連接蓋落料沖孔拉深翻邊復(fù)合模設(shè)計(jì)

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1、 湘潭大學(xué)課程設(shè)計(jì)論文 題 目： 連接蓋沖壓模具設(shè)計(jì) 學(xué) 院： 機(jī)械工程學(xué)院 專 業(yè)： 材料成型及控制工程 學(xué) 號(hào)： 姓 名： 指導(dǎo)教師： 完成日期： 第一章 沖壓件工藝性分析 1.1分析技術(shù)要求是否合理 圖1-1 該零件形狀簡(jiǎn)單，尺寸精度要求不高，是由拉伸和翻邊等工序組成的復(fù)合

2、件。工件的尺寸精度： 沖裁件的精度要求，應(yīng)在經(jīng)濟(jì)精度范圍內(nèi)（所謂經(jīng)濟(jì)精度是指在正常加工條件下，采用符合標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備工藝裝備和標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)等級(jí)工人、不延長(zhǎng)加工時(shí)間所能保證的加工精度），對(duì)于普通沖裁件，其經(jīng)濟(jì)精度不高于IT11級(jí)，沖孔比落料件高一級(jí)。對(duì)與本次設(shè)計(jì)，未標(biāo)注有尺寸精度，考慮到成本，按照一般精度要求來(lái)加工應(yīng)該可以滿足其工作性能，本工件要求內(nèi)精度，故除特別要求工件精度等級(jí)選取IT14。 沒(méi)有熱處理要求 1.2審查零件材料選用是否得當(dāng) 考慮到產(chǎn)品成本和零件的使用性能，選用常用材料08F，是 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，，屈服強(qiáng)度180MPa，抗拉強(qiáng)度280~390MPa，抗剪強(qiáng)度200~310延伸率3

3、2％，適宜沖壓選擇。 1.3沖裁件工藝性分析 一般情況下，對(duì)沖裁件工藝性影響最大的是制件的結(jié)構(gòu)形狀、精度要求、形位公差及技術(shù)要求。沖裁件的工藝性合理與否、，影響到?jīng)_裁件的質(zhì)量、模具壽命、材料消耗、生產(chǎn)率等，在設(shè)計(jì)中應(yīng)盡可能提高其工藝性。 沖裁件的形狀盡可能簡(jiǎn)單、對(duì)稱、避免復(fù)雜形狀的曲線，在許可的情況下，把沖裁件設(shè)計(jì)成少、無(wú)廢料排樣的形狀，以減少?gòu)U料。矩形孔兩端宜用圓弧連接，以利于模具加工。 沖裁件各直線或曲線的連接處，盡量避免銳角，嚴(yán)禁尖角。除在少、無(wú)廢料排樣或采用鑲拼模結(jié)構(gòu)，都應(yīng)有適當(dāng)?shù)膱A角相連，以利于模具制造和提高模具壽命。沖裁減凸出或凹入部分不能太窄，盡可能避免過(guò)長(zhǎng)的懸

4、臂和窄槽。最小寬度b一般 不小于1.5t，若沖裁材料為高碳鋼時(shí)，b≥2t，Lmax≤5b，當(dāng)材料厚度t<1mm時(shí)，按t=1mm計(jì)算。沖裁件的孔徑因受孔凸模剛度和強(qiáng)度的限制，不宜太小，否則容易折斷或壓彎，沖孔的最小尺寸取決與沖壓材料的力學(xué)性能、凸模強(qiáng)度和模具結(jié)構(gòu)。沖孔件上孔與孔、孔與邊緣之間的距離不能過(guò)小，以避免工件變形、模壁過(guò)薄或因材料易被拉入凹模而影響模具壽命。 本次設(shè)計(jì)，該零件是軸對(duì)稱件，沖裁結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，厚度僅為1mm，沖裁性能較好，工藝性容易滿足材料。 1.4翻邊工藝性分析 一般情況下，圓孔翻邊時(shí)的孔緣在單向拉應(yīng)力作用下，切向伸長(zhǎng)變形引起的厚度減薄最大，最容易破裂，由于材料性

5、質(zhì)不均勻，孔緣各處允許的切向延伸率不一樣，一旦孔緣某處的伸長(zhǎng)變形超過(guò)了該處延允許的材料伸率，該處就會(huì)因厚度減薄過(guò)大而破裂。翻邊時(shí)的變形區(qū)基本上限制在凹模圓角區(qū)之內(nèi)，凸模底部材料為只要變形區(qū)，處于切向、徑向二向受拉伸的應(yīng)力狀態(tài)。切向應(yīng)力在孔邊緣最大，徑向應(yīng)力在孔邊緣為零。 圓孔翻邊時(shí)的變形程度用翻邊系數(shù)K表示： 式中 d——毛坯上圓孔的初始直徑； D——翻邊后豎邊的中徑。 影響圓孔翻邊成形極限的因素如下： ⑴ 材料伸長(zhǎng)率和硬化指數(shù)n大，小，成形極限大。 ⑵孔緣如無(wú)毛刺和無(wú)冷作硬化時(shí)，較小，成形極限較

6、大。為了改善孔緣狀況，可采用鉆孔代替沖孔，或在沖孔后進(jìn)行整修，有時(shí)還可在沖孔后退火，以消除孔緣表面的硬化。 ⑶用球形、錐形和拋物線凸模翻邊時(shí)，變形條件比平底凸模優(yōu)越，較小。在平底凸模中，其相對(duì)圓角半徑/t越大，極限翻邊系數(shù)可越小。 ⑷板材相對(duì)厚度越大，越小，成形極限越大。 毛坯尺寸的計(jì)算： （1）毛坯翻邊預(yù)制孔直徑 式中 D——翻邊直徑19（按中線計(jì)）（mm）； H——翻邊高度（mm），H=6mm； R——豎邊與凸緣的圓角半徑（mm），r=1.5mm； R——料厚（mm），t=1mm。 則： 已知預(yù)

