【正文】 方便等。 第二章 電極板沖孔模的設(shè)計 1 產(chǎn)品簡介： 零件名稱：電極板 生產(chǎn)批量： 4000 件 /年 材料：紫銅 (硬 ) 料厚： 5mm 產(chǎn)品零件圖： 毛坯 零件圖 2 電極板沖孔模設(shè)計的前期準(zhǔn)備 前期準(zhǔn)備工作主要包括閱讀產(chǎn)品零件圖，收集查閱有關(guān)設(shè)計資料，根據(jù)產(chǎn)品的原始數(shù)據(jù)研究設(shè)計任務(wù)，分析產(chǎn)品實(shí)施冷沖壓加工的可能性、經(jīng)濟(jì)性。 研究 設(shè)計任務(wù) 閱讀沖裁件產(chǎn)品零件圖 產(chǎn)品零件圖是制定沖壓工藝方案和模具設(shè)計的重要依據(jù)，在沖裁模設(shè)計之前，首先要仔細(xì)閱讀沖裁件產(chǎn)品零件圖，從產(chǎn)品的零件圖入手，進(jìn)行沖裁件工藝性分析和經(jīng)濟(jì)性分析。 從電極板沖孔零件圖可知，它是由半成品毛坯經(jīng)沖孔得到的零件。 分析沖裁件零件 沖裁件的工藝性是指零件在加工中的難易程度，在技術(shù)方面主要分析零件形狀特點(diǎn)、尺寸大小、精度要求和材料性能等因素是否符合沖裁工藝的要求。良好的工藝性應(yīng)保證材料消耗少、工序數(shù)目少、模具結(jié)構(gòu)簡單且壽命長，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、操作簡單、方便 等。在一般情況下對沖裁件工藝性影響最大的是沖裁結(jié)構(gòu)尺寸和精度要求，如果發(fā)現(xiàn)零件工藝性不好，則應(yīng)在不影響產(chǎn)品使用要求的前提下向產(chǎn)品開發(fā)部門提出修改意見，或在設(shè)計時采用相應(yīng)的工藝方法，避免由于工藝性差而容易產(chǎn)生的問題。 另外，分析沖裁件零件圖還要明確沖裁零件的難點(diǎn)所在，對于零件圖上的極限尺寸、設(shè)計基準(zhǔn)以及翹曲、毛刺大小和方向要求的要特別注意。因?yàn)檫@些因素對所需工序性質(zhì)的確定、對工件定位方式、模具制造精度結(jié)構(gòu)形式的選擇都有較大影響。分析沖裁件工藝主要有以下幾個方面： ①結(jié)構(gòu)形狀、尺寸大?。? a、沖裁件結(jié)構(gòu)形狀是否簡單、對稱？ b、沖裁件的外形或內(nèi)孔的轉(zhuǎn)角處是否有尖銳的清角。 c、沖裁件上是否有過小孔徑。 d、沖裁件上是否有細(xì)長的懸臂和狹槽。 e、沖裁件上最大尺寸是多少？屬于大型、中型或小型。 f、沖裁件的孔與孔之間，孔與邊緣之間距離是否過小。 此電極板是一個軸對稱的簡單沖孔件，內(nèi)孔為園孔，無尖銳的清角，無細(xì)長的懸臂和狹槽。小孔 與邊緣之間的距離為 20mm，大孔 與邊緣之間的距離為 。其兩孔之間的距離為 ，均滿足最小壁厚要求。其中最大尺寸為 ，屬于中小型零件。最小尺寸為 ，不小于沖孔的最小孔徑（ =5mm） ,所以電極板尺寸設(shè)計合理，滿足工藝要求。 ②尺寸精度、粗糙度、位置精度。 a、產(chǎn)品的最高尺寸精度是多少 ? b、產(chǎn)品的最高粗糙度時多少？ c、產(chǎn)品的最高位置精度是多少？ 零件圖中兩沖孔尺寸均未標(biāo)注尺寸精度和位置精度，粗糙度也無要求。設(shè)計時一般按 IT14 級選取公差值，普通沖裁的沖孔精度一般在 IT11―― IT12 級以下，所以精度能夠保證。 ③ 沖裁件材料的性能，分析產(chǎn)品的材料是否滿足以下要求。 a、技術(shù)要求：材料性能是否滿足使用要求，是否適應(yīng)工作條件。 b、沖壓工藝要求：材料的沖壓性能如何，表面質(zhì)量怎樣，材料的厚度公差是否符合國家標(biāo)準(zhǔn)。 紫銅（硬）具有良好的導(dǎo)電性，滿足電極板導(dǎo)電的使用要求。利用設(shè)計手冊查處其抗剪強(qiáng)度 t 為 240MPa 抗拉強(qiáng)度 6b 為 300MPa。具有良好的沖壓性能，滿足沖壓工藝要求。 沖壓加工的經(jīng)濟(jì)性分析 產(chǎn)品的生產(chǎn)綱領(lǐng) 年產(chǎn)量： 4000 件 /年 屬于小批量生產(chǎn)。 經(jīng)濟(jì)性 沖壓加工方法是一種先進(jìn)的工藝方法，因其產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，材料利用率高，操作簡單，生產(chǎn)率高等諸多優(yōu)點(diǎn)而被廣泛使用。由于模具制造成本高，沖壓加工的單件成本主要取決于生產(chǎn)批量的大小，它對沖壓加工的經(jīng)濟(jì)性起著決定性作用。批量越大，產(chǎn)品的單件成本就越低。批量小時，沖壓加工的優(yōu)越性就不明顯。所以，要根據(jù)沖壓件的生產(chǎn)綱領(lǐng)，進(jìn)行沖壓加工的經(jīng)濟(jì)性分析。此零件精度要求低，生產(chǎn)批量小，所以采用無導(dǎo)向簡單沖裁模進(jìn)行沖壓生產(chǎn)，就能保證產(chǎn)品的質(zhì)量，滿足生產(chǎn)要求，還能降低模具制造難度，降低生產(chǎn) 成本。 通過工藝分析，如果發(fā)現(xiàn)沖裁件的工藝性差，應(yīng)在不影響其使用性能的條件下，對零件的形狀和尺寸做必要的、合理的修改，或說明在設(shè)計時如何注意容易產(chǎn)生的問題。 良好的沖壓性能表現(xiàn)在材料消耗少，沖壓時不必采取特殊的控制手段，工藝過程簡單，模具結(jié)構(gòu)簡單、壽命較長，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、操作方便等。 3 總體方案的確定 確定工藝方案，主要是確定模具類型，包括確定沖壓工序、工序的組合和工序順序等。應(yīng)在工藝分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)沖裁件的生產(chǎn)批量、尺寸精度的高低、尺寸大小、形狀復(fù)雜程度、材料的厚薄、沖模制造條件與沖壓設(shè)備 條件等多方面因素，擬定多種沖壓工藝，然后選出一種最佳方案。 電極板沖孔模類型的確定 一般沖裁?？梢圆捎靡韵氯N方案 方案一：采用無導(dǎo)向簡單沖裁模 方案二：采用導(dǎo)板導(dǎo)向簡單沖裁模 方案三：采用導(dǎo)柱導(dǎo)向簡單沖裁模 分析論證 方案一：無導(dǎo)向簡單沖裁模結(jié)構(gòu)簡單、尺寸小、質(zhì)量輕、模具制造容易、成本低，但沖模在使用安裝時麻煩，需要調(diào)試間隙的均勻性，沖裁精度低且模具壽命低。它適用于精度要求低、形狀簡單、批量小或試制的沖裁件。 方案二：導(dǎo) 板導(dǎo)向簡單沖裁模比無導(dǎo)向簡單沖裁模高、使用壽命較長、單模具制造較復(fù)雜、沖裁時視線不好。不適合單個毛坯的送料、沖裁。 