 彎墊板的工藝分析 第一節(jié) 沖壓件 沖壓件圖如下圖所示: 沖壓技術要求: 1. 材料:08 鋼 2. 材料厚度:1mm 8 3. 生產(chǎn)批量:大批量 第二章 零件的工藝性分析 該零件材料為 08 鋼結(jié)構簡單,抗剪強度為 300mpa.形狀對稱,有 落料，沖孔彎曲 3 個工序具有良好的沖壓性能，適合沖裁。工件結(jié) 構相對簡單，有兩個 12mm 的孔；孔與孔、孔與邊緣之間的的距離 也滿足要求，最小壁厚為 5mm. 第一節(jié) 尺寸的計算 彎曲件毛坯的展開尺寸是根據(jù)變形中性層長度不變的原理來求出的，對于 變形程度很小或?qū)Τ叽缫桓叩膹澢碚f，可以近似的認為變形中性層與毛 坯的斷面中心相重合，這時，中性層的位置為 =r+t/2 式中 r彎曲件內(nèi)層的彎曲半徑 t板料的厚度， 而當需要精確的求出彎曲毛坯的展開長度時，就必須精確的求出變形中性 層的位置。確定位置之后就可以進行毛坯展開長度的計算了，這需要一個中性 層的位移系數(shù)，此系數(shù)對于彎曲形狀及彎曲程度不同，數(shù)值也不同，需要根據(jù) 實際的模具調(diào)節(jié)展開尺寸。 本產(chǎn)品，尺寸沒標公差，屬于自由公差，可以直接按毛坯的斷面中性層尺寸 計算， 經(jīng)過計算 L1=41.6，寬度 D=22 此尺寸目前是待定，在實際生產(chǎn)時需調(diào)節(jié)。 如圖，展開圖紙如下圖所示： 9 第二節(jié) 沖裁件的精度與粗糙度 沖裁件的經(jīng)濟公差等級不高于 IT11 級,一般落料公差等級最好低于 IT10 級,沖孔件公差等級最好低于 IT9 級,工件的尺寸全部為自由公 差，可看作 IT14 級，尺寸精度較底，普通沖裁完全能滿足要求。 零件圖上所注公差經(jīng)查標準公差表 1.2 為 IT14 級，尺寸精度較低，普通沖 裁完全可以滿足要求。 根據(jù)以上分析：該零件沖裁工藝性較好，適宜沖裁加工。查公差表得各尺 寸公差： 零件外形：41.6 mm、12 mm、22 mm062.043.052. 零件內(nèi)形：12 mm43. 表 1.2 部分標準公差值（GB/T1800.31998） 公差等級 IT6 IT7 IT8 IT9 IT10 IT11 IT12 IT13 IT14 IT15 基本尺寸 /m /mm 36 8 12 18 30 48 75 0.12 0.18 0.30 0.48 610 9 15 22 36 58 90 0.15 0.22 0.36 0.58 1018 11 18 27 43 70 110 0.18 0.27 0.43 0.70 1830 13 21 33 52 84 130 0.21 0.33 0.52 0.84 3050 16 25 39 62 100 160 0.25 0.39 0.62 1.00 5080 19 30 46 74 120 190 0.30 0.46 0.74 1.20 80120 22 35 54 87 140 220 0.35 0.54 0.87 1.40 2.3 確定工藝方案. 該沖裁件包括落料和沖孔兩個基本工序,可采用的沖裁方案有單工序 10 沖裁,復合沖裁和級進沖裁三種： 沖裁工序按工序的組合程度可分為單工序沖裁、復合沖裁和級進沖裁。 復合沖裁是在壓力機的一次行程中，在模具的同一位置同時完成兩個或兩 個以上的工序；級進沖裁是把一個沖裁件的幾個工序，排列成一定順序，組成 級進模，在壓力機的一次行程中，模具的不同位置同時完成兩個或兩個以上的 工序，除最初幾次沖程外，每次沖程都可完成一個沖裁件。該工件包括落料、 沖孔兩個基本工序，可以有以下五種工藝方案： 方案一：先落料，后沖孔，彎曲。采用單工序模生產(chǎn)。 方案二：落料-沖孔復合沖壓，彎曲。采用倒裝復合模+單工序模生產(chǎn)。 方案三：沖孔-彎曲- 切斷級進沖壓。采用級進模生產(chǎn)。 方案一結(jié)構簡單，但需三道工序、三副模具才能完成，生產(chǎn)效率也低，如 此則浪費了人力、物力、財力，從經(jīng)濟性的角度來考慮不妥當，難以滿足大批 量的生產(chǎn)要求。 方案二采用倒裝復合模生產(chǎn)，與方案一相比，倒裝復合模具把凸凹模放在 下模，雖然模具結(jié)構較方案二簡單，可沖工件的孔邊距也較大，但是工件的平 整性較方案一差。