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本科畢業(yè)設計（論文）說明書
某款鎖扣板沖裁彎曲復合模具設計
學 院
專業(yè)班級
學生姓名
學生學號
指導教師
提交日期 年 月 日
學位論文原創(chuàng)性聲明
本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。
作者簽名： 日期： 年 月 日
學位論文版權使用授權書
本學位論文作者完全了解學校有關保留、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權華南理工大學廣州學院可以將本學位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。
保密□，在 年解密后適用本授權書。
本學位論文屬于
不保密□。
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指導教師簽名： 日期： 年 月 日
畢 業(yè) 設 計 （論文） 任 務 書
茲發(fā)給 機械工程及自動化 專 班學生 畢業(yè)設計（論文）任務書，內(nèi)容如下：
1.畢業(yè)設計（論文）題目： 某款鎖扣板沖裁彎曲復合模具設計
2.應完成的項目(論文提綱)：
（1）查找、閱讀有關沖壓工藝方面的書籍、論文資料4篇以上（要求外文資料閱讀量不少于3萬印刷字符），撰寫一份不少于3000字的開題報告。
（2）根據(jù)提供的某款鎖扣板零件，分析零件的沖壓工藝性，確定模具總體方案；設計計算毛坯排樣尺寸；設計模具零件及裝配結構；利用平面CAD軟件繪制模具總裝圖和零件圖。要求總圖量不少于3張A0圖紙。
（3）撰寫成一份1萬漢字以上的畢業(yè)設計說明書；
（4）翻譯一份與畢業(yè)設計相關的外文文獻資料，字數(shù)要求3000漢字左右（或1.2萬印刷字符）。
3.參考資料以及說明：
[1] 王孝培. 沖壓手冊（第2版）[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2004.
[2] 夏琴香. 沖壓成形工藝及模具設計[M]. 廣州：華南理工大學出版社，2005.
[3] 王新華. 沖模設計與制造實用計算手冊[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2003.
[4] 王芳. 冷沖壓模具設計指導[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2005.
[5] 薛啟翔. 沖壓模具設計結構圖冊[M]. 北京：化學工業(yè)出版社，2005.
[6] 陳錦昌. 計算機工程制圖（第3版）[M]. 廣州：華南理工大學出版社，2003.
4.本畢業(yè)設計（論文）任務書于 2012 年 12 月 20 日發(fā)出，應于 2013 年 5 月 18 日前完成，然后提交畢業(yè)設計（論文）答辯委員會進行答辯。
專業(yè)教研組（系）負責人 審核 年 月 日
指導教師（導師組負責人） 簽發(fā) 年 月 日
畢業(yè)設計（論文）評語：
畢業(yè)設計（論文）總評成績：
畢業(yè)設計（論文）答辯小組負責人簽字：
年 月 日
摘 要
排樣是沖壓模具設計中的一個重要工藝。材料成本是板料沖壓中最重要的成本之一，因此最大限度減小廢料是節(jié)省材料的本質所在，這不僅僅體現(xiàn)在板料沖壓過程中，而且在整個生產(chǎn)過程中也應該注意。本文主要是討論用AutoCAD的ObjectARX開發(fā)工具為沖壓模具開發(fā)一個切實可行的排樣優(yōu)化系統(tǒng)。這個排樣優(yōu)化系統(tǒng)的基本原理還是首次被描述，并且也提出了這個系統(tǒng)的一般結構。這個系統(tǒng)不僅僅是一個排樣算法的計算問題而且還要考慮到工業(yè)實際要求和用戶操作的問題。在最后，以一個毛坯形狀補償法去解決補償曲面的自交問題，并且這種方法是對傳統(tǒng)的“一步轉換”法的一種改良，它可以消除排樣過程中高效性和精確性之間的沖突。
關鍵詞：排樣；優(yōu)化；沖壓模具
Abstract
Blank layout is one of the most important processes in stamping die design. As the major cost in sheet metal stamping is the material cost, any efforts to minimise the scrap may result in substantial savings not only in strip material, but also in overall production. This paper is mainly targeted at establishing a practical blank layout optimisation system for stamping die by using AutoCAD’s ObjectARX toolkit. The basic principles of blank layout optimisation are first described, and then the general structure of the system is proposed. Not only a suitable algorithm for layout calculation, but also the manufacturing requirements and user operation are fully considered in this system. Finally, an algorithm for blank shape offsetting is proposed to solve the problem of selfintersection in offset curves, and the traditional ‘1-step translation’ algorithm for the calculation of layout parameters is improved to eliminate the conflict between precision and efficiency in the layout optimisation.
