支撐圈的沖壓模具設計【單孔帶凸緣筒形件的落料拉伸沖孔整形復合模設計含4付模具三維及35張CAD圖帶外文翻譯】

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0支撐圈的沖壓模具設計【單孔帶凸緣筒形件的落料拉伸沖孔整形復合模設計】第一章 緒 言改 革 開 放 以 來 ， 隨 著 國 民 經 濟 的 高 速 發(fā) 展 ， 市 場 對 模 具 的 需 求 量 不 斷 增 長 。近 年 來 ， 模 具 工 業(yè) 一 直 以 １ ５ ％ 左 右 的 增 長 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 了 巨 大 變 化 ， 除 了 國 有 專 業(yè) 模 具 廠 外 ， 集 體 、 合 資 、 獨 資 和 私 營 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 公 司和 迅 速 崛 起 的 鄉(xiāng) 鎮(zhèn) 企 業(yè) ， 科 龍 、 美 的 、 康 佳 等 集 團 紛 紛 建 立 了 自 己 的 模 具 制 造 中心 ； 中 外 合 資 和 外 商 獨 資 的 模 具 企 業(yè) 現(xiàn) 已 有 幾 千 家 。 在走過了漫長的發(fā)展道路之后，目前我國已形成了 300 多億元（未包括港、澳、臺的統(tǒng)計數(shù)字）各類沖壓模具的生產能力。雖 然 中 國 模 具 工 業(yè) 在 過 去 十 多 年 中 取 得 了 令 人 矚 目 的 發(fā) 展 ， 但 許 多方 面 與 工 業(yè) 發(fā) 達 國 家 相 比 仍 有 較 大 的 差 距 。 例 如 ， 精 密 加 工 設 備 在 模 具 加 工 設 備中 的 比 重 比 較 低 ； Ｃ Ａ Ｄ ／ Ｃ Ａ Ｅ ／ Ｃ Ａ Ｍ 技 術 的 普 及 率 不 高 ； 許 多 先 進 的 模 具技 術 應 用 不 夠 廣 泛 等 等 ， 致 使 相 當 一 部 分 大 型 、 精 密 、 復 雜 和 長 壽 命 模 具 依 賴 進口 。 1中文摘要本設計分析了拉深零件的沖壓工藝, 確定工藝方案及模具結構, 論述了模具的設計過程, 同時還介紹了模具關鍵部位的結構設計，如：凸模、凹模、凸模固定板、墊板、卸料板、樹脂、擋料銷、導正銷等。模架采用標準模架，選用了合適的沖壓設備。設計中對工作零件和壓力機規(guī)格均進行了必要的校核計算, 實踐證明: 模具結構合理,生產的零件符合要求。關鍵詞：模具；沖孔；拉深；落料 2ABSTRACTThis project analysis craft, the definite craft plan and the mold structure, elaborated the level to enter mold's design process, meanwhile introduced the mold essential spot structural design, for example: The plunger, the lower die, the plunger dead plate, the backing strip, unload the yard lumber, the spring, to keep off the material to sell, to lead are selling and so on. The pould frame uses the standard pould frame, has selected the appropriate ramming equipment. In the design carried on the essential examination computation to the work components and the press specification, the practice had proven: The mold structure is reasonable, the production components meet the requirement. Keywords : Progressive dies; Punching; Stretching; Cut. 3目 錄緒言 ………………………………………………………………………………2中文摘要 …………………………………………………………………………3英文摘要 …………………………………………………………………………4第 1 章 前 言 …………………………………………………………………………………81.1 沖壓模具市場情況 …………………………………………………………………91.2 沖壓模具水平狀況 …………………………………………………………………91.3 沖壓模具未來的發(fā)展重點與展望 …………………………………………………12第 2 章 沖壓件的工藝性分析 ……………………………………………………142.1 沖壓件材料分析 ……………………………………………………………………142.2 沖壓件結構工藝性及分析 …………………………………………………………142.3 模具結構形式和選材 ………………………………………………………………152.3.1 模具結構形式 …………………………………………………………………152.3.2 模具材料選擇 …………………………………………………………………15第 3 章 沖壓工藝方案的確定 ……………………………………………………………17第 4 章 工藝計算 …………………………………………………………………184.1 拉伸件展開尺寸計算 ………………………………………………………………184.2 材料的規(guī)格的選擇 …………………………………………………………………194.3 排樣圖設計與材料利用率計算 ……………………………………………………194.3.1 排樣圖的設計 …………………………………………………………………194.3.2 材料利用率計算 ………………………………………………………………224.4 沖壓工藝力的計算 …………………………………………………………………224.4.1 沖壓力的計算 …………………………………………………………………224.4.2 拉伸部分拉伸力的計算 ………………………………………………………234.4.3 卸料力及推件力的計算 ………………………………………………………23第 5 章 模具主要零部件的設計與選擇 ………………………………………………255.1 圓形凸模的設計 ……………………………………………………………………255.1.1 凸模長度計算 …………………………………………………………………265.1.2 承壓應力的校核 ………………………………………………………………265.1.3 抗縱向彎曲應力校核 …………………………………………………………27 45.1.4 圓形凸模固定端面的壓力 ……………………………………………………275.2 切斷凸模的設計 ……………………………………………………………………285.2.1 凸模承壓應力的校核 …………………………………………………………285.2.2 凸模抗縱向彎曲應力校核 ……………………………………………………295.2.3 切斷凸模固定端面的壓力 ……………………………………………………295.3 拉伸凸模的設計 ……………………………………………………………………305.3.1 拉伸凸、凹模圓角半徑及工作部分深度的確定 ……………………………315.3.2 凸、凹模間隙 …………………………………………………………………315.3.3 落料口大小的確定 ……………………………………………………………315.4 凹模的設計 …………………………………………………………………………315.4.1 凹模孔口形式及主要參數(shù) ……………………………………………………315.4.2 整體式凹模外形尺寸的確定 …………………………………………………325.4.3 凹模強度校核 …………………………………………………………………345.5 樹脂的設計 …………………………………………………………………………345.5.1 設計樹脂的一般步驟 …………………………………………………………345.5.2 樹脂材料及許用應力 …………………………………………………………355.5.3 樹脂相關幾何尺寸的計算 ……………………………………………………375.5.4 拉伸樹脂鉤環(huán)強度驗算 ……………………………………………………385.6 凸模固定板的選擇 …………………………………………………………………395.7 凸模墊板的選擇 ……………………………………………………………………39第 6 章 確定凹凸模間隙及計算工作部分尺寸 …………………………………406.1 沖壓間隙值的確定 …………………………………………………………………406.2 凹、凸模刃口尺寸計算 ……………………………………………………………406.2.1 確定凹凸刃口尺寸的原則 ……………………………………………………406.2.2 沖壓模刃口尺寸的計算方法 …………………………………………………406.2.3 沖壓模刃口尺寸的計算 ………………………………………………………40第 7 章 模具總體設計 ……………………………………………………………………437.1 定位零件的設計與選擇 ……………………………………………………………437.1.1 擋料銷的選擇 …………………………………………………………………437.1.2 定位板的設計 …………………………………………………………………437.1.3 止退塊的設計 …………………………………………………………………437.2 卸料裝置的設計 ……………………………………………………………………45 57.2.1 卸料板的設計 …………………………………………………………………457.2.2 卸料樹脂的選擇 ………………………………………………………………467.2.3 卸料樹脂有關尺寸計算 ………………………………………………………487.2.4 卸料樹脂的窩座深度和安裝厚度 ……………………………………………487.2.5 安裝孔內徑和孔底厚度 ………………………………………………………497.3 凸模固定板的設計 …………………………………………………………………507.4 導向零件的選用 ……………………………………………………………………507.5 模架的選用 …………………………………………………………………………51第 8 章 沖壓設備的選擇 ……………………………………………………………………538.1 沖壓設備類型的選擇 ………………………………………………………………538.2 確定設備的規(guī)格 ……………………………………………………………………53第 9 章 繪制模具圖與撰寫說明書 ………………………………………………………559.1 裝配圖的繪制 ………………………………………………………………………55第 10 章 總 結 ………………………………………………………………………………56參考文獻 ………………………………………………………………………………………57致 謝 ………………………………………………………………………………………58 6第一章 前 言畢業(yè)設計（論文）是本科教學計劃的一個重要環(huán)節(jié)，是落實本科教育培養(yǎng)目標的重要組成部分，其主要目的是培養(yǎng)學生綜合運用所學知識，理論聯(lián)系實際，獨立分析、解決問題，使學生在科研選題、調查研究、檢查和查閱中外文獻資料、綜合分析、實驗設計及研究、計算、數(shù)據處理、文字表達等方面的能力得到綜合訓練，進而鞏固和加深所學的專業(yè)知識，提升學生全面素質。