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固定夾的沖壓成形工藝與模具設計
1 緒 論
改革開放以來，隨著國民經濟的高速發(fā)展，工業(yè)產品的品種和數(shù)量的不斷增加，更新?lián)Q代的不斷加快，在現(xiàn)代制造業(yè)中，企業(yè)的生產一方面朝著多品種、小批量和多樣式的方向發(fā)展，加快換型，采用柔性化加工，以適應不同用戶的需要；另一方面朝著大批量，高效率生產的方向發(fā)展，以提高勞動生產率和生產規(guī)模來創(chuàng)造更多效益，生產上采取專用設備生產的方式。模具，做為高效率的生產工具的一種，是工業(yè)生產中使用極為廣泛與重要的工藝裝備。采用模具生產制品和零件，具有生產效率高，可實現(xiàn)高速大批量的生產；節(jié)約原材料，實現(xiàn)無切屑加工；產品質量穩(wěn)定，具有良好的互換性；操作簡單，對操作人員沒有很高的技術要求；利用模具批量生產的零件加工費用低；所加工出的零件與制件可以一次成形，不需進行再加工；能制造出其它加工工藝方法難以加工、形狀比較復雜的零件制品； 容易實現(xiàn)生產的自動化的特點。
沖壓工藝與沖壓設備正在不斷地發(fā)展，特別是精密沖壓。高速沖壓、多工位自動沖壓以及液壓成形、超塑性沖壓等各種沖壓工藝的迅速發(fā)展，把沖壓的技術水平提高到了一個新高度。新型模具材料的采用和鋼結合金、硬質合金模具的推廣，模具各種表面處理技術的發(fā)展，沖壓設備和模具結構的改善及精度的提高，顯著地延長了模具的壽命和擴大了沖壓加工的工藝范圍。
由于沖壓工藝具有生產效率高、質量穩(wěn)定、成本低以及可加工復雜形狀工件等一系列優(yōu)點，在機械、汽車、輕工、國防、電機電器、家用電器，以及日常生活用品等行業(yè)應用非常廣泛，占有十分重要的地位。隨著工業(yè)產品的不斷發(fā)展和生產技術水平的不斷提高，沖壓模具作為個部門的重要基礎工藝裝備將起到越來越大的作用。
2 沖裁彎曲件的工藝分析
圖2—1 零件圖
如圖2—1所示零件圖。
生產批量：大批量;
材料： LY21-Y;
該材料，經退火及時效處理，具有較高的強度、硬度，適合做中等強度的零件。
尺寸精度：零件圖上的尺寸除了四個孔的定位尺寸標有偏差外，其他的形狀尺寸均未標注公差，屬自由尺寸，可安IT14級確定工件的公差。
經查公差表，各尺寸公差為：?3.50 +0。30 30 0-0.52 250-0.52
四個孔的位置公差為：17±0.12 14±0.2
工件結構形狀：制件需要進行落料、沖孔、彎曲三道基本工序，尺寸較小。
結論：該制件可以進行沖裁
制件為大批量生產，應重視模具材料和結構的選擇，保證磨具的復雜程度和模具的壽命。
3 確定工藝方案及模具的結構形式
3.1確定工藝方案
根據(jù)制件的工藝分析，其基本工序有落料、沖孔、彎曲三道基本工序，按其先后順序組合，可得如下幾種方案;
(1) 落料——彎曲——沖孔；單工序模沖壓
(2) 落料——沖孔——彎曲；單工序模沖壓。
(3) 沖孔——落料——彎曲；連續(xù)模沖壓。
(4) 沖孔——落料——彎曲；復合模沖壓。
方案（1）（2）屬于單工序模沖裁工序沖裁模指在壓力機一次行程內
完成一個沖壓工序的沖裁模。由于此制件生產批量大，尺寸又較這兩種方案生產效率較低，操作也不安全，勞動強度大，故不宜采用。
方案（3）屬于連續(xù)模，是指壓力機在一次行程中，依次在模具幾個不同的位置上同時完成多道沖壓工序的模具。于制件的結構尺寸小，厚度小，連續(xù)模結構復雜，又因落料在前彎曲在后，必然使彎曲時產生很大的加工難度，因此，不宜采用該方案。
方案（4）屬于復合沖裁模，復合沖裁模是指在一次工作行程中，在模具同一部位同時完成數(shù)道沖壓工序的模具。采用復合模沖裁，其模具結構沒有連續(xù)模復雜，生產效率也很高，又降低的工人的勞動強度，所以此方案最為合適。
根據(jù)分析采用方案（4）復合沖裁。
3.2 模具的結構形式
3.2.1 模具類型的選擇
???? ?由沖壓工藝分析可知，采用復合沖壓，所以模具類型為復合模。
3.2.2定位方式的選擇
? ?因為該模具采用的是條料，控制條料的送進方向采用導料銷，有側壓裝置?？刂茥l料的送進步距采用導正銷定距。
3.2.3卸料方式的選擇
? 因為工件料厚為1.2mm，相對較薄，卸料力不大，故可采用彈性料裝置卸料。
3.2.4導向方式的選擇
? 為了提高模具壽命和工件質量，方便安裝調整，該復合模采用對角導柱的導向方式。
4 模具設計工藝參數(shù)的計算
4.1計算毛坯尺寸
相對彎曲半徑為：R/t=3.8/1.2=2.17>0.5
式中：R——彎曲半徑（mm）
t——材料厚度（mm）
由于相對彎曲半徑大于0.5，可見制件屬于圓角半徑較大的彎曲件，應該先
求變形區(qū)中性層曲率半徑β（mm）。
