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編號：
畢業(yè)設(shè)計說明書
題 目：彈簧片級進模設(shè)計
學 院： XXXX
專 業(yè)： XXXXXX
學生姓名：
學 號：
指導教師： XX
職 稱： XXXX
2014 年 XX 月 XXX 日
摘 要
模具是工業(yè)生產(chǎn)中重要的工藝裝備，是國民經(jīng)濟各部門發(fā)展的重要基礎(chǔ)之一。級進模是冷沖模的一種，它是一種復雜、精密的沖壓模具，它具有高效率、高精度、高質(zhì)量和高壽命等優(yōu)越性，適用于各種沖壓行業(yè)的自動化生產(chǎn)。級進模涉及沖壓成形理論、沖壓工藝、模具設(shè)計與制造以及模具材料中的許多關(guān)鍵技術(shù)。它的結(jié)構(gòu)比較復雜，模具制造精度高，這對模具設(shè)計者來說需要考慮的內(nèi)容很多，尤其是級進模條料排樣圖的設(shè)計，模具各部分結(jié)構(gòu)的考慮等都是十分重要的。
級進模，尤其是多工位級進模，配合高速沖床，實現(xiàn)高速自動化作業(yè)，能使沖壓生產(chǎn)料率大幅度提高。它在提高生產(chǎn)效率、降低成本、提高質(zhì)量和實現(xiàn)沖壓自動化等方面有著非常現(xiàn)實的意義。多工位級進?？梢詫τ谝恍┬螤钍謴碗s的沖壓件進行沖裁、彎曲、拉深、成形加工。對大批量生產(chǎn)的沖壓零件尤其應(yīng)當采用多工位級進模進行沖制。因此，從技術(shù)綜合方面對級進模進行研究與設(shè)計是十分有意義的。
本文根據(jù)國內(nèi)級進模研究現(xiàn)狀，級進模關(guān)鍵技術(shù)等問題，針對電機、彈簧片硬質(zhì)合金級進模開展了綜合設(shè)計。從沖壓成形理論入手，探討了硬質(zhì)合金多工位級進的使用條件與合理應(yīng)用，包括沖壓工藝的分析、排樣的優(yōu)化設(shè)計、沖壓的相關(guān)工藝計算、級進模的結(jié)構(gòu)設(shè)計與校核、級進模主要零件的材料與熱處理、級進模的制造與裝配等。
關(guān)鍵詞：沖壓；多工位；級進模；模具設(shè)計；硬質(zhì)合金
Abstract
The mold & die is an important industrial production technology and equipment. It is one of the important basis for developing national economic sectors. Progressive Die is a complex, precision stamping dies, it has the advantages of high efficiency, high-precision, high-quality and high-life, applicable to the automated production of a variety of stamping industry. The progressive die involves stamping the theory, the stamping process, mold design and manufacturing, as well as mold material in many key technologies. Its structure is more complex, high precision mold making, mold designers need to consider the contents of a lot, especially progressive mold material nesting design, mold the structural considerations are very important.
Progressive die, especially the multi-station progressive die with high-speed punch press, to achieve high-speed automated equipment, make stamping feed rate is greatly improved. It has a very real sense to increase productivity, reduce costs, improve quality and realization of press automation. Multi-station progressive die for some of the very complex shape stampings, blanking, bending, deep drawing and forming. Mass production of stamping parts, especially the multi-station progressive die for punching. Therefore, from the technology aspects of the study and design of progressive die is very meaningful.
