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目 錄
第一章 前 言 1
1.1 課題研究的背景 1
1.2 沖壓模具行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì) 1
1.3級(jí)進(jìn)模的特點(diǎn) 4
1.4課題研究的主要內(nèi)容 5
第二章 沖壓工藝分析.........................................................................................6
2.1沖壓工藝分析 6
2.1.1沖壓件的工藝分析 6
2.1.2結(jié)構(gòu)分析 7
2.1.3 加工順序決定的的毛坯原則 7
2.1.4 沖壓方案設(shè)計(jì) 7
2.2 確定排樣圖 8
2.2.1 排樣圖的設(shè)計(jì)與計(jì)算 8
2.2.2 排樣圖設(shè)計(jì)原則 8
2.2.3 排樣圖 9
第三章 計(jì)算各工序沖壓力和選擇沖壓設(shè)備.............................................11
3.1 落料、沖壓級(jí)進(jìn)模的沖壓力計(jì)算和設(shè)備選擇 11
3.1.1沖壓力的計(jì)算 11
3.1.2選用沖壓設(shè)備 13
3.1.3沖模壓力中心的確定 13
3.1.4模具閉合高度的確定 13
3.2凸、凹模設(shè)計(jì) 14
3.2.1沖裁凸凹模的設(shè)計(jì)原則 14
3.2.2確定凸、凹模間隙 15
3.2.3凸、凹模刃口尺寸確定 16
3.3 沖裁模具的設(shè)計(jì)和設(shè)備的選擇 17
3.3.1 沖裁模的分類 17
3.3.2 凸模、凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 18
3.3.6彎曲質(zhì)量分析 20
3.4彎曲工藝計(jì)算 26
-iii-
第四章 模具的設(shè)計(jì)與裝配 29
4.1 定位零件的設(shè)計(jì) 29
4.2卸料及壓料零件設(shè)計(jì)與標(biāo)準(zhǔn) 29
4.3卸料螺釘及其它零件的的選擇 30
4.4 模架及導(dǎo)套、導(dǎo)柱選擇 31
4.5 模具設(shè)計(jì) 34
4.5.1 側(cè)刃凸模 34
4.6.1 沖壓設(shè)備的選用原則 36
4.6.2 壓力機(jī)噸位和型號(hào)的選擇 37
4.6.3 壓力機(jī)的可用性分析 37
4.7模具總裝圖的繪制 38
4.8模具的裝配 40
4.8.1 裝配技術(shù)要求....................................................................................40
4.8.2 沖模裝配的工藝要點(diǎn)........................................................................40
4.8.3 沖模裝配的順序確定........................................................................41
4.8.4 落料、沖孔、彎曲級(jí)進(jìn)模的裝配.......................................................41
第五章 結(jié)論..........................................................................................................43
參考文獻(xiàn) 44
致 謝 45
-iv-
第一章 前 言
1.1 課題研究的背景
沖壓模具產(chǎn)業(yè)是我國(guó)經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)工業(yè)， 沖壓模具工業(yè)的發(fā)展水平從某種意義上來(lái)說(shuō)代表著一個(gè)國(guó)家的工業(yè)中制造業(yè)發(fā)展水平。我國(guó)重點(diǎn)發(fā)展的汽車、電子、通訊、航空航天等行業(yè)的產(chǎn)品的零部件是80%由模具加工成型的。由于沖壓模具自身的特點(diǎn)，現(xiàn)代沖壓模具企業(yè)大多體現(xiàn)出技術(shù)密集、資金密集和高素質(zhì)勞動(dòng)力密集以及高社會(huì)效益的特點(diǎn)，沖壓模具制造業(yè)已成為高新技術(shù)制造產(chǎn)業(yè)的一部分。在當(dāng)今制造業(yè)快速發(fā)展的前提下， 隨著中國(guó)成為制造大國(guó)， 成為模具制造大國(guó)，國(guó)內(nèi)模具業(yè)得到迅猛發(fā)展。中國(guó)模具產(chǎn)業(yè)已接近 1000 億元的大關(guān)，其中沖壓模具所占比例很高，表明沖壓模具生產(chǎn)已經(jīng)形成了巨大的規(guī)模。
沖壓模具加工作為模具加工的一大分類，在我國(guó)經(jīng)濟(jì)的加工工業(yè)中同時(shí)占有重要的地位。沖壓件在形狀和尺寸精度方面的互換性較好，所以具有質(zhì)量輕、剛度好、精度高和外表光滑、美觀等特點(diǎn)。而且沖壓加工是一種商生產(chǎn)率、高材料利用率的加工方法。
隨著與國(guó)際接軌的腳步不斷加快，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益加劇，為了適應(yīng)我國(guó)制造業(yè)迅速發(fā)展的需要，必須發(fā)展先進(jìn)的模具設(shè)計(jì)制造技術(shù)，提高從業(yè)人員的素質(zhì)和能力。CAD/CAE/CAM技術(shù)作為一種現(xiàn)代設(shè)計(jì)制造方法，把它引入模具生產(chǎn)實(shí)際中，可以大大縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期， 提高生產(chǎn)效率和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
1.2 沖壓模具行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，許多新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備、新材料不斷涌現(xiàn)，因而促進(jìn)了沖壓技術(shù)的不斷革新和發(fā)展。其主要表現(xiàn)和發(fā)展方向如下。
(1).沖壓成形理論及沖壓工藝方面
沖壓成形理論的研究是提高沖壓技術(shù)的基礎(chǔ)。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)沖壓成形理論的研究非常重視，在材料沖壓性能研究、沖壓成形過(guò)程應(yīng)力應(yīng)變分析、板料變形規(guī)律研究及坯料與模具之間的相互作用研究等方面均取得了較大的進(jìn)展。特別是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛躍發(fā)展和塑性變形理論的進(jìn)一步完善，近年來(lái)國(guó)內(nèi)外已開(kāi)始應(yīng)用塑性成形過(guò)程的計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)，即利用有限元（）等有值分析方法模擬金屬的塑性成形過(guò)程，根據(jù)分析結(jié)果，設(shè)計(jì)人員可預(yù)測(cè)某一工藝方案成形的可行性及可能出現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)題，并通過(guò)在計(jì)算機(jī)上選擇修改相關(guān)參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)工藝及模具的優(yōu)化設(shè)計(jì)。這樣既節(jié)省了昂貴的試模費(fèi)用，也縮短了制模具周期。
研究推廣能提高生產(chǎn)率及產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本和擴(kuò)大沖壓工藝應(yīng)用范圍的各種壓新工藝，也是沖壓技術(shù)的發(fā)展方向之一。目前，國(guó)內(nèi)外相繼涌現(xiàn)出精密沖壓工藝、軟模成形工藝、高能高速成形工藝及無(wú)模多點(diǎn)成形工藝等精密、高效、經(jīng)濟(jì)的沖壓新工藝。其中，精密沖裁是提高沖裁件質(zhì)量的有效方法，它擴(kuò)大了沖壓加工范圍，目前精密沖裁加工零件的厚度可達(dá)25mm，精度可達(dá)IT16~17級(jí)；用液體、橡膠、聚氨酯等作柔性凸?；虬寄５能浤?
