卡板沖壓工藝及模具設計,沖壓,工藝,模具設計 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 內容提要 模具工業(yè)是現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的基礎，沖壓模具是模具工業(yè)的重要組成部分。近年來，與機械相關的各個行業(yè)都越來越重視模具的設計與應用，不僅是因為模具已發(fā)展成為一項比較成熟的共性技術，同時還因為模具在現(xiàn)代工業(yè)中發(fā)揮越來越重要的作用。 在這次畢業(yè)設計中，先介紹了卡板的結構，對其工藝特點進行分析，再根據(jù)其結構特點對模具進行設計。其中重點闡述了成形該零件的級進模的排樣設計、工位設計、模具總體結構設計、模具凸、凹模設計、固定板設計及抬頂料裝置、卸料板結構及各零部件材料、熱處理技術要求等。還介紹了單工序彎曲模的設計。該模具結構簡單，加工質量好，生產效率高。 設計過程中，不可避免的遇到一些困難，但是通過努力最終得以解決。這次設計是對模具設計的一次全面實踐，相信對未來自己從事的工作一定會有相當大的幫助。 關鍵字：沖壓模具，卡板，級進模 Abstract The mould industry is the foundation of the modernization industry, and stamping die plays a very important part in die industry. In recent years, each industry that related with mechanics is all paying more and more attention to the design and application of mould. That is not only because mould has already been developed into one ripe generality technology, but also because mould plays a more and more important role in modernization industry. In the graduation project, the structure of clip board is introduced at first. The technological characteristics of the clip board is analyzed. The die of the clip board is designed according to its structural characteristics. The layout design of the progressive die for forming the part and the designs of the work positions, general structure of the die, the punch and matrix of the progressive die, retaining plate, the structure of the block lifting device, the structure of the stripping plate, and the technical requirements for the material and heat treatment of each component are mainly stated. In addition, the design of the single-operation die for bending is introduced. The die structure is simple, the processing quality of the die is good and the productivity is high. During the design, unavoidable I met some difficulties in the design, but I have conquered them with my assiduity. It’s my first time to practice of the design of mold, so I believe that it will be great helpful for my job in the future. Keyword：stamping die，clip board ，the progressive die 前 言 1 1 緒論 3 1.1　我國沖壓模具業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀 3 1.2我國沖壓模具制造技術發(fā)展趨勢 4 2零件工藝分析及確定工藝方案和模具結構類型 7 ２.1　產品零件圖 7 ２.２　工藝分析 9 2.2.1 工藝審核 9 2.2.2工件工藝分析 10 ２.３　工藝方案及模具結構類型 11 2.3.1.冷沖模類型與結構 11 2.3.2 沖裁模沖裁工藝過程（即沖裁原理） 13 2.3.3 零件方案確定 14 3　連續(xù)模 15 ３.１　半成品零件圖 15 ３.