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目錄
緒 言 3
1沖裁件的工藝分析 4
2沖壓工藝方案的確定 5
3排樣設(shè)計 5
3.1 排樣方法 5
3.2.1 搭邊值的確定 6
3.2.2 條料寬度的確定 7
3.3材料利用率 8
4沖裁力相關(guān)的計算 9
4.1計算沖裁力的公式 9
4.2總沖裁力、推料力、卸料力、頂件力和總沖壓力 11
4.3壓力機公稱壓力的選取 13
5模具壓力中心的確定 14
6沖裁間隙 15
7凸模與凹模刃口尺寸的計算 17
7.1 刃口尺寸計算的基本原則 17
7.2 刃口尺寸計算方法 18
7.3 刃口尺寸計算 21
8 模具總體設(shè)計 22
8.1 模具類型的選擇 22
8.2定位方式的選擇 22
8.2.1 送進導(dǎo)料方式的選擇 22
8.2.2 送料定距方式的選用 23
8.3 卸料、出件方式的選擇 23
9主要零部件的設(shè)計 23
9.1工作零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 24
9.1.1凸凹模的設(shè)計 24
9.1.2 沖孔凸模的設(shè)計 24
9.1.3 落料凹模的設(shè)計 25
9.2 卸料板的設(shè)計 27
9.3 定位零件的設(shè)計 27
9.4 模架及其它零件的設(shè)計 28
10模具總裝圖 29
11壓力機設(shè)備的選定 29
結(jié) 論 31
致 謝 32
參考文獻 33
摘 要
沖壓模具在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。沖壓模具的設(shè)計充分利用了機械壓力機的功用特點，在室溫的條件下對坯件進行沖壓成形，生產(chǎn)效率提高，經(jīng)濟效益顯著。本零件采用的是倒裝復(fù)合模沖裁，主要要涉及到?jīng)_裁件工藝的分析，排樣的設(shè)計，排樣方法，搭邊值的計算，沖裁力的計算，模具壓力中心的計算，凸模與凹模刃口尺寸的計算，模具的總體設(shè)計，主要零部件的設(shè)計，模具總裝配圖的繪制，壓力機設(shè)備的選定。
關(guān)鍵詞: 沖壓、模具、制造
Abstract
Stamping die in industrial production in the extensive application. Stamping die design take full advantage of the characteristics of the function of mechanical press, at room temperature under conditions of the blank piece of stamping, more efficient production and significant economic benefits. Stamping die design take full advantage of the characteristics of the function of mechanical press, at room temperature under conditions of the blank piece of stamping, more efficient production and significant economic benefits. This paper describes the mold structure is simple and practical examples, easy to use and reliable, similar to parts of the mass production of certain references. In a traditional industrial production, production workers in the labour-intensive, and labor capacity, which has seriously affected the improvement of production efficiency. With today's technology development, industrial production in the mold of use has become increasingly arouse people's attention, a lot has been applied to industrial production in the past. Stamping die of automatic feed technology into actual production, stamping die can greatly increase labor productivity, reduce the burden on workers and has important significance of technological progress and economic value.
Key?word:?punching、die、manufacture
緒 言
