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JIANGXI AGRICULTURAL UNIVERSITY
本 科 畢 業(yè) 論 文（設 計）
題目： 墊片復合模設計
學 院： 工學院
姓 名： 王浩名
學 號： 20085011
專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化
年 級： 機制08級
指導教師： 樊十全 職 稱： 副教授
二0一二 年 五 月
墊片落料沖孔復合模
摘 要
模具是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中重要的工藝裝備之一。在鑄造、鍛造、沖壓、塑料、橡膠、玻璃、粉末冶金、陶瓷等生產(chǎn)行業(yè)中得到廣泛應用。某些發(fā)達國家的模具總產(chǎn)值以超過機床工業(yè)的總產(chǎn)值，在這些國家，模具工業(yè)已擺脫了從屬地位而發(fā)展成為獨立的行業(yè)。近年來，我國的模具工業(yè)也有了較大的發(fā)展，模具制造工藝和生產(chǎn)裝備智能化程度越來越高，極大地提高了模具制造的精度、質量和生產(chǎn)率。
本次畢業(yè)設計的模具的主要作用是墊片的落料和沖孔，該模具在設計時不僅要根據(jù)沖裁件的材料選擇模具的材料，還要根據(jù)沖裁件的形狀、尺寸和精度來確定模具的類型和沖裁的工藝方案。其中確定合理的沖裁間隙是本次設計的重點，它不僅影響沖裁件的形狀、尺寸和精度，還影響模具的使用壽命。模具材料的選擇時應注意材料的性能和強度，應盡量選擇標準件，這樣不僅可以提高模具的壽命還可以縮短模具的制造周期。
在模具設計時不僅要考慮做出的零件能滿足工作要求，還要保證它的使用壽命。本次設計中主要是考慮它的實際工作環(huán)境和必須完成的設計任務，模架采用中間導柱模架，凹模采用洞口形狀凹模，這樣可以一次完成全部的工序加工，在設計中要考慮到很多關于我所設計零件的知識，包括它的使用場合，外觀等。通過這次的設計使我深深的體會到怎樣才能把所學的東西更好的運用到實踐中，設計過程中應注意的問題，使自己在沖壓模方面有了更深更多的了解。模具的精度比較高時在使用的過程中要合理的保養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)問題要及時的修復，這樣才能保證產(chǎn)品的質量，提高模具壽命。
關鍵詞：墊片，落料，沖孔，復合模。
Abstract
? mold is the modern industrial production in one of the important process equipment. In casting, forging, stamping, plastic, rubber, glass, powder metallurgy, ceramic production such as widely used in industry. Some developed countries with more than machine tool industry mold output value of the total output value, in these countries, die and mold industry is already out of a subordinate position and become independent of the industry. In recent years, our country mold industry also has larger development, mold manufacturing process and production equipment intelligence more and more high, greatly improve the precision of the mold manufacture, quality and productivity.
The graduation design of the mold is the main purpose of the gasket blanking and punching, this mold in the design not only according to the material blanking pieces of selecting mold material, and according to the blanking pieces of the shape, size and precision of the type and to determine the mold cutting process scheme. Among them the determination of reasonable cutting clearance is this the point of design, it not only affects the cutting piece of the shape, size and precision, still affect the service life of the die. Die material choice should pay attention to the material properties and strength, should try to choose standard parts, such not only can improve the service life of mold can shorten the mold manufacturing cycle.
In the mold design not only should consider when a parts can meet the job requirements, it also ensures that its service life. The design of the main consideration of its actual work environment and must complete design task, formwork among the guide post formwork, concave die adopt the mouth of the cave shape concave die, so can a complete the process, in the design considerations to a lot about what I design of the knowledge of the parts, including the use of occasions, appearance, etc. Through this design makes my deep experience how can better use what they have learned into practice, design the problems in the process, make oneself in progressive metal stamping has a deeper understanding of the more. The accuracy is higher in the process of use to the reasonable maintenance, found that the problem should be timely repair, so that we can guarantee the quality of the product, improve die life.
