畢業(yè)設計--N汽車后座架氣彈簧板級進模設計

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1、編號： 畢業(yè)設計說明書 題 目：N5汽車后座架氣彈簧板級進模設計 院 （系）：機電工程學院 專 業(yè)：機械設計制造及其自動化 學生姓名：XX 學 號：XXXXXXX 指導教師：XXXXX 職 稱：XXXX 題目類型： □理論研究 □實驗研究工程設計 □工程技術研究□軟件開發(fā) 201X年X 月 XX日 摘要 沖壓是利用安裝在沖壓設備（主要是壓力機）上的模具對材料施加壓力，使其產(chǎn)生分離或塑性變形，從而獲得所需零件的一種壓力加工方法。彎曲是將板料、棒料、管材和型材彎曲成一定角度和形狀的沖壓成形工序。 本文主要研究工作： 利用鋼

2、制零件特征之間的關系建立級進模排樣設計模型，引如沖壓排樣設計原則；進一步將鋼制零件的形狀特征應用于模具結(jié)構設計中，建立模具模型，進行模具工藝設計和結(jié)構設計，從而確定總體的模具形式；模具投入制造后，可能在制造和生產(chǎn)調(diào)試過程中表現(xiàn)出設計的不足和錯誤，通過總結(jié)概括這些問題，可以進行修正工藝設計和模具結(jié)構設計，或增加新的工藝規(guī)則，為以后的模具設計提供寶貴的經(jīng)驗。 基于以上的研究工作，可以建立一套可行的、適合于小型鋼制零件的沖壓級進模的設計方法，并在實際生產(chǎn)中應用。 關鍵詞：鋼制零件；級進模；排樣設計 Abstract Stamping is installed in the use of st

3、amping equipment (mainly press) on the mold to exert pressure on the materials to produce plastic deformation or separation, to obtain the necessary components of a pressure processing methods. Sheet metal bending is, bar, pipe-bending and profiles some perspective and shape of the stamping process.

4、 This paper studies: The use of steel parts to establish the relationship between the characteristics of the Progressive Die layout design models, such as punching with layout design principles; further steel components used in the shape of die structure design, create a model die, die design an

5、d technology Structural design, to determine the overall form of the mold; Die in manufacturing, may be in the manufacturing and production process of debugging demonstrated the inadequacies and errors in design, through the speech summed up these problems, that can process design and die structure

6、design, new or increased Technology rules, the die design for the future provide a valuable experience. Based on the above studies, the establishment of a viable, suitable for small steel parts stamping progressive die design and application in production. Key Words：Steel Parts；Progressive Die；L

7、ayout Design 目 錄 引言 1 1 零件工藝性分析與工藝方案確定4 1.1 零件工藝性分析4 1.2 加工工藝方案設計5 1.2.1各種設計方案設想5 1.2.2確定工藝方案5 2 模具結(jié)構設計6 2.1 級進模結(jié)構設計6 2.2 沖裁件排樣設計8 2.2.1計算毛坯尺寸8 2.2.2排樣設計9 2.3 沖壓力計算及沖壓設備的選擇12 2.3.1沖壓力計算12 2.3.2彎曲工藝力的計算14 2.3.3壓力機噸位的確定15 2.3.4壓力機的選擇16 2.3.5模具壓力中心的計算17 2.4 模具工作部分設計18 2.4.1沖裁模部

8、分的設計18 2.4.2彎曲模主要部分的設計25 2.5 其他相關零件的設計28 2.5.1凸模、凹模固定板的設計28 2.5.2墊板的設計29 2.5.3導料板的設計29 2.5.4彈性元件的選用30 2.6 模架和支撐零件的確定31 2.6.1確定模架31 2.6.2確定模柄32 2.6.3定位零件的設計34 2.6.4頂件裝置的設計36 2.6.5緊固零件確定37 3 模具零件材料的選擇及加工工藝38 3.1 模具零件材料的選擇與熱處理38 3.2 主要零件的加工工藝設計39 3.2.1凸、凹模的加工工藝39 3.2.2固定板加工工藝過程40 3.2

9、.3模架的加工40 4 模具的安裝及試模與調(diào)整42 4.1 模具的安裝42 4.2 模具的試模與調(diào)整43 結(jié) 論44 謝 辭45 參考文獻1 引言 模具工業(yè)的發(fā)展標志一個國家工業(yè)水平及產(chǎn)品開發(fā)能力。 沖壓加工作為一個國家的基礎行業(yè)，在國民經(jīng)濟的加工工業(yè)中占有重要的地位。根據(jù)統(tǒng)計，沖壓件在各個行業(yè)中均占有相當大的比重，尤其在汽車、電機、儀表、軍工、家用電器等方面所占比重更大。沖壓件在形狀和尺寸精度方面的互換性較好，所以具有質(zhì)量輕、剛度好、精度高和外表光滑、美觀等特點。而且沖壓加工是一種商生產(chǎn)率、高材料利用率的加工方法。 當然，沖壓加工和其他加工方法一樣，也有其自身的

10、局限性，例如，沖模的結(jié)構比較復雜，模具價格又偏高。因此，對小批量，多品種生產(chǎn)時采用昂貴的沖蕈，經(jīng)濟上不合算。目前為了解決這個問題，正在努力發(fā)展某些簡易沖模。采用沖壓與焊接或膠接等復合工藝，可以使零件結(jié)構更趨合理，加工更為方便，成本更易降低，這是制造復雜形狀結(jié)構件的發(fā)展方向之一。 模具心臟沖壓設備等正隨著科學技術的發(fā)展而不斷發(fā)展，從總體看，現(xiàn)代沖壓工藝與模具的主要發(fā)展方向可以歸納為幾個方面：1、沖壓成型工藝與理論研究；2、沖壓加工自動化和柔性化；3、沖模CAD/CAM；最后，關于沖模的破損機理和壽命分析，以及新型模具材料方面，近年來也有不少新的進展。 從其發(fā)展方向可以看出沖壓工藝和模具課程的

