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畢業(yè)設計（論文）
說明書
題目名稱：打火機金屬外殼的冷沖壓模具設計
摘要
本次課題打火機金屬外殼的冷沖壓模具設計，通過這次設計，進一步熟悉沖壓模具的設計流程運用落料、沖孔、彎曲等沖壓工序設計冷沖壓成形模具，需要解決很多的關鍵問題，對零件進行工藝分析，進行沖壓工藝方案及模具結構方案設計和對沖壓模具零部件工藝參數(shù)進行參數(shù)選擇及驗算，繪制沖壓模具裝配圖和零件圖。需要運用機械、材料成形、冷沖壓模具、計算機二、三維設計等多學科的知識，需要相當廣闊的知識面和較高的專業(yè)水平。通過對零件進行工藝分析和工藝參數(shù)計算，根據(jù)零件所需冷沖壓工序設計出連續(xù)沖壓模具，同時運用AutoCAD繪制二維模具裝配圖和零件圖還得同時對部分零件進行了加工工藝分析。該零件復雜且尺寸不規(guī)則，這對模具設計和展開排樣提出了較高的要求，特別是彎曲過程，需要合理的安排工藝，巧妙的設計沖模來解決，對于部分不關鍵的零件可適當降低尺寸公差要求，設計中盡可能使用標準件，有利于設計成本的降低。
關鍵詞：冷沖壓模具，工藝分析，連續(xù)模，打火機金屬外殼
Abstract
This topic lighter metal exterior cold stamping mould design, through the design, further stamping mould design process using blanking, punching, bending stamping process design of cold stamping mould, needs to solve the key problems of many parts, technical analysis, stamping process scheme and the die structure and design of stamping mould parts process parameters parameter selection and calculation, stamping, assembly and detail drawings. Need to use machines, materials, stamping, molding, cold, 3d design of computer science knowledge, need quite a broad knowledge and professional level. Through the analysis of the technology of parts and the process parameters calculation, cold stamping parts needed to process a compound stamping mould design, and using AutoCAD assembly drawing two-dimensional mould parts and also have also made for parts processing analysis. The components and complex, the size of irregular of mold design and layout puts forward higher requirements, especially the bending process, need reasonable arrangement of the clever design process, stamping parts, to solve the key parts for not properly reduce dimension tolerance requirement,design as far as possible, to use standard design cost reduction.
keywords: Cold stamping mould，Process analysis，Continuous mode，Lighter metal shell
目錄
1 引言 5
2 工藝方案確定 7
2.1 零件及沖壓工藝分析 7
2.2 工藝方案確定與工藝流程圖 8
2.2.1工藝方案確定 8
2.2.2工藝流程確定 8
3 工藝參數(shù)的計算 10
3.1 毛坯的尺寸計算 11
3.2 沖裁排樣及材料利用率的計算 11
3.3各部分工藝力的計算 12
3.3.1 沖裁壓力的計算 12
4 主要工作部分尺寸計算 14
4.1 預切斷凸凹模的刃口尺寸計算 15
4.2 沖孔凸凹模刃口尺寸計算 15
4.3彎曲沖孔凸凹模高度的確定 16
4.4沖孔凸模的強度和剛度校核 17
4.5凸凹模的結構選擇設計 18
5 其他零件設計 18
6 壓力機的選擇 25
7 部分零件加工工藝過程 26
8 模具的裝配和使用 28
9 經(jīng)濟性分析 30
10 結 論 31
參 考 文 獻 32
致 謝 33
1 引言
改革開放以來，隨著國民經(jīng)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15%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。隨著與國際接軌的腳步不斷加快，市場競爭的日益加劇，人們已經(jīng)越來越認識到產(chǎn)品質量、成本和新產(chǎn)品的開發(fā)能力的重要性。而模具制造是整個鏈條中最基礎的要素之一，模具制造技術現(xiàn)已成為衡量一個國家制造業(yè)水平高低的重要標志，并在很大程度上決定企業(yè)的生存空間。近年許多模具企業(yè)加大了用于技術進步的投資力度，將技術進步視為企業(yè)發(fā)展的重要動力。一些國內(nèi)模具企業(yè)已普及了二維CAD，并陸續(xù)開始使用UG、Pro/Engineer、I-DEAS、Euclid-IS等國際通用軟件，個別廠家還引進了Moldflow、C-Flow、DYNAFORM、Optris和MAGMASOFT等CAE軟件，并成功應用于沖壓模的設計中。
日前，中國模具協(xié)會企業(yè)年報顯示： 2006年我國模具工業(yè)總產(chǎn)值已達516億元，其中沖壓模具、壓鑄模具等約占總量的80％。預計到2010年，國內(nèi)模具市場需求量將在1200億元人民幣左右。據(jù)介紹，目前我國汽車模具潛在市場十分巨大。質量好的沖壓模具在汽車整車等行業(yè)供不應求。因此未來我國機械行業(yè)中，模具的發(fā)展——特別是冷沖壓模具的發(fā)展就顯得尤為重要。
