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沈陽工學院畢業(yè)設計
摘 要
本文主要研究端蓋級進模的設計及其制造工藝。本論文應用專業(yè)所學課程的理論和生產實際知識，進行一次冷沖壓模具設計工作的實際訓練從而培養(yǎng)和提高學生獨立工作能力，鞏固與擴充了冷沖壓模具設計等課程所學的內容，掌握冷沖壓模具設計的方法和步驟，掌握冷沖壓模具設計的基本技能，懂得怎樣分析零件的工藝性，怎樣確定工藝方案，通過對比和結合實際生產需要，明白了單工序模、復合模、級進模各個優(yōu)勢所在，了解了模具的基本結構，提高了計算能力，繪圖能力，熟悉了規(guī)范和標準，同時各科相關的課程都有了全面的復習，獨立思考的能力也有了提高。結構采用級進模，能更簡單的實施自動化操作。另外，級進模凹模采用鑲件，能使在實際生產中更易換模、維修、保養(yǎng)，從而使得提升工作效率。主要工序包括：a拉深，b沖孔，c翻邊，d壓印，e落料。本設計分別論述了產品工藝分析，沖壓方案的確定，工藝計算，模板及零件設計等問題。
關鍵詞：沖裁工藝；級進模；計算機輔助設計
Abstract:
This text main research design and manufacture process of the progressive die for the cover. This thesis applied professional curriculum theory and the actual production of knowledge, to cultivating and improving students' ability to work independently with doing a cold stamping mould design in practical training work, consolidated and expanded the course content of cold stamping mould design, grasps the methods and steps of cold stamping mould design, Master design basic skills of cold stamping mould, know how to analysis the parts manufaturability, determine the process. Through the comparison and combined with the actual production needs, understand the advantage of procedure, composite modulus, progressive die, understand the basic structure of mould, improve the ability of calculating and drawing, familiar with the specifications and standards, comprehensive review each subjects those related knowledge in the same time, and improving my independent thinking ability. Structure determine use progressive die which can make automation simple. And female die use insert, make mould changing, maintenance and maintain easier, then improve the work efficiency during the actual production. The main processes including that drawing，punching，flanging，pressure seal and blanking. The product process analysis, determine the stamping scheme, process calculation, templates design, parts design are discussed respectively in design.
Keywords : Blanking craft；Progressive die；CAD
目錄
1 緒論 1
1.1沖壓模的簡介 1
1.2級進模國內外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 2
2 總體計算 4
2.1零件圖 4
2.2研究方案確定 6
2.3 排樣圖的設計與計算 9
2.4 材料利用率、沖裁力及壓力機的選擇 12
2.5模具刃口尺寸計算 17
3 結構設計 24
3.1設計原則 24
3.2凸凹模原則 24
3.3模架及其他零件設計、選用 25
4 模具裝配工藝 28
4.1沖裁模裝配的技術要求 28
4.2 模具總裝 28
4.3 凸、凹模間隙的調整 29
5 零件的工藝方案 30
6 典型零件制造工藝 31
6.1凹模板的加工工藝 31
6.2圓形凸模加工工藝 31
7 結論 32
參 考 文 獻 33
致 謝 34
IV
沈陽工學院畢業(yè)設計
1 緒論
1.1沖壓模的簡介
沖壓是在利用安裝在沖壓設備（主要是壓力機）上的模具對材料施加壓力，使其產生分離或塑性變形，從而獲得所需零件的一種壓力加工方法。沖壓通常是在常溫下對材料進行冷變形加工，且主要采用板料來加工成所需零件，所以也叫冷沖壓或板料沖壓。沖壓是材料壓力加工或塑性加工的主要方法之一，在機械制造中屬于一種高效的加工方式。
