排气管支架冲床切断模具设计
排气管支架冲床切断模具设计[20191208102853]
摘要
随着汽车工业的发展及生活水平的提高，汽车保有量越来越大，也促进了汽车零部件的生产。汽车零部件的需求量越来越大。为了提高生产效率、降低成本，必须对生产工艺进行优化。排气管支架作为排气管安装的必要零件，其用量较大。其生产工艺的确定显得非常重要。
本设计针对通用汽车的一种排气管支架进行了分析设计。首先对该支架的生产工艺进行了分析，提出了新的工艺方案。然后本设计主要针对该工艺的第一道工序“切断”进行了设计。根据零件的特点，确定了该模具的基本结构，并确定了压力机的型号，同时对模具的结构参数、材料进行了确定。
关键字:排气管支架生产效率模具
目录
1.引言 1
2.零件说明及工艺性分析 2
2.1零件工艺性分析 2
2.2切断模具的初步确定 4
3.主要工艺设计计算 5
3.1压力中心的确定 6
3.2冲压力的计算 6
3.3初选压力机 7
4.模具中各零件设计 8
4.1模架的选择 8
4.2确定送料口尺寸 8
4.3滑动芯棒与固定芯棒尺寸确定 9
4.4上模切刀的设计 10
4.5送料口安装底座 10
4.6固定芯棒安装底座及定位块设计 11
4.7卸料装置的设计 12
4.8模柄的选用 14
5.主要尺寸的校核 14
5.1确定模具高度 14
5.2校核冲压设备基本参数 15
5.3校核模架安装尺寸 15
6.模具工作零件的加工工艺 15
7.模具装配 16
7.1模具总装图 17
7.2模具的装配过程 17
7.3模具的工作过程 18
总结 19
参考文献 20
致谢 22
1.引言
模具是工业产品生产中常见的工艺装备，它以其自身的特殊形状通过一定的方式使原材料成形（成型）。现代产品生产中，模具由于其加工效率高、互换性好、节约原材料等特点，应用越来越广泛。模具工业已成为工业发展的基础，而模具技术已成为衡量一个国家工业生产水平的重要标志之一。目前我国的模具技术水平与国际先进水平相比仍有较大差距。降低成本，缩短制造周期，提高经济效益，是摆在模具行业面前的重大任务。
汽车模具顾名思义是应用在汽车领域的模具，被誉为“汽车工业之母”，汽车生产中90%以上的零部件的成形需要依靠模具。汽车车身模具尤其是大中型覆盖件模具，是车身制造技术的重要组成部分，也是形成汽车自主开发能力的一个关键环节。汽车模具产品包括汽车覆盖件模具、轮胎模具、汽车保险杆模具、车灯模具、汽车仪表板模具等。
在美国、德国、日本等汽车制造业先进国家，模具产业中有超过40%的产品是汽车模具，而在我国仅有1/3左右的模具产品是为汽车制造业服务。在这占模具总量三分之一的汽车模具中，冲压模具要占到一半左右，由此可见汽车冲压模具在模具行业和汽车工业中的重要地位。目前，我国的汽车产业发展态势良好，我国汽车销售量正以每年26%的速度增长，而汽车零部件的规模比整车还大，这些零部件90%都靠模具生产，这就有利的推动了我国的汽车模具产业的发展。
结合本专业，将本次毕业设计的内容定为汽车排气管支架切断模具的设计。汽车排气管支架有很多结构，本课题所研究的支架在美国通用汽车某几款车型上使用，产品结构不复杂，但由于通用汽车的产量较大，而且在国外，该支架在使用过程中即使没有损坏，在汽车保养时，每三年必须更换，所以产品数量很大，根据合作企业的资料，目前该产品年需求量达到1000万件。目前普通的汽车排气管支架的生产工艺如下：板材→落料→冲压→冲压（折弯）→冲压→焊接，生产工序较多，需要投入大量的人力，生产效率太低，满足不了巨大的需求。现在改进其生产工艺如下：板材→焊接→切断，本课题的目的就是设计这样一副简单、安全、高效的切断模，使工件能达到合作企业的要求。
模具在工业生产中具有不可或缺的作用，在汽车产业更是占有极其重要的地位，这次切断模具的设计使我更好地了解了汽车零件的生产以及模具的使用，也必定会为我毕业后的工作与生活起到非常重要的作用。
