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1、湘潭大學(xué)課程設(shè)計(jì)論文 題 目連接蓋沖壓模具設(shè)計(jì) 學(xué) 院：機(jī)械工程學(xué)院 專 業(yè)： 材料成型及控制工程 學(xué) 號(hào)： 姓 名： 指導(dǎo)教師： 完成日期： .11 第一章沖壓件工藝性分析 該零件形狀簡單，尺寸精度要求不高，是由拉伸和翻邊等工序組成的復(fù)合件。 工件的尺寸精度： 沖裁件的精度要求，應(yīng)在經(jīng)濟(jì)精度范圍內(nèi)〔所謂經(jīng)濟(jì)精度是指在正常加工 條件下，采用符合標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備工藝裝備和標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)等級(jí)工人、不延長加工時(shí)間 所能保證的加工精度〕，對于普通沖裁件，其經(jīng)濟(jì)精度不高于 IT11級(jí)，沖孔比 落料件高一級(jí)。對與本次設(shè)計(jì)，未標(biāo)注有尺寸精度，考慮到成本，按照一般精 度要求來加工

2、應(yīng)該可以滿足其工作性能，本工件要求內(nèi)精度，故除特別要求工 件精度等級(jí)選取IT14。 沒有熱處理要求 考慮到產(chǎn)品成本和零件的使用性能，選用常用材料 08F,是優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu) 鋼，，屈服強(qiáng)度180MPa,抗拉強(qiáng)度280~390MPa,抗剪強(qiáng)度200~310延伸率32%, 適宜沖壓選擇。 一般情況下，對沖裁件工藝性影響最大的是制件的結(jié)構(gòu)形狀、精度要求、 形位公差及技術(shù)要求。沖裁件的工藝性合理與否、，影響到?jīng)_裁件的質(zhì)量、模具 壽命、材料消耗、生產(chǎn)率等，在設(shè)計(jì)中應(yīng)盡可能提高其工藝性。 沖裁件的形狀盡可能簡單、對稱、防止復(fù)雜形狀的曲線，在許可的情況下， 把沖裁件設(shè)計(jì)成少、無廢料排樣的形狀，以減少廢料

3、。矩形孔兩端宜用圓弧連接, 以利于模具加工。 沖裁件各直線或曲線的連接處，盡量防止銳角，嚴(yán)禁尖角。除在少、無廢 料排樣或采用鑲拼模結(jié)構(gòu)，都應(yīng)有適當(dāng)?shù)膱A角相連，以利于模具制造和提高模具 壽命。沖裁減凸出或凹入部分不能太窄，盡可能防止過長的懸臂和窄槽。最小寬 度b 一般 不小于1.5t，假設(shè)沖裁材料為高碳鋼時(shí)，b>2t, Lmax<5b,當(dāng)材料厚 度t<1mm時(shí)，按t=1mm計(jì)算。沖裁件的孔徑因受孔凸模剛度和強(qiáng)度的限制，不 宜太小，否則容易折斷或壓彎，沖孔的最小尺寸取決與沖壓材料的力學(xué)性能、 凸 模強(qiáng)度和模具結(jié)構(gòu)。沖孔件上孔與孔、孔與邊緣之間的距離不能過小，以防止工 件變形、模壁過薄或因材料

4、易被拉入凹模而影響模具壽命。 本次設(shè)計(jì)，該零件是軸對稱件，沖裁結(jié)構(gòu)較為簡單，厚度僅為 1mm，沖 裁性能較好，工藝性容易滿足材料。 1.4翻邊工藝性分析 一般情況下，圓孔翻邊時(shí)的孔緣在單向拉應(yīng)力作用下， 切向伸長變形引起的 厚度減薄最大，最容易破裂，由于材料性質(zhì)不均勻，孔緣各處允許的切向延伸率 不一樣，一旦孔緣某處的伸長變形超過了該處延允許的材料伸率， 該處就會(huì)因厚 度減薄過大而破裂。翻邊時(shí)的變形區(qū)基本上限制在凹模圓角區(qū)之內(nèi)， 凸模底部材 料為只要變形區(qū)，處于切向、徑向二向受拉伸的應(yīng)力狀態(tài)。切向應(yīng)力在孔邊緣最 大，徑向應(yīng)力在孔邊緣為零。 圓孔翻邊時(shí)的變形程度用翻邊系數(shù) K表示： 式

5、中 d――毛坯上圓孔的初始直徑; D――翻邊后豎邊的中徑 影響圓孔翻邊成形極限的因素如下： ⑴ 材料伸長率和硬化指數(shù)n大，Kl 小,成形極限大 ⑵孔緣如無毛刺和無冷作硬化時(shí)， Ki較小，成形極限較大。為了改善孔緣狀況， 可采用鉆孔代替沖孔，或在沖孔后進(jìn)行整修，有時(shí)還可在沖孔后退火，以消除孔 緣外表的硬化。 ⑶用球形、錐形和拋物線凸模翻邊時(shí)，變形條件比平底凸模優(yōu)越， Ki較小。在 平底凸模中，其相對圓角半徑rp/t越大，極限翻邊系數(shù)可越小。 ⑷板材相對厚度越大，Ki越小，成形極限越大。 毛坯尺寸的計(jì)算： 〔1〕毛坯翻邊預(yù)制孔直徑d0 d。 D 2(H 0.43r 0.72

6、t) 式中 D——翻邊直徑19〔按中線計(jì)〕〔mm〕； H 翻邊高度〔mm〕，H=6mm ; R 豎邊與凸緣的圓角半徑〔mm〕，r=1.5mm； R 料厚〔mm〕，t=1mm。 貝U: 已知預(yù)制孔直徑為mm 〔2〕毛坯的直徑D0 當(dāng)零件的彎曲角為900時(shí)，則毛坯的展開長度為 2 2 D . (d 2r) 4d(H r) 2 r(d 2r) 8r 已知，d=49, r=, H=5 D=57 第二章沖壓工藝方案確實(shí)定 考慮到需落料、沖孔、拉深、翻邊成形四道工序，可以有以下種方案： 方案一：先落料沖孔，后拉深翻邊成形，采用單工序生產(chǎn)。。 方案二：落料-沖孔-翻邊-

