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鈑金課程設計
零件三維圖
零件二維圖
材料為Q235鋼，板料厚度t=1.5mm 生產批量：大批量
XX學院
課程設計
題目 山字形沖壓模具設計
系 別
年級專業(yè)
學生姓名 xxx
指導教師 xxx
專業(yè)負責人
答辯日期
摘 要
摘 要
在這次設計中根據(jù)所給題目的要求，首先對沖壓件進行了分析，分析該零件的尺寸精度得出用一般精度的模具即可滿足零件精度的要求，再從零件的形狀、尺寸標注及生產批量等情況看，選擇加工方案。由于模具工業(yè)的重要性,模具成型工藝在各個工業(yè)部門得到了廣泛的應用,使得模具行業(yè)的產值已經(jīng)大大超過機床刀具工業(yè)的產值.這一情況充分說明在國民經(jīng)濟蓬勃發(fā)展的過程中,在各個工業(yè)發(fā)達國家對世界市場進行激烈的爭奪中,越多越多地采用模具來進行生產,模具工業(yè)明顯地成為技術 經(jīng)濟和國力發(fā)展的關鍵.
因此,要使國民經(jīng)濟各個部門獲得高速發(fā)展,加速實現(xiàn)社會主義四個現(xiàn)代化,就必須盡快將模具工業(yè)搞上去,使模具生產形成一個獨立的工業(yè)部門,從而充分發(fā)揮模具工業(yè)在國民經(jīng)濟中的關鍵的作用. 本設計山字形零件沖壓模具，作方便安全，生產效率較高。設計上主要是對凸模、凹模設計，其中主要是其工作部分的尺寸設計，以保證制件的精度和質量要求。
關鍵詞：模具 沖裁件 凸模 凹模
第5頁 共37頁
摘要
Abstract In this design according to the requirements of the topic, firstly, stamping parts are analyzed, the dimensional accuracy of the parts of the analysis that the general accuracy of the mould can meet the requirements of precision parts, from the shape, dimension and mass production situation, selection and processing scheme. Due to the importance of the mold industry, mold forming technology has been widely used in various industrial sectors, so that the mold industry output value has been greatly exceeded the machine tool industry output value. This fully explained in the process of national economy vigorous development, in the fierce competition for each industrial developed countries on the world market, more and more using mold for production, key technology and national economic development has become the mold industry obviously.
Therefore, to make each department of national economic high speed development, accelerate the realization of the four modernizations of socialism, we must mold industrial make up as soon as possible, so that the mold production formed an independent industrial sector, so as to give full play to the key role of mold industry in the national economy. The design of bending plate stamping bracket parts of the die, punch and die installed in the mould of the lower mould seat. Flip composite modulus waste disposal, without two clean, convenient and safe operation, high production efficiency. The design process of compound die and bending die compound die is similar, the bending die structure is more complex. The design is mainly the design of the punch, concave die and punch and die, which is mainly designed dimension of the part of the work, to ensure the precision and quality requirements.
Keywords: Die； Blanking piece； punch die； punch
目錄
目錄
第1章 工件分析 6
1.1 材料的工藝分析 6
1.2 材料選擇 8
1.3 工件結構形狀 8
1.4 尺寸精度 8
第2章 沖裁工藝方案的確定 10
第3章 模具總體設計 10
3.1 模具類型的選擇 10
3.2 操作與定位方式 10
3.3卸料、出件方式 10
3.4 確定送料方式 11
3.5 確定導向方式 11
第4章 模具工藝參數(shù)確定 12
4.1 排樣設計與計算 12
4.2 搭邊值的確定 12
4.3 進距與條料寬度計算 13
4.4 材料利用率的計算 16
第5章 計算沖壓力與壓力機的初選 16
5.1 沖裁力Fp的計算 17
5.2 卸料力Fq1的計算 17
5.3 頂件力Fq2的計算 18
5.4 總的沖壓力F的計算 18
5.5 壓力機的初選 18
第6章 模具壓力中心的確定 19
第7章 沖裁模間隙的確定 20
7.1 沖裁間隙Z 20
7.2 沖裁間隙分析 20
第8章 凹、凸模刃口尺寸的計算 22
8.1 刃口尺寸計算的基本原則 22
8.2 刃口尺寸的計算 22
第9章 主要零部件的設計 24
9.1 工作零件的設計與計算 24
9.2 橡膠的選用 29
9.3 模架及其零件的設計 30
第10章 校核模具閉合高度及壓力機有關參數(shù) 32
10.1 閉合高度的計算 32
10.2 沖壓設備的選定 32
結 論 34
致謝 35
參考文獻 36
第1章 工件分析
1.1 材料的工藝分析
近年來,.由于模具技術的迅速發(fā)展, 模具設計與制造已成為一個行業(yè)越來越來引起人們的重視.模具是現(xiàn)代工業(yè)生產中重要的工藝裝備,他在各種生產行業(yè),特別是沖壓和塑料成形加工中,應用極為廣泛.我國模具工業(yè)總產值中,沖壓模具的產值約為50％.現(xiàn)代模具技術的發(fā)展,在很大程度上依賴于模具標準化的程度,優(yōu)質模具材料的研究,先進的模具設計和制造技術,專用的機床設備及高水平的生產技術管理等等,但其中模具設計是至關重要的一個方面.