2.零件说明及工艺性分析
2.1零件工艺性分析
该排气管支架的形状及尺寸见图2-1，材料是Q195，根据图纸要求，该支架的最小公差要求为±0.4，产品的要求不高，一般的加工都可以实现。目前该产品的生产工艺如下：板材→落料→冲压→冲压（折弯）→冲压→焊接→去毛刺→整形→喷砂→涂粘接剂→包胶。生产过程中从落料到整形（除去焊接、去毛刺）都在冲床上完成。产品的生产工序较多，需要投入大量的人力。目前该企业有四条生产线，每条生产线从落料到整形需要7人，每天满负荷工作（需要加班），每条生产线能够生产7000件。由于每年的节假日、员工请假等等，年产量最多800万左右。企业目前产能完全无法满足客户需求。企业希望在不增加生产线的前提下，通过改变生产工艺，提高效率，满足订单需求。
该产品要求：1、表面无毛刺；2、拉力试验中，焊缝不能断裂。通过对企业目前生产工艺的研究，该产品的生产过程从落料到整形基本都是在冲床上完成，每道工序都需要安排一名工人，结合目前的自动生产线，该过程应该可以整合。另外，通过企业的介绍，整个生产过程中，焊接的速度比较慢。目前该企业的焊接速度已经做到很好了。在焊接夹具上，该企业采用了一根长的铜棒，一次装50只产品，然后由工人将焊接位置对齐，工人一次操作可以焊接50只产品，不过焊接过程中存在焊接位置不是很准，导致拉力试验时，焊缝断裂，这是客户不容许发生的。按目前的工艺，产品会有10%左右的不合格率，客户希望降低这个不合格率。另外，焊好以后，需要将产品分开，由于采用了氩弧焊，产品连在一起，分开后会有毛刺，增加了一道去毛刺工序。考虑到上述情况，如果能够避免焊接和去毛刺，同时又能够缩减前面的冲压工序，如果原材料采用高频焊管，然后切割成图纸要求的长度，这样就可以满足上述要求了。
通过实际分析，钢管企业在生产钢管时，为了方便运输，一般切割时长度都在4～6米，也可以定尺寸。该产品的尺寸要求钢管企业可以达到，但是在钢管切割时，也就是钢管的两端是要发生变形的，每端都有大约30cm长度是不符合产品尺寸要求的，这样就造成了浪费。另外，我们也分析了切割方法，目前钢管的切割方法有很多，但该产品侧面是椭圆形的，椭圆钢管的切割就少了很多。我们考虑了下面一些切割方法：1、线切割 这种方法损耗少，但是效率低，一天最多切400到500只，所以不能采用。2、切管机 一台切管机一天大约可以切4000到5000只，目前有数控切管机，可以一人多机，一台数控切管机一天大约可以切6000到7000只， 数控切管机每台价格在5万元以上，前期投入较大，另外，锯片的锋利直接影响切割效率，锯片的价格每片在400元左右，切割时锯片损耗严重，基本锯片每天都需要磨。最关键的是切割过程中材料损耗严重，锯片的厚度在3毫米，产品的长度在23毫米，也就是每生产一个产品至少损耗11.54%，每只产品重量在70克，损耗材料在9.2克，按钢管的价格5000元/吨，每只产品增加了0.046元的成本，按全年产量，就损失了46万元。考虑到经济因素，这一方法也不可取。其他的切割方法，比如激光切割、等离子切割等等，成本更高，也不可取。
通过分析最终决定采用高频焊管切割的方案，关键在于如何切割。通过研究分析，钢管应该也可以采用冲床进行切断。首先冲床切断基本无损耗，这样可以降低成本；其次冲床的生产效率高，一般工人手动送料，一天可以生产14000只左右。如果是自动控制，冲床每分钟可以切断达几十次，一天可以生产几万只。按照企业原先的生产工艺，从落料到整形，每条生产线最多只需要两名员工（考虑到切断过程的变形，可能后续需要增加一道整形工序），可以减少4名员工。另外生产效率也提高了接近一倍。企业可以减少20名员工。不过冲床切断模具的设计就很关键了。
图2-1 零件生产图
2.2切断模具的初步确定