7、拉深復(fù)合模，采用復(fù)合模生產(chǎn)。 方案三：落料-沖孔-翻邊-拉深級(jí)進(jìn)模，采用級(jí)進(jìn)模生產(chǎn)。 方案一結(jié)構(gòu)簡單，但需兩道工序、兩副模具才能完成，效率較低，且精度不 易保證。如此浪費(fèi)了人力，物力，財(cái)力。從經(jīng)濟(jì)角度考慮不妥當(dāng)，難以滿足大批 量生產(chǎn)要求。 方案二只需一副模具即可成型，該工藝特點(diǎn)首先進(jìn)行落料，再?zèng)_孔，翻邊， 拉深成型。采用這種方法加工的工件外觀平整、毛刺小、產(chǎn)品質(zhì)量高，而且大大 的提高了生產(chǎn)效率，也解決了操作者將手放入模具內(nèi)的不安全因素， 復(fù)合模能在 壓力機(jī)的一次行程內(nèi)，完成落料、沖孔、及拉深、翻邊數(shù)道工序。在完成這些工 序的過程中，沖件材料無須進(jìn)給移動(dòng)。 復(fù)合模具具有以下主要特點(diǎn)：

8、1) 沖件精度較高，不受送料誤差影響，內(nèi)外形相對位置一直性好。 2) 沖件外表較為平整。 3) 適宜沖薄料，也適宜沖脆性或軟質(zhì)材料。 4） 可從充分利用短料和邊角余料。、 5） 沖裁件內(nèi)孔和外緣的相對位置精度容易保證，而且板料的定位精度要求 比級(jí)進(jìn)模低 6） 沖模面積較小。 復(fù)合模也存在一定的問題，如凸凹模內(nèi)、外形間的壁厚，或內(nèi)形與外形間 壁厚，都不能過薄，以免影響強(qiáng)度。另外，沖件不能漏下，需要解決出件問題。 同時(shí)，復(fù)合模具結(jié)構(gòu)也較為復(fù)雜。同樣用復(fù)合模生產(chǎn)可分為采用筒形料加工和板 料加工。筒形料加工工件厚度不能保證。板料加工模具結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜。 方案三：級(jí)進(jìn)模是在壓力機(jī)一次行程中完

9、成多個(gè)工序的模具，它具有操作安 全的顯著特點(diǎn)，模具強(qiáng)度較高，壽命較長。使用級(jí)進(jìn)模便于沖壓生產(chǎn)自動(dòng)化，可 以采用高速壓力機(jī)生產(chǎn)，也只需要一副模具，制造精度較高，先落料后沖孔，再 進(jìn)行拉伸翻邊成形，但是級(jí)進(jìn)模較難保證內(nèi)、外相對位置的一直性，材相對生產(chǎn) 周期長，其模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，料的定位與送進(jìn)是級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問題。 通過上述三種方案的分析比較，該工件的沖壓生產(chǎn)采用方案二的板料加工為 佳。 第三章 排樣及材料利用率的計(jì)算 沖裁件在板、條等材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(jì)利用率，還會(huì)影響到模具結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)率、制件質(zhì)量、生產(chǎn)操作方便與安 全等，因此，排樣是沖裁工藝

10、與模具設(shè)計(jì)中一項(xiàng)很重要的工作。 沖沖壓件大批量生產(chǎn)成本中，毛坯材料費(fèi)用占 60%以上，排樣的目的就在于 合理利用原材料。衡量排樣經(jīng)濟(jì)性、合理性的指標(biāo)是材料利用率。要提高材料利 用率，就必須減少廢料面積，沖裁過程中所產(chǎn)生的廢料，可分為兩種情況。 結(jié)構(gòu)廢料 由于工件結(jié)構(gòu)形狀的需要，如工件內(nèi)孔的存在而產(chǎn)生的廢料稱為結(jié)構(gòu)廢料， 它取決于工件的形狀，一般不能夠改變。工藝廢料工件之間和工件與條料邊緣 之間存在的搭邊，定位需要切去的料邊與定位孔，不可防止的料頭和料尾廢料稱 為工藝廢料，它決定于沖壓方式和排樣方式。因此，提高材料利用率要從減少工 藝廢料著手，同一個(gè)工件，可以有幾種不同的排樣方法。 根據(jù)

11、材料的利用情況，排樣的方法可以有三種： 〔1〕有廢料排樣 沿工件的全部外形沖裁，工件與工件之間，工件與條料側(cè)邊之間都有工藝余 料〔搭邊〕存在，沖裁后搭邊成為廢料，如圖 a所示。 〔2〕少廢料排樣 沿工件的部分外形輪廓切斷或沖裁，只在工件之間或是工件與條料側(cè)邊之 間有搭邊存在，如圖b所示。 〔3〕無廢料排樣 工件與工件之間。工件與條料側(cè)邊之間均無搭邊存在，條料沿直線或曲線切 斷而得工件。如圖c所示。 A 圖3-1排樣方法 a）有廢料排樣 b）少廢料排樣 c）無廢料排樣 有廢料的排樣法材料利用率較低，但制件的質(zhì)量和沖模壽命較高，常用于工 件形狀復(fù)雜、尺寸精度要求較高的

