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濾網(wǎng)沖壓工藝及模具設(shè)計
1 緒論
1.1 沖壓加工的作用和地位
本課題設(shè)計的目的就是綜合利用所學(xué)的知識，有一個全面的了解來提高應(yīng)用能力水平，給以后工作打下一個良好的基礎(chǔ)。本課題所涉及問題的研究和發(fā)展現(xiàn)狀。首先，良好的沖裁工藝性能保證材料消耗少，工序數(shù)目少，模具結(jié)構(gòu)簡單而壽命長，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，操作簡單等。沖裁件的精度為IT12級，可采用一般沖裁，沖裁件的外形為方形，形狀簡單、對稱，以便于模具加工，有利于排樣時材料的經(jīng)濟(jì)利用。單工序模結(jié)構(gòu)簡單，重量較輕，制造簡單，成本低廉，沖裁件精度差，需用模具、壓力機(jī)和操作人員較多，勞動量較大。連續(xù)模一臺沖床可完成從板料到成品的各種沖壓過程，設(shè)有許多工位，模具尺寸比較大，應(yīng)有足夠的剛性及與模具相適應(yīng)的精度，從而免去了周轉(zhuǎn)和每次沖壓的定位過程，提高了勞動生產(chǎn)率和設(shè)備利用率。采用復(fù)合模，沖壓工件尺寸精度較高，工件平整，同軸度、對稱度及位置度誤差小，在一次行程內(nèi)可完成兩個以上工序，大大提高了生產(chǎn)率，但對模具制造精度要求較高，由于復(fù)合模要在一副模具中完成幾道沖壓工序，結(jié)構(gòu)一般要比單工序模復(fù)雜，同時模具的強(qiáng)度、剛度、可靠性也將隨之下降。而且各零部件在動作時要求相互不干涉，準(zhǔn)確可靠。因此模具的制造成本也就提高了，制造周期相對延長，維修也不如單工序模簡便。從總體來看，由于大批量生產(chǎn)，零件的要求比較高，選擇復(fù)合模會比較好 。
目前，國內(nèi)模具工業(yè)發(fā)展很快，其產(chǎn)值已超過機(jī)床工業(yè)的產(chǎn)值。我國模具工業(yè)作為一個獨(dú)立的新型的工業(yè)，正處于飛速發(fā)展階段，已成為國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)工業(yè)之一，其發(fā)展前景十分廣闊。據(jù)預(yù)測，未來我國將成為世界的制造中心，這更加給模具工業(yè)帶來前所未有的發(fā)展機(jī)遇和空間。但由于我國模具工業(yè)起步較晚，底子薄“九五”期間雖有較快發(fā)展，但與發(fā)達(dá)國家相比，差距還相當(dāng)大。許多模具還需要進(jìn)口，模具制造高級 人才也供不應(yīng)求。為進(jìn)一步加快我國模具工業(yè)的發(fā)展，基本任務(wù)之一就是加快人才的培養(yǎng)，普及先進(jìn)的模具設(shè)計與制造技術(shù)，培養(yǎng)模具專業(yè)的高級人才。
為滿足模具制造業(yè)對技術(shù)工人的需求，很多職業(yè)技能培訓(xùn)學(xué)校都開設(shè)了模具制造相關(guān)專業(yè)，而目前我國模具制造工還沒有成為獨(dú)立的專業(yè)工種，還沒有統(tǒng)一的模具制造專業(yè)教學(xué)大綱和教材，也沒有統(tǒng)一的技能鑒定標(biāo)準(zhǔn)，各學(xué)校和企業(yè)都只能在摸索中自行組織安排，這種狀況顯然不利于該專業(yè)的發(fā)展和人才培養(yǎng)的規(guī)范性。
1.2 研究設(shè)計的目的和任務(wù)
1．本論文是以沖壓工藝學(xué)基本理論為依據(jù)，通過對各種沖壓工藝基本運(yùn)動的分析，提出了對沖壓模具設(shè)計的要求。首先闡述沖壓過程中，機(jī)械運(yùn)動的基本概念，然后逐項(xiàng)分析了沖裁、彎曲、拉深工藝的基本運(yùn)動機(jī)理，指出模具設(shè)計中應(yīng)著重控制到的內(nèi)容，并介紹了在模具設(shè)計中對機(jī)械運(yùn)動靈活運(yùn)用的方法和一些實(shí)例。最后總結(jié)了根據(jù)具體情況進(jìn)行產(chǎn)品工藝運(yùn)動分析的方法，并強(qiáng)調(diào)在模具設(shè)計中，對機(jī)械運(yùn)動的控制和靈活運(yùn)用對提高設(shè)計水平和保證沖壓件品質(zhì)的重要意義。
