墊片零件沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)

1、 JIU JIANG UNIVERSITY 課程設(shè)計(jì) 題 目 “墊片”零件沖壓工藝及模具設(shè)計(jì) 院 系 機(jī)械與材料工程學(xué)院 專 業(yè) 模具設(shè)計(jì)與制造 姓 名 XXX 年 級(jí) XXX 指導(dǎo)教師 XXX 2014年5月 目 錄 前 言1 第一章 概論 2 1.1 沖壓的概念和其加工特點(diǎn)3 1.1.1 沖壓的概念3 1.1.2 沖壓技術(shù)的加工特點(diǎn)3 1.2 沖壓技術(shù)和模具工業(yè)的重要地位4 1.3 沖壓工序的分類5 1.4 沖壓模具技術(shù)的發(fā)展前景5 第二章 沖裁件的工藝設(shè)計(jì)6 2.1 沖裁件的工藝性分析6 2.1.1 結(jié)構(gòu)工藝性分析6 2.1.2 尺寸精度和粗糙度分析7 2.1.3 沖裁件材料分析7 2.

2、1.4 生產(chǎn)批量分析8 2.2 工藝方案的確定8 2.3 沖裁件的排樣與搭邊值的確定8 2.3.1 排樣方式的確定8 2.3.2 搭邊值與條料寬度的確定9 2.3.3 材料利用率的計(jì)算11 2.4 沖裁力和壓力中心的計(jì)算11 2.4.1 沖裁力的計(jì)算11 2.4.2 卸料力、推件力的計(jì)算11 2.4.3 沖模壓力中心的確定13 2.5 壓力機(jī)的選用13 2.5.1 壓力機(jī)的分類13 2.5.2 壓力機(jī)類型的選擇13 第三章 沖裁模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)14 3.1 沖模分類及其特點(diǎn)14 3.1.1 沖裁模的分類14 3.1.2 沖裁模的特點(diǎn)分析14 3.2 沖裁模具的選擇15 3.3 沖模零部件分類及功能1

3、5 3.4 凸、凹模刃口尺寸的計(jì)算16 3.4.1 凸、凹模刃口尺寸計(jì)算的依據(jù)和計(jì)算原則17 3.4.2 凸、凹模刃口尺寸的計(jì)算方法18 3.5 沖模主要零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)21 3.5.1 工作零件21 3.5.2 定位零件24 3.5.3 卸料、推件零件25 3.5.4 模架及其零件25 3.5.5 其他支撐零件26 3.5.6 彈性元件（橡膠）的選用與計(jì)算26 結(jié)束語(yǔ)27 參考文獻(xiàn)29 謝辭29 5/15/2014編 1 前言 冷沖壓工藝應(yīng)用范圍十分廣泛，具有效率高、精度高、質(zhì)量穩(wěn)定、材料利用率高、 操作簡(jiǎn)易、適合批量生產(chǎn)及實(shí)現(xiàn)制造自動(dòng)化；在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門中，幾乎都有沖壓加工產(chǎn)品。本設(shè)計(jì)主

4、要對(duì)沖孔、落料的沖壓工藝分析、數(shù)據(jù)的計(jì)算及根據(jù)工件選取沖壓的L方法并進(jìn)行對(duì)凸、凹模及其他輔助零件的設(shè)計(jì)，主要是進(jìn)行毛坯尺寸、排樣、工序尺寸、沖壓壓力、壓力中心、模具工作部分尺寸等工藝計(jì)算，力爭(zhēng)以最好的性價(jià)比設(shè)計(jì)了模具各零件的結(jié)構(gòu)及裝配關(guān)系，在此基礎(chǔ)上確定模具的外形，完成了裝配圖和非標(biāo)準(zhǔn)的零件圖。最后確定壓力機(jī)類型及主要參數(shù)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中主要注重于設(shè)計(jì)的方法與需要注意的事項(xiàng)。 2 第一章 概論 沖壓是利用安裝在沖壓設(shè)備（主要是壓力機(jī)）上的模具對(duì)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(duì)材料進(jìn)行變形加工，且主要采用板料來(lái)加工成

5、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。 沖壓所使用的模具稱為沖壓模具，簡(jiǎn)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(méi)有符合要求的沖模，批量沖壓生產(chǎn)就難以進(jìn)行；沒(méi)有先進(jìn)的沖模，先進(jìn)的沖壓工藝就無(wú)法實(shí)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(jī)械加工及塑件加工的其它方法相比，沖壓加工無(wú)論在技術(shù)方面還是經(jīng)濟(jì)方面都具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。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(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化。 (2)沖壓時(shí)由于模具保證了沖壓

6、件的尺寸與形狀精度，且一般不壓件的表面質(zhì)量，而模具的壽命一般較長(zhǎng)，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，加工沖壓時(shí)材料的冷變形硬化效應(yīng)，沖壓的強(qiáng)度和剛度均較高。 (4)沖壓一般沒(méi)有切屑碎料生成，材料的消耗較少，且不需要其它加熱設(shè)備，因?yàn)槭且环N省料，節(jié)能的加工方法，沖壓件的成本較低。 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各種各樣的。概括起來(lái)，可分為分離工序和成形工序兩大類：分離工序是指將坯料沿一定的輪廓線分離而獲得一定形狀

