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油封鋼圈沖壓工藝及模具設(shè)計
摘要: 本設(shè)計題目為油封鋼圈沖壓工藝及模具設(shè)計，體現(xiàn)了典型復(fù)合模具的設(shè)計要求、內(nèi)容及方向，有一定的設(shè)計意義。通過對該零件模具的設(shè)計，進一步加強了設(shè)計者沖裁模設(shè)計的基礎(chǔ)知識，為設(shè)計更復(fù)雜的沖裁模具做好了鋪墊和吸取了更深刻的經(jīng)驗。
本設(shè)計充分運用沖裁工藝及模具設(shè)計的基礎(chǔ)知識，首先分析了板材的性能要求，為選取模具的類型做好了準備；然后計算了沖裁件的沖裁力，便于選取壓力機噸位及確定壓力機型號；最后分析了沖裁件的特征，便于確定模具的設(shè)計參數(shù)、設(shè)計要點及卸件裝置。
本設(shè)計采用正裝復(fù)合模，通過落料、拉伸、沖孔、切邊工序在一次行程中完成制件的成形。模具采用后側(cè)導(dǎo)柱導(dǎo)向方式，導(dǎo)料采用導(dǎo)料板，送進步距控制采用擋料銷，采用固定卸料、剛性打桿、打板卸料方式。如果不考慮經(jīng)濟成本時，采用級進模設(shè)計會更好。
關(guān)鍵詞：沖裁模 復(fù)合模 凸模 凹模 凸凹模 壓力機噸位
Steel ring seal stamping process and die design
Abstract: The topic of design for the steel ring seal stamping process and die design, reflects the typical mold of the design requirements, the contents and direction of a certain design significance. Parts of the mold through the design, the designer has been further strengthened Die design the basic knowledge to design more complex punching die to pave the way and the lessons more profound experience.
Make full use of the design process and die design blanking the basis of knowledge, the first sheet of the performance requirements, select the type of mold prepared for the then calculate the blanking of the punching power, for select press tonnage and determine Press models; blanking of the final pieces of the characteristics identified die for the design parameters, design features and dumping of pieces of equipment.
This design is used with compound die by blanking, stretching, punching, trimming process in a trip to complete the forming parts. Die guided by rear-oriented approach, guided by I. Liu board materials, send progress expected from the control of a block sale, unloading a fixed, rigid-playing, playing board unloading way. If we do not consider the economic costs, the use of progressive die design will be even better.
Keywords: Punching die，Compound Die，Punch，Die，Tuao Die，
Press tonnage
第1章 緒 論
沖壓是一種先進的少無切削加工方法,具有節(jié)能省材,效率高,產(chǎn)品質(zhì)量好,重量輕,加工成本低等一系列優(yōu)點,在汽車,航空航天,儀器儀表,家電,電子,通訊,軍工,日用品等產(chǎn)品的生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。據(jù)統(tǒng)計,薄板成型后,制造了相當于原材料的12倍的附加值,在國民經(jīng)濟生產(chǎn)總值中,與其相關(guān)的產(chǎn)品占四分之一,在現(xiàn)代汽車工業(yè)中,沖壓件的產(chǎn)值占總產(chǎn)值的59%。隨著我國經(jīng)濟的迅速發(fā)展，采用模具的生產(chǎn)技術(shù)得到愈來愈廣泛的應(yīng)用。
1.1國內(nèi)模具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢
1.1.1國內(nèi)模具的現(xiàn)狀
目前，我國沖壓技術(shù)與工業(yè)發(fā)達國家相比還相當?shù)穆浜?，主要原因是我國在沖壓基礎(chǔ)理論及成形工藝、模具標準化、模具設(shè)計、模具制造工藝及設(shè)備等方面與工業(yè)發(fā)達的國家尚有相當大的差距，導(dǎo)致我國模具在壽命、效率、加工精度、生產(chǎn)周期等方面與工業(yè)發(fā)達國家的模具相比差距相當大。
我國模具業(yè)發(fā)展尚存在以下幾方面的不足:
第一，體制不順，基礎(chǔ)薄弱。 “三資”企業(yè)雖然已經(jīng)對中國模具工業(yè)的發(fā)展起了積極的推動作用，私營企業(yè)近年來發(fā)展較快，國企改革也在進行之中，但總體來看，體制和機制尚不適應(yīng)市場經(jīng)濟，再加上國內(nèi)模具工業(yè)基礎(chǔ)薄弱，因此，行業(yè)發(fā)展還不盡如人意，特別是總體水平和高新技術(shù)方面。
