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摘 要
模具是大批量生產(chǎn)同型產(chǎn)品的工具，是工業(yè)生產(chǎn)的主要工藝裝備。模具工業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)工業(yè)。
模具可保證沖壓產(chǎn)品的尺寸精度，使產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。而且在加工中不破壞產(chǎn)品表面。用模具生產(chǎn)零件可以采用冶金廠大量的廉價的軋制鋼板或鋼帶為材料，而且在生產(chǎn)中不需要加熱，具有生產(chǎn)效率高，質(zhì)量好，重量輕，成本低節(jié)約能源和原材料等一系列的優(yōu)點，是其他加工方法所不能比擬的。使用模具已經(jīng)成為當代工業(yè)生產(chǎn)的重要手段和工藝發(fā)展方向?，F(xiàn)代制造工業(yè)的發(fā)展和技術(shù)水平的提高，很大程度上取決于模具工業(yè)的發(fā)展。
本設(shè)計進行了沖壓模具的設(shè)計。文中簡要概述了沖壓模具目前的發(fā)展狀況和趨勢。對產(chǎn)品進行了詳細工藝分析和工藝方案的確定。進行了凹、凸模的閉合高度的計算并確定了模具的結(jié)構(gòu)。計算并設(shè)計了本套模具上的主要零部件，如：凸模、凹模、凸模固定板、墊板、凹模固定板、卸料板、導(dǎo)板、擋料銷等。選定了合理的沖壓設(shè)備。設(shè)計中對工作零件和壓力機規(guī)格均進行了必要的校核計算。此外，本模具采用擋料銷擋料。模具的沖壓凸模用固定板固定，便于調(diào)整間隙；沖壓凹模則采用整體固定板固定。
關(guān)鍵詞：凹模；凸模；設(shè)計計算；校核。
Abstract
Molds to form a mass production of industrial production facilities, is the main techniques and equipment。Mold industry is the foundation of the national economy industry。
Tool to ensure accuracy of the ram of the product sizes, and make products quality。And the process of the surface of the product。Die in the production of parts of the metallurgical factory of rolled steel plates or with a material，And in production don't need, with high efficiency, quality, light weight and low cost to save energy and raw materials for a range of advantages，is Other process could compare with。Use of molds has become an important means of industry and technology development. modern industrial development and technical level, much depends on industrial development of the mold。
This design has been blanking, punching, progressive die design. This paper briefly outlines the current development of stamping die situation and trends. Carried out a detailed process of product analysis and identification technology program. Stamping die design in accordance with the general steps to calculate and design the mold of this set of key components, such as: punch, die, punch retainers, plate, fixed die plate, stripper plate, guide plate, block material or marketing. Mold using standard mold, use a suitable stamping device. Design specifications of the working parts and the press were carried out the necessary checking calculation. In addition, the mold used beginning with the gauge pin gauge. Die punching and blanking punch were fixed with different fixation plate, easy to adjust the gap;
Key words: Gang dies; punch; die; Blanking; calculate and design; Checking.
目錄
摘要 1
Abstract 2
目錄 3
第1章 緒論 5
1.1沖壓的概念、特點及應(yīng)用 5
1.2 沖壓的基本工序及模具 6
1.3 沖壓技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展方向 7
第2章 零件的分析 11
2.1 零件的工藝性分析 11
2.2 工藝方案分析 12
2.2.1 方案的確定 12
2.2.2 方案比較 12
2.3 彎曲工藝計算 13
第3章 模具間隙和凸凹模尺寸的確定 14
