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畢業(yè)論文(設計)選題報告 論文(設計)題目 吊耳沖壓模具設計 課題來源 生產(chǎn) 課題類別 設計類 選做本課題的原因及條件分析： 原因:吊耳模具設計運用到大學幾年所學到的相關知識，主要涉及到模具總體設計，主要部件計算,模具總裝圖，模具輔助零件設計，模具的裝配等；通過本次設計能加深并鞏固已學的專業(yè)知識和技能能提高分析和解決問題的能力；同時也能檢驗我專業(yè)知識和實踐能力。 條件：本人通過這三年的專業(yè)學習，具有較扎實的沖壓模具知識和技能；能運用AutoCAD、UG等工具進行設計；同時還有模具模型可供我們使用并且有好的網(wǎng)絡及圖書資源，更有經(jīng)驗豐富的指導老師。我相信在指導教師的輔導下我一定能順利完成本課題。 因此，我們申請此課題，望指導老師及系領導批準。 內(nèi)容和要求 內(nèi)容：收集相關資料，對吊耳零件進行 分析，確定吊耳沖壓模具設計方案；對落料、沖孔成型零件（凸模、凹模）進行結(jié)構設計；對落料、沖孔成型零件相關參數(shù)進行設計計算；繪制成型零件的零件圖和模具輔助零件圖；編寫設計說明書、繪制模具裝配圖。 要求：畢業(yè)設計做到結(jié)構合理、參數(shù)準確、圖紙符合國家標準，冷沖壓機構設計符合《國家標準GB/2875》規(guī)定。設計做到立論正確，論述充分，結(jié)構嚴謹合理，文字通順，專業(yè)用語準確，書寫工整規(guī)范 指導教師意見 簽名： 年 月 日 系部畢業(yè)論文（設計）領導小組意見： （簽章） 年 月 日 吊耳沖壓模具設計 摘 要 本文針對吊耳零件設計了復合模。該模具設計的難點主要是如何解決好零件中的孔沖裁、確定模具結(jié)構、如何進行模具的制造及沖裁方案選定等。本文結(jié)合吊耳零件的特點，具體解決了壓力機的選擇與校核、凸模和凹模刃口尺寸計算及結(jié)構設計、定位方案設計、卸料方式的設計、主要模具零件的加工工藝、標準零件的選用等一系列的設計工作，這些設計可為類似的零件模具設計提供現(xiàn)實的指導意義。此次模具設計的突出特點是嘗試使用復雜的復合模具，解決常規(guī)沖壓工藝模具套數(shù)多、工藝路線長、生產(chǎn)成本高、效率低等缺點，并為以后此類零件沖壓模具設計提供了可靠的依據(jù)。 關鍵詞：復合模；沖裁力；沖裁間隙 目 錄 1 緒論 1 2 沖壓件工藝分析 2 2.1 沖壓的工藝方案分析與確定 2 2.2 定位方式的選擇 3 2.4 吊耳零件有關工藝與設計 4 2.4.1 排樣方式的確定及其計算 4 2.4.2 條料寬度的確定 5 2.4.3 確定步距 7 2.4.4 材料利用率 7 3 模具總體設計 8 3.1 沖壓力與壓力中心計算 8 3.1.1 沖壓力計算 8 3.1.2 壓力中心計算 10 3.1.3 沖裁模間隙的確定 12 3.2 工作零件刃口尺寸計算 14 3.2.1 刃口尺寸確定的原則 14 3.2.2 刃口尺寸確定的方法 14 3.2.3 刃口尺寸計算 15 3.3 工作零件結(jié)構設計 17 3.3.1 沖孔凸模設計 17 3.3.2 落料凹模設計 18 3.3.3 凸凹模設計 20 4 其它模具零件的設計 23 4.1 卸料板的設計 23 4.2 墊板的設計 24 4.3 凸模固定板設計 25 4.4 凸凹模固定板 26 4.5 模架的選用 27 4.6 壓力機的規(guī)格選用 28 5 標準零件的選用 31 5.1 活動擋料銷及導料銷 31 5.2 推桿 31 5.3 圓柱銷 31 5.4 卸料螺釘 31 5.5 內(nèi)六角圓柱頭螺釘 32 5.7 卸料彈簧 33 5.8 導柱導套 33 5.9 模座 34 6 模具總裝配圖 35 結(jié)論 37 致謝 38 參考文獻 39 附錄 40 零件圖A 40 裝配圖B 40 I 1 緒論 現(xiàn)代模具行業(yè)是技術、資金密集型的行業(yè)?，F(xiàn)代模具是高技術背景下的工藝密集型工業(yè), 是高技術人才密集型行業(yè)。它作為重要的生產(chǎn)裝備行業(yè)在為各行各業(yè)服務的同時，也直接為高新技術產(chǎn)業(yè)服務。 沖模技術的水平直接和生產(chǎn)率、產(chǎn)品質(zhì)量（尺寸公差和表面粗糙度等）、一次刃磨的壽命以及設計和制造模具的周期緊密相關。提高沖模技術水平有利于獲得優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、廉價的產(chǎn)品，技術經(jīng)濟效果顯著，深受制造行業(yè)的重視。沖壓—就是在室溫下，利用安裝在壓力機上的模具對材料施加壓力，使其產(chǎn)生分離或塑性變形，從而獲得所需零件的一種壓力加工方法。吊耳件運用于較多的機械產(chǎn)品和生活用品中，例如：桶，卷揚機整體起吊用吊耳。其上的電機、減速器等的起吊用吊環(huán)螺釘。吊耳常設在機架等處，有鑄造、鍛造或焊、接鉚接等形式，不可拆卸，承載能力大且穩(wěn)定，常用于設備的整體起吊。