第二，開發(fā)能力較差，經(jīng)濟效益欠佳。我國模具企業(yè)技術(shù)人員比例低，水平較低，且不重視產(chǎn)品開發(fā)，在市場中經(jīng)常處于被動地位。我國每個模具職工平均年創(chuàng)造產(chǎn)值約合1萬美元，國外模具工業(yè)發(fā)達國家大多是15～20萬美元，有的高達25～30萬美元，與之相對的是我國相當一部分模具企業(yè)還沿用過去作坊式管理，真正實現(xiàn)現(xiàn)代化企業(yè)管理的企業(yè)較少。
第三，工藝裝備水平低，且配套性不好，利用率低．雖然國內(nèi)許多企業(yè)采用了先進的加工設(shè)備，但總的來看裝備水平仍比國外企業(yè)落后許多，特別是設(shè)備數(shù)控化率和CAD/CAM應(yīng)用覆蓋率要比國外企業(yè)低得多。由于體制和資金等原因，引進設(shè)備不配套，設(shè)備與附配件不配套現(xiàn)象十分普遍，設(shè)備利用率低的問題長期得不到較好解決。裝備水平低，帶來中國模具企業(yè)鉗工比例過高等問題。
第四，專業(yè)化、標準化、商品化的程度低、協(xié)作差． 由于長期以來受“大而全”“小而全”影響，許多模具企業(yè)觀念落后，模具企業(yè)專業(yè)化生產(chǎn)水平低，專業(yè)化分工不細，商品化程度也低。目前國內(nèi)每年生產(chǎn)的模具，商品模具只占45%左右，其馀為自產(chǎn)自用。模具企業(yè)之間協(xié)作不好，難以完成較大規(guī)模的模具成套任務(wù)，與國際水平相比要落后許多。模具標準化水平低，標準件使用覆蓋率低也對模具質(zhì)量、成本有較大影響，對模具制造周期影響尤甚。
第五，模具材料及模具相關(guān)技術(shù)落后．模具材料性能、質(zhì)量和品種往往會影響模具質(zhì)量、壽命及成本，國產(chǎn)模具鋼與國外進口鋼相比，無論是質(zhì)量還是品種規(guī)格，都有較大差距。塑料、板材、設(shè)備等性能差，也直接影響模具水平的提高。
1.1.2 國內(nèi)模具的發(fā)展趨勢
（1）工藝分析計算方法的現(xiàn)代化。例如，生產(chǎn)汽車覆蓋件的沖壓工藝，傳統(tǒng)方法是根據(jù)已有的設(shè)計資料和設(shè)計者的經(jīng)驗，進行對比分析，確定工藝方案和有關(guān)參數(shù)，然后設(shè)計模具，進行試沖，經(jīng)過反復(fù)試驗和修改，才能轉(zhuǎn)入批量生產(chǎn)。近幾年來，國外有的公司已開始采用有限變形的彈塑性有限元法，對覆蓋件成形過程進行計算模擬，分析應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，從而預(yù)測某一工藝方案的可行性和可能會產(chǎn)生的問題，并將結(jié)果顯示在圖形終端上，供設(shè)計人員進行選擇和修改。這樣，不僅可以節(jié)省昂貴的模具試制費用，縮短產(chǎn)品試制周期，而且可以建立符合生產(chǎn)實際的先進設(shè)計方法；既促進了冷沖壓工藝的發(fā)展，又可以發(fā)揮塑性成形理論對生產(chǎn)實際的知道作用。
（2）模具設(shè)計及制造技術(shù)的現(xiàn)代化。為了加快產(chǎn)品的更新?lián)Q代，縮短工裝設(shè)計、制造周期，正在大力開展模具的計算機輔助設(shè)計和制造（CAD/CAM）技術(shù)的研究和應(yīng)用。采用這一技術(shù)，一般可以提高模具設(shè)計和制造效率2～3倍，模具生產(chǎn)周期可縮短1/2～1/3。發(fā)展這一技術(shù)的最終目標，是要達到模具CAD/CAM一體化，而模具圖紙將只作為檢驗?zāi)＞咧谩２捎媚＞逤AD/CAM技術(shù)，還可提高模具質(zhì)量，大大減少設(shè)計與制造人員的重復(fù)勞動，使設(shè)計者有可能把精力用在創(chuàng)新和開發(fā)上。
（3）沖壓生產(chǎn)的機械化和自動華。為了滿足大量生產(chǎn)的需要，沖壓設(shè)備已由單工位低速壓力機發(fā)展到多工位高速自動壓力機。一般中小型沖壓件，既可在多工位壓力機上生產(chǎn)，也可以在高速壓力機上采用多工位連續(xù)模加工，使沖壓生產(chǎn)達到高度自動化。大型沖壓件（如汽車覆蓋件）可在多工位壓力機上利用自動送料和取件裝置，進行機械化流水線生產(chǎn)，從而減輕勞動強度和提高生產(chǎn)率。
（4）為了滿足產(chǎn)品更新?lián)Q代加快和生產(chǎn)批量減小的發(fā)展趨勢，發(fā)展了一些新的成形工藝、簡易模具、通用組合模具以及數(shù)控沖壓設(shè)備和沖壓柔性制造系統(tǒng)（FMS）等。這樣，就使沖壓生產(chǎn)既可適合大量生產(chǎn)，又可適用于小批量生產(chǎn)。
（5）不斷改進板料性能，以提高其成形能力和使用效果。例如，研制高強度鋼板，用來生產(chǎn)汽車覆蓋件；研制新型材料板，用來生產(chǎn)航空構(gòu)件等。
1.2 國外模具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢
模具是工業(yè)生產(chǎn)關(guān)鍵的工藝裝備，在電子、建材、汽車、電機、電器、儀器儀表、家電和通訊器材等產(chǎn)品中，60％－80％的零部件都要依靠模具成型用模具生產(chǎn)制作表現(xiàn)出的高效率、低成本、高精度、高一致性和清潔環(huán)保的特性，是其他加工制造方法所無法替代的。模具生產(chǎn)技術(shù)水平的高低，已成為衡量一個國家制造業(yè)水平高低的重要標志，并在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。近幾年，全球模具市場呈現(xiàn)供不應(yīng)求的局面，世界模具市場年交易總額為600～650億美元左右。美國、日本、法國、瑞士等國家年出口模具量約占本國模具年總產(chǎn)值的三分之一。
在沖模方面:國外多工位級進模多達50個工位。多次拉伸成形工件發(fā)展了多工位傳遞模。多次冷擠壓工件也發(fā)展了多工位傳遞模。多次彎曲工件發(fā)展了前幾個沖裁工位用級進模接著用多向自動彎曲模。在級進模的基礎(chǔ)上發(fā)展了多功能模具。它可包含玫絲、焊接、鉚合、疊裝、組裝等工序的連續(xù)復(fù)合功能,加速了產(chǎn)品的生產(chǎn)、裝配周期,這種多功能模具生產(chǎn)出來的不是單個工件,而是成批的組件?！?
