帶底孔U形件的沖壓模具設計-落料沖孔、彎曲復合模含30張CAD圖2副-獨家.zip
帶底孔U形件的沖壓模具設計-落料沖孔、彎曲復合模含30張CAD圖2副-獨家.zip,底孔,沖壓,模具設計,沖孔,彎曲,復合,30,CAD,獨家
任務書
要內容及基本要求
內容：如圖所示的零件，
（1）生產批量：大批量；
（2）材 料：10#鋼；
（3）材料厚度：t=2.0mm。
要求：
（1）要求有目錄、設計任務書及產品圖；
（2）零件工藝性、經濟性分析；
（3）沖壓零件工藝方案的擬訂；
（4）模具類型及結構形式的選擇、排樣方式，材料利用率的計算；
（5）沖裁力的計算、壓力中心的確定；
（6）模具主要零件的確定（選擇、設計和必要的計算）、壓力機的選擇等；
（7）繪制正規(guī)的模具裝配圖一張，要求有正視圖、俯視圖、排樣圖、零件圖、技術要求及明細欄；
（8）繪制模具的主要零件圖（或折合1#圖紙3張）；要求用計算機繪制圖紙，說明書按照學院規(guī)定采用電子版格式：0#：1張；3#：4張，畢業(yè)論文10000字。
2．指定查閱的主要參考文獻及說明
（1）中國模具標準件手冊.中國模具工業(yè)協(xié)會標準委員會編.上海：上海科學普及出版社，1989
（2）冷沖壓國家標準.國家標準總局.中國標準出版社，1989
（3）沖壓工藝與模具設計.姜奎華.機械工業(yè)出版社，2002
（4）模具制造工藝.黃毅宏.機械工業(yè)出版社，2004
（5）沖模圖冊.李天佑.機械工業(yè)出版社，1998
（6）冷沖模設計.丁聚松.機械工業(yè)出版社，1999
（7）模具設計與制造簡明手冊.馮柄亮等.上?？萍紭I(yè)出版社，2002
（8）冷沖壓與塑性成型—工藝與模具設計.翁其金.機械工業(yè)出版社，1990
（9）冷沖模設計（第2版）.趙孟棟主編.北京：機械工業(yè)出版社，1997
（10）沖壓手冊.王孝培主編.北京：機械工業(yè)出版社，1990
（11）沖壓工藝學.肖景容，姜奎華主編.北京：機械工業(yè)出版社，1990
帶底孔U形件的沖壓模具設計-落料沖孔、彎曲復合模
摘 要
本文闡述了沖壓模具的結構設計及工作過程，通過工藝分析，采用落料沖孔工序，彎曲工序模具，通過沖裁力、頂件力、卸料力，彎曲力等各類壓力計算，確定模具類型，壓力機的選擇。該模具采用后側導柱模架，左右兩邊的導柱和導套采用相同的型號。落料凹模采用整體結構，廢料從凸凹模的開槽中卸出。本模具性能可靠，運行平穩(wěn)，提高了產品質量和生產效率，降低勞動強度和生產成本。
關鍵字：沖壓；落料沖孔；復合模；彎曲模，模具結構
Abstract
This paper describes the structure design and working process of the stamping die. Through process analysis, blanking and punching process, bending process die, punching force, ejector force, unloading force, bending force and other kinds of pressure calculation, determine the type of die, press selection. The mold adopts the rear guide pillar mould, and the guide pillars and guide sleeves on both sides adopt the same model. The blanking die adopts the overall structure, and the waste is discharged from the slotting of the punch and die. The die has reliable performance and stable operation, improves product quality and production efficiency, reduces labor intensity and production cost.
Key words: stamping, blanking piercing, compound die, bending die, die structure
I
目 錄
摘 要 I
Abstract II
第一章、緒論 - 1 -
第二章、沖壓件工藝性分析及沖裁方案的確定 - 2 -
2.1.材料分析 - 2 -
2.2.沖裁件的結構工藝性 - 2 -
2.3.展開尺寸的計算 - 2 -
2.4.沖裁件尺寸精度和表面粗糙度要求 - 3 -
2.5.沖裁方案的確定 - 3 -
第三章、排樣圖的設計及材料利用率的計算 - 5 -
3.1.排樣的設計 - 5 -
3.2.搭邊的選取 - 6 -
3.3.材料利用率的計算 - 7 -
第四章、沖裁工藝力的計算 - 8 -
4.1.沖裁力的計算 - 8 -
4.2.卸料力、推件力、和頂件力的計算 - 8 -
4.3.彎曲力的計算 - 10 -
4.4.沖壓壓力中心計算 - 10 -
第五章、沖壓設備的選擇 - 12 -
5.1.沖壓設備類型的選擇 - 12 -
5.2.選擇壓力機 - 12 -
第六章、沖裁模工作部分設計計算 - 13 -
6.1.沖裁間隙 - 13 -