Progressive die research based on the domestic level. Progressive die key technology issues such as carrying out a comprehensive design for the stator and rotor carbide progressive die. Start from the theory of stamping explore carbide multi-station progressive conditions of use and reasonable application, including the analysis of the stamping process, layout optimization design, stamping process calculation, the structure of the progressive die design and checking material and heat treatment of progressive die parts, progressive die manufacturing and assembly.
Key words: Stamping; Multi-stage; Progressive die; Die design; Hard alloy
目 錄
引言 1
1 沖裁件的工藝分析 1
2 確定工藝方案及模具的結(jié)構(gòu)形式 3
3 模具設(shè)計工藝計算 4
3.1 排樣的優(yōu)化設(shè)計 4
3.1.1 級進模排樣的作用與重要性 4
3.1.2 排樣圖的設(shè)計與確定 4
3.2 計算條料寬度及間距的確定 5
3.2.1 載體與搭口的確定 5
3.2.2 條料寬度與導料板間距離的計算 7
3.2.3材料利用率的計算 9
4 沖裁力的計算 10
4.1 沖裁力的計算 10
4.2 卸料力、推料力的計算 13
4.2.1 卸料力的計算 14
4.2.2 推料力的計算 14
4.3 壓力機公稱壓力的確定 15
4.4 沖壓模具壓力中心的計算 15
5 沖裁模間隙的選擇 16
6 刃口尺寸的計算 19
6.1 凸、凹模刃口尺寸計算的基本原則 19
6.2 凸、凹模刃口的尺寸的確定 20
6.2.1 凸、凹模刃口的尺寸的計算方法 20
6.2.2 凸、凹模刃口的尺寸的計算 21
6.3 沖裁刃口高度 32
7 模具總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 33
7.1 模具類型的選擇 33
7.2 定位方式的選擇 33
7.3 卸料方式的選擇 33
7.4 導向方式的選擇 33
8 主要零部件的設(shè)計 33
8.1模具主要材料選擇 33
8.2 工作零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 33
8.2.1 凹模的設(shè)計 34
8.2.2 凸模的設(shè)計 36
8.3 卸料部分的設(shè)計 38
8.3.1 卸料板的設(shè)計 38
8.3.2 彈性元件的設(shè)計 39
8.4 定位零件和導料的設(shè)計 39
8.5 連接與固定零件的設(shè)計 40
8.5.1 固定板 40
8.5.2 墊板 41
8.5.3 螺釘與銷釘 42
8.6 模架及組成零件的設(shè)計 43
8.6.1 模架 43
8.6.2 導柱導套 43
8.6.3 模柄 44
9 壓力機的選擇 44
9.1 模具的閉合高度 44
9.2 壓力機的選擇 45
10 模具總裝圖 45
11 結(jié)論 47
謝辭 48
參考文獻 49
畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 37頁 共53頁
引言
對沖壓生產(chǎn)而言，單工位模具結(jié)構(gòu)單一，生產(chǎn)效率低，而且鈑金零件不能過于復雜，否則就需要多副單工位模具才能實現(xiàn)。如果采用級進模進行沖壓生產(chǎn)，就可以改變這些缺點。級進模的特點是生產(chǎn)效率高，生產(chǎn)周期短，占用的操作人員少，非常適合大批量生產(chǎn)。
多工位級進模是冷沖模的一種。級進模又稱跳步模，它是在一副模具內(nèi)，按所加工的零件分為若干個等距離工位，在每個工位上設(shè)置一定的沖壓工序，完成沖壓零件的某部分加工。被加工材料（一般為條料或帶料）在控制送進距離機構(gòu)的控制下，經(jīng)逐個工位沖制后，便得到一個完整的沖壓零件（或半成品）。這樣，一個比較復雜的沖壓零件，用一副多工位級進模即可沖制完成。在一副多工位級進模中，可以連續(xù)完成沖裁、彎曲、拉深、成型等工序。一般地說，無論沖壓零件的形狀怎樣復雜，沖壓工序怎樣多，均可用一副多工位級進模沖制完成。
多工位級進模的結(jié)構(gòu)比較復雜，模具制造精度高，這對模具設(shè)計者來說需要考慮的內(nèi)容很多，尤其是級進模條料排樣圖的設(shè)計，模具各部分結(jié)構(gòu)的考慮等都是十分重要的。
級進模，尤其是多工位級進模，配合高速沖床，實現(xiàn)高速自動化作業(yè)，能使沖壓生產(chǎn)料率大幅度提高。它在提高生產(chǎn)效率、降低成本、提高質(zhì)量和實現(xiàn)沖壓自動化等方面有著非?，F(xiàn)實的意義。多工位級進?？梢詫τ谝恍┬螤钍謴碗s的沖壓件進行沖裁、彎曲、拉深、成形加工。對大批量生產(chǎn)的沖壓零件尤其應(yīng)當采用多工位級進模進行沖制。
