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摘要
本次畢業(yè)設計的題目是鏈板落料沖孔復合模的設計，其結構簡單，對尺寸精度和外觀質量有較高的要求。因此，工藝方案的確定很重要，對于裝配圖和零件圖的繪制利用CAD來完成，對我們今后從事模具行業(yè)奠定基礎。
沖壓模具主要是將板料分離或成形而得到制件的加工方法。本次設計采用的是倒裝復合模，本文分析了鏈板片的沖壓工藝特點，沖壓模具的設計，模具制造等理論知識及要求，結合生產(chǎn)實習的綜合性知識，工藝特點及功能、技術要求，參考現(xiàn)有的沖壓模具設計資料，完成了鏈板片沖壓模具的方案設計。
關鍵詞：鏈板；沖壓工藝；復合模；
Abstract
The topic of this graduation design is the design of the chain plate blanking punching compound die, its structure is simple, have higher request for dimensional precision and appearance quality. Therefore, the determination of process scheme is very important, for the assembly drawing and part drawing drawing using CAD to completion, lay a foundation for our future in the mold industry.
stamping die is mainly to separate sheet metal or forming parts processing method. This design USES is inversion compound die, stamping process characteristics of chain plate are analyzed in this paper, the design of the stamping die, die manufacturing and other theoretical knowledge and requirements, combined with the production practice of comprehensive knowledge, process characteristics and functions, technical requirements, reference existing stamping die design, completed the chain plate stamping die design.
Key words: chain plate; Stamping process. Composite mould;
目 錄
第一章 前言..........................................................1
1.1 沖壓加工的意義...............................................1
1.2 沖壓加工的特.................................................1
1.3 沖壓加工的內容...............................................2
第二章 沖壓工藝設計...................................................3
2.1 沖壓件的工藝性分析.............................................3
2.1.1 沖壓件材料.................................................3
2.1.2 沖壓件形狀和尺寸...........................................3
2.1.3 沖壓件的精度...............................................4
2.2 沖壓件工藝方案的確定...........................................5
第三章 沖裁件排樣設計.................................................7
3.1 排樣方式.......................................................7
3.2 排樣設計.......................................................8
3.2.1 搭邊的確定.................................................8
3.2.2 進距的確定.................................................9
3.2.3 條料寬度的確定.............................................9
