焊片沖壓成形工藝及模具設計【含11張CAD圖紙】,含11張CAD圖紙,沖壓,成形,工藝,模具設計,11,CAD,圖紙
1 緒論
1.1沖壓的概念、特點及應用
沖壓是利用安裝在沖壓設備（主要是壓力機）上的模具對材料施加壓力，使其產(chǎn)生分離或塑性變形，從而獲得所需零件（俗稱沖壓或沖壓件）的一種壓力加工方法。沖壓通常是在常溫下對材料進行冷變形加工，且主要采用板料來加工成所需零件，所以也叫冷沖壓或板料沖壓。沖壓是材料壓力加工或塑性加工的主要方法之一，隸屬于材料成型工程術。
沖壓所使用的模具稱為沖壓模具，簡稱沖模。沖模是將材料（金屬或非金屬）批量加工成所需沖件的專用工具。沖模在沖壓中至關重要，沒有符合要求的沖模，批量沖壓生產(chǎn)就難以進行；沒有先進的沖模，先進的沖壓工藝就無法實現(xiàn)。沖壓工藝與模具、沖壓設備和沖壓材料構成沖壓加工的三要素，只有它們相互結合才能得出沖壓件。
與機械加工及塑性加工的其它方法相比，沖壓加工無論在技術方面還是經(jīng)濟方面都具有許多獨特的優(yōu)點。主要表現(xiàn)如下。
(1) 沖壓加工的生產(chǎn)效率高，且操作方便，易于實現(xiàn)機械化與自動化。這是因為沖壓是依靠沖模和沖壓設備來完成加工，普通壓力機的行程次數(shù)為每分鐘可達幾十次，高速壓力要每分鐘可達數(shù)百次甚至千次以上，而且每次沖壓行程就可能得到一個沖件。
（2）沖壓時由于模具保證了沖壓件的尺寸與形狀精度，且一般不破壞沖壓件的表面質量,而模具的壽命一般較長,所以沖壓的質量穩(wěn)定,互換性好,具有“一模一樣”的特征。
（3）沖壓可加工出尺寸范圍較大、形狀較復雜的零件，如小到鐘表的秒表，大到汽車縱梁、覆蓋件等，加上沖壓時材料的冷變形硬化效應，沖壓的強度和剛度均較高。
（4）沖壓一般沒有切屑碎料生成，材料的消耗較少，且不需其它加熱設備，因而是一種省料，節(jié)能的加工方法，沖壓件的成本較低。
但是，沖壓加工所使用的模具一般具有專用性，有時一個復雜零件需要數(shù)套模具才能加工成形，且模具制造的精度高，技術要求高，是技術密集形產(chǎn)品。所以，只有在沖壓件生產(chǎn)批量較大的情況下，沖壓加工的優(yōu)點才能充分體現(xiàn)，從而獲得較好的經(jīng)濟效益。
沖壓地、在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，尤其是大批量生產(chǎn)中應用十分廣泛。相當多的工業(yè)部門越來越多地采用沖壓法加工產(chǎn)品零部件，如汽車、農(nóng)機、儀器、儀表、電子、航空、航天、家電及輕工等行業(yè)。在這些工業(yè)部門中，沖壓件所占的比重都相當?shù)拇?，少則60%以上，多則90%以上。不少過去用鍛造=鑄造和切削加工方法制造的零件，現(xiàn)在大多數(shù)也被質量輕、剛度好的沖壓件所代替。因此可以說，如果生產(chǎn)中不諒采用沖壓工藝，許多工業(yè)部門要提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質量、降低生產(chǎn)成本、快速進行產(chǎn)品更新?lián)Q代等都是難以實現(xiàn)的。
1.2 沖壓的基本工序及模具
由于沖壓加工的零件種類繁多，各類零件的形狀、尺寸和精度要求又各不相同，因而生產(chǎn)中采用的沖壓工藝方法也是多種多樣的。概括起來，可分為分離工序和成形工序兩大類；分離工序是指使坯料沿一定的輪廓線分離而獲得一定形狀、尺寸和斷面質量的沖壓（俗稱沖裁件）的工序；成形工序是指使坯料在不破裂的條件下產(chǎn)生塑性變形而獲得一定形狀和尺寸的沖壓件的工序。
上述兩類工序，按基本變形方式不同又可分為沖裁、彎曲、拉深和成形四種基本工序，每種基本工序還包含有多種單一工序。
在實際生產(chǎn)中，當沖壓件的生產(chǎn)批量較大、尺寸較少而公差要求較小時，若用分散的單一工序來沖壓是不經(jīng)濟甚至難于達到要求。這時在工藝上多采用集中的方案，即把兩種或兩種以上的單一工序集中在一副模具內(nèi)完成，稱為組合的方法不同，又可將其分為復合-級進和復合-級進三種組合方式。
復合沖壓——在壓力機的一次工作行程中，在模具的同一工位上同時完成兩種或兩種以上不同單一工序的一種組合方法式。
級進沖壓——在壓力機上的一次工作行程中，按照一定的順序在同一模具的不同工位上完面兩種或兩種以上不同單一工序的一種組合方式。
復合-級進——在一副沖模上包含復合和級進兩種方式的組合工序。
沖模的結構類型也很多。通常按工序性質可分為沖裁模、彎曲模、拉深模和成形模等；按工序的組合方式可分為單工序模、復合模和級進模等。但不論何種類型的沖模，都可看成是由上模和下模兩部分組成，上模被固定在壓力機工作臺或墊板上，是沖模的固定部分。工作時，坯料在下模面上通過定位零件定位，壓力機滑塊帶動上模下壓，在模具工作零件（即凸模、凹模）的作用下坯料便產(chǎn)生分離或塑性變形，從而獲得所需形狀與尺寸的沖件。上模回升時，模具的卸料與出件裝置將沖件或廢料從凸、凹模上卸下或推、頂出來，以便進行下一次沖壓循環(huán)。
1.3 沖壓技術的現(xiàn)狀及發(fā)展方向
