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摘要
本次設(shè)計(jì)了一套沖壓模具。首先要對(duì)沖壓模具進(jìn)行工藝分析，經(jīng)過(guò)工藝分析和對(duì)比確定模具架及壓力機(jī)，確定壓力機(jī)的型號(hào)。再分析對(duì)沖壓件加工的模具適用類(lèi)型選擇所需設(shè)計(jì)的模具。得出將設(shè)計(jì)的模具類(lèi)型后將模具的各工作零部件設(shè)計(jì)過(guò)程表達(dá)出來(lái)。
在說(shuō)明書(shū)中第一部分，主要敘述了沖壓模具的發(fā)展?fàn)顩r，說(shuō)明了沖壓模具的重要性與本次設(shè)計(jì)的意義，對(duì)沖壓件的工藝分析，工藝方案的確定。通過(guò)，對(duì)零件排樣圖的設(shè)計(jì)，完成了材料利用率的計(jì)算。再進(jìn)行沖裁工藝力的計(jì)算和沖裁模工作部分的設(shè)計(jì)計(jì)算。最后對(duì)主要零部件的設(shè)計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)件的選擇，為本次設(shè)計(jì)模具的繪制和模具的成形提供依據(jù)，以及為裝配圖各尺寸提供依據(jù)。通過(guò)前面的設(shè)計(jì)方案畫(huà)出模具各零件圖和裝配圖。
關(guān)鍵字：沖壓；工藝:模具結(jié)構(gòu)
Abstract
A molding tool for designing a set ofly hurtling bore, falling anticipating.Want to proceed the craft analysis to the washer first, analyze through craft with contrast certain molding tool a model number for and pressure machine, making sure pressure machine.Analyze again to wash to press a molding tool for processing apply the type the choice a molding tool for needing design.Get a molding tool for will designing type empress expresses out each work zero parts design process of the molding tool.
In text file the first part, described to wash the development condition that press the molding tool primarily, explain to wash the importance that press the molding tool and the meaning of this design, to craft that washing and pressing the piece analyzes, the craft project really settles.Pass, line up the design of the kind diagram to the spare parts, complete the calculation of the material utilization.Proceed again the calculation that wash cut the craft dint with wash to cut mold work part of designs calculation.Finally to the design of the main the parts of zero with the choice of the standard piece, draw for this design molding tool to take shape the offering with the molding tool according to, and for assemble each size of diagram offering according to.The design project passing before draws an each spare parts of molding tool diagram with assemble the diagram.
Keyword:Wash to press;Fall to anticipate to hurtle the bore;Molding tool construction
目錄
摘要 1
Abstract 2
目錄 3
第1章 緒論 5
1.1 中國(guó)沖壓模具現(xiàn)狀 5
1.1.1 模具CAD/CAM技術(shù)狀況 5
1.1.2 模具設(shè)計(jì)與制造能力狀況 6
1.2 沖壓模具的發(fā)展重點(diǎn)與展望 7
1.2.1沖壓模具產(chǎn)品發(fā)展重點(diǎn)。 7
1.2.2 沖壓模具技術(shù)發(fā)展重點(diǎn)。 8
1.3中國(guó)沖壓模具發(fā)展趨勢(shì) 8
第2章 零件的分析 9
2.1 零件的工藝性分析 9
2.1.1 材料 9
2.1.2 結(jié)構(gòu)形狀 9
2.1.3 尺寸精度 10
2.2 工藝方案分析 10
2.2.1方案種類(lèi) 10
2.2.2方案的比較 10
2.2.3方案的確定 11
2.3 彎曲工藝計(jì)算 11
第3章 模具間隙和凸凹模尺寸的確定 12
3.1 模具間隙的確定 12
3.1.1 間隙對(duì)沖裁件尺寸的精度的影響 12
3.1.2 間隙對(duì)模具壽命的影響 12
3.1.3 間隙對(duì)沖裁力的影響 12
3.1.4 間隙值的確定 13
3.2 凸凹模尺寸 14
第4章 沖載力和壓力中心的計(jì)算 18
4.1 壓力中心的計(jì)算 18
4.2 設(shè)備的選擇 18
第5章 排樣設(shè)計(jì) 20
第6章 模具總體設(shè)計(jì) 23
6.1 精度與定位 23
6.2 模具的導(dǎo)向裝置 23
6.3 卸件、卸料設(shè)計(jì) 24
6.4 支承與緊固 24
第7章 模具的壽命 25
7.1 模具的失效形式 25
7.2 提高模具壽命的途徑 27
結(jié)論與展望 30
致謝 31
參考文獻(xiàn) 32
第1章 緒論
1.1 中國(guó)沖壓模具現(xiàn)狀
根據(jù)考古發(fā)現(xiàn)，早在2000多年前，我國(guó)已有沖壓模具被用于制造銅器，證明了中國(guó)古代沖壓成型和沖壓模具方面的成就在世界領(lǐng)先。1953年，長(zhǎng)春第一汽車(chē)制造廠(chǎng)在中國(guó)首次建立了沖模車(chē)間，該廠(chǎng)于1958年開(kāi)始制造汽車(chē)覆蓋件模具。我國(guó)于20世紀(jì)60年代開(kāi)始生產(chǎn)精沖模具。在走過(guò)了漫長(zhǎng)的發(fā)展道路之后，目前我國(guó)已形成了300多億元（未包括港、澳、臺(tái)的統(tǒng)計(jì)數(shù)字，下同。）各類(lèi)沖壓模具的生產(chǎn)能力。
近年來(lái)，我國(guó)沖壓模具水平已有很大提高。大型沖壓模具已能生產(chǎn)單套重量達(dá)50多噸的模具。為中檔轎車(chē)配套的覆蓋件模具國(guó)內(nèi)也能生產(chǎn)了。精度達(dá)到1~2μm，壽命2億次左右的多工位級(jí)進(jìn)模國(guó)內(nèi)已有多家企業(yè)能夠生產(chǎn)。表面粗糙度達(dá)到Ra≦1.5μm的精沖模，大尺寸（Φ≧300mm）精沖模及中厚板精沖模國(guó)內(nèi)也已達(dá)到相當(dāng)高的水平。
1.1.1 模具CAD/CAM技術(shù)狀況
