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湖南科技大學瀟湘學院本科生畢業(yè)設計
第一章 緒論
1.1 概述
沖壓是利用安裝在沖壓設備上的模具對需加工的材料施加壓力，使材料產(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。沖壓通常是在常溫下對所需要加工的材料進行變形加工，而且主要采用板料來加工所需零件，所以也可以叫做冷沖壓或板料沖壓。
沖壓成形是現(xiàn)代工業(yè)中非常重要的加工方法，用于生產(chǎn)多種板料零件，具有很大優(yōu)勢，成形件的特點是自重輕、剛度大、強度高、成本低、互換性好，且生產(chǎn)過程便于實現(xiàn)機械自動化，而且效率高。是其他加工方法不可代替的先進制造技術，被廣泛應用于機械生產(chǎn)、汽車制造、航空航天和日常生活的生產(chǎn)之中。若是生產(chǎn)中不采用沖壓工藝，許多工業(yè)部門要想提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本、快速進行產(chǎn)品更新?lián)Q代和保證高質(zhì)量等，這是很難實現(xiàn)的。
利用力學學科、金屬材料學、機械科學、數(shù)學科學以及控制計算機技術等方面的知識，已經(jīng)形成了沖壓學科的基本理論。沖壓學科是以沖壓產(chǎn)品為龍頭，以模具設計為中心，結合現(xiàn)代先進技術的應用，在市場的需求和推動下，沖壓成形技術在國民經(jīng)濟發(fā)展、實現(xiàn)現(xiàn)代化和提高人民生活水平方面發(fā)揮著越來越重要的地位。
沖壓所使用的模具稱為沖壓模具，簡稱沖模。沖模是將材料（金屬或非金屬）批量加工成所需沖件的專用工具。沖模在沖壓中至關重要，沒有符合要求的沖模，批量沖壓生產(chǎn)就難以進行；沒有先進的沖模，先進的沖壓工藝就無法實現(xiàn)。沖壓工藝與模具、沖壓設備和沖壓材料構成沖壓加工的三要素，只有它們相互結合才能得出沖壓件。與機械加工及塑性加工的其它方法相比，沖壓加工無論在技術方面還是經(jīng)濟方面都具有許多獨特的優(yōu)點。主要表現(xiàn)如下。
（1）沖壓加工的生產(chǎn)效率高，且操作方便，易于實現(xiàn)機械化與自動化。
（2）沖壓時由于模具保證了沖壓件的尺寸與形狀精度，且一般不破壞沖壓件的表面質(zhì)量,而模具的壽命一般較長,所以沖壓的質(zhì)量穩(wěn)定,互換性好,具有“一模一樣”的特征。
（3）沖壓可加工出尺寸范圍較大、形狀較復雜的零件，如小到鐘表的秒表，大到汽車縱梁、覆蓋件等，加上沖壓時材料的冷變形硬化效應，沖壓的強度和剛度均較高。
（4）沖壓一般沒有切屑碎料生成，材料的消耗較少，且不需其它加熱設備，因而是一種省料，節(jié)能的加工方法，沖壓件的成本較低。
沖壓加工需用的模具一般具有專屬性，有事一個復雜的零件需要多套模具才能完成加工成形，并且模具的制造精度高，技術要求高，是技術密集的產(chǎn)品。一般要在生產(chǎn)批量較大的情況下，才能體現(xiàn)沖壓加工的優(yōu)點，從而獲取較好的經(jīng)濟收益。
1.2 沖壓的基本工序和模具
由于沖壓加工的零件種類繁多，各類零件的形狀、尺寸和精度要求又各不相同，因而生產(chǎn)中采用的沖壓工藝方法也是多種多樣的。概括起來，可分為分離工序和成形工序兩大類；分離工序是指使坯料沿一定的輪廓線分離而獲得一定形狀、尺寸和斷面質(zhì)量的沖壓（俗稱沖裁件）的工序；成形工序是指使坯料在不破裂的條件下產(chǎn)生塑性變形而獲得一定形狀和尺寸的沖壓件的工序。
上述兩類工序，按基本變形方式不同又可分為沖裁、彎曲、拉深和成形四種基本工序，每種基本工序還包含有多種單一工序。
在實際生產(chǎn)中，當沖壓件的生產(chǎn)批量較大、尺寸較少而公差要求較小時，若用分散的單一工序來沖壓是不經(jīng)濟甚至難于達到要求。這時在工藝上多采用集中的方案，即把兩種或兩種以上的單一工序集中在一副模具內(nèi)完成，稱為組合的方法不同，又可將其分為復合-級進和復合-級進三種組合方式。
復合沖壓——在壓力機的一次工作行程中，在模具的同一工位上同時完成兩種或兩種以上不同單一工序的一種組合方法式。
級進沖壓——在壓力機上的一次工作行程中，按照一定的順序在同一模具的不同工位上完成兩種或兩種以上不同單一工序的一種組合方式。
復合-級進——在一副沖模上包含復合和級進兩種方式的組合工序。
沖模的結構類型也很多。通常按工序性質(zhì)可分為沖裁模、彎曲模、拉深模和成形模等；按工序的組合方式可分為單工序模、復合模和級進模等。但不論何種類型的沖模，都可看成是由上模和下模兩部分組成，上模被固定在壓力機工作臺或墊板上，是沖模的固定部分。工作時，坯料在下模面上通過定位零件定位，壓力機滑塊帶動上模下壓，在模具工作零件（即凸模、凹模）的作用下坯料便產(chǎn)生分離或塑性變形，從而獲得所需形狀與尺寸的沖件。上?；厣龝r，模具的卸料與出件裝置將沖件或廢料從凸、凹模上卸下或推、頂出來，以便進行下一次沖壓循環(huán)。
