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XXXX學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)
作 者： 學(xué) 號(hào)：
學(xué)院（系、部）：
專(zhuān) 業(yè)：
題 目： 平板片復(fù)合模設(shè)計(jì)
指導(dǎo)者：
評(píng)閱者：
2016 年05 月
28
- -
摘 要
本論文應(yīng)用本專(zhuān)業(yè)所學(xué)課程的理論和生產(chǎn)實(shí)際知識(shí)進(jìn)行一次冷沖壓模具設(shè)計(jì)工作的實(shí)際訓(xùn)練從而培養(yǎng)和提高了我的獨(dú)立工作能力。本設(shè)計(jì)通過(guò)對(duì)平板片的復(fù)合模設(shè)計(jì)的工藝性分析，確定了正確的工藝方案。從而對(duì)模具設(shè)計(jì)方案，以及沖壓設(shè)備作出了分析與選擇。通過(guò)分析決定采用復(fù)合模形式，然后參考其他模具結(jié)構(gòu)以及查手冊(cè)和計(jì)算設(shè)計(jì)。當(dāng)所有的參數(shù)計(jì)算完后，對(duì)模具的裝配方案，對(duì)主要零件的設(shè)計(jì)和裝配要求技術(shù)要求都進(jìn)行了分析。在設(shè)計(jì)過(guò)程中除了設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)外，還包括模具的裝配圖，非標(biāo)準(zhǔn)零件的零件圖等。
關(guān)鍵詞：冷沖壓 ；復(fù)合模 ；設(shè)計(jì)
目 錄
摘 要 I
第一章、緒 論 3
第二章、零件的工藝分析和工藝方案的確定 4
2.1.沖壓件的工藝分析 4
2.2.確定工藝方案及模具的結(jié)構(gòu)形式 4
2.3.排樣、計(jì)算條料寬度及步距的確定 5
2.3.1.搭邊值的確定 5
2.3.2.條料寬度的確定 6
2.3.3.導(dǎo)板間間距的確定 7
2.3.4.排樣 7
2.3.5.材料利用率的計(jì)算與比較 9
2.3.6.板料利用率的計(jì)算： 9
第三章、沖裁力的計(jì)算 11
3.1.計(jì)算沖裁力的公式 11
3.2.總沖裁力、卸料力、推料力和總沖壓力 11
3.2.1.總沖裁力 11
3.2.2.卸料力Fx的計(jì)算 12
3.2.3.推料力Ft的計(jì)算 12
3.2.4.總的沖壓力的計(jì)算 13
第四章、模具壓力中心與計(jì)算 14
第五章、刃口尺寸的計(jì)算 16
5.1.刃口尺寸計(jì)算的基本原則 16
5.2.刃口尺寸的計(jì)算 16
5.3.計(jì)算凸、凹模刃口的尺寸 17
5.4.沖裁刃口高度 19
第六章、主要零部件的設(shè)計(jì) 21
6.1.工作零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 21
6.1.1.凹模的設(shè)計(jì) 21
6.1.2.凸凹模的設(shè)計(jì) 22
6.1.3.外形凸模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 23
6.1.4.內(nèi)孔凸模設(shè)計(jì) 23
6.2.模架及其它零件的設(shè)計(jì) 24
6.2.1.上下模座 24
6.2.2.模柄 24
6.2.3.模具的閉合高度 25
第七章、壓力機(jī)的選擇 26
結(jié) 論 27
參考文獻(xiàn) 28
第一章、緒 論
沖壓模具的形式很多，一般可按以下幾個(gè)主要特征分類(lèi)：
1．根據(jù)工藝性質(zhì)分類(lèi)
（1）沖裁模 沿封閉或敞開(kāi)的輪廓線(xiàn)使材料產(chǎn)生分離的模具。如落料模、沖孔模、切斷模、切口模、剖切模等。
（2）彎曲模 使平板坯料沿著直線(xiàn)（彎曲模）產(chǎn)生彎曲變形，從而獲得一定角度和形狀的工件的模具。
（3）拉抻模 是把平板坯料制成開(kāi)口空心件，或使空心件進(jìn)一步改變形狀和尺寸的模具。
（4）成形模 是將毛料件，或者是半成品，在凸、凹模的一定的形狀下壓制而成，其過(guò)程是聽(tīng)過(guò)材料產(chǎn)生局部塑形變形，如：壓筋，脹形等工序模具，起伏成形模也是這個(gè)原理，拉深，翻邊等工序。
2．根據(jù)工序與工序之間組合分類(lèi)
（1）單模 一般是針對(duì)只有一對(duì)凸、凹模的模具，在沖壓過(guò)程中，只完成一道工序的模具，比如，落料，沖孔，拉深這樣的模具。
（2）復(fù)合模 只有一個(gè)沖壓過(guò)程中，在壓力機(jī)的作用下，在同一工序上同時(shí)完成兩道或更多的工序的模具。
（3）連續(xù)模 在條料的送進(jìn)方向上，按順序，有兩個(gè)或更多的工位，在壓力機(jī)的作用下，在不同的工位上依次完成兩道或多個(gè)工序的模具。連續(xù)模又稱(chēng)級(jí)進(jìn)?；蛱侥！?
