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沖壓模具設(shè)計(jì)中側(cè)壁起皺的分析
F.-k. Chen and Y.-C. Liao
臺灣 臺北市國立臺灣大學(xué)機(jī)械工程部門
在沖壓過程中，起皺一般發(fā)生在有錐度的方形杯子和帶有階梯的矩形杯子成形時。這兩種起皺類型的共同特征是起皺都發(fā)生在相對沒有支撐的側(cè)壁。在沖壓一個有錐度的方形杯子時，當(dāng)發(fā)生起皺時，比如沖模間隙和沖壓毛壞的壓力大小等參數(shù)的影響通過有限元模擬方法被檢查到。模擬結(jié)果顯示沖模間隙越大，起皺的就越明顯，而且起皺不能通過增加沖壓力來被抑制。在研究帶有階梯的矩形杯子沖壓過程的起皺時，發(fā)現(xiàn)了一個有相似幾何類型的實(shí)際部分。在側(cè)壁被發(fā)現(xiàn)的起皺是因?yàn)榻橛跊_頭和階梯邊緣的金屬板料不平衡伸展造成的。為減少起皺，一個最適宜的沖模設(shè)計(jì)方法就是利用有限元分析法。在無起皺產(chǎn)品中介于模擬結(jié)果和實(shí)測結(jié)果的好協(xié)議使有限元分析法生效，而且證實(shí)了利用有限元分析法去設(shè)計(jì)沖模的優(yōu)勢。
關(guān)鍵詞：側(cè)壁起皺；沖模；階梯的矩形杯子；帶有錐度的主形杯子
1． 介紹
起皺是在金屬板料成形中主要的缺陷之一。由于性能和視察的原因，在產(chǎn)品中起皺往往不能被接受。在金屬板料成形過程中，有三種形式的起皺頻繁的發(fā)生：邊緣起皺，側(cè)壁起皺和由于殘余的彈性壓力引起的未變形區(qū)域的彈性彎曲。在沖壓一個復(fù)雜形狀零件的操作時，側(cè)壁起皺意味著沖模腔中的起皺。由于側(cè)壁區(qū)域的金屬板料相對于其它區(qū)域的金屬板料不被工具所保征質(zhì)量，側(cè)壁起皺的消除比邊緣起皺的抑制更難。很明顯，在未被加固的側(cè)壁區(qū)域中的金屬材料的額外拉伸可能防止起皺，而且在實(shí)際操作中也可以通過增加沖壓力來防止起皺，但是過度的拉力會通過裂痕導(dǎo)致失敗。因此，沖壓力必須處于一個狹小的范圍，一方面，要高于抑制起皺的力，另一方面，要低于產(chǎn)生破裂的力。沖壓力的狹小范圍很難計(jì)算。對于沖壓一個復(fù)雜形狀的零件，當(dāng)起皺發(fā)生在中心區(qū)域時，有意義的沖壓力范圍甚至不存在。
為了檢查起皺的形成結(jié)構(gòu)，Yoshida et al.發(fā)明了一種測試，在這種測試?yán)铮粔K薄板料不是均勻的沿著它的斜度被拉伸。他們也計(jì)劃一個近似的理論模型，在這種模型里面，起皺的開始取決于在壓力不均勻區(qū)域中有壓縮的側(cè)部力的彈性灣曲。Yu et al.從實(shí)驗(yàn)性和分析性上研究起皺問題，通過理論分析，他發(fā)現(xiàn)帶有兩個圓周波的起皺可能發(fā)生，然而，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示是四到六個。當(dāng)通過一個有錐度的模具畫出金屬板料時，Narayanasamy和sowerby用平底的沖頭和半球狀的沖頭檢查金屬板料的起皺。他們也試圖去把可以抑制起皺的道具分類。
那些努力都被聚中于和簡單形狀零件關(guān)聯(lián)的起皺問題上，例如：一個圓形的杯子。在90年代早期，金屬板料成形中三維動態(tài)軟件和有限元方法的成功運(yùn)用使得分析包括在沖壓一個復(fù)雜形狀零件的起皺問題成為可能。在當(dāng)前的研究中，三維有限元分析法被用來分析在沖壓一個帶有階梯的矩形部分的過程中，產(chǎn)生起皺的金屬流動制造參數(shù)上。
一個帶有階梯的方形杯子，在杯子的每一邊都有一個傾斜的側(cè)壁，在帶有錐度的杯子也相應(yīng)的存在傾斜的側(cè)壁。在沖壓過程中，側(cè)壁上的金屬板料相對沒被支撐，因此，這個部位更容易起皺。在當(dāng)前的研究中，起皺過程中的各種不同的制造參數(shù)的影響都在被研究。在沖壓一個帶有階梯的方形杯子時，就像圖1B顯示的一樣，可以觀測到另一種形式的起皺。為了評估分析的效力，在當(dāng)前的研究中，一個確切階梯幾何形狀的物體被檢測。通過使用有限元分析法和用適宜的模具設(shè)計(jì)來減少起皺，起皺的原因被確定。在觀測一個實(shí)際產(chǎn)品成形時，通過有限元分析法得到的模具設(shè)計(jì)方法得到證實(shí)。
圖1帶有錐度方形杯子的拉伸（a）和帶有階梯的矩形杯子的拉伸（b）
2有限元模型
包括沖頭、模具和毛壞固定器等工具幾何學(xué)是用CAD或PRO/E軟件來設(shè)計(jì)的。同樣用CAD軟件，三節(jié)點(diǎn)和四節(jié)點(diǎn)的外形元素被采用用來為以上工具生產(chǎn)網(wǎng)眼系統(tǒng)。對于有限元模擬來說，工具被認(rèn)為是剛硬的，而且對應(yīng)的網(wǎng)眼被用來定義工具幾何學(xué)而不是壓力分析。同樣CAD軟件使用四節(jié)點(diǎn)外形元素來為板形壞料構(gòu)造網(wǎng)眼。圖2顯示工具的完整布置的網(wǎng)眼系統(tǒng)和用來沖壓帶有階梯方形杯子的板形壞料。由于對稱條件，方形杯子的四分之一被分析。在模擬中，板形壞料放在壓力機(jī)上，沖模向下移動，逆著壓力機(jī)夾緊板形壞料。然后沖模上升使得板形壞料按著模腔成形。
圖2 有限元網(wǎng)眼
為了表演一個精確的有限元分析法，金屬板料的真實(shí)應(yīng)力應(yīng)變曲線被要求是輸入數(shù)據(jù)的一部分。在當(dāng)前的研究中，拉深成形的金屬板料也被用來模擬。為在飛機(jī)上切割下的樣本測試被進(jìn)行，它們依次從0度的旋轉(zhuǎn)方向到45度的旋轉(zhuǎn)方向，再到90度的旋轉(zhuǎn)方向進(jìn)行著。平均的流動力σ，計(jì)算方程為σ=（σ0+2σ45+σ90）/4，因?yàn)槊恳粋€方法真實(shí)應(yīng)變通常用來模擬帶錐度方形杯子和帶階梯矩形的沖壓，就如圖3顯示的那樣。
當(dāng)前研究中所有的模擬利用有限元程序PAM-STAMP涉及SGI Indigo2工作站。為了完成模似所需輸入數(shù)據(jù)的設(shè)置，沖頭的速度一般設(shè)置在10m/s，庫侖摩擦系數(shù)設(shè)置在0.1。
圖3 金屬板料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系
3 錐度方形杯中的起皺
正像圖1a顯示的那樣，草圖暗示著一些有關(guān)錐度方形杯子的尺寸，方形沖頭每一面的長度（2WP）、模腔的尺寸（2Wd）和高度(H)被認(rèn)為是影響起皺的至關(guān)重要尺寸。在當(dāng)前研究中，模腔尺寸和沖頭尺寸的差距的一半稱作沖模間隙（記作G），G= Wd- WP。相關(guān)的在側(cè)壁沒被支撐的金屬板料的寬度取決于沖模間隙，起皺假想通過增加沖壓力來被抑制。相對于沖壓一個錐度方形杯子，沖模間隙和沖壓力兩方面的影響在接下來的部分被研究。
3.1沖模間隙的影響