據(jù)中國模具工業(yè)協(xié)會發(fā)布的統(tǒng)計材料，2004年我國沖壓模具總產(chǎn)出約為220億元，其中出口0.75億美元，約合6.2億元。根據(jù)我國海關統(tǒng)計資料，2004年我國共進口沖壓模具5.61億美元，約合46.6億元。從上述數(shù)字可以得出2004年我國沖壓模具市場總規(guī)模約為266.6億元。其中國內(nèi)市場總需求為260.4億元，總供應約為213.8億元，市場滿足率為82%。在上述供求總體情況中，有幾個具體情況必須說明：一是進口模具大部分是技術含量高的大型精密模具，而出口模具大部分是技術含量較低的中低檔模具，因此技術含量高的中高檔模具市場滿足率低于沖壓模具總體滿足率，這些模具的發(fā)展已滯后于沖壓件生產(chǎn)，而技術含量低的中低檔模具市場滿足率要高于沖壓模具市場總體滿足率；二是由于我國的模具價格要比國際市場低格低許多，具有一定的競爭力，因此其在國際市場的前景看好，2005年沖壓模具出口達到1.46億美元，比2004年增長94.7%就可說明這一點。
標志沖模技術先進水平的多工位級進模和多功能模具，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級進模相比，在制造精度、使用壽命、模具結構和功能上，仍存在一定差距冷沖壓是一種先進的金屬加工方法，它具有生產(chǎn)效率高，加工成本低，材料利用率高，產(chǎn)品尺寸精度穩(wěn)定，操作簡單易于實現(xiàn)機械化和自動化等一系列優(yōu)點，因而在批量生產(chǎn)中得到了廣泛的應用，在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中占有十分重要的地位，是國防工業(yè)及民用工業(yè)生產(chǎn)中必不可少的加工方法。在經(jīng)過實習后首先考慮的是在最少的時間用最快的速度制造出最多的零件，同時又要保證質量，這就需要設計者在設計時注意很多的問題，譬如制造模具的成本，模具的壽命，生產(chǎn)出制件的質量等等。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，都存在較大差距。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(chǎn)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。
本課題以日長生活中常用的一個典型零件—打火機金屬外殼為沖壓模具設計對象，通過對其進行冷沖壓工藝分析，設計出合理適用的冷沖壓模具，繪制出落料沖孔彎曲級進模裝配圖。因為該零件形狀復雜且曲面多，其沖壓模具設計方法與汽車覆蓋件模具相似，這正是我國沖壓模具設計制造能力與國外的差距所在，因此此次設計具有較大地難度，要成功設計出該模需要對模具有深刻的理解和認識。
33
2 工藝方案確定
2.1零件及沖壓工藝分析
本次畢業(yè)設計課題源自我們?nèi)粘Ｉ钪凶畛Ｓ玫拇蚧饳C通過選出其中一個較典型且復雜的零件—打火機金屬外殼來開展沖壓模具設計。
工件沖壓技術要求如下:
材料牌號：SPHDZ
材料厚度：0.5mm
生產(chǎn)批量：中批量
未注公差：按IT14級確定
圖2-1 打火機金屬外殼
從圖2-1中可以看出該工件形狀較復雜且曲面多，需要運用落料、沖孔、彎曲等多種沖壓工序才能加工出來，設計起來較復雜，需要設計一套連續(xù)模具才能將該工件加工出來。但由于該工件精度公差不高，按IT14級確定，因此該模具結構設計的精度適當即可。
該工件原材料為熱軋鋼帶，材料為SPHDZ，具有強度低、延伸好、外觀顏色不亮等力學性能，適用沖壓模具加工。工件脫氧方式和化學成分如表2-1所示。
表2-1 工件脫氧方式和化學成分
牌 號
化?? 學?? 成?? 分 a%
脫氧方式
C
Si
Mn
P
S
Alt
SPHDZ
鋁硅鎮(zhèn)靜
≤0.09
≤0.05
≤0.50
≤0.035
≤0.035
料厚t=0.5mm，屬于薄料件，沖壓時需要特殊處理，在設計此模具時主要考慮模具材料和結構的選擇，確定一定的模具壽命。但有幾點要注意：
(1)工件沖孔處要合理安排工序；
(2)工件先沖孔后落料；
(3)應重視模具材料和結構的選擇，保證一定的模具壽命；
(4)模具結構形式的確定：因該制件較薄，為保證制件平整，采用彈壓卸料裝置。它還可以對沖孔小凸模起導向作用和保護作用，定位形式采用導正銷形式進行精定位。此外，由表面質量、生產(chǎn)批量等其他技術要求可以看出，普通沖裁完全可以滿足其技術要求。
2.2工藝方案確定與工藝流程圖
2.2.1工藝方案確定
通過冷沖壓工序分析，該工件包括落料、沖孔、彎曲等工序。可擬定以下幾個沖壓工藝方案：
方案一：落料、沖孔、折彎每個工步均分別采用一套模具生產(chǎn)，總共六套模具。
方案二：落料、沖孔折彎采用一套級進模進行生產(chǎn)。
方案三：采用落料沖孔復合模、彎曲采用兩套彎曲模，共三套模具。
方案一優(yōu)點：這種方案模具結構簡單，易于模具的設計和加工，工件各部分的形狀及尺寸都能得到保證，且投產(chǎn)快。方案一缺點：生產(chǎn)工序過于繁多，占用設備及沖壓工人也多，設備及人力成本大，且難以保證對工件表面的要求，且由于是中批量的生產(chǎn)，工序太多的話，生產(chǎn)效率太低，需要花費大量的人力及財力投資在模具的設計與加工上，對企業(yè)的經(jīng)濟不利。
方案二優(yōu)點：工件的精度及生產(chǎn)效率都較高，便于操作。方案二缺點：級進模結構復雜，設計周期長且成本高，同時要經(jīng)過多次定位和變形，產(chǎn)生的積累誤差大，因而沖裁件精度較低。從提高生產(chǎn)效率，減輕工人勞動強度，提高生產(chǎn)效益考慮可以設計這樣一套級進模具。
方案三優(yōu)點：模具設計結構較簡單，易于模具的設計和加工，工件各部分的形狀及尺寸都能得到保證，定位準確，且投產(chǎn)快，同時考慮到了在拉深翻邊和縮口工序中會對側孔產(chǎn)生變形。缺點：模具數(shù)量多，增加了工人的勞動強度，提高了成本。
綜上所述，采用方案二來設計模具。因為打火機金屬外殼的加工是一套傳統(tǒng)的沖壓成型工藝，設計成復合模模具數(shù)量較多，需要的工人數(shù)量較多工人勞動強度也較大，占用的面積也較大。方案二能極大地提高生產(chǎn)效率，降低工人勞動強度，降低勞動成本，能讓企業(yè)在市場競爭中處于有利地位。
2.2.2工藝流程確定
通過以上工藝分析，確定工藝流程如下圖2-2所示。
圖2-2 沖壓工藝設計流程
3 工藝參數(shù)的計算
3.1 毛坯的尺寸計算
工件毛坯展開圖：
圖3-1 工件毛坯展開圖
毛坯展開尺寸計算
按幾何運算原則，用解析法求該工件尺寸，無彎曲部分直接測量。有兩個一次彎兩個叫的彎曲和一個接近直角角度的彎曲，它們的測量尺寸分別代入計算如下：U形彎曲的計算公式為L=a+b+c+0.6t算出工件寬度L=24mm N=22 mm
接近直角度角彎曲展開尺寸計算代入公式得：
（3-1）
=43.