利用模具生產零件的方法已成為工業(yè)上進行成批或大批生產的主要技術手段,它對于保證制品質量,縮短試制周期,進而爭先進入市場,以及產品更新?lián)Q代和新產品開發(fā)都具有決定性意義.因此德國把模具成為”金屬加工中的帝王”,把模具工業(yè)視為”關鍵 工業(yè)”,美國把模具成為”美國工業(yè)的基石”,把模具工業(yè)視為”不 可估量其力量的工業(yè)”,日本把模具說成”促進社會富裕繁榮的動力”把模具工業(yè)視為”整個工業(yè)發(fā)展的秘密”
由于模具工業(yè)的重要性,模具成型工藝在各個工業(yè)部門得到了廣泛的應用,使得模具行業(yè)的產值已經(jīng)大大超過機床 刀具工業(yè)的產值.這一情況充分說明在國民經(jīng)濟蓬勃發(fā)展的過程中,在各個工業(yè)發(fā)達國家對世界市場進行激烈的爭奪中,越多越多地采用模具來進行生產,模具工業(yè)明顯地成為技術 經(jīng)濟和國力發(fā)展的關鍵.
從我國的情況來看,不少工業(yè)產品質量上不 去,新產品開發(fā)不出來,老產品更新速度慢,能源消耗指標高,材料消耗量大,這些都與我國模具生產技術落后,沒有一個強大的 先進的模具工業(yè)密切相關.
因此,要使國民經(jīng)濟各個部門獲得高速發(fā)展,加速實現(xiàn)社會主義四個現(xiàn)代化,就必須盡快將模具工業(yè)搞上去,使模具生產形成一個獨立的工業(yè)部門,從而充分發(fā)揮模具工業(yè)在國民經(jīng)濟中的關鍵的作用.
沖壓生產靠模具和壓力機完成加工過程,與其他機械加工方法相比,其在技術和經(jīng)濟方面有如下特點:
⑴沖壓加工的生產效率高,且操作方便,易于實現(xiàn)機械化和自動化.普通壓力機每分鐘可以生產十幾個零件,高速壓力機每分鐘可生產幾百甚至上千件零件.所以它是一種高效率的加工方法.
⑵沖壓件的尺寸精度由模具來保證,所以質量穩(wěn)定,互換性好.
⑶沖壓可加工出尺寸范圍較大 形狀較復雜的零件,小到儀表零件,大到汽車覆蓋件,還可獲得其他加工方法難以制造的壁薄 、 質量輕、 剛性好 、 表面質量高 、 形狀復雜的零件.
⑷沖壓加工一般不需要加熱毛坯,也不像切削加工那樣,需大量切削金屬,所以它不但節(jié)能,而且節(jié)約金屬,故沖壓件的成本較低.
由于沖壓工藝具有上述突出的特點,因此在國民經(jīng)濟各個領域廣泛應用.例如,航空航天、機械、電子通信 、交通 、兵器 、日用電器及輕工等產業(yè)都有沖壓加工,不但在工業(yè)生產中廣泛才用沖壓工藝,而且可以說每個人每天都直接與沖壓產品發(fā)生聯(lián)系.
