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摘 要
模具是工業(yè)生產(chǎn)中重要的工藝裝備，是國民經(jīng)濟(jì)各部門發(fā)展的重要基礎(chǔ)之一。復(fù)合模是一種復(fù)雜、精密的沖壓模具，它具有高效率、高精度和高壽命等優(yōu)越性，適用于各種沖壓行業(yè) 的自動化生產(chǎn)。復(fù)合模涉及沖壓成形理論、沖壓工藝、模具設(shè)計(jì)與制造以及模具材料中的許多 關(guān)鍵技術(shù)。板料的沖壓成型是一種重要的金屬加工方式，被廣泛地應(yīng)用工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中。模具是工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)工藝裝備。用模具生產(chǎn)制件所具備的高精度、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。
對汽車擋泥板進(jìn)行沖裁工藝分析并確定沖裁方案，說明了模具主要零部件的設(shè)計(jì)和選用。以Solidworks為平臺，利用三 維參數(shù)化設(shè)計(jì)與建模技術(shù)，對汽車擋泥板的沖壓模具進(jìn)行三維參數(shù)化造型設(shè)計(jì)，可以根據(jù)需要改變模具的尺寸；進(jìn)行虛 擬裝配，可以直觀地觀察和分析模具的結(jié)構(gòu)以及零件的相互位置關(guān)系；加快了產(chǎn)品開發(fā)速度，提高了產(chǎn)品開發(fā)效率，縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期。
關(guān)鍵詞：Solidworks；擋泥板；沖壓模具設(shè)計(jì)
Abstract
Mould & Die is important technical equipment in industrial production. It is also one of the most important developmental foundations for all departments of country economy. The progressive die is a kind of complex and precise forming die. It possesses many advantages such as high efficiency, accuracy and long life. The sheet metal stamping forming is important metal processing methods have been widely used industrial production areas. Mold is the basis for industrial production processes and equipment. Mold production of work pieces by the available high-precision, high-complexity, high consistency, high productivity and low consumption, other manufacturing methods could be compared.
Blanking process analysis of fender is completed and blanking proposal is decided, and designing and selecting of main parts of die are showed. Based on Solidworks, three-dimensional parameterization molding designing for fender is completed with technology of three-dimensional parameterization designing and model building, and dimensions of die can be changed as required; by virtual assembly, structure of die and relation of mutual alignment can be observed and analyzed directly; the product rate of development is accelerated and product development cycle is shortened.
Key words：Solidworks；Fender；Designing of die
目 錄
引言 1
1 工件的工藝分析 2
1.1 分析工件的使用材料及特性 2
1.2 工件結(jié)構(gòu)分析 2
1.3 工件的尺寸精度、粗糙度、斷面質(zhì)量分析 3
1.3.1尺寸精度 3
1.3.2沖裁斷面質(zhì)量 3
2 模具的基本類型和機(jī)構(gòu)分析 3
2.1工藝方案擬定 3
2.2 模具結(jié)構(gòu)形式的確定 4
3 工件的工藝計(jì)算及沖裁設(shè)備的確定 5
3.1 排樣尺寸及材料利用率 5
3.1.1排樣尺寸 5
3.1.2材料利用率 6
3.2各工序壓力計(jì)算 7
3.2.1沖裁方法 7
3.2.2沖裁力的計(jì)算 7
3.2.3卸料力與推件力的計(jì)算 9
3.2.4總壓力計(jì)算 10
3.3 壓力機(jī)選擇 11
3.4 計(jì)算壓力中心 11
3.5 沖裁間隙 12
3.5.1沖裁間隙對沖件質(zhì)量的影響 12
3.5.2對模具壽命的影響 13
3.5.3對沖裁力及卸料力的影響 14
3.5.4 合理間隙選用 15
3.6 模具刃口尺寸計(jì)算 16
3.6.1 凸、凹模刃口尺寸計(jì)算原則 16
3.6.2凸、凹模尺寸計(jì)算 17
4 模具零件選材和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 20
4.1模具選材 20
4.2 模具制造特點(diǎn)、原則 22
4.3 凹模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 23
4.4 沖孔凸模長度及校核 25
4.5 凸凹模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 27
4.6 定位零件 27
4.7 卸料與出件裝置 28
4.8模架 30
4.9 其他支承與固定零件 31
4.10 模具總裝圖與明細(xì)表 31
5 模具零件加工工藝 33
5.1 工藝編制的基本原則與注意事項(xiàng) 33
5.2 模具主要零件加工工藝過程 34
結(jié)論 38
謝詞 39
參考文獻(xiàn) 40
附錄 41
引言
研究和發(fā)展模具技術(shù)，提高模具技術(shù)水平，對于促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有著特別重要的意義。模具被日本譽(yù)為“進(jìn)入富裕社會的原動力”，在德國則冠之為“金屬加工業(yè)中的帝王”，在羅馬尼亞視為“模具就是黃金”，在歐美其他一些發(fā)達(dá)國家被稱為“磁力工業(yè)”?？梢詳嘌裕S著工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，模具工業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中將發(fā)揮越來越重要的作用。
模具工業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵是模具技術(shù)的進(jìn)步，模具技術(shù)是一門涉及到多學(xué)科的交叉學(xué)科。模具作為一種高附加值和技術(shù)密集型產(chǎn)品，其技術(shù)水平的高低已成為衡量一個(gè)國家制造水平的重要標(biāo)志之一。工業(yè)生產(chǎn)中普遍采用模具成型工藝方法，有效地保證了產(chǎn)品的生產(chǎn)率和質(zhì)量，使操作技術(shù)簡化，還能省料、節(jié)能，獲得顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
在工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)中，應(yīng)用模具的目的在于保證產(chǎn)品的質(zhì)量，提高生產(chǎn)率和降低成本。因此，除了正確進(jìn)行模具設(shè)計(jì)，采用合理的模具結(jié)構(gòu)外，還必須有高質(zhì)量的模具制造技術(shù)作為保證。
模具是制造業(yè)的重要工藝基礎(chǔ)，在我國，模具制造屬于專用設(shè)備制造業(yè)。中國雖然很早就開始制造模具和使用模具，但長期未形成產(chǎn)業(yè)。直到20世紀(jì)80年代后期，中國模具工業(yè)才駛?cè)氚l(fā)展的快車道。近年，不僅國有模具企業(yè)有了很大發(fā)展，三資企業(yè)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)（個(gè)體）模具企業(yè)的發(fā)展也相當(dāng)迅速。
雖然中國模具工業(yè)發(fā)展迅速，但與需求相比，顯然供不應(yīng)求，其主要缺口集中于精密、大型、復(fù)雜、長壽命模具領(lǐng)域。由于在模具精度、壽命、制造周期及生產(chǎn)能力等方面，中國與國際平均水平和發(fā)達(dá)國家仍有較大差距，因此，每年需要大量進(jìn)口模具。
中國模具產(chǎn)業(yè)除了要繼續(xù)提高生產(chǎn)能力，今后更要著重于行業(yè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的調(diào)整和技術(shù)發(fā)展水平的提高。結(jié)構(gòu)調(diào)整方面，主要是企業(yè)結(jié)構(gòu)向?qū)I(yè)化調(diào)整，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)向著中高檔模具發(fā)展，向進(jìn)出口結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，中高檔汽車覆蓋件模具成形分析及結(jié)構(gòu)改進(jìn)、多功能復(fù)合模具和復(fù)合加工及激光技術(shù)在模具設(shè)計(jì)制造上的應(yīng)用、高速切削、超精加工及拋光技術(shù)、信息化方向發(fā)展。
近年，模具行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和體制改革步伐加大，主要表現(xiàn)在，大型、精密、復(fù)雜、長壽命、中高檔模具及模具標(biāo)準(zhǔn)件發(fā)展速度高于一般模具產(chǎn)品；塑料模和壓鑄模比例增大；專業(yè)模具廠數(shù)量及其生產(chǎn)能力增加；“三資”及私營企業(yè)發(fā)展迅速；股份制改造步伐加快等。從地區(qū)分布來看，以珠江三角洲和長江三角洲為中心的東南沿海地區(qū)發(fā)展快于中西部地區(qū)，南方的發(fā)展快于北方。目前發(fā)展最快、模具生產(chǎn)最為集中的省份是廣東和浙江，江蘇、上海、安徽和山東等地近幾年也有較大發(fā)展。
?
