毕业设计-汽车外壳支架a2级进模设计说明书.doc

本科毕业论文（设计）

题目 汽车外壳A2支架级进模设计

学 院 机电工程学院
专 业 机械设计制造及其自动化
班 级
学 号
姓 名
指导教师
起讫时间 2014.11.20——2015.5.17
38

目 录
设计总说明 I
Design General Information II
1 绪 论 1
1.1模具的概述 1
1.2模具的分类和选用 1
1.3 级进模的定义、特点 2
1.4 级进模发展趋势 2
2 制件工艺性分析及方案的确定 3
2.1工件尺寸 3
2.1.1工件的基本尺寸数据 5
2.2 工件材料的分析 5
2.3制件冲裁要求下的尺寸精度和表面粗糙度 6
2.4制件方案的确定 7
3 排样图的设计及材料利用率的计算 8
3.1排样的设计 9
3.1.1 工序的分析 9
3.2排样的选取 11
3.3 搭边值的确定和材料利用率的计算 12
3.3.1材料利用率的计算 14
4 冲裁和拉深工艺力的计算 16
4.1冲裁变形阶段的分析 16
4.1.1 弹性变形阶段 16
4.1.2 塑性变形阶段 16
4.1.3 断裂阶段 16
4.2 冲裁件的工艺性分析 17
4.3 冲裁力的计算 18
4．4 拉深力的计算 20
4.5 折弯力的计算 21
5 压力机的选择 23
5.1 冲裁阶段压力的确定 23
5.2 拉深阶段压力的确定 25
5.3弯曲阶段压力的确定 25
5.4 冲压设备的选择 26
6 模具部分部件的设计与计算 28
6.1 冲裁工位凸凹模的计算分析 28
6.1.1 冲裁工位凹模高度的分析 28
6.1.2 凸模的固定方式及计算 30
6.2 折弯工位凸凹模的计算 31
6.2.1凸模、凹模圆角半径的计算 31
6.2.2 凸模、凹模尺寸分析 32
6.3 拉深工位凸凹模的计算 33
6.3.1 拉深凹凸模的圆角半径计算 33
7 模具总体设计 35
7.1 模具总体设计概述 35
7.2确定模具的送料方式 35
7.3模具定位方式的选择 36
7.4卸料、出件方式的选择 36
7.5装配图的介绍 36
致谢 38
参考文献 39

设计总说明
本设计为汽车覆盖件级进模的设计，对于选择这样一个设计课题主要有以下几个原因。第一：该模具生产的是汽车覆盖件，据一项调查显示目前中国共有私家车近五千万辆，预估至2020年中国私家汽车将达到一亿三千万辆，作为汽车的一部分，那么汽车覆盖的市场可想而知是多么的庞大。第二：市场上的模具众多，综合各种模具的应用及生产效率，发现级进模的适应性是最高的，生产各种复杂的工件用得最广。第三：级进模的生产安全性也是比较高的，未来的生产将更加注重安全性，所以级进模的发展形式相对于别的模具是比较好的。综合以上的分析所以选择一个比较适应于当今市场需求的模具进行设计分析。
该模具设计，根据文献涉及了比较全面综合的模具设计制造知识，涉及到工件的工艺性能的分析，同时也计算了工件的尺寸大小，然后涉及到了工件的拉深；一般孔的设计，如圆孔和矩形孔的冲制；和零件局部的折弯和切断等一系列的模具的设计知识。同时还涉及到一些力的计算，如冲裁力、拉深力、折弯力和些凹凸模的压力的计算，对于这些力都进行了比较系统的分析计算。对于模具的某些主要零部件也进行了详细的设计分析，如模具的凹模、凸模等。最后对模具进行总体设计分析，详细介绍了模具的装配图及工作的原理。
在该模设计的过程中，主要用到了一些设计软件，如运用UG画出了模具的部分三维图、运用CAD进行模具二维图的设计。期间还用到了各种有关模具设计与制造的专业书籍等。在进行手绘图纸时用到了画板，和一些作图工具等。
此次毕业设计严格按照汽车覆盖件级进模的一般步骤和思路进行设计分析，然后确定整个设计的一般流程。在做毕业设计前进行了一系列的准备工作，熟悉了工件的属性，分析了工件的工艺性能及尺寸大小，然后进行各种力的计算，压力中心的分析，最后设计各个工位的凸模、凹模，对部分部件如卸料板及导正销也做了简单的介绍，最后做一个总体设计分析，完成毕业设计。
由于该级进模的结构复杂，设计精度要求比较高，设计难度相当大，且自身能力有限，所以设计中有些数据可能出现错误，或是有些地方不合理仍需要改进，希望多多包涵。
关键词：拉深；级进模；冲孔；压弯；切断。

