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滁州職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車工程系
畢業(yè)設(shè)計(jì)
題目 雙孔圓墊片沖壓復(fù)合模設(shè)計(jì)
其
專業(yè)
班級(jí)
學(xué)號(hào)
指導(dǎo)教師
完成日期
摘 要
本課題為雙孔圓墊片片沖孔落料復(fù)合模的設(shè)計(jì)，本文介紹的模具實(shí)例結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單實(shí)用，使用方便可靠。本套模具的設(shè)計(jì)不是以復(fù)雜模具的設(shè)計(jì)為主，而主要是對(duì)模具設(shè)計(jì)知識(shí)的系統(tǒng)學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)的練習(xí)，以達(dá)到掌握沖壓模具設(shè)計(jì)的基本技能的目的。
首先，對(duì)零件做整體的分析。包括：材料的使用、精度的要求、工序的要求以及成本的要求等。為了降低成本，對(duì)排樣方式進(jìn)行了合理的設(shè)計(jì)；其次，對(duì)零件整體進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)。通過工藝目的的設(shè)計(jì)、工序的順序設(shè)計(jì)、壓力機(jī)的選擇等來實(shí)現(xiàn)所要達(dá)到的要求；再次，想要保證制件精度的要求，就要考慮模具刃口尺寸的計(jì)算。因?yàn)槿锌谑菦_制工件的主要工作部分，刃口處的精度就決定了制件的精度，就必須根據(jù)公差來進(jìn)行精確計(jì)算。
最后，根據(jù)計(jì)算出的模具刃口尺寸設(shè)計(jì)出相應(yīng)的凸凹模，并且查找資料選擇冷沖壓模的標(biāo)準(zhǔn)零件，符合標(biāo)準(zhǔn)后，就把凸凹模與其它各零部件進(jìn)行總體裝配。在確定了模具體閉合高度后，選出合適的壓力機(jī)在調(diào)試校驗(yàn)后并進(jìn)行試沖加工，以達(dá)到符合的標(biāo)準(zhǔn)，最終完成雙孔圓墊片片的加工。
關(guān)鍵詞：復(fù)合模，沖壓工藝，模具設(shè)計(jì)，沖孔落料
Abstract
The topic is the chain plate punching blanking compound mold design and the mold of article described an instance is simple and practical, easy to use and is reliable. This mold is not primarily designed to complex design, but mainly on a systematic study of mold design knowledge and practice, in order to achieve the purpose of master the basic skills of stamping mold design.
First of all, do a thorough analysis for the parts, which include the using of the material, the requirement of accuracy and the requirement of working procedure and costs and so on. For declining low cost, proceeded the reasonable design to the row kind method. Secondly, do processing design for the whole parts and the purpose by craft designing and order of the working procedure and by the choice of punching machine. Thirdly, consider the calculation of size of the mould cutting edge in order to meet the need of accuracy. Because the cutting edge is the main working part of the punching processing, the accurate cutting edge guarantees the accurate parts. So you needed to tolerance do accurate calculation.
Finally, according to the calculated the size of mold cutting edge design the corresponding punch and mold, and find information on selection criteria for cold stamping parts, meet the standards, put the punch and mold with the other components to the overall assembly. In determining the specific mold closed height, select the appropriate press in the debug and test validation washed after processing, to meet compliance standards, the final completion of the processing chain plate.
Key words：composite modulus, stamping process, mold design , punching blanking
目 錄
摘 要 II
Abstract III
第1章 緒論 1
1.1 沖壓模具發(fā)展簡(jiǎn)史、優(yōu)勢(shì)、種類 1
1.1.1 沖壓模具發(fā)展簡(jiǎn)史 1
1.1.2 沖壓模具的優(yōu)勢(shì) 2
1.1.3 沖壓模具的種類 3
1.2 模具的發(fā)展現(xiàn)狀與前景 4
1.3 課題的主要特點(diǎn)及意義 6
1.4 本章小結(jié) 6
第2章 沖裁工藝及沖裁模具設(shè)計(jì) 7
2.1 沖壓件的過程分析 7
2.1.1 沖壓件變形階段分析 7
2.1.2 沖壓件的質(zhì)量分析 8
2.2 工藝方案分析 9
2.2.1 沖壓件的形狀和尺寸 9
2.2.2 沖壓件的尺寸精度 10
2.2.3 生產(chǎn)批量 10
2.2.4 沖壓工藝方案的制定 10
2.3 排樣設(shè)計(jì) 11
2.3.1 排樣 11
2.3.2 搭邊 14
2.3.3 送料進(jìn)距 15