通过对零件分析，要求钢管在切断后长度在23±0.5，该精度冲床是完全可以保证的。但是钢管是空心结构，在冲切是钢管会产生凹陷变形，且变形量很大，无法保证后续的整形工艺正常进行。为了控制零件在切断后不变形或变形量较小，在零件内应该有一个芯棒，以保持零件切断后不发生较大的变形。如图2-2。
图2-2 固定芯棒示意图
虽然零件形状得到了保证，但靠近切断部分也会产生凹陷变形，影响了后续生产的进行，故在钢管内还需要放入一活动芯棒，该芯棒能够在钢管内自由滑动。如图2-3。
图2-3 浮动芯棒示意图
该切断模具初步构想如图2-4所示。该模具由两套刃口组成。装在上模座的切刀和装在钢管内的浮动芯棒组成上刃口；装在上模座的固定芯棒和装在下模座的送料口组成下刃口。当钢管从送料口进入到限定位置以后，上下两副刃口同时剪切，然后由卸料机构将工件从固定芯棒上卸下。
图2-4 切断模示意图
3.主要工艺设计计算
3.1压力中心的确定
压力中心的确定：
模具压力中心是指冲压时各个冲压部分冲压力合力的作用点。为了确保压力机和模具正常工作，应使冲模的压力中心与压力机滑块的中心相重合。对于带有模柄的冲压模，压力中心应通过模柄的轴心线。否则会使冲模和压力机滑块产生偏心载荷，使滑块和导轨之间产生过大的磨损，模具导向零件加速磨损，降低模具和压力机的使用寿命。
冲模的压力中心，可按下述原则来确定：
①对称形状的单个冲裁件，冲模的压力中心就是冲裁件的几何中心。冲裁直线段时，其压力中心位于直线段的中点。
②工件形状相同且分布位置对称时，冲模的压力中心与零件的对称中心相重合。
③冲裁形状复杂的零件或多凸模的零件时，其压力中心可以通过解析计算法求出。
该支架零件切断时，冲裁力作用在其上下对称的两条边上，所以冲模压力中心就是该边的中点。
3.2冲压力的计算
计算冲裁力的目的在于合理的选用压力机和设计模具。
冲裁力是指冲裁过程中的最大剪切抵抗力。它是随着凸模切入材料的深度而变化的，当材料达到了剪切强度时，便产生裂纹且材料相互分离，此时的冲裁力最大值。选择压力机就是按冲裁力最大力计算。
该零件的切断可以概括为三个阶段。第一阶段零件上下两平行平面与刀具发生接触；第二阶段是刀具切到零件圆角处时，剪切力大小会发生改变；第三阶段是发生在零件两端很小的一段距离内，此时刀具对零件不再产生剪切作用，而是产生一个拉伸力将零件拉断。
为了简化计算，将一、二两个阶段的剪切近似地看成是对一根长度为107mm的矩形板料的剪切。计算第一、二阶段的剪切力：P切=KBδτ 查表得Q195的抗剪强度τ是260～320MPa，为了确保安全性，在这里取最大值τ=320MPa。B是板料宽度，B=107mm。δ是板料的厚度，δ=1.5mm。K是系数，考虑到刃口变钝、剪刃间隙大小的变化、材料厚度和性能的波动等因素使剪切力增加，一般取K=1.3。 P切=1.3×107×1.5×320=66.768(KN)。由于钢管是在上下两个面同时切断的，所以切断力还应乘以二。P切=66.768×2=133.54（KN）。在第三阶段，零件两端大约各有5mm的距离是被拉断的，查表得Q195材料的抗拉强度是315～430MPa，伸长率为33%。P拉=KSτ。P拉=1.33×23×1.5×430×2=39.46（KN）
计算总冲压力P0: P0=P切＋P拉
P0=133.54+39.46=173（KN）
3.3初选压力机
压力机的选择要依据冲压件的生产批量、工艺方法与性质及冲压件的尺寸、形状、精度等要求来进行。该零件不大，精度要求一般，要求大批量生产，生产效率要高，综合考虑可选用开式机械压力机。从提高设备的工作刚度、冲压件的精度及延长设备的寿命出发，要求设备容量有较大剩余。最新的观点是使设备留有30%～40%的余量，所以压力机吨位最好不小于247KN。同时要求压力机的装模高度必须大于所估算出的模具总高度306.43mm。在这里我初步选择250KN的开式可傾压力机，其参数见表3-5。
表3-4 25t开式可傾压力机参数表
