ZL50裝載機總體及工作裝置設(shè)計
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桂林電子科技大學畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙
編號：
畢業(yè)設(shè)計(論文)說明書
題 目： 柜門緩沖支架沖孔
彎曲級進模設(shè)計
學 院： 國防生學院
專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化
學生姓名： 李卓霖
學 號： 1000110106
指導教師： 曹泰山
職 稱： 講師
題目類型： 理論研究 實驗研究 工程設(shè)計 工程技術(shù)研究 軟件開發(fā)
2014年05月04日
桂林電子科技大學畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙
摘 要
沖壓模具技術(shù)是模具制造業(yè)中最重要的組成部分，機械、電子、輕工業(yè)等制造生產(chǎn)中大量使用了沖壓零件。沖壓模具技術(shù)水平的高低，發(fā)展前景的好壞直接影響到整個制造業(yè)的發(fā)展。隨著產(chǎn)品競爭日益激烈，產(chǎn)品更新加速，促使了沖壓技術(shù)的發(fā)展更加快速、更加完善。
多工位級進模是在普通級進模的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的精密、高效、高壽命的先進模具。多工位級進模在不同的工位可以連續(xù)完成復雜零件的沖裁、彎曲、拉深、翻孔、翻邊及其它成形等工序。主要用于生產(chǎn)批量大、材料厚度較薄、形狀復雜、精度要求較高的中小型沖壓件的生產(chǎn)。
本畢業(yè)設(shè)計以柜門緩沖支架沖孔彎曲級進模設(shè)計為題，內(nèi)容包括產(chǎn)品的工藝分析和設(shè)計模具的整個沖壓模設(shè)計的流程。首先，從該產(chǎn)品的特點入手，通過進行工藝分析，確定該制件的加工流程，用一套級進模一次性依次完成沖孔、沖裁外形、彎曲、成形。闡述了沖孔彎曲級進模的整體結(jié)構(gòu)特點及工作過程，應注意的問題和裝配工藝性。重點分析了級進模具的結(jié)構(gòu)的工作原理。沖孔彎曲模是本次畢業(yè)設(shè)計的難點和創(chuàng)新點，它在未來的模具發(fā)展中具有重要的實用性。
關(guān)鍵詞：沖壓；級進模；沖孔；彎曲
Abstract
Stamping die mold manufacturing technology is the most important part of the machinery, electronics, light industry manufacturing heavy use of stamping parts. The level of stamping die technology, the development prospects of a direct impact on the entire manufacturing industry. With the increasingly competitive products, product updates to accelerate, prompting the stamping technology faster and more complete.
Multi-position into modules are o-level into mode in the developed on the basis of precision, high efficiency, high life-span advanced mold. Multi-position into the mold in different location can continuously complete complex components cutting, bending, deep drawing, the hole flanging, flanging and other forming processes. Mainly for the production of batch big, material is very thin, complex shape, higher accuracy of small and medium-sized stamping production.
The graduation to the door cushion bracket punching bending progressive die design stage title，level of technology includes product design and analysis of the whole stamping die mould design process. First, from the product's characteristics of technology, through analysis of the parts, and determine the processing flow, using a set of complete progressive die in Punching, blanking, bending, forming shape. Expounds the Progressive die punching bending a mold structure characteristics and working process, Focus on the analysis of the structure of progressive die working principle . Punching bending die is the graduation design difficulties and innovations, it in future mould development have an important practical.
