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摘 要
隨著全球經(jīng)濟一體化的深入，模具工業(yè)在國民經(jīng)濟中所發(fā)揮的作用越來越明顯。模具設(shè)計水平的高低直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量。沖壓是利用安裝在沖壓設(shè)備（主要是壓力機）上的模具對材料施加壓力，使其產(chǎn)生分離或塑性變形，從而獲得所需零件（俗稱沖壓或沖壓件）的一種壓力加工方法。沖壓通常是在常溫下對材料進行冷變形加工，且主要采用板料來加工成所需零件，所以也叫冷沖壓或板料沖壓。沖壓是材料壓力加工或塑性加工的主要方法之一，隸屬于材料成型工程術(shù)。
該扇形通氣葉片是汽車發(fā)動機內(nèi)部零件，它是汽車運行過程控制氣體流動及速度的控制核心，在大多數(shù)發(fā)動機中起著重要作用.被控對象都是功率的執(zhí)行器件功率接口技術(shù)已是該通氣葉片發(fā)動機系統(tǒng)應用中的一項關(guān)鍵技術(shù)。設(shè)計中分析了通氣葉片零件的結(jié)構(gòu)及工藝性，擬訂該零件的沖壓工藝為“沖孔—落料”，討論了復雜沖裁零件毛坯展開形狀和尺寸的確定方法。對關(guān)鍵零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計作了詳細闡述，并指出了模具設(shè)計時的注意事項
落料-沖孔級進模是本設(shè)計的重點，將落料沖孔集中于一套模具中，使得沖件的質(zhì)量和生產(chǎn)效率較高，滿足了生產(chǎn)需要。通過超鏈接使其能在AutoCAD環(huán)境下方便調(diào)用，由此將傳統(tǒng)的模具CAD從計算機輔助繪圖提升到計算機輔助設(shè)計層次。
關(guān)鍵詞：沖壓工藝；級進模的采用；AutoCAD軟件的運用；
Abstract
With the deepening of the global economic integration, mould industry in the national economy role of more and more apparent. Die design level directly influence the quality of the products. Stamping is to use in stamping equipment installation (mainly press) of the mould pressure on the material, make its produce separation or plastic deformation, and will obtain the needed parts (known as press or stamping) of a pressure processing method. Stamping is usually at normal temperature on the material deformation processing, cold and mainly USES the sheet metal processing into the parts, so also called cold stamping or sheet
metal stamping. Stamping is material processing or plastic processing pressure is one of the main methods in material molding engineering method.
The fan ventilation is the car engine blades of the internal parts, it is the operation process control and speed of the gas flow control core and in most plays an important role in the engine. The controlled object is the power of the executive device interface technology has is the power of the application of engine system ventilation leaves a key technology. Design of the ventilation of the leaf analysis parts structure and technology, and formulate the components of the stamping process for "punching-dropping material," discusses complex cutting parts 。blank development method to determine the shape and size. The key parts of the structure design were discussed in detail, and points out that the mould design considerations.
Dropping material-punching progressive die is the focus of this design, will blanking punching focused on a set of mould, make the salt pieces of quality and production efficiency is higher, meet the needs of production. Through the links to make it in AutoCAD environment, which will call for the traditional mould CAD in computer assistant drawing to ascend to the computer aided design level.
