半月形起子-啤酒開(kāi)瓶器沖壓模具設(shè)計(jì)與工藝分析【16張CAD圖紙+PDF圖】

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改革開(kāi)放以來(lái)，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，工業(yè)產(chǎn)品的品種和數(shù)量的不斷增加，更新?lián)Q代的不斷加快，在現(xiàn)代制造業(yè)中，企業(yè)的生產(chǎn)一方面朝著多品種、小批量和多樣式的方向發(fā)展，加快換型，采用柔性化加工，以適應(yīng)不同用戶的需要；另一方面朝著大批量，高效率生產(chǎn)的方向發(fā)展，以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和生產(chǎn)規(guī)模來(lái)創(chuàng)造更多效益，生產(chǎn)上采取專用設(shè)備生產(chǎn)的方式。模具，做為高效率的生產(chǎn)工具的一種，是工業(yè)生產(chǎn)中使用極為廣泛與重要的工藝裝備。采用模具生產(chǎn)制品和零件，具有生產(chǎn)效率高，可實(shí)現(xiàn)高速大批量的生產(chǎn)；節(jié)約原材料，實(shí)現(xiàn)無(wú)切屑加工；產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，具有良好的互換性；操作簡(jiǎn)單，對(duì)操作人員沒(méi)有很高的技術(shù)要求；利用模具批量生產(chǎn)的零件加工費(fèi)用低；所加工出的零件與零件可以一次成形，不需進(jìn)行再加工；能制造出其它加工工藝方法難以加工、形狀比較復(fù)雜的零件制品；容易實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的自動(dòng)化的特點(diǎn)。 本設(shè)計(jì)是作為模具設(shè)計(jì)與制造專業(yè)畢業(yè)之前對(duì)所學(xué)專業(yè)知識(shí)的一次綜合性運(yùn)用，在設(shè)計(jì)過(guò)程中鞏固和擴(kuò)展自己所學(xué)的基本知識(shí)和專業(yè)知識(shí)。綜合運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)增強(qiáng)自己的技能分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力，初步形成融技術(shù)，管理與一體的大工程意識(shí)，培養(yǎng)自己勇于探索的創(chuàng)新的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。進(jìn)一步訓(xùn)練和提高課題方案設(shè)計(jì)，資料查詢，通過(guò)本次設(shè)計(jì)能夠進(jìn)一步深入的掌握沖壓模具設(shè)計(jì)與制造技術(shù)。 2 沖壓件工藝分析 2.1零件簡(jiǎn)圖 圖2-1 零件圖 （1）零件分析： 材料45鋼；生產(chǎn)批量：大批量；材料厚度1.5mm；毛坯精度IT12級(jí)。 （2）材料分析： 該沖裁件的材料45鋼，為優(yōu)質(zhì)碳素鋼，具有良好的塑性工性，適合制作沖擊件、緊固件，如墊片、墊圈、用具等。 表2-2 標(biāo)準(zhǔn)公差數(shù)值（摘自GB/T1800.3-1998） 公差等級(jí) IT2 IT3 IT4 IT5 IT6 IT7 IT8 IT9 IT10 IT11 IT12 IT13 IT14 基本尺寸/mm /μm /mm ≤3 >3～6 >6～10 >10～18 >18～30 >30～50 >50～80 >80～120 >120～180 >180～250 >250～315 >315～400 >400～500 1.2 1.5 1.5 2 2.5 2.5 3 4 5 7 8 9 10 2 2.5 2.5 3 4 4 5 6 8 10 12 13 15 3 4 4 5 6 7 8 10 12 14 16 18 20 4 5 6 8 9 11 13 15 18 20 23 25 27 6 8 9 9 13 16 19 22 25 29 32 36 40 10 12 15 18 21 25 30 35 40 46 52 57 63 14 18 22 27 33 39 46 54 63 72 81 89 97 25 30 36 43 52 62 74 87 100 115 130 140 155 40 48 58 70 84 100 120 140 160 185 210 230 250 60 75 90 110 130 160 190 220 250 290 320 360 400 0.10 0.12 0.15 0.18 0.21 0.25 0.30 0.35 0.40 0.46 0.52 0.57 0.63 0.14 0.18 0.22 0.27 0.33 0.39 0.46 0.54 0.63 0.72 0.81 0.89 0.97 0.25 0.30 0.36 0.43 0.52 0.62 0.74 0.87 1.00 1.15 1.30 1.40 1.55 查表2-2得該零件的公差等級(jí)取IT12確定零件的尺寸公差零件圖上的尺寸均未標(biāo)注公差，屬自由尺寸，可看作IT14級(jí)，普通沖裁完全能滿足要求。 3 沖壓工藝方案確定及模具結(jié)構(gòu)的確定 3.1 沖壓工藝方案的組合 完成此工件需要沖孔、落料兩道工序。其加工工藝方案可分為： 方案一：?jiǎn)喂ば蚰Ｉa(chǎn),先沖孔，后落料。 