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揚州大學廣陵學院
本科生畢業(yè)設計
畢業(yè)設計題目 護板級進模
學 生 姓 名 于程
專 業(yè) 機械設計制造及其自動化
班 級 機械81001
指 導 教 師 李益民
完 成 日 期 2014 年 5 月 30 日
摘要
本論文介紹了級進模相關知識，分析了護板的沖壓工藝性，介紹了護板級進模的總體結(jié)構(gòu)與排樣方案，并介紹了其工藝、模具結(jié)構(gòu)及沖孔模工作過程，使該模具提高了生產(chǎn)效率，滿足了產(chǎn)品的質(zhì)量要求。通過對護板模具的設計讓我們對模具的認識更深一層次，可以對冷沖壓級進模進行更多的理解，通過對護板模具的設計，讓我們更透徹了解其結(jié)構(gòu)與作用。
關鍵詞：護板；級進模；模具設計
Abstract
This theory introduces the related knowledge of progressive die, the punching process of the guard plate,it introduces the overall structure of the progressive die supporting plate and the layout scheme, and introduces the process, the mold structure and the mold punching die, it improves us production efficiency, to meet the quality requirements of products. Through the design offender mold,we have a deeper understanding of mold, and have a better understanding of cold stamping die, through the design of panel die,we have more understanding of its structure and function.
Key words:retaining plate; progressive die; the molding tool designs
目錄
摘要 I
Abstract II
第一章 緒論 1
1.1選題的目的和意義 1
1.2模具工業(yè)的地位和作用 1
1.3級進模的發(fā)展趨勢 1
1.4本章小結(jié) 3
第二章 沖壓工藝性分析及參數(shù)計算 4
2.1零件工藝性分析 4
2.1.1零件分析 4
2.1.2工藝方案分析 6
2.1.3工藝方案確定 7
2.2材料的工藝性分析 7
2.2.1材料表面 8
2.2.2沖壓用材料的規(guī)格 8
2.2.3材料選擇工藝 8
2.3零件結(jié)構(gòu)工藝性 10
2.3.1沖裁件的結(jié)構(gòu)工藝性 10
2.3.2沖裁件的尺寸精度和表面粗糙度 10
2.4零件結(jié)構(gòu)工藝性 11
2.4.1零件展開尺寸計算 11
2.4.2搭邊值確定 12
2.4.3料寬計算 12
2.4.4確定條料寬 12
2.5確定排樣及材料利用率 12
2.5.1 排樣分類 12
2.5.2排樣圖 14
2.6沖壓力的計算 15
2.6.1沖裁力計算 15
2.6.2卸料力、推件力的計算 16
2.6.3壓力機公稱壓力的確定 17
2.6.4彎曲力計算 17
2.6.5壓力機的確定 18
2.7壓力中心的確定及相關計算 20
2.7.1壓力中心確定 20
2.7.2壓力中心相關計算 20
2.8本章小結(jié) 20
第三章 凹凸模尺寸設計 22
3.1 凸、凹模刃口尺寸確定 22
3.2卸料橡膠的計算 29
3.3凹模周界的確定 30
3.4本章小結(jié) 32
第四章 模具主要零部件設計 33
4.1模具總體結(jié)構(gòu)設計 33
4.2模具主要零件及結(jié)構(gòu)設計 33
4.3. 沖裁凸凹模結(jié)構(gòu)設計 33
4.3.1凹凸模結(jié)構(gòu)設計 33
4.4彎曲凸、凹模結(jié)構(gòu)設計 38
4.5小導柱結(jié)構(gòu)設計 39
4.5.1模柄結(jié)構(gòu)設計 39
4.5.2導柱導套結(jié)構(gòu)設計 40
4.5.3模架結(jié)構(gòu)設計 40
4.5.4螺釘銷釘結(jié)構(gòu)設計 42
4.6定位零件、卸料、出件方式的選擇 42
4.7其它模具零件結(jié)構(gòu)尺寸列表 43
4.7.1模具材料的選用 44
4.8本章小結(jié) 45
第五章 模具的裝配 46
5.1零件技術要求 46
5.2裝配技術要求 46
5.3主要組件的裝配 47
5.3.1模柄的裝配 47
5.3.2凹模和凸模固定板的裝配 47
5.3.3導柱與導套的技術要求及裝配 48
5.4本章小結(jié) 48
結(jié)論 49
致謝 50
參考文獻 51
于程 護板級進模
第一章 緒論
1.1選題的目的和意義
通過該課題的畢業(yè)設計可以使學生掌握沖壓模具設計的基本原理和方法，綜合運用本專業(yè)所學的專業(yè)基礎理論和專業(yè)知識分析和解決沖壓工藝和模具設計中的問題，著重培養(yǎng)學生的工程設計能力（主要包括設計、計算，繪圖及三維CAD軟件應用能力）以及獨立解決和分析問題的能力。