成形工藝，能加工出用普通加工方法難以加工的材料和復(fù)雜形狀的零件，在特定生產(chǎn)條件下具有明顯的經(jīng)濟(jì)效果；采用爆炸等高能效成形方法對(duì)于加工各種尺寸在、形狀復(fù)雜、批量小、強(qiáng)度高和精度要求較高的板料零件，具有很重要的實(shí)用意義；利用金屬材料的超塑性進(jìn)行超塑成形，可以用一次成形代替多道普通的沖壓成形工序，這對(duì)于加工形狀復(fù)雜和大型板料零件具有突出的優(yōu)越性；無(wú)模多點(diǎn)成形工序是用高度可調(diào)的凸模群體代替?zhèn)鹘y(tǒng)模具進(jìn)行板料曲面成形的一種先進(jìn)技術(shù)，我國(guó)已自主設(shè)計(jì)制造了具有國(guó)際領(lǐng)先水平的無(wú)模多點(diǎn)成形設(shè)備，解決了多點(diǎn)壓機(jī)成形法，從而可隨意改變變形路徑與受力狀態(tài)，提高了材料的成形極限，同時(shí)利用反復(fù)成形技術(shù)可消除材料內(nèi)殘余應(yīng)力，實(shí)現(xiàn)無(wú)回彈成形。無(wú)模多點(diǎn)成形系統(tǒng)以技術(shù)為主要手段，能快速經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)三維曲面的自動(dòng)化成形。
(2) 沖模是實(shí)現(xiàn)沖壓生產(chǎn)的基本條件.
在沖模的設(shè)計(jì)制造上,目前正朝著以下兩方面發(fā)展:一方面,為了適應(yīng)高速、自動(dòng)、精密、安全等大批量現(xiàn)代生產(chǎn)的需要，沖模正向高效率、高精度、高壽命及多工位、多功能方向發(fā)展，與此相比適應(yīng)的新型模具材料及其熱處理技術(shù)，各種高效、精密、數(shù)控自動(dòng)化的模具加工機(jī)床和檢測(cè)設(shè)備以及模具技術(shù)也在迅速發(fā)展；另一方面，為了適應(yīng)產(chǎn)品更新?lián)Q代和試制或小批量生產(chǎn)的需要，鋅基合金沖模、聚氨酯橡膠沖模、薄板沖模、鋼帶沖模、組合沖模等各種簡(jiǎn)易沖模及其制造技術(shù)也得到了迅速發(fā)展。
精密、高效的多工位及多功能級(jí)進(jìn)模和大型復(fù)雜的汽車覆蓋件沖模代表了現(xiàn)代沖模的技術(shù)水平。目前，50個(gè)工位以上的級(jí)進(jìn)模進(jìn)距精度可達(dá)到2微米，多功能級(jí)進(jìn)模不僅可以完成沖壓全過(guò)程，還可完成焊接、裝配等工序。我國(guó)已能自行設(shè)計(jì)制造出達(dá)到國(guó)際水平的精度達(dá)2~5微米，進(jìn)距精度2~3微米，總壽命達(dá)1億次。我國(guó)主要汽車模具企業(yè)，已能生產(chǎn)成套轎車覆蓋件模具，在設(shè)計(jì)制造方法、手段方面已基本達(dá)到了國(guó)際水平，但在制造方法手段方面已基本達(dá)到了國(guó)際水平，模具結(jié)構(gòu)、功能方面也接近國(guó)際水平，但在制造質(zhì)量、精度、制造周期和成本方面與國(guó)外相比還存在一定差距。
模具制造技術(shù)現(xiàn)代化是模具工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)。計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)正在不斷向傳統(tǒng)制造技術(shù)滲透、交叉、融合形成了現(xiàn)代模具制造技術(shù)。其中高速銑削加工、電火花銑削加工、慢走絲切割加工、精密磨削及拋光技術(shù)、數(shù)控測(cè)量等代表了現(xiàn)代沖模制造的技術(shù)水平。高速銑削加工不但具有加工速度高以及良好的加工精度和表面質(zhì)量（主軸轉(zhuǎn)速一般為15000~40000r/min）,加工精度一般可達(dá)10微米，最好的表面粗糙度Ra≤1微米），而且與傳統(tǒng)切削加工相比具有溫升低（工件只升高3攝氏度）、切削力小，因而可加工熱敏材料和剛性差的零件，合理選擇刀具和切削用量還可實(shí)現(xiàn)硬材料（60HRC）加工；電火花銑削加工（又稱電火花創(chuàng)成加工）是以高速旋轉(zhuǎn)的簡(jiǎn)單管狀電極作三維或二維輪廓加工（像數(shù)控銑一樣），因此不再需要制造昂貴的成形電極，如日本三菱公司生產(chǎn)的EDSCAN8E電火花銑削加工機(jī)床，配置有電極損耗自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)、 集成系統(tǒng)、在線自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)和動(dòng)態(tài)仿真系統(tǒng)，體現(xiàn)了當(dāng)今電火花加工機(jī)床的技術(shù)水平；慢走絲線切割技術(shù)的發(fā)展水平已相當(dāng)高，功能也相當(dāng)完善，自動(dòng)化程度已達(dá)到無(wú)人看管運(yùn)行的程度，目前切割速度已達(dá)到300mm/min,加工精度可達(dá)±1.5微米，表面粗糙度達(dá)Ra=01~0.2微米;精度磨削及拋光已開(kāi)始使用數(shù)控成形磨床、數(shù)控光學(xué)曲線磨床、數(shù)控連續(xù)軌跡坐標(biāo)磨床及自動(dòng)拋光等先進(jìn)設(shè)備和技術(shù);模具加工過(guò)程中的檢測(cè)技術(shù)也取得了很大的發(fā)展,現(xiàn)在三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)除了能高精度地測(cè)量復(fù)雜曲面的數(shù)據(jù)外,其良好的溫度補(bǔ)償裝置、可靠的抗振保護(hù)能力、嚴(yán)密的除塵措施及簡(jiǎn)單操作步驟，使得現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化檢測(cè)成為可能。此外，激光快速成形技術(shù)（RPM）與樹(shù)脂澆注技術(shù)在快速經(jīng)濟(jì)制模技術(shù)中得到了成功的應(yīng)用。利用RPM技術(shù)快速成形三維原型后，通過(guò)陶瓷精鑄、電弧涂噴、消失模、熔模等技術(shù)可快速制造各種成形模。如清華大學(xué)開(kāi)發(fā)研制的“型多功能快速原型制造系統(tǒng)”是我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的世界惟一擁有兩種快速成形工藝（分層實(shí)體制造和熔融擠壓成形）的系統(tǒng)，它基于“模塊化技術(shù)集成”之概念而設(shè)計(jì)和制造，具有較好的價(jià)格性能比。一汽模具制造公司在以加工的主模型為基礎(chǔ)，采用瑞士汽巴精化的高強(qiáng)度樹(shù)脂澆注成形的樹(shù)脂沖模應(yīng)用在國(guó)產(chǎn)轎車試制和小批量生產(chǎn)開(kāi)辟了新的途徑。