Key words: stamping；Progressive die；punching；bending
目 錄
引 言 1
1 沖裁件的工藝性分析 3
1.1 沖裁件的結(jié)構(gòu)工藝性 3
1.1.1 沖裁件的形狀 3
1.1.2 沖裁件的尺寸精度 4
2 制件沖壓工藝方案的確定 5
2.1 沖壓工序的組合 5
2.2 沖壓順序的安排 5
3 制件排樣圖的設(shè)計及材料利用率的計算 6
3.1 展開尺寸的計算 6
3.2 制件排樣圖的設(shè)計 7
3.2.1搭邊與料寬 8
3.2.2 材料利用率的計算 10
4 確定總沖壓力和選用壓力機及計算壓力中心 11
4.1 沖壓力 11
4.1.1 沖裁力的計算 11
4.1.2卸料力、推件力及頂件力的計算 11
4.1.3彎曲力的計算 11
4.2 壓力中心的計算 13
4.3 壓力機的選用 14
5 凸、凹模刃口尺寸計算 16
5.1 凸、凹模刃口尺寸計算原則 16
5.2 凸、凹模刃口尺寸計算方法 17
5.2.1 凸模和凹模分開加工 17
5.2.2 彎曲部分刃口尺寸的計算 19
6 模具整體結(jié)構(gòu)形式設(shè)計 24
7 模具零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 25
7.1 凹模的設(shè)計 25
7.2 凸模的設(shè)計 25
7.3 凸模固定板的設(shè)計 27
7.4 壓料板的設(shè)計 27
7.5 墊板的設(shè)計 28
7.6 模架和模柄的確定 28
8 模具的總裝配 32
8.1 模具的安裝與裝配 32
8.1.1模具的安裝 32
8.1.2模具安裝 32
8.2 模具的試沖與調(diào)整 33
8.2.1試沖過程的調(diào)整 33
結(jié) 論 34
致 謝 35
參考文獻 36
桂林電子科技大學畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 36 頁 共 36 頁
引 言
模具行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及市場前景。現(xiàn)代模具工業(yè)有“不衰亡工業(yè)”之稱。世界模具市場總體上供不應求，市場需求量維持在700億至850億美元，同時，我國的模具產(chǎn)業(yè)也迎來了新一輪的發(fā)展機遇。近幾年，我國模具產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值保持15%的年增長率（據(jù)不完全統(tǒng)計，2005年國內(nèi)模具進口總值達到700多億，同時，有近250個億的出口），到2007年模具產(chǎn)值預計為700億元，模具及模具標準件出口將從現(xiàn)在的每年9000多萬美元增長到2006年的2億美元左右。單就汽車產(chǎn)業(yè)而言，一個型號的汽車所需模具達幾千副，價值上億元，而當汽車更換車型時約有80%的模具需要更換。2005年我國汽車產(chǎn)銷量均突破550萬輛，預計2007年產(chǎn)銷量各突破700萬輛，轎車產(chǎn)量將達到300萬輛。另外，電子和通訊產(chǎn)品對模具的需求也非常大，在發(fā)達國家往往占到模具市場總量的20%之多。目前，中國17000多個模具生產(chǎn)廠點，從業(yè)人數(shù)約50多萬。1999年中國模具工業(yè)總產(chǎn)值已達245億元人民幣。工業(yè)總產(chǎn)值中企業(yè)自產(chǎn)自用的約占三分之二，作為商品銷售的約占三分之一。在模具工業(yè)的總產(chǎn)值中，沖壓模具約占50%，塑料模具約占33%，壓鑄模具約占6%，其它各類模具約占11%。
模具的發(fā)展是體現(xiàn)一個國家現(xiàn)代化水平高低的一個重要標志，就我國而言，經(jīng)過了這幾十年曲折的發(fā)展，模具行業(yè)也初具規(guī)模，從當初只能靠進口到現(xiàn)在部分進口已經(jīng)跨了一大步，但還有一些精密的沖模自己還不能生產(chǎn)只能通過進口來滿足生產(chǎn)需要。隨著各種加工工藝和多種設(shè)計軟件的應用使的模具的應用和設(shè)計更為方便。隨著信息產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，模具的設(shè)計和制造也越來越趨近于國際化?，F(xiàn)在模具的計算機輔助設(shè)計和制造（CAD/CAM）技術(shù)的研究和應用。大大提搞了模具設(shè)計和制造的效率。減短了生產(chǎn)周期。采用模具CAD/CAM技術(shù)，還可提高模具質(zhì)量，大大減少設(shè)計和制造人員的重復勞動，使設(shè)計者有可能把精力用在創(chuàng)新和開發(fā)上。尤其是pro/E和UG等軟件的應用更進一步推動了模具產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。。數(shù)控技術(shù)的發(fā)展使模具工作零件的加工趨進于自動化。電火花和線切割技術(shù)的廣泛應用也對模具行業(yè)起到了飛越發(fā)展。模具的標準化程度在國內(nèi)外現(xiàn)在也比較明顯。特別是對一些通用件的使用應用的越來越多。其大大的提高了它們的互換性。加強了各個地區(qū)的合作。對整個模具的行業(yè)水平的提高也起到了重要的作用。
