彈性卡沖壓模具設計-級進?！竞SUG工件】【沖壓模具設計稿】

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**學院學士學位論文（設計） 1 宜賓職業(yè)技術學院 畢業(yè)設計 題目： 彈性卡級進模 系 部 現(xiàn)代制造工程系 專 業(yè) 名 稱 模具設計與制造 班 級 姓 名 指 導 教 師 年 月 日 **學院學士學位論文（設計） 2 摘 要 彈性卡級進模設計 通過對零件進行工藝分析，確定了沖壓工藝方案及模具結構形式，然后對 模具進行總體設計，接下來是對模具設計進行基本參數(shù)計算，如排樣設計、計 算壓力中心、計算沖裁力、工作零件的刃口尺寸計算等，最后是根據(jù)設計數(shù)據(jù) 選擇典型模具零件、模具組合、以及壓力機。采用 AutoCAD 軟件繪制了彈性卡 級進模的裝配圖和非標準零件圖，并撰寫了畢業(yè)設計說明書。 關鍵詞：彈性卡；級進模；設計 **學院學士學位論文（設計） 3 目錄 摘 要 .......................................................................................................................2 目錄 ...............................................................................................................................3 第 1 章 緒論 .................................................................................................................5 1.1 多工位級進模的特點 .............................................................................5 1.2 級進模的發(fā)展現(xiàn)狀 .................................................................................6 1.3 模具在國民經(jīng)濟中的地位 .....................................................................7 1.4 模具 CAD 的優(yōu)勢 ....................................................................................8 第 2 章 產品工藝性分析 .........................................................................................10 2.1 產品工藝性分析 ..................................................................................10 2.2 毛坯尺寸的計算 ..................................................................................11 2.3 排樣及工位布置 ..................................................................................12 2.3.1 排樣原則 ...........................................................................................12 2.3.2 搭邊值 ...............................................................................................13 2.3.4 條料的導正定距定位 .......................................................................13 2.3.5 排樣圖 ................................................................................................14 第 3 章 壓力、壓力中心計算 ...................................................................................15 3.1 沖裁方式的選擇 ..................................................................................15 3.2 沖裁力的計算 ......................................................................................15 3.3 卸料力、頂件力的計算 ......................................................................16 3.4 彎曲力的計算 ......................................................................................18 3.5 壓力機的選擇 .......................................................................................19 3.6 壓力中心的確定 ...................................................................................19 第 4 章 模具主要零部件的設計 ...............................................................................21 4.1 凹、凸模設計原則 ..............................................................................21 **學院學士學位論文（設計） 4 4.2 凸模和凹模 ........................................................................................23 4.3 凹、凸模尺寸的確定 ..........................................................................24 4.3.1 沖裁凹、凸模刃口尺寸的確定 .......................................................24 4.3.2 彎曲件凸、凹模計算 .......................................................................27 4.3.3 凸模長度的確定 .............................................................................30 4.3.4 凹模刃口形式和外形尺寸的確定 ...................................................31 4.4 其它結構件的設計 ..............................................................................33 4.4.1 凸模固定板 .......................................................................................33 4.4.2 墊板 ...................................................................................................34 4.4.3 卸料板 ...............................................................................................34 4.4.4 導料裝置 ...........................................................................................35 4.4.5 模柄 ...................................................................................................36 4.5 模架與導向 ..........................................................................................36 4.5.1 模架的設計 .......................................................................................36 4.5.2 導向機構 ...........................................................................................38 4.6 送料裝置 ............................................................................................38 第 5 章 壓力機的校核 .............................................................................................39 第 6 章 總裝圖 .........................................................................................................40 第 7 章 總結 .............................................................................................................41 致謝 .............................................................................................................................42 **學院學士學位論文（設計） 5 第 1 章 緒論 1.1 多工位級進模的特點 多工位級進模沖壓是指在一副模具沿被沖原材料（條料或卷料）的直線送 進方面，具有至少兩個或兩個以上等距離工位，并在壓力機的一次行程中，在 不同的工位上完成兩個或兩個以上沖壓工序的沖壓方法。