沖壓在現(xiàn)代工業(yè)生產中,尤其是大批量生產中應用十分廣泛.相當多的工業(yè)部門 越來越多地才用沖壓加工方法加工零件部件,如汽車 、農機、儀表 、儀器 、電子、航空 、航天 、軍工 、家電及輕工等行業(yè).在這些工業(yè)部門中,沖壓件所占比例相當大,少則60％以上,多則90％以上.不少過去用鍛造 鑄造 和切削加工方法制造的零件,現(xiàn)在大多也被質量輕 剛度好的沖壓件所代替.因此可以說,如果生產中不廣泛才用沖壓工藝,許多工業(yè)部門要提高生產效率和產品質量 、 降低生產成本 、快速進行產品更新?lián)Q代是難以實現(xiàn)的。
工件名稱：山字形 工件簡圖：如圖1.1所示 材料：Q235 厚度：1.5mm 工件精度：IT14
圖1.1工件簡圖
1.2 材料選擇
根據(jù)表1.1，Q235為碳素鋼，具有良好的塑性、焊接性以及壓力加工性，主要用于工程結構和受力較小的機械零件。綜合評比均適合沖裁加工。
1.3 工件結構形狀
工件結構形狀相對簡單，皆為直線，孔與邊緣之間的距離也滿足要求，可以沖裁。
1.4 尺寸精度
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：128mm、16mm、32mm
零件內形：32mmmm
表1.1黑色金屬的力學性能
材料名稱
材料牌號
材料狀態(tài)
極限強度
伸長率
屈服強度
彈性模量E/MPa
抗剪
抗拉
合金鋼
Q235
已退火的
216-304
275-383
32
177
08
255-353
324-441
32
196
186000
10F
216-333
275-412
30
186
10
255-333
294-432
29
206
194000
15F
245-363
314-451
28
15
265-373
333-471
26
225
198000
20F
275-383
333-471
26
225
196000
2O
275-392
353-500
25
245
206000
25
314-432
329-539
24
275
198000
30
353-471
441-588
22
294
197000
35
392-511
490-637
20
314
197000
40
412-530
511-657
18
333
209000
45
432-549
539-686
16
353
200000
50
432-569
539-716
14
373
216000
表1.2部分標準公差值（GB/T1800.3—1998）
公差等級
IT6
IT7
IT8
IT9
IT10
IT11
IT12
IT13
IT14
IT15
基本尺寸
/μm /mm
＞3～6
8
12
18
30
48
75
0.12
0.18
0.30
0.48
＞6～10
9
15
22
36
58
90
0.15
0.22
0.36
0.58
＞10～18
11
18
27
43
70
110
0.18
0.27
0.43
0.70
＞18～30
13
21
33
52
84
130
0.21
0.33
0.52
0.84
＞30～50
16
25
39
62
100
160
0.25
0.39
0.62
1.00
＞50～80
19
30
46
74
120
190
0.30
0.46
0.74
1.20
＞80～120
22
35
54
87
140
220
0.35
0.54
0.87
1.40
從表1.1中查出Q235
抗拉強度：σ=275～383Mpa
抗剪強度：τ=216～304Mpa
伸長率： δ=32%
分析其力學性能較好，故選擇Q235材料。
第2章 沖裁工藝方案的確定
該制件的沖裁工序包括落料
只需1副模具，制件精度和生產效率都較高模具強度也能滿足要求。
第3章 模具總體設計
3.1 模具類型的選擇
經(jīng)分析，工件尺寸精度要求不高，形狀較簡單，但工件產量較大，根據(jù)材料厚度，為保證沖模有較高的生產率，通過比較，決定實行工序集中的工藝方案，彈性卸料裝置的倒裝復合模具結構方式。
3.2 操作與定位方式
一、操作方式
零件的生產批量較大，但合理安排生產可用手工送料方式，提高經(jīng)濟效益。
二、定位方式
因為導料銷和擋料銷結構簡單，制造方便。且該模具采用的是條料，根據(jù)模具具體結構兼顧經(jīng)濟效益，控制條料的送進方向采用導料銷，控制送料步距采用固定擋料銷。
3.3卸料、出件方式
一、卸料方式
剛性卸料與彈性卸料的比較：
剛性卸料是采用固定卸料板結構。常用于較硬、較厚且精度要求不高的工件沖裁后卸料。當卸料板只起卸料作用時與凸模的間隙隨材料厚度的增加而增大，單邊間隙?。?.2～0.5）t。當固定卸料板還要起到對凸模的導向作用時卸料板與凸模的配合間隙應該小于沖裁間隙。此時要求凸模卸料時不能完全脫離卸料板。主要用于卸料力較大、材料厚度大于2mm且模具結構為倒裝的場合。
彈壓卸料板具有卸料和壓料的雙重作用，主要用于料厚小于或等于2mm的板料由于有壓料作用，沖件比較平整。卸料板與凸模之間的單邊間隙選擇（0.1～0.2）t,若彈壓卸料板還要起對凸模導向作用時，二者的配合間隙應小于沖裁間隙。常用作落料模、沖孔模。
工件平直度較高，料厚為1.5MM,卸料力不大，由于彈壓卸料模具比剛性卸料模具方便，操作者可以看見條料在模具中的送進動態(tài)，且彈性卸料板對工件施加的是柔性力，不會損傷工件表面，故可采用彈性卸料。
二、出件方式
因采用倒裝復合模生產，故采用彈性上出件。
3.4 確定送料方式
