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摘 要
根據(jù)臺式電腦機箱側(cè)蓋的結(jié)構(gòu)特性，確定了級進模與兩副單工序模相結(jié)合的工藝方案。單工序模具先后完成90°折彎和側(cè)推壓平。該方案涉及沖孔、落料、切口、彎曲、起伏……工序。
級進模部分詳細闡述了排樣圖的設(shè)計、工藝與設(shè)計計算以及零部件的設(shè)計。合理的排樣是大批量沖壓生產(chǎn)中降低成本的有效措施之一，也是級進模設(shè)計的關(guān)鍵。工藝與設(shè)計計算包含凸、凹模刃口尺寸計算；沖壓力的計算；初選壓力機；壓力中心的計算。零部件的設(shè)計包括凸模；凹模；固定板；卸料板；定位零件（側(cè)刃、導正銷、導尺）；彈性元件——橡膠；浮料裝置；模座；模柄。
彎曲模部分主要闡述了工藝計算以及零部件的設(shè)計。其中包括彎曲件展開長度的計算、彎曲件回彈值的計算、彎曲力的計算、彎曲模工作部分尺寸的計算、壓力機的選擇……
側(cè)推壓平模部分著重描述了斜楔機構(gòu)。
該方案雖然需要3副模具及配套設(shè)備，但是充分利用了現(xiàn)有設(shè)備，保證了生產(chǎn)的可行性與經(jīng)濟性。模具設(shè)計過程中充分考慮制件功能要求，合理設(shè)計了模具結(jié)構(gòu)與零部件，結(jié)合精密加工與裝配，大大縮短了模具調(diào)試周期，提高了經(jīng)濟效益，對電子、通訊產(chǎn)品外殼制件的模具設(shè)計有一定的指導作用。
關(guān)鍵詞：側(cè)蓋；沖壓工藝；排樣；結(jié)構(gòu)設(shè)計
Abstract
According to the side cover structure characteristics of table model computer box，determined the progressive die and the single operation dies. The single operation dies finished 90°bending and lateral pushing.The project involved the procedure of blanking、piercing、notch、bend and fluctuation forming.
The blank layout design 、process and design calculation and the parts design were introduced in detail in the progressive die. The reasonable layout is one of the effective measures to reduce costs in mass press production，is also the key of the progressive die design.The process and design calculation contain the point size calculation of punch and matrix、the press force calculation、choosing press primarily and the center of load calculating.The parts design include punch、matrix；fixed plate；stripper plate；locating elements（pitch punch、guide pin、conducting plate）；elastic element—rubber；cushion；shoe and shank.
The process calculation and the parts design were elaborated mainly in the bending die.It included the blank length of bends calculating、the spring back value of bends calculating、the calculation of bending force、the working parts size of bending die calculating、choosing press and so on.
The lateral pushing die was described emphatically cam driver.
Although the project needs 3 molds and the supplementary equipments，but make full use of the existing equipment，ensured the production of the feasibility and efficiency.It consided fully workpieces function requirement in mould design process，designed the mold structure and the parts reasonably，combined precision machining and assembling，reduced the mold debugging cycle greatly，raised the economic efficiency and to the electronic and communication product outer covering workpiece's mold design has certain instruction function.
