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沖壓模具設(shè)計(jì)中側(cè)壁起皺的分析
F.-k. Chen and Y.-C. Liao
臺(tái)灣 臺(tái)北市國(guó)立臺(tái)灣大學(xué)機(jī)械工程部門(mén)
在沖壓過(guò)程中，起皺一般發(fā)生在有錐度的方形杯子和帶有階梯的矩形杯子成形時(shí)。這兩種起皺類(lèi)型的共同特征是起皺都發(fā)生在相對(duì)沒(méi)有支撐的側(cè)壁。在沖壓一個(gè)有錐度的方形杯子時(shí)，當(dāng)發(fā)生起皺時(shí)，比如沖模間隙和沖壓毛壞的壓力大小等參數(shù)的影響通過(guò)有限元模擬方法被檢查到。模擬結(jié)果顯示沖模間隙越大，起皺的就越明顯，而且起皺不能通過(guò)增加沖壓力來(lái)被抑制。在研究帶有階梯的矩形杯子沖壓過(guò)程的起皺時(shí)，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)有相似幾何類(lèi)型的實(shí)際部分。在側(cè)壁被發(fā)現(xiàn)的起皺是因?yàn)榻橛跊_頭和階梯邊緣的金屬板料不平衡伸展造成的。為減少起皺，一個(gè)最適宜的沖模設(shè)計(jì)方法就是利用有限元分析法。在無(wú)起皺產(chǎn)品中介于模擬結(jié)果和實(shí)測(cè)結(jié)果的好協(xié)議使有限元分析法生效，而且證實(shí)了利用有限元分析法去設(shè)計(jì)沖模的優(yōu)勢(shì)。
關(guān)鍵詞：側(cè)壁起皺；沖模；階梯的矩形杯子；帶有錐度的主形杯子
1． 介紹
起皺是在金屬板料成形中主要的缺陷之一。由于性能和視察的原因，在產(chǎn)品中起皺往往不能被接受。在金屬板料成形過(guò)程中，有三種形式的起皺頻繁的發(fā)生：邊緣起皺，側(cè)壁起皺和由于殘余的彈性壓力引起的未變形區(qū)域的彈性彎曲。在沖壓一個(gè)復(fù)雜形狀零件的操作時(shí)，側(cè)壁起皺意味著沖模腔中的起皺。由于側(cè)壁區(qū)域的金屬板料相對(duì)于其它區(qū)域的金屬板料不被工具所保征質(zhì)量，側(cè)壁起皺的消除比邊緣起皺的抑制更難。很明顯，在未被加固的側(cè)壁區(qū)域中的金屬材料的額外拉伸可能防止起皺，而且在實(shí)際操作中也可以通過(guò)增加沖壓力來(lái)防止起皺，但是過(guò)度的拉力會(huì)通過(guò)裂痕導(dǎo)致失敗。因此，沖壓力必須處于一個(gè)狹小的范圍，一方面，要高于抑制起皺的力，另一方面，要低于產(chǎn)生破裂的力。沖壓力的狹小范圍很難計(jì)算。對(duì)于沖壓一個(gè)復(fù)雜形狀的零件，當(dāng)起皺發(fā)生在中心區(qū)域時(shí)，有意義的沖壓力范圍甚至不存在。
為了檢查起皺的形成結(jié)構(gòu)，Yoshida et al.發(fā)明了一種測(cè)試，在這種測(cè)試?yán)铮粔K薄板料不是均勻的沿著它的斜度被拉伸。他們也計(jì)劃一個(gè)近似的理論模型，在這種模型里面，起皺的開(kāi)始取決于在壓力不均勻區(qū)域中有壓縮的側(cè)部力的彈性灣曲。Yu et al.從實(shí)驗(yàn)性和分析性上研究起皺問(wèn)題，通過(guò)理論分析，他發(fā)現(xiàn)帶有兩個(gè)圓周波的起皺可能發(fā)生，然而，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示是四到六個(gè)。當(dāng)通過(guò)一個(gè)有錐度的模具畫(huà)出金屬板料時(shí)，Narayanasamy和sowerby用平底的沖頭和半球狀的沖頭檢查金屬板料的起皺。他們也試圖去把可以抑制起皺的道具分類(lèi)。
那些努力都被聚中于和簡(jiǎn)單形狀零件關(guān)聯(lián)的起皺問(wèn)題上，例如：一個(gè)圓形的杯子。在90年代早期，金屬板料成形中三維動(dòng)態(tài)軟件和有限元方法的成功運(yùn)用使得分析包括在沖壓一個(gè)復(fù)雜形狀零件的起皺問(wèn)題成為可能。在當(dāng)前的研究中，三維有限元分析法被用來(lái)分析在沖壓一個(gè)帶有階梯的矩形部分的過(guò)程中，產(chǎn)生起皺的金屬流動(dòng)制造參數(shù)上。
一個(gè)帶有階梯的方形杯子，在杯子的每一邊都有一個(gè)傾斜的側(cè)壁，在帶有錐度的杯子也相應(yīng)的存在傾斜的側(cè)壁。在沖壓過(guò)程中，側(cè)壁上的金屬板料相對(duì)沒(méi)被支撐，因此，這個(gè)部位更容易起皺。在當(dāng)前的研究中，起皺過(guò)程中的各種不同的制造參數(shù)的影響都在被研究。在沖壓一個(gè)帶有階梯的方形杯子時(shí)，就像圖1B顯示的一樣，可以觀測(cè)到另一種形式的起皺。為了評(píng)估分析的效力，在當(dāng)前的研究中，一個(gè)確切階梯幾何形狀的物體被檢測(cè)。通過(guò)使用有限元分析法和用適宜的模具設(shè)計(jì)來(lái)減少起皺，起皺的原因被確定。在觀測(cè)一個(gè)實(shí)際產(chǎn)品成形時(shí)，通過(guò)有限元分析法得到的模具設(shè)計(jì)方法得到證實(shí)。
圖1帶有錐度方形杯子的拉伸（a）和帶有階梯的矩形杯子的拉伸（b）
2有限元模型
包括沖頭、模具和毛壞固定器等工具幾何學(xué)是用CAD或PRO/E軟件來(lái)設(shè)計(jì)的。同樣用CAD軟件，三節(jié)點(diǎn)和四節(jié)點(diǎn)的外形元素被采用用來(lái)為以上工具生產(chǎn)網(wǎng)眼系統(tǒng)。對(duì)于有限元模擬來(lái)說(shuō)，工具被認(rèn)為是剛硬的，而且對(duì)應(yīng)的網(wǎng)眼被用來(lái)定義工具幾何學(xué)而不是壓力分析。同樣CAD軟件使用四節(jié)點(diǎn)外形元素來(lái)為板形壞料構(gòu)造網(wǎng)眼。圖2顯示工具的完整布置的網(wǎng)眼系統(tǒng)和用來(lái)沖壓帶有階梯方形杯子的板形壞料。由于對(duì)稱(chēng)條件，方形杯子的四分之一被分析。在模擬中，板形壞料放在壓力機(jī)上，沖模向下移動(dòng)，逆著壓力機(jī)夾緊板形壞料。然后沖模上升使得板形壞料按著模腔成形。
圖2 有限元網(wǎng)眼
為了表演一個(gè)精確的有限元分析法，金屬板料的真實(shí)應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)被要求是輸入數(shù)據(jù)的一部分。在當(dāng)前的研究中，拉深成形的金屬板料也被用來(lái)模擬。為在飛機(jī)上切割下的樣本測(cè)試被進(jìn)行，它們依次從0度的旋轉(zhuǎn)方向到45度的旋轉(zhuǎn)方向，再到90度的旋轉(zhuǎn)方向進(jìn)行著。平均的流動(dòng)力σ，計(jì)算方程為σ=（σ0+2σ45+σ90）/4，因?yàn)槊恳粋€(gè)方法真實(shí)應(yīng)變通常用來(lái)模擬帶錐度方形杯子和帶階梯矩形的沖壓，就如圖3顯示的那樣。
當(dāng)前研究中所有的模擬利用有限元程序PAM-STAMP涉及SGI Indigo2工作站。為了完成模似所需輸入數(shù)據(jù)的設(shè)置，沖頭的速度一般設(shè)置在10m/s，庫(kù)侖摩擦系數(shù)設(shè)置在0.1。
圖3 金屬板料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系
3 錐度方形杯中的起皺
正像圖1a顯示的那樣，草圖暗示著一些有關(guān)錐度方形杯子的尺寸，方形沖頭每一面的長(zhǎng)度（2WP）、模腔的尺寸（2Wd）和高度(H)被認(rèn)為是影響起皺的至關(guān)重要尺寸。在當(dāng)前研究中，模腔尺寸和沖頭尺寸的差距的一半稱(chēng)作沖模間隙（記作G），G= Wd- WP。相關(guān)的在側(cè)壁沒(méi)被支撐的金屬板料的寬度取決于沖模間隙，起皺假想通過(guò)增加沖壓力來(lái)被抑制。相對(duì)于沖壓一個(gè)錐度方形杯子，沖模間隙和沖壓力兩方面的影響在接下來(lái)的部分被研究。
3.1沖模間隙的影響
為了檢查沖模間隙對(duì)起皺的影響，在沖壓一個(gè)錐度方形杯子時(shí)，分別用20mm，30mm，50mm大小的沖模間隙進(jìn)行模擬沖壓。在每次模擬沖壓中，模腔的尺寸都是固定在200mm，而且杯子拉深的高度都是100mm。三次模擬中使用的金屬板料都是380X380的方形尺寸，厚度也都是0.7mm，金屬的應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)如圖3所示。
圖4 G=50mm的帶有錐度的方形杯子
模擬結(jié)果顯示三次模擬中都發(fā)生起皺現(xiàn)象，沖模間隙為50mm沖壓出來(lái)的杯子模擬形狀如圖4。從圖4中可以看出，起皺分布在側(cè)壁，側(cè)壁拐角尤其明顯。這就說(shuō)明在沖壓過(guò)程中，起皺是由于在側(cè)壁有大面積區(qū)域不被支撐，同樣，由于沖模間隙不一樣，沖頭各邊的長(zhǎng)度和模腔尺寸也不一樣。由于橫向壓力的存大，在沖頭和模腔中拉深成形的金屬板料越來(lái)越不牢固。在壓縮下，側(cè)壁金屬板料不受限制的拉伸是起皺的主要原因。為了比較三種不同間隙沖壓出來(lái)的產(chǎn)品，兩個(gè)主要的應(yīng)變比率β被介紹，β=εmin/εmax，這里的εmin和εmax分別是主要的和次要的應(yīng)變。Hosford和Caddell已經(jīng)展示了β的實(shí)際值比β的評(píng)論值大，假設(shè)當(dāng)起皺發(fā)生時(shí)，β的實(shí)際值越大，起皺的可能性就越大。
在三個(gè)沖模間隙不同的沖壓中，同一側(cè)壁高度，沿著橫截面M-N的β值在圖4中標(biāo)記出，在圖5中畫(huà)出。圖5中說(shuō)明嚴(yán)重的起皺一般發(fā)生在拐角處，而對(duì)三個(gè)沖模間隙不同的沖壓，在側(cè)壁中心很少發(fā)生起皺。還說(shuō)明了沖模間隙越大，β的實(shí)際值就越大。因此，增加沖模間隙將增加在錐度方形杯子側(cè)壁處發(fā)生起皺的可能性。