沖壓工藝是塑性加工的基本加工方法之一。它主要用于加工板料零件，所以有時也叫板料沖壓。沖壓不僅可以加工金屬板料，而且也可以加工非金屬板料。沖壓加工時，板料在模具的作用下，于其內(nèi)部產(chǎn)生使之變形的內(nèi)力。當內(nèi)力的作用達到一定程度時，板料毛坯或毛坯的某個部位便會產(chǎn)生與內(nèi)力的作用性質(zhì)相對應的變形，從而獲得一定的形狀、尺寸和性能的零件。
沖壓生產(chǎn)靠模具與設(shè)備完成加工過程，所以它的生產(chǎn)率高，而且由于操作簡便，也便于實現(xiàn)機械化和自動化。
利用模具加工，可以獲得其它加工方法所不能或難以制造的、形狀復雜的零件。
沖壓產(chǎn)品的尺寸精度是由模具保證的，所以質(zhì)量穩(wěn)定，一般不需要再經(jīng)過機械加工便可以使用。
沖壓加工一般不需要加熱毛坯，也不像切削加工那樣大量的切削材料，所以它不但節(jié)能，而且節(jié)約材料。沖壓產(chǎn)品的表面質(zhì)量較好，使用的原材料是冶金工廠大量生產(chǎn)的軋制板料或帶料，在沖壓過程中材料表面不受破壞。
因此，沖壓工藝是一種產(chǎn)品質(zhì)量好而且成本低的加工工藝。用它生產(chǎn)的產(chǎn)品一般還具有重量輕且剛性好的特點。
沖壓加工在汽車、拖拉機、電機、電器、儀器、儀表、各種民用輕工產(chǎn)品以及航空、航天和兵工等的生產(chǎn)方面占據(jù)十分重要的地位?，F(xiàn)代各種先進工業(yè)化國家的沖壓生產(chǎn)都是十分發(fā)達的。在我國的現(xiàn)代化建設(shè)進程中，沖壓生產(chǎn)占有重要的地位。
當今，隨著科學技術(shù)的發(fā)展，沖壓工藝技術(shù)也在不斷革新和發(fā)展，這些革新和發(fā)展主要表現(xiàn)在以下幾個方面：
（1）工藝分析計算方法的現(xiàn)代化
（2）模具設(shè)計及制造技術(shù)的現(xiàn)代化
（3）沖壓生產(chǎn)的機械化和自動化
（4）新的成型工藝以及技術(shù)的出現(xiàn)
（5）不斷改進板料的性能，以提高其成型能力和使用效果。
級進模是沖壓模具的一種，它是在單工序沖壓模具基礎(chǔ)上發(fā)展起來的多工序集成模具。它又稱為跳步模、連續(xù)模和多工位級進模。被沖材料在模具上沿直線方向送料，在壓力機一次行程中，在多個不同工位完成不同的加工工序。級進模在過去，由于技術(shù)水平的限制（主要是制造精度的限制），工位相對很少，一般為3至5個工位，10個工位就算很多了，而且也比較少見。近年來由于對沖壓自動化、高精度、長壽命提出了更高的要求，模具設(shè)計與制造高新技術(shù)的應用和進步。多工位級進模的工位數(shù)量可以達到幾十個，多的以有70多個。多工位級進模作為現(xiàn)代沖壓生產(chǎn)的先進模具，它具有沖壓生產(chǎn)效率高；操作安全，自動化程度高；沖件質(zhì)量高；模具壽命長；設(shè)計制作難度大，但沖壓生產(chǎn)的總成本較低。
多工位級進模是當代沖壓模具中生產(chǎn)效率最高、最適合大量生產(chǎn)應用，已越來越多地被廣大用戶認識并使用的一種高效、高速、高質(zhì)、長壽的先進模具。它的廣泛應用，展示了現(xiàn)代沖壓模具水平的一個重要標志。
1 沖裁件的工藝性分析
沖壓主要是按工藝分類，可分為分離工序和成形工序兩大類。分離工序也稱沖裁，其目的是使沖壓件沿一定輪廓線從板料上分離，同時保證分離斷面的質(zhì)量要求。成形工序的目的是使板料在不破坯的條件下發(fā)生塑性變形，制成所需形狀和尺寸的工件。在實際生產(chǎn)中，常常是多種工序綜合應用于一個工件。沖裁、彎曲、剪切、拉深、脹形、旋壓、矯正是幾種主要的沖壓工藝。
沖壓用板料的表面和內(nèi)在性能對沖壓成品的質(zhì)量影響很大，要求沖壓材料厚度精確、均勻；表面光潔，無斑、無疤、無擦傷、無表面裂紋等；屈服強度均勻，無明顯方向性；均勻延伸率高；屈強比低；加工硬化性低。
在實際生產(chǎn)中，常用與沖壓過程近似的工藝性試驗，如拉深性能試驗、脹形性能試驗等檢驗材料的沖壓性能，以保證成品質(zhì)量和高的合格率。
模具的精度和結(jié)構(gòu)直接影響沖壓件的成形和精度。模具制造成本和壽命則是影響沖壓件成本和質(zhì)量的重要因素。模具設(shè)計和制造需要較多的時間，這就延長了新沖壓件的生產(chǎn)準備時間。 模座、模架、導向件的標準化和發(fā)展簡易模具(供小批量生產(chǎn))、復合模、多工位級進模(供大量生產(chǎn))，以及研制快速換模裝置，可減少沖壓生產(chǎn)準備工作量和縮短準備時間，能使適用于減少沖壓生產(chǎn)準備工作量和縮短準備時間，能使適用于大批量生產(chǎn)的先進沖壓技術(shù)合理地應用于小批量多品種生產(chǎn)。
沖壓設(shè)備除了厚板用水壓機成形外，一般都采用機械壓力機。以現(xiàn)代高速多工位機械壓力機為中心，配置開卷、矯平、成品收集、輸送等機械以及模具庫和快速換模裝置，并利用計算機程序控制，可組成高生產(chǎn)率的自動沖壓生產(chǎn)線。
在每分鐘生產(chǎn)數(shù)十、數(shù)百件沖壓件的情況下，在短暫時間內(nèi)完成送料、沖壓、出件、排廢料等工序，常常發(fā)生人身、設(shè)備和質(zhì)量事故。因此，沖壓中的安全生產(chǎn)是一個非常重要的問題。
沖裁件的工藝性是指沖裁件在沖裁加工中的難易程度。所謂沖裁工藝性好是指能用普通的沖裁方法，在模具壽命和生產(chǎn)率較高、成本較低的條件下得到質(zhì)量合格的沖裁件。因此，沖裁件的結(jié)構(gòu)形狀、尺寸大小、精度等級、材料及厚度等是否符合沖裁的工藝要求，對沖裁件質(zhì)量、模具壽命和生產(chǎn)效率有很大的影響。