冷沖壓加工與其他加工方法相比，無(wú)論在技術(shù)方面，還是在經(jīng)濟(jì)方面，都具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。
第二章、零件的工藝分析和工藝方案的確定
2.1.沖壓件的工藝分析
圖2—1 零件圖
如圖2—1所示零件圖。
生產(chǎn)批量：大批量；
材料：10#鋼；
厚度：3.0mm；
與低碳鋼相比，強(qiáng)度、硬度均較高，具有較好的韌性、焊接性，此鋼大多在正火狀態(tài)下使用，也可進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。
由于產(chǎn)品四角是直角，為防止落料凹模熱處理應(yīng)力集中開(kāi)裂，清角處應(yīng)增加R角，本次課題根據(jù)材料厚度，建議增加R0.5。
2.2.確定工藝方案及模具的結(jié)構(gòu)形式
根據(jù)制件的工藝分析，其基本工序有落料、沖孔兩道基本工序，按其先后順序組合，可得如下幾種方案;
(1) 落料——沖孔；單工序模沖壓
(2) 沖孔——落料；單工序模沖壓。
(3) 沖孔——落料；連續(xù)模沖壓。
(4) 落料沖孔；復(fù)合模沖壓。
方案（1）（2）屬于單工序模沖裁工序沖裁模指在壓力機(jī)一次行程內(nèi)完成一個(gè)沖壓工序的沖裁模。由于此制件生產(chǎn)批量大，尺寸又較這兩種方案生產(chǎn)效率較低，操作也不安全，勞動(dòng)強(qiáng)度大，故不宜采用。
方案（3）屬于連續(xù)模，是指壓力機(jī)在一次行程中，依次在模具幾個(gè)不同的位置上同時(shí)完成多道沖壓工序的模具。于制件的結(jié)構(gòu)尺寸小，厚度小，連續(xù)模結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高，維修不方便，因此，不宜采用該方案。
方案（4）屬于復(fù)合沖裁模，復(fù)合沖裁模是指在一次工作行程中，在模具同一部位同時(shí)完成數(shù)道沖壓工序的模具。采用復(fù)合模沖裁，其模具結(jié)構(gòu)沒(méi)有連續(xù)模復(fù)雜，生產(chǎn)效率也很高，又降低的工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，所以此方案最為合適。
根據(jù)分析采用方案（4）復(fù)合沖裁。
2.3.排樣、計(jì)算條料寬度及步距的確定
2.3.1.搭邊值的確定
排樣時(shí)零件之間以及零件與條料側(cè)邊之間留下的工藝余料，稱(chēng)為搭邊。搭邊的作用是補(bǔ)償定位誤差，保持條料有一定的剛度，以保證零件質(zhì)量和送料方便。搭邊過(guò)大，浪費(fèi)材料。搭邊過(guò)小，沖裁時(shí)容易翹曲或被拉斷，不僅會(huì)增大沖件毛刺，有時(shí)還有拉入凸、凹模間隙中損壞模具刃口，降低模具壽命?；蛴绊懰土瞎ぷ?。
搭邊值通常由經(jīng)驗(yàn)確定，表所列搭邊值為普通沖裁時(shí)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)之一。
表2—2 搭邊a和a1數(shù)值
材料厚度
圓件或類(lèi)似圓件的工件
矩形工件邊長(zhǎng)L≤50mm
矩形工件邊長(zhǎng)L＞50mm
工件間a1
沿邊a
工件間a1
沿邊a
工件間a1
沿邊a
＜ 0.25
0.25~0.5
0.5~1.0
1.0~1.5
1.5~2.0
2.0~2.5
2.5~3.0
3.0~3.5
3.5~4.0
4.0~5.0
5.0~12
1.0
0.8
0.8
1.0
1.2
1.5
1.8
2.2
2.5
3.0
0.6t
1.2
1.0
1.0
1.3
1.5
1.8
2.2
2.5
3.0
3.5
0.7t
1.2
1.8
1.5
1.2
1.5
2.0
2.2
2.5
2.5
3.5
0.7t
1.5
2.0
1.8
1.5
1.8
2.2
2.5
2.8
3.2
4.0
0.8t
1.5~2.5
2.2
1.8
1.5
1.8
2.2
2.5
2.8
3.2
4.0
0.8t
1.8~2.6
2.5
2.0
1.8
2.0
2.5
2.8
3.2
3.5
4.5
0.9t
搭邊值是廢料，所以應(yīng)盡量取小，但過(guò)小的搭邊值容易擠進(jìn)凹模，增加刃口磨損表2—2給出了鋼（WC0.05%～0.25%）的搭邊值。
該制件是矩形工件，根據(jù)尺寸從表2—2中查出：兩制件之間的搭邊值a1=2.2（mm），側(cè)搭邊值a=2.5(mm)。
2.3.2.條料寬度的確定