吊環(huán)螺釘屬于可拆卸形式，常用于獨立小部套的起吊。 本次設計零件一般是沖裁件，材料是45鋼，厚度是根據(jù)受力情況而定，精度等級也根據(jù)用途而定，一般為IT12～IT14級，大批量生產(chǎn)本設計注重在模具的設計方案、方法上面。零件簡單，但屬于金屬加工，有較難的模具加工工藝，所以必須采用復合沖裁或級進模沖裁才能沖出工件。這樣沖出的工件才具有更高的精度，且加工速度也可得以提高。 2 沖壓件工藝分析 圖2-1 吊耳零件圖 工件名稱：吊耳 生產(chǎn)批量：大量 材料：45鋼 材料厚度：2mm 此工件只有落料和沖孔兩個工序。材料為45鋼具有良好的沖壓性能，適合沖裁。工件相對簡單，有2個?4 的孔1個?8的孔孔與孔，孔與邊緣之間的距離也滿足要求，因該零件在安裝時精度要求較高；所以孔之間的精度為IT12級，其余的為自由公差IT14級尺寸精度較高，該工件所有尺寸為自由尺寸，查表《實用沖壓技術手冊》 P469，附錄G 沖壓基準件標準公差數(shù)值表，可得各尺寸公差為： 零件輪廓：30、11、9、R7、?4、?8 孔心距：20、17 斷面粗糙度 ：Ra6.3。 2.1 沖壓的工藝方案分析與確定 該工件包括落料，沖孔兩個工序，可以有以下三種方案： 方案一：落料——沖孔，采用單工序模生產(chǎn)。 方案二：落料——沖孔復合沖壓，采用復合模生產(chǎn)。 方案三：沖孔——落料級進沖壓，采用級進模生產(chǎn)。 方案一結(jié)構模具簡單，但需要兩道工序兩套模具，成本高而生產(chǎn)效率低，制造容易模具壽命長,難以滿足大批量生產(chǎn)要求。方案二只需一副模具，工件的精度及生產(chǎn)效率都較高工序比較集中，占用設備和人員少，適用于大批量生產(chǎn)，但模具結(jié)構復雜，成本高，方案三也只需一副模具，生產(chǎn)率高，操作方便，但模具結(jié)構復雜，制造周期長，對零件定位復雜。倒裝的凹模在上，凸模在下,正裝的凸模在上，凹模在下；其次是卸料方式的不同,倒裝卸料是打桿，正裝的是推桿！ 該零件精度要求不高正裝復合模結(jié)構較為簡單，成本較低。 綜上所述，考慮到該件的批量大，為保證各項技術要求，選用方案二為佳，采用自然落料的倒裝式復合模。 2.2 定位方式的選擇 為保證沖裁出外形完整的合格零件，毛坯在模具中應該有正確的位置，正確位置是依靠定位零件來保證的。由于毛坯形式和模具結(jié)構不同，所以定位零件的種類很多，設計時應根據(jù)毛坯形式、模具結(jié)構、零件公差大小、生產(chǎn)效率等進行選擇。 因為該模具采用的是條料，控制條料的送進方向采用導料銷。因為該零件較小，為倒裝復合模，所以控制條料的送進步距采用活動擋料銷。 2.3 卸料、出件方式的選擇 彈壓卸料板具有卸料和壓料的雙重作用，主要用在沖裁料厚在2.5mm以下的板料，由于有壓料作用，沖裁件比較平整。彈壓卸料板與彈性元件 (彈簧或橡皮)、卸料螺釘組成彈壓卸料裝置。卸料板與凸模之間單邊間隙選擇（0.1～0.2）t，若彈壓卸料板還需對凸模起導向作用時，彈性元件的選擇，應滿足卸料力和沖模結(jié)構的要求。為使卸料可靠，卸料板應高出模具刃口工作面0.3～0.5mm，材料采用45鋼，熱處理淬火硬度43～48HRC。因為工件料厚2mm，相對較薄，卸料力不大，由此可知卸料、出件方式的選擇可采用彈性卸料裝置卸料。 2.4 吊耳零件有關工藝與設計 2.4.1 排樣方式的確定及其計算 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。 通過上述三種方案的分析比較，綜合考慮模具壽命和沖件質(zhì)量，該沖件的排樣方式選擇方案一為佳?？紤]模具結(jié)構和制造成本有廢料排樣的具體形式選擇直排最佳。 圖2-2 排樣圖 排樣時零件之間以及零件與條料側(cè)邊之間留下的工藝余料，稱為搭邊。搭邊的作用是補償定位誤差，保持條料有一定的剛度，以保證零件質(zhì)量和送料方便。搭邊過大，浪費材料。搭邊過小，沖裁時容易翹曲或被拉斷，不僅會增大沖件毛刺，有時還有拉入凸、凹模間隙中損壞模具刃口，降低模具壽命。 搭邊值通常是由經(jīng)驗值確定，表（2-1）所列搭邊值為普通沖裁時經(jīng)驗數(shù)據(jù)之一。 表2-1 搭邊a和數(shù)a1值 材料厚度 圓形件半徑r＞2t的工件 矩形工件邊長L＜50mm 矩形工件邊長L＞50mm 或r＜2t的工件 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 0.5~0.8 0.8~1.2 1.2~1.6 1.6~2.0 2.0~2.5 2.5~3.0 1.8 1.2 1.0 0.8 1.0 1.2 1.5 1.8 2.0 1.5 1.2 1.0 1.2 1.5 1.8 2.2 2.2 1.8 1.5 1.2 1.5 1.8 2.0 2.2 2.5 2.0 1.8 1.5 1.8 2.0 2.2 2.5 2.8 2.2 1.8 1.5 1.8 2.0 2.2 2.5 3.0 2.5 2.0 1.8 2.0 2.2 2.5 2.8t 據(jù)制件厚度與制件的排樣方法可查表(2-1)得工件間為1.8 沿邊為2。 