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變壓器墊板沖壓工藝及模具設(shè)計
1 緒 論
目前，我國沖壓技術(shù)與工業(yè)發(fā)達國家相比還相當?shù)穆浜?，主要原因是我國在沖壓基礎(chǔ)理論及成形工藝、模具標準化、模具設(shè)計、模具制造工藝及設(shè)備等方面與工業(yè)發(fā)達的國家尚有相當大的差距，導致我國模具在壽命、效率、加工精度、生產(chǎn)周期等方面與工業(yè)發(fā)達國家的模具相比差距相當大。
1.1沖壓的概念、特點及應(yīng)用
壓力，使其產(chǎn)生分離或塑性變形，從而獲得所需零件（俗稱沖壓或沖壓件）的一種壓力加工方法。沖壓通常是在常溫下對材料進行冷變形加工，且主要采用板料來加工成所需零件，所以也叫冷沖壓或板料沖壓。沖壓是材料壓力加工或塑性加工的主要方法之一，隸屬于材料成型工程術(shù)。
沖壓所使用的模具稱為沖壓模具，簡稱沖模。沖模是將材料（金屬或非金屬）批量加工成所需沖件的專用工具。沖模在沖壓中至關(guān)重要，沒有符合要求的沖模，沖壓是利用安裝在沖壓設(shè)備（主要是壓力機）上的模具對材料施加批量沖壓生產(chǎn)就難以進行；沒有先進的沖模，先進的沖壓工藝就無法實現(xiàn)。沖壓工藝與模具、沖壓設(shè)備和沖壓材料構(gòu)成沖壓加工的三要素，只有它們相互結(jié)合才能得出沖壓件。
與機械加工及塑性加工的其它方法相比，沖壓加工無論在技術(shù)方面還是經(jīng)濟方面都具有許多獨特的優(yōu)點。主要表現(xiàn)如下。
(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，高速壓力要每分鐘可達數(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。
（2）沖壓時由于模具保證了沖壓件的尺寸與形狀精度，且一般不破壞沖壓件的表面質(zhì)量,而模具的壽命一般較長,所以沖壓的質(zhì)量穩(wěn)定,互換性好,具有“一模一樣”的特征。
（3）沖壓可加工出尺寸范圍較大、形狀較復雜的零件，如小到鐘表的秒表，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，沖壓件的成本較低。
沖壓地、在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，尤其是大批量生產(chǎn)中應(yīng)用十分廣泛。相當多的工業(yè)部門越來越多地采用沖壓法加工產(chǎn)品零部件，如汽車、農(nóng)機、儀器、儀表、電子、航空、航天、家電及輕工等行業(yè)。在這些工業(yè)部門中，沖壓件所占的比重都相當?shù)拇?，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(xiàn)在大多數(shù)也被質(zhì)量輕、剛度好的沖壓件所代替。因此可以說，如果生產(chǎn)中不諒采用沖壓工藝，許多工業(yè)部門要提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本、快速進行產(chǎn)品更新?lián)Q代等都是難以實現(xiàn)的。
1.2 國內(nèi)模具發(fā)展現(xiàn)狀方向以及沖壓技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展方向
1.2.1國內(nèi)模具的現(xiàn)狀
我國模具近年來發(fā)展很快，據(jù)不完全統(tǒng)計，2003年我國模具生產(chǎn)廠點約有2萬多家，從業(yè)人員約50多萬人，2004年模具行業(yè)的發(fā)展保持良好勢頭，模具企業(yè)總體上訂單充足，任務(wù)飽滿，2004年模具產(chǎn)值530億元。進口模具18.13億?美元，出口模具4.91億美元，分別比2003年增長18%、32.4%和45.9%。進出口之比2004年為3.69:1，進出口相抵后的進凈口達13.2億美元，為凈進口量較大的國家。
在2萬多家生產(chǎn)廠點中，有一半以上是自產(chǎn)自用的。在模具企業(yè)中，產(chǎn)值過億元的模具企業(yè)只有20多家，中型企業(yè)幾十家，其余都是小型企業(yè)。?近年來，?模具行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和體制改革步伐加快，主要表現(xiàn)為：大型、精密、復雜、長壽命中高檔模具及模具標準件發(fā)展速度快于一般模具產(chǎn)品；專業(yè)模具廠數(shù)量增加，能力提高較快；"三資"及私營企業(yè)發(fā)展迅速；國企股份制改造步伐加快等。
雖然說我國模具業(yè)發(fā)展迅速，但遠遠不能適應(yīng)國民經(jīng)濟發(fā)展的需要。我國尚存在以下幾方面的不足:
