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河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書
端蓋零件的沖壓成形工藝及模具設(shè)計(jì)
緒 論
改革開放以來，隨著國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)模具的需求量不斷增長。近年來，模具工業(yè)一直以15％左右的增長速度快速發(fā)展，模具工業(yè)企業(yè)的所有制成分也發(fā)生了巨大的變化，除了國有專業(yè)模具廠外，集體、合資、獨(dú)資和私營也得到了快速的發(fā)展。浙江寧波和黃巖地區(qū)的模具之鄉(xiāng)；廣東一些大集團(tuán)公司和迅速崛起的鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)，科龍、美的、康佳等集團(tuán)紛紛建立了自己的模具制造中心；中外合資和外商獨(dú)資的模具企業(yè)現(xiàn)已有幾千家。
目前，我國沖壓技術(shù)與工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比還相當(dāng)落后，主要原因是我國在沖壓基礎(chǔ)理論及成形工藝，模具標(biāo)準(zhǔn)化、模具設(shè)計(jì)、模具制造工藝及設(shè)備等方面與工業(yè)發(fā)達(dá)國家尚有相當(dāng)大的差距，導(dǎo)致我國模具在壽命，效率、加工精度、生產(chǎn)周期等方面與發(fā)達(dá)國家的模具相比差距相當(dāng)大。例如，精密加工設(shè)備在模具加工設(shè)備中的比重比較低；CAD/CAE/CAM技術(shù)的普及率不高；許多先進(jìn)的模具技術(shù)應(yīng)用不夠廣泛等等，致使相當(dāng)一部分大型，精密、復(fù)雜和長壽命的模具依賴進(jìn)口。
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，沖壓加工作為現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)重要的生產(chǎn)手段之一，更加體現(xiàn)出其特有的優(yōu)越性。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，由于市場(chǎng)競爭日益激烈，產(chǎn)品性能和質(zhì)量要求越來越高，更新?lián)Q代的速度越來越快，沖壓產(chǎn)品正朝著復(fù)雜化，多樣化高、性能、高質(zhì)量方向發(fā)展，模具也正朝著復(fù)雜化，高效率、高精度、長壽命方向發(fā)展。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和制造技術(shù)的迅速發(fā)展，沖壓模具設(shè)計(jì)與制造技術(shù)正由手工設(shè)計(jì)，依靠人工經(jīng)驗(yàn)和常規(guī)機(jī)械加工技術(shù)向以計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD），數(shù)控切削加工、數(shù)控電加工為核心的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造（CAD/CAM）
技術(shù)轉(zhuǎn)變。
近年許多模具企業(yè)加大了用于技術(shù)進(jìn)步的投資力度，將技術(shù)進(jìn)步視為企業(yè)發(fā)展的重要?jiǎng)恿ΑＲ恍﹪鴥?nèi)模具企業(yè)已普及了二維CAD，并陸續(xù)開始使用UG、Pro/E、I-DEAS、Euclid-IS等國際通用軟件，個(gè)別廠家還引進(jìn)了Moldflow、C-Flow、DYNAFORM、Optris和MAGMASOFT等CAE軟件，并且成功應(yīng)用于沖壓模的設(shè)計(jì)中。
未來沖壓模具的發(fā)展趨勢(shì):
模具行業(yè)在今后的發(fā)展中，首先要更加關(guān)注其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的戰(zhàn)略性調(diào)整，使結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精密度高的高檔模具得到更快的發(fā)展。我們的模具行業(yè)要緊緊的跟著市場(chǎng)的需求發(fā)展。沒有產(chǎn)品的需求、產(chǎn)品的更新?lián)Q代，就沒有模具行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，也就沒有模具產(chǎn)品的上規(guī)模、上檔次。如汽車生產(chǎn)中90％以上的零部件，都要依賴模具成型，在電子產(chǎn)品中，沖壓件約占80％~85％；在汽車，農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品中，沖壓件約占75％~80％；在輕工產(chǎn)品中，沖壓件約占90％以上。此外，在航空及航天工業(yè)生產(chǎn)中，沖壓件也占有很大的比例。在珠三角和長三角，為汽車行業(yè)配套的模具產(chǎn)值增長達(dá)40％左右。而模具技術(shù)水平的高低，在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。已成為衡量一個(gè)國家產(chǎn)品制造水平高低的重要標(biāo)志。
其次，要積極推進(jìn)中西部地區(qū)模具產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，努力縮小發(fā)達(dá)地區(qū)和不發(fā)達(dá)地區(qū)的差距。中西部很多地區(qū)已經(jīng)意識(shí)到模具產(chǎn)業(yè)的發(fā)展對(duì)制造業(yè)的重要作用。如陜西、四川、河北等模具生產(chǎn)有了很大的發(fā)展，河北興林車身制造集團(tuán)有限公司作為河北泊頭地區(qū)的骨干企業(yè)帶動(dòng)了一片模具企業(yè)的開拓；四川宜賓普什模具有限公司憑借強(qiáng)有力的資金投入，將在未來寫下新的篇章。
第三，要積極推進(jìn)模具企業(yè)特別是國有企業(yè)的體制的創(chuàng)新，轉(zhuǎn)換經(jīng)營機(jī)制，大力發(fā)展混合所有制經(jīng)濟(jì)，明確產(chǎn)權(quán)和完善法人治理結(jié)構(gòu)。充分發(fā)掘企業(yè)發(fā)展的內(nèi)在動(dòng)力。要積極推進(jìn)中、西部地區(qū)工業(yè)基礎(chǔ)較好地區(qū)的制造業(yè)大中型企業(yè)主輔分離，使其模具車間、分廠在不太長的時(shí)間里，采用多種有效實(shí)現(xiàn)形式，轉(zhuǎn)換機(jī)制，大力發(fā)展產(chǎn)權(quán)明晰、獨(dú)立自主經(jīng)營，適應(yīng)市場(chǎng)運(yùn)作和模具生產(chǎn)快速反應(yīng)的現(xiàn)代專業(yè)模具企業(yè)，培養(yǎng)能代表行業(yè)水平的“龍頭”企業(yè)，帶動(dòng)地區(qū)產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。
本課題的要求是：
（1）系統(tǒng)總結(jié)，鞏固過去所學(xué)的基礎(chǔ)課和專業(yè)課知識(shí)。
（2）運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決模具領(lǐng)域內(nèi)的實(shí)際工程問題，依次進(jìn)行綜合知識(shí)的訓(xùn)練。
（3）通過某項(xiàng)具體工程設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)研究，達(dá)到多種綜合能力的培養(yǎng)，掌握設(shè)計(jì)和科研的基本過程和基本方法。
（4）提高和運(yùn)用與工程技術(shù)有關(guān)的人文科學(xué)，價(jià)值工程和技術(shù)經(jīng)濟(jì)的綜合知識(shí)
冷沖壓模具設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問題：
冷沖壓模具設(shè)計(jì)的整體過程是從分析總體方案開始到完成全部技術(shù)設(shè)計(jì)，這期間要經(jīng)過計(jì)算，繪圖，修改等步驟。在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)注意以下問題。
