雙孔墊片的側滑板精沖模具設計【說明書+CAD+PROE】

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Precision blanking technology is called fine blanking technology. Fine blanking technology combines the economy of stamping technology and the high precision of general mechanical processing methods. It can replace casting, forging, machining, drilling, grinding and other processes on many occasions. Fine blanking is the use of the special structure of the mould in three special fine blanking press or modification of the common press, stamping on appropriate fine blanking materials applying heavy pressure and lubricant applied situation, so as to obtain precision allows small error, high - precision and shear surface smooth, flat stamping parts. Fine blanking is a kind of fine blanking process. It can also be said that fine blanking is one kind of bright and clean blanking. It is a kind of precision blanking process which uses the fine blanking die with a toothed press plate to make the whole or all of the stamping parts clean and bright. The design of modeling using Pro/Engineer, drawing using AutoCAD;. Pro/Engineer operating software is Parametric Technology Corporation Ptc (PTC)'s CAD/CAM/CAE integration of three-dimensional software. Pro/Engineer software is known for its parameterization, and it is the earliest application of parametric technology. It occupies an important position in the field of 3D modeling software. AutoCAD (Autodesk Computer Aided Design) is Autodesk (Autodesk) Company for the first time in 1982 the development of automatic computer aided design software for 2D drawing, detail drawing, design documentation and basic 3D design, now has become the international popular drawing tools. AutoCAD has a good user interface, and can do all kinds of operations via an interactive menu or command line. Its multi document design environment allows non computer professionals to quickly learn how to use it. Keywords: mold design; stamping; fine blanking mold; side slide plate. 