第一，體制不順，基礎(chǔ)薄弱。 “三資”企業(yè)雖然已經(jīng)對中國模具工業(yè)的發(fā)展起了積極的推動作用，私營企業(yè)近年來發(fā)展較快，國企改革也在進行之中，但總體來看，體制和機制尚不適應(yīng)市場經(jīng)濟，再加上國內(nèi)模具工業(yè)基礎(chǔ)薄弱，因此，行業(yè)發(fā)展還不盡如人意，特別是總體水平和高新技術(shù)方面。
第二，開發(fā)能力較差，經(jīng)濟效益欠佳.我國模具企業(yè)技術(shù)人員比例低，水平較低，且不重視產(chǎn)品開發(fā)，在市場中經(jīng)常處于被動地位。我國每個模具職工平均年創(chuàng)造產(chǎn)值約合1萬美元，國外模具工業(yè)發(fā)達國家大多是15～20萬美元，有的高達25～30萬美元，與之相對的是我國相當一部分模具企業(yè)還沿用過去作坊式管理，真正實現(xiàn)現(xiàn)代化企業(yè)管理的企業(yè)較少。
第三，工藝裝備水平低，且配套性不好，利用率低．雖然國內(nèi)許多企業(yè)采用了先進的加工設(shè)備，但總的來看裝備水平仍比國外企業(yè)落后許多，特別是設(shè)備數(shù)控化率和CAD/CAM應(yīng)用覆蓋率要比國外企業(yè)低得多。由于體制和資金等原因，引進設(shè)備不配套，設(shè)備與附配件不配套現(xiàn)象十分普遍，設(shè)備利用率低的問題長期得不到較好解決。裝備水平低，帶來中國模具企業(yè)鉗工比例過高等問題。
第四，專業(yè)化、標準化、商品化的程度低、協(xié)作差． 由于長期以來受“大而全”“小而全”影響，許多模具企業(yè)觀念落后，模具企業(yè)專業(yè)化生產(chǎn)水平低，專業(yè)化分工不細，商品化程度也低。目前國內(nèi)每年生產(chǎn)的模具，商品模具只占45%左右，其馀為自產(chǎn)自用。模具企業(yè)之間協(xié)作不好，難以完成較大規(guī)模的模具成套任務(wù)，與國際水平相比要落后許多。模具標準化水平低，標準件使用覆蓋率低也對模具質(zhì)量、成本有較大影響，對模具制造周期影響尤甚。
第五，模具材料及模具相關(guān)技術(shù)落后．模具材料性能、質(zhì)量和品種往往會影響模具質(zhì)量、壽命及成本，國產(chǎn)模具鋼與國外進口鋼相比，無論是質(zhì)量還是品種規(guī)格，都有較大差距。塑料、板材、設(shè)備等性能差，也直接影響模具水平的提高。
1.2.2國內(nèi)模具的發(fā)展趨勢
巨大的市場需求將推動中國模具的工業(yè)調(diào)整發(fā)展。雖然我國的模具工業(yè)和技術(shù)在過去的十多年得到了快速發(fā)展，但與國外工業(yè)發(fā)達國家相比仍存在較大差距，尚不能完全滿足國民經(jīng)濟高速發(fā)展的需求。未來的十年，中國模具工業(yè)和技術(shù)的主要發(fā)展方向包括以下幾方面:????
1） 模具日趨大型化；???
2）在模具設(shè)計制造中廣泛應(yīng)用CAD/CAE/CAM技術(shù)；??
3）模具掃描及數(shù)字化系統(tǒng)；???
4）在塑料模具中推廣應(yīng)用熱流道技術(shù)、氣輔注射成型和高壓注射成型技術(shù)；?
5）提高模具標準化水平和模具標準件的使用率；???
6）發(fā)展優(yōu)質(zhì)模具材料和先進的表面處理技術(shù)；???
7）模具的精度將越來越高；?
8）模具研磨拋光將自動化、智能化；??
9）研究和應(yīng)用模具的高速測量技術(shù)與逆向工程；??
10）開發(fā)新的成形工藝和模具。
1.2.3沖壓標準化及專業(yè)化生產(chǎn)方面
模具的標準化及專業(yè)化生產(chǎn)，已得到模具行業(yè)和廣泛重視。因為沖模屬單件小批量生產(chǎn)，沖模零件既具的一定的復雜性和精密性，又具有一定的結(jié)構(gòu)典型性。因此，只有實現(xiàn)了沖模的標準化，才能使沖模和沖模零件的生產(chǎn)實現(xiàn)專業(yè)化、商品化，從而降低模具的成本，提高模具的質(zhì)量和縮短制造周期。目前，國外先進工業(yè)國家模具標準化生產(chǎn)程度已達70%~80%，模具廠只需設(shè)計制造工作零件，大部分模具零件均從標準件廠購買，使生產(chǎn)率大幅度提高。模具制造廠專業(yè)化程度越不定期越高，分工越來越細，如目前有模架廠、頂桿廠、熱處理廠等，甚至某些模具廠僅專業(yè)化制造某類產(chǎn)品的沖裁模或彎曲模，這樣更有利于制造水平的提高和制造周期的縮短。我國沖模標準化與專業(yè)化生產(chǎn)近年來也有較大發(fā)展，除反映在標準件專業(yè)化生產(chǎn)廠家有較多增加外，標準件品種也有擴展，精度亦有提高。但總體情況還滿足不了模具工業(yè)發(fā)展的要求，主要體現(xiàn)在標準化程度還不高（一般在40%以下），標準件的品種和規(guī)格較少，大多數(shù)標準件廠家未形成規(guī)?；a(chǎn)，標準件質(zhì)量也還存在較多問題。另外，標準件生產(chǎn)的銷售、供貨、服務(wù)等都還有待于進一步提高。
