鍋蓋成型工藝及模具設計【含CAD圖紙+文檔】

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II 黃河科技學院畢業(yè)設計(說明書) 第 頁 單位代碼 學　　號 分 類 號 密 級 XX大學 畢業(yè)設計說明書 鍋蓋成型工藝及模具設計 院（系）名稱 專業(yè)名稱 學生姓名 指導教師 20xx年5月10日 鍋蓋成型工藝及模具設計 摘 要 本文設計了一套沖孔，落料，拉深復合模和一套單工序模。簡要介紹了當前沖壓模具的發(fā)展形勢，其未來發(fā)展趨勢。文中對加工零件進行工藝分析，經過分析和對比，采用沖孔，落料，拉深工序，經過沖裁力、頂件力、卸料力等計算，確定壓力機的型號。再分析對沖壓件加工的模具適用類型，選擇所需設計的模具。得出需要設計的模具類型后，將模具的各工作零部件設計過程表達出來。在設計說明書的第一部分，主要敘述了沖壓模具的發(fā)展狀況，說明了沖壓模具的重要性與本次設計的意義，接著是對沖壓件的工藝進行分析，確定了工藝方案。第二部分，設計零件排樣圖，完成了材料利用率的計算。再進行沖裁工藝力的計算和沖裁模工作部分的設計計算，為選擇沖壓設備提供依據(jù)。最后是主要零部件的設計和標準件的選擇。設計模具零件圖和裝配圖，以及模具的成型。 關鍵字：鍋蓋，成型工藝，模具，設計 Lid Molding Process and Mold Design Abstract This design carries on blanking, piercing and drawing compound dies design. Through accessing to informations, and analyzing the technologic properties of processing parts, We decide to carry on blanking, piercing and drawing processes. After calculating the quantitative value of the blanking force, the kicking force and the stripping force, We selecte the appropriate press equipment. Analyzing of the stamping dies for processing the application, to select the desired type of mold design, then We express the design process of the working parts. In the first part of the design specification, The article briefly outlines the press die at present development condition, Illustrates the importance of stamping die and the significance of this design, then, the article analysises the process of stamping, after that, we identify the technology program. In the second part, We design parts’ layout diagrams, calculate the utilization of material and the magnitude of edge blanking process, to provide a basis for selecting press equipment. In the last part, We briefiy design the major components and select standard parts, and also design the graphs of mold parts and the graphs of die assembling, and the forming of the mold. Key words : Lid, Molding Process, Mold, Design 目 錄 前 言 1 1 緒 論 3 1.1本課題的來源目的和意義 3 1.2設計原始數(shù)據(jù) 3 1.3設計要求 3 1.4設計內容 4 2 零件沖壓工藝性分析及沖裁方案的確定 6 2.1制件的形狀和尺寸工藝分析 6 2.2制件的精度和端面粗糙度工藝分析 6 2.3制件材料的沖壓性能分析 7 2.4沖裁工藝方案的確定 7 2.4.1方案的種類 7 2.4.2各方案的特點及比較 7 2.4.3方案的確定 7 3落料拉深沖孔復合模的設計 8 3.1毛坯展開尺寸計算及排樣 8 3.1.1毛坯尺寸的計算 8 3.1.2工序及排樣圖設計 8 3.2工藝參數(shù)的計算 10 3.2.1落料力和沖孔力的計算 10 3.2.2卸料力，推件力，和壓邊力的計算 11 3.2.3拉深力的計算 12 3.2.4總沖壓力的計算 12 