1.1 沖裁件的結(jié)構(gòu)工藝性
1.1.1 沖裁件的形狀
工件名稱：柜門緩沖支架
生產(chǎn)批量：大批量
材 料：Q235
厚 度：1.0mm
圖1.1 零件圖及尺寸
此制件的形狀簡單，尺寸完整，材質(zhì)為Q235，材厚為1.0mm，結(jié)構(gòu)一般，柜門緩沖支架零件，容易實現(xiàn)沖裁。
1.1.2 沖裁件的尺寸精度
沖裁件的精度主要以其尺寸精度、沖裁斷面粗糙度、毛刺高度三個方面的指標來衡量，根據(jù)零件圖上的尺寸標注及公差，可以判斷屬于尺寸精度為IT12—IT14的經(jīng)濟級普通沖裁。
2 制件沖壓工藝方案的確定
2.1 沖壓工序的組合
沖裁工序可以分為單工序沖裁、復合工序沖裁和連續(xù)沖裁。
沖裁方式根據(jù)下列因素確定：
（1） 根據(jù)生產(chǎn)批量來確定 對于年產(chǎn)量需求100萬件的產(chǎn)品來說采用復合?；蚣夁M模較合適。
（2） 根據(jù)沖裁件尺寸和精度等級來確定 復合沖裁所得到的沖裁件尺寸精度等級高，而連續(xù)沖裁比復合沖裁的沖裁件尺寸精度等級低。
（3） 根據(jù)對沖裁件尺寸形狀的適應性來確定，產(chǎn)品的尺寸較小，考慮到單工序送料不方便和生產(chǎn)效率低，因此常采用復合沖裁或連續(xù)沖裁。連續(xù)沖裁又可以加工形狀復雜、寬度很小的異形沖裁件。
（4） 根據(jù)模具制造安裝調(diào)整的難易和成本的高低來確定, 對復雜形狀的沖裁件來說，采用復合沖裁比采用連續(xù)沖裁較為適宜，因為模具制造安裝調(diào)整較容易，且成本較低。
（5） 根據(jù)操作是否方便與安全來確定 復合沖裁取出件或清除廢料較困難，工作安全性較差，連續(xù)沖裁較安全。
綜上所述分析，在滿足沖裁件質(zhì)量與生產(chǎn)率的要求下，選擇級進模沖裁方式，其模具壽命較長，生產(chǎn)率高，操作較方便和工作安全性高。
2.2 沖壓順序的安排
經(jīng)分析，本設(shè)計分側(cè)刃定位，沖孔，下料共三道工序。
3 制件排樣圖的設(shè)計及材料利用率的計算
3.1 展開尺寸的計算
產(chǎn)品展開尺寸的計算，如表3.1所示：
表3.1 彎曲展開的基本公式
該制件彎曲端展開后的長度L和寬度B計算按表3.1公式5計算：
mm
取L=108
B尺寸不變，參考圖紙
該毛坯的展開圖如圖3.1所示：
此制件材料厚度為1.0，材質(zhì)是Q235，由于此產(chǎn)品尺寸不大，結(jié)構(gòu)一般，精度要求不高，年產(chǎn)量比較大，所以采用級進沖壓?？梢詫崿F(xiàn)。
圖3.1 毛坯的展開圖
3.2 制件排樣圖的設(shè)計
沖裁件在條料或板料上的布置方法稱為排樣，其設(shè)計的內(nèi)容包括選擇排樣方法、是否設(shè)置工藝切口確定搭邊數(shù)值、計算條料寬和步距、畫出排樣圖。
排樣方法選擇
級進模的排樣是指制件在條料上分幾個工位沖制的布置方法。排樣不同，材料的利用率、制件的尺寸精度、生產(chǎn)率、模具結(jié)構(gòu)與制造復雜程度、模具使用壽命長短等都不同。所以排樣作為級進模設(shè)計的重要步驟，它是多工位級進模設(shè)計時的重要依據(jù)。排樣可以分為有廢料排樣和少、無廢料排樣。
（1）有廢料排樣法
有廢料排樣法是沖裁件與沖裁件之間以及沖裁件與條料側(cè)邊之間都有工藝預料的存在，沖裁件分離輪廓封閉，沖裁件質(zhì)量還、模具壽命長，但是材料的利用率較低。
（2）少、無廢料排樣法
少廢料排樣法是只有在沖裁件與沖裁件之間或沖裁件與條料之間留有搭邊，這種方法的沖裁件只沿著沖裁件的部分輪廓進行。材料的利用率可達到70％～90％。
無廢料排樣翻是沖裁件與沖裁件之間以及沖裁件與條料之間均無搭邊存在，這種怕有的沖裁件時間上是支接切斷獲得，多以材料的利用率可達85％～95％。
因為本次設(shè)計采用沖孔落料彎曲級進模，分析零件的形狀特點及精度要求，并且條料是連續(xù)送進，確保壓力機對板料加工時沖壓力平衡，所以必須選擇有廢料排樣。為了降低模具的復雜程度，本次設(shè)計采用有廢料直排方式。
排樣時需考慮如下原則：
1) 提高材料利用率（不影響沖件使用性能前提下，還可適當改變沖件的形狀）
2) 合理排樣方法使操作方便，勞動強度低且安全。
3) 模具結(jié)構(gòu)簡單、壽命長。
4) 保證沖件的質(zhì)量和沖件對板料纖維方向的要求。
3.2.1搭邊與料寬
1) 搭邊 排樣中相鄰兩個零件之間的余料或零件與條料邊緣間的余料稱為搭邊。搭邊的作用的作用有下幾點：
1 補償條料的剪裁誤差、送料步距誤差，補償由于條料與導料板之間由間隙所造成的送料歪斜誤差。若沒有搭邊則可能出現(xiàn)制件缺角、缺邊或尺寸超差等廢品。
2 使凸、凹模刃口能沿著封閉輪廓線沖裁，受力平衡，合理間隙不易被破壞。模具壽命和制件斷面都能提高。
3 對于利用搭邊拉條料的自動送料模具，搭邊使條料有一定的剛度，一保證條料的連續(xù)送進。
搭邊過大，浪費材料。搭邊過小，起不到搭邊作用。過小的搭邊還可能被拉入凸、凹模之間的縫隙中，使模具刃口破壞。合理的搭邊值就是保證沖裁件質(zhì)量，保證模具較長壽命，保證自動送料時不被拉彎、拉斷條件下允許的最小值。因此，搭邊的最小寬度大于塑性變形區(qū)的寬度，一般可取等于材料的厚度。
搭邊值的大小還與材料的力學性能、厚度、零件的形狀與尺寸、排樣的形式、送料及擋料方式、卸料方式等因素有關(guān)。搭邊值一般由經(jīng)驗確定，根據(jù)所給材料厚度δ=1.0mm，確定搭邊工作間a1為1.5mm, a為1.8mm。產(chǎn)品靠雙邊側(cè)刃定位，側(cè)刃最小寬度為3.0mm。具體可見排樣圖如圖3.2所示：
圖3.2 排樣圖
2．送料步距和條料寬度的確定
1) 送料步距 條料在模具上每次送進的距離成為送料步距。每次只沖一個零件的步距S的計算公式為
(3-1)
