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支撐板沖壓工藝及模具設計
摘要
模具是工業(yè)生產(chǎn)中使用廣泛的基礎工藝裝備。模具生產(chǎn)制造中所表現(xiàn)出來的高精度、高復雜性、高一致性、高生產(chǎn)率和低消耗是其他加工制造方法所不能比擬的。模具技術(shù)水平的高低已經(jīng)成為衡量一個國家制造水平高低的重要標準，并在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。本設計課題是支撐板零件沖壓工藝及模具設計，主要包括落料沖孔復合模及其彎曲模設計。本設計說明書主要闡述了支撐板落料沖孔復合模及其彎曲模的設計步驟過程。
支撐板復合模采用倒裝式結(jié)構(gòu)，具有操作方便安全，生產(chǎn)效率高優(yōu)點。該部分設計包括了對支撐板的沖裁工藝性分析；工件的排樣與搭邊計算；沖壓力及沖壓中心的計算；對模具主要零件的設計，如沖裁間隙的選擇、凸模、凸凹模和凹模刃口部分尺寸計算、機構(gòu)尺寸的確定；對模具標準件的選用分析，目前，模具零件大多已經(jīng)標準化，設計時選用標準件，如模架主要零部件：導柱、導套、上下模座、彈性元件等。根據(jù)沖壓力的計算進行了壓力機的選擇。
彎曲模的設計與復合模的設計類似，彎曲模結(jié)構(gòu)上略為簡單。這部分設計內(nèi)容包括支撐板彎曲工藝分析；彎曲力計算；對彎曲后工件彎曲回彈量計算；彎曲模主要零件的設計，即凸模和凹模工作部分尺寸的計算，結(jié)構(gòu)尺寸的設計。對模具標準件的選用分析，如模架主要零部件，導柱、導套、上下模座、墊板、固定板等。
關(guān)鍵詞：沖壓工藝，落料沖孔，復合模設計，彎曲模設計
Stamping technology and Die design of the Support Plate
Abstract
Die industrial production is the use of broad-based technology and equipment. Mold parts demonstrated by the high complexity, high consistency, high productivity and low consumption or other processing methods can not be compared. Die technology has become the level of a country is level of the important manufacturing standards and to a large extent determine the quality, effectiveness and capability to develop new products. The design issue is support plate stamping process and die design, including blanking punching and bending compand die design. This paper described the support plate blanking of punching and bending die-step process of design.
Support plate of a flip-style structure, easy to operate with safe, high-productivity advantage. The design includes some of the support plate blanking of the analysis; parts of the layout and take-calculated and ram-pressure center of the calculation; Die major parts of the design, such as punching gap choice, punch, Tuao Mould and Die edge of the size, structure size to be confirmed; die on the selection of standard parts, at present, most of mold parts have been standardized, the design criteria of selection, such as die-main parts have been standardized, the design criteria of selection, such as die-main parts, I.-I. Case,-Block, from top to bottom, flexible components, and so on. According to the calculation-pressure presses a choice.
Bending Die Design and the design of a similar model, slightly bending die on the simple structure. This part of the design include support plate bending process analysis; bending of the calculation; bending after the rebound in terms of bending the workpiece; bending die major parts of the design, that is, punch and die work of the calculation of the size, structure size of the design. Die standard part of the selection of major components such as die-I.-I。Case, from top to bottom-Block, Dianban the fixed plate, and so on.