Key words：Stamping process;use of progressiving; AutoCAD the use of software;
引 言
目前我國經(jīng)濟正處于高速發(fā)展階段，國際上經(jīng)濟全球化發(fā)展趨勢日趨明顯，這為我國模具工業(yè)高速發(fā)展提供了良好的條件和機遇。一方面，國內(nèi)模具市場將繼續(xù)高速發(fā)展，另一方面，模具制造也逐漸向我國轉(zhuǎn)移以及跨國集團到我國進行模具采購的趨向也十分明顯。因此，放眼未來，國際、國內(nèi)的模具市場總體發(fā)展趨勢前景看好，預計中國模具將在良好的市場環(huán)境下得到高速發(fā)展，我國不但會成為模具大國，而且一定逐步向模具制造強國的行列邁進?！笆晃濉逼陂g，中國模具工業(yè)水平不僅在質(zhì)和量的方面有很大提高，而且在行業(yè)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品水平、開發(fā)創(chuàng)新能力、企業(yè)的體制與機制以及技術(shù)進步的方面也會取得較大發(fā)展。在取得成就的同時問題也同樣凸顯出來，目前人才短缺的問題已成為中國各地模具企業(yè)普遍問題，人才短缺已成為制約模具技術(shù)水平進一步提高、模具行業(yè)進一步發(fā)展的瓶頸。 這就需要高校培養(yǎng)高技術(shù)人才來滿足社會的需求，而實驗和實踐教學是高等工程技術(shù)人才培養(yǎng)中不可缺少的重要環(huán)節(jié),也是高等工程教育教學改革的重要課題之一。
塑性成形與模具專業(yè)是實踐性很強的專業(yè)，對動手能力要求比較高，因此，實驗教學是工藝課程教學中的重要教學環(huán)節(jié)之一，是培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新型人才的重要手段。目前的成型工藝課程實驗大多為驗證型的，難以激發(fā)學生的主動參與和設(shè)計探 隨著我國工業(yè)的迅速發(fā)展，工業(yè)產(chǎn)品的外形在滿足性能要求的同時，變的越來越復雜，而產(chǎn)品的制造離不開模具，利用計算機輔助軟件進行實驗模具設(shè)計不但提高模具的制造精度而且還縮短了設(shè)計及加工的時間。這就要求學生可以掌握一些高級的計算機軟件，而DYNAFORM正是當代工業(yè)中一款CAE軟件。CAE技術(shù)就是計算機輔助工程技術(shù)是計算機技術(shù)和工程分析技術(shù)相結(jié)合形成的新興技術(shù)。CAE軟件是由計算力學、計算數(shù)學、結(jié)構(gòu)動力學、數(shù)字仿真技術(shù)、工程管理學與計算機技術(shù)相結(jié)合，而形成一種綜合性、知識密集型信息產(chǎn)品。CAE的核心技術(shù)是有限元理論和數(shù)字計算方法。隨著模具工業(yè)的發(fā)展。對金屬板料成形質(zhì)量和實驗模具設(shè)計效率要求越來越高傳統(tǒng)基于經(jīng)驗的實驗模具設(shè)計方法已無法適應現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的需要。需要一種能認識塑性成形過程規(guī)律，以較小的代價、在較短的時間內(nèi)找到最優(yōu)的或可行的設(shè)計方案的模擬方法。隨著計算機技術(shù)的不斷進步以及有限元技術(shù)的不斷發(fā)展，近年來。發(fā)展了用有限元法對板料成形過程進行計算機數(shù)值模擬分析的新技術(shù)。其中冷沖壓成形是一種歷史悠久的金屬加工工藝，隨著工業(yè)水平的不斷進步，冷沖壓技術(shù)和設(shè)備日益完善，在汽車、機械制造、電子電器等行業(yè)中，沖壓加工得到了廣泛的應用。大到汽車的覆蓋件，小到鐘表以及儀器儀表元件，大多是由冷沖壓方法制成的。學習、研究和發(fā)展冷沖壓技術(shù)，對發(fā)展我國國民經(jīng)濟和加速現(xiàn)代化工業(yè)建設(shè)具有重要意義。
第一章：設(shè)計任務書
1.1沖裁模設(shè)計題目：
本設(shè)計汽車發(fā)動機某通氣葉片的沖裁零件如圖1.1所示：
圖1.1 TQ-YP-01產(chǎn)品零件圖