２連續(xù)模的工作原理 16 3.3工件工藝分析 17 ３.4工藝方案及模具結構類型 17 ３.5排樣設計 18 3.5.1排樣的設計 18 3.5.2最小工藝搭邊值的選擇 19 3.5.3. 送料步距的計算 19 3.5.4. 條料寬度的計算 20 ３.6　確定條料利用率 21 ３.7　裁板方式 22 ３.8計算沖裁力 22 3.8.1.沖裁力的計算 22 3.8.2卸料力、推件力、頂件力的計算 23 3.9模壓力中心的確定 25 4 連續(xù)模零、部件結構設計 29 4.1 凸、凹模結構設計 29 4.1.1 凸模 29 4.1.2 凹模 32 4.1.3凸、凹模工作尺寸計算 34 4.2定位形式與結構設計 39 4.2.1設計原則 39 4.2.2定位零件機構與應用 40 4.3卸料結構設計 42 4.4連續(xù)模導向、安裝和有關零、部件 43 4.4.1導向 43 4.4.2結構件與安裝 43 4.4.3緊固件選用 45 4.4.4模具自制零件的材料及熱處理要求 46 5 壓力機的選用與校核 47 6 彎曲模設計計算 49 6.1彎曲的基本原理 49 6.1.1 彎曲工藝的概念及彎曲件 49 6.1.2彎曲的基本原理： 49 6.3彎曲件的工藝性 52 6.4彎曲力的計算 53 6.4.1 彎曲力的計算 53 6.4.2彎曲用壓力機的額定壓力的確定 54 6.5彎曲件的回彈 54 6.6彎曲模工作部分尺寸的確定 55 6.6.1凸、凹模圓角半徑 55 6.6.2凹模深度 56 6.6.3凸、凹模間隙 56 6.6.4凸、凹模工作部分尺寸與公差 56 6.7彎曲模零件總體尺寸的確定 56 6.7.1凸、凹模尺寸 56 6.7.2上、下模座尺寸 57 6.7.3反頂板尺寸 57 6.7.4定位板尺寸 57 6.7.5緊固件選用 57 6.7.5模具自制零件的材料及熱處理要求 58 7 模具裝配 58 總 結 60 參考文獻 61 致 謝 62 前 言 四年的大學生活即將接近尾聲，進行為期兩個月的畢業(yè)設計，我們感受頗深。畢業(yè)設計是對大學四年所學的專業(yè)知識和基礎知識的一個系統(tǒng)性的總結與運用，同時也是一次培養(yǎng)我們分析問題和解決問題的很好的機會，而且畢業(yè)設計也是大學教學的最后一個環(huán)節(jié)，所以我特別珍惜這一次最后的學習機會，認真扎實的完成所分配給我的設計任務，使大學最后的幾個月在學習和進取中充實的度過。另外，畢業(yè)設計還可以培養(yǎng)獨立思考，開發(fā)思維和協(xié)調工作的能力，這對我參加工作后能否盡快地適應社會有很大的幫助。通過這一環(huán)節(jié)的訓練，提高了以下能力： a、綜合運用所學知識和技能，獨立分析和解決設計問題的能力； b、熟練運用基本技能，包括繪圖、計算機應用、翻譯、查閱文獻等等的能力；實驗研究的能力；撰寫科技論文和技術報告，正確運用國家標準和技術語言闡述理論和技術問題的能力： c、收集加工各種信息的能力，獲取知識的能力； d、創(chuàng)新意識和嚴肅認真的科學作風。 本次設計的課題是模具設計，具體是設計卡板的大批量生產用模具。由于卡板屬于小制件產品生產，利用一般機加工方法生產費時費力而且產品質量還不能很好的得到保障。 在現(xiàn)代化工業(yè)生產中，模具已廣泛用于電動機與電器產品、電子與計算機產品，儀表、家電產品與辦公設備、汽車、軍械，通用機械等產品的生產中。 由于模具本身多為單件生產，型面復雜且精度要求高，加工難度大、生產周期長、制造費用高，不宜用于單件及批量小的制品零件生產。 而采用模具生產具有三高兩低的特點，即高效率、高精度、高材料利用率和低成本、低能耗，且產品的一致性好，有利于裝配和互換等，因而得到了廣泛的應用。由于模具是訂單式生產，當前新產品的結構越來越復雜，質量要求也越來越高，交貨期越來越短，這就對模具設計提出了更高的要求。 在現(xiàn)代化工業(yè)生產中，使用模具生產零件制品，是一項優(yōu)質、高效、低能耗、適應性很強的生產技術，同時也是技術含量高、附加值高、使用廣泛的新技術產品，是價值較高的社會財富。但利用模具生產制品，只適用于制品批量較大的生產。 作為模具設計與制造者，應當了解模具生產的全過程。前道工序的操作者，要把后道工序作為自己的“用戶”，使后道工序滿意自己的加工效果；而后道工序又作為前道工序的檢驗及驗收者，互相監(jiān)督檢查，互相制約。只有這樣，才能使模具生產全過程有條不紊、有序進行，并能生產制造出結構合理、精度較高、質量穩(wěn)定，能達到用戶滿意的優(yōu)質模具產品。 對于上述所提到的各項問題，在設計時應綜合考慮。既要有效率，又要能保證質量，最終滿足經(jīng)濟型要求。因此，在本次設計中，我將綜合考慮各項要求，爭取設計出合格的沖模用模具。 1 緒論 1.1　我國沖壓模具業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀 改革開放以來，隨著國民經(jīng)濟的高速發(fā)展，市場對模具的需求量不斷增長。近年來，模具工業(yè)一直以15%左右的增長速度快速發(fā)展，模具工業(yè)企業(yè)的所有制成分也發(fā)生了巨大變化，除了國有專業(yè)模具廠外，集體、合資、獨資和私營也得到了快速發(fā)展。浙江寧波和黃巖地區(qū)的“模具之鄉(xiāng)”；廣東一些大集團公司和迅速崛起的鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)，科龍、美的、康佳等集團紛紛建立了自己的模具制造中心；中外合資和外商獨資的模具企業(yè)現(xiàn)已有幾千家。 