翻邊U形件、φ220盤形件的落料拉深復合模設計-沖壓模具含NX三維及11張CAD圖
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摘 要
盤形件的沖壓模具整體設計首先從成形的基本概念開始，具體闡述了沖壓技術及其領域相關現(xiàn)狀發(fā)展。工藝分析確定了課題可以采用常規(guī)的復合模具來達成最初的設計指標，并完成了相關排樣和利用率等最初方案的計算及設計。
核心計算涵蓋了沖裁力整體的求取，并基于此初選了壓力機的品類型號。壓力中心和工作刃口的計算則為總體結構做出了鋪墊。架構選用及零部件設計中，從定位形式作為起點，接著進行卸料出件導向及核心的凸凹模的結構參數(shù)設計，確定設計的核心部分。然后完成墊板、固定板、模架等輔助件的選用，最后闡述總裝流程及壓力設備校核工作。
模具設計是整體化流程，結合盤形件模具設計，最終完成一副合格的落料拉深復合模具和沖孔單工序的模具，對于指導生產(chǎn)起到一定作用。
關鍵詞：盤形件，沖壓模具，復合模，排樣，壓力機
ABSTRACT
The overall design of stamping die for disc parts starts with the basic concept of forming, and elaborates specifically the stamping technology and its related current development in the field.Process analysis confirms that the subject can use conventional composite dies to achieve the initial design index, and complete the calculation and design of related initial schemes such as layout and utilization ratio.
The core calculation covers the overall determination of the punching force and based on this, the type number of the press is initially selected.The calculation of the pressure center and working edge paves the way for the overall structure.In structure selection and component design, starting from positioning form, the structure parameters of discharging guide and core convex and concave dies are designed to determine the core part of the design.Then complete the selection of auxiliary parts such as backing plate, fixing plate and die holder, and finally elaborate the general assembly process and pressure equipment checking work.
Die design is an integrated process, combining with disc mold design, a set of qualified blanking and deep drawing compound mold and punching single process mold are finally completed, which plays a certain role in guiding production.
Key words: disc, stamping die, compound die, layout, press
目 錄
前言 1
第1章 緒 論 3
1.1 沖壓技術的發(fā)展及應用 3
1.2 模具的成形特點 4
1.3 本課題的主要內(nèi)容與意義 6
第2章 工藝分析及沖壓方案確定 8
2.1 沖壓件的工藝分析 9
2.2 工藝方案的分析和確定 9
2.3 毛坯展開計算 10
2.4 拉深次數(shù)的確定 11
2.5 下料方式的確定 11
2.6 排樣和材料的利用 12
2.7 復合模結構確定 14
第3章 模具主要工藝參數(shù)計算 15
3.1 沖裁工藝力計算 15
3.2 拉深力的計算 16
3.3 壓力中心的確定 17
3.4 沖裁工作刃口尺寸的計算 17
第4章 模具總體設計 19
4.1 拉深凸模結構的設計 19
4.2 凹模結構的設計 19
4.2.1 凹模刃口形式的選擇 19
4.2.2 凹模的結構形式 20
4.3 落料凸模的的結構設計 21
4.4 落料拉深模具送料方式選擇 22