Key words：side cover；press process；layout；structure design
目 錄
引言 １
1 總論 １
1.1 工藝卡片 １
1.2 前言 ２
1.3 工藝設(shè)計 ２
1.3.1工藝特性分析 ２
1.3.2工藝方案設(shè)計 ３
2 級進模 ４
2.1 級進模的特點 ４
2.2 排樣圖設(shè)計 ５
2.2.1搭邊 ５
2.2.2載體 ６
2.2.3材料利用率 ６
2.3 級進?？傮w方案 ７
2.4 工藝與設(shè)計計算 ８
2.4.1凸、凹模刃口尺寸的計算 ８
2.4.2沖壓力的計算 １０
2.4.3初選壓力機 １３
2.4.4壓力中心的計算 １５
2.5 級進模零部件設(shè)計計算 １５
2.5.1凹模的設(shè)計計算 １５
2.5.2固定板的設(shè)計計算 １７
2.5.3卸料板的設(shè)計計算 １７
2.5.4定位零件的設(shè)計計算 １８
2.5.5彈性元件設(shè)計計算 １９
2.5.6凸模的設(shè)計計算 ２０
2.5.7浮料裝置的設(shè)計 ２２
2.5.8模柄的設(shè)計 ２２
2.5.9模座的設(shè)計 ２３
2.5.10模具的閉合高度 ２３
2.5.11壓力機的選擇 ２３
2.6 級進模裝配圖的設(shè)計繪制 ２４
2.6.1裝配圖的圖面布局 ２４
2.6.2裝配圖視圖的畫法 ２４
2.6.3裝配圖的尺寸標注 ２５
2.6.4裝配的技術(shù)要求 ２５
2.7 級進模零件圖的設(shè)計繪制 ２５
2.7.1零件圖視圖的畫法 ２５
2.7.2零件圖的尺寸標注 ２６
2.7.3零件圖技術(shù)要求 ２６
3 彎曲模 ２７
3.1 彎曲零件的工藝性 ２７
3.2 彎曲模總體方案的確定 ２８
3.3 彎曲工藝計算 ２９
3.3.1彎曲件展開長度計算 ２９
3.3.2彎曲件回彈值的計算 ２９
3.3.3彎曲力的計算 ３１
3.3.4沖壓力的總和 ３１
3.3.5初選壓力機 ３２
3.4 彎曲模零件設(shè)計計算 ３３
3.4.1彎曲模工作部分尺寸計算 ３３
3.4.2彎曲模其他零件的設(shè)計和選用 ３４
3.4.3彎曲模閉合高度的設(shè)計計算 ３５
3.4.4彎曲模在壓力機上安裝 ３５
3.4.5壓力機的選擇 ３６
3.5 彎曲模裝配圖的設(shè)計繪制 ３６
4 側(cè)推壓平模 ３６
4.1 模具結(jié)構(gòu) ３６
4.2 彎曲工藝計算 ３６
4.2.1彎曲力的計算 ３６
4.2.2側(cè)推回程彈簧的選用 ３７
4.2.3回彈 ３７
4.3 側(cè)推壓平模零件設(shè)計 ３８
4.3.1斜楔機構(gòu) ３８
4.3.2壓力機的選擇 ３９
4.4 側(cè)推壓平模裝配圖的設(shè)計繪制 ３９
5 結(jié)論 ３９
謝 辭 ４０
參考文獻 ４１
附 錄 ４２
４４
引言
隨著科學技術(shù)的進步、社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，沖壓加工技術(shù)的應用越來越廣泛，模具成形技術(shù)及模具設(shè)計與制造已成為當代工業(yè)生產(chǎn)的重要手段。
本課題是針對目前大量應用與生產(chǎn)的電腦機箱進行電腦機箱側(cè)蓋的沖壓工藝及模具設(shè)計，涉及級進模、彎曲模、側(cè)推壓平模，沖孔、落料、切口、彎曲、起伏……工序。設(shè)計工作的主要內(nèi)容包括：零件的工藝性分析、工藝方案的確定、工藝與設(shè)計的計算、零部件的設(shè)計以及二維裝配圖與非零件圖的繪制。
由于作者水平有限，本文難免有不妥之處，懇請老師批評指正。
1 總論
1.1 工藝卡片
零件名稱：電腦側(cè)蓋
生產(chǎn)批量：大批量
材料：SECC
料厚：0.6mm
零件簡圖，如圖1-1。
圖1-1 零件簡圖
如果尺寸沒有給出精度，可按IT10～IT14級精度補標工件尺寸公差，公差數(shù)值必須兼顧以下原則：
⑴如果沖壓件零件圖上沒有標注公差，只有公稱尺寸，則應該給以標注公差。
a.非圓形類按國家標準“非配合尺寸的公差數(shù)值”IT12～IT14級處理（配合類公差數(shù)值，客戶的圖紙是會給出的），沖壓模具按IT11級制造。
b.對于圓形件，按IT10處理，沖模按IT6～IT7級制造模具。
⑵按“入體”原則把它們逐個改為單向公差。
①. 落料件屬于外形部分，上偏差為零，下偏差為負（相當于基軸制標注，只小
不大）；屬于內(nèi)形部分上偏差為正，下偏差為零（相當于基孔制，只大不?。?
②. 沖孔件屬于內(nèi)形部分的上偏差為正，下偏差為零（相當于基孔制標注，只大
不?。?；屬于外形部分的上偏差為零，下偏差為負（相當于基軸制標注，只小不大）。
③.孔心距或距離的尺寸，按標注。
1.2 前言
圖1-1所示為臺式電腦機箱側(cè)蓋, 采用0.6mm 的SECC 鋼板沖壓成形。零件尺寸較大、結(jié)構(gòu)復雜、成形工序多, 且產(chǎn)量要求大, 導致模具設(shè)計難度大。特別是密集的散熱孔、折彎壓平及卡鉤裝配尺寸的保證都是該模具設(shè)計的瓶頸問題。本文綜合考慮了加工、使用及維護等各方面因素, 設(shè)計了合理的沖壓工藝方案及模具結(jié)構(gòu), 保證了沖壓生產(chǎn)的可行性與經(jīng)濟性。
1.3 工藝設(shè)計
1.3.1工藝特性分析
( 1) 材料特性
SECC 是日本JIS 牌號, 也就是電鍍鋅鋼板, 近年取代了傳統(tǒng)的SPCC 鋼板作為電器、通訊等產(chǎn)品的殼體零件的主要材料, 它保持了SPCC( 冷軋板) 的強度、塑性和韌性好等優(yōu)良性能, 其鍍層具有較好的耐指紋和耐腐蝕性能, 且不含任何對粘結(jié)劑結(jié)合力或涂漆性能有害的微量元素, 利于環(huán)保。所以, SECC 沖壓性能非常好, 并被廣泛應用。