近年許多模具企業(yè)加大了用于技術進步的投資力度，將技術進步視為企業(yè)發(fā)展的重要動力。一些國內模具企業(yè)已普及了二維CAD，并陸續(xù)開始使用UG、Pro/Engineer、I-DEAS、Euclid-IS等國際通用軟件，個別廠家還引進了Moldflow、C-Flow、DYNAFORM、Optris和MAGMASOFT等CAE軟件，并成功應用于沖壓模的設計中。 以汽車覆蓋件模具為代表的大型沖壓模具的制造技術已取得很大進步，東風汽車公司模具廠、一汽模具中心等模具廠家已能生產部分轎車覆蓋件模具。此外，許多研究機構和大專院校開展模具技術的研究和開發(fā)。經(jīng)過多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技術方面取得了顯著進步；在提高模具質量和縮短模具設計制造周期等方面做出了貢獻。 例如，吉林大學汽車覆蓋件成型技術所獨立研制的汽車覆蓋件沖壓成型分析KMAS軟件，華中理工大學模具技術國家重點實驗室開發(fā)的注塑模、汽車覆蓋件模具和級進模CAD/CAE/CAM軟件，上海交通大學模具CAD國家工程研究中心開發(fā)的冷沖模和精沖研究中心開發(fā)的冷沖模和精沖模CAD軟件等在國內模具行業(yè)擁有不少的用戶。 雖然中國模具工業(yè)在過去十多年中取得了令人矚目的發(fā)展，但許多方面與工業(yè)發(fā)達國家相比仍有較大的差距。例如，精密加工設備在模具加工設備中的比重比較低；CAD/CAE/CAM技術的普及率不高；許多先進的模具技術應用不夠廣泛等等，致使相當一部分大型、精密、復雜和長壽命模具依賴進口。 1.2我國沖壓模具制造技術發(fā)展趨勢 模具技術的發(fā)展應該為適應模具產品“交貨期短”、“精度高”、“質量好”、“價格低”的要求服務。達到這一要求急需發(fā)展如下幾項： (1)　全面推廣CAD/CAM/CAE技術 模具CAD/CAM/CAE技術是模具設計制造的發(fā)展方向。隨著微機軟件的發(fā)展和進步，普及CAD/CAM/CAE技術的條件已基本成熟，各企業(yè)將加大CAD/CAM技術培訓和技術服務的力度；進一步擴大CAE技術的應用范圍。計算機和網(wǎng)絡的發(fā)展正使CAD/CAM/CAE技術跨地區(qū)、跨企業(yè)、跨院所地在整個行業(yè)中推廣成為可能，實現(xiàn)技術資源的重新整合，使虛擬制造成為可能。 (2)　高速銑削加工 國外近年來發(fā)展的高速銑削加工，大幅度提高了加工效率，并可獲得極高的表面光潔度。另外，還可加工高硬度模塊，還具有溫升低、熱變形小等優(yōu)點。高速銑削加工技術的發(fā)展，對汽車、家電行業(yè)中大型型腔模具制造注入了新的活力。目前它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向發(fā)展。 (3)　模具掃描及數(shù)字化系統(tǒng) 高速掃描機和模具掃描系統(tǒng)提供了從模型或實物掃描到加工出期望的模型所需的諸多功能，大大縮短了模具的在研制制造周期。有些快速掃描系統(tǒng)，可快速安裝在已有的數(shù)控銑床及加工中心上，實現(xiàn)快速數(shù)據(jù)采集、自動生成各種不同數(shù)控系統(tǒng)的加工程序、不同格式的CAD數(shù)據(jù)，用于模具制造業(yè)的“逆向工程”。模具掃描系統(tǒng)已在汽車、摩托車、家電等行業(yè)得到成功應用，相信在“十五”期間將發(fā)揮更大的作用。 (4)　電火花銑削加工 電火花銑削加工技術也稱為電火花創(chuàng)成加工技術，這是一種替代傳統(tǒng)的用成型電極加工型腔的新技術，它是有高速旋轉的簡單的管狀電極作三維或二維輪廓加工(像數(shù)控銑一樣)，因此不再需要制造復雜的成型電極，這顯然是電火花成形加工領域的重大發(fā)展。國外已有使用這種技術的機床在模具加工中應用。預計這一技術將得到發(fā)展。 (5)　提高模具標準化程度 我國模具標準化程度正在不斷提高，估計目前我國模具標準件使用覆蓋率已達到30%左右。國外發(fā)達國家一般為80%左右。 (6)　優(yōu)質材料及先進表面處理技術 選用優(yōu)質鋼材和應用相應的表面處理技術來提高模具的壽命就顯得十分必要。模具熱處理和表面處理是否能充分發(fā)揮模具鋼材料性能的關鍵環(huán)節(jié)。模具熱處理的發(fā)展方向是采用真空熱處理。模具表面處理除完善應發(fā)展工藝先進的氣相沉積(TiN、TiC等)、等離子噴涂等技術。 (7)　模具研磨拋光將自動化、智能化 模具表面的質量對模具使用壽命、制件外觀質量等方面均有較大的影響，研究自動化、智能化的研磨與拋光方法替代現(xiàn)有手工操作，以提高模具表面質量是重要的發(fā)展趨勢。 (8)　模具自動加工系統(tǒng)的發(fā)展 這是我國長遠發(fā)展的目標。模具自動加工系統(tǒng)應有多臺機床合理組合；配有隨行定位夾具或定位盤；有完整的機具、刀具數(shù)控庫；有完整的數(shù)控柔性同步系統(tǒng)；有質量監(jiān)測控制系統(tǒng)。 . 2 零件工藝分析及確定工藝方案和模具結構類型 ２.1　產品零件圖 　　 圖2.1 產品零件圖 工件如圖所示，材料為Ｑ195，厚度為2mm，圖中所注尺寸精度均為IT14，工件需大批量生產。 