宜賓職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 自行車剎車卡片復(fù)合模模具設(shè)計(jì) 系 部 現(xiàn)代制造工程系 專 業(yè) 名 稱 模具設(shè)計(jì)與制造 班 級(jí) 模具 11201 姓 名 孫 雪 萍 學(xué) 號(hào) 201211625 指 導(dǎo) 教 師 曾 欣 2014 年 9 月 20 日 自行車剎車卡片復(fù)合模模具 設(shè)計(jì) 摘 要 本設(shè)計(jì)主要介紹了自行車剎車卡片復(fù)合模模具設(shè)計(jì)的過(guò)程， 自行車剎車卡片進(jìn)行了詳細(xì)的工藝分析 、 確定沖壓工藝方案及模具結(jié)構(gòu)形式分 析，后 進(jìn)行排樣設(shè)計(jì)、壓力中心計(jì)算、沖裁力計(jì)算、工作零件刃口尺寸的計(jì)算等，最后通過(guò) AutoCAD繪制 自行車剎車卡片復(fù)合模模具裝配總圖和零件圖。 關(guān)鍵詞 ： 自行車剎車卡片 ； 復(fù)合模 ； 設(shè)計(jì) I 目 錄 1 緒論 . 1 2 零件工藝分析 . 3 2.1 零件說(shuō)明 . 3 2.2 材料分析 . 3 2.3 結(jié)構(gòu)分析 . 3 2.4 尺寸精度 . 3 2.5 工藝計(jì)算 . 4 3 沖裁方案的確定 . 5 3.1 沖裁工藝方案的確定 . 5 3.2 沖裁工藝方法的選擇 . 5 4 模具總體結(jié)構(gòu)的確定 . 7 4.1 模具類型的選擇 . 7 4.2 定位方式的選擇 . 7 4.3 卸料、出件方式的選擇 . 7 4.4 導(dǎo)向方式的選擇 . 8 5 工藝參數(shù)計(jì)算 . 10 5.1 排樣方式的選擇 . 10 5.1.1 搭邊值的確定 . 11 5.1.2 材料利用率的確定 . 12 5.2 沖壓力的計(jì)算 . 14 5.2.1 總沖裁力的計(jì)算 . 14 5.2.2 卸料力、推件力的計(jì)算 . 15 5.2.3 總沖壓力的計(jì)算 . 16 5.2.4 初選壓力機(jī) . 16 5.2.5 壓力中心的確定 . 17 6 刃口尺寸計(jì)算 . 19 6.1 沖裁間隙的確定 . 19 6.2 刃口尺寸的計(jì)算及依據(jù)與法則 . 20 II 7 主要零部件設(shè)計(jì) . 25 7.1 凹模設(shè)計(jì) . 25 7.1.1 凹模外形的確定 . 25 7.1.2 凹模刃口結(jié)構(gòu)形式的選擇 . 25 7.1.3 凹模精度與材料的確定 . 25 7.2 凸模的設(shè)計(jì) . 28 7.2.1 凸模結(jié)構(gòu)的確定 . 28 7.2.2 凸模材料的確定 . 28 7.2.3 凸模精度的確定 . 28 7.2.4 凸模高度的確定 . 28 7.3 凸凹模設(shè)計(jì) . 29 7.3.1 凸凹模外形的確定 . 29 7.3.2 凸凹模材料的選取 . 29 7.3.3 凸凹模精度的確定 . 29 7.3.4 凸凹模壁厚的確定 . 29 7.3.5 凸凹模洞口類型的選取 . 30 7.3.6 凸凹模尺寸的設(shè)計(jì) . 31 7.4 定位零件的選用 . 32 7.5 卸料裝置的選定 . 32 7.5.1 卸料裝置的選用 . 32 7.5.2 卸料螺釘?shù)倪x用 . 32 7.5.3 卸料板外型設(shè)計(jì) . 33 7.5.4 卸料板 材料的選擇 . 33 7.5.5 卸料板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . 33 7.5.6 卸料板整體精度的確定 . 33 7.5.7 卸料橡膠的選用 . 33 7.6 推件裝置的選定 . 35 7.6.1 推件塊的設(shè)計(jì) . 36 7.6.2 推板的選用 . 36 III 7.6.3 推桿的選用 . 37 7.7 上下模座的選用 . 37 7.8 連接及固定零件的選用 . 38 7.8.1 螺釘與銷釘?shù)倪x用 . 38 7.8.2 模柄的選用 . 38 7.8.3 凸模固定板的設(shè)計(jì) . 38 7.8.4 凸凹模固定板的設(shè)計(jì) . 39 7.8.5 墊板的設(shè)計(jì) . 40 8 沖壓設(shè)備的校核與選定 . 41 8.1 沖壓設(shè)備的校核 . 41 8.2 沖壓設(shè)備的選用 . 41 9 壓力機(jī)的選用 . 42 10 模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)述 . 43 結(jié)論 . 44 致謝 . 45 參考文獻(xiàn) . 46 附錄 . 47 1 1 緒論 模具，作為高效率的生產(chǎn)工具的一種，它是工業(yè)生產(chǎn)中使用極為廣泛與重要的工藝裝備。采用模具生產(chǎn)制造零件，具有生產(chǎn)效率高，可實(shí)現(xiàn)高速大批量生產(chǎn)；節(jié)約原材料，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，具有良好的互換性。