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XXXXXXX 學院 畢業(yè)設計 題目：扇形齒板沖壓模具設計 系 部 專 業(yè) 名 稱 班 級 姓 名 指 導 教 師 2015 年 9 月 15 日 扇形齒板沖壓模具設計 摘 要 從工件結構分析，該工件輪廓結構由直線圓弧構成，工件形狀具備對稱性。 模具的設計的設計先從工件的工藝結構出發(fā)，根據(jù)工件圖只要求和形狀來確定 模具的設計方案，進步一確定模具制造精度等級，和排樣設計從而確定出模具 的類型結構，從實際生產(chǎn)的角度出發(fā)，為了節(jié)約模具制造成本，提高產(chǎn)品生產(chǎn) 效率，保證工件的生產(chǎn)精度，該工件的沖裁模具設計方案采用了復合模具沖裁。 在模具設計前主要查找工件圖紙中未標注公差的尺寸公差，根據(jù)尺寸公差來確 定模具制造的精度，經(jīng)過多次的排樣分析以后，開始進行模具的結構設計，計 算模具的閉合高度、卸料力、沖裁力、、沖裁間隙、模具裝配配合間隙、凸模 高度、壓力中心、模具總壓力，根據(jù)總沖壓力選擇沖壓設備；所有的設計方案 確定以后開始繪制模具草圖、裝配圖、零件圖、編寫技術要求、設計說明書。 關鍵詞：復合模具，沖裁力，墊片，沖裁間隙，壓力中心 目 錄 1 前言 ............................................................................................................................1 1.1 冷沖壓模具概述和發(fā)展 ...................................................................................1 1.2 當前模具的技術水平 .......................................................................................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 尺寸精度 ..........................................................................................................3 3 沖壓工藝方案確定 ....................................................................................................4 3.1 沖裁工藝方案的確定 ......................................................................................4 3.2 沖裁工藝方法的選擇 ......................................................................................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 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 ......................................................................................11 5.2.2 卸料力計算 ..........................................................................................11 5.2.3 總沖壓力的計算 ..................................................................................12 5.2.4 初選壓力機 ..........................................................................................12 5.2.5 壓力中心的確定 ..................................................................................13 6 刃口尺寸的計算 ......................................................................................................15 6.1 沖裁間隙的確定 ............................................................................................15 6.2 刃口尺寸的計算及依據(jù)與法則 ....................................................................17 7 主要零部件設計 ......................................................................................................21 7.1 凹模設計 ........................................................................................................21 