4.5 落料拉深模具送料方式選擇 23
4.6 推件（頂出）裝置的設計 23
4.7 模架安裝形態(tài)確定 24
第5章 沖壓設備的校核 25
5.1 模具裝配 25
5.2 模具工作過程 26
5.3 壓力設備校核 26
結 論 28
致謝 29
參考文獻 30
31
前言
任何一個沖裁件均是由一個或者多個工序有機組成的，是既分離而又統(tǒng)一的整體。這句話表面上看起來是矛盾的，而整合在模具設計中確實統(tǒng)一的。這是因為分離的工序不僅可以使用單一工序的模具組成沖壓組合，也可以復合成幾道模具達成設計目標，更可以結合現(xiàn)金的傳遞式模具或者級進模完成整體的的沖裁。以上這些均是基于最根本的沖裁形態(tài)演變而來，這里逐一論述。
首先就是分離形態(tài)的建立，分離形態(tài)是利用凸凹模刀口的精度，剛度等力學形能，輔以壓力作用，依靠著慣性沖切而將毛坯分離切割成預定的形態(tài)。分離程序主要的問題是邊緣口的毛刺方向和斷裂帶光潔度，分離度這幾個方面的問題[2-3]，毛刺方向依賴于凸凹模的整體精度和沖裁速度這兩個方面，現(xiàn)階段已經(jīng)可以很好的控制。后兩者依賴于板材的本體材質(zhì)和厚度，其具體作用機理較為復雜，在2毫米厚的板料之下的沖裁已經(jīng)不成問題，現(xiàn)階段高精度模具可以解決。
不僅在汽車摩托車這些大型的表面覆蓋件產(chǎn)品上應用之廣，在數(shù)碼產(chǎn)品中更是凸顯了精密成形的中堅力量。數(shù)碼產(chǎn)品外觀是塑料的，但是內(nèi)部結構支撐件，傳導和觸點等這些必然是冷沖所完成的，對于結構性的支撐件觸頭件來說體現(xiàn)著精密成形技術的水準?，F(xiàn)階段國內(nèi)高端的設計制造廠商整合了這方面先進的技術，且人才的儲備已經(jīng)達到了一定的量。都說質(zhì)變是量變的飛躍，在近十年中我國在追趕世界現(xiàn)金技術的路途中踽踽獨行，只為有朝一日站在世界之巔。
從材料方面來講，熱處理已經(jīng)開始進入分子層面，金屬受外界的溫度變化影響會改變分之間的結構，從而改變金屬的一些特性。沖壓還是一種直接改變外形的金屬變形工藝，達不到分子層次，當熱處理--沖壓復合加工時，屬于兩種加工方式的小范圍配合，在金屬受熱時進行加工是可以減少加工損耗，但是由于進行熱加工時，金屬的的表面溫度不穩(wěn)定，使得加工出來的產(chǎn)品表面結構容易出現(xiàn)問題，雖然合理的控制溫度可以使這種問題發(fā)生的幾率降低，但是不能沖跟不上解決問題。沖壓的開始意義是在力的作用下對金屬進行形變或截斷，但是隨著時間的發(fā)展，沖壓已經(jīng)慢慢跳出了自己本身的字面意思，有了它自己獨特的內(nèi)涵與文化，但是不可否認沖壓是還沒有達到分子層次的加工方式，而沒有達到分子層次的加工方式并不是未來的主力。當人們對材料的研究逐漸加深，類似與分子堆疊的方式才是理想的加工方式。由于相同的材料不同的分子結構性質(zhì)會展現(xiàn)出很大不同的原因，良好的分子結構是材料的關鍵，但是由于分子層次的的造價高昂，目前忍讓處于試驗階段，還不能被廣泛應用。而且分子結構的完全可控不僅對基礎工業(yè)影響巨大，航空，航天，醫(yī)學，生物等等領域都會發(fā)生質(zhì)的變化。如果沖壓這種加工方式不能更快速的發(fā)展，慢慢的會逐步的退出歷史的舞臺，從舉足輕重過渡到可有可無。
技術不僅僅涵蓋了設計過程，工藝過程，更是制造過程先進性與精益的體現(xiàn)，既往設計與制造通常是割裂開來，有著嚴格的先后順序。然而現(xiàn)金設計制造仿真技術的發(fā)展和實施已經(jīng)可以達成并行設計的水準。
第1章 緒 論
1.1 沖壓技術的發(fā)展及應用
在具體設計工件模之前須完成的任務即是對于沖壓的基本概念及具體的沖裁方式有宏觀的把控，做到有理有據(jù)的設計方可使模具定制者信服也可以帶來良性的推動與提升企業(yè)位于市場中的口碑。沖壓根據(jù)其名稱在宏觀上即是結合沖頭沖裁和壓制等手段對板材實施分離切割或壓制成既定形狀的過程，在微觀上則是金屬內(nèi)部晶格的分離或內(nèi)部晶格受外部壓力狀態(tài)下發(fā)生塑性畸變達成冷作硬化的目的?；镜暮暧^圍觀成形的形式指導著具體的實施過程。
借助沖壓達成預期設計目標是汽車行業(yè)，家電行業(yè)，數(shù)碼電子行業(yè)等多個行業(yè)默認達成的共識，因為脫離了沖壓這些產(chǎn)品將不復存在。以數(shù)碼電子產(chǎn)品為例，常見的家用計算機或便捷式計算機中的結構件，散熱部分，加強模塊等等都是使用了沖壓制成的，這些產(chǎn)品并無外觀斑馬線的照射要求而是對于支撐性穩(wěn)定性有著苛刻的要求，因為在內(nèi)部并不需要鮮亮的外觀而是踏實厚重的實用性，在這方面沖壓件價格低廉質(zhì)量高超遠遠超過了機加工件所帶來的利潤而穩(wěn)定性層面則是遠大于塑料件具有的脆性。這些內(nèi)部結構件只需貼合內(nèi)部結構或是匹配相應的節(jié)點即可，根據(jù)數(shù)碼產(chǎn)品復雜程度之不同有甚者達到幾百個內(nèi)部結構沖壓件的需要。說了內(nèi)部結構件的默默支撐起整個的產(chǎn)品，外部覆蓋件則顯示了其登峰造極的塑性變形能力，從十萬元級別的小型家用轎車到幾百萬的豪華跑車甚至航天飛機的蒙皮都是采用沖壓制成的。這方面的精度要求不是很高所能形容的，是整個行業(yè)精華所在。以汽車外表面A級覆蓋產(chǎn)品為前期，從最初的工藝分析設計就需要并行的解決方案，一面進行工藝剖析一面進行模具適配，工藝分析不盡需要結合現(xiàn)有PDM數(shù)據(jù)庫還要時時進行成形仿真確保整體工藝規(guī)劃的動態(tài)。