隨著科學技術的不斷進步和工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，許多新技術、新工藝、新設備、新材料不斷涌現(xiàn)，因而促進了沖壓技術的不斷革新和發(fā)展。其主要表現(xiàn)和發(fā)展方向如下。
(1).沖壓成形理論及沖壓工藝方面
沖壓成形理論的研究是提高沖壓技術的基礎。目前，國內(nèi)外對沖壓成形理論的研究非常重視，在材料沖壓性能研究、沖壓成形過程應力應變分析、板料變形規(guī)律研究及坯料與模具之間的相互作用研究等方面均取得了較大的進展。特別是隨著計算機技術的飛躍發(fā)展和塑性變形理論的進一步完善，近年來國內(nèi)外已開始應用塑性成形過程的計算機模擬技術，即利用有限元（FEM）等有值分析方法模擬金屬的塑性成形過程，根據(jù)分析結果，設計人員可預測某一工藝方案成形的可行性及可能出現(xiàn)的質量問題，并通過在計算機上選擇修改相關參數(shù)，可實現(xiàn)工藝及模具的優(yōu)化設計。這樣既節(jié)省了昂貴的試模費用，也縮短了制模具周期。
研究推廣能提高生產(chǎn)率及產(chǎn)品質量、降低成本和擴大沖壓工藝應用范圍的各種壓新工藝，也是沖壓技術的發(fā)展方向之一。目前，國內(nèi)外相繼涌現(xiàn)出精密沖壓工藝、軟模成形工藝、高能高速成形工藝及無模多點成形工藝等精密、高效、經(jīng)濟的沖壓新工藝。其中，精密沖裁是提高沖裁件質量的有效方法，它擴大了沖壓加工范圍，目前精密沖裁加工零件的厚度可達25mm，精度可達IT16~17級；用液體、橡膠、聚氨酯等作柔性凸?；虬寄５能浤３尚喂に嚕芗庸こ鲇闷胀庸し椒y以加工的材料和復雜形狀的零件，在特定生產(chǎn)條件下具有明顯的經(jīng)濟效果；采用爆炸等高能效成形方法對于加工各種尺寸在、形狀復雜、批量小、強度高和精度要求較高的板料零件，具有很重要的實用意義；利用金屬材料的超塑性進行超塑成形，可以用一次成形代替多道普通的沖壓成形工序，這對于加工形狀復雜和大型板料零件具有突出的優(yōu)越性；無模多點成形工序是用高度可調(diào)的凸模群體代替?zhèn)鹘y(tǒng)模具進行板料曲面成形的一種先進技術，我國已自主設計制造了具有國際領先水平的無模多點成形設備，解決了多點壓機成形法，從而可隨意改變變形路徑與受力狀態(tài)，提高了材料的成形極限，同時利用反復成形技術可消除材料內(nèi)殘余應力，實現(xiàn)無回彈成形。無模多點成形系統(tǒng)以CAD/CAM/CAE技術為主要手段，能快速經(jīng)濟地實現(xiàn)三維曲面的自動化成形。
(2.)沖模是實現(xiàn)沖壓生產(chǎn)的基本條件.在沖模的設計制造上,目前正朝著以下兩方面發(fā)展:一方面,為了適應高速、自動、精密、安全等大批量現(xiàn)代生產(chǎn)的需要，沖模正向高效率、高精度、高壽命及多工位、多功能方向發(fā)展，與此相比適應的新型模具材料及其熱處理技術，各種高效、精密、數(shù)控自動化的模具加工機床和檢測設備以及模具CAD/CAM技術也在迅速發(fā)展；另一方面，為了適應產(chǎn)品更新?lián)Q代和試制或小批量生產(chǎn)的需要，鋅基合金沖模、聚氨酯橡膠沖模、薄板沖模、鋼帶沖模、組合沖模等各種簡易沖模及其制造技術也得到了迅速發(fā)展。
精密、高效的多工位及多功能級進模和大型復雜的汽車覆蓋件沖模代表了現(xiàn)代沖模的技術水平。目前，50個工位以上的級進模進距精度可達到2微米，多功能級進模不僅可以完成沖壓全過程，還可完成焊接、裝配等工序。我國已能自行設計制造出達到國際水平的精度達2~5微米，進距精度2~3微米，總壽命達1億次。我國主要汽車模具企業(yè)，已能生產(chǎn)成套轎車覆蓋件模具，在設計制造方法、手段方面已基本達到了國際水平，但在制造方法手段方面已基本達到了國際水平，模具結構、功能方面也接近國際水平，但在制造質量、精度、制造周期和成本方面與國外相比還存在一定差距。
模具制造技術現(xiàn)代化是模具工業(yè)發(fā)展的基礎。計算機技術、信息技術、自動化技術等先進技術正在不斷向傳統(tǒng)制造技術滲透、交叉、融合形成了現(xiàn)代模具制造技術。其中高速銑削加工、電火花銑削加工、慢走絲切割加工、精密磨削及拋光技術、數(shù)控測量等代表了現(xiàn)代沖模制造的技術水平。高速銑削加工不但具有加工速度高以及良好的加工精度和表面質量（主軸轉速一般為15000~40000r/min）,加工精度一般可達10微米，最好的表面粗糙度Ra≤1微米），而且與傳統(tǒng)切削加工相比具有溫升低（工件只升高3攝氏度）、切削力小，因而可加工熱敏材料和剛性差的零件，合理選擇刀具和切削用量還可實現(xiàn)硬材料（60HRC）加工；電火花銑削加工（又稱電火花創(chuàng)成加工）是以高速旋轉的簡單管狀電極作三維或二維輪廓加工（像數(shù)控銑一樣），因此不再需要制造昂貴的成形電極，如日本三菱公司生產(chǎn)的EDSCAN8E電火花銑削加工機床，配置有電極損耗自動補償系統(tǒng)、CAD/CAM集成系統(tǒng)、在線自動測量系統(tǒng)和動態(tài)仿真系統(tǒng)，體現(xiàn)了當今電火花加工機床的技術水平；慢走絲線切割技術的發(fā)展水平已相當高，功能也相當完善，自動化程度已達到無人看管運行的程度，目前切割速度已達到300mm/min,加工精度可達±1.5微米，表面粗糙度達Ra=01~0.2微米;精度磨削及拋光已開始使用數(shù)控成形磨床、數(shù)控光學曲線磨床、數(shù)控連續(xù)軌跡坐標磨床及自動拋光等先進設備和技術;模具加工過程中的檢測技術也取得了很大的發(fā)展,現(xiàn)在三坐標測量機除了能高精度地測量復雜曲面的數(shù)據(jù)外,其良好的溫度補償裝置、可靠的抗振保護能力、嚴密的除塵措施及簡單操作步驟，使得現(xiàn)場自動化檢測成為可能。