第4章沖壓模具設(shè)計(jì)實(shí)例4.1沖壓件的工藝性4.2模具設(shè)計(jì)的內(nèi)容及程序4.3實(shí)例分析小結(jié)

思考與練習(xí)題4.1.1沖裁件的工藝性

獲得金屬零件的方法有很多種，鑄造、鍛造、切削加工等等。要知道某個(gè)零件用什么樣的工藝進(jìn)行加工最合理、最經(jīng)濟(jì)，就必須分析該零件對(duì)各種加工工藝的工藝適應(yīng)性。沖裁件工藝性分析，即是指沖裁件對(duì)沖裁工藝的適用性。一般情況下，對(duì)沖裁工藝性影響最大的是幾何形狀、尺寸和精度要求。良好的沖裁工藝性應(yīng)能滿足材料省、工序少、模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工容易、壽命較長(zhǎng)、操作安全方便、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定等要求。4.1沖壓件的工藝性

1.沖裁件的結(jié)構(gòu)工藝性

(1)幾何形狀：沖裁件形狀盡可能設(shè)計(jì)成簡(jiǎn)單對(duì)稱和符合材料合理排樣。工件用條料兩端裁切圓弧成形時(shí)，圓弧的半徑應(yīng)超過(guò)料寬的一半，即可用于少?gòu)U料排樣；若限定R＝B/2，則不能用于少?gòu)U料排樣，以免因送料偏移而產(chǎn)生臺(tái)肩。如圖4－1所示。圖4－1圓弧與寬度的關(guān)系

(2)最小圓角半徑：沖裁件的轉(zhuǎn)角處應(yīng)有一定的圓角，其最小圓角半徑允許值見(jiàn)表4－1。如果是少無(wú)廢料排樣沖裁，或者采用鑲拼模具時(shí)可不要求沖裁件有圓角。圓角大大地減小了應(yīng)力集中，有效地消除了沖模開(kāi)裂現(xiàn)象。

表4－1沖裁件最小圓角半徑

(3)沖裁件上的懸臂和凹槽：如果沖裁件上有懸臂和凹槽，其尺寸如表4－2所示。

(4)沖裁件孔的最小尺寸：沖裁件上孔的尺寸受到凸模強(qiáng)度和剛度的限制，不能太小，沖孔的最小尺寸見(jiàn)表4－3。

(5)最小孔邊距、孔間距：當(dāng)沖孔邊緣與工件外形的邊緣平行時(shí)，其距離不應(yīng)小于材料厚度的1.5倍；當(dāng)沖孔邊緣與工件外形的邊緣不平行時(shí)，其距離不應(yīng)小于材料厚度,如圖42(a)所示。

(6)在彎曲件或拉深件上沖孔時(shí)，孔邊與直壁之間應(yīng)保持一定的間距，以免沖孔時(shí)凸模折斷,如圖4－2(b)所示。

表4－2懸臂和凹槽的最小寬度B表4－3沖孔的最小尺寸圖4－2沖裁件的工藝性

2.沖裁件的精度和斷面粗糙度

(1)精度：沖裁件的經(jīng)濟(jì)精度一般不高于IT11級(jí)，最高可達(dá)IT8~IT10級(jí)。沖孔比落料的精度約高一級(jí)。沖裁件的尺寸公差，孔中心距的公差分別見(jiàn)表4－4和表4－5。

(2)斷面粗糙度：沖裁件的斷面粗糙度Ra一般為12.5~50μm，最高可達(dá)6.3μm，具體數(shù)值見(jiàn)表4－6。表4－4沖裁件內(nèi)形與外形尺寸公差表4－5沖裁件孔的中心距公差表4－6一般`沖裁件斷面的近似粗糙度4.1.2彎曲件的工藝性

彎曲件的工藝性是指彎曲件的結(jié)構(gòu)形狀、尺寸、精度、材料及技術(shù)要求等是否符合彎曲加工的工藝要求。具有良好工藝性的彎曲件，能簡(jiǎn)化彎曲工藝過(guò)程及模具結(jié)構(gòu)，提高彎曲件的質(zhì)量。

1.彎曲件的材料

彎曲件的材料，要求具有足夠的塑性，屈彈比σs／E和屈強(qiáng)比σs／σb小。足夠的塑性和較小的屈強(qiáng)比能保證彎曲時(shí)不開(kāi)裂，較小的屈彈比能使彎曲件的形狀和尺寸準(zhǔn)確。最適宜于彎曲的材料有軟鋼、黃銅和鋁等。脆性較大的材料，如磷青銅、鈹青銅、彈簧鋼等，要求彎曲時(shí)有較大的相對(duì)彎曲半徑r／t，否則容易發(fā)生裂紋。

對(duì)于非金屬材料，只有塑性較大的紙板、有機(jī)玻璃才能進(jìn)行彎曲，而且在彎曲前坯料要進(jìn)行預(yù)熱，相對(duì)彎曲半徑也應(yīng)較大，一般要求r／t＞3～5。

2.彎曲件的結(jié)構(gòu)

1)彎曲件的形狀

彎曲件的形狀應(yīng)盡可能對(duì)稱，彎曲半徑左右一致，以防止彎曲變形時(shí)坯料受力不均勻而產(chǎn)生偏移。有些雖然形狀對(duì)稱，但變形區(qū)附近有缺口的彎曲件，若在坯料上先將缺口沖出，彎曲時(shí)會(huì)出現(xiàn)叉口現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)難以成形，這時(shí)應(yīng)在缺口處留連接帶，彎曲后再將連接帶切除，如圖4－3(a)、(b)所示。

為了保證坯料在彎曲模內(nèi)準(zhǔn)確定位，或防止在彎曲過(guò)程中坯料的偏移，最好能在坯料上預(yù)先增添定位工藝孔，如圖4－3(b)、(c)所示。圖4－3增添連接帶和定位工藝孔的彎曲件

2)彎曲件的相對(duì)彎曲半徑

彎曲件的相對(duì)彎曲半徑r／t應(yīng)大于最小相對(duì)彎曲半徑(見(jiàn)表2－6)，但也不宜過(guò)大。因?yàn)橄鄬?duì)彎曲半徑過(guò)大時(shí)，受到回彈的影響，彎曲件的精度不易保證。

