第4章 模具总体设计
4.1 模具类型的选择

    由冲压工艺分析可知，采用级进模方式冲压，所以模具类型为级进模。

4.2 操作方式

    零件的生产批量为大批量，但合理安排生产可用手咚土戏绞剑既能满足生产要求，又可以降低生产成本，提高经济效益。

4.3 卸料、出件方式
4.3.1 卸料方式

    刚性卸料与弹性卸料的比较：

    刚性卸料是采用固定卸料板结构。常用于较硬、较厚且精度要求不高的工件冲裁后卸料。当卸料板只起卸料作用时与凸模的间隙随材料厚度的增加而增大，单边间隙取（0.2～0.5）t。当固定卸料板还要起到对凸模的导向作用时卸料板与 凸模的配合间隙应该小于冲裁间隙。此时要求凸模卸料时不能完全脱离卸料板。主要用于卸料力较大、材料厚度大于2mm且模具结构为倒装的场合。

    弹压卸料板具有卸料和压料的双重作用，主要用于料厚小于或等于2mm的板料由于有压料作用，冲件比较平整。卸料板与凸模之间的单边间隙选择（0.1～0.2）t,５压卸料板还要起对凸模导向作用时，二者的配合间隙应小于冲裁间隙。常用作落料模、冲孔模、正装复合模的卸料装置。

    工件平直度较高，料厚为0.8mm相对较薄，卸料力较小，弹压卸料模具比刚性卸料模具方便，操作者可以看见条料在模具中的送进动态，且弹性卸料板对工件施加的是柔性力，不会损伤工件表面，所以采用弹性卸料。

4.3.2 出件方式

    因采用连续模生产，故采用向下落料出件。

4.4 确定送料方式

    因选用的冲压设备为开式压力机且垂直于送料方向的凹模宽度B小于送料方向的凹模长度L故采用横向送料方式，即由右向左（或由左向右）送料。

4.5 确定导向方式

方案一：采用对角导柱模 。由于导柱安装在模具压力中心对称的对角线上，所以上模座在导柱上滑动平稳。常用于横向送料级进模或纵向送料的落料模、复合模。

方案二：采用后侧导柱模架。由于前面和左、右不受限制，送料和操作比较方便。因为导柱安装在后侧，工作时，偏心距会造成导套导柱 边磨损，严重影响模具使用寿命，且不能使用浮动模柄。

方案三：四导柱模架。具有导向平稳、导向准确可靠、刚性好等优点。常用于冲压件尺寸较大或精度要求较高的冲压零件，以及大量生产用的自动冲压模架。

方案四：中间导柱模架。导柱安装在模具的 称线上，导向平稳、准确。但只能一个方向送料。

根据以上方案比较并结合模具结构形式和送料方式，为提高模具寿命和工件质量，该级复合模采用对角侧导柱模架的导向方式，即方案一最佳。

第5章 模具设计计算
5.1 排样、计算条料宽度、 定步距、材料利用率

5.1.1 排样方式的选择

方案一：有废料排样  沿冲件外形冲裁，在冲件周边都留有搭边。冲件尺寸完全由冲模来保证，因此冲件精度高，模具寿命高，但材料利用率低。

方案二：少废料排样  因受剪切条料和定位误差的影响，冲件质量差，模具寿命较方案一低，但材料利用率稍高，冲模结构简单。

方案三：无废料排样  冲件的质量和模具寿命更低一些，但材料用率最高。

通过上述三种方案的分析比较，综合考虑模具寿命和冲件质量，该冲件的排样方式选择方案一为佳。考虑模具结构和制造成本有废料排样的具体形式选择直排最佳。

5.1.2 计算条料宽度

    搭边的作用是补偿定位误差，保持条料有一定的刚度，以保证零件质量和送料方便。搭边过大，浪费材料。搭边过小，冲裁时容易翘曲或被拉断，不仅会增大冲件毛刺，有时还有拉入凸、凹模间隙中损坏模具刃口，降低模具寿命。

    搭边值通常由表4所列搭边值和侧搭边值确定。

    根据零件形状，查表4，并考虑到工件的切边，工件之间搭边值a=1.5mm, 工件与侧边之间搭边值取a1=2mm, 条料是有板料裁剪下料而得，为保证送料顺利，规定其上偏差为零，下偏差为负值—△