方案三：導(dǎo)柱導(dǎo)向簡單沖裁模導(dǎo)向準(zhǔn)確、可靠，能保證沖裁間隙均勻、穩(wěn)定，因此沖裁精度比導(dǎo)板模高，使用壽命長。但比前兩種模具成本高。 由于電極板批量小、精度低，故采用無導(dǎo)向簡單沖裁模就能滿足工藝要求，并能縮短模具的制造周期，降低模具的制造成本。 所以本設(shè)計采用一模兩件的無導(dǎo)向簡單沖裁模。 結(jié)構(gòu)形式的確定 操作方式選擇 選擇手工送料（單個毛坯）操作方式。 定位方式的 選擇 工件在模具中的定位主要考慮定位基準(zhǔn)、上料方式、操作安全可靠等因素。 選擇定位基準(zhǔn)時應(yīng)盡可能與設(shè)計基準(zhǔn)重合，如果不重合，就需要根據(jù)尺寸鏈計算，重新分配公差，把設(shè)計尺寸換成工藝尺寸，但是這樣會使零件的加工精度要求提高。當(dāng)零件采用多工序分別在不同模具上沖壓時，應(yīng)盡量使各工序采用同一基準(zhǔn)。 為使定位可靠，應(yīng)選擇精度高、沖壓時不發(fā)生變形和移動的表面作為定位表面。沖壓件上能夠作用定位的表面隨零件的形狀不同而不同。 本設(shè)計采用定位板定位方式，見下圖。 卸料方式 由于此設(shè)計采用單個毛坯，手動操作送進(jìn)和定位，并且材料不是太硬，所以選擇彈性卸料方式比較方便、合理。 4 工藝計算 凸、凹刃口尺寸計算 凸、凹模刃口尺寸計算的原則 ①設(shè)計基準(zhǔn)：落料以凹模為設(shè)計基準(zhǔn)，間隙取在凸模上；沖孔以凸模為設(shè)計基準(zhǔn)，間隙取在凹模上。 ②設(shè)計時間隙一律采用最小合理間隙值 Zmin 。 ③刃口尺寸的制造偏差方向：單向注入實(shí)體內(nèi)部。即磨損后，凸、凹模刃口尺寸變大的取 +δ 。磨損后 凸、凹模刃口尺寸變小的?。摹? ④刃口尺寸制造偏差的大?。汉唵涡螤?，按 IT6～ IT7 取值；復(fù)雜形狀，取 41 △；磨損后尺寸無變化，取 81? △。 ⑤加工方法：簡單形狀，分別加工；復(fù)雜形狀，配合加工。 簡單形狀凸、凹模刃口尺寸的計算 ①檢驗(yàn)。由分別加工的互換性要求采用較小的模具制造公差來滿足下式 |δ a |+|δ t |+ Zmin ≤ Zmax 即 |δ a |+|δ t | ≤ Zmax Zmin (111) a、在電極板中按 IT14 取孔 的偏差為 +，公差△為 ；孔 的偏差 為 +，公差△為 ；孔邊距 20 的偏差為 ? ,公差△為 。按 IT6～I(xiàn)T7取刃口尺寸制造偏差值 δ d =＋ ，δ t =－ ，磨損系數(shù) x－ 。 根據(jù)紫銅板料厚度 5mm，取 Zmax =， Zmin = 代入式（ 111） |+|+||≤ 結(jié)果 滿足條件 b、孔心距 的偏差為 ? ，公差△為 。刃口尺寸制造偏差值δ a 和δ t 取 ? 1/8△，則δ a ＝＋ ，δ t ＝－ 。磨損系數(shù) x＝ 。 代入式（ 111） |+|+||≤ 結(jié)果 不滿足條件 如不滿足式（ 111） ，則應(yīng)縮小制造公差，可直接取下式來進(jìn)行調(diào)整 δ a ＝ （ Zmax － Zmin ）＝ （ － ） = δ t ＝ （ Zmax － Zmin ）＝ （ － ） = 來滿足 |δ a |＋ |δ t |＝ Zmax － Zmin |＋ |＋ |－ |≤ － 結(jié)果 ＝ 滿足條件 ②計算。公式 沖孔凸模 dt ＝（ d＋ x△） 0 δ? （ 112） 沖孔凹模 da ＝（ dt ＋ Zmin ） δ0? (113) 孔心距 L＝（ L＋ △） ? 