軛鐵1沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)-級(jí)進(jìn)模含21張CAD圖,軛鐵,沖壓,工藝,模具設(shè)計(jì),級(jí)進(jìn)模含,21,cad
摘 要
現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展中,模具占有舉足輕重的地位,由模具生產(chǎn)出的產(chǎn)品具有成本低,效率高,質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn),因此模具在許多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
本設(shè)計(jì)主要對(duì)軛鐵零件進(jìn)行級(jí)進(jìn)模的設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)首先闡述了沖壓模具的國(guó)內(nèi)外發(fā)展以及發(fā)展趨勢(shì)，然后根據(jù)軛鐵零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行工藝分析和排樣方案的確定，通過(guò)兩種方案對(duì)比選擇最佳方案，根據(jù)沖壓模具設(shè)計(jì)的一般步驟對(duì)凸凹模、凸模固定板、墊板等零件進(jìn)行設(shè)計(jì)，選擇合適的模架和沖壓機(jī)，對(duì)壓力機(jī)進(jìn)行了校核計(jì)算，還有一些關(guān)鍵零件進(jìn)行了校核，為了簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu)對(duì)沖孔和落料采用相同的固定板固定，落料的凹模采用整體式的結(jié)構(gòu)，利用CAD軟件完成了二維裝配圖和零件的繪制。
關(guān)鍵詞：沖壓模；模架；沖壓機(jī)；級(jí)進(jìn)模；
Abstract
Modern industrial development, mould occupies an important position, the mold to produce a product with low cost, high efficiency, as well as good quality, so the mold is widely used in many fields.
This design mainly fan-shaped gear plate for progressive die design, the design, first of all, this paper expounds the development at home and abroad and the development tendency of stamping die, and then according to the structure characteristics of the u-shaped bending plate layout for process analysis and determine, by comparison with two kinds of schemes to choose the best scheme, according to the general steps of stamping die design of convex concave die, punch plate, plate parts such as design, select the appropriate die set and punching machine, to press the check calculation, and some key parts, in order to simplify the mould structure of punching and blanking the same fixed plate fixed, blanking die adopts integral structure, using two-dimensional CAD software to complete the assembly drawing and part drawing.
Key words: Stamping die; Die set; Punching machine; Progressive die.
目 錄
摘 要 I
Abstract II
第一章 緒 論 1
1.1 沖壓模具的現(xiàn)狀 1
1. 2沖壓模具的優(yōu)缺點(diǎn) 1
1. 3沖壓模具的發(fā)展 1
第二章 軛鐵零件的沖壓工藝分析 2
2.1 零件的材料分析 2
2.2 零件工藝分析 3
2.3 尺寸精度 3
2.4 計(jì)算毛坯尺寸 3
2.5 排樣設(shè)計(jì) 5
2.5.1 排樣原則 5
2.5.2 搭邊及其作用 6
2.5.3 搭邊值的確定 6
2.5.4 載體設(shè)計(jì) 7
2.5 本章小結(jié) 8
第三章 軛鐵零件連續(xù)模的工藝計(jì)算 9
3.1 壓力的計(jì)算 9
3.1.1 沖裁力的計(jì)算 9
3.1.2 彎曲力的計(jì)算 10
3.2 壓力中心計(jì)算 12
3.3 各主要零件尺寸的計(jì)算 12
3.3.1 凹模的設(shè)計(jì) 12
3.3.2 凸模固定板的設(shè)計(jì) 15