Design General Information
The design for the car cover progressive die design element level, there are several reasons for the choice of such a major design issue. First: The mold is auto cover, according to a survey shows China's current total of nearly fifty million private cars, forecast to 2020 Chinese private car will reach one hundred thirty million, as part of the car, So imagine how huge automobile market coverage. Second: many die on the market, application and production efficiency integrated various molds found progressive die adaptability is the highest, the production of complex parts with the most widely used. Third: progressive die production safety is relatively high, the future will focus more on production safety, so progressive die relative to other forms of development mold is relatively good. Based on the above analysis so choose a more adapted to today's market demands mold design analysis.
The mold design, involving a relatively comprehensive knowledge of mold design and manufacturing. Analysis of the performance of the process involves a workpiece, and also calculate the size of the workpiece, the workpiece is then related to the drawing; general hole design, such as circular holes and rectangular holes punched; and local bending and cutting parts, etc. a series of mold design knowledge. It also involves the calculation of some of the force is calculated as blanking force, drawing strength, bending strength and modulus of some uneven pressure, these forces have carried out a comparative analysis of computing systems. For some of the main parts of the mold design also carried out a detailed analysis, such as mold die, punch and so on. Finally, the overall design of the mold analysis, detailing the mold assembly drawings and principle.
In the mold design process, mainly used in a number of design software, such as the use of UG to draw three-dimensional map of the part of the mold, the mold using CAD design two-dimensional map. Period also used a variety of information on mold design and manufacture of professional books. Freehand drawings used during the drawing board, and some drawing tools.
The graduation project in strict accordance with auto cover general steps progressive die design analysis and ideas, and then determine the general flow of the entire design. Before doing graduate design a series of preparatory work, familiar with the properties of the workpiece, the workpiece process performance analysis and size, and then analyzed a variety of computing power, the center of pressure, the final design of each station punch , die, some components such as the stripper plate and guide pins are also made a brief introduction, and finally make an overall design analysis, complete graduation design.
Because of the complex structure of progressive die design requirements are relatively high precision, design difficulty is quite large, and limited their ability to design, so some data may be wrong or unreasonable in some places still need to improve, hope forgive me.
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Keywords: drawing; Progressive Die; punching; bending; cut; mold profil