操作簡(jiǎn)單，對(duì)操作人員沒(méi)有很高的技術(shù)要求。利用模具批量生產(chǎn)的零件加工費(fèi)用低，所加工出的零件與制造一次成形。不需進(jìn)行再加工，能制造出其他加工工藝方法難以加工的、形狀比較復(fù)雜的零件。 模具工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，模具工業(yè)被稱為先進(jìn)制造技術(shù)的重要組成部分，也標(biāo)志著一個(gè)國(guó)家的工業(yè)水平以及產(chǎn)品開發(fā)能力。隨著我國(guó)模具制造業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)沖壓 技術(shù)也提出了更高的要求，如：提高生產(chǎn)效益、保證產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)約成本，從而取得更高的經(jīng)濟(jì)效益。 在中國(guó)人們已經(jīng)越來(lái)越認(rèn)識(shí)到模具在制造中的重要基礎(chǔ)地位，認(rèn)識(shí)到模具技術(shù)水平的高低，已成為衡量一個(gè)國(guó)家制造業(yè)水平高低的重要標(biāo)志，并在很大程度上決定著產(chǎn)品質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。許多模具企業(yè)十分重視技術(shù)發(fā)展，加大了用于技術(shù)進(jìn)步的投資力度，將技術(shù)進(jìn)步視為企業(yè)發(fā)展的重要?jiǎng)恿Α４送猓S多研究機(jī)構(gòu)和大專院校開展模具技術(shù)的研究和開發(fā)。目前，從事模具技術(shù)研究的機(jī)構(gòu)和院校已達(dá) 30 余家，從事模具技術(shù)教育的培訓(xùn)的院校已超過(guò) 50 余家。經(jīng)過(guò)多年的努力，在模具 CAD/CAE/CAM 技術(shù)、模具的電加工和數(shù)控加工技術(shù)、快速成型與快速制模技術(shù)、新型模具材料等方面取得了顯著進(jìn)步；在提高模具質(zhì)量和縮短模具設(shè)計(jì)制造周期等方面做出了貢獻(xiàn)。 巨大的市場(chǎng)需求將推動(dòng)中國(guó)模具的工業(yè)調(diào)整發(fā)展。 雖然我國(guó)的模具工業(yè)和技術(shù)在過(guò)去的十多年得到了快速發(fā)展，但與國(guó)外工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍存在較大差距，尚不能完全滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的需求。 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)活塞墊片 用于自行車的剎車裝置，在自行車剎車中起到至關(guān)重要的作用，隨著自行車的需求量增加，大批量生產(chǎn)已成為一種必然趨勢(shì)，其模具設(shè)計(jì)有較強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。 本設(shè)計(jì)采用了 CAD 技術(shù) ,加快了沖壓模具設(shè)計(jì)時(shí)制圖與造型的速度，縮短了不必要的時(shí)間，也合理的解釋了該模具的工作過(guò)程及一些加工時(shí)應(yīng)注意的難點(diǎn)。 2 設(shè)計(jì)出正確合理的模具不僅能夠提高產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)率、使用壽命，還可以提高產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)效益。在進(jìn)行模具設(shè)計(jì)時(shí)，必須清楚零件的加工工藝，設(shè)計(jì)出的零件要能加工、易加工。充分了解模具各部件作用是設(shè)計(jì)者進(jìn)行模具設(shè)計(jì)的前提，新的設(shè)計(jì)思路必然帶來(lái)新的模具 結(jié)構(gòu)。 3 2 零件工藝分析 2.1 零件說(shuō)明 自行車剎車卡片 年產(chǎn)量為 30 萬(wàn)件，采用大批生產(chǎn)，材料采用 Q235，零件厚度為 1.2mm，公差等級(jí)為 IT12， 零件如圖 2-1 所示： 圖 2-1 墊片 零件圖 2.2 材料分析 沖裁件材質(zhì)為： Q235，零件厚度為 1.2mm，屬于碳素結(jié)構(gòu)鋼，具有良好的沖壓性能，適用于要求較高的零件。 2.3 零件分析 該零件的結(jié)構(gòu)相對(duì)有些簡(jiǎn)單，無(wú)尖角，屬于薄板件，對(duì)稱結(jié)構(gòu)，比較規(guī)則，零件中有 3 個(gè)孔，最小尺寸為 6mm,滿足沖裁最小孔徑 dmin 1.0t=1.2mm,經(jīng)計(jì)算最小孔邊距為 7mm。