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邵陽學院畢業(yè)設計（論文）
前 言
由于模具技術的迅速發(fā)展，模具設計與制造已成為機械行業(yè)中一個大的分枝。從事模具行業(yè)工作的專業(yè)人才也越來越多，模具也傾向標準化，系列化，模具的諸多零件已經具有互換性，模具的設計周期越來越短，因此模具已經成為提高產品的競爭能力的重要手段。模具已成為各種產品不可缺少的工藝設備。
本次畢業(yè)設計內容是：彈簧片沖壓工藝及彎曲模具設計。畢業(yè)設計的目的不僅是對大學四年所學知識的一個鞏固和總結，而且是大學期間重要的實踐環(huán)節(jié)，它能綜合培養(yǎng)查資料的能力、畫圖能力、獨立分析能力、向老師、同學學習的能力。畢業(yè)設計作為對所學專業(yè)知識的一次綜合檢測，為以后參加工作也將奠定堅實基礎。
本次重點設計的是一副沖孔落料連續(xù)模，一副彎曲模。這次設計是在老師認真、耐心的指導下進行的，是在對模具的經濟性、模具的壽命、生產周期及生產成本等因素進行了全面的仔細的分析下而進行設計的。因我個人經驗和水平有限，因此很難避免在設計的過程中存在不合理之處，望各位老師多多批評指正。
本論文是在羅玉梅老師的精心指導和嚴格要求下完成的。羅玉梅老師那嚴謹求實的治學態(tài)度，淵博的知識為我們樹立了榜樣，在此向她表示衷心的感謝！
在論文的設計和寫作過程中，得到同學的大力支持和協(xié)助，在此一并感謝！
我相信：在羅玉梅老師的耐心指導和同學們的大力支持下，我一定能順利完成本次畢業(yè)設計，為四年大學學習生涯劃上一個完整的句號。
1 緒論
1.1 沖壓技術理論概述
模具技術的發(fā)展應該為適應模具產品“交貨期短”、“精度高”、“質量好”、“價格低”的要求服務。達到這一要求急需發(fā)展如下幾項：
1.1.1 全面推廣CAD/CAM/CAE技術
模具CAD/CAM/CAE技術是模具設計制造的發(fā)展方向。隨著微機軟件的發(fā)展和進步，普及CAD/CAM/CAE技術的條件已基本成熟，各企業(yè)將加大CAD/CAM技術培訓和技術服務的力度；進一步擴大CAE技術的應用范圍。計算機和網絡的發(fā)展正使CAD/CAM/CAE技術跨地區(qū)、跨企業(yè)、跨院所地在整個行業(yè)中推廣成為可能，實現(xiàn)技術資源的重新整合，使虛擬制造成為可能。
1.1.2 高速銑削加工
國外近年來發(fā)展的高速銑削加工，大幅度提高了加工效率，并可獲得極高的表面光潔度。另外，還可加工高硬度模塊，還具有溫升低、熱變形小等優(yōu)點。高速銑削加工技術的發(fā)展，對汽車、家電行業(yè)中大型型腔模具制造注入了新的活力。目前它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向發(fā)展。
1.1.3 模具掃描及數(shù)字化系統(tǒng)
高速掃描機和模具掃描系統(tǒng)提供了從模型或實物掃描到加工出期望的模型所需的諸多功能，大大縮短了模具的在研制制造周期。有些快速掃描系統(tǒng)，可快速安裝在已有的數(shù)控銑床及加工中心上，實現(xiàn)快速數(shù)據(jù)采集、自動生成各種不同數(shù)控系統(tǒng)的加工程序、不同格式的CAD數(shù)據(jù)，用于模具制造業(yè)的“逆向工程”。模具掃描系統(tǒng)已在汽車、摩托車、家電等行業(yè)得到成功應用，相信在“十五”期間將發(fā)揮更大的作用。
1.1.4 電火花銑削加工
電火花銑削加工技術也稱為電火花創(chuàng)成加工技術，這是一種替代傳統(tǒng)的用成型電極加工型腔的新技術，它是有高速旋轉的簡單的管狀電極作三維或二維輪廓加工(像數(shù)控銑一樣)，因此不再需要制造復雜的成型電極，這顯然是電火花成形加工領域的重大發(fā)展。國外已有使用這種技術的機床在模具加工中應用。預計這一技術將得到發(fā)展。
1.1.5 優(yōu)質材料及先進表面處理技術
選用優(yōu)質鋼材和應用相應的表面處理技術來提高模具的壽命就顯得十分必要。模具熱處理和表面處理是否能充分發(fā)揮模具鋼材料性能的關鍵環(huán)節(jié)。模具熱處理的發(fā)展方向是采用真空熱處理。模具表面處理除完善應發(fā)展工藝先進的氣相沉積(TiN、TiC等)、等離子噴涂等技術。
1.1.6 模具研磨拋光將自動化、智能化
模具表面的質量對模具使用壽命、制件外觀質量等方面均有較大的影響，研究自動化、智能化的研磨與拋光方法替代現(xiàn)有手工操作，以提高模具表面質量是重要的發(fā)展趨勢。這是我國長遠發(fā)展的目標。模具自動加工系統(tǒng)應有多臺機床合理組合；配有隨行定位夾具或定位盤；有完整的機具、刀具數(shù)控庫；有完整的數(shù)控柔性同步系統(tǒng)；有質量監(jiān)測控制系統(tǒng)。
1.2 沖壓加工經濟性分析
1.2.1 提高模具標準化程度
我國模具標準化程度正在不斷提高，估計目前我國模具標準件使用覆蓋率已達到30%左右。國外發(fā)達國家一般為80%左右。
1.2.2 沖壓件的成本分析
所謂經濟性，就是以最小的耗費取得最大的經濟效果。也就是生產中的“最小最大”原則。在沖壓生產中，保證產品質量，完成產品數(shù)量、品種計劃的前提下，產品成本越低，說明企業(yè)經濟效果越大。
沖壓件的制造成本為：
式中 C——制造成本（費用）；
——材料費，包括原材料費、外購件費；
——加工費，包括工人工資、設備折舊費、車間經費等；
——模具費
上述可知，沖壓件的制造成本為：C∑＝C材+C模+CⅠ沖壓件生產成本是由固定費和可變費兩部分組成的，所以要設法降低固定費用或可變費用，都能使生產成本降低，利潤增加，為四化建設積累資金。可見企業(yè)要提高經濟效益，就要在降低成本上下功夫。