彎曲也是一次成型實現(xiàn)。 方案三采用沖孔彎曲切斷級進模具生產(chǎn)，也只需要一副模具，制造精度高， 先沖孔后彎曲，切斷，但是其模具結(jié)構復雜，生產(chǎn)周期長，成本高。 通過上述三種方案的分析比較，該工件的沖壓生產(chǎn)采用方案二為佳。 第三章 沖壓模具總體結(jié)構設計 第一節(jié) 模具類型 根據(jù)零件的沖裁工藝方案,采用復合沖裁模. 第二節(jié) 導向與定位方式 導向形式：滑動導柱導套導向 定位方式：板料定位靠導料銷和彈簧彈頂?shù)幕顒訐趿箱N完成，因為 11 該模具采用的是條料，控制條料的送進方向采用的是導料板，無側(cè) 壓裝置?？刂茥l料的送進步距采用擋料銷定距。 第三節(jié) 卸料與出件方式 沖孔凸模與凸凹模沖孔，沖孔廢料直接落料。利用推件塊將制件頂 出。 第四節(jié) 模架類型及精度 該模具采用后側(cè)導柱模架，以凹模周界尺寸為依據(jù)，選擇模架規(guī)格。 第四章 沖壓模具工藝與設計計算 第一節(jié) 排樣設計與計算 沖裁件在板料、帶料或條料上的布置方法稱為排樣。排樣的意義在于減小 材料消耗、提高生產(chǎn)率和延長模具壽命，排樣是否合理將影響到材料的合理利 用、沖件質(zhì)量、生產(chǎn)率、模具結(jié)構與壽命。 根據(jù)材料經(jīng)濟利用程度，排樣方法可以分為有搭邊、少搭邊和無搭邊排樣 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。 因此有下列三種方案： 方案一：有搭邊排樣 沿沖件外形沖裁，在沖件周邊都留有搭邊。沖件尺 寸完全由沖模來保證，因此沖件精度高，模具壽命高，但材料利用率低。 方案二：少搭邊排樣 因受剪切條料和定位誤差的影響，沖件質(zhì)量差，模 具壽命較方案一低，但材料利用率稍高，沖模結(jié)構簡單。 12 方案三：無搭邊排樣 沖件的質(zhì)量和模具壽命更低一些，但材料利用率最 高。 通過上述三種方案的分析比較，綜合考慮模具壽命和沖件質(zhì)量，該沖件的 排樣方式選擇方案一為佳。考慮模具結(jié)構和制造成本有廢料排樣的具體形式選 擇直排最佳（如圖 5.1 所示）。 第二節(jié) 搭邊值的確定 排樣時零件之間以及零件與條料側(cè)邊之間留下的工藝余料，稱為搭邊。 搭邊的作用是補償定位誤差，保持條料有一定的剛度，保證零件質(zhì)量和送 料方便。搭邊過大，浪費材料。搭邊過小，沖裁時容易翹曲或被拉斷，不僅會 增大沖件毛刺，有時還會拉入凸、凹模間隙中損壞模具刃口，降低模具壽命。 或影響送料工作。搭邊值是廢料，所以應盡量取小，但過小的搭邊值容易擠進 凹模，增加刃口磨損。根據(jù)制件厚度與制件的排樣方法查表 5.1 得： 兩制件之間搭邊值 a1=2mm 側(cè)搭邊值 a=2.5mm 表 5.1 搭邊值和側(cè)邊值 手動送料 圓形 非圓形 往復送料 自動送料材料厚 度 t a a1 a a1 a a1 a a1 1 以下 1.5 1.5 2 1.5 3 2 12 2 1.5 2.5 2 3.5 2.5 3 2 23 2.5 2 3 2.5 4 3.5 34 3 2.5 3.5 3 5 4 4 3 45 4 3 5 4 6 5 5 4 56 5 4 6 5 7 6 2.0 5 13 第三節(jié) 進距與條料寬度計算 一、送料進距 A 條料在模具上每次送進的距離稱為送料進距，每個進距可沖出一個或多個 零件。 A=D+a1 (5.1) 式中 D平行于送料方向的沖裁件寬度 a1沖裁件之間搭邊值 模具相對于模架是采用從前往后的縱向送料方式,還是采用從右往左的橫向 送料方式，這主要取決于凹模的周界尺寸。就本模具而言,采用縱向送料方式。 14 圖 5.1 排樣圖 二、條料寬度 B 計算 排樣方式和搭邊值確定以后，條料的寬度也就可以設計出。計算條料寬度 有三種情況需要考慮： 1.有側(cè)壓裝置時條料的寬度。 2.無側(cè)壓裝置時條料的寬度。 3.有定距側(cè)刃時條料的寬度。 有側(cè)壓裝置的模具，能使條料始終沿著導料板送進。 圖 5.2 有側(cè)壓裝置時條料的寬度確定 本設計采用的是有側(cè)壓裝置的模具。 所謂條料寬度，是指工件最大極限尺寸加上側(cè)搭邊值。因條料是由板料剪 裁下料而得，為保證送料順利，規(guī)定其上偏差為零，下偏差為負值 。