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宜賓職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)
緒論
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(dòng)強(qiáng)度大、勞動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(jià)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(jiǎn)單，對(duì)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(dòng)化的特點(diǎn)。
研究和發(fā)展模具技術(shù)，對(duì)于促進(jìn)國(guó)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(gè)國(guó)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(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位日益提高，并在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中發(fā)揮越來越大的作用。
設(shè)計(jì)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(jì)時(shí)，必須清楚零件的加工工藝，設(shè)計(jì)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(jì)者進(jìn)行模具設(shè)計(jì)的前提，新的設(shè)計(jì)思路必然帶來新的模具結(jié)構(gòu)。
工件名稱：止動(dòng)杠桿
工件簡(jiǎn)圖：如下圖1所示
生產(chǎn)批量：大批量
材料：Q235-A鋼
材料厚度：1.5mm
圖1
1. 沖材件工藝性分析
1.1材料
表1 碳素結(jié)構(gòu)鋼的化學(xué)成分、性能及用途
牌號(hào)
等級(jí)
化學(xué)成分
σS/MPa
δ5/%
σb/MPa
用途舉例
鋼材厚度和型材直徑≤16mm
Wc/%
不小于
Q195
—
0.06—0.12
195
33
315—390
用來制造薄鋼板、鋼絲、管鋼、鋼釘、螺釘、地腳螺栓等
Q215
A
0.09—0.15
215
31
335—410
B
Q235
A
0.14—0.22
235
26
375—460
用來制造拉釘、螺栓、螺母、軸、銷子、螺紋鋼、角鋼、槽鋼、鋼板等
B
0.12—0.20
C
≤0.18
D
≤0.17
Q255
A
0.18—0.28
255
24
410—510
用來 制造各種型條鋼和鋼板
B
Q275
—
0.28—0.38
275
20
490 —610
?相當(dāng)于35—40鋼
表2 部分碳素鋼抗剪性能
材料名稱
牌號(hào)
材料狀態(tài)
抗剪強(qiáng)度（Mpa）
普通碳素鋼
Q195
未退火
260---320
Q235
310---380
Q275
400---500
由表1、表2分析知：Q235-A鋼具有良好的塑性、焊接性以及壓力加工性，主要用于工程結(jié)構(gòu)和受力較小的機(jī)械零件。綜合評(píng)比均適合沖裁加工。
1.2工件結(jié)構(gòu)形狀
工件結(jié)構(gòu)形狀相對(duì)簡(jiǎn)單，有兩個(gè)矩形孔；孔與邊緣之間的距離也滿足要求，最小壁厚為5mm滿足許用壁厚要求（兩矩形孔之間、孔與邊緣之間的壁厚），可以沖裁。
1.3尺寸精度
根據(jù)零件圖上所注尺寸公差，經(jīng)查公差表，內(nèi)孔和外形都為IT12級(jí)，尺寸精度均較低，普通沖裁完全可以滿足要求。
根據(jù)以上分析：該零件沖裁工藝性較好，適宜沖裁加工。
2.沖裁工藝方案的確定
方案一：先落料，后沖孔。單工序模生產(chǎn)。
方案二：沖孔—落料復(fù)合沖壓。復(fù)合模生產(chǎn)。
方案三：沖孔—落料級(jí)進(jìn)沖壓。級(jí)進(jìn)模生產(chǎn)。
表3 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—IT10級(jí)
可達(dá)IT10—IT8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
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(shí)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(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)
