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第1章 緒 論
1.1 引言
21世紀的今天，中國已經(jīng)成為了世界制造中心，模具業(yè)是制造業(yè)的最基礎(chǔ)行業(yè)，汽車、電子、電器、儀表、通訊器材、家用電器等產(chǎn)品中60%-90%的零部件是依靠模具完成的。因此研究和發(fā)展模具技術(shù)，提高模具技術(shù)水準，對于促進國民經(jīng)濟的發(fā)展有著特別重要的意義。
接觸環(huán)在成型過程包括沖孔落料、彎曲、拉深、卷緣、切舌、校平整形等。工件尺寸一般、適合批量生產(chǎn)。對該工件進行綜合的工藝分析后確定采用復(fù)合模和單工序模成型，可以較大的降低成本、提高生產(chǎn)效率及產(chǎn)品質(zhì)量。目前我國己有許多企業(yè)采用模具 CAD/CAM技術(shù)。通過與計算機輔助軟件相結(jié)合能更好的提高模具設(shè)計的效率，縮短模具設(shè)計周期。本課題研究的目的是通過對接觸環(huán)的沖壓成型工藝分析來進行模具設(shè)計，提高設(shè)計質(zhì)量和設(shè)計效率，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，降低產(chǎn)品試制成本，并提高設(shè)計管理水平。同時在飛機制造行業(yè)，沖壓成型應(yīng)用較為廣泛，基于這一現(xiàn)狀提出了本課題。
1.2 課題的意義
模具是機械、汽車、電子、通訊、家電等工業(yè)產(chǎn)品的基礎(chǔ)工藝裝備，屬于高新技術(shù)產(chǎn)品。作為基礎(chǔ)工業(yè)，模具的質(zhì)量、精度、壽命對其他工業(yè)的發(fā)展起著十分重要的作用，在國際上稱為“工業(yè)之母”。
本課題主要研究接觸環(huán)沖壓工藝與模具設(shè)計。接觸環(huán)屬于鈑金件，鈑金件成型作為成型工藝與模具設(shè)計的典型代表，研究其成型工藝與模具設(shè)計有著尤為重要的意義。本課題的研究，還能很好的的鞏固所學(xué)的專業(yè)知識，整合現(xiàn)有的技術(shù)資源，聯(lián)系實際生產(chǎn)，系統(tǒng)地把理論知識正確地運用到了設(shè)計中去。模具設(shè)計是一種實踐性很強的工作，也是一種集學(xué)習(xí)和創(chuàng)新兩者并存的工作。通過對接觸環(huán)沖壓工藝與模具設(shè)計課題的研究，培養(yǎng)與開拓正確合理的設(shè)計思路，掌握鈑金件成型工藝以模具設(shè)計的一般規(guī)律、方法和步驟，培養(yǎng)了運用國標(biāo)、圖冊、行業(yè)規(guī)范等相關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)以及能聯(lián)系生產(chǎn)實際進行產(chǎn)品沖壓成型工藝與模具設(shè)計的綜合能力，為我們即將走向工作崗位打下了良好的基礎(chǔ)。
此外，通過對本課題的研究，在材料成型工藝分析、方案的設(shè)計和論證、模具的主要工作零件及其它零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計、應(yīng)用現(xiàn)代模具新技術(shù)等各個環(huán)節(jié)得到一次綜合性的訓(xùn)練。
1.3 沖壓模具發(fā)展概況
為了適應(yīng)高速、自動、精密、安全等大批量現(xiàn)代生產(chǎn)的需要，沖模正向高效率、高精度、高壽命及多任務(wù)位、多功能方向發(fā)展，與此相比適應(yīng)的新型模具材料及其熱處理技術(shù)，各種高效、精密、數(shù)控自動化的模具加工機床和檢測設(shè)備以及模具CAD/CAM技術(shù)也在迅速發(fā)展；另一方面，為了適應(yīng)產(chǎn)品更新?lián)Q代和試制或小批量生產(chǎn)的需要，鋅基合金沖模、聚氨酯橡膠沖模、薄板沖模、鋼帶沖模、組合沖模等各種簡易沖模及其制造技術(shù)也得到了迅速發(fā)展。
我國主要汽車模具企業(yè)，已能生產(chǎn)成套轎車覆蓋件模具，在設(shè)計制造方法、手段方面已基本達到了國際水平，但在制造方法手段方面已基本達到了國際水平，模具結(jié)構(gòu)、功能方面也接近國際水平，但在制造質(zhì)量、精度、制造周期和成本方面與國外相比還存在一定差距。