1.2模具工業(yè)的地位和作用
模具作為特殊的工藝裝備，在現(xiàn)代制造業(yè)中越來越重要。有了模具，企業(yè)有可能向社會提供品種繁多、質(zhì)優(yōu)價廉的商品，滿足人們?nèi)找嬖鲩L的多方面的消費需要。有了模具，人們的衣、食、住、行，可直接或間接地變得豐富多彩。說得具體一點，人們?nèi)粘＝佑|到的如：汽車、手表、手機、電話、電腦、空調(diào)傳真機、復印機、彩電、冰箱、照相機、兒童玩具等，可以說一切用品，大到飛機、輪船、火車、火箭，小到一根縫衣針，都離不開模具加工或生產(chǎn)其中某個零件。模具的廣泛應用，不僅得到了人們普遍的認識，同時，模具水平的高低，關系到現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展與進步，關系到經(jīng)濟建設的速度。大力提高制造模具水平，是提升模具技術檔次的關鍵。
1.3級進模的發(fā)展趨勢
沖模按其功能和模具結(jié)構(gòu)，有單工序模、復合模和級進模之別。它們都是借助壓力機，將被沖的材料放入凸、凹模之間，在壓力機的作用下使材料產(chǎn)生變形或分離，完成沖壓工作。
單工序模，指在壓力機的一次行程中，完成一道沖壓工序的沖模。
復合模，指模具只有一個工位，并在壓力機的一次行程中，完成兩個或兩個以上的沖壓工序的沖模。
級進模，又稱跳步模、連續(xù)模和多工位級進模。指模具上沿被沖原材料的直線送進方向，具有至少兩個或兩個以上工位，并在壓力機的一次行程中，在不同的工位上完成兩個或兩個以上沖壓工序的沖模。常見的沖壓工序有（圓孔和異形孔、窄縫、窄槽等）、壓彎（一次壓彎和多次壓彎）、拉深、再拉深、整形、成形、落料等。由于沖件各不相同，所完成的沖壓工序和工位數(shù)也各不相同，內(nèi)容非常豐富。其所用的模具在統(tǒng)稱級進模的前提先，一般用制件名稱或多少工位加制件名稱冠在級進模的前面，以此稱呼其不同的級進模，如簧片級進模、10工位簧片級進模等。
級進模在過去，因技術水平的限制，工位數(shù)相對較少，3～5個常見，10個工位就算多了，10個工位以上的就很少見了，所以多工位這個詞過去很少聽到。近年來由于對沖壓自動化、高精度、長壽命提出了更高的要求，模具設計與制造高新技術的應用與進步，工位數(shù)已不再是限制模具設計與制造的關鍵，從目前了解到的情況，工位間步距精度可控制在±3μm之內(nèi)，工位數(shù)已達幾十個，多的已有70多個。沖壓次數(shù)也大大提高，有原來的每分鐘沖幾十次，提高到每分鐘沖幾百次，對于純沖裁高達1500次/min（帶彎曲的加工500～600次/min），級進模的重量亦有過去的幾十公斤增加到幾百公斤，直至上噸。沖壓方式有早期的手工送料、手工低速操作，發(fā)展到如今的自動、高速、安全生產(chǎn)。調(diào)整好后的模具在有自動檢測的情況下實現(xiàn)無人操作。模具的總壽命由于新材料的應用和加工精度的提高，也不是早先的幾十萬次，而是幾千萬次，上億沖次。當然級進模的價格和其它模具相比要高一些，但在沖件總成本中，模具費所占的比例還是很少很少。
由此可見，多工位級進模是當代沖壓模具中生產(chǎn)效率最高、最適合大量生產(chǎn)應用，已越來越多地被廣大用戶認識并使用的一種高效、高速、高質(zhì)、長壽的實用模具。
在國內(nèi)多工位級進模的不斷發(fā)展的行情下，市場對多工位級進模的功能要求也越來越復雜。實現(xiàn)了由以往的單排級進模技術向雙排大跨越。以電機鐵芯多工位級進模為例，已經(jīng)從原來的普通疊片發(fā)展成雙排交換疊片，多排交換疊片。因此，在結(jié)構(gòu)的精密度上有一定的制造難度。精密加工的要求不斷提升，推動了多工位級進模向更高層次的進步與發(fā)展。
總體來說，多工位級進模技術含量在模具行業(yè)已高難度新型產(chǎn)品。但從國外的技術指標分析，它可以分為三個層次，分別為最高級，高級，和中級三層。
在最高級的多工位級進模系統(tǒng)中，多工位的自動穿絲技術基礎上，進一步實現(xiàn)了產(chǎn)品的自動交交換功能，在自動完成全程工作中，通過減少了人員的干擾，達到了預定的指標。而代表著高層次發(fā)展方向的多工位級進模發(fā)展中，為了達到預定的工藝指標。因此，企業(yè)在高端產(chǎn)品的發(fā)展中。自動化、信息化已成為未來多工位級進模的發(fā)展方向。
1.4本章小結(jié)
本章節(jié)主要從模具的行業(yè)地位、發(fā)展狀況來介紹模具制造在工業(yè)生產(chǎn)中的地位，以及并扼要介紹了多工位級進模的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，以此來談談對課題的研究和對方案的確定。
第二章 沖壓工藝性分析及參數(shù)計算
2.1零件工藝性分析
2.1.1零件分析
圖2-1 工件二維零件圖
名稱：護板
技術要求：
1.零件材料：08鋼，大批量生產(chǎn)。
2.厚度：0.5mm，未注圓角R0.5
圖2-2 工件三維實體圖
圖2-3 工件三維展平實體圖
1、審圖：該工件圖外形簡單，只需1次沖裁、1次脹型、1次翻邊，1次U型彎曲即可。該工件圖尺寸標注齊全，有四次彎曲，未注圓角。該工件圖上未標注公差等級，所以采用經(jīng)濟精度，查表，取精度為IT14級，沖裁加工簡單，表面平整，光滑，無毛刺。