由表3知：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，但模具輪廓尺寸較大，制造復(fù)雜，成本較高。方案二也只需一副模具，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三低，模具輪廓尺寸較小，制造比方案三簡(jiǎn)單。
通過對(duì)上述三種方案的分析比較，該工件的沖壓生產(chǎn)采用方案二為佳。
3.模具結(jié)構(gòu)形式的確定
正裝式復(fù)合模和倒裝式結(jié)構(gòu)比較：
正裝式復(fù)合模適用于沖制材質(zhì)較軟或板料較薄的平直度要求較高的沖裁件，還可以沖制孔邊距較小的沖裁件。
倒裝式復(fù)合模不宜沖制孔邊距較小的沖裁件，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)行推件卸件可靠，便于操作，并為機(jī)械化出件提供了有利條件，所以應(yīng)用十分廣泛。
制件的平直度要求較高，孔邊距較小，工件最小壁厚為5mm接近倒裝式復(fù)合模最小許用壁厚4.9mm,不能使用倒裝是復(fù)合模生產(chǎn)。由以上分析確定該制件的生產(chǎn)采用正裝式復(fù)合模具生產(chǎn)。
4.模具總體設(shè)計(jì)
4.1模具類型的選擇
由沖壓工藝分析可知，采用復(fù)合模沖壓，所以模具類型為正裝式復(fù)合模。
4.2操作與定位方式
4.2.1操作方式
零件的生產(chǎn)批量較大，但合理安排生產(chǎn)可用手工送料方式，也能滿足生產(chǎn)要求，這樣就可以降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。
4.2.2定位方式
因?yàn)閷?dǎo)料銷和固定擋料銷結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便。且該模具采用的是條料，根據(jù)模具具體結(jié)構(gòu)兼顧經(jīng)濟(jì)效益，控制條料的送進(jìn)方向采用導(dǎo)料銷，控制送料步距采用固定擋料銷。
4.3卸料、出件方式
4.3.1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(shí)與凸模的間隙隨材料厚度的增加而增大，單邊間隙取（0.2—0.5）t。當(dāng)固定卸料板還要起到對(duì)凸模的導(dǎo)向作用時(shí)卸料板與 凸模的配合間隙應(yīng)該小于沖裁間隙。此時(shí)要求凸模卸料時(shí)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(chǎng)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（0.1—0.2）t,若彈壓卸料板還要起對(duì)凸模導(dǎo)向作用時(shí)，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(duì)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(dòng)態(tài)，且彈性卸料板對(duì)工件施加的是柔性力，不會(huì)損傷工件表面，故可采用彈性卸料。
4.3.2出件方式
因采用正裝式復(fù)合模生產(chǎn)，故采用上出件為佳。
4.4確定送料方式
因選用的沖壓設(shè)備為開式壓力機(jī)且垂直于送料方向的凹模寬度B大于送料方向的凹模長(zhǎng)度L故采用縱向送料方式，即由前向后送料。
4.5確定導(dǎo)向方式
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)，工作時(shí)，偏心距會(huì)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(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，以及大量生產(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。單只能一個(gè)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，該復(fù)合模采用中間導(dǎo)柱的導(dǎo)向方式，即方案四最佳。
5.模具設(shè)計(jì)計(jì)算
5.1排樣 計(jì)算條料寬度、確定步距、計(jì)算材料利用率
5.1.1排樣方式的選擇
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?gòu)U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(jiǎn)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。
5.1.2計(jì)算條料寬度
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(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?；蛴绊懰土瞎ぷ?。
