【正文】 方案 。 沖裁件的尺寸精度和表面粗糙度要求 《墊片》沖壓工藝及模具設計 8 圖 2— 2 沖壓 件三維 圖 圖 2— 3 零件圖 沖裁件的精度要求，應在經濟精度范圍以內，對于普通沖裁件．其經濟精度不高于IT11 級，沖孔件比落料件高一級。沖裁件外形與 內孔尺寸公差也應按相應的標準選取。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》沖壓工藝及模具設計 9 來看，工件并沒有標注，由此說明工件的精度要求不高，計算和模具制造的公差就按未注公差來選取。對于非圓形件按國家標準非配合尺寸的 IT14 級精度來處理，圓形件一般按 IT10 級精度來處理，工件尺寸公差按“入體”原則標注為單向公差 ，既落料件正公差為零，只標負公差；沖孔件負公差為零，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、材料的力學性能、模具結構 、型孔的粗糙度、 材料厚度等因素有關。一般用普通沖裁方式沖 2mm 以下的金屬板材料，其斷面粗糙度 aR 可達 ～ m? ，毛刺允許高度 ～ 。 《墊片》沖壓工藝及模具設計 10 3. 主要工藝參數計算 排樣圖設計與計算 沖件在條 (帶 )料上的布置方法稱為排樣。排樣圖既表達排樣方式，又用陰影線說明模具類型 (單工序模．復合模、級進模 )，還能說明零件的成型過程、定距方式 (側刃定距的要畫出側刀沖切條料的位置 )，還應標有搭邊、步距、料寬及料寬公 差，有時還標有紋向。 排樣圖既要在冷沖壓工藝規(guī)程中反映出來，以指導沖壓生產，又要在模具裝配圖的右邊反映出來，在模具加工和裝配中起參考作用，故畫排樣圖是冷沖壓工藝和模具設 計中極為重要且技術性很強的設計工作?，F將有關設計內容分別敘述如 下： 排樣圖設計 排樣圖是以排樣為基礎的 。 所以在研究排樣圖中的排樣時，應根據沖件的精度要 求保證的質量，提高材 料利用率，降低成本，使模具制造簡單并且強度好 (在級進模中當凹模洞口壁厚距離小于 5mm 時，要空步 )．操作方便．生產率高。 根據材料的經濟實用程度，排樣方法可分為有 廢料排樣、少廢料排樣、無廢料排樣 3種；根據制件在 板 (帶 )料上的布置形式．可以分為直排、對排、混合排、多排等 [3]。 根據零件的外形輪廓可知，圓形工件比較適合采用多排的方式?，F在初步設計三 種排樣圖設計如： （圖 3— 1 至圖 3— 3） 圖 3— 1 單排 經簡單的計算和分析，以上三種排樣方案的優(yōu)缺點 分析 如下： 圖 3— 1：結構簡單，很基礎的排樣方式，對模具的結構要求不復雜。沖裁時定位比較容易，便于實現自動化操作。但單排在板料上裁取條 料時相對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：錯排減少了工藝廢料，雙排相對與上一種方案提高了材料利用率。同時模具設計時需同時布置兩組，一次沖下兩個工件，相應也提高了生產效率。但是這樣使模 《墊片》沖壓工藝及模具設計 11 具的結構相對與上一種方案較復雜，造價更高，經濟性不如上單排。亦可布置一組模具，一次沖一個工件，待一邊沖裁完畢后在將條料翻轉過來沖另一邊。這樣就需設置初始擋料銷重新定位工件， 定位誤差較大，影響材料利用率， 這給操作帶來不 便 ，不利于自動化送料。 圖 3— 2 雙排 圖 3— 3：多排設計，使材料利用率得到了更大的提升。但是一次需設置三組模具，一次沖 出三個工件，大大提高了生產效率。但是模具結構在三種方案中是最復雜 的， 模具制造成本 最高，因此經濟性也是最不好的。 圖 3— 3 三排 綜 合三種排樣方案的優(yōu)缺點，經過簡單計算得知，單排的材料利用率最低，但經濟性是最好的，三排的材料利用率最高，但經濟性最不好，雙排則材料利用率和經濟性居中，且材料里用率僅較單排時提高 3℅左右，且不便于自動送料。因此綜合考慮以上 三 《墊片》沖壓工藝及模具設計 12 種排樣方案，只有單排的模具結構簡單，綜合經濟性較好，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：排樣時制件之間以及制件與條 料側邊之間留下的連接部分稱為搭邊。搭邊的作用是補償定位誤差，保持條料有一定的剛度，以保證制件質量和送料方便。搭邊過大，浪費材料；擴邊太小，沖裁時容易翹曲或拉斷，不僅會增大沖件的毛刺，有時還會拉入凸、凹模間隙中損壞模具刃口，降低模具壽命，或影響送料工作。搭邊值通常是由經驗定的： 料厚為 2mm，卸料方式為固定卸料， 查參考文獻 【 1】 表 213 可得側搭邊 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。按照有側搭邊時條料寬度計算公式計算如下： 一般料寬計算公式： 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 【 6】 取剪 切條 料 的寬度 公差 ? =，代入相關數據可求得： 000. 