Keywords: gaskets, dropping material, punching, compound mold。
目錄
中文摘要............................................................1
英文摘要............................................................2
1 緒論..............................................................5
2 沖壓工藝分析......................................................5
2.1 產(chǎn)品的結構和工藝分析...........................................5
2.2 產(chǎn)品尺寸精度、粗糙度、斷面質量分析.............................6
2.2.1 尺寸精度.....................................................6
2.2.2 產(chǎn)量.........................................................6
2.2.3 產(chǎn)品材料分析.................................................6
3 沖壓工藝方案的確定................................................6
4 墊片沖模結構的確定................................................8
4.1 模具的選擇.....................................................8
4.2 定位裝置.......................................................8
4.3 卸料裝置.......................................................9
4.4 廢料切刀卸料...................................................9
4.5 推件裝置.......................................................9
4.6 彈性裝置.......................................................9
4.7 導向及支撐固定裝置.............................................9
4.8 模架...........................................................9
4.9 墊板..........................................................10
4.10 固定板.......................................................10
4.11 緊固件.......................................................10
5 沖壓工藝的計算...................................................10
5.1 排樣..........................................................10
5.1.1 排樣設計原則................................................10
5.1.2 排樣的分類..................................................11
5.2 搭邊..........................................................11
5.3 送料步距......................................................11
5.4 條料寬度和導料板間距的計算....................................11
5.5 材料利用率的計算..............................................12
5.6 制件的排樣....................................................12
6 模具沖壓工藝的計算...............................................13
6.1 沖裁力的計算..................................................13
6.2 卸料力，推件力，頂件力的計算.................................14
6.3 壓力機公稱壓力的確定..........................................15