3.3 材料的利用率.................................................11
第四章 沖壓力計算...................................................13
4.1 沖裁力的計算.................................................13
4.2 降低沖裁力的措施.............................................13
4.3 卸料力、推件力和頂件力的計算.................................14
4.3.1 卸料力的計算.............................................15
4.3.2 推件力的計算.............................................15
4.3.3 頂件力的計算.............................................15
第五章 沖壓設備及選用................................................17
5.1 沖壓設備的種類................................................17
5.2 沖壓設備的選用................................................17
5.2.1 沖壓設備選用的原則........................................17
5.2.2 沖壓設備類型的選擇........................................18
5.2.3 計算沖壓工藝總力..........................................18
5.2.4 校核初選設備............................................19
第六章 凸凹模刃口尺寸的確定........................................21
6.1 尺寸計算原則................................................21
6.2 凸、凹模刃口尺寸計算........................................21
第七章 模具主要零部件設計.........................................25
7.1凹模設計...................................................25
7.1.1 凹模刃口形式..........................................25
7.1.2 凹模結構形式及其固定方法..............................25
7.1.3 凹模外形設計..........................................26
7.2 凸模設計..................................................27
7.2.1凸模的結構形式與固定..................................27
7.2.2 凸模尺寸的確定........................................28
7.2.3 凸模的強度校核........................................30
7.3 凸凹模設計................................................31
7.3.1 凸凹模外形尺寸的確定..................................31
7.3.2 凸凹模壁厚的確定......................................31
7.3.3 凸凹模材料的選取......................................32
7.4 定位零件的設計............................................32
7.4.1 導料零件的設計........................................32
7.4.2 擋料零件的設計........................................33
7.5 卸料裝置的設計............................................33
7.6 連接件與固定零件的設計....................................35
7.6.1 凸模固定板的設計.....................................35
7.6.2 墊板的設計...........................................36
7.6.3 螺釘與銷釘?shù)脑O計.....................................36
7.6.4 模架的選用...........................................37
