001山形沖片沖裁模設計【正裝復合模】

001山形沖片沖裁模設計【正裝復合?！?正裝復合模,001,山形,沖片沖裁模,設計,復合 摘 要 根據(jù)老師給定的設計課題，課題零件為墊片，分析其工藝由沖孔、落料組成，課題要求工件大批量生產，工件材料為1060al，材料厚度為1mm，生產精度按照IT14，結合工件的要求，作出工件的工藝分，確定工藝方案，選擇模具結構，計算工藝相關參數(shù)，設計模具零部件。此次課題工件采用了沖孔落料正裝復合模具，查表獲取排樣搭邊值，計算條料寬度、材料利用率、沖壓力、壓力中心、凸模、凹模刃口尺寸及公差、凹模周界尺寸、工藝參數(shù)等。 關鍵詞：工藝方案，正裝復合模具，工藝參數(shù) 目 錄 1 前言 1 1.1 沖壓的概念、特點及應用 1 1.2 沖壓的基本工序及模具 1 2 沖壓件工藝分析 2 2.1 工件材料分析 2 2.2 工件結構形狀分析 3 2.3 工件工藝分析 3 3 沖壓工藝方案確定 4 3.1 沖裁工藝方案的分析 4 3.2 沖裁工藝方案的選擇 4 4 模具總體結構 5 4.1 模具類型的選擇 5 4.2 定位方式的選擇 5 4.3 送料方式的確定 5 4.4 出件方式的確定 5 4.5模架結構和導向裝置的選擇 5 5 工藝參數(shù)計算 7 5.1 排樣方式的選擇 7 5.1.1 搭邊值的確定 7 5.1.2 條料寬度計算 8 5.1.3 材料利用率的計算 9 5.2 沖壓力的計算 10 5.2.1 沖裁力的計算 10 5.2.2 卸料力、推件力計算 10 5.2.3 總沖壓力的計算 11 5.2.4 初選壓力機 11 5.2.5 壓力中心的計算 12 6 刃口尺寸的計算 14 6.1 沖裁間隙的確定 14 6.2 刃口尺寸的計算及依據(jù)與法則 15 7 主要零部件設計 20 7.1 凹模設計 20 7.1.1 凹模刃口結構形式的選擇 20 7.1.2 凹模精度與材料的確定 20 7.1.3 凹模外形尺寸的確定 20 7.2 凸模、凸凹模的設計 22 7.2.1 凸模、凸凹模結構的確定 22 7.2.2 凸模高度、長度的確定 22 7.2.3 凸模材料的確定 23 7.3 卸料裝置的設計 23 7.3.1 卸料板的外形設計 23 7.3.2 卸料板材料的選擇 23 7.3.3 卸料板的結構設計 24 7.3.4 卸料板整體精度的確定 24 7.3.5 彈性元件的設計 24 7.4 凸模固定板的設計 24 7.5 模柄選擇 25 8 沖壓設備的校核與選定 27 8.1 沖壓設備的校核 27 8.2壓力機的選擇 27 結 論 29 參考文獻 29 1 前言 1.1 研究背景 當今中國的模具產業(yè)越來越成為人們關注的重點，這與相關工業(yè)技術的快速發(fā)展，裝備技術的逐漸成熟密不可分。國際之間的交流也日益變得密切，模具產業(yè)也隨之自然變得愈來愈重要，更多此類的人才被吸引進來，但同時也面臨著新的挑戰(zhàn)。技術的發(fā)展對相關產業(yè)的要求不斷提高，在機械工業(yè)、汽車制造業(yè)、家電產品制造業(yè)、建筑工業(yè)等相關領域，使用模具來制造產品的機會也增加了很對，同時對模具制造技術要求也隨之不斷提高，這就要求設計人員的專業(yè)基礎過硬，生產實踐經驗充分，能夠根據(jù)產品的形狀結構來完成設計要求，使得設計生產出來的模具產品性能良好，使用壽命更長，在使用時效率更高。 1.2 國內外研究現(xiàn)狀 作為中國獨立的大型工業(yè)，模具的發(fā)展勢頭逐漸增強，現(xiàn)已成為國家基礎產業(yè)的支柱。 世界上最大的制造業(yè)大國中國，模具行業(yè)將取得長足發(fā)展，其經濟發(fā)展將迅速增長。 由于國家模具工業(yè)起步較晚，中國的模具設計技術相對較差。 盡管在“ 95”時代實現(xiàn)了增速發(fā)展。但因為起步比較晚，在模具設計與制造方面與其他發(fā)達國家還是相形見絀，我國模具在技術上和創(chuàng)新上還是有很長的一段路要走，需要做的進步還有很大的空間。需要有更多的人技術型科研型人才進入這個行業(yè)中，需要有更多的人了解到這一基礎項目的重要性，這也是一項高科技 制造更多受歡迎的產品。 目前，與發(fā)達國家相比，中國的沖壓技術仍在落后的階段。 在國外許多高新技術已經很普遍，我國就存在機械老化問題。我國的模具方面的人才也有缺失，不過按照現(xiàn)在國家對技術人才的需求，各大高校、技校造就越來越多的人才來彌補這一塊。 近幾年，我們國家在沖裁模具設計這一塊有了很大的提升，我們可以依靠自己設計出高質量的模具[5]。