軸碗的沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)【落料拉深沖孔翻孔復(fù)合模含19張CAD圖】
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11 緒 論1.1 沖壓工藝的應(yīng)用沖壓工藝是塑性加工的基本加工方法之一。它主要用于加工板料零件，所以有時(shí)也叫板料沖壓。沖壓不僅可以加工金屬板料，而且也可以加工非金屬板料。沖壓加工時(shí)，板料在模具的作用下，于其內(nèi)部產(chǎn)生使之變形的內(nèi)力。當(dāng)內(nèi)力的作用達(dá)到一定程度時(shí)，板料毛坯或毛坯的某個(gè)部位便會(huì)產(chǎn)生與內(nèi)力的作用性質(zhì)相對(duì)應(yīng)的變形，從而獲得一定的形狀、尺寸和性能的零件。沖壓生產(chǎn)靠模具與設(shè)備完成加工過(guò)程，所以它的生產(chǎn)率高，而且由于操作簡(jiǎn)便，也便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化。利用模具加工，可以獲得其它加工方法所不能或難以制造的、形狀復(fù)雜的零件。沖壓產(chǎn)品的尺寸精度是由模具保證，所以質(zhì)量穩(wěn)定，一般不需再經(jīng)過(guò)機(jī)械工業(yè)加工便可使用。沖壓加工不一般不需要加熱毛坯，也不像切削加工那樣大量切削材料，所以它不但節(jié)能，而且節(jié)約材料。沖壓產(chǎn)品的表面質(zhì)量較好，使用的原材料是冶金工廠大量生產(chǎn)的軋制板料或帶料，在沖壓過(guò)程中材料表面不受破壞。因此，沖壓工藝是一種產(chǎn)品質(zhì)量較好而且成本低的加工藝。用它生產(chǎn)的產(chǎn)品一般還具有重量輕且剛性好的特點(diǎn)。沖壓工藝在汽車(chē)、拖拉機(jī)、電機(jī)、電器、儀器、儀表、各種民用輕工產(chǎn)品以及航空、航天和兵工等的生產(chǎn)方面占據(jù)十分重要的地位?，F(xiàn)代各先進(jìn)工業(yè)化國(guó)家的沖壓生產(chǎn)都是十分發(fā)達(dá)的。在我國(guó)的現(xiàn)代化建設(shè)進(jìn)程中，沖壓生產(chǎn)占有重要的地位。1.2 沖壓工藝的歷史發(fā)展我們的祖先早在青銅器時(shí)期就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)金屬具有錘擊變形的性能?？梢钥隙ǎ袊?guó)遠(yuǎn)在 2400 年前已經(jīng)掌握了錘擊金屬以制造兵器和工具的技術(shù)。因?yàn)殇撹F材料在冷態(tài)下進(jìn)行塑性加工需要很大的力和功，所以冷壓鋼鐵的技術(shù)在古代是不可能性廣泛使用的。當(dāng)人們發(fā)現(xiàn)金、銀、銅等金屬塑性較好，變形時(shí)不需要較大的力時(shí)，錘擊壓制技術(shù)迅速向金、銀、銅的裝飾品和日用品范圍發(fā)展。在西安的陜西省博物館中陳列的一個(gè)漢代（公元前 206 至公元 220）的量器，厚度約 2mm，制作精美，花紋細(xì)致，就在今天看來(lái)，也算是一個(gè)精制品。這充分顯示了我國(guó)古代勞動(dòng)人民高度精巧的手工藝技術(shù)水平。1.3 沖壓工藝的現(xiàn)狀改革開(kāi)放以來(lái)，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)模具的需求量不斷增長(zhǎng)。近年來(lái)，模具工業(yè)一直以 15%左右的增長(zhǎng)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 2了巨大變化，除了國(guó)有專(zhuān)業(yè)模具廠外，集體、合資、獨(dú)資和私營(yíng)也得到了快速發(fā)展。浙江寧波和黃巖地區(qū)的“模具之鄉(xiāng)” ；廣東一些大集團(tuán)公司和迅速崛起的鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)，科龍、美的、康佳等集團(tuán)紛紛建立了自己的模具制造中心；中外合資和外商獨(dú)資的模具企業(yè)現(xiàn)已有幾千家。隨著與國(guó)際接軌的腳步不斷加快，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益加劇，人們已經(jīng)越來(lái)越認(rèn)識(shí)到產(chǎn)品質(zhì)量、成本和新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)能力的重要性。而模具制造是整個(gè)鏈條中最基礎(chǔ)的要素之一，模具制造技術(shù)現(xiàn)已成為衡量一個(gè)國(guó)家制造業(yè)水平高低的重要標(biāo)志，并在很大程度上決定企業(yè)的生存空間。近年許多模具企業(yè)加大了用于技術(shù)進(jìn)步的投資力度，將技術(shù)進(jìn)步視為企業(yè)發(fā)展的重要?jiǎng)恿ΑＲ恍﹪?guó)內(nèi)模具企業(yè)已普及了二維 CAD，并陸續(xù)開(kāi)始使用UG、Pro/Engineer、I-DEAS、Euclid-IS 等國(guó)際通用軟件，個(gè)別廠家還引進(jìn)了Moldflow、C-Flow、DYNAFORM、Optris 和 MAGMASOFT 等 CAE 軟件，并成功應(yīng)用于沖壓模的設(shè)計(jì)中。1.4 未來(lái)沖壓模具制造技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) （1）工藝分析計(jì)算方法的現(xiàn)代化。