7.6.5 模柄的選用...........................................38
7.6.6 推件塊裝置的設計.....................................38
第八章 模具裝配圖及零件圖的繪制.................................41
8.1 裝配圖繪制...............................................41
8.1.1 裝配圖繪制原則......................................41
8.1.2 裝配圖繪制要求.........................................41
8.2 零件圖的繪制...............................................42
8.2.1 零件圖的繪制步驟......................................43
8.2.2 零件圖尺寸標注方法....................................43
結論.............................................................45
致謝.............................................................47
參考文獻.........................................................49
VI
第一章 前言
1.1沖壓加工的意義
四年的大學學習期間，對所學專業(yè)除了有了一定的認識和了解外，還利用課余時間閱讀了很多關于沖壓模具的資料和文獻，學習CAD以后我又了解了Pre/E、UG等軟件，深深的體會到今后還有更多的知識等待我去了解和深層次的學習。
本次畢業(yè)設計的課題具是鏈板落料沖孔復合模的設計，其結構簡單，對尺寸精度和外觀質量有較高的要求。因此，工藝方案的確定很重要，對于裝配圖和零件圖的繪制利用CAD來完成，對我們今后從事模具行業(yè)奠定基礎。通過本次的設計，使我在以下方面得到了一定的提升：
1.具體運用和鞏固了對模具課程及相關課程的理論知識；
2.掌握沖壓模具設計的基本技能，查閱有關技術資料和手冊，熟悉標準和規(guī)范；
3.運用所學的知識進行一次沖壓模具的設計工作，具有初步設計模具的能力；
4.樹立正確的設計思想，培養(yǎng)嚴肅的工作態(tài)度，為今后的工作奠定了基礎。
1.2沖壓加工的特點
沖壓加工是現(xiàn)代機械制造業(yè)中先進高效的加工方法之一，它是利用安裝在壓力機上的模具，在常溫（或加熱）條件下對板料施加壓力使其變形和分離，從而獲得一定形狀、尺寸零件的加工方法。因為它主要用于加工板料零件，所以又稱板料沖壓。
沖壓生產(chǎn)過程的主要特點有以下幾點：
1、借助壓力機的壓力利用模具能獲得壁薄、重量輕、剛性好、形狀復雜的零件，這些零件用其他的加工方法難以加工甚至無法加工；
2、沖壓加工的零件精度高，尺寸穩(wěn)定，具有良好的互換性；
3、沖壓加工是少、無切削加工的一種，部分零件沖壓直接形成，大部分無需任何在加工，材料利用率高，達到85%以上；
4、生產(chǎn)效率高，生產(chǎn)過程易實現(xiàn)機械化和自動化，適合于大批大量生產(chǎn)；
5、操作簡單，便于組織生產(chǎn)和管理。
沖壓加工的缺點模具制造周期長，制造成本高，不適于小批量生產(chǎn)；其次沖壓加工多采用機械壓力機，由于滑塊往復運動快，大量手工操作，勞動強度較大，易發(fā)生事故，安全生產(chǎn)與管理要求高，須采用必要的安全技術措施來保證。
1.3沖壓加工的內容
本次設計的過程主要解決的問題是沖壓模具工藝的分析、工藝計算和結構的設計、裝配，基本內容如下：
1.工件的工藝分析；
2.沖壓工藝方案的確定；
3.工藝尺寸的計算；
4.沖壓設備的選用；
5.模具零部件的主要設計；
6.利用CAD完成模具裝配圖和零件圖的繪制；
7.完成一篇與專業(yè)有關的外文翻譯，要求語句通順，含義準確。
第二章 沖壓工藝設計
沖壓工藝設計包括沖壓件的工藝分析和沖壓工藝方案的確定。勞動量和沖壓件成本是衡量沖壓工藝設計合理性的主要指標。工藝設計為模具的結構設計提供依據(jù)，因此工藝設計的好壞直接影響到模具的結構、產(chǎn)品的成品等。
2.1 沖壓件的工藝性分析
工藝分析包括技術和經(jīng)濟兩方面的內容。在技術方面，根據(jù)產(chǎn)品圖紙，主要分析該沖壓件的形狀特點、尺寸大小、精度要求和材料性能等因素是否符合沖壓工藝要求；在經(jīng)濟方面，主要根據(jù)沖壓件的生產(chǎn)批量，分析產(chǎn)品成本，闡明采用沖壓生產(chǎn)可以取得的經(jīng)濟效益。因此，沖壓件的工藝分析，主要討論在不影響零件使用的前提下，能否以最簡單、最經(jīng)濟的方法沖壓出來。
影響沖壓件工藝性的因素有很多，從技術和經(jīng)濟方面考慮，主要因素如下。
2.1.1沖壓件材料
該工件的材料為Q235普通碳素結構鋼，厚度為1mm，大批量生產(chǎn)，由于含碳量適中，抗拉強度為350MPa，屈服強度為235MPa，綜合性能較好，所以為常用沖壓材料，且具有良好的沖壓工藝性，所以適合沖壓。
