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題 目 房門(mén)鎖扣板套件沖壓模具設(shè)計(jì)
姓 名
學(xué) 號(hào)
年級(jí)與專(zhuān)業(yè)
指導(dǎo)教師
目 錄
引言…………………………………………………………………………………….........1
1 沖裁件工藝性分析…………………………………………………………….....................2
1.1材料……………………………………………………………………….......................3
1.2工件結(jié)構(gòu)形狀…………………………………………………………………...............3
1.3尺寸精度………………………………………………………………….......................3
2 沖裁工藝方案的確定……………………………………………………….........................5
3 模具結(jié)構(gòu)形式的確定……………………………………………………………….............7
4 模具總體設(shè)計(jì)……………………………………………………………….........................7
4.1模具類(lèi)型的選擇………………………………………………………………...............7
4.2操作與定位方式…………………………………………………...............……………7
4.2.1操作方式…………………………………………...........…………………………......7
4.2.2定位方式………………………………...................…………………………...……...7
4.3卸料與出件方式……………………...................……………………………………....8
4.3.1卸料方式………………...............………....…………………………………………..8
4.3.2出件方式……………………..............................……………………………………...9
4.4送料方式…………………………...........................……………………………………9
4.5導(dǎo)向方式……………………………...........................…………………………………9
5 模具設(shè)計(jì)計(jì)算………………………………...........................……………………………..9
5.1排樣、計(jì)算條料寬度、確定步距、計(jì)算材料利用率……………...............................10
5.1.1排樣方式的選擇……………..............................................…...............…..............…..10
5.1.2計(jì)算條料寬度……………........................................……………………...…………..10
5.1.3確定步距……………………….......................................…………………………….12
5.1.4計(jì)算材料…………………………………...............................……………………….13
5.2沖壓力的計(jì)算…………………………………................................………………….14
5.2.1沖裁力的計(jì)算………………………………………………............................……….15
5.2.2卸料力、頂件力的計(jì)算……………………………………................................……...15
5.3模具壓力中心的確定…………………….....................…………………………….....17
5.4模具刃口尺寸的計(jì)算……….........................……………………………………..…...19
5.4.1沖裁間隙的分析…..........................…………………………………………………...19
5.4.2落料刃口尺寸計(jì)算…………………..............................……………………………....21
5.4.3沖孔刃口尺寸計(jì)算……………..............................…………………………………....22
5.5卸料橡膠的設(shè)計(jì)與選用………………………….................………………………….23
5.5.1卸料板工作行程………………......................................……………………………...23
5.5.2卸料橡膠工作行程………………..........................……………………………….…...24
5.5.3卸料橡膠自由高度………...............................………………………………………...24
5.5.4卸料橡膠的預(yù)壓縮量…………………………............................……………………..24