計(jì)算條料寬度有三種情況需要考慮；
有側(cè)壓裝置時(shí)條料的寬度。
無(wú)側(cè)壓裝置時(shí)條料的寬度。
有定距側(cè)刃時(shí)條料的寬度。有定距側(cè)刃時(shí)條料的寬度。
有側(cè)壓裝置的模具，能使條料始終沿著定位銷(xiāo)送進(jìn)。
條料寬度公式：
B0-△=（Dmax+2a） 公式（2—1）
其中條料寬度偏差上偏差為0，下偏差為—△，見(jiàn)表2—3條料寬度偏差。
D ——條料寬度方向沖裁件的最大尺寸。
a——側(cè)搭邊值。
根據(jù)公式2—3 B0-△=（Dmax+2a）
=（28+11+2×2.5）0-0.50
=440-0.50
表2—3 條料寬度公差(mm)
條料寬度
B/mm
材料厚度t/mm
～0.5
>0.5～1
>1～2
～20
0.05
0.08
0.10
>20～30
0.08
0.10
0.15
>30～50
0.10
0.15
0.20
2.3.3.導(dǎo)板間間距的確定
定位銷(xiāo)間距離公式：
A=B+Z 公式（2—4）
Z——定位銷(xiāo)與條料之間的最小間隙（mm）；
查表2—4得Z=5mm
根據(jù)公式2—4 A1= B+Z
=11+16+2.2
=29.2（mm）
錯(cuò)開(kāi)排樣計(jì)算 A2= B+Z
=8+16+2.2
=26.2（mm）
表2—4 定位銷(xiāo)與條料之間的最小間隙Zmin（mm）
材料厚度t/mm
有 側(cè) 壓 裝 置
條 料 寬 度B/mm
100以下
100以上
~0.5
0.5~1
1~2
2~3
3~4
4~5
5
5
5
5
5
5
8
8
8
8
8
8
2.3.4.排樣
根據(jù)材料經(jīng)濟(jì)利用程度，排樣方法可以分為有廢料、少?gòu)U料和無(wú)廢料排樣三種，根據(jù)制件在條料上的布置形式，排樣有可以分為直排、斜排、對(duì)排、混合排、多排等多重形式。
采用少?gòu)U料，或者是無(wú)廢料的排樣方法，材料利用率必然是很高，而且一次沖裁可以獲得多個(gè)零件，按此方法設(shè)計(jì)的模具，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，還可以降低沖裁力，但是，因條料本身的厚度公差，以及前道工序裁料時(shí)的誤差，條料導(dǎo)向與定位所產(chǎn)生的誤差，各個(gè)方面的影響，所以這樣沖出的產(chǎn)品公差等級(jí)比較低，在沖壓過(guò)程中，因模具單面受力（單邊切斷時(shí)），必然會(huì)加劇模具的磨損，從而降低模具壽命，沖出的產(chǎn)品斷面質(zhì)量也不好，尺寸精度也達(dá)不到。
由于設(shè)計(jì)的零件是類(lèi)似T形零件，外形不完全規(guī)則，所以采用有費(fèi)料直排法。
第一種排樣方法如圖：
第二種排樣方法如圖：
2.3.5.材料利用率的計(jì)算與比較
利用CAD計(jì)算產(chǎn)品面積為735.777mm2
第一種排樣方法一個(gè)步距內(nèi)的材料利用率η為
η=nF/Bs×100%
η=1×735.777/29.2×44×100%=57.2678%
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；
第二種排樣方法一個(gè)步距內(nèi)的材料利用率η為
η=nF/Bs×100%
η=2×735.777/47.4×44×100%=70.856%
結(jié)合以上計(jì)算，選擇第二種排樣方法
2.3.6.板料利用率的計(jì)算：
沖裁零件的面積為：
F= 735.777(mm2)
毛坯規(guī)格為：1250×1000（mm）。
送料步距為：h=D＋a1=23.7
一個(gè)步距內(nèi)的材料利用率為：
n11=(nF/Bh)×100%
橫裁時(shí)的條料數(shù)為：
n1 =1000/B
=1000/44
=22.727 可沖22條，
每條件數(shù)為：
n2 =(1250-a)/h
=(1250-2.2)/23.7
=52.649 可沖52件，
板料可沖總件數(shù)為：
n=n1×n2=22×52=1144(件)
板料利用率為：
n12=(nF/1250×1000)
=(1144×735.777/1250×1000) ×100%
=67.3383%
縱裁時(shí)的條料數(shù)為：
n1=1250/B
=1250/44
=28.409 可沖28條，
每條件數(shù)為：
n2=(1000-a)/h
=(1000-2.2)/23.7
=42.1 可沖42件，
板料可沖總件數(shù)為：
n= n1×n2=28×42=1176（件）