Keywords: Blank layout; Optimization; Stamping die
目 錄
摘 要 I
Abstract II
第一章 緒論 1
1.1 冷沖壓與模具技術現(xiàn)狀 1
1.2畢業(yè)設計的意義與目的 2
1.3 本章小結 3
第二章 沖壓件工藝性分析及沖裁方案的確定 4
2.1 材料分析 4
2.2 沖裁件的結構工藝性 4
2.3 展開尺寸的計算 4
2.4 沖裁件尺寸精度和表面粗糙度要求 5
2.5沖裁方案的確定 5
2.6 本章小結 6
第三章 排樣圖的設計及材料利用率的計算 7
3.1 排樣的設計 7
3.2 搭邊的選取 8
3.3 材料利用率的計算 9
3.4 本章小結 9
第四章 沖裁工藝力的計算 10
4.1 沖裁力的計算 10
4.1.1沖裁力的計算公式 10
4.2 卸料力、推件力、和頂件力的計算 11
4.3 彎曲力的計算 12
4.4 沖壓壓力中心計算 12
4.5 本章小結 14
第五章 沖壓設備的選擇 15
5.1 沖壓設備類型的選擇 15
5.3 本章小結 15
第六章 沖裁模工作部分設計計算 16
6.1 沖裁間隙 16
6.2 模具刃口尺寸的計算 16
6.2.1落料部分刃口設計計算 18
6.2.2沖孔部分刃口設計計算 19
6.2.3 彎曲凸模，凹模設計計算 19
6.3 本章小結 21
第七章 模具總體設計 22
7.1模具類型的選擇 22
7.2確定送料方式 22
7.3定位方式的選擇 22
7.4卸料、出件方式的選擇 22
7.5 本章小結 23
第八章 卸料零件計算 23
8.1 卸料樹脂的選擇 23
第九章 主要零部件設計 24
9.1模具材料的選擇 24
9.1.1模具材料的性能與熱處理 24
9.2落料凹模設計 24
9.2.1落料凹模外形和尺寸的確定 24
9.2.2落料凹模的結構形式 25
9.3凸凹模設計 25
9.3.1模具的結構形式和固定方法 25
9.3.2凸凹模長度的確定 25
9.3.3凸凹模結構設計 26
9.4沖孔凸模 26
9.4.1沖孔凸模的固定形式 26
9.4.2凸模強度校核 26
9.4.3 沖孔凸模的結構 26
9.5 彎曲凸模設計 26
9.5.1模具的結構形式和固定方法 26
9.5.2凸模強度的較核 27
9.6 彎曲凹模設計 27
9.6.1模具的結構形式和固定方法 27
9.6.2凹模強度的較核 27
9.7 本章小結 27
第十章 標準件的選擇 28
10.1模架及模柄的選擇 28
10.2凸模固定板及墊板的選擇 28
10.3模具閉合高度的校核 28
10.4卸料螺釘 29
10.5螺釘及銷釘?shù)倪x擇 29
10.6 本章小結 29
第十一章 模具裝配 30
11.1模具的總裝配（以彎曲模為例） 30
參考文獻 33
致 謝 34
附錄 35
~ III ~
第一章 緒論
第一章 緒論
1.1 冷沖壓與模具技術現(xiàn)狀
我國考古發(fā)現(xiàn)，早在2000多年前，我國已有沖壓模具被用于制造銅器，證明了中國古代沖壓成型和沖壓模具方面的成就就在世界領先。1953年，長春第一汽車制造廠在中國首次建立了沖模車間，該廠于1958年開始制造汽車覆蓋件模具。我國于20世紀60年代開始生產(chǎn)精沖模具。在走過了漫長的發(fā)展道路之后，目前我國已形成了300多億元（未包括港、澳、臺的統(tǒng)計數(shù)字，下同。）各類沖壓模具生產(chǎn)能力。
改革開放以來，隨著國民經(jīng)濟的高速發(fā)展，市場對模具的需求量不斷增長。近年來，模具工業(yè)一直以15%左右的增長速度快速發(fā)展，模具工業(yè)企業(yè)的所有制成分也發(fā)生了巨大變化，除了國有專業(yè)模具廠外，集體、合資、獨資和私營也得到了快速發(fā)展。浙江寧波和黃巖地區(qū)的“模具之鄉(xiāng)”；廣東一些大集團公司和迅速崛起的鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)，科龍、美的、康佳等集團紛紛建立了自己的模具制造中心；中外合資和外商獨資的模具企業(yè)現(xiàn)已有幾千家。
近年來，我國沖壓模具水平已有很大提高。大型沖壓模具已能生產(chǎn)單套重量達50多噸的模具。為中檔轎車配套的覆蓋件模具內(nèi)也能生產(chǎn)了。精度達到1~2μm，壽命2億次左右的多工位級進模國內(nèi)已有多家企業(yè)能夠生產(chǎn)。表面粗糙度達到Ra≦1.5μm的精沖模，大尺寸（φ≧300mm）精沖模及中厚板精沖模國內(nèi)也已達到相當高的水平。
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)代化建設進程中，沖壓生產(chǎn)占有重要的地位。
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)代化建設進程中，沖壓生產(chǎn)占有重要的地位。
當今，隨著科學技術的發(fā)展，沖壓工藝技術也在不斷革新和發(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）模具設計及制造技術的現(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。
1.2畢業(yè)設計的意義與目的
畢業(yè)設計是一種綜合性的訓練，也是一個重要的專業(yè)實訓環(huán)節(jié)，它綜合性強，應用知識面寬。隨著社會主義市場經(jīng)濟的不斷發(fā)展，工業(yè)產(chǎn)品增多，產(chǎn)品更新?lián)Q代加快，市場競爭激烈。模具作為一種工具已廣泛地應用在各行各業(yè)之中。模具是現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的重要工藝裝備。在國民經(jīng)濟的各個工業(yè)部門都越來越多地依靠模具來進行生產(chǎn)加工。模具已成為國民經(jīng)濟的基礎工業(yè)。模具已成為當代工業(yè)的重要手段和工藝發(fā)展方向之一?，F(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品的品種和生產(chǎn)效益的提高，在很大程度上取決于模具的發(fā)展和技術經(jīng)濟水平。
