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湖南文理學(xué)院芙蓉學(xué)院
本科生畢業(yè)設(shè)計
題 目 搖架后支架 (三)
沖壓工藝及模具設(shè)計
學(xué)生姓名 楊帆
學(xué) 號 11130113
專業(yè)班級 機(jī)自1101
指導(dǎo)老師 徐靜蓉
2015年 3 月 27 日
搖架后支架（三）沖壓工藝及模具設(shè)計
目錄
中文摘要及關(guān)鍵詞 III
英文摘要及關(guān)鍵詞 IV
第1章 工件分析 1
1.1 材料的工藝分析 1
1.2 材料選擇 2
1.3 工件結(jié)構(gòu)形狀 3
1.4 尺寸精度 3
第2章 沖裁工藝方案的確定 6
第3章 模具總體設(shè)計 7
3.1 模具類型的選擇 7
3.2 操作與定位方式 7
3.3 卸料、出件方式 7
3.4 確定送料方式 8
3.5 確定導(dǎo)向方式 8
第4章 模具工藝參數(shù)確定 9
4.1排樣設(shè)計與計算 9
4.2 搭邊值的確定 9
4.3 進(jìn)距與條料寬度計算 10
4.4 材料利用率的計算 12
第5章 計算沖壓力與壓力機(jī)的初選 13
5.1 沖裁力Fp的計算 13
5.2 卸料力Fq1的計算 14
5.3 頂件力Fq2的計算 14
5.4 總的沖壓力F的計算 14
5.5 壓力機(jī)的初選 15
第6章 模具壓力中心的確定 17
第7章 沖裁模間隙的確定 18
7.1 沖裁間隙Z 18
7.2 沖裁間隙分析 18
第8章 凹、凸模刃口尺寸的計算 19
8.1 刃口尺寸計算的基本原則 19
8.2 刃口尺寸的計算 20
8.3翻邊工作刃口尺寸 24
第9章 主要零部件的設(shè)計 26
9.1 工作零件的設(shè)計與計算 26
9.2 橡膠的選用 32
9.3 模架及其零件的設(shè)計 33
第10章 校核模具閉合高度及壓力機(jī)有關(guān)參數(shù) 35
10.1 閉合高度的計算 35
10.2 沖壓設(shè)備的選定 35
結(jié) 論 38
參考文獻(xiàn) 39
致謝 40
II
搖架后支架（三）沖壓工藝及模具設(shè)計
中文摘要及關(guān)鍵詞
摘 要：在這次設(shè)計中根據(jù)所給題目的要求，首先對沖壓件進(jìn)行了分析，分析該零件的尺寸精度得出用一般精度的模具即可滿足零件精度的要求，再從零件的形狀、尺寸標(biāo)注及生產(chǎn)批量等情況看，選擇加工方案。由于模具工業(yè)的重要性,模具成型工藝在各個工業(yè)部門得到了廣泛的應(yīng)用,使得模具行業(yè)的產(chǎn)值已經(jīng)大大超過機(jī)床刀具工業(yè)的產(chǎn)值.這一情況充分說明在國民經(jīng)濟(jì)蓬勃發(fā)展的過程中,在各個工業(yè)發(fā)達(dá)國家對世界市場進(jìn)行激烈的爭奪中,越多越多地采用模具來進(jìn)行生產(chǎn),模具工業(yè)明顯地成為技術(shù) 經(jīng)濟(jì)和國力發(fā)展的關(guān)鍵.
因此,要使國民經(jīng)濟(jì)各個部門獲得高速發(fā)展,加速實現(xiàn)社會主義四個現(xiàn)代化,就必須盡快將模具工業(yè)搞上去,使模具生產(chǎn)形成一個獨立的工業(yè)部門,從而充分發(fā)揮模具工業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中的關(guān)鍵的作用. 本設(shè)計擋片零件沖壓模具，凸凹模安裝在模具下模座上。倒裝復(fù)合模廢料清理無須二次清理，操作方便安全，生產(chǎn)效率較高。復(fù)合模與彎曲模的設(shè)計過程大致相似，復(fù)合模較彎曲模結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜。設(shè)計上主要是對凸模、凹模和凸凹模的設(shè)計，其中主要是其工作部分的尺寸設(shè)計，以保證制件的精度和質(zhì)量要求。
關(guān)鍵詞：模具 沖裁件 凸模 凹模 凸凹模
英文摘要及關(guān)鍵詞
Abstract：In this design according to the requirements of the topic, firstly, stamping parts are analyzed, the dimensional accuracy of the parts of the analysis that the general accuracy of the mould can meet the requirements of precision parts, from the shape, dimension and mass production situation, selection and processing scheme. Due to the importance of the mold industry, mold forming technology has been widely used in various industrial sectors, so that the mold industry output value has been greatly exceeded the machine tool industry output value. This fully explained in the process of national economy vigorous development, in the fierce competition for each industrial developed countries on the world market, more and more using mold for production, key technology and national economic development has become the mold industry obviously.
Therefore, to make each department of national economic high speed development, accelerate the realization of the four modernizations of socialism, we must mold industrial make up as soon as possible, so that the mold production formed an independent industrial sector, so as to give full play to the key role of mold industry in the national economy. The design of bending plate stamping bracket parts of the die, punch and die installed in the mould of the lower mould seat. Flip composite modulus waste disposal, without two clean, convenient and safe operation, high production efficiency. The design process of compound die and bending die compound die is similar, the bending die structure is more complex. The design is mainly the design of the punch, concave die and punch and die, which is mainly designed dimension of the part of the work, to ensure the precision and quality requirements.