6.2.模具刃口尺寸的計算 - 13 -
6.2.1.落料部分刃口設計計算 - 15 -
6.2.2.沖孔部分刃口設計計算 - 15 -
6.2.3.彎曲凸模，凹模設計計算 - 16 -
第七章、模具總體設計 - 18 -
7.1.模具類型的選擇 - 18 -
7.2.確定送料方式 - 18 -
7.3.定位方式的選擇 - 18 -
7.4.卸料、出件方式的選擇 - 18 -
第八章、卸料樹脂零件的選擇計算 - 19 -
第九章、主要零部件設計 - 20 -
9.1.模具材料的性能與熱處理 - 20 -
9.2.落料凹模設計 - 20 -
9.2.1.落料凹模刃口形式 - 20 -
9.2.2.落料凹模外形和尺寸的確定 - 21 -
9.2.3.落料凹模的結構形式 - 21 -
9.2.4.凹模的加工工藝 - 22 -
9.3.凸凹模設計 - 22 -
9.3.1.模具的結構形式和固定方法 - 22 -
9.3.2.凸凹模長度的確定 - 22 -
9.3.3.凸凹模結構設計 - 23 -
9.3.4.凸凹模的加工工藝 - 23 -
9.4.沖孔凸模 - 23 -
9.4.1.沖孔凸模的固定形式 - 23 -
9.4.2.凸模強度校核 - 24 -
9.4.3.沖孔凸模的結構 - 24 -
9.4.4.沖孔凸模的加工工藝 - 24 -
9.5.彎曲凸模設計 - 24 -
9.5.1.模具的結構形式和固定方法 - 24 -
9.5.2.凸模強度的較核 - 24 -
9.5.3.凸模的加工工藝 - 25 -
9.6.彎曲凹模設計 - 25 -
9.6.1.模具的結構形式和固定方法 - 25 -
9.6.2.凹模的加工工藝 - 25 -
第十章、標準件的選擇 - 26 -
10.1.模架及模柄的選擇 - 26 -
10.2.凸模固定板及墊板的選擇 - 26 -
10.3.模具閉合高度的校核 - 26 -
10.4.卸料螺釘 - 27 -
10.5.螺釘及銷釘?shù)倪x擇 - 27 -
第十一章、模具的總裝配（以彎曲模為例） - 28 -
總 結 - 29 -
參考文獻 - 30 -
致 謝 - 31 -
III
III
第一章、緒論
我國考古發(fā)現(xiàn)，早在2000多年前，我國已有沖壓模具被用于制造銅器，證明了中國古代沖壓成型和沖壓模具方面的成就就在世界領先。1953年，長春第一汽車制造廠在中國首次建立了沖模車間，該廠于1958年開始制造汽車覆蓋件模具。我國于20世紀60年代開始生產精沖模具。在走過了漫長的發(fā)展道路之后，目前我國已形成了300多億元（未包括港、澳、臺的統(tǒng)計數(shù)字，下同。）各類沖壓模具生產能力。
改革開放以來，隨著國民經濟的高速發(fā)展，市場對模具的需求量不斷增長。近年來，模具工業(yè)一直以15%左右的增長速度快速發(fā)展，模具工業(yè)企業(yè)的所有制成分也發(fā)生了巨大變化，除了國有專業(yè)模具廠外，集體、合資、獨資和私營也得到了快速發(fā)展。浙江寧波和黃巖地區(qū)的“模具之鄉(xiāng)”；廣東一些大集團公司和迅速崛起的鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)，科龍、美的、康佳等集團紛紛建立了自己的模具制造中心；中外合資和外商獨資的模具企業(yè)現(xiàn)已有幾千家?！ ?
近年來，我國沖壓模具水平已有很大提高。大型沖壓模具已能生產單套重量達50多噸的模具。為中檔轎車配套的覆蓋件模具內也能生產了。精度達到1~2μm，壽命2億次左右的多工位級進模國內已有多家企業(yè)能夠生產。表面粗糙度達到Ra≦1.5μm的精沖模，大尺寸（φ≧300mm）精沖模及中厚板精沖模國內也已達到相當高的水平。
- 31 -
第二章、沖壓件工藝性分析及沖裁方案的確定
2.1.材料分析
沖裁材料為10#鋼，查文獻[1] ： P25表2-7優(yōu)質碳素結構鋼（GB699-88摘錄），碳的質量百分數(shù)是0.07%～0.13％，屬于低炭鋼，屈服點σs=210MPa，抗拉強度300-440 MPa，抗剪強度260-340 MPa，延伸率不小于29％，塑性好，焊接性好，適合沖裁。
2.2.沖裁件的結構工藝性
沖裁件的結構形狀應盡可能簡單、對稱、避免復雜形狀的曲線，在許可的情況下，把沖裁件設計成少、無廢料排樣的形狀，以減少廢料，矩形孔兩端宜用圓弧連接，以利于模具加工。
沖裁件凸出或凹進的部分不能太窄，盡可能避免過長的懸臂和窄槽，如圖2-2所示。最小寬度b一般不小于1.5t，若沖裁材料為高碳鋼，b≥2t, ，當材料厚度t<1mm時，按1mm計算。該工件最小寬度b=17.5mm≥1.5t=1.5×2=3.0mm，滿足條件。
沖裁件的孔徑因受沖孔凸模和剛度的現(xiàn)在，不宜太小，否則容易折斷和壓彎，沖孔的最小尺寸取決于沖壓材料的力學性能，凸模強度和模具結構。該沖裁件的孔徑d=10mm≥1.5t=1.5×2=3.0mm，查文獻[2]：P75表2-18，用無保護套凸模沖孔。
2.3.展開尺寸的計算
彎曲件毛坯的展開尺寸是根據(jù)變形中性層長度不變的原理來求出的，對于變形程度很小或對尺寸要不高的彎曲件來說，可以近似的認為變形中性層與毛坯的斷面中心相重合，這時，中性層的位置為
ρ=r+t/2
式中 r——彎曲件內層的彎曲半徑
t——板料的厚度，