2 零件工藝性分析及確定工藝結構方案
2.1 產品零件圖
圖2.1 彈簧片沖壓零件圖
沖裁工件是一種常見的彈簧片，其材料為60Si2Mn，厚度為0.5mm，工件需大批量生產，如圖2.1所示。
2.2 零件工藝性分析
沖裁的工藝性是從沖壓件工藝方面來衡量設計是否合理。在滿足工件零件使用要求的條件下，能夠以最經濟最簡單的方法沖出來就說明工藝性好。但是工藝性的好壞是相對的，它直接受到工廠的沖壓技術和設備等因素的制約。
2.2.1 結構與尺寸
該零件結構簡單，形狀對稱，尺寸較小，強度要求不高，外形簡單。懸臂寬度10mm大于1.5t，最小孔徑4mm大于t。適宜于沖裁加工。
2.2.2 精度
本次零件設計精度要求不高，圖上所注尺寸公差無特殊要求，選取公差等級為IT14級，利用普通沖裁方式可達到要求。其模具制造精度也不高，能達到經濟精度。
查公差表可得各尺寸公差為：
mm、mm、mm，mm，mm，mm， mm， mm， mm。
2.2.3 材料
優(yōu)質彈簧鋼60Si2Mn，厚度0.5mm軟態(tài)，帶料，抗剪強度，斷后伸長率。此材料具有較高的彈性和良好的塑性，其沖裁加工性較好。
2.3 確定沖裁工藝方案
確定工藝方案就是確定沖壓件的加工路線，合理的工藝方案應在不同的工藝分析進行全面的分析與研究比較與其經濟效果，然后選擇合理的工藝方案。此零件沖壓包括沖孔落料、彎曲兩個基本工序，其中沖孔落料和彎曲能分別采取兩種方案，具體分析如下：
（1）單工序沖裁——單工序彎曲，采用單工序模生產。
（2）級進沖裁——落料——彎曲，采用連續(xù)模與單工序模相結合生產。
（3）復合模——彎曲，采用復合模具及彎曲相結合生產。
方案（1）模具結構簡單，制造周期短，加工成本低。但需要五道工序、五套模具才能完成零件的加工，生產效率較低，難以滿足零件大批量生產的需求。且不便于工人操作。所以一般不予采用。
方案（2）采用連續(xù)沖裁沖出的零件精度和平直度較好，生產效率高，操作方便，通過設計合理的模具結構和排樣方法可以達到較好的零件質量和避免模具強度不夠的問題。同時又減少了一副模具，大大節(jié)省了成本。
方案（3）采用復合模具。只有當制件精度要求高，生產批量大，表面要求平整時，才選用復合模具結構。而且制作的費用較高，一般不采用。
由于零件結構簡單，為提高生產效率，這樣應采用復合沖裁或連續(xù)沖裁方式。如采用復合模，則其凸凹模壁厚不能太?。ㄍ庑闻c內形、內形與內形），以免影響強度；凸凹模刃磨有時不方便，尤其是在凸凹模即沖裁，又成形的情況下。
連續(xù)模具有如下優(yōu)點：（1）生產效率較高，尤其能適合于在單機上實現(xiàn)自動化；（2）安全、省料及其它開支??；（3）模具的使用壽命長，修模調整容易；（4）沖制的產品精度高，美觀。
故此沖裁件采用連續(xù)模為合理，設計方案為分別對凸模組件和凹模組件進行了定位和固緊。使裝配容易和裝配精度容易得到保證。
綜上所述可知，宜采用方案（2），在此沖件中，采用先完成沖孔壓加強緊后沖孔落料能保證凸凹模的最小壁厚，又因為零件的尺寸比較大，若在一副模具中完成全部工序的，則會造成模具龐大，不方便制造，同時不經濟，生產成本會成倍增加，故采用先在連續(xù)模中完成沖孔落料，最后彎曲成型的工藝方案。
3 確定模具總體結構方案
3.1 模具類型
根據(jù)零件的沖裁工藝方案，優(yōu)先采用級進沖裁模。
3.2 操作與定位方式
雖然零件的生產批量較大，但合理安排生產可用手工送料方式能夠達到批量要求，且能降低模具成本，因此采用手工送料的方式?？紤]零件尺寸較小，材料厚度較薄，為了便于操作和保證零件的精度，宜采用導料板導向，側刃定距的定位方式。為減小料頭和料尾的材料消耗和提高定距的可靠性，采用雙刃左右對稱布置。
3.3 卸料與出件方式
考慮零件厚度較薄，采用彈性卸料的方式。為了便于操作、提高生產率，沖件和廢料采用由凸模直接從凹模洞口推下的出件方式。
3.4 模架類型及精度
由于零件厚度薄，沖裁間隙小，又是級進模，因此采用導向平穩(wěn)的中間導柱模架?？紤]零件精度要求不是很高，但沖裁間隙較小，因此采用1級精度的模架。
4 工藝計算
4.1 排樣設計與計算
4.1.1 排樣方法
排樣對材料的利用率，工件的尺寸精度，生產率，模具制造難易程度和使用壽命有一定的影響。按材料的經濟利用程度或廢料的多少，排樣可分為有廢料排樣與少、無廢料排樣兩大類。排樣又可分直排、斜排、對排、對頭斜排、多排、混合排等。
有廢料排樣有如下幾種形式：
（1）直排 排樣時，應優(yōu)先選用直排，因為直排的模具最簡單。但對于三角形、角尺形等工件，采用直排會造成較大的材料浪費，可考慮選擇斜排或對排。
（2）斜排 斜排將時制模工作量增大。
（3）對排 選取對排省料幅度較大。比直排省料可達30%--50%。但需要注意：如果采取送料一次沖一件的方案，即用單凸模，模具結構與直排時基本相同，模具費也相差不大，但只實用于條料，不能用卷料。
（4）混合排 如果將一種零件落料后的廢料作為另一種工件的原材料，當然也可以提高材料的利用效率。但這種排樣對于小型件既不方便又不安全。而采用混合排是只有兩種零件的板厚與材質相同，并在設計人員的細心安排之下才有可能實現(xiàn)。
如下圖所示三種排樣方法：
圖4.1 直排、對角排 、斜排
綜上所述相同個數(shù)的零件采用直排料面積為16200，對角排17360 ，斜排17020，為了節(jié)省材料并結合零件本身的形狀，本排樣采用直排法。
4.1.2 搭邊值的確定
搭邊值的作用，搭邊是指排樣時零件與條料側邊這間留下的剩料。其作用是使條料定位，保證零件的質量和精度，補償定位誤差，確保沖出合格的零件，并使條料有一定的剛度，不彎曲，便于送進，并能使沖模的壽命提高。為了節(jié)約材料，應選擇合理的搭邊值，它一般與卸料板的形式，條料厚度，沖壓寬度L有關。
