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門窗緊固件模具設計
序 言
畢業(yè)設計是檢驗大學畢業(yè)生應用所學知識的能力的重要手段，可以說是我們在大學期間的“最后一次考試”。作為一名行將畢業(yè)的模具專業(yè)的學生，我們通過這次全面的設計，將所學的理論知識運用于實踐，獨立完成模具設計及用Pro/E對典型模具進行三維造型。在此過程中，加深了對模具結構及相關的設計、制造、利用Pro/E等方面知識的理解。同時，畢業(yè)設計又具有聯系理論和實際的紐帶功能，在設計的過程中，我們初步嘗試著將所學的知識聯系起來。譬如，在設計中充分考慮到諸如零件制造難易程度和裝配的可行性，前后幾副模具的關聯性等問題，而不是將他們相互孤立，努力做到知識的融會貫通。畢業(yè)設計強化了我們做為一個模具從業(yè)者的基本功，為今后走上工作崗位打下了堅實的基礎。
在本次畢業(yè)設計中，我選擇了金屬沖壓件的模具設計和用Pro/E軟件設計典型模具零部件并裝配成整體模型的全過程。
第一次做一個完整過程的制件模具設計，由于所學有限，且無實際生產經驗，所以設計中錯誤和不足在所難免，望各位老師、同學給予批評指正。
冷沖壓是在常溫下利用沖模在壓力機上對材料施加壓力，使其產生分離或變形，從而獲得一定形狀，尺寸和性能的零件加工方法，是一種先進的金屬加工方法。由于冷沖壓加工的零件形狀，尺寸，精度要求，批量大小，原材料性能等的不同，其方法多種多樣。但概括起來可分為分離工序和變形工序兩大類。分離工序是將沖壓件或毛坯沿一定的輪廓相互分離；變形工序是在材料不產生破壞的情形下是毛坯產生塑性變形，成為所需形狀及尺寸的制件。
冷沖壓可以分為五個基本工序：
（1）沖裁 使板料實現分離的沖壓工序。
（2）彎曲 將金屬材料沿彎曲線完成一定的角度和形狀的沖壓工序。
（3）拉深 將平面板料變成各種開口空心件，或者將空心件的尺寸進一步改變的沖壓工序.
（4）成形 用各種不同性質的局部變形來改變毛坯形狀的沖壓工序。
（5）立體壓制 將金屬材料體積重新分布的沖壓工序。
冷沖壓與其他加工方法相比，有以下特點：
a.用冷沖壓加工方法可以得到形狀復雜，用其他加工方法難以加工的工件，如薄殼零件等。
b.冷沖壓件的尺寸精度石油模具保證的，因為，尺寸穩(wěn)定，互換性好。
c.材料利用率高，工件重量輕，剛性好，強度高，沖壓過程耗能少，因此工件的成本比較低。
d.操作簡單，勞動強度低，易于實現機械化和自動化，生產率高。
e.沖壓加工中所用的模具結構一般比較復雜，生產周期較長，成本高。因此，單件，小批量生產采用沖壓工藝受到一定限制，沖壓工亦多用于成批，大量生產的情況。近年來發(fā)展的簡易沖模，組合沖模，鋅基合金沖模等為單件，小批量生產采用沖壓工藝創(chuàng)造了條件。
由于冷沖壓有許多突出的優(yōu)點，在機械制造，電子電器等各行各業(yè)中，冷沖壓都得到了廣泛的應用。大到汽車的覆蓋件，小到鐘表及儀器儀表元件，大多是由冷沖壓方法制成的。目前采用冷沖壓工藝得到的沖壓制品，在現代汽車，拖拉機，電機電器，儀表儀器及各種電子產品和人們日常生活中，都占有十分重要的地位。據粗略統計，在汽車制造業(yè)中有60%-70%的零件是采用沖壓工藝制成的，冷沖壓生產所占的勞動量為整個汽車行業(yè)勞動量的25%-30%。在機電機儀表生產中有60%-70%的零件是采用冷沖壓工藝來完成的。在電子產品中，沖壓件的數量約占零件總數的85%以上。在飛機，導彈，各種槍支與炮彈的生產中沖壓件所占的比例也相當大。因此研究和發(fā)展冷沖壓技術，對發(fā)展我國國民經濟和加速工業(yè)建設，盡快實現四個現代化具有重要意義。
隨著科學技術的不斷進步和工業(yè)生產的迅速發(fā)展，冷沖壓技術也在不斷革新和發(fā)展，主要表現在以下幾個方面：
(1)工藝分析計算方法的現代化。例如，生產汽車覆蓋件的沖壓工藝，傳統方法系根據已有的設計資料和設計者的經驗，進行對比分析，確定工藝方案和有關參數，然后設計試驗模具，進行試沖，經過反復試驗和修改，才能轉入批量生產。近幾年來，國外（如美國福特汽車公司中心研究室）已開始采用有限變形的彈塑性有限元法，對覆蓋件成形過程進行應力應變分析和計算機模擬，以預測某一工藝方案對零件的成型可能性和將會發(fā)生的問題，將結果顯示在圖形終端上，供設計人員進行修改和選擇。這樣，不僅可以節(jié)省昂貴的模具試驗費用，縮短新產品的試制周期，而且可以逐步建立一套能緊密結合實際的先進設計方法，既促進了冷沖壓工藝的發(fā)展，也將是塑性成型理論逐步達到對生產實際的指導作用。
(2)模具設計制造技術現代化。為了加快機電產品的更新換代，縮短工裝設計，制造周期，許多工業(yè)先進國家正在大力發(fā)展模具計算機輔助設計和制造（CAD/CAM）的研發(fā)，并在生產中開始應用。模具CAD/CAM技術應用較早的領域就是冷沖模。根據國外經驗，采用這一技術，一般可提高模具設計制造效率2-3倍，模具生產周期可縮短，發(fā)展這一技術的最終目標，要達到模具CAD/CAM一體化，而模具圖紙將只用于檢驗模具之用。采用模具CAD/CAM還可以提高模具質量，大大減少設計和制造人員的重復勞動，是設計者有可能把精力用于創(chuàng)新開發(fā)上。
