鏈板片沖孔落料復(fù)合模設(shè)計

1、鏈板片沖孔落料復(fù)合模設(shè)計摘 要本課題為鏈板片沖孔落料復(fù)合模的設(shè)計，本文介紹的模具實例結(jié)構(gòu)簡單實用，使用方便可靠。本套模具的設(shè)計不是以復(fù)雜模具的設(shè)計為主，而主要是對模具設(shè)計知識的系統(tǒng)學(xué)習和設(shè)計的練習，以達到掌握沖壓模具設(shè)計的基本技能的目的。首先，對零件做整體的分析。包括：材料的使用、精度的要求、工序的要求以及成本的要求等。為了降低成本，對排樣方式進行了合理的設(shè)計；其次，對零件整體進行工藝設(shè)計。通過工藝目的的設(shè)計、工序的順序設(shè)計、壓力機的選擇等來實現(xiàn)所要達到的要求；再次，想要保證制件精度的要求，就要考慮模具刃口尺寸的計算。因為刃口是沖制工件的主要工作部分，刃口處的精度就決定了制件的精度，就必須根據(jù)

2、公差來進行精確計算。最后，根據(jù)計算出的模具刃口尺寸設(shè)計出相應(yīng)的凸凹模，并且查找資料選擇冷沖壓模的標準零件，符合標準后，就把凸凹模與其它各零部件進行總體裝配。在確定了模具體閉合高度后，選出合適的壓力機在調(diào)試校驗后并進行試沖加工，以達到符合的標準，最終完成鏈板片的加工。關(guān)鍵詞：復(fù)合模，沖壓工藝，模具設(shè)計，沖孔落料The chain plate punching blanking compound mold designAbstractThe topic is the chain plate punching blanking compound mold design and the mold of

3、 article described an instance is simple and practical, easy to use and is reliable. This mold is not primarily designed to complex design, but mainly on a systematic study of mold design knowledge and practice, in order to achieve the purpose of master the basic skills of stamping mold design.First

4、 of all, do a thorough analysis for the parts, which include the using of the material, the requirement of accuracy and the requirement of working procedure and costs and so on. For declining low cost, proceeded the reasonable design to the row kind method. Secondly, do processing design for the who

5、le parts and the purpose by craft designing and order of the working procedure and by the choice of punching machine. Thirdly, consider the calculation of size of the mould cutting edge in order to meet the need of accuracy. Because the cutting edge is the main working part of the punching processin

6、g, the accurate cutting edge guarantees the accurate parts. So you needed to tolerance do accurate calculation.Finally, according to the calculated the size of mold cutting edge design the corresponding punch and mold, and find information on selection criteria for cold stamping parts, meet the stan

7、dards, put the punch and mold with the other components to the overall assembly. In determining the specific mold closed height, select the appropriate press in the debug and test validation washed after processing, to meet compliance standards, the final completion of the processing chain plate.Key

8、 words：composite modulus, stamping process, mold design , punching blanking目 錄摘 要IAbstractII第1章 緒論11.1 沖壓模具發(fā)展簡史、優(yōu)勢、種類11.1.1 沖壓模具發(fā)展簡史11.1.2 沖壓模具的優(yōu)勢21.1.3 沖壓模具的種類31.2 模具的發(fā)展現(xiàn)狀與前景41.3 課題的主要特點及意義61.4 本章小結(jié)6第2章 沖裁工藝及沖裁模具設(shè)計72.1 沖壓件的過程分析82.1.1 沖壓件變形階段分析82.1.2 沖壓件的質(zhì)量分析82.2 工藝方案分析102.2.1 沖壓件的形狀和尺寸102.2.2 沖壓件的尺

9、寸精度102.2.3 生產(chǎn)批量112.2.4 沖壓工藝方案的制定112.3 排樣設(shè)計122.3.1 排樣122.3.2 搭邊152.3.3 送料進距152.3.4 條料寬度162.4 本章小結(jié)16第3章 沖裁模具設(shè)計計算173.1 沖裁間隙173.2 凸模、凹模刃口尺寸的計算193.2.1 沖裁模刃口尺寸計算的原則193.2.2 沖裁模凸模、凹模刃口尺寸計算203.3 沖壓力計算233.3.1 沖裁力的計算233.3.2 推件力、頂件力和卸料力的計算243.3.3 壓力機公稱壓力的確定263.3.4 降低沖裁力的措施263.4 壓力中心的確定293.5 模具閉合高度和壓力機的尺寸關(guān)系303.6

10、 本章小結(jié)31第4章 模具零件及結(jié)構(gòu)的詳細設(shè)計324.1 模具零件的組成和分類324.2 復(fù)合模的結(jié)構(gòu)分析334.3 復(fù)合模工作零部件詳細設(shè)計334.3.1 凸模344.3.2 凹模364.3.3 凹凸模384.3.4 定位、導(dǎo)正方式的選擇394.3.5 卸料與出件裝置的選擇404.3.6 模架選擇的選擇414.4 本章小結(jié)42第5章 模具的裝配435.1 模具部分零件圖435.2 模具裝配圖465.3 本章小結(jié)47總 結(jié)48致 謝49參考文獻50第1章 緒論模具是成批和大量生產(chǎn)各種機電與家電必備的基礎(chǔ)工藝裝備，是進行少無切削加工的主要工具，是制造業(yè)發(fā)展的前提。國內(nèi)模具產(chǎn)業(yè)近幾年以12%15%

11、的增速，持續(xù)、穩(wěn)定、高速發(fā)展，支撐并保證國內(nèi)制造業(yè)，特別是機械、汽車、電子、石化及建筑業(yè)等國民經(jīng)濟的五大支柱產(chǎn)業(yè)持續(xù)高速發(fā)展。1.1 沖壓模具發(fā)展簡史、優(yōu)勢、種類1.1.1 沖壓模具發(fā)展簡史1953年，長春第一汽車制造廠在中國首次建立了沖模車間，該汽車廠于1958年開始制造汽車覆蓋件模具。我國于20世紀60年代開始生產(chǎn)精沖模具。走過漫長的發(fā)展道路，目前我國已形成約300多億元沖壓模具的生產(chǎn)能力。形成了如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鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)迅速崛起，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。隨著與國際接軌的腳步不斷加快