1.3 模具的發(fā)展和現(xiàn)狀
模具室工業(yè)生產(chǎn)的基礎工藝裝備，是一種高技術密集型產(chǎn)品，也是高新技術產(chǎn)業(yè)的重點領域，其技術水平的高低衡量了一個國家制造水平的重要標志。隨著社會和工業(yè)產(chǎn)品技術的不斷發(fā)展，各行各業(yè)對模具的需求量也越來越大，技術要求也越來越高。
目前我國的模具年生產(chǎn)總量雖然已經(jīng)是世界第三，其中的沖壓模具就占40%以上，但在整個模具設計制造水平和標準化程度上，與美國、德國、日本等發(fā)達國家相比，還是存在著相當大的差距。就以大型覆蓋件沖模來說，我國已經(jīng)能生產(chǎn)部分轎車覆蓋件的模具，轎車覆蓋件模具設計和制造的難度大，質(zhì)量和精度都要求很高，所以代表著覆蓋件模具的生產(chǎn)水平，在轎車模具國產(chǎn)化進程中跨向前了一大步。但在制造質(zhì)量、精度、成本和生產(chǎn)周期上面，也與國外相比有一定的差距?，F(xiàn)在我國重點發(fā)展的精密模具有沖模技術先進的多工位級進模和多功能模具，在制造精度、模具結構設計、使用壽命和功能上，爭取與國外頂先水平的差距逐步地減少。
1.4 模具CAD/CAE/CAM技術
20世紀60年代初期，國外的汽車、飛機制造公司就開始研究計算機在模具設計與制造中的應用。他們通過使用計算機為主要的技術手段，以數(shù)學模型為中心，利用人機結合，發(fā)揮各自的優(yōu)點方式，把模具的設計、分析、計算、制造、檢驗、生產(chǎn)過程連成一個有機整體，使模具技術進入到綜合應用計算機進行設計、制造的新階段。模具的高效率、高精度和高壽命成為模具設計的進步特征。
模具CAD/CAE/CAM技術是改造傳統(tǒng)模具生產(chǎn)方式的關鍵技術，是一項高科技、高效益的系統(tǒng)工程。它以計算機軟件的形成，為企業(yè)提供一種有效的輔助工具，使工程技術人員借助于計算機對產(chǎn)品的性能、模具的結構、成形的工藝、和數(shù)控加工以及生產(chǎn)管理進行設計和優(yōu)化。模具CAD/CAE/CAM技術能顯著的縮短模具設計與制造周期，降低生產(chǎn)成本和提高產(chǎn)品質(zhì)量已經(jīng)成為模具界的共識。模具CAD/CAE/CAM技術發(fā)展速度更快，應用范圍更廣。
在級進模CAD/CAE/CAM技術發(fā)展應用方面，美國UGS公司與我國華中科技大學合作在UG-II軟件平臺上開發(fā)出基于三維幾何模型的級進模CAD/CAM軟件NX-PDW。該軟件包括工程初始化、工藝預定義、毛坯展開、毛坯排樣、廢料設計、條料排樣、壓力計算和模具結構設計等模塊。此軟件具有特征識別與重構、全面三維結構關聯(lián)等顯著特色，在2003年作為商品投入市場。
我國在上世紀90年代開始，華中科技大學、上海交通大學、西安交通大學和北京機電研究院等相繼開展了級進模CAD/CAM系統(tǒng)的研究和開發(fā)。華中科技大學是國家重點模具技術實驗室，在AutoCAD軟件平臺上開發(fā)出基于特征的級進模CAD/CAM系統(tǒng)HMJC，包括板金屬零件特征造型、基于特征的沖壓工藝設計、模具結構設計、標準件及典型結構建庫工具盒線切割自動編程5個模塊。
展望國內(nèi)外模具CAD/CAE/CAM技術的發(fā)展，本世紀的科學技術正處于日新月異的變革中，通過與計算機的緊密結合，人工智能技術、并行工程、面向裝配、參數(shù)化特征建模以及關聯(lián)設計等一系列與模具工業(yè)相關的技術發(fā)展之快，科學領域交叉之廣泛。模具CAD/CAE/CAM系統(tǒng)必然是當今世上最好的設計理念、最新的成形理論和最高水平的制造方法結合的產(chǎn)物，其特點就是專業(yè)化、網(wǎng)絡化、智能化、集成化四個發(fā)面。
1.5 本設計的主要特點及意義
該設計主要針對專用汽車零部件墊片做沖壓模具設計，經(jīng)過對成形件的分析，其成形工藝需要沖孔、落料和壓彎處理，采用多工位級進模的沖壓方案；根據(jù)零件的形狀、尺寸精度要求，設計過程綜合考慮采用單列排樣法，成形側刃定位，保證工件的尺寸和形狀位置精度的同時，提高材料的利用率。
本設計涉及的知識范圍廣，綜合性強，對于設計者的創(chuàng)新能力、協(xié)調(diào)能力，開闊設計思路等方面是一個不錯的挑戰(zhàn)和蛻變。
第二章 沖裁件的工藝分析
墊片尺寸如下圖所示：
圖2.1 工件圖
2.1 工件材料
由圖2-1分析知：
1) 材 料: 10#
2) 生產(chǎn)批量:中批量（4萬件）
3) 材料厚度：
表2-1 10#的力學性能