2、工件圖尺寸齊全，無精度要求，選用經(jīng)濟精度IT14級，該沖件材料為08號優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，材料狀態(tài)為已退火，抗剪強度為260～60Mpa,抗拉強度為280～420Mpa,伸長率為32%，屈服強度為200Mpa。該工件精度要求不高，所以可大批量生產(chǎn)。
3、該工件圖上要切掉直徑為4的兩個孔廢料,距離料的邊寬度為7.5,據(jù)彎曲線距離比較遠,所以加工過程中不會造成料的變形,所以綜上,該工件適于沖裁工藝加工。
4、該工件圖上內(nèi)部要切掉4×5，5×5的兩個廢料,料的邊寬度為36,據(jù)彎曲線距離比較遠,加工過程中不會造成料的變形,所以,該工件適于沖裁工藝加工。
5、該工件材料為08號優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，已退火，具有較好的抗剪，抗拉強度，沖件有4處彎曲，可以看做是4次U型彎曲。可以用一個大的彎曲凸模直接彎曲成形。
6、該工件形狀對稱,適合采用對稱彎曲。
7、該工件表面光滑平整,無毛刺,不易斷裂,有較高的塑性,適于彎曲工藝加工。
2.1.2工藝方案分析
2.1.2.1工序分析
該零件結(jié)構(gòu)簡單，分析滿足普通沖裁要求，可采取沖孔、脹形、翻邊、彎曲來完成。
2.1.2.2可行性工藝方案
1）單工序工藝
即用沖孔、翻邊、脹型、彎曲四副模具分別完成四種工序。
2）級進工藝
即沖孔、脹型、翻邊、彎曲四個工位。
3）復合工藝
即采用一副復合模一次沖裁完成。
分析比較：
1）單工序工藝：模具結(jié)構(gòu)簡單，制造成本較低，但制件內(nèi)外形的位置精度難以得到保證，且所占用設備及工人較多，生產(chǎn)效率低。
2）級進工序工藝：制件內(nèi)外形位置精度較易得到保證，易于實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，生產(chǎn)效率高，但模具結(jié)構(gòu)較復雜，制造成本較高。
3）復合工序工藝：制件內(nèi)外形位置精度高，生產(chǎn)效率高，但模具結(jié)構(gòu)復雜，制造困難。
2.1.3工藝方案確定
選擇方案2），因為該零件需要沖裁和彎曲等工序來完成，需要大批量生產(chǎn)，分析零件圖，尺寸也不大，采用級進模加工，能大大提高生產(chǎn)效率。
2.1.3.1 模具結(jié)構(gòu)初步確定
確定工藝方案以后，應通過分析比較，選擇合理的模具結(jié)構(gòu)型式，使它盡可能滿足以下要求：
1）能沖出符合技術要求的工件；
2）能提高生產(chǎn)效率；
3）模具制造和修模方便；
4）模具有足夠的壽命；
5）模具易于安裝調(diào)整，而且操作方便、安全。
該沖壓件采用沖孔—脹形—翻邊—彎曲連續(xù)沖壓的級進模。卸料方式為彈壓卸料，出件方式為廢料從凹模表面落下，工件從凹模表面推出，送料方式為橫向自動送料，導向為滾動方式。在模具上裝頂桿、導正銷。模架選擇對角導向模架。
2.1.3.2可行性分析
此工件有沖孔—脹型—翻邊—彎曲四道工序。
? 材料為08優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，材料狀態(tài)為已退火，抗拉強度為375～460MPa。具有良好的沖壓性能，適合沖裁。
? 工件結(jié)構(gòu)簡單。有兩個孔；孔與孔、孔與邊緣之間的距離通過最小壁厚滿足要求。
? 工件的尺寸全部為自由公差，可看作IT12級，尺寸精度較低，普通沖裁完全能滿足要求。
2.2材料的工藝性分析
2.2.1材料表面
材料表面應光潔無裂紋、麻點、劃痕、結(jié)疤、氣泡等缺陷，這將直接影響制件的外觀性。在沖壓過程中，還容易在缺陷部位產(chǎn)生應力集中而引起破裂。
材料表面若不平，會影響剪切和沖壓時的定位精度，以及由于定位不穩(wěn)而造成廢品，或因沖裁過程中材料變形時的展開作用而損壞沖頭。在變形工序中，材料表面的平面度也會影響材料的流向，引起局部起皺或破裂。
材料表面有銹，不但影響沖壓性能，損傷模具，而且還會影響后續(xù)焊接和涂漆等工序的正常進行。
2.2.2沖壓用材料的規(guī)格
條板料是沖壓生產(chǎn)中應用最廣的材料，適合成批生產(chǎn)。其尺寸規(guī)格按國家標準規(guī)定，采用標準規(guī)格板料可能會增加余料，使材料利用率降低，但如采用合理的套裁排樣，則可彌補這一缺點。 在大量生產(chǎn)中，也可以根據(jù)工藝要求，用最佳的排樣方案確定其規(guī)格尺寸。這樣可提高材料的利用率。本沖壓件為大批量則選取條料。
2.2.3材料選擇工藝
（1）對沖壓成形性能的要求
為了有利于沖壓變形和制件質(zhì)量的提高，材料應具有良好的沖壓成形性能。而沖壓成形性能與材料的機械性能密切相關。不同沖壓工序?qū)Π宀男阅芫唧w要求如表2-1所示。
表2-1不同沖壓工序?qū)Π宀男阅?
工序名稱
性能要求
沖裁
具有足夠的塑性，在進行沖裁時板料不開裂；材料的硬度一般不低于沖模工作部分的硬度。
彎曲
具有足夠的塑性，較低的屈服極限和較高的彈性模量。
拉深
具有高塑性，屈服極限低和板厚方向性系數(shù)大。板料屈服強度較小，板平面方向性系數(shù)小。
（2）對材料厚度公差的要求
? ?? 材料的厚度公差應符合國家規(guī)定標準。因為一定的模具間隙適用于一定厚度的材料，材料厚度公差太大，不僅直接影響制件的質(zhì)量，還可能導致模具和沖床的損壞。
（3）常用沖壓材料