12、，市場競爭的日益加劇，模具的生產(chǎn)和設(shè)計已經(jīng)越來越認識到產(chǎn)品質(zhì)量、成本和新產(chǎn)品的開發(fā)能力的重要性。模具制造技術(shù)現(xiàn)已成為衡量一個國家制造業(yè)水平高低的重要標志，并在很大程度上決定企業(yè)的生存空間。目前我國沖壓模具無論在數(shù)量上，還是在質(zhì)量、技術(shù)和能力等方面都已有了很大發(fā)展，但與國民經(jīng)濟需求和世界先進水平相比，差距仍很大。在國際競爭的局勢下，我過的模具工業(yè)得到飛速的發(fā)展，很多的專門模具研究中心不斷的建立起來，模具結(jié)構(gòu)和鋼材的研究取得了顯著的成就，但還是存在很大的差距。 一是進口模具大部分是技術(shù)含量高的大型精密模具，而出口模具大部分是技術(shù)含量較低的中低檔模具，因此技術(shù)含量高的中高檔模具市場滿足率低于沖壓模具

13、總體滿足率，這些模具的發(fā)展已滯后于沖壓件生產(chǎn)，而技術(shù)含量低的中低檔模具市場滿足率要高于沖壓模具市場總體滿足率。1.1.2 沖壓模具的優(yōu)勢成批與大量生產(chǎn)的各類機電與家電產(chǎn)品零部件及半成品坯件，都需要大量、不同種類的模具進行加工。其中，約65%的零件要用各種金屬板、條、帶卷料，沖成個種形狀復(fù)雜、精度高、用其他加工方法無法完成的板料沖壓零件，所使用的冷沖模種類繁多，結(jié)構(gòu)各異而又千變?nèi)f化。沖壓加工在技術(shù)上有以下優(yōu)勢：(1）在壓力機滑塊上下往復(fù)的簡單沖擊下，使用的沖?？梢詻_制其他加工方法難以制造的、形狀復(fù)雜的沖壓零件。 (2)板料沖壓零件質(zhì)量輕，剛度大，承載能力強，長期使用不變形，是各類機電與家電產(chǎn)品結(jié)

14、構(gòu)輕型化，取代笨重鑄、鍛及切削加工零部件的首選。因而對沖模數(shù)量的需求日益增多，沖模結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度和沖壓工藝水平日益提升。 (3）沖壓零件的一致性好，互換性強，尺寸和形位精度高，一般只需局部甚至不再進行切削加工，即可進行產(chǎn)品的裝配。 (4）便于實現(xiàn)沖壓過程機械化、自動化及組建CNC連續(xù)作業(yè)生產(chǎn)線。當設(shè)計與使用自動沖模時也可實現(xiàn)單機自動化作業(yè)。(5）現(xiàn)代沖壓高技術(shù)的大力推廣與實施，可對各種復(fù)雜形狀沖壓零件，用多工位連續(xù)形成，實現(xiàn)安全生產(chǎn)，達到優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低能耗。1.1.3 沖壓模具的種類按照沖模適用沖壓零件生產(chǎn)性質(zhì)（投產(chǎn)批量大?。?、結(jié)構(gòu)復(fù)雜及制模費用大小、沖壓精度高低，可將沖模大致劃分如下幾類：（

15、1）制造經(jīng)濟的簡易沖模 適用于新產(chǎn)品樣式與批式，需要單件、小批量生產(chǎn)的沖壓零件所使用各種簡易結(jié)構(gòu)，用新材料與新工藝及簡易制模方法制造的經(jīng)濟、簡易沖模。其制模工藝簡便，制模周期短，造價低，但模具使用壽命也低。（2）萬能通用沖模與組合沖模 使用中小批量、多品種生產(chǎn)低精度沖壓零件。萬能通用沖模可一模多用；組合沖模是備有多種工作元件，按需要隨時組合成個種沖模，將沖壓零件分解成多工序，加工用多套組合沖模沖制。（3）普通全鋼沖模 適用于成批和大批量生產(chǎn)各種沖壓零件，是應(yīng)用廣泛的標準結(jié)構(gòu)與非標準結(jié)構(gòu)的全鋼材質(zhì)普通沖壓用模具。（4）精沖模 用于各種精沖工藝專用的精沖模具。（5）大型、特種、高精度與高壽命沖模

16、適用于大量生產(chǎn)的汽車覆蓋件沖模、高精度硅鋼片硬質(zhì)合金模等。1.2 模具的發(fā)展現(xiàn)狀與前景(1)中國模具行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀鑒于模具作為包括機床工具、汽車制造、食品包裝等在內(nèi)的機械行業(yè)中機械基礎(chǔ)件產(chǎn)業(yè)，以及電工電器、電子及信息行業(yè)的支持產(chǎn)業(yè)，在發(fā)展先進生產(chǎn)力當中，處于非常關(guān)鍵并服務(wù)全行業(yè)的地位，其發(fā)展對產(chǎn)業(yè)配套能力的提升和促進產(chǎn)業(yè)聚集優(yōu)勢的形成將起到重要作用。改革開放以來，中國模具工業(yè)企業(yè)的所有制成分也發(fā)生了巨大變化，國內(nèi)已能生產(chǎn)精度達2微米的精密多工位級進模，工位數(shù)最多已達160個，壽命12億次。在大型塑料模具方面，現(xiàn)在已能生產(chǎn)48英寸電視的塑殼模具、6.5公斤大容量洗衣機的塑料模具，以及汽車保險杠、整