方案二：級(jí)進(jìn)模生產(chǎn)，沖孔-落料級(jí)進(jìn)沖壓。 方案三：復(fù)合模生產(chǎn)，沖孔-落料復(fù)合沖壓。 各模具結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及比較如下表3-1： 表3-1 各類模具結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)比較 模具種類比較項(xiàng)目 單工序模 （無(wú)導(dǎo)向）（有導(dǎo)向） 級(jí)進(jìn)模 復(fù)合模 零件公差等級(jí) 低 一般 可達(dá)IT13～I(xiàn)T10級(jí) 可達(dá)IT10～I(xiàn)T8級(jí) 零件特點(diǎn) 尺寸不受限制厚度不受限制 中小型尺寸厚度較厚 小零件厚度0.2～6mm可加工復(fù)雜零件，如寬度極小的異形件 形狀與尺寸受模具結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度限制，尺寸可以較大，厚度可達(dá)3mm 生產(chǎn)效率 低 較低 工序間自動(dòng)送料，可以自動(dòng)排除制件，生產(chǎn)效率高 沖件被頂?shù)侥＞吖ぷ鞅砻嫔?，必須手?dòng)或機(jī)械排除，生產(chǎn)效率較低 安全性 不安全，需采取安全措施 比較安全 不安全，需采取安全措施 模具制造工作量和成本 低 比無(wú)導(dǎo)向的稍高 沖裁簡(jiǎn)單的零件時(shí)，比復(fù)合模低 沖裁較復(fù)雜零件時(shí)，比級(jí)進(jìn)模低 適用場(chǎng)合 料厚精度要求低的小批量沖件的生產(chǎn) 大批量小型沖壓件的生產(chǎn) 形狀復(fù)雜，精度要求較高，平直度要求高的中小型制件的大批量生產(chǎn) 方案一：模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造周期短，制造簡(jiǎn)單，但需要兩副模具，成本高而生產(chǎn)效率低，難以滿足大批量生產(chǎn)的要求。 方案二：只需一副模具，生產(chǎn)效率高，操作方便，精度也能滿足要求，模具制造工作量和成本在沖裁簡(jiǎn)單的零件時(shí)比復(fù)合模低。 方案三：只需一副模具，制件精度和生產(chǎn)效率都較高，且工件最小壁厚大于凸凹模許用最小壁厚模具強(qiáng)度也能滿足要求。沖裁件的內(nèi)孔與邊緣的相對(duì)位置精度較高，板料的定位精度比方案二低，模具輪廓尺寸較小。 綜上對(duì)上述三種方案的分析比較，該工件的沖壓生產(chǎn)采用方案三為佳。 3.2 沖裁結(jié)構(gòu)的選取 按照復(fù)合模工作零件的安裝位置不同，分為正裝式復(fù)合模和倒裝式復(fù)合模兩種，兩種的優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)及適用范圍見(jiàn)表3-2。 表3-2 正裝式復(fù)合模、倒裝式復(fù)合模的優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)及適用范圍 比較項(xiàng)目 正裝(順裝)式復(fù)合模 倒裝式復(fù)合模 結(jié)構(gòu) 凸凹模裝在上模，落料凹模和沖孔凸模裝在下模 凸凹模裝在下模，落料凹模和沖孔凸模裝在上模 優(yōu)點(diǎn) 沖出的沖件平直度較高 結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單 缺點(diǎn) 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，沖件容易被嵌入邊料中影響操作 不宜沖制孔邊距離較小的沖裁件 適用范圍 沖制材質(zhì)較軟或板料較薄的平直度要求較高的沖裁件，還可以沖制孔邊距離較小的沖裁件 不宜沖制孔邊距離較小的沖裁件，但倒裝式復(fù)合模結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、又可以直接利用壓力機(jī)的打桿裝置進(jìn)行推件，卸料可靠，便于操作，并為機(jī)械化出件提供了有利條件，故應(yīng)用十分廣泛 正裝式復(fù)合模適合于沖制材質(zhì)較軟或板料較薄的平直度要求較高的沖裁件，還可以沖制孔邊距離較小的沖裁件。倒裝式冷沖模不宜沖制孔邊距離較小的沖裁件，但倒裝式冷沖模結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以直接利用壓力機(jī)打桿裝置進(jìn)行推件，卸件可靠，便于操作，并為機(jī)械化出件提供了有利條件，故應(yīng)用十分廣泛。綜上所述，該制件結(jié)構(gòu)形狀簡(jiǎn)單，精度要求較低，宜采用倒裝式復(fù)合模。 4 模具的總體結(jié)構(gòu)的確定 4.1模具類型的選擇 由沖壓工藝分析可知，該模具采用復(fù)合沖壓模。復(fù)合模采用倒裝式復(fù)合模，因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、又可以直接利用壓力機(jī)的打桿裝置進(jìn)行推件、卸料可靠、便于操作、并為機(jī)械化出件提供了有利條件，所以模具類型為倒裝式復(fù)合模。 4.2定位方式的選擇 為保證沖裁出外形完整的合格零件，毛坯在模具中應(yīng)該有正確的位置，正確位置是依靠定位零件來(lái)保證的。由于毛坯形式和模具結(jié)構(gòu)不同，所以定位零件的種類很多，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)毛坯形式、模具結(jié)構(gòu)、零件公差大小、生產(chǎn)效率等進(jìn)行選擇。 