3.1 模具間隙的確定 14
3.2 凸凹模尺寸 16
第4章壓力中心的計算 20
4.1 壓力中心的計算 20
4.2 設(shè)備的選擇 20
第5章 排樣設(shè)計 23
5.1搭邊 24
5.2條料寬度的確定 24
5.3材料的經(jīng)濟利用率 25
第6章 模具總體設(shè)計 26
6.1 墊板的設(shè)計 26
6.2 定位零件的設(shè)計 26
6.3 模柄的選擇 26
6.4 連接件與緊固件的選取 26
6.5 下模板的確定 26
6.6 擋料螺釘 27
結(jié)論與展望 28
致謝 29
參考文獻 30
第1章 緒論
1.1沖壓的概念、特點及應(yīng)用
沖壓是利用安裝在沖壓設(shè)備（主要是壓力機）上的模具對材料施加壓力，使其產(chǎn)生分離或塑性變形，從而獲得所需零件（俗稱沖壓或沖壓件）的一種壓力加工方法。沖壓通常是在常溫下對材料進行冷變形加工，且主要采用板料來加工成所需零件，所以也叫冷沖壓或板料沖壓。沖壓是材料壓力加工或塑性加工的主要方法之一，隸屬于材料成型工程術(shù)。
沖壓所使用的模具稱為沖壓模具，簡稱沖模。沖模是將材料（金屬或非金屬）批量加工成所需沖件的專用工具。沖模在沖壓中至關(guān)重要，沒有符合要求的沖模，批量沖壓生產(chǎn)就難以進行；沒有先進的沖模，先進的沖壓工藝就無法實現(xiàn)。沖壓工藝與模具、沖壓設(shè)備和沖壓材料構(gòu)成沖壓加工的三要素，只有它們相互結(jié)合才能得出沖壓件。
與機械加工及塑性加工的其它方法相比，沖壓加工無論在技術(shù)方面還是經(jīng)濟方面都具有許多獨特的優(yōu)點。主要表現(xiàn)如下。
1.沖壓加工的生產(chǎn)效率高，且操作方便，易于實現(xiàn)機械化與自動化。這是因為沖壓是依靠沖模和沖壓設(shè)備來完成加工，普通壓力機的行程次數(shù)為每分鐘可達幾十次，高速壓力要每分鐘可達數(shù)百次甚至千次以上，而且每次沖壓行程就可能得到一個沖件。
2.沖壓時由于模具保證了沖壓件的尺寸與形狀精度，且一般不破壞沖壓件的表面質(zhì)量,而模具的壽命一般較長,所以沖壓的質(zhì)量穩(wěn)定,互換性好,具有“一模一樣”的特征。
3.沖壓可加工出尺寸范圍較大、形狀較復(fù)雜的零件，如小到鐘表的秒表，大到汽車縱梁、覆蓋件等，加上沖壓時材料的冷變形硬化效應(yīng)，沖壓的強度和剛度均較高。
4.沖壓一般沒有切屑碎料生成，材料的消耗較少，且不需其它加熱設(shè)備，因而是一種省料，節(jié)能的加工方法，沖壓件的成本較低。
但是，沖壓加工所使用的模具一般具有專用性，有時一個復(fù)雜零件需要數(shù)套模具才能加工成形，且模具 制造的精度高，技術(shù)要求高，是技術(shù)密集形產(chǎn)品。所以，只有在沖壓件生產(chǎn)批量較大的情況下，沖壓加工的優(yōu)點才能充分體現(xiàn)，從而獲得較好的經(jīng)濟效益。
沖壓地、在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，尤其是大批量生產(chǎn)中應(yīng)用十分廣泛。相當多的工業(yè)部門越來越多地采用沖壓法加工產(chǎn)品零部件，如汽車、農(nóng)機、儀器、儀表、電子、航空、航天、家電及輕工等行業(yè)。在這些工業(yè)部門中，沖壓件所占的比重都相當?shù)拇螅賱t60%以上，多則90%以上。不少過去用鍛造=鑄造和切削加工方法制造的零件，現(xiàn)在大多數(shù)也被質(zhì)量輕、剛度好的沖壓件所代替。因此可以說，如果生產(chǎn)中不諒采用沖壓工藝，許多工業(yè)部門要提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本、快速進行產(chǎn)品更新?lián)Q代等都是難以實現(xiàn)的。
1.2 沖壓的基本工序及模具
由于沖壓加工的零件種類繁多，各類零件的形狀、尺寸和精度要求又各不相同，因而生產(chǎn)中采用的沖壓工藝方法也是多種多樣的。概括起來，可分為分離工序和成形工序兩大類；分離工序是指使坯料沿一定的輪廓線分離而獲得一定形狀、尺寸和斷面質(zhì)量的沖壓（俗稱沖裁件）的工序；成形工序是指使坯料在不破裂的條件下產(chǎn)生塑性變形而獲得一定形狀和尺寸的沖壓件的工序。
上述兩類工序，按基本變形方式不同又可分為沖裁、彎曲、拉深和成形四種基本工序，每種基本工序還包含有多種單一工序。
在實際生產(chǎn)中，當沖壓件的生產(chǎn)批量較大、尺寸較少而公差要求較小時，若用分散的單一工序來沖壓是不經(jīng)濟甚至難于達到要求。這時在工藝上多采用集中的方案，即把兩種或兩種以上的單一工序集中在一副模具內(nèi)完成，稱為組合的方法不同，又可將其分為復(fù)合-級進和復(fù)合-級進三種組合方式。
復(fù)合沖壓——在壓力機的一次工作行程中，在模具的同一工位上同時完成兩種或兩種以上不同單一工序的一種組合方法式。
級進沖壓——在壓力機上的一次工作行程中，按照一定的順序在同一模具的不同工位上完面兩種或兩種以上不同單一工序的一種組合方式。
復(fù)合-級進——在一副沖模上包含復(fù)合和級進兩種方式的組合工序。
沖模的結(jié)構(gòu)類型也很多。通常按工序性質(zhì)可分為沖裁模、彎曲模、拉深模和成形模等；按工序的組合方式可分為單工序模、復(fù)合模和級進模等。但不論何種類型的沖模，都可看成是由上模和下模兩部分組成，上模被固定在壓力機工作臺或墊板上，是沖模的固定部分。工作時，坯料在下模面上通過定位零件定位，壓力機滑塊帶動上模下壓，在模具工作零件（即凸模、凹模）的作用下坯料便產(chǎn)生分離或塑性變形，從而獲得所需形狀與尺寸的沖件。上?；厣龝r，模具的卸料與出件裝置將沖件或廢料從凸、凹模上卸下或推、頂出來，以便進行下一次沖壓循環(huán)。
1.3 沖壓技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展方向
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步和工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，許多新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備、新材料不斷涌現(xiàn)，因而促進了沖壓技術(shù)的不斷革新和發(fā)展。其主要表現(xiàn)和發(fā)展方向如下。
