軸架沖壓工藝及模具的設(shè)計(jì)

1、南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文目 錄引言11 模具行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及市場前景12 沖壓工藝介紹13 沖壓工藝的種類24 沖壓行業(yè)阻力和障礙與突破21 沖裁件的工藝分析51.1 工件材料51.2 工件結(jié)構(gòu)形狀61.3 工件尺寸精度62 沖裁工藝方案的確定683 模具結(jié)構(gòu)形式的確定84.1 模具類型的選擇94.2 操作方式94.3 卸料、出件方式94.4 確定送料方式104.5 確定導(dǎo)向方式105 模具設(shè)計(jì)計(jì)算115.1 排樣、計(jì)算條料寬度、確定步距、材料利用率115.2 沖壓力的計(jì)算155.3 壓力中心的確定175.4 模具刃口尺寸的計(jì)算186 主要零部件設(shè)計(jì)216.1 工作零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)21

2、7 校核模具閉合高度及壓力機(jī)有關(guān)參數(shù)287.1 校核模具閉合高度287.2 沖壓設(shè)備的選定288 設(shè)計(jì)并繪制模具總裝圖及選取標(biāo)準(zhǔn)件299 模具的安裝調(diào)試309.1 模具的安裝調(diào)試30結(jié)論32引言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(yīng)求，市場需求量維持在600億至650億美元，同時(shí)，我國的模具產(chǎn)業(yè)也迎來了新一輪的發(fā)展機(jī)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(jì)，2004年國內(nèi)模具進(jìn)口總值達(dá)到600多億，同時(shí)，有近200個(gè)億的出口），到2005年模具產(chǎn)值預(yù)計(jì)為600億元，模具及模具標(biāo)準(zhǔn)件出口將從現(xiàn)在的每年9000多萬美元增長

3、到2005年的2億美元左右。單就汽車產(chǎn)業(yè)而言，一個(gè)型號的汽車所需模具達(dá)幾千副，價(jià)值上億元，而當(dāng)汽車更換車型時(shí)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(yù)計(jì)2004年產(chǎn)銷量各突破500萬輛，轎車產(chǎn)量將達(dá)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(dá)國家往往占到模具市場總量的20%之多。目前，中國17000多個(gè)模具生產(chǎn)廠點(diǎn)，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(dá)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1

4、1%。2 沖壓工藝介紹沖壓是靠壓力機(jī)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(jī)、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(jī)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(qiáng)的特點(diǎn)。沖壓可制出其他方法難于制造的帶有加強(qiáng)筋、肋、起伏或翻邊的工件，以提高

5、其剛性。由于采用精密模具，工件精度可達(dá)微米級，且重復(fù)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(fù)合模，尤其是多工位級進(jìn)模，可在一臺壓力機(jī)上完成多道沖壓工序，實(shí)現(xiàn)由帶料開卷、矯平、沖裁到成形、精整的全自動(dòng)生產(chǎn)。生產(chǎn)效率高，勞動(dòng)條件好，生產(chǎn)成本低，一般每分鐘可生產(chǎn)數(shù)百件。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(shí)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

6、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(shí)際生產(chǎn)中，常常是多種工序綜合應(yīng)用于一個(gè)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(qiáng)度均勻，無明顯方向性；均勻延伸率高；屈強(qiáng)比低；加工硬化性低。 在實(shí)際生產(chǎn)中，常用與沖壓過程近似的工藝性試驗(yàn)，如拉深性能試驗(yàn)、脹形性能試驗(yàn)等檢驗(yàn)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(shè)計(jì)和制造需要較多