7、制孔直徑為9.7mm （2）毛坯的直徑 當(dāng)零件的彎曲角為時(shí)，則毛坯的展開長(zhǎng)度為 已知，d=49，r=1.5，H=5 D=57 第二章 沖壓工藝方案的確定 考慮到需落料、沖孔、拉深、翻邊成形四道工序，可以有以下種方案： 方案一：先落料沖孔，后拉深翻邊成形，采用單工序生產(chǎn)。。 方案二：落料-沖孔-翻邊-拉深復(fù)合模，采用復(fù)合模生產(chǎn)。 方案三：落料-沖孔-翻邊-拉深級(jí)進(jìn)模，采用級(jí)進(jìn)模生產(chǎn)。 方案一結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但需兩道工序、兩副模具才能完成，效率較低，且精度不易保證。如此浪費(fèi)了人力，物力，財(cái)力。從經(jīng)濟(jì)角度考慮不妥當(dāng)，難以滿足大批量生產(chǎn)要求。 方案二只需一副模

8、具即可成型，該工藝特點(diǎn)首先進(jìn)行落料，再?zèng)_孔，翻邊，拉深成型。采用這種方法加工的工件外觀平整、毛刺小、產(chǎn)品質(zhì)量高，而且大大的提高了生產(chǎn)效率，也解決了操作者將手放入模具內(nèi)的不安全因素，復(fù)合模能在壓力機(jī)的一次行程內(nèi)，完成落料、沖孔、及拉深、翻邊數(shù)道工序。在完成這些工序的過(guò)程中，沖件材料無(wú)須進(jìn)給移動(dòng)。 復(fù)合模具具有以下主要特點(diǎn)： 1） 沖件精度較高，不受送料誤差影響，內(nèi)外形相對(duì)位置一直性好。 2） 沖件表面較為平整。 3） 適宜沖薄料，也適宜沖脆性或軟質(zhì)材料。 4） 可從充分利用短料和邊角余料。、 5） 沖裁件內(nèi)孔和外緣的相對(duì)位置精度容易保證，而且板料的定位精度要求比級(jí)進(jìn)模低 6）

9、 沖模面積較小。 復(fù)合模也存在一定的問(wèn)題，如凸凹模內(nèi)、外形間的壁厚，或內(nèi)形與外形間 壁厚，都不能過(guò)薄，以免影響強(qiáng)度。另外，沖件不能漏下，需要解決出件問(wèn)題。同時(shí)，復(fù)合模具結(jié)構(gòu)也較為復(fù)雜。同樣用復(fù)合模生產(chǎn)可分為采用筒形料加工和板料加工。筒形料加工工件厚度不能保證。板料加工模具結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜。 方案三：級(jí)進(jìn)模是在壓力機(jī)一次行程中完成多個(gè)工序的模具，它具有操作安全的顯著特點(diǎn)，模具強(qiáng)度較高，壽命較長(zhǎng)。使用級(jí)進(jìn)模便于沖壓生產(chǎn)自動(dòng)化，可以采用高速壓力機(jī)生產(chǎn)，也只需要一副模具，制造精度較高，先落料后沖孔，再進(jìn)行拉伸翻邊成形，但是級(jí)進(jìn)模較難保證內(nèi)、外相對(duì)位置的一直性，材相對(duì)生產(chǎn)周期長(zhǎng)，其模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高

10、，料的定位與送進(jìn)是級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問(wèn)題。 通過(guò)上述三種方案的分析比較，該工件的沖壓生產(chǎn)采用方案二的板料加工為佳。 第三章 排樣及材料利用率的計(jì)算 3.1排樣的設(shè)計(jì) 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(jīng)濟(jì)利用率，還會(huì)影響到模具結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)率、制件質(zhì)量、生產(chǎn)操作方便與安全等，因此，排樣是沖裁工藝與模具設(shè)計(jì)中一項(xiàng)很重要的工作。 沖沖壓件大批量生產(chǎn)成本中，毛坯材料費(fèi)用占60%以上，排樣的目的就在于合理利用原材料。衡量排樣經(jīng)濟(jì)性、合理性的指標(biāo)是材料利用率。要提高材料利用率，就必須減少?gòu)U料面積，沖裁過(guò)程中所產(chǎn)生的廢料，可分為兩種情況。 結(jié)構(gòu)廢料 由于

11、工件結(jié)構(gòu)形狀的需要，如工件內(nèi)孔的存在而產(chǎn)生的廢料稱為結(jié)構(gòu)廢料，它取決于工件的形狀，一般不能夠改變。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。因此，提高材料利用率要從減少工藝廢料著手，同一個(gè)工件，可以有幾種不同的排樣方法。 根據(jù)材料的利用情況，排樣的方法可以有三種： （1）有廢料排樣 沿工件的全部外形沖裁，工件與工件之間，工件與條料側(cè)邊之間都有工藝余料（搭邊）存在，沖裁后搭邊成為廢料，如圖a所示。 （2）少?gòu)U料排樣 沿工件的部分外形輪廓切斷或沖裁，只在工件之間或是工件與條料

12、側(cè)邊之間有搭邊存在，如圖b所示。 （3）無(wú)廢料排樣 工件與工件之間。工件與條料側(cè)邊之間均無(wú)搭邊存在，條料沿直線或曲線切斷而得工件。如圖c所示。 A 圖3-1排樣方法 a) 有廢料排樣 b) 少?gòu)U料排樣 c)無(wú)廢料排樣 有廢料的排樣法材料利用率較低，但制件的質(zhì)量和沖模壽命較高，常用于工件形狀復(fù)雜、尺寸精度要求較高的排樣。 少、無(wú)廢料排樣法的材料利用率較高，在無(wú)廢料排樣時(shí)只有料頭、料尾損失，材料利用率可達(dá)85%～95%，少?gòu)U料排樣法也可達(dá)70%～90%。少、無(wú)廢料排樣法有利于一次沖裁