設計目的：通過對卡板的工藝分析，確定出具體的模具加工方法，從而利用模具加工的下述優(yōu)點：即 1. 模具的適應性強 2. 模具的生產效率高，節(jié)約原材料 3. 模具生產的零件制品互換性好 4. 操作工藝簡單 5. 模具社會效益好 此次設計的主要內容有：方案的構思，可行性設計，結構設計及對未知問題的探索和解決方案的初步設計，裝配圖、零件圖等一系列圖紙的設計與繪制，最后包括畢業(yè)設計說明書的完成。 總之，本次設計就是通過設計了解一般模具設計的過程和重要部件的設計知識。此外，由于它是一種高效率的工藝裝備。在工藝生產中，用模具進行各種材料的成型，可實現(xiàn)高速度的大量生產，并能在大量生產的條件下，穩(wěn)定的保證制件的質量。同時，具有節(jié)約原材料、制件成本低廉等一系列優(yōu)點。設計高效的卡板生產用模具，以達到最終提高經(jīng)濟效益的目的。因此，有必要對模具知識有一定的了解。 ２.２　工藝分析 2.2.1 工藝審核 1）.工藝性審核的目的 沖裁件的工藝性是指沖裁件產品對沖壓工藝的適應性，亦即沖裁件的形狀結構、尺寸大小、尺寸公差與尺寸基準等是否符合沖裁加工的工藝要求。 在設計沖模前，對制品零件工藝性審核及分析有著十分重要的實際意義。這是因為，良好的沖裁工藝性，能使材料消耗少、工序數(shù)目少，使用的模具結構簡單而壽命長，并且容易加工制作及操作。 所以，在沖模設計前，一定要認真分析所要加工的制品結構形狀、尺寸及精度、所用材料等方面是否符合沖裁工藝要求，從而確定能否進行沖裁的可能性。［10］ 2）沖裁件工藝性審核方法 沖裁件的工藝性主要應從一下幾方面進行審核: 1　 沖裁件的形狀 沖裁件的形狀應力求簡單、對稱。要避免沖裁件上有過長的懸臂和窄槽，否則是模具結構復雜，會給制造與維修帶來困難。 本次設計中沖裁件的形狀左右對稱，具體結構也不復雜，符合沖裁件的形狀力求簡單的原則。 2　 最小沖孔尺寸 為了防止沖裁時凸模折斷或壓彎，沖孔尺寸不能太小。 本設計沖孔最小值為直徑為8mm,凸模采用強度較高的材料制作，滿足最小沖孔尺寸不是過小的要求。 3　 最小圓角半徑 沖裁件各直線或曲線的鏈接處，要有適當?shù)膱A角，避免尖角以防造成應力集中而使模具損壞。。 4　 沖裁件上的尺寸精度 沖裁件上的尺寸精度一般不能要求太高，太高的尺寸精度會給模具設計與制造帶來困難。一般金屬沖裁件的內外形經(jīng)濟精度為IT12-IT14級。 本設計中制件采用自由公差，即IT14級精度等級要求，屬于經(jīng)濟性精度原則。 5　 沖裁件斷面質量 表2-1 一般沖裁件斷面表面粗糙度 材料厚度 t/mm ≤1 1-2 2-3 3-4 4-5 剪切斷面表面 粗糙度Ra/m 3.2 6.3 12.5 25 50 沖裁件斷面（剪切面）表面粗糙度要求不能超過上表2-1中數(shù)值，超過的話只能采用精密沖裁或普通沖裁后再進行整修成形。 本次設計中斷面粗糙度為滿足IT14級精度，因此滿足沖裁件斷面質量的工藝性要求。 2.2.2工件工藝分析 1、材料：該沖裁件的材料Ｑ195是普通碳素結構鋼，具有較好的可沖壓性能。 2、零件結構：該工件外形結構較簡單，形狀規(guī)則，并在轉角處有圓角，比較適合沖裁。 3、尺寸精度：零件圖上所注尺寸公差無特殊要求，所以按IT14級選取， 利用普通沖裁方式可達到圖樣要求。 結論：適合沖裁。 ２.３　工藝方案及模具結構類型 由于本次設計的是冷沖模，而冷沖模是冷沖壓生產中必不可少的工藝裝備。它是在室溫下，把金屬或非金屬板料置入模具內，通過壓力機（沖床）傳給模具上模的壓力，對板料加工，最終使板料在模具上、下模（凸、凹模）作用下發(fā)生下發(fā)生分離或形變而制成所需的形狀、尺寸的零件。 為了適應冷沖壓生產的需要，冷沖模的結構必須要滿足沖壓生產的要求，不僅能沖出合格的制品零件，而且能做到批量生產，操作使用方便，安全可靠；使用壽命長，安全可靠，成本低廉；并能容易制造與維修。 2.3.1.冷沖模類型與結構 (1)類型 根據(jù)工藝性質分類：沖裁模、彎曲模、拉深模、成形模等。 根據(jù)工序組合程度分類：單工序模、復合模、級進模 此外，還可按照模具導向形狀分類，按特種類型分類，還有簡易沖模。 （2）結構組成 冷沖模結構分為： 支撐零件：支撐及支持零件主要用來鏈接及固定工作零件，使之成為完整的模具整體。 導向零件：主要用以保證工作零件凸、凹模之間具有準確位置。 工作零件：用以直接與板料接觸，并在壓力機壓力作用下，以完成板料分離及形變而成為制品零件。 卸料零件：主要用以卸除套在凸模上的之間及廢料。 定位零件：用于確定坯料或坯件相對于沖模的正確位置，以保證沖件的質量及精度。 壓料零件：主要用于壓住坯料或坯件以保證在沖壓時使材料能順利的進行變形，如壓邊圈主要用于拉伸模結構。 緊固零件：主要用來緊固、連接各類沖模類型，其中圓柱銷兼起穩(wěn)固定位作用 緩沖零件：主要用其彈力，通過頂桿、頂板、推板起卸料作用，主要用于復合模、彎曲模、拉伸模、成形模中。 附加零件：主要用于傳動及改變工件運動方向，主要用于自動沖模及半自動沖模中。 通常情況下，模具的工作零件、定位零件，卸、推料零件稱為模具的工藝零件；而導向零件，支撐及支持零件，緊固零件，緩沖零件及附加零件等稱沖壓模具的結構零件，亦稱輔助零件。［5］ 2.3.2 沖裁模沖裁工藝過程（即沖裁原理） 在冷沖壓生產中，用來將金屬板料或非金屬板料相互分離的沖模稱為沖裁模。如上圖2-2所示為一普通沖裁模工作示意圖。