7.1.1 凹模刃口結構形式的選擇 ..................................................................21 7.1.2 凹模精度與材料的確定 ......................................................................22 7.1.3 凹模外形尺寸的確定 .......................................................................22 7.2 凸模的設計 ....................................................................................................25 7.2.1 凸模結構的確定 ..................................................................................25 7.2.2 凸模高度、長度的確定 ......................................................................25 7.2.3 凸模材料的確定 ..................................................................................26 7.2.4 凸模精度的確定 ..................................................................................26 7.3 卸料裝置的設計 ............................................................................................26 7.3.1 卸料板的外形設計 ..............................................................................26 7.3.2 卸料板材料的選擇 ..............................................................................27 7.3.3 卸料板的結構設計 ..............................................................................27 7.3.4 卸料板整體精度的確定 ......................................................................28 7.3.5 卸料彈簧的設計 ..................................................................................28 7.3.6 卸料螺釘?shù)倪x用 ..................................................................................28 7.4 凸模固定板的設計 ........................................................................................28 7.5 導向零件的設計 ............................................................................................29 7.5.1 墊板的設計 ..........................................................................................29 7.6 模柄的選用 ....................................................................................................30 7.7 螺釘?shù)倪x用 ....................................................................................................31 8 沖壓設備的校核與選定 ..........................................................................................32 8.1 沖壓設備的校核 ............................................................................................32 8.2 沖壓設備的選用 ............................................................................................32 8.3 壓力機的選擇 ................................................................................................32 10 模具結構簡述 ........................................................................................................34 結 論 ..........................................................................................................................35 致 謝 ..........................................................................................................................36 參考文獻 ......................................................................................................................37 附錄 ..............................................................................................................................38 1 1 前言 1.1 冷沖壓模具概述和發(fā)展 在沖壓加工中，將材料加工成零件（或半成品）的一種特殊工藝裝備，稱 為沖壓模具。沖壓模具是一種特殊的工藝裝備,與沖壓件有“一模一樣” 的關系,且 沒有通用性，是沖壓生產(chǎn)必不可少的工藝裝備，決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新 產(chǎn)品的開發(fā)能力，其功能和作用、設計與制造方法和手法決定了沖壓模具是技 術密集、高附加值型產(chǎn)品。沖壓成形加工特點：低耗、高效、低成本、 “一模一 樣”、質(zhì)量穩(wěn)定、高一致性，可加工薄壁、復雜零件，板材有良好的沖壓成形性 能，但是模具成本高，所以沖壓成形適宜批量生產(chǎn)。沖壓加工是制造業(yè)中最常 用的一種材料成形加工方法，采用模具生產(chǎn)制件具有生產(chǎn)效率高，質(zhì)量好，切 削少，節(jié)約能源和材料，成本底等一系列的優(yōu)點，模具成形已經(jīng)成為當代工業(yè) 生產(chǎn)的重要手段，成為多種成型工藝中最具潛力的發(fā)展方向。模具是機械、電 子等行業(yè)的基礎工業(yè)，它對國民經(jīng)濟和社會的發(fā)展起著越來越大的作用。 一個 國家模具生產(chǎn)能力的強弱、水平的高低，直接影響著許多工業(yè)部門的新產(chǎn)品開 發(fā)和舊產(chǎn)品更新，影響著產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟效益的提高。我國為了優(yōu)先發(fā)展模具 工業(yè)，制定了一系列優(yōu)惠政策，并把它放在國民經(jīng)濟發(fā)展十分重要的戰(zhàn)略地位。 1.2 當前模具的技術水平 近年許多模具企業(yè)加大了用于技術進步的投資力度，將技術進步視為企業(yè)發(fā) 展的重要動力。一些國內(nèi)模具企業(yè)已普及了二維 CAD，并陸續(xù)開始使用 UG、Pro/E、Solid Edge、Solid works、Optris 和 MAGMASOFT 等軟件，并成 功應用于沖壓模的設計中。此外，許多研究機構和大專院校開展模具技術的研 究和開發(fā)。經(jīng)過多年的努力，在模具 CAD/CAE/CAM 技術方面取得了顯著進步； 在提高模具質(zhì)量和縮短模具設計制造周期等方面做出了貢獻。 2 2 沖壓件工藝分析 圖 2-1 工件尺寸圖 工件名稱：扇形齒板； 工件簡圖：如圖 2-1； 生產(chǎn)批量：大量； 材料：45； 材料厚度：2mm； 精度等級：IT10 。 工件表面質(zhì)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 材料名稱：普通碳素鋼； 材料牌號：45； 材料狀態(tài)：已退火； 抗剪強度：440-560Mpa ； 抗拉強度：550-700Mpa ； 屈服點：380Mpa； 伸長率：14% 2.2 工件結構形狀分析 （1）沖裁件為沖孔落料件，材料厚度為 2mm，輪廓均由圓弧和直線構成， 3 若工件長期大批量生產(chǎn)，模具設計前應該分析凸凹模工作零件刃口的使用壽命 和耐疲勞和耐磨損程度，選取相應的模具模材料。 （2）工件上的最小孔直徑為 2.25mm，孔心距為 46.5mm，孔邊距為 12.5mm，這些數(shù)值均大于材料厚度的 1.5 倍，所以該零件的結構滿足沖裁要求。 2.3 尺寸精度 根據(jù)工件技術要求注明未標注的尺寸公差按照 IT12 計算，所以通過查表 2- 1 常用找出未標注公差的上下極限偏差，一般無明確要求的情況下模具設計制 造的公差等級大于工件的 2 到 3 個公差等級。 