5.5.5每個(gè)橡膠所承受的載荷…………………………………………..….............................24
5.5.6卸料橡膠的外徑……………………………………………………….........................25
5.5.7較核橡膠的自由高度………………………………....................................…………..25
5.5.5卸料橡膠安裝高度……………………………...............................…………………..25
6 主要零部件設(shè)計(jì)………………………………..........................……………………….…25
6.1工作零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)………………………………………......................…………...25
6.1.1凸凹模設(shè)計(jì)……………………………………......................…………….………….25
6.1.2落料凹模設(shè)計(jì)………………………………......................……………………….….26
6.1.3沖孔凸模設(shè)計(jì)…………………………..............................…………………………..28
6.2卸料部件的設(shè)計(jì)……………………………………………..............………………...28
6.2.1卸料板的設(shè)計(jì)……………………………………………………….......................…..28
6.2.2卸料螺釘?shù)倪x用…………………………………………………………….................28
6.3模架及其他零部件的選用.............................................................................................29
7 較核模具閉合高度及壓力機(jī)有關(guān)參數(shù)…………………………………………...............29
7.1校核模具閉合高度.........................................................................................................29
7.2沖壓設(shè)備的選定.............................................................................................................30
8 設(shè)計(jì)并繪制模具裝配圖、選取標(biāo)準(zhǔn)件……………………………………….…..............31
9 繪制非標(biāo)準(zhǔn)件零件圖……………………………………………………….…..................31
結(jié)束語(yǔ)…………………………………………………………………………...................31
參考文獻(xiàn)………………………………………………………………...............................33
摘要
通過(guò)對(duì)房門(mén)鎖扣板套件沖裁工藝性的正確分析，設(shè)計(jì)了一副正裝式復(fù)合沖裁模。詳細(xì)的敘述了模具的整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程包括零件工藝性分析、沖裁工藝方案的確定、模具結(jié)構(gòu)形式的確定、模具總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、主要參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算等，并繪制出模具裝配圖和非標(biāo)準(zhǔn)件零件圖。
關(guān)鍵詞：零件分析 ；裝配圖；模具設(shè)計(jì)
- 34 -
引言
沖壓模具在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。在傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)中，工人生產(chǎn)的勞動(dòng)強(qiáng)度大、勞動(dòng)量大，嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率的提高。隨著當(dāng)今科技的發(fā)展，?工業(yè)生產(chǎn)中模具的使用已經(jīng)越來(lái)越引起人們的重視，而被大量應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中來(lái)。沖壓模具的自動(dòng)送料技術(shù)也投入到實(shí)際的生產(chǎn)中，沖壓模具可以大大的提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率，減輕工人負(fù)擔(dān)，具有重要的技術(shù)進(jìn)步意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