11、理論性和實用性均很強，故研究時應從理論和實踐相結(jié)合的角度來研究、探討，并側(cè)重加強工程實踐能力。 沖壓是利用安裝在沖壓設備（主要是壓力機）上的模具對材料施加壓力，使其產(chǎn)生分離或塑性變形，從而獲得所需零件的一種壓力加工方法。沖壓通常是在常溫下對材料進行冷變形加工，且主要采用板料來加工成所需零件，所以也叫冷沖壓或板料沖壓。沖壓所使用的模具稱為沖壓模具，簡稱沖模。沖模是將材料（金屬或非金屬）批量加工成所需沖件的專用工具。沖模在沖壓中至關重要，沒有符合要求的沖模，批量沖壓生產(chǎn)就難以進行；沒有先進的沖模，先進的沖壓工藝就難以實現(xiàn)。 第一、沖壓特點 沖壓加工與其他加工方法相比，具有以下特點： 1、操

12、作簡單，易于實現(xiàn)自動化，并且具有較高的生產(chǎn)效率。 2、沖壓加工可以獲得其他加工方法不能或難以制造的形狀復雜，精度一至的制件，而且可以保證互換性。 3、沖壓過程耗能少，材料利用率高，加工成本低。沖壓加工不像切削加工呢樣需要消耗很多能量，把大量金屬切成碎屑后獲得零件，材料的利用律一般可達70%-85%。 4、沖壓件剛性好，強度高，重量輕，表面質(zhì)量好。沖壓加工過程中，材料邊面不易遭受破壞，而且通過塑料變形還可以使制件的機械性能有所提高。 5、沖壓加工中所用的模具結(jié)構一般比較復雜，制造周期長，生產(chǎn)成本高，因此在小批量生產(chǎn)中受到限制。 6、沖壓件的精度主要取決于模具精度，如果零件的精度要求過高

13、，用沖壓生產(chǎn)的方法就難于達到。 第二、沖壓加工的作用和地位 由于沖壓加工具有許多突出的優(yōu)點，因此在工業(yè)生產(chǎn)中，尤其是大批量生產(chǎn)中得到廣泛應用。從精細的電子元件，儀表針到汽車的覆蓋件，高壓容器封頭以及航空航天器的蒙皮，機身等均許沖壓加工。據(jù)粗略統(tǒng)計，在汽車制造業(yè)中，有60%-70%的零件是采用沖壓工藝制成的。在機電及儀表生產(chǎn)中有60%-70%的零件是用沖壓工藝完成的。在電子產(chǎn)品中，沖壓件的數(shù)量約占總數(shù)的85%以上。在飛機，導彈。各中槍彈與炮彈生產(chǎn)中。沖壓件所占的比例也相當大。占世界鋼產(chǎn)量60%-70%以上的板材，管材及型材，其中大部分是通過沖壓制成成品。隨著工業(yè)長品的不斷發(fā)展和生產(chǎn)技術水平的

14、不斷提高，不少過去用鑄造，切削加工的方法制造的零件啊，已被質(zhì)量輕，剛度好的沖壓件所代替。可以說，沖壓加工已成為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的重要手段和發(fā)展方向，是提高生產(chǎn)效率，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低產(chǎn)品成本，進行產(chǎn)品更新?lián)Q代的重要保證。 第三、沖壓技術的發(fā)展趨勢 沖壓技術一直在不斷發(fā)展。國內(nèi)、外21世紀的發(fā)展方向和動向主要有以下幾點： 1、沖壓成型工藝與理論研究。 計算機輔助工程（CAE）的引人，使蟲牙成型已從原來對應力應變進行有限元等分析而逐步發(fā)展到采用計算機進行工藝工程的模擬與分析，以實現(xiàn)沖壓過程的優(yōu)化設計。 對沖壓成型性能極限的研究，沖壓件成型難度的判斷以及成型預報等技術的發(fā)展，均標志著沖壓成型走

15、向計算機輔助工程化和智能化的發(fā)展道路。 2、新一代沖模設計軟件技術。 新一代沖模設計軟件是建立在從模具設計實踐總共歸納總結(jié)出大量知識上，具有智能化意義的軟件。 新一代沖模設計軟件以立體的思想，直觀的感覺來設計模具結(jié)構，所生成的三維結(jié)構信息能方便地用于模具可制造性評價和數(shù)控加工，既可對多方案進行篩選，又可對模具設計過程中的合理性和經(jīng)濟性評估，并為模具設計者提供修改依據(jù)。 新一代沖模設計軟件還具有面向裝配的功能，因為模具的功能只有通過其裝配結(jié)構才能體現(xiàn)出來。 3、在模具設計制造中廣泛運用CAD/CAE/CAM/技術。 模具設計制造是一個多環(huán)節(jié)的復雜過程，從處始設計到最后的裝配檢測，實

16、際上是將產(chǎn)品設計信息在生產(chǎn)環(huán)節(jié)間不斷傳送，處理并反饋的過程。正確的模具設計制造方法應該是采用并行工程的方法，要實現(xiàn)模具CAD/CAE/CAM等各個模具見信息的提取，交換和處理的集成化，必須建立模具集成化的產(chǎn)品信息模型。采用基于他正變量化設計，工程數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)等技術已成為目前研究的熱門。 利用和集成各種計算機技術，以網(wǎng)絡為通訊手段，協(xié)調(diào)企業(yè)的各種行為以獲得最好的經(jīng)濟效益為目標來制造產(chǎn)品。模具工業(yè)為一種特殊的工業(yè)無疑要向集成制造方向發(fā)展這是未來模具設計制造總的發(fā)展趨勢。 4、沖壓加工自動化，精密化和柔性化。 為了適應大批量，高效生產(chǎn)需要，在沖壓模具和設備上廣泛運用了各種自動化的進、出料機構