表 2-1 常見零件公差等級表 公差等級 IT4 IT5 IT6 IT7 IT8 IT9 IT10 IT11 IT12 IT13 IT14 尺寸 /mm /m /mm 3 36 610 1018 1830 3050 5080 80120 120180 3 4 4 5 6 7 8 10 12 4 5 6 8 9 11 13 15 18 6 8 9 9 13 16 19 22 25 10 12 15 18 21 25 30 35 40 14 18 22 27 33 39 46 54 63 25 30 36 43 52 62 74 87 100 40 48 58 70 84 100 120 140 160 60 75 90 110 130 160 190 220 250 0.10 0.12 0.15 0.18 0.21 0.25 0.30 0.35 0.40 0.14 0.18 0.22 0.27 0.33 0.39 0.46 0.54 0.63 0.25 0.30 0.36 0.43 0.52 0.62 0.74 0.87 1.00 4 3 沖壓工藝方案確定 3.1 沖裁工藝方案的確定 沖裁工藝方案從尺寸精度、圖紙技術要求、工件外觀質(zhì)量、工件材料力學 性能及生產(chǎn)批量開始，在沖裁工藝分析和技術經(jīng)濟分析的基礎上，根據(jù)沖裁件 的特點確定工藝方案，工藝方案分為沖裁工序的組合和沖裁順序的安排。 3.2 沖裁工藝方法的選擇 沖裁工序分為單工序沖裁、復合沖裁和級進沖裁三種其三種工序的性能見 表 3-1。 單工序沖裁是在壓力機一次行程內(nèi)只完成一個沖壓工序的沖裁模；復合沖 裁是在壓力機一次行程內(nèi)，在模具的同一位置同時完成兩個或兩個以上的沖壓 工序；級進沖裁是把沖裁件的若干個沖壓工序，排列成一定的順序，在壓力機 的一次行程中條料在沖模的不同位置上，分別完成工件所要求的工序。 表 3-1 單工序沖裁、級進沖裁和冷沖沖裁性能 比較項目 單工序模 復合冷沖模 級進模 生產(chǎn)批量 小批量 中批量和大批量 中批量和大批量 沖壓精度 較低 較高 較高 沖壓生產(chǎn)率 低，壓力機一次行程 內(nèi)只能完成一個工序 較高，壓力機一次行程內(nèi) 可完成二個以上工序 高，壓力機在一次行程內(nèi) 能完成多個工序 實現(xiàn)操作機械 化自動化的可 能性 較易，尤其適合于多 工位壓力機上實現(xiàn)自 動化 制件和廢料排除較復雜， 只能在單機上實現(xiàn)部分機 械操作 容易，尤其適應于單機上 實現(xiàn)自動化 生產(chǎn)通用性 通用性好，適合于中 小批量生產(chǎn)及大型零 件的大量生產(chǎn) 通用性較差，僅適合于大 批量生產(chǎn) 通用性較差，僅適合于中 小型零件的大批量生產(chǎn) 沖模制造的復 雜性和價格 結構簡單，制造周期 短，價格低 沖裁較復雜零件時，比級 進模低 沖裁較簡單零件時低于冷 沖模 因為該沖裁件的精度要求滿足 IT14 級即可，并且要有很高的生產(chǎn)率和安全 的操作過程，由于工件的工藝性質(zhì)和形狀結構簡單，為了提高生產(chǎn)效率和尺寸 5 精度，采用復合沖裁即可達到要求。 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，復合模具可分為正裝復 合模具和倒裝復合模具，為了方便安全送料操作，沖裁件模具設計采用的是倒 裝結構的復合模具。 4.2 定位方式的選擇 在復合沖裁模具設計時，因沖孔落料工藝同時完成，所以不需要再設計精 確地導正定位裝置，為了方便生產(chǎn)中送料和精準的確定步距，在模具送料方向 上設計擋料銷，兩側根據(jù)材料寬度設計兩個導料銷，在實際生產(chǎn)加工時，只需 要將條料靠注擋料銷和導料銷，方可精確地定位。 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 2mm，條料通 常為板材，為了進一步的提高經(jīng)濟效益，沖裁件的生產(chǎn)加工將采用手工送料的 方式。 4.4 出件方式的確定 復合模具大致可分為倒裝復合模具和正裝復合模具，倒裝復合模具是將落 料凹模設計在上模部分，正裝復合模具是將落料凹模設計在模具的下模部分， 但由于工件所需要沖孔較多，為了方便沖孔廢料方便從下模落出，模具將設計 成倒裝復合模具，當模具完成一次沖裁周期的時候，沖孔廢料由下模落出，成 品件在上模推件塊推力的作用下將工件從上模的落料凹模中推出。 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尺寸決定，根據(jù)模具結構、且對于此副模具的 話，主要有落料的凹模來確定長以及寬，模具的閉合高度則有設計的上模，下 模，以及模具的一些配件來決定，對于此復合模，應該先考慮他的閉合高度， 其次才是它的寬度和長度，所以要合理選擇模架，就有必要考慮它的工作零件 以及配件的合理高度，這樣才能合理的選擇模架，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 6 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(chǎn)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(chǎn)效率，模 具壽命和工件質(zhì)量以及工件尺寸精度，采用中間式導柱模架，模具導向性能好， 精度高。 7 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(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。因此考慮以下三種方案： 方案一：有廢料排樣 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：少廢料排樣 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，沖模結構簡單。 方案三：無廢料排樣 沖件的質(zhì)量和模具壽命更低一些，但材料利用率最 高。 為了綜合考慮排樣條料的強度，決定采用有廢料的排樣方案。 圖 5-1 排樣示意圖 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 8 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(zhì)量。