我國(guó)模具CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展已有20多年歷史。由原華中工學(xué)院和武漢733廠(chǎng)于1984年共同完成的精沖模CAD/CAM系統(tǒng)是我國(guó)第一個(gè)自行開(kāi)發(fā)的模具CAD/CAM系統(tǒng)。由華中工學(xué)院和北京模具廠(chǎng)等于1986年共同完成的冷沖模CAD/CAM系統(tǒng)是我國(guó)自行開(kāi)發(fā)的第一個(gè)沖裁模CAD/CAM系統(tǒng)。上海交通大學(xué)開(kāi)發(fā)的冷沖模CAD/CAM系統(tǒng)也于同年完成。20世紀(jì)90年代以來(lái)，國(guó)內(nèi)汽車(chē)行業(yè)的模具設(shè)計(jì)制造中開(kāi)始采用CAD/CAM技術(shù)。國(guó)家科委863計(jì)劃將東風(fēng)汽車(chē)公司作為CIMS應(yīng)用示范工廠(chǎng)，由華中理工大學(xué)作為技術(shù)依托單位，開(kāi)發(fā)的汽車(chē)車(chē)身與覆蓋件模具CAD/CAPP/CAM集成系統(tǒng)于1996年初通過(guò)鑒定。在此期間，一汽和成飛汽車(chē)模具中心引進(jìn)了工作站和CAD/CAM軟件系統(tǒng)，并在模具設(shè)計(jì)制造中實(shí)際應(yīng)用，取得了顯著效益。1997年一汽引進(jìn)了板料成型過(guò)程計(jì)算機(jī)模擬CAE軟件并開(kāi)始用于生產(chǎn)。
模具CAD/CAM技術(shù)能顯著縮短模具設(shè)計(jì)與制造周期，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量，已成為人們的共識(shí)。在“八五”、“九五”期間，已有一大批模具企業(yè)推廣普及了計(jì)算機(jī)繪圖技術(shù)，數(shù)控加工的使用率也越來(lái)越高，并陸續(xù)引進(jìn)了相當(dāng)數(shù)量的CAD/CAM系統(tǒng)。如美國(guó)EDS的UG，美國(guó)Parametric Technology公司的Pro/Engineer，美國(guó)CV公司的CADS5，英國(guó)DELCAM公司的DOCT5，日本HZS公司的CRADE及space-E，以色列公司的Cimatron，還引進(jìn)了AutoCAD、CATIA等軟件及法國(guó)Marta-Daravision公司用于汽車(chē)及覆蓋件模具的Euclid-IS等專(zhuān)用軟件。國(guó)內(nèi)汽車(chē)覆蓋件模具生產(chǎn)企業(yè)普遍采用了CAD/CAM技術(shù)。DL圖的設(shè)計(jì)和模具結(jié)構(gòu)圖的設(shè)計(jì)均已實(shí)現(xiàn)二維CAD，多數(shù)企業(yè)已經(jīng)向三維過(guò)渡，總圖生產(chǎn)逐步代替零件圖生產(chǎn)。且模具的參數(shù)化設(shè)計(jì)也開(kāi)始走向少數(shù)模具廠(chǎng)家技術(shù)開(kāi)發(fā)的領(lǐng)域。在沖壓成型CAE軟件方面，除了引進(jìn)的軟件外，華中科技大學(xué)、吉林大學(xué)、湖南大學(xué)等都已研發(fā)了較高水平的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的軟件，并已在生產(chǎn)實(shí)踐中得到成功應(yīng)用，產(chǎn)生了良好的效益。
快速原型(RP)與傳統(tǒng)的快速經(jīng)濟(jì)模具相結(jié)合，快速制造大型汽車(chē)覆蓋件模具，解決了原來(lái)低熔點(diǎn)合金模具靠樣件澆鑄模具，模具精度低、制件精度低，樣件制作難等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了以三維CAD模型作為制模依據(jù)的快速模具制造，并且保證了制件的精度，為汽車(chē)行業(yè)新車(chē)型的開(kāi)發(fā)、車(chē)身快速試制提供了覆蓋件制作的保證，它標(biāo)志著RPM應(yīng)用于汽車(chē)車(chē)身大型覆蓋件試制模具已取得了成功。
圍繞著汽車(chē)車(chē)身試制、大型覆蓋件模具的快速制造，近年來(lái)也涌現(xiàn)出一些新的快速成型方法，例如目前已開(kāi)始在生產(chǎn)中應(yīng)用的無(wú)模多點(diǎn)成型及激光沖擊和電磁成型等技術(shù)。它們都表現(xiàn)出了降低成本、提高效率等優(yōu)點(diǎn)。
1.1.2 模具設(shè)計(jì)與制造能力狀況
在國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策的正確引導(dǎo)下，經(jīng)過(guò)幾十年努力，現(xiàn)在我國(guó)沖壓模具的設(shè)計(jì)與制造能力已達(dá)到較高水平，包括信息工程和虛擬技術(shù)等許多現(xiàn)代設(shè)計(jì)制造技術(shù)已在很多模具企業(yè)得到應(yīng)用。
雖然如此，我國(guó)的沖壓模具設(shè)計(jì)制造能力與市場(chǎng)需要和國(guó)際先進(jìn)水平相比仍有較大差距。這些主要表現(xiàn)在高檔轎車(chē)和大中型汽車(chē)覆蓋件模具及高精度沖模方面，無(wú)論在設(shè)計(jì)還是加工工藝和能力方面，都有較大差距。轎車(chē)覆蓋件模具，具有設(shè)計(jì)和制造難度大，質(zhì)量和精度要求高的特點(diǎn)，可代表覆蓋件模具的水平。雖然在設(shè)計(jì)制造方法和手段方面已基本達(dá)到了國(guó)際水平，模具結(jié)構(gòu)功能方面也接近國(guó)際水平，在轎車(chē)模具國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程中前進(jìn)了一大步，但在制造質(zhì)量、精度、制造周期等方面，與國(guó)外相比還存在一定的差距。 ?
標(biāo)志沖模技術(shù)先進(jìn)水平的多工位級(jí)進(jìn)模和多功能模具，是我國(guó)重點(diǎn)發(fā)展的精密模具品種。有代表性的是集機(jī)電一體化的鐵芯精密自動(dòng)閥片多功能模具，已基本達(dá)到國(guó)際水平。但總體上和國(guó)外多工位級(jí)進(jìn)模相比，在制造精度、使用壽命、模具結(jié)構(gòu)和功能上，仍存在一定差距。
汽車(chē)覆蓋件模具制造技術(shù)正在不斷地提高和完善，高精度、高效益加工設(shè)備的使用越來(lái)越廣泛。高性能的五軸高速銑床和三軸的高速銑床的應(yīng)用已越來(lái)越多。NC、DNC技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越成熟，可以進(jìn)行傾角加工和超精加工。這些都提高了模具型面加工精度，提高了模具的質(zhì)量，縮短了模具的制造周期。
模具表面強(qiáng)化技術(shù)也得到廣泛應(yīng)用。工藝成熟、無(wú)污染、成本適中的離子滲氮技術(shù)越來(lái)越被認(rèn)可，碳化物被覆處理（TD處理）及許多鍍（涂）層技術(shù)在沖壓模具上的應(yīng)用日益增多。真空處理技術(shù)、實(shí)型鑄造技術(shù)、刃口堆焊技術(shù)等日趨成熟。激光切割和激光焊接技術(shù)也得到了應(yīng)用。
1.2 沖壓模具的發(fā)展重點(diǎn)與展望
發(fā)展重點(diǎn)的選取應(yīng)根據(jù)市場(chǎng)需求、發(fā)展趨勢(shì)和目前狀況來(lái)確定?？煞譃楫a(chǎn)品重點(diǎn)、技術(shù)重點(diǎn)兩個(gè)方面來(lái)研究。
1.2.1沖壓模具產(chǎn)品發(fā)展重點(diǎn)。
沖壓模具共有7小類(lèi)，并有一些按其服務(wù)對(duì)象來(lái)稱(chēng)呼的一些種類(lèi)。目前急需發(fā)展的是汽車(chē)覆蓋件模具，多功能、多工位級(jí)進(jìn)模和精沖模。這些模具現(xiàn)在產(chǎn)需矛盾大，發(fā)展前景好。
汽車(chē)覆蓋件模具中發(fā)展重點(diǎn)是技術(shù)要求高的中高檔轎車(chē)大中型覆蓋件模具，尤其是外覆蓋件模具。高強(qiáng)度板和不等厚板的沖壓模具及大型多工位級(jí)進(jìn)模、連續(xù)模今后將會(huì)有較快的發(fā)展。多功能、多工位級(jí)進(jìn)模中發(fā)展重點(diǎn)是高精度、高效率和大型、高壽命的級(jí)進(jìn)模。精沖模中發(fā)展重點(diǎn)是厚板精沖模大型精沖模，并不斷提高其精度
1.2.2 沖壓模具技術(shù)發(fā)展重點(diǎn)。