因?yàn)樵撃＞卟捎玫氖菞l料，控制條料的送進(jìn)方向采用導(dǎo)料銷。控制條料的送進(jìn)步距采用擋料銷。 4.3卸料、出件方式的選擇 彈壓卸料板具有卸料和壓料的雙重作用，主要用在沖裁料厚在1.5mm以下的板料，由于有壓料作用，沖裁件比較平整。彈壓卸料板與彈性元件(彈簧或橡皮)、卸料螺釘組成彈壓卸料裝置。 因?yàn)楣ぜ虾?.5mm，相對(duì)較薄，卸料力不大，由此可知卸料、出件方式的選擇可采用彈性卸料裝置卸料。 4.4標(biāo)準(zhǔn)模架和導(dǎo)向零件的選擇 模架是整副模具的骨架，模具的全部零件都固定其上，并承受沖壓過(guò)程的全部載荷。上下模間的精確位置，由導(dǎo)柱、導(dǎo)套的導(dǎo)向?qū)崿F(xiàn)。 方案一：采用對(duì)角導(dǎo)柱模架。由于導(dǎo)柱安裝在模具壓力中心對(duì)稱的對(duì)角線上，所以上模座在導(dǎo)柱上滑動(dòng)平穩(wěn)。常用于橫向送料級(jí)進(jìn)?；蚩v向送料的落料模、復(fù)合模。 方案二：采用后側(cè)導(dǎo)柱模架。由于前面和左、右不受限制，送料和操作比較方便。因?yàn)閷?dǎo)柱安裝在后側(cè)，操作者可以看見(jiàn)條料在模具中的送進(jìn)動(dòng)作。但是不能使用浮動(dòng)模柄。 方案三：四導(dǎo)柱模架。具有導(dǎo)向平穩(wěn)、導(dǎo)向準(zhǔn)確可靠、剛性好等優(yōu)點(diǎn)。常用于沖壓件尺寸較大或精度要求較高的沖壓零件及大量生產(chǎn)用的自動(dòng)沖壓模架。 方案四：中間導(dǎo)柱模架。導(dǎo)柱安裝在模具的對(duì)稱線上，導(dǎo)向平穩(wěn)、準(zhǔn)確。只能一個(gè)方向送料。如圖4-4 圖4-4 模架類型 根據(jù)以上方案比較并結(jié)合模具結(jié)構(gòu)形式和送料方式，為提高模具壽命和工件質(zhì)量，采用后側(cè)導(dǎo)柱模架，操作者可以看見(jiàn)條料在模具中的送進(jìn)動(dòng)作。由于前面和左、右不受限制，送料和操作比較方便，并能滿足工件成型的要求。即方案二最佳，采用后側(cè)導(dǎo)柱模架。 5 工藝計(jì)算 5.1 搭邊值的確定 排樣時(shí)沖裁件之間以及與沖裁件與條料側(cè)邊之間留下的工藝余料，稱為搭邊。搭邊的作用是補(bǔ)償定位誤差和剪板誤差，確保沖出合格的零件，增加條料的剛度，方便條料送進(jìn)，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。搭邊過(guò)大，浪費(fèi)材料。搭邊過(guò)小，沖裁時(shí)容易翹曲或被拉斷，不僅會(huì)增大沖件毛刺，有時(shí)還有拉入凸、凹模間隙中損壞模具刃口，降低模具壽命或影響送料工作。 搭邊值通常由經(jīng)驗(yàn)確定，表5-1所列搭邊值為普通沖裁時(shí)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)之一。 表5-1搭邊a和a1數(shù)值 材料厚度 圓件及或圓角r<2t的工件 矩形工件邊長(zhǎng)L<50mm 矩形工件邊長(zhǎng)L>50mm 或r<2t的工件 工件間a1 沿邊a 工件間a1 沿邊a 工件間a1 沿邊a < 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 3.5~4.0 4.0~5.0 5.0~12 1.8 1.2 01 0.8 1.0 1.2 1.5 1.8 2.2 2.5 3.0 0.6t 2.0 1.5 1.2 1.0 1.2 1.5 1.8 2.2 2.5 2.8 3.5 0.7t 2.2 1.8 1.5 1.2 1.5 1.8 2.0 2.2 2.5 2.5 3.5 0.7t 2.5 2.0 1.8 1.5 1.8 2.0 2.2 2.5 2.8 3.2 4.0 0.8t 2.8 2.2 1.8 1.5 1.8 2.0 2.2 2.5 2.8 3.2 4.0 0.8t 3.0 2.5 2.0 1.8 2.0 2.2 2.5 2.8 3.2 3.5 4.5 0.9t 搭邊值是廢料，所以應(yīng)盡量取小，但過(guò)小的搭邊值容易擠進(jìn)凹模，增加刃口磨損表5-1給出了鋼（WC0.05%～0.35%）的搭邊值。 對(duì)于其他材料的應(yīng)將表中的數(shù)值乘以下列數(shù)： 鋼（WC0.3%～0.45%） 0.9 鋼（WC0.5%～0.65%） 0.8 硬黃鋼 1～1.1 軟黃銅，純銅 1.2 該制件是非圓形工件，根據(jù)尺寸從表5-1中查出：兩制件之間的搭邊值a1=1.0，側(cè)搭邊值a=1.2。 由于該制件的材料是45，所以 兩制件之間的搭邊值為： a1=1.0×0.9=0.81mm 側(cè)搭邊值： a=1.2×0.9=1.08mm 5.2 排樣方式的選擇 沖裁件在條料、帶料或板料上的布置方法叫排樣。 方案一：有廢料排樣：沿沖件全部外形沖裁，沖件與沖件之間、沖件與條料之間都存在有搭邊廢料。沖件尺寸完全由沖模來(lái)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?gòu)U料排樣：沿沖件部分外形切斷或沖裁，只在沖件與沖件之間或沖件與條料側(cè)邊之間留有搭邊。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(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。 方案三：無(wú)廢料排樣：沖件與沖件之間或沖件與條料側(cè)邊之間均無(wú)搭邊，沿直線或曲線切斷條料而獲得沖件。沖件的質(zhì)量和模具壽命更低一些，但材料利用率最高。 