1XXXX 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)課 題 名 稱 短連桿沖壓工藝與模具設(shè)計(jì) 學(xué) 生 姓 名 學(xué) 號(hào) 院( 系 )、專業(yè) 指 導(dǎo) 教 師 職 稱 2016 年 05 月 16 日2本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）誠 信 承 諾 書本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 短連桿冷沖壓工藝及級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì) 是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的成果，其內(nèi)容除了在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中特別加以標(biāo)注引用，表示致謝的內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）不包含任何其他個(gè)人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。班 級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 作者姓名： 2016 年 5 月 16 日3摘 要金屬板料沖壓是一種在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛的加工方法。隨著現(xiàn)代各行各業(yè)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，金屬件的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，精度高，需求量多，加上對(duì)生產(chǎn)的安全性、操作的方便性，加工的經(jīng)濟(jì)性等要求也日益提高，采用單工位模具已經(jīng)無法滿足生產(chǎn)的需要，許多制造商均采用多工位級(jí)進(jìn)模進(jìn)行生產(chǎn)。因此，多工位級(jí)進(jìn)模在國內(nèi)外模具制造業(yè)中應(yīng)用日趨廣泛。多工位級(jí)進(jìn)模是在普通級(jí)進(jìn)模的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種模具，是當(dāng)代所有模具中沖壓功能最多、結(jié)構(gòu)最復(fù)雜、生產(chǎn)效率和自動(dòng)化程度最高的一種沖模。在多工位級(jí)進(jìn)模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，首先必須設(shè)計(jì)級(jí)進(jìn)模的總裝結(jié)構(gòu)，然后再在此基礎(chǔ)上進(jìn)行模具其他零部件的設(shè)計(jì)。本模具采用切廢料方式進(jìn)行沖裁，故模具結(jié)構(gòu)采用沖孔、導(dǎo)正、彎曲、落料的工序設(shè)計(jì)，排樣采用單排橫排排列。本論文分析了短連桿的沖壓工藝性，介紹了短連桿多工位級(jí)進(jìn)?？傮w結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)工件進(jìn)行了展開計(jì)算，確定了工件加工成型的工藝方案和排樣方案，對(duì)模具進(jìn)行了工藝計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了凸模、凹模、墊板、導(dǎo)料板、卸料板、鑲塊等主要零部件的設(shè)計(jì)，還根據(jù)各標(biāo)準(zhǔn)對(duì)模具中用到的其他標(biāo)準(zhǔn)件，如模架、導(dǎo)柱導(dǎo)套等，進(jìn)行了選擇與設(shè)計(jì)。實(shí)踐證明：該模具結(jié)構(gòu)合理、可靠，并能保證產(chǎn)品質(zhì)量，對(duì)此類零件的級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)有參考價(jià)值。關(guān)鍵詞：短 連 桿 ； 沖 壓 工 藝 ； 排 樣 ； 連 續(xù) 模4目 錄摘 要 3引 言 6第 1 章、制件的工藝分析 9第 2 章、制件的排樣 112.1.目標(biāo)值的選取 .112.2.制件成形工藝的設(shè)計(jì)和工位確定 .112.3.制件的排樣 .122.3.1.制件的排樣方法 122.3.2.制件件的排樣原則 132.3.3.搭邊值的確定 132.3.4.排樣的步驟 132.4.材料利用率的計(jì)算 .15第 3 章、力的計(jì)算和沖裁間隙的確定 163.1.