一般來說， 搭邊值是由經(jīng)驗和查表來確定的，該制件的搭邊值采用查表 5-1 取得。 如表 5-1 所示：根據(jù)此表和工件可確定搭邊值 a 和 a1，a 的最小值取 1.8mm，a1 最小值取 1.5mm。 表5-1 搭邊a和a 1數(shù)值（低碳鋼） （mm） 圓件或圓角 r2t 的工件 矩形件邊長 L50mm材料厚度 t/mm 工件間 a 1 沿邊 a 工件間 a1 沿邊 a 0.25 以下 1.8 2.0 2.2 2.5 0.25-0.5 1.2 1.5 1.8 2.0 0.5-0.8 1.0 1.2 1.5 1.8 0.8-1.2 0.8 1.0 1.2 1.5 1.2-1.6 1.0 1.2 1.5 1.8 1.6-2.0 1.2 1.5 1.8 2.5 2.0-2.5 1.5 1.8 2.0 2.2 2.5-3.0 1.8 2.2 2.2 2.5 3.0-3.5 2.2 2.5 2.5 2.8 3.5-4.0 2.5 2.8 2.5 3.2 4.0-5.0 3.0 3.5 3.5 4.0 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(chǎn)。側壓裝置適用于工件材料厚度較小的模具， 在這次工件的模具設計中，工件材料厚度 1mm，無需測壓裝置，只需導料板橫 向?qū)Я霞纯伞?故按公式 5-1 計算： B =（D max+2a1+C） 0 - 0 - 9 （5-1） 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 5-1； -條料寬度的單向（負向）偏差，見表 5-2； C-導料板與最寬條料之間的間隙，其最小值見表 5-3。 表 5-2 剪料公差及條料與導料板之間隙 （mm） 材料厚度 t/mm條料寬度 B/mm 01 12 23 35 50 50100 100150 150220 220300 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 5-3 有側壓裝置和無側壓裝置對照表 （mm） 無側壓裝置 有側壓裝置 條料寬度 B（mm） 材料厚度 t（ mm） <100 100200 200300 <100 100 00.5 0.51 12 23 34 45 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 5 5 5 5 5 5 8 8 8 8 8 8 所以根據(jù)以上理論數(shù)據(jù)由公式 5-1 得出條料寬度為： B =（D max+2a1+C） 0 - 0 - =161.48+1.8+1.8+1 =166.08-00.6 因考慮到方便準備條料，條料寬度通常取整數(shù)值，所以條料寬度取值為 167mm。 10 5.1.2 材料利用率的計算 關于材料利用率，可用公式 5-2 表示： =A/BS100% （5- 2） 式中， A-一個步距內(nèi)沖裁件的實際面； B-條料寬度； S-步距。 由圖 5-1、圖 5-2 和公式 5-2 得： A=9327.7（mm 2） =A/BS100% =9327.7（16785）100% 65.7% 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 Fp 一般可以按公式 5-3 計算： F=KtL （5-3） 式中， -材料抗剪強度，MPa ； L-沖裁周邊總長 mm； t-材料厚度 mm。 K-波動系數(shù)值，取1.3. 由于45的力學性能查表2-1可得：抗剪強度 取350MPa 。 的數(shù)值取決于材料的種類和坯料的原始狀態(tài)，可在設計資料及有關手冊 中查找，本設計 取值的通過查下表確定，材料厚度 2mm，取 560MPa。 F 沖 =F1+F2 （5-4） 式中， F 沖 -沖裁力； F1-落料時的沖裁力； F2-沖孔時的沖裁力。 11 沖裁周邊的總長（mm） 沖裁總周長為： L=391.3mm ） 落料沖裁力由公式 5-3 得： F 沖 =KtL1 =1.32391.3350 =569.7KN 5.2.2 卸料力計算 當上模完成一次沖裁后，沖入凹模內(nèi)的制件或廢料因彈性擴張而梗塞在凹 模內(nèi)，模面上的材料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。 卸料力計算公式如下： F 卸 = K 卸 F 沖 （5-5） 式中，F(xiàn) 卸 -卸料力； F 沖 -沖裁力； K 卸 -卸料力系數(shù)，見表 5-4； 表 5-5 卸料力、推件力和頂件力系數(shù) （mm ） 料厚/mm K 卸 K 推 K 頂 鋼 0.1 0.10.5 0.52.5 2.56.5 6.5 0.0650.075 0.0450.055 0.040.05 0.030.04 0.020.02 0.1 0.063 0.055 0.045 0.025 0.14 0.08 0.06 0.05 0.03 注：卸料力系數(shù) K 卸 在沖多孔、大搭邊和輪廓復雜時取上限值。 K 卸 卸料力系數(shù)通過查表 5-4 確定，卸料力系數(shù)取 K 卸 0.04，由公式 5- 5 得： F 卸 = K 卸 F 沖 =0.05569.7 12 28.5KN 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 （5- 6） =569.7+28.5 =598.2KN 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(chǎn)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(chǎn)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。 