2.6.2 确定其排样图
2.7 计算各工序冲压力
链轮冲压力包括落料力、冲孔力、拉深力、翻边力。材料Q235、板材厚度 3mm， 材料的抗剪强度t=450MPa，屈服点数值为235 MPa。
1）冲裁力 为了合理设计模具和正确选用压力机，就必须计算冲裁力[12]。计算公式如下：
P = dLt （ 2.2 ）
式中 P0 —冲裁力（N）；
d —材料抗剪强度（ MPa ）；
L —材料轮廓长度（ mm）；
t —材料厚度（ mm）。
本次设计中，冲裁力包括：落料力、冲孔力、拉深力、翻边力。
一般K 取1.3，那么
落料力为： P =1.3L×t×t=1.3´596.90´3´450N =1047564.05N
冲孔力为： P =1.3L×t×t=1.3´102.64´3´450N =180034.57N
拉深力为： P =pdts K =p´123´3´450´0.5= 260830.73N
翻边力为： P =1.1p（D -d ）ts =1.1´p´（66-33.78）´3´235 = 78497.75N 其中 d——拉深毛坯的直径，mm
K ——修正系数
K1 ——拉深系数
Dm ——翻边后竖边的中径，mm
d0 ——毛坯上圆孔的初始直径，mm
ss ——材料的屈服点数值，MPa
2）卸料力
卸下包在凸模上材料所需要的力一般叫做卸料力。卸料力的计算公式如下：
P = K P （2.3 ）
式中 Px——卸料力（KN）；
Kx ——卸料力系数，查表取 0.05 ；
Pl ——落料力（ KN）。
则 P = 0.05´1047564.05 = 52378.20N
3）推件力 顺着冲裁方向推出卡在凹模里的材料所需的力，一般叫做推件力。推件力的计算 公式如下：
P = nK P
式中 PT —推件力（KN） ；
K T —推件力系数，查表取 0.055；
n —卡在凹模里的料的个数 n=h/t ，其中， h 为凹模刃壁垂直部分高度 （mm）；t 为料厚（mm）；
P =1´0.055´1047564.05= 57616.02N
4）顶料力 逆着冲裁方向顶出卡在凹模里的料所需要的力一般叫做顶料力。顶料力的计算公 式如下：
PD= KDPc （2.5）
式中 PD —顶料力（KN）；
K D —顶料力系数，查表取 0.06；
P = 0.06´180034.57 =10802.07N ，
则根据式 2.6 得出，总的冲压工艺力为：
F =Pl Pc Pls Pfb PX PT PD =1047564.05 180034.57 260830.73 78497.75 52378.20 57616.02 10802.07 =1784941.76N
=1785KN 则复合模选择冲床时的总压力为 F=1.3F=2320.42KN。
第三章 落料、冲孔、拉深、翻边复合模的设计
3.1 模具零件刃口尺寸计算
3.1.1 尺寸计算原则
刃口尺寸精度是影响冲裁件尺寸精度的首要因素，模具的合理间隙值也要靠模具 刃口尺寸及其公差来保证[13]。生产实践中存在如下问题：
1）由于凸凹模之间存在间隙，使落下的料或冲出的孔都是带有锥度的，且落料 大端尺寸等与凹模尺寸，冲孔件的小端尺寸等于凸模尺寸。
2）在测量与使用中，落料件是以大端尺寸为基准，冲孔孔径是以小端尺寸为基 准。
3）冲裁时，凸凹模要与冲裁零件或废料发生摩擦，凸模愈磨愈小，凹模愈磨愈 大，结果使间隙愈用愈大。
4）拉深时，凸凹模工作部分的尺寸和拉深方法有关，可查设计资料确定，也可 按卡契马列克经验公式计算。
5）圆孔翻边的尺寸计算采用翻边高度计算翻边圆孔的初始直径d0和翻边系数计 算可以达到翻边高度。
由此，在决定模具刃口尺寸及其制造公差时，应考虑：
1）落料制件尺寸由凹模尺寸决定，冲孔时的尺寸由凸模尺寸决定。故设计落料 模时，以凹模为基准，间隙取在凹模上。
