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工藝分析
一、零件材料的分析
35鋼為中碳鋼，須經(jīng)調(diào)質(zhì)后使用，具有良好的綜合力學(xué)性能，既有較好的強(qiáng)度又有較好的韌性和塑性，可切削性好，板材可進(jìn)行冷沖壓，鋼的淬透性低。
二、零件的結(jié)構(gòu)分析
工件結(jié)構(gòu)形狀相對簡單，有四個圓孔，孔與邊緣之間的距離滿足要求，料厚為4mm滿足壁厚要求（孔與孔之間、孔與邊緣之間的壁厚），可以沖裁加工。
三、零件的工藝性分析
該零件是鋼料，該零件形狀的基本特征是簡單、對稱。工件底部有兩個Φ14孔，精度要求不高，采用精度IT14級，兩側(cè)有兩個Φ35 +00.1孔，外形轉(zhuǎn)角出為圓弧過渡，便于模具加工，孔邊距合適，孔與壁距離適當(dāng)。主要工藝為落料、沖孔、彎曲和車Φ35 +00.1孔。該零件為大批量生產(chǎn)，零件外形簡單對稱。材料為35鋼，采用沖壓加工經(jīng)濟(jì)性較好。
零件圖
工藝方案的確定
沖壓工藝方案的確定是制定沖壓工藝過程的主要內(nèi)容，需要綜合考慮各方面的因素，有的還需要進(jìn)行必要的工藝計算，因此，實際確定時通常先提出幾種可能的方案。再在此基礎(chǔ)上進(jìn)行分析、比較和擇優(yōu)。根據(jù)制件工藝性分析，其基本工序有落料、沖孔、彎曲和車Φ35 +00.1孔四種。按其先后順序組合，可得如下方案
方案一：沖孔—落料—彎曲—車Φ35 +00.1孔 級進(jìn)模完成沖孔落料，單工序模完成彎曲, 車Φ35 +00.1孔。
方案二：落料—沖孔—彎曲—車Φ35 +00.1孔 單工序模分別完成落料，沖孔，彎曲, 車Φ35 +00.1孔。
方案三：沖孔—落料—彎曲—車Φ35 +00.1孔 復(fù)合沖壓完成沖孔落料，單工序模完成彎曲, 車Φ35 +00.1孔。
表2-1 各類模具結(jié)構(gòu)及特點比較
模具種類比較項目
單工序模
（無導(dǎo)向）（有導(dǎo)向）
級進(jìn)模
復(fù)合模
零件公差等級
低
一般
可達(dá)IT13～I(xiàn)T10級
可達(dá)IT10～I(xiàn)T8級
零件特點
尺寸不受限制厚度不受限制
中小型尺寸厚度較厚
小零件厚度0.2～6mm可加工復(fù)雜零件，如寬度極小的異形件
形狀與尺寸受模具結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度限制，尺寸可以較大，厚度可達(dá)3mm
零件平面度
低
一般
中小型件不平直，高質(zhì)量制件需較平
由于壓料沖件的同時得到了較平，制件平直度好且具有良好的剪切斷面
生產(chǎn)效率
低
較低
工序間自動送料，可以自動排除制件，生產(chǎn)效率高
沖件被頂?shù)侥＞吖ぷ鞅砻嫔希仨毷謩踊驒C(jī)械排除，生產(chǎn)效率較低
安全性
不安全，需采取安全措施
比較安全
不安全，需采取安全措施
模具制造工作量和成本
低
比無導(dǎo)向的稍高
沖裁簡單的零件時，比復(fù)合模低
沖裁較復(fù)雜零件時，比級進(jìn)模低
適用場合
料厚精度要求低的小批量沖件的生產(chǎn)
大批量小型沖壓件的生產(chǎn)
形狀復(fù)雜，精度要求較高，平直度要求高的中小型制件的大批量生產(chǎn)
根據(jù)分析結(jié)合表分析：
方案一只需一副模具，生產(chǎn)效率高，操作方便，精度也能滿足要求，模具制造工作量和成本在沖裁簡單的零件時比復(fù)合模低。
方案二模具結(jié)構(gòu)簡單，制造周期短，制造簡單，但需要兩副模具，成本高而生產(chǎn)效率低，難以滿足大批量生產(chǎn)的要求。