1.沖壓成形理論及沖壓工藝方面
沖壓成形理論的研究是提高沖壓技術(shù)的基礎(chǔ)。目前，國內(nèi)外對沖壓成形理論的研究非常重視，在材料沖壓性能研究、沖壓成形過程應(yīng)力應(yīng)變分析、板料變形規(guī)律研究及坯料與模具之間的相互作用研究等方面均取得了較大的進展。特別是隨著計算機技術(shù)的飛躍發(fā)展和塑性變形理論的進一步完善，近年來國內(nèi)外已開始應(yīng)用塑性成形過程的計算機模擬技術(shù)，即利用有限元（FEM）等有值分析方法模擬金屬的塑性成形過程，根據(jù)分析結(jié)果，設(shè)計人員可預(yù)測某一工藝方案成形的可行性及可能出現(xiàn)的質(zhì)量問題，并通過在計算機上選擇修改相關(guān)參數(shù)，可實現(xiàn)工藝及模具的優(yōu)化設(shè)計。這樣既節(jié)省了昂貴的試模費用，也縮短了制模具周期。
研究推廣能提高生產(chǎn)率及產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本和擴大沖壓工藝應(yīng)用范圍的各種壓新工藝，也是沖壓技術(shù)的發(fā)展方向之一。目前，國內(nèi)外相繼涌現(xiàn)出精密沖壓工藝、軟模成形工藝、高能高速成形工藝及無模多點成形工藝等精密、高效、經(jīng)濟的沖壓新工藝。其中，精密沖裁是提高沖裁件質(zhì)量的有效方法，它擴大了沖壓加工范圍，目前精密沖裁加工零件的厚度可達25mm，精度可達IT16~17級；用液體、橡膠、聚氨酯等作柔性凸?；虬寄５能浤３尚喂に?，能加工出用普通加工方法難以加工的材料和復(fù)雜形狀的零件，在特定生產(chǎn)條件下具有明顯的經(jīng)濟效果；采用爆炸等高能效成形方法對于加工各種尺寸在、形狀復(fù)雜、批量小、強度高和精度要求較高的板料零件，具有很重要的實用意義；利用金屬材料的超塑性進行超塑成形，可以用一次成形代替多道普通的沖壓成形工序，這對于加工形狀復(fù)雜和大型板料零件具有突出的優(yōu)越性；無模多點成形工序是用高度可調(diào)的凸模群體代替?zhèn)鹘y(tǒng)模具進行板料曲面成形的一種先進技術(shù)，我國已自主設(shè)計制造了具有國際領(lǐng)先水平的無模多點成形設(shè)備，解決了多點壓機成形法，從而可隨意改變變形路徑與受力狀態(tài)，提高了材料的成形極限，同時利用反復(fù)成形技術(shù)可消除材料內(nèi)殘余應(yīng)力，實現(xiàn)無回彈成形。無模多點成形系統(tǒng)以CAD/CAM/CAE技術(shù)為主要手段，能快速經(jīng)濟地實現(xiàn)三維曲面的自動化成形。
2.沖模是實現(xiàn)沖壓生產(chǎn)的基本條件.在沖模的設(shè)計制造上,目前正朝著以下兩方面發(fā)展:一方面,為了適應(yīng)高速、自動、精密、安全等大批量現(xiàn)代生產(chǎn)的需要，沖模正向高效率、高精度、高壽命及多工位、多功能方向發(fā)展，與此相比適應(yīng)的新型模具材料及其熱處理技術(shù)，各種高效、精密、數(shù)控自動化的模具加工機床和檢測設(shè)備以及模具CAD/CAM技術(shù)也在迅速發(fā)展；另一方面，為了適應(yīng)產(chǎn)品更新?lián)Q代和試制或小批量生產(chǎn)的需要，鋅基合金沖模、聚氨酯橡膠沖模、薄板沖模、鋼帶沖模、組合沖模等各種簡易沖模及其制造技術(shù)也得到了迅速發(fā)展。
精密、高效的多工位及多功能級進模和大型復(fù)雜的汽車覆蓋件沖模代表了現(xiàn)代沖模的技術(shù)水平。目前，50個工位以上的級進模進距精度可達到2微米，多功能級進模不僅可以完成沖壓全過程，還可完成焊接、裝配等工序。我國已能自行設(shè)計制造出達到國際水平的精度達2?~5微米，進距精度2~3微米，總壽命達1億次。我國主要汽車模具企業(yè)，已能生產(chǎn)成套轎車覆蓋件模具，在設(shè)計制造方法、手段方面已基本達到了國際水平，但在制造方法手段方面已基本達到了國際水平，模具結(jié)構(gòu)、功能方面也接近國際水平，但在制造質(zhì)量、精度、制造周期和成本方面與國外相比還存在一定差距。
模具制造技術(shù)現(xiàn)代化是模具工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)。計算機技術(shù)、信息技術(shù)、自動化技術(shù)等先進技術(shù)正在不斷向傳統(tǒng)制造技術(shù)滲透、交叉、融合形成了現(xiàn)代模具制造技術(shù)。其中高速銑削加工、電火花銑削加工、慢走絲切割加工、精密磨削及拋光技術(shù)、數(shù)控測量等代表了現(xiàn)代沖模制造的技術(shù)水平。高速銑削加工不但具有加工速度高以及良好的加工精度和表面質(zhì)量（主軸轉(zhuǎn)速一般為15000~40000r/min）,加工精度一般可達10微米，最好的表面粗糙度Ra≤1微米），而且與傳統(tǒng)切削加工相比具有溫升低（工件只升高3攝氏度）、切削力小，因而可加工熱敏材料和剛性差的零件，合理選擇刀具和切削用量還可實現(xiàn)硬材料（60HRC）加工；電火花銑削加工（又稱電火花創(chuàng)成加工）是以高速旋轉(zhuǎn)的簡單管狀電極作三維或二維輪廓加工（像數(shù)控銑一樣），因此不再需要制造昂貴的成形電極，如日本三菱公司生產(chǎn)的EDSCAN8E電火花銑削加工機床，配置有電極損耗自動補償系統(tǒng)、CAD/CAM集成系統(tǒng)、在線自動測量系統(tǒng)和動態(tài)仿真系統(tǒng)，體現(xiàn)了當今電火花加工機床的技術(shù)水平；慢走絲線切割技術(shù)的發(fā)展水平已相當高，功能也相當完善，自動化程度已達到無人看管運行的程度，目前切割速度已達到300mm/min,加工精度可達±1.5微米，表面粗糙度達Ra=01~0.2微米;精度磨削及拋光已開始使用數(shù)控成形磨床、數(shù)控光學(xué)曲線磨床、數(shù)控連續(xù)軌跡坐標磨床及自動拋光等先進設(shè)備和技術(shù);模具加工過程中的檢測技術(shù)也取得了很大的發(fā)展,現(xiàn)在三坐標測量機除了能高精度地測量復(fù)雜曲面的數(shù)據(jù)外,其良好的溫度補償裝置、可靠的抗振保護能力、嚴密的除塵措施及簡單操作步驟，使得現(xiàn)場自動化檢測成為可能。