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1 概述
1.1 我國(guó)冷沖壓模具現(xiàn)狀及前景
在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，模具是重要的工藝裝備之一。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)品的品種和數(shù)量不斷增加，產(chǎn)品的改型換代加快，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和外觀不斷提出新的要求，對(duì)模具的質(zhì)量的要求越來(lái)越高。模具工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)工業(yè)，是國(guó)際上公認(rèn)的關(guān)鍵工業(yè)。模具設(shè)計(jì)與制造水平的高低，直接影響著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，世界上工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家，模具工業(yè)發(fā)展迅速，模具總產(chǎn)值超過(guò)機(jī)床工業(yè)的總產(chǎn)值，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)工業(yè)之一。模具技術(shù)，特別是制造精密、復(fù)雜、大型長(zhǎng)壽命模具的技術(shù)，已經(jīng)成為衡量一個(gè)國(guó)家機(jī)械制造水平的重要標(biāo)志之一。
模具制造技術(shù)隨著制造設(shè)備水平的提高而提高。隨著先進(jìn)、精密和高自動(dòng)化程度的模具加工設(shè)備的應(yīng)用，如數(shù)控仿形銑床、數(shù)控加工中心、精密坐標(biāo)磨床、擠壓磨研機(jī)等模具加工和檢測(cè)設(shè)備的應(yīng)用，拓展了可進(jìn)行機(jī)械加工模具的范圍，提高了加工精度，降低了制件表面粗糙度，大大提高了加工效率，推進(jìn)了模具設(shè)計(jì)制造一體化的發(fā)展。
盡管我國(guó)模具工業(yè)有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，部分模具已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，但無(wú)論是數(shù)量還是質(zhì)量仍滿足不了國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的需要，每年仍需進(jìn)口10多億美元的各類大型，精密，復(fù)雜模具。與發(fā)達(dá)國(guó)家的模具工業(yè)相比，在模具技術(shù)上仍有不小的差距。今后，我國(guó)模具行業(yè)應(yīng)進(jìn)行不斷的技術(shù)創(chuàng)新，以縮小與國(guó)際先進(jìn)水平的距離。
2 工藝分析
2.1 設(shè)計(jì)課題
結(jié)構(gòu)：長(zhǎng)150mm，寬100mm，厚1mm，r=20mm,
材料：鋁合金；
生產(chǎn)批量：大批量生產(chǎn)；
材料牌號(hào)：LF21M鋁；
抗剪強(qiáng)度：100MPa；
抗拉強(qiáng)度：130MPa；
伸長(zhǎng)率：20；
2.2 零件工藝分析及方案確定
2.2.1 零件工藝分析
沖裁件的工藝性是指從沖壓工藝方面來(lái)衡量設(shè)計(jì)是否合理。一般的講，在滿足工件使用要求的條件下，能以最簡(jiǎn)單最經(jīng)濟(jì)的方法將工件沖制出來(lái)，就說(shuō)明該件的沖壓工藝性好，否則，該件的工藝性就差。當(dāng)然工藝性的好壞是相對(duì)的，它直接受到工廠的沖壓技術(shù)水平和設(shè)備條件等因素的影響。以上要求是確定沖壓件的結(jié)構(gòu)，形狀，尺寸等對(duì)沖裁件工藝的實(shí)應(yīng)性的主要因素。根據(jù)這一要求對(duì)該零件進(jìn)行工藝分析[1]。
制件尺寸公差無(wú)要求，故按IT13級(jí)選取。
由于制件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，形狀對(duì)稱，適于沖裁加工。
沖壓件的材料分析：LF21M鋁的抗剪強(qiáng)度，抗拉強(qiáng)度，伸長(zhǎng)率，此種材料有足夠的強(qiáng)度，適合于沖壓生產(chǎn)。
根據(jù)以上數(shù)據(jù)分析，此產(chǎn)品沖壓工藝性較好，無(wú)懸臂和狹槽。該零件是大批量生產(chǎn)，故采用沖壓模具進(jìn)行生產(chǎn)可以取得良好的經(jīng)濟(jì)效益，可以降低零件的生產(chǎn)成本。
2.2.2 方案確定
首先根據(jù)零件的形狀確定沖壓工序類型和選擇工序順序。沖壓該零件需要的基本工序有落料、拉深、切邊。
方案一：先落料，再拉深，最后切邊，采用單工序模生產(chǎn)。
方案二：先落料拉深復(fù)合模，再切邊模生產(chǎn)。
方案三：落料、拉深、切邊復(fù)合沖壓，采用復(fù)合模生產(chǎn)。
方案一均為單工序，雖然各個(gè)模的設(shè)計(jì)會(huì)簡(jiǎn)單些，強(qiáng)度、精度也能很好的達(dá)到要求，但是副模具的設(shè)計(jì)量太大，而且加工過(guò)程需要多次定位，很是麻煩。