3.2沖壓力的影響
眾所周知，在沖壓過(guò)程中，增加沖壓力可以幫助排除起皺。為了研究增加沖壓力的影響，沖模間隙為50mm與起皺是有關(guān)聯(lián)的，用沖模間隙為50mm的模具沖壓帶有錐度方形杯子被用不同的沖壓力來(lái)模擬了。沖壓從100KN增加到600KN，這兩個(gè)力分別產(chǎn)生0.33Mpa和1.98Mpa。在上述部分，剩下的模擬條件與給定的是一樣的。處于中間的300KN也被用來(lái)模擬。
模擬結(jié)果顯示沖壓力的增加并沒(méi)有幫助消除發(fā)生在側(cè)壁的起皺。在圖4中已標(biāo)出沿著橫截面M-N的β值與沖壓力為100KN和600KN的β值作比較。模擬結(jié)果指出兩種情況下，沿著橫截面M-N的β值是一樣的。為了檢查兩種不同沖壓力的起皺形狀，正如圖4和圖6標(biāo)出的那樣，側(cè)壁上從底部向上有五處不同位置的橫截面。從圖6可以看出，兩個(gè)外殼的波浪形橫截面是相似的。這就說(shuō)明在沖壓帶有錐度的方形杯子時(shí)，沖壓力不影響起皺的發(fā)生，這是因?yàn)槠鸢櫟脑蛑饕怯捎谠谟袡M向壓力存在的側(cè)壁處有大面積區(qū)域不被支撐。沖壓力對(duì)沖頭和模腔之間材料不穩(wěn)定的模式并沒(méi)有影響。
圖5 沿著橫截面M-N不同沖模間隙的β值
4階梯矩形杯子
在沖壓一個(gè)階梯矩形杯子時(shí)，起皺發(fā)生在側(cè)壁即使沖模間隙并不是那么重要。輪廓1顯示沖壓階梯矩形杯子的沖頭草圖，在這張草圖中，側(cè)壁C沿臺(tái)階D-E而行。在近期的研究中，在一個(gè)實(shí)際的產(chǎn)品中檢查到了這種幾何形狀。這種產(chǎn)品使用的原材料的厚度是0.7mm，從拉力測(cè)試中獲得的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系如圖3所示。
這種沖壓部分產(chǎn)品的程序包括通過(guò)清理焊縫的深拉。在這種深拉過(guò)程中，沒(méi)有焊縫被用在沖模表面來(lái)幫助幫助金屬的流動(dòng)。但是，由于沖頭拐角處的半徑過(guò)小和其復(fù)雜的幾何形狀，如圖7顯示的那樣，在沖頭邊緣上部經(jīng)常發(fā)生拉裂，在真實(shí)產(chǎn)品的側(cè)壁處經(jīng)常發(fā)生起皺。從圖7中可以看出，皺紋發(fā)分布在側(cè)壁上，但是在階梯邊緣拐角處最為嚴(yán)重，就像圖1（b）中A-D，B-E顯示的那樣。在沖頭的上部邊緣，金屬往往被拉裂，就像圖7所示。
為了進(jìn)一步的了解沖壓過(guò)程中板料的變形，誕生了一種有限元的方法。這種有限元模擬方法被在最初的設(shè)計(jì)中。部分的模擬形狀如圖8所示。從圖8中可以看出，零件上部邊緣的網(wǎng)眼被拉深，皺紋分布在側(cè)壁上，類(lèi)似真實(shí)零件中的那樣。
圖6 從圖a的100KN到圖b的600KN不同側(cè)壁高度的橫截面線(xiàn)條
圖7 產(chǎn)品零件中的拉裂和起皺
圖8 產(chǎn)品拉裂和起皺的模擬形狀
如圖1（b）就像A-B邊緣半徑和沖孔拐角處A的半徑一樣，沖孔的半徑也很小，這被認(rèn)為是拉裂的最主要原因。但是，根據(jù)有限元分析的結(jié)果，拉裂可以通過(guò)增加以半徑來(lái)避免。這種理念在現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品中通過(guò)增加半徑得到證實(shí)。
個(gè)別的嘗試也被用來(lái)消除起皺。第一，沖壓力加到原來(lái)的2倍。但是，就像在拉深帶有錐度的杯子中得到的結(jié)果一樣，沖壓力對(duì)消除起皺現(xiàn)象沒(méi)有起有很大的效果。通過(guò)增加摩擦和毛坯尺寸也得到同樣的結(jié)論。于是我們推測(cè)，這種起皺不能通過(guò)增加沖壓力來(lái)得到抑制。
由于在金屬屈服于過(guò)大壓力的區(qū)域，往往會(huì)因?yàn)榇罅康慕饘倭鲃?dòng)而起皺，一種通過(guò)在起皺區(qū)域增加掛鉤用于消除起皺的簡(jiǎn)單方法被用來(lái)吸收多余的材料。為了多余的金屬能有效的被吸收，掛鉤應(yīng)該平衡的加在起皺位置?；谶@種理念，兩個(gè)掛鉤被加在鄰近在壁上吸收多余的材料，如圖9如示。模擬結(jié)果顯示，階梯拐角處的起皺正如想象的那樣被吸收，但是，一些起皺仍然沒(méi)被吸收。這說(shuō)明在側(cè)壁處需要更多的掛鉤來(lái)吸收所有過(guò)量的材料，但是這在模具設(shè)計(jì)中是不允許的。
利用有限元分析法分析沖壓工序的一個(gè)優(yōu)勢(shì)是沖壓過(guò)程中板料的變形形狀可以被監(jiān)測(cè)，而這在真實(shí)的產(chǎn)品沖壓過(guò)程中是不可能的。對(duì)沖壓過(guò)程中金屬流動(dòng)的精密監(jiān)測(cè)顯示板料最開(kāi)始通過(guò)沖頭的力按模腔的形狀成形，直到板料接觸到如圖1（b）階梯D-E邊緣才形成起皺。起皺的形狀如
圖9 加到側(cè)壁的起皺
圖10顯示的那樣。這就為模具設(shè)計(jì)的改進(jìn)提供了有價(jià)值的信息。
圖10 當(dāng)板料接觸臺(tái)階邊緣的起皺形成
圖11 切除了的臺(tái)階拐角
對(duì)于起皺的發(fā)生，最初的一個(gè)猜想是沖頭拐角處范圍A和階梯拐角處范圍D之間的金屬板料處于不平坦的拉深，就如圖1（b）所示。階梯拐角處被切主要是為了改善拉深條件，這樣就允許通過(guò)增加階梯邊緣有更多的拉伸被應(yīng)用到如圖11所示，從而使得模具設(shè)計(jì)的改進(jìn)得到發(fā)展。但是，杯子側(cè)壁處仍然有起皺，這就意味著起皺是因?yàn)檎麄€(gè)沖頭邊緣和整個(gè)階梯邊緣的不平坦引起的，不僅僅是沖頭拐角處和階梯拐角處之間的不平坦。為了證實(shí)這種說(shuō)法，兩種改進(jìn)過(guò)了的模具設(shè)計(jì)被用來(lái)實(shí)驗(yàn)：為了描述想象中的形狀用兩種拉深操作，一種是切去整個(gè)階梯，而另一種是增加更多的拉深操作。前一個(gè)方法的模擬形狀所圖12所示。自從更低的階梯被切去后，拉深工序與圖12中的矩形杯子拉深工序性很相似。從圖12中可以看出起皺現(xiàn)象已被消除。
在這兩種操作的拉深工序中，板料最初是被拉到很深的階梯處，如圖13（a）所示，然后，較低的階梯在第二步拉深操作中成形，同是，如圖13（b）所示的想象形狀也得到了。從圖13（b）可以清晰的看出，通過(guò)兩步拉深工序可以造出沒(méi)有起皺的階梯矩形杯子，同時(shí)也說(shuō)明在兩步拉深工序中，如果相應(yīng)的順序被應(yīng)用，則更低一些的階梯處的成形是伴隨更深階梯處成形和最深階梯邊緣處成形的最早成形，如圖1(b)中的A-B，因?yàn)榻饘俨蝗菀淄ㄟ^(guò)較低的階梯進(jìn)入模具型腔。
圖12改善模具設(shè)計(jì)的模擬形狀
圖13 兩個(gè)操作步驟中的a第一步操作 b第二步操作
有限元分析法說(shuō)明用簡(jiǎn)單的拉深操作來(lái)設(shè)計(jì)理想產(chǎn)品的沖壓模具設(shè)計(jì)是很難完成的。但是，由于額外的模具費(fèi)用和操作費(fèi)用，兩個(gè)操作的制造費(fèi)用是很高的。為了保持較低的制造費(fèi)用，零件的設(shè)計(jì)師對(duì)形狀做出了合適的改變，而且通過(guò)有限元模擬分析法結(jié)果去切除較低的臺(tái)階來(lái)改善模具設(shè)計(jì)，如圖12所示。隨著設(shè)計(jì)方法的改進(jìn)，產(chǎn)品真實(shí)的沖壓模具被制造出來(lái)，而且零件還沒(méi)有起皺，如圖14所示。通過(guò)有限元模擬分析法得到的零件也沒(méi)有起皺。
為了進(jìn)一步驗(yàn)證有限元模擬分析法的結(jié)果，有限元模擬分析法得到的沿橫截面G-H的厚度分布如圖14所示，這與產(chǎn)品的尺寸做了比較，比較的結(jié)果顯示在圖15。從圖15可以看出有限元模擬分析法得到的預(yù)想的厚度分布和產(chǎn)品得到的厚度分布是相符合的。這種吻合證實(shí)了有限元模擬分析法的效率。
圖14 無(wú)缺陷產(chǎn)品零件
圖15 G-H處模擬和測(cè)量厚度
5概要和結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)有限元模擬分析法研究了兩種在沖壓過(guò)程中的起皺，而且還檢查了其起皺的原因和消除起皺的方法。
第一種形式的起皺發(fā)生在沖壓帶有錐度的方形杯子的側(cè)壁上，這種起皺的原因是因?yàn)闆_模間隙過(guò)大（沖模間隙就是模腔的尺寸和沖頭的尺寸的差距）。當(dāng)金屬被拉至模腔中，在沖頭和型腔中有一有害的拉深時(shí)，大的沖模間隙導(dǎo)致金屬板料的大面積區(qū)域不被支撐，因此大面積區(qū)域不被支撐導(dǎo)致起皺。有限元模擬分析法顯示這種起皺不能通過(guò)增加沖壓力的方法來(lái)得到抑制。
另一種形式的起皺發(fā)生在有階梯矩形的幾何形狀物體沖壓過(guò)程中。起皺往往發(fā)生在臺(tái)階以上的側(cè)壁，甚至沖模的間隙不是足夠的大。通過(guò)有限元模擬法得知，這種起皺主要是由于在沖頭和臺(tái)階邊緣存在不平坦的拉伸。在模具設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)有限元模擬分析法單獨(dú)的嘗試被用來(lái)消除起皺，切除了臺(tái)階的模具被建立。通過(guò)無(wú)缺陷的零件證實(shí)了這種模具設(shè)計(jì)方法對(duì)消除起皺的作用。有限元模擬分析法得到的結(jié)果和真實(shí)產(chǎn)品中看到的結(jié)果相吻合說(shuō)明了有限元模擬分析法的準(zhǔn)確性，還證實(shí)了用有限元分析法代替真實(shí)的模具制造方法的效力。
感謝
作者希望感謝中國(guó)人民共和國(guó)民族科學(xué)委員會(huì)授于NSC-86-2212-E002-028編號(hào)才使得這個(gè)項(xiàng)目得到發(fā)展。他們也希望感謝KYM提供了產(chǎn)品零件。