該零件的材料為08鋼，厚度t=0.3mm。已知年產(chǎn)量為20萬件，試確定沖裁工藝方案，并編制主要模具零件的加工工藝。
1.2零件的工藝性分析:
（1） 結(jié)構(gòu)與尺寸
該零件為非圓扇形型，其結(jié)構(gòu)簡單，形狀對稱，尺寸較大。其中，扇形外輪廓直徑Ф50mm，內(nèi)徑圓孔直徑Ф20+00.1mm，中圓環(huán)寬度10>1.5t,最小孔徑適宜沖裁加工Ф20+00.1>1.3t;為防止沖裁時扇形與圓弧銜接處發(fā)生破裂，故采用了R2mm圓弧過渡,扇形最外邊緣與中心軸的夾角為60。。
因此，均適宜沖裁加工。
（2）精度要求
零件尺寸公差除Ф20+00.1該零件形狀簡單、對稱，是由圓弧和直線組成的．由文獻（4）附表5-1、5-2查得，沖裁件內(nèi)外所能達到的經(jīng)濟精度為IT10，孔中心與邊緣距離尺寸公差為±0.12mm．將以上精度與零件簡圖中所標注的尺寸公差相比較，除尺寸，結(jié)構(gòu)，形狀要求，還要具有較高的耐熱與耐腐蝕性，精度要求能夠在沖裁加工中得到保證．其它尺寸標注、生產(chǎn)批量等情況，也均符合沖裁的工藝要求，可認為該零件的精度要求能夠在沖裁加工中得到保證．其它尺寸標注、生產(chǎn)批量等情況，也均符合沖裁的工藝要求，故決定采用利用凸模進行定位、剛性卸料裝置、彈性卸料方式的沖孔落料模進行加工
（3） 材料要求
該材料為08鋼，抗剪強度為T=300Mpa,斷后伸長率為25%。此材料有良好的機械性能，強度不大便于加工，而且密度小，沖裁加工性好。
根據(jù)以上分析，該零件的工藝性較好，可以沖裁加工。
第二章:確定沖裁工藝方案分析
2.1沖壓工藝方案種類
該工件包括落料、沖孔兩個基本工序，可有以下三種工藝方案：
方案一：先沖孔，后落料。采用單工序模生產(chǎn)。
方案二：采用落料－－沖孔同時進行的復合模生產(chǎn)。
方案三：沖孔－－落料級進沖壓。采用級進模生產(chǎn)。
2.2工藝方案的比較
根據(jù)以上三種方案：
方案一，模具結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，但需要兩道工序，兩副模具，成本相對較高，生產(chǎn)效率低，且更重要的是在第一道工序完成后進入第二道工序必然會增大誤差，使工件精度、質(zhì)量大打折扣，達不到所需的要求，難以滿足生產(chǎn)需要。故而不選此方案。
可考慮采用的沖裁工藝方案后倆種；
即：復合沖裁和級進沖裁。
方案二，采用復合模加工。復合模的特點是生產(chǎn)率高，沖裁件的內(nèi)孔與外緣的相對位置精度高，沖模的輪廓尺寸較小。但復合模結(jié)構(gòu)復雜，制造精度要求高，成本高。復合模主要用于生產(chǎn)批量大、精度要求高的沖裁件。
方案三，采用級進模加工。級進模比單工序模生產(chǎn)率高，減少了模具和設(shè)備的數(shù)量，工件精度較高，便于操作和實現(xiàn)生產(chǎn)自動化。對于特別復雜或孔邊距較小的沖壓件，用簡單?；驈秃夏_制有困難時，可用級進模逐步?jīng)_出。但級進模輪廓尺寸較大，制造較復雜，成本較高，一般適用于大批量生產(chǎn)小型沖壓件。
比較方案二與方案三，對于所給零件，該零件尺寸不大，料薄，大批量生產(chǎn)的情況下，可采用復合沖裁，但沖件上孔與邊緣之間的距離過小，受凸凹模強度的限制，其出件和廢料清除較麻煩，工作安全性和生產(chǎn)率不如級進沖裁，不宜采用復合沖裁而宜用級進沖裁
第三章 確定模具總體結(jié)構(gòu)方案
3.1 模具類型
根據(jù)零件的沖裁工藝，采用級進沖裁模。
3.2 操作與定位方式
雖然零件的生產(chǎn)批量較大，但合理的工送料方式能夠達到批量要求，且能降低
具成本，因此采用手工送料方安排生產(chǎn)可用手式?？紤]零件尺寸較小，材料厚度薄，為了便于操作和保證零件的精度，宜采用凸模和固定擋料板定位方式。
3.3 卸料與出件方式
采考慮到零件厚度薄用自然卸料方式。為了便于操作，提高生產(chǎn)率，沖件
和廢料采用由凸模定位直接從凹?？淄葡拢梢圆? 用彈性卸料出件方式。
3.4 模架類型及精度
由于零件厚度薄，沖裁間隙小，以級進模，因此采用導向平穩(wěn)的后側(cè)導
模架：考慮零件精度要求不高，但沖裁間隙較小，因此采用I級模架精度。
