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畢業(yè)設計說明書 系 部： 指導老師： 專 業(yè)：模具設計與制造 班 級： 小 組 號： 組 長： 同 組 人： 日 期： 年 月 日 目 錄 摘要 4 1、引言 5 1.1.模具行業(yè)的發(fā)展現狀及市場前景 5 1.2.課題來源和研究意義 7 1.3.題目研究方法 8 1.4.論文構成及研究內容 9 2、沖裁件的工藝性分析 10 2.1.沖裁件的結構工藝性 11 2.1.1.沖裁件的形狀 11 2.1.2.沖裁件的尺寸精度 11 3、制件沖壓工藝方案的確定 12 3.1.沖壓工序的組合 12 3.2.沖壓順序的安排 12 4、制件排樣圖的設計及材料利用率的計算 13 4.1. 計算毛坯尺寸 13 4.2.制件排樣圖的設計 14 4.2.1.搭邊與料寬 14 4.3.材料利用率的計算 16 5、確定總沖壓力和選用壓力機及計算壓力中心 17 5.1.沖壓力 17 5.1.1.沖裁力的計算 17 5.1.2.卸料力、推件力及頂件力的計算 17 5.2.壓力中心的計算 18 5.3.壓力機的選用 19 6、凸、凹模刃口尺寸計算 20 6.1.凸、凹模刃口尺寸計算原則 20 6.2.凸、凹模刃口尺寸計算方法 21 6.2.1.凸模和凹模分開加工 21 6.2.2.凸模和凹模配合加工 21 7、模具整體結構形式設計 24 8、模具零件的結構設計 25 8.1.凸凹模的設計 25 8.2.落料凹模的設計 25 8.3.沖頭固定板的設計 26 8.4.選擇標準模架 27 8.5.卸料、壓邊彈性元件的確定 27 9、模具總體結構設計 29 9.1.模具類形的選擇 29 9.2.定位方式的選擇 29 9.3.卸料、出件方式的選擇 29 9.4.導柱、導套位置的確定 29 10、模具的動作原理 30 11、模具的裝配 31 11.1.模裝配 31 11.2.模裝配 31 12、結束語 32 設計小結 34 致 謝 35 參考文獻 36 摘要 隨著模具制造的技能化逐步向科學化發(fā)展，逐漸由以前手動方式發(fā)展為利用軟件等高科技方式來輔助設計的完成。冷沖模是其中的一種。 畢業(yè)設計是在模具專業(yè)理論教學之后進行的實踐性教學環(huán)節(jié)。是對所學知識的一次總檢驗，是走向工作崗位前的一次實戰(zhàn)演習。其目的是，綜合運用所學課程的理論和實踐知識,設計一副完整的模具訓練、培養(yǎng)和提高自己的工作能力。鞏固和擴充模具專業(yè)課程所學內容，掌握模具設計與制造的方法、步驟和相關技術規(guī)范。熟練查閱相關技術資料。掌握模具設計與制造的基本技能，如制件工藝性分析、模具工藝方案論證、工藝計算、加工設備選定、制造工藝、收集和查閱設計資料，繪圖及編寫設計技術文件等。 沖壓工藝與模具設計應結合工廠的設備、人員等實際情況，從零件的質量、生產效率、生產成本、勞動強度、環(huán)境的保護以及生產的安全性各個方面綜合考慮，選擇技術先進、經濟合理、使用安全可靠的工藝方案和模具，以使沖壓件的生產在保證達到設計圖樣上的各項技術要求，盡可能降低沖壓的工藝成本和保證安全生產。 隨著模具的迅速發(fā)展，在現代工業(yè)生產中，模具已經成為生產各種工業(yè)產品不可缺少的重要工藝設備。這次畢業(yè)設計是在學習完所有機械課程的基礎上進行的，是對我綜合能力的考核，是對我所學知識的綜合運用，也是對我所學知識的回顧與檢查。 本次設計是在指導老師認真、耐心的指導下，對模具的經濟性、模具的壽命、生產周期、及生產成本等指標下進行全面、仔細的分析下而進行設計的。在此, 我表示衷心的感謝他們對我的教誨. 沖模是模具設計與制造專業(yè)的主要專業(yè)課程之一。它具有很強的實踐性和綜合性，通過學習這門課程，使我對沖壓模具有了新的認識，從中也學到了不少知識，激發(fā)了我對沖壓模具的愛好。 關鍵詞： 工藝性分析、模具工藝方案論證、工藝計算、加工設備選定、制造工藝、收集和查閱設計資料，繪圖及編寫設計技術文件等。 1、引言 1.1.模具行業(yè)的發(fā)展現狀及市場前景 現代模具工業(yè)有“不衰亡工業(yè)”之稱。世界模具市場總體上供不應求，市場需求量維持在700億至850億美元，同時，我國的模具產業(yè)也迎來了新一輪的發(fā)展機遇。近幾年，我國模具產業(yè)總產值保持15%的年增長率（據不完全統(tǒng)計，2005年國內模具進口總值達到700多億，同時，有近250個億的出口），到2007年模具產值預計為700億元，模具及模具標準件出口將從現在的每年9000多萬美元增長到2006年的2億美元左右。單就汽車產業(yè)而言，一個型號的汽車所需模具達幾千副，價值上億元，而當汽車更換車型時約有80%的模具需要更換。2005年我國汽車產銷量均突破550萬輛，預計2007年產銷量各突破700萬輛，轎車產量將達到300萬輛。另外，電子和通訊產品對模具的需求也非常大，在發(fā)達國家往往占到模具市場總量的20%之多。目前，中國17000多個模具生產廠點，從業(yè)人數約50多萬。1999年中國模具工業(yè)總產值已達245億元人民幣。工業(yè)總產值中企業(yè)自產自用的約占三分之二，作為商品銷售的約占三分之一。