在現(xiàn)在，沖壓模具的設計和使用成為可以衡量一個國家科技實力的一項指標，經濟、科技以及生產的三個方面的發(fā)展都被模具各個方面的發(fā)展所牽動著、影響著[6-7]。根據(jù)資料來看，近年來國際商貿模具的買賣中沖壓模具所占的比例最高，其次是注塑模具，而其他類型模具的只占極小的一部分[1-3]。在現(xiàn)在這個競爭力極強的社會中，想要高質量的模具設計，就得要有卓越的模具設計人員和技術，用合理的方案設計出高質量的模具[4]。從利用人類的經驗和傳統(tǒng)的機械化技術轉變?yōu)楹诵牡挠嬎銠C輔助設計和制造（CAD / CAM）技術。比如CAE的出現(xiàn)和發(fā)展，沖壓毛坯的成形已經完全可以直接運用現(xiàn)代計算機的技術來對沖壓成形工藝的過程和對沖壓毛坯的設計過程進行科學的分析和模擬。UG/proE這些新的三維造型軟件和軟件在制圖行業(yè)里的廣泛應用，讓技術人員的工作便利化，簡單化，程序化，規(guī)范化，模具生產周期得到了大大降低。  2 沖壓件工藝分析 圖2-1 工件尺寸圖 工件名稱：山形沖片 工件圖：如圖2-1； 生產批量；大批量 材料：1060AL； 材料厚度：1mm； 精度等級：IT14。 工件表面質量：工件表面無毛刺、壓痕、拉裂、油污等不良現(xiàn)象 2.1 工件材料分析 AL1060是鋁板。AL1060含鋁量達到99.6%又被稱為純鋁板，在鋁板帶家族中屬于一款常用的系列。 此系列鋁板的優(yōu)勢： 最為常用的系列，生產過程比較單一，技術相對于比較成熟，價格相對于其它高檔合金鋁板有巨大優(yōu)勢。有良好的延伸率以及抗拉強度，完全能夠滿足常規(guī)的加工要求（沖壓，拉伸）成型性高。為工業(yè)純鋁，具有高的可塑性、耐蝕性、導電性和導熱性，但強度低,熱處理不能強化可切削性不好?？蓺夂?、氫原子焊和接觸焊,不易釬焊。易承受各種壓力加工和引伸、彎曲。 力學性能： 常溫下鋁合金Al1060鋁棒機械性能如下： 抗拉強度70-130MPa， 屈服強度35-125MPa， 抗剪強度50-75 MPa， 抗疲勞強度20-45MPa 伸長率6-43%, 硬度35HB 物理性能： 常溫下鋁合金Al1060鋁板物理性能如下： 彈性模量：69GPa， 密度：2.8g/cm3。 2.2 工件結構形狀分析 工件結構相對簡單，有4個φ3.1mm的孔；長52mm，寬19mm，產品壁厚1mm。普通沖裁完全能滿足要求。 2.3 工件工藝分析 由以上沖裁件的結構分析得知，沖裁件外形可以用落料工藝實現(xiàn)，內部圓孔采用沖孔工藝完成。 3 沖壓工藝方案確定 3.1 沖裁工藝方案的分析 根據(jù)對零件的工藝分析，對墊片有了詳細的的了解。1060al是本次選用的材料，結構形狀簡單，外形由直線構成，內部有圓形孔構成。生產厚度是1毫米。由制品零件的相關設計圖和上述的一些分析，我們可以得知如果想要得到本設計的零部件產品，那么就要在工藝過程中包含以下幾個：比如沖孔，落料等操作，那么有這些條件我們就可以設計出如下的三個方案： 方案一：再此方案中我們決定采取模類型為單工序的，那么具體的工藝規(guī)程為落料，在對相關圓孔進行制造沖孔工藝，然后在進行零件的落料，那么一共算下來需要設計兩種不同類型的模具。 方案二：在此方案里面，我們直接設計一套復合模具，直接完成沖孔和落料。 方案三：在此方案中我們在制造工件的時候都使用到了模，那就是級進模，這種模通?？梢载灤┱麄€沖壓成型的工序里面。 3.2 工藝方案最終選擇 方案一：此方案中，我們可以看到整個制造過程里面需要進行多次換模的操作，通常這樣的操作會使得制品的性能結構達不到相關要求。 方案二：這種方案和前面兩種相比較下，就會顯得很方便，在實際的工程制造操作時，它僅僅會用到一個模，在這個上面就能夠對整個加工進行控制，能夠制造出符合設計需求的制品。這樣做的話還會在很大程度上使得制造經濟性得到保證，避免了浪費和制造時的繁瑣程序而對產品造成破壞等現(xiàn)象的出現(xiàn)。滿足實際上大批量進行生產的需要，而且能夠節(jié)約時間以及人工的成本，也既是可以較為顯著的提升加工的生產效率。 方案三：這種方案也是同樣的道理，由于來回折騰，工序繁所，導致在實際的設計加工制造時對產品本事的質量造成損壞，對于原先的制造要求不能達到，同時經濟性也不是很好，所以不符合。 因此最終選擇方案2的生產，采用復合模制造方案。實現(xiàn)量產，確保精度 4 模具總體結構 4.1 模具類型的選擇 在上述的工藝分析方案中確定使用復合沖裁模具，復合模具分為正裝復合模具和倒裝復合模具，正裝復合模具和倒裝復合模具的凹模位置相反，倒裝復合模具凹模位于模具的上模部分，正裝復合模具凹模位于模具的下模部分。此次設計采用的模具結構為正裝復合模具的結構。 