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XX學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計） 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 題 目 汽車減震器轉(zhuǎn)向節(jié)托架沖壓模具設(shè)計 學(xué) 院 工業(yè)制造學(xué)院 專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 學(xué)生姓名 學(xué) 號 年級 11 指導(dǎo)教師 職稱 講師 2015年4月16日 汽車減震器轉(zhuǎn)向節(jié)托架沖壓模具設(shè)計 專 業(yè)： 學(xué) 號： 學(xué) 生： 指導(dǎo)教師： 摘要：本文為汽車減震器轉(zhuǎn)向節(jié)托架沖壓模具設(shè)計。設(shè)計中運用沖壓模具設(shè)計與制造的知識及CAD應(yīng)用的知識，包括工藝分析、沖壓方案的確定、模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計、參數(shù)的計算、也包含了沖裁力計算，定距方法，沖裁間隙選擇，壓力中心計算的設(shè)計要點以及運用CAD畫零件圖和裝配圖。 本文介紹的模具實例簡單實用,使用方便可靠,根據(jù)零件的幾何形狀要求和尺寸的分析，采用沖壓模沖壓，這樣有利于提高效率，模具設(shè)計和制造也相對簡單。 關(guān)鍵詞：托架；沖壓模具；設(shè)計 The Knuckle bracket stamping die design for automotive shock absorber steering Specialty： Student Number： Student： Supervisor： Abstract：This article makes compound stamping die design . Used in the design of stamping die design and manufacture of knowledge, and the application of CAD, including process analysis, the scheme determination of stamping, die structure design, parameter calculation, also includes cutting force calculation distance method of blanking clearance choise ,design key points of pressuer center calculation and the use of CAD drawing parts drawing and assembly drawing. Examples in this paper. the mold is simple and practical, easy to use and reliable, according to the requirements of the parts geometric shapes and dimensions of analysis, USES the compound die stamping, so to improve efficiency, mold design and manufacturing is relatively simple. Key words: compound die; Stamping; design 目 錄 緒 論 1 1. 工藝分析 2 1.1材料分析 2 1.2零件結(jié)構(gòu) 2 1.3尺寸精度 2 2. 沖壓工藝方案的確定 4 2.1沖裁工藝方案的確定 4 2.2沖裁工藝方法的確定 4 3. 沖壓模具總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 6 3.1 模具類型 6 3.2 操作與定位方式 6 3.3 卸料與出件方式 6 3.4 模架類型及精度 6 4. 工藝參數(shù)計算 7 4.1 搭邊值的確定 7 4.2材料利用率的計算 9 4.3沖壓力的計算 10 4.2.1 總沖裁力的計算 10 4.2.2 壓力中心的確定 11 5. 刃口尺寸計算 13 5.1沖裁間隙的確定 13 5.2刃口尺寸的計算及依據(jù)和法則 13 6. 