這種方法使用的模具 即為多工位級進沖壓模具，簡稱級進模，又稱跳步模、連續(xù)模、多工位級進模， 如沖孔、落料級進模；沖裁、彎曲、落料級進模；沖裁、挖深、再挖深、整形、 沖孔、落料級進模等。 多工位級進模是在普通級進模的基礎上發(fā)展起來的一種 高精度、高效率、長壽命的模具，是技術密集型模具的重要代表，是沖模發(fā)展 方向之一。這種模具除進行沖孔落料工作外，還可根據(jù)零件結構的特點和成形 性質，完成壓筋、沖窩、彎曲、拉深等成形工序，甚至還可以在模具中完成鉚 接、旋轉等裝配工序，因此這種模具與其它沖壓模具相比具有獨特的特點： （1）在一副模具中，可以完成包括沖裁，彎曲，拉深和成形等多道沖壓工 序；減少了使用多副模具的周轉和重復定位過程，顯著提高了勞動生產率和設 備利用率。 （2）由于在級進模中工序可以分散在不同的工位上，故不存在復合模的 “最小壁厚”問題，設計時還可根據(jù)模具強度和模具的裝配需要留出空工位， 從而保證模具的強度和裝配空間。 （3）多工位級進模通常具有高精度的內、外導向（除模架導向精度要求高 外，還必須對細小凸模實施內導向保護）和準確的定距系統(tǒng)，以保證產品零件 的加工精度和模具壽命。 （4）多工位級進模常采用高速沖床生產沖壓件，模具采用了自動送料、自 動出件、安全檢測等自動化裝置，操作安全，具有較高的生產效率。目前，國 內已能生產精度達 2 微米的精密多工位級進模，工位數(shù)最多已達 160 個，壽 命 12 億次。 **學院學士學位論文（設計） 6 （5）多工位級進模結構復雜，鑲塊較多，模具制造精度要求很高，給模具 的制造、調試及維修帶來一定的難度。同時要求模具零件具有互換性，在模具 零件磨損或損壞后要求更換迅速，方便，可靠。所以模具工作零件選材必須好 （常采用高強度的高合金工具鋼、高速鋼或硬質合金等材料） ，必須應用慢走絲 線切割加工、成型磨削、坐標鏜、坐標磨等先進加工方法制造模具。 （6）多工位級進模主要用于沖制厚度較?。ㄒ话悴怀^ 2mm） 、產量大，形 狀復雜、精度要求較高的中、小型零件。用這種模具沖制的零件，精度可達 IT10 級。 （7）模具制造用期較長，成本高，多工位級進模隨著工位數(shù)的增加，相應 要加工的模具零件數(shù)也多了，所以成本比普通沖模高。 1.2 級進模的發(fā)展現(xiàn)狀 模具是工業(yè)生產的基礎工藝裝備。振興和發(fā)展我國的模具工業(yè)，日益受到 人們的重視和關注。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，盡快縮短和發(fā)達國家之間的差距，加速實現(xiàn) 社會主義現(xiàn)代化步伐，惟一的出路就是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)揮模具在國民經(jīng)濟中的關鍵作用。 特別是近年來，我國家電工業(yè)的高速發(fā)展對模具工業(yè)，尤其是塑料模具提 出了越來越高的要求，2004 年，塑料模具在整個模具行業(yè)中所占比例已上升到 30%左右，據(jù)有關專家預測，在未來幾年中，中國塑料模具工業(yè)還將持續(xù)保持年 均增長速度達到 10%以上的較高速度的發(fā)展。國內塑料模具市場以注塑模具需 求量最大，其中發(fā)展重點為工程塑料模具。其中級進模用處相當廣泛。 隨著近年來工模制造業(yè)的不斷進步和發(fā)展, 沖壓工藝和沖模技術也在不斷 地革新和發(fā)展。多工位級進模是在普通級進模的基礎上發(fā)展起來的一種高精度、 高效率、長壽命的模具, 是技術密集型模具的重要代表, 同時也是沖模的發(fā)展 方向之一。這種模具除了可以進行沖孔落料工作外, 還可根據(jù)零件結構的特點 和成型性質, 完成壓筋、沖窩、彎曲、拉深等成型工序, 甚至可以在模具中完 **學院學士學位論文（設計） 7 成裝配工序, 實現(xiàn)設計無紙化, 操作無人化。目前級進模設計主要以 2D 方式為 主, 使用 3D 設計的非常少, 且多為插件外掛, 無法滿足復雜產品模具設計的需 求。隨著級進模產品復雜程度及要求的不斷提高, 傳統(tǒng)的 2D 設計已越來越不能 滿足級進模技術的發(fā)展需要, 采用更為先進的專業(yè) 3D 設計手段成為必然趨勢。 現(xiàn)代模具制造技術的深入推廣與應用，促成了模具標準化程度的日漸模具 標準件的使用率已接近 50%。模具標準化、模具制造技術數(shù)控化和模具標準件 的廣泛采用，有效縮短了模具制造周期，并同時提高了模具品質、降低了模具 制造成本。以較復雜的精密級進模的制造周期為例：小型的約 50 天，中型的約 80 天，大型的約 110 天。制造周期已與國際同類模具水平相當 1.3 模具在國民經(jīng)濟中的地位 在現(xiàn)代工業(yè)生產中，模具是生產各種工業(yè)產品的重要工藝裝備，有 60一 90的工業(yè)產品需要使用模具加工，由于模具成型具有效率高、精度高、節(jié)省 材料和復雜形面成型快等優(yōu)點，在國民經(jīng)濟各個行業(yè)和部門，尤其是在機械制 造、汽車、家用電器、儀器儀表、石油化工、輕工用品等各行業(yè)得到了極其廣 泛的應用，占有十分重要的地位。 模具工業(yè)的大規(guī)模高速度發(fā)展及其在國民經(jīng)濟發(fā)展中的重要作用，已經(jīng)引 起了我國政府的高度重視，科技興國，科技創(chuàng)新，建立創(chuàng)新型國家已經(jīng)成為我 們重要的發(fā)展戰(zhàn)略。振興和發(fā)展模具工業(yè)，受到了國家的重視和關注。國務院 近期頒布的關于當前產業(yè)政策要點的決定中，把模具制造技術的發(fā)展作為 機械行業(yè)發(fā)展的首要任務，使得我國模具工業(yè)發(fā)展迅速。