改革開放以來，隨著國民經(jīng)濟的高速發(fā)展，工業(yè)產(chǎn)品的品種和數(shù)量的不斷增加，更新?lián)Q代的不斷加快，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。模具，做為高效率的生產(chǎn)工具的一種，是工業(yè)生產(chǎn)中使用極為廣泛與重要的工藝裝備。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)的自動化的特點。
1沖裁件的工藝分析
由零件圖1—1可知，該零件形狀簡單、對稱，是由圓弧和直線組成。沖裁件內(nèi)外形所能達到的精度要求不高為IT12。將以上精度與零件簡圖中所標(biāo)注的尺寸公差相比較，可認(rèn)為該零件的精度要求能夠在沖裁加工中得到保證。其它尺寸標(biāo)注、生產(chǎn)批量等情況，也均符合沖裁的工藝要求，故決定采用沖裁落料復(fù)合模進行加工，且一次沖壓成形。
材料：08鋼具有良好的塑性、焊接性、可鍛性及良好的沖壓性能，常用來制造焊接結(jié)構(gòu)件和沖壓件。
工件結(jié)構(gòu)形狀：沖裁件外形應(yīng)盡量避免有尖角，為了提高模具壽命，在所有60°清角改為R2的倒角。
零件精度的選擇：
本文所設(shè)計的沖裁零件是板件如圖1-1，該沖裁件的材料為08鋼，具有較好的可沖壓性能。該沖裁件的結(jié)構(gòu)較簡單，比較適合沖裁，零件圖上所有尺寸均未注公差，屬于自由尺寸，可參考《極限配合與技術(shù)測量》確定沖裁件公差等級，根據(jù)查表，該零件的公差等級取IT12級確定零件的尺寸公差。
圖1-1 零件簡圖
2沖壓工藝方案的確定
該工件包括落料、沖孔兩個基本工序，可以有以下三種工藝方案：
方案一：先落料，后沖孔，采用單工序模生產(chǎn)。
方案二：沖孔——落料復(fù)合沖壓，采用復(fù)合模生產(chǎn)。
方案三：沖孔——落料級進沖壓。采用級進模生產(chǎn)。
方案一單工序沖裁模指在壓力機一次行程內(nèi)只完成一個沖壓工序的沖裁模。該模具結(jié)構(gòu)簡單，但需要兩道工序兩副模具，成本高而生產(chǎn)效率低，難以滿足中批量生產(chǎn)的要求。
方案二復(fù)合沖裁模是指在一次工作行程中，在模具同一部位同時完成數(shù)道沖壓工序的模具。該模具只需要一副模具，工件的精度及生產(chǎn)效率都很高，但工件最小壁厚2.0mm接近凸凹模許用最小壁厚2.2mm，模具強度較差，制造難度大，并且沖壓后成品件留在模具上，在清理模具上的物料時會影響沖壓速度，操作不方便。
方案三級進模：是指壓力機在一次行程中，依次在模具幾個不同的位置上同時完成多道沖壓工序的模具。它也只需要在一副模具內(nèi)可以完成多道不同的工序，可包括沖裁、彎曲、拉深等，具有比復(fù)合更好的生產(chǎn)效率。它的制件和廢料均可以實現(xiàn)自然漏料，所以操作安全、方便，易于實現(xiàn)自動化。難以保證制件內(nèi)、外相對位置的準(zhǔn)確性因此制件精度不高。
通過對上述三種方案的的分析比較，因為該制件的精度要求不高，用于批量生產(chǎn)。所以該制件的沖壓生產(chǎn)采用方案二為佳。
3排樣設(shè)計
3.1 排樣方法
排樣的方法有:直排、斜排、直對排、混合排，根據(jù)設(shè)計模具制件的形狀、厚度、材料等方面的全面考慮，排樣方法采用直排式排樣法。如圖3-1所示3.2搭邊值、條料寬度的確定
3.2.1 搭邊值的確定
排樣時零件之間以及零件與條料側(cè)邊間留下的工藝余料，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，降低模具壽命或影響送料工作。
圖3-1 排樣圖
搭邊值通常由經(jīng)驗確定，表所列搭邊值為普通沖裁時經(jīng)驗數(shù)據(jù)之一。
表3-1 搭邊a和a1數(shù)值
材料厚度
圓件及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
3.0~3.5
3.5~4.0
4.0~5.0
5.0~12
1.8
1.2
1.0
0.8
1.0
1.2
1.5
1.8
2.2
2.5
3.0
0.6t
2.0
1.5
1.2
1.0
1.2
1.5
1.8
2.2
2.5
2.8
3.5
0.7t
2.2
1.8
1.5
1.2
1.5
1.8
2.0
2.2
2.5
2.5
3.5
0.7t
2.5
2.0
1.8
1.5
1.8
2.0
2.2
2.5
2.8
3.2
4.0
0.8t
2.8
2.2
1.8
1.5
1.8
2.0
2.2
2.5
2.8
3.2
4.0
0.8t
3.0
2.5
2.0
1.8
2.0
2.2
2.5
2.8
3.2
3.5
4.5
0.9t
根據(jù)制件厚度與制件的排樣方法可以查表3—1得：
搭邊值工件間a1為2.0mm
沿邊a 為2.2mm
3.2.2 條料寬度的確定
排樣方式和搭邊值確定以后，條料的寬度和進距也就可以設(shè)計出。
計算條料寬度有三種情況需要考慮：
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。
該零件采用無側(cè)壓裝置的模具，其條料寬度應(yīng)考慮在送料過程中因條料的擺動而使側(cè)面搭邊減少。為了補償面搭邊的減少部分，條料寬度應(yīng)增加一個條料的擺動量。故條料寬度為：
B=［D+2a+c］ （3-1）
式中：B——條料寬度的基本尺寸；
D ——條料寬度方向沖裁件的最大尺寸；
a——側(cè)搭邊值。
C——條料與導(dǎo)料板之間的間隙（即條料的可能擺動量）：B≤100, c=0.5～1.0; B＞100, c=1.0～1.5.
