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摘 要
本文介紹的模具實(shí)例結(jié)構(gòu)簡單實(shí)用，使用方便可靠。本套沖壓模具的設(shè)計(jì)不是以復(fù)雜模具的設(shè)計(jì)為主，而主要是對模具設(shè)計(jì)知識的系統(tǒng)學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)的練習(xí)，以達(dá)到掌握沖壓模具設(shè)計(jì)的基本技能的目的。
首先，對零件做整體的分析。包括：材料的使用、精度的要求、工序的要求以及成本的要求等。為了降低成本，對排樣方式進(jìn)行了合理的設(shè)計(jì)；其次，對零件整體進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)。通過工藝目的的設(shè)計(jì)、工序的順序設(shè)計(jì)、壓力機(jī)的選擇等來實(shí)現(xiàn)所要達(dá)到的要求；再次，想要保證制件精度的要求，就要考慮模具刃口尺寸的計(jì)算。因?yàn)槿锌谑菦_制工件的主要工作部分，刃口處的精度就決定了制件的精度，就必須根據(jù)公差來進(jìn)行精確計(jì)算。
最后，根據(jù)計(jì)算出的模具刃口尺寸設(shè)計(jì)出相應(yīng)的凸凹模，并且查找資料選擇冷沖壓模的標(biāo)準(zhǔn)零件，符合標(biāo)準(zhǔn)后，就把凸凹模與其它各零部件進(jìn)行總體裝配。在確定了模具體閉合高度后，選出合適的壓力機(jī)在調(diào)試校驗(yàn)后并進(jìn)行試沖加工，以達(dá)到符合的標(biāo)準(zhǔn)，最終完成加工。
關(guān)鍵詞：沖壓模具，沖壓工藝，模具設(shè)計(jì)
Abstract
The topic is the chain plate punching blanking compound mold design and the mold of article described an instance is simple and practical, easy to use and is reliable. This mold is not primarily designed to complex design, but mainly on a systematic study of mold design knowledge and practice, in order to achieve the purpose of master the basic skills of stamping mold design.
First of all, do a thorough analysis for the parts, which include the using of the material, the requirement of accuracy and the requirement of working procedure and costs and so on. For declining low cost, proceeded the reasonable design to the row kind method. Secondly, do processing design for the whole parts and the purpose by craft designing and order of the working procedure and by the choice of punching machine. Thirdly, consider the calculation of size of the mould cutting edge in order to meet the need of accuracy. Because the cutting edge is the main working part of the punching processing, the accurate cutting edge guarantees the accurate parts. So you needed to tolerance do accurate calculation.
Finally, according to the calculated the size of mold cutting edge design the corresponding punch and mold, and find information on selection criteria for cold stamping parts, meet the standards, put the punch and mold with the other components to the overall assembly. In determining the specific mold closed height, select the appropriate press in the debug and test validation washed after processing, to meet compliance standards, the final completion of the processing chain plate.
