畢業設計（論文）-安全帶卡扣復合模設計

安全帶卡扣復合模 設計 摘 要 本次設計為汽車安全帶卡扣的沖壓模具設計，設計了一套沖孔、落料的級進模具。經查閱資料，首先要對零件進行工藝分析，經過工藝分析和對比采用沖孔落料工序，通過沖裁力、推料力、卸料力等計算，確定壓力機的型號。再分析對沖壓件加工的模具適用類型選擇所需設計的模具。得出設計的模具類型后將模具的各個工作部件設計過程表達出來。本模具性能可靠，運行平穩，提高了產品質量和生產效率，降低勞動強度和生產成本。 關鍵詞： 安全帶；卡扣；復合模； 設計 I 目 錄 1 緒論 . 1 2 工藝分析 . 3 2.1 材料分析 . 3 2.2 零件結構 . 3 2.3 尺寸精度 . 3 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 模具總體結構的確定 . 7 4.1 模具類型的選擇 . 7 4.2 送料方式的選擇 . 7 4.3 定位方式的選擇 . 7 4.4 卸料 方式的選擇 . 7 4.5 導向方式的選擇 . 8 5 工藝參數計算 . 9 5.1 排樣方式的選擇 . 9 5.1.1 搭邊值的確定 . 10 5.1.2 材料利用率的確定 . 11 5.2 沖壓力的計算 . 12 5.2.1 總沖裁力的計算 . 13 5.2.2 卸料力、推件力的計算 . 14 5.2.3 總沖壓力的計算 . 15 5.2.4 初選壓力機 . 15 5.2.5 壓力中心的確定 . 16 6 刃口尺寸計算 . 18 6.1 沖裁間隙的確定 . 18 6.2 刃口尺寸的計算及依據與法則 . 19 II 7 主要零部件設計 . 27 7.1 凹模設計 . 27 7.1.1 凹模外形的確定 . 27 7.1.2 凹模刃口結構形式的選擇 . 27 7.1.3 凹模精度與材料的確定 . 27 7.2 凸模的設計 . 30 7.2.1 凸模結構的確定 . 30 7.2.2 凸模材料的確定 . 30 7.2.3 凸模精度的確定 . 30 7.2.4 凸模高度的確定 . 31 7.3 凸凹模設計 . 32 7.3.1 凸凹模外形的確定 . 32 7.3.2 凸凹模材料的選取 . 32 7.3.3 凸凹模精度的確定 . 32 7.3.4 凸凹模壁厚的確定 . 32 7.3.5 凸凹模洞口類型的選取 . 33 7.3.6 凸凹模尺寸的設計 . 33 7.4 定位零件的選用 . 34 7.5 卸料裝置的選定 . 35 7.5.1 卸料裝置的選用 . 35 7.5.2 卸料螺釘的選用 . 35 7.5.3 卸料板外型設計 . 35 7.5.4 卸料板 材料的選擇 . 35 7.5.5 卸料板的結構設計 . 36 7.5.6 卸料板整體精度的確定 . 36 7.5.7 卸料橡膠的選用 . 36 7.6 推件裝置的選定 . 38 7.6.1 推件塊的設計 . 39 7.6.2 推板的選用 . 40 III 7.6.3 推桿的選用 . 40 7.7 上下模座的選用 . 41 7.8 連接及固定零件的選用 . 41 7.8.1 螺釘與銷釘的選用 . 41 7.8.2 模柄的選用 . 42 7.8.3 凸模固定板的設計 . 42 7.8.4 凸凹模固定板的設計 . 43 7.8.5 墊板的設計 . 44 8 沖壓設備的校核與選定 . 45 8.1 沖壓設備的校核 . 45 8.2 沖壓設備的選用 . 45 9 壓力機的選用 . 46 10 模具結構簡述 . 47 結論 . 48 致謝 . 49 參 考文獻 . 50 1 1 緒論 日常生產、生活中所使用到的各種工具和產品，大到機床的底座、機身外殼，小到一個胚頭螺絲、紐扣以及各種家用電器的外殼，無不與模具有著密切的關系。 模具的形狀決定著這些產品的外形，模具的加工質量與精度也就決定著這些產品的質量。因為各種產品的材質、外觀、規格及用途的不同，模具分為了鑄造模、鍛造模、壓鑄模、沖壓模等非塑膠模具，以及塑膠模具。 模具工業是制造業中的一項基礎產業，是技術成果轉化的基礎，同時本身又是高新技術產業的重要領域，在歐美等工業發達國家被稱為“點鐵成金”的“磁力工業” ；美國工業界認為“模具工業是美國工業的基石” ；德國則認為是所有工業中的“關鍵工業” ；日本模具協會也認為“模具是促進社會繁榮富裕的動力” ，同時也是“整個工業發展的秘密”， 是“進入富裕社會的原動力” 。