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固定墊板沖裁模具設(shè)計
固定墊板沖裁模具設(shè)計
1.緒論
1.1沖壓的概念、特點及應用
沖壓是利用安裝在沖壓設(shè)備（主要是壓力機）上的沖模對材料施加壓力，使其產(chǎn)生分離或塑性變形，從而獲得所需零件（俗稱沖壓或沖壓件）的一種壓力加工方法。沖壓通常是在常溫下對材料進行冷變形加工，且主要采用板料來加工成所需零件，所以也叫冷沖壓或板料沖壓。沖壓是材料壓力加工或塑性加工的主要方法之一，隸屬于材料成型工程技術(shù)。
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一種工藝裝備。沖模在沖壓中至關(guān)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、高效的沖壓設(shè)備和沖壓材料構(gòu)成沖壓加工的三要素，只有它們相互結(jié)合才能得出沖壓件。
與機械加工及塑性加工等其它方法相比，沖壓加工無論在技術(shù)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。這是因為沖壓是依靠沖模和沖壓設(shè)備來完成加工，普通壓力機的行程次數(shù)為每分鐘可達幾十次，高速壓力要每分鐘可達數(shù)百次甚至千次以上，而且每次沖壓行程就可能得到一個沖件。
（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，冷沖壓產(chǎn)品壁薄、質(zhì)量輕、剛度好。
（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(shè)備，因而是一種省料，節(jié)能的無切削加工方法，沖壓件的成本較低。
但是，沖壓加工所使用的模具一般具有專用性，有時一個復雜零件需要數(shù)套模具才能加工成形，且模具 制造的精度高，技術(shù)要求高，是技術(shù)密集形產(chǎn)品，制造成本高。所以，只有在沖壓件生產(chǎn)批量較大的情況下，沖壓加工的優(yōu)點才能充分體現(xiàn)，從而獲得較好的經(jīng)濟效益。
沖壓在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，尤其是大批量生產(chǎn)中應用十分廣泛。相當多的工業(yè)部門越來越多地采用沖壓法加工產(chǎn)品零部件，如機械制造、車輛生產(chǎn)、儀器、儀表、電子、航空、航天、家電及輕工等行業(yè)。在這些工業(yè)部門中，沖壓件所占的比重都相當?shù)拇螅賱t60%以上，多則90%以上。不少過去用鍛造、鑄造和切削加工方法制造的零件，現(xiàn)在大多數(shù)已經(jīng)被質(zhì)量輕、剛度好的沖壓件所代替。通過沖壓加工，大大提高了生產(chǎn)效率，降低了成本。因此可以說，如果生產(chǎn)中不采用沖壓工藝，許多工業(yè)部門的產(chǎn)品提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本、快速進行產(chǎn)品更新?lián)Q代等都是難以實現(xiàn)的。
1.2沖壓的基本工序及模具
由于沖壓加工的零件種類繁多，各類零件的形狀、尺寸、精度要求及生產(chǎn)批量又各不相同，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、尺寸和切斷面質(zhì)量的沖壓件（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、成形和立體壓制五種基本工序，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組合工序，即把兩個以上的單獨工序組成的一道工序，構(gòu)成所謂復合、級進、復合-級進的組合工序。
復合沖壓——在壓力機的一次工作行程中，在一副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面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(jié)構(gòu)類型也很多。通常按工序性質(zhì)可分為落料模、沖孔模、切斷模、切邊模、切舌模、剖切模、整修模、精沖模等；按工序的組合方式可分為單工序模（俗稱簡單模）、復合模和級進模（俗稱連續(xù)模）等。盡管有的沖裁俗稱簡單模很復雜，但總是分為上模和下模。上模一般固定在壓力機的滑塊上，下模固定在壓力機的工作臺上。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、凹模等）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沖壓技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展方向
隨著科學技術(shù)的不斷進步和工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，許多新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備、新材料不斷涌現(xiàn)，因而促進了沖壓技術(shù)的不斷革新和發(fā)展。其主要表現(xiàn)和發(fā)展方向如下：