㈠合理選擇模具結(jié)構(gòu)
根據(jù)零件圖樣及技術(shù)要求，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際情況，提出模具結(jié)構(gòu)方案，分析比較、選擇最佳結(jié)構(gòu)。
㈡采用標(biāo)準(zhǔn)零部件
應(yīng)盡量選用國家標(biāo)準(zhǔn)件及工廠沖模標(biāo)準(zhǔn)件。使模具設(shè)計(jì)典型化及制造簡單化，縮短設(shè)計(jì)制造周期，降低成本。
㈢其它
（1）定位銷的用法：
沖模中的定位銷常選用圓柱銷，其直徑與螺釘直徑相近，不能太細(xì)，每個(gè)模具上根據(jù)需要設(shè)置，其長度勿太長。
（2）螺釘用法：
固定螺釘擰入模體的深度勿太深，如：擰入鑄鐵件，深度是螺釘直徑的2∽2.5倍，擰入一般鋼件深度是螺釘直徑的1.5∽2倍。
（3）對(duì)導(dǎo)柱，導(dǎo)套的要求：
模具完全對(duì)稱時(shí)兩導(dǎo)柱的導(dǎo)向直徑不易設(shè)計(jì)得相等，避免合模時(shí)誤裝方向而損壞模具刃口。導(dǎo)套長度的選取應(yīng)保證開始工作的導(dǎo)柱進(jìn)入導(dǎo)套10∽15mm。
（4）取放制件方便：
設(shè)計(jì)拉深模時(shí)，所選設(shè)備的行程應(yīng)是拉深深度（即拉深件高度）的2∽2.5倍。
第1章 任務(wù)來源及設(shè)計(jì)目的意義
1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)來源
設(shè)計(jì)題目：端蓋
材 料：08鋼
生產(chǎn)批量：大批量生產(chǎn)
技術(shù)要求：未注尺寸精度按IT14級(jí)
圖（1-1） 產(chǎn)品零件圖
1.2 設(shè)計(jì)目的及意義
冷沖壓模具設(shè)計(jì)是為模具設(shè)計(jì)與制造專業(yè)學(xué)生在學(xué)完基礎(chǔ)理論課，技術(shù)基礎(chǔ)課和專業(yè)課后，所設(shè)置的一個(gè)重要的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。用模具生產(chǎn)的制件具有高精度、高復(fù)雜程度、高一致性、高生產(chǎn)率和低消耗，是其他加工制造方法所不能比擬的。
本設(shè)計(jì)題目為端蓋，但對(duì)做畢業(yè)設(shè)計(jì)的畢業(yè)生有一定的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)目的及意義。其目的有以下幾點(diǎn)：
1.綜合運(yùn)用本專業(yè)所學(xué)課程的理論和生產(chǎn)實(shí)際知識(shí)，全面系統(tǒng)鞏固課堂教學(xué)的基本知識(shí)，進(jìn)行一次冷沖壓模具設(shè)計(jì)工作的實(shí)際訓(xùn)練，提高綜合能力的培訓(xùn)及擴(kuò)大模具領(lǐng)域的新知識(shí)，從而培養(yǎng)和提高學(xué)生獨(dú)立工作的能力。
2.鞏固與擴(kuò)充“冷沖壓模具設(shè)計(jì)”等課程所學(xué)的內(nèi)容，掌握冷沖壓模具設(shè)計(jì)的方法和步驟。
3. 掌握冷沖壓模具設(shè)計(jì)的基本技能，如計(jì)算，繪圖，查閱設(shè)計(jì)資料和手冊(cè)，熟悉標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范等。
本課題的意義是：通過對(duì)該零件模具的設(shè)計(jì)，進(jìn)一步加強(qiáng)了設(shè)計(jì)者冷沖模設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，為設(shè)計(jì)更復(fù)雜的冷沖模具做好了鋪墊和吸取了更深刻的經(jīng)驗(yàn)。
第2章 沖壓工件的工藝性分析
2.1沖壓及沖裁件的工藝性的感念
沖壓是在室溫下，利用安裝在壓力機(jī)上的模具對(duì)材料施加壓力，使其產(chǎn)生分離或塑性變形，從而獲得所需零件的一種壓力加工方法。在沖壓加工中，將材料（金屬或非金屬）加工成零件（或半成品）的一種特殊工藝裝備，稱為沖壓模具（俗稱沖模）。
沖裁件的工藝性是指沖裁件在沖裁加工中的難易程度。所謂沖裁工藝性好是指能用普通沖裁方法，在模具壽命和生產(chǎn)率較高，成本低的條件下得到質(zhì)量合格的沖裁件。影響沖裁件工藝性的因素很多，如沖裁件的形狀特點(diǎn)，尺寸大小、尺寸大小標(biāo)注方法精、度要求和材料性能等。良好的沖裁工藝性應(yīng)保證材料消耗少，工序數(shù)目少、模具結(jié)構(gòu)簡單而壽命長、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、操作簡單等。[1]
[1]——?jiǎng)⒔ǔ垖氈抑骶帯稕_壓模具設(shè)計(jì)與制造》高等教育出版社
2.2零件工藝性分析
2.2.1材料：
08鋼是優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，具有良好的沖壓性能，適合沖裁，且市場(chǎng)上也易購得此種材料，價(jià)格適中。
2.2.2工件結(jié)構(gòu)：
沖裁件的形狀應(yīng)該盡量簡單，對(duì)稱，最好是由圓弧和直線組成。應(yīng)該避免沖裁件上有過長的懸臂和狹槽，其最小寬度要大于料厚t的兩倍，即b＞2t。
由工件圖看，該工件只有落料，拉深和沖孔三個(gè)工序，形狀較為簡單，結(jié)構(gòu)對(duì)稱。沖裁件內(nèi)，外形應(yīng)盡量避免有尖銳清角，拉深部分有R=1mm的拉深圓角過渡。該工件有一個(gè)φ18mm的孔和兩個(gè)φ5mm的孔,孔與邊緣之間的距離是5mm(φ5mm的孔與R10mm之間的距離,φ18mm與φ28mm之間的距離)。故可以采用復(fù)合沖壓工序,這樣可以大大提高工作效率,并減輕工作量,節(jié)約能源,降低成本,而且避免原有的加工方法中須將手伸入模具的問題,對(duì)保護(hù)操作者安全也很有利。
2.2.3尺寸精度:
為降低沖壓成本，獲得最佳的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果，在不影響沖壓件使用要求的前提下，應(yīng)盡量采用經(jīng)濟(jì)精度。所謂經(jīng)濟(jì)精度是指模具達(dá)到最大許可磨損時(shí)，其所完成的沖壓加工在技術(shù)上可以實(shí)現(xiàn)而在經(jīng)濟(jì)上又最合理的精度。沖裁件的精度一般滿足其經(jīng)濟(jì)精度要求。
該工件圖上除mm ,mm和筒外徑mm有精度要求外,其余尺寸未注公差,全部屬自由尺寸,精度要求不高,按IT14級(jí)確定。因此,一般沖壓均能滿足其尺寸精度要求。由表2-4標(biāo)準(zhǔn)公差[2]查得R10mm,R7mm,φ5mm,φ38mm;由表3-24沖裁件孔中心距公差[3]查得:48mm。
[2]——薛彥成主編《公差配合與技術(shù)測(cè)量》機(jī)械工業(yè)出版社
[3]——中國機(jī)械工業(yè)教育協(xié)會(huì) 組編《冷沖模設(shè)計(jì)及制造》機(jī)械工業(yè)出版社
2.2.4結(jié)論:
可以沖裁。
第3章 沖壓工藝方案的確定
3.1確定工藝方案的主要原則概括起來主要有以下三點(diǎn):
（1）保證沖裁件質(zhì)量;
（2）經(jīng)濟(jì)性原則
（3）安全性原則. [4]
[4]——丁松聚主編<<冷沖模設(shè)計(jì)>>機(jī)械工業(yè)出版社
3.2工藝方案的確定：
由工件圖看,該工件包括落料,拉深和沖孔三個(gè)基本工序,其中拉深過程中能否一次成形,保證工件平整而且無裂紋是該工件模具設(shè)計(jì)的關(guān)鍵.下面判斷該工件是否可一次拉成.
由工件圖可知,該工件為有凸緣圓筒形件,要求內(nèi)形尺寸,沒有厚度不變的要求.此工件的形狀滿足拉深工藝要求,可用拉深工序加工.Ф24mm為IT12級(jí),滿足拉深工序?qū)ぜ墓畹燃?jí)的要求,且08鋼拉深性能好.
3.2.1選定修邊余量,預(yù)算毛坯直徑:
因板料厚度t=2mm>1mm,故按板厚中線尺寸計(jì)算. d=28-2=26mm, =28+2=30mm, .由表4-2有凸緣圓筒形拉深件的修邊余量δ[5]查得:1.154<1.5,修邊余量δ=2.5mm.該工件屬形狀簡單的旋轉(zhuǎn)體拉深件,其毛坯直徑的計(jì)算如下:首先將拉深件劃分成若干個(gè)簡單的幾何形狀如圖(3-1),分別求出各部分的面積并相加,即得工件面積為:A==∑a,毛坯面積為.