(3) 沖壓設(shè)備和沖壓生產(chǎn)自動(dòng)化方面
性能良好的沖壓設(shè)備是提高沖壓生產(chǎn)技術(shù)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(dòng)化的沖壓設(shè)備相匹配。為了滿足大批量高速生產(chǎn)的需要，目前沖壓設(shè)備也由單工位、單功能、低速壓力機(jī)朝著多工位、多功能、高速和數(shù)控方向發(fā)展，加之機(jī)械乃至機(jī)器人的大量使用，使沖壓生產(chǎn)效率得到大幅度提高，各式各樣的沖壓自動(dòng)線和高速自動(dòng)壓力機(jī)紛紛投入使用。如在數(shù)控四邊折彎?rùn)C(jī)中送入板料毛坯后，在計(jì)算機(jī)程序控制下便可依次完成四邊彎曲，從而大幅度提高精度和生產(chǎn)率；在高速自動(dòng)壓力機(jī)上沖壓電機(jī)定轉(zhuǎn)子沖片時(shí)，一分鐘可沖幾百片，并能自動(dòng)疊成定、轉(zhuǎn)子鐵芯，生產(chǎn)效率比普通壓力機(jī)提高幾十倍，材料利用率高達(dá)；公稱壓力為的高速壓力機(jī)的滑塊行程次數(shù)已達(dá)2000次/min以上。在多功能壓力機(jī)方面，日本田公司生產(chǎn)的2000KN“沖壓中心”采用CNC控制，只需5min時(shí)間就可完成自動(dòng)換模、換料和調(diào)整工藝參數(shù)等工作；美國(guó)惠特尼公司生產(chǎn)的CNC金屬板材加工中心，在相同的時(shí)間內(nèi)，加工沖壓件的數(shù)量為普通壓力機(jī)的4~10倍，并能進(jìn)行沖孔、分段沖裁、彎曲和拉深等多種作業(yè)。
近年來(lái)，為了適應(yīng)市場(chǎng)的激烈競(jìng)爭(zhēng)，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的要求越來(lái)越高，且其更新?lián)Q代的周期大為縮短。沖壓生產(chǎn)為適應(yīng)這一新的要求，開(kāi)發(fā)了多種適合不同批量生產(chǎn)的工藝、設(shè)備和模具。其中，無(wú)需設(shè)計(jì)專用模具、性能先進(jìn)的轉(zhuǎn)塔數(shù)控多工位壓力機(jī)、激光切割和成形機(jī)、CNC萬(wàn)能折彎?rùn)C(jī)等新設(shè)備已投入使用。特別是近幾年來(lái)在國(guó)外已經(jīng)發(fā)展起來(lái)、國(guó)內(nèi)亦開(kāi)始使用的沖壓柔性制造單元（FMC）和沖壓柔性制造系統(tǒng)（FMS）代表了沖壓生產(chǎn)新的發(fā)展趨勢(shì)。FMS系統(tǒng)以數(shù)控沖壓設(shè)備為主體，包括板料、模具、沖壓件分類存放系統(tǒng)、自動(dòng)上料與下料系統(tǒng)，生產(chǎn)過(guò)程完全由計(jì)算機(jī)控制，車間實(shí)現(xiàn)24小時(shí)無(wú)人控制生產(chǎn)。同時(shí)，根據(jù)不同使用要求，可以完成各種沖壓工序，甚至焊接、裝配等工序，更換新產(chǎn)品方便迅速，沖壓件精度也高。
(4)沖壓標(biāo)準(zhǔn)化及專業(yè)化生產(chǎn)方面
模具的標(biāo)準(zhǔn)化及專業(yè)化生產(chǎn)，已得到模具行業(yè)和廣泛重視。因?yàn)闆_模屬單件小批量生產(chǎn)，沖模零件既具的一定的復(fù)雜性和精密性，又具有一定的結(jié)構(gòu)典型性。因此，只有實(shí)現(xiàn)了沖模的標(biāo)準(zhǔn)化，才能使沖模和沖模零件的生產(chǎn)實(shí)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(guó)外先進(jìn)工業(yè)國(guó)家模具標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)程度已達(dá)70%~80%，模具廠只需設(shè)計(jì)制造工作零件，大部分模具零件均從標(biāo)準(zhǔn)件廠購(gòu)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(lái)越細(xì)，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(guó)沖模標(biāo)準(zhǔn)化與專業(yè)化生產(chǎn)近年來(lái)也有較大發(fā)展，除反映在標(biāo)準(zhǔn)件專業(yè)化生產(chǎn)廠家有較多增加外，標(biāo)準(zhǔn)件品種也有擴(kuò)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(biāo)準(zhǔn)化程度還不高（一般在40%以下），標(biāo)準(zhǔn)件的品種和規(guī)格較少，大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)件廠家未形成規(guī)?；a(chǎn)，標(biāo)準(zhǔn)件質(zhì)量也還存在較多問(wèn)題。另外，標(biāo)準(zhǔn)件生產(chǎn)的銷售、供貨、服務(wù)等都還有待于進(jìn)一步提高。
1.3級(jí)進(jìn)模的特點(diǎn)
級(jí)進(jìn)沖裁模是在壓力機(jī)滑塊的一次行程、在模具的不同工位分別進(jìn)行工件的內(nèi)形和外形沖裁，而在最后工位才制成工件。級(jí)進(jìn)模具有以下優(yōu)點(diǎn)：
1. 級(jí)進(jìn)模是多工序沖模，在一副模具中，可以包括沖裁、彎曲、成形和拉深等多種多道工序，具有比復(fù)合模更高的勞動(dòng)生產(chǎn)率，也能生產(chǎn)相當(dāng)復(fù)雜的沖件；
2. 級(jí)進(jìn)模操作安全，因?yàn)槿耸植槐剡M(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域；級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)時(shí)，工序可以分散。不必集中在一個(gè)工位，不存在復(fù)合模中“最小壁厚”問(wèn)題。因此模具強(qiáng)度相對(duì)較高，壽命較長(zhǎng)。
3. 級(jí)進(jìn)模易于自動(dòng)化，即容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)送料，自動(dòng)出件，自動(dòng)疊片；
4. 級(jí)進(jìn)模可以采用高速壓力機(jī)生產(chǎn)，因?yàn)楣ぜ蛷U料可以直接往下漏；
5. 使用級(jí)進(jìn)?？梢詼p少壓力機(jī)，減少半成品的運(yùn)輸。車間面積和倉(cāng)庫(kù)面積可大大減小。