(3)冷沖壓生產的機械化和自動化。為了滿足大量生產的需要，沖壓設備已有彈弓為低速壓力機發(fā)展到多工位高速自動壓力機。一般中小形冷沖件即可在多工位壓力機上生產，也可在高速壓力機上采用多工位級進模加工，使冷沖壓生產達到高度自動化。大型沖壓件（如汽車覆蓋件）可在多工位壓力機上利用自動送料，取件裝置，進行機械化流水線生產，從而減輕勞動強度和提高生產率。
(4)為了滿足生產更新換代和生產批量小的發(fā)展趨勢，發(fā)展了一批新的成型法工藝（如高能成型和旋壓等），簡易模具（如軟模和低熔點合金模等），通用組合模具，數控沖壓設備和沖壓柔性制造系統（FMS）等。這樣，就是冷沖壓生產既適合大量生產，也同樣適合于小批量生產。
綜上所述，冷沖模是沖壓加工中所用得最重要的工藝裝備。沒有先進的冷沖模具技術，先進的冷沖壓工藝就無法實現。
在現代化生產中，模具是生產各種工業(yè)產品的重要工藝裝備,用模具進行各種材料的成型，可實現高速度的大批量生產，并能在大量生產條件下穩(wěn)定的保證制件的質量，節(jié)約原材料。因此在現代工藝生產中，模具的應用日益廣泛，是當代工業(yè)省的重要手段和工藝發(fā)展方向。許多現代工業(yè)的發(fā)展和技術水平的提高，在很大程度上取決于模具工業(yè)的發(fā)展水平。模具技術已成為衡量一個國家產品制造業(yè)水平的重要標志之一。模具成型具有優(yōu)質、高產、省料和低成本等特點，現已在國民經濟各個部門，特別是汽車、航空航天、儀器儀表、機械制造、家電、輕工日用品等工業(yè)部門得到了極其廣泛的應用。據統計，用模具制造出來的產品零件，在機電類占60～70％，在儀表、照相機等電子工業(yè)中占80％以上，在自行車、洗衣機、電冰箱等輕工業(yè)產品中占85％以上。模具工業(yè)極大地促進了工業(yè)產品生產的發(fā)展和質量的提高，獲的了巨大的經濟效益。
模具在生產加工過程中，主要有以下特點:
(1) 模具是典型的單件生產的產品，故在生產工藝，管理方式，所制定的模具制造工藝過程都應具有獨特的規(guī)律于其適應。
(2) 模具生產一般都是按照與用戶簽訂的提供模具的合同來安排生產計劃的。
(3) 模具在制造過程中，同一工序的加工往往內容較多，故生產效率一般較低。
(4) 模具在加工中，某些工作部分的尺寸及位置，往往是經過試驗后來確定的。
(5) 裝配后的模具，均需經過試磨合調整，方能交付使用。
(6) 模具生產周期一般較長，故成本較高。
(7) 模具的加工與制造，對工人的技術等級要求較高。
隨著工業(yè)技術的發(fā)展，產品對模具的要求愈來愈高，傳統的模具設計與制造方法不能適應工業(yè)產品及時更新換代和提高質量的要求。因此對模具的設計與制造提出了以下幾個要求：
(1）合理選擇模具材料,研究發(fā)展模具新材料。
????根據模具的工作條件、生產批量以及材料本身的強韌性能來選擇模具用材，應盡可能選用品質好的鋼材。據有關資料介紹，模具的制造費較高，而材料費用一般僅是模具價格的6%～20%。
????對模具材料要進行質量檢測，模塊要符合供貨協議要求，模塊的化學成份要符合國際上的有關規(guī)定。只有在確信模塊合格的情況下，才能鍛造。大型模塊(100kg以上)采用電渣重熔鋼H13時要確保內部質量，避免可能出現的成份偏析、雜質超標等內部缺陷。要采用超聲波探傷等無損檢測技術檢查，確保每件鍛件內部質量良好，避免可能出現的冶金缺陷，將廢品及早剔除。
(2)合理制定模具鋼的鍛造規(guī)范
????根據碳化物偏析對模具壽命的影響，必須限制碳化物的不均勻度，對精密模具和負荷大的細長凸模，必須選用韌性好強度高的模具鋼，碳化物不均勻度應控制為不大于3級。Cr12鋼碳化物不均勻度3級要比5級耐用度提高1倍以上。如果碳化物偏析嚴重，可能引起過熱、過燒、開裂、崩刃、塌陷、拉斷等早期失效現象。帶狀、網狀、大顆粒和大塊堆集的碳化物使制成的模具性能呈各向異性，橫向的強度低，塑性也差。根據顯微硬度測量結果，碳化物正常分布處為740～760HV，碳化物集中處為920～940HV，碳化物稀少處為610～670HV，在碳化物稀少處易回火過度，使硬度和強度降低，碳化物富集區(qū)往往因回火不足，脆性大，而導致模具鐓粗或斷裂。
????通過鍛造能有效改善工具鋼的碳化物偏析，一般鍛造后可降低碳化物偏析2級，最多為3級。最好采用軸向、徑向反復鐓拔(十字鐓拔法)，它是將原材料鐓粗后沿斷面中兩個相互垂直的方向反復鐓拔，最后再沿軸向或橫向鍛成，重復一次這一過程就叫做雙十字鐓拔，重復多次即為多次十字鐓拔。?而對于直徑小于或等于50mm的高合金鋼，其碳化物不均勻性一般在4級以內，可滿足一般模具使用要求。
(3）合理選擇熱處理工藝
????模具熱處理包括鍛造后的退火，粗加工以后高溫回火或低溫回火，精加工后的淬火與回火，電火花、線切割以后的去應力低溫回火。只有冷熱加工很好相互配合，才能保證良好的模具壽命。