1.3 變壓器墊片沖孔落料模具設(shè)計與制造方面
1.3.1 變壓器墊片沖孔落料模具設(shè)計的設(shè)計思路
沖裁是沖壓工藝的最基本工序之一，它是利用模具使板料沿著一定的輪廓形狀產(chǎn)生分離的一種沖壓工序。它包括落料、沖孔、切邊、修邊、切舌、剖切等工序，其中落料和沖孔是最常見的兩種工序。沖裁在沖壓加工中應(yīng)用極廣。它既可直接沖出成品零件，還可以對已成形的工件進行再加工。普通沖裁加工出來的制件的精度不高，一般情況下，沖裁件的尺寸精度應(yīng)在IT12級以下，不宜高于IT10級。
只有加強沖裁變形基礎(chǔ)理論的研究，才能提供更加準確、實用、方便的計算方法，才能正確地確定沖裁工藝參數(shù)和模具工作部分的幾何形狀與尺寸，解決沖裁變形中出現(xiàn)的各種實際問題，
變壓器墊片是典型的沖壓件，該模具工作過程很簡單就是沖孔和落料，根據(jù)零件圖的結(jié)構(gòu)和尺寸精度以及材料的性能確定完成該沖件所需要的模具類型.綜合考慮各種因素后采用復合模。根據(jù)計算的結(jié)果和選用的標準模架，判斷此次沖裁能不能采用標準的模架。為了保證制件的順利加工和順利取件，模具必須有足夠高度。要改變模具的高度，只有從改變導柱和導套的高度,改變導柱和導套的高度的同時,還要注意保證導柱和導套的強度. 導柱和導套的高度可根據(jù)沖裁凸凹模與落料凹模工作配合長度決定．設(shè)計時可能高度出現(xiàn)誤差，應(yīng)當邊試沖邊修改高度。
1.3.2變壓器墊片沖壓模具設(shè)計的進度
1.了解目前國內(nèi)外沖壓模具的發(fā)展現(xiàn)狀，所用時間10天；
2.確定加工方案，所用時間5天；
3.模具的設(shè)計，所用時間30天；
4．模具的調(diào)試．所用時間5天．
2 變壓器墊片沖壓工藝性的分析
工件名稱：變壓器墊片
生產(chǎn)批量：大批量
材料：硅鋼片
材料厚度：0.35mm
工件圖：如圖1
圖1 零件圖 圖1零件圖
該零件是襯板，該零件對材料的性能要求不是很高，硅鋼片該零件的材料滿足使用要求。
外形落料的工藝性：變壓器墊片料厚0.35mm，外形復雜程度一般，尺寸精度要求一般。因此，可采用落料工藝獲得。
沖孔工藝性：兩個直徑4的圓，這類孔的形狀較規(guī)則，尺寸精度要求一般，可采用沖孔獲得。
此工件只有外形落料和沖孔兩個工序，圖1所示零件尺寸均為未標注公差的一般尺寸，按GB1804—79規(guī)定取IT14級，符合一般復合模的經(jīng)濟精度要求。
綜上分析可知，圖1零件具有較好的沖壓工藝性，適合沖壓生產(chǎn)。
3 分析比較和確定工藝方案
墊片零件所需的基本沖壓工序為沖孔和落料，可擬定以下三種工藝方案。方案一：采用單工序模分兩次工序進行沖壓。
工序1：沖出墊片的外形輪廓。
工序2：沖出直徑4的圓孔。
方案二：采用沖孔落料復合模。
方案三：采用沖孔落料級進模。
各個方案優(yōu)缺點的分析比較:
方案一的特點是化整為零，將原先很復雜的工件形狀分解成兩類形狀規(guī)則的內(nèi)孔和一個外形輪廓，三個形狀較簡單的單元從而簡化了模具刃口形狀，使模具制造簡便。另外，各次工序所需的沖壓力小了，可以解決沖壓設(shè)備噸位不夠的問題。
這個方案的缺點是需要兩次沖壓工序，多工序沖裁時，生產(chǎn)效率低累積誤差大，與本零件生產(chǎn)批量大相矛盾。此外，該方案在完成沖壓生產(chǎn)過程中，增大沖壓工人的勞動強度。
方案二的優(yōu)點是沖壓件內(nèi)外形相對位置及零件尺寸和一致性非常好，制件精度高；制件表面平直；適宜沖制薄料，模具結(jié)構(gòu)緊湊，要求壓力機工作臺面的面積較小，缺點是凸凹模壁厚受到限制，尺寸不能太小。
方案三的特點是構(gòu)成連續(xù)模的零件數(shù)量多，結(jié)構(gòu)復雜。模具制造與裝配難度大，精度要求高，步距控制精確，準修方便。剛性大，對有關(guān)模具零件材料及熱處理要求高，僅適合中小型零件的大批量生產(chǎn)。
襯板零件的空間距離和孔邊距離遠大于零件要求的最小壁厚1mm。該沖壓件的料厚為0.35mm，屬于薄料，切尺寸較大，綜合考慮模具結(jié)構(gòu)和模具生產(chǎn)經(jīng)濟性等因素，該沖壓件采用方案二較為合理。
4 模具結(jié)構(gòu)型式的選擇
4.1 模具結(jié)構(gòu)型式
根據(jù)上述分析，該零件采用復合模。若采用倒裝式復合模，沖孔廢料可以通過凸凹模，從壓力機工作臺孔中漏出，工件由上面的凹模帶上后，由推件裝置推出。板料由下模的卸料裝置脫出，這樣操作方便而且安全能保證較高的生產(chǎn)率。而正裝式復合模，沖孔廢料推件裝置向上推出，板料由上模卸料裝置脫出三者混雜在一起，如果萬一來不及排除廢料或工件而進行下一次沖壓，就統(tǒng)一崩裂模具刃口。