由表4-3簡單幾何形狀的表面積計(jì)算公式[5]查得以下公式：
式中r=1mm,d=30mm.
式中H=0.1mm, d=28mm.
式中r=1mm,d=22mm.
.按照拉深前后毛坯與工件表面積相等的原則，故A=.毛坯直徑為D=，式中A—拉深件的表面積，a—分解成簡單幾何形狀的表面積?！?，取D=34mm。
[5]——王芳主編<<冷沖壓模具設(shè)計(jì)指導(dǎo)>>機(jī)械工業(yè)出版社。
3.2.2計(jì)算h/d的值，判斷能否一次拉成。
(1)毛坯相對(duì)厚度.
(2)凸緣相對(duì)直徑30/26=1.154.
(3)工件相對(duì)拉深高度.
[0]由表4-9帶凸緣筒形件第一次拉深的最大相對(duì)高度h(1)/d(1)查得∽0.80，因0.158<,故可一次拉成。
在滿足確定工藝方案的主要原則的前提下，可有以下四種不同的工藝方案：
方案一：先落料，然后沖孔和拉深在同一工步；
方案二：落料，沖孔為同一工步首先完成，然后進(jìn)行拉深；
方案三：落料，拉深為同一工步首先完成，然后進(jìn)行沖孔；
方案四：先拉深，然后落料和沖孔在同一工步。
若采用方案一加工工件，不易保證兩個(gè)Ф5mm孔之間的中心距長度尺寸48mm的精度，而且易使內(nèi)孔沖頭磨損，降低模具壽命；若采用方案二加工工件，雖沖壓件的形位精度和尺寸精度易保證，且生產(chǎn)效率也較高，但拉深成形困難，易產(chǎn)生廢品；若采用方案三加工工件，模具結(jié)構(gòu)簡單，壽命長，且沖壓件的形位精度和尺寸精度準(zhǔn)確，表面質(zhì)量高，生產(chǎn)效率高，操作方便；若采用方案四加工工件，雖能保證沖壓件的形位精度和尺寸精度，但拉深時(shí)，壓邊圈易松動(dòng)，條料可能單邊拉入拉深凹模，使條料變形。
經(jīng)分析，比較最后確定方案三。
第4章 模具結(jié)構(gòu)形式及沖壓設(shè)備的選擇
4.1模具結(jié)構(gòu)形式的選擇
4.1.1模架及導(dǎo)向方式
根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)，模架主要有兩大類：一類是由上模座，下模座，導(dǎo)柱，導(dǎo)套組成的導(dǎo)柱模模架；一類是由彈壓導(dǎo)板，下模座，導(dǎo)柱，導(dǎo)套組成的導(dǎo)板模模架。模架是整副模具的骨架，模具的全部零件都固定在它的上面，并且承受沖壓過程中的全部載荷。模架的上模座通過模柄與壓力機(jī)滑塊相連，下模座用螺釘，壓板固定在壓力機(jī)工作臺(tái)面上。上，下模之間靠模架的導(dǎo)向裝置來保持其精確位置，以引導(dǎo)凸模的運(yùn)動(dòng)，保證沖裁過程中間隙均勻。
模架的基本要求：
（1）要有足夠的強(qiáng)度與剛度；
（2）要有足夠的精度（如上，下模座要平行，導(dǎo)柱，導(dǎo)套中心要與上，下模座垂直，模柄要與上模座垂直等）。
（3）上，下模之間的導(dǎo)向要精確（導(dǎo)向件之間的間隙要很小，上，下模之間的移動(dòng)應(yīng)平穩(wěn)和無滯住現(xiàn)象）。
由上述看，選擇模架非常重要。為了滿足模架的基本要求及保證模具的使用壽命，且后側(cè)導(dǎo)柱模架的導(dǎo)向裝置在后側(cè)，橫向和縱向送料都比較方便。故該復(fù)合模選用后側(cè)導(dǎo)柱模架。[4]
4.1.2毛坯定位方式的選擇
沖模的定位零件是用來保證條料的正確送進(jìn)及在模具中的正確位置?？刂扑土喜骄嗟亩ㄎ?，稱為擋料；控制條料寬度方向上的定位，稱為導(dǎo)料。沖裁條料時(shí)，導(dǎo)料零件有導(dǎo)料板和導(dǎo)料銷等，保證進(jìn)距的擋料銷和定距側(cè)刃等。導(dǎo)料板、導(dǎo)料銷對(duì)條料或卷料的側(cè)邊進(jìn)行導(dǎo)向，以保證其正確的送進(jìn)方向的板件或銷。條料靠著導(dǎo)料板或?qū)Я箱N的一側(cè)導(dǎo)向送進(jìn)，以免送偏。[3]
根據(jù)工件圖，該模具采用的是條料，控制條料的送進(jìn)方向采用導(dǎo)料板，為了保證條料緊靠導(dǎo)料板一側(cè)送進(jìn)時(shí)，常采用有側(cè)壓裝置，所以條料采用導(dǎo)料板，送進(jìn)步距控制采用擋料銷。
4.1.3卸料，出件方式的選擇
卸料裝置分固定卸料裝置、彈壓卸料裝置和廢料切刀三種。其中卸料板用于卸掉卡箍在凸模上或凸凹模上的沖裁件或廢料的板件。固定卸料裝置裝于下模的凹模上，結(jié)構(gòu)簡單，卸料力大，使用安全可靠，一般僅起卸料作用，用于硬料、厚料。出件裝置主要有剛性出件裝置與彈性出件裝置兩種，剛性出件裝置一般用于上模，它是在沖壓結(jié)束后上?；爻虝r(shí)，利用壓力機(jī)滑塊上的打料桿，撞擊上模內(nèi)的打桿與推件板（塊），將凹模的工件推出，因次推件力大，而且工作可靠。
因?yàn)楣ぜ虾駷?mm ，卸料力相對(duì)較大，故采用彈壓卸料裝置，卸料可靠。該模具采用彈性打件，并利用裝在壓力機(jī)工作臺(tái)下的標(biāo)準(zhǔn)緩沖器提供壓邊力。
4.1.4主要零部件的定位方式與固定方式
凸模用凸模固定板固定，固定方法通常是將凸模壓入固定板內(nèi)，其配合為臺(tái)階式凸模用H7/h6，直通式凸模用N7/h6 P7/h6；凹模用導(dǎo)料板定位，一般采用螺釘和銷釘固定在下模座上。
4.2沖壓設(shè)備的選擇
沖壓設(shè)備的選擇應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
⑴壓力機(jī)的噸位應(yīng)當(dāng)?shù)扔诨虼笥跊_裁時(shí)的總力，即，式中—所選壓力機(jī)的噸位，—沖裁時(shí)的總力；
⑵根據(jù)模具結(jié)構(gòu)選擇壓力機(jī)類型和行程（沖程）次數(shù)，如復(fù)合模工作需從模具中間出件，最好選用可傾式壓力機(jī)。
⑶根據(jù)模具尺寸大小，安裝和進(jìn)出料等情況選擇壓力機(jī)臺(tái)面尺寸，如有推件時(shí)應(yīng)考慮臺(tái)面孔的大小使沖后有關(guān)零件能自由通過。
⑷選擇壓力機(jī)的閉合高度與模具是否匹配。
⑸模柄直徑，長度尺寸是否與壓力機(jī)滑塊模柄直徑、深度尺寸相當(dāng)。
⑹壓力機(jī)滑塊行程應(yīng)該是拉深深度的2∽2.5倍。
⑺壓力機(jī)的行程次數(shù)應(yīng)當(dāng)保證有最高的生產(chǎn)效率。
⑻壓力機(jī)應(yīng)該使用方便和安全。[5]