其計 算公式如下： B=D+2a （5.2） 0 - 式中 B條料寬度基本尺寸； D條料寬度方向零件輪廓的最大尺寸； a側(cè)搭邊值，查表 5.1； 條料下料剪切公差； 表 5.2 剪切公差及條料與導料板之間隙 C（mm） 15 條料寬度(mm) 1 12 23 35條料厚度(mm) C C C C 50 0.4 0.1 0.5 0.2 0.7 0.4 0.9 0.6 50100 0.5 0.1 0.6 0.2 0.8 0.4 1.0 0.6 100150 0. 0.2 0.7 0.3 0.9 0.5 1.1 0.7 150220 0.7 0.2 0.8 0.3 1.0 0.5 1.2 0.7 根據(jù)零件圖查表 5.2 確定剪料公差及條料與導板之間的間隙=0.6。 根據(jù)公式(5.2)： B=D+2a+c 0 - =(41.6+22.5) 6.0 =46.6 06. 第四節(jié) 材料利用率的計算 一、計算沖壓件面積、周長 因為該工件圖由多段圓弧組成，計算周長需要準確的找到各段圓弧的長度， 計算面積也需要準確的找到切點，諸多因素采用人工計算時計算量較大，因此 采用三維輔助軟件可快速準確的計算出面積、周長（如圖 5.3）。 16 圖 5.3 沖壓件的周長和面積 取面積 F=561.25mm2 周長 L=203.65mm 二、計算材料利用率 沖裁件的實際面積與所用板料面積的百分比叫材料的利用率。 材料利用率通常以一個進距內(nèi)制件的實際面積與所用毛坯面積的百分率 表示： =(nF/AB)100% （5.3） 式中 材料利用率（%）； n沖裁件的數(shù)目； F沖裁件的實際面積(mm2)；包括工件面積與廢料面積； B板料寬度(mm)； A送料進距； 根據(jù)公式(5.3)： =(561.25/2446.6)100% 51% 由此可之， 值越大，材料的利用率就越高，廢料越少。因此，要提高材 料利用率，就要合理排樣，減少工藝廢料。 第五章 計算沖壓力與壓力機的初選 計算沖裁力是為了選擇合適的壓力機，設計模具和檢驗模具的強度，壓力 機的噸位必須大于所計算的沖裁力，以適宜沖裁的要求，普通平刃沖裁模，其 沖裁力 一般可以按下式計算：PF Fp=Kp Lt =Lt （6.1） 17 式中 材料抗剪強度（MPa）； L沖裁周邊總長（mm）； t材料厚度（mm）； 系數(shù) Kp是考慮到?jīng)_裁模刃口的磨損，凸模與凹模間隙之波動，取 Kp =1.3。 第一節(jié) 沖裁力 Fp的計算 據(jù)圖 5.3 可得一個零件內(nèi)外周邊之和 L=203.65mm。 查碳素結(jié)構鋼的力學性能表知：08F 的抗剪強度 =216Mpa304Mpa，取 260Mpa，制件厚度 t=1mm，則 根據(jù)公式(6.1)： F p= Kp Lt =1.31203.65260 =68833.7(N) 68.8（KN） 第二節(jié) 卸料力 Fq1的計算 Fq1=KxFp （6.2） 式中 Kx卸料力系數(shù)，查表 6.1 取 Kx0.05。 根據(jù)公式（6.2）： F q1= KxFp =0.0568.8（KN） 3.44(KN) 表 6.1 卸料力、推件力和頂件力系數(shù) 料厚 t/mm Kx kt Kd 鋼 0.1 0.10.5 0.52.5 0.0650.075 0.0450.055 0.040.05 0.1 0.063 0.055 0.14 0.08 0.06 18 2.56.5 6.5 0.030.04 0.020.03 0.045 0.025 0.05 0.03 第三節(jié) 頂件力 Fq2的計算 Fq2= KdFp （6.3） 式中 Kd頂件力系數(shù)。 查表 6.1 得 Kd0.06. 根據(jù)公式（6.3）： F q2= KdFp =0.0668.8（KN） 4.128（KN） 第四節(jié) 總的沖壓力 F 的計算 根據(jù)模具結(jié)構總的沖壓力 F=FP+Fq1+Fq2 =68.8+3.44+4.128 =76.4(KN) 選用的壓力機公稱壓力 P（1.11.3）F，取系數(shù)為 1.3，則： P1.3F=1.3x76.4(KN)=99.3(KN)。 