7、、尺寸和斷面質(zhì)量的沖壓（俗稱沖壓件）的工序；成形工序是指使坯料在不破壞的條件下產(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、拉伸和成形四種基本工序，每種基本工序還包括有多種單一工序。 3 在實(shí)際生產(chǎn)中，當(dāng)沖壓件的生產(chǎn)批量較大、尺寸較少而公差要求較小時(shí)，若用分散的單一工序來(lái)沖壓是不經(jīng)濟(jì)甚至難于達(dá)到要求。這時(shí)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。 復(fù)合沖壓在壓力機(jī)的一次工作行程中，在模具的同一個(gè)工位上同時(shí)完成兩種或兩種以上不同單一工序的一種組合方式。 級(jí)進(jìn)沖壓在壓力機(jī)上的一次工作行程中

8、，按照一定的順序在同一模具的不同工位上完成兩種或兩種以上不同單一工序的一種組合方式。 復(fù)合-級(jí)進(jìn)在一副沖模上包括復(fù)合和級(jí)進(jìn)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、拉伸模和成形模等；按工序的組合方式可分為單工序模、復(fù)合模和級(jí)進(jìn)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(jī)工作臺(tái)或墊板上，是沖模的固定部分。工作時(shí)，坯料在下模面上通過(guò)定位零件定位，壓力機(jī)滑塊帶動(dòng)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。上模回升時(shí)，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

9、、頂出來(lái)，以便進(jìn)行下一次沖壓循環(huán)。 1.1 沖壓的概念和其加工特點(diǎn) 1.1.1 沖壓的概念 靠壓力機(jī)和模具對(duì)板材、帶材、管材和型材等施加外力，使之產(chǎn)生塑性變形或分離，從而獲得所需形狀和尺寸的工件（沖壓件）的成形加工方法。 1.1.2 沖壓技術(shù)的加工特點(diǎn)： 沖壓件與鑄件、鍛件相比，具有薄、勻、輕、強(qiáng)的特點(diǎn)。沖壓可制出其他方法難于制造的帶有加強(qiáng)筋、肋、起伏或翻邊的工件。以提高其剛性。由于采用精密模具，工件精度可達(dá)微米級(jí)，且重復(fù)精度高、規(guī)格一致，可以沖壓出孔窩、凸臺(tái)等。冷沖壓件一般不再經(jīng)切削加工，或僅需要少量的切削加工。熱沖壓件精度和表面狀態(tài)低于冷沖壓件，但仍優(yōu)于鑄件、鍛件，切削加工量少。 4 沖壓

10、是高效的生產(chǎn)方法，采用復(fù)合模，尤其是多工位級(jí)進(jìn)模，可在一臺(tái)壓力機(jī)（單工位或多工位的）上完成多道沖壓工序，實(shí)現(xiàn)由帶料開(kāi)卷、矯平、沖裁到成形、精整的全自動(dòng)生產(chǎn)。生產(chǎn)效率高，勞動(dòng)條件好，生產(chǎn)成本低，一般每分鐘可生產(chǎn)數(shù)百件。 與機(jī)械加工及塑性加工的其它方法相比，沖壓加工無(wú)論在技術(shù)方面還是經(jīng)濟(jì)方面都具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。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(shí)現(xiàn)機(jī)械化與自動(dòng)化。這是因?yàn)闆_壓是依靠沖模和沖壓設(shè)備來(lái)完成加工，普通壓力機(jī)的行程次數(shù)為每分鐘可達(dá)幾十次，高速壓力要每分鐘可達(dá)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(gè)沖件。 （2） 沖壓時(shí)由于模具保證了沖壓件的尺寸與形狀

11、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(zhǎng),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(shí)材料的冷變形硬化效應(yīng)，沖壓的強(qiáng)度和剛度均較高。 （4） 沖壓一般沒(méi)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。 由于沖壓具有如此優(yōu)越性，沖壓加工在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用范圍相當(dāng)廣泛。例如，在宇航，航空，軍工，機(jī)械，農(nóng)機(jī)，電子，信息，鐵道，郵電，交通，化工，醫(yī)療器具，日用電器及輕工等部門里都有沖壓加工。不但整個(gè)產(chǎn)業(yè)界都用到它，

12、而且每個(gè)人都直接與沖壓產(chǎn)品發(fā)生聯(lián)系。像飛機(jī)，火車，汽車，拖拉機(jī)上就有許多大，中，小型沖壓件。小轎車的車身，車架及車圈等零部件都是沖壓加工出來(lái)的。據(jù)有關(guān)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，自行車，縫紉機(jī)，手表里有80%是沖壓件；電視機(jī)，收錄機(jī)，攝像機(jī)里有90%是沖壓件；還有食品金屬罐殼，鋼精鍋爐，搪瓷盆碗及不銹鋼餐具，全都是使用模具的沖壓加工產(chǎn)品；就連電腦的硬件中也缺少不了沖壓件。 1.2 沖壓技術(shù)和模具工業(yè)的重要地位 5 沖壓模具是大批生產(chǎn)同形產(chǎn)品的工具，是工業(yè)生產(chǎn)的主要工藝裝備。沖壓模具工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)工業(yè)。沖壓模具可保證沖壓產(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。用沖壓模具生產(chǎn)零部件可以采用