( 2) 沖裁工藝性
沖裁件的形狀應該盡量簡單、對稱，最好是由圓弧和直線組成。應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。沖裁件上的孔與孔、或孔與邊緣的距離b、b1，其值也不能過小，一般取b≥1.5t，b1≥t。
一般情況，沖裁件的外形不能有尖角，應采用r>0.5t的圓角半徑過渡。滿足以上工藝要求的沖裁件，可有利于模具的制造和提高模具壽命及沖裁件的質(zhì)量。
零件展開如圖1-2 所示, 其內(nèi)外形轉(zhuǎn)角處均有圓角過渡, 最小孔為φ4mm, 沒有超越?jīng)_壓加工極限, 也避免了凸模和凹模的應力集中, 適合沖裁加工。但是,外形輪廓非常復雜, 不能采用普通的一次落料成形；內(nèi)孔密集, 為提高模具的可維修性, 必須將其凹模設(shè)計成鑲嵌結(jié)構(gòu), 必須保證有足夠的安裝空間。所以, 外形和內(nèi)孔沖裁都必須分步進行, 簡單的單工序模無法信任, 需要考慮連續(xù)模加工。
圖1-2 展開圖
( 3) 成形工藝性。
零件的成形類型主要包括彎曲和起伏, 工藝系數(shù)都在一次成形范圍內(nèi)。
起伏工序必須安排在彎曲工序之前, 且彎曲壓平特征的壓平寬度W>4mm, 不能采用正壓結(jié)構(gòu)成形,必須采用斜楔與滑塊組成的側(cè)推結(jié)構(gòu)。
1.3.2工藝方案設(shè)計
工程研討首先提出采用多工位級進模沖壓成形, 后經(jīng)排樣設(shè)計發(fā)現(xiàn)模具規(guī)模達到了3400mm×800mm, 模具結(jié)構(gòu)非常復雜, 制造難度大, 裝配工藝性和可維護性非常低, 且需要配用大型專用沖床, 根據(jù)企業(yè)現(xiàn)有裝備水平和制造能力, 確定該方案不可行。綜合分析各影響因素, 設(shè)計了首先采用多工位級進模沖壓完成沖裁、起伏及彎曲特征, 再利用兩副單工序彎曲模先后完成90°折彎和側(cè)推壓平的工藝方案。該方案雖然需要3副模具及配套設(shè)備, 但是充分利用了現(xiàn)有設(shè)備, 保證了生產(chǎn)的可行性與經(jīng)濟性。
2 級進模
2.1 級進模的特點
多工位級進模是在普通級進模的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種高精度、高效率、長壽命的模具，是技術(shù)密集型模具的重要代表，是沖模發(fā)展方向之一。這種模具除進行沖孔落料工作外，還可根據(jù)零件結(jié)構(gòu)的特點和成形性質(zhì)，完成壓筋、沖窩、彎曲、拉深等成型工序，甚至還可以在模具中完成裝配工序。沖壓時，將帶料或條料由模具入口端送進后，在嚴格控制步距精度的條件下，按照成型工藝安排的順序，通過各工位的連續(xù)沖壓，在最后工位經(jīng)沖裁或切斷后，便可沖制出符合產(chǎn)品要求的沖壓件。為保證多工位級進模的正常工作，模具必須具有高精度的導向和精確的定距系統(tǒng)，配備有自動送料、自動出件，安全檢測等裝置。所以多工位級進模與普通沖模相比要復雜，具有如下特點：
（1）在一副模具中，可以完成包括沖裁、彎曲、拉深和成型等多道工序；減少了使用多副模具的周轉(zhuǎn)和重復定位過程，顯著提高了勞動生產(chǎn)率和設(shè)備利用率。
（2）由于在級進模中工序可以分散在不同的工位上，故不存在復合模的“最小壁厚”問題，設(shè)計時還可根據(jù)強度和模具的裝配需要留出空工位，從而保證模具的強度和裝配空間。
（3）多工位級進模通常具有高精度的內(nèi)、外導向（除模架導向精度要求高外，還必須對細小凸模實施內(nèi)導向保護）和準確的定距系統(tǒng)，以保證產(chǎn)品零件的加工精度和模具壽命。
（4）多工位級進模常采用高速沖床生產(chǎn)沖壓件，模具采用了自動送料、自動出件、安全檢測等自動化準備，操作安全，具有較高的生產(chǎn)效率。目前，世界上最先進的多工位級進模工位數(shù)多達50多個，沖壓速度達1000次/min以上。
（5）多工位級進模結(jié)構(gòu)復雜，鑲塊較多，模具制造精度要求很高，給模具的制造、調(diào)試及維修帶來一定的難度。同時要求模具零件具有互換性，在模具零件磨損或損壞后要求更換迅速，方便，可靠。所以模具工作零件選材必須好（常采用高強度的高合金工具鋼、高速鋼或硬質(zhì)合金等材料），必須應用慢走絲線切割加工、成型磨削、坐標鏜等先進加工方法制造模具。
（6）多工位級進模主要用于沖制厚度較?。ㄒ话悴怀^2mm）、產(chǎn)量大、形狀復雜、精度要求較高的中、小型零件。用這種模具沖制的零件，精度可達IT10級。
2.2 排樣圖設(shè)計
排樣圖設(shè)計是多工位級進模設(shè)計的重要內(nèi)容，是首先要做的內(nèi)容，是模具結(jié)構(gòu)設(shè)計的依據(jù)之一。它影響到材料利用率、沖件質(zhì)量、模具結(jié)構(gòu)、成本和壽命。
排樣設(shè)計應遵循的原則
ü 在排樣圖的開始端安排沖孔、切口、切廢料等分離工位，再向另一端依次安排
成形工位，最后安排制件和載體分離。
ü 第一工位（開始端）一般安排沖孔和沖工藝導正孔。
ü 沖壓件上孔的數(shù)量較多，且孔的位置太低時，可分步在不同工位上沖出孔，但
孔不能因后續(xù)成形工序的影響而變形。
ü 為提高凹模鑲塊、卸料板及固定板的強度和保證各成形零件安裝位置不發(fā)生干
涉，可在排樣中設(shè)置空工位（又稱空步）。
ü 成形方向的選擇（有時彎曲件的彎曲方向向上或向下彎曲）要有利于模具的設(shè)
計和制造，有利于送料的順暢。若有不同于沖床滑塊沖程方向的沖壓成形動作，可采用斜滑塊、杠桿和擺塊等機構(gòu)轉(zhuǎn)換成形方向。