1 绪 论
1.1模具的概述
模具是一个专业性较强的词，生活中如果没有接触本专业的知识的人或许就会觉得这是个新出现的词语，也不知道这是干什么用的，对这个东西没有一点概念。但事实上，在我们日常生产生活中处处都与模具有着千丝万缕的联系。举个列子来说，就比如我们每天都要做的事，那就是吃饭，也许很多人不知道，我们每天吃饭用的盆和勺子很多都是用模具制造出来的，引用文献[1]；还有我们所乘坐的汽车，汽车的整个车身，车身可以分解为成千上百个零部件，这些零部件基本上的都是用模具生产制造出来的，还有很多很多我们日常可以接触到的东西很多都是用模具生产出来的。
模具使我们的生活水平大大的提升，让我们的生活成本极大的减小。因为有了模具，生产效率极大的提高了，产品的产量也就跟上了，生产成本也就大大降低了。这样生活质量就跟上了，生活水平也就达到了预期的要求。那么模具到底是一个怎样神奇的东西呢？下面我们来深入的认识模具这个神奇的东西。
模具是指利用自身的特定形状，将材料成型为具有一定形状和尺寸制品的专业工具，引用文献[2]。将你需要的工件的形状尺寸进行分析计算，然后通过各种途径设计出相应形状尺寸的模具，通过模具再次生产出需要的工件，这就是模具。
1.2模具的分类和选用
在工业生产中，模具用途广泛，种类繁多，如冲压模、塑胶模、压铸模、压缩模、吹塑吸塑模、挤出模具、半导体模具、玻璃钢模具等。
下面我们对其进行简单的分类，引用文献[1]，按模具完成工序数量分类，可分为单工序模、多工序模、复合模；按行业分类，可分为汽车模具、航空模具等；按加工所用的材质性质分类，如金属制品所用模具、非金属制品所用模具等。然而这些分类方法，并不能全面反映各种模具的结构和成形加工工艺特点以及它们的功能，为此根据其加工成型的工艺性质和使用对象进行综合的分类，可将其大致分为冲压模具、塑料成型模具、锻造模具、锻造成型模具、粉末冶金模具、橡胶模具、拉丝模具、无极材料成型模具等。
因此按不同的标准进行分类，可将模具分为不同的种类。我们知道社会在不断的进步，生产率也在不断的挺高，生产产品的途径也会越来越多，因此在未来可能出现各种各样的模具，可能生产各种闻所未闻的东西，也许会 出现不同种类的模具，到那时又会有各种不同的分类了。
对模具的类别进行分类完成，根据工件的需要必须选个适合的模具进行设计制造。因为对设计前做了一些相应的准备工作，所以对产品有所了解。要制造的产品是金属制品，形状相对较复杂，制造精度相对较高，且其中有多个工序，如冲裁；拉深；折弯等。综合以上对工件的分析，所以我们选用多工位级进模进行设计分析。
1.3 级进模的定义、特点
级进模定义：在压力机一次行程中，在模具不同部位上完成两道或两道以上的冲压工序的冲模。引用文献[2]。这样在一副模具上就可以完成多个工序，一般有冲孔，落料，折弯，切边，拉伸等等。
级进模的特点：级进模是多任务序冲模，在一副模具内，可以包括冲裁、弯曲成型和拉伸等多种多道工序，具有很高的生产率；级进模操作安全；易于自动化；可以采用高速冲床生产；可以减少冲床，场地面积，减少半成品的运输和仓库占用。
1.4 级进模发展趋势
随着时代的发展，人们更加注重生活的质量，对生活的优越性要求越来越高，反观当今社会科技的发展，各种多功能机械，各种复杂多样的产品不断涌现，人们正需要这些高效而实用的产品来充实自己的生活。那么这些产品的生产就涉及到了级进模的发展。
我们知道级进模是一种能生产比较复杂产品的模具，很多复杂工艺的工件生产都需要级进模来完成，同时级进模生产的零件精度要求也相对较高，如电子产品、汽车零部件等很多奇形怪状而精度要求又比较高的零件都是应用级进模来完成的。
随着经济的高速发展，我们国家在科技方面的发展也是飞速的，在工业生产上更加与国际接轨。目前国内应用二维和三维设计的企业达到了新的高度，所以在一些软件上的运用，如CDA、UG、SolidWorks等的运用也会越来越普遍。所以对于教学一些设计软件也是有极大的发展潜能。
对于未来的未知世界，可能会出现的各种还不知名的产品，一些极具特殊形状的零件，而需要运用级进模来生产可能性极大，所以级进模的发展是一个有巨大潜力的超级力量。

2 制件工艺性分析及方案的确定
工件的工艺性[3]，是指该工件在各个工序生产中的制造难易程度即为工件的工艺性。该工件涉及到的工序，如在冲裁、拉深和折弯，这些阶段工艺的适应性是否良好；工件的外形结构、尺寸大小、尺寸偏差、形位公差等是否符合相应工艺的要求；工件的工艺性对冲裁工件的质量、材料利用率、生产率、模具制造难易、模具寿命、操作方式及冲压设备的选用等是否都有很大的影响，这些都涉及到了工艺性的优与劣。综合以往的例子分析，一般对工件工艺性影响最大是几何形状、尺寸大小和精度要求。对工件的工艺性分析必须要到位，良好的工件工艺性能够做到用料最省、工序最少、质量最优、模具加工最易、操作简单且同时还能保证模具寿命较长等要求。最终达到成本降低，效率最高。
2.1工件尺寸

图 2.1 工件平面展开
图

图2.2 完整工件图
该工件为汽车覆盖件中的外壳支架，主要起到连接和支撑作用，如图2.1为工件的基本尺寸图，就是工件的平面展开图，是在工件还没有拉深和折弯的外形尺寸图。图2.2为工件拉深和折弯后的完整的工件图。该模具能同时生产两个工件，两个工件除了中间方孔不一样，别的外形尺寸都一样，如图2.3工件三维图A、B所示。