彎曲工藝的基本運(yùn)動是卸料板先與板料接觸并壓死，凸模下降至與板料接觸，并繼續(xù)下降進(jìn)入凹模，凸、凹模及板料產(chǎn)生相對運(yùn)動，導(dǎo)致板料變形折彎，然后凸、凹模分開，彎曲凹模上的頂桿（或滑塊）把彎曲邊推出，完成彎曲運(yùn)動。卸料板及頂桿的運(yùn)動是非常關(guān)鍵的，為了保證彎曲的質(zhì)量或生產(chǎn)效率，必須首先控制卸料板的運(yùn)動，讓它先于凸模與板料接觸，并且壓料力一定要足夠，否則彎曲件尺寸精度差，平面度不良；其次，應(yīng)確保頂桿力足夠，以使它順利地把彎曲件推出，否則彎曲件變形，生產(chǎn)效率低。對于精度要求較高的彎曲件，應(yīng)特別注意一點(diǎn)，最好在彎曲運(yùn)動中，要有一個運(yùn)動死點(diǎn)，即所有相關(guān)結(jié)構(gòu)件能夠碰死。
2．沖壓過程中機(jī)械運(yùn)動的概述
冷沖壓就是將各種不同規(guī)格的板料或坯料，利用模具和沖壓設(shè)備（壓力機(jī)，又名沖床）對其施加壓力，使之產(chǎn)生變形或分離，獲得一定形狀、尺寸和性能的零件。一般生產(chǎn)都是采用立式?jīng)_床，因而決定了沖壓過程的主運(yùn)動是上下運(yùn)動，另外，還有模具與板料和模具中各結(jié)構(gòu)件之間的各種相互運(yùn)動。
機(jī)械運(yùn)動可分為滑動、轉(zhuǎn)動和滾動等三種基本運(yùn)動形式，在沖壓過程中都存在，但是各種運(yùn)動形式的特點(diǎn)不同，對沖壓的影響也各不相同。
既然沖壓過程存在如此多樣的運(yùn)動，在沖壓模具設(shè)計中就應(yīng)該對各種運(yùn)動進(jìn)行嚴(yán)格控制，以達(dá)到模具設(shè)計的要求；同時，在設(shè)計中還應(yīng)當(dāng)根據(jù)具體情況，靈活運(yùn)用各種機(jī)械運(yùn)動，以達(dá)到產(chǎn)品的要求。
沖壓過程的主運(yùn)動是上下運(yùn)動，但是在模具中設(shè)計斜楔結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)銷結(jié)構(gòu)、滾軸結(jié)構(gòu)和旋切結(jié)構(gòu)等，可以相應(yīng)把主運(yùn)動轉(zhuǎn)化為水平運(yùn)動、模具中的轉(zhuǎn)動和模具中的滾動。在模具設(shè)計中這些特殊結(jié)構(gòu)是比較復(fù)雜和困難，成本也較高，但是為了達(dá)到產(chǎn)品的形狀、尺寸要求，卻不失為一種有效的解決方法。
3．沖裁模具中機(jī)械運(yùn)動的控制和運(yùn)用
沖裁工藝的基本運(yùn)動是卸料板先與板料接觸并壓牢，凸模下降至與板料接觸并繼續(xù)下降進(jìn)入凹模，凸、凹模及板料產(chǎn)生相對運(yùn)動導(dǎo)致板料分離，然后凸、凹模分開，卸料板把工件或廢料從凸模上推落，完成沖裁運(yùn)動。卸料板的運(yùn)動是非常關(guān)鍵的，為了保證沖裁的質(zhì)量，必須控制卸料板的運(yùn)動，一定要讓它先于凸模與板料接觸，并且壓料力要足夠，否則沖裁件切斷面質(zhì)量差，尺寸精度低，平面度不良，甚至模具壽命減少。
按通常的方法設(shè)計落料沖孔模具，往往沖壓后工件與廢料邊難以分開。在不影響工件質(zhì)量的前提下，可以采用在凸凹模卸料板上增加一些凸出的限位塊，以使落料沖孔運(yùn)動完成后，凹模卸料板先把工件從凹模中推出，然后凸凹模卸料板再把廢料也從凸凹模上推落，這樣一來，工件與廢料也就自然分開了。
對于一些有局部凸起的較大的沖壓件，可以在落料沖孔模的凹模卸料板上增加壓型凸模，同時施加足夠的彈簧力，以保證卸料板上壓型凸模與板料接觸時先使材料變形達(dá)到壓型目的，再繼續(xù)落料沖孔運(yùn)動，往往可以減少一個工步的模具，降低成本。
有些沖孔模具的沖孔數(shù)量很多，需要很大沖壓力，對沖壓生產(chǎn)不利，甚至無足夠噸位的沖床，有一個簡單的方法，是采用不同長度的2～4批沖頭，在沖壓時讓沖孔運(yùn)動分時進(jìn)行，可以有效地減小沖裁力。
對那些在彎曲面上有位置精度要求高的孔（例如對側(cè)彎曲上兩孔的同心度等）的沖壓件，如果先沖孔再彎曲是很難達(dá)到孔位要求的，必須設(shè)計斜楔結(jié)構(gòu)，在彎曲后再沖孔，利用水平方向的沖孔運(yùn)動可以達(dá)到目的。對那些翻邊、拉深高度要求較嚴(yán)需要做修邊工序的，也可以采用類似的結(jié)構(gòu)設(shè)計。