沖壓所使用的模具稱為沖壓模具，簡稱沖模。沖模是將材料（金屬或非金屬）批量加工成所需沖件的專用工具。沖模在沖壓中至關重要，沒有符合要求的沖模，批量沖壓生產就難以進行；沒有先進的沖模，先進的沖壓工藝就無法實現(xiàn)。冷沖模技術的先進程度幾乎決定了沖壓工藝的先進程度。是否能產出“一模一樣”的制件，是否能達到精度要求，是否能實現(xiàn)沖壓工藝都決定于先進的沖模。沖壓工藝與模具、沖壓設備和沖壓材料構成沖壓加工的三要素，只有它們相互結合才能得出沖壓件。
與機械加工及塑性加工的其它方法相比，沖壓加工無論在技術方面還是經濟方面都具有許多獨特的優(yōu)點。主要表現(xiàn)如下。
(1) 沖壓加工的生產效率高，且操作方便，易于實現(xiàn)機械化與自動化。這是因為沖壓是依靠沖模和沖壓設備來完成加工，普通壓力機的行程次數(shù)為每分鐘可達幾十次，高速壓力要每分鐘可達數(shù)百次甚至千次以上，而且每次沖壓行程就可能得到一個沖件。
（2）沖壓時由于模具保證了沖壓件的尺寸與形狀精度，且一般不破壞沖壓件的表面質量,而模具的壽命一般較長,所以沖壓的質量穩(wěn)定,互換性好,具有“一模一樣”的特征。
（3）沖壓可加工出尺寸范圍較大、形狀較復雜的零件，如小到鐘表的秒表，大到汽車縱梁、覆蓋件等，加上沖壓時材料的冷變形硬化效應，沖壓的強度和剛度均較高。
（4）沖壓一般沒有切屑碎料生成，材料的消耗較少，且不需其它加熱設備，因而是一種省料，節(jié)能的加工方法，沖壓件的成本較低。
沖壓加工于其它方法相比，具有高精度、高復雜程度、高一致性、高生產率和低消耗，是其它加工方法所不能比擬的。但模具是技術密集型產品，其制造屬單件小批量生產，具有難加工、精度高、技術要求高、生產成本高的特點。冷沖模具的結構組成有的可能復雜而且加工難度很大，模具往往很昂貴，但利用模具生產制件的操作卻很簡單，
1
單件制件生產周期極短。所以制件的成本可以很低。而且沖壓加工所使用的模具一般具有專用性，有時一個復雜零件需要數(shù)套模具才能加工成形，且模具制造的精度高，技術要求高，是技術密集形產品。所以，只有在沖壓件生產批量較大的情況下，沖壓加工的優(yōu)點才能充分體現(xiàn)，從而獲得較好的經濟效益。
沖壓在現(xiàn)代工業(yè)生產中，尤其是大批量生產中應用十分廣泛。相當多的工業(yè)部門越來越多地采用沖壓法加工產品零部件，如汽車、農機、儀器、儀表、電子、航空、航天、家電及輕工等行業(yè)。在這些工業(yè)部門中，沖壓件所占的比重都相當?shù)拇?，少則60%以上，多則90%以上。不少過去用鍛造=鑄造和切削加工方法制造的零件，現(xiàn)在大多數(shù)也被質量輕、剛度好的沖壓件所代替。因此可以說，如果生產中不諒采用沖壓工藝，許多工業(yè)部門要提高生產效率和產品質量、降低生產成本、快速進行產品更新?lián)Q代等都是難以實現(xiàn)的。
由于沖壓加工的零件種類繁多，各類零件的形狀、尺寸和精度要求又各不相同，因而生產中采用的沖壓工藝方法也是多種多樣的。概括起來，可分為分離工序和成形工序兩大類；分離工序是指使坯料沿一定的輪廓線分離而獲得一定形狀、尺寸和斷面質量的沖壓（俗稱沖裁件）的工序；成形工序是指使坯料在不破裂的條件下產生塑性變形而獲得一定形狀和尺寸的沖壓件的工序。
上述兩類工序，按基本變形方式不同又可分為沖裁、彎曲、拉深和成形四種基本工序，每種基本工序還包含有多種單一工序。
在實際生產中，當沖壓件的生產批量較大、尺寸較少而公差要求較小時，若用分散的單一工序來沖壓是不經濟甚至難于達到要求。這時在工藝上多采用集中的方案，即把兩種或兩種以上的單一工序集中在一副模具內完成，稱為組合的方法不同，又可將其分為復合-級進和復合-級進三種組合方式。
復合沖壓——在壓力機的一次工作行程中，在模具的同一工位上同時完成兩種或兩種以上不同單一工序的一種組合方法式。
級進沖壓——在壓力機上的一次工作行程中，按照一定的順序在同一模具的不同工位上完面兩種或兩種以上不同單一工序的一種組合方式。
復合-級進——在一副沖模上包含復合和級進兩種方式的組合工序。
沖模的結構類型也很多。通常按工序性質可分為沖裁模、彎曲模、拉深模和成形模等；按工序的組合方式可分為單工序模、復合模和級進模等。但不論何種類型的沖模，都可看成是由上模和下模兩部分
組成，上模被固定在壓力機工作臺或墊板上，是沖模的固定部分。工作時，坯料在下模面上通過定位零件定位，壓力機滑塊帶動上模下壓，在模具工作零件（即凸模、凹模）的作用下坯料便產生分離或塑性變形，從而獲得所需形狀與尺寸的沖件。上模回升時，模具的卸料與出件裝置將沖件或廢料從凸、凹模上卸下或推、頂出來，以便進行下一次沖壓循環(huán)。
1.2級進模國內外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢
1.國外現(xiàn)狀與發(fā)展：
CAD/CAE/CAM、PRO/E、UG等軟件的成為級進模制造普遍應用的技術。一些國家還開發(fā)了級進模專用的3D設計軟件，應用這些軟件不僅可完成2D設計，同時可獲得3D模型，為CAD/CAM的集成提供了保證。應用3D設計，還可以在設計時進行裝配干涉的檢查，保證設計和工藝的合理性。此外，CAE技術已經逐漸成熟，可用來模擬金屬變形過程，分析應力應變的分布，預測破裂、起皺、回彈等缺陷。
在設計上采用了先進的設計理念。如為了便于模具設計與計算，各道工序均以一個統(tǒng)一的基準點為中心，以坐標尺寸的方式標注尺寸。選定基準點后，產品上任何一個點的坐標尺寸，都能準確地計算出來。各工序的模具尺寸以該基準點為中心，用坐標尺寸標注，給模具設計與制造帶來方便。此外，將各工序的加工內容、尺寸要求、加工部位、沖壓方向、壓力中心及相互關系等，用一張圖表示出來，稱為加工要領圖。有了加工要領圖，對各道工序的關系就可一目了然，不僅便于模具設計，而且對模具加工和調整也方便。
