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封蓋的冷沖壓模具設(shè)計
摘 要
沖壓是當(dāng)今社會應(yīng)用比較普遍的零件快速成型方法，沖壓模具是沖壓生產(chǎn)過程中不可缺少的工藝設(shè)備。沖壓件的質(zhì)量，沖壓的生產(chǎn)效率，材料的利用率，以及模具的壽命都是沖壓模具在使用過程中需要注意的問題。
本文首先基于對沖壓模具的發(fā)展現(xiàn)狀、發(fā)展前景、沖壓的工藝分類、以及當(dāng)今世界沖壓行業(yè)存在的阻力障礙與突破進行了相應(yīng)的介紹。并將要的沖壓的零件進行材料、模具結(jié)構(gòu)等進行工藝分析，通過對材料特性，模具結(jié)構(gòu)分析然后畫出簡單可行的模具裝配圖，然后對模具零件的分析計算，和加工工藝分析，確定了加工工藝方案。
關(guān)鍵詞：沖壓模具 利用率 零件工藝分析 加工工藝方案
Cover based on the design of cold stamping die
Abstract
Stamping applications in today's society is more common method of rapid prototyping parts, stamping die stamping production process is an indispensable process equipment. The quality of stamping, stamping of production efficiency, material usage, and mold the life of stamping dies are in the course of problems that need attention.
Firstly, based on the stamping die development status, development prospects, stamping technology classification, and stamping industries exist in today's world and break the resistance barrier for the corresponding presentation. And stamping of the parts to materials, mold structure for process analysis, through the material properties, structural analysis of the mold and then draw the simple and practical tool assembly diagram, and then the mold parts of the analysis and calculation, and processing analysis to determine the processing technology program.
Key words: Utilization ;Part process ;Stamping die ;Process plans
目 錄
摘 要 I
Abstract II
第一章 前言 1
第二章 零件工藝性分析 2
2.1 工藝分析 2
2.2 工藝方案的分析與確定 2
2.3 模具結(jié)構(gòu)形式的確定 3
第三章 落料與沖孔部分工藝設(shè)計計算 3
3.1 工藝計算 3
3.2壓力中心的確定 4
3.3計算沖壓力 4
3.4 初選壓力機 4
3.5 刃口尺寸計算 5
