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摘 要
沖壓制品的成型方法很多。其主要用于沖孔、落料、彎曲、拉深等。而沖壓模，約占成型總數(shù)的60%以上?？梢岳秒姎饪刂?，可實(shí)現(xiàn)半自動化或自動化作業(yè)。冷沖沖裁模主要用于金屬制品的成型，它是沖壓制品生產(chǎn)中十分重要的工藝裝置。沖壓模的基本組成是：上下模座、下模墊板、下模固定板、凹模鑲塊、抬料釘、導(dǎo)料板、導(dǎo)柱導(dǎo)套、卸料板彈釘、卸料板等。在本次設(shè)計(jì)中首先要對排樣圖進(jìn)行分析，選擇出最優(yōu)方案。通過對最優(yōu)方案的排樣進(jìn)行分析，計(jì)算出壓力中心所處的位置。然后對模具結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要包括沖孔凸模、側(cè)刃凸模、凹模等。之后對所設(shè)計(jì)的模具工作零件的強(qiáng)度進(jìn)行校核。選取標(biāo)準(zhǔn)的輔助零件，最后對整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行組裝、調(diào)試。
關(guān)鍵詞：工藝裝置 沖孔 落料 沖裁模
ABSTRACT
There are many ways to form a stamping product. It is mainly used for punching, blanking, bending, drawing and so on. And stamping die, accounting for more than 60% of the total number of molding. Can use electrical control, can achieve semi-automatic or automated operations. Cold punching die is mainly used for the molding of metal products, it is stamping products in the production process is very important device. The basic composition of the stamping die is: the upper and lower mold base, the lower mold plate, the lower mold fixed plate, die inserts, carrying nails, guide plate, guide column guide sleeve, unloading plate nail, discharge plate. In this design, the first row of samples to be analyzed, select the optimal program. The position of the pressure center is calculated by analyzing the layout of the optimal scheme. And then the mold structure design, including punching punch, side blade punch, die and so on. After the design of the mold work parts of the strength of the check. Select the standard auxiliary parts, and finally the overall structure of the assembly, debugging.
Key words: Technology device punching Blanking Punching die
目 錄
第一章 緒論 1
第二章 零件的工藝性分析 2
2.1工件的形狀分析 2
2.2工件的材料分析 3
2.3工件的尺寸精度和表面粗糙度要求 3
2.4沖裁工藝方案的確定 3
第三章 排樣設(shè)計(jì)及工藝參數(shù)的計(jì)算 5
3.1排樣 5
3.1.1合理排樣并繪制排樣圖 5
3.1.2材料有效利用率的計(jì)算 7
3.1.3提高材料有效利用率的方法 7
3.2工藝參數(shù)的計(jì)算 8
3.2.1沖裁力的計(jì)算 8
3.2.2卸料力的計(jì)算 8
3.3壓力中心的確定 9
3.4凸模與凹模刃口尺寸的計(jì)算 10
第四章 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算 12
4.1凸模的設(shè)計(jì)及固定方式 12
4.1.1凸模的設(shè)計(jì) 12
4.1.2凸模的結(jié)構(gòu)形式及其固定方法 12
4.1.3凸模長度的計(jì)算及強(qiáng)度校核 13
4.2凹模結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和校核 13
4.2.1凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 13
4.2.2凹模的強(qiáng)度校核 14
4.3定位零件的設(shè)計(jì) 14
4.3.1擋料銷 15
4.3.2導(dǎo)尺 15
4.3.3卸料零件的設(shè)計(jì) 15
4.4標(biāo)準(zhǔn)模架和導(dǎo)向零件的選擇 16
4.4.1模架的選擇 16
4.4.2導(dǎo)向零件的選擇 16
4.5橡膠元件的選擇 17
4.6固定零件的選擇 17
4.6.1模柄 17
4.6.2固定板 17
