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手柄沖孔—落料級進模設計
緒論
一.冷沖壓在工業(yè)生產(chǎn)中的地位
模具是大批生產(chǎn)同形產(chǎn)品的工具，是工業(yè)生產(chǎn)的主要工藝裝備。模具工業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎工業(yè)。
模具可保證沖壓產(chǎn)品的尺寸精度。使產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，而在加工中不破壞產(chǎn)品表面。用模具生產(chǎn)零部件可以采用冶金廠大量生產(chǎn)的廉價的扎制剛板或剛帶為壞料，且在生產(chǎn)中不需加熱，具有生產(chǎn)效率高質(zhì)量好重量輕成本低且節(jié)約能源和原材料等一系列優(yōu)點，是其它加工方法所不能比擬的。使用模具已成為當代工業(yè)生產(chǎn)的重要手段和工藝發(fā)展方向?，F(xiàn)代制造工業(yè)的發(fā)展和技術水平的提高，很大程度上取決于模具工業(yè)的發(fā)展。
目前，工業(yè)生產(chǎn)中普遍采用怒局成形工藝方法，以提高產(chǎn)品的生產(chǎn)率和質(zhì)量。一般壓力機加工，一臺普通壓力機設備每分鐘可生產(chǎn)零件幾件到幾十件，高速壓力機的生產(chǎn)率已達到每分鐘數(shù)百件甚至上千件。據(jù)不完全統(tǒng)計，飛機汽車拖拉機電機電器儀器儀表等產(chǎn)品，游60%左右的零件是用模具加工出來的；而自行車手表洗衣機電冰箱及電風扇等輕工產(chǎn)品，有90%左右的零件是用模具加工出來的；至于日用五金，餐具等物品的大批量生產(chǎn)基本上完全靠模具來進行。顯而易見，模具作為一種專用的工藝裝備，在生產(chǎn)中決定性作用和重要地位逐漸為人們所共識。
二.了解目前國內(nèi)外沖壓模具的發(fā)展現(xiàn)狀
1.國內(nèi)沖壓模具的發(fā)展現(xiàn)狀
1.1現(xiàn)狀
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。
隨著與國際接軌的腳步不斷加快，市場競爭的日益加劇，人們已經(jīng)越來越認識到產(chǎn)品質(zhì)量、成本和新產(chǎn)品的開發(fā)能力的重要性。
近年許多模具企業(yè)加大了用于技術進步的投資力度，將技術進步視為企業(yè)發(fā)展的重要動力。一些國內(nèi)模具企業(yè)已普及了二維CAD，并陸續(xù)開始使用UG、Pro/Engineer、I-DEAS、Euclid-IS等國際通用軟件，個別廠家還引進了Moldflow、C-Flow、DYNAFORM、Optris和MAGMASOFT等CAE軟件，并成功應用于沖壓模的設計中。
以汽車覆蓋件模具為代表的大型沖壓模具的制造技術已取得很大進步，東風汽車公司模具廠、一汽模具中心等模具廠家已能生產(chǎn)部分轎車覆蓋件模具。此外，許多研究機構和大專院校開展模具技術的研究和開發(fā)。經(jīng)過多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技術方面取得了顯著進步；在提高模具質(zhì)量和縮短模具設計制造周期等方面做出了貢獻。
例如，吉林大學汽車覆蓋件成型技術所獨立研制的汽車覆蓋件沖壓成型分析KMAS軟件，華中理工大學模具技術國家重點實驗室開發(fā)的注塑模、汽車覆蓋件模具和級進模CAD/CAE/CAM軟件，上海交通大學模具CAD國家工程研究中心開發(fā)的冷沖模和精沖研究中心開發(fā)的冷沖模和精沖模CAD軟件等在國內(nèi)模具行業(yè)擁有不少的用戶。
雖然中國模具工業(yè)在過去十多年中取得了令人矚目的發(fā)展，但許多方面與工業(yè)發(fā)達國家相比仍有較大的差距。例如，精密加工設備在模具加工設備中的比重比較低；CAD/CAE/CAM技術的普及率不高；許多先進的模具技術應用不夠廣泛等等，致使相當一部分大型、精密、復雜和長壽命模具依賴進口。
1.2未來沖壓模具制造技術發(fā)展趨勢
