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前言
改革開放以來(lái)，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，工業(yè)產(chǎn)品的品種和數(shù)量的不斷增加，更新?lián)Q代的不斷加快，在現(xiàn)代制造業(yè)中，企業(yè)的生產(chǎn)一方面朝著多品種、小批量和多樣式的方向發(fā)展，加快換型，采用柔性化加工，以適應(yīng)不同用戶的需要；另一方面朝著大批量，高效率生產(chǎn)的方向發(fā)展，以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和生產(chǎn)規(guī)模來(lái)創(chuàng)造更多效益，生產(chǎn)上采取專用設(shè)備生產(chǎn)的方式。模具做為高效率的生產(chǎn)工具的一種，是工業(yè)生產(chǎn)中使用極為廣泛與重要的工藝裝備。采用模具生產(chǎn)制品和零件，生產(chǎn)效率高，可實(shí)現(xiàn)高速大批量的生產(chǎn)；節(jié)約原材料，實(shí)現(xiàn)無(wú)切屑加工；產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，具有良好的互換性；操作簡(jiǎn)單，對(duì)操作人員沒有很高的技術(shù)要求；利用模具批量生產(chǎn)的零件加工費(fèi)用低；所加工出的零件與制件可以一次成形，不需進(jìn)行再加工；能制造出其它加工工藝方法難以加工、形狀比較復(fù)雜的零件制品；容易實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的自動(dòng)化的特點(diǎn)。
1沖裁件工藝性分析
工件名稱：鑰匙毛坯
工件簡(jiǎn)圖：如圖1-1所示
生產(chǎn)批量：大批量
材料： 08F
工件長(zhǎng)度：75mm
工件厚度：1.5mm
工件精度：IT14級(jí)
圖1-1 工件簡(jiǎn)圖
1.1材料選擇
根據(jù)表1-1、表1-2分析，08F為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，具有良好的塑性、焊接性以及壓力加工性，主要用于工程結(jié)構(gòu)和受力較小的機(jī)械零件。綜合評(píng)比均適合沖裁加工。
1.2工件結(jié)構(gòu)形狀
工件結(jié)構(gòu)形狀相對(duì)簡(jiǎn)單，屬軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)，除有一個(gè)12的孔,其余皆為直線，孔與邊緣之間的距離也滿足要求，可以沖裁。
1.3尺寸精度
零件圖上所注公差經(jīng)查標(biāo)準(zhǔn)公差表1-3為IT14級(jí)，尺寸精度較低，普通沖裁完全可以滿足要求。
根據(jù)以上分析：該零件沖裁工藝性較好，適宜沖裁加工。查公差表可得各尺寸公差為：
零件外形：12mm 45mm 30mm 10mm 75mm
零件內(nèi)形：12 mm
表1-1 碳素結(jié)構(gòu)鋼的力學(xué)性能表
材料名稱
材料牌號(hào)
材料狀態(tài)
極限強(qiáng)度
伸長(zhǎng)率
屈服強(qiáng)度
彈性模量E/MPa
抗剪
抗拉
碳素結(jié)構(gòu)鋼
05
已退火的
200
230
28
-
05F
210-300
260-380
32
-
08F
220-310
280-390
32
180
08
260-360
330-450
32
200
190000
10F
220-340
280-420
30
190
10
260-340
300-440
29
210
198000
15F
250-370
320-460
28
-
15
270-380
340-480
26
230
202000
20F
280-890
340-480
26
230
200000
2O
280-400
360-510
25
250
210000
25
320-440
400-550
24
280
202000
30
360-480
450-600
22
300
201000
35
400-520
500-650
20
320
201000
40
420-520
520-670
18
340
213500
45
440-560
550-700
16
360
204000
表1-2 部分碳素鋼抗剪性能
材料名稱
牌號(hào)
材料狀態(tài)
抗剪強(qiáng)度
抗拉強(qiáng)度
伸長(zhǎng)率
屈服強(qiáng)度
普通碳素鋼
Q195
未退火
260～320
320～400
28～33
200
Q235
未退火
310～380
380～470
21～25
240
Q275
未退火
400～500
500～620
15～19
280
優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼
08F
已退火
220～310
280～390
32
180
08
已退火
260～360
330～450
32
200
10
已退火
260～340
300～440
29
210
20
已退火
280～400
360～410
25
250
