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XXXX 學 院
畢業(yè)設計說明書(論文)
作 者： 學 號：
學院（系、部）：
專 業(yè)：
題 目： 墊板復合倒裝模具設計
指導者：
評閱者：
2013年X月 XX
畢業(yè)設計說明書（論文）中文摘要
本文分析了墊板復合的結構、尺寸、精度和原材料性能，并具體指出了該產(chǎn)品的成型難點；擬定了模沖孔落料模具沖壓工藝方案；詳細闡述了排樣設計方法和過程，確定了該產(chǎn)品需要沖孔、落料的二維和排樣圖；完成了所有必要的工藝計算，包括模具刃口尺寸、各工位沖壓力、總的沖壓工藝力、壓力中心等；概述了模具概要設計方法，系統(tǒng)的闡述了模具主要零件的結構、尺寸設計及標準的選用。同時闡述了模具的工作過程、各成形動作的協(xié)調(diào)性并對設備選擇和核算進行了較為細致的敘述。
關鍵詞 模具 工藝分析 零件設計 模具設計
第IV頁
畢業(yè)設計說明書（論文）外文摘要
Title Design of the Stamping Process and the
die for the spring hook
Abstract
This paper analyzes the technical characteristics of the spring hook such as configuration dimension precision and the capability of the raw materials .There are including the difficulties of this production in the molding ,studying out the technics of the progressive die ,making sure the layout project and the die general structure. The progressive die could complete thirteen processes that include punching, blanking, bending and so on .It has finished all needed technical count ,including the knife-edge of the mold, the force of ench process , punch technical force of the all process and the stress center of the mold .It summarizes the method of designing this mold .It introduces the design and manufacture of the punch, the die, the stripping device, the pushing device, and the blanking holders in details. And it also expatiates the working process of the die, the coordination about each motion of figurations. Besides it has a section about equipment choosing and proofreading.
Keywords bend product progressive-die technical analysis
die design
XXX學院畢業(yè)設計說明書（論文）
目錄
前言 1
第一章工藝設計 3
1.1零件介紹 3
1.2零件工藝性分析 3
1.3工藝方案的確定 6
第二章排樣設計 7
2.11 毛坯排樣設計 7
2.2材料的利用率 7
第三章工藝計算 9
3.1沖壓工藝力的計算 9
3.1.1沖裁力計算 9
3.1.2卸料、頂件力的計算 10
3.2壓力中心計算 11
第四章模具總體概要設計 12