式中 D——平行于送料方向的沖裁寬度；
a1——沖裁之間的搭邊值。
2) 條料寬度的確定條料寬度的確定與模具的結(jié)構(gòu)有關(guān),確定的原則是，最小條料寬度要保證沖裁時工件周邊有足夠的搭邊值；最大條料寬度能在沖裁時順利地在導料板之間送進條料，并有一定的間隙。
采用無測壓裝置的模具，其條料寬度應考慮在送料過程中因條料的擺動而使側(cè)面搭邊減小。為了補償側(cè)面搭邊的減小部分，條料寬度應增加一個可能的擺動量。故條料寬度為（參考《沖壓工藝與模具設(shè)計》57頁）：
條料寬度 （3-2）
式中 B——條料的寬度（mm）；
D max——沖裁件垂直于送料方向的最大尺寸（mm）；
a——側(cè)搭邊值；
Δ——條料寬度的單向（負向）公差；
剪切條料寬度偏差, 因此。
此產(chǎn)品要靠雙邊側(cè)刃定位，且側(cè)刃寬度為3mm，則
導料板間距離：
3.2.2 材料利用率的計算
一個步距內(nèi)的材料利用率η為
（3-3）
式中 F——一個步距內(nèi)沖裁件面積（包括沖出的小孔在內(nèi)）；
n——一個步距內(nèi)沖裁件數(shù)目；
B——條料寬度（mm）；
s——步距；
4 確定總沖壓力和選用壓力機及計算壓力中心
4.1 沖壓力
沖壓力是指沖裁力、卸料力、推件力和頂件力的總稱。
4.1.1 沖裁力的計算
在本次設(shè)計當中，沖裁部分有沖孔和落料。所以總沖裁力是兩個工位的的沖裁力的合力。計算每個工位的沖裁力公式是一樣的，唯一變化的參數(shù)是沖裁剪切周邊的長度。
由于沖裁加工復雜性和變形過程的瞬間性，使得建立十分精確的沖裁力理論計算公式相對困難。通常說的沖裁力是指工作于凸模的最大抗力。如果視沖裁力為純剪切變形，（參考《沖壓工藝與模具設(shè)計》60頁）沖裁力可按以下公式計算：
(4-1)
=110.1KN
式中：F——沖裁力（N）；
L——沖裁件周邊長度（mm）；
τ——材料抗剪強度（MPa）；查得Q235抗剪強度為310-380，取τ=300MPa。
δ——材料厚度；(mm)
K——系數(shù)，通常K=1.3；
沖孔力計算,查閱
(4-2)
4.1.2卸料力、推件力及頂件力的計算
生產(chǎn)中常用下列公式計算
(4-3)
式中：F——沖裁力；
——卸料系數(shù)
綜上所述，沖壓過程的總工藝力為
4.1.3彎曲力的計算
彎曲力是設(shè)計彎曲模和選擇壓力機噸位的重要依據(jù)。特別是在彎曲板料較厚、彎曲變形程度較大，材料強度較大時，必須對彎曲力進行計算。在凸、凹模隔著材料吻合以前的彎曲過程稱為自由彎曲。為了提高彎曲件的精度，減小回彈，在彎曲的終了階段對彎曲件的圓角及直邊進行精壓，凸模繼續(xù)下壓，彎曲力急劇上升，稱為校正性彎曲。此制件存在四處彎曲，它們的合力就是要求的自由彎曲力或校正性彎曲力。
影響彎曲力大小的基本因素有變形材料的性能和質(zhì)量；彎曲件的形狀和尺寸；模具結(jié)構(gòu)及凸凹模間隙；彎曲方式等，因此很難用理論的分析法進行準確的計算。實際中常用經(jīng)驗公式進行概略計算，以作為彎曲工藝設(shè)計和選擇沖壓設(shè)備的理論。
1） 自由彎曲力的計算
?形彎曲件的經(jīng)驗公式為：
(4-4)
——自由彎曲力；
B——彎曲件的寬度（mm）；
t——彎曲件材料的厚度（mm）；
γ——內(nèi)彎曲半徑（等于凸模圓角半徑）（mm）。
σb——彎曲件的抗拉強度(MPa)(查機械手冊σb=335(MPa)。
K——安全系數(shù)，一般取1.3.
根據(jù)公式4-4
2） 校正彎曲的彎曲力計算
為了提高彎曲件精度，減小回彈，在彎曲的終了階段對彎曲件的圓角及直邊進行精壓，稱為校正彎曲。校正彎曲的彎曲力計算公式為：
(4-5)
式中 ——校正彎曲力（N）；
q——單位面積上的校正力（MPa），按表4.1得q=30~40Mpa??；
A——工件被校正部分的投影面積（mm2）。
表4.1單位校正力q值(Mpa)
材 料
材料厚度t/mm
≤1
>1~2
>2~5
>5~10
鋁
10~15
15~20
20~30
30~40
黃銅
15~20
20~30
30~40
40~60
10、15、20
20~30
30~40
40~60
60~80
25、30、35
30~40
40~50
50~70
70~100
根據(jù)公式4-5
3)對于有頂件或壓料裝置的彎曲模，頂件力或壓料力可近似取彎曲力的30%～80%。
彎曲力:
4.2 壓力中心的計算
模具壓力中心是指沖壓時諸沖壓力合力的作用點位置。為了確保壓力機和模具正常工作，應使模具的壓力中心與壓力機滑塊的中心相重合，否則會使沖模和壓力機滑塊產(chǎn)生偏心載荷，使滑塊和導軌之間產(chǎn)生過大的摩擦，模具導向零件加速磨損，降低模具和壓力機的使用壽命。
沖模的壓力中心，可按下述原則來確定：
（1）對稱形狀的單個沖裁件，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稱時，沖模的壓力中心與零件的對稱中心相重合。
（3）形狀復雜的零件、多孔沖模、級進模的壓力中心可用解析計算法求出沖模壓力中心。
解析法的計算依據(jù)是：各分力對某坐標軸的力矩之代數(shù)和等于諸力的合力對該軸的力矩。求出合力作用點的坐標位置X0，Y0（即x=0，y=0），即為所求模具的壓力中心。
單個零件的壓力中心計算如下：
（4-7）
（4-8）
式中：-壓力中心的橫坐標；
-壓力中心的縱坐標；
-各線段的長度；
-各線段重心的橫坐標；
-各線段重心的縱坐標。
分析本制件可知，由于該零件采用直排排方式，經(jīng)公式4-7、4-8計算，其壓力中心可近似如圖4.1。
圖4.1 壓力中心分析
4.3 壓力機的選用
選用壓力機，首先應根據(jù)所要完成的工藝性質(zhì)、批量大小、工件的幾何尺寸和精度等選定其類型。然后，進一步根據(jù)變形力的大小、制件尺寸和模具尺寸來確定設(shè)備的規(guī)格。具體應注意以下事項：