项目 单位 值
公称压力 kN 250
公称力行程 mm 6
滑块行程 mm 80
滑块行程次数 次/分钟 100
最大装模高度 mm 250
装模高度调节量 mm 70
滑块中心到床身距离 mm 190
立柱间距 mm 260
工作台尺寸 mm 560×360
工作台孔尺寸 mm φ180
模柄孔尺寸 mm Φ50×70
工作台板厚度 mm 70
倾斜角 30°
4.模具中各零件设计
4.1模架的选择
上面已经提到由于该支架需要大批量生产，所以选择受力平衡且导向精度高适合大批量生产的四导柱模架，以此保证模具的使用寿命以及产品的质量。因为该切断模不存在凹模，所以不采用标准模架。拟采用下模座规格400×300×40，上模座规格350×300×30，模座材料采用45钢，需调质处理。导柱采用直径25mm,公差带h5,长度300mm的A型导柱。材料采用20Cr,需要淬火处理。
4.2确定送料口尺寸
送料口既是送料部位同时也是切刀的一部分，其尺寸及材料选择非常关键，因为如果尺寸偏小，就不方便送料，影响工人的正常生产，影响生产效率。但尺寸偏小对保证工件的形状和尺寸有利。如果尺寸偏大，则送料比较轻松，但会导致剪切时工件变形大。所以在尺寸确定时充分考虑了工件的公差要求。
根据图纸要求，零件宽度为107.53±0.4mm，高度为43.23±0.4mm。另外根据钢管厂的生产情况，钢管的尺寸可以控制在±0.3 mm的公差范围，但在生产过程中，钢管需要按一定长度切断，切口部分会发生变形，一般是宽度变小，高度变大，变形量最大可接近1.5mm。切口部分周长基本不变。另外根据产品要求，在定原材料时，钢管外形尺寸是要走下公差的，即宽度为107.13±0.3mm，高度为42.83±0.3mm。另外根据模具的工作原理，在切断时，切刀相对活动芯棒和送料口向下运动，所以送料口的高度对零件的影响不大，其主要作用是对钢管的一个限制作用。
摘要
随着汽车工业的发展及生活水平的提高，汽车保有量越来越大，也促进了汽车零部件的生产。汽车零部件的需求量越来越大。为了提高生产效率、降低成本，必须对生产工艺进行优化。排气管支架作为排气管安装的必要零件，其用量较大。其生产工艺的确定显得非常重要。
本设计针对通用汽车的一种排气管支架进行了分析设计。首先对该支架的生产工艺进行了分析，提出了新的工艺方案。然后本设计主要针对该工艺的第一道工序“切断”进行了设计。根据零件的特点，确定了该模具的基本结构，并确定了压力机的型号，同时对模具的结构参数、材料进行了确定。
关键字:排气管支架生产效率模具
目录
1.引言 1
2.零件说明及工艺性分析 2
2.1零件工艺性分析 2
2.2切断模具的初步确定 4
3.主要工艺设计计算 5
3.1压力中心的确定 6
3.2冲压力的计算 6
3.3初选压力机 7
4.模具中各零件设计 8
4.1模架的选择 8
4.2确定送料口尺寸 8
4.3滑动芯棒与固定芯棒尺寸确定 9
4.4上模切刀的设计 10
4.5送料口安装底座 10
4.6固定芯棒安装底座及定位块设计 11
4.7卸料装置的设计 12
4.8模柄的选用 14
5.主要尺寸的校核 14
5.1确定模具高度 14
5.2校核冲压设备基本参数 15
5.3校核模架安装尺寸 15
6.模具工作零件的加工工艺 15
7.模具装配 16
7.1模具总装图 17
7.2模具的装配过程 17
7.3模具的工作过程 18
总结 19
参考文献 20
致谢 22
1.引言
模具是工业产品生产中常见的工艺装备，它以其自身的特殊形状通过一定的方式使原材料成形（成型）。现代产品生产中，模具由于其加工效率高、互换性好、节约原材料等特点，应用越来越广泛。模具工业已成为工业发展的基础，而模具技术已成为衡量一个国家工业生产水平的重要标志之一。目前我国的模具技术水平与国际先进水平相比仍有较大差距。降低成本，缩短制造周期，提高经济效益，是摆在模具行业面前的重大任务。