4.6.3墊板 17
4.6.4螺釘 18
4.7模具的安裝要求 18
第五章 壓力機(jī)的選擇 19
總 結(jié) 20
致 謝 21
參考文獻(xiàn) 22
大連交通大學(xué)2017屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
第一章 緒論
1.級進(jìn)模的來源及意義
在這個科技迅速發(fā)展的黃金時期，生產(chǎn)率如何，成為表征一個行業(yè)發(fā)展?fàn)顩r好壞的一個標(biāo)準(zhǔn)。正因?yàn)椴捎媚＞哌M(jìn)行生產(chǎn)能在很大程度上提高生產(chǎn)率、節(jié)省原材料、降低生產(chǎn)成本，在要求的一定尺寸精度范圍內(nèi)能夠保證零件的互換性，因此在我國各行各業(yè)得到了迅速、廣泛的應(yīng)用。尤其是改革開放以來，模具的發(fā)展和使用得到了空前的變化。模具是工業(yè)生產(chǎn)中的重要工藝裝備，是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)，模具已成為衡量一個國家生產(chǎn)制造發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一，模具已成為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的重要手段之一，而且占比很大。
目前，隨著信息時代的到來，各種各樣的信息產(chǎn)品走進(jìn)我們的日常生活。而且電子產(chǎn)品向著“輕，薄，端，小”等方向發(fā)展，這就給IT制件的精密級進(jìn)模的開發(fā)帶來很大的困難。IT制件大都是材料厚度為0.02mm~0.6mm的薄件，形狀微小，幾乎接近無間隙沖裁，對沖模刃口的設(shè)計(jì)和加工技術(shù)要求很高，沖裁間隙的均勻性和工藝穩(wěn)定性很難保證，模具壽命不能得到保障，這些條件都給級進(jìn)模設(shè)計(jì)者提出了更高的要求。級進(jìn)模是一種精密、復(fù)雜的沖壓模具，其優(yōu)點(diǎn)在于高效率、高精度和高壽命等，適用于沖壓行業(yè)的自動化生產(chǎn)。
2.級進(jìn)模在國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r
早在我國古代，我國就已具備沖壓模具的技術(shù)生產(chǎn)，在考古發(fā)現(xiàn)中可以找到證據(jù)，這說明在我國古代的模具技術(shù)領(lǐng)先世界。在新中國成立后，1953年，在長春第一汽車廠我國首次建立了沖模車間，開始制造汽車覆蓋件模具。進(jìn)入60年代后，我國開始生產(chǎn)精沖模具。與世界先進(jìn)模具技術(shù)國家相比，不論在技術(shù)上還是在質(zhì)量上甚至在數(shù)量上，都有較大的差距。一些大型的、精密型的、壽命長的模具還需要大量進(jìn)口。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國的模具數(shù)目總量已處在第四名，前三名分別是日本、美國、德國，雖然模具總數(shù)處在第四名，但在模具設(shè)計(jì)制造水平上要比日、德、美、法、意等發(fā)達(dá)國家落后許多。
3.現(xiàn)階段模具的關(guān)鍵技術(shù)解決方案
要想解決精密級進(jìn)模的關(guān)鍵技術(shù)，必須從系統(tǒng)工程的角度出發(fā)，全面分析各種各樣的影響因素，引入創(chuàng)新思想，結(jié)合模具本身的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)和制造新型模具。具體方法有優(yōu)化模具設(shè)計(jì)、采用新型的模具材料、應(yīng)用超精密加工手段、采用特殊的處理工藝等。
第二章 零件的工藝性分析
工件名稱：變壓器鐵芯
生產(chǎn)批量：大批量
工件材料：硅鋼片，厚度0.35mm
圖1-1“山”和“一”字鐵
如上圖所示，此工件是標(biāo)準(zhǔn)的小容量變壓器的鐵芯片，材料是硅鋼片，厚度是0.35mm，生產(chǎn)批量是大批量的生產(chǎn)。在使用時將“山”字片和“一”字片組合為一層，在變壓器線圈上插裝時，相鄰的一層顛倒疊裝，直到所需的鐵芯厚度?！耙弧弊骤F和“山”字鐵使用數(shù)量相等。由于生產(chǎn)批量大，應(yīng)重點(diǎn)考慮節(jié)省材料、提高材料的利用率。
2.1工件的形狀分析
1)工件形狀相對簡單，具有對稱結(jié)構(gòu)，這樣可以減少排樣廢料，由于工件是大批量生產(chǎn)，能很大程度的提高材料的利用率。
2)除在少、無廢料排樣或采用鑲拼模結(jié)構(gòu)時，允許工件有尖銳的清角外，沖裁件的外形或內(nèi)孔交角處應(yīng)采用圓角過渡，避免清角。
3)盡量避免沖裁件上過長的懸臂與窄槽，此工件符合要求。
4)沖裁件孔與孔之間、孔與零件邊緣之間的壁厚，因受模具強(qiáng)度和零件質(zhì)量的限制，其值不能太小。一般要求c≥1.5t,此工件滿足要求。
5)沖裁件的孔徑因受沖孔凸模強(qiáng)度和剛度的限制，不宜太小，否則容易折斷和壓彎。
2.2工件的材料分析
硅鋼片，它是一種含碳極低的硅鐵軟磁合金，一般含硅量為0.5~4.5%。加入硅可提高鐵的電阻率和最大磁導(dǎo)率，降低矯頑力、鐵芯損耗(鐵損)和磁時效。硅鋼片的生產(chǎn)由于工藝復(fù)雜、工藝窗口窄，生產(chǎn)難度大，被譽(yù)為鋼鐵產(chǎn)品中的工藝品，特別是取向硅鋼片。硅鋼片主要用來制作各種變壓器、電動機(jī)和發(fā)電機(jī)的鐵芯。世界硅鋼片產(chǎn)量約占鋼材總產(chǎn)量的1%。
2.3工件的尺寸精度和表面粗糙度要求
