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說明書
設計題目：支撐板沖壓模具設計與制造工藝研究
姓 名
學 號
院 系 機械工程學院
專 業(yè) 材料成型及控制工程
指導教師
2015 年 6 月
摘 要
本設計是對給定的形支撐板進行落料沖孔復合模具、彎曲模具的設計，支撐板所用的材料為Q235A，生產批量為大批量生產。首先，進行工藝分析，通過對支撐板材料、結構、精度分析及模具方案比較，確定使用一套落料沖孔復合模與一套彎曲模進行成形。設計落料沖孔復合模，先選定工藝方案，選定工藝方案后進行毛坯的尺寸計算。計算出來后，根據毛坯的尺寸來計算凸、凹模的尺寸，并且進行沖裁模零件的選取。接著是彎曲模的設計。主要是彎曲力的計算，選用模具進行彎曲，主要零件的尺寸計算，確定凹模的外形尺寸等，選擇壓力機型號和校核所選用的壓力機是否符合。最后用UG和CAD進行兩副模具的三維建模、裝配圖和爆炸圖的繪制。
關鍵詞：落料 ,沖孔 ,彎曲,復合模 ,工藝分析
I
Abstract
This is a design that is for the design of a shape given support plate blanking and punching compound die and bending die.The material of support plate is Q235A and the production batch is large.Firstly, do the process analysis - by the analysis of the material,structure and precision of the support plate and the comparison of die program-determining to use a set of blanking and punching compound die and bending die to form.When design the blanking and punching compound die,we should decide the process program and calcualte the size of the plate after finishing the process scheme.After getting the results,according to the calculation of blank size ,we should calculate the size of the convex and concave die and then selected blanking die parts according to the relevant data.The next is the design of blengding die.Mainly the calculation of bending force, choose what the mold to blend the calculation of the size of the main parts , determine the shape of the die size, etc., choose press type and check the press machine.Finally using the UG and CAD tools to draw the two pairs of mold assembly drawing,the drawing of 3 d modeling and explosive picture.
Key words: blanking, punching，blend,compound die,process analysis
II
目 錄
摘 要 I
Abstract II
目 錄 i
1 緒論 1
1.1課題的意義及研究的必要性 1
沖壓有如下特點： 1
1.2沖壓技術簡介 1
1.3沖壓工藝的應用 1
2 沖壓零件工藝分析 2
2.1沖壓零件工藝分析 2
2.1.1材料分析 2
2.1.2結構分析 2
2.1.3精度分析 3
2.2模具工藝方案的確定 3
2.2.1方案的比較 3
2.2.2方案分析 3
3 落料沖孔復合模的設計 4
3.1工藝設計計算 4
3.1.1毛坯尺寸計算 4
3.1.2確定排樣方式及材料利用率 6
3.1.3各工序沖壓力的計算 8
3.1.4壓力中心的確定 10
3.1.5凸模和凹模刃口尺寸的計算 10
3.2模具的總體設計 12
3.2.1模具類型的選擇 12
3.2.2定位零件的選擇 12
3.2.3卸料方式的選擇 12
3.2.4 出件方式的選擇 12
3.2.5 送料方式的選擇 12
3.2.6 導向方式的選擇 12
3.3主要零部件的設計 13
3.3.1落料凹模的設計 13
3.3.2沖孔凸模的結構設計 14
3.3.3凸凹模結構的設計 15
3.3.4螺釘與銷釘的選用 16
3.3.5彈性元件的設計 17
3.3.6凸（凹）模固定板、墊板的設計與選用 18
3.3.7模架的設計與選用 18
3.4壓力機的選取與校核 19
3.4.1壓力機的選取 19
3.4.2壓力機的校核 19
3.5模具的總裝配圖 20
4 彎曲模的設計 23
4.1工藝設計計算 23
4.1.1沖壓力的計算 23
4.1.2彎曲凸、凹模尺寸的計算 25
4.2模具的總體設計 27
4.2.1模具類型的選擇 27
4.2.2定位方式的選擇 27
4.2.3卸料方式的選擇 27
4.3主要零部件的設計 27
4.3.1彎曲凸模的結構設計 27
4.3.2彎曲凹模的結構設計 27
4.3.3彈性元件的設計 28
4.4導向支撐、固定裝置的選用 28
4.4.1上、下模座的選擇 28
4.4.2導柱、導套的選擇 28
4.4.4螺釘與銷釘的選擇 28
4.5彎曲模的總裝配圖 29
4.6壓力機的校核 31
