螺母盒零件沖壓工藝與沖模設計-02,螺母,零件,沖壓,工藝,沖模,設計,02 畢業(yè)設計（論文）任務書 I、畢業(yè)設計(論文)題目： 螺母盒零件沖壓工藝與沖模設計 II、畢 業(yè)設計(論文)使用的原始資料(數(shù)據(jù))及設計技術(shù)要求： 1. 螺母盒零件圖 2.生產(chǎn)綱領(lǐng)：中等批量 3.要求完成零件的沖壓工藝分析和沖壓工藝規(guī)程的編制。 1) 分析沖件成形工藝及坯料展開 2）編制螺母盒零件沖壓工藝 3）完成螺母盒沖裁模設計 III、畢 業(yè)設計(論文)工作內(nèi)容及完成時間： 1. 查閱相關(guān)資料，外文資料翻譯（6000字符以上），撰寫開題報告。 第1周—第2周 3.繪制螺母盒沖件圖，分析沖件成形工藝及坯料展開 第3周—第6周 4.編制螺母盒沖壓成形工藝規(guī)程； 第7周—第8周 5.繪制螺母盒沖裁?？傃b圖及零件圖； 第9周—第13周 6.撰寫畢業(yè)設計說明書（論文） 第14周—第16周 7.畢業(yè)設計審查，畢業(yè)答辯。 第17周 Ⅳ 、主 要參考資料： 1.《沖模設計手冊》編寫組.沖模設計手冊.北京：沖模設計手冊，1995 2. 陳為國.螺母盒彎曲成形模具設計.模具技術(shù)，2000.1 3.王新華，袁聯(lián)富編.沖模結(jié)構(gòu)圖冊.北京：機械工業(yè)出版社，2003 4.羅益旋.沖壓新工藝新技術(shù)及模具設計實用手冊. 銀聲音像出版社，2004 5. GB2851～2875《冷沖?！穱覙藴? 航空與機械工程 系 機械設計制造及其自動化 專業(yè)類 0781052 班 學生（簽名）： 鄒武 填寫日期： 2011 年 01 月 03 日 指導教師（簽名）： 陳為國 助理指導教師(并指出所負責的部分)： 機械設計制造及其自動化 系主任（簽名）： 附注:任務書應該附在已完成的畢業(yè)設計說明書首頁。 附錄：螺母盒零件圖 南昌航空大學科技學院學士學位論文 第 1 頁 目 錄 1 緒 論................................................................................................................3 1.1 模具行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及市場前景 ......................................3 1.2 沖壓工藝介紹 ......................................................3 1.3 沖壓工藝的種類 ....................................................4 1.4 沖壓行業(yè)阻力和障礙與突破 ..........................................5 2 沖裁件的工藝分析 .......................................................................................7 2.1 工件尺寸精度 ......................................................8 2.2 工件展開長度計算 ..................................................8 3 沖裁工藝方案的確定 ...................................10 4 模具結(jié)構(gòu)形式的確定 ...................................11 5 模具總體設計 ..............................................................................................12 5.1 模具類型的選擇 ...................................................12 5.2 操作方式 .........................................................12 5.3 卸料、出件方式 ...................................................12 5.4 確定送料方式 ................................................................................................13 5.5 確定導向方式 ................................................................................................13 6 模具設計計算 ..............................................................................................14 6.1 排樣、計算條料寬度、確定步距、材料利用率 ..............................................14 6.2 沖壓力的計算 ................................................................................................18 6.3 壓力中心的確定 ............................................................................................20 6.4 模具刃口尺寸的計算 .....................................................................................21 6.5 模具彎曲部分工作尺寸計算 ..........................................................................23 7 主要零部件設計 ..........................................................................................27 7.1 工作零部件的結(jié)構(gòu)設計 ..................................................................................27 8 校核模具閉合高度及壓力機有關(guān)參數(shù) .................................................33 8.1 校核模具閉合高度 .........................................................................................33 8.2 沖壓設備的選定 ............................................................................................33 9 設計并繪制模具總裝圖及選取標準件 ....................................................34 10 模具的安裝調(diào)試 ..........................................................................................35 10.1 模具的安裝調(diào)試 ...........................................................................................35 南昌航空大學科技學院學士學位論文 第 2 頁 參考文獻 ..............................................................................................................36 南昌航空大學科技學院學士學位論文 第 3 頁 緒 論 1.1 模具行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及市場前景 現(xiàn)代模具工業(yè)有“不衰亡工業(yè)”之稱。世界模具市場總體上供不應求，市場需 求量維持在600億至650億美元，同時，我國的模具產(chǎn)業(yè)也迎來了新一輪的發(fā)展機遇。 近幾年，我國模具產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值保持13%的年增長率（據(jù)不完全統(tǒng)計，2004年國內(nèi)模具 進口總值達到600多億，同時，有近200個億的出口），到2005年模具產(chǎn)值預計為600 億元，模具及模具標準件出口將從現(xiàn)在的每年9000多萬美元增長到2005年的2億美元 左右。單就汽車產(chǎn)業(yè)而言，一個型號的汽車所需模具達幾千副，價值上億元，而當 汽車更換車型時約有80%的模具需要更換。2003年我國汽車產(chǎn)銷量均突破400萬輛， 預計2004年產(chǎn)銷量各突破500萬輛，轎車產(chǎn)量將達到260萬輛。另外，電子和通訊產(chǎn) 品對模具的需求也非常大，在發(fā)達國家往往占到模具市場總量的20%之多。目前，中 國17000多個模具生產(chǎn)廠點，從業(yè)人數(shù)約50多萬。1999年中國模具工業(yè)總產(chǎn)值已達 245億元人民幣。工業(yè)總產(chǎn)值中企業(yè)自產(chǎn)自用的約占三分之二，作為商品銷售的約占 三分之一。在模具工業(yè)的總產(chǎn)值中，沖壓模具約占50%，塑料模具約占33%，壓鑄模 具約占6%，其它各類模具約占11%。 1.2 沖壓工藝介紹 沖壓是靠壓力機和模具對板材、帶材、管材和型材等施加外力，使之產(chǎn)生塑性 變形或分離，從而獲得所需形狀和尺寸的工件(沖壓件)的成形加工方法。沖壓和鍛 造同屬塑性加工(或稱壓力加工)，合稱鍛壓。沖壓的坯料主要是熱軋和冷軋的鋼板 和鋼帶。 全世界的鋼材中，有 60～70%是板材，其中大部分是經(jīng)過沖壓制成成品。汽車的 車身、底盤、油箱、散熱器片，鍋爐的汽包、容器的殼體、電機、電器的鐵芯硅鋼 片等都是沖壓加工的。儀器儀表、家用電器、自行車、辦公機械、生活器皿等產(chǎn)品 中，也有大量沖壓件。 沖壓件與鑄件、鍛件相比，具有薄、勻、輕、強的特點。沖壓可制出其他方法 南昌航空大學科技學院學士學位論文 第 4 頁 難于制造的帶有加強筋、肋、起伏或翻邊的工件，以提高其剛性。由于采用精密模 具，工件精度可達微米級，且重復精度高、規(guī)格一致，可以沖壓出孔、凸臺等。 冷沖壓件一般不再經(jīng)切削加工，或僅需要少量的切削加工。熱沖壓件精度和表 面狀態(tài)低于冷沖壓件，但仍優(yōu)于鑄件、鍛件，切削加工量少。 沖壓是高效的生產(chǎn)方法，采用復合模，尤其是多工位級進模，可在一臺壓力機 上完成多道沖壓工序，實現(xiàn)由帶料開卷、矯平、沖裁到成形、精整的全自動生產(chǎn)。 生產(chǎn)效率高，勞動條件好，生產(chǎn)成本低，一般每分鐘可生產(chǎn)數(shù)百件。 1.3 沖壓工藝的種類 沖壓主要是按工藝分類，可分為分離工序和成形工序兩大類。分離工序也稱沖 裁，其目的是使沖壓件沿一定輪廓線從板料上分離，同時保證分離斷面的質(zhì)量要求。 