新技術的應用和發(fā)展體現(xiàn)在設計的初始的階段，更體現(xiàn)在設計的思路與方式方法之中。更為領先的沖壓技術的應用使的冷沖模具的設計逐漸發(fā)展開來，以技術為導向，舉例來說首先則是各種三維建模軟體及其技術，因為冷沖模的市場巨大，各個三維廠商在其三維軟件的內(nèi)部均有內(nèi)置的冷沖模具的插件，級進模具的插件等等，這些均為設計提供了極大的便捷性和可靠性。更先進的3d VR技術也在模具設計環(huán)節(jié)逐步展開，現(xiàn)階段主要是這方面的統(tǒng)籌和規(guī)劃的階段。因為全息的設計影響展示技術在設計環(huán)節(jié)中有諸多的硬件軟件相互匹配的過程。相信這項新的技術可以將模具設計提升一個新的臺階。
而沖壓模具的規(guī)劃在軟件中的體現(xiàn)也尤為明顯，前端的成形分析和中端的模具設計可以并行達成，相互補充，以保證最高的設計效率的同時可以最大程度上避免設計的缺陷及不良品的產(chǎn)生。而終端的機械加工CAM則是融合了最新的制造流程和經(jīng)驗數(shù)據(jù)庫，最大幅度的提高加工效率并降低成品，這也是廠商做喜聞樂見的。設計制造一體化CAM流程是先進生產(chǎn)制造理念下的產(chǎn)物，目前的CAD三維組立技術已經(jīng)得到長足發(fā)展，基本應用于設計環(huán)節(jié)的整個流程中。而諸如UG/PROE等先進的三維軟體在開發(fā)之初既已前瞻性的預測到與CAM之間的相互接軌是制造業(yè)的大勢所趨。CAM模塊中直接采取前端設計的模型文件，與先進數(shù)控制造設備匹配，設計者只需在軟體上將model適配合理的刀具及加工路徑借助于先進的計算技術轉(zhuǎn)換成制造設備可以讀取的代碼，便可以自行加工成既定的幾何圖形。
不僅在工藝規(guī)劃中，乃至整個系統(tǒng)集成時均需要成形仿真部分的參與，這在業(yè)內(nèi)以達成共識。覆蓋件的單獨仿真是知道單一品類的成形要素出發(fā)，其結果只對該產(chǎn)品負責。例如發(fā)動機艙的表面罩板在工藝放著設計流程中首先完成CAE分析并有針對性的調(diào)整其減薄率成形極限獲得了最優(yōu)化的參數(shù)效果，并以此為基本參照進行模具試模和PVS過程，最終完成了這一外觀件的設計制造。然而具體的設計流程不至于此我們不能值看到一個產(chǎn)品，系統(tǒng)集成仿真就是從大局出發(fā)將與這個件匹配的周邊件向關聯(lián)進行整體邢臺的仿真分析不僅局限于成形仿真還包括焊接仿真等等。
現(xiàn)階段的航空領域中更先進的表面蒙皮的沖壓成形技術是行業(yè)的前端科技，致力于航天航宇方面的沖裁不僅涉及到常規(guī)的沖壓更具有先進的多板液壓漲形的科技，復雜精密的成形部件和精準的時間判定都決定著這類產(chǎn)品的高價值屬性。
1.2 模具的成形特點
精益高效永遠是沖模永恒的燈塔，在一個世紀前已經(jīng)發(fā)出了依稀的光亮，而現(xiàn)在如鴻鵠之光貫通著各個行業(yè)，其發(fā)展的迅猛主要得益于其自身的如下優(yōu)點：
（1）固有化的成熟結構可以直接作為經(jīng)驗使用，經(jīng)驗的積累總結在本行業(yè)中優(yōu)勢明顯，可以說現(xiàn)代的沖壓水平是在前人們不斷孜孜以求的基礎上造就的。
（2）根據(jù)成形過程的溫度和材料對于溫區(qū)的敏感程度可以匹配有差異的冷熱加工，更難能可貴的是制件具有極高的互換性能，因而成品的造價可以更經(jīng)濟。
（3）對于表面光潔度和曲率嚴苛的覆蓋件品類，市場細分已經(jīng)將其歸為精密成形這類，更高超的超聲波成形，液壓成形等多種手段多管齊下市場呈現(xiàn)著欣欣向榮的景象，這對行業(yè)整體大有裨益。
（4）所占用的人工和場地利用率高，在先進的成形技術的指引下更多的傳遞結構模具和精密模具的快速步進，智能化的管理體系使人員操做更為便捷精準，更高的安全性能和檢測系統(tǒng)讓沖壓模具更具有人文主義的關懷。
涵蓋這拉深，翻邊，漲形等利用于金屬薄板自身形變冷作硬化達成的塑性成形是沖壓中另一個重要的環(huán)節(jié)。金屬具有良好的延展性，故而其與諸如塑料橡膠材質(zhì)不同，在施加壓力后既不會發(fā)生破裂問題，也不會縮回到原有的形狀，這就是冷作硬化的優(yōu)勢所在。因而技術的一次次更迭讓原來不可能的或不可想象的事情成為顯示，超聲波成形，液壓成形現(xiàn)在已經(jīng)成為了基本的成形手段。不僅如此在經(jīng)濟成形中結合了現(xiàn)代化的分析方法，結合先進理論算法可以最大程度上預測模具的塑性成形狀態(tài)，而冷沖壓成形的基本工序主要有以下幾種形態(tài)：