例如，生產(chǎn)汽車(chē)覆蓋件的沖壓工藝，傳統(tǒng)方法是根據(jù)已有的設(shè)計(jì)資料和設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行對(duì)比分析，確定工藝方案和有關(guān)參數(shù)，然后設(shè)計(jì)模具，進(jìn)行試沖，經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)和修改，才能轉(zhuǎn)入批量生產(chǎn)。近幾年來(lái)，國(guó)外有的公司已開(kāi)始采用有限變形的彈塑性有限元法，對(duì)覆蓋件成形過(guò)程進(jìn)行計(jì)算模擬，分析應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，從而預(yù)測(cè)某一工藝方案的可行性和可能會(huì)產(chǎn)生的問(wèn)題，并將結(jié)果顯示在圖形終端上，供設(shè)計(jì)人員進(jìn)行選擇和修改。這樣，不僅可以節(jié)省昂貴的模具試制費(fèi)用，縮短產(chǎn)品試制周期，而且可以建立符合生產(chǎn)實(shí)際的先進(jìn)設(shè)計(jì)方法；既促進(jìn)了冷沖壓工藝的發(fā)展，又可以發(fā)揮塑性成形理論對(duì)生產(chǎn)實(shí)際的知道作用。（2）模具設(shè)計(jì)及制造技術(shù)的現(xiàn)代化。為了加快產(chǎn)品的更新?lián)Q代，縮短工裝設(shè)計(jì)、制造周期，正在大力開(kāi)展模具的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和制造（CAD/CAM）技術(shù)的研究和應(yīng)用。采用這一技術(shù)，一般可以提高模具設(shè)計(jì)和制造效率 2～3 倍，模具生產(chǎn)周期可縮短1/2～1/3。發(fā)展這一技術(shù)的最終目標(biāo)，是要達(dá)到模具 CAD/CAM 一體化，而模具圖紙將只作為檢驗(yàn)?zāi)＞咧?。采用模?CAD/CAM 技術(shù)，還可提高模具質(zhì)量，大大減少設(shè)計(jì)與制造人員的重復(fù)勞動(dòng)，使設(shè)計(jì)者有可能把精力用在創(chuàng)新和開(kāi)發(fā)上。（3）沖壓生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)華。為了滿足大量生產(chǎn)的需要，沖壓設(shè)備已由單工位低速壓力機(jī)發(fā)展到多工位高速自動(dòng)壓力機(jī)。一般中小型沖壓件，既可在多工位壓力機(jī)上生產(chǎn)，也可以在高速壓力機(jī)上采用多工位連續(xù)模加工，使沖壓生產(chǎn)達(dá)到高度自動(dòng)化。大型沖壓件（如汽車(chē)覆蓋件）可在多工位壓力機(jī)上利用自動(dòng)送料和取件裝置，進(jìn)行機(jī)械化流水線生產(chǎn)，從而減輕勞動(dòng)強(qiáng)度和提高生產(chǎn)率。（4）為了滿足產(chǎn)品更新?lián)Q代加快和生產(chǎn)批量減小的發(fā)展趨勢(shì)，發(fā)展了一些新的成形工藝、簡(jiǎn)易模具、通用組合模具以及數(shù)控沖壓設(shè)備和沖壓柔性制造系統(tǒng)（FMS）等。這樣，就使沖壓生產(chǎn)既可適合大量生產(chǎn)，又可適用于小批量生產(chǎn)。（5）不斷改進(jìn)板料性能，以提高其成形能力和使用效果。例如，研制高強(qiáng)度鋼板，用來(lái)生產(chǎn)汽車(chē)覆蓋件；研制新型材料 板，用來(lái)生產(chǎn)航空構(gòu)件等。 3由于沖壓加工的零件形狀、尺寸、精度要求、批量大小、原材料性能的不同，當(dāng)前在生產(chǎn)中所采用的沖壓工藝方法也是多種多樣的。但是，概括起來(lái)，可以分成分離工序與成形工序兩大類(lèi)。2 沖 壓 工 藝 性 分 析工件名稱(chēng)：軸碗生產(chǎn)批量：大批量材料：20 鋼 厚度 t=1.5mm工件簡(jiǎn)圖：如圖 1-1 所示圖 2—1 工件圖1.加工這樣的工件，傳統(tǒng)的方法是采用三個(gè)工序來(lái)完成，即第一個(gè)工序是落料，第二個(gè)工序是拉深，第三個(gè)工序是預(yù)沖孔翻孔成形。采用這種工藝方法需用三套模具，生產(chǎn)效率低；在第二個(gè)工序中操作者需將手伸入模具，安全性差；翻孔與外緣的同心度不容易保證。采用復(fù)合模一次完成落料拉深沖孔翻孔工序，這樣能大大提高生產(chǎn)效率，避免了傳統(tǒng)方法難以解決的手進(jìn)入模具的問(wèn)題，操作方便，安全，沖出的制件質(zhì)量較好。2、從工件圖上看，該工件形狀簡(jiǎn)單且軸對(duì)稱(chēng)，主要尺寸 Φ41+0.10 的精度為 IT11級(jí)，材料厚 1.5mm，且為 20 鋼，其沖裁拉深性能較好，則可采用復(fù)合模。3、該零件底部孔為 Φ41 +0.10，其精度為 IT11 級(jí)精度另尺寸 Φ30 +0.430，其精度為 IT13 級(jí)，普通的沖裁工藝均可以保證。 4綜上所述，該零件的精度及結(jié)構(gòu)尺寸都能滿足沖壓工藝性的要求，在大批量生產(chǎn)時(shí)可以用沖壓加工，沖壓的零件工序?yàn)槁淞?、拉深、預(yù)沖孔翻孔成形。在此，本人做落料、拉深，預(yù)沖孔翻孔復(fù)合模。3 主 要 工 藝 參 數(shù) 的 計(jì) 算3.1 翻邊工藝分析計(jì)算毛坯尺寸需先確定翻孔前的半成品尺寸，翻孔是否可以一次翻孔成形，這要核算翻孔的變形程度。對(duì)零件進(jìn)行工藝分析可知， 30mm 處由內(nèi)孔翻孔成形，翻孔前應(yīng)預(yù)沖孔。?42.5mm 為圓筒形件拉深件直徑，可以一次拉深成形。工序安排為落料、拉深、沖孔、?翻孔等。