由于種種歷史原因，我國模具工業(yè)與當前工業(yè)發(fā)展還很不適應(yīng)，無論是在設(shè)計制造技術(shù)和生產(chǎn)能力方面，還是在管理水平方面，模具工業(yè)均遠遠不能滿足需求，它嚴重影響了工業(yè)產(chǎn)品的品種、質(zhì)量和生產(chǎn)周期，削弱了其在國際市場上的競爭能力。近年來，我國模具進口幅度呈大幅度下降之勢，并有超億元出口額。大型、復雜、精密、高效和長壽命模具也逐年上新的臺階，體現(xiàn)高水平制造技術(shù)的多工位級進模也越來越多，沖壓自動線、自動沖壓技術(shù)也得到了廣泛應(yīng)用。我國模具行技術(shù)水平迅速提高，模具國產(chǎn)化已經(jīng)取得了十分可喜的成績，這將對我國在國際市場的競爭能力和綜合國力的提高起到有力的促進作用。
1 沖裁件的工藝分析
工件名稱：電機彈簧片片
工件簡圖：如圖1.1；
生產(chǎn)批量：大批量；
材料： 50DW470；
圖1.1 彈簧片片
材料厚度：4mm。
本課題零件見圖1.12所示電機的彈簧片片，均是片狀零件，槽多孔多
是一大特點，形狀較復雜，外形尺寸較小，一般要求同軸度高，常由厚0.35mm、0.5
mm的50DW470片制成。本電機彈簧片鐵芯的材料為50DW470，鋼板厚度4mm，具有良好的電磁性能和沖裁性能。其中，它優(yōu)越的電磁性能是選擇它作為電機彈簧片的主要原因，同時50DW470片良好的沖裁性能和批量要求，適合選用沖壓模自動化加工，可以比其它加工方法具有更高的生產(chǎn)效率。
尺寸精度：零件圖上的尺寸大部分尺寸都標有偏差，按偏差來設(shè)計其尺寸精度，只有少部分定位尺寸和形狀尺寸未標注公差，屬自由尺寸，可按IT10級確定工件的公差。
工件結(jié)構(gòu)形狀：制件需要進行落料、沖孔、兩道基本工序，尺寸較小。對于沖外形最小尺寸2.mm按照沖壓手冊一般沖孔模對該材料可以沖壓的最小的外形為，因而符合工藝要求。
因而符合孔邊距工藝要求，以上分析均符合沖裁工藝要求。
結(jié)論：該制件可以進行沖裁。制件為大批量生產(chǎn)，應(yīng)重視模具材料和結(jié)構(gòu)的選擇，保證磨具的復雜程度和模具的壽命。
2 確定工藝方案及模具的結(jié)構(gòu)形式
根據(jù)制件的工藝分析，其基本工序有沖孔、落料二道基本工序，按其先后順序組合，可得如下幾種方案;
(1) 落料——沖孔；單工序模沖壓；
(2) 沖孔——落料；單工序模沖壓；
(3) 沖孔——落料；復合模沖壓；
(4) 沖孔——落料；級進模沖壓。
方案（1）、（2）采用單工序沖壓模沖裁工序，是在壓力機一次行程內(nèi)完成一個沖壓工序的沖裁模。由于此制件尺寸精度較高，分開加工易產(chǎn)生加工積累誤差，且此制件生產(chǎn)批量大，使用方案（1）、（2）這兩種方案需要2副單工序沖壓模，生產(chǎn)效率較低，操作也不安全，勞動強度大，故不宜采用。
方案（3）屬于復合沖裁模，采用復合模沖裁，其模具結(jié)構(gòu)沒有連續(xù)模復雜，生產(chǎn)效率也很高，也降低了工人的勞動強度，所以初選此方案。
方案（4）屬于級進模，是壓力機在一次行程中，依次在模具幾個不同的位置上同時完成多道沖壓工序的模具。由于電動機的彈簧片產(chǎn)量比較大，特別是小型電動機的、彈簧片片，一般生產(chǎn)批量都非常大，雖然連續(xù)模結(jié)構(gòu)復雜，但若采用多工位級進模+自動送料裝置自動化沖壓加工，可以更大程度提高生產(chǎn)效率，同時提高操作的安全性和降低工人的勞動強度。所以此方案適宜采用。
根據(jù)以上分析，采用復合沖壓模和級進沖壓模都合適該制件的產(chǎn)生，雖然連續(xù)模結(jié)構(gòu)復雜，但采用多工位級進模沖壓成型，可以比復合沖壓模更大程度提高生產(chǎn)效率，特別是在雙排排樣和多排排樣時效率提高更明顯，同時提高了操作的安全性和降低工人的勞動強度。所以采用方案（4）級進模沖壓為最佳。
3 模具設(shè)計工藝計算
3.1 排樣的優(yōu)化設(shè)計
3.1.1 級進模排樣的作用與重要性
級進模的排樣比普通沖壓模排樣復雜，排樣不同，材料的利用率、制件的尺寸糖度、生產(chǎn)率、模具結(jié)構(gòu)與制造復雜程度、模具使用壽命長短都不同。所以排樣作為級進模設(shè)計的重要步驟，不僅必不可少，而且作用很大。這也是多工位級進模設(shè)計時的重要依據(jù)，是設(shè)計模具圖之前要做完的第一件大事。當排樣確定之后，也就確定了如下內(nèi)容：
（1）制件在模具中沖制的順序：即制件上和部分，哪些被先沖，哪些被后沖。
（2）模具上共有幾個工位。
（3）模具每個工位工序性質(zhì)是什么：即每個工位的沖壓內(nèi)容。
（4）沖壓一次能出幾件：即制件的排樣排列形式是單排、雙排、和多排。
（5）制件的排樣方式：即排樣的類別，直排、斜排、對排、混合排和沖搭邊等。
（6）排樣的載體形式與送料方向的設(shè)定：即是采用邊料載體、雙側(cè)載體、單側(cè)載體、和中間載體的哪一種載體形式，以及條料從哪個方向送料。
（7）導料方式、擋料版和導正銷的設(shè)置。
（8）材料利用率的高低：不同的排樣，經(jīng)計算都可以了解到該排樣的材料利用率，而且不同的排樣材料利用率往往也不同。
（9）工位間步距大小：即相鄰兩工位之間的距離的基本尺寸。
（10）步距的定位方式：如采用側(cè)刃和側(cè)刃擋塊定距、導正銷與自動送料裝置定距等步距定位方式 。
（11）沖壓用材料的寬度、厚度、供料形式及有關(guān)要求。
