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北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文
第1章 緒 論
作為一個(gè)即將畢業(yè)的材料專業(yè)模具方向?qū)W生來說，４年專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)，為以后從事沖壓模具設(shè)計(jì)打下了良好的基礎(chǔ)。同時(shí)在校時(shí)了解模具行業(yè)的發(fā)展趨勢也是很有必要的,它有助于我們把握自己的學(xué)習(xí)方向，不斷提高自己的專業(yè)素養(yǎng)。
近年中國經(jīng)濟(jì)高速增長。各行各業(yè)高速發(fā)展，帶動(dòng)了模具市場的持續(xù)高速發(fā)展。模具市場中最大的板塊是汽車。模具市場中第二大板塊是電子及信息產(chǎn)業(yè)。中國的玩具、自行車、微波爐分別占全世界市場份額的70%、60%和50%。中國的影印機(jī)、個(gè)人電腦、電視機(jī)和空調(diào)器分別占全世界市場份額的2/3、2/5和1/3。冰箱也已占了20%。這些產(chǎn)品制造業(yè)都是模具的大用戶。在此形勢之下，中國的模具工業(yè)高速發(fā)展是必然所趨。
隨著中國加入WTO，在機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存中，中國模具工業(yè)面臨的形勢是機(jī)遇大于挑戰(zhàn)。因而，一方面是模具的進(jìn)出口高速發(fā)展，另一方面是外資大量涌入中國的模具行業(yè)。外資大量涌入中國模具行業(yè)產(chǎn)生兩方面效應(yīng)。一是外資不僅帶來資金，也帶來了技術(shù)與市場；二是外資企業(yè)在市場中處于優(yōu)勢地位，給國內(nèi)民族工業(yè)帶來了很大的競爭壓力。這兩方面效應(yīng)都促使中國模具工業(yè)的快速發(fā)展，包括模具產(chǎn)品的數(shù)量、質(zhì)量、品種和水平。
現(xiàn)代模具工業(yè)有“不衰亡工業(yè)”之稱。世界模具市場總體上供不應(yīng)求，市場需求量維持在600億至650億美元，同時(shí)，我國的模具產(chǎn)業(yè)也迎來了新一輪的發(fā)展機(jī)遇。近幾年，我國模具產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值保持13%的年增長率（據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2004年國內(nèi)模具進(jìn)口總值達(dá)到600多億，同時(shí)，有近200個(gè)億的出口），2005年模具產(chǎn)值超過600億元，模具及模具標(biāo)準(zhǔn)件出口將從每年9000多萬美元增長到2005年的2億美元左右。
質(zhì)量、周期、價(jià)格、服務(wù)，是模具銷售的四大要素。在目前的模具市場中，周期越來越重要。模具材料不斷漲價(jià)，工資不斷上升，模具價(jià)格總體上卻是不漲反降，因此模具生產(chǎn)企業(yè)利潤空間被壓縮。為了生存與發(fā)展，近年模具企業(yè)更加注重技術(shù)進(jìn)步和管理改善。這些也都促進(jìn)了模具市場的健康發(fā)展。由于中低檔模具競爭加劇，中高檔模具市場空間相對較大，因此，不斷提高模具產(chǎn)品的技術(shù)含量，已是許多模具企業(yè)的共同目標(biāo)。這樣，大型、精密、復(fù)雜、長壽命等技術(shù)含量高的中高檔模具的發(fā)展速度自然也就快于模具行業(yè)的總體發(fā)展速度。從而促進(jìn)了模具市場的產(chǎn)品和技術(shù)結(jié)構(gòu)向著合理化方向發(fā)展，致使模具市場更加繁榮。
未來模具技術(shù)的發(fā)展趨勢：（1）模具產(chǎn)品發(fā)展將大型化精密化。（2）快速經(jīng)濟(jì)模具的前景十分廣闊。（3）模具標(biāo)準(zhǔn)件的應(yīng)用將日漸廣泛。（4）在模具設(shè)計(jì)制造中將全面推廣CAD/CAM/CAE技術(shù)。（5）模具高速掃描及數(shù)字化系統(tǒng)將發(fā)揮更大的作用。（6）模具研磨拋光將向自動(dòng)化、智能化方向發(fā)展。（7）模具自動(dòng)加工系統(tǒng)的研制和發(fā)展。
第2章 設(shè)計(jì)題目
產(chǎn)品名稱：蓋體
材料：LF21（M），厚度t=1.2mm。
下圖為零件的二維CAXA圖：
圖2-1 蓋體零件圖
第3章 工藝分析