國外各模具生產企業(yè)根據自身的生產能力、經驗等，制定了自己的標準。它包括設計的標準化，模具零件和模具結構的標準化。模具企業(yè)的生要任務是設計模具結構和零件，并加工凸、凹模等主要零件，進行裝配調試等。其他模具零件均可作為標準件在市場上采購。有些模具企業(yè)，模具零件的粗加工、半精加工，也由相對固定的協(xié)作廠家去完成。因此，模具設計、生產周期大大縮短。
2.國內現(xiàn)狀與發(fā)展：
標志沖模技術先進水平的精密多任務位級進模，具有結構復雜、制造難度大、精度高、壽命長和生產效率高等特點，是我國重點發(fā)展的精密沖模。
從精密多任務位級進模的沖制件來看，包括電機鐵芯片級進模、空調器翅片級進模、集成電路引線框架級進模、電子連接器級進模、彩管電子槍零件級進模、汽車零件級進模、家電零件級進模等?？梢哉f，沖制件覆蓋了電子、通訊、汽車、機械、電機電器、儀器儀表和家電等產品范疇。
從當前國內制造的精密多任務位級進模的水平分析，在模具的技術含量、制造精度、使用壽命和制造周期等方面均獲得了明顯進步。其中，部分高檔優(yōu)質模具的總體水平與國際同類模具水平相當。
標識沖模技術先進水平的多工位級進模和多功能模具，是我國重點發(fā)展的精密模具品種。有代表性的是集機電一體化的鐵芯精密自動閥片多功能模具，已基本達到國際水平。但總體上和國外多工位級進模相比，在制造精度、使用壽命、模具結構和功能上，仍存在一定差距。
高強度板和不等厚板的沖壓模具及大型多工位級進模、連續(xù)模今后將會有較快的發(fā)展。多功能、多工位級進模中發(fā)展重點是高精度、高效率和大型、高壽命的級進模。精沖模中發(fā)展重點是厚板精沖模大型精沖模，并不斷提高其精度。為了提高沖壓模具的壽命，模具表面的各種強化超硬處理等技術也是發(fā)展重點。
在信息化帶動工業(yè)化發(fā)展的今天，在經濟全球化趨向日漸加速的情況下，我國沖壓模具必須盡快提高水平。通過改革與發(fā)展，采取各種有效措施，在沖壓模具行業(yè)全體職工的共同努力奮斗之下，我國沖壓模具也一定會不斷提高水平，逐漸縮小與世界先進水平的差距。
在科學發(fā)展觀指導下，不斷提高自主開發(fā)能力、重視創(chuàng)新、堅持改革開放、走新型工業(yè)化道路，將速度效益型的增長模式逐步轉變到質量和水平效益型軌道上來，我國的沖壓模具的水平也必然會更上一層樓。
2 總體計算
2.1零件圖
如圖2-1、2-2、2-3所示。
圖2-1 零件圖
圖2-2 零件俯視圖
圖2-3 正等側視圖
工藝分析：
生產批量：大批量；自動送料；材料：SECC-SV，塑性稍差于08F鋼材，但與10鋼基本類同；厚度：0.6mm。如圖所示，此零件需要經過拉深，沖孔，落料等工序完成。其塑性條件適合在不采用中間退火等熱處理工序時實現(xiàn)連續(xù)拉深的沖壓生產。
2.2研究方案確定
2.2.1方案設計：
方案一：使用單工序沖裁模加工，拉深、沖孔、翻邊、壓印等逐一進行。
單工序模具有操作簡單，加工零件尺寸穩(wěn)定，成本低廉等特點。壓力機在一次行程中完成一道工序的沖裁。此零件需要經過多次拉深，并且還有沖孔，翻邊，沖裁等工藝，生產工序多，使用的模具相對多，會使總成本增加。單工序模適于簡單零件的中小批量生產，故排除方案一。
方案二：使用復合沖裁模進行加工，先沖孔落料，后拉深沖裁成型。
復合?？梢栽趬毫C的一次行程中，在同一位置同時完成幾道工序。在同一位置上合理布置凹凸模，能使其同時完成沖孔及落料的工序。根據復合模加工成型的零件來看，一般都是平面零件，這就導致在沖孔落料此零件之后，需要再找另一副模具，來使零件拉深成型，并且此時定位要求高，零件加工困難，很容易產生廢品，使加工成本增加。所以排除方案二。
方案三：使用級進模進行加工，不同工序依次加工。
級進模是壓力機在一次行程中，依次在幾個不同的位置上同時完成多道工序的沖模。級進模適合于加工結構較復雜，需要大批量生產的零件。使用級進模進行加工，需要控制沖裁件的孔與外形的相對位置精度，這就要求嚴格控制送料步距。
此零件加工需要完成多次拉深，整形、沖孔、翻邊、壓印、落料等需要多道工序，而級進?？梢砸来卧趲讉€不同的位置上逐步加工工件，使用一副多工位級進?？梢栽趬毫C一次行程中加工完成需要的零件，所以選用方案三。
2.2.2方案分析：
根據以上方案設計結論，最后選用級進模進行零件的加工。為了避免因先沖孔后拉深，導致孔尺寸被破壞的情況發(fā)生。故決定加工順序依次為拉深，沖孔，中心孔翻邊，標記壓印，最后成型落料。這在最大程度上保證了孔的大小，位置，精度要求。且不影響條料輸送，滿足了自動送料的要求。
具體設計步驟：
1）計算所需的毛坯直徑，確定送料步距和條料寬度
2）計算總拉伸系數(shù)，確定拉深次數(shù)，具體工位計算
3）選擇適合的排樣方式，繪制排樣圖
4）計算拉深力、沖裁力、壓邊力等,計算壓力中心
5）進行模具結構設計
2.2.3工藝計算
首先按單工序拉深的計算方法及沖件的尺寸計算所需的毛坯直徑：
（2-1）
計算得：D=26mm
表2-1凸緣拉深件的修邊余量
凸緣直徑
凸緣的相對直徑
1.5以下
>1.5～2
>2～2.5
>2.5
25
1.8
1.6
1.4
1.2
>25～50
2.5
2.0
1.8
1.6
>50～100
3.5
3.0
2.5
2.2
>100～150
4.3
3.6
3.0
2.5
>150～200
5.0
4.2
3.5
2.7
>200～250
5.5
4.6
3.8
2.8
>250
6
5
4
3
經查表得：
得：
則：
（2-2）
式中，——制件中線直徑；
——制件實際毛坯直徑。
即:
表2-2連續(xù)拉深的極限總拉伸系數(shù)[]
材料
強度極限
/MPa
伸長率
(%)
極限總拉伸系數(shù)[]
不帶推件裝置
帶推件裝置
材料厚度mm
材料厚度t=1.2～2mm
08F
300～400
28～40
0.40
0.32
0.16
黃銅H62、H68
300～400
28～40
0.35
0.29
0.2～0.24
軟鋼
80～110
22～25
0.38
0.30
0.18
經查表得：極限總拉伸系數(shù)[]=0.16