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第一章 設(shè)計(jì)步驟與實(shí)例
1.1:設(shè)計(jì)步驟：
一個(gè)模具工程師接受任務(wù)到完成任務(wù)進(jìn)入模具加工階段，需要有以下5個(gè)步驟：
1、 分析制件工藝性：
1） 審查制件是否具備沖壓工藝性。
2） 審核制件沖壓經(jīng)濟(jì)性。
2、 制定工藝方案：
1） 確定沖壓方案。
2） 確定沖壓類(lèi)型和結(jié)構(gòu)形式。
3、 相關(guān)工藝計(jì)算:
1） 排樣、確定帶料寬度，計(jì)算材料利用率。
2） 計(jì)算沖壓力，選擇壓力機(jī)。
3） 計(jì)算壓力中心。
4） 確定凸、凹模間隙，計(jì)算刃口尺寸。
4、 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：
1） 確定主要部件（如墊板、固定板、凹模、凸模）的外形尺寸。
2） 確定彈性元件。
3） 選擇模柄、模架等標(biāo)準(zhǔn)件。
5、 繪制裝配圖和零件圖。
第二章 沖裁模具設(shè)計(jì)
2.1、如圖2-1所示零件，其生產(chǎn)要求如下：
生產(chǎn)批量： 10萬(wàn)件每年
材 料： 1Cr13不銹鋼
材料厚度： 1.5mm
圖2-1 刃型擋片零件圖
2.2、制件工藝性分析:
制件工藝性是指該零件采用沖壓加工的難度 和經(jīng)濟(jì)性。分析時(shí)，要根據(jù)制件零件圖或者實(shí)物，分析其幾何形狀、尺寸、料厚、結(jié)構(gòu)工藝性、精度及表面粗糙度要求、制件材料、生產(chǎn)數(shù)量是否符合沖壓要求。如果沖壓工藝性不良，則需要提出修改意見(jiàn)，并與產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員進(jìn)行協(xié)商，經(jīng)設(shè)計(jì)人員同意后才可以進(jìn)行修改，并進(jìn)行工藝方案的制訂。
2.2.1 制件結(jié)構(gòu)要求：
制件結(jié)構(gòu)上要注意以下幾點(diǎn)：
1、 沖裁件的形狀。 沖裁件的形狀應(yīng)力求簡(jiǎn)單、對(duì)稱(chēng)，有利于材料的合理利用。
2、 沖裁件內(nèi)形及外形的拐角。沖裁件內(nèi)形及外形的轉(zhuǎn)角處要盡量避免尖角，應(yīng)以圓弧過(guò)渡，以便于模具加工時(shí)減少由于熱處理產(chǎn)生的開(kāi)裂，減少?zèng)_裁時(shí)尖角外的崩刃和過(guò)快磨損；一般R0.25t(t為料厚)。
3、 沖裁件上凸出的懸臂和凹槽要避免過(guò)長(zhǎng)，其最小寬度b>2t，板料厚度<1mm時(shí)取值1mm;最長(zhǎng)尺寸L5t.
4、 沖裁件的孔邊距與孔間距、孔與制件邊緣的距離都不能太小，一般a>2t,并不要小于3~4mm;c1.5t.
5、 為了防止沖裁時(shí)凸模折斷或者壓彎，沖孔的尺寸不要過(guò)小。
2.2.2 制件精度和表面粗糙度要求
普通沖裁件的尺寸精度等級(jí)一般在IT10以下，較高精度可以達(dá)到IT8.而沖孔比落料件要高出一級(jí)。
普通沖裁件的表面粗糙度數(shù)值Ra一般低于6.3，一般沖裁件剪斷表面粗糙度數(shù)值如表2-1所示。
表2-1 普通沖裁件的表面粗糙度數(shù)值
制件厚件t/mm
1
1~2
2~3
3~4
4~5
表面粗糙度Ra/
3.2
6.3
12.5
25
50
2.2.3 刃型擋片的工藝分析
1、零件的尺寸精度分析
零件外形尺寸均未標(biāo)注公差，按照企業(yè)要求，制件公差為0.1mm,用一般精度的模具即可滿(mǎn)足制件的精度要求。
2、零件結(jié)構(gòu)工藝性分析
零件形狀非對(duì)稱(chēng)，但無(wú)懸臂、凹槽等結(jié)構(gòu)，外形簡(jiǎn)單，無(wú)尖角結(jié)構(gòu)，t=1.5mm,圓弧半徑R1.5mm,滿(mǎn)足R0.25t的要求，屬于落料工序，可以沖裁成形。
3、制件材料分析
制件材料1Cr13不銹鋼，抗剪強(qiáng)度r-314~372Mpa,抗拉強(qiáng)度=392~461Mpa,伸長(zhǎng)率=20%。適于沖壓成形。
綜合以上分析，得到最終結(jié)論，該制件可以用沖壓生產(chǎn)的方式進(jìn)行生產(chǎn)。
2.3 制定工藝方案
2.3.1 制定沖壓方案
確定制件工藝性后，需要根據(jù)其特性提出沖壓工藝方案。這個(gè)步驟是制定該制件沖壓工藝過(guò)程的核心內(nèi)容。在此項(xiàng)工作中，要針對(duì)該制件的工序性、工序數(shù)、工序順序及組合方式等進(jìn)行分析，制定出幾種不同的沖壓工藝方案，最終確定該套模具的類(lèi)型，模具的類(lèi)型根據(jù)工序組合區(qū)分，包括單工序模、復(fù)合模和級(jí)進(jìn)模三大類(lèi)。
確定工藝方案的原則主要有以下三點(diǎn)：
1、 要保證沖裁件質(zhì)量
在模具類(lèi)型中，復(fù)合模沖出的制件精度高于連續(xù)模，而連續(xù)模又高于單工序模。所以精度要求較高的制件，可以采用復(fù)合模進(jìn)行加工。
2、 要遵循經(jīng)濟(jì)性原則
在設(shè)計(jì)模具時(shí)，還要考慮成本。應(yīng)在保證制件質(zhì)量的前提下，盡量選用簡(jiǎn)易模具，從而提高經(jīng)濟(jì)效益。
3、 要保證安全生產(chǎn)
例如一些多工序小型制件，如果用用單工序模進(jìn)行生產(chǎn)，在加工過(guò)程中容易造成操作失誤，很不安全，所以應(yīng)采用級(jí)進(jìn)模進(jìn)行沖壓。
在制定時(shí)，首先需要確定制件的基本工序性質(zhì)（如落料、沖孔、彎曲等）、工序數(shù)（單工序或多工序），進(jìn)而確定工序的順序，即提出可行性方案。
總之，確定出最終最佳方案是要綜合考慮制件的精度、表面質(zhì)量、生產(chǎn)數(shù)量、企業(yè)的實(shí)際條件等方面。
2.3.2 確定刃型擋片工藝方案
通過(guò)制件零件圖可以知道，要加工該制件，只需要外形落料一個(gè)工序，所以本項(xiàng)目只設(shè)計(jì)一個(gè)單工序落料模。
2.4 確定沖壓模具結(jié)構(gòu)形式
在確定工藝方案后，需要根據(jù)所選模具類(lèi)型（單工序模、復(fù)合模、級(jí)進(jìn)模等）確定模具的各個(gè)部分的具體結(jié)構(gòu)，包括進(jìn)料方式、材料定位、定距方式、模架及卸料、壓料、出件方式等；同時(shí)還應(yīng)考慮模具維修、保養(yǎng)和吊裝的方便，同時(shí)要在各個(gè)細(xì)小的環(huán)節(jié)盡可能考慮到操作者的安全等。
2.4.1、定位零件
1、定位概念
定位是指保證條料、工序或坯料的正確送進(jìn)及在模具中的正確位置。條料或工序伯在模具中的正確位置包括兩方面內(nèi)容。
1） 條料的橫向定位，即導(dǎo)料，也稱(chēng)為送進(jìn)導(dǎo)向；作用是保證條料正確的方向送進(jìn)，和條料的橫向搭邊值；常見(jiàn)的零件有導(dǎo)料銷(xiāo)、導(dǎo)料板和側(cè)壓裝置等。
2） 在送料方向（縱向）上的限位，稱(chēng)為送料定距，也稱(chēng)為擋料；作用是控制條料一次送進(jìn)的距離（步距），即保證縱向搭邊值。常見(jiàn)的零件有擋料銷(xiāo)、側(cè)刃、定位銷(xiāo)等。
2、送進(jìn)導(dǎo)向零件
1）導(dǎo)料銷(xiāo)
一般為兩個(gè)，并位于條料的同側(cè)，從右向左送料時(shí)，導(dǎo)料銷(xiāo)裝在后側(cè)；從前向后送料時(shí)，導(dǎo)料銷(xiāo)裝在左側(cè)，導(dǎo)料銷(xiāo)有固定式和活動(dòng)式兩種，固定式一般設(shè)置于凹模模板面上，活動(dòng)式常設(shè)置于彈壓卸料板上。
2）導(dǎo)料板
導(dǎo)料板設(shè)置于條料兩側(cè)，有兩種類(lèi)型：一種是與卸料板制成一體；另一種是與卸料板分開(kāi)制造。導(dǎo)料板間距應(yīng)比條料寬度大一個(gè)間隙值。
常用的定位零件都有標(biāo)準(zhǔn)件，選擇時(shí)應(yīng)首選標(biāo)準(zhǔn)件。在應(yīng)用時(shí)除了要注意孔與凹模孔口的距離外，還要注意其伸出工作平面的高度尺寸，該尺寸與制件材料的厚度有關(guān)，擋料銷(xiāo)的高度h和導(dǎo)料板的高度尺寸H數(shù)值。
導(dǎo)料板寬度B的計(jì)算公式為：
B=B+C
式中 B——條料寬度，mm
C——條料與導(dǎo)料板之間的間隙
3） 側(cè)壓裝置
為避免條料在導(dǎo)料板中偏擺，保證最小搭邊值，可以在導(dǎo)料板一側(cè)裝側(cè)壓裝置，使條料在送進(jìn)過(guò)程中始終靠緊另一側(cè)導(dǎo)料板。
如果送料材料過(guò)薄（0.3mm以下），則不適于用側(cè)壓裝置;而且使用側(cè)壓裝置后送進(jìn)阻力增大，所以如果采用輥軸送進(jìn)的自動(dòng)送料裝置不適合與側(cè)壓裝置配合使用。
3、送料定距零件
1）擋料銷(xiāo)
擋料銷(xiāo)有固定擋料銷(xiāo)和活動(dòng)擋料銷(xiāo)兩種。
固定擋料銷(xiāo)有兩種類(lèi)型：A型固定擋料銷(xiāo)和鉤形擋料銷(xiāo)。A型固定擋料銷(xiāo)常用于中、小型制件的模具中，缺點(diǎn)是銷(xiāo)孔與凹模型孔距離過(guò)近，削弱了凹模強(qiáng)度；鉤形擋料銷(xiāo)，這種鐺料銷(xiāo)的銷(xiāo)孔軸線(xiàn)與凹模型孔距離較遠(yuǎn)，且配合定向銷(xiāo)防止其鉤頭在使用過(guò)程中發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，缺點(diǎn)是制造困難，安裝麻煩。
活動(dòng)擋料銷(xiāo)也有兩種：彈簧彈頂式和扭簧式，定位螺釘之間的距離為25~35mm,擋料銷(xiāo)伸出臺(tái)面2~4mm.
