【文章內(nèi)容簡介】 以下特點： （ 1）沖壓加工的生產(chǎn)效率高，且操作方便，易于實現(xiàn)機械化與自動化。這是因為沖壓是依靠沖模和沖壓設(shè)備來完成加工，普通壓力機的行程次數(shù)為每分鐘可達幾十次，高速壓力每分鐘可達數(shù)百次甚至千次以上，而且每次沖壓行程就可能得到一個沖件。 [7] （ 2）用冷沖壓加工方法可以得到形狀復(fù)雜、用其他加工方法難以加工的工件，如薄殼零件等。冷沖壓的尺寸精度是由模具保證的，因此，尺寸穩(wěn)定，互換性好。 （ 3）沖壓可加工出尺寸范圍較大、形狀較復(fù)雜的零件，如小到鐘表的秒表針，大 到汽車縱梁、覆蓋件等，加上沖壓時材料的冷變形硬化效應(yīng)，沖壓的強度和剛度均較高。 （ 4）沖壓一般沒有切屑碎料生成，材料的消耗較少，且不需其它加熱設(shè)備，因而是一種省料，節(jié)能的加工方法，同時沖壓件的成本較低。 但是，沖壓加工中所用的模具一般結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，生產(chǎn)周期較長、成本較高。因此，在單件、小批量生產(chǎn)中采用沖壓工藝受到一定的限制。沖壓工藝多用于成批、大量生產(chǎn)。沖模是沖壓加工工藝的裝備之一，被廣泛地運用在汽車、飛機、電機、儀表以及國防工業(yè)中。沖壓工藝具有生產(chǎn)效率高、生產(chǎn)成本低、材料利用率高、能成形復(fù)雜零件、適合大批 量生產(chǎn)的優(yōu)點，在某些領(lǐng)域已取代機械加工，并正逐步擴大其工藝范圍。因此，沖壓技術(shù)對發(fā)展生產(chǎn)、增強效率、更新產(chǎn)品等方面具有重要的作用。但同時，沖壓技術(shù)的推廣受到模具成本高，不適應(yīng)中小生產(chǎn)規(guī)模的限制。但是總的說來，隨著我國經(jīng)濟實力的進一步加強，模具行業(yè)，包括沖模一定會得到更普及地應(yīng)用。 沖模的設(shè)計包括沖裁模設(shè)計、彎曲模設(shè)計、拉伸、脹形等模具的設(shè)計。沖模的設(shè)計也用到材料學、機械設(shè)計、工程材料、特種加工等方面的知識。因此它是一門綜合性很強的學科。 本次設(shè)計的零件包括了沖孔、落料和卷圓的加工。通過對沖孔模、落料模、 卷太原工 業(yè)學院畢業(yè)設(shè)計 2 圓模的學習，分析和比較了各加工工藝方案，完成了模具總體的結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計，進行毛坯尺寸、排樣、工序尺寸、沖壓壓力、壓力中心、模具工作部分尺寸等工藝計算。 繪制了裝配草圖并進行零部件初步選用設(shè)計，然后確定外形尺寸，選擇沖壓設(shè)備，繪制總的裝配圖和零件圖并制定了典型零件的加工工藝規(guī)程。 設(shè)計說明 本次設(shè)計的是合頁鉸鏈模具。有沖孔、落料、卷圓三道工序。設(shè)計的難點是既要沖孔落料又要卷圓，所以用級進模具比較復(fù)雜。因此可以分開設(shè)計成三套模具：沖孔，落料用一套模具，卷圓用另外一套模具。在卷圓前還需要有一道預(yù)彎工 序以減小卷圓時模具所受到的側(cè)向力，同時也可以提高模具使用壽命。 設(shè)計內(nèi)容及過程 對零件進行分析可知工件需落料、沖孔、卷圓，確定該工件采用三套模具加工而成。第一套模具為落料沖孔復(fù)合模具，第二套模具為預(yù)彎模具，第三套模具為卷圓模具。