β=r0+kt 公式(5—1)
式中：r0——內彎曲半徑
t——材料厚度
k——中性層系數(shù)
查表5—1，得K=0.45
表4—1 板料彎曲中性層系數(shù)
r0/t
0.1
0.2
0.25
0.3
0.4
0.5
0.6
0.8
1.O
K1(V)
0.30
0.33
0.35
0.36
0.37
0.38
0.39
0.41
0.42
K2(U)
0.23
0.29
0.31
0.32
0.35
0.37
0.38
0.40
0.41
K3(O)
—
—
—
—
—
0.72
0.70
0.67
0.63
r0/t
1.2
1.5
1.8
2
3
4
5
6
8
K1(V)
0.43
0.45
0.46
0.46
0.47
0.48
0.48
0.49
0.50
K2(U)
0.42
0.44
0.45
0.45
0.46
0.47
0.48
0.49
0.50
K3(O)
0.49
0.56
0.52
0.50
根據(jù)公式4—1 β= r0+kt
=5.8+0.47X1.2
=6.3（mm）
圖4—1 計算展開尺寸示意圖
根據(jù)零件圖上得知，圓角半徑較大（R>0.5t），彎曲件毛坯的長度
公式為：
LO=∑L直+ ∑L彎
式中： LO——彎曲件毛坯張
長度 （mm）∑L直 ——彎曲件各直線部分的長度 （mm）
∑L彎——彎曲件各彎曲部分中性層長度之和（mm）
根據(jù)公式： A=
COS∠P=(RA+RC-B)/(RA+RC)
RA=5.8+0.6=6.4 （mm） RC=1.2+0.6=1.8（mm） B=5.8（mm）
根據(jù)公式 A=
=2×5.8(6.4+1.8)-5.82
≈7.8（mm）
根據(jù)公式 COS∠P= (RA+RC-B)/(RA+RC)
= ( 6.4+1.8-5. 8)/(6.4+1.8)
= 0.34
則 ∠P=carCOS0.367=69。
2∠P=2×68.47。=138。
根據(jù)公式4—2 ∑L直=L總長-2A
=25-2×7.8
=9.4（mm）
∑L彎=2πβ（∠P／180+∠P／180）
=20.90（mm）
LO =∑L直+ ∑L彎
=9.4+20.90
=30.3（mm）
取LO=31（mm）
根據(jù)計算得：工件的展開尺寸為30×31（mm）,如圖4—2所示。
圖4—2 尺寸展開圖
4.2排樣、計算條料寬度及步距的確定
4.2.1搭邊值的確定
排樣時零件之間以及零件與條料側邊之間留下的工藝余料，稱為搭邊。搭邊的作用是補償定位誤差，保持條料有一定的剛度，以保證零件質量和送料方便。搭邊過大，浪費材料。搭邊過小，沖裁時容易翹曲或被拉斷，不僅會增大沖件毛刺，有時還有拉入凸、凹模間隙中損壞模具刃口，降低模具壽命?；蛴绊懰土瞎ぷ?。
搭邊值通常由經驗確定，表所列搭邊值為普通沖裁時經驗數(shù)據(jù)之一。
表4—2 搭邊a和a1數(shù)值
材料厚度
圓件及r＞2t的工件
矩形工件邊長L＜50mm
矩形工件邊長L＞50mm
或r＜2t的工件
工件間a1
沿邊a
工件間a1
沿邊a
工件間a1
沿邊a
＜ 0.25
0.25~0.5
0.5~0.8
0.8~1.2
1.2~1.6
1.6~2.0
2.0~2.5
2.5~3.0
3.0~3.5
3.5~4.0
4.0~5.0
5.0~12
1.8
1.2
1.0
0.8
1.0
1.2
1.5
1.8
2.2
2.5
3.0
0.6t
2.0
1.5
1.2
1.0
1.2
1.5
1.8
2.2
2.5
2.8
3.5
0.7t
2.2
1.8
1.5
1.2
1.5
1.8
2.0
2.2
2.5
2.5
3.5
0.7t
2.5
2.0
1.8
1.5
1.8
2.0
2.2
2.5
2.8
3.2
4.0
0.8t
2.8
2.2
1.8
1.5
1.8
2.0
2.2
2.5
2.8
3.2
4.0
0.8t
3.0
2.5
2.0
1.8
2.0
2.2
2.5
2.8
3.2
3.5
4.5
0.9t
搭邊值是廢料，所以應盡量取小，但過小的搭邊值容易擠進凹模，增加刃口磨損表4—2給出了鋼（WC0.05%～0.25%）的搭邊值。
對于其他材料的應將表中的數(shù)值乘以下列數(shù)：
鋼（WC0.3%～0.45%） 0.9
鋼（WC0.5%～0.65%） 0.8
硬黃銅 1～1.1
硬鋁 1～1.2
軟黃銅，純銅 1.2
該制件是矩形工件，根據(jù)尺寸從表4—2中查出：兩制件之間的搭邊值a1=1.2（mm）,側搭邊值a=1.5(mm)。
由于該制件的材料使LY21—Y（硬鋁），所以兩制件之間的搭邊值為：
a1=1.2×（1～1.2）=1.2～1.414(mm)
取a1=1.2(mm)
側搭邊值 a=1.5×（1～1.2）=1.5～1.8(mm)
取a=1.5(mm)
4.2.2條料寬度的確定