在模具工業(yè)的總產值中，沖壓模具約占50%，塑料模具約占33%，壓鑄模具約占6%，其它各類模具約占11%。 模具的發(fā)展是體現一個國家現代化水平高低的一個重要標志，就我國而言，經過了這幾十年曲折的發(fā)展，模具行業(yè)也初具規(guī)模，從當初只能靠進口到現在部分進口已經跨了一大步，但還有一些精密的沖模自己還不能生產只能通過進口來滿足生產需要。隨著各種加工工藝和多種設計軟件的應用使的模具的應用和設計更為方便。隨著信息產業(yè)的不斷發(fā)展，模具的設計和制造也越來越趨近于國際化?，F在模具的計算機輔助設計和制造（CAD/CAM）技術的研究和應用。大大提搞了模具設計和制造的效率。減短了生產周期。采用模具CAD/CAM技術，還可提高模具質量，大大減少設計和制造人員的重復勞動，使設計者有可能把精力用在創(chuàng)新和開發(fā)上。尤其是pro/E和UG等軟件的應用更進一步推動了模具產業(yè)的發(fā)展。。數控技術的發(fā)展使模具工作零件的加工趨進于自動化。電火花和線切割技術的廣泛應用也對模具行業(yè)起到了飛越發(fā)展。模具的標準化程度在國內外現在也比較明顯。特別是對一些通用件的使用應用的越來越多。其大大的提高了它們的互換性。加強了各個地區(qū)的合作。對整個模具的行業(yè)水平的提高也起到了重要的作用。 沖壓工藝是塑性加工的基本加工方法之一。它主要用于加工板料零件，所以有時也叫板料沖壓。沖壓不僅可以加工金屬板料，而且也可以加工非金屬板料。沖壓加工時，板料在模具的作用下，于其內部產生使之變形的內力。當內力的作用達到一定程度時，板料毛坯或毛坯的某個部位便會產生與內力的作用性質相對應的變形，從而獲得一定的形狀、尺寸和性能的零件。 沖壓生產靠模具與設備完成加工過程，所以它的生產率高，而且由于操作簡便，也便于實現機械化和自動化。 利用模具加工，可以獲得其它加工方法所不能或難以制造的、形狀復雜的零件。 沖壓產品的尺寸精度是由模具保證的，所以質量穩(wěn)定，一般不需要再經過機械加工便可以使用。 沖壓加工一般不需要加熱毛坯，也不像切削加工那樣大量的切削材料，所以它不但節(jié)能，而且節(jié)約材料。沖壓產品的表面質量較好，使用的原材料是冶金工廠大量生產的軋制板料或帶料，在沖壓過程中材料表面不受破壞。 因此，沖壓工藝是一種產品質量好而且成本低的加工工藝。用它生產的產品一般還具有重量輕且剛性好的特點。 沖壓加工在汽車、拖拉機、電機、電器、儀器、儀表、各種民用輕工產品以及航空、航天和兵工等的生產方面占據十分重要的地位?，F代各種先進工業(yè)化國家的沖壓生產都是十分發(fā)達的。在我國的現代化建設進程中，沖壓生產占有重要的地位。 由于沖壓工藝具有生產效率高、質量穩(wěn)定、成本低以及可加工復雜形狀工件等一系列優(yōu)點，在機械、汽車、輕工、國防、電機電器、家用電器，以及日常生活用品等行業(yè)應用非常廣泛，占有十分重要的地位。隨著工業(yè)產品的不斷發(fā)展和生產技術水平的不斷提高，沖壓模具作為個部門的重要基礎工藝裝備將起到越來越大的作用?？梢哉f，模具技術水平已成為衡量一個國家制造業(yè)水平的重要指標。 當今，隨著科學技術的發(fā)展，沖壓工藝技術也在不斷革新和發(fā)展，這些革新和發(fā)展主要表現在以下幾個方面： （1）工藝分析計算方法的現代化 （2）模具設計及制造技術的現代化 （3）沖壓生產的機械化和自動化 （4）新的成型工藝以及技術的出現 （5）不斷改進板料的性能，以提高其成型能力和使用效果。 1.2.課題來源和研究意義 本設計題目由實習單位提供，經系指導老師審核通過的。本設計題目涉及的主要內容是對沖壓模的設計, 研究目的是在廠原有的基礎上，對模具進行改進設計，提高產品質量與效益。 在二十世紀中期甚至更早,國外就已經出現很多對模具及模具工業(yè)的高度評價與精辟的比喻。例如: “模具是美國工業(yè)的基石”(美國)；“模具是促進社會繁榮富強的原動力”(日本)；“模具工業(yè)是金屬加工的帝王”(德國)；“模具是黃金”(東歐)等。在二十世紀未,中國人才開始認識到其極端重要性,作出了科學的評價:“模具工業(yè)是現代工業(yè)之母”(中國)。 21世紀的制造業(yè)，正從以機器為特征的傳統(tǒng)技術時代，向著以信息為特征的技術時代邁進，即用信息技術改造和提升傳統(tǒng)產業(yè)。經濟全球化和世界市場一體化加速發(fā)展，不斷加劇了制造商之間的競爭，提出了快速反應市場的要求，與之相適應，制造業(yè)對柔性自動化技術及裝備的要求更加迫切而強烈。同時，微電子技術和信息通信技術的快速發(fā)展，為柔性自動化提供了重要的技術支撐，工業(yè)裝備的數控化、自動化、柔性化呈現蓬勃發(fā)展的態(tài)勢。 現今,全世界模具工業(yè)年總產值約為650億美元，其中亞洲地區(qū)占到全世界一半的總產值。而在亞洲,最高屬于日本,年產值達200億美元上下。美國的年產值為50億美元。中國也在后來居上,現在已經達到70億美元。然而,產值并不等同于技術質量。雖然我國沖壓模具無論在數量上，還是在質量、技術和能力等方面都已有了很大發(fā)展，但與發(fā)展經濟需求和世界先進水平相比，差距仍很大。