確定了模具種類之后再作工藝計算，計算出沖裁時的沖裁力、卸料力、推件力、卷圓力、確定模具的壓力中心、選擇壓力機和確定沖模的閉合高度，最后根據(jù)前面所計算出的內(nèi)容確定模具的凸模、凹模尺寸和形狀。設(shè)計出凸模和凹的模固定板、卸料板、墊板等模具的主要零部件。 模具主要零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計 是模具設(shè)計的主要內(nèi)容，其內(nèi)容包含凹模結(jié)構(gòu)設(shè)計、凸模結(jié)構(gòu)設(shè)計、定位零件、彈性卸料裝置、橡膠的選用、導(dǎo)柱與導(dǎo)套、模柄與模架的選取等重要零件的設(shè)計加工方法和加工注意要點。 結(jié)構(gòu)設(shè)計確定后，根據(jù)設(shè)計的各零部件以及所選用的標準件，用 CAD 繪出所有的零件圖，再根據(jù)各個零件之間的裝配關(guān)系完成相應(yīng)的模具總裝圖。為了保證零件的加工精度和強度，在模具的設(shè)計過程中，應(yīng)對凹模壁厚、定位銷的位置、凸模和凹模刃口的尺寸精度等問題給予注意。 太原工 業(yè)學院畢業(yè)設(shè)計 3 2 沖壓件的工藝性分析 工藝分析 （ 1）該制件為合頁鉸鏈，厚度 2mm，經(jīng)零 件展開可知用矩形板料即可； （ 2）制件有卷圓部分，應(yīng)該有預(yù)彎曲工藝； （ 3）制件上有小圓孔，沖小孔時應(yīng)注意對沖頭的保護。 工藝方案的分析 因為制件屬于中厚板且形狀較為復(fù)雜的工件，因此可確定其生產(chǎn)的基本工藝為：沖孔落料→預(yù)彎→卷圓。 太原工 業(yè)學院畢業(yè)設(shè)計 4 3 確定裁板及排樣的方案 排樣的意義及排樣方式的確定 排樣的意義 沖裁件在條料、帶料或板料上的布置方法稱為排樣。排樣合理就能用同樣的材料沖出更多的零件來，降低材料消耗。大批量生產(chǎn)時，材料的費用一般占 沖裁成本的 60%以上。因此材料的經(jīng)濟利用是一個重要的問題，特別是對貴重的有色金屬。排樣是否合理將影響到材料的經(jīng)濟利用、沖裁件的質(zhì)量、模具結(jié)構(gòu)與壽命、生產(chǎn)率、生產(chǎn)操作方便與安全等。排樣的意義就在于保證用最低的材料消耗和最高的勞動生產(chǎn)率得到合格的零件。 排樣方式的確定 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，但材料的利用率低。 [3] 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。 [3] 方案三：無廢料排樣 沖件的質(zhì)量和模具壽命更低一些，但材料的利用率高。 [3] 通過上述三種方案的分析比較，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)和制造成本又廢料排樣的具體形式選擇直排最佳。 計算毛坯尺寸以及確定搭邊值 計算毛坯尺寸 查閱參考文獻（ 1）可知，工件經(jīng)卷圓展開后的毛坯尺寸的計算公式如下： L＝ L1＋ R ?π?β180176。 （式 ） 太原工 業(yè)學院畢業(yè)設(shè)計 5 式中 R＝ r＋ K3?t； L—彎曲件的 展開長度； K3—彎曲中性層系數(shù)。 由零件圖可知 r/t＝ 3/2＝ ，則查閱參考文獻（ 1）附表 2 可得 K3＝ 。