冷沖壓模具設計實例 工件名稱：手柄 

　　工件簡圖：

　　生産批量：中批量 

　　材料：Q235-A鋼 

　　材料厚度：1.2mm

　　1、沖壓件工藝性分析   

　　此工件隻有落料和沖孔兩個工序。 材料為Q235-A鋼，具有良好的沖壓性能，适合沖裁。工件結構相對簡單，有一個φ8mm的孔和5個φ5mm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φ5mm的孔與φ8mm孔、φ5mm的孔與R16mm外圓之間的壁厚)。工件的尺寸全部為自由公差，可看作IT14級，尺寸精度較低，普通沖裁完全能滿足要求。

　　2、沖壓工藝方案的确定   

　　  該工件包括落料、沖孔兩個基本工序，可有以下三種工藝方案：   方案一：先落料，後沖孔。采用單工序模生産。   方案二：落料-沖孔複合沖壓。采用複合模生産。   方案三：沖孔—落料級進沖壓。采用級進模生産。 

　　方案一模具結構簡單，但需兩道工序兩副模具，成本高而生産效率低，難以滿足中批量生産要求。方案二隻需一副模具，工件的精度及生産效率都較高，但工件最小壁厚3.5mm接近凸凹模許用最小壁厚3.2mm，模具強度較差，制造難度大，并且沖壓後成品件留在模具上，在清理模具上的物料時會影響沖壓速度，操作不方便。方案三也隻需一副模具，生産效率高，操作方便，工件精度也能滿足要求。通過對上述三種方案的分析比較，該件的沖壓生産采用方案三為佳。

　　3、主要設計計算   

　　（1）排樣方式的确定及其計算 

　　設計級進模，首先要設計條料排樣圖。手柄的形狀具有一頭大一頭小的特點，直排時材料利用率低，應采用直對排，如圖8.2.2手柄排樣圖所示的排樣方法，設計成隔位沖壓，可顯著地減少廢料。隔位沖壓就是将第一遍沖壓以後的條料水平方向旋轉180°，再沖第二遍，在第一次沖裁的間隔中沖裁出第二部分工件。搭邊值取2.5mm和3.5mm，條料寬度為135mm，步距離為53 mm，一個步距的材料利用率為78%（計算見表8.2.1）。查闆材标準，宜選950mm×1500mm的鋼闆，每張鋼闆可剪裁為7張條料（135mm×1500mm），每張條料可沖56個工件，故每張鋼闆的材料利用率為76%。 

　　（2）沖壓力的計算 

　　    該模具采用級進模，拟選擇彈性卸料、下出件。沖壓力的相關計算見表8.2.1。  根據計算結果，沖壓設備拟選J23-25。  

　　（3）壓力中心的确定及相關計算 

　　計算壓力中心時，先畫出凹模型口圖，如圖8.2.3所示。在圖中将xoy坐标系建立在圖示的對稱中心線上，将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點的坐标（13.57，11.64）。有關計算如表8.2.2所示。由以上計算結果可以看出，該工件沖裁力不大，壓力中心偏移坐标原點O較小，為了便于模具的加工和裝配，模具中心仍選在坐标原點O。若選用J23-25沖床，C點仍在壓力機模柄孔投影面積範圍内，滿足要求。 

　　 （4）工作零件刃口尺寸計算 

　　  在确定工作零件刃口尺寸計算方法之前，首先要考慮工作零件的加工方法及模具裝配方法。結合該模具的特點，工作零件的形狀相對較簡單，适宜采用線切割機床分别加工落料凸模、凹模、凸模固定闆以及卸料闆，這種加工方法可以保證這些零件各個孔的同軸度，使裝配工作簡化。因此工作零件刃口尺寸計算就按分開加工的方法來計算，具體計算見表8.2.3 所示。

　　（5）卸料橡膠的設計 

　　卸料橡膠的設計計算見表8.2.4。選用的四塊橡膠闆的厚度務必一緻，不然會造成受力不均勻，運動産生歪斜，影響模具的正常工作。 

　　4、模具總體設計     

　　（1）模具類型的選擇 

　　    由沖壓工藝分析可知，采用級進沖壓，所以模具類型為級進模。   （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闆，無側壓裝置。控制條料的送進步距采用擋料銷初定距，導正銷精定距。而第一件的沖壓位置因為填料長度有一定餘量，可以靠操作工目測來定。

　　（3）卸料、出件方式的選擇 

　　因為工件料厚為1.2mm，相對較薄，卸料力也比較小，故可采用彈性卸料。 又因為是級進模生産，所以采用下出件比較便于操作與提高生産效率。 （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，該級進模采用中間導柱的導向方式。 

　　5、主要零部件設計  

　　（1）工作零件的結構設計     

　　① 落料凸模 

　　    結合工件外形并考慮加工，将落料凸模設計成直通式，采用線切割機床加工，2個M8螺釘固定在墊闆上，與凸模固定闆的配合按H6/m5。其總長L可按公式2.9.2計算：L =20 14 1.2 28.8=64mm 具體結構可參見圖8.2.4（a）所示。     