為了更進一步加強我們的設計能力，鞏固所學的專業(yè)知識，在畢業(yè)之際，特安排了此次的畢業(yè)設計。畢業(yè)計也是我們專業(yè)在學完基礎理論課，技術基礎課和專業(yè)課的基礎上，所設置的一個重要的實踐性教學環(huán)節(jié)。
本次設計的目的：
一、綜合運用本專業(yè)所學的理論與生產(chǎn)實際知識，進行一次沖壓模設計的實際訓練，從而提高我們獨立工作能力。
二、鞏固復習三年以來所學的各門學科的知識，以致能融貫通，進一步了解從模具設計到模具制造整個工藝流程。
三、掌握模具設計的基本技能，如計算、繪圖、查閱設計資料和手冊，熟悉標準和規(guī)范等。
由于本人設計水平有限，經(jīng)驗不足，錯誤難免，敬請老師批評、指導，不勝感激。
1.3 本章小結
本章從國內(nèi)外當今模具的發(fā)展狀況這個角度介紹了課題的研究意義，在此基礎上提出課題設計的任務。并分析了產(chǎn)品工藝，進行了比較，選擇最佳方案。
5
第二章 沖壓件工藝性分析及沖裁方案的確定
第二章 沖壓件工藝性分析及沖裁方案的確定
2.1 材料分析
沖裁材料為Q235，查文獻屬于普通碳素鋼，屈服點σs=240MPa，抗拉強度440-470 MPa，延伸率不小于21-25％，抗剪強度310-380 MPa塑性好，焊接性好，適合沖裁。
2.2 沖裁件的結構工藝性
沖裁件的結構形狀應盡可能簡單、對稱、避免復雜形狀的曲線，在許可的情況下，把沖裁件設計成少、無廢料排樣的形狀，以減少廢料，矩形孔兩端宜用圓弧連接，以利于模具加工。
沖裁件凸出或凹進的部分不能太窄，盡可能避免過長的懸臂和窄槽，如圖2-2所示。最小寬度b一般不小于1.5t，若沖裁材料為高碳鋼，b≥2t, ，當材料厚度t<1mm時，按1mm計算。該工件最小寬度b=4.6mm≥1.5t=1.5×1.0=1.5mm，滿足條件。
沖裁件的孔徑因受沖孔凸模和剛度的現(xiàn)在，不宜太小，否則容易折斷和壓彎，沖孔的最小尺寸取決于沖壓材料的力學性能，凸模強度和模具結構。該沖裁件的孔徑d=6mm≥1.5t=1.5×1.0=1.5mm，查文獻[2]：P75表2-18，用無保護套凸模沖孔。
2.3 展開尺寸的計算
彎曲件毛坯的展開尺寸是根據(jù)變形中性層長度不變的原理來求出的，對于變形程度很小或對尺寸要不高的彎曲件來說，可以近似的認為變形中性層與毛坯的斷面中心相重合，這時，中性層的位置為
ρ=r+t/2
式中 r——彎曲件內(nèi)層的彎曲半徑
t——板料的厚度，
而當需要精確的求出彎曲毛坯的展開長度時，就必須精確的求出變形中性層的位置。確定位置之后就可以進行毛坯展開長度的計算了，這需要一個中性層的位移系數(shù)，此系數(shù)對于彎曲形狀及彎曲程度不同，數(shù)值也不同，需要根據(jù)實際的模具調(diào)節(jié)展開尺寸。
本產(chǎn)品，尺寸沒標公差，屬于自由公差，可以直接按毛坯的斷面中性層尺寸計算，
經(jīng)過計算 L1=36.2，寬度尺寸不變
此尺寸目前是待定，在實際生產(chǎn)時需調(diào)節(jié)。
產(chǎn)品展開后如圖，展開圖紙如下圖所示：
2.4 沖裁件尺寸精度和表面粗糙度要求
表2-2 沖裁件孔中心距公差 （mm）
材料厚度t
普通沖孔公差
高級沖孔公差
孔距中心尺寸
≤50
50~150
150~300
≤50
50~150
150~300
≤1
±0.1
±0.15
±0.2
±0.03
±0.05
±0.08
1~2
±0.12
±0.2
±0.3
±0.04
±0.06
±0.1
2~4
±0.15
±0.25
±0.35
±0.06
±0.08
±0.12
4~6
±0.2
±0.3
±0.40
±0.08
±0.10
±0.15
2.5沖裁方案的確定
沖裁工序按工序的組合程度可分為單工序沖裁、復合沖裁和級進沖裁。
復合沖裁是在壓力機的一次行程中，在模具的同一位置同時完成兩個或兩個以上的工序；級進沖裁是把一個沖裁件的幾個工序，排列成一定順序，組成級進模，在壓力機的一次行程中，模具的不同位置同時完成兩個或兩個以上的工序，除最初幾次沖程外，每次沖程都可完成一個沖裁件。該工件包括落料、沖孔兩個基本工序，可以有以下五種工藝方案：
方案一：先落料，后沖孔，彎曲。采用單工序模生產(chǎn)。
方案二：落料-沖孔復合沖壓，彎曲。采用倒裝復合模+單工序模生產(chǎn)。
方案三：沖孔-彎曲-切斷級進沖壓。采用級進模生產(chǎn)。
方案一結構簡單，但需三道工序、三副模具才能完成，生產(chǎn)效率也低，如此則浪費了人力、物力、財力，從經(jīng)濟性的角度來考慮不妥當，難以滿足大批量的生產(chǎn)要求。
方案二采用倒裝復合模生產(chǎn)，與方案一相比，倒裝復合模具把凸凹模放在下模，雖然模具結構較方案二簡單，可沖工件的孔邊距也較大，但是工件的平整性較方案一差。彎曲也是一次成型實現(xiàn)。彎曲時可以矯正平整度。
方案三采用沖孔彎曲切斷級進模具生產(chǎn)，也只需要一副模具，制造精度高，先沖孔后彎曲，切斷，但是其模具結構復雜，生產(chǎn)周期長，成本高。
通過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。
2.6 本章小結
本章從產(chǎn)品形狀和時間生產(chǎn)條件出發(fā)，結合設計設計的任務要求，分析了產(chǎn)品工藝，進行了比較，選擇最佳方案。
第三章 排樣圖的設計及材料利用率的計算.