45
已退火
440～560
550～700
16
360
表1-3 部分標(biāo)準(zhǔn)公差值（GB/T1800.3—1998）
公差等級(jí)
IT8
IT9
IT10
IT11
IT12
IT13
IT14
IT15
IT16
基本尺寸/mm
/μm /mm
＞3～6
18
30
48
75
0.12
0.18
0.30
0.48
0.75
＞6～10
22
36
58
90
0.15
0.22
0.36
0.58
0.90
＞10～18
27
3
70
110
0.18
0.27
0.43
0.70
1.10
＞18～30
3
2
84
130
0.21
0.33
0.52
0.84
1.30
＞30～50
9
2
100
160
0.25
0.39
0.62
1.00
16.0
＞50～80
6
4
120
190
0.30
0.46
0.74
1.20
19.0
＞80～120
4
87
140
220
0.35
0.54
0.87
1.40
2.20
從表1-1、 表1-2中查出08F
抗拉強(qiáng)度：=280～390Mpa
抗剪強(qiáng)度： τ=220～310Mpa
伸長(zhǎng)率： δ=32%
屈服強(qiáng)度：=180Mpa
分析其力學(xué)性能較好，故選擇08F材料。
2 沖裁工藝方案的確定
該制件的沖裁工序包括落料和沖孔，其沖裁加工有以下三種方案：
方案一：先沖孔，后落料。單工序模生產(chǎn)。
方案二：沖孔—落料復(fù)合沖壓。復(fù)合模生產(chǎn)。
方案三：沖孔—落料級(jí)進(jìn)沖壓。級(jí)進(jìn)模生產(chǎn)。
表2-1各類模具結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)比較
模具種類
比較項(xiàng)目
單工序模
級(jí)進(jìn)模
復(fù)合模
無(wú)導(dǎo)向
有導(dǎo)向
零件公差等級(jí)
低
一般
可達(dá)IT13～I(xiàn)T10級(jí)
可達(dá)IT10～I(xiàn)T8級(jí)
零件特點(diǎn)
尺寸不受限制厚度不受限制
中小型尺寸厚度較厚
小零件厚度0.2～6mm可加工復(fù)雜零件，如寬度極小的異形件
形狀與尺寸受模具結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度限制，尺寸可以較大，厚度可達(dá)3mm
零件平面度
低
一般
中小型件不平直，高質(zhì)量制件需較平
由于壓料沖件的同時(shí)得到了較平的制件，制件平直度好且具有良好的剪切斷面
生產(chǎn)效率
低
較低
工序間自動(dòng)送料，可以自動(dòng)排除制件，生產(chǎn)效率高
沖件被頂?shù)侥＞吖ぷ鞅砻嫔希仨毷謩?dòng)或機(jī)械排除，生產(chǎn)效率較低
安全性
不安全，需采取安全措施
比較安全
不安全，需采取安全措施
模具制造工作量和成本
低
比無(wú)導(dǎo)向的稍高
沖裁簡(jiǎn)單的零件時(shí)，比復(fù)合模低
沖裁較復(fù)雜零件時(shí)，比級(jí)進(jìn)模低
適用場(chǎng)合
料厚精度要求低的小批量沖件的生產(chǎn)
大批量小型沖壓件的生產(chǎn)
形狀復(fù)雜，精度要求較高，平直度要求高的中小型制件的大批量生產(chǎn)
方案一模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，投資少，且每次沖裁所需的沖裁力較小，可以解決沖壓設(shè)備噸位不夠的問(wèn)題。其缺點(diǎn)在于零件的精度難于保證，并且零件比較小，在第二次沖孔時(shí)，準(zhǔn)確定位不宜，容易使人受傷，生產(chǎn)率低。
方案二也只需一副模具，制件精度和生產(chǎn)效率都較高，且工件最小壁厚大于凸凹模許用最小壁厚，模具強(qiáng)度也能滿足要求。沖裁件的內(nèi)孔與邊緣的相對(duì)位置精度較高，板料的定位精度比方案三低，模具輪廓尺寸較小，制造比方案三簡(jiǎn)單。
方案三只需一副模具，生產(chǎn)效率高，操作方便，精度也能滿足要求，但模具輪廓尺寸較大，制造復(fù)雜，成本較高。
通過(guò)對(duì)上述三種方案的分析比較,采用復(fù)合模是比較合理的。
3 模具結(jié)構(gòu)形式的確定
正裝式復(fù)合模和倒裝式結(jié)構(gòu)比較：
正裝式復(fù)合模適用于沖制材質(zhì)較軟或板料較薄的平直度要求較高的沖裁件，還可以沖制孔邊距較小的沖裁件。
倒裝式復(fù)合模不宜沖制孔邊距較小的沖裁件，但倒裝式復(fù)合模結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，又可以直接利用壓力機(jī)的打桿裝置進(jìn)行推件，卸件可靠，便于操作，并為機(jī)械化出件提供了有利條件，所以應(yīng)用十分廣泛。
由零件分析知：制件的精度要求較低，孔邊距較大，平直度較高為提高經(jīng)濟(jì)效益，適宜采用倒裝復(fù)合模生產(chǎn)。
根據(jù)以上分析確定該制件的生產(chǎn)采用倒裝式復(fù)合模具生產(chǎn)。
4 模具總體設(shè)計(jì)
4.1模具類型的選擇