12、排樣。 少、無廢料排樣法的材料利用率較高，在無廢料排樣時(shí)只有料頭、料尾損失, 材料利用率可達(dá)85%?95%,少廢料排樣法也可達(dá)70%?90%。少、無廢料排樣 法有利于一次沖裁多個(gè)工件，可以提高生產(chǎn)率。由于這種排樣法沖切周邊減少， 所以還可以簡化模具結(jié)構(gòu)，降低沖裁力。但是，少、無廢料排樣的應(yīng)用范圍有一 定的局限性，受到工件形狀結(jié)構(gòu)的限制，且由于條料本身的寬度公差，條料導(dǎo)向 與定位所產(chǎn)生的誤差，會(huì)直接影響工件尺寸而使工件的精度降低。 在幾個(gè)工件的 匯合點(diǎn)容易產(chǎn)生毛刺。由于采用單邊剪切，也會(huì)加快模具磨損而降低沖模壽命， 并直接影響工件的斷面質(zhì)量，所以少、無廢料排樣常用于精度要求不高的工件排 樣。

13、 1 ?有廢料、少廢料或無廢料排樣。按工件的外形特征、排樣的形式又可分為 直排、斜排、對排、混合排、多排和裁搭邊等 考慮到造作方便及模具結(jié)構(gòu)簡單，故采用單排排樣設(shè)計(jì)。搭邊值要合理確定。 搭邊值過大，材料利用率低。搭邊值小，材料利用率雖高，但過小時(shí)就不能發(fā)揮 搭邊的作用，在沖裁過程中會(huì)被拉斷，造成送料困難，使工件產(chǎn)生毛刺，有時(shí)候 還會(huì)被拉入凸模和凹模間隙，損壞模具刃口，降低模具壽命。搭邊值過小，會(huì)使 作用在凸模側(cè)外表上的法向應(yīng)力沿著落料毛坯周長的分布不均勻， 引起模具刃口 的磨損。 影響搭邊值的因素主要有以下幾點(diǎn)： 1?材料的力學(xué)性能 塑性好的材料，搭邊值要大一些，硬度高與強(qiáng)度大的材 料，

14、搭邊值可小些。 2. 材料的厚度 材料越厚，搭邊值也越大。 3. 工件的形狀和尺寸 工件外形越復(fù)雜，圓角半徑越小，搭邊值越大。 4. 排樣的形式 對排的搭邊值大雨直排的搭邊。 5. 送料及擋料的方式 用手工送料，有側(cè)壓板導(dǎo)向的搭邊值可小一些。 查得搭邊值 a=1.5mm，a1=2.1mm0 條料送進(jìn)步距h=57+=58.5mm 材料利用率的計(jì)算 一個(gè)步距內(nèi)的材料利用率 皿 100% Bh 式中 A 沖裁件面積〔包括沖出的小孔在內(nèi)〕〔mm2〕 個(gè)步距內(nèi)的沖件數(shù)目；n取1 B――條料寬度〔mm〕； h 進(jìn)距〔mm〕 X 57/2 X 57/2=2550〔 mm2〕B

15、=， nA 100%% Bh 第四章各部分工藝力的計(jì)算 沖裁力計(jì)算包括沖裁力、卸料力、推件力、頂件力的計(jì)算。 沖裁力是凸模與凹模相對運(yùn)動(dòng)使工件與板料別離的力，其大小主要與材料力 學(xué)性能、厚度及沖裁件別離的輪廓長度等參數(shù)有關(guān)。沖裁力是設(shè)計(jì)模具、選擇壓 力機(jī)的重要參數(shù)。計(jì)算沖裁力的目的是為了合理的選用沖壓設(shè)備和設(shè)計(jì)模具。 選 用沖壓設(shè)備的標(biāo)稱壓力必須大于所計(jì)算的沖裁力， 所設(shè)計(jì)的模具必須能傳遞和承 受所計(jì)算的沖裁力，以適應(yīng)沖裁的要求。 "□Eb_ rA 凸模疔程 S4-17中栽力-a模行程曲線 在沖裁過程中，沖裁力的大小是不段變化的，圖4-1為沖裁時(shí)沖裁力-凸模 行程曲

16、線。圖中AB段相當(dāng)于沖裁的彈性階段，凸模進(jìn)入材料后，載荷急劇上升， 但當(dāng)凸模刃口一旦擠入材料，即進(jìn)入塑性變形階段，載荷的上升就緩慢下來，女口 BC段所示。雖然由于凸模擠入材料使承受沖裁力的材料面積秒減小，但只要材 料加工硬化的影響超過受剪切面積小的影響， 沖裁力就繼續(xù)上升，當(dāng)兩者到達(dá)相 當(dāng)?shù)挠绊懙乃查g，沖裁力達(dá)最大值，即圖中 C點(diǎn)。此后，受剪面積的減少超過硬 化的影響，于是沖裁力下降。凸模再繼續(xù)下壓，材料內(nèi)部產(chǎn)生裂紋并迅速擴(kuò)張， 沖裁力急劇下降，如圖中CD段所示，此為沖裁的斷裂階段。此后所用的力僅是 克服摩擦阻力，推出已別離的料。 沖裁力的大小主要與材料力學(xué)性能、厚度及沖裁件別離的輪廓長度有

17、關(guān)?？?慮到成本和沖裁件的質(zhì)量要求，此用平刃口模具沖裁，沖裁力 F〔N〕： F KLT 〔4-1 : 式中L——沖裁件周邊長度〔mr〕 t 材料厚度〔mr〕； t——材料抗剪強(qiáng)度〔MPa； K――系數(shù)?？紤]到模具刃口的磨損，模具間隙的波動(dòng)，材料力學(xué)性能 的變化及材料厚度偏差等因素，一般取系數(shù) K=1.3 沖裁件周邊長度x mm取179mm 材料的抗剪強(qiáng)度〔MPa,取t b=310MPa 一般情況下，材料的（T bT,故沖裁力F〔 N〕 F仁LT t b=179X 1 x 310=55490N F卸 X N F推 X N F1=55490++N 式中t b——材料