4.3 彎曲力的計算 本產(chǎn)品屬于 V 形彎曲，由于彎曲雖然是一副模具所以在計算彎曲力時， 需要計算 1 次，V 形彎曲的計算公式如下 ，彎曲力計算 F=0.6KBtt/(R+t) (4-1) F=0.61.3221600/（0.5+1）=6864N =6.864KN 式中 F彎曲力（N） ； B產(chǎn)品的彎曲的寬度（mm） ； 材料抗拉強度（MPa） ；（550-700 MPa） 19 t材料厚度；(mm) K系數(shù)，通常 K=1.3； 第五節(jié) 壓力機的初選 沖裁時，壓力機的公稱壓力必須大于或等于沖裁各工藝力的總和。 沖壓設備屬鍛壓模具。常見的冷沖壓設備有模具壓力機。 表 6.2 部分常用開式壓力機的主要技術參數(shù) 型號技術參數(shù) 單 位 J23-4 J23-6.3 J23-10 J23-16 J23-25 J23-63 J23-100 滑塊公稱壓 力 KN 40 63 100 160 250 630 1000 滑塊行程次 數(shù) 次 /mm 200 160 135 115 100 70 70 最大閉合高 度 mm 160 170 180 220 250 360 360 閉合高度調(diào) 節(jié)量 mm 35 40 50 60 70 90 90 立柱間距 mm 100 150 180 220 260 250 250 左 右 mm 100 140 170 200 300 300滑塊 地面 尺寸 前后 mm 90 120 150 180 340 340 直 徑 mm 30 50模柄孔尺 寸 深度 mm 50 70 墊塊厚度 mm 35 40 50 60 70 80 90 最大傾斜角 45 35 30 左 右 mm 280 315 360 450 560 630 710工作臺尺 寸 前后 mm 180 200 240 300 360 420 480 根據(jù)沖壓力的計算和壓力中心的計算，選擇開式壓力機的型號為 J23-10。 20 第六章 模具壓力中心的確定 模具壓力中心是指諸沖壓合力的作用點位置，為了確保壓力機和模具正常 工作，應使沖模的壓力中心與壓力機滑塊的中心相重合。否則，會使沖模和壓 力機滑塊產(chǎn)生偏心載荷，使滑塊和導軌間產(chǎn)生過大磨損，模具導向零件加速磨 損，降低了模具和壓力機的使用壽命。 模具的壓力中心，可按以下原則來確定： 1.對稱零件的單個沖裁件，沖模的壓力中心為沖裁件的幾何中心。 2.工件形狀相同且分布對稱時，沖模的壓力中心與零件的對稱中心相重合。 3.各分力對某坐標軸的力矩之代數(shù)和等于諸力的合力對該軸的 力矩。求出 合力作用點的坐標位置 0，0（x=0,y=0），即為所求模具的壓力中心。 其中 、 、 分別為各沖裁周邊長度。1L23NL 由于該零件屬于對稱結(jié)構，故其壓力中心在其中心位置 按比例畫出零件形狀，選定坐標系 XOY。計算出零件壓力中心為（0，0） 第七章 沖裁模間隙的確定 第一節(jié) 沖裁間隙 Z 指沖裁模中凹模刃口橫向尺寸 DA與凸模刃口橫向尺寸 DT的差值（如圖 8.1），是設計模具的重要工藝參數(shù)。 21 圖 8.1 沖裁間隙 第二節(jié) 沖裁間隙分析 一、間隙對沖裁件尺寸精度的影響 沖裁件的尺寸精度是指沖裁件的實際尺寸與基本尺寸的差值，差值越小， 則精度越高，這個差值包括兩方面的偏差，一是沖裁件相對于凸?；虬寄５钠?差，二是模具本身的制造偏差。 二、間隙值的確定 凸、凹模間隙對沖裁件質(zhì)量、沖裁工藝力、模具壽命都有很大的影響。設 計模具時一定要選擇合理的間隙，以保證沖裁件的斷面質(zhì)量、尺寸精度滿足產(chǎn) 品的要求，所需沖裁力小、模具壽命高，但分別從質(zhì)量，沖裁力、模具壽命等 方面的要求確定的合理間隙并不是同一個數(shù)值，只是彼此接近?？紤]到模具制 造中的偏差及使用中的磨損、生產(chǎn)中通常只選擇一個適當?shù)姆秶鳛楹侠黹g隙， 只要間隙在這個范圍內(nèi)，就可以沖出良好的制件，這個范圍的最小值稱為最小 合理間隙 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，故設計與制造新模具時要采用最小合理間隙值 Zmin。 確定合理間隙的方法有經(jīng)驗法、理論確定法和查表法。 對于尺寸精度，斷面垂直度要求高的制件應選用較小的間隙值，對于垂直 度與尺寸精度要求不高的制件，應以降沖裁力、提高模具壽命為主，可采用較 大的間隙值。