3.3.3 墊板的選用與厚度 16
3.3.4 卸料機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 16
3.4 沖裁間隙的確定 17
3.5 刃口尺寸的計(jì)算 18
3.5.1 刃口尺寸的計(jì)算 18
3.5.2凸凹模刃口尺寸的確定 18
3.6 彎曲模具尺寸的計(jì)算 21
3.7 本章小結(jié) 22
第四章 軛鐵零件連續(xù)模的零部件設(shè)計(jì)與選用 23
4.1 模具主要零部件的設(shè)計(jì) 23
4.1.1 沖裁凸、凹模的設(shè)計(jì) 23
4.1.2 卸料板的設(shè)計(jì) 23
4.2 模架的設(shè)計(jì) 24
4.3 沖床選用 24
4.3.1 沖壓設(shè)備的選擇依據(jù) 24
4.3.2 壓力機(jī)的選擇 24
4.4 模具的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 25
4.5 本章小結(jié) 26
第五章 壓力機(jī)的校核 27
5.1 公稱(chēng)壓力 27
5.2 滑塊行程 27
5.3 行程次數(shù) 27
5.4 滑塊模柄孔尺寸 27
5.5 閉合高度 27
參考文獻(xiàn) 28
總 結(jié) 29
致 謝 30
III
第一章 緒 論
1.1 沖壓模具的現(xiàn)狀
模具制造水平的高低可以直接反映一個(gè)國(guó)家制造水平的高低，我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展對(duì)我國(guó)制造業(yè)也是一個(gè)較大的挑戰(zhàn)，模具生產(chǎn)企業(yè)也面臨著國(guó)內(nèi)外各種各樣的競(jìng)爭(zhēng)，在整個(gè)模具行業(yè)中，沖壓模具的比例占據(jù)了一半的比例，沖壓就是對(duì)金屬進(jìn)行塑形，通過(guò)將沖壓模具安裝在沖壓機(jī)上對(duì)鋼板施加一定的作用力將鋼板變形或者裁切獲得需要的產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和外形，這種方法稱(chēng)為沖壓，日常許多的生活用品都是通過(guò)沖壓成型的方法獲得，如常見(jiàn)的飯盒、金屬外殼，利用送料裝置將鋼板送至到?jīng)_壓機(jī)下方，利用不同的模具對(duì)鋼板進(jìn)行不同工序的加工，有沖裁、拉伸和彎曲等工序，主要的原理就是對(duì)板料進(jìn)行施加外力作用。
1. 2沖壓模具的優(yōu)缺點(diǎn)
沖壓是一般機(jī)械加工無(wú)法實(shí)現(xiàn)的金屬成型的加工方法，與機(jī)械加工的方法相比，在很多方面占據(jù)很大優(yōu)勢(shì)，例如沖壓不會(huì)產(chǎn)生金屬切屑，對(duì)板料的利用率較高，在沖壓后板料不會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中，可以利用沖壓機(jī)和沖壓模具可以大批量的生產(chǎn)簡(jiǎn)單和復(fù)雜形狀的零件，生產(chǎn)的效率很高，沖床每沖一次即可以沖出一個(gè)零件，由于沖床的頻率很高，利用曲柄連桿機(jī)構(gòu)高速?zèng)_壓，因此每分鐘的產(chǎn)量還是相對(duì)較高，零件的外形和精度主要依靠模具的結(jié)構(gòu)和精度來(lái)保證，對(duì)作業(yè)者的要求較低，可以進(jìn)行大規(guī)模的制造生產(chǎn)。
沖壓模具也存在著不足之處，只能對(duì)于大批量的產(chǎn)品使用，對(duì)于那些外形復(fù)雜、需要的時(shí)間長(zhǎng)以及制造要求高可以滿足，對(duì)于小批量去設(shè)計(jì)模具不經(jīng)濟(jì)，而且對(duì)鋼板的厚度也有要求，對(duì)于精度要求特別高的產(chǎn)品模具也是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。
1. 3沖壓模具的發(fā)展
在沖壓模具中級(jí)進(jìn)模是一個(gè)比較高效、精密和壽命長(zhǎng)的模具，這個(gè)是未來(lái)模具的發(fā)展方向，級(jí)進(jìn)模是在單工序模的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，可以完成落料、沖孔、彎曲、翻邊以及拉伸等多道工序，可以通過(guò)一套模具來(lái)完成不同的工序，這樣可以節(jié)省模具的制造費(fèi)用和節(jié)省生產(chǎn)時(shí)間，級(jí)進(jìn)?？梢赃m用于產(chǎn)品尺寸很小、材料比較薄和形狀復(fù)雜以及批量較高的場(chǎng)合，有的模具的工位可以達(dá)到幾十個(gè)，級(jí)進(jìn)模可以完成自動(dòng)送料和檢測(cè)的功能。
第二章 軛鐵零件的沖壓工藝分析
2.1 零件的材料分析
利用CAD二維軟件繪制出軛鐵零件的二維圖，如圖2.1所示，該零件為V型結(jié)構(gòu)，材料厚度為1.5mm，材質(zhì)為電工純鐵（GT4），該零件可以通過(guò)落料沖孔彎曲來(lái)獲得，該零件有兩個(gè)孔，大小為；另外零件上還有3個(gè)0.6mm高的小凸臺(tái)直徑分別為其中零件孔的位置有一個(gè)M2.5的螺牙，沖裁時(shí)需加工出螺牙的底孔，查《沖壓手冊(cè)可知》螺牙的底孔直徑為，另零件上有一個(gè)90°的彎曲，為V形彎曲。