（3-2）
=699
（3-3）
=685
則圓孔毛坯展開尺寸D==17.8mm
查表得的修邊余量Δh=2
則
3.2 沖裁排樣及材料利用率的計算
排樣時工件之間，以及工件與條料側邊之間留下的余料叫搭邊。搭邊的作用是補償條料的定位誤差，保證沖出合格的工件。搭邊還可以保持條料有一定的剛度，便于送料。搭邊是廢料．從節(jié)省材料出發(fā)，搭邊值應愈小愈好。但過小的搭邊容易擠進凹模，增加刃口磨損，降低模具壽命，并且也影響沖裁件的剪切表面質量。圖中的細實線表示零件對排時的輪廓線，有陰影線的粗實線表示選定了的沖孔與落料的粗實線表示落料后留在條料的的輪廓。
排樣草圖號不畫到正式模具圖上，卻對設計過程很有用途，排樣草圖可以畫得隨便一些，簡略些，例如忽略零件輪廓的小圓弧，小缺口等，以簡化撩樣圖的繪制過程 并不影響分析與計算的結果。
3.2.1 計算步距
參照《沖壓工藝與模具設計》確定搭邊值a=4.0mm a1=1.5mm
步距尺寸按工件送料方向最大尺寸與縱搭邊之和計算，級進進料步距為S0=12+4=16mm.
3.2.2 計算條料寬度
在排樣圖確定之后，便可以計算條料的寬度，以便決定下料的尺寸及公差。我們先選擇無橫搭邊排樣的條料寬度。
按《沖壓工藝模具與設計》書56頁2-10圖a1=1.5mm，62頁2-12圖查剪板機下料公差Δ=0.6mm.63頁2-13、2-14圖b1=1.5mm，C1= 0.2mm ,C2=0.1mm.
無側刃裝置時的條料寬度為了保證有足夠的搭邊，
條料寬度應按下式計算：條料寬度：b=17+2a1=17+2×1.5=20mm
3.2.3 計算材料利用率
一段條料能沖出的工件的重量與這段條料重量之比的百分數(shù)稱為材料利率。由于板料沖裁時板厚一定的，所以材料利用率可用面積之比，即一段條料的有效面積與這段條料的面積之比，來代替重量之比。
同一個工件，排樣不同時，材料利用率也會不同，材料利用率越高者越省料因此，材料利用率是判斷排樣是否經(jīng)濟的重要參數(shù)。但材料利用率并不是選擇排樣的唯一標準。一般按下述原則選擇；對天銅板等較貴重材料，特別是在生產(chǎn)最較大時，應盡量選擇材料利用率較高的排樣。如果某種排樣比其它排樣的材料利用率提高不到5%，且使模具復雜化時，那么這種排樣是不可取的。而在生產(chǎn)量小時，則應盡可能選擇比較簡單的排樣，以便使模具容易制造。
由于工件橫向尺寸較小可按下式計算一個步距的材料利用率工件毛坯較大，考慮到操作方便，采用單排。
查有關表得搭邊值： a1=1.5 a2=2，
進距：s=16+ a2=14+2=16
條料寬度：b=17+2a1=17+2×1.5=20mm
板料規(guī)格擬選用：卷料規(guī)格 采用卷料:
板的利用率：η=×100%=70.2%
由于此工件毛坯形狀不規(guī)則采用縱裁排樣此排樣方式的利用率高，故采用進行縱裁排樣（排樣圖見圖3-1）
圖3-2 沖裁件排樣圖
3.3各部分工藝力的計算
3.3.1 沖裁壓力的計算
沖裁壓力是沖裁力、卸料力、推件力和頂料力的總稱。
1.沖裁力的計算
由于模具為平刃口模具沖裁，落料力作為純剪切進行計算，其沖裁力為：
式中，L：沖裁件輪廓周長；
t：材料厚度；
τ：材料抗剪強度
而在實際選擇設備時，為了設備安全起見，常取1.3左右的安全系數(shù)，故
（3-4）
由相關資料可查出，熱軋鋼材料的為350Mpa。針對本沖裁件，沖裁力包括落料力和沖孔力，現(xiàn)分別計算如下：
落料力：
（3-5）
==161.32(KN)
沖孔力：
沖φ2導正孔：
==27.6(KN)
沖長圓孔：
==8.9(KN)
2.卸料力、推件力及頂件力的計算
卸料力： （3-6）
推件力： （3-7）
頂件力： （3-8）
根據(jù)手冊可查出式中各系數(shù)，分別?。海?.03，＝0.05，本次設計沖壓模具沒采用頂件裝置，故無頂件力，不必計算。計算沖孔的推件力時，n為留在凹模洞口處的沖裁件件數(shù)，（式中，h為凹模直刃口高度，t為板料厚度）。因此，根據(jù)本課題情況，各力計算如下：
落料時的卸料力：
（3-9）
==4.84(KN)
沖孔時的推件力：
（3-10）
==5.5(KN)
3．彎曲模彎曲力計算：
查表得知：彎曲系數(shù)A=0.688;安全系數(shù)C=1.13；彎曲線長度B=2.71
(1) 第一次彎曲力
F=2.4Btσb A C =2.4×2.71×0.8×350×0.688×1.13=1.4(KN) （3-11）
(2) 第二次彎曲力
F= Ltσb/3 =1567.3N。F壓料力=F/3=0.5(KN) （3-12）
(3) 落制件
F=Ltσb=6.7(KN) （3-13）
(4) 切斷載體
F=Ltσb=( 0.95+3) ×0.8×350=1106N,由以上各項相加的總沖裁力:
計算 （3-14）
壓力機所需的總沖壓力的計算
根據(jù)本次設計的模具結構，壓力機所需的總沖壓力為：
4 主要工作部分尺寸計算
主要工作部分尺寸包括模具的凹模，凸模。由于工件為打火機金屬外殼，尺寸精度要求不高，可按IT14計算。常用的計算刃口尺寸方法有兩種：一是凸模與凹模分別注出各自的基本尺寸及其公差，簡稱為公差法制模；二是只有基準件（落料時為凹模，沖孔時為凸模）注出基本尺寸及其制造公差，而配作件（落料時為凸模、沖孔時為凹模）則只注與基準件相同的基本尺寸，不注公差，在技術要求中注明配作時應達到的合理沖裁間隙值Zmin，簡稱配作法制模。在這里我們就按配作法去計算， 基本作法如下：落料時，只計算凹模刃口尺寸，制造公差取工件相應尺寸公差的1/4。凸模刃口尺寸不需要計算，在凸模的工作圖上只注凹模相應刃口尺寸的基本尺寸，不注公差。在技術要求中注寫“刃口尺寸按凹模實際尺寸配作，保證單邊間隙為Zmin/2”。沖孔時，則只計算中心凸模刃口尺寸， 并取工件相應尺寸公差的1/4為其制造公差，不計算凹模刃口尺寸，在凹模工作圖上只注相應凸模刃口的基本尺寸，不注公差。并在技術要求中注寫“刃口尺寸按凸模實際尺寸配作，保證單邊間隙為Zmin/2。
