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學(xué)校：xxxxx
學(xué)院：機(jī)電工程學(xué)院
班級(jí)：xx
組別：xx
學(xué)號(hào)：xxxx
姓名：xx
指導(dǎo)老師：xxx
F形鋼板沖壓工藝及夾具設(shè)計(jì)
F形鋼板沖壓工藝及夾具設(shè)計(jì)
如圖1所示零件：F形鋼板
生產(chǎn)批量：中小批量
材料：08F 料厚t=1.2mm
公差按IT14級(jí)制造
本零件為落料沖孔模
設(shè)計(jì)該零件的沖壓工藝與模具 。
圖1 鋼板
設(shè)計(jì)該零件的沖壓工藝與模具
（一） 沖壓工藝分析設(shè)計(jì)
沖裁件的工藝性是指從沖壓工藝方面來(lái)衡量設(shè)計(jì)是否合理。一般的講，在滿足工件使用要求的條件下，能以最簡(jiǎn)單最經(jīng)濟(jì)的方法將工件沖制出來(lái)，就說(shuō)明該件的沖壓工藝性好，否則，該件的工藝性就差。當(dāng)然工藝性的好壞是相對(duì)的，它直接受到工廠的沖壓技術(shù)水平和設(shè)備條件等因素的影響。以上要求是確定沖壓件的結(jié)構(gòu)，形狀，尺寸等對(duì)沖裁件工藝的實(shí)應(yīng)性的主要因素。根據(jù)這一要求對(duì)該零件進(jìn)行工藝分析。
零件尺寸部分公差已經(jīng)給出，其余未標(biāo)注公差，屬自由尺寸，可按IT14級(jí)確定工件尺寸的公差，經(jīng)查公差表，各尺寸公差為：500-0.62、24.70-0.52、70-0.36、6.50-0.36、10±0.18、150+0.43以根據(jù)圖紙要求進(jìn)行設(shè)計(jì)并畫圖，利用普通沖裁方式可達(dá)到圖樣要求。
材料為08F鋼板是優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，具有良好的可沖壓性能。材料的厚度為1.2mm。由于該件外形簡(jiǎn)單，形狀規(guī)則，適于落料沖孔加工。
（二） 確定工藝方案及模具結(jié)構(gòu)形式
確定方案就是確定沖壓件的工藝路線，主要包括沖壓工序數(shù)，工序的組合和順序等。確定合理的沖裁工藝方案應(yīng)在不同的工藝分析進(jìn)行全面的分析與研究，比較其綜合的經(jīng)濟(jì)技術(shù)效果，選擇一個(gè)合理的沖壓工藝方案。
經(jīng)分析，該零件屬于中小批量生產(chǎn)，工藝性較好，沖壓件尺寸精度不高，形狀簡(jiǎn)單。根據(jù)現(xiàn)有沖模制造條件與沖壓設(shè)備，采用沖裁沖孔復(fù)合模，模具制造周期短，價(jià)格低廉，工人操作安全，方便可靠。
（三） 模具設(shè)計(jì)計(jì)算
1.排樣
因?yàn)榫匦芜呴L(zhǎng)L=50mm 查表1可知
兩工件間按矩形取搭邊值a=1.8，工件與邊緣搭邊值a1=1.5.