模具的總體設(shè)計 17 6.1凹模設(shè)計 18 6.2凸模設(shè)計 19 6.2.1 凸模結(jié)構(gòu)的確定 19 6.2.2 凸模高度的確定 19 6.2.3 凸模材料的確定 20 6.2.4 凸模精度的確定 20 7. 模具的裝配 22 7.1 模具的裝配過程可歸納為 23 7.2 裝配的技術(shù)要求有 24 7.3 選擇沖壓設(shè)備 24 7.4 試模 24 8. 結(jié)論 25 參考文獻 26 致謝 27 21 緒論 沖壓是塑性加工的基本方法之一，它主要用于加工板料零件，所以有時也叫板料沖壓。沖壓加工時在板料模具的作用下，于其內(nèi)部產(chǎn)生使之變形的內(nèi)力。當(dāng)內(nèi)力的作用到達一定程度時，板料的某一部分就會產(chǎn)生與內(nèi)力性質(zhì)相應(yīng)的變形，從而獲得一定的形狀尺寸和性狀的零件。沖壓工藝的材料利用率高，便于自動化生產(chǎn)，適應(yīng)新時代的需要，因而具有很強大的生命力。 沖壓的特點及應(yīng)用 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)濟的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。 沖壓模在現(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(dāng)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(dāng)?shù)拇?，少則60%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。 模具材料是模具加工業(yè)的基礎(chǔ)。隨著我國國民經(jīng)濟發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對產(chǎn)品的審美觀、價值觀也不斷提高，從而對各類模具產(chǎn)品，無論是內(nèi)在質(zhì)量還是外表美觀等方面均要求日益精臻，因此勢必對工模具材料在數(shù)量上、系列上和質(zhì)量上提出更高的要求。中國的模具材料從無到有，從小到大，從少到多，直到現(xiàn)在，無論是從鋼種還是從規(guī)格、標(biāo)準(zhǔn)化、系列化等方面，都是伴隨著模具制造發(fā)展而發(fā)展的。 改革開放以來，我國的工業(yè)和經(jīng)濟蓬勃發(fā)展，以前的手工作坊和落后的生產(chǎn)方式已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代工業(yè)的要求，迫切需要尋找另一種更有效率的方式來適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)。而在現(xiàn)代制造業(yè)中，企業(yè)的生產(chǎn)一方面朝著多品種、小批量和多樣式的方向發(fā)展，加快換型，采用柔性化加工，以適應(yīng)不同用戶的需要；另一方面朝著大批量、高效率生產(chǎn)的方向發(fā)展，以提高勞動生產(chǎn)率和生產(chǎn)規(guī)模來創(chuàng)造更多效益，生產(chǎn)上采取專用設(shè)備生產(chǎn)的方式。于是模具技術(shù)及模具工業(yè)應(yīng)運而生。 在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，60%～90%的工業(yè)生產(chǎn)需要使用模具來加工。作為一種高效率的生產(chǎn)工具，模具是工業(yè)生產(chǎn)中使用極為廣泛、地位極其重要的工藝裝備。采用模具生產(chǎn)制品和零件，具有生產(chǎn)效率高，可實現(xiàn)高速大批量的生產(chǎn)；節(jié)約原材料，實現(xiàn)無切屑加工；產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，具有良好的互換性；操作簡單，對操作人員沒有很高的技術(shù)要求；利用模具批量生產(chǎn)的零件加工費用低；所加工出的零件與制件可以一次成形，不需進行再次加工；能制造出其它加工工藝方法難以加工、形狀比較復(fù)雜的零件制品；容易實現(xiàn)生產(chǎn)自動化的特點。 這是一個汽車減震器轉(zhuǎn)向節(jié)托架沖壓生產(chǎn)的一個典型零件，在生活中有很強的實用性，其模具設(shè)計有一定的實用價值。對于該制件我們利用先進的模具生產(chǎn)提高生產(chǎn)效益、保證產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)約成本，從而取得很高的經(jīng)濟效益。 