1)沖裁件的尺寸精度要求，應(yīng)在經(jīng)濟(jì)精度范圍以內(nèi)，對于普通沖裁件，其經(jīng)濟(jì)精度不高于IT11級，一般要求落料件公差等級最好低于IT10級，沖孔件最好低于IT9級。零件上所有未注工差的尺寸，屬自由尺寸可按照IT11級確定工件的工差。
外形尺寸：67-0.170mm，45.5-0.140mm，19-0.120mm，12-0.100mm；
內(nèi)部尺寸：33.50+0.11mm，?40+0.05mm，孔心距55±0.10mm；
2)沖裁件的斷面粗糙度與材料塑性、材料厚度、沖裁模間隙、刃口銳鈍以及沖模結(jié)構(gòu)等有關(guān)。當(dāng)沖裁厚度為2mm以下的金屬板料時，其斷面粗糙度Ra一般可達(dá)12.5~3.2um。
2.4沖裁工藝方案的確定
在沖裁工藝分析和技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析的基礎(chǔ)上根據(jù)沖裁件的特點(diǎn)確定沖裁工藝方案。沖裁工藝方案可分為單工序沖裁、復(fù)合沖裁和級進(jìn)沖裁。該工件主要包括落料、沖孔兩個基本工序，因此可以產(chǎn)生三種工藝方案；
方案一：先落料，后沖孔，采用單工序沖裁模生產(chǎn)。
方案二：落料-沖孔復(fù)合沖裁，采用復(fù)合沖裁模生產(chǎn)。
方案三：沖孔-落料連續(xù)沖壓，采用級進(jìn)沖裁模生產(chǎn)。
分析各工藝方案：
方案一：所需的模具結(jié)構(gòu)簡單，但是需要兩道工序兩副模架，這兩副模架分別是落料模和沖孔模，由于所需工序和模具設(shè)備比較多，生產(chǎn)效率較低，與工件所要求的大批量生產(chǎn)不符，因此不建議選擇此方案。
方案二：該方案只需一副模具，而且復(fù)合沖裁模結(jié)構(gòu)緊湊，生產(chǎn)率高，制件精度高，特別是制件孔對外形的位置度容易保證。但另一方面，復(fù)合沖裁模結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對模具零件精度要求較高，模具裝配精度也較高，材料的利用率不高，沖壓后的成品件留在模具上，嚴(yán)重影響了沖壓速度，而且操作人員的安全不能保證。
方案三：該方案只需一副級進(jìn)沖裁模，生產(chǎn)率較復(fù)合沖裁模高，操作方便，材料的利用率高，工件精度也能滿足要求。由于用級進(jìn)模沖壓時，沖壓件是依次在幾個不同位置上逐步成形的，因此要控制沖壓件的孔與外形的相對位置精度就必須嚴(yán)格控制送料步距。
通過以上分析，綜合考慮使用第三種方案最佳。
第三章 排樣設(shè)計(jì)及工藝參數(shù)的計(jì)算
3.1排樣
3.1.1合理排樣并繪制排樣圖
根據(jù)材料經(jīng)濟(jì)利用的程度大小，排樣方法可分為有廢料、少廢料和無廢料三種排樣方法，根據(jù)制件在條料上的布置形式，排樣又可分為直排、斜排、對排、混合排、多排等多種多樣的形式。
圖3-1排樣方法
(1)有廢料排樣法：如圖3-1所示，沿制件的全部外形輪廓沖裁，在制件之間及制件與條料側(cè)邊之間，都有工藝余料(稱搭邊)存在。因留有搭邊，所以制件的質(zhì)量和模具使用壽命較高，但這樣使材料的利用率降低不少。
(2)少廢料排樣法：如圖3-1所示，沿制件的部分外形輪廓切斷或沖裁，只在制件之間留有搭邊，這樣使得材料的利用率有所提高。
(3)無廢料排樣法：無廢料排樣法就是無工藝搭邊的排樣法，制件直接由切斷條料獲得。就像圖3-1所示，幾乎無廢料產(chǎn)生。
采用少、無廢料排樣法，材料利用率高，有利于一次沖程獲得多個制件，且可以簡化模具結(jié)構(gòu)、降低沖裁力。但是，因條料本身的公差以及條料導(dǎo)向與定位所產(chǎn)生的誤差將直接的影響沖壓件，這使得沖裁件的尺寸精度降低。與此同時，因模具單面受力(單邊切斷時)，不但會加劇模具的磨損，降低模具的使用壽命，而且也會直接影響到?jīng)_裁件的斷面質(zhì)量。為此，設(shè)計(jì)排樣時必須統(tǒng)籌兼顧、全面考慮。
經(jīng)分析工件形狀，其窗口寬度和兩側(cè)的寬度相等，均為12mm。利用這一特點(diǎn)，可以減少廢料，提高材料的利用率。排樣如圖3-2所示。
圖3-2級進(jìn)模排樣
圖中A、B、N、M區(qū)均為廢料，送料的步距為一個工件長加上一個廢料寬度。按這樣的排樣方式，材料的利用率為89%，而一般的排樣方法僅鐵芯窗口廢料的損失就達(dá)到20.86%。
沖裁板料采用條料，條料寬度為81.5mm，誤差取0.02mm。分為兩個工位，第一工位沖出8個?4mm的孔和用側(cè)刃切出A、B兩區(qū)的廢料切口，第二工位沖裁C區(qū)的“山”字鐵。第二工位完成三個任務(wù)，第一是完成C區(qū)的“山”字鐵沖裁，并從凹?？字新涑?；第二是完成E區(qū)“一”字鐵的落料，并從凹模側(cè)面滑出；第三是完成H區(qū)“山”字鐵左半部的沖裁成形。這一工位沖出兩個“山”字鐵和兩個“一”字鐵，其中H區(qū)的“山”字鐵被留在凹模上，為此上模設(shè)置吹料管，在滑塊回程時將E、H、D的工件吹出凹模板。D區(qū)的落料由側(cè)刃凸模完成。
本模具采用側(cè)刃定距。由排樣圖可以看出，送料的實(shí)際步距是86mm，該步距是E區(qū)“一”字鐵長度67mm與N區(qū)廢料寬度19mm的和。故側(cè)刃沖裁也由兩部分組成：①B區(qū)的側(cè)刃切廢；②E區(qū)的沖裁。實(shí)際上E區(qū)并沒有沖裁凸模，C區(qū)的落料凸模起到了E區(qū)側(cè)刃沖裁的作用。
工件上的?4mm孔是用于穿的，要求孔的位置不能偏移，故在L和K兩孔處設(shè)置兩個導(dǎo)正銷。側(cè)刃作為粗定位，其步距應(yīng)大于實(shí)際步距0.04~0.12mm，沖裁時由導(dǎo)正銷將條料拉回，實(shí)現(xiàn)精確定位。