2）设计落料模时，凹模基本尺寸应取工件尺寸公差范围内的较小尺寸；设计冲 孔模时，凸模基本尺寸则应取工件的尺寸公差范围内的较大尺寸。这样在凸凹模磨损 到一定程度的情况下，仍能冲出合格的零件。凸凹模间隙择取最小合理间隙值。
3）设计拉深、翻边模时，其基本尺寸应取工件尺寸公差范围内的较大尺寸，这 样在凸凹模磨损到一定程度的情况下，仍能冲出合格的零件。凸凹模间隙择取最小合 理间隙值。
4）确定冲模刃口制造公差时，应考虑制件的精度要求。
根据以上原则：落料部分以落料凹模为基准计算，落料凸模按间隙值配制。由于 此工件属薄板料的冲裁件，因此采用凸凹模配合加工。
3.1.2 模具间隙的选择
模具间隙是指凸凹模刃口间缝隙的距离，用 C 表示，俗称单面间隙。双面间隙 用 Z 表示。拉深、翻边 V 形工件时，凸、凹模间隙是靠调整压力机闭合高度来控制 的，不需要在模具结构上确定间隙[15]。以下为落料、冲孔复合模间隙的确定：
1）冲裁间隙对冲裁件质量的影响
冲裁件质量是指切断面质量，尺寸精度及形状误差。切断面应平直、光洁，即无 裂纹、撕裂、夹层、毛刺等缺陷。零件表面应尽量可能平整，即穹弯小。尺寸应保证 不超过图纸规定的公差范围。当把凸、凹模间隙值控制在一定范围内时，冲件比较平 直、光洁、毛刺很小，且所需冲裁力小。间隙过小时，在断面出现挤长的毛刺。间隙 过大时，材料的弯曲与拉深增大，材料易破裂，致使制件光亮带减小，塌角与断裂斜 度都增大，毛刺大而厚。
2）间隙对冲裁力的影响
当间隙小于合理间隙时，不仅冲裁力增大，而且剪切力减小。
3）间隙对模具寿命的影响 为了提高模具的寿命，一般采用较大的间隙。若采用小间隙，就必须提高模具硬 度与模具制造光洁度、精度，改善润滑条件，以减小磨损。
4）凸、凹模间隙的确定
根据以上条件综合确定：
间隙选择：选择Ⅲ型，间隙适中，R 减小，α 正常，拉毛正常。则根据《冲模设 计手册》，落料、冲孔复合模刃口始用间隙为：
Zmin～Zmax=0.210mm～0.270mm。（由表 2—3 查得） 。
3.1.3 尺寸分类
工件毛坯尺寸如图 3.1 所示，将工件尺寸进行分类如下：
1）外形尺寸
A 类：刃磨后凹模尺寸两边增大的，把产品零件图尺寸化成 A0- △，△为工件公 差；
2）内形尺寸
B 类：刃磨后凹模尺寸两边增大的，把产品零件图尺寸化成 B △。
3.1.4 落料冲孔凸凹模刃口尺寸计算
根据零件的类型，那么尺寸的分类如图3-3 所示。
该模具为复合模，落料以凹模为基准，根据零件情况，凹模磨损后的尺寸变化
为A类尺寸；故查表2—7【1】得x1 = 0.5 ，那么
A =（A -x•D） s=（190.03-0.5´0.72） 0.72/4 =190.39 0.18mm。
冲孔以凸模为基准，凸模磨损后的尺寸变化为B类尺寸，查表2—7【1】得x2 =0.5，
那么Bp =（Bmin x•D）0 s=（33.78 0.5´0.39）-00.39/4 = 33.98-00.10 mm。 该零件凸模（或凹模）刃口尺寸按上述凹模（或者凸模）的相应部分尺寸配置，
保证双面间隙 Zmin～Zmax=0.210mm～0.270mm。（由表 2—3 查得）【10】。 所以各刃口的尺寸分别为Ad =190.390 0.18 mm
A = 190.180 mm
B = 34.19 0.10 mm
Bp = 33.98-00.10 mm
3.1.5 拉深凸凹模刃口尺寸计算
（1） 凹模圆角半径rd 和凸模圆角半径rp
由于链轮为一次拉深成型，那么凸凹模的圆角等于零件的圆角半径，
即r = r = 3mm
（2） 凸凹模间隙
根据链轮的材质和板厚，链轮的尺寸精度和表面质量要求，那么凸凹
模间隙c =1.1tmax = 1.1´3 = 3.3mm