1 工藝分析 生產(chǎn)批量：中批量； 材料：鋼板； 材料厚度：4mm； 1.1 材料分析 表2-1 部分碳素鋼抗剪性能 材料名稱 材料狀態(tài) 抗剪強度（Mpa） 抗拉強度（Mpa） 屈服點（Mpa） 伸長率（%） 鋼板 未退火 175 295 175 35 由上表2-1可知：材料為普通鋼板，強度低和硬度、塑性、韌性好，易于深沖、拉延、彎曲和焊接，適合鋼板用作深沖壓和深拉延的容器，如搪瓷制品、儀表板、汽車駕駛室蓋板等。 1.2零件結(jié)構(gòu) 零件結(jié)構(gòu)形狀相對簡單，整體是一個矩形長度213mm，寬度98.3mm，厚度4mm，中間有方形通孔48X24MM,根據(jù)該零件形狀來分析，該零件的結(jié)構(gòu)滿足沖裁要求。 2 沖壓工藝方案的確定 2.1沖裁工藝方案的確定 在沖裁工藝分析和技術(shù)經(jīng)濟分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)沖裁件的特點確定工藝方案。工藝方案分為沖裁工序的組合和沖裁順序的安排。 2.2沖裁工藝方法的確定 沖裁工序分為單工序沖裁、復(fù)合沖裁和級進沖裁三種。 單工序沖裁是在壓力機一次行程內(nèi)只完成一個沖壓工序的沖裁模。 復(fù)合沖裁是在壓力機一次行程內(nèi)，在模具的同一位置同時完成兩個或兩個以上的沖壓工序。 級進沖裁是把沖裁件的若干個沖壓工序，排列成一定的順序，在壓力機的一次行程中條料在沖模的不同位置上，分別完成工件所要求的工序。 其三種工序的性能見表3-1。 表2-1 單工序沖裁、級進沖裁和復(fù)合沖裁性能 比較項目 單工序模 復(fù)合模 級進模 生產(chǎn)批量 小批量 中批量和大批量 中批量和大批量 沖壓精度 較低 較高 較高 沖壓生產(chǎn)率 低，壓力機一次行程內(nèi)只能完成一個工序 較高，壓力機一次行程內(nèi)可完成二個以上工序 高，壓力機在一次行程內(nèi)能完成多個工序 實現(xiàn)操作機械化自動化的可能性 較易，尤其適合于多工位壓力機上實現(xiàn)自動化 制件和廢料排除較復(fù)雜，只能在單機上實現(xiàn)部分機械操作 容易，尤其適應(yīng)于單機上實現(xiàn)自動化 生產(chǎn)通用性 通用性好，適合于中小批量生產(chǎn)及大型零件的大量生產(chǎn) 通用性較差，僅適合于大批量生產(chǎn) 通用性較差，僅適合于中小型零件的大批量生產(chǎn) 沖模制造的復(fù)雜性和價格 結(jié)構(gòu)簡單，制造周期短，價格低 沖裁較復(fù)雜零件時，比級進模低 沖裁較簡單零件時低于復(fù)合模 復(fù)合模的特點是生產(chǎn)效率高，沖裁件的內(nèi)孔與外緣的相對位置精度高，板料的定位精度要求比級進模低，沖模的輪廓尺寸較小。由于零件的生產(chǎn)要求的是大批量生產(chǎn)、零件的尺寸較小，制造相對比較難，為提高生產(chǎn)率，根據(jù)上述方案分析、比較，宜采用復(fù)合模沖裁。 2.3沖裁結(jié)構(gòu)的選取 按照復(fù)合模工作零件的安裝位置不同，分為正裝式復(fù)合模和倒裝式復(fù)合模兩種，兩種的優(yōu)點、缺點及適用范圍見表3-2。 通過對正裝式復(fù)合模和倒裝式復(fù)合模兩種優(yōu)點、缺點及適用范圍的分析比較，正裝式復(fù)合模適合于沖制材質(zhì)較軟或板料較薄的平直度要求較高的沖裁件，還可以沖制孔邊距離較小的沖裁件。綜上所述，宜采用順裝復(fù)合模。 表3-2 正裝式復(fù)合模、倒裝式復(fù)合模的優(yōu)點、缺點及適用范圍 比較項目 正裝(順裝)式復(fù)合模 倒裝式復(fù)合模 結(jié)構(gòu) 凸凹模裝在上模，落料凹模和沖孔凸模裝在下模 凸凹模裝在下模，落料凹模和沖孔凸模裝在上模 優(yōu)點 沖出的沖件平直度較高 結(jié)構(gòu)較簡單 缺點 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，沖件容易被嵌入邊料中影響操作 不宜沖制孔邊距離較小的沖裁件 適用范圍 沖制材質(zhì)較軟或板料較薄的平直度要求較高的沖裁件，還可以沖制孔邊距離較小的沖裁件 不宜沖制孔邊距離較小的沖裁件，但倒裝式復(fù)合模結(jié)構(gòu)簡單、又可以直接利用壓力機的打桿裝置進行推件，卸料可靠，便于操作，并為機械化出件提供了有利條件，故應(yīng)用十分廣泛 3 沖壓模具總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 3.1 模具類型 根據(jù)該零件的工藝分析，采用復(fù)合模。模具類型為復(fù)合模。 