采用少、無(wú)廢料排樣法，材料利用率高，不但有利于一次沖程獲得多個(gè)制件，而且可以簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu)，降低沖裁力，但受條料寬度誤差及條料導(dǎo)向誤差的影響，沖裁件的尺寸精度不易保證，故應(yīng)采用方案一。 分析零件形狀，應(yīng)采用單縱排的排樣方式，零件可能的排樣方式有圖5-1和圖5-2所示兩種。 圖5-1 縱排示意 圖5-2 橫排示意圖 排樣時(shí)沖裁件之間以及沖裁件與條料側(cè)邊之間留下的工藝廢料叫做搭邊。搭邊的作用是補(bǔ)償定位誤差，保證條料有一定的剛度；二是增加條料剛度，方便條料送進(jìn)，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率；同時(shí)，搭邊還可以避免沖裁時(shí)條料邊緣的毛刺被拉入模具間隙，從而提高模具壽命。 根據(jù)模具的結(jié)構(gòu)不同，可分為有側(cè)壓裝置的模具和無(wú)側(cè)壓裝置的模具，側(cè)壓裝置的作用是用于壓緊送進(jìn)模具的條料，使條料不至于側(cè)向竄動(dòng)，以利于穩(wěn)定地加工生產(chǎn)。有側(cè)壓裝置的模具能使條料始終沿著導(dǎo)料板送進(jìn)，無(wú)側(cè)壓裝置的模具，應(yīng)該考慮在送料過(guò)程中因條料的擺動(dòng)而使側(cè)邊減少。為了搭邊的減少，條料寬度應(yīng)增加一個(gè)條料肯能的擺動(dòng)量。本套模具無(wú)導(dǎo)料板為無(wú)側(cè)壓裝置。 故按下式計(jì)算： (5-1) 式中: -條料寬度； -條料寬度方向沖裁件的最大尺寸； -沖裁件之間的搭邊值；可參考表5-1； -條料寬度的單向（負(fù)向）偏差，見(jiàn)表5-2； -導(dǎo)料板與最寬條料之間的間隙，其最小值見(jiàn)表5-3。 表5-2 剪料公差及條料與導(dǎo)料板之間隙 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5-3 有側(cè)壓裝置和無(wú)側(cè)壓裝置對(duì)照表 材料厚度t（mm） 無(wú)側(cè)壓裝置 有側(cè)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 4～5 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： 縱排： 條料寬度 =50+1.0×2+0.5=54.5-00.25 橫排： 條料寬度 =44+1.0×2+0.5=46.50-0.25 5.3 材料利用率的計(jì)算 沖裁件的面積與所用板料面積的百分比就叫材料利用率。材料的利用率越高，意味著用同樣的材料可以生產(chǎn)更多的產(chǎn)品。關(guān)于材料利用率，可用下式表示： (5-2) 式中： -一個(gè)步距內(nèi)沖裁件的實(shí)際面； -條料寬度； -步距。 根據(jù)公式5-1公式5-2得： =24×16+3.14×64-3×3.14×16 =434.24mm2 縱排 ： =[434.24÷(42.9×17.5)]×100% ≈57.84% 橫排 ： =[434.24÷(18.9×41.5)]×100% ≈55.36% 根據(jù)上述縱排、橫排兩個(gè)式子的計(jì)算對(duì)比，可確定縱排的材料利用率比橫排的材料利用率高。結(jié)合模具結(jié)構(gòu)總體結(jié)構(gòu)，方便操作，最終選用圖5-1縱排作為零件的排樣圖，具體如圖5-3所示 圖5-3 排樣示意圖 5.4 沖壓力的計(jì)算 計(jì)算沖裁力是為了選擇合適的壓力機(jī)，設(shè)計(jì)模具和檢驗(yàn)?zāi)＞叩膹?qiáng)度，壓力機(jī)的噸位必須大于所計(jì)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一般可以按下式計(jì)算： (5-3) 式中： -系數(shù)查表取K=1.3； -沖孔周長(zhǎng)， -材料厚度,t=1.5mm； -材料抗剪強(qiáng)度45鋼退火=432～549，取=500MPa。 沖裁力計(jì)算： =1.3×103.24×1.5×500 =100659N =1.3×（3.14×2×25-30.98）×1.5×500 =122869.5N 總沖裁力的計(jì)算： 由于沖裁模具采用彈性卸料 裝置和自然落料方式。 (5-4) 式中： -總沖裁力； -落料時(shí)的沖裁力； -沖孔時(shí)的沖裁力； =100659+122869.5 =223528.5N 5.5 卸料力、推件力的計(jì)算 當(dāng)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(kuò)張而梗塞在凹模內(nèi)，模面上的材料因彈性收縮而會(huì)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刮下，將梗塞在凹模內(nèi)的制件或廢料向下推出或向上頂出。從凸模上刮下材料所需的力，稱為卸料力；從凸凹模內(nèi)向下推出制件或廢料所需的力，稱為推件力；逆沖裁方向?qū)⒘蠌陌寄?nèi)頂出所需要的力稱為頂件力。 卸料力、推件力和頂件力是由壓力機(jī)和模具卸料裝置或頂件裝置傳遞的。所以在選著設(shè)備時(shí)的公稱壓力或設(shè)計(jì)沖模時(shí)，應(yīng)分別予以考慮。本套模具采用彈性卸料裝置和推件結(jié)構(gòu)，凸凹模型口直壁高度h=6mm，所需卸料力F卸和推件力F推分別為： 推件力、卸料力計(jì)算公式如下： (5-5) (5-6) 式中: -推件力； -卸料力； -沖裁力； -卸料力系數(shù)，見(jiàn)表5-5； -推件力系數(shù)，見(jiàn)表5-5； -卡在凹模里的工件個(gè)數(shù)，。 