Keywods: Stamping Process, Blanking Piercing, Design of Piercing Compound mold , Design of Bending mold
目 錄
1緒論 1
2復合模設計 2
2.1支撐板沖裁工藝性分析 2
2.1.1零件工藝性分析 2
2.1.2零件加工工藝方案的確定 3
2.1.3毛坯圖形尺寸的確定 3
2.2沖裁件的排樣、搭邊與材料利用率的計算 4
2.2.1排樣 4
2.2.2搭邊 4
2.2.3材料的利用率 5
2.3沖裁間隙的選取 6
2.4沖壓力的計算 7
2.5壓力中心的計算 8
2.6凸、凹模刃口尺寸 9
2.6.1凸、凹模刃口尺寸公差計算的原則 9
2.6.2凸、凹模刃口尺寸計算的方法 10
2.7復合模主要零件凸、凹和凸凹模的結(jié)構(gòu)設計 13
2.7.1凸模的設計 13
2.7.2凹模的設計 14
2.7.3凸凹模外型結(jié)構(gòu) 16
2.8復合模總體設計與標準零件選用 16
2.9模具閉合高度與壓力機裝模高度的關(guān)系 21
2.10模架這要零部件 22
2.11壓力機的選擇 24
3支撐板彎曲模設計 26
3.1支撐板彎曲工藝性分析 26
3.2支撐板彎曲工藝力的計算 26
3.3支撐板彎曲回彈計算 27
3.4支撐板彎曲模結(jié)構(gòu)設計 28
3.5彎曲?？傮w設計與標準零件選用 30
3.6壓力機的選擇 31
4結(jié)論 32
致謝 33
參考文獻 34
1緒論
模具是工業(yè)生產(chǎn)中使用廣泛的基礎工藝裝備。在模具生產(chǎn)制造中所表現(xiàn)出來的高精度、高復雜性、高一致性、高生產(chǎn)率和低消耗是其他加工制造方法所不能比擬的。模具技術(shù)水平的高低已經(jīng)成為衡量一個國家制造水平高低的重要標準，并在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。
目前，國內(nèi)外模具工業(yè)迅猛發(fā)展，其產(chǎn)值已超過機床工業(yè)的產(chǎn)值。隨著工業(yè)技術(shù)的迅速發(fā)展，對磨具的設計與制造要求也越來越高。我國模具工業(yè)作為一個獨立、新型的工業(yè)，正處于飛速發(fā)展階段，已經(jīng)成為國民經(jīng)濟的基礎工業(yè)之一，其發(fā)展前景是十分廣闊的。
本說明書闡述的是支撐板落料沖孔復合模及彎曲模設計，具有非?，F(xiàn)實的設計意義。復合模是在壓力機的一次行程中，在同一工位上完成兩道或兩道以上的沖壓工序。復合模的結(jié)構(gòu)緊湊，沖出來的精度高，適合大批量的生產(chǎn)，特別是孔與制件的外形的同心度容易保證，但復合模的結(jié)構(gòu)復雜，制造相對困難。
本設計支撐板落料沖孔復合模采用倒裝結(jié)構(gòu)，凸凹模安裝在模具下模座上。倒樁復合模廢料清理無須二次清理，操作方便安全，生產(chǎn)效率較高。復合模與彎曲模的設計過程大致相似，復合模較彎曲模結(jié)構(gòu)更為復雜。設計上主要是對凸模、凹模和凸凹模的設計，其中主要是其工作部分的尺寸設計，以保證制造的精度和質(zhì)量要求、模具許多零件大多已經(jīng)標準化，如模架﹑導柱﹑模座﹑卸料螺釘﹑固定板等。在設計中，只須根據(jù)設計需要和標準合理選定。
2復合模設計
2.1支撐板沖裁工藝性分析
2.1.1零件工藝性分析
本設計是一支撐板落料沖孔復合模及彎曲模，支撐板零件簡圖：如圖2.1所示：
生產(chǎn)批量：大批量
材料：Q235
材料厚度：2mm
2.1支撐板零件圖
由零件圖可知，支撐板的加工涉及到落料、沖孔和彎曲三道工序。該零件形狀較為簡單且對稱，尺寸精度要求不高，材料Q235的沖壓性能較好，適合大批量的生產(chǎn)，生產(chǎn)成本較低，經(jīng)濟性好。零件彎曲直邊為15mm（計算：20－t－r=20－2－3=15mm）,大于材料要求的最小直邊2t=2×2mm=4mm,故彎曲工藝性較好。支撐板各孔與零件外形邊緣的距離均大于復合模中凸凹模的最小壁厚4.9mm的要求，因此，沖孔及落料復合時，凸凹模的強度足夠。幾何形狀，尺寸和精度等情況均符合沖裁的工藝要求。
2.1.2零件加工工藝方案的確定
由于零件加工要經(jīng)過3道工序才能完成，所以采用如下方案：
根據(jù)零件的特殊性制定如下的加工方案：
方案一：落料沖孔―彎曲
方案二：落料―沖孔―彎曲
方案三：落料沖孔彎曲
方案一與方案二相比較，方案一安排比較合理，減小工序環(huán)節(jié)，降低模具成本。方案三與方案一相比較，雖然工序較方案一少，但是方案三模具制造較為復雜。因此為了保證零件的精度要求 ，降低模具成本，優(yōu)先選擇方案一，并且先采用倒裝式落料沖孔復合模對工件沖孔落料加工，再利用彎曲模對沖裁后的工件進行彎曲，從而加工出最后的零件。
2.1.3毛坯圖形尺寸的確定
彎曲件展開尺寸的計算如下：
L=l1+l2+(r+χt) π／2
r—內(nèi)彎曲半徑
χ—中性層位移系數(shù)
t—材料厚度
中性層的曲率半徑和彎曲變形程度有關(guān)，當變形程度比較大時中性層會向內(nèi)側(cè)移動。r／t=3／2=1.5，變形程度比較大，由表2.1可知χ=0.36
表2.1
彎曲件展開長度：L=l1+l2+(r+χt) π／2=15+80+（3+0.36×2）π／2
= 100.8mm≈101mm
圖2.2 支撐板彎曲展開圖