4．彎曲模具中機(jī)械運(yùn)動的控制和運(yùn)用
彎曲工藝的基本運(yùn)動是卸料板先與板料接觸并壓死，凸模下降至與板料接觸，并繼續(xù)下降進(jìn)入凹模，凸、凹模及板料產(chǎn)生相對運(yùn)動，導(dǎo)致板料變形折彎，然后凸、凹模分開，彎曲凹模上的頂桿（或滑塊）把彎曲邊推出，完成彎曲運(yùn)動。卸料板及頂桿的運(yùn)動是非常關(guān)鍵的，為了保證彎曲的質(zhì)量或生產(chǎn)效率，必須首先控制卸料板的運(yùn)動，讓它先于凸模與板料接觸，并且壓料力一定要足夠，否則彎曲件尺寸精度差，平面度不良；其次，應(yīng)確保頂桿力足夠，以使它順利地把彎曲件推出，否則彎曲件變形，生產(chǎn)效率低。對于精度要求較高的彎曲件，應(yīng)特別注意一點(diǎn)，最好在彎曲運(yùn)動中，要有一個運(yùn)動死點(diǎn)，即所有相關(guān)結(jié)構(gòu)件能夠碰死。
有些工件彎曲形狀較奇特，或彎曲后不能按正常方式從凹模上脫落，這時，往往需要用到斜楔結(jié)構(gòu)或轉(zhuǎn)銷結(jié)構(gòu)，例如，采用斜楔結(jié)構(gòu)，可以完成小于90度或回鉤式彎曲，采用轉(zhuǎn)銷結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)圓筒件一次成型。
值得一提的是，對于有些外殼件，如電腦軟驅(qū)外殼，因其彎曲邊較長，彎頭與板料間的滑動，在彎曲時，很容易擦出毛屑，材料鍍鋅層脫落，頻繁拋光彎曲沖頭效果也不理想。通常的做法是把彎曲沖頭鍍鈦，提高其光潔度和耐磨性；或者在彎曲沖頭R角處嵌入滾軸，把彎頭與板料的彎曲滑動轉(zhuǎn)化為滾動，由于滾動比滑動的摩擦力小得多，所以不容易擦傷工件。
充分研究設(shè)計任務(wù)書，了解產(chǎn)品用途，并進(jìn)行沖壓件的工藝性及尺寸公差等級分析對于一些沖壓件結(jié)構(gòu)不合理或工藝性不好的，必須征詢指導(dǎo)教師的意見后進(jìn)行改進(jìn)。在初明確設(shè)計要求的基礎(chǔ)上，可按以下步驟進(jìn)行沖壓總體方案的論證。
第一步，醞釀沖壓工序安排的初步方案，并畫出各步的沖壓工序草圖；
第二步，通過工序安排計算及《冷沖壓模具結(jié)構(gòu)圖冊》等技術(shù)資料，驗(yàn)證各步的沖壓成型方案是否可行，構(gòu)畫該道工序的模具結(jié)構(gòu)草圖。
第三步，構(gòu)畫其它模具的結(jié)構(gòu)草圖，進(jìn)一步推敲上述沖壓工序安排方案是否合理可行。
第四步，沖壓工序安排方案經(jīng)指導(dǎo)教師過目后，即可正式繪制各步的沖壓工序圖，并著手按照“設(shè)計任務(wù)書”上的要求進(jìn)行課程設(shè)計。
1.3 資料及工具準(zhǔn)備
畢業(yè)設(shè)計開始前必須預(yù)先準(zhǔn)備好《冷沖模國家標(biāo)準(zhǔn)》、《模具設(shè)計與制造簡明手冊》、《冷沖壓模具結(jié)構(gòu)圖冊》、《模具設(shè)計與制造》、《現(xiàn)代模具制造》等技術(shù)資料，及圖板、圖紙、繪圖儀器等工具。也可將課程設(shè)計全部或部分工作安排在計算機(jī)上用Auto CAD等軟件來完成，相應(yīng)地需事前調(diào)試設(shè)備及軟件、準(zhǔn)備好打印用紙及墨盒等材料。
設(shè)計步驟：
沖壓模畢業(yè)設(shè)計按以下幾個步驟進(jìn)行。
(1)擬定沖壓工序安排方案、畫出沖壓工序圖、畫出待設(shè)計模具的排樣圖
(2)計算沖裁力、確定模具壓力中心、計算凹模周界、確定待設(shè)計模具的有關(guān)結(jié)構(gòu)要素、選用模具典型組合等，初選壓力機(jī)噸位；
(3)確定壓力機(jī)噸位；
(4)設(shè)計及繪制模具裝配圖；
(5)設(shè)計及繪制模具零件圖；
(6)按規(guī)定格式編制設(shè)計說明書；
(7)畢業(yè)設(shè)計面批后或答辯。
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2 分析零件的工藝性
沖壓件工藝性是指沖壓零件在沖壓加工過程中加工的難易程度。雖然沖壓加工工藝過程包括備料—沖壓加工工序—必要的輔助工序—質(zhì)量檢驗(yàn)—組合、包裝的全過程，但分析工藝性的重點(diǎn)要在沖壓加工工序這一過程里。而沖壓加工工序很多，各種工序中的工藝性又不盡相同。即使同一個零件，由于生產(chǎn)單位的生產(chǎn)條件、工藝裝備情況及生產(chǎn)的傳統(tǒng)習(xí)慣等不同，其工藝性的涵義也不完全一樣。這里我們重點(diǎn)分析零件的結(jié)構(gòu)工藝性。