3.2.5模具壓力中心的確定 13 3.2.6沖裁模刃口尺寸的計算 13 3.2.7 沖壓設備的選擇 18 3.3復合模具結構方案的設計 20 3.3.1復合模具的總體結構 20 3.3.2模具主要零部件設計 21 3.4 模具零件的固定方法，安裝與工作過程 28 3.4.1 模具零件的固定方法 28 3.4.2 模具的安裝及裝配 30 3.4.3 本模具的工作過程及特點 32 3.5 典型零件加工工藝 33 3.5.1 凹模的加工工藝 33 3.5.2 上下模座的加工工藝 34 4 卷邊模的設計 35 4.1 其它部分的設計與選用 35 4.2 模具零件的固定方法，安裝與工作工程 36 4.3.1 模具零件的固定方法 36 4.3.2 模具的安裝及裝配 36 4.3.3 卷邊模具的工作過程及說明 37 5 繪制模具總圖 38 6 繪制模具非標準件模具圖 40 設計總結 44 致 謝 46 參考文獻 47 前 言 改革開放以來，隨著國民經濟的高速發(fā)展，市場對模具的需求量不斷增長。近年來，模具工業(yè)一直以15%左右的增長速度快速發(fā)展，模具工業(yè)企業(yè)的所有制成分也發(fā)生了巨大變化，除了國有專業(yè)模具廠外，集體、合資、獨資和私營也得到了快速發(fā)展。近年許多模具企業(yè)加大了用于技術進步的投資力度，將技術進步視為企業(yè)發(fā)展的重要動力。一些國內模具企業(yè)已普及了二維CAD，并陸續(xù)開始使用UG、Pro/Engineer、I-DEAS、Euclid-IS等國際通用軟件。雖然中國模具工業(yè)在過去十多年中取得了令人矚目的發(fā)展，但許多方面與工業(yè)發(fā)達國家相比仍有較大的差距。例如，精密加工設備在模具加工設備中的比重比較低；CAD/CAE/CAM技術的普及率不高；許多先進的模具技術應用不夠廣泛等等，致使相當一部分大型、精密、復雜和長壽命模具依賴進口。 導柱式沖裁模的導向比導板模的準確可靠,并能保證沖裁間隙的均勻,沖裁的工件精度較高、模具使用壽命長，而且在沖床上安裝使用方便，因此導柱式沖裁模是應用最廣泛的一種沖模,適合大批量生產。尤其是在我國加入WTO之后，在全球化經濟競爭的市場的環(huán)境下，為生產符合“交貨期短”、“精度高”、“質量好”、“價格低”等要求服務的模具產品，研究、開發(fā)、改進模具生產設備與模具設計方式更具有深遠的現(xiàn)實意義和緊迫性。 畢業(yè)設計是在修完所有課程內容之后，我們走上社會之前一次綜合性設計。本次設計課題是水壺殼體成型工藝與模具設計，是對以前所學課程的一個總結。 在指導教師周密安排和精心指導下，這次畢業(yè)設計從確定設計課題、擬定設計方案、設計過程到畢業(yè)答辯都按照畢業(yè)設計工作計劃進行。 第一，充分調研，確定應用型畢業(yè)設計課題。 選好畢業(yè)設計題目是實現(xiàn)畢業(yè)設計目標、保證畢業(yè)設計質量的前提，我們的畢業(yè)設計的課題取自企業(yè)生產實際。這個課題能較全面地應用學生所學專業(yè)知識或者將來工作所需的專業(yè)技術，達到綜合運用的目的，既能夠解決企業(yè)急需解決的生產技術問題，又能夠培養(yǎng)學生的職業(yè)崗位能力，難度不是很大，符合我們所學的專業(yè)理論知識水平和實際設計能力，工作量恰當，能夠在規(guī)定時間內完成。但是該課題是真題真做，雖然難度不是很大，但要使設計圖紙能真接用于生產，去造出零件，裝配成機器，并能滿足使用要求，也是不容易的。 第二，反復論證，確定產品設計方案。 明確課題的性質、意義、設計內容、設計要達到的技術經濟指標和完成時間，并確定好正確合理的設計方案是完成設計任務的保證，指導教師、企業(yè)技術員讓我們參與設計方案的討論，使我們對課題設計方案心中有數(shù)。 第三，虛心求教，仔細認真地進行畢業(yè)設計。 我們學生雖然有基礎理論知識，但設計能力較差，為了使我們很快地進入工作狀態(tài)，指導教師耐心向我們介紹機械產品設計方法、一般步驟和設計過程中應注意的事項。在設計中能主動請教指導老師，培養(yǎng)綜合運用機械制圖、工程材料與熱處理、公差配合、計算機繪圖、機械制造工藝等專業(yè)知識的能力。培養(yǎng)嚴謹?shù)墓ぷ鲬B(tài)度和踏實的工作作風。明確必須有高度責任心、嚴肅認真的工作習慣，才能做好設計工作，減少工作失誤，避免給企業(yè)生產造成損失。充分發(fā)揮主觀能動性，積極思考，大膽創(chuàng)新。 第四，完善設計，準備畢業(yè)設計答辯 1緒 論 1.1 本課題的來源目的和意義 本課題來源于指導教師的畢業(yè)設計題目，目的是在學生臨近畢業(yè)之際，很好的掌握設計的一般流程，設計思路，為適應近年來沖壓加工技術日益廣泛的應用形勢，培養(yǎng)急需的應用型人才。還能讓學生了解沖壓成形的基本原理；熟悉沖壓用材料、模具用材料以及沖壓用設備等；掌握各種沖壓工藝的成形方法，并具有初步解決生產中常出現(xiàn)的工藝問題的能力。畢業(yè)設計的意義顯著，內容由淺入深，有利于學生理解；理論和實踐相聯(lián)系，有利于應用能力的培養(yǎng)；內容豐富，難度適中，有利于學生將來在企業(yè)當中能夠積極應對。 