模具制造技術(shù)現(xiàn)代化是模具工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)。計算機技術(shù)、信息技術(shù)、自動化技術(shù)等先進技術(shù)正在不斷向傳統(tǒng)制造技術(shù)滲透、交叉、融合形成了現(xiàn)代模具制造技術(shù)。其中高速銑削加工、電火花銑削加工、慢走絲切割加工、精密磨削及拋光技術(shù)、數(shù)控測量等代表了現(xiàn)代沖模制造的技術(shù)水準。高速銑削加工不但具有加工速度高以及良好的加工精度和表面質(zhì)量（主軸轉(zhuǎn)速一般為15000～40000r/min）,加工精度一般可達10微米，最好的表面粗糙度Ra≤1微米），而且與傳統(tǒng)切削加工相比具有溫升低（工件只升高3攝氏度）、切削力小，因而可加工熱敏材料和剛性差的零件，合理選擇刀具和切削用量還可實現(xiàn)硬材料（60HRC）加工；電火花銑削加工（又稱電火花創(chuàng)成加工）是以高速旋轉(zhuǎn)的簡單管狀電極作三維或二維輪廓加工（像數(shù)控銑一樣），因此不再需要制造昂貴的成形電極，如日本三菱公司生產(chǎn)的EDSCAN8E電火花銑削加工機床，配置有電極損耗自動補償系統(tǒng)、CAD/CAM集成系統(tǒng)、在線自動測量系統(tǒng)和動態(tài)仿真系統(tǒng)，體現(xiàn)了當(dāng)今電火花加工機床的技術(shù)水準；慢走絲線切割技術(shù)的發(fā)展水平已相當(dāng)高，功能也相當(dāng)完善，自動化程度已達到無人看管運行的程度，目前切割速度已達到300mm/min,加工精度可達±1.5微米，表面粗糙度達Ra=01～0.2微米;精度磨削及拋光已開始使用數(shù)控成形磨床、數(shù)控光學(xué)曲線磨床、數(shù)控連續(xù)軌跡坐標(biāo)磨床及自動拋光等先進設(shè)備和技術(shù);模具加工過程中的檢測技術(shù)也取得了很大的發(fā)展,現(xiàn)在三坐標(biāo)測量機除了能高精度地測量復(fù)雜曲面的數(shù)據(jù)外,其良好的溫度補償裝置、可靠的抗振保護能力、嚴密的除塵措施及簡單操作步驟，使得現(xiàn)場自動化檢測成為可能。此外，激光快速成形技術(shù)（RPM）與樹脂澆注技術(shù)在快速經(jīng)濟制模技術(shù)中得到了成功的應(yīng)用。利用RPM技術(shù)快速成形三維原型后，通過陶瓷精鑄、電弧涂噴、消失模、熔模等技術(shù)可快速制造各種成形模。如清華大學(xué)開發(fā)研制的“M-RPMS-Ⅱ型多功能快速原型制造系統(tǒng)”是我國自主知識產(chǎn)權(quán)的世界惟一擁有兩種快速成形工藝（分層實體制造SSM和熔融擠壓成形MEM）的系統(tǒng)，它基于“模塊化技術(shù)集成”之概念而設(shè)計和制造，具有較好的價格性能比。一汽模具制造公司在以CAD/CAM加工的主模型為基礎(chǔ)，采用瑞士汽巴精化的高強度樹脂澆注成形的樹脂沖模應(yīng)用在國產(chǎn)轎車試制和小批量生產(chǎn)開辟了新的途徑。
1.4 接觸環(huán)的沖壓工藝與模具設(shè)計總體思路
首先進行零件的工藝性分析和沖壓工藝設(shè)計，從而進行模具結(jié)構(gòu)設(shè)計。由于該零件的沖壓加工由分離工序與成形工序許多沖壓性質(zhì)不同的工序組成，因而在沖壓工藝設(shè)計時必須先試制或得到工序樣件，以獲得較準確的零件展開形狀及尺寸，工序性質(zhì)，工序順序及工序件尺寸等，這是該零件模具設(shè)計的重要依據(jù)。通過確定工序順序設(shè)計之后即進行每道工序模具中的凸模、凹模、凹模固定板、卸料裝置、墊板、導(dǎo)料、定距等零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計和尺寸計算，最后繪制總圖和零件圖，并提出使用維護的說明。本課題就是要根據(jù)零件圖進行設(shè)計，給出相應(yīng)技術(shù)條件，并通過工藝性分析設(shè)計相應(yīng)的模具。
在一般情況下，沖壓成型的生產(chǎn)效率高，便于實現(xiàn)生產(chǎn)自動化，操作也比較方便，安全可靠，非常適合零件的大批量生產(chǎn)。本課題采用復(fù)合模和單工序模相結(jié)合，則需要落料、沖孔、彎曲、卷舌等多道工序及多模具完成，模具的成本比較低，零件質(zhì)量高。本課題如果采用級進模，零件比較結(jié)構(gòu)復(fù)雜，則模具結(jié)構(gòu)較大，模具制造成本較高，并且零件的質(zhì)量難以保證，生產(chǎn)效益比較低。由于本課題中零件是批量生產(chǎn)，零件厚度適中，且而且零件的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，位置精度要求不是太高則采用復(fù)合模和單工序模相結(jié)合比較適合，能很好的提高生產(chǎn)效率。對于零件的精度，由于多道工序的誤差積累各部分的尺寸精度難以保證。但是如果提高模具中零件的定位精度，并在保證模具的加工和零件質(zhì)量的前提下減少加工工步，合理安排各道工序和模具結(jié)構(gòu)設(shè)計，最后沖出成品件，就能克服上述不足。
本課題的設(shè)計步驟為：對沖壓件進行沖壓工藝性分析；排樣設(shè)計；沖壓模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計；沖壓模具的工作零部件設(shè)計與工藝計算；校核沖壓設(shè)備；繪制模具裝配圖和零件工作圖；編寫設(shè)計說明書。其具體設(shè)計步驟，概括起來有以下幾點：
（1）繪制出零件的二維圖和三維造型圖，給出合適的技術(shù)要求。
（2）對零件進行沖壓工藝性分析。包括沖壓工藝性能、沖壓件的形狀特點、尺寸大小、精度要求、表面質(zhì)量分析等，確定是否需要采取特殊工藝措施，是否需要對制品圖紙?zhí)岢鲂薷囊庖姟?