則：
極限總拉伸系數(shù)[]<
采用帶料連續(xù)拉深。
表2-3帶凸緣筒形件第一次拉深的最大相對高度
凸緣相對直徑
毛坯相對厚度
>0.06～2
>0.2～0.5
>0.5～1
>1～1.5
>1.5
1.1
0.45～0.52
0.50～0.62
0.57～0.70
0.60～0.80
0.75～0.90
>1.1～1.3
0.40～0.47
0.45～0.53
0.50～0.60
0.56～0.72
0.65～0.80
根據相對厚度及凸緣相對直徑
得出：
查表得：
需采用有切口的帶料連續(xù)拉深工藝。
因該拉深件的筒壁直邊及凸緣與底部的過渡R尺寸較小，應通過后面工位的沖壓工序來達到這一要求，因而設置了二次拉深加整形工序。
2.3 排樣圖的設計與計算
2.3.1 排樣的設計原則
1）提高材料利用率。
2）使工人操作方便、安全，減輕工人的勞動強度。
3）使模具結構簡單、模具壽命較高。
4）排樣應暴政沖裁件的質量。
排樣設計的工作內容包括選擇排樣方法；確定搭邊的數(shù)值；計算條料寬度及送料步距；畫出排樣圖。有必要時還應核算材料的利用率。
2.3.2 排樣圖的計算
排樣采用以自動送料機構送進為粗定位，以拉深凸模為各拉深工序間的定距尺寸。該沖件采用有切口的帶料連續(xù)拉深工藝。在工藝切口沖切工位后，即安排了拉深工序，經一次拉深后，在其后的工位上設置了第二次拉深及整形工序，對直壁及凸緣與底部連接的過渡R逐步整修到位。在整形后，再分別用三個工位進行底部沖孔、翻邊、標記壓印，最后為外形的整體落料工序。
搭邊值要合理確定。從節(jié)省材料出發(fā)，搭邊值越小越好，但搭邊小于一定數(shù)值后，對模具壽命和剪切表面質量都不利。搭邊值過小，作用在模具側表面上的法向力沿著落料毛坯周長的分布不均勻，造成模具刃口磨損；同時在沖裁時，搭邊被拉斷，使零件產生毛刺，有時還會拉入凸模和凹模間隙中，損壞模具刃口，降低模具壽命。搭邊值過大，材料利用率低。搭邊值大小的有關因素如下：
1)與材料的機械性能有關，硬材料的搭邊值可小些，軟材料、脆性材料的搭邊值要大一些；
2)與材料厚度有關，厚材料的搭邊值應取大些；
3)與零件的形狀與尺寸有關，零件的形狀復雜，且有尖突及尺寸大時，搭邊值要取大些；
4)與送料及擋料方式有關，有側壓扳導向的手工送料，其搭邊值可以小些。
另外，排樣方式、有無壓料機構對搭邊值均有影響。一般搭邊值是由經驗確定的。
送料步距的確定：
條料在模具上每次送進的距離稱為送料步距。每個步距可以沖出一個零件，也可以沖出幾個零件。送料步距的大小應為條料上兩個對應沖裁件的對應點之間的距離。每次只沖一個零件的步距A的計算公式為：
（2-3）
式中 D———平行于送料方向的沖裁件寬度（mm）；
a———沖裁件之間的搭邊值（mm）；
條料寬度的確定：
在排樣方式和搭邊數(shù)值確定以后，就可以確定條料的寬度。為了保證最小的搭邊，必須考慮條料的單向（負向）公差，其計算公式（參照文獻[9]）如下
有側壓裝置時，條料寬度為：
（2-4）
無側壓裝置時，條料寬度為：
（2-5）
式中 B———條料寬度（mm）；
D———垂直于送料方向的沖裁件尺寸（mm）；
a———側搭邊的最小值（mm）；
Δ———條料寬度的單向（負向）偏差值（mm），見表2-4和表2-5
Z———導尺與最寬條料之間的最小間隙（mm），其值見表2-6。
有側刃裝置時，條料寬度為：
（2-6）
式中 B———條料寬度（mm）；
L———沖裁件垂直于送料方向的尺寸（mm）；
n———側刃數(shù)；
b———側刃裁切的寬度（mm），見表2-7；
———側搭邊值（mm）。
表2-4 條料寬度偏差 Δ（ｍｍ）
條料寬度B/mm
材料厚度t/mm
～1
1～2
2～3
3～5
～50
～0.04
～0.5
～0.7
～0.9
50～100
～0.5
～0.6
～0.8
～1.0
150～200
～0.6
～0.7
～0.9
～1.1
200～220
～0.7
～0.8
～1.0
～1.2
220～300
～0.8
～0.9
～1.1
～1.3
表2-5 條料寬度偏差 Δ（ｍｍ）
條料寬度B/mm
材料厚度t/mm
0.5
>0.5～1
>1～2
20
～0.05
～0.08
～0.10
>20～30
～0.08
～0.10
～0.15
>30～50
～0.10
～0.15
～0.20
表2-6 送料最小間隙Ｚ（ｍｍ）
導向方式
無側壓裝置
有側壓裝置
條料寬度
100以下
100～200
200～300
100以下
100以上
材料
厚度
（mm）
～0.5
0.5
0.5
1.0
5.0
8.0
0.5～1
0.5
0.5
1.0
5.0
8.0
1～2
0.5
1.0
1.0
5.0
8.0
2～3
0.5
1.0
1.0
5.0
8.0
3～4
0.5
1.0
1.0
5.0
8.0
4～5
0.5
1.0
1.0
5.0
8.0
表2-7 ｂ值（ｍｍ）
材料厚度t/mm
金屬材料
非金屬材料
1.5
1.5
2
>1.5～2.5
2.0
3
>2.5～3
2.5
4
經查表得：a=1.0mm，a’=1.2mm
則：
條料寬度為整數(shù)，料寬為32mm，步距為29mm。
2.3.3 排樣圖
如圖2-4所示
圖2-4
排樣共8個工位：
1.沖工藝切口 2..第一次拉深 3.第二次拉深 4.整形 5.沖小孔及翻邊預孔 6.翻邊 7.標記壓印 8.沖件外形落料。
2.4 材料利用率、沖裁力及壓力機的選擇
在沖壓生產中，零件的材料費用占制造成本的60％以上，所以材料的經濟利用是一個極其重要的問題。
沖裁件在板料（條料或帶料）上的布置方法稱為沖裁工作的排樣法，通常叫做排樣。排樣的目的在于合理利用原材料，并盡可能節(jié)約材料。材料利用率是衡量排樣經濟性的指標。它是指零件的實際面積，與每個零件所占板料面積S 的百分比，即:
（2-7）
式中 ———材料利用率；
S1———零件的實際面積（）；
S2———沖裁此零件所占用的板料面積，包括零件實際面積與廢料面積（）?！?