17、。近年來，集成制造系統(tǒng)（CIMS）也正在被引入沖壓加工系統(tǒng)，出項了沖壓加工中心，并且使設計、沖壓生產(chǎn)、零件運輸、倉儲、品質(zhì)檢查以及生產(chǎn)管理等全面實現(xiàn)自動化。 5、沖模新材料及模具熱處理新技術的研制、開發(fā)以及推廣運用。 我國模具的使用壽命與國外模具的使用壽命仍存在著較大的差距，究其原因，很大程度在于模具材料和熱處理、表面處理技術上。使用進口模具材料，雖然對提高模具壽命有利，但價格昂貴，增加了模具成本。因此，必須努力提高國產(chǎn)模具材料的質(zhì)量，研究和推廣先進的熱處理、表面處理技術，充分發(fā)揮模具材料的潛力。 6、提高沖模標準化水平和模具標準件的使用率。 實現(xiàn)模具零件標準化和專業(yè)化是縮短模具制造

18、周期、降低模具成本的行之有效的途徑，同時也會為計算機輔助設計與制造創(chuàng)造有利條件。因此，也必須加快模具制造的產(chǎn)業(yè)調(diào)整以滿足市場的需要，走出一條降低成本、高效益的發(fā)展之路。 1 零件工藝性分析與工藝方案確定 沖裁工藝設計包括沖裁件的工藝性分析和沖裁工藝方案確定。良好的工藝性和合理的工藝方案，可以用最少的材料，最少的工序數(shù)和工時，使得模具結(jié)構簡單且壽命長，能穩(wěn)定地獲得合格沖件，因而可以減小勞動量和沖件成本。勞動量和沖裁件成本是衡量沖裁工藝設計合理性的主要指標。 1.1 零件工藝性分析 N5汽車后座架氣彈簧板零件如圖1-1所示，零件的材料為20＃，厚度1mm，形狀較簡單。主要工序有沖孔、切口

19、、落料、折彎、漲形。彎曲時考慮最小彎曲半徑，查表4-1《沖壓工藝與模具設計》取最小彎曲半徑。若采用單工序模，工序很多，工件小，手工操作，定位難以達到精度，生產(chǎn)效率低，誤差較大，質(zhì)量難以保證。該工件屬于大批量生產(chǎn)，因而適宜采用多工位級進模制造，采用多工位級進模制造提高了勞動生產(chǎn)率和設備利用率、降低了生產(chǎn)成本、提高了操作的安全性。 零件材料主要參數(shù)查表（參考文獻[11] 548頁）可得：經(jīng)退火后，抗剪強度τ=280～400 MPa，抗拉強度σb＝360～510MPa，屈服強度σs=250MPa，拉伸率δs=25%，因此，取τ=330 MPa，σb＝390 MPa。該材料具有較高的彈性和良好的塑性

20、，其可成形性性能較好。沖裁加工性能好，易于裁切和彎曲成形。 圖 1-1（a） 零件圖 圖 1-1（b） 零件實體 1.2 加工工藝方案設計 各種設計方案設想 根據(jù)零件的工藝性特點其加工方案初步設計有以下幾種： 方案一、沖孔、切口、切邊、落料、折彎、漲型多工位級進模具進行加工，其加工工序為，首先通過沖裁方法沖出Φ10mm的孔、切口及Φ10mm工藝孔，然后利用沖裁落料方法裁剪余料，最后折彎與沖凸包。 方案二、落料、沖孔、切口、折彎、漲型多工位級進模具進行加工，其加工工序為，首先通過沖裁方法沖出Φ10mm的孔與切口，然后利用沖裁落料方法裁剪

21、余料，最后折彎與沖凸包。 確定工藝方案 根據(jù)以上幾種方案的特點進行確定合理的加工方案： 第一種方案，零件的精度要求能夠在沖裁加工中得到保證。其它尺寸標注、生產(chǎn)批量等情況，也均符合沖裁的工藝要求，故決定采用利用定位銷或?qū)е鶎走M行定位、剛性卸料裝置、自然漏料方式的落料沖孔級進模進行加工。 第二種方案，需要多次進行定位，使得零件由于累計誤差的影響，達不到設計的要求。并且用幾副模具進行加工使得操作不方便，生產(chǎn)率較低。 由以上的分析可以看出，第二種方案不僅生成率低而且零件精度難以保證，不符合模具生產(chǎn)的發(fā)展趨勢，即不符合生產(chǎn)過程全自動化。第一種方案不僅能保證制件的精度，而且大大提高了生產(chǎn)效率，

22、降低了人為勞動量，自動化程度高。在大批量的生產(chǎn)中，雖然模具的制造費用和難度較高，但是效益好，經(jīng)濟性更加完善。所以選擇第一方案。 2 模具結(jié)構設計 模具結(jié)構的設計必須考慮到所加工零件的質(zhì)量和技術要求，同時也要考慮到設備的條件和其生產(chǎn)批量的要求，并且要考慮成本。通常要求低成本的模具這樣才會獲得更大的效益。一般說來，單工序的簡單模成本比復合模的要低，而復合模的造價要低于級近模的造價，級進模模具綜合技術含量高，模具制造周期較長成本比較高，適合大批量中小型產(chǎn)品零件的生產(chǎn)，沖壓精度高。 2.1 級進模結(jié)構設計 1、 模具的組合類型 根據(jù)零件的特征，多工位級進模加工工序包括：沖孔、切口、切邊、切

23、斷、折彎、漲型這些工序。在級進模中為了保證模具的強度和壽命，在沖裁力較大的工位前或者后面設置空工位。 2、 模具基本結(jié)構形式 級進模基本框架主要由三要素構成，即正倒裝關系、導向方式和卸料方式。 （1）正倒裝關系。正裝與倒裝是模具的兩種基本結(jié)構形式，由于正裝的模具容易出件和排除廢料，級進模中多采用正裝。 （2）導向方式。級進模的導向可分為兩部分，即外導向和內(nèi)導向。外導向主要是指模架中上、下模座的導向；內(nèi)導向是利用小導柱和小導套對卸料板的導向，卸料板進而又對凸模進行導向和保護，也稱輔助導向。 （3）卸料方式。在多工位級進模中，多采用彈性卸料裝置。若工位數(shù)少、料厚大于1.5mm，也可以采