方案三可以直接拿落好的料進(jìn)行加工，這樣一來(lái)只需要一副模具，大大減少模具設(shè)計(jì)任務(wù)，但是，由于拉深后材料會(huì)有所收縮，在盒口處需要切邊，根據(jù)計(jì)算，這樣復(fù)合模的壁太薄，強(qiáng)度不夠，所以方案三不行。
方案二既能達(dá)到模具的設(shè)計(jì)要求，也能盡可能減少工作量，而且兩個(gè)工序放在一起，也能充分發(fā)揮一副模具的作用，提高生產(chǎn)效率。
通過(guò)對(duì)比，方案二比較適合該零件，采用方案二。
2.3 模具結(jié)構(gòu)形式的確定
a 總體結(jié)構(gòu)為正裝復(fù)合模。
b 卸料裝置采用剛性卸料裝置，以便于制造與操作。
c 頂件裝置采用頂件器頂出制件。
d 為了使模具具有良好的導(dǎo)向精度，選擇導(dǎo)柱、導(dǎo)套導(dǎo)向的模具結(jié)構(gòu)。
e 復(fù)合模工序的先后順序排列有利于成形及模具制造，維修。
f 壓力機(jī)在一次行程內(nèi)能完成落料拉深工序。
g 壓力機(jī)在一次行程內(nèi)完成切邊工序。
3 主要工藝設(shè)計(jì)及計(jì)算
3.1 拉深工藝設(shè)計(jì)及計(jì)算
3.1.1 盒形件的修邊余量
一般情況下，盒形件在拉深后都需要修邊，所以在確定毛坯尺寸和進(jìn)行工藝計(jì)算之前，應(yīng)在工件高度或凸緣寬度上加修邊余量，無(wú)凸緣盒形件的修邊余量 [2]也可查得，本設(shè)計(jì)中修邊余量已經(jīng)給出為1.5mm。
3.1.2 拉深次數(shù)的確定
1、計(jì)算相對(duì)高度，與模具實(shí)用技術(shù)設(shè)計(jì)綜合手冊(cè)中表1-3-19所列的比較，若，則可一次拉成；若，則不能一次拉成。
；
； 100 0.3 0.2 0.19
， ，；
所以查表1-3-19 ， 。
所以 ，則可一次拉成。
3.1.3 盒形件拉深的展開尺寸計(jì)算
，所以屬于Ⅱa區(qū)—角部圓角半徑較小的低盒形件，毛坯尺寸的計(jì)算和作圖程序如下：
1、按壓彎計(jì)算壁部展開長(zhǎng)度
（3-1）
2、按拉深計(jì)算角部展開半徑
（3-2）
=39.10mm
3、從ab線段的中心向半徑為R的圓弧引切線。
4、展開直徑 148 98 30 4 20
A=150mm， B=100mm ， H=30mm ， ， r=20mm。
= 146.87mm
展開長(zhǎng)度
L=D+(A-B)=104.17+(150-100)=196.87mm （3-3）
展開寬度
=178.65 （3-4）
5、 在直線與切線的交接處，用半徑為R的圓弧光滑連接，即可得出展開外形。
3.1.4 搭邊及條料的寬度
查模具實(shí)用技術(shù)設(shè)計(jì)綜合手冊(cè)，表1-1-14，查得條料的搭邊值為。2 0.5 -0.1
所以條料的寬度值： （3-5）
導(dǎo)板間的距離 （3-6）
式中：沖裁件垂直于送料方向的尺寸；
：側(cè)搭邊的最小值；
：條料寬度的單向偏差。
：導(dǎo)尺與最寬條料之間的最小間隙。
其中分別由模具實(shí)用技術(shù)設(shè)計(jì)綜合手冊(cè)表1-1-16和表1-1-18查得。
3.1.5 拉深凸、凹模尺寸計(jì)算
一、間隙的確定
1、間隙值應(yīng)合理選取，否則，z過(guò)小會(huì)增加摩擦力，使拉深件容易破裂，且易擦傷表面，和降低模具壽命；z過(guò)大，又易使拉深件起皺，且影響工件精度。
2、不用壓邊圈拉深時(shí)：。查機(jī)械精度設(shè)計(jì)與檢測(cè)[3]
式中—板料厚度的最大極限尺寸（）；
—板料厚度的基本尺寸（）；
3、 拉深盒形件時(shí)凸模與凹模之間的間隙，在直邊部分可參考U形工件的壓彎模的間隙來(lái)確定，在圓角部分由于材料變厚，故其間隙應(yīng)比直邊部分間隙大。為1.2mm。
二、拉深模工作部分尺寸的確定
非圓形凸凹模的制造公差可根據(jù)工件公差選定。若拉深件的公差為IT13級(jí)時(shí)，凸凹模制造公差采用IT9級(jí)精度。根據(jù)模具實(shí)用技術(shù)設(shè)計(jì)綜合手冊(cè)，
查得對(duì)于 ， ，。
（3-7）
（3-8）
對(duì)于B=100mm， ， 。
（3-9）
（3-10）
式中：：拉深件公稱尺寸；
：拉深凸模和凹模刃口尺寸；
：拉深件公差；
：凸模和凹模間的間隙；
：凹模和凸模制造公差；
3.1.6 拉深凸、凹模圓角半徑的確定
拉深凹模圓角半徑也可以根據(jù)工件材料的種類與厚度來(lái)確定。根據(jù)模具實(shí)用技術(shù)設(shè)計(jì)綜合手冊(cè)表1-3-48，對(duì)于有色金屬（鋁、黃銅、紫銅）的拉深件，=。
3.1.7 拉深力計(jì)算
根據(jù)模具實(shí)用技術(shù)設(shè)計(jì)綜合手冊(cè) 表1-3-53計(jì)算拉深力的實(shí)用公式,對(duì)于低矩形盒一次拉深工序，拉深力的計(jì)算公式為 （3-11）
式中：：盒形件的周長(zhǎng)；
：材料厚度；
：拉深件抗拉強(qiáng)度；
：由一次拉深成的低矩形件的系數(shù)；
3.2 落料、沖孔工藝設(shè)計(jì)及計(jì)算
3.2.1 材料利用率計(jì)算
（3-12）
；
；
；
； （3-13）
式中：A：一個(gè)沖裁件的實(shí)際面積；
B：條料寬度；
L：條料長(zhǎng)度；
；
3.2.2 沖裁力計(jì)算
在生產(chǎn)使用中，考慮到刃口變鈍、間隙不勻和材料性能波動(dòng)等原因素，通常使用：
（3-14）
：沖裁件周長(zhǎng)（）；
：；
：為材料之抗剪強(qiáng)度；
所以。
3.2.3 卸料力、推件力和頂件力計(jì)算