由于理論法在生產(chǎn)中使用不方便，所以常采用查表法來確定間隙 值。 根據(jù)間隙表 8.1 查得材料 08F 的最小雙面間隙 Zmin=0.100mm，最大雙面間 22 隙 Zmax=0.140mm 表 8.1 部分較大間隙的沖裁模具初始雙面間隙 08、10、35、0 9Mn2、08F 40、50 16Mn 65Mn材料厚 度 m Z 最小 Z 最大 Z 最小 Z 最大 Z 最小 Z 最大 Z 最小 Z 最大 小于 0.5 較小間隙 0.5 0.04 0.060 0.040 0.060 0.040 0.060 0.040 0.060 0.8 0.072 0.104 0.072 0.104 0.072 0.104 0.064 0.092 1.0 0.100 0.140 0.100 0.140 0.100 0.140 0.90 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 2.0 0.246 0.360 0.260 0.380 0.260 0.380 2.5 0.360 0.500 0.380 0.540 0.380 0.540 3.0 0.460 0.640 0.480 0.660 0.480 0.660 4.0 0.640 0.880 注：08 鋼沖裁皮革、石棉和紙板時，取間隙的 25%。 第八章 凹、凸模刃口尺寸的計算 第一節(jié) 刃口尺寸計算的基本原則 沖裁件的尺寸精度主要取決于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 設計沖裁模關鍵環(huán)節(jié)。 23 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，沖孔尺寸由凸模尺寸決定。故設計落料模 時，以凹模為基準，間隙取在凸模上；設計沖孔模時，以凸模尺寸為基準，間 隙取在凹模上。 2.考慮到?jīng)_裁中凸、凹模的磨損，設計落料凹模時，凹?；境叽鐟〕?寸公差范圍的較小尺寸；設計沖孔模時，凹模基本尺寸應取工件孔尺寸公差范 圍的較大尺寸。 3.確定沖模刃口制造公差時。如果對刃口精度要求過高，增加成本，如果 對刃口精度要求過低，會使模具的壽命降低。若工件沒有標注公差，則對于非 圓形工件按國家“非配合尺寸的公差數(shù)值”IT14 級處理，沖?？砂?IT11 級制 造；對于圓形工件按 IT6IT7 級制造。沖壓件的尺寸公差應按“入體”原則標 注單項公差，落料件上偏差為零，下偏差為負；沖孔件上偏差為正，下偏差為 零。 第二節(jié) 刃口尺寸的計算 根據(jù)模具的加工方法不同，凸、凹模刃口尺寸的計算方法分為兩種情況。 凸模與凹模分開加工和凸模與凹模配合加工。對于該制件應該選用凸模與凹模 分開加工方法。 凸模與凹模分開加工是指凸模和凹模分別按圖紙加工至尺寸。要分別標注 凸模與凹模刃口尺寸與制造公差。為了保證初始間隙值小于最大合理間隙 Zmax 必須滿足下列條件： minmaxpd Z 或者 、inmaxd6.0 minax4.0 一、沖孔凸、凹模計算 24 設沖孔尺寸為 根據(jù)以上原則，沖孔時以凸模設計為基準，首先確定凸d 0 模刃口尺寸，使凸?；境叽缃咏虻扔诠ぜ椎淖畲髽O限尺寸，再增大凹模 尺寸以保證最小合理間隙 Zmin。凸模制造偏差取負偏差，凹模取正偏差。其計 算公式為： 凸模 d p=(dx) 0- p 凹模 d d=( Z min)0+ d (dXZ min) 0+ d 在同一工步中沖出制件兩個以上孔時，凹模型孔中心距 Ld按下式確定： Ld=(Lmin0.5)0.125 式中 dd沖孔凹?；境叽?mm)； dp沖孔凸?；境叽?mm)； d沖孔件孔的最小極限尺寸(mm)； Ld同一工步中凹?？拙嗷境叽?mm)； Lmin制件孔距最小極限尺寸(mm)； 沖孔件孔徑公差(mm)； Zmin凸、凹模最小初始雙面間隙(mm)； X磨損系數(shù)，是為了使沖裁件的實際尺寸盡量接近沖裁件公差帶的 中間尺寸，與工件制造精度有關，可查表 9.1 取值：當工件精度 IT10 以上，取 x=1；當工件精度 IT11IT13，取 x=0.75；當工件精度 IT14，則取 x=0.5。 