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河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文
摘 要
沖壓模具在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。在傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)中，工人生產(chǎn)的勞動(dòng)強(qiáng)度大、勞動(dòng)量大，嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率的提高。隨著當(dāng)今科技的發(fā)展， 工業(yè)生產(chǎn)中模具的使用已經(jīng)越來越引起人們的重視，而被大量應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中來。沖壓模具的自動(dòng)送料技術(shù)也投入到實(shí)際的生產(chǎn)中，沖壓模具可以大大的提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率，減輕工人負(fù)擔(dān)，具有重要的技術(shù)進(jìn)步意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
本文針對(duì)端蓋的沖裁工藝性和拉深工藝性，分析比較了成形過程的三種不同沖壓工藝（單工序、復(fù)合工序和連續(xù)工序），確定用一幅復(fù)合模完成落料、拉深和沖孔的工序過程。介紹了端蓋冷沖壓成形過程，經(jīng)過對(duì)端蓋的批量生產(chǎn)、零件質(zhì)量、零件結(jié)構(gòu)以及使用要求的分析、研究，按照不降低使用性能為前提，將其確定為沖壓件，用沖壓方法完成零件的加工，且簡(jiǎn)要分析了坯料形狀、尺寸，排樣、裁板方案，拉深次數(shù)，沖壓工序性質(zhì)、數(shù)目和順序的確定。進(jìn)行了工藝力、壓力中心、模具工作部分尺寸及公差的計(jì)算，并設(shè)計(jì)出模具。還具體分析了模具的主要零部件（如凸凹模、卸料裝置、拉深凸模、墊板、凸模固定板等）的設(shè)計(jì)與制造，沖壓設(shè)備的選用，凸凹模間隙調(diào)整和編制一個(gè)重要零件的加工工藝過程。列出了模具所需零件的詳細(xì)清單，并給出了合理的裝配圖。
關(guān)鍵詞：端蓋；模具設(shè)計(jì)；復(fù)合模；拉深沖孔；落料；模具結(jié)構(gòu)
ABSTRACT
Punching die has been widely used in industrial production.In the traditional industrial production,the worker work very hard,and there are too much work,so the efficiency is low.With the development of the science and technology nowadays,the use of punching die in the industrial production gain more attention, and be used in the industrial production more and more.Self-acting feed technology of punching die is also used in production, punching die could increase the efficience of production and could alleviate the work burden，so it has significant meaning in technologic progress and economic value.
Based on the Cover of the stamping process and the deep drawing process, Comparative analysis of the process of forming three different stamping process (single processes, complex processes and continuous processes) confirm completion of a composite model blanking, drawing processes and punching process. On the cover of the cold stamping process, right after the Cover of the mass production, quality components, and the use of structural components of the analysis, research, in line with lower performance prerequisite to the identification of stampings, Stamping method used to complete the processing components, and a brief analysis of the blank shape, size, layout, the Conference Board, the number of Drawing, stamping processes in nature, number and sequence determination. For the process, the center of pressure, the die size and the tolerance of the calculation, design mold. Also analyzes the mold of the main components (such as punch and die and dump devices, drawing punch, slates, Punch plate, etc.) design and manufacturing, stamping equipment selection, punch-gap adjustment and establishment of a vital parts machining process. Die requirements set out a detailed list of parts, and gives a reasonable assembly.