翻孔前為 42.5mm，高 7mm，無(wú)法蘭圓形制件。在半成品零件上，沖底孔后進(jìn)行翻孔，工藝計(jì)算包括兩方面的內(nèi)容：一是確定底孔直徑 d0；二是核算翻邊高度 H。（1） 計(jì)算毛坯的預(yù)孔直徑翻孔工藝參數(shù)如 3-1 圖所示。圖 3-1d0=D-2(H-0.43r-0.72t)=28.5-2(10-0.43×0.5-0.72×1.5)=11.09（2） 計(jì)算翻邊高度 HH=0.5D(1- d0/D)+0.43r+0.72t,將翻邊系數(shù) kf=d0/D 代入式可得：H=0.5D(1- kf)+0.43r+0.72t，再將上式中翻邊系數(shù) kf以極限翻邊系數(shù) kfmin代替，可得最大翻邊高度 Hmax 的計(jì)算式。Hmax=0.5D(1- kfmin)+0.43r+0.72t=0.5×28.5(1-0.38)+0.43×0.5+0.72×1.5=10.13mm 5而翻邊高度 H=8.5+1.5=10mm,小于最大翻邊高度，所以能夠一次翻成。翻孔前半成品圖如圖 3-2圖 3-23.2 修邊余量的確定在拉深過(guò)程中，常用材料機(jī)械性能的方向性，模具間隙不均，板厚變化，摩擦阻力不等及定位不準(zhǔn)等影響；而使拉深件口部或凸緣周邊不齊，必須進(jìn)行修邊，故在計(jì)算毛坯尺寸時(shí)應(yīng)按加上修邊余量后的零件尺寸進(jìn)行展開(kāi)計(jì)算。h=7-0.75=6.25mm,d=41+1.5=42.5mm。根據(jù)相對(duì)高度 h/d=0.15,修邊余量的數(shù)值查表知所以修邊余量 =1 mm?3.3 毛坯尺寸計(jì)算3.3.1 確定拉深件毛坯尺寸計(jì)算的依據(jù)由于板料在拉深過(guò)程中，材料沒(méi)有增減，只是發(fā)生塑性變形。在變形過(guò)程中，材料是以一定的規(guī)律轉(zhuǎn)移的，所以應(yīng)滿足以下情況。1、毛坯的形狀應(yīng)符合金屬在塑性變形時(shí)的流動(dòng)規(guī)律。其形狀一般與拉深件周邊的形狀相似。毛坯的周邊應(yīng)該是光滑的曲線而無(wú)急劇的轉(zhuǎn)折，所以，對(duì)于旋轉(zhuǎn)體來(lái)說(shuō)，毛坯的形狀無(wú)疑是一塊圓板，只要求出它的直徑。2、拉深前后，拉深件與其毛坯的質(zhì)量不變、體積不變，對(duì)于不變薄拉深，其面積基本不變。3、由于板料具有方向性以及毛坯在拉深過(guò)程中的摩擦條件不均勻等因素的影響，拉深后的工件頂端一般都不平齊，需要修邊，所以在毛坯尺寸中，應(yīng)包括修邊余量。3.3.2 該零件毛坯尺寸的計(jì)算該零件為形狀簡(jiǎn)單的旋轉(zhuǎn)體拉深件的毛坯直徑在不變薄的拉深中，材料厚度雖有變化，但其平均值與毛坯原始厚度十分接近，因此，毛坯能展開(kāi)尺寸可根據(jù)毛坯面積與拉深件面積（加上修邊余量）相等的原則求 6出。將 d1=42.5,h1=h+△h=6.25+1=7.25mm,r=3+0.75=3.75mm 代入公式：毛坯直徑按下式確定:2 21114.70.56Dhrd???= 2(.5)..374.506(3.75)????2m3.4 排樣該工件排樣根據(jù)拉深工序設(shè)計(jì)。考慮到操作方便及模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，故采用單排排樣設(shè)計(jì)，查表得搭邊值 a=1.5、 ，則1.5a?條料寬：b=52.5+2a=52.5mm+2×1.5=55.5 mm條料的進(jìn)距為 h=52.5+1.5=54 mm沖裁單件工件材料的利用率按公式可得：=210%4Dbh????7排樣圖如圖 3-3 所示圖 3-3 排樣圖3.5 確定拉深系數(shù)及拉深次數(shù)毛坯相對(duì)厚度 t/D=1.5/52.5 2.8 ﹥2 ,查表可不用壓料圈裝置，但為了保險(xiǎn)?%起見(jiàn)，首次拉深仍采用壓料裝置。采用壓料裝置后，首次拉深可采用較小的拉深系數(shù)， 7有利于減少拉深次數(shù)。根據(jù) t/D=2.8%；查得極限拉深系數(shù) m1=0.54，而工件總的拉伸系數(shù) m 總 =d/D=42.5/52.5=0.80,即 m 總 ﹥m 1，故工件可一次拉深成形，即可采用落料-拉深復(fù)合沖壓模。4 確 定 工 藝 方 案 及 模 具 結(jié) 構(gòu) 形 式4.1 工藝方案的確定該工件包括落料、拉深兩個(gè)基本工序，可以有以下幾種工藝方案：方案一：先落料、后拉深，再預(yù)沖孔翻孔，采用單工序模生產(chǎn)。方案二：落料、拉深、預(yù)沖孔翻孔復(fù)合沖壓，采用復(fù)合模生產(chǎn)。方案三：落料、拉深、預(yù)沖孔翻孔級(jí)進(jìn)沖壓，采用級(jí)進(jìn)模生產(chǎn)。除此之外，還有其它方案，這里不再一一列舉。以上幾種方案：對(duì)于方案一，模具要求簡(jiǎn)單，但是需要三道或者更多道工序，每道工序都需一套模具，模具套數(shù)過(guò)多，生產(chǎn)效率將會(huì)降低，難以滿足大批量生產(chǎn)的要求；方案二采用復(fù)合模生產(chǎn)，生產(chǎn)效率較高，復(fù)合模結(jié)構(gòu)雖然較方案一復(fù)雜，但是由于零件的幾何形狀簡(jiǎn)單對(duì)稱(chēng)，模具制造并不困難；方案三生產(chǎn)效率也很高，但零件的沖壓精度稍差。欲保證沖壓件的形位精度，需要在模具上設(shè)置導(dǎo)正銷(xiāo)導(dǎo)正，故模具制造、安裝較復(fù)合模復(fù)雜。通過(guò)對(duì)上述三種方案的分析比較，該零件的沖壓生產(chǎn)采用方案二為佳。 84.2 模具結(jié)構(gòu)形式的選擇與確定1）正倒裝結(jié)構(gòu)及卸料方式：只有當(dāng)拉深件高度較高時(shí)，才有可能采用落料拉深復(fù)合模，因?yàn)闇\拉深件若采用復(fù)合模，落料凸模（兼拉深凹模）的壁厚過(guò)薄，強(qiáng)度不足。