2.2沖裁件的排樣、搭邊與材料利用率的計算
2.2.1排樣
沖裁件在板料或調(diào)料上的布置方式，稱為沖裁件的排樣，簡稱排樣。排樣的合理與否，不但影響到材料的經(jīng)濟利用率，降低零件成本，還會影響到模具結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)率、制件質(zhì)量、生產(chǎn)操作方便與安全等。因此考慮到上述的情況，選擇如圖2.2的排樣圖。
圖2.3 排樣圖
2.2.2搭邊
排樣中相鄰兩制件之間的余料或制件與條料邊緣間的余料稱為搭邊。其作用是補償定位誤差和保持有一定的強度和剛度，防止由于條料的寬度誤差、送進步距誤差、送料歪斜等原因而沖裁出殘缺的廢品，保證沖出合格的工件，便于送料。
搭邊是廢料，從節(jié)省材料出發(fā)，搭邊越小越好。但過小的搭邊值容易擠進凹模，增加刃口磨損，降低模具壽命，并且也影響沖裁件剪切表面質(zhì)量。一般來說，搭邊值是由經(jīng)驗確定的。因此，取a=1.5mm，b=1.8mm。
2.2.3材料的利用率
排樣的目的是為了合理的利用原材料。衡量排樣經(jīng)濟性、合理性的指標是材料的利用率。所謂材料利用率是指沖裁件的實際面積與所用板料面積的百分比。材料利用率的計算公式如下：
一個進距的材料利用率η的計算如下：
η=(nA／bh) ×100％ （2.1）
式中 A—沖裁件面積（包括內(nèi)形結(jié)構(gòu)廢料），（mm2）；
n—一個進距內(nèi)沖裁件數(shù)目；
b—條料寬度，（mm）；
h—進距，（mm）。
一張板料上總的材料利用率η總的計算如下：
η總=（n總 A／LB）×100％ (2.2)
式中 η總—一張板料上沖裁件總數(shù)目；
L—板料長，（mm）
(1)材料的一個進距的利用率
條料寬度（有側(cè)壓）計算如下：
b=(B+2a+Δ)
b—條料的寬度，mm；
B—零件寬度，mm；
a—沖裁件與條料側(cè)邊之間的搭邊，mm；
Δ—條料下料時的下偏差值，mm。
查得：Δ=0.5mm
因此，b=(45+2×1.8+0.5)=49.1mm；
條料進距：h=101+1.5=102.5mm；
沖裁剪的總面積及計算得：A=4375.58mm2。
一個進距的材料利用率：
η=（nA／bh）×100%=(4375.58×1／5032.75) ×100%
= 86.9%
(2)材料的總利用率：
板材選擇2000mm×1200mm；
所以每條條料能沖出來的零件數(shù)是：2000／102.5=19.5,取19個；
每塊板料可以有條料條數(shù)是：
1200／49.1=24.4,取24個；
因此，每塊板料有24×19=456個；
總利用率為：η總=456×4375.58／2000×1200=83.1%
2.3沖裁間隙的選取
沖裁間隙是指沖裁凸模和凹模刃口之間的間隙。單邊間隙用C表示，雙邊間隙用Z表示。圓形沖裁模雙邊間隙為: Z=D凹－D凸
式中 D凹—沖裁模凹模直徑尺寸（mm）
D凸—沖裁模凹模直徑尺寸（mm）
沖裁間隙是沖裁過程中一個重要的工藝參數(shù)，間隙的選取是否合理直接影響到?jīng)_裁件質(zhì)量、沖裁力、沖模的使用壽命和卸料力等。
如圖2.4：
圖2.4 沖裁間隙
（1）沖裁間隙的選取
沖裁間隙的大小主要與材料的性質(zhì)及厚度有關(guān)，材料越硬，厚度越大，則間隙值應越大。選取間隙時應結(jié)合沖裁件的具體要求和世家的生產(chǎn)條件來考慮。其總的原則應該是在保證滿足沖裁件剪斷面質(zhì)量和尺寸精度的前提下，是模具壽命最長。設計時一般采取查表法確定，在沖模制造時，也可按材料厚度的百分比估算。查表2.2選的間隙值為：
Zmax=0.360mm；Zmin=0.246mm。
表2 .2沖裁模刃口始用間隙
為了使模具能在較長時間內(nèi)沖制出合格的零件，提高模具的利用率，一般設計模具時?。趍in作為初始間隙。
2.4沖壓力的計算
沖裁力是設計模具、選擇壓力機的重要參數(shù)。計算沖壓力的目的是為了合理地選擇沖壓設備和設計模具。選用沖壓設備的標稱壓力必須大于所計算的沖裁力，所設計的模具必須能傳遞和承受所計算的沖裁力，已適應沖裁的要求。沖裁力包括沖裁力、卸料力、推薦力、頂件力的計算。
（1）沖裁力計算
沖裁力的大小主要與材料性質(zhì)、厚度、沖裁件周長、模具間隙大小及刃口鋒利程度有關(guān)。
一般對于普通平刃口得沖裁，其沖裁力F可按下式計算：
F=Ltσb （2.3）
式中：L—沖裁件的沖裁長度，mm；
t—材料厚度，mm；
σb —材料的抗拉強度，MPa；
查資料知：Q235的σb為375 ~460MPa，取σb=450MPa。在沖孔落料復合模中，沖裁力包含落料力和沖孔力。由支撐板展開圖2.2可得：
落料力：L1=（77+22.5+22.34+2.44+2.19+10.54+7.13）×2
=288.28mm
F落=L1tσb=288.28×2×450=259452Ν≈259KN
沖孔力：L2=π×8+π×16=75.36mm
F孔=L2tσb=67824Ν=67.8KN
(2)卸料力、推件力和頂出力的計算
從凸模上卸下緊箍著的材料所需的力叫卸料力；把落料件從凹模洞口順著沖裁方向推出去的力叫推件力；逆著沖裁方向頂出來的力叫頂出力。
卸料力、推件力和頂出力通常采用經(jīng)驗公式進行計算，見式（2.4）
卸料力：F卸=K卸·F落
推件力：F推=n·K推·F孔=﹙h／t﹚·K推·F孔
頂件力：F頂=K頂·F落
式中：K卸·K推·K頂—分別為卸料力、推件力和頂件力系數(shù)，其值見[1]中表3.14；
n —同時卡在凹模內(nèi)的零件數(shù)；
h —凹模直壁洞口的高度。
由[1]表3.14可知：取K卸=0.05，K推=0.55，K頂=0.06 。另取h=6mm,n=2個, 因此，
卸料力：F卸=K卸·F落=0.05×259=12.95KN
推件力：F推=n·K推·F孔=﹙h／t﹚·K推·F孔=(6／2) ×0.55×67.8
=111.87 KN