3)彎曲件的彎邊高度

彎曲件的彎邊高度不宜過(guò)小，其值應(yīng)為h＞r＋2t，如圖4－4(a)所示。當(dāng)h較小時(shí)，彎邊在模具上支持的長(zhǎng)度過(guò)小，不容易形成足夠的彎矩，很難得到形狀準(zhǔn)確的零件。當(dāng)零件要求h＜r＋2t時(shí)，則需預(yù)先在圓角內(nèi)側(cè)壓槽，或增加彎邊高度，彎曲后再切除，如圖4－4(b)所示。如果所彎直邊帶有斜角，則在斜邊高度小于r＋2t的區(qū)段不可能彎曲到要求的角度，而且此處也容易開(kāi)裂(見(jiàn)圖4－4(c))，因此必須改變零件的形狀，加高彎邊尺寸，如圖4－4(d)所示。圖4－4彎曲件的彎邊高度

4)彎曲件的孔邊距離

帶孔的板料彎曲時(shí)，如果孔位于彎曲變形區(qū)內(nèi)，則彎曲時(shí)孔的形狀會(huì)發(fā)生變形，因此必須使孔位于變形區(qū)之外，如圖4－5所示。一般孔邊到彎曲半徑r中心的距離要滿足以下關(guān)系。

當(dāng)t＜2mm時(shí)，L≥t；

當(dāng)t≥2mm時(shí)，L≥2t。

如果上述關(guān)系不能滿足，在結(jié)構(gòu)許可的情況下，可在靠變形區(qū)一側(cè),預(yù)先沖出凸緣形缺口或月牙形槽(見(jiàn)圖4－6(a)、(b))，也可在彎曲線上沖出工藝孔(見(jiàn)圖4－6(c))，以改變變形范圍，利用工藝變形來(lái)保證所需孔不產(chǎn)生變形。圖4－5彎曲件的孔邊距圖4－6防止彎曲時(shí)孔變形的措施

5)避免彎邊根部開(kāi)裂

在局部彎曲坯料上的某一部分時(shí)，為避免彎邊根部撕裂，應(yīng)使不彎部分退出彎曲線之外，即保證b≥r(見(jiàn)圖4－4(a))。如果條件b≥r不能滿足，可在彎曲部分和不彎曲部分之間切槽(見(jiàn)圖4－7(a))，槽深l應(yīng)大于彎曲半徑R)，或在彎曲前沖出工藝孔(見(jiàn)圖4－7(b))。圖4－7避免彎邊根部開(kāi)裂的措施

6)彎曲件的尺寸標(biāo)注

彎曲件尺寸標(biāo)注不同，會(huì)影響沖壓工序的安排。例如，圖4－8所示是彎曲件孔的位置尺寸的三種標(biāo)注方法，其中采用圖(a)所示的標(biāo)注方法時(shí)，孔的位置精度不受坯料展開(kāi)長(zhǎng)度和回彈的影響，可先沖孔落料(復(fù)合工序)，然后再?gòu)澢尚危に嚭湍＞咴O(shè)計(jì)較簡(jiǎn)單；圖(b)、(c)所示的標(biāo)注法，受彎曲回彈的影響，沖孔只能安排在彎曲之后進(jìn)行，增加了工序，還會(huì)造成許多不便。

圖4－8彎曲件的尺寸標(biāo)注

3.彎曲件的精度

彎曲件的精度受坯料定位、偏移、回彈、翹曲等因素的影響，彎曲的工序數(shù)目越多，精度也越低。對(duì)彎曲件的精度要求應(yīng)合理，一般彎曲件長(zhǎng)度的尺寸公差等級(jí)在IT13級(jí)以下，角度公差大于15′。彎曲件長(zhǎng)度未注公差的極限偏差見(jiàn)表4－7；彎曲件角度的自由公差見(jiàn)表4－8。

表4－7彎曲件未注公差的長(zhǎng)度尺寸的極限偏差

表4－8彎曲件角度的自由公差值

4.1.3拉深件的工藝性

1.拉深件的形狀、尺寸

(1)拉深件應(yīng)盡量簡(jiǎn)單、對(duì)稱，并能一次拉深成形。

(2)拉深件壁厚公差或變薄量要求一般不應(yīng)超出拉深工藝壁厚變化規(guī)律。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，不變薄拉深工藝的筒壁最大增厚量約為(0.2～0.3)t，最大變薄量約為(0.1～0.18)t(t為板料厚度)。

(3)當(dāng)零件一次拉深的變形程度過(guò)大時(shí)，為避免拉裂，需采用多次拉深，這時(shí)在保證必要的表面質(zhì)量前提下，應(yīng)允許內(nèi)、外表面存在拉深過(guò)程中可能產(chǎn)生的痕跡。

(4)在保證裝配要求的前提下，應(yīng)允許拉深件側(cè)壁有一定的斜度。

(5)拉深件的底部或凸緣上有孔時(shí)，孔邊到側(cè)壁的距離應(yīng)滿足a≥R＋0.5t(或r＋0.5t)，如圖4－9(a)所示。

(6)拉深件的底與壁、凸緣與壁、矩形件的四角等處的圓角半徑應(yīng)滿足：r≥t，R≥2t，rg≥3t，如圖4－9(b)所示。否則，應(yīng)增加整形工序。一次整形的，圓角半徑可取r≥(0.1～0.3)t，R≥(0.1～0.3)t。

(7)拉深件的徑向尺寸應(yīng)只標(biāo)注外形尺寸或內(nèi)形尺寸，而不能同時(shí)標(biāo)注內(nèi)、外形尺寸。帶臺(tái)階的拉深件，其高度方向的尺寸標(biāo)注一般應(yīng)以拉深件底部為基準(zhǔn)，如圖4－10(a)所示。若以上部為基準(zhǔn)(見(jiàn)圖4－10(b))，高度尺寸不易保證。圖4－9拉深件的孔邊距及圓角半徑圖4－10帶臺(tái)階拉深件的尺寸標(biāo)注