模具技術的發(fā)展應該為適應模具產(chǎn)品“交貨期短”、“精度高”、“質(zhì)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)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(wǎng)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。
(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。
(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?qū)嵨飹呙璧郊庸こ銎谕哪Ｐ退璧闹T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。
(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(zhuǎn)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。
(5)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。
(6)優(yōu)質(zhì)材料及先進表面處理技術
選用優(yōu)質(zhì)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。
(7)模具研磨拋光將自動化、智能化
模具表面的質(zhì)量對模具使用壽命、制件外觀質(zhì)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(zhì)量是重要的發(fā)展趨勢。
(8)模具自動加工系統(tǒng)的發(fā)展
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(zhì)量監(jiān)測控制系統(tǒng)。
2.國外沖壓模具的發(fā)展現(xiàn)狀
由于工業(yè)生產(chǎn)技術的迅速發(fā)展，目前國內(nèi)外制造業(yè)廣泛地采用了無切削、少切削加工工藝，如精密沖壓、精密鍛造、壓力鑄造、冷擠壓、熱擠壓及等溫超塑成形等新工藝，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的切削加工工藝。模具作為主要的成形工具，已成為一種重要的加工裝備。家用電器行業(yè)約80％的零部件、機電行業(yè)約70％的零部件均采用模具成形，塑料、橡膠、陶瓷、建材、耐火材料制品大部分均采用模具成形。
????一種中型載重汽車的改型，需要4000套模具，重達2000多噸。生產(chǎn)一種型號的照相機，需要500套模具，在很多行業(yè)中，模具費用已經(jīng)占產(chǎn)品成本的15％～30％。因此，工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量的改進、生產(chǎn)率的提高、成本的降低、產(chǎn)品更新?lián)Q代的速度，在很大程度上取決于模具的制造精度和質(zhì)量、制造周期、生產(chǎn)成本、使用壽命等因素。
? 隨著全球經(jīng)濟一體化進程加快，模具工業(yè)在國民經(jīng)濟中所發(fā)揮的作用越來越明顯，機械電子、汽車、輕工、建材和國防工業(yè)等部門都大量采用模具進行生產(chǎn)，并提出越來越高的要求。模具工業(yè)已成為新技術產(chǎn)業(yè)化的重要組成部分，模具技術水平的高低與產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力有密切關系，它成為衡量一個國家工業(yè)水平高低的重要標志之一。20世紀80年代以來，日本、美國、德國等工業(yè)發(fā)達國家，模具工業(yè)的產(chǎn)值超過機床工業(yè)的產(chǎn)值。
? 當前模具工業(yè)發(fā)展有兩個特點：一是要縮短制模周期、降低制模成本。由于人們對工業(yè)晶的品種、數(shù)量和質(zhì)量要求越來越高，產(chǎn)品更新?lián)Q代周期越來越短，而且多品種小批量生產(chǎn)較多，因此對模具制造提出了嚴格的要求。二是模具向大型化、復雜化、精密化和自動化發(fā)展。模具制造要求越來越高，制造工藝越來越復雜。為了降低模具生產(chǎn)成本，增加效益，保證質(zhì)量，在采用先進設備和制造工藝的同時，必須采用多種工藝措施盡量延長模具使用壽命。其中合理選用模具材料，采用先進的熱處理和表面強化工藝，不斷推廣應用新材料就是一個主要的方面。