2.4.2 條料寬度的確定 排樣方式和搭邊值確定以后，條料的寬度與進距就可計算出。計算條料的寬度時須要考慮三種情況： （1）有側(cè)壓裝置時條料的寬度； （2）無側(cè)壓裝置時條料的寬度； （3）有定距側(cè)刃時條料的寬度； 圖2-3 有側(cè)壓裝置時條料的寬度確定 圖2-4 無側(cè)壓裝置時條料的寬度確定 本設計采用的是無側(cè)壓裝置的模具。 條料寬度公式： B＝[D＋2a＋c] （mm) （2-1） 式中: c—條料與導料板之間的間隙（即條料的可擺動量）：B≤100,c=0.5～1.0；B>100,c=1.0～1.5查表（2-1）； B—條料寬度基本尺寸； a—側(cè)面搭邊,查表（2-1）； D—條料寬度方向零件輪廓的最大尺寸； —條料下料剪切公差， B=(D+2a+c)-△0 B=（30＋2×2+1） =350-0.5 (mm) 表2-2 剪料公差及條料與導料板之間隙(mm) 條料寬度B/mm 材料厚度t/mm ～1 1～2 2～3 3～5 ～50 0.4 0.5 0.7 0.9 50～100 0.5 0.6 0.8 1.0 100～150 0.6 0.7 0.9 1.1 150～220 0.7 0.8 1.0 1.2 表2-3 條料寬度偏差 (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 2.4.3 確定步距 送料步距S：條料在模具上每次送進的距離稱為送料步距，每個步距可沖一個或多個零件。進距與排樣方式有關，是決定擋料銷位置的依據(jù)。條料寬度的確定與模具的結(jié)構有關。 進距確定的原則是，最小條料寬度要保證沖裁時工件周邊有足夠的搭邊值；最大條料寬度能在沖裁時順利的在導料板之間送進條料，并有一定的間隙。 復合模送料步距 S=零件的長度+搭邊值 （2-2） S＝23+2.2 ＝25.2(mm) 2.4.4 材料利用率 材料利用率通常是指在一個進距內(nèi)的制件實際面積與所用毛坯面積的百分比η： η=F/F0×100% =F/AB×100% （2-3） 式中：η 材料利用率（%）； F — 沖裁件的實際面積(mm2)； F0— 所用材料面積，包括工件面積與廢料面積； A — 送料進距（相鄰兩個制件對應點的距離）； B — 條料寬度(mm)。 η=F/F0×100% =F/AB×100% =30×11+14×8+（3.14×72/2)-(3.14×42+3.14×22×2)/25.2×34×100% =61% 3 模具總體設計 3.1 沖壓力與壓力中心計算 沖裁過程中，沖裁力是隨凸模進入凹模材料的深度而變化的。通常說的沖裁力是指沖裁力的最大值，它是選用壓力機和設計模具重要依據(jù)之一。 表3-1 部分常用沖壓材料的力學性能 材料名稱 牌號 材料狀態(tài) 抗剪強度 抗拉強度 伸長率 屈服強度 普通碳素鋼 Q195 未退火 260～320 320～400 28～33 200 Q235 未退火 310～380 380～470 21～25 240 Q275 未退火 400～500 500～620 15～19 280 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構鋼 08F 已退火 220～310 280～390 32 180 08 已退火 260～360 330～450 32 200 10 已退火 260～340 300～440 29 210 20 已退火 280～400 360～410 25 250 45 已退火 440～560 550～700 16 360 65Mn 已退火 600 750 12 400 3.1.1 沖壓力計算 計算沖裁力是為了選擇合適的壓力機，設計模具和檢驗模具的強度，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 p一般可以按下式計算： Fp=KptLτ (3-1) 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，材料力學性能與厚度公差的變化等因數(shù)而設置的安全系數(shù)Kp，一般取1~3。當查不到抗剪強度r時，可以用抗拉強度σb代替τ，而取Kp=1的近似計算法計算。根據(jù)公式3-1可得出詳見表（表3-3）。 　　抗剪強度按退火45鋼板計算，查表(《實用沖壓技術手冊》 P329，表8－49 黑色金屬的機械性能)，得45鋼退火τ=440～560；取τ=500MPa。 表3-2 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 ＞0.5~0.25 ＞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 對于表中的數(shù)據(jù)，厚的材料取小直，薄材料取大值。 