表 9.1 磨損系數(shù) X 非圓形 圓形 1 0.75 0.5 0.75 0.5 料厚 t(mm) 工件公差/mm 1 12 24 4 0.16 0.20 0.24 0.30 0.170.35 0.210.41 0.250.49 0.310.59 0.36 0.42 0.50 0.60 0.16 0.20 0.24 0.30 0.16 0.20 0.24 0.30 根據(jù)圖 1.1 和表 9.1 查得磨損系數(shù) X 取 0.5，即 X=0.5 設凸、凹模分別按 IT6 和 IT7 級加工制造，所以 凸模： d p =(d+X) 0- p 25 =(12+0.50.43) 01. =12.215 01. 凹模： d d=( dp +Zmin) d =(12.215+0.132) 018. =12.347 018. 校核: p d=0.011+0.018=0.029mm 表 8.1 得 Zmax =0.1；Z min =0.14)。 p dZ maxZ min 所以沖孔凸、凹模刃口尺寸 dp=12.2150-0.011mm，d d=12.3470+0.018mm 二、落料凸、凹模計算 凹模： D d=(DX) d0 凸模： D p=( DdZ min) (DXZ min)P0P 式中 Dd落料凹模基本尺寸(mm)； Dp落料凸?；境叽?mm)； D落料件最大極限尺寸(mm)； 落料件外徑公差(mm)； Zmin凸、凹模最小初始雙面間隙(mm)； X磨損系數(shù)，是為了使沖裁件的實際尺寸盡量接近沖裁件公差帶的 中間尺寸，與工件制造精度有關。表 9.1 取 X=0.5。 由公差表（1.2）查得：12 mm 、22 mm、41.6 mm 設凸、凹模分043.052.062. 別按 IT6 和 IT7 級加工。 所以凹模 12 0-0.43:Dd1=(D1-X )d 0 =(12-0.50.43)0+0.018 =11.7850+0.018mm 220-0.52:Dd2=(D2-X ) d =(22-0.50.52)0+0.021 =21.740+0.021mm 41.6 :Dd4=(D4-X )062. d 26 =(41.6-0.50.62) 03. =41.29 mm 03. 凸模 12 0-0.43:Dp1=(Dd1-Zmin) 0P =(11.785-0.132) 01. =11.653 mm 01. 220-0.52:Dp2=(Dd2- Zmin) P =(21.74-0.132) 013. =21.608 mm 013. 41.6 :Dp4=(Dd4- Zmin)062.P =(41.29-0.10) 019. =41.19 mm 019. 校核因為 =0.018+0.011=0.029mm1p2d =0.013+0.021=0.034mm2 =0.016+0.025=0.041mm3p3d =0.019+0.030=0.049mm44 ZmaxZ min =0.24-0.132=0.108mm(Zmax、Z min是凸、凹模最大初始雙面間隙， 查表 8-1 得 Zmax =0.24、Z min =0.132)滿足 Z maxZ min。pd 6.3.3 彎曲凸模，凹模設計計算 毛坯經(jīng)凹模圓角進入凹模時，受彎曲和摩擦作用，若凹模圓角半徑過 小，因徑向拉力增大，易使拉伸件表面劃傷或產(chǎn)生斷裂；若過大，則壓邊 面積小，由于懸空增大，易起內(nèi)皺。因此，合理的選擇凹模圓角半徑很重 要。具體數(shù)值查表可得。 彎曲模間隙是單面間隙，即凹模和凸模直徑之差的一半。 本次設計的模具結(jié)構比較簡單，在選擇間隙時可以直接查表，所以查 表可知間隙為(1-1.1t)，t 為材料厚度。由于產(chǎn)品圓角較大，所以間隙不 能大，否則產(chǎn)品有錐度，精度差，不符合要求，間隙太小，模具壽命短， 所以取間隙為 t。 27 凸、凹模工作部分尺寸的確定，主要考慮模具的磨損和產(chǎn)品的回彈。 