為了檢查沖模間隙對起皺的影響，在沖壓一個錐度方形杯子時，分別用20mm，30mm，50mm大小的沖模間隙進(jìn)行模擬沖壓。在每次模擬沖壓中，模腔的尺寸都是固定在200mm，而且杯子拉深的高度都是100mm。三次模擬中使用的金屬板料都是380X380的方形尺寸，厚度也都是0.7mm，金屬的應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖3所示。
圖4 G=50mm的帶有錐度的方形杯子
模擬結(jié)果顯示三次模擬中都發(fā)生起皺現(xiàn)象，沖模間隙為50mm沖壓出來的杯子模擬形狀如圖4。從圖4中可以看出，起皺分布在側(cè)壁，側(cè)壁拐角尤其明顯。這就說明在沖壓過程中，起皺是由于在側(cè)壁有大面積區(qū)域不被支撐，同樣，由于沖模間隙不一樣，沖頭各邊的長度和模腔尺寸也不一樣。由于橫向壓力的存大，在沖頭和模腔中拉深成形的金屬板料越來越不牢固。在壓縮下，側(cè)壁金屬板料不受限制的拉伸是起皺的主要原因。為了比較三種不同間隙沖壓出來的產(chǎn)品，兩個主要的應(yīng)變比率β被介紹，β=εmin/εmax，這里的εmin和εmax分別是主要的和次要的應(yīng)變。Hosford和Caddell已經(jīng)展示了β的實(shí)際值比β的評論值大，假設(shè)當(dāng)起皺發(fā)生時，β的實(shí)際值越大，起皺的可能性就越大。
在三個沖模間隙不同的沖壓中，同一側(cè)壁高度，沿著橫截面M-N的β值在圖4中標(biāo)記出，在圖5中畫出。圖5中說明嚴(yán)重的起皺一般發(fā)生在拐角處，而對三個沖模間隙不同的沖壓，在側(cè)壁中心很少發(fā)生起皺。還說明了沖模間隙越大，β的實(shí)際值就越大。因此，增加沖模間隙將增加在錐度方形杯子側(cè)壁處發(fā)生起皺的可能性。
3.2沖壓力的影響
眾所周知，在沖壓過程中，增加沖壓力可以幫助排除起皺。為了研究增加沖壓力的影響，沖模間隙為50mm與起皺是有關(guān)聯(lián)的，用沖模間隙為50mm的模具沖壓帶有錐度方形杯子被用不同的沖壓力來模擬了。沖壓從100KN增加到600KN，這兩個力分別產(chǎn)生0.33Mpa和1.98Mpa。在上述部分，剩下的模擬條件與給定的是一樣的。處于中間的300KN也被用來模擬。
模擬結(jié)果顯示沖壓力的增加并沒有幫助消除發(fā)生在側(cè)壁的起皺。在圖4中已標(biāo)出沿著橫截面M-N的β值與沖壓力為100KN和600KN的β值作比較。模擬結(jié)果指出兩種情況下，沿著橫截面M-N的β值是一樣的。為了檢查兩種不同沖壓力的起皺形狀，正如圖4和圖6標(biāo)出的那樣，側(cè)壁上從底部向上有五處不同位置的橫截面。從圖6可以看出，兩個外殼的波浪形橫截面是相似的。這就說明在沖壓帶有錐度的方形杯子時，沖壓力不影響起皺的發(fā)生，這是因?yàn)槠鸢櫟脑蛑饕怯捎谠谟袡M向壓力存在的側(cè)壁處有大面積區(qū)域不被支撐。沖壓力對沖頭和模腔之間材料不穩(wěn)定的模式并沒有影響。
圖5 沿著橫截面M-N不同沖模間隙的β值
4階梯矩形杯子
在沖壓一個階梯矩形杯子時，起皺發(fā)生在側(cè)壁即使沖模間隙并不是那么重要。輪廓1顯示沖壓階梯矩形杯子的沖頭草圖，在這張草圖中，側(cè)壁C沿臺階D-E而行。在近期的研究中，在一個實(shí)際的產(chǎn)品中檢查到了這種幾何形狀。這種產(chǎn)品使用的原材料的厚度是0.7mm，從拉力測試中獲得的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系如圖3所示。
這種沖壓部分產(chǎn)品的程序包括通過清理焊縫的深拉。在這種深拉過程中，沒有焊縫被用在沖模表面來幫助幫助金屬的流動。但是，由于沖頭拐角處的半徑過小和其復(fù)雜的幾何形狀，如圖7顯示的那樣，在沖頭邊緣上部經(jīng)常發(fā)生拉裂，在真實(shí)產(chǎn)品的側(cè)壁處經(jīng)常發(fā)生起皺。從圖7中可以看出，皺紋發(fā)分布在側(cè)壁上，但是在階梯邊緣拐角處最為嚴(yán)重，就像圖1（b）中A-D，B-E顯示的那樣。在沖頭的上部邊緣，金屬往往被拉裂，就像圖7所示。
為了進(jìn)一步的了解沖壓過程中板料的變形，誕生了一種有限元的方法。這種有限元模擬方法被在最初的設(shè)計(jì)中。部分的模擬形狀如圖8所示。從圖8中可以看出，零件上部邊緣的網(wǎng)眼被拉深，皺紋分布在側(cè)壁上，類似真實(shí)零件中的那樣。
圖6 從圖a的100KN到圖b的600KN不同側(cè)壁高度的橫截面線條
圖7 產(chǎn)品零件中的拉裂和起皺
圖8 產(chǎn)品拉裂和起皺的模擬形狀
如圖1（b）就像A-B邊緣半徑和沖孔拐角處A的半徑一樣，沖孔的半徑也很小，這被認(rèn)為是拉裂的最主要原因。但是，根據(jù)有限元分析的結(jié)果，拉裂可以通過增加以半徑來避免。這種理念在現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品中通過增加半徑得到證實(shí)。
個別的嘗試也被用來消除起皺。第一，沖壓力加到原來的2倍。但是，就像在拉深帶有錐度的杯子中得到的結(jié)果一樣，沖壓力對消除起皺現(xiàn)象沒有起有很大的效果。通過增加摩擦和毛坯尺寸也得到同樣的結(jié)論。于是我們推測，這種起皺不能通過增加沖壓力來得到抑制。
由于在金屬屈服于過大壓力的區(qū)域，往往會因?yàn)榇罅康慕饘倭鲃佣鸢?，一種通過在起皺區(qū)域增加掛鉤用于消除起皺的簡單方法被用來吸收多余的材料。為了多余的金屬能有效的被吸收，掛鉤應(yīng)該平衡的加在起皺位置?；谶@種理念，兩個掛鉤被加在鄰近在壁上吸收多余的材料，如圖9如示。模擬結(jié)果顯示，階梯拐角處的起皺正如想象的那樣被吸收，但是，一些起皺仍然沒被吸收。這說明在側(cè)壁處需要更多的掛鉤來吸收所有過量的材料，但是這在模具設(shè)計(jì)中是不允許的。
利用有限元分析法分析沖壓工序的一個優(yōu)勢是沖壓過程中板料的變形形狀可以被監(jiān)測，而這在真實(shí)的產(chǎn)品沖壓過程中是不可能的。對沖壓過程中金屬流動的精密監(jiān)測顯示板料最開始通過沖頭的力按模腔的形狀成形，直到板料接觸到如圖1（b）階梯D-E邊緣才形成起皺。起皺的形狀如
圖9 加到側(cè)壁的起皺
圖10顯示的那樣。這就為模具設(shè)計(jì)的改進(jìn)提供了有價(jià)值的信息。
圖10 當(dāng)板料接觸臺階邊緣的起皺形成
圖11 切除了的臺階拐角
對于起皺的發(fā)生，最初的一個猜想是沖頭拐角處范圍A和階梯拐角處范圍D之間的金屬板料處于不平坦的拉深，就如圖1（b）所示。階梯拐角處被切主要是為了改善拉深條件，這樣就允許通過增加階梯邊緣有更多的拉伸被應(yīng)用到如圖11所示，從而使得模具設(shè)計(jì)的改進(jìn)得到發(fā)展。但是，杯子側(cè)壁處仍然有起皺，這就意味著起皺是因?yàn)檎麄€沖頭邊緣和整個階梯邊緣的不平坦引起的，不僅僅是沖頭拐角處和階梯拐角處之間的不平坦。為了證實(shí)這種說法，兩種改進(jìn)過了的模具設(shè)計(jì)被用來實(shí)驗(yàn)：為了描述想象中的形狀用兩種拉深操作，一種是切去整個階梯，而另一種是增加更多的拉深操作。前一個方法的模擬形狀所圖12所示。自從更低的階梯被切去后，拉深工序與圖12中的矩形杯子拉深工序性很相似。從圖12中可以看出起皺現(xiàn)象已被消除。