1) 根據(jù)控件的尺寸形狀和壓力機的技術(shù)參數(shù)，考慮沖壓時需要的沖壓力、控件的拉深深度和行程。注意取出控件時，不能與模發(fā)生干涉；
2)應考慮必要的工序數(shù)和壓力機臺數(shù)與布置的關(guān)系；
3)根據(jù)產(chǎn)量，考慮每一臺壓力機的負荷時間；
4)根據(jù)生產(chǎn)量和控件形狀，考慮究竟應該采用壓力機還是多工位自動壓力機。
初步確定壓力機的型號：
F公稱≥F總
因此選擇壓力機的型號為：J23—25壓力機 ,型號為JG23—25壓力機的基本參數(shù)如表4.1：
表4.1 J23—25壓力機主要參數(shù)
公稱壓力/KN
250
墊板尺寸/mm
40
滑塊行程/mm
55
滑塊行程次數(shù)/（次/min）
125
模柄孔尺寸/mm
直徑40
深度60
最小封閉高度/mm
220
滑塊底面積尺寸/mm
封閉高度調(diào)節(jié)量
45
滑塊中心線至床身距離/mm
160
床身最大可傾角
30°
立柱距離/mm
工作臺尺寸/mm
前后180
左右200
5 凸、凹模刃口尺寸計算
5.1 凸、凹模刃口尺寸計算原則
設(shè)計落料模先確定凹模刃口尺寸，以凹模為基準，間隙取在凸模上；設(shè)計沖孔模先確定凸模刃口尺寸，以凸模為基準，間隙取在凹模上。
間隙是影響模具壽命的各種因素中占最主要的一個。沖裁過程中，凸模與被沖的孔之間，凹模與落料件之間的均有磨檫，而且間隙越小，磨檫越嚴重。在實際生產(chǎn)中受到制造誤差和裝配精度的限制，凸模不可能絕對垂直于凹模平面，而且間隙也不會絕對均勻分布，合理的間隙均可使凸模、凹模側(cè)面與材料間的磨檫減小，并緩減間隙不均勻的不利影響，從而提高模具的使用壽命。
沖裁間隙對沖裁力的影響：
雖然沖裁力隨沖裁間隙的增大有一定程度的降低，但是當單邊間隙介于材料厚度 5%~20%范圍時，沖裁力的降低并不明顯（僅降低5%~10%左右）。因此，在正常情況下，間隙對沖裁力的影響不大。
沖裁間隙對卸料力、推件力、頂件力的影響：
間隙對卸料力、推件力、頂件力的影響較為顯著。間隙增大后，從凸模上斜、從凸?？卓谥型瞥龌蝽敵隽慵紝⑹×?。一般當單邊間隙增大到材料厚度的15%~25%左右時卸料力幾乎減到零。
沖裁間隙對尺寸精度的影響：
間隙對沖裁件尺寸精度的影響的規(guī)律，對于沖孔和落料是不同的，并且與材料軋制的纖維方向有關(guān)。
通過以上分析可以看出，沖裁間隙對斷面質(zhì)量、模具壽命、沖裁力、斜料力、推件力、頂件力以及沖裁件尺寸精度的 影響規(guī)律均不相同。因此，并不存在一個絕對合理的間隙數(shù)值，能同時滿足斷面質(zhì)量最佳，尺寸精度最佳，沖裁模具壽命最長，沖裁力、卸料力、推件力、頂件力最小等各個方面的要求。在沖壓的實際生產(chǎn)過程中，間隙的選用主要考慮沖裁件斷面質(zhì)量和模具壽命這兩個方面的主要因素。但許多研究結(jié)果表明，能夠保證良好的沖裁件斷面質(zhì)量的間隙數(shù)值和可以獲得較高的沖模壽命的間隙數(shù)值也是不一致的。一般說來，當對沖裁件斷面質(zhì)量要求較高時，應選取較小的間隙值，而當對沖裁件的質(zhì)量要求不是很高時，則應適當?shù)丶哟箝g隙值以利于提高沖模的使用壽命。
根據(jù)沖模在使用過程中的磨損規(guī)律，設(shè)計落料模時，凹?；境叽鐟〗咏虻扔诹慵淖钚O限尺寸；設(shè)計沖孔模時，凸?；境叽鐒t取接近或等于沖孔件的最大極限尺寸。按沖件精度和模具可能磨損程度，凸、凹模磨損留量在公差范圍內(nèi)的0.5-1.0之間。磨損量用xΔ表示，其中Δ為沖件的公差值，x為磨損系數(shù)，其值在0.5-1.0之間，與沖件制造精度有關(guān)，可按下列關(guān)系選?。毫慵菼T10以上 X=1; 零件精度IT11- IT13 X=0.75; 零件精度IT14 X=0.5 。
不管落料還是沖孔，沖裁間隙一律采用最小合理間隙值（Zmin）。選擇模具制造公差時，一般沖模精度較零件高3-4級。對于形狀簡單的圓形、方形刃口，其制造偏差值可按IT6- IT7級選?。粚τ谛螤顝碗s的刃口尺寸制造偏差可按零件相應部位公差值的1/4來選??；對于刃口尺寸磨損后無變化的制造偏差值可取沖件相應部位公差值的1/8并冠以（±）；若零件沒有標注公差，則可按IT14級取值。
零件尺寸公差與沖模刃口尺寸的制造偏差應按“入體”原則標注單向公差，即：落料件上偏差為零，只標注下偏差；沖孔件下偏差為零，只標注上偏差。如果零件公差是依雙向偏差標注的，則應換算成單向標注。磨損后無變化的尺寸除外。
5.2 凸、凹模刃口尺寸計算方法
5.2.1 凸模和凹模分開加工
這種方法主要適用于圓形或簡單刃口。設(shè)計時，需在圖樣上分別標注凸模和凹模刃口尺寸及制造公差。并且保證沖模的制造公差與沖裁間隙之間滿足：
(5-1)
此產(chǎn)品材質(zhì)為Q235，材厚為1.0mm，沖裁結(jié)構(gòu)簡單，沖裁間隙選為0.12mm,對于圓孔可以適當變小，為0.1mm。
沖孔凸模和落料凹模尺寸按下列公式計算：
沖孔時 (5-2)
落料時 (5-3)
孔心距 ’ (5-4)
式中 ——分別為落料和沖孔凸模的刃口尺寸（mm）；
——為落料件的最大極限尺寸（mm）；
——為沖孔件的最小極限尺寸（mm）；
——工件公差；
——凸模制造公差，通常取δp=Δ/4；
’——刃口中心距對稱偏差，通常取δp’=Δ/8；
——凸模中心距尺寸（mm）；
——沖件中心距基本尺寸（mm）；
——最小沖裁間隙（mm）；
沖孔凸模尺寸：
沖孔凸模結(jié)構(gòu)尺寸如圖5.1所示：
圖5.1 沖孔凸模尺寸
根據(jù)制件排樣設(shè)計，落料凸模尺寸如圖5.2
圖5.2 落料凸模尺寸
同理根據(jù)制件尺寸設(shè)計側(cè)刃定位側(cè)刃凸模尺寸如圖5.3
圖5.3 側(cè)刃凸模尺寸