抗拉強度σb（MPa）
屈服強度σs（MPa）
伸長率δ5
（%）
斷面收縮率?ψ（%）
硬度
（HB）
≥335
≥205
≥31
≥55
≤137
具有良好的塑性、韌性、焊接性以及壓力加工性，主要用于制作沖擊件、緊固件，如受力不大的墊片、墊圈等,具有較好的沖壓性能,適應于沖裁加工。
2.2 工件結構形狀
工件結構形狀相對簡單，有兩個圓孔和彎曲?？着c邊緣之間的距離滿足要求，料厚為1.5mm滿足許用壁厚要求（孔與孔之間、孔與邊緣之間的壁厚），可以沖裁加工。工件展開圖結構如尺寸如下，展開圖的尺寸由中性線長度測量而來。
圖2.2 展開圖
2.3 工件尺寸精度
根據(jù)零件圖上所注尺寸，工件要求不高，尺寸精度要求較低，采用IT13級精度，普通沖裁完全可以滿足要求。
表2-2標準公差數(shù)值（摘自GB/T1800.3--1998）
基本尺寸/mm
標準公差等級
IT1
IT2
IT3
IT4
IT5
IT6
IT7
IT8
IT9
IT10
IT11
IT12
IT13
IT14
IT15
IT16
大于
至
標準公差/μm
標準公差/mm
-
3
0.8
1.2
2
3
4
6
10
14
25
40
60
0.1
0.14
0.25
0.4
0.6
3
6
1
1.5
2.5
4
5
8
12
18
30
48
75
0.12
0.18
0．3
0.48
0.75
6
10
1
1.5
2.5
4
6
9
15
22
36
58
90
0.15
0.22
0.36
0.58
0.9
10
18
1.2
2
3
5
8
11
18
27
43
70
110
0.18
0.27
0.43
0.7
1.1
18
30
1.5
2.5
4
6
9
13
21
33
52
84
130
0.21
0.33
0.52
0.84
1.3
30
50
1.5
2.5
4
7
11
16
25
39
62
100
160
0.21
0.39
0.62
1
1.6
50
80
2
3
5
8
13
19
30
46
74
120
190
0.3
0.46
0.74
1.2
1.9
80
120
2.5
4
6
10
15
22
35
54
87
140
220
0.35
0.54
0.87
1.4
2.2
120
180
3.5
5
8
12
18
25
40
63
100
160
250
0.4
0.63
1
1.6
2.5
180
250
4.5
7
10
14
20
29
46
72
115
185
290
0.46
0.72
1.15
1.85
2.1
250
315
6
8
12
16
23
32
52
81
130
210
320
0.52
0.81
1.3
2.1
3.2
315
400
7
9
13
18
25
36
57
89
140
230
360
0.57
0．89
1.4
2.3
3.6
400
500
8
10
15
20
27
40
63
97
155
250
400
0.63
0.97
1.55
2.5
4
按照IT13級確定工件尺寸的公差，經(jīng)查表2-1：
的IT13級標準公差值：
的IT13級標準公差值：
的IT13級標準公差值：
的IT13級標準公差值：
的IT13級標準公差值：
的IT13級標準公差值：
根據(jù)以上分析：該零件沖裁工藝性較好，綜合評比適宜沖裁加工。
第三章 工藝方案的確定
確定工藝方案是對沖壓件的工藝路線的確定，其中主要包括沖壓工序數(shù)、工序的組合和順序。工藝方案中的一個主要內(nèi)容就是用什么類型的模具，選用單工序模具，還是用級進?；驈秃夏?。
3.1 工序的種類的確定
沖壓件的工序種類，如分離工序中的沖孔、落料、切邊，成形工序中的彎曲、翻邊、拉深。工序種類的確定主要取決于沖壓件的結構形狀和尺寸精度，同時還需要考慮工件的變形性質(zhì)和具體的生產(chǎn)條件。再通常情況下，可以通過工件圖直觀的確定沖壓工序的性質(zhì)。例如平板狀零件的沖壓加工，一般采用沖孔、落料等工序；彎曲件的加工，通常采用落料、彎曲等工序；拉深件的加工，常采取落料、拉深、切邊等加工工序。
通過對工件圖（圖1-1）的結構形狀和尺寸精度的分析可知，此工件屬于彎曲件，故需采用到落料、彎曲等工序。
3.2 工序方案的確定
3.2.1 擬定方案
方案一：單工序模生產(chǎn) 先落料——再沖孔——后彎曲。
方案二：復合模生產(chǎn) 沖孔、彎曲，落料一次完成。
方案三：級進模生產(chǎn) 沖孔——沖廢料——彎曲——落料。
沖裁模具的結構形式是多種多樣的，如果按工序的組合分類，可分為單工序模具、級進模具、復合模具等。各種各樣的沖裁模具的構成大體相同，主要由工作零件、定位零件、卸料與推料零件、導向零件、聯(lián)合與固定零件組成。
3.2.2生產(chǎn)批量與模具類型的關系
由于本工件屬于中工件且生產(chǎn)量為4萬件（中批量生產(chǎn)），查下表可知，首選單工序連續(xù)模具、復合半自動模具。