Keywords: Molding;Blanking piece;Punch;Die punch
40
第1章 工件分析
1.1 材料的工藝分析
近年來,.由于模具技術(shù)的迅速發(fā)展, 模具設(shè)計與制造已成為一個行業(yè)越來越來引起人們的重視.模具是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中重要的工藝裝備,他在各種生產(chǎn)行業(yè),特別是沖壓和塑料成形加工中,應(yīng)用極為廣泛.我國模具工業(yè)總產(chǎn)值中,沖壓模具的產(chǎn)值約為50％.現(xiàn)代模具技術(shù)的發(fā)展,在很大程度上依賴于模具標(biāo)準(zhǔn)化的程度,優(yōu)質(zhì)模具材料的研究,先進(jìn)的模具設(shè)計和制造技術(shù),專用的機(jī)床設(shè)備及高水平的生產(chǎn)技術(shù)管理等等,但其中模具設(shè)計是至關(guān)重要的一個方面.
利用模具生產(chǎn)零件的方法已成為工業(yè)上進(jìn)行成批或大批生產(chǎn)的主要技術(shù)手段,它對于保證制品質(zhì)量,縮短試制周期,進(jìn)而爭先進(jìn)入市場,以及產(chǎn)品更新?lián)Q代和新產(chǎn)品開發(fā)都具有決定性意義.因此德國把模具成為”金屬加工中的帝王”,把模具工業(yè)視為”關(guān)鍵 工業(yè)”,美國把模具成為”美國工業(yè)的基石”,把模具工業(yè)視為”不 可估量其力量的工業(yè)”,日本把模具說成”促進(jìn)社會富裕繁榮的動力”把模具工業(yè)視為”整個工業(yè)發(fā)展的秘密”
由于模具工業(yè)的重要性,模具成型工藝在各個工業(yè)部門得到了廣泛的應(yīng)用,使得模具行業(yè)的產(chǎn)值已經(jīng)大大超過機(jī)床 刀具工業(yè)的產(chǎn)值.這一情況充分說明在國民經(jīng)濟(jì)蓬勃發(fā)展的過程中,在各個工業(yè)發(fā)達(dá)國家對世界市場進(jìn)行激烈的爭奪中,越多越多地采用模具來進(jìn)行生產(chǎn),模具工業(yè)明顯地成為技術(shù) 經(jīng)濟(jì)和國力發(fā)展的關(guān)鍵.
從我國的情況來看,不少工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量上不 去,新產(chǎn)品開發(fā)不出來,老產(chǎn)品更新速度慢,能源消耗指標(biāo)高,材料消耗量大,這些都與我國模具生產(chǎn)技術(shù)落后,沒有一個強(qiáng)大的 先進(jìn)的模具工業(yè)密切相關(guān).
因此,要使國民經(jīng)濟(jì)各個部門獲得高速發(fā)展,加速實現(xiàn)社會主義四個現(xiàn)代化,就必須盡快將模具工業(yè)搞上去,使模具生產(chǎn)形成一個獨立的工業(yè)部門,從而充分發(fā)揮模具工業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中的關(guān)鍵的作用.
沖壓生產(chǎn)靠模具和壓力機(jī)完成加工過程,與其他機(jī)械加工方法相比,其在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)方面有如下特點:
⑴沖壓加工的生產(chǎn)效率高,且操作方便,易于實現(xiàn)機(jī)械化和自動化.普通壓力機(jī)每分鐘可以生產(chǎn)十幾個零件,高速壓力機(jī)每分鐘可生產(chǎn)幾百甚至上千件零件.所以它是一種高效率的加工方法.
⑵沖壓件的尺寸精度由模具來保證,所以質(zhì)量穩(wěn)定,互換性好.
⑶沖壓可加工出尺寸范圍較大 形狀較復(fù)雜的零件,小到儀表零件,大到汽車覆蓋件,還可獲得其他加工方法難以制造的壁薄 、 質(zhì)量輕、 剛性好 、 表面質(zhì)量高 、 形狀復(fù)雜的零件.
⑷沖壓加工一般不需要加熱毛坯,也不像切削加工那樣,需大量切削金屬,所以它不但節(jié)能,而且節(jié)約金屬,故沖壓件的成本較低.
由于沖壓工藝具有上述突出的特點,因此在國民經(jīng)濟(jì)各個領(lǐng)域廣泛應(yīng)用.例如,航空航天、機(jī)械、電子通信 、交通 、兵器 、日用電器及輕工等產(chǎn)業(yè)都有沖壓加工,不但在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛才用沖壓工藝,而且可以說每個人每天都直接與沖壓產(chǎn)品發(fā)生聯(lián)系.