（12）模具基本結(jié)構(gòu)的組成與特點
級進模的排樣是模具結(jié)構(gòu)設(shè)計主要依據(jù)，排樣圖設(shè)計的好壞，直接關(guān)系到模具設(shè)計。排樣有誤，會導致制造出來的模具無法沖出合格的制件而裝飾整副報廢。所以，在進行多工位級進模具設(shè)計時，一定要仔細、反復思考后，可以確定幾種不同方案，進行分析比較，與有經(jīng)驗的模具工作者多研討，得出一個最優(yōu)化的方案才使用。
3.1.2 排樣圖的設(shè)計與確定
微型電機的彈簧片片在使用中所需的數(shù)量相等，批量都很大，彈簧片的外徑又比
內(nèi)徑小，尺寸精度要求較高，所以，為了適應(yīng)大批量生產(chǎn)時高速沖裁的要求，散片沖裁的方法是不適用的，故適合選用多工位級進模具連續(xù)沖裁方式。排樣時使沖裁周邊最長的工位放在沖模中心部位，使壓力中心不致偏移過大。綜合考慮以上各種因數(shù)，若采用制件間留搭邊的單排樣，則料寬為180mm，步距為172+4mm（制件間搭邊值）=176mm；若采用雙排樣，則料寬為172mm+2X4mm（搭邊值）=180mm；比較選擇單排樣：
排樣圖上排沖壓工步：
① 沖引導孔；
② 空位
③ 空位
④ 沖中間孔；
⑤ 落料；
排樣圖下排沖壓工步：
1 沖引導孔；
2 沖彈簧片片槽形孔、軸孔；
3 沖片槽形孔；
4 外形切邊；
5 空步；
6 空步；
7 切斷落料。
3.2 計算條料寬度及間距的確定
3.2.1 載體與搭口的確定
（1）載體形式
在多工位級進模的設(shè)計中把搭邊稱為載體。載體就是在排樣中用來運載沖壓零件向前送進的那一部分材料。因此它必須具有足夠的強度和剛度，保證送料過程中不因載體自身的變形或斷裂而影響送料，甚至損壞模具。
載體在多工位級進模中主要用于運載坯件不斷送進，實現(xiàn)連續(xù)沖壓。因此要求它必須具有足夠的強度和剛度，送料過程中不變形等。載體形式的確定，在多工位級進模的排樣中很重要，它對材料的利用率高低影響最大，還關(guān)系到能否保證正常生產(chǎn)和保證沖制精度和效果，影響到模具結(jié)構(gòu)的復雜程度和制造難易。
目前常用的載體有：邊料載體、雙側(cè)載體、單側(cè)載體、和中間載體等。載體的應(yīng)用比較靈活，但主要根據(jù)制件的幾何形狀、尺寸精度、排樣的排列方式確定最佳方案。
載體與普通沖模排樣搭邊既相似又不同，搭邊主要是為了補償定位誤差使沖裁后制件外形完整而設(shè)置的，所以對于要求較高的制件常采用有搭邊的沖裁。搭邊值大小
以保證沖出合格的制作為原則，它與沖件形狀、大小 、厚度、送料方式和模具結(jié)構(gòu)特點有關(guān)。普通沖裁的排樣有“無廢料排樣”，簡單地說就是無搭邊排樣。而載體在多工
位級進模中是絕對不可缺少的，沒有載體便不能進行多工位級進模的自動化沖壓（一般情況下，都是利用條料的載體和連在其上的沖件，浮離凹模平面一定高度，平穩(wěn)地送進到每一個工位，完成沖壓動作）。
多工位級進模在排樣設(shè)計時，常常將用于精定位的導正銷設(shè)置在載體上，同時為了
保證載體的強度，載體的寬度尺寸遠比普通沖壓搭邊值大得多，有的大2~4倍。這樣材料的利用率相對低一些，因此在排樣設(shè)計時，應(yīng)在不影響載體強度的前提下，心理減小載體的尺寸，提高材料的利用率，合理確定載體形式。
（2） 搭口與搭接
在多工位級進模的設(shè)計中把搭邊稱為載體，而載體與坯件或者坯件與坯件的連接部分稱為搭口。搭口要有一定的強度，并且搭口的位置應(yīng)便于載體與工件最終分離。在各分段沖裁的連接部位應(yīng)平直或圓滑，以免出現(xiàn)毛刺、錯位、尖角等。因此應(yīng)考慮分斷切除時的搭接方式。
根據(jù)制件的形狀、變形性質(zhì)和料厚等情況，本排樣選擇無搭邊、雙排搭口搭接式載體和增加導正孔數(shù)量的方式的排樣，可使條料步距精度提高一倍多，同時，由于把載體形式設(shè)置為片與片之間的搭口形式，提高了材料的利用率。
3.2.2 條料寬度與導料板間距離的計算
在排樣方案和載體確定之后，就可以確定條料的寬度，進而確定導料板間的距離。計算條料寬度與料板間距離的計算時有三種情況需要考慮：
(1) 有側(cè)壓裝置時條料的寬度與導料板間距離的計算。
(2) 無側(cè)壓裝置時條料的寬度與導料板間距離的計算。
(3) 有定距側(cè)刃時條料的寬度與導料板間距離的計算。
由前一小節(jié)3.2.1知，本排樣宜采用無搭邊、雙排搭口搭接式載體排樣，而且采用“導料板+活動導正銷+自動送料裝置”的精確導向與定位，所以可以不采用側(cè)壓裝置也可實現(xiàn)精確導向。
下面就以無側(cè)壓裝置時的情況來計算條料的寬度與導料板間距離。按下式計算：
條料寬度： 公式（3.1）
導導料銷間距離： 公式（3.2）
式中：——條料寬度方向沖裁件的最大尺寸；
——側(cè)搭邊值；見表3-3沖裁模初始雙面間隙值Z
△——條料寬度偏差單向（負向）偏差，見表3-1條料寬度偏差；
——導料板與最寬條料之間的間隙，其最小值見表3-2。
查表3—3條料寬度偏差為0.15，
根據(jù)（公式3.1） ==
根據(jù)（公式3.2） ==
表3-1 條料剪切公差及條料與導料板間的間隙
條料寬度B
材料厚度t
≤1
>1～2
>2～3
>3~5
δ
C
δ
C
δ
C
δ
C
≤50
0.4
0.1
0.5
0.2
0.7
0.4
0.9
0.6
>50～100
0.5
0.1
0.6
0.2
0.8
0.4
1.0
0.6
>100～150
0.6
0.2
0.7
0.3
0.9
0.5
1.1