本設計采用彈性卸料板，條料厚度t＝0.5mm,沖壓寬度L＝80mm>50mm,查《冷沖模設計》P60知：搭邊值工件間＝1.8mm，側面＝2.0mm。又由于其為中碳剛類型，由經驗確定要乘以0.9的系數(shù)。所以實際搭邊值：
工件間搭邊值 ＝1.8mm×0.9＝1.6mm，
側面搭邊值 ＝2.0mm×0.9＝1.8mm
4.1.3 送料步距與條料寬度計算
條料在模具上每次送進的距離稱為送料步距，用A表示。其大小為條料上兩個對應沖裁件的對應點之間的距離，對于無廢料一模出兩件，送料步距是工件寬度的兩倍。查《沖壓工藝與模具設計》P63，條料寬度按公式（4.1）計算即
(4.1)
式中 L──條料公稱寬度，mm；
B──垂直于送料方向的工件尺寸,mm；
──側搭邊，mm；
b ──側刃切除的料寬，mm
△──△為剪板機下料公差，△=0.5mm
條料是由板料剪裁下料而得，為保證送料順利，剪裁時的公差整帶分布規(guī)定上偏差為零，下偏差為負值條料在模具上送進時一般都有導向，當使用導料板導向而又無側壓裝置時，在寬度方向也會產生送料誤差。另因采用IA型側刃每邊增加切入寬度1.5mm，所以
條料寬度 L =（80+2×1.8+2×1.5）=86.6 mm
送料步距 A = 28+1.6=29.6mm
4.1.4 材料利用率及排樣草圖
通常以一個步距內零件的實際面積與所用毛坯面積的百分率來表示：
η＝/＝(/LB)×100％ (4.2)
式中 ──個步距內零件的實際面積；
──個步距內所需毛坯面積；
L──送料步距；
B──條料寬度。
經計算，一個步距內彈簧片的實際有效面積約為1760 mm2 ，一個步距內所需毛坯面積為86.6×59.2＝5008.3mm2 ，如圖4.2
圖4.2 彈簧片排樣草圖
沖裁單件材料的利用率：
因此選用卷料，采用單排排樣，這樣的材料利用率較合宜，且操作方便。
4.2 沖裁力、壓力機的選取及壓力中心計算
4.2.1 沖裁力的計算
沖裁力是選擇壓力機的主要依據(jù)，也是設計模具所必須的數(shù)據(jù)。其沖裁力F的計算公式為：F＝KLtτ
其中F為沖裁力N；L為沖裁件的周長mm；t板料厚度mm；τ為材料的抗剪強度MPa；Ｋ為系數(shù)，常取1.3
在一般情況下，材料的σb≈1.3τ，為計算方便，也可用這個式子計算
沖裁力： F＝Ltσb (4.3)
彈簧片模具的沖裁力為：F＝Ltσb＝281.92×0.5×1300＝183248N
(其中L=21.9×4＋100＋20+41.2+28+29.2=281.92mm )
4.2.2 卸料力、推件力和頂件力
從凸模上卸下板料所需的力稱為卸料力；從凹模內向下推出工件或廢料所需的力稱推件力；從凹模內向上頂工件或廢料所需的力稱為頂件力。
、與和沖件輪廓的形狀、沖裁間隙、材料種類和厚度、潤滑情況、凹模洞口形狀因素有關。在實際生產中常用以下經驗公式計算：
(4.4)
(4.5)
(4.6)
式中 F──沖裁力；
──卸料力系數(shù)；
──推件力系數(shù)；
──頂件力系數(shù)；
n──梗塞在凹模內的沖件數(shù)（n＝h/t）
h──為凹模直壁洞口的高度。
、與可分別由表4.1查取。當沖裁件形狀復雜、沖裁間隙較小，潤滑較差、材料強度高時應取較大的值；反之則應取較小的值。
表4.1 卸料力、推件力和頂件力系數(shù)
料厚/mm
0.5～2.5
0.025～0.06
0.05
0.06
取為0.04、為0.05、為0.06
4.2.3 壓力機所需總沖壓力的計算
采用彈壓卸料裝置和下出件模具：
(4.7)
采用彈壓裝置和上出件模具時：
(4.8)
采用剛性卸料裝置和下出件模具時：
(4.9)
彈簧片模具采用彈性卸料，其所需總壓力為
＝1.1×F＝201572N＝201.5KN
4.3 壓力中心的計算
4.3.1 壓力中心的計算
模具的壓力中心必須通過模柄軸線而和壓力機的滑塊中心線重合，以使平穩(wěn)工作，減少導向磨損，提高模具及壓力機的壽命。
圖4.3 壓力中心坐標系
選取如圖4.3所示的坐標系。
因為三個工位均是對稱分布的，所以其Y坐標為0，
對于X坐標，三個工位的中心分別為（0，0）（29.6，0）（59.2，0）
即＝0，＝29.6，＝59.2，三個工位的對應長度是＝186.72mm， ＝69.2mm，＝87.32mm
按《沖壓工藝及模具設計》P103式（3.25）計算壓力中心
（4.10）
＝ =21.028mm
所以連續(xù)沖裁下零件的壓力中心為：（21.028，0）
4.4 凸、凹模刃口尺寸計算
凸、凹模加工方法一般分為兩種：
（1）凸、凹模分開加工法，當凸、凹模分開加工時，模具具有互換性，便于模具成批制造。但是制模精度要求高、制造困難、相應地會增加加工成本。凸、凹模配合加工適合于較復雜的、非圓形的模具，制造簡便，成本低廉。
（2）凸、凹模配合加工法，采用配做法制模時，配做件的最后精加工要等基準件完全加工完才進行。按配做法制模的加工順序，落料時先加工凹模，配做凸模；沖孔時先加工凸模，配做凹模。在工件尺寸精度較低，特別是板料較薄時，基準件的公差值較大，而配做件允許的公差值要小得多。這說明基準件加工較容易，而配做件加工較難。
用單配加工法常用于生產復雜形狀及薄料沖裁件的模具。在計算復雜形狀的凸模和凹模工作部分的尺寸時，往往存在著三類不同性質的尺寸：第一類，凸?；虬寄Ｔ谀p后會增大的尺寸；第二類，凸?；虬寄Ｔ谀p后會減小的尺寸；第三類，凸模或凹模在磨損后基本不變的尺寸。如圖，其中尺寸a、b、c對于凸模來說屬于第二類尺寸，對于凹模來說屬于第一類尺寸；尺寸d對于凸模來說屬于第一類尺寸，對于凹模來說屬于第二類尺寸；尺寸e對于凸模和凹模來說都是屬于第三類尺寸。
圖4.4 復雜形狀沖裁件的尺寸分類
尺寸的計算方法：
第一類尺寸＝(沖裁件上該尺寸的最大極限尺寸－x△)△ (4.11)
第二類尺寸＝(沖裁件上該尺寸的最小極限尺寸＋x△)△ (4.12)