此外，激光快速成形技術(shù)（RPM）與樹脂澆注技術(shù)在快速經(jīng)濟制模技術(shù)中得到了成功的應(yīng)用。利用RPM技術(shù)快速成形三維原型后，通過陶瓷精鑄、電弧涂噴、消失模、熔模等技術(shù)可快速制造各種成形模。如清華大學(xué)開發(fā)研制的“M-RPMS-Ⅱ型多功能快速原型制造系統(tǒng)”是我國自主知識產(chǎn)權(quán)的世界惟一擁有兩種快速成形工藝（分層實體制造SSM和熔融擠壓成形MEM）的系統(tǒng)，它基于“模塊化技術(shù)集成”之概念而設(shè)計和制造，具有較好的價格性能比。一汽模具制造公司在以CAD/CAM加工的主模型為基礎(chǔ)，采用瑞士汽巴精化的高強度樹脂澆注成形的樹脂沖模應(yīng)用在國產(chǎn)轎車試制和小批量生產(chǎn)開辟了新的途徑。
3.沖壓設(shè)備和沖壓生產(chǎn)自動化方面
性能良好的沖壓設(shè)備是提高沖壓生產(chǎn)技術(shù)水平的基本條件，高精度、高壽命、高效率的沖模需要高精度、高自動化的沖壓設(shè)備相匹配。為了滿足大批量高速生產(chǎn)的需要，目前沖壓設(shè)備也由單工位、單功能、低速壓力機朝著多工位、多功能、高速和數(shù)控方向發(fā)展，加之機械乃至機器人的大量使用，使沖壓生產(chǎn)效率得到大幅度提高，各式各樣的沖壓自動線和高速自動壓力機紛紛投入使用。如在數(shù)控四邊折彎機中送入板料毛坯后，在計算機程序控制下便可依次完成四邊彎曲，從而大幅度提高精度和生產(chǎn)率；在高速自動壓力機上沖壓電機定轉(zhuǎn)子沖片時，一分鐘可沖幾百片，并能自動疊成定、轉(zhuǎn)子鐵芯，生產(chǎn)效率比普通壓力機提高幾十倍，材料利用率高達97%；公稱壓力為250KN的高速壓力機的滑塊行程次數(shù)已達2000次/min以上。在多功能壓力機方面，日本田公司生產(chǎn)的2000KN“沖壓中心”采用CNC控制，只需5min時間就可完成自動換模、換料和調(diào)整工藝參數(shù)等工作；美國惠特尼公司生產(chǎn)的CNC金屬板材加工中心，在相同的時間內(nèi)，加工沖壓件的數(shù)量為普通壓力機的4~10倍，并能進行沖孔、分段沖裁、彎曲和拉深等多種作業(yè)。
近年來，為了適應(yīng)市場的激烈競爭，對產(chǎn)品質(zhì)量的要求越來越高，且其更新?lián)Q代的周期大為縮短。沖壓生產(chǎn)為適應(yīng)這一新的要求，開發(fā)了多種適合不同批量生產(chǎn)的工藝、設(shè)備和模具。其中，無需設(shè)計專用模具、性能先進的轉(zhuǎn)塔數(shù)控多工位壓力機、激光切割和成形機、CNC萬能折彎機等新設(shè)備已投入使用。特別是近幾年來在國外已經(jīng)發(fā)展起來、國內(nèi)亦開始使用的沖壓柔性制造單元（FMC）和沖壓柔性制造系統(tǒng)（FMS）代表了沖壓生產(chǎn)新的發(fā)展趨勢。FMS系統(tǒng)以數(shù)控沖壓設(shè)備為主體，包括板料、模具、沖壓件分類存放系統(tǒng)、自動上料與下料系統(tǒng)，生產(chǎn)過程完全由計算機控制，車間實現(xiàn)24小時無人控制生產(chǎn)。同時，根據(jù)不同使用要求，可以完成各種沖壓工序，甚至焊接、裝配等工序，更換新產(chǎn)品方便迅速，沖壓件精度也高。
第2章 零件的分析
2.1 零件的工藝性分析
2.1.1 沖壓件的形狀和尺寸
材料：10
材料厚度：1.5mm
零件簡圖：如下圖所示
此工件既又彎曲，又有落料兩個工序。材料為 15，厚度t=1.5mm，具有良好的沖裁性能，適合沖裁。工件結(jié)構(gòu)相對簡單且對稱，滿足沖裁的加工要求。
2.1.2 沖壓件的尺寸精度
零件圖上的尺寸示標注公差，沖裁件的精度按IT13確定，沖模制造精度按IT6～IT7確定。
2.1.3 生產(chǎn)批量
生產(chǎn)批量：大批量
2.2 工藝方案分析
2.2.1 方案的確定
該零件包括沖孔、落料兩個基本工序，可以采用以下四種工藝方案：
方案一：直接落料獲得產(chǎn)品和彎曲，采用單工序模生產(chǎn)。
方案二：先落料后彎曲，采用復(fù)合模生產(chǎn)。
方案三：采用形狀倒置的復(fù)合模具獲得落料產(chǎn)品。
方案四：采用落料的級進模。
2.2.2 方案比較
方案一:模具結(jié)構(gòu)相對而言比較簡單，經(jīng)濟性高，但相對精度較低，不能很好的保證產(chǎn)品的允許公差尺寸。
方案二:先采用來定位工件毛坯料，然后再落下成品。既能很好的保證工件有一定的定位精度，又能減少一次沖壓的合力，并且保證機構(gòu)能在相對小的載荷下工作。
方案三：采用此種生產(chǎn)方式可以大大的提高工作效率，而且可以提高毛坯料的利用效率，但是該種方式會大大增加壓力機的噸位，在實際生產(chǎn)中還得考慮減噪、安全、靈活等。況且該零件墊片本來就已經(jīng)屬于尺寸較大的工件了，采用一次落兩個會使模具的體積擴大，不便于裝卸等。
方案四：供需相對分散，兩次沖裁對精度具有一定的影響，且同樣具有方案三的問題，且不適合實際生產(chǎn)，工作效率也沒有什么實質(zhì)性的提高，而且模具規(guī)模也大大加大，同時模具的結(jié)構(gòu)相對較復(fù)雜。
綜上所述以及實際生產(chǎn)的相關(guān)條件和要求，我決定選擇第二種方案。
2.3 彎曲工藝計算
（1）無圓角半徑（較?。┑膹澢╮〈0.5t）根據(jù)毛坯與制件等體積法計算。
（2）有圓角半徑（較大）的彎曲件（r>0.5t）根據(jù)中性層長度不變原理計算。因為r=2>0.5t=0.5*2=1mm,屬于有圓角半徑(較大)的彎曲件.所以彎曲件的展開長度按直邊區(qū)與圓角區(qū)分段進行計算.視直邊區(qū)在彎曲前后長度不變,圓角區(qū)展開長度按彎曲前后中性層長度不變條件進行計算.