81 △ (114) 將已知數(shù)據(jù)代入式（ 112）、式（ 113）中。 a、沖 孔：凸模 dt ＝（ ＋ ） ? ＝ ? （ mm） 凹模 da ＝（ ＋ ） ? ＝ ? (mm) b、沖 孔：凸模 dt ＝（ ＋ ） ? ＝ ? （ mm） 凹模 da ＝（ ＋ ） ? ＝ ? (mm) c、孔邊距 20：凸模 Lt ＝（ 20＋ ） 28 1 ???＝ ? （ mm） 凹模 L a ＝（ ＋21 ） 28 1 ???＝ ? （ mm） 該尺寸屬于半邊磨損，故取21δ t 、21δ a 、21 Zmin 。 d、孔心距 ： L＝（ ＋ ） ?? ＝ ? (mm) 以上式中 δ a —— 凹模的制造偏差值， mm； δ t —— 凸模的制造偏差值， mm； Zmin —— 最小合理間隙， mm； Zmax —— 最大合理間隙， mm； △ —— 制件的公差， mm； da —— 凹模的基本尺寸， mm； dt —— 凸模的基本尺寸， mm。 ③尺寸標(biāo)注：在模具零件圖紙上分別標(biāo)注凸模和凹模的刃口尺寸及制造偏差。 沖壓力的計算 計算沖裁力 P＝ KLt? ＝ （ +） ? 5 240＝ （ N）≈ （ kN） 式中 P—— 沖裁力 ,N。 L—— 沖裁周邊長度 ,mm。 t—— 沖裁件材料厚度 ,mm。 ? —— 材料抗剪強(qiáng)度 ,MPa。 K—— 系數(shù)，通常取 。 計算卸料力、推件力 卸料力 Px ＝ Kx P＝ ＝ (kN) 推件力 Pt ＝ n Kt P＝ 2 ＝ (kN) 式中 n—— 卡在下模洞口內(nèi)的工件數(shù)， n＝th＝510＝ 2； h—— 凹?？卓诟叨龋? Kx —— 卸料系數(shù)，查表得 Kx ＝ ～ Kt —— 推件系數(shù)，查表得 Kt ＝ ～ 計算沖壓 力總和 該模具采用的是彈性卸料、下出件方式，因此沖壓力的總和為 P總 ＝ P＋ Px ＋ Pt ＝ (kN) 初選壓力機(jī) 壓力機(jī)的選擇主要包括兩方面的內(nèi)容 :類型和規(guī)格。 壓力機(jī)類型的選擇 壓力機(jī)類型的選擇主要依據(jù)所要完成的沖壓性質(zhì)、生產(chǎn)批量，沖壓件的尺寸及精度要求等。本設(shè)計屬于結(jié)構(gòu)簡單的中、小型沖裁件，小批量生產(chǎn)，沖壓件的尺寸及精度要求不高 ，故選用開式機(jī)械壓力機(jī)。 壓力機(jī)規(guī)格的選擇 壓力機(jī)規(guī)格的選擇主要依據(jù)沖壓件尺寸、變形力大小及模具尺寸等，初選壓力機(jī)規(guī)格時主要選擇壓力機(jī)的公稱壓力，行程次數(shù)等參數(shù)，閉合高度要在模具零件設(shè)計完成后，進(jìn)行必要的校核再確定具體尺寸。 公稱壓力的選 擇 沖裁時，壓力機(jī)的施力行程較小、（小于公稱壓力 P0 行程），因此所選壓力機(jī)的公稱壓力只要大于沖壓力的總和即可。 P0 P總 因?yàn)? P總 ＝ （ kN） 所以，本設(shè)計的公稱壓力可初選為 P0 ＝ 160 kN，型號為 J23－ 16 開式雙柱可傾式曲柄壓力機(jī)。 行程次數(shù) 行程次數(shù)是指滑塊每分鐘沖擊的次數(shù)，即滑塊每分鐘往復(fù)運(yùn)動的次數(shù)。主要考慮以下因素。 a、為了提高生產(chǎn)率，就要增加行程次數(shù)。 b、考慮操作方式（進(jìn)、出料時間的快慢）。 c、不能忽略金屬變形速度這一因素（金屬流動速度）。 