沖壓模具切邊沖孔彎曲級進(jìn)模設(shè)計沖壓模具說明書

湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)東方科技學(xué)院全日制普通本科生畢業(yè)設(shè)計 切邊、沖孔、彎曲級進(jìn)模設(shè)計PROGRESSIVE-DIE DESIGNING FOR TRIMMING, PIERCING AND BENDING學(xué)生姓名： 蔣超學(xué) 號： 200741914310年級專業(yè)及班級： 2007級機(jī)械設(shè)計制造及其自動化(3)班指導(dǎo)老師及職稱： 陳力航 講師湖南·長沙提交日期：2011年 05月湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)東方科技學(xué)院全日制普通本科生畢業(yè)設(shè)計誠信聲明本人鄭重聲明：所呈交的本科畢業(yè)設(shè)計是本人在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，進(jìn)行研究工作所取得的成果，成果不存在知識產(chǎn)權(quán)爭議。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體在文中均作了明確的說明并表示了謝意。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。 畢業(yè)設(shè)計作者簽名：蔣超 2011年 5 月 28 日目 錄摘要1關(guān)鍵詞11 前言12 沖裁件的工藝分析2 2.1 工件材料2 2.2 工件結(jié)構(gòu)形狀2 2.3 工件尺寸精度23 沖裁工藝方案的確定34 模具結(jié)構(gòu)形式的確定45 模具總體的設(shè)計4 5.1 模具類型的選擇4 5.2 操作方式4 5.3 卸料、出件方式4 5.3.1 卸料方式4 5.3.2 出件方式5 5.4 確定送料方式5 5.5 確定導(dǎo)向方式56 模具設(shè)計計算5 6.1 排樣、計算搭邊值、條料寬度、確定步距、材料利用率5 6.1.1 排樣方式的選擇5 6.1.2 計算搭邊值6 6.1.3 計算條料寬度6 6.1.4 確定步距6 6.1.5 確定材料利用率7 6.2 沖裁工藝力的計算8 6.2.1 沖裁力的計算8 6.2.2 卸料力、推件力和頂件力的計算9 6.2.3 彎曲力的計算10 6.2.4 壓力機(jī)公稱壓力的計算10 6.3 壓力中心的確定11 6.4 模具刃口尺寸的計算11 6.4.1 沖裁間隙分析11 6.4.2 模具刃口尺寸的計算13 7 主要零部件設(shè)計17 7.1 工作零部件的設(shè)計17 7.1.1 沖裁模設(shè)計17 7.1.2 彎曲模設(shè)計20 7.2 卸料部件的設(shè)計21 7.2.1 卸料板的設(shè)計21 7.2.2 卸料螺釘?shù)倪x用21 7.2.3 卸料板彈簧的選用227.3 其他零部件的選用228 校核模具閉合高度249 結(jié)論24參考文獻(xiàn)25致謝26附錄切邊、沖孔、彎曲級進(jìn)模設(shè)計學(xué) 生：蔣 超 指導(dǎo)老師：陳力航(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)東方科技學(xué)院，長沙 410128)摘 要：此次設(shè)計是在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，通過查找相關(guān)資料，利用相關(guān)電腦繪圖軟件設(shè)計一個能夠?qū)崿F(xiàn)切邊、沖孔、彎曲工作的簡單級進(jìn)模，并對此模具的結(jié)構(gòu)、尺寸和形狀，工作原理和受力情況以及沖壓工藝方案進(jìn)行設(shè)計研究。關(guān)鍵詞：沖壓；模具；機(jī)械；制造；模具設(shè)計；沖裁；彎曲Progressive-die Designing for Trimming, Piercing and BendingAuthor:JIANG ChaoTutor:CHEN Li-hang(Oriental Science Technology College of Hunan Agricultural University, Changsha 410128)Abstract：The aim of the designation is to get a simple progressive-die which could realize the action of triming, punching and