模具技術(shù)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)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(lái)說(shuō)，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(guò)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(zhuān)用化程度。
為了提高CAD、CAE、CAM技術(shù)的應(yīng)用水平，建立完整的模具資料庫(kù)及開(kāi)發(fā)專(zhuān)家系統(tǒng)和提高軟件的實(shí)用性十分重要。從加工技術(shù)來(lái)說(shuō)，發(fā)展重點(diǎn)在于高速加工和高精度加工。高速加工目前主要是發(fā)展高速銑削、高速研拋和高速電加工及快速制模技術(shù)。高精度加工目前主要是發(fā)展模具零件精度1μm以下和表面粗糙度Ra≦0.1μm的各種精密加工。提高模具標(biāo)準(zhǔn)化程度，搞好模具標(biāo)準(zhǔn)件生產(chǎn)供應(yīng)也是沖壓模具技術(shù)發(fā)展重點(diǎn)之一。為了提高沖壓模具的壽命，模具表面的各種強(qiáng)化超硬處理等技術(shù)也是發(fā)展重點(diǎn)。 對(duì)于模具數(shù)字化制造、系統(tǒng)集成、逆向工程、快速原型/模具制造及計(jì)算機(jī)輔助應(yīng)用技術(shù)等方面形成全方位解決方案，提供模具開(kāi)發(fā)與工程服務(wù)，全面提高企業(yè)水平和模具質(zhì)量，這更是沖壓模具技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)。
1.3中國(guó)沖壓模具發(fā)展趨勢(shì)
根據(jù)國(guó)內(nèi)和國(guó)際模具市場(chǎng)的發(fā)展?fàn)顩r，以及未來(lái)我國(guó)的模具行業(yè)做出調(diào)整后，將呈現(xiàn)出十大發(fā)展趨勢(shì)：一是模具日趨大型化；二是模具的精度將越來(lái)越高；三是多功能復(fù)合模具將進(jìn)一步發(fā)展；四是熱流道模具在塑料模具中的比重將逐漸提高；五是氣輔模具及適應(yīng)高壓注射成型等工藝的模具將有較大發(fā)展；六是模具標(biāo)準(zhǔn)化和標(biāo)準(zhǔn)件的應(yīng)用將日漸廣泛；七是快速經(jīng)濟(jì)模具的前景十分廣闊；八是壓鑄模具的比例將不斷提高；九是塑料模具的比例將不斷增大；十是模具技術(shù)含量將不斷提高，中高檔模具比例將不斷增大。這就是我國(guó)模具行業(yè)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。
第2章 零件的分析
2.1 零件的工藝性分析
零件圖及相關(guān)尺寸見(jiàn)圖
2.1.1 材料
墊片零件材質(zhì)為：35號(hào)鋼，厚度為4mm；屬于普通碳素綱，具有良好的沖壓性能。
由資料[1]查表得抗拉強(qiáng)度=375～500Mpa，屈服極限=245MPa，彈性模數(shù)E=MP，伸長(zhǎng)率=25%，抗剪強(qiáng)度為τ=310～380Mpa。
2.1.2 結(jié)構(gòu)形狀
該零件的結(jié)構(gòu)相對(duì)有些復(fù)雜，但其屬于薄板件，對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，比較規(guī)則，結(jié)構(gòu)相對(duì)而言不算太大，適合沖壓加工。
2.1.3 尺寸精度
由于本零件給定的尺寸精度一般，所以未標(biāo)注公差的尺寸都按生產(chǎn)所需經(jīng)濟(jì)精度要求的IT12級(jí)查[2]得各尺寸的公差
結(jié)論：該沖裁件的材料35號(hào)鋼，是普通碳素結(jié)構(gòu)鋼，具有較好的沖壓性能，年生產(chǎn)10萬(wàn)件，為大批量生產(chǎn)，故比較適合沖裁加工。
2.2 工藝方案分析
2.2.1方案種類(lèi)
該工件包括落料、沖孔兩個(gè)基本工序，可有以下三種工藝方案：
方案一：落料,彎曲,沖孔,采用單工序模生產(chǎn)。
方案二：落料,彎曲,沖孔沖壓,采用級(jí)進(jìn)模生產(chǎn)。
方案三：采用落料－－彎曲同時(shí)進(jìn)行的復(fù)合模生產(chǎn),單工序沖孔。
2.2.2方案的比較
方案一，模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，但需要兩道工序，兩副模具，成本相對(duì)較高，生產(chǎn)效率低，且更重要的是在第一道工序完成后，進(jìn)入第二道工序必然會(huì)增大誤差，使工件精度、質(zhì)量大打折扣，達(dá)不到所需的要求，難以滿(mǎn)足生產(chǎn)需要。故而不選此方案。
方案二，級(jí)進(jìn)模是一種多工位、效率高的一種加工方法。但級(jí)進(jìn)模輪廓尺寸較大，制造復(fù)雜，成本較高，一般適用于大批量，小型沖壓件。而本工件尺寸輪廓較大，采用此方案，勢(shì)必會(huì)增大模具尺寸，使加工難度提高，進(jìn)而也排除此方案。
方案三，只需要一套模具，工件的精度及生產(chǎn)效率要求都能滿(mǎn)足，模具輪廓尺寸、制造相對(duì)前面兩種方案都有比較好。
2.2.3方案的確定
綜上所述，本套采用方案3。
2.3 彎曲工藝計(jì)算
（1）無(wú)圓角半徑（較小）的彎曲件（r〈0.5t）根據(jù)毛坯與制件等體積法計(jì)算。
（2）有圓角半徑（較大）的彎曲件（r>0.5t）根據(jù)中性層長(zhǎng)度不變?cè)碛?jì)算。因?yàn)閞=2>0.5t=0.5*2=1mm,屬于有圓角半徑(較大)的彎曲件.所以彎曲件的展開(kāi)長(zhǎng)度按直邊區(qū)與圓角區(qū)分段進(jìn)行計(jì)算.視直邊區(qū)在彎曲前后長(zhǎng)度不變,圓角區(qū)展開(kāi)長(zhǎng)度按彎曲前后中性層長(zhǎng)度不變條件進(jìn)行計(jì)算.
????????? ??LZ=∑l+∑A
該零件的展開(kāi)長(zhǎng)度為
Lz=45*2+38+1.57x(6+4x0.36)≈139.68(mm)
以上格式中? P---中性層曲率半徑,mm;??????????
k---中性層位系數(shù),查表得k=0.38??????????
r---彎曲內(nèi)彎曲半徑,mm???????????
t---彎曲件材料厚度,mm??????????
LZ----彎曲件的展開(kāi)長(zhǎng)度,mm??????????
a-----彎曲中心角???????????
β---彎角
第3章 模具間隙和凸凹模尺寸的確定
3.1 模具間隙的確定
3.1.1 間隙對(duì)沖裁件尺寸的精度的影響
沖裁件的尺寸精度是指沖裁件的實(shí)際尺寸與基本尺寸的差值，差值越小，則精度越高。這個(gè)差值包括兩方面的偏差，一是沖裁件相對(duì)于凸模或凹模尺寸的偏差，二是模具本身的制造偏差。
影響偏差值的因素有：凸模與凹模間隙、材料性質(zhì)、工件形狀與尺寸。其中主要因素是凸模、凹模間的間隙值。
上述因素的影響是在一定的模具制造精度前提下討論的。若模具刃口制造精度低，則沖裁件的制造精度也就無(wú)法保證。所以，凸、凹模刃口的制造公差一定要按工件的尺寸要求來(lái)決定。此外，模具的結(jié)構(gòu)形式及定位方式對(duì)孔的定位尺寸精度也有較大的影響。
3.1.2 間隙對(duì)模具壽命的影響
模具壽命受各種因素的綜合影響。間隙是影響模具壽命諸因素中最主要的因素之一。沖裁過(guò)程中，凸模與被沖的孔之間，凹模與落料件之間均有摩擦，而且間隙越小，模具作用的壓應(yīng)力越大，摩擦也越嚴(yán)重。所以過(guò)小的間隙對(duì)模具壽命極為不利。而較大的間隙可使凸模側(cè)面與材料間的摩擦減小，并減緩由于受到指責(zé)和裝配精度限制而出現(xiàn)的間隙不均勻現(xiàn)象的不利影響，從而提高模具壽命。
3.1.3 間隙對(duì)沖裁力的影響
隨著間隙的增大，材料所受的拉力應(yīng)力增大，材料容易斷裂分離，因此沖裁力減小。通常沖裁力的降低并不顯著，當(dāng)單邊間隙在材料厚度的5﹪―20﹪左右時(shí)，沖裁力的降低不超過(guò)5﹪―10﹪。間隙對(duì)卸料力、推件力的影響比較顯著。間隙增大后，從凸模上卸料和從凹模里推出零件都省力，當(dāng)單邊間隙達(dá)到材料厚度的15﹪―25﹪左右時(shí)卸料力幾乎為零。但間隙繼續(xù)增大，因?yàn)槊淘龃?，又將引起卸料力、頂件力迅速增大?