7、的時(shí)間，這就延長了新沖壓件的生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間。模座、模架、導(dǎo)向件的標(biāo)準(zhǔn)化和發(fā)展簡易模具(供小批量生產(chǎn))、復(fù)合模、多工位級進(jìn)模(供大量生產(chǎn))，以及研制快速換模裝置，可減少?zèng)_壓生產(chǎn)準(zhǔn)備工作量和縮短準(zhǔn)備時(shí)間，能使適用于減少?zèng)_壓生產(chǎn)準(zhǔn)備工作量和縮短準(zhǔn)備時(shí)間，能使適用于大批量生產(chǎn)的先進(jìn)沖壓技術(shù)合理地應(yīng)用于小批量多品種生產(chǎn)。沖壓設(shè)備除了厚板用水壓機(jī)成形外，一般都采用機(jī)械壓力機(jī)。以現(xiàn)代高速多工位機(jī)械壓力機(jī)為中心，配置開卷、矯平、成品收集、輸送等機(jī)械以及模具庫和快速換模裝置，并利用計(jì)算機(jī)程序控制，可組成高生產(chǎn)率的自動(dòng)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(shí)間內(nèi)完成送料、沖壓、出件、排廢料等工序

8、，常常發(fā)生人身、設(shè)備和質(zhì)量事故。因此，沖壓中的安全生產(chǎn)是一個(gè)非常重要的問題。 4 沖壓行業(yè)阻力和障礙與突破 阻力一：機(jī)械化、自動(dòng)化程度低美國680條沖壓線中有70%為多工位壓力機(jī)，日本國內(nèi)250條生產(chǎn)線有32%為多工位壓力機(jī)，而這種代表當(dāng)今國際水平的大型多工位壓力機(jī)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(yán)重；封頭成形設(shè)備簡陋，手工操作比重大；精沖機(jī)價(jià)格昂貴，是普通壓力機(jī)的510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(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(diǎn)：加速技術(shù)改造要改變當(dāng)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

9、藝，提高機(jī)械化、自動(dòng)化程度。汽車車身覆蓋件沖壓應(yīng)向單機(jī)連線自動(dòng)化、機(jī)器人沖壓生產(chǎn)線，特別是大型多工位壓力機(jī)方向發(fā)展。爭取加大投資力度，加速?zèng)_壓生產(chǎn)線的技術(shù)改造，使盡早達(dá)到當(dāng)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(dòng)化、柔性化有了技術(shù)基礎(chǔ)。應(yīng)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(fù)合化成形技術(shù)以及適應(yīng)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(shè)備。同時(shí)改造國內(nèi)舊設(shè)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(tuán)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；摩托車沖壓

10、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(diǎn)：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(tuán)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(gè)大型的沖壓零部件制造供應(yīng)中心及幾十個(gè)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(qiáng)，成為國際上有競爭實(shí)力的沖壓零部件供應(yīng)商。阻力三：沖壓板材自給率不足，品種規(guī)格不配套目前，我國汽車薄板只能滿足60%左右，而高檔轎車用鋼板，如高強(qiáng)度板、合金化鍍鋅板、超寬板(1650mm以上)等都依賴進(jìn)口。突破點(diǎn)：所用的材料應(yīng)與行業(yè)協(xié)調(diào)發(fā)展汽車用鋼板的品種應(yīng)更趨向合理

11、，朝著高強(qiáng)、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(kuò)大應(yīng)用已勢在必行。阻力四：科技成果轉(zhuǎn)化慢先進(jìn)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(dá)到了國際先進(jìn)水平，但常常很難形成生產(chǎn)力。先進(jìn)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(fèi)用投入少，導(dǎo)致企業(yè)對先進(jìn)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(chǔ)備。突破點(diǎn)：走產(chǎn)、學(xué)、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(gè)產(chǎn)、學(xué)研聯(lián)合體