近年來，制造業(yè)在科學發(fā)展觀的指引下邁入了新的發(fā)展階段，其中沖壓加工和模具技術更有顯著的進步。本人在綜合考慮了今后的工作和發(fā)展方向后，在這次畢業(yè)設計中選取了沖孔、拉伸、切斷這一典型的模具結構進行設計，以鞏固自己的專業(yè)知識。本說明書共有十章。第一章，簡要介紹了當前模具行業(yè)的發(fā)展狀況以及今后的發(fā)展趨勢。第二章到第九章，根據模具設計的基本步驟，依次進行了工藝分析，工藝計算，主要零部件的設計與計算和沖壓設備的選擇，最后談及了總裝圖和零件圖繪制的相關內容。本說明書最后一章總結了我在本次設計中遇到的問題和心得體會。說明書最后附有本次設計中所涉及到的所有參考文獻。在本次設計和論文撰寫過程中始終得到了教研室老師和同組同學的大力支持和幫助，并參考了許多設計書籍的經驗方法，老師還幫助我進行了圖紙審理和修改，在此均表示由衷的感謝！由于本人水平有限，本說明書定存在許多不妥之處，懇請答辯組老師不吝賜教。1.1 沖壓模具市場情況我國沖壓模具無論在數(shù)量上，還是在質量、技術和能力等方面都已有了很大發(fā)展，但與國民經濟需求和世界先進水平相比，差距仍很大，一些大型、精密、復雜、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?，F(xiàn)摘錄中國模具工業(yè)協(xié)會發(fā)布的統(tǒng)計材料《2007 年我國沖壓模具市場情況簡介》如下：據國家統(tǒng)計局數(shù)據顯示：2007 年 1-12 月全國模具產量達 8,944,677.44 套，同比增長 6.53%；2007 年 1-12 月全國模具年銷售額達 870 億元人民幣以上，同比增長 21%?？梢哉f 2007 年的模具行業(yè)是產需兩旺。另據中國海關數(shù)據顯示：2007 年我國模具進出口總額為 34.66 億美元，比 2006 年增長 12.24%。其中進口總額為 20.53 億美元，比 2006 年增長 0.29%；出口總額為14.13 億美元，比 2006 年增長 35.73%。出口繼續(xù)保持強勁的上升趨勢，逆差進一步下降，總的情況良好。 7據專家預測，2008 年在國家宏觀調控下，國民經濟發(fā)展仍將保持高速增長，國內外模具市場繼續(xù)看好，預計 2008 年模具行業(yè)的發(fā)展仍會保持 20%左右的增長率。近年來，中國經濟的高速發(fā)展為模具工業(yè)發(fā)展提供了巨大動力。近 10 年來，中國模具工業(yè)增長速度保持在 15%以上；生產廠 2 萬余家，從業(yè)人員 50 多萬人，年產值達 450億元以上。另外，結構調整步伐加快，大型、精密、復雜、長壽命模具和模具標準件發(fā)展速度高于行業(yè)總體發(fā)展速度；塑料模和壓鑄模比例增大；面向市場的專業(yè)模具廠家數(shù)量及能力快速增加。從區(qū)域市場分析，東南沿海地區(qū)發(fā)展快于中西部地區(qū)，南方的發(fā)展快于北方；珠江三角和長江三角地區(qū)生產集中，發(fā)展速度快，其模具產值約占全國產值的 2/3 以上。從未來發(fā)展趨勢分析，產品結構調整將加快，針對低檔模具供過于求，大型、精密、復雜的模具供不應求的情況，高檔模具的比重將增加，行業(yè)將向大型、精密、復雜、高效、長壽命和多功能方向發(fā)展。我國模具行業(yè)的國際競爭力優(yōu)勢中，勞動力價格低優(yōu)勢將得到充分發(fā)揮。我們認為未來重點發(fā)展的產品包括：汽車覆蓋件模具、精密沖壓模具、大型塑料模具、精密塑料模具、大型薄壁精密復雜壓鑄模和鎂合金壓鑄模具、子午線橡膠輪胎模具、新型快速經濟模具、多功能復合模具、模具標準件等。就企業(yè)發(fā)展方面分析，采用數(shù)控技術、快速原型技術、高速切削和超精加工等高新技術，進一步提升模具工業(yè)的設計制造水平將是未來企業(yè)改造重點，也是未來企業(yè)發(fā)展的關鍵驅動因素。另外，國際市場將被企業(yè)看重，因為全球模具市場整體供不應求，市場需求量維持在 600 億至 650 億美元。從應用趨勢方面分析，受用戶要求模具的生產周期縮短影響；快速經濟模具的開發(fā)將被重視，模具標準件的應用將日漸廣泛，且采用計算機控制和機械手操作的快速換模裝置、快速試模裝置技術也會得到發(fā)展和提高。 另外，隨著車輛和電機等產品向輕量化方向發(fā)展，壓鑄模的數(shù)量、壽命和復雜程度要求將更高；隨著以塑料代鋼、以塑代木的發(fā)展和產品零件的精度和復雜程度的不斷提高，塑料模的比例、精度和復雜度也將隨著相應提高。1.2 沖壓模具水平狀況近年來，我國沖壓模具水平已有很大提高。大型沖壓模具已能生產單套重量達50 多噸的模具。為中檔轎車配套的覆蓋件模具國內也能生產了。精度達到 1~2μm，壽命 2 億次左右的多工位模具國內已有多家企業(yè)能夠生產。表面粗糙度達到 Ra≦1.5μm的精沖模，大尺寸（Φ≧300mm）精沖模及中厚板精沖模國內也已達到相當高的水平。1）.模具 CAD/CAM 技術狀況 8我國模具 CAD/CAM 技術的發(fā)展已有 20 多年歷史。由原華中工學院和武漢 733 廠于 1984 年共同完成的精沖模 CAD/CAM 系統(tǒng)是我國第一個自行開發(fā)的模具 CAD/CAM 系統(tǒng)。由華中工學院和北京模具廠等于 1986 年共同完成的冷沖模 CAD/CAM 系統(tǒng)是我國自行開發(fā)的第一個沖壓模 CAD/CAM 系統(tǒng)。