畢業(yè)論文
接線端子板沖孔、落料、壓彎復(fù)合模設(shè)計(jì)
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摘 要
摘 要：闡述了沖孔、落料、壓彎復(fù)合模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及工作原理。通過(guò)工藝分析，在沖壓材料厚度較薄的小型彎曲件時(shí)，采用沖孔、落料、彎曲復(fù)合模比采用連續(xù)或級(jí)進(jìn)模簡(jiǎn)單。通過(guò)沖裁力、頂件力、卸料力等計(jì)算，確定模具類型。該模具采用后側(cè)導(dǎo)柱模架結(jié)構(gòu)形式。廢料從凸凹模和下底座中所開(kāi)的槽中排出。本模具性能可靠，運(yùn)行平穩(wěn)，能夠適應(yīng)大批量生產(chǎn)要求，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度和生產(chǎn)成本。
關(guān)鍵字：沖壓；沖孔、落料、彎曲；復(fù)合模
ABSTRACT
Abstract: Expounded punching, blanking, bending modulus of the composite structure design and principle. Process analysis by the stamping of thinner material thickness small curved pieces, will use the punching, blanking, flexural modulus composites than continuous or Progressive Die simple. Punching through, the top pieces, such as the discharge of calculation to determine the type mold. The posterior mold using derivative-scale structures form. Waste from the punch and die and the base under which opened the tank discharges. The mold reliable, stable operation to adapt to the requirements of large-scale production, improve product quality and production efficiency. reduce labor intensity and the cost of production.
Keywords: Ramming; The punch holes, Fall the material curving; Superposable die
目 錄
第一章 緒 論 1
1.1、冷沖壓與模具設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介 1
1.2、我國(guó)沖壓模具水平狀況 1
1.3、沖壓模具的發(fā)展重點(diǎn)與展望 4
1.4、本次設(shè)計(jì)的意義 6
第二章 沖壓件工藝性分析及沖裁方案的確定 7
2.1沖裁件的結(jié)構(gòu)工藝性 7
2.2沖裁件尺寸精度和表面粗糙度要求 9
2.3沖裁件的尺寸基準(zhǔn) 9
2.4 沖裁件經(jīng)濟(jì)性分析 10
2.5沖裁方案的確定 10
第三章 排樣圖的設(shè)計(jì)及材料利用率的計(jì)算 12
3.1排樣的設(shè)計(jì) 12
3.2搭邊的選取 14
3.3材料利用率的計(jì)算 15
第四章 沖裁工藝力的計(jì)算 17
4.1沖裁力的計(jì)算 17
4.1.1沖壓力的行程曲線 17
4.1.2沖裁力的計(jì)算公式 18
4.1.3降低沖裁力的方法 18
4.2卸料力、推件力、和彎曲力等其他力的計(jì)算 19
4．3沖壓壓力中心 21
第五章 沖壓設(shè)備的選擇 24
5.1沖壓設(shè)備類型的選擇 24
5.2確定設(shè)備的規(guī)格 24
第六章 沖裁模工作部分設(shè)計(jì)計(jì)算 27
6.1沖裁間隙 27
6.1.1對(duì)沖裁件質(zhì)量的影響 27
6.1.2 對(duì)模具壽命的影響 28
6.1.3 對(duì)沖裁力、卸料力的影響 29
6.2合理間隙的選用 30
6.3 模具刃口尺寸的計(jì)算 32
第七章 模具總體設(shè)計(jì) 39
7.1模具類型的選擇 39
7.2確定送料方式 39
7.3定位方式的選擇 39
7.4卸料、出件方式的選擇 39
7.5導(dǎo)向方式的選擇 39
第八章 主要零部件設(shè)計(jì) 41
8.1模具材料的選擇 41
8.1.1模具材料與熱處理 41
8.1.2 H62軟黃銅的性能 41
8.2落料凹模設(shè)計(jì) 42
8.2.1落料凹模刃口形式 42
8.2.2落料凹模外形和尺寸的確定 42
8.3凸、凹模設(shè)計(jì) 43
8.3.1模具的結(jié)構(gòu)形式和固定方法 43
8.3.2凸凹模長(zhǎng)度的確定 44
8.3.3凸凹模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 44
8.4沖孔凸模 45
8.4.1沖孔凸模的固定形式 45
8.4.2沖孔凸模長(zhǎng)度的確定 45
8.4.3凸模強(qiáng)度校核 45
8.4.4 沖孔凸模的結(jié)構(gòu) 47
8.5卸料彈簧的選擇 47
8.6 打桿的選擇 48
8.7 活動(dòng)彎曲凹模的設(shè)計(jì) 49
第九章 標(biāo)準(zhǔn)件的選擇 50
9.1模架及模柄的選擇 50
9.2凸模固定板及墊板的選擇 50
9.3 導(dǎo)尺的選擇 51
9.4模具閉合高度的校核 51
9.6推桿的選擇 52
9.7螺釘及銷釘?shù)倪x擇 52
第十章 總裝圖的設(shè)計(jì)及繪制 54
結(jié) 論 55
參考文獻(xiàn) 56
致 謝 57
附 錄 58
59
第一章 緒 論
1.1、冷沖壓與模具設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介
我國(guó)沖壓模具無(wú)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(guó)民經(jīng)濟(jì)需求和世界先進(jìn)水平相比，差距仍很大，一些大型、精密、復(fù)雜、長(zhǎng)壽命的高檔模具每年仍大量進(jìn)口，特別是中高檔轎車的覆蓋件模具，目前仍主要依靠進(jìn)口。一些低檔次的簡(jiǎn)單沖模，已趨供過(guò)于求，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈。
據(jù)中國(guó)模具工業(yè)協(xié)會(huì)發(fā)布的統(tǒng)計(jì)材料，2004年我國(guó)沖壓模具總產(chǎn)出約為220億元，其中出口0.75億美元，約合6.2億元。