在這兩種操作的拉深工序中，板料最初是被拉到很深的階梯處，如圖13（a）所示，然后，較低的階梯在第二步拉深操作中成形，同是，如圖13（b）所示的想象形狀也得到了。從圖13（b）可以清晰的看出，通過兩步拉深工序可以造出沒有起皺的階梯矩形杯子，同時也說明在兩步拉深工序中，如果相應(yīng)的順序被應(yīng)用，則更低一些的階梯處的成形是伴隨更深階梯處成形和最深階梯邊緣處成形的最早成形，如圖1(b)中的A-B，因?yàn)榻饘俨蝗菀淄ㄟ^較低的階梯進(jìn)入模具型腔。
圖12改善模具設(shè)計(jì)的模擬形狀
圖13 兩個操作步驟中的a第一步操作 b第二步操作
有限元分析法說明用簡單的拉深操作來設(shè)計(jì)理想產(chǎn)品的沖壓模具設(shè)計(jì)是很難完成的。但是，由于額外的模具費(fèi)用和操作費(fèi)用，兩個操作的制造費(fèi)用是很高的。為了保持較低的制造費(fèi)用，零件的設(shè)計(jì)師對形狀做出了合適的改變，而且通過有限元模擬分析法結(jié)果去切除較低的臺階來改善模具設(shè)計(jì)，如圖12所示。隨著設(shè)計(jì)方法的改進(jìn)，產(chǎn)品真實(shí)的沖壓模具被制造出來，而且零件還沒有起皺，如圖14所示。通過有限元模擬分析法得到的零件也沒有起皺。
為了進(jìn)一步驗(yàn)證有限元模擬分析法的結(jié)果，有限元模擬分析法得到的沿橫截面G-H的厚度分布如圖14所示，這與產(chǎn)品的尺寸做了比較，比較的結(jié)果顯示在圖15。從圖15可以看出有限元模擬分析法得到的預(yù)想的厚度分布和產(chǎn)品得到的厚度分布是相符合的。這種吻合證實(shí)了有限元模擬分析法的效率。
圖14 無缺陷產(chǎn)品零件
圖15 G-H處模擬和測量厚度
5概要和結(jié)束語
通過有限元模擬分析法研究了兩種在沖壓過程中的起皺，而且還檢查了其起皺的原因和消除起皺的方法。
第一種形式的起皺發(fā)生在沖壓帶有錐度的方形杯子的側(cè)壁上，這種起皺的原因是因?yàn)闆_模間隙過大（沖模間隙就是模腔的尺寸和沖頭的尺寸的差距）。當(dāng)金屬被拉至模腔中，在沖頭和型腔中有一有害的拉深時，大的沖模間隙導(dǎo)致金屬板料的大面積區(qū)域不被支撐，因此大面積區(qū)域不被支撐導(dǎo)致起皺。有限元模擬分析法顯示這種起皺不能通過增加沖壓力的方法來得到抑制。
另一種形式的起皺發(fā)生在有階梯矩形的幾何形狀物體沖壓過程中。起皺往往發(fā)生在臺階以上的側(cè)壁，甚至沖模的間隙不是足夠的大。通過有限元模擬法得知，這種起皺主要是由于在沖頭和臺階邊緣存在不平坦的拉伸。在模具設(shè)計(jì)過程中，通過有限元模擬分析法單獨(dú)的嘗試被用來消除起皺，切除了臺階的模具被建立。通過無缺陷的零件證實(shí)了這種模具設(shè)計(jì)方法對消除起皺的作用。有限元模擬分析法得到的結(jié)果和真實(shí)產(chǎn)品中看到的結(jié)果相吻合說明了有限元模擬分析法的準(zhǔn)確性，還證實(shí)了用有限元分析法代替真實(shí)的模具制造方法的效力。
感謝
作者希望感謝中國人民共和國民族科學(xué)委員會授于NSC-86-2212-E002-028編號才使得這個項(xiàng)目得到發(fā)展。他們也希望感謝KYM提供了產(chǎn)品零件。
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5. W.F.Hosford 和 R.M.Caddell，金屬成形:機(jī)械和冶金，1993年第二季。
盧俊
1.
圖2-1 零件圖
工件名稱：端蓋
生產(chǎn)批量：大批量
材料：10#鋼
料厚：2mm
設(shè)計(jì)任務(wù)及具體要求
1、 結(jié)合設(shè)計(jì)課題進(jìn)行文獻(xiàn)檢索，撰寫2000字左右的專題綜述報(bào)告一篇；
2、 沖壓模圖紙?jiān)O(shè)計(jì)；
3、 沖壓模工藝參數(shù)計(jì)算及設(shè)備選型；
4、 完成2～3篇的專業(yè)外文資料翻譯，字?jǐn)?shù)不得少于5000字；
5、 撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書8000字以上，學(xué)會幻燈片PPT的制作。
王志林
題目5：油檔拉深模具設(shè)計(jì)及仿真優(yōu)化
零件名稱：油擋 材料：10鋼 料厚：1.5mm
設(shè)計(jì)任務(wù)及具體要求
1、 結(jié)合設(shè)計(jì)課題進(jìn)行文獻(xiàn)檢索，撰寫2000字左右的專題綜述報(bào)告一篇；
2、 沖壓模圖紙?jiān)O(shè)計(jì)；
3、 沖壓模工藝參數(shù)計(jì)算及設(shè)備選型；
4、 完成2～3篇的專業(yè)外文資料翻譯，字?jǐn)?shù)不得少于5000字；
5、 撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書8000字以上，學(xué)會幻燈片PPT的制作。
說明：畢業(yè)設(shè)計(jì)圖紙量不少于4張0號圖，其中至少有一張為計(jì)算機(jī)繪圖
XXXX大學(xué)
畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書
題 目: 油檔沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)
年級、 專業(yè):
姓 名:
學(xué) 號:
指 導(dǎo) 教 師:
完 成 時 間:
摘 要
隨著模具制造的技能化逐步向科學(xué)化發(fā)展，逐漸由以前手動方式發(fā)展為利用軟件等高科技方式來輔助設(shè)計(jì)的完成。冷沖模是其中的一種。
畢業(yè)設(shè)計(jì)是在模具專業(yè)理論教學(xué)之后進(jìn)行的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。是對所學(xué)知識的一次總檢驗(yàn)，是走向工作崗位前的一次實(shí)戰(zhàn)演習(xí)。其目的是，綜合運(yùn)用所學(xué)課程的理論和實(shí)踐知識,設(shè)計(jì)一副完整的模具訓(xùn)練、培養(yǎng)和提高自己的工作能力。鞏固和擴(kuò)充模具專業(yè)課程所學(xué)內(nèi)容，掌握模具設(shè)計(jì)與制造的方法、步驟和相關(guān)技術(shù)規(guī)范。熟練查閱相關(guān)技術(shù)資料。掌握模具設(shè)計(jì)與制造的基本技能，如制件工藝性分析、模具工藝方案論證、工藝計(jì)算、加工設(shè)備選定、制造工藝、收集和查閱設(shè)計(jì)資料，繪圖及編寫設(shè)計(jì)技術(shù)文件等。
沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)應(yīng)結(jié)合工廠的設(shè)備、人員等實(shí)際情況，從零件的質(zhì)量、生產(chǎn)效率、生產(chǎn)成本、勞動強(qiáng)度、環(huán)境的保護(hù)以及生產(chǎn)的安全性各個方面綜合考慮，選擇技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、使用安全可靠的工藝方案和模具，以使沖壓件的生產(chǎn)在保證達(dá)到設(shè)計(jì)圖樣上的各項(xiàng)技術(shù)要求，盡可能降低沖壓的工藝成本和保證安全生產(chǎn)。