Keywords：composite modulus, stamping process, mold design , punching blanking
目 錄
摘要 1
Abstract 2
目錄 3
第1章 緒論 5
1.1 模具選材的意義 5
1.2 模具選材的原則 6
1.3 冷沖壓模具的選材原則 8
1.4 工藝方案比較及確定 9
1.5 沖壓模具材料的熱處理 10
第2章 零件的分析 11
2.1 零件的工藝性分析 11
2.2 工藝方案分析 11
第3章 模具間隙和凸凹模尺寸的確定 14
3.1 模具間隙的確定 14
3.1.1 沖裁間隙的含義 14
3.1.2 間隙對沖裁的影響 14
3.1.3 沖裁方向的確定原則 15
3.2 凸凹模尺寸 16
第4章壓力中心的計(jì)算 19
4.1 壓力中心的計(jì)算 19
4.2 設(shè)備的選擇 19
第5章 排樣設(shè)計(jì) 21
第6章 模具總體設(shè)計(jì) 23
第7章 模具的裝配 25
結(jié)論與展望 26
致謝 27
參考文獻(xiàn) 28
第1章 緒論
1.1 模具選材的意義
隨著市場經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展和材料加工新技術(shù)新發(fā)明的不斷采用，產(chǎn)品更新?lián)Q代的速度加快，對成形模具數(shù)量的需求也不斷增加，模具材料的正確選擇與合理使用已經(jīng)制約高精度、長壽命、高效率模具制造的瓶頸之一。國內(nèi)外通常按用途將模具材料分為三大類：冷作模具材料、熱作模具材料和塑性成形模具材料。目前，這三大類模具材料仍以黑色金屬及其合金為主。
合理選擇模具材料具有非常重要的意義，首先是由模具在現(xiàn)代生產(chǎn)工業(yè)中的重要作用所決定；其次，合理選材也是保證模具壽命、提高材料利用率的基本要求之一。
模具材料的選擇是指：針對具體的模具零件，在相應(yīng)的模具材料中選擇一、兩種較為理想或合適的材料的過程。一般來說，模具零件的選材要求所選材料滿足：
（1）使用性能足夠 根據(jù)工作條件，失效形式、壽命要求、可靠性的高低等提出材料的強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性等使用性能要求，其中應(yīng)考慮尺寸效應(yīng)及主要的、關(guān)鍵的性能指標(biāo)。
（2）工藝性良好 根據(jù)制造工藝流程及方法不同，保證所選材料具有良好的工藝性能，首先是能將模具零件制造出來。
（3）供應(yīng)上能保證 所選材料應(yīng)考慮地方資源市場供應(yīng)情況，盡量少用進(jìn)口材料，并且品種規(guī)格應(yīng)盡量少而集中，以便于采購和管理。
（4）經(jīng)濟(jì)性合理 要求所選材料，生產(chǎn)過程簡單、成品率高、成本低。也就是業(yè)界提出的“滿足制品要求，發(fā)揮材料潛力，經(jīng)濟(jì)技術(shù)合理”原則。
由此可見，模具的選材決策是一個(gè)系統(tǒng)工程，涉及因素多，工作量大。根據(jù)系統(tǒng)工程的原理，系統(tǒng)的組成要素越多，亦即模具選材考慮的因素越多，其系統(tǒng)就越大，方案優(yōu)化決策的工作量也越大。然而，系統(tǒng)工程認(rèn)為，最終得出的決策只能是相對理想的而決不是最好的。因此，為了簡化相關(guān)問題的解決過程，系統(tǒng)所包括的要素應(yīng)盡量少。
1.2 模具選材的原則
模具選材的原則一般按下面三個(gè)方面考慮：
1） 滿足工作要求
a。耐磨性
坯料在模具型腔中塑性變形時(shí)，沿型腔表面既流動(dòng)又滑動(dòng)，使型腔表面與坯料間產(chǎn)生劇烈的摩擦，從而導(dǎo)致模具因磨損而失效。所有材料的耐磨性是模具最基本、最重要的性能之一。硬度是影響耐磨性的主要因素之一。一般情況下，模具零件的硬度越高，磨損量越小，耐磨性也越好。另外，耐磨性還與材料中碳化物的種類、數(shù)量、形態(tài)、大小及分布有關(guān)。
b．強(qiáng)韌性
模具的工作條件大多十分惡劣，有些常承受較大的沖擊負(fù)荷，從而導(dǎo)致脆性斷裂。為防止模具零件在工作是突然脆斷，模具要具有較高的強(qiáng)度和韌性。模具韌性主要取決于材料的含碳量、晶粒度及組織形態(tài)。
c．疲勞斷裂性能
模具工作過程中，在循環(huán)應(yīng)力的長期作用下，往往導(dǎo)致疲勞斷裂。其形式有小能量多次沖擊疲勞斷裂、拉伸疲勞斷裂、接觸疲勞斷裂及彎曲疲勞斷裂。模具的疲勞斷裂性能主要取決于其強(qiáng)度、韌性、硬度以及材料中夾雜物的含量。
d. 高溫性能
當(dāng)模具的工作溫度較高時(shí)，會(huì)使硬度和強(qiáng)度下降，導(dǎo)致模具早期磨損或產(chǎn)生塑性變形而失效。因此，模具材料應(yīng)具有較高的抗回火穩(wěn)定性，以保證模具在工作溫度下，具有較高的硬度和強(qiáng)度。