根據(jù)模具實(shí)用技術(shù)設(shè)計(jì)綜合手冊(cè)表1-2-25，系數(shù)、、的數(shù)值，查得：
=0.04；=0.05；=0.05
卸料力：
（3-15）
推件力：
（3-16）
頂件力：
（3-17）
3.2.4 沖裁凸凹模刃口尺寸計(jì)算
落料件尺寸取決與凹模尺寸，落料模先決定凹模尺寸，用減小凸模尺寸來(lái)保證沖裁間隙值。根據(jù)模具實(shí)用技術(shù)設(shè)計(jì)綜合手冊(cè)表1-1-27 0.040 0.060
軟鋁的沖裁模具初始雙面間隙值為
對(duì)于 L=150mm查根據(jù)模具實(shí)用技術(shù)設(shè)計(jì)綜合手冊(cè) 表1-1-38，凸模和凹模制造公差。
查得，
校核
（3-18）
（3-19）
對(duì)于 L=100mm查根據(jù)模具實(shí)用技術(shù)設(shè)計(jì)綜合手冊(cè) 表1-1-38，凸模和凹模制造公差。
查得， ，
（3-20）
（3-21）
式中：和 ：沖件公稱尺寸；
：沖件公差；
：落料凸、凹模刃口尺寸；
：最小沖裁間隙；
：磨損系數(shù)，與沖件精度有關(guān)；
：凸、凹模制造公差；
3.3 落料拉深模沖壓力的計(jì)算
因?yàn)樵撗b置采用剛性卸料裝置和下出料方式，
所以 （3-22）
3.3.1 確定壓力中心
為了保證壓力機(jī)和模具正常工作，必須使沖模的壓力中心與壓力機(jī)滑塊中心線相重合。否則，在沖壓時(shí)會(huì)使沖模與壓力機(jī)滑塊歪斜，引起凸凹模間隙不均和導(dǎo)向零件加速磨損，造成刃口和其它零件的損壞，甚至還會(huì)引起壓力機(jī)導(dǎo)軌磨損，影響壓力機(jī)精度。
按比例畫出工件形狀零件圖，因?yàn)楣ぜ笥覍?duì)稱，所以模具的壓力中心即在工件的幾何中心處。
3.3.2 閉模高度的計(jì)算
通過(guò)從裝配圖上測(cè)量得到，模具的閉模高度為
沖模的閉合高度是模具在最低工作位置時(shí)，上模座上平面與下模座下平面之間的距離H。沖模的閉合高度必須與壓力機(jī)的裝模高度相適應(yīng)。壓機(jī)的裝模高度 是指滑塊在下死點(diǎn)位置時(shí)，滑塊下端面至墊板上平面間的距離。當(dāng)連桿調(diào)至最短時(shí)為壓機(jī)的最大裝模高度Hmax；連桿調(diào)至最長(zhǎng)時(shí)為為最小裝模高度Hmin。
沖模的閉合高度H應(yīng)介于壓機(jī)的最大裝模高度Hmax之間，其關(guān)系為：
如果沖模的閉合高度大于壓機(jī)最大裝模高度時(shí)，沖模不能在該壓力機(jī)上使用。反之小于壓力機(jī)最小裝模高度時(shí)，可加經(jīng)過(guò)磨平的墊板。
沖模的其它外形結(jié)構(gòu)尺寸也必須和壓力機(jī)相適應(yīng)，如模具外形輪廓平面尺寸與壓力機(jī)墊板、滑塊底面尺寸，模柄與模柄孔尺寸，下模緩沖器平面尺寸與壓力機(jī)墊板孔尺寸等都必須相適應(yīng)，以便模具能正確安裝和正常使用。
3.3.3 壓力機(jī)的選擇
淺拉深時(shí)壓力機(jī)的公稱壓力：
，式中為沖壓工藝總力，與模具結(jié)構(gòu)有關(guān)。所以，所以。
對(duì)于拉深件，選擇壓力機(jī)時(shí)，不僅要考慮壓力機(jī)的公稱壓力，為了方便取件，還要求壓力機(jī)行程應(yīng)滿足，為工件的高度，所以壓力機(jī)的主要技術(shù)規(guī)格為：75mm
型號(hào)：JB21-63
公稱壓力/KW：630
滑塊行程/mm：80
行程次數(shù)/次/分：65
最大閉合高度/mm：320
連桿調(diào)節(jié)量/ mm：70
工作臺(tái)尺寸/前后×左右/mm：710×480
模柄孔尺寸/直徑×深度/mm：50×110
3.3.4 閉模高度校核
前面由沖壓力初選630KN的壓力機(jī)，最大閉合高度為320mm，最小閉合高度220mm。而模具的閉合高度必須與壓力機(jī)的閉合高度相適應(yīng)，應(yīng)介于壓力機(jī)最大和最小閉合高度之間，一般可按如下關(guān)系式確定，即：
一般沖裁時(shí)壓力機(jī)的噸位應(yīng)比計(jì)算的沖壓力大30%左右。拉深時(shí)壓力機(jī)噸位應(yīng)比計(jì)算出的拉深力大60%-100%。
滑塊行程長(zhǎng)度應(yīng)保證毛坯能順利地放入模具和沖壓件能順利地從模具中取出。特別是拉深件應(yīng)使滑塊行程長(zhǎng)度大于制件高度的2.5-3倍。
工作臺(tái)面長(zhǎng)、寬尺寸應(yīng)大于模具下模座尺寸，并每邊留出50-100mm，以便安裝固定模具用的螺栓和墊板。
經(jīng)過(guò)綜合分析所選壓力機(jī)可以滿足模具工作要求。
3.4 切邊設(shè)計(jì)及計(jì)算
3.4.1 模具結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
該模具用于矩形件切邊的切邊模模具結(jié)構(gòu)。查閱沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)實(shí)例分析[4]，切邊模是通過(guò)凹模在x、y兩個(gè)水平方向前后左右移動(dòng)，與固定的凸模23之間，在壓力機(jī)的一次行程中順序沖切盒形件的余邊。切邊模操作簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率高，切邊質(zhì)量好；但模具制造難度和生產(chǎn)成本較高，只有在大批量生產(chǎn)條件下使用才是經(jīng)濟(jì)合理的選擇。
3.4.2 沖切過(guò)程