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，具有生產(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(méi)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)。
研究和發(fā)展模具技術(shù)，對(duì)于促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有特別重要的意義，模具技術(shù)已成為衡量一個(gè)國(guó)家產(chǎn)品制造技術(shù)的重要標(biāo)志之一，隨著工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，模具工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位日益提高，并在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中發(fā)揮越來(lái)越大的作用。
設(shè)計(jì)出正確合理的模具不僅能夠提高產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)率、具使用壽命，還可以提高產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)效益。在進(jìn)行模具設(shè)計(jì)時(shí)，必須清楚零件的加工工藝，設(shè)計(jì)出的零件要能加工、易加工。充分了解模具各部件作用是設(shè)計(jì)者進(jìn)行模具設(shè)計(jì)的前提，新的設(shè)計(jì)思路必然帶來(lái)新的模具結(jié)構(gòu)。
1 沖材件工藝性分析
工件名稱(chēng)：房門(mén)鎖扣板套件
工件簡(jiǎn)圖：如下圖1所示
生產(chǎn)批量：大批量
材料：Q235-A鋼
材料厚度：2mm
圖1
1.1材料
由表1、表2分析知：Q235-A鋼為普通碳素結(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，有兩個(gè)矩形孔，孔與邊緣之間的距離也滿(mǎn)足要求，最小壁厚為5mm滿(mǎn)足許用壁厚要求（兩矩形孔之間、孔與邊緣之間的壁厚），可以沖裁。
1.3尺寸精度
根據(jù)零件圖上所注尺寸公差，經(jīng)查公差表，內(nèi)孔和外形都為IT12級(jí)，尺寸精度均較低，普通沖裁完全可以滿(mǎn)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。
表1 碳素結(jié)構(gòu)鋼的化學(xué)成分、性能及用途
牌號(hào)
等級(jí)
化學(xué)成分
σS/MPa
δ5/%
σb/MPa
用途舉例
鋼材厚度和型材直徑≤16mm
ωc／%
不小于
Q195
—
0.06～0.12
195
33
315～390
用來(lái)制造薄鋼板、鋼絲、管鋼、鋼釘、螺釘、地腳螺栓等
Q215
A
0.09～0.15
215
31
335～410
B
Q235
A
0.14～0.22
235
26
375～460
用來(lái)制造拉釘、螺栓、螺母、軸、銷(xiāo)子、螺紋鋼、角鋼、槽鋼、鋼板等
B
0.12～0.20
C
≤0.18
D
≤0.17
Q255
A
0.18～0.28
255
24
410～510
用來(lái) 制造各種型條鋼和鋼板
B
Q275
—
0.28～0.38
275
20
490 ～610
?相當(dāng)于35～40鋼
表2 部分碳素鋼抗剪性能
材料名稱(chēng)
牌號(hào)
材料狀態(tài)
抗剪強(qiáng)度（Mpa）
普通碳素鋼
Q195
未退火
260---320
Q235
310---380
Q275
400---500
2 沖裁工藝方案的確定
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3 各類(lèi)模具結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)比較
模具種類(lèi)比較項(xiàng)目
單工序模
（無(wú)導(dǎo)向）（有導(dǎo)向）
級(jí)進(jìn)模
復(fù)合模
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，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)
根據(jù)分析結(jié)合表3分析：
方案一模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造周期短，制造簡(jiǎn)單，但需要兩副模具，成本高而生產(chǎn)效率低，難以滿(mǎn)足大批量生產(chǎn)的要求。
方案三只需一副模具，生產(chǎn)效率高，操作方便，精度也能滿(mǎn)足要求，但模具輪廓尺寸較大，制造復(fù)雜，成本較高。
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(mǎn)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。
通過(guò)對(duì)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。