據(jù)有關資料統(tǒng)計，工 業(yè)體制改革以來，我國己擁有模具生產企業(yè) 18000 家，模具工業(yè)已經(jīng)初具規(guī)模， 先后制定了沖壓模、塑料模、壓鑄模和模具基礎技術的 50 多項國家標準，近 300 個標準號。 隨著世界經(jīng)濟發(fā)展格局的轉變，中國正在成為世界機械制造業(yè)大國，國民 經(jīng)濟的五大支柱產業(yè)機械、電子、汽車、石化、建筑，也都要求模具工業(yè) 與之相適應，由此牽動了我國模具制造業(yè)的迅猛發(fā)展。在模具產品中，有些產 品已接近或達到國際水平，在國家產業(yè)發(fā)展的政策引導下，模具需求量每年仍 以 15的幅度遞增，這將形成一個巨大的國內市場需求。 **學院學士學位論文（設計） 8 目前，我國的模具制造技術己從過去只能制造簡單模具發(fā)展到可以制造大 型、精密、復雜、壽命長的模具。許多模具產品都達到了國際同類模具產品的 技術水平。 1.4 模具 CAD 的優(yōu)勢 隨著模具制造的技能化逐步向科學化發(fā)展，原來依靠主模型和繪制圖形制 造模具的傳統(tǒng)方法,逐步由 CAD/CAM 終端將由數(shù)字描述的覆蓋件形狀轉為加工軌 跡的方法所取代。用電話線路遙控加工過程則又將模具制造科學化的水平推向 一個新高度?，F(xiàn)在可將這種新技術的特征歸納為以下幾個方面： (1)由三坐標測量機進行檢驗。用于配合 CAD/CAM 系統(tǒng)進行檢驗的三坐標測 量機也與原來適合于傳統(tǒng)工加工模具的可移動式三坐標測量機不同?，F(xiàn)在所用 的三坐標測量機都帶有自動化測量系統(tǒng)。 在加工時，三坐標測量機不僅可作為一種最終檢驗模具品質的工具，也應 該作為一種對加工過程進行檢測的工具。即在加工過程中對各道工序加工后進 行中途檢驗。例如對加工后模具的主要型腔面進行檢驗。特別是在拋光之前應 對加工面作全面的檢驗，以便確定如何更精確地達到加工面所需的幾何形狀。 在對模具進行檢驗時，需以較密的流線通過零件的各處。每一副模具需檢驗 兩次。一次在沖壓加工之前，另一次在沖壓加工以后。應用理論計算厚度對上、 下模型腔的對合狀況進行測量，以掌握實現(xiàn) CAD 設計數(shù)據(jù)精度的實際狀況。 (2)不需要主模型和靠模。雖然不再使用主模型和靠模，但加工精度反而有 了提高。用 CAD 數(shù)據(jù)加工以對加工結果進行檢驗，對模具的型腔面還可以進行 數(shù)學分析，從而保證了制造過程能極嚴格地按照原始設計數(shù)據(jù)實施。正是由于 排除了模具制造過程中的手工操作，改善了模具精度和加工周期方面的競爭力。 為此應用 CAD 數(shù)據(jù)進行模具加工技術在大多數(shù)模具制造廠中得到了推廣?，F(xiàn)在 由許多工廠的經(jīng)驗可證實，應用這種技術之后，雖然按 CAM 生成的刀具軌跡時 間增加了 14%，但用于拋光的時間卻減少了 33%，總加工時間縮短了 16.5%，模 具的品質提高了 12%。 現(xiàn)在，各種 CAD/CAM 軟件可以幫助工程師進行模具設計和生成 CNC 銑床的 刀具軌跡。該系統(tǒng)還可以在屏幕上顯示 3 維彩色模型供設計模具和進行分析之 **學院學士學位論文（設計） 9 用。還可以提供用于改進鑄造品質的有限元分析和模具的熱性能分析。實際上， 任何客戶的數(shù)據(jù)庫都可以直接被用于輸入，或者通過轉換以后輸入。 (3)塑料板材模壓成形模具的特點。用于對塑料板材進行模壓成形的模具， 與沖壓金屬板材的模具不同，它沒有材料回彈的問題。所以加工這種模具時不 需要去調整模具的對合狀況，而是眼于塑件需使用表面的狀況。即以使用表面 的表面精度和形狀精度為重點。 **學院學士學位論文（設計） 10 第 2 章 產品工藝性分析 2.1 產品工藝性分析 產品名稱：USB 接口鐵芯 生產批量：大批量生產 產品材料：08F 產品厚度：2mm 產品三維圖如圖 2-1， 圖 2-1 產品圖 產品技術要求：表面光滑、無毛刺、無刮傷，鍍層應光澤、無擦傷、無劃 痕、無水跡、無露底、無損傷。未標注公差為0.05。電鍍要求必須經(jīng)受鹽霧 標準， （GB/T 2423.182000） 電工電子產品環(huán)境試驗第二部分：試驗 kb：鹽 **學院學士學位論文（設計） 11 霧交變氧化鈉溶液 。精度要求 IT13。 產品包括沖孔、多處彎曲，大批量生產，如果采用單工序?；驈秃夏_壓 成型，不僅工藝流程長、工序多、耗用工時多、生產效率低，而且零件互換性 差、勞動強度大、成本高，不適合大批量生產，因此采用生產效率高的級進模 沖壓生產。 2.2 毛坯尺寸的計算 彎曲是將板料、棒料、型材或管料等彎成一定形狀和角度的零件的一種沖 壓成型工序。采用彎曲的零件種類繁多，常見的如汽車大梁、自行車車把、各 種電器零件的支架等。 根據(jù)彎曲應變中性層在彎曲前長度不變的原理，先確定應變中性層位置， 在計算應變中性層長度，最后得出毛坯長度。 產品工件屬于 r2t 的彎曲件，這類零件變形區(qū)材料變薄不嚴重，且斷面畸 變較小，可按應變中性層長度等于毛坯長度的原則計算。 L=l1+l2+l0= l1+l2+/2(r+Kt) 式（2-1） 式中 L毛坯展開長度（mm） ； l1， l2 工件直邊長度（mm） ； K應變中性層位移系數(shù)(查表 2-1)； r彎曲件內彎曲半徑（mm） ； t板厚（mm） 。 展開后的毛坯： **學院學士學位論文（設計） 12 K-應變中性層位移系數(shù),其值可參考表 2-1 選取。 表 2-1 應變中性層位移系數(shù) r/t 2 0.2 0.3 0.4 2 0.6 0.7 0.8 1 K 0.21 0.22 0.23 0.24 0.25 0.26 0.28 0.3 0.32 r/t 1.2 1.3 1.5 2 2.5 3 4 5 6 K 0.33 0.34 0.36 0.38 0.39 0.4 0.42 0.44 0.46 2.3 排樣及工位布置 級進模的排樣是指制件（一個或多個）在條料上分幾個工位沖制的布 置方法。