本文闡述了沖壓復(fù)合模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及工作過程，通過工藝分析，采用落料拉深切邊工序，通過沖壓力、拉深力、頂件力、卸料力等計(jì)算，確定模具類型。該模具采用中間導(dǎo)柱圓形模架，左右兩邊的導(dǎo)柱和導(dǎo)套采用同一型號。落料凹模采用整體結(jié)構(gòu)，廢料從凸凹模的開槽中卸出。本模具性能可靠，運(yùn)行平穩(wěn)，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，降低勞動強(qiáng)度和生產(chǎn)成本。
關(guān)鍵詞：
工藝性分析、模具工藝方案論證、工藝計(jì)算、加工設(shè)備選定、制造工藝、收集和查閱設(shè)計(jì)資料，繪圖及編寫設(shè)計(jì)技術(shù)文件等。
目 錄
摘 要 2
序 言 4
第一章、模具工藝分析及工藝方案的確定 6
1.1.沖壓成形工藝分析 6
1.1.1.明確設(shè)計(jì)任務(wù)，收集相關(guān)資料 6
1.1.2.沖壓工藝性分析 7
1.2.沖壓工藝方案的制定及模具結(jié)構(gòu)類型 7
第二章、模具主要工藝設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算 8
2.1.毛坯尺寸和主要參數(shù)的計(jì)算 8
第三章、設(shè)計(jì)前計(jì)算 12
3.1.確定排樣裁板方式及材料利用率 12
3.1.1.排樣方式 12
3.1.2.搭邊與料寬 12
3.1.3.裁板方法 13
3.1.4.材料的利用率 14
3.2.確定沖模類型及結(jié)構(gòu)形式 14
3.3.工序壓力、壓力中心的計(jì)算和壓力機(jī)的選擇 14
3.3.1.工序壓力的計(jì)算 14
3.3.2.沖壓力計(jì)算 14
3.4.計(jì)算模具壓力中心 16
3.5.壓力機(jī)的選擇 16
3.6.壓力機(jī)的校核 18
3.6.1.閉合高度的校核 18
3.6.2.工作臺面尺寸的校核 18
3.6.3.滑塊行程的校核 19
第四章、模具主要工作部分尺寸計(jì)算 20
4.1模具主要工作部分的設(shè)計(jì) 20
4.1.1.模具零件設(shè)計(jì) 20
4.1.2.模架的選用 24
4.2.計(jì)算模具主要工作部分的刃口尺寸 25
4.2.1.刃口尺寸的計(jì)算原則 25
4.2.2.刃口尺寸的計(jì)算及公差的確定 26
4.3.沖裁間隙的調(diào)整 27
第五章、模具總裝 28
設(shè)計(jì)總結(jié) 29
參考文獻(xiàn) 30
序 言
模具是機(jī)械制造中技術(shù)先進(jìn)、影響深遠(yuǎn)的重要工藝裝備,它具有生產(chǎn)效率高、材料利用率高、制件質(zhì)量優(yōu)良、工藝適應(yīng)性好等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于汽車、機(jī)械、航天、航空、輕工、電子、電器等行業(yè)，更是汽車制造的四大工藝之一。
模具技術(shù)未來發(fā)展趨勢主要是朝信息化、高速化生產(chǎn)與高精度化發(fā)展。因此從設(shè)計(jì)技術(shù)來說，發(fā)展重點(diǎn)在于大力推廣CAD/CAE/CAM技術(shù)的應(yīng)用，并持續(xù)提高效率，特別是板材成型過程的計(jì)算機(jī)模擬分析技術(shù)。模具CAD、CAM技術(shù)應(yīng)向宜人化、集成化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，并提高模具CAD、CAM系統(tǒng)專用化程度。
我國沖壓模具無論在數(shù)量上，還是在質(zhì)量、技術(shù)和能力等方面都已有了很大發(fā)展，但與國發(fā)經(jīng)濟(jì)需求和世界先進(jìn)水平相比，差距仍很大，一些大型、精度、復(fù)雜、長壽命的高檔模具每年仍大量進(jìn)口，特別是中高檔轎車的覆蓋件模具，目前仍主要依靠進(jìn)口。一些低檔次的簡單沖模，已趨供過于求，市場竟?fàn)幖ち摇?
模具制造技術(shù)迅速發(fā)展，已成為現(xiàn)代制造技術(shù)的重要組成部分。在現(xiàn)代化工業(yè)進(jìn)程中，模具的地位及其重要性越來越被人們所重視，一個國家模具工業(yè)技術(shù)水平的高低，直接代表著這個國家工業(yè)設(shè)計(jì)制造水平的技術(shù)水平，它在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。
畢業(yè)設(shè)計(jì)是一種綜合性的訓(xùn)練，也是一個重要的專業(yè)實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)，它綜合性強(qiáng)，應(yīng)用知識面寬。隨著社會主義市場經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，工業(yè)產(chǎn)品增多，產(chǎn)品更新?lián)Q代加快，市場競爭激烈。模具作為一種工具已廣泛地應(yīng)用在各行各業(yè)之中。模具是現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的重要工藝裝備。在國民經(jīng)濟(jì)的各個工業(yè)部門都越來越多地依靠模具來進(jìn)行生產(chǎn)加工。模具已成為國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)工業(yè)。模具已成為當(dāng)代工業(yè)的重要手段和工藝發(fā)展方向之一?，F(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品的品種和生產(chǎn)效益的提高，在很大程度上取決于模具的發(fā)展和技術(shù)經(jīng)濟(jì)水平。
為了更進(jìn)一步加強(qiáng)我們的設(shè)計(jì)能力，鞏固所學(xué)的專業(yè)知識，在畢業(yè)之際，特安排了此次的畢業(yè)設(shè)計(jì)。畢業(yè)計(jì)也是我們專業(yè)在學(xué)完基礎(chǔ)理論課，技術(shù)基礎(chǔ)課和專業(yè)課的基礎(chǔ)上，所設(shè)置的一個重要的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。
本次設(shè)計(jì)的目的：
一、 綜合運(yùn)用本專業(yè)所學(xué)的理論與生產(chǎn)實(shí)際知識，進(jìn)行一次沖壓模設(shè)計(jì)的實(shí)際訓(xùn)練，從而提高我們獨(dú)立工作能力。