沖孔凹模尺寸：
落料凹模尺寸：與沖孔計算方法一樣，按公式計算，如圖5.4。
圖5.4 落料凹模尺寸
5.2.2 彎曲部分刃口尺寸的計算
最小相對彎曲半徑rmin/t：
彎曲時彎曲半徑越小，板料外表面的變形程度越大，若彎曲半徑過小，則板料的外表面將超過材料的變形極限，而出現(xiàn)裂紋或拉裂。在保證彎曲變形區(qū)材料外表面不發(fā)生裂紋的條件下，彎曲件列表面所能行成的最小圓角半徑稱為最小彎曲半徑。
最小彎曲半徑與彎曲件厚度的比值rmin/t稱為最小相對彎曲半徑，又稱為最小彎曲系數(shù)，是衡量彎曲變形的一個重要指標。
設(shè)中性層半徑為ρ，則最外層金屬（半徑為R）的伸長率外為：
δ外=（R-ρ）/ρ (5-5)
設(shè)中性層位置在半徑為ρ=r+t/2處，且彎曲厚度保持不變，則有R=r+t,固有
δ外=1/(2r/t+1) (5-6)
如將δ外以材料斷后伸長率δ帶入，則有r/t轉(zhuǎn)化為rmin/t，且有
rmin/t=（1-δ）/2δ (5-7)
根據(jù)公式就可以算出最小彎曲半徑。
最外層金屬（半徑為R）的伸長率外為：
根據(jù)公式5-6 δ外=1/(2r/t+1)
=1÷（2×2÷1+1）
=0.25
最小彎曲半徑為：
根據(jù)公式5-7 rmin/t=（1-δ）/2δ
=（1-0.25）/2×0.25
=1.5<2
彎曲部分工作尺寸的計算：
（1）回彈值 由工藝分析可知，彎曲回彈影響最大的部分是最大半徑處，r/t=2/1=2＜5。此處屬于小圓角彎曲，故只考慮回彈值。查表5.1得,回彈值為10，由于回彈值很小，故彎曲凸、凹模均可按制件的基本尺寸標注，在試模后稍加修磨即可。
表5.1 Q235材料校正彎曲回彈
材料
r/t
材料厚度t(mm)
1.6
1.8
2
235
<1
-2.20
-10
0.20
>1~2
-20
0.20
10
>2~3
-1.20
00
1.20
（2）模具間隙 對于U形件的彎曲，必須選擇合適的模具間隙 彎曲U形件時，凸、凹模間隙是用調(diào)整沖床的閉合高度來控制的適的間隙，間隙過小，會使邊部壁厚變薄，降低模具壽命。間隙過大則回彈大，降低制件精度。
凸、凹模單邊間隙Z一般可按下式計算：
Z=t+Δ+ct (5-8)
式中：Z——彎曲凸、凹模單邊間隙
t——材料的厚度
Δ——材料厚度的正偏差（表8.4）
C——間隙數(shù)(表5.3)
查表得：Δ =0.15 C=0.05
根據(jù)公式5-8 Z=t+Δ+ct
=1+0.15+0.05×1
=1.2 (mm)
表5.2 薄鋼板、黃銅板（帶）、鋁板厚度公差
厚度
材料
薄鋼板
黃銅板（帶）
鋁板
08F
H62,H68,HP—1
2A11、2A12
B級公差
C級公差
冷扎帶
冷軋板
最小公差
最大公差
0.2
±0.04
±0.06
-0.03
-0.03
-0.02
-0.04
0.3
±0.04
±0.06
-0.04
-0.04
-0.02
-0.05
0.4
±0.04
±0.06
-0.07
-0.07
-0.03
-0.05
0.5
±0.05
±0.07
-0.07
-0.07
-0.04
-0.12
0.6
±0.06
±0.08
-0.07
-0.08
-0.04
-0.12
0.8
±0.08
±0.10
-0.08
-0.10
-0.04
-0.14
1.0
±0.09
0.12
-0.09
-0.12
-0.04
-0.17
1.2
±0.11
±0.13
-0.10
-0.14
-0.04
-0.02
1.5
±0.12
±0.15
-0.10
-0.16
-0.10
—-0.27
2.0
±0.15
±0.18
-0.12
-0.18
-0.10
-0.28
2.5
±0.17
±0.20
-0.12
-0.18
-0.20
-0.30
3.0
±0.18
±0.22
-0.14
-0.20
-0.25
-0.35
3.5
±0.20
±0.25
-0.16
-0.23
-0.25
-0.36
表5.3 U形彎曲件凸凹模的間隙系數(shù)C值
彎曲件高度H/mm
B/H≤2L
B/H＞2L
材料厚度t/mm
<0.5
0.6～2
2.1～4
4.1~5
＜5.0
0.6～2
2.1～4
4.1~7.5
7.6~12
10
0.05
0.05
0.04
0.10
0.10
0.08
20
0.05
0.05
0.04
0.03
0.10
0.10
0.08
0.06
0.06
35
0.07
0.05
0.04
0.03
0.15
0.10
0.08
0.06
0.06
50
0.10
0.07
0.05
0.04
0.20
0.15
0.10
0.06
0.06
70
0.10
0.07
0.05
0.05
0.20
0.15
0.10
0.10
0.08
100
0.07
0.05
0.05
0.15
0.10
0.10
0.08
150
0.10
0.07
0.05
0.20
0.15
0.15
0.10
200
0.10
0.07
0.07
0.20
0.15
0.15
0.10
（3）凸、凹模橫向尺寸的確定 彎曲模的凸、凹模工作部分尺寸確定比較復雜，不同的工件形狀其橫向工作尺寸的確定方法不同。
工件標注外形尺寸時，按磨損原則應以凹模為基準，先計算凹模，間隙取在凸模上。
1） 凹模深度
表5.4 U形彎曲件凹模的m值
材料厚度t/mm
m
材料厚度t/mm
m
≤1
3
＞5~6
10
＞1~2
4
＞6~7
15
＞2~3
5
＞7~8
20
＞3~4
6
＞8~10
25
＞4~5
8
查表5-4取 m=3，則凹模深度H=23+3+ rd=31
2）凹模尺寸
當工件為雙向?qū)ΨQ偏差時，凹模尺寸為：
Ld=(L-0.5Δ)+δd0 (5-9)
當工件為單向偏差時，凹模實際尺寸為：
Ld=(L-0.75Δ) +δd0 (5-10)
凸模尺寸均為：
Lp=(Ld-2z) +δd0 (5-11)