沖壓在現(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(dāng)多的工業(yè)部門 越來越多地才用沖壓加工方法加工零件部件,如汽車 、農(nóng)機(jī)、儀表 、儀器 、電子、航空 、航天 、軍工 、家電及輕工等行業(yè).在這些工業(yè)部門中,沖壓件所占比例相當(dāng)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(xiàn)在大多也被質(zhì)量輕 剛度好的沖壓件所代替.因此可以說,如果生產(chǎn)中不廣泛才用沖壓工藝,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(jìn)行產(chǎn)品更新?lián)Q代是難以實現(xiàn)的。
1.2 材料選擇
圖 1 支架工件圖
運用三維軟件可以得工件進(jìn)行展開，展開圖如下圖：
根據(jù)表1.1，Q235為低碳鋼，具有良好的塑性、焊接性以及壓力加工性，主要用于工程結(jié)構(gòu)和受力較小的機(jī)械零件。綜合評比均適合沖裁加工。
1.3 工件結(jié)構(gòu)形狀
工件結(jié)構(gòu)形狀相對簡單，孔與邊緣之間的距離也滿足要求，可以沖裁。
1.4 尺寸精度
零件圖上所注公差經(jīng)查標(biāo)準(zhǔn)公差表1.2為IT14級，尺寸精度較低，普通沖裁完全可以滿足要求。
根據(jù)以上分析：該零件沖裁工藝性較好，適宜沖裁加工。查公差表得各尺寸公差：
零件外形：64mm、83.5mm、21mm
零件內(nèi)形：10mm、6.2mm
表1.1黑色金屬的力學(xué)性能
材料名稱
材料牌號
材料狀態(tài)
極限強(qiáng)度
伸長率
屈服強(qiáng)度
彈性模量E/MPa
抗剪
抗拉
合金鋼
Q235
已退火的
216-304
275-383
32
177
08
255-353
324-441
32
196
186000
10F
216-333
275-412
30
186
10
255-333
294-432
29
206
194000
15F
245-363
314-451
28
15
265-373
333-471
26
225
198000
20F
275-383
333-471
26
225
196000
2O
275-392
353-500
25
245
206000
25
314-432
329-539
24
275
198000
30
353-471
441-588
22
294
197000
35
392-511
490-637
20
314
197000
40
412-530
511-657
18
333
209000
45
432-549
539-686
16
353
200000
50
432-569
539-716
14
373
216000
表1.2部分標(biāo)準(zhǔn)公差值（GB/T1800.3—1998）
公差等級
IT6
IT7
IT8
IT9
IT10
IT11
IT12
IT13
IT14
IT15
基本尺寸
/μm /mm
＞3～6
8
12
18
30
48
75
0.12
0.18
0.30
0.48
＞6～10
9
15
22
36
58
90
0.15
0.22
0.36
0.58
＞10～18
11
18
27
43
70
110
0.18
0.27
0.43
0.70
＞18～30
13
21
33
52
84
130
0.21
0.33
0.52
0.84
＞30～50
16
25
39
62
100
160
0.25
0.39
0.62
1.00
＞50～80
19
30
46
74
120
190
0.30
0.46
0.74
1.20
＞80～120
22
35
54
87
140
220
0.35
0.54
0.87
1.40
從表1.1中查出Q235
抗拉強(qiáng)度：σ=275～383Mpa
抗剪強(qiáng)度：τ=216～304Mpa
伸長率： δ=32%
分析其力學(xué)性能較好，故選擇Q235材料。
第2章 沖裁工藝方案的確定
該制件的沖裁工序包括落料和沖孔壓彎，翻邊，其沖裁加工有以下三種方案：
方案一：先沖孔，后落料 壓彎，翻邊。單工序模生產(chǎn)。
方案二：沖孔—落料復(fù)合沖壓 壓彎翻邊復(fù)合。復(fù)合模生產(chǎn)。
方案三：沖孔—落料壓彎-翻邊級進(jìn)沖壓。級進(jìn)模生產(chǎn)。
方案一模具結(jié)構(gòu)簡單，投資少，且每次沖裁所需的沖裁力較小，可以解決沖壓設(shè)備噸位不夠的問題。其缺點在于零件的精度難于保證，并且零件比較小，在第二次沖孔時，準(zhǔn)確定位不宜，容易使人受傷，生產(chǎn)率低。
方案二也只需1副模具，制件精度和生產(chǎn)效率都較高，且工件最小壁厚大于凸凹模許用最小壁厚，模具強(qiáng)度也能滿足要求。沖裁件的內(nèi)孔與邊緣的相對位置精度較高，板料的定位精度比方案三低，模具輪廓尺寸較小，制造比方案三簡單。
方案三只需一副模具，生產(chǎn)效率高，操作方便，精度也能滿足要求，但模具輪廓尺寸較大，制造復(fù)雜，成本較高。
通過對上述三種方案的分析比較,采用方案二復(fù)合模是比較合理的。
第3章 模具總體設(shè)計
3.1 模具類型的選擇
經(jīng)分析，工件尺寸精度要求不高，形狀較簡單，但工件產(chǎn)量較大，根據(jù)材料厚度，為保證沖模有較高的生產(chǎn)率，通過比較，決定實行工序集中的工藝方案，彈性卸料裝置的倒裝復(fù)合模具結(jié)構(gòu)方式。
3.2 操作與定位方式
一、操作方式
零件的生產(chǎn)批量較大，但合理安排生產(chǎn)可用手工送料方式，提高經(jīng)濟(jì)效益。
二、定位方式
因為導(dǎo)料銷和擋料銷結(jié)構(gòu)簡單，制造方便。且該模具采用的是條料，根據(jù)模具具體結(jié)構(gòu)兼顧經(jīng)濟(jì)效益，控制條料的送進(jìn)方向采用導(dǎo)料銷，控制送料步距采用固定擋料銷。
3.3 卸料、出件方式
一、卸料方式
剛性卸料與彈性卸料的比較：
剛性卸料是采用固定卸料板結(jié)構(gòu)。常用于較硬、較厚且精度要求不高的工件沖裁后卸料。當(dāng)卸料板只起卸料作用時與凸模的間隙隨材料厚度的增加而增大，單邊間隙?。?.2～0.5）t。當(dāng)固定卸料板還要起到對凸模的導(dǎo)向作用時卸料板與凸模的配合間隙應(yīng)該小于沖裁間隙。此時要求凸模卸料時不能完全脫離卸料板。主要用于卸料力較大、材料厚度大于2mm且模具結(jié)構(gòu)為倒裝的場合。
彈壓卸料板具有卸料和壓料的雙重作用，主要用于料厚小于或等于2mm的板料由于有壓料作用，沖件比較平整。卸料板與凸模之間的單邊間隙選擇（0.1～0.2）t,若彈壓卸料板還要起對凸模導(dǎo)向作用時，二者的配合間隙應(yīng)小于沖裁間隙。常用作落料模、沖孔模。
工件平直度較高，料厚為0.5mm，卸料力不大，由于彈壓卸料模具比剛性卸料模具方便，操作者可以看見條料在模具中的送進(jìn)動態(tài)，且彈性卸料板對工件施加的是柔性力，不會損傷工件表面，故可采用彈性卸料。
二、出件方式
因采用倒裝復(fù)合模生產(chǎn)，故采用彈性上出件。
3.4 確定送料方式
因選用的沖壓設(shè)備為開式壓力機(jī)，采用橫向送料方式，即由右向左送料。
3.5 確定導(dǎo)向方式
