【正文】 方案 。 沖裁件的尺寸精度和表面粗糙度要求 《墊片》沖壓工藝及模具設(shè)計(jì) 8 圖 2— 2 沖壓 件三維 圖 圖 2— 3 零件圖 沖裁件的精度要求，應(yīng)在經(jīng)濟(jì)精度范圍以內(nèi)，對(duì)于普通沖裁件．其經(jīng)濟(jì)精度不高于IT11 級(jí)，沖孔件比落料件高一級(jí)。沖裁件外形與 內(nèi)孔尺寸公差也應(yīng)按相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)選取。如果工件精度高于上述要求，則需在沖裁后整修或采用精密沖裁。從零 件圖（圖 2— 1） 《墊片》沖壓工藝及模具設(shè)計(jì) 9 來(lái)看，工件并沒(méi)有標(biāo)注，由此說(shuō)明工件的精度要求不高，計(jì)算和模具制造的公差就按未注公差來(lái)選取。對(duì)于非圓形件按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)非配合尺寸的 IT14 級(jí)精度來(lái)處理，圓形件一般按 IT10 級(jí)精度來(lái)處理，工件尺寸公差按“入體”原則標(biāo)注為單向公差 ，既落料件正公差為零，只標(biāo)負(fù)公差；沖孔件負(fù)公差為零，只表正公差，如上圖 23 所示。 【 1】 沖裁件的斷 面粗糙度及毛刺高度與模具間隙、刃口利鈍、材料的力學(xué)性能、模具結(jié)構(gòu) 、型孔的粗糙度、 材料厚度等因素有關(guān)。一般用普通沖裁方式?jīng)_ 2mm 以下的金屬板材料，其斷面粗糙度 aR 可達(dá) ～ m? ，毛刺允許高度 ～ 。 《墊片》沖壓工藝及模具設(shè)計(jì) 10 3. 主要工藝參數(shù)計(jì)算 排樣圖設(shè)計(jì)與計(jì)算 沖件在條 (帶 )料上的布置方法稱(chēng)為排樣。排樣圖既表達(dá)排樣方式，又用陰影線說(shuō)明模具類(lèi)型 (單工序模．復(fù)合模、級(jí)進(jìn)模 )，還能說(shuō)明零件的成型過(guò)程、定距方式 (側(cè)刃定距的要畫(huà)出側(cè)刀沖切條料的位置 )，還應(yīng)標(biāo)有搭邊、步距、料寬及料寬公 差，有時(shí)還標(biāo)有紋向。 排樣圖既要在冷沖壓工藝規(guī)程中反映出來(lái)，以指導(dǎo)沖壓生產(chǎn)，又要在模具裝配圖的右邊反映出來(lái)，在模具加工和裝配中起參考作用，故畫(huà)排樣圖是冷沖壓工藝和模具設(shè) 計(jì)中極為重要且技術(shù)性很強(qiáng)的設(shè)計(jì)工作?，F(xiàn)將有關(guān)設(shè)計(jì)內(nèi)容分別敘述如 下： 排樣圖設(shè)計(jì) 排樣圖是以排樣為基礎(chǔ)的 。 所以在研究排樣圖中的排樣時(shí)，應(yīng)根據(jù)沖件的精度要 求保證的質(zhì)量，提高材 料利用率，降低成本，使模具制造簡(jiǎn)單并且強(qiáng)度好 (在級(jí)進(jìn)模中當(dāng)凹模洞口壁厚距離小于 5mm 時(shí)，要空步 )．操作方便．生產(chǎn)率高。 根據(jù)材料的經(jīng)濟(jì)實(shí)用程度，排樣方法可分為有 廢料排樣、少?gòu)U料排樣、無(wú)廢料排樣 3種；根據(jù)制件在 板 (帶 )料上的布置形式．可以分為直排、對(duì)排、混合排、多排等 [3]。 根據(jù)零件的外形輪廓可知，圓形工件比較適合采用多排的方式。現(xiàn)在初步設(shè)計(jì)三 種排樣圖設(shè)計(jì)如： （圖 3— 1 至圖 3— 3） 圖 3— 1 單排 經(jīng)簡(jiǎn)單的計(jì)算和分析，以上三種排樣方案的優(yōu)缺點(diǎn) 分析 如下： 圖 3— 1：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，很基礎(chǔ)的排樣方式，對(duì)模具的結(jié)構(gòu)要求不復(fù)雜。沖裁時(shí)定位比較容易，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作。但單排在板料上裁取條 料時(shí)相對(duì)于另兩種方案的搭邊廢料較多，材料利用率在三者中是最低的。 圖 3— 2：錯(cuò)排減少了工藝廢料，雙排相對(duì)與上一種方案提高了材料利用率。同時(shí)模具設(shè)計(jì)時(shí)需同時(shí)布置兩組，一次沖下兩個(gè)工件，相應(yīng)也提高了生產(chǎn)效率。