（3）工序安排和設(shè)計。工序安排是否合理，直接影響零件成型的精度和模具的數(shù)量、類型、制造成本。相應(yīng)工序?qū)?yīng)相應(yīng)類型的加工模具，直接指導(dǎo)加工模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計思路。
（3）排樣設(shè)計。排樣是否合理，將影響到材料的利用率、沖壓成形規(guī)律、沖壓件質(zhì)量、模具結(jié)構(gòu)、模具強度、模具成本和壽命等問題。
（4）模具結(jié)構(gòu)設(shè)計。模具結(jié)構(gòu)設(shè)計即模具總體構(gòu)思，它是以工序為基礎(chǔ)，根據(jù)模具工作動作要求，確定模具總體結(jié)構(gòu)：模具采用正裝、倒裝；模架結(jié)構(gòu)、導(dǎo)向方式、條料定位與送給方式、卸料與出件方式、工作零件結(jié)構(gòu)（鑲、拼塊結(jié)構(gòu)）等。
（5）工藝計算。包括條料寬度、步距與材料利用率，毛坯尺寸（特別注意的是，彎曲件展開的計算一定要合適。產(chǎn)品的展開尺寸可以通過經(jīng)驗公式得來，也可以通過軟件計算得來。無論選用何種方法，應(yīng)保證計算結(jié)果在允許的公差范圍內(nèi)）的確定、沖壓合力、預(yù)選沖壓設(shè)備、壓力中心、刃口尺寸、確定彈性組件、小凸模強度校核等。
（6）模具零部件的設(shè)計（含材料的選擇）。包括凹模及凹模塊件、凸模及凸模組件、定位零件、卸料與出件方式、模具導(dǎo)向裝置、限位元件方式以及其它輔助裝置的設(shè)計。
（7）校核沖壓設(shè)備。校核壓力機的閉合高度、滑塊行程、工作臺尺寸、確定模柄尺寸等。
（8）繪制模具裝配圖和零件工作圖。
（9）編寫設(shè)計說明書。
1.5 接觸環(huán)沖壓工藝與模具設(shè)計解決的主要問題
接觸環(huán)沖壓成型的工序數(shù)量設(shè)置應(yīng)根據(jù)產(chǎn)量、零件形狀及尺寸、模具制造與維修水平、材料利用率等因素而設(shè)定。對于沖裁的工序，應(yīng)主要考慮沖裁力如何分布均勻合理，使沖壓力平衡壓力中心偏移不能超過凹模的1/6。在分配每一道工序時，不但要考慮哪一道工序沖裁，哪一道工序翻邊，哪一道工序彎曲，哪一道工序成型，還要考慮各個模具中工作零件應(yīng)如何排布，排布的空間夠不夠，各個零件之間有沒有相互影響。為了提高模具精度，應(yīng)合理的安排每道工序加工的內(nèi)容。
設(shè)計條料的排樣，在考慮排樣時，根據(jù)具體零件結(jié)構(gòu)和尺寸，既要考慮排樣的經(jīng)濟性還要考慮到?jīng)_模制造的可能性及操作的方便程度。
在設(shè)計落料沖孔模具時，必須設(shè)計完好的導(dǎo)料系統(tǒng)，以保證條料在模具中正常的運行。為了防止條料送進過程中發(fā)生擺動，一般設(shè)有導(dǎo)料裝置，如導(dǎo)料銷、導(dǎo)正銷，使條料沿導(dǎo)料銷平穩(wěn)送進，利用導(dǎo)正銷定位。
常用的卸料機構(gòu)主要有固定式卸料機構(gòu)和彈壓式卸料機構(gòu)兩種形式。其中應(yīng)用較多的是彈壓式卸料機構(gòu)，它不僅起卸料作用，而且還起壓料作用，使沖壓效果更好。在采用彈性卸料機構(gòu)時，往往在固定板和卸料板之間采用輔助導(dǎo)柱、導(dǎo)套導(dǎo)向，以使卸料板與凸模有良好的配合，又起到保護細小凸模的作用。
凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計要充分考慮其安裝時的安裝穩(wěn)定性；凸模的安裝要便于拆卸、便于刃磨和維修。
在設(shè)計彎曲模結(jié)構(gòu)設(shè)計時必須注意：坯料應(yīng)有可靠的定位；壓彎過程中應(yīng)有效防止毛坯滑動；根據(jù)該零件特點，成形彎曲時，應(yīng)該考慮開設(shè)讓位槽；為消除回彈，沖壓結(jié)束時應(yīng)使工件在模具中得到校正；彎曲模結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮取出工件方便。
在彎曲時可能會出現(xiàn)的拉裂、翹曲及回彈現(xiàn)象：為避免產(chǎn)生拉裂，則適當(dāng)增大凸模圓角半徑，將毛刺一面處于彎曲內(nèi)側(cè)，用經(jīng)退火或塑性較好的材料；為避免產(chǎn)生翹曲，則采用帶側(cè)板的彎曲模，可以阻止材料沿彎曲線側(cè)向流動而減小翹曲；為避免產(chǎn)生回彈現(xiàn)象，根據(jù)回彈趨勢和回彈量大小預(yù)先對模具工作部分做相應(yīng)的形狀和尺寸修正，使出模后的彎曲件獲得要求的形狀和尺寸。
當(dāng)模具生產(chǎn)一段時間后，會出現(xiàn)生產(chǎn)零件毛刺增大現(xiàn)象，這時應(yīng)當(dāng)檢查凸、凹模刃口，如果發(fā)現(xiàn)刃口磨損或產(chǎn)生崩刃，應(yīng)進行刃磨，刃磨后給凸模或凹模墊上相應(yīng)厚度的墊片。當(dāng)凹模經(jīng)過多次刃磨后，應(yīng)當(dāng)檢查刃口直壁是否已被磨去。如果零件上的毛刺不均勻，是因為沖裁間隙產(chǎn)生了偏移，這時要進行間隙調(diào)整等。