級(jí)進(jìn)模的缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造精度高，周期長(zhǎng)，成本高。因?yàn)榧?jí)進(jìn)模是將工件的內(nèi)、外形逐漸沖出的，每次沖出都有定位誤差，較難穩(wěn)定保持工件內(nèi)、外形相對(duì)位置的一致性。但精度高的零件，并非全部輪廓的所有內(nèi)、外形相對(duì)位置要求都高，可以在沖內(nèi)形的同一工位上，把相對(duì)位置要求高的這部分輪廓同時(shí)沖出，從而保證零件的精度要求。
1.4課題研究的主要內(nèi)容
1.收集大量資料進(jìn)行調(diào)研，熟悉課題，為畢業(yè)設(shè)計(jì)做準(zhǔn)備。
2.擬定零件沖壓工藝方案及模具總體設(shè)計(jì)方案。
3.繪制模具裝配圖及主要零件圖，總量不少于2.5張A0圖紙。
4.根據(jù)設(shè)計(jì)流程，編寫(xiě)40頁(yè)以上的畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。
第2章 沖壓工藝分析
2.1沖壓工藝分析
2.1.1沖壓件的工藝分析
零件名稱：彈簧片零件，材料如圖2-1所示：
圖2.1 零件圖
彈簧片零件，材料，料厚1.5mm，大批量生產(chǎn)，尺寸精度要求不高。所以該零件為非對(duì)稱的彎曲件。
材料力學(xué)性能：
抗拉強(qiáng)度：
屈服強(qiáng)度：
伸長(zhǎng)率：
斷面收縮率：
硬度 ：熱軋,;冷拉+熱處理
根據(jù)零件圖上所注尺寸，工件精度要求不高，采用 IT14 級(jí)精度，普通沖裁完全可以滿足要求。根據(jù)以上分析，該工件沖裁工藝較好，適合沖裁。除此之外，模具的設(shè)計(jì)與 制造還要考慮的是結(jié)構(gòu)要合理，制造加工要經(jīng)濟(jì)方便。
2.1.2結(jié)構(gòu)分析
根據(jù)零件圖上所注尺寸，工件精度要求不高，采用 IT14 級(jí)精度，普通沖裁完全可以滿足要求。根據(jù)以上分析，該工件沖裁工藝較好，適合沖裁。除此之外，模具的設(shè)計(jì)與 制造還要考慮的是結(jié)構(gòu)要合理，制造加工要經(jīng)濟(jì)方便。彎曲工序安排是否合理對(duì)零件質(zhì)量、難易程度有較大影響。由于工件彎曲形狀、尺寸不對(duì)稱，高度相差較大，彎曲時(shí)受力不均勻，毛坯易偏移，尺寸不易保證，模具設(shè)計(jì)時(shí)考慮增設(shè)壓料板、定位孔等定位零件，使工件彎曲前已處于彈性壓緊狀態(tài)，然后再進(jìn)行彎曲。
2.1.3 加工順序決定的的毛坯原則
? 有的孔，只要其形狀和尺寸不受后續(xù)工序的影響，都應(yīng)該在平板毛坯上沖出，因?yàn)樵诔尚秃鬀_孔模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，定位困難，操作也不便，沖出的孔有時(shí)不能作為后續(xù)工序的定位孔使用。
? 凡是在位置會(huì)受到以后某工作變形影響的孔（拉深件的底部孔徑要求不高和變形減輕孔除外）都應(yīng)在有關(guān)的成型工序后再?zèng)_出。
? 兩孔靠近或者孔距邊緣很小時(shí)，如果模具強(qiáng)度足夠，最好同時(shí)沖出，否則應(yīng)先沖大孔和一般情況孔，后沖小孔和高精度孔，或者先落料后沖孔，力求把可能產(chǎn)生的畸變限制在最小范圍內(nèi)。
? 多角彎曲件主要從材料變形和彎曲的材料移動(dòng)兩方面安排彎曲的先后順序，一般情況下，先彎曲外部角，后彎曲內(nèi)部角。
? 整形或較平工序，應(yīng)在沖壓件基本成型后進(jìn)行。
2.1.4 沖壓方案設(shè)計(jì)
根據(jù)制件工藝分析，該模具為成形、沖孔、切斷和彎曲4個(gè)工位的級(jí)進(jìn)模結(jié)構(gòu)，按其先后順序組合，可以得到如下3 種方案：
（1）成形—沖孔—彎曲及切斷—沖切兩側(cè)外形，單工序沖壓。
（2）沖孔—沖切兩側(cè)外形—完全及切斷—成形，單工序沖壓。
（3）沖切兩側(cè)外形—成形—沖孔—彎曲及切斷，復(fù)合沖壓。
方案（1）、（2）屬于單工序沖壓，由于制件生產(chǎn)批量較大，尺寸又較小，這種方案，生產(chǎn)效率低，操作不安全，故不宜采用。
方案（3）級(jí)進(jìn)模比單工序模生產(chǎn)率高，生產(chǎn)批量大，操作方便，通過(guò)合理設(shè)計(jì)可以達(dá)到較好的零件質(zhì)量和避免模具強(qiáng)度不夠的問(wèn)題，解決了（1）、（2）的問(wèn)題，故此方案最為適合。
最終該零件具體加工方案為：工位①?zèng)_切側(cè)刃—工位②成形—工位③沖孔—工位④彎曲及切斷，級(jí)進(jìn)模生產(chǎn)。
為了保證壓力機(jī)和模具正常地工作，特別是保持壓力機(jī)導(dǎo)軌的均勻磨損，應(yīng)該使模具的壓力中心與壓力機(jī)的滑塊中心基本重合。否則會(huì)產(chǎn)生一個(gè)附加力矩，使模具產(chǎn)生偏斜，間隙不均勻，并使壓力機(jī)和模具的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)產(chǎn)生不均勻磨損，刃口迅速變鈍。絕大多數(shù)沖裁件沿沖裁輪廓的斷面厚度不變，而沖裁力與輪廓線的長(zhǎng)度成正比且沿輪廓均勻分布。
所以側(cè)刃凸模在條料上沖切出步距，由定位塊3做步距定位。沖孔、切斷廢料落入壓力機(jī)工作臺(tái)孔內(nèi)工件沿下模板1的斜面滑出。
2.2 確定排樣圖
2.2.1 排樣圖的設(shè)計(jì)與計(jì)算
設(shè)計(jì)級(jí)進(jìn)模首先要設(shè)計(jì)排樣圖。這是設(shè)計(jì)級(jí)進(jìn)模的重要依據(jù)。排樣的要求是切除廢料，將零件留在條料上，以分步完成各個(gè)工序，最后根據(jù)需要將零件從條料上分離下來(lái)。多工位級(jí)進(jìn)模排樣設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括：確定模具的工位數(shù)目，各工位加工的內(nèi)容及各工位沖壓工序順序的安排；確定被沖工件在條料上的排列方式；確定條料載體的形式；確定條料寬度和步距尺寸，從而確定了材料利用率。排樣圖的好壞對(duì)模具設(shè)計(jì)的影響很大，需要設(shè)計(jì)出多種方案加以分析、比較、綜合與歸納，以確定一個(gè)經(jīng)濟(jì)、技術(shù)效果相對(duì)較合理的方案，衡量排樣設(shè)計(jì)的好壞主要是看其工序安排是否合理，能否保證沖件的質(zhì)量并使沖壓過(guò)程正常、穩(wěn)定的進(jìn)行，模具結(jié)構(gòu)是否簡(jiǎn)單、制造維修是否方便，能否得到較高的材料利用率，是否符合制造和使用單位的習(xí)慣和實(shí)際條件等等。
2.2.2 排樣圖設(shè)計(jì)原則
1. 先沖孔，后沖外形。
2. 復(fù)雜型孔可分解為若干簡(jiǎn)單型孔，分步進(jìn)行沖裁。
3. 工序要分散，以確保凹模有足夠的強(qiáng)度。所有的孔不應(yīng)在同一工位上沖切，最好分開(kāi)。布置在同一工位及相鄰工位上的沖切輪廓（包括孔）的間距不應(yīng)小于凹模最小壁厚。