條料第一次沖裁時，假如沒有初始擋料，條料將被J區(qū)的側(cè)刃擋塊擋住，由于條料的M、N區(qū)尚未沖裁，所以E區(qū)和D區(qū)的“一”字鐵沖裁后不能脫離，而使后續(xù)的沖裁無法進(jìn)行。因此，必須利用始用擋料銷確定條料第一次沖裁的正確位置。第一次送進(jìn)條料時，用手按下始用擋料銷，條料被擋在N區(qū)的前方。第一次沖裁的是A、B兩個廢料區(qū)和8個?4mm的孔。第二次送料時，始用擋料銷由于彈簧的作用已隱在模具中不起作用，條料由J區(qū)側(cè)刃擋塊定位。第二次沖裁時，E、C兩區(qū)形成產(chǎn)品工件，H和D區(qū)由于工件不完整而形成廢料。第三次送料時即進(jìn)入正常定位方式，直至將條料沖完。
3.1.2材料有效利用率的計(jì)算
在沖壓零件的成本中，材料費(fèi)用約占60%以上，因此材料的經(jīng)濟(jì)利用具有非常重要的意義。沖壓件在條料或板料上的布置方法稱為排樣。不合理的排樣會浪費(fèi)很多的材料，衡量排樣經(jīng)濟(jì)性的指標(biāo)是材料的有效利用率，計(jì)算公式如下：
η=SS0×100%=SAB×100%
式中，η—材料有效利用率；
S—工件的實(shí)際面積；
S0—所用材料面積，包括工件面積和廢料面積；
A—步距；
B—條料寬度。
若考慮料頭、料尾和邊余料的材料消耗，測一塊板料上總的材料有效利用率η總為：
η總=nSLB×100%
式中，n—一塊板料上沖裁件的總數(shù)目；
S—一個沖裁件的實(shí)際面積；
L—板料的長度；
B—板料的寬度。
對于本課題的變壓器鐵芯，具體的材料有效利用率的計(jì)算過程如下：
一個步距內(nèi)的材料有效利用率計(jì)算過程如下：
η=SAB×100%
η=1-(24×19×2+π×22×8)67+19×81.5×100%=85.55%
查閱硅鋼板規(guī)格尺寸表，厚度為0.35mm的硅鋼板有以下規(guī)格；600mm×1200mm；650mm×1400mm；700mm×1420mm；710mm×1420mm；750mm×1500mm；800mm×1500mm；850mm×1700mm；900mm×1800mm；950mm×1900mm；1000mm×2000mm等規(guī)格。綜合考慮適合選擇1000mm×2000mm的板材，每張板材可以剪裁1000/81.5=12.27條取整為12條(81.5mm×2000mm),每根條料有2000/(67+19)=23.26個步距，取整為23個步距，則η總為：
η總=nSLB×100%=5996.52×12×231000×2000×100%=82.75%
所以，每塊板料的材料有效利用率為82.75%。
3.1.3提高材料有效利用率的方法
從材料有效利用率的計(jì)算公式可以看出，若能減少廢料的面積，則材料的利用率高。廢料可分為工藝廢料與結(jié)構(gòu)廢料兩種。結(jié)構(gòu)廢料由工件的形狀特點(diǎn)決定，一般不會改變；搭邊和余料屬工藝廢料，是與排樣形式及沖壓方式有關(guān)的廢料，設(shè)計(jì)合理的排樣方案，減少工藝廢料，才能提高材料利用率。
3.2工藝參數(shù)的計(jì)算
3.2.1沖裁力的計(jì)算
計(jì)算沖裁力的目的是為了合理地選用沖壓設(shè)備、設(shè)計(jì)模具和檢驗(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)沖裁的需求。若采用平刃沖裁模，其沖裁力F按下式計(jì)算：
F=KtLτ
式中，τ—材料抗剪強(qiáng)度，MPa；
L—沖裁周邊總長，mm；
t—材料厚度，mm；
K—安全系數(shù)。
系數(shù)K是考慮到?jīng)_裁模刃口的磨損、凸模與凹模間隙的波動、潤滑情況、材料力學(xué)性能與厚度公差的變化等因素而設(shè)置的安全系數(shù)，一般取1.3。當(dāng)查不到材料抗剪強(qiáng)度τ時，可用抗拉強(qiáng)度σb代替τ，此時K=1。按照上式計(jì)算。鐵芯材料是硅鋼片，可取τ=450MPa，材料厚度t=0.35mm，L值由全部沖裁線組成：
L=8×2π×2+24×2+19×2+67+67-19+33.5×6+67=617.48mm
則沖裁力F=1.3×0.35×617.48×450=126.43KN
3.2.2卸料力的計(jì)算
當(dāng)上模完成一次沖裁后，沖入凹模內(nèi)的制件或廢料因彈性擴(kuò)張而梗塞在凹模內(nèi)，模面上的材料因彈性收縮而緊箍在凸模上。為了使沖裁工作繼續(xù)進(jìn)行，必須將箍在凸模上的材料刮下；將梗塞在凹模內(nèi)的制件或廢料向下推出或向上頂出。從凸模上刮下材料所需的力，稱為卸料力；從凹模內(nèi)向下推出制件或廢料所需的力，稱為推料力；從凹模內(nèi)向上頂出制件所需的力，稱為頂件力。
FQ=KF
式中，F(xiàn)Q—卸料力；
K—卸料力系數(shù)，其值為0.02~0.06(薄料取大值，厚料取小值)；
F—沖裁力。
FQ=0.05×126.43=6.32KN
3)壓力機(jī)公稱壓力的選取
沖裁時，壓力機(jī)的公稱壓力必須大于或等于沖裁時各工藝力的總和FZ。
FZ=F+FQ
則壓力機(jī)的壓力應(yīng)大于132.75KN。
3.3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)使沖模的壓力中心與壓力機(jī)滑塊的中心相重合。對于帶有模柄的沖壓模，壓力中心應(yīng)通過模柄的軸心線，否則會使沖模和壓力機(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、多凸模的壓力中心可用解析計(jì)算法求出。
解析法的計(jì)算依據(jù)是：各分力對某坐標(biāo)軸的力矩之代數(shù)和等于諸力的合力對該坐標(biāo)軸的力矩。求出合力作用點(diǎn)的坐標(biāo)位置O (x,y),即為所求模具的壓力中心。計(jì)算公式為：