? 沖壓用材料的形狀有各種規(guī)格的板料、帶料和塊料。板料的尺寸較大，一般用于大型零件的沖壓，對于中小型零件，多數(shù)是將板料剪裁成條料后使用。帶料（又稱卷料）有各種規(guī)格的寬度，展開長度可達幾千米，適用于大批量生產(chǎn)的自動送料，材料厚度很小時也是做成帶料供應。塊料只用于少數(shù)鋼號和價錢昂貴的有色金屬的沖壓。表2-2常用碳素結(jié)構(gòu)鋼的機械性能。
材料
名稱
牌號
材料
狀態(tài)
力學性能
抗剪強度
τ/Mpa
抗拉強度
屈服點
伸長率
δ( ％)
碳素結(jié)構(gòu)鋼
08F
已退火
230～310
275～380
180
27～30
08
260～360
215～410
200
27
10F
220～340
275～410
190
27
10
260～340
295～430
210
26
15
270～380
335～470
230
25
20
280～400
335～500
250
24
35
400～520
490～625
320
19
45
440～560
530～685
360
15
50
440～580
540～715
380
13
表2-2 常用碳素結(jié)構(gòu)鋼的機械性能
冷沖壓常用材料有：
? （1） 黑色金屬：普通碳素結(jié)構(gòu)鋼、優(yōu)質(zhì)碳素鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、碳素工具鋼、不銹鋼、電工硅鋼等。
（2） 有色金屬：銅及銅合金、鋁及鋁合金、鎂合金、鈦合金等。
? ? （3） 非金屬材料：紙板、膠木板、塑料板、纖維板和云母等。
2.3零件結(jié)構(gòu)工藝性
2.3.1沖裁件的結(jié)構(gòu)工藝性
(1) 沖裁件的形狀：沖裁件的形狀應力簡單、對稱，有利于材料的合理利用。
???? (2) 沖裁件內(nèi)形及外形的轉(zhuǎn)角： 沖裁件內(nèi)形及外形的轉(zhuǎn)角處要盡量避免尖角，應以圓弧過渡，以便于模具加工，減少熱處理開裂，減少沖裁時尖角處的崩刃和過快磨損。圓角半徑R的最小值，參照表2-3所示：
零件種類
黃銅 鋁
合金銅
軟鋼
備注/mm
落料
交角≥90
＜90
0.18t
0.35t
0.25t
＞0.25
0.35t
0.70t
0.5t
＞0.5
沖孔
交角≥90
＜90
0.2t
0.45t
0.3t
＞0.3
0.4t
0.9t
0.6t
＞0.6
表2-3沖裁最小圓角半徑
2.3.2沖裁件的尺寸精度和表面粗糙度
用普通沖裁方法所能得到的沖裁件，其尺寸精度與斷面質(zhì)量都不太高，金屬沖裁件所能達到的經(jīng)濟精度為IT14～IT10，要求高的可達到IT10～IT8級。厚料比薄料更差。若要進一步提高沖裁件的質(zhì)量要求，則要在沖裁后加整修工序或采用精密沖裁法。表2-4為沖模制造精度與沖裁件精度。
(1) 沖裁件的經(jīng)濟公差等級不高于IT11級，一般要求落料件公差等級最好低于IT10級，沖孔件最好低于IT9級。
(2) 沖裁件的斷面粗糙度與材料塑性、材料厚度、沖裁模間隙、刃口銳鈍以及沖模結(jié)構(gòu)等有關。當沖裁厚度為2mm以下的金屬板料時，其斷面粗糙度Ra一般可達12.5～3.2μm。
沖模制
造精度
沖裁件精度
材料厚度t/mm
1.0
1.5
2
3
4
5
6
8
10
12
IT6～IT7
IT7～IT8
IT9
IT9
IT10
—
IT10
IT10
IT12
IT10
IT12
IT12
—
IT12
IT12
—
IT12
IT12
—
—
IT12
—
—
IT12
—
—
IT14
—
—
IT14
—
—
IT14
表2-4 沖模制造精度與沖裁件精度
沖孔時，由于受到凸模強度的限制，孔的尺寸不宜過小，其數(shù)值與孔的形狀、材料的機械性能、材料的厚度t等有關，自由凸模沖孔的直徑d或方孔邊長、長方形孔邊寬b列于表2-5。
表2-5 自由凸模沖孔的最小尺寸
孔型
材料
圓孔
（直徑d）
方孔
（邊長b）
長方孔
（邊寬b）
硬鋼
d≥1.3t
d≥1.2t
d≥1.1t
軟鋼、黃銅
d≥1.0t
d≥0.9t
d≥0.7t
鋁、鋅
d≥0.8t
d≥0.7t
d≥0.6t
注：1、t為板料厚度（mm）。
2、若采用帶保護套凸模沖孔，其最小尺寸可為板料厚度t的一半左右。
沖孔最小尺寸公式如下：
d≥1.0t
2≥1.0×0.8
因此符合要求，適合沖裁。
(3)沖裁件孔分別為孔與孔之間，孔與孔邊緣之間的距離，受模具強度和沖裁件質(zhì)量的限制，其值不能過小，宜取a≥2t,并不得小于3-4mm, 該沖裁件a=3mm , 因此符合要求，適合沖裁。
2.4零件結(jié)構(gòu)工藝性
2.4.1零件展開尺寸計算
≈72mm
2.4.2搭邊值確定
搭邊值確定,.工件間距離.沿邊
2.4.3料寬計算
=
2.4.4確定條料寬
條料寬度
導料板間距
式中 ——條料寬度方向沖件的最大尺寸，mm；
——側(cè)搭邊值，mm；
——條料寬度的單向（負向偏差），mm，查《新編實用沖壓模具設計手冊》表2—32條料寬度偏差，查得=－0.15；
——導料扳與最寬條料之間的間隙，mm，查《新編實用沖壓模具設計手冊》表2—33查得=0.5mm。
2.5確定排樣及材料利用率
2.5.1 排樣分類
該零件的形狀宜采用直對排無廢料排樣的排樣方案，以保證沖裁件的質(zhì)量。如圖所示：
方案一：
圖2-4 直排豎排有廢料排樣
條料寬度尺寸的確定
有側(cè)壓裝置：B=(L+2b)-Δ
無側(cè)壓裝置：B=(L+2b+C) –Δ
采用側(cè)刃：B=(L+1.5b+nF) –Δ
