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冷沖壓模具設(shè)計實例

工件名稱：手柄

工件簡圖：

生產(chǎn)批量：中批量

材料：Q235-A鋼

材料厚度：1.2mm

1、沖壓件工藝性分析

此工件只有落料和沖孔兩個工序。材料為Q235-A鋼，具有良好的沖壓性能，適合沖裁。工件結(jié)構(gòu)相對簡單，有一個φ8mm的孔和5個φ5mm的孔；孔與孔、孔與邊緣之間的距離也滿足要求，最小壁厚為3.5mm(大端4個φ5mm的孔與φ8mm孔、φ5mm的孔與R16mm外圓之間的壁厚)。工件的尺寸全部為自由公差，可看作IT14級，尺寸精度較低，普通沖裁完全能滿足要求。

2、沖壓工藝方案的確定

該工件包括落料、沖孔兩個基本工序，可有以下三種工藝方案：方案一：先落料，后沖孔。采用單工序模生產(chǎn)。方案二：落料-沖孔復(fù)合沖壓。采用復(fù)合模生產(chǎn)。方案三：沖孔—落料級進沖壓。采用級進模生產(chǎn)。

方案一模具結(jié)構(gòu)簡單，但需兩道工序兩副模具，成本高而生產(chǎn)效率低，難以滿足中批量生產(chǎn)要求。方案二只需一副模具，工件的精度及生產(chǎn)效率都較高，但工件最小壁厚3.5mm接近凸凹模許用最小壁厚3.2mm，模具強度較差，制造難度大，并且沖壓后成品件留在模具上，在清理模具上的物料時會影響沖壓速度，操作不方便。方案三也只需一副模具，生產(chǎn)效率高，操作方便，工件精度也能滿足要求。通過對上述三種方案的分析比較，該件的沖壓生產(chǎn)采用方案三為佳。

3、主要設(shè)計計算

（1）排樣方式的確定及其計算

設(shè)計級進模，首先要設(shè)計條料排樣圖。手柄的形狀具有一頭大一頭小的特點，直排時材料利用率低，應(yīng)采用直對排，如圖8.2.2手柄排樣圖所示的排樣方法，設(shè)計成隔位沖壓，可顯著地減少廢料。隔位沖壓就是將第一遍沖壓以后的條料水平方向旋轉(zhuǎn)180°，再沖第二遍，在第一次沖裁的間隔中沖裁出第二部分工件。搭邊值取2.5mm和3.5mm，條料寬度為135mm，步距離為53mm，一個步距的材料利用率為78%（計算見表8.2.1）。查板材標準，宜選950mm×1500mm的鋼板，每張鋼板可剪裁為7張條料（135mm×1500mm），每張條料可沖56個工件，故每張鋼板的材料利用率為76%。

（2）沖壓力的計算

該模具采用級進模，擬選擇彈性卸料、下出件。沖壓力的相關(guān)計算見表8.2.1。根據(jù)計算結(jié)果，沖壓設(shè)備擬選J23-25。

（3）壓力中心的確定及相關(guān)計算

計算壓力中心時，先畫出凹模型口圖，如圖8.2.3所示。在圖中將xoy坐標系建立在圖示的對稱中心線上，將沖裁輪廓線按幾何圖形分解成L1～L6共6組基本線段，用解析法求得該模具的壓力中心C點的坐標（13.57，11.64）。有關(guān)計算如表8.2.2所示。由以上計算結(jié)果可以看出，該工件沖裁力不大，壓力中心偏移坐標原點O較小，為了便于模具的加工和裝配，模具中心仍選在坐標原點O。若選用J23-25沖床，C點仍在壓力機模柄孔投影面積范圍內(nèi)，滿足要求。