第三類尺寸＝沖裁件上該尺寸的中間尺寸±(1/8)△ (4.13)
對于該工件來說，在連續(xù)模中完成的工步是沖孔，落料 ，該工件精度無特殊要求，根據(jù)工件公差等級取為IT14級，由于材料薄，模具間隙小，故凸凹模采用配做加工為宜。又根據(jù)排樣圖可知，凹模的加工比凸模的加工要困難，且級進模的所有凹模的孔均在一個模板上，因此，選用凹模為制造基準件。所以不論沖孔、落料，只計算凹模刃口的尺寸及公差。各凸模按凹模各對應尺寸標注其基本尺寸，并注明按凹模實際刃口尺寸配雙面間隙0.04mm。零件圖的尺寸為：
圖4.5零件圖
（1）連續(xù)模中落料模，計算凹模刃口尺寸，按照一定的間隙配做凸模。按磨損情況分類計算：
凹模磨損后增大的尺寸，查《中國模具工程大典第4卷模具工程大典》P273，按照公式（4.14）計算：
（4.14）
尺寸R 磨損后增大，查表X = 0.5
= =
尺寸R 磨損后增大，查表X = 0.5
= =
尺寸磨損后增大，查表X = 0.5
= =
尺寸磨損后增大，查表X = 0.75
= =
（2）沖孔時，把凸模尺寸換算到凹模的尺寸計算，由于先做凹模，凸模是按凹模以一定的間隙配制的，所以凹模公差δ凹也要比較小。
即δ凹＝δ凸－△Ｚ＝1/4△－(Zmax－Zmin)。
由圖4.6中可以得到換算后凹模的基本尺寸與公差
圖4.6 沖孔，將凸模尺寸換算到凹模的計算圖
即 d凹＝(dmin＋x△＋Zmin－δ凹) （4.15）
沖孔凹模、落料凸模分別按照沖孔凸模、落料凹模的實際尺寸進行配制，雙邊由表查得Zmax ＝0.06mm，Zmin ＝0.04mm，△Z＝ Zmax－Zmin ＝0.02mm大批量生產、且工作精度要求不高，按大間隙可提高模具的壽命。
凹模磨損后減小的尺寸，按公式d凹＝(dmin＋x△＋Zmin－δ凹)計算
尺寸R 磨損后減小，查表X = 0.75
δ凹 ＝δ凸－△Ｚ＝1/4△－△Ｚ=1/4×0.43-0.02=0.09
d凹 ＝(dmin＋x△＋Zmin－δ凹)
＝（14+0.75×0.02+0.04-0.09）=13.97
尺寸R 磨損后減小，查表X = 0. 5
δ凹＝δ凸－△Ｚ＝1/4△－△Ｚ=1/4×0.62-0.02=0.153
d凹＝(dmin＋x△＋Zmin－δ凹)
＝（32+0.5×0.02+0.04-0.153）=31.89
尺寸R 磨損后減小，查表X = 0. 75
δ凹＝δ凸－△Ｚ＝1/4△－△Ｚ=1/4×0.36-0.02=0.07
d凹＝(dmin＋x△＋Zmin－δ凹)
＝（10+0.75×0.02+0.04-0.07）=9.99
沖孔凹模為圓形，故可按d凹=(dmin＋x△＋Zmin) 計算：
尺寸R磨損后減小，查表X = 0. 5
d凹＝(dmin＋x△＋Zmin) =（4+0.5×0.3+0.04）= 4.19
（3）凹模磨損后不變的尺寸，按公式計算：
尺寸R 磨損后不變的尺寸
= =
（4）側刃孔尺寸可按公式計算，取=0.02則
由于現(xiàn)在凹模基本上都采用線切割方法加工，精度可達±0.01～0.02mm，而凸模因結構形式不同有多種加工方法。在留出不小于0.02mm研磨量的情況下，采用線切割的機床加工凹模時，各型孔尺寸和孔距尺寸的制造公差均可標注為0.01（為機床的一般能達到的加工精度）。凸凹模的材料根據(jù)性能特點選用T10A。
4.5 卸料結構設計、彈性元件的選用和計算
4.5.1 卸料結構設計
卸料裝置的功用是在一次沖裁結束之后，將條料或工序件與落料凸?；驔_孔凸模脫離，以便進行下一次沖裁。卸料裝置可分為固定卸料裝置和彈性卸料裝置，卸料裝置可分為固定卸料和彈性卸料兩種：
剛性卸料，常用于較硬、較厚且精度要求不太高的工件沖裁。結構簡單，卸料力大。彈性卸料常用于沖裁厚度小于1.5mm的板料，由于壓料的作用，沖裁件平整。
本設計零件厚度為0.5mm，零件精度要求不高，所以采用彈性卸料。
固定卸料板的平面外形尺寸一般與凹模板相同，其厚度可取凹模厚度的0.8～1倍，板料厚度超過3mm時，可與凹模厚度一致。彈性卸料板形孔與凸模的單面間隙可以取0.2～0.5mm，厚料與硬料可取大植。
則厚度H固＝0.8×H凹＝0.8×18＝14.4mm,因為沖裁件為材料為60Si2Mn，厚度為0.5mm，所以取H固＝14mm。
卸料板凸臺的高度：
H＝導料板的厚度－板料厚度＋（0.03～0.50）mm＝4mm
4.5.2 彈性元件的選用和計算
本次設計中只進行彈壓卸料的彈簧進行計算和選用。彈性卸料板的平面外形尺寸一般與凹模相同，板料厚度未超過0.8mm時，其卸料板寬度在125～200之間，查《模具工程大典》P574可知凹模最小厚度為H＝14mm。
卸料彈簧的選用：
（1） 初步確定彈簧的個數(shù)N，一般2～4個，本設計選用4個，使受力均勻。
（2） 根據(jù)卸料力＝/N＝0.04/4＝18324N （4.16）
（3） 根據(jù)極限工作壓力大于預壓力，一般可以?。剑?.5～2）
（4） 根據(jù)彈簧壓力與其壓縮量成正比的特征，計算彈簧的預壓量，
＝×/＝0.5 （4.17）
式中 ──彈簧極限壓縮量（mm）
──彈簧的預壓力（N）
──彈簧極限工作負荷（N）
選用彈簧長度確定: LR18×12×80(GB/T2089—1994),
（5） 檢驗選的彈簧是否合適，使彈簧工作時的總壓縮量不超過彈簧允許的極限工作負荷的壓縮量即滿足
≥＝＋＋＝80+1.5+10＝91.5mm （4.18）
式中 ──卸料板的工作行程（mm），
──凸模的刃磨量，一般取4～10mm
沖孔落料凸模長度L應根據(jù)模具的結構確定，據(jù)《冷沖模設計》P99公式知，凸模長度的計算公式為：
=++－0.2mm （4.19） 式中 ──凸模固定板厚度，mm；
──彈壓卸料板厚度，mm；
──預壓狀態(tài)下卸料彈簧的長度,其長度為(0.85～0.9)；
0.2──附加厚度，凸?？s進卸料板的距離.