1 工件的工藝分析
1.1 分析工件的使用材料及特性
工件的材料為碳素結(jié)構(gòu)鋼08，碳素結(jié)構(gòu)鋼是碳素鋼的一種。含碳量約0.05％～0.70％，個(gè)別可高達(dá)0.90％。可分為普通碳素結(jié)構(gòu)鋼和優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼兩類。前者含雜質(zhì)較多，價(jià)格低廉，用于對性能要求不高的地方，它的含碳量多數(shù)在0.30％以下，含錳量不超過0.80％，強(qiáng)度較低，但塑性、韌性、冷變形性能好。除少數(shù)情況外，一般不作熱處理，直接使用。多制成條鋼、異型鋼材、鋼板等。用途很多，用量很大，主要用于鐵道、橋梁、各類建筑工程，制造承受靜載荷的各種金屬構(gòu)件及不重要不需要熱處理的機(jī)械零件和一般焊接件。
依據(jù)GB699-88，優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號用兩位數(shù)字表示，即是鋼中平均含碳量的萬分位數(shù)。例如，20號鋼表示平均含碳量為0.20%的優(yōu)質(zhì)碳素鋼。對于沸騰鋼則在尾部加上F，如10F、15F等。08、10、15、20、25等牌號屬于低碳鋼，其塑性好，易于拉拔、沖壓、擠壓、鍛造和焊接。
優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼中08、10、15、20、25等牌號屬于低碳鋼，其塑性好，易于拉拔、沖壓、擠壓、鍛造和焊接。其中20鋼用途最廣，常用來制造螺釘、螺母、墊圈、軸以及沖壓件、焊接件，有時(shí)也用于制造滲碳件。
1.2 工件結(jié)構(gòu)分析
該零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，形狀不對稱，既有溝槽又有懸臂，兩處懸臂長小于 5 倍臂寬、寬度大于 1.5t，具體結(jié)構(gòu)見圖1-1。
圖1-1 零件
1.3 工件的尺寸精度、粗糙度、斷面質(zhì)量分析
1.3.1尺寸精度
有零件圖可知，圖中并沒有標(biāo)明精度要求和公差等級，故采用自由公差進(jìn)行生產(chǎn)制造。GB/T1804-2000數(shù)據(jù)如下：
表1-1??線性尺寸的極限偏差數(shù)值
尺寸分段
公差等級
0.5~3
>3~6
>6~30
>30
~120
>120
~400
>400
~1000
>1000
~2000
>2000
~4000
f（精密級）
±0.05??
±0.05
±0.1
±0.15
±0.2
±0.3
±0.5
—
m（中等級）
±0.1
±0.1
±0.2
±0.3
±0.5
±0.8
±1.2
±2
c（粗糙級）
±0.2
±0.3
±0.5
±0.8
±1.2
±2
±3
±4
v（最粗級）
±0.5
±1
±1.5
±2.5
±4
±6
±8
表1-2倒圓半徑與倒角高度尺寸的極限偏差數(shù)值
尺寸等級
公差等級
0.5~3
>3~6
>6~30
>30
f（精密級）
±0.2
±0.5
±1
±2
m（中等級）
c（粗糙級）
±0.4
±1
±2
±4
v（最粗級）
本次設(shè)計(jì)中的凸、凹模加工尺寸采用m（中等級）。
1.3.2沖裁斷面質(zhì)量
應(yīng)為一般用普通沖裁方式?jīng)_2mm以下的金屬板料時(shí)，其斷面粗糙度可達(dá)12.5~3.2um，毛刺允許高度為0.01~0.05mm；本產(chǎn)品在斷面粗糙度和 毛刺高度上沒有太嚴(yán)格的要求，所以只要模具進(jìn)度達(dá)到一定要求，沖裁件的斷面質(zhì)量可以保證。
對于沖裁件材料的一般要求的力學(xué)性能是強(qiáng)度低，塑性高，表面質(zhì)量和厚度公差符合國家標(biāo)準(zhǔn)。本設(shè)計(jì)的產(chǎn)品材料是碳結(jié)構(gòu)鋼08，屬優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，其力學(xué)性能是強(qiáng)度、硬度和塑性指標(biāo)適合，經(jīng)退火后用沖裁的加工方法是完全可以成形的。另外產(chǎn)品對厚度和表面質(zhì)量沒有嚴(yán)格的要求，所以盡量采用國家標(biāo)準(zhǔn)的板材，其沖裁出的產(chǎn)品的表面和厚度公差就可以保證。
經(jīng)上述分析，產(chǎn)品的材料性能符合冷沖壓加工要求。
2 模具的基本類型和機(jī)構(gòu)分析
2.1工藝方案擬定
（1）簡單模
①概述：壓力機(jī)在一次沖壓行程中只能完成單一沖裁工序的模具稱為簡單?；騿喂ば蚰?，如落料模、沖孔模等。
②分析：從外形上分析，加工該制件需要多個(gè)工序，包括沖孔、落料、拉深、翻邊等工藝過程，所以需要多套單工序模才能成形。對于生產(chǎn)批量大的小型金屬制件來說，其生產(chǎn)效率低、各個(gè)工序之間的精度不易保證，且生產(chǎn)周期較長。
（2）級進(jìn)模
①概述：級進(jìn)模是在單工序沖模基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種多工序、高效率的沖模，適用于大批量小型沖壓件生產(chǎn)。但級進(jìn)模結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難，制造成本高。由于各個(gè)工序是在不同工位上完成的，則因定位產(chǎn)生的累積誤差會影響工件的精度。
②分析：由于制件尺寸較大，若采用此方案，勢必會增大模具尺寸，使加工難度提高，從而增加成本，故不適合使用級進(jìn)模。
（3）復(fù)合模
①概述：在壓力機(jī)一次沖程中，經(jīng)一次送料定位，在模具的同一部位可以同時(shí)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)展起來的一種較先進(jìn)的模具。與連續(xù)模比較，復(fù)合模沖裁件的相互位置精度高，對條料的定位精度要求較低，復(fù)合模的輪廓尺寸較小。復(fù)合模生產(chǎn)率高，沖壓件精度高，成本較級進(jìn)模小，且適用于生產(chǎn)批量大、精度要求高、內(nèi)外形尺寸差較大的沖裁件。
②分析：該工件制造精度要求高，且內(nèi)外形尺寸較一致，對于外形尺寸較大的零件，采用復(fù)合模生產(chǎn)既能滿足生產(chǎn)率的又能減少成本。