汽车模具顾名思义是应用在汽车领域的模具，被誉为“汽车工业之母”，汽车生产中90%以上的零部件的成形需要依靠模具。汽车车身模具尤其是大中型覆盖件模具，是车身制造技术的重要组成部分，也是形成汽车自主开发能力的一个关键环节。汽车模具产品包括汽车覆盖件模具、轮胎模具、汽车保险杆模具、车灯模具、汽车仪表板模具等。
在美国、德国、日本等汽车制造业先进国家，模具产业中有超过40%的产品是汽车模具，而在我国仅有1/3左右的模具产品是为汽车制造业服务。在这占模具总量三分之一的汽车模具中，冲压模具要占到一半左右，由此可见汽车冲压模具在模具行业和汽车工业中的重要地位。目前，我国的汽车产业发展态势良好，我国汽车销售量正以每年26%的速度增长，而汽车零部件的规模比整车还大，这些零部件90%都靠模具生产，这就有利的推动了我国的汽车模具产业的发展。
结合本专业，将本次毕业设计的内容定为汽车排气管支架切断模具的设计。汽车排气管支架有很多结构，本课题所研究的支架在美国通用汽车某几款车型上使用，产品结构不复杂，但由于通用汽车的产量较大，而且在国外，该支架在使用过程中即使没有损坏，在汽车保养时，每三年必须更换，所以产品数量很大，根据合作企业的资料，目前该产品年需求量达到1000万件。目前普通的汽车排气管支架的生产工艺如下：板材→落料→冲压→冲压（折弯）→冲压→焊接，生产工序较多，需要投入大量的人力，生产效率太低，满足不了巨大的需求。现在改进其生产工艺如下：板材→焊接→切断，本课题的目的就是设计这样一副简单、安全、高效的切断模，使工件能达到合作企业的要求。
模具在工业生产中具有不可或缺的作用，在汽车产业更是占有极其重要的地位，这次切断模具的设计使我更好地了解了汽车零件的生产以及模具的使用，也必定会为我毕业后的工作与生活起到非常重要的作用。
2.零件说明及工艺性分析
2.1零件工艺性分析
该排气管支架的形状及尺寸见图2-1，材料是Q195，根据图纸要求，该支架的最小公差要求为±0.4，产品的要求不高，一般的加工都可以实现。目前该产品的生产工艺如下：板材→落料→冲压→冲压（折弯）→冲压→焊接→去毛刺→整形→喷砂→涂粘接剂→包胶。生产过程中从落料到整形（除去焊接、去毛刺）都在冲床上完成。产品的生产工序较多，需要投入大量的人力。目前该企业有四条生产线，每条生产线从落料到整形需要7人，每天满负荷工作（需要加班），每条生产线能够生产7000件。由于每年的节假日、员工请假等等，年产量最多800万左右。企业目前产能完全无法满足客户需求。企业希望在不增加生产线的前提下，通过改变生产工艺，提高效率，满足订单需求。
该产品要求：1、表面无毛刺；2、拉力试验中，焊缝不能断裂。通过对企业目前生产工艺的研究，该产品的生产过程从落料到整形基本都是在冲床上完成，每道工序都需要安排一名工人，结合目前的自动生产线，该过程应该可以整合。另外，通过企业的介绍，整个生产过程中，焊接的速度比较慢。目前该企业的焊接速度已经做到很好了。在焊接夹具上，该企业采用了一根长的铜棒，一次装50只产品，然后由工人将焊接位置对齐，工人一次操作可以焊接50只产品，不过焊接过程中存在焊接位置不是很准，导致拉力试验时，焊缝断裂，这是客户不容许发生的。按目前的工艺，产品会有10%左右的不合格率，客户希望降低这个不合格率。另外，焊好以后，需要将产品分开，由于采用了氩弧焊，产品连在一起，分开后会有毛刺，增加了一道去毛刺工序。考虑到上述情况，如果能够避免焊接和去毛刺，同时又能够缩减前面的冲压工序，如果原材料采用高频焊管，然后切割成图纸要求的长度，这样就可以满足上述要求了。