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。
制件的平直度要求較高，孔邊距較小，工件最小壁厚為5mm接近倒裝式復(fù)合模最小許用壁厚4.9mm,不能使用倒裝是復(fù)合模生產(chǎn)。由以上分析確定該制件的生產(chǎn)采用正裝式復(fù)合模具生產(chǎn)。
4 模具總體設(shè)計(jì)
4.1模具類(lèi)型的選擇
由沖壓工藝分析可知，采用復(fù)合模沖壓，所以模具類(lèi)型為正裝式復(fù)合模。
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，也能滿(mǎn)足生產(chǎn)要求，這樣就可以降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。
4.2.2定位方式
因?yàn)閷?dǎo)料銷(xiāo)和固定擋料銷(xiāo)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(xiāo)，控制送料步距采用固定擋料銷(xiāo)。
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、正裝復(fù)合模的卸料裝置。
工件平直度較高，料厚為2mm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(jiàn)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
因采用正裝式復(fù)合模生產(chǎn)，故采用上出件為佳。
4.4確定送料方式
因選用的沖壓設(shè)備為開(kāi)式壓力機(jī)且垂直于送料方向的凹模寬度B大于送料方向的凹模長(zhǎng)度L故采用縱向送料方式，即由前向后送料。
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(chēng)的對(duì)角線(xiàn)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(chēng)線(xiàn)上，導(dǎo)向平穩(wěn)、準(zhǔn)確。單只能一個(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，該復(fù)合模采用中間導(dǎo)柱的導(dǎo)向方式，即方案四最佳。
5 模具設(shè)計(jì)計(jì)算
5.1排樣 計(jì)算條料寬度、確定步距、計(jì)算材料利用率
5.1.1排樣方式的選擇
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。
5.1.2計(jì)算條料寬度
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)還有拉入凸、凹模間隙中損壞模具刃口，降低模具壽命?；蛴绊懰土瞎ぷ?。
搭邊值通常由經(jīng)驗(yàn)確定，表4所列搭邊值為普通沖裁時(shí)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)之一。
根據(jù)零件形狀，查表4工件之間搭邊值a=2.0mm, 工件與側(cè)邊之間搭邊值a1=2.2mm, 條料是有板料裁剪下料而得，為保證送料順利，規(guī)定其上偏差為零，小偏差為負(fù)值—△
B=（Dmax＋2a）0△ （公式1）
式中 Dmax—條料寬度方向沖裁件的最大尺寸；
a— 沖裁件之間的搭邊值；
△—板料剪裁下的偏差；（其值查表5）
B=120＋2×2.2
=124.40-0.7mm
故條料寬度在123.～124.4mm之間
表4 搭邊值和側(cè)邊值的數(shù)值
材料厚度t（mm)
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a1
側(cè)邊a
工件間a
側(cè)邊a1
工件間a1
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
表5 剪裁下的下偏差△（mm）
條料厚度t(mm)
條料寬度b(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
5.1.3確定步距
送料步距S：條料在模具上每次送進(jìn)的距離稱(chēng)為送料步距，每個(gè)步距可沖一個(gè)或多個(gè)零件。進(jìn)距與排樣方式有關(guān)，是決定擋料銷(xiāo)位置的依據(jù)。條料寬度的確定與模具的結(jié)構(gòu)有關(guān)。
進(jìn)距確定的原則是，最小條料寬度要保證沖裁時(shí)工件周邊有足夠的搭邊值；最大條料寬度能在沖裁時(shí)順利的在導(dǎo)料板之間送進(jìn)條料，并有一定的間隙。
復(fù)合模送料步距S
S＝12＋26＋2
＝40mm
排樣圖如圖2所示。
圖2
5.1.4計(jì)算材料利用率
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，它是衡量合理利用材料的重要指標(biāo)。
一個(gè)步距內(nèi)的材料利用率
η＝Ａ/BS×100% (公式2)
式中 A—一個(gè)步距內(nèi)沖裁件的實(shí)際面積；
B—條了寬度；
S—步距；