沖裁力的計(jì)算 .163.1.1.沖裁力的計(jì)算 163.1.2.卸料力、推料力的計(jì)算 173.1.4.壓力機(jī)公稱壓力的選取 1753.2.沖裁間隙的確定 .18第 4 章、模具總體結(jié)構(gòu)和主要零件的設(shè)計(jì) 224.1.模具總體結(jié)構(gòu)的確定 .224.2.沖裁外形凸模和凹模的設(shè)計(jì) .234.2.1.外形凸模設(shè)計(jì) 234.2.2.凹模的設(shè)計(jì) 244.2.3.沖孔凸模的設(shè)計(jì) 264.3.帶料定位模具的設(shè)計(jì) .274.3.1.定位的設(shè)計(jì) 274.3.2.定位銷的設(shè)計(jì) 274.4.模板、模座設(shè)計(jì) .274.4.1.模板、模座厚度的確定 274.5.導(dǎo)向部分的設(shè)計(jì) .284.6.緊固螺釘和定位部分的設(shè)計(jì) .28第五章、確定模具的壓力中心 29第六章、模具的裝配 33結(jié)束語 35不足之處及未來展望 36參考資料 376引 言模具是制造業(yè)的重要工藝基礎(chǔ)，在我國，模具制造屬于專用設(shè)備制造業(yè)。我國雖然很早就開始制造模具和使用模具，但長期未形成產(chǎn)業(yè)。直到 20 世紀(jì)80 年代后期，我國模具工業(yè)才駛?cè)氚l(fā)展的快車道。近二十年來，模具產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)值以每年 15%的速度遞增。2000 年我國模具工業(yè)的總產(chǎn)值達(dá)到 280 億元人民幣。在模具工業(yè)的總產(chǎn)值里，沖壓模具占到 50%，塑料模具約占 33%，壓鑄模具約占 6%，其他各類模具約占 11%。冷沖壓工藝與其他加工相比，有以下特點(diǎn)：1） 用冷沖壓可以得到形狀復(fù)雜、用其他加工方法難以加工的工件，如薄殼零件等。冷沖壓件的尺寸精度是由模具保證，因此，尺寸穩(wěn)定，互換性好。2） 材料利用率高、工件重量輕、剛性好、強(qiáng)度高、沖壓過程耗能少。3） 操作簡(jiǎn)單，勞動(dòng)強(qiáng)度低、易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化、生產(chǎn)效率高。4） 沖壓加工所用的模具結(jié)構(gòu)一般比較復(fù)雜，生產(chǎn)周期較長、成本較高。由于冷沖壓有許多的優(yōu)點(diǎn)，因此，在機(jī)械制造、電子、電器等各行各業(yè)中，都得到了廣泛的應(yīng)用。我國沖壓模具無論在數(shù)量上，還是在質(zhì)量、技術(shù)和能力等方面都已有了很大發(fā)展，但與國發(fā)經(jīng)濟(jì)需求和世界先進(jìn)水平相比，差距仍很大，一些大型、精度、復(fù)雜、長壽命的高檔模具每年仍大量進(jìn)口，特別是中高檔轎車的覆蓋件模7具，目前仍主要依靠進(jìn)口。一些低檔次的簡(jiǎn)單沖模，已趨供過于求，市場(chǎng)竟?fàn)幖ち摇?jù)中國模具工業(yè)協(xié)會(huì)發(fā)布的統(tǒng)計(jì)材料，2004 年我國沖壓模具總產(chǎn)出約為220 億元，其中出口 0.75 億美元,約合 6.2 億元.根據(jù)我國海關(guān)統(tǒng)計(jì)資料,2004 年我國共進(jìn)口沖壓模具 5.61 億美聯(lián)社元,約合46.6 億元.從上述數(shù)字可以得出 2004 年我國沖壓模具市場(chǎng)總規(guī)模約為 266.6 億元.其中國內(nèi)市場(chǎng)需求為 260.4 億元,總供應(yīng)約為 213.8 億元,市場(chǎng)滿足率為 82%.在上述供求總體情況中,有幾個(gè)具體情況必須說明:一是進(jìn)口模具大部分是技術(shù)含量高的大型精密模具,而出口模具大部分是技術(shù)含量較低中的中低檔模具,因此技術(shù)含量高的中高檔模具市場(chǎng)滿足率低于沖壓模具總體滿足率,這些模具的發(fā)展已滯后于沖壓件生產(chǎn),而技術(shù)含量低的中低檔模具市場(chǎng)滿足率要高于沖壓模具市場(chǎng)總體滿足率; 二是由于我國的模具價(jià)格要比國際市場(chǎng)低格低許多 ,具有一定的竟?fàn)幜?因此其在國際市場(chǎng)前景看好,2005 年沖壓模具出口達(dá)到 1.46 億美元,比 2004 年增長94.7%就可說明這一點(diǎn);三是近年來港資、臺(tái)資、外資企業(yè)在我國發(fā)展迅速，這些企業(yè)中大量的自產(chǎn)自用的沖壓模具無確切的統(tǒng)計(jì)資料，因此未能計(jì)入上述數(shù)字之中。本次設(shè)計(jì)一個(gè)沖孔落料級(jí)進(jìn)模具。