第三章 排樣圖的設計及材料利用率的計算
3.1 排樣的設計
沖裁件在板、條等材料上的布置方法稱為排樣。排樣的合理與否，影響到材料的經(jīng)濟利用率，還會影響到模具結構、生產(chǎn)率、制件質量、生產(chǎn)操作方便與安全等，因此，排樣是沖裁工藝與模具設計中一項很重要的工作。
如圖3-1所示。
圖3-3沖裁件的排樣
1． 結構廢料 由于工件結構形狀的需要，如工件內(nèi)孔的存在而產(chǎn)生的廢料稱為結構廢料，它取決于工件的形狀，一般不能夠改變。
2． 工藝廢料 工件之間和工件與條料邊緣之間存在的搭邊，定位需要切去的料邊與定位孔，不可避免的料頭和料尾廢料稱為工藝廢料，它決定于沖壓方式和排樣方式。
合理的排樣方法，應是將工藝廢料減到最少?？紤]到該工件的外形特征和材料的利用情況，因此采用以上的的排樣方式。
3.2 搭邊的選取
（一）搭邊
搭邊值的選取關系到送料的順利進行、制件的質量、材料的利用率、模具壽命。
搭邊值要合理確定。搭邊值過大，材料利用率低。搭邊值小，材料利用率雖高，但過小就不能發(fā)揮搭邊的作用，在沖裁過程中會被拉斷，造成送料困難，使工件產(chǎn)生毛刺，有時還會被拉入凸模和凹模間隙，損壞模具刃口，降低模具壽命。搭邊值過小，會使作用在凸模側面上的法向應力沿著落料毛坯周長的分布不均勻，引起模具刃口的磨損。
影響搭邊值大小的因素主要有：
1．材料的力學性能 塑性好的材料，搭邊值要大一些，硬度高與強度大的材料，搭邊值可小一些。
2．材料的厚度 材料越厚，搭邊值也越大。
3．工件的形狀和尺寸 工件的外形越復雜，圓角半徑越小，搭邊值越大。
4．排樣的形式 對排的搭邊值大于直排的搭邊。
5．送料及當料方式 用手工送料，有側壓板的搭邊值可小一些。
搭邊值一般由經(jīng)驗確定，根據(jù)工件寬和材料厚度，由文獻[2] P72表2-13，選工件間搭邊值a=2.0mm,側面搭邊a1=2.0mm。
（二）條料寬度的確定
排樣方案和搭邊數(shù)值確定后，即可確定條料或帶料的寬度和進距。
條料寬度的確定原則是：最小條料寬度要保證沖裁時工件周邊有足夠的搭邊值，最大條料寬度要能在沖裁時順利地在導料板之間送進，并與導料板之間有一定的間隙。因此，在確定條料寬度時必須考慮到模具的結構中是否采用側壓裝置和側刃，根據(jù)不同結構分別計算。
進距是指條料在模具上每次送進的距離，進距的計算與排樣方式有關，每個進距可以沖出一個零件，也可以沖出幾個零件。進距是決定擋料銷位置的依據(jù)。
每次只沖一個零件的進距的計算公式為
（3-4）
式中 B——平行于送料方向工件的寬度；
a——沖件之間的搭邊值。
考慮到工件形狀的特殊性，此工件在生產(chǎn)的過程中送料時將使用導料板，如圖3-4：
條料寬度
B-Δ=(Dmax+2a)-Δ
=(65+2×2.0) -0.5 =69-0.5 mm
條料與導料板之間的間隙△查表3-1得△=0.5mm,
3.3 材料利用率的計算
一個步距的材料利用率h為
h= (3-5)
上式引自文獻[2]P67式2-21.