2.3.4 條料寬度 16
2.4本章小結(jié) 16
第3章 沖裁模具設(shè)計(jì)計(jì)算 17
3.1 沖裁間隙 17
3.2 凸模、凹模刃口尺寸的計(jì)算 19
3.2.1 沖裁模刃口尺寸計(jì)算的原則 19
3.2.2 沖裁模凸模、凹模刃口尺寸計(jì)算 20
3.3沖壓力計(jì)算 24
3.3.1 沖裁力的計(jì)算 24
3.3.2 推件力、頂件力和卸料力的計(jì)算 25
3.3.3 壓力機(jī)公稱壓力的確定 27
3.3.4 降低沖裁力的措施 28
3.4 壓力中心的確定 31
3.5 模具閉合高度和壓力機(jī)的尺寸關(guān)系 31
3.6本章小結(jié) 32
第4章 模具零件及結(jié)構(gòu)的詳細(xì)設(shè)計(jì) 33
4.1 模具零件的組成和分類 33
4.2 復(fù)合模的結(jié)構(gòu)分析 34
4.3 復(fù)合模工作零部件詳細(xì)設(shè)計(jì) 35
4.3.1 凸模 35
4.3.2 凹模 36
4.3.3 凹凸模 37
4.3.4 定位、導(dǎo)正方式的選擇 38
4.3.5 卸料與出件裝置的選擇 38
4.3.6 模架選擇的選擇 40
4.4 本章小結(jié) 40
第5章 模具的裝配 41
5.1 模具部分零件圖 41
5.2 模具裝配圖 42
5.3本章小結(jié) 43
總 結(jié) 44
致 謝 45
參考文獻(xiàn) 46
48
第1章 緒論
模具是成批和大量生產(chǎn)各種機(jī)電與家電必備的基礎(chǔ)工藝裝備，是進(jìn)行少無切削加工的主要工具，是制造業(yè)發(fā)展的前提。國內(nèi)模具產(chǎn)業(yè)近幾年以12%～15%的增速，持續(xù)、穩(wěn)定、高速發(fā)展，支撐并保證國內(nèi)制造業(yè)，特別是機(jī)械、汽車、電子、石化及建筑業(yè)等國民經(jīng)濟(jì)的五大支柱產(chǎn)業(yè)持續(xù)高速發(fā)展。
1.1 沖壓模具發(fā)展簡(jiǎn)史、優(yōu)勢(shì)、種類
1.1.1 沖壓模具發(fā)展簡(jiǎn)史
1953年，長(zhǎng)春第一汽車制造廠在中國首次建立了沖模車間，該汽車廠于1958年開始制造汽車覆蓋件模具。我國于20世紀(jì)60年代開始生產(chǎn)精沖模具。走過漫長(zhǎng)的發(fā)展道路，目前我國已形成約300多億元沖壓模具的生產(chǎn)能力。形成了如浙江寧波和黃巖地區(qū)的“模具之鄉(xiāng)”；廣東一些大集團(tuán)公司和鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)迅速崛起，科龍、美的、康佳等集團(tuán)紛紛建立了自己的模具制造中心；中外合資和外商獨(dú)資的模具企業(yè)現(xiàn)已有幾千家。隨著與國際接軌的腳步不斷加快，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益加劇，模具的生產(chǎn)和設(shè)計(jì)已經(jīng)越來越認(rèn)識(shí)到產(chǎn)品質(zhì)量、成本和新產(chǎn)品的開發(fā)能力的重要性。模具制造技術(shù)現(xiàn)已成為衡量一個(gè)國家制造業(yè)水平高低的重要標(biāo)志，并在很大程度上決定企業(yè)的生存空間。
目前我國沖壓模具無論在數(shù)量上，還是在質(zhì)量、技術(shù)和能力等方面都已有了很大發(fā)展，但與國民經(jīng)濟(jì)需求和世界先進(jìn)水平相比，差距仍很大。在國際競(jìng)爭(zhēng)的局勢(shì)下，我過的模具工業(yè)得到飛速的發(fā)展，很多的專門模具研究中心不斷的建立起來，模具結(jié)構(gòu)和鋼材的研究取得了顯著的成就，但還是存在很大的差距。 一是進(jìn)口模具大部分是技術(shù)含量高的大型精密模具，而出口模具大部分是技術(shù)含量較低的中低檔模具，因此技術(shù)含量高的中高檔模具市場(chǎng)滿足率低于沖壓模具總體滿足率，這些模具的發(fā)展已滯后于沖壓件生產(chǎn)，而技術(shù)含量低的中低檔模具市場(chǎng)滿足率要高于沖壓模具市場(chǎng)總體滿足率。
1.1.2 沖壓模具的優(yōu)勢(shì)
成批與大量生產(chǎn)的各類機(jī)電與家電產(chǎn)品零部件及半成品坯件，都需要大量、不同種類的模具進(jìn)行加工。其中，約65%的零件要用各種金屬板、條、帶卷料，沖成個(gè)種形狀復(fù)雜、精度高、用其他加工方法無法完成的板料沖壓零件，所使用的冷沖模種類繁多，結(jié)構(gòu)各異而又千變?nèi)f化。
沖壓加工在技術(shù)上有以下優(yōu)勢(shì)：
(1）在壓力機(jī)滑塊上下往復(fù)的簡(jiǎn)單沖擊下，使用的沖?？梢詻_制其他加工方法難以制造的、形狀復(fù)雜的沖壓零件。
(2)板料沖壓零件質(zhì)量輕，剛度大，承載能力強(qiáng)，長(zhǎng)期使用不變形，是各類機(jī)電與家電產(chǎn)品結(jié)構(gòu)輕型化，取代笨重鑄、鍛及切削加工零部件的首選。因而對(duì)沖模數(shù)量的需求日益增多，沖模結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度和沖壓工藝水平日益提升。
(3）沖壓零件的一致性好，互換性強(qiáng)，尺寸和形位精度高，一般只需局部甚至不再進(jìn)行切削加工，即可進(jìn)行產(chǎn)品的裝配。
(4）便于實(shí)現(xiàn)沖壓過程機(jī)械化、自動(dòng)化及組建CNC連續(xù)作業(yè)生產(chǎn)線。當(dāng)設(shè)計(jì)與使用自動(dòng)沖模時(shí)也可實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動(dòng)化作業(yè)。
(5）現(xiàn)代沖壓高技術(shù)的大力推廣與實(shí)施，可對(duì)各種復(fù)雜形狀沖壓零件，用多工位連續(xù)形成，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)，達(dá)到優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低能耗。
1.1.3 沖壓模具的種類
按照沖模適用沖壓零件生產(chǎn)性質(zhì)（投產(chǎn)批量大?。⒔Y(jié)構(gòu)復(fù)雜及制模費(fèi)用大小、沖壓精度高低，可將沖模大致劃分如下幾類：
（1）制造經(jīng)濟(jì)的簡(jiǎn)易沖模 適用于新產(chǎn)品樣式與批式，需要單件、小批量生產(chǎn)的沖壓零件所使用各種簡(jiǎn)易結(jié)構(gòu)，用新材料與新工藝及簡(jiǎn)易制模方法制造的經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)易沖模。其制模工藝簡(jiǎn)便，制模周期短，造價(jià)低，但模具使用壽命也低。