級(jí)進(jìn)模是指沖床在一次行程中，完成落料沖孔等多個(gè)的一種模具結(jié)構(gòu)，相對(duì)與其他冷沖模具結(jié)構(gòu)而言，它具有一下一些優(yōu)點(diǎn)：①工件同軸度較好，表面平直，尺寸精度較高；②生產(chǎn)效率高，且不受條料外形尺寸的精度限制，有時(shí)廢角料也可以再生產(chǎn)。它的缺點(diǎn)是：模具零部件加工制造比較困難，成本較高，并且凸、凹模容易受到最小壁厚的限制，而使得一些內(nèi)孔間距、內(nèi)孔與邊緣間距較小的工件不適宜采用。由于級(jí)進(jìn)模具本身具有的優(yōu)點(diǎn)明顯，故模具企業(yè)在條件允許的情況下，一般傾向于選擇級(jí)進(jìn)8模結(jié)構(gòu)。沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)的理論性和實(shí)用性均很強(qiáng)。從理論與實(shí)踐相結(jié)合的角度來研究、探討，并側(cè)重加強(qiáng)工程實(shí)踐能力這點(diǎn)應(yīng)該得到重視。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是一個(gè)重要的專業(yè)教學(xué)環(huán)節(jié)，這個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)的目的：（1）幫助學(xué)生具體運(yùn)用和鞏固《模具設(shè)計(jì)與制造》課程及相關(guān)的理論知識(shí)，了解設(shè)計(jì)沖壓模的一般程序。（2）是使學(xué)生能夠熟練地運(yùn)用有關(guān)技術(shù)資料，如《冷沖模國家標(biāo)準(zhǔn)》 、 《模具設(shè)計(jì)與制造簡(jiǎn)明手冊(cè)》 、 《冷沖壓模具結(jié)構(gòu)圖冊(cè)》及其它有關(guān)規(guī)范等。（3）訓(xùn)練學(xué)生初步設(shè)計(jì)冷沖壓模具的能力，為以后的工作打下初步的基礎(chǔ)。9第 1 章、制件的工藝分析設(shè)計(jì)中的沖壓制件是一短連桿。如圖 1-1 所示。由制件零件圖可以知道：制件的外形不規(guī)則，尺寸中等，一頭大一頭小，屬于 L 形零件，產(chǎn)品中間有三個(gè)孔，孔和外形分開的話需要多次沖裁才能完成加工。通過對(duì)零件的初步分析可知，要完成該制件的生產(chǎn)，需要經(jīng)過以下工藝：沖孔、沖孔、落料，等工藝。沖壓件的精度要求較高，制件的厚度為 3.0mm，屬于厚材料類沖裁，選用平板料；沖壓件的材料是 45#，是普通的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，根據(jù)常用金屬?zèng)_壓材料的力學(xué)性能查出 45#鋼的抗剪強(qiáng)度為 440～560(MPa) ，另外，在設(shè)計(jì)中還應(yīng)該考慮到產(chǎn)品材料的沖裁工藝性，以及其纖維方向的特性。由《模具設(shè)計(jì)手冊(cè)》可以知道：制件在沖裁時(shí)要求兩個(gè)相交邊盡量避免銳角，嚴(yán)禁尖角，圓角半徑 R=0.25t，沖裁件的凸出或凹入不宜太小，應(yīng)避免長懸臂和窄臂和窄槽，要求懸臂和槽長 L 與其寬度 B 應(yīng)有一定的比列。鋼板時(shí)，B=（ 1.3 至 1.5）t，有色金屬板時(shí)，B=（0.75 至 0.8）t，L=3B。沖裁孔與孔之間、孔與沖件邊緣之間的壁厚不應(yīng)太小，否則會(huì)影響凹模強(qiáng)度、壽命和沖件質(zhì)量。通過對(duì)制件零件圖分析，可知其不能滿足以上要求，所以實(shí)際排工藝和設(shè)計(jì)模具時(shí)需將兩孔分兩個(gè)工步?jīng)_裁。10由于制件材料是 45#，具有良好的沖裁工藝性，本次設(shè)計(jì)的課題，年產(chǎn)量為 5 萬件，屬于中等批量生產(chǎn)；制件外觀的最大長度為 50+8+8+4=70mm，寬度為 12+8+4=24mm，屬小型制件，孔邊到外形邊的最小距離為 4-4.1/2=1.95，明顯小于 1.5 倍材料厚度，所以此處孔需要單獨(dú)沖裁，由于其形狀較復(fù)雜，生產(chǎn)效率要求高，因此我們?cè)O(shè)計(jì)生產(chǎn)效率高的級(jí)進(jìn)模來完成此制件的生產(chǎn)。圖 1-1 制件圖11第 2 章、制件的排樣排樣是模具設(shè)計(jì)的核心部分，排樣的方式?jīng)Q定了模具結(jié)構(gòu)，凹模的分布等方面內(nèi)容。在進(jìn)行排樣之前，首先需要對(duì)制件的電子圖檔進(jìn)行排樣，其過程如下。2.1.目標(biāo)值的選取沖壓件零件各部分的作用不同，其在精度和工藝等方面的要求也不同，設(shè)計(jì)中根據(jù)沖壓件零件圖的公差確定目標(biāo)值。