4.2 定位方式的選擇 復合模具的沖孔落料在一個工位上同時完成，所以不需要再設計精確地導正定位裝置，為了方便生產中送料和精準的確定步距，在模具送料方向上設計擋料銷，為了防止送料過程中條料發(fā)生偏移，在模具下模條料左側設置兩個導料銷。 4.3 送料方式的確定 因復合沖裁模具對沖壓設備的要求不高，因工件材料厚度為1mm，條料通常為板材，為了進一步的提高經濟效益，沖裁件的生產加工將采用手工送料的方式。 4.4 出件方式的確定 正裝復合模具，沖孔凸模位于模具的上模部分，沖孔凹模和落料凸模由一個零件組成簡稱凸凹模，位于模具的下模部分，工作過程中沖孔廢料從下模漏出，成品件沖入模具上模的凹模內，由打料裝置從凹模腔內至上往下推出。 4.5模架結構和導向裝置的選擇 模架的外形尺寸主要由凹模周界尺寸決定，凹模周界尺寸主要由沖裁件的外形尺寸來決定。模架分為標準模架和自制模架，標準模架無需設計，在市場上可以采購，標準模架使用材料為鑄鐵，經過熱處理，具備一定得硬度和強度；自制模架個根據(jù)凹模的尺寸和實際的安裝方式來設計，自制模架采用的材料為45鋼，無需熱處理，模架具有一定的韌性，對力的疏散效果好。標準模架結構可分為： 對角導柱模架由于導柱安裝在模具壓力中心對稱的對角線上，所以上模座在導柱上滑動平穩(wěn)。常用于橫向送料級進?；蚩v向送料的落料模、復合模。 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。 四導柱模架具有導向平穩(wěn)、導向準確可靠、剛性好等優(yōu)點。常用于沖壓件尺寸較大或精度要求較高的沖壓零件，以及大量生產用的自動沖壓模架。 中間導柱模架，導柱安裝在模具的對稱線上，導向平穩(wěn)、準確。但只能一個方向送料。 根據(jù)以上方案比較并結合模具結構形式和送料方式，為提高生產效率，模具壽命和工件質量以及工件尺寸精度，采用后側式導柱模架，模具導向性能好，精度高。 圖4-1 導柱模架 5 工藝參數(shù)計算 5.1 排樣方式的選擇 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。 排樣的方法有：直排、斜排、對直排、混合排 ，根據(jù)設計模具制件的形狀、厚度、材料等方面全面考慮。綜合工件形狀結構，考慮排樣條料的強度，模具壽命和尺寸精度，決定采用有廢料的排樣方案。 圖5-1 排樣圖 5.1.1 搭邊值的確定 排樣中相鄰兩工件之間的余料或工件與條料邊緣間的余料稱為搭邊。搭邊是廢料，從節(jié)省材料出發(fā)，搭邊值應愈小愈好。但過小的搭邊容易擠進凹模，增加刃口磨損，降低模具壽命，并且也影響沖裁件的剪切表面質量。一般來說，搭邊值是由經驗和查表來確定的，該制件的搭邊值采用查表5-1取得。 根據(jù)沖裁件外形尺寸，按照r≤2t查表5-2選取排樣的最小搭邊值，因沖裁件的材料厚度為1mm，所以查表得側搭邊1.8mm，沖裁件間搭邊1.5mm。 表5-2 搭邊a和a1數(shù)值（低碳鋼） （mm） 材料厚度 圓件及r>2t的圓角 矩形件邊長L≤50mm 矩形件邊長L>50mm或圓角r≤2t a a1 a a1 a a1 ≤0.25 0.25～0.5 0.5～0.8 0.8～1.2 1.2～1.6 1.6～2.0 2.0～2.5 2.5～3.0 3.0～3.5 1.8 1.2 1.0 0.8 1.0 1.2 1.5 1.8 2.2 2.0 1.5 1.2 1.0 1.2 1.5 1.8 2.2 2.5 2.2 1.8 1.5 1.2 1.5 1.8 2.0 2.2 2.5 2.5 2.0 1.8 1.5 1.8 2.5 2.2 2.5 2.8 2.8 2.2 1.8 1.5 1.5 2.2 2.5 2.8 3.0 2.5 2.0 1.8 1.8 2.5 2.8 3.2 5.1.2 條料寬度計算 根據(jù)模具的結構不同，可分為有側壓裝置的模具和無側壓裝置的模具，側壓裝置的作用是用于壓緊送進模具的條料（從料帶側面壓緊），使條料不至于側向竄動，以利于穩(wěn)定地加工生產。側壓裝置適用于工件材料厚度較小，精度較高的級進模具。在這次的模具設計中，工件材料厚度1.0mm，采用的是無側壓的導向裝置。 故按公式5-1計算： B=（Dmax+2a1） （5-1） =（52+2×1.85）-00.5mm =55.600.5mm 式中：B-條料寬度； Dmax-條料寬度方向沖裁件的最大尺寸； a1-側搭邊值，可參考表5-2； △-條料寬度的單向（負向）偏差，見表5-3； C-導料板與最寬條料之間的間隙，其最小值見表5-4。 