????模具型腔大而壁薄時需要采用正常淬火溫度的上限，以使殘留奧氏體量增加，使模具不致脹大?？焖偌訜岱ㄓ捎诩訜釙r間短，氧化脫碳傾向減少，晶粒細小，對碳素工具鋼大型模具淬火變形小。對高速鋼采用低淬、高回工藝比較好，淬火溫度低，回火溫度偏高，可大大提高韌性，盡管硬度有所降低，但對提高因折斷或疲勞破壞的模具壽命極為有效。通常Cr12MoV鋼淬火加熱溫度為1000℃，油冷，然后220℃回火。如能在這種熱處理以前先行熱處理一次，即加熱至1100℃保溫，油冷，700℃高溫回火，則模具壽命能大幅度提高。我們在70年代初期對3Cr2W8V鋼施行高淬、高回工藝熱處理鋼絲鉗熱鍛模具也取得良好效果，壽命提高2倍多。采用低溫氮碳共滲工藝，表面硬度可達1200HV，也能大大提高模具壽命。低溫電解滲硫可降低金屬變形時的摩擦力，提高抗咬粘性能。使用6W6Mo5Cr4V鋼制作冷擠壓凸模，經低溫氮碳共滲后，使用壽命平均提高1倍以上，再經低溫電解滲硫處理可以進一步提高壽命50%。模具淬火后存在很大的殘留應力，它往往引起模具變形甚至開裂。為了減少殘留應力，模具淬火后應趁熱進行回火，回火應充分，回火不充分易產生磨前裂紋。對碳素工具鋼，200℃回火1h，殘留應力能消除約50%，回火2h殘留應力能消除約75%～80%，而如果500～600℃回火1h，則殘留應力能消除達90%。
回火后一般為空冷，在回火冷卻過程中，材料內部可能會出現新的拉應力，應緩冷到100～120℃以后再出爐，或在高溫回火后再加一次低溫回火。
????表面覆層硬化技術中的PVD、CVD近年來獲得較大的進展，在PVD中常用的真空蒸鍍、真空濺射鍍和離子鍍，其中離子鍍層具有附著力強、澆鍍性好，沉積速度快，無公害等優(yōu)點。離子鍍工藝可在模具表面鍍上TiC、TiN，其使用壽命可延長幾倍到幾十倍。離子鍍是真空蒸膜與氣體放電相結合的一種沉積技術。空心陰極放電法(HCD法)是先用真空泵抽真空，再向真空泵通入反應氣體，并使真空度保持在10-5～10-2Pa范圍內，利用低壓大電流HCD電子槍使蒸發(fā)的金屬或化合物離子化，從而在工作表面堆積成一層防護膜。為提高鍍敷效率，一般在工件上施加負電壓。
??(4）合理確定模具機械加工制造工藝和加工精度。
????采用先進設備和技術確保每副模具具有高精度和互換性以保證沖模所要求的高精度和重復精度。制造工藝首先要解決加工后的加工變形與殘留應力不能太大。粗加工時最好不要使表面粗糙度Ra＞3.2μm，特別應注意在模具工作部分轉角處要光滑過渡，減少熱處理產生的熱應力。
????模腔表面加工時留下的刀痕、磨痕都是應力集中的部位，也是早期裂紋和疲勞裂紋源，因此在沖模加工時一定要刃磨好刀具。平面刀具兩端一定要刃磨好圓角R，圓弧刀具刃磨時要用R規(guī)測量，絕不允許出現尖點。
模具電加工表面有硬化層，厚10μm左右，硬化層脆而有殘留應力，直接使用往往引起早期開裂，這種硬化層在對其進行180℃左右的低溫回火時可消除其殘留應力。
????模腔的粗糙度直接影響模具壽命，粗糙度高會使制件不易脫模，特別是中間帶凸起部位，制件越深，抱得越緊，最后只能卸下模具用機加工或氣割的方法破壞制件。由于粗糙度值高會使金屬流動阻力增加，嚴重時模具生產若干件以后會將模壁磨損成溝槽，既影響制件成形，也易使沖模早期失效。工作表面粗糙度值低的模具不但摩擦阻力小，而且抗咬合和抗疲勞能力強，表面粗糙度一般要求Ra=0.4～0.8μm。
????模具的制造裝配精度對模具壽命的影響也很大，裝配精度高，底面平直，平行度好，凸模與凹模垂直度高，間隙均勻，亦可獲得相當高的壽命
(5)充分利用CAD/CAM/CAE ,發(fā)展高精度模具。
要實現模具的高精度，在模具設計與加工中一定要采用高精度加工設備和高技術加工工藝。因此，在今后的模具加工中，除了進一步發(fā)展數控機床和加工機床外，還要發(fā)展模具計算機輔助設計（CAD）,計算機輔助制造（CAM）,計算機集成制造（CIM）等高新技術。這些技術是提高模具設計與制造精度，提高效率，科學管理得最有效措施之一。
第一，設計模具時應充分利用CAD系統功能對產品進行二維和三維設計，保證產品原始信息的統一性和精確性，避免人為因素造成的錯誤，提高模具的設計質量。產品三維立體的造型過程以在鍛造前全面反映出產品的外部形狀，及時發(fā)現原始設計中可能存在的問題，同時根據產品信息，用計算機設計出加工模具型腔的電極，為后續(xù)模具加工做好準備。
????第二，采用CAM技術可以將設計的電極精確地按指定方式生產。采用數控銑床(或加工中心)加工電極，可保證電極的加工精度，減小試模時間，減少模具的廢品率和返修率，減少鉗工勞動量。對于一些外形復雜，精度要求高的制件，靠模具鉗工采用常規(guī)模具制造方法保證某些外形尺寸而采用CAD/CAM技術可以對這些復雜的鍛件進行精確的尺寸描述，確定合理的分模面，保證合模精度，從模具制造這一環(huán)節(jié)確保產品精度。
????第三，CAD/CAM/CAE技術可以進行有限元分析，對關鍵部位的尺寸設計是否合理可以提供修改依據，從而在為客戶提供高質量制件的同時，也為客戶的設計提供了依據，加強了與客戶的合作。
第四，CAD/CAM/CAE在大量節(jié)省時間，提高生產率的同時，也較大幅度的降低了成本。
(6）發(fā)展高效模具。
對于大批量生產用模具，應向高效率發(fā)展。如為了適應當前高速壓力機的使用，應發(fā)展多工位級進模以提高生產效率。