制件目標(biāo)值的選取原則如下：（1）沖圓孔、異形孔目標(biāo)值的確定原則：孔在沖裁時(shí)，沖頭易磨損，加工過程中越來越小，為此孔（包括圓孔，異形孔）的尺寸目標(biāo)值取其公差偏上限，此情況下的目標(biāo)值 L=基本尺寸 L1+（1/2 倍公差的上偏差值）+0.05mm 至 0.1mm的余量。（2）外形尺寸的確定：外形在成型中，因凹模在沖裁過程中由于摩擦方面的原因，其外形會(huì)逐漸變大，為了保證沖壓制件的精度，延長模具的使用壽命，提高其的經(jīng)濟(jì)性，其目標(biāo)值的確定時(shí)在誤差范圍內(nèi)應(yīng)該盡量取下限值，在此情況下的目標(biāo)值的取法為：目標(biāo)值 L=基本尺寸 L1—（1/2 下偏差）2.2.制件成形工藝的設(shè)計(jì)和工位確定由制件的結(jié)構(gòu)形狀可以知道，要沖壓出該制件需要的經(jīng)過的基本工序?yàn)椋簺_孔，落料等工藝過程。經(jīng)過分析，有三種工藝方案可以實(shí)現(xiàn)該沖壓件的加工，分別如下：12方案一：直接采用落料沖孔復(fù)合模設(shè)計(jì)。方案二：采用連續(xù)沖裁方式，先沖工藝孔→沖側(cè)刃→以孔和側(cè)刃定位沖孔→落料。方案三：采用連續(xù)沖裁方式，沖裁側(cè)刃及工藝孔→以工藝孔定位一沖小孔及腰孔→落料。經(jīng)分析，可知道：方案一的優(yōu)點(diǎn)是模具結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，易加工，制造周期短。從產(chǎn)品的形狀和尺寸大小開看，可行性不大，產(chǎn)品材料薄，無法送料，孔邊到外行距離太小，凸凹模強(qiáng)度很小，無法實(shí)現(xiàn)。方案二具有某些優(yōu)點(diǎn)，此方法在采用孔和側(cè)刃定位時(shí)，不過產(chǎn)品形狀為 L形，直接排樣，材料利用率低，雖然生產(chǎn)效率提高，但不經(jīng)濟(jì)，利潤低。方案三和方案二類似，采用級(jí)進(jìn)模，區(qū)別是在排樣時(shí)采用錯(cuò)位排樣法，這樣設(shè)計(jì)，材料利用率提高，產(chǎn)品精度能達(dá)到，但最后落料是距離太近，在設(shè)計(jì)模具時(shí)可以錯(cuò)開落料，避免距離太小，凹模沒有強(qiáng)度。模具精度要求高，成本和方案二相差不大，但生產(chǎn)效率提高一倍。綜合以上分析，確定工藝方岸方案三為最佳工藝方案。2.3.制件的排樣在沖壓件的成本中，材料的費(fèi)用占 60%以上，因此材料的經(jīng)濟(jì)利用有非常重要的意義。沖壓件在材料或板料上的布置方法稱為排樣。衡量排樣經(jīng)濟(jì)性的指標(biāo)是材料的利用率。不合理的排樣方式會(huì)浪費(fèi)材料，并且還可能影響到制件的質(zhì)量，影響模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性；影響模具的使用壽命，制件的生產(chǎn)效率和模具的成本等技術(shù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等。排樣的常用方法有：有廢料排樣法；少廢料排樣法；無廢料排樣法。設(shè)計(jì)中由于制件的外形比較復(fù)雜，采用裁搭邊法,將制件的加工通過分次裁切來完成。13分次排樣法設(shè)計(jì)加工出來的具有制件精度高，便于模具凹模、凸模的排布等優(yōu)點(diǎn)。制件的排樣的具體過程如下；2.3.1.制件的排樣方法排樣方法：可制作沖壓件展開毛坯樣板（3 至 5 個(gè)） ，在圖面上反復(fù)試排，綜合考慮材料利用率，確定初步方案，再在 AUTO CAD 軟件中對(duì)制件展開圖進(jìn)行排布，在初步的排樣圖中按照沖壓工序設(shè)計(jì)的基本原則，進(jìn)行沖裁工位設(shè)計(jì)。在排樣圖的開始端一般安排沖孔、落料等分離工位。在安排工位時(shí)，要盡量避免沖小半孔，以防凸模因受力不均而折斷。2.3.2.制件件的排樣原則（1）為了提高材料利用率，在不影響制件使用性能指標(biāo)的前提下，可以適當(dāng)?shù)母淖冎萍男螤?。?）排樣時(shí)應(yīng)考慮使設(shè)計(jì)出來的模具使用方便，勞動(dòng)強(qiáng)度小且安全。（3）模具結(jié)構(gòu)應(yīng)該盡量簡(jiǎn)單。（4）保證制件質(zhì)量和制件對(duì)條料纖維方向的要求。2.3.3.搭邊值的確定排樣時(shí)制件與制件之間以及制件與側(cè)邊之間留下的工藝材料，叫做搭邊。其作用是補(bǔ)償定位誤差，保證條料強(qiáng)度，以保證在沖裁過程中帶料的送料順暢。搭邊應(yīng)選擇適當(dāng)，過大會(huì)造成材料的浪費(fèi)，過小不利于制件的成形，或者沖裁不出合格的制件。搭邊值的大小通常是由經(jīng)驗(yàn)所確定的。