將已知的和查表所得的數(shù)據(jù)帶入（式 ）可得： L＝ 34＋ ﹙ 3＋ 2﹚ π 315176。180176。 ＝ 57mm。 搭邊 由于所用材料為 10 鋼，為低碳鋼而且毛坯長度為 L＝ 57mm，查閱參考文獻（ 3），由表 310 可得搭邊值 a 和 a1的數(shù)值如下： 工件間： a＝ ，側(cè)面： a1＝ 。 送料步距 A 條料在模具上每次送 進的距離稱為送料步距（簡稱步距或近距）。每個步距可以沖出一個零件，也可以沖出幾個零件。 查閱參考文獻（ 3）可知送料步距 A 的計算公式如下： A＝ D＋ a （式 ） 式中 D—平行于送料方向的沖裁件寬度； a—沖裁件之間的搭邊值。 將已知的和查表所得的數(shù)據(jù)帶入（式 ）可得： A＝ D＋ a＝ 24mm＋ ＝。 條料寬度 B 查閱參考文獻（ 3）可知條料寬度 B 的計算公式如下： B＝（ D＋ 2a1＋ 2Δ＋ b0） 0Δ （式 ） 式中 D—沖裁件與送料方向垂直的最大 尺寸； 太原工 業(yè)學院畢業(yè)設(shè)計 6 a1—沖裁件與條料側(cè)邊之間的搭邊值； Δ —板料剪裁時的下偏差； b0—條料與導(dǎo)料板之間的間隙。 （ 1）由零件圖可知： D＝ 57mm； （ 2）由上述可知： a1＝ ； （ 3）查閱參考文獻（ 3）表 311 可知：Δ＝ ； （ 4）查閱參考文獻（ 3）表 312 可知： b0＝ 。 將已知的和查表所得的數(shù)據(jù)帶入（式 ）可得： B＝（ 57＋ 2 ＋ 2 1＋ ） ＝ 。 排樣圖的確定 根據(jù)上述所確定的毛坯尺寸、搭邊值、送料步距、條料 寬度以及所選用的直排有廢料排樣方式，最終確定的排樣圖如圖所示： 圖 排樣圖 材料利用率 η 的計算 查閱參考文獻（ 3）可知材料的利用率 η的計算公式如下： 太原工 業(yè)學院畢業(yè)設(shè)計 7 η＝ S1AB 100%＝ S1S2 100% （式 ） 式中 S1—一個步距內(nèi)零件的實際面積； S0—一個步距內(nèi)所需毛坯的面積； A—送料步距； B—條料的寬度。 將已知的和查表所得的數(shù)據(jù)帶入（式 ）可得 η＝ 57 24－ 2π 178。 100%＝ %，則可知排樣是合理的。 太原工 業(yè)學院畢業(yè)設(shè)計 8 4 計算各工序壓力、壓力中心以及初選壓力機 各工序壓力的計算 在此次的設(shè)計中壓力包括：沖裁力、預(yù)彎卷圓力、卸料力、推件力。 沖裁力 查閱參考文獻（ 3）可知沖裁力的計算公式如下： F＝ K?L?t?τ （式 ） 式中 F—沖裁力（ N）； L—沖裁件周長（ mm）； t—板料厚度（ mm）； τ—材料的抗剪強度（ MPa）； K—系數(shù)。是考慮到刃口鈍 化、間隙不均勻、材料力學性能與厚度波動等因素而增加的安全系數(shù)。常取 K＝ 。 （ 1）由前述可知沖孔和切搭邊余料沖裁周邊長度： L＝ 57 2＋ 24 2＋ 2 π ＝ ； （ 2）查閱參考文獻（ 3）表 23 可知， 10 鋼的抗剪強度 τ＝ 255~333（ MPa），這里取 τ＝ 330MPa； 將已知的和查表所得的數(shù)據(jù)帶入（式 ）可得： F＝ 2 330＝ ≈ 。 推件力 查閱參考文獻（ 3）可知推件力的計算公式如下： F 推 ＝ n?K 推 ?F （式 ） 式中 F—沖裁力； K 推 —推件力系數(shù)； n—梗塞在凹模內(nèi)內(nèi)的沖件數(shù)（ n＝ h/t）； 太原工 業(yè)學院畢業(yè)設(shè)計 9 h—凹模直壁洞口的高度； t—板料厚度。 （ 1）查閱參考文獻（ 3）表 38 可知推件力系數(shù) K 推 ＝ ； （ 2）這里取凹模直壁洞口的高度為 h＝ 6mm，則梗塞在凹模內(nèi)的沖件數(shù) n＝ 3； （ 3）沖裁力 F＝ K?L?t?τ＝ 2 π 7 2 330＝ 。 將已知的和查表所得的數(shù)據(jù)帶入（式 ）可得： F 推 ＝ n?K 推 ?F＝ 3 ＝ 。 卸料力 查閱參考文獻（ 3）可知卸料力的計算公式如下： F 卸 ＝ K 卸 ?F （式 ） 式中 F—沖裁力； K 卸 —卸料力系數(shù)； （ 1）查閱參考文獻（ 3），由表 38 可知卸料力系數(shù) K 卸 ＝ ~，此處取為K 卸 ＝ ； （ 2）沖裁力 F＝ K?L?t?τ＝ ﹙ 57 2＋ 24 2﹚ 2 330＝ 138996N。 將已知的和查表所得的數(shù)據(jù)帶入（式 ）可得： F 卸 ＝ K 卸 ?F＝ 138996N＝。 彎曲力 查閱參考文獻（ 1）表 1124 可 知單角自由彎曲的彎曲力計算公式如下： F＝ ?B ?t178。?σbr+t （式 ） 式中 F—彎曲力（ N）； B—彎曲件彎邊寬度（ mm）； r—彎曲件內(nèi)側(cè)圓角半徑（ mm）； σb—材料抗拉強度（ N∕ mm 178。）。 （ 1)由前述可知彎曲件的彎邊寬度 B＝ 24mm； 太原工 業(yè)學院畢業(yè)設(shè)計 10 （ 2）由工件圖可知彎曲件內(nèi)側(cè)圓角半徑 r＝ 3mm； （ 3）查閱參考文獻（ 3）表 23 可知 10 鋼的抗拉強度 σb ＝ 294~432（ N∕ mm 178。），此處設(shè)計取抗拉強度 σb ＝ 430（ N∕ mm 178。）。 將已知的和查表所得的數(shù)據(jù) 帶入（式 ）可得： F 彎 ＝ ?B ?t178。?σbr+t ＝ 24 2178。 4303+2 ＝ 。 彎曲部分有壓料裝置，壓料力可近似取自由彎曲力的 ~ 倍，所以壓料力 F 壓 ＝ ?F＝ ＝ 。 初選壓力機 （ 1）查閱參考文獻（ 3）可知，采用彈壓卸料裝置和下出件模具時，壓力機所需總壓力 F 總 ＝ F+ F 卸 +F 推 ，將已知的數(shù)據(jù)帶入公式可得壓力機所需的總壓力為： F 總 ＝ + KN + KN ＝ KN （ 2）在冷沖模設(shè)計中，一般情況下，壓力機的公稱壓力應(yīng)大于或等于成形工藝力和輔助工藝力總和的 倍，由上述計算的模具所需的壓力可知所選壓力機的公稱壓力應(yīng)滿足 F≧ ＝ 。 （ 3）查閱參考文獻（ 1）表 182 可初選壓力機的型號為 J2325 即可滿足要求，其主要技術(shù)參數(shù)如下： 表 J2325 壓力機主要技術(shù)參數(shù)表 公稱壓力（ KN） 滑塊行程(mm) 壓力機 工作臺面尺寸 (mm) 滑塊模柄孔尺寸 (mm) 壓力機最大閉合高度 (mm) 連桿調(diào)節(jié)量 (mm) 250 65 前后： 380 左右： 610 直徑： υ40 深度： 60 280 60 壓力中心計算 沖壓力合力的作用點稱為模具的壓力中心。模具的壓力中心必須通過模柄軸線而和壓力機滑塊的中心線重合，否則滑塊就會受到偏心載荷而導(dǎo)致滑塊導(dǎo)軌和模具的不太原工 業(yè)學院畢業(yè)設(shè)計 11 正常磨損，降低模具壽命甚至損壞模具，壓力中心的計算式采用空間平行力系的合力作用線的求解方法。 