條料寬度按相應(yīng)的公式計(jì)算：
B=(D+2a+δ)- δ 查表 2 ⊿=0.5 C=0.2
B=（50+2×2+0.5）0-0.5
B=54.50-0.5 mm
表1 搭邊值和側(cè)邊值的數(shù)值
材料厚度t（mm)
圓件及r＞2t圓角
矩形邊長(zhǎng)l≤50
矩形邊長(zhǎng)l＞50或圓角 r≤2
工件間a1
側(cè)邊a
工件間a
側(cè)邊a1
工件間a1
側(cè)邊a
0.25以下
1.8
2.0
2.2
2.5
2.8
3.0
0.25～0.5
1.2
1.5
1.8
2.0
2.2
2.5
0.5～0.8
1.0
1.2
1.5
1.8
1.8
2.0
0.8～1.2
0.8
1.0
1.2
1.5
1.5
1.8
1.2～1.5
1.0
1.2
1.5
1.8
1.9
2.0
1.6～2.0
1.2
1.5
2.0
2.2
2.0
2.2
表2 剪裁下的下偏差△（mm）
條料厚度t(mm)
條料寬度b(mm)
≤50
＞50～100
＞100～200
＞200
≤１
0.5
0.5
0.7
1.0
＞１～３
0.5
1.0
1.0
1.0
＞3～４
1.0
1.0
1.0
1.5
＞４～６
1.0
1.0
1.0
2.0
根據(jù)上述數(shù)據(jù)可知圖形搭邊值和條料寬度，如圖2可示：
圖2 排樣圖
2．計(jì)算沖裁力
若采用平刃沖裁模，其沖裁力Pp按下式計(jì)算：
P—沖裁力；
L—沖裁周邊長(zhǎng)度；
t—材料厚度；
τ—材料抗剪強(qiáng)度；
?。恕禂?shù)；
系數(shù)Ｋ是考慮到實(shí)際生產(chǎn)中，模具間隙值的波動(dòng)和不均勻，刃口磨損、板料力學(xué)性能和厚度波動(dòng)等原因的影響而給出修正系數(shù)，一般?。?1.3。
L=50+50+10×4+24.7×2=189.4 mm
查τ>=210-400 取τ=300
Pp= KLtτ
=1.3×（50+50+10×4+24.7×2）×1.2×300
=88639.2N
3 計(jì)算總沖壓力：
卸料力、頂件力、推料力的計(jì)算
在沖裁結(jié)束時(shí)，由于材料的彈性回復(fù)（包括徑向回復(fù)和彈性翹曲回復(fù)）及摩擦的存在，將使沖落的材料梗塞在凹模內(nèi)，而沖裁剩下的材料則緊箍在凸模上。為使沖裁工作繼續(xù)進(jìn)行，必須將緊箍在凸模上的料卸下，將梗塞在凹模內(nèi)的材料推出。從凸模上卸下箍著的料稱卸料力；逆沖裁方向?qū)⒘蠌陌寄?nèi)頂出所需要的力稱為頂件力；從凹模內(nèi)向下推出制件或廢料所需的力，稱為推料力。一般按以下公式計(jì)算：
卸料力 P X=KXpP
頂件力 PD=KDPP
推料力 PQ=nK1Pp
式中，F(xiàn)P——沖裁力，N；
KX ——卸料力系數(shù)，可查表；
KD——頂件力系數(shù)，可查表；
K1——推料力系數(shù)，可查表；
n——梗塞在凹模內(nèi)的制件或廢料數(shù)量，n=h/t h為凹模直刃高度，t為板厚；
KX =0.04 KD=0.06 K1=0.05
卸料力計(jì)算：P X=KXPP
=0.04×88639.2
=3545.6N
頂件力計(jì)算：PD=KDPP
=0.06×88639.2
=5318.4N
推料力計(jì)算：PQ=nK1Pp
=3×0.05×88639.2
=13295.9N
如表3.1
材料種類
板料厚度/mm
Kx
K1
KD
鋼
~0.1
>0.1~0.5
>0.5~2.5
>2.5~6.5
>6.5
0.06~0.075
0.045~0.055
0.04~0.05
~0.03~0.04
0.02~0.03
0.1
0.065
0.050
0.045
0.025
0.14
0.08
0.06
0.05
0.03
黃銅、紫銅
0.02~0.06
0.03~0.09
鋁、鋁合金
0.025~0.08
0.03~0.07
所以總沖壓力： P總= P X+ PD+ PQ
=3545.6N+5318.4N+13295.9N
=22159.9N
4 確定壓力中心：
（1） 沖孔壓力中心：
X01=25
Y01=（L1y1＋L2y2＋……Lnyn ）/（L1＋L2＋…＋Ln）
=11.49mm
(2)落料壓力中心：
X02=25
Y02=（L1y1＋L2y2＋……Lnyn ）/（L1＋L2＋…＋Ln）
=12.35mm
（3）總壓力中心：
X0=25 mm Y0=11.64 mm
5模具刃口尺寸的計(jì)算：
（1） 凹模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
考慮本成品零件的結(jié)構(gòu)形狀,本凹模采用矩形局凹模,其材料和凸模一樣為
10TA，熱處理硬度為58-62HRC內(nèi)形尺寸即半成品的外形.