由此可之，η值越大，材料的利用率就越高，廢料越少。廢料分為工藝廢料和結(jié)構(gòu)廢料，結(jié)構(gòu)廢料是由本身形狀決定的，一般是固定不變的，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。
排樣合理與否不但影響材料的經(jīng)濟(jì)和利用，還影響到制件的質(zhì)量、模具的的結(jié)構(gòu)和壽命、制件的生產(chǎn)率和模具的成本等技術(shù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。因此，排樣時(shí)應(yīng)考慮如下原則：
1、 提高材料利用率（不影響制件使用性能的前提下，還可以適當(dāng)改變制件的形狀）。
2、 排樣方法使應(yīng)操作方便，勞動(dòng)強(qiáng)度小且安全。
3、 模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、壽命高。
4、 保證制件質(zhì)量和制件對(duì)板料纖維方向的要求。
一個(gè)步距內(nèi)沖裁件的實(shí)際面積
A=20×24＋(40＋50)×7
=3510mm2
所以一個(gè)步距內(nèi)的材料利用率
η＝Ａ／BS×100%
=3510／4984.8×124×40.2×100%
=70.4%
考慮料頭 、尾料和邊角余料消耗，一張板材上的總利用率η總為
η總= nA1／LB×100% (公式3)
式中 n—一張板料上沖裁件的總數(shù)目；
A1—一個(gè)沖裁件的實(shí)際面積；
L—板料長(zhǎng)度；
B—板料寬度。
查板材標(biāo)準(zhǔn)（見(jiàn)附錄1），宜選用650mm×1300mm的鋼板，每張鋼板可剪裁為5張條料（124.4mm×1300mm）,每張條料可以沖32個(gè)工件，所以每張鋼板的材料利用率
η總 = nA1/LB×100%
=32×(3510-664)/124.4×1300×100%
=62.4%
根據(jù)計(jì)算結(jié)果知道選用直排材料利用率可達(dá)62.4%，滿(mǎn)足要求。
5.2沖壓力的計(jì)算
5.2.1沖裁力的計(jì)算
在沖裁過(guò)程中，沖裁力是隨凸模進(jìn)入凹模材料的深度而變化的。通常說(shuō)的沖裁力是指沖裁力的最大值，它是選用壓力機(jī)和設(shè)計(jì)模具重要依據(jù)之一。
用平刃沖裁時(shí)，其沖裁力Ｆ一般按下式計(jì)算：
F=KLtτb( 公式4)
式中 F—沖裁力；
L—沖裁周邊長(zhǎng)度；
t—材料厚度；
τb—材料抗剪強(qiáng)度；
?。恕禂?shù)；
L=120＋2×24＋50＋20＋40＋2×15＋2×26＋2×14＋2×10＋2×30
=468mm
系數(shù)Ｋ是考慮到實(shí)際生產(chǎn)中，模具間隙值的波動(dòng)和不均勻，刃口磨損、板料力學(xué)性能和厚度波動(dòng)等原因的影響而給出修正系數(shù)，一般?。?1.3。
τb的值查表2為310~380Ｍpa,取τb=380Mpa
所以
F=KLtτb
=1.3×468×2×380
=462384N
5.2.2卸料力、頂件力的計(jì)算
在沖裁結(jié)束時(shí)，由于材料的彈性回復(fù)（包括徑向回復(fù)和彈性翹曲回復(fù)）及摩擦的存在，將使沖落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(jìn)行，必須將緊箍在凸模上的料卸下，將梗塞在凹模內(nèi)的材料推出。從凸模上卸下箍著的料稱(chēng)卸料力；逆沖裁方向?qū)⒘蠌陌寄?nèi)頂出所需要的力稱(chēng)為頂件力。一般按以下公式計(jì)算：
卸料力
F X=KXF （公式5）
頂件力
FD=KDF （公式6）
FX=KXF
=0.05×462384N=23119.2N
（KX為卸料力系數(shù)，其值查表6可得）
FD=KDF
=0.06×462384N=27743.88N
所以總沖壓力
FZ=F+FX+FD
=462384N+23119.2N+27743.88N
=513247.08N
壓力機(jī)公稱(chēng)壓力應(yīng)大于或等于沖壓力，根據(jù)沖壓力計(jì)算結(jié)果擬選壓力機(jī)為J23—63。
表6 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
＞0.5~0.25
＞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
5.3模具壓力中心的確定
模具壓力中心是指沖壓時(shí)諸沖壓力合力的作用點(diǎn)位置。為了確保壓力機(jī)和模具正常工作，應(yīng)使模具的壓力中心與壓力機(jī)滑塊的中心相重合，否則，會(huì)使沖模和力機(jī)滑塊產(chǎn)
生偏心載荷，使滑塊和導(dǎo)軌之間產(chǎn)生過(guò)大的摩擦，模具導(dǎo)向零件加速磨損，降低模具和壓力機(jī)的使用壽命。沖模的壓力中心，可以按下述原則來(lái)確定：
1.對(duì)稱(chēng)形狀的單個(gè)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(duì)稱(chēng)時(shí)，沖模的壓力中心與零件的對(duì)稱(chēng)中心相重合。
3.形狀復(fù)雜的零件、多孔沖模、級(jí)進(jìn)模的壓力中心可以用解析計(jì)算法求出沖模壓力中心。
X0=（L1x1＋L2x2＋…Lnxn）/(L1＋L2＋…Ln) （公式7）
