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江陰職業(yè)技術(shù)學院
畢業(yè)設(shè)計（論文）
題 目 夾具底座沖壓模具設(shè)計
姓 名 學 號
系 部 機電工程系
專 業(yè) 模具設(shè)計與制造
指導教師 職 稱 副教授
2014年 12月 10日
摘 要
本設(shè)計為一夾具底座的冷沖壓模具設(shè)計，冷沖模是廣泛運用的模具之一，種類包括沖孔模、落料模、彎曲模、拉深模等，近年來冷沖模的應(yīng)用越來越廣泛。冷沖壓具有成本低，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，能加工多種性能，狀態(tài)的零件。同時它的應(yīng)用和普遍也受到模具壽命和生產(chǎn)安全等方面的制約。本文作者從工藝的合理性出發(fā)，分析了電機炭刷架的結(jié)構(gòu)，精度特點，以及在加工過程中的控制點，然后在滿足加工精度的基礎(chǔ)上充分考慮節(jié)約成本確定了電機炭刷架最優(yōu)化的沖裁加工工序；緊接著通過熟悉各類模具的加工特點及內(nèi)部結(jié)構(gòu)，完成模具總體結(jié)構(gòu)分析；隨后作者進行毛坯尺寸、排樣、工序尺寸、沖壓壓力、壓力中心、模具工作部分尺寸等工藝計算，力爭以最好的性價比設(shè)計了模具各零件的結(jié)構(gòu)及裝配關(guān)系，在此基礎(chǔ)上確定模具的外形，完成了裝配圖和非標準的零件圖。最后確定壓力機類型及主要參數(shù)。
關(guān)鍵詞：模具 沖裁件 凸模 凹模 凸凹模
Abstract
The design for a plate of cold stamping die design, according to the size of the design components, materials, mass production, etc., Cold punching mould that is used extensively among the all kinds die ,including punching hole mould, blanking die, bending mould, crooked model, conical die etc., The application of the cold punching die is more and more extensive in recent years. It is with low costs that there is the cold punchingly, product quality is steady, can process many kinds of performance , Part of the state. Its application and generallying receive the restriction in life-span of the mould and production safety,etc. at the same time . Author of this text proceed from rationality of the craft, analyse electrical machinery charcoal pastes up the structure of the shelf , Precision characteristic, and the control point in the course of processing, Consider and economize cost confirm electrical machinery charcoal brush blanking that shelf optimizes most process the process fully on the basis of satisfying the machining accuracy; And then pass the processing characteristic familiar with all kinds of moulds and inside structure, Finish the ensemble architecture analysis of the mould ; Author carry on blank size, arrange kind, process size, punching pressure, pressure in the center afterwards, mould work some size,etc. craft calculate, Strive to design the structure of every part of the mould and assembly relation with the best cost performance, Confirm the appearance of the mould on this basis, has finished the installation diagram and non-standard part picture. Confirm the type of the press and main parameter finally.
KEY WORD: mold stamping parts punch die punch and die
目錄
第一章 緒言 1
第一節(jié) 材料的工藝分析 1
第二節(jié) 材料選擇 2
第三節(jié) 工件結(jié)構(gòu)形狀 2
第四節(jié) 尺寸精度 3
第二章 沖裁工藝方案的確定 6
第三章 模具總體設(shè)計 7
第一節(jié) 模具類型的選擇 7
第二節(jié) 操作與定位方式 7
第三節(jié) 卸料、出件方式 7
第四節(jié) 確定送料方式 8
第五節(jié) 確定導向方式 8
