微耕機的模具設計說明書.doc

前言畢業(yè)設計是對大學三年多的綜合性實踐環(huán)節(jié)，目的是通過課題的設計研究，培養(yǎng)綜合運用各門課程知識的能力，培養(yǎng)獨立分析問題和解決問題的能力。畢業(yè)計也是我們專業(yè)在學完基礎理論課，技術基礎課和專業(yè)課的基礎上，所設置的一個重要的實踐性教學環(huán)節(jié)。本次設計的目的：一、綜合運用本專業(yè)所學的理論與生產(chǎn)實際知識，進行一次沖壓模設計的實際訓練，從而提高我們獨立工作能力。二、鞏固復習三年以來所學的各門學科的知識，以致能融貫通，進一步了解從模具設計到模具制造整個工藝流程。三、掌握模具設計的基本技能，如計算、繪圖、查閱設計資料和手冊，熟悉標準和規(guī)范等。 由于本人設計水平有限，經(jīng)驗不足，錯誤難免，敬請老師批評、指導，不勝感激。1 緒論1.1 沖壓技術介紹 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6070%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。 模具工業(yè)是制造業(yè)中的一項基礎產(chǎn)業(yè)，是技術成果轉化的基礎，同時本身又是高新技術產(chǎn)業(yè)的重要領域，在歐美等工業(yè)發(fā)達國家被稱為“點鐵成金”的“磁力工業(yè)” ；美國工業(yè)界認為“模具工業(yè)是美國工業(yè)的基石”;德國則認為是所有工業(yè)中的“關鍵工業(yè)” ;日本模具協(xié)會也認為“模具是促進社會繁榮富裕的動力” ，同時也是“整個工業(yè)發(fā)展的秘密”，是“進入富裕社會的原動力” 。日本模具產(chǎn)業(yè)年產(chǎn)值達到13000億日元，遠遠超過日本機床總產(chǎn)值9000億日元。如今，世界模具工業(yè)的發(fā)展甚至己超過了新興的電子工業(yè)。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%隨著科學技術的進步和工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，沖壓加工技術的應用愈來愈廣泛，模具成形已成為當代工業(yè)生產(chǎn)的重要手段。沖壓是利用安裝在沖壓設備（主要是壓力機）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（俗稱沖壓件或沖件）的一種壓力加工方法。沖壓工藝與模具、沖壓設備和沖壓材料構成沖壓加工的三要素。沖壓是一種先進的金屬加工方法，在國民經(jīng)濟的加工工業(yè)中占有重要的地位。與機械加工及塑性加工和其它方法相比，沖壓加工無論在技術方面還是經(jīng)濟方面都具有許多獨特的優(yōu)點，主要表現(xiàn)如下1：(1) 沖壓一般沒有切削碎料產(chǎn)生，材料的消耗較少利用率高，一般為70%85%，易實現(xiàn)機械化和自動化；(2) 在形狀和尺寸精度方面的互換性較好。一般情況下可直接滿足裝配和使用要求；(3) 沖壓可加工的尺寸范圍大、形狀復雜的零件，而這些零件用其它方法是不可能或很難得到的，如薄殼件；(4) 被加工的金屬在沖壓加工過程中產(chǎn)生加工硬化，金屬內部組織得到改善，機械強度有所提高，所以沖壓件剛度強度較好；(5) 沖壓時由模具保證了沖壓件的尺寸與形狀精度，且一般不破壞沖壓材料的表面質量，而模具的壽命一般較長，所以沖壓件的質量穩(wěn)定，互換性好，具有“一模一樣”的特征；(6) 在大量生產(chǎn)的條件下，產(chǎn)品的成本低，經(jīng)濟效益較高；(7) 沖裁過程能耗較低。由此可見沖壓制得的零件具有表面質量好重最輕成本低的優(yōu)點。所以沖壓在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，尤其是大批量生產(chǎn)中應用十分廣泛。相當多的工業(yè)部門越來越多的采用沖壓方法加工產(chǎn)品零件，如汽車、農機、儀器、儀表、電子、航空、航天、家電及輕工業(yè)等行業(yè)。在這些工業(yè)部門中，沖壓件所占的比重相當?shù)拇螅賱t60%以上，多則90%以上。不少過去用鍛造、鑄造和切削加工方法制造的零件，現(xiàn)在大多數(shù)也被質量輕剛度好的沖壓件所代替。有些機械設備往往以沖壓件所占比例的大小作為評價結構是否先進的指標之一2。沖壓技術的發(fā)展特征是：(1)沖壓成形科學化、數(shù)字化和可控化；(2)突出“精、省、凈“三大優(yōu)勢；(3)沖壓成形可以實現(xiàn)全過程控制；(4)產(chǎn)品從設計開始即進入控制，考慮工藝；(5)沖壓生產(chǎn)的靈活性和柔性。