A B
图2-3 零件三维图
2.1.1工件的基本尺寸数据
制件适用于大批量生产。
外形尺寸：
长度：160mm 宽度：125mm 厚度为2.5mm
三角形搭边：
长度：76mm 宽度：15.7mm
中间搭边：
长度：125mm 宽度：10mm
四个圆角部分：
半径：15mm
折弯处：
U形折弯圆角半径：52mm 角度： 106°
拉深部位：
拉深深度一：16mm 深度二：13mm
2.2 工件材料的分析
该汽车支架所用的材料为10号钢，牌号：10钢 执行标准：GB/T699-1999，查文献[4]。10号钢的塑性和韧性都是相对比较好的，在一些极端性加工方面，冷热加工都比较容易，正火后的切屑加工等性能比较好，一般不会有回火脆性，但10号钢材的淬透性和淬硬性相对比较差。制造要求受力不大、韧性高的零件，正好适合汽车覆盖件的制造，即适合汽车外壳支架的生产。查文献[6]，10号的具体材料性质如表2.1所示。
表 2.1 10号钢的材料性质
材料组成元素
碳、硅、锰、镍、铜、磷、硫等组成
材料伸长率

抗拉强度值

屈服强度

截面收缩率

硬度（没有热处理）

对工件的分析设计时，对制件的形状要求是制件尽可能做到简单，避免奇形怪状和各种弯曲曲线；可以对称的情况尽量使制件对称；在许可的情况下，在材料利用率方面，尽量把冲裁件设计成少、无废料排样，以减少不必要的浪费。对于工件冲孔的矩形孔处，矩形孔的角部位尽量采用圆弧连接，这样可以减少对模具的损伤，同时也增加了工件自身的精度。
工件的特殊部位，如工件的弯曲连接处，各种拉深曲线的凸缘面等，也是同样的尽量避免锐角，严禁尖角如图2-4；除在少、无废料排样或采用镶拼模结构时，都应该有适当的圆角相连，这样利于模具制造和提高模具寿命。前面对工件尺寸的分析设计得出，该制件基本都是采用的圆角或是圆弧连接，基本在直线连接的地方不出现直角。所以这样的设计可以大大的提高模具的使用寿命，同时也能使工件的精度提高一个档次。

图2-4制件角度及圆角
2.3制件冲裁要求下的尺寸精度和表面粗糙度
表2.2 制件孔中心距公差 （mm）

材料厚度t
普通冲孔公差
高级冲孔公差
孔距中心尺寸
≤50
50~150
150~300
≤50
50~150
150~300
≤1
±0.1
±0.15
±0.2
±0.03
±0.05
±0.08
1~2
±0.12
±0.2
±0.3
±0.04
±0.06
±0.1
2~4
±0.15
±0.25
±0.35
±0.06
±0.08
±0.12
4~6
±0.2
±0.3
±0.40
±0.08
±0.10
±0.15
上表引自文献[9]。对工件冲裁阶段的精度要求，首先要分析其使用的精度要求，就是必须要达到什么精度才可以满足生产商的要求，根据生产商的要求后确定经济精度的范围，对于一般的普通冲裁件，要求其经济精度不高于IT11级，冲孔比一般比落料高一级。查文献[5]：材料厚度是2.5mm，孔的中心距是50～150之间，有表2.2 可知，普通孔的公差为±0.25。高级孔的公差是±0.08。
2.4制件方案的确定
制件工艺方案的确定就是制件工艺路线的确定及设计，其主要内容包括确定模具的工位数、工序的组合和工序的顺序等，在分析的过程中确定相应可能的工艺方案，再根据工件的生产批量大小、几何形状、外形尺寸等多方面因素，综合全面的考虑、分析，选取一个比较合理的方案，引用文献[8]。
制件工序按可分为单工序制造、复合制造和级进制造。下面我们分析下对于该制件应该选用哪个。
复合模的复合工序是只压力机只用一次行程就可以在同一位置，完成两个或两个以上的工序；级进模的级进工序是把一个工件的几个工序，排列成我们设计好的顺序，组成级进模，在压力机的一次行程中，在模具的每个工位上同时完成两个或两个以上的工序。由上面我们对尺寸及外形的分析，制件相对复杂，工序比较繁琐，所以采用多工位级进模生产。该工件包括冲孔、切边、拉深、折弯四个基本工序，可以有以下两种工艺方案比较符合实际的零件制造：
方案一：先冲导正孔、再切边、再拉深、再折弯、最后冲矩形孔。
方案二：先冲导正孔、再拉深、再切边、再折弯、最后冲矩形孔。
方案三：先冲导正孔、再冲矩形孔、再切边、再拉深、最后折弯。
对比三个方案，方案一虽然比较简单，看似可行，但是先切边的话，会导致后面的拉深出现受力不均，从而使得拉深失败或是拉深会产生巨大的变形，所以方案一不可行。方案三把冲裁的一系列步骤都先完成了，这样就会导致在送料的过程中定位销定位不准确，因此方案三也不可行。最佳方案应该选择方案二，方案二是把导正孔冲完，然后接着拉深，这样就可以使拉深受力均匀达到比较高的精度，然后切边，先切边边的话，后面的折弯就可以避免用的力过大，这样的方案就能顺利的完成制件的生产过程。
。