Keywords: Cover; Mold design; Composite molding; Drawing Punch;Cut;Die structure
目錄
摘 要 ……………………………………………………………………1
1 端蓋的工藝性分析………………………………………………… 7
2 工藝方案的擬定………………………………………………… 11
2.1 計(jì)算毛坯尺寸……………………………………………… 11
2.2 確定是否需要壓邊圈…………………………………… 12
2.3 確定工藝方案……………………………………………… 12
3主要工藝參數(shù)的計(jì)算……………………………………………15
3.1確定排樣、裁板方案………………………………………15
3.2 計(jì)算拉深次數(shù)……………………………………………… 17
3.3 計(jì)算工藝力、初選設(shè)備………………………………..…18
3.3.1 計(jì)算工藝力…………………………………….......18
3.3.2 拉深功的計(jì)算………………………………………...21
3.3.3 初選壓力機(jī)…………………………………….......22
3.3.4 計(jì)算壓力中心…………………………………......23
3.3.5 計(jì)算凸、凹模刃口尺寸及公差…………………23
4 模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)……………………………………………… 30
4.1模具結(jié)構(gòu)形式的選擇……………………………………....30
4.1.1 模架的選用…………………………………….......30
4.1.2模具的閉合高度………………………………………..31
4.2整體模具分析及草圖………………………………………34
4.3模具工作部分尺寸計(jì)算…………………………………...33
4.3.1 落料凹模.……………………………………….....33
4.3.2 拉深凸?！?..34
4.3.3 凸凹模……………………………………………....36
4.3.4 彈壓御料板…………………………………………...38
4.3.5 上墊板……………………………………………….......40
4.3.6 壓邊圈………………………………………………….41
4.3.7 推件塊…………………………………………………. 42
4.3.8 沖孔凹?！? 44
4.3.9推板及推桿……………………………………………. 46
5 模具的整體安裝………………………………………………… 47
5.1 模具的總裝配……………………………………………...48
5.2 模具零件…………………………………………………...... 49
6選定沖壓設(shè)備………………………………………………………52
7 模具的裝配………………………………………………… 53
7.1 復(fù)合模的裝配……………………………….………… 53
7.2 凸、凹模間隙的調(diào)整…………………………………53
8 重要零件的加工工藝過程編制……………………… 55
結(jié) 論……………………………………………………………………60
參考文獻(xiàn)……………………………………………………………… 61
致 謝…………………………………………………………………62
7
1 端蓋的工藝性分析
本次設(shè)計(jì)為冷沖壓模具設(shè)計(jì)，冷沖壓是利用安裝在壓力機(jī)上的沖模對(duì)金屬板料施加壓力，是材料的內(nèi)部產(chǎn)生相應(yīng)的內(nèi)力。當(dāng)內(nèi)力的作用達(dá)到一定的數(shù)值時(shí)，板料毛坯的某個(gè)部分便產(chǎn)生與內(nèi)力的作用性質(zhì)相應(yīng)的變形，使板料分離或產(chǎn)生塑性變形，從而獲得所需尺寸及形狀的零件。
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。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)、組合與包裝的全過程，而分析工藝性的重點(diǎn)要在沖壓加工工序這一過程里。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(gè)零件，由于生產(chǎn)條件、工藝裝備情況及生產(chǎn)的傳統(tǒng)習(xí)慣等不同，其工藝性的內(nèi)涵也不完全一樣。這里我們重點(diǎn)分析零件的結(jié)構(gòu)及材料的工藝性。
該零件是端蓋，如圖1.1，該零件可看成帶凸緣的筒形件，料厚t=2mm，拉深后厚度按不變處理；零件底部圓角半徑為1.5mm凸緣處的圓角半徑也為1.5mm；尺寸公差都為自由公差，滿足拉深工藝對(duì)精度等級(jí)的要求。
圖1.1 工件圖
工藝性對(duì)精度的要求是一般情況下，拉深件的尺寸精度應(yīng)在IT13級(jí)以上，不宜高于IT11級(jí)；對(duì)于拉深件，應(yīng)在拉深后有適當(dāng)?shù)恼喂ば?，以提高其精度，由于材料各向異性的影響，拉深件的口部或凸緣外緣一般是不整齊的，出現(xiàn)“突耳”現(xiàn)象，需要增加切邊工序。