????????? ??LZ=∑l+∑A
該零件的展開長度為
Lz=15.5+7.5+1.57x(3+1.5x0.38)≈28.6(mm)
同理該零件的展開寬度度為
Lz=33.26+2x27x3.14x(10.5+1.5x0.38)/180≈43.69(mm)
以上格式中? P---中性層曲率半徑,mm;??????????
k---中性層位系數(shù),查表得k=0.38??????????
r---彎曲內(nèi)彎曲半徑,mm???????????
t---彎曲件材料厚度,mm??????????
LZ----彎曲件的展開長度,mm??????????
a-----彎曲中心角???????????
β---彎角
第3章 模具間隙和凸凹模尺寸的確定
3.1 模具間隙的確定
在模具設(shè)計時確定一個合理的間隙值，能同時滿足沖裁件質(zhì)量最佳、沖模壽命最長、沖裁力最小等各方面的要求。因此在沖壓實際生產(chǎn)中，主要根據(jù)沖裁件斷面質(zhì)量、尺寸精度和模具壽命的三個因素綜合考慮，給間隙規(guī)定一個合理的范圍值。只要間隙在這個范圍內(nèi)，就能得到質(zhì)量合格的沖裁件和較長的模具壽命。這個間隙范圍就稱為合理間隙，這個范圍的最小值稱為最小合理間隙，最大值稱為最大合理間隙。
考慮到在生產(chǎn)過程中的磨損使間隙變大，故設(shè)計與制造新模具時應(yīng)采用最小合理間隙。確定合理間隙值有理論法和經(jīng)驗法兩種。
1、理論確定法
主要是根據(jù)凸、凹模刃口產(chǎn)生的裂紋相互重合進行計算。
查[1]得凸、凹模的合理間隙：
Z=2(t-b)tanβ （2.1）
=2t(t-t/b)tanβ
式中：Z——雙面間隙值（mm）；
t——材料厚度（mm）；
b——產(chǎn)生裂紋時凸模擠入的材料深度（mm）；
b/t ——產(chǎn)生裂紋時凸模擠入材料的相對深度；
β——剪切裂紋與垂線間的夾角。
由上式可見，影響間隙值的主要因素是材料性質(zhì)和厚度。材料厚度越大，塑性越低的硬脆材料，所需間隙Z值就越大；材料厚度越薄，塑性越好的材料，所需間隙Z值就越小。由于理論計算法在生產(chǎn)中計算不方便，故目前廣泛采用的是經(jīng)驗法確定間隙。
2、經(jīng)驗確定法
根據(jù)研究與實際生產(chǎn)經(jīng)驗，間隙值可按要求分類查表確定。
對于尺寸精度、斷面質(zhì)量要求高的沖裁件應(yīng)選用較小間隙值，這時沖裁力與模具壽命作為次要因素考慮。
對于對于尺寸精度和斷面質(zhì)量要求不高的沖裁件，在滿足沖裁件要求都前提下，應(yīng)以降低沖裁力，提高模具壽命為主，選用較大的雙面間隙值。查[2]得表2.1。
表2.1 沖裁模初始用間隙2c mm
材料厚度
t（mm）
65Mn、45、T7
30、硅鋼片
08、10、15、
H62、Q235
H62、H68、LF21
2Cmin
2Cmax
2Cmin
Cmax
2Cmin
2Cmax
2Cmin
2Cmax
0.2
0.008
0.012
0.01
0.014
0.012
0.016
0.014
0.018
0.3
0.012
0.018
0.015
0.021
0.018
0.024
0.021
0.027
0.4
0.016
0.024
0.02
0.028
0.024
0.032
0.028
0.036
注：當模具采用線切割加工，若直接從凹模中制取凸模，此時凸凹模間隙決定于電極絲直徑，放電間隙和研磨量，但其總和不能超過最大單面初始間隙值。
本設(shè)計選用經(jīng)驗確定法，零件厚度為0.2mm，材料型號為Q10—A.故查表2.1得：
2Cmin=0.012mm
2Cmax=0.016mm
V形件彎曲時，凸、凹模的間隙是靠調(diào)整壓力機的閉合高度來控制的。但在模具設(shè)計中，必須考慮到要使模具閉合時，模具的工作部分與工件能緊密貼合，以保證彎曲質(zhì)量。
U形件彎曲時必須合理確定凸、凹模之間的間隙，間隙過大則回彈大，工件的形狀和尺寸
誤差增大。間隙過小會加大彎曲力，使工件厚度減薄，增加摩擦，擦傷工件并降低模具的壽命。U形件凸、凹模的單面間隙值一般可按下式計算：
；
式中：Z/2——凸、凹模的單面間隙；t——板料厚度的基本尺寸；
△——板料厚度的正偏差；
C——根據(jù)彎曲件的高度和寬度而決定的間隙系數(shù)，其值按表4-16選取。
表-5 間隙系數(shù)C值（單位mm）
當工件精度要求較高時，間隙值應(yīng)適當減小，可以取Z/2=t。
查有關(guān)資料板料厚度的正偏差為
由公式可得：
3.2 凸凹模尺寸
凸模與凹模刃口尺寸和公差，直接影響沖裁件的尺寸精度。模具的合理間隙值也靠凸、凹模刃口尺寸及公差來保證。因此正確確定凸凹模刃口尺寸和公差，是沖裁模設(shè)計中的一項重要工作。
沖裁時凸、凹模的制造公差由[2]得表2.2，如下：
表2.2 凸、凹模的制造公差
基本尺寸
凸模偏差
凹模偏差
基本尺寸