圖2.1 軛鐵零件圖
零件的尺寸分析：從圖2.1中可以看出軛鐵零件的尺寸精度不高，圖中沒(méi)有標(biāo)注的公差等級(jí)按照IT12來(lái)處理，最大尺寸為兩側(cè)面的長(zhǎng)度為31.3mm，尺寸不是很大，材料的厚度為1.5mm。
零件的材料分析：查得電工純鐵（GT4）材質(zhì)的抗拉強(qiáng)度要大于295MPa，延伸率要大于0.35,電工純鐵（GT4）鋼的材料的塑形比較好，適合進(jìn)行沖壓成型。
零件的結(jié)構(gòu)分析：軛鐵零件有落料沖孔和折彎工序，不可以通過(guò)一次成型，零件的結(jié)構(gòu)比較規(guī)則，沖壓的性能很好。
從上面三個(gè)方面進(jìn)行分析可以判斷出該零件可以進(jìn)行沖壓，而且沖壓的性能好。
2.2 零件工藝分析
軛鐵零件從結(jié)構(gòu)和工藝上分析可以看出有沖孔、落料及折彎等工序，下面擬定三種沖壓方案進(jìn)行比較，選出最佳的沖壓方案。
方案一：沖孔，沖零件上的小凸臺(tái)，折彎，落料連續(xù)沖壓，采用連續(xù)模生產(chǎn)。
方案二：先落料，再?zèng)_零件上的凸臺(tái)，再?zèng)_孔，最后再折彎，采用單工序模生產(chǎn)。
方案二雖然模具的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，但是需要設(shè)計(jì)四套模具，在設(shè)計(jì)成本和制造成本考慮相對(duì)較高，不宜采用。
采用方案一的級(jí)進(jìn)模，不僅操作方便安全，而且生產(chǎn)率最高，也能夠滿足大批量生產(chǎn)的要求，可以一次完成沖孔落料和彎曲的工序，成本比方案二的要低，因此可以采用方案一的沖壓方案。
2.3 尺寸精度
由于軛鐵零件要求的沖壓精度不高，根據(jù)表3-1可以根據(jù)基本尺寸來(lái)確定公差等級(jí)，根據(jù)零件的尺寸確定沖壓的等級(jí)為IT11級(jí)。
表2-1 沖裁件外形與內(nèi)孔尺寸公差（mm）
材料厚度t
基本尺寸
≤3
3～6
6～10
10～18
18～500
≤1
IT12～I(xiàn)T13
IT11
1～2
IT14
IT12～I(xiàn)T13
IT11
2～3
IT14
IT12～I(xiàn)T13
3～5
-
IT14
IT12～I(xiàn)T13
2.4 計(jì)算毛坯尺寸
由于零件是彎曲件，在沖壓前需要計(jì)算展開(kāi)尺寸，一般展開(kāi)尺寸按照中性層的展開(kāi)方法進(jìn)行計(jì)算。
圖2-2有圓角半徑的彎曲
圓角部分的展開(kāi)長(zhǎng)度等于對(duì)應(yīng)的中性層的長(zhǎng)度，公式2.1，即
（2.1）
式中 ——各圓角部分的展開(kāi)長(zhǎng)度(mm)；
——彎曲度(°)；
r——彎曲半徑(mm)；
x——中性層位移系數(shù)，與相對(duì)彎曲半徑r/t、彎曲方式等因素有關(guān)，見(jiàn)表2-2；
t——材料厚度(mm)
查表2-2，零件V形彎曲位置的r/t=0.5,x=0.25
零件的U形彎曲位置的=1.77mm
表2-2 中性層位移系數(shù)x
r/t
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
1
1.2
x
0.21
0.22
0.23
0.24
0.25
0.26
0.28
0.3
0.32
0.33
r/t
1.3
1.5
2
2.5
3
4
5
6
7
≥8
x
0.34
0.36
0.38
0.39
0.4
0.42
0.44
0.46
0.48
0.5
由前面計(jì)算出工件的彎曲部分，得到坯料的外形尺寸見(jiàn)圖2-3所示：
圖2.3 軛鐵零件展開(kāi)圖
2.5 排樣設(shè)計(jì)
級(jí)進(jìn)模在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，首先需要設(shè)計(jì)排樣圖，將板料進(jìn)行排樣，板料排樣是級(jí)進(jìn)模初步設(shè)計(jì)的一個(gè)重要的方案，排樣圖設(shè)計(jì)的合理與否對(duì)模具的結(jié)構(gòu)和整個(gè)的成本影響還是很大的，對(duì)于大批量的模具制造過(guò)程中，如果排樣圖出現(xiàn)問(wèn)題，會(huì)導(dǎo)致模具無(wú)法進(jìn)行零件成型的加工，最終導(dǎo)致模具報(bào)廢，而一套模具的造價(jià)是很高的，而且一旦排樣圖確定后沖壓件的各工序的先后順序是無(wú)法改變，零件的排樣方式、步距的尺寸和條料的載體也被確定了，因此對(duì)于排樣的設(shè)計(jì)需要反復(fù)考慮方案在保證模具結(jié)構(gòu)不會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤的情況下達(dá)到最大的優(yōu)化，在本次的模具設(shè)計(jì)中需要先沖孔和落料，然后進(jìn)行折彎成型。
2.5.1 排樣原則
在沖壓過(guò)程中，每個(gè)工序加工也要進(jìn)行排樣，稱(chēng)為工序排樣，每沖壓一次工件移動(dòng)一個(gè)步距，由于不同的工序加工的實(shí)際內(nèi)容不同，特別是級(jí)進(jìn)模的設(shè)計(jì)過(guò)程中需要合理的設(shè)計(jì)每個(gè)工序的內(nèi)容。
1．工序排樣的總體設(shè)計(jì)