目 錄 第一章 壓力機的選擇·············································1 1.1壓力機的選擇原則················································1 1.2計算精沖壓力····················································1 1.3選擇壓力機······················································2 1.4壓力機主要性能參數··············································2 1.5降低沖裁力的方法················································2 第二章 模架初步設計·············································5 第三章 沖裁·····················································6 3.1沖裁斷面質量····················································6 3.2沖裁間隙························································6 3.3 沖裁件的排樣與搭邊··············································9 3.4 沖裁模凸、凹模刃口尺寸計算······································11 3.5 模具壓力中心的計算·············································15 第四章 沖裁主要零部件結構設計··································16 4.1工作零件的設計·················································16 4.2定位零件的設計·················································17 4.3模架···························································17 第五章 常用模具鋼的一般性能要求································18 5.1沖壓模具鋼的一般性能要求·······································18 5.2常用沖壓模具鋼種類·············································18 謝辭······························································20 參考文獻··························································21 大連交通大學2017屆本科生畢業(yè)設計（論文） 第一章 壓力機的選擇 1.1壓力機的選擇原則 壓力機的公稱壓力必須大于沖裁工序所需的壓力，當沖裁行程較長時，還應注意在全部工作行程中，壓力機許可壓力曲線應高于沖裁壓力變形曲線。 1）壓力機滑塊行程應滿足制件在高度上能獲的所需的尺寸，并在沖壓工序完成后能順利的從模具上取下來。對于拉伸件，行程應大于制件高度的兩倍以上。 2）壓力機的行程次數應符合生產率和材料變形速度的要求。 3）壓力機的閉合高度、工作臺尺寸、滑塊尺寸和模柄孔尺寸等都能滿足模具正確安裝要求。對于曲柄壓力機，模具的閉合高度與壓力機的閉合高度之間應滿足 Hmax-H1-5mm≥H≥Hmin-H1+10mm （1-1） 式中 H——模具的閉合高度； Hmax——壓力機的最大閉合高度； Hmin——壓力機的最小閉合高度； H1——壓力機的墊板高度。 工作臺尺寸一般應大于模具下模座50~70mm，以便于安裝。墊板孔徑應大于制件或廢料的投影尺寸，與便于漏料。模柄尺寸（或加襯套）應與模柄孔尺寸相符。 1.2計算精沖壓力 沖壓力是卸料力、沖裁力、推件力、頂件力的總稱。 (1)沖裁力 沖裁力的計算公式為 F=KLtτ (1-2) 式中 F——沖裁力（N）； K——系數，取K=1.3； L——沖裁件周邊長度，即刃口周長（mm）； t——材料的厚度（mm）； τ——材料的抗剪強度（MPa）； 上式中的抗剪強度τ與材料的種類和胚料的原始狀態(tài)有關，可在相關手冊中查取。為了便于計算，可取材料的τ=0.8Rm，故沖裁力又可以表示為 F=1.3Ltτ≈LtRm (1-3)式中 Rm——被沖材料的抗拉強度（MPa）。 （2）卸料力、推件力、頂件力 卸料力、推件力、頂件力的計算參考文獻[1]1-16。 1）卸料力。卸料力是指將緊箍在凸模上的材料卸下時所需的力。即 Fx=KxF (1-4) 2)推件力。推件力是指將落料件沿沖裁方向推出凹模時所需的力。即 Ft=nKtF (1-5） 3)頂件力。頂件力是指將落料沿著與沖裁方向相反的方向頂出凹模刃口所需的力。即 Fd=KdF (1-6) 式中 Fx、Ft、Fd——卸料力、推件力和頂件力； Kx、Kt、Kd——卸料力、推件力、和頂件力的系數，其值見文獻[1]表1-20； n——同時卡在凹?？趦鹊臎_裁件（或廢料）的數量。 Fp總=Fp壓邊+Fp沖裁+Fp反壓 =Ltσbf1+Ltσbf2+SF×P (1-7) 工件材料為50CrVA，抗拉強度σb：≥1274Mpa。帶入公式1-7,得FP總=347.2（KN）。 1.3.選擇壓力機 精沖模，根據壓力機可完成推薦，選擇JC23系列開式雙柱可傾式壓力機。由于沖裁力為347.7KN，故壓力機具體型號為JC23-40。 