應注意到，凸模與凹模刃口尺寸的制造公差影響沖裁間隙值的大小。所以，刃口尺寸的計算與處理既要保證沖出合格的工件，又要保證合理的沖裁間隙值。異形凸模和凹?？刹捎梅珠_加工。因為本級進模具的凸，凹模刃口很多，僅計算部分。
4.1預切斷凸 、凹模的刃口尺寸
對5.5的凹、凸模的制造公差查表可得：
==0.020mm
預切斷刃口雙面間隙：
=0.10mm =0.14mm
由于，故采用凹模與凸模配合加工方法。查表得x=0.5。由：
=
式中： x = 0.5,由《沖壓手冊》表2-30查得，
Cmin = 0.07，由《沖壓手冊》表2-25查得，表查得Cmax = 0.1）
δ = 1/4 = 0.006
凹凸模雙面間隙：
4.2 沖孔凸、凹模刃口尺寸的計算
（1）沖孔件按未注公差尺寸的極限偏差考慮，并標注內(nèi)形尺寸。對于長圓孔的凹、凸模的制造公差查表可得：
==0.020mm
沖裁模刃口雙面間隙：
=0.10mm =0.13mm
由于，故采用凹模與凸模配合加工方法。查表得x=0.5。則：
==3.715
=（3.5+0.13）=
（2）對長圓孔4的凹、凸模的制造公差查表可得：
==0.020mm
沖裁模刃口雙面間隙：
=0.10mm =0.13mm
由于，故采用凹模與凸模配合加工方法。查表得x=0.5。則：
==4.215
=（4+0.13）=
（3）對φ2導正孔的凹、凸模的制造公差查表可得：
==0.020mm
沖裁模刃口雙面間隙：
=0.10mm =0.13mm
由于，故采用凹模與凸模配合加工方法。查表得x=0.5。則：
==2.215
=（2+0.13）=
式中： x = 0.5,由《沖壓手冊》表2-30查得，
Cmin = 0.07，由《沖壓手冊》表2-25查得，表查得Cmax = 0.1）
δ = 1/4△ = 0.021
凹凸模雙面間隙：
4.3 沖孔，彎曲凸模高度的確定
L=h1+h2+h3+h
其中：h1為凸模固定板厚度，一般為凸模高度的40%左右，計算取為30㎜。
h2為卸料板的厚度，查課本P23頁一般為6～12 ㎜，取為10㎜。
h為彈性橡膠體的厚度，本次設計取15mm
h為附加長度，包括修模余量和安全長度，取3㎜。
綜上 ，則：L=30+15+10+3
故：L=58㎜
即凸模的長度為58㎜，具體長度根據(jù)實際情況調整后再確定。
4.4 沖長圓孔凸模的強度和剛度校核
沖長圓孔凸模比較細長，結構簡單，因沖孔凸模直徑很小，所以應對凸模進行強度和剛度校核，檢查危險斷面尺寸和自由長度是否滿足強度要求：
（1） 凸模強度校核
凸模正常工作的條件是其刃口斷面承受的軸向壓應力不應超過模具材料的許用壓應力既
式中：--凸模刃口端面承受的壓應力 --作用在凸模端面上的總沖壓力
S—凸模刃口端面面積 []—模具鋼的許用壓應力
由于是長圓孔凸模且計算推件力則：
d （4-1）
代入數(shù)據(jù)得=
最小凸模直徑3.5mm>1.97mm,故滿足強度要求。
（2） 凸?？箟菏Х€(wěn)校核（剛度校核）
細長凸?？箟菏Х€(wěn)條件，可用壓桿失穩(wěn)的歐拉公式確定求壓桿失穩(wěn)臨界載荷F的歐拉公式為： （4-2）
式中：F--壓桿凸模失穩(wěn)時的臨界載荷 l--臨界載荷狀態(tài)壓桿的許用長度
E—彈性模數(shù) J—凸模最小斷面的慣性矩，圓形凸模，J=
--與支撐情況有關的長度系數(shù)
系數(shù)K，令：
由此推導出許用長度= （4-3）
本次設計細長凸模由彈壓卸料板導向，可視為兩端鉸支，=1，代入數(shù)據(jù)得
==
本次設計長圓孔凸模長度采用58mm，故滿足剛度要求。
4.5 凸凹模的結構選擇設計
本套模具凸凹模均采用Cr12，這種鋼有高淬透性，且有較高的韌性，淬火時體積變化最小，因此，可用來制造斷面較大、形狀復雜、經(jīng)受較大沖擊負荷的各種模具和工具，適用于制造沖裁凸、凹模。
外形沖裁凸模，彎曲凸模，參照JB/T8057.2-1995 B型圓凸模設計。
該模具為連續(xù)沖裁模，凹模采用螺釘固定。凸凹模的外刃口尺寸按凹模尺寸配置，并保證雙邊間隙0.10~0.13mm。凸凹模工作面的內(nèi)外緣均為刃口，內(nèi)外緣之間的壁厚取決于沖裁件的尺寸。因此從強度方法考慮，其壁厚應受最小值限制。凸、凹模壁厚于模具結構有關：當模具采用正狀結構時，內(nèi)孔不積存廢料，脹力小，最小壁厚可以小些；當模具為倒裝結構時，若內(nèi)孔為直通形刃口形式，且采用下漏料方式，則內(nèi)孔積存廢料，脹力大，故最小壁厚應大些。不積聚廢料的凸凹模的最小壁厚應達到模具總裝配的應用標準在實際選擇。
5 其他零件設計
5.1 模架的選用
模架由上下模座、導柱、導套等組成。模架是模具的主體結構，模具的全部零件都固定在它上面，并承受沖壓過程的全部載荷。模具的上下模之間靠模架的導向裝置來保持其精確位置，以引導凸模的運動，保證沖裁過程中間隙均勻。選擇模架結構要根據(jù)工件的受力變形特點出件方式，材料送進方向以及操作是否方便等堿性綜合考慮。