搭邊值通常由經(jīng)驗(yàn)確定，表4所列搭邊值為普通沖裁時(shí)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)之一。
根據(jù)零件形狀，查表4工件之間搭邊值a=2.0mm, 工件與側(cè)邊之間搭邊值a1=2.2mm, 條料是有板料裁剪下料而得，為保證送料順利，規(guī)定其上偏差為零，小偏差為負(fù)值—△
B=（Dmax＋2a）0△ （公式1）
式中Dmax—條料寬度方向沖裁件的最大尺寸
a— 沖裁件之間的搭邊值
△—板料剪裁下的偏差（其值查表5）
B=120＋2×2.2
=124.40-0.7mm
故條料寬度在123.7—124.4mm之間
表4 搭邊值和側(cè)邊值的數(shù)值
材料厚度t
圓件及r>2t圓角
矩形邊長(zhǎng)l≤50
矩形邊長(zhǎng)l>50或圓角 r≤2
工件間a1
側(cè)邊a
工件間a
側(cè)邊a1
工件間a1
側(cè)邊a
0.25以下
1.8
2.0
2.2
2.5
2.8
3.0
0.25—0.5
1.2
1.5
1.8
2.0
2.2
2.5
0.5—0.8
1.0
1.2
1.5
1.8
1.8
2.0
0.8—1.2
0.8
1.0
1.2
1.5
1.5
1.8
1.2—1.5
1.0
1.2
1.5
1.8
1.9
2.0
1.6—2.0
1.2
1.5
2.0
2.2
2.0
2.2
表5 剪裁下的下偏差△（mm）
條料厚度
條料寬度
≤50
>50—100
>100—200
>200
≤１
0.5
0.5
0.7
1.0
>１—３
0.5
1.0
1.0
1.0
>3—４
1.0
1.0
1.0
1.5
>４—６
1.0
1.0
1.0
2.0
5.1.3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(gè)步距可沖一個(gè)或多個(gè)零件。進(jìn)距與排樣方式有關(guān)，是決定擋料銷位置的依據(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(shí)工件周邊有足夠的搭邊值；最大條料寬度能在沖裁時(shí)順利的在導(dǎo)料板之間送進(jìn)條料，并有一定的間隙。
復(fù)合模送料步距S
S＝12＋26＋2
＝40mm
排樣圖如圖2所示。
圖2
5.1.4計(jì)算材料利用率
沖裁件的實(shí)際面積與所用板料面積的百分比叫材料的利用率，它是衡量合理利用材料的重要指標(biāo)。
一個(gè)步距內(nèi)的材料利用率
η＝Ａ/BS×100% (公式2)
式中 ?。痢粋€(gè)步距內(nèi)沖裁件的實(shí)際面積
Ｂ——條了寬度
Ｓ——步距
由此可之，η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?zèng)Q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)率和模具的成本等技術(shù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。因此，排樣時(shí)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(dòng)強(qiáng)度小且安全。
3、 模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、壽命高。
保證制件質(zhì)量和制件對(duì)板料纖維方向的要求。
一個(gè)步距內(nèi)沖裁件的實(shí)際面積
Ａ=20×24＋(40＋50)×7
=3510mm2
所以一個(gè)步距內(nèi)的材料利用率
η＝Ａ/BS×100%
=3510/4984.8×124×40.2×100%
=70.4%
考慮料頭 、尾料和邊角余料消耗，一張板材上的總利用率η總為
η總= nA1/LB×100% (公式3)
式中n—一張板料上沖裁件的總數(shù)目；
A1—一個(gè)沖裁件的實(shí)際面積；
L—板料長(zhǎng)度；
B—板料寬度。
查板材標(biāo)準(zhǔn)（見附錄1），宜選用650mm×1300mm的鋼板，每張鋼板可剪裁為5張條料（124.4mm×1300mm）,每張條料可以沖32個(gè)工件，所以每張鋼板的材料利用率
η總 = nA1/LB×100%
=32×(3510-664)/124.4×1300×100%
=62.4%
根據(jù)計(jì)算結(jié)果知道選用直排材料利用率可達(dá)62.4%，滿足要求。
5.2沖壓力的計(jì)算
5.2.1沖裁力的計(jì)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(jì)模具重要依據(jù)之一。
用平刃沖裁時(shí)，其沖裁力Ｆ一般按下式計(jì)算：
F=KLtτb( 公式4)
式中 F—沖裁力
L—沖裁周邊長(zhǎng)度
t—材料厚度
τb—材料抗剪強(qiáng)度
?。恕禂?shù)
L=120＋2×24＋50＋20＋40＋2×15＋2×26＋2×14＋2×10＋2×30
=468mm
系數(shù)Ｋ是考慮到實(shí)際生產(chǎn)中，模具間隙值的波動(dòng)和不均勻，刃口磨損、板料力學(xué)性能和厚度波動(dòng)等原因的影響而給出修正系數(shù)，一般?。?1.3。