式中： L——制件垂直于送料方向的基本尺寸；
n——側(cè)刃數(shù)；
F——側(cè)刃裁切寬度；
Δ——條料的寬度公差；
b——側(cè)面搭邊值；
C——送料保證間隙：
B≤100，C=0.5～1.0；B＞100，C=1.0～1.5。
計算沖壓件毛坯面積：
式中： A——在送料方向，排樣圖中相鄰兩個制件對應點的距離()；
B——條料寬度()；
S——一個步距內(nèi)制件的實際面積()；
S0——一個步距所需毛坯的面積()。
進距：
一個步距的材料利用率：
==
方案二：
圖2-5 直排橫排有廢料排樣
計算沖壓件毛坯面積：
條料寬度：
進距：
一個步距的材料利用率：=
經(jīng)比較方案一的利用率較高，二方案利用率相對較低，而且是大批量生產(chǎn)，采用級進模加工，尺寸不大，綜合來看，所以應該選擇方案一。
2.5.2排樣圖
如圖2-6所示
圖2-6 排樣圖
2.6沖壓力的計算
2.6.1沖裁力計算
沖裁力是沖裁過程中凸模對板料施加的壓力，它是隨凸模進入材料的深度(凸模行程)而變化的。通常說的沖裁力是指沖裁力的最大值，它是選用壓力機和設計模具的重要依據(jù)之一。用普通平刃口模具沖裁時，其沖裁力F一般按下式計算：
?式中 F——沖裁力，N；
L——沖裁周邊長度，mm；
t——材料厚度，mm；
——材料抗剪強度，MPa；
K——系數(shù)，一般取1.3。
但選擇設備時，考慮刃口磨損和材料厚度及力學性能波動等因素，實際沖裁力可能增大，所以應取
沖裁件周長
材料厚度 =
材料抗剪強度
故
2.6.2卸料力、推件力的計算
影響這些力的因素很多，主要有材料的力學性能與厚度、沖件形狀與尺寸、沖模間隙與?？卓诮Y(jié)構(gòu)、排樣的搭邊大小及潤滑情況等。在實際計算時，常用到下列經(jīng)驗公式
式中 ——分別為卸料力、推件力系數(shù)，可查表2—36；《新編實用沖壓模具設計手冊》
F——沖裁力，N；
——分別為卸料力、推件力，N；
n——同時卡在凹模孔內(nèi)（或廢料）數(shù)，n=h/t，h為凹模刃部直壁洞口高度，mm，t為料厚，mm。
查表得
=0.04×65975
=2639
=12×0.055×65975
=43543.5
沖裁工藝總力
2.6.3壓力機公稱壓力的確定
對于沖裁工序，壓力機的公稱壓力應大于或等于沖裁時總沖壓力的1.1～1.3倍，即
式中 P ——壓力機的公稱壓力，N；
——沖裁時的總沖壓力，N。
≥1.3×112157.5
≥145.8KN
采用彈性卸料裝置和下出料方式的沖模時
=65795+2639+43543.5
=112157.5N
2.6.4彎曲力計算
分析該工件，為了保持彎曲力的平衡，我們可以看做是四次U型彎曲，且在一個工位同時完成，查[書]P113可得，=280～420Mpa,取=350Mpa
U型件自由彎曲
= K=，, =,
彎
F總′= F沖+F卸+F推+F總彎=117.89
根據(jù)總沖壓力初選壓力機為 Jc23—16。（查壓力機規(guī)格表）,開式雙柱可傾壓力機，最大閉合高度 調(diào)節(jié)量：，在之間。
2.6.5壓力機的確定
2.6.5.1壓力機類型的選擇
（1）中、小型沖壓件選用開式機械壓力機；
（2）大、中型沖壓件選用雙柱閉式機械壓力機；
（3）大量生產(chǎn)的沖壓件選用高速壓力機或多工位自動壓力機；
（4）校平、整形和溫熱擠壓工序選用摩擦壓力機；
（5）薄板沖裁、精密沖裁選用剛度高的精密壓力機；
（6）大型、形狀復雜的拉深件選用雙動或三動壓力機；
（7）小批量生產(chǎn)中的大型厚板件的成形工序，多采用液壓壓力機。
2.6.5.2壓力機規(guī)格的選擇
（1）公稱壓力
? 壓力機滑塊下滑過程中的沖擊力就是壓力機的壓力。壓力的大小隨滑塊下滑的位置不同，也就是隨曲柄旋轉(zhuǎn)的角度不同而不同，如圖2-7中曲線所示。
圖2-7 壓力機許用壓力曲
（2）滑塊行程長度
滑塊行程長度是指曲柄旋轉(zhuǎn)一周滑塊所移動的距離，其值為曲柄半徑的兩倍。選擇壓力機時，滑塊行程長度應保證毛坯能順利地放入模具和沖壓件能順利地從模具中取出。
???。?）行程次數(shù)
即滑塊每分鐘沖擊次數(shù)。應根據(jù)材料的變形要求和生產(chǎn)率來考慮。
?? （4）工作臺面尺寸
?? 工作臺面長、寬尺寸應大于模具下模座尺寸，并每邊留出60～100mm，以便于安裝固定模具用的螺栓、墊鐵和壓板。當制件或廢料需下落時，工作臺面孔尺寸必須大于下落件的尺寸。
???。?）滑塊模柄孔尺寸
模柄孔直徑要與模柄直徑相符，模柄孔的深度應大于模柄的長度。
2.6.5.3壓力機的初選
壓力機的閉合高度是指滑塊在下止點時，滑塊底面到工作臺上平面（即墊板下平面）之間的距離壓力機的閉合高度可通過調(diào)節(jié)連桿長度在一定范圍內(nèi)變化。當連桿調(diào)至最短（對偏心壓力機的行程應調(diào)到最?。?，滑塊底面到工作臺上平面之間的距離，為壓力機的最大閉合高度；當連桿調(diào)至最長（對偏心壓力機的行程應調(diào)到最大），滑塊處于下止點，滑塊底面到工作臺上平面之間的距離，為壓力機的最小閉合高度。壓力機的裝模高度，指壓力機的閉合高度減去墊板厚度的差值。沒有墊板的壓力機，其裝模高度等于壓力機的閉合高度。模具的閉合高度是指沖模在最低工作位置時，上模座上平面至下模座下平面之間的距離。
考慮到模具裝模高度，故取16T壓力機
即選擇壓力機為J23-16
表2-6壓力機中各參數(shù)
名稱
型號
名稱
型號
公稱力（KN）
160
工作臺板尺寸
左右（mm）
450
公稱力行程（mm）
2