2)定位板與定位銷(xiāo)
定位銷(xiāo)與定位板是單個(gè)毛坯或工序件的定位零件。其定位方式有兩種：外緣定位和內(nèi)孔定位。
4、 刃型擋片定位方式
常見(jiàn)的進(jìn)料方式有手工送料和自動(dòng)送料兩大類(lèi)。其中手工送料定位簡(jiǎn)單，有時(shí)甚至不用或少用定位零件，依靠工人自己控制，這種方法常用于小型單工序模、復(fù)合模的工作中；自動(dòng)送料常用于級(jí)進(jìn)模加工中，這種送料需要較好的定位、定距和卸料方式，對(duì)模具結(jié)構(gòu)要求較高。
由于該模具是單工序落料，所以生產(chǎn)時(shí)采用導(dǎo)料銷(xiāo)配合擋料銷(xiāo)定位。
2.4.2、卸料、壓料、出件方式
模具的卸料方式有剛性卸料和彈性卸料兩大類(lèi)，也稱(chēng)為固定卸料裝置和彈壓卸料裝置，其中固定卸料裝置一般是將卸料板和導(dǎo)料板做成一體，主要功能是從凸模上卸下條料，常用于板料較厚、較硬、精度要求不高、沖裁力較大的落料模;彈性卸料裝置是通過(guò)卸料板與彈性元件（彈簧或橡皮）的互相配合作用來(lái)進(jìn)行卸料的，功能是從凸模上卸下條料，這種裝置在沖壓時(shí)既可以卸料又可壓料，特別適于在薄料或制件要求平整的復(fù)合模上使用。
在本套設(shè)計(jì)中，我們采用彈壓卸料方式。
2.4.3、刃型擋片模具結(jié)構(gòu)形式的確定
在實(shí)際生產(chǎn)中，條料的送進(jìn)采用手工送料，不用導(dǎo)料板或定位銷(xiāo)釘?shù)冉Y(jié)構(gòu)，這樣，不僅結(jié)構(gòu)緊湊很多，而且也減少了加工難度。另外，為了提高工作效率和安全性，實(shí)際生產(chǎn)時(shí)也經(jīng)常采用外置托料板的形式，裝托料板與下模座配合使用，既起到導(dǎo)料作用，又起到托料作用，不用時(shí)拆卸下來(lái)，使模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸減少，工作方便簡(jiǎn)單。
2.5、相關(guān)工藝計(jì)算
2.5.1、排樣與材料利用率
1、排樣的概念與方法
沖裁件在板料、帶料或條料上布置排列的方法稱(chēng)為排樣。排樣設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括：選擇排樣方法、確定搭邊數(shù)值、計(jì)算條料寬度、計(jì)算送料步距、計(jì)算材料利用率、繪制排樣圖。
好的排樣，可以減少?gòu)U品率，保證制件的質(zhì)量，使模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用壽命延長(zhǎng)。
排樣時(shí)，制件與制件間，制件與條（板）料邊緣之間的余料稱(chēng)為搭邊。搭邊過(guò)大，浪費(fèi)材料；搭邊太小，可能會(huì)被拉入凸模和凹模的間隙，使模具容易磨損，甚至損壞模具刃口。一般來(lái)說(shuō)，材料越厚，越軟以及沖裁件尺寸越大，形狀越復(fù)雜，則搭邊值也應(yīng)越大。搭邊值通常是由經(jīng)驗(yàn)值確定。
根據(jù)沖裁件在條料上的布置方法，排樣有直排、斜排、對(duì)排、混合排等多種形式。在沖壓生產(chǎn)中，減少?gòu)U料的產(chǎn)生是節(jié)約成本的有效措施之一。采用何種方式需要分析哪種排樣方式的材料利用率比較高。
2、排樣圖的畫(huà)法
一張完整的排樣圖應(yīng)標(biāo)注條料寬度尺寸B、條料長(zhǎng)度L、板料厚度t、端距l(xiāng)、步距S、工件間搭邊和側(cè)搭邊a;并以剖面線(xiàn)表示沖壓位置。
其中條料長(zhǎng)度L的給定可以計(jì)算出加工該制件需要的條料數(shù)目或鋼板數(shù)目，便于采購(gòu)原材料。需要注意的是計(jì)算出的數(shù)值只是理論數(shù)值，在采購(gòu)時(shí)考慮沖壓時(shí)出現(xiàn)的廢品量。
排樣圖不僅要表示清楚沖裁件輪廓形狀和沖壓順序，還要表示出凸模刃口的截面形狀、凹模的型孔形狀、數(shù)量和位置。而且沿送料方向應(yīng)畫(huà)出數(shù)個(gè)制件的外形形狀，表示落料后留在條料上的廢料孔的形狀。
如果是對(duì)排等多排排樣圖，或者雙、多凸模結(jié)構(gòu)，在條料上的工件輪廓至少畫(huà)出三個(gè)，用帶陰影的線(xiàn)表示出凹模型孔的位置與形狀，粗實(shí)線(xiàn)表示已經(jīng)沖完的孔，用雙點(diǎn)劃畫(huà)表示預(yù)沖工件。這樣才能清楚地表達(dá)出制件的沖裁過(guò)程，并使凹模上型孔間的尺寸關(guān)系非常清楚，計(jì)算方便。
3、如何計(jì)算材料利用率
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。材料利用率是衡量合理利用材料的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。要確定材料利用率，首先要確定關(guān)料步距S。
條料在模具上每次送進(jìn)的距離稱(chēng)為送料步距，簡(jiǎn)稱(chēng)跳距。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。一個(gè)步距就等于零件直徑與兩個(gè)兩件間搭邊值的和。
材料利用率的具體公式為：
如果是板料沖裁，也可以用如下公式：
式中 A—— 一個(gè)工件的實(shí)際面積；
n—— 一張板料上能加工工件的總數(shù)量；
L—— 板料長(zhǎng)度；
B—— 板料寬度；
排樣時(shí)搭邊值的選取直接影響到材料利用率的大小，但是提高材料利用率不能以提高模具制造難度為代價(jià)。
4、刃型擋片排樣與材料利用率
刃型擋片外形類(lèi)似于矩形，一般可以采用直排或者多排，但是由于該制件尺寸較大，所以采用單排直排的排樣方案（如圖2-2所示）比較合適。
圖2-2 排樣方案
由表2-8查得工件間搭邊最小值a=1.8mm,沿邊搭邊最小值a=1.5mm,則送料步距S=7.6+1.5=9.1mm;
條料寬度B=40.3+21.8=43.9mm
已知制件面積A=264.34mm.一個(gè)步距的材料利用率為：
==66.2%
2.5.2、計(jì)算沖壓力、選擇壓力機(jī)
1、計(jì)算沖裁力
平刃沖裁的沖壓力計(jì)算公式：
F=KLt
或 F=Lt
式中 F—— 沖裁力
L—— 沖裁周長(zhǎng)，mm
t —— 制件厚度，mm
—— 材料抗剪強(qiáng)度，Mpa
—— 抗拉強(qiáng)度；
K—— 安全系數(shù)，一般取值1.3.
2、計(jì)算相關(guān)卸料力、推件力和頂件力
沖裁完畢，從凸?；蛲拱寄Ｉ蠈⒅萍驈U料卸下所需要的力稱(chēng)為卸料力F（F）；從凹模內(nèi)順沖裁方向?qū)⒅萍驈U料推出所需要的力稱(chēng)為推料力F（F）；從凹模內(nèi)逆沖裁方向?qū)⒅萍陌寄？變?nèi)頂出的力稱(chēng)為頂料力F（F）。
計(jì)算公式分別為：
卸料力 F=KF
推件力 F=nK F
頂件力 F= K F
式中 K，K，K——系數(shù)，具體數(shù)據(jù)可根據(jù)制件材料、厚度取值（見(jiàn)表2-9）；
n——卡在凹模直壁洞口內(nèi)的制件（或廢料）件數(shù)；
h——刃口高度，mm.