x=F1x1+F2x2+?+FnxnF1+F2+?+Fn
y=F1y1+F2y2+?+FnynF1+F2+?+Fn
因沖裁力與沖裁周邊長度成正比，所以上式中的沖裁力F1、F2、F3、?、Fn,可以分別用各沖裁周邊長度L1、L2、L3、?、Ln代替，即：
x=L1x1+L2x2+?+LnxnL1+L2+?+Ln
y=L1x1+L2x2+?+LnxnL1+L2+?+Ln
坐標(biāo)系的建立是任意的，但坐標(biāo)系位置選擇適當(dāng)可使計(jì)算簡單化。在選擇坐標(biāo)系時，應(yīng)盡量把坐標(biāo)原點(diǎn)設(shè)在壓力中心或幾個對稱壓力中心的對稱中心處，這樣會使計(jì)算過程變得簡單，而且不易出錯。從排樣圖可以看出，沖裁線在y方向上是對稱的，因此y方向上的壓力中心坐標(biāo)值為零。只需要計(jì)算x軸方向上壓力中心的坐標(biāo)值即可。壓力中心計(jì)算過程如下：
x=LaXa+LbXb+LwXw+LpXp+LeXe+LdXdLa+Lb+Lw+Lp+Le+Ld
x=-67×86-67×129-16π×86-16π×43+0+67×4367+67+16π+16π+33.5×6+67+67+12×4
x=-29.16mm
即壓力中心的x軸坐標(biāo)值為-29.16。
壓力中心受力圖如下圖3-3所示：
圖3-3壓力中心
3.4凸模與凹模刃口尺寸的計(jì)算
沖裁件的尺寸精度主要決定于模具刃口的尺寸精度，模具的合理間隙值也要靠模具刃口尺寸及制造精度來保證。正確確定模具刃口尺寸及其制造公差，是設(shè)計(jì)沖裁模的主要任務(wù)之一。從生產(chǎn)實(shí)踐中可以發(fā)現(xiàn)：
(1)由于凸模、凹模之間存在間隙，使落下的料或沖出的孔都帶有錐度，且落料件的大端尺寸等于凹模尺寸，沖孔件的小端尺寸等于凹模尺寸。
(2)在測量與使用中，落料件是以大端尺寸為基準(zhǔn)，沖孔孔徑是以小端尺寸為基準(zhǔn)。
(3)沖裁時，凸模、凹模要與沖裁件或廢料發(fā)生摩擦，凸模愈磨愈小，凹模愈磨愈大，結(jié)果使間隙愈來愈大。
由此在決定模具刃口尺寸及其制造公差時需考慮下述原則：
(1)落料件尺寸由凹模尺寸決定，沖孔時孔的尺寸由凸模決定。故設(shè)計(jì)落料模時，以凹模為基準(zhǔn)，間隙取在凸模上；設(shè)計(jì)沖孔模時，以凸模為基準(zhǔn)，間隙取在凹模上。
(2)考慮到?jīng)_裁中凸模、凹模的磨損，設(shè)計(jì)落料模時，凹模基本尺寸應(yīng)取尺寸公差范圍的較小尺寸；設(shè)計(jì)沖孔模時，凸模基本尺寸則應(yīng)取工件孔尺寸公差范圍內(nèi)的較大尺寸。這樣，在凸模、凹模磨損到一定程度的情況下，仍能沖出合格制件。凸模、凹模間隙則取最小合理間隙值。
(3)確定沖模刃口制造公差時，應(yīng)考慮制件的公差要求。如果對刃口精度要求過高(即制造公差過小)，會使模具制造困難，增加成本，延長生產(chǎn)周期；如果對刃口精度要求過低(即制造公差過大)，則生產(chǎn)出來的制件可能不合格，會使模具的壽命降低。制件精度與模具制造精度的關(guān)系見表2.2.1。若制件沒有標(biāo)注公差，則對于非圓形件按國家標(biāo)準(zhǔn)“非配合尺寸的公差數(shù)值”IT14級處理，沖模則可按IT11級制造；對于圓形件，一般可按IT7~IT6級制造模具。沖壓件的尺寸公差應(yīng)按“入體”原則標(biāo)注，落料件上偏差為零，下偏差為負(fù)；沖孔件下偏差為零，上偏差為正。
查表得Zmin=0.028,Zmax=0.036；Zmax-Zmin=0.006；制造等級為：IT11級。
①落料凹模尺寸的計(jì)算
根據(jù)零件圖凹模磨損后變大的尺寸有Ad1(67-0.170)、Ad2(45.5-0.140)、Ad3(33.5-0.110)、Ad4(12-0.100)、Ad5(19-0.120)。其中Ad3(33.5-0.110)為半磨損尺寸，制造偏差δ=0.25△/2。
刃口尺寸計(jì)算公式： Aj=(Amax-x△)0+0.25△
由表2.3.1查得：對于以上要計(jì)算的尺寸，其磨損系數(shù)分別為xd1=0.75、xd2=1、xd3=1、xd4=1、xd5=1。
Ad1=(67-0.75×0.17)0+0.25×0.17=66.870+0.043mm
Ad2=(45.5-1×0.14)0+0.25×0.14=45.360+0.035mm
Ad3=(33.5-1×0.11)0+0.25×0.11÷2=33.390+0.014mm
Ad4=(12-1×0.10)0+0.25×0.10=11.900+0.025mm
Ad5=(19-1×0.12)0+0.25×0.12=18.880+0.03mm
②沖孔凸模尺寸的計(jì)算
dp=(dmin+x△)-δp0
dp=(4+0.75×0.05)-0.0190=4.04-0.0190 mm
③孔心距的尺寸計(jì)算
Ld=(Lmin+0.5△)±0.125△
Ld=54.9+0.5×0.2±0.125×0.2=55±0.025mm
凸模刃口尺寸按凹模相應(yīng)部位的尺寸配制，保證雙面最小間隙處在0.028～0.036之間。
第四章 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算
4.1凸模的設(shè)計(jì)及固定方式
4.1.1凸模的設(shè)計(jì)