? 模具鋼是制造模具的主要材料。盡管模具材料品種繁多，但是模具鋼在模具制造業(yè)中使用最多，是模具工業(yè)最重要的技術和物質(zhì)基礎。近年來隨著模具工業(yè)的迅速發(fā)展，模具鋼的發(fā)展也極為迅速。世界各國都把模具鋼分類于合金工具鋼中，其產(chǎn)量已占合金工具鋼產(chǎn)量的70％一80％。
落料沖孔級進模設計
工件名稱：手柄
生產(chǎn)批量：大批量
材料：45號鋼
厚度：2.0mm
工件簡圖：
圖1工件簡圖
1 工藝分析、排樣設計
1.1 工件的工藝性分析
圖示零件材料為45號鋼板，能夠進行一般的沖壓加工，市場上也容易得到這種材料，價格適中。
手柄外形落料的工藝性：手柄屬于中等尺寸零件，料厚2.0mm，外形復雜程度一般，尺寸精度要求一般，因此可采用落料工藝獲得。
手柄沖孔的工藝性：大小為φ5mm和φ8mm的孔，尺寸精度要求一般，可采用沖孔。
此工件只有外形落料和沖孔兩個工序。圖示零件尺寸均為未注公差的一般尺寸，按慣例取IT14級，符合一般級進沖壓的經(jīng)濟精度要求，模具精度取IT9級即可。
由以上分析可知，圖示零件具有比較好的沖壓工藝性，適合沖壓生產(chǎn)。
1.2 排樣設計
（1）確定零件的排樣方案
設計模具時，條料的排樣很重要。手柄零件具有一頭大一頭小的特點，單向排列時材料的利用率低，采用對排（圖2所示）的排樣方案可以提高材料的利用率，減少廢料。為了避免制作兩套凸模和凹模零件，降低模具的制造成本，采用調(diào)頭沖的送料方式，即隔位沖壓，條料完成一個方向的沖壓后，將條料水平方向旋轉(zhuǎn)1800，再沖第二遍，在第一次沖裁的間隔中沖裁出第二部分工件。
（2）條料寬度、導尺間寬度和材料利用率的計算
查表取得搭邊值為2.5mm和3.5mm。
送料步距如圖2所示
B=32+16+2.5+2.5=53 mm
條料寬度的計算：擬采用無側(cè)壓裝置的送料方式，由b-Δ=〔D+2a+c1〕- Δ
D—條料寬度方向沖裁件的最大尺寸
a—側(cè)搭邊值
c1—導料板與最寬條料之間的間隙
代入數(shù)據(jù)計算，取得條料寬度為135mm。
導尺間距離的計算：由s=D+2(a+c1),代入數(shù)據(jù)計算得導尺間距離為136 mm。
材料利用率的計算：
根據(jù)一般的市場供應情況，原材料選用1000 mm×2000 mm×2.2 mm的冷軋薄鋼板。
每塊可剪2000mm ×135 mm規(guī)格條料7條，材料剪切利用率達94.5%。由一個步距的材料利用率通用計算公式：
=
式中 A—一個沖裁件的面積，A2653.66mm2;
n—一個進距內(nèi)的沖裁件數(shù)量；
B—條料寬度，mm;
s—步距， mm
得
==74.2%
2 工藝方案的確定
2.1 工藝方案的確定
手柄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：用簡單的單工序模分三次加工，即落料——沖孔——沖孔。
方案二：沖孔落料復合模。
方案三：沖孔落料級進模。
圖2 工件排樣圖
方案一：模具結構簡單，成本低，但工件的累計誤差大，操作不方便，由于該工件為中批量生產(chǎn)，需三套設備成本高，生產(chǎn)率低。
方案二：生產(chǎn)率較方案一和三都高，加工精度高，但模具結構復雜，制作難度較大成本高，還有模具對壓力機噸位要求較方案一和三都高。
方案三：生產(chǎn)率較方案二低，精度略低于方案二，但是模具結構不太復雜成本較低，壓力機噸位要求低，故節(jié)省能源，由于此為大批量生產(chǎn)，精度要求不高，相比較而言方案三更具有可行性，更具有優(yōu)越性。
手柄零件大端φ5mm的孔與R16mm的外圓及φ8mm的孔之間的距離為3.5mm，大于此零件要求的最小壁厚（3.2mm）（1），可以采用沖孔、落料復合?；驔_孔、落料級進模。復合模模具制造難度大，并且沖壓后產(chǎn)品留在模具上，在清理模具上的物料時會影響沖壓速度，因此選用級進模更為合理。
3 工藝計算
3.1 工作零部件的計算
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作凸凹模。這時需要分別計算和標注凸模和凹模的尺寸和公差。
沖孔時，間隙取在凹模上，則：
凸模尺寸
dap=（d+x△）-δp0