考慮到經(jīng)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， 查下表 5-6 初選壓力機為 J23-63 型壓力機。 表 5-6 開式壓力機規(guī)格及參數(shù) 型號 J23-16 J23-25 J23-40 J23-63 公稱壓力/KN 160 250 400 630 滑塊行程/mm 55 65 100 130 最大閉合高度/mm 220 270 330 360 閉合高度調(diào)節(jié)/mm 45 55 65 80 滑塊中心線至床身 距離/mm 160 200 250 265 前后 180 220 260 280滑塊底面 尺寸/mm 左右 200 250 300 480 工作臺板厚度/mm 40 50 65 80 直徑 40 40 50 50模柄孔尺 寸 /mm 深度 60 60 70 80 5.2.5 壓力中心的確定 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 13 沖模和壓力機滑塊產(chǎn)生偏心載荷，使滑塊和導軌之間產(chǎn)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（X 0，Y 0） ，即為所求模 具的壓力中心。 該件的壓力中心計算如下： X0（L 1X1+L2X2+L nXn）（L 1+L2+Ln） （5-6） =9.32 Y0（L 1Y1+ L 2Y2+L nYn）（L 1+ L 2+L n） （5-7） =41.13 式中：X 0-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。 所以，模具壓力中心為（9.32，41.13） 14 6 刃口尺寸的計算 沖裁件的尺寸精度主要決定于模具的刃口尺寸精度，模具的合理間隙值也 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其制造公差， 是設計沖裁模主要任務之一。 6.1 沖裁間隙的確定 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 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，如圖 6-1。 沖裁間隙的大小對沖裁件的斷面質(zhì)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(zhì)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(chǎn)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，Z min=0.246mm Zmax=0.36mm。 15 圖 6-1 沖裁間隙 表 6-1 部分沖裁模初始雙邊間隙值 08、10、35、 09Mn、Q235 16Mn 40、50 65Mn材料 厚度 Zmin Zmax Zmin Zmax Zmin Zmax Zmin Zmax 小于 0.5 極小間隙( 或無間隙) 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.2 1.5 1.75 2.0 2.1 0.040 0.048 0.064 0.072 0.092 0.100 0.126 0.132 0.220 0.246 0.260 0.060 0.072 0.092 0.104 0.126 0.140 0.180 0.240 0.320 0.360 0.380 0.040 0.048 0.064 0.072 0.090 0.100 0.132 0.170 0.220 0.260 0.280 0.060 0.072 0.092 0.104 0.126 0.140 0.180 0.240 0.320 0.380 0.400 0.040 0.048 0.064 0.072 0.090 0.100 0.132 0.170 0.220 0.260 0.280 0.060 0.072 0.092 0.104 0.126 0.140 0.180 0.240 0.320 0.380 0.400 0.040 0.048 0.064 0.064 0.090 0.090 0.060 0.072 0.092 0.092 0.126 0.126 16 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。其計算方法是： （1）因為沖出的孔，落下的料都有錐度，且落料件的大端尺寸等于凹模刃 口尺寸，而沖孔的小端尺寸等于凸模刃口尺寸。 （2）在測量與使用中，沖孔能測量到小端尺寸，落料件能測量大端尺寸。 （3）從產(chǎn)品的使用性能看，孔必須控制最小端尺寸，落料的外形尺寸要控 制最大端尺寸。 （4）凸、凹模的設計原則 沖孔時，設計計算以凸模為準，間隙放大在凹模刃口上。 落料時，設計計算以凹模為準，間隙縮小在凸模刃口上。 （5）考慮磨損（名義尺寸） 沖孔時，凹模越磨越小，凸模設計應取制件尺寸公差范圍內(nèi)移大尺寸。 落料時，凹模越磨越大，凹模設計應取制件尺寸公差范圍內(nèi)移小尺寸。 （6）凸、凹模刃口的制造公差 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14IT12IT 或 級，圓形件按 - 級精度，凸模和凹模刃口尺寸的計算與加工方法1IT6I7 有關，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： 凸 凹 ZmaxZ min （6- 1） 所以，新制造的模具應該保證 凸 凹 Z minZmax，否則，模具的初 始間隙已超過了允許的變動范圍 ZminZ max，影響模具使用壽命。