第四章 沖裁模主要工作零件設(shè)計 6
4.1 凹模的設(shè)計 6
4.2 凸模的設(shè)計 6
第五章 拉深翻邊模具的工藝性分析 7
5.1拉伸的特點 7
5.2 確定拉伸次數(shù) 7
5.3 是否采用壓邊圈 8
5.4 確定翻邊次數(shù) 8
5.5 工件拉伸與翻邊的工藝確定 9
第六章 拉深翻邊工序的模具結(jié)構(gòu)設(shè)計 9
6.1模具工作部分的尺寸和公差確定 9
6．2 落料凸模的強度和剛度校核 11
第七章 確定壓力機 12
總 結(jié) 13
參考文獻 14
致謝 15
- 15 -
第1章 前言
模具設(shè)計與制造行業(yè)現(xiàn)在已經(jīng)成為當(dāng)今工業(yè)行業(yè)的支撐，模具行業(yè)的發(fā)展直接或間接影響著國家的工業(yè)水平。目前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，但與國民經(jīng)濟需求和世界先進水平相比，差距仍很大，一些大型、精密、復(fù)雜、長壽命的高檔模具每年仍大量進口，特別是中高檔轎車的覆蓋件模具，目前仍主要依靠進口。一些低檔次的簡單沖模，已趨供過于求，市場競爭激烈。
我這次主要做的是封蓋的冷沖壓模具設(shè)計，它在是我們生活中很常見，有防塵封蓋，油箱封蓋，鐵桶法蘭蓋等，并在我們的生活生產(chǎn)中扮演著重要角色。它結(jié)構(gòu)形式一般不太復(fù)雜，加工它所涉及的沖裁成型等工序內(nèi)容也都是冷沖壓模具課程的重點。
第二章 零件工藝性分析
2.1 工藝分析
圖2-1零件圖
2.1.1 沖裁件的材料性能
該制件選用的材料為08Al碳素鋼，抗拉性能好，具有良好的沖壓沖裁性能。
2.1.2 經(jīng)濟性分析
該制件大批量生產(chǎn)，公差等級IT14級，由于其大批量生產(chǎn)所以平攤到每個制件的模具成本就會相應(yīng)減少。同時，用沖壓加工可以保證產(chǎn)品的質(zhì)量，材料的利用率相對提高，操作方便簡單等優(yōu)點。
結(jié)論：通過以上對產(chǎn)品工藝的分析，此零件適合采用沖裁加工的方法生產(chǎn)加工。
2.2 工藝方案的分析與確定
根據(jù)制件的工藝性分析，其基本工序有沖孔、落料、拉深、（內(nèi)孔）翻邊四種。按先后順序組合，可得如下幾種方案：
1、 落料-沖孔-拉深-翻邊，單工序沖壓
2、 落料-沖孔翻邊復(fù)合-翻邊，復(fù)合沖壓
3、 落料拉深沖孔翻邊復(fù)合，超復(fù)合沖壓
4、 落料沖孔-拉伸翻邊，復(fù)合沖壓
方案1屬于單工序沖壓。由于此制件生產(chǎn)批量較大，這種方案生產(chǎn)率較低，故不宜采用。
方案2也屬于復(fù)合工序沖壓，但是生產(chǎn)效率低，會在一定程度上影響工件精度，不能確保工件的尺寸，所以也不宜采用。
方案3雖然是復(fù)合沖壓，適合大批量生產(chǎn)而且生產(chǎn)精度高，但是該模具的設(shè)計加工較為復(fù)雜，所以也不宜采用。
方案4是復(fù)合沖壓，它解決了以上方案存在的問題，需設(shè)計兩副模具，故此方案最為合適。
因此，采用第四套工藝方案。
2.3 模具結(jié)構(gòu)形式的確定
2.3.1 操作方式的選擇
選擇手工送了的方式
2.3.2 定位方式的選擇
采用兩個導(dǎo)料銷進行送料方向的控制，采用一個擋料銷控制送料距離。
2.3.3 卸料方式的選擇
卸料方式主要有剛性卸料和彈性卸料，該沖裁件板厚1.5mm，使用彈性卸料更有利于保證沖裁件的平面度。
第三章 落料與沖孔部分工藝設(shè)計計算
3.1 工藝計算
3.1.1 搭邊的確定。查表2-8[1]得其側(cè)搭邊值a1=1.5mm,工件間搭邊值a=1.2mm.