值越大，說明廢料越少，材料利用率就越高。
從上式可以看出，若減少廢料面積，就可以提高材料利用率。沖裁時產生的廢料分為工藝廢料與結構廢料兩種。搭邊和余量屬于工藝廢料，它取決于排樣形式及沖壓方式；結構廢料是由零件本身的形狀特點決定的，一般不能改變。
故經計算：
通常說的沖裁力是指沖裁力的最大值，它是選用壓力機和設計模具的重要依據之一。
沖裁力 F 一般按下式計算：
（2-8）
式中 F———沖裁力（N）；
L———沖裁周邊長度（mm）；
t———材料厚度（mm）；
———材料抗剪強度（MPa）；
K———系數(shù)。
系數(shù) K 是考慮到實際生產中，模具間隙值的波動和不均勻、刃口的磨損、板料力學性能和厚度波動等因素的影響而給出的修正系數(shù)，一般取 K =1.3。
在一般情況下，材料的，為方便計算，也可用下式計算沖裁力：
（2-9）
沖裁周長L=59.72mm
因SECC為連續(xù)電鍍鋅冷軋鋼板，故抗拉強度為270-390MPa，取390MPa
=59.72×0.6×390 =13974.48N
拉深力的公式為：
（2-10）
式中 ——拉深力（Mpa）；
K——拉深系數(shù)，通常取K＝0.7～0.9；
L——拉深件斷面周長（mm）；
t——材料厚度（mm）；
——材料抗拉強度（Mpa）。
=0.9×15π×0.6×390
=9924.29N
整形力的計算為：
（2-11）
式中 ——校平力（N）；
A——校平投影面積（）；
——單位校平力()
沖孔力的計算為：
（2-12）
（2-13）
則總的沖孔力：
翻邊力的計算為：
1）翻邊的工藝計算
翻遍高度H的表達式：
（2-14）
或
（2-15）
許可的最大翻邊高度：
（2-16）
當工件要求高度時，就不能直接由平板毛坯翻邊成形，這時可以采用先拉深，再在拉深底部沖孔翻邊。
如圖所示2-5。
圖2-5 在拉深件底部沖孔后翻邊
在拉深件底部沖孔翻邊時，應先決定翻邊所能達到的最大高度h，然后根據翻邊高度h及工件高度H來確定拉深高度h’。翻邊高度為：
（2-17）
（2-18）
得出：
若以極限翻邊系數(shù)代入上式中的，即可求得其極限翻邊高度為：
（2-19）
其預沖孔直徑d應為：
（2-20）
式中 D——豎邊部分的中徑（mm）
r——豎邊轉角處的內徑（mm）
t——料條厚度（mm）
其拉深高度h’應為：
（2-21）
翻邊時，豎邊口部變薄現(xiàn)象較為嚴重。
2）翻邊力的計算
翻邊力F(N)一般不大，需要時可按下式計算：
（2-22）
式中 D——翻邊后直徑（mm）
d——翻邊預沖孔直徑（mm）
t——材料厚度(mm)
——材料的屈服點(MPa)
由上式，得：
壓印力的計算為：
（2-23）
式中 ——壓印力(N)
A——壓印投影面積()
——單位壓印力()
切口力的計算為：
（2-24）
（2-25）
則：
總壓力能夠滿足整形所需。
壓力機的選擇：
聯(lián)系到該模具的尺寸，而且是企業(yè)實際生產，故壓力機型號選擇偏大些。
壓力機型號為J23-40
標稱壓力：400 KN
公稱力行程：4KN
滑塊行程：100 mm
行程次數(shù)：50 次/min
最大閉合高度：230 mm
閉合高度調節(jié)量：60mm
滑塊中心線至床身距離：230mm
工作臺尺寸：前后×左右=380×630 mm×mm
工作臺孔尺寸：?150 mm
工作臺厚度：75mm
模柄孔尺寸： ?40 mm
床身最大可傾角：20°
電機功率：3KW
機身兩立柱間距離：280 mm
外形尺寸：1400×1000×2300 mm×mm×mm
2.5模具刃口尺寸計算
2.5.1 拉深
凸、凹模圓角半徑
首次拉伸凹模圓角半徑可按下式計算
（2-26）
式中 ——首次拉深凹模圓角半徑(mm)
D——毛坯直徑(mm)
d——凹模內徑(mm)
t ——工件料厚(mm)
以后各次拉深的凹模圓角半徑，可按下式確定
（2-27）
首次拉深凸模圓角半徑按下式確定
（2-28）
以后各次拉深凸模圓角半徑為
（2-29）
式中、為各工序件的外徑
對于中間各次拉深工序，一般情況可取
計算得：
最后一次拉深凸模圓角半徑應等于零件的圓角半徑，但不得小于（2~3）t。如果零件的圓角半徑要求小于（2~3）t時，則凸模圓角半徑仍取（2~3）t，最后用一次整形工序來得到零件要求的圓角半徑。
圖2-5 拉深尺寸
工件要求內形尺寸，以凸模尺寸為基準進行計算。
凸模尺寸：
（2-30）
凹模尺寸：
（2-31）
式中 D——圓筒形件直徑(mm)
——拉伸件公差(mm)
Z——凸凹模雙面間隙(mm)
、——凸凹模制造偏差
經《模具設計與制造簡明手冊》查表
得：=0.02 ，=0.04
另外
（2-32）
式中 n——見習系數(shù)
t——為材料厚度