工件的工藝性是指工件對沖壓加工工藝的適應(yīng)性，它是從沖壓加工角度對產(chǎn)品設(shè)計(jì)提出的工藝要求。工藝分析包括技術(shù)和經(jīng)濟(jì)兩方面內(nèi)容。在技術(shù)方面，根據(jù)產(chǎn)品圖樣，主要分析該沖壓件的形狀特點(diǎn)、尺寸大小、精度要求和材料性能等因素是否符合沖壓加工的要求。在經(jīng)濟(jì)方面，主要根據(jù)沖壓件的生產(chǎn)批量，分析產(chǎn)品成本，闡明采用沖壓加工可取得的經(jīng)濟(jì)效益。
3.1 技術(shù)分析
3.1.1 沖裁的結(jié)構(gòu)工藝性
（1）沖裁件的外形或內(nèi)孔應(yīng)避免尖銳的清角，在各直線或曲線的連接處，除屬于無廢料沖裁或采用鑲拼模結(jié)構(gòu)外，宜有適當(dāng)?shù)膱A角，其半徑的最小值如表1所示：本次沖裁為落料一圓形件。
（2）用普通沖裁模沖制的零件，其斷面與零件表面并不垂直，并有明顯區(qū)域性特征。采用合理使用間隙沖裁模沖制的零件，光亮區(qū)域約占斷面厚度的30%；凹模側(cè)有明顯的塌角，凸模側(cè)有高度不小于0.05mm的毛刺；外形有一定程度的拱曲。
（3）凡產(chǎn)品圖紙上未注公差的尺寸均屬于未注公差尺寸。在計(jì)算凸模和凹模時(shí)，沖壓件未注公差尺寸的極限偏差數(shù)值通常按GB1800-79IT14級(jí)。
3.1.2 拉深的結(jié)構(gòu)工藝性
（1）拉深件的形狀應(yīng)盡量簡單、對稱。
（2）拉深件各部分尺寸比例要恰當(dāng)。
拉深件高度不宜太大，一般控制在h<=2d(h為拉深件高度，d為拉深件直徑)。拉深件凸緣寬度不宜太寬，一般控制在如下范圍：d+12t<=d凸<=d+25t。盡量避免設(shè)計(jì)寬凸緣和深度大的拉深件，因?yàn)檫@類工件需要較多的拉深次數(shù)。如果工件空腔不深，但凸緣直徑很大，制造也很費(fèi)勁。工件凸緣的外廓最好與拉深部分的輪廓形狀相似；如果凸緣的寬度不一致，僅拉深困難，還要添加工序，還需放寬切邊余量，增加金屬消耗。該蓋體整體形狀為帶凸緣圓筒形件。
（3）拉深件的圓角半徑要合適。
拉深件的圓角半徑，應(yīng)盡量大些，以利于成形和減少拉深次數(shù)。拉深件底與壁、凸緣與壁、矩形件的四壁間圓角半徑如圖（3）應(yīng)滿足R1≥t，R2≥2t，R3≥3t，否則，應(yīng)增加整形工序。如增加一次整形工序，其圓角半徑可取R1≥（0.1～0.3）t，R2≥（0.1～0.3）t。
（4）拉深件厚度的不均勻現(xiàn)象要考慮
拉深件由于各處變形不均勻，上下壁厚變化可達(dá)1.2t至0.75t （見圖4）。多次拉深的工件內(nèi)外壁上或帶凸緣拉深件的凸緣表面，應(yīng)允許有拉深過程中所產(chǎn)生的印痕。除非工件有特殊要求時(shí)才采用整形或趕形的方法來消除這些印痕。
圖3-1 拉深件的圓角半徑
（5）拉深件的尺寸精度不宜要求過高
（6）拉深件的尺寸精度一般不高于IT13級(jí)，如果要求尺寸精度高于IT13級(jí)，則需要增
加校形工序。
3.2 經(jīng)濟(jì)分析
所謂經(jīng)濟(jì)性，就是以最小的耗費(fèi)取得最大的經(jīng)濟(jì)效果。也就是生產(chǎn)中的“最小最大”原則。在沖壓生產(chǎn)中，保證產(chǎn)品質(zhì)量，完成產(chǎn)品數(shù)量、品種計(jì)劃的前提下，產(chǎn)品成本越低，說明企業(yè)經(jīng)濟(jì)效果越大。沖壓生產(chǎn)表明，零件生產(chǎn)批量的大小，對沖壓加工的經(jīng)濟(jì)性起著決定性作用。
3.2.1 沖壓件成本分析
沖壓件的制造成本受產(chǎn)量的影響較大。在一定條件下，沖壓產(chǎn)量的增減，將會(huì)引起成本中某些費(fèi)用的變化，其結(jié)果使得成本發(fā)生波動(dòng)。為此可將產(chǎn)品成本分為固定費(fèi)用和變動(dòng)費(fèi)用兩部分。固定費(fèi)用是指在一定時(shí)期和一定產(chǎn)量范圍內(nèi)，它的總額不隨產(chǎn)量變動(dòng)而變動(dòng)，它是維持生產(chǎn)能力而基本不變的費(fèi)用。但是單位固定費(fèi)用，也就是分?jǐn)傇诿總€(gè)產(chǎn)品上的固定費(fèi)用卻是可變的。即單位固定費(fèi)用與產(chǎn)量成反比例變化。
變動(dòng)費(fèi)用是指它的總額隨產(chǎn)量的增減而成比例增減。但就產(chǎn)品單位費(fèi)用而言，變動(dòng)費(fèi)用則基本不變。
上述可知，沖壓件生產(chǎn)成本是由固定費(fèi)和可變費(fèi)兩部分組成的，故只要設(shè)法降低固定費(fèi)用或可變費(fèi)用，都能使生產(chǎn)成本降低，利潤增加。同時(shí)可采用先進(jìn)設(shè)備以提高生產(chǎn)效率、減少加工費(fèi)用已成為眾多企業(yè)的選擇，有利于企業(yè)的長期經(jīng)濟(jì)效益?？梢娖髽I(yè)要提高經(jīng)濟(jì)效益，就要在降低成本和提高生產(chǎn)率兩方面考慮。