上海交通大學開發(fā)的冷沖模 CAD/CAM 系統(tǒng)也于同年完成。20 世紀 90 年代以來，國內汽車行業(yè)的模具設計制造中開始采用 CAD/CAM 技術。國家科委 863 計劃將東風汽車公司作為 CIMS 應用示范工廠，由華中理工大學作為技術依托單位，開發(fā)的汽車車身與覆蓋件模具 CAD/CAPP/CAM 集成系統(tǒng)于 1996 年初通過鑒定。21 世紀開始 CAD/CAM 技術逐漸普及，現(xiàn)在具有一定生產能力的沖壓模具企業(yè)基本都有了 CAD/CAM 技術。其中部分骨干重點企業(yè)還具備各 CAE 能力。模具 CAD/CAM 技術能顯著縮短模具設計與制造周期，降低生產成本，提高產品質量，已成為人們的共識。在“八五”、“九五”期間，已有一大批模具企業(yè)推廣普及了計算機繪圖技術，數(shù)控加工的使用率也越來越高，并陸續(xù)引進了相當數(shù)量的CAD/CAM 系統(tǒng)。如美國 EDS 的 UG，美國 ParametricTechnology 公司的 Pro/Engineer，美國 CV 公司的 CADS5，英國 DELCAM 公司的 DOCT5，日本 HZS 公司的 CRADE 及 space-E，以色列公司的 Cimatron，還引進了 AutoCAD、CATIA 等軟件及法國 Marta-Daravision 公司用于汽車及覆蓋件模具的 Euclid-IS 等專用軟件。國內汽車覆蓋件模具生產企業(yè)普遍采用了 CAD/CAM 技術。DL 圖的設計和模具結構圖的設計均已實現(xiàn)二維CAD，多數(shù)企業(yè)已經向三維過渡，總圖生產逐步代替零件圖生產。且模具的參數(shù)化設計也開始走向少數(shù)模具廠家技術開發(fā)的領域。在沖壓成型 CAE 軟件方面，除了引進的軟件外，華中科技大學、吉林大學、湖南大學等都已研發(fā)了較高水平的具有自主知識產權的軟件，并已在生產實踐中得到成功應用，產生了良好的效益?？焖僭?RP)與傳統(tǒng)的快速經濟模具相結合，快速制造大型汽車覆蓋件模具，解決了原來低熔點合金模具靠樣件澆鑄模具，模具精度低、制件精度低，樣件制作難等問題，實現(xiàn)了以三維 CAD 模型作為制模依據的快速模具制造，并且保證了制件的精度，為汽車行業(yè)新車型的開發(fā)、車身快速試制提供了覆蓋件制作的保證，它標志著 RPM 應用于汽車車身大型覆蓋件試制模具已取得了成功。 9圍繞著汽車車身試制、大型覆蓋件模具的快速制造，近年來也涌現(xiàn)出一些新的快速成型方法，例如目前已開始在生產中應用的無模多點成型及激光沖擊和電磁成型等技術。它們都表現(xiàn)出了降低成本、提高效率等優(yōu)點。2）.模具設計與制造能力狀況在國家產業(yè)政策的正確引導下，經過幾十年努力，現(xiàn)在我國沖壓模具的設計與制造能力已達到較高水平，包括信息工程和虛擬技術等許多現(xiàn)代設計制造技術已在很多模具企業(yè)得到應用。雖然如此，我國的沖壓模具設計制造能力與市場需要和國際先進水平相比仍有較大差距。這些主要表現(xiàn)在高檔轎車和大中型汽車覆蓋件模具及高精度沖模方面，無論在設計還是加工工藝和能力方面，都有較大差距。轎車覆蓋件模具，具有設計和制造難度大，質量和精度要求高的特點，可代表覆蓋件模具的水平。雖然在設計制造方法和手段方面已基本達到了國際水平，模具結構功能方面也接近國際水平，在轎車模具國產化進程中前進了一大步，但在制造質量、精度、制造周期等方面，與國外相比還存在一定的差距。以 汽 車 覆 蓋 件 模 具 為 代 表 的 大 型 沖 壓 模 具 的 制 造 技 術 已 取 得 很大 進 步 ， 東 風 汽 車 公 司 模 具 廠 、 一 汽 模 具 中 心 等 模 具 廠 家 已 能 生 產 部 分 轎 車 覆 蓋件 模 具 。標志沖模技術先進水平的多工位模具和多功能模具，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模具相比，在制造精度、使用壽命、模具結構和功能上，仍存在一定差距。汽車覆蓋件模具制造技術正在不斷地提高和完善，高精度、高效益加工設備的使用越來越廣泛。高性能的五軸高速銑床和三軸的高速銑床的應用已越來越多。NC、DNC 技術的應用越來越成熟，可以進行傾角加工和超精加工。這些都提高了模具型面加工精度，提高了模具的質量，縮短了模具的制造周期。模具表面強化技術也得到廣泛應用。工藝成熟、無污染、成本適中的離子滲氮技術越來越被認可，碳化物被覆處理（TD 處理）及許多鍍（涂）層技術在沖壓模具上的應用日益增多。真空處理技術、實型鑄造技術、刃口堆焊技術等日趨成熟。激光切割和激光焊接技術也得到了應用。3.專業(yè)化程度及分布狀況我國模具行業(yè)專業(yè)化程度還比較低，模具自產自配比例過高。國外模具自產自配比例一般為 30%，我國沖壓模具自產自配比例為 60%。這就對專業(yè)化產生了很多不利影響。現(xiàn)在，技術要求高、投入大的模具，其專業(yè)化程度較高，例如覆蓋件模具、多 10工位模具和精沖模等。而一般沖模專業(yè)化程度就較低。由于自配比例高，所以沖壓模具生產能力的分布基本上跟隨沖壓件生產能力的分布。但是專業(yè)化程度較高的汽車覆蓋件模具和多工位、多功能精密沖模的專業(yè)生產企業(yè)的分布有不少并不跟隨沖壓件能力分布而分布，而往往取決于主要投資者的決策。例如四川有較大的汽車覆蓋件模具的能力，江蘇有較強的精密沖模的能力，而模具的用戶大都不在本地。1.3 沖壓模具未來的發(fā)展重點與展望1、沖壓模具產品發(fā)展重點。沖壓模具共有 7 小類，并有一些按其服務對象來稱呼的一些種類。目前急需發(fā)展的是汽車覆蓋件模具，多功能、多工位模具和精沖模。這些模具現(xiàn)在產需矛盾大，發(fā)展前景好。