而當需要精確的求出彎曲毛坯的展開長度時，就必須精確的求出變形中性層的位置。確定位置之后就可以進行毛坯展開長度的計算了，這需要一個中性層的位移系數(shù)，此系數(shù)對于彎曲形狀及彎曲程度不同，數(shù)值也不同，需要根據(jù)實際的模具調節(jié)展開尺寸。
本產品，尺寸沒標公差，屬于自由公差，可以直接按毛坯的斷面中性層尺寸計算，
經過計算 L1=30+30+40+3.14×6=118.84，此尺寸目前是待定，在實際生產時需調節(jié)，本次計算按118.8計算。
產品展開后是正方形，四個角是尖角，為防止模具破裂，減少模具應力集中，應將四個尖角改成R角，如圖，改2.0，展開圖紙如下圖所示：
2.4.沖裁件尺寸精度和表面粗糙度要求
表2-2 沖裁件孔中心距公差 （mm）
材料厚度t
普通沖孔公差
高級沖孔公差
孔距中心尺寸
≤50
50~150
150~300
≤50
50~150
150~300
≤1
±0.1
±0.15
±0.2
±0.03
±0.05
±0.08
1~2
±0.12
±0.2
±0.3
±0.04
±0.06
±0.1
2~4
±0.15
±0.25
±0.35
±0.06
±0.08
±0.12
4~6
±0.2
±0.3
±0.40
±0.08
±0.10
±0.15
2.5.沖裁方案的確定
沖裁工序按工序的組合程度可分為單工序沖裁、復合沖裁和級進沖裁。
復合沖裁是在壓力機的一次行程中，在模具的同一位置同時完成兩個或兩個以上的工序；級進沖裁是把一個沖裁件的幾個工序，排列成一定順序，組成級進模，在壓力機的一次行程中，模具的不同位置同時完成兩個或兩個以上的工序，除最初幾次沖程外，每次沖程都可完成一個沖裁件。該工件包括落料、沖孔兩個基本工序，可以有以下五種工藝方案：
方案一：先落料，后沖孔，彎曲。采用單工序模生產。
方案二：落料-沖孔復合沖壓，彎曲。采用倒裝復合模+單工序模生產。
方案三：沖孔-彎曲-切斷級進沖壓。采用級進模生產。
方案一結構簡單，但需三道工序、三副模具才能完成，生產效率也低，如此則浪費了人力、物力、財力，從經濟性的角度來考慮不妥當，難以滿足大批量的生產要求。
方案二采用倒裝復合模生產，與方案一相比，倒裝復合模具把凸凹模放在下模，雖然模具結構較方案二簡單，可沖工件的孔邊距也較大，但是工件的平整性較方案一差。彎曲也是一次成型實現(xiàn)。彎曲時可以矯正平整度。
方案三采用沖孔彎曲切斷級進模具生產，也只需要一副模具，制造精度高，先沖孔后彎曲，切斷，但是其模具結構復雜，生產周期長，成本高。
通過上述三種方案的分析比較，該工件的沖壓生產采用方案二為佳。
第三章、排樣圖的設計及材料利用率的計算
3.1.排樣的設計
沖裁件在板、條等材料上的布置方法稱為排樣。排樣的合理與否，影響到材料的經濟利用率，還會影響到模具結構、生產率、制件質量、生產操作方便與安全等，因此，排樣是沖裁工藝與模具設計中一項很重要的工作。
如圖3-1所示。
圖3-3沖裁件的排樣
1． 結構廢料 由于工件結構形狀的需要，如工件內孔的存在而產生的廢料稱為結構廢料，它取決于工件的形狀，一般不能夠改變。
2． 工藝廢料 工件之間和工件與條料邊緣之間存在的搭邊，定位需要切去的料邊與定位孔，不可避免的料頭和料尾廢料稱為工藝廢料，它決定于沖壓方式和排樣方式。
合理的排樣方法，應是將工藝廢料減到最少?？紤]到該工件的外形特征和材料的利用情況，此采用以上的的排樣方式。
3.2.搭邊的選取
（一）搭邊
搭邊值的選取關系到送料的順利進行、制件的質量、材料的利用率、模具壽命。
搭邊值要合理確定。搭邊值過大，材料利用率低。搭邊值小，材料利用率雖高，但過小就不能發(fā)揮搭邊的作用，在沖裁過程中會被拉斷，造成送料困難，使工件產生毛刺，有時還會被拉入凸模和凹模間隙，損壞模具刃口，降低模具壽命。搭邊值過小，會使作用在凸模側面上的法向應力沿著落料毛坯周長的分布不均勻，引起模具刃口的磨損。
影響搭邊值大小的因素主要有：
1．材料的力學性能 塑性好的材料，搭邊值要大一些，硬度高與強度大的材料，搭邊值可小一些。
2．材料的厚度 材料越厚，搭邊值也越大。
3．工件的形狀和尺寸 工件的外形越復雜，圓角半徑越小，搭邊值越大。
4．排樣的形式 對排的搭邊值大于直排的搭邊。
5．送料及當料方式 用手工送料，有側壓板的搭邊值可小一些。
搭邊值一般由經驗確定，根據(jù)工件寬和材料厚度，由文獻[2] P72表2-13，選工件間搭邊值a=2.0mm,側面搭邊a1=2.2mm。
（二）條料寬度的確定
排樣方案和搭邊數(shù)值確定后，即可確定條料或帶料的寬度和進距。
條料寬度的確定原則是：最小條料寬度要保證沖裁時工件周邊有足夠的搭邊值，最大條料寬度要能在沖裁時順利地在導料板之間送進，并與導料板之間有一定的間隙。因此，在確定條料寬度時必須考慮到模具的結構中是否采用側壓裝置和側刃，根據(jù)不同結構分別計算。
進距是指條料在模具上每次送進的距離，進距的計算與排樣方式有關，每個進距可以沖出一個零件，也可以沖出幾個零件。進距是決定擋料銷位置的依據(jù)。
每次只沖一個零件的進距的計算公式為
式中 B——平行于送料方向工件的寬度；
a——沖件之間的搭邊值。
考慮到工件形狀的特殊性，此工件在生產的過程中送料時將使用導料板，如圖3-4：
條料寬度
B-Δ=(Dmax+2a)-Δ
=(118.8+2×2.2)-0.5=123.2-0.5mm
條料與導料板之間的間隙△查表3-1得△=0.5mm,
3.3.材料利用率的計算
一個步距的材料利用率h為
h= (3-5)
上式引自文獻[2]P67式2-21.