13、冶金廠大量生產(chǎn)的廉價(jià)的軋制鋼板或鋼帶為坯料，且在生產(chǎn)中不需加熱，具有生產(chǎn)效率高、質(zhì)量好、重量。輕、成本低且節(jié)約能源和原材料等一系列優(yōu)點(diǎn)，是其他加工方法所不能比擬的。使用模具已成為當(dāng)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。目前，工業(yè)生產(chǎn)中普遍采用模具成形工藝方法，以提高產(chǎn)品的生產(chǎn)率和質(zhì)量。一般壓力機(jī)加工，一臺(tái)普通壓力機(jī)設(shè)備每分鐘可生產(chǎn)零件幾件到幾十件，高速壓力機(jī)的生產(chǎn)率已達(dá)到每分鐘數(shù)百件甚至上千件。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，飛機(jī)、汽車、拖拉機(jī)、電機(jī)、電器、儀器、儀表等產(chǎn)品，有60左右的零件是用模具加工出來(lái)的；而自行車、手表、洗衣機(jī)、電冰箱及電風(fēng)

14、扇等輕工產(chǎn)品，有90左右的零件是用模具加工出來(lái)的；至于日用五金、餐具等物品的大批量生產(chǎn)基本上完全靠模具來(lái)進(jìn)行。顯而易見(jiàn)，模具作為一種專用的工藝裝備，在生產(chǎn)中的決定性作用和重要地位逐漸為人們所共識(shí)。 1.3 沖壓工序的分類 沖壓主要是按工藝分類，可分為分離工序和成形工序兩大類。分離工序也稱沖裁，其目的是使沖壓件沿一定輪廓線從板料上分離，同時(shí)保證分離斷面的質(zhì)量要求（表1）。成形工序的目的是使板料在不破坯的條件下發(fā)生塑性變形，制成所需形狀和尺寸的工件。在實(shí)際生產(chǎn)中,常常是多種工序綜合應(yīng)用于一個(gè)工件。沖裁、彎曲、剪切、拉深、脹形、旋壓、矯正是幾種主要的沖壓工藝。 1.4 沖壓模具技術(shù)的發(fā)展前景 在國(guó)家

15、產(chǎn)業(yè)政策的正確引導(dǎo)下，經(jīng)過(guò)幾十年努力，現(xiàn)在我國(guó)沖壓模具的設(shè)計(jì)與制造能力已達(dá)到較高水平，包括信息工程和虛擬技術(shù)等許多現(xiàn)代設(shè)計(jì)制造技術(shù)已在很多模具企業(yè)得到應(yīng)用。 雖然如此，我國(guó)的沖壓模具設(shè)計(jì)制造能力與市場(chǎng)需要和國(guó)際先進(jìn)水平相比仍有較大差距。這一些主要表現(xiàn)在高檔轎車和大中型汽車覆蓋件模具及高精度沖模 6 方面，無(wú)論在設(shè)計(jì)還是加工工藝和能力方面，都有較大差距。轎車覆蓋件模具，具有設(shè)計(jì)和制造難度大，質(zhì)量和精度要求高的特點(diǎn)，可代表覆蓋件模具的水平。雖然在設(shè)計(jì)制造方法和手段方面基本達(dá)到了國(guó)際水平，模具結(jié)構(gòu)周期等方面，與國(guó)外相比還存在一定的差距。 標(biāo)志沖模技術(shù)先進(jìn)水平的多工位級(jí)進(jìn)模和多功能模具，是我國(guó)重點(diǎn)發(fā)展

16、的精密模具品種。有代表性的是集機(jī)電一體化的鐵芯精密自動(dòng)閥片多功能模具，已基本達(dá)到國(guó)際水平。 但總體上和國(guó)外多工位級(jí)進(jìn)模相比，在制造精度、使用壽命、模具結(jié)構(gòu)和功能上，仍存在一定差距。 汽車覆蓋件模具制造技術(shù)正在不斷地提高和完美，高精度、高效益加工設(shè)備的使用越來(lái)越廣泛。高性能的五軸高速銑床和三軸的高速銑床的應(yīng)用已越來(lái)越多。NC、DNC技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越成熟，可以進(jìn)行傾角加工超精加工。這些都提高了模具面加工精度，提高了模具的質(zhì)量，縮短了模具的制造周期。 模具表面強(qiáng)化技術(shù)也得到廣泛應(yīng)用。工藝成熟、無(wú)污染、成本適中的離子滲氮技術(shù)越來(lái)越被認(rèn)可，碳化物被覆處理（TD處理）及許多鍍（涂）層技術(shù)在沖壓模具上的應(yīng)用

17、日益增多。真空處理技術(shù)、實(shí)型鑄造技術(shù)、刃口堆焊技術(shù)等日趨成熟。激光切割和激光焊技術(shù)也得到了應(yīng)用。 第二章 沖裁件的工藝設(shè)計(jì) 2.1 沖裁件的工藝性分析 2.1.1 結(jié)構(gòu)工藝性分析 7 名稱：墊片 批量：大批量 材料：10號(hào)鋼 厚度：0.5mm 該零件的外形規(guī)則結(jié)構(gòu)對(duì)稱，適用于普通沖壓加工，材料為10號(hào)鋼，厚度t=0.5mm，零件無(wú)特殊要要求，按IT=14級(jí)選取。 2.1.2 尺寸精度和粗糙度分析 其公差查互換性與測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)P18頁(yè)得到如下圖： 由于t=0.5mm，所以近似粗糙度為6.3微米。 2.1.3 沖裁件材料分析 材料為10號(hào)鋼，厚度t=0.5mm，零件無(wú)特殊要要求，按IT=14級(jí)選取