日本模具產業年產值達到 13000 億日元，遠遠超過日本機床總產值 9000億日元。如今，世界模具工業的發展甚至己超過了新興的電子工業。在模具工業的總產值中，沖壓模具約占 50%，塑料模具約占 33%，壓鑄模具約占 6%，其它各類模具約占 11%。 隨著科學技術的進步和工業生產的迅速發展，沖壓加工技術的應用愈來愈廣泛，模具成形已成為當代工業生產的重要手段。 沖壓是利用安裝在沖壓設備（主要是壓力機）上的模具對材料施加壓力，使其產生分離或塑性變形從而獲得所需零件（俗稱沖壓件或沖件）的一種 壓力加工方法。沖壓工藝與模具、沖壓設備和沖壓材料構成沖壓加工的三要素。沖壓是一種先進的金屬加工方法，在國民經濟的加工工業中占有重要的地位。與機械加工及塑性加工和其它方法相比，沖壓加工無論在技術方面還是經濟方面都具有許多獨特的優點，主要表現如下： (1) 沖壓一般沒有切削碎料產生，材料的消耗較少利用率高，一般為 70%85%，易實現機械化和自動化； (2) 在形狀和尺寸精度方面的互換性較好。一般情況下可直接滿足裝配和使用要求； (3) 沖壓可加工的尺寸范圍大、形狀復雜的零件，而這些零件用其它方法 2 是不可能或很難 得到的，如薄殼件； (4) 被加工的金屬在沖壓加工過程中產生加工硬化，金屬內部組織得到改善，機械強度有所提高，所以沖壓件剛度強度較好； (5) 沖壓時由模具保證了沖壓件的尺寸與形狀精度，且一般不破壞沖壓材料的表面質量，而模具的壽命一般較長，所以沖壓件的質量穩定，互換性好，具有“一模一樣”的特征； (6) 在大量生產的條件下，產品的成本低，經濟效益較高； (7) 沖裁過程能耗較低。 由此可見沖壓制得的零件具有表面質量好重最輕成本低的優點。所以沖壓在現代工業生產中，尤其是大批量生產中應用十分廣泛。相當多的工業部 門越來越多的采用沖壓方法加工產品零件，如汽車、農機、儀器、儀表、電子、航空、航天、家電及輕工業等行業。在這些工業部門中，沖壓件所占的比重相當的大，少則 60%以上，多則 90%以上。不少過去用鍛造、鑄造和切削加工方法制造的零件，現在大多數也被質量輕剛度好的沖壓件所代替。有些機械設備往往以沖壓件所占比例的大小作為評價結構是否先進的指標之一。 工業發達國家對冷沖壓生產工工藝的發展是很重視的。不少國家 (如美國、日本等 )模具工業產值己超過機床工業。從這些國家鋼材構成可以看出冷沖壓的發展趨勢。鋼帶和鋼板占全部品種的 67%，充分說明沖壓這種加工方法己成為現代工業生產的重要手段和發展方向。 沖壓技術的發展特征是： (1) 沖壓成形科學化、數字化和可控化； (2) 突出“精、省、凈“三大優勢； (3) 沖壓成形可以實現全過程控制； (4) 產品從設計開始即進入控制，考慮工藝； 3 2 工藝分析 圖 2-1 安全帶卡扣 零件 生產批量：大批量； 材 料： 35 鋼； 材料厚度： 1mm； 未注公差： IT14。 2.1 材料分析 該沖裁件的材料為 35 鋼 ，是優質碳素結構鋼，具有良好的塑性、較高的強度、硬度，工藝性較好，適合此次零件設計。 2.2 零件結構 該沖裁件結構簡單對稱，孔的中心邊緣與零件邊緣的距離滿足加工要求。 2.3 尺寸精度 由于本零件給定的精度都按生產所需經濟精度要求 IT12 查表 2-2 得： 零件外形尺寸 ：00.12-R5、00.123.6、00.18-R14、00.25-44零件內形尺寸 ： L7、 W24、12.00R3.5定位孔尺寸 ： 130.18、 70.15 根據零件圖 2-1 可知內孔采用沖孔，零件的外形輪廓采用落料。通過查公差等級表，我們發現普通沖裁能夠滿足零件精度要求。 4 表 2-1 標準公差數值（摘自 GB/T1800.3-1998） 公差等級 IT2 IT3 IT4 IT5 IT6 IT7 IT8 IT9 IT 10 IT11 IT 12 IT 13 IT 14 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 1.2 1.5 1.5 2 2.5 2.5 3 4 5 7 8 9 10 2 2.5 2.5 3 4 4 5 6 8 10 12 13 15 3 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 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經濟分析的基礎上，根據沖裁件的特點確定工藝方案。