排樣不同，材料的利用率、制件的尺寸精度、生產率、模具結構與制 造復雜程度、模具使用壽命長短等都不同。所以排樣作為級進模設計的重要步 驟，不僅必不可少，而且作用很大。它是多工位級進模設計時的重要依據(jù)，是 設計模具圖之前要做完的第一件大事。 排樣是模具結構設計的主要依據(jù)，排樣圖設計好壞，直接關系到模具設計。 排樣圖設計有錯誤，會導致制造出來的模具無法沖出合格制件而將整副模具報 廢。在一副級進模里，因沖的制件不同，個工位就有不同的沖壓工序，如沖切、 一次壓彎、二次壓彎、再次壓彎、壓包、壓勁等，每個工位的沖壓性質都必須 遵守一定的規(guī)則，合理分布。 2.3.1 排樣原則 (1).提高材料利用率 n，對沖裁件來說，由于產量大，沖壓的生產效率高， 所以材料費用常占總成本的 60以上，材料利用率是一項很重要的經(jīng)濟指標。 要提高材料利用率，就必須減少廢料面積。沖裁過程所產生的廢料可分為結構 廢料與工藝廢料兩種。結構廢料是工件的形狀決定的，而工藝廢料是由沖壓方 式或與排樣方式?jīng)Q定的。 （2）.使工人操作方便、安全、減輕工人的勞動強度。條料在沖裁過程中翻 動要少，在材料利用率相同或相近時應盡可能選條料寬、進距小的排樣方法。 （3）.使模具結構簡單、模具壽命較長。 **學院學士學位論文（設計） 13 （4）.排樣應保證沖裁件的質量、對于彎曲件的落料，在排樣時還應考慮板 料的纖維方向。 （5）.毛刺方向。 2.3.2 搭邊值 本模具采用雙側搭邊。 表 2-2 搭邊值和側邊值的數(shù)值 圓件及 圓角tr2矩形邊長 50l矩形邊長 或圓角 50l2r 材料厚度 t 工件間 a側邊 1工件間 a側邊 1工件 a側邊 1a 0.25 以下 1.8 2.0 2.2 2.5 2.8 3.0 0.252 1.2 1.5 1.8 2.0 2.2 2.5 20.8 1.0 1.2 1.5 1.8 1.8 2.0 0.81.2 0.8 1.0 1.2 1.5 1.5 1.8 1.21.5 1.0 1.2 1.5 1.8 1.9 2.0 1.62.0 1.2 1.5 2.0 2.2 2.0 2.2 步距的確定 （2-=+a 2） 式中 A 步距； a 搭邊值； c 與送料方向平行的制件外形尺寸。 計算得步距為 A=31.4mm。 料寬的確定 （2-3）=(+21+) 0 式中 B 料寬； a1 搭邊值； c 條料與導料板間的間隙； 公差，采用無側壓裝置 =0.4. **學院學士學位論文（設計） 14 計算得料寬為 。=105 00.2 2.3.4 條料的導正定距定位 采用導正銷導正定距定位，導正銷圓柱段長度 h=1mm，導正孔直徑 0.6mm， 導正銷與導正孔雙面間隙為 0.04mm。 2.3.5 排樣圖 排樣圖如圖 2-3 所示，在兩側沖導正孔進行導正，提高沖裁精度。 圖 2-3 排樣圖 工位布置：沖孔沖裁彎曲彎曲U 型彎曲-沖裁。 材料利用率 (2-4)%10BSA 式中 一個步距內沖裁件的實際面積；A 條料寬度；B 步距；S **學院學士學位論文（設計） 15 %10BSA =2505.5/105X31.4=76% 材料利用率為 =76。 **學院學士學位論文（設計） 16 第 3 章 壓力、壓力中心計算 3.1 沖裁方式的選擇 當一次沖裁完之后，為了能夠順利地進行下一次沖裁，必須適合解決出件、 卸料及廢料排出等問題。選取的沖裁方式不同時，出件、卸料及廢料排除的形 式也就不同。因此沖裁方式將直接決定沖裁模的結構形式，并影響沖裁件的質 量。下面有三種基本的沖裁方式： 1、固定卸料順出件 采用固定卸料方式，板料不受約束，屬于自由沖裁，廢料邊很容易上翹， 卸料時又反向翻轉變形，因此對凸模刃口側面的磨損比較嚴重。這種沖裁方式 不適合于沖薄料，沖鋼板時板厚度不宜小于 0.8，沖軟鋁板時最好不小于 1.2mm。其缺點是凹模刃口附近有異物時不易發(fā)現(xiàn)，可能造成損傷刃口，甚至折 斷凸模的事故。其優(yōu)點是手工送料時手不易進入危險區(qū)，因此比較安全。固定 卸料式的模具結構比較簡單，板料厚度合適時，用于落料加工較為合適。但一 般不用于沖孔。 2、彈壓卸料順出件 彈壓卸料方式很適于沖薄件，一般當板料厚度小于等于 2mm 時，必須采用 彈壓卸料方式。沖較厚的板料也可以采用彈壓卸料方式，以獲得較平整的沖裁 件，但收效沒有薄料明顯。 3、彈壓卸料逆出件方式 用于順裝式?jīng)_裁模的結構形式。這種逆出件方式只用于落料，不用于沖孔， 因此對于順裝式模具，反頂板也稱為頂件板；用于倒裝式模具時，反頂板又稱 推件板。在順裝模具中，頂件力需由彈性元件提供。 所以：根據(jù)上述各種沖裁方式的特點，該制件應選擇彈壓卸料順出件。 3.2 沖裁力的計算 **學院學士學位論文（設計） 17 沖裁是利用模具使板料產生分離的一種沖壓工序。從廣義上講沖裁是分離 工序的總稱，它包括落料、沖孔、切斷、修邊、切舌等多種工序。但一般來說， 沖裁主要是指落料和沖孔工序。若使材料沿封閉曲線相互分離，封閉曲線以內 的部分作為沖裁件時，為落料；封閉曲線以外的部分作為沖裁件時，則為沖孔。 沖裁力是沖裁過程中凸模對板料施加的壓力，它是隨凸模進人材料的深度 (凸模行程)而變化的。通常說的沖裁力是指沖裁力的最大值，它是選用壓力機 和設計模具的重要依據(jù)之一。 根據(jù)沖裁力的公式： F=KLt b （N） （3-1） 式中 b料板的抗剪強度（MPa） ； L 沖裁輪廓的總長度（mm） ； t 板料厚度（mm） 。 查表得：08F 在常溫下的抗剪強度 b=380470MPa 考慮到刃口的磨損、間隙的波動、材料力學性能的變化、板料厚度的偏差 等因素的影響，可取安全系數(shù)為 k=1.3 各沖裁區(qū)只是沖裁線的長度不同，材料抗剪長度和材料厚度均相同，用上 式可分別計算各沖裁區(qū)的沖裁線長度和沖裁力，見表 3-1。 