18、的抗拉強(qiáng)度〔MPa。 在沖裁高強(qiáng)度材料或厚度大、周邊長時(shí)，所需的沖裁力較大。如果超過現(xiàn)有 壓力機(jī)噸位，就有必須采取措施降低沖裁力，主要有以下幾種方法： 〔一〕階梯凸模沖裁 在多凸模沖裁模具中，為防止各凸模沖裁力的最大值同時(shí)出現(xiàn)，可根據(jù)凸 模尺寸的大小，做成不同高度，形成階梯布置，從而減少?zèng)_裁力。這種模具的缺 點(diǎn)是長凸模插入凹模較深，容易磨損，修磨刃口也比較麻煩。 〔二〕斜刃口沖裁 在用平刃口模具沖裁時(shí)，整個(gè)刃口同時(shí)與沖裁件周邊接觸，同時(shí)切斷，所 需沖裁力大。假設(shè)采用斜刃口模具沖裁，也就是將凸?！不虬寄！橙锌谧龀捎幸?定斜度的斜刃，沖裁時(shí)刃口就不是同時(shí)切入，而是逐步切入材料，逐步切斷，

19、這 樣，所需的沖裁力可以減小，并能減小沖擊、振動(dòng)和噪聲，對于大型沖壓件，斜 刃沖裁用的比較廣泛。 斜刃沖裁降低了沖裁力，使壓力機(jī)性能在比較柔和、平穩(wěn)的條件下工作。 但模具制造與修磨比較復(fù)雜，增加了困難，刃口容易磨損，工件不夠平整，一般 只用于大型工件沖裁及厚板沖裁。 除上述兩種方法外，將材料加熱沖裁也是一種行之有效的降低沖裁力的方 法，因?yàn)椴牧显诩訜釥顟B(tài)的抗剪強(qiáng)度有明顯下降。 但材料加熱后產(chǎn)生氧化皮，且 因?yàn)橐訜?，勞?dòng)條件差。另外，在保證沖裁件斷面質(zhì)量的前提下，也可適當(dāng)增 大沖裁間隙等方法來降低沖裁力。 F 沖 KLt 式中 L——沖裁件周邊長度〔mm〕 t 材料厚度〔mm〕 —

20、—材料抗剪強(qiáng)度〔MPa〕 K――系數(shù)，考慮到模具刃口的磨損，模具間隙的波動(dòng)，材料力學(xué)性能 的變化及材料厚度偏差等因素，一般取 K=1.3。 所以，一般情況下，上式也可以寫成 F沖 1.3Lt L=3.14 X 9.7=30.5mm =310MPa 則 F沖 1.3Lt XX 1X N 推件力： F推nK推F沖 式中 K推——推件力因素，查得 K推=0.063; n 工件卡的凹模內(nèi)的個(gè)數(shù)，取 n=1。 則 F推nK推F沖3XN F2=12291.5+N F翻 1.1 (dm-d 0) t 0 s 式中 dm 翻邊后豎邊的中徑〔mm〕，dm=21mm； d0 圓孔初

21、始直徑〔預(yù)制孔〕〔mm〕d0mm； 10 毛坯厚度〔mm〕t0 =1mm； s ――材料屈服點(diǎn)〔MPa〕 =180MPa 則 F3= F翻 1.1 （dm-d。）t。s X 3.14 :] X 1X N F拉 K dt b 式中d 拉深件的直徑〔mm〕d=49mm； b ――材料抗拉強(qiáng)度〔MPa〕，得 b =390MPa t 材料厚度〔mm〕t=1mm K――修正系數(shù)，取 K=0.8。 則 卩4=尸拉 K dt b xx 49x 1X 因此，總的沖裁力為： F總=F1+F2+F3+F4 =6120.5+++ =N 沖裁時(shí)的合力作用點(diǎn)或多工序模各工序沖壓力的合力作

22、用點(diǎn)， 稱為模具壓力 中心。如果模具壓力中心與壓力機(jī)滑塊中心不一致， 沖壓時(shí)會(huì)產(chǎn)生偏載，導(dǎo)致模 具以及滑塊與導(dǎo)軌的急劇磨損，降低模具和壓力機(jī)的使用壽命。通常利用求平行 力系合力作用點(diǎn)的方法〔解析法或圖解法〕確定模具的壓力中心。 本模具由于制件為軸對稱零件，所以其壓力中心及為零件的幾何中心 第五章 沖壓設(shè)備的選擇 沖壓設(shè)備的選擇是工藝設(shè)計(jì)中的一項(xiàng)重要內(nèi)容，它直接關(guān)系到設(shè)備的合理 使用、安全、產(chǎn)品制造、模具壽命、生產(chǎn)效率和成本等一系列重要的問題。對于 中小型沖裁件、彎曲件或淺拉深件多用具有 C形床身的開式曲柄壓力機(jī)。雖然 開式壓力機(jī)的剛度差，并且由于床身的變形而破壞了沖模的間隙分布，降低了

23、沖 模的壽命和沖裁件的質(zhì)量。但是，它卻具有操作空間三面敞開，操作方便，容易 安裝機(jī)械話的附屬設(shè)備和成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，目前仍是中小件生產(chǎn)的主要設(shè)備。 確定設(shè)備的規(guī)格時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)問題： 1〕壓力機(jī)的行程大小，應(yīng)能保證成形零件的取出與毛坯的放進(jìn)，例如拉深所 用壓力機(jī)的行程，至少應(yīng)大于成品零件高度的兩倍以上。 2〕壓力機(jī)工作臺(tái)面的尺寸應(yīng)大于沖模的平面尺寸， 且還需要留有安裝固定的 余地，但過大的工作臺(tái)面上安裝小尺寸的沖模時(shí)，工作臺(tái)的受力條件也是不利的。 3〕所選壓力機(jī)的封閉高度應(yīng)與沖模的封閉高度相適應(yīng)。 模具的閉合高度Ho是指上模在最低的工作位置時(shí)，下模板的底面到上模板的 頂面的距離。