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、復合沖裁和級進沖裁三種。 方案一：先落料，后沖孔。單工序沖裁是在壓力機一次行程內只完成一個沖壓工序的沖裁模。 方案二：落料沖孔復合沖壓，采用復合模生產。復合沖裁是在壓力機一次行程內，在模具的同一位置同時完成兩個或兩個以上的沖壓工序。 方案三：級進沖裁是把沖裁件的若干個沖壓工序，排列成一定的順序，在壓力機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表 3-1。 表 3-1 單工序沖裁、級進沖裁和復合沖裁性 能 比較項目 單工序模 復合模 級進模 生產批量 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 沖壓生產率 低，壓力機一次行程內只能完成一個工序 較高，壓力機一次行程內可完成二個以上工序 高，壓力機在一次行程內能完成多個工序 實現操作機械化自動化的可能性 較易，尤其適合于多工位壓力機上實現自動化 制件和廢料排除較復雜，只能在單機上實現部分機械操作 容易，尤其適應于單機上實現自動化 生產通用性 通用性好，適合于中小批量生產及大型零件的大量生產 通用性較差，僅適合于大批量生產 通 用性較差，僅適合于中小型零件的大批量生產 沖模制造的復雜性和價格 結構簡單，制造周期短，價格低 沖裁較復雜零件時，比級進模低 沖裁較簡單零件時低于復合模 根據分析結合表 3-1 得出結論： （ 1） 模具結構簡單，但需兩道工序兩副模具，生產效率低，難以滿足該零件的大批量產量要求。 6 （ 2） 只需一副模具，沖壓件的形位公差精度和尺度精度容易保證，且生產效率也高。盡管模具結構較方案一復雜，但由于零件的幾何形狀簡單，模具制造并不困難。 （ 3） 也只需要一副模具，生產效率高，復合模的特點是生產效率高，沖裁件的內孔與外 緣的相對位置精度高，板料的定位精度要求比級進模低，沖模的輪廓尺寸較小。由于零件的結構形狀簡單、級進模設計較復雜，制造較難。 為提高生產率，根據上述方案的分析與比較，該件的沖壓生產采用第二種為佳。 7 4 模具總體結構的確定 4.1 模具類型的選擇 按照復合模工作零件的安裝位置不同， 分為正裝式復合模和倒裝式復合模兩種，兩種的優點、缺點及適用范圍見表 4-1。 表 4-1 正裝式復合模、倒裝式復合模的優點、缺點及適用范圍 比較項目 正裝 (順裝 )式復合模 倒裝式復合模 結構 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 優點 沖出的沖件平直度較高 結構較簡單 缺點 結構復雜，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，但倒裝式復合模結構簡單、又可以直接利用壓力機的打桿裝置進行推件，卸料可靠，便于操作，并為機械化出件提供了有利條件，故應用十分廣泛 正裝式復合模適合于沖制材質較軟或板料較薄的平直度要求較高的沖裁件， 還可以沖制孔邊距較小的沖裁件。倒裝式冷沖模不宜沖制孔邊距較小的沖裁件，但倒裝式冷沖模結構簡單，可以直接利用壓力機打桿裝置進行推件，卸件可靠，便于操作，故應用十分廣泛。綜上所述，該制件結構形狀簡單，精度要求較低，孔邊距較大，宜 采用倒裝 式 復合模。 由 以上 沖壓工藝分析可知，采用 復合 模沖壓，模具類型為 倒裝式復合 模。 4.2 送料 方式的選擇 由于零件的生產批量是大批量，選用手動送料方式比較合理。 4.3 定位 方式的 選擇 定位包含控制送料進距的擋料和垂直方向的導料等。由于毛坯選擇的是條料，零件的精度不高，且采用的是手動 送料方式，所以可以采用固定擋料銷進行送料方向的定位，采用導料銷進行垂直方向的導料。 4.4 卸料方式的選擇 8 鋼性卸料是采用固定卸料板結構。