6.4 初選壓力機....................................................16
6.5 確定模具的壓力中心............................................16
7 計算模具的刃口尺寸...............................................16
7.1 凸凹模刃口尺寸計算的依據(jù)和計算原則............................16
7.2 凸凹模刃口尺寸的計算..........................................17
7.2.1 沖孔凸凹模的刃口尺寸計算...................................18
7.2.2 落料凸凹模刃口尺寸的計算...................................18
8 沖裁模零部件的設計...............................................18
8.1 凸模結構設計..................................................18
8.1.1 凸模的結構形式.............................................18
8.1.2 凸模長度的計算.............................................19
8.1.3 凸模的強度和剛度校核.......................................20
8.2 凹模結構設計.................................................20
8.3 卸料裝置的設計................................................21
8.3.1 卸料板的有關尺寸的計算.....................................21
8.3.2 橡膠的選用和計算原則.......................................22
8.4 凸凹模長度確定，壁厚的校核....................................23
9 固定零件的設計...................................................24
9.1 墊板..........................................................24
9.2 固定板........................................................25
9.3 緊固件........................................................25
9.4 模柄..........................................................25
9.5 模架..........................................................26
9.5.1 對模架的基本要求...........................................26
9.5.2 模架形式...................................................26
10 模座的設計......................................................29
10.1 上模的設計..................................................29
10.2 下模座的設計................................................30
11 沖模閉合高度的確定..............................................30
12 其他零件的選用..................................................31
12.1 選用中間導柱模架............................................31
12.2 選擇導柱導套................................................31
12.3 定位元件的選擇..............................................32
13 設計沖壓模具時應該注意的事項....................................33
14 壓力機的校核....................................................34
15 模具的裝配圖....................................................34
16 墊片落料沖孔復合模三維圖........................................35