凸模固定板外形與尺寸與凹模板相同，厚度為凹模板厚度的0.8～1倍。凸模固定板厚度為16mm。對于螺釘?shù)跹b的直通式凸模，其型孔于凸模的雙邊間隙可取0.1～0.3，這里取0.2mm.
=++－0.2=16+14+27－0.5=56.5mm
5 連續(xù)模的主要零件設計
5.1 凸凹模結構設計
5.1.1 凹模
（1）類型
凹模型孔側壁形狀形狀有兩種：
一種是側壁與凹模的凹模面稍傾斜的斜壁孔。但斜壁孔的加工存在難度，增加成本，在此處暫不采用。
一種是側壁與凹模面垂直的直壁孔，在刃口孔內易于聚集廢料或工件，增大了凹模的脹裂力、推件力和孔壁的磨損。磨損后刃口形成倒錐形狀，可能使沖成的工件從孔口反跳到凹模表面上造成操作困難，但直壁刃口凹模，刃口強度較高，刃口修磨后工作部分尺寸不變，制造方便。適合用于截面為非圓形的工件。本零件采用這種形式。臺階型孔的設計參數(shù)：一是直刃口的有效高度h，一般的當t≤1mm時，取h＝4～5mm，一是斜壁孔比單邊孔擴大值b，一般取b＝0.5～1mm。
所以取 h＝4mm，b＝1mm。如圖4.1所示
圖5.1 凹模型孔側壁形狀
（2）凹模結構尺寸的確定
凹模厚度：H＝Kb（須≥15mm） （5.1）
凹模壁厚：C≥（1.5～2）H（須≥30～40mm） （5.2）
式中 b──沖裁件最大外形尺寸，b＝80mm；
K──系數(shù)，查表取K＝0.2，
則：H＝Kb＝0.2×80＝16mm，取18mm
凹模壁厚：C≥（1.5～2）H＝27～36mm，查表得C=30
沿送料方向的凹模型孔壁間最大距離為：
b＝3×28+1.6×2＝87.2mm
垂直送料方向的凹模型孔壁間最大距離為：
＝80+2×1.8+6×2＝95.6mm
確定凹模有效面積，如圖5.2所示，從型孔邊界畫一矩形l×b初定為凹模有效面積74mm×95.64mm。
凹模有效面積矩形的對稱中心應與壓力中心重合，以便使模柄的中心線通過壓力中心。但壓力中心對于矩形的寬度并不處于對稱位置，長度也不處于對稱位置，因此應將矩形的長度增大為，使壓力中心對于處于對稱位置，即以壓力中心到矩形左邊的距離為實際凹模有效面積矩形長度的一半。則修正后的凹模有效面積矩形的長度與寬度b分別為：
L ＝ 95.64mm
b ＝（74-21.03）×2＝105.94mm
其面積分布情況如圖5.2所示：
圖5.2 凹模有效面積
（3）計算凹模外形尺寸
從凹模有效面積矩形×b向四周擴大一個允許的凹模壁厚C值，即30mm，即為凹模外形尺寸L×B的尺寸。則：
凹模長度L： L＝95.6+2×30＝155.6mm
凹模寬度B： B＝105.94+2×30＝165.94mm
經綜合考慮，選取與計算值相近的標準凹模板輪廓尺寸，將上述尺寸圓整為：16016018mm，采用整體式的凹模結構。
5.1.2 凸模
（1） 凸模的設計原則
為了保證凸模能夠正常工作，設計任何結構形式的凸模都須滿足如下三個原則：
① 精確定位 凸模安裝到固定板上以后，在工作過程中其軸線或母線不允許發(fā)生任何方向的移位，否則將造成沖裁間隙不均勻，降低模具壽命，嚴重時造成啃模。
② 防止拔出 回程時，卸料力對凸模產生拉深作用。凸模的結構應能防止凸模從固定板中拔出。
③ 防止轉動
（2） 凸模的結構形式
經綜合考慮，落料凸模的刃口部分為非圓形斷面，為了便于凸模和固定扳的加工，可設計成直通式形狀結構，其工作部分和固定部分的形狀做成一樣，這類凸模采用磨削，線切割的方式加工，凸模的尺寸根據(jù)刃口尺寸，卸料裝置和安裝固定要求確定。凸模的結構和尺寸如圖5.3所示，
圖5.3 沖孔落料凸模
沖孔凸模采用標準A型的圓凸模。
圖5.4 圓形沖孔凸模
(3) 固定方式
凸模在上模的正確固定應該是既要保證凸模工作可靠和良好的穩(wěn)定性，還要使凸模在更換或修理時拆裝方便。落料凸模采用直通式凸模。其工作部分要進行淬火，其長度為25mm，另一端要要處于軟態(tài)，便于與固定板進行鉚接，為了鉚接其總長要增加1mm，其配合為過渡配合，間隙為H7/m6。其結構形式如圖所示：
圖5.5鉚接結構圖
對于沖孔凸模，將安裝部分設計成便于加工成型的長圓形，通過固定板固定。其配合間隙為H7/m6。凸模固定板內凸模的固定方法通常時凸模壓入固定板內。
（4）受力校合
凸模端面尺寸較小時，必須進行承壓能力和抗縱向彎曲能力兩方面的校驗。此設計中圓形沖孔凸模斷面面積最小，故只對其進行校核。
承壓能力校驗：
（5.3）
對圓形凸模，，代入上式可得
（5.4）
式中 P──沖裁力，N；
F──凸模最小斷面面積，mm；
d──凸模直徑，mm；
t──毛料厚度，mm；
──毛料的抗剪強度，MPa；
──凸模材料的許用壓應力，MPa。
其中＝20，查《沖壓模具與制造》P103表9-9，知MPa，取1000MPa，τ＝706Mpa，則：
（5.5）
所以 成立，即該沖孔凸模承壓能力足夠。
5.2 定位形式與結構設計
5.2.1 設計原則