（1）單一沖裁過程，將制件需要成形的各部分做必要的分解，每一工序使用一副模具沖裁出來，復雜化簡為單一的結構形態(tài)，固然增加了整體模具數(shù)量，但是對于某些精密沖裁或者小批量試制優(yōu)一定的效果。
（2）兩至三道，乃至4道工序有序結合，行成了復合沖裁成形模具。一副中可以囊括沖裁，拉深，拉深等多種冷沖目標，對于批量生產(chǎn)且占地優(yōu)一定要求的目標十分合適。
（3）多道次，多工位有序組合并可完成普通沖裁亦或精密連續(xù)沖裁的級進模。對于特大批量生產(chǎn)，目標是制件的精度和市場經(jīng)濟性指標要求很高的這一類必須有市場競爭力的產(chǎn)品尤為適合。
沖模技術的發(fā)展和變革伴隨著工業(yè)革命的潮流開端，到現(xiàn)在日新月異，誠然內(nèi)部的機理是不變的，也就是依賴以板料冷作硬化機理達成目標。技術的變革趨勢主要集中在模具精益成形技術這個方面[10]。
精益成形不僅僅是模具產(chǎn)品精益成形更是采用現(xiàn)有條件精密整合達成了最為經(jīng)濟化的模具沖裁出的制件可以達到更高的精度級別的一整套的設計流程的過程。其中涉及到的技術有很多種，首先就是前期的工藝分析方向，需要結合現(xiàn)有的經(jīng)驗進行制件全部成形的分解并判斷工廠或者公司現(xiàn)有技術是否能夠完全的整合，并借助于先進的CAE軟體功能分析師可以最終下達是否可以順利沖裁的結果[11]。然后就是先進的三維軟體設計制造部分，設計和知道在原來都是相互分割的部分。用工程圖指導部件的設計，在現(xiàn)代設計已經(jīng)逐步落后。在計算機的輔助下將軟體和后續(xù)的加工設備有機結合行成通路結構，已經(jīng)是較為成熟的結構。最后就是精益裝配或者傳遞模的結構形式，借助于機械手達成每個單工序模具之間的毛坯或是半成品間的傳遞，高效便捷無人值守的特點在現(xiàn)金生產(chǎn)的工廠已經(jīng)成為顯示，然而這部分具有資金和技術的雙重壁壘，廣泛的實踐需要一定時間，確實未來的方向所在。
而級進模則是融合了連續(xù)沖裁的這一個概念，將各個工序進行有機劃分，在條料中設置導正裝置，或者在模具的機械結構中進行統(tǒng)籌規(guī)劃可以有效的保證送料和定位的精度，與單工序和復合模具相比可以更高效的達成連續(xù)沖裁的目的[13]。而單工序和復合模具在小批量沖裁亦或是厚板沖壓等方面的作用也是不言而喻的。因為模具簡單則是意味著沖壓的穩(wěn)定性。對于大于8mm的厚板來說，連續(xù)沖裁必然會采用精密沖裁的齒圈壓板否則不能夠直接達成壓料的目的。而這樣一來模具的整體造價水平直線飆升，故而這種情況下使用單工序模具或者復合模具，配和手動送料達成上萬件的產(chǎn)量的經(jīng)濟效益和沖壓穩(wěn)定性都是很可觀的。
復合模是指可以在一次沖壓的過程中進行一道工序以上的沖壓模[14]。復合模的出現(xiàn)對生產(chǎn)產(chǎn)生了巨大的改變，單一的沖壓模具一次只能進行一道工序，經(jīng)過多到工序后產(chǎn)品不能達到一個較高的精度，限制了模具的價值與工作效率，而復合模的出現(xiàn)改變了單一模具的工作方式，大大提高了工件精度，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，推動了復雜零件的精密制作。生產(chǎn)效率更是成倍的提高，一臺沖壓機一次沖壓從只能沖孔到?jīng)_孔-落料，效率翻倍。但是高效率和高質(zhì)量帶來的問題是模具的制作精度也同樣大大提高，雖然模具成本，精度，使用時間等都提高了，但是總體大規(guī)模生產(chǎn)的成本卻是一再下降，使得復合模漸漸替代了單一沖壓模，變成了市場主流。
復合模根據(jù)制造工藝也分為很多種，有沖裁類，成型類和沖裁與成型類。去除材料的都屬于沖裁類復合模具，例如沖孔，切斷和落料等。改變工件形狀但是并不減少工件質(zhì)量的都屬于成型類復合模具，例如彎曲，擠壓等。同時進行沖裁與成型的模具比單一的同工藝的復合模略微復雜，如沖孔-翻邊復合模，拉深-切邊復合模等。
1.3 本課題的主要內(nèi)容與意義
本課題主要研究的是盤形件的沖壓模具的設計，在對工件的工藝完成劃分，沖裁順序剖解確定合理的結構形態(tài)并達成既定的任務指標是核心的設計任務，具體來說囊括了以下幾個方面的內(nèi)容：
1沖模成形是借助于剪切和冷作硬化基本理念特點，并基于此闡釋了高精度高效率模具發(fā)展相關的趨勢，詳細闡述了沖壓模具是解決大批量生產(chǎn)的方案之一，鈑金重點發(fā)展的方向是穩(wěn)定經(jīng)濟的沖裁，確定了本次設計工件采用復合模具拉深模具完成設計任務；
2 確定了該工件具有較強的可沖壓性，并確定了適合其的排樣方式，計算出了相關材料利用率，并計算了相關的沖裁力這為選擇壓力機噸位提供了佐證。
3 對模具模具設計整體原則進行概述，確定了復合模具+沖孔模具的設計形式，并在這基礎上設計了涵蓋凸凹模，固定板及輔助部件在內(nèi)的關鍵部件的結構形態(tài)，確定了設計要點。
4 完成整體模具的裝配工作，繪制了落料拉深工序和沖孔工序的裝配圖及零件圖，并敘述了工件級進模的運行過程特征，并在這點的基礎上最終校核了壓力機的噸位，以保證沖裁的穩(wěn)定性。