第四章 模具工藝參數(shù)確定 9
第一節(jié) 排樣設(shè)計與計算 9
第二節(jié) 搭邊值的確定 9
第三節(jié) 進距與條料寬度計算 10
第四節(jié) 材料利用率的計算 13
第五章 計算沖壓力與壓力機的初選 14
第一節(jié) 沖裁力Fp的計算 14
第二節(jié) 卸料力Fq1的計算 15
第三節(jié) 頂件力Fq2的計算 15
第四節(jié) 總的沖壓力F的計算 15
第五節(jié) 壓力機的初選 16
第六章 模具壓力中心的確定 17
第七章 沖裁模間隙的確定 19
第一節(jié) 沖裁間隙Z 19
第二節(jié) 沖裁間隙分析 19
第八章 凹、凸模刃口尺寸的計算 21
第一節(jié) 刃口尺寸計算的基本原則 21
第二節(jié) 刃口尺寸的計算 21
第九章 主要零部件的設(shè)計 26
第一節(jié) 工作零件的設(shè)計與計算 26
第二節(jié) 橡膠的選用 32
第三節(jié) 模架及其零件的設(shè)計 33
第十章 校核模具閉合高度及壓力機有關(guān)參數(shù) 35
第一節(jié) 閉合高度的計算 35
第二節(jié) 沖壓設(shè)備的選定 35
第十一章 模具總裝圖與凸、凹模零件圖 36
結(jié)論 37
致謝 38
第一章 緒言
隨著沖壓工藝的廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟中，再加上隨著數(shù)控技術(shù)和機械CAD/CAM的發(fā)展，冷沖模的發(fā)展和迅速。它以生產(chǎn)率高、成本相對低廉被廣泛應(yīng)用。外國的沖壓模發(fā)展水平相當高，無論是設(shè)計還是制造，都達到較高的水平。以精確的定位，合理的工藝，連續(xù)加工精度很高的薄臂零件。而國內(nèi)模具行業(yè)的起步較晚，基本上以單模為主，因此，加工精度夠高。
冷沖模的設(shè)計包括沖裁模設(shè)計、彎曲模設(shè)計、拉伸、脹形等模具的設(shè)計。冷沖模的設(shè)計也用到材料學、機械設(shè)計、工程材料、特種加工等方面的知識。因此它是一門綜合性很強的學科。
經(jīng)過了三個多月的學習，設(shè)計，繪圖，我學會了沖裁的機理，沖壓的基本理論；理解了沖裁力，卸料力等工藝參數(shù)的確定；熟悉了沖裁模的結(jié)構(gòu)，內(nèi)部的結(jié)構(gòu)零件及其設(shè)計的控制點；同時對于彎曲模、沖孔模、拉深模、落料模的結(jié)構(gòu)能夠熟悉了解。
電機碳刷架的加工包括了沖孔、落料、和彎曲的加工。通過對沖孔模、落料模、彎曲模的學習，分析和比較了各加工工藝方案，完成了模具總體的結(jié)構(gòu)分析，進行毛坯尺寸、排樣、工序尺寸、沖壓壓力、壓力中心、模具工作部分尺寸等工藝計算。繪制了裝配草圖并進行零部件初步選用設(shè)計,然后確定外形尺寸,選擇沖壓設(shè)備,繪制總的裝配圖和非標準的零件圖。
落料和沖孔都屬于沖裁模。沖裁模是從條料、帶料或半成品上使材料煙規(guī)定的輪廓產(chǎn)生分離的模具，隨著科學技術(shù)的發(fā)展，沖壓技術(shù)也向高速化、自動化、精密化的方向發(fā)展。沖裁模一般分為簡單模、級進模、和復(fù)合模。簡單模在國內(nèi)應(yīng)用比較廣泛，它是在壓力機的沖壓行程中完成一次沖裁工藝。簡單模也分為無導向簡單模、導板式簡單模，和導柱式簡單模；級進模是在單工序沖?；A(chǔ)上發(fā)展的一種多工序、高效率沖模。在壓力機一次沖程中，級進模在其有規(guī)律排列的幾個工位上分別完成一部分沖裁工藝，在最后工位沖出完整的工件。由于級進模是連續(xù)沖壓，因此生產(chǎn)效率高，適用于大規(guī)模生產(chǎn)，但是因為其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，定位要求比較嚴格，因此說制造成本高。復(fù)合模是指在壓力機的一次沖壓行程中，經(jīng)一次送料定位，在模具的同一部位可以同時完成幾道沖裁工序的模具稱為復(fù)合模。復(fù)合模同連續(xù)模一樣，也是在簡單模的基礎(chǔ)上發(fā)展的一種較先進的模具。與連續(xù)模相比，沖裁模沖裁件的位置精度高，對條料的定位精度要求低，復(fù)合模的輪廓尺寸較小。復(fù)合模雖然生產(chǎn)效率高，沖壓件精度高，但模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造精度要求高，適用于生產(chǎn)批量大，精度要求高，內(nèi)外形尺寸差較大的沖裁件。
彎曲是將金屬材料完成一定的角度、曲率和形狀的沖壓工藝方法。通常彎曲加工的材料有板料、棒料、管材和型材。彎曲有回彈的現(xiàn)象，因此回彈會降低彎曲件的精度，是在彎曲加工中不易解決的問題，因此在設(shè)計的時候必須考慮這個問題，例如可以考慮通過利用回彈規(guī)律補償回彈，改變彎曲變形區(qū)應(yīng)力狀態(tài)校正回彈等。在了解了彎曲加工的特點及工藝參數(shù)后，安排了炭刷架的合理的工序，熟悉各種模具結(jié)構(gòu)。進而完成零件設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計，繪制零件工作圖。
在沖壓模的設(shè)計過程中，還必須考慮到模具的成本，因此在進行選材，結(jié)構(gòu)設(shè)計時，必須盡量不去設(shè)計形狀復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，同時采用鑲嵌式代替整體式的結(jié)構(gòu)。針對模具的定位要求高的特點，在零件的設(shè)計中必須要有比較高的加工精度要求?？偟囊痪湓?，必須在有高的模具壽命和滿足加工精度要求的基礎(chǔ)上，盡量降低模具材料的成本，簡化模具的結(jié)構(gòu)，這樣才能有利于這個行業(yè)在我國的發(fā)
第一節(jié) 材料的工藝分析