表2-9 卸料力、推件力和頂件力系數(shù)（制件為鋼件）
料厚t/mm
K
K
K
0.1
0.065~0.075
0.1
0.14
>0.1~0.5
0.045~0.055
0.063
0.08
>0.5~2.5
0.04~0.05
0.055
0.06
>2.5~5
0.03~0.04
0.045
0.05
3、 計(jì)算總沖壓力
總沖壓力基本公式：
F= F+ F+ F+ F
模具有三種卸料方式，在計(jì)算總沖壓力時(shí)，需要根據(jù)模具結(jié)構(gòu)來(lái)選擇F、F、F，有些結(jié)構(gòu)沒(méi)有F，則不需要計(jì)算該數(shù)值。
采用剛性卸料裝置，公式為：F= F+ F
采用彈性卸料裝置，公式為：F= F+ F+ F
采用彈性卸料及頂料裝置，公式為：F= F+ F+ F
4、 刃型擋片沖壓力的計(jì)算
刃型擋片沖壓力的計(jì)算見(jiàn)表2-10
表2-10 沖壓力的計(jì)算
已知制件外圓（落料）周長(zhǎng)L=87.45mm; =700Mpa;t=1.5mm
類(lèi) 別
計(jì)算過(guò)程
結(jié)論
沖 裁 力
F=Lt=87.451.57009.2tf
9.2tf
模具采用彈性卸料，K=0.04~0.05，K=0.055
卸 料 力
F=KF=0.059.2tf=0.46ft
0.5tf
推 料 力
F=nK F=0.0559.2tf=0.506tf
0.51tf
由于該墊片模具采用彈性卸料裝置，所以總沖壓力的計(jì)算公式為：
F= F+ F+ F=9.2+0.51+0.5=10.3(tf)
5、 壓力機(jī)的選擇
壓力機(jī)的選擇是模具設(shè)計(jì)的一個(gè)主要內(nèi)容。包括選擇壓力機(jī)的類(lèi)型和確定壓力機(jī)規(guī)格兩項(xiàng)內(nèi)容。
1） 壓力機(jī)類(lèi)型及規(guī)格
①、 選擇類(lèi)型
對(duì)于中小型沖裁件、彎曲、拉深件，主要選用開(kāi)式壓力機(jī)；大中型制件的沖裁多采用閉式壓力機(jī)。
②、 選擇規(guī)格
沖壓力是選擇壓力機(jī)的主要依據(jù)；在選擇壓力機(jī)時(shí)，要確保壓力機(jī)的公稱(chēng)壓力大于總沖壓力。
壓力機(jī)的沖壓力可以從壓力機(jī)參數(shù)里查出，在壓力機(jī)上使用的模具在完成沖裁過(guò)程中各種力之和最好在壓力機(jī)額定壓力的70%~80%以?xún)?nèi)，還要保證操作方便、安全。
壓力機(jī)的滑塊行程要滿(mǎn)足制件在高度上的要求，并能保證沖壓結(jié)束后能順利取出制件，尤其是拉深件，更要求滑塊行程是制件高度的兩倍以上。
另外，還要求模具的閉合高度和壓力機(jī)的閉合高度要相適應(yīng)，壓力機(jī)工作臺(tái)尺寸要大于模具下模座平面尺寸50~70mm，墊板孔和工作臺(tái)孔都要大于制件或者廢料尺寸等。
2）、壓力機(jī)參數(shù)
①、公稱(chēng)壓力F
標(biāo)稱(chēng)壓力，或稱(chēng)額定壓力，即滑塊所允許承受的最大作用力；滑塊必須在到達(dá)下止點(diǎn)前某一特定距離之內(nèi)才允許承受標(biāo)稱(chēng)壓力；（這一特定距離稱(chēng)為標(biāo)稱(chēng)壓力行程，或額定壓力行程）
例如：JC23-63壓力機(jī)的標(biāo)稱(chēng)壓力為630kN,標(biāo)稱(chēng)壓力行程8mm,表示該壓力機(jī)的滑塊在離下止點(diǎn)前8mm之內(nèi)，允許承受的最大壓力為630kN 。
③、 滑塊行程S
指滑塊每分鐘往復(fù)運(yùn)動(dòng)的次數(shù)；該參數(shù)與生產(chǎn)效率有關(guān)。
④、 封閉高度H
滑塊在下止點(diǎn)時(shí)，滑塊下表面到工作臺(tái)上表面（拆去墊板）的高度。當(dāng)滑塊調(diào)整到最上位置時(shí)，閉合高度最大，即為最大裝模高度（H）；滑塊在最下止點(diǎn)時(shí)，閉合高度最小，稱(chēng)為最小裝模高度（H）。閉合高度的范圍，是閉合高度調(diào)節(jié)量。
⑤、 裝模高度H
指滑塊在下止點(diǎn)時(shí)，滑塊下表面到工作臺(tái)墊板上表面的距離。裝模高度與封閉高度差一個(gè)墊板高度。
⑥、 其他主要參數(shù)
包括工作臺(tái)尺寸、滑塊底面尺寸、模柄孔尺寸等。
3）、與模具尺寸要適應(yīng)
沖裁模總體結(jié)構(gòu)尺寸必須與所選壓力機(jī)相適應(yīng)。如模座的平面尺寸要與工作臺(tái)上墊板尺寸匹配；模具閉合高度H應(yīng)與壓力機(jī)的最大裝模高度和最大封閉高度H適應(yīng)。
沖模的封閉高度H與壓力機(jī)封閉高度H和H的關(guān)系是：
（H— H）— 5mm ( H— H) + 10mm
H為墊板厚度，一般情況下，不能拆掉墊板使用壓力機(jī)。
4）、壓力機(jī)參數(shù)的作用
壓力機(jī)確定后，需要查取相關(guān)參數(shù)，如壓力機(jī)的類(lèi)型、規(guī)格、閉合高度、工作臺(tái)尺寸、模柄孔尺寸、滑塊行程等。這些參數(shù)會(huì)影響模具的結(jié)構(gòu)尺寸，如模具的閉合高度、模架尺寸等的確定。
壓力機(jī)相關(guān)參數(shù)及與后續(xù)部分工藝計(jì)算的聯(lián)系如表2-11所示
表2-11 壓力機(jī)相關(guān)參數(shù)
壓力機(jī)相關(guān)參數(shù)
關(guān)聯(lián)工藝數(shù)據(jù)
關(guān)系
公稱(chēng)壓力F
總沖壓力F
壓力機(jī)的公稱(chēng)壓力大于總沖壓力：F>F
最大封閉高度（裝模高度）H、 H
模具閉合高度H
模具閉合高度在壓力機(jī)的最大、最小裝模高度之間H—5mm H H+10mm
滑塊行程
模具高度
滑塊行程必須滿(mǎn)足沖壓制件的成形要求；如拉深工藝時(shí)，其行程必須大于拉深件高度的2~2.5倍
工作臺(tái)墊板尺寸
模具長(zhǎng)、寬尺寸；下模座孔尺寸
壓力機(jī)的工作臺(tái)面應(yīng)大于模具尺寸，并有安裝位置，一般每邊大50~70mm
壓力機(jī)工作臺(tái)面的孔應(yīng)能保證沖壓件或廢料落下
模柄孔尺寸
（直徑深度）
模柄尺寸
模柄直徑尺寸要等于模柄孔尺寸
模柄高度要小于模柄孔深度尺寸
漏料孔尺寸
凹模型孔尺寸、下模座相應(yīng)尺寸
工作臺(tái)漏料孔尺寸要大于凹模型孔尺寸、下模座相應(yīng)尺寸，以免塞料，導(dǎo)致爆模
行程次數(shù)
生產(chǎn)效率
6、 刃型擋片模具選用壓力機(jī)
根據(jù)總的沖壓力（10.3tf），結(jié)合工廠實(shí)際生產(chǎn)條件，確定采用J23-16型壓力機(jī)。其主要參數(shù)如下：
公稱(chēng)壓力：160KN（20tf）
最大封閉高度：220mm
最大封閉高度調(diào)節(jié)量：45mm
工作臺(tái)尺寸：450mm300mm
模柄尺寸：Φ4060mm
2.5.3、壓力中心
1、壓力中心概念
沖裁力合力的作用點(diǎn)即沖模的壓力中心。該中心應(yīng)盡量與模柄軸線(xiàn)及壓力機(jī)滑塊中心線(xiàn)重合，否則沖模在工作時(shí)就會(huì)產(chǎn)生偏彎矩，使模具發(fā)生歪斜，繼而加速?zèng)_模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的不均勻磨損，沖裁間隙不均勻，刃口迅速變印鈍，會(huì)直接導(dǎo)致制件的質(zhì)量和模具的使用壽命下降。所以為了保證模具在沖壓時(shí)保持平穩(wěn)，保證其正常工作，設(shè)計(jì)時(shí)確定模具的壓力中心是至關(guān)重要的。
如果制件本身是對(duì)稱(chēng)的，則壓力中心即是制件的中心；如果制件是非對(duì)稱(chēng)件，或級(jí)進(jìn)模上多個(gè)工位的壓力中心，則需要進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算原則就是力平衡原理，即各分力對(duì)某坐標(biāo)軸之力矩之和等于其力對(duì)該坐標(biāo)軸的力矩。
沖裁模壓力中心的確定，除上太空的解析法外，還可以用作圖法和懸掛法。在實(shí)際生產(chǎn)中，很多時(shí)候會(huì)將刃口形狀簡(jiǎn)化或圓整成某些規(guī)則形狀，找到一個(gè)近似的中心（該中心與壓力中心的距離不能超過(guò)模具外形尺寸的1/6），以減少相應(yīng)在計(jì)算過(guò)程。但是對(duì)于比較復(fù)雜的級(jí)進(jìn)模，還是要進(jìn)行壓力中心計(jì)算，以防偏心導(dǎo)致模具損壞和制件質(zhì)量問(wèn)題。
2、刃型擋片壓力中心
如圖2-1所示，該制件是不對(duì)稱(chēng)形狀，所以需要校核一下該制件的壓力中心，計(jì)算過(guò)程如圖2-3所示。
首先選取一個(gè)坐標(biāo)系，選取圖2-3中點(diǎn)O位置為坐標(biāo)原點(diǎn)，然后確定各線(xiàn)段中點(diǎn)到該原點(diǎn)的坐標(biāo)值；再根據(jù)如下公式進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算過(guò)程如下：
圖2-3 刃型擋片壓力中心
由于零件的外形尺寸較小，并且形狀簡(jiǎn)單，且計(jì)算出來(lái)的壓力中心誤差不超過(guò)模具周界尺寸的六分之一，所以我們?nèi)∽畲笸庑蔚闹行臑閴毫χ行模▓D2-3中O點(diǎn)位置）
2.5.4、計(jì)算刃口尺寸
1、間隙值的確定
在模具工藝計(jì)算中，刃口尺寸的確定直接影響到制件的成形尺寸是否合格。要計(jì)算刃口尺寸，必須先確定沖裁間隙值的大小。沖裁間隙（圖2-4）上沖裁模中凹模刃口橫向尺寸D與凸模刃口橫向尺寸d的差值Z。
圖2-4 沖裁間隙
該數(shù)值是影響沖裁工序的最重要的工藝參數(shù)。間隙值的大小，直接影響到?jīng)_裁力大小、模具壽命、沖裁件質(zhì)量；沖裁間隙值大致可分為：小間隙、較小間隙、中等間隙、較大間隙、大間隙五種；選取間隙值的總原則是在滿(mǎn)足沖裁件的尺寸精度要求下，一般取偏大間隙值，這樣可以降低沖裁力和提高模具壽命。
在沖壓實(shí)際生產(chǎn)中，主要根據(jù)沖裁件斷面質(zhì)量、尺寸精度和模具壽命這三個(gè)因素綜合考慮，給沖裁間隙規(guī)定一個(gè)范圍值。只要間隙在這個(gè)范圍內(nèi)，就能得到質(zhì)量合格的沖裁件和較長(zhǎng)的模具壽命，這個(gè)間隙范圍就稱(chēng)為合理間隙。這個(gè)范圍的最小值稱(chēng)為最小合理間隙（Z），最大值稱(chēng)為最大合理間隙（Z）。
合理間隙值的確定一般可以采用查表確定法，該數(shù)值在一般沖裁資料中都可以查到，但是要注意間隙值的大小不僅與制件的材料性質(zhì)和厚度有關(guān)，還和制件的斷面質(zhì)量有關(guān)。當(dāng)工件的斷面質(zhì)量沒(méi)有嚴(yán)格要求時(shí)，為了提高模具壽命和減少?zèng)_裁力，可以選擇較大間隙值；當(dāng)工件斷面及制造公差要求較高時(shí)，應(yīng)選擇較小間隙值。此外，還要考慮刃口的磨損，由于在生產(chǎn)過(guò)程中的磨損使間隙變大，故設(shè)計(jì)與制造新模具時(shí)應(yīng)采用最小合理間隙Z。
另外，還有經(jīng)驗(yàn)值確定法，在實(shí)際生產(chǎn)中，通常在2%~20%t的范圍內(nèi)來(lái)選取單面間隙Z/2.