1.2設計原始數(shù)據(jù) 零件材料：1Cr13，退火態(tài)；料厚t=2mm；精度：IT12 ； 大批量生產；制件圖如圖1-1所示。 圖1-1 零件圖 1.3設計要求 1)完成沖壓件的工藝設計(工藝分析、工藝方案確定、工藝計算等)； 2)進行沖壓模具的結構設計和計算(主要零部件的結構設計、模具結構設計機模具工作部分尺寸計算等)； 3)完成模具總裝配圖和模具主要零件圖； 4)編寫設計說明書及進行畢業(yè)答辯。 1.4設計內容 1)與設計相關的文獻綜述1篇(不少于3000字)； 2)與專業(yè)相關的文獻翻譯1篇(不少于3000字)； 3)模具總裝配圖1套； 4)模具零件圖1套； 5)設計計算說明書1份(不少于8000字)； 6)包含本次設計的所有內容的光盤一張。 設計題目：鍋蓋成型工藝及模具設計 設計內容：給出完整的設計計算過程，畫出模具裝配圖及所有零件圖。主要內容有： （1） 沖壓零件的工藝性分析 根據(jù)設計題目的要求，分析沖壓成型零件的結構工藝性，分析工藝件的形狀特點。尺寸大小，精度要求及所有材料是否符合工藝要求。 （2） 制定沖壓工藝方案 在分析了沖壓件的工藝性后，列出幾種不同的沖壓工藝方案，從產品質量，生產效率，設備占用情況，模具制造的難易程度和模具壽命高低，工藝成本，操作方便和安全程度等方面，進行綜藝分析，比較，然后確定適合于具體生產條件的最經濟合理的工藝方案。 （3） 確定毛坯形狀及計算尺寸 在最經濟的原則下，確定毛坯的形狀，尺寸和下料方式，并確定材料的消耗量。 （4） 確定沖壓模具的類型及其結構形式 根據(jù)所確定的工藝方案和沖壓零件的形狀特點，精度要求生產批量，模具制造條件等選定沖模類型及結構形式，繪制模具結構草圖。 （5） 進行必要的工藝計算 計算毛坯尺寸，沖壓力，模具壓力中心，凹凸模的間隙，卸料橡膠和彈簧的自由高度等。 （6） 選擇壓力機 壓力機型號的確定主要是取決于沖壓工藝的要求和沖模結構情況。 （7） 繪制模具總裝圖和模具零件圖 根據(jù)上述分析，計算及方案確定后，繪制模具總裝圖及零件圖。 （8） 編寫設計計算說明書 （9） 設計總結及答辯 2 零件沖壓工藝性分析及沖裁方案的確定 沖壓件的工藝性是指沖壓件對沖裁工藝的適應性。一般情況下對沖裁件的工藝性影響最大的是制件的結構形狀，精度要求，形位公差及技術要求。良好的結構工藝性應保證材料消耗少，工序數(shù)目少，模具結構簡單而壽命高，產品質量穩(wěn)定，操作簡單。通常對工件的工藝影響最大的是幾何形狀尺寸和工藝要求。 2.1制件的形狀和尺寸工藝分析 1）沖裁件的形狀應盡可能簡單，對稱，避免形狀復雜的曲線，本次設計的工件形狀簡單，結構對稱沒有復雜曲線，故符合此形狀方面的要求。 2）沖裁件內外行轉角處要盡量避免尖角，而以圓弧過度，以便于模具加工，減少熱處理和沖壓時候的開裂，減少沖裁時候尖角處的崩刃和過快磨損。沖裁件的一般圓角半徑R應大于或等于板厚t的一半，即R>0.5t。在同種材料相同的情況下外形上的圓角半徑值可比內行上的圓角半徑值小10%~20%。本次設計工件無尖角，便于模具的加工，減少了尖角處的崩刃和磨損，沖裁件的圓角半徑R=10>0.5t=0.75，故沖裁件的尺寸滿足要求。 3）沖裁件的凸出懸臂和凹槽寬度不宜太大，以免凸模折斷，而本次設計的工件無凸出懸臂。 4）沖孔尺寸不易過小，否則凸模強度不夠。本次設計中最小沖孔尺寸為8mm，材料為1Cr13，滿足d》t的最小沖孔尺寸要求。 5）沖裁件的孔與孔之間，孔與邊緣之間的距離不應過小，負責沖裁件的質量不易保證，會產生孔與孔之間的材料扭曲，或使邊緣材料變形，本次設計的工件能夠滿足材料不發(fā)生扭曲變形的要求。 2.2制件的精度和端面粗糙度工藝分析 沖裁件的經濟精度一般不高于IT11級，最高可達IT8~IT10級，沖孔比落料的精度約高一級。故本次設計中沖孔和落料時工件采用IT12級精度（一般對于工件未標注的公差按IT14計算），設計模具時凸模采用IT6級精度制造，凹模采用IT7級精度制造，公差控制在±0.12之間。段面粗糙度只要不影響工件的使用和裝配，取其自然的斷面粗糙度，即Ra=12.5~50，最高Ra=6.3。 2.3制件材料的沖壓性能分析 此工件材料為1Cr13，有落料、沖孔、淺拉深、卷邊等工序，有良好的沖壓性能，工藝結構簡單，沒有違反沖裁、拉深工藝性的規(guī)定。 2.4沖裁工藝方案的確定 2.4.1方案的種類 經分析，工件尺寸精度要求不高，形狀不復雜，且不大，完成該零件的成型，包括落料、沖孔、拉深、卷邊、沖腰形孔等五道工序，有以下幾種方案可供選擇： 方案一：采用落料、沖孔、拉深、卷邊單工序模； 方案二：采用落料--沖孔--拉深--卷邊級進模生產； 方案三：采用落料，沖孔、拉深復合模及卷邊單工序模。 2.4.2各方案的特點及比較 方案一：模具結構簡單，制造方便，但是需要五道工序，五副模具，此工件為大批量生產，生產效率低，成本相對較高，且更重要的是，在第一道工序完成后，進入第二道工序必然會增大誤差，使工件精度，質量大打折扣，達不到所需要求，又難以滿足生產需求，故不選此方案。 方案二：級進模是一種多工位，效率高的加工方法，但是級進模的輪廓尺寸較大，制造復雜，成本較高，這里也不選用級進模。 方案三：只采用一套復合模和一套卷邊模，且零件結構對稱，沖裁受力均勻，工件的精度及生產效率需要都能夠滿足，模具輪廓尺寸較小，模具的制造成本不高，通過合理的模具設計可以達到較好的零件質量和避免模具強度不夠的問題。