3.1.2條料料寬：
B0-Δ=（Dmax+2a）0-Δ=（68+2 x 1.5）0-Δ（查表2-10[1]得，Δ=0.5）(公式3-1)
=710-0.5。
3.1.3送料距離：a=69.2mm。
3.1.4 排樣圖如圖3-1所示：
圖3-1 排樣圖
3.2壓力中心的確定
該工件為規(guī)則圓環(huán)落料沖孔件，很顯然，壓力中心在其圓心上。
3.3計算沖壓力
查表1-3[1]得:材料的抗拉強度σb=450Mpa，τb=360Mpa。查表2-13[1]得:卸料系數(shù)K1=0.05，頂件系數(shù)K3=0.06。
沖孔力：
F沖孔=KLtτb=1.3x56.52x1.5x360=39677.04N=39.7KN （公式3-2）
落料力：
F落料=Ltσb=213.52x1.5x450=144126N=144.2KN （公式3-3）
沖裁力：
F沖裁= F沖孔+ F落料=183.9KN。（公式3-4）
卸料力：
F1=K1F=0.05x183.9=9.19KN （公式3-5）
頂件力：
F2=K3F=0.06x183.9=11.034KN （公式3-6）
F總= F沖裁+卸料力+頂件力 （公式3-7）
=204.124KN。
3.4 初選壓力機
壓力機確定：P=1.2F總=1.2x204.124=244.95KN （公式3-8）
故初選公稱壓力為250KN的開式雙柱可傾J23-25型壓力機。
3.5 刃口尺寸計算
在決定模具刃口尺寸及其制造公差時,需考慮下述原則[1]:
1、落料尺寸有凹模尺寸決定,沖孔時孔的尺寸有凸模尺寸決定.故設(shè)計落料模時,以凹模為基準(zhǔn),間隙取在凸模上;設(shè)計沖孔模時,以凸模為基準(zhǔn)，間隙設(shè)在凹模上。
2、考慮到?jīng)_裁中凹凸模的磨損，設(shè)計落料模時，凹模基本尺寸應(yīng)取尺寸公差范圍較小的尺寸；設(shè)計沖孔模時，凸?；境叽鐟?yīng)取尺寸公差范圍較大的尺寸。
3、確定沖模刃口制造公差時，應(yīng)考慮制件的公差要求。制件若是沒有公差，沖模可按IT11級制造，對于圓形工件，一般可按IT7~IT6級制造模具。沖壓件的尺寸公差應(yīng)按“入體”原則標(biāo)注，落料件上偏差為零，下偏差為負；沖口件下偏差為零，上偏差為正。
3.5.1 凸模、凹模的制造方式。根據(jù)零件外形特征，結(jié)合實際，決定采用分別制造法生產(chǎn)凸模、凹模。
3.5.2 沖裁雙面間隙的選取。查表3-2[1]得：Zmin=0.162，Zmax=0.240。
則 Zmax-Zmin=0.078
3.5.3 凸模、凹模的制造精度的確定。凸、凹模分別按照IT6、IT7級精度制造，根據(jù)表1-2[2]差得δ凸=0.011，δ凹=0.018。
故 δ凸+δ凹=0.029，
所以 δ凸+δ凹< Zmax-Zmin
滿足間隙公差條件。
3.5.4 磨損系數(shù)X的確定。由工件標(biāo)注可以確定，工件所有尺寸均為自由公差，按IT14級精度確定，故x=0.5。
3.5.5 刃口尺寸計算。
落料D0-Δ即680-0.19
所以，D凹=（Dmax-xΔ）+δ凹0=（Φ68-0.5x0.19）+0.0180=Φ67.905+0.0180 （公式3-9）
D凸=（D凹-Zmin）0-δ凸=（Φ67.905-0.162）0-0.011=Φ67.7430-0.011 （公式3-10）
沖孔D+Δ0即Φ18+0.130
故，d凸=（dmin+ xΔ）0-δ凸=（Φ18+0.5x0.13）0-0。011=Φ18.0650-0。011 （公式3-11）
d凹=（d凸+Zmin）+δ凹0=（Φ18.065+0.162）+0.0180=Φ18.227+0.0180 （公式3-11）
第四章 沖裁模主要工作零件設(shè)計
4.1 凹模的設(shè)計