因此，該襯板沖件復合模采用倒裝結(jié)構(gòu)。
4.2 推件裝置
在倒裝式復合模中，沖裁后工件在上部分的落料凹模內(nèi)，需由剛性或彈性推件裝置推出。
根據(jù)生產(chǎn)實際經(jīng)驗，該工件是厚度大于0.3mm的板料,故這副模具采用剛性推件裝置。
4.3 卸料裝置
倒裝復合模沖裁時，板料將卡在凸凹模外緣。因此，需要在下模座裝卸料裝置。
在下模的彈性卸料裝置有三種形式：一種是將彈性零件，裝設(shè)在卸料板與凸凹模固定板之間；另一種是將彈性零件裝設(shè)在下模座板下面。由于，墊片的板料卸料力不大，故采用前一種結(jié)構(gòu)，并且使用橡皮作為彈性零件。
4.4 導向裝置
為確保零件的質(zhì)量及穩(wěn)定性，選用導柱導套導向。
4.5 定位裝置
為限定毛坯（條料或塊料）送進步距和和送入沖模的毛坯有正確的位置，以保證沖出合格的工件。條料或毛坯在模具中的定位：一是送料方向上的定位，用來控制送料的進距，即通常所說的擋料；二是在與送料方向垂直方向的定位，通常稱為導料。因此，必須根據(jù)不同的條料（毛坯）和模具結(jié)構(gòu)，采用相應(yīng)型式的定位裝置。定位零件的定位至少應(yīng)有三個支承點，即兩個導向點和一個定距點。定位的支承點（面）之間應(yīng)有足夠的距離，保證條料或毛坯定位穩(wěn)定。
結(jié)合本副模具，采用導料銷導料。由于該沖裁件條料的寬度公差不大，條料厚度相對較薄。因此，不需要在導尺一側(cè)上裝側(cè)壓裝置，即采用無側(cè)壓裝置。該模具是倒裝復合模，為了模具的工作方便，提高生產(chǎn)效率。所以，采用活動擋料銷來限定條料送進距離。該活動擋料銷的特點是：擋料銷的后端帶有彈簧，沖壓時擋料銷被壓入孔內(nèi)，模具開起時，又抬起為送料定位，工作很方便。
綜上，本副模具采用導料銷和活動擋料銷對毛坯進行定位。
5 工藝計算
5.1 排樣設(shè)計及毛坯尺寸計算
5.1.1 確定零件的排樣方案
設(shè)計模具時，條料的排樣方案很重要。合理的排樣應(yīng)是在保證制件質(zhì)量，有利于簡化模具結(jié)構(gòu)的前提下，以最少的材料消耗，沖出最多的合格制件。為提高模具的使用壽命，保證沖裁件的質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本。該襯板零件，采用有廢料直排的排樣方法，排樣方案如圖2所示。
圖2 排樣圖
5.1.2條料寬度、導尺間寬度的計算
查表2.9得沖裁件與沖裁件之間的搭邊值：a=2.2mm ,a1=2.5mm。
查表2.10得條料寬度的極限下偏差：△=-0.08mm。
查表2.12得送料最小間隙C=0.5mm（采用無側(cè)壓裝置）。
由模具結(jié)構(gòu)型式可知，該副模具采用無側(cè)壓裝置，導料板和擋料銷進行定位的結(jié)構(gòu)形式。故條料的寬度和導尺間距離可由下列公式【2】計算：
條料寬度： B-0Δ=[Dmax+2a+C] -0Δ
導尺間的距離：
A=B+C= Dmax +2a+2C
式中： B—條料寬度的基本尺寸（mm）；
Dmax—垂直于送料方向的工件最大尺寸（mm）;
a—側(cè)搭邊最小值(mm)可參考表2.9;
C—條料與導尺間的最小間隙(mm);
—條料寬度的單向極限偏差(mm);
代入數(shù)據(jù)得：條料寬度： B-0Δ=64.90-0.08mm
導料板間距離：A=65.4mm
5.1.3材料利用率的計算
材料利用率是衡量合理利用材料的指標,材料的利用率通常是以一個步距內(nèi)零件的實際面積與所用毛坯面積的百分率來表示.
條料的利用率由公式:
式中: S1—一個步距內(nèi)零件的實際面積(mm2);
S0—一個步距內(nèi)毛坯的實際面積(mm);
A—送料步距(mm);
B—條料寬度;
代入數(shù)據(jù)得: =60.5％.
5.2 沖裁工序總力的計算
由工件結(jié)構(gòu)和前面所確定的沖壓方案可知，本工件的沖裁力包括以下部分：
沖兩個直徑4的圓孔的力F1，沖外形輪廓的力F2，采用彈性卸料裝置和下出料方式的卸料力FX、推件力FT
考慮到模具刃部被磨損，凸凹模間隙不均勻和波動，材料力學性能及材料厚度偏差等因素的影響，實際計算沖裁力時按下面公式：
F=KLtτb
式中 :
F—沖裁力（kN）
L—沖裁件剪切周邊長度（mm）
t—沖裁件材料厚度（mm）
τ—被沖材料的抗剪強度(MPa)
K—系數(shù)，一般取1.3。
為方便計算,可由下面公式代替上式:
F=KLtτb≈Ltσb
σb— 材料抗拉強度(MPa)
查資料 得σb=490 Mpa
F2= Ltσb=80.38×2×490=78.78 KN
F1= Ltσb=53.4×2×490=52.33 KN
推件力、卸料力可由以下公式計算:
FT=n KT F3 FX=kX F3
式中