4. 尺寸與形狀要求高的輪廓應(yīng)布置在較后的工位上沖切。
5. 有孔位精度要求的孔應(yīng)在同一工位上沖，若無(wú)法安排在同一工位上時(shí)，可安排在相近的工位上沖。
6. 孔精度有要求并與輪廓靠近，沖外輪廓時(shí)孔可能會(huì)變形，應(yīng)先沖外形后沖孔。
7. 外形薄弱部分的沖切應(yīng)安排在較前的工位上。
8. 輪廓周界較大的沖切工藝，盡量安排在中間工位，以使壓力中心與模具幾何中心重合。
2.2.3 排樣圖
排樣圖見(jiàn)圖2.1；排樣采取對(duì)稱布置，這樣可以提高生產(chǎn)效率，并且在彎曲是可以避免因?yàn)槭芰Σ痪a(chǎn)生的材料流動(dòng)。
具體工位為：工位①?zèng)_切側(cè)刃—工位②成形—工位③沖孔—工位④彎曲及切斷。
所以綜合上述，經(jīng)過(guò)計(jì)算，得到排樣圖如下所示：
④ ③ ② ①
圖2.2排樣圖
2.2.4材料的利用率
沖裁件的實(shí)際面積與所用板料面積的百分比叫材料的利用率， 它是衡量合理利用材
料的重要指標(biāo)。
一個(gè)步距內(nèi)的材料利用率：
η＝Ａ/BS×100%.............................................式（2.1）
式中 A—一個(gè)步距內(nèi)沖裁件的實(shí)際面積；
B—條料寬度；
S—步距；
由此可之，η值越大，材料的利用率就越高，廢料越少。廢料分為工藝廢料和結(jié)構(gòu)廢料，結(jié)構(gòu)廢料是由本身形狀決定的，一般是固定不變的，工藝廢料的多少?zèng)Q定于搭邊和余量的大小，也決定于排樣的形式和沖壓方式。因此，要提高材料利用率，就要合理排樣，減少工藝廢料。
所以材料利用率 η=A/BS×100%
=( 24 × 8 + 2×16 × 35) /（24 × 82）× 100%
=66.77%
考慮料頭 、尾料和邊角余料消耗，一張板材上的總利用率
為
= NnA1／LB×100% .......................................式（2.2）
式中 N 一 一張板料可以裁剪的條料數(shù)
n 一 一張板料上沖裁件的總數(shù)目；
A1 — 一個(gè)沖裁件的實(shí)際面積；
L —板料長(zhǎng)度；
B —板料寬度。
查板材標(biāo)準(zhǔn)[5]宜選用 750mm×1500 mm 的鋼板，每張鋼板可剪裁為 9 張條料（82
mm×1800 mm）,每張條料可以沖 124 個(gè)工件，所以每張鋼板的材料利用率:
= NnA1/LB×100%
= 9×124×656/750×1500×100%
=65.07 %
所以，從材料的利用率上來(lái)看，排樣滿足要求。
第三章 計(jì)算各工序沖壓力和選擇沖壓設(shè)備
3.1 落料、沖壓級(jí)進(jìn)模的沖壓力計(jì)算和設(shè)備選擇
3.1.1沖壓力的計(jì)算
在沖裁過(guò)程中，沖壓力是指沖裁力、卸料力、推件力和頂件力的總稱。沖裁力是沖裁過(guò)程中凸模對(duì)板料施加的壓力，它是隨凸模進(jìn)人材料的深度(凸模行程)而變化的。通常說(shuō)的沖裁力是指沖裁力的最大值，它是選用壓力機(jī)和設(shè)計(jì)模具的重要依據(jù)之一。
用普通平刃口模具沖裁時(shí)，其落料力F一般按下式計(jì)算：
式（3.1）
式中: ——沖裁力，N；
——沖件周邊長(zhǎng)度，；
——材料厚度，；
——材料抗剪強(qiáng)度，。
系數(shù)K是考慮到實(shí)際生產(chǎn)中，模具間隙值的波動(dòng)和不均勻、刃口的磨損、板料力學(xué)性能和厚度波動(dòng)等因素的影響而給出的修正系數(shù)。一般取K＝1.3。
對(duì)于同一種材料，其抗拉強(qiáng)度與抗剪強(qiáng)度的關(guān)系為。故沖裁力也可按下式計(jì)算：
式（3.2）
將L=118.5mm，厚度t=1.5mm，以及材料的抗抗剪強(qiáng)度代入公式中得：
F1=KLttb=1.3×118.5×1.5×600=138645N
其沖孔力公式也是公式（3.1），將數(shù)值代入，得：
F2=KLttb=1.3×4.9×1.5×600=5733N
F=F1+F2=144378N
當(dāng)沖裁結(jié)束時(shí)，由于材料的彈性回復(fù)及摩擦的存在，從板料上沖裁下的部分會(huì)梗塞在凹?？卓趦?nèi)，而沖裁剩下的材料則會(huì)緊箍在凸模上。為使沖裁工作繼續(xù)進(jìn)行，必須將箍在凸模上和卡在凹模內(nèi)的材料（沖件、或廢料）卸下或推出。從凸模上卸下箍著的料所需要的力稱為卸料力，用表示；將卡在凹模內(nèi)的料順沖裁方向推出所需要的力稱為推件力，用表示；逆沖裁方向?qū)⒘蠌陌寄?nèi)頂出所需要的力稱為頂件力，用表示。
卸料力、推件力和頂件力是從壓力機(jī)和模具的卸料、推件和頂件裝置中獲得的，所以在選擇壓力機(jī)的公稱壓力和設(shè)計(jì)沖模以上裝置時(shí)，應(yīng)分別予以計(jì)算。影響這些力的因素較多，主要有材料的力學(xué)性能與厚度、沖件形狀與尺寸、沖模間隙與凹?？卓诮Y(jié)構(gòu)、排樣的搭邊大小及潤(rùn)滑情況等。在實(shí)際計(jì)算時(shí)，常用下列計(jì)算公式：
式（3.3）
式（3.4）
式（3.5）
式中： ——分別為卸料力系數(shù)、推件力系數(shù)和頂件力系數(shù)，其值可查表；
——沖裁力，N；
——同時(shí)卡在凹?？變?nèi)的沖件（或廢料）數(shù)，由于材料厚度t=1.5mm查表可得取，，則
==0.05×144378=7218N
==0.065×144378=9385N
==0.08×144378=11550N
總沖壓力
F?==144378N+7218N+9385N+11550N=172531N
其中 n = 1，KX 、KD 為卸料力系數(shù)，其值查表2.1 可得。
表 3.1 卸料力、推件力和頂件力系數(shù)
料厚 t/mm
KX
KT
KD
鋼
≤0.1
＞0.1～0.05
＞0.5～2.5
＞2.5～6.5
＞6.5
0.06～0.075
0.045～0.055
0.04～0.05
0.03～0.04
0.02～0.03
0.1
0.063
0.050
0.045
0.025
0.14
0.08
0.06
0.05
0.03
鋁，
鋁合金
0.025～0.08
0.03～
0.07
純銅，
黃銅
0.02～0.06
0.03～
0.09
3.1.2選用沖壓設(shè)備
這一工序需要的總壓力 F?=172531N，從總壓力來(lái)說(shuō)我們選擇的是250KN的壓力機(jī)，其具體的型號(hào)要等后面的計(jì)算來(lái)決定。
3.1.3沖模壓力中心的確定