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。
工件名稱：夾具底座 工件簡圖：如圖1.1所示 生產(chǎn)批量：大批量 材料：Q235 工件厚度：3mm 工件精度：IT14
圖1.1工件簡圖
第二節(jié) 材料選擇
根據(jù)表1.1，Q235為碳素結(jié)構(gòu)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)和受力較小的機械零件。綜合評比均適合沖裁加工。
第三節(jié) 工件結(jié)構(gòu)形狀
工件結(jié)構(gòu)形狀相對簡單，除有一個直徑為4的孔, 2個直徑為6的孔其余皆為直線，孔與邊緣之間的距離也滿足要求，可以沖裁。
2.3展開尺寸的計算
彎曲件毛坯的展開尺寸是根據(jù)變形中性層長度不變的原理來求出的，對于變形程度很小或?qū)Τ叽缫桓叩膹澢碚f，可以近似的認為變形中性層與毛坯的斷面中心相重合，這時，中性層的位置為
ρ=r+t/2
式中 r——彎曲件內(nèi)層的彎曲半徑
t——板料的厚度，
而當需要精確的求出彎曲毛坯的展開長度時，就必須精確的求出變形中性層的位置。確定位置之后就可以進行毛坯展開長度的計算了，這需要一個中性層的位移系數(shù)，此系數(shù)對于彎曲形狀及彎曲程度不同，數(shù)值也不同，需要根據(jù)實際的模具調(diào)節(jié)展開尺寸。
本產(chǎn)品，尺寸沒標公差，屬于自由公差，可以直接按毛坯的斷面中性層尺寸計算，
經(jīng)過計算 L1=45，寬度D=41
此尺寸目前是待定，在實際生產(chǎn)時需調(diào)節(jié)。
產(chǎn)品展開后是正方形，四個角是尖角，為防止模具破裂，減少模具應(yīng)力集中，應(yīng)將四個尖角改成R角，如圖，展開圖紙如下圖所示：
第四節(jié) 尺寸精度
零件圖上所注公差經(jīng)查標準公差表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： 41mm、45mm、14mm
零件內(nèi)形： 6mm、 4mm
表1.1黑色金屬的力學性能
材料名稱
材料牌號
材料狀態(tài)
極限強度
伸長率
屈服強度
彈性模量E/MPa
抗剪
抗拉
碳素結(jié)構(gòu)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部分標準公差值（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
抗拉強度：σ=275～383Mpa
抗剪強度：τ=216～304Mpa
伸長率： δ=32%
分析其力學性能較好，故選擇Q235材料。
第二章 沖裁工藝方案的確定
該制件的沖裁工序包括落料和沖孔，其沖裁加工有以下三種方案：
方案一：先沖孔，后落料，然后彎曲。單工序模生產(chǎn)。
方案二：沖孔—落料復(fù)合沖壓然后彎曲。復(fù)合模生產(chǎn)。
方案三：沖孔—落料—彎曲級進沖壓。級進模生產(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，準確定位不宜，容易使人受傷，生產(chǎn)率低。
方案二也只需2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。
第三章 模具總體設(shè)計
第一節(jié) 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。
第二節(jié) 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)濟效益。
二、定位方式
因為導料銷和擋料銷結(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)濟效益，控制條料的送進方向采用導料銷，控制送料步距采用固定擋料銷。
第三節(jié) 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。當固定卸料板還要起到對凸模的導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3mm，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。
第四節(jié) 確定送料方式
因選用的沖壓設(shè)備為開式壓力機，采用橫向送料方式，即由右向左送料。
第五節(jié) 確定導向方式
采用后側(cè)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(cè)，工作時，偏心距會造成導套導柱單邊磨損，嚴重影響模具使用壽命，且不能使用浮動模柄。
第四章 模具工藝參數(shù)確定
第一節(jié) 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）。
第二節(jié) 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=2.5mm
側(cè)搭邊值a=3mm
表5.1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
第三節(jié) 進距與條料寬度計算
一、送料進距A
條料在模具上每次送進的距離稱為送料進距，每個進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5.1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料板送進。
圖5.2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5.2剪切公差△及條料與導料板之間隙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板之間的間隙△=0.6。
根據(jù)公式(5.2)： B=[D+2a+c]
=(45+2×3)
=51
