冷衝壓模具設計實例
工件名稱：手柄
工件簡圖：
生產批量：中批量
材料：Q235-A鋼
材料厚度：1.2mm
1、衝壓件工藝性分析
此工件只有落料和衝孔兩個工序。材料為Q235-A鋼，具有良好的衝壓性能，適合衝裁。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，普通衝裁完全能滿足要求。
2、衝壓工藝方案的確定
該工件包括落料、衝孔兩個基本工序，可有以下三種工藝方案：方案一：先落料，後衝孔。採用單工序模生產。方案二：落料-衝孔複合衝壓。採用複合模生產。方案三：衝孔—落料級進衝壓。採用級進模生產。
方案一模具結構簡單，但需兩道工序兩副模具，成本高而生產效率低，難以滿足中批量生產要求。方案二隻需一副模具，工件的精度及生產效率都較高，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，製造難度大，並且衝壓後成品件留在模具上，在清理模具上的物料時會影響衝壓速度，操作不方便。方案三也只需一副模具，生產效率高，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，該件的衝壓生產採用方案三為佳。
3、主要設計計算
（1）排樣方式的確定及其計算
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，應採用直對排，如圖8.2.2手柄排樣圖所示的排樣方法，設計成隔位衝壓，可顯著地減少廢料。隔位衝壓就是將第一遍衝壓以後的條料水平方向旋轉180°，再衝第二遍，在第一次衝裁的間隔中衝裁出第二部分工件。搭邊值取2.5mm和3.5mm，條料寬度為135mm，步距離為53mm，一個步距的材料利用率為78%（計算見表8.2.1）。查板材標準，宜選950mm×1500mm的鋼板，每張鋼板可剪裁為7張條料（135mm×1500mm），每張條料可衝56個工件，故每張鋼板的材料利用率為76%。
（2）衝壓力的計算
該模具採用級進模，擬選擇彈性卸料、下出件。衝壓力的相關計算見表8.2.1。根據計算結果，衝壓設備擬選J23-25。
（3）壓力中心的確定及相關計算
計算壓力中心時，先畫出凹模型口圖，如圖8.2.3所示。在圖中將xoy坐標系建立在圖示的對稱中心線上，將衝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點的坐標（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，該工件衝裁力不大，壓力中心偏移坐標原點O較小，為了便於模具的加工和裝配，模具中心仍選在坐標原點O。若選用J23-25衝床，C點仍在壓力機模柄孔投影面積範圍內，滿足要求。
（4）工作零件刃口尺寸計算
在確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，適宜採用線切割工具機分別加工落料凸模、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。選用的四塊橡膠板的厚度務必一致，不然會造成受力不均勻，運動產生歪斜，影響模具的正常工作。
4、模具總體設計
（1）模具類型的選擇
由衝壓工藝分析可知，採用級進衝壓，所以模具類型為級進模。（2）定位方式的選擇
因為該模具採用的是條料，控制條料的送進方向採用導料板，無側壓裝置。控制條料的送進步距採用擋料銷初定距，導正銷精定距。而第一件的衝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，故可採用彈性卸料。又因為是級進模生產，所以採用下出件比較便於操作與提高生產效率。（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，該級進模採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
結合工件外形並考慮加工，將落料凸模設計成直通式，採用線切割工具機加工，2個M8螺釘固定在墊板上，與凸模固定板的配合按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衝孔凸模
因為所衝的孔均為圓形，而且都不屬於需要特別保護的小凸模，所以衝孔凸模採用臺階式，一方面加工簡單，另一方面又便於裝配與更換。其中衝5個φ5的圓形凸模可選用標準件BⅡ型式（尺寸為5.15×64）。衝φ8mm孔的凸模結構如圖8.2.4（b）所示。
③凹模
凹模採用整體凹模，各衝裁的凹模孔均採用線切割工具機加工，安排凹模在模架上的位置時，要依據計算壓力中心的數據，將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，分別借用工件上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。導正應在卸料板壓緊板料之前完成導正，考慮料厚和裝配後卸料板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
正銷採用H7/r6安裝在落料凸模端面，導正銷導正部分與導正孔採用H7/h6配合。
起粗定距的活動擋料銷、彈簧和螺塞選用標準件，規格為8×16。
（3）導料板的設計
導料板的內側與條料接觸，外側與凹模齊平，導料板與條料之間的間隙取1mm，這樣就可確定了導料板的寬度，導料板的厚度按表2.9.7選擇。導料板採用45鋼製作，熱處理硬度為40～45HRC，用螺釘和銷釘固定在凹模上。導料板的進料端安裝有承料板。
（4）卸料部件的設計
①卸料板的設計
卸料板的周界尺寸與凹模的周界尺寸相同，厚度為14mm。
卸料板採用45鋼製造，淬火硬度為40～45HRC。
②卸料螺釘的選用
卸料板上設置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，應使卸料板超出凸模端面lmm，有誤差時通過在螺釘與卸料板之間安裝墊片來調整。
（5）模架及其它零部件設計
該模具採用中間導柱模架，這種模架的導柱在模具中間位置，衝壓時可防止由於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分別為φ28×160，φ32×160；
導套d/mm×L/mm×D/mm分別為φ28×115×42，φ32×115×45。
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=64mm；
H——凹模厚度，H=30mm；
h2——凸模衝裁後進入凹模的深度，h2=2mm。
可見該模具閉合高度小於所選壓力機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板、墊板、凸模（7個）、凸模固定板及卸料板等組成。卸料方式採用彈性卸料，以橡膠為彈性元件。下模部分由下模座、凹模板、導料板等組成。衝孔廢料和成品件均由漏料孔漏出。
條料送進時採用活動擋料銷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確定距。操作時完成第一步衝壓後，把條料抬起向前移動，用落料孔套在活動擋料銷13上，並向前推緊，衝壓時凸模上的導正銷4再作精確定距。活動擋料銷位置的設定比理想的幾何位置向前偏移0.2mm，衝壓過程中粗定位完成以後，當用導正銷作精確定位時，由導正銷上圓錐形斜面再將條料向後拉回約0.2mm而完成精確定距。用這種方法定距，精度可達到0.02mm。
7、衝壓設備的選定
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
工作檯尺寸（前後×左右）：370mm×560mm
墊板尺寸（厚度×孔徑）：50mm×200mm
模柄孔尺寸：φ40mm×60mm
最大傾斜角度：30°