2、凸、凹模刃口尺寸計(jì)算
1）、凸、凹模的加工方法
要計(jì)算凸、凹模的刃口尺寸，首先要知道凸、凹模的加工方法。由于是工作零件，其尺寸直接影響制件的尺寸精度，而且模具一般為單件生產(chǎn)，所以傳統(tǒng)加工都是以配加工為主。即先按照制件圖樣的設(shè)計(jì)尺寸加工一個(gè)凸?；蛘甙寄Ｗ鳛榛鶞?zhǔn)件，然后根據(jù)基準(zhǔn)件的實(shí)際尺寸按照間隙值由鉗工配作另一個(gè)工作零件。此各加工方法的特點(diǎn)是工作零件的間隙值靠配作保證，要求鉗工技術(shù)水平高。
隨著現(xiàn)代數(shù)控加工工業(yè)的興起，傳統(tǒng)的加工方式逐漸被淘汰，取而代之的是分開(kāi)加工法。即凸模、凹模分加按照?qǐng)D紙尺寸和公差進(jìn)行加工。這種方法加工出來(lái)的零件具有互換性，對(duì)那些要求有工作零件備件的模具尤其適用。
現(xiàn)在，在很多加工企業(yè)，尤其是模具加工企業(yè)，都大力發(fā)展特種加工，很多不規(guī)則外形的凸模、凹模都用特種加工法直接進(jìn)行成形加工，不僅有互換性，而且速度快，精度高，是不可替代的加工手段。
2）、分弄加工法計(jì)算原則
計(jì)算刃口尺寸需要遵循以下原則：
①、 落料件光亮帶處于大端尺寸，其光亮帶是因凹模刃口擠材料產(chǎn)生的，且落料件的大端（光面）尺寸等于凹模尺寸；所以落料外形尺寸主要決定與凹?？卓诔叽纾绰淞夏Ｐ枰扔?jì)算凹模尺寸。
②、 沖孔件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；所以沖孔孔徑尺寸主要決定于凸模尺寸，即沖孔模需要先計(jì)算凸模尺寸。
③、 凸、凹模刃制件應(yīng)有合理間隙值。不管落料還是沖孔，沖裁間隙一般選用最小合理間隙值（Z）。
④、 凸、凹模刃口計(jì)算公式由于落料與沖孔的基準(zhǔn)尺寸不同而不同。落料時(shí)，首先確定凹模刃口尺寸，凸模刃口的基本尺寸等于凹模刃口的基本尺寸減去最小間隙值得到；沖孔時(shí)，首先確定凸模刃口尺寸，凹模基本刃口尺寸等于凸模刃口的基本尺寸加上最小間隙值得到。具體公式見(jiàn)表2-16所示。
⑤、 凸、凹模的制造公差應(yīng)與制件尺寸精度相適應(yīng)，偏差值按照入體原則標(biāo)注。
綜上所述，計(jì)算刃口尺寸的基本步驟如表2-16所示。
表2-16 分開(kāi)加工法刃口尺寸計(jì)算基本步驟
序號(hào)
步驟
公差
依據(jù)
1
確定間隙值Z/mm
(雙邊值)
Z=D- d
D——凹模尺寸（D）
d——凸模尺寸（d）
查表確定或經(jīng)驗(yàn)值確定
2
確定凸、凹模基準(zhǔn)刃口尺寸/mm
落料時(shí)，首先確定凹模刃口尺寸D
D=（D- ）(+)
沖孔時(shí)，首先確定凸模刃口尺寸d
d=（d+ ）（0/-）
—磨損系數(shù)；—制件公差
區(qū)分落料和沖孔工序：
落料尺寸=凹模尺寸
沖孔尺寸=凸模尺寸
3
計(jì)算凸、凹模刃口尺寸/mm
落料時(shí)，凸模刃口的基本尺寸d= D- Z
沖孔時(shí)，凹?；救锌诔叽鏒= d+ Z
4
刃口偏差/mm
凹模刃口偏差(+)
凸模刃口偏差（0/-）
入體原則
5
刃口精度/mm
凹模刃口公差+凸模刃口公差 Z- Z
與制件尺寸精度相適應(yīng)
計(jì)算設(shè)計(jì)基準(zhǔn)刃口尺寸時(shí)，需要查表確定參數(shù)（磨損系數(shù)），該值在0.5~1之間。
3）、配加工計(jì)算
如果是傳統(tǒng)的配加工，則是在作為基準(zhǔn)的凸?；虬寄D紙上標(biāo)注尺寸和公差，在另一個(gè)工作零件圖紙上不標(biāo)注公差，只標(biāo)注尺寸，在技術(shù)要求中要注明“按基準(zhǔn)配作，保證間隙值在Z~ Z之間即可。
計(jì)算刃口尺寸可以按照以下步驟：
①、 落料件以凹模作基準(zhǔn)，沖孔件以凸模為基準(zhǔn)。
②、 判斷基準(zhǔn)件刃口磨損后尺寸變化的情況：A類(lèi)尺寸，磨損后尺寸變大；B類(lèi)尺寸，磨損后尺寸減少；C類(lèi)尺寸，磨損后尺寸不變。
③、 A類(lèi)尺寸： D=（D- ）(+)
d= D- Z
④、 B類(lèi)尺寸： d=（d+ ）（0/-）
D= d+ Z
⑤、 C類(lèi)尺寸： D= d=（C+/2）/
式中 C——該類(lèi)尺寸的最小值。
4）、特種加工
采用電加工方式加工工作零件時(shí)，要先繪制一個(gè)基準(zhǔn)圖作為電加工的基準(zhǔn)。落料時(shí)凹模尺寸按照基準(zhǔn)圖加工，凸模尺寸等于凹模尺寸減去一個(gè)間隙值；沖孔時(shí)凸模尺寸按照基準(zhǔn)圖加工，凹模尺寸等于凸模尺寸加上一個(gè)間隙值。
沖孔時(shí)： d=（d+ ）（0/-）
D= d+ Z
落料時(shí)： D=（D- ）(+)
d= D- Z
中心距： L= l=（L）/8
3、 刃型擋片模具工作零件實(shí)際刃口尺寸的計(jì)算
圖2-1所示制件尺寸未標(biāo)注公差，為了降低工作難度，所以在實(shí)際生產(chǎn)中按照IT14等級(jí)確定各尺寸公差；零件為不規(guī)則形狀，屬于落料件，所以凹模尺寸按零件圖尺寸加工，各尺寸減去一個(gè)間隙值即為凸模尺寸。本例中間隙按表2-15選取0.120。
2.5.6、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1、確定凹模尺寸
在模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需要首先確定凹模結(jié)構(gòu)尺寸。凹模設(shè)計(jì)時(shí)的主要內(nèi)容包括：
①、 確定凹模材料；
②、 確定凹模型孔側(cè)壁形狀；
③、 確定外形形狀與裝配結(jié)構(gòu)；
④、 確定凹模周界尺寸；
⑤、 確定凹模板上型孔、螺釘孔、銷(xiāo)釘孔的位置及尺寸等；
⑥、 確定凹模板的厚度尺寸。
2、 凹模型孔側(cè)壁形狀的確定
①、凹模刃孔口結(jié)構(gòu)
凹模刃口結(jié)構(gòu)有直壁式、斜壁式兩類(lèi)。從刃口強(qiáng)度方面，直壁式刃口比斜壁式高；從加工角度，斜壁式刃口更容易加工。一般情況下，全直壁式型孔和斜壁式只適用于逆出式模具，順出式模具常用階梯形直壁型孔；漏料口可以采用鉆孔或銑削制成。但是無(wú)論采取哪種結(jié)構(gòu)，都要注意凹模刃口高度h的取值。
②、廢料堆積
在選擇刃口形式時(shí)，還要考慮防止廢料堆積的問(wèn)題。以下是常見(jiàn)的容易產(chǎn)生廢料堆積的因素：
1、 凹模刃口有效高度（直線(xiàn)部位）過(guò)長(zhǎng)；
2、 骨表面讓位形狀不適合；
3、 凹模內(nèi)部的表面較粗糙；
4、 凹模、模具墊板、模座的孔中心偏移造成臺(tái)階；
5、 沖裁廢料相互連接，呈棍狀下落時(shí)，堆積住讓位孔；
6、 廢料帶磁性；
7、 薄板或小孔沖裁，因沖裁廢料重量輕，即使一個(gè)小障礙也會(huì)導(dǎo)致廢料堆積。
例如，凹模刃口有效高度h過(guò)大，在沖裁過(guò)程中積存在凹模型孔內(nèi)的落料件或沖孔廢料的片數(shù)將增加，結(jié)果一方面是凸模受到的反頂力增大，會(huì)使凸模，尤其是細(xì)長(zhǎng)凸模在沖壓時(shí)容易損壞。另一方面孔口內(nèi)堆積材料過(guò)多，會(huì)直接導(dǎo)致凹模刃口崩裂，導(dǎo)致模具報(bào)廢等嚴(yán)重后果。所以在設(shè)計(jì)時(shí)要綜合考慮刃口形狀。
又如在沖裁0.5mm以下的薄板時(shí)，臺(tái)階式直壁凹?？卓谌菀兹?，材料從孔口被推出后，材料會(huì)在凹模內(nèi)翻轉(zhuǎn)，所以，凹模底部擴(kuò)孔尺寸不宜過(guò)大（一般比型孔尺寸大0.5~1mm），否則容易因?yàn)椴牧系姆D(zhuǎn)導(dǎo)致堵塞孔口，導(dǎo)致廢料堆積；而斜壁式則可防止廢料轉(zhuǎn)落，減少由于廢料堆積帶來(lái)的故障，但是孔口是傾斜的，刃口強(qiáng)度不如直壁式高。
③、廢料回跳