3.2.2 降低制造成本的主要途徑
降低產(chǎn)品成本，包括增產(chǎn)、節(jié)約兩個(gè)方面。增產(chǎn)可降低產(chǎn)品成本中的固定費(fèi)用，相對地減少消耗，節(jié)約便能直接降低消耗，它們都是降低成本的重要途徑。沖壓件的成本包括材料費(fèi)、加工費(fèi)、模具費(fèi)等項(xiàng)。因此，降低成本，就是要降低以上各項(xiàng)費(fèi)用。以下討論降低成本的措施。
3.2.2.1 工藝合理化
沖壓生產(chǎn)中，制定合理的工藝方案，往往是降低成本的有效途徑。沖壓同樣的工件，通常可采用幾種不同的工藝方案，其經(jīng)濟(jì)效果也不相同。因此，應(yīng)把各種方案加以分析比較，從中選擇一種合理的方案。一般說來，在大批量生產(chǎn)情況下，應(yīng)盡量把工序集中起來，采用復(fù)合或連續(xù)沖壓工藝，這有利于降低可變成本。而小批量生產(chǎn)時(shí)，則采用單工序分散沖壓或簡易模沖壓為宜。對于非對稱的工件，應(yīng)盡可能采用對稱沖壓，這樣不僅可使變形均勻，同時(shí)還降低了成本。一般在制定新產(chǎn)品工藝時(shí)進(jìn)行。當(dāng)產(chǎn)量發(fā)生變化，模具壽命短或因事故發(fā)生損壞時(shí)，由于更改產(chǎn)品設(shè)計(jì)而改變模具時(shí)，以及變更設(shè)備等生產(chǎn)條件發(fā)生變化時(shí)，要重新討論產(chǎn)品工藝。由于工藝的合理化能降低模具費(fèi)、節(jié)約加工工時(shí)降低材料費(fèi)等，所以必然降低零件總成本。
根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，集中到一副模具上的工序數(shù)量不宜太多，對于復(fù)合模，一般為2～3個(gè)工序，最多4個(gè)工序，對于連續(xù)模，集中的工序數(shù)可以多些。
3.2.2.2 工件設(shè)計(jì)應(yīng)具有良好的沖壓工藝性
在不影響工件使用要求的前提下，其結(jié)構(gòu)形狀應(yīng)盡可能簡單，尺寸精度要求盡可能低。這樣可減少工序數(shù)量，簡化模具結(jié)構(gòu)，既可降低可變成本，又可降低不變成本。
3.2.2.3 沖壓過程的自動(dòng)化及機(jī)械化
在大批量生產(chǎn)中，實(shí)現(xiàn)沖壓過程的機(jī)械化與自動(dòng)化生產(chǎn)，從安全和降低成本兩個(gè)方面來看，將成為沖壓加工的發(fā)展方向。今后不僅大批量生產(chǎn)中采用自動(dòng)化，在小批量生產(chǎn)中也可采用自動(dòng)化生產(chǎn)。在大批量生產(chǎn)中采用自動(dòng)化時(shí)，雖然模具費(fèi)用較高，但生產(chǎn)率高，產(chǎn)量大，分?jǐn)偟矫總€(gè)工件上的模具折舊費(fèi)和加工費(fèi)卻比單件小批生產(chǎn)時(shí)要低。
3.2.2.4 工件的材料選用要適當(dāng)，材料利用率要高
在沖壓生產(chǎn)中，工件的材料費(fèi)占制造成本的60%左右。因此，在保證工件使用要求和沖壓工藝性能的前提下，提高材料利用率，減少搭邊并合理排樣，充分利用工藝余料和結(jié)構(gòu)廢料，以薄料代厚料，以黑色金屬代有色金屬等，均是降低沖壓件成本的有效途徑。降低材料費(fèi)的方法如下：
（1）在滿足零件強(qiáng)度和使用要求的情況下，減少材料厚度。
（2）降低材料單價(jià)。
（3）改進(jìn)毛坯形狀，合理排樣。
（4）減少搭邊，采用少廢料或無廢料排樣。
（5）對稱壓制。
（6）組合排樣。
3.2.2.5 盡量降低模具制造費(fèi)用
模具費(fèi)在沖壓件成本中占有一定比重，據(jù)有關(guān)資料介紹約占沖壓件成本的10%～30%。為降低模具成本，模具結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能簡單，模具材料選用應(yīng)盡可能合理，并且模具加工要求不宜過高。同時(shí)，應(yīng)盡可能多的采用模具標(biāo)準(zhǔn)件，擴(kuò)大模具典型結(jié)構(gòu)，縮短模具制造周期。
3.3 蓋體的工藝分析
3.3.1 材料
蓋體的材料LF21（M），LF21為舊牌號(hào)，對應(yīng)新牌號(hào)為3A21， M為退火狀態(tài)，
力學(xué)性能：
抗拉強(qiáng)度（cb/MPa）：125
屈服強(qiáng)度（G0.2/MPa）：105
伸長率（g/%）：17
3.3.2 零件結(jié)構(gòu)