設(shè)計(jì)中搭邊值的確定參照 APS 模具設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)確定。2.3.4.排樣的步驟（1）由制件制件的外觀形狀和制件材料的特點(diǎn)確定排樣的方法（2）帶料寬度的確定：帶料寬度的確定要經(jīng)過搭邊值的確定，制件的搭邊14值的確定方法如下：側(cè)搭邊值的確定：側(cè)搭邊是指在級(jí)進(jìn)模中將每個(gè)產(chǎn)品沿料寬方向連接起來的部分叫側(cè)搭邊。其確定方法為：最小側(cè)搭邊值 Zmin=1×T（0.8mm ≤T ≤1.6mm〉=6×T（0.4mm≤T ≤0.6mm 〉=1mm（0.2mm≤T≤0.3mm〉式中 T 表示帶料的厚度。間隙搭邊值的確定：間隙搭邊是指相鄰兩個(gè)制件之間的間隙，查閱模具設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于薄的材料取 1mm，即可以滿足兩個(gè)相鄰制件在沖裁時(shí)的強(qiáng)度要求。異形凸模最小寬度的確定：異形凸模最小寬度 Bmin=3.0~6.0mm（0.8mm≤T≤1.6mm ）=2.5~4.0mm（0.4mm≤T≤0.6mm）=0.6-0.9mm（0.2mm≤T≤0.3mm）本次設(shè)計(jì)，材料厚度為 3.0，產(chǎn)品長度為 100，大于 50，通過查詢相關(guān)表格，工件之間的最小搭邊值為 2.8，側(cè)面最小搭邊值為 3.2mm。參照以上標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)中各值確定如下：確定條料的寬度 B=制件寬度+搭邊距離×2+側(cè)刃寬度×2=70+2.8+12+3.2×2+3.2×2=97.6mm（3） 步矩的確定：間隙搭邊值的確定通常是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定，在不影響產(chǎn)品質(zhì)量情況下盡量取小些。在本設(shè)計(jì)中，制件之間的搭邊距離取為 2.8mm，則：步距 D=制件的排樣寬度+2.8=24+24+2.8+2.8-8-8=37.6mm 具體排樣圖如下：152.4.材料利用率的計(jì)算一個(gè)步距內(nèi)的材料利用率 η 為η=nF/Bs×100%η=2×1181.6637/37.6×97.6×100%=64.4%式中 F——一個(gè)步距內(nèi)沖裁件面積（包括沖出的小孔在內(nèi)） ；n——一個(gè)步距內(nèi)沖裁件數(shù)目；B——條料寬度（mm） ；s——步距（mm） ； 16第 3 章、力的計(jì)算和沖裁間隙的確定3.1.沖裁力的計(jì)算3.1.1.沖裁力的計(jì)算計(jì)算沖裁力的目的是為了選擇合適的壓力機(jī)，設(shè)計(jì)和檢驗(yàn)?zāi)＞叩膹?qiáng)度。壓力機(jī)的噸位必須大于所計(jì)算的沖裁力，以適應(yīng)沖裁工藝的需求。沖裁力的計(jì)算公式為：P=KtLδ N上式中各字母的含義分別為：δ 表示材料的抗剪強(qiáng)度(MPa)； L 表示沖裁周邊的總長(mm)； t 表示材料的厚度(mm)； K 表示安全系數(shù) ，K 是考慮到?jīng)_裁模具刃口的磨損，凸模、凹模間隙之間波動(dòng)，潤滑情況，材料力學(xué)性能與公差的變化等因素而設(shè)置的安全系數(shù)，一般取 1.3。通過查閱《模具設(shè)計(jì)手冊(cè)》可以知道：45#材料的抗剪強(qiáng)度 δ=440-560MPa。計(jì)算出沖裁件的周邊長度和孔的周長，相關(guān)計(jì)算如下： 產(chǎn)品外形周邊長度 L1=175.98mm產(chǎn)品圓孔的周長 L2=3.14×6.1=19.165mm 產(chǎn)品圓孔的周長 L3=3.14×6.1=19.165mm 產(chǎn)品圓孔的周長 L4=3.14×4.1=12.874mm 沖工藝孔的周長 L5=3.14×6=18.84mm沖側(cè)刃孔的周長 L6=37.6+3.2+3.2=44mm總的周長為 L=2L1+2L2+2L3+2L4+L5+2L6=561.20817則總沖裁力：P= KtLm=1.3×3×561.208×560=1225678.272N≈1225.678KN。3.1.2.卸料力、推料力的計(jì)算影響卸料力、推料力和頂件力的因素很多，要精確的計(jì)算是困難的，在實(shí)際生產(chǎn)中常用經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算：卸料力 Q=KP N推料力 Q1=K1P N式中：P 表示沖裁力（ N） ；K 表示卸料系數(shù)，其值為 0.08 至 0.25，薄料取大值，厚料取小值；K1 表示推料系數(shù)，其值為 0.03 至 0.07，薄料取大值，厚料取小值。