總結 32
致謝詞 33
參考文獻 34
ii
1 緒論
1.1課題的意義及研究的必要性
沖壓有如下特點：
1） 利用模具加工，可獲得別的加工方法無法制造的質量輕、剛性好、表面質量高、壁薄的零件。
2） 沖壓加工方法一般不需要加熱坯料，也不像切削加工那樣需要大量切削坯料，所以它不但節(jié)能，而且節(jié)約金屬。
3） 對于普通壓力機每分鐘可生產幾十件制品，然而高速壓力機每分鐘可生產幾百上千件制品，因此它是一種高效率的加工成型方法。
對于我們材料成型及控制工程專業(yè)來講，模具設計與制造方面的知識是一個本專業(yè)的知識和課題，我們需要進一步的了解和認識。本次課題要求對給定的零件進行沖壓模具的設計，設計的模具是一套集落料、沖孔、彎曲三個作用的復合模具。通過此次設計能讓我們掌握已經學習的知識，能讓我們熟悉沖壓模具設計的基本流程，對以后的應用有很大的幫助。
隨著我國工業(yè)的快速發(fā)展，各個行業(yè)成形產品的大量需求，對模具設計與制造的發(fā)展和要求有著迫切的需要，我們進行模具設計制造的課題研究同樣對以后從事這方面的工作有著很大的益處。
1.2沖壓技術簡介
沖壓是塑性加工的一種方法，可以加工金屬和非金屬材料的板料零件，故也叫做板料沖壓。沖壓的應用很廣泛，比如說鍋碗瓢盆之類的日常用品都是通過沖壓的方法加工出來的。
1.3沖壓工藝的應用
沖壓的應用非常之廣泛。主要體現在電子產品、飛機、導彈等沖壓件當中。
2 沖壓零件工藝分析
2.1沖壓零件工藝分析
如圖2-1所示的是型支撐板零件。
（a）3D圖 （b）2D圖
圖2-1 型支撐板零件產品圖
工件名稱： 型支撐板
生產批量： 大批量
材料： 碳素鋼Q235A,厚度t=2mm
其工藝性分析如下：
2.1.1材料分析
該零件采用的是2mm厚的碳素鋼Q235A鋼板制成，Q235A鋼板的抗拉強度為370～500MPA，屈服強度為215MPA左右，所以該材料具有較高的強度和剛度，且有良好的塑性和表面質量和一定的伸長率，滿足沖壓工藝對材料的要求，適合沖壓加工，能夠保證沖壓過程順利完成。
2.1.2結構分析
見表2-1。
表2-1 型支撐板零件結構分析
序號
工藝性質
沖壓件工藝項目
工藝允許值
工藝性評價
一
落料沖孔
1
外形
落料
符合工藝性
沖2×φ6孔
2
孔徑
φ6
≥1.3
符合工藝性
3
孔間距
12
≥（1～1.5）t
符合工藝性
二
彎曲
1
形狀
形件，四面彎曲，對稱
符合工藝性
2
彎曲半徑
R=1
≥0.4t
符合工藝性
3
孔到彎邊距離
φ6孔到彎邊距離10
≥2t
符合工藝性
4
孔距
12±0.10
±0.15
符合要求
2.1.3精度分析
該零件成形件要求去除毛刺，且沖裁件的尺寸要求精度為IT14，精度要求不是很高，因此可以采用普通沖裁的加工方法。
2.2模具工藝方案的確定
2.2.1方案的比較：
方案一：采用三副模具——落料、沖孔、彎曲各一套進行三個工步的加工成形。
方案二：采用落料、沖孔、彎曲合在一起的多工序復合模加工。
方案三：采用落料、沖孔、彎曲級進模加工。
方案四：采用先落料、沖孔，再彎曲，用一套落料—沖孔復合模另加一套彎曲模進行加工。
2.2.2方案分析：
方案一：模具結構簡單但效率太低，而且設備投入較大。
方案二：一副模具完成三個工位，使其模具結構變得復雜，難以把握工件的精度，設計困難。
方案三：級進模的工位數較多，難以準確地對條料進行定位，不好保證沖壓件的質量，且制造成本高。
方案四：先采用落料、沖孔復合模具沖裁能夠保證沖裁精度，適用范圍廣、效益高。在用彎曲模進行彎曲。
綜合考慮效率和經濟成本，選用方案四即落料沖孔復合模和彎曲模兩套模具。
3 落料沖孔復合模的設計
3.1工藝設計計算
3.1.1毛坯尺寸計算
（1）毛坯的長度尺寸計算
由圖2-1可知，此工件料厚=2mm>1mm，因此零件按中線尺寸計算（即按中性層尺寸計算）。
如圖3-1所示，毛坯總長度如下：
毛坯總長度L=2×L1＋2×L2＋L3＋2×（2πL4）/4＋2×（2πL5）/4
彎曲板料時中性層位置的確定：
彎曲時坯料中性層的半徑，可根據下式計算得到：
=r+xt
式中 x——中性層系數，按表3-1選??；
r——彎曲角的彎曲內半徑（mm）；
t——彎曲前料厚（mm）。
表3-1 中性層系數x的值
r/t
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
1
x
0.23
0.24
0.25
0.26
0.28
0.3
0.32
r/t
1.2
1.3
1.5
2
2.5
3
4
x
0.33
0.34
0.36
0.38
0.39
0.4
0.42
由圖3-1可知，在L4處，r/t=0.5,查表3-1得x=0.25，所以
L4=r+xt=1+0.25×2=1.5mm
在L5處，r/t=1.5,查表3-1的x=0.36,所以
L5=r+xt=3+0.36×2=3.72mm
所以，坯料總長度尺寸L=2×L1＋2×L2＋L3＋2×（2πL4）/4＋2×（2πL5）/4=2×20
＋2×44＋30＋2×（2×π×1.5）/4＋2×（2×π×3.72）/4
=174.40mm 取L=175mm。
圖3-1 坯料各段的展開長度
（2）毛坯的寬度尺寸計算
由圖2-1可知，坯料寬度尺寸B=40mm。
（3） 毛坯尺寸公差的確定
落料沖孔后的零件示意圖，如圖3-2所示，沖裁件的尺寸要求精度為IT14，查標準公差數值（摘自GB/T 1800.3-1998）得：
毛坯長度方向尺寸A=1750.5mm；
毛坯寬度方向尺寸B=400.31mm。
孔的直徑尺寸d=60+0.3mm。
圖3-2 落料沖孔后的零件示意圖
3.1.2確定排樣方式及材料利用率
本設計所用的是條料，沖裁的工件形狀為矩形，故采用直排。
（1） 搭邊值的確定
表3-2給出了低碳鋼的搭邊值。故查表3-2得工件間搭邊a1=3.0，側搭邊a=3.2。
表3-2 搭邊a和a1數值（低碳鋼）
（2） 步距的確定
步距S=20+20+3.0=43(mm)
（3） 條料寬度的確定