所以，該零件結(jié)構(gòu)滿足沖裁的要求。 2.4 尺寸精度 由于本零件給定的精度都按生產(chǎn)所需經(jīng)濟(jì)精度要求 IT12 查表 2-1 得： 落料尺寸： 0 21.020 , 0 15.010R 0 21.030 ； 沖孔尺寸： 15.0010 , 12.006 ； 中心距： 12.030 。 通過(guò)查公差等級(jí)表，發(fā)現(xiàn)普通沖裁能夠滿足零件精度要求。 4 表 2-1 常見(jiàn)零件公差等級(jí)表 公差等級(jí) IT4 IT5 IT6 IT7 IT8 IT9 IT10 IT11 IT12 IT13 IT14 基本尺寸/mm /m /mm 3 3 6 6 10 10 18 18 30 30 50 50 80 80 120 120 180 180 250 250 315 315 400 400 500 4 4 5 6 7 8 10 12 14 16 18 20 4 5 6 8 9 11 13 15 18 20 23 25 27 6 8 9 9 13 16 19 22 25 29 32 36 40 10 12 15 18 21 25 30 35 40 46 52 57 63 14 18 22 27 33 39 46 54 63 72 81 89 97 25 30 36 43 52 62 74 87 100 115 130 140 155 40 48 58 70 84 100 120 140 160 185 210 230 250 60 75 90 110 130 160 190 220 250 290 320 360 400 0.10 0.12 0.15 0.18 0.21 0.25 0.30 0.35 0.40 0.46 0.52 0.57 0.63 0.14 0.18 0.22 0.27 0.33 0.39 0.46 0.54 0.63 0.72 0.81 0.89 0.97 0.25 0.30 0.36 0.43 0.52 0.62 0.74 0.87 1.00 1.15 1.30 1.40 1.55 2.5 工藝計(jì)算 查表可知： 抗拉強(qiáng)度 ： b=375 460MPa，屈服極限 ： s=235MPa，伸長(zhǎng)率 ：=26 31 ，抗剪強(qiáng)度 ： =303 372MPa， 如表 2-2 所示。 表 2-2 部分碳素鋼抗剪性能 材料名稱 牌號(hào) 材料狀態(tài) 抗剪強(qiáng)度 /MPa 抗拉強(qiáng)度 b/MPa 屈服點(diǎn)s/MPa 伸長(zhǎng)率 / 普通碳素鋼 Q195 未退火 255 314 315 390 195 28 33 Q235 303 372 375 460 235 26 31 5 3 沖裁方案的確定 3.1 沖裁工藝方案的確定 在沖裁工藝分析和技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)沖裁件的特點(diǎn)確定工藝方案。工藝方案分為沖裁工序的組合和沖裁順序的安排。 3.2 沖裁工藝方法的選擇 沖裁工序分為單工序沖裁、復(fù)合沖裁和級(jí)進(jìn)沖裁三種。 方案一：先落料，后沖孔。單工序沖裁是在壓力機(jī)一次行程內(nèi)只完成一個(gè)沖壓工序的沖裁模。 方案二：落料沖孔復(fù)合沖壓，采用復(fù)合模生產(chǎn)。復(fù)合沖裁是在壓力機(jī)一次行程內(nèi)，在模具的同一位置同時(shí)完成兩個(gè)或兩個(gè)以上的沖壓工序。 方案三：級(jí)進(jìn)沖裁是把沖裁件的若干個(gè)沖壓工序，排列成一定的順序，在壓力機(jī)的一次行程中條料在沖模的不同位置上，分別完成工件所要求的工序。 其三種工序的性能見(jiàn)表 3-1。 表 3-1 單工序沖裁、級(jí)進(jìn)沖裁和復(fù)合沖裁性能 比較項(xiàng)目 單工序模 復(fù)合模 級(jí)進(jìn)模 生產(chǎn)批量 小批量 中批量和大批量 中批量和大批量 沖壓精度 較低 較高 較高 沖壓生產(chǎn)率 低，壓力機(jī)一次行程內(nèi)只能完成一個(gè)工序 較高，壓力機(jī)一次行程內(nèi)可完成二個(gè)以上工序 高，壓力機(jī)在一次行程內(nèi)能完成多個(gè)工序 實(shí)現(xiàn)操作機(jī)械化自動(dòng)化的可能性 較易，尤其適合于多工位壓力機(jī)上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化 制件和廢料排除較復(fù)雜，只能在單機(jī)上實(shí)現(xiàn)部分機(jī)械操作 容易，尤其適應(yīng)于單機(jī)上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化 生產(chǎn)通用性 通用性好，適合于中小批量生產(chǎn)及大型零件的大量生產(chǎn) 通用性較差，僅適合于大批量生產(chǎn) 通用性較差，僅適合于中小型零件的大批量生產(chǎn) 沖模制造的復(fù)雜性和價(jià)格 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造周期短，價(jià)格低 沖裁較復(fù)雜零件時(shí)，比級(jí)進(jìn)模低 沖裁較簡(jiǎn)單零件時(shí)低于復(fù)合模 根據(jù)分析結(jié)合表 3-1 得出結(jié)論： 方案一模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但需兩道工序兩副模具，生產(chǎn)效率低，難以滿足該零件的年產(chǎn)量要求。 