17、體儀表板等模具。在精密塑料模具方面，國內(nèi)已能生產(chǎn)照相機塑料模具、多型腔小模數(shù)齒輪模具及塑封模具等。在大型精密復(fù)雜壓鑄模方面，國內(nèi)已能生產(chǎn)自動扶梯整體踏板壓鑄模及汽車后橋齒輪箱壓鑄模。在汽車模具方面，現(xiàn)已能制造新轎車的部分覆蓋件模具。 (2)沖壓模具行業(yè)遇到的問題和解決方法阻力一：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(yīng)用卻為數(shù)不多；中小企業(yè)設(shè)備普遍較落后，耗能耗材高，環(huán)境污染嚴重；封頭成形設(shè)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

18、了精沖技術(shù)在我國的推廣應(yīng)用；液壓成形，尤其是內(nèi)高壓成形，設(shè)備投資大，國內(nèi)難以起步。突破點：加速技術(shù)改造阻力二：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(dǎo)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(fù)建設(shè)，難以滿足專業(yè)化分工生產(chǎn)，市場競爭力弱。突破點：走專業(yè)化道路阻力三：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(yīng)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(dǎo)致企業(yè)對先進技術(shù)的掌握應(yīng)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

19、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(xué)、研聯(lián)合之路(3)中國模具行業(yè)發(fā)展前景模具是工業(yè)生產(chǎn)中的基礎(chǔ)工藝裝備，是一種高附加值的高技術(shù)密集型產(chǎn)品，也是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的重要領(lǐng)域，其技術(shù)水平的高低已成為衡量一個國家制造水平的重要標志。隨著國民經(jīng)濟總量和工業(yè)產(chǎn)品技術(shù)的不斷發(fā)展，各行各業(yè)對模具的需求量越來越大，技術(shù)要求也越來越高。目前我國模具工業(yè)的發(fā)展步伐日益加快，“十一五期間”產(chǎn)品發(fā)展重點主要應(yīng)表現(xiàn)在：汽車覆蓋件模；精密沖模；大型及精密塑料模；主要模具標準件；其它高技術(shù)含量的模具；1.3 課題的主要特點及意義該課題主要針對鏈板片的復(fù)合模設(shè)計，在對其進行落

20、料工藝分析的基礎(chǔ)上，提出了該零件采用復(fù)合模生產(chǎn)的沖壓方案；根據(jù)零件的形狀、尺寸精度要求，設(shè)計過程中綜合考慮采用“有廢料排樣”，成形側(cè)刃定位，保證工件的尺寸和形狀位置精度要求的同時，提高了材料的利用率和勞動生產(chǎn)率。本課題涉及的知識面廣，綜合性較強，在鞏固大學(xué)所學(xué)知識的同時，對于提高設(shè)計者的創(chuàng)新能力、協(xié)調(diào)能力，開闊設(shè)計思路等方面為作者提供了一個良好的平臺。1.4 本章小結(jié)本章主要介紹了我國模具行業(yè)的發(fā)展簡史、制造業(yè)中的地位、沖壓模具的優(yōu)勢及模具的種類與選用等，重點介紹了模具的發(fā)展現(xiàn)狀、模具的發(fā)展前景等。我國的模具行業(yè)雖在十二五期間飛速發(fā)展，但與發(fā)達國家相比。我國的模具行業(yè)要抓住機遇，發(fā)展自己的高科

21、技模具產(chǎn)品。第2章 沖裁工藝及沖裁模具設(shè)計沖裁是指利用模具在壓力機上使板料產(chǎn)生分離的沖壓工藝。沖裁可直接沖出所需要形狀的零件，也可為其它工序制備毛坯。沖裁時所使用的模具稱為沖裁模。沖裁的工藝種類很多，常用的有落料、沖孔、切斷、切邊、切口等，其中落料和沖孔應(yīng)用最多。從板料上沖下所需形狀的零件（或毛坯）稱為落料；在零件上（或毛坯）上沖出所需零件形狀的孔（沖去的部分為廢料）稱為沖孔。落料與沖孔的變形性質(zhì)完全不同，但進行模具設(shè)計時，模具尺寸的確定方法不同，因此，工藝上必須作為兩個工序加以區(qū)分。沖制外形D的沖裁工序為落料，如圖2.1所示；沖制內(nèi)孔d的工序為沖孔，如圖2.1所示。根據(jù)沖裁的變形機理不同，沖

22、裁工藝可以分為普通沖裁和精密沖裁兩大類。精密沖裁斷面較為光潔，精度較高，但需專門的設(shè)備與模具。圖2.1 落料與沖孔2.1 沖壓件的過程分析2.1.1 沖壓件變形階段分析沖裁變形過程，大致可分為三個階段：（1）彈性變形階段 當鏈板片的凸模下壓接觸板料時，材料將產(chǎn)生短暫的、輕微的彈性變形。此時如果提升凸模，變形將完全消失。（2）塑性變形階段 凸模繼續(xù)下壓，板料變形區(qū)的應(yīng)力將繼續(xù)增大。當應(yīng)力狀態(tài)滿足屈服極限時，材料便進入塑性變形階段。這一階段突出的特點是材料只發(fā)生塑性流動，而不產(chǎn)生任何裂紋，凸模繼續(xù)切入板料，同時將板料擠入凹模孔內(nèi)。（3）斷裂變形階段 當鏈板片的凸模切入板料達到一定深度時，在凹模側(cè)壁