e．耐冷熱疲勞性能
有些模具在工作的工程中處于反復(fù)冷卻和加熱的狀態(tài)，使型腔表面受拉、壓力變應(yīng)力的作用，引起表面龜裂和脫落，增大摩擦力，阻礙塑性變形，降低了尺寸精度，從而導(dǎo)致模具失效。冷熱疲勞是熱作模具失效的主要形式之一，因此這類模具應(yīng)具有較高的耐冷熱疲勞性能。
f。耐蝕性
有些模具如塑料模在工作時(shí)，由于塑料中存在氯、氟等元素，受熱后分解出HCI，HF等強(qiáng)腐蝕性氣體，侵蝕模具型腔表面，加大其表面粗糙度，加劇磨損失效。
2） 滿足工藝性能要求
模具的制造一般都要經(jīng)過鍛造、切削加工、熱處理等幾道工序。為保證模具的制造質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本 ，其材料應(yīng)具有良好的可鍛性、切削加工性、淬硬性、淬透性及可磨削性；還應(yīng)具有小的氧化、脫碳敏感性和淬火變形開裂傾向。
a．可鍛性
具有較低的熱鍛變形抗力，塑性好，鍛造溫度范圍寬，鍛裂冷裂及析出網(wǎng)狀碳化物傾向低。
b．退火工藝性
球化退火溫度范圍寬，退火硬度低且波動(dòng)范圍小，球化率高。
c．切削加工性
切削用量大，刀具磨損低，加工表面粗糙度低。
d．氧化、脫碳敏感性
高溫加熱時(shí)抗氧化性能好，脫碳速度慢，對加熱介質(zhì)不敏感，產(chǎn)生麻點(diǎn)傾向小。
e. 淬硬性
淬火后具有均勻而高的表面硬度。
f. 淬透性
淬火后能獲得較深的淬硬層，采用緩和的淬火介質(zhì)就能淬硬。
g. 淬火變形開裂傾向
常規(guī)淬火體積變形小，形狀翹曲、畸變輕微，異常變形傾向低。常規(guī)淬火開裂敏感性低，對淬火溫度及工作形狀不敏感。
h. 可磨削性
砂輪相對損耗小，無燒傷，極限磨削用量大，對砂輪質(zhì)量及冷卻條件不敏感，不易發(fā)生磨傷及磨削裂紋。
3） 滿足經(jīng)濟(jì)性要求
在給模具選材時(shí)，必須考慮經(jīng)濟(jì)性這一原則，盡可能降低制造成本。因此，在滿足使用性能的前提下，首先選用價(jià)格較低的，能用碳鋼就不用合金鋼，能用國產(chǎn)材料就不用進(jìn)口材料。另外，在選材時(shí)還應(yīng)考慮市場的生產(chǎn)和供求情況，所選鋼種應(yīng)盡量少而集中，易購買。
1.3 冷沖壓模具的選材原則
冷沖壓模具（簡稱冷沖模，下同）主要用在使金屬板料產(chǎn)生塑性變形或分離而加工成形所需制件方面。由于被成形對象在成形過程中存在加工硬化現(xiàn)象，加之其它一些模具工作環(huán)境因素，所以，對模具的強(qiáng)度、硬度、韌性、耐磨性和抗疲勞性等性能指標(biāo)要求較高。而這些性能指標(biāo)，主要是通過正確的選材和合理的熱處理工藝搭配老保障。
冷沖模在選材時(shí)，通常應(yīng)遵循下述原則：
1） 選擇淬透性良好的材料
在使用過程中，大多數(shù)冷沖模除要求表面有足夠的硬度外，還要求芯部具有足夠的韌性。例如：對于大型冷沖模，若用淬透性較差的材料，則淬火回火后很難達(dá)到表里一致的組織，從而影響模具的強(qiáng)度和韌性。所以，在選擇材料時(shí)，一般應(yīng)選用淬透性能良好的鋼材。此外，為了使模具零件在淬火后能獲得較均勻的應(yīng)力狀態(tài)，以避免開裂或變形，也應(yīng)該選用淬透性較好的材料。
2） 選擇抗回火穩(wěn)定性高的材料
冷沖模在工作時(shí)，由于和被加工材料發(fā)生強(qiáng)烈的擠壓和摩擦，會(huì)形成較高的溫度，這就要求模具材料本身要具有較高的抗回火穩(wěn)定性，也就是要具有在一定溫度下保證硬度的能力。一般來說，碳素鋼和低合金鋼抗回火能力差，若采用不同程度的含鉻和含鋁的合金鋼，則能顯著提高模具零件的回火穩(wěn)定性。
3） 根據(jù)制品批量選擇材料
對于沖壓數(shù)量較大的模具一般選用優(yōu)質(zhì)合金工具鋼制造，而對于制件數(shù)量較小的模具則可采用廉價(jià)的碳素工具鋼制造。
4） 根據(jù)模具的精密程度和使用壽命選擇材料
制造小型精密而復(fù)雜的冷沖模，宜選用優(yōu)質(zhì)鋼材；而對于結(jié)構(gòu)比較簡單、且使用壽命要求不高的模具，則可采用相對便宜的材料制作。對于大型凸、凹模，可以采用局部鑲嵌結(jié)構(gòu)，以節(jié)省貴重鋼材。
5） 根據(jù)模具零件的作用選擇鋼材
冷沖模的關(guān)鍵零部件，如凸、凹模，可采用優(yōu)質(zhì)鋼材制作，而其它零件可以采用一般鋼材制作。但對于結(jié)構(gòu)比較的沖裁凸模和凹模，以及彎曲模和拉伸模，如果是用來沖制數(shù)量不多或者厚度不大的有色金屬和黑色金屬，則多半可以選用優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼。例如，在工作中承受較大沖擊的模具，可選用T8A鋼，但對于基本不承受沖擊的模具，則可選用T10A鋼。對于成產(chǎn)批量較大的模具，其凸、凹模可采用Cr12鋼制造。
總之，在選擇冷沖模材料時(shí)，既要考慮其使用性能，又要考慮其總成本，兩者綜合，才是最佳的選擇。
1.4 工藝方案比較及確定