18、。 8 2.1.4 生產(chǎn)批量分析 該零件的外形規(guī)則結(jié)構(gòu)對(duì)稱，適用于普通沖壓加工，零件無(wú)特殊要要求，適合大批量生產(chǎn)。 2.2 工藝方案的確定 該工件包括落料沖孔兩個(gè)基本工序，可有以下幾種方案： 方案一：先落料后沖孔，采用單工序模生產(chǎn)。 方案二：先沖孔后落料，采用級(jí)進(jìn)模生產(chǎn)。 方案三：沖孔落料同時(shí)進(jìn)行，采用復(fù)合膜生產(chǎn) 各方案的特點(diǎn)比較如下： 方案一：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單制造方便，但需要兩道工序，兩幅模具，成本相對(duì)較高，生產(chǎn)效率低，在第一道工序完成后進(jìn)入第二道工序，必然會(huì)增加誤差，使工件精度降低，達(dá)不到要求，故不選用。 方案二：級(jí)進(jìn)模能滿足生產(chǎn)效率高的要求，但其難以保證內(nèi)部的相對(duì)精度，故不選用。 方案三：復(fù)合膜

19、適用于生產(chǎn)效率高，精度高，結(jié)構(gòu)形狀簡(jiǎn)單的工件，其最窄的距離為4，而工件厚度為t=0.5mm，能滿足a³1.5t的要求。故選用此方案。 2.3 沖裁件的排樣與搭邊值的確定 2.3.1 排樣方式的確定 可采用以下兩種排樣方式 方案一：少?gòu)U料排樣 方案二：無(wú)廢料排樣 9 由于該工件結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，無(wú)論采用一方案還是二方案都能滿足要求。相比而言少?gòu)U料排樣材料利用率低，但無(wú)廢料排樣會(huì)加快模具的磨損，使模具壽命減少，并直接影響工件的斷面質(zhì)量，所以采用少?gòu)U排樣即一方案。 2.3.2 搭邊值與條料寬度的確定 查沖壓模具與制造表搭邊值如下： 根據(jù)制件的厚度和排樣方法得到如下： 搭邊值工件間mma21=，

20、沿邊mma2.1= 橫排 10 縱排 2 條料寬度的確定 采用有側(cè)壓裝置，條料寬度公差查下表： 條料寬度偏差D（單位mm） 條料寬度b 材料厚度 t 1 12 23 35 50 50100 100150 150220 220300 -0.4 -0.5 -0.6 -0.7 -0.8 -0.5 -0.6 -0.7 -0.8 -0.9 -0.7 -0.8 -0.9 -1.0 -1.1 -0.9 -1.0 -1.1 -1.2 -1.3 條料寬度： 11 mmaDB05.005.00max046)0.2242()2(-D-D-=´+=+=2.3.3 材料利用率的計(jì)算 條料的步距： mmaDs2

21、.432.142=+=+= 一個(gè)步距內(nèi)材料利用率h為： %5.95%100=´=ABSh 2.4 沖裁力和壓力中心的計(jì)算 2.4.1 沖裁力的計(jì)算 通常說(shuō)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)模具的重要依據(jù)之一。 平刃口沖裁模的沖裁力F一般按下式計(jì)算： bKLtFt= 式中 F沖裁力（N） L沖裁周邊長(zhǎng)度（mm） t材料厚度（mm） bt材料抗剪強(qiáng)度（MPa）查表的Mpab340260-=t K系數(shù) 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、刃口的磨損、板料力學(xué)性能和厚度波動(dòng)等因素的影響而給出的修正系數(shù)，一般取K=1.3 N8.348733405.0304623.

22、1KLt=´´´+´´´=D）（落ptF2.4.2 卸料力、推件力的計(jì)算 xF、 TF、DF卸料力、推件力、頂件力系數(shù)，見(jiàn)下表 料 厚 K卸 K推 K頂 12 表2-8 卸料力、推件力和頂件力系數(shù)注：卸料力系數(shù)K卸在沖多孔、大搭邊和輪廓復(fù)雜說(shuō)取上限值。 卸料力 FKFxx= 推件力 FnKFTT= 頂件力 FKFDD= 式中 F沖裁力（N）； n同時(shí)梗塞在凹模內(nèi)的工件（或廢料）數(shù)；n=h/t h凹模洞口的直壁高度（mm）; t材料厚度（mm）； 卸料力 NFKFxx059.19188.34873055.0=´= 推件力 1/

23、=thn NFnKFTT0494.21978.34873063.01=´´= 頂件力 根據(jù)模具結(jié)構(gòu)，總的沖壓力為 N428124.41778FFTKFFFDx»=+=落 鋼 £0.1 >0.10.5 >0.52.5 >2.56.5 >6.5 0.0650.075 0.0450.055 0.040.05 0.030.04 0.020.03 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 0.0250.08 0.020.06 0.30.07 0.030.