13、多個(gè)工件，可以提高生產(chǎn)率。由于這種排樣法沖切周邊減少，所以還可以簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu)，降低沖裁力。但是，少、無(wú)廢料排樣的應(yīng)用范圍有一定的局限性，受到工件形狀結(jié)構(gòu)的限制，且由于條料本身的寬度公差，條料導(dǎo)向與定位所產(chǎn)生的誤差，會(huì)直接影響工件尺寸而使工件的精度降低。在幾個(gè)工件的匯合點(diǎn)容易產(chǎn)生毛刺。由于采用單邊剪切，也會(huì)加快模具磨損而降低沖模壽命，并直接影響工件的斷面質(zhì)量，所以少、無(wú)廢料排樣常用于精度要求不高的工件排樣。 1． 有廢料、少?gòu)U料或無(wú)廢料排樣。按工件的外形特征、排樣的形式又可分為直排、斜排、對(duì)排、混合排、多排和裁搭邊等 考慮到造作方便及模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，故采用單排排樣設(shè)計(jì)。搭邊值要合理確定。搭邊值

14、過(guò)大，材料利用率低。搭邊值小，材料利用率雖高，但過(guò)小時(shí)就不能發(fā)揮搭邊的作用，在沖裁過(guò)程中會(huì)被拉斷，造成送料困難，使工件產(chǎn)生毛刺，有時(shí)候還會(huì)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(guò)小，會(huì)使作用在凸模側(cè)表面上的法向應(yīng)力沿著落料毛坯周長(zhǎng)的分布不均勻，引起模具刃口的磨損。 影響搭邊值的因素主要有以下幾點(diǎn)： 1.材料的力學(xué)性能 塑性好的材料，搭邊值要大一些，硬度高與強(qiáng)度大的材料，搭邊值可小些。 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 工件外形越復(fù)雜，圓角半徑越小，搭邊值越大。 4.排樣的形式 對(duì)排的搭邊值大雨直排的搭邊。 5.送料及擋料的方式

15、用手工送料，有側(cè)壓板導(dǎo)向的搭邊值可小一些。 查得搭邊值=1.5mm，=2.1mm。 條料送進(jìn)步距h=57+1.5=58.5mm 3.2材料利用率的計(jì)算 一個(gè)步距內(nèi)的材料利用率 式中 A——沖裁件面積（包括沖出的小孔在內(nèi)

16、）（） ——一個(gè)步距內(nèi)的沖件數(shù)目；n取1 B——條料寬度（mm）； h——進(jìn)距（mm） A=3.14×57/2×57/2=2550（）B=61.2， =71.2% 第四章 各部分工藝力的計(jì)算 4.1沖裁力的計(jì)算 沖裁力計(jì)算包括沖裁力、卸料力、推件力、頂件力的計(jì)算。 沖裁力是凸模與凹模相對(duì)運(yùn)動(dòng)使工件與板料分離的力，其大小主要與材料力學(xué)性能、厚度及沖裁件分離的輪廓長(zhǎng)度等參數(shù)有關(guān)。沖裁力是設(shè)計(jì)模具、選擇壓力機(jī)的重要參數(shù)。計(jì)算沖裁力的目的是為了合理的選用沖壓設(shè)備和設(shè)計(jì)模具。選用沖壓設(shè)備的標(biāo)稱壓力必須大于所計(jì)算的沖裁力，所設(shè)計(jì)的模具必須能傳遞

17、和承受所計(jì)算的沖裁力，以適應(yīng)沖裁的要求。 4.1.1沖壓力的行程曲線 在沖裁過(guò)程中，沖裁力的大小是不段變化的，圖4-1為沖裁時(shí)沖裁力-凸模行程曲線。圖中AB段相當(dāng)于沖裁的彈性階段，凸模進(jìn)入材料后，載荷急劇上升，但當(dāng)凸模刃口一旦擠入材料，即進(jìn)入塑性變形階段，載荷的上升就緩慢下來(lái)，如BC段所示。雖然由于凸模擠入材料使承受沖裁力的材料面積秒減小，但只要材料加工硬化的影響超過(guò)受剪切面積小的影響，沖裁力就繼續(xù)上升，當(dāng)兩者達(dá)到相當(dāng)?shù)挠绊懙乃查g，沖裁力達(dá)最大值，即圖中C點(diǎn)。此后，受剪面積的減少超過(guò)硬化的影響，于是沖裁力下降。凸模再繼續(xù)下壓，材料內(nèi)部產(chǎn)生裂紋并迅速擴(kuò)張，沖裁力急劇下降，

18、如圖中CD段所示，此為沖裁的斷裂階段。此后所用的力僅是克服摩擦阻力,推出已分離的料。 4.1.2沖裁力的計(jì)算公式 沖裁力的大小主要與材料力學(xué)性能、厚度及沖裁件分離的輪廓長(zhǎng)度有關(guān)?？紤]到成本和沖裁件的質(zhì)量要求，此用平刃口模具沖裁，沖裁力F（N）： （4-1） 式中 L——沖裁件周邊長(zhǎng)度（mm）； t——材料厚度（mm）； τ——材料抗剪強(qiáng)度（MPa）； K——系數(shù)?？紤]到模具刃口的磨損，模具間隙的波動(dòng)，材料力學(xué)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(zhǎng)度L=3.14×57=17