bending. Studies was done on the topography which including stucture, size and shape of the progressive-die, operating principle, mechanical properties and stamping process program. The job was accomplished by using the relevant computer mapping softwares under the guidance of Mr Chen and consulting relevant documents.Key words：stamping;die;machincal;manufacture;die design;punching;bending1 前言沖壓模具在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。在傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)中，工人生產(chǎn)的勞動強(qiáng)度大、勞動量大，嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率的提高。隨著當(dāng)今科技的發(fā)展， 工業(yè)生產(chǎn)中模具的使用已經(jīng)越來越引起人們的重視，而被大量應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中來。沖壓模具的自動送料技術(shù)也投入到實(shí)際的生產(chǎn)中，沖壓模具可以大大的提高勞動生產(chǎn)效率，減輕工人負(fù)擔(dān)，具有重要的技術(shù)進(jìn)步意義和經(jīng)濟(jì)價值。 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)無切屑加工；產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，具有良好的互換性；操作簡單，對操作人員沒有很高的技術(shù)要求；利用模具批量生產(chǎn)的零件加工費(fèi)用低；所加工出的零件與制件可以一次成形，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)的自動化的特點(diǎn)。研究和發(fā)展模具技術(shù)，對于促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有特別重要的意義，模具技術(shù)已成為衡量一個國家產(chǎn)品制造技術(shù)的重要標(biāo)志之一，隨著工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，模具工業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中的地位日益提高，并在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中發(fā)揮越來越大的作用。設(shè)計出正確合理的模具不僅能夠提高產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)率、具使用壽命，還可以提高產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)效益。在進(jìn)行模具設(shè)計時，必須清楚零件的加工工藝，設(shè)計出的零件要能加工、易加工。充分了解模具各部件作用是設(shè)計者進(jìn)行模具設(shè)計的前提，新的設(shè)計思路必然帶來新的模具結(jié)構(gòu)。此次設(shè)計就是在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，通過查找相關(guān)資料，利用相關(guān)電腦繪圖軟件對能夠?qū)崿F(xiàn)切邊、沖孔、彎曲工作的簡單級進(jìn)模的尺寸和形狀，工作原理和受力分析進(jìn)行設(shè)計研究。通過研究高效率、高精密度、長壽命的模具，提高沖壓出產(chǎn)工藝的進(jìn)步性、合理性以及出產(chǎn)成本的經(jīng)濟(jì)性。2 沖裁件的工藝分析2.1 工件材料分析給定制件可知：制件材料Q235鋼為碳素結(jié)構(gòu)鋼。Q235A、Q235B等鋼塑性較好，有一定的強(qiáng)度，通常軋制成鋼筋、鋼板、鋼管等，可用于橋梁、建筑物等構(gòu)件，也可用做普通螺釘、螺帽等。