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(duì)結(jié)構(gòu)與尺寸的要求是拉深件因盡量簡(jiǎn)單、對(duì)稱，本次設(shè)計(jì)的零件符合這一要求；同時(shí)最好能一次拉深成形，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(shí)，為避免拉裂，需采用多次拉深，這時(shí)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。拉伸次數(shù)需要計(jì)算得出，而別的要求需要設(shè)計(jì)工程中把握。
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；由于板料軋制變形特點(diǎn)而具有方向性，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(shí)，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(jiǎn)單、形狀對(duì)稱，完全由圓弧和直線組成，沒有長(zhǎng)的懸臂和狹槽。零件尺寸除中心孔和兩中心孔的距離尺寸以及凸起上小孔接近IT11級(jí)外，其余尺寸均為自由尺寸且無(wú)其他特殊要求，利用普通沖裁方法可以達(dá)到零件圖樣要求。零件材料選為20號(hào)鋼，查的退火抗拉強(qiáng)度為400Mpa，屈服強(qiáng)度為206Mpa.屈強(qiáng)比近0.5，故此材料具有良好的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和塑性，其沖裁加工性較好。該零件的沖裁性較好，可以沖裁加工，適于大批大量。
2 工藝方案的擬定
2.1 計(jì)算毛坯尺寸
由于板料是軋壓或退火時(shí)所產(chǎn)生的聚合組織而使材料引起殘存的方向性，反映到拉深過程中，就使桶形拉深件的口部形成明顯的突耳。此外，受板料本身的金屬結(jié)構(gòu)組織不均勻、模具間隙不均勻、潤(rùn)滑的不均勻等等的影響，而且突起處小孔太多也都會(huì)引起沖件口高低不齊的現(xiàn)象，因此就必需在拉深厚的零件口部和外緣進(jìn)行修邊處理。這樣在計(jì)算毛坯尺寸的時(shí)候就必需加上修邊余量然后再進(jìn)行毛坯的展開尺寸計(jì)算。
根據(jù)零件的尺寸取修邊余量的值為3.6mm。且零件上的最小間距為凸起上小孔間的間距為5mm大于二倍的零件厚度，即。也比較符合。
在拉深時(shí)，雖然拉深件的各部分厚度要求發(fā)生一些變化，但如果采用適當(dāng)?shù)墓に嚧胧瑒t其厚度的變化量還是并不太大。所以在設(shè)計(jì)工藝過程時(shí)，可以不考慮毛坯厚度的變化。同時(shí)由于金屬在塑性變形過程中保持體積不變，因而，在計(jì)算拉深件的的毛坯展開尺寸時(shí)，可以認(rèn)為在變形前后的毛坯和拉深件的表面積及落料的表面積之和相等。
對(duì)于該零件，可看成帶凸緣拉深件。根據(jù)零件圖所示的數(shù)據(jù)可的如下計(jì)算：
其相對(duì)凸緣最大直徑
......................................................................2.1
其中：.........成型零件最大的長(zhǎng)度
d............成型零件凸起的直徑
因
由拉伸前后表面積不變，故拉伸所需毛坯的直徑：
===124mm
…………………2.2
又有3.6mm，故毛坯凸緣寬度為：
mm……………2.3
毛坯凸緣長(zhǎng)度為：
mm………………2.4
2.2 確定是否需要壓邊圈
坯料相對(duì)厚度
……………2.5
所以需要壓邊圈。
2.3 確定工藝方案
根據(jù)以上分析和計(jì)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、沖孔等。根據(jù)這些基本工序，可以擬出如下幾種工藝方案：
方案一
先進(jìn)行落料，再拉深，修邊，最后沖孔，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(jiǎn)單，制造很容易，成本低廉，但由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單定位誤差很大，而且單工序模一般無(wú)導(dǎo)向裝置，安裝和調(diào)整不方便，費(fèi)時(shí)間，生產(chǎn)效率低。
方案二
落料與拉深、修邊在復(fù)合模中加工成半成品，再在單工序模上進(jìn)行沖孔。采用了落料與拉深、修邊的復(fù)合模，提高了生產(chǎn)率。對(duì)落料以及拉深的精度也有很大的提高。由于最后一道沖孔工序是在單工序模中完成，使得最后一步?jīng)_孔工序的精度降低，影響了整個(gè)零件的精度，而且中間過程序要取件，生產(chǎn)效率不高。
方案三
采用帶料級(jí)進(jìn)多工位自動(dòng)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(dòng)的送料裝置。模具的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，制造周期長(zhǎng)，生產(chǎn)成本高。