1.4壓力機主要性能參數 1）公稱壓力400KN 2）滑塊行程90mm 3) 行程次數65次/min 4）最大閉合高度 210mm 5）連桿調節(jié)長度 50mm 6）工作臺尺寸（前后*左右）380*630mm*mm 7）電動機功率 4KW 8）模柄孔尺寸 ?50mm*70mm 初步估算模具閉合高度：H=190mm。 1.5降低沖裁力的方法 當沖裁力的數值大于現(xiàn)有能提供使用的沖壓設備的公稱壓力時，可以采用某些方法來降低沖裁力。這些方法主要圍繞材料的抗剪強度，或將沖擊斷面在一次沖壓行程中分散開，使瞬間沖裁力小于設備的公稱壓力等原則，來達到降低沖裁力的目的。常用的方法有加熱沖裁、斜刃沖裁和階梯沖裁等等。 1)加熱沖裁。加熱沖裁是基于材料在加熱狀態(tài)下進行沖裁時，其抗剪強度將明顯下降，從而達到降低沖裁力的目的。文獻[1]表1-21所列為鋼在加熱狀態(tài)下的抗剪強度。 采用將材料加熱沖裁的方法來降低沖裁力時，應注意以下問題： ①應用文獻[1]表1-21時，應充分考慮加熱設備與壓力機的距離，即加熱的材料到實際沖裁時的熱量散失通關加溫來彌補。 ②鋼在加熱到700~900℃時，其抗剪強度很低，此時最宜進行加熱沖裁；而鋼在加熱至100~400℃時，其脆性增大，不能進行沖裁加工。 ③鋼在加熱后會產生熱脹冷縮現(xiàn)象，進行模具設計時，應考慮其對工件尺寸的影響。 ④加熱后鋼材的硬度隨之下降，故凸、凹模刃口間隙可適當取較小值；但加熱后的材料厚度會有所增加，有時表面還會有氧化層，因而間隙會很快被磨大，設計模具時的選材及模具熱處理應將上述原因考慮在內。 ⑤加熱沖裁工件表面有氧化層，因而工件表面質量差，尺寸精度低，模具磨損現(xiàn)象比較嚴重，且加熱沖裁時工作條件差，工人勞動條件差，故加熱沖裁一般只用于厚板或工件表面質量及尺寸精度要求不高的沖裁件。 2）階梯沖裁。文獻[1]圖1-17所示為階梯沖模結構示意圖。設計階梯沖模時，應注意以下問題： ①階梯凸模的高度差H應大于沖裁斷面光亮帶的高度。H一般可由文獻[1]表1-22選取。 ②設計計算時，每層階梯上數個凸模沖裁力之和應小于設備的公稱壓力。 ③設計階梯沖模時，應注意查閱沖裁設備說明書，注意壓力機的壓力行程曲線，并應特別注意壓力機的公稱行程。 ④各階梯凸模對稱分布，避免壓力重心偏移。 ⑤階梯凸模應按下列原則安排：先沖大孔，后沖小孔，可使小凸模高度最小，尺寸縮短，以增加模具的壽命及沖裁工作的穩(wěn)定性。 3）斜刃沖裁。用平刃凸模（或凹）模進行沖裁時，平面（或凸）模刃口的周邊與材料接觸并發(fā)生剪切。當沖件尺寸較大且材料較厚時，沖裁力大，同時發(fā)生的震動和噪音也大。而采用斜刃凸（凹）模沖裁時，凸（凹）模刃口周邊為斜（弧）線，故刃口周邊不會同時接觸并發(fā)生剪切，而是沿斜（?。┟嬷鸩竭M行沖切，從而使瞬時沖裁力小于壓力機的公稱壓力，以此來達到降低沖裁力的目的。文獻[1]圖1-18所示為斜刃沖模的結構形式。 設計斜刃沖模時，為了得到平整的工件，應遵循以下原則： ①設計落料模時，凸模為平刃，凹模為斜刃，如文獻[1]圖1-18a~c所示。 ②設計沖孔模時，凹模為平刃，凸模為斜刃，如文獻[1]圖1-18d~f所示。 ③設計斜刃時，無論是凹模還是凸模，斜刃都應該對稱設計，以避免沖裁時產生側向力，損壞刃口。 此次模具設計壓力機公稱壓力大于沖裁力，所以不需要減小沖裁力的方法。 第二章 模架初步設計 結合零件形狀，完成零件需要沖孔與落料兩步，采取落料與沖孔同時進行的方案。由于材料為50CrVA合金鋼，剛性好，制件較薄，卸料板不采用強力壓邊圈。 在落料凹模中打孔放入沖孔凸模。由于需要反壓力所以下半部要有矩形模具彈簧，同時增強卸料板對帶鋼料的壓力，起類似壓邊圈的作用，一定程度上可減少材料流動，提高剪切面完整性。 由于制件留在落料凹模中，所以上半部要加裝頂料裝置，同時放置彈簧。 帶鋼用4支活動擋料銷導向，送料時活動擋料銷將帶鋼抬起，脫離卸料板表面約2mm高度，便于送料。 在側面放置兩個側壓裝置，以滿足側壓力，同時提高帶鋼定位準確性。 使用兩組導柱提高移動準確性，外側大導柱使用滾動導柱并采取后裝結構，因其裝有鋼球保持圈，以保證精確地導向，導向精度高，使用壽命長。內側使用滑動導柱，導柱內有油槽，以便保證良好的潤滑。 采用限位（塞打）螺釘限制頂料時模板的移動距離，防止移動距離過大。采用定位銷對模架進行定位，同時嚴格要求定位銷限制的模板之間沒有相對移動。同時沒有相對移動的模板之間采用螺釘緊固。 第三章 沖裁 3.1沖裁斷面質量 決定一個沖裁件斷面質量的主要因素是光亮帶的寬度、毛刺高度及平整度。針對沖裁斷面質量的評判因素，一般是沖裁斷面的光亮帶與毛刺高度，在實際生產中沖裁斷面的光亮帶尺寸越大越好，毛刺高度越小越好。要得到具有良好的沖裁斷面質量的沖裁件，需要兼顧沖裁成形工藝其他方面進行優(yōu)化分配。 沖裁斷面粗糙、斜度明顯、有較長毛刺時，其主要原因是凸、凹模間隙過大，可通過調整凸、凹模間隙及刃口尺寸來改善；當沖裁斷面一邊有顯著斜度和毛刺，四周斷面質量不均勻時，其主要原因是凸、凹模間隙不均勻，凸、凹模中心線不重合，可通過檢查間隙，提高模具裝配精度來改善；當沖裁斷面不平整，有弧形曲面時，其主要原因是凹模直壁刃口出現(xiàn)反錐度，可通過修磨凹模來調整。 