(1).沖壓成形理論及沖壓工藝方面
沖壓成形理論的研究是提高沖壓技術(shù)的基礎(chǔ)。目前，國內(nèi)外對沖壓成形理論的研究非常重視，在材料沖壓性能研究、沖壓成形過程應力應變分析、板料變形規(guī)律研究及坯料與模具之間的相互作用研究等方面均取得了較大的進展。特別是隨著計算機技術(shù)的飛躍發(fā)展和塑性變形理論的進一步完善，近年來國內(nèi)外已開始應用塑性成形過程的計算機模擬技術(shù)，即利用有限元（FEM）等有值分析方法模擬金屬的塑性成形過程，根據(jù)分析結(jié)果，設(shè)計人員可預測某一工藝方案成形的可行性及可能出現(xiàn)的質(zhì)量問題，并通過在計算機上選擇修改相關(guān)參數(shù)，可實現(xiàn)工藝及模具的優(yōu)化設(shè)計。這樣既節(jié)省了昂貴的試模費用，也縮短了制模具周期。
研究和推廣應用旨在提高生產(chǎn)率及產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本和擴大沖壓工藝應用范圍的各種沖壓新工藝，也是沖壓技術(shù)的發(fā)展重要趨勢。目前，國內(nèi)外相繼涌現(xiàn)并迅速用于生產(chǎn)的沖壓先進工藝有精密沖壓工藝、軟模成形工藝、高能高速成形工藝及無模多點成形工藝等精密、高效、經(jīng)濟的沖壓新工藝。這些沖壓先進技術(shù)在實際生產(chǎn)中已經(jīng)取得并將進一步取得良好的技術(shù)經(jīng)濟效果。
(2).沖模設(shè)計與制造方面
沖模是實現(xiàn)沖壓生產(chǎn)的基本條件.在沖模的設(shè)計制造上,目前有兩種趨向應給予足夠的重視:一是模具結(jié)構(gòu)與精度正朝著兩方面發(fā)展。一方面,為了適應高速、自動、精密、安全等大批量現(xiàn)代生產(chǎn)的需要，沖模正向高效率、高精度、高壽命及多工位、多功能方向發(fā)展，與此相比適應的新型模具材料及其熱處理技術(shù)，各種高效、精密、數(shù)控自動化的模具加工機床和檢測設(shè)備以及模具CAD/CAM技術(shù)也在迅速發(fā)展；另一方面，為了適應產(chǎn)品更新?lián)Q代和試制或小批量生產(chǎn)的需要，鋅基合金沖模、聚氨酯橡膠沖模、薄板沖模、鋼帶沖模、組合沖模等各種簡易沖模及其制造技術(shù)也得到了迅速發(fā)展。
二是模具設(shè)計與制造的現(xiàn)代化。模具制造技術(shù)現(xiàn)代化是模具工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)。計算機技術(shù)、信息技術(shù)、自動化技術(shù)等先進技術(shù)在模具技術(shù)中得到廣泛的應用，使模具設(shè)計與制造水平發(fā)生了深刻的革命性的變化。目前最為突出的是模具CAD/CAM/CAE。在這方面，國際上有許多應用成熟的計算機軟件，我國不但能消化、應用國外的有關(guān)軟件，少數(shù)單位還能自行開發(fā)或正在開發(fā)模具CAD/CAM/CAE軟件。在一些行業(yè)，如汽車行業(yè)的主要模具企業(yè)，實現(xiàn)了模具CAD/CAM/CAE一體化。盡管其總體水平與國際上的還有差距，但它代表了我國模具技術(shù)的發(fā)展成果與發(fā)展方向。
(3).沖壓設(shè)備和沖壓生產(chǎn)自動化方面
性能良好的沖壓設(shè)備是提高沖壓生產(chǎn)技術(shù)水平的基本條件，高精度、高壽命、高效率的沖模需要高精度、高自動化的沖壓設(shè)備相匹配。為了適應沖壓新工藝的需要，研制了許多新型結(jié)構(gòu)的沖壓設(shè)備，為了滿足新產(chǎn)品少批量生產(chǎn)的需要。目前沖壓設(shè)備也由單工位、單功能、低速壓力機朝著多工位、多功能、高速和數(shù)控方向發(fā)展，為了提高生產(chǎn)效率和安全保障，應用各種自動化裝置、機械手乃至機器人的大量使用，使沖壓生產(chǎn)效率得到大幅度提高，各式各樣的沖壓自動線和高速自動壓力機紛紛投入使用。如在數(shù)控四邊折彎機中送入板料毛坯后，在計算機程序控制下便可依次完成四邊彎曲，從而大幅度提高精度和生產(chǎn)率；在高速自動壓力機上沖壓電機定轉(zhuǎn)子沖片時，一分鐘可沖幾百片，并能自動疊成定、轉(zhuǎn)子鐵芯，生產(chǎn)效率比普通壓力機提高幾十倍，材料利用率高達97%；公稱壓力為250KN的高速壓力機的滑塊行程次數(shù)已達2000次/min以上。在多功能壓力機方面，日本豐田公司生產(chǎn)的2000KN“沖壓中心”采用CNC控制，只需5min時間就可完成自動換模、換料和調(diào)整工藝參數(shù)等工作；美國惠特尼公司生產(chǎn)的CNC金屬板材加工中心，在相同的時間內(nèi)，加工沖壓件的數(shù)量為普通壓力機的4～10倍，并能進行沖孔、分段沖裁、彎曲和拉深等多種作業(yè)。
(4).沖壓標準化及專業(yè)化生產(chǎn)方面