（2）萬能通用沖模與組合沖模 使用中小批量、多品種生產(chǎn)低精度沖壓零件。萬能通用沖?？梢荒６嘤?；組合沖模是備有多種工作元件，按需要隨時(shí)組合成個(gè)種沖模，將沖壓零件分解成多工序，加工用多套組合沖模沖制。
（3）普通全鋼沖模 適用于成批和大批量生產(chǎn)各種沖壓零件，是應(yīng)用廣泛的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)與非標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的全鋼材質(zhì)普通沖壓用模具。
（4）精沖模 用于各種精沖工藝專用的精沖模具。
（5）大型、特種、高精度與高壽命沖模 適用于大量生產(chǎn)的汽車覆蓋件沖模、高精度硅鋼片硬質(zhì)合金模等。
1.2 模具的發(fā)展現(xiàn)狀與前景
(1)中國模具行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀
鑒于模具作為包括機(jī)床工具、汽車制造、食品包裝等在內(nèi)的機(jī)械行業(yè)中機(jī)械基礎(chǔ)件產(chǎn)業(yè)，以及電工電器、電子及信息行業(yè)的支持產(chǎn)業(yè)，在發(fā)展先進(jìn)生產(chǎn)力當(dāng)中，處于非常關(guān)鍵并服務(wù)全行業(yè)的地位，其發(fā)展對(duì)產(chǎn)業(yè)配套能力的提升和促進(jìn)產(chǎn)業(yè)聚集優(yōu)勢(shì)的形成將起到重要作用。改革開放以來，中國模具工業(yè)企業(yè)的所有制成分也發(fā)生了巨大變化，國內(nèi)已能生產(chǎn)精度達(dá)2微米的精密多工位級(jí)進(jìn)模，工位數(shù)最多已達(dá)160個(gè)，壽命1～2億次。在大型塑料模具方面，現(xiàn)在已能生產(chǎn)48英寸電視的塑殼模具、6.5公斤大容量洗衣機(jī)的塑料模具，以及汽車保險(xiǎn)杠、整體儀表板等模具。在精密塑料模具方面，國內(nèi)已能生產(chǎn)照相機(jī)塑料模具、多型腔小模數(shù)齒輪模具及塑封模具等。在大型精密復(fù)雜壓鑄模方面，國內(nèi)已能生產(chǎn)自動(dòng)扶梯整體踏板壓鑄模及汽車后橋齒輪箱壓鑄模。在汽車模具方面，現(xiàn)已能制造新轎車的部分覆蓋件模具。
(2)沖壓模具行業(yè)遇到的問題和解決方法
阻力一：機(jī)械化、自動(dòng)化程度低
美國680條沖壓線中有70%為多工位壓力機(jī)，日本國內(nèi)250條生產(chǎn)線有32%為多工位壓力機(jī)，而這種代表當(dāng)今國際水平的大型多工位壓力機(jī)在我國的應(yīng)用卻為數(shù)不多；中小企業(yè)設(shè)備普遍較落后，耗能耗材高，環(huán)境污染嚴(yán)重；封頭成形設(shè)備簡(jiǎn)陋，手工操作比重大；精沖機(jī)價(jià)格昂貴，是普通壓力機(jī)的5-10倍，多數(shù)企業(yè)無力投資阻礙了精沖技術(shù)在我國的推廣應(yīng)用；液壓成形，尤其是內(nèi)高壓成形，設(shè)備投資大，國內(nèi)難以起步。
突破點(diǎn)：加速技術(shù)改造
阻力二：生產(chǎn)集中度低
許多汽車集團(tuán)大而全，形成封閉內(nèi)部配套，導(dǎo)致各企業(yè)的沖壓件種類多，生產(chǎn)集中度低，規(guī)模小，易造成低水平的重復(fù)建設(shè)，難以滿足專業(yè)化分工生產(chǎn)，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力弱。
突破點(diǎn)：走專業(yè)化道路
阻力三：科技成果轉(zhuǎn)化慢先進(jìn)工藝推廣慢
在我國，許多沖壓新技術(shù)起步并不晚，有些還達(dá)到了國際先進(jìn)水平，但常常很難形成生產(chǎn)力。先進(jìn)沖壓工藝應(yīng)用不多，有的僅處于試用階段，吸收、轉(zhuǎn)化、推廣速度慢。技術(shù)開發(fā)費(fèi)用投入少，導(dǎo)致企業(yè)對(duì)先進(jìn)技術(shù)的掌握應(yīng)用慢，開發(fā)創(chuàng)新能力不足，中小企業(yè)在這方面的差距更甚。目前，國內(nèi)企業(yè)大部分仍采用傳統(tǒng)沖壓技術(shù)，對(duì)下一代輕量化汽車結(jié)構(gòu)和用材所需的成形技術(shù)缺少研究與技術(shù)儲(chǔ)備。
突破點(diǎn)：走產(chǎn)、學(xué)、研聯(lián)合之路
(3)中國模具行業(yè)發(fā)展前景
模具是工業(yè)生產(chǎn)中的基礎(chǔ)工藝裝備，是一種高附加值的高技術(shù)密集型產(chǎn)品，也是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的重要領(lǐng)域，其技術(shù)水平的高低已成為衡量一個(gè)國家制造水平的重要標(biāo)志。隨著國民經(jīng)濟(jì)總量和工業(yè)產(chǎn)品技術(shù)的不斷發(fā)展，各行各業(yè)對(duì)模具的需求量越來越大，技術(shù)要求也越來越高。目前我國模具工業(yè)的發(fā)展步伐日益加快，“十一五期間”產(chǎn)品發(fā)展重點(diǎn)主要應(yīng)表現(xiàn)在：
①汽車覆蓋件模；
②精密沖模；
③大型及精密塑料模；
④主要模具標(biāo)準(zhǔn)件；
⑤其它高技術(shù)含量的模具；
1.3 課題的主要特點(diǎn)及意義
該課題主要針對(duì)雙孔圓墊片的復(fù)合模設(shè)計(jì)，在對(duì)其進(jìn)行落料工藝分析的基礎(chǔ)上，提出了該零件采用復(fù)合模生產(chǎn)的沖壓方案；根據(jù)零件的形狀、尺寸精度要求，設(shè)計(jì)過程中綜合考慮采用“有廢料排樣”，成形側(cè)刃定位，保證工件的尺寸和形狀位置精度要求的同時(shí)，提高了材料的利用率和勞動(dòng)生產(chǎn)率。
本課題涉及的知識(shí)面廣，綜合性較強(qiáng)，在鞏固大學(xué)所學(xué)知識(shí)的同時(shí)，對(duì)于提高設(shè)計(jì)者的創(chuàng)新能力、協(xié)調(diào)能力，開闊設(shè)計(jì)思路等方面為作者提供了一個(gè)良好的平臺(tái)。
1.4 本章小結(jié)
本章主要介紹了我國模具行業(yè)的發(fā)展簡(jiǎn)史、制造業(yè)中的地位、沖壓模具的優(yōu)勢(shì)及模具的種類與選用等，重點(diǎn)介紹了模具的發(fā)展現(xiàn)狀、模具的發(fā)展前景等。我國的模具行業(yè)雖在十二五期間飛速發(fā)展，但與發(fā)達(dá)國家相比。我國的模具行業(yè)要抓住機(jī)遇，發(fā)展自己的高科技模具產(chǎn)品。
第2章 沖裁工藝及沖裁模具設(shè)計(jì)
沖裁是指利用模具在壓力機(jī)上使板料產(chǎn)生分離的沖壓工藝。沖裁可直接沖出所需要形狀的零件，也可為其它工序制備毛坯。沖裁時(shí)所使用的模具稱為沖裁模。