Q235C、Q235D可用于重要的焊接件。這類鋼主要主要保證機(jī)械性能。一般情況下，在熱軋狀態(tài)使用，不再進(jìn)行熱處理。但對某些零件，也可以進(jìn)行正火、調(diào)質(zhì)、滲碳處理等，以提高其使用性能。制件材料選擇Q235B鋼，冷沖壓性與焊接性良好。2.2 工件結(jié)構(gòu)形狀經(jīng)過對沖裁件的分析可知，工件形狀結(jié)構(gòu)相對簡單，有兩個圓孔：一個普通圓孔，一個階梯式圓孔；一個凸起部分，還有一個彎曲部分。孔與邊緣之間的距離滿足要求，料厚為2.5mm滿足許用壁厚要求（孔與孔之間、孔與邊緣之間的壁厚），可以沖裁加工。2.3 工件尺寸精度根據(jù)零件圖上所注尺寸，工件要求不高，尺寸精度要求較低，采用IT12級精度（參見互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ)表3-2），普通沖裁完全可以滿足要求。根據(jù)以上分析得出：該零件沖裁工藝性較好，綜合評比適宜沖裁加工。3 沖裁工藝方案的確定方案一：切邊，沖孔，打凸，彎曲，切余料。單工序模生產(chǎn)。方案二：切邊-沖孔-打凸-彎曲復(fù)合沖壓。復(fù)合模生產(chǎn)。方案三：切邊-沖孔-打凸-彎曲級進(jìn)沖壓。級進(jìn)模生產(chǎn)表1 各類模具結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)比較Table1 Comparing for Constructions and characteristics of every kind of dies 模具種類比較項(xiàng)目單工序模（無導(dǎo)向）（有導(dǎo)向）級進(jìn)模復(fù)合模零件公差等級低一般可達(dá)IT13IT10級可達(dá)IT10IT8級零件特點(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0.26mm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零件平面度低一般中小型件不平直，高質(zhì)量制件需較平由于壓料沖件的同時得到了較平，制件平直度好且具有良好的剪切斷面生產(chǎn)效率低較低工序間自動送料，可以自動排除制件，生產(chǎn)效率高沖件被頂?shù)侥＞吖ぷ鞅砻嫔?，必須手動或機(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導(dǎo)向的稍高沖裁簡單的零件時，比復(fù)合模低沖裁較復(fù)雜零件時，比級進(jìn)模低適用場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)根據(jù)分析結(jié)合表1分析：方案一模具結(jié)構(gòu)簡單，制造周期短，制造簡單，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，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)孔與邊緣的相對位置精度較高，板料的定位精度比方案三低，模具輪廓尺寸較小。方案三只需一副模具，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單的零件時比復(fù)合模低。通過對上述三種方案的分析比較可得，該工件的沖壓生產(chǎn)采用方案三為佳。4 模具結(jié)構(gòu)形式的確定級進(jìn)模是指在條料的送料方向上，具有兩個以上的工位，并在壓力機(jī)的一次行程中，在不同的工位上同時完成兩道或兩道以上的沖壓工序的沖模。級進(jìn)模的定距方式有兩種：擋料銷定距和側(cè)刃定距。本模具采用側(cè)刃定距，并且側(cè)刃同時作為剪切邊料的特殊凸模。側(cè)刃代替了擋料銷控制條料送進(jìn)距離（步距），側(cè)刃是特殊功用的凸模，其作用是在壓力機(jī)每次沖壓行程中，沿條料邊緣切下一塊長度等于送料近距的料邊。在條料送進(jìn)過程中，切下的缺口向前送進(jìn)被側(cè)刃擋塊擋住，送進(jìn)的距離即等于步距。5 模具總體設(shè)計5.1 模具總體設(shè)計由沖壓工藝分析可知，采用級進(jìn)模方式?jīng)_壓，所以模具類型為級進(jìn)模。5.2 操作方式 合理安排生產(chǎn)可用手動送料方式，既能滿足生產(chǎn)要求，又可以降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。5.3 卸料、出件方式5.3.1 卸料方式剛性卸料與彈性卸料的比較：剛性卸料是采用固定卸料板結(jié)構(gòu)。