模具的標準化及專業(yè)化生產(chǎn)，已得到模具行業(yè)和廣泛重視。因為沖模屬單件小批量生產(chǎn)，沖模零件既具的一定的復雜性和精密性，又具有一定的結(jié)構(gòu)典型性。因此，只有實現(xiàn)了沖模的標準化，才能使沖模和沖模零件的生產(chǎn)實現(xiàn)專業(yè)化、商品化，從而降低模具的成本，提高模具的質(zhì)量和縮短制造周期。目前，國外先進工業(yè)國家模具標準化生產(chǎn)程度已達70%～80%，模具廠只需設(shè)計制造工作零件，大部分模具零件均從標準件廠購買，使生產(chǎn)率大幅度提高。模具制造廠專業(yè)化程度越不定期越高，分工越來越細，如目前有模架廠、頂桿廠、熱處理廠等，甚至某些模具廠僅專業(yè)化制造某類產(chǎn)品的沖裁模或彎曲模，這樣更有利于制造水平的提高和制造周期的縮短。我國沖模標準化與專業(yè)化生產(chǎn)近年來也有較大發(fā)展，除反映在標準件專業(yè)化生產(chǎn)廠家有較多增加外，標準件品種也有擴展，精度亦有提高。但總體情況還滿足不了模具工業(yè)發(fā)展的要求，主要體現(xiàn)在標準化程度還不高（一般在40%以下），標準件的品種和規(guī)格較少，大多數(shù)標準件廠家未形成規(guī)?；a(chǎn)，標準件質(zhì)量也還存在較多問題。另外，標準件生產(chǎn)的銷售、供貨、服務等都還有待于進一步提高。
設(shè)計要求:設(shè)計該零件的沖裁模
沖壓件圖如下圖所示:
圖1-1
沖壓技術(shù)要求:
1. 材料: Q235；
2. 材料厚度: 2.5 mm；
3. 生產(chǎn)批量：大批量生產(chǎn)，月產(chǎn) 470000件；
4. 精度要求：保證中心孔與外形輪廓一般相對位置精度。
2.沖裁件工藝性分析和方案確定
2.1零件的工藝性分析
圖樣所示零件均未標注公差的一般尺寸,按慣例取公差等級IT12 級,符合一般沖壓的精度要求,模具精度取IT9即可。
圖樣零件材為 Q235 鋼板,能夠進行一般的沖壓加工,市場上也容易得到這種材料,價格適中。
外形落料的工藝性: 零件屬于中小零件,材料厚 t= 2.5 mm,外形簡單,結(jié)構(gòu)對稱，是由圓弧和直線組成，尺寸精度要求一般,因此可用沖裁落料工藝。
沖孔工藝: 沖中心孔孔徑為 20 mm,兩小孔孔徑為 10 mm,中心孔與兩個小孔之間距離為5mm。材料Q235的抗剪強度=310～380Mpa，一般沖孔模可沖壓的最小孔徑為d≥t=2.5 mm，故個孔均符合沖壓工藝要求?？壮叽缇纫笠话憧刹捎脹_孔工藝。
綜合以上幾個方面的情況可認為圖樣所示主要沖壓工序的工藝性良好。
2.2 確定合理沖壓工藝方案
圖樣所示零件所需的基本工序為沖孔、落料。可擬定出如下工藝方案:
方案1.用單工序模分四次加工，即:沖孔(中心孔)—沖孔(小孔)--沖孔(小孔)—落料。
方案2.用單工序模和復合模分兩次加工，即:落料---沖孔(中心孔和小孔)。
方案3.用復合模一次加工。
方案4.用級進模沖制。
采用方案1,2會使工件尺寸的積累誤差加大,生產(chǎn)率低,操作不方便也不安全,但模具簡單,制造周期短,不過工序分散,模具和設(shè)備數(shù)量要求多.采用方案3零件生產(chǎn)率提高,尺寸精度較好,使用的設(shè)備較少,產(chǎn)品質(zhì)量高,但復合模具結(jié)構(gòu)復雜,制造精度要求高，成本高，且模具壽命較低；采用方案4生產(chǎn)率提高,尺寸精度可以保證,模具壽命長,但設(shè)計制造也復雜；比較各個方案,方案4適合在大批量生產(chǎn)用任意幾何形狀板類零件，而且形狀比較簡單，內(nèi)孔數(shù)量不太多,能夠保證產(chǎn)品的質(zhì)量,生產(chǎn)效率也高,使用壽命長,減少了模具和設(shè)備的數(shù)量，工件精度較高，便于操作和實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，綜合的生產(chǎn)成本方案4更經(jīng)濟,現(xiàn)確定用此方案進行生產(chǎn)。
根據(jù)給定的產(chǎn)量的要求,按每月22天/每天8小時計,實行單班生產(chǎn),則每分鐘的產(chǎn)量是45件,因此采用普通板人工送料,即可滿足生產(chǎn)的需要，根據(jù)市場的供應情況原材料選1000mm2000mm2.5 mm熱軋鋼板。
3.毛坯排樣類型選擇
由所示零件,依據(jù)條料的供應形式、被沖壓零件形狀及尺寸變形關(guān)系，典型的排樣方案有兩種如下圖:
圖3-1
采用第一種方案要求條料寬度小,模具寬度小,但模具會較長,而且送進步距長,不便實現(xiàn)快速生產(chǎn)。
采用第二種方案模具寬度增加,但模具長度會縮短,送進步距小,便于提高生產(chǎn)效率。
兩種方案的材料的利用率相當,在同樣保證產(chǎn)品質(zhì)量的情況下,根據(jù)少（無）廢料及最佳經(jīng)濟原則，方案二的生產(chǎn)效率較高,所以考慮擬用第二種排樣方案。
4.零件排樣分析
4.1工序排樣類型
根據(jù)零件的沖壓要求,所以該零件的沖壓適于落料型工序排樣。設(shè)定工序排樣為：（1）沖中心孔φ20，（2）沖兩個小孔R5，（3）落料。
4.2確定沖裁位置