式中 L——彎曲件的基本尺寸（mm）
Lp、Ld——凸模、凹模工作部分尺寸（mm）
Δ——彎曲件公差
Δp、δd——凸、凹制造公差，采用IT7~IT9標準公差等級
2/Z——凸模與凹模的單向間隙
或者凸模尺寸按凹模實際尺寸配制，保證單向間隙Z/2
工件精度等級為IT14級，由附錄N查得Δ=01.0
取模具精度等級為IT9級，則δ=0.04
故Ld=(83.08-0.5x1.0) =82.58
Lp=80.18
設(shè)計彎曲凹模尺寸如圖5.5
圖5.5 彎曲凹模尺寸
6 模具整體結(jié)構(gòu)形式設(shè)計
根據(jù)制件結(jié)構(gòu)及其工藝性分析，本次設(shè)計采用的模具整體結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖6.1所示：上模采用彈性卸料，下模采用剛性卸料。打料裝置。
圖6.1 模具整體結(jié)構(gòu)圖
7 模具零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計
沖壓模具凹模和凸模經(jīng)常接觸摩擦，因此要保證其刃口的強度和硬度，通常選取材質(zhì)為Cr12Mov,硬度經(jīng)過熱處理后達到55～58HRC，為了提高凸模和凹模的壽命，一般凸模按最大值設(shè)計，凹模按最小值設(shè)計。
7.1 凹模的設(shè)計
根據(jù)之前計算，設(shè)計凹模如下
材料：Cr12Mov
硬度：55～58HRC
形狀結(jié)構(gòu)：（如圖7.1）
圖7.1 凹模
7.2 凸模的設(shè)計
根據(jù)之前計算，設(shè)計凸模如下
材料：Cr12Mov
硬度：55～58HRC
形狀結(jié)構(gòu)：（如圖7.2），凸模做成臺階式結(jié)構(gòu)，靠壓料板導正。
圖7.2 凸模
7.3 凸模固定板的設(shè)計
凸模固定板用于固定凸模。對應于小型的凸、凹模零件，一般通過固定板間接地固定在模座上，以節(jié)省貴重的模具鋼，固定形式有物理固定及化學固定。為使凸模（凹模）固定牢靠并有良好的垂直度，固定板必須有足夠的厚度。因此，設(shè)計如下：
材料：45#鋼
硬度：43～47HRC
形狀結(jié)構(gòu)：（如圖7.3），凸模固定板做成如下圖所示結(jié)構(gòu)，靠定位銷導正。
圖7.3 凸模固定板
7.4 壓料板的設(shè)計
材料：45#鋼
硬度：43～47HRC
形狀結(jié)構(gòu)：（如圖7.4），壓料板做成如下圖所示結(jié)構(gòu)，靠導柱導正。
圖7.4 壓料板
7.5 墊板的設(shè)計
墊板用于凸模與上模座之間的連接固定，它的作用是直接承受和擴散凸模傳遞的壓力，如果凸模的端部對材料的壓力超過材料的許用壓力，需在凸模端部與上模座之間加上墊板防止模具損壞。
墊板的硬度要求較高能有效地分散工作時對模座的壓力。墊板的材料通常選用T7、T8或45鋼制成，淬火硬度對于T7、T8為52～56 HRC，對于45鋼為40～45HRC。為防止變形一般用工具鋼制造，沖壓力較小的模具可用45鋼制造。承力面積較大的凸模也可不用墊板。
墊板外形尺寸可與凸模固定板相同，其厚度一般取5～20mm，此套模具上墊板尺寸為360mm×180 mm×15mm，下墊板尺寸為360mm×180 mm×15mm。
7.6 模架和模柄的確定
模架由上、下模座及導向裝置組成。模架是模具工作時的主要受力部件，所有的沖壓力最后都是通過模架來傳遞的。因此在模具工作時會產(chǎn)生振動，模架的材料一般是防震較好的鑄鐵、灰鑄鐵、45鋼、Q235-A鋼等，一些要求不高的模座也有用鑄鋼制造的。
為了滿足生產(chǎn)的需要，模架及其部件都已經(jīng)標注化。根據(jù)GB/T2851和JB/T8049的要求，模架主要有兩大類： 一類是上模座、下模座、導柱、導套等組成的導柱模模架；一類是導板、下模板、導柱、導套組成的彈壓模架。
導柱模模架。導柱模模架的導向結(jié)構(gòu)有滑動導向和滾動導向。
滑動導向模架的結(jié)構(gòu)形式有6種：對角導柱模架、后側(cè)導柱模架、后側(cè)導柱窄形模架、中間導柱模架、中間導柱圓形模架和四角導柱模架。
對角導柱模架、中間導柱模架、四角導柱模架的共同特點是，導向裝置都是安裝在模具的對稱線上，滑動平穩(wěn)，導向準確可靠。對角導柱模架上、下模座，其工作平面的橫向尺寸L一般大于縱向尺寸B，常用于x橫向送料的級進模，y縱向送料的單工序?；驈秃夏?。中間導柱模架只能縱向送料，一般用于單工序?；驈秃夏?。四角導柱模架常用于精度要求較高或尺寸較大沖件的生產(chǎn)及大批量生產(chǎn)用的自動模。后導柱模架送料方便，由于產(chǎn)生較大的偏心載荷，一般應用在要求不高的小型模具。
滾動導向模架導向精確度高，使用壽命長，主要用于高精度、高壽命的硬質(zhì)合金模、薄材料的沖裁模以及高速精密級進模 。
彈壓模架。彈壓模架有兩種結(jié)構(gòu)形式：對角導柱彈壓模架和中間導柱彈壓模架。其特點是凸模導向用的彈壓導板與下模座以導柱導套為導向構(gòu)成整體結(jié)構(gòu)。導柱導套結(jié)構(gòu)形式可以起到保護凸模的作用，一般用于帶有細凸模的級進模。
零件的精度要求并不高，綜合分析以上的模架形式，選用滑動導向的導柱模模架。級進模工作部件的橫向尺寸遠和縱向尺寸相差不大，因此選用對角導柱模架。選用時可以根據(jù)凹模的周界即L×B來選取國家標準模架規(guī)格（表2.1）。所以選擇的模架為：200×200×265～300 I GB/T 2851.4；材料為：HT200。
對于生產(chǎn)批量大，要求模具壽命高，工件精度高的沖模，一般采用導套和導柱來保證上下模的精確導向。選取模架應注意以下幾點：
1）多工位級進模應滿足剛性高和精度高的要求。
2）為保證模架強度，其上下模板的厚度要足夠，通常比普通沖模模