23、靠近刃口處首先出現(xiàn)裂紋，這表明塑性剪切變形終止和斷裂分離的開始。2.1.2 沖壓件的質(zhì)量分析沖裁件質(zhì)量是指斷面狀況、尺寸精度和形狀誤差。斷面狀況盡可能垂直、光潔、毛刺小。尺寸精度應(yīng)該保證在圖樣規(guī)定的公差范圍內(nèi)。零件外形應(yīng)該滿足圖樣要求；表面盡可能垂直即拱彎小。（1）尺寸精度 沖裁模的制造精度對沖裁件尺寸精度的影響最直接，沖裁模的制造精度越高，沖裁件的精度就越高。 由于在沖裁過程中材料產(chǎn)生一定的彈性變形，沖裁結(jié)束后發(fā)生“回彈”現(xiàn)象使落料件尺寸與凹模尺寸不符，沖孔的尺寸與凸模尺寸不符，從而影響其精度。對于比較軟的材料，彈性變形量較小，沖裁后回彈值也較小，因而零件精度高。硬的材料，情況正好相反。材料

24、相對厚度t/D(t為板厚，D為沖裁件直徑)越大，彈性變形量越小，因而沖裁零件尺寸精度越高。沖裁件尺寸越小，形狀越簡單，其精度越高。（2）斷面質(zhì)量 對于斷面質(zhì)量起決定作用的是沖裁間隙。如果間隙選的合理，沖裁時上、下刃口處所產(chǎn)生的裂紋就能重合。所得工件斷面雖不光滑，且?guī)в幸欢ㄥF度，但以滿足要求。當間隙過小或過大時，就會使上下裂紋不能重合。間隙過小時，凸模刃口附近的裂紋比合理間隙時向外錯開一段距離，上、下裂紋中間的一部分材料，隨著沖裁經(jīng)行，將被第二次剪切，在斷面上形成第二光亮帶。間隙過大時，凸模刃口附近的裂紋較合理間隙時向里錯開一段距離，材料受很大的拉伸，使斷面光亮帶減少，毛刺、圓角和錐度都會增大。

25、（3）毛刺 凸?；虬寄Ｄモg后，其刃口處形成圓角。在沖裁時，沖裁件的邊緣就會出現(xiàn)毛刺。在沖裁工作中，產(chǎn)生很大的毛刺是不允許的，應(yīng)查明原因加以解決。2.2 工藝方案分析2.2.1 沖壓件的形狀和尺寸材料：Q235；材料厚度：0.5mm；零件簡圖：如圖2.2所示圖2.2 沖裁件Q235為普通碳素鋼，具有較好的沖載成型形性能。零件結(jié)構(gòu)簡單對稱，無尖角，對沖載加工較為有利。零件中有兩個對稱孔，孔的最小尺寸為10mm，滿足沖載最小孔徑：孔的最小尺寸10t5mm的要求，另外，經(jīng)計算孔距零件外形之間的最小孔邊距滿足載件最小孔邊距1.5t0.75mm的要求，所以該零件的結(jié)構(gòu)滿足沖載要求。2.2.2 沖壓件的尺寸

26、精度零件圖上的尺寸示標注公差，沖裁件的精度按IT13確定，沖模制造精度按IT6IT7確定。2.2.3 生產(chǎn)批量生產(chǎn)批量：大批量。2.2.4 沖壓工藝方案的制定工件為圖一所示的落料沖孔件，材料為Q235鋼，材料厚度為0.5mm，生產(chǎn)批量為大批量。圖2.3 沖壓件零件為滿足沖孔落料件，可提出加工方案如下：方案一：先落料，后沖孔，采用兩套單工方模生產(chǎn)。方案二：落料沖孔復(fù)合模沖壓，采用復(fù)合模生產(chǎn)。方案三：沖孔落料連續(xù)沖壓，采用級進模生產(chǎn)。方案一模具結(jié)構(gòu)簡單，但需要兩道工序，兩幅模具，生產(chǎn)效率低，零件精度較差，在批量較大的情況下不適合使用。方案二只需要一副模具，沖壓件形位精度和尺寸精度易保證，且生產(chǎn)效率

27、較高。盡管模具結(jié)構(gòu)較方案一復(fù)雜，但是由于零件的幾何精度較為簡單，模具制造并不困難。方案三也只需要一副模具，生產(chǎn)效率也高，但與方案二相比零件的精度稍差。欲保證沖壓件的形狀精度，需要在模具上設(shè)置導(dǎo)正銷，模具制裝配較復(fù)合模具復(fù)雜。所以，比較三個方案，采用方案二生產(chǎn)。2.3 排樣設(shè)計沖載件在條料或板料上的布置方式稱為排樣。排樣方案對材料的利用率、沖載件質(zhì)量、生產(chǎn)率、生產(chǎn)成本和模具結(jié)構(gòu)形式都有重要的影響。2.3.1 排樣排樣圖是排樣設(shè)計最終的表達形式，通常應(yīng)繪制在沖壓工藝規(guī)程的相應(yīng)卡片上和沖裁?？傃b圖的右上角。排樣圖的內(nèi)容應(yīng)反映出排樣方法、沖裁件的沖裁方式、用側(cè)刃定距時側(cè)刃的形狀與位置、材料利用率等。（

28、1）排樣的設(shè)計原則：提高材料的利用率 沖裁件生產(chǎn)批量大，生產(chǎn)效率高，材料費用一般會占總成本的60%以上，所以排樣的利用率是衡量排樣經(jīng)濟性的一項重要指標。在不影響零件性能的前提下，應(yīng)合理設(shè)計零件外形及排樣，提高材料的利用率。改善操作性 沖裁件排樣應(yīng)使工人操作方便、安全、勞動強度低。一般來說，在沖裁生產(chǎn)時應(yīng)盡量減小條料翻動次數(shù)，在材料利用率相同或相近時，應(yīng)選用條料寬度及進料小的排樣方式。使模具結(jié)構(gòu)簡單合理，使用壽命高。保證沖載件質(zhì)量。（2）排樣方式的分類 按照材料的利用率，排樣可分為有廢料排樣、少廢料排樣和無廢料排樣三種。廢料是指沖裁中除零件以外的其它板料，包括工藝廢料和結(jié)構(gòu)廢料。 （a） （b）