在選擇沖模結(jié)構(gòu)方案時(shí)，除了考慮沖壓件的質(zhì)量、技術(shù)要求外，還要結(jié)合批量大小與現(xiàn)有沖壓設(shè)備，對沖壓成本進(jìn)行綜合分析。一般情況下，簡單模造價(jià)低于復(fù)合模。當(dāng)沖壓產(chǎn)品的質(zhì)量要求較高、批量又較大時(shí)，應(yīng)盡量選用復(fù)合模具。復(fù)合模易于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的自動化，而且生產(chǎn)過程穩(wěn)定，產(chǎn)品一致性較好。
2.2 模具結(jié)構(gòu)形式的確定
模具的總體方案為采用一副模具生產(chǎn)汽車擋泥板零件。
（1）模具形式
復(fù)合模可分為正裝式和倒裝式。
正裝式特點(diǎn)：頂件板、卸料板均有彈性方式推動，條料與沖裁件同時(shí)受到壓平作用，所以沖出的軟、薄沖裁件比較平整，精度也較高。正裝復(fù)合模在凸凹模的孔內(nèi)不會積聚廢料，可以避免廢料對四周的孔壁產(chǎn)生過大的脹力，有利于凸模的強(qiáng)度。
倒裝式特點(diǎn)：廢料能直接從壓力機(jī)落料孔落下，沖裁件從上模落下，比較容易取出這些排出件，因此操作方便安全，有利于倒裝式復(fù)合模安裝送料裝置，生產(chǎn)效率較高，所以應(yīng)用比較廣泛。
經(jīng)分析，次工件有兩個(gè)孔，若采用正裝式復(fù)合模，操作不方便；另外，此工件無較高的平直度要求，工件精度要求也較低，所以從操作方便、模具制造簡單等方面考慮，決定采用倒裝式復(fù)合模。
（2）操作與定位方式
雖然零件的生產(chǎn)批量較大，但合理安排生產(chǎn)可用手工送料方式能夠達(dá)到批量要求，且能降低模具成本，且零件尺寸和厚度不是很大，剛好適合手工送料。但是為了保證零件的精度和減少材料料頭和料尾的材料消耗和提高定距的可靠性，特采用采用接觸定位，通過兩個(gè)導(dǎo)料銷和一個(gè)擋料銷來實(shí)現(xiàn)定位。
（3）卸料與出件方式
考慮到零件厚度適中，為了簡便，所以采用彈性卸料方式。為了便于操作和提高生產(chǎn)率，廢料和沖件采用由頂料桿卸料的方式。
（4）模架類型
該模具由于工件輪廓復(fù)雜、沖裁力較大且不均勻，故采用導(dǎo)面平穩(wěn)的四導(dǎo)柱模架。
3 工件的工藝計(jì)算及沖裁設(shè)備的確定
3.1 排樣尺寸及材料利用率
要提高材料的利用率，就必須減少廢料面積，沖裁過程中所產(chǎn)生的廢料可分為兩種情況
①結(jié)構(gòu)廢料 出于工件結(jié)構(gòu)形狀的需要，如工件內(nèi)孔的存在而產(chǎn)生的廢料，稱為結(jié)構(gòu)廢料，它決定于工件的形狀，一般不能改變。
②工藝廢料 工件之間和工件與條料邊緣之間存在的搭邊，定位需要切去的料邊與定位孔，不可避免的料頭和料尾廢料，稱為工藝廢料，它決定于沖壓方式和排樣方式。
因此．提高材料利用率主要應(yīng)從減少工藝廢料著手，同一個(gè)工件，可以有幾種不同的排樣方法。合理的排樣方法，應(yīng)是將工藝廢料減到最少。
3.1.1排樣尺寸
排樣是否合理將直接影響到材料利用率、沖件質(zhì)量、生產(chǎn)效率、沖模結(jié)構(gòu)與壽命等。根據(jù)材料的合理利用情況，排樣方法可分為：有廢料排樣、少廢料排樣、無廢料排樣三種。有廢料排樣用于沖裁形狀較復(fù)雜、尺寸精度要求較高的沖件。
因此，沖件質(zhì)量好，模具壽命高，但材料利用率低。少廢料排樣只在沖件之間或沖件與條料邊緣之間留有搭邊，此種方法因受剪裁條料質(zhì)量和定位誤差的影響，其沖件質(zhì)量稍差，同時(shí)邊緣毛刺易被凸模帶入間隙，也影響沖模壽命，但材料利用率較高，沖模結(jié)構(gòu)簡單，一般用于形狀較規(guī)則、某些精度尺寸要求不高的沖件。無廢料排樣無任何搭邊廢料，沖件質(zhì)量和模具壽命質(zhì)量更差一些。但材料利用率最高。可用于形狀規(guī)則對稱，尺寸精度不高或貴重金屬材料的沖件。
由于該零件加工精度不是很高，形狀較規(guī)則，相對模具的價(jià)格而言，用少廢料排樣較有廢料排樣更經(jīng)濟(jì)，故在此設(shè)計(jì)中選用少廢料排樣。沖壓材料使用鋼帶平板料，材料厚1mm。采用手工送料。根據(jù)前面確定的工藝方案，排樣方式如圖3-1所示
查手冊，確定搭邊值：側(cè)邊，工件間。
采用單排方式，此時(shí)條料寬度可裁為: ,
沖裁時(shí)送進(jìn)步距為：
圖3-1排樣圖
3.1.2材料利用率
沖裁件在板、條等材料上的布置方法稱為排樣。排樣的合理與否，影響到材料的經(jīng)濟(jì)利用率，還合影響到模具結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)率、制件質(zhì)量、生產(chǎn)操作方便與安全等。因此，排樣是沖裁工藝與模具設(shè)計(jì)中項(xiàng)很重要的工作。
沖壓件大批量生產(chǎn)成本中，毛坯材料費(fèi)用占60％以上，排樣的目的就在于合理利用原材料。衡量排樣經(jīng)濟(jì)性、合理性的指標(biāo)是材料的利用率。其計(jì)算公式如下：
（3-1）
式中 A——沖裁件面積(包括沖出的小孔在內(nèi))(mm2)；
n——一個(gè)進(jìn)距內(nèi)沖件數(shù)目；
B——條料寬度(mm)；
s——進(jìn)距(mm)；
3.2各工序壓力計(jì)算
3.2.1沖裁方法
常采用下列方法:
(1) 階梯凸模沖裁
在多凸模的沖模中，將凸模做成不同長度，使其工作端面呈階梯式布置，使各凸模沖裁力的最大峰值不同時(shí)出現(xiàn)，以此降低總的沖裁力。
在幾個(gè)凸模相距很近的情況下，階梯凸模沖裁還能避免小尺寸凸模由于承受材料流動的側(cè)壓力而產(chǎn)生折斷或傾斜現(xiàn)象，應(yīng)將小尺寸凸模做短一些。
凸模間的高度差H應(yīng)大于沖裁斷面的光亮帶高度，它與板料的厚度有關(guān)：
t <3mm： H=t
t >3mm： H=0.5t
階梯凸模沖裁力，一般只按產(chǎn)生最大沖裁力的那一層凸模來進(jìn)行計(jì)算，以選擇沖床；
布置各層凸模時(shí)，位置應(yīng)對稱，使合力位于模具中心，以免工作時(shí)模具偏斜。