本蓋體采用1.2mm的LF21（M）鋼板沖壓而成，可保證足夠的強(qiáng)度和剛度。
3.3.3 尺寸精度
零件圖上所有未標(biāo)注公差的尺寸，屬于自由尺寸，可按IT14確定工件尺寸的公差。
零件外形：95.3 0-0.87 520-0.74 31.20-0.62 360-0.62
零件內(nèi)形：280+0。52 130+0。43
中心距： 40±0.31
第4章 制定工藝方案
工藝方案的內(nèi)容是確定沖裁件的工藝方案，主要包括確定工序數(shù)，工序組合和工序順序的安排，應(yīng)在工藝分析的基礎(chǔ)上制定幾種可能的方案，再根據(jù)工件的批量、形狀等多方面的因素全面考慮，綜合分析，選取一種較為合理的沖壓方案。
4.1 工藝方案的分析
蓋體的形狀表明，它為拉深件，所以拉深為基本工序。另外還有翻邊工序,拉深件的毛坯尺寸與拉深次數(shù)，通過計(jì)算來確定。
4.1.1 修邊余量
毛坯展開尺寸可根據(jù)毛坯面積等于拉深件面積的原則來確定。由于材料的各項(xiàng)異性以及拉深時(shí)金屬流動(dòng)條件的差異，為了保證端蓋的尺寸，必須留出修邊余量，在計(jì)算毛坯尺寸時(shí)，必須計(jì)入修邊余量，修邊余量的數(shù)值可查表5—7知。拉深件凸緣直徑dF=68mm，凸緣的相對直徑dF/d=2.4，查知修邊余量△=2.5mm。
4.1.2 計(jì)算毛坯尺寸
在不變薄拉深中，雖然在拉深過程中坯料的厚度發(fā)生一些變化。在工藝設(shè)計(jì)時(shí)，可以不計(jì)坯料的厚度變化，概略地按拉深前后坯料的面積相等的原則進(jìn)行坯料尺寸的計(jì)算。由于金屬的流動(dòng)性和材料的各向異性，毛坯拉深后，工件邊口不齊。一般情況拉深后都要修邊，因此在計(jì)算毛坯時(shí)，必須把修邊余量計(jì)入工件。
利用Pro/e軟件的曲面設(shè)計(jì)做出端蓋的三維圖，利用軟件算出端蓋的體積，然后算出坯料的直徑為92.4mm，再加上修邊余量5mm，即坯料直徑取為98mm，通過公式計(jì)算驗(yàn)證結(jié)果準(zhǔn)確。
4.1.3 確定是否用壓邊圈
用普通平端面凹模拉深時(shí)，不用加壓邊的條件見下式：
首次拉深： t／D≥0.045（1-m） （4-1）
以后各次拉深： t／D≥0.045（1／m-1） （4-2）
毛坯的相對厚度t/D=1.2／98=0.012245，易知需用壓邊圈。
4.1.4 確定拉深次數(shù)
根據(jù)計(jì)算有m=d/D=29.2/98=0.298 查得h1/d1=0.25～0.32
h/d=34.8/29.2=1.19>h1/d1 故不能一次拉深成形。
材料的首次拉深極限為0.52～0.55，以后各次為0.70～0.75。
選定m1=0.58 m2=0.722 m2=m/(m1m2)=0.298/(0.58×0.722)=0.71
d1=m1×D=0.58×98=57mm
h1=9.73mm
m2=0.724 查得m2=0.70～0.75
d2=m2×d1=0.724×57=41.2mm
h2=22.86mm
至此，拉深成筒形件。
m3=0.71 查得m3=0.70～0.75
d2=m2×d1=0.71×41.2=29.2mm
h2=36mm
綜上所述，完成錐形件的拉深需三次。
4.2 工藝方案的確定
在沖壓工藝性分析的基礎(chǔ)上，找出工藝與模具設(shè)計(jì)的特點(diǎn)與難點(diǎn)，根據(jù)實(shí)際情況提出各種可能的沖壓工藝方案，內(nèi)容包括工序性質(zhì)、工序數(shù)目、工序順序及組合方式等。有時(shí)同一種沖壓零件也可能存在多個(gè)可行的沖壓工藝方案，通常每種方案各有優(yōu)缺點(diǎn)，應(yīng)從產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率、設(shè)備占用情況、模具制造的難易程度和壽命高低、生產(chǎn)成本、操作方便與安全程度等方面進(jìn)行綜合分析、比較，確定出適合于現(xiàn)有生產(chǎn)條件的最佳方案。
初步分析可以知道蓋體的沖壓成形需要多道工序:落料，筒形拉深，錐體拉深，翻孔，整形，沖孔及切邊，成形工藝方案十分重要?？紤]到生產(chǎn)批量大,因此制定應(yīng)在生產(chǎn)合格零件的基礎(chǔ)上,盡量提高生產(chǎn)效率,降低生產(chǎn)成本.要提高生產(chǎn)效率,就應(yīng)該盡量復(fù)合能復(fù)合的工序,但復(fù)合程度太高,模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜,而且各零件在動(dòng)作時(shí)要求相互不干涉,準(zhǔn)確可靠.這就要求模具的制造應(yīng)有較高的精度,從而模具的制造成本也就提高了,制造周期延長,維修不如單工序模簡便.