則有：卸料力 Q=KP=0.08×1225.678=98.05KN （K 取 0.08）推料力 Q1=K1P =0.03×1225.678=36.77K N （K 取 0.03）通過上面的計(jì)算可以知道模具在正常條件下工作所需要壓力機(jī)提供的壓力至少應(yīng)該為：F=沖裁力+卸料力+推料力 =1225.678+98.05+36.77=1360.498KN3.1.4.壓力機(jī)公稱壓力的選取沖裁時(shí)，壓力機(jī)的公稱壓力必須大于或等于沖裁各工藝力的總和。設(shè)計(jì)中需要的最小總壓力為：1360.498KN根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果選擇沖床，參照公司沖床式樣，選擇沖床的型號(hào)為：JA31-160B 閉式單點(diǎn)壓力機(jī)；沖床能夠提供的壓力為 160 噸，沖床的行程為160mm；工作臺(tái)的面積為 710mm×790mm；滑塊的底面積為450mm×630mm；沖床最大的閉合高度為 480mm；調(diào)節(jié)量為 120mm；行程次18數(shù)為 32/分鐘；電動(dòng)機(jī)功率 12.5kw。壓力中心的確定：由沖床的式樣可以知道：由于模具在工作時(shí)是將整個(gè)上模座固定在沖床的滑塊上，因此不必進(jìn)行壓力中心的計(jì)算。為了方便模具安裝在壓力機(jī)上，在上模座上設(shè)計(jì)一個(gè)模柄，以起到模具在安裝時(shí)的裝夾作用。3.2.沖裁間隙的確定凹模凸模間隙的確定：沖裁模的凸模橫斷面，一般小于凹?？祝寄Ｅc凸模部分，在垂直沖裁方向的投影尺寸之差，叫做沖裁間隙。沖裁間隙有兩種含義：一種是指凹模與凸模間每側(cè)空隙值，稱為單面間隙；另外一種指凹模和凸模間兩側(cè)間隙之和，稱為雙面間隙；習(xí)慣上常說的間隙是指雙面間隙，用符號(hào)C 表示，單面間隙用 Z/2 表示。沖裁間隙的大小對(duì)制件斷面的影響 間隙合理，材料在分離時(shí)，凹模和凸模刃口處裂紋重合，沖裁間隙不是一個(gè)絕對(duì)值，而是一個(gè)數(shù)值范圍，沖裁間隙在此范圍內(nèi)都可以得到?jīng)_裁斷面較好的制件。間隙過大，凸模和凹模刃口處的裂紋不重合，凸模刃口附近的裂紋在凹模刃口附近裂紋的里邊，材料受很大的拉伸，光亮帶小，毛刺、塌角及斜度都比較大。間隙過小，裂紋也不重合，凸模刃口附近的裂紋在凹模刃口附近裂紋的外邊，兩條剪裂紋之間的一部分材料隨沖裁的繼續(xù)又被二次剪切和擠壓，在斷面上形成第二次光亮帶，并在中間出現(xiàn)夾層和毛刺。沖裁間隙對(duì)制件尺寸精度的影響 落料和沖孔后，因發(fā)生彈性恢復(fù)，會(huì)影響制件的尺寸精度。沖裁間隙小到一定程度時(shí)，由于壓縮變形彈性恢復(fù)，落料件的尺寸會(huì)大于凹模尺寸，而沖出的孔小于凸模。間隙大到一定界限時(shí)，由于拉伸變形的彈性恢復(fù)，落料尺寸會(huì)小于凹模的刃口尺寸，而沖出的孔會(huì)大于凸模的刃口尺寸。間隙對(duì)于沖孔和落料精度的影響規(guī)律是不同的，且和材料的纖維19方向有關(guān)。沖裁間隙對(duì)沖裁力和模具壽命的影響 間隙大時(shí)，沖裁力有一定的程度減小，卸料力和推件力也隨之降低。沖裁時(shí)，坯料對(duì)凹模凸模產(chǎn)生側(cè)壓力，并在凸磨與被沖孔之間及凹模與落料件之間均有摩擦力。間隙越小摩擦力和側(cè)壓力隨之增大。此外，由于在實(shí)際的生產(chǎn)中定，故間隙應(yīng)該在增大凹模尺寸的方向上取得?？紤]到凸模和凹模的磨損，在設(shè)計(jì)和制造新模具時(shí)，取最小合理間隙。確定沖裁間隙的方法 常用的沖裁間隙確定方法有理論確定法和經(jīng)驗(yàn)確定法，在現(xiàn)場(chǎng)模具的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中通常用經(jīng)驗(yàn)確定模具的沖裁間隙。經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式為：C=mt式中：C 為合理沖裁間隙，單位為 mm；t 為板料厚度，單位為 mm；m 為系數(shù)，與料厚及材料性質(zhì)有關(guān)，m 通常為料厚的百分之幾。沖裁間隙系數(shù)如下表所示： 單位：mm間隙類別材料Ⅰ Ⅱ Ⅲ低炭鋼 08F、10F 10、 20、A3、 6~14 14~20 20~25中炭鋼 45 不銹鋼 1Cr18Ni9Ti 7~6 16~22 22~30高炭鋼 T8A T10A 65Mn 16~24 24~30 30~36結(jié)合模具設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，將間隙值取為料厚的 8.0%。