2.拉深件的精度

一般情況下，拉深件的尺寸精度應(yīng)在IT13級(jí)以下，不宜高于IT11級(jí)。圓筒形拉深件的徑向尺寸精度和帶凸緣圓筒形拉深件的高度尺寸精度分別見(jiàn)表4－9和表4－10。

對(duì)于精度要求高的拉深件，應(yīng)在拉深后增加整形工序，以提高其精度。由于材料各向異性的影響，拉深件的口部或凸緣外緣一般是不整齊的，出現(xiàn)“突耳”現(xiàn)象，需要增加切邊工序。

表4－9圓筒形拉深件徑向尺寸的偏差值

表4－10帶凸緣圓筒形拉深件高度尺寸的偏差值

3.拉深件的材料

用于拉深件的材料，要求具有較好的塑性，屈強(qiáng)比σs/σb小、板厚方向性系數(shù)r大，板平面方向性系數(shù)Δr小。

屈強(qiáng)比σs/σb值越小，一次拉深允許的極限變形程度越大，拉深的性能越好。例如，低碳鋼的屈強(qiáng)比σs/σb≈0.57，其一次拉深的最小拉深系數(shù)為m＝0.48~0.50；65Mn鋼的σs/σb≈0.63，其一次拉深的最小拉深系數(shù)為m＝0.68~0.70。所以有關(guān)材料標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，作為拉深用的鋼板，其屈強(qiáng)比不大于0.66。板厚方向性系數(shù)r和板平面方向性系數(shù)Δr反映了材料的各向異性性能。當(dāng)r較大或Δr較小時(shí)，材料寬度的變形比厚度方向的變形容易，板平面方向性能差異較小，拉深過(guò)程中材料不易變薄或拉裂，因而有利于拉深成形。

4.2.1冷沖模工藝及模具設(shè)計(jì)的內(nèi)容

在沖壓生產(chǎn)中，模具設(shè)計(jì)必須在工藝方案確定的前提下進(jìn)行。因此，當(dāng)?shù)玫揭粋€(gè)產(chǎn)品的零件圖時(shí)，首先是進(jìn)行工藝規(guī)程的制定，然后根據(jù)相應(yīng)的工藝方案設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的模具。4.2模具設(shè)計(jì)的內(nèi)容及程序?yàn)楸ＷC產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)考慮經(jīng)濟(jì)效益和操作的方便安全，應(yīng)全面兼顧生產(chǎn)組織各方面的合理性與可行性。在制定冷沖壓工藝規(guī)程時(shí)，必須制定包括原材料的準(zhǔn)備，獲得工件所需的基本沖壓工序和其它輔助工序(退火、表面處理等)，制定冷沖壓工藝規(guī)程就是針對(duì)具體的沖壓件恰當(dāng)?shù)剡x擇各工序的性質(zhì)，正確確定坯料尺寸、工序數(shù)目、工序件尺寸，合理安排沖壓工序的先后順序和工序的組合形式等內(nèi)容，最終確定最佳的冷沖壓工藝方案。4.2.2制定沖壓工藝的程序

1.收集制定沖壓工藝的原始資料

沖壓工藝規(guī)程的制定應(yīng)在收集、調(diào)查研究并掌握有關(guān)設(shè)計(jì)的原始資料基礎(chǔ)上進(jìn)行，沖壓工藝的原始資料主要包括以下內(nèi)容：

(1)沖壓件的產(chǎn)品圖及技術(shù)要求。

(2)產(chǎn)品原材料的尺寸規(guī)格、性能及供應(yīng)情況。

(3)產(chǎn)品的生產(chǎn)批量及定型程度。它是制定沖壓工藝規(guī)程中必須考慮的重要內(nèi)容。它直接影響到加工方法的確定和模具類型的選擇。

(4)沖壓設(shè)備條件。

(5)模具制造條件及技術(shù)水平。

2.制定沖壓工藝過(guò)程的程序及方法

在清楚了解上述原始資料的基礎(chǔ)上，制定沖壓工藝過(guò)程的程序及方法如下：

1)沖壓件的分析

它包括兩方面：沖壓件的經(jīng)濟(jì)性分析和沖壓件的工藝性分析。

2)沖壓工藝方案的確定

工藝方案的確定是在對(duì)沖壓件的工藝性分析之后應(yīng)進(jìn)行的重要環(huán)節(jié)。確定工藝方案主要要確定以下幾個(gè)方面：

(1)工序性質(zhì)：即確定是哪一種工序來(lái)完成零件的加工的，如是沖裁還是拉深或是彎曲或其它工序。

(2)工序數(shù)量：即要確定用幾道工序來(lái)完成零件的加工過(guò)程，往往要通過(guò)工藝計(jì)算才能確定，如拉深件的工藝計(jì)算。

(3)工序順序：即確定工序的先后順序如何，如是先彎曲后沖孔還是先沖孔后彎曲。

(4)工序的組合方式等：有幾道工序時(shí)，如何組合，以達(dá)到最好的效果，如落料拉深組合、拉深整形組合等。

沖壓工藝方案的確定要考慮多方面的因素，有時(shí)還要進(jìn)行必要的工藝計(jì)算，因此實(shí)際中通常提出幾種可能的方案，進(jìn)行分析比較后確定最佳方案。

3)工藝計(jì)算

(1)排樣與裁板方案的確定。根據(jù)沖壓工藝方案，確定沖壓件或坯料的排樣方案，確定條料寬度和步距，選擇板料規(guī)格，確定裁板方式，計(jì)算材料利用率。

(2)沖壓工序件的形狀和工序尺寸計(jì)算。

4)沖壓設(shè)備的選擇

計(jì)算變形力以及模具的閉合高度和輪廓尺寸等因素，合理選定沖壓設(shè)備的類型規(guī)格。

5)編寫(xiě)沖壓工藝文件

沖壓工藝文件主要是沖壓工藝卡(工藝規(guī)程卡)和沖壓工序卡，它是指導(dǎo)工人進(jìn)行生產(chǎn)的指導(dǎo)性技術(shù)文件，其格式參考表4－13。4.2.3模具設(shè)計(jì)的程序