表3-1 工件大少、批量大少與模具選取的關系
（單位，千件）
項目
生產(chǎn)批量
單件
小批量
中批量
大批量
大批大量
大工件
<1
1~2
2~20
20~300
>300
中工件
1~5
5~50
50~1000
>1000
小工件
1~10
10~100
100~5000
>5000
模具類型
單工序模具、組合模具、簡易模具
單工序模具、組合模具、簡易模具
單工序連續(xù)模具、復合半自動模具
單工序連續(xù)模具、復合自動模具
硬質(zhì)合金模具、連續(xù)模具、復合自動模具
3.2.3單工序模具、復合模具和級進模具的比較
表3-2 各類模具結構及特點比較
模具種類比較項目
單工序模
（無導向）（有導向）
級進模
復合模
零件公差等級
低
一般
可達IT13～IT10級
可達IT9～8級
零件特點
尺寸不受限制厚度不受限制
中小型尺寸厚度較厚
小零件厚度0.2～6mm可加工復雜零件，如寬度極小的異形件
形狀與尺寸會受模具結構與強度的限制較高，推板上落料平整
零件平面度
低
一般
中小型件不平直，高質(zhì)量制件需較平
高
生產(chǎn)效率
低
較低
工序間自動送料，可以自動排除制件，生產(chǎn)效率高
不宜高速沖裁
安全性
不安全，需采取安全措施
比較安全
不太安全
模具制造工作量和成本
低
比無導向的稍高
沖裁簡單的零件時，比復合模低
可用于復雜的零件，但成本較高
適用場合
料厚精度要求低的小批量沖件的生產(chǎn)
大批量小型沖壓件的生產(chǎn)
通用性差，僅適合于大批量生產(chǎn)
根據(jù)分析結合表分析：
方案一 模具結構簡單，制造周期短，制造簡單，但需要兩副模具，成本高而生產(chǎn)效率低，難以滿足大批量生產(chǎn)的要求。而且是在第一道工序完成后，進入第二道工序必然會增大誤差，使工件的精度、質(zhì)量大大降低，達不到所需的要求，難以滿足生產(chǎn)要求。故不選取此方案。
方案二 復合模具生產(chǎn)的制件精度高，生產(chǎn)效率也高，但該工件的凸模和凹模布置會太過于緊湊，不易布置其位置。故也不選用此方案。
方案三 在條料情況下級進模下，一次沖裁可完成兩個乃至十幾個的沖壓工序。它與復合模具生產(chǎn)的不同之處是在于，條料是在凹模的不同位置上完成的不同工序，因而形成沖裁的連續(xù)生產(chǎn)。由于級進模能完成多道工序形成連續(xù)生產(chǎn)，生產(chǎn)的效率也高，而且適用于自動送料，故能廣泛應用。若使用該模具，制作的工件精度能達到所需要求，并且生產(chǎn)量也能滿足。
3.2.4方案的確定
通過對上述三種方案的分析比較，該工件的沖壓生產(chǎn)采用方案三為佳。
級進模是指在條料的送料方向上，具有兩個以上的工位，并在壓力機的一次行程中，在不同的工位上同時完成兩道或兩道以上的沖壓工序的沖模。級進模的定距方式有兩種：擋料銷定距和側刃定距。
本模具采用側刃定距。側刃代替了擋料銷控制條料送進距離（步距），側刃是特殊功用的凸模，其作用是在壓力機每次沖壓行程中，沿條料邊緣切下一塊長度等于送料近距的料邊。在條料送進過程中，切下的缺口向前送進被側刃擋塊擋住，送進的距離即等于步距。
第四章 模具總體設計
4.1 模具類型的選擇
由沖壓工藝分析可知，采用級進模方式?jīng)_壓，所以模具類型為級進模。根據(jù)工件的特點，先沖孔、彎曲，后落料，故凸模的設計很重要。本設計為多凸模沖模，要求沖孔凸模設計為臺階，來保證凸模的強度。
4.2 操作方式的確定
零件的生產(chǎn)批量為中批量，但合理安排生產(chǎn)可用手動送料方式，既能滿足生產(chǎn)要求，又可以降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟效益。
4.3 卸料、出件方式的確定
4.3.1卸料方式
剛性卸料與彈性卸料的比較：
剛性卸料是采用固定卸料板結構。常用于較硬、較厚且精度要求不高的工件沖裁后卸料。當卸料板只起卸料作用時與凸模的間隙隨材料厚度的增加而增大，單邊間隙?。?.2～0.5）t。當固定卸料板還要起到對凸模的導向作用時卸料板與 凸模的配合間隙應該小于沖裁間隙。此時要求凸模卸料時不能完全脫離卸料板。主要用于卸料力較大、材料厚度大于2mm且模具結構為倒裝的場合。
彈壓卸料板具有卸料和壓料的雙重作用，主要用于料厚小于或等于2mm的板料由于有壓料作用，沖件比較平整。卸料板與凸模之間的單邊間隙選擇（0.1～0.2）t,若彈壓卸料板還要起對凸模導向作用時，二者的配合間隙應小于沖裁間隙。常用作落料模、沖孔模、正裝復合模的卸料裝置。
工件平直度較高，料厚為1.5mm相對較薄，卸料力不大，由于彈壓卸料模具比剛性卸料模具方便，操作者可以看見條料在模具中的送進動態(tài)，且彈性卸料板對工件施加的是柔性力，不會損傷工件表面，故可采用彈性卸料。
4.3.2出件方式
因采用級進模生產(chǎn)，故采用向下落料出件。