1.2 本課題的來源及主要任務本課題主要任務就是設計一落料拉深沖孔翻邊復合模，繪制出模具裝配圖和大部分零件圖，熟悉復合模設計步驟，并與課程設計過的級進模和單工序模作比較，了解復合模的結構特點。本課題任務主要有兩個特點：(1) 涉及沖壓模具方面的知識；(2) 涉及機械制造方面的知識。從上述任務特點可以知道，本課題知識的綜合性較強，涉及的知識面較廣。冷沖壓:是在常溫下利用沖模在壓力機上對材料施加壓力，使其產(chǎn)生分離或變形，從而獲得一定形狀、尺寸和性能的零件的加工方法。 沖壓可分為五個基本工序：沖裁、彎曲、拉深、成形和立體壓制。 沖壓模具:在冷沖壓加工中，將材料（金屬或非金屬）加工成零件（或半成品）的一種特殊工藝裝備，稱為冷沖壓模具（俗稱冷沖模）。 沖壓模按照工序組合分為三類：單工序模、復合模和級進模。 復合模與單工序模相比減少了沖壓工藝，其結構緊湊，面積較?。粵_出的制件精度高，工件表面較平直，特別是孔與制件的外形同步精度容易保證；適于沖薄料，可充分利用短料和邊角余料；適合大批量生產(chǎn)，生產(chǎn)率高，所以得到廣泛應用，但模具結構復雜，制造困難。 沖壓模具是沖壓生產(chǎn)必不可少的工藝裝備，是技術密集型產(chǎn)品。沖壓件的質量、生產(chǎn)效率以及生產(chǎn)成本等，與模具設計和制造有直接關系。模具設計與制造技術水平的高低，是衡量一個國家產(chǎn)品制造水平高低的重要標志之一，在很大程度上決定著產(chǎn)品的質量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。 沖壓加工作為一個行業(yè)，在國民經(jīng)濟的加工工業(yè)中占有重要的地位。近年來，沖壓成型工藝有了很多新的進展，特別是精密沖裁、精密成形、精密剪切、復合材料成形、超塑性成形、軟模成形以及電磁成形等新工藝日新月異，沖壓件的成形精度日趨精確，生產(chǎn)率有了極大的提高，正把沖壓加工提高到高品質、新的發(fā)展水平。由于引入了計算機輔助工程（CAE）沖壓成形已從原來對應力應變進行有限元分析而逐步發(fā)展到采用計算機進行工藝過程的模擬與分析，以實現(xiàn)沖壓過程的優(yōu)化分析設計。計算機在模具領域，包括設計、制造、管理等領域發(fā)揮著越來越重要的作用。2 零件工藝分析及確定工藝方案和模具結構類型2.1 工件零件材料為08，板厚1mm，制件精度為IT12級.，形狀簡單，尺寸較大，大批量生產(chǎn)，屬普通沖壓件。通過一模兩件，抵消彎曲產(chǎn)生的變形。工件如圖2.1所示：圖2.1工件圖本次設計工件材料為08，該件外形簡單，形狀規(guī)則，適于沖壓加工。由圖2.1分析知：為極軟的碳素鋼，強度、硬度很低，而且韌性和塑性極高，具有良好的深沖、拉延、彎曲和鐓粗等冷加工性能、焊接性能。但存在時效敏感性，淬硬性及淬透性極低。大多軋制成高精度的薄板或冷軋鋼帶用以制造易加工成形，強度低的深沖壓或深拉延的覆蓋零件和焊接構件。 Q235的機械性能:1.極軟，良好的拉延性能，塑性好。2.抗拉強度324Mpa。 3.屈服強度196Mpa。4.伸長率 5 ()：33。5.斷面收縮率 ()：60 。 此工件材料采用08，生產(chǎn)批量為大批量生產(chǎn)，需要用模具進行生產(chǎn)。分析；工件圖得知模具包含有落料、拉深、沖孔、翻邊再沖孔的工序。由于有涉及拉深，所以要考慮是否需要多次拉深。從材質上看，沖裁材料為08鋼，屬低強度、高延伸性、高延伸率、塑性及流動性好的軟材料，有利于成型，總體來說，強度硬度不高，塑性韌性很好。2.2 工藝分析根據(jù)制件的材料、厚度、形狀及尺寸，在沖壓工藝設計和模具設計時，應特別注意以下幾點：（1）該制件為落料拉深翻邊沖孔件，在設計時，毛坯尺寸要計算準確；（2）沖裁間隙、拉深凸凹模間隙應符合制件的要求；（3）各工序凸凹模動作行程的確定應保證各工序工作穩(wěn)妥、連貫。沖壓工藝是塑性加工的基本加工方法之一。主要用于加工板料零件。沖壓加工時，板料在模具的作用下，于其內部產(chǎn)生使之變形的內力，當內力的作用達到一定程度時，板料就會產(chǎn)生與內力的作用性質相對應的變形，從而獲得一定形狀、尺寸和性能的零件。沖裁件的工藝性，是指沖裁件對沖裁工藝的適應性，即沖裁件的形狀結構、尺寸大小及偏差等是否符合沖裁加工的工藝要求。這對沖裁件的質量、模具壽命和生產(chǎn)率都有很大影響。沖裁組合方式要根據(jù)生產(chǎn)批量，工件尺寸公差等級，對工件尺寸、形狀的適應性，模具制造、安裝調整和成本，操作方便與安全來決定。綜上分析，要選取在滿足工件質量與生產(chǎn)率的要求下，模具制造成本低、壽命長、操作方便又安全的工藝方案。其具體要求為：對沖裁件形狀與尺寸的要求1.沖裁件的形狀應盡可能簡單、對稱、最好采用圓形、矩形等規(guī)則的幾何形狀或由這些基本形狀所組成。在許可的情況下，把沖裁件設計成少、無廢料排樣的形狀。 