??? 根據(jù)我國(guó)海關(guān)統(tǒng)計(jì)資料，2004年我國(guó)共進(jìn)口沖壓模具5.61億美元，約合46.6億元。從上述數(shù)字可以得出2004年我國(guó)沖壓模具市場(chǎng)總規(guī)模約為266.6億元。其中國(guó)內(nèi)市場(chǎng)總需求為260.4億元，總供應(yīng)約為213.8億元，市場(chǎng)滿足率為82%。在上述供求總體情況中，有幾個(gè)具體情況必須說(shuō)明：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；二是由于我國(guó)的模具價(jià)格要比國(guó)際市場(chǎng)低格低許多，具有一定的競(jìng)爭(zhēng)力，因此其在國(guó)際市場(chǎng)的前景看好，2005年沖壓模具出口達(dá)到1.46億美元，比2004年增長(zhǎng)94.7%就可說(shuō)明這一點(diǎn)；三是近年來(lái)港資、臺(tái)資、外資企業(yè)在我國(guó)發(fā)展迅速，這些企業(yè)中大量的自產(chǎn)自用的沖壓模具無(wú)確切的統(tǒng)計(jì)資料，因此未能計(jì)入上述數(shù)字之中。
1.2、我國(guó)沖壓模具水平狀況
近年來(lái)，我國(guó)沖壓模具水平已有很大提高。大型沖壓模具已能生產(chǎn)單套重量達(dá)50多噸的模具。為中檔轎車配套的覆蓋件模具國(guó)內(nèi)也能生產(chǎn)了。精度達(dá)到1～2μm，壽命2億次左右的多工位級(jí)進(jìn)模國(guó)內(nèi)已有多家企業(yè)能夠生產(chǎn)。表面粗糙度達(dá)到Ra≦1.5μm的精沖模，大尺寸（Φ≧300mm）精沖模及中厚板精沖模國(guó)內(nèi)也已達(dá)到相當(dāng)高的水平。
??? 1.模具CAD/CAM技術(shù)狀況
??? 我國(guó)模具CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展已有20多年歷史。由原華中工學(xué)院和武漢733廠于1984年共同完成的精沖模CAD/CAM系統(tǒng)是我國(guó)第一個(gè)自行開(kāi)發(fā)的模具CAD/CAM系統(tǒng)。由華中工學(xué)院和北京模具廠等于1986年共同完成的冷沖模CAD/CAM系統(tǒng)是我國(guó)自行開(kāi)發(fā)的第一個(gè)沖裁模CAD/CAM系統(tǒng)。上海交通大學(xué)開(kāi)發(fā)的冷沖模CAD/CAM系統(tǒng)也于同年完成。20世紀(jì)90年代以來(lái)，國(guó)內(nèi)汽車行業(yè)的模具設(shè)計(jì)制造中開(kāi)始采用CAD/CAM技術(shù)。國(guó)家科委863計(jì)劃將東風(fēng)汽車公司作為CIMS應(yīng)用示范工廠，由華中理工大學(xué)作為技術(shù)依托單位，開(kāi)發(fā)的汽車車身與覆蓋件模具CAD/CAPP/CAM集成系統(tǒng)于1996年初通過(guò)鑒定。
??? 在此期間，一汽和成飛汽車模具中心引進(jìn)了工作站和CAD/CAM軟件系統(tǒng)，并在模具設(shè)計(jì)制造中實(shí)際應(yīng)用，取得了顯著效益。1997年一汽引進(jìn)了板料成型過(guò)程計(jì)算機(jī)模擬CAE軟件并開(kāi)始用于生產(chǎn)。
??? 21世紀(jì)開(kāi)始CAD/CAM技術(shù)逐漸普及，現(xiàn)在具有一定生產(chǎn)能力的沖壓模具企業(yè)基本都有了CAD/CAM技術(shù)。其中部分骨干重點(diǎn)企業(yè)還具備各CAE能力。
??? 模具CAD/CAM技術(shù)能顯著縮短模具設(shè)計(jì)與制造周期，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量，已成為人們的共識(shí)。在“八五”、“九五”期間，已有一大批模具企業(yè)推廣普及了計(jì)算機(jī)繪圖技術(shù)，數(shù)控加工的使用率也越來(lái)越高，并陸續(xù)引進(jìn)了相當(dāng)數(shù)量的CAD/CAM系統(tǒng)。如美國(guó)EDS的UG，美國(guó)ParametricTechnology公司的Pro/Engineer，美國(guó)CV公司的CADS5，英國(guó)DELCAM公司的DOCT5，日本HZS公司的CRADE及space-E，以色列公司的Cimatron，還引進(jìn)了AutoCAD、CATIA等軟件及法國(guó)Marta-Daravision公司用于汽車及覆蓋件模具的Euclid-IS等專用軟件。國(guó)內(nèi)汽車覆蓋件模具生產(chǎn)企業(yè)普遍采用了CAD/CAM技術(shù)。DL圖的設(shè)計(jì)和模具結(jié)構(gòu)圖的設(shè)計(jì)均已實(shí)現(xiàn)二維CAD，多數(shù)企業(yè)已經(jīng)向三維過(guò)渡，總圖生產(chǎn)逐步代替零件圖生產(chǎn)。且模具的參數(shù)化設(shè)計(jì)也開(kāi)始走向少數(shù)模具廠家技術(shù)開(kāi)發(fā)的領(lǐng)域。
??? 在沖壓成型CAE軟件方面，除了引進(jìn)的軟件外，華中科技大學(xué)、吉林大學(xué)、湖南大學(xué)等都已研發(fā)了較高水平的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的軟件，并已在生產(chǎn)實(shí)踐中得到成功應(yīng)用，產(chǎn)生了良好的效益。
??? 快速原型(RP)與傳統(tǒng)的快速經(jīng)濟(jì)模具相結(jié)合，快速制造大型汽車覆蓋件模具，解決了原來(lái)低熔點(diǎn)合金模具靠樣件澆鑄模具，模具精度低、制件精度低，樣件制作難等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了以三維CAD模型作為制模依據(jù)的快速模具制造，并且保證了制件的精度，為汽車行業(yè)新車型的開(kāi)發(fā)、車身快速試制提供了覆蓋件制作的保證，它標(biāo)志著RPM應(yīng)用于汽車車身大型覆蓋件試制模具已取得了成功。
??? 圍繞著汽車車身試制、大型覆蓋件模具的快速制造，近年來(lái)也涌現(xiàn)出一些新的快速成型方法，例如目前已開(kāi)始在生產(chǎn)中應(yīng)用的無(wú)模多點(diǎn)成型及激光沖擊和電磁成型等技術(shù)。它們都表現(xiàn)出了降低成本、提高效率等優(yōu)點(diǎn)。
??? 2.模具設(shè)計(jì)與制造能力狀況
??? 在國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策的正確引導(dǎo)下，經(jīng)過(guò)幾十年努力，現(xiàn)在我國(guó)沖壓模具的設(shè)計(jì)與制造能力已達(dá)到較高水平，包括信息工程和虛擬技術(shù)等許多現(xiàn)代設(shè)計(jì)制造技術(shù)已在很多模具企業(yè)得到應(yīng)用。
??? 雖然如此，我國(guó)的沖壓模具設(shè)計(jì)制造能力與市場(chǎng)需要和國(guó)際先進(jìn)水平相比仍有較大差距。這些主要表現(xiàn)在高檔轎車和大中型汽車覆蓋件模具及高精度沖模方面，無(wú)論在設(shè)計(jì)還是加工工藝和能力方面，都有較大差距。轎車覆蓋件模具，具有設(shè)計(jì)和制造難度大，質(zhì)量和精度要求高的特點(diǎn)，可代表覆蓋件模具的水平。雖然在設(shè)計(jì)制造方法和手段方面已基本達(dá)到了國(guó)際水平，模具結(jié)構(gòu)功能方面也接近國(guó)際水平，在轎車模具國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程中前進(jìn)了一大步，但在制造質(zhì)量、精度、制造周期等方面，與國(guó)外相比還存在一定的差距。