2.1.2沖壓件形狀和尺寸
1、沖壓件的形狀應盡可能簡單、對稱，盡可能采用圓形、矩形等規(guī)則的幾何形狀或由這些形狀組成，使排樣時廢料最少。
2、沖壓件的凸出懸臂和凹槽的寬度不宜太小，以免凹模折斷。
3、沖壓件的外形或內形的轉角處，要避免尖角的出現(xiàn)，應以圓弧過度，使于模具加工，減少熱處理或沖壓時在尖角處開裂現(xiàn)象。
4、沖孔時，孔的尺寸不宜過小，以免凸模折斷。
5、沖壓件的孔與孔之間、孔與邊緣之間的距離不應過小，否則模具的強度和沖壓件的質量難以保證。
不同形狀和尺寸的沖壓件，有不同的工藝要求。對于沖壓件，要求外形簡單對稱，最好是由圓弧和直線組成的。該零件形狀簡單、對稱，是由兩個φ9mm孔和兩個φ24mm圓與長為24mm的直線組成的（如圖2.1所示），無凹槽、懸臂、尖角等，所沖孔的尺寸及孔邊距和孔間距尺寸均滿足最小值要求可以采用沖孔落料復合沖壓。
圖2.1鏈板
2.1.3沖壓件的精度
沖裁件的精度一般可分為精密級與經(jīng)濟級兩類。精密級是指沖壓工藝在技術上所允許的最高精度，而所謂經(jīng)濟級是指模具達到最大許可磨損時，其所完成的沖壓加工在技術上可以實現(xiàn)而在經(jīng)濟上又合理的精度。為降低沖壓成本，獲得最佳的技術經(jīng)濟效果，在不影響沖裁件使用要求的前提下，應盡可能采用經(jīng)濟精度。
沖壓件精度與模具結構形式及其制造精度等因素有關。一般沖壓件內外形所能達到的經(jīng)濟精度、兩孔之間的孔距公差、孔與邊距的尺寸公差、沖壓件的角度偏差以及剪斷面的近似粗糙度值可查相關的表格。
由查表可得：沖裁件內外形所能達到的經(jīng)濟精度為IT11（見表2.1），孔中心與邊緣距離尺寸公差為±0.5mm（見表2.2），兩孔心距的精度為±0.02mm（見表3.11《沖壓工藝與模具設計》）。
表2.1沖裁件內外形所能達到的經(jīng)濟精度
材料厚度
t / mm
基 本 尺 寸 / mm
≤3
3～6
6～10
10～18
18～500
≤1
IT12～IT13
IT11
1～2
IT14
IT12～IT13
IT11
2～3
IT14
IT12～IT13
3～5
—
IT14
IT～IT13
表2.2 孔中心與邊緣距離尺寸公差
材料厚度
t / mm
孔中心與邊緣距離尺寸 mm
≤50
50～120
120～220
220～360
≤2
2～4
>4
±0.5
±0.6
±0.7
±0.6
±0.7
±0.8
±0.7
±0.8
±1.0
±0.8
±1.0
±1.2
2.2沖壓工藝方案的確定
所謂工藝方案，是指用哪幾種基本沖壓工序，按照何種沖壓順序，以怎樣的工序組合方式完成沖壓件的沖壓加工。
確定沖壓工藝方案時需要考慮的問題，其主要內容如下。
1、沖壓性質 剪裁、落料、沖孔、切邊、彎曲、拉深、翻邊等是常見的沖壓工藝，各沖壓工序有其不同的性質、特點和用途。編制沖壓工藝時，可以根據(jù)產(chǎn)品圖紙和生產(chǎn)批量等要求，合理選擇這些工藝。
2、沖壓次數(shù)和順序 沖壓次數(shù)是指同一性質的工序重復進行的次數(shù)。對于沖裁件的沖壓次數(shù)是根據(jù)具體形狀和尺寸以及極限變形程度來決定。
3、工序的組合方式 工序的組合方式主要取決于沖壓件的生產(chǎn)批量、尺寸大小和精度等因素。生產(chǎn)批量大，沖壓工序應盡可能的組合在一起，進行復合模或連續(xù)模沖壓。
4、其他輔助工序 對于某些組合沖壓件或有特殊要求的沖壓件，在分析了上訴沖壓性質、沖壓次數(shù)、順序以及工序組合方式后，尚需考慮非沖壓輔助工序，如鉆孔、鉸孔、車削等機械加工，熱處理、焊接、表面處理和去毛刺等工序。這些輔助工序可根據(jù)沖壓件結構特點和使用要求選用，安排在各沖壓工序之間進行，也可置于沖壓工序前或后加工。
（1）、通過對該工件的沖壓工藝性進行分析可知，該沖壓件具有良好的沖壓工藝性，比較適合沖壓；
（2）、該零件需要落料、沖孔兩道基本工序才能成形；
（3）、考慮到制件生產(chǎn)批量和產(chǎn)品的質量、生產(chǎn)效率、模具壽命、材料消耗及操作方便安全等因素，由沖壓制件外觀形狀分析，該制件有落料、沖孔兩道工序，所以確定此鏈接板的生產(chǎn)中可以采用下面的幾套方案：
方案一：先落料 后沖孔
方案二：先沖孔 后落料
方案三：采用落料沖孔復合模
分析比較：
方案一：模具結構簡單，但需要兩道工序、兩副模具，生產(chǎn)率較低，難以滿足大量生產(chǎn)時對效率的要求；
方案二：定位簡單可靠，但要用手鉗放置毛坯，多次進出危險區(qū)域，很不安全；
方案三：只需一副模具，沖裁件的幾何精度和尺寸精度容易保證，生產(chǎn)率最高，沖裁的孔與外形的位置精度較高，工件較平整，模具制造復雜，可適用大批量生產(chǎn)，從以上比較多來看，在保證沖裁件質量的情況下，應盡可能降低成本，提高經(jīng)濟效益，工人操作方便、安全的情況下考慮，選擇復合模比較合適。
結論：經(jīng)過全面分析、綜合考慮，以零件質量、生產(chǎn)效益及經(jīng)濟性幾個方面衡量，認為三種方案中方案三為最佳的方案，即采用落料沖孔復合模完成此制件的成品。
第三章 沖裁件排樣設計
沖裁件在板料或條料上的布置方式，稱為沖壓件的排樣，簡稱排樣。排樣的目的在于減少廢料的消耗，降低成本，提高生產(chǎn)率，延長模具壽命。