2.沖裁件的外形或內孔的轉角處、應盡量避免有過尖的銳角，宜采用圓角連接。3.沖裁件的孔徑太小時，凸模易折斷或壓彎。沖孔的最小尺寸取決于材料的機械性能、凸模強度和模具結構。沖小孔的凸模宜采用保護套。 4.沖裁件上局部凸出或凹入部分應避免有窄長的切口和狹長的槽、否則會降低模具壽命和工件質量。5.沖裁件上孔與孔之間，孔至邊緣之間的距離不宜過小，否則會產(chǎn)生孔與孔間材料的扭曲或使邊緣材料變形。也會影響沖模的強度及工件的質量都不易保證。沖裁件對尺寸精度的要求一般普通沖裁所得到?jīng)_裁件的尺寸精度在IT10IT11級以內。根據(jù)制件的工藝性分析，其基本工序有落料、拉深、沖孔、翻邊四種。本工件材料為08，厚度為1mm。具有良好的沖壓性能,且沖裁件結構形狀簡單，所有精度按照IT12級制造。取磨損系數(shù)X=0.5。結論（1） 材料：Q235具有良好的可沖壓性能。（2） 工件結構形狀：沖裁件內、外形應盡量避免有尖銳清角，為提高模具壽命，建議將所有90清角改為R1的圓角。（3） 尺寸精度：零件圖上所有尺寸均按IT10級確定工件尺寸的公差。2.3 確定工藝方案模具結構類型因該工件屬大批量生產(chǎn)，通過一模兩件，抵消彎曲產(chǎn)生的變形。根據(jù)零件的生產(chǎn)批量，尺寸精度和材料種類與厚度，選擇模具的導向方式與精度，定距方式及卸料方式等，現(xiàn)有如下四種模具結構方案： 方案一：落料、拉深沖孔翻邊沖孔、切斷，復合模沖壓。即：工序集中、生產(chǎn)效率有所提高，需要模具、壓力機、操作人員較少、勞動強度較低，并且適用于大批量的生產(chǎn)、精度較易得到保證；但模具結構較復雜、生產(chǎn)周期長、維修比較困難；方案二：落料拉深沖孔翻邊沖孔切斷，單工序模沖壓。即：其模具結構簡單、壽命長、制造周期短、投產(chǎn)快、但是適用于小、中批量生產(chǎn)，并且精度難以保證，生產(chǎn)效率低；方案三：落料、拉深、沖孔翻邊沖孔切斷，復合模沖壓。即：工序集中、生產(chǎn)效率有所提高，需要模具、壓力機、操作人員較少、勞動強度較低，并且適用于大批量的生產(chǎn)、精度較易得到保證；但模具結構較復雜、生產(chǎn)周期長、維修比較困難；可是在兩次翻邊中零件的精度不高，容易回彈。方案四：落料、拉深沖孔翻邊沖孔切斷，復合模沖壓。即：優(yōu)點與方案一相同，但是最后一步工序對零件的精度影響較大，不能保證其高度的準確性。該工件材料為08，厚度為1mm。大批量生產(chǎn)，精度要求不高，IT12級即可，通從制件的精度和拉深是起皺的防止及加工工序和綜合成本與生產(chǎn)要求的綜合考慮，采用第一種工藝方案。即：落料、拉深沖孔翻邊沖孔、切斷，復合模沖壓。模具結構形式的確定模具類型的選擇復合模有兩種結構形式：正裝式（落料凹模在下模）和倒裝式（落料凹模在上模）復合模，在此處選擇正裝式復合模。定位方式的選擇因為該模具采用的是條料，采用手工送料方式，從前面送料。控制條料的送進方向采用活動擋料銷定位裝置?？刂茥l料的送進步距采用活動擋料銷定距。卸料、出件方式的選擇復合模沖裁時，條料將卡在凸凹模外緣，因此需要裝卸料裝置。根據(jù)此模具沖裁的運動特點，采用彈性卸料方式比較方便。導向方式的選擇由于前面和左右不受限制，送料和操作比較方便，為了提高模具的壽命和工件質量，方便安裝、調整、維修模具，該復合模采用中間導柱模架。為了提高模具的導向精度，選用滑動導柱、導套導向。2.3.1 定位裝置 為了使條料送料時有準確的位置,保證沖出合格的制件,同時考慮到零件生產(chǎn)批量不多,且要求模具結構盡量簡單,所以采用定位銷定位。因為板料厚度t=1mm,屬于較厚的板材,且制件尺寸不大,固采用側面兩個始用擋料銷定位導向,在送料方向由于受凸模和凹模的影響,為了不至于削弱模具的強度,在送給方向采用一個固定擋料銷。2.3.2 卸料裝置復合沖裁時，條料將卡在凸模外緣，因此需要在下模設置卸料裝置。在下模的卸料裝置一般有三種形式：第一種剛性卸料，常用于較硬、較厚且精度要求不太高的工件沖裁。第二種彈性卸料，常用于沖裁厚度少于1.5mm的板料，由于有壓料作用，沖裁件平整。第三種廢料切刀卸料，主要用于大中型零件沖裁或成形見切邊。由于該零件的條料1mm較薄，故采用第二種彈性卸料結構。2.3.3 導向裝置方案一：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模或縱向送料的落料模、復合模。方案二：采用后側導柱模架。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，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：中間導柱圓形模架。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，常用于沖壓圓形制件的沖模。