式中 A——沖裁件面積（包括沖出的小孔在內）（mm2）；
N——一個布距內沖裁件數(shù)目；
B——條料寬度（mm）；
H——進距（mm）；
沖裁件的面積A=5342.566mm2
進距S=B+a=45+2.0=47mm
故一個進距內的材料利用率為
η=nF/Bs×100%
η=1×5342.566/123.2×47×100%=92.266%
第四章、沖裁工藝力的計算
4.1.沖裁力的計算
沖裁力計算包括沖裁力、卸料力、推件力、頂件力的計算。
沖裁力是凸模與凹模相對運動使工件與板料分離的力，其大小主要與材料力學性能、厚度及沖裁件分離的輪廓長度等參數(shù)有關。沖裁力是設計模具、選擇壓力機的重要參數(shù)。計算沖裁力的目的是為了合理的選用沖壓設備和設計模具。選用沖壓設備的標稱壓力必須大于所計算的沖裁力，所設計的模具必須能傳遞和承受所計算的沖裁力，以適應沖裁的要求。
沖裁力的計算公式如下：
沖裁力的大小主要與材料力學性能、厚度及沖裁件分離的輪廓長度有關。考慮到成本和沖裁件的質量要求，此用平刃口模具沖裁，沖裁力F（N）：
（4-1）
上式引自文獻[2]P50式（2-1）。
式中 L——沖裁件周邊長度（mm）；
t——材料厚度（mm）；
τ——材料抗剪強度（MPa）；
K——系數(shù)?？紤]到模具刃口的磨損，模具間隙的波動，材料力學性能的變化及材料厚度偏差等因素，一般取系數(shù)K=1.3。
沖裁件周邊長度L=355.57mm，（包括外形和孔，324.17+3.14×10）
材料的抗剪強度（MPa）查文獻[1]P25表2-7：取σb=340 MPa
一般情況下，材料的σb=1.3τ，故沖裁力F（N）
F=LTσb=340×1.3×355.57×2=314323.88N=314.32KN
式中σb——材料的抗拉強度（MPa）。
4.2.卸料力、推件力、和頂件力的計算
從凸模上將零件或廢料卸下來的力稱卸料力，順著沖裁方向將零件或廢料從凹模腔推出的力稱推件力，逆著沖裁方向將零件或廢料從凹模腔內頂出的力稱。
卸料力、推件力、頂件力是由壓力機和模具的卸料、頂件裝置獲得的。影響這些力的因素主要有材料的力學性能、材料厚度、模具間隙、凸、凹模表面粗糙度、零件形狀和尺寸以及潤滑情況等。在此用經驗公式計算：
=0.05F=0.05×314.32=15.72N （4-2）
=0.055F=0.055×314.32=17.29KN （4-3）
式（4-2）、（4-3）引自文獻[2]P52。
式中 F——沖裁力；
、——分別為卸料力、推件力、頂件力系數(shù)，其值查表4-1。
表4-1 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
0.02～0.06
0.1
0.063
0.055
0.045
0.025
0.14
0.08
0.06
0.05
0.03
鋁 鋁合金
紫銅 黃銅
0.025～0.08
0.02～0.06
0.03～0.07
0.03～0.09
注：表4-1引自文獻[2]。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。
沖裁時，所需沖壓力為沖裁力、卸料力和推件力之和，這些力在選擇壓力機時是否要考慮進去，應根據(jù)不同的模具結構區(qū)別對待。
采用剛性卸料裝置和下出料的沖裁模的總壓力為
（4-5）
采用彈性卸料裝置和下出料的總壓力為
（4-6）
采用彈性卸料裝置和上出料方式的的總壓力為
（4-7）
式（4-5）、（4-6）、（4-7）引自文獻[2]P52。
因為工件厚2.0mm，相對較薄，卸料力也比較小，故采用彈性卸料裝置上出料方式，總沖壓力F總：
F總=F沖+F卸+F頂=314.32+15.72+17.29=347.33KN
4.3.彎曲力的計算
本產品屬于U形彎曲，在計算彎曲力時按U形彎曲的方法計算，計算公式如下
彎曲力計算
F=0.7KBttδ/(R+t) (4-8)
F=0.7×1.3×45×2.0×2.0×440/（5+2）=10296N
=10.296KN
式中 F——彎曲力（N）；
B——產品的彎曲的寬度（mm）；45mm
δ——材料抗拉強度（MPa）；（300-440MPa）
t——材料厚度(mm)；2.0mm
K——系數(shù)，通常K=1.3；
彎曲力用理論計算很復雜，一般采用經驗計算方法， K值的大小取決于彎曲件的形狀及變形方式。其數(shù)值由實驗確定。
校正彎曲力的計算，如果彎曲件在沖壓行程結束時受到模具的校正，則校正力為
F校=PA （4-9）
其中F校--校正彎曲力
A—校正部分投影面積(mm2)，A=54×45=2430mm2
P—單位校正力(MPa),查表得P=(40-60)MPa，本次設計取50
F校=2430×50=121500N=121.5KN
由于本設計中，下模采用彈簧頂料裝置，上模采用打料裝置，所以需要計算下模頂料力
有計算頂料力P=（0.3-0.8）F=0.5×10.296=5.148N （4-10）
所以總的彎曲力F總=F+F校+P=10.296+121.5+5.148=136.944KN
4.4.沖壓壓力中心計算
沖裁時的合力作用或多工序模各工序沖壓力的合力作用點，稱為模具壓力中心。如果模具壓力中心與滑塊的壓力中心不一致，沖壓時會產生偏載，導致模具以及滑塊與導軌的急劇磨損，降低模具壽命和壓力機的使用壽命。
計算壓力中心時，如圖4-2所示。為了減少計算，坐標設在和上，此時=0，=0，可少算兩個數(shù)。將xoy坐標系建立在圖示的對稱中心上，將沖裁輪廓線按集合圖形分解為10段基本線段。若選用J23-63沖床，模柄孔Φ40，壓力中心點仍在壓力機模柄孔投影面積范圍內，滿足要求。有關計算如表4-1。
其計算公式如下：
=0 （4-11）
=0 （4-12）
式（4-11）、（4-12）引自文獻[2]P248。
式中 x1、x2……xn——各圖形沖裁力的x軸坐標（mm）；
y1、y2……yn——各圖形沖裁力的y軸坐標（mm）；
、……——各圖形沖裁周邊長度（mm）。
由于本設計中產品對稱，所以模具的壓力中心為零，即在產品中心。
第五章、沖壓設備的選擇
5.1.沖壓設備類型的選擇
根據(jù)所要完成的沖壓工藝的性質、生產批量的大小、沖壓件的幾何尺寸和精度要求來選定設備類型。
開式曲柄壓力機雖然剛度差，降低了模具壽命。但是它成本低，且有三個方向可以操作的優(yōu)點廣泛適用于中小型沖裁件、彎曲件或拉深件的生產中。
閉式曲柄壓力機剛度好、精度高，只能兩個方向操作，適用于大型復雜沖壓件的生產。
雙動曲柄壓力機有兩個滑塊，壓邊可靠易調，適用于較復雜的大中型拉深件的生產。
高速壓力機或多工位自動壓力機適用于大批量生產。
液壓機沒有固定的工作行程，不會因板厚超差而過載，全行程中壓力恒定，但是壓力機的速度低、生產效率低。適用于小批量，尤其是大型厚板沖壓件的生產。
摩擦壓力機結構簡單、造價低、不易發(fā)生超負荷損壞。在小批量生產中用來完成彎曲、成型等沖壓工作。
考慮到以上的因素，選用開式壓力機比較合適。
5.2.選擇壓力機
考慮到制件的精度要求，參考文獻[2]P49初選J23-40壓力機，其主要技術參數(shù)如下：
公稱壓力：400KN
滑塊行程：120mm
行程次數(shù): 80
最大閉合高度：300mm
封閉高度調節(jié)量：80mm
工作臺尺寸（前后×左右）：300mm×450mm
模柄孔尺寸（直徑×深度）：Φ40mm×60mm
第六章、沖裁模工作部分設計計算
6.1.沖裁間隙
沖裁間隙是沖裁模的凸模和凹模刃口之間的間隙。沖裁間隙分為單邊間隙和雙邊間隙單邊間隙用C表示,雙邊間隙用Z表示。
間隙值的大小對沖裁件質量、模具壽命、沖裁力的影響很大，是沖裁工藝與模具設計中一個極其重要的工藝參數(shù)。
確定合理間隙的方法主要有理論計算法和查表選取法兩種。一般直接采取查表的方法，直接明了。
間隙的選取主要與材料的種類、厚度有關，但由于各種沖壓件對其斷面質量和尺寸精度的要求不同，以及生產條件的差異，在生產實踐中就很難有一種統(tǒng)一的間隙數(shù)值，各種資料中給的間隙值并不相同，有的相差較大，選用時應按使用要求分別選取。對于斷面質量和尺寸精度要求高的工件，應選用小的間隙值，而對于精度要求不高的工件，則應盡可能采用大間隙，以利于提高模具壽命、降低沖裁力。同時還必須結合生產條件，根據(jù)沖裁件尺寸和形狀、模具材料和加工方法、沖壓方法及生產率等，靈活掌握、斟情增減。
本模具所沖裁的材料為10#鋼，材料厚度為2.0mm，查表得：=0.10mm，=0.22mm.