計算條料寬度有三種情況需要考慮；
有側壓裝置時條料的寬度。
無側壓裝置時條料的寬度。
有定距側刃時條料的寬度。有定距側刃時條料的寬度。
有側壓裝置的模具，能使條料始終沿著導料板送進。
條料寬度公式：
B=（D+2a） 公式（4—2）其中條料寬度偏差上偏差為0，下偏差為—△，見表4—3條料寬度偏差。
D ——條料寬度方向沖裁件的最大尺寸。
a——側搭邊值。
查表4—3條料寬度偏差為0.15
根據(jù)公式4 —1 B=（D+2a）
=（30+2×1.5）0-0.15
=330-0.15
表4—3 條料寬度公差(mm)
條料寬度
B/mm
材料厚度t/mm
～0.5
>0.5～1
>1～2
～20
0.05
0.08
0.10
>20～30
0.08
0.10
0.15
>30～50
0.10
0.15
0.20
4.2.3 導板間間距的確定
導料板間距離公式：
A=B+Z 公式（5—2）
Z——導料板與條料之間的最小間隙（mm）；
查表4.3—3得Z=5mm
根據(jù)公式4—2 A= B+Z
=33+5
=38（mm）
表4—4 導料板與條料之間的最小間隙Zmin（mm）
材料厚度t/mm
有 側 壓 裝 置
條 料 寬 度B/mm
100以下
100以上
~0.5
0.5~1
1~2
2~3
3~4
4~5
5
5
5
5
5
5
8
8
8
8
8
8
4.2.4 排樣
根據(jù)材料經濟利用程度，排樣方法可以分為有廢料、少廢料和無廢料排樣三種，根據(jù)制件在條料上的布置形式，排樣有可以分為直排、斜排、對排、混合排、多排等多重形式。
采用少、無廢料排樣法，材料利用率高，不但有利于一次沖程獲得多個制件，而且可以簡化模具結構，降低沖裁力，但是，因條料本身的公差以及條料導向與定位所產生的誤差的影響，所以模具沖裁件的公差等級較低。同時，因模具單面受力（單邊切斷時），不但會加劇模具的磨損，降低模具的壽命，而且也直接影響到沖裁件的斷面質量。
由于設計的零件是矩形零件，且四個孔均有位置公差要求，所以采用有費料直排法。
4.2.5材料利用率的計算：
沖裁零件的面積為：
F=長×寬=30×31=930(mm2)
毛坯規(guī)格為：500×1000（mm）。
送料步距為：h=D＋a1=31+1.2=32.2
一個步距內的材料利用率為：
n11=(nF/Bh)×100%
n為一個步距內沖件的個數(shù)。
n11=(nF/Bh)×100%
=（1×930/33×32.2）×100%
=87.52%
橫裁時的條料數(shù)為：
n1 =1000/B
=1000/33
=30.3 可沖30條，
每條件數(shù)為：
n2 =(500-a)/h
=(500-1.5)/32.2
=15.015 可沖15件，
板料可沖總件數(shù)為：
n=n1×n2=30×15=450(件)
板料利用率為：
n12=(nF/500×1000)
=(450×930/500×1000) ×100%
=81.6%
縱裁時的條料數(shù)為：
n1=500/B
=500/33
=15.15 可沖15條，
每條件數(shù)為：
n2=(1000-a)/h
=(1000-1.5)/33.5
=30.084 可沖30件，
板料可沖總件數(shù)為：
n=n1×n2=15×30=450（件）
板料的利用率為：
n12=(nF/500×1000)
=(450×930/500×1000) ×100%
=85.49%
橫裁和縱裁的材料利用率一樣，該零件采用橫裁法。
圖4—3 排樣圖
4.3計算沖裁力的公式
計算沖裁力是為了選擇合適的壓力機，設計模具和檢驗模具的強度，壓力機的噸位必須大于所計算的沖裁力，以適宜沖裁的要求，普通平刃沖裁模，其沖裁力F p一般可以按下式計算：
Fp=KptLτ 公式（6—1）
式中 τ——材料抗剪強度，見附表（MPa）；
L——沖裁周邊總長（mm）；
t——材料厚度（mm）;
系數(shù)Kp是考慮到沖裁模刃口的磨損，凸模與凹模間隙之波動（數(shù)值的變化或分布不均），潤滑情況，材料力學性能與厚度公差的變化等因數(shù)而設置的安全系數(shù)Kp，一般取1~3。當查不到抗剪強度r時，可以用抗拉強度σb代替τ，而取Kp=1的近似計算法計算。
根據(jù)常用金屬沖壓材料的力學性能查出LY21—Y的抗剪強度為280～310(MPa)，
取τ=300(MPa)
4.4 總沖裁力、卸料力、推料力、頂件力、彎曲力和總沖壓力
由于沖裁模具采用彈壓卸料裝置和自然落料方式?？偟臎_裁力包括
F——總沖壓力。
Fp——總沖裁力。
FQ——卸料力
FQ1——推料力。
FQ2——頂件力
FC——彎曲力
根據(jù)常用金屬沖壓材料的力學性能查出LY21—Y的抗剪強度為280～310(MPa )
4.4.1 總沖裁力：
Fp=F1+F2 公式(6—1)
F1——落料時的沖裁力。
F2——沖孔時的沖裁力.