常用于較硬、較厚且精度要求不高的工件沖裁后卸料。當(dāng)卸料板只起卸料作用時與凸模的間隙隨材料厚度的增加而增大，單邊間隙?。?.20.5）t。當(dāng)固定卸料板還要起到對凸模的導(dǎo)向作用時卸料板與凸模的配合間隙應(yīng)該小于沖裁間隙。此時要求凸模卸料時不能完全脫離卸料板。主要用于卸料力較大、材料厚度大于2mm且模具結(jié)構(gòu)為倒裝的場合。彈壓卸料板具有卸料和壓料的雙重作用，主要用于料厚小于或等于2mm的板料由于有壓料作用，沖件比較平整。卸料板與凸模之間的單邊間隙選擇（0.10.2）t,若彈壓卸料板還要起對凸模導(dǎo)向作用時，二者的配合間隙應(yīng)小于沖裁間隙。常用作落料模、沖孔模、正裝復(fù)合模的卸料裝置。 工件平直度較高，料厚為2mm相對較薄，卸料力不大，由于彈壓卸料模具比剛性卸料模具方便，操作者可以看見條料在模具中的送進(jìn)動態(tài)，且彈性卸料板對工件施加的是柔性力，不會損傷工件表面，故可采用彈性卸料。5.3.2 出件方式因采用級進(jìn)模生產(chǎn)，故采用向下落料出件。5.4 確定送料方式因選用的沖壓設(shè)備為開式壓力機(jī)且選用的導(dǎo)柱形式為中間導(dǎo)柱，所以送料方式為豎直方向送料，且只能一個方向送料。5.5 確定導(dǎo)向方式方案一：采用對角導(dǎo)柱模架。由于導(dǎo)柱安裝在模具壓力中心對稱的對角線上，所以上模座在導(dǎo)柱上滑動平穩(wěn)。常用于橫向送料級進(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)，工作時，偏心距會造成導(dǎo)套導(dǎo)柱單邊磨損，嚴(yán)重影響模具使用壽命，且不能使用浮動模柄。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，以及大量生產(chǎn)用的自動沖壓模架。方案四：中間導(dǎo)柱模架。導(dǎo)柱安裝在模具的對稱線上，導(dǎo)向平穩(wěn)、準(zhǔn)確。但只能一個方向送料。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，該級進(jìn)模采用中間導(dǎo)柱的導(dǎo)向方式，即采用方案四最佳。6 模具設(shè)計計算6.1 排樣、計算搭邊值、條料寬度、確定步距和材料利用率6.1.1 排樣方式的選擇 排樣是指沖裁件在條料、帶料或板料上的布置方法。合理的排樣和選擇適當(dāng)?shù)拇钸呏?，是降低成本、保證工件質(zhì)量及延長模具壽命的有效措施。方案一：有廢料排樣 沿沖件外形沖裁，在沖件周邊都留有搭邊。沖件尺寸完全由沖模來保證，因此沖件精度高，模具壽命高，但材料利用率低。方案二：少廢料排樣 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)簡單。方案三：無廢料排樣 沖件的質(zhì)量和模具壽命更低一些，但材料利用率最高。通過上述三種方案的分析比較，綜合考慮模具壽命和沖件質(zhì)量，該沖件的排樣方式選擇方案一為佳?？紤]模具結(jié)構(gòu)和制造成本有廢料排樣的具體形式選擇直排最佳。6.1.2 計算搭邊值排樣時工件之間以及工件與條料側(cè)邊之間留下的余料叫做搭邊。搭邊的作用是補(bǔ)償定位誤差，保持條料有一定的剛度，以保證零件質(zhì)量和送料方便。搭邊過大，浪費(fèi)材料。搭邊過小，沖裁時容易翹曲或被拉斷，不僅會增大沖件毛刺，有時還有拉入凸、凹模間隙中損壞模具刃口，降低模具壽命。參考冷沖壓模具設(shè)計與制造（第二版）表2.8可得沖裁金屬的搭邊值，工件與工件間的搭邊值a1=2.5，a=3。6.1.3 計算條料寬度本模具采用側(cè)刃定距，條料的剪切寬度B的計算式為B=(B1+nb) 0-=(D+2a+nb) 0- （1）式中：B1垂直送料方向的零件尺寸，mm； B條料寬度的基本尺寸，mm； b側(cè)刃沖切的料邊寬度，通常取1.52.5mm（薄料取小值，厚料取大值）； a側(cè)搭邊值，mm； n側(cè)刃數(shù)量； 條料寬度公差，mm，參見冷沖壓模具設(shè)計與制造（第二版）表2.9。D為163.5mm，取1mm，n=2，b取2.5mm，a取3mm，由此算得條料寬度B=174.50-1mm。6.1.4 確定步距送料步距S：條料在模具上每次送進(jìn)的距離稱為送料步距，每個步距可沖一個或多個零件。進(jìn)距與排樣方式有關(guān)，是決定側(cè)刃長度的依據(jù)。條料寬度的確定與模具的結(jié)構(gòu)有關(guān)。進(jìn)距確定的原則是，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的在導(dǎo)料板之間送進(jìn)條料，并有一定的間隙。