（1）定位支承點和支承面，定位至少有三個支承點（通常采用支承面）、兩個導向點（有時可采用導向面）及一個定程點（有時可采用定程面），定位的支承點及導向點之間應有足夠的距離，以保證坯料及條料的定位精度和穩(wěn)定。
（2）定位的方向與位置選擇，定位的方向與位置應使操作方便，送料方向從右至左或從前至后較為合適，前者導向點最好設計在后側，后者導向點設計在左側較為合適。在校平及整形時，最好先采用以外形初定位，再以導正銷定位的方法。
（3）處理好粗定位與精定位的關系，多工位級進模等在多工序聯(lián)合沖壓時，往往設有初始定位（粗定位）和最終定位（精定位）所構成的復合型定位機構，上、下工序的定位形式應力求一致，粗定位要服從精定位，以防止相互矛盾。
（4）非對稱外形的制件定位，其定位方向應固定，以免沖反而影響制件的質量。
（5）多工序沖壓各工序沖壓基準，沖壓件的全部工序應保證定位基準統(tǒng)一的原則，否則容易增大定位誤差。多道工序分別沖壓時，上下工序的定位形式應力求一致。
（6） 應保證定位的可靠和沖壓的安全，定位機構必須遠離產生細小廢料或切屑的地方，否則這些廢料和切屑的混入，常會影響定位工作和定位尺寸精度。同時還要注意定位機構不應被廢料堵塞或卡住，以保證沖壓的安全和可靠性。
5.2.2 定位零件機構與應用
條料靠著導料板一側導向送進，以免送偏。此級進模中，從左向右送料，與條料相靠的導料板裝在左側。材料比較薄，右側裝有承料板有利于條料平穩(wěn)進入，提高沖裁質量。同時為使條料順利通過，導料板間的距離應等于條料的最大寬度加上一間隙值（一般大于0.5mm）。查表選導料板的高度H＝4mm。
模具導料板之間的距離按下式
A＝B+b （5.6）
式中 B──條料公稱寬度 mm；
b──條料與導料板間的間隙 mm；
A＝B+b＝86.6+0.5＝87.1mm
圖5.6 導料板
（3）側刃定距
側刃定距是在條料的一側或兩側沖切定距槽，定距槽的距離等于步距的長度。其定距精度比擋料銷定距高。在多工位連續(xù)模中常采用側刃定距定位。側刃定距既適合于手工送料，也適合于自動或半自動送料。
考慮零件尺寸較小，材料厚度較薄，為了便于操作和保證零件的精度，宜采用側刃定距。由于材料的厚度在1.5mm以下，且精度要求不高，所以選用IA型省料。側刃的寬度為6mm,長度為一個步距長度29.6mm
為了保證料尾的充分利用，兩個側刃采用兩側對稱布置，同時提高零件外形尺寸的精度。
5.3 結構件與安裝
5.3.1 凸模固定板
用凸模固定板將凸模固定在模座上，其平面輪廓尺寸除應保證凸模安裝孔外，還要考慮螺釘與銷釘孔的設置。由于工件形狀不規(guī)則，固定板的外形與凹模輪廓尺寸基本上是一致的，型孔的位置應當與凹模的型孔位置協(xié)調一致。
一般取其厚度等于凹模厚度的60%～80%，此處取20mm。
其外形尺寸為160mm×160mm×20mm。固定板內形尺寸則根據(jù)凸模形狀確定。凸模固定板孔與凸模采用過渡配合（H7/m6），壓裝后端面要磨平，以保證沖模的垂直度。
5.3.2 模柄
模柄是連接上模與壓力機的零件。此處選用壓入式模柄，它與上模座孔采用H7/m6過渡配合，壓裝后端面要磨平，以保證沖模的垂直度。并加銷釘防止轉動。銷釘直徑為φ6，模柄直徑d值按壓力機模座孔為φ50。
模柄為直徑d＝50mm，高度L＝105mm的A型壓入式模柄。如圖5.7所示。
圖5.7 模柄A50×105
5.3.3 墊板
墊板裝在固定板與上模座或下模座之間，它的作用是直接承受和擴散凸模傳遞的壓力，以降低模座所受的單位壓力，保護模座以免被凸模端面壓陷而影響模具的正常工作。墊板的外形尺寸與凹模大致相同，墊板的厚度由經驗可選為6～10mm。
在此確定墊板的外形尺寸為160mm×160mm×8mm。
墊板的材料一般可選45鋼，熱處理硬度取43～48HRC。
5.4 模架
模架是由上下模座、模柄及導向裝置 (最常用的是導柱、導套) 組成。
模架是整副模具的骨架，模具的全部零件都固定在它的上面，并且承受沖壓過程中的全部載荷。模架的上模座通過模柄與壓力機滑塊相連，下模座用螺釘壓板固定在壓力機工作臺面上。上、下模之間靠模架的導向裝置來保持其精確位置，以引導凸模的運動，保證沖裁過程中間隙均勻。一般模架均已列入標準，設計模具時，應加以正確選用。
5.4.1 對模架的基本要求
(1) 要有足夠的強度與剛度；
(2) 要有足夠的精度 (如上下模座要平行，導柱導套中心要與上下模座垂直，模柄要與上模座垂直等) ；
(3) 上下模之間的導向要精確 (導向件之間的間隙要很小，上下模之間的移動應平穩(wěn)和無滯住現(xiàn)象)。
5.4.2 模架形式
標準模架中，應用最廣的是用導柱、導套作為導向裝置的模架。根據(jù)導柱、導套配置的不同有四種基本型式：后側導柱模架、中間導柱模架、對角導柱模架、四導柱模架。當沖裁板厚在0.8mm以下的模具時，選用H6/h5配合的Ⅰ級精度模架。當沖裁板厚度為0.8~1.4mm時，選用H7/h6配合的Ⅱ級精度模架。
在這里選用H6/h5配合的Ⅰ級精度的對角導柱模架，L為160mm，B為160mm，H最大為200mm最小為160mm，