17 參考文獻........................................................37
18 致謝............................................................38
1 緒論
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，可實現(xiàn)高速大批量的生產(chǎn)；節(jié)約原材料，實現(xiàn)無切屑加工；產(chǎn)品質量穩(wěn)定，具有良好的互換性；操作簡單，對操作人員沒有很高的技術要求；利用模具批量生產(chǎn)的零件加工費用低；所加工出的零件與制件可以一次成形，不需進行再加工；能制造出其它加工工藝方法難以加工、形狀比較復雜的零件制品；容易實現(xiàn)生產(chǎn)的自動化的特點。
研究和發(fā)展模具技術，對于促進國民經(jīng)濟的發(fā)展具有特別重要的意義，模具技術已成為衡量一個國家產(chǎn)品制造技術的重要標志之一，隨著工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，模具工業(yè)在國民經(jīng)濟中的地位日益提高，并在國民經(jīng)濟發(fā)展過程中發(fā)揮越來越大的作用。設計出正確合理的模具不僅能夠提高產(chǎn)品質量、生產(chǎn)率、模具使用壽命，還可以提高產(chǎn)品經(jīng)濟效益。在進行模具設計時，必須清楚零件的加工工藝，設計出的零件要能加工、易加工。充分了解模具各部件作用是設計者進行模具設計的前提，新的設計思路必然帶來新的模具結構。
2 沖壓工藝分析
2.1產(chǎn)品的結構和工藝分析
該零件的形狀簡單，精度要求比較低，具有廣泛的應用性和通用性，因此適合大批大量生產(chǎn)。為了便于排泄廢料，故采用倒裝復合模沖裁生產(chǎn)，避免了廢料要人工來清除，節(jié)省了時間，提高了生產(chǎn)率。
上圖為：墊片
由上圖可知，產(chǎn)品為圓型落料，沖孔。該零件形狀簡單，對稱，無狹槽，無尖角。孔與零件邊緣之間最小距離C滿足C>1.5t要求{C=(160-70-20）/2=35,1.5t=1.5×1.5=2.25}。工藝分析該制件形狀簡單、對稱，零件的精度要求和生產(chǎn)批量符合沖裁工藝要求，故采沖孔落料倒裝復合模進行加工。
2.2 產(chǎn)品尺寸精度、粗糙度、斷面質量分析
2.2.1 尺寸精度
查《模具設計與制造簡明手冊》得：， 精度等級為IT13。要求普通沖裁尺寸精度低于IT13級，現(xiàn)在產(chǎn)品的設計精度低于IT13級，故尺寸精度滿足設計要求。
2.2.2 產(chǎn)量
由產(chǎn)品的生產(chǎn)綱領300萬件/年可知為大批大量生產(chǎn)。很適合采用沖壓加工的方法,最好采用復合模。若能加上自動送料裝置，會大大的提高生產(chǎn)率，降低成本。
2.2.3 產(chǎn)品材料分析
對于沖壓材料一般要求的力學性能是強度低 、塑性高、表面質量和厚度公差符合國家標準。本次設計是Q235，屬于普通碳素結構鋼。其力學性能是強度、硬度和塑性指標適中,經(jīng)退火后，沖裁的加工方法是完全可以成形的。另外，產(chǎn)品對于厚度和表面質量沒有嚴格要求，所以盡量采用國家標準的板材，沖裁出的產(chǎn)品的表面質量和厚度公差就可以保證。
經(jīng)上述分析產(chǎn)品的材料性能符合沖壓加工要求。
3 沖壓工藝方案的確定
工藝方案的擬定是指確定零件沖壓時所需工序的性質，工序數(shù)目，工序順序和工序的組合方式。一個沖壓件往往可以有多種沖壓工藝方案，應從產(chǎn)品質量，生產(chǎn)效率，設備占用情況，模具制造的難易程度和壽命高低，操作方便與安全程度等方面進行綜合分析比較，確定最佳的工藝方案。
沖壓工藝的種類有很多，常用的有落料，沖孔，切斷，切邊，切口等，其中落料和沖孔應用最多。從板料上沖下所需要的工件（或毛坯）稱為落料，在工件（或毛坯）上沖出所需的形狀的孔（沖出部分為廢料）稱為沖孔。
本次設計完成此工件需要沖孔、落料兩道工序。其加工的工藝方案分為以下3種：
第一種方案：采用單工序逐步加工：
1：沖孔、落料單工序模。工序簡圖見圖3-1
2：落料、沖孔單工序模。工序簡圖見圖3-2
特點：由于采用單工序模，模具制造簡單，維修方便，但生產(chǎn)率低，工件精度低，很不適合大批量生產(chǎn)
圖3-1 圖3-2
第二種方案：采用復合模加工成形，工序圖見圖3-3：
圖3-3
特點：生產(chǎn)率高，工件精度高，但模具制造較復雜，調整維修較麻煩，使用壽命低。
圖3-4
特點：生產(chǎn)率高，便于實現(xiàn)機械化，自動化，但模具制造復雜，調整維修麻煩，工件精度低。
根據(jù)本零件的設計要求，以及各種方案的特點，決定采用第二種方案比較合理。
4 墊片沖模結構的確定 （查閱《模具設計與制造》 p188）
4.1 模具的選擇
在壓力機的一次工作行程中，在模具同一部位同時完成數(shù)道沖壓工序的模具叫做復合沖裁模具。復合沖裁模具的設計難點是如何在同一個工作位置上合理的布置好幾對凸凹模。
復合沖裁模具的特點是：結構緊湊，生產(chǎn)效率高，制件精度高，特別是制件孔對外形的位置容易保證，另外，復合模結構復雜，對模具零件精度要求較高，模具裝配精度也較高。主要用于生產(chǎn)批量大，精度要求高的沖裁件。