表3-3 沖壓力 項目分類 項目 公式 結(jié)果 備注 沖壓力 落料力F落 F落=1.3ltτ 137800N τ=500MPa L=106mm 沖孔力F沖 F沖=1.3ltτ 65312N L=50.24mm 卸料力F卸 F卸=K卸F沖 3265.6N 查表5得K卸=0.05 推件力F推 F推=nK推F落 9646N n=h/t=12/2=6 K推=0.07 總沖壓力F總 F總=F落+F沖+F卸+F推 216023.6N 3.1.2 壓力中心計算 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，會使沖模和力機滑塊產(chǎn)生偏心載荷，使滑塊和導軌之間產(chǎn)生過大的摩擦，模具導向零件加速磨損，降低模具和壓力機的使用壽命。沖模的壓力中心，可以按下述原則來確定： （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） 形狀復雜的零件、多孔沖模、級進模的壓力中心可以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位置0，0（x=0,y=0），即為所求模具的壓力中心如圖（圖3-1），根據(jù)公式： （3-2） （3-3） 先求合力，即使有力矩也要轉(zhuǎn)化成單一的力矢量；然后選取任意點作轉(zhuǎn)動中心根據(jù)力矩平衡原理求作用點的坐標。最后從作用點出發(fā)畫出合力交與物體表面得到的交點即壓力中心。得出表（表3-4），最后畫出壓力中心圖如圖（圖3-1）。 表3-4 壓力中心計算 基本要素長度L/mm 各基本要素壓力中心的坐標值 X Y L1=30 0 0 L2=11 15 5.5 L3=8 11 11 L4=8 7 15 L5=21.98 0 19 L6=8 -7 15 L7=8 -11 11 L8=11 -15 5.5 L9=25.12 0 19 L10=12.56 -10 5.5 L11=12.56 10 5.5 合計156.12 0 10.1 圖 3-1 壓力中心 由以上計算結(jié)果可以看出該工件的壓力中心在（0，10.1）這一點。 3.1.3 沖裁模間隙的確定 沖裁間隙時指沖裁模中凹模刃口橫向尺寸DA與凸模刃口橫向尺寸dr的差值（如圖3-2），是設計模具的重要工藝參數(shù)。 圖 3-2沖裁間隙 （1）間隙對沖裁件尺寸精度的影響 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，則精度越高，這個差值包括兩方面的偏差，一是沖裁件相對于凸模或凹模的偏差，二是模具本身的制造偏差。 （2）間隙對模具壽命的影響 間隙是也許模具壽命諸因數(shù)中最主要的因數(shù)之一，沖裁過程中，凸模與被沖的孔之間，凹模與落料件之間均有摩擦，而且間隙越小，模具作用的壓應力越大，摩擦也越嚴重，所以過小的間隙對模具壽命極為不利。 設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，但分別從質(zhì)量，沖裁力、模具壽命等方面的要求確定的合理間隙并不是同一個數(shù)值，只是彼此接近?？紤]到制造中的偏差及使用中的磨損、生產(chǎn)中通常只選擇一個適當?shù)姆秶鳛楹侠黹g隙，只要間隙在這個范圍內(nèi)，就可以沖出良好的制件，這個范圍的最小值稱為最小合理間隙Zmin，最大值稱為最大合理間隙Zmax?？紤]到模具在使用過程中的磨損使間隙增大，故設計與制造新模具時要采用最小合理間隙值Zmin。 根據(jù)始用間隙表（3-5）查得材料45號鋼的最小雙面間隙Zmin=0.260mm，最大雙面間隙Zmax=0.380mm 表3-5 沖裁模初始用間隙2c(mm) 材料 厚度 08、10、35、 09Mn、Q235 16Mn 45、50 65Mn 2Cmin 2Cmax 2Cmin 2Cmax 2Cmin 2Cmax 2Cmin 2Cmax 小于0.5 極小間隙 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 0.4000.460 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 3.2 工作零件刃口尺寸計算 3.2.1 刃口尺寸確定的原則 （1）凸、凹模刃口尺寸和公差的確定，直接影響沖裁生產(chǎn)的技術經(jīng)濟效果，是沖裁模設計的重要環(huán)節(jié)，必須根據(jù)沖裁的變形規(guī)律、沖模的磨損規(guī)律和經(jīng)濟的合理性，遵循以下原則： ① 設計落料模時，應以凹模尺寸為基準，間隙取在凸模上，靠減小其尺寸獲得；設計沖孔模時，應以凸模尺寸為基準，間隙取在凹模上，靠增大其尺寸獲得。 ② 根據(jù)沖模的磨損規(guī)律，凹模的磨損使落料件輪廓尺寸增大，因此設計落料模時，凹模的刃口尺寸應等于或接近工件的下極限尺寸；凸模的磨損使沖孔件的孔徑尺寸減小，因此設計沖孔模時，凸模的刃口尺寸應等于或接近工件的上極限尺寸。 ③ 沖裁模在使用中，由于磨損間隙值將不斷增大，因此設計時無論是落料模還是沖孔模，新模具都必須選取最小合理間隙，使模具具有較長的壽命。 ④ 根據(jù)工件尺寸公差的要求，確定模具刃口尺寸的公差等級。 （2）工作零件刃口計算 凸、凹模刃口尺寸和公差的確定，直接影響沖裁生產(chǎn)的技術經(jīng)濟效果，是沖裁模設計的重要環(huán)節(jié)，必須根據(jù)沖裁的變形規(guī)律、沖模的磨損規(guī)律和經(jīng)濟的合理性，遵循以下原則： ① 設計落料模時，應以凹模尺寸為基準，間隙取在凸模上，靠減小其尺寸獲得；設計沖孔模時，應以凸模尺寸為基準，間隙取在凹模上，靠增大其尺寸獲得。 ② 根據(jù)沖模的磨損規(guī)律，凹模的磨損使落料件輪廓尺寸增大，因此設計落料模時，凹模的刃口尺寸應等于或接近工件的下極限尺寸；凸模的磨損使沖孔件的孔徑尺寸減小，因此設計沖孔模時，凸模的刃口尺寸應等于或接近工件的上極限尺寸。 ③ 沖裁模在使用中，由于磨損間隙值將不斷增大，因此設計時無論是落料模還是沖孔模，新模具都必須選取最小合理間隙，使模具具有較長的壽命。 ④ 根據(jù)工件尺寸公差的要求，確定模具刃口尺寸的公差等級。 3.2.2 刃口尺寸確定的方法 模具刃口尺寸計算方法分為兩種。 （1）凸模和凹模分開加工 在這種情況下，需要分別計算和標注凸模和凹模的尺寸和公差。落料時，間隙取在凸模上；沖孔時，間隙取在凹模上。凸模和凹模分開加工的優(yōu)點是凸模和凹模具有互換性，可以批量生產(chǎn)。但是為了保證合理的間隙，要求加工凸模和凹模的機床精度高，加工難度大，因此凸模和凹模分開加工的方法僅適用于形狀簡單的沖裁模。 （2）凸模和凹模配合加工 所謂配合加工就是在凸模和凹模中先選定一件為基準件，制造好后用它的實際刃口尺寸來配做另一件，使它們之間達到最小合理間隙值。落料時，先做凹模，以它為基準件配做凸模，保證最小的合理間隙值；沖孔時，先做凸模，以它為基準件配做凹模，保證最小的合理間隙值。 凸、凹模配合加工方法有利于獲得最小合理間隙，放寬對模具加工設備的精度要求，而沖模的生產(chǎn)規(guī)模多數(shù)情況下均屬于單件或小批量生產(chǎn)，因此，目前多數(shù)工廠均采用配合加工法生產(chǎn)凸模和凹模。 所以，根據(jù)工件圖，確定落料部分以落料凹模為基準計算 ,落料凸模按間隙值配制；沖孔部分以沖孔凸模為基準計算,沖孔凹模按間隙值配制。既以落料凹模、沖孔凸模為基準，凸凹模按間隙值配制。 設沖孔尺寸為，設工件尺寸為D,根據(jù)以上原則，沖孔時以凸模為設計基準，首先確定凸模刃口尺寸，使凸?；境叽缃咏虻扔诠ぜ椎淖畲髽O限尺寸，再增大凹模尺寸以保證最小合理間隙 2Cmin。凸模制造偏差取負偏差，凹模取正偏差。 3.2.3 刃口尺寸計算 根據(jù)工件圖，確定落料部分以落料凹模為基準計算 ,落料凸模按間隙值配制；沖孔部分以沖孔凸模為基準計算,沖孔凹模按間隙值配制。既以落料凹模、沖孔凸模為基準，凸凹模按間隙值配制，詳細計算見表（表3-6）。 表3-6 刃口尺寸 尺寸及分類 沖裁間隙 磨損系數(shù) 計算公式 結(jié)果 備注 落料凹模 Dmax=30 Zmin=0.260mm Zmax=0.380mm Zma－Zmin =0.380－0.260 =0.12mm 制件精度為：IT14級,故x=0.5 Dd＝（Dmax－X△） Dd＝（Dd－Zmin) ＝（Dmax－X△－Zmin) Dd=29.62 相應凸模尺寸按凹模尺寸配作，保證雙面間隙在0.260～0.380之間,制造公差為D/4 Dmax=11 Dd=10.735 Dmax=19 Dd=18.84 R7 Dd=6.74 沖孔凸模 Dmin=?4 制件精度為：IT12級,故x=0.75 ＝（＋ X△） ＝（ ＋ Zmin) ＝（＋ X△ ＋ Zmin) =4.188 Dmin=?8 =8.263 孔心距 L200.32 Ld=LD/8 Ld=200.04 L170.32 Ld=170.04 表3-7系數(shù)x 料厚t(mm) 非圓形 圓形 1 0.75 0.5 0.75 0.5 工件公差△/mm 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 3.3 工作零件結(jié)構設計 3.3.1 沖孔凸模設計 由于沖件的形狀和尺寸不同，沖模結(jié)構與加工以及裝配工藝等實際條件不同，在實際生產(chǎn)中使用的凸模結(jié)構形式很多。其斷面形狀有圓形和非圓形。沖孔時凸模為圓形，為使凸模的強度剛性較好，裝配修磨方便，則采用臺階式凸模。落料時凸模為非圓形，凡是截面為非圓形的凸模，應用最為廣泛的有臺肩固定和鉚接兩種，其固定部分應盡量簡化成簡單形狀的幾何截面（圓形或矩形）。但不論那種固定方法，只要工作部分截面是非圓形的，而固定部分是圓形的，都必須在固定端處加防轉(zhuǎn)銷。以鉚接發(fā)固定時，鉚接部位的硬度較工作部分要低。則采用臺肩式固定。 凸模長度：L凸＝h1+h2+h3＝14+6+15＝30(mm) 其中：h1—凸模固定板厚 h2—墊板厚 h3—凹模板厚 校核沖孔凸模強度 σk1=Ltτ/Fk≤[σ] (3-4） σk2=tτ/Fk≤[σ] (3-5） 式中 L—沖件輪廓的周長（mm）； t—沖件材料厚度（mm）； Fk—接觸面積（mm2），取接觸寬度為t/2； σk—凸模刃口接觸應力（MPa）； [σ]—凸模材料許用應力，對于T10A模具鋼，可取500～800（MPa）。 