沖裁位置的確定既是確定凹模形孔的分布位置，工位數(shù)及各工位的作業(yè)內(nèi)容，明確零件在模具的沖制順序。
如下圖所示：
圖4-1
4.3零件排樣樣圖
根據(jù)以上幾個方向的設(shè)計,經(jīng)綜合分析比較,可確定圖樣所示零件的沖壓工序排樣圖如圖所示，采用直排的排樣方式，零件的沖制用三工位級進模。
第一工位：沖中心孔；
第二工位: 沖小孔 (兩個小孔一個工位完成)；
第三工位: 落料。
沖缺口 外形落料 沖小孔 沖中心孔
圖4-2
4.4確定步距大小
表4-1沖裁金屬材料的搭邊值（mm）
手送料
自動送料
料厚
圓形
非圓形
往復送料
～1
1.5
1.5
2
1.5
3
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
＞3～4
3
2.5
3.5
3
5
4
4
3
＞4～5
4
3
5
4
6
5
5
4
＞5～6
5
4
6
5
7
6
6
5
＞6～8
6
5
7
6
8
7
7
6
8以上
7
6
8
7
9
8
8
7
注：沖非金屬材料（皮革、紙板、石棉等）時，搭邊值應乘1.5～2。
查表4-1可知,搭邊值為:
沿送進方向搭邊為=2 mm
側(cè)向搭邊為=2.5 mm
由此可算出步距初定為：
S=c+=2×（5+15）+2=42 mm
式中：c---制品最大寬度（mm）；
---零件間側(cè)向搭邊值（mm）。
由此可以算出一個步距內(nèi)材料的利用率為：
η=×100%=×100%=58.3%
式中：A---一個步距內(nèi)沖裁件的實際面積（mm）；
B---條料寬度（mm）；
S---步距（mm）。
由利用率可知，排樣合理。
4.5計算條料寬度
模具結(jié)構(gòu)采用初始擋料銷和擋料桿定距裝置，并在條料的送進過程中安有側(cè)壓裝置，這樣能使條料始終緊靠同一側(cè)導料板送進，因此只須在條料與另一側(cè)導料板間留有間隙，故按下式計算，查表4-2、4-3得：=0.8,Z=5。
表4-2條料寬度偏差（mm）[部分]
條料寬度B/mm
材料厚度t/mm
～1
1～2
2～3
3～5
～50
0.4
0.5
0.7
0.9
50～100
0.5
0.6
0.8
1.0
表4-3導料板與最寬條料之間的間隙Z（mm）[部分]
材料厚度t/mm
無側(cè)壓裝置
有側(cè)壓裝置
條料寬度B/mm
條料寬度B/mm
100以下
100～200
100～200
100以下
100以上
1～2
0.5
1
1
5
8
2～3
0.5
1
1
5
8
3～4
0.5
1
1
5
8
條料寬度：
B=（）
=（70+2×2.5）
=75 mm
導料板之間的距離：
A=B+Z=+Z
=70+2×2.5+5
=80 mm
式中：B---條料寬度（mm）；
A---導料板之間的距離（mm）；
---條料寬度的單向（負向）偏差（mm）；
Z---導料板與最寬條料之間的間隙（mm）；
---側(cè)搭邊值（mm）；
---條料寬度方向沖裁件的最大尺寸（mm）。
4.6條料尺寸及步距精度
條料寬度定為 B=75 mm， 步距為 S=42 mm。
步距精度: 工位數(shù)為 n=3 ； 由輪廓尺寸精度查得 =0.1；
根據(jù)沖裁的間隙從修正系數(shù)表中查得 K=1.00；
根據(jù)經(jīng)驗公式: 取=0.04
---步距對稱偏差值；
---沖件沿送料方向最大輪廓尺寸精度提高三級后實際公差值；
n---工位數(shù)；
k---修正系數(shù)。
4.7零件產(chǎn)品材料成本計算
由鋼板尺寸規(guī)格1000mm2000mm考慮到材料的利用率和可保持連續(xù)沖裁狀態(tài)的送料穩(wěn)定,可將板料按下圖所示裁成條料進行沖壓,這樣每塊板裁成13條長度為1972mm、寬度為75mm的條料。
圖4-3
每整塊鋼板可沖的零件數(shù)為 47個×13=611個,正常情況下每月使用770張鋼板，每張鋼板的重量約為 13 kg,所以每月需要 10010kg的鋼板,設(shè)每噸鋼材2725元,則算出每個零件的材料成本約為0.058元。
5.沖裁力的計算
5.1沖裁力的分類及計算步驟
按工序排樣圖所示,該零件沖壓力由多個部分組成。
沖孔力 F : 由三個部分組成,即、、，其中為沖中心孔的力，為沖兩小孔的力，為沖缺口的力。
落料力 F：F為沖外形輪廓的落料力。
推件力: 有三個部分組成,沖中心孔和兩個小孔及沖外形輪廓還有沖缺產(chǎn)生的力。
(1).計算沖裁力公式為:
F---沖裁力（N）；
L---沖裁周邊長度（mm）；
t---材料厚度（mm）；
---材料抗剪強度（MPa）；
k---修正系數(shù)，一般k取1.3。
由設(shè)計手冊查得=310～380 Mpa ,取=343 Mpa ,修正系數(shù)k取1.3,t=2.5 mm。
=70006.3 N =70006.3 N =33442.5 N
(2).計算落料力
=1.3×[2（5+5+40）+3.14×30] ×2.5×343=216484.45 N
(3).計算推件力公式：
---推件力（N）；
---同時卡在凹模內(nèi)的工件（或廢料）數(shù)；
---推件力系數(shù)。
表5-1卸料力、推件力和頂件力系數(shù)
料厚t/mm
鋼