凹模尺寸
dd=(d+x△+Zmin)0+δ
式中 Dd Dp——落料凹模和凸模的刃口尺寸，mm
dp dd ——沖孔凹模和凸模的刃口尺寸，mm
x——磨損系數(shù)，查表2-30[1]得：IT14級時x=0.5。
Zmin——雙面間隙，mm
△——工件公差，mm
δ——凸模和凹模的制造公差，mm
（1）沖裁φ5mm孔凸模、凹模刃口尺寸的計算
凸模尺寸
由表2-10[1]查得△=0.3
dap=（d+x△）-δp0 =(5+0.5×0.30)0-0.02 =5.150-0.02
凹模尺寸
由表2-23[1]得Zmin=0.26
dd=(d+x△+Zmin)0+δ=(5+0.5×0.30+0.26)0+0.02 =5.410+0.02
（2）沖裁φ8mm孔凸模、凹模刃口尺寸的計算
凸模尺寸由表2-10得△=0.36
dap=（d+x△）-δp0 =(8+0.5×0.36) 0-0.02 =8.18 0-0.02
凹模尺寸查表2-23得Zmin=0.26
dd=(d+x△+Zmin)0+δ=(8+0.5×0.36+0.26) 0+0.02=8.440+0.02
（3）外形落料凸模、凹模刃口尺寸的計算
因此落料件為復雜的制件，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△
其落料凹模的基本尺寸計算如下：
圖3（a） 凹模尺寸示意圖
第一類尺寸：磨損后增大的尺寸：
A1=(Amax-x△) =(8-0.5×0.43) =7.785
A2=(Amax-x△) =(16-0.5×0.62) =15.69
落料凸模的基本尺寸與凹模相同，分別是7.785mm，15.69mm，不必標注公差，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=0.26。
圖3（b）凸模尺寸示意圖
4 沖裁力與壓力中心的計算，初選壓力機
4.1 沖裁工序總力的計算
由工件結構和前面所定的沖壓方案可知，本工件的沖裁力包括以下部分。
沖四個φ5mm孔的力P1、沖φ8mm孔的力P2，落外型料的力P3，向下推出φ5mm沖孔廢料的力P4，向下推出φ8mm孔廢料的力P5，向下推出工件的力P6。由彈性卸料板卸條料的廢料的力是壓力機提供的，故用計算在內(nèi)，沖裁φ5mm，φ8mm及工件外形后卸條料的力分別為P7、P8、P9。
考慮到模具刃部被磨損、凸凹模間隙不均勻和波動、材料力學性能及材料厚度偏差等因素的影響，實際計算沖裁力時按下面公式：
P=KLtτ
式中 P—沖裁力（kN）
L—沖裁件剪切周邊長度（mm）
t—沖裁件材料厚度（mm）
τ—被沖材料的抗剪強度(MPa)
K—系數(shù)，一般取1.3。
上式中抗剪強度τ與材料種類和坯料的原始狀態(tài)有關，可在手冊中查詢。為方便計算，可取材料的τ=0.8σb,故沖裁力表達式又可表示為：
P=1.3Ltτ≈Ltσb
式中 σb—被沖材料抗拉強度(MPa)。查手冊[1]表8—7得45鋼的σb=600MPa
P1=4×5π×2.0×600=25.12kN
P2=8π×2.0×600=30.14kN
由于L3=
=268.7mm
則：P3=268.7×2.0×600=322.4kN
推件力 Pt=nKtP
Kt—推件力系數(shù), Kt=0.055
n—同時卡在凹模的工件(或廢料)數(shù),其中
n=h/t
h—凹模刃部直壁洞口高度（mm），
t—料厚( mm)
查手冊[2]表2—40可得和h=6mm,故n=3如圖4所示：
圖4 沖孔凹模示意圖
P4==7.64kN
P5==3.06kN
P6=3×0.055×198.1=32.69kN
卸料力 根據(jù)經(jīng)驗公式得
P =0.03P
P7 =0.03×46.29=1.39 kN
P8 =0.03×18.52=0.56 kN
P9 =0.03×198.1=5.95 kN
工序總力
P=P1+P2+P3+P4+P5+P6+P7+P8+P9 =25.12+30.4+322.4+7.64+3.06+32.69+1.39+0.56+5.95
=429.1KN
4.2 彈性橡膠板的計算。
本模具中橡膠板的工作行程由以下幾個部分組成：凸模修模量5mm；凸模凹進卸料板1mm；公件厚度2.2mm；凸模沖裁后進入凹模2mm；以上四項長度之和就是橡膠板的工作行程S工作；即
S工作=（5+1+2.2+2）mm=9.2mm
取壓縮量為自由高度的0.3則橡膠的自由高度為:
H自由===30.7mm
由上面計算可知：P卸= P7+ P8+ P9=1.39+0.56+5.95=7.9KN
預壓縮量取15%，由圖1-17可查出P=0.5MPa，此時橡膠板應具有足夠的卸料力，其卸料力的大小用式1-2計算橡膠板所需的面積。則
A===15800=158
結合模具的實際結構，將橡膠板分成若干塊安裝。橡膠高度H自由與直徑D之比需要滿下式：
0.5
橡膠板的自由高度為30.7mm，厚度不可低于要求的尺寸，超出這個厚度時應考慮到每加厚1mm，就將增加相應的工作載荷約。橡膠板的總面積為158,分為4塊，每個用螺釘安裝在一塊，每個卸料螺釘安裝一塊，中間鉆孔13mm。四塊橡膠板的厚度無比一致，不然會造成受力不均勻，運動產(chǎn)生歪斜，影響模具的正常工作，卸料板采用45鋼制造，淬火硬度為40---45HRC。
4.3 初選壓力機
開式可傾壓力機參數(shù)初選壓力機型號為J23-63和J23-100
型號
公稱壓力/kN
滑塊行程/mm
最大封閉高度/mm
工作臺尺寸/mm
滑塊底面尺寸/mm
可傾斜角/·
封閉高度調(diào)節(jié)量/mm
J23-63
630
130
360
480×710
——
30
80
J23-100
1000
130
480
710×1080
190×210
30
60
4.4 壓力中心的計算
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與壓力機的中心滑塊中心線重合。否則，沖壓時滑塊就會承受偏心載荷，導致滑塊導軌與模具的導向部分不正常的磨損，還會使合理的間隙得不著保證，從而影響制件的質(zhì)量和降低模具的壽命，甚至損壞模具。
此為多凸模模具的壓力中心，首先計算大凸模的壓力中心
圖5 (a) 壓力中心
計算其壓力中心的步驟如下：
① 按比例畫出凸模的工作部分剖面圖（見圖5a）
② 在任意距離處作x-x軸y-y軸
③ 分別計算出各線段和圓弧的重心到x-x軸的距離y1, y2, y3, y4和到y(tǒng)-y軸的距離x1, x2, x3, x4,
④ 大凸模的壓力中心到坐標軸的距離下式確定：
到y(tǒng)-y軸的距離
x0=
==61.4mm
到x-x軸的距離
y0=
==0mm
⑤ 由于其余三個凸模為規(guī)則的凸模 ，則總的壓力中心為
圖5（b）壓力中心示意圖
到y(tǒng)-y軸的距離
x0=
=
=89.8mm
到x-x軸的距離
y0==
=-15.8mm
5 模具結構形式的選擇與確定
1）正倒裝結構：根據(jù)上述分析，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。
2）送料方式：采用手工送料方式。
3）定位裝置：本工件在級進模中尺寸是較大的，又是大批量生產(chǎn)，順沖時第一個工位采用始用擋料銷定位，第二個工位采用固定擋料銷定位。調(diào)頭沖時第一個工位設置一個始用擋料銷定位（和順沖時的始用擋料銷定位不在同一個位置），第二工位靠固定擋料銷定位。送料時廢料孔與固定擋料銷作為粗定距，在大凸模上安裝一個導正銷，利用條料上φ5mm和φ8mm的孔做導正銷孔進行導正，依此作為條料送進的精確定距。
4）導向方式：為確保零件的質(zhì)量及穩(wěn)定性，選用導柱、導套導向。由于已經(jīng)采用了手工送料方式，為了提高開敞性和導向均勻性，采用對角導柱模架。
5）卸料方式：本模具采用正裝結構，沖孔廢料和工件留在凹?？锥粗?，為了簡化模具結構，可以在下模座中開有通槽，使廢料和工件從孔洞中落下。工件厚度為2.0mm，為了保證工件有比較好的平整度，采用彈壓性卸料裝置。選用 JB/T8068.3-1995 彈壓縱向送料典型組合。
6 主要工作機構的設計和主要工作機構的設計
6.1 工作零部件的設計（尺寸、位置、標準與示意圖）
工作零部件的設計（用一個整體的凸模固定板）
沖小圓孔的凸模，為了增加凸模的強度與剛度，凸模非工作部分直徑應作成逐漸增大的多級形式如圖6所示：
圖6 沖孔凸模
凸模長度一般是根據(jù)結構上的需要而確定的，其凸模長度用下列公式計算：
L=h1+h2+h3- h4
式中 L—凸模長度， mm
h1—凸模固定板高度，mm
h2—卸料板高度，mm
h3—橡膠板的厚度 ，mm
h4—凹進卸料板內(nèi)1mm
圖7整體式凹模
整體式凹模如圖7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