20年代開始，金屬制品、玩具和小五金等行業(yè)就使用沖床、壓機(jī)等簡易機(jī)械設(shè)備及模具加工產(chǎn)品的毛坯或某些零部件，其中有用于落料、沖孔的“刀口模子”，用于金屬拉伸的“塢工模子”。當(dāng)時(shí)各廠使用的沖壓設(shè)備功率不大，大多還是手扳腳踏。模具加工除使用少量簡陋的通用設(shè)備外，以手工為主，故而模具的精度不高，損壞率大。直到40年代初，才出現(xiàn)水壓機(jī)冷沖模具。50年代公私合營后，由于增添了磨床、銑床和鋸床等設(shè)備，又配上硬度計(jì)、外徑內(nèi)徑測定器和快規(guī)等，使冷沖模具的精度得以提高。隨著產(chǎn)品生產(chǎn)大量使用沖壓機(jī)床，1960～1970年，冷沖模具以從原來單沖落料、單沖孔模具發(fā)展為落料、沖孔復(fù)合模。又由于冷沖模架標(biāo)準(zhǔn)件的出現(xiàn)，使模具設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)形式多樣，精度也由此提高。同時(shí)，隨著熱處理技術(shù)的進(jìn)步和檢測手段的完善，冷沖模具使用壽命提高5-7倍。這一時(shí)期，還由于成型磨削、電脈沖和線切割機(jī)等機(jī)床相繼使用，又采用硬質(zhì)合金為模具材料，冷沖模具的制造工藝有了新的發(fā)展。硬質(zhì)合金冷沖模具的使用壽命從原來的3.5萬次躍增到150次以上。由于設(shè)計(jì)人員改進(jìn)制模工藝，具有自動(dòng)送料、自動(dòng)理片和接料裝置的復(fù)合模具大量問世?？磕ｃ姶惨M(jìn)后，用石膏、木模或?qū)嵨锛纯煞瞥鱿嗤螤畹哪Ｐ?，給制作復(fù)合拉伸模具提供了方便，確保了精度。70年代以后，使用斜度線切割機(jī)加工冷沖模具，其凸模（沖頭）和凹?？上却慊鹛幚碓偾懈钛b配，取代了原來冷沖模具制作：熱處理—裝配—變形修正的繁瑣工藝。模具的光潔度也提高了一個(gè)等級，精度可以達(dá)到0.01㎜。后來各專業(yè)模具廠、模具車間小組已廣泛使用線切割機(jī)加工制作冷沖模具。
1.5 沖壓模具材料的熱處理
100年前，美國機(jī)械工程師特勒（F.W Taylor）和冶金工程師懷特（M.White）在經(jīng)過廣泛而系統(tǒng)的切削試驗(yàn)后，確立了切削用高速鋼的最佳成分W18Cr4V,當(dāng)時(shí)切削中碳素鋼速度為30m/min,比之前提高了十幾倍。這一成果帶來了機(jī)械加工的劃時(shí)代革命，熱處理是利用加熱、保溫、冷卻的方法，促使金屬內(nèi)部組織發(fā)生變化，從而獲得所需性能（包括使用性能和加工性能）的一種工藝過程。一般來說，沖模質(zhì)量及壽命很大程度取決于熱處理質(zhì)量。為此，對模具材料熱處理有以下幾點(diǎn)要求：
（1） 熱處理變形要盡量小。熱處理變形會(huì)影響到裝配精度，造成凸凹模間隙不均勻，沖裁尺寸發(fā)生變化，影響制件質(zhì)量，縮短模具壽命。
（2） 采用下限溫度淬火。這樣既可以減少模具零件變形又可以提高材料的韌性。若加熱時(shí)過熱，不僅會(huì)使工件造成較大的脆性，而且在冷卻時(shí)也容易引起變形和開裂，必將影響模具的使用壽命。
（3） 熱處理后零件表面不允許有脫碳層和強(qiáng)滲碳層。若表面存在脫碳層，會(huì)使模具表面的硬度降低，容易引起磨損；若表面有強(qiáng)滲碳層，則會(huì)增加脆性，模具容易發(fā)生崩裂現(xiàn)象。
（4） 為提高沖板的耐用度，在使用過程中應(yīng)采用周期回火處理，這樣可有效地減少和消除沖裁工藝過程造成的拉應(yīng)力。
（5） 應(yīng)根據(jù)具體要求，合理安排熱處理工序。如：精度要求較高的模具工作零件，在粗精加工之間安排消除應(yīng)力處理，以消除切削加工所造成的殘余應(yīng)力，減小變行。對于一些形狀復(fù)雜，精度高，加工周期長的沖模工作零件，在機(jī)加工過程中可采取多消除應(yīng)力處理，有利于穩(wěn)定零件尺寸和形狀精度。尤其在沖模最后精加工前，應(yīng)進(jìn)行一次550℃-600℃清除應(yīng)力回火處理，有利于減小材料的淬火變形。
（6） 線切割加工模具零件，要求有高的淬透性較深的淬硬層，并使其內(nèi)應(yīng)力分布均勻，處于最小應(yīng)力狀態(tài)。因此，宜采用分級淬火和多次回火和高溫火的熱處理工藝，以提高淬性，減小內(nèi)應(yīng)力。
第2章 零件的分析
2.1 零件的工藝性分析
工件如圖1.1所示，工件材料為T2，厚度0.3mm，大批量生產(chǎn)，設(shè)計(jì)沖裁模。
圖1.1 導(dǎo)電片簡圖
此工件材料為T2，具有良好的沖壓性能，適合沖裁。工件相對簡單，孔與孔、孔與邊緣的距離滿足要求，工件的未標(biāo)注尺寸全部為自由公差，可看級，其中標(biāo)注帶有公差的尺寸，級也可以滿足其要求。普通沖裁完全可以滿足要求。
2.2 工藝方案分析
該工件包括落料、沖孔兩個(gè)基本工序，可有以下三種工藝方案。
方案一：先落料，后沖孔，采用單工序模生產(chǎn)。
方案二：落料沖孔復(fù)合沖壓，采用復(fù)合模生產(chǎn)。
方案三：沖孔—落料級進(jìn)沖壓，采用級進(jìn)模生產(chǎn)。