分析工序圖可知，送料步距S=25+2.5=27.5mm。排樣圖如下：圖1 排樣圖Fig.1 Arrangement figure6.1.5 確定材料利用率排樣時，在保證工件質(zhì)量的前提下，要盡量提高材料的利用率。一個進(jìn)距的材料利用率的計算式為=nA/bh×100% （2）式中：A沖裁件面積（包括內(nèi)形結(jié)構(gòu)廢料），mm2； n一個進(jìn)距內(nèi)沖裁件數(shù)目； b條料寬度，mm； h進(jìn)距，mm。由此可之，值越大，材料的利用率就越高，廢料越少。廢料分為工藝廢料和結(jié)構(gòu)廢料，結(jié)構(gòu)廢料是由本身形狀決定的，一般是固定不變的，工藝廢料的多少決定于搭邊和余量的大小，也決定于排樣的形式和沖壓方式。因此，要提高材料利用率，就要合理排樣，減少工藝廢料。排樣合理與否不但影響材料的經(jīng)濟(jì)和利用，還影響到制件的質(zhì)量、模具的的結(jié)構(gòu)和壽命、制件的生產(chǎn)率和模具的成本等指標(biāo)。因此，排樣時應(yīng)考慮如下原則：（1）提高材料利用率（不影響制件使用性能的前提下，還可以適當(dāng)改變制件的形狀）；（2）排樣方法使應(yīng)操作方便，勞動強(qiáng)度小且安全；（3）模具結(jié)構(gòu)簡單、壽命高；（4）保證制件質(zhì)量和制件對板料纖維方向的要求；n=2，nA=2×25×81=4050 mm2；bh=174.5×27.5 mm2=4798.75 mm2，依此算得一個進(jìn)距里材料利用率=84.4%。6.2 沖裁工藝力的計算 沖裁模設(shè)計時，為了合理地設(shè)計模具及選用設(shè)備，必須計算沖裁工藝力。壓力機(jī)的噸位必須大于所計算的沖裁工藝力，以適應(yīng)沖裁間隙的要求。沖裁工藝力包括沖裁力F。卸料力F卸、推件力F推、和頂件力F頂。6.2.1 沖裁力的計算在沖裁過程中，沖裁力是隨凸模進(jìn)入凹模材料的深度而變化的。通常說的沖裁力是指沖裁力的最大值，它是選用壓力機(jī)和設(shè)計模具重要依據(jù)之一。平刃口模具沖裁時，其理論沖裁力可按下式計算：F=Lt （3）式中：L沖裁件周長，mm； t材料厚度，mm； 材料抗剪強(qiáng)度，MPa。選擇設(shè)備噸位時，考慮刃口磨損和材料厚度及力學(xué)性能波動等因素，實(shí)際沖裁力可能增大，所以應(yīng)取：F=1.3LtLtb （4）式中：b材料抗拉強(qiáng)度，MPa。由工程材料（第三版）表3-2可查得Q235鋼的抗拉強(qiáng)度b為375460，取b=460；L=（163.5+25）×2=377mm；t=2.5mm，因此由上式（4）可得：FLtb =377×2.5×460 =433550N6.2.2 卸料力、推件力和頂件力的計算在沖裁結(jié)束時，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。卸料力、推件力和頂件力的計算公式為：F 卸=K卸F （5）F 推=nK推F （6）F頂=K頂F （7）式中：F平刃沖裁的沖裁力，N； n卡在凹模洞口里的工件（或廢料）數(shù)目，n=h/t； K卸、K推、K頂分別為卸料力系數(shù)、推件力系數(shù)、頂件力系數(shù)；參考冷沖壓模具設(shè)計與制造（第二版）表2.10可得：表2 卸料力、推件力和頂件力系數(shù)Table2 Modulus of stripping force，ejecting force and kicking force料厚t/mmK卸K推K頂鋼0.10.10.50.52.52.56.56.50.0650.070.0450.0550.020.060.030.040.020.030.10.0630.0550.0450.0250.140.080.060.050.03鋁、鋁合金純銅，黃銅0.0250.080.020.060.030.070.030.09K卸取0.06，K推取0.055，K頂取0.06，由此可得：卸料力：F 卸=K卸F =0.06×433550 =26013N推件力：F 推=nK推F =0.055×433550 =23845.25N頂件力：F頂=K頂F =0.06×433550=26013N6.2.3 彎曲力的計算 自由彎曲的彎曲力計算U型彎曲件的計算式為：F1=0.7KBt2b/（R+t） （8）式中：F1自由彎曲力，N； B彎曲件寬度，mm； t彎曲件材料厚度，mm； R彎曲內(nèi)部半徑，mm； b材料抗拉強(qiáng)度，MPa； K安全因數(shù)，一般取K=1.3。