常用于較硬、較厚且精度要求不高 的工件沖裁后卸料。 彈性卸料具有卸料與壓料的雙重作用，主要用在沖裁料厚 1.5mm及以下的板料，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。 因為工件料厚 為 1mm，卸料力一般，可采用彈性卸料裝置。又因為是倒裝式復合模生產，所以采用下出件比較便于操作與提高生產效率。 4.5 導向方式的選擇 方案 一 ：采用對角導柱模架 。由于導柱安裝在模具壓力中心對稱的對角線上，所以上模座在導柱上滑動平穩。 方案二：采用后側式導柱模架。由于前面和左右不受限制，送料和操作比較方便。因為導柱安裝在后側，工作時，偏心距會造成導套導柱單邊磨損對模具使用壽命有一定影響。 方案 三 ： 采用 四導柱模架。具有導向平穩、導向準確可靠、剛性好等優點。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用的自動沖壓模架。 方案 四 ： 采用 中間導柱模架。導柱安裝在模具的對稱線上，導向平穩、準確。只能一個方向送料。 （ 1） （ 2） （ 3） （ 4） （ 1） 下模座 （ 2） 導柱 （ 3） 導套 （ 4） 上模座 圖 4-1 導柱模架 根據以上方案比較并結合模具結構形式和送料方式，為提高模具壽命和工件質量，采用后側導柱模架，操作者可以看見條料在模具中的送進動作。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。 9 5 工藝參數計算 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、提高生產率和延長模具壽命，排樣是否合理將影響到材料的合理利用、沖件質量、生產率、模具結構與壽命。 排樣的方法有：直排、斜排、對直排、混合排 ，根據設計模具制件的形狀、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保證，因此精度高，模具壽命高，但材料利用率低。 方案二：少廢料排樣。因受剪裁條料質量和定位誤差的影響。其沖件質量稍差，同時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。 方案 三：無廢料排樣。沖件與沖件之間或沖件與條料側邊之間均無搭邊，沿直線或曲線切斷條料而獲得沖件，但對材料利用率最高。 采用少、無廢料排樣法，材料利用率高，不但有利于一次沖程獲得多個制件，而且可以簡化模具結構，但受條料寬度誤差及條料導向誤差的影響，故應采用方案一。 由于設計的零件帶圓弧零件，所以采用有廢料直排法 。 如 圖 5-1 圖 5-1 直排徘樣 10 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，從節省材料出發，搭邊值應愈小愈好。但過小的搭邊容易擠進凹模，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量。一般來說，搭邊值是由經驗和查表來確定的 ，該制件的搭邊值采用查表取得。 如表 5-1 所示：根據此表和工件外形可知 L0.5 1 1 2 20 0.05 0.08 0.10 20 30 0.08 0.10 0.15 30 50 0.10 0.15 0.20 所以根據以上理論數據由公式（ 5-1）得出 ： 條料寬度 ： 0m ax )2( aDB=（ 44+21.5） 015.0 =47015.0 mm 5.1.2 材料利用率 的確定 沖裁件的實際面積與所用板料面積的百分比就叫材料利用率，它是衡量合理利用材料的經濟性指標。 關于材料利用率，可用下式表示： =A/BS100% (5-2) 式中 : A-一個步距內沖裁件的實際面； B-條 料寬度； S-步距。 