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花孔墊圈沖壓模具設(shè)計
摘 要
從工件的結(jié)構(gòu)分析，工件外形結(jié)構(gòu)為圓形，內(nèi)輪廓結(jié)構(gòu)為圓弧過渡相切，工件內(nèi)外輪廓均為對稱結(jié)構(gòu)。模具的設(shè)計從工件結(jié)構(gòu)出發(fā)，進(jìn)步了確定模具制造精度等級，從而確定模具結(jié)構(gòu)的類型，從實際生產(chǎn)的角度出發(fā)，為了節(jié)省模具制造成本，提高生產(chǎn)效率，保證工件的生產(chǎn)精度，工件沖孔落料沖模設(shè)計的復(fù)合模沖裁模設(shè)計的復(fù)合模。在模具設(shè)計中主要找到未標(biāo)注公差的公差，根據(jù)尺寸公差來確定模具的制造精度，經(jīng)過多次工藝方案分析后，確定模具的結(jié)構(gòu)和類型，然后計算模具的閉合高度、凸模高度、中心壓力、模具總壓力，根據(jù)總沖壓力沖壓設(shè)備的選擇；所有設(shè)計確定后開始繪制模具和裝配圖、零件圖紙、編制技術(shù)要求。
關(guān)鍵詞：復(fù)合模具，沖裁力，花孔墊圈，沖裁間隙，壓力中心
目 錄
1 前言 1
1.1冷沖壓模具概述和發(fā)展 1
2 沖壓件工藝分析 2
2.1 工件材料分析 2
2.2 工件結(jié)構(gòu)形狀分析 2
2.3 尺寸精度 3
3 沖壓工藝方案確定 4
3.1 沖裁工藝方案的確定 4
3.2 沖裁工藝方法的選擇 4
4 模具總體結(jié)構(gòu) 5
4.1 模具類型的選擇 5
4.2 定位方式的選擇 5
4.3 送料方式的確定 5
4.4 出件方式的確定 5
4.5模架結(jié)構(gòu)和導(dǎo)向裝置的選擇 5
5 工藝參數(shù)計算 7
5.1 排樣方式的選擇 7
5.1.1 搭邊值的確定 8
5.1.2 材料利用率的計算 10
5.2 沖壓力的計算 10
5.2.1 沖裁力的計算 10
5.2.2 卸料力計算 11
5.2.3 總沖壓力的計算 11
5.2.4 初選壓力機 11
5.2.5 壓力中心的確定 12
6 刃口尺寸的計算 13
6.1 沖裁間隙的確定 13
6.2 刃口尺寸的計算及依據(jù)與法則 14
7 主要零部件設(shè)計 18
7.1 凹模設(shè)計 18
7.1.1 凹模刃口結(jié)構(gòu)形式的選擇 18
7.1.2 凹模精度與材料的確定 18
7.1.3 凹模外形尺寸的確定 18
7.2 凸模的設(shè)計 20
7.2.1 凸模結(jié)構(gòu)的確定 20
7.2.2 凸模高度、長度的確定 21
7.2.3 凸模材料的確定 21
7.2.4 凸模精度的確定 22
7.3 卸料裝置的設(shè)計 22
7.3.1 卸料板的外形設(shè)計 22
7.3.2 卸料板材料的選擇 23
7.3.3 卸料板的結(jié)構(gòu)設(shè)計 23
7.3.4 卸料板整體精度的確定 23
7.3.5 卸料元件的設(shè)計 23
7.3.6 卸料螺釘?shù)倪x用 23
7.4 凸模固定板的設(shè)計 24
7.5 導(dǎo)向零件的設(shè)計 24
7.6 模柄的選用 26
7.7 螺釘?shù)倪x用 26
8 沖壓設(shè)備的校核與選定 28
8.1 沖壓設(shè)備的校核 28
8.2 沖壓設(shè)備的選用 28
8.3壓力機的選擇 28
結(jié) 論 29
致 謝 30
參考文獻(xiàn) 31
1 前言
1.1冷沖壓模具概述和發(fā)展
目前，模具生產(chǎn)企業(yè)主要集中于沿海地區(qū)的民營企業(yè)和北方國家企業(yè)，從目前的的制造水平來看，冷沖壓模具生產(chǎn)的產(chǎn)品尺寸精度可以精確到±0.02mm，模具的最快運行速度可達(dá)到400次/min，同時常使用的模具制造設(shè)備有線切割快走絲、線切割慢走絲、高精度磨床（工藝磨床）、電脈沖、電火花穿孔機、車床、銑床、刨床、鉆床等加工設(shè)備，但因高精度的加工設(shè)備昂貴，其模具的制造成本較高，例如線切割慢走絲和工藝磨床，所以許多中小企業(yè)使用其他低精度的設(shè)備來代替價格昂貴的設(shè)備，節(jié)約模具制造成本，但模具的制造精度隨之變低，生產(chǎn)效率變低，人工生產(chǎn)成本變高，企業(yè)的業(yè)務(wù)逐漸的變少，這也是目前國內(nèi)中小企業(yè)面臨的困境，特別是沿海地區(qū)。