0.7
>150～220
0.7
0.2
0.8
0.3
1.0
0.5
1.2
0.7
>220～300
0.8
0.3
0.9
0.4
1.1
0.6
1.3
0.8
注：1.條料公關(guān)標準為。
2.有側(cè)壓裝置時，可取。
表3-2 導料板與條料之間最小間隙
材料厚度t/mm
無?側(cè)?壓?裝?置
條?料?寬?度B/mm
100以下
100~200
200以上
~0.5
0.5
0.5
1
0.5~1
0.5
0.5
1
1~2
0.5
1
1
2~3
0.5
1
1
3~4
0.5
1
1
4~5
0.5
1
1
表3-3 最小搭邊值
材料厚度t
工件間
沿邊
工件間
沿邊
工件間
沿邊
0.25以下
1.8
2.0
2.2
2.5
2.8
3.0
0.25～0.5
1.2
1.5
1.8
2.0
2.2
2.5
0.5～0.8
1.0
1.2
1.5
1.8
1.8
2.0
0.8～1.2
0.8
1.0
1.2
1.5
1.5
1.8
1.2～1.6
1.0
1.2
1.5
1.8
2.5
2.0
1.6～2.0
1.2
1.5
1.8
2.5
2.0
2.2
2.0～2.5
1.5
1.8
2.0
2.2
2.2
2.5
2.5～3.0
1.8
2.2
2.2
2.5
2.5
2.8
3.0～3.5
2.2
2.5
2.2
2.8
2.8
3.2
3.5～4.0
2.5
2.8
2.5
3.2
3.2
3.5
4.0～5.0
3.0
3.5
3.5
4.0
4.0
4.5
5.0～12
0.6t
0.7t
0.7t
0.8t
0.8t
0.9t
3.2.3材料利用率的計算
用制件的面積與手忙腳亂板料面積的百分比，作為衡量排樣合理性的指標，稱為材料的利用率。用η表示：
（公式3.3）
式中：——制件面積
——一個步距內(nèi)制件數(shù)；
——板料寬度；
——排樣步距。
考慮到該、彈簧片片槽孔和外形比較復雜，所以定、彈簧片的面積通過CAD軟件Pro/E來測算，經(jīng)過測量得出、彈簧片片合起來的沖裁面積為：
（1）若采用制件間留搭邊的單排樣，則
板料料寬為：
送料步距為：
個步距內(nèi)制件數(shù)為：
一個步距內(nèi)的材料利用率為：
4 沖裁力的計算
4.1 沖裁力的計算
計算沖裁力目的是為了合理選用沖壓設(shè)備、設(shè)計模具和檢驗?zāi)＞叩膹姸?。壓力機的噸位必須大于所計算的沖裁力，以適宜沖裁的要求，普通平刃沖裁模，其沖裁力F p一般可以按下式計算：
公式（4.1）
式中 ——沖裁力；
——材料抗剪強度；
——沖裁周邊總長；
——材料厚度；
——修正系數(shù)。
系數(shù)是考慮到實際生產(chǎn)中，沖裁模刃口的磨損，凸模與凹模間隙之波動（數(shù)值的變化或分布不均），潤滑情況，材料力學性能與厚度公差的變化等因數(shù)而設(shè)置的安全系數(shù)K，一般取K=1.3。當查不到抗剪強度時，可以用抗拉強度代替，而取的近似計算法計算。
由于在我國常用金屬沖壓材料中還沒制訂出50DW470的力學性能，所以查不50DW470
50DW470的力學性能，所以上網(wǎng)進入50DW470的生產(chǎn)廠家查詢，經(jīng)查詢知，牌號為50DW47050DW470在厚度為時的平均抗拉強度（見表5-1）,根據(jù)經(jīng)驗鋼材的抗剪強度τb強按抗拉強度的0.65~0.8倍選取，即
取其平均值，則。
表4-1 太鋼無取向50DW470帶（片）的典型磁性及機械性能
牌號
公稱厚
度(mm)
鐵損
(W/kg)
磁感
(T)
抗拉
強度(Mpa)
屈服
極限
(Mpa)
伸長
率(%)
硬度
(Hv)
反復
彎曲
次數(shù)
疊裝
系數(shù)
(%)
50W400
0.5
3.73
1.68
480
340
38
143
14
97.40
50W470
4.2
1.7
460
325
39
140
18
97.71
50DW470
4.6
1.7
440
315
40
135
18
98.10
50W600
5.4
1.73
405
260
43
110
25
98.80
50W700
5.85
1.74
395
260
47
110
25
98.80
根據(jù)定、彈簧片沖裁形狀和排樣步距先后順序，先分別計算各沖裁分力，然后得出其總沖裁力。各沖裁分力計算如下：
（1） 導正孔沖裁力：
（2） 中間孔：
彈簧片落料沖裁力：
根據(jù)彈簧片各沖裁分力，得出其總沖裁力FC為
=31.3+1129.4+337.1
=1497.8KN
4.2 卸料力、推料力的計算
沖裁結(jié)束時，由于材料的彈性回復（包括徑向彈性回復和彈性翹曲的回復）及摩擦的存在，將使沖落部分的材料梗塞在凹模內(nèi)，而沖裁剩下的材料則緊箍在凸模上。為使沖裁工作繼續(xù)進行，必須將箍在凸模上的料卸下，將卡在凹模內(nèi)的料推出。從凸模上卸下箍著的料所需要的力稱卸料力；將梗塞在凹模內(nèi)的料順沖裁方向推出所需要的力稱推件力；逆沖裁方向?qū)⒘蠌陌寄?nèi)頂出所需要的力稱頂件力，如圖4.2所示。
卸料力、推件力和頂件力是由壓力機和模具卸料裝置或頂件裝置傳遞的。所以在選擇設(shè)備的公稱壓力或設(shè)計沖模時，應(yīng)分別予以考慮。影響這些力的因素較多，主要有材料的力學性能、材料的厚度、模具間隙、凹模洞口的結(jié)構(gòu)、搭邊大小、潤滑情況、制件的形狀和尺寸等。所以要準確地計算這些力是困難的，生產(chǎn)中常用下列經(jīng)驗公式計算：
卸料力 公式（4.2）
推件力 公式（4.3）
頂件力 公式（4.4）