二、 鞏固復(fù)習(xí)三年以來所學(xué)的各門學(xué)科的知識，以致能融貫通，進(jìn)一步了解從模具設(shè)計(jì)到模具制造整個工藝流程。
三、 掌握模具設(shè)計(jì)的基本技能，如計(jì)算、繪圖、查閱設(shè)計(jì)資料和手冊，熟悉標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范等。
由于本人設(shè)計(jì)水平有限，經(jīng)驗(yàn)不足，錯誤難免，敬請老師批評、指導(dǎo)，不勝感激。
第一章、模具工藝分析及工藝方案的確定
1.1.沖壓成形工藝分析
1.1.1.明確設(shè)計(jì)任務(wù)，收集相關(guān)資料
沖壓件的工藝性是指沖壓件在沖壓加工中的難易程度。所謂沖壓工藝性好是指能用普通的沖壓方法，在模具壽命和生產(chǎn)率較高、成本較低的條件下得到質(zhì)量合格的沖壓件。因此，沖壓件的結(jié)構(gòu)形狀、尺寸大小、精度等級、材料及厚度等是否符合沖壓的工藝要求，對沖壓件質(zhì)量、模具壽命和生產(chǎn)效率有很大的影響。
沖壓工藝設(shè)計(jì)應(yīng)在研究設(shè)計(jì)任務(wù)，分析設(shè)計(jì)題目，了解原始數(shù)據(jù)和工作條件，明確設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求的條件下，收集﹑調(diào)查﹑研究并掌握有關(guān)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的原始資料的基礎(chǔ)上的基礎(chǔ)上進(jìn)行，做到有目的的設(shè)計(jì)，避免盲目性。工藝設(shè)計(jì)的原始資料主要包括如下內(nèi)容：
圖1 產(chǎn)品圖
（1）沖壓件的產(chǎn)品圖及技術(shù)要求
零件圖如設(shè)計(jì)任務(wù)書中所示的零件圖。技術(shù)條件應(yīng)明確合理。由此可對拉深件的結(jié)構(gòu)，尺寸大小，精度要求以及裝配關(guān)系，實(shí)用性能等有全面了解，以便制定工藝方案，選擇模具類型和確定模具精度。
（2）生產(chǎn)類型
生產(chǎn)類型是企業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)程度的分類，一般分為大量生產(chǎn)、成批生產(chǎn)、小批量生產(chǎn)，該零件的生產(chǎn)類型為大批量生產(chǎn)。
（3）生產(chǎn)組織形式
生產(chǎn)類型不相同，零件和產(chǎn)品的組織形式，采用的技術(shù)措施和達(dá)到的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果會不同。
（4）工藝裝備
大批量的的采用專用夾具，標(biāo)準(zhǔn)附件，標(biāo)準(zhǔn)刀具和萬能量具，靠劃線和試切法達(dá)到精度要求。
1.1.2.沖壓工藝性分析
（1）材料：該零件所選材料為10#鋼，屈服極限是210MPa，抗拉強(qiáng)度300-440MPa，抗剪強(qiáng)度260-340MPa，具有很好的可沖壓性，其具有良好的沖壓性能。
（2）結(jié)構(gòu)形狀：沖裁件內(nèi)，外形要盡量避免尖銳清角。該工件為凸緣形拉伸件，拉深高度不大，預(yù)計(jì)一次拉伸能夠?qū)崿F(xiàn)，不過具體拉伸系數(shù)需要經(jīng)過計(jì)算得出結(jié)果，然后通過翻邊實(shí)現(xiàn)。
1.2.沖壓工藝方案的制定及模具結(jié)構(gòu)類型
確定工序數(shù)量的基本原則是：在保證工件加工質(zhì)量，生產(chǎn)效率和經(jīng)效益的前提下，工序數(shù)量應(yīng)盡可能地減少。
該零件精度要求較高，故采用復(fù)合模。
該零件加工需先落料，然后拉深，然后翻邊等3道工序，現(xiàn)考慮實(shí)際模具設(shè)計(jì)數(shù)量太多，建議采用復(fù)合模，沖壓工序中，落料拉伸復(fù)合模，所以，本次設(shè)計(jì)建議選用一副模復(fù)合模，一套翻邊模來設(shè)計(jì)。工序少，模具成本低，沖壓次數(shù)少，沖壓成本也降低，比較合理。
第二章、模具主要工藝設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算
2.1.毛坯尺寸和主要參數(shù)的計(jì)算
從產(chǎn)品形狀看，產(chǎn)品有翻邊，拉伸等工序，翻邊是最后的工序，將翻邊部分展開后就是帶凸緣的拉伸件，所以計(jì)算展開尺寸，必然要先計(jì)算凸緣尺寸，然后通過凸緣拉伸件計(jì)算公式計(jì)算最初的展開尺寸。
向外凸的外圓翻邊，就變形性質(zhì)、應(yīng)力狀態(tài)來說與不用壓邊圈的淺拉伸一樣，所以翻邊展開計(jì)算公式可以按拉伸計(jì)算公式來計(jì)算，無凸緣拉伸計(jì)算，翻邊之后不需要切邊，所以無需查切邊余量，直接按8mm計(jì)算：
零件圖如下圖所示, 該零件加工需先落料，然后拉深，該零件為典型的無凸緣拉伸件，根據(jù)等面積原則采用解析法求毛坯直徑。
拉伸件毛坯展開尺寸，通常按毛坯面積等于制件面積的原則確定。
拉伸件的毛坯尺寸，很難預(yù)先精確地計(jì)算，這是因?yàn)槔旒诓吭诶爝^程中厚薄程序，隨毛坯退火與否、壓邊力的大小、凸凹模間隙以及變形程度等因素有關(guān)。此零件翻邊高度低，且沒精度要求，所以無需單獨(dú)查表計(jì)算切邊余量，所以余量按零計(jì)算，此件按無凸緣拉伸的公式計(jì)算。
計(jì)算產(chǎn)品展開尺寸
公式是D2=d2－1.72dr-0.56r2+4dH
其中：D——展開尺寸
d——拉伸直徑，47-1.5=45.5mm，
r——拉伸圓角，2+0.75=2.75
H——拉伸高度，8-0.75=7.25
經(jīng)過實(shí)際計(jì)算D2=d2－1.72dr-0.56r2+4dH
=45.52-1.72×45.5×2.75-0.56×2.752+4×45.5×7.25
=3170.3
D=56.3
所以翻邊之前的凸緣直徑為56.3，工序圖如下：
再次按凸緣拉伸件計(jì)算最初的展開尺寸：
公式是D2=dφ2－1.72d(R+r)-0.56(R2-r2)+4dH
其中：D——展開尺寸
dφ——凸緣直徑，56.3mm
d——拉伸直徑，32-1.5=30.5mm
R——拉伸圓角，2.5+0.75=3.25
r——拉伸圓角，2+0.75=2.75
H——拉伸高度，8-1.5=6.5
經(jīng)過實(shí)際計(jì)算D2=dφ2－1.72d(R+r)-0.56(R2-r2)+4dH
=56.32-1.72×30.5×(3.25+2.75)-0.56×(3.252-2.752)+4×30.5×6.5
=3646.25
D=60.38
展開尺寸還需要經(jīng)過調(diào)試最后確認(rèn)，本次課題按60.5展開計(jì)算。
展開圖紙如下圖所示：
圖2 展開圖
拉伸次數(shù)的確定
判斷能否一次拉伸
H/d=6.5/30.5=0.2131
(t/D) ×100=2.4793