根據(jù)落料凹模的周界尺寸，查閱使用沖壓模具設計手冊，同時為了安裝方便，選擇模架尺寸時要從凹模的輪廓尺寸來考慮，一般長度及寬度上模架都應該比凹模大還要注意模架與壓力機的關系本次設計采用后側導柱式模架.按資料中的選用則上模座為220×160×45㎜，下模座為220×160×45㎜的規(guī)格，其他結構的尺寸值不變。顯然可以放下該模座，且最大閉合高度也滿足要求，因此所選壓力機符合要求。
5.2 定位裝置
冷沖壓加工條料或坯件在沖模內(nèi)應處于正確的位置，稱為定位。定位應符合6點定位原則。定位零件的作用，是使條料或毛坯在精沖在確定正確的位置，從而保證沖出合格的制件，根據(jù)毛壞和模具不同的特點，必須采用不同形式的定位裝置，沖模中常見的定位零件有定位板、定位銷、擋料銷、導料銷，側壓板等。
對于帶有彈壓卸料板的落料沖孔模，若采用活動擋料銷，在沖件時活動擋料銷隨凸模的下行而壓入孔內(nèi)，工作方便，但是要求彈壓卸料板較厚，對于彈壓卸料板較薄的板料，如果采用固定擋料銷的形式，在凹模的相應位置留出空間，同時滿足沖件要求，而且經(jīng)濟性好。
5.2.1 定位的基本形式
(一) 導向定位
條料在導料銷之間送進，可保證送料方向正確。但實際上導料銷起作用，加上凹模面定位作用。因此屬于不完全定位。送料方向上再加上限位點，且該點不在導料銷連線上，才能達到完全定位。
(二) 接觸定位
當條料同時接觸兩個導料銷和個擋料銷時,便可達到完全定位.
(三) 形狀定位
形狀定位是單件坯料的定位，常見的是利用坯料的外形定位，坯料由6個定位銷限位，只要坯料同時接觸其中4個定位銷，便可起到定位作用。實際上坯料難免與定位之間有間隙。因此，形狀定位的精度低于接觸定位。如果坯料較大且中間有非圓形孔,也可利用內(nèi)形定位，根據(jù)材料的結構形式我們采用接觸定位較好上些。
5.2.2 條料橫向定位裝置
條料橫向定位也稱為導料，主要作用是保證條料的橫向搭邊值。由于該模具結構為連續(xù)模所以條料的橫向定位使用導正銷，而不用導料板。導正銷有固定式和彈頂式兩種基本類型，前者多用于順裝式復合模。后者多用于倒裝式復合模，這是從凹模強度考慮的。所以選擇固定式導正銷。
設計時，兩個導料銷的中心距盡可能取大一些，以便于送料，并有利于防止條料偏斜。兩個導料銷應置于近入一側，以利于安全操作。
設計時，兩個導料銷的中心距應盡可能取大一些，以便于送料，并有利于防止條料偏斜。兩個導料銷應置于近人一鍘，以利于安全操作，采用導正銷的優(yōu)點是對條料寬度沒有嚴格要求，且可使用邊角料。
5.2.3 條料的縱向定位裝置
條注縱向定位也稱為擋料。在落料與復合模中，擋料的主要作用是保證縱向橫向搭邊值，而在級進沖裁模中，還將影響制件的形位尺寸精度，因此要求更高。它有固定擋料銷，活動擋料銷，回帶式擋料裝置，始用擋料裝置，側刃與側刃擋塊，導正銷幾種。
因為固定擋料銷主要用在順裝復合模上。固定擋料銷在凹模型孔一側，利用落料以后的廢料孔進行擋料，控制送料距離，簡稱定距。B型用于廢料孔較窄時擋料較方便，但應用不多，一般都采用A型。
固定擋料銷設置在近凹模刃口處為推式擋料，設置在遠離凹模刃口處為拉式擋料。推式擋料的擋料銷孔離凹模刃口較近，損害凹模強度。拉式擋料可克服這一缺點，沖厚料時可考慮采用。但在落料縱向尺寸較大時，將使凹模長度乃至整個模具尺寸都增大。因此，應用并不多。采用擋料銷定距時，每次送料均需將條料抬起，因此只能單沖，不便連沖，生產(chǎn)效率較低，拉式擋料更是如此。
5.2.4定位銷
在單工序沖壓加工中，加工前的工序件可以是剪床下料或落料模落料的平板毛坯，也可以是各種成形加工的立體工件。這咱工序件在模具中常用定位板或定位銷進行定位，屬于形狀定位。
定位銷用于平板坯料或立體成形工序件上有兩個定位銷孔時的定位，用于外形定位時，可代替外形定位。
設計時，定位銷與工序件之間的配合一般可取H9/h8。制造時，常以工序件為基準修配得到。定位精度要求不高時，可將雙邊間隙值放大至0.1～0.2mm。定位銷的工作高度h值與板料厚度有關，可查《沖壓工藝與模具設計》表2-24選取。每塊定位板要用兩個銷子定位，至少一個螺釘固定。定位板的定位面不宜過大，以便取放工件方便、安全。需多道工序件完成的工件，定位基準應是同一的，以減少定位誤差。
5.3卸料裝置
卸料裝置的功用是在一次沖裁結束之后，將條料或工序件與落料凸?；驔_孔凸模脫離，以便進行下一次沖裁。因為模具采用的下出件的方式，所以不需要設計推件裝置。
卸料裝置有固定卸料裝置，彈壓卸料裝置，由于沖薄料且工件平整，采用彈壓卸料裝置較方便，且裝在模具的上模。
5.4 彈壓卸料板的設計
因在有導向的模具中，沖裁時彈壓卸料板應壓緊板料，因此彈壓卸料板制成臺階形。
臺階寬度B1,= B1-(0.2～0.4)=61.71-(0.2～0.4)=61.51～61.31。
臺階高度取h1=h-t+(0.5～1)=8-1.5+(0.5～1)=7～7.5
彈壓卸料板的型孔與凸模之間應有合適的間隙，為滿足卸料要求，只要單板間隙小于板厚，彈壓卸料板有精確導向時，其型孔與凸模取H7/h6的配合。
5.5 彈性元件的選用與計算
因為橡膠塊作為彈性元件，具有承受負荷大、安全及安裝調整方便，所以選用橡膠作為彈性元件。
a.橡膠塊品種的選擇
選用硬度為邵氏70～80A的聚氨酯橡膠為彈性元件,由于其性能比合成橡膠優(yōu)異，不僅可獲得較大的壓力，而且可延長其使用壽命。模具國標GB2867.9-81專門規(guī)定了聚氨酯彈性體的規(guī)格與尺寸,為中心帶孔的圓柱體,選用十分方便.