(2) 斜刃沖裁
在用平刃模具沖裁時(shí)，整個(gè)零件周邊同時(shí)被剪切，沖裁力較大。所謂斜刃沖裁就是將凸模（或凹模）平面刃口做成與其軸線傾斜一個(gè)角度的斜刃。
沖裁時(shí)刃口就不是全部同時(shí)切入材料，而是將板料沿其周邊逐步切離，剪切面積小，因而沖裁力顯著下降。
斜刃位置及形狀：落料時(shí)凸模應(yīng)做成平刃，凹模做成斜刃；沖孔時(shí)凹模應(yīng)做成平刃，凸模做成斜刃；斜刃一般做成波峰形，波峰應(yīng)對稱布置以免承受單向側(cè)壓力而啃傷刃口。
(3) 加熱沖裁
板料加熱后，抗剪強(qiáng)度t明顯下降，從而降低了沖裁力。但材料加熱后產(chǎn)生氧化皮，且因加熱，勞動條件差，故少用,其沖裁力按平刃沖裁力公式計(jì)算。
(4) 其它方法
對于大型和形狀復(fù)雜的零件，為降低沖裁力，可采用部分沖裁法，但零件精度較低。
3.2.2沖裁力的計(jì)算
沖裁力是沖裁時(shí)凸模與凹模相對運(yùn)動使工件與板料分離所需要的力，它與材料的厚度、工件周邊長度及材料的力學(xué)性能等參數(shù)有關(guān)。沖裁力是設(shè)計(jì)模具、選擇壓力機(jī)的重要參數(shù)，計(jì)算沖裁力的目的是為了合理地選用沖壓設(shè)備和設(shè)計(jì)模具。 在沖裁高強(qiáng)度材料或厚度大，周邊長的工件時(shí)，需要很大的沖裁力，當(dāng)工廠的設(shè)備的噸位不能適應(yīng)的時(shí)候，為不影響生產(chǎn)，可采取一定的措施降低沖裁力，常用的方法有階梯沖裁、斜刃沖裁和加熱沖裁等。
沖裁力在沖裁變形工程中并不是一個(gè)常數(shù)，工程術(shù)語定義的沖裁力是指沖裁工程中最大的抗力，也就是沖裁曲線上的峰值，如圖3-2所示
圖3-2 沖裁曲線
——沖裁力，——凸模行程，——推料力，
——卸料力，——下死點(diǎn)位置，——上死點(diǎn)位置
模具沖裁部分有1φ7mm個(gè)、1個(gè)φ8mm的圓孔、外型落料力，工件材料為碳素結(jié)構(gòu)鋼 08， 工件厚度為 t＝1 mm，其抗剪切強(qiáng)度 τ＝255～353 Mpa。材料具有較高的彈性和良好的塑性，沖裁加工性較好。其沖裁力的計(jì)算見式。
(3-2)
式中 —— 沖裁力 （N）；
—— 系數(shù)?？紤]到凸模、凹模刃口磨損，模具間隙波動，材料力學(xué)性能變化及材料厚度偏差等因素而增加的安全系數(shù)，常取K=1.3
—— 沖裁件的周長 （mm）；
—— 材料厚度 （mm）；
—— 材料抗剪強(qiáng)度 （Mpa）。
考慮到凸、凹模刃口的磨損，模具間隙的波動，材料力學(xué)性能的變化以及材料厚度偏差等因素，實(shí)際所需的沖裁力還需增加30%，故選擇沖床時(shí)的沖裁力（N）應(yīng)為：
（3-3）
式中 —— 材料的抗拉強(qiáng)度（Mpa），在一般情況下，材料的，為計(jì)算方便，也可以采用公式（3-3）。
各沖裁區(qū)只是沖裁線的長度不同，材料抗剪強(qiáng)度取=300Mpa，由于工件形狀比較復(fù)雜，計(jì)算其沖裁過程很繁瑣，用AutoCAD等計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件則可很容易查詢到各沖裁線的沖裁長度。
平刃口模具的沖裁力可按上式（3-3）計(jì)算：
落料沖裁力：
N
沖孔沖裁力：
N
沖裁力：
式中 F——沖裁力；
τ——材料的抗剪強(qiáng);
L——沖裁周邊總長；
t——材料厚度；
1.3——考慮到模具間隙不均勻、刃口的磨損、材料力學(xué)性能和厚度波動等因素的影響而給出的修正系數(shù)；
3.2.3卸料力與推件力的計(jì)算
由于沖裁中材料的彈性變形及摩擦的存在，沖裁后帶孔部分的材料會緊箍在凸模上，而落下部分的材料會緊卡在凹模洞口中。從凸模上卸下緊箍著的材料所需的力稱為卸料力；把落料件從凹模洞口中順著沖裁方向推出去的力稱為推件力；逆著沖裁方向頂出來的力叫頂出力。
卸料力的影響因素較多，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?？卓跈C(jī)構(gòu)、排樣的搭邊大小及潤滑情況等。在實(shí)際計(jì)算中，這些力通常用經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算，見式（3-4）。
圖3-3 卸料力、推件力與頂件力
F卸＝K卸F
F推＝nK推F （3-4）
F頂＝K頂F
式中 F —— 沖裁力 （N）；
n —— 卡在凹模洞口中的工件或廢料的數(shù)目；
K卸、K推、K頂—— 分別為卸料力、推件力、頂件力因數(shù)。
本模具采用彈性卸料裝置及下出料方式，因此只需要計(jì)算推件力，卸料力。經(jīng)查資料可知，K推=0.055，取凹模刃口高度h=5mm，則n=h/t=5; K卸 =0.05;故
推件力： F推＝n K推F = N
卸料力: F卸＝K卸F
3.2.4總壓力計(jì)算
由以上的分析及算得的各種力，可得總的沖裁力為：
3.3 壓力機(jī)選擇
沖壓設(shè)備規(guī)格的確定:
⑴選擇的壓力設(shè)備的類型：根據(jù)要完成的沖壓工藝的性質(zhì)，生產(chǎn)批量的大小，沖壓件的幾何尺寸和精度要求。
中小型部裁件變曲件拉滌件生產(chǎn),采用開式機(jī)械壓力機(jī)；在中型沖壓件生產(chǎn)采用閉式結(jié)構(gòu)形式的機(jī)械壓力機(jī)；小批量生產(chǎn)，大型厚板沖壓件的生產(chǎn)采用液壓機(jī)；大批量生產(chǎn)或開頭復(fù)雜零件的大量生產(chǎn)中，選用高速壓力機(jī)械多工位自動壓力機(jī)。
⑵ 規(guī)格的確定、根據(jù)沖壓設(shè)備部壓件的尺寸模具的尺寸和沖壓力來確定。
所選壓力機(jī)的公稱壓力必須大于沖壓所需的總沖壓力P壓機(jī)>P總 ；壓力機(jī)的行程要適當(dāng)：行程直接影響模具的主要高度引程過大，凸模與導(dǎo)板分離導(dǎo)板?；?qū)е鶎?dǎo)套分離；壓力機(jī)閉合高度應(yīng)與沖模的閉合高度相適應(yīng),即沖模的閉合高度介于壓力機(jī)的最大閉合高度和最小閉合高度之間；壓力機(jī)工作臺面的尺寸必須大于模具下模座的外形尺寸,并留有安裝固定的余地,但工作臺也不應(yīng)太大,以免工作臺受力不好.