凸模偏差
凹模偏差
≤18
0.020
0.020
＞180～260
0.030
0.045
＞18～30
0.020
0.025
＞260～360
0.036
0.050
＞30～80
0.020
0.030
＞360～500
0.040
0.060
＞80～120
0.025
0.035
＞500
0.050
0.070
＞120～180
0.030
0.040
零件的沖孔基本尺寸為≤18之間，故取凸模偏差為0.020mm，凹模偏差為0.020mm。
由于凸凹模之間存在間隙，所以沖裁件斷面都帶有錐度，而在沖裁件尺寸的測量和使用中，都以光亮帶的尺寸為基準。落料件的光亮帶處于大端尺寸，沖孔件的光亮帶處于小端尺寸。落料件的光亮帶是因凹模刃口擠切材料而產(chǎn)生的，而沖孔件的光亮帶是凸模刃口擠切材料產(chǎn)生的，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。沖裁過程中，凸凹模要與沖裁零件或廢料發(fā)生摩擦，凹模輪廓越磨越小，凹模輪廓越磨越大，結(jié)果使間隙越用越大，因此確定凸凹模刃口尺寸應(yīng)區(qū)分落料和沖孔，并遵循如下原則：
1、根據(jù)沖孔落料的特點 落料件的尺寸取決于凹模的尺寸，故落料模以凹模為設(shè)計基準，先確定凹模的尺寸，再按照間隙值確定凸模刃口尺寸；沖孔時孔徑的尺寸取決于凸模的尺寸，故沖孔模以凸模為設(shè)計基準。
2、先考慮凹、凸模的磨損 凹、凸模在沖裁過程中有磨損，凸模刃口尺寸磨損使沖孔尺寸減小，凹模尺寸磨損使落料尺寸增大。為了保證沖裁件的尺寸精度要求，并盡可能提高模具使用壽命，設(shè)計落料模時，凹模刃口的基本尺寸應(yīng)取落料件尺寸公差范圍內(nèi)的較小尺寸；設(shè)計沖孔模時，凸模刃口的基本尺寸應(yīng)取工件孔尺寸公差范圍內(nèi)的較大尺寸。
3、刃口制造精度與工件精度的關(guān)系 凹、凸模刃口尺寸精度的選擇應(yīng)以能保證工件的精度要求為準，保證合理的凹、凸模間隙值，保證模具的一定使用壽命。
由于沖模加工方法不同，刃口尺寸的計算方法也不同，基本上可分為兩類。
沖孔：
凸模刃口尺寸：（2.5）
凹模刃口尺寸： （2.6）
式中：d——沖孔件豁孔的最大極限尺寸（mm）；
——沖孔凸模基本尺寸（mm）；
——凸模刃口制造公差，可按IT8選用（mm）；
△——制件公差（mm）；
K——系數(shù)，是為了使沖裁件的實際尺寸盡量接近沖裁件公差帶的中間尺寸，與工件制造精度有關(guān)。查[2]得，詳見上表2.3；
——沖孔凹模基本尺寸（mm）；
——最小合理間隙（mm）。
落料：
凹模刃口尺寸：（2.7）
凸模刃口尺寸：（2.8）
式中：——落料件的最小極限尺寸（mm）；
——落料凹?；境叽纾╩m）；
—落料凸?；境叽纾╩m）。
采用凸凹模分開加工時，為了保證凹凸模間一定的間隙值，必須嚴格限制沖模制造公差。因此，造成沖裁制造困難。
為了保證凹、凸模間一定的合理間隙，必須滿足關(guān)系式，這對于、差值很小時，將使凹、凸模刃口尺寸公差值更小，給凹、凸模的制造帶來困難。這種情況必須采用配合加工
配合加工就是先按設(shè)計尺寸制造一個基準件，然后再根據(jù)基準件的實際尺寸，按要求的間隙值配制另一件。對于沖制薄材料的沖裁，或沖制復(fù)雜形狀的工件的沖模，或單件生產(chǎn)的沖模，常常采用凸模與凹模配作的方法加工。
落料時應(yīng)以凹模為基準件，根據(jù)凹模的實際尺寸按最小合理間隙配置凸模。沖孔時應(yīng)以凸模為基準件配制凹模。
該沖裁工件為尺寸相對較多的，故根據(jù)磨損情況進行詳細單個計算。查[4]得表2.5。
表2.5mm
磨損后工件尺寸變化分類
相關(guān)尺寸
計算公式
沖
豁
凸模磨損尺寸減小
0.15,35
凸模磨損尺寸增大
孔4.5，孔0.8
凸模磨損尺寸不變
偏差正標注
偏差負標注
偏差對稱標注
凹模磨損尺寸增大
9.4,0.2
落
料
凹模磨損尺寸減小
凹模磨損尺寸不變
偏差正標注
偏差負標注
第4章壓力中心的計算
4.1 壓力中心的計算
模具壓力中心是指沖壓時諸沖壓力全力的作用點位置。為了確保壓力機和模具正常工作，應(yīng)使沖模壓力中心與壓力機滑塊的中心生命。否則，會使沖模和壓力機滑塊產(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，降低模具和壓力機的使用壽命。
此工件為中心對稱工件，可取壓力中心為工件中心。
4.2 設(shè)備的選擇
(一) 常用壓力機的分類
壓力機的種類很多,按照不同的觀點可以把壓力機分成不同的類別.如:按驅(qū)動滑塊力的種類分機械的、液壓的、氣動的等；按滑塊個數(shù)可分為單動的、雙動的、三動的等；按驅(qū)動滑塊的機構(gòu)的種類又可分為曲軸式、肘桿式、摩擦式；按機身結(jié)構(gòu)形式可分為開式的、閉式的等等。另外還有許多種分類方法，一般按驅(qū)動滑塊力的種類而把壓力機分為機械壓力機、液壓機。