通過對零件的排樣圖的分析，如下圖所示建立坐標系： 圖 壓力中心計算圖 查閱參考文獻（ 3）可知壓力中心的計 算公式如下所示： X0＝ L1?X1＋ L2?X2＋?＋ Ln ?XnL1+L2＋?＋ Ln （式 ） Y0＝ L1?Y1＋ L2?Y2＋?＋ Ln ?YnL1+L2＋?＋ Ln （式 ） 式中 L L?? Ln 為各凸模的周長， X X2?? Xn 與 Y Y2?? Yn 分別為各凸模壓力中心的坐標位置。 （ 1）由排樣圖可知 L1＝ L2＝π 7＝ ， L3＝ 57 2＋ 24 2＝ 163mm； （ 2）由上圖可知對應(yīng)的 X1＝﹣ 6， Y1＝ ； X2＝ 6， Y2＝ ； X3＝ 0， Y3＝ 0。 則將數(shù)據(jù)分別帶入（式 ）和（式 ）可得壓力中心的坐標（ X0， Y0）如下所示： X0＝ L1?X1＋ L2?X2+L3 ?X3L1+L2＋ L3 ＝ ﹙﹣ 6﹚＋ 6+0 ＋ ＋ 163 ＝ 0 Y0＝ L1?Y1＋ L2?Y2＋ L3 ?Y3L1+L2＋ L3 ＝ ＋ +0 ＋ ＋ 163 ＝ 由于該工件的沖裁力不大，而且壓力中心偏移坐標原點較小，為便于模具的加工太原工 業(yè)學院畢業(yè)設(shè)計 12 和裝配，模具的壓力中心仍選擇在圖 中的坐標原點處，前述所選用的 J2325 雙柱可傾式壓力機，由于模柄孔直徑為 υ40mm，故壓力中心仍在壓力機模柄孔投影面積范圍之內(nèi)，因此滿足要求。 太原工 業(yè)學院畢業(yè)設(shè)計 13 5 模具設(shè)計 沖孔、落料復(fù)合模的設(shè)計 凸模、凹模間隙的分析與確定 （ 1）沖裁間隙分析 沖裁間隙是指沖裁凸模和凹模之間工作部分的尺寸之差。即 Z=D 凹 － D 凸 ，凸模、凹 模間隙對沖裁工藝力、沖裁件質(zhì)量以及模具壽命都有很大的影響。故設(shè)計模具時間隙的選擇一定要合理，從而保證沖裁件的尺寸精度和斷面質(zhì)量滿足產(chǎn)品的要求，所需沖裁力較小、模具壽命較高。但分別從沖裁力、質(zhì)量、模具壽命等方面的要求確定的合理間隙往往并不是同一個數(shù)值，只是彼此接近?？紤]到模具在制造中的偏差及使用中的磨損，生產(chǎn)中通常只選擇一個適當?shù)姆秶鳛楹侠黹g隙，只要間隙在這個范圍內(nèi)，就可以沖出良好的制件，這個范圍的最小值稱為最小合理間隙 Zmin，最大值稱為最大合理間隙 Zmax。考慮到模具在使用過程中的磨損使間隙增大，故設(shè)計 與制造新模具時要采用最小合理間隙 Zmin。 （ 2）確定合理間隙的方法有經(jīng)驗法、理論確定法和查表法。 根據(jù)以往的研究與使用的經(jīng)驗，在確定間隙值時要按要求分類選用。對于尺寸精度和斷面垂直度要求高的制件應(yīng)選用較小的間隙值，對于垂直度與尺寸精度要求不高的制件，應(yīng)以降低沖裁力、提高模具壽命為主，可采用較大的間隙值。由于理論法在生產(chǎn)中使用不方便，所以常采用查表法來確定間隙值。在本次的設(shè)計中財用查表法來確定間隙 Z。 （ 3）查閱參考文獻（ 3）表 33 可知，沖孔、落料的沖裁間隙值如下所示： Zmin＝ ， Zmax＝ 。 沖孔、落料凸模和凹模工作部分尺寸的計算 設(shè)計落料模先確定凹模刃口尺寸，以凹模為基準，間隙取在凸模上，即沖裁間隙通過減小凸模刃口尺寸來取得；設(shè)計沖孔模先確定凸模刃口尺寸，以凸模為基準，間隙取在凹模上，沖裁間隙通過增大凹模刃口