采用后側(cè)導(dǎo)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(dǎo)柱安裝在后側(cè)，工作時，偏心距會造成導(dǎo)套導(dǎo)柱單邊磨損，嚴(yán)重影響模具使用壽命，且不能使用浮動模柄。
第4章 模具工藝參數(shù)確定
4.1排樣設(shè)計與計算
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(chǎn)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(zhì)量、生產(chǎn)率、模具結(jié)構(gòu)與壽命。
根據(jù)材料經(jīng)濟(jì)利用程度，排樣方法可以分為有搭邊、少搭邊和無搭邊排樣三種，根據(jù)制件在條料上的布置形式，排樣有可以分為直排、斜排、對排、混合排、多排等多重形式。
因此有下列三種方案：
方案一：有搭邊排樣 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，但材料利用率低。
方案二：少搭邊排樣 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。
方案三：無搭邊排樣 沖件的質(zhì)量和模具壽命更低一些，但材料利用率最高。
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)和制造成本有廢料排樣的具體形式選擇直排最佳（如圖5.1所示）。
4.2 搭邊值的確定
排樣時零件之間以及零件與條料側(cè)邊之間留下的工藝余料，稱為搭邊。
搭邊的作用是補(bǔ)償定位誤差，保持條料有一定的剛度，保證零件質(zhì)量和送料方便。搭邊過大，浪費材料。搭邊過小，沖裁時容易翹曲或被拉斷，不僅會增大沖件毛刺，有時還會拉入凸、凹模間隙中損壞模具刃口，降低模具壽命?；蛴绊懰土瞎ぷ鳌４钸呏凳菑U料，所以應(yīng)盡量取小，但過小的搭邊值容易擠進(jìn)凹模，增加刃口磨損。根據(jù)制件厚度與制件的排樣方法查表5.1得：
兩制件之間搭邊值a1=2mm
側(cè)搭邊值a=2.5mm
表4.1搭邊值和側(cè)邊值
材料厚度t
手動送料
自動送料
圓形
非圓形
往復(fù)送料
a
a1
a
a1
a
a1
a
a1
1以下
1.5
1.5
2
1.5
3
2
1～2
2
1.5
2.5
2
3.5
2.5
3
2
2～3
2.5
2
3
2.5
4
3.5
3～4
3
2.5
3.5
3
5
4
4
3
4～5
4
3
5
4
6
5
5
4
5～6
5
4
6
5
7
6
2.0
5
4.3 進(jìn)距與條料寬度計算
一、送料進(jìn)距A
條料在模具上每次送進(jìn)的距離稱為送料進(jìn)距，每個進(jìn)距可沖出一個或多個零件。
A=D+a1 (5.1)
式中D——平行于送料方向的沖裁件寬度
a1——沖裁件之間搭邊值
模具相對于模架是采用從前往后的縱向送料方式,還是采用從右往左的橫向送料方式，這主要取決于凹模的周界尺寸。就本模具而言,采用縱向送料方式。
圖4.1排樣圖
二、條料寬度B計算
排樣方式和搭邊值確定以后，條料的寬度也就可以設(shè)計出。計算條料寬度有三種情況需要考慮：
1.有側(cè)壓裝置時條料的寬度。
2.無側(cè)壓裝置時條料的寬度。
3.有定距側(cè)刃時條料的寬度。
有側(cè)壓裝置的模具，能使條料始終沿著導(dǎo)料板送進(jìn)。
圖4.2有側(cè)壓裝置時條料的寬度確定
本設(shè)計采用的是有側(cè)壓裝置的模具。
所謂條料寬度，是指工件最大極限尺寸加上側(cè)搭邊值。因條料是由板料剪裁下料而得，為保證送料順利，規(guī)定其上偏差為零，下偏差為負(fù)值。其計算公式如下：
B=[D+2a] （5.2）
式中B——條料寬度基本尺寸；
D——條料寬度方向零件輪廓的最大尺寸；
a——側(cè)搭邊值，查表5.1；
△——條料下料剪切公差；
表4.2剪切公差△及條料與導(dǎo)料板之間隙C（mm）
條料厚度(mm)
條料寬度(mm)
≤1
＞1～2
＞2～3
＞3～5
△
C
△
C
△
C
△
C
≤50
0.4
0.1
0.5
0.2
0.7
0.4
0.9
0.6
＞50～100
0.5
0.1
0.6
0.2
0.8
0.4
1.0
0.6
＞100～150
0.
0.2
0.7
0.3
0.9
0.5
1.1
0.7
＞150～220
0.7
0.2
0.8
0.3
1.0
0.5
1.2
0.7
根據(jù)零件圖查表5.2確定剪料公差及條料與導(dǎo)板之間的間隙△=0.6。
根據(jù)公式(5.2)： B=[D+2a+c]
=(183+2×2.5)
=188
4.4 材料利用率的計算
一、計算沖壓件面積、周長
因為該工件圖由多段圓弧組成，計算周長需要準(zhǔn)確的找到各段圓弧的長度，計算面積也需要準(zhǔn)確的找到切點，諸多因素采用人工計算時計算量較大，因此采用三維輔助軟件可快速準(zhǔn)確的計算出面積、周長（如圖4.3）。
圖5.3沖壓件的周長和面積
取F=2911.895mm2
L=379.52mm
二、計算材料利用率
沖裁件的實際面積與所用板料面積的百分比叫材料的利用率。
材料利用率通常以一個進(jìn)距內(nèi)制件的實際面積與所用毛坯面積的百分率η表示：
η=(nF/AB)×100% （4.3）
式中η——材料利用率（%）；
n——沖裁件的數(shù)目；
F——沖裁件的實際面積(mm2)；包括工件面積與廢料面積；
B——板料寬度(mm)；
A——送料進(jìn)距；
根據(jù)公式(5.3)： η=(2911.895/188×81)×100%
≈75.8%
由此可之，η值越大，材料的利用率就越高，廢料越少。因此，要提高材料利用率，就要合理排樣，減少工藝廢料。
第5章 計算沖壓力與壓力機(jī)的初選
計算沖裁力是為了選擇合適的壓力機(jī)，設(shè)計模具和檢驗?zāi)＞叩膹?qiáng)度，壓力機(jī)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，其沖裁力一般可以按下式計算：
Fp=Kp Ltτ =Lt （6.1）
式中τ——材料抗剪強(qiáng)度（MPa）；
L——沖裁周邊總長（mm）；
t——材料厚度（mm）；
系數(shù)Kp是考慮到?jīng)_裁模刃口的磨損，凸模與凹模間隙之波動，取Kp =1.3。
5.1 沖裁力Fp的計算
據(jù)圖5.3可得一個零件內(nèi)外周邊之和L=379.52mm。
查合金鋼的力學(xué)性能表知：Q235的抗剪強(qiáng)度τ=216Mpa～304Mpa，取260Mpa，制件厚度t=0.5mm，則
根據(jù)公式(6.1)： Fp= Kp Ltτ
=1.3×2×379.52×260
=45210.88(N)
≈45.2（KN）
5.2 卸料力Fq1的計算
Fq1=KxFp （6.2）
式中Kx——卸料力系數(shù)，查表6.1取Kx＝0.05。
根據(jù)公式（6.2）： Fq1= KxFp
=0.05×45.2（KN）
≈2.26(KN)
表6.1卸料力、推件力和頂件力系數(shù)
料厚t/mm
Kx
kt
Kd
鋼
≤0.1
＞0.1～0.5
＞0.5～2.5
＞2.5～6.5
＞6.5
0.065～0.075
0.045～0.055
0.04～0.05
0.03～0.04
0.02～0.03
0.1
0.063
0.055
0.045
0.025
0.14
0.08
0.06
0.05
0.03
5.3 頂件力Fq2的計算
Fq2= KdFp （6.3）
式中Kd——頂件力系數(shù)。
查表6.1得Kd＝0.06.