24、用固定卸料方式?？紤]到條料厚度為1mm，初步選擇采用彈性卸料方式。，彈性卸料既可以起到卸料的作用，又可以起到壓料板的作用，沖裁件平直度較高，質(zhì)量較好。 3、 送料方式 為了提高生產(chǎn)效率，同時使模具趨于自動化生產(chǎn)管理，采用一定的設備使之自動送料。采用自動送料裝置還可以保證零件連續(xù)給進的精度，從而提高了零件的精度。 4、 定位方式 在級進模加工過程中，為了保證首件的正確定距，始用擋料銷首次定位沖出工藝孔；第二工位由固定擋料銷進行初定位，由上模的導正銷進行精定位。 5、 工位安排 先初步確定加工工位的順序依次為：沖裁工藝孔及工件孔、工藝切口→切邊→切斷→彎曲及漲型。這些工位只是

25、在級進模中加工的工位，在加工過程中，為保證模具的強度，在必要的位置還需要設立空工位。 6、 凸模高度的確定 在同一副模具中，由于各凸模的性質(zhì)不同，各凸模的絕對高度也不一樣，應先確定某一基準凸模的高度，其他凸模按基準高度確定差值。凸模的基準高度是根據(jù)沖件料厚度和模具大小等因素決定的，一般取35mm至65mm。在滿足各種凸模結(jié)構的前提下，基準高度力求最小。 7、 模板厚度 級進模模板一般包括凹模板、凸模固定板、墊板和導板等。這些模板的厚度決定了模具總體高度。各模板的厚度值可參考表2.1（參考文獻[17]中國模具設計大典）： 表2.1 級進模模板的厚度值 （mm） 模板 L

26、 B H 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 25 28 32 36 40 凹模板 250 250 * * * * * * * 315 * * * * * * 400 * * * * * * * 固定板 250 250 * * * * * * 315 * * * *

27、 * * * 400 * * * * * * 導料板 250 45 * * * 50 * * * 56 * * * 63 * * * 71 * * * 墊板 250 250 * *

28、 315 * * 400 * * * L為模板長度，B為模板的寬度，H為模板的厚度。 8、模架 多工位級進模要求模架受力平衡、運動平穩(wěn)，此小型模具多采用對角導柱模架。精密級進模一般采用滾珠導向模架或滑動導向模架。上、下模座得材料除小型模具采用HT200外，多采用鑄鋼或鋼板。高速級進模也可采用硬鋁合金等輕型材料制造，這樣可以減輕模具重量，有利于提高沖壓速度。 2.2 沖裁件排樣設計 計算毛坯尺寸 毛坯的大小主要取決于零件形狀的大小。毛

29、坯尺寸的驅(qū)動方法有很多種，有等量法、等體積法、等面積法等。一般變形區(qū)彎曲變形前后體積不變，應變中性層在彎曲前后長度不變；即：彎曲變形區(qū)的應變中性層長度，就是彎曲件的展開尺寸，也就是所要求的毛坯長度。 板料在實際彎曲生產(chǎn)中，沖壓件的彎曲變形程度較大，這時應變中性層不與毛坯截面中心層重合，而是向內(nèi)側(cè)移動，致使應變中性層曲率半徑ρ0

30、。在實際生產(chǎn)中為了使用方便，通常采用下面公式確定中性層位置。 （2-1） 式中，x是與變形程度有關的中性層位移系數(shù)，其值可查下表（《中國模具設計大典》170頁）。 表2.2 應變中性層的位移系數(shù)x值 r/t 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 1.0 1.2 x 0.21 0.22 0.23 0.24 0.25 0.26 0.28 0.30 0.32 0.33 r/t 1.3 1.5 2

31、.0 2.5 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 ≥8.0 x 0.34 0.36 0.38 0.39 0.40 0.42 0.44 0.46 0.48 0.50 制件相對彎曲半徑 r/t≥2/1=2>0.5 式中，r——彎曲半徑，mm； T——料厚，mm。 可見，制件屬于有圓角半徑較大的彎曲件，應先求彎曲變形區(qū)中性層曲率半徑ρ0（mm）。 由上表2.2應變中性層位移系數(shù)X值，查出R1/t=2時，X1=0.38；R2/t=3時，X2=0.40，則 ρ1=2+0.38×1=2.38mm ρ2=3+0.4×1=3.4mm 由文獻[3

32、]圓角半徑較大（r>0.5t）的彎曲件毛坯長度計算公式 （2-2） 式中，L——毛坯展開總長度； α——彎曲中心角； x——中心層位移系數(shù)，見表2.2。 由圖2-1可知 L=2×l3+l1+l2+l4+2πα1/180*（R1+X1t）+2πα2/180*（R2+X2t） =2×35.5+10+13.36+17.4+((2π*75°)/180°)*2.38+((2π*75°)/180°)*3.4 =71+10+13.36+17.4+6.23+8.90=126.89≈1

33、27（mm） 圖2-1 分析零件的形狀特點及精度要求，考慮采用采用直排有廢料排樣方式, 如圖2-2所示。 圖2-2 此零件表面積為： A=126.89×65-π*52-35.5×25-5×8-5×5÷2-3.5×（1.5*1.5-π*1.52/4）+2×(8×8-π*82/4)=8247.885-78.54- 887.5-40-12.5-1.69+27.469=7255.124mm2 排樣設計 沖裁件在條料或板料上的布置方法稱為排樣，其設計的內(nèi)容包括選擇排樣方法、是否設置工藝切口確定搭邊數(shù)值、計算條料寬和步距、畫出排樣圖。 1、排樣方法選擇 級進模的排樣是指制件在條料上分幾

34、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(chǎn)率、模具結(jié)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，它是多工位級進模設計時的重要依據(jù)。排樣可以分為有廢料排樣和少、無廢料排樣。 （1）有廢料排樣法 有廢料排樣法是沖裁件與沖裁件之間以及沖裁件與條料側(cè)邊之間都有工藝預料的存在，沖裁件分離輪廓封閉，沖裁件質(zhì)量還、模具壽命長，但是材料的利用率較低。 （2）少、無廢料排樣法 少廢料排樣法是只有在沖裁件與沖裁件之間或沖裁件與條料之間留有搭邊，這種方法的沖裁件只沿著沖裁件的部分輪廓進行。材料的利用率可達到70％～90％。 無廢料排樣翻是沖