排樣時注意事項：
1、提高材料的利用率（不影響制件使用性能前提下，可改變制件局部形狀或外形）；
2、排樣方法應使操作手操作方便，勞動強度小且安全；
3、模具結構簡單、壽命高；
4、保證制件質量和制件對板料纖維方向的要求，尤其是彎曲件的制件半成品。
圖3.1排樣圖
3.1 排樣方式
常見的排樣方式有：
1、有廢料排樣 如圖3.1所示，沿沖裁件全部外形沖裁，沖裁件與沖裁件之間、沖裁件與條料之間都存在工藝廢料，可利用搭邊補償誤差，能保證沖裁件的精度和質量。有廢料排樣時，沖裁件尺寸完全由沖模來保證，因此沖裁件精度高，模具壽命長，但是材料利用率較低。常用于沖裁形狀復雜、尺寸精度要求較高的沖裁件。
2、少廢料排樣 沿沖裁件部分外形切斷或沖裁，只在沖裁件與沖裁件之間、沖裁件與條料側邊之間或料頭料尾留有廢料。工件質量稍差，模具壽命縮短，但材料的利用率稍高，沖模結構簡單。
3、無廢料排樣 工件與工件之間或工件與條料側邊之間均無廢料，沿直線或曲線切斷條料而獲得的沖裁件。沖裁件質量和模具壽命差，但材料利用率最高。另外當送進步距為兩倍零件寬度時，一次切斷便能獲得兩個沖件，有利于提高勞動生產(chǎn)率。
采用少、無廢料排樣，可使材料的利用率提高到75%~95%，對節(jié)省材料有及其重要的意義。但少、無廢料沖裁也存在一些缺點，由于條料自身的公差和條料導向與定位所產(chǎn)生誤差影響，沖裁件所能達到的精度和質量都較差，同時模具的壽命也低，沖裁件的斷面質量差。
無論是有廢料、少廢料和無廢料排樣中，其排樣形式一般分為直排、斜排、直對排、斜對排、混合排和多行排等。
3.2排樣的設計
3.2.1搭邊的確定
排樣時，工件之間以及工件與條料側邊之間留下的余料叫搭邊。搭邊的作用主要是補償定位及送料誤差，保證沖出合格的零件；使條料具有一定的剛度，保證順利送料，保證生產(chǎn)效率；避免沖裁時條料邊緣的毛刺被拉入模具間隙，提高模具壽命和斷面質量。
確定合理的搭邊值有利于提高沖裁件質量。從節(jié)省材料角度出發(fā)，搭邊值越小越好，但是搭邊值小于一定數(shù)值后，對模具壽命和剪切表面不利。在實際確定搭邊值時，需要綜合考慮一下因素：
1、材料的力學性能 硬材料的搭邊值可以小些，軟材料、脆材料的搭邊值要大些。
2、沖裁件的形狀與尺寸 沖裁件尺寸大小或有尖凸的復雜形狀時，搭邊值要大些。
3、送料及擋料方式 用手工送料，有側壓裝置的搭邊值可以小些，用側刃定距比用擋料銷定距的搭邊值小一些。
4、材料厚度 厚材料的搭邊值要取大一些。
5、卸料方式 彈性卸料比剛性卸料的搭邊值小一些。
表3.1最小搭邊值（單位：mm）
材料厚度
t / mm
手 工 送 料
自 動 送 料
圓 形
非 圓 形
對排
a1
a
a1
a
a1
a
a1
a
1 ≤
1.5
1.5
1.5
2
2
3
2
3
1-2
1.5
2
2
2.5
2.5
3.5
2
3
2-3
2
2.5
2.5
3
3.5
4
2
3
3-4
2.5
3
3
4
4
5
3
4
4-5
3
4
4
5
5
6
4
5
5-6
4
5
5
6
6
7
5
6
6-8
5
6
6
7
7
8
6
7
>8
6
7
7
8
8
9
7
8
查表3.1確定搭邊值a和a1，因t=1mm，采用自動動送料，由此可知a=3mm ，a1=2mm。
3.2.2進距的確定
進距也稱步距，是指模具每沖裁一次，條料在模具上前進的距離，步距是決定擋料銷位置的依據(jù)，由圖可知S=27mm。
3.2.3條料寬度的確定
選定排樣方法與確定搭邊值后，就可以計算條料寬度了。條料寬度的確定與條料在模具中的定位方式有關。
表3.2條料下料寬度偏差表（單位mm）
材料厚度t
條料寬度
≤50
50～100
100～200
200～400
≤1
0.5
0.5
0.5
1.0
1～3
0.5
1.0
1.0
1.0
3～4
1.0
1.0
1.0
1.5
4～6
1.0
1.0
1.5
2.0
1、有側壓裝置時條料寬度的確定。這種方式能使條料始終緊靠導料板一側送進，故按下列公式計算
B0 -△=(D+2a) 0 -△
導料板之間的距離為 A=B+c
式中， B為條料寬度，單位mm；
D為沖裁件在垂直送料方向上的最大外形尺寸，單位為mm；
a為側搭邊值，單位為mm，可參考表3.1；
△為條料寬度的單向偏差，單位為mm；
A為導料板之間的距離，單位為mm；
C為條料與導料板之間的間隙，單位為mm。
2、無側壓裝置時條料寬度的確定。利用導料板和擋料銷對條料定位，導料板內無側壓裝置。為了補償側面搭邊的減少，條料寬度應增加一個條料可能得擺動量c。因此條料寬度為
B0 -△=（D+2a+c）0 -△
導料板之間的距離為 A=B+c
公式中各參數(shù)的含義同式（3.1）
3、用導料板和側刃定位時條料寬度的確定。側刃定距的模具中，導料板帶有一個臺階，利用導料板的臺階進行擋料，條料要想繼續(xù)送進模具，必須將被導料板臺階擋住的料邊切除，側刃就是用來切除該料邊的，因此當送進步距采用側刃定位時，條料寬度必須增加側刃切去的料邊寬度b。此時條料寬度為
B0 -△=（L+2a+nb）0 -△=（L+1.5a+nb）0 -△
式中，B為條料寬度，單位為mm；
L為沖裁件在垂直送料方向上的最大外形尺寸，單位為mm；
a1為裁去料邊后的側搭邊值， a1=0.75a(a為側搭邊值，可參考表3.1)單位為mm；
b為側刃沖切的料邊寬度，單位為mm；