第四節(jié) 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，計算周長需要準確的找到各段圓弧的長度，計算面積也需要準確的找到切點，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確的計算出面積、周長（如圖5.3）。
圖5.3沖壓件的周長和面積
取F=1257.81mm2
L=205.65mm
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% （5.3）
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——送料進距；
根據(jù)公式(5.3)： η=(2×1257.81/71×51)×100%
≈69.5%
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。
第五章 計算沖壓力與壓力機的初選
計算沖裁力是為了選擇合適的壓力機，設(shè)計模具和檢驗?zāi)＞叩膹姸?，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，其沖裁力一般可以按下式計算：
Fp=Kp Ltτ =Lt （6.1）
式中τ——材料抗剪強度（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。
第一節(jié) 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=205.65mm。
查碳素結(jié)構(gòu)鋼的力學性能表知：Q235的抗剪強度τ=216Mpa～304Mpa，取260Mpa，制件厚度t=4mm，則
根據(jù)公式(6.1)： Fp= Kp Ltτ
=1.3×3×205.65×260
=208529.1(N)
≈208.5（KN）
第二節(jié) 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
=0.05×208.5（KN）
≈10.43(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
第三節(jié) 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
=0.06×208.5（KN）
≈12.5（KN）
第四節(jié) 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
=208.5+10.43+12.5
=231.43(KN)
選用的壓力機公稱壓力P≥（1.1～1.3）F，取系數(shù)為1.3，則：
P≥1.3F=1.3x231.43(KN)=300.859(KN)。
4.3 彎曲力的計算
本產(chǎn)品屬于V形彎曲，由于彎曲雖然是一副模具，定位做成可調(diào)接的，所以在計算彎曲力時，需要計算2次，V形彎曲的計算公式如下
彎曲力計算，第1次彎曲寬度為33MM時
F=0.6KBttδ/(R+t) (4-1)
F=0.6×1.3×33×3×600/（0.5+3）=12034N
=2.4KN
式中 F——彎曲力（N）；
B——產(chǎn)品的彎曲的寬度（mm）；
δ——材料抗拉強度（MPa）；（550-700 MPa）
t——材料厚度；(mm)
K——系數(shù)，通常K=1.3；
第2次彎曲時，
彎曲力計算，第2次彎曲寬度為14MM時
F=0.6KBttδ/(R+t) (4-1)
F=0.6×1.3×14×3×600/（0.5+3）=5616N
=2.4KN
式中 F——彎曲力（N）；
B——產(chǎn)品的彎曲的寬度（mm）；
δ——材料抗拉強度（MPa）；（550-700 MPa）
t——材料厚度；(mm)
K——系數(shù)，通常K=1.3；
第五節(jié) 壓力機的初選
沖裁時，壓力機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)備屬鍛壓機械。常見的冷沖壓設(shè)備有機械壓力機。
表6.2部分常用開式壓力機的主要技術(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，選擇開式壓力機的型號為J23-63。
第六章 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，為了確保壓力機和模具正常工作，應(yīng)使沖模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(chǎn)生偏心載荷，使滑塊和導軌間產(chǎn)生過大磨損，模具導向零件加速磨損，降低了模具和壓力機的使用壽命。
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。
圖7.1壓力中心
按比例畫出零件形狀，選定坐標系XOY。計算出零件壓力中心為（17.96，17.19）
第七章 沖裁模間隙的確定
第一節(jié) 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8.1沖裁間隙
第二節(jié) 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钠睿悄＞弑旧淼闹圃炱?。
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?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?？紤]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=0.460mm，最大雙面間隙Zmax=0.640mm
表8.1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%。
第八章 凹、凸模刃口尺寸的計算