第2章 接觸環(huán)工藝分析及方案
如圖2.1是零件的二維圖；2.2是零件的三維圖：制件外形為圓形，直徑160mm,下偏差為-0.5，小孔直徑為9mm,槽寬為6mm,取精度等級為IT14，選Q235。
圖2.1 零件二維圖
圖2.2 三維零件圖
2.1 沖壓工藝性分析
工件材料為Q235，其特性及適用范圍：機械強度底，塑性、韌性好，容易沖壓成形；該工件結(jié)構(gòu)屬于鈑金件范疇，適合沖裁；沖裁件精度等級為IT12級，將以上精度等級和零件圖所標(biāo)尺寸相比較，可知該零件的精度要求能夠在沖壓加工中得到保證，符合普通沖裁的工藝要求。該工件要求大批量生產(chǎn)，由以上分析可得該工件沖壓工藝性較好，使用沖壓加工能夠得到質(zhì)量穩(wěn)定的零件。
2.2 工藝方案確定
該零件包括落料、沖孔、彎曲、拉伸，卷元，切舌等多個基本工序，零件結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，且彎曲成型時變形量較大，材料厚度適中，成型該零件采用復(fù)合模和單工序模相結(jié)合的工藝方案。
第3章 沖孔-落料復(fù)合模
如圖3.1是接觸環(huán)落料—沖孔二維零件圖
圖3.1 接觸環(huán)落料沖孔二維零件圖
3.1 確定模具類型及結(jié)構(gòu)形式
3.1.1 模具類型
該零件質(zhì)量要求不高，板的厚度有1.5mm，孔邊距有74.6mm,所以可以選用倒裝復(fù)合模
3.1.2 模具結(jié)構(gòu)形式
1、定位方式的選擇：根據(jù)落料沖孔零件尺寸及結(jié)構(gòu)分析，控制條料的送進方向采用兩個導(dǎo)料銷，控制材料的送進步距采用兩個擋料銷。
2、卸料、出件方式的選擇：采用彈性卸料。下出件，上模剛性頂件。
4、導(dǎo)向方式的選擇：為了方便操作，同時根據(jù)模具結(jié)構(gòu)分析，該模具采用中間導(dǎo)柱的導(dǎo)向方式。
3.2 工藝計算
3.2.1 排樣及材料利用率
由于該零件結(jié)構(gòu)為圓形，只能直排排樣圖，如圖3.3所示:
圖3.2 二維零件排樣圖
查《沖壓手冊》表2-18，最小搭邊值是：
工件間 ：1.5mm 側(cè)面:1.8mm
工件面積：通過三維軟件查詢制件面積35010.76
直排：取搭邊值2mm
條料寬度B=224mm 步距L=222mm
材料利用率：
本零件采用直排方式設(shè)計模具。排樣圖如下。
選用1.5mm900mm1600mm 可以裁4條，每條可以沖7件。
總的材料利用率：4735010.76/（9001600）=68.1%
圖3.3直排排樣圖
3.2.2 沖壓力計算并預(yù)選沖床
L=（691.2+433+4x28）=1236.2m t=1.5mm =450Mpa
沖壓力：F=Lt=+=（691.2+433+4x28）×1.5×450=466.4+292.3+75.6=834.3KN
查《沖壓工藝及模具設(shè)計》表3-11 =0.05 =0.055 =0.06
落料時的卸料力：==466.4×0.05=23.32KN；
倒裝復(fù)合模：頂件力等于零
沖孔是的推件力：刃口高度為10 n=8/1.5 n取6
=8 =6×834.3×0.055=121.4KN
沖壓合力：F合=F++=834.3+121.4+23.32=979KN
根據(jù)沖壓了合力預(yù)選J23-125的曲柄壓力機
3.2.3 確定壓力中心
通過三維軟件查詢可知制件的質(zhì)心在X=0，Y=0。
選取=0，=0作為模具壓力中心的位置。
圖3.4 壓力中心
3.2.4 確定沖裁凸模和凹模工作刃口尺寸
落料以落料凹模為基準計算，落料凸模根據(jù)凹模和最小間隙計算，也可以根據(jù)凹模實際尺寸和間隙值進行配制。沖孔以沖孔凸模為基準計算，沖孔凹模根據(jù)凸模和最小間隙計算，也可以根據(jù)凸模實際尺寸和間隙值進行配制。沖孔用分別加工法進行計算，落料、中心尺寸（即凸凹模）用配合加工法進行計算。
間隙查《沖壓工藝及模具設(shè)計》表3-4取Zmin=0.132mm Zmax=0.24mm
落料凹模磨損后變大尺寸屬A類尺寸有：、，凹模公差按
磨損系數(shù)查《沖壓工藝及模具設(shè)計》表3—5，X=0.5。
A1=（Amax-）=(33-0.50.62) =32.69
A2=（Amax-）=(28-0.50.52)=27.74
中心尺寸凹模磨損后不變，尺寸有：98 ； 為尺寸的偏差
C1=C=98
凸模（凸模固定板）按凹模實際尺寸配做，保證間隙在0.132～0.24mm之間
沖孔凸模磨損后變小屬B類尺寸：9、R3 、R30公差為IT14級，
凸、凹模公差按IT8級， =0.016mm =0.016mm
校核間隙：||+||= 0.016+0.016=0.032＜Zmax-Zmin =0.24-0.132=0.108 可行
磨損系數(shù)查《沖壓工藝及模具設(shè)計》表3—5，X=0.5，X=0.5，X=0.5
d=（d+）=(9+0.50.36) =9.18
d=（d+）=(9.18+0.132) =9.312
d=（d+）=(3+0.50.25) =3.125
d=（d+）=(3.125+0.132) =3.257
d=（d+）=(30+0.50.52) =30.26
d=（d+）=(30.26+0.132) =30.39
3.2.5 確定彈性元件
聚氨酯橡皮允許承受的載荷較彈簧大，并且安裝調(diào)整安裝方便，所以選用橡皮。