3.1.4 間隙值的確定
由以上分析可見(jiàn)，凸模、凹模間間隙對(duì)沖裁件質(zhì)量、沖裁工藝力、模具壽命都有很大的影響。因此，設(shè)計(jì)模具時(shí)一定要選擇一個(gè)合理的間隙，以保證沖裁件的斷面質(zhì)量、尺寸精度滿(mǎn)足產(chǎn)品的要求、所需沖裁力小、模具壽命高。考慮到模具在使用過(guò)程中的磨損使間隙值增大，故設(shè)計(jì)與制造新模具時(shí)要采用最小合理間隙值Cmin。確定合理間隙的方法有理論確定法與經(jīng)驗(yàn)法。
1.理論確定法
理論確定法的主要依據(jù)是保證上下裂紋會(huì)合，以便獲得良好的斷面。
2.經(jīng)驗(yàn)確定法
根據(jù)近年來(lái)的研究與使用經(jīng)驗(yàn)，在確定間隙值時(shí)要按要求分類(lèi)選用。對(duì)尺寸精度、斷面垂直度要求高的制件應(yīng)選用較小間隙值，對(duì)斷面垂直度與尺寸精度要求不高的制件，應(yīng)以降低沖裁力、提高模具壽命為主，可用較大間隙值
本論文設(shè)計(jì)的產(chǎn)品經(jīng)查《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)》書(shū)中表2.2.3得：材料為08F鋼，厚度為0.8的鐵芯片間隙值為：Z=0.072；Z=0.104
V形件彎曲時(shí)，凸、凹模的間隙是靠調(diào)整壓力機(jī)的閉合高度來(lái)控制的。但在模具設(shè)計(jì)中，必須考慮到要使模具閉合時(shí)，模具的工作部分與工件能緊密貼合，以保證彎曲質(zhì)量。
U形件彎曲時(shí)必須合理確定凸、凹模之間的間隙，間隙過(guò)大則回彈大，工件的形狀和尺寸
誤差增大。間隙過(guò)小會(huì)加大彎曲力，使工件厚度減薄，增加摩擦，擦傷工件并降低模具的壽命。U形件凸、凹模的單面間隙值一般可按下式計(jì)算：
；
式中：Z/2——凸、凹模的單面間隙；t——板料厚度的基本尺寸；
△——板料厚度的正偏差；
C——根據(jù)彎曲件的高度和寬度而決定的間隙系數(shù)，其值按表4-16選取。
表-5 間隙系數(shù)C值（單位mm）
當(dāng)工件精度要求較高時(shí)，間隙值應(yīng)適當(dāng)減小，可以取Z/2=t。
查有關(guān)資料板料厚度的正偏差為
由公式可得：
3.2 凸凹模尺寸
凸模與凹模刃口尺寸和公差，直接影響沖裁件的尺寸精度。模具的合理間隙值也靠凸、凹模刃口尺寸及公差來(lái)保證。因此正確確定凸凹模刃口尺寸和公差，是沖裁模設(shè)計(jì)中的一項(xiàng)重要工作。
沖裁時(shí)凸、凹模的制造公差由[2]得表2.2，如下：
表2.2 凸、凹模的制造公差
基本尺寸
凸模偏差
凹模偏差
基本尺寸
凸模偏差
凹模偏差
≤18
0.020
0.020
＞180～260
0.030
0.045
＞18～30
0.020
0.025
＞260～360
0.036
0.050
＞30～80
0.020
0.030
＞360～500
0.040
0.060
＞80～120
0.025
0.035
＞500
0.050
0.070
＞120～180
0.030
0.040
零件的沖孔基本尺寸為≤18之間，故取凸模偏差為0.020mm，凹模偏差為0.020mm。
1、根據(jù)沖孔落料的特點(diǎn) 落料件的尺寸取決于凹模的尺寸，故落料模以凹模為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，先確定凹模的尺寸，再按照間隙值確定凸模刃口尺寸；沖孔時(shí)孔徑的尺寸取決于凸模的尺寸，故沖孔模以凸模為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)。
2、先考慮凹、凸模的磨損 凹、凸模在沖裁過(guò)程中有磨損，凸模刃口尺寸磨損使沖孔尺寸減小，凹模尺寸磨損使落料尺寸增大。為了保證沖裁件的尺寸精度要求，并盡可能提高模具使用壽命，設(shè)計(jì)落料模時(shí)，凹模刃口的基本尺寸應(yīng)取落料件尺寸公差范圍內(nèi)的較小尺寸；設(shè)計(jì)沖孔模時(shí)，凸模刃口的基本尺寸應(yīng)取工件孔尺寸公差范圍內(nèi)的較大尺寸。
3、刃口制造精度與工件精度的關(guān)系 凹、凸模刃口尺寸精度的選擇應(yīng)以能保證工件的精度要求為準(zhǔn)，保證合理的凹、凸模間隙值，保證模具的一定使用壽命。
由于沖模加工方法不同，刃口尺寸的計(jì)算方法也不同，基本上可分為兩類(lèi)。
沖孔：
凸模刃口尺寸：（2.5）
凹模刃口尺寸： （2.6）
式中：d——沖孔件豁孔的最大極限尺寸（mm）；
——沖孔凸模基本尺寸（mm）；
——凸模刃口制造公差，可按IT8選用（mm）；
△——制件公差（mm）；
K——系數(shù)，是為了使沖裁件的實(shí)際尺寸盡量接近沖裁件公差帶的中間尺寸，與工件制造精度有關(guān)。查[2]得，詳見(jiàn)上表2.3；
——沖孔凹?；境叽纾╩m）；
——最小合理間隙（mm）。
落料：
凹模刃口尺寸：（2.7）
凸模刃口尺寸：（2.8）
式中：——落料件的最小極限尺寸（mm）；
——落料凹?；境叽纾╩m）；
—落料凸?；境叽纾╩m）。
采用凸凹模分開(kāi)加工時(shí)，為了保證凹凸模間一定的間隙值，必須嚴(yán)格限制沖模制造公差。因此，造成沖裁制造困難。
為了保證凹、凸模間一定的合理間隙，必須滿(mǎn)足關(guān)系式，這對(duì)于、差值很小時(shí)，將使凹、凸模刃口尺寸公差值更小，給凹、凸模的制造帶來(lái)困難。這種情況必須采用配合加工
配合加工就是先按設(shè)計(jì)尺寸制造一個(gè)基準(zhǔn)件，然后再根據(jù)基準(zhǔn)件的實(shí)際尺寸，按要求的間隙值配制另一件。對(duì)于沖制薄材料的沖裁，或沖制復(fù)雜形狀的工件的沖模，或單件生產(chǎn)的沖模，常常采用凸模與凹模配作的方法加工。
落料時(shí)應(yīng)以凹模為基準(zhǔn)件，根據(jù)凹模的實(shí)際尺寸按最小合理間隙配置凸模。沖孔時(shí)應(yīng)以凸模為基準(zhǔn)件配制凹模。
凸、凹模工作部分尺寸主要是指彎曲件的凸、凹模的橫向尺寸。當(dāng)工件標(biāo)注外形尺寸時(shí)，應(yīng)以凹模為基準(zhǔn)件，間隙取在凸模上；當(dāng)工件標(biāo)注內(nèi)形尺寸時(shí)，應(yīng)以凸模為基準(zhǔn)件，間隙取在凹模上。而凸、凹模的尺寸和公差應(yīng)根據(jù)工件尺寸、公差、回彈情況以及模具的磨損規(guī)律而定。
1）彎曲件標(biāo)注外形尺寸
凹模尺寸為
凸模尺寸為 （或凸模尺寸按凹模實(shí)際尺寸配制，保重單面間隙Z/2）
2) 彎曲件標(biāo)注內(nèi)形尺寸
凸模尺寸為
凹模尺寸為 （或凹模尺寸按凸模實(shí)際尺寸配制，保重單面間隙Z/2）