因選用的沖壓設備為開式壓力機，采用橫向送料方式，即由右向左送料。
3.5 確定導向方式
采用后側導柱模架。由于前面和左右不受限制，送料和操作比較方便。因為導柱安裝在后側，工作時，偏心距會造成導套導柱單邊磨損，嚴重影響模具使用壽命，且不能使用浮動模柄。
第4章 模具工藝參數(shù)確定
4.1 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、沖件質量、生產率、模具結構與壽命。
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，沖件質量差，模具壽命較方案一低，但材料利用率稍高，沖模結構簡單。
方案三：無搭邊排樣 沖件的質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量，該沖件的排樣方式選擇方案一為佳?？紤]模具結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）。
4.2 搭邊值的確定
排樣時零件之間以及零件與條料側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?；蛴绊懰土瞎ぷ?。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=1.5mm，根據(jù)實際情況稍微取大一些取a1=2mm
側搭邊值a=2mm
表5.1搭邊值和側邊值
材料厚度t
手動送料
自動送料
圓形
非圓形
往復送料
a
a1
a
a1
a
a1
a
a1
1以下
1.5
1.5
2
1.5
3
2
1～2
2
1.5
2.5
2
3.5
2.5
3
2
2～3
2.5
2
3
2.5
4
3.5
3～4
3
2.5
3.5
3
5
4
4
3
4～5
4
3
5
4
6
5
5
4
5～6
5
4
6
5
7
6
2.0
5
4.3 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。
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.有側壓裝置時條料的寬度。
2.無側壓裝置時條料的寬度。
3.有定距側刃時條料的寬度。
有側壓裝置的模具，能使條料始終沿著導料板送進。
圖5.2有側壓裝置時條料的寬度確定
本設計采用的是有側壓裝置的模具。
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）
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）
條料厚度(mm)
條料寬度(mm)
≤1
＞1～2
＞2～3
＞3～5
△
C
△
C
△
C
△
C
≤50
0.4
0.1
0.5
0.2
0.7
0.4
0.9
0.6
＞50～100
0.5
0.1
0.6
0.2
0.8
0.4
1.0
0.6
＞100～150
0.
0.2
0.7
0.3
0.9
0.5
1.1
0.7
＞150～220
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=132
4.4 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）。
圖5.3沖壓件的周長和面積
取F=5049.20mm2
L=665.40mm
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制件的實際面積與所用毛坯面積的百分率η表示：
η=(nF/AB)×100% （5.3）
式中η——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)： η=(2×5049.20/98×132)×100%
≈74.67%
由此可之，η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5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：
Fp=Kp Ltτ =Lt （6.1）
式中τ——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。
5.1 沖裁力Fp的計算
據(jù)圖5.3可得一個零件內外周邊之和L=665.40mm。
查合金鋼的力學性能表知：Q235的抗剪強度τ=216Mpa～304Mpa，取260Mpa，制件厚度t=0.3mm，則
根據(jù)公式(6.1)： Fp= Kp Ltτ
=1.3×0.3×665.40×260
=67471.6(N)
≈67.5（KN）
5.2 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Kx＝0.05。
根據(jù)公式（6.2）： Fq1= KxFp
=0.05×67.5（KN）
≈3.375(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
＞0.1～0.5
＞0.5～2.5
＞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
5.3 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Kd＝0.06.