式中： ——沖裁力；
——卸料力、推件力、頂件力系數(shù)，見表4-2；
——同時卡在凹模內(nèi)的沖裁件(或廢料)數(shù)
式中： ——凹模洞口的直刃壁高度；
——板料厚度。
圖4.1 卸料力、推件力、頂件力
表4-2 卸料力、推件力和頂件力系數(shù)
料 厚
KX
KT
KD
鋼
0.1
>0.1~0.5
>0.5~2.5
>2.5~6.5
>6.5
0.065~0.075
0.045~0.055
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、鋁合金、純銅、黃銅
0.025~0.08 0.02~0.06
0.3~0.07
0.03~0.09
注：卸料力系數(shù)K卸在沖多孔、大搭邊和輪廓復雜說取上限值。
4.2.1 卸料力的計算
由于該級進沖裁模具采用彈壓卸料裝置和自然落料方式，且只有沖孔、落料沖裁，因此，不需要設(shè)置頂件裝置，設(shè)置卸料裝置、推件裝置即可，由此，只需計算其卸料力與推件力。
（1）根據(jù)卸料力公式（4.2）和表4-2，有
4.2.2 推料力的計算
（2）根據(jù)推件力公式（4.3）和表4-2，有
4.3 壓力機公稱壓力的確定
壓力機的公稱壓力必須大于或等于各種沖壓工藝力的總和Fz。Fz的計算應(yīng)根據(jù)不同的模具結(jié)構(gòu)區(qū)別對待，由于該級進模采用彈性卸料裝置和下出料方式的沖裁模，只要計算其沖裁力、卸料力和推件力之和即可。即：
采用彈性卸料裝置和下出料方式的沖裁模時
公式(4.4)
=1932.2KN
根據(jù)總的沖壓力，所選壓力的公稱壓力約為，所以初選壓力機為：江蘇揚力集團的JFC21-300B開式液壓保險滾柱導軌高速精密壓力機，公稱壓力3000KN,工作臺板尺寸為750×1500mm，最大閉合高度為250mm，模具沖速70~100次/min。由于采用高速精密壓力機，故要求模具需要具備良好的風度、穩(wěn)定可靠的使用壽命和安全保護裝置齊全，還要便于維修和保養(yǎng)。
4.4 沖壓模具壓力中心的計算
模具壓力中心是指各沖壓合力的作用點位置，為了確保壓力機和模具正常工作，應(yīng)使沖模的壓力中心與壓力機滑塊的中心相重合。否則，會使沖模和壓力機滑塊產(chǎn)生偏心載荷，使滑塊和導軌間產(chǎn)生過大磨損，模具導向零件加速磨損，降低了模具和壓力機的使用壽命。
沖壓模具的壓力中心，一般按以下原則來確定：
（1）對稱形狀的單個沖裁件，沖模的壓力中心就是沖裁件的幾何中心。
（2）工件形狀相同且分布位置對稱時，沖模的壓力中心與零件的對稱中心相重合。
（3）形狀復雜的零件、多凸模的壓力中心可用解析計算法求出沖模壓力中心。
解析法的計算依據(jù)是：各分力對某坐標軸的力矩之代數(shù)和等于諸力的合力對該坐標軸力矩。求出合力作用點的坐標位置(, ，即為所求模具的壓力中心(圖4.3)。
計算公式為：
公式(4.5)
公式(4.6)
（a）復雜零件沖壓壓力中心； （b）多凸模沖壓壓力中心
圖4.2 解析法求壓力中心
為了簡化計算，通過對制件外形結(jié)構(gòu)和條料排樣觀察，知道整個條料來說還是中心對稱的，也就是說對稱中心在條料長度方向的中心上，這樣可將合力作用點的坐標位置 的方向坐標的條料長度方向的中心上，即方向坐標值為0，這樣就可減少一部分計算。壓力中心圖如圖4.4所示。
根據(jù)公式公式(4-5)圖4.4，計算得：
即壓力中心坐標。
5 沖裁模間隙的選擇
沖裁間隙Z指凹模刃口橫向尺寸凸模橫向尺寸的差值，如圖5.1所示。Z表示雙面間隙，單面間隙用Z/2表示，如無特殊說明，本設(shè)計沖裁間隙就是指雙面間隙。
沖裁間隙對沖裁件質(zhì)量、沖裁力、模具壽命等都有很大的影響，設(shè)計模具時應(yīng)選用合理間隙值。但分別符合這些要求的合理間隙值并不相同，只是彼此接近。生產(chǎn)中通常是選擇一個適當?shù)姆秶鳛楹侠黹g隙。這個范圍的最小值稱為最小合理間隙(Zmin)，最大值稱最大合理間隙(Zmax)?？紤]到生產(chǎn)過程中的磨損使間隙變大，故設(shè)計與制造模具時，通常采用最小合理間隙值Zmin。確定合理間隙值有兩種方法。一是理論確定法，主要是根據(jù)凸、凹刃口產(chǎn)生的裂紋相互重合的原則來計算；二是經(jīng)驗確定法，該方法是根據(jù)長期研究與實際生產(chǎn)經(jīng)驗總結(jié)出來的間隙數(shù)據(jù)，可以幫助設(shè)計人員和為新生設(shè)計
人員快速計算沖裁模間隙，從而提高設(shè)計效率。
沖裁間隙的大小對沖裁件的斷面質(zhì)量有極其重要的影響，此外，沖裁間隙還影響模具壽命、卸料力、推件力、沖裁力和沖裁件的尺寸精度。沖裁過程中，凸模與被沖的孔之間，凹模與落料件之間均有摩擦，間隙越小，模具作用的壓應(yīng)力越大，摩擦也越嚴重，而降低了模具的壽命。較大的間隙可使凸模側(cè)面及材料間的摩擦減小，并延緩間隙由于受到制造和裝配精度的限制，雖然提高了模具壽命而，但出現(xiàn)間隙不均勻。因此，沖裁間隙是沖裁工藝與模具設(shè)計中的一個非常重要的工藝參數(shù)。由于該50DW470定、
彈簧片片屬于電器行業(yè)產(chǎn)品，其值可按表5-1的沖裁模初始用間隙Z(電器、儀表行業(yè))
進行選用。
根據(jù)實用間隙表5-1查得厚度4mm的50DW470片材料的最小雙面間Zmin=0.86mm，最大雙面間隙Zmax=0.94mm。
圖5.1 沖裁模間隙圖
表5-1 沖裁模初始用間隙Z(mm)(電器、儀表行業(yè))
材料名稱
45