沖裁的工藝種類很多，常用的有落料、沖孔、切斷、切邊、切口等，其中落料和沖孔應(yīng)用最多。從板料上沖下所需形狀的零件（或毛坯）稱為落料；在零件上（或毛坯）上沖出所需零件形狀的孔（沖去的部分為廢料）稱為沖孔。落料與沖孔的變形性質(zhì)完全不同，但進(jìn)行模具設(shè)計(jì)時(shí)，模具尺寸的確定方法不同，因此，工藝上必須作為兩個(gè)工序加以區(qū)分。
2.1 沖壓件的過程分析
2.1.1 沖壓件變形階段分析
沖裁變形過程，大致可分為三個(gè)階段：
（1）彈性變形階段 當(dāng)雙孔圓墊片片的凸模下壓接觸板料時(shí)，材料將產(chǎn)生短暫的、輕微的彈性變形。此時(shí)如果提升凸模，變形將完全消失。
（2）塑性變形階段 凸模繼續(xù)下壓，板料變形區(qū)的應(yīng)力將繼續(xù)增大。當(dāng)應(yīng)力狀態(tài)滿足屈服極限時(shí)，材料便進(jìn)入塑性變形階段。這一階段突出的特點(diǎn)是材料只發(fā)生塑性流動(dòng)，而不產(chǎn)生任何裂紋，凸模繼續(xù)切入板料，同時(shí)將板料擠入凹?？變?nèi)。
（3）斷裂變形階段 當(dāng)雙孔圓墊片片的凸模切入板料達(dá)到一定深度時(shí)，在凹模側(cè)壁靠近刃口處首先出現(xiàn)裂紋，這表明塑性剪切變形終止和斷裂分離的開始。
2.1.2 沖壓件的質(zhì)量分析
沖裁件質(zhì)量是指斷面狀況、尺寸精度和形狀誤差。斷面狀況盡可能垂直、光潔、毛刺小。尺寸精度應(yīng)該保證在圖樣規(guī)定的公差范圍內(nèi)。零件外形應(yīng)該滿足圖樣要求；表面盡可能垂直即拱彎小。
（1）尺寸精度 沖裁模的制造精度對(duì)沖裁件尺寸精度的影響最直接，沖裁模的制造精度越高，沖裁件的精度就越高。
由于在沖裁過程中材料產(chǎn)生一定的彈性變形，沖裁結(jié)束后發(fā)生“回彈”現(xiàn)象使落料件尺寸與凹模尺寸不符，沖孔的尺寸與凸模尺寸不符，從而影響其精度。對(duì)于比較軟的材料，彈性變形量較小，沖裁后回彈值也較小，因而零件精度高。硬的材料，情況正好相反。
材料相對(duì)厚度t/D(t為板厚，D為沖裁件直徑)越大，彈性變形量越小，因而沖裁零件尺寸精度越高。
沖裁件尺寸越小，形狀越簡(jiǎn)單，其精度越高。
（2）斷面質(zhì)量 對(duì)于斷面質(zhì)量起決定作用的是沖裁間隙。如果間隙選的合理，沖裁時(shí)上、下刃口處所產(chǎn)生的裂紋就能重合。所得工件斷面雖不光滑，且?guī)в幸欢ㄥF度，但以滿足要求。
當(dāng)間隙過小或過大時(shí)，就會(huì)使上下裂紋不能重合。間隙過小時(shí)，凸模刃口附近的裂紋比合理間隙時(shí)向外錯(cuò)開一段距離，上、下裂紋中間的一部分材料，隨著沖裁經(jīng)行，將被第二次剪切，在斷面上形成第二光亮帶。間隙過大時(shí)，凸模刃口附近的裂紋較合理間隙時(shí)向里錯(cuò)開一段距離，材料受很大的拉伸，使斷面光亮帶減少，毛刺、圓角和錐度都會(huì)增大。
（3）毛刺 凸?；虬寄Ｄモg后，其刃口處形成圓角。在沖裁時(shí)，沖裁件的邊緣就會(huì)出現(xiàn)毛刺。在沖裁工作中，產(chǎn)生很大的毛刺是不允許的，應(yīng)查明原因加以解決。
2.2 工藝方案分析
2.2.1 沖壓件的形狀和尺寸
材料：Q235；
材料厚度：2mm；
零件簡(jiǎn)圖：如圖2.2所示
圖2.2 沖裁件
Q235為普通碳素鋼，具有較好的沖載成型形性能。零件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單對(duì)稱，無尖角，對(duì)沖載加工較為有利。零件中有兩個(gè)對(duì)稱孔，孔的最小尺寸為6mm，滿足沖載最小孔徑：孔的最小尺寸≥10t＝5mm的要求，另外，經(jīng)計(jì)算孔距零件外形之間的最小孔邊距滿足載件最小孔邊距≥1.5t＝0.75mm的要求，所以該零件的結(jié)構(gòu)滿足沖載要求。
2.2.2 沖壓件的尺寸精度
零件圖上的尺寸示標(biāo)注公差，沖裁件的精度按IT13確定，沖模制造精度按IT6～I(xiàn)T7確定。
2.2.3 生產(chǎn)批量
生產(chǎn)批量：大批量。
2.2.4 沖壓工藝方案的制定
工件為圖一所示的落料沖孔件，材料為Q235鋼，材料厚度為2mm，生產(chǎn)批量為大批量。
圖2.3 沖壓件
零件為滿足沖孔落料件，可提出加工方案如下：
方案一：先落料，后沖孔，采用兩套單工方模生產(chǎn)。
方案二：落料沖孔復(fù)合模沖壓，采用復(fù)合模生產(chǎn)。
方案三：沖孔落料連續(xù)沖壓，采用級(jí)進(jìn)模生產(chǎn)。
方案一模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但需要兩道工序，兩幅模具，生產(chǎn)效率低，零件精度較差，在批量較大的情況下不適合使用。方案二只需要一副模具，沖壓件形位精度和尺寸精度易保證，且生產(chǎn)效率較高。盡管模具結(jié)構(gòu)較方案一復(fù)雜，但是由于零件的幾何精度較為簡(jiǎn)單，模具制造并不困難。方案三也只需要一副模具，生產(chǎn)效率也高，但與方案二相比零件的精度稍差。欲保證沖壓件的形狀精度，需要在模具上設(shè)置導(dǎo)正銷，模具制裝配較復(fù)合模具復(fù)雜。
所以，比較三個(gè)方案，采用方案二生產(chǎn)。
2.3 排樣設(shè)計(jì)
沖載件在條料或板料上的布置方式稱為排樣。排樣方案對(duì)材料的利用率、沖載件質(zhì)量、生產(chǎn)率、生產(chǎn)成本和模具結(jié)構(gòu)形式都有重要的影響。
2.3.1 排樣
排樣圖是排樣設(shè)計(jì)最終的表達(dá)形式，通常應(yīng)繪制在沖壓工藝規(guī)程的相應(yīng)卡片上和沖裁?？傃b圖的右上角。排樣圖的內(nèi)容應(yīng)反映出排樣方法、沖裁件的沖裁方式、用側(cè)刃定距時(shí)側(cè)刃的形狀與位置、材料利用率等。
（1）排樣的設(shè)計(jì)原則：
①提高材料的利用率 沖裁件生產(chǎn)批量大，生產(chǎn)效率高，材料費(fèi)用一般會(huì)占總成本的60%以上，所以排樣的利用率是衡量排樣經(jīng)濟(jì)性的一項(xiàng)重要指標(biāo)。在不影響零件性能的前提下，應(yīng)合理設(shè)計(jì)零件外形及排樣，提高材料的利用率。
②改善操作性 沖裁件排樣應(yīng)使工人操作方便、安全、勞動(dòng)強(qiáng)度低。一般來說，在沖裁生產(chǎn)時(shí)應(yīng)盡量減小條料翻動(dòng)次數(shù)，在材料利用率相同或相近時(shí)，應(yīng)選用條料寬度及進(jìn)料小的排樣方式。
③使模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理，使用壽命高。
④保證沖載件質(zhì)量。
（2）排樣方式的分類 按照材料的利用率，排樣可分為有廢料排樣、少廢料排樣和無廢料排樣三種。廢料是指沖裁中除零件以外的其它板料，包括工藝廢料和結(jié)構(gòu)廢料。
（a） （b） （c）
圖2.4 排樣方式
①有廢料排樣：有廢料排樣是指在沖載件與沖載件之間、沖載件與條料側(cè)邊之間均有工藝廢料，沖裁是沿沖裁件中除零件以外的其他板料，包括工藝廢料和結(jié)構(gòu)廢料，如圖2.1（a）所示。