為安全起見，防止設(shè)備的超載，可按公稱壓力≥（1.6∽1.8）的原則選取壓力機(jī)。參照許發(fā)樾主編《沖模設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)例》附錄B3開式雙柱可傾式壓力機(jī)[6]主要技術(shù)規(guī)格，選取公稱壓力為400KN的開式雙柱可傾式壓力機(jī)，該壓力機(jī)與模具設(shè)計(jì)的有關(guān)系數(shù)為：
公稱壓力：400KN；
滑塊行程：100mm；
滑塊行程次數(shù)：45次/mim
最大閉合高度：330 mm；
最大裝模高度：265 mm；
封閉高度調(diào)節(jié)量：65 mm；
工作臺(tái)尺寸（前后×左右）：460 mm×700 mm；
模柄孔尺寸（直徑×深度）：φ50mm×70mm；
最大傾斜角度：
[6]——許發(fā)樾主編《沖模設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)例》機(jī)械工業(yè)出版社。
第5章 主要工藝參數(shù)計(jì)算
5.1排樣設(shè)計(jì)與計(jì)算
在沖壓生產(chǎn)中，節(jié)約金屬和減少廢料具有非常重要的意義，特別是在大批量生產(chǎn)中，較好地確定沖件形狀尺寸和合理排樣是降低成本的有效措施之一。
5.1.1選擇排樣方法
沖裁件在條料，帶料或板料上的布置方法叫排樣。合理的排樣是降低成本和保證沖裁件質(zhì)量及模具壽命的有效措施，故排樣時(shí)應(yīng)考慮如下原則：
⑴提高材料利用率；
⑵合理排樣方法使操作方便，勞動(dòng)強(qiáng)度低且安全；
⑶模具結(jié)構(gòu)簡單，壽命長；
⑷保證沖件質(zhì)量和沖件對(duì)板料纖維方向的要求。[3]
因該工件是由圓弧組成，且形狀和結(jié)構(gòu)對(duì)稱，采用直排時(shí)材料利用率高，故選擇直排。
5.1.2確定搭邊值
排樣中相鄰兩個(gè)零件之間的余料或零件與條料邊緣間的余料稱為搭邊。搭邊值要合理確定，搭邊值過大，材料利用率雖高，但過小時(shí)搭邊的強(qiáng)度和剛度不夠，沖裁時(shí)容易翹曲或被拉斷，不僅會(huì)增大沖裁件毛刺，有時(shí)甚至單邊拉入模具間隙，造成沖裁力不均，損壞模具刃口，因此確定搭邊值時(shí)應(yīng)考慮如下因素：
①材料的力學(xué)性能，軟材料，脆材料，搭邊值要大一些；硬材料，搭邊值可小一些；
②材料的厚度，材料越厚，搭邊值也越大；
③零件的形狀和尺寸，零件外形越復(fù)雜，圓角半徑越小，搭邊值越大；
④排樣的形式，對(duì)排的搭邊值大于直排的搭邊值；
⑤送料及擋料方式，用手工送料且有側(cè)壓裝置的搭邊值可小一些，用側(cè)刃定距比用擋料銷定距的搭邊值小一些；
⑥卸料方式，彈性卸料比剛性卸料的搭邊值要小一些。
由表3-12搭邊a和數(shù)值查得：=2.0mm，a=2.2mm. [3]
5.1.3計(jì)算送料步距與條料寬度
⑴送料步距：
條料在模具上每次送進(jìn)的距離稱為送料步距。送料步距的大小應(yīng)為條料上兩個(gè)對(duì)應(yīng)沖裁件的對(duì)應(yīng)點(diǎn)之間的距離。每次只沖一個(gè)零件的步距s的計(jì)算公式為：s=D+，D—平行于送料方向的沖裁件寬度，—沖裁件之間的搭邊值。∴s=38+2=40mm.
⑵條料寬度：
條料寬度的確定原則是：最小條料寬度要保證沖裁時(shí)零件周邊有足夠的搭邊值，最大條料寬度要能在沖裁時(shí)順利地在導(dǎo)料板之間送進(jìn)，并與導(dǎo)料板之間有一定的間隙。因此，在確定條料寬度時(shí)必須考慮到模具的結(jié)構(gòu)中是否采用側(cè)壓裝置和側(cè)刃。因本副模具要求條料始終沿著導(dǎo)料板送進(jìn)，所以模具結(jié)構(gòu)中采用有側(cè)壓裝置，則條料在有側(cè)壓裝置的導(dǎo)料板之間送進(jìn)時(shí)的計(jì)算公式如下：[1]
條料寬度：
導(dǎo)料板之間距離；A=B+C=，式中—條料寬度方向沖裁件的最大尺寸，a—側(cè)搭邊植，▲—條料寬度的單向（負(fù)向）偏差，c—導(dǎo)料板與最寬條料之間的間隙。由表2.5.3條料寬度偏差▲，【1】查得▲=0.6mm，由表2.5.5導(dǎo)料板與條料之間的最小間隙，查得=5mm，∵=D+（24-14）×2+10×2=74mm，
∴mm，
A=74+2.2×2+5=83.4mm.
5.1.4計(jì)算材料利用率：
2. 沖裁件面積的計(jì)算： =，∴ 則：
2.一個(gè)步距內(nèi)的材料利用率為η=×100%，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。η=.查板材標(biāo)準(zhǔn)，宜選用950mm×1500mm的鋼板，每張鋼板可剪裁12張條料（78.4mm×1500mm），每張條料可沖37個(gè)工件。若考慮到料頭、料尾和邊余料的材料消耗，則一張板料上總的材料利用率×100%，n—一張板料上沖裁件的總數(shù)目，—一個(gè)沖裁件的實(shí)際面積，L—板料長度，B—板料寬度?！?
5.1.5畫出排樣圖
圖（5-1）零件排樣圖
5.2計(jì)算工序壓力
5.2.1落料力的計(jì)算
利用平刃凸模和凹模沖裁時(shí)，其沖裁力的計(jì)算公式按式F=kLt,F—沖裁力，L—沖裁周邊長度，t—材料厚度，k—系數(shù)，一般取k=1.3．沖裁周邊長度L的長度計(jì)算：。R7所對(duì)的弧長，則
∴，式中t=2mm，=260Mpa[6],
[6]——由許發(fā)樾主編《沖模設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)例》機(jī)械工業(yè)出版社附錄A沖壓常用材料的性能和規(guī)格查得。故F=1.3×177.3077×2×260=119860.0052N。
5.2.2卸料力：
=，式中=0.055．
5.2.3拉深力計(jì)算：
由于該零件為有凸緣圓筒形件的拉深，故可按有壓邊圈的圓筒形件近似計(jì)算，按下式：
，式中—拉深力，d—拉深件的直徑d =24mm，t—材料厚度，K—修正因數(shù)，—材料的強(qiáng)度極限，=330Mpa．拉深系數(shù)m=，由表4-18修正因數(shù)K[6]的數(shù)值，查得修正因數(shù)K=0.60，則=0.60×3.14×24×2×330=29842.56N．
5.2.4壓邊力
壓邊力用下式計(jì)算，=AP，式中A—壓邊圈面積，A=。P—單位壓邊力，由表4-16[6]查得P=3.0 Mpa，則壓邊力=455.3×3.0=1365.9N。