在級(jí)進(jìn)模的排樣時(shí)盡量將各個(gè)工位分散設(shè)計(jì)，這樣可以提高模具的壽命，為了簡(jiǎn)化模具的結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)的該級(jí)進(jìn)模分為兩個(gè)工序，分別為沖孔工序和落料工序，都是一個(gè)工位完成。
2．空工位的設(shè)置
空工位是指在經(jīng)過(guò)沖裁的工序時(shí)不做任何的沖切加工，空位是為了增加模具的強(qiáng)度，確保模具的使用壽命，這樣可以保證零件的質(zhì)量以及特殊機(jī)構(gòu)的設(shè)置，空工位會(huì)增加模具的工作時(shí)間，對(duì)于本模具的設(shè)計(jì)無(wú)需設(shè)計(jì)空工位。
3．載體的設(shè)置
一個(gè)級(jí)進(jìn)模包含幾個(gè)工位以上，這就是級(jí)進(jìn)模和其他模的不同之處，級(jí)進(jìn)模需要將工件從第一個(gè)工序一直完成到最后一個(gè)工序，這是設(shè)計(jì)級(jí)進(jìn)模所需要具備的條件，而且級(jí)進(jìn)模承受的載體需要具備足夠的強(qiáng)度，這樣才可以在大的沖壓力下將工序完成，承載條料的載體有三種形式，分為雙側(cè)載體、中間載體以及單側(cè)載體，在本次模具設(shè)計(jì)中采用的是單側(cè)載體，主要的原因就是單側(cè)載體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而且能夠滿足承載的需要。
2.5.2 搭邊及其作用
條料搭邊是沒(méi)用的剩料，但是又不可缺少，是零件與條料側(cè)邊以及兩個(gè)相鄰零件之間的剩料，目的是將條料進(jìn)行定位，這樣可以保證零件在沖壓過(guò)程中的精度和質(zhì)量，可以保證沖壓出尺寸和精度合格的零件，而且使得條料具有一定的剛度不會(huì)發(fā)生彎曲，并能延長(zhǎng)模具的使用壽命
2.5.3 搭邊值的確定
搭邊值的選擇一般是從材料的利用率這方面來(lái)考慮，目的是減少?gòu)U料降低成本，搭邊值如果設(shè)計(jì)的太小，會(huì)使得凸模側(cè)面上的法向力分布不均勻，這樣會(huì)影響沖裁的重量和模具的使用時(shí)間，因此搭邊的最小值要大于沖壓時(shí)零件發(fā)生塑形變形區(qū)的寬度值，假如搭邊值設(shè)計(jì)的比板材的厚度還小，在沖壓時(shí)搭邊在沖壓力的作用下被拉斷，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使得零件產(chǎn)生很多毛刺，對(duì)模具的刃口損壞。
設(shè)計(jì)的搭邊有兩個(gè)分別為間隙搭邊和側(cè)搭邊，間隙搭邊是指兩個(gè)相鄰沖件之間的間距，一般取搭邊值等于沖件的板厚，查表2-3可知零件的間隙搭邊為1.5mm，零件的側(cè)搭邊為1.8mm，為了保證送料的運(yùn)行，可以將間隙的搭邊值取得大些，本設(shè)計(jì)取搭邊值為3.0mm，側(cè)搭邊是指沖件在寬度方向的剩余的多余的料的寬度，取側(cè)搭邊值為2.0mm。
表2-3最小工藝搭邊值
材料厚度
圓件及r>2t的圓角
矩形件邊長(zhǎng)L≤50mm
矩形件邊長(zhǎng)L>50mm或圓角r≤2t
a
a1
a
a1
a
a1
≤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
1.0
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
2.5
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
2.5.4 載體設(shè)計(jì)
載體是指連續(xù)模沖壓時(shí)，條料內(nèi)連接工序并運(yùn)載其穩(wěn)定前進(jìn)的這部分材料， 而且級(jí)進(jìn)模承受的載體需要具備足夠的強(qiáng)度，這樣才可以在大的沖壓力下將工序完成，承載條料的載體有三種形式，分為雙側(cè)載體、中間載體以及單側(cè)載體，在本次模具設(shè)計(jì)中采用的是由于是V型零件，采用單載體符合要求。
步距是模具設(shè)計(jì)中一個(gè)重要的參數(shù)，模具一次沖完一步個(gè)工序后條料移動(dòng)的距離，這個(gè)距離是固定的，步距對(duì)零件的尺寸精度影響較大，因此在進(jìn)行模具設(shè)計(jì)時(shí)需要設(shè)計(jì)合理的步距，步距是任意相鄰工序之間的距離值，由于每個(gè)工位的距離是相同的，因此步距適合于任何一個(gè)工序，而且都是相同的。
排樣方式采用如圖2-4所示的單排直排排，送料定距采用側(cè)刃粗定位，導(dǎo)正銷(xiāo)精定位，其中零件上的?3.6的圓孔作為導(dǎo)正銷(xiāo)孔使用送料步距為15mm。
圖2-4 軛鐵排樣圖
第1工位：側(cè)刃切側(cè)邊廢料用于零件的初定位。
第2工位：沖零件上?3.6mm的圓孔和?4mm高0.6mm的凸臺(tái)
第3工位：設(shè)置導(dǎo)正銷(xiāo)定位，沖零件上兩處?1.5mm高0.6mm的凸臺(tái)
第4工位：沖零件兩端廢料
第5工位：沖零件兩端廢料
第6工位：沖零件兩端廢料
第7工位：彎曲
第8工位：落料
2.5 本章小結(jié)