本例中凸凹模壁厚 b=(52.5-44)/2=4.25mm，大于材料允許的最小壁厚 3.2mm,能保證足夠強(qiáng)度，故采用復(fù)合模是合理的。即落料采用正裝式，拉深采用倒裝式。模座下的緩沖器兼作壓邊與頂件裝置，另設(shè)有彈性卸料與剛性推件裝置。該結(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)是彈性卸料裝置使模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜與龐大，特別是拉深深度大，料厚，卸料力大的情況，需要較多較長(zhǎng)的彈簧，使模具結(jié)構(gòu)過(guò)分的龐大。所以它適合與拉深深度不太大，材料較薄的情況。2）送料方式：采用手動(dòng)送料方式。3）導(dǎo)向方式：為確保零件的質(zhì)量及穩(wěn)定性，選用導(dǎo)柱、導(dǎo)套導(dǎo)向。由于已經(jīng)采用了手工送料方式，為了提高開(kāi)敞性和導(dǎo)向均勻性，采用后側(cè)導(dǎo)柱模架。4）定位裝置：由于該模具采用的是條料，控制條料的送料方向采用擋料銷(xiāo)，與送料垂直的方向上用導(dǎo)料板對(duì)料進(jìn)行導(dǎo)正。 95 沖壓設(shè)備的選擇5.1 沖裁工序總力的計(jì)算(1)落料力的計(jì)算：考慮到模具刃部被磨損、凸凹模間隙不均勻和波動(dòng)、材料力學(xué)性能及材料厚度偏差等因素的影響，實(shí)際計(jì)算沖裁力時(shí)按下面公式：F 落=KLtτ式中 F 落—沖裁力（N） ；L—沖裁件剪切周邊長(zhǎng)度（mm） ；t—沖裁件材料厚度（mm） ；τ—被沖材料的抗剪強(qiáng)度(MPa)，查手冊(cè)表 8—7 得 20 鋼的 τ=300MPa；K—系數(shù)，一般取 1.3。F 落=1.3×165×1.5×300=96.53KN（2）沖孔力的計(jì)算：F 沖=1.3× ×11.09×1.5×300=20.38KN?(3)拉深力的計(jì)算：可按有壓邊圈的圓筒形件近似計(jì)算，按式得：F=kdtσb式中：F 拉—拉深力（N） ；d—拉深件直徑(mm)；t—材料厚度(mm)；σb—材料的強(qiáng)度極限(MPa),查 得 σb=360MPa； 10k—修正系數(shù)；m=42.5/52.5=0.80,由表查得修正系數(shù) k=0.4，則F 拉=0.4× ×42.5×1.5×360=28.84KN.?(4)壓邊力的計(jì)算：壓邊力 F 壓可用下式計(jì)算：F 壓= /4【D2-(d+2rA)2】P?式中：P—單位面積壓料力，值可查表 P=2.0MPa；D—坯料直徑；d—工序件直徑；rA—拉深凹模的圓角半徑，凹模圓角半徑可按下式計(jì)算：rA = = ≈3mm0.8()t?0.8(52.4)1.5??則 F 壓= /4[52.52-(42.5+2×3)2]×2=0.635KN；?（5）翻孔力的計(jì)算：F 翻=1.1 (D-d0)tσs式中：D—翻孔后空口的中徑；d0—翻孔前毛坯預(yù)孔直徑；t—材料厚度；F 翻—翻邊力；σs—材料的屈服強(qiáng)度，這里 σs=250MPa；代入數(shù)據(jù)得 F=1.1 (28.5-11.09)×1.5×250=22.56KN.?（6）推件力 F 推=nK 推 F 沖K 推—推件力系數(shù),由手冊(cè)查得 K 推=0.55；n—同時(shí)卡在凹模的工件(或廢料)數(shù),其中n=h/t，而 h≧6，則 n≧4，取 n=4.h—凹模刃部直壁洞口高度（mm） ，t—料厚( mm)F 推=4×0.55×20.38=44.8kN（7）卸料力 F 卸=K 卸 F 落 11由表 2—8 查得 K 卸=0.04；F 卸=0.04×96.53=3.86kN則工序總力 F 總= F 落+F 沖+F 拉+F 壓+F 翻+F 推+F 卸=96.53+20.38+28.84+0.635+22.56+44.8+3.86=218KN.5.2 初選壓力機(jī)由于復(fù)合模的特點(diǎn)，為防止設(shè)備超載，可按公稱(chēng)壓力 F 壓≧（1.6-1.8）F 總選擇壓力機(jī)，查手冊(cè)，初選公稱(chēng)壓力為 350KN 的開(kāi)式壓力機(jī)，型號(hào) JA21-35,其有關(guān)技術(shù)參數(shù)為：公稱(chēng)壓力/KN：350滑塊行程/mm：130滑塊行程次數(shù)/（次/min）:50最大閉合高度/mm：220連桿調(diào)節(jié)長(zhǎng)度/mm：60工作臺(tái)尺寸/mm： 前后：380 左右: 610 工作臺(tái)孔徑/mm： 前后：200 左右: 290 直徑：260模柄孔尺寸/mm： 直徑： 50 深度：705.3 壓力中心的計(jì)算模具的壓力中心就是沖壓力合力的作用點(diǎn)。為了保證壓力機(jī)和模具的正常工作，應(yīng)使模具的壓力中心與壓力機(jī)的中心滑塊中心線重合。否則，沖壓時(shí)滑塊就會(huì)承受偏心載荷，導(dǎo)致滑塊導(dǎo)軌與模具的導(dǎo)向部分不正常的磨損，還會(huì)使合理的間隙得不到保證，從而影響制件的質(zhì)量和降低模具的壽命，甚至損壞模具。由工件圖可知，為簡(jiǎn)單的對(duì)稱(chēng)沖裁件，其壓力中心位于沖裁件輪廓圖形的幾何中心上。6 模具主要零件的設(shè)計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)化6.1 工作零部件刃口尺寸的計(jì)算6.1.1 落料凸凹模刃口尺寸計(jì)算由于工件外形結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸精度要求不高，落料外形時(shí)，凸、凹模采用分別加工法。 