從古代模具的使用至今，模具行業(yè)發(fā)展突飛猛進(jìn)，發(fā)生了很多變化，隨著數(shù)控設(shè)備的投入生產(chǎn)，模具的生產(chǎn)精度變高，對設(shè)計師的經(jīng)驗水平要求也在變高，在許多大企業(yè)已經(jīng)使用了數(shù)控壓力機和氣動自動送料，代替了以前的模內(nèi)自動送料方式，其優(yōu)點在于模外自動送料裝置具有通用性，送料穩(wěn)定，送料步距精準(zhǔn)且可以調(diào)節(jié)，其價格也比較便宜，目前在國內(nèi)只有大企業(yè)和少部分的中小企業(yè)使用這類似的生產(chǎn)方式，從模具的結(jié)構(gòu)看，現(xiàn)在的模具設(shè)計師均以節(jié)約模具制造成本的角度出發(fā)，為公司節(jié)約制造成本許多模具的結(jié)構(gòu)變化很少使用的模具材料性能差，雖然模具的設(shè)計與制造成本變低了，但是模具的生產(chǎn)精度依舊無法變高，模具的性能不高，模具使用壽命短，模具的磨損速度快，降低了產(chǎn)品生產(chǎn)效率，且可以采用自動化生產(chǎn)的依然都在使用人工操作，雖然自動化設(shè)備的價格比較昂貴，但是生產(chǎn)效率高，減少人工成本，提高模具性能和使用壽命，增加了產(chǎn)品的生產(chǎn)精度，同時也擴大了公司的業(yè)務(wù)。
2 沖壓件工藝分析
圖2-1 工件尺寸圖
工件名稱：花孔墊圈；
工件簡圖：如圖2-1；
生產(chǎn)批量：大量；
材料：08鋼；
材料厚度：0.8mm；
精度等級：IT9。
工件表面質(zhì)量：工件表面無毛刺、壓痕、油污等不良缺陷。
2.1 工件材料分析
材料名稱：普通碳素鋼；
材料牌號：08鋼；
材料狀態(tài)：已退火；
抗剪強度：260-360Mpa；
抗拉強度：330-450Mpa；
屈服點：200Mpa；
伸長率：32%
2.2 工件結(jié)構(gòu)形狀分析
沖裁件為沖孔落料件，材料厚度為0.8mm，工件外形為圓形，其直徑為60mm，工件內(nèi)輪廓為圓弧相切過渡，工件結(jié)構(gòu)具備對稱性，結(jié)合工件的生產(chǎn)批量，模具設(shè)計前應(yīng)該分析凸凹模工作零件刃口的使用壽命和耐疲勞和耐磨損程度，選取相應(yīng)的模具模材料。
2.3 尺寸精度
根據(jù)工件技術(shù)要求注明未標(biāo)注的尺寸公差按照IT9計算，所以通過查表2-1常用公差等級表得?600-0.074mm，R5.530+0.048mm，R2.50+0.04mm，模具設(shè)計的相關(guān)尺寸按照工件的公差等級來確定，一般無明確要求的情況下模具設(shè)計制造的公差等級大于工件的2到3個公差等級。
表2-1 常見零件公差等級表
公差等級
IT4
IT5
IT6
IT7
IT8
IT9
IT10
IT11
IT12
IT13
IT14
尺寸/mm
/μm
/mm
≤3
＞3~6
＞6~10
＞10~18
＞18~30
＞30~50
＞50~80
＞80~120
＞120~180
3
4
4
5
6
7
8
10
12
4
5
6
8
9
11
13
15
18
6
8
9
9
13
16
19
22
25
10
12
15
18
21
25
30
35
40
14
18
22
27
33
39
46
54
63
25
30
36
43
52
62
74
87
100
40
48
58
70
84
100
120
140
160
60
75
90
110
130
160
190
220
250
0.10
0.12
0.15
0.18
0.21
0.25
0.30
0.35
0.40
0.14
0.18
0.22
0.27
0.33
0.39
0.46
0.54
0.63
0.25
0.30
0.36
0.43
0.52
0.62
0.74
0.87
1.00
3 沖壓工藝方案確定
3.1 沖裁工藝方案的確定
沖裁工藝方案從尺寸精度、圖紙技術(shù)要求、工件外觀質(zhì)量、工件材料力學(xué)性能及生產(chǎn)批量開始，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。
3.2 沖裁工藝方法的選擇
沖裁工序分為單工序沖裁、復(fù)合沖裁和級進(jìn)沖裁三種其三種工序的性能見表3-1。
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(jìn)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。
表3-1 單工序沖裁、級進(jìn)沖裁和冷沖沖裁性能
比較項目
單工序模
復(fù)合冷沖模
級進(jìn)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(jìn)模低
沖裁較簡單零件時低于冷沖模
因為該沖裁件的精度要求滿足IT9級即可，并且要有很高的生產(chǎn)率和安全的操作過程，由于工件的工藝性質(zhì)和形狀結(jié)構(gòu)簡單，為了提高生產(chǎn)效率和尺寸精度，采用復(fù)合沖裁即可達(dá)到要求。
4 模具總體結(jié)構(gòu)
4.1 模具類型的選擇
在上述的工藝分析方案中確定使用復(fù)合沖裁模具，復(fù)合模具可分為正裝復(fù)合模具和倒裝復(fù)合模具，為了方便安全送料操作，沖裁件模具設(shè)計采用的是倒裝結(jié)構(gòu)的復(fù)合模具。
4.2 定位方式的選擇
在復(fù)合沖裁模具設(shè)計時，因沖孔落料工藝同時完成，所以不需要再設(shè)計精確地導(dǎo)正定位裝置，為了方便生產(chǎn)中送料和精準(zhǔn)的確定步距，在模具送料方向上設(shè)計擋料銷，兩側(cè)根據(jù)材料寬度設(shè)計兩個導(dǎo)料銷，在實際生產(chǎn)加工時，只需要將條料靠注擋料銷和導(dǎo)料銷，方可精確地定位。