一副模具的壓力中心就是這幅沖模各個(gè)壓力的合力作用點(diǎn)，一般都指平面投影。沖模的壓力中心，應(yīng)盡可能與壓力機(jī)滑塊的中心在同一垂直線上。否則沖壓時(shí)會(huì)產(chǎn)生偏心載荷，導(dǎo)致模具以及壓力機(jī)滑塊與導(dǎo)軌的急劇磨損，這不僅降低模具和壓力機(jī)的使用壽命，而且也影響沖壓件的質(zhì)量，因此必須計(jì)算其壓力中心。對(duì)于對(duì)稱形狀的壓力中心就是其幾何中心，對(duì)于復(fù)雜形狀工件或多凸模沖壓的模具，其壓力機(jī)中心的計(jì)算，是采用平行力系合力作用線的求解方法，即某點(diǎn)“合力對(duì)某軸的力矩之和”的力學(xué)原理求得。
沖模的壓力中心，可按下述原則來(lái)確定：
1. 對(duì)稱形狀的單個(gè)沖裁件，沖模的壓力中心就是沖裁件的幾何中心；沖裁直線段時(shí)，其壓力中心位于直線段的中心。
2. 工件形狀相同且分布位置對(duì)稱時(shí)，沖模的壓力中心與零件的對(duì)稱中心相重合。
3. 形狀復(fù)雜的零件、多凸模的壓力中心可用解析計(jì)算法求出沖模壓力中心。本文中加工零件為對(duì)稱形狀沖裁件，所以該模具壓力中心為零件的幾何對(duì)稱中心。
3.1.4模具閉合高度的確定
模具的閉合高度是指模具在最低工作位置時(shí)，上模板的上平面與下模板的下平面之間的距離，以H模表示。壓力機(jī)的裝模高度是指滑塊在下止點(diǎn)位置時(shí)，滑塊底平面至工作臺(tái)墊板上平面之間的距離。一般壓力機(jī)的連桿都具有一定的調(diào)節(jié)量，當(dāng)連桿調(diào)至最短時(shí)，成為壓力機(jī)的最大裝模高度，以表示，當(dāng)連桿調(diào)至最長(zhǎng)時(shí)，稱為壓力機(jī)的最小裝模高度，以表示，模具閉合高度必須與壓力機(jī)的閉合高度相適應(yīng)，由于壓力機(jī)的連桿長(zhǎng)度可調(diào)整，故模具閉合高度分為最大閉合。
壓力機(jī)的閉合高度與模具閉合高度的關(guān)系一般為：
（－h(huán)1）－5≥H≥(－h(huán))+10 式（3.6）
式中： ——壓力機(jī)最大的閉合高度（）；
——壓力機(jī)最小的閉合高度（）；
——壓力機(jī)墊板厚度（）；
——模具的閉合高度（）。
當(dāng)模具的閉合高度大于壓力機(jī)的最大閉合高度時(shí)，模具無(wú)法在壓力機(jī)上安裝，沖模不能在該機(jī)床上使用，必須選取其他壓力機(jī)。當(dāng)模具的閉合高度小于壓力機(jī)的最小閉合高度時(shí)，可以在壓力機(jī)的墊板上再加墊板來(lái)使用。
本次設(shè)計(jì)中各零件厚度如下
? 下模座厚度為45；
? 下墊板厚度為15；
? 凸凹模固定板厚度為32；
? 卸料板厚度為10；
? 上模座厚度為45；
? 上墊板厚度為15；
? 凸模固定板厚度為20；
? 落料凹模厚度為30；
? 墊塊厚度為20；
? 頂件塊厚度為30；
? 凸凹模厚度為50。
落料、沖孔復(fù)合模具的閉合高度為：H模=312。
另外，模具的其他結(jié)構(gòu)尺寸也必須與壓力機(jī)配合。
3.2凸、凹模設(shè)計(jì)
3.2.1沖裁凸凹模的設(shè)計(jì)原則
由于凸、凹模之間存在著間隙，所以沖裁件斷面都帶有錐度。但在沖裁件尺寸的測(cè)量和使用中，則是以光亮帶的尺寸為基準(zhǔn)。落料件的光亮帶處于大端尺寸，其光亮帶是因凹模刃口擠切材料產(chǎn)生的，且落料件的大端（光面）尺寸等于凹模尺寸，沖孔件的光亮帶處于小端尺寸，其光亮帶是凸模刃口擠切材料產(chǎn)生的，且沖孔件的小端（光面）尺寸等于凸模尺寸。沖裁過(guò)程中，凸、凹模要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，結(jié)果使間隙越用越大。因此，確定凸、凹模刃口尺寸應(yīng)區(qū)分落料和沖孔工序，并遵循如下原則：
1）設(shè)計(jì)落料模先確定凹模刃口尺寸。以凹模為基準(zhǔn)，間隙取在凸模上，即沖裁間隙通過(guò)減小凸模刃口尺寸來(lái)取得。設(shè)計(jì)沖孔模先確定凸模刃口尺寸。以凸模為基準(zhǔn)，間隙取在凹模上，沖裁間隙通過(guò)增大凹模刃口尺寸來(lái)取得。
2）根據(jù)沖模在使用過(guò)程中的磨損規(guī)律，設(shè)計(jì)落料模時(shí)，凹?；境叽鐟?yīng)取接近或等于工件的最小極限尺寸；設(shè)計(jì)沖孔模時(shí)，凸?；境叽鐒t取接近或等于工件孔的最大極限尺寸。這樣，凸、凹在磨損到一定程度時(shí)，仍能沖出合格的零件。模具磨損預(yù)留量與工件制造精度有關(guān)。用、表示，其中Δ為工件的公差值，為磨損系數(shù)，其值在之間，根據(jù)工件制造精度進(jìn)行選?。?
l 工件精度IT10以上 X=1
l 工件精度IT11～I(xiàn)T13 X=0.75
l 工件精度IT14 X=0.5
3）不管落料還是沖孔，沖裁間隙一般選用最小合理間隙值（）。
4）選擇模具刃口制造公差時(shí)，要考慮工件精度與模具精度的關(guān)系，即要保證工件的精度要求，又要保證有合理的間隙值。一般沖模精度較工件精度高2～4級(jí)。對(duì)于形狀簡(jiǎn)單的圓形、方形刃口，其制造偏差值可按級(jí)來(lái)選?。粚?duì)于形狀復(fù)雜的刃口制造偏差可按工件相應(yīng)部位公差值的1/4來(lái)選??；對(duì)于刃口尺寸磨損后無(wú)變化的制造偏差值可取工件相應(yīng)部位公差值的1/8并冠以（±）。
5）工件尺寸公差與沖模刃口尺寸的制造偏差原則上都應(yīng)按“入體”原則標(biāo)注為單向公差，所謂“入體”原則是指標(biāo)注工件尺寸公差時(shí)應(yīng)向材料實(shí)體方向單向標(biāo)注。但對(duì)于磨損后無(wú)變化的尺寸，一般標(biāo)注雙向偏差。
3.2.2確定凸、凹模間隙
沖裁間隙是指沖裁模中凸、凹模刃口之間的空隙。凸模與凹模間每側(cè)的間隙稱為單面間隙，用Z/2表示；兩側(cè)間隙之和稱為雙面間隙，用Z表示。如無(wú)特殊說(shuō)明，沖裁間隙是指雙邊間隙。
沖裁間隙的數(shù)值等于凹、凸模刃口尺寸的差值,如圖3-1所示，即：
圖3-1沖裁間隙
式（3.7）
式中 —凹模刃口尺寸；
—凸模刃口尺寸。
在沖壓實(shí)際生產(chǎn)中，為了獲得合格的沖裁件、較小的沖壓力和保證模具有一定的壽命，我們給間隙值規(guī)定一個(gè)范圍，這個(gè)間隙范圍就稱為合理間隙，這個(gè)范圍的最小值稱為最小合理間隙（），最大值稱為最大合理間隙（）?？紤]到?jīng)_模在使用過(guò)程中會(huì)逐漸磨損，間隙會(huì)增大，故在設(shè)計(jì)和制造新模具時(shí)，應(yīng)采用最小合理間隙。
確定合理間隙的方法有理論確定法和經(jīng)驗(yàn)確定法兩種。我所用的是經(jīng)驗(yàn)確定法，經(jīng)驗(yàn)確定法是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)確定間隙值。有關(guān)間隙值的經(jīng)驗(yàn)數(shù)值，可在一般沖壓手冊(cè)中查到，選用時(shí)結(jié)合沖裁件的質(zhì)量要求和實(shí)際生產(chǎn)條件考慮。按材料的性能和厚度來(lái)選擇該零件沖壓間隙，則