②少廢料排樣：少廢料排樣是指只在沖裁件之間或只在沖裁件與條料側(cè)邊之間留有搭邊，如圖2.1（b）所示。沖裁只沿沖裁件的部分輪廓進(jìn)行，材料的利用率可達(dá)70%～90%。
③無廢料排樣：無廢料排樣是指在沖裁件與沖裁件之間、沖裁件與條料側(cè)邊之間均無搭邊存在，沖裁件實(shí)際上是直接由切斷條料獲得，如圖2.1（c）所示，材料的利用率可達(dá)85%～90%。
（3）雙孔圓墊片片排樣設(shè)計(jì)：
圖2.5 排樣圖
材料利用率計(jì)算:
= （2.1）
η=S工/S總=961.35/40mm×37.5×100％=64.09％
式中，—材料利用率；
S—工件的實(shí)際面積；
S—所用材料面積，包括工件面積與廢料面積；
A—步距（相鄰兩個(gè)制件對(duì)應(yīng)點(diǎn)的距離）；
B—條料寬度；
2.3.2 搭邊
沖裁件與沖裁件之間、沖裁件與條料側(cè)邊之間留下的工藝預(yù)料稱為搭邊。搭邊的作用是避免因誤送發(fā)生零件缺角、搭邊或尺寸超差；使凸凹模刃口受力均勻，提高模具的使用壽命及沖裁件的斷面質(zhì)量,此外利用搭邊還可以實(shí)現(xiàn)模具的自動(dòng)送料。
搭邊的合理數(shù)值主要取決與沖裁件的板料厚度、材料性質(zhì)、外廓形狀及尺寸大小等。一般來說，材料硬時(shí)，搭邊值可取小些；軟材料或脆性材料，搭邊值可取大些；板料厚度大，需要的搭邊值大；沖裁件的形狀復(fù)雜，尺寸大，過度圓角半徑小，需要的搭邊值大；手工送料或有側(cè)壓板導(dǎo)料時(shí)，搭邊值可取小些。
雙孔圓墊片片搭邊設(shè)計(jì)：
板料厚度t=2.0mm,工件邊長(zhǎng)L>50mm,查表得搭邊值的確定[1]冷沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)》表2.10得出工件的搭邊對(duì)于本次的設(shè)計(jì)，我們a1選取2mm，工件側(cè)面a=2.5mm
2.3.3 送料進(jìn)距
模具每沖裁一次，條料在模具上前進(jìn)的距離稱為送料進(jìn)距或步距。當(dāng)單個(gè)進(jìn)距內(nèi)只沖裁一個(gè)零件時(shí)，送料進(jìn)距的大小等于調(diào)料上兩個(gè)對(duì)應(yīng)點(diǎn)之間的距離。
A=D+a （2.2）
式中：A為送料進(jìn)距，單位mm；D為平行于送料方向的沖裁件寬度，單位mm；a為沖裁件之間的搭邊值，單位mm。
所以雙孔圓墊片片的送料進(jìn)距為：步距值：33mm+2mm=35mm 寬度150mm+2.5mm+2.5mm=155mm。
2.3.4 條料寬度
沖裁前通常需要按要求將板料裁剪為適當(dāng)寬度的條料。為保證送料順利，不因過寬而發(fā)生卡死現(xiàn)象，條料的下料公差規(guī)定為負(fù)偏差。條料在模具上送料時(shí)，一般都有導(dǎo)料裝置，有時(shí)還要使用測(cè)壓裝置。
條料寬度：
B=L+2a+Δ （2.3）
式中：B為條料寬度，單位mm；L為沖裁件與送料方向垂直的最大尺寸，單位mm；a為沖裁件與條料之間的搭邊，單位mm；Δ為條料下料時(shí)的下偏差值，單位為mm。
所以條料寬度步距值：33mm+2mm=35mm 寬度150mm+2.5mm+2.5mm=155mm。
2.4本章小結(jié)
本章介紹了沖壓件的過程分析（包括沖壓件變形階段分析，沖壓件的質(zhì)量分析）、雙孔圓墊片片的工藝分析（主要是沖壓方案的選擇）、排樣設(shè)計(jì) 、搭邊設(shè)計(jì)、調(diào)料寬度、送料進(jìn)距等，本章重點(diǎn)介紹了雙孔圓墊片片沖孔落料復(fù)合模的工藝方案的選擇，由于材料的利用率不可能為100%及盡量提高材料的利用率，因此選用少廢料排樣的方式。
第3章 沖裁模具設(shè)計(jì)計(jì)算
3.1 沖裁間隙
沖裁模凹、凸模刃口部分尺寸之差稱為沖裁間隙，其雙面間隙用C表示，單面間隙為C/2。沖裁間隙的大小對(duì)沖裁件質(zhì)量的斷面質(zhì)量、沖裁力、模具壽命等影響很大，所以沖裁間隙是沖裁模具設(shè)計(jì)中的一個(gè)很重要的工藝參數(shù)。
設(shè)計(jì)模具時(shí)一定要選擇合理的間隙，使沖裁件的斷面質(zhì)量較好，所需的沖裁力較小，模具壽命較高。但分別按質(zhì)量、精度、沖裁力等方面的要求，各自確定的合理間隙值并不相同，考慮到模具制造中的偏差及使用中的磨損，生產(chǎn)中通常是選擇一個(gè)適當(dāng)?shù)姆秶鳛楹侠黹g隙，只要間隙在這個(gè)范圍內(nèi)，就可以沖出良好的零件。這個(gè)范圍的最小值稱為最小合理間隙，最大值稱為最大合理間隙?？紤]到模具在使用過程中的磨損使間隙增大，故設(shè)計(jì)與制造新模具時(shí)應(yīng)采用最小合理間隙。
沖裁件質(zhì)量要求較高時(shí)，其間隙應(yīng)取小值；反之應(yīng)取大間隙，以降低沖壓力及提高模具使用壽命。
由于各類間隙值之間沒有絕對(duì)的界限，因此，還必須根據(jù)沖裁件尺寸與形狀，模具材料和加工方法，以及沖壓方法、速度等因素適當(dāng)增減間隙值。比如：
①在相同的條件下，非圓形比圓形間隙大，沖孔比落料間隙大；
②直壁凹模比錐口凹模間隙大；
③高速?zèng)_壓時(shí)，模具以發(fā)熱，間隙應(yīng)增大，當(dāng)行程次數(shù)超過200次/min時(shí)，間隙應(yīng)增大10%左右；
④用電火花加工的凹模，其間隙比用磨削加工凹模小0.5%～2%；
根據(jù)以上分析，可從表1中選取 C= 0.246 ，C= 0.360；
表1 沖裁間隙的數(shù)值
厚度
t
T8、45、1Cr18Ni9Ti
Q235Q21535CrMo
08F10、15、H62
L1、L2、L3
C
C
C
C
C
C
C
C
0.35
0.03
0.05
0.02
0.05
0.01
0.03
--
--
0.5
0.04
0.08
0.03
0.07
0.02
0.04
0.02
0.03
0.8
0.09
0.12
0.06
0.10
0.04
0.07
0.025
0.045
1.0
0.11
0.15
0.08
0.12
0.05
0.08
0.04
0.06
1.2
0.14
0.18
0.10
0.14
0.07
0.10
0.05
0.07
1.5
0.19
0.23
0.13
0.17
0.08
0.12
0.06
0.10
此外，也可采用下述經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出合理間隙Z的取值：
Z=ct （3.1）
式中：t為材料厚度，單位mm；c位系數(shù)，與材料性能及厚度有關(guān)。
表2 合理間隙系數(shù)值
材料
當(dāng)t＜3mm
當(dāng)t＞3mm
軟鋼、純鐵
銅、鋁合金
硬銅
c=(6～9)%
c=(6～10)%
c=(8～12)%
c=(15～19)%
c=(16～19)%
c=(17～25)%
3.2 凸模、凹模刃口尺寸的計(jì)算
3.2.1 沖裁模刃口尺寸計(jì)算的原則