4.3 送料方式的確定
因復(fù)合沖裁模具對沖壓設(shè)備的要求不高，因工件材料厚度為0.8mm，條料通常為板材，為了進(jìn)一步的提高經(jīng)濟效益，沖裁件的生產(chǎn)加工將采用手工送料的方式。
4.4 出件方式的確定
復(fù)合模具大致可分為倒裝復(fù)合模具和正裝復(fù)合模具，倒裝復(fù)合模具是將落料凹模設(shè)計在上模部分，正裝復(fù)合模具是將落料凹模設(shè)計在模具的下模部分，但由于工件所需要沖孔較多，為了方便沖孔廢料方便從下模落出，模具將設(shè)計成倒裝復(fù)合模具，當(dāng)模具完成一次沖裁周期的時候，沖孔廢料由下模落出，成品件在上模推件塊推力的作用下將工件從上模的落料凹模中推出。
4.5模架結(jié)構(gòu)和導(dǎo)向裝置的選擇
模架的外形尺寸主要由凹模尺寸決定，根據(jù)模具結(jié)構(gòu)、且對于此副模具的話，主要有落料的凹模來確定長以及寬，模具的閉合高度則有設(shè)計的上模，下模，以及模具的一些配件來決定，對于此復(fù)合模，應(yīng)該先考慮他的閉合高度，其次才是它的寬度和長度，所以要合理選擇模架，就有必要考慮它的工作零件以及配件的合理高度，這樣才能合理的選擇模架，模架結(jié)構(gòu)可分為：
對角導(dǎo)柱模架由于導(dǎo)柱安裝在模具壓力中心對稱的對角線上，所以上模座在導(dǎo)柱上滑動平穩(wěn)。常用于橫向送料級進(jìn)?；蚩v向送料的落料模、復(fù)合模。
后側(cè)導(dǎo)柱模架由于前面和左、右不受限制，送料和操作比較方便。因為導(dǎo)柱安裝在后側(cè)，工作時，偏心距會造成導(dǎo)套導(dǎo)柱單邊磨損，嚴(yán)重影響模具使用壽命，且不能使用浮動模柄。
四導(dǎo)柱模架具有導(dǎo)向平穩(wěn)、導(dǎo)向準(zhǔn)確可靠、剛性好等優(yōu)點。常用于沖壓件尺寸較大或精度要求較高的沖壓零件，以及大量生產(chǎn)用的自動沖壓模架。
中間導(dǎo)柱模架，導(dǎo)柱安裝在模具的對稱線上，導(dǎo)向平穩(wěn)、準(zhǔn)確。但只能一個方向送料。
根據(jù)以上方案比較并結(jié)合模具結(jié)構(gòu)形式和送料方式，為提高生產(chǎn)效率，模具壽命和工件質(zhì)量以及工件尺寸精度，采用中間式導(dǎo)柱模架，模具導(dǎo)向性能好，精度高。
5 工藝參數(shù)計算
5.1 排樣方式的選擇
沖裁件在板料、帶料或條料上的布置方法稱為排樣。排樣的意義在于減小材料消耗、提高生產(chǎn)率和延長模具壽命，排樣是否合理將影響到材料的合理利用、沖件質(zhì)量、生產(chǎn)率、模具結(jié)構(gòu)與壽命。
排樣的方法有：直排、斜排、對直排、混合排 ，根據(jù)設(shè)計模具制件的形狀、厚度、材料等方面全面考慮。因此考慮以下三種方案：
方案一：有廢料排樣 沿沖件外形沖裁，在沖件周邊都留有搭邊。沖件尺寸完全由沖模來保證，因此沖件精度高，模具壽命高，但材料利用率低。
方案二：少廢料排樣 因受剪切條料和定位誤差的影響，沖件質(zhì)量差，模具壽命較方案一低，但材料利用率稍高，沖模結(jié)構(gòu)簡單。
方案三：無廢料排樣 沖件的質(zhì)量和模具壽命更低一些，但材料利用率最高。
為了綜合考慮排樣條料的強度，決定采用有廢料的排樣方案。
圖5-1 排樣示意圖
5.1.1 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(jìn)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5-1取得。
如表5-1所示：根據(jù)此表和工件外形可知r＞2t，可確定搭邊值a和a1，a的最小值取1.0，a1最小值取1.2mm。
表5-1 搭邊a和a1數(shù)值（低碳鋼）
（mm）
材料厚度
t/mm
圓件或圓角r＞2t的工件
矩形件邊長L＜50mm
工件間a1
沿邊a
工件間a1
沿邊a
0.25以下
1.8
2.0
2.2
2.5
0.25-0.5
1.2
1.5
1.8
2.0
0.5-0.8
1.0
1.2
1.5
1.8
0.8-1.2
0.8
1.0
1.2
1.5
1.2-1.6
1.0
1.2
1.5
1.8
1.6-2.0
1.2
1.5
1.8
2.5
2.0-2.5
1.5
1.8
2.0
2.2
2.5-3.0
1.8
2.2
2.2
2.5
3.0-3.5
2.2
2.5
2.5
2.8
3.5-4.0
2.5
2.8
2.5
3.2
4.0-5.0
3.0
3.5
3.5
4.0
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(jìn)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)。側(cè)壓裝置適用于工件材料厚度較小的模具，在這次工件的模具設(shè)計中，工件材料厚度0.8mm，無需測壓裝置，只需導(dǎo)料板橫向?qū)Я霞纯伞?