ü 對彎曲和拉深成形件，每一工位變形程度不宜過大，變形程度較大的沖壓件可
分幾次成形（能有效遏制回彈）。
ü 為避免U形彎曲件變形區(qū)材料的拉深，應先考慮，再彎成。
ü 在級進模拉深排樣中，可應用拉深前切口、切槽等技術(shù)，以便材料的流動。
ü 壓筋一般安排在沖孔前，在凸包的中央有孔時，可先沖一小孔，壓凸后再沖至
要求的孔徑，這樣有利于材料的流動。
ü 當級進成形工位數(shù)不是很多，制件的精度要求較高時，可采用壓回條料的技術(shù)
（即將凸模切至料厚的20%～30%后，再將被切制件反向壓入條料內(nèi)，再送到下一位加工，但不能將制件完全脫離帶料后再壓入）。
ü 搭口與搭接。級進模在沖過程中，各工步分段切斷余料后，形成工件完整的外
形，此時一個重要的問題就是如何使各段沖裁的連接部位平直或圓滑，以免出現(xiàn)毛刺、錯位、尖角等。搭接的方法可分為搭接和平接。
搭接量應大于0.5倍料厚，如果不受位置的限制可以增大至1～2.5倍材料厚度。
2.2.1搭邊
搭邊是指毛坯外形與條料側(cè)邊及相鄰毛坯外形之間設(shè)置的工藝廢料。搭邊的作用是保證毛坯從條料上分離，補償由于定位誤差使條料在送進過程中產(chǎn)生的偏移所需的工藝廢料。搭邊分側(cè)搭邊和中間搭邊。搭邊的基本要求是要有足夠的強度（搭邊的強度主要由搭邊的寬度決定的）。
搭邊的寬度是排樣時的重要工藝參數(shù)。搭邊寬度的選取需要兼顧以下因素：①材料利用率；②凸模強度；③條料的剛性；④產(chǎn)品的品質(zhì)。
搭邊值要合理地確定，搭邊值過大，浪費原材料，使材料利用率降低；搭邊值過小，沖裁時條料容易翹曲或拉斷，造成送料困難，有時會夾入凸、凹模的間隙之中，損壞模具刃口，產(chǎn)生毛刺等。
合理的搭邊值查表2-1確定。
表2-1 合理的搭邊值
料厚t
人 工 送 料
自動送料
圓 形
非圓形
反復送料
a
a1
a
a1
a
a1
a
a1
≤1
1.5
1.5
2
1.5
3
2
2.5
2
＞1～2
2
1.5
2.5
2
3.5
2.5
3
2
＞2～3
2.5
2
3
2.5
4
3.5
3.5
3
搭邊值a=2.5mm，a1=2mm。
2.2.2載體
在級進模內(nèi)，條料送進過程中，不斷地被切除余料，但是各工件之間到達最后工位以前，總要保留一些材料將其連接起來，這部分材料稱為載體。
限于被加工工件的形狀和工序的要求，其載體的形式也是各不相同的。
理想的載體是雙側(cè)載體，即到最后一個工位前條料的兩側(cè)仍保持有完整的外形，這對于送進、定位和導正都十分有利。
對于一些彎曲工序的工件，很難形成雙側(cè)載體，往往只能保持條料的一側(cè)有完整的外形，這樣的載體稱為單側(cè)載體。
載體的強度很重要，載體發(fā)生變形將使沖壓無法進行，甚至損壞模具，因此在排樣排樣設(shè)計中，在工件排列形式和選擇條料寬度以及其他方面等，都要使載體具有足夠的強度。
2.2.3材料利用率
排樣圖如圖2-1所示。
圖2-1 排樣圖
（送料：從左到右）
第1工位：沖散熱孔、外形；
第2工位：沖外形；
第3工位：沖外形，切口；
第4工位：沖孔；
第5工位：沖外形，彎曲；
第6工位：起伏成形；
第7工位：切斷。
排樣時，在保證工件質(zhì)量的前提下，主要考慮如何提高材料的利用率。材料利用率的計算公式如下：
一個進距的材料利用率的計算見式（2-1）。
（2-1）
=×100%
=86%
式中，A——沖裁件面積（包括內(nèi)形結(jié)構(gòu)廢料）；
n——一個進距內(nèi)沖裁件數(shù)目；
b——條料寬度，b=400mm；
h——進距，h=355mm。
2.3 級進?？傮w方案
如圖1-2 展開圖所示, 除外形落料, 其余有沖孔、起伏、彎曲等工序, 其中彎曲和起伏工序必須安排在局部落料之后, 為保證模具受力平衡盡可能對稱成形，故安排在模具中心線上成形, 這就決定了制件在排樣中的方向, 如圖2-1 所示。密集孔的沖裁因尺寸小, 凸模和凹模磨損快, 維修和更換頻繁, 不能采用整體式凹模, 而鑲拼式凹模要求有一定的安裝空間, 所以圖2-1中1~5 工位均有沖孔工序。
因產(chǎn)品尺寸較大, 故采用四角的邊料載體, 既保證送料的安全和穩(wěn)定, 又不妨礙順利成形, 最終在第6工位切除載體使制件與條料分離。模具定位方式采用側(cè)刃定距配合導正銷精定位, 不需要設(shè)置專門的導正孔, 而選用側(cè)蓋上的通風孔, 這是因為其尺寸精度要求不高, 即便因?qū)дp增大也不影響使用功能。
級進模結(jié)構(gòu)見附圖。
2.4 工藝與設(shè)計計算
2.4.1凸、凹模刃口尺寸的計算
〈1〉凸、凹模刃口尺寸的計算原則
l 設(shè)計基準：落料以凹模為設(shè)計基準，間隙取在凸模上；沖孔以凸模為設(shè)計
基準，間隙取在凹模上。
l 設(shè)計時間隙一律采用最小合理間隙值。
l 刃口尺寸的制造偏差方向：單向注入實體內(nèi)部。即磨損后，凸、凹模刃口尺寸變大的
取+ ；磨損后凸、凹模刃口尺寸變小的取- 。
l 刃口尺寸制造偏差的大?。汉唵涡螤睿碔T6～IT7取值；復雜形狀，取△；磨損
后尺寸無變化，取±△。
l 加工方法：簡單形狀，分別加工；復雜形狀，配合加工。
〈2〉復雜形狀凸、凹模刃口尺寸的計算
對于形狀復雜或料薄的沖裁件，為了保證凸、凹模之間一定的間隙值，必須采用配合加工。此方法是先加工好其中的一件（凸?；虬寄＃┳鳛榛鶞始?，然后以此基準件為標準來加工另一件，使它們之間保持一定的間隙。這種加工方法的特點是：
①模具間隙是在配制中保證的，因此不需要校核，所以加工基準件時可以適當放寬公差，使其加工容易。
②尺寸標注簡單，只需要在基準件上標注尺寸和公差，配制件僅標注基本尺寸并注明配做所留間隙值。
因此，目前一般工廠大多采用這種方法，但用此方法制造的凹、凸模是不能互換的。