其中凸模4是通過模柄安裝在壓力機滑塊5上，凹模2是通過模座固定在壓力機工作臺1上。凸模4與凹模2組成一隊上、下工作刃口，兩者之間斷面形狀相同、尺寸相似，并略有一定間隙。在沖壓開始時，將被沖的板料3放在凹模2上面，并進行適當?shù)亩ㄎ?。當凸?隨壓力機滑塊下降對板料施加壓力時，板料在凸、凹模作用下產生塑性變形進行剪切或者彎曲，，直至最后順凸凹模刃口斷裂或彎曲分離而形成所要求形狀的零件，完成沖裁工作。其板料在沖裁過程中變形情況，可參見參考文獻【3】中表2-8 沖裁模沖裁時板料變形過程。其簡單變形原理為： 沖裁時，板料變形過程分為： （1）.彈性變形階段 （2）.塑性變形階段 （3）.斷裂分離過程具體過程可參見下圖： 圖2－3沖裁變形與分離過程 2.3.3 零件方案確定 該零件包括沖孔、落料、彎曲三個基本工序，可以采用以下三種方案： １、 先落料，再沖孔，最后彎曲，采用單工序模生產。 ２、 落料－沖孔復合沖壓，再彎曲，采用復合模與單工序模相結合生產。 ３、 沖孔－落料連續(xù)沖壓，再彎曲，采用連續(xù)模與單工序模相結合生產。 ４、 先落料，再沖孔－彎曲復合沖壓，采用單工序模與復合模相結合生產。 方案１模具結構簡單，制造周期短，加工成本低，但需要三道工序、三套模具才能完成零件的加工，生產效率較低，難以滿足零件大批量生產的需求。由于零件結構簡單，為提高生產效率，這樣應采用復合沖裁或連續(xù)沖裁方式。如采用復合模，則其凸凹模壁厚不能太?。ㄍ庑闻c內形、內形與內形），以免影響強度；凸凹模刃磨有時不方便，尤其是在凸凹模即沖裁，又成形的情況時。所以，只有當制件精度要求高，生產批量大，表面要求平整時，才選用復合模具結構。?綜上所述可知，宜采用方案三，即采用固定擋料銷和導料板定位、剛性卸料裝置、自然漏料方式的沖孔－落料連續(xù)沖壓模與彎曲單工序模相結合的生產方式。 以下就這兩副模具分別進行設計計算。 3　連續(xù)模 ３.１　半成品零件圖 　 　　　　　　　　 圖３.１　半成品零件圖 ３.２連續(xù)模的工作原理 連續(xù)模，指的是壓力機在一次沖壓行程中，采用帶狀沖壓原材料，在一副模具上用幾個不同的工位同時完成多道沖壓工序的冷沖壓沖模，模具每沖壓完成一次，料帶定距移動一次，至產品完成。 連續(xù)模在沖壓過程中材料料帶始終向一個方向運動；模具內部料帶切斷后向兩個或者兩個以上方向運動的叫級進模；料帶送料在模具內部完成的叫自動連續(xù)模；在一個沖壓生產鏈上用不同工藝的沖壓模具用機械手或其他自動化設施，采用模具或者零件移動完成工件沖壓加工額定模具叫多工位模。 連續(xù)模具有以下特點： 1.在一副模具中，可以完成包括沖裁、彎曲、拉深和成形等多道工序；減少了使用多復模具的周轉和重復定位過程，顯著提高了勞動生產率和設備利用率； 2.由于在連續(xù)模中工序可以分散在不同的工位上，故不存在復合模的“最小壁厚”問題，設計時還可以根據(jù)模具強度和模具的裝備需要留出空工位，從而保證模具的強度和裝備空間； 3.連續(xù)模結構復雜，鑲塊較多，模具制造精度要求很高給模具的制造、調試及維修帶來一定的難度； 4.連續(xù)模主要用于沖制厚度較薄、產量大、形狀復雜、精度較高的中小型零件。 3.3工件工藝分析 1、材料：該沖裁件的材料Ｑ195是普通碳素結構鋼，具有較好的可沖壓性能。 2、零件結構：該工件外形結構較簡單，形狀規(guī)則，并在轉角處有R4圓角，比較適合沖裁。 3、尺寸精度：零件圖上所注尺寸公差無特殊要求，屬自由尺寸，可按IT14級確定工件尺寸的公差。 查公差表可得各尺寸公差為： 零件外形：mm、mm、mm、mm、mm、mm、mm 零件內形：mm、mm、mm 孔心距： mm 孔邊距： mm、mm ３.4工藝方案及模具結構類型 由2.3節(jié)的分析知，此零件利用沖孔－落料連續(xù)模生產。 ３.5排樣設計 在沖壓零件中，節(jié)約材料和減少廢料具有非常重要的意義，特別是在大批量生產中，較好的確定沖壓件的尺寸和合理排樣是降低成本的重要措施之一。 沖裁件在條料上的布置方法稱為排樣。排樣的合理與否影響到材料的經(jīng)濟利用，還會影響到模具結構與壽命、生產率、工件公差等級、生產操作方便與安全等。排樣方法按有無廢料可分為三種：無廢料排樣、少廢料排樣、有廢料排樣。 無廢料排樣是指工件與工件之間、工件與條料之間均無廢料。少廢料排樣是指沿工件的部分外形切斷或沖裁，而廢料只有沖裁刃之間的搭邊或側搭邊。無廢料排樣是全部沿工件外形沖裁，在沖裁刃之間，工件與條料之間均無搭邊。 根據(jù)以上述敘可見，采用少、無廢料排樣要求工件的相應無搭邊部分公差等級與板材一致或根本上無公差要求。鑒于圖3.1所示的工件尺寸及公差等級，采用少、無廢料排樣均不能滿足要求，因此應采用有廢料排樣。經(jīng)計算此工件采用對排排樣，可提高材料利用率，但會使模具制造難度增大，模具制造成本增加，考慮到此零件材料為Q195，材料成本相對偏低，故只考慮直排方案。 3.5.1排樣的設計 原則: 1.保持模具受力的整體平衡，由于受到成型工藝要求的局限，如模具壓力中心與沖床中心不一致（相差較大）時，可修正模具安裝尺寸予以調節(jié)。? ? 三維網(wǎng)技術論壇- ]- W* m2 ^: L% U 2.一般先沖工藝圓孔（導正銷孔），第二部即設置導正銷導正，以確實消除送距及材料送進的翹曲等引起的送料不準（且后續(xù)工位也難以矯正）。切邊及打凸等工序可安排在沖圓孔前面。? ? & j. \+ L* f" }, U( e( a" y??y/ b三維網(wǎng)技術論壇3.