表5-3 剪料公差及條料與導料板之間隙 （mm） 條料寬度 B/mm 材料厚度t/mm 0~1 1~2 2~3 3~5 ~50 50~100 100~150 150~220 220~300 0.4 0.5 0.7 0.8 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 表5-4 有側壓裝置和無側壓裝置對照表 （mm） 材料厚度t（mm） 無側壓裝置 有側壓裝置 條料寬度B（mm） <100 ≥100~200 ≥200~300 <100 ≥100 0~0.5 0.5~1 1~2 2~3 3~4 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 1 1 1 1 1 1 1 1 5 5 5 5 5 8 8 8 8 8 5.1.3 材料利用率的計算 關于材料利用率，可用公式5-2計算： η=A/BS×100% （5-2） 式中， A-一個步距內沖裁件的實際面； B-條料寬度； S-步距。 送料步距由公式5-3計算： S=L+a （5-3） 式中：L-沖裁件的長度； a-沖裁件之間搭邊值。 沖裁件的面積A可采用AutoCAD制圖軟件計算得784mm2，根據(jù)以上公式5-2、5-3計算得： S=19+1.5 =20.5mm η=A/BS×100% =[784÷（55.6×20.5）]×100% ≈68.7% 5.2 沖壓力的計算 5.2.1 沖裁力的計算 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F一般可以按公式5-4計算： F=KtLτ （5-4） 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)K是考慮到沖裁模刃口的磨損，凸模與凹模間隙之波動（數(shù)值的變化或分布不均）潤滑情況，材料力學性能與厚度公差的變化等因數(shù)而設置的安全系數(shù)K，一般取1.3。 沖裁力由公式5-4得： F沖=Kt（L孔+L落）τ =KtLτ =1.3×1×（190+39）×70 =20.8 KN 5.2.2 卸料力、推件力計算 當上模完成一次沖裁后，沖入凹模內的制件或廢料因彈性擴張而梗塞在凹模內，或因彈性收縮而會緊箍在凸模上。為了使沖裁工作連續(xù)，操作方便，必須將套在凸模上的材料卸下。從凸模上刮下材料所需的力，稱為卸料力；將工件或者廢料從上至下推出的力稱為推件力；將工件或者廢料從下往上頂出的力稱為頂件力。卸料力、推件力、頂件力計算公式如下： F卸、推、頂= K卸、推 F沖 （5-5） 式中， F卸、推、頂-卸料力、推件力、頂件力； F沖-沖裁力； K卸、推、頂-卸料力、推件力、頂件力系數(shù)，見表5-5； 表5-5 卸料力、推件力和頂件力系數(shù) （mm） 表3.2 卸料力、推件力及頂件力的系數(shù) 料厚δ/mm K卸 K推 K推 鋼 ≤0.1 0.065～0.075 0.1 0.14 >0.1～0.5 0.045～0.055 0.063 0.08 >0.5～2.5 0.04～0.05 0.055 0.06 >2.5～6.5 0.03～0.04 0.045 0.05 >6.5 0.02～0.03 0.025 0.03 鋁、鋁合金 0.025～0.08 0.03～0.07 純銅、黃銅 0.02～0.06 0.03～0.09 F卸= K卸 F沖 =0.0525×20.8 =1.09KN F推= K推 F沖 =0.05×20.8 =1.04KN F頂= K頂 F沖 =0.05×20.8 =1.04KN 5.2.3 總沖壓力的計算 由于沖裁模具采用彈壓卸料裝置，固總的沖壓力包括： F= F沖+F卸+F推+F推 （5-6） =20.8+1.09+1.04+1.04 =23.97KN 5.2.4 初選壓力機 壓力機可分為機械式和液壓式，機械式分為摩擦壓力機、曲柄壓力機、高速沖床，液壓式分為油壓機、水壓機，而在生產中一般常選用曲柄壓力機，曲柄壓力機分有開式和閉式兩種，開式機身形狀似英文字母C，其操作可見大，但機身剛度差，壓力機在工作負荷作用下會產生變形，一般壓力機噸位不超過2000KW。閉式機左右兩側封閉，操作不方便，但機身剛度好，壓力機精度高?？紤]到經濟性能、加工要求和操作方便在此選開式壓力機。根據(jù)以上計算數(shù)值，初選壓力機為J23-10型壓力機。 5.2.5 壓力中心的計算 模具壓力中心是指沖壓時多個沖壓力合力的作用點位置。為了確保壓力機和模具正常工作，應使模具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，使滑塊和導軌之間產生過大的摩擦，模具導向零件加速磨損，降低模具和壓力機的使用壽命。 沖模的壓力中心，可按下述原則來確定： （1）對稱形狀的單個沖裁件，沖模的壓力中心就是沖裁件的幾何中心。 （2）工件形狀相同且分布位置對稱時，壓力中心與零件的對稱中心相重合。 （3）形狀復雜的零件、多孔沖模、級進模的壓力中心可用解析計算法求出沖模壓力中心。解析法的計算依據(jù)是：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（X0，Y0），即為所求模具的壓力中心。 該件的壓力中心計算如下： X0＝（L1X1+L2X2+……L nXn）／（L1+L2+……Ln） （5-7） Y0＝（L 1Y1+ L 2Y2+……L nYn）／（L 1+ L 2+……L n） （5-8） 式中：X0-壓力中心的橫坐標； Y0-壓力中心的縱坐標； L-沖裁件輪廓尺寸； X-各線段重心的橫坐標； Y-各線段重心的縱坐標。 解析得壓力中心在產品的位置如圖所示 圖3.1 各沖壓邊壓力中心示意圖 6 刃口尺寸的計算 6.1 沖裁間隙的確定 沖裁間隙的大小對沖裁件的斷面質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。較大的間隙可使凸模側面及材料間的摩擦減小，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計中的一個非常重要的工藝參數(shù)。 沖裁間隙是沖裁工藝與沖裁模具設計的一個重要工藝參數(shù)，對沖裁件質量、沖裁力和模具壽命均有很大的影響。沖裁間隙還影響著沖裁件的尺寸精度。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，精度越高。間隙過大，會使落料件尺寸小于凸凹模尺寸，沖孔件尺寸大于凸模尺寸，沖裁力也會慢慢下降，卸料力、推件力或頂件力都將隨之下降。間隙過小，會使落料件尺寸大于凸凹模尺寸，沖孔件尺寸小于凸模尺寸，沖裁力也會增大，會使模具刃口磨損加劇，還會產生凸凹模脹裂，小凸模折斷，凸模和凸凹模相互啃刃等異常損壞。 由此可見，我們在確定沖裁間隙時，一定要有一個合理的范圍作為間隙值，當然我們在設計時要采用最小合理間隙。由表6-1可知，Zmin=0.04mm Zmax=0.06mm。 表6-1 部分沖裁模初始雙邊間隙值 6.2 刃口尺寸的計算及依據(jù)與法則 沖裁件的尺寸精度主要決定于凸、凹模刃口尺寸及公差，模具的合理間隙也是靠凸、凹模刃口尺寸及其公差來保證。 制件上未注公差，非圓形件按級精度，模具比其高2-3精度即級或級，凸模凹模刃口加工發(fā)放有分開加工和配合加工，分開加工是指凸模和凹模分別按各自圖樣上標注的尺寸及公差進行加工，沖裁間隙由凸、凹模刃口尺寸及公差保證。其可以凸、凹模具有互換性，便于成批制造，但受沖裁間隙的限制，要求凸、凹模的制造公差較小，主要適用于簡單規(guī)則形狀（圓形、方形或矩形）的沖件。配合加工是指先按圖樣設計制造其中一件（沖孔先做好凸模，落料先做好凹模），再以此件做為基準件，以基準件為標準來加工另一件，使它們之間保持一定的間隙，圖紙上只要在基準件上標注尺寸和公差，根據(jù)公式6-1得： │δ凸│＋│δ凹│≤Zmax－Zmin （6-1） 所以，新制造的模具應該保證│δ凸│＋│δ凹│＋Zmin≤Zmax，否則，模具的初始間隙已超過了允許的變動范圍Zmin～Zmax，影響模具使用壽命。本套模具采用分別加工法進行加工。 分開加工時計算公式如下： 沖孔凸模尺寸： （6-2） 沖孔凹模尺寸： （6-3） 落料凸模寸： （6-4） 落料凹模尺寸： （6-5） 孔距尺寸： （6-6） 其中： ，-分別為落料凸、凹?；境叽纾? ，-分別為沖孔凸、凹模基本尺寸； -沖孔件孔的最小極限尺寸； -落料件最大極限尺寸； ，-分別為凹模上偏差，可按IT7，凸模下偏差，可按IT6； -制造公差； -磨損系數(shù)，其值在0.5～1之間。 該制件的最小雙邊間隙為Zmin為0.04mm，最大雙邊間隙Zmax為0.06mm，則有Zmax- Zmin=0.02。根據(jù)工件要求公差等級IT14，查公差表6-2得外形尺寸公差 表6-2 部分標準公差值（GB/T1800.3-1998） 基本尺寸/mm 標準公差等級 IT1 IT2 IT3 IT4 IT5 IT6 IT7 IT8 IT9 IT10 IT11 IT12 IT13 IT14 大于 至 um mm - 3 0.8 1.2 2 3 4 6 10 14 25 40 60 0.1 14 25 3 6 1 1.5 2.5 4 5 8 12 18 30 48 75 0.12 0.18 0.30 6 10 1 1.5 2.5 4 6 9 15 22 36 58 90 0.15 0.22 0.36 10 18 1.2 2 3 5 8 11 18 27 43 70 110 