此外，激光快速成形技術（RPM）與樹脂澆注技術在快速經(jīng)濟制模技術中得到了成功的應用。利用RPM技術快速成形三維原型后，通過陶瓷精鑄、電弧涂噴、消失模、熔模等技術可快速制造各種成形模。如清華大學開發(fā)研制的“M-RPMS-Ⅱ型多功能快速原型制造系統(tǒng)”是我國自主知識產(chǎn)權的世界惟一擁有兩種快速成形工藝（分層實體制造SSM和熔融擠壓成形MEM）的系統(tǒng)，它基于“模塊化技術集成”之概念而設計和制造，具有較好的價格性能比。一汽模具制造公司在以CAD/CAM加工的主模型為基礎，采用瑞士汽巴精化的高強度樹脂澆注成形的樹脂沖模應用在國產(chǎn)轎車試制和小批量生產(chǎn)開辟了新的途徑。
(3) 沖壓設備和沖壓生產(chǎn)自動化方面
性能良好的沖壓設備是提高沖壓生產(chǎn)技術水平的基本條件，高精度、高壽命、高效率的沖模需要高精度、高自動化的沖壓設備相匹配。為了滿足大批量高速生產(chǎn)的需要，目前沖壓設備也由單工位、單功能、低速壓力機朝著多工位、多功能、高速和數(shù)控方向發(fā)展，加之機械乃至機器人的大量使用，使沖壓生產(chǎn)效率得到大幅度提高，各式各樣的沖壓自動線和高速自動壓力機紛紛投入使用。如在數(shù)控四邊折彎機中送入板料毛坯后，在計算機程序控制下便可依次完成四邊彎曲，從而大幅度提高精度和生產(chǎn)率；在高速自動壓力機上沖壓電機定轉子沖片時，一分鐘可沖幾百片，并能自動疊成定、轉子鐵芯，生產(chǎn)效率比普通壓力機提高幾十倍，材料利用率高達97%；公稱壓力為250KN的高速壓力機的滑塊行程次數(shù)已達2000次/min以上。在多功能壓力機方面，日本田公司生產(chǎn)的2000KN“沖壓中心”采用CNC控制，只需5min時間就可完成自動換模、換料和調(diào)整工藝參數(shù)等工作；美國惠特尼公司生產(chǎn)的CNC金屬板材加工中心，在相同的時間內(nèi)，加工沖壓件的數(shù)量為普通壓力機的4~10倍，并能進行沖孔、分段沖裁、彎曲和拉深等多種作業(yè)。
近年來，為了適應市場的激烈競爭，對產(chǎn)品質量的要求越來越高，且其更新?lián)Q代的周期大為縮短。沖壓生產(chǎn)為適應這一新的要求，開發(fā)了多種適合不同批量生產(chǎn)的工藝、設備和模具。其中，無需設計專用模具、性能先進的轉塔數(shù)控多工位壓力機、激光切割和成形機、CNC萬能折彎機等新設備已投入使用。特別是近幾年來在國外已經(jīng)發(fā)展起來、國內(nèi)亦開始使用的沖壓柔性制造單元（FMC）和沖壓柔性制造系統(tǒng)（FMS）代表了沖壓生產(chǎn)新的發(fā)展趨勢。FMS系統(tǒng)以數(shù)控沖壓設備為主體，包括板料、模具、沖壓件分類存放系統(tǒng)、自動上料與下料系統(tǒng)，生產(chǎn)過程完全由計算機控制，車間實現(xiàn)24小時無人控制生產(chǎn)。同時，根據(jù)不同使用要求，可以完成各種沖壓工序，甚至焊接、裝配等工序，更換新產(chǎn)品方便迅速，沖壓件精度也高。
(4)沖壓標準化及專業(yè)化生產(chǎn)方面
模具的標準化及專業(yè)化生產(chǎn)，已得到模具行業(yè)和廣泛重視。因為沖模屬單件小批量生產(chǎn)，沖模零件既具的一定的復雜性和精密性，又具有一定的結構典型性。因此，只有實現(xiàn)了沖模的標準化，才能使沖模和沖模零件的生產(chǎn)實現(xiàn)專業(yè)化、商品化，從而降低模具的成本，提高模具的質量和縮短制造周期。目前，國外先進工業(yè)國家模具標準化生產(chǎn)程度已達70%~80%，模具廠只需設計制造工作零件，大部分模具零件均從標準件廠購買，使生產(chǎn)率大幅度提高。模具制造廠專業(yè)化程度越不定期越高，分工越來越細，如目前有模架廠、頂桿廠、熱處理廠等，甚至某些模具廠僅專業(yè)化制造某類產(chǎn)品的沖裁模或彎曲模，這樣更有利于制造水平的提高和制造周期的縮短。我國沖模標準化與專業(yè)化生產(chǎn)近年來也有較大發(fā)展，除反映在標準件專業(yè)化生產(chǎn)廠家有較多增加外，標準件品種也有擴展，精度亦有提高。但總體情況還滿足不了模具工業(yè)發(fā)展的要求，主要體現(xiàn)在標準化程度還不高（一般在40%以下），標準件的品種和規(guī)格較少，大多數(shù)標準件廠家未形成規(guī)?；a(chǎn)，標準件質量也還存在較多問題。另外，標準件生產(chǎn)的銷售、供貨、服務等都還有待于進一步提高。
2 零件的工藝性分析.