工步以少為宜，但要充分考慮成型的可靠性及成型件的強度等。?? ! s/ f; e% d4 M% a% i8 z??]; L; p三維網(wǎng)技術論壇4.考慮產品設變的可能性及模具設計成型困難時進行模具設變的可行性，必要時預留空檔位。 3 G* R1 Y' N& J7 R! N8 w, c6 e& S級進模排樣的設計，需多參考一些類似產品設計成功的例子，通過對多套排樣方案進分風析、檢討，從中選出最佳方案。 3.5.2最小工藝搭邊值的選擇 沖裁排樣時，制品與制品之間、制品與條料之間的板料稱為搭邊。搭邊是用來補償沖壓過程中條料定位的誤差，以保證條料具有一定的剛性，保持送料的方便和保證沖壓件的質量。 由于搭邊是廢料，故搭邊值不宜太大，但選的過窄又會引起沖壓過程搭邊斷裂或翹曲造成“啃?！倍鴵p壞模具。 設選取固定卸料板，有側壓板時，查《沖壓工藝及模具設計》表2.8知，當R＞2t時，兩工件間的搭邊：a=1.2mm, 工件邊緣搭邊：a1=1.5mm。 3.5.2最小工 3.5.3. 送料步距的計算 模具每沖裁一次，條料在模具上前進的距離稱為送料步距。當每個進距內只沖裁一個零件時，送料步距等于條料上兩個零件對應點間的距離。 公式中 ：——送料步距，mm; ——送料方向上的沖裁件寬度，mm; ——沖裁件間的搭邊值，mm 計算得步距為：45.2 mm 3.5.4. 條料寬度的計算 沖裁時，通常需按照要求將板料裁剪為適當寬度的條料，稱為下料。在設計沖裁模時，設計者應根據(jù)沖裁件的形狀尺寸、選用的搭邊值計算出條料寬度，以備供應、工藝、生產等部門備料。 條料寬度按《沖壓工藝及模具設計》式（2.26）計算，即 (3.1) 式中 B──條料公稱寬度，mm； D──垂直于送料方向的工件尺寸,mm； ──側搭邊，mm； ──條料寬度的公差，見《沖壓工藝及模具設計》表2.9。則： 條料寬度B= （96+2×1.5+0.6） =100 上式按《沖壓工藝及模具設計》式（2.26），查《沖壓工藝及模具設計》表2.9知，=0.6。 確定后排樣圖如圖3.2所示。 圖3.2 半成品排樣圖 ３.6　確定條料利用率 查板材標準，宜選取1000mm×2000mm×2mm的鋼板。 工件的有效面積: 2412.02mm 假如，條料長度為1000mm,則條料上可沖壓工件數(shù)為 個 取=22個 假如，條料長度為2000mm,則條料上可沖壓工件數(shù)為 個 取n=44個 顯然，兩種規(guī)格的利用率是相等的。即 ３.7　裁板方式 １、裁板方式 根據(jù)板材規(guī)格1000×2000×2，按直排法可裁條數(shù)為 條 （長度為1000mm） 取=20條； 條 （長度為2000mm） 取=10條。 兩種裁板方式得到的工件數(shù)分別為 =22×20=440件 =44×10=440件 2、板料利用率 =53.1% 即選取把板料裁成長為1000mm、寬為100mm的條料的裁板方式。 ３.8計算沖裁力 沖裁力是指從板料上沖出所需輪廓尺寸的制品，其材料對凸模的最大抵抗力，也就是壓力機在此時的最小承受壓力。 3.8.1.沖裁力的計算 沖裁力可以分為平刃沖裁力和斜刃沖裁力兩種。沖裁力的大小計算公式可參見下表所示： 刃口形式 計算公式 平刃式 斜刃式 注：表中 ——沖裁力，N； ——沖裁件斷面周長，； ——沖裁件厚度，； ——材料抗剪強度，； ——修正系數(shù)，一般取，具體為： 當時，； 當時，。 此外，一般情況下，材料σ≈1.3τ，為了方便計算，沖裁力也可以按下式估算： 式中：——材料的抗拉強度，。 落料力 =1.3×221.682×2×195/1000(kN) =112.393(kN) 沖孔力 =1.3×158.265×2×195/1000(kN) =80.240(kN) 3.8.2卸料力、推件力、頂件力的計算 1.卸料力 沖裁時，退下卡在凸模上的廢料或制件所需的力，或者是從凸模上將零件或廢料取下所需的力稱為卸料力，記為。 計算公式為： 式中：——卸料力系數(shù) 2.推件力 沖裁時，吧卡在凹模中的廢料或制件退出來所需的力，或從凹模腔內順著沖裁方向將零件或廢料推出所需的力稱為推件力，記為。 計算公式為： 式中：——卡在凹模中的制品數(shù)量（n=h/t） ——推件力系數(shù) 3.頂件力 沖裁時從凹模中頂出零件或廢料所需的力，或從凹模腔內逆著沖裁方向將零件或廢料頂出所需的力稱為頂件力，記為。 計算公式為： 式中：——頂件力系數(shù) 由于此連續(xù)模采用剛性卸料裝置和自然漏料方式，故按《沖壓工藝及模具設計》式（2.17），總的沖壓力為： (3.2) 式中 ──總的沖壓力； ──落料時的沖裁力； ──沖孔時的沖裁力； ──卸料力； ──推件力。 查表τ=195Mpa，K=1.3，經(jīng)計算： =221.682mm ，=158.265mm 卸料力 = 查《沖壓工藝及模具設計》表2.6：=0.05 ，則： =0.05×192.633kN=9.63(kN) 推料力 = 式中：=4(查《模具結構設計》表2-2：h=8mm，查《沖壓工藝及模具設計》表2.6：=0.05，則： =4×0.05×192.633kN=38.527(kN) 計算總沖壓力： =112.393+80.240+38.527+9.63 =240.80(kN) 3.9模壓力中心的確定 沖裁力的壓力中心就是沖壓力合力的作用點。 沖模時，模具的壓力中心一定要與壓力機滑塊中心相重合，否則滑塊就會受到偏心載荷使模具歪斜，間隙不均，從而導致壓力機滑塊與導軌及模具發(fā)生不正常磨損，降低壓力機及模具的使用壽命。 