29、 （c）圖2.4 排樣方式有廢料排樣：有廢料排樣是指在沖載件與沖載件之間、沖載件與條料側(cè)邊之間均有工藝廢料，沖裁是沿沖裁件中除零件以外的其他板料，包括工藝廢料和結(jié)構(gòu)廢料，如圖2.1（a）所示。少廢料排樣：少廢料排樣是指只在沖裁件之間或只在沖裁件與條料側(cè)邊之間留有搭邊，如圖2.1（b）所示。沖裁只沿沖裁件的部分輪廓進行，材料的利用率可達70%90%。無廢料排樣：無廢料排樣是指在沖裁件與沖裁件之間、沖裁件與條料側(cè)邊之間均無搭邊存在，沖裁件實際上是直接由切斷條料獲得，如圖2.1（c）所示，材料的利用率可達85%90%。（3）鏈板片排樣設(shè)計：圖2.5 排樣圖 材料利用率計算:= （2.1） S=115

30、9.16mm=100%=100%=100%=65.04%式中，材料利用率；S工件的實際面積；S所用材料面積，包括工件面積與廢料面積；A步距（相鄰兩個制件對應(yīng)點的距離）；B條料寬度；2.3.2 搭邊沖裁件與沖裁件之間、沖裁件與條料側(cè)邊之間留下的工藝預(yù)料稱為搭邊。搭邊的作用是避免因誤送發(fā)生零件缺角、搭邊或尺寸超差；使凸凹模刃口受力均勻，提高模具的使用壽命及沖裁件的斷面質(zhì)量,此外利用搭邊還可以實現(xiàn)模具的自動送料。搭邊的合理數(shù)值主要取決與沖裁件的板料厚度、材料性質(zhì)、外廓形狀及尺寸大小等。一般來說，材料硬時，搭邊值可取小些；軟材料或脆性材料，搭邊值可取大些；板料厚度大，需要的搭邊值大；沖裁件的形狀復(fù)雜，

31、尺寸大，過度圓角半徑小，需要的搭邊值大；手工送料或有側(cè)壓板導(dǎo)料時，搭邊值可取小些。鏈板片搭邊設(shè)計：板料厚度t=0.5mm,工件邊長L50mm,查表得a=1.2mm,a=1.5mm。2.3.3 送料進距模具每沖裁一次，條料在模具上前進的距離稱為送料進距或步距。當單個進距內(nèi)只沖裁一個零件時，送料進距的大小等于調(diào)料上兩個對應(yīng)點之間的距離。 A=D+a （2.2）式中：A為送料進距，單位mm；D為平行于送料方向的沖裁件寬度，單位mm；a為沖裁件之間的搭邊值，單位mm。所以鏈板片的送料進距為：A=D+a=24+1.2=25.22.3.4 條料寬度沖裁前通常需要按要求將板料裁剪為適當寬度的條料。為保證送料

32、順利，不因過寬而發(fā)生卡死現(xiàn)象，條料的下料公差規(guī)定為負偏差。條料在模具上送料時，一般都有導(dǎo)料裝置，有時還要使用測壓裝置。條料寬度： B=L+2a+ （2.3）式中：B為條料寬度，單位mm；L為沖裁件與送料方向垂直的最大尺寸，單位mm；a為沖裁件與條料之間的搭邊，單位mm；為條料下料時的下偏差值，單位為mm。所以條料寬度 B=L+2a+=60+21.5=632.4本章小結(jié) 本章介紹了沖壓件的過程分析（包括沖壓件變形階段分析，沖壓件的質(zhì)量分析）、鏈板片的工藝分析（主要是沖壓方案的選擇）、排樣設(shè)計 、搭邊設(shè)計、調(diào)料寬度、送料進距等，本章重點介紹了鏈板片沖孔落料復(fù)合模的工藝方案的選擇，由于材料的利用率不

33、可能為100%及盡量提高材料的利用率，因此選用少廢料排樣的方式。第3章 沖裁模具設(shè)計計算3.1 沖裁間隙沖裁模凹、凸模刃口部分尺寸之差稱為沖裁間隙，其雙面間隙用C表示，單面間隙為C/2。沖裁間隙的大小對沖裁件質(zhì)量的斷面質(zhì)量、沖裁力、模具壽命等影響很大，所以沖裁間隙是沖裁模具設(shè)計中的一個很重要的工藝參數(shù)。設(shè)計模具時一定要選擇合理的間隙，使沖裁件的斷面質(zhì)量較好，所需的沖裁力較小，模具壽命較高。但分別按質(zhì)量、精度、沖裁力等方面的要求，各自確定的合理間隙值并不相同，考慮到模具制造中的偏差及使用中的磨損，生產(chǎn)中通常是選擇一個適當?shù)姆秶鳛楹侠黹g隙，只要間隙在這個范圍內(nèi)，就可以沖出良好的零件。這個范圍的最

34、小值稱為最小合理間隙，最大值稱為最大合理間隙?？紤]到模具在使用過程中的磨損使間隙增大，故設(shè)計與制造新模具時應(yīng)采用最小合理間隙。沖裁件質(zhì)量要求較高時，其間隙應(yīng)取小值；反之應(yīng)取大間隙，以降低沖壓力及提高模具使用壽命。由于各類間隙值之間沒有絕對的界限，因此，還必須根據(jù)沖裁件尺寸與形狀，模具材料和加工方法，以及沖壓方法、速度等因素適當增減間隙值。比如：在相同的條件下，非圓形比圓形間隙大，沖孔比落料間隙大；直壁凹模比錐口凹模間隙大；高速沖壓時，模具以發(fā)熱，間隙應(yīng)增大，當行程次數(shù)超過200次/min時，間隙應(yīng)增大10%左右；用電火花加工的凹模，其間隙比用磨削加工凹模小0.5%2%；根據(jù)以上分析，可從表1中