成形工序的目的是使板料在不破坯的條件下發(fā)生塑性變形，制成所需形狀和尺寸的 工件。在實際生產(chǎn)中，常常是多種工序綜合應用于一個工件。沖裁、彎曲、剪切、 拉深、脹形、旋壓、矯正是幾種主要的沖壓工藝。 沖壓用板料的表面和內(nèi)在性能對沖壓成品的質(zhì)量影響很大，要求沖壓材料厚度 精確、均勻；表面光潔，無斑、無疤、無擦傷、無表面裂紋等；屈服強度均勻，無 明顯方向性；均勻延伸率高；屈強比低；加工硬化性低。 在實際生產(chǎn)中，常用與沖壓過程近似的工藝性試驗，如拉深性能試驗、脹形性 能試驗等檢驗材料的沖壓性能，以保證成品質(zhì)量和高的合格率。 模具的精度和結(jié)構(gòu)直接影響沖壓件的成形和精度。模具制造成本和壽命則是影 響沖壓件成本和質(zhì)量的重要因素。模具設計和制造需要較多的時間，這就延長了新 沖壓件的生產(chǎn)準備時間。 模座、模架、導向件的標準化和發(fā)展簡易模具(供小批量生產(chǎn))、復合模、多工 位級進模(供大量生產(chǎn))，以及研制快速換模裝置，可減少沖壓生產(chǎn)準備工作量和縮 短準備時間，能使適用于減少沖壓生產(chǎn)準備工作量和縮短準備時間，能使適用于大 批量生產(chǎn)的先進沖壓技術(shù)合理地應用于小批量多品種生產(chǎn)。 沖壓設備除了厚板用水壓機成形外，一般都采用機械壓力機。以現(xiàn)代高速多工 位機械壓力機為中心，配置開卷、矯平、成品收集、輸送等機械以及模具庫和快速 換模裝置，并利用計算機程序控制，可組成高生產(chǎn)率的自動沖壓生產(chǎn)線。 在每分鐘生產(chǎn)數(shù)十、數(shù)百件沖壓件的情況下，在短暫時間內(nèi)完成送料、沖壓、 南昌航空大學科技學院學士學位論文 第 5 頁 出件、排廢料等工序，常常發(fā)生人身、設備和質(zhì)量事故。因此，沖壓中的安全生產(chǎn) 是一個非常重要的問題。 1.4 沖壓行業(yè)阻力和障礙與突破 阻力一：機械化、自動化程度低 美國 680 條沖壓線中有 70%為多工位壓力機，日本國內(nèi) 250 條生產(chǎn)線有 32%為多 工位壓力機，而這種代表當今國際水平的大型多工位壓力機在我國的應用卻為數(shù)不 多；中小企業(yè)設備普遍較落后，耗能耗材高，環(huán)境污染嚴重；封頭成形設備簡陋， 手工操作比重大；精沖機價格昂貴，是普通壓力機的 5~10 倍，多數(shù)企業(yè)無力投資阻 礙了精沖技術(shù)在我國的推廣應用；液壓成形，尤其是內(nèi)高壓成形，設備投資大，國 內(nèi)難以起步。 突破點：加速技術(shù)改造 要改變當前大部分還是手工上下料的落后局面，結(jié)合具體情況，采取新工藝， 提高機械化、自動化程度。汽車車身覆蓋件沖壓應向單機連線自動化、機器人沖壓 生產(chǎn)線，特別是大型多工位壓力機方向發(fā)展。爭取加大投資力度，加速沖壓生產(chǎn)線 的技術(shù)改造，使盡早達到當今國際水平。而隨著微電子技術(shù)和通訊技術(shù)的發(fā)展使板 材成形裝備自動化、柔性化有了技術(shù)基礎。應加速發(fā)展數(shù)字化柔性成形技術(shù)、液壓 成形技術(shù)、高精度復合化成形技術(shù)以及適應新一代輕量化車身結(jié)構(gòu)的型材彎曲成形 技術(shù)及相關(guān)設備。同時改造國內(nèi)舊設備，使其發(fā)揮新的生產(chǎn)能力。 阻力二：生產(chǎn)集中度低 許多汽車集團大而全，形成封閉內(nèi)部配套，導致各企業(yè)的沖壓件種類多，生產(chǎn) 集中度低，規(guī)模小，易造成低水平的重復建設，難以滿足專業(yè)化分工生產(chǎn)，市場競 爭力弱；摩托車沖壓行業(yè)面臨激烈的市場競爭，處于“優(yōu)而不勝，劣而不汰”的狀 態(tài)；封頭制造企業(yè)小而散，集中度僅 39.2%。 突破點：走專業(yè)化道路 迅速改變目前“大而全”、“散亂差”的格局，盡快從汽車集團中把沖壓零部 件分離出來，按沖壓件的大、中、小分門別類，成立幾個大型的沖壓零部件制造供 應中心及幾十個小而專的零部件工廠。通過專業(yè)化道路，才能把沖壓零部件做大做 強，成為國際上有競爭實力的沖壓零部件供應商。 阻力三：沖壓板材自給率不足，品種規(guī)格不配套 南昌航空大學科技學院學士學位論文 第 6 頁 目前，我國汽車薄板只能滿足 60%左右，而高檔轎車用鋼板，如高強度板、合金 化鍍鋅板、超寬板(1650mm 以上)等都依賴進口。 突破點：所用的材料應與行業(yè)協(xié)調(diào)發(fā)展 汽車用鋼板的品種應更趨向合理，朝著高強、高耐蝕和各種規(guī)格的薄鋼板方向 發(fā)展，并改善沖壓性能。鋁、鎂合金已成為汽車輕量化的理性材料，擴大應用已勢 在必行。 阻力四：科技成果轉(zhuǎn)化慢先進工藝推廣慢 在我國，許多沖壓新技術(shù)起步并不晚，有些還達到了國際先進水平，但常常很 難形成生產(chǎn)力。先進沖壓工藝應用不多，有的僅處于試用階段，吸收、轉(zhuǎn)化、推廣 速度慢。技術(shù)開發(fā)費用投入少，導致企業(yè)對先進技術(shù)的掌握應用慢，開發(fā)創(chuàng)新能力 不足，中小企業(yè)在這方面的差距更甚。目前，國內(nèi)企業(yè)大部分仍采用傳統(tǒng)沖壓技術(shù)， 對下一代輕量化汽車結(jié)構(gòu)和用材所需的成形技術(shù)缺少研究與技術(shù)儲備。 突破點：走產(chǎn)、學、研聯(lián)合之路 我國與歐、美、日等相比，存在的最大的差距就是還沒有一個產(chǎn)、學研聯(lián)合體， 科研難以做大，成果不能盡快轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。所以應圍繞大型開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化項目， 以高校和科研單位為技術(shù)支持，企業(yè)為應用基地，形成產(chǎn)品、設備、材料、技術(shù)的 企業(yè)聯(lián)合實體，形成既能開發(fā)創(chuàng)新，又能迅速產(chǎn)業(yè)化的良性循環(huán)。 