≤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
＞2.5～6.5
0.03～0.04
0.045
0.05
＞6.5
0.02～0.03
0.025
0.03
鋁、鋁合金
純銅、黃銅
0.025～0.08
0.02～0.06
0.03～0.07
0.03～0.09
注：卸料力系數(shù)，在沖多孔、大搭邊和輪廓復雜制件時取上限值。
由表5-1查出推件力系數(shù) =0.055 。
h為凹模型口直壁高度，t為板料厚度。
表5-2凹模型口直壁高度（mm）
材料厚度t/mm
高度h/mm
＜0.5
3～5
0.5～5
5～10
5～10
10～15
由表5-2查得：h=5 mm， 個。
推件力：
=2×0.055×70006.3=7700.693 N
==7700.693 N
=2×0.055×216484.45=23813.3 N
=2×0.055×33442.5=3678.67 N
則有：
=7700.693 N+7700.693 N+23813.30N+3678.67 N=42893.356 N
(4).總沖壓力近似為：=216484.45+70006.3+23813.3+7700.693=318004.743 N≈318 KN
5.2模具壓力中心的確定
用解析法作法如下:
任意選取一點為原點，送料的反方向為x軸。
如下圖所示：
圖5-1
由壓力中心計算公式: =
取=157, =115 , =73 , =10 ;
40
將代入上面方程，可求得：
=90.22
=40
即可壓力中心在落料中心偏右距離為17.22的位置。
6.沖裁模刃口尺寸計算
6.1落料凸、凹模刃口尺寸計算
落料凹模的刃口尺寸由于零件的外形比較復雜，為了保證零件沖壓精度，采用凸、凹模配合加工法加工。落料時應以凹模為基準來配作凸模。根據(jù)凹模磨損后的尺寸變化情況將零件各尺寸分為：、、C，如下圖所示：
圖6-1
圖6-2
根據(jù)零件的形狀，凹模磨損后其尺寸變化有兩種情況：
1. 凹模磨損后變大的尺寸（圖中、），即按一般落料凹模尺寸公式計算。
沖裁模初始雙面間隙表如下表所示：
表6-1沖裁模初始雙面間隙Z（mm）[部分]
材料厚度
08、10、35、
09Mn2、Q235
16Mn
40、50
小于0.5
極小間隙
2.1
0.260
0.380
0.280
0.400
0.280
0.400
2.5
0.360
0.500
0.380
0.540
0.380
0.540
2.75
0.400
0.560
0.420
0.600
0.420
0.600
注：沖裁皮革、石棉和紙板時，間隙取08鋼的25﹪。
表6-2系數(shù)
料厚t/mm
非圓形
圓形
1
0.75
0.5
0.75
0.5
工件公差△/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
0.31～0.59
≥0.60
＜0.30
≥0.30
查表6-1、6-2得=0.360 ，=0.500 ， =0.75 。
按行業(yè)標準制造精度查手冊得=0.30 ， =0.25 。
）=（70-0.75×0.30）=69.775 mm
）=（40-0.75×0.25）=39.813 mm
2.凹模磨損后無變化尺寸（圖中C），零件尺寸標注為5。
按行業(yè)標準制造精度查手冊得=0.12。
mm
查表6-1得=0.360 ,可以保證雙邊間隙為0.360。
凸模尺寸按凹模實際尺寸配做。
，，---凹模刃口尺寸；
，，C ---與，，相對應的沖裁件的基本尺寸；
---零件的制造公差；
---凹模制造公差。
當標注為+或-時取=/4；當標注為時取=/8，
=mm，=39.813mm，=mm
以上是落料凹模刃口尺寸的計算方法，落料凸模刃口尺寸按凹模實際尺寸配合，并保證最小間隙，而凸模的尺寸為相應的 69.775mm；39.813mm；5mm 。
6.2沖孔凸、凹模刃口尺寸計算
（1）.沖中心孔φ20凸、凹模刃口尺寸計算，沖孔時以凸模尺寸為基準，按凸模與凹模分別加工法加工。
表6-3規(guī)則形狀（圓形、方形）沖裁凸模、凹模制造偏差（mm）[部分]
基本尺寸
凸模偏差
凹模偏差
≤18
0.020
0.020
＞18～30
0.020
0.025
＞30～80
0.020
0.030
查表6-1得：=0.360 mm =0.500 mm
-=0.500-0.360=0.140 mm
凸、凹模制造公差分別為：
=0.020 mm =0.025 mm
+=0.020+0.025=0.045 mm
因為+=0.045≤-=0.140 mm 故符合條件
查表6-2得：=0.75 ， =0.21。
=（+）=（20+0.75×0.21）=20.158 mm
=（+）=（20.158+0.360）=20.518 mm
（2）.沖兩個小孔φ10凸、凹模刃口尺寸計算
查表6-1得：=0.360 mm =0.500 mm
-=0.500-0.360=0.140 mm
又查表6-3得：=0.020 mm =0.020 mm
+=0.020+0.020=0.040 mm
因為+=0.040≤-=0.140 故符合條件
查表6-2得：=0.75 =0.15
=（+）=（10+0.75×0.15）=10.113 mm
=（+）=（10.113+0.360）=10.473 mm
（3）.兩小孔φ10凹?？仔木喑叽缬嬎?