切邊凹模4放在托板5上，拉深毛坯件安放在凸模23上，其外形與工件內(nèi)形吻合，工件高度尺寸超出凸模刃口下邊緣1mm，即需要切下的余量。限位柱18用來(lái)推動(dòng)凹模上平面，使凹模在導(dǎo)板內(nèi)準(zhǔn)確移動(dòng)，開模時(shí)，限位柱下端面距離凹模上平面的距離為頂板距凸模上平面的距離加上凸模刃口與凹模刃口之間的距離。即限位柱接觸到凹模時(shí)，凸、凹模刃口正好配合進(jìn)行切邊。
當(dāng)頂板22隨壓力機(jī)下行時(shí)，在限位柱18的推動(dòng)下，凹模4下行的同時(shí)，在導(dǎo)板3、9、11、12的作用下作水平移動(dòng)，凸、凹模刃口配合完成切邊工序。壓力機(jī)上行時(shí)，依靠模具下部的彈頂器，使凹模復(fù)位。上模上行，限位柱18離開凹模4后，在彈簧6作用下將工件推出。
3.4.3 切邊力計(jì)算
式中 ：沖裁件周長(zhǎng)（）；
：；
：為材料之抗剪強(qiáng)度；
所以
3.4.4 推件力和頂件力計(jì)算
根據(jù)模具實(shí)用技術(shù)設(shè)計(jì)綜合手冊(cè)表1-2-25，系數(shù)、、的數(shù)值，查得：
=0.05；=0.05；
推件力：
頂件力：
3.5 切邊總力的計(jì)算
所以
3.5.1 確定壓力中心
為了保證壓力機(jī)和模具正常工作，必須使沖模的壓力中心與壓力機(jī)滑塊中心線相重合。否則，在沖壓時(shí)會(huì)使沖模與壓力機(jī)滑塊歪斜，引起凸凹模間隙不均和導(dǎo)向零件加速磨損，造成刃口和其它零件的損壞，甚至還會(huì)引起壓力機(jī)導(dǎo)軌磨損，影響壓力機(jī)精度。
按比例畫出工件形狀零件圖，因?yàn)楣ぜ笥覍?duì)稱，所以模具的壓力中心即在工件的幾何中心處。
3.5.2 閉模高度的計(jì)算
通過(guò)從裝配圖上測(cè)量得到，模具的閉模高度為468.04mm
沖模的閉合高度是模具在最低工作位置時(shí)，上模座上平面與下模座下平面之間的距離H。沖模的閉合高度必須與壓力機(jī)的裝模高度相適應(yīng)。壓機(jī)的裝模高度 是指滑塊在下死點(diǎn)位置時(shí)，滑塊下端面至墊板上平面間的距離。當(dāng)連桿調(diào)至最短時(shí)為壓機(jī)的最大裝模高度Hmax；連桿調(diào)至最長(zhǎng)時(shí)為為最小裝模高度Hmin。
沖模的閉合高度H應(yīng)介于壓機(jī)的最大裝模高度Hmax之間，其關(guān)系為：
如果沖模的閉合高度大于壓機(jī)最大裝模高度時(shí)，沖模不能在該壓力機(jī)上使用。反之小于壓力機(jī)最小裝模高度時(shí)，可加經(jīng)過(guò)磨平的墊板。
沖模的其它外形結(jié)構(gòu)尺寸也必須和壓力機(jī)相適應(yīng)，如模具外形輪廓平面尺寸與壓力機(jī)墊板、滑塊底面尺寸，模柄與模柄孔尺寸，下模緩沖器平面尺寸與壓力機(jī)墊板孔尺寸等都必須相適應(yīng)，以便模具能正確安裝和正常使用。
3.5.3 壓力機(jī)的選擇
壓力機(jī)的公稱壓力：
，式中為沖壓工藝總力，與模具結(jié)構(gòu)有關(guān)。所以,所以，
所以壓力機(jī)的主要技術(shù)規(guī)格為：
型號(hào)：JB21-80
公稱壓力/KW：800
滑塊行程/mm：130
行程次數(shù)/次/分：60
最大閉合高度/mm：480
連桿調(diào)節(jié)量/ mm：80
工作臺(tái)尺寸/前后×左右/mm：800×540
模柄孔尺寸/直徑×深度/mm：60×75
3.5.4 閉模高度校核
前面由沖壓力初選800KN的壓力機(jī)，最大閉合高度為480mm，最小閉合高度240mm。而模具的閉合高度必須與壓力機(jī)的閉合高度相適應(yīng)，應(yīng)介于壓力機(jī)最大和最小閉合高度之間，一般可按如下關(guān)系式確定，即：
一般沖裁時(shí)壓力機(jī)的噸位應(yīng)比計(jì)算的沖壓力大30%左右。拉深時(shí)壓力機(jī)噸位應(yīng)比計(jì)算出的拉深力大60%-100%。
滑塊行程長(zhǎng)度應(yīng)保證毛坯能順利地放入模具和沖壓件能順利地從模具中取出。特別是拉深件應(yīng)使滑塊行程長(zhǎng)度大于制件高度的2.5-3倍。
工作臺(tái)面長(zhǎng)、寬尺寸應(yīng)大于模具下模座尺寸，并每邊留出50-100mm，以便安裝固定模具用的螺栓和墊板。
經(jīng)過(guò)綜合分析所選壓力機(jī)可以滿足模具工作要求。
4 落料拉深模具零件的設(shè)計(jì)與計(jì)算
4.1 工作零件設(shè)計(jì)
4.1.1 上模固定方式
查冷沖壓模具圖集[5]，凸凹模和凸模固定板用過(guò)渡配合，借螺釘夾緊，銷釘定位，緊固在模座上。零件之間配合為過(guò)渡配合。
4.1.2 下模固定方式
落料凹模采用凹模最常見的固定方式，螺釘緊固，銷釘定位。拉深凸模與下模座過(guò)渡配合，通過(guò)螺釘緊固。
4.1.3 凸、凹模的設(shè)計(jì)
1、凸凹模設(shè)計(jì)
(1) 凸凹模長(zhǎng)度的確定
（4-1）
：凸凹模固定板的厚度；
：工件的高度；
： 附加高度；
(2) 凸凹模固定方法
凸模與固定板緊配合，上端帶有臺(tái)肩，以防拉下。
2、落料凹模設(shè)計(jì)
(1) 凹模高度
查實(shí)用模具設(shè)計(jì)與制造手冊(cè)[6]，表2-90可查出凹模厚度與壁厚，取，。
凹模的刃口與邊緣、刃口與刃口之間必須有足夠的距離，其值見表2-92.查得 此距離必須大于4mm。
(2) 凹模的固定方法
凹模的固定方法與凸模的固定方法相似，采用機(jī)械固定法。本設(shè)計(jì)采用螺釘和銷釘固定，孔與刃口邊距離的最小數(shù)值可參考表2-93.