dφ/d=1.8459
m=d/D=0.504
根據(jù)以上數(shù)據(jù)查表得首次拉伸系數(shù)m1=0.45，由于m1＜0.504（實(shí)際拉伸系數(shù)），故能一次拉伸成型，另外根據(jù)數(shù)據(jù)查表，首次拉伸的最大相對高度H1/d1=0.42-0.51，由于0.42＞0.2131，也能說明能一次拉伸成型。
第三章、設(shè)計(jì)前計(jì)算
3.1.確定排樣裁板方式及材料利用率
3.1.1.排樣方式
沖壓件在配料上的布置方式稱為排樣。合理的確定產(chǎn)品的排樣方式、坯料形式及尺寸，能夠提高產(chǎn)品質(zhì)量、材料利用率、沖壓效率和模具壽命，同時便于沖壓操作。
按照材料的利用情況，排樣方式分為三種：
（1）有廢料排樣 產(chǎn)品與產(chǎn)品之間、產(chǎn)品與坯料邊緣之間均有搭邊。
（2）少廢料排樣 僅在產(chǎn)品與產(chǎn)品（或產(chǎn)品與坯料邊緣）之間有搭邊
（3）無廢料排樣 產(chǎn)品與產(chǎn)品之間、產(chǎn)品與坯料邊緣之間均無搭邊。
根據(jù)零件圖可以選取少廢料排樣。這種排樣利用率高，用于某些精度要求不是很高的沖裁件排樣。
按照產(chǎn)品在坯料上的布置方式分類，排料方式可以分為直排、斜排、多排、對排、混排等。根據(jù)零件圖可以選取為直排排樣。
3.1.2.搭邊與料寬
搭邊是指排樣時產(chǎn)品與產(chǎn)品之間、產(chǎn)品與坯料之間留下的余料。它可以補(bǔ)償坯料的定位誤差，保證模具具有足夠的強(qiáng)度，使條料具有足夠的剛度，以便送料。
綜合考慮材料的力學(xué)性能和厚度，及零件的外形尺寸和排樣方式，初步選取搭邊值為工件間a1=1.0mm，工件側(cè)面a=1.2mm。
圖3 零件排樣圖
條料寬度的選取原則：最小條料寬度要能夠保證沖裁件周邊有足夠的搭邊值。最大條料寬度要保證沖裁時在導(dǎo)料板之間順利送行并與導(dǎo)料板之間有一定的間隙。
條料在模具上每次送進(jìn)的距離稱為送料步距（簡稱為步距或進(jìn)距）其大小為條料上兩個對應(yīng)沖裁件的對應(yīng)點(diǎn)之間的距離。
條料寬度 b=D+2a=60.5mm+2×1.2mm=62.9mm
送料步距 s=D+a=60.5mm+1.0mm=61.5mm
3.1.3.裁板方法
板材規(guī)格選用1.5mm×1250mm×3000mm
設(shè)每張鋼板裁板條數(shù)為n，為了操作方便采取橫裁：
n=3000/62.9=47條，余43.7mm
每條裁板上的工件數(shù)為n，得：
n=（B-a）%S =（1250-1.0）/61.5=20個，余20mm
每張鋼板上的工件總數(shù) n=47×20=940個
B——鋼板寬度1250mm
3.1.4.材料的利用率
材料的利用率是指產(chǎn)品的實(shí)際面積與所用坯料面積的百分比，即：
K=F/ F×100%
=(n×)/(4L×B)×100%
=(940×3.14×60.5）/(4×3000×1250)×100%
=72.023%
K —— 材料利用率 ；
F —— 產(chǎn)品的實(shí)際面積（mm2）；
F —— 坯料面積（mm2）；
L —— 鋼板長度 3000mm；
3.2.確定沖模類型及結(jié)構(gòu)形式
沖壓工藝性分析之后擬定沖壓工藝方案時選擇復(fù)合模，因?yàn)榱慵膸缀涡螤詈唵螌ΨQ，所以復(fù)合模結(jié)構(gòu)相對簡單，操作方便，能夠直接利用壓力機(jī)的打桿裝置進(jìn)行推件，卸件可靠方便，模具類型為少廢料落料拉深切邊復(fù)合模。
3.3.工序壓力、壓力中心的計(jì)算和壓力機(jī)的選擇
3.3.1.工序壓力的計(jì)算
已知工件的材料為純鉬，其力學(xué)性能如下：=260～340Mpa, =300-440Mpa, =240Mpa。（查[4]表1-1）
3.3.2.沖壓力計(jì)算
在沖壓模具設(shè)計(jì)時，沖壓力是指落料力、卸料力、拉深力、壓邊力、切邊力、推件力和頂件力的總稱。它是沖壓時選擇壓力機(jī)，進(jìn)行模具設(shè)計(jì)時校核強(qiáng)度和剛度的重要依據(jù)。
對于落料拉伸模
（1）落料力的計(jì)算
KLt
=1.3Dt
=1.3×3.14×60.5×1.5×340N
=125950.11N
≈125.95KN
—— 落料力（KN)；
K ——安全系數(shù)，一般可取K=1.3；
L ——沖裁輪廓周長（mm）；
T ——料厚（mm）；
——材料的抗剪強(qiáng)度（Mpa）；
（2）卸料力的計(jì)算
=
=0.04×125.95KN
≈5.038KN
—— 卸料力（N）；
—— 卸料力系數(shù)（查[1]表3-11）；
F —— 沖裁力（N)；
（3）拉深力的計(jì)算
=
=3.14×32×1.5×440×1N
=66316.8N
≈66.317KN
—— 拉深力（N)；
—— 首次拉深修正系數(shù)（查[1]表5-10）；
—— 材料抗拉強(qiáng)度（Mpa）；
（4）壓邊力的計(jì)算
圓筒形件第一次拉深時壓邊力
=〖〗p
=〖60.5-（32+2×2）〗×2.5N
=4639.84N
≈4.64KN
—— 首次拉深凹模圓角半徑；
P —— 單位壓邊力（查[1]表5-9）；
—— 第一次拉深時的壓邊力（N)；
（5）翻邊力的計(jì)算
翻邊力也按拉伸公式計(jì)算：
=
=3.14×47×1.5×440×1N
=97402.8N
≈97.4KN
—— 拉深力（N)；
—— 首次拉深修正系數(shù)（查[1]表5-10）；
—— 材料抗拉強(qiáng)度（Mpa）；
所以落料拉伸?？倹_壓力為F=125.95+5.038+66.317+4.64=201.945KN。
所以翻邊?？倹_壓力為F=97.4KN。
3.4.計(jì)算模具壓力中心
沖壓力合理的作用點(diǎn)稱為模具的壓力中心。模具的壓力中心應(yīng)該通過壓力機(jī)滑塊的中心線。對于有曲柄的沖模來說，虛實(shí)壓力中心通過曲柄的中心線。以便于沖模平穩(wěn)工作，減少導(dǎo)向件的磨損，從而提高模具的壽命。
由于該工件的毛坯和各工序工件均為軸對稱圖形，而且只有一個工位，因此壓力機(jī)的中心必定與制件的幾何中心重合，所以模具的壓力中心就在圓心部位，無需再次計(jì)算。
3.5.壓力機(jī)的選擇
壓力機(jī)的公稱壓力必須大于或等于沖壓力。計(jì)算總沖壓力原則上只計(jì)算同時發(fā)生的力。拉深力出現(xiàn)在落料力之后，因此最大沖壓力出現(xiàn)在沖裁階段，模具采用彈性卸料裝置和上出料方式。
對于淺拉伸，落料，沖孔、切邊等施力行程較小的沖壓工序，可以直接選用公稱壓力大于所需沖壓力總和的壓力機(jī)，對于深拉深、深彎曲等施力行程較大的沖壓工序，應(yīng)按所需工藝力小于或等于壓力機(jī)公稱壓力50%~60%的條件選取壓力機(jī)。
從滿足沖壓力要求看，落料拉伸可以初選400KN規(guī)格的壓力機(jī) JC23—40（查[2]表3-1），其主要技術(shù)參數(shù)為：
公稱壓力： 400KN
滑塊行程： 100mm
最大封閉高度： 300mm
封閉高度調(diào)節(jié)量： 80mm
工作臺尺寸： 300mm×450mm