查得孔心距公差=0.25
則有：=（+）±=（+）±=(40+)±=40.125±0.031 mm。
（4）.沖缺口凸、凹模刃口尺寸計算
因為這一工序是為了使送料連續(xù)不斷而加的一步，對凸凹模的尺寸精度要求不高，力求能順利沖斷即可。
凸模選用標準件圓凸模BⅡ20×60JB/T8057.2-1995，中心鏜光孔φ8 mm和鏜孔的深度為11.8 mm，鏜底部螺紋孔φ6mm，螺紋孔的鉆盲孔深度取12mm，螺紋孔的深度為10mm。
7.模具工作零件設(shè)計
7.1凹模外形尺寸確定
（1）.凹模厚度H的確定
計算公式：H=ks（不小于15）
式中：k---系數(shù)，考慮板料厚度的影響；
s---垂直送料方向的凹模刃壁間最大距離（mm）。
表7-1凹模厚度系數(shù)k（mm）
s
材料厚度t
≤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
0.20～0.30
＞200
0.10～0.15
0.12～0.18
0.15～0.22
根據(jù)零件排樣圖，取s=70 mm ，查表7-1得：k=0.35
故有：H=0.35×70=24.5 mm≥15 mm
取H=25 mm
（2）.垂直送料方向的凹模寬度B
計算公式：B=s+（2.5～4.0）H
=70+3×21
=133 mm
（3）.送料方向的凹模長度L
計算公式：L=+2
式中：---送料方向的凹模刃壁間最大距離（mm）；
---送料方向的凹模刃壁邊緣的最小距離（mm）。
表7-2凹?？妆谥吝吘壍木嚯x（mm）
材料寬度B
材料厚度t
≤0.8
＞0.8～1.5
＞1.5～3.0
＞3.0～5.0
≤40
20
22
28
32
＞3.0～5.0
22
25
30
35
＞3.0～5.0
28
30
36
40
＞3.0～5.0
34
36
42
46
＞3.0～5.0
38
42
48
52
＞3.0～5.0
40
45
52
55
注：的公差視凹模型孔復雜程度而定，一般不超過±8 mm。
查表7-2得：=36 mm
式中根據(jù)零件排樣圖取=40 mm
則有：L=40+2×36=112 mm
7.2凹?？捉Y(jié)構(gòu)形式
由于沖裁采用剛性卸料裝置和自然落料方式進行加工，所以孔結(jié)構(gòu)形式選用階梯形直刃壁形孔。
7.3落料凸模長度的確定
采用固定卸料板和導料板沖模，其凸模長度應按下式計算：
=+++
式中：---凸模固定板厚度（mm）；
---固定卸料板厚度（mm）；
---導料板厚度（mm）；
---增加長度，它包括凸模的修模量，凸模進入凹模的深度（0.5～1 mm），凸模固定板與卸料板之間的安全距離（一般取10～20 mm）等。
其中初定；=20 mm（=0.8H）
=15 mm（=0.6H）
=10 mm
=15 mm（其中凸模進入凹模的深度為4 mm）
則有：=+++=20+15+10+15=60 mm
8.其他裝置設(shè)計及標準件選擇
8.1工作單元結(jié)構(gòu)
由于生產(chǎn)批量大，沖中心孔凸模根據(jù)國家標準選用圓凸模BⅡ（JB/T8057.2 -1995）樣式加工，材料選用為Cr12，加工尺寸為設(shè)計尺寸。沖中心孔凹模根據(jù)國家標準選用圓凹模A（JB/T8057.4-1995）樣式加工，材料為Cr12，加工尺寸為設(shè)計尺寸。
沖小孔凸模根據(jù)國家標準選用圓凸模BⅡ（JB/T8057.2-1995），材料為Cr12，加工尺寸為設(shè)計尺寸。沖小孔凹模根據(jù)國家標準選用圓凹模A（JB/T8057.5-1995）材料為Cr12，加工尺寸為設(shè)計尺寸。
沖缺口凹模根據(jù)過家標準選用圓凹模A20×25 JB/T8057.4-1995Cr12。
外形落料凸、凹模和沖缺口凸、凹模都采用國家標準為模型制造，刃口尺寸見尺寸計算，該模具用于大批量生產(chǎn)，故工作零件選用較好材料，凸模和凹模材料選用Cr12MoV。
8.2卸料裝置設(shè)計
該零件有沖孔、落料工序，為了保證零件的質(zhì)量及生產(chǎn)穩(wěn)定，選用固定卸料板作為卸料裝置，并采用整體式，即卸料板和導料板制成一體。當卸料板僅起卸料作用時，凸模與卸料板的雙邊間隙取決于板料厚度，一般在0.2～0.5 mm之間，板料薄時取小值，板料厚時取大值，固定卸料板厚度應取凹模厚度的0.8倍。
固定卸料板的卸料力大，卸料可靠。因此，當沖裁板料較厚（大于0.5mm）、平直度要求不很高的沖裁件時，一般采用固定卸料裝置。
8.3定位定距裝置設(shè)計