根據(jù)各方面的綜合分析，采用此方案進行設計最為合理。 2.4.3方案的確定 綜上所述，該零件使用時需要承受一定溫度，應減少其應力集中，同時為了保證其位置精度，減少大批量生產時零件的修整時間，應采用方案三進行生產。 3落料拉深沖孔復合模的設計 3.1毛坯展開尺寸計算及排樣 3.1.1毛坯尺寸的計算 根據(jù)等面積計算法則，用解析法求該零件的毛坯尺寸。首先將該零件分成圓，圓環(huán)，圓錐臺等幾個簡單的幾何體，他們的單位毛坯直徑的計算公式分別為： D1=d=40mm D2===mm D3=h×4×d2=13×4×230=mm D4=4×3.14×d2=4×3.14×230=mm D5=d4-d=（234+19）-234=mm 則毛坯展開尺寸為 D=D+D+D+D+D=1600+69640+13624+3291+10469=98624mm2 經計算，求得毛坯直徑： D≈314mm 拉深的修邊余量△h==0.18 因為△h﹤料厚=2mm，故該件在拉深時不需要修邊余量。 所以D=314mm。 3.1.2工序及排樣圖設計 3.1.2.1排樣設計 排樣設計是指沖裁件在條料或板料上的布置方法。合理的排樣和選擇適當?shù)拇钸吺墙档统杀竞捅ＷC制件質量以及模具壽命的有效措施。為提高材料的利用率，盡量減少廢料，模具可采用少廢料的排樣方法，排樣圖如圖3-1所示： 圖3-1 排樣圖 該工序排樣根據(jù)落料工序設計，考慮到操作方便及模具結構簡單，故采用單排排樣設計經查表得：搭邊值a和a1均采用a=3mm，a1=2mm。 條料寬 b=314+2a=314+6=320mm 條料的布距為 s=314+a1=314+2=316mm 工位安排：共有三個工位，如排樣圖所示 第一工位：落料工件的外行； 第二工位：淺拉深； 第三工位：沖孔d=8mm。 （2）確定板料規(guī)格和卸料方式 根據(jù)條料的寬度尺寸選擇合適的板料規(guī)格，使剩余的邊料越小越好，該零件直徑用料為320mm,以選擇2mm*316mm*n（長度）為宜。 由于該零件尺寸較大，為了考慮沖制該零件的數(shù)量采用橫模下料為宜，以降低零件的材料費用。 3.1.2.2材料的利用率 排樣的目的是為了在保證制件質量的前提下，合理利用原材料，衡量排樣經濟性，合理的指標是材料的利用率，一個進距內材料的利用率的計算公式為： =100% 式中：A—沖裁件面積 n—一個步距內沖裁件數(shù)目 b—條料的寬度 h—送料布距 本次設計中：n=1 b=320 h=314mm 板料規(guī)格選用2×1000×2000 裁料方式既要考慮所選板料規(guī)格、沖制零件的數(shù)量，又要考慮裁料操作的方便性，該零件以縱裁下料為宜。對于較為大型的零件，則著重考慮沖制零件的數(shù)量，以降低零件的材料費用。 材料利用率 a 當采用橫裁時 每張鋼板的裁板條數(shù)n=2000/320=6條 每條裁板的沖壓件數(shù)m=1000/156=3個 每張鋼板的沖壓件總數(shù)是N=6×3=18個 b 當采用豎裁時 每張鋼板的裁板條數(shù)n=1000/320=3條 每張裁板的沖壓件數(shù)m=2000/314=6個 每張鋼板的沖壓件總數(shù)是N=3×6=18個 因此無論是采用橫裁還是豎裁，沖壓件的總數(shù)都相同，先考慮豎裁，如果不合要求再在選擇模架時更改。 故材料的利用率=100%=×100%=× 100%=76.4%。 3.2工藝參數(shù)的計算 3.2.1落料力和沖孔力的計算 沖裁力是選擇壓力機的主要依據(jù)，也是設計模具的必須的數(shù)據(jù)。在沖裁的過程中，沖裁力的大小是不斷變化的，沖裁力是指板料作用在凸模上的最大抗力。對于普通平刃刀口的沖裁，其沖裁力F可按如下公式計算： F=kLt 其中： F—沖裁力 N L—沖裁件的周長 mm t—材料厚度 mm —材料抗剪強度 MPa k—系數(shù)（與材料性能，厚度偏差，模具的間隙波動有關，長取1.3） 代入數(shù)據(jù)得： =320～380 MPa，取=350 MPa 落料力 F=1.3×Dmm×2mm×350MPa=1.3×3.14×314×2×350=897.22KN 沖孔力 F=1.3×3.14×8mm×2mm×350MPa=22.86KN F= F+ F=897.22+22.86=920.08KN 3.2.2卸料力，推件力，和壓邊力的計算 由于沖裁時材料的彈性變形和摩擦，在一般沖裁條件下，沖裁后板料將發(fā)生彈性恢復，使落料件或沖孔廢料梗塞在凹模中，而板料則緊卡在凸模上，為使沖裁工作繼續(xù)進行，必須將卡在凸模上的板料卸下，將卡在凹模中的工件或廢料向上或向下推出。將緊卡在凸模上的料卸下所需要的力稱為卸料力；將卡在凹模中的料推出所需要的力稱為推件力。 表3-1 卸料力、推件力和頂件力系數(shù) 料 厚 K卸 K推 K頂 鋼 0.1 >0.1~0.5 >0.5~2.5 >2.5~6.5 >6.5 0.065~0.075 0.045~0.055 0.04~0.05 0.03~0.04 0.02~0.03 0.1 0.063 0.055 0.045 0.025 0.14 0.08 0.06 0.05 0.03 鋁、鋁合金、純銅、黃銅 0.025~0.08 0.02~0.06 0.3~0.07 0.03~0.09 卸料力 F=FF=0.03×897.22=29.907KN 其中，F(xiàn)為卸料系數(shù)，取值為0.03 推件力 F=nKF=3×0.55×22.86KN=37.72KN 其中，n取，凹?？