τb的值查表2為310~380Ｍpa,取τb=380Mpa
所以
F=KLtτb
=1.3×468×2×380
=462384N
5.2.2卸料力、頂件力的計(jì)算
在沖裁結(jié)束時(shí)，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。一般按以下公式計(jì)算：
卸料力
F X=KXF （公式5）
頂件力
FD=KDF （公式6）
FX=KXF
=0.05×462384N=23119.2N
（KX為卸料力系數(shù)，其值查表6可得）
FD=KDF
=0.06×462384N=27743.88N
所以總沖壓力
FZ=F+FX+FD
=462384N+23119.2N+27743.88N
=513247.08N
壓力機(jī)公稱壓力應(yīng)大于或等于沖壓力，根據(jù)沖壓力計(jì)算結(jié)果擬選壓力機(jī)為J23—63。
表6 卸料力、推件力和頂件力系數(shù)
料厚t/mm
KX
KT
KD
鋼
≤0.1
＞0.1~0.5
＞0.5~0.25
＞2.5~6.5
＞6.5
0.065~0.075
0.045~0.055
0.04~0.05
0.03~0.04
0.02~0.03
0.1
0.063
0.055
0.045
0.025
0.14
0.08
0.06
0.05
0.03
鋁、鋁合金
純銅，黃銅
0.025~0.08
0.02~0.06
0.03~0.07
0.03~0.09
5.3模具壓力中心的確定
模具壓力中心是指沖壓時(shí)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(huì)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(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)模的壓力中心可以用解析計(jì)算法求出沖模壓力中心。
解析法的計(jì)算依據(jù)是：各分力對(duì)某坐標(biāo)軸的力矩之代數(shù)和等于諸力的合力對(duì)該軸的力矩。求出合力作用點(diǎn)的坐標(biāo)位置0，0（x=0,y=0），即為所求模具的壓力中心。
使用解析法確定模具的壓力中心，具體步驟如下：
（1）按比例畫出凸模刃口的輪廓形狀。
（2）在凸模刃口輪廓內(nèi)（或外）的任意處，作坐標(biāo)O—X，O—Y作為基準(zhǔn)坐標(biāo)軸。
（3）將凸模刃口輪廓線分為若干基本線段（直線段或圓弧段）L1、L2、L3….L n，并用各段長(zhǎng)度代表各自的沖裁力。
（4）確定凸模刃口各線段的壓力中心的位置及其坐標(biāo)（X1，Y1）、（X2，Y2）…（Xn，Yn）。
（5）根據(jù)“力矩定理”確定凸模的壓力中心坐標(biāo)點(diǎn)（Xn，Yn），即
X0=（L1x1＋L2x2＋…Lnxn）/(L1＋L2＋…Ln) （公式7）
Y0=（L1y1＋L2y2＋……Lnyn ）/（L1＋L2＋…＋Ln） （公式8）
用解析法計(jì)算壓力中心時(shí)，先畫出凹模形口圖，如圖3所示。在圖中將XOY坐標(biāo)系建立在建立在圖示對(duì)稱中心線上，將沖裁輪廓線按幾何圖形分解成L1~L10共10組基本線段，用解析法求得該模具壓力中心的坐標(biāo)。有關(guān)計(jì)算如表5所示。
由以上計(jì)算結(jié)果可以看出，該工件沖裁力不大，壓力中心偏移坐標(biāo)原點(diǎn)O較小，為了便于模具的加工和裝配，模具壓力中心依然選在坐標(biāo)原點(diǎn)。
表7 壓力中心的計(jì)算
圖3
5.4模具刃口尺寸的計(jì)算
5.4.1沖裁間隙分析
根據(jù)JB/Z271——86規(guī)定，沖裁間隙是指凸，凹模刃口間隙的距離，用符號(hào)C表示，其值可為正也可為負(fù)，在普通沖裁模中均為正值。它對(duì)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(jì)中的一個(gè)非常重要的工藝參數(shù)。
1、間隙對(duì)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(gè)差值包括兩方面的偏差，一是沖裁件相對(duì)于凸?；虬寄５钠睿悄＞弑旧淼闹圃炱?。
2、間隙對(duì)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(duì)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(duì)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5~20%左右時(shí)，沖裁力的降低不超過5~10%。間隙對(duì)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15~25%左右時(shí)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?