第一節(jié) 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，間隙取在凸模上；設(shè)計沖孔模時，以凸模尺寸為基準，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，凹模基本尺寸應(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?？砂碔T11級制造；對于圓形工件按IT6～IT7級制造。沖壓件的尺寸公差應(yīng)按“入體”原則標注單項公差，落料件上偏差為零，下偏差為負；沖孔件上偏差為正，下偏差為零。
第二節(jié) 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，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?；境叽?mm)；
d——沖孔件孔的最小極限尺寸(mm)；
Ld——同一工步中凹模孔距基本尺寸(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：當工件精度IT10以上，取x=1；當工件精度IT11～IT13，取x=0.75；當工件精度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 =(d+X△) 0- δp
=(6+0.5×0.30)
=6.15
凹模： dd=( dp +Zmin)
=(6.15+0.46)
=6.61
校核: ｜δp｜＋｜δd｜=0.011+0.018=0.029mm
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?；境叽?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：41mm、45mm、14mm mm設(shè)凸、凹模分別按IT6和IT7級加工。
所以凹模
140-0.43:Dd1=(D1-X)
=(14-0.5×0.43)0+0.018
=13.7850+0.018mm
410-0.52:Dd2=(D2-X)
=(41-0.5×0.62)0+0.15
=40.690+0.151mm
450-0.52:Dd2=(D2-X)
=(45-0.5×0.62)0+0.15
=44.690+0.151mm
凸模
140-0.43:Dp1=(Dd1-Zmin)
=(13.785-0.46)
=13.325mm
410-0.52:Dp1=(Dd1-Zmin)
=(40.69-0.46)
=40.23mm
450-0.52:Dp1=(Dd1-Zmin)
=(44.69-0.46)
=44.23mm
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
Zmax－Zmin =0.24-0.132=0.108mm(Zmax、Zmin是凸、凹模最大初始雙面間隙，查表8-1得Zmax =0.24、Zmin =0.132)滿足｜｜＋｜｜≤Zmax－Zmin。
6.3.3 彎曲凸模，凹模設(shè)計計算
毛坯經(jīng)凹模圓角進入凹模時，受彎曲和摩擦作用，若凹模圓角半徑過小，因徑向拉力增大，易使拉伸件表面劃傷或產(chǎn)生斷裂；若過大，則壓邊面積小，由于懸空增大，易起內(nèi)皺。因此，合理的選擇凹模圓角半徑很重要。具體數(shù)值查表可得。
彎曲模間隙是單面間隙，即凹模和凸模直徑之差的一半。
本次設(shè)計的模具結(jié)構(gòu)比較簡單，在選擇間隙時可以直接查表，所以查表可知間隙為(1-1.1t)，t為材料厚度。由于產(chǎn)品圓角較大，所以間隙不能大，否則產(chǎn)品有錐度，精度差，不符合要求，間隙太小，模具壽命短，所以取間隙為t。
凸、凹模工作部分尺寸的確定，主要考慮模具的磨損和產(chǎn)品的回彈。
1）、制件標注外形尺寸
凹模尺寸為
L d=（Lmax –0.75Δ）
凸模尺寸為
L p=（Ld–0.75Δ–Z）
（2）、制件標注內(nèi)尺寸
凸模尺寸為
L p=（Lmin +0.4Δ）
凹模尺寸為
L d=（Lp+0.4Δ+Z）
其中 L—產(chǎn)品件的外形或內(nèi)尺寸
Δ—產(chǎn)品件的尺寸偏差
L d—產(chǎn)品凹模的基本尺寸
L p—產(chǎn)品凸模的基本尺寸
Z—凸凹模雙面間隙
具體計算如下，制件標注內(nèi)尺寸，按此公式計算
彎曲凸模尺寸為
L p1=（Lmin +0.4Δ）
=0.5
凹模尺寸為
L d1=（Lp1+0.4Δ+Z）
=1.5
凸、凹模工作表面粗造度要求：凹模工作表面和型腔表面粗造度應(yīng)達到0.8；圓角處的表面粗造度一般要求0.4；凸模工作部分表面粗造度一般要求0.8-1.6。
第九章 主要零部件的設(shè)計
第一節(jié) 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
=107+2×45
=197mm
L=b+2C
=30+2×45
=120mm
查表10.2，選取凹模外形尺寸L×B=200mm×125mm。
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200mm×125mm×40mm。
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，按凸模的標準結(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入凸凹模一般4～10mm。則：
L =32+20+6.5+1.5=60mm
凸模強度校核：該凸模不屬于細長桿，強度足夠。
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?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。從強度方面考慮，其壁厚應(yīng)受最小限制。當模具為正裝結(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=2