1．模具結(jié)構(gòu)類型的選擇

工藝方案一般已確定了模具的類型，即單工序?；驈?fù)合?；蚣?jí)進(jìn)模，對(duì)每一種類型的模具，須進(jìn)行結(jié)構(gòu)的選擇，包括工作零件結(jié)構(gòu)、形狀及固定方式，條料(毛坯)定位的零件選擇，卸料方式，送料方向的選擇，模架類型的選擇等。對(duì)于復(fù)合模來(lái)說(shuō)，在凸凹模壁厚足夠的情況下，應(yīng)優(yōu)先采用倒裝式復(fù)合模，當(dāng)凸凹模壁厚較小時(shí)才考慮采用正裝式。如果凸凹模壁厚更小，則要考慮采用級(jí)進(jìn)?；騿喂ば蚰?。而級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)更多地應(yīng)考慮條料的定位選擇，一般來(lái)說(shuō)，側(cè)刃加導(dǎo)正銷定位應(yīng)用廣泛。

2．模具零、部件的設(shè)計(jì)，選用及計(jì)算

模具零、部件的設(shè)計(jì)，選用及計(jì)算包括模具工作零件刃口尺寸的計(jì)算，凹模外形尺寸及壓力中心的確定。當(dāng)凹模外形尺寸確定以后，便可根據(jù)凹模外形尺寸結(jié)合所選模具結(jié)構(gòu)類型選用合適的模架及相對(duì)應(yīng)的各種標(biāo)準(zhǔn)零件。

3．繪制冷沖模裝配圖

冷沖模裝配圖用以表明沖模結(jié)構(gòu)、工作原理、組成沖模的全部零件及其相互位置和裝配關(guān)系。一般情況下，冷沖模裝配圖用主視圖和俯視圖表示，若還不能表達(dá)清楚，可再增加其它視圖,一般按1∶1的比例繪制。冷沖模裝配圖上要標(biāo)明必要的尺寸和技術(shù)要求。

1)主視圖

主視圖放在圖樣的上面偏左，按沖模正對(duì)操作者方向繪制，采取剖面畫(huà)法，一般按模具閉合狀態(tài)繪制，在上、下模間有一完成的沖壓件，斷面涂紅或涂黑。

主視圖是模具裝配圖的主體，應(yīng)盡量在主視圖上將結(jié)構(gòu)表達(dá)清楚，力求將凸、凹模的形狀畫(huà)完整。

2)俯視圖

通過(guò)俯視圖可以了解沖模零件的平面布置、排樣方法以及凹模的輪廓形狀等。習(xí)慣將上模部分拿去，只反映模具的下模俯視可見(jiàn)部分；或?qū)⑸夏５淖蟀氩糠秩サ?，只?huà)下模，而右半部分保留上模畫(huà)俯視圖。

俯視圖上，制件圖和排樣圖的輪廓用雙點(diǎn)劃線表示。圖上應(yīng)標(biāo)注必要的尺寸，如模具閉合高度、模架外形尺寸、模柄直徑等，不標(biāo)配合尺寸和形位公差。

3)制件圖和排樣圖

制件圖和排樣圖通常畫(huà)在圖樣的右上角，要注明制件的材料、規(guī)格以及制件的尺寸、公差等。若圖面位置不夠可另立一頁(yè)。

對(duì)于多工序成形的制件，除繪制本工序的模具裝配圖外，還應(yīng)繪出排樣圖，排樣圖布置在制件圖的左邊。此外，對(duì)于有落料工序的模具裝配圖，還應(yīng)繪出排樣圖，排樣圖布置在制件圖的下方，并注明條料寬度及公差、步距和搭邊值。

制件圖和排樣圖應(yīng)按比例繪出，若不一致，必須用箭頭指明沖壓方向。

4)標(biāo)題欄與明細(xì)表

標(biāo)題欄與明細(xì)表布置在圖樣的右下角，并按機(jī)械制圖國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)填寫(xiě)。零件明細(xì)表應(yīng)包括件號(hào)、名稱、數(shù)量、材料、熱處理、標(biāo)準(zhǔn)零件代號(hào)及規(guī)格、備注等內(nèi)容。模具圖中的所有零件都應(yīng)詳細(xì)填寫(xiě)在明細(xì)表中。

5)技術(shù)要求

裝配圖和技術(shù)要求布置在圖紙的下部的適當(dāng)位置。其內(nèi)容包括：凸、凹模間隙，模具閉合高度，該模具的特殊要求，其它按本行業(yè)國(guó)標(biāo)或廠標(biāo)執(zhí)行。

4．沖模零件圖

零件圖的繪制和標(biāo)注應(yīng)符合機(jī)械制圖國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，要注明全部尺寸、公差配合、形位公差、表面粗糙度、材料、熱處理要求及其它技術(shù)要求。沖模零件在圖樣上的方向應(yīng)盡量按該零件在裝配圖中的方位畫(huà)出，不要隨意旋轉(zhuǎn)或顛倒，以防畫(huà)錯(cuò)，影響裝配。

對(duì)凸、凹模配合加工，其配制尺寸可不標(biāo)公差，僅在該標(biāo)稱尺寸右上角注上符號(hào)“*”，并在技術(shù)條件中說(shuō)明：注“*”尺寸按凸(凹)模配作，保證間隙若干即可。4.3實(shí)例分析4.3.1沖裁模實(shí)例分析

1.手柄級(jí)進(jìn)沖裁模實(shí)例如圖4－11所示的沖裁件，材料為Q235鋼,料厚t=1.2mm,大批量生產(chǎn)。試設(shè)計(jì)沖壓工藝及沖壓模具。圖4－11手柄

1)沖壓件的工藝性分析此工件只有落料和沖孔兩個(gè)工序。材料為Q235鋼，具有良好的沖壓性能，適合沖裁。工件結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，有一個(gè)￠8mm的孔和5個(gè)￠5mm的孔；孔與孔、孔與邊緣之間的距離也滿足要求，最小壁厚為3.5mm(大端4個(gè)￠5mm的孔與￠8mm的孔、￠5mm的孔與R16mm外圓之間的壁厚)。工件的尺寸全部為自由公差，可看做IT14級(jí)，尺寸精度較低，普通沖裁完全能滿足要求。