故按公式5-1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；
C-導(dǎo)料板與最寬條料之間的間隙，其最小值見表5-3。
表5-2 剪料公差及條料與導(dǎo)料板之間隙 （mm）
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
表5-3 有側(cè)壓裝置和無側(cè)壓裝置對照表 （mm）
材料厚度t（mm）
無側(cè)壓裝置
有側(cè)壓裝置
條料寬度B（mm）
<100
≥100~200
≥200~300
<100
≥100
0~0.5
0.5~1
1~2
2~3
3~4
4~5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
5
5
5
5
5
5
8
8
8
8
8
8
所以根據(jù)以上理論數(shù)據(jù)由公式5-1得出條料寬度為：
B=（Dmax+2a1+C）
=60+1.2+1.2+0.5
=62.45-00.6
方便模具設(shè)計和條料的采購，條料寬度通常取整數(shù)值，所以材料厚度取值為63mm。
5.1.2 材料利用率的計算
關(guān)于材料利用率，可用公式5-2表示：
η=A/BS×100% （5-2）
式中， A-一個步距內(nèi)沖裁件的實際面；
B-條料寬度；
S-步距。
由圖5-1、圖5-2和公式5-2得：
A=2356.9mm2
η=A/BS×100%
=[2356.9÷（63×61.5）]×100%
≈60.8%
5.2 沖壓力的計算
5.2.1 沖裁力的計算
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F一般可以按公式5-3計算：
F沖=KtLτ （5-3）
式中， τ-材料抗剪強度，（MPa）；
L-沖裁周邊總長（mm）；
t-材料厚度（mm）；
K-系數(shù)值通常取1.3。
沖裁周邊的總長（mm）
沖裁總周長為：
L=141.3mm
落料沖裁力由公式5-3得：
F沖=KtLτ
=1.3×0.8×281.7×360
=105.5KN
5.2.2 卸料力計算
當(dāng)上模完成一次沖裁后，沖入凹模內(nèi)的制件或廢料因彈性擴張而梗塞在凹模內(nèi)，模面上的材料因彈性收縮而會緊箍在凸模上，從凸模上卸下材料所需的力，稱為卸料力：
卸料力計算公式如下：
F卸= K卸 F沖 （5-5）
式中， F卸-卸料力；
F沖-沖裁力；
K卸-卸料力系數(shù)，見表5-4；
表5-5 卸料力、推件力和頂件力系數(shù) （mm）
料厚/mm
K卸
K推
K頂
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
0.02~0.02
0.1
0.063
0.055
0.045
0.025
0.14
0.08
0.06
0.05
0.03
注：卸料力系數(shù)K卸在沖多孔、大搭邊和輪廓復(fù)雜時取上限值。
K卸—卸料力系數(shù)通過查表5-4確定，卸料力系數(shù)取K卸＝0.04，由公式5-5得：
F卸= K卸 F沖
=0.05×105.5
≈5.3KN
5.2.3 總沖壓力的計算
由于沖裁模具采用彈壓卸料裝置，固總的沖壓力包括：
F= F沖+F卸 （5-6）
=105.5+5.3
=110.8KN
5.2.4 初選壓力機
壓力機可分為機械式和液壓式，機械式分為摩擦壓力機、曲柄壓力機、高速沖床，液壓式分為油壓機、水壓機，而在生產(chǎn)中一般常選用曲柄壓力機，曲柄壓力機分有開式和閉式兩種，開式機身形狀似英文字母C，其操作可見大，但機身剛度差，壓力機在工作負(fù)荷作用下會產(chǎn)生變形，一般壓力機噸位不超過2000KW。閉式機左右兩側(cè)封閉，操作不方便，但機身剛度好，壓力機精度高?？紤]到經(jīng)濟性能、加工要求和操作方便在此選開式壓力機。根據(jù)以上計算數(shù)值，查下表5-6初選壓力機為J23-16型壓力機。
5.2.5 壓力中心的確定
模具壓力中心是指沖壓時多個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，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(jìn)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），即為所求模具的壓力中心。
該件的壓力中心計算如下：
X0＝（L1X1+L2X2+……L nXn）／（L1+L2+……Ln） （5-6） Y0＝（L 1Y1+ L 2Y2+……L nYn）／（L 1+ L 2+……L n） （5-7）
式中：X0-壓力中心的橫坐標(biāo)；
Y0-壓力中心的縱坐標(biāo)；
L-沖裁件輪廓尺寸；
X-各線段重心的橫坐標(biāo)；
Y-各線段重心的縱坐標(biāo)。
分析本制件圖，外輪軸對稱好中心對稱，所以模具壓力中心為工件的幾何中心。