式中：L——U形彎曲件基本尺寸，mm；、——凸、凹模工作部分尺寸，mm；
——彎曲件公差，mm；、——凸、凹模制造公差，選用IT7~IT9級(jí)精度，mm；
Z/2——凸、凹模單面間隙。
由彎曲件圖可以看出彎曲件標(biāo)注外形尺寸，且彎曲件未標(biāo)注尺寸公差，則按未按公差I(lǐng)T14級(jí)來(lái)處理，查表得彎曲件公差，凹模制造公差，選用IT9級(jí)精度，凸模制造公差，選用IT8級(jí)精度。
當(dāng)彎曲件的相對(duì)彎曲半徑r/t較小時(shí)，取凸模圓角半徑等于或略小于工件內(nèi)側(cè)的圓角半徑r，但不能小于材料所允許的最小彎曲半徑rmin。由前面所述，該工件的相對(duì)彎曲半徑等于最小相對(duì)彎曲半徑，那么，凸模的圓角半徑應(yīng)等于工件內(nèi)側(cè)圓角半徑，即。
凹模圓角半徑的大小不會(huì)直接影響到彎曲件的圓角半徑，但是過(guò)小的凹模圓角半徑會(huì)使彎矩的彎曲力臂減小，毛坯如凹模困難，會(huì)擦傷毛坯表面。另外，凹模兩側(cè)的圓角半徑必須相等，否則會(huì)引起板料偏移。在實(shí)際生產(chǎn)中通常根據(jù)材料厚度選取凹模圓角半徑：
當(dāng) ； ； 。因此，取。
第4章 沖載力和壓力中心的計(jì)算
4.1 壓力中心的計(jì)算
沖壓力合力的作用點(diǎn)稱(chēng)為壓力中心。為了保證壓力機(jī)和沖模正常、平穩(wěn)地工作，必須使沖模的壓力中心與壓力機(jī)的滑塊中心重合，對(duì)于帶模柄的中小型沖模就是要使其壓力中心與模柄軸心線(xiàn)重合。否則，沖裁過(guò)程中壓力機(jī)滑塊和沖模將會(huì)承受偏心載荷，使滑塊導(dǎo)軌和沖模導(dǎo)向部分產(chǎn)生不正常的磨損，合理間隙得不到保證，刃口迅速變鈍，從而降低沖裁件質(zhì)量和模具壽命，甚至損壞模具。因此，設(shè)計(jì)沖模時(shí)應(yīng)正確計(jì)算出沖模時(shí)的壓力中心，并使壓力中心與模柄軸心線(xiàn)重合，若因沖裁件的形狀特殊，從模具的結(jié)構(gòu)方面考慮不宜使壓力中心與模柄軸心線(xiàn)相重合，也應(yīng)注意盡量使壓力中心的偏離不超出所選壓力機(jī)模柄孔投影面積的范圍。
圖3.3 沖裁件
由于該沖件屬于對(duì)稱(chēng)形狀的零件，所以壓力中心為于刃口輪廓圖形的幾何中心上。
4.2 設(shè)備的選擇
沖壓設(shè)備的選擇主要是根據(jù)沖壓工藝性質(zhì)、生產(chǎn)批量大小、沖壓件的幾何形狀、尺寸及精度要求等因素來(lái)確定的。沖壓生產(chǎn)中常用的沖壓設(shè)備種類(lèi)很多，選擇沖壓設(shè)備時(shí)主要考慮下述因素：
1） 沖壓設(shè)備的類(lèi)型和工作方式是否適用于應(yīng)完成的工序；是否符合安全生產(chǎn)和環(huán)保的要求；
2） 沖壓設(shè)備的壓力和功率是否滿(mǎn)足應(yīng)完成工序的需要；
3） 沖壓設(shè)備的裝模高度、工作臺(tái)面尺寸、行程等是否適合應(yīng)完成工序所用的模具；
4） 沖壓設(shè)備的行程次數(shù)是否滿(mǎn)足生產(chǎn)率的要求等。
由表9-3查得，落料時(shí)的壓力機(jī)應(yīng)選標(biāo)稱(chēng)壓力為800×103N的開(kāi)式曲柄壓力機(jī)J23-80。
表3.1 開(kāi)式曲柄壓力機(jī)J23-80主要技術(shù)參數(shù)
型號(hào)
公稱(chēng)壓力/KN
滑塊行程/mm
滑塊行程次數(shù)/n˙min-1
J23-80
800
130
60
最大閉合高度/mm
閉合高度調(diào)節(jié)量/mm
工作臺(tái)尺寸/mm 長(zhǎng)×寬
380
100
800×540
墊板厚度/mm
工作臺(tái)板厚度/mm
模柄孔尺寸（直徑×深度）/mm
100
100
60×75
第5章 排樣設(shè)計(jì)
在沖壓零件的成本中，材料費(fèi)用約占60%以上，因此材料的經(jīng)濟(jì)利用具有非常重要的意義。沖壓件在條料或板料上的布置方法稱(chēng)為排樣。排樣合理與否不但影響材料的經(jīng)濟(jì)利用，還影響到制件的質(zhì)量、模具的結(jié)構(gòu)與壽命、制件的生產(chǎn)率和模具的成本等技術(shù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。因此，排樣時(shí)應(yīng)考慮如下原則：
１．提高材料利用率 (不影響制件使用性能前提下，還可適當(dāng)改變制件形狀)。 ２．排樣方法使應(yīng)操作方便，勞動(dòng)強(qiáng)度小且安全。
３．模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、壽命高。
４．保證制件質(zhì)量和制件對(duì)板料纖維方向的要求。
根據(jù)零件實(shí)際情況，采用有廢料排樣法：如，沿制件的全部外形輪廓沖壓，在制件之間及制件與條料側(cè) 邊之間 ，都有工藝余料 (稱(chēng)搭邊)存在。因留有搭邊，所以制件質(zhì)量和模具壽命較高，但材料利用率降低。
排樣方式的確定：
排樣方式
概念
優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍
有廢料
排樣
沿零件的全部外形沖壓四周有一定的余量
這樣排樣材料利用率較低，但制件質(zhì)量和精度均能得到保證，沖模的壽命相應(yīng)提高，多用于形狀復(fù)雜制件精度要求較高的制品沖壓
少?gòu)U料
排樣
沿制件部分外形沖壓，也就是只能有一個(gè)。
這種排樣材料利用率較高，具有一次能沖壓多個(gè)制件和簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu) 降低沖壓力等優(yōu)點(diǎn)。
但只能保證一個(gè)方向的制件精度。
無(wú)廢料
排樣
在整個(gè)沖壓過(guò)程中只有料頭料尾和結(jié)構(gòu)廢料。
這種排樣材料利用率最高但制件的沖壓精度差，多用于沖壓精度要求不高，且比較貴重的材料沖壓。
表 1搭邊a和a1數(shù)值(低碳鋼)
材料
厚度t
圓件及r>2t的圓角
矩形件邊長(zhǎng)l<50mm
矩形件邊長(zhǎng)l>50mm或圓角r<2t
工件間a1
側(cè)面a
工件間a1
側(cè)面a
工件間a1
側(cè)面a
0.25
1.8
2.0
2.2
2.5
2.8
3.0
0.25
1.2
1.5
1.8
2.0
2.2
2.5
0.5
1.0
1.2
1.5
1.8
1.8
2.0
0.8
0.8
1.0
1.2
1.5
1.5
1.8
1.2
1.0
1.2
1.5
1.8
1.8
2.0
1.6
1.2
1.5
1.8
2.0
2.0
2.2
2.0
1.5
1.8