經《模具設計與制造簡明手冊》查表1-6-43
得：Z=0.6
第一次拉深
第二次拉深
2.5.2 整形
采用光面模校平或齒形模校平，后者局部材料要產生明顯塑性變形。整形后圓角R的尺寸滿足要求即可，故采用光面模校平。
圖2-6 整形尺寸
2.5.3 沖孔
采用周圍四孔，中間一預沖孔同時加工。
圖2-7 沖孔尺寸
凸模刃口尺寸：
（2-33）
凹模刃口尺寸：
（2-34）
式中 、——沖孔凸模和凹模的直徑尺寸(mm)
d——沖孔的公稱尺寸(mm)
——沖裁件公差值
——凸凹模選定的最小雙面間隙(mm)
x——磨損系數(shù)，沖裁件公差等級為IT10 X=1;IT11~13 X=0.75;IT14 X=0.5
、——凸凹模制造偏差
經《模具設計與制造簡明手冊》查表
得：=0.048，=-0.02，=+0.02，x=0.75。
預沖孔
（2-35）
式中 D——豎邊部分的中徑
r——豎邊轉角處的內徑
t——料條厚度
經《模具設計與制造簡明手冊》查表
得：=0.048，=-0.02，=+0.02，x=0.75。
2.5.4 翻邊
選擇底部拉深沖預孔后翻邊。
如圖2-8所示。
圖2-8 翻邊尺寸
經《模具設計與制造簡明手冊》查表
得：翻邊凸凹模單邊間隙為0.5
故
2.5.5 壓印
壓印時，材料厚度會發(fā)生變化，擠壓處的材料會形成鼓凸或花紋。選擇在封閉的模腔中進行壓印。
如圖2-9所示。
圖2-9 壓印尺寸
壓印尺寸隨凸模尺寸磨損而變小，凸模尺寸：
2.5.6 落料
表2-8 凸凹模雙面間隙值
板料
厚度
08、10、35、09Mn、Q235
<0.5
極小間隙
0.5
0.040
0.060
0.6
0.048
0.072
查表得：=0.048mm ，=0.072mm
第一類：凸模或凹模在磨損后會增大的尺寸；
第二類：凸模或凹模在磨損后會減小的尺寸；
第三類：凸模或凹模在磨損后基本不變的尺寸。
如圖2-10所示。
圖2-10 落料尺寸
（2-36）
（2-37）
（2-38）
對凹模來說：A、C為第一類尺寸，B為第三類尺寸。
，， 。
按凹模實際尺寸配作，保證雙面間隙值為0.048~0.072mm。
3 結構設計
3.1設計原則
級進模結構設計原則：
（1）.盡量選用成熟的模具結構或標準結構。
（2）.模具要有足夠的剛性，以滿足壽命和精度的要求。
（3）.結構應盡量簡單、實用，要具有合理的經濟性。
（4）.能方便地送料，操作要簡便安全，出件容易。
（5）.模具零件之間定位要準確可靠，連接要牢固。
（6）.要有利于模具零件的加工。
（7）.模具結構與現(xiàn)有的沖壓設備要協(xié)調。
（8）.模具容易安裝，易損件更換方便。
3.2凸凹模原則
凹模的基本類型見表3.1
表3.1 凹模的基本類型
整體凹模
不適宜用于多工位級進模，但是由于設計簡單，一些工位數(shù)不多的或工位數(shù)較多而只是純沖裁的級進模會選用
鑲套式凹模
為了小的工作型孔的加工方便，容易更換和刃磨，在整體凹模或其他形式凹模的局部型孔位置鑲嵌套裝凹模
拼合式型孔凹模
為滿足凹模型孔加工精度這一要求，用于某些不易加工的凹模型孔
分段拼合凹模
解決各工位型孔間的間距精度，將模具的凹模分成若干段，每段中的型孔數(shù)不一，然后將這幾段凹模的結合面研和鑲入凹模外套（或圍框）內，構成的一個整體凹模，較多采用
綜合拼合凹模
是上述各種拼合鑲入結構的綜合，多用于沖裁彎曲級進模，沖裁成型級進模
綜合考慮，所設計的級進模凹模除沖孔、落料工位的凹模外，其他凹模采用鑲套式凹模，在實際生產中凹模尺寸不會改變，能更簡單、有效率地更換、維護或維修模具。
如圖3-1所示。
圖3-1 凹模
凸模設計
凸模的基本類型有如下：
（1）直通式凸模，其工作部分和固定部分的形狀與尺寸做成一樣。這類凸?？梢圆捎贸尚湍ハ鳌⒕€切割等方法進行加工，加工容易，但固定板型孔的加工較復雜。這種凸模的工作端應進行淬火，淬火長度約為全長的1/3。另一端處于軟狀態(tài)，便于與固定板鉚接。為了鉚接，其總長度應增加1mm。直通式凸模常用于非圓形斷面的凸模。
（2）臺階式凸模，工作部分和固定部分的形狀與尺寸不同。固定部分多做成圓形或矩形。這時凸模固定板的型孔為標準尺寸孔，加工容易。工作部分可采用車削、磨削（對于圓形）或采用仿形刨加工，最后用鉗工進行精修（對于非圓形），加工較難。對于圓形凸模，廣泛采用這種臺階式結構，冷沖模標準中制訂了這類凸模的標準結構形式與尺寸規(guī)格。對于非圓形凸模，若其固定部分采用了圓形結構，則其余固定板配合時必須采用防轉結構，使其在圓周方向有可靠定位。
根據本案設計，選擇圓形沖孔所需凸模為臺階式凸模。
如圖3-2所示。
圖3-2 凸模
3.3模架及其他零件設計、選用。
凹模尺寸確定后，參照有關標準選?。?