B0△=（Dmax＋a1＋2b1）0△      公式（5-1）

式中   Dmax—条料宽度方向冲裁件的最大尺寸；

a---冲裁件之间的搭边值；

a1---工件与侧边之间搭边值取。

△—板料剪裁下的偏差；（其值查表5）1得△=0.4mm。

B0△=38.26＋2×1.2＋2×1.5

=43.660-0.40mm

故条料宽度为43.66mm。

表5-1  搭边值和侧边值的数值

材料厚度t（mm)	圆件及类似圆形制件		矩形或类似矩形制件长度≤50		矩形或类似矩形制件长度＞50
	工件间a	侧边a1	工件间a	侧边a1	工件间a	侧边 a1
≤0.25	1.0	1.2	1.2	1.5	1.5~2.5	1.8~2.6
＞0.25～0.5	0.8	1.0	1.0	1.2	1.2~2.2	1.5~2.5
＞0.5～1.0	0.8	1.0	1.0	1.2	1.5~2.5	1.8~2.6
＞1～1.5	1.0	1.3	1.2	1.5	1.8~2.8	2.2~3.2
＞1.5～2.0	1.2	1.5	1.5	1.8	2.0~3.0	2.4~3.4
＞2.0～2.5	1.5	1.9	1.8	2.2	2.2~3.2	2.7~3.7

     表5-2 普通剪床用带料宽度偏差△（mm）

条料厚度t(mm)	条料宽度b(mm)
	≤50	＞50～100	＞100～200	＞200
≤１	0.4	0.5	0.6	0.7
＞１～2	0.5	0.6	0.7	0.8
＞2～3	0.7	0.8	0.9	1.0
＞3～5	0.9	1.0	1.1	1.2

表5-3 侧刃冲切得料边定距宽度b1（mm）

条料厚度t(mm)	条料宽度b(mm)
	金属材料	非金属材料
≤1.5	1.5	2.0
＞1.5～2.5	2.0	3.0
＞1.5～2.5	2.5	4.0

5.1.3 确定步距

    送料步距S：条料在模具上每次送进的距离称为送料步距，每个步距可冲一个或多个零件。进距与排样方式有关，是决定侧刃长度的依据。条料宽度的确定与模具的结构有关。

进距确定的原则是，最小条料宽度要保证冲裁时工件周边有足够的搭边值；最大条料宽度能 冲裁时顺利的在导料板之间送进条料，并有一定的间隙。

级进模送料步距S

S=Dmax+a1         公式（5-2）

Dmax零件横向最大尺寸，a1搭边

S＝11.52＋1

＝12.52mm

排样图如图5-1所示。

          

图5-1 排样图

5.1.4 计算材料利用率

    冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比叫材料的利用率，它是衡量合理利用材料的重要指标。

    一个步距内的材料利用率

    η＝Ａ/BS×100%   公式（5-2）

    式中   A—一个步距内冲裁件的实际面积；

B—条料宽度；

S—步距；

    由此可之，η值越大，材料的利用率就越高，废料越少。废料分为工艺废料和结构废料，结构废料是由本身形状决定的，一般是固定不变的，工艺废料的多少决定于搭边和余量的大小，也决定于排样的形式和冲压方式。因此，要提高材料利用率，就要合理排样，减少工艺废料。

    排样合理与否不但影响材料的经胶屠用，还影响到制件的质量、模具的的结构和寿命、制件的生产率和模具的成本等指标。因此，排样时应考虑如下原则：

1）提高材料利用率（不影响制件使用性能的前提下，还可以适当改变制件的形状）。

2) 排样方法使应操作方便，劳动强度小且安全。

3) 模具结构简单、寿命高。

4) 保证制件质量和制件对板料纤维方向的要求。

    一个步距内冲裁件的实际面积，运用CAD软件，工具-查询-面积：

              A=296.2mm2

    所以一个步距内的材料利用率

Η=Ａ／BS×100%   公式（5-2）

    =296.2／43.66×12.52×100%

                         =54.5%

根据计算结果知道选用直排材料利用率可达54.5%，满足要求。

5.2 冲压力的计算
5.2.1 冲裁力和弯曲力的计算

    在冲裁过程中，冲裁力是随凸模进入凹模材料的深度而变化的。通常说的冲裁力是指冲裁力的最大值，它是选用压力机和设计模具重要依据之一。

用平刃冲裁时，其冲裁力Ｆ一般按下式计算：

F=KLtτb    公式（5-4）

式中  F—冲裁力；

        L—冲裁周边长度；

    t—材料厚度；

    τb—材料抗剪强度；

    Ｋ—系数；

    运用CAD软件，工具-查询-长度：

                      L=132mm

    系数Ｋ是考虑到实际生产中，模具间隙值的波动和不均匀，刃口磨损、板料力学性能和厚度波动等原因的影响而给出修正系数，一般取Ｋ=1.3。

τb的值查表2为τb=245Mpa

所以

                       