　　② 沖孔凸模 

　　    因為所沖的孔均為圓形，而且都不屬于需要特别保護的小凸模，所以沖孔凸模采用台階式，一方面加工簡單，另一方面又便于裝配與更換。其中沖5個φ5的圓形凸模可選用标準件BⅡ型式（尺寸為5.15×64）。沖φ8mm孔的凸模結構如圖8.2.4（b）所示。

　　 ③ 凹模 

　　    凹模采用整體凹模，各沖裁的凹模孔均采用線切割機床加工，安排凹模在模架上的位置時，要依據計算壓力中心的數據，将壓力中心與模柄中心重合。其輪廓尺寸可按公式2.9.3、2.9.4計算： 

　　    凹模厚度 H=kb=0.2×127mm=25.4mm（查表2.9.5得k=0.2） 

　　凹模壁厚 c=（1.5～2）H=38～50.8mm     

　　取凹模厚度H=30mm，

　　凹模壁厚c=45mm， 

　　凹模寬度B=b 2c=（127 2×45）mm=217mm   

　　凹模長度L取195mm（送料方向） 

　　    凹模輪廓尺寸為195mm×217mm×30mm，結構如圖8.2.4（c）所示。 （2）定位零件的設計 

　　落料凸模下部設置兩個導正銷，分别借用工件上φ5mm和φ8mm兩個孔作導正孔。φ8mm導正孔的導正銷的結構如圖8.2.5所示。導正應在卸料闆壓緊闆料之前完成導正，考慮料厚和裝配後卸料闆下平面超出凸模端面lmm ，所以導正銷直線部分的長度為1.8mm。導

　　正銷采用H7/r6安裝在落料凸模端面，導正銷導正部分與導正孔采用H7/h6配合。 

　　    起粗定距的活動擋料銷、彈簧和螺塞選用标準件，規格為8×16。

　　（3）導料闆的設計 

　　導料闆的内側與條料接觸，外側與凹模齊平，導料闆與條料之間的間隙取1mm，這樣就可确定了導料闆的寬度，導料闆的厚度按表2.9.7選擇。導料闆采用45鋼制作，熱處理硬度為40～45HRC，用螺釘和銷釘固定在凹模上。導料闆的進料端安裝有承料闆。 

　　（4）卸料部件的設計 

　　  ① 卸料闆的設計 

　　  卸料闆的周界尺寸與凹模的周界尺寸相同，厚度為14mm。   

　　卸料闆采用45鋼制造，淬火硬度為40～45HRC。   

　　②卸料螺釘的選用 

　　  卸料闆上設置4個卸料螺釘，公稱直徑為12mm，螺紋部分為M10×10mm。卸料

　　釘尾部應留有足夠的行程空間。卸料螺釘擰緊後， 應使卸料闆超出凸模端面lmm，有誤差時通過在螺釘與卸料闆之間安裝墊片來調整。

　　 （5）模架及其它零部件設計 

　　該模具采用中間導柱模架，這種模架的導柱在模具中間位置，沖壓時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，選擇模架規格。 

　　導柱d/mm×L/mm分别為φ28×160，φ32×160； 

　　導套d/mm×L/mm×D/mm分别為φ28× 115×42，φ32×115×45。 

　　上模座厚度H上模取45mm，

　　上模墊闆厚度H墊取10mm，

　　固定闆厚度H固取20mm，

　　下模座厚度H下模取50mm，

　　那麼，該模具的閉合高度： 

　　H閉=H上模＋ H墊＋L＋ H ＋ H下模－h2 =（45＋10＋64＋30＋50－2）mm=197mm 

　　式中 

　　L——凸模長度，L=64 mm；   

　　 H——凹模厚度，H=30mm； 

　　 h2——凸模沖裁後進入凹模的深度，h2=2mm。 

　　可見該模具閉合高度小于所選壓力機J23-25的最大裝模高度（220mm），可以使用。

　　 6、模具總裝圖

　　通過以上設計，可得到如圖8.2.6所示的模具總裝圖。模具上模部分主要由上模闆、墊闆、凸模（7個）、凸模固定闆及卸料闆等組成。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、凹模闆、導料闆等組成。沖孔廢料和成品件均由漏料孔漏出。 

　　條料送進時采用活動擋料銷13作為粗定距，在落料凸模上安裝兩個導正銷4，利用條料上φ5mm和φ8孔作導正銷孔進行導正，以此作為條料送進的精确定距。操作時完成第一步沖壓後，把條料擡起向前移動，用落料孔套在活動擋料銷13上，并向前推緊，沖壓時凸模上的導正銷4再作精确定距。活動擋料銷位置的設定比理想的幾何位置向前偏移0.2mm，沖壓過程中粗定位完成以後，當用導正銷作精确定位時，由導正銷上圓錐形斜面再将條料向後拉回約0.2mm而完成精确定距。用這種方法定距，精度可達到0.02mm。

　　7、沖壓設備的選定   

　　通過校核，選擇開式雙柱可傾壓力機J23-25能滿足使用要求。其主要技術參數如下： 

　　公稱壓力：250KN 

　　滑塊行程：65mm 

　　最大閉合高度：270mm 

　　最大裝模高度：220mm

　　工作台尺寸（前後×左右）：370mm×560mm  

　　墊闆尺寸（厚度×孔徑）：50mm×200mm        

　　模柄孔尺寸：φ40mm×60mm     

　　最大傾斜角度：30°

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