滾動四導柱模架：315mmx200mmx180mm-210mm
上模座：315mmx200mmx50mm
下模座：315mmx200mmx65mm
滾動導柱：32h5x195mm
導套：32H6x125mm
鋼球保持圈：32x76mm
3.3.1模柄的類型及選擇
中小型模具一般都用模柄將上模與壓力機滑塊相連接。設計模具時，選擇模柄的類型要考慮模具結構的特點和使用要求，模柄工作斷的直徑應與所選定的壓力機滑塊孔的直徑相一致。下面分別介紹幾種常見的標準模柄形式。
（1）旋入式模柄
旋入式模柄，通過螺紋與上模座連接，上端兩平行面供扳手旋緊用。騎縫螺釘用于防止模柄轉動。
（2）壓入式模柄
壓入式模柄，固定段與上模座孔采用H7/h6過渡配合，并加騎縫銷釘
防止轉動。裝配后模柄軸線與上模座垂直度比旋入式模柄號。
（3）凸緣式模柄
凸緣模柄，在上模座加工出容納模柄大凸緣的沉孔，與凸緣為H7/h6配合，并用3個或4個內六角螺釘進行固定。由于沉孔底面的表面粗糙度較差，與上模座的平行度也較差，所以裝配后模柄的垂直度遠不如壓入式的模柄。因此在能應用壓入式模柄時，不應采用凸緣模柄。這種模柄的優(yōu)點在于凸緣的厚度一半不到模座厚度的一半，模座凸緣以下部分仍可加工出形孔，以便容納推件裝置的頂板采用螺紋模柄的小型模具也可以這樣應用，但螺紋連接段的長度要比上模座厚度小些。
（4）浮動模柄
模柄與上模座不是剛性連接，允許模柄在工作過程中產生少許傾斜。采用浮動模柄，可避免壓力機滑塊由于導向精度不高對模具導向裝置產生不利影響，減少對模具導向件的磨損，延長其使用壽命，使模具導向裝置長期保持良好的導向精度。浮動模柄主要用于滾動導向模架，在壓力機導向精度不高時，選用一級精度滑動導向模架也可采用。但選用浮動模柄的模具必須使用行程可調沖床，保證在工作過程中導柱和導套不脫離。否則，在回程上模有可能與浮動模柄移位，嚴重時甚至可將上模甩出去，輕者損壞模具，重者可能造成人員傷害。
（5）通用模柄
將快換凸模插入模柄孔內，配合為H7/h6，再用螺釘從模柄側面將其固緊，防止卸料時拔出，就組成了通用沖孔模的上模。
根據以上模具的比較，在此設計中，我選用壓入式模柄。結構如圖所示：
如圖3-3所示。
圖3-3 模柄
3.3.2緊固件的選擇
沖模上的緊固件包括連接螺釘和定位銷頂。受力較大的連接螺釘一般都采用內六角螺釘，其特點是用45號鋼制造，并淬火達35-40HRC，因此可承受較大的拉應力。受力不大的小螺釘可以采用普通圓柱頭螺釘，但一般不用半球頭螺釘，其一字槽容易擰壞。此次設計采用M8號螺釘。
3.3.3定位銷
定位銷定采用普通圓柱銷，可以承受一定的切應力。
3.3.4模具的閉合高度
模具的閉合高度(H模具) 是指模具在最低工作位置時上模座的上平面與下模座的下平面之間的高度（如圖3-2）。
如圖3-4所示。
圖3-4 閉合高度示意圖
根據閉合高度示意圖，我設計的模具的閉合高度為：
模具閉合高度＝上模座高度＋上墊板高度＋沖孔凸模高度＋凹模鑲塊的直壁高度＋下墊板高度＋下模座高度
上模座厚度：50mm
上墊板厚度：10mm
沖孔凸模長度：65mm
凹模鑲塊的直壁高度：25mm
下墊板高度：10mm
下模座厚度：65mm
模具閉合高度＝50+10+65+25+10+65＝225mm
4 模具裝配工藝
4.1沖裁模裝配的技術要求
（1）裝配好的沖模，其閉合高度應符合設計要求。
（2）模柄裝入上模座后，其軸心線對上模座上平面的垂直度誤差，在全長范圍內不大于0.05mm。
（3）導柱和導套裝配后，其軸心線應分別垂直度于下模座的底平面和上模座的上平面。
（4）上模座的上平面應和下模座的底平面平行。
（5）裝入模架的每對導柱和導套的配合間隙值應符合規(guī)定要求。
（6）裝配好的模架，其上模座沿導柱上、下移動應平穩(wěn)，無阻滯現(xiàn)象。
（7）裝配后的導柱，其固定端面與下模座下平面應保留1~2mm距離，選用B型導套時，裝配后其固定端面低于上模座上平面1~2mm。
（8）凸模和凹模的配合間隙應符合設計要求，沿整個刃口輪廓應均勻一致。
（9）定位裝置要保證定位正確可靠。
（10）卸料及頂件裝置靈活、正確、出料孔暢通無阻，保證制件及廢料不卡在沖模內。
（11）模具應在產生的條件下進行試驗，沖出的制件應符合設計要求。
模架的裝配
4.2 模具總裝
以凹模作為裝配基件，其裝配順序為：1.裝配模架；2.裝配凹模組件（凹模及導料板）和凸模組件（凸模及其固定板、墊板）；3.將凸、凹模組件用螺釘和銷釘安裝固定在指定模座的相應位置上；4.以凹模為基準，將凸模組件初步固定在凹模模座上，調整凸模組件及凹模的位置，使凸模刃口和凹模刃口分別與凸凹模的內、外刃口配合，并保證配合間隙均勻后固緊凸模組件與凹模；5.試沖檢查合格后，將凸模組件、凹模和相應模座一起鉆鉸銷孔；6.卸開上、下模，安裝相應的定位、卸料、導料零件，再重新組裝上、下模，并用螺釘和定位銷緊固。
安裝完成后檢查模具裝配是否準確：
擦清壓力機滑塊底面、工作臺或墊板平面以及沖模上下模座的頂面和底面。