凹模高度H=KB
凹模壁厚C=(1.5~2)H
式中B----凹模孔的最大寬度（mm），但B不小于15mm
C-----凹模壁厚（mm）， 指刃口至凹模外形邊緣的距離；
K=系數(shù)，取0.20
凹模高度H=KB=0.20×119=23.8mm 取標準值28mm
凹模壁厚C=1.5H = 1.5×28=40mm
凹模上螺孔到凹模外緣的距離一般?。?.7~2.0）d,
d 為螺孔的距離，由于凹模厚度為28mm，所以根據(jù)表2.46﹝2﹞查得螺孔選用4×M8的螺釘固定在下模座。
螺孔到凹模外緣的最小距離a2=1.5d=1.5×8=12mm
a3=1.13d≈9mm
凹模上螺孔間距由表2.47查得最小間距為40mm，最大間距為90mm。
螺孔到銷孔的距離一般取b>2d,所以b應大于１６。
根據(jù)上述方法確定凹模外形尺寸須考慮到裝橡膠塊的尺寸，故選用 矩形凹模板的周界尺寸為250×200×28。
①沖裁φ5mm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=20+14-1+30.7=63.7mm
由小凸模刃口d=5.15mm
可知 h=3mm, D1=11mm, D=8mm, L=63.7mm
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
對于圓形凸模 dmin≥
式中 dmin—圓形凸模最小截面直徑，mm
t—沖裁材料厚度，mm
—沖裁材料的抗剪強度，MPa
—凸模材料許用強度，?。?.0~1.6）×103MPa
dmin≥==2.95mm 所以承壓能力足夠。
抗縱向彎曲力校核 對于圓形凸模（有導向裝置）
Ｌmax≤
式中 Lmax ——允許的凸模最大自由長度，mm
F ——沖模力,N
ｄ——凸模最小截面的直徑，mm
Lmax≤==66.57mm 所以長度適宜。
選用沖孔圓凸模：JB/T8057.2—1995 BⅡ 5.15×63.7
凸模固定端面的壓力
q =<
式中 q—凸模固定端面的壓力，MPa
F—落料或沖孔的沖裁力，N
—模座材料許用壓應力，MPa
q ==158.5MPa
凸模固定板端面壓力超過了80～90ＭＰa，為此應在凸模頂端與模座之間加一個淬硬的墊板。矩形墊板材料可用45鋼，結構形式和尺寸規(guī)格見JB/T7643.3—1994查得250×200×10
由于采用整體式凹模，所以由外形落料凹模確定其凹模板厚度（圖7），其凹模刃口高度由表2.40JB/T7643.1—1994查得h=6mm，β=
②沖裁φ8mm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=20+14-1+30.7=63.7mm
由凸模刃口d=8.18mm查得D=12mm,D1=15mm,h=3mm,L=63.7mm
選用圓凸模：JB/T8057.2—1995 BⅡ 8.18×63.7
③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-h3+h4
圖8 外形凸模長度尺寸示意圖
其中： h1為固定板厚度（20 mm），h2
為卸料板厚度（14mm），h3考慮到凸模下端面到卸料板下端面的距離-（1mm），
h4為彈性橡膠塊的厚度（30.7mm）。
所以：L=20+14-1+30.7=63.7 mm
凸模固定板材料可用45鋼，結構形式和尺寸規(guī)格見（GB…）/T7643.2—1994可得250×200×20
圖9
凹模組件的尺寸確定和示意圖（用整體式凹模）
凹模采用整體式凹模，各沖裁的凹?？拙捎镁€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。
凹模的長度選取要考慮以下因素：
a)保證有足夠的安裝剛性卸料板的位置。
b)便于導尺發(fā)揮作用，保證送料粗定位精度。
選取凹模 250×200×28。材料：Cr12制造，熱處理硬度為58～62HRC。
6.2 定位裝置的設計
（1）始用擋料裝置的設計與標準化（尺寸、位置!!!、標準與示意圖）（包括順沖和掉頭沖兩個始用導料銷）
圖10 擋料塊示意圖
擋料塊標記：JB/T7649.1—1994 71310
材 料： 45鋼，
熱處理硬度：43~48HRC
技術 條件：按JB/T7653—1994的規(guī)定。
手動擋料塊位置的確定：
根據(jù)條料排樣圖2可計算出手動擋料塊的位置如圖所示：
圖11手動擋料塊示意圖