因此端蓋的沖壓成形主要有以下幾種工藝方案:
方案一:(1)落料 (2)拉深 (3)預(yù)沖孔（4）翻孔（5）整形（6）沖孔（7）切邊
方案二:(1)落料拉深復(fù)合模 (2)二次拉深及三次拉深（3）沖孔翻孔復(fù)合模 （4）整形（5）沖孔（6）切邊
方案一復(fù)合程度低,模具結(jié)構(gòu)簡單、安裝調(diào)試容易,但生產(chǎn)道次多、生產(chǎn)效率低不適合大批量生產(chǎn)。
方案二采用落料、拉深復(fù)合工序.由于采用落料、拉深復(fù)合模,即可在一次沖壓行程中完成,生產(chǎn)效率提高一倍,節(jié)省了人力、電力和工序間的搬運(yùn)工作,而且在同一工位上沖孔無需重新定位,從而使沖壓工件的位置精度得到提高。經(jīng)過理論計(jì)算,可以采用落料、拉深復(fù)合模成形，選用方案二進(jìn)行生產(chǎn)。
第5章 工藝計(jì)算
5.1 材料排樣及材料利用率的計(jì)算
排樣是指沖裁零件在條料、帶料或板料上布置的方法。合理有效的排樣在于保證在最低的材料消耗和高生產(chǎn)率的條件下，得到符合設(shè)計(jì)技術(shù)要求的工件。在沖壓生產(chǎn)過程中，保證很低的廢料百分率是現(xiàn)代沖壓生產(chǎn)最重要的技術(shù)指標(biāo)之一。在沖壓工作中，沖壓件材料消耗費(fèi)用可達(dá)總成本的60%～75%，每降低1%的沖壓廢料，將會(huì)使成本降低0.4%～0.5%。合理利用材料是降低成本的有效措施，尤其在成批和大量生產(chǎn)中，沖壓零件的年產(chǎn)量達(dá)數(shù)十萬件，甚至數(shù)百萬件，材料合理利用的經(jīng)濟(jì)效果更為突出。
5.1.1 材料排樣的選用原則
（1）沖裁小工件或某種工件需要窄帶料時(shí)，應(yīng)沿板料順長方向進(jìn)行排樣，符合材料規(guī)格及工藝要求。
（2）沖裁彎曲件毛坯時(shí)，應(yīng)考慮板料的軋制方向。
（3）沖件在條（帶）料上的排樣，應(yīng)考慮沖壓生產(chǎn)率、沖模耐用度、沖模結(jié)構(gòu)是否簡單和操的方便與安全等。
該零件采用落料拉深復(fù)合模，毛坯形狀為圓形，為便于送料和設(shè)計(jì)，采用單排方案。
搭邊可用于補(bǔ)償定位誤差，并可使條料保持有一定的剛度，便于送料。搭邊是廢料，所以應(yīng)盡量取小，但過小的搭邊容易擠進(jìn)凹模，增加刃口磨損，影響模具壽命，并且也影響沖裁件的剪切表面質(zhì)量。排料搭邊數(shù)值大小不僅與材料性能和厚度、沖件形狀和尺寸大小有關(guān)，而且與沖裁模具選用不同卸料方式有關(guān)。一般來說，搭邊值是由經(jīng)驗(yàn)確定的。查表7，工件間a=0.8側(cè)面a1=1.0。
5.1.2 確定板料規(guī)格和裁料方式
根據(jù)條料的寬度尺寸，選擇合適的板料規(guī)格，使剩余的邊料越小越好。該零件寬度用料為100mm，以選擇1000mm×100mm×1.2mm的板料規(guī)格為宜。
一張板料上總的材料利用率：
（5-1）
5.2 沖壓力的計(jì)算及設(shè)備的選擇
5.2.1 落料
沖裁時(shí)，工件或廢料從凸模上取下來的力叫卸料力，從凹模內(nèi)將工件或廢料順著沖裁的方向推出的力叫推件力，逆沖裁方向頂出的力叫頂件力。目前多以經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：
采用平刃口凸模和凹模沖裁時(shí)，沖裁力F0=Ltτ （5-2）
式中，L——沖裁件周長（㎜）
T——材料厚度（㎜）
τ——材料的抗剪強(qiáng)度（MPa）
考慮沖裁厚度不一致，模具刃口的磨損、凸凹模間隙的波動(dòng)、材料性能的變化等因素，實(shí)際沖裁力還須增加30%。故F沖=1.3F0=1.3 Ltτ。
F沖=1.3F0=1.3 Ltτ （5-3）
=1.3×p98㎜×1.2mm×125MPa
=60KN
F卸、F推、F頂是由壓力機(jī)和模具的卸料、頂件裝置獲得。影響這些力的因素主要有材料的力學(xué)性能、材料的厚度、模具的間隙、凸凹模表面粗糙度、零件形狀和尺寸以及潤滑情況。實(shí)際生產(chǎn)中常用下列經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：
F卸=K卸F沖 （5-4）
F推=K推F沖 （5-5）
查表8知，卸料力、推件力的系數(shù)K卸=0.05，K推=0.055。
因而F卸=0.05×60KN=3KN
F推=0.055×60KN=3.3KN
5.2.2 拉深
壓邊圈的壓力必須適當(dāng)，如果過大，就要增加拉深力，因而會(huì)使工件拉裂，而壓邊圈的壓力過低就會(huì)使工件的邊壁或凸緣起皺。
壓邊力的計(jì)算公式為：
（5-6）
式中 D （平毛坯直徑）=98㎜
d1 （拉深件直徑）=58mm
r凹（凹模圓角半徑）=2㎜
p （單邊壓力值）
查表10，知P=1.5MPa
把以上數(shù)據(jù)代入上式。得壓邊力
采用壓邊圈的圓筒形件：F=Kpｄｔσ ｂ （5-7）
式中ｄ——拉深件的直徑（㎜）
ｔ——材料厚度（㎜）
σ ｂ——材料的抗拉強(qiáng)度（MPa）
查表11，拉深系數(shù)ｍ1=0.58，所以k取0.68
將K＝0.68，d1＝58mm，ｔ＝1.2mm、σ ｂ＝105MPa代入上式，得