1） 、制件標注外形尺寸 凹模尺寸為 L d=（Lmax 0.75） 凸模尺寸為 L p=（Ld0.75Z） （2） 、制件標注內(nèi)尺寸 凸模尺寸為 L p=（Lmin +0.4） 凹模尺寸為 L d=（Lp+0.4+Z） 其中 L產(chǎn)品件的外形或內(nèi)尺寸 產(chǎn)品件的尺寸偏差 L d產(chǎn)品凹模的基本尺寸 L p產(chǎn)品凸模的基本尺寸 Z凸凹模雙面間隙 具體計算如下，制件標注內(nèi)尺寸，按此公式計算 彎曲凸模尺寸為 L p1=（Lmin +0.4） =0.5 凹模尺寸為 L d1=（Lp1+0.4+Z） =1.5 凸、凹模工作表面粗造度要求：凹模工作表面和型腔表面粗造度應達到 0.8；圓角處的表面粗造度一般要求 0.4；凸模工作部分表面粗造度一般要求 0.8-1.6。 28 第九章 主要零部件的設計 第一節(jié) 工作零件的設計與計算 一、凹模的結(jié)構設計和外形尺寸計算 1.凹模的結(jié)構設計 凹模：在沖壓過程中與凸模配合直接對沖壓制件進行分離或成形的工作零 件。 凹模洞口的類型如圖 10.1 所示，其中 a、b、c 型為直筒式刃口凹模，其特 點是制造方便，刃口強度高，本設計選用 c 型筒口。 圖 10.1 凹模類型 2.外形尺寸計算 凹模結(jié)構分為整體式和鑲拼式兩大類，本設計凹模采用整體式凹模。 凹模厚度： H=Kb(15mm) (10.1) 凹模壁厚： C=(1.52)H(30mm) (10.2) 凹模外形尺寸： B=b+2C (10.3) 式中 b沖裁件的最大外形尺寸；（mm）； K系數(shù)，考慮板料厚度的影響（見表 10.1）； H凹模厚度； C凹模壁厚； B凹模外形最大尺寸。 29 表 10.1 系數(shù) K 的數(shù)值 厚度 t/mm b/mm 0.5 1 2 3 3 50 0.3 0.35 0.42 0.5 0.6 50-100 0.2 0.22 0.28 0.35 0.42 100-200 0.15 0.18 0.2 0.24 0.3 200 0.1 0.12 0.15 0.18 0.22 根據(jù)圖 1.1 查表 10.1，取 K=0.25，又 b=75mm，則由公式 10.1 和公式 10.2 得： 凹模厚度： H=Kb=0.25107=26.75mm； 凹模壁厚： C=(1.52)H=(1.52) 26.75=40.12553.5mm 根據(jù)表 10.2 取凹模厚度：H=30mm；取凹模壁厚 C=45mm。 根據(jù)公式（10.2）： B=b+2C =107+245 =197mm L=b+2C =30+245 =120mm 查表 10.2，選取凹模外形尺寸 LB=200mm125mm。 表 10.2 矩形和圓形凹模的外形尺寸(JB/T-6743.1-1994) 矩形凹模的長度和寬度 LB 矩形和圓形凹模厚度 H 6350、6363 10、12、14、16、18、20 8063、8080、10063、10080、100 100、12580 12、14、16、18、20、22 125100、125125、14080、14080 14、16、18、20、22、25 140125、140140、160100、160125 、160140、200100、200125 16、18、20、22、25、28 160160、200140、200160、250125 、250140 16、20、22、25、28、32 30 凹模輪廓尺寸為 200mm125mm40mm。 二、沖孔凸模的結(jié)構設計和外形尺寸計算 1.凸模的結(jié)構設計 因為零件異行，采用線切割方法進行加工，所以采用整體直通式凸模（如 圖 10.3），與凸模固定板采用 H7/m6 配合，按凸模的標準結(jié)構形式與尺寸規(guī)格 選取。 2.凸模外形尺寸計算 凸模長度尺寸應根據(jù)模具的具體結(jié)構確定，因為該模具采用的是倒裝式復 合模，采用的是彈壓卸料上出件方式，其總長按相關公式計算： L = H1 + H2 + H + t 式中 H1凸模固定板厚度；得 H1=0.8H 凹=0.840=32mm。 H2卸料板厚度查表 10.4； t材料的厚度； H沖裁件厚度和凸模進入凸凹模一般 410mm。則： L =32+20+6.5+1.5=60mm 凸模強度校核：該凸模不屬于細長桿，強度足夠。 圖 10.3 沖孔凸模尺寸 3.凸模材料的選用 模具刃口要求有較高的耐磨性，并能承受沖裁時的沖擊力，因此應有高的 硬度與適當?shù)捻g性。形狀復雜且壽命要求較高的凸模選用 Cr12、Cr12MoV 等制 造。 該凸模材料應選 Cr12MoV，熱處理 5862HRC。 三、凸凹模的設計和外形尺寸計算 31 1.