沖裁時(shí)，廢料回跳會(huì)引起制件質(zhì)量缺陷、模具損傷等，特別是薄板小徑?jīng)_裁，凹模之間的約束力較少的切邊容易引起廢料回跳。廢料產(chǎn)生回跳的主要原因有真空產(chǎn)生的吸附、吸附到凸模刃口處、油液產(chǎn)生的吸附、凸模的磁力和凹模壓縮空氣引起的負(fù)壓等。一般的沖裁間隙中，排出廢料的尺寸小于凹?？讖匠叽纾踩菀装l(fā)生回跳。
解決廢料回跳的方法有以下幾種：
1、 選用特種凸模 斜刃口凸模、頂料凸模、帶氣孔凸模等。
2、 凹模結(jié)構(gòu)改變 以真空產(chǎn)生吸引，增加刃口內(nèi)面的粗糙度，切刃采用微小側(cè)角等。
3、 其他措施 改變輪廓形狀，減小沖裁間隙，加大凸模進(jìn)入凹模的深度。
4、 專(zhuān)用防廢料回跳型凹模 一些提供模具標(biāo)準(zhǔn)件的廠家，有一種防廢料回跳型凹模。在這種凹模內(nèi)表面加工了兩條以上的斜槽，這樣在沖裁時(shí)，沖裁廢料被壓入凹模型孔，廢料對(duì)應(yīng)于凹模斜槽的小突起部位，再經(jīng)過(guò)凸模往下壓，突起部位會(huì)被凹模側(cè)面壓縮，因而達(dá)到防止廢料回跳的作用。但是由于是通過(guò)在廢料上形成小突起部位而防止回跳的，所以這種結(jié)構(gòu)不適合精密孔沖裁、下料等情況。
3、 凹模外形與裝配結(jié)構(gòu)
確定凹模尺寸前，要先考慮凹模的外形及裝配結(jié)構(gòu)。
凹模的外形有圓形和矩形，裝配結(jié)構(gòu)有整體式和鑲拼式，刃口也有平刃和斜刃。實(shí)際生產(chǎn)中，在凹模上開(kāi)設(shè)所需要的凹模型孔，用螺釘、銷(xiāo)釘將凹模板直接固定在下模座上。
由于該制件外形近似于矩形，且尺寸不大，所以該套模具凹模外形為矩形，并采用整體式凹模結(jié)構(gòu)。
4、 凹模外形的確定
1）、確定原則
凹模外形尺寸指的是凹模板的整體尺寸。凹模的外形有矩形和圓形兩種，需要根據(jù)模具結(jié)構(gòu)確定。下面以矩形凹模為例說(shuō)明如何確定凹模板的尺寸。
凹模板的尺寸包括長(zhǎng)（L）寬（B）高（H），從凹模刃口（bl）至凹模板外邊緣的最短距離稱(chēng)為凹模壁厚C。
凹模壁厚C值的選取直接影響凹模板登外形尺寸，即長(zhǎng)度L與寬度B的值。其最小值可以參考
凹模外形尺寸并不能簡(jiǎn)單地從凹模型孔向四周擴(kuò)大一個(gè)壁厚C來(lái)決定，因?yàn)榘寄０迳线€會(huì)有定位零件，如導(dǎo)料板等結(jié)構(gòu)、還要考慮凹模板的安裝尺寸等。在確定凹模外形尺寸時(shí)，還需要注意如下身體上內(nèi)容：
①、 相關(guān)螺紋孔、銷(xiāo)釘孔與刃口邊的最小距離；
②、 螺紋孔與銷(xiāo)釘孔與刃口之間的最小距離；
③、 彈性元件的外形尺寸；
④、 進(jìn)料方式；
⑤、 定位、定距方式。
在實(shí)際生產(chǎn)計(jì)算中，螺孔中心到刃口邊緣或者銷(xiāo)釘孔邊緣的距離，一般可以按照1.5~2d取最小值。
沖模中的定位銷(xiāo)常選用圓柱銷(xiāo)，選用直徑與螺釘直徑相等或小一個(gè)規(guī)格，一組定位采用兩個(gè)銷(xiāo)釘，在模具內(nèi)部的長(zhǎng)度一般是其直徑的2~2.5倍。
固定常采用內(nèi)六角螺釘，這類(lèi)螺釘堅(jiān)固可靠，螺釘頭不外露，整個(gè)模具外形齊整。擰入鑄鐵件的螺釘深度一般是螺釘?shù)?~2.5倍；擰入一般鋼件的深度是螺釘直徑的1.5~2倍。螺釘直徑的選用與模板厚度有關(guān)，如表2-23給出了凹模固定用螺釘直徑與凹模厚度的關(guān)系。
表2-23 固定螺釘直徑與凹模厚度的關(guān)系
凹模厚度/mm
13
>13~19
>19~25
>25~35
>35
螺釘規(guī)格
M4、M5
M5、M6
M6、M8
M8、M10
M10、M12
2）、刃型擋片模具的凹模周界尺寸
確定凹模周界時(shí)，首先將凹模刃口1：1繪制出來(lái)，然后以此為界畫(huà)一個(gè)外框，由于本例中選擇M6螺釘和Φ6的銷(xiāo)釘，所以以該線(xiàn)框?yàn)榻缦蛲鈹U(kuò)展2倍直徑，即是螺釘、銷(xiāo)釘中心線(xiàn)位置；再由此位置往外擴(kuò)展2倍直徑尺寸，即是凹模周界尺寸。則推出凹模周界尺寸為54.687.3。
5、刃型擋片模具凹模結(jié)構(gòu)
該套模具凹模材料為Cr12，硬度61~64HRC；并要求非刃口銳角倒鈍。查國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)凹模結(jié)構(gòu)圖如下：
圖2-5 凹模結(jié)構(gòu)圖
6、確定固定板、墊板等尺寸
固定板、墊板等尺寸與確定凹模外形尺寸方法類(lèi)似，一般以凹模板尺寸為基準(zhǔn)，確定后需與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行校核，盡量選取標(biāo)準(zhǔn)值。
圖2-6 凹模固定板
圖2-7 下墊板
圖2-8 卸料板
7、 確定彈性元件
在選用彈性元件時(shí)，需要考慮不同彈性元件的特點(diǎn)，沖模中常見(jiàn)的彈性元件及應(yīng)用。
在本設(shè)計(jì)中，采用橡膠作為彈性元件。
1）、橡膠墊 橡膠墊允許承受的載荷較彈簧在，安裝調(diào)靈活，占用的空間小，成本低，是沖裁模中的常用彈性元件，常在中、小型冷沖模彈性卸料、頂件及壓邊時(shí)使用，尤其是沖裁模工作行程小的情況下，更是首選彈性元件。
橡膠墊的選用包括品種、高度和截面尺寸等。
①、 品種 橡膠墊有普通和耐油兩種，普通類(lèi)橡膠墊比耐油類(lèi)橡膠容易老化，但是不論哪種，存放過(guò)久都會(huì)老化，導(dǎo)致彈性下降，甚至失效。
②、 相關(guān)計(jì)算 橡膠墊的計(jì)算常用公式如表2-31所列。
表2-31 橡膠墊選用公式
序號(hào)
項(xiàng)目
公式
說(shuō)明
1
預(yù)壓力F
F F
為保證橡膠墊正常工作，需要使橡膠墊在預(yù)壓縮狀態(tài)下的預(yù)壓力F F
2
橡膠墊的自由高度H
H=
t+1是沖裁模的工作行程，t為板料的厚度；修磨量一般為4~6mm
3
橡膠墊預(yù)壓縮量
=（0.10~0.15）H
橡膠墊預(yù)壓縮量不超過(guò)橡膠墊自由高度H的15%
4
橡膠墊允許最大壓縮量
=（0.35~0.45）H
為了保證橡膠不過(guò)早失效，其允許最大壓縮量不應(yīng)超過(guò)橡膠墊自由高度H的45%
③、 計(jì)算步驟 橡膠墊的選用，主要是確定其自由高度、預(yù)壓縮量及截面積大小，計(jì)算步驟如表2-32所列。
注：p為橡膠墊所產(chǎn)生的單位面積壓力，與壓縮量有關(guān)，設(shè)計(jì)時(shí)取預(yù)壓量下的單位壓力，約為0.26~0.50Mpa。
橡膠墊形狀有圓形、環(huán)形、方形等，其尺寸可以參照表2-33中所列公式計(jì)算。
注：F為所需工作壓力（N）；p為橡膠壓縮10%~35%時(shí)產(chǎn)單位面積壓力（Mpa）
2）、聚氨酯彈性體 聚氨酯彈性體是常用的一種橡膠墊，其特點(diǎn)是有較寬的硬度范圍，具有較高的彈性及強(qiáng)度、優(yōu)異的耐磨性、耐油性、耐疲勞性及抗震動(dòng)性，具有“耐磨橡膠”之稱(chēng)。其壓縮量一般在10%~35%之間。計(jì)算方法與公式與橡膠墊相同。
另外，在計(jì)算中還需要注意的是，無(wú)論是什么形狀的橡膠，只要有負(fù)載，就會(huì)膨脹成桶形，所以在計(jì)算和設(shè)計(jì)時(shí)要考慮其橫向膨脹后所占空間的問(wèn)題。
3）、刃型擋片彈性元件的選擇
通過(guò)計(jì)算，得卸料力4600N。初步選擇4個(gè)橡膠，那么，每個(gè)元件承擔(dān)的力為4600N/4=1150N。
計(jì)算時(shí)，有如下已知條件：
①、 允許的最大壓縮量（）不超過(guò)自由高度（）的45%，一般取
=（0.35~0.45）；
②、 橡膠的預(yù)壓縮量（）一般取自由高度的10%~15%，
則=（0.1~0.15）；
③、 橡膠的最大壓縮量=預(yù)壓量（）+工作行程（t+1）+凸模修磨量（4~6mm）。
綜合以上條件，則可以通過(guò)已知條件工作行程和修磨量計(jì)算出所需橡膠的高度，計(jì)算公式如下：
=（0.1~0.15）+（t+1）+(4~6)=(0.35~0.4)