6 方案二只需一副模具，沖壓的形狀精度和尺寸容易保證且生產(chǎn)效率也高，盡管模具結(jié)構(gòu)較方案一復(fù)雜，但由于零件的幾何形狀簡(jiǎn)單，模具制造難度較小。 方案三只需一副模具，生產(chǎn)效率很高，但零件的沖裁精度稍差。欲保證沖壓件的形狀精度，需要在模具上設(shè)置導(dǎo)正銷導(dǎo)正，故模具制造、安裝較復(fù)合模具復(fù)雜。 通過(guò)對(duì)上述三種方案的分析比較，該零件的的幾何形狀簡(jiǎn)單，模具制造難度較小，故沖壓生產(chǎn)采用方案二為佳。 7 4 模具總體結(jié)構(gòu)的確定 4.1 模具類型的選擇 按照復(fù)合模工作零件的安裝位置不同，分為正裝式復(fù)合模和倒裝式復(fù)合模兩種，兩種的優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)及適用范圍見(jiàn)表 4-1。 表 4-1 正裝式復(fù)合模、倒裝式復(fù)合模的優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)及適用范圍 比較項(xiàng)目 正裝（順裝 )式復(fù)合模 倒裝式復(fù)合模 結(jié)構(gòu) 凸凹模裝在上模，落料凹模和沖孔 凸模裝在下模 凸凹模裝在下模，落料凹模和沖孔 凸模裝在上模 優(yōu)點(diǎn) 沖出的沖件平直度較高 結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單 缺點(diǎn) 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，沖件容易被嵌入邊料中 影響操作 不宜沖制孔邊距離較小的沖裁件 適用范圍 沖制材質(zhì)較軟或板料較薄的平直度要求較高的沖裁件，還可以沖制孔邊距離較小的沖裁件 不宜沖制孔邊距離較小的沖裁件，但倒裝式復(fù)合模結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、又可以直接利用壓力機(jī)的打桿裝置進(jìn)行推件，卸料可靠，便于操作，并為機(jī)械化出件提供了有利條件，故應(yīng)用十分廣泛 綜上所 述 ，正裝式復(fù)合模適合于沖制材質(zhì)較軟或板料較薄的平直度要求較高的沖裁件，還可以沖制孔邊距離較小的沖裁件。倒裝式冷沖模不宜沖制孔邊距離較小的沖裁件，但倒裝式冷沖模結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以直接利用壓力機(jī)打桿裝置進(jìn)行推件，卸件可靠，便于操作，并為機(jī)械化出件提供了有利條件，故應(yīng)用十分廣泛。由上可得，該制件結(jié)構(gòu)形狀簡(jiǎn)單，精度要求較低，孔邊距較大，宜采用倒裝式復(fù)合模。 綜上，采用復(fù)合模沖壓，模具類型為倒裝式復(fù)合模。 4.2 定位方式的選擇 由于本零件給定的尺寸精度都較低，所以未標(biāo)注公差的尺寸都按生產(chǎn)所需經(jīng)濟(jì)精度要求的 IT12 級(jí)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。因?yàn)樵撃＞卟捎玫氖菞l料，控制條料的送進(jìn)方向采用導(dǎo)料板，無(wú)側(cè)壓裝置。控制條料的送進(jìn)步距采用擋料銷初定距，導(dǎo)正銷精定距。而第一件的沖壓位置可由活動(dòng)擋料銷定距。 4.3 卸料、出件方式的選擇 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 8 沖裁后卸料。當(dāng)卸料版只起卸料作用時(shí)與凸模間隙隨材料厚度的增大而增加，單邊間隙取（ 0.2 0.5） t。當(dāng)固定卸料板還要起到對(duì)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)不能完全脫離卸料板。主要用于卸料力較大，材料厚度 大于 2mm的材料。 彈性卸料具有卸料與壓料的雙重作用，主要用在沖料厚在 2mm 及以下厚度的板料，卸料板與凸模之間的單邊間隙選擇（ 0.1 0.2） t，若彈性卸料板還要起對(duì)凸模導(dǎo)向作用時(shí)，二者的配合間隙性小于沖裁間隙，常用作落料模、沖孔模、癥狀復(fù)合模的卸料裝置。由于有壓料作用，沖裁件比較平整。彈壓卸料板與彈性元件、卸料螺釘組成彈壓裝置。 