前后（mm）
300
滑塊行程（mm）
70
厚度（mm）
60
行程次數(shù)（s、p、m）
122
滑塊底面尺寸
左右（mm）
200
最大裝模高度（mm）
160
前后（mm）
180
裝模高度調(diào)節(jié)量（mm）
60
模柄孔尺寸
直徑（mm）
40
喉口深度（mm）
160
深度（mm）
60
立柱間距離（mm）
200
外形尺寸
前后（mm）
1140
電機功率（KW）
1.5
左右（mm）
905
總重量（Kg）
1090
高 （mm）
1890
工作臺板孔直徑（mm）
110
2.7壓力中心的確定及相關計算
2.7.1壓力中心確定
沖裁時壓力中心的確定，要使模具能平衡地工作，須使沖裁時的壓力中心與模具的模柄中心相重合，否則模柄發(fā)生歪斜，間隙不均勻，導向磨損，刃口迅速變鈍和導致模具的損壞，確定壓力中心的工作主要是針對復雜沖裁模，多凸模的沖孔級進模。求壓力中心有兩種方法（既解析法和圖解法）。
2.7.2壓力中心相關計算
根據(jù)零件的幾何分析，零件為完全對稱，即
X0=0
Y0=0
2.8本章小結(jié)
本章主要對工件的工藝進行了分析，材料進行了選擇，工藝方案進行了確定，得出此工件可以沖裁。沖壓用板料的表面和內(nèi)在性能對沖壓成品的質(zhì)量影響很大，要求沖壓材料厚度精確、均勻。表面光潔，無斑、無疤、無擦傷、無表面裂紋等。模具的精度和結(jié)構(gòu)直接影響沖壓件的成形和精度。模具制造成本和壽命則是影響沖壓件成本和質(zhì)量的重要因素。模具設計和制造需要較多的時間，這就延長了新沖壓件的生產(chǎn)準備時間。對模具各個部分工作所受到的力進行了計算，計算了沖裁力，頂件力，推件力，壓力中心等。
本章主要是沖壓設備的選擇，根據(jù)壓力機類型和規(guī)格，進行壓力機出選。性能良好的沖壓設備是提高沖壓生產(chǎn)技術水平的基本條件，高精度、高壽命、高效率的沖模需要高精度、高自動化的沖壓設備相匹配。使沖壓生產(chǎn)效率得到大幅度提高，設備類型的選擇要依據(jù)沖壓件的生產(chǎn)批量，工藝方法與性質(zhì)及沖壓件的尺寸，形狀與精度要求來進行。根據(jù)沖壓件的大小進行選擇，考慮精度與剛度，考慮生產(chǎn)現(xiàn)場的實際可能，考慮技術上的先進性。設備規(guī)格的選擇應根據(jù)沖壓件的形狀大小，模具尺寸及工藝變形力等進行。從模具往設備上安裝并能開始工作的順序來考慮，其規(guī)格主要參數(shù)行程，裝配模具的相關尺寸，閉合高度及設備噸位。
第三章 凹凸模尺寸設計
3.1 凸、凹模刃口尺寸確定
凸、凹模分別加工時要求分別計算出凸模和凹模的刃口尺寸及公差，并標注在凸、凹模的設計圖樣上。這種加工的優(yōu)點是凸、凹模具有互換性，便于成批制造。但由于受沖裁間隙的限制，要求凸、凹模的制造公差較小，所以這種加工方法主要適用于簡單規(guī)則形狀（圓形、方形或矩形）的沖件。
落料件外形尺寸為，沖孔件內(nèi)孔尺寸為，根據(jù)刃口尺寸的計算原則，可得
落料時 （3—1）
（3—2）
沖孔時 （3—3）
（3—4）
式中 ——落料時凸、凹模的刃口尺寸，mm；
——沖孔時凸、凹模的刃口尺寸，mm；
——落料件的最大極限尺寸，mm；
——沖孔件的最大極限尺寸，mm；
——沖件的制造公差，mm；查表11—9 標準公差數(shù)值（GB1800—79）《畫法幾何及機械制圖》；
——最小合理間隙，mm；查表2—21 沖裁模初始雙面間隙Z（二）（mm）《新編實用沖壓模具設計手冊》；
——凸、凹模的制造公差，mm，按“入體”原則標注，即凸模按單向負偏差標凸、凹模注，凹模按單向正偏差標注，可分別按IT6和IT7確定，也可查表3—1,或取(1/4～1/6)；
x——磨損系數(shù)，x值在0.5～1之間，它與沖件精度有關，可查表3—2或按下列關系選?。簺_件精度為IT10以上時，x=1；沖件精度為IT11～IT13，x=0.75；沖件精度為IT14以下時，x=0.5。
基本尺寸
凸模偏差
凹模偏差
基本尺寸
凸模偏差
凹模偏差
≥18
0.020
0.020
>180～260
0.030
0.045
>18～30
0.020
0.025
>260～360
0.035
0.050
>30～80
0.020
0.030
>360～500
0.040
0.060
>80～120
0.025
0.035
>500
0.050
0.070
>120～180
0.030
0.040
表3—1 規(guī)則形狀（圓形、方形）沖裁時凸、凹模的制造公差（mm）
根據(jù)上述計算公式，可以將沖件與凸、凹模刃口尺寸及公差的分布狀態(tài)如圖3—1所示。從圖中還可以看出，無論是沖孔還是落料，為了保證間隙值，凸、凹模的制造公差必須滿足下列條件
（3—5）
如果，可以取，。如果，則采用其它配作方法。
表3—2磨損系數(shù)x
料厚t
（mm）
非圓形沖件
圓形沖件
1
0.75
0.5
0.75
0.5
沖件公差（mm）
1
<0.16
0.17～0.35
≥0.36
<0.16
≥0.16
1～2
<0.20
0.21～0.41
≥0.42
<0.20
≥0.20
2～4
<0.24
0.25～0.49
≥0.50
<0.24
≥0.24
>4
<0.30
0.31～0.59
≥0.60
<0.30
≥0.30
圖3-1沖模刃口與工件尺寸及公差分布
由零件圖可知，該零件屬于無特殊公差要求的一般沖孔、落料、彎曲模具。我們直接可以取公差精度為為IT14級，取X=0.5，Z=32%×t=0.32×0.5=0.16, 為模具制造方便，采用配合加工的方法。