2)沖壓工藝方案的確定該工件包括落料、沖孔兩個(gè)基本工序，如果采用先落料后沖孔單工序模生產(chǎn)的工藝方案，則模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但需兩道工序、兩副模具，成本高而生產(chǎn)效率低，難以滿足大批量生產(chǎn)的要求。因此，考慮在同一副模具上同時(shí)完成落料和沖孔兩道工序的級(jí)進(jìn)模沖壓方案，這樣只需一副模具，生產(chǎn)效率高，操作方便。在模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上,若能保證孔與外形和孔與孔之間的位置精度，則工件精度也能滿足要求。

3)主要設(shè)計(jì)計(jì)算

(1)排樣方式的確定及其計(jì)算。設(shè)計(jì)級(jí)進(jìn)模，首先要設(shè)計(jì)條料排樣圖。手柄的形狀具有一頭大一頭小的特點(diǎn)，直排時(shí)材料利用率低，應(yīng)采用直對(duì)排(如圖4－12所示)，直對(duì)排可顯著地減少?gòu)U料。沖壓時(shí)將第一遍沖壓以后的條料水平方向旋轉(zhuǎn)180°，再?zèng)_第二遍，在第一次沖裁的間隔中沖裁出第二部分工件。該級(jí)進(jìn)模分為兩個(gè)工位，第一步?jīng)_孔，第二步落外形的料。搭邊值取2.5mm和3.5mm，條料寬度為135mm，步距為53mm，一個(gè)步距的材料利用率為78%（計(jì)算見(jiàn)表4－11）。查板材標(biāo)準(zhǔn)，宜選950mm×1500mm的鋼板，每張鋼板可剪裁為7張條料（135mm×1500mm），每張條料可沖56個(gè)工件，故每張鋼板的材料利用率為76%。圖4－12排樣圖

(2)沖壓力的計(jì)算。該模具采用級(jí)進(jìn)模，擬選擇彈性卸料、下出件。沖壓力的相關(guān)計(jì)算見(jiàn)表4－11。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，沖壓設(shè)備初選JB23-25壓力機(jī)。表4－11條料及沖壓力的計(jì)算

(3）壓力中心的確定及相關(guān)計(jì)算。計(jì)算壓力中心時(shí)，先畫(huà)出凹模刃口圖，如圖4－13所示。在圖中將xOy坐標(biāo)系建立在圖示的對(duì)稱中心線上，將沖裁輪廓線按幾何圖形分解成L1～L6共6組基本線段，用解析法求得該模具的壓力中心C點(diǎn)的坐標(biāo)（13.57，11.64）。有關(guān)計(jì)算如表4－12所示。由表4－12的計(jì)算結(jié)果可以看出，該工件沖裁力不大，壓力中心偏移坐標(biāo)原點(diǎn)O較小，為了便于模具的加工和裝配，模具中心仍選在坐標(biāo)原點(diǎn)O。若選用JB23-25壓力機(jī)，C點(diǎn)仍在壓力機(jī)模柄孔投影面積范圍內(nèi)，滿足要求。圖4－13手柄排樣圖表4－12壓力中心數(shù)據(jù)

4)編寫(xiě)工藝卡片編寫(xiě)工藝卡片，見(jiàn)表4－13。

5)模具總體設(shè)計(jì)

(1）模具類型的選擇。由沖壓工藝分析可知，采用級(jí)進(jìn)沖壓，所以模具類型為級(jí)進(jìn)模。

(2）定位方式的選擇。因?yàn)樵撃＞卟捎玫氖菞l料，所以控制條料的送進(jìn)方向采用導(dǎo)料板，無(wú)側(cè)壓裝置?？刂茥l料的送進(jìn)步距采用擋料銷初定距，但由于沖壓時(shí)有兩個(gè)沖壓工位，第一次沖孔后的料送到第二個(gè)工位時(shí)會(huì)因擋料銷定距誤差而導(dǎo)致沖出的孔與落料的外形偏移，因此，可設(shè)導(dǎo)正銷精定距以保證孔與外形的位置精度。而第一件的沖壓位置因?yàn)闂l料長(zhǎng)度有一定余量，可以靠操作工目測(cè)來(lái)定。

(3）卸料、出件方式的選擇。因?yàn)楣ぜ虾駷?.2mm，相對(duì)較薄，卸料力也比較小，故可采用彈壓卸料。彈壓卸料既可卸料，又能得到較為平直的工件?？紤]到級(jí)進(jìn)模生產(chǎn)的連續(xù)性，采用下出件便于操作，而且可提高生產(chǎn)效率。

(4）導(dǎo)向方式的選擇。為了提高模具壽命和工件質(zhì)量，方便安裝調(diào)整，該級(jí)進(jìn)模采用中間導(dǎo)柱的導(dǎo)向方式。

(5)根據(jù)以上分析，并參照冷沖模國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)典型組合，繪制模具結(jié)構(gòu)草圖。表4－13手柄沖壓工藝卡

6)主要零部件的設(shè)計(jì)

(1）工作零件的設(shè)計(jì)：包括工作零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工作零件的刃口尺寸計(jì)算。①工作零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有以下三種類型。

·落料凸模。結(jié)合工件外形并考慮加工，將落料凸模設(shè)計(jì)成直通式，采用線切割機(jī)床加工，2個(gè)M8螺釘固定在墊板上，與凸模固定板的配合按H7/m6。其總長(zhǎng)L可按式(3－30)計(jì)算：L=20+14+1.2+28.8=64mm圖4－14手柄落料凸模

·沖孔凸模。因?yàn)樗鶝_的孔均為圓形，而且都不屬于需要特別保護(hù)的小凸模，所以沖孔凸模采用臺(tái)階式，一方面加工簡(jiǎn)單，另一方面又便于裝配與更換。其中沖5個(gè)￠5mm的圓形凸?？蛇x用標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)及固定形式(圖3－29(a),尺寸為5.15mm×64mm）。沖￠8mm孔的凸模結(jié)構(gòu)如圖4－15所示。圖4－15手柄沖孔凸模