汽車覆蓋件模具中發(fā)展重點是技術要求高的中高檔轎車大中型覆蓋件模具，尤其是外覆蓋件模具。高強度板和不等厚板的沖壓模具及大型多工位模具、連續(xù)模今后將會有較快的發(fā)展。多功能、多工位模具中發(fā)展重點是高精度、高效率和大型、高壽命的模具。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。2、沖壓模具技術發(fā)展重點。模具技術未來發(fā)展趨勢主要是朝信息化、高速化生產與高精度化發(fā)展。因此從設計技術來說，發(fā)展重點在于大力推廣 CAD/CAE/CAM 技術的應用，并持續(xù)提高效率，特別是板材成型過程的計算機模擬分析技術。模具 CAD、CAM 技術應向宜人化、集成化、智能化和網絡化方向發(fā)展，并提高模具 CAD、CAM 系統(tǒng)專用化程度。為了提高 CAD、CAE、CAM 技術的應用水平，建立完整的模具資料庫及開發(fā)專家系統(tǒng)和提高軟件的實用性十分重要。從加工技術來說，發(fā)展重點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。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。提高模具標準化程度，搞好模具標準件生產供應也是沖壓模具技術發(fā)展重點之一。 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。對于模具數(shù)字化制造、系統(tǒng)集成、逆向工程、快速原型/模具制造及計算機輔助應用技術等方面形成全方位解決方案，提供模具開發(fā)與工程服務，全面提高企業(yè)水平和模具質量，這更是沖壓模具技術發(fā)展的重點.。 11第二章 沖壓件工藝分析沖壓件的工藝性，是指沖壓件對沖壓工藝的適應性,即沖壓件的形狀結構、尺寸大小、尺寸偏差、形位公差與尺寸基準等是否符合沖壓工藝的要求。沖壓件的工藝性對沖壓工件的質量、材料利用率、生產率、模具制造難易、模具壽命、操作方式及沖壓設備的選用等都有很大的影響。一般情況下，對沖壓件工藝性影響最大是幾何形狀、尺寸、精度要求。良好的沖壓件工藝性能滿足材料省、工序少、產品質量穩(wěn)定、模具較易加工、操作方便且壽命較高等要求，從而顯著降低沖壓件的制造成本。2.1 沖壓件材料分析 該零件的材料為 08F，該鋼種是優(yōu)質碳素鋼，碳的質量百分數(shù)是0.05%～0.11％，屬于低炭鋼，屈服點 =175MPa，抗拉強度 =295MPa，延伸率不小s?b?于 35％，斷面收縮率不小于 60％，具有良好的沖壓、拉伸、彎曲、焊接性能，故廣泛用于制造冷沖壓零件。 （參考文獻[7] 表 8—4）2.2 沖壓件結構工藝性及分析 沖壓件的結構形狀應盡可能簡單、對稱、避免復雜形狀的曲線，在許可的情況下，把沖壓件設計成少、無廢料排樣的形狀，以減少廢料，矩形孔兩端宜用圓弧連接，以利于模具加工。該工件結構簡單，也無復雜形狀的曲線。沖壓件各直線或曲線的連接處，盡量避免銳角。除在少、無廢料排樣或采用鑲拼模結構時，都應有適當?shù)膱A角相連，以利于模具制造和提高模具壽命。工件圖如圖 1.1所示：圖 1-1 12零件最大寬度 52 mm, 最大高度 15.5mm, 最大長度 52mm。經分析,確定成形工序為落料、拉深、沖孔、拉伸整形。由于工序多, 為保證沖壓精度, 采用單工序。2.3 模具結構形式和選材2.3.1 模具結構形式 該制件主要工序為：落料、拉深、沖孔、整形。采用單模具，模具結構簡單，沖出的制件精度高，生產效率也高，適合大批量生產。而且維修方便 制造方便成本也低2.3.2 模具材料選擇 冷沖壓模具的成本分析 在冷沖壓模具設計中，常常要提到模具成本問題，即經濟性。所謂經濟性，就是以最小的耗費取得最大的經濟效果。在沖壓生產中，既要保證產品質量，完成所需的產品數(shù)量，又要降低模具的制造費用．這樣才能使整個冷沖壓的成本得到降低。在模具設計中主要考慮的問題是如何降低模具的制造成本。因為產品的成本不僅與材料費(包括原材料費、外購件費)、加工費(包括工人工資、能源消耗、設備折舊費、車間經費等)有關，而且與模具費有關。一副模具少則幾萬，多則上百萬。所以必須采取有效措施降低制造成本。模具費在工件制造成本中占有一定比例。對于小批量生產，采用簡易模具。因其結構簡單、制造快速、價廉，所以能降低模具費，從而降低工件制造成本。在大批大量生產中．應盡量采用高效率、長壽命的級進沖模及發(fā)展硬質合金沖模。硬質合金沖模的刀磨壽命和總壽命比鋼模具大得多?？倝勖鼮殇撃＞叩?20~40倍，而模具制造費用僅為鋼模具的 2~4 倍。而對中批量生產，首先應盡量使沖模標準化，大力發(fā)展沖模標準件的品種，推廣沖模典型結構，最大限度地縮短沖模設計與制造周期。制造中、小型冷沖壓模具的材料有鑄鐵、碳素工具鋼、合金工具鋼、硬質合金、鋼結硬質合金以及鋅合金、低熔點合金、環(huán)氧樹脂、聚氨脂橡等。沖模主要零件所使用的模具鋼有碳素工具 鋼、低合金工具鋼、高碳高鉻工具鋼、高碳中鉻工具鋼、硬質合金及鋼結硬質合金等。 凸模和凹模是在強壓、連續(xù)使用和有很大沖擊的條件下工作的，并伴隨有溫度的升高，工件條件極其惡劣。所以對凸模、凹模和材料要求有好的耐有溫度的升高，工件條件極其惡劣。所以對凸模、凹模和材料要求有好的耐磨性、耐沖擊性、淬透性和切削性，硬度很大，熱處理變形小，而且價格低廉。 13設計模具時，合理選取模具材料是關系到模具壽命和成本的一項重要工作。沖模的主要零件——凸模、凹模和凸凹模等材料的選取尤應慎重．通常應考慮如下幾點：（1）根據沖壓件生產批量的大小來選取模具材料。當沖壓件的生產批量很大時，凸模、凹模和凸凹模應選取質量高、耐磨性好的模具鋼。例如 C r12MoV、Cr4W2MoV、YGl5 等。（2）根據被沖壓材料的性能、工序性質和沖模主要零件工作條件和作用來選取模具材料。