第2章 工藝分析及沖壓方案確定
模具整體設計首先以工件的課題任務要求與技術解析開始，本工件在實際中起到連接安裝的作用，在繪制了工件結構圖以及三維的渲染結構的基礎上分析了以下幾點要求：
（一）工件材質(zhì)為4J膨脹合金，整體的精度要求為IT13-14級別 ；
（二）工件的尺寸參見下圖，厚度為2.0mm，批量形式生產(chǎn)，表面平整度有要求。
圖2-1 盤形件結構圖
圖2-2 盤形件三維圖
材料的形能分析，是沖裁件必要的環(huán)節(jié)之一，與端面的刃口光潔度和毛刺方向有關。一般的碳素結構鋼在沖裁時均有光亮的端面，而本此設計的零件對于邊緣的要求不是十分明顯，主要起到墊片類型的作用，以下是材料力學形能的簡析，材料屬性見表2-1。
表2-1 材料屬性
材料名稱
抗剪強度
τ/Mpa
屈服強度
/Mpa
抗拉強度
σb/ Mpa
狀態(tài)
伸長率
δ10/ %
4J膨脹合金
430-550
200
540-700
退火
40
結合上表2-1，可以解讀出4J膨脹合金是沖壓用鋼板中一種牌號。這種冷軋的鋼板具有一定的強度和硬度，對于沖頭的反作用力適中，抗剪強度參數(shù)指標良好，意味著沖裁力等這些與動力源件有關的受力較為友好。而在塑性成形中也可以保證很高的拉深深度和回彈變形保證，在成形和漲形中表面穩(wěn)定，是常規(guī)沖裁中常用的一種優(yōu)質(zhì)的碳素結構鋼板。
2.1 沖壓件的工藝分析
工藝性能是綜合材料屬性和產(chǎn)品外觀的重要指標，從大的趨勢上決定著模具的設計結構和整體框架。本零件采用2mm厚的4J膨脹合金冷軋鋼板料沖壓而成盤形件的工藝性分析首先從外觀周界尺寸開始，并結合內(nèi)拉深成形的高度參數(shù)等多方面有層次的劃分，確保方案輸出的合理性和經(jīng)濟性，最重要的是達成設計所需的精度。
任務要求明晰，設計從產(chǎn)品的工藝分析做為起點，外部的邊界不具有倒鈍的尖角，沖裁部分輪廓尺寸清晰不存在孔與孔之間的狹小縫隙和對導致沖頭折斷的細小部分，孔與邊界交代清楚，具體分析如下
（1）盤形件的外觀呈現(xiàn)對稱，對稱的結構賦予了產(chǎn)品整體優(yōu)異的沖壓性能，
（2）內(nèi)部不含有沖孔，整體形式為落料和拉深工序；
（3）拉深部分的半徑很大，不會發(fā)生斷裂。
整體從精度來說為13級別左右的精度劃分，可以達成斷面較為光潔。從上述的分析可以確定采用冷沖裁成形可以達成批量的生產(chǎn)計劃,故而盤形件有著良好的成形工藝形能。
2.2 工藝方案的分析和確定
獲得制件既定的參數(shù)指標，則需要選用合理而經(jīng)濟的沖裁解決方案，根據(jù)現(xiàn)階段成熟的方式，可以使用如下的三種：1 單工序；2 復合沖裁；3 連續(xù)沖裁。不同方式有其自身的優(yōu)劣屬性，必要做詳細闡述。
方案1中，整體形式最為簡潔，也是最穩(wěn)妥的形式，而穩(wěn)妥的背后則是意味著更多的時間消耗量。設計不能為了設計者自身的穩(wěn)妥而喪失了對模具架構宏觀的判斷，兩道次沖壓過程中二次定位誤差造成的精度下降必須得到有效的控制。因為本此盤形件屬于小型的結構件，這就意味著需要安裝孔的位置精度，定位需要精度，然而單工序中后續(xù)僅依靠邊緣定位具有一定難度
方案3 連續(xù)沖裁拉深成形部分不易控制，這種級進模送料較為困難，具體是因為拉深部分需要多次的拉深和拉深過程中的成形操作。在連續(xù)的沖壓進程中料帶的送進和定位較為困難。從經(jīng)濟性方面分析，級進模整體的報價較高是復合+單工序的3被以上，且內(nèi)部的斜楔成型部分和拉深部分容易損壞，不適合采用這種連續(xù)沖壓的形式，所以結合本此設計的前保鈑金件來說，級進模的方案也排除。
故而確定了方案2的結構狀態(tài)，首先進行第一工序落料拉深的工序，精度可以得到保證。這樣的好處是工序得到了合理的分散而定位精度得到了最大程度的保障。在經(jīng)濟性方面也最為出色，故而最終使用了這種方案。
2.3 毛坯展開計算
盤形件制件采用的是落料拉深復合模具的結構形式，首先需要進行的是毛坯尺寸的確定，也就是外徑落料參數(shù)的確定，具體的直徑可以用如圖2-1所示的方法來確定。
圖2-1毛坯展開參數(shù)尺寸計算
由圖可計算落料毛坯的表面積：
(2.1)
式中，d1~d4分別是如圖4-1中所示的三個尺寸直徑，r為中性層的半徑參數(shù)。
具體的計算如下：
這理結合PROE的展開功能，結合上述的公式，加上修邊余量，確定了毛坯直徑為278mm。
2.4 拉深次數(shù)的確定
盤形件制件的總體高度為48mm，相比于其直徑來說，不足內(nèi)部直徑參數(shù)的1/4，對于這種高度的產(chǎn)品拉深成形來說，屬于淺拉深成形，一般可以一次完成成形工序，具體確定如下：
由表查出允許的第一拉深的最大相對高度[h1/d1]，與工件的相對高度h/d相比較，按普通正向拉深，看能否一次拉深成功。
工件相對厚度為：；
毛坯相對厚度； (2.2)
因此由表可以得出，一次拉深的系數(shù)為0.71，本此計算結果為0.26，遠遠小于極限成形系數(shù)，一次拉深即可成形。
表2-2 拉深次數(shù)確定
H/d
