沖孔落料設(shè)計說明書

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XXXX學(xué)校課程設(shè)計

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指導(dǎo)老師：日期：

I

摘要

本次設(shè)計了一套沖孔﹑落料的模具。經(jīng)過查閱資料，首先要對零件進(jìn)行工藝分析，經(jīng)過工藝分析和對比，采用沖孔落料工序，通過沖裁力、頂件力、卸料力等計算，確定模具的類型。得出將設(shè)計的模具類型后將模具的各工作零部件設(shè)計過程表達(dá)出來。

在論文中第一部分，主要表達(dá)了沖壓模具的發(fā)展?fàn)顩r，說明白沖壓模具的重要性，接著是對沖壓件的工藝分析，完成了工藝方案的確定。其次部分，對零件排樣圖的設(shè)計，完成了材料利用率的計算。再進(jìn)行沖裁工藝力的計算和沖裁模工作部分的設(shè)計計算，對選擇沖壓設(shè)備提供依據(jù)。最終對主要零部件的設(shè)計和標(biāo)準(zhǔn)件的選擇，為本次設(shè)計模具的繪制和模具的成形提供依據(jù)。通過前面的設(shè)計方案畫出模具各零件圖和裝配圖。

本模具性能可靠，運行平穩(wěn)，能夠適應(yīng)大批量生產(chǎn)要求，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，降低勞動強度和生產(chǎn)成本。

5工藝參數(shù)計算

5.1排樣方式的選擇

沖裁件在板料、帶料或條料上的布置方法稱為排樣。排樣的意義在于減小材料消耗、提高生產(chǎn)率和延長模具壽命，排樣是否合理將影響到材料的合理利用、沖件質(zhì)量、生產(chǎn)率、模具結(jié)構(gòu)與壽命。

排樣的方法有：直排、斜排、對直排、混合排，根據(jù)設(shè)計模具制件的形狀、厚度、材料等方面全面考慮。因此有以下三種方案：

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。采用少、無廢料排樣法，材料利用率高，不但有利于一次沖程獲得多個制件，而且可以簡化模具結(jié)構(gòu)，降低沖裁力，但受條料寬度誤差及條料導(dǎo)向誤差的影響，沖裁件的尺寸精度不易保證，分析零件形狀，應(yīng)采用單直排的排樣方式，排樣圖如圖5-1所示。

圖5-1排樣圖示意圖

搭邊值的確定

排樣中相鄰兩工件之間的余料或工件與條料邊緣間的余料稱為搭邊。搭邊是廢料，從節(jié)省材料出發(fā)，搭邊值應(yīng)愈小愈好。但過小的搭邊簡單擠進(jìn)凹模，增加刃口磨損，降低模具壽命，并且也影響沖裁件的剪切表面質(zhì)量。一般來說，搭邊

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值是由經(jīng)驗和查表來確定的，該制件的搭邊值采用查表取得。

如表5-1所示：根據(jù)此表和工件外形可知L﹥50mm，可確定搭邊值a和a1，a取1.3mm，a1取1.5mm，較為合理。

表5-1搭邊a和a1數(shù)值（低碳鋼）mm

材料厚度t0.25以下0.25~0.50.5~0.80.8~1.21.2~1.61.6~2.02.0~2.52.5~3.0矩形件邊長L≥50mm或圓角r≤2t的工件工件間a12.82.21.81.51.82.02.22.5沿邊a3.02.52.01.32.02.22.52.8送料步距A：送料步距的大小應(yīng)為條料上兩個對應(yīng)沖裁件的對應(yīng)點之間的距離，每次只沖一個零件的步距按式：S＝D＋a1，S＝28＋1.5＝29.5mm條料寬度B：B＝（40+2×1.3）mm=42.6mm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就叫材料利用率，它是衡量合理利用材料的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。關(guān)于材料利用率，可用下式表示：η=A/BS×100%(5-2)式中:A-一個步距內(nèi)沖裁件的實際面；B-條料寬度；S-步距。

由cad測量工具求得面積：

A≈63.44(mm2)

縱排：η=A/BS×100%

=[（28×40-3.14×2×2）÷(42.6×29.5)]×100%≈88.1(％)最終的排樣圖如圖5-2所示：

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圖5-2最終排樣圖

5.2沖壓力的計算

計算沖裁力是為了選擇適合的壓力機，設(shè)計模具和檢驗?zāi)＞叩膹姸龋瑝毫C的噸位必需大于所計算的沖裁力，以適合沖裁的要求，普通平刃沖裁模，其沖裁力Fp一般可以按下式計算：