12、，科研難以做大，成果不能盡快轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。所以應(yīng)圍繞大型開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目，以高校和科研單位為技術(shù)支持，企業(yè)為應(yīng)用基地，形成產(chǎn)品、設(shè)備、材料、技術(shù)的企業(yè)聯(lián)合實(shí)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(jìn)口當(dāng)前，沖壓模具的材料、設(shè)計(jì)、制作均滿足不了國內(nèi)汽車發(fā)展的需要，而且標(biāo)準(zhǔn)化程度尚低，大約為40%45%，而國際上一般在70%左右。突破點(diǎn)：提升信息化、標(biāo)準(zhǔn)化水平必須用信息化技術(shù)改造模具企業(yè)，發(fā)展重點(diǎn)在于大力推廣CAD/CAM/CAE一體化技術(shù)，特別是成形過程的計(jì)算機(jī)模擬分析和優(yōu)化技術(shù)(CAE)。加速我國模具標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程，提高精度和互換率。力爭2005年模具標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率

13、達(dá)到60%，2010年達(dá)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(jìn)設(shè)計(jì)分析技術(shù)和數(shù)字化技術(shù)的高素質(zhì)人才遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(jìn)行工程設(shè)計(jì)，掌握設(shè)計(jì)權(quán)、投資權(quán)，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(diǎn)：提高行業(yè)人員素質(zhì)這是一項(xiàng)迫在眉睫的任務(wù)，又是一項(xiàng)長期而系統(tǒng)的任務(wù)。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(jìn)技術(shù)、工藝的高級技能人才。要舍得花大力氣，有計(jì)劃、分層次地培養(yǎng)。1 沖裁件的工藝分析本

14、次設(shè)計(jì)沖壓工件如下圖： 圖1-1 工件圖1.1 工件材料 由圖1-1分析知：Q235鋼為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，具有良好的塑性性、焊接性以及壓力加工性，主要用于制作沖擊件、緊固件，如墊片、墊圈等。適合沖裁加工。351.2 工件結(jié)構(gòu)形狀工件結(jié)構(gòu)形狀相對簡單，有一個(gè)不規(guī)則形狀孔，孔與邊緣之間的距離滿足要求，料厚為1mm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。1.3 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 沖裁工藝方案的確定方案一：先沖孔，再彎曲，

15、后落料。單工序模生產(chǎn)。方案二：沖孔彎曲落料級進(jìn)沖壓。級進(jìn)模生產(chǎn)。方案三：落料-拉深-沖孔復(fù)合模沖壓。復(fù)合模生產(chǎn)。表2-1 各類模具結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)比較模具種類比較項(xiàng)目單工序模（無導(dǎo)向）（有導(dǎo)向）級進(jìn)模復(fù)合模零件公差等級低一般可達(dá)IT13IT10級可達(dá)IT10IT8級零件特點(diǎn)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0.26mm可加工復(fù)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(qiáng)度限制，尺寸可以較大，厚度可達(dá)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(shí)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(dòng)送料，可以自動(dòng)排除制件，生產(chǎn)效率高沖件被

16、頂?shù)侥＞吖ぷ鞅砻嫔?，必須手?dòng)或機(jī)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(dǎo)向的稍高沖裁簡單的零件時(shí)，比復(fù)合模低沖裁較復(fù)雜零件時(shí)，比級進(jìn)模低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(fù)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

17、工件最小壁厚大于凸凹模許用最小壁厚模具強(qiáng)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二低，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)采用方案二為佳。3 模具結(jié)構(gòu)形式的確定級進(jìn)模是指在條料的送料方向上，具有兩個(gè)以上的工位，并在壓力機(jī)的一次行程中，在不同的工位上同時(shí)完成兩道或兩道以上的沖壓工序的沖模。級進(jìn)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(jìn)距離（步距），側(cè)刃是特殊功用的凸模，其作用是在壓力機(jī)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(jìn)過程中，切下的缺口向前送進(jìn)被側(cè)刃擋塊