3.2 沖裁間隙 沖裁間隙Z是指沖裁模中凹模刃口尺寸DA與凸模刃口尺寸dT的差值，即 Z=DA-dT （3-1） 如文獻[1]圖1-12所示Z表示雙面間隙，單面間隙用Z/2表示，如無特殊說明，沖裁間隙均指雙面間隙。Z值可正可負，但在普通沖裁中均為正值。 （1）沖裁間隙對沖裁工藝的影響 沖裁間隙對沖裁質量、沖裁力和模具壽命均有很大影響，是沖裁工藝與模具設計中的一個重要的工藝參數。 1）沖裁間隙對沖裁件質量的影響。沖裁間隙是影響沖裁件質量的主要因素之一。 2）沖裁間隙對沖裁力的影響。隨著間隙的增大，材料所受的拉應力增大，材料容易斷裂分離，因此沖裁力減小。通常沖裁力的降低并不顯著，當單邊間隙為材料厚度的5%~20%時，沖裁力的降低不超過5%~10%。間隙對卸料力、推件力的影響比較顯著。間隙增大后，從凸模上卸料和從凹模里推出零件都省力，當單邊間隙達到材料厚度的15%~25%時，卸料力幾乎為零。但若間隙繼續(xù)增大，因為毛刺增大，將引起卸料力、推件力的迅速增大。 3）沖裁間隙對模具壽命的影響。模具壽命受各種因素的綜合影響，間隙是模具壽命諸因素中最主要的因素之一。在沖裁過程中，凸模與被沖孔之間以及凹模與落料件之間均有摩擦，而且間隙越小，模具作用的應力越大，摩擦也越嚴重。過小的間隙對模具壽命極為不利，而較大的間隙可使凸模側面及材料間的摩擦減小，并減緩由于受到制造和裝配精度的限制出現(xiàn)間隙不均勻的不利影響，從而提高模具壽命。 （2）沖裁間隙的確定 由以上分析可見，沖裁間隙對沖裁件質量、沖裁力、模具壽命等都有很大影響，但很難確定一個固定的間隙值能同時滿足沖裁件質量最佳、模具壽命最長、沖裁力最小等各方面要求。因此，在沖壓實際生產中，主要根據沖裁件斷面質量尺寸精度和模具壽命這三個因素綜合考慮，給間隙規(guī)定一個范圍值。只要間隙在這個范圍內，就能得到質量合格的沖裁件和較長的模具壽命。這個間隙范圍稱為合理間隙（Z），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]到在生產過程中的磨損使間隙變大，故設計與制造新模具時應采用最小合理間隙Zmin。 確定合理間隙有理論確定法、經驗確定法和查表法三種。 1)理論確定法。此方法主要根據凸、凹模刃口產生的裂紋相互重合的原則進行計算。文獻[1]圖1-12所示為沖裁過程中開始產生裂紋的瞬時狀態(tài)，根據圖中幾何關系可求得合理間隙Z為 Z=2t-h0tanβ=2t1-h0ttanβ (3-2) 式中 t——材料厚度； h0——產生裂紋時凸模壓入材料的厚度； h0/t——產生裂紋時凸模壓入材料的相對深度； β——剪切裂紋與垂線方向的夾角。 從上式可以看出，合理間隙Z與材料厚度t、凸模壓入材料的相對深度h0/t及裂紋角β有關，β又與沖裁斷面質量有關。因此，影響沖裁間隙值的主要因素是沖裁件材料性質、材料厚度和沖裁件斷面質量。材料厚度越大、塑性越低的脆硬材料，其斷面質量要求低，則合理間隙Z值越大；材料厚度越薄、塑性越好的材料，其斷面質量要求越高，則所需合理間隙Z值就越小。由于理論計算法在生產中使用不方便，故目前廣泛采用經驗數據。 2）經驗確定法。實際生產中常應用以下經驗公式來確定合理間隙值，即 Z=mt (3-3) 式中 m——與材料的性能及厚度相關的系數，m的值一般根據不同的經驗選取。 ①對于軟鋼、黃銅、純銅，取m=1/20；對于中硬鋼，取m=1/16；對于硬鋼，取m=1/14，對于極硬鋼，取m=1/12~1/10。 ②當材料較薄時，對于軟鋼、純鐵，取m=6%~9%；對于銅、鋁合金，取m=6%~10%；對于硬鋼，取m=8%~12%。當材料厚度t>3mm時，可適當放大系數m；當斷面質量沒有特殊要求時，m可以放大1.5倍。 3）查表法。查表法是企業(yè)中設計模具時普遍采用的方法之一。文獻表[1]1-15是一個經驗數據表，表中Ⅰ類沖裁間隙適用于沖裁件剪切面、尺寸精度要求高的場合；Ⅱ類沖裁間隙適用于沖裁件剪切面、尺寸精度要求較高的場合；Ⅲ類沖裁間隙適用于沖裁件剪切面、尺寸精度要求一般的場合，因殘余應力小，能減少破裂現(xiàn)象，適用于繼續(xù)塑性變形的工件的場合。Ⅳ類沖裁間隙適用于沖裁件剪切面要求不高時，應優(yōu)先采用較大間隙，以利于提高沖模壽命；Ⅴ類沖裁間隙適用于沖裁件剪切面、尺寸精度要求較低的場合。由于各類間隙值之間沒有絕對的界限，因此還必須根據沖裁件尺寸與形狀、模具材料和加工方法，以及沖壓方法、速度等因素酌情增減間隙值。 對金屬板料的普通沖裁而言，生產中常用沖裁間隙的取值范圍為板料厚度的3%~15%。選取沖裁間隙時，需根據實際生產考慮多種因素的影響，主要依據應在保證沖裁件尺寸精度和滿足剪切面質量的前提下，考慮模具壽命、模具結構、沖裁件尺寸與形狀、生產條件等因素所占據的權重綜合分析后確定。 由于沖裁間隙對沖裁工藝的重大影響，我國制定了相應的國家標準GB/T 16743—2010《沖裁間隙》。 文獻[1]表1-15所列沖裁間隙值適用于厚度為10mm以下的金屬板料，考慮到料厚對于間隙的影響，實際選用時可將料厚分成≤1.0mm、>1.0~2.5mm、>2.5~4.5mm、>4.5~7.0mm、>7.0~10.0mm五檔。當料厚≤1.0mm時，各類間隙取其下限值，并以此為基數，隨著料厚的增加逐檔遞增；對于雙金屬復層板料，應以抗剪強度高的金屬層厚度為主來選取沖裁間隙。 