24、09 13 2.4.3 沖模壓力中心的確定 模具壓力中心是諸沖壓合力作用點(diǎn)的位置，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(guò)大磨損，模具導(dǎo)向零件加速磨損，降低了模具和壓力機(jī)的使用壽命。 模具的壓力中心，可按以下原則來(lái)確定 (1)對(duì)稱零件的單個(gè)沖裁件，沖模的壓力中心為沖裁的幾何中心。 (2)工件形狀相同且分布對(duì)稱時(shí)，沖模的壓力中心與零件的對(duì)稱中心相重合。 (3)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。 nnnLLL

25、XLXLXLX+·····+·····+=2122110 nnnLLLXLXLXLY+·····+·····+=2122110 由于該零件是一個(gè)矩形圖形，屬于對(duì)稱中心零件，所以該零件的壓力中心在圖形的幾何中心O處。如圖 2.5 壓力機(jī)的選用 2.5.1 壓力機(jī)的分類 常用壓力機(jī)有開(kāi)式雙柱可傾壓力機(jī)、閉式單點(diǎn)壓力機(jī)、單柱固定臺(tái)壓力機(jī)、開(kāi)式雙柱固定臺(tái)壓力機(jī)等。 2.5.2 壓力機(jī)類型的選擇 14 壓力

26、機(jī)公稱壓力的確定：對(duì)于沖裁工序，壓力機(jī)的公稱壓力應(yīng)大于或等于沖裁時(shí)總壓力的1.1-1.3倍，即 KNFP5547)3.11.1(=-³ 根據(jù)冷沖壓模具設(shè)計(jì)指導(dǎo)書p210頁(yè)初選壓力機(jī)為：開(kāi)式雙柱可傾壓力機(jī)J23-6.3。 第三章 沖裁模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.1 沖模分類及其特點(diǎn) 3.1.1 沖裁模的分類 沖裁模是沖裁工序所用的模具。沖裁模的結(jié)構(gòu)型式很多，為研究方便，對(duì)沖 1按工序性質(zhì)可分為落料模、沖孔模、切斷模、切口模、切邊模、剖切模 2 3按上、下模的導(dǎo)向方式可分為無(wú)導(dǎo)向的開(kāi)式模和有導(dǎo)向的導(dǎo)板模、導(dǎo)柱模、導(dǎo)筒模等。 4按凸、凹模的材料可分為硬質(zhì)合金沖模、鋼皮沖模、鋅基合金沖模、聚 5按凸、凹

27、模的結(jié)構(gòu)和布置方法可分為整體模和鑲拼模，正裝模和倒裝模。 6按自動(dòng)化程度可分為手工操作模、半自動(dòng)模、自動(dòng)模。 3.1.2 沖裁模的特點(diǎn)分析 模具沖裁模是將材料(原材料或半成品)分離成制件(沖壓件)。 主要特點(diǎn)有： 1)凸模、凹模刃口鋒利，并有足夠的強(qiáng)度和硬度。 2)凸模、凹模刃口之間的間隙，是影響制件(沖壓件)要工藝參數(shù)。 3)凡是對(duì)原材料進(jìn)行沖裁的模具(例如落料模)，都存在一個(gè)怎樣提高原材料利用率的問(wèn)題，因此要認(rèn)真仔細(xì)地進(jìn)行排樣并選取合理的搭邊值。 15 4)在沖裁過(guò)程中沖裁力對(duì)模具和壓力機(jī)是一種沖擊載荷，它不僅影響工作環(huán)境(振動(dòng)、噪聲)，而且對(duì)模具和壓力機(jī)會(huì)產(chǎn)生不良影響在選用設(shè)備和設(shè)計(jì)模具

28、時(shí)應(yīng)充分注意。 5)沖裁模將原材料(或半成品)分離成制件和廢料兩部分，因此操作上存在放取工件和排除廢料是否方便和安全等問(wèn)題，要特別注意。 3.2 沖裁模具的選擇 大批量生產(chǎn)時(shí)，一般選用級(jí)進(jìn)?；驈?fù)合模。由于復(fù)合膜適用于生產(chǎn)效率高，精度高，結(jié)構(gòu)形狀簡(jiǎn)單的工件，其最窄的距離為4，而工件厚度為t=0.5mm，能滿足a³1.5t的要求，故采用復(fù)合模。 3.3 沖模零部件分類及功能 一般來(lái)說(shuō)，沖模都是由固定部分和活動(dòng)部分組成，固定部分用壓板、螺栓緊固在壓力機(jī)的工作臺(tái)上；活動(dòng)部分固定在壓力機(jī)的滑塊上。通常緊固部分為下模，活動(dòng)部分為上模。上模隨著滑塊作上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而進(jìn)行沖壓工作。 任何一副沖模都