頂件力：F頂=K頂·F落=0.06×259=15.54 KN
（3）總壓力的計算
由于設計的時候采用了彈性卸料裝置并向下推件，所以總沖裁力見式（2.5）
F總= F卸＋F推＋F落＋F孔
通過上述計算數(shù)據(jù)代入可得：F總= F卸＋F推＋F落＋F孔=259+67.8+12.95+111.87=451.62 KN
2.5壓力中心的計算
沖模對工件施加的沖壓力合力的中心稱為沖壓壓力中心。要使沖壓模具正常工作，必須使壓力中心與模柄的中心線重合，使壓力中心與所選沖壓設備劃塊的中心重合。從而使在沖裁過程中間隙總是保持穩(wěn)定，出來的零件質(zhì)量有保證。
圖2.5
L0=101,X0=101／2；
L1=2×4π，X1=13；
L2=2×8π，X2=45
Y=（2 L0?X0+ L1?X1+ L2?X2）／(2 L0 + L1+ L2)
=(10201+326.56+2260.8) ／(202+75.36)
=12788.36／277.36
=46.1mm ,取47mm
所以壓力中心的坐標為（0，47）
2.6凸、凹模刃口尺寸
模具刃口尺寸及公差會影響沖裁件精度，因而，正確確定沖裁凸模和凹模刃口的尺寸及公差，是沖裁設計的重要環(huán)節(jié)。
2.6.1凸、凹模刃口尺寸公差計算的原則
實踐證明，落料件的尺寸接近于其凹模刃口尺寸，而沖孔尺寸接近于其凸模刃口尺寸。所以，落料時取凹模作為設計的基準件；沖孔時取凸模作為設計的基準件。計算凸模和凹模尺寸時應遵循的原則如下：
（1）沖孔時，先確定凸模刃口尺寸。凸模刃口的基本尺寸取接近或等于孔的最大極限尺寸，以保證凸模磨損在一定范圍內(nèi)也可使用。而凹模的基本尺寸則按凸模刃口的基本尺寸加上一個最小間隙值。
（2）落料時，應先確定凹模刃口尺寸。凹模刃口的基本尺寸取接近或等于零件的最小極限尺寸，以保證凹模磨損在一定范圍內(nèi)也能沖出合格的零件。凸模刃口的基本尺寸則按凹模刃口基本尺寸減小一個最小間隙值。
（3）在確定模具刃口制造公差時，既要能保證工件的精度要求，又能保證合理的間隙數(shù)值。一般模具制造精度比工件精度高2~3級。如果零件沒有標準公差，則對于非圓形件按IT14級來處理，圓形件一般按照IT10級來處理，制造尺寸公差應按“入體”原則標注為單向公差。
2.6.2凸、凹模刃口尺寸計算的方法
由于凸模和凹模的加工方法不同，設計時其刃口計算應分別進行計算。
（1）凸模和凹模分開加工這種方法又稱為互換加工，這種方法適合模具的凸、凹模制造相對簡單的零件，容易保證精度。這樣要分別標注凸模和凹模刃口尺寸與制造公差，為了保證間隙值，應滿足一下條件：
δ凸+δ凹≤Zmax－Zmin
式中 δ凸—凸模的制造公差；
δ凹—凹模的制造公差。
δ凸、δ凹的值見表2.3。
表2.3 規(guī)則形狀沖裁時凸模、凹模的制造公差
下面對沖孔和落料兩種情況加以分析討論。
①沖孔
沖孔應先確定凸模刃口尺寸，間隙取在凹模上。設工件孔的尺寸為d+Δ,其計算公式為：
d 凸=（d+χΔ）0 －δ凸
d 凹=（d 凸+Zmin）＋δ凹 0
式中 d 凸 ,d 凹—沖孔凸、凹?；境叽?，mm
Δ—工件制造公差，mm
χ—因數(shù)，其值可查表2.4。
②落料
根據(jù)刃口尺寸計算原則，落料時應首先確定刃口尺寸。由于基準件凹模的刃口尺寸在磨損后會增大，因此應使凹模的基本尺寸接近工件輪廓的最小極限尺寸，在減小凸模尺寸以保證最小合理間隙值Zmin。仍然是凸模取負偏差，凹模取正偏差。設工件尺寸為D0 －Δ，其計算式如下：
Ｄ凹=（D－χΔ）＋δ凹 0
Ｄ凸=（D凹－Zmin）0 －δ凸
（2）凸模與凹模配合加工
對于形狀復雜或材料薄的零件，為了保證凸、凹模之間一定的間隙值，必須采用配合加工。此方法是先加工好其中的一件（凸?；虬寄＃┳鳛榛鶞始缓笠源嘶鶞始闃藴蕘砑庸ち硪患?，使她們之間保持一定的間隙。但用此方法制造的凸、凹模是不能互換的。
由于復雜工件形狀各部分尺寸性質(zhì)不同，凸模與凹模磨損情況也不同，所以基準件的刃口尺寸需要按不同方法計算。如圖2.6a)圖為一落料件，應以凹模為基準件，凹模的磨損情況可分為三類：
第一類時凹模磨損后增大的尺寸（圖中A類尺寸）；
第二類是凹模磨損后減小的尺寸（圖中Ｂ類尺寸）；
第三類時凹模磨損后沒有增減的尺寸（圖中Ｃ類尺寸）。
圖2.6落料、沖孔件的尺寸分類
表2.4 因數(shù)χ值
同理，對于圖2.7b)的沖孔件，應以凸模為基準件，可根據(jù)凸模的磨損情況，按圖示方法將尺寸分為A、B、C三類。當凸模磨損后，其尺寸的增減情況也是增大、減小、不變這一同樣的規(guī)律。因此，對于復雜形狀的落料件或沖孔件，其模具基準件的刃口尺寸均可按下式計算。
A類： Ａj=(Amax－χΔ) ＋Δ/4 0
B類： Bj=(Bmin－χΔ)0 －Δ/4
C類： Ｃj=(Cmin＋0.5Δ) ＋Δ∕8 －Δ∕8
式中 Ａj、Bj、Ｃj—基準件尺寸，mm；
Amax、Bmin、Cmin—工件極限尺寸，mm；
Δ—工件公差，mm。
對于與基準件相配合的非基準件凸模或凹模的刃口尺寸和公差一般不在圖樣上標注，而是僅標注基本尺寸，并標明其公差按基準件凹模或凸模的實際尺寸配做，并保證應留的間隙值。
另外，如果按照加工的需要，希望對落料件以凸模為基準，對沖孔件以凹模為基準件，則模具基準件的刃口尺寸可按下列幾式計算：
A類： Ａj=(Amax－χΔ－Zmin)0 －Δ／4
B類： Bj=(Bmin＋χΔ＋Zmin) ＋Δ／4 0
C類： Ｃj=(Cmin＋0.5Δ) ＋Δ∕8 －Δ∕8
由上文中間隙選擇中，查表得間隙值Zmin=0.246mm，Zmax=0.360mm
對沖孔Φ８mm、Φ16mm采用凸、凹模分開加工的方法，其凸、凹模刃口部分尺寸計算如下：
查表2.3，得凸、凹模制造公差：
δ凸=0.020mm δ凹=0.020mm
校核：Zmax－Zmin=0.360－0.246=0.114mm, δ凸－δ凹=0.040mm
滿足Zmax－Zmin≥δ凸－δ凹條件
由于Φ８mm、Φ16mm的公差為IT12和零件的厚度為t=2mm.