6 刃口尺寸的計算
6.1 沖裁間隙的確定
沖裁間隙是沖裁工藝與沖裁模具設(shè)計的一個重要工藝參數(shù)，對沖裁件質(zhì)量、沖裁力和模具壽命均有很大的影響。沖裁間隙還影響著沖裁件的尺寸精度。沖裁件的尺寸精度是指沖裁件的實際尺寸與基本尺寸的差值，差值越小，精度越高。間隙過大，會使落料件尺寸小于凸凹模尺寸，沖孔件尺寸大于凸模尺寸，沖裁力也會慢慢下降，卸料力、推件力或頂件力都將隨之下降。間隙過小，會使落料件尺寸大于凸凹模尺寸，沖孔件尺寸小于凸模尺寸，沖裁力也會增大，會使模具刃口磨損加劇，還會產(chǎn)生凸凹模脹裂，小凸模折斷，凸模和凸凹模相互啃刃等異常損壞。
由此可見，我們在確定沖裁間隙時，一定要有一個合理的范圍作為間隙值，當(dāng)然我們在設(shè)計時要采用最小合理間隙。由表6-1可知，Zmin=0.072mm， Zmax=0.104mm。
圖6-1 沖裁間隙
表6-1 部分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
0.040
0.048
0.064
0.072
0.092
0.100
0.126
0.132
0.220
0.246
0.260
0.060
0.072
0.092
0.104
0.126
0.140
0.180
0.240
0.320
0.360
0.380
0.040
0.048
0.064
0.072
0.090
0.100
0.132
0.170
0.220
0.260
0.280
0.060
0.072
0.092
0.104
0.126
0.140
0.180
0.240
0.320
0.380
0.400
0.040
0.048
0.064
0.072
0.090
0.100
0.132
0.170
0.220
0.260
0.280
0.060
0.072
0.092
0.104
0.126
0.140
0.180
0.240
0.320
0.380
0.400
0.040
0.048
0.064
0.064
0.090
0.090
0.060
0.072
0.092
0.092
0.126
0.126
6.2 刃口尺寸的計算及依據(jù)與法則
沖裁件的尺寸精度主要決定于凸、凹模刃口尺寸及公差，模具的合理間隙也是靠凸、凹模刃口尺寸及其公差來保證。其計算方法是：
（1）因為沖出的孔，落下的料都有錐度，且落料件的大端尺寸等于凹模刃口尺寸，而沖孔的小端尺寸等于凸模刃口尺寸。
（2）在測量與使用中，沖孔能測量到小端尺寸，落料件能測量大端尺寸。
（3）從產(chǎn)品的使用性能看，孔必須控制最小端尺寸，落料的外形尺寸要控制最大端尺寸。
（4）凸、凹模的設(shè)計原則
沖孔時，設(shè)計計算以凸模為準(zhǔn)，間隙放大在凹模刃口上。
落料時，設(shè)計計算以凹模為準(zhǔn)，間隙縮小在凸模刃口上。
（5）考慮磨損（名義尺寸）
沖孔時，凹模越磨越小，凸模設(shè)計應(yīng)取制件尺寸公差范圍內(nèi)移大尺寸。
落料時，凹模越磨越大，凹模設(shè)計應(yīng)取制件尺寸公差范圍內(nèi)移小尺寸。
（6）凸、凹模刃口的制造公差
制件上未注公差，非圓形件按級精度，模具比其高2-3精度即級，凸模和凹模刃口尺寸的計算與加工方法有關(guān)，有分開加工和配合加工，分開加工是指凸模和凹模分別按各自圖樣上標(biāo)注的尺寸及公差進(jìn)行加工，沖裁間隙由凸、凹模刃口尺寸及公差保證。其可以凸、凹模具有互換性，便于成批制造，但受沖裁間隙的限制，要求凸、凹模的制造公差較小，主要適用于簡單規(guī)則形狀（圓形、方形或矩形）的沖件。配合加工是指先按圖樣設(shè)計制造其中一件（沖孔先做好凸模，落料先做好凹模），再以此件做為基準(zhǔn)件，以基準(zhǔn)件為標(biāo)準(zhǔn)來加工另一件，使它們之間保持一定的間隙，圖紙上只要在基準(zhǔn)件上標(biāo)注尺寸和公差，根據(jù)公式6-1得：
│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。本套模具采用分別加工法進(jìn)行加工。
分開加工時計算公式如下：
沖孔凸模尺寸： （6-2）
沖孔凹模尺寸： （6-3）
落料凸模寸： （6-4）
落料凹模尺寸： （6-5）
孔距尺寸： （6-6）
其中： ，-分別為落料凸、凹模基本尺寸；
，-分別為沖孔凸、凹模基本尺寸；
-沖孔件孔的最小極限尺寸；
-落料件最大極限尺寸；
，-分別為凹模上偏差，可按IT7，凸模下偏差，可按IT6；
-制造公差；
-磨損系數(shù)，其值在0.5～1之間。
該制件的最小雙邊間隙為Zmin=0.072mm，最大雙邊間隙Zmax=0.104mm。則有Zmax- Zmin=0.032。工件內(nèi)外形尺寸?600-0.074mm，R5.530+0.048mm，R2.50+0.04mm，290+0.045mm，查表6-3得x為0.5。
沖孔凸模根據(jù)公式6-2有：
d凸1=（R5.53+0.5×0. 048）0-0.02