1) 沖孔：沖孔時凸模為基準，配置凹模，凸模磨損后刃口尺寸變小。如下圖所示。
圖3-2沖孔尺寸計算
=2 =0.25 =0.5
=() =()=
備注：凹模相應孔的尺寸按照凸模刃口尺寸進行配做，保證間隙在0.16～0.18mm之間。
圖3-3沖孔尺寸計算
=4 =0.3 =0.5
=() =()=
備注：凹模相應孔的尺寸按照凸模刃口尺寸進行配做，保證間隙在0.16～0.18mm之間。
圖3-4沖孔尺寸計算
=8 =0.36 x=0.5
=() =()=
備注：凹模相應孔的尺寸按照凸模刃口尺寸進行配做，保證間隙在0.16～0.18mm之間。
2) 落料：落料時以凹模為基準，配置凸模，凹模磨損后刃口尺寸變大。如下圖所示。
圖3-5切廢尺寸計算
=5 =4 =2 =0.5 =0.30 =0.30
=0.25 =0.25 =0.5
=()=() =
=()=() =
=()=()=
=()=()=
備注：凸模相應切邊的尺寸按照凹模刃口尺寸進行配做，保證間隙在0.16～0.18mm之間。
圖3-6切廢尺寸計算
刃口尺寸同上所示。
圖3-7切廢尺寸計算
=26.2 =21 =8.2 =4.5 =0.52 =0.52 =0.36 =0.30
=()=() =
=()=() =
=()=() =
=()=() =
備注：凸模相應切邊的尺寸按照凹模刃口尺寸進行配做，保證間隙在0.16～0.18mm之間。
圖3-8切斷尺寸計算
=36 =2.2 =0.62 =0.25
=()=() =
=()=() =
備注：凸模相應切邊的尺寸按照凹模刃口尺寸進行配做，保證間隙在0.16～0.18mm之間。
3) 彎曲：彎曲尺寸的刃口尺寸計算如下
圖3-9彎曲尺寸計算
=18 =14 =0.43 =0.43
=(=() =
=(=() =
3.2卸料橡膠的計算
選用的二塊橡膠棒厚度務必一致，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。
（3—6）
式中 F——橡膠棒工作壓力（N）；
A——橡膠橫截面積（）；
q——橡膠棒彈性壓力，一般取2～3MPa。
橡膠棒壓縮量和厚度，橡膠的最大壓縮量一般應不超過厚度H的45%，其頂壓縮量為10%～15%，所以取
（3—7）
式中 H——橡膠厚度（mm）；
h——許可壓縮量（mm）；
橡膠的相對高度H/D應滿足
0.5≤H/D≤1.5 （3—8）
式中 D——圓柱形式圓筒型橡膠的外徑
橡膠高度 （3—9）
=（3～4）×8.97
=30
裝配高度 （3—10）
=21
（3—11）
=28.6
所以0.5≤H/D≤1.5 滿足
3.3凹模周界的確定
在生產(chǎn)中，時常根據(jù)沖裁件的輪廓尺寸和板料的厚度，按下列經(jīng)驗公式概略的計算凹模的尺寸。
凹模高度 （3—12）
凹模壁厚（或由刃口到外緣的距離）
C=（1.5～2）H （3—13）
式中 b——沖裁件最大外形尺寸；
K——系數(shù)，考慮壞料厚度的影響，其值可查表3—3。
b t
0.5
1
2
3
>3
<50
50～100
100～200
>200
0.3
0.2
0.15
0.1
0.35
0.22
0.18
0.12
0.42
0.28
0.2
0.15
0.5
0.35
0.24
0.18
0.6
0.42
0.3
0.22
表3—3 系數(shù)K值
=0.35×25 .62
=8.97
C=（1.5～2）H
=（1.5～2）×8.97
=13.46～17.82
取凹模厚度H=15mm，凹模壁厚C=16mm
凹模寬度B=b+2c=25.62+2×16=57.62
凹模長度L=20+2+29+16-2.5=48.5
根據(jù)《新編實用沖模具設計手冊》表10—29 后側(cè)導柱模架（mm），查得
凹模周界 L=63 B=63
閉合高度 H=120～140
上模座GB/T2855.5 63×63×25
下模座GB/T2855.6 63×63×30
導柱GB/T2861.1 16×110
導柱GB/T2861.1 16×110
導套GB/T2861.6 16×65×23
上述方法適用于確定普通工具鋼經(jīng)過正常熱處理，并在平面支撐條件下工作的凹模尺寸。沖裁件形狀簡單時，壁厚系數(shù)取偏小值，形狀復雜時取用偏大值。用于大批量生產(chǎn)條件下的凹模，其高度應該在計算結(jié)果中增加總的修磨量。
3.4本章小結(jié)
本章主要是凸凹模刃口尺寸進行計算、確定壓力卸料橡膠的計算及凹模周界的確定。所以為了減少凸、凹模的磨損，延長模具使用壽命，在保證沖裁件質(zhì)量的前提下適當采用較大的間隙值是十分必要的。間隙對沖裁件質(zhì)量、沖裁力、模具壽命等都有很大的影響。
第四章 模具主要零部件設計
4.1模具總體結(jié)構(gòu)設計
本模具采用后側(cè)導柱模架,利用凹模形狀定位零件,模柄下行時帶動自動送料裝置,使滑塊帶動滾輪向上移動,凸模同時進行沖孔、落料。模柄上升時,滾輪沿斜楔向下移動，導柱回到原始位置。沖孔、落料工作結(jié)束。
4.2模具主要零件及結(jié)構(gòu)設計
4.3. 沖裁凸凹模結(jié)構(gòu)設計
4.3.1凹凸模結(jié)構(gòu)設計
詳情見章節(jié)3.1
4.3.1.1凸模
1）沖孔凸模(如下圖)：
因小凸模在試沖過程中易斷，模具壽命不能滿足要求，采用臺階式凸模，把小凸模設計成臺階式凸模形式，臺階凸模強度剛性較好，裝配方便，穩(wěn)定也好。
外徑：由前面刃口尺寸計算得：分別為2.125 4.15 8.18。
凸模長度：L凸=18+15+16+2=51