則凹模和凸模之間的間隙為：C=mt=8.0%×3=0.24mm具體計(jì)算如下：20落料凹模尺寸：Aj1=(Amax-XΔ)-Δ/4=70.2-0.5×0.4=70 ； 02.?Aj2=(Amax-XΔ) -Δ/4=24.1-0.5×0.2=24 ；02.?Aj3=(Amax-XΔ) -Δ/4=12.1-0.5×0.2=12 ；02.?Aj4=(Amax-XΔ) -Δ/4=4.05-0.5×0.1=4 ；02.?Aj5=(Amax-XΔ) -Δ/4=16.1-0.5×0.2=16 ；02.?Aj6=(Amax-XΔ) -Δ/4=2.05-0.5×0.1=2 ；02.?落料凸模尺寸： Aj1=(Amax-2Z)+Δ/4=70-2×0.12=69.76 ; 02.?Aj2=(Amax-2Z) +Δ/4=24-2×0.12=23.76 ; 02.?Aj3=(Amax-2Z) +Δ/4=12-2×0.12=11.76 ;02.?Aj4=(Amax-Z) +Δ/4=4-0.12=3.88 ;02.?Aj5=(Amax-2Z) +Δ/4=16-2×0.12=15.76 ;02.?Aj6=(Amax-Z) +Δ/421=2-0.12=1.88 ;02.?沖孔凸模尺寸：Bj1=(Amin+XΔ)+Δ/4=6.0+0.5×0.2=6.1 ;02.?Bj2=(Amin+XΔ)+Δ/4=4.0+0.5×0.2=4.1 ;02.?Bj3=(Amin+XΔ)+Δ/4=5.9+0.5×0.2=6 ;02.?沖孔凹模尺寸：Bh1=(Amin+2Z)- Δ/4=6.1+2×0.12=6.34 ；02.?Bh2=(Amin+2Z)- Δ/4=4.1+2×0.12=4.34 ；02.?Bh3=(Amin+2Z)- Δ/4=6+2×0.12=6.24 ；02.?孔心距 Lp1=L±δp’=50±0.01Lp2=L±δp’=37.6±0.01Lp3=L±δp’=12±0.0122第 4 章、模具總體結(jié)構(gòu)和主要零件的設(shè)計(jì)4.1.模具總體結(jié)構(gòu)的確定模具的總體結(jié)構(gòu)的確定：參照23圖 4-1 模具總體結(jié)構(gòu)圖凹模和凸模的固定方式通常選用內(nèi)六角緊固螺釘固定。為了保證導(dǎo)向精度，采用導(dǎo)柱結(jié)合的導(dǎo)向方式，模具采用滑動(dòng)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，采用彈壓卸料裝置的結(jié)構(gòu)形式。模具在工作中需要加潤滑油，有利于保證制件的精度，減少毛刺的產(chǎn)生，同時(shí)起到延長模具的使用壽命的作用。由于有潤滑油在凹模板和卸料板的表面，帶料很容易沾在這兩塊模板上，在上模和下模分開時(shí)容易引起帶料的塑性變形，從而印象制件的質(zhì)量，為了防止這種現(xiàn)象的產(chǎn)生，在模具設(shè)計(jì)時(shí)加入頂針結(jié)構(gòu)，單獨(dú)安裝升浮銷，頂出產(chǎn)品。4.2.沖裁外形凸模和凹模的設(shè)計(jì)4.2.1.外形凸模設(shè)計(jì)查閱《模具設(shè)計(jì)手冊(cè)》 ，落料凸模的材料選用 Cr12MoV，將其熱處理到2458HRC~61HRC 即可以滿足設(shè)計(jì)要求。與固定板采用過盈配合，過盈量為 0.02-0.03，與上模板螺釘固定。圖 4-5 落料凸模形狀4.2.2.凹模的設(shè)計(jì)由于產(chǎn)品尺寸小，凹模采用整體的結(jié)構(gòu)，材料選用 Cr12MoV，將其熱處理到 58HRC~61HRC，即可以滿足設(shè)計(jì)要求。選用 GB/T70.1 M10×50 的內(nèi)六角螺釘與下模板固定。如下圖所示：25凹模的刃口形式，考慮到生產(chǎn)批量較大，所以采用刃口強(qiáng)度較高的凹模，如圖 3-4 所示的刃口形式。凹模的外形尺寸，由文獻(xiàn)[3，式 4-7，式 4-8]計(jì)算：H＝kb=0.24 ×139.6=33.5mm，取 H＝40mm，C=1-1.5H=40-60mm，所以凹模長度尺寸為 139.6+2×(40~60)=219.6~259.6，寬度為 104+2×(40~60)=184~224，所以本次設(shè)計(jì)凹模外形尺寸為 240×210×40，凹模刃口處反面加工錐度，沖孔的廢料和落料的產(chǎn)品沿錐度下掉出模具，這樣不需要單獨(dú)卸料，提高生產(chǎn)效率。根據(jù)以上計(jì)算出凹模周界尺寸，相應(yīng)的確定卸料板，固定板，墊板的外形尺寸也是 240×210。僅僅厚度不一樣，根據(jù)相關(guān)比例，卸料板厚度為 0.5 倍凹模厚度，所以卸料板厚度為 20mm，由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出導(dǎo)料板，所以需要增加加工導(dǎo)料板的讓位臺(tái)階，所以卸料板增厚到 28mm。固定板設(shè)計(jì)成 20mm 厚。墊26板設(shè)計(jì)成 20mm 厚，熱處理 HRC45-48。4.2.3.