（2）固定擋料銷的設計
固定擋料銷的設計根據(jù)標準件，選用此擋料銷如圖12
圖12 固定擋料銷
選用JB/T7649.10—94 A型固定擋料銷 直徑φ8mm，h=4mm材料為45鋼
根據(jù)分析選用廢料孔前端定位時擋料銷位置如圖13
廢料孔前端定位時擋料銷位置
=C-()+0.1
——擋料銷與導正銷的間距，mm
圖13擋料銷位置示意圖
C——連續(xù)模的步距，mm
dr——導正銷的直徑，mm
d——擋料銷頭部直徑，mm
=53-()+0.1=52.85mm
（3）導正銷的設計
導正銷主要用于級進模上，消除擋料銷的定位誤差，以獲得較精確的工件。導正銷的結構形式，結構設計，尺寸精度，材料的熱處理等可參照JB/T7647.1—94和JB/T7647.2—94選定。
導正銷的結構形式查手冊[2]選用如圖14（（選自沖壓手冊）91
圖14導正銷
D=d-2a
D——導正銷直徑的基本尺寸
d——沖孔凸模直徑
2a——導正銷與孔徑兩邊的間隙
沖裁φ5mm孔的導正銷 查表得h=0.6t 2a=0.05mm
D=d-2a=5.15-0.05=5.10mm
h=0.6×2.2=1.32mm
沖裁φ8mm孔的導正銷查表得h=0.6t 2a=0.07.mm
D=d-2a=8.18-0.07=8.11mm
h=0.6×2.2=1.32mm
（4）導料板的設計（包括兩塊導料板的間距、外形尺寸和厚度與示意圖等）
根據(jù)凹模周界取：導料板JB/T7653—1994 250×56×10
圖15 導料板示意圖
6.3 標準模架的選用（前面已經(jīng)確定為中間導柱模架）
由凹模周界選用標準模架（包括導柱、導套、上模座、下模座、模柄的標準和示意圖）
選用GB/T2851.1—1990 250×200×170~210
技術條件：按JB/T8050—1999的規(guī)定。
模柄標記：JB/T 7646.1—1994 A 503110
材 料：Q235—A。F
技術條件：按JB/T7653—1994的規(guī)定：
導柱標記： GB/T2861.1 —1990 323160
GB/T2861.1 —1990 353160
導套標記：GB/T2861.6 —1990 323105343
GB/T2861.6 —1990 353105343
上模座標記：GB/T2855.9 —1990 2503200345
下模座標記：GB/T2855.10 —1990 2503200350
6.4 卸料裝置的設計
在前面已經(jīng)確定了采用剛性卸料板，設計卸料板為一整體板。本模具的卸料板不僅有卸料作用，還具有外形凸模的導向作用，并能對小凸模起保護作用。卸料板的邊界尺寸經(jīng)查手冊[2]表15.28得：
卸料板長度L =250mm,寬度B=200mm厚度h0=14mm
此模具中，卸料板對沖孔落料凸模起導向作用，卸料板和凸模按H7/h6配合制造
6.5 聯(lián)接件的選用
本模具采用螺釘固定，銷釘定位。具體講
內(nèi)六角螺釘標記：35鋼M8365 GB70—85
GB70—85 M8365 45鋼
螺釘標記：GB68—76 M8330 45鋼
圓柱銷釘標記：GB 119—86 6365 35鋼
止動圓柱銷標記：GB119—86 436
6.6 裝配圖的設計
圖16 模具裝配圖
1-模架；2-凹模；3-導料板；4-導正銷；5-卸料板；6-卸料螺釘；7-凸模固定板；10-落料凸模；11-大孔凸模；12-小孔凸模；13-活動擋料銷；14-彈簧；15-承料板
該模具采用中間導柱模架，模具上模部分主要有上模板，墊板，凸模固定板及卸料板等組成。卸料方式采用彈性卸料，以橡膠為彈性元件。下模部分有下模座，凹模板，導料板等組成。沖孔廢料和成品件均由漏料孔漏出。
6.7 壓力機的選擇與校核
模座外形尺寸420×270mm,閉合高度200mm,有文獻[4]中，JC23—63型壓力機工作臺尺寸為480×710mm,最大閉合高度為360mm，連桿調(diào)節(jié)長度為80mm,所以在工作臺上加一35～70mm的墊板，即可安裝。模柄孔尺寸也于本副模具所選模柄尺寸相符。
6.8 模具零件材料選用如下表
22
始用擋料塊
2
45鋼
21
固定擋料銷
1
45鋼
20
卸料板
1
45鋼
19
螺釘
10
35鋼
18
凸模
1
Cr12
17
圓柱銷
6
35鋼
16
凸模
1
Cr12
15
止轉(zhuǎn)銷
1
35鋼
14
模柄
1
Q235
13
落料凸模
1