2.0
2.2
2.2
2.5
2.5
1.8
2.2
2.2
2.5
2.5
2.8
3.0
2.2
2.5
2.5
2.8
2.8
3.2
3.5
2.5
2.8
2.8
3.2
3.2
3.5
4.0
3.0
3.5
3.5
4.0
4.0
4.5
5.0~10
0.6t
0.7t
0.7t
0.8t
0.8t
0.9t
表4-2 各材料搭邊系數(shù)
材料
系數(shù)
材料
系數(shù)
中等硬度的鋼
硬鋼
青銅及硬黃銅
硬鋁
0.9
0.8
1～1.1
1～1.2
軟黃銅
鋁
非金屬（皮革、硬紙板）
1.2
1.3～1.4
1.5～2
衡量材料經(jīng)濟(jì)利用的指標(biāo)是材料利用率。
一個(gè)進(jìn)距內(nèi)的材料利用率為：
η=×100%（4.5）
=（9990）/（94×145）
=73.3%
式中：η——材料利用率
n——張板料（或帯料、條料）上沖件的數(shù)目
A——整個(gè)沖裁件的實(shí)際面積
L——板料長(zhǎng)度
B——板料寬度
第6章 模具總體設(shè)計(jì)
通常，模具是由機(jī)械零、部件，通用機(jī)構(gòu)和功能元件構(gòu)成。因此，其整體構(gòu)造設(shè)計(jì)方法和原理，與通用機(jī)械設(shè)計(jì)的方法和原理基本上是相同的。但是，由于其使用功能和作用對(duì)象即使金屬和非金屬材料，加工成形為合格的制件（沖件、塑件、鍛件等），而且，每副模具只能用于加工成形一種特定的制件，專(zhuān)用性強(qiáng)，是一種專(zhuān)用成形工具。因此，模具設(shè)計(jì)具有以下特點(diǎn)和要求.
6.1 精度與定位
精度概念和意識(shí)，是模具設(shè)計(jì)人員須建立的基本概念和意識(shí)。模具精度包括模具整體組合和零、部件的位置與形狀尺寸精度、配合精度與定位精度。如沖模的沖裁間隙值及其均勻性等，均需由凸模與凹模的形狀、位置精度、導(dǎo)向裝置的位置與配合精度保證。因此，在模具設(shè)計(jì)時(shí)需進(jìn)行嚴(yán)格的尺寸精度設(shè)計(jì)與計(jì)算。同時(shí)，還須考慮零、部件的制造工藝性和工藝精度，以保證模具的精密性能和可靠性。
由于本零件給定的尺寸精度都較低，所以未標(biāo)注公差的尺寸都按生產(chǎn)所需經(jīng)濟(jì)精度要求的IT12級(jí)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。因?yàn)樵撃＞卟捎玫氖菞l料。而第一件的沖壓位置可由活動(dòng)擋料銷(xiāo)定距。如下圖所示:
6.2 模具的導(dǎo)向裝置
模具運(yùn)動(dòng)方向的導(dǎo)向，是由導(dǎo)向裝置來(lái)保證的。同時(shí)，導(dǎo)向裝置對(duì)模具間隙的均勻性，精確合模運(yùn)動(dòng)還起定位的作用。導(dǎo)向裝置常用的有，導(dǎo)柱與導(dǎo)套組成的導(dǎo)向裝置（含滑動(dòng)和滾動(dòng)配合）；導(dǎo)板導(dǎo)向裝置（含一般導(dǎo)板副和自潤(rùn)滑導(dǎo)板副），主要用于大型沖模，滑塊與導(dǎo)軌組成的斜抽芯導(dǎo)向；沖模送料的導(dǎo)料板導(dǎo)向等四種。模具運(yùn)動(dòng)方向的導(dǎo)向裝置，由于起著精密導(dǎo)向和精密定位作用，所以要求精度高，導(dǎo)向剛度好等，常采用過(guò)定位導(dǎo)向。
由于本設(shè)計(jì)零件的相關(guān)部位的精度要求較高，且相對(duì)行程較大故采用導(dǎo)柱導(dǎo)套導(dǎo)向，且，相應(yīng)導(dǎo)向均已標(biāo)準(zhǔn)化。如下圖所示:
6.3 卸件、卸料設(shè)計(jì)
沖模的卸料，通常采用在凹模上設(shè)計(jì)漏料孔漏料，在凸模上設(shè)計(jì)打料機(jī)構(gòu)或設(shè)計(jì)氣孔，用壓縮空氣吹料等方法。所以采用上出件比較便于操作與提高生產(chǎn)效率。如下圖所示:
6.4 支承與緊固
模架是模具的主要支承部件。模架分上模座（或動(dòng)模）和下模座（或定模）兩部分，在模座上固定有凸模及其配件和凹模及其配件。模座也是送料機(jī)構(gòu)、抽芯機(jī)構(gòu)的支承部件。
另外，凸模墊板、固定板及卸料板的支承配件等均是具有一定功能的標(biāo)準(zhǔn)支承零件。模具的固定和連接，分剛性和彈性?xún)煞N。通常采用螺栓、定位銷(xiāo)進(jìn)行剛性固定和連接方法。其中壓料、卸料板則采用彈性連接，上模座（或動(dòng)模）與下模座（或定模）之間連接方式是由導(dǎo)柱和導(dǎo)套等導(dǎo)向裝置，使在進(jìn)行合模運(yùn)動(dòng)時(shí)相連接，以完成制件的加工成形。如下圖所示:
第7章 模具的壽命
模具的壽命是指模具能夠生產(chǎn)合格制品的耐用程度，一般以模具所完成的工作循環(huán)次數(shù)或所生產(chǎn)的制件數(shù)量來(lái)表示。
模具在使用過(guò)程中，其零件將由于磨損或損壞而失效。如果磨損或損壞嚴(yán)重，導(dǎo)致模具無(wú)法修復(fù)時(shí)，模具就應(yīng)報(bào)廢。如果模具的零件都具有互換性，零件失效后能夠得到更換，那么模具的壽命在理論上將是無(wú)限的。但是，模具在長(zhǎng)時(shí)間使用后，零件趨于老化，故障概率大大增加，修理費(fèi)用隨之增加，同時(shí)模具經(jīng)常需要修理會(huì)直接影響制件的生產(chǎn)。因此，當(dāng)修理模具在經(jīng)濟(jì)上并不合理時(shí)，也應(yīng)考慮將其報(bào)廢。模具在報(bào)廢前所完成的工作循環(huán)次數(shù)或所生產(chǎn)的制件數(shù)量稱(chēng)為模具的總壽命。除此以外，還應(yīng)考慮模具在兩次修理之間的壽命，如沖裁模的刃磨壽命。
在設(shè)計(jì)和制造模具時(shí)，作為用戶(hù)都會(huì)提出關(guān)于模具壽命的要求，這種要求稱(chēng)為模具的期望壽命。確定模具的期望壽命應(yīng)綜合考慮兩方面的因素：一是技術(shù)上的可能性；二是經(jīng)濟(jì)上的合理性。一般而言，當(dāng)制件生產(chǎn)批量較小時(shí)，模具壽命只需滿(mǎn)足制件生產(chǎn)量的要求就足夠了，此時(shí)在保證模具壽命的前提下應(yīng)盡量降低模具的成本；當(dāng)制件為大批大量生產(chǎn)時(shí)，即使需要很高的模具成本，也應(yīng)盡可能地提高模具的使用壽命和使用效率。
7.1 模具的失效形式
模具失效的基本形式有五種，即磨損失效、疲勞失效、熱疲勞失效、塑性變形失效和斷裂失效。
磨損失效