表5-5 卸料力、推件力和頂件力系數(shù) 料厚/mm K卸 K推 K頂 鋼 ≤0.1 >0.1～0.5 >0.5～2.5 >2.5～6.5 >6.5 0.065～0.075 0.045～0.055 0.04～0.05 0.03～0.04 0.02～0.02 0.1 0.063 0.055 0.045 0.025 0.14 0.08 0.06 0.05 0.03 鋁及鋁合金 紫銅、黃銅 0.025～0.08 0.02～0.06 0.03～0.07 0.03～0.09 注：卸料力系數(shù)K卸在沖多孔、大搭邊和輪廓復(fù)雜時(shí)取上限值。 -推件力系數(shù)通過(guò)查表5-5確定，推件力系數(shù)取＝0.055； 根據(jù)公式(5-5)得：推件力 6/1.5×0.055×223528.5 49176.27N -卸料力系數(shù)通過(guò)查表5-5確定，卸料力系數(shù)取＝0.04； 根據(jù)公式(5-6)得：卸料力 =0.04×223528.5 =8941.14N 5.6 總沖壓力的計(jì)算 =223528.5 +8941.14+49176.27 =281645.91N 5.7 初選壓力機(jī) 壓力機(jī)可分為機(jī)械式和液壓式，機(jī)械式分為摩擦壓力機(jī)、曲柄壓力機(jī)、高速?zèng)_床，液壓式分為油壓機(jī)、水壓機(jī)，而在生產(chǎn)中一般常選用曲柄壓力機(jī)，曲柄壓力機(jī)分有開(kāi)式和閉式兩種，開(kāi)式機(jī)身形狀似英文字母C，其機(jī)身前端及左右均敞開(kāi)，操作可見(jiàn)大，但機(jī)身剛度差，壓力機(jī)在工作負(fù)荷作用下會(huì)產(chǎn)生變形，一般壓力機(jī)噸位不超過(guò)2000KW。閉式機(jī)左右兩側(cè)封閉，操作不方便，但機(jī)身剛度好，壓力機(jī)精度高。考慮到經(jīng)濟(jì)性能、加工要求和操作方便在此選開(kāi)式壓力機(jī)。根據(jù)以上計(jì)算數(shù)值，查下表5-6初選壓力機(jī)為J23-35型壓力機(jī)。 表5-6 開(kāi)式壓力機(jī)規(guī)格及參數(shù) 型號(hào) J23-10 J23-16 J23-25 J23-35 J23-40 公稱壓力/KN 100 160 250 350 400 滑塊行程/mm 45 55 65 100 100 最大閉合高度/mm 180 220 270 290 330 閉合高度調(diào)節(jié)/mm 35 45 55 60 65 滑塊中心線至床身 距離/mm 130 160 200 200 250 滑塊底面尺寸/mm 前后 150 180 220 220 260 左右 170 200 250 250 300 工作臺(tái)板厚度/mm 35 40 50 290 65 模柄孔尺寸/mm 直徑 30 40 40 40 50 深度 35 60 60 60 70 5.8 壓力中心的確定 為了確保壓力機(jī)和模具正常工作，應(yīng)使模具的壓力中心與壓力機(jī)滑塊的中心相重合，否者，會(huì)使沖模和壓力機(jī)滑塊產(chǎn)生偏心載荷，使滑塊和導(dǎo)軌之間產(chǎn)生過(guò)大的摩擦，模具導(dǎo)向零件加速磨損，降低模具和壓力機(jī)的使用壽命。 沖模的壓力中心，可按下述原則來(lái)確定： （1）對(duì)稱形狀的單個(gè)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(duì)稱時(shí)，沖模的壓力中心與零件的對(duì)稱中心相重合。 （3）形狀復(fù)雜的零件、多孔沖模、級(jí)進(jìn)模的壓力中心可用解析計(jì)算法求出沖模壓力中心。 分析該制件可知：模具壓力中心為幾何對(duì)稱中心。 6 刃口尺寸計(jì)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(lái)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。 6.1 沖裁間隙的確定 沖裁間隙是影響沖裁工序最重要的工藝參數(shù)，其定義為沖裁凸模與凹模之間的空隙尺寸。設(shè)計(jì)模具時(shí)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。間隙大小主要對(duì)模具磨損及脹裂產(chǎn)生影響,間隙增大可以使沖裁力、卸料力等減小，因而模具的磨損也減小。但當(dāng)間隙繼續(xù)增大時(shí)，卸料力增加，又影響模具壽命。一般間隙為（10%～15%）t時(shí)的磨損最小，模具壽命較高。 根據(jù)實(shí)用間隙表6-1查得材料45鋼的最小雙面間隙Zmin=0.120mm，最大雙面間隙Zmax=0.150mm。 