（3）應考慮模具材料的冷、熱加工性能和工廠現(xiàn)有條件。（4）應考慮我國模具鋼的生產和使用情況。對于該制件主要工序為：落料、拉深、沖孔、整形。且要求大批量生產，所以模具材料應采用質量較高，能保證耐用度的材料。故凹、凸模可以選擇高碳高鉻工具鋼 Cr12MoV，熱處理硬度：60~62HRC。 14第三章 沖壓工藝方案的確定工藝方案的內容是確定沖壓件的工藝路線，主要包括確定工序數(shù)、工序的組合和工序的順序安排等，應在工藝分析的基礎上制定幾種可能的方案，再根據工件的批量、形狀、尺寸等多方面的因素，全面考慮、綜合分析，選取一個較為合理的方案。沖壓工序按工序的組合程度可分為單工序沖壓、復合沖壓和級進沖壓。模具是在各個壓力機的一次行程中，四副模具的上完成多個不同的工序。根據對零件進行分析,綜合考慮材料利用率,工藝合理性及模具結構簡易等,工序安排: ①落料; ②拉伸; ③沖孔; ④整形。 15第四章 工 藝 計 算4.1拉伸件展開尺寸計算板料、帶料拉伸時，材料往拉伸力較大的區(qū)域流動。移動過程中，材料壁厚也會相應改變，故拉伸件的展開計算應遵循體積不變原則進行，由于該工件近似圓臺，呈盒形，根據表面積相等原理，可近似計算毛坯面積為： ??????2 2212 2394167597802801693.5493.547 KmHmm? ?? ???????? ?? ??????????????? ????????A=K由對工件分析可取 ， ，取修邊余量1.K?21.610H??則 。237.A?因為該工件四周的變形區(qū)基本相等，變形量也相近。由求得：L=52mm毛坯的展開形狀如圖 3.2。圖 3.2　毛坯展開形狀圖4.2材料的規(guī)格的選擇： 16沖壓生產中使用的材料相當廣泛。有金屬材料和非金屬材料，大部分都是各種規(guī)格的板料、帶料、條料和塊料。板料是沖壓生產中應用最廣的材料，適合于成批生產。其尺寸規(guī)格按國家標準定，采用標準規(guī)格板料可能會增加余料，使材料利用率降低。帶料（卷料）用于大批量生產。帶料的寬度一般在 300mm 以下，根據材料的不同，有不同的寬度尺寸，長度可達幾米到幾十米，有的薄材料可達數(shù)百米。條料是根據沖壓件的需要，由板料剪切而成，用于中小型零件的沖壓。塊料適用于單件小批量生產和價值昂貴的有色金屬的沖壓。根據生產要求和工藝性，選擇切邊帶料。 （參考文獻[4] ）8P4.3排樣圖的設計與材料利用率的計算4.3.1 排樣圖的設計（一）排樣分析排樣指沖壓件在板料、條料或帶料上的布置方式。排樣是否合理，對材料利用率的大小有直接影響。還會影響到模具結構、生產率、制件質量、生產操作方便與安全等，因此，排樣是沖壓工藝與模具設計中一項很重要的工作。沖壓件大批量生產成本中，毛坯材料費用占 60%以上，排樣的目的就在于合理利用原材料。衡量排樣經濟性、合理性的指標是材料利用率。要提高材料利用率，就必須減少廢料面積，沖壓過程中所產生的廢料，可分為兩種情況：（1）結構廢料 由于工件結構形狀的需要，如工件內孔的存在而產生的廢料稱為結構廢料，它取決于工件的形狀，一般不能夠改變。（2）工藝廢料 工件之間和工件與條料邊緣之間存在的搭邊，定位需要切去的料邊與定位孔，不可避免的料頭和料尾廢料稱為工藝廢料，它決定于沖壓方式和排樣方式。因此，提高材料利用率要從減少工藝廢料著手，同一個工件，可以有幾種不同的排樣方法。根據材料的利用情況，排樣的方法可以有三種：（1）有廢料排樣沿工件的全部外形沖壓，工件與工件之間，工件與條料側邊之間都有工藝余料（搭邊）存在，沖壓后搭邊成為廢料，如圖 3-3a 所示。（2）少廢料排樣 17沿工件的部分外形輪廓切斷或沖壓，只在工件之間或是工件與條料側邊之間有搭邊存在，如圖 3-3b 所示。（3）無廢料排樣工件與工件之間。工件與條料側邊之間均無搭邊存在，條料沿直線或曲線切斷而得工件。如圖 3-3c 所示。圖 4-3 排樣方法a) 有廢料排樣 b) 少廢料排樣 c)無廢料排樣有廢料的排樣法材料利用率較低，但制件的質量和沖模壽命較高，常用于工件形狀復雜、尺寸精度要求較高的排樣。少、無廢料排樣法的材料利用率較高，在無廢料排樣時只有料頭、料尾損失，材料利用率可達 85%～95%，少廢料排樣法也可達 70%～90%。少、無廢料排樣法有利于一次沖壓多個工件，可以提高生產率。由于這種排樣法沖切周邊減少，所以還可以簡化模具結構，降低沖壓力。但是，少、無廢料排樣的應用范圍有一定的局限性，受到工件形狀結構的限制，且由于條料本身的寬度公差，條料導向與定位所產生的誤差，會直接影響工件尺寸而使工件的精度降低。在幾個工件的匯合點容易產生毛刺。由于采用單邊剪切，也會加快模具磨損而降低沖模壽命，并直接影響工件的斷面質量，所以少、無廢料排樣常用于精度要求不高的工件排樣。有廢料、少廢料或無廢料排樣。按工件的外形特征、排樣的形式又可分為直排、斜排、對排、混合排、多排和壓搭邊等。對于簡單形狀的工件，可以用就算方法選擇合理的排樣方式，而對于形狀復雜的工件要作出正確判斷則比較困難，通常用放樣的方法，即用厚紙片剪 3～5 個樣件，擺出各種可能的排樣方案，從中選擇一個比較合理的方案。合理的排樣方法，應是將工藝廢料減到最少?？紤]到該工件的外形特征和材料的利用情況，可采用少廢料直排的排樣方式。 （參考文獻[1] ）69P（二）搭邊數(shù)值的選取 排樣時，沖件之間以及沖件與條料側邊之間留下的余料叫搭邊。它的作用是補償定位誤差，保證沖出合格的沖件，以保證條料有一定剛度，便于送料。 18搭邊數(shù)值取決于以下因素：(1)沖件的尺寸和形狀；(2)材料的硬度和厚度；(3)排樣的形式(直排、斜排、對排等)；(4)條料的送料方法(是否有側壓板)；(5)擋料裝置的形式(包括擋料銷、導料銷和定距側刃等的形式)。當采用模具沖壓時，排樣設計除了要考慮提高材料利用率以外，還必須注意以幾點：(1)公差要求較嚴的零件．排樣時工步不宜太多，否則累積誤差大，零件公差要求不易保證；(2)對孔壁較小的沖壓件，其孔可以分步沖出．