(二) 壓力機類型的選擇
壓力機類型的選擇，主要是根據(jù)沖壓工藝的性質(zhì)、生產(chǎn)批量大小、制件的幾何形狀、尺寸及精度要求，以及安全操作等因素來確定的。
開式曲柄壓力機雖然剛度差，降低了模具壽命和沖件的質(zhì)量。但是它成本低，且有三個方向可以操作的優(yōu)點，故廣泛應(yīng)用于中小型沖裁件、彎曲件或拉深件的生產(chǎn)中。
閉式曲柄壓力機剛度好、精度高，只能兩個方向操作,適于大中型沖壓件的生產(chǎn)。
雙動曲柄壓力機有兩個滑塊,壓邊可靠易調(diào)，適用于較復(fù)雜的大中型拉深件的生產(chǎn)。
高速壓力機或多工位自動壓力幾適用于大批量生產(chǎn)。
液壓機沒有固定的行程,不會因為板材厚度超差而過載,全行程中壓力恒定,但是壓力機的速度低、生產(chǎn)效率低.適用于小批量,尤其是大型厚板沖壓件的生產(chǎn)。
摩擦壓力機結(jié)構(gòu)簡單、造價低、不易發(fā)生超負荷損壞。在小批量生產(chǎn)中用來完成彎曲、成形等沖壓工件。
肘桿式精壓機剛度大、滑塊行程小，在行程末端停留時間長，適用于校正、校平和整形等類沖壓工序。
(三) 確定設(shè)備規(guī)格
(1) 壓力機的行程大小，應(yīng)該能保證成形零件的取出與毛坯的放進，例如拉伸所用壓力機的行程，至少應(yīng)大于成品零件高度的兩倍以上。
(2) 壓力機工作臺面的尺寸應(yīng)大于沖模的平面尺寸，且還需留有安裝固定的余地，但過大的工作臺面上安裝小尺寸的沖模時,工作臺的受力條件也是不利的。
(3) 所選壓力機的封閉高度應(yīng)與沖模的封閉高度相適應(yīng)。模具的閉合高度是指上模在最低的工作位置時，下模板的底面到上模板的頂面的距離.壓力機的閉合高度是指滑塊在下死點時，工作臺面到滑塊下端面的距離。大多數(shù)壓力機,其連桿長短能調(diào)節(jié)，也即壓力機的閉合高度可以調(diào)節(jié)，故壓力機有最大閉合高度和最小閉合高度。
設(shè)計模具時，模具閉合高度的數(shù)值應(yīng)滿足下式：
無特殊情況應(yīng)取上限值，即最好取在：,這是為了避免連桿調(diào)節(jié)過長，螺紋接觸面積過小而被壓壞。如果模具閉合高度實在太小，可以在壓床臺面上加墊板。
綜合上述，考慮到所設(shè)計的沖裁件尺寸不大，精度要求不是很高，所以選擇開式曲柄壓力機。其參數(shù)如下：
公稱壓力/ 250
固定行程/ 80
調(diào)節(jié)行程/ 80
行程次數(shù)/(次/) 100
最大閉合高度/ 250
閉合高度調(diào)節(jié)量/70
工作臺尺寸/ 左右 560
前后 200
工作臺孔尺寸/ 左右 260
前后 130
直徑180
工作臺板厚度/ 70
模柄孔尺寸(直徑深度)5070
第5章 排樣設(shè)計
根據(jù)材料的合理利用情況，條料排樣方法可分為三種
（1）有廢料排樣。沿沖件全部外形沖裁，沖件與沖件之間、沖件與條料之間都存在有搭邊廢料。沖件尺寸完全由沖模來保證，因此精度高，模具壽命也高，但材料利用率低。
（2）少廢料排樣。沿沖件部分外形切斷或沖裁，只在沖件與沖件之間或沖件與條料側(cè)邊之間留有搭邊。因受剪裁條料質(zhì)量和定位誤差的影響，其沖件質(zhì)量稍差，同時邊緣毛刺被凸模帶入間隙也影響模具壽命，但材料利用率較高，沖模結(jié)構(gòu)簡單。
(3）無廢料排樣。沖件與沖件之間或沖件與條料側(cè)邊之間均無搭邊，沿直線或曲線切斷條料而獲得沖件。沖件的質(zhì)量和模具壽命更差一些，但材料利用率最高。另外，當送進步距為兩倍零件寬度時，一次切斷便能獲得兩個沖件，有利于提高勞動生產(chǎn)率。
采用少、無廢料的排樣可以簡化沖裁模結(jié)構(gòu)，減小沖裁力，提高材料利用率。但是，因條料本身的公差以及條料導(dǎo)向與定位所產(chǎn)生的誤差影響，沖裁件公差等級低。
由于零件為大批量生產(chǎn)，為了提高模具的壽命，所以選用少廢料排樣。排樣圖如圖4.1所示。
圖4.1 排樣圖
5.1搭邊
搭邊的作用一是補償定位誤差和剪板誤差，確保沖出合格零件；二是增加條料剛度，方便條料送進，提高勞動生產(chǎn)率；同時，搭邊還可以避免沖裁時條料邊緣的毛刺被拉入模具間隙，從而提高模具壽命。
搭邊通常有經(jīng)驗確定，由參考文獻[1]根據(jù)材料的性能、厚度和形狀可確定搭邊值
5.2條料寬度的確定
由于上節(jié)確定的a值已經(jīng)考慮了剪料公差所引起的減小值，所以條料寬度的計算一般采用下列的簡化公式。
（1）有側(cè)壓裝置時條料的寬度與導(dǎo)料板間距離
有側(cè)壓裝置的模具，能使條料始終沿著導(dǎo)料板送進，故按下式計算：
條料寬度：（4.1）
導(dǎo)料板間距： （4.2）
式中：
b——條料寬度方向沖裁件的最大尺寸；
a ——側(cè)搭邊值；
——條料寬度的單向（負向）偏差；??