本設計選用無側壓裝置的沖裁。當條料在送進時無側壓裝置的限制會發(fā)生左右擺動的情況，故為了補償因這種原因導致的沖壓件沖裁精度不夠，條料寬度B應加上一個條料可能擺動的值Z，如圖3-2所示。
圖3-2 無側壓裝置的沖裁
導料銷與條料寬度B之間的距離A按下面的式子計算得到：
B0-△=（Dmax+2a+Z）0-△
A=B+Z=Dmax+2a+2Z
式中 Dmax——沖裁件寬度這個方向的最長尺寸；
a——沖裁件與條料側邊的搭邊值；
Z——最寬條料與導料板之間的間隙值；
△——條料寬度的單一方向偏差值。
查表3-2、3-3得到Z=1mm，△=0.8mm。
條料寬度：
B0-△=（Dmax+2a+Z）0-△ =（175+0.5+2×3.2+1）0-0.8=182.90-0.8mm。
導料板之間的距離：
A=B+Z=Dmax+2a+2Z=182.9+1=183.9mm。
表3-2 條料寬度偏差△（mm）
條料寬度B
材料厚度t
至1
1～2
2～3
3～5
至50
50～100
100～150
150～220
0.4
0.5
0.6
0.7
0.5
0.6
0.7
0.8
0.7
0.8
0.9
1.0
0.9
1.0
1.1
1.2
表3-3 導料銷與條料間的最小空隙Zmin（mm）
材料厚度t
無側壓裝置
有側壓裝置
條料寬度B
條料寬度B
100以下
100～200
200～300
100以下
100以上
至0.5
0.5～1
1～2
2～3
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
1
1
1
1
1
1
5
5
5
5
8
8
8
8
(4) 材料利用率
Y=A/(BS)×100%=（175×40）/（182.9×43）×100%=89.01%。
（5）排樣圖
排樣圖如圖3-2所示，
圖3-2 型支撐板零件排樣圖
3.1.3各工序沖壓力的計算
沖裁力的計算公式為
F=KLt
式中，F——沖裁力，N；
L——沖裁件周長，mm；
t——板料厚度，mm；
——材料的抗剪強度，MPa；
K——安全系數，一般取1.3。
材料Q235A的抗剪強度=304～373（Mpa），取最大值=373Mpa。
(1)沖切力的計算
工件外周長L=175×2+40×2=430mm；
t=2mm；
沖切力F1=KLt=1.3×430×2×373=417.014KN
（2）沖孔力的計算
沖直徑為6mm的孔，沖孔力F2=KLt，
孔的周長L=2πR=2×π×3=18.85mm，
F2=KLt=1.3×18.85×2×373=18.28KN
故沖裁力F=F1+2×F2=417.014+2×18.28=453.574KN。
（2） 頂件力、推件力和卸料力的計算
在沖壓加工工藝過程中，除了沖裁力外，還有推件力、頂件力和卸料力需要根據具體情況算在一起，作為沖壓過程中總的壓力。F卸、F推與F頂的表示，如圖3-3所示。
圖3-3 頂件力、卸料力和推件力
其大小由下列經驗公式確定，
卸料力 F卸= K卸F
推件力 F推=nK推F
頂件力 F頂=K頂F
式中 F卸——卸料力，N；
F推——推件力，N；
F頂——頂件力，N；
K推、K卸、K頂——推件系數、卸料系數、頂件系數，其值見表3-4；
表3-4 頂件、卸料和推件系數
材料
K卸
K推
K頂
鋼
厚度≤0.1mm
0.06~0.075
0.1
0.14
厚度>0.1~0.5mm
0.045~0.055
0.065
0.08
厚度>0.5~3.5mm
0.04~0.05
0.050
0.06
厚度>3.5~6.5mm
0.03~0.04
0.040
0.05
厚度>6.5mm
0.02~0.03
0.025
0.03
F——沖裁力，N；
n——卡在凹?？變鹊墓ぜ担琻=h/t；
h——凹模刃口孔的直壁高度，mm；
t——工件材料厚度，mm。
取K卸=0.04、K推=0.05、K頂=0.06，查表3-5，取h=6mm。
表3-5 凹模洞口的主參
板料厚度/mm
α
β
H/mm
≤0.5
15’
2°
≥4
>0.5~1
15’
2°
≥5
>1~3.5
15’
2°
≥6
>3.5
30’
2°
≥8
n=h/t=6/2=3，
卸料力 F卸= K卸F=0.04×453.574=18.143KN
推件力 F推=nK推F=3×0.05×453.574=68.036KN
頂件力 F頂=K頂F=0.06×453.574=27.214KN
（3） 總沖壓力的計算
本設計采用的是彈性卸料裝置和料從下面出來的方式沖裁，故總沖裁力F總為
F總=F+F推+F卸=453.574+68.036+18.143=539.753KN。
3.1.4壓力中心的確定
本設計中的型支撐板零件是對稱的，所以其壓力中心位于零件對稱軸上。
3.1.5凸模和凹模刃口尺寸的計算
（1） 沖裁間隙的確定
沖裁間隙Z是指沖裁凹模與凸模的刃口之間的尺寸差。查表3-6，取Zmin=0.246mm，Zmax=0.36mm。
表3-6 沖裁模雙面間隙Zmm
板料厚度
08、10、35、09Mn、Q235
Q345
40、50
Zmin
Zmax
Zmin
Zmax
Zmin
Zmax
1.5
0.132
0.24
0.17
0.24
0.17
0.23
1.75
0.22
0.32
0.22
0.32
0.22
0.32
2
0.246
0.36
0.26
0.38
0.26
0.38
2.1
0.26
0.38
0.28
0.4
0.28
0.4
2.5
0.36
0.5
0.38
0.54
0.38
0.54
（2） 凸、凹模刃口尺寸的計算
沖裁模凸模和凹模加工時其刃口與工件尺寸及公差的情況如圖3-4所示。
圖3-4 凸模和凹模工作部分尺寸
?計算落料凸、凹模刃口尺寸
D凹=（Dmax－x△）
D凸=（D凹－Zmin）=（Dmax－x△－Zmin）
?計算沖孔凸、凹模刃口尺寸
d凸=（dmin+x△）
d凹=（d+Zmin）=（dmin+x△+Zmin）
式中 D凹、D凸——落料凹模和凸模的基本尺寸；
d凸、d凹——沖孔凸模和凹模的基本尺寸；
Dmax——落料件的最大極限尺寸；
dmin——沖孔件的最小極限尺寸；
凸，凹——簡單形狀沖裁凸、凹模制造公差按表3-7來選?。?