取凸模修磨量為4mm,則0.3=（t+1）+4
得=22mm
對(duì)于橡膠的橫截面積可以通過(guò)公式：A=F/P計(jì)算，其中P取0.5，得到：
A=1150N/0.5=2300N
推出：r=27mm
實(shí)際中設(shè)計(jì)人員一般是通過(guò)經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際條件來(lái)選用橡膠。直徑計(jì)算往往比實(shí)際需要值大很多，所以只是理論論據(jù)。因此最終選用橡膠直徑為25mm.而實(shí)際橡膠的高度必須大于計(jì)算高度，結(jié)合模具設(shè)計(jì)的裝配圖，確定實(shí)際采用=25mm。
選擇完畢后可以進(jìn)行理論校核，這兩個(gè)數(shù)值滿(mǎn)足校核公式0.5臺(tái)階尺寸（1.5~2.5mm）。與固定板按H7/m6或H7/n6配合。常用于普通圓形凸模，能保證可靠的固定。
2）、凸模的長(zhǎng)度計(jì)算
凸模的長(zhǎng)度根據(jù)模具的具體結(jié)構(gòu)來(lái)確定，一般要求在滿(mǎn)足沖壓條件下，凸模尺寸越短越好。
計(jì)算時(shí)有首先考慮凸模工作部分的長(zhǎng)度l(不引起屈服時(shí)的最大長(zhǎng)度，單位mm),再考慮凸?？傞L(zhǎng)度的尺寸L。
式中 a——模具無(wú)導(dǎo)向a=1; 有導(dǎo)向時(shí)a=2;
E——凸模材料的縱彈性模量，模具鋼為2.210Mpa；
J——凸模最小斷面的慣性矩；圓形凸模J=（）/64；
矩形凸模J=（bh）/12。
此外，還要考慮凸模全長(zhǎng)與凸模固定板、卸料板和導(dǎo)料板的關(guān)系。凸模的計(jì)算公式為：
L=
式中 ——凸模固定板厚度（一般為總長(zhǎng)度L的三分之一，且1.5d）;
——卸料板和導(dǎo)料板的總厚度（若是彈壓卸料則只有卸料板厚度，但是需要考慮彈性元件高度）；
——安全距離（凸模固定板和固定卸料板之間）一般可以取值10~20mm；或彈性元件的裝配高度；
05~1——凸模進(jìn)入凹模型孔的深度尺寸。
一般凸模不需要進(jìn)行強(qiáng)度校核，但是在小孔沖裁等情況下需要校核其強(qiáng)度。另外，小孔沖裁，要給凸模加強(qiáng)保護(hù)，避免凸模折斷。
L==46mm
3)、刃型擋片模具凸模結(jié)構(gòu)
該套模具中凸模材料為Cr12，硬度61~64HRC；并要求非刃口銳角倒鈍。在凸模固定端設(shè)計(jì)一個(gè)凸臺(tái)，作為裝配結(jié)構(gòu)。
9、 導(dǎo)向零件（模架組合）
隨著對(duì)制件精度要求的提高，現(xiàn)代模具的精度也向著高精度發(fā)展。在對(duì)生產(chǎn)批量大、零件公差要求高，壽命要求高的模具，都要采用導(dǎo)向零件。在實(shí)際應(yīng)用中，導(dǎo)向零件一般指的是模架組合。
模架主要有兩大類(lèi)：一類(lèi)是導(dǎo)柱導(dǎo)套類(lèi)模架，包括中間導(dǎo)柱模架、對(duì)角導(dǎo)柱模架、后側(cè)導(dǎo)柱模架和四角導(dǎo)柱模架；另一類(lèi)是導(dǎo)板模模架，包括對(duì)角導(dǎo)柱彈壓模架和中間導(dǎo)柱彈壓模架兩種。模架的組成已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，在設(shè)計(jì)模具時(shí)可以選擇標(biāo)準(zhǔn)模架，也可以自行設(shè)計(jì)模架尺寸。
1）、導(dǎo)柱導(dǎo)套導(dǎo)向
導(dǎo)柱導(dǎo)套與模座的裝配要按照國(guó)標(biāo)規(guī)定。高度H為模具閉合高度，導(dǎo)套在上模座中裝配時(shí)，要保留至少3mm的空隙；模具閉合時(shí)，導(dǎo)柱距離導(dǎo)套上端面也要有10~15mm的安全距離；導(dǎo)柱在下模座的安裝也不能與底面平齊，要有2~3mm的間隙。同時(shí)上模座開(kāi)橫槽，便于排氣。
2）、滾珠導(dǎo)向
滾珠導(dǎo)向是一種無(wú)間隙、精度高、壽命長(zhǎng)的導(dǎo)向裝置。常用于高精密沖模中。
該導(dǎo)向裝置由滾珠、滾珠保持器、導(dǎo)柱和導(dǎo)套組成，各組成零件都已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化。滾珠在導(dǎo)柱與導(dǎo)套之間應(yīng)保證導(dǎo)套內(nèi)徑與導(dǎo)柱在工作時(shí)有0.01~0.02mm的過(guò)盈量。所以：
式中 ——導(dǎo)套內(nèi)徑；
d——導(dǎo)柱直徑；
——滾珠中心距。
3）、模座
上、下模架的作用是直接或者間接地安裝沖模的全部零件，上模座與壓力機(jī)滑塊連接，下模座與工作臺(tái)連接，支承、傳遞全部模具的工作壓力。因此，上、下模座的強(qiáng)度不足會(huì)引起模具的破損，輕度不足會(huì)導(dǎo)致工作時(shí)產(chǎn)生大量的彈性變形，導(dǎo)致模具工作零件和導(dǎo)向零件的迅速磨損。
在設(shè)計(jì)時(shí)，模座的選取需要注意發(fā)下幾點(diǎn)：
①、 盡量選擇標(biāo)準(zhǔn)模架，也可以自行設(shè)計(jì)。模座大小要根據(jù)凹模尺寸來(lái)確定，尤其是長(zhǎng)度尺寸，要留出安裝尺寸，一般長(zhǎng)度方向尺寸比凹模板大30~50mm,寬度方向可以略大于或等于凹模板尺寸；厚度約為凹模板的1~1.5倍，以保證工作時(shí)有足夠的強(qiáng)度和剛度。
②、 模座必須與所選定的壓力機(jī)工作臺(tái)和滑塊尺寸匹配。例如，下模座尺寸應(yīng)比工作臺(tái)尺寸小40~70mm，以便進(jìn)行安裝固定。
③、 中、大型模具需要在模座上設(shè)計(jì)吊裝結(jié)構(gòu)，以便安裝、修配時(shí)的搬運(yùn)、移動(dòng)。在安全生產(chǎn)條例中，如果一件產(chǎn)品的質(zhì)量超過(guò)20Kg，或者需要工人彎腰進(jìn)行搬運(yùn)，則要選擇用工具（如電磁鐵）進(jìn)行搬運(yùn)，而不能用手工搬運(yùn)。所以，如果模具重量比較大，或者體積比較大，則要在上、下模座側(cè)面打螺紋孔，安裝吊環(huán)。
4）、模柄
中、小型模具一般都是通過(guò)模柄將上模與壓力機(jī)固定連接。對(duì)其基本要求有兩點(diǎn)：一是要與壓力機(jī)滑塊上的模柄孔正確配合，安裝可靠；二是要與上模正確可靠連接。模柄盡量選用符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)件。
一體式模柄常用于比較厚而且不是復(fù)合模的情況，但通用性差；壓入式模柄主要用于上模座比較而且不是復(fù)合模的情況，采用H6/h7配合，常配用止轉(zhuǎn)銷(xiāo)進(jìn)行定位；旋入式模柄通過(guò)螺紋與上模座連接，并加止轉(zhuǎn)螺釘放松、止轉(zhuǎn)，主要用于導(dǎo)柱導(dǎo)套模架中；凸緣式模柄由3~4個(gè)螺釘將模柄與上模座連接并固定，一般中間有孔，常用于復(fù)合模中，打桿從模柄中通孔中通過(guò)，進(jìn)行打料；浮動(dòng)模柄的特點(diǎn)是可以削除壓力機(jī)導(dǎo)向誤差對(duì)模具導(dǎo)向精度的影響。
模柄尺寸則根據(jù)壓力機(jī)模柄孔尺寸來(lái)確定，模柄類(lèi)型需要根據(jù)壓力機(jī)型號(hào)、上模座尺寸來(lái)確定。
模具結(jié)構(gòu)各部件尺寸確定后，需校核模具閉合高度和最大高度，是否與壓力機(jī)適應(yīng)，最終確定結(jié)構(gòu)尺寸后，才可以進(jìn)行裝配圖和零件圖的繪制。
第三章 模具結(jié)構(gòu)總設(shè)計(jì)
根據(jù)沖壓工藝方案，已確定采用復(fù)合模結(jié)構(gòu)，根據(jù)零件的特點(diǎn)可用倒裝復(fù)合模結(jié)構(gòu)；采用彈壓卸料、剛性推件；條料在模具中的定位采用活動(dòng)擋料銷(xiāo)；采用縱向送料；為了操作方便，采用后側(cè)導(dǎo)柱滑塊模架。
裝配圖如下：