沖壓模具的研究與設計

張萬東

摘 要：現代工業生產制造領域，模具對工業生產起舉足輕重的作用，它不僅可以使工業化生產效率得到大幅度的提升，同時對生產過程中產品的質量穩定性得于保持。雖然模具在工業化生產過程中作用愈來俞大，在某些方面及領域它一樣還存在著一定的局限性。

關鍵詞：沖壓模具設計;應用;CAD

一、沖壓模具的設計分析

在模型圖紙的設計過程中，應對技術切入點以及實際需求做出全面的考量，以此對模具的工藝排樣和模具進行十分合理的設計。以上步驟直接影響著最終批量生產最終得到的沖壓模具質量。

1.1 設定目標尺寸

在設計模具圖紙的過程中，第一步要在對產品圖的尺寸分析的基礎之上，對最終得到產品的尺寸進行設定。具體說來在產品公差允許的范圍之內，以沖頭、凹模的磨損趨向為依據，決定最終的產品尺寸值。舉例來說，在孔徑尺寸的選擇上應當盡可能選擇上量值;在外形尺寸的設定上應當充分考慮沖頭磨損以及毛邊等因素，盡可能選擇下限值。綜合來說，目標尺寸的選擇與設計人員工作經驗、專業技術水平以及對產品的預見性判斷等多種因素具有密切的聯系。如若缺乏相關的經驗，可以參考借鑒成功的案例，以此保障最終得到產品的質量。

1.2 排樣圖設計以及力學計算

以產品成形工藝特點作為安排工步的參考標準，其基本原則是越精確的尺寸，其工步安排越要向后布置。力學計算的開展應該以排樣圖的沖裁、成形，彎曲等工步為依據，計算彈簧力、卸料力以及沖裁力等力學指標。力學計算與沖壓模型最終能否完成生產，在使用過程中能否承受機械壓力有著直接的聯系，因此力學計算的重要意義不言而喻。為了保障力學計算數據的準確性，應當對使用過程中模具受到的外力因素做出全方位的考量。在確定了上述因素之后，根據確定的結果選擇符合需求的沖壓設備，接下來在進行總裝圖的設計。

1.3 模具總裝圖繪制

模具總裝圖的繪制過程應當以排樣圖作為基準，在此基礎之上進行設計工作。除此之外，需要結合沖壓設備的合模高度、設備的安裝尺寸以及送料裝置的高度，最終繪制出沖壓模具的詳細結構。

除此之外，在總裝圖的設計過程中還應當兼顧運動機構的安全性、穩定性以及量產性。值得注意的是，目前多采用電腦繪圖的手段進行模具設計，除了小汽車部分零件的制造之外，多數的沖壓部品制造都是使用2D軟件進行繪制的，在繪制的過程中必須要分清圖層，為后期的零部件拆分提供方便。

1.4 部件圖繪制

分層圖以總裝圖中的內容為依據，將模具的零部件用標準化的視圖進行表示。在零部件圖繪制的過程中應當充分考量零件在加工的過程中，可能會遇到的問題。例如，選擇什么樣的設備進行加工能夠兼顧成本和精度;量產得到的零件強度是否足夠等等。

二、制件沖壓模具方案的計算

2.1 沖裁力、卸料力及推薦力的基礎計算

制件沖壓模具方案的計算精準度直接影響著制造配件的質量和品質，因此對此環節一定要加以重視。

對模具沖壓里的計算包括計算.沖裁力、卸料力及推薦力三部分[2]。具體計算過程直接采用公式帶入的方式進行計算，公式如下：

F沖=K×t×L×τ F卸=F沖×K卸 F推=F沖×K卸

上述公式中，沖切線長度用L表示，材料厚度用t表示，材料抗剪強度用τ表示，推料力系數用K推表示，卸料力系數用K卸表示，頂料力系數用K頂表示，通過查閱數據表，可知τ為345Mpa。通過計算得到L為741.64mm，F沖為997876.62N，F卸為29936.297N，F推為134713.34N，那么可以計算出總沖裁力，F=F推+F卸+F沖=1162526.3N。