△——沖裁件的公差；
X——磨損系數，可按沖裁件的公差等級來選取，當工件公差為IT10以
上時取x=1，當工件公差為IT11~IT13時取x=0.75，當工件公差為
IT14以下時取x=0.5。
表3-7 形狀簡單的沖裁凸、凹模制造偏差（mm）
公稱尺寸
凸模偏差凸
凹模偏差凹
≤18
-0.02
+0.02
>18~30
-0.02
+0.025
>30~80
-0.02
+0.03
>80~120
-0.025
+0.035
>120~180
-0.03
+0.04
>180~260
-0.03
+0.045
>260~360
-0.035
+0.05
>360~500
-0.04
+0.06
>500
-0.05
+0.07
工件的公差為IT14，故x= 計算落料模的基本尺寸:
A凹=（Amax－x△）=（175+0.5－0.5×1）=175mm；
A凸=（A凹－Zmin）=（Amax－x△－Zmin）=（175－0.246）
=174.754mm；
B凹=（Bmax－x△）=（40+0.31－0.5×0.62）=40mm；
B凸=（B凹－Zmin）=（Amax－x△－Zmin）=（40－0.246）
=39.754mm；
沖孔模的基本尺寸計算如下:
d凸=（dmin+x△）=（6+0.5×0.3）=6.15mm；
d凹=（d凸+Zmin）=（dmin+x△+Zmin）=（6.15+0.246）=6.396mm
3.2模具的總體設計
3.2.1模具類型的選擇
本設計考慮考工件的結構特征，故采用倒裝式復合模。
倒裝式復合模沖孔廢料可以從壓力機工作臺孔中出來，工件則通過打桿從上模推下，容易引出，操作也比較安全方便，能保證較高的生產率，因此優(yōu)先采用。
3.2.2定位零件的選擇
為保證條料的送進距離的精準，需要送料定距零件，為控制條料或帶料送進時的方向性，需設置送進導向零件。
（1）送料定距定位零件的選用
因擋料銷的制造方便，通用性強，便于互換等優(yōu)點，選用擋料銷作為定位零件。
（2）送進導向零件的選用
因為導料銷結構簡單，安裝方便，而且價格便宜，考慮到經濟效益，故選用導料銷作為導向零件。
3.2.3卸料方式的選擇
本設計采用彈性卸料方式。因為彈性卸料方式中的卸料板具有卸料和壓料的作用，故沖裁出來的工件刃口面處較為平整。
3.2.4 出件方式的選擇
因本設計采用倒裝式復合模生產，所以采用上出件為好。
3.2.5 送料方式的選擇
由于是條料，且由于排樣方式為直排，故采用由前向后送料的方式。
3.2.6 導向方式的選擇
方案一：采用對角導柱模架，
方案二：采用后側導柱模架。具有操作起來方便和三個方向都可以送料的優(yōu)勢。
方案三：四側導柱模架。因四側都有導柱，故模具下行工作時平穩(wěn)、準確，沖壓件的尺寸精度較高。
方案四：中間導柱模架。一般用在單工序模中。
根據本設計的零件精度要求不高，厚度較小沖裁力不大等特點，綜合考慮選用后側導柱的導向方式，即選擇方案二。
3.3主要零部件的設計
3.3.1落料凹模的設計
（1） 凹模外形尺寸的確定
一般情況下，為保證凹模的外形尺寸有足夠的硬度，凹模厚度H應不小于15mm，具體值可按后式計算出:H=Kb
凹模壁厚C按照經驗來講應小于30mm，具體值可按下式計算出：
C=（1.5~2）H
式中 b——沖裁件的最大寬度尺寸；
K——考慮板厚的影響而取得系數，其值查表3-8；
所以 H=Kb=0.2×(175+0.5)=35.1mm，取H=35mm；
C=（1.5~2）H=(52.5~70)mm，取C=65mm；
表3-8 系數K值
b/mm
料厚t/mm
0.5
1
2
3
>3
≤50
0.3
0.35
0.42
0.5
0.6
>50~100
0.2
0.22
0.28
0.35
0.42
>100~200
0.15
0.18
0.2
0.24
0.3
>200
0.1
0.12
0.15
0.18
0.22
所以凹模尺寸長×寬×厚度=305×170×35mm。
（2） 凹模刃口的形狀確定
凹模的刃口形狀主要有直壁刃口型、錐形刃口型、鉚刀刃口型，如圖3-5、3-6、3-7所示。
圖3-5 直壁刃口型 圖3-6 錐形刃口型
圖3-7 鉚刀刃口型
本設計的工件要求的精度等級不高，材料厚度為2mm，采用倒裝式復合模，廢料從凹模孔內落下，綜合考慮選擇方案一，即采用直壁刃口型刃口形狀。
（3） 凹模的結構形式
由于沖裁件的形狀需要，故落料凹模采用矩形的結構。
（4） 落料凹模材料的選用
凹模的材料選用Cr12MoV，工作部分熱處理淬硬60～64HRC。
（5） 落料凹模的三維圖
如圖3-8所示，
圖3-8 落料凹模的三維圖
3.3.2沖孔凸模的結構設計
