模具結(jié)構(gòu)形式與模具設(shè)計計算

1、1 / 17技術(shù)要求：材料：10鋼材料厚度:2mm生產(chǎn)批量：1萬件未注公差：IT121.1工件材料由圖1-1分析知：10#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。1.2工件結(jié)構(gòu)形狀第1章沖裁件的工藝分析nKnK0Fl42fDfDnV圖1-12 / 17工件結(jié)構(gòu)形狀相對簡單，有四個圓孔，孔與邊緣之間的距離滿足要求，料厚為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。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IT12級精度，普通沖裁完全可以滿足要求。根據(jù)以上分析

2、：該零件沖裁工藝性較好，綜合評比適宜沖裁加工。第2章沖裁工藝方案的確定方案一：先沖孔，后落料。單工序模生產(chǎn)。方案二：沖孔一落料復(fù)合沖壓。復(fù)合模生產(chǎn)。方案三：沖孔一落料級進(jìn)沖壓。級進(jìn)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得到了較 平，制件平直度好且具有良

3、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＞吖ぷ鞅砻嫔?，必須手動或機(jī)械排除，生產(chǎn)效率較低安全性不安全，需采取安全措比較安全不安全，需采取安全措施施3 / 17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，比復(fù)合模 低沖裁較復(fù)雜零件時，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，制件精度和生產(chǎn)效率都較高，且工件最小壁

4、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三低，模具輪廓尺寸 較小。方案三只需一副模具，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在沖裁簡 單的零件時比復(fù)合模低。通過對上述三種方案的分析比較第3章模具結(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

5、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)刃擋塊擋住，送進(jìn)的距離即等于步距。第4章模具總體設(shè)計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1萬件，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(jì)效益。4.3卸料、出件方式4.3.1卸料方式4 / 17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與凸模的間隙隨材料厚度的增加而增大，單邊間隙?。?.20.5）to當(dāng)固定卸料板還要起到對凸模的導(dǎo)

6、向作用時卸料板與 凸模的配合間隙應(yīng)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。，該工件的沖壓生產(chǎn)采用方案三第5章 模具設(shè)計計算5.1排樣、計算條料寬度、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，但材料利用率最高。通過上述三種方案的分析

7、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工件之間搭邊值a=1.2mm,工件與側(cè)邊之間搭邊值ai=1.5mm,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)值一B0A=(Dma灶2 a1+2bi)0公式(5

8、-1)式中Dmax條料寬度方向沖裁件的最大尺寸；ai-沖裁件之間的搭邊值；5 / 17bi-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=0.6mmB；=50+2X1.5+2X2.0=57.0-0.60mm故條料寬度為57.0mm為佳。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工件間a側(cè)邊a1工件間a側(cè)邊a1工件間a側(cè)邊a10.250.50.81.01.01.21.22.21.52.50.5，1.00.81.01.01.21.52.51.82.611.51.01.31.21.51.82.82.23.2

9、1.5，2.01.21.51.51.82.03.02.43.42.0，2.51.51.91.82.22.23.22.73.7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)50100100200200120.50.60.70.8230.70.80.91.06 / 17350.91.01.11.2表5-3側(cè)刃沖切得料邊定距寬度bi(mm條料厚度t(mm)條料寬度b(mm)金屬材料非金屬材料1.52.52.03.01.52.52.54.05.1.3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，每個步距可沖一個或多個零件。進(jìn)距與排 樣方式有關(guān)，是決定側(cè)刃長度的依

10、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(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=DU+ai公式(5-2)Dmax零件橫向最大尺寸，ai搭邊S=50+1.2=51.2mm排樣圖如圖5-1所示。5.1.4計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)。圖7 / 17一個步距內(nèi)的材料利用率n =A/BSX100%公式（5-2）式中A一個步距內(nèi)沖裁件的實(shí)際面積；B條料寬度；S步距；由此可之，n值越大，材料的利用率就越高，廢料越少。廢料分為工藝

11、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(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，勞動強(qiáng)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(shí)際面積A=n X252-n X72-3X n X22

12、-3（n X222X34/360-n X182X34/360）=1628.7mm2所以一個步距內(nèi)的材料利用率H=A/BSX100%公式（5-2）=1628.751.2X57X100%=55.8%考慮料頭 、尾料和邊角余料消耗，一張板材上的總利用率n總為n總= nA1LBX100%公式（5-3）式中n張板料上沖裁件的總數(shù)目；A個沖裁件的實(shí)際面積；L板料長度；B板料寬度。8 / 17查板材標(biāo)準(zhǔn)，宜選用650mrX1300mm的鋼板，每張鋼板可剪裁為11張條料（57mnX1300mm ,每張條料可以沖25個工件，所以每張鋼板的材料利用率總=nAi/LBX100%公式（5-2）=25X1628.7/5

13、7X1300X100%=54.9%根據(jù)計算結(jié)果知道選用直排材料利用率可達(dá)54.9%，滿足要求。5.2沖壓力的計算5.2.1沖裁力的計算在沖裁過程中， 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)計模具重要依據(jù)之一。用平刃沖裁時，其沖裁力F般按下式計算：F=KLtTb公式（5-4）式中F沖裁力；L沖裁周邊長度；t材料厚度；Tb材料抗剪強(qiáng)度；K系數(shù)；L=n X50+n X14+3n X4+3n （44+36）X34/360+2X51.2+2X8 =500.2mm系數(shù)K是考慮到實(shí)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(xué)性能和厚度波動

14、等原 因的影響而給出修正系數(shù)，一般取K=1.3。Tb的值查表2為310380Mpa,取Tb=380Mpa所以F=KLttb=1.3X500.2X2X380=494197.6N9 / 175.2.2卸料力、頂件力的計算在沖裁結(jié)束時，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)的材料推岀。從凸模上卸下箍著的料稱卸料力；逆沖裁方向?qū)⒘蠌陌寄?nèi)頂岀所需 要的力稱為頂件力。一般按以下公式計算：卸料力FX=KXF公式（5-5）頂件力FD=KDF 公式（5-6）F

15、X=KXF=0.04X494197.6N=19767.9N（KX.KD為卸料力系數(shù)，其值查表7可得）FD=KDF=0.06X494197.6N=29651.9N所以總沖壓力FZ=F+FX+FD=494197.6N+19767.9N+29651.9N=543617.4N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/mmKXKTKD0.10.50.0450.0550.0630.08鋼0.52.50.040.050.0500.062.56.50.030.040.0450.056.50.020.030.0250.03鋁、鋁合金0.0

16、250.080.030.07純銅，黃銅0.020.060.030.095.3壓力中心的確定10 / 17模具壓力中心是指沖壓時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(fù)雜的零件、多孔沖模、級進(jìn)模的壓力中心可以用解析計算法求岀沖模壓力中心。Xo=(L1X1+L2X2+ LnXn)/(L1+L2+Ln)公式(5_7)Yo=(Liyi+L2y2+Lnyn)/(L1+L2+ +Ln)公式(5-8)用解析法計算壓力中心時，先畫出凹模形口圖，如圖5-5所示。在圖中將XOY坐標(biāo)系建立在建立在圖示對稱中心線上，將沖裁輪廓線按幾何圖形分解成L