T7，T8（退火）65Mm（退火）磷青銅（硬）
鈹青銅（硬）
10、15、20、30鋼板，冷軋鋼帶、H62、H65（硬）LY1250DW470片
Q215、Q235鋼板08、10、15鋼板、H62、H68（半硬）磷青銅（軟）
鈹青銅（軟）
H62、H68（軟）紫銅（軟）
L21~LF2
硬鋁
LY12（退火）
力學性能
HBS
≥190
140~190
70~140
≤70
≥600
400~600
300~400
≤300
厚度 t(㎜)
Zmin
Zmax
Zmin
Zmax
Zmin
Zmax
Zmin
Zmax
0.3
0.04
0.06
0.03
0.05
0.02
0.04
0.01
0.03
0.5
0.08
0.10
0.06
0.08
0.04
0.06
0.025
0.045
0.8
0.12
0.16
0.10
0.13
0.07
0.10
0.045
0.075
1.0
0.17
0.20
0.13
0.16
0.10
0.13
0.065
0.095
1.2
0.21
0.24
0.16
0.19
0.13
0.16
0.075
0.105
1.5
0.27
0.31
0.21
0.25
0.15
0.19
0.10
0.14
1.8
0.34
0.38
0.27
0.31
0.20
0.24
0.13
0.17
2.0
0.38
0.42
0.30
0.34
0.22
0.26
0.14
0.18
2.5
0.49
0.55
0.39
0.45
0.29
0.35
0.18
0.24
3.0
0.62
0.65
0.49
0.55
0.36
0.42
0.23
0.29
3.5
0.73
0.81
0.58
0.66
0.43
0.51
0.27
0.35
4.0
0.86
0.94
0.68
0.76
0.50
0.58
0.32
0.40
4.5
1.00
1.08
0.78
0.86
0.58
0.66
0.37
0.45
5.0
1.13
1.23
0.90
1.00
0.65
0.75
0.42
0.52
6.0
1.40
1.50
1.00
1.20
0.82
0.92
0.53
0.63
8.0
2.00
2.12
1.60
1.72
1.17
1.29
0.76
0.88
6 刃口尺寸的計算
6.1 凸、凹模刃口尺寸計算的基本原則
沖裁件的尺寸精度主要取決與模具刃口的尺寸的精度，模具的合理間隙也要靠模具刃口尺寸及制造精度來保證。正確確定模具刃口尺寸及制造公差，是設(shè)計沖裁模主要任務(wù)之一。在決定模具刃口尺寸及其制造公差時需要考慮以下原則：
（1）落料件尺寸由凹模尺寸決定，沖孔時的尺寸由凸模尺寸決定。故設(shè)計落料模時，以凹模為基準，間隙去在凹模上：設(shè)計沖孔模時，以凸模尺寸為基準，間隙去在凹模上。
（2）考慮到?jīng)_裁中凸、凹模的磨損，設(shè)計落料凹模時，凹模基本尺寸應(yīng)取尺寸公差范圍的較小尺寸；設(shè)計沖孔模時，凹模基本尺寸應(yīng)取工件孔尺寸公差范圍的較大尺寸。這樣在凸凹麼磨損到一定程度的情況下，人能沖出合格的制件。凸凹模間隙則取最小合理間隙值。
（3） 確定沖模刃口制造公差時，應(yīng)考慮沖裁件的公差要求。如果對刃口精度要求過高（即制造公差過?。瑫鼓＞咧圃炖?，增加成本，延長生產(chǎn)周期；如果對刃口要求過低（即制造公差過大）則生產(chǎn)出來的制件有可能不和格，會使模具的壽命降低。制件精度與模具制造精度的關(guān)系見表7-1。若工件沒有標注公差，則對于非圓形工件安國家“配合尺寸的公差數(shù)值”IT14級處理，沖模則可按IT11級制造；對于圓形工件可按IT17～IT9級制造模具。沖壓件的尺寸公差應(yīng)按“如體”原則標注單項公差，落料件上偏差為零，下偏差為負；沖孔件上偏差為正，下偏差為零。
沖模的制造精度對沖裁件的尺寸精度有直接影響，沖模的精度愈高，沖裁件的精度也越高。所以，當有合理的間隙與鋒利刃口時，就可以沖裁出沖裁件的高精度的制件。一般其模具制造精度與沖裁件精度的有關(guān)系按表6-1選擇。
表 6-1 模具精度與沖裁件精度的關(guān)系
沖模制
造精度
沖裁件精度
材料厚度 t/mm
0.5
0.8
1
1.6
2
3
4
5
6
8
10
IT6~ IT7
IT8
IT8
IT9
IT10
IT10
IT7~ IT8
IT9
IT10
IT10
IT12
IT12
IT12
IT9
IT12
IT12
IT12
IT12
IT12
IT14
IT14
IT14
6.2 凸、凹模刃口的尺寸的確定
6.2.1 凸、凹模刃口的尺寸的計算方法
由于沖模加工方法不同，刃口尺寸的計算方法也不同，基本上可分為兩類。
（1）按凸模與凹模圖樣分別加工法
這種方法主要適用于圓形或簡單規(guī)則形狀的工件，因沖裁此類工件的凸、凹模制造相對簡單，精度容易保證，所以采用分別加工，設(shè)計時，需在圖紙上分別標注凸模和凹模刃口尺寸及制造公差。
（2）凸模與凹模配作法
采用凸、凹模分開加工法時，為了保證凸、凹模間一定的間隙值，必須嚴格限制沖模制造公差，因此，造成沖模制造困難。對于沖制薄材料（因與的差值很?。┑臎_模，或沖制復雜形狀工件的沖模，或單件生產(chǎn)的沖模，常常采用凸模與凹模配作的加工方法。
配作法這種加工方法的特點是模具的間隙由配制保證，工藝比較簡單，不必校核 的條件，并且還可放大基準件的制造公差，使制造容易。設(shè)計時，基準件的刃口尺寸及制造公差應(yīng)詳細標注，而配作件上只標注公稱尺寸，不注公差，但在圖紙上注明：“凸（凹）模刃口按凹（凸）模實際刃口尺寸配制，保證最小雙面合理間隙值Zmin”。