方案四
落料、拉深、沖孔和修邊全都在同一個(gè)復(fù)合模中一次加工成型。此方案把三個(gè)工序集中在一副復(fù)合模中完成，使得生產(chǎn)率有了很大的提升。沒有中間的取放件過程，一次沖壓成型，而且精度也比較高，能保證加工要求，在沖裁時(shí)材料處于受壓狀態(tài)，零件表面平整。模具的結(jié)構(gòu)也非常的緊湊，外廓尺寸比較小，但模具的結(jié)構(gòu)和裝配復(fù)雜。
根據(jù)設(shè)計(jì)需要和生產(chǎn)批量以及經(jīng)濟(jì)性，綜合考慮以上方案，方案四最適合。即落料、拉深、沖孔和修邊在同一復(fù)合模中完成，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。故選擇用復(fù)合模具來作為本次設(shè)計(jì)的對(duì)象。
3 主要工藝參數(shù)的計(jì)算
3.1 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?gòu)U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)。
容易觀察到，該零件的排樣應(yīng)該采用斜排最合理。最節(jié)省材料，可達(dá)到最佳經(jīng)濟(jì)性。故有毛坯形狀如下：
圖3.1 毛坯圖
同時(shí)要具有搭邊。屬于工藝廢料的搭邊對(duì)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(shí)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(shí)，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。由于20號(hào)鋼為低碳鋼，則可根據(jù)此零件的尺寸通過在課本《模具設(shè)計(jì)與制造》（第二版）中查表2-7取:
沿邊搭邊值為
工件間搭邊值為
從圖3.1上可知：進(jìn)距 S=128+1.5=129.5mm…………………3.1
條料寬度b=110.3+114mm…………………3.2
板料規(guī)格擬用2mm×1400mm×4000mm熱軋鋼板。查《沖壓模具設(shè)計(jì)》GB708-88，為了操作方便采用橫裁。
裁板條數(shù)
條…………………………3.3
每條個(gè)數(shù)
11個(gè)………………3.4
每板總個(gè)數(shù)
材料利用率
……………………………3.5
3.2 計(jì)算拉深次數(shù)
在考慮拉深的變形程度時(shí)，必需保證使毛坯在變形過程中的應(yīng)力既不超過材料的變形極限，同時(shí)還能充分利用材料的塑性。也就是說，對(duì)于每道拉深工序，應(yīng)在毛坯側(cè)壁強(qiáng)度允許的條件下，采用最大的變形程度，即極限變形程度。
極限拉深系數(shù)值可以用理論計(jì)算的方法確定。即使得在傳力區(qū)的最大拉應(yīng)力與在危險(xiǎn)斷面上的抗拉強(qiáng)度相等，便可求出最小拉深系數(shù)的理論值，此值即為極限拉深系數(shù)。但在實(shí)際生產(chǎn)過程中，極限拉深系數(shù)值一般是在一定的拉深條件下用實(shí)驗(yàn)的方法得出的，我們可以通過查表來取值。
零件的總拉深系數(shù)為，其相對(duì)凸緣直徑，屬于帶大凸緣拉深的拉深件。根據(jù)，，由教材<<沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)>>上表4-16、4-18查得一次允許的拉深系數(shù)，第一次拉深的最大相對(duì)高度。
因材料為20號(hào)鋼,具有良好的強(qiáng)度和塑性,其加工工藝性較好,可減小帶凸緣筒形件的首次拉深系數(shù)及增大最大相對(duì)高度。
使得，所以零件只需要一次拉深。
3.3 計(jì)算工藝力、初選設(shè)備
3.3.1 計(jì)算工藝力
A沖裁力
平刃凸模落料力的計(jì)算公式為
…………………………………………3.6
式中 — 沖裁力（N）
L— 沖件的周邊長(zhǎng)度（mm）
t— 板料厚度（mm）
—材料的抗沖剪強(qiáng)度（M Pa）
K— 系數(shù)（它與沖裁間隙、沖件形狀、沖裁速度、板料厚度、潤(rùn)滑情況等多種因素有關(guān)。而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）取為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%。即
……………………………………………3.7
因此，該沖件的沖裁力的計(jì)算為：
..........................3.8
而零件外輪廓的周邊長(zhǎng)度為約387mm； 零件凸緣上孔的周邊長(zhǎng)度約為18.85；零件凸起上的孔的周邊長(zhǎng)度約為15.7。
故有=1.3 =321984N
N
N
中： ..................零件外輪廓的沖裁力；
................零件凸緣上孔的沖裁力；
.................零件凸起上的孔的沖裁力。
=8+2+=457849.6N