12設(shè)工件尺寸為 D0-Δ ，根據(jù)以上原則，應(yīng)先確定凹模尺寸，使凹模標(biāo)稱(chēng)尺寸接近或等于工件的最小極限尺寸，再減去凸模尺寸，保證最小合理間隙。DA=(Dmax-xΔ) + δA 0；DT=( DA-Zmin)0-δT ；DA ,DT—落料凸、凹模尺寸；Dmax—落料件的最大極限尺寸；Δ—工件制造公差；Zmin—最小合理間隙；X—磨損系數(shù)；δT、δA—凸、凹模制造公差；由表查得 Δ=0.3；Zmax=0.240， Zmin=0.132，對(duì)于落料尺寸 52.50-0.3的凸、凹模偏差查表得：δT=+0.030，δA=-0.020；則 Zmax- Zmin =0.108又由表查得：x=0.5,則 DA=(Dmax-xΔ) + δA 0=(52.5-0.5×0.3)+ 0.030=52.35+ 0.030DT=( DA-Zmin) 0-δT =（52.35-0.132） 0-0.02=52.280-0.02校核: |δT|+|δA|=0.05﹤Zmax- Zmin(滿足間隙公差條件)。6.1.2 沖孔凸凹模刃口尺寸計(jì)算設(shè)工件尺寸為 11.09+ 0.180，以凸模為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，由表查得 Zmax=0.240，Zmin=0.132則 Zmax- Zmin =0.108對(duì)于沖孔尺寸 11.09+ 0.180的凸、凹模偏差查表得：δT=-0.02，δA=+0.020；又由表查得：x=0.75,則 dT=( dmin+ xΔ) 0-δT =（11.09+0.75×0.18） 0-0.02=11.2250-0.02dA=(dT+Zmin)+ δA 0=(11.225+0.132) + 0.020=11.357+ 0.020校核: |δT|+|δA|=0.04﹤Zmax- Zmin(滿足間隙公差條件)。6.1.3 拉深凸、凹模尺寸的計(jì)算 13（1）凸、凹模間隙的計(jì)算拉深間隙是指單邊間隙，即 Z=（dA-dT）/2,間隙過(guò)小會(huì)增加摩擦力，使拉深件容易拉裂，且易擦傷制件表面，降低模具壽命。間隙過(guò)大則對(duì)坯料的校直作用小，影響制件的尺寸精度。此件拉深模采用壓邊裝置，經(jīng)工藝計(jì)算一次就能拉深成形，故間隙為Z=1.05t=1.05×1.5=1.575mm.（2）凸、凹模刃口尺寸的計(jì)算對(duì)于制件一次拉深成型形的拉深模，其凸模和凹模的尺寸及公差應(yīng)按制件的要求確定。此工件要求的是內(nèi)形尺寸，設(shè)計(jì)凸、凹模時(shí)應(yīng)以凸模尺寸為基準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算，間隙取在凹模上，即：凸模尺寸：dT=(d+0.5Δ) 0-Δ/4 =(41+0.5×0.1) 0-0.025=41.050-0.025mm凹模尺寸：dA=（dT +2Z） +Δ/4 0=(41.05+2×1.575)+0.0250=44.2+0.0250 mm式中 dA ,dT—落料凸、凹模尺寸；Z—單邊間隙；Δ—拉深件尺寸公差；(3) 凸、凹模圓角半徑的計(jì)算a:凹模圓角半徑 ra. 一般來(lái)說(shuō)，大的 ra可以降低拉伸系數(shù)，還可以提高拉深件的質(zhì)量，所以 ra應(yīng)盡可能取大些，但 ra過(guò)大，拉深時(shí)板料將過(guò)早地失去壓邊，有可能出現(xiàn)拉深后期起皺。凹模圓角半徑根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：rA = = ≈3mm0.8()Ddt?0.8(52.4)1.5??式中： ra—凹模圓角半徑；D—坯料直徑；d—凹模內(nèi)徑；t—板料厚度；b:凸模圓角半徑 rt：rt 對(duì)拉深變形的影響，不像 ra那樣影響拉深的全過(guò)程，但 rt過(guò)大或過(guò)小同樣對(duì)防止起皺和拉裂及降低極限拉深系數(shù)不利。故 rt的合理取值應(yīng)不小于（2-3）t，只有變形程度較小時(shí)，才允許 rt=2t. 取 rt=3mm.注：在實(shí)際設(shè)計(jì)工作中，拉深凸、凹模圓角半徑應(yīng)選取比計(jì)算值略小的數(shù)值，這樣便于在試模調(diào)整時(shí)逐漸加大，直到拉出合格的制件為止。6.1.4 翻邊凸、凹模刃口尺寸的計(jì)算 14為保證翻孔凸緣挺直，凸模與凹模之間的間隙 Z/2 一般略小于材料厚度，查表知翻邊凸、凹模之間的單面間隙 Z/2=1.1mm。對(duì)于尺寸 300-0.43為外形尺寸，則翻邊模以凹模為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，由表查得Zmax=0.240，Zmin=0.132則 Zmax- Zmin =0.108又由凸、凹模偏差查表得：δT=-0.02，δA=+0.025；又由表查得：x=0.5,則 DA=(Dmax-xΔ) + δA 0；=（30-0.5×0.43） +0.0250=29.785+0.0250則翻邊凸模的尺寸為：DT=( DA-Z) 0-δT =（29.785-2.2） 0-0.02=27.5850-0.026.2 工作零部件的設(shè)計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)化6.2.1 落料凹模的設(shè)計(jì)落料凹模采用整體式，用普通機(jī)械加工制造，選用凸臺(tái)式凹模，安裝凹模在模架上的位置時(shí)，要依據(jù)壓力中心的數(shù)據(jù)，將壓力中心與模柄中心重合。凹模裝與下模座上時(shí)，由于下模座孔口較大因而使凹模工作時(shí)承受彎曲力矩，若凹模高度 H 及模壁高度 C 不足時(shí)，會(huì)使凹模產(chǎn)生較大變形，甚至破壞。