6.2.模具刃口尺寸的計算
沖裁件的尺寸精度主要決定于模具刃口的尺寸精度，合理的間隙的數(shù)值也必須依靠模具刃口尺寸來保證。因此，正確確定模具刃口尺寸及其公差是設計沖裁模的主要任務之一。
（一）計算原則
由于凸、凹模之間存在間隙，所以沖裁件斷面都是帶有錐度的，且落料件的大端尺寸等于凹模尺寸，沖裁件的小端尺寸等于凸模尺寸。在測量與使用過程中，落料件是以大端尺寸為 基準，沖孔件孔徑是以小端尺寸為基準。沖裁過程中，凸、凹模要與沖裁零件或廢料發(fā)生摩擦，凸模越磨越小，凹模越磨越大，結果使間隙越用越大。因此，在確定凸、凹模刃口尺寸時，必須遵循下述原則：
（1）落料模先確定凹模尺寸，其標稱尺寸應取接近或者等于制件的最小極限尺寸，以保證凹模磨損到一定尺寸范圍內，也能沖出合格制件，凸模刃口的標稱尺寸比凹模小一個最小合理間隙。
（2）沖孔模先確定凸模刃口尺寸，其標稱尺寸應接近或者等于制件的最大極限尺寸，以保證凸模磨損到一定尺寸范圍內，也能沖出合格的孔。凹模刃口的標稱尺寸應比凸模大一個最小合理間隙。
（二）計算方法
模具工作部分尺寸及公差的計算方法與加工方法有關，基本上可分為兩類。
1.凸模與凹模分開加工 凸、凹模分開加工，是指凸模和凹模分別按圖樣加工至尺寸。此種方法適用于圓形或形狀簡單的工件，為了保證凸、凹模間隙小于最大合理間隙，不僅凸、凹模分別標注公差（凸模，凹模），而且要求有較高的制造精度，以滿足如下條件
（6-2）
或取
（6-3）
也就是說，新制造的模具應該是，如圖6-5所示。否則制造的模具間隙已超過允許的變動范圍~，影響模具的使用壽命。
2.凸模與凹模配合加工 對于沖制件形狀復雜或薄板制件的模具,其凸、凹模往往采用配合加工的方法。此方法是先加工好凸模（或凹模）作為基準件，然后根據(jù)此基準件的實際尺寸，配作凹模（或凸模），使他們保持一定距離。因此，只需在基準件上標注尺寸及公差，另一件只標注標稱尺寸，并注明“××尺寸按凸模（或凹模）配作，保證雙面間隙”。這樣。可放大基準件的制造公差。其公差不再受凸、凹模間隙大小的限制，制造容易，并容易保證凸、凹模間的間隙。
由于復雜形狀工件各部分尺寸性質不同，凸模和凹模磨損后，尺寸變化趨勢不同，所以基準件的刃口尺寸計算方法也不相同。
6.2.1.落料部分刃口設計計算
應以凹模為基準件，然后配做凸模。
圖示為落料件，先做凹模，凹模磨損后，（圖6-6右圖的點畫線位置），刃口尺寸的變化有增大、減小、不變三種情況。因此凹模尺寸應按不同情況分別計算。
① 凹模磨損后尺寸變大（圖中A類）。
計算這類尺寸，先把工件圖尺寸化為A0-△，再按落料凹模公式計算:
（6-4）
上式引自文獻[2]P64式（2-11）。
式中Ad——凹模刃口尺寸（mm）；
A——工件標稱尺寸（mm）；
△——工件公差（mm）；
δd ——凹模制造偏差（mm）；δd=△/4。
落料凹模尺寸： Aj1=(Amax-XΔ)+Δ
=119-0.5×0.4=118.8+0.02;
Aj2=(Amax-XΔ)+Δ
=45.1-0.5×0.2=45+0.02;
Aj3=(Amax-XΔ)+Δ
=2.05-0.5×0.1=2.0+0.02;
該零件落料時凸模刃口各部分尺寸按上述凹模的相應部分尺寸配制，保證雙面間隙值～=0.10～0.22 mm。本設計中取0.16。
落料凸模尺寸： Aj1=(Amax-Z)+Δ
=118.8-0.16=118.64+0.02;
Aj2=(Amax-Z)+Δ
=45-0.16=44.84+0.02;
Aj3=(Amax-Z/2)+Δ
=2.0-0.08=1.92+0.02;
6.2.2.沖孔部分刃口設計計算
由于沖出的孔形狀簡單，所以凸模與凹模分開加工。
由文獻[2]P58表2-5查得
=0.10mm =0.22mm
-=（0.22-0.10）mm=0.12mm
由文獻[2]P58表2-10查得凸、凹模的制造公差：
=0.02mm, =0.02mm
/2=（0.02+0.02）/2mm=0.02mm<（-）
工件尺寸Φ10mm未標注尺寸公差，按照IT10級精度處理，x=0.5,，工件公差△=0.04，
沖孔凸模尺寸：Bj1=(Amin+XΔ)+Δ/4
=9.9+0.5×0.2=10.0+0.02
沖孔凹模尺寸：Bh1=(Amin+Z)-Δ/4
=10+0.16=10.16-0.02
6.2.3.彎曲凸模，凹模設計計算
毛坯經凹模圓角進入凹模時，受彎曲和摩擦作用，若凹模圓角半徑過小，因徑向拉力增大，易使拉伸件表面劃傷或產生斷裂；若過大，則壓邊面積小，由于懸空增大，易起內皺。因此，合理的選擇凹模圓角半徑很重要。具體數(shù)值查表可得。
彎曲模間隙是單面間隙，即凹模和凸模直徑之差的一半。
本次設計的模具結構比較簡單，在選擇間隙時可以直接查表，所以查表可知間隙為(1-1.1t)，t為材料厚度。由于產品圓角較大，所以間隙不能大，否則產品有錐度，精度差，不符合要求，間隙太小，模具壽命短，所以取間隙為t。