凹模厚度 H=Kb（>=15mm）
凹模壁厚 C=(1.5~2)H(>=30~40mm)
式中，b為沖裁件的最大外型尺寸;K是考慮板厚度的影響系數(shù)。查表可知
K=0.35
凹模厚度H=Kb=0.35×54=18.9 mm
凹模壁厚C=(1.5~2)H=2H=37.8 mm
凹模長(zhǎng)度L的確定
W1=2C=75.6；工件b=37.8
L=b+2W1=37.8+ W1=113.4mm=115 mm
凹模寬度B的確定
B= 2C+工件寬
=75.6+24.7
=100.3 mm=100 mm
L×B×H=115×100×18.9 mm
沖孔凹模設(shè)計(jì)
沖孔孔徑D=φ3.2 mm
(2) 凸模長(zhǎng)度L1的確定
落料凸模長(zhǎng)度計(jì)算為：
L1=h1+h2+t+Y
其中 導(dǎo)料板厚h1=25；卸料板厚h2=20；板料厚度t=1.2; 凸模修磨量Y=20則
L1=h1+h2+t+Y
=25+20+1.2+20
=66.2 mm
鑲塊式凸模沖孔桿長(zhǎng)度計(jì)算為
L2= L1+h3+t
其中L1為落料凸模長(zhǎng)度，h3為凸模桿凸出長(zhǎng)度，t為板厚。
L2= L1+h3+t
=66.2+3+1.2
=70.4 mm
6計(jì)算凸、凹模的工作部分的尺寸
在沖模刃尺寸計(jì)算時(shí)需要注意：在計(jì)算工件外形落料時(shí)，應(yīng)以凹模為基準(zhǔn)，凸模尺寸按相應(yīng)的凹模實(shí)際尺寸配制。保證雙面間隙為0.096~0.120 mm。
A類: Aj=(Amax-X△)0δ
B類: Bj=(Bmin+X△)0-δ
式中，Aj、Bj——基準(zhǔn)件尺寸，單位均為mm。
Amax、Bmin——相應(yīng)的工件極限尺寸，單位均為mm。
△——工件公差，單位均為mm。
δ——基準(zhǔn)件制造偏差，單位均為mm。當(dāng)刃口尺寸公差標(biāo)注形式為+δ
(-δ)時(shí)，δ=△/4，當(dāng)標(biāo)注形式為+-δ時(shí)，δ=△/8.