落料時的周邊長度為：L1=2×（30+31）=122（mm）
根據(jù)公式5—1 F1=KptLτ
=1×1.2×122×300
=43.90(KN)
沖孔時的周邊長度為：L2=4πd=4×3.14×3.5=44（mm）
F2= KptLτ
=1×1.2×44×300
=15.84(KN)
總沖裁力：Fp=F1+F2=43.90+15.84=59.74(KN)
表4—5 卸料力、推件力和頂件力系數(shù)
料厚t/mm
Kx
Kt
Kd
鋼
≤0.1
＞0.1~0.5
＞0.5~0.25
＞2.5~6.5
＞6.5
0.065~0.075
0.045~0.055
0.04~0.05
0.03~0.04
0.02~0.03
0.1
0.063
0.055
0.045
0.025
0.14
0.08
0.06
0.05
0.03
鋁、鋁合金
純銅，黃銅
0.025~0.08
0.02~0.06
0.03~0.07
0.03~0.09
對于表中的數(shù)據(jù)，后的材料取小直，薄材料取值。
4.4.2 卸料力FQ的計算
FQ=KxFp 公式(4—2)
K——卸料力系數(shù)。
查表4—5得KＸ＝0.025~0.08，取KＸ＝0.08
根據(jù)公式4—2 FQ=KＸ Fp
＝0.08×59.74
＝4.779(KN)
4.4.3推料力FQ1的計算
FQ1=KtFp 公式(4—3)
Kt——推料力系數(shù)。
查表4—5得Kt＝0.03~0.07, 取Kt=0.07
根據(jù)公式4—3 FQ1=KtFp
=0.07×59.74
≈4.18(KN)
4.4.4頂件力FQ2的計算
FQ2=KdFp 公式(4—4)
Kd——頂件力系數(shù)。
查表4—5得Kd＝0.03~0.07, 取Kt=0.07
根據(jù)公式4—4 FQ2=KdFp
=0.07×59.74
≈4.18(KN)
4.4.5彎曲力FC的計算
影響彎曲力大小的基本因素有變形材料的性能和質量；彎曲件的形狀和尺寸；模具結構及凸凹模間隙；彎曲方式等，因此很難用理論的分析法進行準確的計算。實際中常用經驗公式進行慨略計算，以作為彎曲工藝設計和選擇沖壓設備的理論。
?形彎曲件的經驗公式為：
Fu=0.7KBt2σb/γ+t 公式(4—5)
Fu——沖壓行程結束時不校正時的彎曲力。
B——γ彎曲件的寬度（mm）。
t——彎曲件的厚度（mm）。
γ——內彎曲半徑（等于凸模圓角半徑）（mm）。
σb——彎曲拆料的抗拉強度(MPa)(查機械手冊σb=400(MPa)。
K——安全系數(shù)，一般取1.3.
根據(jù)公式4—5 Fu=0.7KBt2σb/(γ+t)
=0.7×1.3×30×1.22×400/(5.8+1.2)
=22.46(KN)
對于頂件或壓料裝置的彎曲模，頂件力或壓料力可近似取彎曲力的30%～80%。
F壓=80% Fu
=80%×22.46
=17.971(KN)
彎曲力: FC= Fu+ F壓
=22.46+17.971=40.43(KN)
4.4.6總的沖壓力的計算
根據(jù)模具結構總的沖壓力： F=Fp+FQ+FQ1+FQ2+FC
F=Fp+FQ+FQ1+FQ2+FC
=59.74+4.779+4.18+4.18+40.43
=113.3(KN)
根據(jù)總的沖壓力，初選壓力機為：開式雙柱可傾壓力機J23—25。
4.5 模具壓力中心與計算
模具壓力中心是指諸沖壓合力的作用點位置，為了確保壓力機和模具正常工作，應使沖模的壓力中心與壓力機滑塊的中心相重合。否則，會使沖模和壓力機滑塊產生偏心載荷，使滑塊和導軌間產生過大磨損，模具導向零件加速磨損，降低了模具和壓力機的使用壽命。
模具的壓力中心，可安以下原則來確定：
1、對稱零件的單個沖裁件，沖模的壓力中心為沖裁件的幾何中心。
2、工件形狀 相同且分布對稱時，沖模的壓力中心與零件的對稱中心相重合。
3、各分力對某坐標軸的力矩之代數(shù)和等于諸力的合力對該軸的力矩。求出合力作用點的坐標位置0，0（x=0,y=0），即為所求模具的壓力中心。
Xo=L1X1+L2X2+……LnXn/L1+L2+……Ln
Yo=L1Y1+L2Y2+……LnYn/L1+L2+……Ln
由于該零件是一個矩形圖形，屬于對稱中心零件，所以該零件的壓力中心在圖形的幾何中心O處。如圖6—1所示：
圖4—4 壓力中心
4.6 沖裁模間隙的確定
設計模具時一定要選擇合理的間隙，以保證沖裁件的斷面質量、尺寸精度滿足產品的要求，所需沖裁力小、模具壽命高，但分別從質量，沖裁力、模具壽命等方面的要求確定的合理間隙并不是同一個數(shù)值，只是彼此接近?？紤]到制造中的偏差及使用中的磨損、生產中通常只選擇一個適當?shù)姆秶鳛楹侠黹g隙，只要間隙在這個范圍內，就可以沖出良好的制件，這個范圍的最小值稱為最小合理間隙Cmin，最大值稱為最大合理間隙Cmax。考慮到模具在使用過程中的磨損使間隙增大，故設計與制造新模具時要采用最小合理間隙值Cmin。