經(jīng)分析，工件尺寸精度要求不高，形狀較簡(jiǎn)單，但工件產(chǎn)量較大，根據(jù)材料厚度，為保證沖模有較高的生產(chǎn)率，通過(guò)比較，決定實(shí)行工序集中的工藝方案，彈性卸料裝置的倒裝復(fù)合模具結(jié)構(gòu)方式。
4.2操作與定位方式
4.2.1操作方式
零件的生產(chǎn)批量較大，但合理安排生產(chǎn)可用手工送料方式，提高經(jīng)濟(jì)效益。
4.2.2定位方式
因?yàn)閷?dǎo)料銷和擋料銷結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便。且該模具采用的是條料，根據(jù)模具具體結(jié)構(gòu)兼顧經(jīng)濟(jì)效益，控制條料的送進(jìn)方向采用導(dǎo)料銷，控制送料步距采用固定擋料銷。
4.3卸料、出件方式
4.3.1卸料方式
剛性卸料與彈性卸料的比較：
剛性卸料是采用固定卸料板結(jié)構(gòu)。常用于較硬、較厚且精度要求不高的工件沖裁后卸料。當(dāng)卸料板只起卸料作用時(shí)與凸模的間隙隨材料厚度的增加而增大，單邊間隙?。?.2～0.5）t。當(dāng)固定卸料板還要起到對(duì)凸模的導(dǎo)向作用時(shí)卸料板與凸模的配合間隙應(yīng)該小于沖裁間隙。此時(shí)要求凸模卸料時(shí)不能完全脫離卸料板。主要用于卸料力較大、材料厚度大于2mm且模具結(jié)構(gòu)為倒裝的場(chǎng)合。
彈壓卸料板具有卸料和壓料的雙重作用，主要用于料厚小于或等于2mm的板料由于有壓料作用，沖件比較平整。卸料板與凸模之間的單邊間隙選擇（0.1～0.2）t,若彈壓卸料板還要起對(duì)凸模導(dǎo)向作用時(shí)，二者的配合間隙應(yīng)小于沖裁間隙。常用作落料模、沖孔模。
工件平直度較高，料厚為1.5mm相對(duì)較薄，卸料力不大，由于彈壓卸料模具比剛性卸料模具方便，操作者可以看見條料在模具中的送進(jìn)動(dòng)態(tài)，且彈性卸料板對(duì)工件施加的是柔性力，不會(huì)損傷工件表面，故可采用彈性卸料。
4.3.2出件方式
因采用倒裝復(fù)合模生產(chǎn)，故采用彈性上出件。
4.4確定送料方式
因選用的沖壓設(shè)備為開式壓力機(jī)，采用橫向送料方式，即由右向左送料。
4.5確定導(dǎo)向方式
方案一：采用對(duì)角導(dǎo)柱模架。由于導(dǎo)柱安裝在模具壓力中心對(duì)稱的對(duì)角線上，所以上模座在導(dǎo)柱上滑動(dòng)平穩(wěn)。常用于橫向送料級(jí)進(jìn)?；蚩v向送料的落料模、復(fù)合模。
方案二：采用后側(cè)導(dǎo)柱模架。由于前面和左右不受限制，送料和操作比較方便。因?yàn)閷?dǎo)柱安裝在后側(cè)，工作時(shí)，偏心距會(huì)造成導(dǎo)套導(dǎo)柱單邊磨損，嚴(yán)重影響模具使用壽命，且不能使用浮動(dòng)模柄。
方案三：四導(dǎo)柱模架。具有導(dǎo)向平穩(wěn)、導(dǎo)向準(zhǔn)確可靠、剛性好等優(yōu)點(diǎn)。常用于沖壓件尺寸較大或精度要求較高的沖壓零件，以及大量生產(chǎn)用的自動(dòng)沖壓模架。
方案四：中間導(dǎo)柱模架。導(dǎo)柱安裝在模具的對(duì)稱線上，導(dǎo)向平穩(wěn)、準(zhǔn)確。只能一個(gè)方向送料。
根據(jù)以上方案比較并結(jié)合模具結(jié)構(gòu)形式和送料方式，為提高模具壽命和工件質(zhì)量，采用后側(cè)導(dǎo)柱的導(dǎo)向方式，即方案二最佳。
5模具工藝參數(shù)確定
5.1排樣設(shè)計(jì)與計(jì)算
沖裁件在板料、帶料或條料上的布置方法稱為排樣。排樣的意義在于減小材料消耗、提高生產(chǎn)率和延長(zhǎng)模具壽命，排樣是否合理將影響到材料的合理利用、沖件質(zhì)量、生產(chǎn)率、模具結(jié)構(gòu)與壽命。
根據(jù)材料經(jīng)濟(jì)利用程度，排樣方法可以分為有廢料、少?gòu)U料和無(wú)廢料排樣三種，根據(jù)制件在條料上的布置形式，排樣有可以分為直排、斜排、對(duì)排、混合排、多排等多重形式。
因此有下列三種方案：
方案一：有廢料排樣 沿沖件外形沖裁，在沖件周邊都留有搭邊。沖件尺寸完全由沖模來(lái)保證，因此沖件精度高，模具壽命高，但材料利用率低。
方案二：少?gòu)U料排樣 因受剪切條料和定位誤差的影響，沖件質(zhì)量差，模具壽命較方案一低，但材料利用率稍高，沖模結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。
方案三：無(wú)廢料排樣 沖件的質(zhì)量和模具壽命更低一些，但材料利用率最高。
通過(guò)上述三種方案的分析比較，綜合考慮模具壽命和沖件質(zhì)量，該沖件的排樣方式選擇方案一為佳?？紤]模具結(jié)構(gòu)和制造成本有廢料排樣的具體形式選擇直排最佳（如圖5-1所示）。
5.2搭邊值的確定
排樣時(shí)零件之間以及零件與條料側(cè)邊之間留下的工藝余料，稱為搭邊。
搭邊的作用是補(bǔ)償定位誤差，保持條料有一定的剛度，以保證零件質(zhì)量和送料方便。
搭邊過(guò)大，浪費(fèi)材料。搭邊過(guò)小，沖裁時(shí)容易翹曲或被拉斷，不僅會(huì)增大沖件毛刺，有時(shí)還會(huì)拉入凸、凹模間隙中損壞模具刃口，降低模具壽命?；蛴绊懰土瞎ぷ鳌?