第一類尺寸A1、A2、A3、A4.由表1查表得：
X1、X2=0.5 X3、X4=0.75
A1=（50-0.5×0.62）00.62/4 =49.69 0+0.155mm
A2=(24.7-0.5×0.52)00.52/4=24.4400.13 mm
A3=(7-0.75×0.36)00.36/4=6.7300.09 mm
A4=(6.5-0.75×0.36)00.36/4=6.2300.09 mm
第二類尺寸B。查表1得，X=0.5 有公式得：
B=（15+0.5×0.43）-0.43/40=15.215-0.1080 mm
第三類尺寸C。查表1得，X=0.5 有公式得：
C=(9.82+0.5×0.36) ±0.36/8=10±0.045 mm
沖孔時(shí)應(yīng)以凸模為基準(zhǔn)件來(lái)配作凹模。此工件的尺寸公差有查表可知：3.2+0.080 mm
有沖壓工藝學(xué)教材表：Zmax=0.120 mm, Zmin=0.096 mm
Zmax- Zmin=0.024 mm
沖孔部分： δp=0.020 mm, δd=0.020 mm
X=0.5
dp=（d+X△）- δ0=(3.2+0.5×0.08) – 0.020=3.24 – 0.020 mm
dd=（dp+ Zmin）0+δd =(3.24+0.096) 0+0.02 mm=3.3360+0.02 mm
表10 系數(shù)X
料厚t(mm)
非圓形
圓形
1
0.75
0.5
0.75
0.5
工件公差△/mm
1
1~2
2~4
＞4
＜0.16
＜0.20
＜0.24
＜0.30
0.17~0.35
0.21~0.41
0.25~0.49
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
（四）沖裁工藝方案的確定
1. 沖裁工序的組合
（1）生產(chǎn)批量：中批和大批量生產(chǎn)采用復(fù)合沖裁
（2）工件尺寸公差等級(jí)：復(fù)合沖裁所得到的工件尺寸公差等級(jí)高，因?yàn)樗苊饬硕啻螞_壓的定位誤差，并且在沖裁過(guò)程中可以進(jìn)行壓料，工件較平整。
（3）對(duì)工件尺寸、形狀的適應(yīng)性：工件的尺寸較小時(shí)，考慮到單工序上料不方便和生產(chǎn)效率低，常采用復(fù)合沖裁。
（4）模具制造、安裝調(diào)整和成本：對(duì)復(fù)雜形狀的工件，采用復(fù)合沖裁較為適合，因模具制造、安裝調(diào)整較易，成本較低。
（5）操作方便與安全：復(fù)合沖裁處件或清除廢料較困難，工件安全性較差。
2．沖裁順序安排
根據(jù)圖形安排，先進(jìn)行沖孔，沖孔結(jié)束后再進(jìn)行落料，這樣能保證精度。
（五）凸模強(qiáng)度的校核
??? 在一般情況下，凸模的強(qiáng)度和剛度是足夠的，無(wú)須進(jìn)行強(qiáng)度校核。但對(duì)特別細(xì)長(zhǎng)的凸?；蛲鼓５慕孛娉叽绾苄《鴽_裁的板料厚度較厚時(shí)，則必須進(jìn)行承壓能力和抗縱彎曲能力的校核。其目的是檢查其凸模的危險(xiǎn)斷面尺寸和自由長(zhǎng)度是否滿足要求，以防止凸模縱向失穩(wěn)和折斷。強(qiáng)度的校核的目的主要是檢查其高度是否足夠，若高度不夠，將會(huì)產(chǎn)生彎曲變形以至損壞
查《實(shí)用模具設(shè)計(jì)與制造手冊(cè)》[3]表2—94凹模的強(qiáng)度校核公式
σW=1.5P/h×h (3.7)
hmin= 1.5p/[σW]
其中為沖裁力
P=Ltτ=π357×1.5×300=50444.1N Pp= KLtτ
=1.3×（50+50+10×4+24.7×2）×1.2×300
=88639.2N
hmin==1.5×88639.2N=60mm
取h=65mm
所以凸模強(qiáng)度符合強(qiáng)度要求
凹模板上螺釘孔
的確定
查〈〈冷沖模具設(shè)計(jì)與指導(dǎo)〉〉表1—26 ，可以用M10的緊固螺釘，材料為45鋼許用負(fù)載為3100N
查表可得
a1=12.5d=10mm
a2=1.5d=12mm
（六） 模具模架選擇
（1）沖壓設(shè)備的選用
壓力機(jī)對(duì)模具壽命的影響也不容被忽視。壓力機(jī)在不加載狀態(tài)下的精度稱為靜精度，加載狀態(tài)下的精度稱為動(dòng)精度。