表 31 沖裁力 部位 長度 mL/ 沖裁力 NF/ 沖孔（ 2 個） 32.972 65148.72 方孔沖裁 159.6 157684.8 側邊沖裁 99.776 98578.688 落料 6 5928 合計 327340.208 3.3 卸料力、頂件力的計算 板料經(jīng)沖裁后，由于彈性變形恢復的作用，將使沖落部分的材料梗塞在凹 **學院學士學位論文（設計） 18 模內，而沖裁剩下的材料則緊箍在凸模上。為使沖裁工作繼續(xù)進行，必須將箍 在凸模上的料卸下，將卡在凹模內的料推出。從凸模上卸下箍著的料所需的力 稱為卸料力；將梗塞在凹模內的料順從沖裁方向推出所需的力稱為推件力。 卸料力和推件力是從壓力機、卸料裝置中獲得。所以在選擇設備的公稱壓 力或設計沖模時，應分別加以考慮。影響這些力的因素較多，主要有材料的力 學性能、材料的厚度、模具間的間隙、凹模洞口的結構、搭邊大小、潤滑情況 等，一般采用經(jīng)驗公式計算. 卸料力計算公式： 卸料力 F X=KXF (3-2) 式中 F沖裁力（N） ； KX卸料力系數(shù)，見表 3-2。 推件力計算公式： 推件力 F T=nKTF (3-3) 式中 F沖裁力（N） ； KT推件力系數(shù)，見表 3-2； n同時梗塞在凹模內工件（廢料）數(shù)， n=h/t h凹模洞口的直壁高度（mm） ； t材料厚度（mm） 。 表 3-2 卸料力和推件力系數(shù) 料厚 t/mm KX KT 2 0.0650.0750.075 22 0.0450.0550.063 22.5 0.040.05 0.055 2.56.5 0.030.04 0.045 鋼 6.5 0.020.03 0.025 **學院學士學位論文（設計） 19 計算的結果 Kx0.65,t0.75 所以： F 卸=K 卸 F 總=0.065x32.7= 2.1255T; F 推=K 推 F 總=0.075x32.7= 2.4525T; 3.4 彎曲力的計算 彎曲力大小受到材料力學性能、彎曲件形狀、毛坯尺寸、彎曲半徑、模具 間隙、凹模圓角支點間距離、彎曲方式等多種因素的影響。因此，要從理論是 非常復雜和困難的，在生產中通常采用經(jīng)驗公式或通過簡化的理論公式進行計 算。 本產品工件包括 U 型彎曲(兩處)和 Z 型彎曲。 V 型彎曲彎曲力為： 彎曲力有公式 （3-4）tRKBFb26.0 式中 自由彎曲力（ ） ；N 彎曲件寬度（ ） ；34.54Bm 彎曲件材料厚度（ ）t t2 彎曲件內半徑（ ） ，r= 0.85R 材料抗拉強度，bMPab47038 安全因數(shù)， .KK1 彎曲力 F1=14368.64N F2=2x14368.64=28737.28N 型彎曲彎曲力為： **學院學士學位論文（設計） 20 彎曲力有公式 （3-tRKBFb27.0 5） 式中 自由彎曲力（ ） ；N 彎曲件寬度（ ） ，Bm 彎曲件材料厚度（ ）t t2 彎曲件內半徑（ ） ，RR5 材料抗拉強度，bMPab47038 安全因數(shù)， .KK1 彎曲力 F1,= 5137.6N 總和為 +32.7+2.1+2.5=40.7T總 =3.4 3.5 壓力機的選擇 壓力機的公稱壓力應大于計算出的總壓力 ，所以初選用總 =40.7 壓力機。 壓力機參數(shù)：公稱壓力 630KN，滑塊行程 35mm，行236.3 236.3 程次數(shù) 150 ，最大封閉高度 150mm，工作臺尺寸 300450mm，模柄尺1 寸 40mm50mm。 3.6 壓力中心的確定 模具的壓力中心就是沖壓力合力的作用點。為了保證壓力機和模具的正常 工作，應使模具的壓力中心與壓力機滑塊的中心線相重合。否則，沖壓時滑塊 就會承受偏心載荷，導致滑塊導軌和模具導向部分不正常的磨損，還會使合理 間隙得不到保證，從而影響制件質量和降低模具壽命甚至損壞模具。在實際生 產中，可能會出現(xiàn)由于沖件的形狀特殊或排樣特殊，從模具結構設計與制造考 慮不宜使壓力中心與模柄中心線相重合的情況，這時應注意使壓力中心的偏離 不致超出所選用壓力機允許的范圍。 根據(jù)模具裝配的特點建立坐標系如圖 3-1 所示： **學院學士學位論文（設計） 21 圖 3-1 壓力中心示意圖 查相關資料可得壓力中心的計算公式為: n210FXX （3-n210YFY 6） 計算的模具的壓力中心為（0,0） 。 **學院學士學位論文（設計） 22 第 4 章 模具主要零部件的設計 凹、凸模是模具的工作零件，不僅在于它是直接擔負著沖壓工作，而且是 在模具上直接決定制件形狀、尺寸大小和精度最為關鍵的零件。多工位級進模 中的凹、凸模和其他模具的凹、凸模一樣了，都是配對使用，缺一不可。 多工位級進模，由于每個的沖壓性質的特殊性，既有相同之處，又有不同 之處，因此無論是凸模，還是凹模，都要服從沖壓性質的特定需要，設計出與 技術要求相適應的凸模和凹模。它既不等同單工序模，又離不開單工序模的實 踐的實踐與理論基礎，要求凸、凹模做到適應高速度、高精度、長壽命和穩(wěn)定 沖壓生產的需要。 4.1 凹、凸模設計原則 1. 凹、凸模必須有足夠的強度、剛度和硬度 凹、凸模的剛度和強度，比起單工序模更為重要。這是由于多工位級進模 一般都是在高速的連續(xù)沖壓狀態(tài)下工作的，震動非常大，凹、凸模的磨損比一 般模具大得多。凹、凸模工作過程中受力狀況也比較復雜，不均勻、不垂直、 不對稱、偏載等特點，在級進模上是常見的事，所以凹、凸模很容易受到損壞。 對多工位級進模 凹、凸模而言，增加強度，提高剛度尤為重要。例如選用 強度比較好的合金工具鋼，并合理安排熱處理。必要時用硬質合金，保證凹、 凸模有足夠的硬度和耐磨性，保證凹、凸模經(jīng)得住使用。在條件許可的情況下， 適當縮短凸模長度，增加凹模厚度和對凹、凸模采用合理的結構等，都是增加 模具剛性和強度的有效措施。 1. 凹、凸模結構要簡單可靠、制造方便 多工位級進模中的凹、凸模要經(jīng)得住在高速、長時間連續(xù)沖壓工作狀態(tài)下 的考驗。因此，要求其結構簡單，制造和維修方便。