B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(huì)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(gè)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(rùn)滑情況等。所以要精確地計(jì)算這些力是困難的，一般用下列經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：
卸料力 ……………………………3.10
式中 F—— 沖裁力(N)
——卸料力系數(shù)，其值可查上教材的表2-5，
這里可取為0.04。
因此
C 推件力
將卡在凹模中的材料順著沖裁方向?qū)辶贤瞥鏊枰牧ΨQ為推件力。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，則推件力為：
…………………………………3.11
—推件力系數(shù)，其值同樣可查表2-5，取為0.055。
D拉深力
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(jì)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(xiǎn)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(jì)算。因?yàn)榇死焱靶渭袎哼吶?，故?duì)于帶凸緣圓筒形零件的拉深力經(jīng)驗(yàn)公式為：
………………………3.12
式中 —圓筒形零件的凸模直徑（mm）
—修正系數(shù)，根據(jù)拉伸系數(shù)查教材表4-9
—材料的抗拉強(qiáng)度（M Pa）
—材料厚度
由于拉伸系數(shù)m== 故=0.93
因此
E壓邊力
壓邊力的大小對(duì)拉深件的質(zhì)量是有一定影響的，如果過大，就要增加拉深力，因而會(huì)使制件拉裂，而壓邊圈的壓力過小就會(huì)使工件的邊壁或凸緣起皺，所以壓邊圈的壓力必須適當(dāng)。合適的壓邊力范圍一般應(yīng)以沖件既不起皺、又使得沖件的側(cè)壁和口部不致產(chǎn)生顯著的變薄為原則。壓邊力的大小和很多因素有關(guān)，所以在實(shí)際生產(chǎn)中，可以根據(jù)近似的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算。
(N)……………………………………3.13
式中 A=—初始有效壓邊面積(mm);
—單位壓邊力(M Pa),這里經(jīng)查表4-8取為F=2.5
所以有
3.3.2 拉深功的計(jì)算
由《沖模技術(shù)》中公式，拉深所需的功可按下式計(jì)算
…………………………………………3.14
式中 —最大拉深力（N）
h —拉深深度（mm）
W—拉深功（J）
c—修正系數(shù)，一般取為C=0.6~0.8。
所以
J…………………3.15
3.3.3 初選壓力機(jī)
A 壓力機(jī)類型的選擇
因?yàn)榇藳_裁件為中小型所以開式壓力機(jī)能夠滿足要求；而且為大批量生產(chǎn)，不適宜液壓機(jī)，選擇自動(dòng)壓力機(jī)。
B 壓力機(jī)設(shè)備規(guī)格的選擇
1）公稱壓力
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?jī)?chǔ)備，以防萬(wàn)一。從提高設(shè)備的工作剛度、沖壓零件的精度及延長(zhǎng)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。
總沖壓力為：
=457849.6+18313.984+25181.72+20569.5+163531.2
= ………………3.16
應(yīng)選的壓力機(jī)公稱壓力取為1.5，則公稱壓力為：
…………………………3.17
2）滑塊行程和行程次數(shù)
由于設(shè)計(jì)的工件為拉伸件故行程需較大，可取為拉伸件的2.5倍。
則滑塊行程為S=2.5.....................3.18
由教材《模具技術(shù)》表1-35可查得：
鋼的最大拉深速度為v=；
但速度不宜過大，則行程次數(shù)小于120次/分
3）壓力機(jī)沖壓所應(yīng)提供功
可近似用下公式計(jì)算：
………………3.19
因此初選開式雙柱固定臺(tái)壓力機(jī)J 2 1-160A。
3.3.4 計(jì)算壓力中心
本零件為對(duì)稱幾何體,其壓力中心就在它的圓心處，不必計(jì)算它的壓力中心。
3.3.5 計(jì)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(shí)，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(shí)凸、凹模的磨損，在設(shè)計(jì)凸、凹模刃口尺寸時(shí)，對(duì)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(duì)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(shí)，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(jì)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(jì)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(jiǎn)單，規(guī)范形狀（圖形，方法或矩形）的沖件。