本套模具采 用分別加工法進行加工。 17 分開加工時計算公式如下： 沖孔凸模尺寸： （6-0min凸凸xd 2） 沖孔凹模尺寸： （6-凸0mininZ 3） 落料凸模寸： （6-0凸inmax凸D 4） 落料凹模尺寸： （6-凸0ax 5） 孔距尺寸： （6-1/8Ld 6） 其中： ， -分別為落料凸、凹?；境叽?；凸D ， -分別為沖孔凸、凹?；境叽?；d -沖孔件孔的最小極限尺寸；min -落料件最大極限尺寸；axD ， -分別為凹模上偏差，可按 IT7，凸模下偏差，可按 IT6；凸 -制造公差； -磨損系數(shù)，其值在 0.51 之間。x 該制件的最小雙邊間隙為 Zmin=0.246mm，最大雙邊間隙 Zmax=0.36mm，則 有 Zmax- Zmin=0.126。查表 2-1 標準公差數(shù)值得： 130.11mm、 2.250.04mm、150.07mm， 164.5 0-0.16 查表 6-3 得 x 為 0.5。 沖孔凸模根據(jù)公式 6-2 有： 0min凸凸xd d 凸 1= （ 13+0.5 0.11） 0-0.02 =13.0550-0.02 mm d 凸 2= （ 2.25+0.50.04） 0-0.02 18 =2.270-0.02 mm d 凸 3= （ 15+0.50.07） 0-0.02 =15.0350-0.02 mm 沖孔凹模根據(jù)公式 6-3 有： 凸 0minin凸Zxd d 凹 1= （ 13+0.5 0.11+0.126） 0+0.02 = 13.1310+0.02 mm d 凹 2=（ 2.25+0.50.04+0.126） 0+0.02 = 2.3960+0.02 mm d 凹 3=（ 15+0.50.07+0.126） 0+0.02 = 15.1610+0.02 mm 落料凹模根據(jù)公式 6-4 有： 0凸minmax凸ZD D 凸 1= （ 164.5-0.5 0.16-0.126） 0-0.02 = 164.294.0-0.02 mm 落料凸模根據(jù)公式 6-5 有： 凹凹 0max D 凹 1= （ 164.5-0.5 0.16） 0+0.02 = 164.420+0.02mm 表 6-2 簡單形狀（方形、圓形）沖裁時凸、凹模制造偏差 (mm) 公稱尺寸 凸模偏差 凸 凹模偏差 凹 公稱尺寸 凸模偏差 凸 凹模偏差 凹 19 18 1830 3080 80120 120180 0.020 0.020 0.020 0.025 0.030 0.020 0.025 0.030 0.035 0.040 180260 260360 360500 500 0.030 0.035 0.040 0.050 0.045 0.050 0.060 0.070 表 6-3 磨損系數(shù) （mm ） 材料厚度 工件公差 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 非圓形 x 值 圓形 x 值 磨損系數(shù) 1 0.75 0.5 0.75 0.5 （a ）落料 （b）沖孔圖 圖6-2 工作零件刃口尺寸 20 7 主要零部件設計 雖然各類沖裁模的結構形式和復雜程度有很多不同的，但組成模具的零件 種類可以說是基本相同的，根據(jù)它們在模具中的功用和特點，可將他分為非標 準件和標準件兩類。 模具標準化是縮短模具制造周期的有效辦法，是應用模具 CAD/CAM 技術 的前提，是模具工業(yè)化和現(xiàn)代化的生產(chǎn)基礎，所以在模具設計與制造過程中， 必須推廣和優(yōu)先使用國家標準。雖然相關行業(yè)標準雖然各類沖裁模的結構形式 和復雜程度有很多不同的，但組成模具的零件種類可以說是基本相同的，根據(jù) 它們在模具中的功用和特點，可以將他們分為工藝零件和結構零件兩類。設計 主要零部件時，首先要考慮主要零部件的定位、固定以及總體裝配方法，本套 模具主要采用螺釘固定模具零件，采用導料板送進定位，無側壓裝置。 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筒式和凸臺兩種，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，所以采用 刃口為凸臺式，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。 21 圖 7-1 凹模裝配簡圖 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 IT12 級，內(nèi)型腔精 度為 IT12 級，表面粗糙度為 Ra3.2um，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 形尺寸來確定的，如圖7-1所示。 凹模各尺寸計算公式如下： 凹模邊壁厚 H=Kb1 （7- 1） 凹模邊壁厚 c=（1.52）H， （c30-40） （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 22 材料厚度 t/mm 材料料寬 s/mm 1 13 36 50 0.300.40 0.350.50 0.450.60 50100 0.200.30 0.220.35 0.300.45 100200 0.150.20 0.180.22 0.220.30 200 0.100.15 0.120.18 0.150.22 查表7-1 得： K=0.2 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