根據(jù)公式（6.3）： Fq2= KdFp
=0.06×67.5（KN）
≈4.05（KN）
5.4 總的沖壓力F的計算
根據(jù)模具結構總的沖壓力F=FP+Fq1+Fq2
=67.5+3.375+4.05
=74.925(KN)
選用的壓力機公稱壓力P≥（1.1～1.3）F，取系數(shù)為1.3，則：
P≥1.3F=1.3x74.925 (KN)=97.4 (KN)。
5.5 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。
沖壓設備屬鍛壓機械。常見的冷沖壓設備有機械壓力機。
表6.2部分常用開式壓力機的主要技術參數(shù)
技術參數(shù)
單位
型號
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
閉合高度調節(jié)量
mm
35
40
50
60
70
90
90
立柱間距
mm
100
150
180
220
260
250
250
滑塊地面尺寸
左右
mm
100
140
170
200
300
300
前后
mm
90
120
150
180
340
340
模柄孔尺寸
直徑
mm
30
50
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
工作臺尺寸
左右
mm
280
315
360
450
560
630
710
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。
第6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生偏心載荷，使滑塊和導軌間產生過大磨損，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。
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（0，28.42）
第7章 沖裁模間隙的確定
7.1 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)。
圖8.1沖裁間隙
7.2 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?，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量、尺寸精度滿足產品的要求，所需沖裁力小、模具壽命高，但分別從質量，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。考慮到模具制造中的偏差及使用中的磨損、生產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，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Q235的最小雙面間隙Zmin=0.132mm，最大雙面間隙Zmax=0.240mm
表8.1部分較大間隙的沖裁模具初始雙面間隙
材料厚度
08、10、35、09Mn2、Q235
40、50
16Mn
65Mn
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8章 凹、凸模刃口尺寸的計算
8.1 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)。
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〕叽绻罘秶妮^小尺寸；設計沖孔模時，凹?；境叽鐟」ぜ壮叽绻罘秶妮^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?？砂碔T11級制造；對于圓形工件按IT6～IT7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。
8.2 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：
或者、
落料凸、凹模計算
凹模： Dd=(D－X△)
凸模： Dp=( Dd－Zmin)＝(D－X△－Zmin)
式中Dd——落料凹?；境叽?mm)；
Dp——落料凸?；境叽?mm)；
D——落料件最大極限尺寸(mm)；
r——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：128mm、16mm、32mm設凸、凹模分別按IT6和IT7級加工。
所以凹模
128mm:Dd2=(D2-X)
=(128-0.5×0.26)0+0.021
=127.87+0.021mm
16:Dd2=(D2-X)
=(16-0.5×0.15)0+0.021
=15.93+0.021mm
32:Dd2=(D2-X)
=(32-0.5×0.7)0+0.021
=31.65+0.021mm
凸模 128mm:Dp2=(Dd2- Zmin)
=(127.87-0.132)
=127.64mm
16:Dp4=(Dd4- Zmin)
=(15.93-0.132)