該沖孔凸模的強度校核計算如下： 校核沖?？? 由公式(3-2)得： σk1=25.12×2×600/50.24 =600MPa＜[σ]=800MPa 則最大孔的凸模的強度足夠。 沖件輪廓周長為25.12mm，沖件材料厚度2mm，接觸面積50.24 mm2，沖件材料抗剪強度取600MPa，凸模材料許用應力取800MPa。 根據(jù)以上計算和表3-6畫出零件圖（見圖3-3）。 使用凸模固定板固定。 圖 3-3 沖孔凸模 3.3.2 落料凹模設計 凹模采用整體凹模，各種沖裁的凹?？拙捎镁€切割機床加工，安排凹模在模架上位置時，要依據(jù)計算壓力中心的數(shù)據(jù)，將壓力滑塊中心與模柄中心重合。 整體式凹模的外形一般有矩形與圓形兩種。凹模的外形尺寸應保證有足夠的剛度、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。 凹模厚度：H=KB(B≥15mm) （3-6） 查表《實用沖壓技術手冊》 P225，表5系數(shù)K值，得K=0.32 H=0.32×30＝9.6mm 凹模邊壁厚：C≥（1.5～2）H C＝（1.5～2）×9.6＝（14.4～19.2）mm 實取C=18mm 凹模板邊長：L＝B+2C＝30+2×18＝66mm 查標準JB/T6743.1－94：凹模板寬B＝60mm 故確定凹模板外形為：66×62×9.6（mm）凹模板作成薄型形式并加空心墊板后，查表《沖模設計手冊》 P631，表3-7 矩形和圓形凹模外形尺寸，實取為：66×62×20（mm）圖3-4）。 圖3-4 落料凹模 3.3.3 凸凹模設計 （1）凸凹模外形尺寸的確定 凸凹模的外形由本套模具所設計的零件圖樣外形確定。凸凹模的外形尺寸應保證有足夠的強度、剛度和修磨量，一般根據(jù)被沖材料的厚度和沖裁件的最大外形尺寸來確定的，與落料凹模配合確定，其內(nèi)孔尺寸與沖孔凸模配合確定。 （1）凸凹模壁厚的確定 凸凹模是復合模中同時具有落料凸模和沖孔凹模作用的工作零件。它的內(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。從強度方面考慮，其壁厚應受最小值限制。凸凹模的最小壁厚與模具結(jié)構有關：當模具為正裝結(jié)構時，內(nèi)孔不積存廢料，脹力小，最小壁厚可以小些；當模具為倒裝結(jié)構時，若內(nèi)孔為直筒型刃口形式，且采用下出料方式，則內(nèi)孔積存廢料，脹力大，故最小壁厚應大一些。 查【《沖模設計應用實例》P46，公式 2-27 矩形和圓形凹模外形尺寸】凸凹模的最小壁厚值，目前一般按經(jīng)驗數(shù)據(jù)確定，倒裝復合模的凸凹模最小壁厚見表3-8。正裝復合模的凸凹模最小壁厚可比倒裝的小一些。 表3-8 凸凹模的最小壁厚 材料厚度t/mm 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.5 最小壁厚mm 1.4 1.8 2.3 2.7 3.2 3.6 4.0 4.4 4.9 5.2 5.8 材料厚t/mm 2.8 3.0 3.2 3.5 3.8 4.0 4.2 4.4 4.6 4.8 5.0 最小壁厚mm 6.4 6.7 7.1 7.6 8.1 8.5 8.8 9.1 9.4 9.7 10 凸凹模內(nèi)外刃口間壁厚校核：根據(jù)沖裁件結(jié)構凸凹模內(nèi)外刃口最小壁厚為4.9mm，該壁厚大于4.9mm即可，本設計中凸凹模的壁厚為5.2mm，故該凸凹模的側(cè)壁強度要求足夠。 （3）凸凹模洞口類型的選取 本設計采用的是倒裝式復合模，故凸凹模在下模，采用下出料方式，需要設計凸凹模洞口類型，排出積存廢料。 凸凹模洞口的類型如圖3-5所示，其中a、b、c型為直筒式刃口凹模，其特點是制造方便，刃口強度高，刃磨后工作部分尺寸不變，廣泛用于沖裁公差要求較小，形狀復雜的精密制件。但因廢料的聚集而增大了推件力和凸凹模的漲裂力，給凸、凸凹模的強度都帶來了不利影響。一般復合模和上出件的沖裁模用a、c型，下出件用b、d型其中d型是錐筒式刃口，在凸凹模內(nèi)不聚集材料，側(cè)壁磨損小，但刃口強度差，刃磨后刃口徑向尺寸略有增大。 綜上所述，本設計選用a型洞口。 (a)直通式 (b)直通式 (c)直通式 (d)錐筒式 (e)錐形式 圖3-5 凸凹模洞口的類型 凸凹模材料常與凸模相同，但硬度要比凸模稍硬，根據(jù)經(jīng)驗這樣磨損相當，有利于同時進行給換或修磨，所以選用T10A，熱處理后硬度達到58～62HRC。使用凸凹模固定板固定。 落料凸模長度：L=h1+h2+h=7+5+12=24（mm） (3-7) 其中：h1—落料凸模固定板厚度 h2—彈性卸料板厚度 h—增加長度（包括凸模進入凹模深度，彈性元件安裝高度等） 落料凸模內(nèi)外刃口間壁厚校核：根據(jù)沖裁件結(jié)構，落料凸模內(nèi)外刃口最小壁厚為7mm，根據(jù)強度要求查表《實用沖壓技術手冊》P228，表3－8 凸凹模最小壁厚知，該壁厚為5mm，故該落料凸模側(cè)壁強度足夠（見圖3-6）。 