表6-1 沖裁模初始用間隙Z 材料厚度 t(mm) 軟鋁 純銅、黃銅、軟鋼 WC=(0.08～0.2)% 杜拉鋁、中等硬鋼 WC =(0.3～0.4)% 硬鋼 WC =(0.5～0.6)% zmin zmax zmin zmax zmin zmax zmin zmax 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.2 1.5 1.8 2.0 2.2 2.5 2.8 3.0 3.5 4.0 0.016 0.020 0.024 0.028 0.032 0.036 0.040 0.050 0.075 0.090 0.100 0.132 0.150 0.168 0.180 0.245 0.280 0.024 0.030 0.036 0.042 0.048 0.054 0.060 0.084 0.105 0.126 0.140 0.176 0.200 0.224 0.240 0.315 0.360 0.020 0.025 0.030 0.035 0.040 0.045 0.050 0.072 0.090 0.108 0.120 0.154 0.175 0.196 0.210 0.280 0.320 0.028 0.035 0.042 0.049 0.056 0.063 0.070 0.096 0.120 0.144 0.160 0.198 0.225 0.252 0.270 0.350 0.400 0.024 0.030 0.036 0.042 0.048 0.054 0.060 0.084 0.105 0.126 0.140 0.176 0.200 0.224 0.240 0.315 0.360 0.032 0.040 0.048 0.056 0.064 0.072 0.080 0.108 0.135 0.162 0.180 0.220 0.250 0.280 0.300 0.385 0.440 0.028 0.035 0.042 0.049 0.056 0.063 0.070 0.096 0.120 0.144 0.160 0.198 0.225 0.252 0.270 0.350 0.400 0.036 0.045 0.054 0.063 0.072 0.081 0.090 0.120 0.150 0.180 0.200 0.242 0.275 0.308 0.330 0.420 0.480 6.2 刃口尺寸的計(jì)算及依據(jù)與法則 由于凸、凹模之間存在間隙，所以沖裁件斷面都帶有錐度，兒在沖裁件尺寸的測(cè)量和使用中，都以光亮帶的尺寸為基準(zhǔn)。落料件的光亮帶處于大端尺寸，沖孔件的光亮帶處于小端尺寸。落料件的光亮帶是因凹模刃口擠切材料產(chǎn)生的，而沖孔件的光亮帶是凸模刃口擠切材料產(chǎn)生的。且落料件的大端（光面)尺寸等于凹模尺寸，沖孔件的小端（光面）尺寸等于凸模尺寸。沖裁過(guò)程中，凸、凹模要與沖裁零件或廢料發(fā)生摩擦，凸模輪廓越磨越小，凹模輪廓越磨越大，結(jié)果使間隙越用越大。因此，在確定凸、凹模刃口尺寸時(shí)應(yīng)區(qū)分落料和沖孔，必須遵循以下原則： （1）根據(jù)落料和沖孔的特點(diǎn)，落料件的尺寸取決于凹模尺寸，以凹模為基準(zhǔn)，間隙取在凸模上，即沖裁間隙通過(guò)減小凸模刃口尺寸來(lái)取得。因此落料模應(yīng)先決定凹模尺寸，用減小凸模尺寸來(lái)保證合理間隙；沖孔件的尺寸取決于凸模尺寸，以凸模為基準(zhǔn)，間隙取在凹模上，故沖孔以凹模為基準(zhǔn)件，用增大凹模尺寸來(lái)保證合理間隙。 （2）根據(jù)凸、凹模在使用過(guò)程中刃口的磨損規(guī)律，凹模刃口磨損后使落料件尺寸變大，設(shè)計(jì)落料模時(shí)，其凹模刃口的基本尺寸應(yīng)取接近或等于工件的最小極限尺寸；設(shè)計(jì)沖孔時(shí)模時(shí)，凸?；境叽鐟?yīng)取工件孔尺寸公差范圍內(nèi)的較大尺寸。凸、凹模間隙則取最小合理間隙值。凸模刃口磨損后使沖孔件孔徑減小，故應(yīng)使刃口尺寸接近或等于工件的最大極限尺寸。 （3）考慮制件精度與模具精度之間的關(guān)系，選擇模具制造公差時(shí)，既要保證制件的精度要求又要保證有合理的間隙值。 （4）選擇模具刃口制造公差時(shí)，要考慮工件精度與模具精度的關(guān)系，既要保證工件的精度要求，又要保證有合理的間隙值。凸模和凹模的制造公差應(yīng)與沖裁件的尺寸精度相適應(yīng)。 由上表5-5可得： =0.120mm =0.150mm =(0.150－0.120)mm=0.030mm 沖孔： =（3+0.75×0.1）0_0.20 =3.0750_0.20mm =（3.075+0.120）0+0.20 =3.1950+0.20mm 校核： 0.20+0.20=0.40≤0.150-0.120=0.030mm（不滿足間隙公差條件） 因此，只有縮小δ凹、δ凸，提高制造精度，才能保證間隙在合理范圍內(nèi)， 由此可取： =0.4×0.03=0.012mm =0.6×0.03=0.018mm =3.0750_0.012mm =3.1950+0.018mm =（22.36+0.75×0.21）0_0.21 =22.520_0.21mm =（22.52+0.120）0+0.21 =22.640+0.21mm 校核： 0.21+0.21=0.41≤0.150-0.120=0.030mm（不滿足間隙公差條件） 因此，只有縮小δ凹、δ凸，提高制造精度，才能保證間隙在合理范圍內(nèi)，由 此可取： =0.4×0.03=0.012mm =0.6×0.03=0.018mm =22.5210_0.012mm =22.640+0.018mm =（18+0.75×0.18）0_0.20 =18.140_0.20mm =（18.14+0.120）0+0.20 =18.260+0.20mm 校核： 0.20+0.20=0.40≤0.150-0.120=0.030mm（不滿足間隙公差條件） 因此，只有縮小δ凹、δ凸，提高制造精度，才能保證間隙在合理范圍內(nèi)，由 此可取： =0.4×0.03=0.012mm = 0.6×0.03=0.018mm =18.140_0.012mm =18.260+0.018mm =（14+0.75×0.18）0_0.20 =14.140_0.20mm =（14.14+0.120）0+0.20 =14.260+0.20mm 校核： 0.20+0.20=0.40≤0.150-0.120=0.030mm（不滿足間隙公差條件） 因此，只有縮小δ凹、δ凸，提高制造精度，才能保證間隙在合理范圍內(nèi)，由 