4、間隙值的確定
由以上分析可見，凸、凹模間隙對(duì)沖裁件質(zhì)量、沖裁工藝力、模具壽命都有很大的影響。因此，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，但分別從質(zhì)量，沖裁力、模具壽命等方面的要求確定的合理間隙并不是同一個(gè)數(shù)值，只是彼此接近?？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(gè)適當(dāng)?shù)姆秶鳛楹侠黹g隙，只要間隙在這個(gè)范圍內(nèi)，就可以沖出良好的制件，這個(gè)范圍的最小值稱為最小合理間隙Cmin，最大值稱為最大合理間隙Cmax?？紤]到模具在使用過程中的磨損使間隙增大，故設(shè)計(jì)與制造新模具時(shí)要采用最小合理間隙值Cmin。
確定合理間隙的方法有經(jīng)驗(yàn)法、理論確定法和查表法。
根據(jù)近年的研究與使用的經(jīng)驗(yàn)，在確定間隙值時(shí)要按要求分類選用。對(duì)于尺寸精度，斷面垂直度要求高的制件應(yīng)選用較小的間隙值，對(duì)于垂直度與尺寸精度要求不高的制件，應(yīng)以降沖裁力、提高模具壽命為主，可采用較大的間隙值。由于理論法在生產(chǎn)中使用不方便，所以常采用查表法來確定間隙值。
經(jīng)驗(yàn)公式；
軟材料： t＜1mm，C=(3%~4%)t
t=1~3mm，C=(5%~8%)t
t=3~5mm，C=(8%~1%)t
硬材料： t＜1mm，C=(4%~5%)t
t=1~3mm，C=(6%~8%)t
t=3~8mm，C=(8%~13%)t
根據(jù)分析沖裁模間隙采用查表法確定，查沖裁模初使用間隙（見附錄2）得Zmax=0.360mm,Zmin=0.246mm。
工件形狀較復(fù)雜，采用配作法加工凹、凸模。配作法加工的特點(diǎn)是模具的間隙由配做保證，工藝比較簡(jiǎn)單，無需較核[δT＋δA]≤Zmax—Zmin的條件，并且還可以放大基準(zhǔn)件的制造公差，使制造容易，所以采用配作法加工。
5.4.2落料
落料時(shí)應(yīng)以凹模為基準(zhǔn)件來配作凸模。凹模磨損后變大的尺寸有：1200-0.21、240-0.25、380-0.25、400-0.25、5000.25、300-0.21，各刃口尺寸具體計(jì)算見表6。
表8 落料凹模刃口尺寸計(jì)算
凸模刃口尺寸按凹模實(shí)際刃口尺寸配制，保證雙面間隙值（0.246~0.360）mm。
5.4.3沖孔
沖孔時(shí)應(yīng)以凸模為基準(zhǔn)件來配作凹模。凹模磨損后變小的尺寸有：260+0.21、140+0.18、300+0.21、100+0.15。凹模磨損后不變的尺寸有：45±0.12各刃口尺寸具體計(jì)算見表7。
表9 沖孔凸模刃口尺寸計(jì)算
凹模刃口尺寸按凸模實(shí)際刃口尺寸配制，保證雙面間隙值（0.246~0.360）mm
表10 系數(shù)X
料厚t(mm)
非圓形
圓形
1
0.75
0.5
0.75
0.5
工件公差△/mm
1
1~2
2~4
＞4
＜0.16
＜0.20
＜0.24
＜0.30
0.17~0.35
0.21~0.41
0.25~0.49
0.31~0.59
≥0.36
≥0.42
≥0.50
≥0.60
＜0.16
＜0.20
＜0.24
＜0.30
≥0.16
≥0.20
≥0.24
≥0.30
5.5卸料橡膠的設(shè)計(jì)
5.5.1卸料板工作行程h
h=h1+h2+t
=1+3+2=6mm
h1為凸凹模凹進(jìn)卸料板的深度1mm，h2為凸凹模沖裁后進(jìn)入凹模的深度3mm,t為材料厚度2mm。
5.5.2卸料橡膠工作行程H
H=h1+h0
=6+5=11mm
h0為凸凹模修磨量，取5mm
5.5.3卸料橡膠自由高度H0
H0=4H
=4×11=44mm
取H為H0的25%
5.5.4卸料橡膠的預(yù)壓縮量H1
H1=15%H0
=0.15×44=6.6mm
（一般取H1=10%—15%H0）
5.5.5每個(gè)橡膠所承受的載荷F1
根據(jù)模具安裝位置和模具結(jié)構(gòu)，選取4個(gè)卸料橡膠。
F1=Fx/4
=3960/4=990N
5.5.6卸料橡膠的外徑D
D2=d2+1.27F1/P
=1444mm
所以
D=38mm
（取P=1，d=13）
5.5.7較核卸料橡膠自由高度H0
X=H0/D
=44/38=1.16
0.5
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