板料的利用率為：
n12=(nF/1250×1000)
=(1176×735.777/1250×1000) ×100%
=69.22%
通過(guò)比較，橫裁比縱裁的材料利用率小，所以該零件采用縱裁法。
第三章、沖裁力的計(jì)算
3.1.計(jì)算沖裁力的公式
計(jì)算沖裁力是為了選擇更為合理的壓力機(jī)，壓力機(jī)的公稱(chēng)壓力必須大于所計(jì)算的總沖裁力，以適宜沖裁的要求，普通平刃沖裁模，其沖裁力F p一般可以按下式計(jì)算：
Fp=KptLτ 公式（3—1）
式中 τ——抗剪強(qiáng)度，見(jiàn)附表（MPa）；
L——周邊總長(zhǎng)（包括外形和孔）（mm）；
t——材料厚度（mm）;
系數(shù)Kp是考慮到?jīng)_裁模刃口的磨損，凸模與凹模間隙波動(dòng)（數(shù)值的變化或分布不均），潤(rùn)滑情況，材料力學(xué)性能，厚度公差變化，等因數(shù)而設(shè)置的安全系數(shù)Kp，一般取1~3。當(dāng)查不到抗剪強(qiáng)度τ時(shí)，可以用抗拉強(qiáng)度σb代替τ，而取Kp=1的近似計(jì)算法計(jì)算。
根據(jù)常用金屬?zèng)_壓材料的力學(xué)性能查出10#鋼的抗剪強(qiáng)度為260～340(MPa)，
取τ=340(MPa)
3.2.總沖裁力、卸料力、推料力和總沖壓力
由于沖裁模具采用彈性卸料裝置和自然落料方式。
總的沖裁力包括:
F——總沖壓力。
Fp——總沖裁力。
FQ——卸料力
FQ1——推料力。
3.2.1.總沖裁力
Fp=F1+F2 公式(3—2)
F1——落料時(shí)的沖裁力。
F2——沖孔時(shí)的沖裁力.
落料時(shí)的周邊長(zhǎng)度為：L1=119.98（mm）
根據(jù)公式5—1 F1=KptLτ
=1.3×3.0×119.98×340
=159.093(KN)
沖圓孔時(shí)的周邊長(zhǎng)度為：L2=πd=3.14×10=31.4（mm）
F2= KptLτ
=1.3×3.0×31.4×340
=41.636(KN)
總沖裁力：Fp=F1+F2=159.093+41.636=200.729(KN)
表3—1 卸料力、推件力和頂件力系數(shù)
料厚t/mm
Kx
Kt
Kd
鋼
≤0.1
＞0.1~0.5
＞0.5~2.5
＞2.5~6.5
＞6.5
0.065~0.075
0.045~0.055
0.04~0.05
0.03~0.04
0.02~0.03
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
0.025~0.08
0.02~0.06
0.03~0.07
0.03~0.09
對(duì)于表中的數(shù)據(jù)，厚的材料取小值，薄材料取大值。
3.2.2.卸料力Fx的計(jì)算
Fx=Kx Fp 公式(3—3)
Kx——卸料力系數(shù)。
查表3—1得KＸ＝0.03~0.04，取KＸ＝0.04
根據(jù)公式3—3 Fx=KＸ Fp
＝0.04×200.729
≈ 8.029(KN)
3.2.3.推料力Ft的計(jì)算
Ft=KtFp 公式(3—4)
Kt——推料力系數(shù)。
查表3—1得Kt＝0.045, 取Kt=0.045
根據(jù)公式3—4 Ft=KtFp
=0.045×41.636
≈1.874(KN)
3.2.4.總的沖壓力的計(jì)算
根據(jù)模具結(jié)構(gòu)總的沖壓力：F=Fp+Fx+Ft
F=Fp+Fx+Ft+Fd
=200.729+8.029+1.874
=210.632(KN)
根據(jù)總的沖壓力，初選壓力機(jī)為：開(kāi)式雙柱可傾壓力機(jī)J23—40。
第四章、模具壓力中心與計(jì)算
模具壓力中心是指諸沖壓合力的作用點(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，或者起碼在所選壓力機(jī)的模柄直徑范圍內(nèi)。否則，會(huì)使沖壓模和壓力機(jī)上滑塊之間產(chǎn)生偏心載荷，使滑塊和導(dǎo)軌之間產(chǎn)生過(guò)大磨損，模具導(dǎo)向零件和壓力機(jī)滑塊加速磨損，從而降低了模具和壓力機(jī)的使用壽命。
模具的壓力中心計(jì)算，可安以下原則來(lái)確定：
1、對(duì)稱(chēng)零件的單工序結(jié)構(gòu)模具，其壓力中心為沖裁件的幾何中心，與模具中心一致。
2、工件形狀 相同且分布對(duì)稱(chēng)時(shí)，其壓力中心與零件的對(duì)稱(chēng)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。