搭邊值是廢料，所以應(yīng)盡量取小，但過(guò)小的搭邊值容易擠進(jìn)凹模，增加刃口磨損。表5-1給出了鋼（=0.05～0.25%）的搭邊值。
對(duì)于其他材料的應(yīng)將表中的數(shù)值乘以下列數(shù)：
鋼（0.3%～0.45%） 0.9
鋼（0.5%～0.65%） 0.8
硬黃銅 1～1.1
硬鋁 1～1.2
軟黃銅，純銅 1.2
搭邊值通常由經(jīng)驗(yàn)確定，表5-1列出的搭邊普通沖裁時(shí)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)之一。
根據(jù)制件厚度與制件的排樣方法查表5-1得：
兩制件之間搭邊值=1.9mm.
側(cè)搭邊值a=2.0mm.
表5-1搭邊值和側(cè)邊值
材料厚度t
圓件及r＞2t圓角
矩形邊長(zhǎng)l≤50
矩形邊長(zhǎng)l＞50或圓角 r≤2
工件間
側(cè)邊a
工件間a
側(cè)邊
工件間
側(cè)邊a
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
1.2～1.5
1.0
1.2
1.5
1.8
1.9
2.0
1.6～2.0
1.2
1.5
2.0
2.2
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
2.5
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
5.3進(jìn)距與條料寬度計(jì)算
5.3.1送料進(jìn)距A
條料在模具上每次送進(jìn)的距離稱為送料進(jìn)距，每個(gè)進(jìn)距可沖出一個(gè)或多個(gè)零件。
A=D+ (5-1)
式中 D——平行于送料方向的沖裁件寬度
——沖裁件之間搭邊值
根據(jù)公式(5-1)： A= D+=31.9mm
模具相對(duì)于模架是采用從前往后的縱向送料方式,還是采用從右往左的橫向送料方式，這主要取決于凹模的周界尺寸。如：L＜B時(shí)，采用縱向送料方式；L＞B時(shí)，則采用橫向送料方式；L=B時(shí)，縱向或橫向均可。就本模具而言，采用縱向送料方式。（注：L為送料方向的凹模長(zhǎng)度；B為垂直于送料方向的凹模寬度）。
圖5-1 排樣圖
5.3.2條料寬度B計(jì)算
排樣方式和搭邊值確定以后，條料的寬度也就可以設(shè)計(jì)出。計(jì)算條料寬度有三種情況需要考慮：
（1）有側(cè)壓裝置時(shí)條料的寬度。
（2）無(wú)側(cè)壓裝置時(shí)條料的寬度。
（3）有定距側(cè)刃時(shí)條料的寬度。
有側(cè)壓裝置的模具，能使條料始終沿著導(dǎo)料板送進(jìn)。
圖5-2 有側(cè)壓裝置時(shí)條料的寬度確定
本設(shè)計(jì)采用的是有側(cè)壓裝置的模具。
所謂條料寬度，是指工件最大極限尺寸加上側(cè)搭邊值。因條料是由板料剪裁下料而得，為保證送料順利，規(guī)定其上偏差為零，下偏差為負(fù)值。其計(jì)算公式如下：
B=[D+2a] （5-2）
式中 B——條料寬度基本尺寸；
D——條料寬度方向零件輪廓的最大尺寸；
A——側(cè)搭邊值，查表5-1；
△——條料下料剪切公差；
表5-2剪料公差△及條料與導(dǎo)料板之間隙（mm）
條料厚度(mm)
條料寬度(mm)
≤50
＞50～100
＞100～200
＞200
≤１
0.5
0.5
0.7
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
1.0
2.0
根據(jù)零件圖查表5-2確定剪料公差及條料與導(dǎo)板之間的間隙△=1.0。
根據(jù)公式(5-2)： B= [D+2a+c]
=(106.9+2×2.0)
=110.9
5.4材料利用率的計(jì)算
5.4.1計(jì)算沖壓件面積、周長(zhǎng)
因?yàn)樵摴ぜD由多段圓弧組成，計(jì)算周長(zhǎng)需要準(zhǔn)確的找到各段圓弧的長(zhǎng)度，計(jì)算面積也需要準(zhǔn)確的找到切點(diǎn)，諸多因素采用人工計(jì)算時(shí)計(jì)算量較大，因此采用UG4.0輔助軟件可快速準(zhǔn)確的計(jì)算出面積、周長(zhǎng)（如圖5-4）。
取 F=2647.6mm2
L=409.68mm
5.4.2計(jì)算材料利用率
在沖壓零件的成本中，材料費(fèi)用約占60%以上，因此材料的經(jīng)濟(jì)利用具有非常重要的意義。衡量排樣經(jīng)濟(jì)性的重要指標(biāo)是材料的利用率。
沖裁件的實(shí)際面積與所用板料面積的百分比叫材料的利用率。
材料利用率通常以一個(gè)進(jìn)距內(nèi)制件的實(shí)際面積與所用毛坯面積的百分率η表示：