表3-2 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
~1
1~2
2~3
3~5
~50
50~100
100~150
150~220
220~300
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
導(dǎo)料板之間的距離，應(yīng)使條料與導(dǎo)料板之間保持一定的間隙查表3—3，以保證送料暢通。
表3-3 條料寬度偏差（mm）
條料寬度
B|mm
材料厚度
～0.5
＞0.5～1
＞1～2
～20
0.05
0.08
0.1
＞20～30
0.08
0.1
0.15
＞30～50
0.1
0.15
0.2
D取值由設(shè)計條料寬度方向沖裁件的最大尺寸為60 (mm)
側(cè)搭邊值a可以從表3—1中查出為2.2 (mm)
故帶入條料寬度公式得；
查表3—2可得條料寬度偏差下偏差—△為-0.8(mm)
B=［D+2a+c］
=（60+2×2.2+0.8）-00.6
=65.2 -00.4(mm)
3.3材料利用率
材料利用率通常以一個進距內(nèi)制件的實際面積與所用毛坯面積的百分率η表示；
η=(nA1/hB)×100% （3-2）
式中η—— 材料利用率（%）；
n—— 沖裁件的數(shù)目；
A1—— 沖裁件的實際面積(mm2)；
B—— 板料寬度(mm)；
h——進距；
計算沖壓件的面積；
A1=25×21.65×6-3.14×15×15
=2541(mm2)
條料寬度計算：
B=50+2×2.2
=54.4 (mm)
送進距離計算：
h=43.3+2
=45.3 (mm)
一個進距的材料利用率；
η=(nA1/hB)×100%
=［1×2541÷(45.3×54.4)］×100%
=91.3%
由此可之，η值越大，材料的利用率就越高，廢料越少。工藝廢料的多少決定于搭邊和余量的大小，也決定于排樣的形式和沖壓方式。因此，要提高材料利用率，就要合理排樣，減少工藝廢料。
4沖裁力相關(guān)的計算
4.1計算沖裁力的公式
計算沖裁力的目的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 p一般可以按下式計算：
Fp=KptLτ
式中 τ——材料抗剪強度，見附表（MPa）；
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。
表4—1常用沖壓材料的力學(xué)性能
材料名稱
牌號
材料狀態(tài)
抗剪強度
抗拉強度
申長率
屈服強度
電工用純鐵
C＜0.025
DT1、DT2、
DT3
已退火
180
230
26
—
普通碳素鋼
Q195
火未退
260—320
320—400
28—33
200
Q235
310—380
380—470
21—25
240
Q275
400—500
500—620
15—19
280
優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼
08F
已退火
220—310
280—390
32
180
08
260—360
330—450
32
200
10
260—340
300—440
29
210
20
280—400
360—510
25
250
45
440—560
550—700
16
360
65Mn
600
750
12
400
不銹鋼
1Cr13
已退火
600
400—470
21
—
1Cr18Ni9Ti
熱處理退軟
320—380
540—700
40
200
鋁
L2、L3、L5
已退火
80
75—110
25
50—80
冷作硬化
100
120—150
4
—
鋁錳合金
LF21
已退火
70—110
110—145
19
50
硬鋁
LY12
已退火
105—150
150—215
12
—
淬硬后冷作硬化
280—320
400—600
10
340
純銅
T1、T2、T3
軟態(tài)
160
200
300
7
硬態(tài)
240
300
3
黃銅
H62
軟態(tài)
260
300
35
—
半硬態(tài)
300
380
20
200
H68
軟態(tài)
240
300
40
100
半硬態(tài)
280
350
25
—
由于材料08鋼的力學(xué)性能查（表4—1）可得：抗剪強度τ=260～360，故取起抗拉強度σb代替抗剪強度τ，查表可知σb=τ=360(MPa)。
4.2總沖裁力、推料力、卸料力、頂件力和總沖壓力
由于沖裁模具采用彈性卸料裝置和上出件方式。
F——總沖壓力。
Fp——總沖裁力。
FQ——卸料力
FQ1——推料力。
FQ2——頂件力
計算總沖裁力
Fp=F1+F2
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：
L2=25×6
=150 （mm）
沖孔周長為： L1=3.14×30
=94.2（mm）
落料沖裁力為：
F1=KptL2τ
=1×2×150×360
=108000 (N)
沖孔沖裁力為：
F2=KptL1τ
=1×2×94.2×360
=67824 (N)
所以可求總沖裁力為：
Fp=F1+F2