=15.80mm
32:Dp4=(Dd4- Zmin)
=(31.65-0.132)
=31.42mm
第9章 主要零部件的設計
9.1 工作零件的設計與計算
一、凹模的結構設計和外形尺寸計算
1.凹模的結構設計
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=(1.5～2)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。
表10.1系數(shù)K的數(shù)值
b/mm
厚度t/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=0.25×107=26.75mm；
凹模壁厚： C=(1.5～2)H=(1.5～2)×26.75=40.125～53.5mm
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
=197mm
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
L×B
矩形和圓形凹模厚度
H
63×50、63×63
10、12、14、16、18、20
80×63、80×80、100×63、100×80、100×100、125×80
12、14、16、18、20、22
125×100、125×125、140×80、140×80
14、16、18、20、22、25
140×125、140×140、160×100、160×125、160×140、200×100、200×125
16、18、20、22、25、28
160×160、200×140、200×160、250×125、250×140
16、20、22、25、28、32
凹模輪廓尺寸為260mm×260mm×20mm。
二、沖孔凸模的結構設計和外形尺寸計算
1.凸模的結構設計
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=0.8×H凹=0.8×40=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4～10mm。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58～62HRC。
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、良好的抗粘結能力、可段性、可切削性、可磨削性、熱處理工藝性等。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
鋼號
低淬低回工藝
中淬中回工藝
高淬高回工藝
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
/℃
Cr12MOV
950～1000
62～64
200
1030
63～64
400
1080～1100
40～60
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0.3mm～0.5mm,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250mm×140mm，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43～48HRC。
卸料板上設置4個卸料螺釘，公稱直徑為10mm,螺紋部分為M8.5×10mm,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。其結構形式和尺寸規(guī)格如圖10.4和表10.5。
選取該模具的擋料銷和導料銷的直徑d＝8的A型固定擋料銷。
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)
h
L
基本尺寸
極限偏差
基本尺寸
極限偏差
6
0
-0.075
3
+0.008
+0.002
3
8
8
0
-0.090
4
+0.012
+0.004
2
10
10
3
13
16
0
-0.110
8
+0.015
+0.006
3
13
20
10
4
16
25
0
-0.130
12
+0.018
+0.007
20
本模具的設計選用固定擋料銷（JB/T7649.10-1994）,材料45，熱處理硬度43～48HRC。
圖10.5擋料銷固定方式
擋料銷按圖a）方式固定，其尺寸可按下式計算：
S1=A-Dp/2+D/2+0.1 （10.5）
=A-（Dp -D）/2+0.1
式中A——步距(mm)；
Dp——落料凸模直徑(mm)；
D——擋料銷頭部直徑(mm)；
根據(jù)公式(10.5)： S1=32-(12-8)/2+0.1
=30.1mm
2.導料銷的設計
條料的送料方向是條料靠著一側的導料板，沿著設計的送料方向導向送進。本設計采用導料銷導向，本設計選用固定式。設計時導料銷應選兩個且位于條料的同側，從右向左送料時，導料銷應裝在后側；從前向后送料時，導料銷應裝在左側。
綜上，定位零件采用一個固定擋料銷和單邊兩個導料銷定位，固定擋料銷和導料銷固定在卸料板上。導料銷材料采用45鋼制造，熱處理硬度43～48HRC。