由于復雜形狀工件，其各部分尺寸性質(zhì)不同，凸模與凹模磨損情況也不同，所以基準件的刃口尺寸需要按不同方法計算。對于沖孔件，應以凸模為基準件，凸模的磨損情況可分為三類：
第一類是凹模磨損后增大的尺寸（A類尺寸）；
第二類是凹模磨損后減小的尺寸（B類尺寸）；
第三類是凹模磨損后沒有增減的尺寸（C類尺寸）。
因此，對于復雜形狀的落料件或沖孔件，其模具基準件的刃口尺寸均可按式（2-2）計算。
A類：
B類: （2-2）
C類：
如沖φ4mm的孔，當以凸模為基準件，凸模磨損后，刃口尺寸減小，因此屬于B類尺寸。
查表得因數(shù)△為：
△=+0.16。
查表2-2得因數(shù)x為：
當△＜0.16時，x=0.75;
當△≥0.16時，x=0.5。
表2-2 因數(shù)x
材料厚度
t/mm
非 圓 形 x 值
圓 形 x 值
1
0.75
0.5
0.75
0.5
工 件 公 差 △/mm
﹤1
1～2
2～4
﹥4
﹤0.16
﹤0.20
﹤0.24
﹤0.30
0.17～0.35
0.21～0.41
0.25～0.49
0.21～0.59
≥0.36
≥0.42
≥0.50
≥0.60
﹤0.16
﹤0.20
﹤0.24
﹤0.30
≥0.16
≥0.20
≥0.24
≥0.30
∴
〈3〉沖裁間隙
沖裁模凸、凹模刃口部分尺寸之差稱為沖裁間隙，其雙面間隙用Z表示，單面間隙為Z/2。沖裁間隙值的選取對工件質(zhì)量、沖裁力的大小、模具的壽命都有顯著影響。沖裁間隙較大時會出現(xiàn)廢料穿過板料而隨凸模上升的現(xiàn)象，也會使脆性材料從凹?？字懈咚俅┏?，以至危及操作者的安全。
由表選擇間隙，取=0.05，=0.07。
2.4.2沖壓力的計算
Ⅰ.沖裁力的計算
（2-3）
式中，——沖裁力（N）；
L——沖裁件的周長（mm）；
t——材料厚度（mm）；
τ——材料抗剪強度（Mpa）。
考慮到凸、凹模刃口的磨損，模具間隙的波動，材料力學性能的變化以及材料厚度偏差等因素，實際所需的沖裁力還需增加30%，故選擇沖床時的沖裁力（N）應為：
（2-4）
式中，——材料的抗拉強度（Mpa），取=270 Mpa。
散熱孔周長=354×π×4=4446（mm）；
外形周長=1338mm；
切斷口周長=234mm；
其它=71+504=575（mm）。
∴ F=1.3×（1338+504+234+71+4446）×0.6×270
=1.3×6593×0.6×270
=1388（kN）
【附】：降低沖裁力的措施
當沖裁力過大時，可用下述方法降低：
【1】加熱沖裁
將材料加熱，抗剪強度τ可大大降低，從而降低沖裁力。但材料加熱后產(chǎn)生氧化皮，沖裁中會產(chǎn)生拉深現(xiàn)象。此法一般只適合材料厚度大，表面質(zhì)量和精度要求不高的零件。
【2】階梯凸模
在多個凸模沖裁中，將凸模做成不同的高度，可使各凸模不同時接觸材料，避免各凸模最大沖裁力同時出現(xiàn)，達到降低沖裁力的目的。
階梯凸模不僅能夠減小沖孔力，而且在多個直徑相差懸殊，距離又近的凸模沖孔時，還能避免小直徑凸模由于承受材料流動擠壓力的作用而產(chǎn)生折斷或傾斜的現(xiàn)象，因而減小磨損，提高了沖模壽命。所以一般將小直徑凸模做成短的，在連續(xù)模中，將不帶導正銷的凸模做成短的。
凸模的高度差h根據(jù)料厚決定：當料厚t≤3時，h=t；當t＞3時，h=0.5t。
階梯凸模的沖孔力可以按下式近似計算：
（2-5）
式中，F(xiàn)——按其中一個階梯（同一高度）凸模的沖孔力之和最大者選取。
設(shè)計這種沖裁模是應考慮：
l 各階梯凸模的分布應注意對稱，使其合力接近壓力中心；
l 使帶有導正銷的凸模首先工作；
l 使粗大的凸模最先工作，細小的凸模最后工作，避免細小凸模失
穩(wěn)或者受測壓折斷。
【3】波形刃口
波形刃口沖裁時，材料是逐步分離的，可以減小沖裁力和沖裁時的振動和噪聲。其結(jié)構(gòu)應對稱分布，避免偏移的側(cè)向力，啃壞刃口。為了獲得平整的工件，落料時，凸模應做成平刃口，凹模做成波刃。沖孔時，凹模應做成平刃，凸模做成波刃。這樣沖出的孔件平整而廢料彎曲。
波形刃口沖裁力可按下式計算，減小程度與波峰高度h、波角α有關(guān)，即
（2-6）
式中，k——減力系數(shù)，見表2-3；
——平刃口沖裁力（N）。
表2-3 波刃參數(shù)
t/mm
H/mm
α
k
＜3
2t
＜5°
0.5～0.3
3～10
t
＜8°
0.8～0.5
雖然波形刃口沖裁?？梢越档蜎_裁力，但卻增加了模具制造和維修的難度，刃口也容易磨損，應慎用。一般僅用于大型厚板沖裁及現(xiàn)有壓力機噸位不夠時。
Ⅱ.卸料力、推件力的計算
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；從凹模內(nèi)向下推出制件或廢料所需的力稱為推件力。
影響卸料力、推件力的因素很多，如材料的種類，材料厚度，沖裁間隙，零件形狀尺寸以及潤滑情況等。這些力通常采用經(jīng)驗公式進行計算，見式（2-7）。
（2-7）
卸料力
推件力
式中，F(xiàn)——沖裁力（N）；
n——卡在凹模洞口中的工件（或廢料）的數(shù)目，；
、——分別為卸料力、推件力因數(shù)，其值見表2-4。
表2-4 卸料力、推件力因數(shù)
料厚/mm
剛
≤0.1
0.06～0.09
0.1
＞0.1～0.5
0.04～0.07
0.065
＞0.5～2.5
0.025～0.06
0.05
＞2.5～6.5
0.02～0.05
0.045
＞6.5
0.015～0.04
0.025
取，。
∴ 卸料力=0.04×1338=53.5（kN）
推件力=10×0.05×1338=669（kN）
Ⅲ.彎曲力計算
①自由彎曲力的計算
（2-8）
式中，——自由彎曲力（沖壓行程結(jié)束，尚未進行校正彎曲時的壓力）（N）;
B——彎曲件寬度（mm）；
t——彎曲件材料厚度（mm）；