卓诟叨炔灰走^大，一般按材料的厚度t選取，t=0.5~5mm，h取5~10mm，由于材料厚度為2mm，取h為6mm，n==3，即卡在凹模內的工件數(shù)為,3件，K取值為0.055。 壓邊力 F=Aq 其中，A=(285-266)=8218.165、q取4MPa 所以，F(xiàn)=8218.165×4=32.87KN 3.2.3拉深力的計算 由于該零件為淺拉深，故可按有壓邊圈的圓筒形件近似的計算。其最大拉深力為： F=Kdt 查資料得：=540MPa 拉伸系數(shù)：m=＝≈0.83 修正系數(shù)：K=0.93 所以 F=0.93×3.14×262×2×540=826.30KN 3.2.4總沖壓力的計算 如前面所計算，總沖壓力包括落料力，卸料力，沖孔力，推件力，拉深力，壓邊力。所以總沖壓力為： F= F＋F＋ F+ F+ F+ F=897.22KN＋22.86KN+29.907KN ＋33.72KN+ 826.30KN+32.87KN=1842.88KN 3.2.5模具壓力中心的確定 由于此零件結構完全對稱，故模具壓力中心計算從略，即為零件的幾何中心。 3.2.6沖裁模刃口尺寸的計算 3.2.6.1 凸模與凹模刃口尺寸計算 刃口尺寸計算的基本原則： 沖裁件的尺寸精度主要決定于模具刃口的尺寸精度，模具的合理間隙值也要靠模具刃口尺寸及制造精度來保證。正確確定模具刃口尺寸及其制造公差，是設計沖裁模主要任務之一。從生產實踐中可以發(fā)現(xiàn)：? 1．由于凸 、凹模之間存在間隙，使落下的料或沖出的孔都帶有錐度，且落料件的大端尺寸等于凹模尺寸，沖孔件的小端尺寸等于凸模尺寸。 2．在測量與使用中，落料件是以大端尺寸為基準，沖孔孔徑是以小端尺寸為基準。 3．沖裁時，凸 、凹模要與沖裁件或廢料發(fā)生摩擦，凸模愈磨愈小，凹模愈磨愈大，結果使間隙愈用愈大。 由此在決定模具刃口尺寸及其制造公差時需考慮下述原則： 1．落料件尺寸由凹模尺寸決定， 沖孔時孔的尺寸由凸模尺寸決定。故設計落料模時，以凹模為基準 ，間隙取在凸模上；設計沖孔模時 ，以凸模為基準，間隙取在凹模上。 2．考慮到沖裁中凸 、凹模的磨損，設計落料模時 ，凹?；境叽鐟〕叽绻罘秶妮^小尺寸；設計沖孔模時，凸?；境叽鐒t應取工件孔尺寸公差范圍內的較大尺寸。這樣，在凸 、凹模磨損到一定程度的情況下，仍能沖出合格制件。凸 、凹模間隙則取最小合理間隙值。 3．確定沖模刃口制造公差時，應考慮制件的公差要求。如果對刃口精度要求過高( 即制造公差過小 )，會使模具制造困難，增加成本，延長生產周期；如果對刃口精度要求過低(即制造公差過大 )，則生產出來的制件可能不合格，會使模具的壽命降低。制件精度與模具制造精度的關系查表 。若制件沒有標注公差， 則對于非圓形件按國家標準 “非配合尺寸的公差數(shù)值”IT14級處理，沖模則可按IT11級制造；對于圓形件，一般可按IT7~6級制造模具。沖壓件的尺寸公差應按“入體”原則標注為單向公差，落料件上偏差為零，下偏差為負；沖孔件上偏差為正，下偏差為零。 4. 凹模結構 拉伸凸模與凹模的結構形式取決于工件的形狀、尺寸、以及拉深方法、拉深次數(shù)等工藝要求，不同的結構形式對拉深的變形情況，變形程度的大小及產品的質量均有不同的影響。當毛坯的相對厚度較小，必須采用壓邊圈進行拉深時，凸、凹模必須具有過渡結構，即當拉深直徑d≤100mm時，凸凹模具有圓角結構，拉深直徑d≥100mm時，凸凹模具有斜角結構采用這種有斜角的凸模和凹模，除具有改善金屬的流動，減少變形抗力，材料不易變薄等一般錐形凹模的特點外，還可減輕毛坯反復彎曲變形的程度，提高零件側壁的質量，使毛坯在下次工序中容易定位。 5.凸模結構 由于沖件的形狀和尺寸不同，沖模的加工及裝配工藝條件也不同，所以在實際生產中使用的凸模結構形式很多。其截面形狀有圓形和非圓形，刃口形狀有平刃和斜刃等，結構有整體式，鑲平式，階梯式，直通式和帶護套式等。凸模的固定方法有臺肩固定，鉚接，螺釘和銷釘固定，粘結劑澆注固定等。 圓形凸模 臺階式的凸模強度剛性較好，裝配修模方便，其工作部分的尺寸由計算而得，與凸模固定板配合部分的按過渡配合（H7/m6或H7/m6）制造，最大直徑的作用是形成臺肩，以便固定，保證工作時凸模不被拉出。 非圓形凸模 凡是截面為非圓形的凸模，如果采用臺階式的結構，其固定部分應盡量簡化成簡單形狀的幾何截面。 大，中形凸模 大，中形的沖裁凸模，有整體式和鑲拼式2種。鑲拼式不但節(jié)約貴重的模具鋼，而且減少鍛造，熱處理和機械加工的困難，因而大型凸模宜采用這種結構。 沖小孔凸模 所謂小孔，一般系指孔徑d小于被沖板材料的厚度或直徑d＜1mm的的圓孔和面積A＜1mm的異形孔，它大大超過了對一般沖孔零件的結構工藝性要求。沖小孔的凸模強度和剛度差，容易彎曲和折斷，所以必須采取措施提高它的強度和剛度，從而提高其使用壽命。 該沖孔尺寸為，根據(jù)計算原則，沖孔時以凸模為設計基準，首先確定凸模的尺寸，使凸模的基本尺寸接近或等于工件的最大極限尺寸，將凸模尺寸增大最小合理間隙值即得凸模尺寸。 該工件沒有表注尺寸公差，按未注公差IT12級精度來處理，模具則按IT6-7J級制造。 