??? 標(biāo)志沖模技術(shù)先進(jìn)水平的多工位級(jí)進(jìn)模和多功能模具，是我國(guó)重點(diǎn)發(fā)展的精密模具品種。有代表性的是集機(jī)電一體化的鐵芯精密自動(dòng)閥片多功能模具，已基本達(dá)到國(guó)際水平。
?? 但總體上和國(guó)外多工位級(jí)進(jìn)模相比，在制造精度、使用壽命、模具結(jié)構(gòu)和功能上，仍存在一定差距。
??? 汽車覆蓋件模具制造技術(shù)正在不斷地提高和完善，高精度、高效益加工設(shè)備的使用越來(lái)越廣泛。高性能的五軸高速銑床和三軸的高速銑床的應(yīng)用已越來(lái)越多。NC、DNC技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越成熟，可以進(jìn)行傾角加工和超精加工。這些都提高了模具型面加工精度，提高了模具的質(zhì)量，縮短了模具的制造周期。
??? 模具表面強(qiáng)化技術(shù)也得到廣泛應(yīng)用。工藝成熟、無(wú)污染、成本適中的離子滲氮技術(shù)越來(lái)越被認(rèn)可，碳化物被覆處理（TD處理）及許多鍍（涂）層技術(shù)在沖壓模具上的應(yīng)用日益增多。真空處理技術(shù)、實(shí)型鑄造技術(shù)、刃口堆焊技術(shù)等日趨成熟。激光切割和激光焊接技術(shù)也得到了應(yīng)用。
??? 3.專業(yè)化程度及分布狀況
??? 我國(guó)模具行業(yè)專業(yè)化程度還比較低，模具自產(chǎn)自配比例過(guò)高。國(guó)外模具自產(chǎn)自配比例一般為30%，我國(guó)沖壓模具自產(chǎn)自配比例為60%。這就對(duì)專業(yè)化產(chǎn)生了很多不利影響?，F(xiàn)在，技術(shù)要求高、投入大的模具，其專業(yè)化程度較高，例如覆蓋件模具、多工位級(jí)進(jìn)模和精沖模等。而一般沖模專業(yè)化程度就較低。由于自配比例高，所以沖壓模具生產(chǎn)能力的分布基本上跟隨沖壓件生產(chǎn)能力的分布。但是專業(yè)化程度較高的汽車覆蓋件模具和多工位、多功能精密沖模的專業(yè)生產(chǎn)企業(yè)的分布有不少并不跟隨沖壓件能力分布而分布，而往往取決于主要投資者的決策。例如四川有較大的汽車覆蓋件模具的能力，江蘇有較強(qiáng)的精密沖模的能力，而模具的用戶大都不在本地。
1.3、沖壓模具的發(fā)展重點(diǎn)與展望
??? 發(fā)展重點(diǎn)的選取應(yīng)根據(jù)市場(chǎng)需求、發(fā)展趨勢(shì)和目前狀況來(lái)確定。可按產(chǎn)品重點(diǎn)、技術(shù)重點(diǎn)和其他重點(diǎn)分別敘述。
??? 1、沖壓模具產(chǎn)品發(fā)展重點(diǎn)。
??? 沖壓模具共有7小類，并有一些按其服務(wù)對(duì)象來(lái)稱呼的一些種類。目前急需發(fā)展的是汽車覆蓋件模具，多功能、多工位級(jí)進(jìn)模和精沖模。這些模具現(xiàn)在產(chǎn)需矛盾大，發(fā)展前景好。
??? 汽車覆蓋件模具中發(fā)展重點(diǎn)是技術(shù)要求高的中高檔轎車大中型覆蓋件模具，尤其是外覆蓋件模具。高強(qiáng)度板和不等厚板的沖壓模具及大型多工位級(jí)進(jìn)模、連續(xù)模今后將會(huì)有較快的發(fā)展。多功能、多工位級(jí)進(jìn)模中發(fā)展重點(diǎn)是高精度、高效率和大型、高壽命的級(jí)進(jìn)模。精沖模中發(fā)展重點(diǎn)是厚板精沖模大型精沖模，并不斷提高其精度。
??? 2、沖壓模具技術(shù)發(fā)展重點(diǎn)。
??? 模具技術(shù)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)主要是朝信息化、高速化生產(chǎn)與高精度化發(fā)展。因此從設(shè)計(jì)技術(shù)來(lái)說(shuō)，發(fā)展重點(diǎn)在于大力推廣CAD/CAE/CAM技術(shù)的應(yīng)用，并持續(xù)提高效率，特別是板材成型過(guò)程的計(jì)算機(jī)模擬分析技術(shù)。模具CAD、CAM技術(shù)應(yīng)向宜人化、集成化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，并提高模具CAD、CAM系統(tǒng)專用化程度。
??? 為了提高CAD、CAE、CAM技術(shù)的應(yīng)用水平，建立完整的模具資料庫(kù)及開(kāi)發(fā)專家系統(tǒng)和提高軟件的實(shí)用性十分重要。從加工技術(shù)來(lái)說(shuō)，發(fā)展重點(diǎn)在于高速加工和高精度加工。高速加工目前主要是發(fā)展高速銑削、高速研拋和高速電加工及快速制模技術(shù)。高精度加工目前主要是發(fā)展模具零件精度1μm以下和表面粗糙度Ra≦0.1μm的各種精密加工。提高模具標(biāo)準(zhǔn)化程度，搞好模具標(biāo)準(zhǔn)件生產(chǎn)供應(yīng)也是沖壓模具技術(shù)發(fā)展重點(diǎn)之一。
??? 為了提高沖壓模具的壽命，模具表面的各種強(qiáng)化超硬處理等技術(shù)也是發(fā)展重點(diǎn)。
??? 對(duì)于模具數(shù)字化制造、系統(tǒng)集成、逆向工程、快速原型/模具制造及計(jì)算機(jī)輔助應(yīng)用技術(shù)等方面形成全方位解決方案，提供模具開(kāi)發(fā)與工程服務(wù)，全面提高企業(yè)水平和模具質(zhì)量，這更是沖壓模具技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)。
??? 3、其他發(fā)展重點(diǎn)及展望。
??? 其他發(fā)展重點(diǎn)及展望的內(nèi)涵十分豐富，這里只就管理、專業(yè)化與標(biāo)準(zhǔn)化及行業(yè)調(diào)整三個(gè)方面作一些分析。
??? 企業(yè)管理是一個(gè)系統(tǒng)工程，是一門學(xué)問(wèn)，是科學(xué)技術(shù)。與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家模具企業(yè)相比，在某種意義上說(shuō)，我們的管理落后更甚于技術(shù)落后。因此改進(jìn)管理十分重要，且任務(wù)繁重，目前模具企業(yè)的管理有許多形式，各有其適應(yīng)對(duì)象，但搞好信息化建設(shè)，逐步實(shí)現(xiàn)信息化管理已成為發(fā)展方向，行業(yè)也對(duì)此有共識(shí)。
??? 由于歷史和體制上的原因，我國(guó)模具專業(yè)化和標(biāo)準(zhǔn)化水平一直很低，其中沖壓模具的專業(yè)化比塑料模和壓鑄模更低。這在一定程度上妨礙了沖壓模具的發(fā)展，根據(jù)國(guó)內(nèi)外模具專業(yè)化情況來(lái)看，專業(yè)化可以有多層意思：1）模具生產(chǎn)獨(dú)立于其他產(chǎn)品生產(chǎn)，專業(yè)生產(chǎn)模具外供；2）按模具種類劃分，專門從事某一類模具（如沖壓模具）生產(chǎn)；3）在某一類模具中，按其服務(wù)對(duì)象或模具工藝及尺寸大小，選取該類模具中的某種模具（例如汽車覆蓋件模具、多工位級(jí)進(jìn)模具、精沖模具等等）進(jìn)行專業(yè)化生產(chǎn)；4）專業(yè)生產(chǎn)模具中的某一些零件（如模架、沖頭、彈性元件等）供給模具生產(chǎn)企業(yè)；5）按工序開(kāi)展專業(yè)化協(xié)作。例如目前社會(huì)上專門從事模具設(shè)計(jì)的公司、專門進(jìn)行型腔加工或電加工協(xié)作的企業(yè)、專門接受測(cè)量或熱處理委托業(yè)務(wù)的企業(yè)及專業(yè)從事拋光業(yè)務(wù)的企業(yè)等等，這種多層次的專業(yè)化促進(jìn)了模具行業(yè)的發(fā)展。但專業(yè)化的路途仍舊遙遠(yuǎn)，必須加快進(jìn)程才能適應(yīng)形勢(shì)。因此，這也是發(fā)展重點(diǎn)。