19、8.98mm,取179mm 材料的抗剪強(qiáng)度（MPa），取τb=310 MPa 一般情況下，材料的σb=1.3τ，故沖裁力F（N） F1=LTσb=179×1×310=55490N =0.04×55490=2219.6N =0.063×55490=3495.9N F1=55490+2219.6+3495.9=6120.5N 式中σb——材料的抗拉強(qiáng)度（MPa）。 4.1.3降低沖裁力的方法 在沖裁高強(qiáng)度材料或厚度大、周邊長(zhǎng)時(shí)，所需的沖裁力較大。如果超過(guò)現(xiàn)有壓力機(jī)噸位，就有必須采取措施降低沖裁力，主要有以下幾種方法：

20、 （一）階梯凸模沖裁 在多凸模沖裁模具中，為避免各凸模沖裁力的最大值同時(shí)出現(xiàn)，可根據(jù)凸模尺寸的大小，做成不同高度，形成階梯布置，從而減少?zèng)_裁力。這種模具的缺點(diǎn)是長(zhǎng)凸模插入凹模較深，容易磨損，修磨刃口也比較麻煩。 （二）斜刃口沖裁 在用平刃口模具沖裁時(shí)，整個(gè)刃口同時(shí)與沖裁件周邊接觸，同時(shí)切斷，所需沖裁力大。若采用斜刃口模具沖裁，也就是將凸模（或凹模）刃口做成有一定斜度的斜刃，沖裁時(shí)刃口就不是同時(shí)切入，而是逐步切入材料，逐步切斷，這樣，所需的沖裁力可以減小，并能減小沖擊、振動(dòng)和噪聲，對(duì)于大型沖壓件，斜刃沖裁用的比較廣泛。 斜刃沖裁降低了沖裁力，使壓力機(jī)性能在比較柔和、平穩(wěn)的條件下工作。但模

21、具制造與修磨比較復(fù)雜，增加了困難，刃口容易磨損，工件不夠平整，一般只用于大型工件沖裁及厚板沖裁。 除上述兩種方法外，將材料加熱沖裁也是一種行之有效的降低沖裁力的方法，因?yàn)椴牧显诩訜釥顟B(tài)的抗剪強(qiáng)度有明顯下降。但材料加熱后產(chǎn)生氧化皮，且因?yàn)橐訜?，勞?dòng)條件差。另外，在保證沖裁件斷面質(zhì)量的前提下，也可適當(dāng)增大沖裁間隙等方法來(lái)降低沖裁力。 4.2沖孔力的計(jì)算 式中 L——沖裁件周邊長(zhǎng)度（mm）； t——材料厚度（mm）； ——材料抗剪強(qiáng)度（MPa）； K——系數(shù)，考慮到模具刃口的磨損，模具間隙的波動(dòng)，材

22、料力學(xué)性能的變化及材料厚度偏差等因素，一般取K=1.3。 所以，一般情況下，上式也可以寫成 L=3.14×9.7=30.5mm =310MPa 則=1.3×30.5×1×310=12291.5N 推件力： 式中 ——推件力因素，查得 =0.063； n——工件卡的凹模內(nèi)的個(gè)數(shù)，取n=1。 則 =0.063×12291.5=774.4N F2=12291.5+774.4=13065.9N 4.3翻邊力的計(jì)算 式中

23、——翻邊后豎邊的中徑（mm），=21mm； ——圓孔初始直徑（預(yù)制孔）（mm），=9.7mm； ——毛坯厚度（mm），=1mm； ——材料屈服點(diǎn)（MPa）。 =180MPa則 F3==1.1×3.14（21-9.7）×1×180=7025.4N 4.4淺拉深成形力 式中 d——拉深件的直徑（mm），d=49mm； ——材料抗拉強(qiáng)度（MPa），得 =390MPa t——材料厚度（mm），t=1mm m=d/D=49/57=0.86 K——修正系數(shù)，取K=0.8

24、。 則 F4==0.8×3.14×49×1×390=48004.32N 4.5總的沖裁力的計(jì)算 因此，總的沖裁力為： =F1+F2+F3+F4 =6120.5+13065.9+7025.4+48004.32 =74216.12N 4.6壓力中心的計(jì)算 沖裁時(shí)的合力作用點(diǎn)或多工序模各工序沖壓力的合力作用點(diǎn)，稱為模具壓力中心。如果模具壓力中心與壓力機(jī)滑塊中心不一致，沖壓時(shí)會(huì)產(chǎn)生偏載，導(dǎo)致模具以及滑塊與導(dǎo)軌的急劇磨損，降低模具和壓力機(jī)的使用壽命。通常利用求平行力系合力作用點(diǎn)的方法（解析法或圖解法）確定模具的

25、壓力中心。 本模具由于制件為軸對(duì)稱零件，所以其壓力中心及為零件的幾何中心 第五章 沖壓設(shè)備的選擇 沖壓設(shè)備的選擇是工藝設(shè)計(jì)中的一項(xiàng)重要內(nèi)容，它直接關(guān)系到設(shè)備的合理使用、安全、產(chǎn)品制造、模具壽命、生產(chǎn)效率和成本等一系列重要的問(wèn)題。對(duì)于中小型沖裁件、彎曲件或淺拉深件多用具有C形床身的開式曲柄壓力機(jī)。雖然開式壓力機(jī)的剛度差，并且由于床身的變形而破壞了沖模的間隙分布，降低了沖模的壽命和沖裁件的質(zhì)量。但是，它卻具有操作空間三面敞開，操作方便，容易安裝機(jī)械話的附屬設(shè)備和成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，目前仍是中小件生產(chǎn)的主要設(shè)備。 確定設(shè)備的規(guī)格時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)問(wèn)題： 1）壓力機(jī)的行程大小，應(yīng)能保證成