阻力五：大、精模具依賴進口 當前，沖壓模具的材料、設計、制作均滿足不了國內(nèi)汽車發(fā)展的需要，而且標 準化程度尚低，大約為 40%~45%，而國際上一般在 70%左右。 突破點：提升信息化、標準化水平 必須用信息化技術(shù)改造模具企業(yè)，發(fā)展重點在于大力推廣 CAD/CAM/CAE 一體化 技術(shù)，特別是成形過程的計算機模擬分析和優(yōu)化技術(shù)(CAE)。加速我國模具標準化進 程，提高精度和互換率。力爭 2005 年模具標準件使用覆蓋率達到 60%，2010 年達到 70%以上基本滿足市場需求。 阻力六：專業(yè)人才缺乏 業(yè)內(nèi)掌握先進設計分析技術(shù)和數(shù)字化技術(shù)的高素質(zhì)人才遠遠不能滿足沖壓行業(yè) 飛速發(fā)展的需要，尤其是摩托車行業(yè)中具備沖壓知識和技術(shù)和技能的專業(yè)人才更為 缺乏且大量外流。另外，眾多合資公司由外方進行工程設計，掌握設計權(quán)、投資權(quán)， 南昌航空大學科技學院學士學位論文 第 7 頁 我方?jīng)_壓技術(shù)人員難以真正掌握沖壓工藝的真諦。 突破點：提高行業(yè)人員素質(zhì) 這是一項迫在眉睫的任務，又是一項長期而系統(tǒng)的任務。振興我國沖壓行業(yè)需 要大批高水平的科技人才，大批熟悉國內(nèi)外市場、具有現(xiàn)代管理知識和能力的企業(yè) 家，大批掌握先進技術(shù)、工藝的高級技能人才。要舍得花大力氣，有計劃、分層次 地培養(yǎng)。 2 沖裁件的工藝分析 本次設計沖壓工件如下圖： 圖 2-1 工件圖 南昌航空大學科技學院學士學位論文 第 8 頁 2.1 工件材料 由圖1-1分析知：工件材料采用08AL。08AL 是優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的一種，一般用 作冷沖壓薄板鋼中的 Al 脫氧鎮(zhèn)靜鋼冷軋板,其命名規(guī)則類同碳素結(jié)構(gòu)鋼，其兩位數(shù) 字表示鋼中平均碳質(zhì)量分數(shù)的萬倍，即“08”表示鋼中平均碳質(zhì)量分數(shù)為 0.08%， “A”表示質(zhì)量等級， “L”為“拉”字的漢語拼音首字母，表示其拉伸性能好。 主要力學性能(試件尺寸25mm)：正火930℃、σs=185 MPa、σb=325Mpa、σ5/%≥33、硬度(未熱處理)131HB。 主要用于制造4mm 以下的各種冷沖壓構(gòu)件，如車身、駕駛室、各種儀表及機器外 殼等。 2.2 工件結(jié)構(gòu)形狀 工件結(jié)構(gòu)形狀相對簡單，2 個彎曲，有 2 個異形孔，孔與邊緣之間的距離滿足 要求，料厚為 1.2mm 滿足許用壁厚要求（孔與孔之間、孔與邊緣之間的壁厚） ，可以 沖裁加工。 2.3 工件尺寸精度 根據(jù)零件圖上所注尺寸，工件要求不高，尺寸精度要求較低，采用 IT14 級精度， 普通沖裁完全可以滿足要求。 根據(jù)以上分析：該零件沖裁工藝性較好，綜合評比適宜沖裁加工。 2.4 工件展開長度計算 中性層的確定 由于中性層的長度在彎曲變形前后不變，其長度就是彎曲件坯料展開尺寸的長 度。而欲求中性層長度就必須找到其位置，用曲率半徑 表示。中性層位置與板料0? 厚度 t、彎曲半徑 r、變薄系數(shù) 等因素有關(guān)，在實際生產(chǎn)中為了使用方便，通常采? 用下面的經(jīng)驗公式來確定中性層的位置： 0rxt??? 南昌航空大學科技學院學士學位論文 第 9 頁 式中： ——中性層半徑；r——彎曲件內(nèi)彎半徑；0? x 為中性層位移系數(shù)，其值件下表：表-2 r/t 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 1 1.2 x 0.21 0.22 0.23 0.24 0.25 0.26 0.28 0.3 0.32 0.33 r/t 1.3 1.5 2 2.5 3 4 5 6 7 ≥8 x 0.34 0.36 0.38 0.39 0.4 0.42 0.44 0.46 0.48 0.5 從彎曲件圖可以看到：圓角半徑都為 r=2mm，板料厚度 t=1.2mm，查表-2 得 x=0.36，則中性層半徑為： mxtr632.1 2.160.ρ0=×+ 2、毛坯展開尺寸的計算 由于圓角半徑 r>0.5t，所以毛坯展開長度等于彎曲件直線部分長度與彎曲部分 中性層展開長度的總和，即 。彎曲件有 2 個彎曲，分別為 L10 ()18ii iLlrxt????? 和 L2，分別計算為： mL263.π2.863.1×+×= =102.45mm .2+ =47.12mm 所以工件展開長度 L1 取 102.5，L2 取 47.1mm。 畫出工件展開圖如圖 1.4： 南昌航空大學科技學院學士學位論文 第 10 頁 圖 2.4 工件展開圖 3 沖裁工藝方案的確定 方案一：先沖孔，再彎曲，后落料。單工序模生產(chǎn)。 方案二：沖孔-彎曲-落料級進沖壓。級進模生產(chǎn)。 方案三：落料-彎曲-沖孔復合模沖壓。復合模生產(chǎn)。 表 3-1 各類模具結(jié)構(gòu)及特點比較 模具種類 比較項目 單工序模 （無導向） （有導 向） 級進模 復合模 零件公差等級 低 一般 可達 IT13～IT10 級 可達 IT10～IT8 級 零件特點 尺寸不 受限制 厚度不 受限制 中小型 尺寸厚 度較厚 小零件厚度 0.2～6mm 可加工復雜零件，如 寬度極小的異形件 形狀與尺寸受模具結(jié)構(gòu) 與強度限制，尺寸可以 較大，厚度可達 3mm 零件平面度 低 一般 中小型件不平直，高 質(zhì)量制件需較平 由于壓料沖件的同時得 到了較平，制件平直度 好且具有良好的剪切斷 面 生產(chǎn)效率 低 較低 工序間自動送料，可 以自動排除制件，生 產(chǎn)效率高 沖件被頂?shù)侥＞吖ぷ鞅?