Fp=KptLτ(5-3)

式中:τ-材料抗剪強度，見表5-3(MPa)；L-沖裁周邊總長(mm)；t-材料厚度(mm);

系數(shù)Kp是考慮到?jīng)_裁模刃口的磨損，凸模與凹模間隙之波動（數(shù)值的變化或分布不均）潤滑狀況，材料力學(xué)性能與厚度公差的變化等因數(shù)而設(shè)置的安全系數(shù)Kp，一般取1～3。當(dāng)查不到抗剪強度τ時，可以用抗拉強度σb代替τ，而取Kp=1.3的近似計算法計算。

由于45鋼的力學(xué)性能查表可得：抗剪強度τ取350MPa。

τ的數(shù)值取決于材料的種類和坯料的原始狀態(tài)，可在設(shè)計資料及有關(guān)手冊中查找，本設(shè)計τ取值的通過查下表2-1確定，材料厚度t=1.0mm，取τ=350MPa。

5.2.1總沖裁力的計算

由于沖裁模具采用彈性卸料裝置和自然落料方式。

F沖=F1+F2(5-4)

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式中:F沖-總沖裁力；F1-落料時的沖裁力；F2-沖孔時的沖裁力。沖裁周邊的總長(mm)，落料周長為：

L1≈116.52(mm)(利用CAD測量工具)

沖孔周長為：

L2≈88(mm)(利用CAD測量工具)落料沖裁力由公式(5-3)得：

F1=KptL1τ

=1.3×1.0×116.52×350=53(KN)沖孔沖裁力由公式(5-3)得：

F2=KptL2τ=1.3×1.0×88×350=40(KN)5.2.2卸料力、推件力的計算

當(dāng)上模完成一次沖裁后，沖入凹模內(nèi)的制件或廢料因彈性擴張而阻塞在凹模內(nèi)，模面上的材料因彈性收縮而會緊箍在凸模上。為了使沖裁工作連續(xù)，操作便利，必需將套在凸模上的材料刮下，將阻塞在凹模內(nèi)的制件或廢料向下推出或向上頂出。從凸模上刮下材料所需的力，稱為卸料力；從凹模內(nèi)向下推出制件或廢料所需的力，稱為推料力。

模具采用彈性卸料裝置和推件結(jié)構(gòu)，凹模型口直壁高度h=5mm，所需卸料力F卸和推件力F推分別為：

推件力、卸料力計算公式如下：

F推=nK推F沖(5-5)F卸=K卸F落(5-6)

式中：F推-推件力；F卸-卸料力；F沖-沖裁力；

K卸-卸料力系數(shù)，見表5-5；

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K推-推件力系數(shù)，見表5-5；n-卡在凹模里的工件個數(shù)，n=h/t。

表5-4卸料力、推件力和頂件力系數(shù)mm

料厚/mm鋼≤0.1＞0.1~0.5＞0.5~2.5＞2.5~6.5＞6.5鋁及鋁合金紫銅、黃銅K卸0.065~0.0750.045~0.0550.04~0.050.03~0.040.02~0.020.025~0.080.02~0.06K推0.10.0630.0550.0450.0250.03~0.070.03~0.09K頂0.140.080.060.050.03注：卸料力系數(shù)K卸在沖多孔、大搭邊和輪廓繁雜時取上限值。K推-推件力系數(shù)通過查表5-4確定，推件力系數(shù)取K推＝0.055；由公式(5-5)得：推件力F推=nK推F沖=4/1.0（取整5）×0.055×40=8.8（KN）

K卸—卸料力系數(shù)通過查表5-4確定，卸料力系數(shù)取K卸＝0.045；由公式(5-6)得：卸料力F卸=K卸F落

=0.045×53

=2.4（KN）5.2.3總沖壓力的計算

F=F沖+F落+F卸+F推=53+40+8.8+2.4

≈104.2KN

5.2.4初選壓力機

壓力機可分為機械式和液壓式，機械式分為摩擦壓力機、曲柄壓力機、高速沖床，液壓式分為油壓機、水壓機，而在生產(chǎn)中一般常選用曲柄壓力機，曲柄壓力機分有開式和閉式兩種，開式機身形狀似英文字母C，其機身前端及左右均敞開，操作可見大，但機身剛度差，壓力機在工作負(fù)荷作用下會產(chǎn)生變形，一般壓力機噸位不超過2000KW。閉式機左右兩側(cè)封閉，操作不便利，但機身剛度好，壓力機精度高?？紤]到經(jīng)濟(jì)性能、加工要求和操作便利在此選開式壓力機。根據(jù)以上計算數(shù)值，查下表5-5初選壓力機為J23-16型壓力機。