Xo=L1X1+L2X2+……LnXn/L1+L2+……Ln
Yo=L1Y1+L2Y2+……LnYn/L1+L2+……Ln
通過(guò)解析法計(jì)算產(chǎn)品落料沖孔模壓力中心如下：
由于計(jì)算外形尺寸的力矩相對(duì)復(fù)雜，所以無(wú)法詳細(xì)計(jì)算，從以上圖形分析，該產(chǎn)品形狀均在直徑為40的模柄范圍內(nèi)，所以其壓力中心也必然在其范圍內(nèi)，復(fù)合設(shè)計(jì)原理及要求。
第五章、刃口尺寸的計(jì)算
5.1.刃口尺寸計(jì)算的基本原則
產(chǎn)品的尺寸精度主要取決于模具刃口的尺寸的精度，模具的合理間隙也要靠模具刃口尺寸及制造精度來(lái)保證。正確確定模具刃口尺寸及制造公差，是設(shè)計(jì)沖裁模主要任務(wù)之一。
由此在決定模具刃口尺寸精度及其制造公差時(shí)需要考慮以下原則：
1、落料件尺寸由凹模尺寸決定，沖孔時(shí)的尺寸由凸模尺寸決定。故計(jì)算落料模尺寸時(shí)，應(yīng)以凹模為基準(zhǔn)，間隙算在凸模上：計(jì)算沖孔尺寸時(shí)，應(yīng)以凸模尺寸為基準(zhǔn)，間隙算在沖孔凹模上。
2、由于在沖壓過(guò)程中，凸、凹模有磨損，設(shè)計(jì)計(jì)算落料凹模時(shí)，凹模基本尺寸應(yīng)取尺寸公差范圍的較小尺寸；設(shè)計(jì)計(jì)算沖孔模時(shí)，凸?；境叽鐟?yīng)取工件孔尺寸公差范圍的較大尺寸。這樣就算凸凹模磨損到一定程度，仍能沖出合格的制件。凸凹模間隙則取最小值合理。
3、確定沖模刃口制造公差時(shí)，應(yīng)考慮制件的公差要求。如果對(duì)刃口精度要求過(guò)高（即制造公差過(guò)小），會(huì)使模具制造困能，增加成本，延長(zhǎng)生產(chǎn)周期；如果對(duì)刃口要求過(guò)低（即制造公差過(guò)大）則生產(chǎn)出來(lái)的制件有可能不合格，會(huì)使模具的壽命降低。若工件沒(méi)有標(biāo)注公差，則對(duì)于非圓形工件按國(guó)家“配合尺寸的公差數(shù)值”IT14級(jí)處理，沖模則可按IT11級(jí)制造；對(duì)于圓形工件可按IT17～I(xiàn)T9級(jí)制造模具。沖壓件的尺寸公差應(yīng)按“入體”原則標(biāo)注單項(xiàng)公差，落料件上偏差為零，下偏差為負(fù)；沖孔件上偏差為正，下偏差為零。
5.2.刃口尺寸的計(jì)算
沖裁模凹、凸模刃口尺寸有兩種計(jì)算和標(biāo)注的方法，即分別加工和配作加工兩種方法。前者主要適用于圓形或簡(jiǎn)單規(guī)則形狀的工件，后者主要適用于沖制薄材料的沖裁，或沖制復(fù)雜形狀工件的沖裁，或單件生產(chǎn)的沖模。
針對(duì)本次設(shè)計(jì)的課題形狀，又是大批量生產(chǎn)，故采用分開(kāi)加工法加工。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精度及制造公差。凸、凹模分開(kāi)加工法的優(yōu)點(diǎn)是：凸、凹模具有互換性，而且制造周期短，便于中途更換，維修。其缺點(diǎn)是為了保證最初所選擇的間隙在合理范圍之內(nèi)，最好選擇比較小的凸、凹模具制造公差，才能滿(mǎn)足δp+δd≤Zmax-Zmin，所以對(duì)模具制造的要求較高。
5.3.計(jì)算凸、凹模刃口的尺寸
凸模與凹模采用分別加工的方法計(jì)算落料凸凹模的刃口尺寸。
1、落料模
設(shè)工件的尺寸為，根據(jù)設(shè)計(jì)原理，落料時(shí)以凹模為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)。首先計(jì)算凹模刃口尺寸，使凹模的基本尺寸接近或直接等于工件外形輪廓的最小極限尺寸，將凹模尺寸減小最小合理間隙值，即可得出凸模尺寸。具體計(jì)算公式如下：
公式（6—1）
公式（6—2）
式中 Dd 、Dp — 落料凹模、凸模尺寸(mm)；
Dmax — 落料件的最大極限尺寸（mm）；
— 磨損系數(shù)；
△ — 工件的公差（mm）；
、 — 凹模、凸模的制造公差（mm）；
Zmin — 最小合理間隙（mm）。
2、沖孔模
設(shè)沖孔尺寸為，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凹模尺寸。其計(jì)算公式如下：
公式 （6—3）
公式 （6—4）