26、形零件的取出與毛坯的放進(jìn)，例如拉深所用壓力機(jī)的行程，至少應(yīng)大于成品零件高度的兩倍以上。 2）壓力機(jī)工作臺(tái)面的尺寸應(yīng)大于沖模的平面尺寸，且還需要留有安裝固定的余地，但過(guò)大的工作臺(tái)面上安裝小尺寸的沖模時(shí)，工作臺(tái)的受力條件也是不利的。 3）所選壓力機(jī)的封閉高度應(yīng)與沖模的封閉高度相適應(yīng)。 模具的閉合高度H0是指上模在最低的工作位置時(shí)，下模板的底面到上模板的頂面的距離。 壓力機(jī)的閉合高度是指滑塊在下死點(diǎn)時(shí)，工作臺(tái)面到滑塊下端面的距離。大多數(shù)壓力機(jī)的連桿長(zhǎng)短能調(diào)節(jié)，也既壓力機(jī)的閉合高度可以調(diào)整，故壓力機(jī)有最大閉合爆肚Hmax和最小閉合高度Hmin。 設(shè)計(jì)模具時(shí)，模具閉合高度H0的數(shù)值應(yīng)滿足下式：

27、 4）沖壓力與壓力機(jī)力能的配合關(guān)系：當(dāng)進(jìn)行沖裁等沖壓加工時(shí)，由于其施力行程較小，近于板材的厚度，所以可按沖壓過(guò)程中作用于壓力機(jī)滑塊上所有力的總和F總選取壓力機(jī)。 根據(jù)所要完成的沖壓工藝的性質(zhì)、生產(chǎn)批量的大小、沖壓家的幾何尺寸和精度要求等來(lái)選定設(shè)備類型。由于復(fù)合模的特點(diǎn)，為防止設(shè)備超載，可按公稱壓力選擇壓力機(jī)。選取公稱壓力為350kN的開式壓力機(jī)JC23-35。其與模具設(shè)計(jì)的相關(guān)參數(shù)為： 公稱壓力：350kN 滑塊行程：80 mm、 最大閉合高度：280mm 封閉高度調(diào)節(jié)量：60 mm 工作臺(tái)孔徑：380mm610mm 模柄孔尺寸：50mm70mm 第六章 主要工作部

28、分尺寸計(jì)算 6.1沖裁間隙 沖裁間隙是指沖裁模的凸模和凹模刃口之間的間隙。沖裁間隙分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(duì)沖裁件質(zhì)量、模具壽命、沖裁力大小的影響很大，是沖裁工藝與模具設(shè)計(jì)中的一個(gè)極其重要的工藝參數(shù)。 6.1.1沖裁間隙對(duì)沖裁件質(zhì)量的影響 沖裁件的質(zhì)量主要是指斷面質(zhì)量、尺寸精度和形狀誤差。斷面應(yīng)平直、光滑；圓角??；無(wú)裂紋、撕裂、夾層和毛刺等缺陷。零件表面應(yīng)盡可能平整。尺寸應(yīng)在圖樣規(guī)定公差范圍之內(nèi)影響沖裁件質(zhì)量的因素有：凸、凹模間隙值的大小及其分布的均勻性，模具刃口鋒利狀態(tài)、模具結(jié)構(gòu)與制造精度，材料性能等，其中間隙值大小與分布的均勻程

29、度是主要因素。 沖裁件的尺寸精度是指沖裁件實(shí)際尺寸與標(biāo)稱尺寸的差值（）。差值越小，精度越高。這個(gè)差值包括兩方面的偏差，一 是沖裁件相對(duì)凸?；虬寄３叽绲钠睿悄＞弑旧淼闹圃炱?。 沖裁件相對(duì)凸模或凹模尺寸的偏差，主要是由于沖裁過(guò)程中，材料受拉伸、擠壓、彎曲等作用引起的變形，在加工結(jié)束后工件脫離模具時(shí)，會(huì)產(chǎn)生彈性恢復(fù)而造成。偏差值可能是正的，也可能是負(fù)的。影響這一偏差值的因素主要是凸、凹模的間隙。間隙大小對(duì)沖裁件尺寸偏差的影響規(guī)律可見圖6-1。 當(dāng)間隙較大時(shí)，材料所受拉伸作用增大，沖裁完畢后，因材料的彈性恢復(fù)，沖裁件尺寸向?qū)嶓w方向收縮，使落料件尺寸小于凹模尺寸，而沖孔件的孔徑則大于

30、凸模尺寸。當(dāng)間隙較小時(shí)，凸模壓入板料接近于擠壓狀態(tài)，材料手凸、凹模擠壓力大。沖裁完畢后，材料的彈性恢復(fù)使落料件尺寸增打發(fā)，而沖孔件的孔徑則變小。 6.1.2沖裁間隙對(duì)模具壽命的影響 沖裁模具的壽命以沖出合格制品的沖裁次數(shù)來(lái)衡量，分兩次刃磨間的壽命與全部磨損后總的壽命，沖裁過(guò)程中，模具的損壞有磨損、崩刃、折斷、啃壞等多種式。 影響模具壽命的因素很多，有模具間隙；模具制造材料和精度、表面粗糙度；被加工材料特性；沖裁件輪廓形狀和潤(rùn)滑條件等。模具間隙是其中的一個(gè)重要因素。 因?yàn)闆_裁過(guò)程中，模具端面受到很大的垂直壓力與側(cè)壓力，而模具表面