此可取： =0.4×0.03=0.012mm =0.6×0.03=0.018mm =14.140_0.012mm =14.260+0.018mm 落料： =（50－0.5×0.62）0+0.42 =50.310+0.42mm =（50.31－0.12）0-0.42 =50.190-0.42mm 校核： 0.42+0.42=0.84>0.03（不能滿足間隙公差條件） 因此，只有縮小δ凹、δ凸，提高制造精度，才能保證間隙在合理范圍內(nèi)，由此可取： =0.4×0.03=0.012mm =0.6×0.03=0.018mm =50.310+0.012 mm =50.190-0.018 mm =（44－0.5×0.62）0+0.42 =43.690+0.42mm =（43.69－0.12）0-0.42 =43.570-0.42 mm 校核： 0.42+0.42=0.84≤0.150-0.120=0.030mm（不滿足間隙公差條件） 因此，只有縮小δ凹、δ凸，提高制造精度，才能保證間隙在合理范圍內(nèi)，由此可?。? =0.4×0.03=0.012mm =0.6×0.03=0.018mm =43.690+0.012 mm =43.570-0.018 mm 表6-2 工作零件刃口尺寸的計(jì)算 尺寸分類 計(jì)算公式 結(jié)果 落料 50 =50.310+0.012 mm =50.190-0.018 mm 44 =43.690+0.012 mm =43.570-0.018 mm 沖孔 R3 =3.0750_0.012mm =3.1950+0.018mm =22.5210_0.012mm =22.640+0.018mm 22.36 =18.140_0.012mm =18.260+0.018mm R18 =14.140_0.012mm =14.260+0.018mm R14 36 =36.190_0.012mm =36.310+0.24mm 7主要零部件設(shè)計(jì) 雖然各類沖裁模的結(jié)構(gòu)形式和復(fù)雜程度不同，但組成模具的零件種類是基本相同的，根據(jù)它們?cè)谀＞咧械墓τ煤吞攸c(diǎn)，可以分為工藝零件和結(jié)構(gòu)零件兩類。 設(shè)計(jì)主要零部件時(shí)，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，銷釘起零件的定位作用，采用擋料銷送進(jìn)定距和導(dǎo)料銷送進(jìn)定位，無(wú)側(cè)壓裝置。下面就分別介紹各個(gè)零部件的設(shè)計(jì)方法,和制造工藝。 7.1 凹模設(shè)計(jì) 7.1.1 凹模外形的確定 凹模的外形一般有矩形和圓形兩種。凹模的外形尺寸應(yīng)保證有足夠的強(qiáng)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(lái)確定的。 7.1.2 凹模刃口結(jié)構(gòu)形式的選擇 在實(shí)際應(yīng)用中，沖裁凹模工作部分的結(jié)構(gòu)隨沖裁件的厚度、沖件精度、沖床噸位等因素的不同而有所變化。沖裁凹模刃口形式有直筒式和錐形兩種，選用時(shí)主要根據(jù)沖件的形狀、厚度、尺寸精度以及模具結(jié)構(gòu)來(lái)確定。由于本模具沖的零件尺寸較大，所以采用刃口為直通式，該類型刃口強(qiáng)度高，修磨后刃口尺寸不變。 7.1.3 凹模精度與材料的確定 根據(jù)凹模作為工作零件，其尺寸精度要求較高，外形精度為IT11級(jí)，內(nèi)型腔精度為IT7級(jí)，表面粗糙度為Ra3.2um，上下平面的平行度為0.02，材料選Cr12MoV。 凹模各尺寸計(jì)算公式如下： 凹模邊壁厚 （7-1） 凹模邊壁厚 （7-2） 凹模板邊長(zhǎng) （7-3） 凹模板邊寬 （7-4） 式中: -沖裁件的橫向最大外形尺寸； -沖裁件的縱向最大外形尺寸； -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 查表7-1得：K=0.22。 根據(jù)公式（7-1）可計(jì)算落料凹模板的尺寸： 凹模厚度： =0.22×50 =11mm 根據(jù)公式（7-2）可計(jì)算凹模邊壁厚： =(1.5～2)×11 =16.5～22mm 取凹模邊壁厚為22mm。 根據(jù)凹模厚度和邊壁厚可確定凹模板的長(zhǎng)、寬的尺寸。 根據(jù)公式（7-3）可計(jì)算凹模長(zhǎng)： =50+2×22 =94mm 根據(jù)公式（7-4）可計(jì)算凹模寬： 44+2×22 =88mm 即：L×B×H=94mm×88mm×11mm 查表7-2得凹模尺寸為100mm×100mm×22mm。 表7-2 矩形和圓形凹模外形尺寸 矩形凹模的長(zhǎng)度和寬度L×B 矩形和圓形凹模厚度 圓形凹模直徑d 63×50、63×63 10、12、14、16、18、20 63 80×63、80×80、100×63、100×80、100×100、125×80 12、14、16、18、20、22 80、100 125×100、125×125、140×80、140×100 14、16、18、20、22、25 125 140×125、140×140、160×100、160×125、160×140、200×100、200×125 16、18、20、22、25、28 140 160×160、200×140、200×160、200×125、 250×140 16、20、22、25、28、32 160 200×200、250×160、250×200、280×160 18、22、25、28、32、35 200 250×250、280×200、280×250、 20、25、28、32、35、40 250 315×250 20、28、32、35、40、45 280、315 7.2 凸模的設(shè)計(jì) 7.2.1 凸模結(jié)構(gòu)的確定 凸模結(jié)構(gòu)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(tái)階式。