方案三只需一副模具，制件精度和生產(chǎn)效率都較高，且工件最小壁厚大于凸凹模許用最小壁厚模具強(qiáng)度也能滿足要求。沖裁件的內(nèi)孔與邊緣的相對位置精度較高，板料的定位精度比方案三低，模具輪廓尺寸較小。
通過對上述三種方案的分析比較，該工件的沖壓生產(chǎn)采用方案一為佳。
操作方式
零件的生產(chǎn)批量為大批量，但合理安排生產(chǎn)可用手動送料方式，既能滿足生產(chǎn)要求，又可以降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。
卸料、出件方式
卸料方式
剛性卸料與彈性卸料的比較：
剛性卸料是采用固定卸料板結(jié)構(gòu)。常用于較硬、較厚且精度要求不高的工件沖裁后卸料。當(dāng)卸料板只起卸料作用時與凸模的間隙隨材料厚度的增加而增大，單邊間隙?。?.2～0.5）t。當(dāng)固定卸料板還要起到對凸模的導(dǎo)向作用時卸料板與 凸模的配合間隙應(yīng)該小于沖裁間隙。此時要求凸模卸料時不能完全脫離卸料板。主要用于卸料力較大、材料厚度大于2mm且模具結(jié)構(gòu)為倒裝的場合。
。
工件平直度較高，料厚為4mm相對較厚，卸料力大，故選用剛性卸料裝置。
4.3.2 出件方式
采用向下落料出件。
4.4 確定送料方式
因選用的沖壓設(shè)備為開式壓力機(jī)且垂直于送料方向的凹模寬度B小于送料方向的凹模長度L故采用橫向送料方式，即由右向左（或由左向右）送料。
4.5 確定導(dǎo)向方式
方案一：采用對角導(dǎo)柱模架。由于導(dǎo)柱安裝在模具壓力中心對稱的對角線上，所以上模座在導(dǎo)柱上滑動平穩(wěn)。常用于橫向送料級進(jìn)?；蚩v向送料的落料模、復(fù)合模。
方案二：采用后側(cè)導(dǎo)柱模架。由于前面和左、右不受限制，送料和操作比較方便。因為導(dǎo)柱安裝在后側(cè)，工作時，偏心距會造成導(dǎo)套導(dǎo)柱單邊磨損，嚴(yán)重影響模具使用壽命，且不能使用浮動模柄。
方案三：四導(dǎo)柱模架。具有導(dǎo)向平穩(wěn)、導(dǎo)向準(zhǔn)確可靠、剛性好等優(yōu)點。常用于沖壓件尺寸較大或精度要求較高的沖壓零件，以及大量生產(chǎn)用的自動沖壓模架。
方案四：中間導(dǎo)柱模架。導(dǎo)柱安裝在模具的對稱線上，導(dǎo)向平穩(wěn)、準(zhǔn)確。但只能一個方向送料。
根據(jù)以上方案比較并結(jié)合模具結(jié)構(gòu)形式和送料方式，為提高模具壽命和工件質(zhì)量，該級進(jìn)模采用中間導(dǎo)柱的導(dǎo)向方式，即方案一最佳。
工藝設(shè)計
1） 計算毛坯尺寸
相對彎曲半徑為
r/t=6/4=1.5>0.5
式中 r——彎曲半徑（mm）
t——料厚（mm）
圓角半徑較大（r>0.5t）的彎曲件毛坯長度計算公式
L=l1+l2+πα/180*（r+xt）
式中 L——毛坯展開總長度
α——彎曲中心角（°）
x——中心層位移系數(shù)，見表4-7
由圖1可知
對于r>0.5t的彎曲件毛坯長度的計算公式
Lz/2=49+19+11.68=79.68mm
Lz=159.36mm
圖1
2）畫排樣圖
排樣方式的選擇
方案一：有廢料排樣 沿沖件外形沖裁，在沖件周邊都留有搭邊。沖件尺寸完全由沖模來保證，因此沖件精度高，模具壽命高，但材料利用率低。
方案二：少廢料排樣 因受剪切條料和定位誤差的影響，沖件質(zhì)量差，模具壽命較方案一低，但材料利用率稍高，沖模結(jié)構(gòu)簡單。