卸料力為 =23.32KN
橡皮的高度：H自由=H工件/（0.25～0.3）=32～26.7 取30mm
式中 H工件=t+1+H修模=1.5+1+5.5=8 （H修模取4～7）
橡膠裝配高度：H =（0.85～0.9）H自由=（0.85～0.9）H自由=25.5～27mm取26mm
橡皮面積：A=/p=46640～89692mm2
式中P為橡皮預(yù)壓（壓10%～15%H自由） 時單位面積上的壓力，取0.26～0.5
取一塊整開凸模孔和三個卸料螺釘孔 315x315x30的聚氨酯橡皮。
面積校核： 315X315-48400-3x122x3.14=50825>46640mm2 可行。
3.3 編寫工藝文件
表3.1落料沖孔工藝過程卡
材料牌號及規(guī)格
技術(shù)要求
Q235[ 1.0(±0.07) ×900×1600]
公差為IT14級
表面光滑，無斷裂翹曲的現(xiàn)象
工序號
工序名稱
工序內(nèi)容
設(shè)備
工藝設(shè)備
0
下料
剪板機上裁板
1
落料沖孔
落料沖孔復(fù)合沖裁
J23-120
落料沖孔復(fù)合模
3.4 選擇和確定模具主要零部件的結(jié)構(gòu)和尺寸
3.4.1 工作零件的結(jié)構(gòu)及尺寸設(shè)計
1、凸凹模：為了便于加工，凸凹模設(shè)計成直通式，1個M12沉頭螺釘固定在墊板上，與凸凹模固定板的配合按H7/m6。
其總長 L=H固定板+H卸料板+(H橡膠-H預(yù)壓) =74mm；
2、沖孔凸模：沖孔凸模采用臺階式，與凸模固定板的配合按H7/m6。
其總長L=H固定板+H凹模+H空心墊板=75mm， 小端長50mm；
3、凹模：凹模采用薄凹模結(jié)構(gòu)，薄凹模厚度尺寸（可以參考單工序模
凹模的厚度計算方法：H=Ks=0.12x220=26.4 mm） 取30mm。
K-系數(shù)查《沖壓工藝及模具設(shè)計》表3-15 取 K=0.12 s=220
凹模壁厚尺寸 C=（1.5～2）H=40～54mm
凹模板寬度 300～328
長度 300～328
式中：s1=24 s2查《沖壓工藝及模具設(shè)計》表3-14 取45
由于工件是圓形，便于送料，故薄凹模為: 315X30mm。
4、模具剛性校核
凸凹模模尺寸較大，模具強度較大，一般滿足使用時的強度要求，經(jīng)驗應(yīng)用不需校核，故而只校核凸模的剛度即可。
只校核小凸模：單個凸模所承受力：
沖裁力：75.6/4=18.9KN
推件力：121/4=30.25KN
沖壓合力：倒裝：18.9+30.25=49.15KN
無導(dǎo)向：
Lmax=95=52.6mm50mm 凸模滿足要求 可行！
3.4.2 其他板的尺寸
凸凹模墊板: 315x10
凸凹模固定板: 315x28
卸料板: 315x20
空心墊板: 315x20
小凸模固定板: 315x25
小凸模墊板: 315x10
3.4.3 模架的規(guī)格
上模座的規(guī)格： 315x50 （GB2855.9-81）
下模座的規(guī)格： 315x60 （GB2855.10-81）
模柄的規(guī)格： A60x100 （GB2862.1-81）
導(dǎo)套： A45H7x125x48 （GB2861.6-81）
導(dǎo)柱： A45h6x230 （GB2861.1-81）
導(dǎo)套： A50H7x125x48 （GB2861.6-81）
導(dǎo)柱： A50h6x230 （GB2861.1-81）
3.4.4 模具閉合高度的計算
H=50+10+75+20+26+28+10+60-1=278mm
3.5 校核所選壓力機
J23-125雙柱可傾壓力機相關(guān)參數(shù)：標(biāo)稱壓力 1250KN；滑塊行程55（次/min）；連桿調(diào)節(jié)長度90mm；最大裝模高度280mm；工作臺尺寸（前后x左右）650mmX970mm；模柄孔尺寸（直徑x深度）60x100；電機功率11KW。校核以上所有參數(shù)，除了模具閉合高度278mm小于壓力機最小裝模高度（190mm）高度外，其他都能滿足使用要求。所有J23-125能滿足該模具的使用要求。
3.6 編制工作零件機械加工工藝卡
表3.2凹模機械加工工藝規(guī)程卡
凹模機械加工工藝規(guī)程 材料Cr12 硬度60～64
序號
工序名稱
工序內(nèi)容
1
備料
下料（下320x32mm的板料）；鍛造完成后退火處理
2
粗銑
銑削毛坯的六面到尺寸318x31mm。注意上下平面與角尺面相互測量基本達到垂直度要求
3
磨平面
磨光上下表面間距尺寸到30.6mm及角尺面，并達到相鄰表面的垂直度要求，垂直度0.02mm/100mm
4
鉗工
①劃線 畫出各孔和凹模洞口穿絲孔中心線
②鉆孔 鉆螺紋、銷釘?shù)卓缀桶寄６纯诖┙z孔
③絞孔 絞銷釘孔到要求
④攻絲 攻螺紋絲到要求
5
熱處理
淬火+低溫回火 使材料硬度達到60～64HRC
6
磨平面
磨光六面消除淬火變形和氧化皮，并達到工藝所要求的尺寸
7
退磁
消除坯料殘余磁
8
線切割
割凹模洞口，并留0.01～0.02的研磨余量
9
鉗工
研磨凹模洞口內(nèi)壁側(cè)面到尺寸，粗糙度0.8
10
檢驗
按圖紙檢驗
第4章 彎曲模
如圖4.1是二維零件圖：
圖4.1 二維零件圖
4.1 工藝計算
4.1.1 彎曲力計算