根據(jù)公式（6.3）： Fq2= KdFp
=0.06×45.2（KN）
≈2.712（KN）
5.4 總的沖壓力F的計算
根據(jù)模具結(jié)構(gòu)總的沖壓力F=FP+Fq1+Fq2
=45.2+2.26+2.712
=50.712(KN)
選用的壓力機(jī)公稱壓力P≥（1.1～1.3）F，取系數(shù)為1.3，則：
P≥1.3F=1.3x50.712 (KN)=65.93(KN)。
5.5 壓力機(jī)的初選
沖裁時，壓力機(jī)的公稱壓力必須大于或等于沖裁各工藝力的總和。
沖壓設(shè)備屬鍛壓機(jī)械。常見的冷沖壓設(shè)備有機(jī)械壓力機(jī)。
表6.2部分常用開式壓力機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)
技術(shù)參數(shù)
單位
型號
J23-4
J23-6.3
J23-10
J23-16
J23-25
J23-63
J23-100
滑塊公稱壓力
KN
40
63
100
160
250
630
1000
滑塊行程次數(shù)
次/mm
200
160
135
115
100
70
70
最大閉合高度
mm
160
170
180
220
250
360
360
閉合高度調(diào)節(jié)量
mm
35
40
50
60
70
90
90
立柱間距
mm
100
150
180
220
260
250
250
滑塊地面尺寸
左右
mm
100
140
170
200
300
300
前后
mm
90
120
150
180
340
340
模柄孔尺寸
直徑
mm
30
50
深度
mm
50
70
墊塊厚度
mm
35
40
50
60
70
80
90
最大傾斜角
°
45
35
30
工作臺尺寸
左右
mm
280
315
360
450
560
630
710
前后
mm
180
200
240
300
360
420
480
根據(jù)沖壓力的計算和壓力中心的計算，選擇開式壓力機(jī)的型號為J23-10。
第6章 模具壓力中心的確定
模具壓力中心是指諸沖壓合力的作用點位置，為了確保壓力機(jī)和模具正常工作，應(yīng)使沖模的壓力中心與壓力機(jī)滑塊的中心相重合。否則，會使沖模和壓力機(jī)滑塊產(chǎn)生偏心載荷，使滑塊和導(dǎo)軌間產(chǎn)生過大磨損，模具導(dǎo)向零件加速磨損，降低了模具和壓力機(jī)的使用壽命。
模具的壓力中心，可按以下原則來確定：
1.對稱零件的單個沖裁件，沖模的壓力中心為沖裁件的幾何中心。
2.工件形狀相同且分布對稱時，沖模的壓力中心與零件的對稱中心相重合。
3.各分力對某坐標(biāo)軸的力矩之代數(shù)和等于諸力的合力對該軸的 力矩。求出合力作用點的坐標(biāo)位置0，0（x=0,y=0），即為所求模具的壓力中心。
其中、、………分別為各沖裁周邊長度。
按比例畫出零件形狀，選定坐標(biāo)系XOY。計算出零件壓力中心為（0，20.55）
第7章 沖裁模間隙的確定
7.1 沖裁間隙Z
指沖裁模中凹模刃口橫向尺寸DA與凸模刃口橫向尺寸DT的差值（如圖8.1），是設(shè)計模具的重要工藝參數(shù)。
圖7.1沖裁間隙
7.2 沖裁間隙分析
一、間隙對沖裁件尺寸精度的影響
沖裁件的尺寸精度是指沖裁件的實際尺寸與基本尺寸的差值，差值越小，則精度越高，這個差值包括兩方面的偏差，一是沖裁件相對于凸?；虬寄５钠?，二是模具本身的制造偏差。
二、間隙值的確定
凸、凹模間隙對沖裁件質(zhì)量、沖裁工藝力、模具壽命都有很大的影響。設(shè)計模具時一定要選擇合理的間隙，以保證沖裁件的斷面質(zhì)量、尺寸精度滿足產(chǎn)品的要求，所需沖裁力小、模具壽命高，但分別從質(zhì)量，沖裁力、模具壽命等方面的要求確定的合理間隙并不是同一個數(shù)值，只是彼此接近?？紤]到模具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(dāng)?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值Zmin。
確定合理間隙的方法有經(jīng)驗法、理論確定法和查表法。
對于尺寸精度，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。
根據(jù)間隙表8.1查得材料Q235的最小雙面間隙Zmin=0.246mm，最大雙面間隙Zmax=0.360mm
表7.1部分較大間隙的沖裁模具初始雙面間隙
材料厚度
08、10、35、09Mn2、Q235
40、50
16Mn
65Mn
Z最小
Z最大
Z最小
Z最大
Z最小
Z最大
Z最小
Z最大
小于0.5
較小間隙
0.5
0.04
0.060
0.040
0.060
0.040
0.060
0.040
0.060
0.8
0.072
0.104
0.072
0.104
0.072
0.104
0.064
0.092
1.0
0.100
0.140
0.100
0.140
0.100
0.140
0.90
0.126
1.2
0.126
0.180
0.132
0.180
0.132
0.180
1.5
0.132
0.240
0.170
0.240
0.170
0.240
2.0
0.246
0.360
0.260
0.380
0.260