4.1模具概要設計 12
4.2模具零件結構形式確定 13
4.2.1定位機構 14
4.2.2 14
4.2.3 15
第五章模具詳細設計 16
5.1工作零件 16
5.1.1沖裁凸、凹模 17
5.1.2凸模高度設計 18
5.2定位零件 19
5.2.1導向零件 19
5.2.2擋料零件 20
5.3出件零件 20
5.3.1卸料零件 20
5.3.2頂件零件 21
5.4導向零件 21
5.5其他零件 22
第六章設備選擇 23
6.1設備噸位確定 23
6.2設備校核 23
第七章結論 24
致謝 25
參考文獻 26
前言
沖裁是利用模具使板料沿著一定的輪廓形狀產(chǎn)生分離的一種沖壓工序。它包括落料、沖孔、切斷、修邊、切舌、剖切等工序，其中落料和沖孔是最常見的二種工序。
落料-----若使材料沿封閉曲線相互分離，封閉曲線以內(nèi)的部分作為沖裁件時，稱為落料；
沖孔-----若使材料沿封閉曲線相互分離，封閉曲線以外的部分作為沖裁件時，則稱為沖孔。圖2.1.1所示的墊圈即由落料和沖孔二道工序完成。
a)落料
b)沖孔
圖2.1.1 墊圈的落料與沖孔
沖裁是沖壓工藝的最基本工序之一。在沖壓加工中應用極廣。它既可直接沖出成品零件也可以為彎曲、拉深和擠壓等其它工序準備坯料，還可以在已成形的工件進行再加工（切邊、切舌、沖孔等工序）。
沖裁所使用的模具叫沖裁模，它是沖裁過程必不可少的工藝裝備。圖2.1.2為一副典型的落料沖孔復合模，沖模開始工作時，將條料放在卸料板19上，并由三個定位銷２２定位。沖裁開始時，凹模７和推件塊８首先接觸條料。當壓力機滑塊下行時，凸凹模１８的外形與凹模7共同作用沖出制件外形。與此同時，沖孔凸模１７與凸凹模18的內(nèi)孔共同作用沖出制件內(nèi)孔。沖裁變形完成后，滑塊回升時，在打桿１５作用下，打下推件塊８，將制件排除凹模７外。而卸料板１９在橡膠反彈力作用下，將條料刮出凸凹模，從而完成沖裁全部過程。
根據(jù)沖裁變形機理的不同，沖裁工藝可以分為普通沖裁和精密沖裁兩大類。本章主要討論普通沖裁。
圖2.1.2 落料沖孔復合模
1－下模板 2－卸料螺釘 3－導柱 4－固定板 5－橡膠 6－導料銷 7－落料凹模
8－推件塊 9－固定板 10－導套 11－墊板 12、20－銷釘 13－上模板 14－模柄
15－打桿 16、21－螺釘 17－沖孔凸模 18－凸凹模 19－卸料板 22－擋料銷
2.2沖裁變形過程分析
為了正確設計沖裁工藝和模具，控制沖裁件質量，必須認真分析沖裁變形過程，了解和掌握沖裁變形規(guī)律。
圖2.2.1所示是無壓邊裝置的模具對板料進行沖裁時的情形。凸模１與凹模２都具有與制件輪廓一樣形狀的鋒利刃口，凸凹模之間存在一定間隙。當凸模下降至與板料接觸時，板料就受到凸、凹模的作用力，其中：
F1、F2 ──凸、凹模對板料的垂直作用力；
F3、F4──凸、凹模對板料的側壓力；
μF1、μF2──凸、凹模端面與板料間的摩擦力，其方向與間隙大小有關，一般從模具刃口指向外；
μF3、μF4──凸、凹模側面與板料間的摩擦力
從圖中可看出，由于凸、凹模之間存在間隙，F(xiàn)1、F2不在同一垂直線上，故板料受到彎矩M≈F1Z/2作用，由于M使板料彎曲并從模具表面上翹起，使模具表面和板料的接觸面僅限在刃口附近的狹小區(qū)域，其接觸面寬度約為板厚的0.2～0.4。接觸面間相互作用的垂直壓力并不均勻，隨著向模具刃口的逼近而急劇增大。
圖2.2.1 沖裁時作用于板料上的力
1-凸模 2-板材 3-凹模
圖2.2.2所示沖裁變形過程。如果模具間隙正常，沖裁變形過程大致可分為如下三個階段。
1．彈性變形階段(圖2.2.2Ⅰ)
在凸模壓力下，材料產(chǎn)生彈性壓縮、拉伸和彎曲變形，凹模上的板料則向上翹曲，間隙越大，彎曲和上翹越嚴重。同時，凸模稍許擠入板料上部，板料的下部則略擠入凹模洞口，但材料內(nèi)的應力末超過材料的彈性極限。