A、B區(qū)的側(cè)刃凸模是由斷面為19mm×24mm的矩形長方體制成的，根據(jù)各板的規(guī)格可以知道側(cè)刃凸模的高度，其高度適中且卸料力較小，因此采用螺釘?shù)跹b固定在墊板上，固定所采用的螺釘為模具中經(jīng)常使用的內(nèi)六角螺釘，其規(guī)格為M10。理論上尺寸19mm×24mm相交處為直角，但是考慮到凸模的使用壽命，因此將直角制成0.5mm的圓角。?4mm沖孔凸模根據(jù)其結(jié)構(gòu)采用臺階式固定。因凸模要穿過凸模固定板、橡膠彈性體及卸料板，長度較大，容易折彎或折斷，故上部直徑取較大值，定為?10mm，進(jìn)入卸料板凸模直徑為4mm，用卸料板進(jìn)行保護(hù)。
C區(qū)的“山”字落料凸模采用直壁形結(jié)構(gòu)，其固定方式采用3個M8螺釘?shù)跹b在墊板上。“山”字鐵左右兩側(cè)的直線刃口，是兩次沖裁相接而成的。這種兩次沖裁一個直邊的情況稱為平接，在級進(jìn)模中本應(yīng)該避免平接的出現(xiàn)，因?yàn)槿菀桩a(chǎn)生毛刺和相接痕跡。因此采用兩個措施，第一是增加定位精度，在凸模上安裝導(dǎo)正銷，第二是凸模上的尺寸67mm適當(dāng)大一點(diǎn)，在取沖裁間隙時采用加大凹模的方法形成間隙。
D區(qū)的切斷凸模屬于單面切斷，H區(qū)在沖裁的時候已由卸料板壓緊，而此時D區(qū)處于懸臂的狀態(tài)，切斷凸模沖裁時有兩種不利的趨勢，其一是懸臂的工件有側(cè)傾的趨勢，其二是凸模單邊受力被擠而使沖裁間隙有擴(kuò)大的趨勢。為阻止其轉(zhuǎn)動和側(cè)傾，在下模部位設(shè)計(jì)出支承臺階。卸料板對凸模起到后支持的作用，在一定程度上可以消除第二個不利因素。
4.1.2凸模的結(jié)構(gòu)形式及其固定方法
凸模結(jié)構(gòu)通常分為兩大類，一類是鑲拼式，另一類為整體式。整體式中，根據(jù)加工方法的不同，又可分為直通式和臺階式兩種。直通式凸模的工作部分和固定部分的形狀與尺寸做成一樣，這類凸模一般采用線切割方法進(jìn)行加工。臺階式凸模一般采用機(jī)械加工，當(dāng)形狀復(fù)雜時成形部分常采用成形磨削。對于圓形凸模，GB2863-81的冷沖模標(biāo)準(zhǔn)已制定出這類凸模的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)形式與尺寸規(guī)格。設(shè)計(jì)時可按國家標(biāo)準(zhǔn)選取。凸模的固定方法有臺肩固定、鉚接、螺釘和銷釘固定、粘結(jié)劑澆注法固定等。
4.1.3凸模長度的計(jì)算及強(qiáng)度校核
本模具采用彈性卸料裝置進(jìn)行卸料，凸模長度包括：凸模固定板、橡膠彈性體、卸料板等長度，所以L=66mm。
在一般情況下，凸模的強(qiáng)度是足夠的，不必進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。但對于細(xì)長的凸模，或凸模斷面尺寸較小而沖壓毛坯的厚度又比較大的情況下，必須進(jìn)行承壓能力和抗縱向彎曲能力兩方面的校驗(yàn)，以保證凸模設(shè)計(jì)的安全。通過比較在這里只對沖孔凸模進(jìn)行校核。
對于圓形凸模有dmin≥4tτσ
式中σ—凸模最小斷面的壓應(yīng)力，MPa；
t—沖裁材料厚度，mm；
τ—沖裁材料抗剪強(qiáng)度，MPa；
[σ]—凸模材料的許用壓應(yīng)力，MPa。
其中，dmin=4mm；t=0.35mm；τ=450MPa；[σ]=250MPa。代入上式成立，因此該沖孔凸模能滿足要求。
4.2凹模結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和校核
4.2.1凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
凹模采用鑲拼結(jié)構(gòu)，隨著技術(shù)的發(fā)展，近年來由于線切割機(jī)床的普及，采用整體凹模結(jié)構(gòu)具有制造簡單、制作周期短的特點(diǎn)，并且由于凸模固定板、卸料板、凹模可以用同一程序定位、切割，因而可以保證相對位置的精度，便于裝配。再者，本模具是純沖裁模，凹模是一個平面，磨損后便于刃磨。綜合以上因素，將凹模設(shè)計(jì)為整體凹模，所選材料為Cr12MoV，此材料淬透性好，利于刃磨。凹模結(jié)構(gòu)圖如下圖4-1所示。
圖4-1凹模結(jié)構(gòu)
4.2.2凹模的強(qiáng)度校核
凹模內(nèi)部的兩個矩形區(qū)，沖裁是處于懸臂狀態(tài)，因而凹模應(yīng)有足夠的厚度，否則由于受彎截面過小，會使此處凹模折斷，因此該處應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)度校核，由裁料力學(xué)可知，將其簡化為懸臂梁，其載荷F1是作用在頭部寬度為12mm的沖裁力；F2是作用在長邊沖裁力的和，其作用點(diǎn)在中心。
F1=L1tτ=12×10-3×0.35×10-3×450×106=1890N
F2=L2tτ=33.5×10-3×0.35×10-3×450×106×2=10552.5N
Mmax=M1+M2=F1L1+F2L2=240N?m
矩形截面的抗彎截面模量由材料力學(xué)可知：
W=bH26
由材料力學(xué)可知彎曲強(qiáng)度條件是：
MmaxW≤[σ]
代入數(shù)據(jù)后得H≥21.9mm。本模具所選凹模的厚度為30mm，因此滿足強(qiáng)度要求。
圖4-2危險(xiǎn)截面
4.3定位零件的設(shè)計(jì)
為了保證條料的正確送進(jìn)和毛坯在模具中的正確的位置，要想沖裁出外形完整的合格零件，模具設(shè)計(jì)時必須要考慮條料或毛坯的定位。正確位置是依靠定位零件來保證的。毛坯的形狀和模具的結(jié)構(gòu)不同，所選擇的定位零件多種多樣。設(shè)計(jì)時可根據(jù)毛坯形狀、模具的結(jié)構(gòu)、零件的精度要求、生產(chǎn)率的高低等因素進(jìn)行選擇。定位包含控制送料步距的擋料和垂直方向上的導(dǎo)料等。