0.380
2.5
0.360
0.500
0.380
0.540
0.380
0.540
3.0
0.460
0.640
0.480
0.660
0.480
0.660
4.0
0.640
0.880
注：08鋼沖裁皮革、石棉和紙板時，取間隙的25%。
第8章 凹、凸模刃口尺寸的計算
8.1 刃口尺寸計算的基本原則
沖裁件的尺寸精度主要取決于模具刃口的尺寸的精度，模具的合理間隙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(shè)計沖裁模關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
由此在決定模具刃口尺寸及其制造公差時需要考慮以下原則：
1.落料件尺寸由凹模尺寸決定，沖孔尺寸由凸模尺寸決定。故設(shè)計落料模時，以凹模為基準(zhǔn)，間隙取在凸模上；設(shè)計沖孔模時，以凸模尺寸為基準(zhǔn)，間隙取在凹模上。
2.考慮到?jīng)_裁中凸、凹模的磨損，設(shè)計落料凹模時，凹?；境叽鐟?yīng)取尺寸公差范圍的較小尺寸；設(shè)計沖孔模時，凹?；境叽鐟?yīng)取工件孔尺寸公差范圍的較大尺寸。
3.確定沖模刃口制造公差時。如果對刃口精度要求過高，增加成本，如果對刃口精度要求過低，會使模具的壽命降低。若工件沒有標(biāo)注公差，則對于非圓形工件按國家“非配合尺寸的公差數(shù)值”IT14級處理，沖模可按IT11級制造；對于圓形工件按IT6～I(xiàn)T7級制造。沖壓件的尺寸公差應(yīng)按“入體”原則標(biāo)注單項公差，落料件上偏差為零，下偏差為負(fù)；沖孔件上偏差為正，下偏差為零。
8.2 刃口尺寸的計算
根據(jù)模具的加工方法不同，凸、凹模刃口尺寸的計算方法分為兩種情況。凸模與凹模分開加工和凸模與凹模配合加工。對于該制件應(yīng)該選用凸模與凹模分開加工方法。
凸模與凹模分開加工是指凸模和凹模分別按圖紙加工至尺寸。要分別標(biāo)注凸模與凹模刃口尺寸與制造公差。為了保證初始間隙值小于最大合理間隙Zmax必須滿足下列條件：
或者、
一、沖孔凸、凹模計算
設(shè)沖孔尺寸為根據(jù)以上原則，沖孔時以凸模設(shè)計為基準(zhǔn)，首先確定凸模刃口尺寸，使凸?；境叽缃咏虻扔诠ぜ椎淖畲髽O限尺寸，再增大凹模尺寸以保證最小合理間隙Zmin。凸模制造偏差取負(fù)偏差，凹模取正偏差。其計算公式為：
凸模 dp=(d＋x△)0- δp
凹模 dd=(＋Zmin)0+ δd＝(d＋X△＋Zmin) 0+ δd
在同一工步中沖出制件兩個以上孔時，凹模型孔中心距Ld按下式確定：
Ld=(Lmin＋0.5△)±0.125△
式中dd——沖孔凹?；境叽?mm)；
dp——沖孔凸模基本尺寸(mm)；
d——沖孔件孔的最小極限尺寸(mm)；
Ld——同一工步中凹?？拙嗷境叽?mm)；
Lmin——制件孔距最小極限尺寸(mm)；
△——沖孔件孔徑公差(mm)；
Zmin——凸、凹模最小初始雙面間隙(mm)；
X——磨損系數(shù)，是為了使沖裁件的實際尺寸盡量接近沖裁件公差帶的中間尺寸，與工件制造精度有關(guān)，可查表9.1取值：當(dāng)工件精度IT10以上，取x=1；當(dāng)工件精度IT11～I(xiàn)T13，取x=0.75；當(dāng)工件精度IT14，則取x=0.5。
表9.1磨損系數(shù)X
料厚t(mm)
非圓形
圓形
1
0.75
0.5
0.75
0.5
工件公差△/mm
1
1～2
2～4
＞4
＜0.16
＜0.20
＜0.24
＜0.30
0.17～0.35
0.21～0.41
0.25～0.49
0.31～0.59
≥0.36
≥0.42
≥0.50
≥0.60
＜0.16
＜0.20
＜0.24
＜0.30
≥0.16
≥0.20
≥0.24
≥0.30
根據(jù)圖1.1和表9.1查得磨損系數(shù)X取0.5，即X=0.5
設(shè)凸、凹模分別按IT6和IT7級加工制造，所以
凸模： dp =(4+X△) 0- δp
=(4+0.5×0.05)
=4.025
凹模： dd=( dp +Zmin)
=(4.025+0.246)
=4.271
二、落料凸、凹模計算
凹模： Dd=(D－X△)
凸模： Dp=( Dd－Zmin)＝(D－X△－Zmin)
式中Dd——落料凹?；境叽?mm)；
Dp——落料凸模基本尺寸(mm)；
D——落料件最大極限尺寸(mm)；
r——落料件外徑公差(mm)；
Zmin——凸、凹模最小初始雙面間隙(mm)；
X——磨損系數(shù)，是為了使沖裁件的實際尺寸盡量接近沖裁件公差帶的中間尺寸，與工件制造精度有關(guān)。表9.1取X=0.5。
由公差表（1.2）查得：53.5mm、22.5mm、13mm設(shè)凸、凹模分別按IT6和IT7級加工。
所以凹模
53.5:Dd2=(D2-X)
=(53.5-0.5×0.74)0+0.021
=53.13+0.021mm
22.5:Dd2=(D2-X)
=(22.5-0.5×0.52)0+0.021
=22.24+0.021mm
13:Dd4=(D4-X)
=(13-0.5×0.36)
=12.82mm
凸模 53.5:Dp2=(Dd2- Zmin)
=(53.13-0.04)
=53.09mm
13:Dp4=(Dd4- Zmin)
=(12.82-0.1)