F拉＝0.68×p ×58×1.2mm×105MPa
＝15.604KN
二次拉深力計(jì)算為:
F拉=0.68×3.14×41.2×1.2mm×105MPa
=11.08KN
壓邊力為:
=1.555KN
三次拉深力計(jì)算為:
F拉=0.68×3.14×29.2×1.2mm×105MPa
=7.856KN
5.2.3 總沖壓力
復(fù)合?？偟臎_壓力：
5.2.4 沖壓設(shè)備的選擇
5.2.4.1 壓力機(jī)類型的選擇 沖壓設(shè)備的選擇是工藝設(shè)計(jì)中的一項(xiàng)重要內(nèi)容，它直接關(guān)系到設(shè)備的合理使用、安全、產(chǎn)品質(zhì)量、模具壽命、生產(chǎn)效率和成本等一系列重要問題。沖壓設(shè)備的選擇包括兩個(gè)方面：類型及規(guī)格。
首先，應(yīng)根據(jù)所要完成工序的工藝性質(zhì)，批量大小，工件的幾何尺寸和精度等選定壓力機(jī)類型。沖壓生產(chǎn)中常用的是曲柄壓力機(jī)和液壓機(jī)，它們在性能方面的比較見表12。
對于中小型沖裁件、彎曲件或淺拉深件多用具有C形床身的開式曲柄壓力機(jī)。雖然開式壓力機(jī)的剛度差，并且由于床身的變形而破壞了沖模的間隙分布，降低了沖模的壽命和裁件的質(zhì)量。但是，它卻具有操作空間三面敞開，操作方便，容易安裝機(jī)械化的附屬設(shè)備和成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，目前仍是中小件生產(chǎn)的主要設(shè)備。所以本模具采用開式曲柄壓力機(jī)。
5.2.4.2 壓力機(jī)規(guī)格的確定 在壓力機(jī)的類型選定之后，應(yīng)根據(jù)變形力的大小，沖壓件尺寸和模具尺寸來確定壓力機(jī)的規(guī)格。
在復(fù)合沖壓中，工序力的計(jì)算和其它復(fù)雜的加工過程一樣，可按時(shí)間分為若干階段分別計(jì)算。求出某階段所完成各種工藝力的總和及該階段的輔助負(fù)荷，二者相加即為該階段的工序力。
為安全起見，防止設(shè)備的過載，可按公稱壓力F壓≥（1.6～1.8）F總的原則選取壓力機(jī)。壓力機(jī)滑塊行程大小，應(yīng)保證成形零件的取出和方便毛坯的放進(jìn)。在沖壓工藝中，拉深和彎曲工序一般需要較大的行程。對于拉深工序所用壓力機(jī)的行程，至少應(yīng)為成品零件高度的兩倍以上，一般取2.5倍。
壓力機(jī)的裝模高度是指滑塊處于下死點(diǎn)位置時(shí)，滑塊下表面到工作墊板上表面的距離。模具的閉合高度是指工作行程終了時(shí)，模具上模座上表面與下模座下表面之間的距離。壓力機(jī)的閉合高度是裝模高度與墊板厚度之和。大多數(shù)壓力機(jī)，其連桿長度是可以調(diào)節(jié)的，也就是說壓力機(jī)的裝模高度是可以調(diào)整的。設(shè)計(jì)模具時(shí)，必須使模具的閉合高度介于壓力機(jī)的最大裝模高度與最小裝模高度之間。
工作臺(tái)面和滑塊底面尺寸應(yīng)大于沖模的平面尺寸，并還留有安裝固定模具的余地。一般壓力機(jī)臺(tái)面應(yīng)大于模具底座尺寸50～70mm以上。工作臺(tái)和滑塊的形式應(yīng)充分考慮沖壓工藝的需要．必須與模具的打料裝置，出料裝置及卸料裝置等的結(jié)構(gòu)相適應(yīng)。
在壓力機(jī)的滑塊和工作臺(tái)上安裝一副或數(shù)副模具，加工時(shí)上、下模要有正確的相對運(yùn)動(dòng)，這是一切沖壓工藝的共同要求。壓力機(jī)的精度主要包括工作臺(tái)面的平面度、滑塊下平面的平面度、工作臺(tái)面與滑塊下平面的平行度、滑塊行程同工作臺(tái)面的垂直度及滑塊中心孔同滑塊行程的平行度等。壓力機(jī)精度的高低對沖壓工序有很大的影響。精度高，則沖壓件質(zhì)量也高，沖模的使用壽命長。反之，壓力機(jī)精度低，不僅沖壓件質(zhì)量低，且模具壽命短。例如若滑塊行程與工作臺(tái)的垂直度差，將導(dǎo)致上、下模的同軸度降低，沖模刃口易損傷。壓力機(jī)的精度對沖裁加工的影響較之其它加工工序明顯。
參照開式雙柱固定臺(tái)壓力機(jī)基本參數(shù)（JA21-35）可選取公稱壓力為350KN的開式固定臺(tái)壓力機(jī)。該壓力機(jī)與模具設(shè)計(jì)有關(guān)系的參數(shù)為：
公稱壓力：350KN
滑塊行程：130㎜
最大閉合高度：280㎜
閉合高度調(diào)節(jié)量：60㎜
工作臺(tái)尺寸：380㎜×610㎜
模柄孔尺寸：Φ50㎜×70㎜
5.3 模具壓力中心的計(jì)算
為了保證壓力機(jī)和模具正常地工作，必須使沖模的壓力中心與壓力機(jī)滑塊中心線相重合，否則在沖壓時(shí)會(huì)使沖模與壓力機(jī)滑塊歪斜，引起凸、凹模間隙不均和導(dǎo)向零件加速磨損，造成刃口和其它零件的損壞，甚至還會(huì)引起壓力機(jī)導(dǎo)軌磨損，影響壓力機(jī)精度。形狀簡單而對稱的工件，如圓形，其沖裁時(shí)的壓力中心與工件的幾何中心重合。
圖5-1
如圖6所示按比例畫出工件的形狀，選定坐標(biāo)系XOY，因沖壓件對稱于X軸、Y軸，故模具的壓力中心在工件的幾何中心，即圖中的O點(diǎn)。
5.4 模具刃口尺寸和公差確定
5.4.1 坯料沖裁間隙的確定