表5-5開式壓力機規(guī)格及參數(shù)

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型號公稱壓力/KN滑塊行程/mm最大閉合高度/mm閉合高度調(diào)理/mm滑塊中心線至床身距離/mm滑塊底面尺寸/mm前后左右J23-161605522045160250350404060工作臺板厚度/mm模柄孔尺寸/mm直徑深度5.2.5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(yīng)使模具的壓力中心與壓力機滑塊的中心相重合，否則會使沖模和壓力機滑塊產(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，降低模具和壓力機的使用壽命。

沖模的壓力中心，可按下述原則來確定：

（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）工件形狀一致且分布位置對稱時，沖模的壓力中心與零件的對稱中心相重合。

（3）形狀繁雜的零件、多孔沖模、級進(jìn)模的壓力中心可用解析計算法求出沖模壓力中心。

解析法的計算依據(jù)是：各分力對某坐標(biāo)軸的力矩之代數(shù)和等于諸力的合力對該軸的力矩。求出合力作用點的坐標(biāo)位置X0，Y0（即x=0，y=0），即為所求模具的壓力中心。

單個零件的壓力中心計算如下：

X0＝(L1X1+L2X2+……LnXn)／(L1+L2+……Ln)（5-7）

Y0＝(L1Y1+L2Y2+……LnYn)／(L1+L2+……Ln)式中：X0-壓力中心的橫坐標(biāo)；

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Y0-壓力中心的縱坐標(biāo)；L-各線段的長度；X-各線段重心的橫坐標(biāo)；Y-各線段重心的縱坐標(biāo)。

本產(chǎn)品為對稱產(chǎn)品，為了模具加工制造的便利，壓力中心依舊選擇為（0.0）。

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6刃口尺寸計算

沖裁件的尺寸精度主要決定于模具的刃口尺寸精度，模具的合理間隙值也要靠模具刃口尺寸及制造精度來保證。正確確定模具刃口尺寸及其制造公差，是設(shè)計沖裁模主要任務(wù)之一。6.1沖裁間隙的確定

沖裁間隙是影響沖裁工序最重要的工藝參數(shù)，其定義為沖裁凸模與凹模之間的空隙尺寸，如圖6-1所示。設(shè)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。沖裁過程中模具的失效形式一般有磨損、變形、崩刀和凹模刃口脹裂四種。間隙大小主要對模具磨損及脹裂產(chǎn)生影響,間隙增大可以使沖裁力、卸料力等減小，因而模具的磨損也減小。但當(dāng)間隙繼續(xù)增大時，卸料力增加，又影響模具壽命。一般間隙為（10%～15%）t時的磨損最小，模具壽命較高。

圖6-1沖裁間隙圖

由于沖裁間隙對斷面質(zhì)量、工件尺寸精度、模具壽命、沖裁力等的影響規(guī)律并非一致，所以，并不存在一個絕對合理的間隙數(shù)值，能同時滿足斷面質(zhì)量最正確、尺寸精度最高、模具壽命最長、沖裁力最小等各方面的要求。所以在實際生產(chǎn)中，其總的原則應(yīng)當(dāng)是在保證滿足沖裁件剪切斷面質(zhì)量和尺寸精度的前提下，使模具壽命達(dá)到最長。目前在生產(chǎn)中，廣泛采用經(jīng)驗法和查表法來確定合理的間隙植。本套模具采用查表法予以確定其間隙植。