3.2操作與定位方式 零件中批量生產(chǎn)，安排生產(chǎn)可采用手工送料方式能達到批量生產(chǎn)，且能降低模具成本，因此采用手工進料方式;零件尺寸較小，保證沖孔落料的精度采用固定擋料銷和活動導(dǎo)料銷. 3.3 卸料與出件方式 卸料方式采用彈性卸料，沖孔廢料從凸凹模頂出,成品從凹模推出 3.4 模架類型及精度 因為零件材料厚度較小，尺寸較小，所以采用導(dǎo)向精度較高的后側(cè)導(dǎo)柱標(biāo)準(zhǔn)模架，考慮零件精度要求不是很高，采用I級模架精度。 4 工藝參數(shù)計算 4.1搭邊值的確定 排樣中相鄰兩工件之間的余料或工件與條料邊緣間的余料稱為搭邊。搭邊是廢料，從節(jié)省材料出發(fā)，搭邊值應(yīng)愈小愈好。但過小的搭邊容易擠進凹模，增加刃口磨損，降低模具壽命，并且也影響沖裁件的剪切表面質(zhì)量。一般來說，搭邊值是由經(jīng)驗和查表來確定的，該制件的搭邊值采用查表取得。 表4-1 搭邊a和a1數(shù)值（低碳鋼） 材料厚度t 矩形件邊長L≤50mm的工件 工件間a1 沿邊a 0.25以下 2.2 2.5 0.25~0.5 1.8 2.0 0.5~0.8 1.5 1.8 0.8~1.2 1.2 1.5 1.2~1.6 1.5 1.8 1.6~2.0 1.8 2.5 2.0~2.5 2.0 2.2 2.5~3.0 2.2 2.5 如表5-1所示：根據(jù)此表和工件外形可知L﹥50mm，得:a=1.5mm，a1=1.2mm。 寬度的確定： 根據(jù)模具的結(jié)構(gòu)不同，可分為有側(cè)壓裝置的模具和無側(cè)壓裝置的模具，側(cè)壓裝置的作用是用于壓緊送進模具的條料（從料帶側(cè)面壓緊），使條料不至于側(cè)向竄動，以利于穩(wěn)定地加工生產(chǎn)。本套模具無導(dǎo)料板為無側(cè)壓裝置。 故按下式計算： B=（Dmax+2a1+C） (5-1) 式中:B-條料寬度； Dmax-條料寬度方向沖裁件的最大尺寸； a1-側(cè)搭邊值，可參考表5-1； -△-條料寬度的單向（負(fù)向）偏差，見表5-2； 表5-2 剪料公差及條料與導(dǎo)料板之間隙 條料寬度 B/mm 材料厚度t/mm 0~1 1~2 2~3 3~5 ~50 50~100 100~150 150~220 220~300 0.4 0.5 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:B=（Dmax+2a1）=(34+21.5)= mm 4.2 材料利用率的計算 沖裁件的實際面積與所用板料面積的百分比就叫材料利用率，它是衡量合理利用材料的經(jīng)濟性指標(biāo)。 步距為：S=D+a=32+1.2=33.2mm 一個步距材料利用率η為： A-一個步距內(nèi)沖裁件的實際面； B-條料寬度； S-步距。 經(jīng)過計算，選擇1600mm x 800mm的板料。 每張可裁剪為（40X800）規(guī)格的40張條料，每條可沖24個工件，總料為960個，則η總為： η總= = n— 條料上實際沖裁件的總數(shù)； L— 條料長度； B— 條料寬度； A— 一個零件的實際面積。 4.3沖壓力的計算 計算沖裁力是為了選擇合適的壓力機，設(shè)計模具和檢驗?zāi)＞叩膹姸?，壓力機的噸位必須大于所計算的沖裁力，以適宜沖裁的要求，普通平刃沖裁模，其沖裁力Fp一般可以按下式計算： Fp=KptLτ (5-2) 式中: τ-材料抗剪強度； L-沖裁周邊總長(mm)； t-材料厚度(mm) 系數(shù)Kp是考慮到?jīng)_裁模刃口的磨損，凸模與凹模間隙之波動（數(shù)值的變化或分布不均）潤滑情況，材料力學(xué)性能與厚度公差的變化等因數(shù)而設(shè)置的安全系數(shù)Kp，一般取1～3。當(dāng)查不到抗剪強度τ時，可以用抗拉強度σb代替τ，而取Kp=1.3的近似計算法計算。 其中τ是按08F號鋼最大值計算。 4.3.1 總沖裁力的計算 由于沖裁模具采用彈性卸料裝置和自然落料方式。 F沖= F1+F2 (5-3) 式中:F沖-總沖裁力； F1-落料時的沖裁力； F2-沖孔時的沖裁力。 沖裁周邊的總長(mm) 落料周長為: 沖孔周長為: 落料沖裁力由公式得： F1=KtL1τ = 沖孔沖裁力由公式得： F2=KtL2τ = 卸料力: (5-4) K卸查表可得 推件力: F推=nK推F (5-5) =1x0.05x57193.656 =2859.68N K推查表可得 頂件力: F頂=K頂F (5-6) =0.06x57193.656 = 3431.62N K頂查表得 總沖壓力：F總=F落+F沖+F卸+F推/F頂 =57193.656+30779.1+3431.62+2859.68+3431.62 =97.7(KN) 4.3.2 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位置。