31、與材料的接觸面僅局限在刃口附近的狹小區(qū)域，這就以為著即使整個(gè)模具在許用壓應(yīng)力下工作，但在模具刃口處所受的壓力也非常大。這種高的壓力會(huì)使沖裁模具和板材的接觸面之間產(chǎn)生局部附著現(xiàn)象，當(dāng)接觸面發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)時(shí)，附著部分便發(fā)生剪切而引起磨損——附著磨損。其磨損量與接觸壓力、相對(duì)滑動(dòng)距離成正比，與材料屈服強(qiáng)度成反比。它被認(rèn)為是模具磨損的主要形式。當(dāng)模具間隙減小時(shí)，接觸壓力（垂直力、側(cè)壓力、摩擦力）會(huì)隨之增大，摩擦距離隨這增長(zhǎng)，因此模具磨損加劇，甚至使模具與材料之間產(chǎn)生粘結(jié)現(xiàn)象。因此適當(dāng)增大模具間隙，可使凸、凹模側(cè)面與材料見摩擦減小，并減緩間隙不均勻的不利因素，從而提高模具壽命。但間隙過(guò)大時(shí)，半了的彎曲拉伸

32、相應(yīng)增大，使模具刃口端面上的正壓力增大，容易產(chǎn)生崩刃或產(chǎn)生塑性變形使磨損加劇，降低模具壽命，同時(shí)，間隙過(guò)大卸料力會(huì)隨之增大，也會(huì)增加模具的磨損，所以間隙是影響模具壽命的一個(gè)重要因素。 6.1.3 沖裁間隙對(duì)沖裁力及卸料力的影響 當(dāng)間隙減小時(shí)，凸模壓入板材的情況接近于擠壓狀態(tài)，材料所受拉應(yīng)力減小，壓應(yīng)力增大，板料的易產(chǎn)生裂紋，因此最大沖裁力增大。當(dāng)間隙增大時(shí)，材料所受拉應(yīng)力增大，材料容易產(chǎn)生裂紋，因此沖裁力減小，繼續(xù)增大間隙值，凸、凹模刃口產(chǎn)生的裂紋不相重合，會(huì)發(fā)生二次斷裂，沖裁力下降變緩。 當(dāng)間隙增大時(shí)沖裁件光亮帶窄，落料件尺寸偏差為負(fù)，沖孔見尺寸偏差為正，因而使卸料力、推件力或頂件力

33、減小。間隙繼續(xù)增大時(shí)，制件毛刺增大，卸料力、頂件力迅速增大。 6.2 沖孔刃口尺寸計(jì)算 6.2.1計(jì)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，且落料見的大端尺寸等于凹模尺寸，沖孔見的小斷尺寸等與凸模尺寸，在測(cè)量與使用中，落料件都是以大端尺寸為基準(zhǔn)，沖孔件孔徑是以小端尺寸為基準(zhǔn)。沖裁過(guò)程中，凸、凹模要與沖裁零件或廢料發(fā)生摩擦，凸模越磨越小，凹模越磨越大，結(jié)果使間隙越來(lái)越大，因此，在確定凸、凹模刃口尺寸時(shí)，必須遵循以下原則： （1） 落料模先確定凹模r刃口尺寸，其標(biāo)稱尺寸應(yīng)取接近或等與制件的最小極限尺寸，以保證凹模磨損到一定尺寸范圍內(nèi)，也能沖出合格制件

34、，凸模刃口的標(biāo)稱尺寸比凹模小一個(gè)最小合理間隙。 （2）沖孔模先確定凸模刃口尺寸，其標(biāo)稱尺寸應(yīng)取接近或等于之間的最大極限尺寸，以保證凸模磨損到一定尺寸范圍內(nèi)，也能沖出合格的空。凹模人口的標(biāo)稱尺寸應(yīng)比凸模大個(gè)億最小合理間隙。 （3）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，即要保證工件的精度要求，又要保證有合理的間隙值，一般沖模精度較工件精度高2~3級(jí)。若零件沒(méi)有標(biāo)注公差，則對(duì)于非圓形件按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)非配合尺寸的IT14級(jí)精度來(lái)處理，圓形件可按IT10級(jí)精度要求來(lái)處理，工件尺寸公差應(yīng)按“入體”原則標(biāo)注為單向公差。所謂“入體”原則是指標(biāo)注工件尺寸公差時(shí)應(yīng)向材料尸體方向單向標(biāo)注，即：落料

35、件正公差為零，只標(biāo)注負(fù)公差；沖孔見負(fù)公差為零，只標(biāo)注正公差。 6.2.2計(jì)算方法 模具工作部分尺寸及公差的計(jì)算方法與加工方法有關(guān)，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(jiǎn)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(biāo)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: 或取 也就是說(shuō)，新制造的模具應(yīng)該是。否則制造的模具間隙已超過(guò)允許的變動(dòng)范圍~，影響模具的使用壽命。 2.凸模與凹模配合加工 對(duì)于沖制件形狀復(fù)雜或薄板制

36、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(zhǔn)件，然后根據(jù)此基準(zhǔn)件的實(shí)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(zhǔn)件上標(biāo)注尺寸及公差，另一件只標(biāo)注標(biāo)稱尺寸，并注明“××尺寸按凸模（或凹模）配作，保證雙面間隙”。這樣?？煞糯蠡鶞?zhǔn)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(fù)雜形狀工件各部分尺寸性質(zhì)不同，凸模和凹模磨損后，尺寸變化趨勢(shì)不同，所以基準(zhǔn)件的刃口尺寸計(jì)算方法也不相同 6.2.3沖孔刃口尺寸計(jì)算 查得沖裁刃口雙面間隙Zmin=0.08mm，Zmax=0.12mm。未注公差的零件尺