(7）發(fā)展簡易模具。對于小批量生產用模具，為了降低成本，縮短模具制造周期，應盡量發(fā)展薄板沖模，聚氨酯模具，鋅基合金，低熔點合金，環(huán)氧樹脂等簡易模具。
(8）發(fā)展多功能模具。為了提高效率和保證制品的質量，要發(fā)展多工位級進模及具有組合功能的雙色，多色塑料注射模等。
(9）發(fā)展高壽命模具。高效率的模具必然需要高壽命，否則將必然造成頻繁的模具拆裝和整修或需要更多的備模。為了達到高壽命的要求，除模具本身結構優(yōu)化外，還要對材料的選用和熱處理，表面強化技術予以開發(fā)和創(chuàng)新。
第一章 制件工藝性分析及工藝方案的確定
1.1 工藝性分析
制件如圖1-1所示，材料為20號鋼，料厚1.5㎜，制件尺寸精度為IT14級，年產量比較大。
圖1-1
該制件形狀簡單，尺寸較小，厚度適中，屬于普通沖壓件，但有幾點需要注意：
(1) 制件上存在兩個方向的彎曲工序，須注意處理好各工序的先后問 題。
(2) 制件較小，從安全考慮，要采取適當的取件方式。
(3) 有一定批量，應重視模具材料和結構的選擇，保證一定的模具壽 命。
(4) 制件不是完全對稱，對于其中的彎曲工序應充分考慮這一點。
(5) 各工序凸，凹模動作形成的確定應保證各工序動作穩(wěn)定，連貫。
1.2 工藝方案的確定
根據制件工藝性分析，其基本工序包括有沖孔，落料和彎曲三種?？紤]以上因素，完成該制件存在以下幾種可能的工藝方案：
(1) 沖孔——落料——彎曲， 單工序沖壓。（單件）。
(2) 落料沖孔——彎曲a,c,d三處——彎曲b,e兩處（單件）。
(3) 落料沖孔——彎曲——切斷。（兩件有廢料）。
(4) 落料沖孔——彎曲b,c,d,e四處——彎曲a處。（兩件無廢料）。
(5) 落料沖孔——彎曲b,c,d,e四處——彎曲a處和切斷。（兩件有 廢料）。
方案（1）屬于單工序沖壓。由于此制件生產批量較大，尺寸又較小，這種方案生產率低，操作也不安全，故不宜采用。
方案（2）采用單件生產，因為彎曲力的不對稱，容易使制件在彎曲過程中出現滑移，不能保證精度。
方案（3），（4）采用兩件一起沖壓的方法，解決了彎曲力不對稱的問題，但是方案（3）中由于兩件之間的廢料位于彎曲的底端，存在彎曲角，而使得最后的切斷并不能切得徹底，方案（4）中因為制件厚度為1.5㎜，需要的切斷力較大，容易使得制件滑移。即這兩個方案中又出現了新的問題，因此使用價值不大，也不宜采用。
方案(5)既解決了方案(1)(2)的問題，又不存在方案（4）（5）的問題，故此方案最為合適。
1.3 確定沖模類型及結構形式
根據上面確定的沖壓工藝方案，確定各工序的模具類型和結構形式。經過各項比較，決定采用以下三幅模具結構：
(1) 落料沖孔復合模。比較正裝復合模和倒裝復合模的優(yōu)缺點，由于倒裝復合模能使廢料從壓力機臺面落下，而沖壓件從上模推下比較容易引出去，因此操作方便安全，適合本設計的制件。再加上倒裝復合模易于安裝送料裝置，生產效率較高，所以決定采用倒裝式復合模。
(2) 彎曲模。這套模具用于彎曲b,c,d,e四處，應著重處理好幾道彎曲工序的先后問題。
(3) 切斷彎曲復合模。因制件較小，應避免另外增加卸料裝置，故仍然采用倒裝式復合模。重點在于切斷工序和彎曲工序的先后問題要處理好。
第二章 工藝計算及模具結構設計
2.1落料沖孔復合模
2.1.1 制件工藝計算及設計
1. 毛坯尺寸計算。毛坯展開圖如圖2-1。
圖2-1
由彎曲a,c,d,e得：
=（+）
=[+(r+xt)]
=13.5+12+6.5+20+6.5+[3*4+(0.35+0.35+0.38+0.39)*1.5]
=63.36㎜
由彎曲a,b處得
=（+）
=[+(r+xt)]
=13.5+12+7+[3*2+(0.35+0.35)*1.5]
=33.05㎜
由彎曲a處得
=（+）
=[+(r+xt)]
=13.5+12+(3+0.35*1.5)
=23.53㎜
根據工藝方案，確定如下圖2-2的毛坯尺寸：
圖2-2
2. 設計排樣圖。見圖2-3。
根據文獻[1]表3-10確定搭邊值為
工件間距a=1.8㎜ ，側面矩=1.8㎜
故由文獻[1]式3-24，沖裁步距可通過計算公式
A = D + a
圖2-3
式中 D——平行于送料方向的沖裁件寬度。
a——沖裁件之間的搭邊值。
故 A=42+1.8=43.8㎜
根據式3-25計算條料寬度的公式為
式中 B——條料寬度。
D——沖裁件與送料方向垂直的最大尺寸；
—— 沖裁件與條料側邊之間的搭邊；
△——板料裁剪時的下偏差 （由表3-11查得為1.0㎜）
故 B= （131.72+2×1.8+1.0） mm
3．材料利用率。
根據文獻[1]式3-27，材料利用率通過計算公式：
=×100%
式中 ——得到制件的總面積（）
——一個步距的條料面積（L×B）(㎜×㎜)
得 =
=62.3%
4. 計算沖裁力。
完成本制件沖壓工序所需的沖壓力有沖孔力，落料力及卸料力，推料力。
（1）沖孔力
由文獻[1]得 沖孔力的計算公式
=Lt
式中 L——沖裁件周邊尺寸（㎜）；
t——沖裁件厚度（㎜）；
——材料的抗拉強度()
有文獻[4]表4-12得 =400
=400×1.5×（2×8+×4）
=54816N.