5.2.5沖孔力計(jì)算：
=1.3Ltτ，式中L=3.14×5×2+3.14×18=31.4+56.52=87.92 mm．∴=1.3×87.92×2×260=59433.92N．
5.2.6推件力計(jì)算：
=n,式中n—卡在凹模內(nèi)的工件數(shù)，n=4，=0.05，∴=4×0.05×59433.92=11886.784N。
故總沖壓力為=F+++++=119860.0052+6592.3003+29842.56+
1365.9+59433.92+11886.784=228981.4695N。
根據(jù)計(jì)算結(jié)果，沖壓設(shè)備擬選J23-40．
5.3計(jì)算模具壓力中心
沖裁力合力的作用點(diǎn)稱為沖模壓力中心。沖模壓力中心應(yīng)盡可能和模柄軸線以及壓力機(jī)滑塊中心線重合，以使沖模平穩(wěn)地工作，減少導(dǎo)向件的磨損，提高模具及壓力機(jī)壽命。
沖模壓力中心的求法，采用求平行力系合力作用點(diǎn)的方法。由于絕大部分沖裁件沿沖裁輪廓線的斷面厚度不變，輪廓各部分的沖裁力與輪廓長度成正比，所以，求合力作用點(diǎn)可轉(zhuǎn)化為求輪廓線的重心。具體方法如下：
1.按比例畫出沖裁輪廓線，選定直角坐標(biāo)x、y；
2.把圖形的輪廓線分成幾部分，計(jì)算各部分長度…，并求出各部分重心位置的坐標(biāo)（），（）…（）；
3.按沖裁輪廓線下列公式求沖模壓力中心的坐標(biāo)值（）：
[5]
計(jì)算壓力中心時(shí)，先按比例畫出零件圖如下圖（5-2）所示，把坐標(biāo)原點(diǎn)取在工件的對(duì)稱中心上，建立xoy坐標(biāo)系如下圖所示，將沖裁輪廓線按幾何圖形分解成共11組基本線段。這樣使工件兩邊φ5mm的孔對(duì)軸心的力矩之和為零，大大簡化了計(jì)算，用解析法求得模具的壓力中心C點(diǎn)坐標(biāo)（0，0），有關(guān)計(jì)算如下表：
圖（5-2）零件圖
表5-1壓力中心計(jì)算
由以上計(jì)算結(jié)果可以看出，該工件沖裁力不大，壓力中心與模柄軸線以及壓力機(jī)滑塊中心線重合，若選用J23-40沖床，能滿足要求。
5.4計(jì)算凸、凹模工作部分尺寸并確定其制造公差
5.4.1沖裁模凸、凹模刃口尺寸計(jì)算原則：
⑴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，即沖裁間隙通過減小凸模刃口尺寸來獲得。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，沖裁間隙通過增大凹模刃口尺寸來獲得。
⑵根據(jù)沖模在使用過程中的磨損規(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。
⑶不管落料還是沖孔，沖裁間隙一般選用最小合理間隙。
⑷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，既要保證工件的精度要求，又要保證合理的間隙值。一般沖模精度較工件精度高2∽4級(jí)。對(duì)于形狀簡單的圓形、方形刃口，其制造偏差值可按IT6∽IT7級(jí)來選用。
⑸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[1]。
5.4.2沖裁凸、凹模刃口尺寸計(jì)算
由工件圖看，該工件是圓弧和圓構(gòu)成的簡單規(guī)則形狀的工件，故沖裁此類工件的凸、凹模制造相對(duì)簡單，精度易保證，所以采用分別加工。凸、凹模分別加工法具有制造周期短，凸、凹模具有互換性，便于成批制造。
⑴落料
設(shè)工件的尺寸為，根據(jù)計(jì)算原則得：
；
⑵沖孔
設(shè)沖孔尺寸為，根據(jù)根據(jù)計(jì)算原則得：
⑶孔心距
孔心距屬于磨損后基本不變的尺寸，在同一工步中，在工件上沖出孔距為L±▲/2兩個(gè)孔時(shí)，其凹模型孔中心距可按下式確定：
=L±▲/8；[1]
上述式中：—落料凹、凸模尺寸；—沖孔凸、凹模尺寸；—落料件的最大極限尺寸；—沖孔件的最小極限尺寸；L、—工件孔心距和凹?？仔木嗟墓Q尺寸；▲—工件制造公差；—最小合理間隙；χ—磨損系數(shù)；—凸、凹模的制造公差，按IT6∽IT7級(jí)來選取。為了保證初始間隙不超過即+≤，選取必須滿足以下條件：≤-。
由工件圖可知，除孔、有精度要求外，其他未注公差按IT14級(jí)計(jì)算。外形R10mm,R7mm,φ38mm由落料獲得；φ5mm，由沖孔獲得；查表2.3.3沖裁模初始雙面間隙值Z，得=0.246mm，=0.360mm，則-=（0.360-0.246）mm=0.114mm．由公差表查得：、為IT12級(jí)，取χ=0.75mm，其余為IT14級(jí)，取χ=0.5mm．因該工件是形狀簡單的圓弧組成，則凸、凹模分別按IT6和IT7級(jí)加工制造，故mm的凸、凹模的制造公差由表2-4標(biāo)準(zhǔn)公差值[3]查得=0.025mm，=0.016mm；[3]—薛彥成主編《公差配合與技術(shù)測(cè)量》機(jī)械工業(yè)出版社。R10mm的凸、凹模的制造公差=0.015mm，=0.009mm；R7mm的凸、凹模的制造公差=0.015mm，=0.009mm；φ5mm的凸、凹模的制造公差=0.012mm，=0.008mm；的凸、凹模的制造公差=0.018mm，=0.011mm；
尺寸及
分類
尺寸
轉(zhuǎn)換
計(jì)算公式
結(jié)果
備注
落
料
φ
φ
；
查表沖裁模初始雙面間隙值，得，，則（）．由公差表查得：、為級(jí)，取χ，其余為級(jí)，取χ，校核滿足：≤。
沖
孔
φ
φ
φ
孔心距
48
48
=L±▲/8
48±0.015
表（5-2）工作零件刃口尺寸的計(jì)算
5.4.3拉深凸、凹模刃口尺寸計(jì)算
⑴拉深間隙
拉深模的間隙是指凸、凹模橫向尺寸的差值。雙邊間隙用Z來表示。確定拉深間隙的原則是：既要考慮板料公差的影響，又要考慮毛坯口部增厚的現(xiàn)象，故間隙值一般比毛坯厚度略大一些。
間隙過小，工件質(zhì)量較好，但拉深力大，工件易斷，模具磨損嚴(yán)重，壽命低。間隙過大，拉深力小，模具壽命雖提高了，但工件易起皺，變厚，側(cè)壁不直，口部分線不齊，有回彈，質(zhì)量不能保證。[6]
⑵拉深模間隙取向的規(guī)則：對(duì)于最后一次拉深工序規(guī)定如下：
①當(dāng)工件外形尺寸要求一定時(shí)，以凹模為基準(zhǔn)，凸模尺寸按凹模減小以取得間隙；