面上，必須手動或機械 排除，生產(chǎn)效率較低 安全性 不安全，需采取 安全措施 比較安全 不安全，需采取安全措 施 模具制造工作量 和成本 低 比無導向 的稍高 沖裁簡單的零件時， 比復合模低 沖裁較復雜零件時，比 級進模低 南昌航空大學科技學院學士學位論文 第 11 頁 適用場合 料厚精度要求低 的小批量沖件的 生產(chǎn) 大批量小型沖壓件的 生產(chǎn) 形狀復雜，精度要求較 高，平直度要求高的中 小型制件的大批量生產(chǎn) 根據(jù)分析結(jié)合表分析： 方案一模具結(jié)構(gòu)簡單，制造周期短，制造簡單，但需要兩副模具，成本高而生 產(chǎn)效率低，難以滿足大批量生產(chǎn)的要求。 方案二只需一副模具，生產(chǎn)效率高，操作方便，精度也能滿足要求，模具制造 工作量和成本比較高。適合大批量生產(chǎn)。 方案三只需一副模具，制件精度和生產(chǎn)效率都較高，且工件最小壁厚大于凸凹 模許用最小壁厚模具強度也能滿足要求。沖裁件的內(nèi)孔與邊緣的相對位置精度較高， 板料的定位精度比方案三低，模具輪廓尺寸較小。 通過對上述三種方案的分析比較，該工件的沖壓生產(chǎn)采用方案二最佳。 4 模具結(jié)構(gòu)形式的確定 級進模是指在條料的送料方向上，具有兩個以上的工位，并在壓力機的一次行 程中，在不同的工位上同時完成兩道或兩道以上的沖壓工序的沖模。級進模的定距 方式有兩種：擋料銷定距和側(cè)刃定距。 本模具采用側(cè)刃定距。側(cè)刃代替了擋料銷控制條料送進距離（步距） ，側(cè)刃是特 殊功用的凸模，其作用是在壓力機每次沖壓行程中，沿條料邊緣切下一塊長度等于 送料近距的料邊。在條料送進過程中，切下的缺口向前送進被側(cè)刃擋塊擋住，送進 的距離即等于步距。 南昌航空大學科技學院學士學位論文 第 12 頁 5 模具總體設計 5.1 模具類型的選擇 由沖壓工藝分析可知，采用級進模方式?jīng)_壓，所以模具類型為級進模。 5.2 操作方式 零件的生產(chǎn)批量為大批量，但合理安排生產(chǎn)可用手動送料方式，既能滿足生產(chǎn)要 求，又可以降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟效益。 5.3 卸料、出件方式 5.3.1 卸料方式 剛性卸料與彈性卸料的比較： 剛性卸料是采用固定卸料板結(jié)構(gòu)。常用于較硬、較厚且精度要求不高的工件沖 裁后卸料。當卸料板只起卸料作用時與凸模的間隙隨材料厚度的增加而增大，單邊 間隙?。?.2～0.5）t。當固定卸料板還要起到對凸模的導向作用時卸料板與 凸模 的配合間隙應該小于沖裁間隙。此時要求凸模卸料時不能完全脫離卸料板。主要用 于卸料力較大、材料厚度大于 2mm 且模具結(jié)構(gòu)為倒裝的場合。 彈壓卸料板具有卸料和壓料的雙重作用，主要用于料厚小于或等于 2mm 的板料 由于有壓料作用，沖件比較平整。卸料板與凸模之間的單邊間隙選擇（0.1～0.2）t,若 彈壓卸料板還要起對凸模導向作用時，二者的配合間隙應小于沖裁間隙。常用作落 料模、沖孔模、正裝復合模的卸料裝置。 工件平直度較高，料厚為 1.2mm 相對較薄，卸料力較大，雖然彈壓卸料模具比 剛性卸料模具方便，操作者可以看見條料在模具中的送進動態(tài)，且彈性卸料板對工 件施加的是柔性力，不會損傷工件表面，但設計力求簡單，可采用剛性卸料。 南昌航空大學科技學院學士學位論文 第 13 頁 5.3.2 出件方式 因采用連續(xù)模生產(chǎn)，故采用向下落料出件。 5.4 確定送料方式 因選用的沖壓設備為開式壓力機且垂直于送料方向的凹模寬度 B 小于送料方向的 凹模長度 L 故采用橫向送料方式，即由右向左（或由左向右）送料。 5.5 確定導向方式 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)。常用于橫向送料級進?；蚩v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)，工作時，偏心距會造成導套導柱單邊磨損，嚴重影響模 具使用壽命，且不能使用浮動模柄。 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，以及大量生產(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。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，為提高模具壽命和工件質(zhì) 量，該級復合模采用對角側(cè)導柱模架的導向方式，即方案一最佳。 南昌航空大學科技學院學士學位論文 第 14 頁 6 模具設計計算 6.1 排樣、計算條料寬度、確定步距、材料利用率 6.1.1 排樣方式的選擇 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。 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(gòu)和制造成本有廢料排樣的具體形式選擇直排最 佳。 6.1.2 計算條料寬度 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。 搭邊值通常由表 4 所列搭邊值和側(cè)搭邊值確定。 根據(jù)零件形狀，查表 4，并考慮到工件的切邊，工件之間搭邊值 a=3mm, 由于采 用側(cè)刃定距，工件之間的橋連接放在工件中間，所以工件與側(cè)邊之間不取搭邊值。 條料是有板料裁剪下料而得，為保證送料順利，規(guī)定其上偏差為零，下偏差為負值 —△ B0△ =（Dmax＋2b 1） 0△ 公式（5-1） 式中 Dmax—條料寬度方向沖裁件的最大尺寸； a1---沖裁件之間的搭邊值； 南昌航空大學科技學院學士學位論文 第 15 頁 b1---側(cè)刃沖切得料邊定距寬度；（其值查表 6）可得△=1.0mm。 △—板料剪裁下的偏差；（其值查表 5）可得△=0.6mm。 B0△ =102.5＋2×1 =104.50-0.60mm 故條料寬度為 104.5mm。 表 6-1 搭邊值和側(cè)邊值的數(shù)值 圓件及類似圓形制件 矩形或類似矩形制 件長度≤50 矩形或類似矩形制件長度＞50材料厚度 t（mm) 工件間 a 側(cè)邊 a1 工件間 a 側(cè)邊 a1 工件間 a 側(cè)邊 a 1 ≤0.25 1.0 1.2 1.2 1.5 1.5~2.5 1.8~2.6 ＞0.25～ 0.5 0.8 1.0 1.0 1.2 1.2~2.2 1.5~2.5 ＞0.5～1 .0 0.8 1.0 1.0 1.2 1.5~2.5 1.8~2.6 ＞1～1.5 1.0 1.3 1.2 1.5 1.8~2.8 2.2~3.2 ＞1.5～2 .0 1.2 1.5 1.5 1.8 2.0~3.0 2.4~3.4 ＞2.0～2 .5 1.5 1.9 1.8 2.2 2.2~3.2 2.7~3.7 表 6-2 普通剪床用帶料寬度偏差△（mm） 條料寬度 b(mm) 條料厚度 t(mm) ≤50 ＞50～100 ＞100～200 ＞200 ≤１ 0.4 0.5 0.6 0.7 ＞１～2 0.5 0.6 0.7 0.8 ＞2～3 0.7 0.8 0.9 1.0 ＞3～5 0.9 1.0 1.1 1.2 南昌航空大學科技學院學士學位論文 第 16 頁 表 6-3 側(cè)刃沖切得料邊定距寬度 b1（mm） 條料寬度 b(mm)條料厚度 t(mm) 金屬材料 非金屬材料 ≤1.5 1.5 2.0 ＞1.5～2.5 2.0 3.0 ＞1.5～2.5 2.5 4.0 6.1.3 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(guān)，是決定側(cè)刃長度的依據(jù)。條料寬度的確定與模具 的結(jié)構(gòu)有關(guān)。 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。 級進模送料步距 S S=Dmax+a1 公式（5-2） Dmax零件橫向最大尺寸，a 1搭邊 S＝47.1＋3 ＝50.1mm 排樣圖如圖 5-1 所示。 圖 6-1 排樣圖 南昌航空大學科技學院學士學位論文 第 17 頁 6.1.4 計算材料利用率 沖裁件的實際面積與所用板料面積的百分比叫材料的利用率，它是衡量合理利用 材料的重要指標。 一個步距內(nèi)的材料利用率 η＝Ａ/BS×100% 公式（5-2） 式中 A—一個步距內(nèi)沖裁件的實際面積； B—條料寬度； S—步距； 由此可之，η 值越大，材料的利用率就越高，廢料越少。廢料分為工藝廢料和 結(jié)構(gòu)廢料，結(jié)構(gòu)廢料是由本身形狀決定的，一般是固定不變的，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。 排樣合理與否不但影響材料的經(jīng)濟和利用，還影響到制件的質(zhì)量、模具的的結(jié) 構(gòu)和壽命、制件的生產(chǎn)率和模具的成本等指標。因此，排樣時應考慮如下原則： 1） 、提高材料利用率（不影響制件使用性能的前提下，還可以適當改變制件的形狀） 。 2) 、排樣方法使應操作方便，勞動強度小且安全。 3) 、 模具結(jié)構(gòu)簡單、壽命高。 4) 、保證制件質(zhì)量和制件對板料纖維方向的要求。 一個步距內(nèi)沖裁件的實際面積，根據(jù) CAD 軟件-工具-查詢-面積： A=3408.5mm2 所以一個步距內(nèi)的材料利用率 Η= Ａ／BS×100% 公式（5-2） =3408.5／104.5×50.1×100% =65.1% 根據(jù)計算結(jié)果知道選用直排材料利用率可達 65.1%，滿足要求。 南昌航空大學科技學院學士學位論文 第 18 頁 6.2 沖壓力的計算 6.2.1 沖裁力和彎曲力的計算 在沖裁過程中，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。 用平刃沖裁時，其沖裁力Ｆ一般按下式計算： F=KLtτ b 公式（5-4） 式中 F—沖裁力； L—沖裁周邊長度； t—材料厚度； τ b—材料抗剪強度； Ｋ—系數(shù)； L=102.5×2+22.1×2=249.2mm 系數(shù)Ｋ是考慮到實際生產(chǎn)中，模具間隙值的波動和不均勻，刃口磨損、板料力 學性能和厚度波動等原因的影響而給出修正系數(shù)，一般?。?1.3。 τ b的值查表 2 為 310~380Ｍpa,取 τ b=380Mpa 所以 F=KLtτ b =1.3×249.2×1.2×380 =147725.76N 根據(jù)計算，模具沖裁力為 147.8KN。 彎曲力是指彎曲件在完成預定彎曲時所需要的壓力機施加的壓力，是設計沖壓 工藝過程和選擇設備的重要依據(jù)之一。彎曲力的大小與毛坯尺寸、零件形狀、材料 的機械性能、彎曲方法和模具結(jié)構(gòu)等多種因素有關(guān)，理論分析方法很難精確計算， 在實際生產(chǎn)中常按經(jīng)驗公式進行計算。 1）自由彎曲時的彎曲力公式 南昌航空大學科技學院學士學位論文 第 19 頁 V 形彎曲件： ； U 形彎曲件： ； 20.6bVzKBtFr???20.7bUzKBtFr??? 式中： 、 ——自由彎曲力；B——彎曲件的寬度； t——彎曲件厚度；r—zUz —內(nèi)圓彎曲半徑； ——彎曲材料的抗拉強度；K——安全系數(shù)，一般取 1.3。b 2） 、校正彎曲力公式JqFA? 式中： ——校正力； ——單位面積上的校正力，Mpa，見表-3；A——彎曲JqF 件被校正部分的投影面積，mm2。 表-3 單位校正彎曲力 單位（MPa） 3）計算 本彎曲件彎曲部分，2 處 U 形彎曲，2 處 V 形彎曲。