??? 行業(yè)調(diào)整是一個(gè)十分繁重的任務(wù)，模具行業(yè)更是如此。模具行業(yè)面臨的調(diào)整任務(wù)主要有：
??? （1）模具企業(yè)組織結(jié)構(gòu)的調(diào)整。使模具分廠（車間）獨(dú)立出來(lái)，成為面向社會(huì)、自負(fù)盈虧的獨(dú)立法人是調(diào)整的方向。模具企業(yè)按小而精、小而專、小而特的方向發(fā)展，并且在條件成熟情況下企業(yè)之間進(jìn)行聯(lián)合，以及發(fā)展產(chǎn)、學(xué)、研和科、工、貿(mào)相結(jié)合的聯(lián)合體，也是調(diào)整的方向。規(guī)模效應(yīng)也引起大家的重視。
??? （2）模具產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的調(diào)整。隨著汽車工業(yè)、電子信息工業(yè)和家電工業(yè)的發(fā)展，沖壓模具市場(chǎng)結(jié)構(gòu)正在發(fā)生很大變化。與此相適應(yīng)，沖壓模具產(chǎn)品結(jié)構(gòu)必須進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。例如汽車覆蓋件模具、汽車零件精沖模具、高精度高難度的引線框架沖模、接插件多工位級(jí)進(jìn)模、各種電機(jī)定轉(zhuǎn)子級(jí)進(jìn)沖模等，其產(chǎn)品種類和產(chǎn)量必將有很大發(fā)展，有關(guān)企業(yè)必須根據(jù)市場(chǎng)需求來(lái)調(diào)整其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。總體來(lái)看，應(yīng)不斷提高技術(shù)含量的大型、精密、復(fù)雜、長(zhǎng)壽命模具的比例。
??? （3）模具技術(shù)結(jié)構(gòu)的調(diào)整。21世紀(jì)已進(jìn)入信息時(shí)代，信息時(shí)代的發(fā)展日新月異，模具行業(yè)和企業(yè)要發(fā)展必須把握時(shí)代脈搏，自覺(jué)主動(dòng)地調(diào)整自已的技術(shù)結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)制造技術(shù)必須用先進(jìn)適用的高新技術(shù)進(jìn)行改造，模具的技術(shù)含量必將逐步而快速地提高，現(xiàn)代化工業(yè)企業(yè)管理技術(shù)也必將逐步替代作坊式的管理模式。模具行業(yè)和模具企業(yè)，只有不斷進(jìn)行技術(shù)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，才能在瞬息萬(wàn)變的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)中立于不敗之地。
?? （4）模具進(jìn)出口結(jié)構(gòu)的調(diào)整。2005年，我國(guó)沖壓模具進(jìn)口7.26億美元，出口1.97億美元，進(jìn)出口相抵后凈進(jìn)口5.29億美元，進(jìn)出口之比3.7:1。我國(guó)的沖壓模具出口量只占生產(chǎn)量的5%。這樣的結(jié)構(gòu)明顯不合理。模具工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，模具產(chǎn)出中一般都有30%左右的出口，出口模具大大多于進(jìn)口模具。我們雖然不可能在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到模具工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家一樣的進(jìn)出口結(jié)構(gòu)，但努力擴(kuò)大出口，逐步改善結(jié)構(gòu)，經(jīng)過(guò)若干年努力，盡量做到進(jìn)出口基本平衡，則應(yīng)該是我們調(diào)整的目標(biāo)。
在信息化帶動(dòng)工業(yè)化發(fā)展的今天，在經(jīng)濟(jì)全球化趨向日漸加速的情況下，我國(guó)沖壓模具必須盡快提高水平。通過(guò)改革與發(fā)展，采取各種有效措施，在沖壓模具行業(yè)全體職工的共同努力奮斗之下，我國(guó)沖壓模具也一定會(huì)不斷提高水平，逐漸縮小與世界先進(jìn)水平的差距?！笆晃濉逼陂g，在科學(xué)發(fā)展觀指導(dǎo)下，不斷提高自主開(kāi)發(fā)能力、重視創(chuàng)新、堅(jiān)持改革開(kāi)放、走新型工業(yè)化道路，將速度效益型的增長(zhǎng)模式逐步轉(zhuǎn)變到質(zhì)量和水平效益型軌道上來(lái)，我國(guó)的沖壓模具的水平也必然會(huì)更上一層樓。
1.4、本次設(shè)計(jì)的意義
這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，是對(duì)我四年大學(xué)學(xué)習(xí)效果的有效檢驗(yàn)方式。通過(guò)這次設(shè)計(jì)，能把課本上的知識(shí)和現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)工作有機(jī)結(jié)合在一起，對(duì)即將走上社會(huì)工作的我們是一個(gè)很好的鍛煉。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，要查閱大量的資料，和老師、同學(xué)做良好的溝通，這也能培養(yǎng)我細(xì)心的習(xí)慣和團(tuán)隊(duì)合作精神，這對(duì)我以后的工作、生活是有很大幫助的。
第二章 沖壓件工藝性分析及沖裁方案的確定
沖裁件的工藝性，是指沖裁件對(duì)沖裁工藝的適應(yīng)性,即沖裁件的形狀結(jié)構(gòu)、尺寸大小、尺寸偏差、形位公差與尺寸基準(zhǔn)等是否符合沖裁工藝的要求。沖裁件的工藝性對(duì)沖裁工件的質(zhì)量、材料利用率、生產(chǎn)率、模具制造難易、模具壽命、操作方式及沖壓設(shè)備的選用等都有很大的影響。一般情況下，對(duì)沖裁件工藝性影響最大是幾何形狀、尺寸、精度要求。良好的沖裁件工藝性能滿足材料省、工序少、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、模具較易加工、操作方便且壽命較高等要求，從而顯著降低沖裁件的制造成本。
2.1沖裁件的結(jié)構(gòu)工藝性
沖裁材料為H62軟黃銅。
板厚：d=0.5mm
圖1