復合模又可以分為正裝復合模和倒裝復合模。
（1） 倒裝復合模：凸凹模裝在下模，落料凹模和沖孔凸模裝在上模。
倒裝復合模通常采用剛性推件裝置把卡在凹模中的沖件推下，剛性推件裝置由打桿推板，連接推桿和推件塊組成。沖孔廢料直接由沖孔凸模沿凸凹模內孔推下，無頂件裝置，結構簡單，操作方便。但是如果采用直刃壁凹模洞口，凸凹模內有積存廢料，脹力較大，當凸凹模壁厚較小時，可能導致凸凹模破裂。
倒裝式復合模的特點：不宜沖制孔邊距較小的沖裁件，但是其結構簡單，又可以直接利用壓力機的打桿裝置進行推件，卸件可靠，便于操作，并為機械化出件提供了有利條件，故應用十分廣泛。
（2）正裝復合模：凸凹模在上模，落料凹模和沖孔凸模在下模。
正裝復合模工作時，板料以導料銷和擋料銷定位，上模下壓，凸凹模外形和凹模進行落料，落下料卡在凹模中，同時沖孔凸模與凸凹模內孔進行沖孔，沖孔廢料卡在凸凹?？變取？ㄔ诎寄Ｖ械臎_件由頂件裝置頂出凹模面。頂件裝置由帶肩頂桿，頂件塊以及裝在下模座底下的彈頂器組成。
正裝式復合模的特點：較適合用于沖制材質較軟的或板料較薄的，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。
經(jīng)分析，此制件有兩個孔。若采用正裝式復合模，操作很不方便。另外，此工件不要求有較高的平直度，工件精度要求低。所以，從操作方便，模具結構制造簡單等方面考慮，決定采用倒裝復合模。
4.2 定位裝置
沖模的定位裝置是用來保證條料的正確送進及在模具中的正確位置的。條料在模具中的定位有2方面的內容：一是在與條料送料方向垂直的方向上的限位，保證條料沿正確的方向送進，稱為送進倒向，或稱導向。二是在送料方向上的限位，控制條料一次送進的距離（步距）稱為送料定距，或稱擋料。對于塊料或工序件的定位，基本也是在這倆個方向上的限位，只是定位零件的結構形式與條料的有所不同而已。
沖模的定位裝置，按其工作方式及作用不同可分為擋料銷，定位板（釘，塊），導正銷，頂距側刃等。
本次設計采用伸縮式擋料銷縱向定位，安裝在下模座和活動卸料板之間。工作時可隨凹模下行而壓入孔內。工作很方便。采用導料螺栓橫向定位。因為它的結構簡單，使用方便，對模具的強度削弱小。
4.3 卸料裝置
沖裁模的卸料裝置是用來對條料，坯料，工件，廢料進行推，卸，頂出動作的機構，以便下次沖壓的正常進行。
卸料裝置分為剛性卸料裝置和彈性卸料裝置2大類，剛性卸料裝置卸料力大，常用于材料較硬，厚度較大，精度要求不高的工件沖裁。彈性卸料裝置靠彈簧或橡膠的彈性壓力，推動卸料板運動而將材料卸下。具有彈性卸料裝置的模具沖出的工件平整，精度要求較高。常用于材料較薄，較軟的工件的沖裁。
（1）條料的卸除。采用彈性卸料板，因為是倒裝式復合模，所以卸料板安裝在下模。
（2）工件的卸除。采用打料裝置將工件從上模落料凹模中推下落在模具工作面上。
（3）沖孔廢料的卸除。采用下模內積聚到一定的數(shù)量，便從下模座的漏孔中派出。
4.4 廢料切刀卸料
對于大中型零件沖裁或者成型件切邊，還常采用廢料切刀的形式，將廢邊切斷分開，達到卸料的目的。
4.5 推件裝置
推件裝置分為剛性推件裝置和彈性推件裝置兩大類。剛性推件裝置常用于倒裝復合模中的推件裝置，裝于模具上模部分。彈性推件裝置一般裝在下模上，常用于正裝復合模或者沖裁薄板料的落料模中，它不僅起彈頂作用，對沖裁件還有壓平作用，可以使沖裁件質量提高。
對于本次設計采用倒裝復合模，所以推件裝置采用剛性推件裝置。
4.6 彈性裝置
彈簧和橡膠是模具中廣泛使用的彈性零件，主要用于頂料，壓邊和局部成型。橡膠承受的負荷比彈簧大，且安裝調整價格不貴，是模具中廣泛使用的彈性元件。所以本次設計中使用橡膠作為彈性零件。
4.7 導向及支撐固定裝置
導向及支撐固定裝置主要包括上下模座，導柱，導套，模柄，凸模固定板等。上下模座的作用是將模具按裝在機床上，同時安裝固定模具的其他零部件，所以模座一般比較厚。導柱，導套用于保證上下模的精確導向，使凸模與凹模能夠正確配合，保證合理間隙。模柄的作用是將模具的上模座固定在壓力機的滑塊上。目前，這些零部件都有相應的國家標準，可裝配在一起構成標準化的模架。
4.8 模架
上下模座（模板）與導柱，導套一起構成了模架。模架是整副模具的支持，承擔沖裁中的全部沖裁載荷，模具的全部零件均以不同的方式直接或間接的固定在模架上，模架的上模座通過模柄與壓力機滑塊相連，下模座通常以螺釘壓板定在壓力機工作臺上。上下模座之間靠導向裝置保持精確定位，引導凸模運動，保證沖裁間隙均勻。模架按國家標準（GB/T2851.1-1990～GB/T2851.7-1990和GB/T2852.1-1990～GB/T2852.4-1990）由專業(yè)生產(chǎn)廠生產(chǎn)，在設計模具時，可以根據(jù)凹模的周界尺寸選擇標準的模架。選擇中主要保證模架有足夠的剛度，精度和可靠的導向精度。模架的主要形式有：
（1）后側導柱模架： 后側導柱模架的兩個導柱，導套處于模架后側，可實現(xiàn)縱向，橫向送料，送料方便。但是由于導柱導套偏置，易引起單邊磨損，不適合浮動模柄的模具。
（2）中間導柱模架： 中間導柱模架的兩個導柱，導套位于模距左右對稱線上。受力均勻，滑動平穩(wěn)，拔模方便,但是只能前后單方向送料。