通过实际分析，钢管企业在生产钢管时，为了方便运输，一般切割时长度都在4～6米，也可以定尺寸。该产品的尺寸要求钢管企业可以达到，但是在钢管切割时，也就是钢管的两端是要发生变形的，每端都有大约30cm长度是不符合产品尺寸要求的，这样就造成了浪费。另外，我们也分析了切割方法，目前钢管的切割方法有很多，但该产品侧面是椭圆形的，椭圆钢管的切割就少了很多。我们考虑了下面一些切割方法：1、线切割 这种方法损耗少，但是效率低，一天最多切400到500只，所以不能采用。2、切管机 一台切管机一天大约可以切4000到5000只，目前有数控切管机，可以一人多机，一台数控切管机一天大约可以切6000到7000只， 数控切管机每台价格在5万元以上，前期投入较大，另外，锯片的锋利直接影响切割效率，锯片的价格每片在400元左右，切割时锯片损耗严重，基本锯片每天都需要磨。最关键的是切割过程中材料损耗严重，锯片的厚度在3毫米，产品的长度在23毫米，也就是每生产一个产品至少损耗11.54%，每只产品重量在70克，损耗材料在9.2克，按钢管的价格5000元/吨，每只产品增加了0.046元的成本，按全年产量，就损失了46万元。考虑到经济因素，这一方法也不可取。其他的切割方法，比如激光切割、等离子切割等等，成本更高，也不可取。
通过分析最终决定采用高频焊管切割的方案，关键在于如何切割。通过研究分析，钢管应该也可以采用冲床进行切断。首先冲床切断基本无损耗，这样可以降低成本；其次冲床的生产效率高，一般工人手动送料，一天可以生产14000只左右。如果是自动控制，冲床每分钟可以切断达几十次，一天可以生产几万只。按照企业原先的生产工艺，从落料到整形，每条生产线最多只需要两名员工（考虑到切断过程的变形，可能后续需要增加一道整形工序），可以减少4名员工。另外生产效率也提高了接近一倍。企业可以减少20名员工。不过冲床切断模具的设计就很关键了。
图2-1 零件生产图
2.2切断模具的初步确定
通过对零件分析，要求钢管在切断后长度在23±0.5，该精度冲床是完全可以保证的。但是钢管是空心结构，在冲切是钢管会产生凹陷变形，且变形量很大，无法保证后续的整形工艺正常进行。为了控制零件在切断后不变形或变形量较小，在零件内应该有一个芯棒，以保持零件切断后不发生较大的变形。如图2-2。
图2-2 固定芯棒示意图
虽然零件形状得到了保证，但靠近切断部分也会产生凹陷变形，影响了后续生产的进行，故在钢管内还需要放入一活动芯棒，该芯棒能够在钢管内自由滑动。如图2-3。
图2-3 浮动芯棒示意图
该切断模具初步构想如图2-4所示。该模具由两套刃口组成。装在上模座的切刀和装在钢管内的浮动芯棒组成上刃口；装在上模座的固定芯棒和装在下模座的送料口组成下刃口。当钢管从送料口进入到限定位置以后，上下两副刃口同时剪切，然后由卸料机构将工件从固定芯棒上卸下。
图2-4 切断模示意图
3.主要工艺设计计算
3.1压力中心的确定
压力中心的确定：
模具压力中心是指冲压时各个冲压部分冲压力合力的作用点。为了确保压力机和模具正常工作，应使冲模的压力中心与压力机滑块的中心相重合。对于带有模柄的冲压模，压力中心应通过模柄的轴心线。否则会使冲模和压力机滑块产生偏心载荷，使滑块和导轨之间产生过大的磨损，模具导向零件加速磨损，降低模具和压力机的使用寿命。
冲模的压力中心，可按下述原则来确定：
①对称形状的单个冲裁件，冲模的压力中心就是冲裁件的几何中心。冲裁直线段时，其压力中心位于直线段的中点。
②工件形状相同且分布位置对称时，冲模的压力中心与零件的对称中心相重合。
③冲裁形状复杂的零件或多凸模的零件时，其压力中心可以通过解析计算法求出。
该支架零件切断时，冲裁力作用在其上下对称的两条边上，所以冲模压力中心就是该边的中点。
3.2冲压力的计算
计算冲裁力的目的在于合理的选用压力机和设计模具。
冲裁力是指冲裁过程中的最大剪切抵抗力。它是随着凸模切入材料的深度而变化的，当材料达到了剪切强度时，便产生裂纹且材料相互分离，此时的冲裁力最大值。选择压力机就是按冲裁力最大力计算。