Y0=（L1y1＋L2y2＋……Lnyn ）/（L1＋L2＋…＋Ln） （公式8）
用解析法計(jì)算壓力中心時(shí)，先畫(huà)出凹模形口圖，如圖3所示。在圖中將XOY坐標(biāo)系建立在建立在圖示對(duì)稱(chēng)中心線(xiàn)上，將沖裁輪廓線(xiàn)按幾何圖形分解成L1~L10共10組基本線(xiàn)段，用解析法求得該模具壓力中心的坐標(biāo)。有關(guān)計(jì)算如表7所示。
由以上計(jì)算結(jié)果可以看出，該工件沖裁力不大，壓力中心偏移坐標(biāo)原點(diǎn)O較小，為了便于模具的加工和裝配，模具壓力中心依然選在坐標(biāo)原點(diǎn)。
表7 壓力中心的計(jì)算
基本要素長(zhǎng)度L/mm
基本要素壓力中心的坐標(biāo)值（mm)
X
Y
L1=40
15
26
L2=15
7.5
19
L3=50
35
12
L4=24
60
0
L5=120
0
-12
L6=20
-50
12
L7=80
-15
0
L8=80
30
0
L9=15
-37.5
19
L10=24
-60
0
合計(jì)468
4.5
0.84
5.4模具刃口尺寸的計(jì)算
5.4.1沖裁間隙分析
根據(jù)JB/Z271——86規(guī)定，沖裁間隙是指凸，凹模刃口間隙的距離，用符號(hào)C表示，其值可為正也可為負(fù)，在普通沖裁模中均為正值。它對(duì)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。因此，沖裁間隙是沖裁工藝與模具設(shè)計(jì)中的一個(gè)非常重要的工藝參數(shù)。
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?；虬寄５钠睿悄＞弑旧淼闹圃炱?。
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。而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，出現(xiàn)間隙不均勻的不利影響，從而提高模具壽命。
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)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(jiàn)，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(mǎn)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(chēng)為最小合理間隙Cmin，最大值稱(chēng)為最大合理間隙Cmax?？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Cmin。
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(lèi)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)分析沖裁模間隙采用查表法確定，查沖裁模初使用間隙（見(jiàn)附錄2）得Zmax=0.360mm,Zmin=0.246mm。
工件形狀較復(fù)雜，采用配作法加工凹、凸模。配作法加工的特點(diǎn)是模具的間隙由配做保證，工藝比較簡(jiǎn)單，無(wú)需較核[δT＋δA]≤Zmax—Zmin的條件，并且還可以放大基準(zhǔn)件的制造公差，使制造容易，所以采用配作法加工。
5.4.2落料
落料時(shí)應(yīng)以凹模為基準(zhǔn)件來(lái)配作凸模。凹模磨損后變的尺寸有：1200-0.21、240-0.25、380-0.25、400-0.25、5000.25、120-0.15、300-0.21，各刃口尺寸具體計(jì)算見(jiàn)表8。
表8 落料凹模刃口尺寸計(jì)算
尺寸
公式
結(jié)果
備注
1200-0.21
A=（Amax＋x△）0+δA
A1=119.740+0.08
查表8：
x1=x2=x3=x4=x5=x6=0.75,x7=1,取δA=△/4
240-0.25
A2=23.840+0.05
380-0.25
A3=37.810+0.06
400-0.25
A4=39.810+0.06
5000.25
A5=49.810+0.06
120-0.15
A6=29.810+0.06
300-0.21
A7=11.850+0.04
凸模刃口尺寸按凹模實(shí)際刃口尺寸配制，保證雙面間隙值（0.246~0.360）mm。
5.4.3沖孔
沖孔時(shí)應(yīng)以凸模為基準(zhǔn)件來(lái)配作凹模。凹模磨損后變小的尺寸有：260+0.21、140+0.18、300+0.21、100+0.15。凹模磨損后不變的尺寸有：45±0.12各刃口尺寸具體計(jì)算見(jiàn)表9。
表9 落料凸模刃口尺寸計(jì)算
尺寸
公式
結(jié)果
備注
260+0.21
b=(bmin+x△)0δT
b1=21.160-0.05
查表8：X1=X3=0.75，X2=X4=1，δT=△/4
140+0.18
b2=14.180-0.04
300+0.21
b3=30.160-0.05
100+0.15
b4=10.150-0.03
45±0.1
C=c±δT
C=45±0.03
凹模刃口尺寸按凸模實(shí)際刃口尺寸配制，保證雙面間隙值（0.246~0.360）mm
表10 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