鑒于本設(shè)計中定、彈簧片片厚度只有4mm，屬于薄板沖壓件，并且槽孔、外形的形狀復雜，為了保證沖裁凸、凹模精度和間隙值，所以采用配作法加工。
采用配作法，計算凸?；虬寄Ｈ锌诔叽?，首先是根據(jù)凸?；虬寄Ｄp后輪廓變化情況，正確判斷出模具刃口各個尺寸在磨損過程中是變大，變小還是不變這三種情況，然后分別按不同的公式計算。
(1）凸?；虬寄Ｄp后會增大的尺寸——第一類尺寸A
落料凹?；驔_孔凸模磨損后將會增大的尺寸，相當于簡單形狀的落料凹模尺寸，所以它的基本尺寸及制造公差的確定方法與分開加工法相同
第一類尺寸：
（公式6.1） (2）凸?；虬寄Ｄp后會減小的尺寸——第二類尺寸B
沖孔凸?；蚵淞习寄Ｄp后將會減小的尺寸，相當于簡單形狀的沖孔凸模尺寸，所以它的基本尺寸及制造公差的確定方法與分開加工法相同相同。
第二類尺寸：
（公式6.2） (3）凸?；虬寄Ｄp后會基本不變的尺寸——第三類尺寸C
凸?；虬寄Ｔ谀p后基本不變的尺寸，不必考慮磨損的影響，相當于簡單形狀的孔心距尺寸，所以它的基本尺寸及制造公差的確定方法與分開加工法相同。
第三類尺寸：
（公式6.3）
式中： ——模具基準件尺寸（mm）；
——工件極限尺寸（mm）；
——工件公差（mm）；
——系數(shù)，
為了避免沖裁件尺寸偏向極限尺寸（落料時偏向最小尺寸，沖孔時偏向最大尺寸），值在0.5~1之間，一般按下面關(guān)系選取。
工件精度IT10以上
工件精度IT11~IT13
工件精度IT14
6.2.2 凸、凹模刃口的尺寸的計算
根據(jù)排樣圖可知，需要計算的刃口尺寸有導引孔凹凸模、中間孔孔凹凸模、彈簧片落料凹凸模等。其中，彈簧片、外形沖裁為落料沖裁，選凹模為設(shè)計基準；其他的均屬沖孔沖裁，選凸模為設(shè)計基準。
由標準公差表查得定、彈簧片零件圖的外形尺寸，在IT8范圍內(nèi)，且根據(jù)表6-1模具精度與沖裁件精度的關(guān)系也可查得沖裁件精度為IT8級，制造精度為IT6級。下面分別對各個工位的凹凸模的刃口尺寸進行計算：
（1）引導孔凸、凹模刃口尺寸：
引導孔屬于沖孔工藝沖裁，選凸模為設(shè)計基準，只需要計算凸模刃口尺寸。根據(jù)圖6.1（）可知，凸模磨損后尺寸φ4會減小，屬于B類尺寸。由排樣圖可知，引
導孔基本尺寸為，查公差表得，IT8級沖裁件公差，??；
查表5-1得，，。
引導孔凸模刃口尺寸計算如下：
第二類尺寸B：磨損后減小的尺寸
沖孔凹模的基本尺寸與凸模相同，是，不必標注公差，但要在技術(shù)條件中注明：凹模實際刃口尺寸與凸模配制，保證雙面合理間隙值。引導孔凸模、凹模的尺寸如圖6.1（b）、（c）。
（2）彈簧片軸孔凸、凹模刃口尺寸：
彈簧片軸孔屬于沖孔沖裁，選凸模為設(shè)計基準，只需要計算凸模刃口尺寸。
第二類尺寸B：磨損后減小的尺寸
彈簧片落料凹模刃口尺寸計算如下：
第一類尺寸A：磨損后增大的尺寸
落料凸模的基本尺寸與凹模相同，是，不必標注公差，但要在技術(shù)條件中注明：凸模實際刃口尺寸與落料凹模配制，保證面合理間隙值（Z=0.06~0.08mm）。
7 模具總體結(jié)構(gòu)設(shè)計
7.1 模具類型的選擇
由沖壓工藝分析可知，采用級進模沖壓可以更大程度提高生產(chǎn)效率，同時提高了操作的安全性和降低工人的勞動強度，所以模具類型為級進模。
7.2 定位方式的選擇
因為該模具采用的是條料，厚度較薄，所以控制條料的送進方向采用導料塊，無側(cè)壓裝置?？刂茥l料的送進步距采用自動送料裝置和活動導正銷精確定距。
7.3 卸料方式的選擇
因為工件料厚為4mm，相對較薄，卸料力不大，故采用彈性料裝置卸料。
7.4 導向方式的選擇
? 為了提高模具壽命和工件質(zhì)量，方便安裝調(diào)整，該級進模導向結(jié)構(gòu)采用6組Φ30mm
的滾球?qū)е?、導套的導向方式，卸料板起精密導向作用?
8 主要零部件的設(shè)計
8.1模具主要材料選擇
（1） 凸、凹模材料均采用YG20硬質(zhì)合金，此類硬質(zhì)合金具有較好的耐磨性和抗沖擊韌性，適用沖裁、彎曲、拉深模等。為保證使用壽命，使其特性更適宜高速沖裁50DW470片，在使用前進行高溫等靜壓處理，細化晶粒，可以提高約10%的強度和抗彎強度。
（2）上、下模座厚度為一般模座的2.5~3倍，為加強型，材料采用鍛造45鋼，經(jīng)過調(diào)質(zhì)、時效處理。導柱、導套材料采用GCr15，卸料板主體采用40Cr，分體卸料板采用Cr12MoV、凸模與凹模固定板采用45鋼。上墊板、下墊板采用T8A鋼。
（3）導向結(jié)構(gòu)采用6組Φ50mm的滾珠導柱、導套，配合過盈量為雙0.02~0.025mm，卸料板起精 密導向作用。
（4）為確保在高速沖壓時的壽命和可靠性，對標準件包括矩形彈簧的選用應(yīng)嚴格挑選，采用優(yōu)質(zhì)高強度的標準件。
8.2 工作零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計
多工位級進模中凸、凹和其他的模具中的凸、凹模一樣，都是配對使用，缺一不可。多工位級進模，由于每個工位的沖壓性質(zhì)的特殊性，既有相同之處，又有不同地方，因此，無論是凸模，還是凹模，都要服從沖壓性質(zhì)的特定需要，設(shè)計出與技術(shù)要求相適應(yīng)的凸模和凹模。它既不等同于單工序模，又離不開單工序模的實踐與理論基礎(chǔ)，要求凸、凹模做到適應(yīng)高速度、高精度、長壽命和穩(wěn)定沖壓生產(chǎn)的需要。
模具刃口一般都要求有較高的耐磨