兩條彎曲線均按自由彎曲計算。圖4-1中的a、b各處彎曲按式《沖壓工藝及模具設(shè)計》（4-39）計算。
彎曲內(nèi)半徑r取0.8t,屬于V形件彎曲，則每處的彎曲力為：
F===8845(N)
工件有兩處彎曲，兩處彎曲力為：88452=17690(N)
4.1.2校正彎曲力的計算
式中q查《沖壓工藝及模具設(shè)計》表4-4
q取值為40MPa，面積S按水平面的投影面積計算（見圖4-2）。則：
S=213.928=778.4
=40778.4=31136(N)
自由彎曲力和校正彎曲力的和為:
F=17690+31136=48826(N)
根據(jù)沖壓合力預(yù)選J23-25的曲柄壓力機
4.1.3回彈量的計算
在實際彎曲時影響回彈值的因素較多，而且各因素相互影響，理論計算出來的結(jié)果往往不準確，在生產(chǎn)實際中采用經(jīng)驗來初定回彈角，然后在試模修正。在此采用補償法來消除回彈。取補償角度為2度。
4.2 主要零、部件的設(shè)計
4.2.1凸模
凸模是由兩部分組成的鑲拼結(jié)構(gòu)，這樣的結(jié)構(gòu)便于線切割機加工。凸模倒角部位的尺寸按回彈補償角度設(shè)計；凸模是采用掛臺的形式掛在凸模固定板上；凸模采用凸模固定板和螺釘固定。
凸?？傞LL=H凸模固定板+19+24=91mm
4.2.2凹模
4.2.2.1凹模圓角半徑
凹模圓角半徑的大小對彎曲力和工件質(zhì)量均有影響。凹模圓角半徑過小，坯料 彎曲時進入凹模的阻力增大，工件表面產(chǎn)生擦傷甚至壓痕。凹模圓角半徑過大，影響坯料定位的準確性。凹模兩邊的圓角半徑應(yīng)一致，以免彎曲時工件產(chǎn)生偏移。
對于彎曲V形件的凹模，其底部可開退刀槽或取圓角半徑，圓角半徑為：
r=(0.6～0.8)(+t)=0.6×（1.2+1.5）=1.6mm
4.2.2.2凹模工作部分的深度
凹模工作部分的深度要適當(dāng)。若深度過小，則工件彎曲成形后回彈大，而且直邊不平直。若深度過大，則模具材料消耗大，而且壓力機需要較大的行程。
彎曲V形件時，凹模深度及最小厚度可查《沖壓工藝及模具設(shè)計》表4-7
取：h=22mm 凹模H=50mm
4.3其他板的尺寸
墊板： 315×18
凸模國定板： 315×18
4.3.1模架的規(guī)格
上模座的規(guī)格： 315x50 （GB2855.9-81）
下模座的規(guī)格： 315x60 （GB2855.10-81）
模柄的規(guī)格： A60x100 （GB2862.1-81）
導(dǎo)套： A45H7x125x48 （GB2861.6-81）
導(dǎo)柱： A45h6x230 （GB2861.1-81）
導(dǎo)套： A50H7x125x48 （GB2861.6-81）
導(dǎo)柱： A50h6x230 （GB2861.1-81）
4.3. 2模具閉合高度的計算
H=50+18+91+20+60-1=238mm
4.4校核所選壓力機
J23-25雙柱可傾壓力機相關(guān)參數(shù)：標(biāo)稱壓力250KN；滑塊行程65（次/min）；連桿調(diào)節(jié)長度90mm；最大裝模高度270mm；工作臺尺寸（前后x左右）370mmX560mm；模柄孔尺寸（直徑x深度）60x100；電機功率2.2KW。校核以上所有參數(shù)，除了模具閉合高度238mm小于壓力機最小裝模高度（215mm）高度外，其他都能滿足使用要求。所有J23-25能滿足該模具的使用要求。
第5章 拉伸模
如圖5.1二維零件圖：
圖5.1二維零件圖
5.1 拉深件的尺寸計算
5.1.1確定拉深次數(shù)
查《沖壓工藝及模具設(shè)計》表5-3得：
極限拉深系數(shù)m=0.53～0.55
m<=0.56
所以可以一次拉深成形
5.1.2拉深高度的確定
=0.25（）=49.1mm>45mm
其中
5.1.3判斷是否采用壓邊圈
零件的相對厚度==0.68%
經(jīng)查《沖壓工藝及模具設(shè)計》表5-8得：壓邊圈可用可不用的范圍，為了保證零件質(zhì)量，減少拉深次數(shù)，決定采用壓邊圈。
5.1.3.1壓邊力的確定
F=
其中p可查《沖壓工藝及模具設(shè)計》表5-9
得：p=2.5Mp
F=51998N
式中 D—為毛坯直徑；
P—單位壓邊力；
--凹模圓角半徑；
5.2 壓力計算與設(shè)備的選擇
模具為拉深模，動作只有拉深，計算拉深力
=
=3.14×124×1.5×450×0.72=189(KN)
其中可查《沖壓工藝及模具設(shè)計》5-10
得：=0.72
因為拉深力與壓邊力的和為落料力。即
+=189+52=241（KN）
所以初選壓力機為J23—25的曲柄壓力機。
5.3 拉深模工作零件設(shè)計與計算
5.3.1凸、凹模尺寸計算
由上邊的計算可知拉深后直徑為124mm,由公式Z=確定凸、凹模間隙Z，所以間隙Z=1.5+0.2×1.5=1.8mm, 其中k可查《沖壓工藝及模具設(shè)計》表5-18可得k=0.2;則
拉深凹模=124-0.75×1=
拉深凸模=124-0.75-2×1.8=
其中可查《沖壓工藝及模具設(shè)計》表5-19
5.5 卸料力的計算
查《沖壓工藝及模具設(shè)計》表3-11取=0.05
=0.05×241=12050（N）
5.6 定位裝置
拉深采用固定式擋料銷定位，工作很方便。
5.7 工件的卸除
采用彈性卸料板，卸料板安裝在下模