②當(dāng)工件內(nèi)形尺寸要求一定時(shí)，以凸模為基準(zhǔn)，凹模尺寸按凸模放大以取得間隙；拉深凸模和凹模的單邊間隙可按表4.8.2有壓邊圈拉深時(shí)單邊間隙值[1]，查得Z/2=（1∽1.1）t，∴Z=2（1∽1.1）t=（4∽4.4）mm，取Z=4mm．
當(dāng)零件尺寸標(biāo)注在外形時(shí)，以凹模為基準(zhǔn)，工作部分尺寸為：
當(dāng)零件尺寸標(biāo)注在內(nèi)形時(shí)，以凸模為基準(zhǔn)，工作部分尺寸為：
式中：—凹、凸模尺寸；、—拉深件外徑的最大極限尺寸和內(nèi)徑的最小極限尺寸；▲—零件的公差；—凸、凹模的制造公差，見表4.8.3；Z—拉深模雙面間隙，見表4.8.2；
由于拉深工件的公差為IT12級(jí)，因此凸、凹模的制造公差可采用IT6∽IT8級(jí)，取凸模IT6級(jí)，凹模IT7級(jí)。的凸、凹模的制造公差=0.021mm， =0.013mm；
尺寸及
分類
尺寸
轉(zhuǎn)換
計(jì)算公式
結(jié)果
備注
拉
深
φ
拉深工件的公差為級(jí)，因此凸、凹模的制造公差可采用∽級(jí)，取凸模級(jí)，凹模級(jí)。的凸、凹模的制造公差，。
φ
表（5-3）拉深凸、凹模的尺寸計(jì)算
5.5彈性元件的選取與設(shè)計(jì)
為了得到較平整的工件，本模具采用彈壓式卸料結(jié)構(gòu)，使條料在落料、拉深過程中始終處在一個(gè)穩(wěn)定的壓力之下，從而改善了毛坯的穩(wěn)定性，避免材料在切向應(yīng)力的作用下起皺的可能。
5.5.1上卸料采用橡膠作為彈性元件
選取橡膠作為彈性元件的原因，是由于橡膠允許承受的載荷較大，安裝調(diào)整靈活方便。根據(jù)工藝性質(zhì)和模具結(jié)構(gòu)確定采用較硬橡膠，形狀是圓筒形，數(shù)量為4塊。
⑴橡膠的選擇原則：
①為保證橡膠正常工作，所選橡膠必須滿足壓力要求，即，—橡膠在預(yù)壓縮狀態(tài)時(shí)的預(yù)壓力，—卸料力；橡膠所能產(chǎn)生的壓力F，F(xiàn)=AP，A—橡膠墊的橫截面積，P—橡膠的單位壓力。
②為保證橡膠不過早失效，所選橡膠必須滿足壓縮量的要求，即≥+，—橡膠的允許最大壓縮量，一般取=35%∽45%，—橡膠的自由高度；—橡膠的預(yù)壓縮量，一般可取=10%∽15%；—橡膠的工作行程，它包括卸料板工作行程+凸?？傂弈チ?，即=+。其中=δ+1mm，δ為材料厚度，一般可取5∽10mm．
③所選橡膠必須滿足模具結(jié)構(gòu)空間的要求，即在橡膠墊周圍應(yīng)留有足夠的空隙，以容納橡膠壓縮時(shí)斷面尺寸的脹大量。
⑵橡膠選用步驟：
①確定橡膠墊的自由高度，由=35%∽45%，=25%∽30%，則橡膠墊的自由高度=/（0.25∽0.30）=（3.5∽4）。
②確定橡膠墊的橫截面積A：為使橡膠滿足壓力的要求，=AP≥，所以橡膠墊的橫截面積與卸料力及單位壓力之間存有如下關(guān)系：A=/P．
③確定橡膠墊的平面尺寸：圓筒形橡膠墊的外徑為D，內(nèi)孔為d，則橫截面積A= ，代入上面公式A=/P后，則可得外徑D=。
④校核橡膠墊的自由高度，橡膠墊的自由高度與其直徑D之比應(yīng)在下式范圍內(nèi)，即0.5≤/D≤1.5。確定橡膠墊安裝高度，=-。[1]
⑶卸料橡膠的設(shè)計(jì)計(jì)算如下表：
項(xiàng)目
公式
結(jié)果
備注
卸料板工作行程
=h1=t+h2
7.5mm
h1—為凸模凹進(jìn)卸料板的高度1mm，h2—為凸模沖裁后進(jìn)入凹模的深度4.5mm。
橡膠的工作行程
=+
13mm
為凸模總修磨量，取5.5mm,
橡膠的自由高度
=4
52mm
取為的25%
橡膠的預(yù)壓縮量
=15%
7.8mm
一般取=10%∽15%
每個(gè)橡膠承受的載荷F1
F1=/4
1648.08N
選用四個(gè)圓筒形橡膠
橡膠墊的外徑D
D=
66mm
d為圓筒形橡膠的內(nèi)徑，取d=13mm;P=0.5Mpa
校核橡膠墊自由高度
0.5≤/D=0.615≤1.5
滿足要求
橡膠墊安裝高度
=-
44.2mm
表（5-4）卸料橡膠的設(shè)計(jì)計(jì)算
5.5.2下頂塊壓邊也采用橡膠作為彈性元件：其設(shè)計(jì)計(jì)算見下表：
項(xiàng)目
公式
結(jié)果
備注
橡膠的自由高度
=4
40mm
=（4.5+5.5）=10mm，取為的25%
橡膠的預(yù)壓縮量
=15%
6mm
一般取=10%∽15%
橡膠承受的載荷F1
F1=+
13252.684N
選用一個(gè)圓筒形橡膠
橡膠墊的外徑D
D=
184mm
d為圓筒形橡膠的內(nèi)徑，取d=13mm;P=0.5Mpa
校核橡膠墊自由高度
0.5≤/D=0.196≤1.5
滿足要求
橡膠墊安裝高度
=-
34mm
表（5-5）下頂塊橡膠的設(shè)計(jì)計(jì)算
第6章 選擇與確定模具的主要零部件的結(jié)構(gòu)與尺寸
6.1確定工作零件
6.1.1凸模 在沖壓過程中，沖模中被沖制件或廢料所包容的工作零件。
⑴凸模的結(jié)構(gòu)形式及其固定方法
①落料凸模
結(jié)合工件外形并考慮加工，將落料凸模設(shè)計(jì)成臺(tái)階式，采用線切割機(jī)床加工，與凸模固定板配合部分按過渡配合（H7/m6或H7/n6）制造。
②拉深凸模
結(jié)合該工件拉深部分的外形并考慮加工，將拉深凸模設(shè)計(jì)成臺(tái)階式，采用線切割機(jī)床加工。
③沖孔凸模
因?yàn)樗鶝_的孔均為圓形，而且都不屬于需要特別保護(hù)的小凸模，且臺(tái)階式的凸模強(qiáng)度剛性好，修磨方便，其工作部分尺寸由計(jì)算而得，所以沖孔凸模采用臺(tái)階式。一方面加工簡單，另一方面又便于裝配與更換。采用臺(tái)肩固定，與凸模固定板配合部分按過渡配合（H7/m6或H7/n6）制造，最大直徑的作用是形成臺(tái)肩，以便固定，保證工作時(shí)凸模不被拉出。
⑵凸模長度計(jì)算
凸模的長度尺寸應(yīng)根據(jù)模具的具體結(jié)構(gòu)確定，同時(shí)要考慮凸模的修磨量，固定板與卸料板之間的安全距離、裝配等需要。
1 料凸模的長度計(jì)算
由[1]——?jiǎng)⒔ǔ?、張寶忠主編《沖壓模具設(shè)計(jì)與制造》高等教育出版社，當(dāng)采用彈壓卸料板時(shí)，其凸模長度按公式2.9.2：=，L—凸?？傞L度；—凸模固定板厚度，取=20mm；—卸料板厚度，取=14mm；t—材料厚度；h—增加長度，它包括凸模的修磨量，凸模進(jìn)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．則落料凸模的長度L=20+14+2+16=52mm.