24、 壓力機(jī)的閉合高度是指滑塊在下死點(diǎn)時(shí)，工作臺(tái)面到滑塊下端面的距離。大 多數(shù)壓力機(jī)的連桿長短能調(diào)節(jié)，也既壓力機(jī)的閉合高度可以調(diào)整， 故壓力機(jī)有最 大閉合爆肚 Hmax 和最小閉合高度 Hmin。 設(shè)計(jì)模具時(shí)，模具閉合高度 Ho的數(shù)值應(yīng)滿足下式： Hmax 5mm》Ho》 Hmin 10mm 4〕沖壓力與壓力機(jī)力能的配合關(guān)系： 當(dāng)進(jìn)行沖裁等沖壓加工時(shí)，由于其施力 行程較小，近于板材的厚度，所以可按沖壓過程中作用于壓力機(jī)滑塊上所有力的 總和F總選取壓力機(jī)。 根據(jù)所要完成的沖壓工藝的性質(zhì)、生產(chǎn)批量的大小、沖壓家的幾何尺寸和精 度要求等來選定設(shè)備類型。由于復(fù)合模的特點(diǎn)，為防止設(shè)備超載，可按公稱壓

25、力 F壓》(1.6 s 1.8 ) F總選擇壓力 機(jī)。選 取公稱壓力為 350kN的開式壓力機(jī) JC23-35。其與模具設(shè)計(jì)的相關(guān)參數(shù)為： 公稱壓力：350kN 滑塊行程：80 mm、 最大閉合高度：280mm 圭寸閉高度調(diào)節(jié)量：60 mm 工作臺(tái)孔徑：380mm 610mm 模柄孔尺寸： 50mm 70mm 第六章主要工作部分尺寸計(jì)算 沖裁間隙是指沖裁模的凸模和凹模刃口之間的間隙。 沖裁間隙分單邊間隙和 雙邊間隙，單邊間隙用 C表示，雙邊間隙用Z表示。間隙值的大小對沖裁件質(zhì) 量、模具壽命、沖裁力大小的影響很大，是沖裁工藝與模具設(shè)計(jì)中的一個(gè)極其重 要的工藝參數(shù)。 沖裁件的質(zhì)量

26、主要是指斷面質(zhì)量、尺寸精度和形狀誤差。斷面應(yīng)平直、光 滑；圓角??；無裂紋、撕裂、夾層和毛刺等缺陷。零件外表應(yīng)盡可能平整 尺寸應(yīng)在圖樣規(guī)定公差范圍之內(nèi)影響沖裁件質(zhì)量的因素有：凸、凹模間隙值 的大小及其分布的均勻性，模具刃口鋒利狀態(tài)、模具結(jié)構(gòu)與制造精度，材料 性能等，其中間隙值大小與分布的均勻程度是主要因素。 沖裁件的尺寸精度是指沖裁件實(shí)際尺寸與標(biāo)稱尺寸的差值〔 〕。差值越 小，精度越高。這個(gè)差值包括兩方面的偏差，一是沖裁件相對凸?；虬寄３?寸的偏差，二是模具本身的制造偏差。 沖裁件相對凸?；虬寄３叽绲钠睿饕怯捎跊_裁過程中，材料受拉 伸、擠壓、彎曲等作用引起的變形，在加工結(jié)束后工件脫

27、離模具時(shí)，會(huì)產(chǎn)生 彈性恢復(fù)而造成。偏差值可能是正的，也可能是負(fù)的。影響這一偏差值的因 素主要是凸、凹模的間隙。間隙大小對沖裁件尺寸偏差的影響規(guī)律可見圖 6-1。 當(dāng)間隙較大時(shí)，材料所受拉伸作用增大，沖裁完畢后，因材料的彈性恢 復(fù)，沖裁件尺寸向?qū)嶓w方向收縮，使落料件尺寸小于凹模尺寸，而沖孔件的 孔徑則大于凸模尺寸。當(dāng)間隙較小時(shí)，凸模壓入板料接近于擠壓狀態(tài)，材料 手凸、凹模擠壓力大。沖裁完畢后，材料的彈性恢復(fù)使落料件尺寸增打發(fā)， 而沖孔件的孔徑則變小。 沖裁模具的壽命以沖出合格制品的沖裁次數(shù)來衡量，分兩次刃磨間的壽 命與全部磨損后總的壽命，沖裁過程中，模具的損壞有磨損、崩刃、折斷、 啃壞等多種

28、式。 影響模具壽命的因素很多，有模具間隙；模具制造材料和精度、外表粗 糙度；被加工材料特性；沖裁件輪廓形狀和潤滑條件等。模具間隙是其中的 一個(gè)重要因素。 因?yàn)闆_裁過程中，模具端面受到很大的垂直壓力與側(cè)壓力，而模具外表 與材料的接觸面僅局限在刃口附近的狹小區(qū)域，這就以為著即使整個(gè)模具在 許用壓應(yīng)力下工作，但在模具刃口處所受的壓力也非常大。這種高的壓力會(huì) 使沖裁模具和板材的接觸面之間產(chǎn)生局部附著現(xiàn)象，當(dāng)接觸面發(fā)生相對滑動(dòng) 時(shí)，附著部分便發(fā)生剪切而引起磨損——附著磨損。其磨損量與接觸壓力、 相對滑動(dòng)距離成正比，與材料屈服強(qiáng)度成反比。它被認(rèn)為是模具磨損的主要 形式。當(dāng)模具間隙減小時(shí)，接觸壓力〔垂直