(2) 落料力
由文獻[1]得 落料力的計算公式
=Lt
式中 L——沖裁件周邊尺寸（㎜）；
t——沖裁件厚度（㎜）；
——材料的抗拉強度()
有文獻[4]表4-12得 =400
=
=262368N
（3）卸料力,推料力和頂件力
由文獻[1] 卸料力,推料力和頂件力的計算公式
=
=n=
=（+）
式中 ——卸料力系數；
——推料力系數；
——頂料力系數；
h ——凹模直壁洞口的高度；
t ——板料厚度；
n ——梗塞在凹模內的沖件數。
，，可分別由文獻[1]表3-8查取為
=0.04, =0.05， =0.06。
又有 h取為3.0㎜，所以n=3.0/1.5=2。
故 =0.04×262368=10494.7N;
=2×0.05×54816=5481.6N;
=0.06×（262368+54816）=19031.04N;
所以，F=++++
=262368+54816+10494.7+19031.04+5481.6
=352191.34N
5.初選壓力機。
查文獻[4]表8-1開式雙柱可傾式壓力機（部分）參數，初選壓力機型號規(guī)格為J23-63
公稱壓力：630KN
滑塊行程：120㎜
最大閉合高度：360㎜
連桿調節(jié)量：90㎜
工作臺尺寸（前后㎜×左右㎜）：480×710
模柄孔尺寸（直徑㎜×深度㎜）：50×70
最大傾斜角度：
6. 計算壓力中心。
本制件由于采用兩件對排，左右對稱，所以其壓力中心就是其幾何對稱中心。
7. 計算凸，凹模工作部分尺寸。
本制件形狀簡單，可按分別加工法計算工作部分尺寸。如圖2-4。
由文獻[4]表3-3查得：
=0.132㎜， =0.240㎜
-=0.240-0.132=0.108㎜。
由文獻[4]表3-6查得各尺寸制造偏差：
落料：
圖2-4
沖孔：
均能滿足 的要求。
由式3-5，3-6知凸，凹模尺寸的計算公式：
落料：
沖孔：
式中 ——分別為落料凹，凸模的基本尺寸；
——分別為沖孔凹，凸模的基本尺寸；
——落料件的最大極限尺寸；
——沖空件的最小極限尺寸；
——沖裁件公差；
X ——磨損系數，其值應在0.5～1之間，與沖裁件精度有關。
由文獻[1]表3-5查得：
， 。
所以：
（1）
（2）
（3）
（4）
（5）
（6）
（7）
（8）
（9）
2.1.2 模具結構計算
1. 凹模板設計。
因為制件形狀簡單，并且尺寸也不大，選用整體式凹模較為合理.由文獻[4]表3-5，選用T10A0為凹模材料。
(1)確定凹模厚度H值：由文獻[3]圖14-15按沖裁力選凹模厚度為
H=28mm.
(2)由表14-5，從沖件料寬（>120～150mm）及料厚（>0.8～1.5mm）
取壁厚b=50mm.
凹模長 L=131.72+2×50=231.72mm
凹模寬 B=42+2×50=142mm
L×B×H=231.72×142×28
對照表14-6，將上述尺寸改為 250×160×28mm
(3)凹模刃壁高度。
由文獻[3]，垂直于凹模平面的刃壁，其高度選為h=3mm.
2. 確定卸料橡膠尺寸。
根據文獻[2]橡膠的自由高度為
其中
故
橡膠的裝配高度為
3.確定卸料板尺寸。
根據文獻[3]表14-10可以確定卸料板厚度為h=18mm.
卸料板孔每側與凸模應保持一定間隙，
c=0.1～0.2t, t為沖壓材料厚度。
本設計中 t=1.5mm,所以取 c=0.25mm.
故卸料板尺寸為 L×B×H=250×160×18mm.
4.沖孔凸模固定板。
根據文獻[2]圖2-19來確定沖孔凸模固定板厚度。
又沖孔沖裁力推出理論上沖孔凹模的厚度應為15mm.而在本設計中凸凹模中的沖孔凸模的厚度為20mm>15mm。所以有：
5.凸凹模設計。
在復合模中，必定有一個凸凹模。凸凹模的內外緣均為刃口，內外緣之間的壁厚取決于沖裁件的尺寸。從強度考慮，壁厚受最小限制。凸凹模的最小壁厚受沖模結構影響，對于正裝復合模，由于凸凹模裝于上模，內孔不會積存廢料，脹力小，最小壁厚可以小些；對于倒裝復合模，因為孔內會積存廢料，所以最小壁厚要大些。
本模具為倒裝復合模，孔內會積存廢料，所以要取大些。根據文獻[1]表4-4可以確定本模具的最小壁厚為3.8mm,最小直徑為21mm,從以上計算來看，本模具均符合要求。
但是由于制件為不規(guī)則體，所以凸凹模也為異型體，再加上最小側寬度只有12mm,可選用固定件有限，不容易固定。所以，本模具中將下模墊板設置為中心有似凸凹模形狀的凸起，減小凸凹模的高度，以利于固定。
確定凸凹模高度為20mm,所以墊板的凸起高度即為
=25+18-20=23mm.
6.上下墊板設計。
根據文獻[4]表5-48來確定上下墊板尺寸。
上述中已經確定凹模尺寸為 L×B×H=250×160×28mm
所以確定上下墊板高度均為 10mm.