一些大型、精度、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。而技術含量低的模具已供過于求,市場利潤空間狹小。近五年來,平均每年進口模具約為11.2億美元,2003年就進口了近13.7億的模具,這還未包括隨設備和生產線作為附件帶進來的模具。這表示中國大陸模具業(yè)的發(fā)展?jié)摿θ匀缓芫薮?。這就是這次研究的意義。 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)。華中工學院和北京模具廠等在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。21世紀開始，CAD/CAM技術逐漸普及，現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，數控加工的使用率也越來越高，并陸續(xù)引進了相當數量CAD/CAM系統(tǒng)。如美國EDS的UG，美國Parametric Technology公司的Pro/Engineer，美國CV公司的CADSS，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二維CAD，多數企業(yè)已經向三維過渡，總圖生產逐步代替零件圖生產。在沖壓成型CAE軟件方面，除了引進的軟件外，華中科技術大學、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，并已在實踐中得到成功應用，產生了良好的效益。快速原型（RP）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、制件精度低和制造難等問題，實現了以三維CAD模型作為制模依據的快速模具制造。它標志著RPM應用于汽車身大型覆蓋件試制模具已取得了成功。 1.3.題目研究方法 本論文主要通過具體例子的方式對沖壓模具的生產流程進行介紹、分析、研究。通過對座板模具設計的說明，詳細地闡述了沖壓模具生產的一般流程。對零件加工工藝性分析、零件的加工方式、沖壓模具的結構組成等進行介紹并對沖壓模具生產中常常出現的缺陷進行分析研究。 步驟如下： （1）零件成型方案確定； （2）零件零件形狀分析，根據模擬結果進一步提出工藝改良方案； （3）使用CAD等軟件對零件進行分析，設計模具裝配圖和零件圖； （4）完成沖壓零件設計的文字說明。 1.4.論文構成及研究內容 論文主要由緒論、零件的成型工藝分析、工藝方案制定、及設計計算、模具結構零部件的設計計算，模具缺陷分析等五大部分構成。論文主要圍繞該零件沖壓成形工藝及模具設計展開，綜合運用沖壓成形工藝及模具設計理論以及AUTOCAD等輔助設計軟件，完成設計計算，并繪制模具的裝配圖和零件圖。 2、沖裁件的工藝性分析 沖壓主要是按工藝分類，可分為分離工序和成形工序兩大類。分離工序也稱沖裁，其目的是使沖壓件沿一定輪廓線從板料上分離，同時保證分離斷面的質量要求。成形工序的目的是使板料在不破坯的條件下發(fā)生塑性變形，制成所需形狀和尺寸的工件。在實際生產中，常常是多種工序綜合應用于一個工件。沖裁、彎曲、剪切、拉深、脹形、旋壓、矯正是幾種主要的沖壓工藝。 沖壓用板料的表面和內在性能對沖壓成品的質量影響很大，要求沖壓材料厚度精確、均勻；表面光潔，無斑、無疤、無擦傷、無表面裂紋等；屈服強度均勻，無明顯方向性；均勻延伸率高；屈強比低；加工硬化性低。 在實際生產中，常用與沖壓過程近似的工藝性試驗，如拉深性能試驗、脹形性能試驗等檢驗材料的沖壓性能，以保證成品質量和高的合格率。 模具的精度和結構直接影響沖壓件的成形和精度。模具制造成本和壽命則是影響沖壓件成本和質量的重要因素。模具設計和制造需要較多的時間，這就延長了新沖壓件的生產準備時間。 模座、模架、導向件的標準化和發(fā)展簡易模具(供小批量生產)、復合模、多工位級進模(供大量生產)，以及研制快速換模裝置，可減少沖壓生產準備工作量和縮短準備時間，能使適用于減少沖壓生產準備工作量和縮短準備時間，能使適用于大批量生產的先進沖壓技術合理地應用于小批量多品種生產。 沖壓設備除了厚板用水壓機成形外，一般都采用機械壓力機。以現代高速多工位機械壓力機為中心，配置開卷、矯平、成品收集、輸送等機械以及模具庫和快速換模裝置，并利用計算機程序控制，可組成高生產率的自動沖壓生產線。 在每分鐘生產數十、數百件沖壓件的情況下，在短暫時間內完成送料、沖壓、出件、排廢料等工序，常常發(fā)生人身、設備和質量事故。因此，沖壓中的安全生產是一個非常重要的問題。 沖裁件的工藝性是指沖裁件在沖裁加工中的難易程度。所謂沖裁工藝性好是指能用普通的沖裁方法，在模具壽命和生產率較高、成本較低的條件下得到質量合格的沖裁件。因此，沖裁件的結構形狀、尺寸大小、精度等級、材料及厚度等是否符合沖裁的工藝要求，對沖裁件質量、模具壽命和生產效率有很大的影響。 2.1.沖裁件的結構工藝性 2.1.1.沖裁件的形狀 圖1.零件及尺寸 此制件的形狀較簡單，但產品四周圓角過渡，這樣設計模具時，凹模熱處理后加工時不容易開裂，便于模具的加工和減少沖壓時在尖角處開裂的現象，同時也可以防止尖角部位刃口的過快磨損。 產品材料為Q235，此材料屬于普通碳素鋼，其抗剪強度310-380Mpa,抗拉強度440-470Mpa,屈服極限240Mpa，具有良好的沖裁性。 