η=(nF/AB)×100% （5-3）
式中 η—— 材料利用率（%）；
n—— 沖裁件的數(shù)目；
F—— 沖裁件的實(shí)際面積(mm2)，包括工件面積與廢料面積；
B—— 板料寬度(mm)；
A——送料進(jìn)距。
根據(jù)公式(5-3)： η=(1×2647.6/31.9×110.9)×100%
≈74.84%
由此可之，η值越大，材料的利用率就越高，廢料越少。工藝廢料的多少?zèng)Q定于搭邊和余量的大小，也決定于排樣的形式和沖壓方式。因此，要提高材料利用率，就要合理排樣，減少工藝廢料。
6計(jì)算沖壓力與壓力機(jī)的初選
計(jì)算沖裁力是為了選擇合適的壓力機(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，以適宜沖裁的要求，普通平刃沖裁模，其沖裁力Fp一般可以按下式計(jì)算：
=tLτ （6-1）
式中 τ——材料抗剪強(qiáng)度，見附表（MPa）；
L——沖裁周邊總長(zhǎng)（mm）；
t——材料厚度（mm）;
系數(shù)是考慮到?jīng)_裁模刃口的磨損，凸模與凹模間隙之波動(dòng)（數(shù)值的變化或分布不均），潤(rùn)滑情況，材料力學(xué)性能與厚度公差的變化等因數(shù)而設(shè)置的安全系數(shù)，一般取1~3。當(dāng)查不到抗剪強(qiáng)度r時(shí)，可以用抗拉強(qiáng)度代替τ，而取=1的近似計(jì)算法計(jì)算。
查表可知材料08F鋼的抗剪強(qiáng)度τ=220～310Mpa，故取其抗剪強(qiáng)度τ=260(MPa)。
6.1沖裁力的計(jì)算
據(jù)圖5-4可得一個(gè)零件內(nèi)外周邊之和L=204.84mm。
查普通碳素結(jié)構(gòu)鋼的力學(xué)性能表（摘自GB 700—1988、GB/T 13304—1991）知：Q235的抗剪強(qiáng)度τ=220Mpa～310 Mpa.取260 Mpa而制件厚度t=1.5mm，取安全系數(shù)Kp=1，則
根據(jù)公式(6-1)： = tLτ
=1×1.5×409.68×260
=159775.2 (N) ≈159.78（KN）
6.2卸料力的計(jì)算
= （6-2）
式中 ——卸料力系數(shù)。
查表6-1得＝0.04~0.05，?。?.05
根據(jù)公式（6-2）： =
=0.05×159775.2
=7988.76 (N) ≈7.99(KN)
表6-1 卸料力、推件力和頂件力系數(shù)
料厚t/mm
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
0.03~0.07
0.03~0.09
6.3頂件力的計(jì)算
= （6-3）
式中 ——頂件力系數(shù)。
查表6-1得＝0.06.
根據(jù)公式（6-3）： =
=0.06×159775.2
=9586.512(N) ≈9.59（KN）
6.4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=++
F=++
=159775.2+7988.76+9586.512
=177350.472(N) ≈177.35(KN)
6.5 壓力機(jī)的初選
沖裁時(shí)，壓力機(jī)的公稱壓力必須大于或等于沖裁各工藝力的總和。
沖壓設(shè)備屬鍛壓機(jī)械。常見的冷沖壓設(shè)備有機(jī)械壓力機(jī)（以表示其型號(hào)）和液壓機(jī)（以表示其型號(hào)）。
常用冷沖壓設(shè)備的工作原理和特點(diǎn)如表6-2。
表6-2 常用冷沖壓設(shè)備的工作原理和特點(diǎn)
類型
設(shè)備名稱
工作原理
特點(diǎn)
機(jī)械式
壓力機(jī)
摩擦壓力機(jī)
利用摩擦盤與飛輪之間相互接觸傳遞動(dòng)力，皆助螺桿與螺母相對(duì)運(yùn)動(dòng)原理而工作。
結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，當(dāng)超負(fù)荷時(shí)，只會(huì)引起飛輪與摩擦盤之間的滑動(dòng)，而不致?lián)p壞機(jī)件。但飛輪輪緣摩擦損壞大，生產(chǎn)率低。適用于中小件的沖壓加工，
曲柄式壓力機(jī)
利用曲柄連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行工作，電機(jī)通過(guò)皮帶輪及齒輪帶動(dòng)曲軸傳動(dòng)，經(jīng)連桿使滑塊作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