08AL 鋼的 MPab325σ= V 形彎曲力： 0.6bVzKBtFr??? = ×22.13553.+× =5704N V 形彎曲力： 20.7bUzKBtFr??? F1= =3327N.132553.+×× F1= =5323.5N.240.7 所以總的彎曲力 F=14354.5N 南昌航空大學科技學院學士學位論文 第 20 頁 6.2.2 卸料力的計算 在沖裁結(jié)束時，由于材料的彈性回復（包括徑向回復和彈性翹曲回復）及摩擦 的存在，將使沖落的材料梗塞在凹模內(nèi)，而沖裁剩下的材料則緊箍在凸模上。為使 沖裁工作繼續(xù)進行，必須將緊箍在凸模上的料卸下，將梗塞在凹模內(nèi)的材料推出。 從凸模上卸下箍著的料稱卸料力；一般按以下公式計算： 卸料力 F X=KXF 公式（5-5） FX=KXF =0.04×147.8KN=5.9KN （K X 、 KD為卸料力系數(shù)，其值查表 7 可得） 所以總沖壓力 FZ=F+FX+FD =147.8KN+5.9KN+14.4N =168.1KN 壓力機公稱壓力應大于或等于沖壓力，根據(jù)沖壓力計算結(jié)果擬選壓力機為 J23— 63。 表 6-4 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 ＞0.5~2.5 ＞2.5~6.5 ＞6.5 0.06~0.075 0.045~0.055 0.04~0.05 0.03~0.04 0.02~0.03 0.1 0.063 0.050 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 6.3 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 南昌航空大學科技學院學士學位論文 第 21 頁 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。 X0=（L 1x1＋ L2x2＋…L nxn）/(L 1＋L 2＋…L n) 公式（5-7） Y0=（L 1y1＋L 2y2＋……L nyn ）/（L 1＋L 2＋…＋Ln）公式（5-8） 由于該工件在 X 和 Y 方向上高度對稱，所以壓力中心為（0，0） 。 6.4 模具刃口尺寸的計算 6.4.1 沖裁間隙分析 根據(jù) JB/Z271——86 規(guī)定，沖裁間隙是指凸，凹模刃口間隙的距離，用符號 C 表示，其值可為正也可為負，在普通沖裁模中均為正值。它對沖裁件的斷面質(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。因此，沖裁間隙是沖裁工藝與模具設計中的一個非常重要的工藝 參數(shù)。 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?；虬寄５钠?，二是 模具本身的制造偏差。 2） 、間隙對模具壽命的影響 模具壽命受各種因素的綜合影響，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。而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 南昌航空大學科技學院學士學位論文 第 22 頁 裝配精度的限制，出現(xiàn)間隙不均勻的不利影響，從而提高模具壽命。 3） 、間隙對沖裁工藝力的影響 隨著間隙的增大，材料所受的拉應力增大，材料容易斷裂分離，因此沖裁力減 小。通常沖裁力的降低并不顯著，當單邊間隙在材料厚度的 5~20%左右時，沖裁力的 降低不超過 5~10%。間隙對卸料力推料力的影響比較顯著。間隙增大后，從凸模里卸 料和從凹模里推料都省力當當單邊間隙達到材料厚度的 15~25%左右時的卸料力幾乎 為零。但間隙繼續(xù)增大，因為毛刺增大，又將引起卸料力、頂件力迅速增大。 4） 、間隙值的確定 由以上分析可見，凸、凹模間隙對沖裁件質(zhì)量、沖裁工藝力、模具壽命都有很 大的影響。因此，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 模具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 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，故設計與制造新模具時要采用最小合理間隙值 Cmin。 確定合理間隙的方法有經(jīng)驗法、理論確定法和查表法。 根據(jù)近年的研究與使用的經(jīng)驗，在確定間隙值時要按要求分類選用。對于尺寸 精度，斷面垂直度要求高的制件應選用較小的間隙值，對于垂直度與尺寸精度要求 不高的制件，應以降沖裁力、提高模具壽命為主，可采用較大的間隙值。其間隙暫 取厚度的 12%，所以由公式： Zmin=厚度×12% 公式（5-9） 取中間間隙可得： Zmin=1×12%=0.12mm 由于工件形狀較簡單，所以可分別加工凹、凸模。 南昌航空大學科技學院學士學位論文 第 23 頁 6.4.2 落料尺寸 落料尺寸大小為： 為保證沖出合格沖件。沖裁件精度 IT10 以上，X 取 1. 沖裁件精度 IT11~IT13,X 取 0.75. 沖裁件精度 IT14，X 取 0.5。由于本產(chǎn)品采用 IT14 級精度，所以 X 取 0.5. 