為了確保壓力機和模 具正常工作，應(yīng)使模具的壓力中心與壓力機滑塊的中心相重合，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)軌之間產(chǎn)生過大的摩擦，模具導(dǎo)向零件加速磨損，降低模具和壓力機的使用壽命。 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、多孔沖模、級進模的壓力中心可用解析計算法求出沖模壓力中心。 解析法的計算依據(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軸的力矩。求出合力作用點的坐標(biāo)位置X0，Y0（即x=0，y=0），即為所求模具的壓力中心。設(shè)工件的壓力中心為（x0，y0），取工件的質(zhì)心為壓力中心，以工件的的對稱中心為坐標(biāo)遠點。 因為工件在X軸和Y軸上都是對稱，所以壓力中心和產(chǎn)品中心重合，即產(chǎn)品的中心孔圓心為壓力中心。 5 刃口尺寸計算 沖裁件的尺寸精度主要決定于模具的刃口尺寸精度，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)計沖裁模主要任務(wù)之一。 5.1沖裁間隙的確定 沖裁間隙是影響沖裁工序最重要的工藝參數(shù)，其定義為沖裁凸模與凹模之間的空隙尺寸。設(shè)計模具時一定要選擇合理的間隙，以保證沖裁件的斷面質(zhì)量、尺寸精度滿足產(chǎn)品的要求，所需沖裁力小、模具壽命高。沖裁過程中模具的失效形式一般有磨損、變形、崩刀和凹模刃口脹裂四種。間隙大小主要對模具磨損及脹裂產(chǎn)生影響,間隙增大可以使沖裁力、卸料力等減小，因而模具的磨損也減小。但當(dāng)間隙繼續(xù)增大時，卸料力增加，又影響模具壽命。一般間隙為（10%～15%）t時的磨損最小，模具壽命較高。 由于沖裁間隙對斷面質(zhì)量、工件尺寸精度、模具壽命、沖裁力等的影響規(guī)律并非一致，所以，并不存在一個絕對合理的間隙數(shù)值，能同時滿足斷面質(zhì)量最佳、尺寸精度最高、模具壽命最長、沖裁力最小等各方面的要求。所以在實際生產(chǎn)中，其總的原則應(yīng)該是在保證滿足沖裁件剪切斷面質(zhì)量和尺寸精度的前提下，使模具壽命達到最長。目前在生產(chǎn)中，廣泛采用經(jīng)驗法和查表法來確定合理的間隙植。本套模具采用查表法予以確定其間隙植。 根據(jù)實用間隙表 6-1查得材料08鋼的最小雙面間隙Zmin=0.126mm，最大雙面間隙Zmax=0.180mm。 5.2刃口尺寸的計算及依據(jù)和法則 在確定沖模凸模和凹模刃口尺寸時，必須遵循以下原則： （1）根據(jù)落料和沖孔的特點，落料件的尺寸取決于凹模尺寸，因此落料模應(yīng)先決定凹模尺寸，用減小凸模尺寸來保證合理間隙；沖孔件的尺寸取決于凸模尺寸，故沖孔以凹模為基準(zhǔn)件，用增大凹模尺寸來保證合理間隙。 （2）根據(jù)凸、凹模刃口的磨損規(guī)律，凹模刃口磨損后使落料件尺寸變大，其刃口的基本尺寸應(yīng)取接近或等于工件的最小極限尺寸；凸模刃口磨損后使沖孔件孔徑減小，故應(yīng)使刃口尺寸接近或等于工件的最大極限尺寸。 （3）凸模和凹模之間應(yīng)保證有合理的間隙。 （4）凸模和凹模的制造公差應(yīng)與沖裁件的尺寸精度相適應(yīng)。 制造模具時常用以下兩種方法來保證合理間隙： 表5-1 沖裁模初始雙邊間隙值 材料 厚度 08、10、35、 09Mn、Q235 16Mn 40、50 65Mn Zmin Zmax Zmin Zmax Zmin Zmax Zmin Zmax 小于0.5 極小間隙(或無間隙) 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.2 1.5 1.75 2.0 2.1 2.5 2.75 3.0 3.5 4.0 4.5 5.5 6.0 6.5 8.0 0.040 0.048 0.064 0.072 0.092 0.100 0.126 0.132 0.220 0.246 0.260 0.260 0.400 0.460 0.540 0.610 0.720 0.940 1.080 0.060 0.072 0.092 0.104 0.126 0.140 0.180 0.240 0.320 0.360 0.380 0.500 0.560 0.640 0.740 0.880 1.000 1.280 1.440 0.040 0.048 0.064 0.072 0.090 0.100 0.132 0.170 0.220 0.260 0.280 0.380 0.420 0.480 0.580 0.680 0.680 0.780 0.840 