=108000+67824
=175824（N）
表4-2 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
按卸料力公式計算卸料力FQ
FQ=KxFp
查表4—2得Kx=0.04
根據(jù)公式得
FQ=KxFp
=0.04×175824
=7032.96 (N)
按推料力公式計算推料力FQ1
FQ1=nKtFp
取n=2
查表4—2得Kt=0.055
n——梗塞在凹模內(nèi)的制件或度料數(shù)量（n=h/t h直刃口部分的高度，t材料厚度）
根據(jù)公式得
FQ1=nKtFp
=2×0.055×175824
=19340.64
按頂件力公式算頂件力FQ2
FQ2=KdFp
Kd查表4—2得0.06
根據(jù)公式得
FQ2=KdFp
=0.06×175824
=10549.44 （N）
4.3壓力機公稱壓力的選取
沖裁時，壓力機的公稱壓力必須大于或等于沖裁各工藝力的總和。
采用彈壓卸料裝置和上出件的模具
表4—3 常用冷沖壓設(shè)備的工作原理和特點
類型
設(shè)備名稱
工作原理
特點
機械式
壓力機
摩擦壓力機
利用摩擦盤與飛輪之間相互接觸傳遞動力，皆助螺桿與螺母相對運動原理而工作。
結(jié)構(gòu)簡單，當(dāng)超負(fù)荷時，只會引起飛輪與摩擦盤之間的滑動，而不致?lián)p壞機件。
但飛輪輪緣摩擦損壞大，生產(chǎn)率低。適用于中小件的沖壓加工，對于校正、亞印和成形等沖壓工序尤為適宜。
曲柄式壓力機
利用曲柄連桿機構(gòu)進行工作，電機通過皮帶輪及齒輪帶動曲軸傳動，經(jīng)連桿使滑塊作直線往復(fù)運動。曲柄壓力機分為偏心壓力機和曲軸壓力機，二者區(qū)別主要在主軸，前者主軸是偏心軸，后者主軸是曲軸。偏心壓力機一般是開式壓力機，而曲軸壓力機有開式和閉式之分。
生產(chǎn)率高，適用于各類沖壓加工。
高速壓力機
工作原理與曲柄壓力機相同，但其剛度、精度、行程次數(shù)都比較高，一般帶有自動送料裝置、安全檢測裝置等輔助裝置。
生產(chǎn)率很高，適用于大批量生產(chǎn)，模具一般采用多工為級進模。
液壓機
油壓機
水壓機
利用帕斯卡原理，以水或油為工作介質(zhì)，采用靜壓 力傳遞進行工作，使滑塊上、下往復(fù)運動。
壓力大，而且是靜壓力，但生產(chǎn)率低。適用于拉深、擠壓等成形工序。
根據(jù)公式得
F=Fp+FQ+FQ2
=175824+7032.96+10549.44
=193406.4 (N)
沖壓設(shè)備屬鍛壓機械。常見的冷沖壓設(shè)備有機械壓力機（以Jxx表示其型號）和液壓機（以Yxx表示其型號）。
沖壓設(shè)備分類：
1、 機械壓力機按驅(qū)動滑塊機構(gòu)的種類可以分為曲柄式和摩擦式；
2、 按滑塊個數(shù)可分為單動和雙動；
3、 按床身機構(gòu)形式可分為開式（C型床身）和閉式（Ⅱ型床身）；
4、 按自動化程度可分為普通壓力機和高速壓力機等；
常用冷沖壓設(shè)備的工作原理和特點如表4—3
根據(jù)綜上所計算出來的總壓力與常用冷沖壓設(shè)備的工作原理和特點選取壓力機為J23—25。
5模具壓力中心的確定
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。
沖裁模的壓力中心，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的對稱中心。
根據(jù)制件圖可以得出該工件形狀相同且分布位置對稱，所以沖模的壓力中心與零件的對稱中心相重合。
5-1 制件圖紙
6沖裁間隙
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，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。考慮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(dāng)?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Cmin，最大值稱為最大合理間隙Cmax?？紤]到模具在使用過程中的磨損使間隙增大，故設(shè)計與制造新模具時要采用最小合理間隙值Cmin。
沖裁間隙的大小對沖裁件的斷面質(zhì)量有極其重要的影響，此外，沖裁間隙還影響模具壽命、卸料力、推件力、沖裁力和沖裁件的尺寸精度。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，間隙越小，模具作用的壓應(yīng)力越大，摩擦也越嚴(yán)重，而降低了模具的壽命。較大的間隙可使凸模側(cè)面及材料間的摩擦減小，并延緩間隙由于受到制造和裝配精度的限制，雖然提高了模具壽命而，但出現(xiàn)間隙不均勻。因此，沖裁間隙是沖裁工藝與模具設(shè)計中的一個非常重要的工藝參數(shù)。
表6—1 沖裁模初始用間隙2c(mm)
材料
厚度
08、10、35、
09Mn、Q235
16Mn
40、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
0.400