式中：h1——凸模固定板厚度 H2——橡膠厚度H2——卸料板厚度t ——陷入凹模的厚度
圖4-1沖孔凸模1
圖4-2沖孔凸模2
圖4-3沖孔凸模3
2）切廢凸模：
圖4-4切廢凸模1
圖4-5切廢凸模2
圖4-6切廢凸模3
圖4-7切斷凸模
3）彎曲凸模：
圖4-8 彎曲凸模
4.3.1.2凹模
凹模厚度：H=kb H=0.2078=15.6 取凹模厚度為18
凹壁厚度： =27～36
實取凹模壁厚：32
凹模板寬度 =83+232=147
實取
凹模長度=26.2 取=260
則凹模輪廓尺寸為
將凹模板作成簿型形式并凹模刃口形式選擇：刃口強度較高，修模后刃口尺寸不變。
圖4-9凹模
帶*凹模尺寸與對應的凸模尺寸配作。對稱的凹模刃口尺寸，只對單邊加*標注。
4.4彎曲凸、凹模結(jié)構(gòu)設計
1）凸模圓角半徑：
當工件r/t=0.5/0.5=[/t],凸模圓角半徑=r=0.5
2）凹模圓角半徑：
0.5<2, =(3-6) 取6
=5t=60.5=3
3）彎曲U型件時，凸凹模間隙用調(diào)整壓力機閉合高度來控制。
4.5小導柱結(jié)構(gòu)設計
小導柱材料選用20號鋼，熱處理：滲碳深度0.8～1.2mm，58～62HRC。小導柱的主要作用是起保護細小、較長的凸模。使凸模能夠更準確沖孔，不易受損、歪斜、折斷等。增加凸模使用壽命。小導柱結(jié)構(gòu)如圖4-10所示：
圖4-10小導柱
4.5.1模柄結(jié)構(gòu)設計
中、小型模具一般是通過模柄將上模固定在壓力機滑塊上。模柄是作為上模與壓力機滑塊連接的零件。對它的基本要求是：一要與壓力機滑塊上的模柄孔正確配合，安裝可靠；二要與上模正確而可靠連接。模柄采用Q235制造。模柄結(jié)構(gòu)形式如圖4-11所示：
圖4-11壓入式模柄
4.5.2導柱導套結(jié)構(gòu)設計
導向零件是用來保證上模相對于下模的正確運動。對生產(chǎn)批量較大、零件公差要求較高、壽命要求較長的模具，一般都采用導向裝置。模具中應用最廣泛的是導柱和導套。圖4-12是標準的導套結(jié)構(gòu)形式。GB/T2861.6-1990《中國模具設計大典》。材料20鋼，熱處理：滲碳深度0.8～1.2mm，58～62HRC。
圖4-12導套結(jié)構(gòu)
A型導柱GB/T2861.1-1990《中國模具設計大典》，其結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，但與模座為過盈配合，裝拆麻煩。A型和B型可卸導柱與襯套為錐度配合并用螺釘和墊圈緊固；襯套又與模座以過渡配合并用壓板和螺釘緊固，其結(jié)構(gòu)復雜，制造麻煩，但可卸式的導柱或可卸式導套在磨損后，可以及時更換，便于模具維修和刃磨。
4.5.3模架結(jié)構(gòu)設計
根據(jù)標準規(guī)定，模架主要有兩大類：一類是由上模座、下模座、導柱、導套組成的導柱模模架；另一類是由彈壓導板、下模座、導柱、導套組成的導板模模架。模架及其組成零件已經(jīng)標準化，并對其規(guī)定了一定的技術條件。
? 導柱模模架：導柱模模架按導向結(jié)構(gòu)形式分為滑動導向和滾動導向兩種。導柱、導套的配合精度、上模座上平面對下模座下平面的平行度、導柱軸心線對下模座下平面的垂直度等都規(guī)定了一定的公差等級。這些技術條件保證了整個模架具有一定的精度，也是保證沖裁間隙均勻性的前提。有了這一前提，加上工作零件的制造精度和裝配精度達到一定的要求，整個模具達到一定的精度就有了基本的保證。
后側(cè)導柱模架GB/T2851.3—1990,其的特點是鑄鐵模架，滑動導向，兩導柱，兩導套分別裝置在上、下模座后側(cè)，凹模面積導套前的有效區(qū)域，可用于沖壓較寬條料，且可用邊角料。送料及操作方便，可橫向和縱向送料。主要適用于一般精度要求的沖模，不宜用于大型模具，因有彎曲力矩，上模座在導柱上運動不平移。但如果有偏心載荷，壓力機導向又不精確，就會造成上模歪斜，導向裝置和凸、凹模都容易磨損，從而影響模具壽命。此模架一般用于較小的沖模。此次設計中采用后側(cè)導柱模架，結(jié)構(gòu)如圖4-13所示：
圖4-13后側(cè)導柱模架
模座一般分為上、下模座，其形狀基本相似。上、下模座的作用是直接或間接地安裝沖模的所有零件，分別與壓力機滑塊和工作臺連接，傳遞壓力。因此，必須十分重視上、下模座的強度和剛度。模座因強度不足會產(chǎn)生破壞；如果剛度不足，工作時會產(chǎn)生較大的彈性變形，導致模具的工作零件和導向零件迅速磨損，這是常見的卻又往往不為人們所重視的現(xiàn)象。在選用和設計時應注意如下幾點：
(1)盡量選用標準模架，而標準模架的型式和規(guī)格就決定了上、下模座的型式和規(guī)格。如果需要自行設計模座，則圓形模座的直徑應比凹模板直徑大30～70mm，矩形模座的長度應比凹模板長度大40～70mm，其寬度可以略大或等于凹模板的寬度。模座的厚度可參照標準模座確定，一般為凹模板厚度的1.0～1.5倍，以保證有足夠的強度和剛度。對于大型非標準模座，還必須根據(jù)實際需要，按鑄件工藝性要求和鑄件結(jié)構(gòu)設計規(guī)范進行設計。
(2)所選用或設計的模座必須與所選壓力機的工作臺和滑塊的有關尺寸相適應，并進行必要的校核。比如，下模座的最小輪廓尺寸，應比壓力機工作臺上漏料孔的尺寸每邊至少要大40～50mm。
(3)模座材料一般選用HT200、HT250，也可選用Q235、Q255結(jié)構(gòu)鋼，對于大型精密模具的模座選用鑄鋼ZG