根據(jù)以上方案比較并結合模具結構形式和送料方式，為提高模具壽命和工件質量，該落料模采用中間導柱圓形模架的導向方式，即方案四最佳。3 落料拉深模模具結構設計3.1 工件展開圖筒形形件屬于軸對稱零件，故其壓力中心在中心線上。變形區(qū)是在徑向拉應力與切向拉應力的作用下產(chǎn)生拉深變形，而存在著變形區(qū)產(chǎn)生的拉應力與傳力區(qū)的承載能力之間的關系問題。根據(jù)圓形件的變形特點會出現(xiàn)三種情況：第一種情況：在拉深過程中，拉深力沒能達到傳力區(qū)筒壁的極限負荷。窄凸緣、小高度的工件拉深屬于這類。這類帶凸緣筒形件可以一次拉成。第二種情況：拉深過程中，拉深力上升達到傳力區(qū)筒壁的極限負荷前，零件已經(jīng)達到要求形狀和尺寸。寬凸緣、小高度的工件拉深屬于這類。這類帶凸緣筒形件可以一次拉成。第三種情況：拉深過程中，拉深力必定會超過傳力區(qū)筒壁的極限負荷，一次拉深必定破裂，需要多次拉深。窄凸緣、大高度或寬凸緣、大高度兩類帶凸緣件都可能出現(xiàn)這種情況。因此，應該對零件進行分析，看其屬于哪一類。3.2 工藝計算拉深件毛坯尺寸計算的原則：（1）面積相等原則由于拉深前和拉深后材料的體積不變，對于不變薄拉深，假設材料厚度拉深前后不變，拉深毛坯的尺寸按“拉深前毛坯表面積等于拉深后零件的表面積”的原則來確定(毛坯尺寸確定還可按等體積，等重量原則)。（2）形狀相似原則拉深毛坯的形狀一般與拉深件的橫截面形狀相似。即零件的橫截面是圓形、橢圓形時，其拉深前毛坯展開形狀也基本上是圓形或橢圓形。對于異形件拉深，其毛坯的周邊輪廓必須采用光滑曲線連接，應無急劇的轉折和尖角。拉深件毛坯形狀的確定和尺寸計算是否正確，不僅直接影響生產(chǎn)過程，而且對沖壓件生產(chǎn)有很大的經(jīng)濟意義，因為在沖壓零件的總成本中，材料費用一般占到60 %以上。筒形件拉深時，確定毛坯形狀與尺寸的原則是在保證零件質量的前提下，盡可能節(jié)約材料，有利于提高成形極限，由于變形區(qū)周邊上應力應變分布不均勻，而且零件的幾何參數(shù)、材料性能、模具結等因素對這種不均勻變形的影響極為復雜，所以，現(xiàn)在不能精確計算出毛坯形狀和尺寸，使零件的口部非常整齊，可以大致估計其毛坯尺寸當r=R時， D=（4-23）當rR時， D=根據(jù)等面積原理，用解析法求該零件的毛柸直徑，并且有h/d較小所以不必考慮修邊余量，由毛柸的直徑公式：D=其中d=154 d=159 h=18 r=2.5D= = =194確定是否使用壓邊圈，毛柸相對厚度t/d100=100/194=0.52查表4-2應采用壓邊圈。判斷能否一次拉深成形m=d/D=160/194=0.82有沖壓工藝及模具設計表4-7查的各次拉深系數(shù)為0.550.58。拉深系數(shù)大于極限拉深系數(shù)則可以一次拉深成形。故拉深直徑為160，拉深高度為21，圓角半徑為r=23.3 排樣及計算條料寬度及確定步距沖裁件在條料、帶料或板料上布置的方法稱為排樣，沖件的合理布置與沖件的外形有很大的關系。按材料的經(jīng)濟利用程度或廢料的多少，排樣可分為有廢料排樣與少、無廢料排樣兩大類。按零件在條料上的布置形式，排樣又可分直排、斜排、對排、對頭斜排、多排、混合排等形式。無廢料排樣是指工件與工件之間、工件與條料側邊之間均無廢料。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)以上敘述可見，采用少，無廢料排樣要求工件的相應無搭邊部分公差等級于板材一致或根本上無公差要求。鑒于圖示工件的尺寸、外形及公差等級，采用少、無廢料排樣均不能滿足要求，因此選用有廢料排樣，且為直排法。排樣時工件與工件之間及工件與條料側邊之間留下的余料稱為搭邊及側搭邊。搭邊值的合理確定關系到工件的質量及模具的壽命。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5所列搭邊值和側搭邊值確定。表5-1 搭邊值和側邊值的數(shù)值材料厚度t（mm)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工件間a側邊a1 工件間a側邊a1工件間a側邊 a10.251.01.21.21.51.52.51.82.60.250.50.81.01.01.21.22.21.52.50.51.00.81.01.01.21.52.51.82.611.51.01.31.21.51.82.82.23.21.52.01.21.51.51.82.03.02.43.42.02.51.51.91.82.22.23.22.73.7 表5-2 普通剪床用帶料寬度偏差（mm）條料厚度t(mm)條料寬度b(mm)50501001002002000.40.50.60.720.50.60.70.8230.70.80.91.0350.91.01.11.2根據(jù)零件形狀，查表4工件之間搭邊值a=0.8mm, 工件與側邊之間搭邊值b1=1mm, 可以將搭邊值擴大，a=3mm, b=3mm,取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=（Dmax2a1）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；b1-工件與側邊之間搭邊值。