方案三：無廢料排樣 沖件的質(zhì)量和模具壽命更低一些，但材料利用率最高。
通過上述三種方案的分析比較，綜合考慮模具壽命和沖件質(zhì)量，該沖件的排樣方式選擇方案一為佳?？紤]模具結(jié)構(gòu)和制造成本有廢料排樣的具體形式選擇直排最佳。
排樣圖
計算條料寬度和倒料板間距離
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(zhì)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。
搭邊值通常由表4所列搭邊值和側(cè)搭邊值確定。
根據(jù)零件形狀，查表工件之間搭邊值a=3.5mm, 工件與側(cè)邊之間搭邊值a1=3.2mm, 條料是有板料裁剪下料而得，為保證送料順利，規(guī)定其上偏差為零，下偏差為負(fù)值—△
條料寬度B0 -△=（Dmax＋2*a1＋Z）0 -△
倒料板間距A=B+Z
式中 Dmax—條料寬度方向沖裁件的最大尺寸；
a1---沖裁件之間的搭邊值；
Z---倒料板與最寬條之間的間隙，其最小值可查表得Z=8
△—板料剪裁下的偏差；其值查表可得△=1.2mm。
B0 △=160＋2×3.2＋8
=174.40 -1.2mm
A=174.4+8=182.4mm
確定步距
送料步距S：條料在模具上每次送進(jìn)的距離稱為送料步距，每個步距可沖一個或多個零件。進(jìn)距與排樣方式有關(guān)，是決定側(cè)刃長度的依據(jù)。條料寬度的確定與模具的結(jié)構(gòu)有關(guān)。
進(jìn)距確定的原則是，最小條料寬度要保證沖裁時工件周邊有足夠的搭邊值；最大條料寬度能在沖裁時順利的在導(dǎo)料板之間送進(jìn)條料，并有一定的間隙。
級進(jìn)模送料步距S
S=Dmax+a1
Dmax零件橫向最大尺寸，a1搭邊
S＝90＋3.2
＝93.2mm
計算材料利用率
沖裁件的實際面積與所用板料面積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標(biāo)。
一個步距內(nèi)的材料利用率
η＝Ａ/BS×100%
式中 A—一個步距內(nèi)沖裁件的實際面積；
B—條料寬度；
S—步距；
由此可之，η值越大，材料的利用率就越高，廢料越少。廢料分為工藝廢料和結(jié)構(gòu)廢料，結(jié)構(gòu)廢料是由本身形狀決定的，一般是固定不變的，工藝廢料的多少決定于搭邊和余量的大小，也決定于排樣的形式和沖壓方式。因此，要提高材料利用率，就要合理排樣，減少工藝廢料。
排樣合理與否不但影響材料的經(jīng)濟(jì)和利用，還影響到制件的質(zhì)量、模具的的結(jié)構(gòu)和壽命、制件的生產(chǎn)率和模具的成本等指標(biāo)。因此，排樣時應(yīng)考慮如下原則：
1）、提高材料利用率（不影響制件使用性能的前提下，還可以適當(dāng)改變制件的形狀）。
2) 、排樣方法使應(yīng)操作方便，勞動強(qiáng)度小且安全。
3) 、 模具結(jié)構(gòu)簡單、壽命高。
4) 、保證制件質(zhì)量和制件對板料纖維方向的要求。
一個步距內(nèi)沖裁件的實際面積
A=mm2
所以一個步距內(nèi)的材料利用率
η=Ａ／BS×100%
=10065.82／93.2×174.4×100%
=61.93%
考慮料頭 、尾料和邊角余料消耗，一張板材上的總利用率η總為
η總= nA1／LB×100%
式中 n—一張板料上沖裁件的總數(shù)目；A1—一個沖裁件的實際面積；
L—板料長度；B—板料寬度。
查板材標(biāo)準(zhǔn)，宜選用710mm×2000mm的鋼板，每張鋼板可剪裁為4張條料（174.4mm×2000mm）,每張條料可以沖21個工件，所以每張鋼板的材料利用率