凸凹模的結(jié)構設計 凸凹模是復合沖裁中的主要零件。他的內(nèi)外邊緣均為刃口，內(nèi)外邊緣之間 的壁厚取決于沖裁件的尺寸。從強度方面考慮，其壁厚應受最小限制。當模具 為正裝結(jié)構時，內(nèi)孔不積存廢料，脹力小，最小壁厚可以小些；當模具為倒裝 結(jié)構時，若內(nèi)孔為直筒形刃口形式，且采用下出料方式，則內(nèi)孔積存廢料，脹 力大，故最小壁厚應大些。凸凹模的最小壁厚值，倒裝復合模的凸凹模最小壁 厚見表 10.3。 表 10.3 倒裝復合模凸凹模的最小壁厚 材料厚度 mm 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2. 5 最小壁厚 a 2.7 3.2 3.6 4.0 4.4 4.9 5.2 5. 8 由于選用的是倒裝式復合模，所以查表得：最小壁厚 a=3.8。 2.凸凹模的外形尺寸計算 其長度 可按下式計算：L L = h1+h2+h （10.4） 式中 h1凸凹模固定板厚度；得 h1=0.6H 凹=0.640=24mm。 h2卸料板厚度；查表 10.4 取 15mm。 h附加長度（包括凸模進入凹模深度，彈性元件安裝高度）； 根據(jù)公式（10.4）： L = h 1+h2+h =24+15+10 =49mm 表 10.4 卸料板厚度 卸料板寬度沖件厚度 tmm 50 5080 80125 125200 200 0.8 6 6 8 10 12 0.81.5 6 8 10 12 14 1.53 8 10 12 14 16 四、工作零件材料的選用 由于沖模為冷沖模，所以材料要有良好的耐磨性、高強度、足夠的韌性、 良好的抗疲勞性、良好的抗粘結(jié)能力、可段性、可切削性、可磨削性、熱處理 32 工藝性等。由上要求在該模具中沖孔凸模、凸凹模和凹模板的材料選用 Cr12MoV 鋼。Cr12MoV 剛具有較好的淬透性，很高的耐磨性，有較高的沖擊韌度。 淬火、回火工藝見表 10.5。 表 10.5 Cr12MoV 鋼的淬火、回火工藝 低淬低回工藝 中淬中回工藝 高淬高回工藝 鋼號 淬火溫度 / 淬火 硬度 HRC 回火 溫度 / 淬火 溫度 / 淬火 硬度 HRC 回火 溫度 / 淬火溫 度 / 淬火 硬度 HRC 回火 溫度 / Cr12M OV 950 1000 62 64 200 1030 636 4 400 1080 1100 406 0 500 520 五、卸料部分的設計 設計卸料零件的目的，是將沖裁后卡箍在凸模上或凸凹模上的制件或廢料 卸掉，常用的卸料方式有：剛性卸料、彈壓卸料板。本設計采用彈壓卸料裝置， 采用彈壓卸料裝置有一定的裝配要求：在模具開啟狀態(tài)，卸料板應高出模具工 作零件刃口 0.3mm0.5mm,以便順利卸料。 本模具的卸料板僅有卸料作用，卸料板的邊界尺寸與凹模的邊界尺寸相同， 取 250mm140mm，卸料板的厚度按表 10-4 選擇，卸料板厚度為 20mm。卸料板 采用 45 鋼制造，熱處理淬火硬度 4348HRC。 卸料板上設置 4 個卸料螺釘，公稱直徑為 10mm,螺紋部分為 M8.510mm,卸 料螺釘尾部應留有足夠的行程空間，以保證卸料的正常運動。 六、定位零件的設計 沖模的定位裝置零件是用來保證材料的進料正確及在沖模中保持位置的正 確性。定位零件的種類很多，主要有導料板、導料銷、擋料銷、側(cè)刃、導正銷 和定位板等。 由沖壓工藝分析可知，該模具的定位零件是采用的是固定擋料銷送進定距 和固定導料銷送進定位如簡圖 10.3 所示。 1.擋料銷的設計 常見的擋料銷有三種形式。固定擋料銷、活動擋料銷和始用擋料銷。 在此選用 A 型擋料銷，作為該模具中的擋料銷和導料銷。其結(jié)構形式和尺 寸規(guī)格如圖 10.4 和表 10.5。 33 選取該模具的擋料銷和導料銷的直徑 d8 的 A 型固定擋料銷。m 活動擋料銷 固定擋料銷 圖 10.4 擋料銷 表 10.5 定擋料銷尺寸規(guī)格表(mm) d(h11) d1(m6) 基本尺 寸 極限偏差 基本尺 寸 極限偏差 h L 6 0-0.075 3 +0.008+0.002 3 8 8 2 10 10 0 -0.090 4 +0.012 +0.004 3 13 16 8 3 13 20 0 -0.110 10 +0.015 +0.006 16 25 0-