·凹模。凹模采用整體凹模，各沖裁的凹模孔均采用線切割機(jī)床加工。安排凹模在模架上的位置時(shí)，要依據(jù)計(jì)算壓力中心的數(shù)據(jù)，將壓力中心與模柄中心重合。其輪廓尺寸可按式(3－35)、式(3－36)和式(3－37)計(jì)算：凹模厚度H=ks=0.22×119=26.2；凹模寬度B=s+(2.5~4.0)H=119+(2.5～4.0)×26.2=184.5～223.8；凹模長(zhǎng)度L=s1+2s2=53+10+16+2×42=163。套GB2858.1-81后，取凹模輪廓尺寸為220mm×200mm×30mm，結(jié)構(gòu)如圖4－16所示。②工作零件的刃口尺寸計(jì)算。在確定工作零件的刃口尺寸計(jì)算方法之前，首先要考慮工作零件的加工方法及模具裝配方法。結(jié)合該模具的特點(diǎn)，工作零件的形狀相對(duì)較簡(jiǎn)單，適宜采用線切割機(jī)床分別加工落料凸模、凹模、凸模固定板以及卸料板。這種加工方法可以保證這些零件各個(gè)孔的同軸度，使裝配工作簡(jiǎn)化。因此工作零件刃口尺寸計(jì)算就按分開(kāi)加工的方法來(lái)計(jì)算，具體計(jì)算見(jiàn)表4－14。表4－14刃口尺寸計(jì)算圖4－16手柄凹模

(2)定位零件的設(shè)計(jì)。落料凸模下部設(shè)置兩個(gè)導(dǎo)正銷，分別借用工件上￠5mm和￠8mm兩個(gè)孔作導(dǎo)正孔?！?mm導(dǎo)正孔的導(dǎo)正銷采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)A型結(jié)構(gòu)。導(dǎo)正應(yīng)在卸料板壓緊板料之前完成。考慮料厚和裝配后卸料板下平面超出凸模端面1mm，所以導(dǎo)正銷直線部分的長(zhǎng)度為1.8mm。導(dǎo)正銷采用H7/r6安裝在落料凸模端面，導(dǎo)正銷導(dǎo)正部分與導(dǎo)正孔采用H7/h6配合。起粗定距的活動(dòng)擋料銷、彈簧和螺塞選用標(biāo)準(zhǔn)件，規(guī)格為8mm×16mm。導(dǎo)料板的內(nèi)側(cè)與條料接觸，外側(cè)與凹模齊平，導(dǎo)料板與條料之間的間隙查沖模手冊(cè)取為Z=1mm,并在裝配時(shí)保證。導(dǎo)料板的厚度根據(jù)制件料厚和擋料銷的高度而定，現(xiàn)取5mm。導(dǎo)料板采用45鋼制作，熱處理硬度為40HRC～45HRC，用螺釘和銷釘固定在凹模上。導(dǎo)料板的進(jìn)料端安裝有承料板,使工人操作時(shí)省力。

(3）卸料部件的設(shè)計(jì):包括卸料橡膠的設(shè)計(jì)、卸料板的設(shè)計(jì)和卸料螺釘?shù)倪x用。①卸料橡膠的設(shè)計(jì)。卸料橡膠的設(shè)計(jì)計(jì)算見(jiàn)表4－15。選用的四塊橡膠板的厚度必須一致，不然會(huì)造成受力不均勻，運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生歪斜，影響模具的正常工作。②卸料板的設(shè)計(jì)。卸料板的周界尺寸與凹模的周界尺寸相同，厚度為14mm。卸料板采用45鋼制造，熱處理硬度為40HRC～45HRC。③卸料螺釘?shù)倪x用。卸料板上設(shè)置四個(gè)卸料螺釘，公稱直徑為12mm，螺紋部分為M10×10mm。卸料釘尾部應(yīng)留有足夠的行程空間。卸料螺釘擰緊后，應(yīng)使卸料板超出凸模端面0.3mm~0.5mm。有誤差時(shí)，可在螺釘與卸料板之間安裝墊片進(jìn)行調(diào)整。

(4）模架及其它零部件設(shè)計(jì)。該模具采用中間導(dǎo)柱模架，這種模架的導(dǎo)柱在模具中間位置，沖壓時(shí)可防止由于偏心力矩而引起的模具歪斜。以凹模周界尺寸為依據(jù)，選擇模架規(guī)格。導(dǎo)柱d×L分別為￠28mm×160mm，￠32mm×160mm；導(dǎo)套d×L×D分別為￠28mm×115mm×42mm，￠32mm×115mm×45mm。上模座厚度H上模取45mm，上模墊板厚度H墊取10mm，固定板厚度H固取20mm，下模座厚度H下模取50mm，那么，該模具的閉合高度為

H閉=H上模＋H墊＋L＋H＋H下模－h(huán)2=45＋10＋64＋30＋50－2=197mm式中:L——凸模長(zhǎng)度，L=64mm；

H——凹模厚度，H=30mm；

h2——凸模沖裁后進(jìn)入凹模的深度，h2=2mm。

可見(jiàn)該模具閉合高度小于所選壓力機(jī)JB23-25的最大裝模高度（220mm），可以使用。

(5）沖壓設(shè)備的校核。根據(jù)標(biāo)稱壓力選擇開(kāi)式雙柱可傾壓力機(jī)JB23-25的主要技術(shù)參數(shù)如下：標(biāo)稱壓力：250kN；滑塊行程：65mm；最大閉合高度：270mm；最大裝模高度：220mm；工作臺(tái)尺寸（前后×左右）：370mm×560mm；墊板尺寸（厚度×孔徑）：50mm×200mm；模柄孔尺寸：￠40mm×60mm；最大傾斜角度：30°。該壓力機(jī)的所有安裝尺寸均與所設(shè)計(jì)模具的安裝尺寸匹配，故所選壓力機(jī)滿足要求。7)繪制模具總裝圖圖4－17手柄級(jí)進(jìn)模裝配圖模具上模部分主要由上模板、墊板、凸模（7個(gè)）、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。下模部分由下模座、凹模板、導(dǎo)料板等組成。沖孔廢料和成品件均由漏料孔漏出。條料送進(jìn)時(shí)采用彈性擋料銷13作為粗定距，在落料凸模上安裝兩個(gè)導(dǎo)正銷4，利用條料上￠5mm和￠