Kt—推件力系數(shù),查表2.7 得Kt=0.05;
KX—卸料力系數(shù),由手冊查得KX=0.04;
n—同時卡在凹模的工件(取n=1);
代入數(shù)據(jù)得: FT = 1×0.05×197.64=9.88 KN
FX=0.04×197.64=7.91 KN
沖裁工序總力:
FZ=FI+F2+F3+FX+FZ=52.33+78.78+197.64+7.91+9.88=346.54KN
5.3 初選壓力機
根據(jù)模具的結(jié)構(gòu)型式，綜合考慮模具的總體結(jié)構(gòu)尺寸以及沖裁工序總力。查文獻[3]初選開式可傾壓力機，其型號為JD23-35、JG23—40見表一：
型號
公稱壓力/kN
滑塊行程/mm
最大封閉高度/mm
工作臺尺寸/mm
滑塊底面尺寸/mm
封閉高度調(diào)節(jié)量/mm
JD23-35
350
100
250
400×610
210×255
75
JG23-40
400
100
300
460×700
270×320
80
5.4 壓力中心的計算
模具的壓力中心就是沖壓力合力的作用點。為了保證壓力機和模具的正常工作，應(yīng)使模具的壓力中心與壓力機的中心滑塊中心線重合。否則，沖壓時滑塊就會承受偏心載荷，導致滑塊導軌與模具的導向部分不正常的磨損，還會使合理的間隙得不到保證，從而影響制件的質(zhì)量和降低模具的壽命，甚至損壞模具。
在實際的生產(chǎn)中，可能會出現(xiàn)由于工件的形狀特殊或排樣特殊。從模具設(shè)計與制造考慮不宜使壓力中心與模柄中心線相重合，這時應(yīng)注意使壓力中心的偏離不致超出所選壓力機允許的范圍。
變壓器墊板零件屬于對稱的零件，對稱沖件的壓力中心均位于其輪廓的幾何中心上。在生產(chǎn)中，常用懸掛法確定復雜沖件的壓力中心。其具體做法：用勻質(zhì)金屬絲沿沖裁輪廓彎制成模擬件，然后用裁縫線講模擬件懸掛起來，并從吊點做鉛垂線；在取模擬件的另一點，以同樣的方法做另一鉛垂線，兩垂線的交點即為壓力中點。
5.5 確定凸凹模間隙，計算凸凹刃口尺寸
5.5.1凸凹模刃口尺寸的計算基本原則
凸凹模間隙的存在是使沖裁件斷面都有帶錐度，多以沖裁件尺寸的測量和使用中，都是以光亮帶的尺寸為基準，落料件的光亮帶是因為凹模刃口擠切材料產(chǎn)生的，沖孔件的光亮帶是由于凸模刃口擠切材料產(chǎn)生的，一次設(shè)計凸凹模刃口應(yīng)區(qū)別沖孔和落料，并遵循以下原則：
（1）先確定基準模刃口尺寸
設(shè)計落料模先確定凹模刃口尺寸，間隙取在凸模上，沖裁間隙通過減小凸模尺寸而獲得，設(shè)計沖孔模先確定凹模尺寸，間隙取在凹模上，沖裁間隙通過增大凹模間隙獲得。
（2）遵循沖模在使用過程中的磨損規(guī)律
沖裁過程中，凸凹模與沖裁零件或廢料發(fā)生摩擦，凸模輪廓越磨越小，凹模輪廓越磨越大，凸凹模間隙越磨越大，設(shè)計落料模具時，凹?；境叽鐟?yīng)取接近或等于工件的最小尺寸。設(shè)計沖孔模具時，凸?；境叽缵A取接近或等于工件孔的最大極限尺寸。不管沖孔還是落料，沖裁間隙一般選取最小合理間隙值。
（3）考慮工件精度與模具精度的關(guān)系
選擇模具刃口制造公差時，要考慮工件精度與模具精度的關(guān)系。既要保證工件的精度要求，也要保證有合理的間隙值，一般取沖模精度較工件精度高2-4級。
（4）公差標注遵循‘入體“原則
工件尺寸公差與沖模刃口尺寸的制造偏差原則上都要按入體原則標注單向公差。
5.5.2凸凹模間隙的確定
沖裁間隙對沖裁件質(zhì)量、沖裁力、具壽命等都有很大的影響。設(shè)計模具時，應(yīng)選用合理間隙值。生產(chǎn)中，通常是選擇一個適當?shù)姆秶鳛楹侠黹g隙。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）?？紤]到生產(chǎn)過程中的磨損使間隙變大，故設(shè)計與制造模具時，通常采用最小合理間隙Zmin。
在保證沖裁件斷面質(zhì)量和尺寸精度的前提下，使模具壽命最高,選用較大間隙的模具,查表2—4得，沖裁模刃口最大雙面間隙Zmax=0.060mm,最小雙面合理間隙Zmin=0.040mm。
5.5.3 落料凸凹模刃口尺寸的計算
沖孔時應(yīng)以凸模為基準來配作凹模，分三種情況分別計算。
第一種：凸模磨損后，沖裁件尺寸變大，其凸凹模刃口尺寸計算公式如下：
A凸=（A-x△）
A凹=(A - x△-Zmin)
第二種：凸模磨損后，沖裁件尺寸變小，其凸凹模刃口尺寸計算公式如下：
B凸=（B+x△）
B凹=(B+x△+Zmin)
第三種：凸模磨損后，尺寸沒有發(fā)生變化，其凸凹模刃口尺寸計算公式如下：
C凸=C凹=C±δ凸
以上各式中 A凸 B凸 C凸 ——凸模尺寸
A凹 B凹 C凹 ——凹模尺寸
A B C ——相對應(yīng)的沖裁件基本尺寸
△ ——沖裁件的公差
δ凸 δ凹 ——凸凹模制造偏差根據(jù)經(jīng)驗一般取△/4