式中： dd——沖孔凹模基本尺寸(mm)； dp——沖孔凸?；境叽?mm)； dmin—— 沖孔件孔的最小極限尺寸(mm)； ——制件公差 (mm)； δp—— 凸模下偏差； δd——凹模上偏差； x——系數(shù)，是為了使沖裁件的實際尺寸盡量接近沖裁件公差帶的中間尺寸，與工 件制造精度有關 . ——凸模制造公差，可按IT7選用。 為了保證間隙不超過選取必須滿足， 對于工件未標注的公差按IT14計算。根據(jù)材料性能和厚度確定沖裁模刃口雙面間隙Z=0.12mm，Z=0.16mm。 沖裁過程中，凸凹模要與沖裁零件或廢料發(fā)生摩察，凸模輪廓越磨越小，凹模輪廓越磨越大，結果使之間隙越來越大。因此，確定凸凹模的刃口尺寸應區(qū)分落料和沖孔工序，并遵循以下原則： 由于落料零件尺寸由凹模尺寸決定，沖孔時孔的尺寸由凸模決定，因此，計落料模時以凹模為基準，間隙取在凸模上，沖裁間隙通過減小凸模刃口尺寸來取得；設計沖孔模時，以凸模為基準，間隙取在凹模上，沖裁間隙通過增大凹模刃口尺寸來取得。 根據(jù)沖模在使用過程中的磨損規(guī)律，設計落料模時，凹?；境叽鐟咏虻扔诠ぜ椎淖畲髽O限尺寸。這樣，凸凹模在磨損到一定程度時，仍能沖出合格的制件。 無論是落料還是沖孔，沖裁間隙一般應取合理間隙值Z。 工件尺寸公差與沖模刃口尺寸的制造偏差原則上都應該按“入體”原則標注為單向公差，落料件上偏差為零，下偏差為負；沖孔件上偏差為正，下偏差為零。但是對于磨損后無變化的尺寸，一般標注雙向偏差。 3.2.6.2落料刃口尺寸的計算 按IT12等級查表得314mm的制造公差為：+0.52mm，即△=0.52mm。根據(jù)厚度及工件公差求得磨損系數(shù)x為0.5。 x為磨損系數(shù)，由表3-2可查得。 表3-2 磨損系數(shù)x 材料厚度 t/mm 非圓形 圓形 1 0.75 0.5 0.75 0.5 工件公差△ <1 1~2 2~4 >4 ≤0.16 ≤0.20 ≤0.24 ≤0.30 0.17~0.35 0.21~0.41 0.25~0.44 0.31~0.59 ≥0.36 ≥0.42 ≥0.50 ≥0.60 ＜0.16 ＜0.20 ＜0.24 ＜0.30 ≥0.16 ≥0.20 ≥0.24 ≥0.30 由于該零件形狀簡單，刃口尺寸偏差按IT6~IT7查表，凹模的尺寸公差取=+ 0.025mm，= -0.016mm。 由于+﹥Z－Z，故采用凸模與凹模配合加工方法。 落料凹模尺寸D=（D－x△） 落料凸模尺寸D=（D－Z）=（D－x△－Z） 經過計算得：D=（314－0.5×0.52）=313.74mm D按凹模尺寸配置，其雙邊間隙為0.12~0.16mm 如圖3-2所示的尺寸簡圖。 圖3-2 落料凹模簡圖 3.2.6.3沖孔刃口尺寸計算 設沖孔尺寸為d，根據(jù)模具刃口尺寸和制造公差原則，沖孔時以凸模設計為基準，首先確定凸模刃口尺寸，使凸?；境叽缃咏虻扔诠ぜ椎淖畲髽O限尺寸，再增大凹模尺寸以保證最小合理間隙Z。凸模制造偏差取負偏差，凹模取正偏差。 對于孔mm的凸，凹模的制造公差為==0.02mm 由于+﹥Z－Z，故采用凸模與凹模配合加工方法，沖孔凸模尺寸為： d=（d+x△） X為系數(shù)，其作用是為了使沖裁件的實際尺寸盡量接近沖裁件公差帶的中間尺寸，與工件制造精度有關。按表格3-2選擇。因制件公差取IT14級故x=0.5 故d=（8+0.5×0.15）mm=8.075mm 凹模尺寸按凸模尺寸配置其雙面間隙為0.07～0.1mm 如圖3-3所示為尺寸簡圖。 圖3-3沖孔凸模簡圖 3.2.6.4 拉深工作部分尺寸計算 拉深凸模和凹模的單邊間隙可按料厚計算，。由于拉深工件的公差為IT14級，故凸，凹模的制造公差可采用IT10級精度，得，求得拉深凸模和凹模尺寸及公差及工作部分的結構尺寸如圖3-4所示。 圖3-4凸凹模單邊間隙簡圖 3.2.7 沖壓設備的選擇 曲柄壓力機主要技術參數(shù)反應了一臺壓力機的工作能力、所能加工零件的尺寸范圍，以及有關生產率等指標。掌握曲柄壓力機主要參數(shù)的定義及數(shù)值，是我們正確選用壓力機的基礎。正確選用壓力機關系到設備與模具的安全、產品質量、模具壽命、生產效率和成本等。 （1） 標準壓力FG（KN）及標稱壓力行程SG（mm） 曲柄壓力機標稱壓力是指滑塊距下死點某一特定距離時滑塊上所容許承受的最大作用力。與標稱壓力行程對應的曲柄轉角αg定義為標稱壓力角。 標稱壓力值已經系列化，主要取自優(yōu)先數(shù)系列，如63KN、100KN、160KN、250KN、315KN、400KN、630KN…。 （2） 滑塊行程S（mm） 它是指滑塊從上死點至下死點所經過的距離，其值是曲柄半徑的兩倍，它隨設備的標稱壓力值增加而增加。有些壓力機的滑塊行程是可調的。 （3）滑塊行程次數(shù)N（1/min） 指在連續(xù)工作方式下滑塊每分鐘能往返的次數(shù)，與曲柄轉速對應。通用曲柄壓力機設備越小滑塊行程次數(shù)越大。對高速沖床，為實現(xiàn)大批量生產和模具調試，可以實現(xiàn)在試模及模具初始運行階段以低速運行，一切正常后切換至高速運行。 （4）最大裝模高度H(mm)及裝模高度調節(jié)量ΔH(mm) 裝模高度是指滑塊在下死點時滑塊下表面到工作臺板上表面的距離。