該工件是帶凸緣圓筒件，如圖2-1，料厚t=1mm，拉深后厚度不變；零件底部圓角半徑r=1mm；未注尺寸公差都為IT14，滿足拉深工藝對精度等級的要求。
工圖2-1 工件圖
藝性對精度的要求是一般情況下，拉深件的尺寸精度應(yīng)在IT14級以下，不宜高于IT11級；對于精度要求高的拉深件，應(yīng)在拉深后增加整形工序，以提高其精度，由于材料各向異性的影響，拉深件的口部一般是不整齊的，為了獲得所需要的圓筒外形，需要增加修邊工序。
影響拉深件工藝性的因素主要有拉深件的結(jié)構(gòu)與尺寸、精度和材料。拉深工藝性對結(jié)構(gòu)與尺寸的要求是拉深件因盡量簡單、對稱，并能一次拉深成形；拉深件的壁厚公差或變薄量一般不應(yīng)超出拉深工藝壁厚變化規(guī)律；當(dāng)零件一次拉深的變形程度過大時，為避免拉裂，需采用多次拉深，這時在保證必要的表面質(zhì)量前提下，應(yīng)允許內(nèi)、外表面存在拉深過程中可能產(chǎn)生的痕跡；在保證裝配要求下，應(yīng)允許拉深件側(cè)壁有一定的斜度；拉深件的徑向尺寸應(yīng)只標(biāo)注外形尺寸或內(nèi)形尺寸，而不能同時標(biāo)注內(nèi)、外形尺寸。
工藝性要求材料具有良好的塑性，屈強(qiáng)比值越小，一次拉深允許的極限變形程度越大，拉深的性能越好；板厚方向性系數(shù)r和板平面方向性系數(shù)反映了材料的各向異性性能，當(dāng)r較大或較小時，材料寬度的變形比厚度方向的變形容易，板平面方向性能差異較小，拉深過程中材料不易變薄或拉裂，因而有利于拉深成形。
該零件結(jié)構(gòu)較簡單、形狀對稱，屬于圓筒形拉深件。零件尺寸公差為IT14，工件材料為08，材料的抗剪強(qiáng)度為260-360MPa，抗拉強(qiáng)度為330-470MPa，伸長率為32，屈服極限為200。
3 確定工藝方案
3.1 計算毛坯尺寸
拉深毛坯展開尺寸計算：
坯料尺寸計算根據(jù)面積相等的原則：
圖3-1 工件圖
工件為錐形，近似為圓筒形，工件的近似直徑為43。根據(jù)拉深件尺寸，其零件高度為h=5，則查表可知切邊余量=2，則d=43mm，d凸=64mm,
根據(jù)公式：
如下圖代入數(shù)據(jù)
取D=69mm
查相關(guān)表格，可用也可不用壓料圈，但為了安全起見，拉深時采用壓料圈。
圖3-2 毛坯圖
通過分析，得出工件的工序圖為如圖所示：
圖3-3 落料拉深工序圖
圖3-4 沖孔工序圖
3.2 確定工藝方案
根據(jù)以上分析和計算，可以進(jìn)一步明確該零件的沖壓加工需要包括以下基本工序:落料、拉深、沖孔。
根據(jù)這些基本工序，可以擬出如下幾種工藝方案：
方案一
以上工序過程都采用單工序模加工。用此方案，模具的結(jié)構(gòu)都比較簡單，制造很容易，成本低廉，但由于結(jié)構(gòu)簡單定位誤差很大，而且單工序模一般無導(dǎo)向裝置，安裝和調(diào)整不方便，費(fèi)時間，生產(chǎn)效率低。
方案二
落料與拉深在復(fù)合模中加工成半成品，再在單工序模上進(jìn)行其他工序。采用了落料與拉深的復(fù)合模，提高了生產(chǎn)率。對落料以及拉深的精度也有很大的提高。
方案三
采用帶料級進(jìn)多工位自動壓力機(jī)沖壓，可以獲得較高的生產(chǎn)效率，而且操作安全，但這一方案需要專用的壓力機(jī)或自動的送料裝置。模具的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，制造周期長，生產(chǎn)成本高。
根據(jù)設(shè)計需要和生產(chǎn)批量，綜合考慮以上方案，方案二最適合。即落料、拉深在同一復(fù)合模中完成，后面采用沖孔模，這樣既能保證大批量生產(chǎn)的高效率又能保證加工精度，而且成本不高，經(jīng)濟(jì)合理。
4 主要工藝參數(shù)的計算
4.1 確定排樣、裁板方案
加工此零件為大批大量生產(chǎn)，沖壓件的材料費(fèi)用約占總成本的60%～80%之多。因此，材料利用率每提高1%，則可以使沖件的成本降低0.4%～0.5%。在沖壓工作中，節(jié)約金屬和減少廢料具有非常重要的意義，特別是在大批量的生產(chǎn)中，較好的確定沖件的形狀尺寸和合理的排樣的降低成本的有效措施之一。