29、是由各種不同的零件組成，也可以由幾十個(gè)甚至由上百個(gè)零件作成。但無(wú)論它們的復(fù)雜程度如何，沖模上的零件都可以根據(jù)其作用分為五種類型。 1 工作零件 工作零件是直接使被加工材料變形、分離，從而加工成工件，如凸模、凹模、凸凹模等。 2 定位零件 定位零件的作用是控制條料的送進(jìn)方向和送進(jìn)距離，確保條料在沖模中的正確位置。定位零件有當(dāng)料銷、導(dǎo)正銷、導(dǎo)尺、定位銷、定位板、側(cè)壓板和側(cè)刃等。 3 壓料、卸料和頂料零件 壓料、卸料與頂料零件包括沖裁模的卸料板、頂出器、廢料切刀、拉深模中的壓邊圈等。這類零件的作用是保證在沖壓完畢后，將工件或廢料從模具中排出，以使下次沖壓順利進(jìn)行。而拉深模中的壓邊圈主要作用是防止板料

30、毛坯發(fā)生失穩(wěn)起皺。 4 導(dǎo)向零件 16 導(dǎo)向零件的作用是保證上模對(duì)下模相對(duì)運(yùn)動(dòng)精確導(dǎo)向，使凸模和凹模之間保持均勻的間隙，提高沖壓件的品質(zhì)。如導(dǎo)柱、導(dǎo)套、導(dǎo)筒即屬于這類零件。 5 固定零件 固定零件包括上模板、下模板、模柄、凸模和凹模的固定板、墊板、限位器、彈性元件、螺釘、銷釘?shù)?。這類零件的作用是使上述四類零件連接和固定在一起，構(gòu)成整體，保證各零件的相互位置，并使沖模能安裝在壓力機(jī)上。 3.4 凸、凹模刃口尺寸的計(jì)算 落料 如圖a為工件圖，圖b為沖裁該工件所用落料凹模刃口的輪廓圖，圖中虛線表示凹模刃口磨損后尺寸的變化情況 落料時(shí)應(yīng)以凹模為基準(zhǔn)件來(lái)配作凸模。從圖b中可以看出，凹模磨損后刃口尺寸有變

31、大、變小和不變?nèi)N情況： 1)凹模磨損后變大的尺寸（圖中A1和A2），按一般落料凹模尺寸公式計(jì)算，系數(shù)x課本44頁(yè)表3-5得0.5代入公式得： 15.0000max169.41)62.05.042()(462.04+=´-=D-=DxAA10.0000max278.11)43.05.012()(443.04+=´-=D-=DxAA 2) 凹模磨損后變小的尺寸（圖中B1和B2），按一般沖孔凸模尺寸公式計(jì)算，因它在凹模上相當(dāng)于沖孔凸模尺寸，系數(shù)x都為0.5，即： 17 015.0009.00min72.8)18.064.8()(41-=+=D+=DxBB015.0015.00m

32、in69.29)31.038.29()(42-=+=D+=DxBB 3)凹模磨損后無(wú)變化的尺寸（圖中C），即： 04.082.5)18.064.5()(836.082min±=±+=±+=DDCC凹模刃口尺寸按凸模實(shí)際尺寸配置，保證雙面間隙值為maxminZZ-。 3.4.1 凸、凹模刃口尺寸計(jì)算的依據(jù)和計(jì)算原則 沖裁過(guò)程中，凸、凹模要與沖裁零件或廢料發(fā)生摩擦，凸模輪廓越磨越小，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)分落料和沖孔工序，并遵循如下原則： 設(shè)計(jì)落料模先確定凹模刃口尺寸。以凹模為基準(zhǔn)，間隙取在凸模上，即沖裁間隙通過(guò)減小凸模刃

33、口尺寸來(lái)取得。設(shè)計(jì)沖孔模先確定凸模刃口尺寸。以凸模為基準(zhǔn)，間隙取在凹模上，沖裁間隙通過(guò)增大凹模刃口尺寸來(lái)取得。 根據(jù)沖模在使用過(guò)程中的磨損規(guī)律，設(shè)計(jì)落料模時(shí)，凹?；境叽鐟?yīng)取接近或等于工件的最小極限尺寸；設(shè)計(jì)沖孔模時(shí)，凸?；境叽鐒t取接近或等于工件孔的最大極限尺寸。這樣，凸、凹在磨損到一定程度時(shí)，仍能沖出合格的零件。 模具磨損預(yù)留量與工件制造精度有關(guān)。用x、表示，其中為工件的公差值，x為磨損系數(shù)， 其值在0.之間，根據(jù)工件制造精度進(jìn)行選?。?工件精度IT10以上 X=1 工件精度IT11IT13 X=0.75 工件精度IT14 X=0.5 不管落料還是沖孔，沖裁間隙一般選用最小合理間隙值（Zm

34、in）。 選擇模具刃口制造公差時(shí)，要考慮工件精度與模具精度的關(guān)系，即要保證工件的精度要求，又要保證有合理的間隙值。一般沖模精度較工件精度高24級(jí)。對(duì)于形狀簡(jiǎn)單的圓形、方形刃口，其制造偏差值可按 18 級(jí)來(lái)選??；對(duì)于形狀復(fù)雜的刃口制造偏差可按工件相應(yīng)部位公差值的1/4來(lái)選??；對(duì)于刃口尺寸磨損后無(wú)變化的制造偏差值可取工件相應(yīng)部位公差值的1/8并冠以（±）。 工件尺寸公差與沖模刃口尺寸的制造偏差原則上都應(yīng)按“入體”原則標(biāo)注為單向公差，所謂“入體”原則是指標(biāo)注工件尺寸公差時(shí)應(yīng)向材料實(shí)體方向單向標(biāo)注。但對(duì)于磨損后無(wú)變化的尺寸，一般標(biāo)注雙向偏差。 3.4.2 凸、凹模刃口尺寸的計(jì)算方法 由于沖模