=12.72mm
校核因為 ｜｜＋｜｜=0.018+0.011=0.029mm
｜｜＋｜｜=0.013+0.021=0.034mm
｜｜＋｜｜=0.016+0.025=0.041mm
｜｜＋｜｜=0.019+0.030=0.049mm
5.3彎曲
對于U形彎曲件，必須選擇適當(dāng)?shù)拈g隙值，因為凸凹模間隙小了，摩擦力和彎曲力就大,當(dāng)間隙過小時，還會使制件直邊料厚減薄和出現(xiàn)話痕，同時還降低凹模壽命。若間隙過大，制件回彈量增大，誤差增加，從而降低制件精度，所以彎曲模具間隙的大小對制件質(zhì)量、彎曲力和模具壽命有較大的影響。
生產(chǎn)中是根據(jù)彎曲件材料的力學(xué)性能，材料厚度，制件精度和彎邊長度來確定其凸凹模間隙。
Z/2=t+nt
其中Z/2----彎曲凸凹模的單邊間隙
t----材料厚度的基本尺寸
n----間隙系數(shù)
經(jīng)查表格，
n=0.05
凸模及凹模尺寸計算是依據(jù)彎曲件的使用要求來確定的。起原則是彎曲件標(biāo)注外形尺寸時，則以凹模為基準(zhǔn)件，間隙放在凸模上。當(dāng)彎曲件標(biāo)注的是內(nèi)尺寸時，是以凸模為基準(zhǔn)件，間隙取在凹模上。同時應(yīng)該注意彎曲件精度，回彈趨勢和模具的磨損規(guī)律。
（1）、制件標(biāo)注外形尺寸
凹模尺寸為
L d=（Lmax –0.75Δ）
凸模尺寸為
L p=（Ld –Z）
（2）、制件標(biāo)注內(nèi)尺寸
凸模尺寸為
L p=（Lmin +0.4Δ）
凹模尺寸為
L d=（Lp+Z）
其中 L—彎曲件的外形或內(nèi)尺寸
Δ—彎曲件的尺寸偏差
L d—彎曲凹模的基本尺寸
L p—彎曲凸模的基本尺寸
Z—凸凹模雙面間隙
具體計算如下，制件標(biāo)注外形尺寸，按此公式計算彎曲
凹模尺寸為
L d=（Lmax –0.75Δ）
=18
凸模尺寸為
L p=（Ld –2Z）
=18－2×2=14
8.3翻邊工作刃口尺寸
8.3.1翻邊間隙
如圖8-1，由于在翻邊過程中，材料沿切向伸長，因此其端面的材料變薄非常嚴(yán)重，根據(jù)材料的統(tǒng)一變形情況，翻邊凹模與翻邊凸模之間的間隙應(yīng)小于原來的材料厚度。
圖8-1 翻邊間隙
查《冷沖壓模具設(shè)計與制造》，表5-5平板毛坯翻邊時凸凹模之間的間隙得Z/2=0.85mm
8.3.2翻邊刃口尺寸
1. 翻邊凸模的刃口尺寸計算
查《互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ)》表2-4查出其極限偏差為：
查《冷沖模設(shè)計》表3-5磨損系數(shù) 取X=0.5
則 d凸=（d+X△）-（14）△0
2.翻邊凹模的刃口尺寸計算
根據(jù)翻邊間隙和翻邊凸模的刃口尺寸來確定翻邊凹模的刃口尺寸
第9章 主要零部件的設(shè)計
9.1 工作零件的設(shè)計與計算
一、凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計和外形尺寸計算
1.凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計
凹模：在沖壓過程中與凸模配合直接對沖壓制件進(jìn)行分離或成形的工作零件。
凹模洞口的類型如圖10.1所示，其中a、b、c型為直筒式刃口凹模，其特點是制造方便，刃口強(qiáng)度高，本設(shè)計選用c型筒口。
圖10.1凹模類型
2.外形尺寸計算
凹模結(jié)構(gòu)分為整體式和鑲拼式兩大類，本設(shè)計凹模采用整體式凹模。
凹模厚度： H=Kb(≥15mm) (10.1)
凹模壁厚： C=(1.5～2)H(≥30mm) (10.2)
凹模外形尺寸： B=b+2C (10.3)
式中b——沖裁件的最大外形尺寸；（mm）；
K——系數(shù)，考慮板料厚度的影響（見表10.1）；
H——凹模厚度；
C——凹模壁厚；
B——凹模外形最大尺寸。
表10.1系數(shù)K的數(shù)值
b/mm
厚度t/mm
0.5
1
2
3
＞3
＜50
0.3
0.35
0.42
0.5
0.6
＞50-100
0.2
0.22
0.28
0.35
0.42
＞100-200
0.15
0.18
0.2
0.24
0.3
＞200
0.1
0.12
0.15
0.18
0.22
根據(jù)圖1.1查表10.1，取K=0.25，又b=75mm，則由公式10.1和公式10.2得：
凹模厚度： H=Kb=0.25×107=26.75mm；
凹模壁厚： C=(1.5～2)H=(1.5～2)×26.75=40.125～53.5mm
根據(jù)表10.2取凹模厚度：H=30mm；取凹模壁厚C=45mm。
根據(jù)公式（10.2）： B=b+2C
=197mm
表10.2矩形和圓形凹模的外形尺寸(JB/T-6743.1-1994)
矩形凹模的長度和寬度
L×B
矩形和圓形凹模厚度
H
63×50、63×63
10、12、14、16、18、20
80×63、80×80、100×63、100×80、100×100、125×80
12、14、16、18、20、22
125×100、125×125、140×80、140×80
14、16、18、20、22、25