0.940 1.200 0.060 0.072 0.092 0.104 0.126 0.140 0.180 0.240 0.320 0.380 0.400 0.540 0.600 0.660 0.780 0.920 0.960 1.100 1.200 1.300 1.680 0.040 0.048 0.064 0.072 0.090 0.100 0.132 0.170 0.220 0.260 0.280 0.380 0.420 0.480 0.580 0.680 0.780 0.980 1.140 0.060 0.072 0.092 0.104 0.126 0.140 0.180 0.240 0.320 0.380 0.400 0.540 0.600 0.660 0.780 0.920 1.040 1.320 1.500 0.040 0.048 0.064 0.064 0.090 0.090 0.060 0.072 0.092 0.092 0.126 0.126 （1）分別加工法。分別規(guī)定凸模與凹模的尺寸和公差的尺寸及制造公差來保證間隙要求。凸模與凹模分別加工，成批制造，可以互換。這種加工方法必須把模具的制造公差控制在間隙的變動范圍之內(nèi)，使模具制造難度增加。這種方法主要用于沖裁形狀簡單、間隙較大的模具或用精密設(shè)備加工凸模和凹模的模具。 （2） 單配加工法。用凸模和凹模相互單配的方法來保證合理間隙。先加工 基準(zhǔn)件，然后非基準(zhǔn)件按基準(zhǔn)件配做，加工后的凸模和凹模不能互換。通常落料件選擇凹模為基準(zhǔn)模，沖孔件選擇凸模為基準(zhǔn)模。這種方法多用于沖裁件的形狀復(fù)雜、間隙較小的模具。 表5 -2 簡單形狀（方形、圓形）沖裁時凸、凹模制造偏差 公稱尺寸 凸模偏差 δ凸 凹模偏差 δ凹 公稱尺寸 凸模偏差 δ凸 凹模偏差 δ凹 ≤18 ＞18~30 ＞30~80 ＞80~120 ＞120~180 －0.020 －0.020 －0.020 －0.025 －0.030 ＋0.020 ＋0.025 ＋0.030 ＋0.035 ＋0.040 >180~260 ＞260~360 ＞360~500 ＞500 －0.030 －0.035 －0.040 －0.050 ＋0.045 ＋0.050 ＋0.060 ＋0.070 根據(jù)上述計算法則，對于采用分別加工的凸模和凹模，應(yīng)保證下述關(guān)系： │δ凸│＋│δ凹│≤Zmax－Zmin (6-1) 所以，新制造的模具應(yīng)該保證│δ凸│＋│δ凹│＋Zmin≤Zmax，否則，模具的初始間隙已超過了允許的變動范圍Zmin～Zmax，影響模具使用壽命。 查表得: Zmin=0.126mm Zmax=0.180mm Zmax-Zmin=0.180-0.126=0.054mm 零件尺寸如下： 零件外形: 、、 零件內(nèi)孔: 、 中心尺寸: 、 （1）對落料件尺寸的凹、凸模偏差值查下表6-2得 δ凸=－0.020mm δ凹=＋0.030mm 根據(jù)條件:│δ凸│＋│δ凹│≤Zmax－Zmin 則(0.020＋0.030)mm=0.050mm＜0.054mm 所以，滿足分別加工條件。 （2）對落料件尺寸的凹、凸模偏差值查下表6-2得 δ凸=－0.02mm δ凹=＋0.03mm 根據(jù)條件:│δ凸│＋│δ凹│≤Zmax－Zmin 則(0.02＋0.03)mm=0.050mm＜0.054mm 所以，滿足分別加工條件。 （3）對落料件尺寸的凹、凸模偏差值查下表6-2得 δ凸=－0.02mm δ凹=＋0.02mm 根據(jù)條件:│δ凸│＋│δ凹│≤Zmax－Zmin 則(0.02＋0.02)mm=0.040mm＜0.054mm 所以，滿足分別加工條件。 （4）對沖孔件尺寸的凹、凸模偏差值查下表6-2得 δ凸=－0.020mm δ凹=＋0.02mm 根據(jù)條件:│δ凸│＋│δ凹│≤Zmax－Zmin 則(0.020＋0.02)mm=0.04mm＜0.054mm 所以，滿足分別加工條件。 （5）對沖孔件尺寸的凸、凹模偏差查表6-2得 δ凸=－0.020mm δ凹=+0.020mm 根據(jù)條件:│δ凸│＋│δ凹│≤Zmax－Zmin 則(0.020＋0.020)mm=0.040mm＜0.054mm 所以，滿足分別加工條件。 