下模座為160mm×160mm×45mm，
上模座為160 mm×160mm×40mm。
5.4.3 導柱與導套
導柱導套的結構與尺寸都可直接由標準中選取。在選用時應注意導柱的長度應保證沖模在最低工作位置時，導柱上端面與上模座頂面的距離不小于10~15mm，而下模座底面與導柱底面的距離應為0.5~1mm。導柱與導套之間的配合根據(jù)沖裁間隙大小選用。
導柱1 32mm×160mm（GB2861.1-81）
導套1 32mm×80mm （GB2861.6-81）
導柱2 28mm×160mm（GB2861.1-81）
導套2 28mm×80mm （GB2861.6-81）
5.4.4 模具閉合高度校核
模具的閉合高度H模具是指模具在最低工作位置時上模座的上平面與下模座的下平面之間的高度。
模具的閉合高度必需與壓力機的裝模高度相適應。壓力機裝模高度是指滑塊在下止點位置時，滑塊底平面與壓力機工作臺上的墊板上平面之間的高度。由于壓力機的連桿長度可以調節(jié)，所以壓力機的裝模高度是可以調節(jié)的。當連桿調節(jié)至最短時為壓力機的最大裝模高度Hmax；當連桿調至最長時為壓力機的最小裝模高度Hmin。
模具的閉合高度H應介于壓力機的最大裝模高度Hmax與最小裝模高度Hmin之間，否則就不能保證正常的安裝與工作。最小裝模高度Hmin為215mm。.
其關系為：Hmin+10mm≤H≤Hmax－5mm。 (4.5)
則代入數(shù)據(jù)得：Hmin+10mm＝170mm≤H≤Hmax－5mm＝195mm，加墊塊滿足要求。
模具的其他外形結構尺寸也必須與壓力機相適應。如模具外形輪廓平面尺寸與壓力機的滑塊底面尺寸與工作臺面尺寸，模具的模柄與滑塊的模柄孔尺寸，模具下模座下彈頂裝置的平面尺寸與壓力機工作臺面孔的尺寸等都必須相適應，才能使模具正確的安裝和正常使用。
5.5模具緊固件與自制零件選用
5.5.1 模具緊固件的規(guī)格型號
按確定的沖模形式及計算出的參數(shù)，從冷沖模標準中查出有關標準件。具體如下:
銷釘: 2—Ф8×50 GB119—86
2—Ф8×55 GB119—86
2—Ф6×12 GB/T 119.1—2000
4—Ф4×15 GB119—86
螺釘: 8—M12×45 GB70—85
4—M4×8 GB70—85
4—M6×15 GB70—85
5.5.2 模具自制零件的材料及熱處理要求
上、下模座：HT200
模 柄：45鋼、 43～48HRC
墊 板：45鋼、 43～48HRC
凸模固定板：45鋼、 43～48HRC
導 料 板：45鋼、 調質28～32HRC
卸 料 板：45鋼、 43～48HRC
凹 模：T10A、 60～64HRC
凸 模：T10A、 58～62HRC
5.6 壓力機的選用與校核
5.6.1壓力機的選用
所選用的壓力機公稱壓力應大于計算出來的總沖壓力250kN；壓力機的最大裝模高度應大于或等于170mm(沖模閉合高度+5mm)；工作臺板尺寸應能滿足沖模的正確安裝。按上述要求可選用J23—25開式雙柱可傾壓力機。但需要在工作臺面上加設墊板。其主要技術參數(shù)為：
選擇壓力機的型號為開式雙柱可傾式壓力機：J23－25.它的主要技術參數(shù)如下：
公稱壓力 250KN
滑塊行程 65mm
滑塊行程次數(shù) 55/105次/min
最大裝模高度 270mm
連桿調節(jié)長度 55mm
模柄孔尺寸（直徑×深度/ mm） 50×70mm
工作臺尺寸(前后×左右) 370×560mm
電動機功率/KW 2.2KW
5.6.2 沖壓力和做功的校核
總沖壓力201.5kN<公稱壓力250kN
對J23—25壓力機來說=9且
＝11.32mm （5.7）
根據(jù)材料成型設備式（2-18）壓力機的做功能力有：
：＝0.315×250kN×11.32mm=382.1J （5.8）
而此時工件的變形功為：
＝201.5kN×0.5mm＝100.75J （5.9）
因為，故選擇J23-25壓力機，做功足夠。
6 彎曲模設計計算
6.1 彎曲力的計算及壓力機的選擇
6.1.1 彎曲力的計算
（1）彎曲過程有兩步，第一步是凸模向下運動的彎曲，彎曲按照自由彎曲計算，U形件彎曲使用帶反頂板的U型彎曲模具，但不進行校型彎曲時，反頂壓力的彎曲力按式計算： （6.1）
式中 B──彎曲線長度（mm）；
t──板料厚度（mm）；
──材料抗拉強度（MPa）；
──彎曲凸模圓角半徑（mm）。
第二步是通過滑塊向左壓圓弧的彎曲，并施加校正力。由于采用側壓滑塊的結構，側壓力是通過斜楔行塊傳遞給滑塊的，取斜楔的角度為60，
故總彎曲力為：＝0.5×11886＝5943N
（2）頂件力或壓料力
對于設有頂件裝置或壓料裝置的彎曲模，其頂件力可近似取自由彎曲力的30％～80％，即：＝K （6.2）
式中 ──自由彎曲力
──頂件力
K── 系數(shù)
其中K取0.2，所以＝ K＝0.2×11886＝2377.2N
6.1.2 彎曲用壓力機的額定壓力的確定