但由于凹模受力復(fù)雜，很難按理論方法精確計(jì)算，對(duì)于非標(biāo)準(zhǔn)尺寸的凹模一般不作強(qiáng)度核算，可用經(jīng)驗(yàn)公式確定其尺寸。凹模高度 H=KB凹模壁厚 C=（1.5-2）H式中 B—凹?？椎淖畲髮挾?mm，但不小于 15mmC—凹模壁厚，mm,指刃口至凹模外形邊緣的距離K—系數(shù)，查表知 K=0.25凹模高度 H=KB=0.25×65=16.25mm 按表取標(biāo)準(zhǔn)值 32mm；凹?？走吘嗖楸碇獮?30 mm ；凹模上螺孔到凹模外緣的距離一般?。?.7~2.0）d（d 螺孔直徑）, 螺孔到凹模孔的距離一般取 b>2d，取 b=30 mm。當(dāng) H≧32 mm 時(shí)，螺孔大小可取 M10 或 M12。凹模長(zhǎng)度 L=65+2×30=125；查得標(biāo)準(zhǔn)圓形凹模周邊尺寸為 D×H=160×32 mm,結(jié)構(gòu)如圖： 15圖 6-16.2.2 沖孔凸模的設(shè)計(jì)φ11.225 的沖孔凸模，依據(jù)設(shè)計(jì)的基本形式及原理圖，沖孔凸模為圓形，具體的結(jié)構(gòu)可根據(jù)具體的需要而定，沖孔凸模采用 B 形圓凸模，其總長(zhǎng)可跟據(jù)具體的設(shè)計(jì)按如下方式計(jì)算： L=h1+h2+h式中 L—凸模長(zhǎng)度， mmh1—凸模固定板高度，mmh2—卸料板高度，mmh3—工件高度，mmh4—凸模再深入凹模鑲塊的高度 mm沖孔凸模的長(zhǎng)度:L=25+16+15.5+3.5=60mm;其結(jié)構(gòu)如圖： 16圖 6-26.2.3 拉深凸模的設(shè)計(jì)拉深凸模為尺寸較大的圓形凸模，其結(jié)構(gòu)尺寸如圖：圖 6-36.2.4 翻邊凹模的設(shè)計(jì) 17圖 6-46.2.5 凹模鑲塊（翻邊凸模、沖孔凹模）的設(shè)計(jì)圖 6-56.2.6 凸凹模（落料凸模、拉深凹模）的設(shè)計(jì) 18圖 6-66.3 定位裝置的設(shè)計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)化6.3.1 固定擋料銷(xiāo)的設(shè)計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)化擋料銷(xiāo)（又稱(chēng)定位銷(xiāo)）主要用于定位，保證條料有準(zhǔn)確的送料距，擋料銷(xiāo)有多種形式，分別用與不同的場(chǎng)合，本模具采用圓柱擋料銷(xiāo)，一般裝在凹模上，且它的固定部分和工作部分的直徑相差較大，因而不致削弱凹模的強(qiáng)度。這種擋料銷(xiāo)制造簡(jiǎn)單，一般用于帶固定和彈壓卸料板的模具中。擋料銷(xiāo)一般用 45 鋼制造；熱處理硬度 44-48HRC。當(dāng)料厚 3mm 以下時(shí)，擋料銷(xiāo)的高度可高于料厚 1mm 左右，而當(dāng)料厚 5mm 以上時(shí)，擋料銷(xiāo)的高度可低于料厚 1-2mm。選取標(biāo)準(zhǔn)件(B/T7649.10)如圖：圖 6-7 固定擋料銷(xiāo)的結(jié)構(gòu)選用直徑 d=φ8m，h=2mm 材料為 45 鋼 A 型固定擋料銷(xiāo)（JB/T7649.10—94） 196.4 標(biāo)準(zhǔn)模架的選用選擇模架尺寸時(shí)要根據(jù)凹模的輪廓尺寸考慮，一般在長(zhǎng)度和寬度上都應(yīng)比凹模大 30-40mm，模板厚度一般等于凹模厚度的 1-1.5 倍，選擇模架時(shí)還要注意模架與壓力機(jī)的安裝關(guān)系，例如模架與壓力機(jī)工作臺(tái)孔的關(guān)系，模座的寬度應(yīng)比壓力機(jī)工作臺(tái)孔的孔徑每邊約大 40-50mm，沖壓模具的閉合高度應(yīng)大于壓力機(jī)的最小裝模高度，小于壓力機(jī)的最大裝模高度等。由凹模周界可以選取標(biāo)準(zhǔn)模架，凹模周界 D=160,閉合高度 h1=180mm 模架選用中等精度，中、小尺寸沖壓件的后側(cè)導(dǎo)柱模架，從右向左送料，操作方便。上模座：L×B×H=160×160×40 GB/T 2855.5下模座：L×B×H=160×160×45 GB/T 2855.6導(dǎo) 柱：d×L=28×160 GB/T 2861.1導(dǎo) 套：d×L×D=28×70×38 GB/T 2861.6最小閉合高度：160最大閉合高度：200模具閉合高度H 閉=174.5mm可見(jiàn)該模具閉合高度滿足所選開(kāi)式壓力機(jī) 350KN 的閉合高度。Hmax(220)-5mm﹥174.5mm﹥Hmin(160)+10mm。圖 6-8 后側(cè)導(dǎo)柱模架1-下模座 2-導(dǎo)柱 3-導(dǎo)套 4-下模座 206.5 卸料裝置的設(shè)計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)化6.5.1 打桿的設(shè)計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)化打桿的設(shè)計(jì)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)件，選用此打桿如圖 圖 6-96.5.2 卸料螺釘?shù)脑O(shè)計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)化卸料板上設(shè)置 4 個(gè)卸料螺釘，公稱(chēng)直徑為 8mm,螺紋部分為 M6×10mm。卸料螺釘尾部應(yīng)留有足夠的行程空間。卸料螺釘擰緊后，應(yīng)使卸料板超出凸凹模端面 0.4mm，又誤差時(shí)通過(guò)在螺釘與卸料板之間安裝墊片來(lái)調(diào)整 [2]。