35、加工方法不同，刃口尺寸的計(jì)算方法也不同，基本上可分為兩類。 1按凸模與凹模圖樣分別加工法 這種方法主要適用于圓形或簡(jiǎn)單規(guī)則形狀的工件，因沖裁此類工件的凸、凹模制造相對(duì)簡(jiǎn)單，精度容易保證，所以采用分別加工，設(shè)計(jì)時(shí)，需在圖紙上分別標(biāo)注凸模和凹模刃口尺寸及制造公差。 沖模刃口與工件尺寸及公差分布情況如圖2.4.1所示。其計(jì)算公式如下： 圖2.4.1 沖模刃口與工件尺寸及公差分布 (1）落料 設(shè)工件的尺寸為D- ，根據(jù)計(jì)算原則，落料時(shí)以凹模為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)。首先確 19 定凹模尺寸，使凹模的基本尺寸接近或等于工件輪廓的最小極限尺寸；將凹模尺寸減小最小合理間隙值即得到凸模尺寸。 (2）沖孔 設(shè)沖孔尺寸為d+

36、，根據(jù)計(jì)算原則，沖孔時(shí)以凸模為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)。首先確定凸模尺寸，使凸模的基本尺寸接近或等于工件孔的最大極限尺寸；將凸模尺寸增大最小合理間隙值即得到凸模尺寸。 (3）孔心距 孔心距屬于磨損后基本不變的尺寸。 在同一工步中，在工件上沖出孔距為 L± 兩個(gè)孔時(shí)，其凹模型孔中心距 可按下式確定。 20 足以下條件 由上可見(jiàn)，凸、凹模分別加工法的優(yōu)點(diǎn)是，凸、凹模具有互換性，制造周期短，便于成批制造。其缺點(diǎn)是，為了保證初始間隙在合理范圍內(nèi)，需要采用較小的凸、凹模具制造公差才能滿足 + 的要求，所以模具制造成本相對(duì)較高。 2凸模與凹模配作法 采用凸、凹模分開(kāi)加工法時(shí)，為了保證凸、凹模間一定的間隙值，必須

37、嚴(yán)格限制沖模制造公差，因此，造成沖模制造困難。對(duì)于沖制薄材料（因Zmax與Zmin的差值很小）的沖模，或沖制復(fù)雜形狀工件的沖模，或單件生產(chǎn)的沖模，常常采用凸模與凹模配作的加工方法。 配作法就是先按設(shè)計(jì)尺寸制出一個(gè)基準(zhǔn)件（凸?；虬寄＃缓蟾鶕?jù)基準(zhǔn)件的實(shí)際尺寸再按最小合理間隙配制另一件。這種加工方法的特點(diǎn)是模具的間隙由配制保證，工藝比較簡(jiǎn)單，不必校核 + 的條件，并且還可放大基準(zhǔn)件的制造公差，使制造容易。設(shè)計(jì)時(shí)，基準(zhǔn)件的刃口尺寸及制造公差應(yīng)詳細(xì)標(biāo)注，而配作件上只標(biāo)注公稱尺寸，不注公差，但在圖紙上注明：“凸（凹）模刃口按凹（凸）模實(shí)際刃口尺寸配制，保證最小雙面合理間隙值Zmin”。 采用配作法，計(jì)

38、算凸?；虬寄Ｈ锌诔叽纾紫仁歉鶕?jù)凸?；虬寄Ｄp后輪廓變化情況，正確判斷出模具刃口各個(gè)尺寸在磨損過(guò)程中是變大，變小還是不變 21 這三種情況，然后分別按不同的公式計(jì)算。 (1）凸?；虬寄Ｄp后會(huì)增大的尺寸第一類尺寸A 落料凹?；驔_孔凸模磨損后將會(huì)增大的尺寸，相當(dāng)于簡(jiǎn)單形狀的落料凹模尺寸，所以它的基本尺寸及制造公差的確定方法與公式（2.4.1）相同 第一類尺寸： (2）凸?；虬寄Ｄp后會(huì)減小的尺寸第二類尺寸B 沖孔凸模或落料凹模磨損后將會(huì)減小的尺寸，相當(dāng)于簡(jiǎn)單形狀的沖孔凸模尺寸，所以它的基本尺寸及制造公差的確定方法與公式（2.4.3）相同。 第二類尺寸： (3）凸?；虬寄Ｄp后會(huì)基本不變的尺寸第三

39、類尺寸C 凸?；虬寄Ｔ谀p后基本不變的尺寸，不必考慮磨損的影響，相當(dāng)于簡(jiǎn)單形狀的孔心距尺寸，所以它的基本尺寸及制造公差的確定方法與公式（2.4.5）計(jì)算。 第三類尺寸： 3.5 沖模主要零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.5.1 工作零件 落料凹模板尺寸 22 凹模厚度：ksH= （其計(jì)算結(jié)果大于或等于15mm）其中b沖壓件最大外形尺寸： k系數(shù)，考慮板材厚度的影響，其值可查表315. mmksH8.164.042=´= 考慮到推件塊的安裝空間和運(yùn)動(dòng)空間，凹模的實(shí)際厚度應(yīng)增加取mmH20= 凹模壁厚：Hc)25.1(= （其計(jì)算結(jié)果大于或等于3040mm）mmHc)6.332.25()25.1(=