3、拉深凹模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
考慮本成品的零件結(jié)構(gòu)形式，本凹模采用矩形凹模，其材料與凸模一樣采Cr12MoV，熱處理的硬度為58-62HRC，內(nèi)形尺寸即半成品的外形。
100
凹模高度
凹模外形尺寸。
4、拉深凸模的設(shè)計(jì)
根據(jù)半成品的內(nèi)形尺寸和拉深凹模尺寸可確定拉深凸模的尺寸為
。
4.2 定位零件設(shè)計(jì)
定位至少應(yīng)有三個(gè)支承點(diǎn)，兩個(gè)導(dǎo)向點(diǎn)，一個(gè)定程點(diǎn)。保證各點(diǎn)之間有足夠的距離，保證板坯定位穩(wěn)定。
4.2.1 擋料銷
擋料銷的功能是保證條料有準(zhǔn)確的送料距。
采用臺(tái)肩式擋料銷，并且固定在凹模上。由于固定部分和工作部分的直徑有差別，不至于過(guò)分的削弱凹模強(qiáng)度，而且臺(tái)肩式擋料銷制造容易、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便。其結(jié)構(gòu)如圖：圖4-1
圖 4-1擋料銷
Fig.4-1 Expected sales block
4.2.2 導(dǎo)料板
導(dǎo)料板又稱導(dǎo)尺，用于條料送進(jìn)過(guò)程中對(duì)條料側(cè)面進(jìn)行導(dǎo)向。查實(shí)用模具設(shè)計(jì)與制造手冊(cè)，表2-101 查得導(dǎo)料板的厚度為。
為使條料順利通過(guò)，導(dǎo)料板間的距離應(yīng)等于條料的最大寬度加上間隙值（一般大于），所以導(dǎo)料板的寬度為。根據(jù),查得導(dǎo)料板的各部分尺寸。122.43
圖4-2 導(dǎo)料板
Fig 4-2 Guide stripper plate
4.3 卸料裝置
a 彈性卸料板不但能承擔(dān)模具的卸料工作，而且還可以對(duì)放置在模具內(nèi)的條料起壓平和壓住的作用，保證平整和防止位置移動(dòng)。同時(shí)由于與凸模的良好配合，加上沖切時(shí)凸模伸出長(zhǎng)度小，對(duì)凸模有較好的保護(hù)作用。由于制件材料較薄、較軟，卸料力需求不大，故采用彈性卸料板。
b 彈性卸料板用6個(gè)卸料螺釘定位，并設(shè)有6個(gè)卸料板彈簧。
c 卸料板厚度為11.5mm。
4.4 推件與頂件裝置
把制件從裝于上模座的凸凹模中推出的零件，稱為推件裝置，若從裝于下模座的凸模上從下往上頂出制件，則為頂件裝置。
4.4.1 推件裝置
1、推件裝置的推力可利用壓力機(jī)上的打桿在打桿橫梁作用下得到。頂件裝置的頂力一般利用橡膠，頂桿等得到。
推板的形狀要按被推的制件形狀設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)要合理，要在保證能平穩(wěn)推下制件的前提下，受力點(diǎn)盡量少些。為使推薦力均衡分布，推桿要均勻分布，長(zhǎng)度一致。其尺寸可查實(shí)用模具設(shè)計(jì)與制造手冊(cè)，表2-96.（GB2867.4-81）
2、推桿的材料應(yīng)有一定的剛度，一般要經(jīng)過(guò)淬火處理。
推桿的直徑和長(zhǎng)度一般已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，可按國(guó)標(biāo)選取。穿過(guò)模柄的孔，把壓力機(jī)滑塊上的打桿橫梁的力傳給推板的桿件，稱為打桿。打桿的長(zhǎng)度的確定可按下式進(jìn)行計(jì)算
（4-2）
式中 ：打桿長(zhǎng)度；
：頂出狀態(tài)時(shí)，打桿在上模座平面以下的長(zhǎng)度；
：壓力機(jī)滑塊底平面到打桿橫梁孔間最小尺寸;
：考慮各種誤差而加的常數(shù)，一般取。
3、推件塊與凸模的配合一般為較松的間隙配合，也可以根據(jù)板料厚度取適當(dāng)間隙。
4.4.2 頂件裝置
頂件裝置由頂桿、頂件塊和彈頂器組成。頂件裝置對(duì)坯料有壓料的作用，故沖件平直度較高。彈頂器可做成通用的。
在設(shè)計(jì)彈性頂件裝置中的頂件塊時(shí)，模具閉合時(shí)，頂件塊背后有一定空間，以備修磨和調(diào)整的需要；模具開啟時(shí)頂件塊必須順利復(fù)位，且工作面應(yīng)高出凹模平面0.2~0.5mm，以保證可靠頂件。頂件塊與凸模為間隙配合，其外形尺寸一般按照公差與配合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)h8制造，也可以根據(jù)板料厚度去適當(dāng)間隙。
4.5 模架
模架包括上模座、下模座、導(dǎo)柱和導(dǎo)套。
4.5.1 導(dǎo)柱、導(dǎo)套的布置