=0.08 =0.10
3.2.3凸、凹模刃口尺寸確定
1. 落料凸、凹模刃口尺寸確定
由于工件形狀復(fù)雜，為保證凸、凹模間一定的間隙值，必須嚴(yán)格限制沖模制造公差，因此，造成沖模制造困難。對(duì)于沖制薄材料（因與的差值很?。┑臎_模，或沖制復(fù)雜形狀工件的沖模，或單件生產(chǎn)的沖模，常常采用凸模與凹模配合的加工方法。
配作法就是先按設(shè)計(jì)尺寸制出一個(gè)基準(zhǔn)件（凸模或凹模），然后根據(jù)基準(zhǔn)件的實(shí)際尺寸再按最小合理間隙配制另一件。這種加工方法的特點(diǎn)是模具的間隙由配制保證，工藝比較簡(jiǎn)單，并且還可放大基準(zhǔn)件的制造公差，使制造容易。設(shè)計(jì)時(shí)，基準(zhǔn)件的刃口尺寸及制造公差應(yīng)詳細(xì)標(biāo)注，而配作件上只標(biāo)注公稱尺寸，不注公差，但在圖紙上注明：“凸（凹）模刃口按凹（凸）模實(shí)際刃口尺寸配制，保證最小雙面合理間隙值”。
采用配作法，計(jì)算凸?；虬寄Ｈ锌诔叽?，首先是根據(jù)凸模或凹模磨損后輪廓變化情況，正確判斷出模具刃口各個(gè)尺寸在磨損過(guò)程中是變大，變小還是不變這三種情況，然后分別按不同的公式計(jì)算。
（1）凸?；虬寄Ｄp后會(huì)增大的尺寸——第一類尺寸A
落料凹模或沖孔凸模磨損后將會(huì)增大的尺寸，相當(dāng)于簡(jiǎn)單形狀的落料凹模尺寸，所以它的基本尺寸及制造公差的確定方法的公式。
第一類尺寸：
式（3.8）
（2）凸?；虬寄Ｄp后會(huì)減小的尺寸——第二類尺寸B；
沖孔凸?；蚵淞习寄Ｄp后將會(huì)減小的尺寸，相當(dāng)于簡(jiǎn)單形狀的沖孔凸模尺寸，所以它的基本尺寸及制造公差的確定方法與公式（3.9）相同。
第二類尺寸：
式（3.9）
（3）凸?；虬寄Ｄp后會(huì)基本不變的尺寸——第三類尺寸C；
凸?；虬寄Ｔ谀p后基本不變的尺寸，不必考慮磨損的影響，相當(dāng)于簡(jiǎn)單形狀的孔心距尺寸，所以它的基本尺寸及制造公差的確定方法與公式（3.10）計(jì)算。
第三類尺寸：
式（3.10）
式中： ——基準(zhǔn)件尺寸，單位為；
——相應(yīng)的工件極限尺寸，單位為；
——工件公差，單位為；
——基準(zhǔn)件制造偏差，單位為，當(dāng)刃口尺寸公差標(biāo)注形式為（或）時(shí)，，當(dāng)標(biāo)注形式為時(shí)，。
3.3 沖裁模具的設(shè)計(jì)和設(shè)備的選擇
沖裁是沖壓生產(chǎn)所用的主要工藝裝備。沖裁模結(jié)構(gòu)的合理性和先進(jìn)性，對(duì)沖裁件的質(zhì)量與精度，沖裁加工的生產(chǎn)率與效益、模具的使用壽命與操作安全等都有著密切的關(guān)系。
3.3.1 沖裁模的分類
沖裁件的品種、式樣繁多，因此沖裁模的種類很多，一般按下列的方法進(jìn)行分類。
1) 按工序的性質(zhì)可分為落料模、沖孔模、切斷模、切口模、剖切模（、修邊模等。
2) 按工序組合方式可分為單工序模、連續(xù)模、復(fù)合模等。
單工序模：在沖床的一次行程內(nèi)只能完成一個(gè)沖裁工序。
連續(xù)模：又稱級(jí)進(jìn)模、跳步模。它是指在沖床的一次行程中，在模具的不同位置同時(shí)完成兩個(gè)或兩個(gè)以上的沖裁工序。
復(fù)合模：在一次沖裁行程內(nèi)，在模具同一位置上完成兩個(gè)或兩個(gè)以上的沖裁工序。
3) 按模具的導(dǎo)向方式可分為：無(wú)導(dǎo)向模、導(dǎo)向模、導(dǎo)柱模、導(dǎo)筒模等。
4) 按凸凹模的材料可分為碳素工具鋼沖模，合金工具鋼沖模、硬質(zhì)合金沖模、鋅基合金沖模、橡膠沖模、聚氨酯橡膠沖模。
5) 按凸凹模的結(jié)構(gòu)形式可分為整體模和拼塊模。
按模具的卸料方法可分為：剛性卸料模和彈性卸料模。
3.3.2 凸模、凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
沖模的工作零件（包括凸模、凹模及凸凹模）又稱成形零件，是直接完成沖裁工序的關(guān)鍵零件。
1. 凸模（punch）設(shè)計(jì)
凸模又稱沖頭，是沖模的關(guān)鍵零件之一，凸模本身按其作用又可分為工作部分（即刃口）和固定部分。
本文中生產(chǎn)零件沖孔直徑為R=7.5mm，為了增加凸模的強(qiáng)度與剛度，避免應(yīng)力集中，凸模非工作不分做成逐漸增大的圓滑過(guò)渡的階梯形式，如圖3-2所示。
圖3.2凸模1
3.3.3凸凹模刃口尺寸的計(jì)算
根據(jù)刃口尺寸的計(jì)算原則，計(jì)算公式如下：
1.落料： Dd=（Dmax - x△）
Dp=（Dd - Zmin）
=（Dmax - x△ - Zmin） 式（3.11）
2.沖孔： dp =（dp + x△）
Dd=（dp + Zmin） 式（3.12）
=（dmin + x△ + Zmin）
式中 Dd、Dp —落料凹凸模尺寸；
dp、dd —沖孔凸凹模尺寸；
Dmax—落料件的最大極限尺寸；
dmin—沖孔件孔的最小極限尺寸；
△—沖裁件制造公差；
Zmin—最小初始雙面間隙
δp、δd—凸、凹模的制造公差，可查有關(guān)資料，或取δp ≤ 0.4（Zmax-Zmin） 、δd ≤ 0.6（Zmax+Zmin） ；
x —系數(shù)，為了避免沖裁件尺寸都偏向極限尺寸，應(yīng)使沖裁件的實(shí)際尺寸
盡量接近沖裁件公差帶的中間尺寸。x 的值在 0.5～1 之間，與沖裁件
的精度等級(jí)有關(guān)，見(jiàn)表 3.2
料厚t/mm
非圓形
圓形
1 0.75 0.5
0.75 0.5
工件公差△/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 ≥0.60
<0.30 ≥0.30
表3.2 系數(shù) x
3.3.4 沖孔凸模與凹模刃口尺寸的確定
由于在給定零件圖上未標(biāo)注尺寸公差，所以暫定為 IT14 級(jí)，所以孔的尺寸為
Ф6±0.15。
dp=（dp + x△） 式（3.13）
=（6 + 0.5×0.3）mm
=6.15mm
=（dp+Zmin） 式（3.14）
=（dmin + x△ + Zmin）
=6.2 mm
其中系數(shù) x 由表 3.2 查得 0.5，查資料[2]δp，δd=0.02
由于∣δp∣+∣δd∣=0.04 < Zmax - Zmin = 0.02
所以，δp = 0.4(Zmax - Zmin ) = 0.008 ； δd = 0.6(Zmax - Zmin ) = 0.012mm
3.3.5彎曲變形過(guò)程
碟形件彎曲是一種很普通的板料彎曲。在開(kāi)始彎曲時(shí)，板料與凹凸模三點(diǎn)接觸，板料的彎曲內(nèi)側(cè)半徑為。隨著凸模的下壓，板料的直邊與凹模V形表面逐漸靠緊，彎曲內(nèi)側(cè)半徑逐漸減小變?yōu)?，同時(shí)彎曲力臂也逐漸減小，由變?yōu)?，指?dǎo)板料與凸模三點(diǎn)接觸，彎曲內(nèi)側(cè)半徑及彎曲力臂達(dá)到最小時(shí)，彎曲過(guò)程結(jié)束，得到所需的制件，其變化過(guò)程為，。