η總 = nA1/LB×100%
=4×21×10065.82/710×2000×100%
=59.54%
根據(jù)計算結(jié)果知道選用直排材料利用率可達(dá)59.54%，滿足要求。
1、沖壓力計算
5.2.1 沖裁力的計算
在沖裁過程中，沖裁力是隨凸模進(jìn)入凹模材料的深度而變化的。通常說的沖裁力是指沖裁力的最大值，它是選用壓力機(jī)和設(shè)計模具重要依據(jù)之一。
用平刃沖裁時，其沖裁力Ｆ一般按下式計算：
F=KLtτb
式中 F—沖裁力；
L—沖裁周邊長度；
t—材料厚度；
τb—材料抗剪強(qiáng)度；
Ｋ—系數(shù)；
L=467.75mm
系數(shù)Ｋ是考慮到實際生產(chǎn)中，模具間隙值的波動和不均勻，刃口磨損、板料力學(xué)性能和厚度波動等原因的影響而給出修正系數(shù)，一般?。?1.3。
τb的值查表為392~511Ｍpa,取τb=400Mpa
所以
F=KLtτb
=1.3×467.75×4×400
=972920N
5.2.2 卸料力、頂件力的計算
在沖裁結(jié)束時，由于材料的彈性回復(fù)（包括徑向回復(fù)和彈性翹曲回復(fù)）及摩擦的存在，將使沖落的材料梗塞在凹模內(nèi)，而沖裁剩下的材料則緊箍在凸模上。為使沖裁工作繼續(xù)進(jìn)行，必須將緊箍在凸模上的料卸下，將梗塞在凹模內(nèi)的材料推出。從凸模上卸下箍著的料稱卸料力；逆沖裁方向?qū)⒘蠌陌寄?nèi)頂出所需要的力稱為頂件力。一般按以下公式計算：
卸料力
F x =K xF
推件力
F T=nK TF
頂件力
F D=K DF
（K x、K T、K D為卸料力、推件力、頂件力系數(shù)，其值查表可得）
F x=K xF =0.04×972920N=38916.8N
F T=nK TF=1×0.45×972920N=437814N
F D=K DF =0.05×972920N=48646N
所以總沖壓力
F Z=F+ F T
= 972920N+437814N
=1410734N
表5-4 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
＞0.5~2.5
＞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
鋁、鋁合金
純銅，黃銅
0.025~0.08
0.02~0.06
0.03~0.07
0.03~0.09
壓力機(jī)公稱壓力應(yīng)大于或等于沖壓力，根據(jù)沖壓力計算結(jié)果擬選壓力機(jī)為JA31-160B。
JA31-160B壓力機(jī)的主要技術(shù)規(guī)格為：
公稱壓力：1600KN
滑塊行程：160 mm
滑塊行程次數(shù)：32次/min
最大封閉高度：375mm
封閉高度調(diào)節(jié)量：1200mm
導(dǎo)軌距離 :590mm
壓力中心的確定
模具壓力中心是指沖壓時諸沖壓力合力的作用點位置。為了確保壓力機(jī)和模具正常工作，應(yīng)使模具的壓力中心與壓力機(jī)滑塊的中心相重合，否則，會使沖模和力機(jī)滑塊產(chǎn)生偏心載荷，使滑塊和導(dǎo)軌之間產(chǎn)生過大的摩擦，模具導(dǎo)向零件加速磨損，降低模具和壓力機(jī)的使用壽命。沖模的壓力中心，可以按下述原則來確定：
1）.對稱形狀的單個沖裁件，沖模的壓力中心就是沖裁件的幾何中心。
2）.工件形狀相同且分布位置對稱時，沖模的壓力中心與零件的對稱中心相重合。
3）.形狀復(fù)雜的零件、多孔沖模、級進(jìn)模的壓力中心可以用解析計算法求出沖模壓力中心。