生產(chǎn)率高，適用于各類沖壓加工。
高速壓力機(jī)
工作原理與曲柄壓力機(jī)相同，但其剛度、精度、行程次數(shù)都比較高，一般帶有自動(dòng)送料裝置、安全檢測(cè)裝置等輔助裝置。
生產(chǎn)率很高，適用于大批量生產(chǎn)，模具一般采用多工為級(jí)進(jìn)模。
液壓機(jī)
油壓機(jī)
水壓機(jī)
利用帕斯卡原理，以水或油為工作介質(zhì)，采用靜壓力傳遞進(jìn)行工作，使滑塊上、下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
壓力大，而且是靜壓力，但生產(chǎn)率低。適用于拉深、擠壓等成形工序。
表6-3 J23系列開式雙柱可傾壓力機(jī)主要技術(shù)參數(shù)
技術(shù)參數(shù)
代號(hào)
單位
型號(hào)
J23-3.15
J23-6.3
J23-10
J23-16
J23-25
J23-35
J23-40
滑塊公稱壓力
Pe
kN
31.5
63
100
160
250
350
400
滑塊行程
S
mm
25
35
45
55
65
100
100
封閉高度
mm
120
150
180
220
270
290
330
連桿調(diào)節(jié)量
mm
25
30
35
45
55
60
65
滑塊中心線至機(jī)身距離
mm
90
110
130
160
200
200
250
滑塊地面尺寸
左右
a
mm
100
140
170
200
250
250
300
前后
b
mm
90
120
150
180
220
220
260
模柄孔尺寸
直徑
d
mm
25
30
30
40
40
40
50
深度
l
mm
40
55
55
60
60
60
70
墊塊厚度
mm
30
30
35
40
50
65
65
最大傾斜角
°
45
45
35
35
30
30
30
工作臺(tái)尺寸
左右
a
mm
250
310
370
450
560
610
700
前后
b
mm
160
200
240
300
370
380
460
根據(jù)沖壓力的計(jì)算和壓力中心的計(jì)算，選擇開式雙柱可傾壓力機(jī)的型號(hào)為J23-25
7 模具壓力中心的確定
模具壓力中心是指諸沖壓合力的作用點(diǎn)位置，為了確保壓力機(jī)和模具正常工作，應(yīng)使沖模的壓力中心與壓力機(jī)滑塊的中心相重合。否則，會(huì)使沖模和壓力機(jī)滑塊產(chǎn)生偏心載荷，使滑塊和導(dǎo)軌間產(chǎn)生過(guò)大磨損，模具導(dǎo)向零件加速磨損，降低了模具和壓力機(jī)的使用壽命。
模具的壓力中心，可按以下原則來(lái)確定：
（1）對(duì)稱零件的單個(gè)沖裁件，沖模的壓力中心為沖裁件的幾何中心。
（2）工件形狀相同且分布對(duì)稱時(shí)，沖模的壓力中心與零件的對(duì)稱中心相重合。
（3）各分力對(duì)某坐標(biāo)軸的力矩之代數(shù)和等于諸力的合力對(duì)該軸的 力矩。求出合力作用點(diǎn)的坐標(biāo)位置0，0（x=0,y=0），即為所求模具的壓力中心。
其中、、………分別為各沖裁周邊長(zhǎng)度。
圖7-1 壓力中心
按比例畫出零件形狀，選定坐標(biāo)系XOY。計(jì)算出零件壓力中心為（-7.5，0）
8沖裁模間隙的確定
8.1沖裁間隙Z
指沖裁模中凹模刃口橫向尺寸與凸模刃口橫向尺寸的差值（如圖8-1），是設(shè)計(jì)模具的重要工藝參數(shù)。
圖8-1沖裁間隙
8.2沖裁間隙分析
（1）間隙對(duì)沖裁件尺寸精度的影響
沖裁件的尺寸精度是指沖裁件的實(shí)際尺寸與基本尺寸的差值，差值越小，則精度越高，這個(gè)差值包括兩方面的偏差，一是沖裁件相對(duì)于凸模或凹模的偏差，二是模具本身的制造偏差。
（2）間隙對(duì)模具壽命的影響
模具壽命受各種因素的綜合影響，間隙是也許模具壽命諸因數(shù)中最主要的因數(shù)之一，沖裁過(guò)程中，凸模與被沖的孔之間，凹模與落料件之間均有摩擦，而且間隙越小，模具作用的壓應(yīng)力越大，摩擦也越嚴(yán)重，所以過(guò)小的間隙對(duì)模具壽命極為不利。
（3）間隙對(duì)沖裁工藝力的影響
隨著間隙的增大，材料所受的拉應(yīng)力增大，材料容易斷裂分離，因此沖裁力減小。通常沖裁力的降低并不顯著，當(dāng)單邊間隙在材料厚度的5~20%左右時(shí)，沖裁力的降低不超過(guò)5~10%。間隙對(duì)卸料力推料力的影響比較顯著。間隙增大后，從凸模里卸料和從凹模里推料都省力，當(dāng)單邊間隙達(dá)到材料厚度的15~25%左右時(shí)的卸料力幾乎為零。但間隙繼續(xù)增大，因?yàn)槊淘龃?，又將引起卸料力、頂件力迅速增大?