凸模是沖裁模上另一個主要的零件，與凹模共同完成零件的沖裁加工，其設計質量直接影響到整套模具的壽命及加工件的質量。
（1） 凸模長度的確定
凸模長度一般根據模具的結構來確定，一般不宜太長，以免因沖壓力大使凸模發(fā)生彎曲，嚴重時甚至會使凸模折斷。
凸模的長度L：
L=h1+h2+h3+h4+h=18+15+21+2+1=57mm
式中 L——凸模長度（mm）；
h1——深入凸模固定板厚度（mm）；
h2——推件板和凸模固定板之間的高度（mm）；
h3——推件板厚度（mm）；
h4——板料厚度（mm）；
h——凸模進入凸凹模的深度，這里取1mm。
（2） 凸模的結構形式及其固定
為了保證沖孔的精度，對于沖孔直徑在1到30mm范圍內的采用圓滑過渡的階梯結構。
本設計考慮到不經常拆卸、沖壓力較大和要求穩(wěn)定性好等要求，故選用凸模固定板固定的固定方式。
（3）凸模材料的選用
凸模材料的選用：根據需要選用Cr12MoV,工作部分熱處理淬硬為60～64HRC。
（4） 凸模的三維圖
如圖3-9所示，
圖3-9 凸模的三維圖
3.3.3凸凹模結構的設計
（1）凸模的長度
凸模的長度L：
L=H1+H2+H3+H4+H=28+36+12+2+1=79mm
式中 H1——下固定板厚度（mm）；
H2——壓縮的橡膠的厚度（mm）；
H3——卸料板板厚度（mm）；
H4——板料厚度（mm）；
H——凸模插入凸凹模的深度，這里取1mm。
（2） 凸凹模材料的選擇
材料選用Cr12MoV,工作部分熱處理淬硬為60～64HRC。
（3） 凸凹模的三維圖
如圖3-10所示，
圖3-10 凸凹模的三維圖
3.3.4螺釘與銷釘的選用
（1） 擋料銷和導料銷
將一顆擋料銷安裝在卸料板上。
將兩個導料銷放在條料的一側，裝在卸料板上。
（2） 卸料螺釘的選用
卸料螺釘尺寸計算：
L=橡膠厚度+下固定板厚度=40+28=68mm
計算后的L值按表3-10給出的卸料螺釘規(guī)格尺寸進行選用。
表3-10 卸料螺釘尺寸
D
8
10
12
16
d1
M6
M8
M10
M12
l
7
8
10
14
D
12.5
15
18
24
H
5
6
7
9
n
2
2.5
3
3
t
2.5
3
3.5
3.5
r(<)
0.4
0.5
0.8
1
r1(<)
0.5
0.5
1
1
d2
4.5
6.2
7.8
9.5
b
2
2
2
3
L
最小
25
30
35
40
最大
70
80
80
100
根據表3-10，選取M10×58mm的卸料螺釘。
（3） 緊固螺釘的選用
在落料凹模上用四顆M10×40mm的內六角螺釘固定，上模座與模柄之間也用四顆M10×60mm的螺釘固定，下模座用四顆M10×78mm的螺釘固定。
（4）銷釘的選取
本設計中，下模座選用兩顆10×90mm的圓柱銷釘定位。
3.3.5彈性元件的設計
目前，已廣泛應用聚氨酯替代普通工業(yè)用橡膠作為彈性元件，并已在市場上形成系列產品，故選用聚氨酯橡膠。根據表3-11聚氨酯橡膠性能參數，選擇8295聚氨酯橡膠。
表3-11 聚氨酯橡膠性能參數
性能指標
橡膠牌號
8295
8290
8280
8270
8260
邵氏硬度
953
903
835
735
635
伸長率（%）
400
450
450
500
550
沖擊回彈/%
15～30
15～30
15～30
15～30
15～30
適用范圍
沖裁
彎曲成形及彈性元件
根據凹模和凸凹模尺寸及根據表3-12聚氨酯橡膠彈性尺寸選取直徑D為45mm，H為40mm的聚氨酯橡膠。
表3-12 聚氨酯橡膠彈性尺寸
D1為F=1/3H時的參數尺寸
D
32
45
d
10.5
13.5
H
16
20
25
20
25
32
40
D1
42
58
表3-13為聚氨酯橡膠壓縮量與工作負荷的關系表，根據JH21-80型開式壓力機的公稱壓力800KN，計算可得壓力機工作時，當模具達到閉合狀態(tài)時，聚氨酯橡膠的壓縮量F=0.1H=4mm。
故當模具處于閉合狀態(tài)時，聚氨酯橡膠的高度H1=H-F=40-4=36mm。
3.3.6凸（凹）模固定板、墊板的設計與選用
（1） 凸（凹）模固定板的設計及選用
本設計選用矩形固定板。
凸模固定板厚度H1=0.8×35=28mm；
凹模固定板厚度H2=0.8×35=28mm；
固定板材料選用Q235制造，無需熱處理淬硬。
（2） 墊板的設計及選用
墊板厚度一般取4～12mm，其外形尺寸常與固定板相同，材料選用45鋼。本設計墊板厚度H=12mm。
3.3.7模架的設計與選用
本設計選用后側導柱模架。
（1） 滑動導柱、導套的設計及選用
選用A型導柱（GB/T2861.1—1990），其尺寸為φ40mm×260mm，材料為20鋼；選用A型導套（GB/T2861.1—1990），其尺寸為φ40mm×91×45mm，材料為20鋼。