A落料
因?yàn)槁淞霞砻娉叽缗c凹模刃口尺寸相等或基本一致，而廢料與凸模具刃口尺寸相等或基本一致，所以應(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?huì)隨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，故凹模基本尺寸應(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模基本尺寸上減去最小合理間隙。而新模具要選取有最小合理間隙，以保證 模具有較長(zhǎng)的壽命。模具制造公差取為IT8，則工件公差查的為IT12。
……………………………3.20
…………………………3.21
式中 —落料凹模最大直徑（mm）
—落料凸模最大直徑（mm）
D —工件允許最大尺寸（mm）
— 沖裁工件要求的公差，取1
X —磨損系數(shù)，此處可取X=0.5。
—最小合理間隙
對(duì)于未標(biāo)注公差可按IT14級(jí)計(jì)算，根據(jù)教材上表1-3查得，沖裁模刃口雙面間隙：
、—凹、凸模制造偏差，這里可以按IT8來選取:
落料刃口最大尺寸計(jì)算
凹凸模制造公差按IT8級(jí)精度選取，得落料尺寸，查表得
校核間隙：不符合｜｜+｜｜條件，但相差不大，可作如下調(diào)整：
…………………………3.22
=
…………………………3.23
則
=
=159.5…………………………3.24
=
=159.88…………………………3.25
B沖孔
設(shè)計(jì)沖孔時(shí)應(yīng)以凸模為基準(zhǔn)尺寸，間隙取在凹模具上。對(duì)于沖孔孔和沖的孔，經(jīng)查《模具技術(shù)》表2-15，都有，按IT14級(jí)精度選取，查附表4得：。校核間隙：｜｜+｜｜=，滿足條件，故可以采用凸模與凹模配合加工方法，因數(shù)由表2-21查得，，則加工凸緣上孔的為：
…………………………3.26
…………………………3.27
而凸起上的孔由于加工的實(shí)際影響，需要用IT8的精度來保證其IT14的精度，則△可取為0.7。故，加工凸起上的孔刃口尺寸為:
…………………………3.28
…………………………3.29
C拉深
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。
1）拉深凸模和凹模的單邊間隙與模具尺寸
拉深凸模和凹模的單邊間隙,可用經(jīng)驗(yàn)公式：
C=Kt+=2.22mm…………………………3.30
其中，K為間隙系數(shù)，查表5-15，得：K在0.10~0.12。取0.11。
t、分別為板料的厚度及板料的最大厚度。
按IT8級(jí)精度選取，由附錄表4查得，對(duì)于拉深尺寸，。
因拉深件注內(nèi)形尺寸，按凸模進(jìn)行配作：
…………………………3.31
式中 d—拉深件內(nèi)形尺寸：
d—凸模尺寸：
—拉深件公差，這里按IT14級(jí)精度選取，查表附錄4，可以得=1：
即有 =68.5
拉深凹模則注凸模的基本尺寸,并要求按單面拉深間隙配作：
…………………………3.32
2） 拉伸模具圓角半徑的選擇
通常，較薄的材料需要較大的圓角，而使用壓邊圈時(shí)，凹模圓角半徑可適當(dāng)增大。拉伸凸模圓角半徑對(duì)拉伸過程也有較大的影響。因?yàn)橛绊懸蛩剌^多所以應(yīng)用教材中的經(jīng)驗(yàn)公式，得：
…………………………3.33
其中， ————凹模圓角半徑；
————凹模工作部分直徑；
————拉深件直徑；
t————板料厚度；
D————胚料厚度。
也可以表示為：mm
…………………………3.34
凸模圓角半徑可與凹模圓角半徑取相同的值。即=8.2mm
4 模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
4.1模具結(jié)構(gòu)形式的選擇
4.1.1 模架的選用
采用落料、拉深、沖孔復(fù)合模，首先要考慮落料凸模（兼拉深凹模）的壁厚是否過薄。本次設(shè)計(jì)中凸凹模的最小壁厚為，滿足鋼材最小壁厚的要求能夠保證足夠的強(qiáng)度，故采用復(fù)合模。
模具采用順裝式。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(wú)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(jiǎn)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(jì)綜合考慮，采用彈性卸料板。
從生產(chǎn)量和方便操作以及具體規(guī)格方面考慮，選擇后則導(dǎo)柱模架，由凹模外形尺寸，（GB/T2851.5—1990）在按其標(biāo)準(zhǔn)選擇具體結(jié)構(gòu)尺寸如下
上模板 HT250
下模板 ZG450
導(dǎo) 柱 20鋼
導(dǎo) 套 20鋼
凸緣模柄 Q235
模具閉合高度 MAX 245mm MIN 200mm