式中 A——沖裁件面積（包括沖出的小孔在內(nèi)）（mm2）；
N——一個布距內(nèi)沖裁件數(shù)目；
B——條料寬度（mm）；
H——進距（mm）；
沖裁件的面積A=1972.17mm2
進距S=B+a=36.2+2=38.2mm
故一個進距內(nèi)的材料利用率為
η=nF/Bs×100%
η=1×1972.17/69×38.2×100%=74.82%
3.4 本章小結
本章分析了沖壓件整體加工工藝性，對其工藝性進行審查，并對沖壓件進行了經(jīng)濟性與先進性分析，并進行產(chǎn)品材料利用率的計算，核算產(chǎn)品成本打下基礎。
第四章 沖裁工藝力的計算
第四章 沖裁工藝力的計算
4.1 沖裁力的計算
沖裁力計算包括沖裁力、卸料力、推件力、頂件力的計算。
沖裁力是凸模與凹模相對運動使工件與板料分離的力，其大小主要與材料力學性能、厚度及沖裁件分離的輪廓長度等參數(shù)有關。沖裁力是設計模具、選擇壓力機的重要參數(shù)。計算沖裁力的目的是為了合理的選用沖壓設備和設計模具。選用沖壓設備的標稱壓力必須大于所計算的沖裁力，所設計的模具必須能傳遞和承受所計算的沖裁力，以適應沖裁的要求。
4.1.1沖裁力的計算公式
沖裁力的大小主要與材料力學性能、厚度及沖裁件分離的輪廓長度有關?？紤]到成本和沖裁件的質量要求，此用平刃口模具沖裁，沖裁力F（N）：
（4-1）
上式引自文獻[2]P50式（2-1）。
式中 L——沖裁件周邊長度（mm）；
t——材料厚度（mm）；
τ——材料抗剪強度（MPa）；
K——系數(shù)?？紤]到模具刃口的磨損，模具間隙的波動，材料力學性能的變化及材料厚度偏差等因素，一般取系數(shù)K=1.3。
沖裁件周邊長度L=195.5mm，孔周長為95.3+2×3.14×6=132.98，落料沖孔總長度為195.5+132.98=328.48。
材料的抗剪強度（MPa）查文獻[1]P25表2-7：取σb=380 MPa
一般情況下，材料的σb=1.3τ，故沖裁力F（N）
F=LTσb=380×1.3×328.48×1.0=162.27KN
式中σb——材料的抗拉強度（MPa）。
4.2 卸料力、推件力、和頂件力的計算
從凸模上將零件或廢料卸下來的力稱卸料力，順著沖裁方向將零件或廢料從凹模腔推出的力稱推件力，逆著沖裁方向將零件或廢料從凹模腔內(nèi)頂出的力稱。
卸料力、推件力、頂件力是由壓力機和模具的卸料、頂件裝置獲得的。影響這些力的因素主要有材料的力學性能、材料厚度、模具間隙、凸、凹模表面粗糙度、零件形狀和尺寸以及潤滑情況等。在此用經(jīng)驗公式計算：
=0.05F=0.05×162.27=8.11KN （4-2）
=0.055F=0.055×162.27=8.92KN （4-3）
式（4-2）、（4-3）引自文獻[2]P52。
式中 F——沖裁力；
、——分別為卸料力、推件力、頂件力系數(shù)，其值查表4-1。
表4-1 卸料力、推件力和頂件力系數(shù)
料厚（mm）
K卸
K推
K頂
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
0.02～0.06
0.1
0.063
0.055
0.045
0.025
0.14
0.08
0.06
0.05
0.03
鋁 鋁合金
紫銅 黃銅
0.025～0.08
0.02～0.06
0.03～0.07
0.03～0.09
注：表4-1引自文獻[2]。卸料力系數(shù)K卸在沖多孔、大搭邊和輪廓復雜時取上限值。
沖裁時，所需沖壓力為沖裁力、卸料力和推件力之和，這些力在選擇壓力機時是否要考慮進去，應根據(jù)不同的模具結構區(qū)別對待。
采用剛性卸料裝置和下出料的沖裁模的總壓力為
（4-4）
采用彈性卸料裝置和下出料的總壓力為
（4-5）
采用彈性卸料裝置和上出料方式的的總壓力為
（4-6）
式（4-5）、（4-6）、（4-7）引自文獻[2]P52。
因為工件厚1.5mm，相對較薄，卸料力也比較小，故采用彈性卸料裝置上出料方式，總沖壓力F總：
F總=F沖+F卸+F頂=162.27+8.11+8.92=179.3KN
4.3 彎曲力的計算
本產(chǎn)品屬于V形彎曲，由于彎曲雖然是一副模具，但需要彎曲兩次，定位做成可調(diào)接的，所以在計算彎曲力時，需要計算兩次，V形彎曲的計算公式如下
第一次彎曲，彎曲力計算
F=0.6KBttδ/(R+t) (4-7)
F=0.6×1.3×14×1.0×1.0×470/（1.0+1.0）=2566.2N
=8.69KN
第一次彎曲，彎曲力計算
F=0.6KBttδ/(R+t) (4-8)
F=0.6×1.3×28×1.0×1.0×470/（1.0+1.0）=5132.4N
式中 F——彎曲力（N）；
B——產(chǎn)品的彎曲的寬度（mm）；
δ——材料抗拉強度（MPa）；（440-470 MPa）
t——材料厚度；(mm)
K——系數(shù)，通常K=1.3；
彎曲力用理論計算很復雜，一般采用經(jīng)驗計算方法， K值的大小取決于彎曲件的形狀及變形方式。其數(shù)值由實驗確定。 由于彎曲時兩邊對稱彎曲，所以計算彎曲力時，兩側彎曲力等同。