由圖 5-1 和圖 5-2；公式 （ 5-2）得： A=（ 11+26.79） 25.921/2+（ 26.794.080.5） +142 R2146/360 77 =489.7584+54.6516+615.75 249.7217 77 860mm 送料步距為： S=29.2mm 條料寬度為： B=47 mm 一個步距內的材料利用率為： 1 =（ A/BS） 100 =（ 860/4729.2） 100 = 62.663 12 所得排樣圖 如圖 5-2 所示： 圖 5-2 排樣示意圖 5.2 沖壓力的計算 計算沖裁力是為了選擇合適的壓力機，設計模具和檢驗模具的強度，壓力機的噸位必須大于所計算的沖裁力，以適宜沖裁的要求，普通平刃沖裁模，其沖裁力 Fp 一般可以按下式計算： Fp=KptL (5-3) 式中 : -材料抗剪強度，見表 5-4(MPa)； L-沖裁周邊總長 (mm)； T-材料厚度 (mm)。 系數 Kp是考慮到沖裁模刃口的磨損，凸模與凹模間隙之波動 （ 數 值的變化或分布不均 ） 潤滑情況，材料力學性能與厚度公差的變化等因數而設置的安全系數 Kp， 一般取 1 3。當查不到抗剪強度 時，可以用抗拉強度 b代替 ，而取 Kp=1.3的近似計算法計算。 由于 35鋼的力學性能查表 5-4可得：抗剪強度 取 450MPa 13 表 5-4 部分材料抗剪強度 /MPa 5.2.1 總沖裁力 的計算 由于沖裁模具采用 彈 性卸料裝置和自然落料方式。 F 沖 =F1+F2 (5-4) 式中 : F 沖 -總沖裁力 ； F1-落料時的沖裁力 ； F2-沖孔時的沖裁力 。 落料周長為： L1=52.26+22.382+6.382+3.6 =113.38mm 沖孔周長為： L2=23.143.52 +47 =71.96mm 落料沖裁力 由公式 (5-3)得 ： F1=KptL1 =1.31113.8450 =66327.3N 沖孔沖裁力 由公式 (5-3)得 ： F2=KptL2 =1.3171.96450 =42096.6N 所以可求總沖裁力 由公式 (5-4)得 ： F 沖 = F1+F2=66327.3+42096.6 =108423.9N 材料名稱 牌號 材料狀態 抗剪強度 /MPa 碳素結構鋼 10 已退火 260340 15 270380 20 280400 35 400520 45 440560 14 5.2.2 卸料力、推件 力 的計算 當上模完成一次沖裁后，沖入凹模內的制件或廢料因彈性擴張而梗塞在凹模內，模面上的材料因彈性收縮而會緊箍在凸模上。為 了使沖裁工作連續，操作方便，必須將套在凸模上的材料刮下，將梗塞在凹模內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構，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、卸料力計算公式如下： F 推 =nK 推 F 沖 (5-5) F 卸 = K 卸 F 沖 (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，見表 5-5； K 推 -推件力系數，見表 5-5； n-卡 在凹模里的工件個數， n=h/t。 表 5-5 卸料力、推件力和頂件力系數 mm 料厚 /mm K 卸 K 推 K 頂 鋼 0.1 0.10.5 0.52.5 2.56.5 6.5 0.0650.075 0.0450.055 0.040.05 0.030.04 0.020.02 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 0.0250.08 0.020.06 0.030.07 0.030.09 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。 K 推 -推 件 力系數通過查表 5-5 確定，推件力系數取 K 推 0.055； 由公式 (5-5)得： F 推 =nK 推 F 沖 =4/10.055108423.9=23855.238N 15 K 卸 -卸料 力系數通過查 表 5-5 確定， 卸料 力系數取 K 卸 0.045； 由公式 (5-6)得： F 卸 = K 卸 F 沖 =0.045108423.9 =4879.0755N 5.2.3 總沖壓力的計算 F= F 沖 +F 卸 +F 推 =108423.9+23855.238+4879.0755 =137158.2135N 5.2.4 初選壓力機 壓力機可分為機械式和液壓式，機械式分為摩擦壓力機、曲柄壓力機、高速沖床，液壓式分為油壓機、水壓機，而在生產中一般常選用曲柄壓力機，曲柄壓力機分有開式和閉式兩種，開式機身形狀似英文字母 C，其機身前端及左右均敞開，操作可見大，但機身剛度差，壓力機在工作負荷作用下會產生變形。