國外模具總量中,大型、精密、復(fù)雜、長壽命模具的比例占到50%以上；國外模具企業(yè)的組織形式是"大而專"、"大而精"。2004年中國模協(xié)在德國訪問時，從德國工、模具行業(yè)組織--德國機械制造商聯(lián)合會（VDMA）工模具協(xié)會了解到，德國有模具企業(yè)約5000家。2003年德國模具產(chǎn)值達48億歐元。其中（VDMA）會員模具企業(yè)有90家，這90家骨干模具企業(yè)的產(chǎn)值就占德國模具產(chǎn)值的90%，可見其規(guī)模效益。
隨著時代的進步和技術(shù)的發(fā)展，國外的一些掌握和能運用新技術(shù)的人才如模具結(jié)構(gòu)設(shè)計、模具工藝設(shè)計、高級鉗工及企業(yè)管理人才，他們的技術(shù)水平比較高．故人均產(chǎn)值也較高．我國每個職工平均每年創(chuàng)造模具產(chǎn)值約合1萬美元左右，而國外模具工業(yè)發(fā)達國家大多15～20萬美元，有的達到 25～30萬美元。
國外先進國家模具標準件使用覆蓋率達70%以上，而我國才達到45％．
1.3 油封鋼圈件模具設(shè)計與制造方面
1.3.1油封鋼圈模具設(shè)計的設(shè)計思路
它是利用拉深模在壓力機作用下，將平板坯料或空心工序件制成開口空心零件的加工方法，然后再由沖孔方法得到底部的孔，它不僅可以加工旋轉(zhuǎn)體零件，還可以加工盒形零件及其他形狀復(fù)雜的薄壁零件，但是，加工出來的制件的精度都很底。一般情況下，拉深件的尺寸精度應(yīng)在IT13級以下，不宜高于IT11級。
該零件在滿足沖壓工藝性要求的前提下，采用的沖壓工序是落料、拉深和沖孔和切邊。
1.3.2油封鋼圈件模具設(shè)計的進度
1.了解目前國內(nèi)外沖壓模具的發(fā)展現(xiàn)狀，所用時間5天；
2.確定加工方案，所用時間5天；
3.模具的設(shè)計，所用時間30天；
第2章 油封鋼圈工藝分析
工件名稱：油封鋼圈
生產(chǎn)批量：大批量
材料：08鋼 厚度t=1.8mm
工件簡圖：如圖1-1所示
拉深件的工藝性好壞，直接影響到該零件的能否用拉深方法生產(chǎn)出來，影響到零件的質(zhì)量、成本和生產(chǎn)周期等。一個工藝性好的拉深件，不僅能滿足產(chǎn)品的使用要求，同時用最簡單的、最經(jīng)濟的和最快的方法生產(chǎn)出來。
1、此工件為無凸緣圓筒形工件，要求外形尺寸，沒有厚度不變的要求。在滿足工藝性要求時，如進行大批量生產(chǎn)，一般是采用拉深成型的，圓筒形件的毛料為圓板料，可以通過落料獲得。零件底部的孔如滿足工藝性要求，可通過沖孔得到，因此，該零件在滿足沖壓工藝性要求的前提下，采用的沖壓工序是落料、拉深和沖孔。
2、該零件外徑Φ25，厚度1.8mm，其精度大致為IT11級，拉深工藝可以保證。
3、該零件低部孔為Φ9，其精度為IT12級精度，普通的沖裁工藝均可以保證。
4、該零件的圓角半徑R4。
5、該零件低部孔Φ9遠遠大于沖裁工藝對最小孔徑要求（）[1]。
綜上所述，該零件的精度及結(jié)構(gòu)尺寸都能滿足沖壓工藝性的要求，在大批量生產(chǎn)時可以用沖壓加工，沖壓的零件工序為落料、拉深和沖孔。
第3章 拉深工藝計算
3.1 修邊余量的確定
在拉深過程中，常用材料機械性能的方向性，模具間隙不均，板厚變化，摩擦阻力不等及定位不準等影響；而使拉深件口部或凸緣周邊不齊，必須進行修邊，故在計算毛坯尺寸時應(yīng)按加上修邊余量后的零件尺寸進行展開計算。
h=8.5-0.9=7.6mm,d=21.4+1.8=23.2mm。
根據(jù)相對高度h/d=0.33,修邊余量的數(shù)值查表知
所以修邊余量=1.0 mm
3.2 毛坯尺寸計算
3.2.1 確定拉深件毛坯尺寸計算的依據(jù)
由于板料在拉深過程中，材料沒有增減，只是發(fā)生塑性變形。在變形過程中，材料是以一定的規(guī)律轉(zhuǎn)移的，所以應(yīng)滿足以下情況。
1、毛坯的形狀應(yīng)符合金屬在塑性變形時的流動規(guī)律。其形狀一般與拉深件周邊的形狀相似。毛坯的周邊應(yīng)該是光滑的曲線而無急劇的轉(zhuǎn)折，所以，對于旋轉(zhuǎn)體來說，毛坯的形狀無疑是一塊圓板，只要求出它的直徑。
2、拉深前后，拉深件與其毛坯的質(zhì)量不變、體積不變，對于不變薄拉深，其面積基本不變。
3、由于板料具有方向性以及毛坯在拉深過程中的摩擦條件不均勻等因素的影響，拉深后的工件頂端一般都不平齊，需要修邊，所以在毛坯尺寸中，應(yīng)包括修邊余量。