29、力、側(cè)壓力、摩擦力〕會(huì)隨之增 大，摩擦距離隨這增長，因此模具磨損加劇，甚至使模具與材料之間產(chǎn)生粘 結(jié)現(xiàn)象。因此適當(dāng)增大模具間隙，可使凸、凹模側(cè)面與材料見摩擦減小，并 減緩間隙不均勻的不利因素，從而提高模具壽命。但間隙過大時(shí)，半了的彎 曲拉伸相應(yīng)增大，使模具刃口端面上的正壓力增大，容易產(chǎn)生崩刃或產(chǎn)生塑 性變形使磨損加劇，降低模具壽命，同時(shí)，間隙過大卸料力會(huì)隨之增大，也 會(huì)增加模具的磨損，所以間隙是影響模具壽命的一個(gè)重要因素。 沖裁間隙對沖裁力及卸料力的影響 當(dāng)間隙減小時(shí)，凸模壓入板材的情況接近于擠壓狀態(tài)，材料所受拉應(yīng)力減小， 壓應(yīng)力增大，板料的易產(chǎn)生裂紋，因此最大沖裁力增大。當(dāng)間隙增大時(shí)，材

30、料所 受拉應(yīng)力增大，材料容易產(chǎn)生裂紋，因此沖裁力減小，繼續(xù)增大間隙值，凸、凹 模刃口產(chǎn)生的裂紋不相重合，會(huì)發(fā)生二次斷裂，沖裁力下降變緩。 當(dāng)間隙增大時(shí)沖裁件光亮帶窄，落料件尺寸偏差為負(fù)，沖孔見尺寸偏差為正， 因而使卸料力、推件力或頂件力減小。間隙繼續(xù)增大時(shí)，制件毛刺增大，卸料力、 頂件力迅速增大。 6.2沖孔刃口尺寸計(jì)算 計(jì)算原則 由于凸、凹模之間存在間隙，所以沖裁件斷面都是帶有錐度的， 且落料 見的大端尺寸等于凹模尺寸，沖孔見的小斷尺寸等與凸模尺寸，在測量與使用中， 落料件都是以大端尺寸為基準(zhǔn)，沖孔件孔徑是以小端尺寸為基準(zhǔn)。沖裁過程中， 凸、凹模要與沖裁零件或廢料發(fā)生摩擦，凸模越磨越

31、小，凹模越磨越大，結(jié)果使 間隙越來越大，因此，在確定凸、凹模刃口尺寸時(shí)，必須遵循以下原則： 〔1〕落料模先確定凹模r刃口尺寸，其標(biāo)稱尺寸應(yīng)取接近或等與制件的最小極 限尺寸，以保證凹模磨損到一定尺寸范圍內(nèi)， 也能沖出合格制件，凸模刃口的標(biāo) 稱尺寸比凹模小一個(gè)最小合理間隙。 〔2〕沖孔模先確定凸模刃口尺寸，其標(biāo)稱尺寸應(yīng)取接近或等于之間的最大極限 尺寸，以保證凸模磨損到一定尺寸范圍內(nèi)， 也能沖出合格的空。凹模人口的標(biāo)稱 尺寸應(yīng)比凸模大個(gè)億最小合理間隙。 〔3〕選擇模具刃口制造公差時(shí)，要考慮工件精度與模具精度的關(guān)系，即要保證 工件的精度要求，又要保證有合理的間隙值，一般沖模精度較工件精度高 2~

32、3 級(jí)。假設(shè)零件沒有標(biāo)注公差，則對于非圓形件按國家標(biāo)準(zhǔn)非配合尺寸的 IT14級(jí) 精度來處理，圓形件可按IT10級(jí)精度要求來處理，工件尺寸公差應(yīng)按“入體” 原則標(biāo)注為單向公差。所謂“入體”原則是指標(biāo)注工件尺寸公差時(shí)應(yīng)向材料尸體 方向單向標(biāo)注，即：落料件正公差為零，只標(biāo)注負(fù)公差；沖孔見負(fù)公差為零，只 標(biāo)注正公差。 模具工作部分尺寸及公差的計(jì)算方法與加工方法有關(guān)，基本上可分為兩類。 1.凸模與凹模分開加工 凸、凹模分開加工，是指凸模和凹模分別按圖樣 加工至尺寸。此種方法適用于圓形或形狀簡單的工件， 為了保證凸、凹模間隙小 于最大合理間隙Zmax，不僅凸、凹模分別標(biāo)注公差〔凸模 p，凹模d

33、〕，而且要 求有較高的制造精度，以滿足如下條件 p 0?4 (Zmax d °? 6(Zmax 也就是說， Z ) min Z ) min 新制造的模具應(yīng)該是d p Zmin Zmax。否則制造的模具間隙 或取 d p Zmax Zmin 已超過允許的變動(dòng)范圍Zmin ~Zmax ,影響模具的使用壽命。 2.凸模與凹模配合加工對于沖制件形狀復(fù)雜或薄板制件的模具，其凸、凹 模往往采用配合加工的方法。此方法是先加工好凸?！不虬寄！匙鳛榛鶞?zhǔn)件，然 后根據(jù)此基準(zhǔn)件的實(shí)際尺寸，配作凹?！不蛲鼓！?，使他們保持一定距離。因此, 只需在基準(zhǔn)件上標(biāo)注尺寸及公差，另一件只標(biāo)注標(biāo)

34、稱尺寸，并注明“XX尺寸按 凸?！不虬寄！撑渥鳎ＷC雙面間隙”。這樣。可放大基準(zhǔn)件的制造公差。其公 差不再受凸、凹模間隙大小的限制，制造容易，并容易保證凸、凹模間的間隙。 由于復(fù)雜形狀工件各部分尺寸性質(zhì)不同，凸模和凹模磨損后，尺寸變化趨勢不同, 所以基準(zhǔn)件的刃口尺寸計(jì)算方法也不相同 查得沖裁刃口雙面間隙 Zmin=0.08mm，Zmax=0.12mm。未注公差的零件尺寸 按IT14級(jí)精度計(jì)算，查得x=0.5。 沖孔凸、凹模的制造公差可由下表查出： 從上表可知: 凸 0.020,凹 0.025， 基本尺寸 凸模偏差 凹模偏差 < 18 〉18~30 〉30