Cr12
12
固定螺釘
2
35鋼
11
凸模墊板
1
45鋼
10
內(nèi)六角螺釘
10
35鋼
9
上模座
1
HT200
8
導套
2
20
7
凸模固定板
1
45鋼
6
橡膠塊
4
5
導正銷
2
45鋼
4
導料板
2
3
凹模板
1
Cr12
2
導柱
2
20
1
下模座
1
HT200
序號
名稱
件數(shù)
材料
表6—1 模具零件材料選用表
7 模具的裝配及調(diào)試
根據(jù)級進模裝配要點，選凹模作為裝配基準件，先裝下模，再裝上模，并調(diào)整間隙，試沖，返修。具體裝配如下：
序號
工序
工藝說明
1
凸，凹模預配
1． 裝配前仔細檢查各凸模形狀及尺寸以及凹模形孔，是否符合圖紙要求精度，形狀。
2． 將各凸模分別與相應的凹模孔相配，檢查其間隙是否加工均勻。不合適者應重新修磨或更換
2
凸模裝配
以凹?？锥ㄎ?，將各凸模分別壓入凸模固定板7的形孔中，并擰緊牢固
3
裝配下模
1． 在下模座1上劃中心線，按中心線預裝凹模2，導料板3
2． 在下模座1導料板3上，用以加工好的凹模分別確定其螺孔位置，并分別鉆孔攻絲
3． 將下模座1導料板3凹模2活動擋料銷13彈簧14裝在一起，并用螺釘擰緊打入銷釘
4
裝配上模
1． 在已裝好的下模上放等高墊鐵，再在凹模中放入0.12mm的紙片，然后將凸模與固定板組合裝入凹模
2． 預裝上模座，劃出與凸模固定板相應鏍孔，鉆孔位置并鉆鉸鏍孔
3． 用螺釘將固定板組合，墊板8，上模座連接在一起但不要擰緊
4． 復查凸，凹模間隙并調(diào)整合后適合，緊固螺釘
5． 安裝導正銷4，承料板15
6． 切紙檢查，合適后打入銷釘
5
試沖與調(diào)整
裝機試沖并根據(jù)試沖結果作相應調(diào)整
表7—1 模具裝配順序
設計總結
在河南機電高等?？茖W校學習三年，收獲頗豐。三年來，在老師悉心的指導下，大大豐富了自己的文化知識，同時也為自己創(chuàng)造了一個很好的發(fā)展機會，為以后的人生道路選擇了正確的方向。
目前，我國沖壓技術與工業(yè)發(fā)達國家相比還相當落后，主要原因是我國在沖壓基礎理論及成形工藝、模具標準化、模具設計、模具制造工藝及設備方面與工業(yè)發(fā)達國家尚有相當大的差距，導致我國模具在壽命、效率、加工精度、生產(chǎn)周期等方面與工業(yè)發(fā)達國家的模具相比差距相當大。
隨著工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量的不斷高，沖壓產(chǎn)品生產(chǎn)正呈現(xiàn)多品種、少批量，復雜、大型、精密，更新?lián)Q代速度較快等變化特點，沖壓模具正向高效、精密、長壽命、大型化方向發(fā)展。為適應市場變化，隨著計算機技術和制造技術的迅速發(fā)展，沖壓模具設計與制造技術正由手工設計、依靠人工經(jīng)驗和常規(guī)機械加工技術向以計算機輔助設計、數(shù)控切削加工、數(shù)控電加工為核心的計算機輔助設計與制造技術轉(zhuǎn)變。并且也加深了相關理論知識的認識。同時熟練掌握了專業(yè)工具書的使用方法。在整個過程中，增強了自己的的能力。當然，由于本人水平有限及缺乏生產(chǎn)實際經(jīng)驗，該設計難免存動手能力及獨立思考解決問題在不足之處。希望老師對此提出批評意見，在此表示萬分的感謝。
致謝
經(jīng)過這段的忙碌和工作，本次畢業(yè)設計已經(jīng)接近尾聲，對于本次畢業(yè)設計，由于經(jīng)驗的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有指導老師的督促指導，以及一起工作的同學們的支持，想要完成這個設計是難以想象的
首先感謝專業(yè)老師以及校領導三年來對我的辛勤教育和培養(yǎng)，使我順利地完成三年學業(yè)并且學到了不少的知識。
本文是在于智宏老師，楊占堯教授，原紅玲老師等老師的指導和幫助下順利完成的，在此我表示忠心的感謝。在寫本論文的過程中，我翻閱了許多資料擴大了知識面為以后的工作打下了很好的基礎。
由于時間比較倉促，筆者水平有限，設計中難免有不足和疏漏之處，敬請批評和指正。
參考文獻
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32
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