為了提高設備的適應性，裝模高度應是可調節(jié)的。最大裝模高度是指當裝模高度調節(jié)裝置到滑塊調節(jié)至最上位置時的裝模高度值。 與裝模高度并行的標準還有封閉高度。是指滑塊處于下死點時，滑塊下表面與壓力機工作臺上表面的距離，它與裝模高度不同的是少一塊工作臺墊板厚度。 壓力機型號的確定主要取決于沖壓工藝的要求和沖模的結構情況，主要考慮以下幾方面： 1）對于淺拉深可按F≧(1.6～1.8) F，估計工程壓力來選取壓力機； 2）根據(jù)沖壓工序的性質，生產批量的大小，模具結構來選擇壓力機類型和規(guī)格，此復合模工件需從模具中間取件，最好選用固定臺壓力機。 3）根據(jù)模具尺寸大小，安裝和進出料等情況選擇壓力機臺面尺寸。 4）選擇壓力機的閉合高度應與模具的閉合高度相匹配。 5）壓力機滑塊模柄孔的直徑與模柄的直徑相符合，模柄孔的深度應大于模柄的長度。 6）壓力機滑塊行程長度應保證毛坯的順利放入，沖件能順利取出，成型拉深件應大于制件高度的2.5~3倍。 7）壓力機的行程次數(shù)應保證有最高的生產效率。 8）壓力機應使用方便和安全。 綜上可選型號為J21-400A的開式雙柱固定臺壓力機： 公稱壓力：4000KN 滑塊行程：250mm 最大封閉高度：500mm 封閉高度調節(jié)量：180mm 工作臺尺寸：710mm×1120mm 模柄孔尺寸：70mm×80mm H=500mm，H= H－180=500－180=320mm H，H——分別為壓力機的最大和最小閉合高度。 該模具閉合高度H=390mm，滿足H－5mm≧H≧H+10mm 3.3復合模具結構方案的設計 3.3.1復合模具的總體結構 復合模具的裝配圖3-5所示。 模具采用中間導柱模架，上模部分由模柄、上模座板、凸模墊板、凸模固定板、凸凹模、鑲拼凹模組成；模具下模部分由下模板、凹模、凹模固定板、推塊、下模座、推桿組成。 （1）模具類型的選擇 由沖壓工藝分析可知，其采用復合模沖壓； （2）定位方式的選擇 因為該模具采用的是條料，控制條料的送進方向采用導料銷，控制條料的送進布距采用活動擋料銷定布距，而第一件工件沖壓位置因為條料有一定的余量，可以靠操作工人用目測來確定。 （3）卸料，出件方式的選擇 這里采用鋼性推件裝置，其基本組成有頂桿、頂件塊和裝在下模底下的彈頂器。 圖3-5復合模簡圖 （4）導柱、導套位置的確定 為了提高模具的壽命和工件的質量，方便安裝，調整，維修模具，該復合模具采用后側式導柱模架。其尺寸如下： 上模座：700mm×700mm×75mm （材料：HT200） 下模座:700mm×700mm×75mm （材料：HT200） 導柱：50mm×270mm （20鋼） 導套：50mm×150mm×53mm （20鋼） 3.3.2模具主要零部件設計 3.3.2.1凹模的結構設計 凹模厚度按公式H=kb計算，且凹模厚度必須大于15mm，其中b為沖裁件的最大長度，k為系數(shù)，考慮到板料厚度的影響，取k值0.15。 故得到：凹模厚度H=kb=0.15×314=47.1mm，取H=50mm 凹模壁厚C=(1.5～2)H(H≧30～40mm)C取75mm 凹模寬度B=b+2c=314+2×75=464mm，其零件圖3-6如下： 圖3-6落料凹模 3.3.2.2沖孔凸模的結構設計 沖孔凸模的結構圖如圖3-7所示。 圖3-7沖孔凸模簡圖 從圖上可知，凸模的設計采用常見的帶臺式凸模，因為模具刃口要求有較高的耐磨性，并且能夠承受沖裁時候的沖擊力材料選用Cr12，硬度為60-64HRC。 1.凸模長度的確定 凸模工作部分的長度應該根據(jù)模具的結構來確定。一般不宜過長，否則往往因為縱向彎曲而使得凸模工作時候失穩(wěn)，致使模具間隙出現(xiàn)不均勻，從而使沖壓件的質量及精度有所降低，嚴重時甚至會使凸模折斷。因為本次設計中采用彈性卸料板，所以凸模的長度可以由下式來確定： L=h+h+h+t+h 式中：h、h、h、t分別為凸模固定板、卸料板、導料板、板料的厚度。h為增加長度，包括凹模的修模量，凸模進入凹模的深度及凸模固定板與卸料板之間的安全距離，h一般取15～20mm。經帶入相關參數(shù)計算得L=80mm。 2.凸模承載能力校核 因為在長度和使用條件相同的情況下，細小凸模更容易被損壞和失穩(wěn)，故只對小凸模，即沖孔的凸模進行校核計算。 承載能力校核：由經驗公式，對圓形凸模 d≥4t/[] 式中：d—凸模最小直徑 取d=8.075mm t—材料厚度 t=2mm —沖裁材料抗剪強度 []—凸模材料的許用應力 經計算凸模承載能力滿足要求。 3.凸模失穩(wěn)彎曲極限長度校核 由于本次設計中卸料板對凸模不起導向作用，凸模截面為圓形，所以校核公式為： L≦30d 式中：d為凸模的直徑d=8.075mm，F(xiàn)為凸模的沖裁力F=Lt，經計算本次設計的凸模長度L滿足此條件。即不會發(fā)生失穩(wěn)彎曲。 3.3.2.3導柱、導套結構設計 根據(jù)所選壓力機的型號，導柱執(zhí)行GB/T2861.1-1990標準，其零件圖如下圖所示；導套執(zhí)行GB/T2861.1-1990標準，其零件圖如下圖3-8、3-9所示。 