18、擋住，送進(jìn)的距離即等于步距。4 模具總體設(shè)計(jì)4.1 模具類型的選擇由沖壓工藝分析可知，采用級進(jìn)模方式?jīng)_壓，所以模具類型為級進(jìn)模。4.2 操作方式零件的生產(chǎn)批量為10萬件，但合理安排生產(chǎn)可用手動(dòng)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(jì)效益。4.3 卸料、出件方式4.3.1 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(dāng)卸料板只起卸料作用時(shí)與凸模的間隙隨材料厚度的增加而增大，單邊間隙?。?.20.5）t。當(dāng)固定卸料板還要起到對凸模的導(dǎo)向作用時(shí)卸料板與 凸模的配合間隙應(yīng)該小于沖裁間隙。此時(shí)要求凸模卸料時(shí)不能完全脫離卸

19、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（0.10.2）t,若彈壓卸料板還要起對凸模導(dǎo)向作用時(shí)，二者的配合間隙應(yīng)小于沖裁間隙。常用作落料模、沖孔模、正裝復(fù)合模的卸料裝置。 工件平直度較高，料厚為2mm相對較薄，卸料力不大，由于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(jìn)動(dòng)態(tài)，且彈性卸料板對工件施加的是柔性力，不會(huì)損傷工件表面，故可采用彈性卸料。4.3.2 出件方式因采用級進(jìn)模生產(chǎn)，故采用向下落料出件。4.4 確定送料方

20、式因選用的沖壓設(shè)備為開式壓力機(jī)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。4.5 確定導(dǎo)向方式方案一：采用對角導(dǎo)柱模架。由于導(dǎo)柱安裝在模具壓力中心對稱的對角線上，所以上模座在導(dǎo)柱上滑動(dòng)平穩(wěn)。常用于橫向送料級進(jìn)?；蚩v向送料的落料模、復(fù)合模。方案二：采用后側(cè)導(dǎo)柱模架。由于前面和左、右不受限制，送料和操作比較方便。因?yàn)閷?dǎo)柱安裝在后側(cè)，工作時(shí)，偏心距會(huì)造成導(dǎo)套導(dǎo)柱單邊磨損，嚴(yán)重影響模具使用壽命，且不能使用浮動(dòng)模柄。方案三：四導(dǎo)柱模架。具有導(dǎo)向平穩(wěn)、導(dǎo)向準(zhǔn)確可靠、剛性好等優(yōu)點(diǎn)。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(dòng)沖壓

21、模架。方案四：中間導(dǎo)柱模架。導(dǎo)柱安裝在模具的對稱線上，導(dǎo)向平穩(wěn)、準(zhǔn)確。但只能一個(gè)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(fù)合模采用對角側(cè)導(dǎo)柱模架的導(dǎo)向方式，即方案一最佳。5 模具設(shè)計(jì)計(jì)算5.1 排樣、計(jì)算條料寬度、確定步距、材料利用率5.1.1 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

22、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。5.1.2 計(jì)算條料寬度搭邊的作用是補(bǔ)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(fèi)材料。搭邊過小，沖裁時(shí)容易翹曲或被拉斷，不僅會(huì)增大沖件毛刺，有時(shí)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工件之間搭邊值a=5mm, 工件與側(cè)邊之間搭邊值a1=2.5mm, 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(fù)值B0=（Dm

23、ax2 a1）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-側(cè)刃沖切得料邊定距寬度；（其值查表6）可得=2.0mm。板料剪裁下的偏差；（其值查表5）可得=0.6mm。B0=1762×2.5=1810-0.60mm故條料寬度為181mm。表5-1 搭邊值和側(cè)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(cè)邊a1 工件間a側(cè)邊a1工件間a側(cè)邊 a10.251.01.21.21.51.52.51.82.60.250.50.81.01.01.21.22.21.52.50.51.00.8

24、1.01.01.21.52.51.82.611.51.01.31.21.51.82.82.23.21.52.01.21.51.51.82.03.02.43.42.02.51.51.91.82.22.23.22.73.7 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表5-3 側(cè)刃沖切得料邊定距寬度b1（mm）條料厚度t(mm)條料寬度b(mm)金屬材料非金屬材料1.51.52.01.52.52.03.01.52.52.54.05