沖裁間隙的大小對沖裁件的斷面質量有極其重要的影響，此外，沖裁間隙還影響模具壽命、卸料力、推件力、沖裁力和沖裁件的尺寸精度。沖裁過程中，凸模與被沖的孔之間，凹模與落料件之間均有摩擦，間隙越小，模具作用的壓應力越大，摩擦也越嚴重，而降低了模具的壽命。較大的間隙可使凸模側面及材料間的摩擦減小，并延緩間隙由于受到制造和裝配精度的限制，雖然提高了模具壽命而，但出現(xiàn)間隙不均勻。因此，沖裁間隙是沖裁工藝與模具設計中的一個非常重要的工藝參數(shù)。
由于硬呂與中碳剛的間隙取值是一樣的，所以硬呂材料的間隙值與中碳剛的間隙取值一樣。
根據(jù)實用間隙表 8—1 查得材料40的最小雙面間隙2Cmin=0.123mm，最大雙面間隙2Cmax=0.180mm
表4—6 沖裁模初始用間隙2c(mm)
材料
厚度
08、10、35、
09Mn、Q235
16Mn
40、50
65Mn
2Cmin
2Cmax
2Cmin
2Cmax
2Cmin
2Cmax
2Cmin
2Cmax
小于0.5
極小間隙
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
1.2
1.5
1.75
2.0
2.1
2.5
2.75
3.0
.3.5
4.0
4.5
5.5
6.0
6.5
8.0
0.040
0.048
0.064
0.072
0.092
0.100
0.126
0.132
0.220
0.246
0.260
0.260
0.4000.460
0.540
0.610
0.720
0.940
1.080
0.060
0.072
0.092
0.104
0.126
0.140
0.180
0.240
0.320
0.360
0.380
0.500
0.560
0.640
0.740
0.880
1.000
1.280
1.440
0.040
0.048
0.064
0.072
0.090
0.100
0.132
0.170
0.220
0.260
0.280
0.380
0.420
0.480
0.580
0.680
0.680
0.780
0.840
0.940
1.200
0.060
0.072
0.092
0.104
0.126
0.140
0.180
0.240
0.320
0.380
0.400
0.540
0.600
0.660
0.780
0.920
0.960
1.100
1.200
1.300
1.680
0.040
0.048
0.064
0.072
0.090
0.100
0.132
0.170
0.220
0.260
0.280
0.380
0.420
0.480
0.580
0.680
0.780
0.980
1.140
0.060
0.072
0.092
0.104
0.126
0.140
0.180
0.240
0.320
0.380
0.400
0.540
0.600
0.660
0.780
0.920
1.040
1.320
1.500
0.040
0.048
0.064
0.064
0.090
0.090
0.060
0.072
0.092
0.092
0.126
0.126
注：取08號鋼沖裁皮革、石棉和紙板時，間隙的25%。
5 刃口尺寸的計算
5.1刃口尺寸計算的基本原則
沖裁件的尺寸精度主要取決與模具刃口的尺寸的精度，模具的合理間隙也要靠模具刃口尺寸及制造精度來保證。正確確定模具刃口尺寸及制造公差，是設計沖裁模主要任務之一。從生產實踐中可以發(fā)現(xiàn)：
1、由于凸、凹模之間存在間隙，使落下的料和沖出的孔都帶有錐度，且落料件的大端尺寸等于凹模尺寸，沖孔件的小端尺寸等于凸模的尺寸。
2、在尺量與使用中，落料件是以大端尺寸為基準，沖孔孔徑是以小端尺寸為基準。
3、沖裁時，凸、凹模要與沖裁件或廢料發(fā)生摩擦，凸模越磨愈小，凹模越磨愈大，結果使間隙越來越大。
由此在決定模具刃口尺寸及其制造公差時需要考慮以下原則：
1、落料件尺寸由凹模尺寸決定，沖孔時的尺寸由凸模尺寸決定。故設計落料模時，以凹模為基準，間隙去在凹模上：設計沖孔模時，以凸模尺寸為基準，間隙去在凹模上。
2、考慮到沖裁中凸、凹模的磨損，設計落料凹模時，凹?；境叽鐟〕叽绻罘秶妮^小尺寸；設計沖孔模時，凹模基本尺寸應取工件孔尺寸公差范圍的較大尺寸。這樣在凸凹麼磨損到一定程度的情況下，人能沖出合格的制件。凸凹模間隙則取最小合理間隙值。