4.4 確定送料方式
因選用的沖壓設備為開式壓力機且垂直于送料方向的凹模寬度B小于送料方向的凹模長度L故采用橫向送料方式，即由右向左（或由左向右）送料。
4.5 確定導向方式
方案一：采用對角導柱模架。由于導柱安裝在模具壓力中心對稱的對角線上，所以上模座在導柱上滑動平穩(wěn)。常用于橫向送料級進?；蚩v向送料的落料模、復合模。
方案二：采用后側導柱模架。由于前面和左、右不受限制，送料和操作比較方便。因為導柱安裝在后側，工作時，偏心距會造成導套導柱單邊磨損，嚴重影響模具使用壽命，且不能使用浮動模柄。
方案三：四導柱模架。具有導向平穩(wěn)、導向準確可靠、剛性好等優(yōu)點。常用于沖壓件尺寸較大或精度要求較高的沖壓零件，以及大量生產(chǎn)用的自動沖壓模架。
方案四：中間導柱模架。導柱安裝在模具的對稱線上，導向平穩(wěn)、準確。但只能一個方向送料。
根據(jù)以上方案比較并結合模具結構形式和送料方式，為提高模具壽命和工件質(zhì)量，該級進模采用四角導柱模架導向方式，即方案三最佳。
第五章 模具設計計算
5.1 排樣、計算條料寬度、確定步距、材料利用率
5.1.1排樣方式的選擇
方案一：有廢料排樣 沿沖件外形沖裁，在沖件周邊都留有搭邊。沖件尺寸完全由沖模來保證，因此沖件精度高，模具壽命高，但材料利用率低。
方案二：少廢料排樣 因受剪切條料和定位誤差的影響，沖件質(zhì)量差，模具壽命較方案一低，但材料利用率稍高，沖模結構簡單。
方案三：無廢料排樣 沖件的質(zhì)量和模具壽命更低一些，但材料利用率最高。
通過上述三種方案的分析比較，綜合考慮模具壽命和沖件質(zhì)量，該沖件的排樣方式選擇方案一為佳。考慮模具結構和制造成本有廢料排樣的具體形式選擇直排最佳。
5.1.2計算條料寬度
搭邊的作用是補償定位誤差，保持條料有一定的剛度，以保證零件質(zhì)量和送料方便。搭邊過大，浪費材料。搭邊過小，沖裁時容易翹曲或被拉斷，不僅會增大沖件毛刺，有時還有拉入凸、凹模間隙中損壞模具刃口，降低模具壽命。
搭邊值通常由表5-1所列搭邊值和側邊值確定。根據(jù)零件形狀，并采用級進模，為了保證傳料的平穩(wěn)和沖裁的精度，我們?nèi)〉臄?shù)據(jù)比表5-1工件之間的值要大一些，搭邊值, 工件與側邊之間搭邊值, 條料是有板料裁剪下料而得，為保證送料順利，規(guī)定其上偏差為零，下偏差為負值
（5-1）
式中：
Dmax—條料寬度方向沖裁件的最大尺寸；
a1---工件與側邊之間的搭邊值；
故條料寬度為112mm。
側刃沖切得料邊定距寬度；（其值查表5-3）可得。
板料剪裁下的偏差；（其值查表5-2）可得。
表5-1 搭邊值和側邊值的數(shù)值
材料厚度t（mm)
圓件及類似圓形制件
矩形或類似矩形制件長度≤50
矩形或類似矩形制件長度＞50
工件間a
側邊a1
工件間a
側邊a1
工件間a
側邊 a1
≤0.25
1.0
1.2
1.2
1.5
1.5～2.5
1.8～2.6
＞0.25～0.5
0.8
1.0
1.0
1.2
1.2～2.2
1.5～2.5
＞0.5～1.0
0.8
1.0
1.0
1.2
1.5～2.5
1.8～2.6
＞1～1.5
1.0
1.3
1.2
1.5
1.8～2.8
2.2～3.2
＞1.5～2.0
1.2
1.5
1.5
1.8
2.0～3.0
2.4～3.4
＞2.0～2.5
1.5
1.9
1.8
2.2
2.2～3.2
2.7～3.7
表5-2 普通剪床用帶料寬度偏差△（mm）
條料厚度t(mm)
條料寬度b(mm)
≤50
＞50～100
＞100～200
＞200
≤１
0.4
0.5
0.6
0.7
＞１～2
0.5
0.6
0.7
0.8
＞2～3
0.7
0.8
0.9
1.0
＞3～5
0.9
1.0
1.1
1.2
表5-3 側刃沖切得料邊定距寬度b1（mm）
條料厚度t(mm)
條料寬度b(mm)
金屬材料
非金屬材料
≤1.5
1.5
2.0
＞1.5～2.5
2.0
3.0
＞1.5～2.5
2.5
4.0
5.1.3確定步距
送料步距：條料在模具上每次送進的距離稱為送料步距，每個步距可沖一個或多個零件。進距與排樣方式有關，是決定側刃長度的依據(jù)。條料寬度的確定與模具的結構有關。
進距確定的原則是，最小條料寬度要保證沖裁時工件周邊有足夠的搭邊值；最大條料寬度能在沖裁時順利的在導料板之間送進條料，并有一定的間隙。
級進模送料步距
（5-2）
零件橫向最大尺寸，搭邊
5.1.4計算材料利用率
沖裁件的實際面積與所用板料面積的百分比叫材料的利用率，它是衡量合理利用材料的重要指標。
一個步距內(nèi)的材料利用率
（5-3）
式中
—一個步距內(nèi)沖裁件的實際面積；
—條料寬度；
—步距；