七、推件裝置的設計
推件和頂件的目的，是將制件從凹模中推出來（凹模在上模）或頂出（凹模在下模）。推件裝置可分為彈性推件裝置和剛性推件裝置兩種,彈性推件裝置一般裝在下模，具有壓料作用，沖件質量好,但推件力較小。常用于正裝式復合模或沖裁薄板料的落料模中。剛性推件裝置一般裝在上模，利用壓力機的推件力，因此，推件力大，推件可靠，但不具有壓料作用。常用于倒裝式復合模中。綜上，本設計選用剛性推件裝置，的基本零件有推件塊、推桿、推板，連接推桿和打桿，這些零件從標準中選取。
9.2 橡膠的選用
彈性裝置主要有彈簧和橡膠兩種，因為該模具為復合模具，所以采用橡膠作為卸料板的彈性元件。根據(jù)模具安裝空間，安裝四個圓筒形合成橡膠，設卸料螺釘直徑為8mm，橡膠上螺釘孔直徑為10mm，則：
一、橡膠高度的計算
橡膠的自由高度，由下式得：
（10.6）
式中H自——橡膠的自由高度()；
h——卸料板的工作行程()；
H——凹模或凹凸模的刃磨量（mm）；一般取4～10mm；
則橡膠高度取42mm。
二、橡膠直徑的計算
（10.7)
（10.8）
式中px——橡膠的壓力，可取等于或大于卸料力()；
p——與橡膠壓縮量的單位壓力，查表10.6得1.06；
A——橡膠截面面積()；
d——橡膠上螺釘孔直徑（mm）；
D——橡膠的直徑()；
因為在此模具中采用的是彈壓卸料板，所以橡膠在模具中的個數(shù)為四個，直徑為41的圓筒形橡膠。
因為0.5<=0.976<1.5，所以選橡膠符合要求。
橡膠的安裝高度： Hd =42-0.1×42=37.8mm（取38mm）
表10.6橡膠壓縮量與單位壓力關系
壓縮量/%
10
15
20
25
30
35
單位壓力/MPa
聚氨酯橡膠
1.1
2.5
4.2
5.6
合成橡膠
0.26
0.5
0.74
1.06
1.52
2.1
9.3 模架及其零件的設計
常用的導柱導套式模架，是由上、下模座和導向零件組成。模架是整副模具的骨架，模具的全部零件都固定在它的上面，并承受沖壓過程的全部載荷。模具上模座和下模座分別與沖壓設備的滑塊和工作臺固定。上、下模間的精確位置，由導柱、導套的導向來實現(xiàn)。本設計選用后側導柱模架如圖10.6，后側導柱模架，由于前面和左、右不受限制，送料和操作比較方便，因導柱安裝在后側，工作時，偏心距會造成導柱導套單邊磨損，并且不能使用浮動模柄結構。
圖10.6模架
一、模架的選用
以凹模周界尺寸為依據(jù)，根據(jù)標準GB/T2851.1—1990選擇模架規(guī)格為：260mm×260mm×20mm（GB/T2855.1-1990）。
二、導柱、導套的選用
導柱與導套的結構、尺寸一般都是直接由標準中選取，在選用時導柱的長度應保證沖模在最底工作位置時，導柱上端面與上模座頂面的距離不小于(10～15)mm。在最高工作位置時，導柱上端面與導套的下端面的距離不小于(10～20)mm，導柱和導套的配合精度由表10.7查出選擇II級。
根據(jù)標準GB/T2851.1—1990知模架的閉合高度Hmin=160mm，Hmax=190mm。
導柱d/mm×L/mm為25mm×150mm
導套d/mm×L/mm×D/mm為25mm×85mm×33mm
表10.7導柱、導套配合間隙
配合形式
導柱直徑
模架精度等級
配合后的過盈量
I級
II級
配合間隙值
滑動配合
≤18
≤0.010
≤0.015
＞18～30
≤0.011
≤0.017
＞30～50
≤0.014
≤0.021
＞50～80
≤0.016
≤0.025
滾動配合
＞18～35
0.01～0.02
三、上、下模座的選用
根據(jù)模架的規(guī)格選擇對應的上、下模座如下：
上模座260mm×260mm×25mm(GB/T2855.1-1990)；
下模座260mm×260mm×30mm(GB/T2855.2-1990)。
四、模柄的選用
根據(jù)上模座的厚度可選擇材料Q235A型40x85凸緣式模柄；JB/T7646.3-1994。
五、螺釘、銷釘?shù)倪x用
本模具設計Φ6、Φ8的定位銷實現(xiàn)各零件連接時的初定位，然后用M10的螺釘實現(xiàn)連接的精定位。材料采用45鋼。
第10章 校核模具閉合高度及壓力機有關參數(shù)
10.1 閉合高度的計算
根據(jù)凹模外形尺寸260×260參照模架GB/T2851.1-1990，選取凹模周界的后側導柱模架：260mm×260mm×160～190。
模具的閉合高度與壓力機的裝模高度關系：
Hmax—H1—5≥H?！軭min—H1 +10
已知Hmax =250mm，H1=70mm，Hmin =180mm
模具閉合高度應為：175≥H?！?20
閉合高度H模：為上模座、下模座、墊板、凸模、凹模厚度的總和。即
H模=35+40+10+49+30-1=163mm
因為175≥H模=163≥120，滿足裝模高度要求。
10.2 沖壓設備的選定
通過校核，選擇開式壓力機J23—10能滿足使用要求。其主要技術參數(shù)如下：
公稱壓力：100kN
滑塊行程：135mm
最大閉合高度：180m
閉合調節(jié)量：50mm
工作臺尺寸（前后×左右）：360mm×240mm