3.2.2 該零件毛坯尺寸的計算
該零件為形狀簡單的旋轉(zhuǎn)體拉深件的毛坯直徑
在不變薄的拉深中，材料厚度雖有變化，但其平均值與毛坯原始厚度十分接近，因此，毛坯能展開尺寸可根據(jù)毛坯面積與拉深件面積（加上修邊余量）相等的原則求出。
將d=23.2mm,h=7.6 mm代入公式：
毛坯直徑按下式確定:
D =
=
=35.3mm
3.3排樣
該工件排樣根據(jù)拉深工序設(shè)計。考慮到操作方便及模具結(jié)構(gòu)簡單，故采用單排排樣設(shè)計，查表得搭邊值a=1.5、，則
條料寬：b=35.3+2a=35.3mm+2×1.5=38.3 mm
條料的進距為h=35.3+1.5=36.8 mm
沖裁單件工件材料的利用率按公式可得：
=
排樣圖如圖4-3所示
圖4-3排樣圖
3.4 確定拉深系數(shù)及拉深次數(shù)
毛坯相對厚度t/D=1.8/35.35.1﹥2,查表可不用壓料圈裝置，但為了保險起見，首次拉深仍采用壓料裝置。采用壓料裝置后，首次拉深可采用較小的拉深系數(shù)，有利于減少拉深次數(shù)。根據(jù)t/D=5.1%；查得極限拉深系數(shù)m1=0.50，而工件總的拉伸系數(shù)m總=d/D=23.2/35.3=0.65,即m總﹥m1，故工件可一次拉深成形，即可采用落料-拉深復(fù)合沖壓模。
3.5 凸凹模的最小壁厚
凸凹模是復(fù)合模中的一個特殊零件。其內(nèi)形刃口拉深凹模作用，外形刃口起落料凸模作用，外形按一般凸模設(shè)計，內(nèi)形按一般凹模設(shè)計。設(shè)計的關(guān)鍵是要保證內(nèi)形和外形之間的壁厚強度，壁太薄，易發(fā)生開裂。加強凸凹模的方法有以下幾種[3]：
1、增加有效刃口以外的壁厚。
2、采用正裝式結(jié)構(gòu)復(fù)合模，減少凸凹模?？讖U料的積存數(shù)目，減少推件力。
3、凸凹模設(shè)計的關(guān)鍵在于保證內(nèi)形和外形之間有一定的壁厚，使凸凹模有一定的深度。
4、對于不積聚廢料的凸凹模。其最小壁厚m為：落料為硬材料時m1.5t,但不能小于0.7 mm；沖裁軟材料時mt，但不能小于0.5 mm。
本零件為硬材料成形，其最小壁厚為m1.5t=1.51.8=2.7mm。
第4章 確定工藝方案及模具結(jié)構(gòu)形式
4.1 工藝方案的確定
該工件包括落料、拉深、沖孔三個基本工序，可以有以下幾種工藝方案：
方案一：先落料、后拉深、再沖孔，采用單工序模生產(chǎn)。
方案二：落料、拉深、沖孔復(fù)合沖壓，采用復(fù)合模生產(chǎn)。
方案三：落料、拉深、沖孔級進沖壓，采用級進模生產(chǎn)。
除此之外，還有其它方案，這里不再一一列舉。
以上幾種方案：對于方案一，模具要求簡單，但是需要兩道或者更多道工序，每道工序都需一套模具，模具套數(shù)過多，生產(chǎn)效率將會降低，難以滿足大批量生產(chǎn)的要求；方案二采用復(fù)合模生產(chǎn)，生產(chǎn)效率較高，復(fù)合模結(jié)構(gòu)雖然較方案一復(fù)雜，但是由于零件的幾何形狀簡單對稱，模具制造并不困難；方案三只須一套模具即可，生產(chǎn)效率最高，但是相比之下，模具結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，送進操作也不太方便[2]。
通過對上述三種方案的分析比較，若該工件拉深次數(shù)較少，采用方案二較好，即采用落料拉深沖孔復(fù)合模。
4.2 模具結(jié)構(gòu)形式的選擇與確定
1）正倒裝結(jié)構(gòu)及卸料方式：只有當拉深件高度較高時，才有可能采用落料拉深復(fù)合模，因為淺拉深件若采用復(fù)合模，落料凸模（兼拉深凹模）的壁厚過薄，強度不足。本例中凸凹模壁厚b=(35.3-25)/2=5.15mm，大于材料允許的最小壁厚3.2mm,能保證足夠強度，故采用復(fù)合模是合理的。即落料采用正裝式，拉深采用倒裝式。模座下的緩沖器兼作壓邊與頂件裝置，另設(shè)有鋼性卸料與推件裝置。該結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是操作方便，出件暢 通無阻，生產(chǎn)效率高。所以它適合與拉深深度不太大，材料較薄的情況。為了使拉深件更容易從上模里推出而不影響生產(chǎn)效率，采用打料桿裝置。
2）送料方式：采用手動送料方式。