3 排样图的设计及材料利用率的计算
排样在模具设计过程中是一项极其重要的任务，尤其是在多工位级进模的设计过程中，多工位级进模一般包括两个及两个以上的工序，现代工业上最多已经能达到70多个工序，所以排样图是否优化，其关乎到材料的利用率、模具制造难易程度、制件的精度及模具的使用寿命等因素，而这些指标也恰恰是生产产家所关心的。下面我们介绍结构废料和工艺废料及多工位级进模排样的类型。
如图3.1所示，位置3就是结构废料，结构废料是制件轮廓要求要产生的废料，如位置3即冲孔时，在毛坯上冲孔而产生不需要的落料。工艺废料就是在排样时，工件之
图3.1 废料类型
间及工件与条料的边缘存在着搭边，由于各种需要如定位需要等切去的料边，如位置1和位置2所示，都为工艺废料，它们决定了模具的排样方式及冲压方式等。
多工位级进模的排样类型大致可以分为5种类型。通常我们根据其有无搭边和搭边的不同将其分为：无搭边排样、边料搭边排样、单边搭边排样、双边搭边排样和中间搭边排样[2]。
根据我们对第二章制件工艺外形及尺寸的分析，我确定采用中间搭边排样的方法，如图3.2所示，

图3.2 料带图
有前面章节的分析，可得出3.2排样图的设计，该排样设计是一出二结构，可以使材料的利用率和工作的效率大大提高。下面我根据料带图来分析排样的设计。
3.1排样的设计
为了得到要求的制件，并且能够使制件达到要求的精度等，我们将模具的工位数定于13个，并且采用少搭边，中间载体排样的方式。
3.1.1 工序的分析
将模具的第一和第二个工位定为冲孔，如图3.3所示，即导正孔。孔1为冲工艺导

图 3.3 工位一、工位二
正孔，孔2、3为导正销对带料导正。由于多工位级进模的每一道工序都紧密结合，对接下来的每一道工序都能正常运行起到至关重要的作用，对于精确的定位及每一道工位的传输来说是相当重要的，所以模具的第一第二工位安排为冲孔。模具的第三道工位为“压边”对接下来的拉深起预拉的作用，如图3.4所示。

图 3.4 工位图三、四、五、六
第四道工位为拉深，如图3.4工位4所示，使制件达到相应的形状和尺寸，制造出要求的制件出来。第五道工位为成型，如图工位5所示，即对前面一个拉深工位进一步整形，使其形状达到要求的精度。第六道工位为空位，其目的是为了让凹模镶块、固定板和卸料板的强度提高，且能保证各个部件之间不发生干涉，而设定了空工位。，如图工位6所示，将制件侧边的多余料切除，得到要求的制件形状，以及为接下来的翻边做准备，是翻边达到更高的精度。第七道工位为切边如图3.5所示，第八道工位为成型工位，

图 3.5 工位七、八、九、十
图示工位8。工位9为折弯和拉深工位，两个同步进行，工位10为空工位。工位11位冲矩形方孔工位，按零件要求进行冲孔设计，如图所示3.6，工12为切边，工位13为切断。