35、裁件與沖裁件之間以及沖裁件與條料之間均無搭邊存在，這種怕有的沖裁件時間上是支接切斷獲得，多以材料的利用率可達85％～95％。 因為本次設計采用沖孔落料彎曲級進模，分析零件的形狀特點及精度要求，并且條料是連續(xù)送進，確保壓力機對板料加工時沖壓力平衡，所以必須選擇有廢料排樣。 2、確定是否設置工藝切口 當整條條料連續(xù)拉深時，由于相鄰兩個拉深工位之間的材料相互影響，相互牽連，尤其是沿送料方向的材料流動比較困難，它不如單個毛坯拉深時那樣材料較均勻自由地塑性變形。為避免拉深時相互兩個工位的影響，在相鄰的兩個工位之間沖裁出一定形狀的切縫或切口。這樣可以減小兩工位間材料的影響和相互約束，有利于材

36、料的塑性變形。 因此，在條料拉深前設置工藝切口，工藝切口為寬底漏斗形切口。 3、確定搭邊數(shù)值 搭邊是排樣時沖裁件與沖裁件之間以及沖裁件與條料側(cè)邊之間留下的工藝余料。如圖2-3所示： 圖2-3 排樣圖搭邊 搭邊的作用的作用有下幾點： （1）補償條料的剪裁誤差、送料步距誤差，補償由于條料與導料板之間由間隙所造成的送料歪斜誤差。若沒有搭邊則可能出現(xiàn)制件缺角、缺邊或尺寸超差等廢品。 （2）使凸、凹模刃口能沿著封閉輪廓線沖裁，受力平衡，合理間隙不易被破壞。模具壽命和制件斷面都能提高。 （3）對于利用搭邊拉條料的自動送料模具，搭邊使條料有一定的剛度，一保證條料的連續(xù)送進。 搭邊過

37、大，浪費材料。搭邊過小，起不到搭邊作用。過小的搭邊還可能被拉入凸、凹模之間的縫隙中，使模具刃口破壞。合理的搭邊值就是保證沖裁件質(zhì)量，保證模具較長壽命，保證自動送料時不被拉彎、拉斷條件下允許的最小值。搭邊值通常由經(jīng)驗確定，根據(jù)板材的厚度為t=1mm,由表可以查得圖2-4中取a=4mm,a1=18mm。 圖2-4 搭邊 1、 進距和進距精度 進距是指條料在模具中逐次送進是每次向前移動的距離。進距大小及精度直接影響沖件的外形精度、內(nèi)外形相對位置精度和沖切過程能否順利進行。 在級進模中，對送料進距精度要求很高，它直接關系到一系列工位加工的精度，送料進距又由側(cè)刃保證。送料進距的基本尺寸可按以下

38、公式計算： A=B+ a1=65+18=83mm (參考文獻[9] 70頁) 式中， a1為毛坯之間的搭邊值。 2、 條料寬度 條料寬度的確定與模具的結(jié)構有關。確定的原則是，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在導料板之間送進條料，并有一定的間隙。 采用無測壓裝置的模具，其條料寬度應考慮在送料過程中因條料的擺動而使側(cè)面搭邊減小。為了補償側(cè)面搭邊的減小部分，條料寬度應增加一個可能的擺動量。故條料寬度為（課本參考文獻[8]49頁）：

39、 （2-3） 式中，B——為條料寬度基本尺寸，mm； D——條料寬度方向零件輪廓的最大尺寸，mm； a——為側(cè)面搭邊； δ——為條料下料剪切公差，查表2.3； c——為條料與導料之間的間隙（即條料的可能擺動量），可查表2.3。 表2.3 剪切公差及條料與導料板之間間隙 條料 寬度B 條料厚度t ≤1 ＞1～2 ＞2～3 ＞3～5 δ c δ c δ c δ c ≤50 ＞50～100 ＞100～150 ＞150～220 ＞220～300 0.4 0.5 0.6 0.7

40、 0.8 0.1 0.1 0.2 0.2 0.3 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 0.2 0.2 0.3 0.3 0.4 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 0.4 0.4 0.5 0.5 0.6 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 0.6 0.6 0.7 0.7 0.8 根據(jù)板料厚度t=1mm,a=4mm,查上表得，δ＝0.5，c＝0.1mm，所以條料寬度B為： 3、材料利用率 材料利用率可用以下公式（2-4）算出： η＝S1/S0×100%

41、 =S1/AB×100% (參考文獻[9] 72頁) （2-4）式中，S1——為一個步距內(nèi)制件的實際面積； S0——為一個步距內(nèi)所需毛坯面積； A——為送料步距； B——為條料寬度。 因此,η＝S1/S0×100%=S1/AB×100% =[7255.124/（83×136.1）]×100％ =64.226% 2.3 沖壓力計算及沖壓設備的選擇 沖壓力計算 1、沖裁力計算 在本次設計當中，沖裁部分有工藝孔沖裁、切邊、切口、沖孔

42、和落料。所以總沖裁力是兩個工位的的沖裁力的合力。計算每個工位的沖裁力公式是一樣的，唯一變化的參數(shù)是沖裁剪切周邊的長度。 由于沖裁加工復雜性和變形過程的瞬間性，使得建立十分精確的沖裁力理論計算公式相對困難。通常說的沖裁力是指工作于凸模的最大抗力。如果視沖裁力為純剪切變形，沖裁力可按以下公式計算： 或（參考文獻[8] 107頁） （2-5） 式中，Kp——系數(shù)，K=1.3； L——沖裁周邊長度，mm； τb——材料的抗剪強度，MPa； τb——材料的抗拉強度，MPa。 查表得材料得τb＝275～392MPa（為方便計算，取τb＝300MPa）； 工藝孔周長L1=2

43、rπ=2×3×π=18.85 mm 切邊周長L2=（127+2）×4=516 mm 切口周長L3=38+38+25+9+8×π=135.13 mm 孔周長L4=2rπ=2×5×π=31.4 mm 落料邊長L5=62+6.5+8.24+47.89+2×1.5×π÷4×5=136.41 mm Fp=1.3×300×1×(18.85+516+135.13+31.4+136.41) =326.74 KN 2、卸料力、推件力和頂件力計算 沖裁時材料在分離前存在著彈性變形，一般情況下，沖裁后的彈性恢復使落料件/沖孔廢料梗塞在凹模內(nèi)，而板料/沖孔件則緊箍在凸模上。為了使沖裁工資繼續(xù)進行，必須及