但是這樣使模 《墊片》沖壓工藝及模具設(shè)計(jì) 11 具的結(jié)構(gòu)相對(duì)與上一種方案較復(fù)雜，造價(jià)更高，經(jīng)濟(jì)性不如上單排。亦可布置一組模具，一次沖一個(gè)工件，待一邊沖裁完畢后在將條料翻轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)沖另一邊。這樣就需設(shè)置初始擋料銷(xiāo)重新定位工件， 定位誤差較大，影響材料利用率， 這給操作帶來(lái)不 便 ，不利于自動(dòng)化送料。 圖 3— 2 雙排 圖 3— 3：多排設(shè)計(jì)，使材料利用率得到了更大的提升。但是一次需設(shè)置三組模具，一次沖 出三個(gè)工件，大大提高了生產(chǎn)效率。但是模具結(jié)構(gòu)在三種方案中是最復(fù)雜 的， 模具制造成本 最高，因此經(jīng)濟(jì)性也是最不好的。 圖 3— 3 三排 綜 合三種排樣方案的優(yōu)缺點(diǎn)，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單計(jì)算得知，單排的材料利用率最低，但經(jīng)濟(jì)性是最好的，三排的材料利用率最高，但經(jīng)濟(jì)性最不好，雙排則材料利用率和經(jīng)濟(jì)性居中，且材料里用率僅較單排時(shí)提高 3℅左右，且不便于自動(dòng)送料。因此綜合考慮以上 三 《墊片》沖壓工藝及模具設(shè)計(jì) 12 種排樣方案，只有單排的模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，綜合經(jīng)濟(jì)性較好，故選用 圖 3— 1 所示的排樣方案。 搭邊及條料寬度的確定 （ 1） 搭邊：排樣時(shí)制件之間以及制件與條 料側(cè)邊之間留下的連接部分稱(chēng)為搭邊。搭邊的作用是補(bǔ)償定位誤差，保持條料有一定的剛度，以保證制件質(zhì)量和送料方便。搭邊過(guò)大，浪費(fèi)材料；擴(kuò)邊太小，沖裁時(shí)容易翹曲或拉斷，不僅會(huì)增大沖件的毛刺，有時(shí)還會(huì)拉入凸、凹模間隙中損壞模具刃口，降低模具壽命，或影響送料工作。搭邊值通常是由經(jīng)驗(yàn)定的： 料厚為 2mm，卸料方式為固定卸料， 查參考文獻(xiàn) 【 1】 表 213 可得側(cè)搭邊 1a =，前后搭邊 a=。 (2)條料寬度的確定： 在排樣方案和搭邊值確定之后，條料寬度就可以確定了。按照有側(cè)搭邊時(shí)條料寬度計(jì)算公式計(jì)算如下： 一般料寬計(jì)算公式： 01( 2 )B L a ???? （ 3— 1） 式中： B 為料寬基本尺寸 (mm)。 L 為條料寬度方向制件輪廓最大尺寸 (mm)； ? 為條料剪切公差 .。 查 參考文獻(xiàn) 【 6】 取剪 切條 料 的寬度 公差 ? =，代入相關(guān)數(shù)據(jù)可求得： 000. 20 0. 20( 50 2 1. 5 ) 53B ??? ? ? ? （ 3— 2） 條料在模具在每次送進(jìn)的距離，通常稱(chēng)為步距 A A=B+a 得 A=50mm+= 根據(jù)以上計(jì)算數(shù)據(jù)，確定排樣圖如下：（圖 3— 4） 《墊片》沖壓工藝及模具設(shè)計(jì) 13 圖 3— 4 排樣圖 材料利用率計(jì)算 合理排樣對(duì)節(jié)約材料、提高經(jīng)濟(jì)效益有很重要的實(shí)際意義；衡量材料經(jīng)濟(jì)利用的尺度是材料利用率，通常以一個(gè)步距內(nèi)制件的實(shí)際面積與所用毛坯面積的百分率 ? 來(lái)表示： 0FF?? ?100%= FLB? ? 100% （ 3— 3） 式中， F 為一個(gè) 布距 內(nèi)制件的實(shí)際面積 ( 2mm )； 0F 為一個(gè)步距所需毛坯面積 ( 2mm )。 準(zhǔn)確的材料利用率．應(yīng)考慮到料頭與料尾的材料消耗情況，此時(shí)可用板料的總利用率 0? 來(lái)表示： 0 100nFLB? ????％ （ 3— 4） 式中， n 為條料上實(shí)際沖裁的制件的數(shù)量 (mm)。L 為條料的長(zhǎng)度（ mm）。 排樣中的工件面積計(jì)算 工件的實(shí)際面積 S： 由零件圖可知，工件的實(shí)際面積就是落料件圓形面積減去中心圓孔和三個(gè)邊緣弧形孔的面積。 落料件面積 0S ： 20SR?? =? 25? 25= 2mm 中心圓孔面積 1S ： 21SR?? =? 9? 