常見的導(dǎo)柱導(dǎo)套布置形式有三種：
a 后側(cè)式導(dǎo)柱：可三面送料，操作方便，廣泛用于導(dǎo)向要求不太高的情況；
b 中間導(dǎo)柱和對(duì)角導(dǎo)柱：導(dǎo)向準(zhǔn)確，適用于共建精度要求較高或無(wú)間隙、小間隙沖模，但操作不如上一種方便
c 四個(gè)或六個(gè)導(dǎo)柱導(dǎo)向：導(dǎo)向情況最好，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，只有在沖大型工件、零件要求特別高的工件或大量生產(chǎn)用的自動(dòng)化沖模才采用
本設(shè)計(jì)采用兩導(dǎo)柱、導(dǎo)套分別裝在上、下模座后側(cè)，凹模面積是導(dǎo)套前的有效區(qū)域?？捎糜跊_壓較寬條料。送料及操作方便，可縱向、橫向送料。由于制件屬于一般精度要求，且為小型制件，故采用后側(cè)導(dǎo)柱模架非常合適。
4.5.2 上、下模座的尺寸
上下模座的作用是直接或間接地安裝沖模的所有零件，并分別于壓力機(jī)的滑塊和工作臺(tái)連接，以傳遞壓力。
模座的外行尺寸根據(jù)凹模周界尺寸和安裝要求確定，對(duì)于矩形模座其長(zhǎng)度應(yīng)比凹模板長(zhǎng)度大40～70mm，而寬度可以等于或略大于凹模板的寬度，但應(yīng)該考慮有足夠的安裝導(dǎo)柱、到套的位置。模座的厚度一般取凹模板厚度的1.0～1.5倍，考慮受力情況，上模座厚度可以比下模座厚度小5～10mm。
上模座的外形尺寸為538.643064mm
下模座的外形尺寸為538.643070mm
上下模座的材料均采用HT200。
4.5.3 導(dǎo)柱、導(dǎo)套
導(dǎo)柱和導(dǎo)套間的配合性質(zhì)分為滑動(dòng)導(dǎo)向配合和滾動(dòng)導(dǎo)向配合。因?yàn)闈L動(dòng)導(dǎo)向配合多用于精沖模、高速?zèng)_裁模、硬質(zhì)合金沖模和小間隙精密沖模。
故本設(shè)計(jì)采用滑動(dòng)導(dǎo)向配合。故本設(shè)計(jì)采用滑動(dòng)導(dǎo)向配合。
導(dǎo)套孔與導(dǎo)柱間采用、的間隙配合。查模具實(shí)用技術(shù)設(shè)計(jì)綜合手冊(cè)，表1-7-25以及表1-7-26。
查得導(dǎo)柱：（GB/T2861.1-81）35mm×200mm
導(dǎo)套：（GB/T2861.6-81）35mm×105mm×43mm
模具開啟高度為264mm，閉合高度約為239.5mm
4.6 模柄
中、小型模具的上模常通過(guò)模柄將其固定在壓力機(jī)的滑塊上帶動(dòng)上下運(yùn)動(dòng)，常用的模柄型式可見實(shí)用模具設(shè)計(jì)與制造手冊(cè)，表2-107采用壓入式模柄，它與模座孔采用有過(guò)渡配合。查模具實(shí)用技術(shù)設(shè)計(jì)綜合手冊(cè)表1-7-32（GB2862.1）取尺寸。材料為A3鋼。
4.7 墊板
墊板可以起到將凸模承受的壓力均布到模座上，避免凸模直接和模座接觸，從而避免壓強(qiáng)過(guò)高而壓塌模面。墊板的作用是直接承受和分散凸?；虬寄鬟f的壓力，以降低模座說(shuō)承受的單位壓力，保護(hù)模座不被凸模斷面壓陷。而是否采用墊板，視模座所受的壓應(yīng)力是否超過(guò)模座材料的許用應(yīng)力而定，當(dāng)壓應(yīng)力超過(guò)，則用墊板，反之，可以不用墊板。常用材料為45鋼、T7A。外形尺寸與凸模固定板一致，厚度與外形尺寸有關(guān)，可取6～12mm?？梢酝ㄟ^(guò)查表得出。查得。
4.8 固定板
固定板主要用于將凸模、凹?；蛲拱寄９潭ㄔ谀Ｗ希淦矫孑喞叽绯藨?yīng)保證凸、凹模安裝孔外，還應(yīng)考慮螺釘和銷釘?shù)奈恢?，厚度一般取為凹模厚度的。本設(shè)計(jì)中固定板的厚度為。壓裝后端面磨平，以保證沖模的垂直度。L凸=304.6mm，B凸 =200mm。固定板、墊板的基本結(jié)構(gòu)和尺寸可按GB2858.1-81~GB2858.6， GB2859.1~GB2859.6選取。
4.9 螺釘孔
螺釘主要承受拉應(yīng)力，用來(lái)連接零件。常用的有內(nèi)六角螺釘和各種帶槽的柱頭螺釘，螺釘孔結(jié)構(gòu)尺寸配合見表4-1，表中字母含義見圖4-3。
表4-1 螺釘孔尺寸配合表
Tab.4-1 Pore size with screw
d
D
D1
Hmin
Hmax
M6
7
11
3
25
M8
9
13.5
4
35
M10
11.5
16.5
5
45
M12
13.5
19.5
6
55
M16
17.5
25.5
8
75
圖4-3螺釘孔尺寸配合圖示
Fig.4-3 Screw holes with the icon size
4.10 圓柱銷