2.1.2.沖裁件的尺寸精度 沖裁件的精度主要以其尺寸精度、沖裁斷面粗糙度、毛刺高度三個方面的指標來衡量，根據零件圖上的尺寸標注及公差，可以判斷屬于尺寸精度為IT12—IT14的經濟級普通沖裁。 3、制件沖壓工藝方案的確定 3.1.沖壓工序的組合 沖裁工序可以分為單工序沖裁、復合工序沖裁和連續(xù)沖裁。 沖裁方式根據下列因素確定： （1） 根據生產批量來確定 對于年產量需求100萬件的該產品來說采用復合?；蜻B續(xù)模較合適。 （2） 根據沖裁件尺寸和精度等級來確定 復合沖裁所得到的沖裁件尺寸精度等級高，而連續(xù)沖裁比復合沖裁的沖裁件尺寸精度等級低。 根據對沖裁件尺寸形狀的適應性來確定 產品的尺寸較小，考慮到單工序送料不方便和生產效率低，因此常采用復合沖裁或連續(xù)沖裁。連續(xù)沖裁又可以加工形狀復雜、寬度很小的異形沖裁件。 根據模具制造安裝調整的難易和成本的高低來確定, 對復雜形狀的沖裁件來說，采用復合沖裁比采用連續(xù)沖裁較為適宜，因為模具制造安裝調整較容易，且成本較低。 根據操作是否方便與安全來確定 復合沖裁其出件或清除廢料較困難，工作安全性較差，連續(xù)沖裁較安全。 綜上所述分析，在滿足沖裁件質量與生產率的要求下，選擇倒裝復合沖裁方式，其模具壽命較長，生產率高，操作較方便和工作安全性高。 3.2.沖壓順序的安排 倒裝式落料沖孔復合模，下模彈壓卸料裝置，上模打料裝置。從產品形狀看，要有翻邊，所以，落料完后還要翻邊。本次設計由于兩副模具工作量比較大，所以只設計其中一副，所以只設計落料沖孔模。 4、制件排樣圖的設計及材料利用率的計算 4.1. 計算毛坯尺寸 產品厚度為2.0mm，因為成型件需要經過落料、沖孔、翻邊，才能最后實現產品，由于產品形狀簡單，翻邊高度也小，所以不需要單獨計算翻邊極限系數及尺寸分析，展開尺寸需要根據實際彎曲模具的間隙和模具結構來調試，計算結果僅僅作為參考。 根據產品中性層不變原理計算展開尺寸，產品展開尺寸的計算： 彎曲公式是L=L1+L2+2R 經過實際計算 L=35+5+5+6.28+6.28=57.56 展開尺寸與成型模具的間隙，模具結構等都有關系，因此此尺寸目前是待定，在實際生產時需調節(jié)。設計落料模時選用57.5的尺寸。 展開圖紙如下圖所示：由于產品四角是尖角，在模具加工時容易出現產品應力集中現象，模具容易開裂，因此這里需要增加R角，根據產品材料厚度及形狀，這里增加R1，具體如下圖所示： 圖4.1 展開圖 圖4.2 更改展開圖 4.2.制件排樣圖的設計 排樣時需考慮如下原則： 提高材料利用率（不影響沖件使用性能前提下，還可適當改變沖件的形狀） 合理排樣方法使操作方便，勞動強度低且安全。 模具結構簡單、壽命長。 保證沖件的質量和沖件對板料纖維方向的要求。 4.2.1.搭邊與料寬 1．搭邊 排樣中相鄰兩個零件之間的余料或零件與條料邊緣間的余料稱為搭邊。搭邊的作用是補償補償定位誤差，保持條料有一定的剛度，以保證零件質量和送料方便。 搭邊值要合理確定，值過大，材料利用率低；值過小，搭邊的強度與剛度不夠，沖裁時容易翹曲或被拉斷，不僅會增大沖裁件毛刺，有時甚至單邊拉入模具間隙，造成沖裁力不均，損壞模具刃口。因此，搭邊的最小寬度大于塑性變形區(qū)的寬度，一般可取等于材料的厚度。 搭邊值的大小還與材料的力學性能、厚度、零件的形狀與尺寸、排樣的形式、送料及擋料方式、卸料方式等因素有關。搭邊值一般由經驗確定，根據所給材料厚度δ=2.0mm，確定搭邊工作間a1為1.5mm, a為1.8mm。具體排樣圖如下： 2． 送料步距和條料寬度的確定 （1） 送料步距 條料在模具上每次送進的距離成為送料步距。每次只沖一個零件的步距S的計算公式為 S=D+a1 S=57.5+1.5=59mm 式中 D——平行于送料方向的沖裁寬度； a1——沖裁之間的搭邊值。 （2） 條料寬度 條料寬度的確定原則：最小條料寬度要保證沖裁時零件周邊有足夠的搭邊值，最大條料寬度要能在沖裁時順利地在導料板之間送進，并與導料板之間有一定的間隙。 當用孔定距時，可按下式計算 條料寬度 B-Δ=(Dmax+2a)-Δ =(57.5+2×1.8) -0.5=61.1-0.5 mm 式中 B——條料的寬度（mm）； Dmax——沖裁件垂直于送料方向的最大尺寸（mm）； a——側搭邊值； Δ——條料寬度的單向（負向）公差； 剪切條料寬度偏差Δ=0.5, 因此B=61.1-0.5 。 導料板間距離：B0=B+Cmin=61.1+0.5=61.6mm Cmin——條料與導料板間的最小間隙。 4.3.材料利用率的計算 一個步距內的材料利用率η為 η=nF/Bs×100% η=1×2231.2/61.1×59×100%=61.89% 式中 F——一個步距內沖裁件面積（包括沖出的小孔在內）； n——一個步距內沖裁件數目； B——條料寬度（mm）； s——步距； 5、確定總沖壓力和選用壓力機及計算壓力中心 5.1.沖壓力 沖壓力是指沖裁力、卸料力、推件力和頂件力的總稱。 5.1.1.