（2） 上、下模座的設計及選用
因為落料凹模的周界尺寸為L×B×h=305×170×35mm。
按照后側導柱模架上模座的結構尺寸（GB/T2855.5—1990）和后側導柱模架下模座的結構尺寸（GB/T2855.6—1990）選取，故上模座315×200×45mm，下模座取315×200×50mm。
模座材料選用HT200。
（3） 模柄的設計及選用
模柄的作用是通過滑塊帶動上模座，將壓力機施加的作用力傳給模具。
綜合考慮加工、拆卸方便等因素，選用帶凸緣式模柄。由壓力機的型號JH21-80可查得模柄孔的直徑為50,深度為60。如圖3-8所示。
圖3-8 模柄的三維圖
3.4壓力機的選取與校核
3.4.1壓力機的選取
所選壓力機的公稱壓力一般大于等于沖壓所需的總沖壓力1.2倍，
即F壓機≥1.2F總=647.704KN。
根據表3-12選JH21-80型開式壓力機。
表3-12 JH21系列開式固定臺壓力機技術參數
參數名稱
型號
JH21-60
JH21-80
公稱壓力/KN
600
800
公稱壓力行程/mm
4
4.5
滑塊行程/mm
140
160
最大封閉距離/mm
300
320
封閉高度調節(jié)量/mm
70
80
參數名稱
型號
JH21-60
JH21-80
模柄孔尺寸（直徑×深度）/mm
50×60
50×60
滑塊中心到床身的距離/mm
270
310
工作臺尺寸（左右×前后）/mm
870×520
950×600
工作臺孔尺寸/mm
150
150
3.4.2壓力機的校核
（1） 首先，設計出來的模座總體尺寸要比壓力機的工作臺面尺寸要小，否則無法正常工作，而且會發(fā)生危險。所選壓力機JH21-80的工作臺尺寸（左右×前后）/mm=950×600，模座的總體尺寸為395×280，模座的總體尺寸小于壓力機JH21-80的工作臺尺寸，故符合工作要求。
（2） 模具的閉合高度要與設備的閉合高度相適應，否則就不能正常安裝和工作。具體計算如下：
模具的閉合高度H=265mm。
Hmax-5mm=315≥H=265mm≥Hmin+10mm=250mm
所以選用的JH21-80型開式壓力機符合工作要求。
3.5模具的總裝配圖
圖3-9 沖裁模的三維裝配圖
3-10 沖裁模三維爆炸圖
1-下模座，2-下墊板，3-凸凹模固定板，4-導柱，5-卸料螺釘，6-橡膠，7、11、23-緊固螺釘，8-導套，9-上墊板，10-上模座，12-推桿，13-頂板，14-打桿，15-模柄，16-沖孔凸模，17-凸模固定板，18-頂件板，19-落料凹模，20-擋料銷，21-卸料板，22-凸凹模，24-導料銷。
工作原理：
本設計的模具為落料沖孔的復合沖裁模。條料由前往后送，送到位后壓力機開始工作。壓力機開始工作后，落料凹模19連同凸模16一起向下走，走到一定位置時會與毛坯發(fā)生接觸，開始剪切毛坯從而完成落料沖孔這兩個步驟。完成這兩步后壓力機要向上運動即回程，此時彈性卸料板21在所選的橡膠6的作用下將條料從凸凹模22上卸下來。而沖孔產生的沒有用的毛坯料則從凸凹模22的孔洞下漏出，一直漏到壓力機臺面下。當上?；爻痰揭欢ㄎ恢脮r，打料桿14受到壓力機橫桿的作用，將通過頂板13、打桿12等將沖裁件打落到工作臺面上。此時為模具工作的一個循環(huán)即完成一個沖裁工序。
4 彎曲模的設計
4.1工藝設計計算
4.1.1沖壓力的計算
（1）毛坯尺寸的計算
由3.1.1知，毛坯尺寸長×寬×厚度=175×40×2mm。
（2）彎曲回彈值的確定
當相對彎曲半徑r/t<5時，彎曲半徑的回彈值不大，因此只考慮角度的回彈。
當相對彎曲半徑r/t≥10時，相對彎曲半徑比較大，工件不僅角度有回彈，彎曲半徑也有較大的回彈。
本設計中r/t=3/2=1.5<5，所以只考慮角度的回彈。角度回彈的經驗數值可根據加工零件的結構及使用模具的結構按表4-1查取。
表4-1 90°角度回彈值α
材料
r/t
≤1
>1~2
>2~3
Q235
-1°~1.5°
0°~2°
1.5°~2.5°
純銅、鋁、黃銅
0°~1.5°
0°~3°
2°~4°
查表4-1，角度回彈值α=1°
（1）彎曲力的計算
①型支撐板零件自由彎曲時的彎曲力F自
F自=2.4btαβ
式中 F自——沖壓結束時自由彎曲力，N；
b——彎曲件的寬度，mm；
t——彎曲材料的厚度，mm；
——材料的強度極限，MPa；
α——系數，其值見表4-1；
β——系數，其值見表4-2。
表4-1 各種金屬板料的伸長率α
材料
伸長率
材料
伸長率
Q195
0.20~0.30
Q295
0.10~0.15
Q215
0.2~0.28
Q315