35、選取 C= 0.03 ，C= 0.07；表1 沖裁間隙的數(shù)值厚度 tT8、45、1Cr18Ni9TiQ235Q21535CrMo08F10、15、H62L1、L2、L3CCCCCCCC0.350.030.050.020.050.010.03-0.50.040.080.030.070.020.040.020.030.80.090.120.060.100.040.070.0250.0451.00.110.150.080.120.050.080.040.061.20.140.180.100.140.070.100.050.071.50.190.230.130.170.080.120.060.10 此

36、外，也可采用下述經(jīng)驗公式計算出合理間隙Z的取值： Z=ct （3.1）式中：t為材料厚度，單位mm；c位系數(shù)，與材料性能及厚度有關(guān)。表2 合理間隙系數(shù)值材料當t3mm當t3mm軟鋼、純鐵銅、鋁合金硬銅c=(69)% c=(610)% c=(812)%c=(1519)%c=(1619)%c=(1725)%3.2 凸模、凹模刃口尺寸的計算3.2.1 沖裁模刃口尺寸計算的原則 沖裁模刃口是尖銳鋒利的，多為直角，故沖裁模刃口尺寸是指凸模與凹模直徑（對圓形件而言）尺寸，并按“人體”原則標注。確定凹凸模刃口尺寸及公差必須遵循以下的原則：(1)由于剪切面是凹凸模的側(cè)面與材料接觸并擠光而得到的光滑面，所以落料

37、件的外經(jīng)尺寸等于凹模內(nèi)徑尺寸，沖孔件的內(nèi)徑尺寸等于凸模的外徑尺寸。故落料模應(yīng)以凹模為設(shè)計基準，再按間隙值確定凹模尺寸。(2)凹、凸模在沖裁過程中有磨損，凸模刃口尺寸磨損使沖孔尺寸減少，凹模刃口尺寸磨損使落料尺寸變大。為保證沖裁件的尺寸精度要求，并盡可能提高模具使用壽命，設(shè)計落料模時，凹模刃口的基本尺寸（設(shè)計尺寸）應(yīng)取接近或等于工件的最小極限尺寸；設(shè)計沖孔凹模時其刃口基本尺寸應(yīng)取接近或等于工件的最小極限尺寸；設(shè)計沖孔凸模時，其刃口基本尺寸應(yīng)取接近或等于工件孔的最大極限尺寸；并分別按最小合理間隙分別制造，或配作相應(yīng)的凹模、凸模。這樣，才能保證凹凸模磨損到一定程度后仍能沖出合格的零件。(3)凹、凸模

38、刃口尺寸的精度應(yīng)以能保證工件的精度要求為準，保證合理的間隙值，保證模具具有一定程度的使用壽命。一般沖模精度較工件精度高2-3級。若零件沒有標注公差，則對于非圓形件按IT14級來處理，圓形件可按IT10來處理，工件尺寸公差應(yīng)按“人體”原則標注為單向公差，沖裁件的精度見表3。表3 沖裁件精度模具制造精度材料厚度t/mm0.50.81.01.52345IT6-IT7IT8IT8IT9IT10 IT10-IT7-IT8-IT9IT10IT10IT12IT12IT12-IT9-IT12IT12IT12IT12IT123.2.2 沖裁模凸模、凹模刃口尺寸計算模具刃口尺寸及公差的計算與加工方法有關(guān)，基本上可

39、以分為兩類：互換加工和配制加工。（1）互換加工 這種方法主要適用于圓形或簡單規(guī)則形狀的工件，因沖裁此類工件的凹、凸模制造相對簡單，精度容易保證，所以采用分別加工。設(shè)計時，需要在圖樣上分別標注凹模與凸模的刃口尺寸及制造公差。（2）凸模與凹模配制加工 采用凸、凹模分開加工發(fā)時，為了保證凹、凸模間一定的間隙值，必須嚴格限制沖模的制造公差，因此，造成沖模制造困難。對于沖制模材料（因C與C的差值很?。┑臎_模，或沖制復(fù)雜工件的沖模，或單件生產(chǎn)的沖模，常常采用凸模與凹模配制加工方法。配置法就是按設(shè)計尺寸制造出一個基準件（凸?；虬寄＃?，然后根據(jù)基準件的實際尺寸再按最小合理間隙配制另一件。這種加工方法的特點是模

40、具的間隙由配置保證，工藝比較簡單，不必按校核+C- C的條件，并且還可放大基準件的制造公差，使制造容易。設(shè)計時，基準件的刃口尺寸及制造公差應(yīng)詳細標注，而配制件上只標注公稱尺寸，不注公差，但在圖樣上標注：“凸（凹）模實際刃口尺寸配制，保證最小雙面合理間隙值C”。(1) 毛坯的展開尺寸計算：利用CAD計算毛坯的周長和面積得： 周長C=147.36mm 面積S=1159.16mm(2) 凸模、凹模刃口尺寸的計算：外形由落料獲得，210由沖孔獲得，所以落料以凹模為基準尺寸，沖孔以凸模為基準尺寸，沖孔以凸模為基準尺寸計算如下： 沖孔（210）查表得： 2C=0.06mm2C=0.14mm ,則 2C-2

41、C=0.14mm-0.06mm=0.08mm由表查得：10為IT13級，取x=0.75，凸模和凹模分別按IT11和IT13級加工制造，則：d=(d+x) (3.2)d=(d+x)=（10+0.750.18）mm=10.135mmd=(d+2C) （3.3）d=(d+2C)=（10.135+0.04）mm=10.205mm校核：+2C-2C0.02+0.020.14-0.060.040.08故滿足間隙公差條件。 落料(外形)沖裁件外形屬落料件，選凹模為設(shè)計基準件，按配制加工方法，只需計算落料凹模刃口尺寸及制造公差，凸模刃口尺寸由凹模的實際按間隙需要配制。圖3.1 沖裁件根據(jù)圖所示，凹模磨損后變大