d、行程次數(shù)太高，將縮 短設(shè)備壽命。 J23－ 16 型壓力機(jī)的行程次數(shù)為 120 次 /min，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足小批量沖裁件的生產(chǎn)效率要求。 滑塊行程（ S） 是指滑塊的最大運(yùn)動距離，即曲柄旋轉(zhuǎn)一周，上死點(diǎn)至下死點(diǎn)的距離，其值為曲柄半徑的兩倍： S＝ 2R，主要考慮以下因素。 a、要保證毛坯放進(jìn)和工件取出，應(yīng)使滑塊行程大于工件高度（ H工 ）的兩倍以上 S2 H工 b、與行程次數(shù)有密切關(guān)系，行程長，則次數(shù)少，所以限制行程，可提高生產(chǎn)率。 J23－ 16 型壓 力機(jī)的滑塊行程為 50mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足沖裁件的沖裁行程。 閉合高度 壓力機(jī)的閉合高度是指滑塊在下死點(diǎn)時，滑塊地面到工作臺上平面之間的距離。 a、壓力機(jī)閉合高度可以通過調(diào)整連桿長度來改變其大小，將連桿調(diào)至最短時，閉合高度最大，稱最大閉合高度將連桿高度調(diào)至最長時，閉合高度最小，稱最小閉合高度。 J23－ 16 型壓力機(jī)的最大閉合高度為 220mm，連桿調(diào)節(jié)量為 45mm，故最小閉合高度為 175mm。 b、當(dāng)壓力機(jī)工作臺面有墊板時，用壓力機(jī)的閉合高度減去墊板厚度，就是壓力機(jī)的裝模高度沒有墊板的壓力機(jī)，其裝模高度 與閉合高度相等。 c、模具的閉合高度。是指模具在最低工作位置時，上模座上平面至下模座下平面之間的距離。它與壓力機(jī)的配合應(yīng)該遵守下列關(guān)系。 （ Hmax － Hd ）－ 5H（ Hmin － Hd ）＋ 10 220－ 5H175＋ 10 215H185 式中 Hmax —— 壓力機(jī)的最大閉合高度， mm； Hmin —— 壓力機(jī)的最小閉合高度， mm； H—— 模具的閉合高度， mm； Hd —— 壓力機(jī)墊板厚度， mm。 如果壓力機(jī)上不設(shè)置墊板，本設(shè)計所設(shè)計的模具閉合高度 H在 185～ 215mm 之間。加上墊板，模具閉合高度 H將減小。 工作臺面尺寸 壓力機(jī)工作臺面尺寸應(yīng)大于下模周界 50～ 70mm。 J23－ 16 型壓力機(jī)的工作臺面尺寸（前后左右）為 300mm 450mm，那么，設(shè)計時模具的下模座（寬長）不要超過 200mm 350mm。 模柄孔尺寸 （直徑深度）為 216。30mm 50mm，那么，設(shè)計時模具的模柄尺寸要與模柄孔尺寸匹配。 壓力中心的計算 沖模的壓力中心，即沖裁力合力的作用點(diǎn)。與沖裁力大小有關(guān)，與刃口輪廓周長有關(guān)。 在設(shè)計沖模時，必須使沖模的壓力中心與沖床滑塊軸線重合，否則沖模在工作中就會產(chǎn)生偏心負(fù)荷彎矩，模具發(fā)生歪斜，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)不均勻磨損，致使沖模間隙不均勻，刃口迅速變鈍，直接影響模具壽命和沖裁件質(zhì)量。 簡單 形狀的壓力中心 圓形刃口的壓力中心在圓心。 多凸模的壓力中心 該模具的壓力中心是沖兩個園孔沖壓力合力的作用點(diǎn)。 ①計算方法。先確定各凸模的壓力中心，再求多凸模的壓力中心。 ②計算步驟 a、設(shè)坐標(biāo)（所設(shè)坐標(biāo)盡可能使計算簡便），見下圖。 b、計算各凸模壓力中心的坐標(biāo)位置 x1 、 x2 和 y1 、 y2 。 x1 ＝ 0 x2 ＝ y1 ＝ 0 y2 ＝ 0 c、計算各凸模刃口輪廓的周長 l1 、 l2 。 l1 ＝ ? ≈ l2 ＝ ? ≈ d、根據(jù)力學(xué)原理求合理作用點(diǎn)（各分力對某軸力矩之和等于其合力對該軸的力矩），即 P1 x1 ＋ P2 x2 ＋ P3 x3 ? ? ?＋ Pn xn ＝（ P1 ＋ P2 ＋ P3 ???? ? ?＋ Pn ） x0 （ 115） ③計算公式。 由關(guān)系式（ 115）得 x0 ＝ P1 x1 ＋ P2 x2 ＋ P3 x3 ? ? ?＋ Pn xn \ P1 ＋ P2 ＋ P3 ???? ? ?＋ Pn （ 116） 根據(jù)沖裁力 P＝ Klt? 可將（ 116）轉(zhuǎn)換為 x0 ＝ l1 x1 ＋ l2 x2 ＋ l3 x3 ? ? ?＋ ln xn \ l1 ＋ l2 ＋ l3 ???? ? ?＋ ln ＝ 0＋ \＋ ＝ （ 117） 同理可得 y0 ＝ l1 y1 ＋ l2 y2 ＋ l3 y3 ? ? ?＋ ln yn \ l1 ＋ l2 ＋ l3 ???? ? ?＋ ln ＝ 0＋ 0\＋ ＝ 0 （ 118） 最后求得總壓力中心的坐標(biāo)位置為 O0 （ ， 0）。 5 電極板沖孔模主要零部件設(shè)計計算 模具的工作零件、定位零件、壓料和卸料零件、導(dǎo)向零件、連接和緊固零件、彈簧、橡膠等要首先按冷沖模國家標(biāo)準(zhǔn) 選用，若無標(biāo)準(zhǔn)，可先選用再進(jìn)行設(shè)計。對于小而長的沖頭，壁厚較薄的凹模等還需要進(jìn)行強(qiáng)度校核。設(shè)計計算確定了凹模的結(jié)構(gòu)尺寸后，可根據(jù)凹模周界選用模架。模具的閉合高度、輪廓大小、壓力中心應(yīng)與選用設(shè)備相適應(yīng)。 凹模的設(shè)計計算 凹?？卓诘牡脑O(shè)計 凹模孔口形式 電極板沖裁模選擇常用的直刃壁孔口凹模，見下圖 凹?？卓诟叨龋?h） 其孔口高度不宜過大，一般可按材料的厚度（ t）選取。 t h＝ 3～ 5mm t＝ ～ 5mm h＝ 5～ 10mm t5～ 10mm h＝ 10～ 15mm 電極板的材料厚度為 5mm，取凹?？卓诟叨?h＝ 10mm。 凹模外形結(jié)構(gòu)的設(shè)計 一般圓形刃口凹模外形結(jié)構(gòu)也為圓形結(jié)構(gòu)也為圓形 。 凹模外形尺寸的計算 凹模厚度的計算 Ha ＝ 3 P Ha ＝ 3 ? ≈ （ mm） 式中 Ha —— 凹模厚度 P—— 沖裁力，一般取總壓力 P總 。在這里取沖大孔的沖裁力、卸料力、推件力的總和，根據(jù)前面計算知 P總 ＝ 。 取 Ha 為 25mm。 凹模尺寸周界計算 見下圖。 a、凹模刃口輪廓為平滑曲線時。 W1 ＝ b、凹模刃口輪廓為直線時。 W2 ＝ c、凹模刃口為尖角或其他復(fù)雜形狀時。 W3 ＝ 也可通過查表來確定凹模周界尺寸。本設(shè)計凹模刃口輪廓為圓形，固按下式計算 W1 ＝ ＝ 25＝ 30（ mm） 凹模的固定方法 凹模的形式為帶臺肩圓形凹模，直接裝入凹模固定板中，采用過流配合（ H7/m6） 固定板的實(shí)際計算