3、確定沖模刃口制造公差時，應考慮制件的公差要求。如果對刃口精度要求過高（即制造公差過?。瑫鼓＞咧圃炖?，增加成本，延長生產周期；如果對刃口要求過低（即制造公差過大）則生產出來的制件有可能不和格，會使模具的壽命降低。若工件沒有標注公差，則對于非圓形工件安國家“配合尺寸的公差數(shù)值”IT14級處理，沖模則可按IT11級制造；對于圓形工件可按IT17～IT9級制造模具。沖壓件的尺寸公差應按“如體”原則標注單項公差，落料件上偏差為零，下偏差為負；沖孔件上偏差為正，下偏差為零。
5.2刃口尺寸的計算
沖裁模凹、凸模刃口尺寸有兩種計算和標注的方法，即分開加工和配做加工兩種方法。前者用于沖件厚度較大和尺寸精度要求不高的場合，后者用于形狀復雜或波板工件的模具。
對于該工件厚度只有1.2（mm）屬于薄板零件，并且四個孔有位置公差要求，為了保證沖裁凸、凹模間有一定的間隙值，必須采用配合加工。此方法是先做好其中一件（凸?；虬寄＃┳鳛榛鶞始?，然后以此基準件的實際尺寸來配合加工另一件，使它們之間保留一定的間隙值，因此，只在基準件上標注尺寸制造公差，另一件只標注公稱尺寸并注明配做所留的間隙值。這δp與δd就不再受間隙限制。根據(jù)經驗，普通模具的制造公差一般可取δ=△/4（精密模具的制造公差可選4~6μm）。這種方法不僅容易保證凸、凹模間隙枝很小。而且還可以放大基準件的制造公差，使制造容易。在計算復雜形狀的凸凹模工作部分的尺寸時，可以發(fā)現(xiàn)凸模和凹模磨損后，在一個凸模或凹模上會同時存在三種不同磨損性質的尺寸，這時需要區(qū)別對待。
第一類：凸?；虬寄Ｄp會增大的尺寸；
第二類：凸?；虬寄Ｄp或會減小的尺寸；
第三類：凸模或凹模磨損后基本不變的尺寸；
5.3計算凸、凹模刃口的尺寸
凸模與凹模配合加工的方法計算落料凸凹模的刃口尺寸。
1、凹模磨損后變大的尺寸，按一般落料凹模公式計算，即
Aa=（Amax-x△） 公式（5—1）
2、凹模磨損后變小的尺寸，按一般沖孔凸模公式計算，因它在凹模上相當于沖孔凸模尺寸，即
Ba=(Bmax+x△) 公式（5—2）
3、凹模磨損后無變化的尺寸，其基本計算公式為Ca=(Cmax+0.5△)±0.5δA為了方便使用，隨工件尺寸的標注方法不同，將其分為三種情況：
工件尺寸為C時
Ca=(C+0.5△) ±0.5δA 公式（5—4）
工件尺寸為C時
Ca=(C-0.5△) ±0.5δA 公式（5—5）
工件尺寸為C±△時
Ca=C±δA 公式（5—6）
式中 Aa、Ba、Ca——相應的凹模刃口尺寸；
Amax——工件的最大極限尺寸；
Bmin——工件的最小極限尺寸；
C——工件的基本尺寸；
△——工件公差；
△——工件偏差；
x——系數(shù)，為了避免沖裁件尺寸偏向極限尺寸（落料時偏向最小尺寸，沖孔時偏向最大尺寸），x值在0.5~1之間，與工件精度有關可查表5—1或按下面關系選取。
工件精度IT10以上 x=1
工件精度IT11~IT13 x=0.75
工件精度IT14 x=0.5
δA、0.5δA、δA——凹模制造偏差，通常取δA=△/4。
表5—1 系數(shù)x
料厚t(mm)
非圓形
圓形
1
0.75
0.5
0.75
0.5
工件公差△/mm
1
1~2
2~4
＞4
＜0.16
＜0.20
＜0.24
＜0.30
0.17~0.35
0.21~0.41
0.25~0.49
0.31~0.59
≥0.36
≥0.42
≥0.50
≥0.60
＜0.16
＜0.20
＜0.24
＜0.30
≥0.16
≥0.20
≥0.24
≥0.30
（一） 落料刃口尺寸計算
圖5—1 計算刃口尺寸示意圖
圖上的尺寸均無公差要求，安國家標準IT14級公差要求處理，查公差表得：
310-0.52 300-0.25 ?3.50 +0。30
如圖5—1所示的固定夾的落料零件圖，計算凸、凹模的刃口尺寸?？紤]到零件形狀比較復雜，采用配作法加工凸、凹模。凹模磨損后其尺寸變化有三種情況, 落料時應以凹模的實際尺寸按間隙要求來配作凸模，沖孔時應以凸模的實際尺寸按間隙要求來配制凹模。
落料凹模的尺寸從圖5—1上可知，A、B、C、D均屬磨損后變D大的尺寸，屬于第一類尺寸，計算公式為：Ba=(Bmax-x△) (δA=△/4)
查表5—1得：2Cmin=0.132(mm)，2Cmax=0.18(mm)；查表 5—1 得：x1=x2=x3=x4=0.75
落料凹模的基本尺寸計算如下：
根據(jù)公式5—1 A凹=(Bmax-x△)
=（31-0.75×0.52）0-0.52/4
=30.610-0.13(mm)
B凹=(Bmax-x△)
=（30-0.75×0.52）0-0.52/4
=29.610-0.13(mm)
C凹=(Bmax-x△)
=（31-0.75×0.52）0-0.52/4
=30.620-0.13(mm)
D凹=(Bmax-x△)
=（30-0.75×0.52）0-0.52/4
=29.610-0.13(mm)
凸模安凹模尺寸配制，保證雙面間隙（0.132～0.180）(mm).