以此得自由彎曲力：F1=（0.7×1.3×25×6.25×460）/（0.5+2.5）=21802.1N校正彎曲的彎曲力計算校正彎曲的彎曲力計算式為：F2=qA （9）式中：F2校正力，N； q單位校正力，MPa，參見冷沖壓模具設(shè)計與制造（第二版）表3.3； A工件被校正部分的投影面積，mm2；以此可得校正彎曲的彎曲力：F2=50×500=25000N。彎曲時壓力機(jī)的壓力彎曲時壓力機(jī)的壓力是自由彎曲力與校正彎曲力之和，即：FF1+ F2=46802N6.2.4 壓力機(jī)公稱壓力的計算沖裁時，壓力機(jī)的公稱壓力必須大于或等于各工藝力的總和F，即F壓F式中：F壓所選壓力機(jī)的噸位； F沖裁時的總工藝力。F= F1+F+F卸+F推+F頂F卸、F推、F頂并不是與F同時出現(xiàn)，計算總工藝力時只加與F同時出現(xiàn)的力即可。當(dāng)采用彈壓卸料裝置和上出件的模具時：F=F1+F+F卸+F頂 （10）=21802+433550+26013+26013 =507378N考慮到壓力機(jī)的使用安全，選擇壓力機(jī)的噸位時，總工藝力F一般不應(yīng)超過壓力機(jī)額定噸位的80%，所以有：80%×F壓FF壓634222.5N6.3 壓力中心的確定模具壓力中心是指沖壓時諸沖壓力合力的作用點(diǎn)位置。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，否則，會使沖模和力機(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，可以按下述原則來確定：（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(fù)雜的零件、多孔沖模、級進(jìn)模的壓力中心可以用解析計算法求出沖模壓力中心。本模具的主要特點(diǎn)是一模兩件，模具結(jié)構(gòu)對稱，符合第一種情況，沖壓模具的壓力中心就是沖裁件的幾何中心，所以無需計算壓力中心。6.4 模具刃口尺寸的計算6.4.1 沖裁間隙的分析沖裁間隙是指沖裁模的凸，凹模刃口部分尺寸之差，其雙面間隙用Z表示，單面間隙用Z/2表示。它對沖裁件的斷面質(zhì)量有極其重要的影響，此外，沖裁間隙還影響模具壽命、卸料力、推件力、沖裁力和沖裁件的尺寸精度。因此，沖裁間隙是沖裁工藝與模具設(shè)計中的一個非常重要的工藝參數(shù)。（1）間隙對沖裁件尺寸精度的影響。沖裁件的尺寸精度是指沖裁件的實(shí)際尺寸與基本尺寸的差值，差值越小，則精度越高，這個差值包括兩方面的偏差，一是沖裁件相對于凸?；虬寄５钠?，二是模具本身的制造偏差。（2）間隙對模具壽命的影響。模具壽命受各種因素的綜合影響，間隙是也許模具壽命諸因數(shù)中最主要的因數(shù)之一，沖裁過程中，凸模與被沖的孔之間，凹模與落料件之間均有摩擦，而且間隙越小，模具作用的壓應(yīng)力越大，摩擦也越嚴(yán)重，所以過小的間隙對模具壽命極為不利。而較大的間隙可使凸模側(cè)面及材料間的摩擦減小，并延緩間隙由于受到制造和裝配精度的限制，出現(xiàn)間隙不均勻的不利影響，從而提高模具壽命。（3）間隙對沖裁工藝力的影響。隨著間隙的增大，材料所受的拉應(yīng)力增大，材料容易斷裂分離，因此沖裁力減小。通常沖裁力的降低并不顯著，當(dāng)單邊間隙在材料厚度的520%左右時，沖裁力的降低不超過510%。因此，在正常情況下，間隙對沖裁力的影響不大。間隙對卸料力推料力的影響比較顯著。間隙增大后，從凸模里卸料和從凹模里推料都省力當(dāng)當(dāng)單邊間隙達(dá)到材料厚度的1525%左右時的卸料力幾乎為零。但間隙繼續(xù)增大，因?yàn)槊淘龃?，又將引起卸料力、頂件力迅速增大。?）間隙值的確定。由以上分析可見，凸、凹模間隙對端面質(zhì)量、模具壽命、沖裁工藝力及沖裁件尺寸精度都有很大的影響，且影響規(guī)律均不相同。因此，設(shè)計模具時一定要選擇合理的間隙，以保證沖裁件的斷面質(zhì)量、尺寸精度等滿足產(chǎn)品的要求，但是，并不存在一個絕對的合理間隙數(shù)值，能同時滿足斷面質(zhì)量最佳、尺寸精度最高、沖裁力最小、模具壽命最高等各個方面的要求。在沖壓的實(shí)際生產(chǎn)中，間隙的選用應(yīng)主要考慮沖裁件斷面質(zhì)量和模具壽命這兩個主要因素?？紤]到模具制造中的偏差及使用中的磨損、生產(chǎn)中通常只選擇一個適當(dāng)?shù)姆秶鳛楹侠黹g隙，只要間隙在這個范圍內(nèi)，就可以沖出良好的制件，這個范圍的最小值稱為最小合理間隙Zmin，最大值稱為最大合理間隙Zmax?？紤]到模具在使用過程中的磨損使間隙增大，故設(shè)計與制造新模具時要采用較小合理間隙值Zmin。