图 3.6 工位十一、十二、十三
3.2排样的选取
根据我们对工位的分析，我们可以准确的选取排样的方式及搭边。一般排样包括无搭边、少搭边和有搭边三种类型，所谓搭边就是相邻工件之间的余量和条料边缘之间的余量。选取排样方式时，我们要根据制件工艺类型，尺寸要求和最重要的材料的利用率来进行参考。下面我们介绍这三种搭边排样。
搭边排样：沿工件的全部外形冲裁，工件与工件之间，工件与条料侧边之间都有工艺余料（搭边）存在，冲裁后搭边成为废料，如图3.7a所示。
少搭边排样：沿工件的部分外形轮廓切断或冲裁，只在工件之间或是工件与条料侧边之间有搭边存在，如图3.7b所示。
无搭边排样：工件与工件之间。工件与条料侧边之间均无搭边存在，条料沿直线或曲线切断而得工件。如图3.7c所示。

有搭边的排样法材料利用率较低，但制件的质量和冲模寿命较高，常用于工件形状复杂、尺寸精度要求较高的排样。而经过我们对前面工位的分析我们采用图3.7b类型，少搭边排样对

图 3.8 排样图
其进行排样，如图3.8所示。应用少搭边，一出二使其受力均匀，让制件的精度更高。达到需要的要求。
3.3 搭边值的确定和材料利用率的计算
材料的利用率是生产过程中的一个很重要的指标，像一般的冲压件大批量的生产成本中，毛坯的材料费用能占到60%以上，甚至更多。对于材料的利用率计算我们要明确一个名词那就是”搭边值”，搭边值就是制件在排样过程中的搭边量。搭边值的选取是材料利用率的主要因素，搭边值过大，材料利用率就降低了，但是制件的质量就相对更高，搭边值过小或是不搭边，那么材料利用率虽然高，但过小搭边值就不能形成出要求的制件。而且搭边的位置选择也是相当重要的，这关系到受力的均匀程度。所以搭边及搭边值得确定相当重要。
搭边值一般由经验确定，根据工件宽和材料厚度，查文献[10]表2.13，条料的毛坯尺寸如图3.10，条料步距按下式计算

图 3.10毛坯图

步距就是指条料在制造的过程中在模具中被送进的距离，每一个步距可以冲出一个零件有些可以冲出好几个零件，步距的计算公式[2]如下
（3-1）
式中 D——平行于送料方向工件的宽度；
a——冲件之间的搭边值。
由于该模具是由中间搭边排样，是由中心孔定位销定位，如图3-11所示，

图 3.11 步距展开图
根据公式可以算出步距值：a=0，D=125mm，所以得：B=125mm

图3.12 工件平面展开图
如图3.12所示由展开图，我们可以计算出搭边值和结构废料的值。
解搭边值如下：
搭边值有六部分组成
搭边值面积=面积1+面积2+面积3+面积4
中间搭边面积：S1=10×125=1250
侧边结构废料：S2=（15.7×76）÷2=596.6
S3=15×15.7=235.5

导料孔：S5=(πr^2)/2=3.14×4×4 ÷2=25.12
S6=4×2=8
结构废料中心孔（两个方孔面积）：
S7=15.2×18.3=278.16或是S7=9.2×18.3=168.36
S总搭边=S1+S2+S3+S4+S5+S6+S7
=1250+596.6+235.3+706.5+25.12+8+278.16=3099.68
或是
S总搭边=S1+S2+S3+S4+S5+S6+S7
=1250+596.6+235.3+706.5+25.12+8+168.36=2989.88
3.3.1材料利用率的计算
一个步距的材料利用率h为
h= A/Bh×100% (3-2)
上式引自文献[2]式2-16.
式中 A——制件的总面积（）；
H——条料宽度（）；
B——进距（）；
工件的面积S=S毛坯-S废料
毛坯面积S=170×125=21250
废料面积S=3099.68或是S=2989.88
工件面积S=18150.32或S=18215.12
进距B=125 条料宽度H=170
所以根据公式求出材料利用率为:
h= A/Bh×100% =18150.23/21250×100%=85.4%
或是
h= A/Bh×100% =18215.12/21250×100%=85.7%

4 冲裁和拉深工艺力的计算
4.1冲裁变形阶段的分析
当冲裁时，料板在凸凹模之间，被图凹模冲压使料板产生分离，形成相应的形状。期间它的变形阶段必定经过三个阶段，为弹性变形阶段、塑性变形阶段和断裂阶段[7]。
4.1.1 弹性变形阶段
弹性变形阶段就是在模具压力的作用下，料板受到压力产生弹性压缩和弯曲变形等，料板的内应力达到了弹性极限，料板有被略微被压入凹模之内，如图4.1 a所示。