8mm孔作導(dǎo)正銷孔進(jìn)行導(dǎo)正，以此作為條料送進(jìn)的精確定距。操作時(shí)完成第一步?jīng)_壓后，把條料抬起向前移動(dòng)，用落料孔套在彈性擋料銷13上，并向前推緊，沖壓時(shí)凸模上的導(dǎo)正銷4再作精確定距。彈性擋料銷位置的設(shè)定比理想的幾何位置向前偏移0.2mm，沖壓過(guò)程中粗定位完成以后，當(dāng)用導(dǎo)正銷作精確定位時(shí)，由導(dǎo)正銷上圓錐形斜面再將條料向后拉回約0.2mm而完成精確定距。用這種方法定距，精度可達(dá)到0.02mm。

2.止動(dòng)件復(fù)合模的設(shè)計(jì)如圖4－18所示的沖裁件,材料為Q235鋼,料厚t=2mm，大批量生產(chǎn)。試設(shè)計(jì)沖壓工藝及沖壓模具。

1)零件的沖裁工藝性分析

(1）材料：Q235鋼板屬于普通碳素鋼，具有一定的塑性，適合沖裁。（2）工件結(jié)構(gòu)形狀：該沖件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)角處有R2的圓角，有利于工作零件的加工及使用壽命的延長(zhǎng)。（3）尺寸精度：零件除孔心距尺寸120-0.11的公差為IT11級(jí)外，內(nèi)、外形尺寸均未標(biāo)注公差，屬自由尺寸，可按IT14級(jí)確定工件尺寸的公差。結(jié)論：適合沖裁。圖4－18止動(dòng)件

2）零件沖壓工藝方案的確定該零件包括落料、沖孔兩個(gè)基本工序，可以采用以下三種工藝方案：

(1)先落料，再?zèng)_孔，采用單工序模生產(chǎn)。

(2)落料－沖孔復(fù)合沖壓，采用復(fù)合模生產(chǎn)。

(3)沖孔－落料連續(xù)沖壓，采用級(jí)進(jìn)模生產(chǎn)。方案分析與確定：方案(1)模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但需要兩道工序、兩套模具才能完成零件的加工，生產(chǎn)效率較低，難以滿足零件大批量生產(chǎn)的需求。由于零件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，為提高生產(chǎn)效率，主要應(yīng)采用復(fù)合沖裁或級(jí)進(jìn)沖裁方式。由于孔邊距尺寸120-0.11mm有公差要求，為了更好地保證此尺寸精度，最后確定用倒裝式復(fù)合模沖裁。

3）工藝計(jì)算（1）排樣、裁板。零件外形近似矩形，輪廓尺寸為65mm×30mm，考慮到操作方便并為了保證零件精度，采用直排有廢料排樣。查表2－4得搭邊的參考值為a=2.2，側(cè)邊按圓形取搭邊值a1=2.5。下料誤差查手冊(cè)為Δ=0.6，則條料寬度送料進(jìn)距為s=30+2.2=32.2mm畫(huà)出排樣圖,如圖4－19所示。查附表3選用板料規(guī)格為900mm×2000mm×2mm，采用橫裁，條料尺寸為70mm×900mm，可計(jì)算得一塊板料的材料利用率為圖4－19排樣圖（2）計(jì)算工序沖壓力，選用壓力機(jī)。查附表1，得τ=450MPa，查表2－5，得KX=0.05，K

T=0.055。落料力：F落=KLtτ=1.3×215.96×2×450≈252.67kN沖孔力：F孔=KLtτ=1.3×2π×10×2×450≈73.48kN

卸料力：FX=KXF落=0.05×252.67=12.63kN推件力：FT=nKTF=nKTF孔=6×0.055×73.48≈24.25kN（取n=6）總沖壓力:Fz=F落+F孔+FX+FT≈363.03kN根據(jù)計(jì)算總力，查附表5可初選JB23-63的壓力機(jī)。當(dāng)模具結(jié)構(gòu)及尺寸確定之后，可對(duì)壓力機(jī)的閉合高度、模具安裝尺寸進(jìn)行校核，從而最終確定壓力機(jī)的規(guī)格。（3)確定壓力中心。畫(huà)出凹模刃口,用解析法或CAD法可求得壓力中心的坐標(biāo)為（32.5,13）,如圖4－20所示。圖4－20壓力中心的計(jì)算

4）編制工藝卡片本部分內(nèi)容略。

5）確定模具結(jié)構(gòu)并繪制模具結(jié)構(gòu)草圖（1）模具類型：根據(jù)已確定的工藝方案和工件尺寸的孔邊距尺寸，查表可知凸凹模壁厚大于最小壁厚，為便于操作，復(fù)合模結(jié)構(gòu)采用倒裝式復(fù)合模，模架采用后置導(dǎo)柱標(biāo)準(zhǔn)模架。

(2）條料定位方式：可采用左右送料，由兩個(gè)導(dǎo)料釘控制條料送進(jìn)的方向，由一個(gè)擋料銷控制送進(jìn)的步距。（3）卸料方式：沖孔廢料由凸凹?？變?nèi)向下推出，條料廢料由彈性卸料裝置完成，卡在凹模內(nèi)的制件由剛性打料機(jī)構(gòu)推出。據(jù)此，參照GB2873.2-81《冷沖模復(fù)合模典型組合矩形薄凹模典型組合》，畫(huà)出模具的結(jié)構(gòu)草圖。