凸、凹模的制造偏差和磨損均使間隙變大，故新模具的初始間隙應取最小合理間隙。 落料時，凹模尺寸為工件要求尺寸，間隙值由減小凸模尺寸獲得；沖孔時，凸模尺寸為工件孔要求尺寸，間隙值由增大凹模尺寸獲得。 對下列情況，應酌情增減沖裁間隙值： a）在相同條件下，可根據不同零件的質量要求，根據生產實踐把握，使沖孔間隙比落料間隙適當增加。 b）沖小孔（一般為孔徑小于料厚）時，凸模易折斷，間隙應取大值。但這時要采取有效措施，防止廢料回升。 c）硬質合金沖裁模應比鋼模的間隙打30%左右。 d）復合模的凸凹模壁單薄時，為防止脹裂，根據不同產品質量要求，實踐把握放大沖孔凹模間隙。 e）硅鋼片隨硅含量增加，間隙相應取大些，由實驗決定放大間隙量。 f）采用彈性壓料裝置時，間隙可大些，放大間隙量根據不同彈壓裝置的實際應用測定。 g）高速沖壓時，模具容易發(fā)熱，間隙應增大，如果行程次數超過每分鐘200次，間隙應增大10%左右。 h）電加工模具刃口時，間隙應考慮變質層的影響。 i）加熱沖裁時，間隙應減小，減小間隙量由實際情況測定。 j）凹模為斜壁刃口時，應比直壁刃口間隙小。 k）對需攻螺紋的孔，間隙應取小些，間隙減小量由實際情況測定。 這里采用經驗法確定沖裁間隙 Z=mt m取1/14 Z=0.2mm 3.3 沖裁件的排樣與搭邊 （1）沖裁件的排樣 根據材料的經濟利用程度，排樣方法可分為有廢料排樣、少廢料排樣和無廢料排樣三種。根據制件在條料上的布置形式，排樣又可分為直排、斜排、直對排、斜對排、混合排、多排等多種樣式。 1）有廢料排樣 如文獻[1]圖1-13a所示，沿制件的全部外形輪廓沖裁，在制件之間及制件與條料側邊之間都有工藝余料（或稱搭邊）存在。因留有搭邊，所以制件質量和模具壽命較高，但材料的利用率有所降低。 2）少廢料排樣 如文獻[1]圖1-13b所示，沿制件的部分外形輪廓切斷或沖裁，只在制件之間（或制件與條料側邊之間）留有搭邊。 3）無廢料排樣 無廢料排樣法就是無工藝搭邊的排樣，制件直接由切斷條料獲得，或稱為無廢料沖裁。文獻[1]圖1-13c所示是步距為兩倍制件寬度的一模兩件的無廢料排樣。 有廢料、少廢料、無廢料的排樣方式各有優(yōu)缺點。在實際生產中，需要根據具體情況選用。如采用少廢料、無廢料排樣法，材料利用率高，不但有利于一次沖程獲得多個制件，而且可以簡化模具結構、降低沖裁力，但是由于條料本身的公差以及條料導向與定位所產生的誤差影響，沖裁件的公差等級較低；同時因模具單面受力（單邊切斷時），不但會加劇模具的磨損，降低模具的壽命，而且也會直接影響沖裁件的斷面質量。為此，排樣時必須統(tǒng)籌兼顧、全面考慮。排樣還可以進一步按沖裁件在條料上的布置方法加以分類，其主要形式見文獻[1]表1-16。 （2）沖裁件的搭邊 排樣時沖裁件之間以及沖裁件與條料側邊之間留下的工藝廢料稱為搭邊。 搭邊具有以下作用： 1）補償定位誤差與剪板誤差，確保沖裁出合格零件。 2）增加條料剛度，方便條料送進，提高勞動生產率。 3）可避免沖裁時調料條料邊緣的毛刺被拉入模具間隙，從而提高斷面質量和模具壽命。 搭邊值對沖裁過程及沖裁質量有很大影響，因此一定要合理確定。搭邊值過大，則材料利用率低；搭邊值過小，則搭邊的強度和剛度不夠，沖裁時容易翹曲或被拉斷，這不僅會增大沖裁件毛刺，有時甚至單邊拉入模具間隙，造成沖裁力不均，損壞模具刃口。 搭邊值大小主要取決于以下幾個方面： 1）材料的力學性能。硬材料的搭邊值可小一些，軟材料、脆材料的搭邊值要大一些。 2）材料厚度。材料越厚，搭邊值也越大。 3）沖裁件的形狀與尺寸。零件外形越復雜，圓角半徑越小，搭邊值約需取大些。 4）送料及擋料方式。用手工送料時，有側壓裝置的搭邊值可小一些；用側刃定距的搭邊值比用擋料銷定距的搭邊值要小一些。 5）卸料方式。彈性卸料的搭邊值比剛性卸料的搭邊值小一些。 搭邊值通常根據經驗值確定，文獻[1]表1-17所列搭邊值為普通沖裁時的經驗數據。 (3)條料寬度的確定 排樣方式和搭邊值確定后，即可設計調料寬度的進距。進距是指每次將條料送入模具進行沖裁的距離。進距與排樣有關，是決定擋料銷位置的依據。調料寬度的確定與模具結構有關。其確定原則是：最小條料寬度要保證沖裁時工件周邊有足夠的搭邊值；最大條料寬度能在沖裁時順利地將條料送進導料板之間，并有一定的間隙。 1）有側壓裝置時條料的寬度。有側壓裝置的模具能使條料始終沿著基準導料板一側送進，因此條料寬度的計算公式為 B=D+2a (3-4) 式中 B——條料寬度的基本尺寸； D——條料寬度方向零件輪廓的最大尺寸； a——側搭邊值。 2）無側壓裝置時條料的寬度。無側壓裝置的模具，其條料寬度應考慮在送料過程中因條料擺動而使側搭邊值減小。為了補償側搭邊值的減小部分，條料寬度應增加一個條料可能的擺動C，故條料寬度為 B=D+C+2a (3-5） 式中 C條料與導料板的間隙。 不論是有側壓裝置還是無側壓裝置的條料寬度，根據實際條料生產的工藝，條料寬度的計算結果需要進行偏大圓整。例如計算得到的條料寬度為212.24mm，則通常把條料圓整到122mm。 （4）材料利用率 沖裁件的實際面積與所使用的條料的面積的百分比稱為材料利用率，通常一個步距的利用率可表示為 η=A/(B*S)×100% （3-6） 式中 A——一個步距內沖裁件的實際面積； S——送料步距； B——條料寬度。 