4.1.2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(shí)，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：
……………4.1
該副模具使用上墊板厚度為10mm，凹模固定板厚度為12mm。沖頭（凸凹模）的長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為110mm，凹模（落料凹模）設(shè)計(jì)為70mm，則閉合高度為：
4.2整體模具分析及草圖
4.2.1 模具整體設(shè)計(jì)分析
要設(shè)計(jì)一個(gè)復(fù)合模首先要分析用順裝還是逆裝，上出料還是下出料。經(jīng)過以上工藝分析，綜合考慮用順裝，因?yàn)橥拱寄＞哐b在上方便于落料。而用逆裝需用凹模落料，將難以使料平整；且將增大壓力機(jī)的負(fù)荷，增大模具結(jié)構(gòu)。所以用順裝。
而決定順裝，再考慮上出料、下出料，發(fā)現(xiàn)上出料比較好。因?yàn)橄鲁隽闲枰獙⑼鼓＞呒哟罂谆蚨嗫?，而且所用開式壓力機(jī)三面開放，便于機(jī)械手或人工操作。故綜合考慮決定設(shè)計(jì)成上出料。
4.2.2 模具整體草圖
4.1整體模具草圖
4.3模具零件及尺寸計(jì)算
4.3.1 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(jì)成近似于刃口輪廓的形狀，如凹模圖）。凹模輪廓尺寸計(jì)算如下：
凹模厚度
凹模壁厚
沿送料方向的凹模長(zhǎng)度為
根據(jù)算得的凹模輪廓尺寸，選取與計(jì)算值相近的凹模板，其尺寸為。
凹模的材料選用，工作部分熱處理淬硬。
圖4.2 落料凹模
4.3.2 拉深凸模
拉深凸模刃口部分為圓形，為便于凸模和固定板的加工，可設(shè)計(jì)成階梯形結(jié)構(gòu)，并將安裝部分設(shè)計(jì)成便于加工的長(zhǎng)圓形，通過螺釘緊固在固定板上，用銷釘定位。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T8A，工作部分熱處理淬硬。
對(duì)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
拉深凸模上設(shè)計(jì)有八個(gè)小螺紋孔，因?yàn)橐谄渖习惭b八個(gè)小凸模，用雙頭螺柱連接。用來沖凸起上的八個(gè)孔。
為了防止拉深件被凹模內(nèi)壓縮空氣頂癟及拉深件與凸模之間發(fā)生真空現(xiàn)象而緊箍在凸模上，故在凸模上設(shè)計(jì)通氣孔，以使拉深后容易從凸模上取下。根據(jù)凸模尺寸取出氣孔直徑，數(shù)量為兩個(gè)。
圖4.3 拉深凸模
4.3.3 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，并且內(nèi)、外形刃口部分都為非圓形，為便于凸凹模與凸模固定板的配合，凸凹模的安裝部分設(shè)計(jì)成便于加工的長(zhǎng)圓形，通過螺釘緊固在凸模固定板上，并用銷釘定位。如圖4.3
凸凹模的自由長(zhǎng)度為：L=凸模固定板厚度+橡膠安裝高度+卸料板厚度+材料厚度+凸凹模工作高度=22+26+20+2+（42-2）=110mm ……………………4.2
圖4.4 凸凹模
4.3.4 彈壓御料板
彈性卸料板的尺寸可以根據(jù)彈性元件的數(shù)目以及外徑來計(jì)算。如圖4.4。
由于受到橡膠允許承受的載荷較大,安裝,調(diào)整,靈活,方便,因而是沖裁模中常用的彈性元件,沖裁模中用于卸料的橡膠有合成橡膠和聚氨脂橡膠,其中聚氨脂的性能比合成橡膠優(yōu)異,是常用的卸料彈性元件。
為了保證卸料正常工作,應(yīng)該使橡膠的預(yù)緊的預(yù)壓力：
……………………………………4.3
橡膠的壓力與壓縮量之間不是線形關(guān)系,橡膠的壓縮時(shí)產(chǎn)生的壓力按下式計(jì)算:
……………………………………4.4
式中 A——橡膠的橫截面積
P——橡膠與單位壓邊力,其值與橡膠的壓縮量,形狀及尺寸有關(guān)
計(jì)算橡膠的自由高度,由下式
～4) ………………………4.5
計(jì)算橡膠的裝配高度,由下式
…………………………………………4.6
～ ……………………………… 4.7
按公式計(jì)算得:
圖4.5 彈性卸料板
4.3.5 上墊板
墊板的作用是直接承受和擴(kuò)散凸模傳遞的壓力，以降低模座所受 的單位壓力，防止模座被壓出陷痕而損壞。在設(shè)計(jì)中我們把墊板的外形尺寸與凸凹模的外形尺寸相匹配，其厚度我們?cè)O(shè)計(jì)為10mm。在上墊板上設(shè)計(jì)了一個(gè)推桿孔，以便安裝推桿，還有四個(gè)螺釘孔以及兩個(gè)銷孔，這些都是為了與凸凹模和拉深凸模上的各種固定零件的安裝相匹配的。在圖中標(biāo)注尺寸精度、形位公差及粗糙度。上墊板的零件圖如圖4.5所示。
圖4.6上墊板
4.3.6 壓邊圈
在這個(gè)設(shè)計(jì)中,壓邊圈借助頂桿所施的頂件力,既起到壓邊的效果,又起來把拉深件頂出拉深凸模,設(shè)計(jì)高度為15mm,如圖4.6
圖4.7壓邊圈
4.3.7 推件塊