式中 、 — 沖孔凸模、凹模的尺寸（mm）；
— 沖孔件孔的最小極限尺寸（mm）。
3、孔心距
孔心距屬于模具刃口磨損后基本不變的尺寸。若工件上沖出孔心距尺寸為L(zhǎng)±或L± ,其凹模型孔的孔心距可按下式確定：
或 公式（6—5）
式中 — 凹?？仔木喑叽纾╩m）：
— 工件孔心距尺寸（mm）。
為了保證初始間隙不超過(guò)，即，和選取必須通過(guò)校核滿(mǎn)足以下條件：
公式（6—6）
、值的確定，有以下方法：①查表選取，表為規(guī)則形狀沖裁時(shí)，凸、凹模的制造偏差；②按，選??；③根據(jù)工件精度按模具制造精度選取，如按IT6~IT7級(jí)來(lái)選取。
為了避免沖裁件尺寸偏向極限尺寸（落料時(shí)偏向最小尺寸，沖孔時(shí)偏向最大尺寸），x值在0.5~1之間，根據(jù)工件制造精度進(jìn)行選取。
工件精度IT10以上 x=1
工件精度IT11~IT13 x=0.75
工件精度IT14 x=0.5
（一） 落料刃口尺寸計(jì)算
工件的尺寸均無(wú)公差要求，安國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)IT12級(jí)公差要求處理。
根據(jù)平板片的落料零件圖，計(jì)算凸、凹模的刃口尺寸?？紤]到零件形狀比較簡(jiǎn)單，采用分別加工法加工凸、凹模。凹模磨損后其尺寸變化有三種情況, 落料時(shí)應(yīng)以凹模的實(shí)際尺寸按間隙要求來(lái)配作凸模，沖孔時(shí)應(yīng)以凸模的實(shí)際尺寸按間隙要求來(lái)配制凹模。
模具的基本尺寸計(jì)算如下：
該零件屬于無(wú)特殊要求的一般沖孔、落料。外形由落料獲得，φ10 由沖孔同時(shí)獲得。
查表5—1 的 ， ，則
（mm）
按工件等級(jí)為IT14級(jí)確定工件的公差。
設(shè)凸、凹模分別按IT6和IT7級(jí)加工制造，
則落料模尺寸：（根據(jù)公式6—1 和6—2 計(jì)算）
① 58+0.1-0.1
（mm）
（mm）
校核: ，滿(mǎn)足公差條件。
② 16+0.1-0.1
（mm）
（mm）
校核: ，滿(mǎn)足公差條件。
③ 12+0.1-0.1
（mm）
（mm）
校核: ，滿(mǎn)足公差條件。
④ 22+0.1-0.1
（mm）
（mm）
校核: ，滿(mǎn)足公差條件。
⑤ 16+0.1-0.1
（mm）
（mm）
校核: ，滿(mǎn)足公差條件。
沖孔模尺寸：（根據(jù)公式6—3 和6—4 計(jì)算）
① ?10-0.1 +0.1
（mm）
（mm）
校核：，滿(mǎn)足公差條件。
5.4.沖裁刃口高度
表6—1 刃口高度
料厚
≤0.5
＞0.5～1
＞1～2
＞2～4
＞4
刃口高度h
≤6
＞6～8
＞8～10
＞10～12
≥14
查表6—1，刃口高度為h＞10～12(mm),取h=5(mm) ，刃口高度小，不容易堵廢料。
第六章、主要零部件的設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)主要零部件時(shí)，首先要考慮主要零部件用什么方法加工制造及總體裝配方法。結(jié)合模具的特點(diǎn)，本模具適宜采用線(xiàn)切割加工凸模固定板、卸料板、凹模及外形凸模、內(nèi)孔凸模。這種加工方法可以保證這些零件各個(gè)內(nèi)孔的同軸度，使裝配工作簡(jiǎn)化。下面就分別介紹各個(gè)零部件的設(shè)計(jì)方法。
6.1.工作零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
6.1.1.凹模的設(shè)計(jì)
凹模采用整體凹模，各種沖裁的直刃口凹模型腔采用線(xiàn)切割機(jī)床加工。
模具厚度的確定公式為：
H=Kb
式中：
K——系數(shù)值，考慮板料厚度的影響；
b—— 沖裁件的最大外形尺寸；
按上式計(jì)算后，選取的H值不應(yīng)小于（15～20）mm;
表7—1 系數(shù)值K
s/mm
材料厚度t/mm
<1
>1~3
>3~6
<50
>50~100
>100~200
>200
0.30~0.40
0.20~0.30
0.15~0.20
0.10~0.15
0.35~0.50
0.22~0.35
0.18~0.22
0.12~0.18
0.45~0.60
0.30~0.45
0.22~0.30
0.15~0.22
查表7—1得：K=0.35~0.50
H=0.50×（28+11）
=19.5mm
取H=30mm
模具壁厚的確定公式為：
C=(1.5~2)H
=1.5×30~2×30
=45~60mm