0.18 0.27 0.43 18 30 1.5 2.5 4 6 9 13 21 33 52 84 130 0.21 0.33 0.52 30 50 1.5 2.5 4 7 11 16 25 39 62 100 160 0.25 0.39 0.62 50 80 2 3 5 8 13 19 30 46 74 120 190 0.3 0.46 0.74 80 120 2.5 4 6 10 15 22 35 54 87 140 220 0.35 0.54 0.87 120 180 3.5 5 8 12 18 25 40 63 100 160 250 0.4 0.63 1 180 250 4.5 7 10 14 20 29 46 72 115 185 290 0.46 0.72 1.15 注釋：包容表面取“+”，被包容表面取“-”孔中心距取“±” 沖孔凸模根據(jù)公式6-2有： d凸=（? 3.1+0.5×0.030）0-0.02 = ? 3.1150-0.02mm 沖孔凹模根據(jù)公式6-2有： d凹=（? 3.1+0.5×0.030+0.04）0+0.02 = ?3.1550+0.02mm 落料凸模根據(jù)公式6-4有： D凸1=（8.5－0.5×0.36－0.04）0-0.02 =8.280-0.02mm D凸2=（12－0.5×0.43－0.04）0-0.02 =11.7450-0.02mm D凸3=（19－0.5×0.52－0.04）0-0.02 =18.70-0.02mm D凸4=（52－0.5×0.74－0.04）0-0.02 =51.590-0.02mm 落料凹模根據(jù)公式6-5有： D凹1=（8.5－0.5×0.36）0+0.02 =8.320+0.02mm D凹2=（12－0.5×0.43）0+0.02 =11.7850+0.02mm D凹3=（19－0.5×0.52）0+0.02 =18.740+0.02mm D凹6=（52－0.5×0.74）0+0.03 =51.640+0.03mm  7 主要零部件設計 7.1 凹模設計 7.1.1 凹模刃口結構形式的選擇 沖裁凹模刃口形式有直壁式、斜壁式和臺階式兩種，選用時主要根據(jù)沖件的形狀、厚度、尺寸精度以及模具結構來確定。由于本模具沖的零件尺寸較大，為了保證凹模具有一定的強度，所以采用刃口為臺階式，該類型刃口強度高，修磨后刃口尺寸不變，裝配如圖7-1所示。 圖7-1 凹模 7.1.2 凹模精度與材料的確定 根據(jù)凹模作為工作零件，其精度要求較高，外形精度為IT14級，內型腔精度為IT12級，表面粗糙度為Ra1.2um，上下平面的平行度為0.02，材料選Cr12MoV。 7.1.3 凹模外形尺寸的確定 凹模的外形一般有矩形和圓形兩種。凹模的外形尺寸應保證有足夠的強度、剛度和修磨量。凹模的外形尺寸一般是根據(jù)被沖材料的厚度和沖裁件的最大外形尺寸來確定。 凹模各尺寸計算公式如下： 凹模壁厚 H=Kb1 （≥15mm） （7-1） 凹模邊壁厚 c=（1.5～2）H（≥30-40） （7-2） 凹模板邊長 L=b1+2c （7-3） 凹模板邊寬 B=b2+2c （7-4） 式中： b1-沖裁件的橫向最大外形尺寸； b2-沖裁件的縱向最大外形尺寸； K-系數(shù)，考慮板料厚度的影響，查表7-1。 表7-1 系數(shù)K值 材料料寬s/mm 材料厚度t/mm ≤1 ＞1～3 ＞3～6 ≤50 0.30～0.40 0.35～0.50 0.45～0.60 ＞50～100 0.20～0.30 0.22～0.35 0.30～0.45 ＞100～200 0.15～0.20 0.18～0.22 0.22～0.30 ＞200 0.10～0.15 0.12～0.18 0.15～0.22 根據(jù)條料寬度和材料厚度查表7-1得： K=0.3 根據(jù)公式7-1可計算落料凹模板的尺寸： 凹模厚度： H= Kb1 =0.3×50 =15.0mm 因在凹模內安裝推件塊，為了保證推件塊的空間，取凹模厚度為25mm。 根據(jù)公式7-2可計算凹模邊壁厚： C=（1.5～2）H =1.5×25～2×25 =37.5～50mm 根據(jù)凹模厚度和邊壁厚可確定凹模板的長、寬的尺寸。 根據(jù)公式7-3可計算凹模長： L=b1+2c =50+2×37.5 =125mm 根據(jù)公式7-4可計算凹模寬： L=b2+2c =25+2×37.5 =95mm 為了保證模具的強度和模具中緊固零件的裝配位置，以及各零件之間的不相互干涉，取凹模周界尺寸125×100×25mm 7.2 凸模、凸凹模的設計 7.2.1 凸模、凸凹模結構的確定 凸模、凸凹模結構通常分為兩大類。