沖裁力的計算 平刃口沖裁力可按下式計算 落料力計算 F=KLδτ F=1.3×199.34×2.0×380=196947.92N =196.95KN 式中 F——沖裁力（N）； L——沖裁件周邊長度（mm）；199.34 τ——材料抗剪強度（MPa）；310-380MP δ——材料厚度；(mm)；2.0 K——系數，通常K=1.3； 沖孔力計算 F=nKLδτ F=1×1.3×3.14×13×2.0×380=40330.16N =40.33KN 5.1.2.卸料力、推件力及頂件力的計算 生產中常用下列公式計算 F卸=K卸F落 =0.045×196.95=8.863KN F退=K退F沖 =0.05×40.33=2.02KN 式中 F——沖裁力； F卸、F頂——分別為卸料系數和頂件系數 綜上所述，總的沖裁力為F總= F落+F沖+F卸+F頂=196.95+40.33+8.863+2.02=248.163KN 5.2.壓力中心的計算 采用解析法求壓力中心，求XG，YG 建立坐標系如下圖： F1——落料力 F1= Ltσb , 得F1=196.95KN F2——沖孔力 F2= Ltσb , 得F2=40.33KN Y1——F1到X軸的力臂 Y1=0 X1——F1到Y軸的力臂 X1=0 Y2——F2到X軸的力臂 Y2=0 X2——F2到Y軸的力臂 X2=0 根據合力距定理： YG = （Y1F1+Y2F2+Y3F3）/（F1+F2+F3） YG——F沖壓力到X軸的力臂；YG=0 XG = （X1F1+X2F2+X3F3）/（F1+F2+F3） XG——F沖壓力到Y軸的力臂；XG=0 5.3.壓力機的選用 初步確定壓力機的型號： F公稱≥F總 因此選擇壓力機的型號為：J23—40壓力機 型號為J23—40壓力機的基本參數如：（表一） 公稱壓力/KN 400 墊板尺寸/mm 滑塊行程/mm 100 厚度80 滑塊行程次數/（次/min） 80 模柄孔尺寸/mm 直徑50 深度70 最大封閉高度/mm 300 滑塊底面積尺寸/mm 封閉高度調節(jié)量 80 滑塊中心線至床身距離/mm 床身最大可傾角 20° 立柱距離/mm 300 工作臺尺寸/mm 前后350 左右450 6、凸、凹模刃口尺寸計算 6.1.凸、凹模刃口尺寸計算原則 設計落料模先確定凹模刃口尺寸，以凹模為基準，間隙取在凸模上；設計沖孔模先確定凸模刃口尺寸，以凸模為基準，間隙取在凹模上。 間隙是影響模具壽命的各種因素中占最主要的一個。沖裁過程中，凸模與被沖的孔之間，凹模與落料件之間的均有磨檫，而且間隙越小，磨檫越嚴重。在實際生產中受到制造誤差和裝配精度的限制，凸模不可能絕對垂直于凹模平面，而且間隙也不會絕對均勻分布，合理的間隙均可使凸模、凹模側面與材料間的磨檫減小，并緩減間隙不均勻的不利影響，從而提高模具的使用壽命。 沖裁間隙對沖裁力的影響： 雖然沖裁力隨沖裁間隙的增大有一定程度的降低，但是當單邊間隙介于材料厚度 5%~20%范圍時，沖裁力的降低并不明顯（僅降低5%~10%左右）。因此，在正常情況下，間隙對沖裁力的影響不大。 沖裁間隙對斜料力、推件力、頂件力的影響： 間隙對斜料力、推件力、頂件力的影響較為顯著。間隙增大后，從凸模上斜、從凸?？卓谥型瞥龌蝽敵隽慵紝⑹×?。一般當單邊間隙增大到材料厚度的15%~25%左右時斜料力幾乎減到零。 沖裁間隙對尺寸精度的影響： 間隙對沖裁件尺寸精度的影響的規(guī)律，對于沖孔和落料是不同的，并且與材料軋制的纖維方向有關。 通過以上分析可以看出，沖裁間隙對斷面質量、模具壽命、沖裁力、斜料力、推件力、頂件力以及沖裁件尺寸精度的 影響規(guī)律均不相同。因此，并不存在一個絕對合理的間隙數值，能同時滿足斷面質量最佳，尺寸精度最佳，沖裁模具壽命最長，沖裁力、斜料力、推件力、頂件力最小等各個方面的要求。在沖壓的實際生產過程中，間隙的選用主要考慮沖裁件斷面質量和模具壽命這兩個方面的主要因素。但許多研究結果表明，能夠保證良好的沖裁件斷面質量的間隙數值和可以獲得較高的沖模壽命的間隙數值也是不一致的。一般說來，當對沖裁件斷面質量要求較高時，應選取較小的間隙值，而當對沖裁件的質量要求不是很高時，則應適當地加大間隙值以利于提高沖模的使用壽命。 根據沖模在使用過程中的磨損規(guī)律，設計落料模時，凹模基本尺寸應取接近或等于零件的最小極限尺寸；設計沖孔模時，凸?；境叽鐒t取接近或等于沖孔件的最大極限尺寸。按沖件精度和模具可能磨損程度，凸、凹模磨損留量在公差范圍內的0.5-1.0之間。磨損量用xΔ表示，其中Δ為沖件的公差值，x為磨損系數，其值在0.5-1.0之間，與沖件制造精度有關，可按下列關系選?。毫慵菼T10以上 X=1; 零件精度IT11- IT13 X=0.75; 零件精度IT14 X=0.5 。 不管落料還是沖孔，沖裁間隙一律采用最小合理間隙值（Zmin）。選擇模具制造公差時，一般沖模精度較零件高3-4級。對于形狀簡單的圓形、方形刃口，其制造偏差值可按IT6- IT7級選?。粚τ谛螤顝碗s的刃口尺寸制造偏差可按零件相應部位公差值的1/4來選?。粚τ谌锌诔叽缒p后無變化的制造偏差值可取沖件相應部位公差值的1/8并冠以（±）；若零件沒有標注公差，則可按IT14級取值。 零件尺寸公差與沖模刃口尺寸的制造偏差應按“入體”原則標注單向公差，即：落料件上偏差為零，只標注下偏差；沖孔件下偏差為零，只標注上偏差。如果零件公差是依雙向偏差標注的，則應換算成單向標注。磨損后無變化的尺寸除外。 6.2.凸、凹模刃口尺寸計算方法 6.2.1.凸模和凹模分開加工 這種方法主要適用于圓形或簡單刃口。