查表2.4而知：Zmin = 0.040 Zmax = 0.060
Zma–Zmin=0.020
因為模具的精度等級為IT14級 取 X = 0.5
經(jīng)查表得：
δ凸=0.020 δ凹=0.020
由于沖裁時凸模磨損后沖裁件的尺寸變小，所以才用第二種方法， 則有公式計算沖孔時凸凹模的尺寸：
B凸=（B+x△）
B凹=(B+x△+Zmin)
可以算得沖圓孔時B凸=4.020-0.040
B凹=4.060+0。040 圖3沖圓孔凸模尺寸圖
5.5.4 落料凸凹模尺寸計算：
落料時以落料凹模為基準配作凸模，并按照凹模磨損后尺寸變化的大小，或不變的規(guī)律分三種情況計算。
第一種：凹模磨損后，沖裁件尺寸變大，其凸凹模刃口尺寸計算公式如下：
A凹=（A-x△）
A凸=(A - x△-Zmin)
第二種：凹模磨損后，沖裁件尺寸變小，其凸凹模刃口尺寸計算公式如下：
B凹=（B+x△）
B凸 =(B+x△+Zmin)
第三種：凹模磨損后，沖裁件尺寸不變，其凸凹模刃口尺寸計算公式如下：
C凸=C凹=C±δ凹
以上各式中 A凸 B凸 C凸 ——凸模尺寸
A凹 B凹 C凹 ——凹模尺寸
A B C ——相對應(yīng)的沖裁件基本尺寸
△ ——沖裁件的公差
δ凸 δ凹 ——凸凹模制造偏差根據(jù)經(jīng)驗一般取△/4
根據(jù)圖紙，我們得知，凹模磨損后，尺寸變大。
我們查表得x1=x2=x3=0.5, δ凸=0.020 δ凹=0.030
圖4落料凹模
我們根據(jù)公式計算各個尺寸：
A1=（A-x△）=(28-0.5×0.020)0+0.030=27.990+0.030
B1=（B-x△) =(60-0.5×0.020)0+0.030=59.990+0.030
C1= (C-x△) =(10-0.5×0.020)0+0.030=9.990+0.030
D1= (D-x△) =(14-0.5×0.020)0+0.030=13.990+0.030
E1= (E-x△) =(16-0.5×0.020)0+0.030=15.990+0.030
凸模刃口尺寸按凸模刃口尺寸配作，保證間隙在0.020-0.040之間。通過計算我們得到凸模的尺寸：
A凸=27.990-0。020 B凸= 59.990-0。020 C凸=9.990-0。020
D凸=13.990-0。020 E凸= 15.990-0。020
圖5落料凸模刃口尺寸圖
6 設(shè)計、選用模具零部件
6.1 沖孔凸模的設(shè)計
采用直通式,直接有線切割加工。一方面加工簡單；另一方面又便于裝配與更換。其結(jié)構(gòu)由于所l沖的孔為圓形，且板料的厚度相對較薄。所以，沖孔凸模形式如圖6所示：
圖6 沖圓形孔凸模
凸模長度的計算
凸模長度一般是根據(jù)模具結(jié)構(gòu)的需要而確定的，其長度可由下列公式計算：
L=h1+h2+h3+h4
式中: h1—凸模固定板厚度（ mm）;
h2—固定卸料板厚度（mm）;
h3—導料板厚度（mm）;
h4—增加長度,它包括凸模的修模量、凸模進入凹模的深度0.5~1（mm）、凸模固定板與卸料板之間的安全距離等。一般取10~20mm。如果是彈性卸料裝置，則沒有導料板厚度這一項，其凸模長度應(yīng)根據(jù)模具的具體結(jié)構(gòu)而定。
在滿足使用要求的前提下，綜合考慮個方面因素，為提高模具制造的經(jīng)濟性。取固定板厚度為25mm,卸料板厚度為15mm,附加長度取20mm。
代入數(shù)據(jù)得凸模的長度為60mm。
凸模強度的校核
承壓能力的校核：查表3.1—9【2】得非圓形凸模承壓強度校核公式：
σk= ≤σp
式中： t—沖件材料厚度(mm)；
L—沖件輪廓長度(mm)；
Ak—接觸面積(mm2)；
τ—沖件材料抗剪強度(Mpa)；
σk—凸模刃口接觸應(yīng)力(Mpa)；
σp—凸模材料的許用應(yīng)力(Mpa)?。?.0～1.6）×103MPa;
代入數(shù)據(jù)得： σk=46.1Mpa。
故，能滿足使用要求。
穩(wěn)定能力校核：查表3.1—10【2】得非圓形凸模穩(wěn)定能力校核公式:
Ｌｍａｘ≤C1
式中 Lmax ——允許的凸模最大自由長度(mm)
F ——沖模力(N)
E——凸模材料彈性模量（Mpa）；
I0—凸模最大端斷面慣性矩（mm4）;
C1—系數(shù)查表 取1.3。
代入數(shù)據(jù)得： Ｌｍａｘ≤80.54mm 所以長度適宜。
6.2 落料凹模的設(shè)計
6.2.1 落料凹模的刃口型式
該倒裝復合模的沖件是由彈性推件裝置推出且是上出料方式。所以，凹模的結(jié)構(gòu)形式如圖6所示。采用這種結(jié)構(gòu)，推件力大，適用于沖件形狀復雜的模具。因此，比較適合本副模具。
圖7 落料凹模的刃口型式
6.2.2落料凹模外形尺寸的確定
落料凹模厚度H和壁厚C可由經(jīng)驗公式計算：
凹模高度H=KS(不小于8 mm)
垂直于送料方向的凹模寬度B
B=S+(2.5-4.0)H
送料方向上的凹模長度L
L=S1+K S2