由于材料的經(jīng)濟(jì)利用直接決定于沖壓件的制造方法和排樣方式，所以在沖壓生產(chǎn)中，可以按工件在板料上排樣的合理程度即沖制某一工件的有用面積與所用板料的總面積的百分比來作為衡量排樣合理性的指標(biāo)。
同時屬于工藝廢料的搭邊對沖壓工藝也有很大的作用。通常，搭邊的作用是為了補(bǔ)充送料是的定位誤差，防止由于條料的寬度誤差、送料時的步距誤差以及送料歪斜誤差等原因而沖出殘缺的廢品，從而確保沖件的切口表面質(zhì)量，沖制出合格的工件。同時，搭邊還使條料保持有一定的剛度，保證條料的順利行進(jìn)，提高了生產(chǎn)率。搭邊值得大小要合理選取。根據(jù)此零件的尺寸通過查表取:
搭邊值為
進(jìn)距方向
從視測方面來講，該零件的排樣應(yīng)該采用直排最合理。排樣圖如圖4-1所示。
圖4-1 排樣圖
從圖4-1上可知：進(jìn)距 S=68+1=69mm
條料寬度 b=68+2×1.2=70.4mm
板料規(guī)格擬用1mm×1400mm×4000mm不銹鋼板。查《沖壓模具設(shè)計》GB708-88，為了操作方便采用橫裁。
裁板條數(shù)
條
每條個數(shù)
個
每板總個數(shù)
材料利用率
(4-1)
4.2 落料拉深復(fù)合模工藝參數(shù)計算
4.2.1 落料拉深工藝
（1）落料力
平刃凸模落料力的計算公式為
(4-2)
式中 P— 沖裁力（N）；
L— 沖件的周邊長度（mm），可通過cad測量。
t— 板料厚度（mm）；
—材料的抗沖剪強(qiáng)度（MPa）；
K— 修正系數(shù)。它與沖裁間隙、沖件形狀、沖裁速度、板料厚度、潤滑情況等多種因素有關(guān)。其影響范圍的最小值和最大值在（1.0～1.3）P的范圍內(nèi)，一般k取為1.25～1.3。
在實(shí)際應(yīng)用中，抗沖剪強(qiáng)度的值一般取材料抗拉強(qiáng)度的0.7~0.85。為便于估算，通常取抗沖剪強(qiáng)度等于該材料抗拉強(qiáng)度的80%。查表取。落料的周長通過cad測量得：212.63mm。
因此，該沖件的落料力的計算公式為
=1.3
=103934N
（2）卸料力
一般情況下，沖裁件從板料切下以后受彈性變形及收縮影響。會使落料件梗塞在凹模內(nèi)，而沖裁后剩下的板料則箍緊在凸模上。從凸模上將沖件或廢料卸下來所需的力稱卸料力。影響這個力的因素較多，主要有材料力學(xué)性能、模具間隙、材料厚度、零件形狀尺寸以及潤滑情況等。所以要精確地計算這些力是困難的，一般用下列經(jīng)驗(yàn)公式計算：
卸料力
…………… ……………………(4-3)
式中 F—— 沖裁力(N)
——頂件力及卸料力系數(shù)，其值可查教材表1-7。
這里取為0.04。
因此
（3）拉深力
一般情況下拉深力隨凸模行程變化而改變，其變化曲線如圖3.1。從圖中可以看出，在拉深開始時，由于凸緣變形區(qū)材料的變形不大，冷作硬化也小，所以雖然變形區(qū)面積較大，但材料變形抗力與變形區(qū)面積相乘所得的拉深力并不大；從初期到中期，材料冷作硬化的增長速度超過了變形區(qū)面積減少速度，拉深力逐漸增大，于前中期拉深力達(dá)到最高點(diǎn)位置；拉深到中期以后，變形區(qū)面積減少的速度超過了冷作硬化增加的速度，于是拉深力逐漸下降。零件拉深完以后，由于還要從凹模中推出，曲線出現(xiàn)延緩下降，這是摩擦力作用的結(jié)果，不是拉深變形力。
圖4-2 拉深力變化曲線
由于影響拉深力的因素比較復(fù)雜，按實(shí)際受力和變形情況來準(zhǔn)確計算拉深力是筆尖困難的。所以，實(shí)際生產(chǎn)中通常是以危險斷面的拉應(yīng)力不超過其材料抗拉強(qiáng)度為依據(jù)，采用經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計算。對于帶凸緣圓筒形零件的拉深力近似計算公式為：
…………………………………………(4-4)
式中 —拉深零件的凸模周邊長度（mm）；
—系數(shù)，這里取1；
—材料的抗拉強(qiáng)度（MPa）；
—材料厚度。
通過CAD測量，l=135.1mm。
因此
（4）壓邊力
由于材料較薄，而且表明要求質(zhì)量較高，所以需要使用壓邊圈。壓邊力為：
…………………………………………(4-5)
式中 A—壓邊圈下的材料面積；
P —單位壓邊力，查表取為4MPA。
帶入數(shù)據(jù)：
4.2.2 初選壓力機(jī)