所以，查表2.4得因數(shù)χ為：χ=0.75
LΦ8凸模=（8＋0.75×0.15）0 －0.02 =8.1130 －0.02
LΦ16凸模=（16＋0.75×0.18）0 －0.02=16.1350 －0.02
選用國家標準B型凸模GB2863.2-81選用8.150 －0.02
選用國家標準B型凸模GB2863.2-81選用16.20 －0.02
LΦ8凹模=（8.113＋0.246）0 －0.02=8.3590 －0.02取8.360 －0.02
LΦ16凹模=（16.135＋0.246）0 －0.02=16.3810 －0.02取16.380 －0.02
由于支撐板落料形狀較復雜，故采用配合加工方法，其凸、凹模刃口部分尺寸計算如下：
以凹模為基準件，因凹模磨損后，刃口部分尺寸都增大，因此屬于A類尺寸。
查表2.4，得L45的χ=1，IT14=0.62mm；Ｌ101的χ=0.5，IT14=0.87mm，因此
L45凹模=（45－0.5×0.62）＋（0.62／4） 0=44.69＋0.155 0，取44.7＋0.155 0
L101凹模=（101－0.5×0.87）＋0.87／4 0=（101－0.135）＋0.218 0=100.565＋0.218 0，取100.6＋0.218 0
則凸凹模的對應的尺寸跟L45凹模保證雙面間隙Zmin／2 ~ Zmax／2配合制造，L101凹模保證單面間隙Zmin ~Zmax配合制造。
2.7復合模主要零件凸、凹和凸凹模的結(jié)構(gòu)設計
2.7.1凸模的設計
（1）凸模長度的確定
圖2.7
計算凸模長度
L=h1＋h2
h1—表示凸模固定板的厚度
h2—表示凹模的厚度
因此，L=h1＋h2=23mm＋16mm=39mm，取41mm
（2）凸模的結(jié)構(gòu)形式與固定方法
圓形凸模已趨向于標準化，刃口尺寸LΦ8凸模=8.150 －0.02和LΦ16凸模=16.20 －0.02，考慮到凸模的強度和精度，凸模做成臺肩式，用固定板固定，采用凸模結(jié)構(gòu)及固定形式如圖2-8所示
圖2.8
綜合分析得凸模如圖2.9所示：
圖2.9
2.7.2凹模的設計
1）凹模外形尺寸的確定
本設計凹模采用圓柱形孔口凹模。圓形凹?？砂蠢錄_模國家標準或工廠標準選用，非標準尺寸的凹模的外形尺寸常用經(jīng)驗公式計算確定。
凹模厚度的確定式：
H=Kb
凹模壁厚（指凹模刃口與外邊緣的距離）的確定式見
C=（2~3）H（大型凹模）
式中 b—凹模孔的最大寬度,mm；
Ｋ—因數(shù)，見表2.5；
H—凹模厚度，mm；
C—凹模壁厚，mm。
按上式計算的非標準凹模外形尺寸，可以保證凹模有足夠的強度和剛度，一般可不再進行強度校核。
本設計支撐板零件，是非標準尺寸凹模，則按上述公式有：
b=101mm
H=Kb=0.22×101mm=22.2mm
C=2H=2×22.2mm=44.4mm
L=b+2C=101＋22.2×4=189.8mm
B=n＋2C=45＋2×44.4=133.8mm
取整后得凹模厚度為23mm,凹模壁厚為45m,凹模的長度為190mm,凹模的寬度為134mm,由上述外形尺寸和查國家標準，可選用200×160×25CrWMnGB2858.2-81國家標準矩形凹模板制取。其他尺寸根據(jù)凸凹模及固定要求而定。（見凹模零件圖2.11）
2）凹模的結(jié)構(gòu)形式
（1）凹模的類型 按凹模的刃口孔形可分為圓柱形孔口凹模、錐形孔口凹模；按凹模的結(jié)構(gòu)可分為整體式凹模和鑲拼式凹模。
（2）凹模刃口形式 錐形刃口：如圖2.10a)所示。沖裁件或廢料容易通過，凹模磨損后得修模量較小。但刃口強度較低，刃口尺寸在修磨后略有增大。適用于形狀簡單，精度要求不高，材料厚度較薄工件的沖裁。當t＜2.5mm時，α=15′；當t=2.5~6mm時，α=30＇；當采用電火花加工凹模時，α=4 ~20′。由此可知不同厚度的沖裁件α取不同的值。
圖2.10凹模刃口形式
柱形刃口：如圖2.10b)所示。刃口強度較高，修磨后刃口尺寸不變。但孔口容易積存工件或廢料，推件力大且磨損大。適用于形狀復雜或精度要求較高工件的沖裁。當t＜0.5mm時，h=3 ~5mm；當t=0.5~5mm時，h=5~ 10mm；當 t=5~10mm時，h=10mm.。
在這里，選擇2.10b)柱形刃口，取h=6mm,b=2mm
2.7.3凸凹模外型結(jié)構(gòu)
凸凹模的內(nèi) 、外緣之間的壁厚取決于沖裁件的尺寸。為保證凸凹模的強度，凸凹模應有一定的壁厚。
凸凹模的最小壁厚值m一般可按經(jīng)驗數(shù)據(jù)決定。不積聚廢料的凸凹模最小壁厚值見式：
沖裁硬材料時 m=2t
沖裁軟材料時 m≈t
對于倒裝復合膜，因為孔內(nèi)會積聚廢料，所以最小壁厚要大些，由零件圖可以知道m(xù)=5mm。其他外形尺寸按零件沖裁要求及固定配合要求確定。（見凸凹模零件圖2.12）
2.8復合?？傮w設計與標準零件選用
沖壓模具零件的分類可按在模具中的作用，分為結(jié)構(gòu)性零件和工藝性零件兩大類。結(jié)構(gòu)性零件包括導向零件（導板、導柱和導套等）、固定零件（模座、模柄、凸、凹模固定板和墊板等）及其他緊固零件。工藝性零件包括成型零件（凸模、凹模、凸凹模）、定位零件（定位釘、定位板、擋料銷、導正銷、側(cè)刃等）和壓料、卸料零件（卸料版、壓邊圈、頂件板和推件板等）。沖壓模具已經(jīng)制定了國家標準，包括模架、典型組合、零部件技術(shù)要求等,再設計時可參考標準選用標準零部件。
圖2.11 凹模
圖2.12 凸凹模
1)固定板
凸、凹模都采用固定板來固定，如下式固定板的具體參數(shù)。
根據(jù)JB∕T7653-1994，
上模選用固定板：200×160×16
下模選用固定板：200×160×24
材料：45鋼
技術(shù)要求：按JB∕T7653-1994的規(guī)定
2)墊板
凸模墊板根據(jù)JB∕T7653-1994，選取200×160×8
材料：T10
技術(shù)條件：按JB∕T7653-1994的規(guī)定
數(shù)量：1個
3)定位零件
導料銷、擋料銷：采用直徑d=6mm，l=8mm的Ａ型固定擋料銷（JB∕T2866.5）。