5.5卸料橡膠的設(shè)計(jì)
5.5.1卸料板工作行程h
h＝h1＋h2＋t
＝1＋3＋2
＝6mm
h1為凸凹模凹進(jìn)卸料板的深度1mm，h2為凸凹模沖裁后進(jìn)入凹模的深度3mm,t為材料厚度2mm。
5.5.2卸料橡膠工作行程H
H＝h1＋h0
＝6＋5＝11mm
h0為凸凹模修磨量，取5mm
5.5.3卸料橡膠自由高度H0
H0＝4H
＝4×11＝44mm
取H為H0的25%
5.5.4卸料橡膠的預(yù)壓縮量H1
H1＝15%H0
＝0.15×44
＝6.6mm
（一般取H1=10%～15%H0）
5.5.5每個(gè)橡膠所承受的載荷F1
根據(jù)模具安裝位置和模具結(jié)構(gòu)，選取4個(gè)卸料橡膠。
F1＝Fx/4
＝3960/4
＝990N
5.5.6卸料橡膠的外徑D
D2＝d2＋1.27F1/P
=1444mm
所以
D=38mm
（取P＝1，d＝13）
5.5.7較核卸料橡膠自由高度H0
X＝H0/D
＝44/3
＝1.16
0.5＜H0＜1.5 ，滿(mǎn)足要求。
5.5.8卸料橡膠安裝高度H2
H2＝H0－H1
＝44－6.6
＝37.4mm
6 主要部零件設(shè)計(jì)
6.1工作零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
6.1.1凸凹模
零件外形相對(duì)復(fù)雜，根據(jù)實(shí)際情況并考慮加工，為了滿(mǎn)足凸凹模強(qiáng)度和剛性，將凸凹模設(shè)計(jì)成階梯式，使裝配修磨方便。采用成形銑、成形磨削加工。凸凹?？傞L(zhǎng)L：
L＝H1＋H2＋H3－H4
＝20＋37.4＋15－1
＝71.4mm
H1為凸凹模固定板厚度，H2為橡膠安裝高度，H3為彈壓卸料板厚度，H4為凸凹模凹進(jìn)彈壓卸料板的深度。
6.1.2落料凹模
落料凹模采用整體凹模，采用線(xiàn)切割機(jī)床加工，安排凹模在模架上的位置時(shí)，要依據(jù)計(jì)算壓力中心的數(shù)據(jù)，將壓力中心與模柄中心重合。其外形尺寸按相關(guān)公式計(jì)算：
凹模厚度
H＝KS （公式9）
＝0.2×120
＝24mm
(查表11取K＝0.2)
取凹模厚度H＝30mm
凹模寬度
B＝S＋(2.5～4.0)H （公式10）
=120＋（2.5～4.0）×30
=195～240mm
取凹模寬度B=220mm
凹模長(zhǎng)度
L＝S1＋2S2 （公式11）
＝38＋2×52＝142mm
（其中S為垂直于送料凹模刃壁間最大距離，S1為送料方向刃壁間最大距離，S2為凹模刃壁至邊緣的最小距離，K為系數(shù)查相關(guān)圖表可得。）
凹模整體輪廓尺寸L×B×H=142mm×220mm×30mm
表11 凹模厚度系數(shù)K
S/mm
材料厚度t/mm
≤1
＞1～3
＞3～6
≤50
0.30～0.40
0.35～0.50
0.45～0.60
＞50～100
0.20～0.30
0.22～0.35
0.30～0.45
＞100～200
0.15～0.20
0.18～0.22
0.22～0.30
＞200
0.10～0.15
0.12～0.18
0.15～0.22
表12 凹?？妆谥吝吘壍木嚯xS2
材料寬度B/mm
材料厚度t/mm
≤0.8
＞0.80～0.15
＞1.5～3.0
＞3.0～5.0
≤40
20
22
28
32
＞40～50
22
25
30
35
＞50～70
28
30
36
40
＞70～90
34
36
42
46
＞90～120
38
42
48
52
＞120～150
40
45
25
55
6.1.3沖孔凸模
所沖孔為矩形孔，為方便裝配和滿(mǎn)足凸模強(qiáng)度將沖孔凸孔凸模設(shè)計(jì)成階梯式，采用數(shù)控銑削床加工。其總長(zhǎng)按相關(guān)公式計(jì)算：
L＝h1＋h2＋h3
＝20＋20＋30
＝70mm
（其中h1為凸模固定板厚度，h2為凹模墊板厚度，h3為凹模厚度。）
6.2卸料部件的設(shè)計(jì)
6.2.1卸料板的設(shè)計(jì)
卸料板采用45鋼制造，淬火硬度40～45HRC，卸料板輪廓尺寸與落料凹模輪廓尺寸相同，厚度為15mm。
6.2.2卸料螺釘?shù)倪x用
卸料板上設(shè)置4個(gè)卸料螺釘，公稱(chēng)直徑為10mm,螺紋部分為M8×10mm,卸料螺釘尾部應(yīng)留有足夠的行程空間，以保證卸料的正常運(yùn)動(dòng)。卸料螺釘擰緊后，應(yīng)使卸料螺板超出凸凹模端面1mm,有誤差時(shí)通過(guò)在螺釘與卸料板之間安裝墊片來(lái)調(diào)整。
6.3模架及其他零部件的選用
該模具采用中間導(dǎo)柱模架，這種模架的導(dǎo)柱在模具中間位置，沖壓時(shí)可防止由于偏心力矩引起的模具歪斜，以凹模輪廓尺寸為依據(jù)，選擇模架規(guī)格。導(dǎo)柱d/mm×L/mm分別為Φ30mm×220mm,Φ32mm×220mm；導(dǎo)套d/mm×L/mm×D/mm分別為Φ30mm×120mm ×40mm, Φ32mm×120mm×42mm。
上模座厚度H1取45mm,凸凹模墊板厚度H2取10mm,凸凹模固定板厚度H3取20mm,卸料板厚度H4取15mm。
下模坐厚度H5取50mm,凸模墊板厚度H6取10mm,凸模固定板厚度H7取20mm,凹模墊塊厚度H8取20mm。
模具閉合高度H
H＝H1＋H2＋H5＋H6＋H凸＋H凸凹－h(huán)
＝45mm＋10mm＋50mm＋10mm＋