設計時，需在圖樣上分別標注凸模和凹模刃口尺寸及制造公差。并且保證沖模的制造公差與沖裁間隙之間滿足： δd+δp≤Zmax-Zmin 6.2.2.凸模和凹模配合加工 配合加工方法，就是先按尺寸和公差制造出凹模或凸模其中一個，然后依此為基準再按最小合理間隙配做另一件。采用這種方法不僅容易保證沖裁間隙，而且還可以放大基準件的公差，不必檢驗δd+δp≤Zmax-Zmin 。同時還能大大簡化設計模具的繪圖工作。目前，工廠對單件生產的模具或沖制復雜形狀的模具，廣泛采用配合加工的方法來設計制造。 沖孔凸模和落料凹模尺寸按下列公式計算： 沖孔時 dp=(dmin+XΔ)- δp 落料時 Dp=(Dmax-XΔ-Zmin)- δp 孔心距 Lp=L±δp’ 式中 Dp dp——分別為落料和沖孔凸模的刃口尺寸（mm）； Dmax ——為落料件的最大極限尺寸（mm）； dmin——為沖孔件的最小極限尺寸（mm）； Δ——工件公差； Δp——凸模制造公差，通常取δp=Δ/4； δp’——刃口中心距對稱偏差，通常取δp’=Δ/8； Lp——凸模中心距尺寸（mm）； L——沖件中心距基本尺寸（mm）； Zmin——最小沖裁間隙（mm）； 落料凹模尺寸：Aj1=(Amax-XΔ)+ Δ/4 =57.5-0.5×0.04=57.48+0.02; Aj2=(Amax-XΔ)+ Δ/4 =48.5-0.5×0.04=48.48+0.02; Aj3=(Amax-XΔ)+ Δ/4 =1-0.5×0.04=0.98+0.02; 落料凸模尺寸：Ah1=(Aj1-2Z)+ Δ/4 =57.5-2×0.08=57.34+0.02; Ah2=(Aj2-2Z)+ Δ/4 =48.5-2×0.08=48.34+0.02; Ah3=(Aj3-Z)+ Δ/4 =1-0.08=0.92+0.02; 沖孔凸模尺寸：Bj1=(Amin1+XΔ)- Δ/4 =13+0.5×0.04=13.02-0.02 沖孔凹模尺寸：Bh1=(Bj1+2Z)- Δ/4 =13+2×0.08=13.16-0.02 缺口的角度45度保持不變。 7、模具整體結構形式設計 落料沖孔模結構形式： 下模采用彈壓卸料裝置，上模采用借力打力的方法，用打料桿進行打料的方法來卸料，整個模具結構緊湊，簡單，容易加工和裝配，調試也方便。 8、模具零件的結構設計 8.1.凸凹模的設計 材料：Cr12Mov 硬度：58～62HRC （如圖），與固定板過盈配合，與卸料板間隙配合。 8.2.落料凹模的設計 因制件形狀簡單，總體尺寸不大，選用整體式方形凹模較為合理。選用Cr12MoV為凹模材料。凹模周界 由《冷沖壓工藝與模具設計》得出凹模周界的計算公式 厚度H=Kb（≥15mm） 式中：b——沖裁件的最大外形尺寸，b=57.5 K——系數，查表得K=0.62 則 H=0.62×57.5=35.65mm 凹模壁厚c=（1.0~1.5）H（≥30~40mm）=35.65~53.475mm 本設計中取c=50-55mm 由《模具設計指導》表5-43圓形凹模標準可查到較為靠近的凹模周界尺寸為φ160。硬度：58～62HRC，如圖： 8.3.沖頭固定板的設計 材料：45# （如圖） 確定其他零件的尺寸參數 由《模具設計指導》表5-4，可得復合模的典型組合尺寸170×140（單位為mm）（JB/T8066.1—1995）。而由此典型組合標準，即可方便的確定其他沖模零件的數量、尺寸及主要參數。 其零件參數如下表所示： 凹模周界 凸凹模長度 配用模架閉合高度H 孔距尺寸 最小 最大 S S1 S2 S3 φ160×35 50 189 210 零件名稱及標準編號 墊板 凸模固定板 凹模 卸料板 凸凹模固定板 墊板 φ160×8 φ160×15 φ160×35 φ160×15 φ160×15 φ160×8 螺釘 圓柱銷 卸料螺釘 樹脂 螺釘 圓柱銷 圓柱銷 M8×60 φ8×50 M8×60 M10×60 φ8×60 φ10×60 8.4.選擇標準模架 由凹模周界尺寸及模架閉合高度在189~210mm之間，查《模具設計指導》表5-7選用標準模架：10號中間導柱圓形標準模架250×2055×189—210ⅠGB/T2851.1—1990，上模座340×230×35，下模座340×230×40，導柱25×180，32×180，導套38×80×60，42×80×60。 8.5.卸料、壓邊彈性元件的確定 沖壓工藝中常用的彈性元件有彈簧和橡膠，但是由于這副模具所需的卸料力較大，如果選用彈簧，即使使用8個彈簧，每個彈簧所承擔的負荷也將達到F預=F卸/n=8863/8N=1107.875N。同時由于這是一落料模，產品材料厚度較大，模具的行程較大，也給彈簧的選用帶來困難。即使試用了彈簧，也勢必造成為了安裝彈簧而選用較大的模架。因此我們選用橡膠作為卸料的彈性元件。 1、確定卸料橡膠 （1）確定橡膠的自由高度H自，由《模具設計指導》表3-9得： H自=L工/0.25~0.30+h修模 L工——沖模的的工作行程（mm）.對沖裁模而言，L工=t+1 h修?！A留的修模量 式中，L工為模具的工作行程再加1~3mm。本模具的工作行程為產品的厚度加1mm。故L工=3mm，h修模的取值范圍為4~6mm，在這取中間值5mm。 H自=（3/0.3+5）mm=15mm （2）確定L預和H裝。