2 深凸模的長度計(jì)算
拉深凸模圓角半徑確定：只有一次拉深凸模圓角半徑可按下式計(jì)算，，—凹模圓角半徑，=3mm；∴=（2.1∽3.0）mm；取=2.5mm,拉深凸模的長度=30-（4.5-4.1）+15=44.6mm．
3 沖孔凸模的長度計(jì)算
由零件圖可知，其中沖兩個(gè)φ5mm的圓形凸模可選用標(biāo)準(zhǔn)件BII型式（尺寸為5.15mm×42.5mm，42.5mm=30-4.5+2+15）。沖孔的凸模結(jié)構(gòu)如下圖：沖孔凸模的長度=52-4.5+2=49.5mm．式中2mm—凸模沖裁后進(jìn)入凹模的深度。
⑶凸模強(qiáng)度校核
在一般情況下，凸模的強(qiáng)度是足夠的，無須進(jìn)行校核，但特別細(xì)長的凸?；蛲鼓５臋M截面積很小而沖裁的板件厚度較厚時(shí)，則必須進(jìn)行承壓能力和抗縱彎曲能力的校核。其目的是檢查其凸模的危險(xiǎn)斷面尺寸和自由長度是否滿足要求，以防止凸?？v向失穩(wěn)和折斷。
6.1.2凹模 在沖壓過程中，與凸模配合直接對(duì)沖裁件進(jìn)行分離或成形的工作零件。
㈠落料凹模
⑴落料凹模的外形結(jié)構(gòu)及其固定方法
凹模的外形結(jié)構(gòu)為矩形，采用螺釘和銷釘直接固定在支承件上。凹模采用螺釘和銷釘定位固定時(shí)，要保證螺釘（或沉孔）之間，螺孔與銷孔間及螺孔、銷孔與凹模刃壁間的距離不能太近，否則會(huì)影響模具壽命。
⑵落料凹模刃口形式
凹模按結(jié)構(gòu)分為整體式和鑲拼式凹模，本副模具采用整體式凹模。沖裁凹模的刃口形式有直筒式和錐形兩種。根據(jù)沖裁件的形狀、厚度、尺寸精度及模具的具體結(jié)構(gòu)，本副模具采用直筒式，其優(yōu)點(diǎn)如下：
3 口強(qiáng)度較高，修磨后刃口尺寸不變；
② 刃口直壁下面的擴(kuò)大部分可使凹模加工簡單；
③ 用于沖裁形狀復(fù)雜或精度要求較高的零件。
⑶落料凹模輪廓尺寸的確定
凹模輪廓尺寸通常根據(jù)沖裁的板料厚度和沖件的輪廓尺寸或凹模孔口刃壁間的距離，按經(jīng)驗(yàn)公式來確定。由公式2.9.3，2.9.4計(jì)算：
凹模厚度：H=kb=0.30×74=22.2mm．(查表2.9.5凹模厚度系數(shù)得k=0.30)。[1]
凹模壁厚：C=（1.5∽2）H=（33.3∽44.4）mm，取凹模厚度H=30mm，取凹模壁厚C=43mm;
凹模寬度：B=b+2C=74+2×43=160mm;
凹模長度：L取130mm，（送料方向）；
凹模輪廓尺寸為：130mm×160mm×30mm，結(jié)構(gòu)如下圖：
㈡拉深凹模
拉深凹模圓角半徑的確定：只有一次拉深凹模圓角半徑可按下式計(jì)算，即，式中—凹模圓角半徑，D—坯料直徑，d—凹模內(nèi)徑；∴，取=3mm．拉深凹模鑲嵌在落料凸模內(nèi)。
㈢沖孔凹模
2個(gè)φ5mm沖孔凹模做在落料凸模上，沖孔廢料通過落料凸模內(nèi)的彈性裝置在上模回程時(shí)推出，沖孔凸模固定在下模座上。φ18mm的沖孔凹模做在拉深凸模內(nèi)，拉深凸模固定在下模座上，沖孔廢料通過下模座。
各沖裁的凹?？拙捎镁€切割機(jī)床加工，安排凹模在模架上的位置時(shí)，要依據(jù)計(jì)算壓力中心的數(shù)據(jù)，將壓力中心與模柄中心重合。
6.2定位零件的設(shè)計(jì)
沖模的定位零件是用來保證條料的正確送進(jìn)及在模具中的正確位置。條料在模具送料平面中必須有兩個(gè)方向的限位：一是在與條料方向垂直的方向上的限位，保證條料沿正確的方向送進(jìn)，稱為送進(jìn)導(dǎo)向；二是在送料方向上的限位，控制條料一次送進(jìn)的距離（步距）稱為送料定距。控制送料步距的定位，稱為擋料；控制條料寬度方向上的定位，稱為導(dǎo)料。[1]
根據(jù)坯料形式、模具結(jié)構(gòu)、沖件精度和生產(chǎn)率的要求，控制條料的送進(jìn)方向采用導(dǎo)料板，有側(cè)壓裝置；送料步距控制采用活動(dòng)擋料銷。
采用側(cè)壓時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
⑴在條料厚度小于0.3mm時(shí)，不能采用側(cè)壓。
⑵當(dāng)用滾軸自動(dòng)送料時(shí)，不用側(cè)壓，因由于側(cè)壁摩擦，會(huì)阻礙送料。由于彈簧壓塊式是利用彈簧，所以側(cè)壓力較大，沖裁厚料時(shí)使用。[8]
[8]—王孝培主編《沖壓手冊(cè)》機(jī)械工業(yè)出版社。
起定距作用的活動(dòng)擋料銷、彈簧和螺塞選用標(biāo)準(zhǔn)件，規(guī)格為8×16。有表15.48查得尺寸如下：d L 擋料銷 彈簧 螺塞
6 8 6×8 0.5×6×22 AM10×1.0
[9]見圖（6—1）活動(dòng)擋料銷
[9]——郝濱海主編《沖壓模具簡明設(shè)計(jì)手冊(cè)》，化學(xué)工業(yè)出版社。
圖（6—1）活動(dòng)擋料銷
6.3導(dǎo)料板的設(shè)計(jì)
導(dǎo)料板是對(duì)條料或卷料的側(cè)邊進(jìn)行導(dǎo)向，以保證其正確的送進(jìn)方向的板件。導(dǎo)料板的內(nèi)側(cè)與條料接觸，外側(cè)與凹模齊平。導(dǎo)料板的寬度，導(dǎo)料板的厚度由表2.9.7導(dǎo)料板厚度H，選擇擋料銷高度h=3mm，導(dǎo)料板厚度H=6mm．由表1.4.5模具一般零件的常用材料及熱處理要求，查得：導(dǎo)料板采用45鋼制作，熱處理硬度為43∽48HRC，用螺釘和銷釘固定在凹模上。
導(dǎo)料板的進(jìn)端安裝有承料板，承料板的作用是擴(kuò)大沖壓材料受承托部分，以便送進(jìn)，由表14-27承料板尺寸（GB2865.6-81）查得：h=3mm,L=160mm,B=40mm. [7]
[7]—模具手冊(cè)之四，劉彩英主編《沖模設(shè)計(jì)手冊(cè)》機(jī)械工業(yè)出版社。
6.4卸料部件的設(shè)計(jì)
6.4.1卸料板的設(shè)計(jì)
卸料板的周界尺寸與凹模的周界尺寸相同，厚度為14mm，卸料板采用Q235鋼制造，淬火硬度為40∽45HRC。
6.4.2卸料螺釘?shù)倪x用
卸料板上設(shè)置4個(gè)卸料螺釘，公稱直徑為12mm，螺紋部分為M10×10mm，卸料釘尾部留有足夠的行程空間。卸料螺釘擰緊后，應(yīng)使卸料板超出端面1mm，有誤差時(shí)通過在螺釘與卸料板之間安裝墊片來調(diào)整。
6.5模架及其他零部件設(shè)計(jì)
6.5.1模架
根據(jù)主要工作部分尺寸、結(jié)構(gòu)以及彈性元件的尺寸，參照有關(guān)資料，可選取I級(jí)精度的后側(cè)導(dǎo)柱模架。由表2-41后側(cè)導(dǎo)柱模架[5]。以凹模周界尺寸為依據(jù)，選擇模架規(guī)格，即：
上模座尺寸：200mm×160mm×45mm，ZG35;
下模座尺寸：200mm×160mm×55mm，ZG35;
導(dǎo)柱d/mm×L/mm尺寸為：φ28mm×200mm，20鋼；
導(dǎo)套d/mm×L/mm×D/mm尺寸為：φ28mm×110mm×φ43mm，20鋼；
因?yàn)殇撡|(zhì)模座強(qiáng)度更高，加工工藝好，故采用鋼質(zhì)模座代替普通的鑄鐵模座。導(dǎo)柱、導(dǎo)套滲碳深度為0.8∽1.2mm，硬度為58∽62HRC。落料凹模、凸凹模、拉深凸模、拉深凹模、沖孔凸模、沖孔凹模材料均采用Cr12MoV, 熱處理硬度為60∽64HRC。
[5]——王芳主編《沖壓模具設(shè)計(jì)指導(dǎo)》機(jī)械工業(yè)出版社。
⑴導(dǎo)向零件的制造：
模具導(dǎo)向零件是模具重要零件之一，其質(zhì)量的好壞，對(duì)模具的制造精度、使用壽命和產(chǎn)品成形質(zhì)量有著非常重要的作用。導(dǎo)柱和導(dǎo)套屬于軸類和套類零件，一般是由內(nèi)、外圓柱表面組成。其加工精度要求主要體現(xiàn)在：內(nèi)、外圓柱表面的表面粗糙度及尺寸精度，各配合圓柱表面的同軸度等。導(dǎo)向零件的配合表面都必須進(jìn)行精加工，而且要有較好的耐磨性。一般導(dǎo)向零件配合表面的精度可達(dá)IT6，表面粗糙度Ra=0.2∽0.1μm 。對(duì)精密的導(dǎo)向零件配合表面的精度可達(dá)IT5，表面粗糙度Ra=0.1∽0.05μm 。
導(dǎo)向零件的形狀比較，加工方法一般采用普通機(jī)床進(jìn)行粗加工和半精加工后在進(jìn)行熱處理，最后用磨床進(jìn)行精加工，消除熱處理引起的變形，提高配合表面的尺寸精度和減少配合表面的粗糙度。對(duì)于配合要求高、精度高的導(dǎo)向零件，還要對(duì)配合表面進(jìn)行研磨，才能達(dá)到要求的精度和表面粗糙度。[3]
⑵模具的閉合高度：
該模具的閉合高度：，式中L—落料凸模長度，L=52mm；H—凹模厚度，H=30mm；—落料凸模沖裁后進(jìn)入凹模的深度，=4.5mm；—拉深凸模的固定板，=15mm；則：=45+10+52+30+15+55-4.5=203.5mm；可見該模具閉合高度小于所選壓力機(jī)J23-40的最大裝模高等（265mm），可以使用。
6.5.2模柄
.模柄是作為上模與壓力機(jī)滑塊連接的零件，對(duì)它的基本要求是：一要與壓力機(jī)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。因?yàn)椴捎们蛎娓?dòng)式模柄，可以減少?zèng)_壓設(shè)備或模具安裝時(shí)的誤差對(duì)模具的不利影響，故選取浮動(dòng)式模柄。（必須注意，采用浮動(dòng)式模柄時(shí)，導(dǎo)柱千萬不能離開導(dǎo)套，否則可能產(chǎn)生嚴(yán)重的機(jī)床和人身事故。）
由表2-38浮動(dòng)模柄查得模柄的具體尺寸如下：[5]
見圖（6—2）模柄
圖（6—2）模柄
d D H 凹球面模柄 凸球面墊塊 錐面壓圈 螺釘
50 85 130 27 50×83 85×12 130×22 M10×30
[5]——王芳主編《冷沖壓模具設(shè)計(jì)指導(dǎo)》機(jī)械工業(yè)出版社
6.5.3固定板、墊板
⑴凸模固定板
將凸?；虬寄０匆欢ㄏ鄬?duì)位置壓入固定后作為一個(gè)安裝在上模座或下模座的板件上。模具中最常見的凸模固定板，分為圓形固定板和矩形固定板兩種，主要用于固定小型的凸模和凹模。固定板的設(shè)計(jì)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
①凸模固定板的厚度一般取凹模的0.6∽0.8倍，其平面尺寸可與凹模、卸料板外形尺寸相同，但還應(yīng)考慮緊固螺釘及銷釘?shù)奈恢谩?