板料剪裁下的偏差；（其值查表5）可得=0.8mm。那么：條料的寬度：B=194+2a=196-0.80條料的步距：h=194+ a=194.8排樣圖如下所示： 圖3.3落料拉伸排樣圖3.4 材料利用率的計算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。一個步距內的材料利用率/BS100% 公式（5-2）式中 A一個步距內沖裁件的實際面積；B條料寬度；S步距；由此可之，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構廢料，結構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，還影響到制件的質量、模具的的結構和壽命、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)模具結構簡單、壽命高。4)保證制件質量和制件對板料纖維方向的要求。一個步距內沖裁件的實際面積，CAD軟件-工具-面積-查詢： n=nA/Bh100%=D/4Bh100%=77.4%根據(jù)計算結果知道選用直排材料利用率可達77.4%，滿足要求。4 模具的主要零部件設計4.1 凸模和凹模的間隙拉深模間隙是指單面間隙，間隙的大小對拉深力，拉深件的質量，拉深模的壽命都有影響，若c值大小，凸緣區(qū)變厚的材料通過間隙時，校正和變形的阻力增加，與模具表面間的摩擦，磨損嚴重，使拉深力增加，需件變薄嚴重，甚至拉破，模具壽命降低。間隙小時得到的零件側壁平直而光滑，質量較好，精度較高。間隙過大時，對毛坯的校直和擠壓作用減小，拉深力降低，模具的壽命提高，但零件的質量變差，沖出的零件側壁不直。因此拉深模的間隙值也應合適，確定c時要考慮壓邊狀況，拉深次數(shù)和工件精度高。其原則是：即要考慮材料本身的公差，又要考慮板料的增厚現(xiàn)象，間隙一般都比毛坯厚度略大一些。不用壓邊圈時，考慮到起皺的可能性取間隙值為： C=（11.1）tmax有壓邊圈時，間隙數(shù)值也可按表4.6.3取值（沖壓工藝與模具設計），此工件的拉深間隙可取：C=1mm。4.2凸模，凹模的尺寸及公差工件的尺寸精度由末次拉深的凸、凹模的尺寸及公差決定，因此除最后一道拉深模的尺寸公差需要考慮外，首次及中間各道次的模具尺寸公差和拉深半成品的尺寸公差沒有必要做嚴格限制。這是模具的尺寸只取等于毛坯的過渡尺寸即可。此工件內形尺寸公差有要求，故以凸模為基準，先定凸模尺寸考慮到凸?；静荒p，以及工件的回彈情況，凸模開始尺寸不要取得過大。落料刃口尺寸計算：194的凸凹模的制造公差由表2-6沖壓工藝及模具設計查得，。由于=0.04，故采用凸模與凹模配合加工方法，系數(shù)x由表2-5查得x=0.5，則：按凹模尺寸配制，其雙面間隙為0.0300.045mm , 其工作部分結構尺寸如圖所示：拉深工作部分尺寸計算：拉深凸模與凹模的單邊間隙可按表中式Z/2=1t計算得Z/2=1mm由于拉深工件的公差可采用IT10級精度，查書附錄 ，按公式可求拉深凸、凹模尺寸及公差如下：工件尺寸：mmmm其工作部分結構如圖所示：4.3凸模、凹模圓角半徑拉深時，材料在經(jīng)過凹模圓角時不僅因為發(fā)生彎曲變形需要克服彎曲阻力，還要克服因相對流動引起的磨檫阻力，所以rd大小對拉伸工件的影響非常大。主要有以下影響：1）拉伸力的大?。?）拉伸件的質量；3）拉伸模的壽命。rd小時材料對凹模的壓力增加，磨檫力增大，磨損加劇，使磨具的壽命降低。所以rd的值即不能太大，也不能太小。在生產(chǎn)上一般應盡量避免采用過小圓角半徑，在保證工件質量的前提下盡量取大值，以滿足模具壽命要求。通常可按經(jīng)驗公式計算：rd=式中D為毛坯直徑或上道工序拉深件直徑；d為本道拉深后的直徑rd應大于或等于2t，若其值小于2t，一般很難拉出，只能靠拉深后整形得到所需零件，故可取 R凹2= R凸2=3mm，R凹1= R凸1=4mm。4.4 凹模的結構形式凹模的材料選用T10A，查沖壓工藝及模具設計可選用如下圖所示的類型：圖4.3凹模結構圖查表得，凹模外形尺寸的確定凹模的輪廓尺寸，因其結構形式不一，受力狀態(tài)比較復雜，目前還不能用理論計算方法確定，在實用中，一般根據(jù)沖裁材料的厚度，按經(jīng)驗公式計算。凹模板的厚度一般應不小于15，隨著凹模板外形尺寸的增大，凹模板的厚度也相應增大。