材料利用率通常有凈利用率和毛利用率兩種情況。通常，當沖裁件內部的廢料（沖孔沖出的廢料）不作為廢料計算時稱為毛利用率。 這里我們選擇有搭邊的形式，因為模具壽命高，尺寸精度需求高。 最小搭邊計算：按矩形計算，L=89.50mm>50mm。 材料較硬，搭邊取最小值 由文獻[1]表1-17，a1=2.2mm。a=2.5mm。 條料寬度：B=D+2a=40.4mm。圓整為41mm。 η=A/(B*S)×100% =68.54% 3.4 沖裁模凸、凹模刃口尺寸計算 在沖裁過程中，凸、凹模的刃口尺寸及制造公差直接影響沖裁件的尺寸精度。合理地沖裁間隙也要依靠凸、凹模刃口尺寸的準確性來保證。因此，正確地確定沖裁模刃口尺寸及制造公差，是沖裁模設計過程中的一項關鍵性工作。 在沖裁刃口計算之前，根據生產實際應首先明確以下幾個問題： 1）由于凸、凹模之間存在間隙，因此落下來的料和沖出的孔都是帶有錐度的，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尺寸。 2）再測量與使用中，落料件以大端尺寸為基礎，沖孔孔徑以小端尺寸為基礎。即沖裁件的尺寸是以測量光亮帶為基礎的。 3）沖裁時，凸、凹模將與沖裁件發(fā)生摩擦，凸模越磨越小，凹模越磨越大，從而導致凸、凹模間隙越用越大。 文獻[1]圖1-14所示為凸、凹模刃口尺寸計算關系圖。 （1）凸、凹模刃口尺寸計算原則 1）落料尺寸取決于凹模尺寸，沖孔尺寸取決于凸模尺寸。設計落料模時，以凹模為基準，間隙取在凸模上，沖裁間隙通過減小凸模刃口尺寸來獲得；設計沖孔模時，以凸模為基準，間隙取在凹模上，沖裁間隙通過加大凹模刃口尺寸來獲得。 2）根據磨損規(guī)律，設計落料模時，凹模公稱尺寸應取制件尺寸公差范圍內的較小尺寸；設計沖孔模時，凸模公稱尺寸則應取制件孔尺寸公差范圍內較大的尺寸。這樣當凸、凹模磨損到一定程度時，仍能沖出合格的制件。磨損留量用x?表示，其中?為工件的公差值，x為磨損系數，一般由工件的精度以及生產批量來確定，其值可見文獻[1]表1-18，也可按下列原則確定： ①當沖裁件公差等級高于IT10或生產批量較大時，取x=1.0。 ②當沖裁件公差等級為IT11~IT13或中等生產批量時，取x=0.75。 ③當沖裁件公差等級低于IT14或小批量生產時，取x=0.5。 3）不管是落料還是沖孔，再初始設計模具時，沖裁間隙一般采用最小合理間隙值。 4）沖裁模刃口尺寸的制造偏差方向，原則上單向注向金屬實體內部。及凹模（內表面）刃口尺寸制造偏差取正值（+δd）；凸模（外表面）刃口尺寸制造偏差取負值（-δp）；而對于刃口尺寸磨損后不變化的尺寸，制造偏差應取雙向偏差（±δd或±δp）。對于形狀簡單的圓形、方形刃口，其制造偏差可按IT6~IT7來選取或按文獻[1]表1-19選??；對于形狀復雜的刃口，制造偏差值可按工件相應部位公差值的1/4來選?。粚τ谌锌诔叽缒p后無變化的制造偏差值，可選取工件相應部位的公差值的1/8并以“±”選??；如果工件沒有標注公差，可認為工件的公差等級為IT14。 5）沖裁模的加工方法不同，其刃口尺寸的計算方法也不同。沖裁模的加工方法可分為分別加工法和配合加工法兩種。 （2）凸、凹模刃口尺寸計算方法 1）凸模、凹模分別加工時，凸、凹模刃口尺寸的計算。分別加工是指凸模和凹模分別按圖樣要求加工至尺寸。這種加工主要適用于圓形或簡單形狀的工件，故此類工件沖裁的凸、凹模制造相對簡單，精度容易保證。設計時需要在圖樣上分別標注凸模和凹模的刃口尺寸及制造公差。為了保證沖裁間隙在合理范圍內，需滿足： δp+δd≤Zmax-Zmin (3-7) 或取 δd=0.6（Zmax-Zmin） (3-8) δp=0.4(Zmax-Zmin) (3-9) 對于落料，有 Dd=(Dmax-x?)0+δd (3-10) DP=(Dd-Zmin)-δp0=(Dmax-x?-Zmin)-δp0 (3-11) 對于沖孔，有 dp=(dmin+x?)-δp0 (3-12) dd=(dp+Zmin)0+δd=(dmin+x?+Zmin)0+δd (3-13) 對于孔心距，有 Ld=(Lmin+0.5?)±0.125? (3-14) 式中 Dmax——落料孔上的極限尺寸； dmin——沖孔件孔的極限尺寸； Ld——同一工步中凹模孔距公稱尺寸； Lmin——制件上孔中心距的最小尺寸； Zmin——凸、凹模最小雙面間隙； Zmax——凸、凹模最大雙面間隙； δp——凸模下極限偏差，按IT6~IT7選取（或查文獻[1]表1-19）； δd——凹模上極限偏差，按IT6`IT7選?。ɑ虿槲墨I[1]表1-19）； x——磨損系數，按 刃口尺寸計算原則 2）選?。ɑ虿槲墨I[1]表1-18）； Dd——落料凹模公稱尺寸； DP——落料凸模公稱尺寸； dp——沖孔凸模公稱尺寸； dd——沖孔凹模公稱尺寸； ?——制件公差。 2)凸模與凹模配合加工時，凸、凹模刃口尺寸的計算。配合加工是指先按照工件尺寸計算出基準凹模（或凸模）的公稱尺寸及公差，然后配制另一個相配件凹模（或凸模）。這樣很容易保證沖裁間隙，而且可以放大基準件的公差，也無需校核，同時還能簡化模具設計的繪圖工作。設計時，只要把基準件的刃口尺寸及制造公差詳細說明，而另外一個相配件只需在圖樣上注明“凸（凹）模刃口尺寸按凹（凸）模的實際尺寸配制，保證雙面間隙”即可。 