⑶由于該制件是一件大型制件，且精度要求不高，因此選用開式可傾壓力機(jī)。它具有工作臺三面敞開，操作方便，成本低廉的優(yōu)點(diǎn)，由于沖裁，拉深復(fù)合模的壓力行程的特點(diǎn)，是在開始階段即需要很大的壓力，而在拉深階段所需要的倒要小的多，因此若按照總沖裁開始階段沖裁時(shí)已經(jīng)超載，但是在一般條件下，可以根據(jù)生產(chǎn)車間的實(shí)際條件，在現(xiàn)有的壓力機(jī)中選取，
根據(jù)所需壓力,應(yīng)選取公稱壓力
查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊，可選用的壓力機(jī)型號為J23-63，具體數(shù)值如表3-1
表3-1 壓力機(jī)參數(shù)
公稱壓力(KN)
630
最大閉合高度（mm）
400
滑塊行程（mm）
100
閉合高度調(diào)節(jié)量（mm）
80
滑塊行程次數(shù)（次/分鐘）
40
滑塊中心線至床身距離（mm）
310
床身最大可傾角（度）
25
立柱距離（mm）
420
工作臺前后尺寸（mm）
570
工作臺左右尺寸（mm）
860
3.4 計(jì)算壓力中心
壓力中心即工件內(nèi)外周邊上沖裁力的合力中心。應(yīng)盡可能使沖裁力的壓力中心和壓力機(jī)滑塊的壓力中心一致，否則會產(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。
內(nèi)外周邊形狀對稱的工件，其幾何中心就是壓力中心。工件內(nèi)外周邊沖裁力的合力，是由工件周邊各線段重心位置所決定的，而各線段的重心是已知的，利用解析法和圖解法即可求得合力的中心。
所謂解析法，就是將工件劃分為已知重心的各個(gè)線段和圓弧。設(shè)一個(gè)X—Y坐標(biāo)系，則每個(gè)線段重心的距離可從X軸和Y軸量得。
沖裁合力中心s相對于Y軸的距離為：
（3-5）
沖裁合力中心s相對于X軸的距離為：
（3-6）
計(jì)算壓力中心時(shí)，首先畫出凸模工作部分輪廓圖，在圖中建立X-Y坐標(biāo)系。但由于該零件形狀復(fù)雜，難以計(jì)算，故可利用三維軟件Solidworks直接尋找壓力中心。壓力中心坐標(biāo)（94，58），如下圖所示:
圖3-4 壓力中心坐標(biāo)
3.5 沖裁間隙
3.5.1沖裁間隙對沖件質(zhì)量的影響
沖裁件的質(zhì)量主要是指斷面質(zhì)量、尺寸精度和形狀誤差。斷面應(yīng)平直、光滑；圓角小；無裂紋、撕裂、夾層和毛刺等缺陷。零件表面應(yīng)盡可能平整。尺寸應(yīng)在圖樣規(guī)定的公差范圍之內(nèi)。影響沖裁件質(zhì)量的因素有：凸、凹模間隙值的大小及其分布的均勻性，模具刃口鋒利狀態(tài)、模具結(jié)構(gòu)與制造精度，材料性能等，其中，間隙值大小與分布的均勻程度是主要因素。
沖裁件的尺寸精度是指沖裁件實(shí)際尺寸與標(biāo)稱尺寸的差值(δ)，差值越小，精度越高。這個(gè)差值包括兩方面的偏差，一是沖裁件相對凸?；虬寄３叽绲钠睿悄＞弑旧淼闹圃炱?。沖裁件相對凸?；虬寄３叽绲钠?，主要是由于沖裁過程中，材料受拉伸、擠壓、彎曲等作用引起的變形，在加工結(jié)束后工件脫離模具時(shí)，會產(chǎn)生彈性恢復(fù)而造成的。偏差值可能是正的，也可能是負(fù)的。影響這一偏差值的因素主要是凸、凹模的間隙。當(dāng)間隙較大時(shí)，材料所受拉伸作用增大，沖裁完畢后，因材料的彈性恢復(fù)，沖裁件尺寸向?qū)嶓w方向收縮，使落料件尺寸小于凹摸尺寸，而沖孔件的孔徑則大于凸摸尺寸。
當(dāng)間隙較小時(shí)，凸摸壓入扳料接近于擠壓狀態(tài)，材料受凸、凹模擠壓力大，壓縮變形大，沖裁完畢后，材料的彈性恢復(fù)使落料件尺寸增大，而沖孔件的孔徑則變小。
此外，尺寸變化量的大小還與材料力學(xué)性能、厚度、軋制方向、沖裁件形狀等因素有關(guān)。材料軟，彈性變形量較小，沖裁后彈性恢復(fù)量就小，零件的精度也就高。材料硬，彈件恢復(fù)量就大。
以上是在模具制造精度一定的前提下進(jìn)行的，間隙對沖裁件精度的影響比模具本身制造精度的影響要小得多，若模具刃口制造精度低，沖裁出的工件精度也就無法得到保證。模具的磨損及模具刃口在壓力作用下產(chǎn)生的彈性變形也會影響到間隙及沖裁件應(yīng)力狀態(tài)的改變，對沖裁件的質(zhì)量會產(chǎn)生綜合性影響。
3.5.2對模具壽命的影響
沖裁模具的壽命以沖出合格制品的沖裁次數(shù)來衡量，分兩次刃磨間的壽命與全部磨損后總的壽命。沖裁過程中，模具的損壞有磨損、崩刃、折斷、啃壞等多種形式。
影響模具壽命的因素很多，有模具間隙；模具制造材料和精度、表面粗糙度；被加工材料特性；沖裁件輪廓形狀和潤滑條件等。模具間隙是其中的一個(gè)主要因素。因?yàn)闆_裁過程中，模具端面受到很大的垂直壓力與側(cè)壓力，而模具表面與材料的接觸面僅局限在刃口附近的狹小區(qū)域，這就意味著即使整個(gè)模具在許用壓應(yīng)力下工作，但在模具刃口處所受的壓力也非常大。這種高的壓力會使沖裁模具和板材的接觸面之間產(chǎn)生局部附著現(xiàn)象，當(dāng)接觸面發(fā)生相對滑動時(shí)，附著部分便發(fā)生剪切而引起磨損——附著磨損。其磨損量與接觸壓力、相對滑動距離成正比，與材料屈服強(qiáng)度成反比。它被認(rèn)為是模具磨損的主要形式。當(dāng)模具間隙減小時(shí)，接觸壓力(垂直力、側(cè)壓力、摩擦力)會隨之增大，摩擦距離隨之增長，摩擦發(fā)熱嚴(yán)重，因此模具磨損加劇。而接觸壓力的增大，還會引起刃口的壓縮疲勞破壞，使之崩刃。小間隙還會產(chǎn)生凹模脹裂，小凸模折斷，凸、凹模相互啃刃等異常損壞。這些都導(dǎo)致模具壽命大大降低。因此，適當(dāng)增大模具間隙，可使凸、凹模側(cè)面與材料間摩擦減小，并減緩間隙不均勻的不利因素，從而提高模具壽命。但間隙過大時(shí)。板料的彎曲拉伸相應(yīng)增大，使模具刃口端面上的正壓力增大，容易產(chǎn)生崩刃或產(chǎn)生塑性變形使磨損加劇，降低模具壽命。同時(shí)，間隙過大，卸料力會隨之增大，也會增加模具的磨損。所以間隙是影響模具壽命的—個(gè)重要因素。