由表3-9可得如下計算公式： L預——橡膠的預壓縮量 H裝——沖模裝配好以后橡膠的高度 L預=（0.1~0.15）H自=0.1×15mm=1.5mm≈2mm H裝=H自-L預=（15-2）mm=13mm （3）確定橡膠橫截面積A（ mm2） A=F/q F——所需的彈壓力 q——橡膠在與壓縮狀態(tài)下的單位壓力 F由前可知為F=8630N，q=0.26~0.70Mpa。在這里由于根據模具的行程，取q=0.6Mpa 則 A=8863/0.7mm2=12661.43mm2 （3） 核算橡膠的安裝空間：可以安裝橡膠的空間可按凹模外形表面積與凸凹模地步面積之差的90%估算。經計算A=3.14×80×80-2231.18=17864.82mm2，則可以安裝橡膠的面積為S=17864.82mm2，大于所需橡膠面積，因此足以安裝橡膠的需要。 9、模具總體結構設計 9.1.模具類形的選擇 由沖壓工藝分析和設計目的、要求以及從經濟方面考慮，本套模具倒裝落料沖孔復合模。工序簡單，模具結構也不復雜。 9.2.定位方式的選擇 該模具活動部件采用導柱導套定位，固定部件采用銷釘定位。 9.3.卸料、出件方式的選擇 根據模具沖壓的運動特點以及推件力的大小,該模具采用彈壓卸料方式比較方便，因為工件料厚為2.0mm。利用剛性打料裝置頂出模具零件，從而把產品頂出，即安全又可靠。 9.4.導柱、導套位置的確定 為了提高模具的壽命和工件質量，方便安裝、調整、維修模具，該簡單模采用后側導柱模架。其導柱和導套則根據所選定的模架按標準選取。 10、模具的動作原理 本模具（裝配圖如圖所示）在一次行程過程中完成制件的落料，沖孔兩道工序的全部工作： 在壓力機滑塊下行前，卸料板需要用高出凸模1-2毫米。 當壓力滑塊下行時，毛坯料被壓在凹模與卸料板之間，繼續(xù)下行，毛坯料被凸模和凹模，沖頭和凸模之間的小間隙沖壓成出產品。完全將產品切開后，沖床滑塊到最低點，壓力滑塊上行，卸料板將廢料頂出，產品在凹模，上?；阶罡唿c時，沖床打料將產品打下。完成一次沖壓工序。 本次設計的落料沖孔模，在壓力機的一次行程中，經一次送料定位，在模具的同一部位同時完成兩道工序,其沖裁件的相互位置精度高,對條料的定位精度也比較高，因為需要用導料板對條料寬度進行導向。沖壓件精度高, 可以很好的保證工件的形狀和尺寸精度,模具結構較一般,制造精度要求比較高,制造周期短,價格相對較低，節(jié)約了成本。工序較集中排除了半成品搬運時間，提高了生產效率。這種模具適用于生產批量大,精度要求高,內外形尺寸差較大的沖裁件。這樣操作方便，生產效率提高很多。 所選的模架螺釘等零件都是從標準件中選取,這樣可有效的降低成本。 11、模具的裝配 根據簡單模的工作特點,先裝上模,再裝下模較為合理,并調整間隙,試沖,返修.具體過程如下: 11.1.模裝配 11.1.1檢查各將要裝配零件是否符合圖紙要求,形狀并作好劃線,定位等準備工作. 11.1.2將凸模與凸模固定板裝配,再與凹模板裝配,并調整間隙. 11.1.3的凸模及凹模與上模座,并在次檢查間隙是否合理后,打入銷釘及擰入螺絲. 11.2.模裝配 11.2.1要裝配零件是否符合圖紙要求,形狀并作好劃線,定位等準備工作. 11.2.2放在下模座上,再裝入凸凹模固定板并調整間隙,以免發(fā)生干涉及工件損壞.接著依次按順序裝入銷釘,活動擋料銷,彈頂橡膠塊及卸料板,檢查間隙等合理后擰入卸料螺釘,再擰入緊固螺釘,并再次檢查調整. 11.2.3的上下模按導柱,導套配合進行組裝,檢查間隙及其它裝配合理后裝機進行試沖并根據試沖結果作出相應調整,直到生產出合格制件. 12、結束語 模具生產技術水平的高低，已成為衡量一個國家產品制造水平高低的重要標志，因為模具在很大程度上決定著產品的質量、效益和新產品的開發(fā)能力。經國務院批準，從1997年到2000年，對80多家國有專業(yè)模具廠實行增值稅返還70%的優(yōu)惠政策，以扶植模具工業(yè)的發(fā)展。所有這些，都充分體現了國務院和國家有關部門對發(fā)展模具工業(yè)的重視和支持。 模具是裝備制造業(yè)的核心，作為機械制造業(yè)的基礎，模具水平基本反映了這個國家工業(yè)水平的高低。我國的模具工業(yè)水平，雖然經過改革開放以來30年的追趕，但畢竟底子太薄，到現在為止水平并不高，尤其大中型模具的實力遠遠不夠。30年來，我們利用全球的產業(yè)轉移的歷史機遇，投入很大資源發(fā)展模具行業(yè)，但基本上還只是一些低端模具發(fā)展較為成熟些，中高端模具發(fā)展遇到眾多瓶頸。目前我國模具遠不能滿足國內需求，國產模具在國內市場占有率為低端模具70%，中端模具35%，高端模具不到10%，特別是大型高端模具比如汽車模需要大量進口。我國模具行業(yè)要追趕發(fā)達國家還需要很長的路，國家需要更多的政策引導，企業(yè)需要更加重視研發(fā)而不是代加工.對于我們這樣接受了專業(yè)系統(tǒng)的本科教育大學生也是未來的模具儲備人才來說，我們具有較高的起點，我們關注的不應該局限于模具技術，雖然我國模具行業(yè)的進一步發(fā)展遇到的問題主要還是技術問題，但是我們應該把視野放寬些，只有好的企業(yè)才能搞到好的技術，我們要關注更多模具市場企業(yè)的經營與改善，模具企業(yè)十分也需要我們這樣的人才，既懂技術又懂管理又了解市場動態(tài)的人才，這才是我們應該擔起振興模具行業(yè)的歷史使命。 