0.08~0.15
Q235
0.18~0.25
紫銅板
0.30~0.40
Q255
0.15~0.20
黃銅
0.35~0.40
Q275
0.13~0.18
鋅
0.05~0.08
表4-2 系數β
Z/t
r/t
10
8
6
4
2
1
0.5
1.20
0.130
0.151
0.181
0.245
0.388
0.570
0.765
1.15
0.145
0.161
0.185
0.262
0.420
0.605
0.822
1.10
0.162
0.184
0.214
0.290
0.460
0.675
0.830
1.08
0.170
0.200
0.230
0.300
0.490
0.710
0.960
1.06
0.180
0.207
0.250
0.322
0.520
0.755
1.120
1.04
0.190
0.222
0.277
0.360
0.560
0.835
1.130
1.02
0.208
0.250
0.353
0.410
0.760
0.990
1.380
注：Z/t稱為間隙系數（Z為凸凹模間隙），一般有色金屬的間隙系數為1.0~1，黑色金屬的間隙系數為1.05~1.15。
查表4-1、4-2得α=0.20，β=0.50。
型支撐板零件自由彎曲時的彎曲力：
F自=2.4btαβ=2.4×40×2×215×0.2×0.5=4128N。
②校正彎曲時的彎曲力F校
計算校正力如下：
F校=Ap
式中 F?！Ｕ龔澢鷷r的彎曲力，N；
A——校正部分的垂直投影面積，mm2；
p——單位面積上的校正力，MPa，按表4-3選取。
表4-3 單位面積上的校正力p（MPa）
材料
料厚t/mm
≤1
1~2
2~5
5~10
鋁
10~15
15~20
20~30
30~40
黃銅
15~20
20~30
30~40
40~60
10、15、20
20~30
30~40
40~60
60~80
25、30
30~40
40~50
50~70
70~100
查表4-3取p=40MPa，A=175×40=7000mm2
F校=Ap=7000×40=280KN。
③頂件力和卸料力FQ
在壓彎時均需頂件力和卸料力，頂件力和卸料力FQ的計算如下：
FQ=（0.3~0.8）F自=（0.3~0.8）×4128=1238.4~3302.4N，取FQ=3000N。
④壓力機噸位F壓
校正彎曲時，校正彎曲力比其他的力都要大，而且大很多以至于可以忽略其他的力，因此壓力機噸位為
F壓≥F校=280KN
（1）壓力機的選擇
初選J23-40型壓力機，基本參數見表4-4
表4-4 基本參數
項目
量值
公稱壓力/KN
400
最大封閉高度/mm
200
封閉高度調節(jié)量/mm
80
模柄孔尺寸（直徑×深度）/mm
Φ50×70
工作臺厚度/mm
80
工作臺尺寸（左右×前后）/mm
630×420
4.1.2彎曲凸、凹模尺寸的計算
（1）彎曲凸、凹模橫向尺寸
本設計要保證工件的外形尺寸，故計算凹模寬度尺寸L凹、 凸模寬度尺寸L凸如下：
L凹=（Lmax－0.75）
L凸=（L凹－2Z）
式中 Lmax——彎曲件寬度的極限尺寸，mm；
L凸——凸模寬度，mm；
L凹——凹模寬度，mm；
Z——凸模與凹模單邊的間隙，mm；
——彎曲件寬度的尺寸公差，mm；
、——凸模與凹模的制造偏差，mm。
本設計采用如圖4-1所示的彎曲模結構，一次壓彎成形，壓彎時先壓成U形，然后在凹模的繼續(xù)下行中將U形件彎成所需形狀。
圖4-1 形件彎曲模
Lmax=175－2×20－2×（2×π×1.5）/4＋2=132.29mm，取Lmax=132mm。
彎曲件寬度的尺寸公差=1mm。
凹模和凸模的一個邊的空隙值Z，
Z=（1.05~1.15）t=（1.05~1.15）×2=2.1~2.3mm，取Z=2.0mm。
凸模的制造偏差=0.03mm，凹模的制造偏差=0.04mm。
所以，
L凹=（Lmax－0.75）=（132－0.75×1）=131.25
L凸=（L凹－2Z）=（131.25-2×2）=127.25。
（2）凸、凹模的圓角半徑
①凸模的圓角半徑
當工件的相對彎曲半徑r/t較小時，一般凸模的工作圓角半徑r凸取等于彎曲件的內側彎曲半徑r，但不應小于表4-4所列的常用板材的最小彎曲半徑值rmin。
表4-4 最小彎曲半徑數值
材料
退火或正火
冷作硬化
彎曲線位置
垂直纖維
平行纖維
垂直纖維
平行纖維
Q235A
0.10t
0.50t
0.50t
1.00t
工件內圓角半徑r為3mm，最小彎曲半徑為rmin=1.5mm，
故凸模圓角半徑r凸可取彎曲件的內彎曲半徑，即r凸=3mm。
②凹模的圓角半徑
在實際當中，常按下面的經驗來選?。?