模具在使用時(shí)的磨損是不可避免的，使用時(shí)間越長(zhǎng)，則磨損量也越大，磨損就越嚴(yán)重。磨損的形式有磨料磨損、粘著磨損、腐蝕磨損、疲勞磨損等。判斷模具是否因磨損而失效的主要標(biāo)準(zhǔn)是制件的尺寸精度，當(dāng)制件的尺寸超出允許的公差范圍時(shí)即宣告模具失效。如果模具的磨損導(dǎo)致制件的表面質(zhì)量嚴(yán)重下降，那么制件的表面質(zhì)量要求也是判斷模具是否失效的依據(jù)。沖裁模的凸、凹模刃口由于磨損而逐漸鈍化，嚴(yán)重時(shí)將顯著地劣化模具的工作條件和制件的質(zhì)量。制件的毛刺高度隨著凸、凹模刃口的鈍化而逐漸增高，因而可以作為判斷凸、凹模刃口鈍化程度的標(biāo)志，當(dāng)毛刺高度超過(guò)規(guī)定值時(shí)，表明刃口鈍化嚴(yán)重，需要重新刃磨刃口后模具才能繼續(xù)使用。
疲勞失效
模具一般都以間歇工作的方式進(jìn)行工作，頻繁的反復(fù)加載和卸載使模具受力零件處于交變應(yīng)力作用下。模具使用一段時(shí)間后，由于交變應(yīng)力的作用，在零件表面或內(nèi)部存在微觀(guān)缺陷及應(yīng)力集中的部位將會(huì)萌生許多微裂紋。模具繼續(xù)使用時(shí)，這些微裂紋將逐漸擴(kuò)展，當(dāng)微裂紋擴(kuò)展到一定程度時(shí)，模具零件的承載能力被嚴(yán)重削弱，最終導(dǎo)致模具開(kāi)裂或破損。
熱疲勞失效
熱加工模具一般都在急冷急熱條件下工作。當(dāng)模具零件急劇受熱時(shí)，溫度較高的表層材料的受熱膨脹受到溫度較低的內(nèi)層材料的約束，使表層材料產(chǎn)生壓應(yīng)力；當(dāng)模具零件急劇冷卻時(shí)，溫度較低的表層材料的冷卻收縮又受到溫度較高的內(nèi)層材料的約束，使表層材料產(chǎn)生拉應(yīng)力。在工作一段時(shí)間后，這種循環(huán)熱應(yīng)力將使模具零件表層材料出現(xiàn)許多細(xì)小的裂紋，導(dǎo)致模具失效。熱疲勞裂紋的形狀有網(wǎng)狀、放射狀、平行狀等。
塑性變形失效
當(dāng)模具零件承受的載荷使零件內(nèi)部的應(yīng)力超過(guò)其自身材料的屈服強(qiáng)度時(shí)，零件就會(huì)產(chǎn)生塑性變形。常見(jiàn)的塑性變形失效有工作零件出現(xiàn)表面皺紋、局部塌陷和棱角倒塌，凸模、型芯出現(xiàn)鐓粗、縱向彎曲，型腔、型孔出現(xiàn)脹大等。
斷裂失效
模具在正常工作時(shí)，因?yàn)槟撤N原因而突然出現(xiàn)較大的裂紋，甚至分裂成幾個(gè)部分，使模具立即喪失工作能力的失效形式稱(chēng)為斷裂失效。常見(jiàn)的斷裂失效有開(kāi)裂、破裂、崩刃、折斷等。
模具失效的五種基本形式中，熱疲勞失效一般只出現(xiàn)于冷熱溫差較大的熱加工模具，其他的四種形式在各類(lèi)模具上都有可能出現(xiàn)。不同的失效形式之間常常有密切的聯(lián)系和交互促進(jìn)作用。磨損產(chǎn)生的溝痕往往成為萌生疲勞裂紋和熱疲勞裂紋的發(fā)源地，同時(shí)深而尖銳的溝痕本身就可成為一次性斷裂的起裂點(diǎn)。零件表面出現(xiàn)疲勞裂紋和熱疲勞裂紋后，表面質(zhì)量嚴(yán)重惡化，將使磨損加劇，裂紋的尖端出現(xiàn)應(yīng)力集中，將成為斷裂源，促進(jìn)一次性斷裂的產(chǎn)生。磨損雖然會(huì)導(dǎo)致模具失效，但在正常的工作條件下，模具在失效前都能在較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定有效地工作。大部分模具的有效壽命決定于磨損失效，對(duì)于這些模具，磨損失效是它們的正常失效形式，其有效磨損壽命是確定模具期望壽命的依據(jù)。部分重載模具如冷擠壓模的有效壽命主要決定于疲勞失效，部分冷、熱溫差很大的模具如壓鑄模的有效壽命主要決定于熱疲勞失效。在疲勞和熱疲勞失效前，模具一般也有較長(zhǎng)的使用壽命，但習(xí)慣上仍將它們看作是模具的早期失效。如果模具質(zhì)量存在問(wèn)題，或者使用不當(dāng)，塑性變形和斷裂失效在模具使用的各個(gè)時(shí)期都有可能產(chǎn)生，而且一旦發(fā)生的話(huà)，其后果很可能是致命的，它們是造成模具早期失效的主要形式。
保證和提高模具的壽命，一方面要通過(guò)各種途徑保證和提高模具的耐磨性，使模具具有足夠的有效磨損壽命，另一方面要采取各種措施，預(yù)防早期失效的出現(xiàn)，保證模具在有效壽命期內(nèi)能夠安全穩(wěn)定地運(yùn)行。
7.2 提高模具壽命的途徑
模具磨損的根本原因是模具零件與制件（或坯料）之間或模具零件與零件之間的相互摩擦作用。能夠降低這種摩擦作用，或者能夠提高模具零件的耐磨性的途徑，都是降低模具的磨損速度、提高模具有效磨損壽命的有效途徑。
合理選擇模具材料
材料的耐磨性是決定模具零件磨損速度的主要因素之一，材料的耐磨性主要決定于材料的種類(lèi)和熱處理狀態(tài)。常用模具材料中，以冷作模具用鋼為例，硬質(zhì)合金的耐磨性最高，其次是高碳高鉻工具鋼，再次是低合金工具鋼，碳素工具鋼的耐磨性最低。一般情況下，需要耐磨的模具零件都應(yīng)通過(guò)淬火或其他熱處理方法提高材料的硬度，材料越硬，耐磨性就越好。
提高模具零件表面質(zhì)量
首先，要提高零件表面的精加工質(zhì)量。零件加工越精細(xì)，表面粗糙度值越小，則磨損速度就越慢，使用壽命就越高。其次，要盡力避免零件表層材料在加工過(guò)程發(fā)生軟化現(xiàn)象，防止材料耐磨性的降低。例如，在磨削加工時(shí)，如果工藝條件選擇不當(dāng)，就會(huì)會(huì)產(chǎn)生磨削燒傷，使表層材料的硬度降低，大大降低零件的耐磨性。
潤(rùn)滑處理
模具的導(dǎo)柱、導(dǎo)套及其他有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的部位應(yīng)經(jīng)常加注潤(rùn)滑油。沖壓加工時(shí)一般應(yīng)在凸、凹模工作表面或毛坯表面涂覆潤(rùn)滑油或潤(rùn)滑劑。變形抗力大的沖壓加工，如冷擠壓、厚料拉深、變薄拉深等，應(yīng)對(duì)坯料進(jìn)行表面潤(rùn)滑處理，例如：對(duì)碳鋼坯料進(jìn)行磷化皂化處理；對(duì)不銹鋼坯料進(jìn)行草酸鹽處理。鍛模、塑料模和壓鑄模等模具在成形前都應(yīng)將潤(rùn)滑劑或起模劑噴涂于成形零件表面。
防止粘模
如果制件材料與模具材料之間有較強(qiáng)的親和力，兩者之間會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的粘附作用，甚至相互間在高壓作用下產(chǎn)生冷焊，這就是所謂的粘?，F(xiàn)象。粘?，F(xiàn)象嚴(yán)重時(shí)，將在起模時(shí)導(dǎo)致制件和模具零件表面的材料撕裂脫落，一方面影響制件的表面質(zhì)量，另一方面將使模具零件產(chǎn)生劇烈的粘著磨損，同時(shí)脫落的材料顆粒還會(huì)加劇模具零件的磨損。因此，無(wú)論是對(duì)于制件質(zhì)量，還是對(duì)于模具壽命，粘?，F(xiàn)象都是極為有害的，都應(yīng)采取措施加以預(yù)防。