2.1 零件的工藝性分析
原始資料：如圖1-1所示
材料:H62
材料厚度:0.7mm
生產(chǎn)批量:大批量
未注公差:按IT14級確定.
圖1-1
該零件材料為H62(黃銅)結構簡單,形狀對稱,是由圓弧和直線組成的。沖孔時有尺寸為φ6.3 根據(jù)課本知沖孔時,因受凸模強度的限制,孔的尺寸不應太小.沖孔的最小尺寸取決于材料性能,凸模的強度和模具結構等.根據(jù)表3-3可查得圓形孔最小值得d=0.9t=0.9×0.7=0.63mm<φ6.3所以滿足工藝性要求.
沖裁件孔與孔之間:孔與邊緣之間的距離受模具的強度和沖裁件質量的制約,其值不應過小,一般要求C≥(1～1.5)t,C′>(1.5～2)t所以經(jīng)分析計算可知孔與孔之間距離滿足工藝性要求，可以用沖裁進行加工。
2.2 沖裁件的精度與粗糙度
沖裁件的經(jīng)濟公差等級不高于IT14級,一般落料公差等級最好低于IT10級,沖孔件公差等級最好低于IT9級,由表3-5可得落料公差,沖孔公差分別為0.40,0.08.而沖件落料公差,最高精度沖孔公差分別為0.5,0.15由表3-6得孔中心距公差 ±0.15而沖件孔中心距最高精度公差為±0.25,因此可用于一般精度的沖裁,普通沖裁可以達到要求.
由于沖裁件沒有的尺寸公差為自由公差，所以使用沖裁加工可以滿足該工件要求。
2.3沖裁件的材料
由表1-3可得,H62(黃銅),抗剪強度τ=255Mpa,斷后伸長率35%,此材料具有良好的塑性級較高的彈性,沖裁性較好,可以沖裁加工.
2.4 確定工藝方案.
墊板零件所需的基本沖壓工序為落料和沖孔，可擬訂出以下三種工藝方案。
方案一：用簡單模分兩次加工，即先落料,后沖孔。采用單工序模生產(chǎn)。
方案二：落料——沖孔復合模。采用復合模生產(chǎn)。
方案三：沖孔——落料級進模。采用級進模生產(chǎn)。
分析各方案的優(yōu)缺點：
方案一：生產(chǎn)率低，工件的累計誤差大，操作不方便，由于該工件為大批量生產(chǎn)，方案二和方案三更具有優(yōu)越性。
方案二：沖壓生產(chǎn)率較高，壓力機一次行程內(nèi)可完成兩個以上工序，實現(xiàn)操作機械化，自動化難，制件和廢料排除較復雜，另外復合模制造的復雜性和價格較高。
方案三：只需要一副模具，生產(chǎn)率高，壓力機一次行程內(nèi)可完成多個工序，實現(xiàn)操作機械化自動化容易，尤其適應于單機上實現(xiàn)自動化，沖模的制造復雜性和價格低于復合模，精度也可也得到保證。
通過上述三個方案的比較，該件的沖壓生產(chǎn)采用方案三更佳。
3 沖壓模具總體結構設計
3.1模具類型
由沖壓工藝分析可知，采用級進方式?jīng)_壓，所以模具類型為級進模，本零件的沖壓包括沖孔和落料兩個工序，為方便小孔廢料和成形工件的落下，采用正裝結構，即沖孔凹模和落料凹模都安排在下模。
3.2 操作與定位方式
零件大批量生產(chǎn),安排生產(chǎn)可采用手工送料方式能夠達到批量生產(chǎn),且能降低模具成本,因此采用手工送料方式.零件尺寸較大，厚度較高，保證孔的精度及較好的定位，宜采用導料板導向，導正銷導正，為了提高材料利用率采用始用擋料銷和固定擋料銷。
3.3 卸料與出件方式
考慮零件尺寸和厚度，以及模具結構，采用固定卸料方式，為了便于操作，提高生產(chǎn)率，沖件和廢料采用凸模直接從凹模洞口推下的下出件方式。
3.4 模架類型及精度
經(jīng)過對制件的分析可知，該制件的尺寸較小，厚度較薄，又是級進模為了提高開敞性和導向均勻性，因此采用導向平穩(wěn)的對角導柱模架，考慮零件精度要求不是很高，沖裁間隙較小，因此采用Ⅰ級模架精度。
4 沖壓模具工藝與設計計算
4.1 排樣設計與計算
排樣圖是排樣設計的最終表達式，是編制沖壓工藝和設計模具的重要工銀文件。它應繪在沖壓工藝規(guī)程卡片上和沖裁?？傃b圖的右上角。
畫排樣圖時應注意的事項：
按選定的排樣方案畫出排樣圖，按照模具類型和沖裁順序畫上剖面線要能從排樣圖的剖面線上看出是單工序模，還是級進?；驈秃夏?。
采用斜排方法排樣時，應注明傾斜角度的大小。對有纖維方向的排樣圖，應用箭頭表示出纖維方向。
級進模的排樣要反映出沖壓的順序、空工位、定距方式等。側刃定距時要畫出側刃沖切條料的位置。
排樣的原則：a提高材料利用率；b便于工人操作，減輕工人勞動強度；c使模具結構簡單，模具壽命提高；d排樣應保證沖裁件質量，不能只考慮材料的利用率，而不考慮沖裁件的性能。
由于該零件具有T形的特點，直排列時材料的利用率較低，采用直對排的排樣方案可以提高材料的利用率，減少廢料。