由以上得出凸、凹模刃口尺寸 沖裁件公差等級均大于IT10，故取x=1.0。 沖裁間隙=3.5%t~8%t=0.07~0.16。 故Zmin=0.07mm，Zmax=0.16。 凹模上極限偏差:δd1=0.054mm。 凸模下極限偏差:δp1=0.036mm。 落料凹模公稱尺寸1：Dd1=16.340+0.054mm。 落料凸模公稱尺寸1：Dp1=16.27-0.0360mm。 落料凹模公稱尺寸2：Dd2=18.990+0.054mm。 落料凸模公稱尺寸2：Dp2=18.92-0.0360mm。 沖孔凸模公稱尺寸：dp=6.58-0.0360mm。 沖孔凹模公稱尺寸：dd=6.650+0.054mm。 落料凹模 圖3-1 落料凸模&沖孔凸模（凸凹模） 圖3-2 沖孔凸模 圖3-3 3.5 模具壓力中心的計算 沖裁模的壓力中心是指沖裁力合理的作用點。再設計沖裁模時，其壓力中心要與壓力機滑塊中心相重合，否則沖裁模在工作中就會產生偏彎矩，使沖裁模發(fā)生歪斜，從而會加速模具導向機構的不均勻磨損，沖裁間隙得不到保證，刃口迅速變鈍，將直接影響沖裁件的質量和模具的使用壽命；同時壓力機導軌與滑塊之間也會發(fā)生異常磨損。沖裁壓力中心的確定，對大型復雜沖裁模、無導柱沖裁模、多凸模沖孔及級進模沖裁極為重要。因此，再設計沖裁模時必須確定模具的壓力中心，并使其通過模柄的軸線，從而保證模具壓力中心與壓力機滑塊中心重合。 本次設計制件為對稱規(guī)則零件，故壓力中心為制件的幾何中心。 第四章 沖裁主要零部件結構設計 4.1工作零件的設計 （1）凸模結構設計 凸模的結構形式主要是由沖裁件的形狀、尺寸公差及加工工藝等條件決定的。凸模刃口尺寸截面輪廓通常分為規(guī)則和不規(guī)則的，其結構形式有整體式、鑲拼式、肩臺式、直通式和護套式等；常用的固定方法有臺階固定、鉚釘固定、螺釘直接固定、銷釘固定等 由于凸模直接成形產品零件，所以凸模本身具有較高的加工精度要求，其與固定板通常采用H7/m6的過度配合或較小的間隙配合形式。 2）凸模長度的確定。凸模長度應根據模具的具體結構，并考慮凸模本身的強度、修磨、固定板與卸料板之間的安全距離（彈性卸料裝置），以及裝配等的需要來確定。 當采用固定板、卸料板和導料板時，凹模長度的計算公式為 L=h1+h2+h3+h=16mm (4-1） 式中 h1、h2、h3——凸模固定板、卸料板、導料板的厚度； h——附加長度。 凸模的刃口要求有較高的耐磨性，并能承受沖裁時較大的沖擊力，因此應具有較高的硬度與適當的韌性及耐磨性。常用材料有Cr12、Cr12MoV、SKD11等材料，熱處理淬火硬度一般取58~62HRC，刃口表面粗糙度Ra值一般小于0.8μm；要求高壽命，高耐磨性的凸?？蛇x用GCr15等高碳鉻軸承鋼材料。 3）凸模的強度校核。在一般情況下，根據經驗計算出的凸模其結構強度是足夠的。無需校核。 （2）凹模結構設計 1）凹模刃口形式。通常凹模刃口形式如文獻[1]圖1-24a、b所示為直筒式刃口，其特點是制造方便，刃口強度高，刃磨后工作部分尺寸不變，廣泛用于沖裁公差要求較小、形狀復雜的精密制件。但因廢料（或制件）的聚集而增大了推件力和凹模的脹力，給凸、凹模的強度都帶來了不利影響。文獻[1]圖1-24c所示為錐筒式刃口，在凹模內不聚集材料，側壁磨損?。坏锌趶姸炔?，刃磨后刃口徑向尺寸略有增大（如α=30′時，刃磨0.1mm，其尺寸增大0.0017mm） 凹模錐角α后角β和刃口高度h均隨制件材料厚度的增大而增大，一般取 α=15′~1°、β=3°~5°、h=5~10mm。 （3）凸凹模 凸凹模是指復合模中同時具有落料凸模和沖孔凹模作用的工作零件。它的內孔和邊緣均有工作刃口，內孔與外邊緣之間的壁厚取決于沖裁件的尺寸。從強度方面考慮，設計時沖裁件的壁厚尺寸應受最小值限制。凸凹模的最小壁厚與模具結構有關，當模具為正裝結構時，內孔不積存廢料，脹力小，最小壁厚可以小些；當模具為倒裝結構時，若內孔為直筒形刃口形式且采用下出料方式，則內孔積存廢料，脹力大，所以最小壁厚應大些。倒裝式復合模與正裝式復合模兩種結構的比較見文獻[1]表1-27。 凸凹模的最小壁厚值通常根據一些經驗數據來確定，倒裝復合模的凸凹模最小壁厚值見文獻[1]表1-28。正裝復合模的最小壁厚值可比倒裝的小一些。 4.2定位零件的設計 沖裁模的定位零件用來保證條料的正確送進、定步距及在模具中的正確位置等功能。條料在模具的送料平面必須有兩個方向的限位：一是在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，稱為送進導向；二是送料方向上的限位，控制條料一次送進的距離，稱為送料定距。 （1）擋料銷 擋料銷起定位作用，用它擋住搭邊或沖件輪廓，以限定條料送進距離。常用的有固定擋料銷、活動擋料銷和始用擋料銷三種形式 1）固定擋料銷。結構簡單，制造容易，廣泛用于沖制中小型沖裁件的擋料銷定距；其缺點是銷孔距凹模刃壁較近，削弱了凹模的強度。 2）活動擋料銷。通常活動擋料銷的一端與卸料板等采用（H8/d9）的間隙配合，另一端則與彈簧的內孔配合（配合間隙較大）。 4.3模架 模架及其組成零件已經標準化，并對其規(guī)定了一定的技術條件。模架主要分為滑動導柱導向模架和滾動導向模架兩種。 