凸、凹模工作部分尺寸的確定，主要考慮模具的磨損和產品的回彈。
1）、制件標注外形尺寸
凹模尺寸為
Ld=（Lmax–0.75Δ）
凸模尺寸為
Lp=（Ld–0.75Δ–Z）
2）、制件標注內尺寸
凸模尺寸為
Lp=（Lmin+0.4Δ）
凹模尺寸為
Ld=（Lp+0.4Δ+Z）
其中 L—產品件的外形或內尺寸
Δ—產品件的尺寸偏差
Ld—產品凹模的基本尺寸
Lp—產品凸模的基本尺寸
Z—凸凹模雙面間隙
具體計算如下，制件標注內尺寸，按此公式計算
彎曲凸模尺寸為
Lp1=（Lmin+0.4Δ）=50
凹模尺寸為
Ld1=（Lp1+0.4Δ+Z）=54
凸、凹模工作表面粗造度要求：凹模工作表面和型腔表面粗造度應達到0.8；圓角處的表面粗造度一般要求0.4；凸模工作部分表面粗造度一般要求0.8-1.6。
第七章、模具總體設計
7.1.模具類型的選擇
由沖壓工藝分析可知，采用復合模沖壓，所以模具類型為復合模具。
7.2.確定送料方式
模具相對于模架是采用從前往后的縱向送料方式，還是采用從右往左的橫向送料方式，這主要取決于凹模的周界尺寸。如L（送料方向的凹模長度）＜B（垂直于送料方向的凹模寬度）時，采用縱向送料方式；L＞B時，則采用橫向送料方式；L=B時，縱向或橫向均可。就本模具而言，其送料方式應采用縱向送料。
7.3.定位方式的選擇
由于該模具采用的是條料，控制條料送進方向采用定位銷側向定位?？刂茥l料送進步距采用擋料銷（也叫定位銷）。彎曲成型模采用孔和外形結合的方法定位。具體見CAD圖紙。
7.4.卸料、出件方式的選擇
模具是采用彈壓卸料板，還是采用固定卸料板，取決于卸料力的大小，其中材料料厚是主要考慮因素。由于彈壓卸料模具操作時比固定卸料模具方便，操作者可以看見條料在模具中的送進動作，且彈壓卸料板卸料時對條料施加的是柔性力，不會損傷工件表面，因此實際設計中盡量采彈壓卸料板，而只有在彈壓卸料板卸料力不足時，才改用固定卸料板。隨著模具用彈性元件彈力的增強（如采用矩形彈簧），彈壓卸料板的卸料力大大增強。根據(jù)目前情況，當材料料厚約在2mm以下時采用彈壓卸料板，大于2mm時采用固定卸料板較為貼近實際。本模具所沖材料的料厚為2.0mm，因此可采用彈壓卸料板。由于采用的是倒裝復合模具，所以采用下出件便于操作和提高生產效率。彎曲模采用彈簧頂料，上模采用打料裝置。
第八章、卸料樹脂零件的選擇計算
因為工件料厚為2.0mm，相對較薄，卸料力也比較小，故落料沖孔模采用彈性卸料。根據(jù)卸料力15720N采用4個樹脂，此時每個彈簧擔負的卸料力為約3930N。
沖裁時卸料板的工作行程h2= t+1=3.0 mm；考慮凸模的修模余量h3=4mm，樹脂的預壓量為h1；故樹脂總壓縮量為
H總=h1+h2+h3=h1+7.0mm
考慮卸料的可靠性，取樹脂在預壓量為h1時就有應力3930N的壓力。初選樹脂直徑d=20mm,工作極限負荷800N；自由高度h0=20mm,工作極限載荷下彈簧的變形量hj=6.3mm。
彎曲模的下模采用彈簧頂料裝置，頂料力為5.148KN，4個彈簧，5.148/4=1.287KN，即每個彈簧承擔的力為1287N，沖壓時凹模芯的工作行程為20mm，即為凹模與模芯的落差，所以彈簧的總壓縮量為20mm，考慮卸料的可靠性，取彈簧在預壓量為h1時就有應力800N的壓力。初選彈簧外徑d=19mm,工作極限負荷800N；自由高度h0=65mm,工作極限載荷下彈簧的變形量hj=20-22mm。
第九章、主要零部件設計
9.1.模具材料的性能與熱處理
Cr12MoV 鋼C含量0.9%～1.05%,Mn含量0.8%～1.1%,Si含量0.15%～0.35%，Cr含量0.9%～1.2%，淬火溫度820～840℃，HRC不低于62，回火溫度140～160℃，HRC62～65文獻。具有高淬透性、高硬度和耐磨性，淬火尺寸穩(wěn)定性好，變形小，并有效好的韌性。
由于鎢形成碳化物，這種鋼在淬火和低溫回火后具有比鉻鋼和 9SiCr鋼更多的過剩碳化物和更高的硬度及耐磨性。此外，鎢還有助于保存細小晶粒，從而使鋼獲得較好的韌性。所以由 Cr12MoV 鋼制成的刃具，崩刃現(xiàn)象較少，并能較好地保持刀刃形狀和尺寸。
由于該模具是用來沖裁復雜形狀的工件，采用材料Cr12MoV，熱處理HRC58～60。
9.2.落料凹模設計
凹模的設計是模具設計一項很重要的工作。
9.2.1.落料凹模刃口形式
凹模刃口通常有如圖9-1所示的幾種形式。
圖9-1 凹模的刃口形式
圖a的特點是刃邊強度較好該刃口形式的特點是刃邊強度較好，刃磨后工作部分尺寸不變,但洞口易積存廢料或制件,推件力大且磨損撒,刃磨時磨去的尺寸較多。一般刃磨后工作部分尺寸不變，但洞口積存廢料或制件，推件力大且磨損大，刃磨時磨去的尺寸較多。一般用于形狀復雜和精度要求較高的制件,對向上出件或出料的模具也采用此刃口形式。
圖b的特點不易積存廢料或制件,對洞口磨損及壓力很小,但刃邊強度差。且刃磨后尺寸稍有增大,不過由于它的磨損小,這種增大不會影響模具壽命。一般適用于形狀較簡單、沖裁制件精度要求不高、制件或廢料向下落的情況。