三種方案的特點(diǎn)對比如表1.1。
表1.1 三種方案的比較
模具類別
比較項(xiàng)目
單工序模
復(fù)合模
級進(jìn)模
沖件精度
較低
高
一般
生產(chǎn)效率
較低
較高
高
生產(chǎn)批量
適合大、中、小批量
適合大批量
適合大批量
模具復(fù)雜程度
較易
較復(fù)雜
復(fù)雜
模具成本
較低
較高
高
模具制作精度
較低
較高
高
模具制造周期
較快
較長
長
模具外形尺寸
較小
中等
較大
沖壓設(shè)備能力
較小
中等
較大
工作條件
一般
較好
好
方案一，模具結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，但需要兩道工序，兩副模具，成本相對較高，生產(chǎn)效率低，且更重要的是在第一道工序完成后，進(jìn)入第二道工序必然會(huì)增大誤差，使工件精度、質(zhì)量大打折扣，達(dá)不到所需的要求，難以滿足生產(chǎn)需要。故而不選此方案。
方案三，級進(jìn)模是一種多工位、效率高的一種加工方法。但級進(jìn)模輪廓尺寸較大，制造復(fù)雜，成本較高，進(jìn)而排除此方案。
方案二，采用復(fù)合模制沖件時(shí)，只需要一套模具，工件的精度及生產(chǎn)效率要求都能滿足，由于這個(gè)工件的結(jié)構(gòu)不太復(fù)雜而且軸對稱，復(fù)合模的成本不是太高，制造的難度也不大，容易保證尺寸的精度，并且在沖裁過程中可以進(jìn)行壓料，工件較平整、不翹曲。操作也方便，安全性好，生產(chǎn)效率高。所以綜合考慮，對以上三種模具特點(diǎn)的比較后，方案二比較合理。所以采用方案二的復(fù)合模。
第3章 模具間隙和凸凹模尺寸的確定
3.1 模具間隙的確定
3.1.1 沖裁間隙的含義
沖裁模的凸模橫斷面，一般小于凹模孔。凹模與凸模刃口部分，在垂直于外栽力方向的投影尺寸之差，稱為沖栽間隙。
間隙有兩種含義：—種指凹模與凸模間每側(cè)空隙的數(shù)值，稱為單面間隙；另一種指凹模與凸模間兩側(cè)空隙之和，稱為雙面間隙。對于圓形刃口的凸、凹模來說，雙面間隙就是兩者直徑之差。習(xí)慣上常說的多少間隙，是指雙面間隙，用符號Z表示。單面用Z／2表示。
3.1.2 間隙對沖裁的影響
生產(chǎn)實(shí)踐證明，間隙值的大小、分布是否均勻等，對沖裁件的斷面質(zhì)量、尺寸精度、沖裁力和模具形命等均有直接影響。凸、凹模之間的間隙大小可分三種基本情況， 即間隙合理、間隙過大和間隙過小。
1）沖裁件的斷面質(zhì)量
間隙合理，材料在分離時(shí)，凸、凹模刃口處的裂紋重合，沖裁斷面比較平直、光滑，塌角和毛刺均較小，制件質(zhì)量較好。但合理的沖裁間隙并非是一個(gè)絕對值，而是某一個(gè)數(shù)值范圍，沖裁間隙在此范圍內(nèi)都可得到?jīng)_裁斷面好的制件。間隙過大，凸、凹模刃口處的裂紋不重合，凸模刃口附近的裂紋在凹模刃口附近裂紋的里邊，材料受很大的拉伸，光亮帶小，毛刺、塌角及斜度都較大。間隙過小，裂紋也不重合，凸模刃口附近的裂紋在凹模刃口附近裂紋的外邊，兩條剪裂紋之間的一部分材料隨沖裁的繼續(xù)又被二次剪切和擠壓，在斷面上形成第二次光亮帶，并在其間出現(xiàn)夾層和毛刺。
2）尺寸精度
落料或沖孔后，因發(fā)生彈性恢復(fù)，會(huì)影響尺寸精度。間隙小到一定界限，由于壓縮變形彈性恢復(fù)，落料件尺寸會(huì)大于凹模尺寸，而使沖出的孔小于凸模。間隙大到一定界限，由于拉伸變形彈性恢復(fù)，落料件尺寸會(huì)小于凹模，而使沖出的孔大于凸模。間隙對于沖孔和落料精度的影響規(guī)律是不同的，且與材料軋制的纖維方向有關(guān)。
3）沖裁力和模具壽命
間隙值大時(shí)，沖栽力有一定程度的減小，卸料力和推件力也隨之降低。
沖裁時(shí)，坯料對凸模與凹模刃口產(chǎn)生側(cè)壓力，并在凸模與被沖孔之間以及凹模與落料件之間均有摩擦力。間隙越小，側(cè)壓力和摩擦力隨之增大。此外，在實(shí)際生產(chǎn)中，模具因受到制造誤差和裝配精度的限制，凸模不可能絕對垂直于凹模平面，而間隙分布也不可能十分均勻所以，過小的間隙會(huì)使凸、凹模刃口磨損加劇，壽命下降。而較大的間隙則可使凸、凹模側(cè)面與材料問摩擦減小，并減緩間隙不勻的不利影響，從而提高模具壽命；但間隙過大，坯料彎曲相應(yīng)增大，使凸模與凹模刃口端面上的壓應(yīng)力分布不均勻，容易產(chǎn)生崩刃或產(chǎn)生塑性變形，因而對模具壽命也不利。
3.1.3 沖裁方向的確定原則
沖裁時(shí)，由于凸、凹模之間存在間隙，因此落下的料或沖出的孔均帶有錐度，其大端尺寸基本等于凹棋尺寸，小端尺寸基本等于凸模尺寸。測量時(shí)，也是按沖孔的小端和落料的大端作為基準(zhǔn)量取尺寸的。又由于在生產(chǎn)中，凸、凹模都要與沖件或廢料發(fā)生摩擦，凸核愈磨愈小，凹模愈磨愈大，使間隙隨之增大。基于這一分析，確定沖裁間隙值的原則是：落料時(shí)因制件尺寸隨凹模尺寸而定，故間隙應(yīng)在減小凸模尺寸的方向上取得；沖孔時(shí)因孔尺寸隨凸模尺寸而定，故間隙應(yīng)在增大凹模尺寸的方向上取得。