圖3-5間隙與磨損的關(guān)系
從圖3—5可看出，凹模端面的磨損比凸模大，這是由于凹模端面上材料的滑動比較自由，而凸模下面的材料沿板面方向的移動受到限制的原因，而圖中所看到的凸模側(cè)面的磨損最大，是因?yàn)閺耐鼓Ｉ闲读希L距離摩擦加劇了側(cè)面的磨損，若采用較大間隙可使孔徑在沖裁后因回彈增大．卸料時(shí)減少與凸模的摩擦，從而減少凸模側(cè)面的磨損。模具刃口磨損，帶來刃口的鈍化和間隙的增加，使制件尺寸精度降低，沖裁能量增大，斷面粗糙。刃口的鈍化會使裂紋發(fā)生點(diǎn)由刃口端面向側(cè)面移動，發(fā)生在刃口磨損部分終點(diǎn)處，從而產(chǎn)生大小和磨損量相當(dāng)?shù)拿?凸模刃口磨鈍，毛刺產(chǎn)生在落料件上，凹模刀口磨鈍，毛刺產(chǎn)生在孔上)，所以必須注意盡量減少模具的磨損。為提高模具壽命，
一般需采用較大間隙，若制件精度要求不高時(shí)。采用合理大間隙，使2/t達(dá)到15％-25％，模具壽命可提高3—5倍，若采用小間隙，就必須提高模具硬度與模具制造精度，在沖裁刃口進(jìn)行充分的潤滑，以減少磨損。
3.5.3對沖裁力及卸料力的影響
當(dāng)間隙減小時(shí)，凸模壓入板材的情況接近于擠壓狀態(tài)，材料所受拉應(yīng)力減小，壓應(yīng)力增大，板料不易產(chǎn)生裂紋，因此最大沖裁力增大。當(dāng)間隙增大時(shí)，材料所受拉應(yīng)力增大，材料容易產(chǎn)生裂紋，因此沖裁力減小。繼續(xù)增大間隙值，凸、凹模刃口產(chǎn)生的裂紋不相重合，會發(fā)生二次斷裂．沖裁力下降變緩。
當(dāng)間隙增大時(shí)，沖裁件光亮帶窄，落料件尺寸偏差為負(fù)，沖孔件尺寸偏差為正，因而使卸料力、推件力或頂件力減小。間隙繼續(xù)增大時(shí)，制件毛刺增大，卸料力、頂件力迅速增大。
3.5.4 合理間隙選用
凸、凹模間隙是沖裁過程最重要的工藝參數(shù)，它對沖裁件質(zhì)量、模具壽命、沖裁力和卸料力等都有很大的影響，因此，設(shè)計(jì)模具時(shí)，一定要選擇一個(gè)合理的間隙，使沖裁件的斷面質(zhì)量好，尺寸精度高，模具壽命長，所需沖裁力小，但嚴(yán)格說來，并不存在一個(gè)同時(shí)滿足所有理想要求的合理間隙?？紤]到模具制造中的偏差及使用中的磨損，生產(chǎn)中通常是選擇一個(gè)適當(dāng)?shù)姆秶鳛楹侠黹g隙，只要模具間隙在這個(gè)范圍內(nèi)，就可以基本滿足以上各項(xiàng)要求，沖出合格制件。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]到模具在使用過程中的逐步磨損，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主要有理論計(jì)算法和查表選取法兩種。本設(shè)計(jì)采用查表法。
（1）理論計(jì)算法
確定間隙時(shí)理論計(jì)算的依據(jù)主要是：在合理間隙情況下沖裁時(shí)，材料在凸、凹模刃口處產(chǎn)生的裂紋成直線會合。從圖3—2所示的幾何關(guān)系可得出計(jì)算合理間隙的公式
（3-7）
式中 ----產(chǎn)生裂紋時(shí)的凸模壓入探度(mm)
t——料厚(mm)；
——最大切應(yīng)力方向與垂線間夾角(即裂紋方向角)。
由上式可知，間隙z與板材厚度、相對壓入深度/t、裂紋方向角有關(guān)。而、又與材料性質(zhì)有關(guān)，但是這種方法不方便。
（2）查表選取法
圖3-6合理沖裁間隙的確定
如上所述，間隙的選取主要與材料的種類、厚度有關(guān)，但由于各種沖壓件對其斷面質(zhì)量和尺寸精度的要求不同，以及生產(chǎn)條件的差異，在生產(chǎn)實(shí)踐中就很難有一種統(tǒng)一的間隙數(shù)值，各種資料中所給的間隙值并不相同，有的相差較大，選用時(shí)應(yīng)按使用要求分別選取。對于斷面質(zhì)量和尺寸精度要求高的工件，應(yīng)選用小間隙值，而對于精度要求不高的工件，則應(yīng)盡可能采用大間隙，以利于提高模具壽命、降低沖裁力。同時(shí)，還必須結(jié)合生產(chǎn)條件，依據(jù)沖裁件尺寸與形狀、模具材料和加工方法、沖壓方法和生產(chǎn)率等，靈活掌握、酌情增減。例如：沖小孔而凸模導(dǎo)向又較差時(shí)，凸模易折斷，間隙可取大些。
表3-2 h/t與β值
材料
h0/t(%)
β
t<1
t=1～2
t=2～4
t>4
軟剛
75～70
70～65
65～55
50～40
5°～6°
中硬鋼
65～60
60～55
55～48
45～35
4°～5°
硬鋼
54～47
47～45
44～38
35～25
4°
凹模刃口為斜壁時(shí)，間隙應(yīng)比直壁小。高速沖裁時(shí)，模具易發(fā)熱，間隙應(yīng)增大，如每分鐘行程超過200次，間隙值可增大10％左右，熱沖時(shí)材料強(qiáng)度低，間隙應(yīng)比冷沖時(shí)減小，硬質(zhì)合金沖模，間隙可比鋼模大。電火花加凹模型腔時(shí)，間隙可比磨削加工小。同樣條件下，非圓形比圓形的間隙大，沖孔間隙比落料大。當(dāng)采用大間隙時(shí)．廢料易帶出凹模表面，應(yīng)在凸模上開通氣孔或裝彈性頂銷．為保證制件平整，要有壓料與頂件裝置。
相應(yīng)模具刃口尺寸按以上的實(shí)際尺寸配制、并保證雙面間隙0.10~0.13mm。
3.6 模具刃口尺寸計(jì)算
沖裁件的尺寸精度主要取決于凹、凸模刃口尺寸及公差、模具的合理間隙值也是靠凸、凹模刃口尺寸及其公差來保證的，因此，正確的確定凸、凹模刃口尺寸及其公差，是沖裁設(shè)計(jì)中的一項(xiàng)重要工作。
3.6.1 凸、凹模刃口尺寸計(jì)算原則
①落料時(shí)，先確定凹模刃口尺寸，凹模刃口的基本尺寸取接近或等于制件的最小極限尺寸，以保證凹模磨損在一定范圍內(nèi)，仍能沖出合格制件。凸模刃口的基本尺寸按凹模的刃口基本尺寸減小一個(gè)最小合理間隙來確定。
②沖孔時(shí)，先確定凸模刃口尺寸。凸模刃口尺寸的基本尺寸接近或等于孔的最大極限尺寸，以保證凸模磨損在一定范圍內(nèi)，仍能沖出合格制件。凹模刃口的基本尺寸按凸模的刃口基本尺寸減小一個(gè)最小合理間隙來確定。