3）導(dǎo)向方式：為確保零件的質(zhì)量及穩(wěn)定性，選用導(dǎo)柱、導(dǎo)套導(dǎo)向。由于已經(jīng)采用了手工送料方式，為了提高模具精度，采用中間導(dǎo)柱模架。
4）定位裝置：由于該模具采用的是條料，控制條料的送料方向采用擋料銷，與送料垂直的方向上用導(dǎo)料板對料進行導(dǎo)正。
第5章 沖壓設(shè)備的選擇
5.1 沖裁工序總力的計算
(1)落料力的計算：
考慮到模具刃部被磨損、凸凹模間隙不均勻和波動、材料力學(xué)性能及材料厚度偏差等因素的影響，實際計算沖裁力時按下面公式：F落=KLtτ
式中 F落—沖裁力（N）；
L—沖裁件剪切周邊長度（mm）；
t—沖裁件材料厚度（mm）；
τ—被沖材料的抗剪強度(MPa)，查手冊表8—7得20鋼的τ=300MPa；
K—系數(shù)，一般取1.3。
F落=1.3×110.8×1.8×300=77.81KN
（2）沖孔力的計算：
F沖=1.3××9×1.8×300=19.84KN
(3)拉深力的計算：
可按有壓邊圈的圓筒形件近似計算，按式得：F=kdtσb
式中：F拉—拉深力（N）；
d—拉深件直徑(mm)；
t—材料厚度(mm)；
σb—材料的強度極限(MPa),查得σb=350MPa；
k—修正系數(shù)；
m=23.2/35.3=0.66,由表查得修正系數(shù)k=0.75，則
F拉=0.75××23.2×1.8×350=34.42KN.
(4)壓邊力的計算：
壓邊力F壓可用下式計算：F壓=
式中：P—單位面積壓料力，值可查表P=2.5MPa；
D—坯料直徑；
d—工序件直徑；
rA—拉深凹模的圓角半徑，凹模圓角半徑可按下式計算：
rA == ≈3.7mm
則F壓=/4[35.32-(23.2+2×3.7)2]×2.5=0.608KN；
（5）推件力 F推=nK推F沖
K推—推件力系數(shù),由手冊查得K推=0.05；
n—同時卡在凹模的工件(或廢料)數(shù),其中
n=h/t，而h≧6，則n≧4，取n=4.
h—凹模刃部直壁洞口高度（mm），
t—料厚( mm)
F推=4×0.05×19.84=3.97kN
（6）卸料力 F卸=K卸F落
由表2—15查得K卸=0.04
F卸=0.04×77.81=3.11kN
則 工序總力為：
F總= F落+F沖+F拉+F壓+F推+F卸
=77.81+19.84+34.42+0.608+3.97+3.11=139.8KN.
5.2 初選壓力機
由于復(fù)合模的特點，為防止設(shè)備超載，對于淺拉深可按公稱壓力F壓≧（1.6～1.8）F總選擇壓力機，查手冊，初選公稱壓力為250KN的開式壓力機，型號JA23-25,其有關(guān)技術(shù)參數(shù)為：
表一 250KN開式壓力機參數(shù)
發(fā)生工程壓力時滑快
距上死點距離/mm
6
固定臺和可傾式/mm
最大封閉高度
250
行程次數(shù)/次
100
滑快行程
80
封閉高度調(diào)節(jié)量/ mm
70
滑快中心到床身距離/ mm
190
工作臺尺寸
左右/ mm
560
工作臺孔尺寸
左右/ mm
260
前后/ mm
360
前后/ mm
130
立柱間距離/ mm
260
直徑/ mm
180
傾斜角
30°
模柄孔尺寸（直徑深度）/ mm
5070
墊板厚度/ mm
70
工作臺墊板厚/ mm
50
5.3 壓力中心的計算
模具的壓力中心就是沖壓力合力的作用點。為了保證壓力機和模具的正常工作，應(yīng)使模具的壓力中心與壓力機的中心滑塊中心線重合。否則，沖壓時滑塊就會承受偏心載荷，導(dǎo)致滑塊導(dǎo)軌與模具的導(dǎo)向部分不正常的磨損，還會使合理的間隙得不到保證，從而影響制件的質(zhì)量和降低模具的壽命，甚至損壞模具。
由工件圖可知，為簡單的對稱沖裁件，其壓力中心位于沖裁件輪廓圖形的幾何中心上。
第6章：模具主要零件的設(shè)計與標準化
6.1 工作零部件刃口尺寸的計算
落料和拉深的凸、凹模的工作尺寸見表2，R2mm屬于過渡尺寸，要求不高，為簡單方便，實際生產(chǎn)中直接按R2mm作為拉深凹模該處的尺寸。
表2 工作部分尺寸計算[2]
尺寸及
分類
凸、凹模間
雙面間隙
尺寸偏差與磨損系數(shù)
計算公式
結(jié)果
備注
落
料
?35.3
查表2.3.3得，=0.20
mm
=0.24
mm
=
0.62
X=0.5
=(- XΔ)
模具制造公差是查表2.4.1所得，能滿足
拉
深
?21.4
查表4.8.2得，Z=2mm
=
0.28
dT=(dmin+0.4Δ)0-δT