按照下面的公式進行計算。凹模厚度：（mm） 式中 K系數(shù)，考慮板料厚度的影響=0.26； b沖裁件的最大外形尺寸。所以落料凹模厚度為： 取45mm。壁厚C=(1.5-2)H=2H=90mm。D0 =D+2C=340mm。選擇中間導柱圓形模架，根據(jù)可以選取400mm的類型（實用沖壓模具設計手冊表10-32），其中上模座=60mm，下模座=75mm，導柱A45260，導套A4515058,墊板=10mm，固定板=20mm，卸料板=25mm。4.5 橡膠的選擇根據(jù)卸料力F=981.24N，假設選用直徑為8mm的卸料螺釘，取橡膠螺釘?shù)闹睆絛=8.5mm，橡膠的預壓縮量為30%，則其安裝高度為23/0.3-23取整為50mm。則模具的閉合高度為上模座+下模座+2墊板+橡膠高度+凹模厚度+料厚+2固定板+卸料板=232mm。5 落料拉深模沖壓力計算及壓力機的選擇5.1 沖裁力和拉深力計算壓力機的選擇要考慮，沖裁力、拉深力以及卸料力、推件力、頂件力，壓力機的總噸位應大于等以上所有力之和1.3倍，普通刃沖裁模，其沖裁力F一般可按下式計算。 F= KPtL式中為材料的抗剪強度，L為沖裁周邊總長（mm）,t為材料厚度，系數(shù)KP是考慮到?jīng)_裁模刃口的磨損，凸模與凹模間隙的波動（數(shù)值的變化或分布不均勻）潤滑情況，材料力學性能與厚度公差的變化等因素而設置的安全系數(shù)，一般取1.3，當查不到強度時，可用強度，b代替，而取KP=1的近似計算法計算，材料鋼的強度可以沖壓工藝與模具設計表1.4.1查得。 現(xiàn)取，b=255MPa F1=1.3741255=24.531KN影響卸料力、推料力和頂件力的因素很多，要精確的計算出很困難，在實際生產(chǎn)采用經(jīng)驗公式計算：卸料力：FQ=KFp 推料力：FQ1=nK1Fp頂件力：FQ2=K2Fp式中： 卸料力系數(shù)，其值為0.020.06 （薄料取大值，厚料取小值） 推件力系數(shù)，其值為0.030.07 （薄料取大值，厚料取小值） 頂件力系數(shù)，其值為0.040.08 （薄料取大值，厚料取小值） n為梗塞在凹模內的制件或廢料數(shù)量，n=h/t，h為直刃口部分的高，t為材料的厚度，h取410mm , 現(xiàn)取h=6mm。本模具中的力的計算1、落料力的計算：F=F-落料力（N）；L=工件外輪廓周長L=D=3.14609t-材料厚度 t=1F=1.36091260=205.8KN2、卸料力的計算：F=K FK-卸料力因數(shù)，由表4-6（沖壓工藝與模具設計）查的K=0.04F=0.04205.8=8.2KN3、拉深力的計算：有壓邊圈的圓筒形見的拉深公式 d-拉深件的直徑，d=160mmt-材料厚度（沖壓工藝與模具設計）k-修正系數(shù)拉深系數(shù)：m=d/D=160/194=0.82F=0.823.141601330=135.95KN4、壓邊力的計算：壓邊力F=APA- 壓邊圈面積 A=（194-160）=9448.26mmP-單位壓邊力 查沖壓工藝及模具設計105 P=3.0MPaF=AP=9448.263.0=28.345KN故總的壓邊力為F= F+ F+ F+ F=205.8+8.2+135.95+28.345=378.2955.2 壓力機的選擇由實用模具技術手冊P22頁，應用壓力機的選擇查表2-3選用公稱壓力為630KN的開式雙柱可傾式壓力機J23-63，其主要技術參數(shù)為：公稱壓力：630KN 滑塊行程：130mm 最大閉合高度：360mm工作臺板厚度：70mm 行程次數(shù)：50次/min 連桿調節(jié)長度：80mm 工作臺尺寸：前后480mm ，左右710mm孔徑250mm 模柄孔尺寸：直徑50mm，深度80mm 電動機功率：5.5KW 模柄尺寸：5.3 壓力機的校核 壓力機的公稱壓力（1.1-1.3）F總，所以滿足。模具閉合高度H應該滿足HminH110HHmaxH15 公式（7-1）式中 Hmax壓力機最大閉合高度； Hmin壓力機最小閉合高度； H1墊板厚度。根據(jù)擬選壓力機J2363，查開式壓力機參數(shù)表得： Hmax360mm, Hmin160mm,H170mm.將以上數(shù)據(jù)帶入公式7-1，得85H300 H=250mm經(jīng)計算該模具閉合高度H=250mm，在85mm300mm內，且開式壓力機J2325最大裝模高度360mm,大于模具閉合高度232mm ,可以使用。6 模具輔助零件設計6.1 擋料銷擋料銷用于限定條料的送進距離、抵住條料的搭邊或工件輪廓，起定位作用。擋料銷有固定擋料銷和活動擋料銷，而固定擋料銷分為圓形和鉤形，一般安裝在凹模上，圓形擋料銷，結構簡單，制造容易，根據(jù)所設計的模具選用圓形固定擋料銷。材料為45鋼，經(jīng)熱處理硬度HRC4248。