35、~80 〉80~120 〉120~180 〉180~260 〉260~360 〉360~500 〉500 表6-2規(guī)則形狀〔圓形、方形〕沖裁時(shí)凸模、凹模的制造偏差〔 mm 校核: 凹 0.045mm〉Zmax-Z min 0.005mm 因此，凸、凹模采用配合加工方法。 則凸模刃口尺寸由下式計(jì)算： d=mm 凹模刃口尺寸按凸模尺寸配制，保證其雙間隙為 0.08~0.12mm< rn 圖6-1沖孔凸模 拉深起伏見未注公差按IT14級(jí)計(jì)算，其偏差值可查表 6-1，得其極限偏差為 0.62mm。則凸、凹模的制造

36、公差可按IT10級(jí)計(jì)算，其值可查得0.14mm。 拉深成形模的單邊間隙； Z=+*1 = 20mm翻邊凸，根據(jù)入體原則，則先計(jì)算凹模尺寸： D=mm 凸模尺寸根據(jù)凹模尺寸配制，凸、凹模采用配合加工方法： D=mm 50mm成形件凸、凹模，根據(jù)入體原則，也先計(jì)算凹模： D=mm 凸模尺寸根據(jù)凹模尺寸配制，凸、凹模采用配合加工方法： D=mm :。 落料件尺寸①mm的極限偏差由表6-1查出=0.87mm。磨損因數(shù)查出x=0.5 凹模的制造公差： 0.87 凹 0.035 凸 0.025 則：凸模尺寸為：d=mm 凹模尺寸：d=mm 黃4于號(hào)曽 圖6-2落料

37、凹模 第七章模具總體設(shè)計(jì) 由沖壓工藝分析可知，采用復(fù)合模沖壓，所以模具類型為復(fù)合模具。 模具相對于模架是采用從前往后的縱向送料方式， 還是采用從右往左的橫向 送料方式，這主要取決于凹模的周界尺寸。 如L〔送料方向的凹模長度〕v B〔垂 直于送料方向的凹模寬度〕時(shí)，采用縱向送料方式； L>B時(shí)，則采用橫向送料 方式；L=B時(shí)，縱向或橫向均可。就本模具而言，L=B其送料方式應(yīng)采用橫向送 料。 由于該模具采用的是條料，控制條料送進(jìn)方向采用導(dǎo)料柱和擋料銷協(xié)調(diào)作 用?？刂茥l料送進(jìn)步距采用擋料銷。而第一件工件的沖壓位置因?yàn)闂l料長度有一 定余量，可以靠操作工目測來定。 7.4卸料、出件方式的選

38、擇 模具是采用彈壓卸料板，還是采用固定卸料板，取決于卸料力的大小，其中 材料料厚是主要考慮因素。由于彈壓卸料模具操作時(shí)比固定卸料模具方便， 操作 者可以看見條料在模具中的送進(jìn)動(dòng)作，且彈壓卸料板卸料時(shí)對條料施加的是柔性 力，不會(huì)損傷工件外表，因此實(shí)際設(shè)計(jì)中盡量采彈壓卸料板，而只有在彈壓卸料 板卸料力不足時(shí)，才改用固定卸料板。 如采用縱向送料方式，適宜采用中間導(dǎo)柱導(dǎo)套模架〔對角導(dǎo)柱導(dǎo)套模架也 可〕；橫向送料適宜采用對角導(dǎo)柱導(dǎo)套模架： 而后側(cè)導(dǎo)柱導(dǎo)套模架有利于送料〔縱 橫向均可且送料較順暢〕，但工作時(shí)受力均衡性和對稱性比中間導(dǎo)柱導(dǎo)套模架及 對角導(dǎo)柱導(dǎo)套模架差一些；四角導(dǎo)柱導(dǎo)套模架則常用于大型模具

39、； 而精密模具還 須采用滾珠導(dǎo)柱導(dǎo)套。本模具采用后側(cè)導(dǎo)柱導(dǎo)套模架，因?yàn)橄驒M向送料方式較適 合。 第八章沖模主要零件設(shè)計(jì) 一模具材料的選擇是否正確不僅影響到模具使用壽命，也影響著制件的生產(chǎn) 質(zhì)量。應(yīng)該根據(jù)模具制造條件、模具工作條件、模具材料的基本性能等相關(guān)因素， 來選擇經(jīng)濟(jì)、先進(jìn)、適用的模具材料。選材時(shí)必須兼顧模具使用性能要求。對于 冷沖模應(yīng)主要考慮鋼的強(qiáng)度、韌性和耐磨性。強(qiáng)度與韌性以及韌性與耐磨性之間 往往此消彼長。當(dāng)模具的主要失效方式是脆性開裂時(shí)可考慮選擇強(qiáng)度較低但韌性 更好的材料或制訂合理的熱處理工藝以改善鋼的韌性，亦可根據(jù)實(shí)際情況選擇同 時(shí)具有高強(qiáng)度與高韌性的高級(jí)合金鋼。從兼顧韌性和

40、耐磨性的角度除了整體合理 選材外，亦可考慮在保證韌性的同時(shí)，采用合理的外表處理以改善模具的耐磨性。 塑料模具鋼選用時(shí)要兼顧其在塑料成形溫度下的強(qiáng)度、 耐磨性和耐蝕性，同時(shí)還 應(yīng)考慮其加工性能和鏡面度。 熱處理不當(dāng)是導(dǎo)致模具早期失效的重要因素。熱處理對模具壽命的影響主要 反映在熱處理技術(shù)要求不合理和熱處理質(zhì)量不良兩個(gè)方面。 統(tǒng)計(jì)資料說明，由于 選材和熱處理不當(dāng)，致使模具早期失效的約占 70%。 8.1.2 Cri2鋼的性能 Cri2 鋼 C含量 0.9%?1.05%,Mn含量 0.8%?1.1%,Si 含量 0.15%?0.35%, Cr 含量0.9%?1.2%，淬火溫度820?840