一般情況下，復雜的結構 **學院學士學位論文（設計） 23 或其結構薄弱的地方，最為容易損壞，損壞后就得維修或更換新的。如果凹、 凸模的結構設計得比較復雜，必然制造困難，加工周期長，不僅直接增加模具 成本，還會延誤正常生產。所以凹、凸模結構簡單、制造和維修方便也是衡量 模具結構好壞的一個重要內容。 多工位級進模凹、凸模的結構與排樣有關，排樣確定之后，凹、凸模的工 作內、外形面基本被確定下來，此時凹模的形孔如果非常容易磨損或損壞比較 快，常常要更換新的，可以采用鑲嵌式凹模結構，將局部容易損壞部分設計成 單件鑲嵌入凹模體內，當部分損壞了，可以迅速地將預先加工好的備件以舊換 新，換進去一個和原來一樣的新件，繼續(xù)發(fā)揮它的原有功能。 如果凹模的形孔比較復雜，不便加工，則可以采用鑲拼式結構，將凹模的 形孔內形加工變?yōu)橥庑渭庸ぁＲ话闱闆r下，外形加工的方法比較多，尺寸的控 制與檢測容易，加工精度比較高，加工成本低；而內形加工相對比較困難，尤 其是一些遇到尖角、細縫、窄槽、曲面等特殊地方，困難就更大了，加工成本 也高。采用鑲拼結構也便于維修。 對于凸模來說，其工作形面是隨凹模而定，一般采用整體式結構，因為它 是屬于外形加工，比較而言比凹模容易加工，容易獲得高精度尺寸要求。對于 易損的凸模，則要考慮如何設計得便于安裝固定和更換，而且在固定后要有足 夠的穩(wěn)定性，不但做到和凹模間保持穩(wěn)定的合理間隙，更要做到在長時間高速 沖壓下，凸模不能脫落，例如帶臺固定凸模比鉚接固定的更可靠，但鉚接式凸 模制造更方便。 2. 便于調整、維修和保養(yǎng) 多工位級進模是集沖裁、彎曲、成形等多種工序于一體的多功能模具，使 用過程中的凹、凸模工作部分磨損、微量尺寸的變化和制件材料的變形不到位 等現(xiàn)象不可避免，這就需要及時得到調整、維修和保養(yǎng)。凹、凸模應設計成便 于拆裝，更換方便，固定可靠。但對于一般的沖裁部分刃口重磨，不能次次大 卸大拆，因為模具零件的拆裝次數(shù)多了會影響定位精度。 3. 要考慮刃磨后的凹、凸模相對位置對其他工位凹、凸模相對位置的影響 每一副多工位級進模，工位數(shù)一般都是在兩個或兩個以上，除純沖裁的多 工位級進模以外，其他性質的多工位級進模，一旦沖裁部分因正常刃口重磨被 **學院學士學位論文（設計） 24 保養(yǎng)之后，凹、凸模之間閉合高度尺寸既發(fā)生了變化而比原始狀態(tài)減小，此時， 其他工位凹、凸模之間的閉合高度尺寸也應作相應調整，否則便無法達到正常 生產要求，或無法進行正常生產。凹、凸模設計時要根據(jù)該模具的沖壓特點， 綜合考慮每一個工位的具體結構，如采用活動凸模、可調凹、凸模等。 4. 要考慮排件的及時暢通和防止浮料 多工位級進模在高速沖壓過程中，如果被沖下的制件或廢料在上?；爻?（既上升）時被凸模帶走，落到凹模上不能及時清除，有可能損壞模具，這是 絕對不允許的。同樣沖下的制件或廢料，不能暢通的從凹模后的件孔力自由落 下，而被堵死在里面，嚴重時將凹模脹裂，這也是絕對不允許的。 因此，要在凸模上考慮設置小頂件裝置，或者高壓空氣的孔，便于及時清 除廢料或制件；在凹模上要考慮設置吸件或廢料通氣孔，保證沖落下來的制件 及時排出，不留在凹模內。 4.2 凸模和凹模 1.凸模的種類 在沖壓過程中，被制件或廢料所包容的模具工作零件稱為凸模。凸模的種 類繁多，可以按加工情況分類。 （1）.按級進模的沖壓性質分，有沖裁凸模、彎曲凸模、拉深凸模、成形凸 模等。 （2）.按凸模的工作斷面分，有圓形、方形、矩形和異形凸模等。 （3）.按凸模結構分，有整體式、鑲拼式、組合式等。 （4）.按凸模的固定方法分，有帶臺式、鉚接式、澆注或粘接固定式、壓塊 式等。 2.凹模的種類 在沖壓過程中，與凸模配合并直接對制件進行分離或成形的工作零件稱為 凹模。凹模和凸模一樣，種類也很多，尤其是級進模的凹模，由于結構的復雜 性和多工位沖壓性質的不同，要求凹模能適應不同特點的需要，因而凹模的種 類非常繁多。 （1）.按凹模的工作性質分，有沖裁凹模、壓彎凹模、拉深凹模、成形凹模 **學院學士學位論文（設計） 25 等。 （2）.按凹模的結構分，有整體式凹模、鑲套式凹模、拼合形孔凹模、分段 拼合凹模、綜合拼合凹模等。除整體式凹模外，其他凹?？山y(tǒng)稱為鑲拼式凹模。 整體式凹模的結構特點是凹模的易損部分和非易損部分組合在一起，用一 整塊板料制成。因此當局部損壞時，須整體凹模更換，單因設計和制造、裝配 簡單方便，故在工位數(shù)不多的級進模或在純沖裁的級進模中被常常使用。 鑲拼式凹模常常是由于不宜采用整體式凹模時使用，其特點是將凹模的易 損部分與非易損部分分開，將凹模形孔采用獨立的鑲套狀結構，這樣凹模的局 部損壞時，可以局部刃磨或更換，而且更換不影響定位基準，易損壞定位可靠， 互換性好，裝拆快，此外易損件可用優(yōu)質好材料制造，而非易損部分可用普通 鋼材制造。 拼合形孔凹模常常是指個別凹模形孔由幾個小段拼合而成，因為這樣的結 構，凹模的形孔可以獲得較高的加工精度，因此拼合形孔凹模主要用于大而復 雜形孔場合。 分段拼合凹模在級進模中，是比較常用的一種結構。它是為了解決個工位 形孔間的間距精度，將模具的凹模分成幾段（每段中形孔數(shù)不等，每段的大小 也不一定相同） ，然后將這幾段凹模的結合面研和鑲入到凹模固定框內，構成一 個整體凹模。 分段凹模的外形尺寸，一般是先加工好該段上工作形孔尺寸后，再以內孔 為基準加工外形尺寸，并留研磨量，最后通過研合裝配達到高精度的質量要求。 綜合拼合凹模是以上各種鑲拼結構的組合和綜合應用，對精度要求較高的 各種多工位級進模是常用的一種凹模結構。 本設計采用整體式凹模，既將用一整塊的矩形鋼材制成，在加工工位不多 的級進模中，是首選的一種結構。它的優(yōu)點有：凹模是一塊板狀零件，比較完 整，使模具的結構比較緊湊，設計和加工簡單，制造裝配比較方便，成本低。 