③凸模和凹模刃口的制造公差，主要取決于沖裁件的精度和形狀，一般模具的制造精度比沖裁件的精度至少高1-2級，若制件沒有標(biāo)注公差，則對于非圓形件按國家非配合尺寸的IT14級精度來處理，圓形件一般可按IT10級精度來處理，本次計(jì)算采用
GB/T1804-2000計(jì)算，具體數(shù)值見表1-1，表1-2
表3-3 因數(shù)
材料厚度
t/mm
非圓形值
圓形值
1
0.75
0.5
0.75
0.5
制造公差/mm
>1
0.16
0.17-0.35
0.36
>0.16
0.16
1-2
0.20
0.21-0.41
0.42
>0.20
0.20
2-4
0.24
0.25-0.49
0.50
>0.24
0.24
>4
0.30
0.21-0.59
0.60
>0.30
0.30
3.6.2凸、凹模尺寸計(jì)算
（1）、沖孔
沖孔部分由于結(jié)構(gòu)簡單，故采用凸凹模分別加工法。
查手冊可知落料、沖孔模刃口間隙取 ，取因數(shù)=0.5，制造等級采用m（中等級）。
孔徑為7：
孔徑為8：
校核 ，有(0.020+0.020) > (0.13-0.10),故、不滿足要求，則凸凹模制造公差應(yīng)重新確定：
mm
mm
即，孔7： ， ；
孔8： ，
注： 、—— 分別為沖孔凹模和凸模的刃口尺寸（mm）；
、—— 分別為凹模和凸模的制造公差（mm）；
——凸模最小尺寸（mm）
——最小合理間隙（mm）
—— 系數(shù)；
—— 公件的公差（mm）；
(2）、落料
零件輪廓復(fù)雜形狀，故采用配合加工法，并以凹模作為設(shè)計(jì)與制造的基準(zhǔn)件。查手冊可知落料、沖孔模刃口間隙取 ，制造等級采用m（中等級）。各邊尺寸、誤差、及因數(shù)的具體數(shù)值見表4，由圖可知
圖3-7 邊框圖
磨損變大的邊有：A、B、C、F、H、K、J、M、Q、R、T、V、X、b
磨損變小的邊有：G、O
磨損不變的邊有：D、E、I、L、N、P、S、U、W、a、c
注：——落料凸?；境叽纾╩m）
——落料凹?；境叽纾╩m）
——最小合理間隙（mm）
—— 系數(shù)；
—— 公件的公差（mm）；
表3-4 各邊尺寸、誤差
邊
A
B
C
D
E
F
G
H
I
尺寸
110
114
20
26.83
17
12.91
8.29
15
3.61
因數(shù)
0.5
0.5
0.75
0.75
0.75
0.75
1
0.75
1
誤差
0.3
0.3
0.2
0.2
0.2
0.2
0.2
0.1
0.2
磨損
變大
變大
變大
不變
不變
變大
變小
變大
不變
邊
J
K
L
M
N
O
P
Q
R
尺寸
20
7.85
8
7.85
7
12.57
41.33
19.56
30
因數(shù)
0.75
0.5
0.75
0.5
0.75
0.5
0.5
0.5
0.75
誤差
0.2
0.5
0.2
0.5
0.2
1
2
1
0.2
磨損
變大
變大
不變
變大
不變
變小
不變
變大
變大
邊
S
T
U
V
W
X
a
b
c
尺寸
35.36
18
2
18.85
4
176
2
18.85
4
因數(shù)
0.75
0.75
1
0.5
1
0.5
1
0.5
1
誤差
0.2
0.2
0.1
1
0.1
0.5
0.1
1
0.1
磨損
不變
變大
不變
變大
不變
變大
不變
變大
不變
以凹模為基準(zhǔn)，凸模按凹模間隙尺寸配作，保證雙邊間隙0.10mm–0.13mm。
4 模具零件選材和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
4.1模具選材
(1)模具材料選擇的基本要求
1、綜合性能良好。模具材料應(yīng)具有一定得硬度和耐磨性，使模具在特定的條件下能夠保持其形狀和尺寸的穩(wěn)定，應(yīng)具有強(qiáng)度和韌度，既能承受一定的高壓又能承受一定得沖擊載荷的作用，應(yīng)具有一定的抗熱性能。包括一定得熱強(qiáng)性，熱硬性、熱穩(wěn)定性、熱疲勞抗性和熱粘著性等，以承受模具工作時(shí)可能因強(qiáng)烈摩擦而產(chǎn)生的局部高溫。
2、工藝性能良好。所選用的模具材料應(yīng)具有良好的冷、熱加工性能及熱處理工藝性能，制造簡單，加工方便，能夠保證供應(yīng)且經(jīng)濟(jì)性合理。
3、選擇模具材料應(yīng)考慮的因素
①模具的工作條件，包括承載能力的大小，速度（沖擊狀況）、工作穩(wěn)定及腐蝕情況等。
②模具的失效。模具的失效形式主要是有塑性變形失效、磨損失效及斷裂失效。
③模具所加工的產(chǎn)品，包括所加工的產(chǎn)品批量的大小、產(chǎn)品的質(zhì)量的高低、產(chǎn)品的材質(zhì)等。
④ 模具的結(jié)構(gòu)，包括模具的大小、模具的形狀、模具零件的工作性質(zhì)等。模具工作零件所用的材料應(yīng)該比其他零件好。
⑤模具的制造工藝及工廠現(xiàn)有的設(shè)備及技術(shù)水平。當(dāng)然，具體選材時(shí)，對于以上各因素的考慮應(yīng)有所側(cè)重，應(yīng)該按照模具工作要求有針對性的選擇。
(2)沖壓模材料
目前使用的沖壓模材料很多，有冷作模具鋼、硬質(zhì)合金鋼、陶瓷材料、鑄鐵、低熔點(diǎn)合金、高分子材料、木材等，等使用最多的是冷作模具鋼和硬質(zhì)合金。用硬質(zhì)合金制作沖壓模，其模具成本比一般的合金鋼模具高3-4倍，但同時(shí)壽命也要提高20-30倍，所以，硬質(zhì)合金在沖壓模中應(yīng)用越來越多。
對于沖壓模材料的選擇，有一定得原則。一般來說，對于形狀簡單的，沖壓件尺寸不大的模具工作零件，常常選用碳素工具鋼，對于形狀復(fù)雜，沖壓件尺寸較大的模具工作模具工作零件，常選用合金工具鋼或高速工具鋼，對于沖壓件精度或模具壽命要求較高的模具工作零件，常用硬質(zhì)合金鋼或鋼結(jié)硬質(zhì)合金，對于諸如汽車覆蓋件沖模這樣大型模具工作零件，常選用合金鑄鐵。
表3-5 沖模零件材料及熱處理要求
零件名稱
選用材料
熱處理
硬度 HRC
沖裁凸模
T10A
淬硬
58～62
沖裁凹模
Cr12MoV
淬硬
60～64
凸凹模
Cr12MoV
淬硬
56～60
推件塊
45
淬硬
40～45
模柄
Q235
淬硬
56～60