拉深次數(shù)
毛坯相對厚度
2.0-1.5
1.5-1.0
1.0-0.6
0.6-0.3
0.3-0.15
0.15-0.08
1
0.94-0.77
0.84-0.65
0.71-0.57
0.62-0.50
0.50-0.45
0.46-0.38
2
1.88-1.54
1.60-1.32
1.36-1.10
1.13-0.94
0.96-0.63
0.90-0.70
2.5 下料方式的確定
在搭邊的參數(shù)確定后，需要確定的是載體的形式。載體有常規(guī)的中間載體或者單側雙側載體等多種形態(tài)，其目的均是可以合理的保障條料送進的剛度和強度，這里墊片是矩形件，故而主要采用落料的形式直接出件。
各個沖裁順序在整體條料中的排布順序首先是沖裁，而后是拉深或成形，在這些之前需要確定兩側搭邊的參數(shù)和載體部分的參數(shù)，是保障排樣平穩(wěn)性的關鍵因素，這里首先取得兩個參數(shù)值為：
表2-3 搭邊值參數(shù)表
料厚
手送料
自動送料
圓形
非圓形
往復送料
～1
1.5
1.5
2
1.5
3
2
>1～2
2
1.5
2.5
2
3.5
2.5
3
2
查表得最小搭邊值查出：，
這里適當放大搭邊的取值范圍，側搭邊和工件之間搭邊均取4mm。
(2.3)
式中： ；
；
。
則：
條料的送料步距按公式（2.4）計算：
(2.4)
式中： ；
。
則：
2.6 排樣和材料的利用
盤形件排樣關乎后續(xù)模具整機架構方面的諸多事宜，這里首要結合排樣種類選用適合本次的品類。結合排樣流程中的有無廢料或者廢料的多少可以有常規(guī)排樣，少廢料排樣與無廢料三種方案，后兩者應用于高精度模具或者材料造價奇高的品類，本次涉及的產(chǎn)品是通用產(chǎn)品，若采用后兩者直接導致模具結構異常復雜，不適合IT13~14級別的精度水平。常規(guī)的排樣可以做到利用率在70%以上，對于經(jīng)濟性能完全達標，故而采用單件有廢料的形式設計出如圖所示的排樣圖。
盤形件的排樣如圖2-5示：
圖2-5 排樣圖
材料的利用率按公式(2.5)：
(2.5)
；
；
；
；
則：
2.7 復合模結構確定
根據(jù)工藝方案所采用的復合模具的形式，結合一次拉深成形的技術指標，最終結合工件的厚度及精度要求中等的要求進行結構的選用。一般這類拉深成形的復合模具有倒裝和正裝的兩種結構。通常正裝模具采用卸料板在上模的形式可以有效的進行壓料操作，模具結構成熟，條料的送進可以采用送料機構或者手動進行，模架則采用國標或者企業(yè)標準的成熟模架產(chǎn)品。
第3章 模具主要工藝參數(shù)計算
3.1 沖裁工藝力計算
動力是沖壓加工最基本的源頭，在動力的驅(qū)使下借助于模具工具可大幅度縮減加工時間，也是“工具是生產(chǎn)力進步的標志”最為簡明的闡釋。鑒于盤形件材料厚度適中且力學水平優(yōu)異，故而平刃沖壓是最好的解決方案，這里對于動力這一參數(shù)結合以下公式做詳細論證，并以此指導后續(xù)壓力設備的選用環(huán)節(jié)：
圖3-1 板料周長計算圖
沖裁力按公式(3.1)計算：
(3.1)
式中:
；
；
；
；
。
卸料力： 卸料方面需要借助于向上的力將排樣或者坯料從沖頭上剝離開來，這個力相對來說較小，具體公式為：
(3.2)
推件力 按公式(3.3)計算：
(3.3)
其中： 、、——卸料力、推件力、頂件力系數(shù)，表3-1；
——同時卡在凹模內(nèi)的沖裁件（或廢料）數(shù)。因為制件在凹模型腔內(nèi)，因此n取1。
沖裁工藝力的總和 按公式（3.4）計算：
(3.4)
表3-1 卸料力、推件力和頂出力因數(shù)
沖裁材料
鋼
材料厚度
3.2 拉深力的計算
拉深工藝力計算公式如下：
（3.5）
式中 F——拉深力（N）；
K1——系數(shù)，查得K1=0.7；
d——拉深件長度（mm）
t——材料厚度（mm）
σb——抗拉強度（MPa），查得σb=600Mpa
代入得：。
對于設置頂件裝置或壓料裝置的拉深模，頂件力或壓料力可根據(jù)下式估算：
(3.6)
式中，F(xiàn)Q ——頂件力或壓料力；
Fz ——自由拉深力
則，。
因此可以選擇公稱壓力為4000KN的壓力機即可滿足要求 。
3.3 壓力中心的確定
在具體求解壓力中心參數(shù)之前，有必要對其作用機理簡明闡述。通常沖裁進行時，壓力設備內(nèi)部滑塊帶動著模柄進而使得整個的上模下行，導向裝置達成工具咬合精度。若沖裁整體中心偏離滑塊中心差異過大則將會導致導向裝置受力不均勻，更會直接加劇導向裝置之磨損，使整體穩(wěn)態(tài)可控程度大打折扣。
故而此參數(shù)的計算結果是重心的位置，可以這么看：沖裁所有的合力集中在這個點上，在開式壓力機上要確?；瑝K投影面積要覆蓋在這個重心上確保實際中導向裝置受力均勻，實際上可以更換中高速的閉式?jīng)_壓設備，直接用夾板螺栓固定在上下基板上即可。本著設計中參數(shù)完整性的需要，這里計算了壓力中心的位置（采用了解析法計算），鑒于本此設計的是對稱的結構，基本可以確定了壓力中心在原點附近。
3.4 沖裁工作刃口尺寸的計算