4.1.1 凹模刃口形式的確定。因模具結(jié)構(gòu)為上出料形式，考慮到凹模生產(chǎn)的方便，決定采用階梯式直刃壁凹模。有經(jīng)驗確定刃口高度取為h=8 mm。
4.1.2 凹模厚度的計算
以經(jīng)驗方法計算，凹模厚度H=kb（≥15 mm）（公式4-1），即有 H=0.28x68=19.04 mm。
取整為H=20 mm
式中 k——修正系數(shù)，可由資料[1]查取
b——凹模刃口的最大尺寸
4.1.3 凹模外形尺寸的確定
根據(jù)凹模厚度H=20 mm，可得凹模壁厚：
c=（1.5-2）H=（1.5-2）x20=30-40 （公式4-2）
取壁厚c=30
則凹模外形尺寸：
L=b+2c=68+2x=128 （公式4-3）
B=b’+2c=68+2x=128 （公式4-4）
故凹模的外形尺寸為：125x125x25。
4.2 凸模的設(shè)計
4.2.1 凸模長度的計算
根據(jù)選用的模具卸料方式：彈壓卸料方式。所以凸模長度L的計算因循公式[1]：
L=h1+h2+t+h（公式4-5）
式中 L——凸模長度
h1——凸模固定板的厚度
h2——卸料板的厚度
t——材料厚度
h——附加長度，包括凸模的修模量、凸模進入凹模的深度、凸模固定板與卸料板之間的安全距離
故 L=57mm
4.2.2 凸模結(jié)構(gòu)的設(shè)計
為制造方便，結(jié)合零件具體實際，決定采用圓柱頭直桿圓凸模。
4.2.3 壓力機的確定
模具的閉合高度H=224
由附錄A-2[1]查J23-25式可傾壓力機其主要參數(shù)：
公稱壓力 250 KN
最大閉合高度 250mm
模柄尺寸 Ф50×70
工作臺版厚度 70
墊板厚度 50
閉合高度小于該壓力機的閉合高度，公稱壓力符合該模具的使用要求。
第五章 拉深翻邊模具的工藝性分析
根據(jù)確定的沖壓工藝方案和制件的形狀特點、要求等因素確定模具的類型分析：工件尺寸精度不高，形狀不復(fù)雜，尺寸也適中，所以采用一般拉深工藝。經(jīng)計算，可確定為一次拉深成型。工件的內(nèi)孔翻邊部分常用于螺紋連接，需要有大于料厚的連接螺紋長度以確保其連接的可靠性，增強其負載能力，所以翻孔時要保證工件尺寸及精度，尤其是工件R較小時，加工出來的工件達不到尺寸要求，還應(yīng)適當(dāng)增加整形工序。
5.1拉伸的特點
在拉深過程中，毛坯受凸模拉深力的作用，在凸緣毛坯的徑向產(chǎn)生拉應(yīng)力，切向產(chǎn)生縮應(yīng)力。在它們的共同作用下，凸緣變形區(qū)材料發(fā)生了塑形變形，并不斷被拉入凹模內(nèi)形成桶形拉深件。
5.2 確定拉伸次數(shù)
已知計算坯料直徑D=68 則相對厚度t/b ×100=1.5/68×100=2.33
由文獻[1]表4.2.5可知第一次拉深系數(shù)為0.55（不帶壓邊圈）
該拉深件的總拉深系數(shù) m總=d/D=48.5/64.549=0.75
因為m總>m ,說明拉深該工件的實際變形程度比第一次容許的極限變形程度小,故 工件可以一次拉深 拉深次數(shù)n=1。
5.3 是否采用壓邊圈
因為t / D ×100= 2.33有文獻[5] 表4-4
t / D >2.0 不用壓邊圈 ，拉深時需用壓邊圈
5.4 確定翻邊次數(shù)
圓孔翻邊的極限變形程度，用翻邊系數(shù)m表示，翻邊系數(shù)翻邊前孔徑d0與翻邊后孔徑D的比值，其表達式為： m = d0 / D
圖 5-1 彎曲拉深毛坯圖
圖5-2 零件圖
有圖5-1可知,d0=18 D = 22 所以 m =18/22 =0.82
有文獻[2] 查表5.2.1 得
極限翻邊系數(shù)為0.60 小于m 所以可以一次翻邊 及 n = 1
5.5 工件拉伸與翻邊的工藝確定
模具采用拉深與內(nèi)孔翻邊復(fù)合模,需壓邊圈,必要時需要增加整形工序內(nèi)容.