圓柱銷主要起定位作用，并承受一定的側(cè)向力，中小型模具中一般用兩個(gè)圓柱銷定位。圓柱銷為標(biāo)準(zhǔn)件，查實(shí)用模具設(shè)計(jì)與制造手冊(cè)，表2-118（摘自GB119-76），可得圓柱銷各尺寸。
4.11 彈簧
（4-3）
式中：：每個(gè)彈簧在預(yù)壓縮狀態(tài)時(shí)的預(yù)壓力；
：卸料力；
：彈簧數(shù)目；
所以，選擇的每個(gè)彈簧的允許最大工作負(fù)荷。
查實(shí)用模具設(shè)計(jì)與制造手冊(cè)，表2-108，GB2089-80，其屬性為：
內(nèi)徑：32mm
外徑：38mm；
自由高度：62.5mm；
壓縮量：24.5mm；
負(fù)荷：1390N；
4.12 橡膠彈頂器
橡膠允許承受的載荷較彈簧大，并且安裝調(diào)整方便，所以在沖裁模中應(yīng)用較多。沖裁模中用于卸料的橡膠有合成橡膠和聚氨酯橡膠，其中聚氨酯橡膠的性能比合成橡膠優(yōu)異，是常用的卸料彈性元件。所以本設(shè)計(jì)中采用聚氨酯橡膠。
橡膠選擇的原則。
為保證卸料正常工作，應(yīng)使橡膠的預(yù)壓力大于或等于頂件力，即 。
橡膠壓縮時(shí)產(chǎn)生的壓力按下式計(jì)算
（4-4）
式中： ：橡膠的橫截面積；
：與橡膠壓縮量、形狀有關(guān)的橡膠彈簧的單位壓力，一般取2~3MPa；
本設(shè)計(jì)中采用兩個(gè)橡膠，直徑均為40mm，。
工件高度為14mm，查沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)，表2-16，橡膠壓縮量為30%，橡膠自由高度為50mm，所以壓縮量為15mm。
圖4-4橡膠尺寸
Fig.4-4 Rubber Size
橡膠高度h與外徑D之比應(yīng)滿足，，滿足。
故選用的橡膠彈簧滿足頂件力的要求。
4.13 工藝零件和結(jié)構(gòu)零件材料的選用
根據(jù)沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)實(shí)用技術(shù)[6]，材料選擇見表4-2
表4-2 工藝零件和結(jié)構(gòu)零件材料的選用
Tab 4-2 Process components and structural parts of the selection of materials
零件名稱
選用材料
零件名稱
選用材料
上、下模座
HT200
螺釘
45
導(dǎo)柱
20
銷釘
45
導(dǎo)套
20
打板
45
凸凹模固定板
Q235
頂桿、推桿
45
導(dǎo)料板
Q235
壓邊圈
T8A
卸料板
Q235
模柄
A3
墊板
45
推件塊
45
5 切邊模模具零件的設(shè)計(jì)與計(jì)算
5.1 凹模沖切工作的移動(dòng)量
凹模相對(duì)凸模在水平方向的移動(dòng)，可以達(dá)到切去工件毛邊的目的，但必須有足夠的移動(dòng)距離，由于工件厚度為1mm，所以取凹模對(duì)中心的偏擺量可取5mm。
5.2 凹模運(yùn)動(dòng)斜度和尺寸設(shè)計(jì)
凹模外側(cè)的運(yùn)動(dòng)斜度是與導(dǎo)板相接觸的工作面。斜度大時(shí)運(yùn)動(dòng)阻力也大，使凹模移動(dòng)困難；斜度太小，則需凹模在垂直方向移動(dòng)很大的距離，才能使凹模在水平方向移動(dòng)一定的距離來(lái)完成切邊工作。
凹模側(cè)面的運(yùn)動(dòng)斜度一般選用30°，凹模的斜面部分和導(dǎo)板斜面部分相配合，而導(dǎo)板的斜面高度與的凹模移動(dòng)a和b有關(guān)，故。取。
凹模內(nèi)側(cè)尺寸按切邊凸模和切邊工件尺寸制造，其值等于凸模外形尺寸加上工件厚度。
5.3 凸模
凸模尺寸按切邊工件內(nèi)形形狀尺寸制造，與工件內(nèi)形尺寸相同。高度尺寸應(yīng)按工件切邊高度確定。材料選擇 Cr12MoV。
5.4 頂板
頂板外形尺寸按切邊工件內(nèi)形尺寸制造，保證頂板與凸模之間不能有水平移動(dòng)，只允許有豎直移動(dòng)。材料選擇45。
5.5 導(dǎo)板
導(dǎo)板工作面是由垂直面和斜面組成的折線面。一般導(dǎo)板的角度設(shè)計(jì)為30°或45° (這里取30°) 。凹模在左右方向移動(dòng)時(shí), 其動(dòng)作由左右導(dǎo)板決定。凹模在前后方向移動(dòng)時(shí)， 其動(dòng)作由前后導(dǎo)板決定。凹模在左右方向不移動(dòng)時(shí), 左右導(dǎo)板是直線(其長(zhǎng)短由前后板塊決定) , 前后導(dǎo)板是斜線。凹模在左右方向移動(dòng)時(shí),左右導(dǎo)板是斜線, 前后導(dǎo)板是直線(其長(zhǎng)短由左右導(dǎo)板決定) 。