搭邊的作用和影響因素
作用：a補償誤差；b是凸凹模雙邊受力；c增加條料剛度，方便條料送進。
影響因素：a材料的力學性能；b材料厚度；c沖裁件的形狀和尺寸；d送料及擋料方式；e卸料方式。
搭邊和搭肩值一般是由經(jīng)驗確定的。查表2.9取得搭邊值為1.2mm和1.0mm。排樣圖如圖4—1所示：
圖4-1排樣圖
計算條料寬度：
B=（Dmax+2a+z）=24+2*1.2+5=31.4 mm
進距為:s=12+a1=12+1=13mm
根據(jù)3-14，導板間距為：
B0=B+C= 31.4+5=36.4mm
由零件圖在CAD用計算機算得一個零件的面積為346.81mm
一個步距內(nèi)的坯料面積:
B×S=34.1×13=443.3 mm,
因此材料利用率為:
η=(S1 /BS)×100%
式中S1—一個步距內(nèi)零件的實際的面積，mm;
B—一個步距內(nèi)板料寬度，mm;
L—一個步距內(nèi)板料長度， mm
所以材料的利用率為
η=(346.81/（34.1×13）)×100%
=78.23%
4.2 設計沖壓力與壓力中心,初選壓力機.
沖裁模設計時，為了合理的設計模具和選用沖壓設備，必須合理的計算沖裁工藝力。壓力機的噸位必須大于所計算的沖裁工藝力，以適應沖裁間隙的要求。沖裁工藝力主要包括沖裁力F、卸料力F、推件力F和頂件力F。
裁力的大小隨凸模進入材料的深度（凸模行程）而變化，本模具采用普通平刃口模具沖裁，其沖裁力F按下式計算：
4.2.1沖裁力
根據(jù)零件圖,用CAD可計算出沖一次零件內(nèi)外周邊之和L=88.6mm(首次沖裁除外),又因為τ=255Mpa,t=0.7mm,取K=1.3,則根據(jù)式2-18可知,F=KLtτ
式中 F—沖裁力；
L—沖裁周邊長度；
t—材料厚度；
τ—材料抗剪強度；
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、板料的力學性能和厚度的波動等因素的影響而給出的修正系數(shù)，一般K=1.3.
所以沖裁力為：F=KLtτ=1.3×88.6×0.7×255=11.8 KN
沖裁時，材料分離前存在著彈性變形，在沖裁結束時，由于材料的彈性回復及摩擦的存在，將落料件或沖孔廢料梗塞在凹模內(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)進行，必須將箍在凸模上的料卸下，將梗塞在凹模內(nèi)的料推出。卸料力是將廢料或工件從凸凹模上刮下的力。而推件力是將梗塞在凹模內(nèi)的料順沖裁方向推出所需的力。頂件力逆沖裁方向將料從凹模內(nèi)頂出所需的力。卸料力、推件力和頂件力是由壓力機和模具卸料裝置或頂件裝置傳遞的，所以在選擇設備公稱壓力或設計沖裁的時候應分別予以考慮，影響這些力的因素較多，主要有材料的力學性能、厚度、模具間隙、凹模洞口結構、搭邊大小、潤滑情況、制件的形狀和尺寸等?，F(xiàn)在按照下面的經(jīng)驗公式計算：
卸料力Px
Px＝ P落
式中Px—卸料力—卸料系數(shù)，查表2.7?。?.025～0.06，取＝0.06
所以Px＝0.06×11.8＝0.71KN
推料力
＝P孔n
式中—推料系數(shù),查表2.7取=0.09
n—同時卡在凹模洞孔內(nèi)的件數(shù)
取直筒形刃口的凹模刃口形式，由表2.21查得，h=5mm，則n=h/t=5mm/0.7=7個
所以=0.09×0.71×7=0.45KN
由于采用固定卸料和下出件方式,所以
F∑= F+ FT=11.8+0.45=12.25 KN
為了保證沖壓力足夠，一般沖裁時壓力機的噸位應比計算的沖壓力大30%左右，即
F∑′=1.3×F∑=1.3×12.25=16.0KN
初選開式可傾壓力機參數(shù)壓力機型號為JB23-3.15
查手冊選擇壓力機的主要技術參數(shù)如下：
公稱壓力為：31.5KN
滑塊行程 ：25mm
最大閉合高度：120 mm
閉合高度調(diào)節(jié)量：25mm
(標準型)工作臺尺寸(左右×前后)：160mm×250mm
(標準型)工作臺孔尺寸(左右×前后)： 90mm×120mm ×Φ 110mm
(標準型)立柱間距離(不小于)： 120mm
模柄孔尺寸(直徑×深度)： Ф25mm×40mm
床身最大可傾角（°）：45°
墊板尺寸：30mm
4.2.2壓力中心
模具的壓力中心就是沖壓力合力的作用點。為了保證壓力機和模具的正常工作，應使模具的壓力中心和壓力機滑塊的中心線相重合。否則沖壓時滑塊會承受偏心載荷，導致滑塊的滑軌和模具的導向部分不正常磨損，還會使合理間隙得不到保證，從而影響制件的質量降低模具壽命甚至損壞模具。