（3）對角導柱模架： 對角導柱模架的兩個導柱，導套布置于模具的對角線上，不但受力均衡而且能實現(xiàn)縱橫兩個方向送料。
（4）四導柱模架： 四導柱模架具有四個沿四角分布的導柱，導套，不但受力均衡，導向功能強，且剛度大，適合大型模具。
綜合上述特點和本零件的特點，本設計決定采用中間導柱模架。
4.9 墊板
為了防止較小的凸模壓損模座的平面，一般在凸模和模座之間加設墊板。墊板的外形尺寸多與凹模周界一致，墊板材料一般選擇T7，T8或者45剛制成。T7，T8淬火硬度為52～56HRC,45淬火硬度為43～48HRC。
在設計復合模時，凸凹模與模座之間同樣應加裝墊板。
4.10 固定板
在沖裁模中，凸模，凸凹模，鑲塊凸模和凹模都是通過與固定板結合后安裝在模座上的。固定板的周界尺寸和凹模相同，其厚度應為凹模厚度的80%～90%。固定板一般選用Q235制做，有時也用45鋼。凸模固定板上的各型孔位置與凹?？紫鄬?，形狀可以根據(jù)凸模尾部形狀或根據(jù)安裝固定方法確定。
4.11 緊固件
模具中的緊固件零件主要包括螺釘，銷釘?shù)取Ｂ葆斨饕B接沖裁模中的各零件，使其成為整體，而銷釘則起定位作用。螺釘最好選用內六角螺釘，這種螺釘?shù)膬?yōu)點是緊固可靠，由于螺釘頭埋入模板內，模具的外形比較美觀，裝拆空間小。銷釘常采用圓柱銷，設計時，圓柱銷不能少于2個。
銷釘和螺釘?shù)木嚯x不應太小，以防強度降低。模具中螺釘，銷釘?shù)囊?guī)格，數(shù)量，距離，尺寸等在選用時可以參考國家標準中冷沖模典型組合進行設計。
5 沖壓工藝的計算
5.1 排樣
排樣是指沖裁件在條料，帶料，板料上的布置方式。選擇合理的排樣方式和適當?shù)拇钸呏?，是提高材料利用率，降低成本和保證工件質量及模具壽命的有效措施。
5.1.1排樣設計原則
一般沖裁件的排樣應遵守如下原則：
（1）提高材料利用率。沖裁件生產(chǎn)批量大，生產(chǎn)效率高，材料費用一般會占總成本的60%以上，所以材料利用率是衡量排樣經(jīng)濟性的一樣重要指標。在不影響零件性能的前提下，應合理的設計零件外形及排樣，提高材料利用率。
（2）改善操作性能。 沖裁件排樣應使工人操作方便，安全，勞動強度低。一般來說模座沖裁生產(chǎn)時應盡量減少條料飛翻動次數(shù)模座材料利用率相同或者接近時，應選用條料寬度及步距小的排樣方式。
（3）使模具結構簡單合理，使用壽命高。
（4）保證沖裁件質量。
5.1.2排樣的分類
按照材料的利用程度，排樣可以份為有廢料排樣，少廢料排樣，無廢料排樣三種。廢料是指沖裁中除零件以外的其他板料，包括工藝廢料和結構廢料。
（1）有廢料排樣 有廢料排樣是指在沖裁件和沖裁件之間，沖裁件與條料側邊之間均有工藝廢料，沖裁是沿沖裁件的封閉輪廓進行的。
（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和條料側邊之間留有搭邊。沖裁只沿沖裁件的部分輪廓進行，材料利用率可以達70%～90%。
（3）無廢料排樣 無廢料排樣是指在沖裁件和沖裁件之間，沖裁件和條料側邊之間均無搭邊存在，沖裁件實際上是直接由切斷條料獲得的，材料利用率可以高達85%～90%。
5.2 搭邊
沖裁件與沖裁件之間，沖裁件與條料側邊之間留下的工藝余料稱為搭邊。搭邊的作用是：避免因送料誤差發(fā)生零件缺角，缺邊或尺寸超差。使凸凹模刃口收了均衡，提高模具使用壽命及沖裁件斷面質量，此外利用搭邊還可以實現(xiàn)模具的自動送。
沖裁時，搭邊過大，會造成材料浪費，搭邊太小，則起不到搭邊應有的作用，過小的搭邊還會導致板料被拉進凸凹模間隙，加劇模具的磨損，甚至會損壞模具刃口。搭邊的合理數(shù)值主要取決于沖裁件的板料厚度，材料性質，外廓形狀尺寸大小等。一般來說，材料硬時搭邊值可以取小些，材料軟或者為脆性材料時，搭邊值應取得大些，板料厚度大，需要的搭邊值就大，沖裁件的形狀復雜，尺寸大，過渡圓角半徑小，需要的搭邊值就大，手工送料或有測壓板導料時，搭邊值可以取小些。
5.3送料步距
條料在模具中每次送進的距離稱為送料步距或進距，送料步距的大小應該是條料上兩個對應沖裁件的對應點之間的距離。每次只沖一個零件的 步距A的計算公式為： A=D+a
式中： D---------平行于送料方向的沖裁件寬度
a----------沖裁件之間的搭邊值
5.4 條料寬度和導料板間距的計算
無側壓裝置時條料寬度和導料板間距的計算，條料在無側壓裝置的導料板之間送料時，條料寬度和導料板間距按下式計算：
條料寬度：，
導料板間距離：
式中： B--------條料的寬度，mm
Dmax---沖裁件垂直于送料方向的最大尺寸
a---------側搭邊的最小值
--------條料寬度的單向偏差
C-------導料板與最寬條料之間的單面小間隙
5.5 材料利用率的計算
材料利用率是指衡量合理利用材料的指標。材料的利用率通常是以一個步距內零件的時間面積和所用毛坯面積的百分率來表示的：
式中： n--------條料上實際沖裁的零件數(shù)
S2------一個零件的實際面積
L-------條料長度
B------條料寬度
5.6制件的排樣
單排：
（1）搭邊 根據(jù)《模具設計與制造》P172 確定搭邊值a,b
當t=1.5mm時
（2）條料的寬度 采用無側壓裝置，所以，式中 C為導尺與最寬條料之間的最小間隙，見圖5－1，ｍｍ
圖5-1