特性及適用范圍為：有極為良好的塑性(是黃銅中最佳者)和較高的強(qiáng)度,可切削加工性能好，易焊接，對(duì)一般腐蝕非常安定,但易產(chǎn)生腐蝕開(kāi)裂。為普通黃銅中應(yīng)用最為廣泛的一個(gè)品種；
力學(xué)性能為：抗剪強(qiáng)度 t=235MPa
抗拉強(qiáng)度 бb=294MPa
屈服強(qiáng)度 бs=98MPa
伸長(zhǎng)率 δ10(%)=40
熱處理規(guī)范：熱加工溫度750～830℃;退火溫度520～650℃;消除內(nèi)應(yīng)力的低溫退火溫度260～270℃。
沖裁件的結(jié)構(gòu)形狀應(yīng)盡可能簡(jiǎn)單、對(duì)稱、避免復(fù)雜形狀的曲線，在許可的情況下，把沖裁件設(shè)計(jì)成少、無(wú)廢料排樣的形狀，以減少?gòu)U料，矩形孔兩端宜用圓弧連接，以利于模具加工。該工件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，也無(wú)復(fù)雜形狀的曲線。
沖裁件各直線或曲線的連接處，盡量避免銳角，嚴(yán)禁尖角如圖2。除在少、無(wú)廢料排樣或采用鑲拼模結(jié)構(gòu)時(shí)，都應(yīng)有適當(dāng)?shù)膱A角相連，以利于模具制造和提高模具壽命。該工件直線連接處是直角，并非圓角。故在此擬采用鑲拼模結(jié)構(gòu)，以利于模具制造和提高壽命。
沖裁件的孔徑因受沖孔凸模和剛度的限制，不宜太小，否則容易折斷和壓彎，沖孔的最小尺寸取決于沖壓材料的力學(xué)性能，凸模強(qiáng)度和模具結(jié)構(gòu)。該沖裁件的孔徑d=2.6mm≥1.5t=1.5×0.5=0.75mm，查文獻(xiàn)：姜奎華主編《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)》P75表2-18，用無(wú)保護(hù)套凸模沖孔。
沖孔件上孔與孔、孔與邊緣間的距離不能過(guò)小，以避免工件變形、模壁過(guò)薄或材料易被拉入凹模而影響模具壽命。一般孔邊距?。簩?duì)圓孔為（1～1.5）t。對(duì)矩形孔為（1.5～2）t，如圖3。該工件所需沖的4個(gè)孔中上面2孔的孔邊距為1.9mm，大于（1～1.5）t=1.2～1.8mm，下面兩孔的空邊距為2.4mm，同樣大于1.2～1.8mm。上面一對(duì)孔的孔間距為42.5mm，遠(yuǎn)大于文獻(xiàn)《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)》P76表2.20提供的最小孔間距3.1t=3.1×1.2=3.72mm，下面一對(duì)孔的孔間距為31mm，也滿足條件。
圖3最小孔邊距離的確定
表1 最小孔間距
孔 形
圓 孔
方 孔
厚料t（mm）
<1.55
>1.55
<2.3
>2.3
最小孔距（mm）
3.1t
2t
4.6t
2t
在彎曲件或拉深件上沖孔時(shí)，為避免凸模受水平推力而折斷，孔壁與工件直壁之間應(yīng)保持一定距離，如圖2-3示使L≥R+0.5t。
a) 彎曲件 b) 拉深件
圖4 彎曲件或拉深件沖孔位置
2.2沖裁件尺寸精度和表面粗糙度要求
沖裁件的精度要求，應(yīng)在經(jīng)濟(jì)精度的范圍內(nèi)，對(duì)于普通沖裁件，其經(jīng)濟(jì)精度不高于IT11級(jí)，沖孔件比落料件高一級(jí)。沖裁外形與內(nèi)孔尺寸工差有一定的要求。查文獻(xiàn)姜奎華主編《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)》P76表2-21：落料外形公差為0.08mm，內(nèi)孔公差為0.05mm，該工件并無(wú)外形和內(nèi)孔公差，故普通沖裁應(yīng)該能滿足要求。另外，沖裁件的斷面的表面粗糙度和容許的毛刺高度都沒(méi)有具體要求。 圖5 沖裁件的尺寸標(biāo)注
2.3沖裁件的尺寸基準(zhǔn)
沖裁件的尺寸基準(zhǔn)應(yīng)盡可能和制模具時(shí)的定位基準(zhǔn)重合，以避免產(chǎn)生基準(zhǔn)不重合誤差?？孜怀叽缁鶞?zhǔn)應(yīng)盡量選擇在沖裁過(guò)程中始終不參加變形的面上，切不要與參加變形的部位聯(lián)系起來(lái)。如圖2-4，a)圖孔心距尺寸標(biāo)注不合理，圖b)的標(biāo)注，兩孔的孔心距才不會(huì)受磨損的影響，比較合理。本次設(shè)計(jì)的工件圖標(biāo)注符合這點(diǎn)要求，所以尺寸基準(zhǔn)合理。
2.4 沖裁件經(jīng)濟(jì)性分析
所謂經(jīng)濟(jì)性，就是以盡可能少的生產(chǎn)消費(fèi)獲得盡可能大的經(jīng)濟(jì)效益，在進(jìn)行沖壓工藝設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該運(yùn)用經(jīng)濟(jì)分析的方法找到降低成本，取得優(yōu)異經(jīng)濟(jì)效果的工藝途徑。沖裁件的制造成本 C總＝Ｃ材＋Ｃ工＋Ｃ模
式中 C材：材料費(fèi)；C工∶加工費(fèi)(工人工資、設(shè)備折舊費(fèi)、管理費(fèi)等 )；C模：模具費(fèi)。上述成本中，模具費(fèi)、設(shè)備折舊費(fèi)一般與產(chǎn)量無(wú)關(guān)，加工費(fèi)中的工人工資和其它經(jīng)費(fèi)只要在一定時(shí)間內(nèi)，基本上也是不變的，因此，叫做固定費(fèi)用。 而材料費(fèi)、外購(gòu)件費(fèi)等，將隨生產(chǎn)量大小而變化，屬可變費(fèi)用 .
本設(shè)計(jì)所用的工件材料是H62軟黃銅,屬于常見(jiàn)材料,價(jià)格便宜。由此，可變費(fèi)用將得到有效降低。
結(jié)論：材料經(jīng)濟(jì)性比較好。
2.5沖裁方案的確定
工藝方案的內(nèi)容是確定沖裁件的工藝路線，主要包括確定工序數(shù)、工序的組合和工序的順序安排等，應(yīng)在工藝分析的基礎(chǔ)上制定幾種可能的方案，再根據(jù)工件的批量、形狀、尺寸等多方面的因素，全面考慮、綜合分析，選取一個(gè)較為合理的方案。
沖裁工序按工序的組合程度可分為單工序沖裁、復(fù)合沖裁和級(jí)進(jìn)沖裁。
復(fù)合沖裁是在壓力機(jī)的一次行程中，在模具的同一位置同時(shí)完成兩個(gè)或兩個(gè)以上的工序；級(jí)進(jìn)沖裁是把一個(gè)沖裁件的幾個(gè)工序，排列成一定順序，組成級(jí)進(jìn)模，在壓力機(jī)的一次行程中，模具的不同位置同時(shí)完成兩個(gè)或兩個(gè)以上的工序，除最初幾次沖程外，每次沖程都可完成一個(gè)沖裁件。該工件包括沖孔、落料、彎曲三個(gè)基本工序，可以有以下三種工藝方案：
方案一：先沖孔，再落料，最后彎曲。采用單工序模生產(chǎn)。
方案二：沖孔-落料-彎曲復(fù)合沖壓。采用復(fù)合模生產(chǎn)。
方案三：沖孔-落料-彎曲級(jí)進(jìn)沖壓。采用級(jí)進(jìn)模生產(chǎn)。
方案一結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但需三道工序、三副模具才能完成，生產(chǎn)效率也低，如此則浪費(fèi)了人力、物力、財(cái)力，從經(jīng)濟(jì)性的角度來(lái)考慮不妥當(dāng)，難以滿足大批量的生產(chǎn)要求。
方案三是一種多工位、效率高的加工方法，但級(jí)進(jìn)模輪廓尺寸較大，制造復(fù)雜，成本較高，一般適用于大批量、小型沖壓件。而且工作周期長(zhǎng)，模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，生產(chǎn)成本過(guò)高。