因?yàn)樵撝萍螤畈粡?fù)雜，所以將落料模設(shè)計(jì)成臺(tái)階式凸模，臺(tái)階式凸模工作部分和固定部分的形狀做成一樣，凸模與凸模固定板的配合按H7/m6。 7.2.2 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(shí)的沖擊力,所以凸模的材料應(yīng)選Cr12MoV，熱處理58～62HRC。 7.2.3 凸模精度的確定 根據(jù)凸模作為工作零件，其精度要求較高，所以選用IT7級(jí)，表面粗糙度為Ra1.6um，同軸度為0.02。 7.2.4 凸模高度的確定 因?yàn)樵撝萍螤畈皇呛軓?fù)雜，所以將沖孔模設(shè)計(jì)成臺(tái)階式凸模。凸模與凸模固定板的配合按H7/m6。凸模的高度是凸模固定板的厚度、落料凹模與附加長(zhǎng)度的總和，如圖7-3所示。 圖7-3 凸模高度尺寸 凸模高度為： (6-5) 式中: -凸模固定板厚度，可得：=16mm； -凹模厚度，可得：=11mm； 1～2-附加長(zhǎng)度。 附加長(zhǎng)度包括凸模的修磨量，凸模進(jìn)入凸凹模的深度。（附加長(zhǎng)度取1mm） 由公式(6-5)得： =16+24+1=42mm 7.3 凸凹模設(shè)計(jì) 7.3.1 凸凹模外形的確定 凸凹模的外形由本套模具所設(shè)計(jì)的零件圖樣外形確定。凸凹模的外形尺寸應(yīng)保證有足夠的強(qiáng)度、剛度和修磨量，一般根據(jù)被沖材料的厚度和沖裁件的最大外形尺寸來(lái)確定的，與落料凹模配合確定，其內(nèi)孔尺寸與沖孔凸模配合確定。 7.3.2 凸凹模材料的選取 由于沖模為復(fù)合模，所以材料要有良好的耐磨性、高強(qiáng)度、足夠的韌性、良好的抗疲勞性、熱處理工藝性等。Cr12MoV剛具有較好的淬透性，很高的耐磨性，有較高的沖擊韌度和承載強(qiáng)度，且淬火變形小。為滿足以上要求，在該模具中凸凹模材料選用Cr12MoV鋼。 7.3.3 凸凹模精度的確定 零件精度：由于該零件為工作零件，起主要成型的作用，對(duì)精度要求較高，外形精度公差為IT7。 7.3.4 凸凹模壁厚的確定 凸凹模是復(fù)合模中同時(shí)具有落料凸模和沖孔凹模作用的工作零件。它的內(nèi)外緣均為刃口，內(nèi)外緣之間的壁厚取決于沖裁件的尺寸。從強(qiáng)度方面考慮，其壁厚應(yīng)受最小值限制。凸凹模的最小壁厚與模具結(jié)構(gòu)有關(guān)：當(dāng)模具為正裝結(jié)構(gòu)時(shí)，內(nèi)孔不積存廢料，脹力小，最小壁厚可以小些；當(dāng)模具為倒裝結(jié)構(gòu)時(shí)，若內(nèi)孔為直筒型刃口形式，且采用下出料方式，則內(nèi)孔積存廢料，脹力大，故最小壁厚應(yīng)大一些。 凸凹模的最小壁厚值，目前一般按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定，倒裝復(fù)合模的凸凹模最小壁厚見(jiàn)表7-3。正裝復(fù)合模的凸凹模最小壁厚可比倒裝的小一些。 表7-3 凸凹模的最小壁厚 材料厚度t/mm 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.5 最小壁厚mm 1.4 1.8 2.3 2.7 3.2 3.6 4.0 4.4 4.9 5.2 5.8 材料厚t/mm 2.8 3.0 3.2 3.5 3.8 4.0 4.2 4.4 4.6 4.8 5.0 最小壁厚/mm 6.4 6.7 7.1 7.6 8.1 8.5 8.8 9.1 9.4 9.7 10 凸凹模內(nèi)外刃口間壁厚校核：根據(jù)沖裁件結(jié)構(gòu)凸凹模內(nèi)外刃口最小壁厚為9.4mm，該壁厚為9.4mm即可，本設(shè)計(jì)中凸凹模的壁厚為6mm，故該凸凹模的側(cè)壁強(qiáng)度要求足夠。 7.3.5 凸凹模洞口類型的選取 正裝復(fù)合模：內(nèi)孔不積存廢料，脹力小，最小壁厚可以小些。倒裝復(fù)合膜：若內(nèi)孔為直通式，且采用下出料方式，則內(nèi)孔積存廢料，脹力大，故最小壁厚應(yīng)大些。本設(shè)計(jì)采用的是倒裝式復(fù)合模，故凸凹模在下模，采用下出料方式，需要設(shè)計(jì)凸凹模洞口類型，排出積存廢料。 凸凹模洞口的類型如圖7-4所示，其中a、b、c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。但因廢料的聚集而增大了推件力和凸凹模的漲裂力，給凸、凸凹模的強(qiáng)度都帶來(lái)了不利影響。一般復(fù)合模和上出件的沖裁模用a、c型，下出件用b、d型其中d型是錐筒式刃口，在凸凹模內(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。 綜上所述，本設(shè)計(jì)選用a型洞口。 (a)直通式 (b)直通式 (c)直通式 (d)錐筒式 ( e)錐形式 圖7-4 凸凹模洞口的類型 7.3.6 凸凹模尺寸的設(shè)計(jì) 結(jié)合總體設(shè)計(jì)中對(duì)零件圖樣的設(shè)計(jì)，最終確定零件尺寸：136mm×53mm×54mm。 7.4 上下模座的選用 7.4.1上下模座的選取 本模具采用后側(cè)導(dǎo)柱、導(dǎo)套來(lái)保證模具上、下模的精確導(dǎo)向。后側(cè)導(dǎo)柱