由于板料在彎曲變形過(guò)程中，彎曲半徑逐漸減小，因此彎曲變形程度逐漸增加，又由于彎曲力臂逐漸減小，彎曲變形過(guò)程中板料與凹模之間產(chǎn)生相對(duì)滑移。凸模、板料與凹模三者完全壓緊后，如果對(duì)彎曲件繼續(xù)施壓，則稱為校正彎曲。在這之前的彎曲則稱為自由彎曲。自由彎曲是凸模，板料與凹模間的先接觸，而校正彎曲是他們的面接觸。
3.3.6彎曲質(zhì)量分析
1. 彎曲裂痕與最小相對(duì)彎曲半徑
板料彎曲時(shí)外層受控，當(dāng)拉伸應(yīng)力超過(guò)材料的強(qiáng)度極限時(shí)，板料外層將出現(xiàn)彎曲裂紋。對(duì)于同一種材料的板料而言，能否出現(xiàn)裂紋取決于的大小。
1) 最小相對(duì)半徑
設(shè)彎曲件中性層的曲率半徑為，彎曲帶中心角為，所示，由此可得最外層的斷后伸長(zhǎng)率為
式(3.15)
設(shè)彎曲后中性層不發(fā)生內(nèi)移且板厚保持不變，那么，，將其帶入上式可得： = 式(3.16)
由式(3-16)可得，對(duì)于一定厚度的材料，彎曲半徑越小，外層金屬的相對(duì)伸長(zhǎng)量越大，當(dāng)外層金屬的相對(duì)伸長(zhǎng)量達(dá)到材料的斷后伸長(zhǎng)率時(shí)，彎曲半徑達(dá)到最小值，班了就會(huì)產(chǎn)生彎曲裂紋。因此相對(duì)彎曲半徑反映了板料的彎曲變形程度，越小，彎曲變形程度越大。
現(xiàn)將材料的斷后伸長(zhǎng)率代入，可求的與的關(guān)系；
= 式(3.17)
因此，在保證毛胚最外層纖維不發(fā)生破裂的情況下，所能達(dá)到的內(nèi)表面最小圓角半徑與厚度的比值稱為最小相對(duì)彎曲半徑。生產(chǎn)時(shí)用他表示彎曲時(shí)的成型極限。
2) 影響最小相對(duì)彎曲半徑的因素
? 材料的力學(xué)性能。材料的塑性越好，其斷后伸長(zhǎng)率值越大，由式可見(jiàn)，最小彎曲半徑越小。
? 彎曲帶中心角。彎曲帶中心角越小，最小彎曲半徑越小，這是因?yàn)閷?shí)際彎曲過(guò)程中，毛胚的變形并不是僅局限在圓角變形區(qū)。由于材料的相互牽連，其變形擴(kuò)展到圓角附近的直邊部分，擴(kuò)大了彎曲變形區(qū)范圍，降低了圓角處應(yīng)變的最大值。是最小相對(duì)半徑減小。越小，這種作用越明顯，因而允許的最小相對(duì)彎曲半徑越小。
? 板料的熱處理狀態(tài)。經(jīng)退火的板料塑性好，較小。冷作硬化的板材塑性降低，較大。
? 板料的邊緣及表面狀況，由于下料造成板料邊緣冷作硬化、產(chǎn)生毛刺以及板料表面被劃傷等缺陷，彎曲時(shí)容易造成應(yīng)力集中而增加破裂傾向，因此最小相對(duì)彎曲半徑增大。為避免此種情況出現(xiàn)，可去除大毛刺，而將毛刺較小的一面朝向彎曲凸模。
? 板料的彎曲方向。板料經(jīng)過(guò)軋制后產(chǎn)生了纖維狀組織，這種纖維狀組織具有各向異性的性能。沿纖維方向的力學(xué)性能較好，抗拉強(qiáng)度較高，不宜拉裂。因此，當(dāng)折彎線與纖維組織方向垂直時(shí)，應(yīng)使折彎線與纖維組織方向成方向。
影響板料最小彎曲半徑的因素較多，難以準(zhǔn)確的建立最小相對(duì)彎曲半徑與其影響因素的關(guān)系。因此由試驗(yàn)確定的常用材料的最小彎曲半徑數(shù)值見(jiàn)表3.3：
表3.3最小彎曲半徑數(shù)值
材料
最小彎曲
半徑
退火正火狀態(tài)
冷作硬化狀態(tài)
彎曲線位置
垂直軋制紋向
平行軋制紋向
垂直軋制紋向
平行軋制紋向
08，10，Q195,Q215
0.1t
0.4t
0.4t
0.8t
15,20,Q235
0.1t
0.5t
0.5t
1.0t
25,30,Q255
0.2t
0.6t
0.6t
1.2t
35,40,Q275
0.3t
0.8t
0.8t
1.5t
45,50
0.5t
1.0t
1.0t
1.7t
55,60
0.7t
1.3t
1.3t
2.0t
Cr18Ni9
1.0t
2.0t
3.0t
4.0t
磷銅
—
0.35t
1.0t
3.0t
半硬黃銅
0.1t
0.35t
0.5t
1.2t
軟黃銅
0.1t
0.35t
0.35t
0.8t
純銅
0.1t
0.35t
1.0t
2.0t
鋁
0.1t
0.35t
0.5t
1.0t
1. 彎曲回彈
板料在常溫下的彎曲總是由塑性變形和彈性變形兩部分組成的，所以在卸載以后，彈性變形完全消失，塑性變形將完全保留下來(lái)，使彎曲件的彎曲半徑與彎曲角發(fā)生變化，這一現(xiàn)象稱為彎曲回彈，又稱回復(fù)，回跳。彎曲回彈是彎曲變形不可避免的想象，他將直接影響彎曲件的精度，必須加以控制。
設(shè)彎曲件卸載后彎曲角為，彎曲半徑為；彎曲件卸載前彎曲角（凸模角度）為，彎曲半徑（凸模圓角半徑）為，則彎曲角變化量為，彎曲半徑變化量為。
彎曲角變化量和彎曲半徑變化量又稱彎曲件的回彈量（回彈角和回彈半徑）。通常、為正直表示正回彈量，但校正回彈時(shí)也有負(fù)回彈。
1) 影響回彈量的因素
? 材料的力學(xué)性能?；貜椀拇笮∨c材料的屈服強(qiáng)度成正比，與彈性模量E成反比，即越大，則回彈越大。在材料性能不穩(wěn)定時(shí)，回彈值也不確定。
? 相對(duì)彎曲半徑。當(dāng)其他條件相同時(shí)，回彈隨的增大而增大。這是因?yàn)?，?dāng)增大時(shí)，彎曲變形程度減小，其中塑性變形和彈性變形成分軍減小，但總變形中彈性變形所占比例增加。這也是大曲綠半徑的制件難以彎曲成型的原因。因此，可按值來(lái)確定回彈值的大小。見(jiàn)表3-2所示。
? 彎曲工件的形狀。一般U形工件由于各邊牽制比V形工件回彈要小。
? 模具間隙。U形彎曲模的凸、凹模單邊間隙Z/2越大，則回彈越大；時(shí)，板料處于擠壓狀態(tài)，則可能產(chǎn)生負(fù)回彈。
? 彎曲力。生產(chǎn)中多采用加大彎曲力的校正彎曲。彎曲力的增加可擴(kuò)大彎曲件內(nèi)部的塑性變形區(qū)，從而減小回彈。
2) 回彈值的確定
如前所述，由于影響回彈量的因素很多，而且各因素往往又互相影響，故難以進(jìn)行精確的計(jì)算或分析。在一般情況下，設(shè)計(jì)模具時(shí)對(duì)回彈值的確定大多按經(jīng)驗(yàn)數(shù)值，或計(jì)算后在實(shí)際試模中進(jìn)行修正。
(1) 大變形自由彎曲（）時(shí)，由于彎曲半徑的變化不大，可忽略不計(jì)，只考慮角度的回彈，但彎曲角度不為時(shí)，回彈角應(yīng)做如下修改。
式中：——彎曲角為x的回彈角；
——彎曲角為的回彈角（見(jiàn)表3.4）；
——制件的彎曲角。
單腳自由彎曲時(shí)的平均回彈角的數(shù)據(jù)表如下所示：
表3.4 平均回彈角度
材料
材料
平均回彈角
材料厚度
軟鋼
軟黃銅
鋁、鋅 ----------
中硬鋼
硬黃剛
硬青鋼 ----------
硬鋼
（2） 小變