25、.1.3 確定步距送料步距S：條料在模具上每次送進(jìn)的距離稱為送料步距，每個(gè)步距可沖一個(gè)或多個(gè)零件。進(jìn)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(jìn)距確定的原則是，最小條料寬度要保證沖裁時(shí)工件周邊有足夠的搭邊值；最大條料寬度能在沖裁時(shí)順利的在導(dǎo)料板之間送進(jìn)條料，并有一定的間隙。級進(jìn)模送料步距SS=Dmax+a1 公式（5-2）Dmax零件橫向最大尺寸，a1搭邊S22527mm排樣圖如圖5-1所示。 圖5-1 排樣圖5.1.4 計(jì)算材料利用率沖裁件的實(shí)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(biāo)。一個(gè)步距內(nèi)的材料利用率/BS×10

26、0% 公式（5-2）式中 A一個(gè)步距內(nèi)沖裁件的實(shí)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(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?zèng)Q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(jì)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(biāo)。因此，排樣時(shí)應(yīng)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(dāng)改變制件的形狀）。2) 、排樣方法使應(yīng)操作方便，勞動(dòng)強(qiáng)度小且安全。3) 、 模具結(jié)構(gòu)

27、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(gè)步距內(nèi)沖裁件的實(shí)際面積A=176×22-×6.52-13×12-×22 =3570.8mm2所以一個(gè)步距內(nèi)的材料利用率=BS×100% 公式（5-2） =3570.8179×27×100%=73.8%考慮料頭 、尾料和邊角余料消耗，一張板材上的總利用率總為總= nA1LB×100% 公式（5-3）式中 n一張板料上沖裁件的總數(shù)目；A1一個(gè)沖裁件的實(shí)際面積；L板料長度；B板料寬度。查板材標(biāo)準(zhǔn)，宜選用650mm×1300mm的鋼板，每張鋼板可剪

28、裁為24張條料（27mm×1300mm）,每張條料可以沖7個(gè)工件，所以每張鋼板的材料利用率總 = nA1/LB×100% 公式（5-2）=24×3570.8×7/650×1300×100%=76.9%根據(jù)計(jì)算結(jié)果知道選用直排材料利用率可達(dá)76.9%，滿足要求。5.2 沖壓力的計(jì)算5.2.1 沖裁力和拉深力的計(jì)算在沖裁過程中，沖裁力是隨凸模進(jìn)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(jī)和設(shè)計(jì)模具重要依據(jù)之一。用平刃沖裁時(shí)，其沖裁力一般按下式計(jì)算：F=KLtb 公式（5-4）式中F沖裁力； L沖裁周邊長度；t

29、材料厚度；b材料抗剪強(qiáng)度；系數(shù)；L=396mm系數(shù)是考慮到實(shí)際生產(chǎn)中，模具間隙值的波動(dòng)和不均勻，刃口磨損、板料力學(xué)性能和厚度波動(dòng)等原因的影響而給出修正系數(shù)，一般取=1.3。b的值查表2為310380pa,取b=380Mpa所以F=KLtb =1.3×396×1.5×380 =293436N5.2.2 卸料力、頂件力的計(jì)算在沖裁結(jié)束時(shí)，由于材料的彈性回復(fù)（包括徑向回復(fù)和彈性翹曲回復(fù)）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(jìn)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；逆沖裁

30、方向?qū)⒘蠌陌寄?nèi)頂出所需要的力稱為頂件力。一般按以下公式計(jì)算：卸料力 F X=KXF 公式（5-5）頂件力 FD=KDF 公式（5-6）FX=KXF =0.04×293436N=11737.44N（KX 、KD為卸料力系數(shù)，其值查表7可得）FD=KDF=0.06×293436N=17606.16N所以總沖壓力FZ=F+FX+FD=293436N+11737.44N+17606.16N =322779.5=322.8KN壓力機(jī)公稱壓力應(yīng)大于或等于沖壓力，根據(jù)沖壓力計(jì)算結(jié)果擬選壓力機(jī)為J2363。表5-4 卸料力、推件力和頂件力系數(shù)料厚t/mmKXKTKD鋼0.10.10.50