第六章 拉深翻邊工序的模具結(jié)構(gòu)設(shè)計
模具是鑲拼式的，又是批量生產(chǎn)，所以材料的選擇很重要。在這里，我們選用Cr13作為其材料，因為該制件的生產(chǎn)批量大，而Cr13具有強度高，韌性好，耐磨性好抗回火穩(wěn)定性和熱處理變形小的高性能模具材料。
6.1模具工作部分的尺寸和公差確定
6.1.1 計算凸凹模的刃口尺寸
本制件為簡單的軸對稱圖形，且是一個錐形制件，可用線切割加工，故按配作法計算凸、凹模刃口尺寸。根據(jù)凸、凹模刃口尺寸計算公式，先計算出落料凹模刃口尺寸
圖6-1拉深凸模
D凸=Φ49.850+0.25-2 ×1.5 =Φ46.850+0.25
圖6-2拉伸凹模
D凹=（D-0.75Δ）0+0.25=Φ50-0.75 ×0.2=Φ49.850+0.25 (公式6-1)
H凹=(0.7-1)H下模座
=31.5-45
取：H=40mm.
6.1.2 拉深力的確定
拉深力確定的依據(jù)是：危險斷面處的拉應(yīng)力必須小于該斷面的破壞應(yīng)力，由于影響因素比較復(fù)雜，在實際生產(chǎn)中，常采用經(jīng)驗公式進行確定。
由于該工件無需壓邊圈，屬于桶形件拉深，有公式[3]:
P =1.25 ×3.14（D-d1）×t×бb （公式6-2）
=1.25×3.14×18×1.5×330
=34971.75Mpa
P壓邊 =F彈簧×4 =64.9 ×10 ×4 =6490N
所以P總 =34971.75+6049=41020.75N=41 KN
6.1.3 計算翻邊尺寸
翻邊模尺寸可參照拉深模的尺寸確定原則確定,只是應(yīng)注意保證翻邊間隙,凸模圓角半徑rp越大越好, 寸最好用曲面或錐形凸模,凹模圓角半徑可以直接按工件要求的大小設(shè)計,但當(dāng)工件凸緣圓角半徑小于最小值時應(yīng)加整形翻邊。
圖6-3 內(nèi)孔翻邊凸模
6.1.4確定壓力中心
該模具屬于圖形對稱旋轉(zhuǎn)件，圓心壓即力中心，不必進行壓力中心的計算。
6.1.5拉深間隙
拉深模間隙是指單面間隙。間隙的大小對拉深力、拉深件的質(zhì)量、拉深模的壽命都有影響。取間隙 Z = 1 ，及Z =1×tmax=1×1.5mm =1.5mm
6.1.6內(nèi)孔翻邊力的確定
當(dāng)翻邊系數(shù)m大于極限翻邊系數(shù)mmin時，可采用一次成型，計算可知可以一次成型。
在所有凸模形狀中，圓柱形平底凸模的翻邊力最大，其計算公式為：
F =1.1×3.14t（D-d0）σb=5.181×（18.5-18.06）×330=752.28N （公式6-3）
所以，F(xiàn)總= P壓邊+ P總+F （公式6-4）
=41020.75+6490+752N
=48263N
=48KN
6．2 落料凸模的強度和剛度校核
凸模承載能力的校核：
凸模最小斷面承受的壓應(yīng)力，必須小于凸模材料強度允許的壓應(yīng)力[]，即
[1]（公式6-5）
對于非圓形凸模有：
--凸模的最小斷面面積（）
--凸模縱向總壓力（N）
[]-凸模材料的許用應(yīng)力
對于一般工具鋼，凸模淬火硬度HRC為58～62時，取1000～1600MPa
=21371.6/1000～1600=21.4～13.4MPa
由已知S=19349.5>
即落料凸模承載壓力面積完全合格。
第七章 確定壓力機
根據(jù)加工要求該模具應(yīng)選擇63KN 開式壓力機，規(guī)格如下：
發(fā)生公稱壓力時滑塊距下死點的距離/mm 3.5