根據(jù)排樣,我們可以在CAD里使用查詢便能得出沖孔的壓力中心,如圖4-2所示。
圖4—2 壓力中心
因工件左右對稱，即Xc=0.故只需計算Yc。
經(jīng)查尋可知制件的壓力中心為：Yc=10.142mm
4.2.3計算凸凹模刃口尺寸及公差
該零件屬于無特殊要求的一般沖孔落料件，外形尺寸由落料獲得，而中間的小孔尺寸則是由沖孔得到。
查表2.3得間隙值：Zmin = 0.035mm，Zmax = 0.049mm
沖孔Φ6.3mmΦ2mm，凸，凹模刃口尺寸的計算
由于制件結構簡單，精度要求不高，所以采用凸模和凹模分開加工的方法制造凸模和凹模。
1）凸，凹模刃口尺寸計算如下：
查表2.5得凸，凹模制造偏差：
δ凸=0.020， δ凹=0.020
校核：Zmax –Zmin =（ 0.049-0.035）mm=0.014mm，而δ凸+δ凹=0.040
滿足Zmax –Zmin≥δ凸+δ凹的條件。
查表2.6得：IT14級時磨損系數(shù)x=0.5
沖孔時，間隙取在凹模上，則：
凸模尺寸 =(d+χ△)
凹模尺寸 =( + Zmin)
式中：---沖孔凸模刃口尺寸
---沖孔凹模刃口尺寸
d---沖孔件孔的最小極限尺寸，mm,
Zmin——雙面間隙，mm
△——工件公差，mm，
x——磨損系數(shù)，
δ——凸模和凹模的制造公差，mm,
d凸1 =（dmin+x△）=（6.3+0.5×0.36）=6.48mm
d凹1=（d凸 + Zmin）=（6.48+0.035）=6.515mm
d凸2 =（dmin+x△）=（2+0.5×0.25）=2.125mm
d凹2=（d凸 + Zmin）=（2.125+0.035）=2.16mm
2）落料凸、凹模刃口的計算
因此落料件為一般復雜的制件，所以利用凸凹模配合法，這種方法有利于獲得最小的合理間隙，放寬對模具的加工設備的精度要求。
采用配作法，計算凹模的刃口尺寸，首先是根據(jù)凹模磨損后輪廓變化情況正確判斷出模具刃口各個尺寸在磨損過程中是變大還是變小，還是不變這三種情況，然后分別按不同的計算公式計算。
a、凹模磨損后會增大的尺寸-------第一類尺寸A
第一類尺寸：Aj=(Amax-x△)0+0.25△
b、凹模磨損后會減小的尺寸-------第二類尺寸B
第二類尺寸：Bj=(Bmax+x△)0-0.25△
c、凹模磨損后會保持不變的尺寸 第三類尺寸C
第三類尺寸：Cj=(Cmin+0.5△)60.125△
工件圖中未標注公差的尺寸，差相關資料得出其極限偏差：Φ12，Φ4.5，4.5
查表2.6地磨損系數(shù)為：當△≥0.16時，X=0.5
當△＜0.16時，X=0.75
第一類尺寸：磨損后增大的尺寸：
A1=(Amax－x△) 0+0.25△=（12－0.5×0.43）=Φ11.79mm
A2=(Amax－x△) 0+0.25△=(4.5-0.5×0.30)= Φ4.35mm
A3=(Amax－x△) 0+0.25△=(4.5-0.5×0.30)= 4.35mm
落料凸模的基本尺寸與凹模相同，分別是11.79mm，4.35mm，4.35mm，必標注公差，但要在技術條件中注明：凸模實際刃口尺寸與落料凹模配制，保證最小雙面合理間隙值Zmin=0.035 。
3）磨損后保持不變的尺寸
孔心距屬于磨損后基本不變的尺寸，在同一工步中，在工件上沖出孔距為L±1/2△兩個孔時，其凹模型孔中心距Ld可按下式確定：
Ld=L±1/8△
Ld=1±1/8*0.25=1±0.03mm
5 模具的總裝圖與零件圖
5.1 根據(jù)前面的設計與分析,我們可以得出如級進模具的總裝圖如附圖所示
5.2 沖壓模具的零件圖
5.2.1凹模設計
凹模采用矩形板狀結構和直接通過螺釘和銷釘將凹模直接固定在支撐件上,凹模刃口為直壁式 ,凹模采用銷釘和螺釘固定時要保證螺釘(或沉孔)間、螺孔與銷孔間及螺孔與凹模刃壁間的距離不能太近,否則會影響模具的壽命。凹模采用整體式凹模，各沖裁的凹模孔均采用線切割加工，安排凹模在模架上的位置時，要依據(jù)計算的壓力中心的數(shù)據(jù)，使壓力中心與模柄中心重合。
整體式凹模裝于下模座上，由于下模座孔口較大因而使工作時承受彎曲力矩，若凹模高度H及模壁厚度C不足時，會使凹模產(chǎn)生較大變形，甚至破壞。但由于凹模受力復雜，凹模高度可按經(jīng)驗公式計算，即
凹模輪廓尺寸的確定凹模輪廓輪廓尺寸包括凹模板的平面尺寸L×B(長×寬)及厚度尺寸H.從凹模外邊緣的最短距離稱為凹模壁厚c.