42、的尺寸有 12，12。刃口尺寸計算公式：A=(A-x) （3.4）查表：對于以上要計算的尺寸，其磨損系數(shù)均為x=0.75，所以： A=(12-0.750.54)mm=11.595mmA=(12-0.750.54)mm=11.595mm 根據(jù)圖所示，凹模磨損后不變的尺寸有36,36 ，刃口尺寸計算公式：C=(C+0.5)0.125 （3.5）C=（36-0.33+0.50.33）0.1250.33=35.8350.165C=（36-0.33+0.50.33）0.1250.33=35.8350.165凸模刃口尺寸確定，查表，沖裁合理間隙 2C=0.06mm，2C=0.14mm，有凸模刃口尺寸按凹模

43、相應(yīng)部位的尺寸配制，保證雙面最小間隙為2C=0.06mm。故相應(yīng)位置凸模尺寸為：A=11.535mmA=11.535mmC=38.7750.165C=38.7750.1653.3沖壓力計算在沖裁過程中，沖壓力是指沖裁力、卸料力、推件力和頂件力的總稱。計算沖裁力的目的是為了選用合適的壓力機，設(shè)計模具和檢驗?zāi)＞叩膹姸取毫C的噸位必須大于所計算的沖裁力，以適應(yīng)沖裁工藝的需要。3.3.1 沖裁力的計算沖裁力是沖裁時凸模沖穿板料所需要的力。在沖裁過程中，沖裁力是隨凸模進入板料的深度（凸模行程）而變化。圖3.2所示為沖裁Q235鋼時的沖裁力變化曲線，圖中AB段是沖裁的彈性變形階段，BC是塑性變形階段，C

44、點是沖裁力的最大值，在此點材料開始被被剪裂，CD段為斷裂分離階段，DE段是凸?？朔c材料間的摩擦和將材料從凹模內(nèi)推出所需的壓力。通常，沖裁力是指沖裁過程中的最大值。圖3.2 沖裁力曲線 沖裁力的大小主要于材料的力學(xué)性能、厚度和工件將要實施的周邊長度及沖裁間隙、刃口鋒利程度與表面粗糙度值有關(guān)。綜合考慮上述影響因素，其沖裁力一般按下式計算：F=Kt L （3.6） 式中 F沖裁力，單位為N； K系數(shù)，一般取K=1.3； L沖裁件的沖裁長度，單位為m； 材料的抗剪強度，單位為MP；所以：F=Kt L =1.30.5147.36350KN=33.5244KN3.3.2 推件力、頂件力和卸料力的計算當沖

45、裁結(jié)束時，由于材料的彈性回復(fù)及摩擦的存在，從板料上沖裁下的部分會梗塞在凹?？卓趦?nèi)，而沖裁剩下的材料則會緊箍在凸模上。為是沖裁工作繼續(xù)進行，必須將箍在凸模上和卡在凹模內(nèi)的材料（沖沖件或廢料）卸下或推出。從凸模上卸下箍這的材料所需要的力稱為卸料力，用F表示；將卡在凹模內(nèi)的材料順沖裁方向推出所需要的力稱為推件力，用Ft表示；逆沖裁方向?qū)⒘蠌陌寄?nèi)頂出所需要的力稱為頂件力，用F表示。 卸料力、推件力與頂件力是從壓力機和模具的卸料、推件和頂件裝置中獲得，所以在選擇壓力機的標稱壓力和設(shè)計沖模以上裝置時，應(yīng)分別予以計算。影響這些力的因素較多，主要有材料的力學(xué)性能與厚度、沖件形狀與尺寸、沖模間隙與凹模間隙空口

46、結(jié)構(gòu)、排樣的搭邊大小及潤滑情況等。在實際計算時，常用下列經(jīng)驗公式：卸料力 F=KF （3.7）F=KF=0.0533.5244 KN=1.67622KN；頂件力 F=K F （3.8）F=K F=0.0633.5244 KN=2.01464KN；推件力 Ft=nKtF （3.9）Ft=nKtF=0.0633.5244 KN=2.01464KN；沖壓力 P= F+F+F （3.10）P= F+F+F=33.5244KN +1.67622 KN+2.01464 KN=37.21486KN；式中：材料搞剪強度，MP查表得=280400 MP，取=300MP；L沖裁週總長，通過軟件直接算得L=147.

47、36mm；K是考慮到?jīng)_裁模刃口的磨損、凸模與凹模間隙的波動、潤滑情況、材料力學(xué)性能與厚度公差的變化等因素而設(shè)置的安全系數(shù)，一般取1.3；K 卸料力系數(shù)，其值為0.020.06，薄料取大值，厚料取小值，取0.05； K 頂件力系數(shù)，其值為0.040.08，薄料取大值，厚料取小值，取0.06； Kt推件力系數(shù)，其值為0.040.08，薄料取大值，厚料取小值，取0.06； n同時卡在凹?？變?nèi)的沖件（或廢料）數(shù)n=h/t(h為凹?？卓诘闹比斜诟叨龋瑃為材料厚度)；所以： 卸料力F=KF=0.0533.5244 KN=1.67622KN；頂件力F=KF=0.0633.5244 KN=2.01464KN；

48、推件力Ft=nKtF=0.0633.5244 KN=2.01464KN；3.3.3 壓力機公稱壓力的確定對于沖裁工序，壓力機的公稱壓力應(yīng)大于或等于沖裁時總壓力的1.11.3倍，即：P（1.11.3）F （3.11）沖裁時，壓力機的公稱壓力必須大于或等于沖裁時各工藝力的總和F。F= F+F+F=33.5244KN +1.67622 KN+2.01464 KN=37.21486KN；所以，F(xiàn)=37.21486KN；因此壓力機可以選取160KN噸位的壓力機；型號：J23-16；3.3.4 降低沖裁力的措施在沖裁高強度材料或厚料和大尺寸沖件時，需要的沖裁力很大。當生產(chǎn)現(xiàn)場沒有足夠大噸位壓力計時，為了不