滑塊行程/mm 50
行程次數(shù)/次*min 160
封閉高度調(diào)節(jié)量/mm 40
滑塊中心到床身距離/mm 110
工作臺尺寸/mm 左右 315 前后 200
工作臺孔尺寸/mm 左右 150 前后 70 直徑 110
立柱間距/mm 150
模柄孔尺寸/mm Ф30×65
工作臺板厚度/mm 40
墊板厚度/mm 30
傾斜角（可傾式工作臺壓力機） 30度
總 結(jié)
畢業(yè)設(shè)計是也是對我們所學(xué)課程一個系統(tǒng)的全面的考核與總結(jié)。我就選擇我們所學(xué)的”冷沖壓模具設(shè)計”作為這次的畢業(yè)設(shè)計課題。
人說實踐出真知，我說實踐也是我們的良師益友。剛出校門的我們對模具的認識只是停留在表面的感性認識上而沒有上升到理性的認識水平上，而實踐是我們通向理性認識的唯一途徑。所以當(dāng)我自己從一開始的查找資料、確定尺寸、工藝分析等做起時，才知道了平日所學(xué)知識的重要及各個知識要點之間的聯(lián)系。
此次我做的畢業(yè)設(shè)計課題是生活生產(chǎn)當(dāng)中比較常見的-----封蓋，該課題難度適中，但在冷沖壓設(shè)計中作為典型，模具大都百變不離其蹤，而做這個足以讓我學(xué)習(xí)領(lǐng)略到模具當(dāng)中的知識要領(lǐng)。該工件成型共有道工序，分別是落料、沖孔、拉深、翻邊。我將落料沖孔放在一套模具上面，其中拉深與翻邊又是第二套模具。確定了該制件的工藝方案以后，通過對力的計算，進行各套模具的壓力機的選擇；通過對凸、凹模尺寸的計算，選擇所需要的模架和導(dǎo)柱導(dǎo)套，并對其進行校核，畫出各套模具的零件圖和裝配圖，均用CAD作圖，然后備檔。
此次課程設(shè)計對我們主要所學(xué)的模具設(shè)計起了一個系統(tǒng)全面的總結(jié)，也是我們對平時所學(xué)知識點的一個應(yīng)用總結(jié)，使得我們對相關(guān)專業(yè)知識有了更為深入的理解。這也是理論知識和實踐經(jīng)驗有了更好的結(jié)合，學(xué)會了一般模具的設(shè)計過程及設(shè)計方案的確定，明白了各種沖壓材料的機械性能，培養(yǎng)了實際工作的基本能力和基本技能,使理論知識與模具設(shè)計、制造的實踐相結(jié)合。并對沖壓工藝與模具設(shè)計有了更為完整的認識。
總之這次的畢業(yè)設(shè)計讓我受益非淺。要腳踏實地，認真嚴(yán)謹，實事求是；要有不怕苦不怕累，堅持不懈迎難而上的學(xué)習(xí)態(tài)度，這些為我以后的工作學(xué)習(xí)打下了良好的基礎(chǔ)。我也會在以后的學(xué)習(xí)工作當(dāng)中更加努力,謙遜求實.讓自己的各方面水平不斷進步，回報老師、為校爭光。
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致 謝
作為一名即將畢業(yè)的應(yīng)屆專科生，三年的時光即將流逝，在這里我要感謝這三年里培養(yǎng)我的老師們，他們的辛勤教育讓我得到了很大的提高，讓我受用終身。
首先感謝我的指導(dǎo)老師，為我的畢業(yè)設(shè)計提出了很多的寶貴意見，為我的畢業(yè)設(shè)計能夠順利完成投入了很大的精力，在此，我由衷的感謝老師。
同時，感謝在做課題過程中為我提供便利和幫助的同學(xué)們。
感謝班里的所有同學(xué)們，感謝我們在一起度過的這段忙碌的又愉快的時光。