工作臺墊板尺寸： 80mm×Φ200mm
模柄孔尺寸： Φ50mm×70 mm
墊板厚度： 80mm
最大傾斜角： 30
電動機(jī)功率： 4.0KW
從滿足沖壓力要求看，翻邊?？梢猿踹x160KN規(guī)格的壓力機(jī) JC23—16 （查[2]表3-1），其主要技術(shù)參數(shù)為：
公稱壓力： 160KN
滑塊行程： 50mm
最大封閉高度： 220mm
封閉高度調(diào)節(jié)量： 45mm
工作臺尺寸： 300mm×450mm
工作臺墊板尺寸： 40mm×Φ210mm
模柄孔尺寸： Φ40mm×60 mm
墊板厚度： 40mm
最大傾斜角： 30
電動機(jī)功率： 1.5KW
3.6.壓力機(jī)的校核
3.6.1.閉合高度的校核
落料拉伸模所選壓力機(jī)的最大閉合高度為300mm，閉合高度調(diào)節(jié)量為80mm，墊板高度為40mm，所以：
300mm-80mm=220mm
本次設(shè)計(jì)模具，落料拉伸模見CAD圖紙，閉合高度為H=200mm， －5mm=295mm 230mm
如果模具高度滿足≤H≤－5，即能滿足要求，本次設(shè)計(jì)的模具，閉合高度不能滿足要求，需要增加等高鐵。
翻邊模所選壓力機(jī)的最大閉合高度為220mm，閉合高度調(diào)節(jié)量為45mm，墊板高度為40mm，所以：
220mm-45mm=175mm
本次設(shè)計(jì)模具，翻邊模見CAD圖紙，閉合高度為H=177.5mm， －5mm=215mm 185mm
如果模具高度滿足≤H≤－5，即能滿足要求，本次設(shè)計(jì)的模具，閉合高度不能滿足要求，需要增加等高鐵。
3.6.2.工作臺面尺寸的校核
落料拉伸模，所選壓力機(jī)工作臺尺寸為 ：前后300mm，左右450mm ，模具外形尺寸為D=160mm，選擇9#中間導(dǎo)柱圓形標(biāo)準(zhǔn)模架，模具底座外形尺寸為：前后340mm，左右230mm，根據(jù)工作臺面尺寸一般應(yīng)大于模具底座尺寸50~70mm，其工作臺孔徑尺寸為D=210mm，大于廢料尺寸，可以漏料，所以工作臺尺寸滿足要求。
翻邊模，所選壓力機(jī)工作臺尺寸為 ：前后300mm，左右450mm ，模具外形尺寸為D=140mm，選擇18#后側(cè)導(dǎo)柱標(biāo)準(zhǔn)模架，模具底座外形尺寸為：前后205mm，左右250mm，根據(jù)工作臺面尺寸一般應(yīng)大于模具底座尺寸50~70mm，其工作臺孔徑尺寸為D=210mm，大于廢料尺寸，可以漏料，所以工作臺尺寸滿足要求。
3.6.3.滑塊行程的校核
滑塊行程應(yīng)保證能夠方便地放入毛坯和取出零件，對于拉深工序，滑塊行程應(yīng)大于零件高度的2倍，零件高度×2=8mm×2=16mm，所選壓力機(jī)的滑塊行程為50mm，所以滑塊行程滿足要求。
第四章、模具主要工作部分尺寸計(jì)算
4.1模具主要工作部分的設(shè)計(jì)
本設(shè)計(jì)采用落料拉深復(fù)合模，翻邊工序，兩幅模具。
4.1.1.模具零件設(shè)計(jì)
首先要考慮凹凸模的壁厚是否過薄，本次設(shè)計(jì)凹凸模的最小壁厚查表（查[1]表3-16）為14.2mm，滿足最小壁厚a≥1.2t=1.8mm的要求，能夠保證強(qiáng)度，所以采用復(fù)合模。
（1）落料凹模高度的確定
落料凹模高度為H=KS （≥8mm）
=（0.36×60.5）mm=21.78mm
S——垂直于送料方向的凹模刃壁件最大距離（mm）；
K——凹模厚度系數(shù)，考慮板料厚度的影響得凹?？妆谥涟寄＿吘壍淖钚【嚯x
=2S=43.56mm
送料方向的凹模長度
L==（60.5+2×43.56)mm=147.62mm
根據(jù) GB2858.4—81，并考慮總體布局，選擇圓形凹模板，尺寸為D =160mm，刃口高度選擇40mm，材料采用Cr12MoV，工作部分熱處理硬度為60~64HRC，結(jié)構(gòu)圖如下：
圖4 落料凹模
—— 送料方向的凹模刃壁間最大距離（mm)；
——送料方向的凹?？妆谥涟寄＿吘壍淖钚【嚯x（mm)；
（2）依據(jù)凹模尺寸，查國標(biāo)GB2858.6—81，選擇圓形墊板尺寸為D×H=φ160mm×8mm，材料為45鋼， 熱處理硬度43～48HRC。
（3）卸料裝置的設(shè)計(jì)
卸料裝置采用彈性卸料裝置，以方便卸料，由于卸件力較小。卸料板內(nèi)孔每側(cè)與凸模保持間隙距離0.15mm，卸料板周界尺寸與凹模周界尺寸一樣，厚度根據(jù)沖裁件料厚和導(dǎo)料板厚度取15mm，選擇圓形導(dǎo)料板，其尺寸為D×H=φ160mm×15mm，導(dǎo)料板采用45鋼制造，淬火硬度為43～48HRC。結(jié)構(gòu)簡圖如下：
圖5 卸料板
（4）固定板設(shè)計(jì)
凸模的固定方式有直接固定在模座、用固定板固定和快換式固定三種固定方式，這里選用固定板固定，固定板與凸模為過渡配合（H7/n6），根據(jù)GB2858.5—81及凹模尺寸選取凸模固定板尺寸D×H=φ160mm×18mm。同理，選擇凹凸模固定板尺寸為D×H=φ160mm×18mm。
（5）為了防止拉深時起皺，需用壓邊圈，壓邊圈與凸模的單面間隙選為0.2mm，與凹模的單邊間隙取0.2mm，壓邊圈采用Cr12MoV鋼制造，熱處理硬度為55～58HRC，高度選為32.5mm。
（6）凸凹模設(shè)計(jì)
結(jié)合工件外形并考慮加工，將凸凹模設(shè)計(jì)成帶肩臺階式圓凸凹模，一方面加工簡單，另一方面又便于裝配與更換，采用車床加工，與凸凹模固定板的配合按H7/m6，材料采用Cr12MoV，工作部分熱處理淬硬60~64HRC，其高度為：
L=
=36mm+18mm
=54mm，本次設(shè)計(jì)取55。
—— 彈簧安裝高度；
—— 凹凸模工作高度；
結(jié)構(gòu)圖如下：
圖7 凹凸模
（7）翻邊凹模的設(shè)計(jì)，選用Cr12MoV鋼制造，熱處理硬度為55～58HRC，高度選為38mm。
（8）翻邊凸模的設(shè)計(jì)，選用Cr12MoV鋼制造，熱處理硬度為55～58HRC，外圓與固定板過盈配合。
（9）模柄的設(shè)計(jì)
模柄選擇壓入式模柄，材料選用Q235，熱處理硬度43～48HRC，依據(jù)模具設(shè)計(jì)尺寸，參考GB2862.1—90，選用B型。
4.1.2.模架的選用
模具的閉合高度是指模具在最低工作位置時上下模座之間的距離，它應(yīng)與壓力機(jī)的裝模高度相適應(yīng)，從生產(chǎn)量、模具結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品規(guī)格和操作方便等方面考慮。 落料拉伸模選擇9#中間導(dǎo)柱圓形，查GB/T 2851.6—90，所選模架具體參數(shù)如下：
凹模周界：160mm
閉合高度(參考)最小：160mm
閉合高度(參考)最大：210mm
上模座 數(shù)量1 規(guī)格：340mm×230mm×35mm
下模座 數(shù)量1 規(guī)格：340mm×230mm×40mm
導(dǎo)柱 數(shù)量2 規(guī)格：28mm×180mm，32mm×180mm，