與凹模的銷孔為H7/m6配合。查沖壓工藝及模具設計表3.8知，擋料銷高度為3mm，其直徑為10mm。6.2導料銷導料銷的作用是使條料在橫向能夠正確定位，即沖裁時條料可貼在導料板的一側向前送進，以防偏斜,本設計采用始用導料銷，其直徑為10mm。6.3卸料板卸料板是將材料或工件從凸模上卸脫的固定式或活動式板形零件。本次設計考慮到該工件的工藝性極其模具的要求等因素，決定選用固定卸料板結構，固定卸料裝置安全可靠，結構簡單，卸料力大。根據(jù)沖裁件厚度，則采用封閉式剛性卸料板。且和導料板做為一體，兼作導向裝置，卸料板孔應按照凸模配做。固定卸料板與凸模之間的單邊間隙取，經(jīng)過計算，凸模與卸料板上形孔的單邊間隙可取0.5mm。卸料板與凸模配合的孔下面應保證是銳角，否則卸料時條料易擠進間隙內而損壞凸模。卸料板厚度一般為凹模厚度的0.51.0倍。6.4 導向零件導向零件是指上、下模的導向裝置零件。對生產(chǎn)批量大、要求模具壽命長、工件精度高的沖裁模，一般采用導向裝置，以保證上、下模的精確導向。常用導柱導套結構。參照模具設計手冊，本模具采用對角導柱模架。導柱分布在矩形凹模的對稱中心上，兩個導柱的直徑不同，可避免上模與下模裝錯而發(fā)生啃模事故。適用與單工序模。導柱與導套、下模座的配合關系采用基軸制。導柱和與之相配合的導套，分別壓入下模座和上模座的安裝孔中，分別采用和過盈配合，工作可靠，應用較為廣泛。為避免因調整不當，使壓力機滑塊與導柱上端面碰撞，在選擇導柱長度和導柱、導套安裝時，應保證模座在閉合狀態(tài)時，上模座上平面與導柱上端面應保留1015mm的距離，導柱下端面與下模座下平面應留25mm的距離。導套與上模座上平面應留不小于3mm的距離。6.5 連接與固定零件6.5.1 上、下模座上、下模座上不僅要安裝沖模的全部零件，而且要承受和傳遞沖壓力。所以模座不僅要有足夠的強度，還要有足夠的剛度。模座的剛度不足，會降低沖模壽命。因此，模座要有足夠的厚度，一般取為凹模厚度的11.5倍。在該模具中可選用滑動導向中間導柱模架的模座。上、下模座的導柱、導套安裝孔的軸心線應與基準面垂直，其垂直度誤差按為100:0.01mm。模座的上、下平面的表面粗糙度為0.8，只有在保證平行度要求下才允許降低為1.6。因為采用了導柱導套導向，應為其留出足夠的安裝位置。以及采用了模柄的上模座，因為不用留出安裝壓板的凸臺，其外形尺寸可適當縮小。6.5.2 模柄選用壓入式模柄。它與上模座孔采用過渡配合。模柄的直徑與長度應與所選用沖床的安裝模柄孔直接相匹配，模柄裝入上模座后，模柄的軸心線對上模上平面的垂直度誤差在全長范圍內不大于0.05mm，材料可采用Q235鋼。 6.5.3 螺釘與銷釘螺釘與銷釘用于零件安裝時的固定和定位，銷釘一般用兩個，螺釘?shù)拇笮「鶕?jù)凹模厚度選擇，查表選取螺釘?shù)男吞枮镸10。 6.6 模具裝配圖的繪制模具裝配圖如圖6.6： 圖6.6裝配圖7預制沖孔模的設計7.1零件的沖裁工藝性分析結構形式、尺寸大小 此沖孔模是沖一個簡單的小圓孔，此孔是為后續(xù)工序翻邊所沖，其中工件最大尺寸為160mm，屬于中型零件。滿足沖壓工藝要求。尺寸精度、粗糙度、位置精度 孔尺寸公差為103.3，零件圖中未標注粗糙度、位置精度。沖裁件材料性能 該零件材料為08鋼，查資料可知其抗剪強度為255-340MPa，具有良好的沖壓性能，滿足沖壓工藝條件。沖壓加工的經(jīng)濟性分析該產(chǎn)品屬于中小批量生產(chǎn)，采用沖裁模進行沖壓生產(chǎn)，不但能保證產(chǎn)品的質量，滿足生產(chǎn)率要求，還能降低生產(chǎn)成本。7.2沖孔模結構形式的確定 操作方式選擇。選擇手工送料（單個毛坯）操作方式。 定位方式選擇。此例選擇定位圈定位方式。 卸料方式選擇。由于此例是單個毛坯，手動操作送進和定位，工件平直度要求較高，所以選擇彈性卸料方式。以上只做粗略的選擇，待工藝計算后和模具裝配圖設計時邊修改邊作具體的、最后的確定。 7.3 凸凹模的刃口計算該零件屬于一般沖孔、落料件，根據(jù)零件形狀特點，沖裁模的凸、凹模采用分開加工方法制造。通過計算需要沖d=103mm。查表得凸、凹模最小間隙Z=0.1mm，最大間隙Z=0.14mm，則ZZ=0.140.1=0.04mm。凸、凹模按IT8級制造，查表可知，沖孔尺寸103mm的凸、凹模制造公差=0.025mm =0.035mm；沖孔凸、凹模刃口尺寸：d=（d）=（1030.87）=103.74mmd=（dZ）=（103.740.1）=103.84mm校核不等式ZZ，代入數(shù)據(jù)得0.0250.035=0.070.04。所取的與不合適。從新分配=0.016mm，=0.024mm。