20 0. 20( 50 2 1. 5 ) 53B ??? ? ? ? （ 3— 2） 條料在模具在每次送進的距離，通常稱為步距 A A=B+a 得 A=50mm+= 根據以上計算數據，確定排樣圖如下：（圖 3— 4） 《墊片》沖壓工藝及模具設計 13 圖 3— 4 排樣圖 材料利用率計算 合理排樣對節(jié)約材料、提高經濟效益有很重要的實際意義；衡量材料經濟利用的尺度是材料利用率，通常以一個步距內制件的實際面積與所用毛坯面積的百分率 ? 來表示： 0FF?? ?100%= FLB? ? 100% （ 3— 3） 式中， F 為一個 布距 內制件的實際面積 ( 2mm )； 0F 為一個步距所需毛坯面積 ( 2mm )。 準確的材料利用率．應考慮到料頭與料尾的材料消耗情況，此時可用板料的總利用率 0? 來表示： 0 100nFLB? ????％ （ 3— 4） 式中， n 為條料上實際沖裁的制件的數量 (mm)。L 為條料的長度（ mm）。 排樣中的工件面積計算 工件的實際面積 S： 由零件圖可知，工件的實際面積就是落料件圓形面積減去中心圓孔和三個邊緣弧形孔的面積。 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 L 和面積 2S ： 《墊片》沖壓工藝及模具設計 14 由于這是個不規(guī)則的孔 ,并無特定的計算公式 ,通過計算機輔助設計 ,在 PRO/E 上分析得知 L=, 2S = 2mm 工件的實際面積 S: S= 0S 1S 3? 2S =? = 2mm 材料利用率計算 一個步距的材料利用率 1? : 1? =? ? 100％ =％ 計算沖裁力 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。計算沖裁工藝力的目的是為選擇沖壓設備和設計模具提供依據。 沖裁力的計算 生產中常用平刃口模具沖裁，其沖裁力 F（ N）可 按下式計算： F=KLt? （ 3— 5） F 一 — 平刃口沖裁力； L 一 — 沖裁周長 (mm)； t —— 材料厚度 (mm)； ? 一 — 材料抗剪強度 (Mpa)； K 一 — 系數，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 偏差波動等因素，一般取 K＝ 。 一般情況下，材料 b? =? ，為計算方便，也可用下式計算沖裁力 F（ N） F=Lt b? （ 3— 6） 式中 b? —— 材料的抗拉強度（ Mpa）。 查文獻 【 7】 可知， 10 鋼的抗剪強度 ? =255— 393Mpa,取值 300Mpa。 中心圓孔沖裁力 F=KLt? =? ? 18? 2? 300 =（ N） 《墊片》沖壓工藝及模具設計 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算 沖裁后，沖下的工件 (或廢料 )由于彈性恢復而擴張。它會塞在凹模洞口內。同樣，廢料 (或工件 )上沖出的孔會因彈性收縮而緊箍在凸模上。從凸模徑上將廢料 (或工件 )卸下來作用力叫卸料力；從凹模內順著沖裁方向把工件 (或廢料 )推出的力叫推件力；逆著沖裁方向將工件 (或廢料 )從凹模內頂出的力叫頂出力。 影響這些力的因素很多，主要是材料的力學性能和厚度、模具間隙、工件形狀尺寸以及潤滑條件等。而這些因素的影響規(guī)律也很復雜。要準確地從數量上反應這些力的大小是很難的。實際生產中常用下列經驗公式 [1]計算 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，其值見下表 3— 1。 表 31 卸料力、推件力和頂件力系數 料厚 （ mm） K 卸 K 推 K 頂 《墊片》沖壓工藝及模具設計 16 鋼 ≤ ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ 鋁 鋁合金 紫銅 黃銅 ～ ～ ～ ～ 注：卸料力系數 K 卸 在沖多孔、大搭邊和輪廓復雜時取上限值 由于這次模具設 計采用的是固定卸料結構，因此只需計算推件力即可，且有F=F總 +F推 。查表根據料厚為 2mm，取 推 件力系數為 ， F推 =nK推 F =4? ? = （ N） 總的沖壓工藝力： F=F總 +F推 =+ =（ N） =339（ KN） 計算壓力中心 沖裁時合力作用點或多工序模各工序沖壓力的合力作用點，稱為模具壓力中心。如果模具壓力中心與壓力機滑塊中心不一致，沖壓時會產生偏載，導致模具以及滑塊與導軌的急劇磨損，降低模具和壓力機的使用壽命。通常利用求平行力系合力作用點的方法 《墊片》沖壓工藝及模具設計 17 (解析法或圖解法 )確定模具的壓力中心。 由于本次設計的模具包含有四個沖孔凸模和一個落料凸模，屬于多凸模結構的 圖圖 3— 5 解析法求壓力中心 模具，常用解析 法計算其壓力中心。參見圖 3— 5，具體步驟 [3]如下。 第一步：建立坐標系。選取落料型孔的對稱軸為計算坐標軸。