考慮到?jīng)_裁件的斷面質(zhì)量、尺寸精度、凸、凹模的磨損，在設(shè)計(jì)與制造新模具時(shí)，取最小合理間隙。
根據(jù)材料的厚度t=0.3mm，查參考文獻(xiàn)[2]，表2-2，取=0.035mm，=0.045mm。
3.2 凸凹模尺寸
1、沖裁模刃口尺寸計(jì)算的基本原則
沖裁件的尺寸精度主要決定于模具刃口的尺寸精度，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(shè)計(jì)沖裁模主要任務(wù)之一。從生產(chǎn)實(shí)踐中可以發(fā)現(xiàn)：
（1）由于凸模、凹模之間存在間隙(沖裁間隙，即指沖裁凸模合凹模刃口之間的距離，也就是凸模工作部分和凹模工作部分之間的尺寸差)，使落下的料或沖出的孔都帶有錐度，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）在測量與使用中，落料件是以大端尺寸為基準(zhǔn)，沖孔孔徑是以小端尺寸為基準(zhǔn)。
（3）沖裁時(shí)，凸模、凹模要與沖裁件或廢料發(fā)生摩擦，凸模愈磨愈小，凹模愈磨愈大，結(jié)果使間隙越來越大。
由此在決定模具刃口尺寸及其制造公差時(shí)需考慮下述原則：
（1）落料件尺寸由凹模尺寸決定，沖孔時(shí)孔的尺寸由凸模尺寸決定。故設(shè)計(jì)落料模時(shí)，以凹模為基準(zhǔn)，間隙取在凸模上；設(shè)計(jì)沖孔模時(shí)，以凸模為基準(zhǔn)，間隙取在凹模上。
?。?）考慮到?jīng)_裁中凸模、凹模的磨損，設(shè)計(jì)落料模時(shí)，凹?；境叽鐟?yīng)取尺寸公差范圍的較小尺寸；設(shè)計(jì)沖孔模時(shí)，凸?；境叽鐒t應(yīng)取工件孔尺寸公差范圍內(nèi)的較大尺寸。這樣，在凸模、凹模磨損到一定程度的情況下，仍能沖出合格制件。凸模、凹模間隙則取最小合理間隙值。
（3）確定沖模刃口制造公差時(shí)，應(yīng)考慮制件的公差要求。如果對刃口精度要求過高( 即制造公差過小)，會(huì)使模具制造困難，增加成本，延長生產(chǎn)周期；如果對刃口精度要求過低(即制造公差過大)，則生產(chǎn)出來的制件可能不合格，會(huì)使模具的壽命降低。制件精度與模具制造精度的關(guān)系見表2.2.1。若制件沒有標(biāo)注公差，則對于非圓形件按國家標(biāo)準(zhǔn)“非配合尺寸的公差數(shù)值”IT14級處理，沖模則可按IT11級制造；對于圓形件，一般可按IT7～I(xiàn)T6級制造模具。沖壓件的尺寸公差應(yīng)按“入體”原則標(biāo)注，落料件上偏差為零，下偏差為負(fù)；沖孔件下偏差為零，上偏差為正。
? 2、刃口尺寸的計(jì)算方法
由于模具加工方法不同，凸模與凹模刃口部分尺寸的計(jì)算公式與制造公差的標(biāo)注也不同，刃口尺寸的計(jì)算方法可分為二種情況。
凸模與凹模分別加工計(jì)算模具刃口尺寸
采用這種方法，是指凸模和凹模分別按圖紙標(biāo)注的尺寸和公差進(jìn)行加工。沖裁間隙由凸模、凹模刃口尺寸和公差來保證。要分別標(biāo)注凸模和凹模刃口尺寸與制造公差(凸模δp、凹模δd)，優(yōu)點(diǎn)是具有互換性，但受到?jīng)_裁間隙的限制，它適用于圓形或簡單形狀的沖壓件。從圖2.3.1沖壓件與凸模、凹模刃口尺寸及公差的分布狀態(tài)可以看出，要保證初始間隙值小于最大合理間隙2cmax，必須滿足下列條件：
?。?p｜＋｜δd｜≤２cmax－2cmin
也就是說，新制造的模具應(yīng)該是｜δp｜＋｜δd｜＋２cmin≤2cmax。 否則制造的模具間隙已超過允許變動(dòng)范圍 2cmin～2cmax，影響模具的使用壽命。
若｜δ p｜＋｜δd｜>２cmax－2cmin，可取δp＝0.4(2cmax－2cmin)，δd＝0.6(2cmax－2cmin)作為模具的凸模、凹模的制造偏差。
常用凹模洞口類型為直筒式刃口凹模。其特點(diǎn)是制造方便，刃口強(qiáng)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(fù)雜的精密制件。但因廢料或制件在洞壁內(nèi)的聚集而增大了推件力和凹模的漲裂力，給凸、凹模的強(qiáng)度都帶來了不利的影響。一般復(fù)合模和上出件的沖裁模用 a)、c)型，下出件的用b)或a)型。d)、e)型是錐筒式刃口，在凹模內(nèi)不聚集材料，側(cè)壁磨損小。但刃口強(qiáng)度差，刃磨后刃口徑向尺寸略有增大 (如α＝30o時(shí)，刃磨0.1mm，其尺寸增大0.0017mm)。
凹模錐角α、后角β和洞口高度 h，均隨制件材料厚度的增加而增大，一般取α＝15′～30′、β＝2°～３°、h＝４～10mm。
1．落料：
設(shè)工件的尺寸為D０－△，根據(jù)計(jì)算原則，落料時(shí)以凹模為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)。首先確定凹模尺寸，使凹?；境叽缃咏虻扔谥萍喞淖钚O限尺寸，再減小凸模尺寸以保證最小合理間隙值2cmin。凹模制造偏差取正偏差，凸模偏差取負(fù)偏差，其計(jì)算公式如下：
?
?