460-0.24 DA=( Dmax－△x) +0.020=(46－0.24×0.5) +0.020=45.88 +0.020 DT=( DA－Z min) 0-0.02=(45.88－0.24) 0-0.02=45.640-0.02 400-0.24 DA=( Dmax－△x) +0.020=(40－0.24×0.5) +0.020=39.88 +0.020 DT=( DA－Z min) 0-0.02=(39.88－0.24) 0-0.02=39.640-0.02 33.50-0.24 DA=( Dmax－△x) +0.020=(33.5－0.24×0.5) +0.020=33.38 +0.020 DT=( DA－Z min) 0-0.02=(33.38－0.24) 0-0.02=33.140-0.02 25.10-0.12 DA=( Dmax－△x) +0.020=(25.1－0.12×0.5) +0.020=25.04 +0.020 DT=( DA－Z min) 0-0.02=(25.04 －0.24) 0-0.02=24.8 0-0.02 15.750-0.12 DA=( Dmax－△x) +0.020=(15.75－0.12×0.5) +0.020=15.69 +0.020 DT=( DA－Z min) 0-0.02=(15.69 －0.24) 0-0.02=15.45 0-0.02 140-0.12 DA=( Dmax－△x) +0.020=(14－0.1×0.5) +0.020=13.95 +0.020 DT=( DA－Z min) 0-0.02=(13.95 －0.24) 0-0.02=13.71 0-0.02 12.50-0.06 DA=( Dmax－△x) +0.020=(12.5－0.06×0.5) +0.020=12.47 +0.020 DT=( DA－Z min) 0-0.02=(12.47 －0.24) 0-0.02=12.23 0-0.02 90-0.06 DA=( Dmax－△x) +0.020=(9－0.06×0.5) +0.020=8.97 +0.020 DT=( DA－Z min) 0-0.02=(8.97 －0.24) 0-0.02=8.73 0-0.02 30-0.03 DA=( Dmax－△x) +0.020=(3－0.03×0.5) +0.020=2.98 +0.020 DT=( DA－Z min) 0-0.02=(2.98－0.24) 0-0.02=2.76 0-0.02 南昌航空大學科技學院學士學位論文 第 24 頁 6.5 模具彎曲部分工作尺寸計算 6.5.1 凸模圓角半徑 當彎曲件的相對彎曲半徑 r/t 較小時，取凸模圓角半徑等于或略小于工件內(nèi)側(cè) 的圓角半徑 r，但不能小于材料所允許的最小彎曲半徑 rmin。由前面所述，該工件 的相對彎曲半徑等于最小相對彎曲半徑，那么，凸模的圓角半徑應等于工件內(nèi)側(cè)圓 角半徑，即 =2mm。tR 6.5.2 凹模圓角半徑 凹模圓角半徑的大小不會直接影響到彎曲件的圓角半徑，但是過小的凹模圓角 半徑會使彎矩的彎曲力臂減小，毛坯如凹模困難，會擦傷毛坯表面。另外，凹模兩 側(cè)的圓角半徑必須相等，否則會引起板料偏移。在實際生產(chǎn)中通常根據(jù)材料厚度選 取凹模圓角半徑：當 ； ；2,(3~6)atmRt??2~4,(2~3)atmRt?? 。由于采取級進模彎曲，且 r=3mm，因此，取 =3mm。4,atmR?? 6.5.3 凹模深度 凹模深度要適當，若過小則彎曲件兩端自由部分太長，工作回彈大，不平直； 若深度過大則凹模過高，浪費模具材料并需要較大的壓力機工作行程。 對于 U 型彎曲件，如果彎曲件直邊較長，凹模深度可以小于工件高度，凹模深 度值見下表： 表-4 彎曲 U 型件的凹模深度（mm） 凹模的具體尺寸見凹模零件圖。 南昌航空大學科技學院學士學位論文 第 25 頁 6.5.4 凸、凹模的間隙 V 形件彎曲時，凸、凹模的間隙是靠調(diào)整壓力機的閉合高度來控制的。但在模具 設計中，必須考慮到要使模具閉合時，模具的工作部分與工件能緊密貼合，以保證 彎曲質(zhì)量。 U 形件彎曲時必須合理確定凸、凹模之間的間隙，間隙過大則回彈大，工件的形 狀和尺寸誤差增大。間隙過小會加大彎曲力，使工件厚度減薄，增加摩擦，擦傷工 件并降低模具的壽命。U 形件凸、凹模的單面間隙值一般可按下式計算： ；2 ZtCt??? 式中：Z/2——凸、凹模的單面間隙；t——板料厚度的基本尺寸； △——板料厚度的正偏差； C——根據(jù)彎曲件的高度和寬度而決定的間隙系數(shù)，其值按表 4-16 選取。 表-5 間隙系數(shù) C 值（單位 mm） 當工件精度要求較高時，間隙值應適當減小，可以取 Z/2=t。 查有關(guān)資料板料厚度的正偏差為 0.15m?? 由公式可得： 36.22.Δ2=×+=+ktZ 6.5.5 U 形彎曲處的凸、凹模工作部分尺寸及公差 凸、凹模工作部分尺寸主要是指彎曲件的凸、凹模的橫向尺寸。當工件標注外 形尺寸時，應以凹模為基準件，間隙取在凸模上；當工件標注內(nèi)形尺寸時，應以凸 模為基準件，間隙取在凹模上。而凸、凹模的尺寸和公差應根據(jù)工件尺寸、公差、 回彈情況以及模具的磨損規(guī)律而定。 南昌航空大學科技學院學士學位論文 第 26 頁 1）彎曲件標注外形尺寸 凹模尺寸為 0 3()4ddL????? 凸模尺寸為 （或凸模尺寸按凹模實際尺寸配制，保重單面間隙 0()ppdLZ??? Z/2） 2) 彎曲件標注內(nèi)形尺寸 凸模尺寸為 03()4ppL????? 凹模尺寸為 （或凹模尺寸按凸模實際尺寸配制，保重單面間0()ddpLZ ??? 隙 Z/2） 式中：L——U 形彎曲件基本尺寸，mm； 、 ——凸、凹模工作部分尺寸，pLd mm； ——彎曲件公差，mm； 、 ——凸、凹模制造公差，選用 IT7~IT9 級精度，?p?d mm；Z/2——凸、凹模單面間隙。 由彎曲件圖可以看出彎曲件標注外形尺寸，且彎曲件未標注尺寸公差，則按未 按公差 IT14 級來處理，查表得彎曲件公差 ，凹模制造公差 ，選用 IT90.52m??d? 級精度 ，凸模制造公差 ，選用 IT8 級精度 。0.52dm??p?0.3pm?? 凹模尺寸為 0 3()4ddL??? L1=(40.4-0.75×1.356) 052.+ =39.383 mm052.+ L2=(69.4-0.75×1.356) 052.+ =68.383 mm052.+ 凸模尺寸為 3()4ppL????? L1=(38+0.75×1.356)03.- =39.017 mm03.- 南昌航空大學科技學院學士學位論文 第 27 頁 L2=(67+0.75×1.356)03.- =68.017 mm03.-