圖c、d與圖b相似,圖c適用于沖裁較復雜的零件;圖d適用于沖裁薄料和凹模厚度較薄的情況。
圖e 與圖a相似,適用于上出件或上出料的模具。
圖f 適用于沖裁0.5mm以下的薄料，且凹模不淬火或淬火硬度不高（35～40HRC），采用這種形式可用手錘打斜面以調整間隙，直到試出滿意的沖裁件為止。
考慮到本模具的出件方式和精度要求，此落料凹模采用直刃口形式。
9.2.2.落料凹模外形和尺寸的確定
矩形凹?？捎衫錄_模國家標準或工廠標準件中選用。非標準尺寸的凹模受力狀態(tài)比較復雜，目前還不能用理論計算方法確定，一般按照經驗公式概略地計算，如9-2圖所示：
凹模高度 H=Kb (≥15mm)
凹模壁厚 c(1.5～2)H（≥30～40mm）
式中 b——沖壓件最大外形尺寸
K——系數(shù)，考慮板材厚度的影響，其值可查文獻[2]P224表8-1。
上述方法適用于確定普通工具鋼經過正常熱處理，并在平面支撐條件下工作的凹模尺寸。沖裁件形狀簡單時，壁厚系數(shù)取偏小值，形狀復雜時取偏大值。用于大批量生產的凹模，其高度應該在計算結構中增加總的修模量。
根據(jù)本模具情況，查得K=0.28。凹模高度H=Kb=0.28×118.8=33.264mm≥15mm
由于大批量生產，考慮到總的修模量，凹模厚度H取35mm.凹模壁厚取40-45mm，所以計算凹模外形尺寸為200×140×35。
9.2.3.落料凹模的結構形式
由于該沖模形狀簡單，考慮到凹模內孔加工比較簡單，可以采用凹模整體的結構形式，這樣便于成形磨削，使制造簡單化，模具的裝配比較容易。
9.2.4.凹模的加工工藝
工序號
工序名稱
工序內容
設備
1
備料
將毛坯鍛成210mmX150mmX38mm
2
熱處理
退火
3
銑六面
銑加工，保證外行尺寸，留0.3-0.5的磨量
銑床
4
鉗工
劃線，鉆螺紋孔M10，銷釘孔φ9.8,和型腔部分的穿絲孔φ5mm，
鉆床
5
熱處理
淬火,回火,保證HRC60~64
6
磨加工
磨刀口平面
平面磨床
7
退磁
鉗工退磁
8
線切割
線切割加工，保證內孔尺寸
線切割
9
鉗工
磨各配合面達要求
10
檢驗
9.3.凸凹模設計
凸凹模是本模具中相當重要的工作零件，是完成沖壓工作的主要零件。圓形凸模已趨于標準化。非圓形凸模固定部分應做成圓形或矩形，如果采用線切割或成型磨削時，固定部分應和工作部分一致。
9.3.1.模具的結構形式和固定方法
凸、凹模的固定形式有以下幾種方式：直接固定在模板上；臺階固定，螺栓壓緊；鉚接，凸模上臺階，裝配時端面鉚開然后磨平；采用緊固配合固定；粘接劑澆注法固定；螺釘、銷釘固定。
由于凸凹模落料部分具有復雜外形和較大的斷面積，所以模具采用螺釘與下模板連接。凸模上無臺階，裝配時上面鉚開然后磨平，這種形式適用于形狀較復雜的零件，加工凸模時便于全長一起磨削。
9.3.2.凸凹模長度的確定
凸凹模的長度一般是根據(jù)結構上的需要確定的，如圖9-9所示：
凸凹模長度 L=h1+h2+t+a
式中h1——固定板厚度（mm）；
h2——卸料板厚度（mm）；
t——材料厚度（mm）,t=2.0mm；
a——附加長度，它包括凸模的修模量、凸模進入凹模的深度級凸模固定板與卸料板的安全距離等。這一尺寸如無特殊要求，可取10～25mm。
固定板厚度h1取15mm,卸料板厚度15mm,凸凹模長度為
L=15+15+2.0+23=55mm
取凸凹模長度為55mm.由于凸凹模的斷面積較大，故不需要進行強度核算以及抗彎能力和承壓能力的校核。
9.3.3.凸凹模結構設計
由于凸凹模同時起到落料凸模和沖孔凹模的作用，并且也肩負著排除廢料的責任，故模具設計成如CAD圖所示的結構。
9.3.4.凸凹模的加工工藝
工序號
工序名稱
工序內容
設備
1
備料
將毛坯鍛成125mmX55mmX60mm
2
熱處理
退火
3
銑六面
銑加工，保證外行尺寸，留0.3-0.5的磨量
銑床
4
鉗工
劃線，鉆廢料孔及穿絲孔，螺釘孔2-M8
鉆床
5
熱處理
淬火,回火,保證HRC58~62
6
磨加工
磨刀口平面
平面磨床
7
退磁
鉗工退磁
8
線切割
線切割加工孔和外形，保證外形尺寸
線切割
9
鉗工
磨各配合面達要求
10
檢驗
9.4.沖孔凸模
凸凹模的材料選擇Cr12MoV，HRC55～60。由于所沖的孔有圓形和腰孔,而且都不屬于需要特別保護的小凸模,如此一方面加工簡單，另一方面又便于裝配和更換。
9.4.1.沖孔凸模的固定形式
由于沖孔凸模結構簡單，圓孔的沖孔凸模采用臺階式，凸模與固定板用H7/m6配合，上面留有臺階。腰孔沖孔凸模采用鋼絲過盈配合的方式，與固定板配合，過盈量為0.02-0.03，同時用鋼絲固定，防止掉落。
9.4.2.凸模強度校核
一般情況下，凸模的強度是足夠的，沒有必要作強度校核。但對于特別細長的凸?；蛐⊥鼓_厚而硬的材料時，必須進行凸模承壓能力和抗縱向彎曲能力的校驗。