第四章 模具與設(shè)計計算
4.1排樣設(shè)計與計算
該零件形狀簡單、對稱，是由圓弧和直線組成，材料厚度薄，尺寸小，形狀對稱，因此可采用直線排樣。如圖1.2所示：
如圖1.2直排式
根據(jù)排樣圖的幾何關(guān)系，通過查文獻（1）表2-12與查文獻（2）表2-29，表2-3
和表2-32可取a=1.2mm,a1=1mm,△=0.4mm;
Z=0.5mm,b1=1.3mm,y=0.1mm,Dmax=50mm;
因采用無側(cè)壓裝置，故條料寬度為：
B0-△=( Dmax+2a)-0△=(50+2×1.2)=52.4mm，
進距為：S=100+1=101mm;
導料板間距為：
BO=B+Z=Dmax+2a+Z=52+2×1.2+0.5=54.9mm;
B0'=B1+y=52.4+0.1=52.5mm;
由零件圖可以近似算出1個零件的面積為：
S零件=S大圓-S1=3354mm;(注：S1表示在圓面積除零件外的毛坯面積)
1個進距內(nèi)的坯料面積為B×S=52.4×101=5292.4mm;
因此材料的利用率為：
η=A/Bs×100%=3354/54×101×100%≈61.5%
4.2計算沖壓力與壓力中心
沖裁力：根據(jù)零件圖可算得1個零件外周邊之和
L1= 2лR/3+4лr/3+120=308.4mm；
該零件的內(nèi)孔周邊長度之和為內(nèi)圓之周長
L2=2лr1=62.8mm;
故整個零件的內(nèi)外周邊沖裁長度之總和
L=308.4+62.8=371.2mm
查文獻（1）表1-6，表2-36剪應力 T=250MPa,t=0.3mm,取K=1.3,則:
F沖=KLtT=1.3×308.6×250×0.3=30089N;
卸料力：查文獻（2））表2-36取Kx=0.05,則：
F卸=KXF=0.05×30089=1504.4N；
推件力：根據(jù)材料厚度,可由一般經(jīng)驗公式
F推=0.1F=0.1×30089=3008.9N
采用彈性卸料裝置和下出料方式的沖模時：
F= F沖+F卸+F推=30089+1504.4+3008.9=34602.3N
所以總的沖壓力F總≈35KN，
4.3壓力機的選擇：
在實際生產(chǎn)中，為了防止設(shè)備的超載，可按F壓=（1.1～1.3）F總來估算壓力機公稱壓。
根據(jù)以上得出的總沖壓力，應選取的壓力機公稱壓力：
P0≧(1.1∽1.3) F總=(1.1∽1.3) ×35=38.5∽45.5KN
該零件尺寸較小，沖裁力不大，按公稱壓力選擇?？紤]工廠實際情況可以取大
些的壓力機，因此由文獻（3）表1-39可選的壓力機機型號為J23-16的開式可傾工作
臺壓力機。
其主要參數(shù)如下：
公稱壓力=160 KN；滑塊行程=55mm；滑塊行程次數(shù)=120次/s;最大 閉合高度=220mm,閉合高度調(diào)節(jié)量=45mm,工作臺尺寸前后=200mm， 左右=300mm，直徑=210mm；墊板尺寸厚度=15mm；模柄孔尺寸：直徑=30mm,深度=55mm；床身最大可傾斜角=350;
因沖裁件尺寸較小,沖裁力是很大,且選用了后側(cè)導柱模架,受力平穩(wěn),估計壓力中心不會超出模柄端面積之外,由零件圖故可知壓力中心的位置。
4.4計算凸、凹模刃口尺寸及公差
由于該零件采用級進沖裁模的加工，由于材料薄，模具間隙小，故采用配作加工。加工時以凹模為制造基準，只需計算凹模刃口尺寸
及公差，并將計算值標注在凹模圖樣上即可。各凸模僅按凹模對應的
尺寸標注其基本尺寸，并注明按凹模的實際刃口尺寸配雙面間隙0.03mm。
(1)落料凹模刃口尺寸
據(jù)由圖分析落料凹模刃口尺寸按磨損增大情況計算。
①凹模磨損后增大的尺寸，按公式Ad=(Amax -X△) +0△/4
由文獻（2）查表2-11，X=0.75
Ф40+00.12 Ad1=(40-0.75×0.12)+00.12/4=39.91+00.03mm
Ф100±0.12 Ad2=（100-0.75×0.24）+00.24/4=99.82+00.06mm
(2)沖孔凹模刃口尺寸
②沖孔凹模均為圓形，故可按公式dd=(dmin-x△+zmin)+0△/4
由文獻（2）查表2-11，X=0.75
Ф20+00.02 d=(20-0.75×0.02+0.03)+00.02/4=19.98+00.005