凹模壁厚取C=50mm
凹模寬度的確定公式為：
B=b+2C
=（28+11）+2×50
=139mm
查表7—2取標(biāo)準(zhǔn)取B=140mm
凹模長(zhǎng)度的確定公式為：
L=（16+11）+2×50
=127mm
凹模的長(zhǎng)度要考慮導(dǎo)料銷(xiāo)發(fā)揮的作用，保證送料粗定位精度。查表7—2取標(biāo)準(zhǔn)L=140mm。（送料方向）
凹模輪廓尺寸為140mm×120mm×30mm。凹模材料選用Cr12MoV，熱處理58~60HRC。
表7—2 矩形和圓形凹模的外形尺寸
矩形凹模的寬度和長(zhǎng)度
B×L
矩形和圓形凹模厚度
H
63×50 63×63
10、12、14、16、18、20
80×63、80×80、100×63、100×80、100×100、125×80
12、14、16、18、120、22
125×100、125×125、140×80、140×80
14、16、18、20、22、25
140×125、140×140、160×100、160×125、160×140、200×100、200×125
16、18、20、22、25、28
160×160、200×140、200×160、250×125、250×140
16、20、22、25、28、32
200×200、250×160、250×200、280×160
18、22、25、28、32、35
250× 250、280×200、280×250、315×200
20、25、28、32、35、40
315×250
20、28、32、35、40、45
6.1.2.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)有一定的壁厚。
6.1.3.外形凸模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
因?yàn)樵撝萍螤畈皇菑?fù)雜，所以將落料模設(shè)計(jì)成直通式凸模，直通式凸模工作部分和固定部分的形狀做成一樣，直通式凸模采用線(xiàn)切割機(jī)床加工?？梢灾苯佑门c固定板過(guò)盈配合固定在下模板上，凸模與凸模固定板的過(guò)盈配合按H7/m6。凸模的高度是凸模固定板的厚度、卸料板的厚度、樹(shù)脂高度的總和，外形凸模長(zhǎng)度為：
L=H1 +H3+（15~20）mm
H1——凸模固定板厚度；得H1=0.6×H凹=0.6×30=18mm(標(biāo)準(zhǔn)為15mm)
H3——卸料板厚度；查表7—5得H3=10mm，本次設(shè)計(jì)取15mm厚。
(15~20)——附加長(zhǎng)度，包括凸模的修磨量，凸模進(jìn)入凹模的深度及凸模固定板與卸料板間的安全距離。（附加長(zhǎng)度取15）
L=15+15+15
=45mm ，本次設(shè)計(jì)取50mm
定位銷(xiāo)的直線(xiàn)部分應(yīng)為(0.5~0.8）t ，定位銷(xiāo)伸入定位孔時(shí)，板料應(yīng)處于自由狀態(tài)。在手工送料時(shí)，板料以由定位銷(xiāo)定位，定位銷(xiāo)將工件導(dǎo)正的過(guò)程的將板料向后拉回約0.2mm。必須在卸料板壓緊板料之前完成導(dǎo)正。所以導(dǎo)正銷(xiāo)直線(xiàn)部分的長(zhǎng)度為：
L導(dǎo)=0.8×3=2.4mm
在外形凸模的底部鉆安裝導(dǎo)正銷(xiāo)，采用H7/r6的配合，為防止其脫落，在凸模上打橫向孔，用銷(xiāo)釘固定導(dǎo)正銷(xiāo)。
6.1.4.內(nèi)孔凸模設(shè)計(jì)
因?yàn)閮?nèi)孔凸模是圓凸摸，仍然選用直通式凸模，與凸模固定板采用H7/r6配合。凸模材料應(yīng)選Cr12MoV，熱處理56~60HRC，凸模與卸料板之間的間隙見(jiàn)表7—3查得凸模與卸料板的間隙選為0.035mm。
表7—3 凸模與卸料板、導(dǎo)柱與導(dǎo)套的間隙
序號(hào)
模具沖裁間隙
Z
卸料板與凸模間隙Z1
輔助小導(dǎo)柱與小導(dǎo)套間隙Z2
1
>0.015~0.025
>0.005~0.007
約為0.003
2
>0.025~0.05
>0.007~0.015
約為0.006
3
>0.05~0.10
>0.015~0.025
約為0.01
4
>0.10~0.15
>0.025~0.035
約為0.02
6.2.模架及其它零件的設(shè)計(jì)
6.2.1.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。