圖3-6 凸凹模 以上是工作零件的設計，沖壓模具工作時要承受沖擊、震動、摩擦、高壓和拉伸、彎曲等負荷，工作條件復雜,易發(fā)生磨損、疲勞、斷裂、變形等現(xiàn)象。因此對模具工作零件材料的要求比普通零件高。一般硬度要達到58～60HRC。 4 其它模具零件的設計 4.1 卸料板的設計 卸料裝置可以卸下廢料，也可以卸下沖件。其結(jié)構形式較小沒有較大的卸料力。在此模具中將采用生產(chǎn)中采用彈性卸料裝置。因為彈性卸料較快，零件的厚度為2毫米，相對此模具比較薄，卸料力較小，故采用彈性卸料。 在前面沖壓工藝分析中已經(jīng)選擇了卸料裝置為彈性卸料，采用卸料板卸料。卸料板的厚度一般取5～20mm，考慮到材料厚度不大所以取5mm，卸料板的周界尺寸與凹模的板的周界尺寸相同，卸料板采用45剛制造，淬火硬度為40～45HRC。卸料板與凸凹模的間隙值由表4-2確定，取0.15mm料板的具體結(jié)構形式和 （1） 外形：彈壓卸料板的外形一般與同方向的固定板的外形一致，彈性卸料板一般與凹模外形一致。 （2） 厚度：Ｈx=6mm。 （3） 成形孔：基本與凹模刃口的形狀相同。 在前面沖壓工藝分析中已經(jīng)選擇了卸料裝置為彈性卸料，采用卸料板卸料。卸料板的厚度查表4-1取周界尺寸與凹模的板的周界尺寸相同。卸料板與凸凹模的間隙值由表4-2確定，取0.10mm料板采用Q235鋼制造，淬火硬度為40～45HRC。 表4-1 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 >0.81～0.5 6 8 10 12 14 >1.5～3 8 10 12 14 16 表4-2 彈壓卸料板與凸模間隙值 材料厚度t/mm ＜0.5 0.5～1 ＞1 單邊間隙Z/mm 0.05 0.1 0.15 根據(jù)以上結(jié)論應選用卸料板(GB2858.5-81) 66×62×6（mm）Q235 （如圖4-1）。 圖4-1 卸料板 4.2 墊板的設計 墊板的作用是承受和擴散凸?；虬寄鬟f的壓力，防止模座被擠壓損傷，墊板上下面須磨平。是否采用墊板,以承壓面較小的凸模進行計算,沖小孔的凸模承壓應力為: б=F/A=600MPa (4-1) 式中： F—沖裁力(N) A—模具支承端面積(mm) T8A鋼模板的［бp］為300－360MPa б＞［бp］ 因此必須采用墊板，一般取墊板厚度為5mm。 根據(jù)落料凹模的尺寸查《實用沖壓技術手冊》查得： 墊板(GB2858.6-81) 66×62×5（mm）T8A 鋼 見下圖（圖4-2）。 圖4-2 墊板 4.3 凸模固定板設計 凸模固定板用于將凸模準確的安裝在上模座上，以保證在沖裁過程中凸模能穩(wěn)定、可靠地工作。凸模固定板的外形及長寬尺寸一般與凹模外形和尺寸一致。凸模固定板與凸模一般采用H7/m6過渡配合。根據(jù)查《實用沖壓技術手冊》查得 凸模固定板(GB2858.5-81) 66×62×10（mm）45 鋼 如圖：（圖4-3）。 圖4-3 凸模固定板 4.4 凸凹模固定板 凸凹模固定板用于將凸模準確的安裝在下模座上，以保證在沖裁過程中凸凹模能穩(wěn)定、可靠地工作。凸凹模固定板的外形及長寬尺寸一般與凹模外形和尺寸一致。凸模固定板與凸模一般采用H7/m6過渡配合查《實用沖壓技術手冊》 查得： 凸凹模固定板(GB2858.5-81) 66×62×10（mm）45 鋼 （見圖4-4）。 圖4-4 凸凹模固定板 4.5 模架的選用 模架是整副模具的骨架，模具的全部零件都固定其上，并承受沖壓過程的全部載荷。上下模間的精確位置，由導柱、導套的導向?qū)崿F(xiàn)。 方案一：采用對角導柱模架。由于導柱安裝在模具壓力中心對稱的對角線上，所以上模座在導柱上滑動平穩(wěn)。常用于縱向送料的落料模、復合模。 方案二：采用后側(cè)導柱模架。由于前面和左、右不受限制，送料和操作比較方便。因為導柱安裝在后側(cè)，但是不能使用浮動模柄。 方案三：四導柱模架。具有導向平穩(wěn)、導向準確可靠、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及大量生產(chǎn)用的自動沖壓模架。 方案四：中間導柱模架。導柱安裝在模具的對稱線上，導向平穩(wěn)、準確。只能一個方向送料。 （a） （b） （c） （d） 圖4-1 導柱模架 根據(jù)以上方案比較并結(jié)合模具結(jié)構形式和送料方式，為提高模具壽命和工件質(zhì)量，采用后側(cè)導柱模架，操作者可以看見條料在模具中的送進動作。由于前面和左、右不受限制，送料和操作比較方便，并能滿足工件成型的要求。即方案二最佳，本次模架選取非標準后側(cè)導柱100×100×60～100mm架一副。 