由于本設計中，上模和下模剛性碰撞，成型。
所以總的彎曲力F總=F=2.56×5.13=7.69KN
4.4 沖壓壓力中心計算
沖裁時的合力作用或多工序模各工序沖壓力的合力作用點，稱為模具壓力中心。如果模具壓力中心與滑塊的壓力中心不一致，沖壓時會產(chǎn)生偏載，導致模具以及滑塊與導軌的急劇磨損，降低模具壽命和壓力機的使用壽命。
計算壓力中心時，如圖4-2所示。為了減少計算，坐標設在和上，此時=0，=0，可少算兩個數(shù)。將xoy坐標系建立在圖示的對稱中心上，將沖裁輪廓線按集合圖形分解為10段基本線段。若選用J23-40T沖床，模柄孔Φ40，壓力中心點仍在壓力機模柄孔投影面積范圍內(nèi)，滿足要求。有關計算如表4-1。
落料沖孔模如下：
F1——沖Φ6孔力 F1=380×1.3×3.14×6×1.0=9.31KN，得F1=9.31KN
F2——沖Φ6孔力 F2=380×1.3×3.14×6×1.0=9.31KN，得F2=9.31KN
F3——沖方孔力 F3=380×1.3×95.3×1.0=47.08KN，得F3=47.08KN
F4——落料力 F4=380×1.3×195.5×1.0=96577KN, 得F4=96.57KN
Y1——F1到X軸的力臂 Y1=-5.1
X1——F1到Y軸的力臂 X1=-23.5
Y2——F2到X軸的力臂 Y2=-5.1
X2——F2到Y軸的力臂 X2=23.5
Y3——F3到X軸的力臂 Y3=0
X3——F3到Y軸的力臂 X3=-4.1
Y4——F4到X軸的力臂 Y4=0
X4——F4到Y軸的力臂 X4=0
根據(jù)合力距定理：
YG = （Y1F1+Y2F2+Y3F3…）/（F1+ F2+ F3…）
YG——F沖壓力到X軸的力臂；YG =-5.85
XG = （X1F1+X2F2+X3F3）/（F1+ F2+ F3）
XG——F沖壓力到Y軸的力臂；XG =-1.19
彎曲模計算公式如上，
式中 x1、x2……xn——各圖形沖裁力的x軸坐標（mm）；
y1、y2……yn——各圖形沖裁力的y軸坐標（mm）；
、……——各圖形沖裁周邊長度（mm）。
由于本設計中產(chǎn)品對稱，所以模具的壓力中心為零，即在產(chǎn)品中心。
4.5 本章小結
本章分析了加工該零件沖壓工序的安排，計算沖壓力，為選擇合理的模具結構和壓力機打下基礎。
11
第五章 沖壓設備的選擇
第五章 沖壓設備的選擇
5.1 沖壓設備類型的選擇
根據(jù)所要完成的沖壓工藝的性質、生產(chǎn)批量的大小、沖壓件的幾何尺寸和精度要求來選定設備類型。
開式曲柄壓力機雖然剛度差，降低了模具壽命。但是它成本低，且有三個方向可以操作的優(yōu)點廣泛適用于中小型沖裁件、彎曲件或拉深件的生產(chǎn)中。
閉式曲柄壓力機剛度好、精度高，只能兩個方向操作，適用于大型復雜沖壓件的生產(chǎn)。雙動曲柄壓力機有兩個滑塊，壓邊可靠易調(diào)，適用于較復雜的大中型拉深件的生產(chǎn)。
高速壓力機或多工位自動壓力機適用于大批量生產(chǎn)。
液壓機沒有固定的工作行程，不會因板厚超差而過載，全行程中壓力恒定，但是壓力機的速度低、生產(chǎn)效率低。適用于小批量，尤其是大型厚板沖壓件的生產(chǎn)。
摩擦壓力機結構簡單、造價低、不易發(fā)生超負荷損壞。在小批量生產(chǎn)中用來完成彎曲、成型等沖壓工作。
考慮到以上的因素，選用開式壓力機比較合適。
5.2 選擇壓力機
考慮到制件的精度要求，參考文獻[2]P49初選J23-40壓力機，其主要技術參數(shù)如下：
公稱壓力：400KN
標稱壓力行程:7mm
滑塊行程：100mm
最大封閉高度：300mm
封閉高度調(diào)節(jié)量：80mm
工作臺孔徑（前后×左右）：420mm×630mm
模柄孔尺寸（直徑×深度）：Φ50mm×70mm
5.3 本章小結
本章分析了壓力機的選擇方法，根據(jù)零件的特點以及廠里的要求，選擇合理的沖床來調(diào)試模具。
第六章 沖裁模工作部分設計計算
第六章 沖裁模工作部分設計計算
6.1 沖裁間隙
沖裁間隙是沖裁模的凸模和凹模刃口之間的間隙。沖裁間隙分為單邊間隙和雙邊間隙單邊間隙用C表示,雙邊間隙用Z表示。
間隙值的大小對沖裁件質量、模具壽命、沖裁力的影響很大，是沖裁工藝與模具設計中一個極其重要的工藝參數(shù)。
確定合理間隙的方法主要有理論計算法和查表選取法兩種。一般直接采取查表的方法，直接明了。
間隙的選取主要與材料的種類、厚度有關，但由于各種沖壓件對其斷面質量和尺寸精度的要求不同，以及生產(chǎn)條件的差異，在生產(chǎn)實踐中就很難有一種統(tǒng)一的間隙數(shù)值，各種資料中給的間隙值并不相同，有的相差較大，選用時應按使用要求分別選取。對于斷面質量和尺寸精度要求高的工件，應選用小的間隙值，而對于精度要求不高的工件，則應盡可能采用大間隙，以利于提高模具壽命、降低沖裁力。同時還必須結合生產(chǎn)條件，根據(jù)沖裁件尺寸和形狀、模具材料和加工方法、沖壓方法及生產(chǎn)率等，靈活掌握、斟情增減。
本模具所沖裁的材料為Q235，材料厚度為1.0mm，查表得：=0.03mm，=0.05mm.