31、.52.52.56.56.50.060.0750.0450.0550.040.050.030.040.020.030.10.0630.0500.0450.0250.140.080.060.050.03鋁、鋁合金純銅，黃銅0.0250.080.020.060.030.070.030.095.3 壓力中心的確定模具壓力中心是指沖壓時(shí)諸沖壓力合力的作用點(diǎn)位置。為了確保壓力機(jī)和模具正常工作，應(yīng)使模具的壓力中心與壓力機(jī)滑塊的中心相重合，否則，會(huì)使沖模和力機(jī)滑塊產(chǎn)生偏心載荷，使滑塊和導(dǎo)軌之間產(chǎn)生過大的摩擦，模具導(dǎo)向零件加速磨損，降低模具和壓力機(jī)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

32、狀的單個(gè)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(shí)，沖模的壓力中心與零件的對稱中心相重合。3）.形狀復(fù)雜的零件、多孔沖模、級進(jìn)模的壓力中心可以用解析計(jì)算法求出沖模壓力中心。X0=（L1x1L2x2Lnxn）/(L1L2Ln) 公式（5-7） Y0=（L1y1L2y2Lnyn ）/（L1L2Ln）公式（5-8）由于該工件高度對稱，壓力中心即為（0，0）。5.4 模具刃口尺寸的計(jì)算5.4.1 沖裁間隙分析根據(jù)JB/Z27186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(fù)，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，

33、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(shè)計(jì)中的一個(gè)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(shí)際尺寸與基本尺寸的差值，差值越小，則精度越高，這個(gè)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(yīng)力越大，摩擦也越嚴(yán)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

34、的摩擦減小，并延緩間隙由于受到制造和裝配精度的限制，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(yīng)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(dāng)單邊間隙在材料厚度的520%左右時(shí)，沖裁力的降低不超過510%。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(dāng)當(dāng)單邊間隙達(dá)到材料厚度的1525%左右時(shí)的卸料力幾乎為零。但間隙繼續(xù)增大，因?yàn)槊淘龃螅謱⒁鹦读狭?、頂件力迅速增大?）、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(shè)計(jì)模具時(shí)

35、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(gè)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(gè)適當(dāng)?shù)姆秶鳛楹侠黹g隙，只要間隙在這個(gè)范圍內(nèi)，就可以沖出良好的制件，這個(gè)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。考慮到模具在使用過程中的磨損使間隙增大，故設(shè)計(jì)與制造新模具時(shí)要采用最小合理間隙值Cmin。確定合理間隙的方法有經(jīng)驗(yàn)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(yàn)，在確定間隙值時(shí)要按要求分類選用。對于尺寸精度，斷面

36、垂直度要求高的制件應(yīng)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(yīng)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。5.4.2 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IT11IT13,X取0.75. 沖裁件精度IT13，X取0.5。由于本產(chǎn)品采用IT13級精度，所以X取0.5.1760-0.62 DA=( Dmaxx) +0.020=(1760.6

37、2×0.5) +0.020=175.69 +0.020 DT=( DAZmin) 0-0.02=(175.690.24) 0-0.02=175.450-0.02220-0.12 DA=( Dmaxx) +0.020=(220.12×0.5) +0.020=21.94 +0.020 DT=( DAZmin) 0-0.02=(21.940.24) 0-0.02=21.70-0.02120-0.1 DA=( Dmaxx) +0.020=(120.1×0.5) +0.020=11.95 +0.020 DT=( DAZmin) 0-0.02=(11.950.24) 0-0.