導(dǎo)板取30°角，與凹模運(yùn)動(dòng)斜度一致。導(dǎo)板曲線是按凹模水平移動(dòng)量、結(jié)構(gòu)參數(shù)，以及運(yùn)動(dòng)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算的。
導(dǎo)板曲線設(shè)計(jì)計(jì)算如下：
左導(dǎo)板：第一段豎直長(zhǎng)度為。
第二段斜線長(zhǎng)度為，第二段在水平方向上的投影為，在豎直方向上的投影為。凹模在水平方向上向左平移。
第三段豎直長(zhǎng)度為，凹模在豎直方向上向下移動(dòng)。
第四段斜線長(zhǎng)度為，第四段在水平方向上的投影為，在豎直方向上的投影為。凹模在水平方向上向右平移。
第五段豎直長(zhǎng)度為。凹模在豎直方向上向下移動(dòng)。
右導(dǎo)板：第一段豎直長(zhǎng)度為。
第二段斜線長(zhǎng)度為，第二段在水平方向上的投影為，在豎直方向上的投影為。凹模在水平方向上向左平移。
第三段豎直長(zhǎng)度為，凹模在豎直方向上向下移動(dòng)。
第四段斜線長(zhǎng)度為，第四段在水平方向上的投影為，在豎直方向上的投影為。凹模在水平方向上向右平移。
第五段豎直長(zhǎng)度為。凹模在豎直方向上向下移動(dòng)。
前導(dǎo)板：第一段豎直長(zhǎng)度為。凹模在豎直方向上向下移動(dòng)。
第二段斜線長(zhǎng)度為 ，第二段在水平方向上的投影為，在豎直方向上的投影為。凹模在水平方向上向前移動(dòng)。
第三段豎直長(zhǎng)度為，凹模在豎直方向上向下。
第四段斜線長(zhǎng)度為，第四段在水平方向上的投影為，在豎直方向上的投影為。凹模在水平方向上向后移動(dòng)。
后導(dǎo)板：第一段豎直長(zhǎng)度為。凹模在豎直方向上向下移動(dòng)。
第二段斜線長(zhǎng)度為 ，第二段在水平方向上的投影為，在豎直方向上的投影為。凹模在水平方向上向前移動(dòng)。
第三段豎直長(zhǎng)度為，凹模在豎直方向上向下。
第四段斜線長(zhǎng)度為，第四段在水平方向上的投影為，在豎直方向上的投影為。凹模在水平方向上向后移動(dòng)。
第五段豎直長(zhǎng)度為。
5.6 模架
5.6.1 導(dǎo)柱、導(dǎo)套的布置
本設(shè)計(jì)采用后側(cè)滑動(dòng)導(dǎo)柱導(dǎo)向。
5.6.2 上、下模座的尺寸
上模座的外形尺寸為70044060mm
下模座的外形尺寸為70044080mm
上下模座的材料均采用HT200。
5.6.3 導(dǎo)柱、導(dǎo)套
導(dǎo)柱和導(dǎo)套間的配合性質(zhì)分為滑動(dòng)導(dǎo)向配合和滾動(dòng)導(dǎo)向配合。因?yàn)闈L動(dòng)導(dǎo)向配合多用于精沖模、高速?zèng)_裁模、硬質(zhì)合金沖模和小間隙精密沖模。
故本設(shè)計(jì)采用滑動(dòng)導(dǎo)向配合。故本設(shè)計(jì)采用滑動(dòng)導(dǎo)向配合。
導(dǎo)套孔與導(dǎo)柱間采用、的間隙配合。查模具實(shí)用技術(shù)設(shè)計(jì)綜合手冊(cè)，表1-7-25以及表1-7-26
查得 導(dǎo)柱：（GB/T2861.1-81）40mm×300mm
導(dǎo)套：（GB/T2861.6-81）40mm×140mm×53mm
5.7 模柄
中、小型模具的上模常通過(guò)模柄將其固定在壓力機(jī)的滑塊上帶動(dòng)上下運(yùn)動(dòng)，常用的模柄型式可見實(shí)用模具設(shè)計(jì)與制造手冊(cè)，表2-107采用壓入式模柄，它與模座孔采用有過(guò)渡配合。查模具實(shí)用技術(shù)設(shè)計(jì)綜合手冊(cè)表1-7-32（GB2862.1）取尺寸。材料為A3鋼。
5.8 墊板
查得，，。
5.9 固定板
本設(shè)計(jì)中固定板的厚度為，，。
5.10 橡膠彈頂器
橡膠允許承受的載荷較彈簧大，并且安裝調(diào)整方便，所以在沖裁模中應(yīng)用較多。沖裁模中用于卸料的橡膠有合成橡膠和聚氨酯橡膠，其中聚氨酯橡膠的性能比合成橡膠優(yōu)異，是常用的卸料彈性元件。所以本設(shè)計(jì)中采用聚氨酯橡膠。
為保證卸料正常工作，應(yīng)使橡膠的預(yù)壓力大于或等于頂件力，即 。
橡膠壓縮時(shí)產(chǎn)生的壓力按下式計(jì)算
式中： ：橡膠的橫截面積；
：與橡膠壓縮量、形狀有關(guān)的橡膠彈簧的單位壓力，一般取2~3MPa；
本設(shè)計(jì)中橡膠外徑為315mm，內(nèi)徑為52mm。
。由裝配圖得橡膠的壓縮量為58mm，橡膠壓縮量30%，所以橡膠的自由高度為194mm。
橡膠高度h與外徑D之比應(yīng)滿足，，滿足。
故選用的橡膠彈簧滿足頂件力的要求。