△為條料寬度的單向偏差，單位為mm，可參考表3.2。
表3.3條料與導料板之間的單邊間隙△（單位mm）
材料厚度t
無側壓裝置
有側壓裝置
條料寬度
≤100
100-200
200-300
≤100
＞100
≤1
0.5
0.6
1.0
5.0
8.0
1-5
0.8
1.0
1.0
5.0
8.0
由于是自動送料，本設計采用有側壓裝置時條料的寬度與導料板間距離的計算方法。又由表查得△=0.5，因此可得：
B0 -△=（D+2a）0 -△
=（66+2×2）
=70 0 -0.5mm
導料板之間的距離為 A=B+c
=70+0.5
=70.5mm
3.3材料的利用率
對沖裁件來說，一般材料占零件總成本60%以上?？梢姴牧侠寐适且粋€重要的經(jīng)濟指標。所謂材料利用率是指沖裁件的實際面積與所使用板料面積的百分比，是具體衡量排樣合理性的指標。用cad測量工具測量沖壓件的毛坯面積：A=1273.7mm2
一個步距內的材料利用率的計算公式為
η=A/BS×100%
即 =1273.7/×70×27×100%
=67.4%
式中，A為一個步距內沖裁件的實際面積，單位為mm2 ；
B為條料寬度，單位為mm；
S為步距，即每次條料送進模具的距離，單位為mm。
為了計算更準確的利用率還應考慮料頭、料尾以致裁板時邊料消耗情況，此時可用條料（或整個板料）的總利用率來表示。
η總=NA/LB×100%
式中，N為一張板料（或帶料、條料）上沖裁件的總數(shù)目，單位為個；
A為一個沖裁件的實際面積，單位為mm2；
L為板料的長度，單位為mm；B為板料的寬度，單位為mm。
第四章 沖壓力計算
沖裁力是沖裁時凸模沖穿板料所需的壓力，它是隨凸模進入板料的深度（凸模行程）而變化的。通常，沖裁力是指沖裁過程中的最大值，它是選用壓力機和設計模具的重要依據(jù)。
影響沖裁力的因素很多，主要有材料力學性能、厚度、沖裁件周邊長度、模具間隙大小以及刃口鋒利程度等。
4.1沖裁力的計算公式
計算沖裁力的目的是為了選用合理的壓力機，設計模具以及檢驗模具的強度。壓力機的噸位必須大于所計算的沖裁力，以適應沖裁工藝的需求。一般可按下公式計算：
F= KLtτb
即 L=42×2+π×12×2+9×π
=151.62mm
F=1.3×151.62×1×310
=61102.86N
式中 F：沖裁力，單位N；
L：沖件周邊長度，單位mm；
t：板料厚度，單位mm；
τb：板料抗剪強度，單位MPa；
K：考慮模具間隙的不均勻、刃口的磨損、材料力學性能與厚度的波動等因素的影響，而給出的修正數(shù)，一般K取1.3;
4.2降低沖裁力的措施
在沖裁高強度材料，或者材料厚度大而周邊很長的工件時，需要很大的沖裁力。當現(xiàn)場沖壓設備的噸位不能滿足時，為了不影響生產(chǎn)，充分利用現(xiàn)有沖壓設備，研究如何降低沖裁力是一個很重要的現(xiàn)實問題。
分析沖裁力的計算公式可知，當材料的厚度t一定時，沖裁力的大小主要與零件的周邊長度和材料的強度成正比。因此，降低沖裁力主要從這兩個因素著手。采用一定的工藝措施和改變沖模的結構，完全可以達到降低沖裁力的目的。同時，還可以減少沖擊、震動和噪聲，對改善沖壓環(huán)境也有積極意義。
目前降低沖裁力主要有下面的幾種方法
1、斜刃沖裁法
斜刃沖裁是指將凸?；虬寄５娜锌谧龀尚钡模藭r由于避免了刃口同時對板料進行剪切，因此能達到降低沖裁力的目的。為了保證得到平整的沖裁件，落料時將凹模做成斜刃，沖孔時將凸模做成斜刃，并使刃口對稱，以保證模具受力均衡。
2、階梯沖裁
在多凸模的沖裁中，將凸模做成不同高度，采用階梯布置，可使各凸模沖裁力的最大值不同出現(xiàn)，從而降低沖裁力。
3、加熱沖裁
材料在溫度較高的加熱狀態(tài)下，抗剪強度明顯下降(見表4.1)。因此，加熱沖裁能降低沖裁力。但材料加熱后回產(chǎn)生氧化皮，從而影響沖裁件表面質量，且產(chǎn)生環(huán)境和勞動條件變差。一般只適用于厚板或表面質量及公差等級要求不高的工件。
表4.1鋼在加熱狀態(tài)的看見強度τb（單位MPa）
加熱溫度
T
材料
200
500
600
700
800
900
Q195、Q215、10
Q235、20、25
Q275、30、35
40、45、50
360
450
530
600
320
450
520
580
200
240
330
380
110
130
160
190
60
90
90
90
30
60
70
70
如圖2.1所示，可知沖裁件的厚度t=1mm,厚度較小，且又須獲得平整的工件選用階梯凸模沖裁。
4.3卸料力、推件力和頂尖力的計算
沖裁結束后，從板料上沖裁下來的沖件（或廢料）由于徑向發(fā)生彈性變形而擴張，會梗塞在凹模洞口內，或者條料上的孔沿徑向發(fā)生彈性收縮而緊箍在凸模上。為了使沖裁工作能繼續(xù)進行，必將工件或廢料從模具分離。從凸模上卸下緊箍的料所需要的力稱為卸料力，用卸表示；將梗塞在凹模內的料順沖裁方向推出所需要的力稱為推件力，用F推表示；逆沖裁方向將料從凹模內頂出所需要的力稱為頂尖力，用F頂表示。
卸料力、推件力和頂尖力都是由壓力機和模具的卸料、頂尖和推件裝置傳遞的。所以在選擇壓力機的公稱壓力需要對這三種力進行計算。影響這些力的因素較多，主要有：材料的力學性能和料厚；沖件形狀和尺寸大?。煌?、凹模間隙大??；凹模洞口的結構；排樣搭邊值大小及潤滑情況等；