表5-3 磨損系數(shù) 材料厚度 工件公差△ 1 1~2 2~4 ＞4 ≤0.16 ≤0.20 ≤0.24 ≤0.30 0.17~0.35 0.21~0.41 0.25~0.49 0.31~0.59 ≥0.36 ≥0.42 ≥0.50 ≥0.60 ＜0.16 ＜0.20 ＜0.24 ＜0.30 ≥0.16 ≥0.20 ≥0.24 ≥0.30 磨損系數(shù) 非圓形χ值 圓形χ值 1 0.75 0.5 0.75 0.5 查表6-3得 圓孔的磨損系數(shù)取x=0.5，非圓形的磨損系數(shù)也取0.5 所以 得到以下尺寸 零件外形: 、、 零件內(nèi)孔: 、 表5-4 工作零件刃口尺寸的計算 尺寸及分類 尺寸轉(zhuǎn)換 計算公式 結(jié)果 落料 34 D凹=(Dmax-χ△) D凸=(Dmax-χ△-Zmin) D凹= D凸= 32 D凹= D凸= R3.5 D凹= D凸= 沖孔 Ф3.2 d凸=(dmin+χ△) d凹=( dmin+χ△+ Zmin) d凸= d凹= Ф8.5 d凸= d凹= 6 模具的總體設(shè)計 雖然各類沖裁模的結(jié)構(gòu)形式和復(fù)雜程度不同，但組成模具的零件種類是基本相同的，根據(jù)它們在模具中的功用和特點，可以分為工藝零件和結(jié)構(gòu)零件兩類。 6.1凹模設(shè)計 凹模的外形一般有矩形和圓形兩種。凹模的外形尺寸應(yīng)保證有足夠的強度、剛度和修磨量。凹模的外形尺寸一般是根據(jù)被沖材料的厚度和沖裁件的最大外形尺寸來確定的，如圖7-1所示。 凹模各尺寸計算公式如下： 凹模邊壁厚 H=Kb1 （7-1） 凹模邊壁厚 c=(1.5～2)H （7-2） 凹模板邊長 L=b1+2c （7-3） 凹模板邊寬 B=b2+2c （7-4） 式中：b1-沖裁件的橫向最大外形尺寸； b2-沖裁件的縱向最大外形尺寸； K-系數(shù)，考慮板料厚度的影響，查表7-1。 表6-1 系數(shù)K值 材料料寬s/mm 材料厚度t/mm ≤1 >1～3 >3～6 ≤50 0.30～0.40 0.35～0.50 0.45～0.60 >50～100 0.20～0.30 0.22～0.35 0.30～0.45 >100～200 0.15～0.20 0.18～0.22 0.22～0.30 >200 0.10～0.15 0.12～0.18 0.15～0.22 查表6-1得：K=0.4。 根據(jù)公式（7-1）可計算落料凹模板的尺寸。 凹模厚度：H=Kb1 =30x1=30mm 根據(jù)公式（7-4）計算凹模寬： B=b2+2c=91+2x3.5=98mm 取標(biāo)準(zhǔn)模板，凹模板的外形為204x98（mm）,其中凹模尺寸圖如圖6-1所示： 表6-1 矩形凹模外形尺寸 矩形凹模的長度和寬度LB 矩形和圓形凹模厚度 圓形凹模直徑d 6350、6363 10、12、14、16、18、20 63 8063、8080、10063、10080、100100、12580 12、14、16、18、20、22 80、100 125100、125125、（140）80、（140）100 14、16、18、20、22、25 125 （140）125、（140）（140）、160100、160125、160（140）、200100、200125 16、18、20、22、25、28 （140） 160160、200（140）、200160、200125、 250（140） 16、20、22、25、28、32 160 200200、250160、250200、（280）160 18、22、25、28、32、35 200 250250、（280）200、（280）250、 20、25、28、32、35、40 250 315250 20、28、32、35、40、45 （280）、315 根據(jù)公式（7-2）可計算凹模邊壁厚： c=(1.5～2)H =(1.5～2)x14.8 =(22.2～29.6)mm 實取c=50mm 取凹模邊壁厚為50mm。 根據(jù)凹模厚度和邊壁厚可確定凹模板的長、寬的尺寸。 根據(jù)公式（7-3）可計算凹模長： L=b+2c=33.2+2X50=133.2mm，取標(biāo)準(zhǔn)模板長度=160mm。 6.2凸模設(shè)計 6.2.1 凸模結(jié)構(gòu)的確定 因為該制件形狀不復(fù)雜，圓凸模沖模，凸模與凸模固定板的配合按H7/m6。 6.2.2 凸模高度的確定 根據(jù)圓凸模沖模小圓孔其長度L1為凸模固定板厚度、空心墊板厚度、凹模厚度、料厚以及凸模伸入凹凸模內(nèi)部的深度之和，所以L=20+25+1.2+3.8=50mm，再考慮到凸模刃口的修模量，凸模進入凹模的深度（0.5—1mm），根據(jù)[1]取L1=55.5mm， 工件工作孔也取其長度L2=52mm 6.2.3 凸模材料的確定 該模具要求有較高的壽命和較高的耐磨性，并能承受沖裁時的沖擊力,所以凸模的材料應(yīng)選20Cr，熱處理50～54HRC。 6.2.4 凸模精度的確定 根據(jù)凸模作為工作零件，其精度要求較高，所以選用IT7級。 