L=l+2c
B=b+步距+2c
l—沿凹模長度方向刃口型孔的最大距離，mm；
b—沿凹模寬度方向刃口型孔的最大距離，mm；
c—凹模壁厚，mm，主要考慮布置螺釘與銷釘?shù)男枰瑫r也要保證凹模的強度和剛度。
凹模厚度H=K1K2
F—沖裁力，N;
K1—凹模材料修正系數(shù)，合金工具鋼取K1=1,碳素工具鋼K1=1.3;
K2—凹模刃口周邊長度修正系數(shù)，經(jīng)查相關資料得K2=1；
由以代入數(shù)據(jù)經(jīng)計算得H=11.7mm，經(jīng)查表確定凹模厚度，H=20mm
凹模外形尺寸的確定：
t=0.7mm，沖件b=24mm，c=26mm
凹模外形長度：凹模的長度選取要考慮以下因素：
a)保證有足夠的安裝彈性卸料板的位置。
b)便于導尺發(fā)揮作用，保證送料粗定位精度
L=(24+2×26)mm=76mm
凹模外形寬度：B=（12+13+2×26）mm=77mm
上算得凹模輪廓尺寸L×B =76mm×77mm×20mm,查有關國家標準,因此選L×B×H為標準尺寸,得L×B =100mm×80mm×20mm. 熱處理硬度為58～62HRC。
凹材料的選用:材料選用Cr12。凹模的結構簡圖如圖5-1所示：
圖5-1 凹模
5.2.2凸模設計
凸模的結構形式主要取決于沖裁件的形狀和尺寸沖模的加工以及裝配工藝等實際條件不同，所以在實際生產(chǎn)中，使用的凸模結構形式很多，常見的整體式凸模有：圓形凸模、非圓形凸模，大、中型凸模和沖小孔凸模等結構形式。
由于該工件的孔一個為圓形，一個為非圓形，所以凸模的結構形式根據(jù)需要選擇。圓形凸模選為臺階式的凸模，臺階式的凸模強度剛性較好，裝配修模方便，其工作部分的尺寸由計算而得，與凸模固定板的配合部分按過渡配合（H7/m6或H7/n6）制造；非圓形凸模，凸模截面是非圓形，又稱為異型凸模，為使凸模加工方便，異形凸模做成等斷面，稱為直通式凸模，其固定方式采用N7/h6、P7/h6鉚接固定。
凸模長度一般是根據(jù)結構上的需要而確定的，設計該模具為沖孔落料級進模，采用剛性卸料板，其凸模長度用下列公式計算：
L=h1+h2+h3+h
式中 L—凸模長度， mm
h1—凸模固定板高度，mm，經(jīng)查可知h1=12mm
h2—卸料板高度，mm，經(jīng)查可知h2=10mm
h3—導料板厚度，mm，經(jīng)查可知h3=4mm
h—附加高度，一般取15~20mm
沖裁φ6.3mm孔凸模、凹模各尺寸及其組件確定和標準化（包括外形尺寸和厚度）
小凸模長度 L=12+10+4+18=44mm
小凸模強度校核 要使凸模正常工作，必須使凸模最小斷面的壓應力不超過凸模材料的許用壓應力，即
校核公式為 ≤
式中P孔—沖孔沖裁力,N, P孔=4590N
Fmin—凸模最小斷面積，, Fmin=/4=31.1
---凸模材料的許用壓力，Mpa,如凸模材料選用Cr12，查手冊=（1000～160）Mpa,取=1200 Mpa
因為==147 Mpa＜
所以凸模強度符合要求。
沖裁3mm孔凸模、凹模各尺寸及其組件確定和標準化（包括外形尺寸和厚度）
凸模長度 L=12+10+4+18=44mm
凸模強度校核 要使凸模正常工作，必須使凸模最小斷面的壓應力不超過凸模材料的許用壓應力，即
校核公式為 ≤
式中P孔—沖孔沖裁力,N, P孔=1921N
Fmin—凸模最小斷面積，, Fmin=1+/4=4.14
---凸模材料的許用壓力，Mpa,如凸模材料選用Cr12，查手冊=（1000～160）Mpa,取=1200 Mpa
因為==464 Mpa＜
所以凸模強度符合要求。
外形落料凸模、凹模各尺寸及其組件的確定和標準化（包括外形尺寸和厚度）
外形凸模的設計：外形凸模用線切割機床加工成直通式凸模，用兩個M8的螺釘固定在墊板上，由于采用彈性卸料板，凸模按下式計算
L=h1+h2+t+h
其中： h1為固定板厚度（12 mm），h2為卸料板厚度（10mm），t為材料的厚度（0.7 mm），h為附加長度，主要考慮凸模進入凹模的深度（1mm）及模具閉合狀態(tài)下 卸料板到凸模固定板間的安全距離（15mm～20mm）等因素
所以：L=12+10+0.7+1+18=41.7 mm
凸模材料：參照沖壓模具設計與制造選用Cr12，熱處理硬度為56~60HRC.對凸模的說明：
(1).反鉚反磨平是為了裝配的要求;
(2).裝配的尺寸為H7/m6,可得φ6.3, 3的上下偏差;
(3).圓形凸模要有同軸度的要求,參照ISO標準得出;
(4).刃口尺寸由前面計算可得;
(5).淬硬58~62HRC是為了提高模具的壽命;
(6).工件表面粗糙度要求較高,取0.8,其余的可取6.3;
(7).保持刃口鋒利,為了減小毛刺.