44、時將緊箍在凸模上的板料/沖孔件卸下，將梗塞在凹模的落料/沖孔廢料向下推出或向上頂出。從凸模上卸下板料/沖孔件所需的力稱為卸料力FQ；從凹模內(nèi)向下推出落料/廢料所需的力稱為推件力FQ1；從凸模內(nèi)向上頂出落料件/沖孔廢料所需的力稱為FQ2。 在生產(chǎn)實踐中，常用以下經(jīng)驗公式進行計算： 卸料力： （參考文獻[8] 107頁） （2-6） 推件力： （參考文獻[8] 107頁） （2-7）

45、 頂件力： （參考文獻[8] 107頁） （2-8） 式中，F(xiàn)p——沖裁力，N； K——卸料力系數(shù)，其值為0.02～0.06（薄料取大值，厚料去小值）； K1——推件力系數(shù)，其值為0.03～0.07（薄料取大值，厚料去小值）； K2——頂件力系數(shù)，其值為0.04～0.08（薄料取大值，厚料去小值）； n——梗塞在凹模內(nèi)的制件或廢料數(shù)量，n＝h/t，h為直刃口部分的高，mm；t為材料厚度，mm。 沖裁時，所需的總沖裁力為沖裁力、卸料力、推件力和頂件力之和。但是這些力在選擇壓力機時是否需要考慮進去應根據(jù)不同的模具結(jié)構區(qū)別對待。

46、 采用剛性卸料裝置和下出件的模具時： （參考文獻[8] 108頁） （2-9） 采用彈性卸料裝置和下出件的模具時： （參考文獻[8] 108頁） （2-10） 采用彈性卸料裝置和上出件的模具時： （參考文獻[8] 108頁） （2-11） 本次設計采用了彈壓卸料板卸料，屬于彈性卸料板和下出料方式，彈性卸料板具有卸料和壓料的雙重作用，主要用于沖裁料厚在1.5mm以下的板

47、料，由于壓料作用，沖裁件比較平整。通過計算出來的卸料力有利于選取彈性元件。 n=h/t=5/1=5,取K=0.03，K1=0.05，按公式（2-10）計算，其總沖壓力為： 沖裁時，壓力機的公稱壓力必須大于或等于沖裁時的各工藝力的總和Fp總，即。 2.3.2彎曲工藝力的計算 1、彎曲力的計算 彎曲力是設計彎曲模和選擇壓力機噸位的重要依據(jù)。特別是在彎曲板料較厚、彎曲變形程度較大，材料強度較大時，必須對彎曲力進行計算。在凸、凹模隔著材料吻合以前的彎曲過程稱為自由彎曲。為了提高彎曲件的精度，減小回彈，在彎曲的終了階段對彎曲件的圓角及直邊進行精壓，凸模繼續(xù)下壓，彎曲力急劇上升，稱為校正

48、性彎曲。此制件存在四處彎曲，它們的合力就是要求的自由彎曲力或校正性彎曲力。 在實際生產(chǎn)中，常以一下公式計算U形彎曲件的自由彎曲力： （中國模具設計大典189頁） （2-12） 式中，F(xiàn)自——自由彎曲力，N； b——彎曲件的寬度，mm； t——彎曲件的厚度，mm； r——彎曲件的內(nèi)彎曲半徑，mm； σb——材料的強度極限，MPa； K——安全系數(shù)，一般取K=1.3。 查得20#的強度極限σb =353～500MPa，取σb =400MPa，則： 校正性彎曲力比自由彎曲力大得多，在實際中常以以下公式計算校正性彎曲力：

49、（中國模具設計大典189頁） （2-13） 式中，F(xiàn)?！Ｕ詮澢?，N； A——校正部分垂直投影面積，mm2； q——單位面積上的校正力，MPa，其值可查表2.4（中國模具設計大典189頁）。 表2.4 校正彎曲時單位壓力q值 （MPa） 材料 名稱 板料厚度t/mm ＜1 1～3 3～6 6～10 鋁 黃銅 10、15、20鋼 25、30鋼 10～20 20～30 30～40 40～50 20～30 30～40 40～60 50～70 30～40 40～60 60～80 70～100 40～50 60～80

50、 80～100 100～120 垂直投影面積A=65×[2×(2.9+3.86)]=878.8mm2 由表.1取q=50MPa，則 2.對于設有頂件裝置或壓料裝置，頂件力或壓料力FQ值可按下式確定： （中國模具設計大典174頁） （2-14） 式中，K——系數(shù)，可查表2.5。 表2.5 系數(shù)K值 用途 彎曲件復雜程度 簡單 復雜 頂件 0.1～0.2 0.2～0.4 壓料 0.3～0.5 0.5～0.8 由上表取K=0.18，則 頂件力 3.壓力機噸位的確定 自由彎曲時壓力機噸位應為： 由于校正力是發(fā)生在接近壓力機下死點的位

51、置，校正力的數(shù)值比自由彎曲力、頂件力和壓料力大得多，故F自、FQ值可忽略不計。按校正彎曲力選擇壓力機的噸位，即： 壓力機噸位的確定 模具在工作時進行兩個工位，需要沖裁力和彎曲工藝力，壓力機的噸位應該大于或等于它們的和，即： 壓力機的選擇 選用壓力機，首先應根據(jù)所要完成的工藝性質(zhì)、批量大小、工件的幾何尺寸和精度等選定其類型。然后，進一步根據(jù)變形力的大小、制件尺寸和模具尺寸來確定設備的規(guī)格。具體應注意以下事項： 1. 根據(jù)控件的尺寸形狀和壓力機的技術參數(shù)，考慮沖壓時需要的沖壓力、控件的拉深深度和行程。注意取出控件時，不能與模發(fā)生干涉； 2. 應考慮必要的工序數(shù)和壓力機臺數(shù)與布置的關系；