4.3.1擋料銷
擋料銷的作用是擋住條料搭邊或沖壓件輪廓以限制條料的送料距離。國家標(biāo)準(zhǔn)中常見的擋料銷有三種形式：固定擋料銷、活動擋料銷和始用擋料銷。固定擋料銷安裝在凹模上，用來控制條料的進(jìn)距，特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，制造方便。由于安裝在凹模上，安裝孔可能會造成凹模強(qiáng)度的消弱，常用的結(jié)構(gòu)有圓形和鉤形擋料銷。活動擋料銷常用于倒裝復(fù)合模中。始用擋料銷用于級進(jìn)模中開始時候的定位。
在該級進(jìn)模上必須使用始用擋料銷。在條料第一次沖裁時，假如沒有初始擋料，條料將被J區(qū)的側(cè)刃擋塊擋住，由于條料的M、N區(qū)尚未沖裁，所以E區(qū)和D區(qū)的“一”字鐵沖裁后不能脫離，而使后續(xù)的沖裁無法進(jìn)行。因此，必須利用始用擋料銷確定條料第一次沖裁的正確位置。第一次送進(jìn)條料時，用手按下始用擋料銷，條料被擋在N區(qū)的前方。第一次沖裁的是A、B兩個廢料區(qū)和8個Φ4mm的孔。第二次送料時，始用擋料銷由于彈簧的作用已隱在模具中不起作用，條料由J區(qū)的側(cè)刃擋塊定位。第二次沖裁時，E、C兩區(qū)形成產(chǎn)品工件，H和D區(qū)由于工件不完整而形成廢料。第三次送料時即進(jìn)入正常定位方式，直至將條料沖完。
4.3.2導(dǎo)尺
導(dǎo)尺的作用是對條料進(jìn)行導(dǎo)向，安裝在凹模工作部位的兩側(cè)，并于模具中心線平行。在本模具中各工序均為沖裁，沖壓過程中材料沒有上、下運(yùn)動，因此導(dǎo)尺工作側(cè)面制成直臂形，導(dǎo)尺與條料之間應(yīng)留有微小間隙。精度差時會出現(xiàn)送料困難的情況；而過大將會影響E區(qū)和D區(qū)成品件的尺寸。導(dǎo)尺的厚度結(jié)合始用擋料銷的厚度取6mm。在J區(qū)設(shè)置了側(cè)刃擋塊，導(dǎo)尺不起作用，因此導(dǎo)尺在側(cè)刃擋塊處終止。導(dǎo)尺用45鋼制作，其硬度為50~55HRC。導(dǎo)尺用螺釘固定在凹模的上表面。
4.3.3卸料零件的設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)卸料零件的目的，是將沖裁后卡箍在凸模上或凸凹模上的制件或廢料卸掉，保證下次沖裁能夠正常進(jìn)行。常用的卸料方式有剛性卸料、彈壓卸料等方式。在本模具中所使用的是彈壓卸料方式。
彈壓卸料板具有卸料和壓料的雙重作用，主要用于沖裁料厚在1.5mm以下的板料，由于有壓料的作用，沖裁件比較平整。彈壓卸料板與彈性元件(彈簧或橡膠)、卸料螺釘組成彈壓卸料裝置。為了達(dá)到好的卸料效果，在模具開啟狀態(tài)時，卸料板應(yīng)高出模具工作零件刃口0.3~0.5mm，以利于卸料。
4.4標(biāo)準(zhǔn)模架和導(dǎo)向零件的選擇
4.4.1模架的選擇
常用的模架結(jié)構(gòu)有：滑動式導(dǎo)柱導(dǎo)套模架和滾動式導(dǎo)柱導(dǎo)套模架。根據(jù)導(dǎo)柱分布的不同又可分為對角導(dǎo)柱模架、中間導(dǎo)柱模架、后側(cè)導(dǎo)柱模架等。模架由上、下模座和導(dǎo)向零件組成，是整副模具的骨架，模具的全部零件都固定在它的上面，并承受沖壓過程的全部載荷。模具的上模座和下模座分別與沖壓設(shè)備的滑塊和工作臺固定。上、下模間的精確位置由導(dǎo)柱、導(dǎo)套的導(dǎo)向來實(shí)現(xiàn)。模架的選用規(guī)格，可根據(jù)凹模周界尺寸從標(biāo)準(zhǔn)手冊選取。
4.4.2導(dǎo)向零件的選擇
導(dǎo)向零件是用來保證上模和下模的正確運(yùn)動的。對于生產(chǎn)批量較大、零件公差要求較高、壽命要求較長的模具，一般都采用導(dǎo)向裝置。在模具中應(yīng)用最廣泛的是導(dǎo)柱和導(dǎo)套。導(dǎo)柱、導(dǎo)套與模座的裝配方式及要求按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。但要注意，在選導(dǎo)向裝置及零件標(biāo)準(zhǔn)時，要根據(jù)所設(shè)計(jì)模具的實(shí)際閉合高度。上下模的導(dǎo)向在凸模與凹模開式作用前或壓料板接觸到制件前就應(yīng)該充分的合上，以確保導(dǎo)向在沖壓工作開始時即以發(fā)揮正常作用，導(dǎo)柱的長度應(yīng)保證沖模在最低位置時導(dǎo)柱的上端面與上模座頂面的距離不小于15mm，而下模座頂面與導(dǎo)柱底面的距離不小于5mm。結(jié)構(gòu)簡圖如圖4-3所示。
圖4-3導(dǎo)向裝置
4.5橡膠元件的選擇
橡膠是沖模中常用的彈性元件，其許用負(fù)荷比彈簧大，安裝調(diào)整也很方便。卸料、頂件常選用硬橡膠，拉壓邊多選用軟橡膠。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)可以選擇多種不同的橡膠，本模具所選擇的橡膠材料為聚氨酯橡膠，厚度為32mm，在模具中的橡膠要注意使用要求，第一是澆注型的聚氨酯橡膠的硬度為(邵氏)80，超過其硬度的會降低橡膠的使用壽命。第二是聚氨酯橡膠體的工作溫度應(yīng)控制在70攝氏度以下。第三是選用普通橡膠時要注意防油，橡膠周圍應(yīng)留有適當(dāng)?shù)目臻g使橡膠受力后能自由變形。
4.6固定零件的選擇
模具的連接與固定零件主要有模柄、固定板、墊板、銷釘、螺釘?shù)?。這些零件都可以從標(biāo)準(zhǔn)中查得。
4.6.1模柄