即上下墊板尺寸均為：L×B×H=250×160×10mm。
7.推件板設計。
模具閉合后，凸模進入凹模約為1.0mm,所以推件板厚度確定為
圓整為25mm.
8. 沖孔凸模設計。
(1)凸模形式。
由于沖孔凸模工作部分尺寸較小，所以選用臺階式凸模結構。
(2)凸模長度。
凸模長度一般是根據結構上的需要來確定的，本設計中凸模底部與凹模工作面齊平，頂端與固定板上面齊平，所以：
，即L=28+12=40mm
(3)凸模材料。
模具刃口要有較高的耐磨性，并能承受沖裁時的沖擊力，因此應該有較高的硬度與適當的韌性。所以沖孔凸模材料選為T10A0.其熱處理硬度取為58～62HRC.
(4)其他要求。
凸模工作部分的表面粗糙度
9.選用模架。
(1) 標準模架中應用最廣的就是用導柱，導套作為導向裝置的模架。根據導柱導套配置的不同有四種基本形式：后側導柱模架，中間導柱模架，對角導柱模架和四角導柱模架。本模具選用對角導柱模架。
對角導柱模架中，導柱的排布也是對稱的（對稱于中心），而且縱橫都能送料。從安全角度考慮，在操作者右手一邊的那個導柱應設在后邊，對角導柱模架的兩個導柱之間距離較遠，在導柱導套件同樣間隙的情況下，這種模架的導向精度較高。
由上面計算可以得出模具閉合高度為：
H=50+10+12+28+70.5-1+60=229.5mm.
所以由文獻[4]表5-7（滑動導向對角導柱模架規(guī)格）選取：
模架 250×160×200～245 GB/T 2851.1—1990
上模座 250×160×50 GB/T 2855.1—1990
下模座 250×160×60 GB/T 2855.2—1990
(2)導柱與導套。
導柱與導套的結構與尺寸都可以直接由國家標準中選用。在選用時應注意，導柱的長度應保證沖模在最低工作位置時，導柱上端面于上模座頂面的距離不小于10～15mm(考慮到模具修模后其閉合高度將減小)，而下模座底面與導柱地面的距離應為0.5～1mm.
導柱與導套之間的配合根據沖裁模的間隙大小選用。當沖裁板度在0.8mm以下的間隙模具時，選用H6/h5配合的I級精度模架；當沖裁板厚度為0.8～4mm時，選用H7/h6配合的II級精度模架。
(3)模柄。
模柄有剛性與浮動兩大類。常見的剛性模柄有四種形式：
a.與模座整體式模柄，常用于小型模具；
b.壓入式模柄，應用較廣；
c.旋入式模柄，模具刃口要修模時裝拆方便；
d.帶凸緣模柄，用于較大模具。
本設計中，選用帶凸緣模柄：.
10.導料銷和擋料銷設計。
（1）導料銷
條料的送料方向一般都是靠著導料板或導料銷一側送進，以免送偏。用導料銷控制送料方向時，導料銷的結構與擋料銷相同。
本設計中，由文獻[4]表5-38選用
擋料銷 6×20 JB/T 7646.9—1994
（2）擋料銷
條料的送料步距一般都是靠著擋料銷或是級進模中的側刃和導正銷來控制。擋料銷分為三類：
1）固定擋料銷 分圓形與鉤型兩種。一般裝在凹模上，圓形擋銷結構簡單，制造容易，但銷孔離凹模刃口較近，會削弱凹模強度。鉤型擋料銷則可以離凹模刃口遠一些。
2）活動擋料銷 常用于倒裝復合模中，裝于卸料板上可以伸縮。而回帶式擋料銷送料，定位要兩個動作，先送后拉，常用于剛性卸料板的沖裁模中。
3）始用擋料銷 在連續(xù)模中，當條料首次沖壓時使用，用時往里壓，擋住條料而定位，第一次沖裁后就不再使用。
本設計中，根據文獻[4]選出：
擋料銷 A4×3×2 JB/T 7649.10—1994
11.校核壓力機。
上述選定壓力機的裝模高度范圍是270～450mm.而設計模具閉合高度為230mm左右。為了使模具正常工作，模具閉合高度必須與沖床的閉合高度相適應，應該介于沖床最大和最小閉合高度之間，一般有以下關系：
當然本模具中需要加墊板，以滿足要求。所以選用h=70mm的墊板。
2.2 彎曲模
2.2.1 毛坯件分析
這副模具生成制件圖如圖2-5。分析坯料，可以看出存在兩個方向的彎曲，并且要處理好彎曲的先后問題。
2.2.2 工藝性計算。
1. 彎曲力。
（1） 自由彎曲力。
根據文獻[2]式3-2和式3-3自由彎曲力的計算公式為
V形彎曲件： ；
U形彎曲件：
式中 ——自由彎曲力（N）;
圖2-5
B——彎曲件寬度(mm);
t——彎曲件材料厚度(mm);
R——彎曲內半徑(mm);
——材料抗拉強度（MPa）;
K——安全系數，一般取K=1.3；
所以有：
（2） 校正彎曲力
根據文獻[2]式3-4 ，校正彎曲的彎曲力計算公式：
式中 ——校正力（N）；
q ——單位校正力（MPa）；
A ——工件被彎曲部分的投影面積（）。由文獻[2]表3-3查得 20鋼的單位校正力q取為30 MPa。
為了減小校正力和提高校正力的作用，將凸模設計成如圖2-6所示形狀，在凸模上加工出淺槽，形成局部凸臺。
圖2-6
凸臺高取（0.08～1）t，凸臺寬?。?.5～2）t,板料厚度為1.5mm,故可以算出中模凸臺面積為，側凸模凸臺總面積為。
所以：
。
(3)頂件力
根據文獻[3]式頂件力的計算公式：
式中 ——頂件力(N);
所以 =0.5×（4914+12168）=5125N
故 ++=28507N
2.凸凹模間隙。
根據文獻[2]式3-8彎曲黑色金屬時，間隙值計算公式：
；
式中 ——凸、凹模間的單面間隙；
t——材料的公稱厚度；
n——因數，其與彎曲件高度H和彎曲線長度B有關，由文獻[3]表3-6查得n=0.05mm.