以保證凹模孔壁的強度；(3)零件孔距公差要求較嚴時，應盡量在同一工步沖出或在相鄰工步沖出；(4)當凹模壁厚太小時，應增設空步．以提高凹模孔壁的強度；(5)盡量避免復雜型孔，對復雜外形零件的沖壓，可分步沖出，以減小模具制造難度；(6)當零件小而批量大時，應盡可能采用多工位模具成形的排樣法；(7)在零件較大的大量生產中，為了縮短模具的長度．可采用連續(xù)—復合成形的排樣法；(8)對于要求較高或工步較多的沖件，為了減小定位誤差，排樣時可在條料兩側設置工藝，用導正銷定位；(9)在模具的連續(xù)成形排樣中，如有切口翹腳、起伏成形、翻邊等成形工時，一般應安排在落料前完成；(10)當材料塑性較差時．在有彎曲工步的連續(xù)成形排樣中，必須使彎曲線與材料紋向成一定夾角。 （參考文獻[1] ）71P搭邊值根據工件寬和材料厚度，選工件間搭邊值 a=2.0mm。（參考文獻[5] ）9P排樣圖 4-4（mm）圖 4-4 排樣圖4.3.2 材料利用率的計算一個進距內的材料利用率 為：? 19（4-3）10%nABh???式中：A——沖壓件面積（包括沖出的小孔在內） （ ） ；2mn—— 一個進距內沖件數(shù)目；B——條料寬度（mm） ；h——進距（mm） 。31x16.5η= ──── x100% =80.27% 18x35.4（參考文獻[1] ） 67P4.4沖壓工藝力的計算4.4.1 沖壓力沖壓力是凸模與凹模相對運動使工件與板料分離所需要的力，它與材料厚度、工件周邊長度、材料的力學性能等參數(shù)有關。沖壓模設計時．為了合理地設計模具及選用設備，必須計算沖壓力。壓力機噸位必須大于計算的沖壓力。以適應沖壓的要求。沖壓力的大小主要與材料力學性能、厚度及沖壓件分離的輪廓長度有關?？紤]到成本和沖壓件的質量要求，平刃口模具沖壓時，其理論沖壓力 F(N)可按下式計算：（4-4）FKLt??式中 L——沖壓件周邊長度(mm)；t ——材料厚度(mm)；——材料抗剪強度(MPa)；?K ——系數(shù)?？紤]到模具刃口的磨損，模具間隙的波動，材料力學性能的變化及材料厚度偏差等因素，一般取 K=1.3。選擇設備噸位時，考慮刃口磨損和材料厚度及力學性能波動等因素實際沖壓力可能增大，所以應取F＝ （4-5）1.3bLt???式中 F——最大可能沖壓力(稱沖壓力)；N——材料抗拉強度 (MPa) 。 （參考文獻[1] ）b?1.3b??49P08F 鋼的抗剪強度 ：260 340N/ ，強度極限 ：300 440 N/ ?:2m?:2m（參考文獻[2] ）40P圓孔的沖壓力的計算：= =1.3 81 1.5 340N/ =53703（N）1F.3Lt??2 20落料部分的沖壓力計算：= =1.3 163.4mm 1.5 340N/ =108334.2（N）3F1.Lt???2m4.4.2 拉伸部分的拉伸力計算：自由拉伸力為：= （4-6）自2bCKBtr??式中 C——與彎曲形式有關的系數(shù)，對于 V 形件 C 取 0.6；對于 U 形件 C取 0.7；K——安全系數(shù)，一般取 1.3；B——料寬（mm） ；t ——料厚（mm） ；r ——彎曲半徑（mm） ；——材料強度極限 (MPa)。b?該工件屬于 U 形件，則：= =6177.6（N）F自220.6132(1.5)40mm???壓料力的計算：壓料力 Q 值可近似取自由彎曲的 30% 80%，即：:（4-7）(0.38)F?自式中 Q——壓料力，mm；取 Q= 0.8 =0.8 6177.6N=4942NF自 ?選擇壓力機時： =11119.6N ??自壓 力 機（參考文獻[1] ） 10P4.4.3 卸料力及推件力的計算：由于沖壓中材料的彈性變形及摩擦的存在，沖壓后帶孔部分的材料會緊箍在凸模上，而沖落的材料會緊卡在凹模洞口中。從凸模上卸下的板料、帶料的力稱為卸料力；把落入凹模洞口中的沖壓件或廢料順著沖壓方向推出的力稱為推件力。卸料力的大小與凸模和凹模之間的間隙、工件形狀、材料的種類及材料上所涂的潤滑劑的質量等因素有關。要準確計算很困難，實際生產中常用下列經驗公式計算= F （4-8）卸 K卸式中 F——沖壓力（N） ； 21——卸料力系數(shù)。K卸在整個沖壓過程中均有卸料力，則= （ + + ）F卸 卸 123F式中： 、 、 ——分別是大圓孔、小圓孔、切斷部分的沖壓力。123表 4-2 卸料力、推件力及頂件力系數(shù)查表 4-2 取 =0.045，則K卸=0.045 53703F卸 ?=2416.64（N） 22第五章 模具主要零件設計與選擇5.1圓形凸模的設計設計圖如 5-1圖 5-125.8mm 的圓形凸模?基本尺寸 D 極限偏差： 0.187?凸模材料用 Crl2MoV,刀口部分熱處理硬度為 60 62HRC．尾部回火至 40 50HRC。:: 23凸模的固定方法采用臺階式凸模，將凸模壓入固定板內，采用 H7/m6 配合裝配后磨平。圖 5-25.1.1 凸模長度計算凸模的長度應根據沖模的具體結構確定，應留有修磨余量，并且模具在閉合態(tài)下。卸料板至凸模固定板間應留有避免壓手的安全距離。一般按圖 5-3 所示的結構計算，凸模長度應為：L=H1+H2+H3+a （5-1）式中 H 1——凸模固定板厚度； H2——卸料板厚度；H3——導尺(導板)或坯料厚度；a——附加長度．主要考慮 沖頭總修量及模具閉合狀態(tài)下卸料板到沖頭固定板間的安全距離。一般取 10 20mm。根據設計可知，:H1=20mm, H2=20mm,H3=0.75mm, a=1mm, 凸模進入凹模取 2mm,所以凸?？傞L度為：L=45mm 。 24圖 5-3凸模一般不必進行強度校驗，但對于特別細長的凸?；蛲鼓嗝娉叽缧《辶虾穸却髸r．則應進行強度校驗。5.1.2 承壓應力校驗沖壓時，凸模承受的最小斷面壓應力 ，必須小于凸模材料強度允許的壓應[ ]。??即： （5-2）??minFA???