將沖模置于壓力機工作臺或墊板上，移至近似工作位置。
觀察工件或廢料能否漏下。
用手扳動飛輪或利用壓力機的寸動位置，使壓力機滑塊逐步降至下止點。在滑塊下降過程中移動沖模，以便模柄進入滑塊中的模柄孔內。
調節(jié)壓力機至近似的閉合高度。
安裝固定下模的壓板、墊塊和螺栓，但不擰緊。
緊固下模，確保上模座頂面與滑塊頂面緊貼無隙。
緊固下模，逐次交替擰緊。
調整閉合高度，使凸模進入凹模。
回升滑塊，在各滑動部分加潤滑劑，確保導套上部出氣槽暢通。
以紙片試沖，觀察毛刺以判斷間隙是否均勻?；瑝K寸動或由手扳飛輪移動。
刃口加油，用規(guī)定材料試沖若干件，檢查沖件質量。
安裝、測試送料和出料裝置。材料應人工逐步送進。
再次試沖。
安裝安全裝置。
4.3 凸、凹模間隙的調整
沖模中凸、凹模之間的間隙大小及其均勻程度是直接影響沖件質量和模具使用壽命的主要因素之一，因此，在制造沖模時，必須要保證凸、凹模間隙的大小及均勻一致性。通常，凸、凹模間隙的大小是根據設計要求在凸、凹模加工時保證，而凸、凹模之間間隙的均勻性則是在模具裝配時保證的。
沖模裝配時調整凸、凹模間隙的方法很多，需根據沖模的結構特點、間隙值的大小和裝配條件來確定。
總裝圖如圖4-1所示。
圖4-1總裝配圖
5 零件的工藝方案
在機械制造中，采用各種機械加工方法將毛坯加工成零件，再將這些零件裝配成機器。為了使上述制造過程滿足“優(yōu)質、高產、低成本”的要求，首先要指定零件的機械加工工藝規(guī)程和機器的裝配工藝規(guī)程，然后按照所制定的工藝規(guī)程來進行機械加工和裝配。由于零件的工藝過程可以是多種多樣的，工藝人員的任務是從現(xiàn)有生產條件出發(fā)，制定出一個切合實際的最優(yōu)工藝過程，并將其有關內容用文件的形式規(guī)定下來。規(guī)定零件機械加工工藝過程和操作方法等的工藝文件稱為機械加工工藝規(guī)程。
機械加工工藝規(guī)程是指導生產的主要技術文件。按照工藝規(guī)程進行生產，才能保證達到產品質量、生產率和經濟性的要求。合理的工藝規(guī)程在編制后應邀滿足下述要求：
1.零件所需的工序數(shù)量要盡量少，并且要減少或不再采用其他加工方法加工。
2.零件各工序所采用的設備結構要簡單、壽命要長。
3.工序中所占用的設備要少，盡可能采用生產機械化與自動化。
4.生產準備周期要短，所需材料要少，成本要低廉。
5.零件的生產工藝流程要合理，做到安全生產。
6.制出的零件應符合技術要求，并且尺寸精度要高，表面質量要好。
7.盡量采用技術等級不高的工人生產，以降低成本。
指定機械加工工藝規(guī)程的原則是：在一定的生產條件下，以最低的成本，按計劃規(guī)定的速度，可靠地加工出圖紙要求的零件。在編制工藝規(guī)程時，應注意以下幾個問題：
1.技術上的先進性
在編制工藝規(guī)程時，應盡量采用新工藝、新技術、先進設備和新材料，以獲得較高的生產率，但不應加大操作工人的勞動強度，而應依靠設備的先進性來保證。
2.經濟上的合理性
在一定的生產條件下，可能有幾種能保證零件技術要求的加工工藝方案，此時應全面考慮，應根據工序數(shù)量、機械加工難易程度、通過核算或分析選擇經濟效益最佳的加工方案，以使零件減少工序及降低成本。同時，加工精度要求不高的零件，盡量不使用高精度的加工設備。
3.創(chuàng)造必要的良好工作條件
在編制工藝規(guī)程時，必須保證操作人員有良好而安全的工作條件，并保證所加工的零件的質量合格及減輕工人的勞動強度。
6 典型零件制造工藝
6.1凹模板的加工工藝
凹模板材料為45鋼，其加工工藝如下：
1 備料。
2 鍛造，退火。
3 用銑床銑出六個平面。
4 用磨床磨六個平面，刃磨基準面，保證平行度≤0.01，垂直度≤0.01。
5 在螺紋孔、銷孔、導柱孔等中心線的地方滑線。
6 鉆螺紋孔、銷孔、導柱孔等和穿絲孔。
7 熱處理58～62HRC。
8 用磨床磨基準面，保證平行度≤0.008，垂直度≤0.008。
9 電火花線切割。
10 研光各形孔以滿足要求。
11 用磨床磨小導柱孔的圓角。
12 鉗工去毛刺。
13 檢驗。
6.2圓形凸模加工工藝
凸模材料為T10A，其加工工藝如下：
1 備料。
2 鍛造，退火。
3 車削，留0.3mm預磨量。
4 淬火 58～62HRC。
5 外圓磨削。
6 鉗工拋光去毛刺倒角。
7 檢驗。
7 結論
該模具主要由沖裁與拉深兩大部分組成。級進沖模的凸模導向精度是由卸料板的導向精度來保證的，除模架導柱外，卸料板和凸模固定板之間還設置了內導柱，并分別在卸料板和凹模板內設置了內導套，來保證導向精度和連續(xù)平穩(wěn)的沖壓。
拉深級進模中，凸模兼具了對帶料導向定位的作用，因此不再設置其他導正機構。此工件的總體卸料力比較小，因此采用在上模部分設置彈簧的方式來進行卸料。
端蓋沖件為淺拉深件，采用了整體式結構的卸料板，沖孔工位使用了有定位功能兼具保護作用的導向套，在上模的翻邊凹模內設置了卸料彈頂桿以防止翻邊后工件粘附在翻邊凹模內。
采