=5.5540-0.02 mm
d凸2=（R 2.5+0.5×0.04）0-0.02
=R2.520-0.02 mm
d凸3=（29+0.5×0.045）0-0.02
=29.020-0.02 mm
沖孔凹模根據(jù)公式6-3有：
d凹1=（R5.53+0.5×0. 048+0.032）0+0.02
=R5.5860+0.02 mm
d凹2=（R 2.5+0.5×0.04+0.032）0+0.02
= R2.5520+0.02 mm
落料凸模根據(jù)公式6-4有：
D凸1=（?60-0.5×0.074-0.032）0-0.02
= ? 59.93.0-0.02 mm
落料根據(jù)公式6-5有：
D凹1=（?60-0.5×0.074）0+0.02
= ? 59.960+0.02mm
表6-2 簡單形狀（方形、圓形）沖裁時凸、凹模制造偏差 (mm)
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
表6-3 磨損系數(shù) （mm）
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x值
圓形x值
1
0.75
0.5
0.75
0.5
（a）落料 （b）沖孔圖
圖6-2 工作零件刃口尺寸
7 主要零部件設(shè)計
雖然各類沖裁模的結(jié)構(gòu)形式和復(fù)雜程度有很多不同的，但組成模具的零件種類可以說是基本相同的，根據(jù)它們在模具中的功用和特點，可將他分為非標(biāo)準(zhǔn)件和標(biāo)準(zhǔn)件兩類。
7.1 凹模設(shè)計
7.1.1 凹模刃口結(jié)構(gòu)形式的選擇
沖裁凹模刃口形式有直筒式和凸臺兩種，選用時主要根據(jù)沖件的形狀、厚度、尺寸精度以及模具結(jié)構(gòu)來確定。由于本模具沖的零件尺寸較大，所以采用刃口為凸臺式，該類型刃口強度高，修磨后刃口尺寸不變，裝配如圖7-1所示。
圖7-1 凹模裝配簡圖
7.1.2 凹模精度與材料的確定
根據(jù)凹模作為工作零件，其精度要求較高，外形精度為IT12級，內(nèi)型腔精度為IT12級，表面粗糙度為Ra3.2um，上下平面的平行度為0.02，材料選Cr12MoV。
7.1.3 凹模外形尺寸的確定
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7-1 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7-1得：
K=0.3
根據(jù)公式7-1可計算落料凹模板的尺寸：
凹模厚度：
H= Kb1
=0.4×60
=24mm
根據(jù)公式7-2可計算凹模邊壁厚：
C=（1.5～2）H
=1.5×24～2×24
=36～48（mm）
取凹模邊壁厚為40mm。
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=b1+2c
=60+2×40
=140mm
根據(jù)公式7-4可計算凹模寬：
B=b2+2c
=60+2×40
=140mm
很據(jù)工件的棑樣設(shè)計的步距，模具安裝的緊固零件，凹模周界尺寸取值為為140mm×140mm×25mm。
圖7-3 凹模簡圖
7.2 凸模的設(shè)計
7.2.1 凸模結(jié)構(gòu)的確定
凸模結(jié)構(gòu)通常分為兩大類。一類是鑲拼式，另一類為整體式。整體式中，根據(jù)加工方法的不同，又分為直通式和臺階式。因為該工件形狀復(fù)雜，所以將落料凸模模設(shè)計成臺階式凸模，臺階式凸模工作部分和固定部分的形狀做成一樣，內(nèi)輪廓孔的凸模設(shè)計成臺階式，固定于凸模固定板，凸模與凸模固定板的配合按H7/m6。
7.2.2 凸模高度、長度的確定
因為該制件形狀不是很復(fù)雜，所以將沖孔模設(shè)計成臺階式凸模。凸模與凸模固定板的配合按H7/m6。凸模的高度是凸模固定板的厚度、落料凹模與附加長度的總和，如圖7-3所示。
圖7-4 凸模高度尺寸
凸模高度為：
L=h1+h2 （7-5）
式中: h1-凸模固定板厚度，可得：h1=20mm；
h2-凹模厚度，可得：h2=25mm；
由以上可得凸模簡圖如圖7-4所示：
圖7-5 凸模簡圖
7.2.3 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Cr12MoV，熱處理58～62HRC。
7.2.4 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IT10級，表面粗糙度Ra為0.8um，同軸度為0.02。
7.3 卸料裝置的設(shè)計
7.3.1 卸料板的外形設(shè)計