                             =1.3×132×0.8×245/1000

                             =33.63（KN）

                        P2=1.3×12.87×0.8×245/1000

                            =3.3(KN)

    计算总冲压力PZ：

                 PZ=P1+P2=33.63+3.3=36.93(KN)

    根据计算，模具冲裁力为36.93KN。

    p曲力是指弯曲件在完成预定弯曲时所需要的压力机施加的压力，是设计冲压工艺过程和选择设备的重要依据之一。弯曲力的大小与毛坯尺寸、零件形状、材料的机械性能、弯曲方法和模具结构等多种因素有关，理论分析方法很难精确计算，在实际生产中常按经验公式进行计算。

1）自由弯曲时的弯曲力公式

V形弯曲件： ； U形弯曲件：；

式中：、——自由弯曲力；B——弯曲件的宽度9t——弯曲件厚度；r——内圆弯曲半径；——弯曲材料的抗拉强度；K——安全系数，一般取1.3。

2）、校正弯曲力公式

式中：——校正力；——单位面积上的校正力，Mpa，见表-3；A——弯曲件被校正部分的投影面积，mm2。

表-3 单位校正弯曲力  单位（MPa）

3）计算

本弯曲件弯曲部分，有3处V形弯曲。20F钢的

V形弯曲力：

               =

               =2663.6N

5.2.2 卸料力的计算

    在冲裁结束时，由于材料的弹性回复（包括径向回复和弹性翘曲回复）及摩擦的存在，将使冲落的材料梗塞在凹模内，而冲裁剩下的材料则紧箍在凸模上。为使冲裁工作继续进行，必须将紧箍在凸模上的料卸下，将梗塞在凹模内的材料推出。从凸模上卸下箍着的料称卸料力；一般按以下公式计算：

卸料力              

F X=KXF   公式（5-5）

FX=KXF

=0.055×36.93KN=2.03KN

（KX 、KD为卸料力系数，其值查表7可得）

所以总冲压力

FZ=F+FX+FD

=36.93N+2.663KN+2.03N

=41.623KN

    压力机公称压力应大于或等于冲压力，根据冲压力计算结果拟选压力机为J23—10。

表5-4  卸料力、推件力和顶件力系数

料厚t/mm		KX	KT	KD
钢	≤0.1 ＞0.1~0.5 ＞0.5~2.5 ＞2.5~6.5 ＞6.5	0.06~0.075 0.045~0.055 0.04~0.05 0.03~0.04 0.02~0.03	0.1 0.063 0.050 0.045 0.025	0.14 0.08 0.06 0.05 0.03
铝、铝合金 纯铜，黄铜		0.025~0.08 0.02~0.06	0.03~0.07 0.03~0.09

5.3 压力中心的确定

    模具压力中心是指冲压时诸冲压力合力的作用点位置。为了确保压力机和模具正常工作，应使模具的压力中心与压力机滑块的中心相重合，否则，会使冲模和力机滑块产生偏心载荷，使滑块和导轨之间产生过大的摩擦，模具导向零件加速磨损，降低模具和压力机的使用寿命。冲模的压力中心，可以按下述原则来确定：

1）对称形状的单个冲裁件，冲模的压力中心就是冲裁件的几何中心。

2）工件形状相同且分布位置对称时，冲模的压力中心与零件的对称中心相重合。

3）形状复杂的零件、多孔冲模、级进模的压力中心可以用解析计算法求出冲模压力中心。

X0=（L1x1＋L2x2＋…Lnxn）/(L1＋L2＋…Ln)  公式（5-7）

 Y0=（L1y1＋L2y2＋……Lnyn ）/（L1＋L2＋…＋Ln）公式（5-8）

由于该工件在Y方向上高度对称，所以代入数据计算得：压力中心为（21.6，11）。