b.橡膠塊高度的確定
橡膠塊高度H=hg/(εj-εy)=2.2/（20%-10%）=22mm (
H—橡膠塊自由狀態(tài)下的高度(mm);
εj ---橡膠塊極限壓縮率.因為取的是橡膠是邵氏70-80A我聚氨酯橡膠,則應取εj≤19%.硬度越高, εj 值越小.
hg ----橡膠塊工作壓縮量
c.橡膠塊截面尺寸的計算
根據(jù)公式A=F/Fq,查表取Fq=5.6Mpa
A=109424/2.5=43769.6mm2
圖5-2 聚氨酯橡膠
D=32mm d=10.5mm H=25mm D1=42mm JB/T 7650.9-1995
5.6 定位零件
本副模具采用兩個導正銷導向送料，為使條料順利通過導正銷的間隙，在計算排樣尺寸圖時一并算出，此處不在敘述。結構和規(guī)格與擋料銷相同。同時在本副模具中采用固定擋料銷來限制條料的送近步距，使用圓形擋料銷，規(guī)格為Φ6×10。該結構的擋料結構簡單，制造容易，使用方便，適用于固定卸料板及手工送料的冷沖模結構。
5.7沖模的導向
沖模工作時，除了由壓力機滑塊對上模與下模進行導向以外,還可單獨設置導向裝置進行導向，其主要作用如下:
1. 模具在壓力機上安裝調整比較方便。
2. 沖制的工件質量穩(wěn)定，沖裁間隙始終保持一致而不易發(fā)生變化，因此工件有較好的互換性。
3. 沖模不易損壞，故模具壽命比無導向沖模高。
模具導向機構可分為導板導向和模架導向。由于導板導向凸模要有兼作導向作用，其截面尺寸不能太小，以免受側向力而折斷，其截面也不宜太復雜。其次，由于使用中不允許凸模志導板脫離，選用壓力楊也受到了限制。只能使用行程可調沖床。而采用模架進行導向，不僅能保證上、下模的導向精度，而且能提高模具的剛性、延長模具的使用壽命、使沖裁件的質量比較穩(wěn)定、使模具的安裝調整比較容易。
因此分析可選擇模具的導向機構采用模架導向比較好，選用的導向機構是一種比較特殊的彈壓導板式模架，彈壓導板除具有彈壓卸料板壓料及卸料功能外，還能對凸模進行導向。根據(jù)導柱導套導向的簡易程度選擇滑動導向模架比較好，結構比較簡單為了保證使用中的安全性與可靠性，設計與裝配模具時，還應注意下列事項：當模具處于閉合位置時，導柱上端面與上模座的上平面應留10～15mm的距離；導柱下端面與下模座下平面應留2～5mm的距離。導套與上模座上平面應留還小于3mm。
導柱(B型導柱)
圖5-5 B型導柱
d=42 d1=42 L=280 l=35
5.8固定與連接零件
采用固定板將凸凹模固定在上模座上，固定板與凸凹模之間采用階梯固定的形式。固定板與上模座之間采用內(nèi)六角螺釘與圓柱銷來連接和定位，螺釘尺寸與圓柱銷尺寸根據(jù)被連接的兩部分零件厚度來確定。此外，由于本副模具的尺寸所需沖裁力較大，因此采用墊板的結構。固定板用于中、小型凸模或凹模固定在模座上，其平面輪廓尺寸除應保證凸、凹模安裝孔外，還應考慮螺釘和銷釘孔的定位，厚度一般取凹模厚度的60%~80%。固定板孔與凸、凹模采用過渡配合（H7/m6）。壓裝后端面磨平，以保證沖模垂直度。
5.9 卸料與推（頂）件裝置
由于板料厚度為很薄故要采用彈壓卸料板結構，其結構簡單，卸料力小，用于板料厚度較薄的情況彈壓卸料板，卸料板不僅起卸料的作用，還起到壓料的作用，卸料板的型孔與凸模的單面間隙為0.5㎜，厚度為10㎜。
5.10 凸模固定板
凸模固定板的外形與尺寸通常與凹模板相同，厚度為凹模板厚度的0.8～1倍。在此采用環(huán)氧樹脂及膠粘法固定的凸模，則型孔尺寸按相對相應凸模尺寸適應放大周邊間隙來確定。固定板用于中、小型凸模或凹模固定在模座上，其平面輪廓尺寸除應保證凸、凹模安裝孔外，還應考慮螺釘和銷釘孔的定位，厚度一般取凹模厚度的60%~80%。固定板孔與凸、凹模采用過渡配合（H7/m6）。壓裝后端面磨平，以保證沖模垂直度。
5.11 墊板
墊板主要用于直接承受和擴散凸、凹模傳來的壓力，以降低模座所收的單位壓力，防止模座被局部壓陷，影響模具正常工作。模具是否用墊板，根據(jù)模座承受壓力大來確定墊板的采用與厚度：是否采用墊板ó=F/A=450Mpa查表得鑄鐵模板的[ó]=90-140Mpa ,因此須采用墊板。
在凸模固定板與上模座之間加一塊淬硬的墊板，可提高模具的使用壽命，墊板的平面形狀與尺寸與固定板相同，可適當增大墊板的厚度其厚度一般取 6～10mm，墊板厚度取8mm。墊板上穿過連接螺釘、卸料螺釘和定位銷處要鉆通孔，直徑應比相應件的直徑增大0.5-1mm。注意，銷孔是在預裝模具時調整好沖裁間隙后，同模座和固定板一起經(jīng)鉆孔、鉸孔加工出來的，板淬火前應將穿銷孔擴大，免墊板淬火變形后難以打入銷釘。