R——彎曲內(nèi)半徑（R=0.1t）（mm）。
——材料抗拉強度（Mpa）；
K——安全因數(shù)，一般取K=1.3。
∴ =
=2620（N）
②校正彎曲的彎曲力計算
（2-9）
式中，——校正力；
q——單位校正力（Mpa）；
A——工件被校正部分的投影面積（）。
Ⅳ.起伏力的計算
在模具作用下，通過板料局部產(chǎn)生凸起或凹下變形來改變毛坯或半成品形狀的沖壓工藝稱為起伏成形。起伏成形通常包括壓加強筋、壓包、壓字、壓制百葉窗、壓制工件表面上的浮雕形（凸凹形）等。
壓筋力 （2-10）
式中，L——凸模的周長（mm）；
t——材料厚度（mm）；
——材料的抗拉強度（Mpa）；
K——與筋的寬度及深度等因素有關(guān)的系數(shù)，一般取0.7～1。
∴ F=（244+π×1）×2×0.6×350×1
=104 （kN）
Ⅴ.計算沖壓力總和
該模具采用的是彈性卸料、下出件方式，因此沖壓力的總和為：
=1388+53.5+669+2.62+104
=2217 （kN）
2.4.3初選壓力機
壓力機的選擇主要包括兩方面內(nèi)容：類型和規(guī)格。
（1） 壓力機類型的選擇
壓力機類型的選擇主要依據(jù)所要完成的沖壓性質(zhì)、生產(chǎn)批量、沖壓件的尺寸及精度
要求等。本例精度要求較高，屬于大、中型沖壓件，故選用閉式壓力機。
（2）壓力機規(guī)格的選擇
壓力機規(guī)格的選擇主要依據(jù)沖壓件尺寸、變形力大小及模具尺寸等，初選壓力機規(guī)格時主要選擇壓力機的公稱壓力、行程次數(shù)等參數(shù)，閉合高度要在模具零件設(shè)計完成后，進行必要的校核再確定具體尺寸。
ⅰ.公稱壓力的選擇。沖裁時，壓力機的施力行程較?。ㄐ∮诠Q壓力行程）,因此所選壓力機的公稱壓力只要大于沖壓力的總和即可。
＞
因為 =2217 （kN）
所以，本例壓力機的公稱壓力可初選為=2500kN，型號為J36-250的閉式寬臺面壓力機。
ⅱ.行程次數(shù)。行程次數(shù)是指滑塊每分鐘沖擊的次數(shù)，即滑塊每分鐘往復運動的次數(shù)。主要考慮以下因素：
? 為了提高生產(chǎn)率，就要增加行程次數(shù)；
? 考慮操作方式（送、出料時間的快慢）；
? 不能忽略金屬變形速度這一因素（金屬流動速度）；
? 行程次數(shù)太高，將縮短設(shè)備壽命。
J36-250型壓力機的行程次數(shù)為17次/min，滿足沖裁件的生產(chǎn)效率要求
ⅲ.滑塊行程（S）。指滑塊的最大運動距離，即曲柄旋轉(zhuǎn)一周，上死點至下死點的距離。其值為曲柄半徑的兩倍：S=2R，主要考慮以下因素：
2 要保證毛坯放進和工件取出，應使滑塊行程大于工件高度（）的兩倍以上，
S＞2；
2 與行程次數(shù)有密切關(guān)系，行程長，則次數(shù)少，所以限制行程，可提高生產(chǎn)率。
J36-250型壓力機的滑塊行程為400mm，遠遠滿足沖裁件的沖壓行程。
ⅳ.閉合高度。壓力機的閉合高度是指滑塊在下死點時，滑塊底面到工作臺
上平面之間的距離。
u 壓力機的閉合高度可以通過調(diào)整連桿長度來改變其大小，將連桿調(diào)至最短時，
閉合高度最大，稱最大閉合高度。將連桿調(diào)至最長時，閉合高度最小，稱最小閉合高度。J36-250型壓力機的最大閉合高度為600mm，連桿調(diào)節(jié)量為250mm，故最小閉合高度為350mm。
u 當壓力機工作臺面上有墊板時，用壓力機的閉合高度減去墊板厚度，就是壓力
機的裝模高度，沒有墊板的壓力機，其裝模高度與閉合高度相等。
u 模具的閉合高度：指模具在最低工作位置時，上模座上平面至下模座下平面之
間的距離。它與壓力機的配合應該遵守下列關(guān)系：
600-5＞H＞350+10
595＞H＞360
式中，——壓力機的最大閉合高度，mm；
——壓力機的最小閉合高度，mm；
H——模具的閉合高度，mm；
——壓力機墊板厚度，mm。
如果壓力機上不設(shè)置墊板，本例所設(shè)計的模具閉合高度H在360～595mm之間。加上墊板，模具閉合高度H將減小。
ⅴ.工作臺面尺寸。壓力機工作臺面尺寸應大于下模周界50～70mm。J36-250型壓力機的工作臺面尺寸（前后×左右）為1250mm×2770mm,那么，設(shè)計時模具的下模座（寬×長）不要超過1150mm×2670mm。
2.4.4壓力中心的計算
沖模的壓力中心，即沖裁力合力的作用點。與沖裁力的大小有關(guān)，與刃口輪廓周長有關(guān)。
在設(shè)計沖模時，必須使沖模的壓力中心與沖床滑塊軸線重合，否則沖模在工作中就會產(chǎn)生偏心負荷彎矩，模具發(fā)生歪斜，導向機構(gòu)不均勻磨損，致使沖模間隙不均勻，刃口迅速變鈍，直接影響模具壽命和沖裁件質(zhì)量。
對稱形狀的工件，其壓力中心位于輪廓圖形的幾何中心。
對于復雜工件或多凸模沖裁的壓力中心，可利用力矩原理用計算法求得，即各分力對某坐標軸力矩之和等于其合力對該坐標軸的力矩。計算步驟如下：
【1】按比例畫出工件的輪廓形狀；
【2】在任意處作坐標軸xOy；
【3】將工件輪廓線分成若干基本線段、……。因沖裁力F與沖裁線段長度l成正比，故l可代表沖裁力的大??；
【4】計算各基本線段到y(tǒng)軸的距離、……和到x軸的距離、……；
【5】據(jù)力矩原理得到壓力中心c點到x軸和y軸的距離公式：
（2-11）
2.5 級進模零部件設(shè)計計算
2.5.1凹模的設(shè)計計算
A.凹?？卓诘脑O(shè)計
a.凹?？卓谛问健比斜诳卓诎寄?。
b.凹模孔口高度（h）。其孔口高度不宜過大，一般可按材料的厚度（t）選取。
t﹤0.5mm時，h=3～5mm；
t=0.5～5mm時，h=5～10mm；
t＞5～10mm時，h=10～15mm。
電腦側(cè)蓋的材料厚度為0.6mm，取凹?？卓诟叨?mm，見圖2-2。
圖2-2 凹?？卓谛问?