預(yù)防粘模的方法有：采用與制件材料親和力較小的模具材料；采用可靠的潤(rùn)滑措施，防止?jié)櫥ぴ诟邏合卤粩D破；采用滲氮、碳氮共滲等表面處理方法，改變模具零件表層材料的組織結(jié)構(gòu)。
合理選擇模具結(jié)構(gòu)參數(shù)和成形工藝條件
在保證制件質(zhì)量的前提下，對(duì)于沖裁模適當(dāng)加大凸、凹模間隙，對(duì)于彎曲模、拉深模適當(dāng)加大凸、凹模間隙和凹?？诓繄A角半徑，對(duì)于冷擠壓模適當(dāng)減小凹模入口角和凸、凹模工作帶高度，以及增加制件的起模斜度，都能提高模具磨損壽命。對(duì)于塑料模、壓鑄模等模具，適當(dāng)減小成形壓力、溫度和速度，提高模具溫度，既能減小熔融塑料或合金液在充模時(shí)對(duì)模具成形表面的沖擊磨損，又能減小制件對(duì)模具的脹模力，從而減小模具在制件起模時(shí)的磨損。
表面強(qiáng)化
表面強(qiáng)化的目的是提高模具零件表面的耐磨性。常用的表面強(qiáng)化方法有表面電火花強(qiáng)化、硬質(zhì)合金堆焊、滲氮、碳氮共滲、滲硫處理、表面鍍鉻等。表面電火花強(qiáng)化、硬質(zhì)合金堆焊常用于沖裁模。滲氮（硬氮化）主要用于熱加工模具鋼零件的表面強(qiáng)化，此方法除能提高零件的耐磨性外，還能提高零件的耐疲勞性、耐熱疲勞性和耐磨蝕性，主要用于壓鑄模、塑料模等模具。碳氮共滲（氣體軟氮化）不受鋼種的限制，能應(yīng)用于各類(lèi)模具。滲硫處理能減小摩擦系數(shù)，提高材料的耐磨性，一般只用于拉深模、彎曲模。表面鍍鉻主要用于塑料模及拉深模、彎曲模。除了上述常用方法外、模具的表面強(qiáng)化還有滲硼處理、滲金屬處理、化學(xué)氣相沉積處理、碳氮硼多元共滲等許多方法。
其他事項(xiàng)
妥善處理模具損壞事故，細(xì)致分析事故原因，進(jìn)而采取適當(dāng)措施防止同類(lèi)事故的再次發(fā)生。
做好預(yù)防性維修工作，防止一個(gè)零件的失效殃及其他零件的安全。對(duì)已經(jīng)失效的零件應(yīng)及時(shí)修理或更換。妥善保管摸具，防止模具生銹，遺失。
在日常生產(chǎn)中模具由于磨損或其他形式而失效，在這之前生產(chǎn)的零件稱(chēng)為模具的壽命（生產(chǎn)壽命）。
結(jié)論與展望
本文闡述了沖壓模具設(shè)計(jì)的全過(guò)程。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們遵循沖壓工藝的基本理論和沖壓模具的設(shè)計(jì)步驟，利用繪圖軟件，進(jìn)行了模具的設(shè)計(jì)，完成的具體工作如下：
1、沖壓零件工藝分析；
2、排樣方案設(shè)計(jì)；
3、沖壓力的計(jì)算；
4、模具壓力中心的計(jì)算；
5、凸凹模刃口尺寸的計(jì)算；
6、凸模、凹模、凸凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；
7、模具總體設(shè)計(jì)的主要零部件設(shè)計(jì)；
8、沖壓設(shè)備的選擇；
9、模具零件圖、裝配圖的繪制；
以CAD軟件為工具，進(jìn)行沖壓件的模具設(shè)計(jì)，大大提高了模具設(shè)計(jì)的效率，充分體現(xiàn)了軟件設(shè)計(jì)的靈活和高效。因?qū)嶋H情況所限，我只完成了模具的設(shè)計(jì)部分，未能將其制造成實(shí)物，深感遺憾。因?yàn)橥ㄟ^(guò)實(shí)際的制造過(guò)程能將我們的模具理論設(shè)計(jì)應(yīng)用到實(shí)際的制造中，讓我去發(fā)現(xiàn)和彌補(bǔ)理論設(shè)計(jì)中的不足和缺陷。
計(jì)算機(jī)技術(shù)為機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域帶來(lái)了新的理念和方法，也促進(jìn)了沖壓模具設(shè)計(jì)和制造手段的進(jìn)步。我們相信：將計(jì)算機(jī)三維設(shè)計(jì)運(yùn)用于沖壓模具的設(shè)計(jì)和制造是模具設(shè)計(jì)制造技術(shù)發(fā)展的必然，充分利用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行模具CAD/CAE/CAM系統(tǒng)的研究具有十分重要的理論和實(shí)踐意義。
致謝
設(shè)計(jì)是對(duì)幾年的大學(xué)生活的一個(gè)總結(jié)，是幾年來(lái)的一個(gè)綜合考評(píng)，現(xiàn)在終于圓滿(mǎn)完成了，感謝我所有的老師，是你們無(wú)私的奉獻(xiàn)把我?guī)нM(jìn)機(jī)械殿堂，讓我在機(jī)械行業(yè)快樂(lè)翱翔。
本次設(shè)計(jì)是在老師的悉心指導(dǎo)和關(guān)懷下完成的。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，導(dǎo)師給了我許多指導(dǎo)和幫助，并提出了很多寶貴的意見(jiàn)尤老師的嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)，不斷探索的科研作風(fēng)，敏銳深邃的學(xué)術(shù)洞察力，孜孜不倦的敬業(yè)精神，給我留下了深刻的印象。值此設(shè)計(jì)完成之際，謹(jǐn)向我的導(dǎo)師致以崇高的敬意和衷心的感謝！
在做設(shè)計(jì)時(shí)，在老師的推薦下我借閱了關(guān)于模具的書(shū)籍，查閱相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)是我我設(shè)計(jì)時(shí)思路清晰，充滿(mǎn)信息，圓滿(mǎn)地完成了本次設(shè)計(jì)。
在設(shè)計(jì)撰寫(xiě)時(shí)，得到了機(jī)械系多位老師和同學(xué)的幫助，，在忙碌的工作中，仍給予我專(zhuān)業(yè)知識(shí)上的指導(dǎo)，而且交給我學(xué)習(xí)的方法和思路，是我在實(shí)際設(shè)計(jì)中不斷有新的認(rèn)識(shí)和提高，在此，我對(duì)他們的幫助表示由衷的感謝！
最后再次向幫助過(guò)我的老師及同學(xué)致以最崇高的敬意！
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