（4）工作零件刃口尺寸計算

在確定工作零件刃口尺寸計算方法之前，首先要考慮工作零件的加工方法及模具裝配方法。結(jié)合該模具的特點，工作零件的形狀相對較簡單，適宜采用線切割機床分別加工落料凸模、凹模、凸模固定板以及卸料板，這種加工方法可以保證這些零件各個孔的同軸度，使裝配工作簡化。因此工作零件刃口尺寸計算就按分開加工的方法來計算，具體計算見表8.2.3所示。

（5）卸料橡膠的設(shè)計

卸料橡膠的設(shè)計計算見表8.2.4。選用的四塊橡膠板的厚度務(wù)必一致，不然會造成受力不均勻，運動產(chǎn)生歪斜，影響模具的正常工作。

4、模具總體設(shè)計

（1）模具類型的選擇

由沖壓工藝分析可知，采用級進沖壓，所以模具類型為級進模。（2）定位方式的選擇

因為該模具采用的是條料，控制條料的送進方向采用導(dǎo)料板，無側(cè)壓裝置?？刂茥l料的送進步距采用擋料銷初定距，導(dǎo)正銷精定距。而第一件的沖壓位置因為填料長度有一定余量，可以靠操作工目測來定。

（3）卸料、出件方式的選擇

因為工件料厚為1.2mm，相對較薄，卸料力也比較小，故可采用彈性卸料。又因為是級進模生產(chǎn)，所以采用下出件比較便于操作與提高生產(chǎn)效率。（4）導(dǎo)向方式的選擇

為了提高模具壽命和工件質(zhì)量，方便安裝調(diào)整，該級進模采用中間導(dǎo)柱的導(dǎo)向方式。

5、主要零部件設(shè)計

（1）工作零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計

①落料凸模

結(jié)合工件外形并考慮加工，將落料凸模設(shè)計成直通式，采用線切割機床加工，2個M8螺釘固定在墊板上，與凸模固定板的配合按H6/m5。其總長L可按公式2.9.2計算：L=20+14+1.2+28.8=64mm具體結(jié)構(gòu)可參見圖8.2.4（a）所示。

②沖孔凸模

因為所沖的孔均為圓形，而且都不屬于需要特別保護的小凸模，所以沖孔凸模采用臺階式，一方面加工簡單，另一方面又便于裝配與更換。其中沖5個φ5的圓形凸?？蛇x用標準件BⅡ型式（尺寸為5.15×64）。沖φ8mm孔的凸模結(jié)構(gòu)如圖8.2.4（b）所示。

③凹模

凹模采用整體凹模，各沖裁的凹?？拙捎镁€切割機床加工，安排凹模在模架上的位置時，要依據(jù)計算壓力中心的數(shù)據(jù)，將壓力中心與模柄中心重合。其輪廓尺寸可按公式2.9.3、2.9.4計算：

凹模厚度H=kb=0.2×127mm=25.4mm（查表2.9.5得k=0.2）

凹模壁厚c=（1.5～2）H=38～50.8mm

取凹模厚度H=30mm，

凹模壁厚c=45mm，

凹模寬度B=b+2c=（127+2×45）mm=217mm

凹模長度L取195mm（送料方向）

凹模輪廓尺寸為195mm×217mm×30mm，結(jié)構(gòu)如圖8.2.4（c）所示。（2）定位零件的設(shè)計

落料凸模下部設(shè)置兩個導(dǎo)正銷，分別借用工件上φ5mm和φ8mm兩個孔作導(dǎo)正孔。φ8mm導(dǎo)正孔的導(dǎo)正銷的結(jié)構(gòu)如圖8.2.5所示。導(dǎo)正應(yīng)在卸料板壓緊板料之前完成導(dǎo)正，考慮料厚和裝配后卸料板下平面超出凸模端面lmm，所以導(dǎo)正銷直線部分的長度為1.8mm。導(dǎo)