（4）間隙值的確定
由以上分析可見，凸、凹模間隙對(duì)沖裁件質(zhì)量、沖裁工藝力、模具壽命都有很大的影響。因此，設(shè)計(jì)模具時(shí)一定要選擇合理的間隙，以保證沖裁件的斷面質(zhì)量、尺寸精度滿足產(chǎn)品的要求，所需沖裁力小、模具壽命高，但分別從質(zhì)量，沖裁力、模具壽命等方面的要求確定的合理間隙并不是同一個(gè)數(shù)值，只是彼此接近?？紤]到模具制造中的偏差及使用中的磨損、生產(chǎn)中通常只選擇一個(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)，就可以沖出良好的制件，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(guò)程中的磨損使間隙增大，故設(shè)計(jì)與制造新模具時(shí)要采用最小合理間隙值。
確定合理間隙的方法有經(jīng)驗(yàn)法、理論確定法和查表法。
根據(jù)近年的研究與使用的經(jīng)驗(yàn)，在確定間隙值時(shí)要按要求分類選用。對(duì)于尺寸精度，斷面垂直度要求高的制件應(yīng)選用較小的間隙值，對(duì)于垂直度與尺寸精度要求不高的制件，應(yīng)以降沖裁力、提高模具壽命為主，可采用較大的間隙值。由于理論法在生產(chǎn)中使用不方便，所以常采用查表法來(lái)確定間隙值。
經(jīng)驗(yàn)公式： 軟材料： t＜1mm， C＝(3%~4%)t
t＝1~3mm，C＝(5%~8%)t
t＝3~5mm，C＝(8%~1%)t
硬材料： t＜1mm， C＝(4%~5%)t
t＝1~3mm，C＝(6%~8%)t
t＝3~8mm，C＝(8%~13%)t
根據(jù)間隙表8-1查得材料Q235的最小雙面間隙2=0.16mm，最大雙面間隙2=0.24mm
表8-1沖裁模初始用間隙(mm)
材料厚度
T8、45
Q235
08F、10、15、
1060、1050A、1200
Z最小
Z最大
Z最小
Z最大
Z最小
Z最大
Z最小
Z最大
0.35
0.03
0.05
0.02
0.05
0.01
0.03
0.50
0.04
0.08
0.03
0.07
0.02
0.04
0.02
0.03
0.80
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
2.0
0.26
0.38
0.20
0.24
0.13
0.18
0.08
0.12
2.5
0.37
0.43
0.25
0.31
0.16
0.22
0.11
0.17
3.0
0.48
0.54
0.33
0.39
0.21
0.27
0.14
0.20
注：08號(hào)鋼沖裁皮革、石棉和紙板時(shí)，取間隙的25%。
9凸、凹模刃口尺寸的計(jì)算
9.1刃口尺寸計(jì)算的基本原則
沖裁件的尺寸精度主要取決于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(lái)保證。正確確定模具刃口尺寸及制造公差，是設(shè)計(jì)沖裁模主要任務(wù)之一。從生產(chǎn)實(shí)踐中可以發(fā)現(xiàn)：
（1）由于凸、凹模之間存在間隙，使落下的料和沖出的孔都帶有錐度，且落料件的大端尺寸等于凹模尺寸，沖孔件的小端尺寸等于凸模的尺寸。
（2）在測(cè)量與使用中，落料件是以大端尺寸為基準(zhǔn)，沖孔孔徑是以小端尺寸為基準(zhǔn)。
（3）沖裁時(shí)，凸、凹模要與沖裁件或廢料發(fā)生摩擦，凸模越磨愈小，凹模越磨愈大，結(jié)果使間隙越來(lái)越大。
由此在決定模具刃口尺寸及其制造公差時(shí)需要考慮以下原則：
（1）落料件尺寸由凹模尺寸決定，沖孔尺寸由凸模尺寸決定。故設(shè)計(jì)落料模時(shí)，以凹模為基準(zhǔn)，間隙取在凸模上；設(shè)計(jì)沖孔模時(shí)，以凸模尺寸為基準(zhǔn)，間隙取在凹模上。
（2）考慮到?jīng)_裁中凸、凹模的磨損，設(shè)計(jì)落料凹模時(shí)，凹?；境叽鐟?yīng)取尺寸公差范圍的較小尺寸；設(shè)計(jì)沖孔模時(shí)，凹?；境叽鐟?yīng)取工件孔尺寸公差范圍的較大尺寸。這樣在凸凹模磨損到一定程度的情況下，仍能沖出合格的制件。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(shí)，應(yīng)考慮制件的公差要求。如果對(duì)刃口精度要求過(guò)高（即制造公差過(guò)小），會(huì)使模具制造困難，增加成本，延長(zhǎng)生產(chǎn)周期；如果對(duì)刃口精度要求過(guò)低（即制造公差過(guò)大）則生產(chǎn)出來(lái)的制件有可能不合格，會(huì)使模具的壽命降低。若工件沒有標(biāo)注公差，則對(duì)于非圓形工件按國(guó)家“配合尺寸的公差數(shù)值”IT14級(jí)處理，沖模則可按IT11級(jí)制造；對(duì)于圓形工件可按IT17～I(xiàn)T9級(jí)制造模具。沖壓件的尺寸公差應(yīng)按“入體”原則標(biāo)注單項(xiàng)公差，落料件上偏差為零，下偏差為負(fù)；沖孔件上偏差為正，下偏差為零。
9.2刃口尺寸的計(jì)算
由于模具的加工方法不同，凸模與凹模刃口部分尺寸的計(jì)算公式與制造公差的標(biāo)注也不同，刃口尺寸的計(jì)算方法可以分為兩種情況。凸模與凹模分開加工和凸模與凹模配合加工。對(duì)于該制件應(yīng)該選用凸模與凹模分開加工方法。
采用這種方法，是指凸模和凹模分別按圖紙加工至尺寸。要分別標(biāo)注凸模與凹模刃口尺寸與制造公差。為了保證初始間隙值小于最大合理間隙2，必須滿足下列條件：
或
9.2.1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 2。凸模制造偏差取負(fù)偏差，凹模取正偏差。其計(jì)算公式如下：
凸模： =(d＋X△)
凹模: =(＋2)＝(d＋X△＋2)
在同一工步中沖出制件兩個(gè)以上孔時(shí)， 凹模型孔中心距按下式確定 ：
=(＋0.5△)±0.125△
式中 ——沖孔凹?；境叽?mm)；
? ——沖孔凸?；境叽?mm)；
? d——沖孔件孔的最小極限尺寸(mm)；
——同一工步中凹?？拙嗷境叽?mm)；
? ——制件孔距最小極限尺寸(mm)；
? △——沖孔件孔徑公差(mm)；
2——凸、凹模最小初始雙面間隙(mm)；
? ——凸模下偏差，可按IT6選用(mm)，根據(jù)表1-3可查得；
? ——凹模上偏差，可按IT7選用(mm), 根據(jù)表1-3可查得；
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或按下列關(guān)系取值：
? 當(dāng)制件公差為 IT10以上，取x=1；
? 當(dāng)制件公差為 IT11～I(xiàn)T13，取x=0.75；
? 當(dāng)制件公差為 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=0.5.