该零件的切断可以概括为三个阶段。第一阶段零件上下两平行平面与刀具发生接触；第二阶段是刀具切到零件圆角处时，剪切力大小会发生改变；第三阶段是发生在零件两端很小的一段距离内，此时刀具对零件不再产生剪切作用，而是产生一个拉伸力将零件拉断。
为了简化计算，将一、二两个阶段的剪切近似地看成是对一根长度为107mm的矩形板料的剪切。计算第一、二阶段的剪切力：P切=KBδτ 查表得Q195的抗剪强度τ是260～320MPa，为了确保安全性，在这里取最大值τ=320MPa。B是板料宽度，B=107mm。δ是板料的厚度，δ=1.5mm。K是系数，考虑到刃口变钝、剪刃间隙大小的变化、材料厚度和性能的波动等因素使剪切力增加，一般取K=1.3。 P切=1.3×107×1.5×320=66.768(KN)。由于钢管是在上下两个面同时切断的，所以切断力还应乘以二。P切=66.768×2=133.54（KN）。在第三阶段，零件两端大约各有5mm的距离是被拉断的，查表得Q195材料的抗拉强度是315～430MPa，伸长率为33%。P拉=KSτ。P拉=1.33×23×1.5×430×2=39.46（KN）
计算总冲压力P0: P0=P切＋P拉
P0=133.54+39.46=173（KN）
3.3初选压力机
压力机的选择要依据冲压件的生产批量、工艺方法与性质及冲压件的尺寸、形状、精度等要求来进行。该零件不大，精度要求一般，要求大批量生产，生产效率要高，综合考虑可选用开式机械压力机。从提高设备的工作刚度、冲压件的精度及延长设备的寿命出发，要求设备容量有较大剩余。最新的观点是使设备留有30%～40%的余量，所以压力机吨位最好不小于247KN。同时要求压力机的装模高度必须大于所估算出的模具总高度306.43mm。在这里我初步选择250KN的开式可傾压力机，其参数见表3-5。
表3-4 25t开式可傾压力机参数表
项目 单位 值
公称压力 kN 250
公称力行程 mm 6
滑块行程 mm 80
滑块行程次数 次/分钟 100
最大装模高度 mm 250
装模高度调节量 mm 70
滑块中心到床身距离 mm 190
立柱间距 mm 260
工作台尺寸 mm 560×360
工作台孔尺寸 mm φ180
模柄孔尺寸 mm Φ50×70
工作台板厚度 mm 70
倾斜角 30°
4.模具中各零件设计
4.1模架的选择
上面已经提到由于该支架需要大批量生产，所以选择受力平衡且导向精度高适合大批量生产的四导柱模架，以此保证模具的使用寿命以及产品的质量。因为该切断模不存在凹模，所以不采用标准模架。拟采用下模座规格400×300×40，上模座规格350×300×30，模座材料采用45钢，需调质处理。导柱采用直径25mm,公差带h5,长度300mm的A型导柱。材料采用20Cr,需要淬火处理。
4.2确定送料口尺寸
送料口既是送料部位同时也是切刀的一部分，其尺寸及材料选择非常关键，因为如果尺寸偏小，就不方便送料，影响工人的正常生产，影响生产效率。但尺寸偏小对保证工件的形状和尺寸有利。如果尺寸偏大，则送料比较轻松，但会导致剪切时工件变形大。所以在尺寸确定时充分考虑了工件的公差要求。
根据图纸要求，零件宽度为107.53±0.4mm，高度为43.23±0.4mm。另外根据钢管厂的生产情况，钢管的尺寸可以控制在±0.3 mm的公差范围，但在生产过程中，钢管需要按一定长度切断，切口部分会发生变形，一般是宽度变小，高度变大，变形量最大可接近1.5mm。切口部分周长基本不变。另外根据产品要求，在定原材料时，钢管外形尺寸是要走下公差的，即宽度为107.13±0.3mm，高度为42.83±0.3mm。另外根据模具的工作原理，在切断时，切刀相对活动芯棒和送料口向下运动，所以送料口的高度对零件的影响不大，其主要作用是对钢管的一个限制作用。
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