本章主要對(duì)零件的材料、工藝等方面做出了比較詳細(xì)的分析。對(duì)零件的展開(kāi)尺寸進(jìn)行了計(jì)算，還確定了具體的加工方案、排樣方式以及具體的加工工序等等。這是本設(shè)計(jì)最基礎(chǔ)的部分。
第三章 軛鐵零件連續(xù)模的工藝計(jì)算
3.1 壓力的計(jì)算
3.1.1 沖裁力的計(jì)算
沖壓的工藝計(jì)算主要是對(duì)壓力機(jī)的沖裁力、壓力的中心以及頂件力的計(jì)算，這樣可以有效的利用壓力機(jī)，防止壓力機(jī)承載過(guò)大而損壞，工藝計(jì)算是模具設(shè)計(jì)中不可缺少的步驟。其中零件上3處0.6mm高凸臺(tái)位置為剪切變形，按照零件的沖裁力計(jì)算
零件沖裁的總長(zhǎng)度為：
沖裁力是零件在沖壓的過(guò)程中凸模對(duì)材料施加的壓力，沖裁力的大小是變化的，隨著凸模的行程變化而變化，沖裁力的校核主要是對(duì)其最大值的校核，平刃沖模的沖裁力大小可以根據(jù)下面的公式來(lái)計(jì)算。
1. 沖裁力： （3.1）
2. 卸料力： （3.2）
3. 推件力： （3.3）
4. 頂件力： (3.4)
注：式中 L—沖裁件周長(zhǎng)（mm）
t—材料厚度（mm）
--抗剪強(qiáng)度（M）
K—系數(shù)（一般取K=1.3）
n同時(shí)卡在凹模內(nèi)的零件個(gè)數(shù)，凹模刃口取6mm，所以n=4
、、--卸料力、推件力、頂件力系數(shù)可由表3.1查得。
表3.1 卸料力、推件力、頂件力系數(shù)
材料
鋼
材料厚度/mm
>0.1~0.5
0.045~0.055
0.065
0.08
>0.5~2.5
0.04~0.05
0.055
0.06
>2.5~6.5
0.03~0.04
0.045
0.05
注：本表摘自《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)》P22 表2-10
以上兩項(xiàng)沖壓力的總合為:
=162.36kN +35.72kN +9.74kN+7.31kN
=215.13KN
3.1.2 彎曲力的計(jì)算
由于零件的彎曲角度為90°，因此為V型彎曲，如圖3-1所示為零件彎曲成型后的形狀。
圖3-1 V型彎曲
1）自由彎曲時(shí)的彎曲力公式
V形彎曲件： (3.5)
U形彎曲件：； (3.6)
式中：、——自由彎曲力；
B——彎曲件的寬度；
t——彎曲件厚度；
r——內(nèi)圓彎曲半徑；
——彎曲材料的抗拉強(qiáng)度；
K——安全系數(shù)，一般取1.3。
2）、校正彎曲力公式
(3.7)
式中：——校正力；
——單位面積上的校正力，Mpa，見(jiàn)表3.2；
A——彎曲件被校正部分的投影面積，mm2。
表3.2 單位校正彎曲力 單位（MPa）
3）計(jì)算
本彎曲件彎曲部分為V形彎曲。
U形彎曲力：
校正彎曲力：
查表2-6得；彎曲件被校正部分的投影面積
自由彎曲力與校正彎曲力之和：
所以F總=215.13+10.73=225.86KN
3.2 壓力中心計(jì)算
壓力中心主要對(duì)沖壓力的外力之和的作用點(diǎn)的計(jì)算，沖壓機(jī)上沖頭的中心盡可能的與模具上滑塊的中心在一條直線上，保證模具工作的精度和產(chǎn)品的精度，可以避免模具磨損較快并且提高其壽命。
計(jì)算公式:
= （3.8）
= （3.9）
取兩孔的中心為零點(diǎn)，通過(guò)力矩相等可以計(jì)算出壓力中心的坐標(biāo)值為：
圖3.1 壓力中心的位置
3.3 各主要零件尺寸的計(jì)算
3.3.1 凹模的設(shè)計(jì)
凹模一般有三種結(jié)構(gòu)，分別為整體式的結(jié)構(gòu)、拼合式的結(jié)構(gòu)和嵌塊式的結(jié)構(gòu)，下面對(duì)這三種結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。
整體式凹模就是采用一個(gè)鋼板加工成型，上面的孔可以通過(guò)線切割出，不足之處就是凹模出現(xiàn)磨損的情況下不能更換必須整體都要進(jìn)行重新加工替換，整體式的凹模在加工方式上也比較靈活，在工序較少的級(jí)進(jìn)模中用的較多，整體式凹模是通過(guò)螺釘和銷(xiāo)釘將其固定在模座上。
拼合式的凹模又可以分成兩種，分別為分段拼合和拼合型孔，主要針對(duì)的是凹模型孔難以加工的條件下，它與模座的固定方式和整體式的相同，由于這類(lèi)凹模的加工精度較高而且制造很容易，模具的壽命也相對(duì)較長(zhǎng)，因此這種結(jié)構(gòu)廣泛的被采用。
嵌塊式凹模顧名思義是由兩件組成，通過(guò)固定板裝在凹模的鑲塊上，鑲塊采用的結(jié)構(gòu)一般用圓形或者矩形，其特點(diǎn)與拼合式的凹模一樣，為了方便調(diào)整其間隙并對(duì)模具進(jìn)行維修，嵌塊與固定板之間采用過(guò)渡配合裝在一起，配合的公差為H7/m6，固定板下面再增加一個(gè)墊板，通過(guò)螺釘進(jìn)行連接，這樣凹模構(gòu)成了一個(gè)整體結(jié)構(gòu)形式。
根據(jù)凹模厚度的計(jì)算公式:
(315mm) （3.10）
可以計(jì)算出所需的凹模的厚度,其中=46.67mm,查表3.3，得=0.4,故：
= 0.4′46.67mm 18.67mm
凹模厚度應(yīng)適當(dāng)增加,可取= 20mm。
表3.3 系數(shù)K的數(shù)值 （mm）
凹?？椎淖畲髮挾萣
材料的厚度t
1
>1~3
>3~6
K
50
>50~100
>100~200