沖孔凸模的設(shè)計(jì)沖小孔凸模，通常采用加大固定部分直徑，縮小刃口部分長度的措施來保證小凸模的強(qiáng)度和剛度。沖大孔凸模，基本都是直通式結(jié)構(gòu)，就是固定部分與刃口部分尺寸一樣大，現(xiàn)在圓形凸模已經(jīng)趨于標(biāo)準(zhǔn)化，間隔 0.1 都有標(biāo)準(zhǔn)件購買，所以本次設(shè)計(jì)的凸模，都可以購買標(biāo)準(zhǔn)件，所以小凸模當(dāng)工作部分和固定部分直徑相差太大時(shí)，可以設(shè)計(jì)多臺(tái)階結(jié)構(gòu)，各臺(tái)階過渡部分必須用圓弧光滑連接，不允許有刀痕（防止產(chǎn)生刮傷或毛刺） ，對(duì)于特小的凸?？梢圆捎帽Ｗo(hù)結(jié)構(gòu)。卸料板還必須起到導(dǎo)向作用，以消除側(cè)壓力對(duì)凸模作用面的影響，大凸?？梢栽O(shè)計(jì)成直通式。本次設(shè)計(jì)的凸模相對(duì)材料厚度，都是屬于大凸模。在加工方面，由于這些凸模和凹模的形狀都比較復(fù)雜，為了加工出精密的零件，均采用線切割結(jié)合磨削制造。完成磨削依靠專用的自動(dòng)磨床和平面磨床，且通過金剛石對(duì)砂輪進(jìn)行修正，達(dá)到磨削所要求的形狀和尺寸要求。模具的材料選用 Cr12MoV，將其熱處理硬度達(dá)到至 58HRC~61HRC。27圖 4-8 沖孔凸模結(jié)構(gòu)示意圖二4.3.帶料定位模具的設(shè)計(jì)4.3.1.定位的設(shè)計(jì)為了保證制件的精度，用工藝孔對(duì)帶料進(jìn)行精確定位。由排樣圖可知，其步距為 37.6mm，工藝孔的設(shè)計(jì)必須滿足搭邊要求，將工藝孔的直徑設(shè)計(jì)為6mm 比較合適，但為了防止定位銷帶料引起帶料的變形，定位銷釘導(dǎo)人部分的直徑小于 6mm，考慮到方便定位釘?shù)募庸?，可以把工藝孔的直徑放?.03mm，這樣導(dǎo)正釘工作部分的直徑為 6mm 即可，或者把定位小 0.03mm。 4.3.2.定位銷的設(shè)計(jì)在級(jí)進(jìn)模中，定位銷在其他定位機(jī)構(gòu)的配合下，對(duì)帶料在前一工位上沖出的圓孔進(jìn)行精確定位，定位銷一般緊挨沖孔工位后的工序上。4.4.模板、模座設(shè)計(jì)4.4.1.模板、模座厚度的確定在設(shè)計(jì)中，由于凹模周界很小，可以采用標(biāo)準(zhǔn)模架，由于本次設(shè)計(jì)的產(chǎn)品28雖然不大，模具周界尺寸也不大，不過產(chǎn)品材料厚度大，所計(jì)算的沖裁力大，如果采用標(biāo)準(zhǔn)模架，所用的材料為鑄鐵 HT200，無法長期承載如此大的沖裁力，所以建議選擇非標(biāo)準(zhǔn)鋼板模架。4.5.導(dǎo)向部分的設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)采用自制模架，對(duì)于沖孔落料小間隙的級(jí)進(jìn)模，一般都是采用比較平穩(wěn)的四導(dǎo)柱模架，本次設(shè)計(jì)材料厚度大，模具間隙大，模具外形又比較小，所以為方便工人操作，建議選擇三導(dǎo)柱模架，這樣工人操作的空間相對(duì)多點(diǎn)，更方便，導(dǎo)柱導(dǎo)套選用標(biāo)準(zhǔn)滑動(dòng)導(dǎo)向件，此類結(jié)構(gòu)間隙小，適合用與級(jí)進(jìn)沖裁小間隙模具，本次設(shè)計(jì)選擇 3-φ28×160。4.6.緊固螺釘和定位部分的設(shè)計(jì)由模具的總體結(jié)構(gòu)可以知道，其模板的固定方式為：上模座，上墊板，固定板之間用內(nèi)六角螺釘固定；凹模，下模板之間用內(nèi)六角螺釘固定；卸料板上模板之間用卸料螺釘。29第五章、確定模具的壓力中心 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)使沖模的壓力中心與壓力機(jī)滑塊的中心相重合。否則，會(huì)使沖模和壓力機(jī)滑塊產(chǎn)生偏心載荷，使滑塊和導(dǎo)軌間產(chǎn)生過大的磨損，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，可按下述原則來確定： （１）對(duì)稱形狀的單個(gè)沖壓件，沖模的壓力中心就是沖壓件的幾何中心。（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 壓力中心可用解析計(jì)算法求出諸力的 合力對(duì)該軸的力矩。求出合力作用點(diǎn)的 座標(biāo) 位置 O0(x0,y０)，即為所求模具的壓力中心。計(jì)算公式為：30因沖壓力與沖壓周邊長度成正比， 所以式中的各沖壓力 P１、Ｐ２、Ｐ３……Pn，可分別用各沖壓周邊長度 L１、Ｌ２、Ｌ３……Ln代替，即：該產(chǎn)品級(jí)進(jìn)模壓力中心計(jì)算如下：