52、 3. 根據(jù)產(chǎn)量，考慮每一臺壓力機的負荷時間； 4. 根據(jù)生產(chǎn)量和控件形狀，考慮究竟應該采用壓力機還是多工位自動壓力機。 根據(jù)沖壓總工藝力力F總工藝力=462.17KN，生產(chǎn)批量較大的中小制件選用操作方便、生產(chǎn)效率高的JD21－100系列開式雙柱固定臺壓力機。其基本參數(shù)如表2.6（參考文獻[11] 596頁）所示： 表 2.6 JD21－100系列開式雙柱固定臺壓力機 名稱 開式雙柱固定臺壓力機 型號 JD21－100 公稱壓力/kN 1000 滑塊行程/mm 10～120 行程次數(shù)/(次·min-1) 75 最大閉合高度/mm 400 最大裝模高度/mm

53、 300 閉合高度調(diào)節(jié)量/mm 85 立柱間距離/mm 480 工作臺 尺寸/mm 前臺 600 左臺 1000 墊板 尺寸/mm 厚度 100 孔徑 200 模柄孔 尺寸/mm 直徑 60 深度 80 電動機功率/kW 7.5 模具壓力中心的計算 模具壓力中心是指沖壓時諸沖壓力合力的作用點。為了確保壓力機和模具正常工作，應使沖壓模的壓力中心與壓力機滑塊的中心相重合。對于帶有模柄的沖壓模，壓力中心應通過模柄的軸線，否則會使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)生過大的磨損，模具導向零件加速磨損，降低模具和壓力機的使用壽命。

54、 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，沖模的壓力中心與零件的對稱中心相重合； （3）形狀復雜的零件、多凸模的壓力中心可用解析計算法求出。 解析法的計算依據(jù)是：各分力對某坐標軸力矩之代數(shù)和等于諸力的合力對該坐標軸的力矩。求出合力作用點的坐標位置O0(X0,Y0)，即為所求模具的壓力中心（圖2-5） 計算公式： （2-15） （2-16） 圖2-5 因為沖裁力與沖裁值周邊長度成

55、正比，所以式中的各沖裁力F1、F2、F3、…、FP，可分別用各沖裁周邊長度L1、L2、L3、…、Ln代替，即： （2-17） （2-18） 代入數(shù)值，算得諸沖裁力壓力中心： 總工藝力的壓力中心： 2.4 模具工作部分設計 沖裁模部分的設計 沖裁模結(jié)構設計包括沖孔沖裁模、切邊沖裁模、切口沖裁模設計。其中工藝孔沖裁的模具結(jié)構設計比較簡單，但是對其長度方向精度要求很高。工藝切口在最窄出要對其凸模具采取保護措施，以防止沖裁過程中因受力較大導致變形或者斷裂現(xiàn)象。以沖孔沖裁為例，詳細闡述沖裁模結(jié)構設計。 1、沖孔沖裁模

56、尺寸設計 （1）沖裁間隙的選擇 沖裁間隙是指沖裁模的凸模和凹模之間的雙面間隙，如圖2-8所示。沖裁間隙對沖裁件的尺寸精度也有一定影響。在沖裁過程中，當間隙適合時，板料的變形區(qū)在比較純的剪切作用下分離；當間隙過大時，板料除受剪切外，還產(chǎn)生較大的拉深和彎曲變形；當間隙過小時，除剪切外還會受較大的擠壓作用。因此，合理的間隙，沖孔件最接近凸模尺寸，落料件最接近凹模尺寸。 圖2-6 沖裁間隙 合理的間隙是保證模具壽命最主要的工藝參數(shù)。間隙過小時，使刃口側(cè)面磨損增大，使得凸、凹模在沖裁較少的次數(shù)下即出現(xiàn)較大的磨損量，從而降低了模具的總使用壽命。過小的間隙還是引起凹模漲裂、啃壞等異常破壞的重要原因

57、之一，這類異常破壞對模具壽命的影響更大。當間隙過大時，同樣會加劇凸、凹模的端面磨損，易引起模具崩刃，從而影響模具壽命。選擇一個合理的沖裁間隙，可以獲得沖裁件斷面質(zhì)量好、尺寸精度高、模具壽命長、沖裁力小的綜合效果。該模具用查表法確定沖裁間隙。確定合理沖裁間隙的主要有理論法、查表法、和經(jīng)驗記憶法。 理論確定法的公式為： （參考文獻[9] 55頁） （2-19） 式中，t——材料厚度； h0——產(chǎn)生裂紋時凸模擠入材料的深度； β——剪裂紋與垂線間的夾角。 理論計算法在生產(chǎn)實際中使用不方便，主要用來分析間隙與上述的因素之間的關系。因此在實際生產(chǎn)中廣泛采用經(jīng)驗數(shù)據(jù)

58、來確定間隙值。有關間隙值的經(jīng)驗數(shù)值，可在一般沖壓設計手冊中查到，選用時結(jié)合沖裁件的質(zhì)量要求和實際生產(chǎn)條件考慮。 （2）模具工作部分尺寸計算 沖孔時，因孔的光面尺寸與凸模刃口尺寸相等或基本一致，應該先確定凸模刃口尺寸，即以凸模刃口尺寸為基準。又因沖孔的尺寸會隨著凸模刃口的磨損而減小，故凸?；境叽鐟_件孔尺寸公差范圍內(nèi)的較大尺寸。沖孔凹模的基本尺寸則是在凸?；境叽缂由献钚『侠黹g隙。凸、凹模刃口的制造公差應根據(jù)沖裁件的尺寸公差和凸、凹模加工方法確定，既要保證沖裁間隙要求和沖出合格零件，又要便于模具加工。 凸、凹模刃口尺寸的計算與加工方法有關，基本上可以分為凸、凹模分別加工時計算法和凸、凹

59、模單配加工時的計算法。 ① 凸、凹模分別加工法 此法是指凸、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。其優(yōu)點是凸、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)則形狀的沖件。根據(jù)刃口尺寸計算原則，計算公式如下： 落料： （參考文獻[9] 59頁） （2-20） （參考文獻[9] 59頁） （2-21）