0.3~0.4
0.2~0.3
0.15~0.2
0.35~0.5
0.22~0.35
0.12~0.22
0.45~0.6
0.30~0.45
0.22~0.3
注：本表摘自《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)》P47 表2-19
根據(jù)公式:
C=(1.5~2) （3.11）
= 30~40mm,
綜合考慮取C=40mm。
凹模的刃口尺寸需要根據(jù)凸模上的尺寸進(jìn)行計(jì)算，本次設(shè)計(jì)的模具的凹模尺寸設(shè)計(jì)為120mmx200mm。根據(jù)常用的模具材料選用凹模的材質(zhì)為Cr12，凹模熱處理后的硬度范圍在60HRC-64HRC，如圖3.2所示為凹模的設(shè)計(jì)。
圖3.2 凹模的設(shè)計(jì)
3.3.2 凸模固定板的設(shè)計(jì)
根據(jù)凸模固定板的厚度公式：
沖孔凸模和落料凸模通過(guò)臺(tái)階掛臺(tái)和凸模固定板進(jìn)行固定且裝配后磨平，并通過(guò)墊板將其壓穩(wěn)。根據(jù)常用的模具材料選用凸模的材質(zhì)為Cr12，凸模熱處理后的硬度范圍在58HRC-62HRC，如圖3.3所示為凸模固定板的設(shè)計(jì)。
圖3.3 凸模固定板的設(shè)計(jì)
3.3.3 墊板的選用與厚度
由于要加工的地方較多，上模板的大部分都被挖空，因此必須采用墊板，而且墊板承受較大凸模壓力時(shí)，墊板的厚度也必須相應(yīng)的增加。綜合各種因素，可分別選用凸模墊板厚度H=15mm。
3.3.4 卸料機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
卸料機(jī)構(gòu)主要是在凸模上將條料卸下來(lái)，而且卸料機(jī)構(gòu)可以用來(lái)壓料防止沖壓時(shí)發(fā)生變形，可以對(duì)物料進(jìn)行導(dǎo)向并且對(duì)凸模起到保護(hù)作用，卸料裝置可以分為兩種，一種是剛性卸料，另外一種是彈性卸料，彈性卸料的主要功能就是在沖壓前將帶料進(jìn)行壓緊，沖壓完畢后平穩(wěn)的將料卸掉。
在扇形齒板的級(jí)進(jìn)模的設(shè)計(jì)中，本設(shè)計(jì)采用的卸料機(jī)構(gòu)為彈性卸料，利用彈性卸料具有的卸料和壓料的兩個(gè)作用，常用在零件厚度比較薄的材質(zhì)上，這樣可以提高零件的平整度，零件在進(jìn)行彎曲的時(shí)候，這種卸料方式也可以對(duì)條料起到防止移動(dòng)的作用，彈簧卸料機(jī)構(gòu)的卸料的力是通過(guò)四角處橡膠彈簧提供的彈力，當(dāng)上模往上工作時(shí)，卸料板會(huì)將條料往下推，只有上模移動(dòng)到一定的距離時(shí)卸料板將條料松開(kāi)，這樣就完成了一個(gè)工序的成型，然后進(jìn)行前進(jìn)一個(gè)步距的距離進(jìn)行下一個(gè)工序的沖制。
前面計(jì)算的卸料力：
=7.31kN
卸料裝置初定4根彈簧,則每根彈簧分擔(dān)的卸料力為:
根據(jù)預(yù)壓力和模具結(jié)構(gòu)尺寸,由《沖壓模具標(biāo)準(zhǔn)件選用與設(shè)計(jì)指南》P150表6-3中可選序號(hào)23~29的彈簧
檢驗(yàn)是否滿足3:
其中= 10mm,= 10%~20%,由《沖壓模具標(biāo)準(zhǔn)件選用與設(shè)計(jì)指南》P150及負(fù)荷?行程曲線,可得下列表3.3有關(guān)數(shù)據(jù)：
表3.3 彈簧相關(guān)參數(shù)
彈簧
序號(hào)
=-
=+ +(=5)
23
40
31.1
8.9
5
11.5
24
50
37
13
8
14.5
25
63
47.2
15.8
9
15.5
26
80
61.2
18.8
11
17.5
27
100
78.2
21.8
12.5
19
28
125
100.3
24.7
14
20.5
29
150
122.5
27.5
15.5
22
故選取24號(hào)彈簧,外徑D=20mm,鋼絲直徑d=11mm,自由狀態(tài)下高度=50mm。彈簧的裝配高度=-=35mm。
3.4 沖裁間隙的確定
由于模具使用過(guò)程中會(huì)導(dǎo)致間隙增大，在設(shè)計(jì)和制造時(shí)我們采取的間隙值應(yīng)當(dāng)為最小值。查《沖壓手冊(cè)》可知電工純鐵的材料性能與10鋼相似所以查表3-4得出雙面間隙最小值，最大雙面間隙
表3.4 初始雙面間隙、
材料厚度/
08、10、35
09M2、Q235
Q345
40、50
65
小于0.5
極小間隙
1.0
0.010
0.14
0.100
0.140
0.100
0.140
0.090
0.126
1.2
0.126
0.180
0.132
0.180
0.132
0.180
1.5
0.132
0.240
0.170
0.240
0.170
0.240
1.75
0.220
0.320
0.220
0.320
0.220
0.320
2.0
0.246
0.360
0.246
0.360
0.246
0.360
3.5 刃口尺寸的計(jì)算
3.5.1 刃口尺寸的計(jì)算
刃口計(jì)算的方法有分開(kāi)加工法和配做加工法，在產(chǎn)品要求不高的時(shí)候選擇分開(kāi)加工的方法，對(duì)于沖件外形復(fù)雜精度較高時(shí)采用配做加工，由于本設(shè)計(jì)的彎板精度不高，因此選用分開(kāi)加工的方法。