壓力機(jī)噸位的大小的選擇，首先要以沖壓工藝所需的變形力為前提。要求設(shè)備的名義壓力要大于所需的變形力，而且還要有一定的力量儲備，以防萬一。從提高設(shè)備的工作剛度、沖壓零件的精度及延長設(shè)備的壽命的觀點(diǎn)出發(fā)，要求設(shè)備容量有較大的剩余。
因，故總沖壓力
………………… ……(4-6)
=
因此初選壓力機(jī)J23-25。
4.2.3 計算凸、凹模刃口尺寸及公差
沖裁件的尺寸精度取決于凸、凹模刃口部分的尺寸。沖裁間隙的合理也要靠凸、凹模刃口部分的尺寸來實(shí)現(xiàn)和保證。所以正確確定刃口部分的尺寸是相當(dāng)重要的。在決定模具刃口尺寸及制造公差時，需考慮以下原則：①落料件的尺寸取決于凹模的磨損，沖裁件的尺寸取決于凸模尺寸。②考慮到?jīng)_裁時凸、凹模的磨損，在設(shè)計凸、凹模刃口尺寸時，對基準(zhǔn)件刃口尺寸在磨損后變大的，其刃口公稱尺寸應(yīng)取工件尺寸范圍內(nèi)較小的數(shù)值。對基準(zhǔn)件刃口尺寸在磨損后減少的，其刃口公稱尺寸應(yīng)取工件尺寸范圍內(nèi)較大的數(shù)值。這樣，在凸模磨損到一定程度的情況下，任能沖出合格的零件。③在確定模具刃口制造公差時，要既能保證工件的精度要求，又要保證合理的間隙數(shù)值。
采用凸凹模分別加工，凸凹模分別加工是指在凸模與凹模分別按各自圖樣上標(biāo)注的尺寸及公差進(jìn)行加工，沖裁間隙由凸凹模刃口尺寸及公差保證，這樣就需要分別計算出凸模和凹模的刃口尺寸及公差，并標(biāo)注在凸凹模設(shè)計圖樣上，這樣加工方法具有互換性，便于成批制造，主要用于簡單，規(guī)范形狀（圖形，方法或矩形）的沖件。
①落料時，因?yàn)槁淞霞砻娉叽缗c凹模刃口尺寸相等或基本一致，應(yīng)該先確定凹模刃口尺寸，即以凹模刃口尺寸為基準(zhǔn)，又因?yàn)槁淞霞叽鐣S凹模刃口的磨損而增大，為了保證凹模磨損到一定程度仍能沖出合格零件，故凹?；境叽鐟?yīng)該取落料件尺寸公差范圍內(nèi)的較小尺寸，落料凸模的基本尺寸則是凹?；境叽缟蠝p去最小合理間隙。
………………………………(4-7)
……………………………(4-8)
式中 —落料凸模最大直徑（mm）
—落料凹模最大直徑（mm）
D —工件允許最大尺寸（mm）
— 沖裁工件要求的公差
X —系數(shù)，為避免多數(shù)沖裁件尺寸都偏向于極限尺寸，此處可取X=0.5。
對于未標(biāo)注公差可按IT14級計算，根據(jù)教材上表查得，沖裁模刃口雙面間隙：
、—凹、凸模制造偏差，這里可以按IT10來選?。?
落料刃口尺寸：68mm
工件尺寸公差按IT14級精度選取，得工件尺寸偏差，查表得
校核間隙：不滿足｜｜+｜｜條件，可作如下調(diào)整：
=
則
=
=67.63
=
=67.53
②拉深時，拉深模直徑尺寸的確定的原則，與沖裁模刃口尺寸的確定基本相同，只是具體內(nèi)容不同，這里不在復(fù)述。
拉深凸模和凹模的單邊間隙Z=1.1t=1.1mm計算凸凹模制造公差，按IT8級精度選取，由附錄表4查得，對于拉深尺寸，。
因拉深件注內(nèi)形尺寸，按凸模進(jìn)行配作：
…………………………………(4-9)
式中 d—拉深件內(nèi)形尺寸：
d—凸模尺寸：
—拉深件尺寸公差。
即有 =40.26
拉深凹模則按凸模的基本尺寸,并要求按單面（或雙面）拉深間隙配作：
（雙面間隙）
4.3 沖孔模工藝參數(shù)計算
4.3.1 沖壓力的計算
沖孔力
﹙4-11﹚
其中L為沖裁的總的長度：約158mm
表4.1 卸料力、推件力及頂件力系數(shù)
沖裁材料
純銅、黃銅
0.02～0.06
0.03～0.09
鋁、鋁合金
0.025～0.08
0.03～0.07
鋼
材料厚度
～0.1
0.06～0.075
0.1
0.14
>0.1～0.5
0.045～0055
0.065
0.08
>0.5～2.5
0.04～0.05
0.050
0.06
>2.5～6.5
0.03～0.04
0.040
0.05
>6.5
0.02～0.03
0.025
0.03
查表3.1
序號1的凹模刃口形式，，則 ，取5個
故
（4-12）
=3.33
則最大沖壓力：
﹙4-13﹚
查表選取國產(chǎn)160開式壓力機(jī)J23-16
4.3.2 模具壓力中心的確定
對于級進(jìn)模以及輪廓形狀復(fù)雜或多凸模的沖裁模，必須求出沖壓力合力的作用點(diǎn)即壓力中心。模具的壓力中心應(yīng)與模柄的軸線重合，否則會影響模具及壓力機(jī)的精度和壽命。