由公差表(1-3)查得：12 為IT14級(jí)。設(shè)凸、凹模分別按IT6和IT7級(jí)加工制造，所以
凸模：=(d+X△)
=(12+0.5×0.43)
=12.215
凹模：=(+2Cmin)
=(12.215+0.16)
=12.375
校核: 因?yàn)? ｜｜＋｜｜=0.011+0.018=0.029mm
2－2=0.24-0.16=0.08mm(2、2是凸、凹模最大許用雙面間隙，查表8.1得2=0.24、2=0.16)
滿足 ｜｜＋｜｜≤2－2。
所以沖孔凸、凹模刃口尺寸=12.215mm，=12.375mm
9.2.2落料凸、凹模計(jì)算：
凹模： =(D－X△)
凸模： =(－2Cmin)＝(D－X△－2Cmin)
式中 ——落料凹?；境叽?mm)；
? ——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)；
2——凸、凹模最小初始雙面間隙(mm)；查表8.1取0.246；
? ——凸模刃口尺寸制造偏差，可按IT6選用(mm)；
? ——凹模刃口尺寸制造偏差，可按IT7選用(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)?？刹楸?-1?。篨=0.5。
由公差表（1-3）查得：12mm 45mm 30mm 75mm為IT14級(jí)。設(shè)凸、凹模分別按IT6和IT7級(jí)加工制造。
所以凹模 12:=(D1-X)
=(12-0.5×0.43)
=11.785mm
30:=(-X)
= (30-0.5×0.52)
= 29.74mm
45:=(-X)
=(45-0.5×0.62)
=44.69mm
75:=(-X)
=(75-0.5×0.74)
=74.63mm
凸模 12:＝(-2)
=(11.785-0.16)
=11.625mm
30:= (-2)
=(29.74-0.16)
=29.58mm
75:=(-2)
=(74.63-0.16)
=74.47mm
校核
因?yàn)? ｜｜＋｜｜=0.018+0.011=0.029mm
｜｜＋｜｜=0.013+0.021=0.034mm
｜｜＋｜｜=0.016+0.025=0.041mm
｜｜＋｜｜=0.019+0.030=0.049mm
2－2=0.24-0.16=0.08mm(2、2是凸、凹模最大許用雙面間隙，查表8.1得2=0.24、2=0.16)滿足｜｜＋｜｜≤2－2。
所以落料凸、凹模刃口尺寸11.785mm、29.74mm、44.69mm、74.63mm、11.625mm、29.58mm、44.53mm、74.47mm。
10主要零部件的設(shè)計(jì)
10.1工作零件的設(shè)計(jì)與計(jì)算
10.1.1凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和外形尺寸計(jì)算
（1）凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
凹模：在沖壓過(guò)程中與凸模配合直接對(duì)沖壓制件進(jìn)行分離或成形的工作零件。
凹模洞口的類型如圖10-1所示，其中a、b、c型為直筒式刃口凹模，其特點(diǎn)是制造方便，刃口強(qiáng)度高，刃磨后工作部分尺寸不變，廣泛用于沖裁公差要求較小，形狀復(fù)雜的精密制件。但因廢料的聚集而增大了推件力和凹模的漲裂力，給凸、凹模的強(qiáng)度都帶來(lái)了不利影響。一般復(fù)合模和上出件的沖裁模用a、c型，下出件用b、d型其中d型是錐筒式刃口，在凹模內(nèi)不聚集材料，側(cè)壁磨損小，但刃口強(qiáng)度差，刃磨后刃口徑向尺寸略有增大。綜上，本設(shè)計(jì)選用c型筒口。
圖10-1凹模類型
（2）外形尺寸計(jì)算
凹模結(jié)構(gòu)分為整體式和鑲拼式兩大類，本設(shè)計(jì)凹模采用整體式凹模，各種沖裁的凹模孔均采用線切割機(jī)床加工，安排凹模在模架上位置時(shí)，要依據(jù)計(jì)算壓力中心的數(shù)據(jù)，將壓力中心