圖3.4 零件落料沖孔尺寸示意圖
3.5.2凸凹模刃口尺寸的確定
凸凹模的刃口尺寸對(duì)沖裁件的尺寸精度有較大影響，而且刃口尺寸的精度影響著間隙的大小，還會(huì)對(duì)模具的制造成本和壽命有影響，因此對(duì)凸模和凹模刃的計(jì)算是模具設(shè)計(jì)過(guò)程中不可缺少的一項(xiàng)工作，對(duì)凸模和凹模刃口的計(jì)算依據(jù)如下：
（1）凸模的外徑要與孔的直徑相同，這個(gè)即是沖裁變形的規(guī)律；
（2）根據(jù)孔的尺寸精度；
（3）凸模與孔之間的配合間隙；
（4）凸模與孔之間的磨損；
（5）凸模的加工方式。
因而，在計(jì)算刃口尺寸時(shí)應(yīng)按照以下原則進(jìn)行：
1）凹模的尺寸要通過(guò)落料的尺寸來(lái)計(jì)算，凸模的尺寸需要通過(guò)沖孔的尺寸來(lái)計(jì)算;
2）計(jì)算凸凹模的尺寸時(shí)需要考慮到凸凹模的磨損問(wèn)題，在計(jì)算刃口尺寸時(shí)在凸凹模的刃口尺寸磨損增加后，刃口的公稱(chēng)尺寸選擇公差最小的一個(gè)數(shù)值，相反的條件下，就應(yīng)該取公差數(shù)值較大的一個(gè)；
3）計(jì)算凸凹模的刃口尺寸可以沖出零件的尺寸符合要求，對(duì)模具的壽命有一定的保證；
4）便于對(duì)模具的生產(chǎn)加工以及維護(hù)并且可以降低模具的費(fèi)用；
對(duì)沖模的加工主要是對(duì)凸模和凹模的刃口尺寸進(jìn)行控制，因?yàn)樗鼈兏鶕?jù)不同的結(jié)構(gòu)加工方法也不同，不同的加工方法其凹模和凸模的刃口尺寸計(jì)算方法也不一樣，凸模和凹模計(jì)算方法基本上可以分為兩類(lèi)，分別為先后加工法和配合加工法，下面對(duì)它們進(jìn)行介紹。
（1）分別加工法
分別對(duì)凸模和凹模進(jìn)行加工，這種加工的方式只適合與對(duì)沖壓件為圓形或者結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的零件，利用這種方法加工的凸模和凹模具有互換性，這種方法加工的精度較高，為了保證間隙合理，凸凹模的公差選用較小的公差，這樣會(huì)造成模具的加工困難增加制造成本。
（2）配合加工法
配合加工法一般用于沖裁件外形復(fù)雜或者板厚較薄的模具上，為了確保凸凹模之間有一定的間隙，可以采用配合加工的方法，這種方法是將一件加工好的工件作為樣板件，將樣板件作為標(biāo)準(zhǔn)去加工另外一個(gè)零件，這樣可以保證它們之間的間隙，此種加工的特點(diǎn)是可以保證模具中的凸模和凹模的間隙，在加工基準(zhǔn)件的同時(shí)將模具的公差適當(dāng)?shù)姆艑掽c(diǎn)，這樣也使得加工更加的容易，基準(zhǔn)件上只需要標(biāo)注尺寸的公差，然后配合件只需要標(biāo)注好基本的尺寸并標(biāo)明配合件的間隙尺寸。
采用凸模和凹模分開(kāi)加工的，采用這種方法，要分別標(biāo)注凸模和凹模刃口尺寸與制造公差，為了保證間隙值必須滿足式：
查《沖壓手冊(cè)》可知，
校核間隙：滿足｜｜+｜｜>條件 ，因此間隙的取值滿足要求。
沖孔時(shí)首先確定凸模刃口尺寸。由于基準(zhǔn)件凸模的刃口尺寸在磨損減小，因此應(yīng)使用凸模的基本尺寸接近工件的最大極限尺寸，凸模制造去負(fù)偏差，凹模去正偏差，----磨損系數(shù)查《沖壓手冊(cè)》x=0.5，
-----工件公差按IT12級(jí)選取.
沖孔（3.6mm）
查標(biāo)準(zhǔn)公差表表知=0.12
沖M2.5螺絲底孔（2mm）
查標(biāo)準(zhǔn)公差表表知=0.1
落料尺寸10mm
由零件圖知=0.1
落料尺寸12mm
由零件圖知=0.1
落料尺寸16mm
由零件圖知=0.1
落料尺寸1.4mm
中心距
尺寸
尺寸
尺寸
尺寸
3.6 彎曲模具尺寸的計(jì)算
U形件凸、凹模的單面間隙值一般可按下式計(jì)算：
；
式中：
，其值按表3-2選取。
表3-2 間隙系數(shù)C值（單位mm）
當(dāng)工件精度要求較高時(shí)，間隙值應(yīng)適當(dāng)減小，可以取Z/2=t。
查《沖壓手冊(cè)》板料厚度的正偏差為
由公式可得：
3.7 本章小結(jié)
本章節(jié)主要介紹各方面的計(jì)算，包括各種力的計(jì)算和各個(gè)工作零部件的尺寸的計(jì)算。為下面的零部件的選用提供了數(shù)據(jù)上的依據(jù)。
第四章 軛鐵零件連續(xù)模的零部件設(shè)計(jì)與選用
4.1 模具主要零部件的設(shè)計(jì)
本次設(shè)計(jì)的級(jí)進(jìn)模有8個(gè)工位，包括兩個(gè)空工位，設(shè)計(jì)的步距大小為13.3mm，模具的最大長(zhǎng)度為200mm，模具的裝配圖如圖4.2所示。
4.1.1 沖裁凸、凹模的設(shè)計(jì)
凹模的主要的加工方式采用線切割，線切割的加工精度高，可以對(duì)異型孔或者結(jié)構(gòu)復(fù)雜的形狀進(jìn)行加工，本設(shè)計(jì)采用的凹模的材料為Cr12，淬火處理，硬度為HRC60~64。
凹模的結(jié)構(gòu)形式主要有兩種，分別為圓形和矩形，矩形結(jié)構(gòu)主要用在級(jí)進(jìn)模中，如圖4.1所示為凹模的6種結(jié)構(gòu)形式，本設(shè)計(jì)采用b型的結(jié)構(gòu)。