(3) 凸凹模尺寸及制造公差 链轮的拉深为一次拉深成形，链轮在装配的时候对链轮的内形尺寸有 要求，所以凸模尺寸为Dp = (d 0.4D)-d
凹模尺寸为Dd = (Dp 2c) dd
又根据表4-7，那么凸凹模的制造公差sp和分别为 0.06 和0.10。
那么凸模尺寸Dp =(120 0.4´0.63)0-0.06=120.250-0.06mm
凹模尺寸D = (120.25 2´3.3) 0.10=126.85 0,10mm
3.1.6 翻边凸凹模刃口尺寸计算
链轮的翻边为圆孔一次翻边成形，其结构与拉深模相似，凹模圆角对翻边成 形影响不大，可按工件圆角确定，则圆角半径为 3mm。凸模圆角半径rp ³ 4t， 根据零件的要求，rp=24mm。
单边间隙 c=(0.75～0.85)t ，取最小值，则 c=2.55mm. 凸凹模内径可按拉深模具的凸凹模内径计算， 则
凸模内径 Dp = (62.92 0.4´0.46)0-0.06=63.100-0.06mm
凹模内径D =(63.10 2´3.3) 0.10=69.70 0.10mm
3.2 冲模工作零件的设计与计算
3.2.1 凸模的计算和校核
1)冲孔凸模
(1) 凸模的结构形式
落料、冲孔复合模的冲孔凸模选用带台肩的阶梯形凸模，此凸模与上模座紧配合，
上端带台肩，以防拉下[16]，基本形状如图 3.2 所示：
(2) 凸模的长度计算
根据模具的具体结构形式，冲孔凸模固定圈厚度 h1=46mm；
卸料板厚度 h2=12mm；
凸模进入凹模的深度为 40mm。
则冲孔凸模总长为：L= h1 h2 h=46 12=98mm，
则根据《 模具设计大典》， 落料、冲 孔模凸模选择圆凸模 33.78×98 JB/T8057-1995 T10A。
图 3.2 冲孔凸模
（3）凸模强度校核
凸模长度确定后，为防止纵向失稳和折断，应进行凸模承压能力和抗弯能力的校 核。冲裁时凸模所受的应力，有平均压应力s和刃口的接触应力sK 两种。孔径大于 冲件材料厚度时，接触应力大于平均压应力，因而强度核算的条件是接触应力小于或 等于凸模材料的许用应力［s］，孔径小于或等于冲件材料厚度时，强度核算条件可以 是平均压应力s小于或等于凸模材料的许用应力［s］。本次设计中，凸模材料选取 Cr12MoV，HRC58~62。由于孔径远远大于冲件材料的厚度。则可以满足其强度要求。
凸模在中心轴向压力的作用下，保持稳定（不产生弯曲）的最大长度与导向方式 有关。本次设计所采用的带台肩式的凸模，其最大允许长度按下式计算：
d2
l£ lmax = 90´ （3.1）
式中 F —冲孔力，N；
d —凸模最小直径（ mm）；
33.782
那么l =90´ 33.78 =242.04mm
max 180034.57
综上所述，该凸模结构符合强度要求。
3.2.2 凸凹模
（1）结构形式 凸凹模存在于复合模中，在本次设计中，它既是拉深凹模，又是落料凸模，它的 内外缘均为刃口，内外缘之间的壁厚决定冲裁件的尺寸，不像凹模那样可以将外缘轮 廓尺寸扩大，所以从强度考虑，壁厚受最小值限制。凸凹模的最小壁厚受冲模结构影 响。凸凹模装于上模（正装复合模）时，内孔不积存废料，胀力小，最小壁厚可以小 一些[17] ；凸凹模装于下模（倒装复合模）时，如果是柱形孔口，则内孔积存废料， 胀力大，最小壁厚要大一些。
作为冲孔凹模时，选为柱形孔口锥形凹模，刃口强度高，修磨后孔口尺寸不变， 但在孔口内可能积存工件和废料，增加冲裁力和孔壁的磨损，磨损后每次的修磨量较 大，凹模的总寿命较低，这种型式的凹模适用于形状复杂、精度要求较高的工件的冲 裁。其通过台肩，紧固在凸凹模固定板上，以保证卸料时凸凹模的稳定及下次冲压时 的精度。其上螺钉孔和销钉孔离断面的距离满足最小尺寸，即L >1.25d，结构形式 如图3.3 所示：