壓力機公稱壓力的確定，為了確保機械壓力機的安全，按經驗，可將計算的彎曲力限制在壓力機額定壓力的75%～80%，并據(jù)此確定壓力機的額定壓力。對于有彈性頂件裝置的自由彎曲可按照進行驗算
＝1.2×（11886+5943）＝21394.8N （6.3）
按上述要求可選用J23—6.3開式雙柱可傾壓力機。
其主要技術參數(shù)為：
公稱壓力： 40kN
滑塊行程： 40mm
最大封閉高度： 160mm
封閉高度調節(jié)量： 40mm
模柄孔尺寸： φ30mm×50mm
工作臺尺寸（前后×左右）： 180mm×280mm
工作臺板厚度： 35mm
6.2 彈簧片的回彈量計算
為了便于敘述，將彈簧片的半徑為R68，R3的圓角分別稱為大圓角和小圓角，其半徑分別表示為和。由文獻可知，彎曲回彈和曲率回彈量表示。
當R<(5～8)t(t為板料的厚度)時工件彎曲半徑變化不大，只考慮角度的回彈。因＝3＜6t＝3mm,所以對彈簧片的小圓角僅考慮角度回彈，卸載后彎曲件的彎曲角度發(fā)生變化，而彎曲半徑的變化是很小的，可以不予考慮。
計入曲率回彈補償時板材彎曲凸模的圓角半徑公式為：
（6.4）
式中 R──工件圓角半徑,mm；
──材料屈服應力，Mpa,
E──彈性模量，MPa；
t──材料厚度，mm；
──簡化系數(shù)；
對于彈簧片的大圓角R=68mm，＝0.0076。
大圓角曲率回彈量為：－＝68－33.5=34.5mm
又由公式得 （6.5）式中 ──設計的凸模的中心角
──沖壓得到彎曲中心角
──設計的凸模的半徑
──沖壓得到彎曲的半徑
由回彈前后的曲率半徑算得大圓角的角度回彈量為＝。
根據(jù)彈簧片材料和小圓角尺寸，由表查的彈簧片小圓角的角度回彈為＝，所以大小圓角的角度回彈之和：+＝
彎曲半徑R/t﹥5，＝68 > 8t ＝4mm, 對大圓角的角度回彈和曲率回彈則必須都考慮。
模具處于閉和狀態(tài)下壓在模具中的彈簧片尺寸，顯然該工件的彎曲回彈簧量較大?；貜椙肮ぜ撞看髨A角的半徑為R=19.5mm，工件的兩側直邊向內傾斜21.3度。
6.3 彎曲模工作部分尺寸的確定
6.3.1 凸模和凹模形狀
凸模形狀為了便于加工，采用直通方型的方式，凸模上部的圓柱是矩形彈簧的導向桿，至下止點時，凸模的上頂面與墊板接觸，對工件施加凸模上部圓柱的直徑稍大于彈簧內徑（），取。圓柱的高度是彈簧壓縮變形后的彈簧最大壓縮量40.6mm，工作時候總壓縮量35.6mm，故圓柱的高度為50mm。
凹模形狀為了便于加工，采用直通型號的方式，制作工藝過程中采用線切割的方式，從而保證加工的精度，中間階梯孔是為了通入頂件桿進行定位的，使工件在完成第一次彎曲時候不會移動位置。
6.3.2 凸、凹模工作部分尺寸與公差
對于尺寸標注在外形上的彎曲件，應當以凹模為基準先確定凹模尺寸。
（1）彎曲件為單向公差時，凹模尺寸為：
（6.6）
式中 ──代表凹模尺寸（mm）
──代表彎曲件的基本尺寸
──彎曲件尺寸公差
──凹模的制造公差，采用IT7－IT9標準公差等級
對于尺寸 mm
（mm）
對于尺寸 mm
（mm）
對于尺寸 mm
（mm）
對于尺寸 mm
（mm）
其加工尺寸如圖6.1
圖6.1 凸凹模的尺寸
凹模的圓角半徑在實際生產中，凹模圓角半徑通常根據(jù)材料的厚度t選取：
當t＜2mm時，r＝（3～6）t
當t＜2～4mm時，r＝（2～3）t
當t＞4mm時，r＝2t
保證凹模的兩邊的圓角一致，否則彎曲時候會發(fā)生偏移。所以此處r取2mm。
6.3.3 凸、凹模間隙
按《沖壓工藝及模具設計》式（4.46）計算。
（6.7）
式中 Z ──單面間隙，mm；
──材料最大厚度，mm；
C──因數(shù)，參見《沖壓工藝及模具設計》表5-10。
由于，取C=0.05mm
Z=0.5+0.05×0.5=0.525mm
凸模尺寸按凹模配制，保證單面間隙值0.525mm
6.4 彎曲模的結構零件設計
6.4.1滑塊
滑塊凸模要配合凸模完成第一次彎曲，然后滑塊在斜楔的作用下向左移動，完成圓弧部位的彎曲成型。
滑塊的斜面、底面和臺階面是滑動工作面，表面要求光滑?；瑝K的右側面圓弧部位是彎曲凹模的工做部，具體結構和尺寸如圖6.2所示。
滑塊的右側裝有螺栓和彈簧，用于滑塊的復位。
圖 6.2 滑塊
6.4.2 斜楔
斜楔的橫截面為矩形，其寬度可以比滑塊的寬度略小，取15mm，長度取45mm。斜楔的斜面及與斜面相對的側面是滑動工作面，斜楔與凸模固定板采用H7/r6配合，并將斜楔鉚接固定在墊板上。為了便于調整圓弧部位的間隙，并控制校正力的大小，斜楔與滑塊之間可設置調整墊片。
6.4.3 頂件桿
頂件桿在彈頂器的作用下，與凸模形成足夠的壓緊力而完成第一次彎曲，并對坯料起定位作用。頂件塊上部為矩形，其寬度與坯料相等，桿頭上面設有定位銷，彎曲前坯料采用孔套在定位銷上定位。頂件塊下部為圓柱形，并與凹模座相互配合，配合精度H7/h6，外徑同時與圓柱型彈簧相配合。
圖6.3 頂件桿
6.4.4 模 柄
圖6.4 模柄
由于凸