導(dǎo)套 數(shù)量2 規(guī)格：28mm×140mm×42mm，32mm×140mm×45mm
翻邊模選擇18后側(cè)導(dǎo)柱標(biāo)準(zhǔn)模架，查GB/T 2851.6—90，所選模架具體參數(shù)如下：
凹模周界：140mm
閉合高度(參考)最?。?59mm
閉合高度(參考)最大：185mm
上模座 數(shù)量1 規(guī)格：250mm×205mm×30mm
下模座 數(shù)量1 規(guī)格：250mm×205mm×35mm
導(dǎo)柱 數(shù)量2 規(guī)格：25mm×150mm
導(dǎo)套 數(shù)量2 規(guī)格：25mm×140mm×35mm
導(dǎo)柱與導(dǎo)套結(jié)構(gòu)從標(biāo)準(zhǔn)中選取，尺寸由模架中的參數(shù)決定。導(dǎo)柱的長度應(yīng)保證沖模在最低工作位置時，導(dǎo)柱上端面與上模座頂面的距離不小于10~15mm，而下模座底面與導(dǎo)柱底面的距離應(yīng)為1~2mm。導(dǎo)柱與導(dǎo)套之間的配合為H7/h6,導(dǎo)套與上模座之間、導(dǎo)柱與下模座之間采用過渡配合H7/m6。導(dǎo)柱與導(dǎo)套材料采用20鋼，熱處理硬度為（滲碳）56~62HRC。上下模座材料采用20#鋼，熱處理硬度為調(diào)質(zhì)28~32HRC。
4.2.計(jì)算模具主要工作部分的刃口尺寸
4.2.1.刃口尺寸的計(jì)算原則
（1）刃口尺寸應(yīng)保證能沖出合格工件
由于落料件的實(shí)際尺寸基本與凹模刃口尺寸一致，設(shè)計(jì)落料模，切邊模時應(yīng)以凹模尺寸為基準(zhǔn)。因此，落料模，切邊模應(yīng)先決定凹模的尺寸，間隙取在凸模上，用減小凸模尺寸來保證合理的間隙。沖孔模的尺寸取決于凸模，因此，沖孔模應(yīng)先決定凸模尺寸。間隙取在凹模上，用增大凹模尺寸來保證合理的間隙。
（2)刃口磨損一些仍能沖出合格件
考慮刃口的磨損對沖件尺寸的影響。刃口磨損后尺寸變大，設(shè)計(jì)模具時其刃口的基本尺寸應(yīng)接近或等于沖件的最小極限尺寸；刃口磨損后尺寸變小，設(shè)計(jì)模具時其刃口基本尺寸應(yīng)接近或等于沖件的最大極限尺寸。
（3）設(shè)計(jì)模具時應(yīng)取最小合理沖裁間隙
隨著凸模與凹模磨損量的不斷增大，沖裁間隙也會不斷增大。所以模具設(shè)計(jì)時沖裁間隙應(yīng)取其允許的最小值。
（4）考慮沖件精度與模具精度之間的關(guān)系，選擇模具制造公差時，既要保證沖件的精度要求又要保證有合理的間隙值。一般沖模精度較沖件精度高2~3級。采用分別制造法制造凹凸模。
4.2.2.刃口尺寸的計(jì)算及公差的確定
（1）落料刃口尺寸的計(jì)算：
=（60.6-0.5×0.2）mm
=60.5mm
=（60.5-0.1）mm
=60.4mm
、——分別為落料凹、凸模刃口尺寸；
D——落料件外徑的最大極限尺寸；
——沖裁件制造公差；
X——磨損系數(shù)，其值在0.5~1之間，與沖裁件精度等級有關(guān)；
——最小初始雙面間隙；0.1
、——分別為凹、凸模的制造公差，取=0.6（）
=0.4()；
（2） 拉深部分凹凸模尺寸的計(jì)算：
=（32.1-0.5×0.2）mm
=32mm
（32-1.5-1.5)mm
=29mm
其中，拉深模的圓角半徑=2.5mm，=2mm；
、—— 分別為拉伸凹、凸模尺寸；
——拉深件制造公差；
Z——凹凸模間隙，Z=(2~2.2）t，取Z=2.0t；
X——磨損系數(shù)，其值在0.5~1之間，與沖裁件的精度等級有關(guān)；
、——別為拉深凹、凸模的圓角半徑；
（3）翻邊部分凹凸模尺寸的計(jì)算：
具體計(jì)算如下，制件標(biāo)注外形尺寸，按此公式計(jì)算
凹模尺寸為
Ld=（Lmax–0.5Δ）=47
凸模尺寸為
Lp=（Ld–0.5Δ–Z）
=47-1.5-1.5=44
凸、凹模工作表面粗造度要求：凹模工作表面和型腔表面粗造度應(yīng)達(dá)到0.8；圓角處的表面粗造度一般要求0.4；凸模工作部分表面粗造度一般要求0.8-1.6。
查[8]表3-2得，落料凹模制造公差等級選擇IT8級，凸模制造公差等級選擇IT7級。
4.3.沖裁間隙的調(diào)整
對于沖裁模，即便模具零件的加工精度已經(jīng)得到保證，但是在裝配時，如不能保護(hù)沖裁間隙仍然會影響制件的質(zhì)量和模具的使用壽命。
第五章、模具總裝
（1）把組裝上了凸模的固定板放在下模座上，按中心線打正固定板的位置，用平行夾頭夾緊，通過螺釘孔在下模座上鉆出錐窩，拆去凸模固定板，在下模座上按錐窩鉆螺紋底孔并攻絲，重新將凸模固定板置于下模座上并找正，用螺釘緊固，鉆孔，打入銷釘定位。
（2）配鉆卸料螺釘孔時，將卸料板套在已裝入固定板的凹凸模上，在固定板與卸料板之間墊上適當(dāng)高度的等高墊鐵，并用平行夾頭將其夾緊，按卸料板上螺孔位置在模座上鉆錐窩，然后拆開，按錐窩鉆孔。
（3）在凹凸模固定板的彈簧孔中裝入卸料彈簧，將卸料板套入凹凸模；用（1）中同樣的方法配鉆墊板和上模座上的螺釘孔，推桿孔，然后依次將墊片和卸料板、凹凸模、凹凸模固定板的組合部件裝入上模座，用緊固螺釘固定，打入銷釘定位。
（4）在落料凹模上裝入擋料銷，將推件塊裝入落料凹模，并將推桿裝入固定板上的推桿孔，用緊固螺釘將落料凹模與凸模固定板固定，鉆孔，打入銷釘定位。
設(shè)計(jì)總結(jié)
通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)我熟悉了沖壓模具的整個設(shè)計(jì)過程，掌握了冷沖壓模具設(shè)計(jì)的方法和步驟，了解了在做沖壓模具之前首先要對產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)形態(tài)，模具的結(jié)構(gòu)形態(tài)以及產(chǎn)品的工藝性進(jìn)行合理的分析，才能設(shè)計(jì)出更合適模具，節(jié)約成本的同時還能保證加工零件的精度要求。其次，考慮好產(chǎn)品的批量以及精度要求以及材料的造價(jià)；最后完成產(chǎn)品的模具設(shè)計(jì)、模具的裝配圖、零件圖。掌握了冷沖壓模具設(shè)計(jì)的基本技能，如計(jì)算，繪圖，查閱設(shè)計(jì)資料和手冊，熟悉標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范等，通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使自己各方面知識都有所提高。與此同時，也思考了以后的工作心態(tài)和生活態(tài)度。我們即將離開校園、投入到工作中，不知的困難和自己的奮斗目標(biāo)總是在激勵自己不放棄，勇敢向前，通過設(shè)計(jì)中發(fā)現(xiàn)的問題、也給自己敲響了警鐘、事物每天都會有變化、一成不變只會讓歷史的車輪碾得粉碎。為了未來的精彩、加油加油、不屈不撓才會有突破、畢業(yè)了、也是一個新的開始、奮斗的日子開始了、每天都會很精彩、加油！
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