B.凹模外形尺寸的計算
凹模的外形尺寸常用下列經(jīng)驗公式確定。
凹模的厚度H=Kb。
凹模壁厚（指凹模刃口與外邊緣的距離）
c=（1.5～3）H
式中，b——凹模孔的最大寬度；
K——因數(shù)，見表2-5；
H——凹模厚度，其值為15～20mm；
c——凹模壁厚，其值為26～40mm。
表2-5 因數(shù)K的數(shù)值
料厚t /mm
b/mm
0.5
1
2
3
﹥3
﹤50
0.3
0.35
0.42
0.50
0.60
﹥50～100
0.2
0.22
0.28
0.35
0.42
﹥100～200
0.15
0.18
0.20
0.24
0.30
﹥200
0.10
0.12
0.15
0.18
0.22
按上式計算的凹模外形尺寸，可以保證凹模有足夠的強度和剛度，一般可不再進行強度校核。
H=Kb=0.12×272=32.64mm，取H=40mm。
c=1.5H=60mm。
凹模長度L的確定：
60+6×355+100+100=2390（mm）；
凹模寬度=395+2c=515mm；
凹模的尺寸取:2390mm×515mm×40mm。
凹模板側(cè)面加工出斜面，使工件從側(cè)面滑出，在適當部位安裝氣管噴嘴，利用壓縮空氣將成品件吹出凹模。
采用自制模架——滾動導向、四導柱模架。
C.凹模板螺紋孔、銷孔、導柱/導套孔、型孔的布置
2 絲孔的布置
模具的凹模螺孔、銷孔應該做在同一條線上；
各模板的銷孔設(shè)置兩個，且應該對稱。
2 螺絲孔的布置
凹模板上一般是不可以做沉孔的，其他模板上可以做沉孔。
2 導套/導柱的布置
如遇導套/導柱孔則以導套外徑為基準。
2 螺孔到凹模孔、螺孔到銷孔的距離一般取b>2d。
2.5.2固定板的設(shè)計計算
1>.凹模固定板的設(shè)計
①凹模固定板的外形設(shè)計尺寸。
②凹模固定板的厚度，與凹模一致，取40mm。
2>.凸模固定板的設(shè)計
a.凸模固定板的外形尺寸。一般情況，凸模固定板的外形尺寸與凹模（或凹模固定板）或卸料板尺寸相同。
b.凸模固定板的厚度。按經(jīng)驗公式求得：
=（0.6～0.8）=（0.6～0.8）×40=(24～32)(mm)。
式中，——凸模固定板厚度。
取=30mm。
2.5.3卸料板的設(shè)計計算
卸料板的作用是將抱在凸模上的工件或廢料卸下。
⑴卸料板的類型選擇
一般常用的卸料板有固定卸料板和彈性卸料板兩種。
固定卸料板裝于下模，具有卸料力大、工作可靠、模具安裝方便等優(yōu)點；但是沖裁時卸料板壓不住材料，沖出的工件平整度差。固定卸料板與凸模的間隙一般為0.2～0.6mm，沖裁的材料厚度大于1.5mm。
彈性卸料板除了在沖裁后卸料外，還可在沖裁前壓住材料，使沖制的工件平整度好，一般沖制材料厚度小于1.5mm或材料較軟的工件，故選用彈性卸料板。
彈性卸料板與凸模的雙邊間隙一般為0.1～0.2mm，或采用H9/f8等間隙配合。為了可靠卸料，彈性卸料板應高出凸模0.2～0.5mm。
⑵卸料板的尺寸
a.外形
彈性卸料板的外形一般與同方向上的固定板的外形一致；固定卸料板一般與凹模外形一致。
b.厚度
按經(jīng)驗公式求得=（0.8～1）=（0.8～1）×40=（32～40）（mm）。
式中，——卸料板的厚度。
取=35mm。
在工廠的實際生產(chǎn)中，沖壓單個毛坯時直接采用橡膠緊箍在凸模上進行卸料，這樣可使模具設(shè)計、加工以及維修簡單化，縮短周期，降低成本。
2.5.4定位零件的設(shè)計計算
模具上定位零件的作用是使毛坯在模具上能夠正確定位。毛坯在模具中的定位有兩個內(nèi)容：一是在送料方向上的定位，用來控制送料的進距，通常稱為擋料；二是在與送料方向垂直方向上的定位，通常稱為送進導向。
Ⅰ.導尺（導料板）
采用條料或帶料沖裁時，一般選用導尺或?qū)Я箱N來導正材料的送進方向。導尺常用于單工序模和級進模，導料銷是導尺的簡化形式，多用于有彈性卸料板的單工序模。導尺的厚度根據(jù)條料的厚度、質(zhì)量情況和工件的定位形式而定。導尺兩側(cè)定位部分之間的距離，應等于條料寬度加上0.2～1.0mm的間隙。如果條料寬度公差過大，則需在一側(cè)導尺上裝側(cè)壓裝置，來消除條料的寬度誤差。這樣，條料總是被壓向另一側(cè)稱之為基準導尺的面上。采用固定擋料銷時，導料板厚度見表2-6。
表2-6 導料板厚度H （mm）
材料厚度t
擋料銷高度h
導料板厚度H
固定導料銷
自動導料銷或側(cè)刃
0.3～2
3
6～8
4～8
2～3
4
8～10
6～8
3～4
4
10～12
8～10
Ⅱ.側(cè)刃
在連續(xù)模中，為了限定條料的送進距離，在條料側(cè)邊沖切出一定形狀缺口的凸模，稱為側(cè)刃。它定位精度高、可靠，保證有較高的送料精度和生產(chǎn)率，其缺點是增加了材料消耗和沖裁力。適用的材料厚度為0.1～1.5mm。
側(cè)刃斷面的關(guān)鍵尺寸是寬度b其他尺寸按國家標準中的規(guī)定。寬度b原則上等于步距，但在側(cè)刃與導正銷兼用的連續(xù)模中，側(cè)刃的寬度b必須保證導正銷在導正過程中，條料有少許活動的可能，其寬度為