查《模具設計與制造》p173表得6-10 C=1, —條料寬度的單向偏差（mm）。
查《模具設計與制造》P173表6-9得。=
（3） 導料板間距離 =160+2×2+1=165
（4）材料利用率 若取工件數(shù)量n=20件，則料長為L=20D+19b+2b=20×160+2×1.5+19×1.5=3223.8mm，取L=3225mm，所以條料的規(guī)格為3225×165×1.5
材料的利用率為： =75.5%
交叉雙排：
(1 )搭邊 根據(jù)《模具設計與制造》P172 確定搭邊值a,b 得; a=2 b=1.5
(2)條料的寬度 =139.86mm。
B=c+D+2a=139.86+160+2×2=303.86mm≈300mm，查《模具設計與制造》p173表6-10得=0.9，取mm
工件計數(shù)量n=20+20=40，料長L=20D+19b+2b=20×160+19×1.5+2×1.5=3231.5mm ，所以條料的規(guī)格為3232×1.5×300。
==86.5%
從材料的利用率來分析可知，交叉雙排排樣比單排排樣節(jié)省材料。材料利用率高，所以確定采用交叉雙排排樣的方法。
6 模具沖壓工藝的計算 （根據(jù)《沖壓工藝及沖模設計》 P55）
6.1 沖裁力的計算
沖裁力是指沖裁時凸模所承受的最大壓力，包括施加個板料的正壓力和摩擦阻力。通常所說的沖裁力是指沖裁力的最大值，它是選用壓力機和設計模具的重要依據(jù)之一。
沖裁力公式為
式中 F——沖裁力
——沖孔沖裁力
——落料沖裁力
（1）沖孔沖裁力 =KLtτb
其中： ------沖孔沖裁力
L---------沖裁周邊長度（mm）
t----------材料厚度（mm）
τb-------材料抗剪強度（MPa）
K-------系數(shù)
系數(shù)K 是考慮到實際生產(chǎn)中，模具間隙值的波動和不均勻，刃口的磨損，板料力學性能和厚度波動等因素的影響而給出的修正系數(shù)，一般取K=1.3。
t：材料的厚度為1.5mm，沖孔周長: =2×3.14×20=125.6 (mm)
τb材料抗剪強度Mpa: 查《模具設計與制造簡明手冊》得45鋼，τb=440×560 Mpa 。本次設計中τb取550Mpa。
所以： =KLtτb=1.3×1.5×125.6×550=134706（N），本次設計中取≈135（KN）
（2）落料沖裁力 =ktlτb
其中： --------落料沖裁力
L---------沖裁周邊長度（mm）
t----------材料厚度（mm）
τb-------材料抗剪強度（MPa）
K-------系數(shù)
——落料周長 =3.14×160=502.4 (mm)
參數(shù)的選擇同上：所以 =ktlτb=1.3×1.5×502.4×550=538824（N），本次設計中≈540（KN）
所以沖裁力沖裁力公式為=135+540=675（KN）
6.2 卸料力，推件力，頂件力的計算
板料經(jīng)沖裁后，由于彈性變形恢復的作用，將使沖落部分的材料梗塞在凹模內，而沖裁剩下的材料則緊固在凸模上。為了使沖裁工作繼續(xù)進行，必須將箍在凸模上的料卸下，將卡在凹模內的料推出。從凸模上卸下箍著的料所需要的力稱為卸料力。將梗塞在凹模內的料順沖裁方向推出所需要的力稱為推件力。逆沖裁方向將料從凹模內頂出所需要的力稱為頂件力。
卸料力，推件力和頂件力是從壓力機，卸料裝置或頂件裝置中獲得的。所以在選擇設備的公稱壓力或者設計沖模時，應分別予以考慮，影響這些力的因素較多，主要有材料的力學物理性能，材料的厚度，模具間隙，凹模洞口的結構，搭邊大小，潤滑情況等，一般常用下列經(jīng)驗公式計算：
卸料力：Fx=Kx
推件力：Ft=nKtF
頂件力：=KdF
式中 F-------沖裁力（N）
n--------同時梗塞在凹模內的工件（或廢料）數(shù)
n=h/t
h---------凹模洞口的直壁高度（mm）
t----------材料厚度（mm）
Kx,Kt,Kd-----卸料力，推件力，頂件力系數(shù)
表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
鋁，鋁合金
純銅，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)Kx，在沖多孔，大搭邊和輪廓復雜制件時取上限值
所以綜上所知：卸料力，因為該制件的材料為鋼，料厚t=1.5mm，查表1可知Kx=0.04～0.05。Kx取0.05.即=0.05×540=27(KN)。
推料力 ，查表1取=0.055，n--------同時梗塞在凹模內的工件（或廢料）數(shù)，一般n≦3,本次設計n取3 即=0.055×3×135=22.28（KN）
頂件力 ，查表1取=0.06，即頂件力：=KdF=0.06×675=40.5（KN）
6.3 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沖壓力。計算總沖壓力FZ，原則上只計算同時發(fā)生的力，并根據(jù)不同的模具結構分別對待。
采用彈性卸料裝置和下出料方式的沖裁模時：FZ= F+ Fx+ Ft
采用彈性卸料裝置和上出料方式的沖裁模時：FZ= F+ Fx+Fd
采用剛性卸料裝置和下出料放系的沖裁模時：FZ= F+ Ft