40、實(shí)際取C=30mm 凹模長(zhǎng)度： mmCsL)162117()12075(42)45.2(1=+=+= 取mmL150= 凹模寬度： mmCsB)162117()12075(42)45.2(1=+=+=取B=150mm 所以，凹模輪廓尺寸為 mmmmmm20150150´´，為了保證螺孔間、螺孔與銷釘孔之間的強(qiáng)度和模具的壽命，一般開(kāi)的孔與孔之間的距離、銷孔與螺紋孔之間的距離不應(yīng)小于5mm，螺紋孔與凹模刃口間的距離取大于兩倍孔徑值。 凹模結(jié)構(gòu)圖如下圖所示： 23 凸凹模的設(shè)計(jì) 凸凹模的內(nèi)、外緣均為刃口，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(qiáng)度，凸凹模應(yīng)有一定的壁

41、厚。 凸凹?？傞L(zhǎng)L： mmhhhL71183122321=+=+= 其中1h為凸凹模固定板厚度，2h為橡膠安裝高度，3h為彈性卸料板厚度。 其結(jié)構(gòu)如圖所示: 24 沖孔凸模的設(shè)計(jì) 因?yàn)橥姑閮?nèi)孔凸模，選用直通式凸模，與凸模固定板采用H7/m6配合。凸模材料應(yīng)選Cr12，熱處理5862HRC。凸模的長(zhǎng)度根據(jù)模具的具體結(jié)構(gòu)確定，長(zhǎng)度根據(jù)磨損量及固定板、凹模的厚度等來(lái)決定的即：mmhhhL75202530321=+=+= 其中1h為凸模固定板厚度，2h為沖孔凸模固定板, 3h為落料凸模。 其結(jié)構(gòu)如圖所示： 3.5.2 定位零件 定位零件的作用是使坯料或工序件在模具上相對(duì)凸、凹模有正確的位置。 25

42、定位零件:定位零件是指保證條料或毛坯在模具中的位置正確的零件。包括導(dǎo)料板（或?qū)Я箱N）、擋料銷等。導(dǎo)料板對(duì)條料送進(jìn)起導(dǎo)向作用，擋料銷限制條料送進(jìn)的位置。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的固定擋料銷。 3.5.3 卸料、推件零件 卸料裝置一般是彈性的,其基本零件是卸料板、卸料螺釘和彈性元件（彈簧或橡膠）組成，彈性卸料板的平面外形尺寸等于或稍大于凹模板尺寸，厚度取凹模厚度的0.60.8倍。卸料螺釘一般采用標(biāo)準(zhǔn)的階梯形螺釘，其數(shù)量按卸料板形狀與大小確定，卸料板為圓形時(shí)常用34個(gè)，為矩形時(shí)一般用46個(gè)。卸料螺釘?shù)闹睆酱笮】蛇x 812mm，各卸料螺釘?shù)拈L(zhǎng)度應(yīng)一致，以保證卸料板水平和均勻卸料。彈性卸料裝置依靠彈簧或橡皮的彈力來(lái)

43、卸料，卸較力不太大，但沖壓時(shí)可兼起壓料的作用。 3.5.4 模架及其零件 1、上下模座 模座分帶導(dǎo)柱和不帶導(dǎo)柱兩種，根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模和生產(chǎn)要求確定是否帶導(dǎo)柱的模座。 本模具采用中間導(dǎo)柱、導(dǎo)套來(lái)保證模具上、下模的精確導(dǎo)向?；瑒?dòng)導(dǎo)柱、導(dǎo)套都是圓柱形的，其加工方便，可采用車床加工，裝配容易。導(dǎo)柱的長(zhǎng)度應(yīng)保證上模座最底位置時(shí)（閉合狀態(tài)），導(dǎo)柱上端面與上模座頂面的距離17mm。而下模座底面與導(dǎo)柱底面的距離為4mm。導(dǎo)柱的下部與下模座導(dǎo)柱孔采用H7/r6的過(guò)盈配合,導(dǎo)套的外徑與上模座導(dǎo)套孔采用H7/r6的過(guò)盈配合。導(dǎo)套的長(zhǎng)度，需要保證沖壓時(shí)導(dǎo)柱一定要進(jìn)入導(dǎo)套10mm以上。導(dǎo)柱與導(dǎo)套之間采用H5/h5的間隙配合，導(dǎo)柱與導(dǎo)套均采用T10A材料，熱處理硬度滲碳淬硬5560HRC。 導(dǎo)柱的直徑、長(zhǎng)度分別為： 導(dǎo)柱：d/mm×L/mm分別為35×230； 導(dǎo)套：d/mm×L/mm×Dmm分別為35×125×48, 模座的的尺寸L/mm×B/mm為315mm×200mm。模座的厚度應(yīng)為凹模厚度的1.52倍上模座的厚度為35，上墊板厚度取12，凸模固定板厚度取18，凸凹模固定板取22mm,卸料板取18mm,下模座的厚度為35mm。 2、模柄