滑動導向模架的精度分為Ⅰ級和Ⅱ級，滾動導向模架的精度分為0Ⅰ級和0Ⅱ級。各級對導柱及導套的配合精度、上模座上平面對下模座下平面的平行度、導柱軸線對下模座下平面的垂直度等都規(guī)定了一定的公差等級。 標準模架的基本形式。對角導柱模架、中間導柱模架、四角導柱模架的共同特點是：導向裝置都是安裝在模具的對稱線上，滑動平穩(wěn)，導向準確可靠。所以當要求精確導向可靠時應采取這三種形式。對焦導柱模架的上、下模座，其工作平面的橫向尺寸一般大于縱向尺寸，常用于橫向送料的級進模、縱向送料的單工序?；驈秃夏?，中間導柱模架只能縱向送料，一般用于單工序模或復合模。四角導柱模架常用于精度較高或尺寸較大沖件的生產及大批量生產用的自動模。后側導柱模架的特點是導向裝置在后側橫向送料和縱向送料都比較方便，但如果有偏心載荷，壓力機導向由不精確，就會造成上模歪斜，導向裝置和凸、凹模都容易磨損，從而影響模具壽命。此模架一般用于較小的沖模。 第五章 常用模具鋼的一般性能要求 5.1沖壓模具鋼的一般性能要求 根據沖壓模具的工作特點，沖壓模具鋼應具有較高的耐磨性、韌性并具有較好的可加工性和淬火不變性。 耐磨性是對磨具工作零件（凸、凹模等）的基本要求之一。要求零件在承受相當大的壓力和摩擦力下，仍能較好的保持其尺寸和形狀，持久耐用。模具零件的耐磨性與材料的成分、組織及載荷狀態(tài)、潤滑介質等多個因素有關。總體來說，提高材料的硬度有利于提高材料的耐磨性。 強度和韌性對磨具壽命十分重要。重載荷模具往往由于強度和韌性的不足造成，造成受載較大的零件發(fā)生邊緣或局部損壞。材料的晶粒度，碳化物數量、大小及分布情況等，對材料的韌性和強度影響較大。 淬硬性和淬透性根據不同模具的使用條件各有側重。對于需要表面須有高硬度的沖裁剪切模和拉伸模，淬硬性更為重要；而對于要求整個截面須有均勻一致性的、承載較大的模具，淬透性更為重要。不論材料的淬硬性和淬透性如何，材料的淬火不變性越好，變形越小。 脫碳敏感性越低越好。在同樣的條件下，鋼的脫碳敏感性與其化學成分，特別是含碳量有關。發(fā)生脫碳會使材料表層力學性能降低。 可加工性是指材料對鍛造、切削、研磨等加工的適應性。良好的可加工性有利于減少刀具磨損，提高模具表面質量。 5.2常用沖壓模具鋼種類 （1）碳素工具鋼 碳素工具鋼按碳含量的質量分數從0.65%~1.35%可分成8個鋼號，即T8、T8、T8Mn、T9、T10、T11、T12和T13。根據冶金質量可分為優(yōu)質鋼和高級優(yōu)質鋼兩類。高級優(yōu)質鋼為T7A~T13A。T8Mn和T8MnA性能近似，但由于含Mn量比常規(guī)稍高，其淬透性較好，能獲得更深的淬硬層。T8和T8A進行淬火加熱時容易過熱，淬火變形也大，強度和塑性相對較低。 模具應用中以T10A最適宜，這種材料淬火溫度低于800℃時不會過熱，仍保持細晶粒，而淬火組織中含有剩余碳化物，使耐磨性有所提高。 （2）合金模具鋼 合金模具鋼是合金工具鋼的子類，按化學成分可分為低合金、中合金和高合金模具鋼，典型的合金模具鋼的性能及熱處理規(guī)范可參考文獻[1]表1-40。 （3）高速工具鋼 高速工具鋼具有很高的硬度、抗壓強度、耐磨性和熱穩(wěn)定性，其承載能力優(yōu)于合金工具鋼。典型的高速工具鋼有W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2、W9Mo3Cr4V等。 （4）基體鋼 基體鋼的化學成分相當于高速工具鋼正常淬火后的基本組織成份，含碳量比高速工具鋼低。通過正確的熱加工，碳化物細小切均布，具有較高的硬度和耐磨性，而且韌性和抗彎強度明顯優(yōu)于高速工具鋼，工件的淬火變形也有所減小?；w鋼主要用于要求高強度和足夠韌性的冷擠壓模具等。典型的基體鋼材料有6Cr4W3Mo2VNb、6W6Mo5Cr4V、和6Cr4Mo3Ni2WV等。 本次沖壓模具鋼選擇主要為碳素工具鋼中的T10A。 謝 辭 進行了將近一個學期的畢業(yè)設計就在這個已經略微升溫的日子里結束了，大學生涯的最后一項任務也宣告完結?；仡欉@四年的大學生活，有苦有甜，有笑有淚，也有過熬夜畫圖、學作業(yè)的時候。盡管當時會對此有些許的抱怨，但現(xiàn)在，我覺得我不后悔考入大連交通大學、考入機械工程學院。如果在有一次機會，我還是會考入大連交通大學，機械工程學院。并且會更加努力的學習。 作為一名學生在本次畢業(yè)設計中，我已經盡了最大的努力去完善、改正。當然，即使現(xiàn)在我也知道我的畢業(yè)設計有著許多我沒有發(fā)現(xiàn)、或者發(fā)現(xiàn)不了的錯誤，沒有東西是完美的，再次希望各位老師指出我的不足之處。 如今，伴隨著這篇畢業(yè)論文的最終成稿，復雜的心情煙消云散，自己甚至還有一點成就感。那種感覺就宛如在一場盛大的頒獎晚會上，我在晚會現(xiàn)場看著其他人一個接著一個上臺領獎，自己卻始終未能被念到名字，經過了很長很長的時間后，終于有位嘉賓高喊我的大名，這時我忘記了先前漫長的無聊的等待時間，欣喜萬分地走向舞臺，然后迫不及待地開始抒發(fā)自己的心情，發(fā)表自己的感想。這篇畢業(yè)論文的就是我的舞臺， 在文章的最后，我想感謝在我做畢業(yè)設計中給與了我很大幫助的閻長罡老師和周智鵬老師，