9.4.3.沖孔凸模的結構
根據(jù)以上構思和計算，沖孔凸模均設計成如CAD圖所示的結構。
9.4.4.沖孔凸模的加工工藝
工序號
工序名稱
工序內容
設備
1
備料
備料φ15mmX55mm
2
熱處理
退火
3
車外圓
車外圓達配合尺寸
車床
4
車工作尺寸
車工作尺寸達要求
車床
5
倒角
倒角達要求
車床
6
鉗工
拋光達表面要求
7
熱處理
淬火,回火,保證HRC58~62
8
鉗工
磨平上下表面達要求
9
檢驗
9.5.彎曲凸模設計
彎曲凸模和凹模是彎曲模具中相當重要的工作零件，是完成沖壓工作的主要零件。圓形凸模已趨于標準化。非圓形凸模固定部分應做成圓形或矩形，如果采用線切割或成型磨削時，固定部分應和工作部分一致。
9.5.1.模具的結構形式和固定方法
凸、凹模的固定形式有以下幾種方式：直接固定在模板上；鉚接，凸模上臺階，接劑澆注法固定；螺釘、銷釘固定。
由于凸模外形部分具有復雜外形和較大的斷面積，所以模具采用螺釘與下模板連接。裝配時上面鉚開然后磨平，這種形式適用于形狀較復雜的零件，加工凸模時便于全長一起磨削。
9.5.2.凸模強度的較核
凸模的外形尺寸大小一般是根據(jù)產品要求確定的，如CAD圖所示：53x49x55，由于凸模的斷面積較大，故不需要進行強度核算以及抗彎能力和承壓能力的校核。
9.5.3.凸模的加工工藝
工序號
工序名稱
工序內容
設備
1
備料
將毛坯鍛成55mmX60mmX55mm
2
熱處理
退火
3
銑六面
銑加工，保證外行尺寸，留0.3-0.5的磨量
銑床
4
鉗工
劃線，鉆中間穿絲孔，
鉆床
5
熱處理
淬火,回火,保證HRC58~62
6
磨加工
磨刀口平面
平面磨床
7
退磁
鉗工退磁
8
線切割
線切割加工孔和臺階，保證外形尺寸
線切割
9
鉗工
磨各配合面達要求
10
檢驗
9.6.彎曲凹模設計
9.6.1.模具的結構形式和固定方法
凸、凹模的固定形式有以下幾種方式：直接固定在模板上；鉚接，凸模上臺階，接劑澆注法固定；螺釘、銷釘固定。
由于凹模外形部分具有較大的斷面積，所以模具采用螺釘與下模板連接。裝配時上面鉚開然后磨平，這種形式適用于形狀較復雜的零件。
9.6.2.凹模的加工工藝
工序號
工序名稱
工序內容
設備
1
備料
將毛坯鍛成150mmX130mmX48mm
2
熱處理
退火
3
銑六面
銑加工，保證外行尺寸，留0.3-0.5的磨量
銑床
4
鉗工
劃線，鉆銷釘孔，螺釘孔
鉆床
5
熱處理
淬火,回火,保證HRC58~62
6
磨加工
磨刀口平面
平面磨床
7
退磁
鉗工退磁
8
線切割
線切割加工型腔
線切割
9
鉗工
磨各配合面達要求，加工過渡R3
10
檢驗
第十章、標準件的選擇
10.1.模架及模柄的選擇
參考文獻[6]：P3
落料沖孔模選擇GB2851.5-81/24#后側導柱模架如圖。L=290mm，B=245mm，始用最小閉合高度200mm,最大閉合高度250mm，導柱孔距S=200mm。上模板厚40mm，下模板厚50mm。材料HT200。
按JB/T7646.1-94選擇A40×120壓入式模柄。材料45#。
彎曲模選擇GB2851.5-81/14#后側導柱模架如圖。L=214mm，B=185mm，始用最小閉合高度159mm,最大閉合高度180mm，導柱孔距S=144mm。上模板厚30mm，下模板厚35mm。材料HT200。
按JB/T7646.1-94選擇A40×120旋入式模柄。材料45#。
圖10-1 后側導柱模架
10.2.凸模固定板及墊板的選擇
考慮到模架的規(guī)格以及凸凹模的周界尺寸，參考文獻[4]P475表15.57，落料沖孔模選擇JB/7643.2 200mm×140mm×15mm的固定板作為凸凹模和沖頭的固定板，材料45#。彎曲模選用140mm×120mm×15mm的固定板作為凸模固定板。
10.3.模具閉合高度的校核
落料沖孔模具的閉合高度應為上模板、下模板、凸凹模、凹模、固定板、上下墊板等厚度的總和。即
=（45+25+8+18+35+55+8+50-1）mm=243mm
“-1.0”是考慮凸模進入凹模的深度。根據(jù)生產現(xiàn)場調整，可略有增減，以制件完全分離為準。
所選壓力機的閉合高度=300mm，=220mm。
滿足
彎曲成型模由于下模板沒有彈簧壓縮位置，必須要在凹模和下模板之間加墊板，墊板里放彈簧，才能確保彈簧的壓縮量，根據(jù)以上計算，墊板厚度需達到20mm。
模具的閉合高度應為上模板、凸模，凹模、下墊板等厚度的總和。即
=（30+8+55+25+20+35+2）mm=175mm
所選壓力機的閉合高度=300mm，=200mm。
不能滿足，所以調試模具時需要增加等高墊板。
10.4.卸料螺釘
按照JB/T7650.5-94選擇d=6的圓柱頭卸料螺
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