該工件平直度較高，料厚為 1.2mm 相對(duì)較薄，卸料力一般，且由于彈性卸料模具比剛性卸料模具方便，操作者可以看見(jiàn)條料在模具中的送進(jìn)狀態(tài)，彈性卸料板對(duì)工件施加的柔性力，不會(huì)損傷工件表面 ，故可采用彈性卸料。 4.4 導(dǎo)向方式的選擇 方案一：采用對(duì)角導(dǎo)柱模架。由于導(dǎo)柱安裝在模具壓力中心對(duì)稱的對(duì)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(jí)進(jìn)模或縱向送料的落料模、復(fù)合模。 方案二：采用后側(cè)式導(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)柱單邊磨損對(duì)模具使用壽命有一定影響。 方案三：采用四導(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及大量生產(chǎn)用的自動(dòng)沖壓模架。 方案四：采用中間導(dǎo)柱模架。導(dǎo)柱安裝在模具的對(duì)稱線上，導(dǎo)向平穩(wěn)、準(zhǔn)確。只能一個(gè)方向送料。 9 （ a）中間導(dǎo)柱 （ b）后側(cè)導(dǎo)柱 （ c）對(duì)角導(dǎo)柱 （ d）四角導(dǎo)柱 （ 1）下模座 （ 2）導(dǎo)柱 （ 3）導(dǎo)套 （ 4）上模座 圖 4-1 導(dǎo)柱模架 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，采用后側(cè)導(dǎo)柱模架，操作者可以看見(jiàn)條料在模具中的送進(jìn)動(dòng)作。由于前面和左、右不受限制，能滿足工件成型的要求。即方案二最佳。 10 5 工藝參數(shù)計(jì)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(zhǎng)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(duì)直排、混合排 ，根據(jù)設(shè)計(jì)模具制件的形狀、厚度、材料等方面全面考慮。因此有下列三種方案： 方案一：有廢料排樣。沿沖件全部外形沖裁，沖件與沖件之間、沖件與條料 之間都存在搭邊廢料沖件尺寸完全由沖模來(lái)保證，因此精度高，模具壽命高，但材料利用率低。 方案二：少?gòu)U料排樣。因受剪裁條料質(zhì)量和定位誤差的影響。其沖件質(zhì)量稍差，同時(shí)邊緣毛刺被凸模帶入間隙也影響模具壽命。但材料利用率稍高。沖模結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。 方案三：無(wú)廢料排樣。沖件與沖件之間或沖件與條料側(cè)邊之間均無(wú)搭邊，沿直線或曲線切斷條料而獲得沖件，但對(duì)材料利用率最高。 采用少、無(wú)廢料排樣法 ，材料利用率高，不但有利于一次沖程獲得多個(gè)制件，而且可以簡(jiǎn)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，故應(yīng)采用方案一。 分析零件形狀，排樣方式有兩種，如圖 5-1、 5-2 所示。 圖 5-1 橫 排示意圖 11 圖 5-2 縱排示意圖 5.1.1 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(guò)小的搭邊容易擠進(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(lái)說(shuō)，搭邊值是由經(jīng)驗(yàn)和查表來(lái)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 1.0mm， a1 取 0.8mm，較為合理。 表 5-1 搭邊 a和 a1數(shù)值（低碳鋼） mm 材料厚度 t 圓形或圓角 r 2t 的工件 工件間 a1 側(cè)面 a 0.25 以下 1.8 2.0 0.25 0.5 1.2 1.5 0.5 0.8 1.0 1.2 0.8 1.2 0.8 1.0 1.2 1.6 1.0 1.2 1.6 2.0 1.2 1.5 寬度的確定： 搭邊的作用是補(bǔ)償定位誤差，保證條料有一定的剛度，同時(shí)保證零件質(zhì)量和送料方便。根據(jù)模具的結(jié)構(gòu)不同，可分為有側(cè)壓裝置的模具和無(wú)側(cè)壓裝置的模具， 12 側(cè)壓裝置的作用是用于壓緊送進(jìn)模具的條料（從料帶側(cè)面壓緊），使條料不至于側(cè)向竄動(dòng)，以利于穩(wěn)定地加工生產(chǎn)。本套模具無(wú)導(dǎo)料板為無(wú)側(cè)壓裝置。 故按下式計(jì)算： 0m a x0 )2( CaDB（ 5-1） 式中： B-條料寬度 (mm)； Dmax-條料寬度方向沖裁件的最大尺寸 (mm)； a-沖裁件之間的搭邊值 (mm)；可參考表 5-1； - -條料寬度的單向（負(fù)向）偏差 (mm)，見(jiàn)表 5-2； C-導(dǎo)料板與最寬條料之間的間隙 (mm)，其最小值見(jiàn)表 5-3。 