方案二采用復(fù)合模具生產(chǎn)，只需一副模具即可成型，模具結(jié)構(gòu)緊湊，沖出的制件的精度及生產(chǎn)效率都比較高，適合大批量生產(chǎn)。制件質(zhì)量由于壓料沖裁同時(shí)得到校平，制件平正不彎曲，且有較好的剪切斷面。沖裁件內(nèi)孔和外緣的相對(duì)位置精度容易保證，而且板料的定位精度要求比級(jí)進(jìn)模低。沖裁薄材小型彎曲件，模具制造工作量和成本比級(jí)進(jìn)模低。
通過(guò)上述三種方案的分析比較，該工件的沖壓生產(chǎn)采用方案二為佳。
第三章 排樣圖的設(shè)計(jì)及材料利用率的計(jì)算
3.1排樣的設(shè)計(jì)
沖裁件在板、條等材料上的布置方法稱為排樣。排樣的合理與否，影響到材料的經(jīng)濟(jì)利用率，還會(huì)影響到模具結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)率、制件質(zhì)量、生產(chǎn)操作方便與安全等，因此，排樣是沖裁工藝與模具設(shè)計(jì)中一項(xiàng)很重要的工作。
沖壓件大批量生產(chǎn)成本中，毛坯材料費(fèi)用占60%以上，排樣的目的就在于合理利用原材料。衡量排樣經(jīng)濟(jì)性、合理性的指標(biāo)是材料利用率。要提高材料利用率，就必須減少?gòu)U料面積，沖裁過(guò)程中所產(chǎn)生的廢料，可分為兩種情況。（如圖6所示）
1． 結(jié)構(gòu)廢料 由于工件結(jié)構(gòu)形狀的需要，如工件內(nèi)孔的存在而產(chǎn)生的廢料稱為結(jié)構(gòu)廢料，它取決于工件的形狀，一般不能夠改變。
2． 工藝廢料 工件之間和工件與條料邊緣之間存在的搭邊，定位需要切去的料邊與定位孔，不可避免的料頭和料尾廢料稱為工藝廢料，它決定沖壓方式和排樣方式。
因此，提高材料利用率要從減少工藝廢料著手，同一個(gè)工件，可以有幾種不同的排樣方法。
根據(jù)材料的利用情況，排樣的方法可以有三種：
（一）有廢料排樣
沿工件的全部外形沖裁，工件與工件之間，工件與條料側(cè)邊之間都有工藝余料（搭邊）存在，沖裁后搭邊成為廢料，如圖7 a所示。
（二）少?gòu)U料排樣
沿工件的部分外形輪廓切斷或沖裁，只在工件之間或是工件與條料側(cè)邊之間有搭邊存在，如圖7 b所示。
（三）無(wú)廢料排樣
工件與工件之間。工件與條料側(cè)邊之間均無(wú)搭邊存在，條料沿直線或曲線切斷而得工件。如圖7 c所示。
圖7 排樣方法
a) 有廢料排樣 b) 少?gòu)U料排樣 c)無(wú)廢料排樣
有廢料的排樣法材料利用率較低，但制件的質(zhì)量和沖模壽命較高，常用于工件形狀復(fù)雜、尺寸精度要求較高的排樣。
少、無(wú)廢料排樣法的材料利用率較高，在無(wú)廢料排樣時(shí)只有料頭、料尾損失，材料利用率可達(dá)85%～95%，少?gòu)U料排樣法也可達(dá)70%～90%。少、無(wú)廢料排樣法有利于一次沖裁多個(gè)工件，可以提高生產(chǎn)率。由于這種排樣法沖切周邊減少，所以還可以簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu)，降低沖裁力。但是，少、無(wú)廢料排樣的應(yīng)用范圍有一定的局限性，受到工件形狀結(jié)構(gòu)的限制，且由于條料本身的寬度公差，條料導(dǎo)向與定位所產(chǎn)生的誤差，會(huì)直接影響工件尺寸而使工件的精度降低。在幾個(gè)工件的匯合點(diǎn)容易產(chǎn)生毛刺。由于采用單邊剪切，也會(huì)加快模具磨損而降低沖模壽命，并直接影響工件的斷面質(zhì)量，所以少、無(wú)廢料排樣常用于精度要求不高的工件排樣。
有廢料、少?gòu)U料或無(wú)廢料排樣。按工件的外形特征、排樣的形式又可分為直排、斜排、對(duì)排、混合排、多排和裁搭邊等。
對(duì)于簡(jiǎn)單形狀的工件，可以用就算方法選擇合理的排樣方式，而對(duì)于形狀復(fù)雜的工件要作出正確判斷則比較困難，通常用放樣的方法，即用厚紙片剪3～5個(gè)樣件，擺出各種可能的排樣方案，從中選擇一個(gè)比較合理的方案。
合理的排樣方法，應(yīng)是將工藝廢料減到最少。考慮到該工件的外形特征和材料的利用情況，此采用有廢料直排的排樣方式，如圖8所示：
圖8沖裁件的排樣
3.2搭邊的選取
排樣中相鄰兩工件之間的余料或工件與條料邊緣間的余料稱為搭邊。其作用是補(bǔ)償定位誤差，防止由于條料的寬度誤差、送料步距誤差、送料歪誤差等原因而沖裁出殘缺的廢品。此外，還應(yīng)保持條料有一定的強(qiáng)度和剛度，保證送料順利進(jìn)行，從而提高制件質(zhì)量，使凸、凹模刃口沿整個(gè)封閉輪廓線沖裁，使受力平衡，提高模具壽命和工件的斷面質(zhì)量。搭邊值的選取關(guān)系到送料的順利進(jìn)行、制件的質(zhì)量、材料的利用率、模具壽命。
搭邊值要合理確定。搭邊值過(guò)大，材料利用率低。搭邊值小，材料利用率雖高，但過(guò)小就不能發(fā)揮搭邊的作用，在沖裁過(guò)程中會(huì)被拉斷，造成送料困難，使工件產(chǎn)生毛刺，有時(shí)還會(huì)被拉入凸模和凹模間隙，損壞模具刃口，降低模具壽命。搭邊值過(guò)小，會(huì)使作用在凸模側(cè)面上的法向應(yīng)力沿著落料毛坯周長(zhǎng)的分布不均勻，引起模具刃口的磨損。
影響搭邊值大小的因素主要有：
1．材料的力學(xué)性能 塑性好的材料，搭邊值要大一些，硬度高與強(qiáng)度大的材料，搭邊值可小一些。
2．材料的厚度 材料越厚，搭邊值也越大。
3．工件的形狀和尺寸 工件的外形越復(fù)雜，圓角半徑越小，搭邊值越大。
4．排樣的形式 對(duì)排的搭邊值大于直排的搭邊。
5．送料及當(dāng)料方式 用手工送料，有側(cè)壓板的搭邊值可小一些。
搭邊值一般由經(jīng)驗(yàn)確定，根據(jù)工件寬和材料厚度，由文獻(xiàn)《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)》P72表2-13，選工件間搭邊值a=1.2mm,側(cè)面搭邊a1=1.5mm。
考慮到工件形狀的特殊性，此工件在生產(chǎn)的過(guò)程中送料時(shí)將使用導(dǎo)料板，如圖7：
圖7 無(wú)側(cè)壓裝置條料寬度的確定
條料與導(dǎo)料板之間的間隙△=0.6mm,條料寬度
=16.8-0.6mm。…………………………………….1
△——條料寬度的公差，見(jiàn)文獻(xiàn)《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)》 P73表2-14；△=0.4
C1——條料與導(dǎo)板間的間隙，見(jiàn)文獻(xiàn)《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)》 P73表2-15；C1=0.5mm.
3.3材料利用率的計(jì)算
沖裁件的面積：
因?yàn)樵摴ぜ袕澢糠?，在算展開(kāi)圖周邊尺寸前，應(yīng)先算彎曲部分長(zhǎng)度。中性層半徑示意圖圖9。
圖9 彎曲部分中性層示意圖 圖10工件落料尺寸
按《模具設(shè)計(jì)與制造簡(jiǎn)明手冊(cè)》表1-81，由于r>0.5t，則中性層半徑為：
R=R+kt
式中：r—中性層半徑（mm）
R—彎曲內(nèi)半徑 R=1.4mm
k—中性層位置因素，由表1-81附表1查得，k=0.464
t—材料厚度 t=0.5mm
則中性層半徑為 r=1.4+0.464×0.5=1.632mm