b=s+（0.05～0.1） （2-12）
式中，b——側(cè)刃寬度，mm；
S——送進步距，mm。
側(cè)刃凹模按側(cè)刃實際尺寸配制，留單邊間隙。
Ⅲ.導正銷
使用導正銷的目的是消除送料導向和送料定距或定位板等粗定位的誤差，沖裁時，導正銷先進入已沖孔中，導正條料位置，保證孔與外形相對位置公差的要求。導正銷主要用于連續(xù)模，也可用于單工序模。導正銷通常與擋料銷配合使用，也可以與側(cè)刃配合使用。
導正銷做精確定位時，由導正銷上圓錐形斜面再將條料向回拉約0.2mm，散熱孔4mm與1.5mm尺寸完成精確定距。
圖2-3 導正銷
2.5.5彈性元件設(shè)計計算
橡膠主要是黑色橡膠和聚氨酯橡膠。橡膠的壓縮量一般不能超過橡膠自由高度的30%，否則橡膠會過早地失去彈性。
㈠橡膠的自由高度
本模具中橡膠板的工作行程由以下幾部分組成：凸模修磨量5mm，凸模凹進卸料板1mm，工件厚度1.2mm，凸模沖裁后進入凹模2mm。以上4項長度之和就是橡膠板的工作行程h，即：
h=5+1+0.6+2=8.6mm
取壓縮量為自由高度的0.25，則橡膠板的自由高度為：
=34.4（mm）
取=34mm。
㈡橡膠的直徑
（2-13）
=
=50472（）
=
=254（mm）
式中，——橡膠壓力，可取等于或大于卸料力，N；
A——橡膠的橫截面積，；
P——與橡膠壓縮量有關(guān)的單位壓力，查表2-7得1.06Mpa；
D——橡膠的直徑，mm。
表2-7 橡膠壓縮量與單位壓力值
壓縮量/%
10
15
20
25
30
35
單位壓力/Mpa
0.26
0.5
0.74
1.06
1.52
2.10
2.5.6凸模的設(shè)計計算
沖裁時，各凸模同時落下進入沖裁狀態(tài)，此時大凸模的沖裁會造成材料微小的移動，若此時小凸模也處于沖裁狀態(tài)，會造成小凸模的折斷，因此使大凸模長度大于小凸模0.5mm，也就是在大凸模完成沖裁之后，其它小凸模再進入沖裁工作再進入沖裁工作狀態(tài)，可起到保護小凸模的作用。
沖φ4孔的凸模
<1>凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計
圖2-4 有導向凸模
凸模與凸模固定板的配合部分，采用過渡配合H7/m6或H7/n6。
<2>凸模長度的計算
凸模長度尺寸根據(jù)模具的具體結(jié)構(gòu)，并考慮修磨、固定板與卸料板之間的安全距離、裝配等的需要來確定。
當采用彈性卸料板時，其凸模長度按下式計算：
=30+35+0.6+20
=85（mm）
式中，——凸模長度，mm；
——凸模固定板厚度，mm；
——卸料板厚度，mm；
t——材料厚度，mm；
h——增加長度，mm。它包括凸模的修磨量、凸模進入凹模的深度（0.5～1mm）、凸模固定板與卸料板之間的安全距離等，一般取10～20mm。
<3>凸模的強度和剛度校核
在一般情況下，凸模的強度是足夠的，所以不用進行強度計算。但是對于特別細長的凸?；虬辶虾穸容^大的情況下，應進行壓應力和彎曲應力的校核，檢查其危險斷面尺寸和自由長度是否滿足強度要求。
①壓應力的校核
圓形凸模按式（2-14）進行壓應力校核。
(2-14)
=
≥0.54mm
式中，——凸模最小直徑（mm）；
t——料厚（mm）；
τ——材料的抗剪強度（Mpa）取τ=270 Mpa；
——凸模材料的許用壓應力（Mpa）,取=1200 Mpa。
②彎曲應力的校核
凸模的抗彎能力，根據(jù)模具結(jié)構(gòu)特點，可分為無導向裝置和有導向裝置凸模兩種情況。
帶導向裝置的圓形凸模見式（2-15）：
（2-15）
≤33mm
式中，——允許的凸模最大自由長度（mm）；
d——凸模的最小半徑（mm）；
F——沖裁力（N）。
故，沖散熱孔凸模采用整體形式。
2.5.7浮料裝置的設(shè)計
工件在第3工位切口，第5工位彎曲，第6工位起伏，并且方向向下，因此條料在送進中會產(chǎn)生障礙。為此，可采取如下措施：①浮料；②開槽。
為了使條料在沖壓過程中能可靠起伏，設(shè)置彈性浮頂器。為了防止浮頂器鉤住條料上的孔而引起送料不暢，保證送料穩(wěn)定，適當?shù)卦黾訌椥愿№斊鳌?
彈性浮頂器結(jié)構(gòu)如圖2-5 所示。
圖2-5 浮頂器
1—頂料柱；2—頂料柱；3—下模座
4—壓簧；5—螺釘
2.5.8模柄的設(shè)計
模柄的作用是將上模與壓力機的滑塊相連接。在安裝模具時應注意模柄直徑與壓力機模柄孔直徑要一致。模柄的形式采用有凸緣的模柄結(jié)構(gòu)，如圖所示。
圖2-6 有凸緣的模柄
此模柄與上模座的連接，采用過渡配合（H7/m6）。
2.5.9模座的設(shè)計
A.采用矩形模座。長度比凹模長度大40～70mm，寬度可與凹模的寬度相同或稍寬一些。
B.模座厚度一般可根據(jù)凹模厚度來定，通常按下式選?。?
=（1～1.5）（有時取＜）
=（40～60）（mm）
式中，——上模座厚度，mm；
——下模座厚度，mm。
取=5