第4章壓力中心的計(jì)算
4.1 壓力中心的計(jì)算
如對毛坯進(jìn)行加工必須要用到壓力機(jī)。而壓力機(jī)位置的確定必須先確定壓力中心。其出公式如下：
（2-5a）
（2-5b）
本次設(shè)計(jì)中制件的結(jié)構(gòu)為中心對稱圖形，且材料分布均勻，因此壓力中心的位置一定在制件的中心位置，即中心點(diǎn)處。
4.2 設(shè)備的選擇
由以上計(jì)算可得：壓力機(jī)為雙盤摩擦壓力機(jī)
型號：J53 – 63
J:機(jī)械壓力機(jī)
53：雙盤摩擦壓力機(jī)
63：公稱壓:630 KN
壓力機(jī)的主要參數(shù)：
公稱壓力/KN：630
滑塊行程/㎜：270
行程次數(shù)/（次?min）：22
最小閉合高度/㎜：190
最大裝模高度/㎜：無
閉合高度調(diào)節(jié)量/㎜：無
立柱間距離/㎜：無
導(dǎo)軌間距離/㎜：350
工作臺尺寸/㎜：（1）前后：450 （2）左右：400
墊板尺寸/㎜：（1）厚度：無（2）孔徑：80
模柄孔徑/㎜：（1）直徑:60 （2）深度：80
電動(dòng)機(jī)功率/KW：4
1、壓力機(jī)的分類：
⑴ 按用途可分：通用壓力機(jī)和專用壓力機(jī)。
⑵ 按結(jié)構(gòu)可分：開式和閉式壓力機(jī)；其中開式又可分為單柱和雙柱或可傾臺式、固定臺式、升降臺式壓力機(jī)。
2、壓力機(jī)的基本組成：
由床身、工作機(jī)構(gòu)、操作系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、能源系統(tǒng)等組成的。
3、主要參數(shù)：
① 公稱壓力機(jī)（主參數(shù)）
② 滑塊行程 S=2r
③ 滑塊行程次數(shù) n :
每分鐘滑塊從上死點(diǎn)到下死點(diǎn)，再由下死點(diǎn)到上死點(diǎn)往返的次數(shù)
④ 最大裝模高度：
1） 滑塊在下死點(diǎn)時(shí)，滑塊下表面到工作臺墊板上表面的距離為裝模高度
2） 將滑塊調(diào)整到最上位置，裝模高度達(dá)到最大值稱為最大裝模高度
⑤ 封閉高度：
滑塊在下死點(diǎn)，滑塊下表面到工作臺上表面的距離
⑥ 工作臺板及滑塊底面尺寸：L×B
⑦ 喉深C
滑塊中心至機(jī)身的距離
⑧ 模柄孔尺寸
第5章 排樣設(shè)計(jì)
在沖壓生產(chǎn)中，節(jié)約金屬和減少廢料具有非常重要的意義，特別是在大批量生產(chǎn)中，較好地確定沖件尺寸和合理排樣是降低成本的有效措施之一。
5.1 沖裁件的排樣
排樣是指沖件在條料、帶料或板料上布置的方法。沖件的合理布置（即材料的經(jīng)濟(jì)利用），與沖件的外形有很大關(guān)系。
根據(jù)不同幾何形狀的沖件，可得出于其相適應(yīng)的排樣類型，而根據(jù)排樣的類型，又可分為少或無工藝余料的排樣與工藝余料的排樣兩種。
排樣時(shí)，沖件之間以及沖件與條料側(cè)邊之間留下的余料叫搭邊。它的作用是補(bǔ)償定位誤差，保證沖出合格的沖件，以及保證條料有一定剛度，便于送料。
搭邊數(shù)值取決于以下因素:
(1) 工件的尺寸和形狀。
(2) 材料的硬度和厚度。
(3) 排樣的形式（直排、斜排、對排等）。
(4) 條料到的送料方法（是否有側(cè)壓板）。
檔料裝置的形式（包括檔料銷、導(dǎo)料銷和定距側(cè)刃等的形式）。搭邊值一般由經(jīng)驗(yàn)在經(jīng)過簡單計(jì)算確定的。
考慮到該制造件的生產(chǎn)綱領(lǐng)與加工條件，采用條料加工余料的排樣。排樣如下：
圖2.1
5.2材料利用率
?參考文獻(xiàn)[1]中公式
η=×100%? （4.5）
=（74.16）/（23×7）
=46%
式中：η——材料利用率
n——張板料（或帯料、條料）上沖件的數(shù)目
A——整個(gè)沖裁件的實(shí)際面積
L——板料長度
B——板料寬度
第6章 模具總體設(shè)計(jì)
由以上的計(jì)算，在初步對凸凹模尺寸的確定以后，可以對模架進(jìn)行選取
模架選取原則可根據(jù)《簡明設(shè)計(jì)手冊》P418表15.2進(jìn)行選取。
其基本原則是：
選擇模架結(jié)構(gòu)時(shí)要根據(jù)工件的受力變形特點(diǎn)，坯件定位，出件方式，材料的送進(jìn)方向，導(dǎo)柱受力狀態(tài)，操作是否方便等方進(jìn)行綜合考慮。
選擇模架尺寸時(shí)要根據(jù)凹模的輪廓尺寸考慮，一般在長度上及寬度上都應(yīng)比凸模大30——40mm摩板厚度一般等于凹模厚度的1——1.5倍。選擇模架時(shí)還應(yīng)注意到模架與壓力機(jī)的安裝關(guān)系，比如模座的寬度應(yīng)比壓力機(jī)工作臺孔的孔徑?jīng)]每邊大40——50mm。沖壓模具的閉合高度應(yīng)大于壓力機(jī)的最小裝模高度，小于壓力機(jī)的最小裝模高度等。如圖所示:
導(dǎo)柱的選擇
由模架選擇的結(jié)果可得：
見《簡明手冊》P448表15.26，導(dǎo)柱為C型。
其尺寸公差與外形如表2-5：
注：
1 摘自GB/T2861.3——90。）
2 材料：G Cr15.