圖3-8導套 圖3-9導柱 3.3.2.4推桿，頂桿的結構設計 （1）打桿的長度可按下式計算：H= h+ h+c 式中：h表示在頂出狀態(tài)時，打桿在上模座平面以下的長度； h表示壓力機的結構尺寸； c表示考慮各種誤差而加的常數(shù)，一般取c=（10-20）mm 計算得到打桿長度為159mm，其直徑取12mm，其零件圖如下圖3-10所示 圖3-10打桿 （2）落料凸凹模零件圖如下圖3-11所示： 圖3-11固定板 （3）本副模具需要選用頂桿，是4根，均勻分布，其零件圖分別如下圖3-12所示 圖3-12頂桿 3.3.2.5 固定板，蓋板，墊板的設計 （1）凸模固定板將凸模固定在模座上，其平面輪廓尺寸與凹模，卸料板外形相同，但是還應考慮到緊固螺釘及銷釘?shù)奈恢?。凸模固定板厚度一般取凹模厚度?.6-0.8倍。本模具上，下固定板的零件圖如下圖3-13所示： 圖3-13上模固定板 固定板的凸模安裝孔與凸模采用H7/m6,H7/n6,壓裝后將凸模端面與固定板一起磨平。 （2）蓋板和墊板厚度一般取4-12mm，但是必須熱處理，意在增加抗壓強度，其零件圖分邊如下圖3-14所示。 3.3.2.6模柄的結構設計 依據(jù)所選擇的壓力機型號為J23-16的開式雙柱可傾壓力機，其模柄孔尺寸為，所以可以確定模柄的結構如下圖3-15所示： 圖3-14下墊板 圖3-15模柄 3.3.2.7 其它部分的設計與選用 （1）其他部分的設計與選用 上模坐部分執(zhí)行GB/T2855.5-1990 下模座部分執(zhí)行GB/T2855.6-1990 凹模用長銷和固定裝置用銷執(zhí)行GB119-86B型 凸輪用銷用銷執(zhí)行GB119-86D型 連接用內六角螺釘執(zhí)行GB70-85 開槽圓柱頭螺釘執(zhí)行GB65-85 其具體尺寸和其他未說明的零部件請參考零件圖。 3.4 模具零件的固定方法，安裝與工作過程 3.4.1 模具零件的固定方法 3.4.1.1 凸模的固定 沖孔凸模以及落料凸模適合壓入法，定位配合部分采用H7/m6配合，利用臺階結構限制軸向移動，注意臺階結構尺寸，應使H>△D，△D≈1.5~2.5mm，H≈3~8mm。 它的特點是連接牢固可靠，對配合孔的精度要求較高，加工成本高。裝配過程為，將凸模固定板型孔臺階朝上，放在兩個等高墊塊上，將凸模工作端朝下放入型孔對正，用壓入機分多次壓入，要邊壓入邊檢查凸模垂直度，并注意過盈量、表面粗糙度，導入圓角和導入斜度。壓入后臺階面要接觸，然后將凸模尾端磨平。壓入時最好在手動壓力機上進行，首次壓入時不要超過3mm。本次設計，導正銷的固定可參考此凸模固定的方法。 3.4.1.2 凹模的固定 凹模一般采用螺釘和銷釘固定。螺釘和銷釘?shù)臄?shù)量，規(guī)格及他們的位置可根據(jù)凹模的大小，可在標準的典型組合中查得。位置可根據(jù)結構需要做適當調整。螺孔、銷孔之間及他們到模板邊緣的尺寸，應滿足有關設計要求。凹模洞孔軸線應與凹模頂面保持垂直，上下平面應保持平行，型孔的表面有表面粗糙度的要求，Ra=。凹模材料選擇與凸模一樣，但熱處理后的硬度應略高于凸模。本次設計便遵循了以上原則，凹模采用了4個M6螺釘和2個Φ5銷釘來固定，材料和尺寸、行位公差等發(fā)面都進行了設計，使凹模的安裝固定滿足要求。 3.4.1.3 導柱導套的固定 導柱導套的配合精度，根據(jù)沖裁模的精度、模具壽命、間隙大小來選用。本設計中，沖裁的條料很薄，模具精度、壽命有較高的要求，查表4.1，選用H6/h5配合的Ⅰ級精度模架，屬于過度配合，在安裝完成后導柱運動自如即可。導套與模架之間采用H7/r6的過盈配合，將導套卡死在模架中，防止竄動，導柱與下模座的固定方式采用H7/r6的過盈配合，將導柱卡死下在模座中。 表3-3 導柱與導套的配合要求 配合形式 導柱直徑 模架精度等級 配合后的過盈量 Ⅰ級 Ⅱ級 配合后的間隙值 滑動配合 ≤18 ＞18~28 ＞28~50 ＞50~80 ＞80~100 ≤0.010 ≤0.011 ≤0.013 ≤0.015 ≤0.018 ≤0.015 ≤0.018 ≤0.022 ≤0.025 ≤0.028 － 滾動配合 ＞18~35 － － 0.010~0.020 3.4.1.4 模柄的固定 模柄的作用是把上模部分與壓力機的滑塊連接起來，并將作用力傳給模具。模柄依據(jù)其結構不同，固定方式有很多，在進行一般沖壓時，帶凸圓的模柄用3~4個螺釘和附加的銷釘與上模座固定連接，它主要用于大型模具或上模中開有推板孔的中小型模具；壓入式模柄是采用過度配合（H7/m6）并加銷釘以防止轉動，使之與上模座固定連接，它主要用于上模座較厚又沒有開設推板孔或上模比較重的場合；旋入式模柄則是通過螺紋與上模座固定連接并加防松螺釘，以防止松動，它主要用于中小型有導柱的模具。本套模具采用壓入式模柄。 3.4.1.5 各銷的固定與配合公差 固定凹模和固定板用的長銷均采用H9/h8的過度配合。 3.4.2 模具的安裝及裝配 3.4.2.1 裝配內容及裝配順序選擇 模具裝配的內容有：選擇裝配基準、組件裝配、調整、修配、總裝、研磨拋光、檢驗和試沖等環(huán)節(jié)，通過裝配達到模具的各項指標和技術要求。通過模具裝配和試沖也將考核制件的成形工藝、模具設計方案和模具制造工藝編制等工作的正確性和合理性。在模具裝配階段發(fā)現(xiàn)的各種技術質量問題，必須采取有效措施妥善解決，以滿足試制成形的需要。 模具裝配工藝規(guī)程包括：模具零件和組件的裝配順序，裝配基準的確定