一切對稱沖裁件的壓力中心，均位于其輪廓圖形的幾何中心點(diǎn)上。對于該工件，由工件形狀可知壓力中心位于圓心上。
根據(jù)圖形分析，因?yàn)楣ぜD形基本對稱， 所以該工件的壓力中心為該工件的中心。
5 落料拉深模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計
5.1 模具工作部分尺寸計算
5.1.1 落料凹模
落料凹模采用矩形板結(jié)構(gòu)和直接通過螺釘、銷釘與下模座固定的固定方式。因生產(chǎn)的批量大，考慮凹模的磨損和保證零件的質(zhì)量，凹模刃口采用直刃壁結(jié)構(gòu)，刃壁高度，漏料部分沿刃口輪廓適當(dāng)擴(kuò)大（為便于加工，落料凹模漏料孔可設(shè)計成近似于刃口輪廓的形狀，如凹模圖）。凹模輪廓尺寸計算如下：
凹模厚度
凹模壁厚
選取時應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選取尺寸，只要保證大于計算值即可，由于模具有拉深工序，最終選取凹模輪廓尺寸，選取與計算值相近的凹模板，選擇圓形凹模，其尺寸為。
凹模的材料選用，工作部分熱處理淬硬。
5.1.2 拉深凸模
拉深凸模刃口部分為圓柱形，為便于凸模和固定板的加工，可設(shè)計成階梯形結(jié)構(gòu)，通過凹模固定板和下模連接在一起，凹模固定板用螺釘和銷緊固定位。凸模的尺寸根據(jù)刃口尺寸、卸料裝置和安裝固定要求確定。凸模的材料選用，工作部分熱處理淬硬。
對于拉深凸模的工作深度，必須從幾何形狀上做的正確。為了使零件容易在拉深后被脫下，在凸模的工作深度可以作成一定錐度
5.1.3 凸凹模
該復(fù)合模中的凸凹模是主要工作零件，其外形作為落料凸模內(nèi)形又作為拉深凹模，內(nèi)、外形刃口部分都為圓形，為便于凸凹模與上模的固定，凸凹模的安裝部分設(shè)計成便于加工的圓柱形，通過臺階固定在凸模固定板上。
5.2 落料拉深模具結(jié)構(gòu)設(shè)計
5.2.1 模架的選用
模具采用倒裝式。模座下的緩沖器兼作壓邊與頂件，另外還設(shè)有彈性卸料裝置的彈性頂件裝置。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是操作方便，出件暢通無阻，生產(chǎn)效率高，缺點(diǎn)是彈性卸料板使模具的結(jié)構(gòu)變復(fù)雜,要簡化可以采用剛性卸料板，其缺點(diǎn)是拉深件留在剛性卸料板中不易取出，帶來操作上的不便，結(jié)合本次設(shè)計綜合考慮，采用固定卸料板。
從生產(chǎn)量和方便操作以及具體規(guī)格方面考慮，選擇滑動導(dǎo)向中間圓形導(dǎo)柱模架，由凹模外形尺寸直徑，（GB/T2855—1990）在按其標(biāo)準(zhǔn)選擇具體結(jié)構(gòu)尺寸如下
上模板 HT200
下模板 HT200
導(dǎo) 柱 20鋼
導(dǎo) 套 20鋼
壓入式模柄 Q235
5.2.2 模具的閉合高度
所謂的模具的閉合高度H是指模具在最低工作位置時，上下模座之間的距離，它應(yīng)與壓力機(jī)的裝模高度相適應(yīng)。
模具的實(shí)際閉合高度，一般為：
5.2.3 壓力機(jī)技術(shù)參數(shù)的校核
1.模具閉合高度的校核：
模具閉合高度為：H=235.5mm。沖壓機(jī)最大裝模高度270mm，閉合高度調(diào)節(jié)為55，使用墊板可以滿足要求。
2.沖壓過程中落料力（F=178.7KN）最大，壓力機(jī)的公稱壓力，，且工作時壓力曲線位于壓力機(jī)滑塊的許用負(fù)荷曲線之下，因此滿足生產(chǎn)要求。
3.模具最大安裝尺寸為254mm×240mm，壓力機(jī)工作臺臺面尺寸為450mm×300mm，能滿足模具的正確安裝。
6 沖孔模主要零件的設(shè)計
6.1 定位方式的選擇
定位零件是用來保證工件的正確送進(jìn)及在模具中的正確位置，模具送料平面中必須有兩個方向的限位：一是在與條料方向垂直方向上的限位，保證條料沿正確的方向送進(jìn)成為送進(jìn)導(dǎo)向；二是在送料方向的限位，控制條料一次送進(jìn)的距離（步距）。本次設(shè)計中由于工件為圓筒形，只需要依靠工件內(nèi)形進(jìn)行定位即可。在本次設(shè)計中，凹模起到定位的作用。
6.2 推件裝置的選取
推件裝置選取剛性推件裝置，它有打桿、推板組成。
6.3 導(dǎo)向方式的選擇