卸料裝置分為彈性卸料和剛性卸料，彈性卸料工作原理如圖7-6所示，當(dāng)模具上模上下移動，帶動卸料彈簧的壓縮和伸張，凸模相對于卸料板上下移動，使夾在凸模上的條料在卸料板的阻力下完成卸料過程，彈性卸料比較力穩(wěn)定，適合用于工件材料厚度較小的模具。剛性卸料工作原理是當(dāng)模具完成沖裁打開時，夾在凸模上的條料隨著凸模往上移動，與固定于凹模板上的卸料板碰撞，使條料與凸模分離，達(dá)到卸料的目的，剛性卸料版卸料力較大，適合用于大型模具和工件材料厚度較大的模具。結(jié)合工件的尺寸、材料厚度、模具總體尺寸選擇彈性卸料裝置。 采用卸料板進(jìn)行卸料。卸料板不僅有卸料作用，還具有用凹模導(dǎo)向，對凹模起保護(hù)作用，卸料板的邊界尺寸與凹模的邊界尺寸相等。卸料板與凸凹模的間隙值由表7-3確定，取0.15mm。
卸料板的厚度查表7-4，卸料板與凹模的外形尺寸相同。根據(jù)凹模的尺寸200mm×200mm×18mm，從而可以確定卸料板的尺寸。
查表7-4，卸料板的厚度為12mm。
表7-3 卸料板與凸凹模間隙值
材料厚度t/mm
＜0.5
0.5～1
＞1
單邊間隙Z/mm
0.05
0.1
0.15
表7-4 固定卸料板厚度
沖件厚度t
卸料板寬度
＜50
50~80
80~125
125~200
＞200
~0.8
6
6
8
10
12
＞0.8~1.5
6
8
10
12
14
＞1.5~3
8
10
12
14
16
7.3.2 卸料板材料的選擇
卸料板主要是起卸料的作用，對它的強度和硬度要求較高，所以材料選擇是Cr12MoV，淬火硬度58-62HRC，即具有較高的強度、硬度，又具有較好的塑性、韌性。
7.3.3 卸料板的結(jié)構(gòu)設(shè)計
卸料板與凸凹模應(yīng)該是間隙配合，要保證單邊間隙為0.015mm。
模具采用的是彈壓卸料板和卸料螺釘進(jìn)行卸料。六個卸料螺釘對稱分布，使每個卸料螺釘受力均勻，如圖7-6所示。
圖7-6卸料板的結(jié)構(gòu)件圖
7.3.4 卸料板整體精度的確定
卸料板外輪廓的精度要求不高，所以選取IT14級，上下平面粗糙度0.8um；而內(nèi)輪廓的精度要求比外輪廓的要求稍高，所以選取IT10級，其余粗糙度Ra為1.25um。
7.3.5 卸料元件的設(shè)計
在沖裁模卸料與出件裝置中，常用的元件是彈簧和橡膠，考慮模具的結(jié)構(gòu)，該模具采用的彈性元件為橡膠。橡膠允許承受的負(fù)載較大，占據(jù)空間尺寸較小，安裝調(diào)整較方便靈活，而且成本低，是中小型沖模中彈性卸料、頂件及壓邊裝置常用的彈性元件。
7.3.6 卸料螺釘?shù)倪x用
卸料板上設(shè)置4個卸料螺釘，按表7-5選取螺釘Φ8其公稱直徑為8，螺紋部分為M8×15。卸料螺釘尾部應(yīng)留有足夠的行程空間。
表7-5 卸料螺釘?shù)倪x用
凹模厚/mm
≤13
＞13～19
＞19～25
＞25～32
＞35
螺釘規(guī)格/mm
M4， M5
M5，M6
M6，M8
M8，M10
M10，M12
7.4 凸模固定板的設(shè)計
凸模固定板主要是固定凸模，保證凸模有足夠的強度，使凸模與落料凹模、上模座、墊板更好的定位。凸模與凸模固定板的配合按H7/m6，如圖7-7所示。
圖7-7凸模固定板裝配結(jié)構(gòu)
凸模固定板的厚度一般取凹模厚度的0.6～1倍，根據(jù)凸模尺寸大小取值。
則凸模固定板的厚度：
H凸固=（0.6～1）H凹 （7-7）
式中： H凸固-凸模固定板厚度；
H凹-凹模厚度。
根據(jù)公式7-7得凸模固定板厚度為：
H凸固=（0.6～1）H凹
= 12～20（mm）
凸模固定板厚度取20mm。
7.5 導(dǎo)向零件的設(shè)計
本模具采用中間導(dǎo)柱結(jié)構(gòu)，導(dǎo)柱導(dǎo)套組建采用的是滑動導(dǎo)向方式，其磨損系數(shù)小，保證導(dǎo)向垂直度，同軸度精度高，導(dǎo)柱的長度應(yīng)保證上模座最底位置時（閉合狀態(tài)），導(dǎo)柱上端面與上模座頂面的距離5mm。下模座底面與導(dǎo)柱底面的距離為14mm。導(dǎo)柱的下部與下模座導(dǎo)柱孔采用H7/r6的過盈配合,導(dǎo)套的外徑與上模座導(dǎo)套孔采用H7/r6的過盈配合。導(dǎo)套的長度，需要保證沖壓時導(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/r6的間隙配合，導(dǎo)柱與導(dǎo)套均采用20鋼，熱處理硬度滲碳深度0.8～1.2mm，淬硬58～62HRC。導(dǎo)柱與導(dǎo)套的結(jié)構(gòu)、尺寸一般都是直接由標(biāo)準(zhǔn)中選取，在選用時導(dǎo)柱的長度應(yīng)保證沖模在最低工作位置時，導(dǎo)柱上端面與上模座頂面的距離不小于（10～15）mm。在最高工作位置時，導(dǎo)柱上端面與導(dǎo)套的下端面的距離不小于（10～20）mm。
圖7-8 導(dǎo)柱和導(dǎo)套結(jié)構(gòu)簡圖
表7-6 導(dǎo)柱、導(dǎo)套配合間隙
配合形式
導(dǎo)柱直徑
模架精度等級
配合后的過盈量
I級
II級
配合間隙值
滑動配合