Z——導(dǎo)料板與最寬條料之間的間隙；
（2）無側(cè)壓裝置時條料的寬度與導(dǎo)料板間距離
側(cè)壓裝置的模具，應(yīng)考慮在送料過程中因條料的擺動而使側(cè)面搭邊減少。為了補償側(cè)面搭邊的減少，條料寬度應(yīng)增加一個條料可能的擺動量，應(yīng)按下式計算：
條料寬度：（4.3）
導(dǎo)料板間距： （4.4）
式中：
b——條料寬度方向沖裁件的最大尺寸；
a——側(cè)搭邊值；
——條料寬度的單向（負向）偏差；??
Z——導(dǎo)料板與最寬條料之間的間隙；
（2）無側(cè)壓裝置時條料的寬度與導(dǎo)料板間距離
由于模具設(shè)計時有沖孔凸模起定位作用,落料尺寸要求不高，所以選用無側(cè)壓裝置。同時用無測壓裝置公式（4.3、4.4）來計算。
條料寬度：
5.3材料的經(jīng)濟利用率
?參考文獻[1]中公式
η=×100%（4.5）
=（1063.35）/（50×30）
=70.89%
式中：η——材料利用率
n——張板料（或帯料、條料）上沖件的數(shù)目
A——整個沖裁件的實際面積
L——板料長度
B——板料寬度
第6章 模具總體設(shè)計
6.1 墊板的設(shè)計
在設(shè)計沖模時，由模板所承受壓力的大小來判斷是否加裝墊板。因為模板承受的壓應(yīng)力大于模板材料所承受壓力大小，所以使用墊板。在沖壓凸模固定板和模板之間加置一淬硬的墊板，從而提高了沖模耐用度。其外形與固定板相同。材料采用45號鋼。如下圖所示:
6.2 定位零件的設(shè)計
定位零件是用來保證條料的正確送進及在模具中的正確位置。條料在模具送料平面中必須有兩個方向的限位：一是送進導(dǎo)向；二是送料定距。
送進導(dǎo)向的定位零件有導(dǎo)正銷、導(dǎo)料板、側(cè)壓板等；送料定距的定位零件有用擋料銷、側(cè)刃等；在本次設(shè)計中使用的是定位銷。如下圖所示:
6.3 模柄的選擇
模柄的直徑根據(jù)所選壓力機的模柄孔徑確定,模柄根據(jù)此次設(shè)計的特點，選取B型模柄，如下圖所示:
6.4 連接件與緊固件的選取
下模座與下凸模固定板的固定選用內(nèi)六角螺釘，定位銷選用圓柱銷。
上模座與彎曲凸模的固定選用內(nèi)六角螺釘，定位銷選用公稱直徑圓柱銷。
卸料板用圓柱頭卸料螺釘連接。
6.5 下模板的確定
在上文中模架的尺寸已經(jīng)確定，下面來確定下模板的尺寸。
上模座的尺寸與形狀與下模座基本相同。在導(dǎo)柱導(dǎo)套的配合方面有細微差別。差別在與上模座厚,下模座與導(dǎo)柱配合，上模座與導(dǎo)套配合。如下圖所示:
6.6 擋料螺釘
擋料銷的選用查[6]中表2-7-5，查得具體尺寸如圖所示。相關(guān)精度根據(jù)[12]確定。
圖6.5 擋料螺釘
結(jié)論與展望
通過這次模具CAD/CAM設(shè)計，我深深體會到了學(xué)習知識的重要性。通過這次實踐，我對沖壓模的理論知識有了更深的理解，在設(shè)計的過程中翻閱了大量的參考書及手冊，讓我對一些參數(shù)有一個新的認識。通過參考一些別人的設(shè)計作品和查閱資料，吸取其中的精華，去除糟粕，自己也可以學(xué)會許多東西。
這次設(shè)計，也讓我對以前學(xué)過的制圖軟件有了加深，比如CAD,以前根本不懂模具的裝配過程和爆炸方法，現(xiàn)在通過CAD/CAM設(shè)計，重新學(xué)到了很多知識，受益頗深。也讓我以后在工作中打下了良好的基礎(chǔ)。通過這次設(shè)計，讓我知道，模具的設(shè)計和制造只有理論知識是不行的，任何模具的設(shè)計都要有一定的實際經(jīng)驗才可以設(shè)計出更合理的模具。所以，在今后的學(xué)習和工作中，我更應(yīng)該保持嚴謹?shù)膽B(tài)度去學(xué)習，去工作，爭取成為一名優(yōu)秀的模具設(shè)計人員，為模具行業(yè)的發(fā)展貢獻自己的一份力量。
致謝
從這設(shè)計的選題一直到設(shè)計完成以及一些資料的搜集過程中，直接得益于老師的親自指點。他精心的指導(dǎo)、淵博的知識、嚴謹?shù)墓ぷ鲬B(tài)度和認真勤勉的工作作風令我深感敬佩，相信他的言傳身教必定會對我今后的工作和學(xué)習產(chǎn)生深遠的影響。
在設(shè)計即將完成之即，我應(yīng)該感謝我的指導(dǎo)老師，如果沒有他的指導(dǎo)我和我的同伴是不會順利地把本次設(shè)計做完的。所以我要在這里對他說一句：“老師您辛苦了！”是他把理論與實踐很好的結(jié)合起來，讓我們能夠更好的理解并開闊了眼界；還有就是要感謝曾經(jīng)教育過我的辛勤工作、無私奉獻和提供便利條件的資料室的老師們，并祝他們在未來的工作崗位上建功立業(yè)、繼續(xù)輝煌!
最后感謝所有曾經(jīng)關(guān)心和幫助過我的人們。
由于自己水平有限，錯誤疏漏之處敬請各位老師同學(xué)批評指正。
參考文獻
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