5.12 緊固件
沖模上的緊固件包括連接螺釘和定位銷釘。受力較大的連接螺釘一般都采用內(nèi)六角螺釘，是用45號鋼制造，淬火達35-40HRC，此可承受較大的拉應力。力不大的小螺釘可以采用普通圓柱頭螺釘，一般不用半球頭螺釘或沉頭螺釘。者一字槽容易擰壞,后者裝配時不便調整，定位銷采用普通圓柱銷，以承受一定的切應力。
6.壓力機的選擇
6.1 壓力機的初步選用
沖壓工作是將沖壓模具安裝在沖壓設備上主要是壓力機上進行的，因而模具的設計要與沖壓設備的類型和主要規(guī)格相匹配，否則不能工作，正確選擇沖壓設備，關系到設備的安全使用，沖壓工藝的順利實施及沖壓件的質量生產(chǎn)效率和模具壽命一系列重要問題。
綜上計算所知，因為選用的是彈性卸料結構,所以總壓力F總為各力的總和，其中包括卸料力.故
在考慮各因素后，取一安全系數(shù)0.7左右，所以必須選用500KN的公稱壓力機.則根據(jù)所需總壓力初選公稱壓力為500KN的開式壓力機。（參看《沖壓手冊》相關章節(jié)543頁。壓力機的主要技術參數(shù)如下表所示
表6-1 壓力機的主要技術參數(shù)
公稱壓力
滑塊行程/㎜
行程次數(shù)/min-1
最大閉合高度/㎜
500
100
100
500
封高度調節(jié)量
㎜
工作臺
模柄孔尺寸
前后㎜
左右㎜
直徑㎜
深 度
㎜
80
450
560
50
70
7. 部分零件加工工藝過程
7.1 下模座的工藝分析
首先確定毛胚：下模座毛胚采用Q235成型，加工工藝如表7-1所示。
表7-1 下模座加工工藝卡
工藝過程卡
零件名稱
下模座
序號
00-3
材料
Q235
數(shù)量
1
工序號
工序名稱
工序內(nèi)容
設備
1
備料
215mm×160mm×25mm
2
銑削
銑削六面達到220×169×28mm,互為直角
銑床
3
鉗工劃線
劃出個孔位置，型孔輪廓線
4
鉆削
加工螺紋底孔，并進行攻絲，鉆導柱孔，達到設計要求。
鉆床
5
加工工件外形輪廓孔
線切割
線切割機
6
磨削
磨削上下平面，保證尺寸30mm及平行度0.05。
磨床
7
倒角
四角倒成R10圓角
8
鉗工精修
9
檢驗
7.2固定板工藝分析
首先確定毛胚：固定板毛胚采用45#成型，加工工藝如表7-3所示。
表7-2 固定板的加工工藝卡
工藝過程卡
毛坯尺寸
98mm×95mm×15mm
數(shù)
量
1
零件名稱
墊板
序號
8
材料
45
工序號
工序名稱
工序內(nèi)容
設備
1
備料
105mm×1001mm×20mm
2
銑削
銑外輪廓，留磨削量0.20mm，
保證上下平面的平行度
銑床
3
鉗工劃線
劃出各孔位置線
4
鉆削
按位置進行鉆削螺紋底孔攻絲和Φ10的孔，達到要求。
鉆床
5
銑削
銑出凹模外形孔打設計要求
銑床
6
熱處理
按熱處理工藝進行，硬度HBC58-61
7
磨削
磨外輪廓，滿足上下平面的平行度0.05的要求，以達到設計要求
磨床
8
鉗工精修
9
檢驗
7.3卸料板工藝分析
首先確定毛胚：卸料板毛胚采用45#成型，加工工藝如表7-4所示。
表7-3 卸料板的加工工藝卡
工藝過程卡
毛坯尺寸
100mm×95mm×15mm
數(shù)
量
1
零件名稱
墊板
序號
8
材料
45
工序號
工序名稱
工序內(nèi)容
設備
1
備料
110mm×100mm×20mm
2
銑削
銑外輪廓，留磨削量0.20mm，
保證上下平面的平行度
銑床
3
鉗工劃線
劃出各孔位置線
4
鉆削
按位置進行鉆削螺紋底孔攻絲和Φ10的孔，達到要求。
鉆床
5
銑削
銑出凹模外形孔打設計要求
銑床
6
熱處理
按熱處理工藝進行，硬度HBC58-61
7
磨削
磨外輪廓，滿足上下平面的平行度0.05的要求，以達到設計要求
磨床
8 模具的裝配和使用
8.1 模具的裝配注意事項
1.裝配時應保證凸、凹模之間的間隙均勻一致，配合間隙符合設計要求，不允許采用使凸，凹模變形的方法來修正間隙。
2.推料、卸料機構必須靈活，卸料板或推件器在沖模開啟狀態(tài)時，一般應突出凸凹模表面0.5～1mm.
3.當采用機械方法聯(lián)接硬質合金零件時，連接表面的表面粗糙參數(shù)Ra值為0。8μm。
4.各接合面保證密合。
5.落料、沖孔時凹模刃口高度，按設計要求制造，其漏料孔應保證暢通，一般應比刃口大0.2～2mm.
6.沖模所有活動部分的移動應平衡靈活，無滯止現(xiàn)象，滑塊、楔塊在固定滑動面移動時，其最小接觸面積不少于其面積的2/4。
7.各緊固用的螺釘、鎖釘不得松動，并保證螺釘和銷釘?shù)亩嗣娌煌怀錾舷履Ｗ矫妗?