5.8 導(dǎo)向零件
導(dǎo)向零件有很多種，如用導(dǎo)板導(dǎo)向，則在模具上安裝不方便而阻擋操作者的視線，所以不采用；如用滾珠試導(dǎo)柱導(dǎo)套導(dǎo)向，雖然導(dǎo)向精度高，壽命長，但結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，所以不采用；針對本次要求精度不高，采用滑動式導(dǎo)柱導(dǎo)套極限導(dǎo)向即可。而且模具在壓力機上安裝比較簡單、操作方便、還可以減低成本。
5.9加工工藝卡
5.9.1凸模
工 序 號
工 序 名 稱
工 序 內(nèi) 容
1
備 料
備直徑128的坯料
2
熱 處 理
退 火
3
粗 車
車圓柱面，留單面余量0.5mm
4
精 車
按圖紙加工，留單面余量0.1
5
熱 處 理
調(diào)質(zhì)，淬火硬度達HRC62～64
6
磨
達到圖紙要求
7
鉗 工 精 修
全面達到圖紙要求
8
檢 驗
5.9.2凹模
工 序 號
工 序 名 稱
工 序 內(nèi) 容
1
備 料
坯料 鍛造
2
熱 處 理
退 火
3
車
留單邊余量0.5mm
4
熱 處 理
調(diào) 質(zhì)
5
粗 磨
留0.2mm
6
鉗 工 劃 線
各種孔位線
7
鉗 工
加工各種孔
8
線 切 割
加工個型孔
第6章 卷 緣 模
如圖6.1是二維零件圖：
圖6.1 二維零件圖
6.1 毛坯展開尺寸計算
6.1.1中性層半徑r 的確定
卷緣的計算和壓彎的計算相似，首先確定中性層的位置, 卷緣部分的中性層位置由中性層半徑r 來確定。r按下式計算:
r=+kt
式中為內(nèi)圓半徑，mm
t為材料厚度，mm
k為中性層位移系數(shù)。
中性層位移系數(shù)查《沖壓工藝及模具設(shè)計》表4-3
查得k=0.46
r=9＋0.46×1.5=9.7mm
6.1.2毛坯長度展開計算公式
經(jīng)上圖6-1在二維軟件計算得L=41.6mm
6.2 卷緣力的計算
卷緣力的計算和彎曲力的計算一樣
F===27458（N）
B—彎曲件寬度；
r—彎曲件內(nèi)彎曲半徑；
k—系數(shù)，一般取k=1～1.3。
可初選壓力機J23—6.3
第七章 切舌模
7.1 零件的工藝性分析
切舌是該零件的第五道工序，要切舌部分是矩形，壓彎的角度為，精度要求不高。不過在定位該零件時要注意，零件如下圖7.1
圖7.1
7.2 工藝計算
計算工藝力
L=12＋12=24mm t=1.5mm =450Mp
沖壓力： =24×1.5×450=16.2(KN)
k=1.3 b=10 r=0.8t=1.2
彎曲力： =2925（N）
=0.05×16200=810（N）
=16200＋2925＋810=19935（N）
根據(jù)沖壓合力預(yù)選J23—6.3的曲柄壓力機
7.3 確定沖裁凸模和凹模工作刃口尺寸
間隙查《沖壓工藝及模具設(shè)計》表3-4，
凸、凹模公差按IT8級，
校核間隙<
磨損系數(shù)查《沖壓工藝及模具設(shè)計》表3-5， X=0.5
7.4 確定模具結(jié)構(gòu)
切舌彎曲工件采用單工序模加工，卸料采用彈性卸料，中間導(dǎo)柱模架。
7.5 壓力機的校核
J23-6.3雙柱可傾壓力機相關(guān)參數(shù)：標(biāo)稱壓力 63KN；滑塊行程50（次/min）；連桿調(diào)節(jié)長度40mm；最大裝模高度200mm；工作臺尺寸（前后x左右）200mmX315mm；模柄孔尺寸（直徑x深度）30x50；電機功率7.5KW。校核以上所有參數(shù)，除了模具閉合高度170mm小于壓力機最小裝模高度（160mm）高度外，其他都能滿足使用要求。所有J23-125能滿足該模具的使用要求。
第八章 校平整形模
8.1 校平目的
在該零件中，開始有壓彎、拉深、切舌。對零件的平面度有一定的偏差，所以需要校平。以此來消除平面度誤差和提高制件形狀及尺寸精度。
校平和整形工藝作用有二：一是對不平或翹曲的面加以壓平；二是把彎曲或拉深件校正成要求的形狀和尺寸。
8.2 校平與整形工藝特點
1、校平與整形允許的變形量都很小，因此必須使坯件的形狀和尺寸相當(dāng)接近制件。
2、校平與整形后制件精度較高，因而模具成形部分的精度也相應(yīng)的提高。
3、校平與整形時，應(yīng)使坯件內(nèi)的應(yīng)力、應(yīng)變狀態(tài)有利于減少卸載后材料的彈性恢復(fù)而引起制件形狀和尺寸的改變。
4、由于校平與整形在壓力機滑塊下指點進行。因此，對所使用設(shè)備的剛度、精度要求較高，通常在專用的壓力機上進行。若采用普通壓力機，則必須設(shè)有過載保護裝置，以防損壞設(shè)備。
5、校平工序多用于消除沖載件拱彎造成的不平，平面度、直線度要求較高的沖載件需要增加校平工序。但對極薄的沖壓件，要得到很高的平面度或尺寸精度仍非常困難。
8.3 工藝分析
該零件在壓彎工序和拉深工序及切舌工序?qū)α慵恼w平面度和尺寸精度有一定的變化，從圖8-1可看出在壓彎和拉深時對零件的平面度影響較大。因此需要校平與整形這一道工序。方可達到零件所要求的精度。
8.4 校平、整形力的計算
校平與整形力主要取決于材料的力學(xué)性能、板料的厚度等因素。
P=Ap
式中 P—校平、整形力，N；
A— 校平、整形面積，
p—單位壓力，Mpa, 查《沖壓模具簡明設(shè)計手冊》表5.34
查得 p=80Mpa