4.3.1卸料力的計算
F卸=K卸F
即 =0.7×61102.86
=42772N
式中 F卸： 卸料力，單位為N；
F：沖裁力，單位為N；
K卸：卸料力系數(shù)，查表4.2可得；
表4.2 卸料力、推件力和頂件力系數(shù)
材料厚度 t/mm
K卸
K推
K 頂
鋼
≤0.1
0.～0.5
0.～2.5
2.～6.5
＞6.5
0.06～0.075
0.04～0.055
0.04～0.05
0.03～0.04
0.02～0.03
0.1
0.063
0.055
0.045
0.025
0.14
0.08
0.06
0.05
0.03
鋁、鋼合金
純銅、黃銅
0.025～0.08
0.02～0.06
0.03～0.07
0.03～0.09
4.3.2推件力的計算
F推=K推F
即 =0.1×61102.86
=6110.286N
式中 F推為推件力，單位為N；
F為沖裁力，單位為N；
K推為推件力系數(shù)，查表4.2可得；
4.3.3頂尖力的計算
F頂=K頂F
即 =0.14×621102.86
=8554.4N
式中 F頂 為頂件力，單位為N；
F為沖裁力，單位為N；
K頂為頂件力系數(shù)，查表4.2可得；
即總的沖裁力 F總=F+F卸+F推
=61102.86+42772+6110.286
=109985.146N
第五章 沖壓設備及選用
沖壓設備的正確選擇及合理使用將決定沖壓生產(chǎn)能否順利進行，并與產(chǎn)品質量、模具壽命、生產(chǎn)效率和生產(chǎn)成本等密切相關。
生產(chǎn)實際中用來完成沖壓件的不同沖壓工序的機床通稱為沖壓設備或壓床，沖壓設備結構簡單，制造容易，操作方便，通用性強；其次沖壓設備工作部分有良好的導向，故所沖制的零件精度高，互換性較好；再者，沖壓設備的傳統(tǒng)系統(tǒng)靈敏可靠，具有規(guī)律的往復運動，因而生產(chǎn)易于實現(xiàn)機械化和自動化。
5.1沖壓設備的種類
在沖壓生產(chǎn)中，不同的沖壓工藝，應采用相應的沖壓設備。這些沖壓設備都具有其特有的結構形式及作用特點。
沖壓設備種類很多，主要有以下幾種。
1、機械壓力機類 包括曲柄壓力機、拉深壓力機、摩擦壓力機、模鍛精壓機、擠壓用壓力機和專用壓力機等；
2、液壓機類 有普通液壓件、專用液壓機；
3、自動鍛壓機 如板料自動壓力機。
5.2沖壓設備的選用
沖壓設備的選擇是沖壓工藝及模具設計中的一項重要內容，它直接關系到?jīng)_壓設備的安全使用、沖壓工藝能否順利實現(xiàn)和模具壽命、產(chǎn)品質量、生產(chǎn)效率、成本高低等重要問題。
5.2.1沖壓設備的選用原則
沖壓設備的選擇主要是根據(jù)沖壓工藝性質、生產(chǎn)批量大小以及沖壓件的幾何形狀、尺寸和精度要求等因素來進行的。沖壓生產(chǎn)中常用的沖壓設備種類很多，選用沖壓設備時主要考慮下述因素：
1、壓力機的公稱壓力不小于沖壓工序所需的壓力，即Fg≥（1.6～2.0）F總；
式中 Fg為壓力機的公稱壓力，單位為KN；
F總為沖壓工藝總力，單位為KN。
2、壓力機 滑塊行程應滿足工件高度且能獲得所需尺寸，并在沖壓后能順利地從模具上取出工件；
3、壓力機的閉合高度、工作臺尺寸和滑塊尺寸等應滿足模具的正確安裝，尤其是壓力機的閉合高度應于沖模的閉合高度相適應，Hmax-5mm≥H≥Hmin+10mm。模具的閉合高度不能大于壓力機的最大閉合高度，否則模具不能裝在此壓力機上；若模具的閉合高度小于壓力機的閉合高度，則通過增加墊板滿足要求。
5.2.2沖壓設備類型的選擇
沖壓生產(chǎn)中，一般根據(jù)所要完成的沖壓工藝性質、生產(chǎn)批量、沖壓件尺寸大小和精度要求等來選擇沖壓設備的類型。
1、對于中小型沖裁件、彎曲件和拉深件等，主要選用開式機械壓力機。開式壓力機雖然剛度不高，在較大沖壓力的作用下床身的變形會改變沖模間隙的分布，降低模具壽命和沖壓件表面質量，但是由于他提供了極為方便的操作調節(jié)條件和具有易于安裝機械化附屬裝置的特點，所以，目前仍是中小型沖壓件生產(chǎn)的主要設備。
2、對于大中型沖壓件，多選用閉式機械壓力機，包括一般用途的通用壓力機和專用的精密壓力機、雙動或三動拉深壓力機。
3、在小批量生產(chǎn)中，多采用液壓機或摩擦壓力機。液壓機沒有固定的行程，不會因板料厚度變化而超越，因此特別適合大型厚板沖壓件的生產(chǎn)。但其速度低，生產(chǎn)效率不高，沖壓件的尺寸精度不穩(wěn)定。摩擦壓力機具有結構簡單、造價低廉、不易發(fā)生超載破壞等特點，因此在小批量生產(chǎn)中常用來彎曲大而厚的彎曲件。
4、在大批量生產(chǎn)或形狀復雜件的大量生產(chǎn)中，應盡量選用高速壓力機或多工位自動壓力機。
5.2.3計算沖壓工藝總力
如圖2-2所示鏈板的材料為Q235，料厚1mm，左右兩邊分別一個9mm的小孔，沖壓模具圖見7.1，已知模具的閉合高度為191.5mm，下模座邊界尺寸為246mm×168mm。
沖裁力：根據(jù)零件圖2-1可知需沖2個φ9mm的小孔，總沖裁長度為
L=2×9π=56.52mm
查表可得抗拉強度為350MPa，又t=1mm，取K=1.3，則總沖裁
F=KLtτb=1.3×56.52×1×350=25716.6N
F卸=K卸F=0.07×25716.6=1800.162N