式中：B—垂直于送料方向的凹模最大寬度(mm),但B不小于15mm。
S—垂直于送料方向上的凹模刃口間最大距離
S1 —送料方向的凹模刃口間最大距離
S2 —送料方向的凹模刃口至凹模邊緣的最小距離
K—厚度系數(shù)，考慮板料厚度的影響
查表可得：K=0.30
其中 S1 =28 S2=10.5
代入數(shù)據(jù)得：H=8.4mm 取H=8mm。
落料凹模的外形尺寸為：100mm×60mm×30mm。
6.2.3 落料凹模的結(jié)構(gòu)形式及固定方式
凹模刃口的結(jié)構(gòu)形式有整體式和鑲拼式兩種，而整體凹模刃口形狀分為直壁式。我們的工件由于結(jié)構(gòu)比較簡單，精度要求不是很高，我們采用直壁式的刃口形式。
圖8 落料凹模圖
考慮到模具進行重磨的可能性，該模具的拼塊采用螺釘固定，同時采用銷釘定位。螺釘位置必須接近孔口工作部分并參差排列。即銷釘則應(yīng)離孔口部分愈遠愈好，相對距離盡量大。
6.3 凸凹模的設(shè)計
凸凹模是復合沖裁中的一個特殊零件，其內(nèi)形刃口其沖孔凹模的作用。其內(nèi)形刃口起沖孔凹模的作用,外形刃口起到落料凸模的作用,外形按一般凸模設(shè)計,設(shè)計的關(guān)鍵是要保證內(nèi)形與外形之間的壁厚強度,對于我們采用的倒裝復合模具，若采用直壁式刃口下出件時，孔會聚積工件，所以最小壁厚要大一些。
加強凸凹模強度的方法如下:
（1）增加有效刃口以外的壁厚。
（2）采用正裝式結(jié)構(gòu)復合模，減少凸凹模?？讖U料的積存數(shù)目，減少推件力。
（3）凸凹模設(shè)計的關(guān)鍵在于保證內(nèi)形與外形之間又一定的壁厚，是凸凹模又一定的深度。
（4）對于不積聚廢料的凸凹模。其最小壁厚m為:沖裁硬材料時m≥1.5t，但不小于0.7mm；沖裁軟材料時m≥t，但 不小于0.5mm。
凸凹模設(shè)計時經(jīng)常采用鑲拼式的結(jié)構(gòu)。鑲拼結(jié)構(gòu)的設(shè)計原則：
（1）改善加工工藝性能，減小鉗工的工作量，提過模具的加工精度。
（2）便于裝配，調(diào)整和維修。拼塊之間能通過磨削或增減墊片的方法調(diào)整其間隙或保證中心距公差?？梢苑奖愕亩ㄎ唬乐乖跊_壓過程發(fā)生相對運動。
（3）滿足沖壓工藝要求，提高沖壓件質(zhì)量
為了滿足沖壓工藝要求，提高沖壓件質(zhì)量凸凹模應(yīng)以落料凹模為參考進行配做，經(jīng)計算配做間隙為0。01-0.02mm
凸凹模總高可由下列公式計算：
L=h1+h2+h
式中：h1—取5mm～8mm；
h2—卸料板厚度（mm）;
h—附加長度,一般取15-20mm;
代入數(shù)據(jù)得： L=35mm
圖9凸凹模
6.4 定位零件的設(shè)計與選用
6.4.1 擋料銷的選用
由上述可知，該模具采用的是固定擋料銷。查文獻【9】固定擋料銷選用：6×30 GB/T7649.5.
6.5 卸料與推件零件的選用
6.5.1 推桿和頂干的選用
查文獻【9】推桿選用：A16×100 GB/T7650.1
頂桿選用：10×60 GB/T7650.3
6.5.2 推件塊的設(shè)計
根據(jù)落料凹模的結(jié)構(gòu)形式，推件塊可設(shè)計成如圖12所示
圖10 推件塊
6.5.3卸料螺釘?shù)倪x用
查文獻【9】選用圓柱頭六角卸料螺釘：M10×80 GB/T7650.6
6.5.4卸料板的設(shè)計
根據(jù)凸凹模的結(jié)構(gòu)形式，卸料板可設(shè)計成如圖13所示：
圖11 卸料板
6.6 導向零件的選用
該沖裁件的形狀較為復雜，尺寸較大 。若采用導板導向裝置，則導板孔加工困難。為了避免熱處理變形，時常不進行熱處理。所以，其耐磨性差，實際上很難達到和保持穩(wěn)定的導向精度。因此，生產(chǎn)中廣泛地采用導柱導套導向。由于該沖裁件為一般的沖壓加工，采用滑動導柱導套能夠保障導向精度，即該模具采用滑動導柱導套形式。
查文獻【10】 導柱選用：B60h5×320×90 GB/T2861.2
查文獻【10】 導套選用：A60H6×170×73 GB/T2861.6
6.7 固定零件的選用
查文獻【9】 固定板選用：80×40×10
墊板選用：80×40×5
螺釘選用： M10×50 GB70
銷釘選用： 6×30 GB119
6.8 彈性元件的選用
查表11—36【12】
選用標準橡膠：D=20mm d=12.5mm H=25mm D1=58mm
6.9 模架的及模柄選用
查表3—9【10】選用標準后側(cè)導柱模架（GB/T2851.3）。
模柄：選旋入模柄（GB2862·1-81）
d= 40㎜ d1=122㎜ L=100㎜
7 模具總裝圖
7.1 模具總裝圖
圖12 模具總裝配圖