考慮到經濟性能、加工要求和操作方便在此選開式壓力機。根據以上計算數 值，查下表 5-6 初選壓力機為 J23-16 型壓力機。 表 5-6 開式雙柱可傾 壓力機規格及參數 型號 J23-10 J23-16 J23-25 J23-35 J23-40 公稱壓力 /KN 100 160 250 350 400 滑塊行程 /mm 45 55 65 100 100 最大閉合高度 /mm 180 220 270 290 330 閉合高度調節 /mm 35 45 55 60 65 滑塊中心線至床身 距離 /mm 130 160 200 200 250 滑塊底面尺寸 /mm 前后 150 180 220 220 260 左右 170 200 250 250 300 工作臺板厚度 /mm 35 40 50 290 65 模柄孔尺寸 /mm 直徑 30 40 40 40 50 深度 35 60 60 60 70 16 5.2.5 壓力中心的確定 模具壓力中心是指沖壓時諸沖壓合力的作用點的位置。為了確保壓力機和模具正常工作，應使模具的壓力中心與壓力機滑塊的中心相重合。否則，會使沖模和壓力機滑塊產生偏心載荷，使滑塊和導軌之間產生過大的摩擦，模具導向零件加速磨損，降低模具和壓力機的使用壽命。 沖模的壓力中心， 可按下述原則來確定： （ 1） 對稱形狀的單個沖裁件，沖模的壓力中心就是沖裁件的幾何中心。 （ 2） 工件形狀相同且分布位置對稱時，沖模的壓力中心與零件的對稱中心相重合。 （ 3） 形狀復雜的零件、多孔沖模、級進模的壓力中心可用解析計算 法求出沖模壓力中心。 首先給零件設一個坐標系 0（ 0， 0）如圖 5-3，其次算出各組成線段的壓力中心，弧線的壓力中心公式 57，合力的壓力公式 5-8 和 5-9。 y=（ 180Rsin ） /（ ） =Rs/b （ 5-7） 式中： R-表示半徑 A-表示角度 B-表示弧長 取 3.1415 ）（）（ nnn LLLXLXLXLX 2122110 （ 5-8） ）（nnn LLLYLYLYLY 2122110（ 5-9） 式中： Ln-表示各線段的長度 Xn-各線段中的 X 坐 標 Yn-各線段中的 Y 坐 標 X0-表示總力的 X 坐標 Y0-表示總力的 Y 坐標 將零件的各值代入相對應的公式，經計算所得的值如表 5-7 所示。 17 表 5-7 各個參數之間的坐標值 基本要素長度 L/mm 各基本要素壓力中心的坐標值 x y L1=6.38 2.132 4.25 L2=22.38 13.38 9.45 L3=52.26 32.23 0 L4=22.38 13.39 -9.45 L5=6.38 2.132 -4.25 L6=3.6 0 0 L7=7 13.5 3.5 L8=10.99 19.21 0 L9=7 13.5 -3.5 L10=10.99 12.21 0 L11=21.98 30 0 合計 =2386.96 151.684 0 由上表 5-7 可以得出零件的壓力 中心 為（ 23.11， 0）。 18 6 刃口尺寸 計算 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保證。正確確定模具刃口尺寸及制造公差，是設計沖裁模主要任務之一。 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，其定義為沖裁凸模與凹模之間的空隙尺寸，如圖 6-1 所示。 設計模具時一定要選擇合理的間隙，以保證沖裁件的斷面質量、尺寸精度滿足產品的要求，所需沖裁力小、模具壽命高 。沖裁過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。間隙大小主要對模具磨損及脹裂產生影響 ,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。