條料的送進，有兩個導料銷控制其垂直于送料方向的位置，由另一個擋料銷控制進距。
材料：45鋼
技術(shù)條件：按JB∕T7653-1994的規(guī)定
導料銷：2個
擋料銷：1個
定位銷：上下模均采用8m6×70的圓柱銷定位（GB∕T119.1）
材料：35鋼
技術(shù)條件：按GB∕T119.1的規(guī)定
數(shù)量：4個
4)卸料裝置
卸料裝置是將材料從凸模上卸下的裝置，有固定卸料版和彈性卸料版兩種。本設計采用彈性卸料裝置。彈性卸料板具有卸料和壓料的雙重作用。包括彈性元件、卸料螺釘和卸料版。
（1）彈性卸料板
彈性卸料板一般取5~15mm。根據(jù)綜合考慮取15mm。為保證模具能正常安全運行：卸料板與凹模之間的距離應比材料厚度與擋料銷高度h之和大5~6mm，以保證材料能順利通過，卸料板在沖模開啟狀態(tài)時，一般應突出凸凹模表面0.5 ~1mm。
（2）彈性件
目前常用的卸料彈性件一般采用的是彈簧和橡膠，在此設計中采用橡膠作為彈性件。
橡膠受壓后所產(chǎn)生的彈壓力為：
P=qA
式中 P—橡膠受壓時產(chǎn)生的彈壓力，N；
q—橡膠單位壓力，見表2.5，MPa；
A—橡膠的實際承壓面積，mm2。
由于橡膠的壓縮特性為非線性，故壓縮量不能過大。為使橡膠耐久地工作，最大壓縮時不能超過其厚度的35%，預壓縮量時為其厚度的10%~15%。橡膠高度H可按下式計算：
H=Hc ／(0.25~0.30)
式中：Ｈc—所需的工作行程（壓縮量）。
經(jīng)計算得：H=16mm
橡膠壓縮量：[（16－12）／16] ×100%=25%，有[1]中表2.5選擇P=1.06MPa；
因而，單個橡膠的卸料力：P=F卸／n=12.95／4=3.24KN
由式：P=qA得：A=P／q=3.24KN／1.06MPa=3053mm2
因而由表2.5，選取32×10.5×16
材料：聚胺酯彈性體（JB∕T7650.9-1995）
壓縮量：F=0.3H=0.3×32=9.6mm
（3）卸料螺釘
圓柱頭內(nèi)六角卸料螺釘M8×80，GB2867.5-81
材料：45鋼
熱處理硬度：35~40HRC
技術(shù)條件：GB∕T3098.3-2000的規(guī)定
數(shù)量：8個
表2.5 聚胺酯橡膠尺寸
表2.6 圓柱頭內(nèi)六角卸料螺釘
5）推件裝置
剛性推件裝置：常安裝在上摸部分。一般推件力是由壓力機的橫桿通過推桿、頂板、頂桿傳給推件塊。在這里由于零件形狀的特殊性直接由推桿傳力給推件塊頂板一般裝在上模座的孔內(nèi)，形狀按被推下的工作形狀來決定。
（1）推桿、頂桿的選擇如表2.7：
推桿選取A16×50 JB∕T7650.1
頂桿選取A6×50JB∕T7650.1
材料：45鋼，熱處理硬度43~48HRC
技術(shù)條件：按JB∕T7653-1994的規(guī)定
頂桿數(shù)量：3個
推桿數(shù)量：1個
（2）頂板選擇Ａ50 JB∕T7650.4
材料：45鋼，熱處理硬度43~48HRC
技術(shù)條件：按JB∕T7653-1994的規(guī)定
數(shù)量：1個
2.9模具閉合高度與壓力機裝模高度的關(guān)系
模具的閉合高度H是指模具在完成沖壓工序時上模座的上平面與下模座的下平面之間的高度。模具的閉合高度必須與壓力機的裝模高度相適應。由于壓力機的連桿長度可以調(diào)節(jié)，所以壓力機的裝模高度是可以調(diào)節(jié)的。當連桿調(diào)節(jié)到最短時為壓力機的最大裝模高度Hmax；當連桿調(diào)節(jié)到最長時為壓力機的最小裝模高度Hmin。模具的閉合高度H應介于壓力機的最大裝模高度Hmax與最小裝模高的Hmin之間，否則就不能保證正常的安裝與工作。其關(guān)系為：
Hmax－5≥Hmin＋10
若模具的閉合高度H＞Hmax ，則壓力機不能用，若H﹤Hmin,則可用加墊板，設墊板厚度為H1則有
Hmax－H 1－5≥Hmin－H1＋10
表2.7 帶肩推桿
2.10模架主要零部件
1)模架
模架是整副模具的骨架，模具的全部零件都固定在它的上面，并且承受沖壓過程中的全部負荷。模架的上模座通過模柄與壓力機滑塊相連，下模座螺釘壓板固定在壓力機工作臺面上，上、下模之間靠模架的導向裝置來保持其精準位置，以引導凸模的運動，保證沖裁過程中間隙均勻。一般模架均已標準化，設計模具時，應加以正確選用。
模架的要求：要有足夠的強度與剛度：要有足夠的精度（如上、下模座要平行，導柱、導套中心要與上下模座垂直，模柄要與上模座垂直等）；上、下模之間的導向要精確（導向件之間的間隙要很?。?，上，下模之間的移動應平穩(wěn)和無滯住現(xiàn)象。
模架的形式 在標準模架中，應用最廣泛的是用導柱和導套作為導向裝置的模架。根據(jù)導柱和導套配置的不同由以下四種基本形式：
（1）后測導柱模架 后側(cè)導柱送料方便，可以縱向和橫向送料。但是沖壓時如果有偏心載荷，則導柱、導套會單邊磨損。它不能用于模柄與上模浮動連接的模具。
（2）中間導柱模架 兩側(cè)導柱左右對稱分布，應力平衡，所以導柱、導套磨損均勻。但是只有一個送料方向。
（3）對角導柱模架 導柱的位置是對稱的，而且縱橫都能送料。對焦導柱模架的兩導柱之間距離較遠，在導柱、導套之間同樣間隙的條件下，這種模架的導向及高度較高。
（4）四導柱模架 其導向精度與剛度都較好，用于大型沖模。
在本設計中采用后側(cè)導柱模架。其選用如圖2.13。后側(cè)導柱模架（摘自GB∕T2851.3-1990）（mm）模架200×160×190~235 GB∕T2851.5
模架技術(shù)要求：按JB∕T8050-1999的規(guī)定
2） 導柱與導套
導柱與導套的結(jié)構(gòu)與尺寸都可直接由標準間中選取。在選用時應注意導柱的長度應保證沖模在最低工作位置時，下模座底面與導柱底面的距離應為0.5~1mm。導柱與導套之間的配合根據(jù)沖裁模的間隙大小選用。當沖裁版厚載0.8mm以下的模具時，選用H6∕h5配合的I級精度模架。當沖裁板厚為0.8~4mm時，選用H7∕h6配合的II級精度模架。
（1） 導柱標準 B28 h6×170 GB∕T2861.1