4.3 凹、凸模尺寸的確定 **學院學士學位論文（設計） 26 4.3.1 沖裁凹、凸模刃口尺寸的確定 凸模和凹模的刃口尺寸和公差，直接影響沖裁件的精度。模具的合理間隙 值也靠凸、凹模刃口尺寸及其公差來保證。因此，正確確定凸、凹模刃口尺寸 和公差，是沖裁模設計中的一項重要工作。 1. 凸模和凹模的刃口尺寸計算的依據(jù)和計算原則 在沖裁件尺寸的測量和使用中，都是以光面的尺寸為基準。落料件的光面 是因凹模刃口擠切材料產生的，而孔的光面是凸模刃口擠切材料產生的。故計 算刃口尺寸時，應按落料和沖孔兩種情況分別進行，其原則如下： （1）落料 落料件光面尺寸與凹模尺寸相等（或基本一致） ，故應以凹模尺 寸為基準。又因落料尺寸會隨凹模刃口的磨損而增大，為保證凹模磨損到一定 程度仍能沖出合格的零件，故落料凹?；境叽鐟」ぜ叽绻罘秶鷥鹊妮^ 小尺寸。而落料凸模基本尺寸，則按凹模基本尺寸減最小初始間隙。 （2）沖孔 工件光面的孔徑與凸模尺寸相等（或基本一致） ，故應以凸模尺 寸為基準。又因沖孔尺寸會隨凸模刃口的磨損而減小，故沖孔凸?；境叽鐟?取工件孔尺寸公差范圍內的較大尺寸。而沖孔凹?；境叽鐒t按凸模基本尺寸 加最小初始間隙。 （3）孔心距 當工件需要沖制多個孔時，孔心距的尺寸精度由凹?？仔木?保證。由于凸、凹模的刃口尺寸磨損不影響孔心距的變化，故凹?？仔木嗟幕?本尺寸取在工件孔心距的公差帶的中點上，按雙向對稱偏差標注。 （4）沖模刃口制造公差 凸、凹模刃口尺寸精度的選擇應以能保證工件的 精度要求為準，保證合理的凸、凹模間隙值，保證模具一定的使用壽命。 2. 凸、凹模尺寸計算 由于產品制件很薄，表 4-1 可看出沖裁模初始雙面間隙為極小值，所以本 模具采用凸、凹模配合加工方法。此方法是先加工好其中的一件（凸?；虬寄＃?作為基準件，然后以此基準件為標準來加工另一件，使它們之間保持一定的間 隙。這種加工方法特點是： （1）模具間隙是在配制中保證的，因此不需要校核 p+ dZ max-Zmin，所 以加工基準件時可以適當放寬公差，使其加工容易。 **學院學士學位論文（設計） 27 （2）尺寸標注簡單，只需在基準件上標注尺寸和公差，配制件僅標注基本 尺寸并注明配做所留間隙值。 因此，目前一般工廠大多采用這種方法，但用此方法制造的凸、凹模是不 能互換的。 **學院學士學位論文（設計） 28 表 4-1 沖裁模初始雙面間隙 Z （mm） 08、 10、35、09 Mn2、08F 16Mn 40、50 65Mn 材料厚度 Zmin Zmax Zmin Zmax Zmin Zmax Zmin Zmax 小于 2 極 小 間 隙 2 0.040 0.060 0.040 0.060 0.040 0.060 0.040 0.060 0.6 0.048 0.072 0.048 0.072 0.048 0.072 0.048 0.072 0.7 0.064 0.092 0.064 0.092 0.064 0.092 0.064 0.092 由于復雜形狀工件，其各部分尺寸性質不同，凸模與凹模磨損情況也不同， 所以基準件的刃口尺寸需要按不同的方法計算。落料件應以凹模為基準件，沖 孔件應以凸模為基準件。按凸、凹模的磨損情況可以分為三類： 第一類是凸、凹模磨損后增大的尺寸（A 類） ； 第二類是凸、凹模磨損后減小的尺寸（B 類） ； 第三類是凸、凹模磨損后不變的尺寸（C 類） 。 計算公式如下： A 類 （4-=（ ） +40 1） B 類 （4-2 ） =（ +） 04 C 類 （4-3） =（ +2） 8 式中 Aj、B j、C j 凹、凸?；鶞始叽纾╩m） ； Amax、B min、C min 工件極限尺寸（mm） ； 沖裁件制造公差（mm） ； x 系數(shù)，為避免沖裁件尺寸都偏向極限尺寸，應使沖 裁件的實際尺寸盡量接近沖裁件公差帶的中間尺寸。 **學院學士學位論文（設計） 29 x 值在 21 之間，與沖裁件的精度等級有關，見表 4-2。 **學院學士學位論文（設計） 30 表 4-2 系數(shù) x 非圓形 圓形 1 0.75 2 0.75 2料厚 t(mm) 工件公差/mm 1 12 24 4 26 0.20 0.24 0.30 270.35 0.210.41 0.250.49 0.3129 0.36 0.42 20 0.60 26 0.20 0.24 0.30 26 0.20 0.24 0.30 4.3.2 彎曲件凸、凹模計算 1.凸模與凹模的圓角半徑和凹模深度 （1）凸模圓角半徑 彎曲件的彎曲半徑不小于 rmin時，凸模的圓角半徑一 般取彎曲件的圓角半徑。如 因彎曲件結構需要，出現(xiàn)彎曲件圓角半徑小于最小 彎曲半徑（r rmin，然后經(jīng)整形工序達到所需的彎曲半徑。當彎曲件的彎曲半徑較大、精度要 求又急較高時，還應考慮工件的回彈，凸模的圓角半徑應作相應的修正。 所以： U 形彎曲模凸模圓角半徑為 ；凸 =0.2 V 形彎曲模凸模圓角半徑為 。凸 =2 （2）凹模圓角半徑 凹模圓角半徑的大小對彎曲力和工件質量均有影響。 凹模圓角半徑過小，坯料彎曲時進入凹模的阻力增大，工件表面產生擦傷甚至 壓痕。凹模圓角半徑過大，影響坯料定位的準確性。凹模兩邊的圓角半徑應一 致，以避免彎曲時工件發(fā)生偏移。在生產中，凹模圓角半徑一般取決于彎曲件 材料的厚度： 當 時， ； 2mm 凹 =（ 36） 當 時， ；=24凹 =（ 23） 當 時， 。4凹 =2 對于彎曲 V 形件的凹模，其底部可開退刀槽或取圓角半徑，圓角半徑 為：底 **學院學士學位論文（設計） 31 底 =（ 060.8） （ 凸 +） 所以： U 形彎曲模凹模圓角半徑為 ；凹 =（ 36） =0.3 V 形彎曲模凹模圓角半徑為 。凹 =（ 36） =0.3 V 形彎曲模凹模圓角半徑為 底 =（ 060.8） （ 凸 +） =22 （3）凹模工作部分深度 凹模工作部分深度要適當。若深度過小，則工件 彎曲成形后回彈大，而直邊不平直。若深度過大，則模具材料消耗大，而且壓 力機需要較大的行程。 U 形彎曲工作部分深度為 l=1mm。 1. 凸模與