但當間隙繼續增大時，卸料力增加，又影響模具壽命。一般間隙為（ 10% 15%） t 時的磨損最小，模具壽命較高。 圖 6-1 沖裁間隙圖 由于沖裁間隙對斷面質量、工件尺寸精度、模具壽命、沖裁力等的影響規律并非一致，所以，并不存在一個絕對合理的間隙數值，能同時滿足斷面質量最佳、尺寸精度最高、模具壽命最長、沖裁力最小等各方面的要求。所以在實際生產中，其總的原則應該是在保證滿足沖裁件剪切斷面 質量和尺寸精度的前提下，使模具壽命達到最長。目前在生產中，廣泛采用經驗法和查表法來確定合理的間隙植。本套模具采用查表法予以確定其間隙植。 19 根據實用間隙表 6-1 查得材料 35 鋼 的最小雙面間隙 Zmin=0.100mm，最大雙面間隙 Zmax=0.140mm。 表 6-1 沖裁模初始雙邊間隙值 mm 材料 厚度 08、 10、 35、 09Mn、 35 16Mn 40、 50 65Mn Zmin Zmax Zmin Zmax Zmin Zmax Zmin Zmax 小于 0.5 極小間隙 (或無間隙 ) 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 刃口尺寸的計算及依據與法則 在確定沖模凸模和凹模刃口尺寸時，必須遵循以下原則： （ 1）根據落料和沖孔的特點，落料件的尺寸取決于凹模尺寸，因此落料模應先決定凹模尺寸，用減小凸模尺寸來保證合理間隙；沖孔件的尺寸取決于凸模尺寸， 故沖孔以凹模為基準件，用增大凹模尺寸來保證合理間隙。 （ 2）根據凸、凹模刃口的磨損規律，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，故應使刃口尺寸接近或等于工件的最大極限尺寸。 20 （ 3）凸模和凹模之間應保證有合理的間隙。 （ 4）凸模和凹模的制造公差應與沖裁件的尺寸精度相適應。 制造模具時常用以下兩種方法來保證合理間隙： （ 1） 分別加工法。分別規定凸模與凹模的尺寸和公差的尺寸及制造公差來保證間隙要求。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范圍之內，使模具制造難度增加。這種方法主要用于沖裁形狀簡單、間隙較大的模具或用精密設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保證合理間隙。先加工基準件，然后非基準件按基準件配做，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模，沖孔件選擇凸模為基準模。這種方法多用于沖裁件的形狀復雜、間隙較小的模具。 根據上述計算法則，對于采用分別加工的凸模和凹模，應保證下述關系： 凸 凹 Zmax Zmin 所以 ，新制造的模具應該保證 凸 凹 ZminZmax，否則，模具的初始間隙已超過了允許的變動范圍 Zmin Zmax，影響模具使用壽命。本套模具采用分別加工法進行加工。 分開加工時計算公式如下： 落料 D 凹 =(Dmax-x) 凹0 (6-1) D 凸 =( D 凹 -Zmin)=(Dmax-x-Zmin)0凸(6-2) 沖孔 d 凸 =(dmin+x)0凸(6-3) d 凹 =( d 凸 +Zmin)=( dmin+x+ Zmin) 凹0 (6-4) 式中 : D 凸 、 D 凹 -分別為落料凹模和凸模的基本尺寸； d 凸 、 d 凹 -分別為沖孔凹模和凸模的基本尺寸； Dmax -落料件的最大極限尺寸； dmin-沖孔件的最小極限尺寸； -沖裁件公差； -磨損系數； 21 凸 、 凹 -分別為凹模和凸模的制造公差，凸模偏差取負，凹模偏差取正。 由上表 6-1 可得： Zmin=0.100mm Zmax=0.140mm Zmax Zmin=(0.140 0.100)mm=0.040mm 由表 6-3 得， x=0.75；設凸、凹模分別按 IT6 和 IT7 級加工制造，則： 沖孔根據公式（ 6-3）有： 0 m in凸 凸x dd 0 009.015.075.07 009.0112.7 沖孔根據公式（ 6-4）有： 凹0m i nm i n凹 Zx dd 0.01501.015.075.07 mm21