由此可之，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構廢料，結構廢料是由本身形狀決定的，一般是固定不變的，工藝廢料的多少決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。
排樣合理與否不但影響材料的經(jīng)濟和利用，還影響到制件的質(zhì)量、模具的的結構和壽命、制件的生產(chǎn)率和模具的成本等指標。因此，排樣時應考慮如下原則：
1） 提高材料利用率（不影響制件使用性能的前提下，還可以適當改變制件的形狀）。
2) 排樣方法使應操作方便，勞動強度小且安全。
3) 模具結構簡單、壽命高。
4) 保證制件質(zhì)量和制件對板料纖維方向的要求。
一個步距內(nèi)沖裁件的實際面積由計算工件得
所以一個步距內(nèi)的材料利用率
5.1.5 畫出排樣圖
根據(jù)以上資料畫出排樣圖，如圖5-1所示：
圖5.1 排樣圖
5.2 沖壓力的計算
5.2.1沖孔力的計算
沖孔力公式為
(5-4)
式中 —落料力（N）
—沖裁件周長(mm)
—材料厚度(mm)
—材料的抗剪強度（MPa）
—系數(shù)，常取
這里
取 圖5.2 沖孔
于是
5.2.2落料力的計算
落料力公式為
(5-5)
式中 —落料力（N）
—沖裁件周長(mm)
—材料厚度(mm)
—材料的抗剪強度（MPa）
—系數(shù)，常取
這里
取 圖5.3 落料1
于是
5.2.3落料力的計算
落料力公式為
(5-6)
式中 —落料力（N）
—沖裁件周長(mm)
—材料厚度(mm)
—材料的抗剪強度（MPa）
—系數(shù)，常取
這里
取 圖5.4 落料2
于是
5.2.4落料力的計算
落料力公式為
(5-7)
式中 —落料力（N）
—沖裁件周長(mm)
—材料厚度(mm)
—材料的抗剪強度（MPa）
—系數(shù)，常取 圖5.5 落料3
這里
取
于是
5.2.5側刃力的計算
落料力公式為
(5-5)
式中 —落料力（N）
—沖裁件周長(mm)
—材料厚度(mm)
—材料的抗剪強度（MPa）
—系數(shù)，常取
這里 圖5.6 側刃定距
取
于是
5.2.6折彎力的計算
彎曲力受材料力學性能，零件形狀與尺寸、彎曲方式、模具結構形狀等多種因素的影響，很難用理論分析方法進行準確計算。因此，在生產(chǎn)中均采用經(jīng)驗公式估算彎曲力，所計算的彎曲力均指彎曲過程中可能出現(xiàn)的最大彎曲力數(shù)值，以便用于選擇壓力機。由平板毛壞彎成凹形件，必須采用壓料板，相當于彎曲半圓形件的一半。
彎曲力為：
（5-6）
式子中：
：半圓形件自由彎曲時的自由彎曲力
（5-7）
：使用帶反頂板的半圓形彎曲模，但不進行校行彎曲
時，反頂壓力 也要由壓力機滑塊來負擔，一般?。? 圖5.7 壓彎
：彎曲線長度（mm）
：板料厚度（mm）
：材料的抗拉強度(MPa)
模圓角半徑（mm）當彎曲件的相對彎曲半徑較小時，凸模圓角半徑可取彎曲件的內(nèi)彎曲半徑r,所以?。?
所以彎曲力：
結果彎曲力：
5.2.7卸料力的計算
查《冷沖模設計》表3-8卸料力系數(shù)
取
(5-8)
5.2.8推桿力的計算
根據(jù)材料額厚度取凹模刀刃直壁高度：
可知：
查《冷沖模設計》表3-8推件力系數(shù)
取
(5-9)
5.2.9總沖壓力的計算
(5-9)
5.3 計算壓力中心
模具壓力中心是指沖壓時諸沖壓力合力的作用點位置。為了確保壓力機和模具正常工作，應使模具的壓力中心與壓力機滑塊的中心相重合，否則，會使沖模和力機滑塊產(chǎn)生偏心載荷，使滑塊和導軌之間產(chǎn)生過大的摩擦，模具導向零件加速磨損，降低模具和壓力機的使用壽命。沖模的壓力中心，可以按下述原則來確定：
1）.對稱形狀的單個沖裁件，沖模的壓力中心就是沖裁件的幾何中心。
2）.工件形狀相同且分布位置對稱時，沖模的壓力中心與零件的對稱中心相重合。
3）.形狀復雜的零件、多孔沖模、級進模的壓力中心可以用解析計算法求出沖模壓力中心。
X0=（L1x1＋L2x2＋…Lnxn）/(L1＋L2＋…Ln) （5-7）
Y0=（L1y1＋L2y2＋……Lnyn ）/（L1＋L2＋…＋Ln） （5-8）
用解析法計算壓力中心時，先畫出凹模形口圖，如圖5-5所示。在圖中將XOY坐標系建立在建立在圖示對稱中心線上，將沖裁輪廓線按幾何圖形分解成L1~L5共3組基本線段 (注：由于圖中3個圓弧形孔均以一個點為圓心的等分列陣排列，所以其幾何圖形為一組) ，用解析法求得該模具壓力中心的坐標。
圖5.8 壓力中心計算圖
由以上分析計算結果可以看出，該工件沖裁力不大，壓力中心偏移坐標原點O較小，為了便于模具的加工和裝配，模具壓力中心依然選在坐標原點。通過計算，得壓力中心為（-5.2，0）。
5.4 沖壓設備的選定
通過較核，選擇開式可傾式壓力機J23—40T能滿足使用要求。
表5-3 型號為J23-40T其主要技術參數(shù)為：
規(guī)格/參數(shù)名稱
J23-40T
公稱壓力（KN）
400
公稱壓力形成（mm）
4