本次設計用彈性卸料裝置和下出方式的沖裁模：FZ= F+ Fx+ Ft=675+27+22.28=724.28（KN）
6.4 初選壓力機 《根據(jù)模具設計與制造》P68
壓力機的公稱壓力應大于計算總沖壓力724.28KN。本次設計可以選J23-1000開柱可傾壓力機。
6.5 確定模具的壓力中心
沖裁壓力中心就是沖裁力的合力的作用點。在沖壓生產(chǎn)中，為保證壓力機和模具是正常工作，必須使模具的沖裁壓力中心與壓力機滑塊中心線重合，否則在沖裁過程中會使滑塊，模柄及導柱承受附加彎矩，使模具與壓力機滑塊產(chǎn)生偏斜，凸凹模制件的間隙分布不均，從而造成導向零件加速磨損，模具刃口及其他零件損壞，甚至會引起壓力機導軌磨損，影響壓力機的精度。因此，在設計模具是，必須確定沖裁的壓力中心，并使之與模柄軸線重合，從而保證沖裁壓力中心與壓力機滑塊中心重合。
形狀對稱的沖裁件，其沖裁壓力中心位于沖裁輪廓的幾何中心上。本次設計該零件完全對稱于相互垂直的兩條對稱線，所以模具的壓力中心在幾何圖形的中心點上。
7 計算模具的刃口尺寸
沖裁時，沖裁件的尺寸精度主要取決于凸凹模具的刃口部分尺寸和公差，并且合理的沖裁間隙也靠凸凹模刃口尺寸保證。因此，正確確定凸凹模刃口尺寸和公差是沖裁模設計中的一項重要工作。
7.1 凸凹模刃口尺寸計算的依據(jù)和計算原則
在沖裁件尺寸的測量和使用過程中都是以光面的尺寸為基準的。落料件
的光面是因凹模刃口擠切材料產(chǎn)生的，而孔的光面是凸模刃口擠切材料產(chǎn)生的。故計算刃口尺寸時，因按落料和沖孔兩種情況分別進行，其原則如下：
（1）落料 落料件光面尺寸與凹模尺寸相等（或基本一致），故應該以凹模尺寸為基準。又因落料件尺寸會隨凹模刃口的磨損而增大，為保證凹模磨損到一定程度仍能沖裁出合格零件，故落料凹模基本尺寸應取工件尺寸公差范圍內較小尺寸，而落料凸?；境叽鐒t按凹模基本尺寸減最小初始間隙。
（2）沖孔 工件光面的孔徑與凸模尺寸相等（或基本一致），故應以凸模尺寸為基準。又因沖孔的尺寸會隨凸模的磨損而減小，故沖孔凸模基本尺寸應取工件孔尺寸公差范圍內的較大尺寸。而沖孔凹模基本尺寸則按凸?；境叽缂幼钚〕跏奸g隙。
（3）孔心距 當工件上需要沖制多個孔時，孔心距的尺寸精度由凹?？仔木啾ＷC。由于凸凹模的刃口尺寸磨損不影響孔心距的變化，故凹?？仔木嗟幕境叽缛≡诠ぜ仔木喙顜У闹悬c上，按雙向對稱偏差標準。
（4）沖模刃口制造公差 凸凹模刃口尺寸精度的選擇應以能保證工件個精度為要求，保證合理的凸凹模間隙值，保證模具一定是使用壽命。
7.2 凸凹模刃口尺寸的計算 (根據(jù)《沖壓工藝及沖模設計》P42)
根據(jù)凸凹模的加工方法不同，刃口尺寸的計算方法也不同，基本上可以分為兩類。本次設計中的制件是屬于圓形工件，采用凸模和凹模分布加工的方法。凸凹模分別加工的優(yōu)點是：凸凹模具有互換性，制造周期短，便于成批制造，其缺點是模具的制造公差小，模具制造困難，成本高。根據(jù)刃口尺寸的計算原則，計算公式如下：
落料： 凹模
凸模
沖孔： 凸模
凹模
孔心距：
式中： ————落料凹，凸模尺寸
—————沖孔凸，凹模尺寸
———————凹?？仔木嗟某叽纾钊」畹?/4，即
————————工件孔心距的最小極限尺寸
————————落料件的最大極限尺寸
————————沖孔件孔的最小極限尺寸
——————————沖裁件制造公差
—————————最小初始雙面間隙
——————————凸凹模的制造公差，可以查有關資料，或取≦0.4,
X—————————系數(shù)，為了避免沖裁件尺寸都偏向極限尺寸，應使沖裁件的實際尺寸盡量接近沖裁件的中間尺寸。X值在0.5～1之間，與沖裁件的精度等級有關。
本次設計中，由零件圖可以知道。該零件屬于無特殊要求的一般沖孔落料件，凸凹模按互相加工法分別制造。零件材料選擇Q235，外形尺寸由落料獲得，內孔尺寸及尺寸由沖孔同時獲得。
確定初始間隙 查≤模具設計與制造≥第2版，高等教育出版社，P32，表2.10和表2.11得： =0.27 =0.31
確定磨損系數(shù)X 查≤模具設計與制造≥第2版，高等教育出版社，P34，表2.12得：沖孔磨損系數(shù)X=0.5，落料磨損系數(shù)X=0.5
7.2.1 沖孔凸凹模的刃口尺寸計算：
查≤模具設計與制造≥第2版，高等教育出版社，P33表2.11得：
= -0.010 =+0.015
凸模刃口尺寸: ==mm
凹模刃口尺寸：
== mm
校核 =（0.015+0.010）mm=0.025mm，-=0.31-0.27=0.04mm
滿足
7.2.2 落料凸凹模刃口尺寸的計算：
查≤模具設計與制造≥第2版，高等教育出版社，P33表2.11得：
= -0.015 =+0.024
凹模刃口尺寸：==
凸模刃口尺寸：==
校核 ：=（0.015+0.024）mm=0.039mm，-=0.31-0.27=0.040mm
滿足
8 沖裁模零部件的設計
8.1 凸模結構設計
8.1.1 凸模的結構形式
凸模的主要形式有圓形凸模，非圓形凸模兩類。本次設計中選用圓形凸模根據(jù)標準（JB/T8057.1～2-1995）規(guī)定，凸模材料用T10A,Cr6WV,9M那V,Cr12,Cr12MoV。刃口部分熱處理硬度前兩種材料為58～60HRC,后三種材料為58～62HRC，尾部回火至40～50HRC。
8.1.2 凸模長度