在工序排樣中，確定了用始用擋料銷擋料，在第一，二，三工位上的第一次加工用始用擋料銷定位，從而來確定條料進距，后面接著的工序就可以以擋料桿來確定條料進距，擋料桿裝在沖搭邊的沖缺口凸模下面較長，當上模在上死點時，擋料桿仍不離開凹模刃面，故條料往左送進即被擋料桿擋住。在沖裁的同時，沖缺口凸模將搭邊沖開一個缺口，條料可順利（不用抬料）繼續(xù)向左送料，實現(xiàn)連續(xù)沖裁。
在第三工位落料時，由導正銷精確定位，這樣可以保證墊圈孔與外圓同心。
始用擋料銷選用50×8JB/T7649.1-1994型擋料銷，選用直徑為8 mm，長為48 mm的桿件作為擋料桿，一端以螺紋連接固定在沖缺口凸模中。
8.4導正銷裝置設(shè)計
本模具工位數(shù)不多，沖壓精度要求一般，所以采用一個導正銷，根據(jù)JB/T7649.1-1994導正銷采用D型導正銷19.90×16JB/T7647.4型。
8.5送料機構(gòu)與出件方式
本模具才用手工送料，由工序排樣圖可知，模具第三工位通過落料工序?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品零件與條料分離。
產(chǎn)品由落料槽中落下，所以使用中應注意在第三工位收集沖制好的零件。
8.6模具零件的固定
凸模一律使用凸模固定板固定安裝于上模座，用螺釘固定和銷釘定位，凹模采用整體式結(jié)構(gòu)，凹模固定板用螺釘固定于下模座。
凸模固定板和墊板采用4個M12螺釘固定，2個銷釘定位，由于沖孔落料凸模平面尺寸都比較小，所以用模板上的型孔配合定位，采用臺肩固定，采用H7/n6過度配合。
沖小孔時導正銷安裝在凸模固定板上用臺肩固定，落料時安裝在落料凸模中。擋料桿用螺紋固定在沖缺口凸模中，始用擋料銷用間隙配合安裝在第一，二，三工位前22 mm處，側(cè)壓塊安裝在第一工位處及沖缺口處用彈簧片頂住以間隙配合安裝在導板上。
8.7沖床的選擇
選用沖床的公稱壓力應大于計算出來的總壓力=318004.77 N≈318 KN，而=（1.2～1.3）=1.2×318=381 KN。最大閉合高度應大于沖模閉合高度+5 mm，工作臺臺面尺寸應能滿足模具的正確安裝。按上述要求，結(jié)合工廠實際，可選用J23-40開式雙柱可傾壓力機。并需要在工作抬面上配備墊塊，墊塊實際尺寸可配制。雙柱壓力機J23-40參數(shù)：
公稱壓力：400 KN
滑塊行程：100 mm
滑塊行程次數(shù)：45次/min
最大閉合高度：330 mm
最大裝模高度：265 mm
連桿調(diào)節(jié)長度：65 mm
工作臺尺寸（前后mm×左右mm）：460 mm×700 mm
墊板尺寸（厚度mm×孔徑mm）：65 mm×220 mm
模柄尺寸（直徑mm×深度mm）：φ50 mm×70 mm
最大傾斜角度：30
8.8模架的選擇
按已確定的模具形式及參數(shù)，根據(jù)特點和排樣方案以及縱向送料方式，考慮到開敞性和導向精度要求，從冷沖壓模標準中選取標準模架，選用后側(cè)導柱模架。查冷沖模國家標準，選用：A250×160×200～400ⅠGB/T2851.3-1990型后側(cè)導柱模架，部分零件尺寸如下：
上模座：（GB/T2855.5）250 mm×160 mm×45 mm
下模座：（GB/T2855.6）250 mm×160 mm×50 mm
導柱：（GB/T2861.1）32 mm×190 mm
導套：（GB/T2861.6）32 mm×115 mm×48 mm
模具開啟高度為240 mm，閉合高度為200 mm。
8.9模柄的選擇
根據(jù)上述計算結(jié)果，該模具為中小型模具，可采用模柄固定上模，查壓力機規(guī)格，模柄安裝孔徑的尺寸為50 mm，查冷沖模國家標準，可選螺釘固定式模柄，規(guī)格為B50JB/7643.3。
8.10模板基本尺寸確定
國家標準中規(guī)定：模板的規(guī)格由凹模周界L×B或D來確定。由工序排樣圖可知，凹模的工作尺寸基本在112 mm ×133 mm左右，圓整后選取矩形凹模為：250 mm×160mm×25 mmJB/T7643.1，其他模板尺寸取為凹模板平面一致。本零件沖壓的最小行程是4 mm，模具開啟狀態(tài)下，凸模下表面到凹模上表面的最小距離取16 mm。其他模板的厚度為：
凹模模板厚度為：25 mm
墊板厚度為：15 mm
固定卸料板厚度：15 mm
凸模固定板厚度為：20 mm
導板厚度為：10 mm
凸模長度為：60 mm
8.11模具凸模的強度和剛度校核
在一般情況下，凸模的強度和剛度是足夠的，沒有必要校核。但是當凸模的截面尺寸很小而沖裁板料厚度較大或根據(jù)結(jié)構(gòu)需要確定的凸模特別細長時，則應進行承壓能力和抗縱彎曲能力的校核。
（1）.承壓能力的校核，凸模承壓能力按下式校核：
σ=≤[σ]
式中：σ---凸模最小截面的壓應力（MPa）；