38、02=11.710-0.02R6.50-0.06 DA=( Dmaxx) +0.020=(6.50.06×0.5) +0.020=6.47 +0.020 DT=( DAZmin) 0-0.02=(6.470.24) 0-0.02=6.230-0.0250-0.06 DA=( Dmaxx) +0.020=(50.06×0.5) +0.020=4.97 +0.020 DT=( DAZmin) 0-0.02=(4.970.24) 0-0.02=4.730-0.025.4.3 沖孔尺寸沖孔尺寸大小為：120+0.1 dT=( dminx) 0-0.02=(120.1×0.

39、5) 0-0.02=12.05 0-0.02 dA=( dTZmin) +0.020=(12.050.24) +0.020=12.29 +0.020R6.50+0.06 dT=( dminx) 0-0.02=(6.50.06×0.5) 0-0.02=6.530-0.02 dA=( dTZmin) +0.020=(6.530.24) +0.020=6.77+0.020R50+0.06 dT=( dminx) 0-0.02=(50.06×0.5) 0-0.02=5.030-0.02 dA=( dTZmin) +0.020=(5.030.24) +0.020=5.27+0.020

40、5.4.4 各主要零件的結(jié)構(gòu)尺寸（1） 凹模外形尺寸的確定凹模長度： 其中 凹模厚度 mmb=176mm（工件展開長度） 于是 mm凹模寬度：其中 步距=27，工件寬=22， mm（2） 凸模長度計(jì)算：其中 卸料版厚導(dǎo)尺厚度 凸模固定板厚 y=31于是 mm 6 主要零部件設(shè)計(jì)6.1 工作零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)6.1.1. 凹模洞的類形 常用凹模洞口的類形如圖6所示： 圖 6 凹模洞口的類型 其中圖a、b、c為直筒式刃的凹模，其特點(diǎn)是制造方便，刃口強(qiáng)度高，刃磨后工作部分尺寸不變，廣泛用于沖裁公差要求較小，形狀復(fù)雜的精密制件。但因廢料（或制件的聚集而增大了推件力和凹模的脹裂力，給凸、凹模的強(qiáng)度都帶來了

41、不利的影響。一般復(fù)合模上出件的沖裁模用圖a、c型，下出件的沖裁模用圖b或圖a型，圖d、e型是錐筒式刃口，在凹模內(nèi)不聚集材料，側(cè)壁磨損小，但刃口強(qiáng)度差，刃磨后刃口徑向尺寸略有增大（如300時(shí)，刃磨0.1mm時(shí)，其尺寸增大0.0017mm凹模錐角，后角和洞高度h，均隨制件材料厚度增加而增大，一般取15302030 h=4-10mm綜上所述及其對工件孔分析，選擇B型凹模洞口，取h=6mm206.1.2凹模的外形尺寸 凹模的外形一般有矩形與圓形兩種。凹模的外形尺寸應(yīng)保證凹模有足夠的強(qiáng)度，剛度和修磨量，凹模的外形尺寸一般是根據(jù)被沖材料的厚度和沖裁件的最大外形尺寸來確定的如圖7所示 凹模的厚度為: 1+

42、kb (15) 凹模壁厚度為c=(1.52)H (3040mm) 圖7 凹模 式中b為沖裁件的最大外形尺寸；K為系數(shù),是考慮板料厚度影響的系數(shù)可以沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)表282中查得代入數(shù)據(jù)可得沖孔凹模落料凹模： H=0.22×176=38.72mm 取H=40mm6.1.3 模具的其它零件 1、模具除簡單沖模外，一般沖模多利用模架的結(jié)構(gòu)。模架的和種類很多，要根據(jù)模具的精度要求，模具的類別，模具的大小選擇合適的模架.模架的選擇可從實(shí)用模具技術(shù)手冊P192頁選擇標(biāo)準(zhǔn)架。根據(jù)查閱的內(nèi)容及分析，此級進(jìn)?？蛇x用對角導(dǎo)柱模架導(dǎo)、導(dǎo)柱安裝在后側(cè)，有偏心裁荷時(shí)容易歪斜，滑動(dòng)不夠平穩(wěn)，可從左右前三個(gè)方向