6.2 模具刃口尺寸的計算
沖裁件的尺寸精度主要決定于模具刃口的尺寸精度，合理的間隙的數(shù)值也必須依靠模具刃口尺寸來保證。因此，正確確定模具刃口尺寸及其公差是設計沖裁模的主要任務之一。
（一）計算原則
由于凸、凹模之間存在間隙，所以沖裁件斷面都是帶有錐度的，且落料件的大端尺寸等于凹模尺寸，沖裁件的小端尺寸等于凸模尺寸。在測量與使用過程中，落料件是以大端尺寸為 基準，沖孔件孔徑是以小端尺寸為基準。沖裁過程中，凸、凹模要與沖裁零件或廢料發(fā)生摩擦，凸模越磨越小，凹模越磨越大，結果使間隙越用越大。因此，在確定凸、凹模刃口尺寸時，必須遵循下述原則：
（1）落料模先確定凹模尺寸，其標稱尺寸應取接近或者等于制件的最小極限尺寸，以保證凹模磨損到一定尺寸范圍內(nèi)，也能沖出合格制件，凸模刃口的標稱尺寸比凹模小一個最小合理間隙。
（2）沖孔模先確定凸模刃口尺寸，其標稱尺寸應接近或者等于制件的最大極限尺寸，以保證凸模磨損到一定尺寸范圍內(nèi)，也能沖出合格的孔。凹模刃口的標稱尺寸應比凸模大一個最小合理間隙。
（二）計算方法
模具工作部分尺寸及公差的計算方法與加工方法有關，基本上可分為兩類。
1.凸模與凹模分開加工 凸、凹模分開加工，是指凸模和凹模分別按圖樣加工至尺寸。此種方法適用于圓形或形狀簡單的工件，為了保證凸、凹模間隙小于最大合理間隙，不僅凸、凹模分別標注公差（凸模，凹模），而且要求有較高的制造精度，以滿足如下條件
（6-2）
或取
（6-3）
也就是說，新制造的模具應該是，如圖6-5所示。否則制造的模具間隙已超過允許的變動范圍~，影響模具的使用壽命。
2.凸模與凹模配合加工 對于沖制件形狀復雜或薄板制件的模具,其凸、凹模往往采用配合加工的方法。此方法是先加工好凸模（或凹模）作為基準件，然后根據(jù)此基準件的實際尺寸，配作凹模（或凸模），使他們保持一定距離。因此，只需在基準件上標注尺寸及公差，另一件只標注標稱尺寸，并注明“××尺寸按凸模（或凹模）配作，保證雙面間隙”。這樣?？煞糯蠡鶞始闹圃旃?。其公差不再受凸、凹模間隙大小的限制，制造容易，并容易保證凸、凹模間的間隙。
由于復雜形狀工件各部分尺寸性質不同，凸模和凹模磨損后，尺寸變化趨勢不同，所以基準件的刃口尺寸計算方法也不相同。
6.2.1落料部分刃口設計計算
應以凹模為基準件，然后配做凸模。
圖示為落料件，先做凹模，凹模磨損后，（圖6-6右圖的點畫線位置），刃口尺寸的變化有增大、減小、不變?nèi)N情況。因此凹模尺寸應按不同情況分別計算。
① 凹模磨損后尺寸變大（圖中A類）。
計算這類尺寸，先把工件圖尺寸化為A0-△，再按落料凹模公式計算:
（6-4）
上式引自文獻[2]P64式（2-11）。
式中Ad——凹模刃口尺寸（mm）；
A——工件標稱尺寸（mm）；
△——工件公差（mm）；
δd ——凹模制造偏差（mm）；δd=△/4。
落料凹模尺寸：Aj1=(Amax-XΔ)+ Δ
=65-0.5×0.04=64.98+0.02;
Aj2=(Amax-XΔ)+ Δ
=36.2-0.5×0.04=36.18+0.02;
Aj3=(Amax-XΔ)+ Δ
=28-0.5×0.02=27.99+0.02;
Aj4=(Amax-XΔ)+ Δ
=26-0.5×0.02=25.99+0.02;
Aj5=(Amax-XΔ)+ Δ
=2-0.5×0.02=1.99+0.02;
該零件落料時凸模刃口各部分尺寸按上述凹模的相應部分尺寸配制，保證雙面間隙值～=0.04～0.08 mm。本設計中取0.06。
落料凸模尺寸：Aj1=(Amax-2Z)+ Δ
=65-2×0.04=64.92+0.02;
Aj2=(Amax-2Z)+ Δ
=36.2-2×0.04=36.12+0.02;
Aj3=(Amax-2Z)+ Δ
=28-2×0.04=27.92+0.02;
Aj4=(Amax-2Z)+ Δ
=26-2×0.04=25.92+0.02;
Aj5=(Amax-Z)+ Δ
=2-0.04=1.96+0.02;
6.2.2沖孔部分刃口設計計算
由于沖出的孔形狀簡單，所以凸模與凹模分開加工。
由文獻[2]P58表2-5查得
=0.03mm =0.05mm
-=（0.05-0.03）mm=0.04 mm
由文獻[2]P58表2-10查得凸、凹模的制造公差：
=0.02 mm, =0.02 mm
/2=（0.0+0.02）/2mm=0.02 mm<-
工件尺寸Φ11mm未標注尺寸公差，按照IT10級精度處理，x=0.5,，工件公差△=0.04，
沖孔凸模尺寸：Bj1=(Amin+XΔ)+ Δ/4
=6+0.5×0.02=6.01+0.02
Bj2=(Amin+XΔ)+ Δ/4
=26+0.5×0.02=26.01+0.02
Bj3=(Amin+XΔ)+ Δ/4
=18+0.5×0.02=18.01+0.02
Bj4=(Amin+XΔ)+ Δ/4
=2+0.5×0.02=2.01+0.02
沖孔凹模尺寸：Bh1=(Amin+2Z)- Δ/4
=6+2×0.04=6.08-0.02
Bh2=(Amin+2Z)- Δ/4