凸模固定板
45
淬硬
43～48
凸凹模固定板
45
淬硬
43～48
卸料板
45
淬硬
40～45
墊板
45
淬硬
43～48
導(dǎo)料銷
45
淬硬
40～45
擋料銷
45
淬硬
52～56
螺釘
45
頭部淬硬
35～40
銷釘
45
淬硬
35～40
打桿
45
淬硬
40～45
4.2 模具制造特點(diǎn)、原則
（1）模具制造的特點(diǎn)
模具生產(chǎn)具有一般機(jī)械產(chǎn)品生產(chǎn)的共性，同時(shí)又具有其自己的特點(diǎn)。與一般機(jī)械制造相比，通常模具制造難度較大。作為一種專用工藝設(shè)備，模具生產(chǎn)和工藝主要有以下幾個(gè)方面的特點(diǎn)：
①模具屬于非定向型產(chǎn)品。每一幅模具均有其不同的技術(shù)要求及加工方法。因此，模具制造是一項(xiàng)創(chuàng)造性的工作。
②模具一般根據(jù)用戶的合同或生產(chǎn)產(chǎn)品的需要來組織生產(chǎn)，其任務(wù)來源的隨機(jī)性強(qiáng)，計(jì)劃性差。
③模具生產(chǎn)為單件、多品種生產(chǎn) 。每幅模具只能生產(chǎn)某一種特定形狀、尺寸和精度的制件。在制造工藝上應(yīng)盡量采用通用機(jī)床、通用刀量具和儀器，盡可能地減少專用工具的數(shù)量。在制造工序安排上要求工序相對集中，以保證模具加工的質(zhì)量和進(jìn)度，簡化管理并減少工序周轉(zhuǎn)時(shí)間。
④制造質(zhì)量要求高。模具制造不僅要求加工精度高，而且還要求加工表面質(zhì)量好。一般來說，模具工作部分的制造公差都應(yīng)控制在±0.01㎜以內(nèi)，有的甚至要求在微米級范圍內(nèi)，模具加工后的表面缺陷要求非常嚴(yán)格，而且工作部分的表面粗糙度一般都要要求。
⑤形狀復(fù)雜。模具的工作部分一般都是二維或三維的復(fù)雜曲面（尤其型腔模具），而不是一般機(jī)械加工的簡單形面。
⑥加工周期長并需要反復(fù)修配、調(diào)整。
⑦考慮模具在工作過程中磨損及熱冷縮脹的影響。
（2）模具制造的技術(shù)要求
①模具零件應(yīng)具有較高的強(qiáng)度、剛度、耐磨性、耐沖擊性。淬透性和較好的切削加工性。
②模具零件的形狀、尺寸精度要求高，表面粗糙度數(shù)值要求低。模具零件的形狀直接決定成型件的形狀，其精度直接影響成型件的精度。一般說來，模具成型部分的精度在IT6級左右，模具的形狀位置精度為4至5級。
③模具零件的標(biāo)準(zhǔn)化。模具零件的標(biāo)準(zhǔn)化直接影響模具的制造周期、制造成本及制造質(zhì)量。
④模具凸凹模之間應(yīng)具有合理的間隙。各類模具中凸凹模之間的間隙是保證模具正常工作的必要條件，間隙大或間隙小或間隙不均，均不能使模具正常工作，甚至?xí)p壞模具。
（3）模具設(shè)計(jì)的基本原則是：
①要根據(jù)制件的尺寸精度及生產(chǎn)批量，綜合考慮經(jīng)濟(jì)效益，確定采用單工序模、復(fù)合模、級進(jìn)模。
② 模具結(jié)構(gòu)和模具材料應(yīng)與制件批量相適應(yīng)。
③盡量選用標(biāo)準(zhǔn)模架和模具零件。
④模架的平面尺寸，不僅要與凹模尺寸相適應(yīng)，還應(yīng)與壓力機(jī)臺面尺寸及開孔大小相適應(yīng)。
⑤落料模的送料方向與所選的壓力機(jī)相適應(yīng)。
⑥為了便于較模和存放，模具應(yīng)安裝閉合高度限位塊。模具工作時(shí)限位塊不應(yīng)受壓。
⑦沖裁對稱件的模架應(yīng)明顯不對稱，以防止上模和下模裝錯(cuò)位置。彎曲件的落料模，拍樣時(shí)應(yīng)考慮材料的軋制方向。刃口尖角處宜用拼塊，既便于加工，也可防止應(yīng)力集中導(dǎo)致開裂。
⑧單面沖裁的模具，應(yīng)在結(jié)構(gòu)上采取措施使凸模和凹模的側(cè)方向相互平衡，不宜讓模架的導(dǎo)柱導(dǎo)套受側(cè)向力，安裝于模架內(nèi)的彈簧，在結(jié)構(gòu)上影能保證彈簧斷裂時(shí)不致蹦出傷人。
⑨沖孔模應(yīng)考慮放入和取出制件的方便、安全。沖孔模的定位，應(yīng)防止落料板坯正反面都能放入。
⑩多凸模沖孔是，鄰近大凸模的細(xì)小凸模比大凸模在長度上段一沖件厚，防止凸模折斷。對于大型落料與修邊?；驔_孔內(nèi)有窄小凸出與凹槽時(shí)，應(yīng)采用鑲拼與嵌拼結(jié)構(gòu)。
4.3 凹模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
由于該工件比較復(fù)雜，且有很深的溝槽，所以將凹模設(shè)計(jì)為鑲拼結(jié)構(gòu)，并用內(nèi)六角螺釘和銷釘將其固定在上模座上。凹模采用鑲拼結(jié)構(gòu)后，雖然拼塊的裝配和模具結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，但是分塊后凹模易于加工，精度容易保證，而且還可以將懸臂結(jié)構(gòu)單獨(dú)作為一個(gè)部分，損壞后易于更換，可避免整體凹模報(bào)廢，如圖5所示
圖4-1 凹模
凸模和凹模鑲拼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的依據(jù)是凸、凹模形狀、尺寸及其受力情況、沖裁板料厚度等。鑲拼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般原則如下：
(1)力求改善加工工藝性，減少鉗工工作量，提高模具加工精度
????①盡量將形狀復(fù)雜的內(nèi)形加工變成外形加工，以便于切削加工和磨削。
????②盡量使分割后拼塊的形狀、尺寸相同，可以幾塊同時(shí)加工和磨削，一般沿對稱線分割可以實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的。
????③應(yīng)沿轉(zhuǎn)角、尖角分割，并盡量使拼塊角度大于或等于90°。
????④圓弧盡量單獨(dú)分塊，拼接線應(yīng)在離切點(diǎn)4~7mm的直線處，大圓弧和長直線可以分為幾塊。
????⑤拼接線應(yīng)