沖裁模刃口是尖銳鋒利的，多為直角，故沖裁模刃口尺寸是指凸模與凹模直徑（對(duì)圓形件而言）尺寸，并按“人體”原則標(biāo)注。確定凹凸模刃口尺寸及公差必須遵循以下的原則：
(1)由于剪切面是凹凸模的側(cè)面與材料接觸并擠光而得到的光滑面，所以落料件的外經(jīng)尺寸等于凹模內(nèi)徑尺寸，沖孔件的內(nèi)徑尺寸等于凸模的外徑尺寸。故落料模應(yīng)以凹模為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，再按間隙值確定凹模尺寸。
(2)凹、凸模在沖裁過程中有磨損，凸模刃口尺寸磨損使沖孔尺寸減少，凹模刃口尺寸磨損使落料尺寸變大。為保證沖裁件的尺寸精度要求，并盡可能提高模具使用壽命，設(shè)計(jì)落料模時(shí)，凹模刃口的基本尺寸（設(shè)計(jì)尺寸）應(yīng)取接近或等于工件的最小極限尺寸；設(shè)計(jì)沖孔凹模時(shí)其刃口基本尺寸應(yīng)取接近或等于工件的最小極限尺寸；設(shè)計(jì)沖孔凸模時(shí)，其刃口基本尺寸應(yīng)取接近或等于工件孔的最大極限尺寸；并分別按最小合理間隙分別制造，或配作相應(yīng)的凹模、凸模。這樣，才能保證凹凸模磨損到一定程度后仍能沖出合格的零件。
(3)凹、凸模刃口尺寸的精度應(yīng)以能保證工件的精度要求為準(zhǔn)，保證合理的間隙值，保證模具具有一定程度的使用壽命。一般沖模精度較工件精度高2-3級(jí)。若零件沒有標(biāo)注公差，則對(duì)于非圓形件按IT14級(jí)來處理，圓形件可按IT10來處理，工件尺寸公差應(yīng)按“人體”原則標(biāo)注為單向公差，沖裁件的精度見表3。
表3 沖裁件精度
模具制造精度
材料厚度t/mm
0.5
0.8
1.0
1.5
2
3
4
5
IT6-IT7
IT8
IT8
IT9
IT10
IT10
-
-
-
IT7-IT8
-
IT9
IT10
IT10
IT12
IT12
IT12
-
IT9
-
-
-
IT12
IT12
IT12
IT12
IT12
3.2.2 沖裁模凸模、凹模刃口尺寸計(jì)算
模具刃口尺寸及公差的計(jì)算與加工方法有關(guān)，基本上可以分為兩類：互換加工和配制加工。
（1）互換加工 這種方法主要適用于圓形或簡(jiǎn)單規(guī)則形狀的工件，因沖裁此類工件的凹、凸模制造相對(duì)簡(jiǎn)單，精度容易保證，所以采用分別加工。設(shè)計(jì)時(shí)，需要在圖樣上分別標(biāo)注凹模與凸模的刃口尺寸及制造公差。
（2）凸模與凹模配制加工 采用凸、凹模分開加工發(fā)時(shí)，為了保證凹、凸模間一定的間隙值，必須嚴(yán)格限制沖模的制造公差，因此，造成沖模制造困難。對(duì)于沖制模材料（因C與C的差值很?。┑臎_模，或沖制復(fù)雜工件的沖模，或單件生產(chǎn)的沖模，常常采用凸模與凹模配制加工方法。
配置法就是按設(shè)計(jì)尺寸制造出一個(gè)基準(zhǔn)件（凸?；虬寄＃?，然后根據(jù)基準(zhǔn)件的實(shí)際尺寸再按最小合理間隙配制另一件。這種加工方法的特點(diǎn)是模具的間隙由配置保證，工藝比較簡(jiǎn)單，不必按校核+C- C的條件，并且還可放大基準(zhǔn)件的制造公差，使制造容易。設(shè)計(jì)時(shí)，基準(zhǔn)件的刃口尺寸及制造公差應(yīng)詳細(xì)標(biāo)注，而配制件上只標(biāo)注公稱尺寸，不注公差，但在圖樣上標(biāo)注：“凸（凹）模實(shí)際刃口尺寸配制，保證最小雙面合理間隙值C”。
根據(jù)表1.2分析：該零件沖裁工藝性較好，適宜沖裁加工。查公差表得各尺寸公差：
零件外形： 36mm
零件內(nèi)形： 6mm
1、 確定凸、凹模的間隙以及制造公差。[2]冷沖壓模具課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)與范例》表2-7可得凸、凹模的間隙最小值Zmin=0.040mm，凹模間隙最大值Zmax=0.060mm
沖孔凸、凹模計(jì)算
設(shè)沖孔尺寸為根據(jù)以上原則，沖孔時(shí)以凸模設(shè)計(jì)為基準(zhǔn)，首先確定凸模刃口尺寸，使凸?；境叽缃咏虻扔诠ぜ椎淖畲髽O限尺寸，再增大凹模尺寸以保證最小合理間隙Zmin。凸模制造偏差取負(fù)偏差，凹模取正偏差。其計(jì)算公式為：
凸模 dp=(d＋x△)0- δp
凹模 dd=(＋Zmin)0+ δd＝(d＋X△＋Zmin) 0+ δd
在同一工步中沖出制件兩個(gè)以上孔時(shí)，凹模型孔中心距Ld按下式確定：
Ld=(Lmin＋0.5△)±0.125△
式中dd——沖孔凹?；境叽?mm)；
dp——沖孔凸?；境叽?mm)；
d——沖孔件孔的最小極限尺寸(mm)；
Ld——同一工步中凹?？拙嗷境叽?mm)；
Lmin——制件孔距最小極限尺寸(mm)；
△——沖孔件孔徑公差(mm)；
Zmin——凸、凹模最小初始雙面間隙(mm)；
X——磨損系數(shù)，是為了使沖裁件的實(shí)際尺寸盡量接近沖裁件公差帶的中間尺寸，與工件制造精度有關(guān)，可查表9.1取值：當(dāng)工件精度IT10以上，取x=1；當(dāng)工件精度IT11～I(xiàn)T13，取x=0.75；當(dāng)工件精度IT14，則取x=0.5。
表9.1磨損系數(shù)X
料厚t(mm)
非圓形
圓形
1
0.75
0.5
0.75
0.5
工件公差△/mm
1
1～2
2～4
＞4
＜0.16
＜0.20
＜0.24
＜0.30
0.17～0.35
0.21～0.41
0.25～0.49
0.31～0.59
≥0.36
≥0.42
≥0.50
≥0.60
＜0.16
＜0.20
＜0.24
＜0.30
≥0.16
≥0.20
≥0.24
≥0.30
根據(jù)圖1.1和表9.1查得磨損系數(shù)X取0.5，即X=0.75
設(shè)凸、凹模分別按IT6和IT7級(jí)加工制造，所以
凸模： dp =(d+X△) 0- δp
=(6+0.75×0.12)
=6.09
凹模： dd=( dp +Zmin)
=(6.09+0.04)
=6.13
二、落料凸、凹模計(jì)算
凹模： Dd=(D－X△)
凸模： Dp=( Dd－Zmin)＝(D－X△－Zmin)
式中Dd——落料凹模基本尺寸(mm)；
Dp——落料凸模基本尺寸(mm)；
D——落料件最大極限尺寸(mm)；
r——落料件外徑公差(mm)；
Zmin——凸、凹模最小初始雙面間隙(mm)；
X——磨損系數(shù)，是為了使沖裁件的實(shí)際尺寸盡量接近沖裁件公差帶的中間尺寸，與工件制造精度有關(guān)。表9.1取X=0.5。
由公差表（1.2）查得：設(shè)凸、凹模分別按IT6和IT7級(jí)加工。
所以凹模
36:Dd2=(D2-X)
=(36-0.5×0.62)0+0.025
=35.690+0.025mm
凸模
36:Dp2=(Dd2- Zmin)
=(35.69-0.04)
=35.65 mm
式中，由已知條件零件為非圓形，材料的厚度是0.5mm，以及零件的公差大于0.42mm，查詢《冷沖壓模具設(shè)計(jì)》表2-9磨損系數(shù)X[5]得X=0.5，制件精度為IT14級(jí)時(shí)查詢《沖壓模具課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)與范例》[6]得Δ=0.87mm。