所以：=1.5×（1+0.05）=1.58mm.
3.模具工作部分設計
根據文獻[3]式3-10凸模尺寸計算公式：
；
式中 、——凸、凹模工作部分尺寸；
B ——彎曲件公稱尺寸；
△ ——彎曲件尺寸公差；
、——凸、凹模的制造公差；
Z ——凸、凹模間隙。
所以 （1）
（2）
4.模具圓角半徑設計。
（1） 一般情況下，凸模圓角半徑等于或小于工件內側的圓角半徑。所以本設計中彎曲凸模圓角半徑均取為r=1.5mm.
（2） 工件在壓彎過程中，凸模將工件壓入凹模而成型，凹模口部的圓角半徑對于彎曲力和零件質量都有明顯影響。凹模圓角半徑的大小與材料進入凹模的深度，彎邊高度和材料厚度有關。在一般情況下，可用文獻[3]式3-11確定：
所以本設計中，將兩凹模圓角半徑均設為3.0mm.
5. 計算壓力中心。
本制件由于采用兩件對排，左右對稱，所以其壓力中心就是其幾何對稱中心。
2.2.3 模具結構設計
1.凹模設計。
(1) 凹模厚度設計。
本設計中由于兩側彎曲和中部彎曲不同步，且彎曲凸模不同，所以為了即利于加工有為了保持一定精度，將兩側凹模與中部彎曲凹模分開制造加工。
根據凹模厚度計算公式：
所以有
由于本設計中的模具結構，將兩種凹模厚度分別設置成
(2) 凹模周界尺寸L×B設計。如下圖2-7所示
根據文獻[4]凹模壁厚計算公式：W=1.5H.
式中 W——凹模壁厚；
H—— 凹模厚度。
所以 W=1.5×20=30mm.
則有 L=51.92+30×2=111.92mm；
B=42+30×2=102 mm.
考慮到本模具中的情況，根據文獻[4]表5-43確定凹模板周界尺寸為：
L×B×h=140×125×20mm.
(3)凹模工作部分尺寸。
根據文獻[1]圖5-59(彎曲模結構尺寸)，同下圖2-8
由上述文獻表5-5查得m值取為4mm.
圖2-7
2. 中彎凸模設計。
根據文獻[1]彎曲凸模長度計算公式為
；
式中 ——彎曲凸模長度（mm）；
——彎曲凸模工作長度（mm），即
；
Y ——附加長度，包括凸模修模量，凸模固定版與下模的安全距離A等,本設計中取為11mm,修模量取為5mm.
——凸模在固定板中的長度，本設計中為6mm.
所以 =8+17+5+6=36mm
3.橡膠組設計
根據文獻[4]表3-9橡膠計算公式：
圖2-8
式中 ——橡膠自由高度（mm）；
——側凸模的工作行程（mm）,本設計中為8.0mm;
——預留的修模量。根據模具設計壽命，一般取4～6mm,本設計中取為5mm;
——橡膠的預壓縮量（mm）；
——沖模裝配好以后橡膠的高度（mm）；
F ——所需的彈壓力（N）；
A ——橡膠橫截面積（）；
q —— 橡膠在預壓縮狀態(tài)下的單位壓力：約為0.26～0.50MPa,本設計中取為0.45 MPa。
所以有
模具閉合過程中，中間兩U形彎曲彎曲力由橡膠組的預壓縮力提供，而所需彎曲力為，所以每個橡膠承受壓力為
；
所以 ;
橡膠直徑為
，
所以橡膠直徑取為D=60mm.
根據文獻[3]式1-3橡膠的高度H與直徑D之比必須在一定范圍內，即
；
上述中在此范圍內，故符合要求。
4.壓塊的設計。
本設計中，壓塊的作用是在全部彎曲完成后壓住中凸模，使已完成的中部彎曲得到校正。由以上結構設計可以有壓塊高度為
式中 ——壓塊高度（mm）；
——沖模裝配好以后橡膠組的高度（mm）；
——側凸模的工作行程（mm）,本設計中為8.0mm;
所以 。
5.側凸模長度。
根據以上結構設計，側凸模長度為：
式中 ——中彎凸模長度（mm）；
——中彎凸模在固定板中的長度，本設計中為6mm；
——中彎凸模固定板的厚度，取位12mm；
——壓塊高度（mm）；
——側彎凸模在固定板中的長度，本設計中為6mm；
——側凸模的工作行程（mm）,本設計中為8.0mm。
所以 。
6.模座設計。
(1)根據文獻[4]表5-49通用鋼板模座尺寸選擇上下模座。
上模座 140×125×25 JB/T 7642.3—1994·Q235
下模座 160×125×30 JB/T 7642.3—1994·Q235
(2)模柄設計
模柄有剛性與浮動兩大類。常見的剛性模柄有四種形式：
(1)與模座整體式模柄，常用于小型模具；
(2)壓入式模柄，應用較廣；
(3)旋入式模柄，模具刃口要修模時裝拆方便；
(4)帶凸緣模柄，用于較大模具。
本設計中，選用
旋入式模柄：.