3 熱處理：硬度62～66HRC
導(dǎo)套的選擇
導(dǎo)套與導(dǎo)柱形成間隙配合，保證相對滑動(dòng)順暢。通過模架已選定。
（注：1摘自GB/T2861.3——90。
2材料：20鋼。
3熱處理：滲碳深度0.8～1.2mm，硬度58～62HRC。）
模柄的選擇
因?yàn)橛脤?dǎo)柱式?jīng)_模，且為了便于安裝，因此選用壓入式模柄。（見課本P93）
模柄的選擇暫放在壓力機(jī)后
固定板與墊板的選用
固定板的選用
其基本原則是：用凸模固定板將凸模固定在模座上，其平面輪廓尺寸除應(yīng)保證凸模安裝孔外，還要考慮螺釘與銷釘?shù)脑O(shè)置。形式有圓形與矩形兩種。一般取其厚度等于凹模厚度的60%～80%。固定板孔與凸模采用過度配合（H7/m6），壓裝后端面要磨平，以保證沖模的垂直度。尺寸應(yīng)與凹模相配合。如圖所示:
（6）墊板的選用：與固定板相類似 見參考文獻(xiàn)P94
墊板的作用是直接承受和擴(kuò)散凸模傳遞的壓力，以降低模座所承受的單位壓力，保護(hù)模座以免被凸模端面壓陷。沖裁凸模是否加墊板，根據(jù)模座承壓的大小進(jìn)行判斷。凸模支承端面對模座的壓力為
= 2.7
P——沖裁力，N
F——凸模支承端面積，
如果凸模支承端面單位壓力大于模座材料的御用應(yīng)力。則需加經(jīng)淬硬磨平的墊板；反之則不加。墊板厚度一般取4～12mm，材料選用45鋼，T硬度按受力情況設(shè)計(jì)是自定。如下圖所示:
第7章 模具的裝配
根據(jù)沖壓模具的特點(diǎn),先裝上模,再裝下模較為合理,并調(diào)整間隙,試沖,返修.具體過程如下:
仔細(xì)檢查各將要裝配零件是否符合圖紙要求,形狀并作好劃線,定位等準(zhǔn)備工作.
先將2支凸模與凸模固定板裝配,再與凹模板裝配,并調(diào)整間隙.
把已裝配好的凸模及凹模與上模座,并在次檢查間隙是否合理后,打入銷釘及擰入螺絲.
下模裝配
仔細(xì)檢查各將要裝配零件是否符合圖紙要求,形狀并作好劃線,定位等準(zhǔn)備工作.
先將凸凹模放在下模座上,再裝入凸凹模固定板并調(diào)整間隙,以免發(fā)生干涉及工件損壞.接著依次按順序裝入銷釘,活動(dòng)擋料銷,彈頂橡膠塊及卸料板,檢查間隙等合理后擰入卸料螺釘,再擰入緊固螺釘,并再次檢查調(diào)整.
將經(jīng)調(diào)整后的上下模按導(dǎo)柱,導(dǎo)套配合進(jìn)行組裝,檢查間隙及其它裝配合理后裝機(jī)進(jìn)行試沖并根據(jù)試沖結(jié)果作出相應(yīng)調(diào)整,直到生產(chǎn)出 合格制件.
結(jié)論與展望
設(shè)計(jì)是源頭，設(shè)計(jì)雖然只占模具成本的10%左右，卻決定了整個(gè)模具成本的70%～80%。所以，設(shè)計(jì)時(shí)詳盡地考慮了模具結(jié)構(gòu)，考慮提高生產(chǎn)率，如何方便維修。但是，又不能完全依賴于設(shè)計(jì)，在實(shí)際生產(chǎn)中要具體問題具體分析，根據(jù)實(shí)際狀況進(jìn)行模具調(diào)整也是必需的。
在這次的設(shè)計(jì)中，我綜合了幾年多來所學(xué)的所有專業(yè)知識，使我受益匪淺。在做設(shè)計(jì)的過程中，在設(shè)計(jì)和繪圖都遇到方面遇到了一些問題，經(jīng)過老師和同學(xué)的指導(dǎo)幫準(zhǔn)，再加上自身不懈的努力，問題得到了及時(shí)解決。這次的設(shè)計(jì)使我對沖壓模具設(shè)計(jì)有了一定的認(rèn)識，在模具設(shè)計(jì)過程中，不僅把大學(xué)所學(xué)到知識加深了，還學(xué)會(huì)了查有關(guān)書籍和資料，能夠把各科靈活的運(yùn)用到設(shè)計(jì)中去。
這次的設(shè)計(jì)不僅是對自己大學(xué)幾年的考核，也是在工作之前對自身的一次全面、綜合型的測試。這為今后的工作做好了鋪墊和奠定了一定的基礎(chǔ)。
致 謝
首先感謝母校，是她給我一個(gè)難得的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，讓我在學(xué)到了很多知識，經(jīng)過這幾個(gè)月的緊張的設(shè)計(jì)，使我在理論和動(dòng)手能力上都有了進(jìn)一步的提高。
我的設(shè)計(jì)主要在老師指導(dǎo)下,讓我對所學(xué)的知識進(jìn)行系統(tǒng)性的復(fù)習(xí),并根據(jù)寫作要求查閱有關(guān)資料。在設(shè)計(jì)過程中受到老師無微不至的關(guān)心與耐心指導(dǎo)，使我的設(shè)計(jì)得以順利的進(jìn)展。在老師幫助下我解決了很多以前解決不了的問題,在此我向您表示衷心的感謝！同時(shí)也要感謝各位老師和同學(xué)，是你們讓我的學(xué)習(xí)和生活充滿樂趣，感謝你們！謝謝!
作為一名即將完成學(xué)業(yè)，離開學(xué)校生活的我，我要感謝母校，是她給我創(chuàng)造了一個(gè)學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)，創(chuàng)造了美好的學(xué)習(xí)生活環(huán)境，讓我在這里學(xué)到了很多知識；感謝各位老師，是他（她）們傳授給我的知識；感謝各位同學(xué)和朋友，是他們讓我的學(xué)習(xí)和生活充滿樂趣，感謝你們！
經(jīng)過這次設(shè)計(jì)，提高了我很多的能力，比如實(shí)驗(yàn)水平、分析問題的能力、合作精神、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)等。在這期間凝結(jié)了很多人的心血，在此表示衷心的感謝。沒有他們的幫助，我將無法順利完成這次設(shè)計(jì)。
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