表4-2 導柱、導套配合間隙 配合形式 導柱直徑 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 4.6 壓力機的規(guī)格選用 根據(jù)以下條件： （1）總沖壓力 F總＝21.6kN （2）模具閉合高度 Hmax-5mm≥100≥Hmin+10mm （4-2） 裝模高度 hmax-5mm≥100≥hmin+10mm （4-3） 可調(diào)節(jié)連桿，對壓力機工作有利。如果模具閉合高度過小，加墊板，如果模具的閉合高度大于壓力機的最大封閉高度時，模具就不能在壓力機上使用。 （3）沖床工作臺面和滑塊底面尺寸,一般壓力機臺面應大于模具底座尺寸50～70mm以上。 查表【《實用沖壓技術手冊》P400，表4—3 開式壓力機基本參數(shù)】。選用J23-3.15開式雙柱可傾壓力機，工作臺面上備制墊塊。其主要工藝參數(shù)如下： 公稱壓力：31.5kN 發(fā)生公稱壓力時滑塊離下極點距離：8mm 滑塊行程：25mm 標準行程次數(shù)：25次∕min 最大閉合高度：120mm 閉合高度調(diào)節(jié)量：25mm 工作臺尺寸（前后×左右）160mm×250mm 工作臺孔尺寸（前后×左右×直徑）90mm×100mm 活動臺壓力機滑塊中心到機身緊固工作臺平面之距離：90mm 模柄孔尺寸（直徑×深寬）：Ф25mm×40mm 工作臺板厚度：30mm 傾斜角（不小于）：45° 校核壓力機閉合高度公式： (Hmax－H1)－5≥H≥(Hmin－H1)＋10 （4-4） 式中： Hmax—壓力機最大裝模高度； Hmin—壓力機最小裝模高度； H1—壓力機墊板的厚度； H—模具閉合高度。 根據(jù)以上參數(shù)可得： 120－25－5≥H≥95－5＋10 90≥H≥100 由上可知H＝95mm，所以壓力機閉合高度滿足。 綜合以上結(jié)果該模具選用選用J23-3.15開式雙柱可傾壓力機。 表4-3 J23系列開式可輕壓力機主要技術參數(shù) 技術參數(shù) 代號 單位 型號 J23-3.15 J23-6.3 J23-10 J23-16 J23-25 J23-35 J23-40 滑塊公稱壓力 Pe kN 31.5 63 100 160 250 350 400 滑塊行程 S mm 25 35 45 55 65 100 100 封閉高度 H2 mm 120 150 180 220 270 290 330 連桿調(diào)節(jié)量 M1 mm 25 30 35 45 55 60 65 滑塊中心線至機身距離 C1 mm 90 110 130 160 200 200 250 滑塊地面尺寸 左右 a mm 100 140 170 200 250 250 300 前后 b mm 90 120 150 180 220 220 260 模柄孔尺寸 直徑 d mm 25 30 30 40 40 40 50 深度 l mm 40 55 55 60 60 60 70 墊塊厚度 H1 mm 30 30 35 40 50 65 65 最大傾斜角 ° 45 45 35 35 30 30 30 工作臺尺寸 左右 a mm 250 310 370 450 560 610 700 前后 b mm 160 200 240 300 370 380 460 5 標準零件的選用 5.1 活動擋料銷及導料銷 定位零件采用活動擋料銷對條料送進時的首次定位，采用活動擋料銷對條料送進時第2次定位，送料時采用自動送料。 查表：《中國模具設計大典》，P613 表22.5－58 活動擋料銷 活動擋料銷A8 JB/T7649.10 材料：45，熱處理硬度43～48HRC 技術條件：按JB/T 7653—1994的規(guī)定 5.2 推桿 確定推件塊的材料為45鋼，沖孔凸模與推件塊的單邊間隙確定為，保證沖孔凸模能正常運動，用于推出制件或廢料的桿件，主要起傳導推件力的作用。 JB/T 7650.1—1994 查表：《中國模具設計大典》，P614 表22.5－59 帶肩推桿 推桿A16×130 JB/T 7650.1 材料：45，熱處理硬度43～48HRC 技術條件：按JB/T 7653—1994的規(guī)定 5.3 圓柱銷 GB/T 119.1—2000 查表：《中國模具設計大典》，P634，表22.6－12 不淬硬鋼和奧氏體不銹鋼圓柱銷。 銷：GB/T 119.1 10 m6×60 GB/T 119.1 10 m6×50 GB/T 119.1 10 m6×45 硬度125～245HV30 材料：45 5.4 卸料螺釘 JB/T 7650.5—1994 查表：《中國模具設計大典》，P618 表22.5－63 圓柱頭卸料螺釘 圓柱頭卸料螺釘M8×38 JB/T 7650.5 材料：45，熱處理硬度35～40HRC 技術條件：按GB/T 3098.3—2000的規(guī)定 5.5 內(nèi)六角圓柱頭螺釘 GB/T 70.1—2000 查表：《中國模具設計大典》，P623，表22.6－1 內(nèi)六角圓柱頭螺釘 螺釘 GB/T 70.1 M10×60 GB/T 70.1 M10×45 GB/T 70.1 M8×30 材料：45 5.6 模柄 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