60、 沖孔： （參考文獻[9] 59頁） （2-22） （參考文獻[9] 59頁） （2-23） 式中，D凹——落料凹?；境叽纾琺m； D凸——落料凸?；境叽?，mm； Dmax——落料件最大極限尺寸，mm； d凹——沖孔凹?；境叽?，mm； d凸——沖孔凸?；境叽?，mm； dmin——沖孔件孔的最小極限尺寸，mm； △——制造公差，mm； Zmin——凸模

61、、凹模最小最小初始雙面間隙，mm； δ凹——凹模上偏差，可按IT7選用，mm； δ凸——凸模下偏差，可按IT6選用，mm； x——系數(shù)，其作用是為了使沖裁件的實際尺寸盡量接近沖裁件公差帶的中間尺寸，與工件制造精度有關，按下列關系取值，也可查表。 當制造公差為IT10以上，去x=1； 當制件公差為IT11～IT13，取x=0.75； 當制件公差為IT14以下時，取x=0.5。 表2.7系數(shù)x 材料厚底 t/mm 非圓形 圓形 1 0.75 0.5 0.75 0.5 工件公差△ ＜1 1～2 2～4 ＞4 ≤0.16

62、 ≤0.20 ≤0.24 ≤0.30 0.17～0.35 0.21～0.41 0.25～0.44 0.31～0.59 ≥0.36 ≥0.42 ≥0.50 ≥0.60 ＜0.16 ＜0.20 ＜0.24 ＜0.30 ≥0.16 ≥0.20 ≥0.24 ≥0.30 該方法需要先進行間隙校核，即只有滿足，才可以用分別加工法，否則影響模具的使用壽命。若，可取、作為模具的凸凹模的制造偏差。 ② 凸、凹模配作加工法 凸、凹模配作加工是指先按圖樣設計尺寸加工好凸?；虬寄Ｖ械囊患鳛榛鶞始ㄒ话懵淞蠒r以凹模作為基準件，沖孔時以凸模作為基準件），然后根據(jù)基準件的實際尺寸

63、按間隙要求配作另一件。這種加工方法的特點是模具的間隙配由作保證，工藝比較簡單，不必校核條件，并且還可以放大基準件的制造公差（一般可以取沖件公差的1/4），使制造容易，因此是目前一般工廠經(jīng)常使用的方法，特別適用于沖裁薄板件（因為Zmax－Zmin很小）和復雜形狀件的沖裁加工。 采用凸、凹模配作加工時，只需要計算基準件的刃口尺寸及公差，并詳細標注在設計圖樣上。而另一非基準件不需要計算，并且在設計圖樣上只標注基本尺寸（與基準件尺寸對應一致），不標注公差，但要在技術要求注明：“凸（凹）模刃口尺寸按凹（凸）模實際刃口尺寸配作，保證雙面間隙值為Zmax～Zmin。” 用配作加工法加工的凸模和凹模必須對

64、號入座，不能互換，但由于電火花線切割加工已成為沖裁加工的主要手段，該加工方法所具有的“間隙補償功能”，使配合件基本不存在加工公差，而只有很小的電火花放電間隙，所以無論形狀復雜與否，它都能很準確的保證模具的合理初始間隙，因此配作加工法適用于復雜形狀、小間隙（薄料）沖裁件模具的工作部分尺寸計算。 當采用電火花加工沖模時，一般是先采用成型磨削的方法加工加工凸模與電極，然后用尺寸與凸模相同或相近的電極（有的甚至直接用凸模作電極）在電火花機床上加工凹模。因此機械加工的制造公差只適用凸模，而凹模的尺寸精度主要決定于電極精度和電火花加工間隙的誤差。所以，電火花加工實質(zhì)也是配作加工，而且不論是沖孔還是落料，

65、都是以凸模作為基準件。這時，凸模的尺寸可以由前面的公式轉(zhuǎn)換而得。對于簡單形狀件： 沖孔時： （參考文獻[9] 61頁） （2-24） （3）確定凸、凹模尺寸 由以上分析得，沖孔凹模、凸模尺寸計算如下： 根據(jù)材料厚度t=1.0mm，查表（沖壓工藝與模具設計36頁）得，Zmax=0.16mm,Zmin=0.13mm,則 Zmax－Zmin＝0.16-0.13＝0.03mm 孔的基本尺寸D孔＝10mm，查規(guī)則形狀沖裁模凸、凹模制造公差表2.8（參考文獻[9] 60頁）： 表 2.8 規(guī)則形狀件沖裁是凸、凹模的制造公差 (mm) 基本尺寸

66、凸模偏差δ凸 凹模偏差δ凹 ≤18 0.020 0.020 ＞18～30 0.020 0.025 ＞30～80 0.020 0.030 查取δ凸＝-0.02，δ凹＝+0.02，x=1,△=0.20,則 校核：， 可知只有縮小δ凸、δ凹，提高制造精度，才能保證間隙在合理范圍內(nèi)，此時可?。? 故： 1、 沖孔沖裁模結(jié)構設計 （1）沖孔凹模厚度、壁厚設計 本方案中沖孔凹模采用圓柱形孔口凹模。沖裁時凹模承受的沖裁力和側(cè)向力的作用，由于凹模的結(jié)構形式不一，受力狀態(tài)又比較復雜，目前還不可能用理論計算法確定凹模尺寸。由于凹模的結(jié)構尺寸受制件外形的限制，在沖孔處得凹模壁厚比較薄，此處壁厚c僅為6.7mm。在沖孔的時候必須設置相應的保護措施，而且還有在凹模結(jié)構設計上讓瞬時作用在凹模上的沖裁力分散來保護凹模的強度和尺寸精度。 凹模刃口形式有直筒形和錐形兩種，選用時主要根據(jù)沖件的形狀、厚度、尺寸精度以及模具的具體結(jié)構來決定?？紤]沖孔時凹模設計受制件外形輪廓限制，選用直筒形刃口。 凹模的厚度主要是從螺釘旋入深度和凹模剛度的需要考慮，一般應不小于8mm。隨著凹模板平面