推件力：根據(jù)材料厚度取凹模刃口直壁高度h=15mm，故n=h/t=15mm。查表5.2，取K推=0.1，則
F推=nK推F=15×0.1×25716.6=38574.9m
總沖壓力： F總=F+F卸+F推=25716.6+1800.1+38574.9=66091.6N≈66KN
應選取的壓力機標稱壓力：P0≥（1.1～1.3）F總=（1.1～1.3）×66=72～86KN，因此根據(jù)《沖壓模具設計與實踐》表3.5可初選取的壓力機型號為J23-10。
5.2.4校核初選設備
根據(jù)模具結構，已知模具的閉合高度為191.5mm，下模座邊界尺寸為246mm×168mm，對照《沖壓模具設計與實踐》表3-5中J23-10開式雙柱可傾壓力機的技術參數(shù)，標稱壓力、滑塊行程和滑塊行程次數(shù)符合要求。
1、閉合高度校核 壓力機的最大閉合高度為180mm，最小閉合高度為145mm，根據(jù)公式校核如下：
因模具閉合高度較大，不加墊板。公式為Hmax-5mm≥H≥Hmin+10mm
壓力機的最大閉合高度Hmax-5mm=180mm-5mm=175mm
而模具的閉合高度為191.5mm，已超出175mm，故需重新選擇壓力機。
2、工作臺面尺寸校核 壓力機工作臺面的長、寬尺寸一般應大于模具下模座尺寸，并要求每邊留出60～100mm，以便于安裝固定模具。
即要求工作臺面長A=246+（60mm～100mm）×2=366～446mm
顯然J23-10型號壓力機的工作臺面尺寸為370mm×240mm，不能符合要求，查《沖壓模具設計與實踐》表3-5選擇J23-25型號的壓力機。
第六章 凸、凹模刃口尺寸的確定
凸模和凹模的刃口尺寸和公差，直接影響沖裁件的尺寸精度。模具的合理間隙值也靠凸、凹模刃口尺寸及公差來保證。因此，正確確定凸模、凹模刃口尺寸和公差，是沖裁模設計中的一項重要工作。
6.1尺寸計算原則
由于凸凹模之間存在間隙，使沖裁件斷面都帶有斜度，而在沖裁件尺寸的測量和使用中，都是以光面尺寸為基準的。落料件的光面是凹模刃口擠切材料產(chǎn)生的，沖孔件的光面是凸模刃口擠切材料產(chǎn)生的。故在計算刃口尺寸時，應按落料和沖孔兩種情況分別考慮，并遵循如下原則：
1、設計落料模時，以凹模刃口尺寸為基準，間隙在凸模上。凹模公稱尺寸應取工件尺寸公差范圍內的較小尺寸，凸模公稱尺寸則是在凹模公稱尺寸上加上最小合理間隙獲得的。
2、設計沖孔模時，以凸模刃口尺寸為基準，間隙取在凹模上。凸模公稱尺寸應取工件孔尺寸公差范圍內的較大尺寸，凹模公稱尺寸則是在凹模凸模公稱尺寸上加上最小合理間隙獲得的。
3、凸、凹模刃口的制造公差應根據(jù)沖裁件尺寸公差和凸、凹模加工方法確定，既要保證沖裁間隙要求和沖出合格零件，又要便于模具加工。
6.2凸、凹模刃口尺寸計算
考慮到模具加工和測量方法不同，凸模與凹模刃口部分的計算公式與制造公差的標注也不相同，基本上可以分為以下兩類。
1、凸、凹模分別加工 凸、凹模分開按各自的圖樣加工到最后尺寸，采用這種方法，要分別標注凸模和凹模刃口尺寸與制造公差，沖裁間隙由凸、凹模刃口尺寸及公差保證。其優(yōu)點是凸、凹模具有互換性，便于成批制造，只要適用于簡單規(guī)則形狀（圓形、方形）的工件。其計算公式見表6.1。
表 6.1分別加工法模具刃口尺寸計算公式
沖裁工序性質
落料
沖孔
工件尺寸
D 0 -△
d+△ 0
基準件
凹模
凸模
基準件磨損規(guī)律
越磨越大
越磨越小
基準刃口尺寸計算公式
Dd=( D-x△) +δd 0
Dp=( D+x△) 0 -δp
非基準刃口尺寸計算公式
Dp=( d-x△-2cmin) 0 -δp
dd=(d+x△+2cmin)+δd 0
校核不等式
δp+δd≤2（cmax-cmin）
表中，D、d為落料、沖孔工件基本尺寸，單位為mm；Dp、dd為落料凸、凹模刃口尺寸，單位為mm；dp、dd為沖孔凸、凹模刃口尺寸，單位為mm；△為工件公差，單位為mm；x為磨損系數(shù)（見表5.2)。Cmax最大合理間隙，單位為mm；cmin為最小合理間隙，單位為mm；δp、δd為凸凹模制造公差，可按IT6～IT7級取用，單位為mm；若當這兩種方法確定的δp、δd不符合表5-1中的不等式要求時，則?。?
δp=0.8（cmax-cmin）
δd =1.2 (cmax-cmin）
表6.2磨損系數(shù)x
材料厚度
t/mm
非圓形工件x值
圓形工件x值
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
0.2～0.4
≥0.50
＜0.24
≥0.24
＞4
＜0.30
0.3～0.5
≥0.60
＜0.30
≥0.30
由圖2.1可知，該零件需要落料、沖孔兩道沖裁工序完成。尺寸42mm、2×φ24mm由落料獲得，2×φ9mm由沖孔獲得，尺寸公差等級為IT11,查表《沖壓模具設計與實踐》2-10可得cmax=0.14mm，cmin=0.1mm，cmax-cmin=0.04mm，則下面分計算其刃口尺寸及公差。
（1）、落料，以凹模為基準，由于形狀規(guī)則，采用分別加工法加工其具。
①、落料尺寸42±0.1mm
Dd=( D-x△) +δd 0
Dp=( d-x△-2cmin) 0 -δp
查表《沖壓模具設計與實踐》2-12、6-2得，δp=0.02mm、δd=0.03mm，x=0.75。
校核間隙：因δp+δd=