正銷采用H7/r6安裝在落料凸模端面，導(dǎo)正銷導(dǎo)正部分與導(dǎo)正孔采用H7/h6配合。

起粗定距的活動擋料銷、彈簧和螺塞選用標準件，規(guī)格為8×16。

（3）導(dǎo)料板的設(shè)計

導(dǎo)料板的內(nèi)側(cè)與條料接觸，外側(cè)與凹模齊平，導(dǎo)料板與條料之間的間隙取1mm，這樣就可確定了導(dǎo)料板的寬度，導(dǎo)料板的厚度按表2.9.7選擇。導(dǎo)料板采用45鋼制作，熱處理硬度為40～45HRC，用螺釘和銷釘固定在凹模上。導(dǎo)料板的進料端安裝有承料板。

（4）卸料部件的設(shè)計

①卸料板的設(shè)計

卸料板的周界尺寸與凹模的周界尺寸相同，厚度為14mm。

卸料板采用45鋼制造，淬火硬度為40～45HRC。

②卸料螺釘?shù)倪x用

卸料板上設(shè)置4個卸料螺釘，公稱直徑為12mm，螺紋部分為M10×10mm。卸料

釘尾部應(yīng)留有足夠的行程空間。卸料螺釘擰緊后，應(yīng)使卸料板超出凸模端面lmm，有誤差時通過在螺釘與卸料板之間安裝墊片來調(diào)整。

（5）模架及其它零部件設(shè)計

該模具采用中間導(dǎo)柱模架，這種模架的導(dǎo)柱在模具中間位置，沖壓時可防止由于偏心力矩而引起的模具歪斜。以凹模周界尺寸為依據(jù)，選擇模架規(guī)格。

導(dǎo)柱d/mm×L/mm分別為φ28×160，φ32×160；

導(dǎo)套d/mm×L/mm×D/mm分別為φ28×115×42，φ32×115×45。

上模座厚度H上模取45mm，

上模墊板厚度H墊取10mm，

固定板厚度H固取20mm，

下模座厚度H下模取50mm，

那么，該模具的閉合高度：

H閉=H上模＋H墊＋L＋H＋H下模－h(huán)2=（45＋10＋64＋30＋50－2）mm=197mm

式中

L——凸模長度，L=64mm；

H——凹模厚度，H=30mm；

h2——凸模沖裁后進入凹模的深度，h2=2mm。

可見該模具閉合高度小于所選壓力機J23-25的最大裝模高度（220mm），可以使用。

6、模具總裝圖

通過以上設(shè)計，可得到如圖8.2.6所示的模具總裝圖。模具上模部分主要由上模板、墊板、凸模（7個）、凸模固定板及卸料板等組成。卸料方式采用彈性卸料，以橡膠為彈性元件。下模部分由下模座、凹模板、導(dǎo)料板等組成。沖孔廢料和成品件均由漏料孔漏出。

條料送進時采用活動擋料銷13作為粗定距，在落料凸模上安裝兩個導(dǎo)正銷4，利用條料上φ5mm和φ8孔作導(dǎo)正銷孔進行導(dǎo)正，以此作為條料送進的精確定距。操作時完成第一步?jīng)_壓后，把條料抬起向前移動，用落料孔套在活動擋料銷13上，并向前推緊，沖壓時凸模上的導(dǎo)正銷4再作精確定距?；顒訐趿箱N位置的設(shè)定比理想的幾何位置向前偏移0.2mm，沖壓過程中粗定位完成以后，當(dāng)用導(dǎo)正銷作精確定位時，由導(dǎo)正銷上圓錐形斜面再將條料向后拉回約0.2mm而完成精確定距。用這種方法定距，精度可達到0.02mm。

7、沖壓設(shè)備的選定

通過校核，選擇開式雙柱可傾壓力機J23-25能滿足使用要求。其主要技術(shù)參數(shù)如下：

公稱壓力：250KN

滑塊行程：65mm

最大閉合高度：270mm

最大裝模高度：220mm

工作臺尺寸（前后×左右）：370mm×560mm

墊板尺寸（厚度×孔徑）：50mm×200mm

模柄孔尺寸：φ40mm×60mm

最大傾斜角度：30°