通過參考冷沖壓模具設(shè)計與制造（第二版）表2.12可查得本模具沖裁初始間隙為0.290.35，取較小值Z=0.29。6.4.2 模具刃口尺寸的計算沖裁模刃口尺寸計算 沖裁件的尺寸精度取決于凸、凹模刃口部分的尺寸。沖裁的合理間隙也要靠凸、凹模刃口部分的尺寸來實(shí)現(xiàn)和保證。正確的確定凸、凹模刃口部分尺寸是相當(dāng)重要的。確定凸、凹模刃口尺寸及制造公差時，需考慮下述原則：（1）落料件尺寸取決與凹模尺寸，沖孔件的尺寸取決于凸模尺寸。因此，設(shè)計落料模時，應(yīng)先決定凹模尺寸，用減少凸模尺寸來保證合理間隙；設(shè)計沖孔模時，應(yīng)先決定凸模尺寸，用增大凹模尺寸來保證合理間隙。（2）考慮刃口的磨損對沖裁件尺寸的影響。凹模刃口磨損后尺寸變大，其刃口的基本尺寸應(yīng)接近或等于沖裁件的最小極限尺寸；凸模刃口磨損后尺寸減少，應(yīng)取接近或等于沖裁件的最大極限尺寸。這樣，在凸、凹模磨損到一定程度的情況下，仍能沖出合格的零件。（3）考慮沖裁件精度與模具精度間的關(guān)系。在選擇模具制造公差時，既要保證沖裁件的精度要求，又要保證有合理的間隙值。由于模具加工和測量方法的不同，凸模與凹模刃口部分尺寸的計算公式和制造公差的標(biāo)注也不同，基本上可以分為兩類：（1） 凸模和凹模分開加工（2） 凸模和凹模配合加工凸模和凹模分開加工，要分別標(biāo)注凸模和凹模刃口尺寸和制造公差，它適用于圓形或簡單形狀的工件。本次設(shè)計的模具采用凸模和凹模分開加工。參考冷沖壓模具設(shè)計與制造（第2版）表2.16可得：表3 凸凹模分別加工時，其工作部分尺寸的計算公式Table3 Design formulas for the size of their working parts when fabricating the matrix and punch-pin respectivly工序性質(zhì)工件尺寸凸模尺寸凹模尺寸落 料D0-Dp=（Dmax-x-Zmin）0-pDd=（Dmax-x）0+d沖 孔d0+dp=（dmin+x）0-pdd=（dmin+x+ Zmin）0+d注：計算時，先將沖裁件尺寸化成D0-、d0+的形式。表3中：Dmax為落料工件的最大極限尺寸，mm； dmin為沖孔工件的最小極限尺寸，mm；dp、dd分別為沖孔凸、凹模的刃口尺寸，mm； Dp、Dd分別為落料凸、凹模的刃口尺寸，mm； D、d分別為落料件外徑和沖孔件內(nèi)徑的基本尺寸，mm； p、d分別為凸、凹模的制造公差，凸模按IT6，凹模按IT7，也可按冷沖壓模具設(shè)計與制造（第2版）表2.14、2.15選取，或取p=（1/41/5），d=（1/4）； 工件的制造公差，mm； Zmin最小合理間隙值，mm； x磨損系數(shù)，其值在0.51之間，按冷沖壓模具設(shè)計與制造（第2版）表2.17選取。落料尺寸：Dp=（Dmax-x-Zmin）0-p （11）Dd=（Dmax-x）0+d （12）Dmax =163.5，=0.2，x=1，Zmin=0.29，p=0.030；d=0.040，由此算得：Dp=（163.5-0.2-0.29）0-0.030=163.010-0.030Dd=（163.5-0.2）0+0.040 =163.30+0.040沖孔尺寸：dp=（dmin+x）0-p （13）dd=（dmin+x+ Zmin）0+d （14）60+0.20：p=0.020；d=0.020；x取0.75；=0.2；Zmin=0.29；由此算得：dp=（6+0.75×0.2）0-0.020=6.150-0.020dd=（6.15+ 0.29）0+0.020 =6.440+0.0205.20+0.16：p=0.020；d=0.020；x取0.75；=0.16；Zmin=0.29；由此算得：dp=（5.2+0.75×0.16）0-0.020 =5.320-0.020dd=（5.32+ 0.29）0+0.020 =5.610+0.020切斷尺寸： dp=（dmin+x）0-p （15） dd=（dmin+x+ Zmin）0+d （16）平行送料方向尺寸：dmin=2.5mm,p=0.020；d=0.020；x取0.75；=0.28；Zmin=0.29；由此算得：dp=（2.5+0.75×0.28）0-0.020 =2.710-0.020dd=（2.71+0.29）0+0.020 =30+0.020垂直送料方向尺寸1.40.4-0.9：dmin=0.5mm,p=0.020；d=0.020；x取0.5；=1.5；Zmin=0.29；由此算得：dp=（0.5+0.5×1.5）0-0.020 =1.250-0.020dd=（1.25+0.29）0+0.020 =1.540+0.020彎曲模刃口尺寸計算 間隙值計算：彎曲有色金屬時，間隙值的計算式為：Z/2=tmin+nt （17）式中：Z/2凸凹模間的單面間隙，mm；tmin材料的最小厚度，mm；t材料的公稱厚度，mm；n因素，與彎曲件高度H和彎曲線長度B有關(guān)，參見冷沖壓模具設(shè)計與制造（第2版）表3.6。