零件坯料2孔中心距離的計(jì)算：由圖2-1可知當(dāng)制件精度取IT14級(jí)時(shí)，中心距離：18±0.023m mm
C凹=C±σ凹=18±0.023mm
式中，σ凹=1/4×0.09mm=0.023mm
3.3沖壓力計(jì)算
在沖裁過程中，沖壓力是指沖裁力、卸料力、推件力和頂件力的總稱。計(jì)算沖裁力的目的是為了選用合適的壓力機(jī)，設(shè)計(jì)模具和檢驗(yàn)?zāi)＞叩膹?qiáng)度。壓力機(jī)的噸位必須大于所計(jì)算的沖裁力，以適應(yīng)沖裁工藝的需要。
3.3.1 沖裁力的計(jì)算
沖裁力是沖裁時(shí)凸模沖穿板料所需要的力。在沖裁過程中，沖裁力是隨凸模進(jìn)入板料的深度（凸模行程）而變化。圖3.2所示為沖裁Q235鋼時(shí)的沖裁力變化曲線，圖中AB段是沖裁的彈性變形階段，BC是塑性變形階段，C點(diǎn)是沖裁力的最大值，在此點(diǎn)材料開始被被剪裂，CD段為斷裂分離階段，DE段是凸?？朔c材料間的摩擦和將材料從凹模內(nèi)推出所需的壓力。通常，沖裁力是指沖裁過程中的最大值。
圖3.2 沖裁力曲線
沖裁力的大小主要于材料的力學(xué)性能、厚度和工件將要實(shí)施的周邊長(zhǎng)度及沖裁間隙、刃口鋒利程度與表面粗糙度值有關(guān)。綜合考慮上述影響因素，其沖裁力一般按下式計(jì)算：
F=Kt L （3.6）
式中 F——沖裁力，單位為N；
K——系數(shù)，一般取K=1.3；
L——沖裁件的沖裁長(zhǎng)度，單位為m；
——材料的抗剪強(qiáng)度，單位為MP；
所以：F=Kt L =1.3×0.5×147.36×350KN=33.5244KN
3.3.2 推件力、頂件力和卸料力的計(jì)算
當(dāng)沖裁結(jié)束時(shí)，由于材料的彈性回復(fù)及摩擦的存在，從板料上沖裁下的部分會(huì)梗塞在凹模孔口內(nèi)，而沖裁剩下的材料則會(huì)緊箍在凸模上。為是沖裁工作繼續(xù)進(jìn)行，必須將箍在凸模上和卡在凹模內(nèi)的材料（沖沖件或廢料）卸下或推出。從凸模上卸下箍這的材料所需要的力稱為卸料力，用F表示；將卡在凹模內(nèi)的材料順沖裁方向推出所需要的力稱為推件力，用Ft表示；逆沖裁方向?qū)⒘蠌陌寄?nèi)頂出所需要的力稱為頂件力，用F表示。
卸料力、推件力與頂件力是從壓力機(jī)和模具的卸料、推件和頂件裝置中獲得，所以在選擇壓力機(jī)的標(biāo)稱壓力和設(shè)計(jì)沖模以上裝置時(shí)，應(yīng)分別予以計(jì)算。影響這些力的因素較多，主要有材料的力學(xué)性能與厚度、沖件形狀與尺寸、沖模間隙與凹模間隙空口結(jié)構(gòu)、排樣的搭邊大小及潤(rùn)滑情況等。在實(shí)際計(jì)算時(shí)，常用下列經(jīng)驗(yàn)公式：
沖裁力Fp的計(jì)算
據(jù)圖5.3可得一個(gè)零件內(nèi)外周邊之和L=150.8mm。
查碳素結(jié)構(gòu)鋼的力學(xué)性能表知：鋼板的抗剪強(qiáng)度τ=216Mpa～304Mpa，取260Mpa，制件厚度t=2mm，則
根據(jù)公式(6.1)： Fp= Kp Ltτ
=1.3×0.5×150.8×260
=25485.2(N)
≈25.5（KN）
2.2卸料力Fq1的計(jì)算
Fq1=KxFp （6.2）
式中Kx——卸料力系數(shù)，查表6.1取Kx＝0.05。
根據(jù)公式（6.2）： Fq1= KxFp
=0.065×25.5（KN）
≈1.656(KN)
表6.1卸料力、推件力和頂件力系數(shù)
料厚t/mm
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
2.3頂件力Fq2的計(jì)算
Fq2= KdFp （6.3）
式中Kd——頂件力系數(shù)。
查表6.1得Kd＝0.06.
根據(jù)公式（6.3）： Fq2= KdFp
=0.14×25.5（KN）
≈3.57（KN）
2.4總的沖壓力F的計(jì)算
根據(jù)模具結(jié)構(gòu)總的沖壓力F=FP+Fq1+Fq2
=25.5+1.656+3.57
=30.726(KN)
選用的壓力機(jī)公稱壓力P≥（1.1～1.3）F，取系數(shù)為1.3，則：
P≥1.3F=1.3x30.726 (KN)=39.9438(KN)。
3.3.3 壓力機(jī)公稱壓力的確定
對(duì)于沖裁工序，壓力機(jī)的公稱壓力應(yīng)大于或等于沖裁時(shí)總壓力的1.1～1.3倍，即：
P≥（1.1～1.3）F （3.11）
沖裁時(shí)，壓力機(jī)的公稱壓力必須大于或等于沖裁時(shí)各工藝力的總和F。
選用的壓力機(jī)公稱壓力P≥（1.1～1.3）F，取系數(shù)為1.3，則：
P≥1.3F=1.3x30.726 (KN)=39.9438(KN)。
從滿足加工的工藝要求考慮，可擬選用J23-6.3查《沖壓模具課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)與范例》表9-9開式雙柱可傾壓力機(jī)技術(shù)規(guī)格[2]
J23-6.3參數(shù)：公稱壓力/KN ：63
滑塊行程次數(shù)/次?min-1 ：160
最大封閉高度/mm:170
封閉高度調(diào)節(jié)量/mm: 40
立柱距離/mm: 150
工作臺(tái)尺寸/mm：315×200
墊板尺寸/mm：厚度： 40
模柄尺寸/mm：直徑： 50
深度： 70
3.3.4 降低沖裁力的措施
在沖裁高強(qiáng)度材料或厚料和大尺寸沖件時(shí)，需要的沖裁力很大。當(dāng)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)沒有足夠大噸位壓力計(jì)時(shí)，為了不影響生產(chǎn)，可采取一些有效措施降低沖裁力，以充分利用現(xiàn)有設(shè)備。同時(shí)，降低沖裁力還可以減少?zèng)_擊、振動(dòng)和噪聲，對(duì)改善沖壓環(huán)境也有積極意義。
目前，降低沖裁力的方法主要有以下幾種:
(1) 采用階梯凸模沖裁
在多凸模的沖模中，可根據(jù)凸模的截面尺寸的大小，將凸模設(shè)計(jì)成不同的長(zhǎng)度，使工件端面呈階梯型布置。這樣，各凸模沖裁力的最大值不同時(shí)出現(xiàn)，從而減少了沖裁力。缺點(diǎn)是長(zhǎng)凸模插入凹模較深，易磨損。
階梯凸模不僅能降低沖裁力，在直徑相差懸殊、彼此距離又較小的多孔沖裁中，還可避免小直徑凸模因受材料流動(dòng)擠壓的作用而產(chǎn)生傾斜或斷面現(xiàn)象。這時(shí)一般將小直徑凸模做短一些。此外，各層凸模的布置盡量對(duì)稱，是模具受力平衡。
階梯凸模間的高度差H與板料厚度有關(guān)，可按如下關(guān)系確定。
料厚t﹤3mm時(shí)，H=t；
料厚t﹥3mm時(shí)，H=0.5t；
階梯凸模沖裁的沖裁力，一般只按產(chǎn)生最大沖裁力的那一層階梯進(jìn)行計(jì)算。
(2) 采用斜刃口沖裁