37、寸按IT14級(jí)精度計(jì)算，查得x=0.5。 沖孔凸、凹模的制造公差可由下表查出： 基本尺寸 凸模偏差 凹模偏差 ≤18 0.020 0.020 〉18~30 0.020 0.025 〉30~80 0.020 0.030 〉80~120 0.025 0.035 〉120~180 0.030 0.040 〉180~260 0.030 0.045 〉260~360 0.035 0.050 〉360~500 0.040 0.060 〉500 0.050 0.070 表6-2 規(guī)則形狀（圓形、方形）沖裁時(shí)凸模、凹模的制造偏差（mm） 從

38、上表可知： ，-0.52 校核： 因此，凸、凹模采用配合加工方法。 則凸模刃口尺寸由下式計(jì)算： d=9.96mm 凹模刃口尺寸按凸模尺寸配制，保證其雙間隙為0.08~0.12mm。 d =10.33mm 圖6-1沖孔凸模 6.2.4拉深成形工作部分尺寸計(jì)算 拉深起伏見未注公差按IT14級(jí)計(jì)算，其偏差值可查表6-1，得其極限偏差為。則凸、凹模的制造公差可按IT10級(jí)計(jì)算，其值可查得0.14mm。 拉深成形模的單邊間隙； Z=1.62+0.8*1=2.42 查得x=0.75 20mm翻邊凸，根據(jù)入體原則，則先計(jì)算凹模尺寸： D=19.75

39、mm 凸模尺寸根據(jù)凹模尺寸配制，凸、凹模采用配合加工方法： D=15.16mm 50mm成形件凸、凹模，根據(jù)入體原則，也先計(jì)算凹模： D=55.09mm 凸模尺寸根據(jù)凹模尺寸配制，凸、凹模采用配合加工方法： D=50.25mm 6.2.5落料刃口尺寸計(jì)算：。 落料件尺寸Φ58.5mm的極限偏差由表6-1查出=0.87mm。磨損因數(shù)查出x=0.5。凹模的制造公差： 則：凸模尺寸為：d=58.07mm 凹模尺寸:d=58.42mm 圖6-2落料凹模 第七章 模具總體設(shè)計(jì) 7.1模具類型的選擇 由沖壓工藝分析可知，采用復(fù)合模沖壓

40、，所以模具類型為復(fù)合模具。 7.2確定送料方式 模具相對(duì)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(zhǎng)度）＜B（垂直于送料方向的凹模寬度）時(shí)，采用縱向送料方式；L＞B時(shí)，則采用橫向送料方式；L=B時(shí)，縱向或橫向均可。就本模具而言，L=B其送料方式應(yīng)采用橫向送料。 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(jìn)方向采用導(dǎo)料柱和擋料銷協(xié)調(diào)作用?？刂茥l料送進(jìn)步距采用擋料銷。而第一件工件的沖壓位置因?yàn)闂l料長(zhǎng)度有一定余量，可以靠操作工目測(cè)來(lái)定。 7.4卸料、出件方式的選擇 模具是采用彈壓卸料板，還是采

41、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(shí)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(jìn)動(dòng)作，且彈壓卸料板卸料時(shí)對(duì)條料施加的是柔性力，不會(huì)損傷工件表面，因此實(shí)際設(shè)計(jì)中盡量采彈壓卸料板，而只有在彈壓卸料板卸料力不足時(shí)，才改用固定卸料板。 7.5導(dǎo)向方式的選擇 如采用縱向送料方式，適宜采用中間導(dǎo)柱導(dǎo)套模架（對(duì)角導(dǎo)柱導(dǎo)套模架也可）；橫向送料適宜采用對(duì)角導(dǎo)柱導(dǎo)套模架：而后側(cè)導(dǎo)柱導(dǎo)套模架有利于送料（縱橫向均可且送料較順暢），但工作時(shí)受力均衡性和對(duì)稱性比中間導(dǎo)柱導(dǎo)套模架及對(duì)角導(dǎo)柱導(dǎo)套模架差一些；四角導(dǎo)柱導(dǎo)套模架則常用于大型模具；而精密模具還須采用滾珠導(dǎo)柱

42、導(dǎo)套。本模具采用后側(cè)導(dǎo)柱導(dǎo)套模架，因?yàn)橄驒M向送料方式較適合。 第八章 沖模主要零件設(shè)計(jì) 8.1模具材料的選擇 8.1.1模具材料的處理 一模具材料的選擇是否正確不僅影響到模具使用壽命，也影響著制件的生產(chǎn)質(zhì)量。應(yīng)該根據(jù)模具制造條件、模具工作條件、模具材料的基本性能等相關(guān)因素，來(lái)選擇經(jīng)濟(jì)、先進(jìn)、適用的模具材料。選材時(shí)必須兼顧模具使用性能要求。對(duì)于冷沖模應(yīng)主要考慮鋼的強(qiáng)度、韌性和耐磨性。強(qiáng)度與韌性以及韌性與耐磨性之間往往此消彼長(zhǎng)。當(dāng)模具的主要失效方式是脆性開裂時(shí)可考慮選擇強(qiáng)度較低但韌性更好的材料或制訂合理的熱處理工藝以改善鋼的韌性，亦可根據(jù)實(shí)際情況選擇同時(shí)具有高強(qiáng)度與高韌性的高級(jí)合金鋼。

43、從兼顧韌性和耐磨性的角度除了整體合理選材外，亦可考慮在保證韌性的同時(shí)，采用合理的表面處理以改善模具的耐磨性。塑料模具鋼選用時(shí)要兼顧其在塑料成形溫度下的強(qiáng)度、耐磨性和耐蝕性，同時(shí)還應(yīng)考慮其加工性能和鏡面度。 熱處理不當(dāng)是導(dǎo)致模具早期失效的重要因素。熱處理對(duì)模具壽命的影響主要反映在熱處理技術(shù)要求不合理和熱處理質(zhì)量不良兩個(gè)方面。統(tǒng)計(jì)資料表明，由于選材和熱處理不當(dāng)，致使模具早期失效的約占70％。 8.1.2 Cr12鋼的性能 Cr12 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，