表 5-2 剪料公差及條料與導(dǎo)料板之間隙 mm 條料寬度 B/mm 材料厚度 t/mm 0 1 1 2 2 3 3 5 50 50 100 100 150 150 220 220 300 0.4 0.5 0.7 0.8 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 表 5-3 有側(cè)壓裝置和無(wú)側(cè)壓裝置對(duì)照表 mm 材料厚度t/mm 無(wú)側(cè)壓裝置 有側(cè)壓裝置 條料寬度 B/mm 2 根據(jù)上述縱排、橫排兩個(gè)式子的計(jì)算對(duì)比，可確定縱排的材料利用率比橫排的材料利用率高。本零件選用縱排的排樣方式，具體如圖 5-3 所示。 圖 5-3 排樣示意圖 14 5.2 沖壓力的計(jì)算 計(jì)算沖裁力是為了選擇合適的壓力機(jī)，設(shè)計(jì)模具和檢驗(yàn)?zāi)＞叩膹?qiáng)度，壓力機(jī)的噸位必須大于所計(jì)算的沖裁力，以適宜沖裁的要求，普通平刃沖裁模，其沖裁力 Fp 一般可以按下式計(jì)算： LKFPp t（ 5-3） 式中： -材料抗剪強(qiáng)度，見(jiàn)表 2-2（ MPa）； L-沖裁周邊總長(zhǎng)（ 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(dòng) （ 數(shù)值的變化或分布不均 ） 潤(rùn)滑情況，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(qiáng)度 時(shí)，可以用抗拉強(qiáng)度 b代替 ，而取 Kp=1.3的近似計(jì)算法計(jì)算。 由于 Q235的力學(xué)性能查表 2-2可得：抗剪強(qiáng)度 取 303 372MPa。 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(jì)資料及有關(guān)手冊(cè)中查找，本設(shè)計(jì) 取值的通過(guò)查下表確定，材料厚度 t=1.2mm，取 =350MPa。 5.2.1 總沖裁力的計(jì)算 由于沖裁模具采用彈性卸料裝置和自然落料方式。 21 FFF 沖 （ 5-4） 式中： F 沖 -總沖裁力； F1-落料時(shí)的沖裁力； F2-沖孔時(shí)的沖裁力。 沖裁周邊的總長(zhǎng)（ mm） 落料周長(zhǎng)為： L1=3.14210+58+202 =142.8mm 沖孔周長(zhǎng)為： L2=23.1432+253.14 =69.08mm 15 落料沖裁力由 KP=1.3， t=1.2， L1=142.8， =350，代入 公式（ 5-3）得： 11 tLKF P =1.31.2142.8350 =77968.8N 沖孔沖裁力由 KP=1.3， t=1.2， L1=69.08， =350，代入 公式（ 5-3）得： 22 tLKF P=1.31.269.08350 =37717.68N 所以可求總沖裁力由 F1=77968.8， F2=37717.68，代入 公式（ 5-4）得： 21 FFF 沖=77968.8+37717.68 =115686.48N 5.2.2 卸料力、推件力的計(jì)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(kuò)張而梗塞在凹模內(nèi)，模面上的材料因彈性收縮而會(huì)緊箍在凸模上。為了使沖裁工作連續(xù)，操作方便，必須將套在凸模上的材料刮下，將梗塞在凹模內(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=6mm，所需卸料力 F 卸 和推件力 F 推 分別為： 推件力、卸料力計(jì)算公式如下： 沖推推 FnKF （ 5-5） 沖卸卸 FKF （ 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(jiàn)表 5-5； K 推 -推件力系數(shù)，見(jiàn)表 5-5； 16 n-卡在凹模里的工件個(gè)數(shù)， n=h/t。 表 5-5 卸料力、推件力和頂件力系數(shù) mm 料厚 /mm K 卸 K 推 K 頂 鋼 0.1 0.1 0.5 0.5 2.5 2.5 6.5 6.5 0.065 0.075 0.045 0.055 0.04 0.05 0.03 0.04 0.02 0.02 0.1 0.063 0.055 0.045 0.025 0.14 0.08 0.06 0.05 0.03 鋁及鋁合金 紫銅、黃銅 0.025 0.08 0.02 0.06 0.03 0.07 0.03 0.09 K 推 -推件力系數(shù)通過(guò)查表 5-5 確定，推件力系數(shù)取 K 推 =0.055； 由 F 沖 =115686.48， K 推 =0.055， n=6/1.2，代入 公式 （ 5-5）得： 推件力 沖推推 FnKF =6/1.20.055115686.48 =31813.782N K 卸 -卸料力系數(shù)通過(guò)查表 5-5 確定，卸料力系數(shù)取 K 卸 =0.045； 由 F 沖 =115686.48， K=推 0.045，代入 公式（ 5-6）得： 卸料力 沖卸卸 FKF =0.05115686.48 =5784.324N 5.2.3 總沖壓力的計(jì)算 推卸沖 FFFF =115686.48+31813.782+5784.324 =153284.586N 5.2.4 初選壓力機(jī) 壓力機(jī)可分為機(jī)械式和液壓式，機(jī)械式分為摩擦壓力機(jī)、曲柄壓力機(jī)、高速?zèng)_床，液壓式分為油壓機(jī)、水壓機(jī)。