根據(jù)實用間隙表6-1查得材料45鋼的最小雙面間隙Zmin=0.1mm，最大雙面間隙Zmax=0.14mm。

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表6-1沖裁模初始雙邊間隙值mm

材料厚度小于0.50.50.60.70.80.91.01.21.51.752.02.12.52.753.03.54.04.55.56.06.58.00.0400.0480.0640.0720.0920.1000.1260.1320.2200.2460.2600.2600.4000.4600.5400.6100.7200.9401.0800.0600.0720.0920.1040.1260.1400.1800.2400.3200.3600.3800.5000.5600.6400.7400.8801.0001.2801.4400.0400.0480.0640.0720.0900.1000.1320.1700.2200.2600.2800.3800.4200.4800.5800.6800.6800.7800.8400.9401.20008F、10、35、09Mn、4516Mn40、5065MnZminZmaxZminZmaxZminZmaxZminZmax微小間隙（或無間隙）0.0600.0720.0920.1040.1260.1400.1800.2400.3200.3800.4000.5400.6000.6600.7800.9200.9601.1001.2001.3001.6800.0400.0480.0640.0720.0900.1000.1320.1700.2200.2600.2800.3800.4200.4800.5800.6800.7800.9801.1400.0600.0720.0920.1040.1260.1400.1800.2400.3200.3800.4000.5400.6000.6600.7800.9201.0401.3201.5000.0400.0480.0640.0640.0900.0900.0600.0720.0920.0920.1260.1266.2刃口尺寸的計算及依據(jù)與法則在確定沖模凸模和凹模刃口尺寸時，必需遵循以下原則：

（1）根據(jù)落料和沖孔的特點，落料件的尺寸取決于凹模尺寸，因此落料模應(yīng)先決定凹模尺寸，用減小凸模尺寸來保證合理間隙；沖孔件的尺寸取決于凸模尺寸，故沖孔以凹模為基準(zhǔn)件，用增大凹模尺寸來保證合理間隙。

（2）根據(jù)凸、凹模刃口的磨損規(guī)律，凹模刃口磨損后使落料件尺寸變大，其刃口的基本尺寸應(yīng)取接近或等于工件的最小極限尺寸；凸模刃口磨損后使沖孔件孔徑減小，故應(yīng)使刃口尺寸接近或等于工件的最大極限尺寸。

（3）凸模和凹模之間應(yīng)保證有合理的間隙。

（4）凸模和凹模的制造公差應(yīng)與沖裁件的尺寸精度相適應(yīng)。

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制造模具時常用以下兩種方法來保證合理間隙：

①分別加工法。分別規(guī)定凸模與凹模的尺寸和公差的尺寸及制造公差來保證間隙要求。凸模與凹模分別加工，成批制造，可以互換。這種加工方法必需把模具的制造公差控制在間隙的變動范圍之內(nèi)，使模具制造難度增加。這種方法主要用于沖裁形狀簡單、間隙較大的模具或用縝密設(shè)備加工凸模和凹模的模具。

②單配加工法。用凸模和凹模相互單配的方法來保證合理間隙。先加工基準(zhǔn)件，然后非基準(zhǔn)件按基準(zhǔn)件配做，加工后的凸模和凹模不能互換。尋常落料件選擇凹模為基準(zhǔn)模，沖孔件選擇凸模為基準(zhǔn)模。這種方法多用于沖裁件的形狀繁雜、間隙較小的模具。

根據(jù)上述計算法則，對于采用分別加工的凸模和凹模，應(yīng)保證下述關(guān)系：

│δ凸│＋│δ凹│≤Zmax－Zmin

所以，新制造的模具應(yīng)當(dāng)保證│δ凸│＋│δ凹│＋Zmin≤Zmax，否則，模具的初始間隙已超過了允許的變動范圍Zmin～Zmax，影響模具使用壽命。本套模具采用分別加工法進(jìn)行加工。

分開加工時計算公式如下：

??凹落料D凹=(Dmax-χ△)0(6-1)

D凸=(D凹-Zmin)=(Dmax-χ△-Zmin)0??凸(6-2)沖孔d凸=(dmin+χ△)0??凸(6-3)

??凹d凹=(d凸+Zmin)=(dmin+χ△+Zmin)0(6-4)

孔心距Ld=L±1/8△(6-5)式中:D凸、D凹-分別為落料凹模和凸模的基本尺寸；d凸、d凹-分別為沖孔凹模和凸模的基本尺寸；Dmax-落料件的最大極限尺寸；dmin-沖孔件的最小極限尺寸；

L、Ld-工件孔心距和凹?？仔木嗟墓Q尺寸；△-沖裁件公差；χ-磨損系數(shù)；

δ凸、δ凹-分別為凹模和凸模的制造公差，凸模偏差取值負(fù)向，凹模偏差取正向。

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計凸凹模洞口類型，排出積存廢料。

(a)(b)(c)(d)(e)

圖7-1凸凹模洞口的類型

(a)直通式(b)直通式(c)直通式(d)錐筒式(e)錐形式

凸凹模洞口的類型如圖7-1所示，其中a、b、c型為直筒式刃口凹模，其特點是制造便利，刃口強度高，刃磨后工作部分尺寸不變，廣泛用于沖裁公差要求較小，形狀繁雜的縝密制件。但因廢料的聚集而增大了推件力和凸凹模的漲裂力，