=26+2×0.04=26.08-0.02
Bh3=(Amin+2Z)- Δ/4
=18+2×0.04=18.08-0.02
Bh4=(Amin+Z)- Δ/4
=2+0.04=2.04-0.02
6.2.3 彎曲凸模，凹模設計計算
毛坯經(jīng)凹模圓角進入凹模時，受彎曲和摩擦作用，若凹模圓角半徑過小，因徑向拉力增大，易使拉伸件表面劃傷或產(chǎn)生斷裂；若過大，則壓邊面積小，由于懸空增大，易起內(nèi)皺。因此，合理的選擇凹模圓角半徑很重要。具體數(shù)值查表可得。
彎曲模間隙是單面間隙，即凹模和凸模直徑之差的一半。
本次設計的模具結構比較簡單，在選擇間隙時可以直接查表，所以查表可知間隙為(1-1.1t)，t為材料厚度。由于產(chǎn)品圓角較大，所以間隙不能大，否則產(chǎn)品有錐度，精度差，不符合要求，間隙太小，模具壽命短，所以取間隙為t。
凸、凹模工作部分尺寸的確定，主要考慮模具的磨損和產(chǎn)品的回彈。
1）、制件標注外形尺寸
凹模尺寸為
L d=（Lmax –0.75Δ）
凸模尺寸為
L p=（Ld–0.75Δ–Z）
（2）、制件標注內(nèi)尺寸
凸模尺寸為
L p=（Lmin +0.4Δ）
凹模尺寸為
L d=（Lp+0.4Δ+Z）
其中 L—產(chǎn)品件的外形或內(nèi)尺寸
Δ—產(chǎn)品件的尺寸偏差
L d—產(chǎn)品凹模的基本尺寸
L p—產(chǎn)品凸模的基本尺寸
Z—凸凹模雙面間隙
具體計算如下，制件標注內(nèi)尺寸，按此公式計算
彎曲凸模尺寸為
L p1=（Lmin +0.4Δ）
=16
L p1=（Lmin +0.4Δ）
=30
凹模尺寸為
L d1=（Lp1+0.4Δ+Z）
=17
L d1=（Lp1+0.4Δ-Z）
=29
凸、凹模工作表面粗造度要求：凹模工作表面和型腔表面粗造度應達到0.8；圓角處的表面粗造度一般要求0.4；凸模工作部分表面粗造度一般要求0.8-1.6。
6.3 本章小結
本章的難點，設計計算并確定模具各零件尺寸，完成了模具總體設計，繪制出模具裝配圖。本章重點與難點是工藝方案，模具結構的確定以及凸模，凹模尺寸的計算，因為它將直接影響零件的質量和模具的合理性。
第七章 模具總體設計
第七章 模具總體設計
7.1模具類型的選擇
由沖壓工藝分析可知，采用落料沖孔復合模，彎曲模沖壓，所以模具類型為復合模具。
7.2確定送料方式
模具相對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（送料方向的凹模長度）＜B（垂直于送料方向的凹模寬度）時，采用縱向送料方式；L＞B時，則采用橫向送料方式；L=B時，縱向或橫向均可。就本模具而言，其送料方式應采用縱向送料。
7.3定位方式的選擇
由于該模具采用的是條料，控制條料送進方向采用定位銷側向定位?？刂茥l料送進步距采用擋料銷（也叫定位銷）。彎曲成型模采用外形定位。具體見CAD圖紙。
7.4卸料、出件方式的選擇
模具是采用彈壓卸料板，還是采用固定卸料板，取決于卸料力的大小，其中材料料厚是主要考慮因素。由于彈壓卸料模具操作時比固定卸料模具方便，操作者可以看見條料在模具中的送進動作，且彈壓卸料板卸料時對條料施加的是柔性力，不會損傷工件表面，因此實際設計中盡量采彈壓卸料板，而只有在彈壓卸料板卸料力不足時，才改用固定卸料板。隨著模具用彈性元件彈力的增強（如采用矩形彈簧），彈壓卸料板的卸料力大大增強。根據(jù)目前情況，當材料料厚約在2mm以下時采用彈壓卸料板，大于2mm時采用固定卸料板較為貼近實際。本模具所沖材料的料厚為1.0mm，因此可采用彈壓卸料板。由于采用的是倒裝復合模具，所以采用下出件便于操作和提高生產(chǎn)效率。彎曲模采用彈簧頂料，上模采用打料裝置。
7.5 本章小結
本章分析了模具結構的設計，分析并確定模具的合理性。
第八章 卸料零件計算
第八章 卸料零件計算
8.1 卸料樹脂的選擇
因為工件料厚為1.0mm，相對較薄，卸料力也比較小，故落料沖孔模采用彈性卸料。根據(jù)卸料力8110N采用6個樹脂，此時每個彈簧擔負的卸料力為約1351N。
沖裁時卸料板的工作行程h2= t+1=2.5mm ；考慮凸模的修模余量h3=3mm，樹脂的預壓量為h1；故樹脂總壓縮量為
H總=h1+h2+h3=6.0 mm
考慮卸料的可靠性，取樹脂在預壓量為h1時就有應力1351.1N的壓力。初選樹脂直徑d=20mm,工作極限負荷800N；自由高度h0=20 mm,工作極限載荷下彈簧的變形量hj=6.3 mm。
第九章 主要零部件設計
第九章 主要零部件設計
9.1模具材料的選擇
9.1.1模具材料的性能與熱處理
Cr12MoV 鋼C含量0.9%～1.05%,Mn含量0.8%～1.1%,Si含量0.15%～0.35%，Cr含量0.9%～1.2%，淬火溫度820～840℃，HRC不低于62，回火溫度140～160℃，HRC62～65文獻。具有高淬透性、高硬度和耐磨性，淬火尺寸穩(wěn)定性好，變形小，并有效好的韌性。
由于鎢形成碳化物，這種鋼在淬火和低溫回火