彎曲部分展開(kāi)長(zhǎng)度L為半圓周長(zhǎng)加直線部分長(zhǎng)度，即：
L=3.14×1.632+2×（4-0.5-1.632）=9.16mm≈9mm
則該工件的沖裁面積A為：
A=9×4＋3.14×3.25×3.25＋2.8×2-3.14×1.3×1.3=69.78 mm2≈70 mm2
進(jìn)距h=L+a=9+1.2=10.2mm
一個(gè)步距的材料利用率h為
h==[70/（10.2×16.8）×100%≈40.8%..................2
式中 A——沖裁件面積（包括沖出的小孔在內(nèi)）（mm2）；
N——一個(gè)布距內(nèi)沖裁件數(shù)目；
B——條料寬度（mm）；
h——進(jìn)距（mm）；
查板材標(biāo)準(zhǔn)，宜選400mm×1000mm的銅板，每張可剪裁（16.8mm×1000mm）23張條料，每張條料可以沖裁98個(gè)工件。
故每張銅板的材料利用率為：
h總=[（98×70.10×23）/（400×1000）]×100%=39.4% …………………3
第四章 沖裁工藝力的計(jì)算
4.1沖裁力的計(jì)算
沖裁力計(jì)算包括沖裁力、卸料力、推件力、頂件力的計(jì)算。
沖裁力是凸模與凹模相對(duì)運(yùn)動(dòng)使工件與板料分離的力，其大小主要與材料力學(xué)性能、厚度及沖裁件分離的輪廓長(zhǎng)度等參數(shù)有關(guān)。沖裁力是設(shè)計(jì)模具、選擇壓力機(jī)的重要參數(shù)。計(jì)算沖裁力的目的是為了合理的選用沖壓設(shè)備和設(shè)計(jì)模具。選用沖壓設(shè)備的標(biāo)稱壓力必須大于所計(jì)算的沖裁力，所設(shè)計(jì)的模具必須能傳遞和承受所計(jì)算的沖裁力，以適應(yīng)沖裁的要求。
4.1.1沖壓力的行程曲線
圖11沖裁力-凸模行程曲線
在沖裁過(guò)程中，沖裁力的大小是不段變化的，圖11為沖裁時(shí)沖裁力-凸模行程曲線。圖中AB段相當(dāng)于沖裁的彈性階段，凸模進(jìn)入材料后，載荷急劇上升，但當(dāng)凸模刃口一旦擠入材料，即進(jìn)入塑性變形階段，載荷的上升就緩慢下來(lái)，如BC段所示。雖然由于凸模擠入材料使承受沖裁力的材料面積秒減小，但只要材料加工硬化的影響超過(guò)受剪切面積小的影響，沖裁力就繼續(xù)上升，當(dāng)兩者達(dá)到相當(dāng)?shù)挠绊懙乃查g，沖裁力達(dá)最大值，即圖中C點(diǎn)。此后，受剪面積的減少超過(guò)硬化的影響，于是沖裁力下降。凸模再繼續(xù)下壓，材料內(nèi)部產(chǎn)生裂紋并迅速擴(kuò)張，沖裁力急劇下降，如圖中CD段所示，此為沖裁的斷裂階段。此后所用的力僅是克服摩擦阻力,推出已分離的料。
4.1.2沖裁力的計(jì)算公式
沖裁力的大小主要與材料力學(xué)性能、厚度及沖裁件分離的輪廓長(zhǎng)度有關(guān)?？紤]到成本和沖裁件的質(zhì)量要求，此用平刃口模具沖裁，沖裁力F（N）：
F=KLtτ 見(jiàn)文獻(xiàn)《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)》P50式（2-1）
式中 L——沖裁件周邊長(zhǎng)度（mm）；
t——材料厚度（mm）；
τ——材料抗剪強(qiáng)度（MPa）；
K——系數(shù)?？紤]到模具刃口的磨損，模具間隙的波動(dòng)，材料力學(xué)性能的變化及材料厚度偏差等因素，一般取系數(shù)K=1.3。
沖裁件周邊長(zhǎng)度L=9×4-2.8+2.8×2+2×3.14×1.3+2×3.14×3.25-2.8=64.57mm
材料的抗剪強(qiáng)度（MPa）查文獻(xiàn)《沖模設(shè)計(jì)與制造實(shí)用計(jì)算手冊(cè)》表P4-3：取τ=235MPa
σb=294MP
F=Ltσb=64.57×0.5×294=9491.79N……………………………………………4
式中σb——材料的抗拉強(qiáng)度（MPa）。
4.1.3降低沖裁力的方法
在沖裁高強(qiáng)度材料或厚度大、周邊長(zhǎng)時(shí)，所需的沖裁力較大。如果超過(guò)現(xiàn)有壓力機(jī)噸位，就有必須采取措施降低沖裁力，主要有以下幾種方法：
（一）階梯凸模沖裁
在多凸模沖裁模具中，為避免各凸模沖裁力的最大值同時(shí)出現(xiàn)，可根據(jù)凸模尺寸的大小，做成不同高度，形成階梯布置，從而減少?zèng)_裁力。這種模具的缺點(diǎn)是長(zhǎng)凸模插入凹模較深，容易磨損，修磨刃口也比較麻煩。
（二）斜刃口沖裁
在用平刃口模具沖裁時(shí)，整個(gè)刃口同時(shí)與沖裁件周邊接觸，同時(shí)切斷，所需沖裁力大。若采用斜刃口模具沖裁，也就是將凸模（或凹模）刃口做成有一定斜度的斜刃，沖裁時(shí)刃口就不是同時(shí)切入，而是逐步切入材料，逐步切斷，這樣，所需的沖裁力可以減小，并能減小沖擊、振動(dòng)和噪聲，對(duì)于大型沖壓件，斜刃沖裁用的比較廣泛。
斜刃沖裁降低了沖裁力，使壓力機(jī)性能在比較柔和、平穩(wěn)的條件下工作。但模具制造與修磨比較復(fù)雜，增加了困難，刃口容易磨損，工件不夠平整，一般只用于大型工件沖裁及厚板沖裁。
除上述兩種方法外，將材料加熱沖裁也是一種行之有效的降低沖裁力的方法，因?yàn)椴牧显诩訜釥顟B(tài)的抗剪強(qiáng)度有明顯下降。但材料加熱后產(chǎn)生氧化皮，且因?yàn)橐訜?，勞?dòng)條件差。另外，在保證沖裁件斷面質(zhì)量的前提下，也可適當(dāng)增大沖裁間隙等方法來(lái)降低沖裁力。
4.2卸料力、推件力、和彎曲力等其他力的計(jì)算
當(dāng)沖裁完成后，由于沖裁中材料的彈性變形及摩擦的存在，在板材上沖裁出的廢料（或工件）孔徑沿徑向發(fā)生彈性收縮，會(huì)箍在凸模上。而沖裁下來(lái)的工件或（廢料）徑向會(huì)擴(kuò)張， 因此會(huì)卡在凹模內(nèi)，為了使沖裁過(guò)程連續(xù)，操作方便，就需要把套在凸模上的材料卸下，把卡在凹模孔內(nèi)的工件或廢料推出。
從凸模上將零件或廢料卸下來(lái)的力稱卸料力，順著沖裁方向?qū)⒘慵驈U料從凹模腔推出的力稱推件力，逆著沖裁方向?qū)⒘慵驈U料從凹模腔內(nèi)頂出的力稱。
卸料力、推件力、頂件力是由壓力機(jī)和模具的卸料、頂件裝置獲得的。影響這些力的因素主要有材料的力學(xué)性能、材料厚度、模具間隙、凸、凹模表面粗糙度、零件形狀和尺寸以及潤(rùn)滑情況等。在此用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：
卸料力、推件力、頂件力系數(shù)查表2。
表2 卸料力、推件力和頂件力系數(shù)
料厚（mm）
K卸
K推
K頂
鋁 鋁合金
紫銅 黃銅
0.025～0.08
0.02～0.06
0.03～0.07
0.03～0.09
注：卸料力系數(shù)K卸在沖多孔、大搭邊和輪廓復(fù)雜時(shí)取上限值。
沖裁時(shí)，所需沖壓力為沖裁力、卸料力和推件力之和，這些力在選擇壓力機(jī)時(shí)是否要考慮進(jìn)去，應(yīng)根據(jù)不同的模具結(jié)構(gòu)區(qū)別對(duì)待。
采用剛性卸料裝置和下出料的沖裁模的總壓力為
采用彈性卸料裝置和下出料的總壓力為
采用彈性卸料裝置和上出料方式的的總壓力為
卸料力：=9491.79×0.05=474.5895N………………………………5
（1）沖孔力：=2×3.14×1.3×0.5×294=1200.108N
（2）推件力：凹?？卓谥北诟叨?