以此可算得凸凹模單邊間隙值：Z/2=2.33+2.5×0.04=2.58mm 凸、凹模寬度尺寸計算：凸、凹模寬度尺寸bd和bp，工件尺寸采用外形尺寸標(biāo)注方式時，凸模尺寸計算公式為：bd=（L-1/2）0+d （18）式中：bd、bp彎曲凸、凹模寬度尺寸，mm； Z/2彎曲凸、凹模單邊間隙，mm； L彎曲件外形尺寸，mm； 彎曲件的尺寸公差 d 彎曲凸、凹模制造公差，mm，采用IT7級。經(jīng)查GB/T 1800.31998，可得d =0.040mm；L=123.4mm；=0.40mm，以此算得：bd=（123.4-0.20）0+0.040=123.20+0.040mm凹模尺寸bp按凸模尺寸配置，保證雙面間隙Z：bp= bdZ （19） =123.20+0.040+2.58×2=128.360+0.040mm打凸凸模刃口尺寸計算本工件的凸起部分采用拉深實(shí)現(xiàn)，且材料的相對厚度較大（t/D0.01），所以經(jīng)過一次拉深成型。拉深模的單面間隙按下式計算：Z/2=tmax+ct （20）式中：tmax板料中的最大厚度，mm； t板料的厚度，mm； c間隙系數(shù)，考慮板料增厚現(xiàn)象，其值可查冷沖壓模具設(shè)計與制造（第2 版）表4.27，得c=0.1.經(jīng)計算得：Z/2=2.67+0.1×2.5 =2.92凸凹模徑向尺寸計算公式：凹模尺寸 Dd=（Dmax-0.75）0+d （21）凸模尺寸 Dp=（Dmax-0.75-Z）0-p （22）式中：Dp、Dd分別為沖孔凸、凹模的徑向尺寸，mm； Dmax拉深件外形最大尺寸，mm； p、d分別為凸、凹模的制造公差,mm，經(jīng)查冷沖壓模具設(shè)計與制造（第2 版）表4.30得p=0.085，d=0.13。 經(jīng)計算得： Dd=（11.2-0.75×0.17）0+0.13 =11.07250+0.13 Dp=（11.2-0.75×0.17-5.84）0-0.085 =5.23250-0.085凸、凹模圓角半徑計算：凹模圓角半徑 凹模圓角半徑rd對拉深工作影響很大。當(dāng)rd過小時，毛坯被拉入凹模的阻力就大，拉深力增加，易使工件產(chǎn)生劃痕、變薄甚至拉裂，還使模具壽命降低。當(dāng)rd過大時，會使壓邊圈下的毛坯懸空，使有效壓邊圈面積過小，易起皺。在不產(chǎn)生起皺的前提下，凹模圓角半徑越大越好，由經(jīng)驗(yàn)公式可得rd的最小值為： rd=0.8 （23） 5 凸模圓角半徑 凸模圓角半徑應(yīng)比凹模圓角半徑略小，即rp=（0.61）rd，取rp=0.6rd=3。7 主要零部件設(shè)計7.1 工作零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計7.1.1 沖裁模設(shè)計（1）沖孔凸模凸模結(jié)構(gòu)基本類型鑲拼式凸模 大型零件的落料、沖孔或切邊等工序使用的凸模，一般都設(shè)計成鑲拼式機(jī)構(gòu)。采用鑲拼式機(jī)構(gòu)不僅可以節(jié)省貴重的模具鋼材，也避免了大型凸模的鍛造、機(jī)械加工和熱處理的困難。整體式凸模 沖裁中、小型零件使用的凸模，一般都設(shè)計成整體式。整體式凸模的基本結(jié)構(gòu)形式為階梯式和直通式。凸模的固定方式直接固定在模座上用固定板固定本次設(shè)計的模具加工零件外形相對簡單，故采用整體式凸模，根據(jù)實(shí)際情況并考慮加工，為了滿足凸模強(qiáng)度和剛性，采用固定板固定，并采用臺肩固定。長度L應(yīng)根據(jù)模具的機(jī)構(gòu)確定，凸模長度為： L1H1H2H3H （24）式中：H1固定板厚度，mm； H2卸料板厚度，mm，參考冷沖壓模具設(shè)計與制造（第2版）表2.26； H3導(dǎo)尺厚度，mm； H附加長度，mm，主要考慮凸模進(jìn)入凹模的深度（0.51mm）、總修磨量（1015mm）及模具閉合狀態(tài)下卸料板到凸模固定板間的安全距離（1520mm）等因素確定。固定板厚度H1取24mm；卸料板厚度H2取16mm；導(dǎo)尺厚度H3取14mm；附加長度H 取16mm，以此算得凸模長度為：L1=24+16+14+16=70mm（2）切斷凸模凸模長度為：L2H1H2H3H （25）式中：H1固定板厚度，mm； H2卸料板厚度，mm，參考冷沖壓模具設(shè)計與制造（第2版）表2.26； H3導(dǎo)尺厚度，mm；