沖孔凸模的尺寸從圖5—1上可知，四個沖孔凸模的尺寸在磨損過程中將變小，屬于第二類尺寸，計算公式為：Ba=(Bmax+x△) （δA=△/4)
查表5—1得：2Cmin=0.132mm，2Cmax=0.18mm；查表 5—1磨損系數(shù)X=3.950.5
沖孔凸模的刃口尺寸計算如下：
根據(jù)公式5—2 E凸=(Bmax+x△)
=（3.8+0.5×0.3）0-0.3/4
= 3.950-0.075(mm)
四個沖孔凸模的尺寸是一樣的，都為3.950-0.075(mm)
凹模按凸模尺寸配制，保證雙面間隙（0.132～0.180）(mm)
5.4沖裁刃口高度
表5—2 刃口高度
料厚
≤0.5
＞0.5～1
＞1～2
＞2～4
＞4
刃口高度h
≤6
＞6～8
＞8～10
＞10～12
≥14
查表5—2，刃口高度為h＞8～10(mm),取h=9(mm)
5.5彎曲部分刃口尺寸的計算
5.5.1最小相對彎曲半徑rmin/t
彎曲時彎曲半徑越小，板料外表面的變形程度越大，若彎曲半徑過小，則板料的外表面將超過材料的變形極限，而出現(xiàn)裂紋或拉裂。在保證彎曲變形區(qū)材料外表面不發(fā)生裂紋的條件下，彎曲件列表面所能行成的最小圓角半徑稱為最小彎曲半徑。
最小彎曲半徑與彎曲件厚度的比值rmin/t稱為最小相對彎曲半徑，又稱為最小彎曲系數(shù)，是衡量彎曲變形的一個重要指標。
設中性層半徑為ρ，則最外層金屬（半徑為R）的伸長率外為：
δ外=（R-ρ）/ρ 公式（5—7）
設中性層位置在半徑為ρ=r+t/2處，且彎曲厚度保持不變，則有R=r+t,固有
δ外=1/(2r/t+1) 公式（5—8）
如將δ外以材料斷后伸長率δ帶入，則有r/r轉化為rmin/t，且有
rmin/t=（1-δ）/2δ 公式（5—9）
根據(jù)公式就可以算出最小彎曲半徑。
最外層金屬（半徑為R）的伸長率外為：
根據(jù)公式5—8 δ外=1/(2r/t+1)
=1÷（2×7÷1.2+1）
=0.078
最小彎曲半徑為：
根據(jù)公式5—9 rmin/t=（1-δ）/2δ
=（1-0.078）/2×0.078
=0.035
5.5.2彎曲部分工作尺寸的計算
1、回彈值 由工藝分析可知，固定夾彎曲回彈影響最大的部分是最大半徑處，r/t=5.8/1.2=4.8＜5。此處屬于小圓角V形彎曲，故只考慮回彈值。查表5—3得,回彈值為60，由于回彈值很小，故彎曲凸、凹模均可按制件的基本尺寸標注，在試模后稍加修磨即可。
表5—3 鋁材料校正彎曲回彈
材料
r/t
材料厚度t(mm)
＜0.8
0.8～2
＞2
硬鋁LY12
＜2
20
30
40
2～5
40
60
80
＞5
60
100
140
3、模具間隙 彎曲V形件時，不需要在設計和制造模具時確定間隙。對于U形件的彎曲，必須選擇合模具間隙 彎曲V形件時，凸、凹模間隙是用調整沖床的閉合高度來控制的適的間隙，間隙過小，會使邊部壁厚變薄，降低模具壽命。間隙過大則回彈大，降低制件精度凸、凹模單邊間隙Z一般可按下式計算：
Z=t+Δ+ct 公式（5—10）
式中：Z——彎曲凸、凹模單邊間隙
t——材料的厚度
Δ——材料厚度的正偏差（表5—2）
C——間隙數(shù)(表5—3)
查表得：Δ =0 C=0.05
根據(jù)公式5—10 Z=t+Δ+ct
=1.2+0+0.05×1.2
=1.2+0.60
=1.8 (mm)
表5—4 薄鋼板、黃銅板（帶）、鋁板厚度公差
厚度
材料
薄鋼板
黃銅板（帶）
鋁板
08F
H62,H68,HP—1
2A11、2A12
B級公差
C級公差
冷扎帶
冷軋板
最小公差
最大公差
0.2
±0.04
±0.06
-0.03
-0.03
-0.02
-0.04
0.3
±0.04
±0.06
-0.04
-0.04
-0.02
-0.05
0.4
±0.04
±0.06
-0.07
-0.07
-0.03
-0.05
0.5
±0.05
±0.07
-0.07
-0.07
-0.04
-0.12
0.6
±0.06
±0.08
-0.07
-0.08
-0.04
-0.12
0.8
±0.08
±0.10
-0.08
-0.10
-0.04
-0.14
1.0
±0.09
0.12
-0.09
-0.12
-0.04
-0.17
1.2
±0.11
±0.13
-0.10
-0.14
—
1.5
±0.12
±0.15
-0.10
-0.16
-0.10
—-0.27