F---凸?？v向所承受的壓力，包括沖裁力和推件力（或頂件力）（N）；
A---凸模最小截面面積（mm）；
[σ]---凸模材料的許用抗壓強度（MPa）。
查表得：[σ]=1.4×10 Mpa
①對沖中心孔凸模校核
F=+=70006.3+7700.693≈77707 N
A=πr=3.14×10.275=331.5 mm
σ===234.4 MPa≤[σ] 故滿足要求
②對沖小孔凸模強度校核
F=+=70006.3+7700.693≈77707 N
A=πr=3.14×5.25=86.55 mm
σ===897.83 MPa≤[σ] 故滿足要求
③落料凸模強度校核
F=+=216484.45+23813.3=240297.75 N
A=40×（5+30+5）+3.14×15-2×3.14×25-3.14×100=1835.5 mm
σ===130.92 MPa≤[σ] 故滿足要求
④沖缺口凸模強度校核
F=+=33442.5+3678.67=37121.17 N
A=πr=3.14×100=314 mm
σ===118.22 MPa≤[σ] 故滿足要求
（2）.同理模具凸模的抗彎強度亦符合要求。
9.模具的裝配圖及部分零件圖
詳見零件圖紙。
10.總結(jié)
為了完成大學學業(yè)任務，總結(jié)四年來的學習經(jīng)驗、生活經(jīng)驗和鞏固大學期間所學的各科基礎(chǔ)知識，系統(tǒng)地在實踐中回顧所掌握的知識，按照院系畢業(yè)設(shè)計的指導計劃，本著嚴肅認真的學習態(tài)度，我按時順利地完成了大學最后一個關(guān)鍵的學習環(huán)節(jié)——畢業(yè)設(shè)計。
根據(jù)院校的要求和安排，在指導老師樊十全的悉心指導與幫助下，我全心全意地投入到此次畢業(yè)設(shè)計中，認真地查閱各種有關(guān)模具設(shè)計方面的資料，發(fā)揚求真務實的工作作風，以嚴謹篤學的態(tài)度，獨立思考，保質(zhì)保量地完成了這次畢業(yè)設(shè)計的任務。
這次我設(shè)計的課題雖不是一個新的課題，但其設(shè)計難度大，工作量大。這個課題的設(shè)計歷時近40天，其主要內(nèi)容包括工藝性分析，排樣方案設(shè)計、零件的選材和模具零件的設(shè)計。它涉及到多學科知識的綜合運用，它要應用到：模具設(shè)計、工程材料、材料力學、機械設(shè)計制造基礎(chǔ)、計算機輔助與制造（CAD/CAM）等現(xiàn)代多學科知識。
本課題設(shè)計主要參考了《沖壓工藝與沖模設(shè)計》和《模具設(shè)計應用實例》的基本原理，把基本知識與實際應用緊密結(jié)合起來。為了表達我的設(shè)計思路和想法，我非常注重用圖、表來表示。敬請各位老師審閱指導。由于這是我第一次在實踐中搞的設(shè)計，設(shè)計過程中難免有許多疏漏或錯誤，懇求各位評委老師多多批評指點并斧正。
學生：劉禮
2009年5月
參 考 文 獻
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林慧國，火樹鵬，馬超彌. 模具材料應用手冊. 機械工業(yè)出版社，2004
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黃毅宏. 模具制造工藝. 機械工業(yè)出版社，1999
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模具制造手冊編寫組. 模具制造手冊. 機械工業(yè)出版社，1996
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致 謝
根據(jù)院校的要求和安排，在樊十全老師的悉心指導與幫助下我全身心地投入到此次課題設(shè)計中，認真地查閱各種有關(guān)模具設(shè)計方面的資料，發(fā)揚求真務實的學習作風，以嚴謹篤學的態(tài)度，獨立思考，保質(zhì)保量地完成了這次畢業(yè)設(shè)計的任務。
在本次設(shè)計中，我查閱了很多有關(guān)模具設(shè)計參考文獻，并在不懂之處請教老師和同學，指導老師樊十全積極關(guān)心我的設(shè)計，在我不懂之處認真教導，大意之處指出缺陷，錯誤之處提出修改，本次畢業(yè)設(shè)計可以順利地完成，離不開老師和同學的支持和幫助，在此，真心的謝謝在設(shè)計過程中給予教導和幫助的老師和同學。
由于這是我第一次在實踐中搞的畢業(yè)設(shè)計，在設(shè)計的過程中難免有許多疏漏和錯誤，懇請各位老師多多指點斧正。
學生：劉禮
2009年5月
24