图 4.1 冲裁变形过程
4.1.2 塑性变形阶段
塑性变形阶段是指料板达到最大弹性极限开始而产生的变形，即料板的内应力已经达到了屈服极限时，同时料板产生弯曲和拉深变形，直到料板达到最大塑性变形阶段即塑性变形结束，如图4.1 b所示。
4.1.3 断裂阶段
断裂阶段指板材被凸模压入凹模产生塑性变形后即达到塑性屈服极限后产生的一系列变化。此时应力达到剪切强度极限并出现裂纹，其不断的像金属板材内扩张，使板料产生分离，如图4.1 c所示。
图为4.2为冲裁力三个变形阶段的力学分析{7}

冲裁力
f/N

d
c
b
a
深度h/mm

图 4.2 冲裁力分析图

其中a到b为弹性变形阶段，b到c为塑性变形阶段，c到d为断裂阶段。
4.2 冲裁件的工艺性分析
冲裁件的工艺性是指在冲裁阶段，零件对工艺的适应性，也可以说是对工件的加工的难易程度，对生产的适应性，良好的工艺性对零件的质量、精度及材料的利用率都有很大的提升。
根据前面第三章对模具排样及工位的设计分析，可以确定冲裁工位有哪些。如图4-2所示，其中工位1、工位2为冲孔，工位6为切边，工位13为切断。所以冲裁的分析我

图4.2 工位图
们分析这4个工位。
工位1孔为圆孔，圆孔的冲制可根据表4.1（引用文献模具设计制造表2-1）所示的规定，设计其要求最小孔径。

表4.1 带护套式凸模冲孔的最小尺寸 （mm）
材料
圆孔D
矩形孔（a短边）
硬钢
D≥0.5t
a≥0.4t
黄铜、软钢
D≥0.35t
a≥0.3t
紫铜、铝、锌
D≥0.3t
a≥0.28t
布胶板、纸板
D≥0.3t
a≥0.25t
（注：t为板材的厚度）
由第二章可知厚度t为2.5mm，板材材料采用的是10号钢孔1设计的为圆孔所以我们可以求得最小孔径应为
D：0.35×2.5=0.875mm
a=0.3×2.5=0.75mm
根据模具导正销的国标要求，所以我们选择D为8.1mm，及a边的设计如图4-3所示
图 4-3 孔径的设计尺寸
4.3 冲裁力的计算
冲裁件力的计算大致有冲裁力的计算、卸料力的计算、推件力的计算、顶件力的计算。
冲裁力的大小和材料的力学性能、材料的厚度和冲裁件要分离的外形轮廓和尺寸长度等参数有关。冲裁力的计算也是模具设计中一项不可或缺的重要参数，在压力机的选择上面也起到不可替代的参考作用。
冲裁力就是指在冲压时，材料对凸模的最大抵抗力，平刃冲模时，冲裁力F（N）：
（4-1）
（4-2）
上式引自文献[2]式（2-10）。
式中 L——冲裁件周边长度（mm）；
t——材料厚度（mm）；
τ——材料抗剪强度（MPa）；
K——系数，考虑到模具使用过程中模具刃口的磨损，材料力学性能的变化及材料厚度偏差等因素，一般取系数K=1.3。
工位一的计算：
查表我们得到10号钢的σb=350 MPa，厚度为t=2.5，σb=0.8τ，
所以τ=437.5 MPa
工位一的计算：
L1=3.14×8.1=25.434mm
即 根据
=1.3×25.434×2.5×437.5=36.1KN
工位二的计算：
L2=2×2+3.14×8=29.12mm σb、τ取值一样，可得：

=1.3×29.12×2.5×437.5=41.4KN
工位七的计算：
L3=77.6+15.7+76=169.1mm，
所以
=1.3×93.1×2.5×437.5=240.4KN
工位十一的计算：
L4=（9.2+19.2）×2+3.14×2×0.5=59.94mm
所以
=1.3×59.94×2.5×437.5=85.3KN
工位十二的计算：
L5=10+125×2-29.12=230.88mm
所以
=1.3×230.88×2.5×437.5=328.3KN
总冲裁力F=36.1+41.4+240.4+85.3+328.3
=731.5KN

4．4 拉深力的计算
经过我们对前面工位