所以在設計模具時，必須首先計算出模具的壓力中心，并使其通過模柄的中心軸線，從而保證模具壓力中心與壓力機滑塊中心相重合。 復雜形狀沖裁件的壓力中心 確定復雜形狀沖裁件的壓力中心，常根據(jù)力矩平衡原理用解析計算法確定。其計算步驟為：（1）.按比例將沖裁件的沖裁輪廓畫出 （2）.建立直角坐標系，其坐標原點雖可以任意選取，但坐標軸位置選擇適當可使計算簡便。 （3）.將沖裁件的沖裁輪廓分解為若干段，求出各段的長度、、、、…、 （4）.確定各基本斷的重心位置，即、、、…、和、、、…、 （5）.計算沖裁壓力中心坐標、 圖3.3　計算壓力中心草圖 選取如圖3.3所示的坐標系，將軸選在上下對稱的位置，則壓力中心的y坐標不用計算，即＝0獨立的沖裁輪廓共有8，其長度與重心的坐標如下： =0 =78 =9 =2×9 =18 =25 =18.94 =4 =31 =36 =43.06 =4 =44 =37 =54.2 =16 =75.2 =108 按《沖壓工藝及模具設計》式（3.25）計算壓力中心的坐標為： (3.3) = ≈36.85mm 由以上計算可知，沖壓件壓力中心的坐標為（36.85，0）。 4 連續(xù)模零、部件結構設計 4.1 凸、凹模結構設計 4.1.1 凸模 為了保證凸模能夠正常工作，設計任何結構形式的凸模都必須滿足如下三個原則： （1)精確定位 凸模安裝到固定板上以后，在工作過程中其軸線或母線不允許發(fā)生任何方向的移位，否則將造成沖裁間隙不均勻，降低模具壽命，嚴重時造成啃模。 （2)防止拔出 回程時，卸料力對凸模產生拉深作用。凸模的結構應能防止凸模從固定板中拔出。 （3) 防止轉動 1、凸模的結構形式 經(jīng)綜合考慮，選用無固定臺階式凸模，其工作部分和固定部分為等斷面形式，故非常適合凸模刃口用線切割或成形磨削成形。 2、固定方式 凸模在上模的正確固定應該是既要保證凸模工作可靠和良好的穩(wěn)定性，還要使凸模在更換或修理時拆裝方便。因考慮到?jīng)_三個方孔的凸模之間的間距小，故采用鉚接式固定，如圖4.1。 圖4.1 鉚接式固定 凸模裝入固定板后，將凸模上端鉚出1.5×45°的斜面，以防止凸模脫落，鉚接凸模多用于不規(guī)則形狀端面的凸模安裝，凸?？勺龀芍蓖ㄊ?，便于加工。 該凸模應采取頭部局部淬火工藝，以便上端鉚接。 3、凸模長度 凸模長度L應根據(jù)模具的結構確定，據(jù)《沖壓工藝及模具設計》式（3.1），凸模長度的計算公式為： =+++ （4.1） 式中 ──固定板厚度，mm； ──卸料板厚度，mm； ──倒料板厚度，mm； ──附加厚度，包括凸模的總修磨量（10～15mm），凸模進入凹模的深度（0.5～1mm）及模具閉合狀態(tài)下凸模固定板與卸料板的安全距離（15～20mm）等。則： =+++ =24+30+8+30 =92mm 凸模端面尺寸較小時，必須進行承壓能力和抗縱向彎曲能力兩方面的校驗。此設計中圓形沖孔凸模斷面面積最小，故只對其進行校核。 （1） 承壓能力校驗： （4.2） 對圓形凸模，，代入上式可得 （4.3） 式中 P──沖裁力，N； F──凸模最小斷面面積，mm； d──凸模直徑，mm； t──毛料厚度，mm； ──毛料的抗剪強度，MPa； ──凸模材料的許用壓應力，MPa。 其中=4，查《沖壓模具與制造》表9-9，知MPa，取1200MPa， τ=195Mpa，則： 所以 成立，即該沖孔凸模承壓能力足夠。 （2）失穩(wěn)彎曲應力校驗 對于有導向裝置的圓凸模不發(fā)生失穩(wěn)彎曲的最大長度為： ≤270 （4.4） 其中d=8mm，P=240.84kN，即≤111mm，而此處=92mm≤111mm，故失穩(wěn)彎曲應力足夠。 4.1.2 凹模 1、類型 據(jù)《沖壓工藝及模具設計》，選取直壁刃口凹模，刃口強度較高，刃口修磨后工作部分尺寸不變，制造方便。但是在刃口孔內易于聚集廢料或工件，增大了凹模的脹裂力、推件力和孔壁的磨損。磨損后刃口形成倒錐形狀，可能使沖成的工件從孔口反跳到凹模表面上造成操作困難，如圖4.2所示，一般適用于非圓形工件。 圖4.2 凹模結構 2、凹模結構尺寸的確定 （1）、據(jù)《沖壓工藝及模具設計》式（3.11）和（3.12） 凹模厚度：H=Kb（須≥15mm） （4.5） 凹模壁厚：C≥（1.5～2）H（須≥30～40mm） （4.6） 式中 b──沖裁件最大外形尺寸，b=96mm； K──系數(shù)，查《沖壓工藝及模具設計》表3.3，取K=0.28，則： H=Kb=0.28×96=26.88mm 取30mm C≥2H=60mm，因為凹模刃口線具有復雜形狀 （2）、確定凹模有效面積 如圖4.3所示，從型孔邊界畫一矩形×b初定為凹模有效面積（圖中以雙點畫線表示）。 圖4.3 凹模有效面積 凹模有效面積矩形的對稱中心應與壓力中心重合，以便使模柄的中心線通過壓力中心。但壓力中心對于矩形的寬度b處于對稱位置，而對于長度并不處于對稱位置，壓力中心到矩形左邊的距離小于到右邊的距離。因此應將矩形的長度增大為，使壓力中心對于處于對稱位置，即以壓力中心到矩形左邊的距離為實際凹模有效面積矩形長度的一半。則修正后的凹模有效面積矩形的長度與寬度b分別為： =44+1.2+44+15.5=104.7mm B=44+1.2+44=89.2mm （3）、計算凹模外形尺寸 從凹模有效面積矩形×b向四周擴大一個允許的凹模壁厚C值,即60mm，即為凹模外形尺寸L×B的尺寸。