為了工作方便，安裝調(diào)整簡單，同時根據(jù)工件尺寸，該復(fù)合模采用后側(cè)導(dǎo)柱模架。
6.4 沖孔凸模的設(shè)計
因?yàn)樗鶝_的孔為圓形或長圓形，而且都不屬于需要特別保護(hù)的小凸模，為了方便推件器推件方便，所以沖孔凸模采用直通式，一方面加工簡單，另一方面又便于裝配與更換。
6.5 模架及其它零部件的設(shè)計
該模具采用后側(cè)導(dǎo)向圓形模架，這種模架的導(dǎo)柱在中間位置。以凹模周界為依據(jù)，選擇模架規(guī)格為125mm。
導(dǎo)柱d/mm×L/mm分別為25×150，
導(dǎo)套d/mm×L/mm×D/mm分別為25×80×38，
上模座厚度H上模=30mm，
上墊板厚度H上墊=10mm，
凸模固定板厚度H固定=15mm，
下模座厚度H下模=35mm，
凸模固定板厚度H凹=15mm。
6.6 閉模高度的計算
為了保證模具和壓力機(jī)相適應(yīng)，沖模的閉合高度應(yīng)介于壓力機(jī)的最大裝模高度和最小裝模高度之間，其關(guān)系式為（6-1）：
（6-1）
式中 ——沖模的閉模高度;
——最大閉模高度;
——最小閉模高度;
——墊板高度；
——最大裝模高度；
——最小裝模高度。
=161
壓力機(jī)的最大閉合高度為180，閉合高度調(diào)節(jié)量是35，墊板厚度為30，壓力機(jī)可以使用。有上述可知,則所選則的壓力機(jī)符合要求。
結(jié) 論
雖然此次設(shè)計的模具結(jié)構(gòu)簡單，但涵蓋了落料、拉深和沖孔等多方面的知識，此外，為了獲得更多有關(guān)資料，還要學(xué)會應(yīng)用文獻(xiàn)檢索等。這是對我的一個多方面的綜合考核。為我以后的工作奠定了一定的基礎(chǔ)。
在設(shè)計過程當(dāng)中也遇到過大量的問題，通過解決這些問題，我也受益良多。導(dǎo)致這些問題主要原因是:
1.經(jīng)驗(yàn)不足 第一次系統(tǒng)的設(shè)計模具，對一些經(jīng)驗(yàn)性的東西不了解，對某些經(jīng)驗(yàn)性東西不會運(yùn)用，尤其在繪制裝配圖和零件圖時，經(jīng)常標(biāo)注不全，這些都是由于經(jīng)驗(yàn)不足造成的。由于沒有在生產(chǎn)現(xiàn)場實(shí)習(xí)過，很多設(shè)計出來的零件都是不合理的零件，甚至是加工不出來的零件。
2.資料、信息不足 在設(shè)計當(dāng)中，需要大量的資料與信息，而我們剛好在這塊做的不夠好，有客觀原因也有自身的原因。學(xué)校圖書館由于要搬遷，導(dǎo)致我們所能借到的資料相當(dāng)少；在網(wǎng)上能夠查閱到大量的資料，但由于自己文獻(xiàn)檢索這塊沒有學(xué)扎實(shí)，也沒有找到很多的資料。
3專業(yè)知識不扎實(shí) 在設(shè)計當(dāng)中有些原理性的東西不是很確定，模棱兩可，甚至一些常用的零件簡化畫法都是很模糊，如螺栓連接以及螺紋的標(biāo)注等。
這次畢業(yè)設(shè)計也讓我明白了自身的不足，也讓我有了很大的收獲，無論是專業(yè)知識上，還是在其他方面都有很大的進(jìn)步。
致 謝
此次畢業(yè)設(shè)計的順利完成,我要感謝我的指導(dǎo)教師韓艷艷,從一開始耐心細(xì)致的講解,以及給我提供一些相關(guān)的材料,可以說,沒有老師這位負(fù)責(zé)的指導(dǎo)老師,我的畢業(yè)設(shè)計也不可能這樣順利的完成, 張老師非常關(guān)注我的設(shè)計,而且在他很忙的情況下還對我進(jìn)行指導(dǎo),不時地給我提出修改的意見。同時還要感謝三年當(dāng)中對我進(jìn)行教育的各位老師,沒有他們的培養(yǎng)也不可能有今天的我。通過三年課程的認(rèn)真學(xué)習(xí)，使我在此基礎(chǔ)上利用所學(xué)東西順利進(jìn)行并完成了設(shè)計。
在大學(xué)生活快要過完的時候，真是有太多的話要講了，三年的時間很快就要過去了有太多的故事讓人留戀，在此非常的感謝張老師在百忙中抽出時間對我的畢業(yè)設(shè)計進(jìn)行指導(dǎo)和修改，也感謝三年來所有的任科老師。由于時間倉促，加上我個人能力有限，設(shè)計中難免有不足之處還請各位指導(dǎo)老師進(jìn)行批評指正，最后祝愿各位老師：全家歡樂！工作順利！
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