41、C, HRC不低于62,回火溫度140?160C, HRC6?64。具有高淬透性、高硬度和耐磨性，淬火尺寸穩(wěn)定性好，變形小，并 有效好的韌性。 由于鎢形成碳化物，這種鋼在淬火和低溫回火后具有比鉻鋼和 9SiCr鋼更 多的過剩碳化物和更高的硬度及耐磨性。 此外，鎢還有助于保存細(xì)小晶粒，從而 使鋼獲得較好的韌性。所以由Cr12鋼制成的刃具，崩刃現(xiàn)象較少，并能較好地保 持刀刃形狀和尺寸。 但是，Cr12鋼對形成碳化物網(wǎng)比較敏感，這種網(wǎng)的存在，就使工具刃部有 剝落的危險(xiǎn)，從而使工具的使用壽命縮短，因此，有碳化物網(wǎng)的鋼，必須根據(jù)其 嚴(yán)重程度進(jìn)行鍛壓和正火。這種鋼用來制造在工作時(shí)切削刃口不劇烈變熱的工

42、具 和淬火時(shí)要求不變形的量具和刃具，例如制作刀、長沖裁模的工作零件對材料性 能特殊要求，沖裁模的刃口在工作時(shí)受到強(qiáng)烈的摩擦和沖擊， 所以其模具材料應(yīng) 該具有高的耐磨性、沖擊韌性以及耐疲勞斷裂性能。 由于該模具是用來沖裁復(fù)雜形狀的工件，采用材料 Cri2，熱處理HRC5&60 凸模、凹模的固定形式 如圖8— 1所示、圖a、b、g、h是直接固定在模板上的，其中圖 b、h 一 般用于小型和大列零件，圖a、s常用于沖壓數(shù)量較少的簡單模；圖 c、i所示 凸模（凹模）與固走板用H7/m6配合.上面留有臺(tái)階，這種形式多在零件形狀簡 單、板材較厚時(shí)采用；固d所示是采用鉚接，凸模上無臺(tái)階，全部長度尺寸形

43、 狀相同，裝配時(shí)上面鉚開然后磨平。這種形式適用于形狀較復(fù)雜的零件，加工 凸模時(shí)便于全長一起磨削，圖J所示是僅靠H7/r6配合固緊，一般只在沖壓小 件時(shí)使用；圖e、f、k所示是快速更換凸模（凹模）的固定形式。對多凸模（凹模） 沖模，其中個(gè)別凸模（凹模）特別易壞?需經(jīng)常更換，此時(shí)采用這種形式更換易 損凸模（凹模）較方便。 圖8-1凸模、凹模的固定形式 本設(shè)計(jì)采用圖（h） 凹模刃口通常有如圖8-2所示的幾種形式 b) J 7里一 fl 圖8-2凹模的刃口形式 圖a的特點(diǎn)是刃邊強(qiáng)度較好該刃口形式的特點(diǎn)是刃邊強(qiáng)度較好，刃磨后工 作部分尺寸不變，但洞口易

44、積存廢料或制件，推件力大且磨損撒，刃磨時(shí)磨去的 尺寸較多。一般刃磨后工作部分尺寸不變，但洞口積存廢料或制件，推件力大 且磨損大，刃磨時(shí)磨去的尺寸較多。一般用于形狀復(fù)雜和精度要求較高的制件， 對向上出件或出料的模具也采用此刃口形式。 圖b的特點(diǎn)不易積存廢料或制件，對洞口磨損及壓力很小，但刃邊強(qiáng)度差。 且刃磨后尺寸稍有增大，不過由于它的磨損小，這種增大不會(huì)影響模具壽命。一 般適用于形狀較簡單、沖裁制件精度要求不高、制件或廢料向下落的情況。 圖c、d與圖b相似,圖c適用于沖裁較復(fù)雜的零件；圖d適用于沖裁薄料 和凹模厚度較薄的情況。 圖e與圖a相似,適用于上出件或上出料的模具。 圖f適用于沖

45、裁0.5mm以下的薄料，且凹模不淬火或淬火硬度不高〔35? 40HR0,采用這種形式可用手錘打斜面以調(diào)整間隙， 直到試出滿意的沖裁件為止。 第九章標(biāo)準(zhǔn)件的選擇 —1990取凹模周界Do=16Omm*25Omm，始用最小閉合高度180mm，最大閉 合高度225mm。上模板厚H=45mm，下模板厚H=55mm,材料HT200。 根據(jù)凸模的形式及卸料的要求，根據(jù) JB/T7646.3選擇凸緣模柄。 考慮P小于料厚，所以根據(jù)JB71-85選擇M10 X 80選用材料為45號(hào)鋼。 B8X 110 9.4導(dǎo)柱，導(dǎo)套的選擇 根據(jù)選擇的模架來選擇導(dǎo)柱，導(dǎo)套。導(dǎo)柱，導(dǎo)套為配合選擇 模柄的選擇 根據(jù)所選擇的壓力機(jī)來選擇模柄 GB2862.8-81 連接推桿的選擇 推桿的作用是實(shí)現(xiàn)推板和頂出器的傳動(dòng)，根據(jù)模具總壓力考慮選擇 GB2867.3-81 選用材料 Q235。 第十章繪制模具總圖及裝配圖 1下模架2，導(dǎo)柱3,導(dǎo)套4，上模架5，彈簧6,墊板7,螺釘8,模柄9，螺釘10, 打料銷11,打料板12,打桿13,沖孔凸模14,卸料器15,翻邊凸模16,拉深凸模17, 落料拉深凸凹模 18,落料凹模19,頂料銷20,壓板21,橡膠22,推桿23,螺釘24, 限位螺釘25,卸料板26,卸料螺釘