2.0
±0.15
±0.18
-0.12
-0.18
-0.10
-0.28
2.5
±0.17
±0.20
-0.12
-0.18
-0.20
-0.30
3.0
±0.18
±0.22
-0.14
-0.20
-0.25
-0.35
3.5
±0.20
±0.25
-0.16
-0.23
-0.25
-0.36
4.0
±0.22
±0.30
-0.18
-0.23
-0.25
-0.37
4.5
—
—
-0.20
-0.26
—
—
5.0
—
—
-0.20
-0.26
-0.30
-0.37
表5—5 U形彎曲件凸凹模的間隙系數(shù)C值
彎曲件邊長L/mm
B≤2L
B＞2L
材料厚度t/mm
＜
0.5
0.6～2
2.1～
4
4.1～
5
＜5.0
0.6～2
2.1～4
4.1～7.5
7.6～12
10
0.05
0.05
0.04
0.10
0.10
0.08
20
0.05
0.05
0.04
0.03
0.10
0.10
0.08
0.06
0.06
35
0.07
0.05
0.04
0.03
0.15
0.10
0.08
0.06
0.06
50
0.10
0.07
0.05
0.04
0.20
0.15
0.10
0.06
0.06
70
0.10
0.07
0.05
0.05
0.20
0.15
0.10
0.10
0.08
100
0.07
0.05
0.05
0.15
0.10
0.10
0.08
150
0.10
0.07
0.05
0.20
0.15
0.15
0.10
200
0.10
0.07
0.07
0.20
0.15
0.15
0.10
4、凸凹模橫向尺寸的確定 彎曲模的凸凹模工作部分尺寸確定比較復雜，不同的工件形狀其橫向工作尺寸的確定方法不同。
工件標注外形尺寸時，按磨損原則應以凹模為基準，先計算凹模，間隙取在凸模上。
當工件為雙向對稱偏差時，凹模尺寸為：LA=(L-2/1Δ)+δA0 公式（5—11）
當工件為單向偏差時，凹模實際尺寸為：LA=(L-3/4Δ) +δA0 公式 (5—12)
凸模尺寸為：LT=(LA-Z)0-Δt 公式（5—13）
或者凸模尺寸按凹模實際尺寸配制，保證單向間隙Z/2。
式中： L——彎曲件的基本尺寸（mm）
LT、LA——凸模、凹模工作部分尺寸（mm）
Δ——彎曲件公差
δT、δA——凸、凹制造公差，選用IT7～IT9級精度，亦可按δt=δA=Δ/4選取。
2/Z——凸模與凹模的單向間隙
工件的外形尺寸為：11.2+0.430
由于工件為單向偏差，所以凹模的實際尺寸為：LA=(L-3/4Δ) +δA0
凸、凹制造公差，Δt=δA=Δ/4=0.45÷4=0.1125
根據(jù)公式5—12凹模尺寸為： LA=(L-3/4Δ) +δA0
=（11.2-3/4×0.45）+0.11250
=10.86+0.11250（mm）
根據(jù)公式5—13凸模尺寸為： LT=(LA-Z)0-δt
=（10.86-1.8）0-0.1125
=9.060-0.1125（mm）
根據(jù)工件的尺寸要求，凸、凹模刃口處都應有相應的圓角，為保證彎曲件的尺寸精度，圓角應按實際尺寸配制。
6主要零部件的設計
設計主要零部件時，首先要考慮主要零部件用什么方法加工制造及總體裝配方法。結合模具的特點，本模具適宜采用線切割加工凸模固定板、卸料板、凹模及外形凸模、內孔凸模。這種加工方法可以保證這些零件各個內孔的同軸度，使裝配工作簡化。下面就分別介紹各個零部件的設計方法。
6.1 工作零件的結構設計
6.1.1凹模的設計
凹模采用整體凹模，各種沖裁的凹模孔均采用線切割機床加工，安排凹模在模架上位置時，要依據(jù)計算壓力中心的數(shù)據(jù)，將壓力中心與模柄中心重合。
模具厚度的確定公式為：
H=Kb
式中：
K——系數(shù)值，考慮板料厚度的影響；
b—— 沖裁件的最大外形尺寸；
安上式計算后，選取的H值不應小于（15～20）mm;
表6—1 系數(shù)值K
s/mm
材料厚度t/mm
<1
>1~3
>3~6
<50
>50~100
>100~200
>200
0.30~0.40
0.20~0.30
0.15~0.20
0.10~0.15
0.35~0.50
0.22~0.35
0.18~0.22
0.12~0.18
0.45~0.60
0.30~0.45
0.22~0.30
0.15~0.22
查表6—1得：K=0.35
H=0.35×31