圖2.13后側(cè)導柱模架
技術(shù)條件：按JB∕T8070-1995的規(guī)定
材料：20鋼
數(shù)量：2個
（2） 導套的標準 B28 H7×100×38 GB∕T2861.6
技術(shù)條件：按JB∕T8070-1995的規(guī)定
材料：20鋼
數(shù)量：2個
3） 模座
（1） 后側(cè)導柱上模座標準
上模座200×160×45 GB∕T2885.5
材料：HT200
技術(shù)條件：按JB∕T8070-1995的規(guī)定
（2） 后側(cè)導柱下模座標準
下模座200×160×55 GB∕T2855.6
材料：HT200
技術(shù)條件：按JB∕T8070-1995的規(guī)定
4)模柄
模柄由剛性和浮動兩大類。所謂剛性模柄是指模柄與上模座是剛性連接，不能發(fā)生相對運動。所謂浮動模柄是指模柄相對上模座能做微小的擺動采用浮動模柄后，壓力機滑塊的運動誤差不會影響上、下模的導向。常用的剛性模柄有四種型式：整體式、壓入式、旋入式和凸緣式。本設計采用凸緣式。
模柄B50×100 GB2862.3-81
材料：Q235-A
技術(shù)條件：按JB∕T7853-1994的規(guī)定
模柄緊固螺釘：M10×40 GB70-76
材料：45鋼
技術(shù)條件：按GB2862.6-81的規(guī)定
數(shù)量：4個
2.11壓力機的選擇
1）壓力機的選用原則
確定壓力機規(guī)格時，一般應遵循以下原則。
（1）壓力機的公稱壓力不小于沖壓工序所需的壓力。
（2）壓力機滑塊行程應滿足工件高度上能獲得所需尺寸，并在沖壓后能順利地從模具上取出工件。
（3）壓力機的閉合高度、工作臺尺寸和滑塊尺寸等應滿足模具的正確安裝。尤其是壓力機的閉合高度應于沖模的閉合高度相適應。
（4）壓力機的滑塊行程次數(shù)應符合生產(chǎn)率和材料變形速度的要求。
2）曲柄壓力機規(guī)格選擇
曲柄壓力機按床身及結(jié)構(gòu)可分為開式和閉式曲柄壓力機。開式壓力機由固定臺式、可傾式和升臺式三種。固定臺式壓力機剛性、抗震性和穩(wěn)定性好、適用較大噸位?？蓛A式壓力機產(chǎn)生的廢料可通過自重滑下，升臺式壓力機適用于模具高度變化較大的沖孔、修邊及彎曲工序。
根據(jù)2.5沖壓力的計算，總的沖裁力為451.62KN，考慮到壓力機的適用范圍，故選擇開式雙柱可傾壓力機。型號為JB23-63型，其部分參數(shù)如下：
公稱壓力：630KN
滑塊行程：100mm
行程次數(shù)：40次∕min
封閉高度調(diào)節(jié)量：80mm
最大封閉高度：400mm
工作臺尺寸(前后×左右)：570mm×860mm
模柄孔尺寸（直徑×深度）：Φ50mm×70mm
電動機功率：5.5KW
3支撐板彎曲模設計
3.1支撐板彎曲工藝性分析
彎曲是使材料產(chǎn)生塑性變形、形成有一定角度形狀零件的沖壓工序。彎曲工序可以用模具在普通壓力機上進行，也可以在專用的彎曲機上或彎曲設備上進行。具有良好的工藝性的彎曲件，不僅能簡化彎曲工藝過程和模具設計，而且能夠提高彎曲件的精度和節(jié)省材料。
由零件圖2.1所示，支撐板屬于板料彎曲。支撐板彎曲半徑是R3mm, 彎曲角度成90o，彎邊長20mm,復合彎曲的工藝性要求，彎曲零件的孔離彎曲線大于要求的最小距離，彎曲時不會發(fā)生孔變形，具有良好的彎曲工藝性，足以達到制件精度質(zhì)量要求。
3.2支撐板彎曲工藝力的計算
1）合理地選擇彎曲用的壓力機和設計模具，必須計算彎曲力。彎曲力的大小不僅與毛坯的尺寸、材料的力學性能、彎曲半徑等有關(guān)，而且與彎曲方式也有很大關(guān)系，從理論上計算彎曲力是比較復雜的，精確度也不高，因此生產(chǎn)中常用經(jīng)驗公式進行計算。
V形約束彎曲 ： P=0.6Cbt2σb ／(r＋t)
式中：P—彎曲力，Ｎ
?。谩禂?shù)，取1~1.3
t—材料厚度，mm
b—彎曲件的寬度,mm
r—凸模圓角半徑，mm
σb—材料的抗拉強度，MPa
2)頂件力和壓料力的計算
頂件力或壓料力Q值可近似取自由彎曲力的30% ~80%,即
Q=（0.3 ~0.8）P
式中：Q—頂件力或壓料力，N；
P—自由彎曲力,N
3）支撐板彎曲力的計算按Ｖ形約束彎曲計算，則有
彎曲力P1=0.6Cbt2σb ／(r＋t)=0.6×1.3×45×4×450／5=12.636KN
頂件力P2=（0.3~0.8）P1=0.6×12.636=7.581KN
總的彎曲力P總＝P1＋P2=12.636＋7.581=20.217KN
3.3支撐板彎曲回彈計算
1）壓彎過程并不完全是材料的塑性變形過程，其彎曲部位還存在著彈性變形。彎曲工件從模具沖取出后，由于彈性變形的恢復，使工件的彎角和彎曲半徑發(fā)生變化，所以被彎曲零件的形狀與模具的性質(zhì)不完全一致，這種現(xiàn)象稱為回彈?；貜椀拇笮⊥ǔＳ媒嵌然貜椓喀う梁颓师來表示。
2）影響回彈的因素
（1）材料的力學性能 角度回彈量及曲率回彈量與材料的屈服點σs成正比，與彈性模量E成反比。
（2）彎曲半徑與材料厚度的比值r/t 當其他條件相同時，角度回彈量隨r／t值的增大而增大，曲率回彈量隨r/t的增大而減小。
（3）彎曲角 彎曲角越大，表示變形區(qū)域越大，角度回彈量也越大。而曲率回彈量與彎曲角度大小無關(guān)。
（4）彎曲工件的形狀 一般彎制U形工件要比彎制V形工件的回彈量要小。
（5）模具間隙 在彎曲U形工件時，凸模與凹模之間的間隙越小，則回彈量越小。
（6）校正彎曲時的校正力 校正力銷，回彈量大，增加回彈量可減小回彈量。
3）角度回彈量的確定
由于影響角度回彈量數(shù)值的因素較多，而各種因素又互相影響，理論分析計算較負責，且不夠精確，所以生產(chǎn)上通常用經(jīng)驗公式計算或?qū)嶒灴偨Y(jié)所得數(shù)據(jù)列表，供設計時參考。
4） 支撐板彎曲回彈量的計算
用回彈角法計算支撐板回彈量，計算公式為：
V形彎曲件 tanβ=0.375l?σs/K·t·E
U形彎曲件 tanβ=0.75l1?σs/K·t·E
式中：K—系數(shù) （K=1－χ）
l—凹?？趯?