模具制造公差是查表4.8.3所得
dA=(dT+Z)+ δA0
沖
孔
?9
查表2.3.3 =0.20
mm
=0.24
mm
=
0.36
X=0.5
dT=
(dmin+ xΔ)0-δT
模具制造公差是查表4.8.3所得
dA=
(dT+Zmin)+ δA0
注：在實際設(shè)計工作中，拉深凸、凹模圓角半徑應(yīng)選取比計算值略小的數(shù)值，這樣便于在試模調(diào)整時逐漸加大，直到拉出合格的制件為止。
6.2 工作零部件的設(shè)計與標準化
6.2.1沖孔凸模的設(shè)計
由于工件形狀簡單對稱，所以模具的工作零件均采用整體結(jié)構(gòu)，沖孔凸模、落料凹模和凸、凹模的結(jié)構(gòu)如下圖6—1、6—2、6—3所示。凸、凹模因為型孔較多，為防止淬火變形，除采用工作部分局部淬火（硬度58—62HRC）外，材料也選用淬火變形小的CrWMn模具鋼。
為了實現(xiàn)先落料后拉深，模具裝配后，應(yīng)使沖孔凸模的端面比落料凹模端面低至少一個料厚的距離，所以拉深凸模的長度L可按照下式計算[9]：
L==20mm+40mm-3mm=57mm
其中：—凸模固定板厚度，=20mm，
—凹模的厚度，=40 mm，
—裝配后，沖孔凸模的端面低于落料凹模端面的高據(jù)板厚的大小，決定=3mm。
圖6—1沖孔凸模
材料：Cr12 熱處理：58～62HRC
6.2.2落料凹模的設(shè)計
落料凹模采用整體式，用普通機械加工制造，選用凸臺式凹模，安裝凹模在模架上的
位置時，要依據(jù)壓力中心的數(shù)據(jù)，將壓力中心與模柄中心重合。凹模裝與下模座上時，由于下模座孔口較大因而使凹模工作時承受彎曲力矩，若凹模高度H及模壁高度C不足時，會使凹模產(chǎn)生較大變形，甚至破壞。但由于凹模受力復(fù)雜，很難按理論方法精確計算，對于非標準尺寸的凹模一般不作強度核算，可用經(jīng)驗公式確定其尺寸。
凹模高度H=KB
凹模壁厚C=（1.5-2）H
式中B—凹?？椎淖畲髮挾萴m，但不小于15mm
C—凹模壁厚，mm,指刃口至凹模外形邊緣的距離
K—系數(shù)，查表知K=0.25
凹模高度按表取標準值40mm；
凹模長度L=25+2×40=105；
圖6—2 落料凹模
材料：Cr12 熱處理：工作部分局部淬火，硬度58～62HRC
6.2.3凸凹模的設(shè)計
結(jié)合工件外形并考慮加工，凸凹模采用整體凸凹模，將落料凸凸模設(shè)計成直通式，沖裁的凸凹模外形及孔均采用線切割機床加工，1個M8的螺釘固定在下墊板上，該副模具中共有兩個凸凹模，與凸模固定板配合按H6/m5。其結(jié)構(gòu)簡圖分別如下所示：
圖6—3 凸凹模
材料：Cr12 熱處理：工作部分局部淬火，硬度58～62HRC
6.3 其它零部件的設(shè)計與選用
1、剛性打件的設(shè)計
起到把工件從凸凹模里推出的作用，并利用裝在壓力機工作臺下的標準緩沖器提供壓邊力[2]。
2、定位零件的設(shè)計
沖壓的定位裝置零件用以保證材料的正確送進及在沖模中的正確位置。使用條料時，保證條料送進導(dǎo)向的零件有導(dǎo)料板、導(dǎo)料銷等，保證條料進距的有擋料銷、定距側(cè)刃等零件。
落料凹模上部設(shè)置兩個導(dǎo)料銷和一個擋料銷，尺寸分別為?6mm 和?5mm,與落料凹模上安裝孔的配合采用H7/r6。使用導(dǎo)料銷時，為使條料順利通過導(dǎo)料板間的距離應(yīng)等于條料的最大寬度加上一個間隙值（一般大于0.5mm）。導(dǎo)尺的高度H視導(dǎo)板厚h與擋料銷的高度而定。使用固定擋料銷時，導(dǎo)料板高度較大，擋料銷之上要有適當?shù)目臻g，使條料易于通過，送料不受阻礙時，導(dǎo)料板高度可小些。
擋料銷用于定位條料送進距離，抵住條料的搭邊和工具輪廓，起定位作用[2]。
3、卸料部件的設(shè)計
卸料部件有剛性卸料和彈性卸料等形式，本設(shè)計采用剛性卸料裝置。卸料板和凸模之間的單邊間隙：對于固定卸料板（一般僅起卸料作用），?。?.1～0.5）tmm。
卸料板的周界尺寸與凹模的周界尺寸相同，厚度為10mm。卸料板采用45鋼制造，淬火硬度為40-45HRC[2]。
4、卸料螺釘?shù)倪x用
卸料板上設(shè)置4個卸料螺釘，公稱直徑為8mm,螺紋部分為M6×10mm。卸料螺釘尾部應(yīng)留有足夠的行程空間。卸料螺釘擰緊后，應(yīng)使卸料板超出凸凹模端面0.4mm，又誤差時通過在螺釘與卸料板之間安裝墊片來調(diào)整[2]。