(8). 材料為Cr12.
沖孔凸模1 落料凸模 沖孔凸模2
圖5-2凸模
5.2.3選擇堅固件及定位零件
螺釘規(guī)格的選用:
經(jīng)查表,由凹模板的厚度可選用M6,在根據(jù)實際要求,查標準選用GB 70-85 M6×70,據(jù)查表,選取材料為45鋼.
銷釘規(guī)格的選用:
銷釘?shù)墓Q直徑可取與螺釘大徑相同或小一個規(guī)格,因此根據(jù)標準選用GB 119-86 A6×70,據(jù)查表,選取材料為45鋼.根據(jù)定位方式及坯料的形狀與尺寸,選用合適的標準定位零件.
擋料銷:
固定擋料銷 經(jīng)查表可知,擋料銷高度h=5, 根據(jù)表,選取材料為45鋼,數(shù)量為2,查標準GB2866.11-81,如圖5-8固定擋料銷所示:
X0.5
其余
圖 5-3 固定擋料銷
始用擋料銷:
根據(jù)導料板間距36.4及凹模L=100,可得導料板寬度=(100-36.4)/2=31.8mm,在根據(jù)表,由t=0.7mm,可得導料板厚度為12mm.根據(jù)GB2866.1-81選取始用擋料銷規(guī)格長L=70mm,厚度H=12的始用擋料銷裝置,規(guī)格為:
始用擋料銷: 塊—70×12 GB2866.1-81
彈簧—1.0×10×20 GB2089-81
彈簧芯柱—8×18 GB2866.2-81
材料:塊—根據(jù)表8-3,選取材料為45鋼,彈簧芯柱—根據(jù)GB700-79為A3. 熱處理: 塊—硬度HRC43~48.
導料板:
根據(jù)凹模L×B=100mm×80mm,始用導料銷70mm×12mm查標準GB2865.5-81,選規(guī)格為:長度L=100mm,寬度B=32mm,厚度H=4mm,材料為A3的導料板,即導料板:100mm×32mm×4mm GB2865.5-81/A3,熱處理HRC28~32.如圖5-6所示:
圖5-6 導料板
導正銷:
使用導正銷的目的是消除送料時用擋料銷和導料板等定位零件作粗定位時的誤差,保證沖件在不同工位上沖出的內(nèi)形與外形之間的相對位置公差要求.導正銷主要用于級進模,也可用于單工序模.導正銷通常設在落料凸模上,與擋料銷配合使用,因此我們采用導正銷,其中A型用于導正d=2~12mm的孔,安裝處按H7/n6配合查表，根據(jù)GB 2864.1-81A 型導正銷可得出導正銷,如圖5-7,5-8所示:
5.2.4設計和選用卸料與出件零件
卸料以固定板卸料,出件是以凸模往下沖即可,因此不用設計出件零件.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,所以卸料板的L×B×H=100mm×80mm×30mm,卸料板在此僅起卸料作用,凸模與卸料板間的雙邊間隙一般取0.2~0.5mm,這里取0.5mm,據(jù)表,材料為Q275.由以上根據(jù)凸模和凹?？稍O計出卸料板如圖5-9
圖5-9 卸料板
5.2.5選擇模架及其它模具零件
選擇模架:
根據(jù)GB/T 2851.5-90,由凹模周界100mm×80mm,及安裝要求,選取
凹模周界:L×B=125mm×100mm,閉合高度:H=160mm~190mm,上模座:125mm×100mm×35mm
下模座:125mm×100mm×45mm,導柱:22mm×150mm,25mm×150mm,
導套:22mm×80mm×33mm,25mm×80mm×33mm.
模柄:
由壓力機的型號JB23—3.15.可查得模柄孔的直徑為25mm,深度為40mm,由裝配要求,模柄與模柄孔配合為H7/m6并加銷釘防轉,模柄長度比模柄孔深度小5~10mm,由于采用固定卸料，上模座回程時受力較大，因此選用壓入式模柄較合理，所以根據(jù)GB2862.1-81得圖5-10所示:
墊板:
墊板的作用是承受并擴散凸模傳遞的壓力,以防止模座被擠壓損傷,因此在與模座接觸面之間加上一塊淬硬磨平的墊板.墊板的外形尺寸與凸模固定板相同,厚度可取3~10mm,這里設計時,由于壓力較大,根據(jù)GB2865.2-81選取規(guī)格為L×B×H=100mm×80mm×6mm.
凸模固定板:
圖5-10 模柄
凸模固定板的外形尺寸與凹模的外形尺寸一致,厚度為凹模的0.6~0.8h,h為凹模的厚度,這里取0.6h,即0.8×26=20.8mm,根據(jù)核準選取板的規(guī)格為L×B×H=100mm×80mm×24mm;凸模與凸模固定板的配合為H7/n6,裝配可通過2個銷釘定位,4個螺釘與上模座連接固定,各形孔的位置尺寸與凹模的保持一致,頂部與凸模鉚接,因此必須倒角。
5.3壓力機的校核
(1).公稱壓力 根據(jù)公稱壓力的選取壓力機型號為JB23-3.15,它的壓力為31.5>16,所以壓力得以校核;
(2).滑塊行程 滑塊行程應保證坯料能順利地放入模具和沖壓能順利地從模具中取出.這里只是材料的厚度t=0.7mm,導料板的厚度H=4mm及凸模沖入凹模的最大深度1mm,即S1=0.7+4+1=5.7mm
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