沖裁間隙是直接關(guān)系到?jīng)_件斷面質(zhì)量、尺寸精度、模具壽命和力能消耗的重要工藝參數(shù)。沖裁間隙數(shù)值，主要與材料牌號(hào)、供應(yīng)狀態(tài)和厚度有關(guān)，但由于各種沖壓件對其斷面質(zhì)量和尺寸精度的要求不同，以及生產(chǎn)條件的差異，在生產(chǎn)實(shí)踐中就很難有一種統(tǒng)一的間隙數(shù)值，而應(yīng)區(qū)別情況，分別對待，在保證沖件斷面質(zhì)量和尺寸精度的前提下，使模具壽命最高。
沖裁斷面應(yīng)平直、光潔、圓角小；光亮帶應(yīng)有一定的比例，毛刺較小，沖裁件表面應(yīng)盡可能平整，尺寸應(yīng)在圖樣規(guī)定的公差范圍之內(nèi)。影響沖裁件質(zhì)量的因素有：凸、凹模間隙值大小及其分布的均勻性，模具刃口鋒利狀態(tài)，模具結(jié)構(gòu)與制造精度、材料性能等。其中，間隙值大小與分布的均勻程度是主要因素。
沖裁件的尺寸精度是指沖裁件實(shí)際尺寸與基本尺寸的差值，差值越小，精度越高。該差值包括兩方面的偏差，一是沖裁件相對于凸?；虬寄３叽缰睿悄＞弑旧淼闹圃炱?。沖裁件對于凸?；虬寄３叽绲钠睢Ｖ饕怯捎跊_裁過程中，材料受到拉伸、擠壓、彎曲等作用而引起的變形，在工件脫模后產(chǎn)生的彈性恢復(fù)造成的。偏差值可能是正的，也可能是負(fù)的。影響這一偏差值的因素主要是凸、凹模間隙。當(dāng)間隙值較大時(shí)，材料受拉伸作用增大，沖裁完畢后，因材料的彈性恢復(fù)，沖件尺寸向?qū)嶓w方向收縮，使落料件尺寸小于凹模尺寸，而沖孔件的孔徑則大于凸模尺寸；當(dāng)間隙較小時(shí)，材料的彈性恢復(fù)使落料件尺寸增大，而沖孔件的孔徑則變小。沖裁件的尺寸變化量的大小還與材料性能、厚度、軋制方向、沖件形狀等因素有關(guān)。模具制造精度及模具刃口狀態(tài)也會(huì)影響沖裁件質(zhì)量。
沖裁模具的壽命是以沖出合格制品的沖裁次數(shù)來衡量的，可再分為兩次刃磨間的壽命與全磨損后總的壽命。??
在沖裁過程中，模具刃口處所受的壓力非常大．使模具刃口和板材的接觸面之間出現(xiàn)局部附著現(xiàn)象，產(chǎn)生附著磨損，其磨損量與接觸壓力、相對滑動(dòng)距離成正比，與材料屈服強(qiáng)度成反比。它被認(rèn)為是模具磨損的主要形式。
當(dāng)間隙減小時(shí)，接觸壓力(垂直力、側(cè)壓力、摩擦力)會(huì)增大，摩擦距離增長，摩擦發(fā)熱嚴(yán)重，導(dǎo)致模具磨損加劇，使模具與材料之間產(chǎn)生粘結(jié)現(xiàn)象．還會(huì)引起刃口的壓縮疲勞破壞，使之崩刃。間隙過大時(shí)．板料彎曲拉伸相對增加，使模具刃口端面上的正壓力增大，容易產(chǎn)生崩刃或產(chǎn)生塑性變形，使磨損加劇。可見間隙過小與過大都會(huì)導(dǎo)致模具壽命降低。因此，間隙合適或適當(dāng)增大模具問隙，可使凸、凹模側(cè)面與材料間摩擦減小，并減緩間隙不均勻的不利因素，從而提高模具壽命。
增大間隙可以降低沖裁力，而小間隙則使沖裁力增大。當(dāng)間隙合理時(shí)，上下裂紋重合，最大剪切力較小。而小間隙時(shí)，材料所受力矩和拉應(yīng)力減小，壓應(yīng)力增大，材料不易產(chǎn)生撕裂，上下裂紋不重合又產(chǎn)生二次剪切，使沖裁力、沖裁功有所增大；增大間隙時(shí)材料所受力矩與拉應(yīng)力增大，材料易于剪裂分離，故最大沖裁力有所減小，如對沖裁件質(zhì)量要求不高，為降低沖裁力、減少模具磨損，傾向于取偏大的沖裁間隙。
查沖裁模初始雙面間隙表3-4知：落料模刃口始用間隙Zmin=0.084，ZMAX=0.108。
5.4.2 落料刃口尺寸的計(jì)算
在確定沖模凸模和凹模工作部分尺寸時(shí)，必須遵循以下幾項(xiàng)原則：
（1）根據(jù)落料的特點(diǎn)，落料件的尺寸取決于凹模尺寸，因此落料模應(yīng)先決定凹模尺寸，用減小凸模尺寸來保證合理間隙。
（2）根據(jù)刃口的磨損規(guī)律，刃口磨損后尺寸變大，其刃口的基本尺寸應(yīng)取接近或等于工件的最小極限尺寸；刃口磨損后尺寸減小，應(yīng)取接近或等于工件的最大極限尺寸。
（3）考慮工件精度與模具精度間的關(guān)系，在選擇模具刃口制造公差時(shí)，既要保證工件的精度要求，又能保證有合理的間隙數(shù)值。一般沖模精度較工件精度高2～3級(jí)。
Φ97-10㎜的凸凹模制造公差查表得：δ凸=0.030㎜、δ凹=0.045㎜，凸凹模采用分開加工的方法，查表得：X=0.5
（5-9）
（5-10）
5.4.3 拉深工序工作部分的尺寸及間隙
5.4.3.1 凸模和凹模的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。若Z值太小，凸緣區(qū)變厚的材料通過間隙時(shí)，校直與變形的阻力增加，與模具表面間的摩擦、磨損嚴(yán)重，使拉深力增加，零件變薄嚴(yán)重，甚至拉破，模具壽命降低。間隙小時(shí)得到的零件 側(cè)壁平直而光滑，質(zhì)量較好，精度較高。間隙過大時(shí)，對毛坯的校直和擠壓作用減小，拉深力降低，模具的壽命提高，但零件的質(zhì)量變差，沖出的零件側(cè)壁不直。因此拉深模的間隙值也應(yīng)合適，確定Z時(shí)要考慮壓邊狀況、拉深次數(shù)和工件精度等。其原則是：既要考慮板料本身的公差，又要考慮板料的增厚現(xiàn)象，間隙一般都比毛坯厚度略大一些。