43、關(guān)料操作比較方便。常用于一般要求的小型工件的沖裁和拉深模。所選模架的結(jié)構(gòu)及尺寸關(guān)系如圖8所示：圖8 模架L =300mm B=300mm 上模座：300×300×45 下模座300×300×50導(dǎo)柱，32×190 導(dǎo)套 32×105×43 Hmax=210 Hmin=170mm 其余尺寸見上下模座零件圖，可以沖壓手冊沖壓模具常用標(biāo)準(zhǔn)件選擇。2模柄模柄有多種形式，要根據(jù)模具的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，選用模柄的形式模柄的直徑根據(jù)所選壓力機(jī)的模柄孔徑確定，模柄可根據(jù)實(shí)用模具技術(shù)手冊P201頁選擇，經(jīng)查閱各種模柄的特點(diǎn)，選用壓入式模柄，這種模柄應(yīng)

44、用比較廣泛壓入模柄的結(jié)構(gòu)和尺寸，可參表11-10制造，表中B型模柄中間有孔可按裝打料桿，用壓力機(jī)的打料模桿進(jìn)行打料，模柄的結(jié)構(gòu)及尺寸關(guān)系如圖9所示。 圖 9 模柄 d= mm D= D1=61mm h=100mm h2=40mm h1=8mm b=3mm a=1mm d1(H7)=8+0.012 d2=17mm3、卸料板卸料板的主要作用是將沖壓的料從凸?；蛲?、凹模上推下來，此外在進(jìn)模比較復(fù)雜的模具中，卸料板還具有保護(hù)小凸模作用，常用的卸料板結(jié)構(gòu)形式及適用范圍見表11-24和第八章級進(jìn)模表8-10實(shí)用模具技術(shù)手冊卸料板的尺寸可根據(jù)實(shí)用模具技術(shù)手冊表11-25查得，本模具選用彈壓式卸料板。卸料板的

45、結(jié)構(gòu)與尺寸關(guān)系如圖10所示， 圖10 卸料板ho=16mmB=300mmC=(0.10.2)t=0.2mm)4彈頂和推出裝置彈頂裝置由彈簧元件組成裝于模具的下面通過頂桿起到推料的作用，彈頂裝置通常在壓力機(jī)的工作臺孔中，彈頂裝置結(jié)構(gòu)形式見表11-26實(shí)用模具技術(shù)手冊，具體結(jié)構(gòu)及尺寸見裝配圖及零件圖所示，見圖表（10）設(shè)計(jì)模具時(shí)選用橡膠。5、導(dǎo)向裝置（導(dǎo)柱 導(dǎo)套）導(dǎo)向裝置指得是模架上的導(dǎo)柱、導(dǎo)套。模具在開模，閉模過程中，導(dǎo)柱和導(dǎo)套起導(dǎo)向的作用，使得凸凹模正確的閉合，故此，導(dǎo)柱、導(dǎo)套需要有嚴(yán)格的配合精度及尺寸要求，導(dǎo)柱、導(dǎo)套的選擇可以沖壓手冊中選取，（取H7/h6配合）如圖11 a導(dǎo)柱的具體尺寸為： d=32 L=190mm導(dǎo)套的具體尺寸為(圖11 .b) 圖11 導(dǎo)柱和導(dǎo)套D=32D(r6)=45L=105mmh=43mml=25mm油槽數(shù)為2b=3；a=16、固定零件（固定板、墊板）1）墊板的作用是承受凸模和凹模的壓力，防止過大的沖壓，在上下模座上壓出凹坑，影響模具的正常工作，墊板厚度根據(jù)壓力機(jī)的大小選擇，一般取5-12mm，外形與固定板相同，材料45鋼，熱處理后硬度為45-48HRC，如圖12a .b所示：墊板在模具中的受力情況 圖12 墊板在模具中的受力情況2）固定板 固定板的作用起固定凸、凹模，防止其在沖壓過程中松動(dòng)，造成模具的損