9= 2mm 邊緣弧形孔周長(zhǎng) L 和面積 2S ： 《墊片》沖壓工藝及模具設(shè)計(jì) 14 由于這是個(gè)不規(guī)則的孔 ,并無(wú)特定的計(jì)算公式 ,通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) ,在 PRO/E 上分析得知 L=, 2S = 2mm 工件的實(shí)際面積 S: S= 0S 1S 3? 2S =? = 2mm 材料利用率計(jì)算 一個(gè)步距的材料利用率 1? : 1? =? ? 100％ =％ 計(jì)算沖裁力 沖裁工藝力包括分離材料所需的沖裁力以及卸料力、推件力和頂件力。計(jì)算沖裁工藝力的目的是為選擇沖壓設(shè)備和設(shè)計(jì)模具提供依據(jù)。 沖裁力的計(jì)算 生產(chǎn)中常用平刃口模具沖裁，其沖裁力 F（ N）可 按下式計(jì)算： F=KLt? （ 3— 5） F 一 — 平刃口沖裁力； L 一 — 沖裁周長(zhǎng) (mm)； t —— 材料厚度 (mm)； ? 一 — 材料抗剪強(qiáng)度 (Mpa)； K 一 — 系數(shù)，考慮到模具刃口磨損變鈍、凸模與凹模間隙不均勻、材料性能變化及厚度 偏差波動(dòng)等因素，一般取 K＝ 。 一般情況下，材料 b? =? ，為計(jì)算方便，也可用下式計(jì)算沖裁力 F（ N） F=Lt b? （ 3— 6） 式中 b? —— 材料的抗拉強(qiáng)度（ Mpa）。 查文獻(xiàn) 【 7】 可知， 10 鋼的抗剪強(qiáng)度 ? =255— 393Mpa,取值 300Mpa。 中心圓孔沖裁力 F=KLt? =? ? 18? 2? 300 =（ N） 《墊片》沖壓工藝及模具設(shè)計(jì) 15 F=3KLt? =3? ? ? 2? 300 =（ N） F=KLt? =? ? 50? 2? 300 =122460（ N） F總 =++122460 =（ N） 推件力和頂件力的計(jì)算 沖裁后，沖下的工件 (或廢料 )由于彈性恢復(fù)而擴(kuò)張。它會(huì)塞在凹模洞口內(nèi)。同樣，廢料 (或工件 )上沖出的孔會(huì)因彈性收縮而緊箍在凸模上。從凸模徑上將廢料 (或工件 )卸下來(lái)作用力叫卸料力；從凹模內(nèi)順著沖裁方向把工件 (或廢料 )推出的力叫推件力；逆著沖裁方向?qū)⒐ぜ?(或廢料 )從凹模內(nèi)頂出的力叫頂出力。 影響這些力的因素很多，主要是材料的力學(xué)性能和厚度、模具間隙、工件形狀尺寸以及潤(rùn)滑條件等。而這些因素的影響規(guī)律也很復(fù)雜。要準(zhǔn)確地從數(shù)量上反應(yīng)這些力的大小是很難的。實(shí)際生產(chǎn)中常用下列經(jīng)驗(yàn)公式 [1]計(jì)算 F卸 =K卸 F （ 3— 7） F推 =n? K推 F （ 3— 8） F頂 =K頂 F （ 3— 9） 式中 F—— 沖裁力（ N）； n F卸 、 F推 、 F頂 —— 分別為卸料力、推件力、頂件力系數(shù)，其值見(jiàn)下表 3— 1。 表 31 卸料力、推件力和頂件力系數(shù) 料厚 （ mm） K 卸 K 推 K 頂 《墊片》沖壓工藝及模具設(shè)計(jì) 16 鋼 ≤ ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ 鋁 鋁合金 紫銅 黃銅 ～ ～ ～ ～ 注：卸料力系數(shù) K 卸 在沖多孔、大搭邊和輪廓復(fù)雜時(shí)取上限值 由于這次模具設(shè) 計(jì)采用的是固定卸料結(jié)構(gòu)，因此只需計(jì)算推件力即可，且有F=F總 +F推 。查表根據(jù)料厚為 2mm，取 推 件力系數(shù)為 ， F推 =nK推 F =4? ? = （ N） 總的沖壓工藝力： F=F總 +F推 =+ =（ N） =339（ KN） 計(jì)算壓力中心 沖裁時(shí)合力作用點(diǎn)或多工序模各工序沖壓力的合力作用點(diǎn)，稱(chēng)為模具壓力中心。如果模具壓力中心與壓力機(jī)滑塊中心不一致，沖壓時(shí)會(huì)產(chǎn)生偏載，導(dǎo)致模具以及滑塊與導(dǎo)軌的急劇磨損，降低模具和壓力機(jī)的使用壽命。通常利用求平行力系合力作用點(diǎn)的方法 《墊片》沖壓工藝及模具設(shè)計(jì) 17 (解析法或圖解法 )確定模具的壓力中心。 由于本次設(shè)計(jì)的模具包含有四個(gè)沖孔凸模和一個(gè)落料凸模，屬于多凸模結(jié)構(gòu)的 圖圖 3— 5 解析法求壓力中心 模具，常用解析 法計(jì)算其壓力中心。參見(jiàn)圖 3— 5，具體步驟 [3]如下。 第一步：建立坐標(biāo)系。選取落料型孔的對(duì)稱(chēng)軸為計(jì)算坐標(biāo)軸。