滑塊行程（mm）
100
行程次數(shù)（次/min）
50
最大模塊高度（mm）
250
裝模高度調(diào)節(jié)量（mm）
80
滑塊中心至機身距離（mm）
230/500
工作臺板尺寸（前后×左右×孔直徑）（mm）
430×640×80
工作臺板厚度（mm）
70
機身最大可傾斜角度
電動機功率（KW）
4
外形尺寸（長×寬×高）（mm）
1600×1180×2410
模柄孔尺寸（直徑×尺寸）（mm）
約重（KG）
2600
5.5 模具刃口尺寸的計算
5.5.1沖裁間隙分析
1) 間隙對沖裁件尺寸精度的影響
沖裁件的尺寸精度是指沖裁件的實際尺寸與基本尺寸的差值，尺寸的差值越少，則尺寸精度越高，差值的偏差包括兩個方面：一是模具本身的制造精度偏差；二是沖裁件相對于凸?；虬寄５木绕睢?
2) 間隙對模具壽命的影響
模具壽命的影響因素很多，間隙是許多模具壽命最主要的影響因素之一，沖裁過程中，凸模與被沖壓的孔之間，凹模與落料件之間的摩擦，而且間隙越少，模具作用的壓應力會越大，摩擦也會越嚴重，所以若是間隙過小，對模具壽命極為不利。
而較大的間隙可以使凸模側面及材料間的摩擦減少，并且延緩間隙受到制造和裝配精度的影響，而出現(xiàn)間隙不均勻的不利現(xiàn)象，所以能提高模具壽命。
3) 間隙對沖裁工藝的影響
當間隙的增大時，材料所受的拉應力也會隨之增大，材料容易產(chǎn)生斷裂分離，因此造成沖裁力減少。通常沖裁力的降低并不是很顯著，當單邊間隙在材料厚度的左右時，沖裁力降低不會超過。間隙對卸料力的影響比較顯著。間隙增大后，從凸模里面卸料和在凹模里推料都省力，當單邊間隙達到材料厚度的左右的時候，卸料力會降低幾乎為零。間隙繼續(xù)增大時，毛刺也會繼續(xù)增大，又將會引起卸料力、頂件力迅速增大。
4) 間隙值得確定
由上述分析可知，凸、凹模間隙對沖裁件質(zhì)量、沖裁件工藝、模具壽命都有很大的影響。所以，設計模具時一定要選取合理的間隙，來保證沖裁件的斷面質(zhì)量和尺寸精度，從而滿足產(chǎn)品的要求，所需的沖裁力越小，模具的使用壽命越高，但是分別從質(zhì)量、沖裁力和模具壽命等方面來確定合理間隙，并不是同一個數(shù)值，只是彼此接近?？紤]模具制造中的偏差及使用時的磨損、生產(chǎn)中通常只選擇一個適當?shù)姆秶鷣碜鳛楹侠黹g隙，只要在這個間隙范圍中，就可以沖出良好的制件，這個范圍的最小值稱為最小的合理間隙，最大值稱為最大合理間隙?？紤]模具在使用過程中磨損會使間隙增大，故設計與制造新模具時一般采用最小合理間隙值。
確定合理間隙的方法有理論確定法、查表法和經(jīng)驗法。本設計采用經(jīng)驗法。
表5-4 經(jīng)驗公式
材料類型
材料厚度（mm）
合理間隙
軟材料
硬材料
因此
5.5.2沖孔刃口尺寸
沖孔部分：δ凹=+0.02mm δ凸=-0.02mm
|δ凹|+|δ凸|=0.02+0.02mm
=0.04mm
|δ凹|+|δ凸|= Zmax –Zmin
對于采用分別加工時，應保證下述關系：
|δ凹|+|δ凸|≤Zmax –Zmin (5-2)
但對于形狀復雜或料薄的工件，為了保證凸、凹模間一定的隙值，必須采用配合工差。
因此在這里采用還是采用單配方法加工,對于沖孔，先做凸模，并以它作為基準配做凹模。
查《互換性與測量技術基礎》表2-4查出其極限偏差為：
mm
查《冷沖模設計》表3-5磨損系數(shù) 取X=0.5
則 (5-3)
=5.1mm
沖孔凹模的尺寸按凸模尺寸配制，其單面間隙為0.10～0.14mm，取單邊間隙為0.1mm
5.5.3落料刃口尺寸
查《冷沖模設計》表3-3沖裁模初始雙面間隙Z
取Zmin=0.1mm Zmax=0.14mm
對零件圖中未注公差的尺寸，沖壓件一般保證精度IT14，因制件形狀簡單且對稱，在這里保證精度IT13。
查《互換性與測量技術基礎》表3-6簡單形狀沖裁時凸凹模的制造偏差
δ凹=+0.03mm δ凸=-0.02mm
因此：|δ凹|+|δ凸|=0.03+0.02 mm
=0.05mm
Zmax -Zmin=0.14-0.1mm
=0.04mm
|δ凹|+|δ凸|> Zmax –Zmin
因此在這里采用單配方法加工。
對于落料，先做凹模，并以它作為基準配做凸模
查《互換性與測量技術基礎》表2-4查出其極限偏差為：30.0-0.46 mm
查《冷沖模設計》表3-5磨損系數(shù) 取X=0.5
則 (5-1)
落料凸模的尺寸按凹模尺寸配制，其雙面間隙為0.10～0.14mm
第六章 主要零部件設計
6.1 工作零部件的結構設計
6.1.1 凸模設計
由于沖件的形狀和尺寸的不同，沖模的加工以及裝配工藝等實際條件亦有所不同，所以在實際生產(chǎn)中使用的凸模結構形式也就有很多種形式。一般沖裁凸模的形狀是由產(chǎn)品的形狀決定的，它可以采用直身結構也可采用加強型結構。主要的固定方式有：臺肩固定、鉚接、螺釘和銷釘固定以及粘結劑澆注法固定等.