6.4 標準模架的選用
模具選用中間導(dǎo)柱標準模架，可承受交大的沖壓力，以凹模周界尺寸為依據(jù)，選擇模架規(guī)格。
導(dǎo)柱d/mmL/mm為，導(dǎo)套d/mmL/mmD/mm為；
上模座厚度取35mm，即=35 mm；
上模墊板厚度取8mm,即=8 mm
固定卸料板厚度取15mm，即=15 mm；
下固定伴厚度取20mm，即=20 mm；
下模墊板厚度取10mm，即=10 mm；
下模座厚度取45mm，即=45 mm；
模具閉合高度
=++++++-
=（35+20+52+40+20+10+45-10）
=200 mm
式中：—凸凹模高度，=52 mm；
—凹模的厚度，=40 mm；
—凸凹模進入落料凹模的深度， =10 mm。
可見該模具閉合高度小于所選開式壓力機250KN的最大裝模高度（250），所以，所選的開式壓力機可以使用。
由于凹模周界L=250.1 mm，B=200 mm，閉合高度H=200~250，I2級的中間導(dǎo)柱模架，模架250200200，GB/T2851.5。
第7章 模具總裝圖及其工作過程分析
7.1 模具工作過程分析
將條料沿導(dǎo)料銷平放在凹模面上，并沿導(dǎo)料銷向前送進，接觸到擋料銷時停止送進，壓力機滑塊帶著上模下行，首先由凸凹模13和凹模3完成落料，緊接著由凸模5和凸凹模1進行拉深，之后，由1，14完成沖孔。然后上模回程，落料后的條料由卸料板卸下，成形的工件在回程中由頂出器將工件打下，用手將工件取走。
7.2 模具總裝圖
1-凸凹模；2-螺母；3-落料凹模；4-壓邊圈；5-沖孔凸模；6-下固定板；7-下模座；8-螺釘；9-下墊板；10-頂桿；11-圓柱銷；12-導(dǎo)柱；13-凸凹模；14-推件塊；15-導(dǎo)套；16-上模座；17-螺釘；18-圓柱銷；19-打桿；20-模柄；21-上墊板；22-上固定板；23-擋料銷；24-導(dǎo)料銷
模具材料的選用
24
導(dǎo)料銷
2
35鋼
23
擋料銷
1
T8
22
上固定板
1
35鋼
21
上墊板
1
40
20
模柄
1
Q235
19
打桿
1
40
18
圓柱銷
2
GB70—85
17
螺釘
4
16
上模座
1
HT200
GB70—85
15
導(dǎo)套
1
20鋼
14
推件塊
1
45鋼
13
凸凹模
1
Cr12
12
導(dǎo)柱
1
20鋼
11
圓柱銷
1
40
10
頂桿
1
45鋼
9
下墊板
1
40
8
螺釘
8
GB/T2861.1—90
7
下模座
1
HT200
GB70—85
6
下固定板
1
40
5
沖孔凸模
1
Cr12
GB/T2855.1—90
4
壓邊圈
1
20
GB/T2861.1—90
3
落料凹模
1
Cr12
GB/T2861.1—90
2
螺母
1
40
1
凸凹模
1
Cr12
GB/T2855.1—90
序號
名稱
件數(shù)
材料
備注
第8章 工作零件的加工工藝性
本副模具的工作零件都是旋轉(zhuǎn)體，形狀比較簡單，加工主要采用車削。下表所示沖孔凸模的加工工藝過程見加工工藝卡。
機械加工工藝過程卡
機械加工工藝過程卡片
產(chǎn)品型號
零（部）件圖號
12
產(chǎn)品名稱
凸模
零（部）件名稱
沖孔凸模
共（1）第（1）頁
材料牌號
Cr12MoV
毛坯
種類
圓棒料
毛坯外型尺寸
Φ10㎜
每個毛坯可制件數(shù)
每臺
件數(shù)
4
備注
工序號
工序名稱
工序內(nèi)容
車間
工段
設(shè)備
工 藝 裝 備
工時
準終
單件
01
下料
鋸割下料Φ12㎜×60㎜
下料車間
鋸床
0.5
02
鍛
鍛成Φ10㎜×58㎜
鍛造車間
空氣錘
2
03
熱處理
退火
熱處理車間
熱處理爐
10
04
車削
車外圓Φ9達尺寸要求；車退刀槽2×1；車外圓Φ8，Φ11.225留磨量0.5㎜；
掉頭車左端，留磨量0.2㎜
模具車間
車床
5
05
銑
銑右端面達圖紙要求
06
熱處理
淬火并回火達58～62HRC
熱處理車間
12
07
磨外圓和右端面
磨外圓Φ9和Φ8達到要求
模具車間
2
08
鉗
研磨Φ9達圖樣要求
模具車間
2
標記
記數(shù)
更改文
件號
簽字
日期
標記
處數(shù)
更該文件號
設(shè)計日期
審核日期
標準化日期
會簽
日期
總 結(jié)
本課程設(shè)計是我們進行完了三年的模具設(shè)計與制造專業(yè)課程后進行的，它是對我們?nèi)陙硭鶎W(xué)課程的又一次深入、系統(tǒng)的綜合性的復(fù)習(xí)，也是一次理論聯(lián)系實踐的訓(xùn)練。它在我們的學(xué)習(xí)中占有重要的地位。