7.頂件板設計。
(1)中間彎曲頂件板設計。
由以上結構設計可以確定：
式中 ——中間彎曲頂件板厚度（mm）；
——中間凹模厚度（mm）；
——中部彎曲凹模工作長度（mm）；
所以 。
(2）兩側彎曲頂件板設計。
由以上結構設計可以確定：
式中 ——兩側彎曲頂件板厚度（mm）；
——兩側凹模厚度（mm）；
——兩側彎曲凹模工作長度（mm）；
——兩側凹模的底部厚度（mm）；
所以 。
8.選擇壓力機。
由以上計算可知：28507N，根據文獻[4]表4-33 （開式壓力機的主要參數）選取 壓力機為開式雙柱可傾式壓力機：
公稱壓力：40KN；
滑塊行程：40㎜；
行程次數：200（次/min）;
最大閉合高度：160㎜；
連桿調節(jié)量：35㎜ ；
工作臺尺寸（前后㎜×左右㎜）：180×280；
工作臺孔尺寸（前后㎜×左右㎜）：60×130；
模柄孔尺寸（直徑㎜×深度㎜）：30×50
最大傾斜角度：。
對于本模具，實際閉合高度為： ，所以滿足要求。
9.模具工作過程
模具的工作過程：在彎曲前，由于橡皮的作用時兩彎曲凸模底端面齊平。壓彎時，中間凸模與中間頂板將毛坯壓緊，由于橡膠壓力壓在中固板上的力大于作用在中間頂板上談定裝置的彈力，迫使頂板向下運動，完成中部彎曲。當中部頂板接觸下模座后，中間凸模停止下行，而上模的繼續(xù)運動，迫使橡膠壓縮，兩側凸模下行，完成兩側彎曲。當中間凸模固定板上的壓塊與上模座相碰時，整個工件得到矯正。
2.3 切斷彎曲復合模
2.3.1 坯料分析
前一幅模具生成的坯料件如下圖2-9所示。
2.3.2 工藝性分析
1. 沖壓力
(1) 切斷力。
根據文獻[1]得 沖孔力的計算公式
=Lt
式中 L——沖裁件周邊尺寸（㎜）；
t——沖裁件厚度（㎜）；
——材料的抗拉強度()
由文獻[4]表4-12得 =400
=400×1.5×42×2
=50400N.
(2)彎曲力
根據文獻[2]式3-2自由彎曲力的計算公式為
V形彎曲件： ；
圖2-9
式中 ——自由彎曲力（N）;
B ——彎曲件寬度(mm);
T ——彎曲件材料厚度(mm);
R ——彎曲內半徑(mm);
——材料抗拉強度（MPa）;
K ——安全系數，一般取K=1.3；
所以有： 。
(3)推料力
由文獻[1]推料力的計算公式
=n=
式中 ——切斷沖壓力（N）;
——推料力系數；
h ——凹模直壁洞口的高度（mm）；
t ——板料厚度（mm）；
n ——梗塞在凹模內的沖件數。
可由文獻[1]表3-8查取為 =0.05，又有 h取為3.0㎜，所以n=3.0/1.5=2。
故 =2×0.05×50400=5040N.
2. 模具間隙。
本模具中的彎曲部分的間隙可根據文獻[2]式3-8彎曲黑色金屬時，間隙值計算公式：
；
式中 ——凸、凹模間的單面間隙；
t——材料的公稱厚度；
n——因數，其與彎曲件高度H和彎曲線長度B有關，由文獻[3]表3-6查得n=0.05mm.
所以 =1.5×（1+0.05）=1.58mm.
3.模具工作部分設計
(1)切斷部分。
本制件形狀簡單，可按分別加工法計算工作部分尺寸。
由文獻[4]表3-3查得：
=0.132㎜， =0.240㎜
-=0.240-0.132=0.108㎜。
由文獻[4]表3-6查得各尺寸制造偏差：
能滿足 的要求。
根據文獻[1]式3-6知凸，凹模尺寸的計算公式：
式中 ——分別為沖孔凹，凸模的基本尺寸（mm）；
——沖空件的最小極限尺寸（mm）；
——沖裁件公差；
X ——磨損系數，其值應在0.5～1之間，與沖裁件精度有關。
由文獻[1]表3-5查得： .
所以
(2)彎曲部分。
根據文獻[3]式3-10凸模尺寸計算公式：
；
。
式中 、——凸、凹模工作部分尺寸（mm）；
B ——彎曲件公稱尺寸（mm）；
△ ——彎曲件尺寸公差；
、——凸、凹模的制造公差；
Z ——凸、凹模間隙（mm）。
所以 mm
mm
4.模具彎曲部分圓角半徑設計。
(1) 一般情況下，凸模圓角半徑等于或小于工件內側的圓角半徑。所以本設計中彎曲凸模圓角半徑均取為r=1.5mm.
(2) 工件在壓彎過程中，凸模將工件壓入凹模而成型，凹?？诓康膱A角半徑對于彎曲力和零件質量都有明顯影響。凹模圓角半徑的大小與材料進入凹模的深度，彎邊高度和材料厚度有關。在一般情況下，可用文獻[3]式3-11確定：
所以本設計中，將凹模圓角半徑均設為3.0mm.
5. 計算壓力中心。
本制件由于采用兩件對排，左右對稱，所以其壓力中心就是其幾何對稱中心。
2.3.3 模具結構設計
1.凹模設計。
(1)凹模厚度設計。
根據本設計中的模具結構，彎曲邊的長度為13.5mm,所以將凹模厚度設計為15mm.
(2) 凹模周界尺寸L×B設計。如下圖2-10所示
根據文獻[4]凹模壁厚計算公式：W=1.5H.
式中 W——凹模壁厚；
H—— 凹模厚度。
所以 W=1.5×15=22.5mm.
則有 L=51.92+22.5×2=96.92mm；
B=42+22.5×2=7mm.
考慮到本模具中的情況，根據文獻[4]表5-43確定凹模板周界尺寸為：
L×B×h=100×100×15mm.
2. 橡膠組設計
根據文獻[4]表3-9橡膠計算公式：
式中 ——橡膠自由高度（mm）；
——凸模的工作行程（mm）;
圖2-10
——預留的修模量。根據模具設計壽命，一般取4～6mm,本設計中取為5mm;
——橡膠的預壓縮量（mm）；
——沖模裝配好以后橡膠的高度（mm）；
F —— 所需的彈壓力（N）；
A ——橡膠橫截面積（）；