當(dāng)壓力機(jī)的動(dòng)精度不好時(shí)，就等于喲暖和精度不好的壓力機(jī)進(jìn)行沖壓加
工。由于測(cè)量動(dòng)精度很困難，目前還沒(méi)有壓力機(jī)動(dòng)精度的標(biāo)準(zhǔn)，生產(chǎn)廠家
也只保證壓力機(jī)的靜精度。因此壓力機(jī)的動(dòng)精度一般只能根據(jù)其靜精度的好壞、框架結(jié)構(gòu)形式和尺寸以及對(duì)壓力機(jī)生產(chǎn)廠家的信任程度來(lái)推斷。
根據(jù)以上原因和總的沖裁力必須小于或等于壓力機(jī)的公稱壓力，故選壓力機(jī)型號(hào)
故選壓力機(jī)型號(hào)為開式壓力機(jī)其技術(shù)規(guī)格如下:
公稱壓力 40KN
滑塊行程 40mm
滑塊行程次數(shù) 6
最大的封閉高度為260mm
閉合高度調(diào)節(jié)量為35 mm
工作臺(tái)尺寸前后180mm
左右280mm
模柄孔尺寸（直徑x深度） Φ30×50
（2） 模柄的選用
通過(guò)查找手冊(cè)確定選用壓入式模柄
模柄材料：Q235-1F GB700
直徑d=32mm 高度L=80mm的A型壓入式模柄
模柄A 32×80 JB/T 7646.1
(3)模具的閉合高度的計(jì)算
沖模的閉合高度是指滑塊在下死點(diǎn)即模具在最低工作位置時(shí)，上模座上平面與下模座下平面之間的距離H。沖模的閉合高度必須與壓力機(jī)的裝模高度相適應(yīng)。壓機(jī)的裝模高度 是指滑塊在下死點(diǎn)位置時(shí)，滑塊下端面至墊板上平面間的距離。當(dāng)連桿調(diào)至最短時(shí)為壓機(jī)的最大裝模高度Hmax；連桿調(diào)至最長(zhǎng)時(shí)為為最小裝模高度Hmin。
沖模的閉合高度H應(yīng)介于壓機(jī)的最大裝模高度Hmax之間，其關(guān)系為：
Hmax-5mm≥H≥Hmin+10mm 255>H>220
如果沖模的閉合高度大于壓機(jī)最大裝模高度時(shí)，沖不能在該壓力機(jī)上使用。反之小于壓力機(jī)最小裝模高度時(shí)，可加經(jīng)過(guò)磨平的墊板。
沖模的其它外形結(jié)構(gòu)尺寸也必須和壓力機(jī)相適應(yīng)，如模具外形輪廓平面尺寸與壓力機(jī)墊板、滑塊底面尺寸，模柄與模柄孔尺寸，下模緩沖器平面尺寸與壓力機(jī)墊板孔尺寸等都必須相適應(yīng)，以便模具能正確安裝和正常使用。
（4）根據(jù)凹模寬度B、長(zhǎng)度L、厚度H，凸模長(zhǎng)度L1、導(dǎo)料板厚、卸料板厚、板料厚度、凸模修磨量等數(shù)據(jù)查表得到模具模架的尺寸。查表可得數(shù)據(jù)如下
1、上下模座 GB/T2856.3 250×200×50
2、導(dǎo)柱 GB/T2861.4 32×215
3、導(dǎo)套 GB/T2861.8 32×150×48
4、螺釘 DB/T70.1 M6×43
5、模具閉合高度 H=230mm
（5） 推桿的選材，熱處理工藝方案
根據(jù)《冷沖壓模具設(shè)計(jì)手冊(cè)》 [2]一般用途的推桿的 材料選擇45鋼。它是一種優(yōu)質(zhì)碳素鋼。含磷比較少，非金屬雜質(zhì)比較少。鋼的品質(zhì)較高。它須調(diào)質(zhì)處理后使用，調(diào)質(zhì)處理后具有良好的綜合力學(xué)性能，即具有較高的的刃性和塑性，焊接性能也好。固采用此鋼比較好。
(6) 推桿與推板的設(shè)計(jì)
為了便于裝在凹模內(nèi)，本副模具采用剛性推件裝置。
同時(shí)采用圓柱形推板，推板的大直徑大約設(shè)計(jì)為6mm，小直徑大約設(shè)計(jì)為3.2mm推板的長(zhǎng)度大約為152mm
（7） 卸料板的設(shè)計(jì)
一般卸料板材料為45號(hào)鋼，它是一種優(yōu)質(zhì)碳素鋼，卸料板的形狀設(shè)計(jì)為長(zhǎng)方形，其工作部分的尺寸由沖落料部分的凸凹模來(lái)決定，并且與凸凹模保持1~2mm的間隙。
(8) 確定裝配基準(zhǔn)
1、 落料，沖孔應(yīng)以沖材凸凹模為裝配基準(zhǔn)件。
首先確定凸凹模在模架中的位置，安裝凸凹模組件，確定凸凹組件在下模座的位置，然后用平行板將凸凹模和下模座夾緊。
沖裁模具材料的選?。?