而在生產(chǎn)中一般常選用曲柄壓力機(jī)，曲柄壓力機(jī)分有開式和閉式兩種，開式機(jī)身形狀似英文字母 C，其機(jī)身前端及左右均敞開，操作可見(jiàn)大，但機(jī)身剛度差，壓力機(jī)在工作負(fù)荷作用下會(huì)產(chǎn)生變形，一般壓力機(jī)噸位不超過(guò) 2000KW。閉式機(jī)左右兩側(cè)封閉，機(jī)身剛度好，壓力機(jī)精度高。考慮到零件尺寸較大，在此選閉式單點(diǎn)壓力機(jī)。根據(jù)以上計(jì)算數(shù)值，查下表 5-6 17 初選壓力機(jī)為 J23-16 型壓力機(jī)。 表 5-6 開式單點(diǎn)壓力機(jī)規(guī)格及參數(shù) 型號(hào) J23-3.15 J23-6.3 J23-10 J23-16 公稱壓力 /KN 31.5 63 100 160 滑塊行程 /mm 25 35 45 55 最大裝模高度 /mm 120 150 180 220 裝模高度調(diào)節(jié)量 /mm 25 35 35 45 滑塊中心線至床身 距離 /mm 90 110 110 110 滑塊底面尺寸/mm 前后 90 左右 100 模柄孔尺寸 /mm 直徑 25 30 30 40 深度 40 55 55 60 初選壓力機(jī)型號(hào) ： J23-16； 公稱壓力 /KN： 160； 滑塊行程 /mm： 55。 5.2.5 壓力中心的確定 因?yàn)樵摿慵菍?duì)稱圖形，并按照如下式進(jìn)行計(jì)算得： 沖孔： nnnppp xpxpxpx 2122110 （ 5-7） nnnppp ypypypy 2122110 （ 5-8） 沖裁邊： nnnlll xlxlxlx 2122110 （ 5-9） nnnlll ylylyly 2122110 （ 5-10） 式中： xi、 yi-沖孔時(shí)指各種孔的中心位置；沖裁邊時(shí)指各線段中心坐標(biāo)； Pi-沖各孔時(shí)所用壓力； l2-各線段長(zhǎng)度； x0、 y0-壓力中心坐標(biāo)。 18 圖 5-4 壓力中心圖 s=62.84+100.48+108=271.28（ mm） l1=20=62.8 x1=0.3 y1=50 l2=62.8 x2=0 y2=-50 l3=213=26 x3=96 y3=0 l4=40 x4=-16 y4=207.1 l5=40 x5=4 y5=10 l6=31.4 x6=24 y6=0 l7=40 x7=4 y7=-10 l8=20 x8=-16 y8=0 l9=40 x9=-16 y9=147.1 壓力中心坐標(biāo)： 932199332211 / llllxlxlxlxlX =8335.7/700.4 =26.5mm 932199332211 / llllylylylylY =51817.5/700.4 =73.9mm 計(jì)算出的壓力中心是圖中的 O 點(diǎn)，在模柄投影范圍內(nèi)，設(shè)計(jì)合理。 19 6 刃口尺寸計(jì)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(lái)保證。正確確定模具刃口尺寸及其制造公差，是設(shè)計(jì)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(jì)模具時(shí)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(guò)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(duì)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(shí)，卸料力增加，又影響模具壽命。一般間隙為（ 10 15 ） t 時(shí)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(duì)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(gè)絕對(duì)合理的間隙數(shù)值，能同時(shí)滿足斷面質(zhì)量最佳、尺寸精度最高、模具壽命最長(zhǎng)、沖裁力最小等各方面的要求。