故沖孔凸凹模刃口尺寸：d=103.74mm d=103.84mm7.2 沖壓力的計算按沖裁力公式計算沖裁力： P1=KLt （3.5）其中：K 為系數(shù) 見沖壓模具手冊表3-13L 為工件的輪廓長度（mm） 為材料的抗剪強度（）t 為材料的厚度（mm） 查沖壓模具設計抗剪切強度表 =255MPa =1.31601255 =53.040（KN）按卸料力公式計算卸料力Pt： Pt=K2P （3.6）K2值一般取0.06，所以 Pt=0.0653.040=3.182(KN)P孔=3.142/3dt=3.142/31031255=49.5(KN)所以總的沖裁力為：F=49.5+3.182=52.682KN7.3 壓力機的選擇由實用模具技術手冊P22頁，應用壓力機的選擇查表2-3可選擇J2325型壓力機。其主要技術參數(shù)為：公稱壓力：250kN滑塊行程：100mm行程次數(shù)：40次/min最大封閉高度：360mm連桿調節(jié)長度：80mm工作臺板厚度：70mm工作臺尺寸：480710mm電動機功率：5.5KW 模柄尺寸：7.4 壓力機的校核 壓力機的公稱壓力（1.1-1.3）F總，所以滿足。模具閉合高度H應該滿足HminH110HHmaxH15 公式（7-1）式中 Hmax壓力機最大閉合高度； Hmin壓力機最小閉合高度； H1墊板厚度。根據(jù)擬選壓力機J2325，查開式壓力機參數(shù)表得： Hmax360mm, Hmin160mm,H170mm.將以上數(shù)據(jù)帶入公式7-1，得85H300經(jīng)計算該模具閉合高度H=205mm，在85mm300mm內，且開式壓力機J2325最大裝模高度360mm,大于模具閉合高度225mm ,可以使用。7.5 零部件的初步設計在初步設計階段，主要是根據(jù)有關設計規(guī)范或標準確定凸、凹模的結構形式及尺寸，以及各模板的輪廓尺寸，螺釘、銷釘、橡膠、模架、模柄等標準件的規(guī)格，校核模具的閉合高度，為下一步的詳細設計做準備。（1） 凹模的初步設計根據(jù)查表有凹模高度：H=46mm，凹模壁厚：C=46mm。根據(jù)此些數(shù)據(jù)，可確定落料凹模結構尺寸為170mm214mm46mm。（2）定位零件的初步設計 對單個毛坯的定位，采用定位圈定位，定位板的外輪廓尺寸根據(jù)凹模的外輪廓尺寸確定。根據(jù)板料的厚度1mm，查表可確定定位板的厚度h=3mm。（3）凸模的初步設計凸模結構形式：由于沖裁直徑不大，為了改善凸模強度和剛度，采用A型標準凸模。凸模的固定形式：對于圓形凸模，采用臺肩固定。凸模長度：L=65mm。（5）凸模固定板的初步設計 厚度取為28mm，平面尺寸與凹模外形尺寸相同，查表可確定凸模固定板的結構尺寸為214mm214mm28mm。（6）彈性卸料裝置的初步設計卸料板。查表確定卸料板的厚度為10mm，卸料板結構尺寸為214mm214mm10mm。橡膠。根據(jù)模板形狀及卸料時卸料力的需要，選用矩形聚氨酯橡膠作彈性元件，橡膠輪廓尺寸與凹模板一致。卸料板工作行程：H=t+1=1+1=2mm根據(jù)資料確定橡膠的自由高度：H=+h=+6-12=14-20mm，適當放大取整為16mm。根據(jù)資料確定橡膠的安裝高度：H=H-H=16-0.1X16=14.4mm，取為15mm。卸料螺釘。根據(jù)卸料板周界尺寸選擇M8的卸料螺釘，根據(jù)各模板的相對位置關系可得：卸料螺釘?shù)拈L度為55mm。（7）標準模座選取根據(jù)凹模周界尺寸可確定模座LB=100mm63mm，根據(jù)模座厚度為凹模厚度的11.5倍，可確定下模座厚度為2030mm。查附錄，選取后側導柱模架，參數(shù)為：上模座：31525045 GB/T 2855.5-1990下模座：31525050 GB/T 2855.6-1990（8）導柱、導套的選取 根據(jù)模具所需和資料選取導柱、導套型號為：導柱 A28h515040 GB/T2861.1導套 B28H690（10）模柄的選取 采用B型壓入式模柄，根據(jù)壓力機滑塊的模柄孔尺寸，選用模柄規(guī)格為B4070 JB/T 7646.1-1994（11）螺釘、銷釘?shù)倪x取 根據(jù)資料確定螺釘，銷釘?shù)囊?guī)格凸模固定板固定:內六角螺釘2-M830，圓柱銷釘2-625。 凹模固定:內六角螺釘2-M850，圓柱銷釘2-630。7.6 模具裝配圖的繪制模具裝配圖如圖7.6：8 翻邊模設計8.1沖壓工藝分析（1） 結構形式 該零件材料厚度t=1mm3.2mm，屬于薄板沖裁，尺寸精度 尺寸120mm屬于IT10級。（2） 材料性能 該零件材料為08鋼，查資料可知其抗剪強度為255-340MPa，具有良好的沖壓性能，滿足沖壓工藝條件。（3） 沖壓加工的經(jīng)濟性分析該產(chǎn)品屬于中小批量生產(chǎn)，采用沖裁模進行沖壓生產(chǎn)，不但能保證產(chǎn)品的質量，滿足生產(chǎn)率要求，還能降低生產(chǎn)成本。8.2 模具結構形