44、回火溫度140～160℃，HRC60～64。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(guò)剩碳化物和更高的硬度及耐磨性。此外，鎢還有助于保存細(xì)小晶粒，從而使鋼獲得較好的韌性。所以由Cr12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。 但是，Cr12 鋼對(duì)形成碳化物網(wǎng)比較敏感，這種網(wǎng)的存在，就使工具刃部有剝落的危險(xiǎn)，從而使工具的使用壽命縮短，因此，有碳化物網(wǎng)的鋼，必須根據(jù)其嚴(yán)重程度進(jìn)行鍛壓和正火。這種鋼用來(lái)制造在工作時(shí)切削刃口不劇烈變熱的工具和淬火時(shí)要求不變形的量具和刃具，

45、例如制作刀、長(zhǎng)沖裁模的工作零件對(duì)材料性能特殊要求，沖裁模的刃口在工作時(shí)受到強(qiáng)烈的摩擦和沖擊，所以其模具材料應(yīng)該具有高的耐磨性、沖擊韌性以及耐疲勞斷裂性能。 由于該模具是用來(lái)沖裁復(fù)雜形狀的工件，采用材料Cr12，熱處理HRC58～60 8.2沖孔凸凹模的設(shè)計(jì) 8.2.1凸模、凹模的固定形式 如圖8—1所示、圖a、b、g、h是直接固定在模板上的，其中圖b、h一般用于小型和大列零件，圖a、s常用于沖壓數(shù)量較少的簡(jiǎn)單模；圖c、i所示凸模(凹模)與固走板用H7/m6配合．上面留有臺(tái)階，這種形式多在零件形狀簡(jiǎn)單、板材較厚時(shí)采用；固d所示是采用鉚接，凸模上無(wú)臺(tái)階，全部長(zhǎng)度尺寸形狀相同，裝配時(shí)上面

46、鉚開然后磨平。這種形式適用于形狀較復(fù)雜的零件，加工凸模時(shí)便于全長(zhǎng)—起磨削，圖J所示是僅靠H7/r6配合固緊，一般只在沖壓小件時(shí)使用；圖e、f、k所示是快速更換凸模(凹模)的固定形式。對(duì)多凸模(凹模)沖模，其中個(gè)別凸模(凹模)特別易壞．需經(jīng)常更換，此時(shí)采用這種形式更換易損凸模(凹模)較方便。 圖8-1 凸模、凹模的固定形式 本設(shè)計(jì)采用圖(h) 8.2.2落料凹模刃口形式 凹模刃口通常有如圖8-2所示的幾種形式。 圖8-2凹模的刃口形式 圖a的特點(diǎn)是刃邊強(qiáng)度較好該刃口形式的特點(diǎn)是刃邊強(qiáng)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(shí)磨去的尺寸較

47、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(shí)磨去的尺寸較多。一般用于形狀復(fù)雜和精度要求較高的制件,對(duì)向上出件或出料的模具也采用此刃口形式。 圖b的特點(diǎn)不易積存廢料或制件,對(duì)洞口磨損及壓力很小,但刃邊強(qiáng)度差。且刃磨后尺寸稍有增大,不過(guò)由于它的磨損小,這種增大不會(huì)影響模具壽命。一般適用于形狀較簡(jiǎn)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(fù)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（35～40

48、HRC），采用這種形式可用手錘打斜面以調(diào)整間隙，直到試出滿意的沖裁件為止。 第九章 標(biāo)準(zhǔn)件的選擇 9.1模架及模柄的選擇 根據(jù)主要零件的結(jié)構(gòu)、外形尺寸及卸料裝置的尺寸，選取后側(cè)導(dǎo)柱模架，根據(jù)《冷沖模國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)》GB/T 2851.6—1990 取凹模周界D0=160mm*250mm，始用最小閉合高度180mm，最大閉合高度225mm。上模板厚H=45mm，下模板厚H=55mm，材料HT200。 根據(jù)凸模的形式及卸料的要求，根據(jù)JB/T7646.3選擇凸緣模柄。 9.2導(dǎo)料柱的選擇 考慮P小于料厚，所以根據(jù)JB71-85選擇M10×80 選用材料為45號(hào)鋼。

49、 9.3推桿的選擇 按照J(rèn)b2867.3-81選擇帶肩推桿JB/T7650.1 B8×110 9.4導(dǎo)柱，導(dǎo)套的選擇 根據(jù)選擇的模架來(lái)選擇導(dǎo)柱，導(dǎo)套。導(dǎo)柱，導(dǎo)套為配合選擇 導(dǎo)柱：GB2861.1-81 導(dǎo)套：GB2861.1-81 9.5模柄的選擇 根據(jù)所選擇的壓力機(jī)來(lái)選擇模柄GB2862.8-81 9.6連接推桿的選擇 推桿的作用是實(shí)現(xiàn)推板和頂出器的傳動(dòng)，根據(jù)模具總壓力考慮選擇 GB2867.3-81 選用材料Q235。 第十章 繪制模具總圖及裝配圖 1，下模架 2，導(dǎo)柱 3，導(dǎo)套 4，上模架 5，彈簧 6，墊板 7，螺釘 8，模柄 9，螺釘 10，打料銷 11，打料板 12，打桿 13，沖孔凸模 14，卸料器 15，翻邊凸模 16，拉深凸模 17，落料拉深凸凹模 18，落料凹模 19，頂料銷 20，壓板 21，橡膠 22，推桿 23，螺釘 24，限位螺釘 25，卸料板 26，卸料螺釘