可查《冷沖壓模具設(shè)計(jì)指導(dǎo)》表8-8和8-9：
凸模的材料為T10A，凹模的材料為T10A，熱處理硬度為58-62HRC，墊板、凸模固定板、凹模固定板的材料的45號(hào)鋼，熱處理硬度為HRC43-48。
沖裁模的常用配合：
2、 H7/h6的間隙定位配合，導(dǎo)柱和導(dǎo)套的配合。
3、 H7/r6的過(guò)度配合，用于較高的定位，凸模與固定板的配合，導(dǎo)套與模座，導(dǎo)套與固定板，模柄與模座的配合。
4、 H7/m6的過(guò)度配合，能以最好的定位精度滿足零件的剛性和定位要求，凸模的固定導(dǎo)套與模座的固定、導(dǎo)柱與固定板的固定。
實(shí)驗(yàn)小節(jié)
隨著社會(huì)的發(fā)展，機(jī)械行業(yè)的模具專業(yè)在我國(guó)現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展中成為一個(gè)越來(lái)越重要的分支。模具滲透著整個(gè)社會(huì)。不管在那個(gè)行業(yè)，都有模具的存在。日常生活中輕重工業(yè)，都離不開模具生產(chǎn)，模具就是為了得到所需要的產(chǎn)品。要什么樣的產(chǎn)品，就可以生產(chǎn)什么樣的模具，如（塑料模具 、冷沖壓模具、壓鑄模、橡膠模 ）。而目前形勢(shì)的需要，產(chǎn)品更新?lián)Q代更快更易，所以模具行業(yè)的發(fā)展空間很大，有待我們?nèi)ヅ?，去探索?
模具生產(chǎn)過(guò)程是一個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程，生產(chǎn)模具過(guò)程中可能用到的的機(jī)器有很多種類，如（電火花成型機(jī)、數(shù)控線切割、車床、銑床、刨床、磨床、鏜床等）。
三年的學(xué)習(xí)，我對(duì)模具設(shè)計(jì)與制造有了深刻的認(rèn)識(shí)。此次單獨(dú)設(shè)計(jì)一個(gè)模具，讓我了解了很多的模具結(jié)構(gòu)、模具加工工藝、模具的用途。并且學(xué)到不少的書本上沒(méi)有的知識(shí)，就拿塑料模來(lái)說(shuō)，對(duì)于影響模具壽命的因素，主要是模具的加工精度和材料的剛度，還有模具的材料，模具生產(chǎn)批量，模具結(jié)構(gòu)等。影響模具的產(chǎn)品質(zhì)量的主要因素也是模具的制造精度。。
通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我從理論和實(shí)踐上又更進(jìn)一步的加深。模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的好壞直接影響產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)。中國(guó)面臨世界的挑戰(zhàn)，在模具行業(yè)這方面，我希望日后能在模具這一行有所貢獻(xiàn)。
感謝我的導(dǎo)師田浩彬老師，她嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍的作風(fēng)一直是我工作、學(xué)習(xí)中的榜樣；他們循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無(wú)盡的啟迪。這次的課程設(shè)計(jì)讓我又更加深了模具設(shè)計(jì)各方面知識(shí)。
參考文獻(xiàn)
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