一般在使用平刃口模具沖裁時(shí)，因整個(gè)刃口面都同時(shí)切入材料，切斷是沿沖裁件周邊同時(shí)發(fā)生的，因此沖床的負(fù)荷是突然增加的，故所需的沖裁力很大。采用斜刃口模具沖裁，就是將沖模的凸?；虬寄Ｖ瞥膳c軸線傾斜一定角度的斜刃口，這樣，沖裁時(shí)整個(gè)刃口不是全部同時(shí)切入，而是逐步將材料切斷，因而能顯著降低沖裁力。
斜刃口的配置形式是采用斜刃口沖裁時(shí)，會(huì)使板料產(chǎn)生彎曲。斜刃口的配置原則是：必須保證沖裁件平整，只允許廢料產(chǎn)生彎曲變形。為此，落料時(shí)凸模應(yīng)為平刃口；沖孔時(shí)凹模應(yīng)為平刃口，而將凸模做成斜刃口。斜刃口還對(duì)稱布置，以免沖裁時(shí)承受單項(xiàng)側(cè)壓力而發(fā)生偏移，啃傷刃口。向一邊傾斜的單邊斜刃口沖模，只能用于切口或切斷。
斜刃口的主要參數(shù)是斜刃角和斜刃高度H。斜刃角越大越省力，但過大的斜刃角會(huì)降低刃口強(qiáng)度，并使刃口易于磨損，從而降低使用壽命。斜刃角不能過小，過小的斜刃角起不到較少力作用。斜刃高度H也不易過大或過小，過大的斜刃高度會(huì)使凸模進(jìn)入凹模過深，加快刃口磨損，而過小的斜刃高度也起不到減力的作用。
斜刃口沖裁的主要缺點(diǎn)是刃口制造與刃磨比較復(fù)雜，刃口容易磨損，沖裁件也不夠平整，并且省力不省功，因此一般情況下盡量不用，只用于大型、板厚沖裁件（如汽車覆蓋件）的沖裁。
(3) 采用加熱沖裁
金屬材料在加熱狀態(tài)下的抗剪強(qiáng)度會(huì)顯著降低，因此采用加熱沖裁能降低沖裁力。下表為部分鋼在加熱狀態(tài)時(shí)的抗剪強(qiáng)度，從表中可以看出，當(dāng)鋼加熱至900℃時(shí)，其抗剪強(qiáng)度最低，沖裁最為有利，所以一般加熱沖裁是把鋼加熱到800℃～900℃時(shí)進(jìn)行的。
表4 金屬材料在加熱狀態(tài)的抗剪強(qiáng)度
結(jié)構(gòu)
加熱溫度/℃
200
500
600
700
800
900
1000
Q195 Q215
360
320
200
110
60
30
20
Q235 Q255
450
450
240
130
90
70
65
Q275
530
520
330
160
90
70
60
采用加熱沖裁時(shí)，條件不能過長(zhǎng)，搭邊應(yīng)適當(dāng)放大，同時(shí)模具間隙適當(dāng)減少，凸、凹模應(yīng)選用耐熱材料，刃口尺寸計(jì)算時(shí)要考慮沖裁件的冷卻收縮，模具受熱部分不能設(shè)置橡皮等。由于加熱沖裁工藝復(fù)雜，沖裁件精度也不高，所以只用于厚板或表面質(zhì)量與精度要求都不高的沖裁件。
加熱沖裁的沖裁力按平均刃口沖裁力公式計(jì)算，但材料的抗剪強(qiáng)度應(yīng)根據(jù)沖裁溫度按上表選取。
3.4 壓力中心的確定
沖壓力合力的作用點(diǎn)稱為壓力中心。為了保證壓力機(jī)和沖模正常、平穩(wěn)地工作，必須使沖模的壓力中心與壓力機(jī)的滑塊中心重合，對(duì)于帶模柄的中小型沖模就是要使其壓力中心與模柄軸心線重合。否則，沖裁過程中壓力機(jī)滑塊和沖模將會(huì)承受偏心載荷，使滑塊導(dǎo)軌和沖模導(dǎo)向部分產(chǎn)生不正常的磨損，合理間隙得不到保證，刃口迅速變鈍，從而降低沖裁件質(zhì)量和模具壽命，甚至損壞模具。因此，設(shè)計(jì)沖模時(shí)應(yīng)正確計(jì)算出沖模時(shí)的壓力中心，并使壓力中心與模柄軸心線重合，若因沖裁件的形狀特殊，從模具的結(jié)構(gòu)方面考慮不宜使壓力中心與模柄軸心線相重合，也應(yīng)注意盡量使壓力中心的偏離不超出所選壓力機(jī)模柄孔投影面積的范圍。
由于該沖件屬于對(duì)稱形狀的零件，所以壓力中心為于刃口輪廓圖形的幾何中心上。
3.5 模具閉合高度和壓力機(jī)的尺寸關(guān)系
沖模的閉合高度是指模具在最低工作位置時(shí)，上模板的上平面與下模板的下平面之間的距離H；沖模的閉合高度應(yīng)與壓力機(jī)的裝配高度相匹配。
壓力機(jī)的裝配高度是指滑塊處于下死點(diǎn)時(shí)，滑塊底面到工作臺(tái)墊板上平面之間的距離。我國生產(chǎn)的壓力機(jī)的連桿長(zhǎng)度一般是可以調(diào)節(jié)的，所以裝模高度也是可以變化的；當(dāng)壓力機(jī)連桿調(diào)至最短，此時(shí)壓力機(jī)的裝配高度稱為最大裝配高度，常用H表示，當(dāng)壓力機(jī)連桿調(diào)至最長(zhǎng)，此時(shí)的壓力機(jī)的裝配高度稱為最小高度，常用H表示。
為了使模具正常工作，模具的閉合高度應(yīng)介于壓力機(jī)最大裝配高度與最小裝配高度之間，一般按下式?jīng)Q定：
Hmax-H1-5mm≥H≥Hmin-H1+10mm （3.12）
3.6本章小結(jié)
本章是沖裁模具的設(shè)計(jì)計(jì)算，是模具設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)章節(jié)。本章主要介紹了模具設(shè)計(jì)中的沖裁間隙的選用（查表），凸、凹模刃口尺寸計(jì)算（包括計(jì)算原則及詳細(xì)計(jì)算），沖壓力的計(jì)算（包括沖裁力、推件力、頂件力及卸料力的具體計(jì)算），壓力機(jī)及公稱壓力的選取，降低沖裁力的措施及壓力中心的確定；本章重點(diǎn)介紹了凸凹模的刃口尺寸及算和沖壓力的計(jì)算，它們是模具設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)，有著非正常重要的地位。
第4章 模具零件及結(jié)構(gòu)的詳細(xì)設(shè)計(jì)
4.1 模具零件的組成和分類
模具設(shè)計(jì)，實(shí)質(zhì)上就是模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)（選擇）和模具零部件的設(shè)計(jì)（選擇）。
模具的組成：
（1）工作零件：凸模、凹模；
（2）定位零件：導(dǎo)料板、擋料銷；
（3）卸料與推（頂）件裝置；彈性和剛性；
（4）導(dǎo)向裝置：無導(dǎo)向模；導(dǎo)板模；導(dǎo)柱導(dǎo)套模；
（5）固定與聯(lián)接零件：模架；
盡管沖裁模的結(jié)構(gòu)形式及復(fù)雜程度不同，組成模具的零件有多有少，但沖裁模的主要零、部件仍相同。按模具零件的不同作用可將其分為工藝零件和結(jié)構(gòu)零件兩大類。工藝零件是在完成沖壓工序時(shí)與材料或制品直接接觸的零件；結(jié)構(gòu)零件是模具的制造和使用中起裝配、安裝、定位作用的零件，以及制造和使用中起導(dǎo)向作用的零件。
工藝零件又分為工作零件、定位零件、卸料與推件零件。結(jié)構(gòu)零件又分為支撐固定零件、導(dǎo)向零件、緊固件及其他零件。工作零件有凸模、凹模、凹凸模；定位零件主要有檔料銷、擋料釘始用擋料裝置、導(dǎo)正銷、定位銷、導(dǎo)尺、導(dǎo)料銷、側(cè)壓板、側(cè)刃及側(cè)刃擋塊、承料板等；卸料及推料零件主要有卸料板、頂料板、壓料板等；導(dǎo)向