為了加工凸起上的八個(gè)孔，需要設(shè)計(jì)了落料模其尺寸已在上面算的，其與八個(gè)小凸模配合可加工成八個(gè)孔。但要固定在此推件塊上，同時(shí)此推件塊不僅起推件的作用又起到了壓料的作用，一舉兩得。但其并非標(biāo)準(zhǔn)件需要單獨(dú)加工，并要鑄造工藝，材料用灰鑄鐵。
圖4.8推件塊
4.3.8 沖孔凹模
此凹模用來沖凸起上的八個(gè)孔，且需要有切刃口要用到Cr W Mn。但直接與上面的推件塊連成一體只能用鑄鋼，太浪費(fèi)好材料。而“好鋼用在刀刃上”，將凹模具設(shè)計(jì)的小點(diǎn)，然后用螺釘將其與推件塊緊固起來，便能節(jié)省很多材料。
其尺寸也設(shè)計(jì)成如圖
圖4.9沖孔凹模
4.3.9推板及推桿
因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)的特殊，是推板及推桿也為非標(biāo)準(zhǔn)件，經(jīng)計(jì)算其高度和厚度，可做出其圖。推桿上做出突肩，做導(dǎo)向用。
其圖為：
圖4.10 推板
圖4.11 推桿
5 模具的整體安裝
5.1 模具的總裝配
由以上的設(shè)計(jì)計(jì)算，并經(jīng)繪圖設(shè)計(jì)，該端蓋落料、拉深、沖孔復(fù)合模裝配圖如圖5.1所示。
圖5.1總體裝配圖
5.2 模具零件
該復(fù)合模的主要零部件在模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中已經(jīng)進(jìn)行了仔細(xì)的設(shè)計(jì)，其余的非標(biāo)準(zhǔn)的零件可以根據(jù)需要按國(guó)標(biāo)選取使用。所有零件的明細(xì)表見表5.1。
表5.1 落料、拉深、沖孔復(fù)合模零件表
件號(hào)
名 稱
數(shù)量
材 料
規(guī) 格（㎜）
標(biāo) 準(zhǔn)
熱 處 理
1
圓柱銷
2
12x60
GB/T119.1-2000
2
上墊板
1
45
250x200x10
43～48HRC
3
推 板
1
40
厚度10mm
40～45HRC
4
凸緣模柄
1
Q235
70x100
JB/T7646.3-1994
5
打 桿
1
40
15x135
43～48HRC
6
推 桿
3
40
6x85
43～48HRC
7
卸料螺釘
4
M12x105
GB2867.6-81
8
壓邊圈
1
45
厚度15mm
48～52HRC
9
螺 釘
4
M10x20
GB/T70.1-2000
10
導(dǎo)套
1
20
28x100x42
滲碳58～62HRC
11
導(dǎo)柱
1
20
28x195
滲碳58～62HRC
12
落料凹模
1
Cr W Mn
高70mm
58～62HRC
13
凹模固定板
1
45
250 x200x12
43～48HRC
14
圓柱銷
2
12x100
GB/T119.1-2000
15
落料凹模具
1
45
10x69
48～52HRC
16
頂 桿
2
6x100
JB/T7650.3-1994
43～48HRC
17
沖孔凸模
2
Cr12
13x30
58～62HRC
18
螺 釘
5
M12x70
GB/T70.1-2000
19
凸凹模固定板
1
45
250x200x22
43～48HRC
20
擋料銷
3
45
16x13
JB/T7649.10-1994
43～48HRC
21
螺釘
4
GB/T70.1-2000
M12x60
22
C級(jí)I型六角螺母
4
GB/T 41-2000
M6
23
推板
4
45
40-45HRC
24
開槽圓柱頭螺釘
1
GB/T 65-2000
M6x14
25
小沖孔凸模
8
Cr W Mn
Cr W Mn
26
B型雙頭螺柱
8
45
M1.5x6
6選定沖壓設(shè)備
沖壓設(shè)備選擇是沖壓工藝過程設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重要內(nèi)容，它直接關(guān)系到設(shè)備的安全和使用的合理，同時(shí)也關(guān)系到?jīng)_壓工藝過程的順利完成及產(chǎn)品質(zhì)量、零件精度、生產(chǎn)效率、模具壽命、板料的性能與規(guī)格、成本的高低等一系列重要問題。
在前面的設(shè)計(jì)中，我們已經(jīng)對(duì)沖壓設(shè)備的噸位以及閉合高度等參數(shù)進(jìn)行了確定。這里根據(jù)前面所算出來的各項(xiàng)數(shù)據(jù)。查表選擇壓力機(jī)，確定選用開式雙柱固定臺(tái)壓力機(jī)J 2 1-160A,其主要具體參數(shù)如下:
公稱壓力 1250KN
滑塊行程 140mm
封閉高度調(diào)節(jié)量 mm
工作臺(tái)尺寸 600460mm
柄孔尺寸 60×75mm
立柱間距離 420mm
工作臺(tái)板厚 110mm
7 模具的裝配
7.1 復(fù)合模的裝配
復(fù)合模一般以凸凹模作為裝配基件。其裝配順序?yàn)椋孩傺b配模架，導(dǎo)套與上模座采用配合，導(dǎo)柱與下模座采用基軸制配合；②裝配凸凹模組件（凸凹模及其固定板）和凸模組件（凸模及其固定板）；③將凸凹模組件用螺釘和銷釘安裝固定在指定模座（正裝式復(fù)合模為上模座，倒裝式復(fù)合模為下模座）的相應(yīng)位置上；④以凸凹模為基準(zhǔn)，將凸模組件及凹模初步固定在另一模座上，調(diào)整凸模組