②固定板上的凸模安裝孔與凸模采用過渡配合H7/m6，凸模壓裝后端面要與固定板一起磨平。
③固定板的上、下表面應(yīng)磨平，并與凸模安裝孔的軸線垂直。固定板基面和壓裝配合面的表面粗糙度為Ra=1.6∽0.8μm，另一非基準(zhǔn)面可適當(dāng)降低要求。
④固定板材料一般采用Q235或45鋼制造，無需熱處理淬硬。[3]
取凸模固定板的厚度為20mm，下固定板的厚度為15mm，采用Q235制作。
⑵墊板
墊板的作用是直接承受和擴(kuò)散凸模傳遞的壓力，以降低模座所受的單位壓力，保護(hù)模座一面被凸模端面壓陷。模具中最為常見的是凸模墊板，它被裝于凸模固定板與模座之間。墊板外形尺寸可與固定板相同，其厚度一般取4∽12mm，取H=10 mm。墊板材料為45鋼，淬火硬度為43∽48HRC。墊板上、下表面應(yīng)磨平，表面粗糙度為Ra=1.6∽0.8μm，以保證平行度要求。為了便于模具裝配，墊板上銷釘通過孔直徑可比銷釘直徑增大0.3∽0.5mm。[3]
6.5.4螺釘與銷釘
螺釘與銷釘都是標(biāo)準(zhǔn)件，按標(biāo)準(zhǔn)選用。螺釘用于固定模具零件，一般選用內(nèi)六角螺釘；銷釘起定位作用，常用圓柱銷釘。選用螺釘、銷釘應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
①螺釘要均勻布置，盡量置于被固定件的外形輪廓附近。當(dāng)被固定件為圓形時(shí)，一般采用3∽4個(gè)螺釘，當(dāng)為矩形時(shí)，一般采用4∽6個(gè)。銷釘一般都用兩個(gè)，且盡量遠(yuǎn)距離錯(cuò)開布置，以保證定位可靠。
②螺釘之間、螺釘與銷釘之間的距離，螺釘、銷釘距刃口及外邊緣的距離，均不應(yīng)過小，以防降低強(qiáng)度。
③內(nèi)六角螺釘通過孔及其螺釘裝配尺寸應(yīng)合理。
④連接件的銷孔應(yīng)配合加工，以保證位置精度，銷釘孔與銷釘采用H7/m6或H7/n6過渡配合。
螺釘、銷釘規(guī)格應(yīng)根據(jù)沖壓力大小，凹模厚度等確定。螺釘規(guī)格按表2.9.14螺釘規(guī)格選用查取，凹模厚度H=30mm，螺釘規(guī)格M12，M10。[1]取螺釘規(guī)格M12，由表3-6螺釘直徑與間距查得M12:min（80mm）,max（150mm）。[10]
[10]——馬正元、韓啟主編《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)》機(jī)械工業(yè)出版社
第7章 模具的總體裝配
通過以上設(shè)計(jì)，可得到模具總體裝配圖。模具上模部分主要由上模座、墊板、凸模（1個(gè)）、凸凹模（1個(gè)）、上凸模固定板及卸料板等組成。卸料方式采用彈性卸料，以橡膠為彈性元件。下模部分由下模座、下凸模固定板、拉深凸模、凹模板、導(dǎo)料板等組成。沖φ5mm孔的廢料由落料凸模內(nèi)的彈性裝置推出，沖φ18mm孔的廢料由漏料孔漏出，成品件由下頂塊頂出。
模具的工作過程：將條料送入帶側(cè)壓裝置的導(dǎo)料板內(nèi)，條料送進(jìn)時(shí)采用活動(dòng)擋料銷作為送進(jìn)步距控制。當(dāng)壓力機(jī)滑塊帶著上模下行時(shí)，彈壓卸料板下表面首先接觸條料，并壓緊條料，落料凸模進(jìn)行落料，同時(shí)，拉深凸、凹模進(jìn)行拉深，拉深結(jié)束后，沖孔凸、凹模進(jìn)行工作；當(dāng)沖孔結(jié)束后，壓力機(jī)滑塊帶著上模上行，落料后的條料由彈壓卸料板從凸凹模上卸下，沖壓成形的工件由裝在壓力機(jī)工作臺(tái)下的標(biāo)準(zhǔn)緩沖器通過頂桿、推件塊從拉深凸模取下，用手將工件取走后。將條料繼續(xù)往前送進(jìn)，通過活動(dòng)擋料銷定位，進(jìn)行下一個(gè)工件的生產(chǎn)。
第8章 模具工件零件的加工工藝
8.1沖裁模凸、凹模的技術(shù)要求及加工特點(diǎn)
沖裁屬于分離工序，沖裁模凸、凹模帶有鋒利刃口，凸、凹模之間的間隙較小，其加工具有如下特點(diǎn)：
①凸、凹模材質(zhì)一般是工具鋼或合金工具鋼，熱處理后的硬度一般為58∽64HRC，凹模比凸模稍硬一些。
②凸、凹模精度主要根據(jù)沖裁件精度決定，一般尺寸精度在IT6∽IT9，工作表面粗糙度在Ra值為1.6∽0.4μm。
③凸、凹模工作端帶有鋒利刃口，刃口平直（斜刃除外），安裝固定部分要符合配合要求。
④凸、凹模裝配后應(yīng)保證均勻的最小合理間隙。
⑤凸模的加工主要是外形加工，凹模的加工主要是孔（系）加工。凹模型孔加工和臺(tái)階式凸模加工常用線切割方法。[1]
8.2凸、凹模加工的工藝路線有以下幾種方案：
方案一：下料→鍛造→退火→毛坯外形加工（包括外形粗加工、精加工、基面磨削）→劃線→刃口輪廓粗加工→刃口輪廓精加工→螺孔、銷孔加工→淬火與回火→研磨或拋光；
方案二：下料→鍛造→退火→毛坯外形加工（包括外形粗加工、精加