卸料螺釘?shù)脑O(shè)計(jì)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)件，選用 10×86 GB699—886.5.3 卸料板的設(shè)計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)化彈性卸料板具有卸料與壓料的雙重作用，多用于沖制薄料，使工件的平面度提高，借助彈簧橡膠等彈性裝置卸料，常兼起壓邊、壓料裝置或凸模導(dǎo)向。查手冊(cè)：卸料板孔和凸模的單邊間隙 Z/2=（0.1-0.2）t（t 為材料厚度，mm） ，彈性卸料板的厚度 H 從表中選取為 16mm，卸料板的寬度為 125-200mm,在此取 160mm。查得卸料板孔與凸模的單邊間隙 Z/2=0.15，型孔與凸模的配合為 H7/H6。 21圖 6-106.5.4 彈簧的選取卸料彈簧的選用原則及步驟：1）根據(jù)總卸料力 F 卸估計(jì)擬用彈簧個(gè)數(shù) n，算出每個(gè)彈簧所承受的負(fù)荷 F 預(yù)。即 F 預(yù)=F 卸/n.2)根據(jù) F 預(yù)的大小，從標(biāo)準(zhǔn)中初選彈簧規(guī)格，使所選用的彈簧的最大工作負(fù)荷 Fj 大于F 預(yù)， 即 Fj＞F 預(yù)。3）所選彈簧的最大工作負(fù)荷 Fj 和最大工作負(fù)荷的總變形量 hj出該彈簧的特性曲線。4）檢查彈簧最大允許壓縮量，如果滿足下列條件，則彈簧選得合適。即 hj≧h 預(yù)+hI+h 修磨式中 h 預(yù)—彈簧預(yù)壓縮量；hI—料板工作行程，一般取料厚加 1mm。h 修磨—凹模修磨量，一般取 4-10mm。 22沖模中常用的圓柱螺旋壓縮彈簧是用 60Si2Mn 或碳素彈簧鋼絲卷制而成的，熱處理硬度為 43-48HRC，彈簧兩端拼緊并磨平。1）根據(jù)模具安裝位置，擬選用 6 個(gè)彈簧，則每個(gè)彈簧的負(fù)荷為：F 預(yù)=F 卸/n=3860/6=643N2）查表，并考慮到模具結(jié)構(gòu)尺寸，初選彈簧參數(shù)為：d=5,D2=28,t=8.79, Fj=964，h0=85,n=8.5,hj=28.8,L=924.【規(guī)格標(biāo)記為：彈簧 5×28×85】3)彈簧的特性曲線如圖所示圖 6-11 23Fj=964N ； hj=28.8mmh 預(yù)=(hj/Fj)×F 預(yù)=（28.8/964）×643=19.2mm.3）檢查彈簧最大壓縮量是否滿足上述條件：h 預(yù)+hI+h 修磨=19.2+2.5+5=26.7mmhj=28.8mm﹥26.7mm；故所選彈簧是合適的。7 模具總裝圖及其工作過(guò)程 分析 247.1 模具工作過(guò)程分析將條料沿導(dǎo)料銷(xiāo)平放在凹模面上，并沿導(dǎo)料銷(xiāo)向前送進(jìn)，接觸到擋料銷(xiāo)時(shí)停止送進(jìn)，壓力機(jī)滑塊帶著上模下行，首先由凸凹模 21 完成落料，緊接著由凸模 29 和凸凹模 21 進(jìn)行拉深，之后，由 12，28，10 完成預(yù)沖孔并翻孔成形。然后上?；爻?，落料后的條料由卸料板卸下，成形的工件在回程中由頂出器 9 將工件打下。7.2 模具總裝圖 25圖 7-11-下模座；2-限位器；3-導(dǎo)柱；4-導(dǎo)套；5-上模座；6-卸料板；7-彈簧；8-圓柱銷(xiāo)；9-頂出器；10-凹模；11-固定板；12-凸模；13-打桿；14-模柄；15-推板；16-連接推桿；17-內(nèi)六角螺釘；18-卸料螺釘；19-墊板；20-凸凹模；21-固定板；22-支架；23-墊塊；24-托桿；25-凹模鑲塊；26-凸模；27-內(nèi)六角螺釘；28-壓料器；29-擋料銷(xiāo)；30-內(nèi)六角螺釘；31-凹模模具材料的選用31 凹模 1 45 鋼30 內(nèi)六角螺釘 4 GB70—8529 擋料銷(xiāo) 2 T828 壓料器 1 45 鋼27 內(nèi)六角螺釘 4 GB70—8526 凸模 1 45 鋼25 凹模鑲塊 1 45 鋼24 托桿 4 35 鋼23 墊塊 2 35 鋼22 支架 2 35 鋼21 固定板 1 4020 凸凹模 1 45 鋼19 墊板 1 4018 卸料螺釘 4 GB70—8517 內(nèi)六角螺釘 416 連接推桿 3 40 GB70—8515 推板 1 40 2614 模柄 1 45 鋼13 打桿 1 4012 凸模 1 45 鋼11 固定板 1 4010 凹模 1 45 鋼9 頂出器 1 T108 圓柱銷(xiāo) 4 GB/T2861.1—907 彈簧 6 60SiMnA GB70—856 卸料板 1 405 上模座 1 HT200 GB/T2855.1—904 導(dǎo)套 2 20 GB/T2861.1—903 導(dǎo)柱 2 20 GB/T2861.1—902 限位器 2 401 下模座 1 HT200 GB/T2855.1—90序號(hào) 名稱(chēng) 件數(shù) 材料 備注8 結(jié)論用了半個(gè)月的時(shí)間本人終于把畢業(yè)設(shè)計(jì)全部完成，本人所做的題目是落料拉深沖孔翻邊復(fù)合模，在這半個(gè)月忙碌的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我感覺(jué)到自己收獲了很多，它讓我對(duì)沖壓模有了更加深刻的了解，通過(guò)這次實(shí)際操作，使我能夠綜合運(yùn)用各種沖壓模具設(shè)計(jì)資料上的知識(shí)，懂得了在遇到難題時(shí)該如何去查找資料來(lái)解決問(wèn)題，進(jìn)一步鞏固、加深和拓寬所學(xué)知識(shí)。