≤18
≤0.010
≤0.015
＞18～30
≤0.011
≤0.017
＞30～50
≤0.014
≤0.021
＞50～80
≤0.016
≤0.025
滾動配合
＞18～35
0.01～0.02
模座的的尺寸L/mm×B/mm＝250mm×230mm,上模座的厚度與下模座厚度查標(biāo)準(zhǔn)分別為40mm。
7.6 模柄的選用
模柄的作用是將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，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、銷釘與上模座緊固在一起，使用與較大的模具。
（5）浮動式模柄，它由模柄、球面墊塊和連接板組成，這種結(jié)構(gòu)可以通過球面墊塊消除沖床導(dǎo)軌位差對沖模導(dǎo)向精度的影響，適用于滾珠導(dǎo)柱、導(dǎo)套導(dǎo)向的緊密沖裁。
綜合以上，本模具模柄選用：A32 GB/T7646.3-1994旋入式模柄，如圖7所示。
表7-7模柄
7.7 螺釘?shù)倪x用
螺釘是用于緊固模具的傳統(tǒng)零件，見表7-7根據(jù)凹模、墊板和上模座，下模座和凸凹模采用M8×60的螺釘，螺釘數(shù)采用六個。螺釘布置對稱，使緊固零件受力均勻。凹模固定板厚度采用M8×40的螺釘。螺釘數(shù)采用兩個。螺釘布置對稱，使緊固零件受力均勻。模柄與上模座用四個M6×12的螺釘固定。對稱分布在前后，使緊固零件受力均勻。沖模上的螺釘常用圓柱頭內(nèi)六角螺釘。
8 沖壓設(shè)備的校核與選定
8.1 沖壓設(shè)備的校核
該模具的閉合高度由以下零件高度相加求得該模具閉合高度得185.8可見該模具的閉合高度在所選模具閉合高度之間，則該模架可以使用，該模具的閉合高度小于所選壓力機型號為J23-16的最大閉合高度為220mm，可以使用。
8.2 沖壓設(shè)備的選用
根據(jù)模具閉合高度、沖裁力等，壓力機型號為J23-16，能滿足各項要求，因此選取J23-16號壓力機。
8.3壓力機的選擇
通過校核，選擇開式雙柱可傾壓力機J23-16能夠滿足使用要求。其主要技術(shù)查表9-1得參數(shù)如下：
公稱壓力：160KN；
滑塊行程：70mm；
最大閉合高度：220mm；
工作臺尺寸（前后×左右）：360mm×240mm；
模柄孔尺寸：Ф30mm×50mm；
最大傾角高度：30°。
結(jié) 論
轉(zhuǎn)眼本學(xué)期的課程設(shè)計要接近尾聲了，但這并不意味著結(jié)束，相反，是一個新的開始，因為接下來還有更大的挑戰(zhàn)。在這段時間里我設(shè)計了一套模具，首先定產(chǎn)品沖壓件，設(shè)計排樣圖，然后畫二位模具圖，制作技術(shù)參數(shù)圖紙，編寫設(shè)計說明書。每一步都經(jīng)過思考和老師同學(xué)討論，其中得到老師的關(guān)心和幫助幫助，最后設(shè)計出了一套完整的模具。課程設(shè)計是本學(xué)期即將完成學(xué)業(yè)的最后一次作業(yè)，是對本學(xué)期所學(xué)知識的全面總結(jié)和綜合應(yīng)用。
這次課程設(shè)計最大的特點就是計算機輔助設(shè)計，我們運用了CAD制圖，節(jié)約了制圖時間，更讓我們進(jìn)一步熟練CAD軟件。除了計算機輔助設(shè)計之外，也是我們對學(xué)過的機械制圖、機械設(shè)計、模具設(shè)計等專業(yè)基礎(chǔ)課程和專業(yè)基礎(chǔ)知識的總結(jié)和運用。通過這次課程設(shè)計，我才明白學(xué)習(xí)是一個長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努力提高自己知識和綜合素質(zhì)。知識必須通過應(yīng)用才能實現(xiàn)其價值！在受益的同時，我們也發(fā)現(xiàn)了自身知識的缺乏和不足。但是最好的東西都是改進(jìn)出來的，沒有誰能一次設(shè)計出完美的產(chǎn)品，我們設(shè)計的模具難免會有不足之處，敬請老師批評指正。
致 謝
在此，我要衷心的感謝我的指導(dǎo)老師在這次課程設(shè)計中給我的指導(dǎo)和幫助，雖然老師是年輕老師，平時課業(yè)非常繁忙，但對我們的指導(dǎo)卻是一絲不茍，非常認(rèn)真和詳細(xì)。每周基本上都是他主動聯(lián)系我們詢問情況，比如：做的進(jìn)度怎么樣了，這周有沒有遇到什么問題等等。同時，指導(dǎo)過程中怕我們遺忘，不止一次得給我們講解各種課程設(shè)計各個階段應(yīng)該注意的問題和采取的措施。
如今在老師的指導(dǎo)下，我順利的完成了我的課程設(shè)計，再次感謝老師對我的指導(dǎo)和幫助。同時，也非常的感謝我的同組同學(xué)給我的幫助。
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