查《沖壓模具簡(jiǎn)明設(shè)計(jì)手冊(cè)》表2.40得；材料厚度為t=0.5mm
則工件數(shù)目為n=h/t=10
=0.06×10×1200.108=720.0648N…………………………6
（3）彎曲力：板料彎曲時(shí)變形區(qū)內(nèi)的切向應(yīng)力在內(nèi)層為壓()外層為拉()，形成的彎矩為
……………………………………………7
代入式(3—2b)，可計(jì)算M。對(duì)于無(wú)加工硬化的板料純彎曲（相當(dāng)與）
…………………………………………………8
作用于毛坯上的外載所形成的彎矩應(yīng)等于M。如圖
所示，在V形件彎曲時(shí)
…………………9
不難看出，彎曲力的數(shù)值與毛坯尺
寸(B，t)、材料力學(xué)性能、凹摸支點(diǎn)間
等因素有關(guān)，同時(shí)還與彎曲形式和模
具結(jié)構(gòu)等多種因康有關(guān)。因此，生產(chǎn)中
通常采用經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)計(jì)算
…………………………10
C—與彎曲形式有關(guān)的系數(shù),對(duì)于V形件C取0.6； 圖12 單角彎曲力的計(jì)算
對(duì)于U形件C取0.7；
K——安裝系數(shù)，一般取1,3；
B一一料寬(mm)‘
t——料厚；
r一—彎曲半徑(mm)，
——材料強(qiáng)度極限(MPa)。
則 ==322.46N…………………………11
（4）壓料力：
=（30%～80%）×=60%×322.46=193.47N…………………………………12
則加工該工件總共所需要的力為：
=9491.79+474.5895+1200.108+720.0648+322.46+193.47=12402.4823N≈12.50KN
…………………………………………………………………………………………13
4．3沖壓壓力中心
沖裁時(shí)的合力作用或多工序模各工序沖壓力的合力作用點(diǎn)，稱為模具壓力中心。如果模具壓力中心與滑塊的壓力中心不一致，沖壓時(shí)會(huì)產(chǎn)生偏載，導(dǎo)致模具以及滑塊與導(dǎo)軌的急劇磨損，降低模具壽命和壓力機(jī)的使用壽命。
計(jì)算壓力中心時(shí)，先畫(huà)出凹模型口圖，如圖4-2所示。，將xoy坐標(biāo)系建立在圖示的對(duì)稱中心上，因?yàn)樵摴ぜ喞禽S對(duì)稱圖形，在計(jì)算壓力中心時(shí)，只需要計(jì)算如圖x軸方向的值即可。將沖裁輪廓線按集合圖形分解為共段基本線段，用解析法求得該模具的壓力中心C點(diǎn)的坐標(biāo)（7.83，0）。若選用J23-3.15壓力機(jī)，模柄孔Φ25，C點(diǎn)仍在壓力機(jī)模柄孔投影面積范圍內(nèi)，滿足要求。有關(guān)計(jì)算如表3。
圖12 壓力中心的計(jì)算
表3
基本要素長(zhǎng)度L/mm
基本要素壓力中心坐標(biāo)值X
L1=6.5
X1=3.25
L2=4.7
X2=7
L3=3.1
X3=8.5
L4=4
X4=10.5
L5=9
X5=12.5
L6=4
X6=10.5
L7=3.1
X7=8.5
L8=4.7
X8=7
L9=6.5
X9=3.25
其計(jì)算公式如下：
=7.83………………………………………………14
式中 x1、x2……xn——各圖形沖裁力的x軸坐標(biāo)（mm）；
、……——各圖形沖裁周邊長(zhǎng)度（mm）。
第五章 沖壓設(shè)備的選擇
5.1沖壓設(shè)備類型的選擇
根據(jù)所要完成的沖壓工藝的性質(zhì)、生產(chǎn)批量的大小、沖壓件的幾何尺寸和精度要求來(lái)選定設(shè)備類型。
開(kāi)式曲柄壓力機(jī)雖然剛度差，降低了模具壽命。但是它成本低，且有三個(gè)方向可以操作的優(yōu)點(diǎn)廣泛適用于中小型沖裁件、彎曲件或拉深件的生產(chǎn)中。
閉式曲柄壓力機(jī)剛度好、精度高，只能兩個(gè)方向操作，適用于大型復(fù)雜沖壓件的生產(chǎn)。
雙動(dòng)曲柄壓力機(jī)有兩個(gè)滑塊，壓邊可靠易調(diào)，適用于較復(fù)雜的大中型拉深件的生產(chǎn)。
高速壓力機(jī)或多工位自動(dòng)壓力機(jī)適用于大批量生產(chǎn)。
液壓機(jī)沒(méi)有固定的工作行程，不會(huì)因板厚超差而過(guò)載，全行程中壓力恒定，但是壓力機(jī)的速度低、生產(chǎn)效率低。適用于小批量，尤其是大型厚板沖壓件的生產(chǎn)。
摩擦壓力機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低、不易發(fā)生超負(fù)荷損壞。在小批量生產(chǎn)中用來(lái)完成彎曲、成型等沖壓工作。
肘桿式精壓機(jī)剛度大、滑塊行程小，在行程末端停留時(shí)間長(zhǎng)，適用于校平、校正和整形等類沖壓工序。
考慮到以上的因素，選用開(kāi)式曲柄壓力機(jī)比較合適。
5.2確定設(shè)備的規(guī)格
（1）壓力機(jī)的行程大小，應(yīng)該能保證成型零件的取出和毛坯的放進(jìn)，例如拉深所用的壓力機(jī)行程，至少應(yīng)大于成型零件高度兩倍以上。
（2）壓力機(jī)工作臺(tái)面的尺寸應(yīng)大于沖模平面尺寸，且還需留有安裝固定的余地，但過(guò)大的工作臺(tái)面上安裝小尺寸的沖模，工作臺(tái)的受力條件也是不利的。
（3）所選壓力機(jī)的閉合高度應(yīng)與沖模閉合高度相適應(yīng)。
模具的閉合高度H0是指上模在最低工作位置時(shí)，下模板的底面到上模板的頂面的距離，如圖13。
壓力機(jī)的閉合高度H是指滑塊在下死點(diǎn)時(shí)，工作臺(tái)面到滑塊下端面的距離。大多數(shù)壓力機(jī)，其連桿長(zhǎng)度能調(diào)節(jié)，也即壓力機(jī)的閉合高度可以調(diào)整，故壓力機(jī)有最大的閉合高度,最小閉合高度。
圖13 壓力機(jī)與模具的閉合高度
設(shè)計(jì)模具時(shí)，模具的閉合高度的數(shù)值應(yīng)該滿足下式
……………………………………………15
無(wú)特殊情況H0應(yīng)取上限值，即最好取在：，這是為了避免連桿調(diào)節(jié)過(guò)長(zhǎng)，螺紋接觸面積小而壓壞。如果模具閉合高度實(shí)在太小，可以在壓床下面加墊板。如上圖13所示。
（4）沖壓力與壓力機(jī)能的配合關(guān)系：當(dāng)進(jìn)行沖裁等沖壓加工時(shí)，由于其施力行程較小，近于板材的厚度，所以可按沖壓過(guò)程中作用于壓力機(jī)滑塊上所有力的總和F總選取壓力機(jī)。通常取壓力機(jī)的名義噸位比F總大20%30%。當(dāng)拉深行程較大，特別是采用落料拉深復(fù)合沖壓時(shí)，不能簡(jiǎn)單地將落料力和拉深力疊加去選擇壓力機(jī)。
因?yàn)榍鷫毫C(jī)的標(biāo)稱壓力上指滑塊下死點(diǎn)（或接
近下死點(diǎn)）時(shí)發(fā)生的。因此，應(yīng)該注意曲柄壓力機(jī)
的允許壓力曲線。否則，很可能會(huì)由于過(guò)早地出現(xiàn)
最大沖壓力而使壓力機(jī)超載損壞。見(jiàn)圖14。
由于復(fù)合模的特點(diǎn)，為防止設(shè)備超載，可按
公稱壓力F壓≥（1.6～1.8）F總
選擇壓力機(jī)。考慮到制件的精度要求，
按參考文獻(xiàn)《模具設(shè)計(jì)與制造簡(jiǎn)明手冊(cè)》 圖14 壓力曲線
P37表1-68初選J23-3.15壓力機(jī)，其主要技術(shù)參數(shù)如下：
公稱壓力：