則： 凹模長度L： L=104.7+2×60=224.7mm 凹模寬度B： B=96+2×60=216mm 凹模尺寸： LBh=224.721630mm 經(jīng)綜合考慮，將上述尺寸圓整為：24024030mm。 4.1.3凸、凹模工作尺寸計算 凸、凹模加工方法一般分為兩種：凸、凹模分開加工法和凸、凹模配合加工法。當凸、凹模分開加工時，模具具有互換性，便于模具成批制造。但是制模精度要求高、制造困難、相應地會增加加工成本。凸、凹模配合加工適合于較復雜的、非圓形的模具，制造簡便，成本低廉。 采用配做法制模時，配做件的最后精加工要等基準件完全加工完才進行。按配做法制模的加工順序，落料時先加工凹模，配做凸模；沖孔時先加工凸模，配做凹模。在工件尺寸精度較低，特別是板料較薄時，基準件的公差值較大，而配做件允許的公差值要小得多。這說明基準件加工較容易，而配做件加工較難。由于現(xiàn)在凹?；旧隙疾捎镁€切割方法加工，精度可達±0.01～0.02mm，而凸模因結構形式不同有多種加工方法。在留出不小于0.02mm研磨量的情況下，凹模型孔一般都能采用線切割方法一次加工出來。因此，對于常用的沖裁模，選擇凹模為配做件，加工比較方便。 選擇凹模為配做件，對于沖孔，按前述方法計算的刃口尺寸仍可以直接在凸模和凹模工作圖上進行標注。而對于落料，則需要將計算的凹模刃口尺寸換算為凸模刃口尺寸后，再進行標注，由先制凹模改為先制凸模。 1、沖孔凸模刃口尺寸 各沖孔凸模的刃口尺寸均屬于磨損后減小的尺寸，按《沖壓工藝與模具設計》式（2-34）計算：即 =（+） （4.7） 公差為IT14級時磨損補償系數(shù)=0.5。則按上式計算沖孔凸模刃口尺寸分別為： 12=（12+0.5×0.43）=12.215 6=（6+0.5×0.30）=6.15 φ8=（8+0.5×0.36）=8.18 2、落料凸模刃口尺寸 落料凸模磨損后增大的尺寸，按《沖壓工藝與模具設計》式（2-36）進行計算： 即 =（+-） （4.8） =（-+-） 公差為IT14級時磨損補償系數(shù)=0.5。按板料厚度2mm，查《沖壓工藝及模具設計》表2.3知，=0.120mm。則按上式計算落料凸模的刃口尺寸分別為： R9=（9-0.5×0.36+0.36/4-0.120）=8.79 R4=（4-0.5×0.30+0.30/4-0.120）=3.81 45=（45-0.5×0.62+0.62/4-0.120）=44.73 44=（44-0.5×0.62+0.62/4-0.120）=43.73 96=（96-0.5×0.87+0.87/4-0.120）=95.67 18=（18-0.5×0.52+0.52/4-0.120）=17.75 落料凸模磨損后減小的尺寸，按《沖壓工藝與模具設計》式（2-37）進行計算： 即 =（-++） （4.9） =（+-+） 則按上式計算落料凸模磨損后增大的刃口尺寸為： R4=（4+0.5×0.30-0.30/4+0.120）=4.20 尺寸78±0.37磨損后仍保持不變，并化成78± L=L±=78±=78±0.093 （4.10） 凹模板上定位尺寸磨損后增大，按《沖壓工藝及模具設計》式（2-8）進行計算： 即： D=（D-） （4.11） 則，按上式計算，各孔邊距尺寸為： 30=（30-0.5×0.52）=29.74 4=（4-0.5×0.30）=3.85 3、凸、凹模間隙 沖裁間隙是指沖裁凸、凹模刃口部分尺寸之差（），如圖3-5所示。沖裁間隙用Z表示，又稱為雙面間隙（單面間隙用表示）。一般在無特殊說明情況下，沖裁間隙Z都是指雙面間隙。沖裁間隙的選用是沖裁模設計中一個非常重要的工藝參數(shù)。 （1）間隙對沖裁過程有影響 間隙對沖裁件的影響主要體現(xiàn)在三個方面， 1. 對沖裁件性質的影響 2. 對沖裁力的影響 3 對模具壽命的影響 因此，模具設計中需要綜合考慮，選擇合理的沖裁間隙。針對本次蓋板的設計，適于選用合理間隙中的較大值，從而提高模具的壽命和減小沖裁力。［4］［5］［6］ （2）合理沖裁間隙的確定 實踐證明，只要間隙在一個適當?shù)姆秶鷥?，就會得到合格的沖裁件，這個間隙稱為合理間隙。合理間隙的值主要取決于材料厚度、材料的力學性能有關。 凸、凹模在工作時逐漸磨損，間隙將越來越大，因此，在設計與制造新模具時，一般采用最小的合理間隙。［2］ 圖 3-5 沖裁合理間隙 1——沖裁板料 2——凸模 3——凹模 1.間隙選用的依據(jù)與原則 在設計時，選用沖裁間隙的主要依據(jù)是在保證沖裁件斷面質量和尺寸精度的前提下，使模具壽命最高，邊緣毛刺最少。： 2.間隙的選用方法 選用間隙時，應針對沖件的技術要求、使用特點和生產條件等因素來確定。但由于各種沖壓件厚度不同，其斷面質量和尺寸要求及生產條件的差異，在生產實際中就很難有一種統(tǒng)一的間隙值。所以，間隙值的確定方法有以下四種： 1）用計算法確定間隙 由公式 式中： ——雙面間隙 ——因數(shù) ——材料厚度 2）用圖線法確定間隙 3）用查表法確定間隙 4）根據(jù)沖裁件斷面質量選擇沖裁間隙 對于本次設計來說，選用第三種方法即查表來確定間隙。 查《沖壓工藝及模具設計》表2.3，知=0.120mm，△=0.050mm；則， =+△=0.120+0.050=0.170mm （4.12） 此連續(xù)模中的凹模按照沖孔凸模、落料凸模的實際尺寸進行配做，雙邊最小間隙為0.120mm，最大間隙不得超過0.170mm。 大批量生產、且工件精度要求不高時，按大間隙可提高模具壽命。 4.2定位形式與結構設計