由以上設(shè)計，可得到模具的總裝圖。使用時條料沿著兩個導料銷從右向左送進，活動擋料銷控制其送料步距。上模下行，進行沖裁，導柱導套對上下模座的運動起到可靠的導向。凹模接觸擋料銷時，擋料銷被壓下，上端面與板料平齊，所以凹模是哪個不必設(shè)置讓位孔。沖裁完畢時，卡在凸凹模外的條料搭邊廢料由下模部分的彈性卸料裝置卸下，沖孔廢料由下模部分的漏料孔落下（下模積聚廢料，易將凹模脹裂），沖裁下的工件卡在上模內(nèi)，隨上模一起回程，上行到一定位置時由剛性推件裝置將工件推出。
該模具的優(yōu)點是：沖孔廢料從下模引出，工件從上模推出，易引出工件和廢料，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便安全。缺點：凸凹模內(nèi)積聚工件，脹力大，不易沖裁孔邊距離較小的沖裁件。
7.2 沖壓設(shè)備的確定
通過校核，選擇開式可傾壓力機J23—40能滿足使用要求。
公稱壓力：400KN
滑塊行程：80㎜
最大閉合高度：330㎜
連桿調(diào)節(jié)長度：65㎜
工作臺尺寸（前后×左右）：460mm×700mm
墊板厚度尺寸：60㎜
模柄孔尺寸：φ50×70mm
最大傾斜角度：35°
8結(jié)束語
變壓器墊板屬于典型的沖裁件，分析其工藝性，并確定工藝方案。根據(jù)計算確定該制件的沖裁力及模具刃口尺寸，然后選取相應(yīng)的壓力機。本設(shè)計主要是落料凸、凹模及沖孔凸、凹模的設(shè)計，需要計算凸凹模的間隙、工作零件的尺寸和公差。此外,還需要確定模具工藝零件和結(jié)構(gòu)零件以及模具的總體尺寸，然后根據(jù)上面的設(shè)計繪出模具的總裝圖。
由于在零件制造前進行了預(yù)測，分析了制件在生產(chǎn)過程中可能出現(xiàn)的缺陷，采取了相應(yīng)的工藝措施。因此，模具在生產(chǎn)零件的時候才可以減少廢品的產(chǎn)生。
變壓器墊板沖裁件的形狀結(jié)構(gòu)較為簡單，但是其尺寸相對較大不適合選用標準模架。要保證零件的順利加工和取件，模具必須有足夠的長度，因此需要改變上、下模座的長度，以達到要求。模具工作零件的結(jié)構(gòu)也較為簡單，它可以相應(yīng)的簡化模具結(jié)構(gòu)。便于以后的操作、調(diào)整和維護。
變壓器墊板沖孔落料模具的設(shè)計，是理論知識與實踐有機的結(jié)合，更加系統(tǒng)地對理論知識做了更深切貼實的闡述。也使我認識到，要想做為一名合格的模具設(shè)計人員，必須要有扎實的專業(yè)基礎(chǔ)，并不斷學習新知識新技術(shù)，樹立終身學習的觀念，把理論知識應(yīng)用到實踐中去，并堅持科學、嚴謹、求實的精神，大膽創(chuàng)新，突破新技術(shù)，為國民經(jīng)濟的騰飛做出應(yīng)有的貢獻。
致 謝
首先感謝本人的導師原國森老師，他幫我仔細審閱了本文的全部內(nèi)容并對我的畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容提出了許多建設(shè)性建議。原國森的知識，誠懇的為人，使我受益匪淺，在畢業(yè)設(shè)計的過程中，特別是遇到困難時，他給了我鼓勵和幫助，在這里我向他表示真誠的感謝！
在具體設(shè)計的過程中，我遇到了更大的困難。我不斷地給自己提出新的問題，然后去論證、推翻，再接著提出新的問題。在這個循環(huán)往復的過程中，我這篇稚嫩的設(shè)計日臻完善。每一次改進我都收獲良多，每一次修改后的成功我都能興奮好長一段時間。雖然我的設(shè)計作品不是很成熟，即使借鑒前人的很多資料仍然還有很多不足之處，但我仍然心里有一種莫大的幸福感，因為我實實在在地走過了一個完整的設(shè)計所應(yīng)該走的每一個過程，并且享受了每一個過程。畢業(yè)設(shè)計雖然很辛苦，但是在設(shè)計中不斷思考問題，研究問題，咨詢問題，一步步提高了自己，一步步完善了自己。同時也汲取了更完整的專業(yè)知識，鍛煉了自己獨立設(shè)計的能力，使我受益匪淺，我相信這些經(jīng)驗對我以后的工作一定有很大的幫助，而且也鍛煉我的吃苦耐勞的精神，讓我在這個競爭的社會里有立足之地。
三年的大學生活就快走入尾聲，我們的校園生活就要劃上句號，心中是無盡的難舍與眷戀。從這里走出，對我的人生來說，將是踏上一個新的征程，要把所學的知識應(yīng)用到實際工作中去。
????? 回首三年，取得了些許成績，生活中有快樂也有艱辛。感謝老師三年來對我孜孜不倦的教誨，對我成長的關(guān)心和愛護。在我的十幾年求學歷程里，離不開父母的鼓勵和支持，是他們辛勤的勞作，無私的付出，為我創(chuàng)造良好的學習條件，我才能順利完成完成學業(yè)，感激他們一直以來對我的撫養(yǎng)與培育。
最后，我衷心感謝各位老師的尊尊教導特別是我的指導老師原國森老師在這一段時間給予我無私的幫助和指導，并向你們致意崇高的敬意，以后到社會上我一定努力工作，不辜負你們給予我的知識和對我寄予的厚望！
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