6）零件的設(shè)計(jì)及標(biāo)準(zhǔn)零件的選用（1）工作零件結(jié)構(gòu)及刃口尺寸。沖孔凸模為圓形，可采用GB2863.1-81中的標(biāo)準(zhǔn)圓形凸模典型結(jié)構(gòu)，并與固定板成H7/m6配合固定，裝配后磨平端面。落料凹模外形為矩形，為便于加工，凹模板做成薄型形式并加空心墊板，用螺釘和銷釘與固定板相連接。凸凹模刃口形狀與工件完全一致，用螺釘和銷釘與固定板相連接。工作零件的刃口尺寸計(jì)算方法及演算過(guò)程不再贅述，僅將計(jì)算結(jié)果列于表4－16中。表4－16刃口尺寸計(jì)算（2）確定各主要零件的結(jié)構(gòu)尺寸，包括凹模外形尺寸的確定、凸凹模長(zhǎng)度的確定、凸凹模內(nèi)外刃壁厚校核和沖孔凸模長(zhǎng)度的確定。①凹模外形尺寸的確定。查表3－14,得k=0.28;查表3－15，得s2=36。凹模厚度：H=ks=0.28×65=18.2mm凹模寬度：B=s+(2.5~4.0)H=65+(2.5~4.0)×18.2=110.5mm~137.8mm凹模長(zhǎng)度：L=s1+2s2=30+2×36=102mm查標(biāo)準(zhǔn)JB/T6743.1-94，確定凹模板外形為125mm×125mm×18mm。將凹模板做成薄型形式并加空心墊板后實(shí)取為125mm×125mm×14mm。②凸凹模長(zhǎng)度L1的確定。取卸料板厚h2=10，凸模固定板厚h1=16，凸模修磨量和彈簧預(yù)壓后的高度h=24，則凸凹模長(zhǎng)度L1=h1+h2+h=16+10+24=50mm③凸凹模內(nèi)外刃壁厚校核。由于該沖裁件最小壁厚為7mm，查模具設(shè)計(jì)手冊(cè)凸凹模最小壁厚要求可知，倒裝式復(fù)合模的最小壁厚要求為4.9mm，因此凸凹模壁厚足夠。④沖孔凸模長(zhǎng)度L2的確定。取凸模固定板厚h1=14，空心墊板厚h2=12，凹模板厚h3=14，則沖孔凸模長(zhǎng)度L2=h1+h2+h3=14+12+14=40mm（3)繪制工作零件圖，如圖4－21和圖4－22所示。圖4－21凸凹模(a)工程圖；(b)3D圖圖4－22落料凹模板(a)工程圖；(b)3D圖（4）標(biāo)準(zhǔn)件的選擇。按GB2873.2-81《冷沖模復(fù)合模典型組合矩形薄凹模典型組合》，選取所需的標(biāo)準(zhǔn)件，查清標(biāo)準(zhǔn)件代號(hào)及標(biāo)記，寫(xiě)在總圖明細(xì)表內(nèi)(見(jiàn)表4－17)，并將各零件標(biāo)出統(tǒng)一代號(hào)。表4－17模具零件列表7）畫(huà)出部分非標(biāo)零件圖圖4－23止動(dòng)件模具裝配圖圖4－24凸模固定板圖4－25卸料板4.3.2彎曲模實(shí)例分析如圖4－26所示彎曲件,材料為20鋼，中批量生產(chǎn)。試設(shè)計(jì)彎曲工藝及彎曲模。圖4－26拉板

1)拉板彎曲件的工藝性分析拉板彎曲件的材料為20鋼，查附表1可知，其彎曲性能良好。零件為U形件，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單對(duì)稱，內(nèi)形60+0.740精度為IT14，是必須保證的尺寸，其余尺寸為自由尺寸，滿足彎曲精度等級(jí)的要求。相對(duì)圓角半徑r/t=4/2=2>rmin/t=0.5，滿足彎曲變形程度的要求。

2)工藝方案的確定根據(jù)零件的要求及實(shí)際生產(chǎn)情況，可采用單工序沖壓，具體工藝方案為：落料、沖孔、校正彎曲。每道工序各用一套模具。現(xiàn)將第三道工序的彎曲模的設(shè)計(jì)介紹如下。3)毛坯展開(kāi)長(zhǎng)度的確定毛坯展開(kāi)長(zhǎng)度按零件中性層計(jì)算。中性層位置：根據(jù)r/t=2，查表2－9，得x=0.38。中性層曲率半徑：ρ=r+xt=4+0.38×2=4.76mm圓弧部分長(zhǎng)度：垂直的直線：l直1=20-4-2=14mm底部直線：l直2=60-2×4=52mm故毛坯展開(kāi)長(zhǎng)度為L(zhǎng)z=2(l直1+l彎1)+l直2=2×(14+7.47)+52=94.94mm經(jīng)過(guò)計(jì)算，展開(kāi)長(zhǎng)度初步確定為95mm，精確的只有試模后再進(jìn)行修正。

4)彎曲力的計(jì)算查附表1，得σb=450MPa；查表2－11，得p=100MPa。

(1)校正彎曲力:F校=Ap=60×20×100=120kN(2)壓力機(jī)標(biāo)稱壓力：F壓力機(jī)≥F校=120kN故可選用JB23-25開(kāi)式雙柱可傾壓力機(jī)。

5)彎曲模工作部分尺寸的確定

(1)凸模圓角半徑rT:當(dāng)r/t＜5～8時(shí)，取rT=4mm。

(2）凹模圓角半徑rA:生產(chǎn)中，凹模圓角半徑rA通常根據(jù)材料厚度選取，rA=3t=3×2=6mm。

(3）凹模深度h0：對(duì)于彎邊高度不大或要求兩邊平直的U形件，凹模深度應(yīng)大于彎曲件的高度，其中h0值見(jiàn)表3－6,即h0=4mm。

(4）凸、凹模間隙：查表3－8，得c=0.05，查附表2取厚度公差為±0.15，則Z=tmax+ct=2.15+0.05×2=2.25mm

(5）U形件彎曲凸、凹模橫向尺寸及公差:彎曲件標(biāo)注內(nèi)形尺寸60+0.740，故應(yīng)先確定凸模刃口尺寸。凸模的制造精度按IT8，凹模的制造精度按IT9。彎曲凸模橫向尺寸：彎曲凹模橫向尺寸：6)模具結(jié)構(gòu)模具結(jié)構(gòu)如圖2－22所示。7）主要零部件設(shè)計(jì)凸模和凹模零件圖分別如圖4－27和圖4－28所示。圖4－27凸模圖4－28凹模4.3.3拉深件實(shí)例分析拉深如圖4－29所示的帶凸緣圓筒形零件，材料為08鋼，厚度t=1mm，大批量生產(chǎn)。試確定拉深工藝，設(shè)計(jì)拉深模。圖4－29凸緣零件

1．零件的工藝性分析該零件為帶凸緣圓筒形零件，要求