刃口的精度對于制件最終的精度指標起到至關重要的影響作用，當然在設計上希望其愈高愈好，但是設計不能脫離制造單獨存在。高精度的代價不僅是制造費用上的提升，更有可能即是現(xiàn)有設備不能達成設計的要求，這樣尷尬的場景誰都不愿意看到，故而我們結合工件的具體等級來判定刀口的精度等級為IT9的級別。具體尺寸精度參數(shù)需要按照如下的原則進行計算：
沖裁的間隙尺寸并不是一個定值，根據(jù)材質(zhì)的不同及毛坯板料的差異程度區(qū)分，在一個區(qū)間范圍內(nèi)波動，選用時結合此表選用區(qū)間范圍的下限是經(jīng)驗中常用的手段；以下計算中工件的公差值經(jīng)查資料，沖裁模合理隙值。
通過觀察成形部件二者對毛坯剪切作用過程中可以直觀察覺具有微小的間隙，是保證成形的關鍵因素磨損如圖3-2所示。
圖3-2 刃口磨損示意圖
A 類尺寸 (3.7)
B 類尺寸 (3.8)
C 類尺寸 (3.9)
式中， ；
；
；
；
；
。
具體工作部分的尺寸計算如下：
（1）278mm落料刃口尺寸計算
落料凹模：
(3.10)
落料凸模：
(3.11)
（3）拉深工作部分尺寸計算
第4章 模具總體設計
4.1 拉深凸模結構的設計
凸模參數(shù)結合盤形件的刃口尺寸主要是兩點，刃口的形狀和高度。刃口形態(tài)與沖裁內(nèi)孔一致便滿足需求，其尺寸公差既已計算完成。高度方面采用下式：
結構則是使用直下式類型，采用連接桿相互連接，形式見下圖所示。拉深凸模如圖4-1示：
圖4-1拉深凸模
4.2 凹模結構的設計
4.2.1 凹模刃口形式的選擇
最為普通的沖裁形式，盤形件模具品類并不屬于精密沖裁級別，而精密沖裁不僅需要上下壓板且從板件到刀口材質(zhì)更精貴。凹模刃口結構如圖5-2，這里選擇形式如a的結構可以保證沖裁和拉深成形。
圖4-2凹模刃口結構
4.2.2 凹模的結構形式
結合普通刀口材質(zhì)要求，整體的凹模即可高質(zhì)量的沖裁出最終的指標精度，其參數(shù)設計首先是厚度方面，參照經(jīng)驗厚度公式求取。
凹模厚度:
按公式(4.1)計算得：
(4.1)
式中：；
。
這里凹模內(nèi)部安裝鑲塊等部分，這里圓整到20mm的距離。
表4-1 凹模厚度系數(shù)
0.15~0.18
0.18~0.3
0.3~0.45
0.12~0.15
0.15~0.22
0.22~0.3
凹模壁厚：
按公式(4.2)計算得：
(4.2)
取凹模厚度：,
凹模長度(送料方向)L：
按公式(4.3)計算得：
(4.3)
圖4-3 凹模結構
4.3 落料凸模的的結構設計
（1）整體的最小壁厚，此參數(shù)一般最小需要是2倍的板料厚度。結合盤形件的毛坯厚度，而這里的中心孔和邊緣的距離遠遠大于4mm故而落料凸模的壁厚參數(shù)可以得到保障。
（2）凸模的整體高度的參數(shù)設計不涉及強度方面的計算，中心的孔是做為凹模的作用，周圍的部分是做為凸模，這樣就達成了凸凹模的具體功能。
表4-2最小壁厚
材料厚度t/mm
盤形件材料
≤0.5
0.6～0.8
≥1
黃銅、低碳鋼
0.8～1.0
1.0～1.2
(1.2～1.5)t
凸凹模具體結構如圖4-5所示。
圖4-4 落料凸模結構圖
4.4 落料拉深模具送料方式選擇
盤形件排樣既已確定出單件落料拉深的形態(tài)，毛坯之送進則是卷料采用自動送料或手動進入卸料板的上表面，進而Z向自由度得以保證。XY向這四個自由度使用諸如擋料釘這類的元件限制好。
上述所有的元件均是標準化結構，這里主要使用卸料板的內(nèi)部邊緣實現(xiàn)定位，具體的導料形式可以參見下圖。
圖4-5 擋料銷的布置形式
4.5 落料拉深模具送料方式選擇
卸料和出件是相輔相成的，首先進行卸料設備的參數(shù)設計。
盤形件模具的卸料設備在這里也兼有導料的雙重作用，因為板料在沖壓過程中需要先固定之后在完成沖裁。工件排樣是規(guī)則進料形式，固定式卸料板可以匹配這個方案，在卸料板的下方開槽控制條料的定位，更解決了卸料的形式，內(nèi)孔與沖頭外邊配做單邊放大間隙值0.2~0.5mm之間便無干涉。
4.6 推件（頂出）裝置的設計
當制件沖裁成功后需要從凹模的內(nèi)部型腔中脫離出來，這個過程在復合模具中由于邊緣毛刺摩擦的作用不可能直接依靠于重力直接落下而是需要借助于推頂裝置完成出件的這一過程，這里采用的是推桿推頂推件塊以至于推出沖裁后拉深的盤形件。
推件塊的的頂出和限位分別采用內(nèi)部的聚氨酯橡膠柱體和限位螺釘共同完成，是做為小型復合模具常用的結構形式。
圖4-6 卸頂件裝置結構圖
4.7 模架安裝形態(tài)確定
模架是承載著所有原件的本體性結構，在實施沖裁的行程中上端與滑塊連接的模柄帶動著上模部分下沖其內(nèi)部的凸模與下端的凹模相互咬合完成對條料的剪切作用。而下模則采用夾板加上螺栓來夾緊的方式。本著對產(chǎn)品負責的設計原則，模架部分宜使用標準化的元件，也就是外購的元件。這樣的優(yōu)勢顯而易見：一是縮短模具制造的時間，凸出主要矛盾將精力用于結構部件的制造，而是整體造價更低更復合經(jīng)濟性的原則。
圖4-7 模架安裝后的狀態(tài)
第5章 沖壓設備的校核
5.1 模具裝配