通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)踐，我逐步樹(shù)立了正確的設(shè)計(jì)思想，增強(qiáng)了創(chuàng)新意識(shí)，熟悉掌握沖壓模具設(shè)計(jì)的一般規(guī)律，培養(yǎng)了分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力；通過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算、繪圖以及運(yùn)用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、設(shè)計(jì)手冊(cè)等有關(guān)設(shè)計(jì)資料，進(jìn)行了全面的沖壓模具設(shè)計(jì)基本技能的訓(xùn)練。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，雖然本人盡心盡力的去追求完全的正確答案，但由于個(gè)人的水平有限，有很多地方做得還是不夠好，還有以下幾個(gè)地方需要自己有待提高：1、對(duì)沖壓模具結(jié)構(gòu)的了解和掌握還有待提高，特別是對(duì)一些特殊結(jié)構(gòu)的模具。2、對(duì)沖壓模具工藝的計(jì)算能力還要再提高，因?yàn)檫@一直都是沖壓模具設(shè)計(jì)的一個(gè)要點(diǎn)和難點(diǎn)。3、對(duì)沖壓模具資料的視野還不夠開(kāi)闊， 這還要靠以后自己一點(diǎn)一滴的積累。 274、電腦知識(shí)與專(zhuān)業(yè)知識(shí)的結(jié)合還要進(jìn)一步的提高。例如在用 CAD 畫(huà)裝配圖時(shí)不是太熟練等等。以上這些缺點(diǎn)，我會(huì)在以后的學(xué)習(xí)和工作過(guò)程中努力改正，歷練自己，提高自己，因?yàn)槲乙恢眻?jiān)信“沒(méi)有最好，只有更好” ，同時(shí)更加希望老師在對(duì)本人的畢業(yè)設(shè)計(jì)審核時(shí)給予指正！致謝時(shí)光如電，歲月如梭，三年的大學(xué)生活即將結(jié)束，而我也即將離開(kāi)可敬的老師和熟悉的同學(xué)踏入不是很熟悉的社會(huì)中去。在這畢業(yè)之際，作為一名工科院校的學(xué)生，做畢業(yè)設(shè)計(jì)是一件必不可少的事情。畢業(yè)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)非常繁雜的工作，它涉及的知識(shí)非常廣泛，很多都是書(shū)上沒(méi)有的東西，這就要靠自己去圖書(shū)館查找自己所需要的資料；還有很多設(shè)計(jì)計(jì)算，這些都要靠自己運(yùn)用自己的思維能力去解決，可以說(shuō)，沒(méi)有一定的毅力和耐心是很難完成這樣復(fù)雜的工作。在學(xué)校中，我主要學(xué)的是理論性的知識(shí)，而實(shí)踐性很欠缺，而畢業(yè)設(shè)計(jì)就相當(dāng)于實(shí)戰(zhàn)前的一次總演練。畢業(yè)設(shè)計(jì)不但把我以前學(xué)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)系統(tǒng)的連貫起來(lái)，也使我在溫習(xí)舊知識(shí)的同時(shí)也可以學(xué)習(xí)到很多新的知識(shí)；這不但提高了我們解決問(wèn)題的能力，開(kāi)闊了我們的視野，在一定程度上彌補(bǔ)我們實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的不足，為以后的工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。由于本人資質(zhì)有限，很多知識(shí)掌握的不是很牢固，因此在設(shè)計(jì)中難免要遇到很多難題，在有課程設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)及老師的不時(shí)指導(dǎo)和同學(xué)的熱心幫助下，克服了一個(gè)又一個(gè)的困難，使我的畢業(yè)設(shè)計(jì)日趨完善。畢業(yè)設(shè)計(jì)雖然很辛苦，但是在設(shè)計(jì)中不斷思考問(wèn)題，研究問(wèn)題，咨詢問(wèn)題，一步步提高了自己，一步步完善了自己。同時(shí)也汲取了更完整的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，鍛煉了自己獨(dú)立設(shè)計(jì)的能力，使我受益匪淺，我相信這些經(jīng)驗(yàn)對(duì)我以后的工作一定有很大的幫助，而且也鍛煉我的吃苦耐勞的精神，讓我在這個(gè)競(jìng)爭(zhēng)的社會(huì)里有立足之地。 28參考文獻(xiàn)[1]陳錫棟主編.沖模設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)例.機(jī)械工業(yè)出版社,1993[2]劉建超 張寶忠主編.沖壓模具設(shè)計(jì)與制造.高等教育出版社,1996 [3]王孝培主編.沖壓手冊(cè).機(jī)械工業(yè)出版社,1990[4]鐘毓斌主編.沖壓工藝與模具設(shè)計(jì).華北航天工業(yè)學(xué)院出版社,1998 [5]王孝培主編.中國(guó)模具設(shè)計(jì)大典.江西科學(xué)技術(shù)出版社,2002 [6]郝濱海主編.沖壓模具簡(jiǎn)明設(shè)計(jì)手冊(cè).化學(xué)工業(yè)出版社,2005[7]翟德梅主編.模具制造技術(shù).化學(xué)工業(yè)出版社,2001 [8]中國(guó)機(jī)械工業(yè)教育協(xié)會(huì).冷沖模設(shè)計(jì)及制造.機(jī)械工業(yè)出版社,2003