一類是鑲拼式，另一類為整體式。整體式中，根據(jù)加工方法的不同，又分為直通式和臺肩式。因為該工件形狀簡單為了方便凸模、凸凹模的裝配固定，所以將落料凸模模設計成臺肩式。 7.2.2 凸模高度、長度的確定 凸模的高度為凸模固定板的厚度、落料凹模厚度與附加長度的總和，凸凹模高度為凸凹模固定板厚度、橡膠壓縮時厚度、卸料板厚度與附加長度的總和，如圖7-2所示。 圖7-2 凸模、凸凹模高度尺寸 凸模高度為： L=h1+h2 （7-5） =51.5mm 式中: h1-凸模固定板厚度； h2-凹模厚度。 凸凹模高度： L=h3+h4+ h5+ h6 （7-6） =15+14+13+4 =46mm 式中: h3-凸凹模固定板厚度； h4-橡膠壓縮時厚度； h5-卸料板厚度； h6-附加長度2~5mm。 附加長度包括凸模的修磨量，凸模進入凸凹模的深度。 7.2.3 凸模材料的確定 該模具要求有較高的壽命和較高的耐磨性，并能承受沖裁時的沖擊力,所以凸模的材料應選Cr12MoV，熱處理58~62HRC。 7.3 卸料裝置的設計 7.3.1 卸料板的外形設計 卸料裝置分為彈性卸料和剛性卸料，彈性卸料工作原理為當模具上模上下移動，帶動卸料彈簧的壓縮和伸張，凸模相對于卸料板上下移動，使夾在凸模上的條料在卸料板的阻力下完成卸料過程，彈性卸料比較力穩(wěn)定，適合用于工件材料厚度較小的模具。剛性卸料工作原理是當模具完成沖裁打開時，夾在凸模上的條料隨著凸模往上移動，與固定于凹模板上的卸料板碰撞，使條料與凸模分離，達到卸料的目的，剛性卸料版卸料力較大，適合用于大型模具和工件材料厚度較大的模具。結合工件的尺寸、材料厚度、模具總體尺寸選擇彈性卸料裝置。 卸料板與凹模的外形尺寸相同，其厚度尺寸通常為凹模的0.6~0.8倍，所以取卸料板厚度為15mm，即卸料板尺寸為125×100×15mm。 7.3.2 卸料板材料的選擇 卸料板主要是起卸料的作用，對它的強度和硬度要求較高，所以材料選擇是Cr12，淬火硬度54~58HRC，即具有較高的強度、硬度，又具有較好的塑性、韌性。 7.3.3 卸料板的結構設計 模具采用的是彈壓卸料板和卸料螺釘進行卸料，4個卸料螺釘對稱分布，使每個卸料螺釘受力均勻 7.3.4 卸料板整體精度的確定 卸料板外輪廓的精度要求不高，所以選取IT14級，上下平面粗糙度0.8um；而內輪廓的精度要求比外輪廓的要求稍高，所以選取IT12級，其余粗糙度Ra為3.2um。 7.3.5 彈性元件的設計 在沖裁模卸料與出件裝置中，常用的元件是彈簧和橡膠，考慮模具的結構，該模具采用的彈性元件為橡膠。橡膠允許承受的負載較大，而且成本低，是中小型沖模中彈性卸料、頂件及壓邊裝置常用的彈性元件。 卸料橡膠的選用與計算步驟： （1）確定自由高度H自 H自=L工/(0.25～0.30）+h修模 （7-7） 式中： L工 -沖模的工作行程，對沖裁模而言，L工=t+1； h修模-預留的修模量，根據(jù)模具設計壽命一般取4～6 mm； 根據(jù)公式（7-7）得： H自=L工/（0.25～0.30）+h修模 =3/（0.25～0.30）+（4～6） =（10～12）+（4～6） =14～18 =18mm （2）確定L預和H裝 L預=（0.1～0.15）H自 （7-8） 式中： L預-橡膠的預壓縮量 根據(jù)公式（7-8）得： L預=(0.1～0.15）×18 =1.8～2.7=2.0mm H裝=H自×L預 （7-9） 式中： H裝-沖模裝配好以后橡膠的高度。 根據(jù)公式（7-9）得： H裝=H自×L預=18.2=16mm （3）確定橡膠橫截面積A A=F/g (7-10） 式中： F-所需的彈壓力（F=9885.564N）； G-橡膠在預壓縮狀態(tài)下的單位壓力：g=0.26～0.50MPa 根據(jù)公式（7-10）得： A=F/g =9885.564/0.40 =24713.91mm2 綜上所述，結合卸料板的厚度查表7-6，卸料板與凹模的外形尺寸相同。根據(jù)凹模的尺寸125mm×100mm×15mm，從而可以確定卸料板的尺寸。 7.4 凸模固定板的設計 凸模固定板主要是固定凸模，保證凸模有足夠的強度，使凸模與落料凹模、上模座、墊板更好的定位。凸模與凸模固定板的配合按H7/m6。 凸模固定板的厚度一般取凹模厚度的0.6～1倍，根據(jù)凸模尺寸大小取值。 則凸模固定板的厚度： H凸固=（0.6～1）H凹 （7-7） 式中： H凸固-凸模固定板厚度； H凹-凹模厚度。 根據(jù)公式7-7得凸模固定板厚度為： H凸固=（0.6～0.8）H凹 = 12～16mm 凸模固定板厚度取15mm。 7.5 模柄選擇 模柄的作用是將上模座固定在沖床的滑塊上。常用的模柄形式有： （1）整體式模柄，模柄與上模座做成整體，用于小型模具。 （2）帶臺階的壓入式模柄，它與模座安裝孔用H7/n6配合，可以保證較高的同軸度和垂直度，適用于各種中小型模具。 （3）帶螺紋的旋入式模柄，與上模連接后，擰入防轉螺釘緊固，垂直度較差，主要用于小型模具。 （4）有凸緣的模柄，用螺釘、銷釘與上模座緊固在一起，使用與較大的模具。 （5）浮動式模柄，它由模柄、球面墊塊和連接板組成，這種結構可以通過球面墊塊消除沖床導軌位差對沖模導向精度的影響，適用于滾珠導柱、導套導向的緊密沖裁。 綜合以上，結合模具的推件裝置，為了給打桿和推板留取裝配空間，所以采用了選用旋入式模柄，如圖7-5所示。 圖7-5 旋入式模柄 7.6上下模座的選用 本模具采用后側導柱、導套來保證模具上、下模的精確導向。后側導柱、導套都是圓柱形的，其加工方便，裝配容易。導柱的長度應保證上模座最底位置時（閉合狀態(tài)），導柱上端面與上模座頂面的距離5mm。而下模座底面與導柱底面的距離為14mm。導柱的下部與下模座導柱孔采用H7/r6的過盈配合,導套的外徑與上模座導套孔采用H7/r6的過盈配合。導套的長度，需要保證沖壓時導柱一定要進入導套10mm以上。導柱與導套之間采用H7/r6的間隙配合，導柱與導套均采用20鋼，熱處理硬度滲碳深度0.8～1.2mm，淬硬58～62HRC。 導柱的直徑、長度，按標準選取。 導柱：A28h6×150×28 GB/T2861.1 導套：A38H6×80×38 GB/2861.6 模座的的尺寸L/mm×B/mm＝125mm×100mm,上模座的厚度與下模座厚度查標準分別為40mm、50mm。 8 沖壓設備的校核與選定 8.1 沖壓設備的校核 該模具的閉合高度由以下零件高度相加求得該模具閉合高度得： H閉=180mm 其中：h1-上模座厚度為35mm； h2-上墊板厚度為10mm； h3-凸凹模固定板厚度為15mm； h4-橡膠閉合厚度15mm； h5-卸料板厚度為15mm； h6-凹模厚度25mm； h7-凸模固定板厚度15mm； h8-下墊板厚度15mm； h9-下模座高度為40mm； t-材料厚度1mm 可見該模具的閉合高度在所選模具閉合高度之間，則該模架可以使用，該模具的閉合高度小于所選壓力機型號為J23-10的最大閉合高度為200mm，可以使用。 8.2壓力機的選擇 通過校核，該沖裁件所需的沖裁力為23.97 KN，選擇開式壓力機J23-10的公稱壓力100KN能夠滿足使用要求。其主要技術查表9-1得參數(shù)如下： 表8-1 開式雙柱可傾壓力機參數(shù) 技術參數(shù) 代號 單位 型號 J23-10 J23-16 J23-10 滑塊公稱壓力 Pe KN 100 160 250 滑塊行程 S mm 60 70 65 最大閉合高度 H2 mm 200 220 270 連桿調節(jié)量 M1 mm 50 60 55 滑塊中心線至機身距離 C1 mm 130 160 220 模柄孔尺寸 直徑 d mm 30 30 50 深度 I mm 50 50 80 墊塊厚度 H1 mm 50 60 70 最大傾斜角 a 0 30 30 30 工作臺尺寸 左右 a mm 360 450 710 前后 b mm 240 300 480 結 論 在模具設計工作中，遇到的難點，能加以分析，找出結構、工藝或計算上的不足，對照相應設計資料和相近設計內容，依據(jù)冷沖模相應國家標準，擬定完善和解決方案。 這次設計中大量參考相關設計資料，查閱相關設計數(shù)據(jù)和國家標準，是完成本次課程設計重要內容。加強對于專業(yè)知識的理解，提升整體實踐能力，為今后冷沖壓模具設計打下堅實基礎。 本次設計的順利完成，離不開指導老師、授課專業(yè)老師以及班級同學的幫助，定時的溝通、指導，不定時的答疑、解惑，為設計提供巨大助力。在此，對設計指導老師、授課老師以及班級同學表示由衷感謝。 參考文獻 [1] 王鵬駒.沖壓模具設計師手冊.北京：機械工業(yè)出版社，2010 [2] 徐政坤.沖壓模具設計與制造.北京：化工業(yè)出版社，2009 [3] 萬站勝.沖壓模具設計.北京：中國鐵道出版社，2010 [4] 顧京.數(shù)控加工編程及操作.北京：高等教育出版社，2011 [5] 呂思科.機械制圖.北京：北京理工大學出版社，2009 [6] 王海明.機械制造技術.北京：中國農業(yè)出版社，2012 [7] 李正風.機械設計基礎.上海：上海交通大學出版社，2012 [8] 許發(fā)樾.模具設計應用實例.北京：機械工業(yè)出版社，2011 [9] 袁國定.沖壓模具工程師手冊.機械工業(yè)出版社，2011 [10] 成虹.沖壓工藝與模具設計.北京：高等教育出版社，2009 31