所以在實(shí)際生產(chǎn)中，其總的原則應(yīng)該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(zhǎng)。目前在生產(chǎn)中，廣泛采用經(jīng)驗(yàn)法和查表法來(lái)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(shí)用間隙表 6-1 查得材料 Q235 的最小雙面間隙 Zmin=0.126mm，最大雙面間隙 Zmax=0.180mm。 20 表 6-1 沖裁模初始雙邊間隙值 mm 材料 厚度 08、 10、 35、 09Mn、 Q235 16Mn 40、 50 65Mn Zmin Zmax Zmin Zmax Zmin Zmax Zmin Zmax 小于 0.5 極小間隙 （ 或無(wú)間隙 ） 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.2 1.5 1.75 2.0 2.1 2.5 2.75 3.0 3.5 4.0 4.5 5.5 6.0 6.5 8.0 0.040 0.048 0.064 0.072 0.092 0.100 0.126 0.132 0.220 0.246 0.260 0.260 0.400 0.460 0.540 0.610 0.720 0.940 1.080 0.060 0.072 0.092 0.104 0.126 0.140 0.180 0.240 0.320 0.360 0.380 0.500 0.560 0.640 0.740 0.880 1.000 1.280 1.440 0.040 0.048 0.064 0.072 0.090 0.100 0.132 0.170 0.220 0.260 0.280 0.380 0.420 0.480 0.580 0.680 0.680 0.780 0.840 0.940 1.200 0.060 0.072 0.092 0.104 0.126 0.140 0.180 0.240 0.320 0.380 0.400 0.540 0.600 0.660 0.780 0.920 0.960 1.100 1.200 1.300 1.680 0.040 0.048 0.064 0.072 0.090 0.100 0.132 0.170 0.220 0.260 0.280 0.380 0.420 0.480 0.580 0.680 0.780 0.980 1.140 0.060 0.072 0.092 0.104 0.126 0.140 0.180 0.240 0.320 0.380 0.400 0.540 0.600 0.660 0.780 0.920 1.040 1.320 1.500 0.040 0.048 0.064 0.064 0.090 0.090 0.060 0.072 0.092 0.092 0.126 0.126 6.2 刃口尺寸的計(jì)算及依據(jù)與法則 在確定沖模凸模和凹模刃口尺寸時(shí) ， 必須遵循以下原則 ： （ 1）根據(jù)落料和沖孔的特點(diǎn)，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(lái)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(lái)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)。 21 制造模具時(shí)常用以下兩種方法來(lái)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(lái)保證間隙要求。凸模與凹模分別加工，成批制造，可以互換。這種加工方法必須把模具的制造公差控制在間隙的變動(dòng)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(jiǎn)單、間隙較大的模具或用精密設(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(lái)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。通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復(fù)雜、間隙較小的模具。 （ 3）模具磨損預(yù)留量與工件制造精度有關(guān)。 x表示，其中為工件的公差值， x為磨損系數(shù)，其值在 0.5 1 之間，根據(jù)工件制造精度選取： 工件精度 IT10 以上 x=1 工件精度 IT11 IT13 x=0.75 工件精度 IT14 x=0.5 我們的制件落料的工件精度為 IT12，沖孔制件為 IT10。由上式可以得出落料磨損系數(shù) x=0.75，沖孔磨損系數(shù)為 x=1。 根據(jù)上述計(jì)算法則，對(duì)于采用分別加工的凸模和凹模，應(yīng)保證下述關(guān)系： m inm a x 凹凸 所以，新制造的模具應(yīng)該保證m inm a x 凹凸 ，否則，模具的初始間隙已超過(guò)了允許的變動(dòng)范圍 Zmin Z