X 0=（L1x1＋L2x2＋…Lnxn）/(L1＋L2＋…Ln)
Y 0=（L1y1＋L2y2＋……Lnyn ）/（L1＋L2＋…＋Ln）
用解析法計算壓力中心時，先畫出凹模形口圖，如圖所示。在圖中將XOY坐標(biāo)系建立在建立在圖示對稱中心線上。求得：
X 0=0
Y 0=0
5.4 模具刃口尺寸的計算
5.4.1 沖裁間隙分析
沖裁間隙是指凸，凹模刃口間隙的距離，其值可為正也可為負(fù)，在普通沖裁模中均為正值。它對沖裁件的斷面質(zhì)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。因此，沖裁間隙是沖裁工藝與模具設(shè)計中的一個非常重要的工藝參數(shù)。
1）、間隙對沖裁件尺寸精度的影響
沖裁件的尺寸精度是指沖裁件的實際尺寸與基本尺寸的差值，差值越小，則精度越高，這個差值包括兩方面的偏差，一是沖裁件相對于凸?；虬寄５钠?，二是模具本身的制造偏差。
2）、間隙對模具壽命的影響
模具壽命受各種因素的綜合影響，間隙是也許模具壽命諸因數(shù)中最主要的因數(shù)之一，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，而且間隙越小，模具作用的壓應(yīng)力越大，摩擦也越嚴(yán)重，所以過小的間隙對模具壽命極為不利。而較大的間隙可使凸模側(cè)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，出現(xiàn)間隙不均勻的不利影響，從而提高模具壽命。
3）、間隙對沖裁工藝力的影響
隨著間隙的增大，材料所受的拉應(yīng)力增大，材料容易斷裂分離，因此沖裁力減小。通常沖裁力的降低并不顯著，當(dāng)單邊間隙在材料厚度的5~20%左右時，沖裁力的降低不超過5~10%。間隙對卸料力推料力的影響比較顯著。間隙增大后，從凸模里卸料和從凹模里推料都省力當(dāng)當(dāng)單邊間隙達(dá)到材料厚度的15~25%左右時的卸料力幾乎為零。但間隙繼續(xù)增大，因為毛刺增大，又將引起卸料力、頂件力迅速增大。
4）、間隙值的確定
由以上分析可見，凸、凹模間隙對沖裁件質(zhì)量、沖裁工藝力、模具壽命都有很大的影響。因此，設(shè)計模具時一定要選擇合理的間隙，以保證沖裁件的斷面質(zhì)量、尺寸精度滿足產(chǎn)品的要求，所需沖裁力小、模具壽命高，但分別從質(zhì)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]到模具制造中的偏差及使用中的磨損、生產(chǎn)中通常只選擇一個適當(dāng)?shù)姆秶鳛楹侠黹g隙，只要間隙在這個范圍內(nèi)，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，最大值稱為最大合理間隙?？紤]到模具在使用過程中的磨損使間隙增大，故設(shè)計與制造新模具時要采用最小合理間隙值。
確定合理間隙的方法有經(jīng)驗法、理論確定法和查表法。
根據(jù)近年的研究與使用的經(jīng)驗，在確定間隙值時要按要求分類選用。對于尺寸精度，斷面垂直度要求高的制件應(yīng)選用較小的間隙值，對于垂直度與尺寸精度要求不高的制件，應(yīng)以降沖裁力、提高模具壽命為主，可采用較大的間隙值。
查表3-4得間隙值
Z max=0.880mm
Z min=0.640mm
由于工件形狀較簡單，所以可分別加工凹、凸模。
5）計算凸、凹模尺寸：
由于零件沖裁是由沖孔、落料兩道工序完成的，所以落料以凹模為基準(zhǔn)尺寸，沖孔以凸模為基準(zhǔn)尺寸，計算如下：