49、影響生產(chǎn)，可采取一些有效措施降低沖裁力，以充分利用現(xiàn)有設(shè)備。同時，降低沖裁力還可以減少沖擊、振動和噪聲，對改善沖壓環(huán)境也有積極意義。目前，降低沖裁力的方法主要有以下幾種:(1) 采用階梯凸模沖裁在多凸模的沖模中，可根據(jù)凸模的截面尺寸的大小，將凸模設(shè)計成不同的長度，使工件端面呈階梯型布置。這樣，各凸模沖裁力的最大值不同時出現(xiàn)，從而減少了沖裁力。缺點是長凸模插入凹模較深，易磨損。階梯凸模不僅能降低沖裁力，在直徑相差懸殊、彼此距離又較小的多孔沖裁中，還可避免小直徑凸模因受材料流動擠壓的作用而產(chǎn)生傾斜或斷面現(xiàn)象。這時一般將小直徑凸模做短一些。此外，各層凸模的布置盡量對稱，是模具受力平衡。階梯凸模間的高

50、度差H與板料厚度有關(guān)，可按如下關(guān)系確定。料厚t3mm時，H=t；料厚t3mm時，H=0.5t；階梯凸模沖裁的沖裁力，一般只按產(chǎn)生最大沖裁力的那一層階梯進行計算。(2) 采用斜刃口沖裁一般在使用平刃口模具沖裁時，因整個刃口面都同時切入材料，切斷是沿沖裁件周邊同時發(fā)生的，因此沖床的負荷是突然增加的，故所需的沖裁力很大。采用斜刃口模具沖裁，就是將沖模的凸模或凹模制成與軸線傾斜一定角度的斜刃口，這樣，沖裁時整個刃口不是全部同時切入，而是逐步將材料切斷，因而能顯著降低沖裁力。斜刃口的配置形式是采用斜刃口沖裁時，會使板料產(chǎn)生彎曲。斜刃口的配置原則是：必須保證沖裁件平整，只允許廢料產(chǎn)生彎曲變形。為此，落料時

51、凸模應(yīng)為平刃口；沖孔時凹模應(yīng)為平刃口，而將凸模做成斜刃口。斜刃口還對稱布置，以免沖裁時承受單項側(cè)壓力而發(fā)生偏移，啃傷刃口。向一邊傾斜的單邊斜刃口沖模，只能用于切口或切斷。斜刃口的主要參數(shù)是斜刃角和斜刃高度H。斜刃角越大越省力，但過大的斜刃角會降低刃口強度，并使刃口易于磨損，從而降低使用壽命。斜刃角不能過小，過小的斜刃角起不到較少力作用。斜刃高度H也不易過大或過小，過大的斜刃高度會使凸模進入凹模過深，加快刃口磨損，而過小的斜刃高度也起不到減力的作用。斜刃口沖裁的主要缺點是刃口制造與刃磨比較復(fù)雜，刃口容易磨損，沖裁件也不夠平整，并且省力不省功，因此一般情況下盡量不用，只用于大型、板厚沖裁件（如汽車

52、覆蓋件）的沖裁。(3) 采用加熱沖裁金屬材料在加熱狀態(tài)下的抗剪強度會顯著降低，因此采用加熱沖裁能降低沖裁力。下表為部分鋼在加熱狀態(tài)時的抗剪強度，從表中可以看出，當鋼加熱至900時，其抗剪強度最低，沖裁最為有利，所以一般加熱沖裁是把鋼加熱到800900時進行的。表4 金屬材料在加熱狀態(tài)的抗剪強度結(jié)構(gòu)加熱溫度/2005006007008009001000Q195 Q215360320200110603020Q235 Q255450450240130907065Q275530520330160907060采用加熱沖裁時，條件不能過長，搭邊應(yīng)適當放大，同時模具間隙適當減少，凸、凹模應(yīng)選用耐熱材料，刃口

53、尺寸計算時要考慮沖裁件的冷卻收縮，模具受熱部分不能設(shè)置橡皮等。由于加熱沖裁工藝復(fù)雜，沖裁件精度也不高，所以只用于厚板或表面質(zhì)量與精度要求都不高的沖裁件。 加熱沖裁的沖裁力按平均刃口沖裁力公式計算，但材料的抗剪強度應(yīng)根據(jù)沖裁溫度按上表選取。3.4 壓力中心的確定沖壓力合力的作用點稱為壓力中心。為了保證壓力機和沖模正常、平穩(wěn)地工作，必須使沖模的壓力中心與壓力機的滑塊中心重合，對于帶模柄的中小型沖模就是要使其壓力中心與模柄軸心線重合。否則，沖裁過程中壓力機滑塊和沖模將會承受偏心載荷，使滑塊導(dǎo)軌和沖模導(dǎo)向部分產(chǎn)生不正常的磨損，合理間隙得不到保證，刃口迅速變鈍，從而降低沖裁件質(zhì)量和模具壽命，甚至損壞模具。因此，設(shè)計沖模時應(yīng)正確計算出沖模時的壓力中心，并使壓力中心與模柄軸心線重合，若因沖裁件的形狀特殊，從模具的結(jié)構(gòu)方面考慮不宜使壓力中心與模柄軸心線相重合，也應(yīng)注意盡量使壓力中心的偏離不超出所選壓力機模柄孔投影面積的范圍。圖3.3 沖裁件由于該沖件屬于對稱形狀的零件，所以壓力中心為于刃口輪廓圖形的幾何中心上。3.5 模具閉合高度和壓力機的尺寸關(guān)系沖模的閉合高度是指模具在最低工作位置時，上模板的上平面與下模板的下平面之間的距離H；沖模的閉合高度應(yīng)與壓力機的裝配高度相匹配。壓力機的裝配高度是指滑塊處于下死點時，滑塊底面到工作臺墊板上平面之間的距離。我國生產(chǎn)的壓力