與任何機械結構裝配形式相同，復合模具的裝配也需要復合精益生產(chǎn)的需求主要是沖頭導向部分之間需要較高的精度來保證制件最終的精度需要。零部件的選用和設計如果說是針對各部分的各個擊破，則總裝配則是一直組立的演練。盤形件能夠借助于通用的結構組立為精益成形模具就依賴于這次的裝配，故而需要結合現(xiàn)有成熟技術基礎上總體裝配，總體上分為上下兩個模塊的裝配，以上模部分舉例裝配流程（因為下模流程基本類似）。
（1）上模各板的位置固定，采用夾板確定各部分的相對位置，采用夾板的根本目的是可以移動固定板等板件，便于凸凹模間隙的調(diào)整；
（2）確定好上模部分和下模部分的相對位置后，鉆孔打入銷釘確定相對位置并抵抗剪切力的作用，之后配鉆螺紋后擰入螺釘完成各個板件的緊固作用；
（3）采用透光法調(diào)整成形刃口相互縫隙，進行試沖檢驗切口的狀態(tài)和毛刺程度，完后進行后續(xù)的整體調(diào)試環(huán)節(jié)。
圖5-1 模具總裝二維圖
5.2 模具工作過程
盤形件復合模具運行狀態(tài)核心囊括了上模下行，到達下止點和模具上行三個運行狀態(tài)；
首先是手動或是自動送料行程中，與定位裝置接觸后保證了其自由度及在卸料板上的位置，之后上模下行凸模凹模發(fā)生了相互剪切作用，達成了落料的目的，之后拉深凸模和拉深凹模一起完成拉深成形過程；
然后上模的部分到達了下止點的位置，完成了半個周期的沖裁行程。
最后模具上行，在這個過程中下模部分推桿動作向上頂出推件塊，推件塊上行將成形后的盤形件鈑金件推出凹模的型腔。
5.3 壓力設備校核
沖模的沖裁技術愈加的先進，而做為動力的源泉，壓力設備若不能及時跟進則會拖累整個的模具工業(yè)的發(fā)展，近年來高端的壓力設備精度和速度都得到了長足的進步，而可靠性方面也愈發(fā)增強。從小型的開式壓力機到閉式壓力機，再到多點閉式壓力機和高精度高速度沖壓機都是我們可以選用的設備，其中開式壓力機速度適中孫然沒有高速壓力機那么快的速度，但是結合工作時長和精度足夠本次工件的沖裁數(shù)量，所以這里首先鎖定了開式壓力機的形式，具體的型號結合沖壓力和閉合的高度二者選擇。
壓力機的種類繁多，按照不同的觀點可以把壓力機分成不同的類型。如：按驅(qū)動滑塊力的種類分機械的、液壓的、氣動的等；按滑塊個數(shù)可分為單動、雙動、三動等；按驅(qū)動滑塊機構的種類又可分為曲柄式、肘桿式、摩擦式；按機身結構形式可分為開式的、閉式的等等。
因此在選擇壓力機時，首先確定的必要條件是壓力機可以順利的安裝進來模具，且模具的需要穩(wěn)定的裝入，條件是： ≥≥
式中，
選用J36-400雙點壓力機。其參數(shù)如下：
型號
公稱壓力(噸)
公稱壓力行程
滑塊行程(毫米)
滑塊行程次數(shù)
最大裝模高度
裝模高度調(diào)節(jié)量
工作臺板尺寸
氣墊壓緊力
地面以上高度
滑塊底面尺寸
工作臺墊板厚度(毫米)
(毫米)
(次/分)
(毫米)
(毫米)
(左右×前后)
(噸)
(毫米)
(前后×左右)
JD36-400
400
13
500
10
1000
400
3500×1400
17×3
7400
1400
JC36-400
400
13
500
14
800
400
3000×1500
3×35
6870
1400
170
JE36-400A
400
13
500
10
1000
400
3800×1400
3×16
7386
1400(前后)
結 論
設計結合了盤形件零件的拉深工序，并在充分分析其成形特點的基礎上計算了核心參數(shù)并設計了各部位的結構，最終達成了既定的設計指標，主要的結論如下：
（1）冷沖壓成形具有高效沖裁特性和較好等優(yōu)點，尤其是復合模具可以一次成形完成兩道以上的工序，成形效率很高。
（2）確定了該盤形件零件具有良好的成形性能，并確定了適合其的排樣方式，計算出了相關材料利用率，利用率大于75%，利用率較好，并計算了相關的沖裁力這為選擇壓力機噸位提供了佐證。
（3）整體模具結構進行布置，確定了采用頂桿頂出件的形式出件，彈性卸頂件的方式完成出件。
（4）進行了模具關鍵零部件的選用和設計，確定了凹模凸模等的尺寸并完成了整體的裝配，并敘述了模具運動的過程。
（5）結合三維軟件設計了模具的立體結構，經(jīng)校核模具結構完整，無干涉。
致謝
通過半個學期的努力，這次畢業(yè)設計將近尾聲。在此十分感謝我的指導教師。他嚴謹細致、一絲不茍的作風一直是我工作、學習中的榜樣；他的循循善誘的教導和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪。每次我在設計中遇見困難的時候總是悉心教導，耐心的幫助我分析錯誤原因，并給予我一些改正建議。這種指導方式即解決了設計問題，讓我在設計中學習到了很多知識，在這里向我的指導老師表達最誠摯的感激之情。
同時我還要感謝同學們的熱心幫助，使得這次畢業(yè)設計得以順利完成，并且讓我獲得了很多真正的實戰(zhàn)經(jīng)驗。在此，對關心和指導過我各位老師和幫助過我的同學表示衷心的感謝!
由于本人的基礎知識和設計能力有限，在設計過程中難免出現(xiàn)錯誤，懇請老師們多多指教，讓我避免在未來的學習、工作中犯同樣的錯誤，本人將萬分感謝。
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