本設計采用的固定方式是臺肩固定。如下圖所示：
圖6-1 凸模固定方式
1.凸模的形式采用類似直通式的形式，少了階梯形式的復雜，主要受上頂桿孔和凸?？椎挠绊懀苊獬霈F(xiàn)最小壁厚。
2.凸模的長度
根據(jù)模具設計結構形式，凸模的長度為：
式中，—凸模的長度（mm）；
???—凸模固定板的厚度（mm），它取決于沖件的厚度t，一般在沖制t<1.5mm的板料時，取15～20mm；當t=1.5～2.5mm時，取20～25mm；這里??；
???—卸料板的厚度（mm），取；
???—導料板的厚度（mm），??；
???—附加長度（mm）。主要考慮凸模進入凹模的深度（對于沖裁凸模取1mm，對于壓彎凸模根據(jù)零件彎曲高度取5.2mm）以及模具閉合狀態(tài)下卸料板的到凸模固定板間的安全距離（取20mm）
將各個數(shù)據(jù)代入公式得：
沖裁凸模長度：
壓彎凸模長度：
沖孔凸模簡圖如圖6-2
圖6-2 沖孔凸模
切料凸模1如下圖6-3所示：
圖6.3 切料凸模1
切料凸模2如下圖6-4所示：
圖6.4 切料凸模2
6.1.2 凹模設計
確定凹模外形尺寸的方法有多種，通常都是根據(jù)零件的材料厚度和排樣圖所確定的凹模型孔壁間最大距離為依據(jù)，來求凹模的外形尺寸。
凹模的刃口形式，考慮到本例生產(chǎn)批量較大，所以采用刃口強度較高的凹模，故采用階梯形直壁式。如下圖所示：
圖6.5 凹模刃壁形式示圖
凹模的外形一般有矩形與圓形兩種，凹模的外形尺寸應保證凹模有足夠的強度與剛度，凹模的厚度還應考慮修模量。凹模的外形尺寸一般根據(jù)沖材料的厚度和沖裁件的最大外形尺寸來確定。
查《冷沖模設計》，第101頁，凹模厚度和壁厚公式為
凹模厚度 H=Kb(≥15mm)
式中 K—系數(shù)，考慮板料厚度的影響
b—沖裁件的最大外形尺寸
凹模壁厚 C=(1.5～2)H(≥30～40mm)
查《冷沖模設計》，表4-3 系數(shù)K值
因 b=112.4 mm 取K=0.3
故 H=0.3×112.0
=33.6mm
最后取H=33mm
凹模形狀簡圖如圖5-2
圖6.6 凹模
落料凹模采用整體凹模，采用線切割機床加工，安排凹模在模架上的位置時，要依據(jù)計算壓力中心的數(shù)據(jù)，將壓力中心與模柄中心重合。其外形尺寸按相關公式
凹模整體輪廓尺寸L×B×H=283mm×180mm×33mm
表6-1 凹模厚度系數(shù)K
S/mm
材料厚度t/mm
≤1
＞1～3
＞3～6
≤50
0.30～0.40
0.35～0.50
0.45～0.60
＞50～100
0.20～0.30
0.22～0.35
0.30～0.45
＞100～200
0.15～0.20
0.18～0.22
0.22～0.30
＞200
0.10～0.15
0.12～0.18
0.15～0.22
6.1.3 凸模墊板的設計
墊板的作用是直接承受和擴散傳遞的壓力以降低模座所承受的單位壓力，保護模座以免被凸模端面壓陷。沖壓凸模是否加墊板，應根據(jù)模座承受壓力的大小進行判斷。凸模支撐端面對模座的單位壓力：
式中： F是沖裁力
A是凸模支撐端面面積
故
查《中國模具設計大典》第3卷得知需要加墊板，墊板需經(jīng)淬火磨平，其厚度一般取4~12mm。
本設計取墊板厚度
長度
寬度
材料：45
熱處理硬度46～48HRC
圖6.3 凸模墊板
6.2模柄的設計
查《中國模具設計大典》第3卷，表22.5-24壓入式模柄（JB/T7646.1-1994）
選擇B型
材料