采用壓邊拉深時(shí)其值可按下式計(jì)算：
Z=1.1t=1.32㎜
則拉深模的間隙2Z=2.64㎜。
5.4.3.2 拉深模的圓角半徑 （1）t/D=1.2/97=0.0124≤0.1～0.3，當(dāng)工件直徑d>20mm時(shí),rd=0.039d+2,可取圓角半徑為2.5mm。
（2）凸模的圓角半徑及尺寸公差等于工件的內(nèi)圓角半徑。
5.4.3.3 工作部分尺寸
凸模和凹模的尺寸及公差應(yīng)按零件的要求來確定，由于要求外形尺寸，因此以凹模設(shè)計(jì)為準(zhǔn)。查表得：δ凸=0.03㎜、δ凹=0.05㎜
凹模部分
（5-11）
凸模部分
（5-12）
二次拉深模具工作部分尺寸:
凹模部分
（5-13）
凸模部分
（5-14）
三次拉深模具工作部分尺寸:
凹模部分
（5-13）
凸模部分
第6章 模具結(jié)構(gòu)合理性分析
6.1 模具結(jié)構(gòu)圖
圖6-1 模具圖
6.2 模具的工作過程
1)準(zhǔn)備工作:將板料順著檔料銷導(dǎo)向滑動(dòng)，手工送料到全部工位后讓其在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)下自動(dòng)送料。
2)沖床滑塊帶動(dòng)上模從最高點(diǎn)開始向下運(yùn)動(dòng)。
3)上模繼續(xù)下行,導(dǎo)柱在導(dǎo)套滑動(dòng)，對上模導(dǎo)向起定位作用。
4)隨著上模下行，板料被壓向下運(yùn)動(dòng)。卸料板壓著板料下行,板料碰到凹模。
5)板料接觸凹模時(shí)卸料板停止運(yùn)動(dòng),沖床滑塊繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng),上模壓卸料板彈簧開始?jí)嚎s。卸料板受彈簧壓力壓緊條料,在這一過程中,沖裁和拉深凸模開始工作。
6)在沖床經(jīng)過下死點(diǎn)后,沖床滑塊帶動(dòng)上模開始回升,凸模退回一段距離后此時(shí)在模具下面的推件板推工件出凹模，上部的活動(dòng)凹模推工件出凸模。
9)沖床滑塊帶動(dòng)上模繼續(xù)上行,回到開模狀態(tài)的最高點(diǎn)完成一次沖壓過程。
10)板料送進(jìn)一個(gè)步距，準(zhǔn)備下一個(gè)工作循環(huán)。
結(jié) 論
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)歷時(shí)三個(gè)月，設(shè)計(jì)過程中本人收集了大量有關(guān)沖壓模具設(shè)計(jì)的資料與實(shí)例，吸收了許多資料的精華部分，因此，本文內(nèi)容詳細(xì)而豐富。同時(shí)，本人對端蓋復(fù)合模的各個(gè)結(jié)構(gòu)做了充分地研究與論證，并多次改進(jìn)了設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。
在這次設(shè)計(jì)中，我遇到的難點(diǎn)主要有坯料的計(jì)算和工藝順序的安排，通過老師的指導(dǎo)幫助，更改了一些模具結(jié)構(gòu)，能夠完成預(yù)期目標(biāo)。通過這次設(shè)計(jì)，我學(xué)到了許多的東西。首先對于AUTOCAD2007和Pro/E的應(yīng)用更加熟練；其次，通過模具設(shè)計(jì)使我對于沖模工藝設(shè)計(jì)的流程很熟悉。這次設(shè)計(jì)是對以前所學(xué)的專業(yè)知識(shí)的一次綜合性的實(shí)踐。涉及到機(jī)械制圖、機(jī)械設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)、互換性以及CAD/CAM各個(gè)方面的內(nèi)容，使我受益非淺。同時(shí)能夠使我在以后的工作中更能將所學(xué)的知識(shí)付諸實(shí)踐，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，不斷進(jìn)步。
致 謝
本畢業(yè)設(shè)計(jì)，我的第一副沖壓設(shè)計(jì)模具，選題適合，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成從模具裝配結(jié)構(gòu)及零件的設(shè)計(jì)。除了自己的努力外,更多的是要感謝指導(dǎo)老師在我設(shè)計(jì)課題從方案確定到具體實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)上的熱情指導(dǎo)。老師不斷的督促，使我不敢有絲毫懈怠，加緊完成了我的畢業(yè)設(shè)計(jì)。老師的指導(dǎo)以及同學(xué)的幫助讓我修正了設(shè)計(jì)中一個(gè)又一個(gè)的錯(cuò)誤,更重要的是我從中學(xué)到了很多東西,這些在原來學(xué)過的教材中是無法找到的,這些也是我以后工作中很寶貴的財(cái)富。在此，深深的表示感謝！
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