140×125、140×140、160×100、160×125、160×140、200×100、200×125
16、18、20、22、25、28
160×160、200×140、200×160、250×125、250×140
16、20、22、25、28、32
凹模輪廓尺寸為350mm×350mm×20mm。
二、沖孔凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計和外形尺寸計算
1.凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計
因為零件異行，采用線切割方法進(jìn)行加工，所以采用整體直通式凸模（如圖10.3），與凸模固定板采用H7/m6配合，按凸模的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)形式與尺寸規(guī)格選取。
2.凸模外形尺寸計算
凸模長度尺寸應(yīng)根據(jù)模具的具體結(jié)構(gòu)確定，因為該模具采用的是倒裝式復(fù)合模，采用的是彈壓卸料上出件方式，其總長按相關(guān)公式計算：
L = H1 + H2 + H + t
式中H1——凸模固定板厚度；得H1=0.8×H凹=0.8×40=32mm。
H2——卸料板厚度查表10.4；
t——材料的厚度；
H——沖裁件厚度和凸模進(jìn)入凸凹模一般4～10mm。則：
L =32+20+6.5+1.5=60mm
凸模強(qiáng)度校核：該凸模不屬于細(xì)長桿，強(qiáng)度足夠。
圖10.3沖孔凸模尺寸
3.凸模材料的選用
模具刃口要求有較高的耐磨性，并能承受沖裁時的沖擊力，因此應(yīng)有高的硬度與適當(dāng)?shù)捻g性。形狀復(fù)雜且壽命要求較高的凸模選用Cr12、Cr12MoV等制造。
該凸模材料應(yīng)選Cr12MoV，熱處理58～62HRC。
三、凸凹模的設(shè)計和外形尺寸計算
1.凸凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計
凸凹模是復(fù)合沖裁中的主要零件。他的內(nèi)外邊緣均為刃口，內(nèi)外邊緣之間的壁厚取決于沖裁件的尺寸。從強(qiáng)度方面考慮，其壁厚應(yīng)受最小限制。當(dāng)模具為正裝結(jié)構(gòu)時，內(nèi)孔不積存廢料，脹力小，最小壁厚可以小些；當(dāng)模具為倒裝結(jié)構(gòu)時，若內(nèi)孔為直筒形刃口形式，且采用下出料方式，則內(nèi)孔積存廢料，脹力大，故最小壁厚應(yīng)大些。凸凹模的最小壁厚值，倒裝復(fù)合模的凸凹模最小壁厚見表10.3。
表10.3倒裝復(fù)合模凸凹模的最小壁厚
材料厚度mm
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
2.0
2.2
2.5
最小壁厚a
2.7
3.2
3.6
4.0
4.4
4.9
5.2
5.8
由于選用的是倒裝式復(fù)合模，所以查表得：最小壁厚a=3.8。
2.凸凹模的外形尺寸計算
其長度可按下式計算：
L = h1+h2+h （10.4）
式中h1——凸凹模固定板厚度；得h1=0.6×H凹=0.6×40=24mm。
h2——卸料板厚度；查表10.4取15mm。
h——附加長度（包括凸模進(jìn)入凹模深度，彈性元件安裝高度）；
根據(jù)公式（10.4）： L = h1+h2+h
=24+15+10
=49mm
表10.4卸料板厚度
沖件厚度tmm
卸料板寬度
＜50
50～80
80～125
125～200
＞200
≤0.8
6
6
8
10
12
＞0.8～1.5
6
8
10
12
14
＞1.5～3
8
10
12
14
16
四、工作零件材料的選用
由于沖模為冷沖模，所以材料要有良好的耐磨性、高強(qiáng)度、足夠的韌性、良好的抗疲勞性、良好的抗粘結(jié)能力、可段性、可切削性、可磨削性、熱處理工藝性等。由上要求在該模具中沖孔凸模、凸凹模和凹模板的材料選用Cr12MoV鋼。Cr12MoV剛具有較好的淬透性，很高的耐磨性，有較高的沖擊韌度。淬火、回火工藝見表10.5。
表10.5 Cr12MoV鋼的淬火、回火工藝
鋼號
低淬低回工藝
中淬中回工藝
高淬高回工藝
淬火溫度
/℃
淬火硬度
HRC
回火溫度
/℃
淬火溫度
/℃
淬火硬度
HRC
回火溫度
/℃
淬火溫度
/℃
淬火硬度
HRC
回火溫度
/℃
Cr12MOV
950～1000
62～64
200
1030
63～64
400
1080～1100
40～60
500～520
五、卸料部分的設(shè)計
設(shè)計卸料零件的目的，是將沖裁后卡箍在凸模上或凸凹模上的制件或廢料卸掉，常用的卸料方式有：剛性卸料、彈壓卸料板。本設(shè)計采用彈壓卸料裝置，采用彈壓卸料裝置有一定的裝配要求：在模具開啟狀態(tài)，卸料板應(yīng)高出模具工作零件刃口0.3mm～0.5mm,以便順利卸料。
本模具的卸料板僅有卸料作用，卸料板的邊界尺寸與凹模的邊界尺寸相同，取250mm×140mm，卸料板的厚度按表10-4選擇，卸料板厚度為20mm。卸料板采用45鋼制造，熱處理淬火硬度43～48HRC。
卸料板上設(shè)置4個卸料螺釘，公稱直徑為10mm,螺紋部分為M8.5×10mm,卸料螺釘尾部應(yīng)留有足夠的行程空間，以保證卸料的正常