圖4.1 凹模的結(jié)構(gòu)形式
4.1.2 卸料板的設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)的級(jí)進(jìn)模中采用彈性卸料的方式進(jìn)行卸料，彈性卸料包括卸料板和壓板，卸料板上設(shè)計(jì)有固定螺釘用的孔，數(shù)量為4個(gè)，導(dǎo)向螺釘?shù)某叽鐬?0mm，長(zhǎng)度為70mm，并且有凸模孔與凸模進(jìn)行配合，配合公差為H7/f6，卸料板完成落料沖孔工序后，在彈簧的作用下將條料從凸模上推出，可以進(jìn)行卸料，通過(guò)螺釘進(jìn)行固定，而且螺釘也起到一個(gè)定距的作用。
4.2 模架的設(shè)計(jì)
多工位級(jí)進(jìn)模選擇模架精度,主要根據(jù)模具的配合精度、沖裁間隙和模具復(fù)雜程度。模具沖裁間隙小于0.05mm時(shí),采用過(guò)盈導(dǎo)向模架。本模具采用上述模架。
上模座: 140mm ′ 200mm ′ 40mm 材質(zhì)為HT200
下模座: 140mm ′ 200mm ′45mm 材質(zhì)為HT200
4.3 沖床選用
4.3.1 沖壓設(shè)備的選擇依據(jù)
在模具的設(shè)計(jì)過(guò)程中沖壓機(jī)的選用是一項(xiàng)重要的工作，選擇合適的沖壓機(jī)可以延長(zhǎng)模具的壽命， 沖壓機(jī)主要選擇的依據(jù)還是依據(jù)沖壓力的大小以及模具的結(jié)構(gòu)大小，而且沖壓機(jī)的壓力要足夠大這樣可以保證沖壓機(jī)的剛度并且可以提高沖壓機(jī)的壽命。
4.3.2 壓力機(jī)的選擇
選擇的設(shè)備需要考慮零件的尺寸大小、模具的尺寸大小和工藝產(chǎn)生的變形力，選用的設(shè)備需要考慮下面三個(gè)參數(shù)：
（1）壓力機(jī)的行程是為了保證坯料容易放進(jìn)和取出來(lái)，比如對(duì)拉伸工序需要壓力機(jī)的行程大小必須要大于2倍的零件的高度，即是公式為S>2h（式中h為零件的高度）；
（2）壓力機(jī)的工作臺(tái)的外形尺寸必須要大于模具的外形尺寸，這樣可以確保模具的安裝，如果壓力機(jī)的工作臺(tái)尺寸過(guò)大會(huì)使得工作臺(tái)的受力不均勻，對(duì)于噸位較大的壓力機(jī)在滑塊上應(yīng)該設(shè)計(jì)有燕尾槽，這樣可以對(duì)模具進(jìn)行固定，而在開(kāi)式的壓力機(jī)的滑塊上一般設(shè)計(jì)有模柄孔，主要采用兩件哈夫式夾緊。
（3）閉合高度也是壓力機(jī)需要進(jìn)行校核計(jì)算的一個(gè)參數(shù)，它表示沖壓機(jī)可以沖壓的高度的范圍，壓力機(jī)的最大的閉合高度要比模具的最大的閉合高度要大，否則不能進(jìn)行正常工作，可以通過(guò)下面的公式來(lái)進(jìn)行計(jì)算。
-5mm≥H≥+10mm
如果壓力機(jī)的最大閉合的高度尺寸大于模具的閉合高度，這樣會(huì)導(dǎo)致模具不能正常的進(jìn)行工作，如果相反，可以在壓力機(jī)上增加墊板。
選擇合理的噸位需要根據(jù)零件所受的壓力產(chǎn)生的變形來(lái)進(jìn)行選擇，壓力機(jī)的名義的壓力要比零件的變形力要大。
根據(jù)總的沖壓力=225.89KN,可選用J23-40壓力機(jī)，但還必須同時(shí)考慮沖床工作臺(tái)面尺寸，模具閉合高度等因素,并結(jié)合現(xiàn)有設(shè)備,最終選用J23-40開(kāi)式雙柱可傾沖床,并在工作臺(tái)面上備制墊塊。其主要工藝參數(shù)如下：
公稱(chēng)壓力：400KN
滑塊行程：100mm
行程次數(shù)： 54次∕分
最大閉合高度： 260mm
封閉高度調(diào)節(jié)量： 80mm
工作臺(tái)尺寸（前后×左右）： 630mm × 390mm
模柄孔尺寸（直徑×深度）：
4.4 模具的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
有了上述各步計(jì)算所得的數(shù)據(jù)及確定的工藝方案,便可以對(duì)模具進(jìn)行總體設(shè)計(jì),如圖裝配圖4.2所示。
圖4.2 模具裝配示意圖
從結(jié)構(gòu)圖初算出閉合高度:
=(40+15+20+15+25+1.5+25+45) mm=191.5mm
根據(jù)凹模的外形尺寸,確定下模板的外形尺寸為:140mm′200mm。
4.5 本章小結(jié)
本章節(jié)對(duì)模具的主要零件凸凹模和卸料板進(jìn)行結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，并對(duì)模架和壓力機(jī)進(jìn)行了選擇，確定了整體的裝配圖設(shè)計(jì)，最終完成了模具的設(shè)計(jì)。
第五章 壓力機(jī)的校核
5.1 公稱(chēng)壓力
根據(jù)公稱(chēng)壓力的選取壓力機(jī)公稱(chēng)壓力大于1.4F總,所以壓力得以校核;
5.2 滑塊行程
滑塊行程應(yīng)保證坯料能順利地放入模具和沖壓能順利地從模具中取出.對(duì)于落料以及切邊模具這里只是材料的厚度t=1.5mm,卸料板的行程H=10mm,及凸模沖入凹模的最大深度8mm,即S1=1.5+10+8=19.5mm
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