P=7263×80=561（KN）
根據(jù)沖壓合力預(yù)選J23—80的曲柄壓力機
8.5 模具的選擇
校平模有兩種，即平面校平模與帶齒校平模。
1、平面校平模材料較薄，表面不允許有齒痕的工件，應(yīng)用平面校平模。由于平面校平模單位壓力較小，校平后仍有相當(dāng)大的回彈，效果不好，故主要用于平面度要求不高、由軟金屬制成的小型工件。為消除壓力機臺面與滑塊面平行度誤差的影響，通常采用浮動上模。
2、帶齒校平模分細齒和粗齒兩種。對于材料較厚t=3～15mm,平直度要求較高且表面上容許有細痕的工件用細齒模。齒形用正方形或菱形，齒的高度h=0.866l,兩排齒之間的距離為l=(1～1.2)t,齒尖角度。當(dāng)不允許有壓痕時，用粗齒校平模，粗齒校平模適用于材料厚度在0.3～0.8mm的工件，以及有色金屬材料（如鋁、青銅、黃銅等）。齒高h=(0.43～0.61)t,并且有較寬的平面。用帶齒校平模校平有孔工件時，應(yīng)注意在模具上對應(yīng)孔的周圍要去掉齒形，以免壓壞孔。
根據(jù)綜合考慮選擇平面校平模。
8.6 整形工藝特點
整形一般用于彎曲、拉深等成形工序之后。對彎曲件的回彈，以及拉深制件受凸?；虬寄A角半徑的限制，不能達到較小的圓角半徑時，可使用整形模使其達到較準確的尺寸和形狀。整形模具與一般模具相似，只是工作部分的定形尺寸精度較高，粗糙度要求更低，圓角半徑和間隙值都較小。整形時，必須根據(jù)制件形狀的特點和精度要求，而正確的選定產(chǎn)生塑性變形的部位、變形的大小和恰當(dāng)?shù)膽?yīng)力狀態(tài)。
彎曲件的鐓校整形所得到的制件尺寸精度較高，是目前采用的一種校形方法，但是，對于帶有孔的彎曲件或?qū)挾炔坏鹊膹澢?，不宜采用，因為鐓校時易使孔產(chǎn)生變形
拉深件負間隙整形拉深模的間隙可?。?.9～0.95）t。（t為材料厚度）。這種整形方法，可以把整形工序與最后一道拉深工序結(jié)合成一道工序完成。
結(jié)束語
接觸環(huán)成型過程包括沖裁、彎曲、拉伸等多個工序。工件較復(fù)雜，通過對該零件的工藝分析，工序方案的確定，要加工出零件，是需要多副模具加工成型的，按照要求設(shè)計并繪制了其中兩幅模具的裝配圖。
首先通過分析沖壓件的工藝性確定方案。經(jīng)分析，成型該零件需要6道工序，首先依次選擇了落料沖孔復(fù)合膜，彎曲模，拉伸模，卷緣模，切舌模，校平整形模。然后進行工藝計算，并選擇設(shè)計各模具結(jié)構(gòu)件。這些設(shè)計綜合了我們所學(xué)的模具知識，并讓我們將所學(xué)的知識加以整合運用且更加熟悉模具。
此次畢業(yè)設(shè)計讓我感覺，要設(shè)計出一副合理的優(yōu)秀的模具并不簡單，要有豐富的理論與實踐經(jīng)驗，考慮的問題還需要更深更遠，就我們現(xiàn)在所掌握的還遠遠不夠。我在設(shè)計中經(jīng)常遇到了各種困難，正是因為對自己所學(xué)專業(yè)知識還不夠扎實的表現(xiàn)，辛虧有老師的指導(dǎo)與同學(xué)的幫助讓我順利完成了設(shè)計，也讓我知道，自己需要更加努力掌握知識才能在以后的工作中順利完成自己的任務(wù)。
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致 謝
光陰似箭，經(jīng)過一個學(xué)期的設(shè)計，這次畢業(yè)設(shè)計已經(jīng)接近尾聲，四年的學(xué)習(xí)即將結(jié)束。關(guān)于本次課題設(shè)計，心里的感受頗多。我將不會忘記此次課題設(shè)計所經(jīng)歷的那些付出與努力。由于經(jīng)驗的匱乏，設(shè)計里肯定有許多考慮不周全的地方，如果沒有指導(dǎo)老師的教導(dǎo)，以及同學(xué)們的支持，很難獨立完成此次的畢業(yè)設(shè)計。
在這里首先要感謝我的導(dǎo)師彭庚新老師。他平日里本來就要上課，還要在百忙中抽出時間來指導(dǎo)我們。我們做畢業(yè)設(shè)計的每個階段，從重慶實習(xí)到查閱資料，設(shè)計方案的確定和修改，中期檢查，后期詳細設(shè)計，裝配草圖等整個過程中都給予我們悉心的指導(dǎo)，為我提供了種種專業(yè)知識上的指導(dǎo)和一些富于創(chuàng)造性的建議，遇到不懂的地方，他總是耐心地講解，包括在設(shè)計過程中的很多想不明白或者不會設(shè)計的地方，彭老師都詳細教導(dǎo)，并細心地糾正圖紙中的錯誤。同時還要感謝所有的老師，四年以來，除了專業(yè)知識，你們還教會了我們怎么樣做人及做事。如果沒有老師們的悉心教導(dǎo)，我們將不會成為一名合格的，綜合素質(zhì)高的畢業(yè)生。在此向所有老師表示最真誠最崇高的謝意！
我還要感謝很多幫助我的同學(xué)，他們在本次設(shè)計中不僅自己刻苦勤奮，克服了許多困難完成此次畢業(yè)設(shè)計，并給了我很大的幫助。同時還要感謝所有的同學(xué)們，謝謝你們對我本次課題的大力支持和鼓勵！感謝文中所引用文獻的所有作者們！再次感謝所有關(guān)心、支持和幫助過我的老師、同學(xué)和朋友們！
附 錄
A0
A3
A4
復(fù)合膜裝配圖
彎曲模裝配圖
接觸環(huán)零件圖
頂板
沖孔凸模1
凸凹模
復(fù)合膜凹模
彎曲模凸模
彎曲模凹模
沖孔凸模2
1
2
0
3
4
5
6
7
8
9
32