本設計就是本著這個思想對產品模具進行分析設計，力求設計出技術水平高、經濟效益好的模具，同時也圍繞著對新產品開發(fā)、新產品投入生產這個理念展開設計。汽車彎曲件零件形狀較為簡單，所以加工工藝也不復雜。通過對零件圖的綜合分析與實習單位的實際生產要求，設計出了最可行的加工方案。本模具有生產率高、精度高的特點，加工過程又不會影響制品尺寸，這非常符合實習公司的實際生產要求，對單位能保持全國模具行業(yè)的領先地位也有一定的促進作用。 整套模具的設計過程中使用了先進的CAD/CAM技術進行輔助設計，在保證模具高精度的同時簡化了傳統(tǒng)的繁瑣計算過程，使得設計更為便捷。由此可以看到，在大型級進模、高精密、高復雜性、高技術含量先進模具的設計中，使用先進的CAD/CAE/CAM技術進行輔助設計會是一條必經之路。 設計小結 通過本次畢業(yè)設計，在理論知識的指導下，結合認識實習和生產實習中所獲得的實踐經驗，在老師和同學的幫助下，認真獨立地完成了本次畢業(yè)設計。在本次設計的過程中，通過自己實際的操作計算，我對以前所學過的專業(yè)知識有了更進一步、更深刻的認識，能夠把自己所學的知識比較系統(tǒng)的聯系起來。同時也認識到了自己的不足之處。到此時才深刻體會到，以前所學的專業(yè)知識還是有用的，而且都是模具設計與制造最基礎、最根本的知識。 本次畢業(yè)設計歷時一個月左右，從最初的領會畢業(yè)設計的要求，到對拿到自己手上的沖壓件的沖壓性能的分析計算，諸如對沖壓件結構的分析，對形狀的分析等，不斷地分析計算，對要進行設計的沖壓件有了一個比較全面深刻的認識，并在此基礎上綜合考慮生產中的各種實際因素，最后確定本次畢業(yè)設計的工藝方案。然后是對排樣方式的計算，直到模具總裝配圖的繪制，用時近一個月。在這段時間里，我進行了大量的計算：從材料利用率的計算，到工序壓力的計算，再工作部分刃口尺寸及公差的計算，到各種零件結構尺寸的計算以及主要零部件強度剛度的核算。其間在圖書館翻閱了許多相關書籍和各種設計資料。因此從某種意義上講，通過本次畢業(yè)設計的訓練，也培養(yǎng)和鍛煉了一種自己查閱資料，獲取有價值信息的能力。 總之，通過本次畢業(yè)設計的鍛煉，使我對模具設計與模具制造的整個過程都有了比較深刻的認識和全面的掌握。使我接受了一個模具專業(yè)的畢業(yè)生應該有的鍛煉和考查。我很感謝學校和各位老師給我這次鍛煉機會。我是認認真真的做完這次畢業(yè)設計的，也應該認認真真的完成我大學三年里最后也是最重要的一次設計。但是由于水平有限，錯誤和不足之處再所難免，懇請各位指導老師批評指正，不勝感激。 致 謝 首先感謝學校及學院各位領導的悉心關懷和耐心指導，特別要感謝指導老師給我的指導，在設計和說明書的寫作以及實物制作過程中，我始終得到他的悉心教導和認真指點，使得我的理論知識和動手操作能力都有了很大的提高與進步，對模具設計與制造的整個工藝流程也有了一個基本的掌握。在他身上，時刻體現著作為科研工作者所特有的嚴謹求實的教學風范，勇于探索的工作態(tài)度和求同思變、不斷創(chuàng)新的治學理念。他不知疲倦的敬業(yè)精神和精益求精的治學要求，端正了我的學習態(tài)度，使我受益匪淺。 另外，還要感謝和我同組的其他同學，他們在尋找資料，解答疑惑，實驗操作、論文修改等方面，都給了我很大的幫助和借鑒。 最后，感謝所有給予我關心和支持的老師和同學使我能如期完成這次畢業(yè)設計。謝謝各位老師和同學！ 感謝學校對我這兩年的培養(yǎng)和教導，感謝學院各位領導各位老師三年如一日的諄諄教導！ 參考文獻 [1]朱光力主編. 模具設計與制造實訓.第1版. 北京：高等教育出版社. 2002. 134~156 [2]吳詩 主編. 沖壓工藝及模具設計 . 第1版. 西安：西北工業(yè)大學出版社. 2001. 40~45 [3]溫松明主編. 互換性與測量技術基礎. 第2版. 長沙：湖南大學出版社. 1998. 4~5 [4]馮炳堯 韓泰榮 殷振海 蔣文森編. 模具設計與制造簡明手冊. 第1版.上海：上?？茖W技術出版社. 1985. 1~ 80 [5]劉朝儒 彭福蔭 高政一主編. 機械制圖. 第3版. 北京：高等教育出版社.2001 [6]施平主編. 機械工程專業(yè)英語. 第5版.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學.2003 .344~345 [7]張代東主編. 機械工程材料應用基礎. 第1版.北京：機械工業(yè)出版社.2001.85~103 [8]王衛(wèi)衛(wèi)主編. 材料成型設備. 第1版.北京：機械工業(yè)出版.2004. 47~48 [9]傅建軍主編. 模具制造工藝. 第1版.北京：機械工業(yè)出版社.2005. 24~25 [10]王新華主編. 沖模設計與制造實用計算手冊. 北京：機械工業(yè)出版社.2004年8月第1版. 2~ 15 [11]王新華 袁聯富主編.沖模結構圖冊. 第1版. 北京：機械工業(yè)出版社. 2003. 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