圖6-1 凸模 七 模具的裝配 7.1 模具的裝配過程可歸納為 模柄裝配---導(dǎo)套裝配、導(dǎo)柱裝配模架---裝配下模部分---裝配上模部分---試模 7.2 裝配的技術(shù)要求有 （1)裝配好的沖模，其閉合高度應(yīng)符合設(shè)計要求； （2）模柄裝入模座后，其軸心線對上模座上平面的垂直度誤差，在全長范圍內(nèi)不大于0.05mm； （3）導(dǎo)柱與導(dǎo)套裝配后，其軸心先應(yīng)分別垂直于下模座的底平面和上模座的上平面，其垂直度誤差應(yīng)符合表的規(guī)定； （4）上模座的上平面應(yīng)與下模座的底平面平行，其平行度應(yīng)符合規(guī)定； （5）裝入模架的每對導(dǎo)柱和導(dǎo)套的配合間隙（或過盈）應(yīng)符合規(guī)定； （6）裝配好的模架，其上模座沿導(dǎo)柱上、下移動應(yīng)平穩(wěn)，無阻滯現(xiàn)象； （7）裝配好的導(dǎo)柱，其固定端面與下模座下平面應(yīng)保留1—2mm距離，選 用B型導(dǎo)套時，裝配后其固定端面應(yīng)低于上模座上平面1—2mm; （8）凸模和凹模的配合間隙應(yīng)符合設(shè)計要求，沿整個刃口輪廓應(yīng)均勻一致； （9）定位裝置要保證定位正確可靠，卸料、頂料裝置要動作靈活、正確出料孔要暢通無阻，保證制件及廢料不卡在沖模內(nèi)； （10）模具應(yīng)在生產(chǎn)現(xiàn)場進行試模，沖出的制品應(yīng)符合設(shè)計要求。 7.3 選擇沖壓設(shè)備 根據(jù)總沖壓力F總=97.7 (KN)，模具閉合高度H=245mm，沖床工作臺面尺寸等，并結(jié)合現(xiàn)有設(shè)備，查表選用J23–63開式雙柱可傾壓力機。其主要工藝參數(shù)為： 標(biāo)稱壓力：630 kg 滑塊行程：130mm 行程次數(shù)：50次/min 連桿調(diào)節(jié)長度：80mm 最大裝模高度：360mm 電動機功率：5.5 kw 工作臺尺寸（前后X左右）480 X 170 模柄孔尺寸（直徑X深度）Φ30 X 70 7.4 試模 沖模裝配完成后，在生產(chǎn)條件下進行試模，通過試沖可以發(fā)現(xiàn)模具的設(shè)計和制造缺陷，找出生產(chǎn)的原因，對模具進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整和修理后再進行試沖，直到模具能正常工作，沖出合格的制件模具的裝配過程即告結(jié)束。模具總裝圖如圖7-4所示： 圖7-4 8 結(jié) 論 通過對沖壓件的工藝分析、沖壓工藝方案確定、排樣及材料利用率的確定、沖裁力相關(guān)計算、模具壓力中心的確定、刃口尺寸計算、模具主要零部件設(shè)計、沖壓設(shè)備的校核與選定、繪制模具結(jié)構(gòu)簡圖等的整個分析過程，重點在于凸凹模刃口尺寸計算，模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度直接決定了沖裁件的精度和質(zhì)量。在設(shè)計瓶蓋開啟器時，一定要保證模具結(jié)構(gòu)的合理性。 所以，該模具的結(jié)構(gòu)合理，能達到?jīng)_裁的各種要求。 參考文獻 [1]成虹.沖壓工藝與模具設(shè)計[M].北京：高等教育出版社，2007 [2]徐政坤.沖壓模具設(shè)計與制造[M].北京：化工業(yè)出版社，2003 [3]陳劍鶴.冷沖壓工藝與模具設(shè)計[M].北京：機械工業(yè)出版社，2001 [4]翁其金.冷沖壓技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版設(shè)，2000 [5]萬站勝.沖壓模具設(shè)計[M].北京：中國鐵道出版社，2004 [6]張鼎承.沖模設(shè)計手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，1988 [7]史鐵梁.冷沖模設(shè)計指導(dǎo)[M].北京：機械工業(yè)出版社，1999 [8]顧京.數(shù)控加工編程及操作[M].北京：高等教育出版社，2005 [9]呂思科.機械制圖[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2007 [10]王海明.機械制造技術(shù)[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2004 [11]閻其鳳.模具設(shè)計與制造[M].北京：機械工業(yè)出版社，2003 [12]李正風(fēng).機械設(shè)計基礎(chǔ)[M].上海：上海交通大學(xué)出版社，2005 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