對圓形凸模，由上式可得 （5-3）4dt???即： ??min式中 ——凸模最小斷面壓應力（MPa） ；?——凸模縱向總壓力（MPa） ；F——凸模最小截面的面積（ ） ；minA2——圓形凸模最小截面的直徑（mm） ；idt ——沖壓材料厚度（mm） ；—— 沖壓材料抗剪強度（MPa） 。?——凸模材料的許用壓應力，對于 Crl2MoV，可取???=（1.0 1.6） MPa，凸模有特殊導向時，可取 =（2 3） MPa。:?310???:?310= =1.28mm ??4td???23.54061aNmMP?5m?對于大小圓形沖孔凸模均能滿足要求。5.1.3 抗縱向彎曲應力的校核：無導向裝置的圓形凸模（5-4）maxL290dF?有導向裝置的圓形凸模（5-5）ax27 25式中 ——凸模允許的最大自由長度（mm） ；maxL——沖壓力（N） ；Fd ——凸模最小截面直徑（mm） 。設計中卸料板兼其導向作用，所以對于 25.8mm 的圓形凸模 =21mm =46.8mmmaxL2(5)7081.mN?滿足要求5.1.4 圓形凸模固定端面的壓力凸模固定端面的單位壓力按下式計算，即q= （5-6）FA????式中 q——凸模固定端面的壓力，MPa；A——凸模固定部分最大剖面積， ；2mF——落料或沖孔的沖壓力，N；——模座材料的許用壓應力，MPa。???、對于 25.8mm 的圓形凸模：q= =176 MPa>24963.1()Nm?????凸模固定端面與模座直接接觸，當其單位壓力超過模座材料的許用壓應力時，模座表面就會損傷。為此應在凸模頂端與模座之間加一個淬硬的墊板。模座材料采用鑄鐵，許用壓應力 。 9014MPa:（5.1 參考文獻[2] ）38~5.2 落料凸模設計此凸模為非標準件，為保證沖壓質量，避免毛刺的產生，故模具寬度要比沖壓工件寬度寬一些，一般比沖壓材料寬 。采用線切割或成形磨削加工，固定部分應和工作2t部分尺寸一致。所以設計凸模結構如下圖 5-4 所示： 26圖 5-4，落料凸模高度設計為與圓形凸模一樣高。凸模固定方式也才用臺階式（見圖 5-2） ，將凸模壓入固定板內，采用 H7/m6 配合裝配后磨平。5.2.1 凸模承壓力校核：沖壓時，凸模承受的最小斷面壓應力 ，必須小于凸模材料強度允許的壓應力[?]。?即： ??minFA???式中 ——凸模最小斷面壓應力（MPa） ；——凸?？v向總壓力（MPa） ；——凸模最小截面的面積（ ） 。min 2m= 149.5（MPa） 〈?251034.8N???in?5.2.2 抗縱向彎曲應力的校核：無導向裝置的一般形狀凸模（5-7）maxL425IF?有導向裝置的一般形狀凸模（5-8）ax10I式中 ——凸模允許的最大自由長度（mm） ；m——沖壓力（N） ；FI——凸模最小截面慣性矩（ ） 。4m 27從俯視圖可以看：凸模形狀類似為工字形，可按工字形截面求其近似慣性矩 I，則（5-9）*max0FSIb??可以導出 *ax0I?式中 ——中性軸靜矩， = ；（5-10）*S*S220()84bhbh????——最大剪應力。max?= =16177.2 *ax0FSIb? 223512N6.71.50[(3)].6MPa84????4m故 =21mm = =657.3mm maxLI?4. mN滿足要求 5.2.3 落料凸模固定端面的壓力切斷凸模固定端面的單位壓力按下式計算，即q= FA????式中 q——凸模固定端面的壓力，MPa；A——凸模固定部分最大剖面積， ；2mF——落料或沖孔的沖壓力，N；——模座鑄鐵材料的許用壓應力，MPa。???q= =149.5MPa> =251034.8m???9014MPa:（5.2 參考文獻[2] ）38~40P5.3 拉伸凸模設計在設計拉伸模具，模具結構是否合理直接影響成形質量及其穩(wěn)定性、拉伸力的大小、模具成本、模具壽命等問題。根據拉伸件外形尺寸，可以基本確定拉伸凸模的工作部分尺寸，拉伸凸模高度應在拉伸凸模下行至下死點時與零件拉伸部分高度一致。U 形件拉伸模是拉伸模中最簡單的一種,其特點是結構簡單，通用性好，但拉伸時 28毛坯容易滑動偏移，影響工件精度。根據工件精度不同，可以采用帶有定位銷頂桿和U 形頂板的結構，以防止坯料滑動，提高工件精度。小批量生產多采用 V 形拉伸件，大批量生產時往往將其處理為 U 形拉伸，特別是采用模具加工時，一定要考慮送料順利、直邊平直、減小回彈等問題。對于 U 形拉伸，拉伸方向可以向下拉伸，也可以向上拉伸。設計時應注意以下問題：（1）向下拉伸時，拉伸凸模必須安裝于凸模固定板上。開模后凸模縮進卸料板，帶料送進后遵循導正銷定位——卸料板壓料——凸模折彎的工作順序。（2）向上拉伸時，應該以卸料鑲塊作為拉伸凸模。如果采用安裝于凸模固定板上的凸模進行折彎，則因為壓料不緊，帶料將偏移而成形效果不好。還應當采用彈性頂件裝置壓料，這樣即在彈性卸料裝置和頂件裝置的彈性夾緊后進行拉伸，且頂件后能保證送料順利。綜合考慮后：選擇向下拉伸。向下拉伸時，可把凹?？醋黛o止，凸模下行拉伸。這樣后，實際凸模圓角半徑為凹模圓角半徑，凹模圓角半徑為凸模圓角半徑。后向下拉伸，向下拉伸時，可把凹模看作靜止，凸模下行拉伸，這樣后，實際凸模圓角半徑為凹模圓角半徑，凹模圓角半徑為凸模圓角半徑。5.3.1 拉伸凸、凹模圓角半徑及工作部分深度的確定 凸模圓角半徑 一般應等于彎曲件內圓角半徑的數(shù)值，但不能小于材料允許的pr最小彎曲半徑（08F 號鋼與扎紋垂直的最小彎曲半徑 0.4t ）, 彎曲部分半徑 R 為 1，滿足要求。凹模圓角半徑 不宜小于 3，以免在彎曲時擦傷毛坯，凹模兩邊對稱處的圓d角半徑應一致，否則拉伸時毛坯會發(fā)生偏移。凹模圓角半徑 與彎曲件邊長 L 公稱尺寸有關?？晌墨I[2]查表 3.27 選用?？蒬r查得：凹模深度 L 為 12mm，凹模圓角半徑 =4mm。dr5.3.2 凸、凹模間隙對于 U 形拉伸，凸、凹模之間的間隙是靠