當t<2，r凹=（3~6）t
t=2~4，r凹=（2~3）t
t>4，r凹=2t
工件厚度t=2mm，故r凹=（2~3）t=（4~6）mm，取r凹=5mm。
③凹模的深度
本設計取凹模深度L=200mm。
4.2模具的總體設計
4.2.1模具類型的選擇
采用如圖4-1所示的彎曲模結構，一次壓彎成形，壓彎時先壓成U形，然后凹模繼續(xù)下行，在和凸模的配合下將U形件彎成所需的形形狀。
4.2.2定位方式的選擇
由于工件中存在二個孔，故可以采用銷釘定位的方式定位，提高制件的精度。
4.2.3卸料方式的選擇
采用彈性卸料。
4.2.4 導向方式的選擇
該彎曲模采用后側導柱的導向方式。
4.3主要零部件的設計
4.3.1彎曲凸模的結構設計
彎曲凸模的結構如圖4-2所示。
圖4-2 彎曲凸模的三維圖
4.3.2彎曲凹模的結構設計
彎曲凹模的結構如圖4-3所示。
圖4-3 彎曲凹模的三維圖
4.3.3彈性元件的設計
本設計彎曲模的彈性元件采用的是橡膠。
彎曲模的頂件力為FQ=（0.3~0.8）F自=（0.3~0.8）×4128=1238.4~3302.4N，取FQ=3000N。則選取直徑D=60mm,高H=50mm的橡膠。
4.4導向支撐、固定裝置的選用
4.4.1上、下模座的選擇
（1）上模座取315×200×40mm，下模座取315×200×50mm。
（2）模座材料一般選用HT200
4.4.2導柱、導套的選擇
選用A型導柱（GB/T2861.1—1990），其尺寸為φ40mm×250mm，材料為20鋼；選用A型導套（GB/T2861.1—1990），其尺寸為φ40mm×91×45mm，材料為20鋼。
4.4.3模柄的選擇
采用帶凸緣式模柄。
4.4.4螺釘與銷釘的選擇
（1）定位銷
選用φ6×16銷釘，將銷釘固定在凸模上，通過穿過工件的兩個φ6mm的孔來定位工件。
（2）螺釘的選用
選用四顆M10×29的螺釘將模柄與上模座固定，選用M6×50的螺釘將凸凹模與上模座固定。
4.5彎曲模的總裝配圖
圖4-4 支撐板彎曲模的裝配三維圖
圖4-5 支撐板彎曲模的裝配圖
圖4-6 支撐板彎曲模的三維爆炸圖
1-下模座，2-內六角螺釘，3-導柱，4、9、22-銷釘，5-凹模1,6-導套，7-上模座，8-凹模2，10、23-緊固螺釘，11、15-定位銷，12-打桿，13-模柄，14-滑塊，16-導料板，17-凸模，18-頂桿，19-頂板，20-螺柱，21-橡膠
工作原理：
本設計的為 型支撐板一次彎曲模。該模具通兩個凹模和一個凸模配合進行順序彎曲。首先，將工件送到工作臺面上，通過導料板16進行定位。壓力機通過滑塊使上模座7下行，凹模1和凹模2的共同作用下使工件彎成U形形狀，然后凸模上的兩個定位銷將工件定位，防止工件左右擺動影響后續(xù)的彎曲。上模座7向下走，走到一定位置，此時凹模2和凸模一起作用把工件彎成當形形狀上模上行，頂件裝置件工件頂起。到此為止，為彎曲模工作的一個循環(huán)，即完成整個彎曲工藝流程。
4.6壓力機的校核
（1）設計出來的模座總體尺寸要比壓力機的工作臺面尺寸要小，否則無法正常工作，而且會發(fā)生危險。所選壓力機J23-40的工作臺尺寸（左右×前后）/mm=630×420，模座的總體尺寸為395×280，符合工作要求。
（2）彎曲模具的閉合高度H=185mm
Hmax-5mm=195≥H=185mm≥Hmin+10mm=130mm
所以選用的J23-40型開式壓力機符合工作要求。
總結
在談芬芳老師的指導和自己的努力下，終于完成了這個歷時三個月的畢業(yè)設計。通過這次畢業(yè)設計，感覺自己真是受益匪淺，不僅重溫了以前學過的關于模具的基本知識，而且掌握了基本設計模具的方法，而且鍛煉了二維和三維軟件的操作，更進一步熟練的運用計算機輔助工具進行模具的設計。此外，在準備做畢業(yè)設計之前，自己去圖書館查找相關資料進行閱讀進行設計的前期準備，同時查閱了大量論文文獻和期刊，了解和掌握模具設計的最新方法和設計中涉及到的國際標準的變動。通過前期的這些準備，使我在后期真正開始做設計時避免不少錯誤，給我節(jié)約了不少寶貴時間來改正自己設計時的一些錯誤，從而使設計更加的完善。
首先是查閱教科書，了解設計模具的基本步驟和注意事項。接著開始自己著手根據要設計的零件進行相關尺寸的計算。當設計到后面時有時候會發(fā)現前