8.凸模的垂直度必須在凸凹模間隙值的允許范圍內(nèi)，推薦數(shù)據(jù)如下表1-1：
9.沖模的裝配必須符合模具裝配圖、明細表及技術條件的規(guī)定
10.凸模、凸凹模等與固定板的配合一般按H7/n6或H7/m6，保證工作穩(wěn)定可靠。
11.在保證使用可靠的前提下，凸模、凹模、導柱、導套等零件的固定可采用性能良好并穩(wěn)定的粘結材料澆注固定。
對于導柱連續(xù)模裝配，應以凸凹模作為裝配基準件。先將裝有凸凹模的固定板用螺栓和銷釘安裝、固定在指定的模座的相應位置上；再按凸凹模的內(nèi)形裝配、調整沖孔凸模固定板的相對位置，使沖孔凸、凹模間的間隙趨于均勻，用螺釘固定；然后再以凸凹模的外形為基準，裝配、調整落料凹模相對凸凹模的位置，調整間隙，用螺釘固定，再安裝其它的零件。
安裝順序：
1、組件裝配：模架的組裝，模柄的裝入，凸模及凸凹模在固定板上的組裝
2、總裝配：先裝上模，再以上模為基準裝下模
3、調整凸凹模的間隙
4、安裝其它輔助零件和檢查試件
8.2模具的使用
1．沖模應安裝在相應精度等級的壓力機上，并使用專用工具將其緊固，選用壓力機的公稱必須符合設計要求。若無相應的壓力機，其公稱壓力應超過計算力的30%
2．沖壓前，沖制的材料應擦拭干凈。
3．沖模的工作部分應經(jīng)常刃磨或拋光，在刃磨時，刃磨量不應超過刃口的變純半徑；拋光時：拋光量≤0.01mm。
4．在壓力機上同時安裝若干副沖模時，各沖模的閉合高度不能相差過大：當只安裝沖裁模或沖裁模和一副成形模時，其閉合高度之差≤1mm。
5．沖模安裝在墊板上，墊板間的距離尺寸可比沖模模座上的開孔尺寸大，但不超過20%。
6．當從沖模上將條料送入，送出時，應避免沖切外形不完整的沖件。
所需沖裁力較大，因此采用墊板的結構。
8.3模具壓力中心的設計與計算
由于落料，拉深和沖預制孔的凸，凹模形狀均為對稱性形狀，因此其壓力中心均為其各自的幾何形心，故以模座中心為原點，建立直角坐標系，則落料和彎曲的壓力中心均在原點上。
8.4 確定裝配基準
應以沖材銷孔、導柱為裝配基準件。沖裁模具材料的選取：
可查《冷沖壓模具設計指導》表8-8和8-9：
墊板、凸模固定板、凹模固定板的材料的45鋼，熱處理硬度為HRC43-48。沖裁模的常用配合：
1、H7/h6的間隙定位配合，導柱和導套的配合。
2、H7/r6的過盈配合，用于較高的定位，凸模與固定板的配合，導套與模座，導套與固定板，模柄與模座的配合。
3、H7/m6的過度配合，能以最好的定位精度滿足零件的剛性和定位要求，凸模的固定導套與模座的固定、導柱與固定板的固定。
9 經(jīng)濟性分析
隨著改革開放的不斷加深，市場競爭的日益激烈，人們越來越清醒的意識到生產(chǎn)成本對加工可行性的影響，要想在競爭中立于不敗只地，只有通過不斷改進生產(chǎn)方法提高生產(chǎn)效率一降第生產(chǎn)成本，同時還得滿足生產(chǎn)周期短、產(chǎn)品質量高、精度高等市場要求。模具加工作為現(xiàn)代機械加工的基礎，也需要不斷改進以適應社會生產(chǎn)。
本課題以打火機金屬外殼為沖壓模具設計對象，通過對其進行冷沖壓工藝分析，設計出合理適用的冷沖壓模具。因為該零件形狀復雜且曲面多，其沖壓模具設計方法有很多，這正是我國沖壓模具設計制造能力與國外的差距所在，體現(xiàn)出了沖壓模具設計中的較高難度。在設計過程中，我盡可能的采用模具標準件，這就在極大的節(jié)約了設計時間，并在一定程度上了節(jié)省了生產(chǎn)成本。模具凸凹模均采用Cr12鋼，屬于常用模具制造鋼材，易于在市場上購買，能有效控制成本。
因為打火機金屬外殼的加工是一套傳統(tǒng)的沖壓成型工藝，設計成復合模模具數(shù)量較多，需要的工人數(shù)量較多工人勞動強度也較大，占用的面積也較大。設計成連續(xù)模便于操作，極大地提高生產(chǎn)效率，降低工人勞動強度，降低勞動成本，能讓企業(yè)在市場競爭中處于有利地位。
由于該工件是日常生活中常用的，沒有尺寸公差要求，因此在設計模具零件時，對于不太重要的零件其尺寸公差沒有過高的技術要求，有效控制了生產(chǎn)成本。
在沖壓機械選擇方面，通過設計計算我選擇了普通的四柱柱可傾壓力機，該類型壓力機在現(xiàn)在的工廠中應用較為普遍，這有效節(jié)約了生產(chǎn)成本。
綜上所述，相對于別的沖壓件來說，本模具無論從模具設計的難易程度還是從經(jīng)濟方面考慮都比較好，且生產(chǎn)效率也較高，具有較高的可行性。
10 結 論
本次畢業(yè)設計主要是圍繞打火機金屬外殼對其進行冷沖壓工藝分析，并設計出該工件冷沖壓模具，繪制出落料沖孔彎曲級進模裝配圖和部分零件圖，同時對部分零件進行了加工工藝分析。
本課題主要在以下三個方面的特點：
1.該工件形狀復雜且尺寸不規(guī)則，這對模具設計和展開排樣提出了較高的要求，因此需要在具體的設計過程中采用一些特殊的方法加以解決。本套模具采用彈性卸料裝置并使用卸料桿，減小薄料件的沖壓變形。
2.在整個模具設計過程中，排樣十分復雜，特別是彎曲過程，工作面不在同一高度，對設計提出了很高的要求，需要合理的安排工藝，巧妙的設計沖模來解決。為了提高才料的利用率，才用雙排排樣的方法，間隔以個毛坯送料。
3.對模具的關鍵件采用加工中心進行數(shù)控加工和線切割加工，很好地保證了加工質量，從而延