通過這次畢業(yè)設(shè)計使我從新系統(tǒng)的復(fù)習(xí)了所學(xué)專業(yè)知識同時也鞏固了先前學(xué)到了的知識，同時感觸最深刻的是：所學(xué)知識只有在應(yīng)用中才能在更深刻理解和長時間記憶。對一些原來一知半解的理論也有了進一步的的認識。特別是原來所學(xué)的一些專業(yè)基礎(chǔ)課：如機械制圖、模具材料、公差配合與技術(shù)測量、冷沖模具設(shè)計與制造等有了更深刻的理解，使我進一步的了解了怎樣將這些知識運用到實際的設(shè)計中。同時還使我更清楚了模具設(shè)計過程中要考慮的問題，如怎樣使制造的模具既能滿足使用要求又不浪費材料，保證工件的經(jīng)濟性，加工工藝的合理性。
在設(shè)計的過程中通過沖壓手冊、模具制造簡明手冊、模具標準應(yīng)用手冊等隊要設(shè)計的問題進行查詢，我了解了通過更多的途徑去了解我要做的設(shè)計，使設(shè)計更具合理性。也使我學(xué)會了設(shè)計過程中對資料的查詢和運用。通過這次設(shè)計，我更加深入地學(xué)習(xí)了冷沖壓技術(shù)工作設(shè)計的內(nèi)容。冷沖壓技術(shù)工作設(shè)計的內(nèi)容包括冷沖壓工藝設(shè)計、模具設(shè)計及沖模制造三方面內(nèi)容，盡管三者的工作內(nèi)容不同，但三者之間存在著相互滲透、相互補充、相互依存的關(guān)系。
冷沖壓工藝設(shè)計是針對給定的產(chǎn)品圖樣，根據(jù)其生產(chǎn)批量的大小、沖壓設(shè)備的類型規(guī)格、模具制造能力及工人技術(shù)水平等具體生產(chǎn)條件，從對產(chǎn)品零件圖的沖壓工藝性分析入手經(jīng)過必要的工藝計算，制定出合理的工藝方案，最后編寫沖壓工藝卡的一個綜合分析、計算、設(shè)計過程。沖壓工藝方案的確定包括工序性質(zhì)、數(shù)量的確定，工序順序的安排，工序組合方式及工序定位方式的確定等內(nèi)容。
沖壓模具設(shè)計則是依據(jù)制定的沖壓工藝規(guī)程，在認真考慮毛坯的定位、出件、廢料排出諸問題以及模具的制造維修方便、操作安全可靠等因素后，設(shè)計計算并構(gòu)思出與沖壓設(shè)備相適應(yīng)的模具總體結(jié)構(gòu)，然后繪制出模具總裝圖和所有非標準零件圖的整個設(shè)計繪圖過程。
歷經(jīng)近三個月的畢業(yè)設(shè)計即將結(jié)束，在這次畢業(yè)設(shè)計中通過參考、查閱各種有關(guān)模具方面的資料，請教各位老師有關(guān)模具方面的問題，并且和同學(xué)的探討，模具設(shè)計在實際中可能遇到的具體問題，使我在這短暫的時間里，對模具的認識有了一個質(zhì)的飛躍。
從陌生到開始接觸，從了解到熟悉，這是每個人學(xué)習(xí)事物所必經(jīng)的一般過程，我對模具的認識過程亦是如此。經(jīng)過近三個月的努力，我相信這次畢業(yè)設(shè)計一定能為三年的大學(xué)生涯劃上一個圓滿的句號，為將來的事業(yè)奠定堅實的基礎(chǔ)。
致 謝
首先感謝本人的導(dǎo)師原紅玲老師，她仔細審閱了本文的全部內(nèi)容并對我的畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容提出了許多建設(shè)性建議。原紅玲老師淵博的知識，誠懇的為人，使我受益匪淺，在畢業(yè)設(shè)計的過程中，特別是遇到困難時，她給了我鼓勵和幫助，在這里我向她表示真誠的感謝！
感謝母?！幽蠙C電高等?？茖W(xué)校的辛勤培育之恩！感謝材料工程系給我提供的良好學(xué)習(xí)及實踐環(huán)境，使我學(xué)到了許多新的知識，掌握了一定的操作技能。感謝各位老師在三年之中的教導(dǎo)和在做設(shè)計的過程中對我的幫助。使我在大學(xué)三年里不但學(xué)到了更多知識，而且學(xué)到了怎么做人、怎么做事。
我非常慶幸在三年的的學(xué)習(xí)、生活中認識了很多可敬的老師和可親的同學(xué)，并感激師友的教誨和幫助。畢業(yè)之后，我一定會努力工作的，不辜負各位老師對我們的深切期望，在這里向你們道一聲：老師你們辛苦了！
最后深深地祝愿祝各位老師，身體健康、萬事如意！
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