中、小型模具一般是通過模柄將上模固定在壓力機(jī)滑塊上。模柄是作為上模與壓力機(jī)滑塊連接的零件。對它的基本要求是：一要與壓力機(jī)滑塊上的模柄孔正確配合，安裝可靠；二要與上模正確而可靠連接。JB/T7646-2008《沖模模柄》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的沖模模柄有壓入式模柄、旋入式模柄、凸緣模柄、槽型模柄、浮動模柄和推入式活動模柄。本模具所采用的是凸緣模柄。
4.6.2固定板
凸、凹模固定板主要用于小型凸模、凹?；蛲拱寄５裙ぷ髁慵墓潭?。固定板的外形與凹模輪廓尺寸基本上一致，厚度取凹模厚度的0.6~0.8倍。材料可選用Q235或45鋼。
4.6.3墊板
墊板的作用是承受凸?；虬寄５妮S向壓力，防止過大的沖壓力在上、下模板上壓出凹坑，影響模具的正常使用。墊板厚度根據(jù)壓力大小選擇，一般區(qū)5~12mm,外形尺寸與固定板相同，材料為45鋼，熱處理后硬度為43~48HRC。
4.6.4螺釘
螺釘是標(biāo)準(zhǔn)件，可按標(biāo)準(zhǔn)選取合適的螺釘，在模具中經(jīng)常使用內(nèi)六角螺釘，其優(yōu)點(diǎn)是精度高、安裝方便、所占用的空間小等。
4.7模具的安裝要求
模具的裝配就是根據(jù)模具的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和技術(shù)條件，以一定的裝配順序和方法，將符合技術(shù)要求的零件，經(jīng)協(xié)調(diào)加工，組裝成滿足使用要求的模具。在裝配過程中，即要保證配合零件的配合精度，又要保證零件之間的位置精度，對于具有相對運(yùn)動的零件，還必須保證它們之間的運(yùn)動精度。因此，模具裝配是最后實(shí)現(xiàn)沖模設(shè)計(jì)和沖壓工藝意圖的過程，是模具制造過程的關(guān)鍵工序。模具裝配的質(zhì)量直接影響制件的沖壓質(zhì)量、模具的使用和模具的壽命。沖壓模零件配合關(guān)系表如下：
表4-1模具裝配配合要求
相關(guān)配合零件
理論配合要求
相關(guān)配合零件
理論配合要求
凸模/凹模
相差一個間隙
上模座/導(dǎo)套
H7/r6或H7/s6
凸模/凸模固定板
H7/m6或H7/n6
下模座/導(dǎo)柱
H7/r6或H7/s6
上模座/模柄
H7/r6或H7/s6
導(dǎo)柱/導(dǎo)套
H6/h5或H7/h6
第五章 壓力機(jī)的選擇
根據(jù)要完成的沖壓工序性質(zhì)和各種沖壓設(shè)備的力能特點(diǎn)，考慮沖壓加工所需的變形力、變形功及模具閉合高度和輪廓尺寸的大小等主要因素，結(jié)合工廠現(xiàn)有設(shè)備情況來合理選定設(shè)備類型和噸位。常用沖壓設(shè)備有曲柄壓力機(jī)、液壓機(jī)等，其中曲柄壓力機(jī)應(yīng)用最廣。沖裁類沖壓工序多在曲柄壓力機(jī)上進(jìn)行，一般不用液壓機(jī)；而成形類沖壓工序可在曲柄壓力機(jī)或液壓機(jī)上進(jìn)行。根據(jù)壓力機(jī)的設(shè)備規(guī)格，按照條件，適合本模具的壓力機(jī)為SP系列小型壓力機(jī)，型號為SP-15CS，其主要技術(shù)參數(shù)見下表：
表5-1壓力機(jī)規(guī)格參數(shù)
公稱壓力/KN
150
封閉高度/mm
200~220
行程長度/mm
50~10
主電動機(jī)功率/KW
2.2
滑塊調(diào)節(jié)量/mm
30
機(jī)床質(zhì)量/KG
1400
墊板厚度/mm
80
機(jī)床高度H/mm
1900
工作臺孔尺寸/mm
250×120
機(jī)床外形尺寸/mm
910×1200
注：SP系列小型高速壓力機(jī)為小型C型機(jī)架的開式壓力機(jī)，適用于工業(yè)用接插件、電位器、電容器等小型電子元件的制件生產(chǎn)。
總 結(jié)
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的課題題目是變壓器鐵心級進(jìn)模，提起變壓器，在日常生活中可能隨處可見。鐵心是組成變壓器重要的零件，其材料為硅鋼片，常見的形狀為“山”字形和“一”字形，也有其他形狀的鐵心。而生產(chǎn)出的鐵心零件精度要達(dá)到IT11~IT10級，在本設(shè)計(jì)中所采用的排樣方法為少廢料排樣法，條料在導(dǎo)料板之間運(yùn)動，沖裁完成后，用卸料板進(jìn)行卸料。級進(jìn)模具有材料利用率高、生產(chǎn)效率快、操作簡單等優(yōu)點(diǎn)，但對于加工和安裝提出了更高的要求，以保證模具的使用壽命，對多工位精密級進(jìn)模更是如此。本次設(shè)計(jì)由于經(jīng)驗(yàn)不足，有很多不足之處，望指出。
致 謝
畢業(yè)設(shè)計(jì)是一次綜合性的考察，是對我們四年所學(xué)專業(yè)知識的綜合考察，也是對我們進(jìn)行科學(xué)研究基本功的訓(xùn)練，通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，培養(yǎng)了我們綜合運(yùn)用知識、獨(dú)立分析問題和解決問題的能力，為我們?nèi)蘸蟮膶W(xué)習(xí)和工作開了個好頭。通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)我們學(xué)會了一些解決問題的方法，同時也學(xué)會了吃苦耐勞的精神。本此設(shè)計(jì)能夠順利完成，首先應(yīng)該感謝我的導(dǎo)師，在他的指導(dǎo)下，才使得這次設(shè)計(jì)能夠按時完成。他為我們提供了很多參考文獻(xiàn)和書籍，使得我們的畢業(yè)設(shè)計(jì)有了解決的途徑。他用自己的課余時間為我們解答難題，我們真的很感激。
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