本模具采用后側(cè)導(dǎo)柱、導(dǎo)套來(lái)保證模具上、下模的精確導(dǎo)向。滑動(dòng)導(dǎo)柱、導(dǎo)套都是圓柱形的，其加工方便，可采用車(chē)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15mm。而下模座底面與導(dǎo)柱底面的距離為5mm。導(dǎo)柱的下部與下模座導(dǎo)柱孔采用R7/h5的過(guò)盈配合，導(dǎo)套的外徑與上模座導(dǎo)套孔采用R7/h5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H7/h6的間隙配合，導(dǎo)柱與導(dǎo)套均采用20鋼，熱處理硬度滲碳淬硬56~60HRC。
導(dǎo)柱的直徑、長(zhǎng)度，按標(biāo)準(zhǔn)選取。
導(dǎo)柱：d/mm×L/mm分別為φ22×180，
導(dǎo)套：d/mm×L/mm×Dmm分別為φ22×60×35，
模座的的尺寸L/mm×B/mm為214mm×185mm。模座的厚度應(yīng)為凹模厚度的1.5~2倍上模座的厚度為35，上墊板厚度取8，固定板厚度取15，下模座的厚度為45mm。
6.2.2.模柄
模柄的作用是將模具的上模座固定在沖床的滑塊上。常用的模柄形式有：（1）整體式模柄，模柄與上模座做成整體，用于小型模具。（2）帶臺(tái)階的壓入式模柄，它與模座安裝孔用H7/n6配合，可以保證較高的同軸度和垂直度，適用于各種中小型模具。（3）帶螺紋的旋入式模柄，與上模連接后，為防止松動(dòng)，擰入防轉(zhuǎn)螺釘緊固，垂直度較差，主要用于小型模具。（4）有凸緣的模柄，用螺釘、銷(xiāo)釘與上模座緊固在一起，使用與較大的模具。（5）浮動(dòng)式模柄，它由模柄，球面墊塊和連接板組成，這種結(jié)構(gòu)可以通過(guò)球面墊塊消除沖床導(dǎo)軌位差對(duì)對(duì)沖模導(dǎo)向精度的影響，適用于滾珠導(dǎo)柱、導(dǎo)套導(dǎo)向的精密沖裁。
本模具采用帶臺(tái)階的壓入式模柄。
在設(shè)計(jì)模柄時(shí)模柄長(zhǎng)度不得大于沖床滑塊內(nèi)模柄孔的深度，模柄直徑應(yīng)與模柄孔徑一致。
6.2.3.模具的閉合高度
該模具的閉合高度為
H閉=H上模+H墊+L+H+H下模-h2
=(35+20+8+45+50+8+45-2)mm
=209（mm）
式中：
L——凸模長(zhǎng)度，L=45
H——凸凹模厚度，H=50
h2 ——凸模沖裁后進(jìn)入凹模的深度，h2=2
可見(jiàn)該模具閉合高度小于所選壓力機(jī)J23—40的最大裝模高度（220）可以使用。
第七章、壓力機(jī)的選擇
通過(guò)校核，該沖裁件所需的沖裁力為210.632KN，選擇開(kāi)式雙柱可傾壓力機(jī)J23—40能夠滿(mǎn)足使用要求。其主要技術(shù)參數(shù)如下：
公稱(chēng)壓力：400KN
滑塊行程：80mm
最大閉合高度：300mm
最大裝模高度；220mm
作臺(tái)尺寸（前后×左右）：350mm×450mm
墊板尺寸（厚度×孔徑）：80mm×120mm
模柄孔尺寸：Ф50mm×70mm
最大傾角高度：30°
結(jié) 論
四年的學(xué)習(xí)，我對(duì)模具設(shè)計(jì)與制造有了深刻的認(rèn)識(shí)。面臨畢業(yè)期間，此次單獨(dú)設(shè)計(jì)一個(gè)模具，讓我了解了很多的模具結(jié)構(gòu)、模具加工工藝、模具的用途。并且學(xué)到不少的書(shū)本上沒(méi)有的知識(shí)，就拿沖壓模來(lái)說(shuō)，對(duì)于影響模具壽命的因素，主要是模具的加工精度和材料的剛度，還有模具的材料，模具生產(chǎn)批量，模具結(jié)構(gòu)等。影響模具的產(chǎn)品質(zhì)量的主要因素也是模具的制造精度。
通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我從理論和實(shí)踐上又更進(jìn)一步的加深。模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的好壞直接影響產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)。中國(guó)面臨世界的挑戰(zhàn)，在模具行業(yè)這方面，我希望日后能在模具這一行有所貢獻(xiàn)。
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