第五章 設(shè)計選用模具零件 部件 繪制模具總裝配圖
5.1凹模設(shè)計:
凹模采用矩形板結(jié)構(gòu)和直接通過螺釘 銷釘與下模座固定的固定方式。因生產(chǎn)批量較大，考慮凹模的磨損和保證沖件的質(zhì)量，凹模刃口采用直刃壁結(jié)構(gòu)，刃壁高度取8mm，漏料部分沿刃口單邊擴大1mm。
凹模輪廓尺寸計算如下：
該零件凸模刃口各部分尺寸按上述凹模的相應部分尺寸配制，保證雙面間隙值
Zmin～Zmax=0.01mm～0.03mm。
沿送料方向的凹模模型孔壁間的最大距離為：L=101mm
垂直于送料方向的凹模型孔壁的最大距離為：b=50mm
沿送料方向的凹模長度為：L=L1+2C=101+2×1=103mm
垂直于送料方向的凹模寬度為：B=b+2C=50+2×1.2=52.4mm
凹模厚度 b1的確定：H=K1K2 (0.1F )1/3
=1×1.25×(0.1×42000)1/3mm
≈ 20.2mm (取K1=1，K2=1.25)
根據(jù)算得的凹模輪廓尺寸，選取與計算值相接近的標準凹模板輪廓尺寸，其大小為：
L×B×H=200mm×160mm×40mm
凹模材料選用CrWMn,工作部分熱處理淬硬60-64HRC
5.2凸模設(shè)計
落料凸模刃口部分設(shè)計成階梯行結(jié)構(gòu)，安裝部分設(shè)計成便于加工的長圓形，通過鉚接方式與固定板固定。落料工序中，采用凸模配合加工，以定位銷孔型凸模定位，基本型卸料型凸模落料。以以上工序完成整個零件的加工。以上凸模的的材料也選用CrWMn，工作部分熱處理淬硬60-64HRC。
沖孔凸模刃口部分為圓形，結(jié)構(gòu)簡單?？刹捎弥苯有读戏绞?。因沖孔凸模直徑很小，所以需對最小凸模Ф20+00.02孔凸模進行強度和剛度校核。
①凸模最小直徑的校核（強度校核）
孔徑遠大于材料厚度，故凸模的強度和剛度足夠。取凸模與卸料板的雙面間隙0.02mm（不起導向作用）。
根據(jù)文獻（1）表2-45，凸模的最小直徑d應滿足
d≥5.2tTb/t壓=5.2×0.3×250/1200=0.325
(取[t壓]=1200MPa),而dp2=d-zmin=20.05-0.325=19.725mm,
因dp2>0.325mm,故凸模強度足夠。
②凸模最大自由長度的校核（剛度校核）
根據(jù)文獻（1）表2-45，凸模最大自由長度L應滿足
L≤90d2/f1/2=90×20/(1.3×3.14×19.7×0.3×250)1/2
≈46.6mm
所以，沖孔的凸模工作部分的長度不能超過46.6mm。取沖孔凸模工作部分的長度為42mm，落料凸模工作部分為45mm。
5.3有關(guān)模具設(shè)計計算
①卸料彈簧的選擇：根據(jù)卸料力F卸=1504.4N，可采用2個彈簧，此時每個彈簧負擔的卸料力F預=750.2N。再根據(jù)F預的大小，由文獻（1）查表1-31，初選沖模常用的圓柱螺旋壓縮彈簧（GB/T2089-1994）材料60Si3MnA熱處理HRC43～48，彈簧兩端拼緊并磨平。彈簧的選用參數(shù)為：
材料直徑6mm，取彈簧中徑24mm，許用應力T=610MPa,試驗載荷Fs=1725,應使選用的彈簧最大工作負荷Fs大于F預，即Fs>F預
沖裁時卸料板的工作行程h2=(t+1)=1.3;考慮到凸模的修磨量h3=5mm;彈簧的
壓量為h1,
故彈簧的總壓縮量為：
h=h1+h2+h3= h1+5+1.3
考慮卸料的可靠性，取彈簧在預壓量為h1時就應有750N的壓力。根據(jù)文獻（1）查表1-32初選的彈簧， 自由高度h0=(hb+1.1fs);壓縮高度hb=（n1-0.5）d;總?cè)?shù)n1=n+2（d≤8mm）; 工作極限負荷下變形量fs=ЛD2nT/Gdkmm;有效圈數(shù)n= fsGd4/8FsD3;
工作極限負荷Fs=Лd3T許/8kD；
根據(jù)以上公式可分別得出：
Fs=1315N ;n=1;fs=27.4mm; n1=3; hb=15mm; h0=45.14mm,
該彈簧在預壓量h1時，卸壓力達750N，即：
h1=F預fs/ Fs=750×27.4/1315=15.63mm;
故： h=15.63+5+1.3=21.93mm
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