l1—彎曲力臂 （l1=r凹＋r凸＋1.25t）
t—材料厚度
σs—材料的屈服強度
E—彈性模量(MPa)
由公式可計算出支撐板的彎曲回彈量：
tanβ=0.375l?σs/K·t·E=0.375×83×235／0.54×2×200
≈4 o
（l取83mm,k=1－0.46=0.54）
3.4支撐板彎曲模結(jié)構(gòu)設計
1）彎曲模工作部分的設計
彎曲模工作部分的設計主要是指確定凸、凹模的圓角半徑，凹模深度，對U形件的彎曲模，模具間隙，凸、凹模的尺寸與制造公差等。這些尺寸對保證彎曲件質(zhì)量有直接關(guān)系，正確確定這些尺寸是設計彎曲模的關(guān)鍵。
(1)凸凹模間隙
在彎曲V形件時，凸、凹模間隙是靠調(diào)整壓力機的閉合高度來控制的，不需要在設計和制造時確定間隙，但設計時必須考慮在合模時使毛坯完全壓靠；對于U形工件的彎曲，則必須選擇適當?shù)拈g隙，間隙過大，則回彈也大，彎曲件尺寸和形狀不易保證，間隙過小，會使零件邊部壁厚減薄，減低模具壽命，且彎曲力大。因此必須確定合理的間隙值。再生產(chǎn)中常按材料性能和厚度選??；當鋼板彎曲時，凸、凹模單邊間隙C=（1.05~1.15）t；當彎曲有色金屬時C=（1.0~1.1）t（t為材料的厚度）。本設計采用的是L形彎曲，故選取間隙值C=1.1t=1.1×1.5mm=1.65mm。
(2)凸、凹模的圓角半徑
凸模的圓角半徑rp一般取等于或略小于制件內(nèi)側(cè)的圓角半徑，如制件結(jié)構(gòu)上鎖須圓角半徑小于最小彎曲半徑，則應取凸模圓角半徑大于最小彎曲半徑，然后增加校正工序，使校正凸模的圓角半徑等于制件內(nèi)側(cè)圓角半徑。因此，有工件彎曲半徑等于r3，此處選取凸模的圓角半徑為r3mm。
凹模的圓角半徑rd也不能過小，否則彎矩的力臂減小，坯料沿凹模圓角滑進時的阻力增大，從而增加彎曲力，并使材料表面擦傷?？砂床牧虾穸葲Q定凹模圓角半徑，當t＜2mm時，取rd=（3~6）t；當 t=2~-4mm時，取rd=(2~3)t；當t＞4mm時，取rd=2t。因此，本設計中材料的厚度為2mm,由上述計算公式得，凹模圓角半徑rd=2×2=4mm。
(3)彎曲模工作部分尺寸
彎曲模工作部分尺寸計算與彎曲件的尺寸標注有關(guān)。彎曲件的尺寸標注根據(jù)裝配要求有兩類標注方式，相應地凸、凹模尺寸計算也有兩類。
a.尺寸標注在工件外形上
標注雙向偏差時，凹模尺寸為
Ld=(L－1／2Δ)+ δd 0
標注單向偏差時，凹模尺寸為
Ld=(L－3／4Δ)+ δd 0
式中 Ld —凹模工作部分尺寸，mm
L—工件公稱尺寸，mm
Δ—工件公差，mm
δd —凹模、凸模制造偏差，mm
b.尺寸標注在工件內(nèi)形上
標注雙向偏差時，凹模尺寸為
LP=（L＋1／2Δ）+ δp 0
標注單向偏差時，凹模尺寸為
Lp=(L＋3／4Δ) ＋δp 0
式中 Lp —凹模工作部分尺寸，mm
L—工件公稱尺寸，mm
Δ—工件公差，mm
δp —凹模、凹模制造偏差，mm
由支撐板零件圖所示，寬度尺寸83標注在工件外形上，則根據(jù)公式計算出凹模的寬度尺寸為：
b凹=（L－3／4Δ)+ δd 0
=（80－3／4×0.12）＋0.03 0
=82.91＋0.03 0
凸模尺寸按凹模尺寸配制，保證單面間隙Ｃ，即Ｌp=(Ld－Z)0 －δpmm。此處上凹模的寬度尺寸b凸=（b凹－C）0 －δp=80.710 －0.03mm。其余尺寸按配合H7∕g6及固定需要而定，見彎曲凹、凸模零件圖。
3.5彎曲?？傮w設計與標準零件選用
1模架
彎曲