產品技術要求中，選用JC21-160A型號壓力機作為電器設備，壓力機最大閉合高度用x表示，為450mm，最小閉合高度用表示，那么可以計算出為250mm，根據與公式Hmin+10≤H0≤Hmin，可以計算出260≤225+100≤445。

2.2 沖裁件排樣計算

確定搭邊值，工作間a和側搭邊值b分別為3mm和3.5mm。條料寬度計算以存在側壓裝置為主，經過計算條料寬度為mm。材料利用率（η）的計算，利用公式×100%，經計算η=73.81%?？偟牟牧侠寐剩é强偅┑挠嬎?，利用公式×100%=η總，經計算，η總為77.53%。

上述公式中，沖裁件面積用A表示，材料寬度用B表示，板材長度用L表示，一張板上沖件數目用N表示，進距用h表示，一個進距內沖裁件數目用n表示[3]。制件材料質量用G表示，利用公式G=V？ρ，經計算，G為516.22g。條料總重量由8個制件構成，G總為4129.76g。

因為該配件要采取人工送樣的方式進行，所以排樣的重量不宜過重，這樣才能保證生產的正常進行，因此要對條料重量進行考慮。經過計算材料鋼板選取1400*700規格，能夠促進條料利用率的提升，排樣方式選為5*8，有利于鋼板裁剪成符合重量的條料，經計算，確定這種方案是可行的。

2.3 凸模強度計算

沖孔鋼板，鋼板厚度為3mm，利用合金工具鋼凸模，直徑設置為5.5mm，凸模材料許用應力用σ壓表示，為1800Mpa，板材抗剪強度用σb表示，為750Mpa。首先，校核壓應力，借助公式，經過計算約為2.3mm，因2.3mm低于設置直徑5.5mm，故表明設計合理。其次，校核彎曲應力，利用公式85≤，經計算約為16.86mm，借助公式F沖=K×t×L×τ，對直徑為5.5mm的圓凸模沖裁力進行計算，F沖=1.3×3×17.279×345=23248.89（N），通過計算可以發現，設計的模具長度為16.86mm，超過15mm，符合彎曲長度要求，故表明模具設計是合理的。

2.4 模具刃口尺寸計算

配做凸模時，把凹模作為外形尺寸標準[4]。磨損凹模后，尺寸O1、O2、O3、O4、O5的尺寸增加，轉化工件外形尺寸，使其變為單向公差，那么CO1、O2、O3、O4、O5分別為124mm、48mm、mm、75mm和131mm，查閱相關數據表，可以確定x1、x2、x3、x4、x5分別為1、1、0.75、1、1。利用公式，計算出O1、O2、O3、O4、O5分別為124mm、48mm、mm、75mm和131mm。

磨損凹模后，尺寸P減小，但尺寸P無公差需求，故P1為10mm。磨損凹模后，尺寸Q不發生變化，那么Q1、Q2、Q3、Q4分別為24mm、2mm、19mm和23mm。因此，參照上述凹模尺寸制作零件凸模刃口，需要控制雙邊間隙值為0.33～0.39mm。

配做凹模時，把凸模作為中間沖孔部分基準[5]。磨損凸模后，尺寸R1、R2和R3均減小，但無公差要求，故R1、R2和R3，分別為6mm，5.5mm和22mm。

總語

隨著技術研究的深入和經驗的總結，沖壓工藝取得了較快發展。CAD系統是目前工業生產過程中主要運用的計算機技術，其能夠提高沖壓模具的生產質量和效率，大大提高企業的收益，并且延長沖壓模具的使用壽命，因此在沖壓模具設計中得到廣泛的應用。

參考文獻

[1]左洪啟.CAD/CAM技術在沖壓模具設計制造中的應用研究[D].昆明：昆明理工大學，2017.

[2]向偉，李波.沖壓模具設計[J].應用技術，2017，54：12-14.

[3]吳伯杰.沖壓工藝與模具[M].北京：電子工業出版社，2017.6.