2．塑性變形階段(圖2.2.2Ⅱ) 因板料發(fā)生彎曲，凸模沿寬度為b的環(huán)形帶繼續(xù)加壓，當材料內(nèi)的應力達到屈服強度時便開始進入塑性變形階段。凸模擠入板料上部，同時板料下部擠入凹模洞口，形成光亮的塑性剪切面。隨凸模擠入板料深度的增大，塑性變形程度增大，變形區(qū)材料硬化加劇，沖裁變形抗力不斷增大，直到刃口附近側面的材料由于拉應力的作用出現(xiàn)微裂紋時，塑性變形階段便告終，此時沖裁變形抗力達到最大值。由于凸、凹模間存在有間隙，故在這個階段中板料還伴隨著彎曲和拉伸變形。間隙越大，彎曲和拉伸變形也越大。
3．斷裂分離階段(圖2.2.2Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ) 材料內(nèi)裂紋首先在凹模刃口附近的側面產(chǎn)生，緊接著才在凸模刃口附近的側面產(chǎn)生。已形成的上下微裂紋隨凸模繼續(xù)壓入沿最大切應力方向不斷向材料內(nèi)部擴展，當上下裂紋重合時，板料便被剪斷分離。隨后，凸模將分離的材料推人凹模洞口。
從圖2.2.3所示沖裁力-凸模行程曲線可明顯看出沖裁變形過程的三個階段。圖中OA段是沖裁的彈性變形階段；AB段是塑性變形階段，B點為沖裁力的最大值，在此點材料開始剪裂，BC段為微裂紋擴展直至材料分離的斷裂階段，CD段主要是用于克服摩擦力將沖件推出凹模孔口時所需的力。
圖2.2.2 沖裁變形過程
圖2.2.3沖裁力曲線
沖裁件質量是指斷面狀況、尺寸精度和形狀誤差。斷面狀況盡可能垂直、光潔、毛刺小。尺寸精度應該保證在圖紙規(guī)定的公差范圍之內(nèi)。零件外形應該滿足圖紙要求；表面盡可能平直，即拱彎小。影響零件質量的因素有：材料性能、間隙大小及均勻性、刃口鋒利程度、模具精度以及模具結構形式等。
1．沖裁件斷面質量及其影響因素 由于沖裁變形的特點，沖裁件的斷面明顯地分成四個特征區(qū)，即圓角帶a、光亮帶b、斷裂帶c與毛刺區(qū)d，如圖2.2.4所示。
圓角帶a ：該區(qū)域的形成是當凸模刃口壓入材料時，刃口附近的材料產(chǎn)生彎曲和伸長變形，材料被拉入間隙的結果；
光亮帶b ：該區(qū)域發(fā)生在塑形變形階段，當刃口切入材料后，材料與凸、凹模切刃的側表面擠壓而形成的光亮垂直的斷面。通常占全斷面的1/2-1/3；
斷裂帶c ：該區(qū)域是在斷裂階段形成。是由刃口附近的微裂紋在拉應力作用下不斷擴展而形成的撕裂面，其斷面粗糙，具有金屬本色，且略帶有斜度。
毛刺區(qū)d ：毛刺的形成是由于在塑性變形階段后期，凸模和凹模的刃口切入被加工板料一定深度時，刃口正面材料被壓縮，刃尖部分是高靜水壓應力狀態(tài)，使裂紋的起點不會在刃尖處發(fā)生，而是在模具側面距刃尖不遠的地方發(fā)生，在拉應力的作用下，裂紋加長，材料斷裂而產(chǎn)生毛刺，裂紋的產(chǎn)生點和刃口尖的距離成為毛刺的高度。在普通沖裁中毛刺是不可避免的，普通沖裁允許的毛刺高度見表2.2.1。
a）沖孔件
b）落料件
圖2.2.4 沖裁區(qū)應力、變形和沖裁件正常的斷面狀況
在四個特征區(qū)中，光亮帶越寬，斷面質量越好。但四個特征區(qū)域的大小和斷面上所占的比例大小并非一成不變，而是隨著材料性能、模具間隙、刃口狀態(tài)等條件的不同而變化。
影響斷面質量的因素有：
(１)材料性能的影響 材料塑性好，沖裁時裂紋出現(xiàn)得較遲，材料被剪切的深度較大，所得斷面光亮帶所占的比例就大，圓角也大。而塑性差的材料，容易拉斷，材料被剪切不久就出現(xiàn)裂紋，使斷面光亮帶所占的比例小，圓角小，大部分是粗糙的斷裂面。
(２)模具間隙的影響 沖裁時，斷裂面上下裂紋是否重合，與凸、凹模間隙值的大小有關。當凸、凹間隙合適時，凸、凹模刃口附近沿最大切應力方向產(chǎn)生的裂紋在沖裁過程中能會合，此時盡管斷面與材料表面不垂直，但還是比較平直、光滑、毛刺較小，制件的斷面質量較好（圖2.2.5b）所示）。
當間隙增大時，材料內(nèi)的拉應力增大，使得拉伸斷裂發(fā)生早，于是斷裂帶變寬；光亮帶變窄；彎曲變形增大，因而塌角和拱彎也增大。
當間隙減小時，變形區(qū)內(nèi)彎矩小、壓應力成分高。由凹模刃口附近產(chǎn)生的裂紋進入凸模下面的壓應力區(qū)而停止發(fā)展；由凸模刃口附近產(chǎn)生的裂紋進入凹模上表面的壓應力區(qū)也停止發(fā)展。上、下裂紋不重合。在兩條裂紋之間的材料將被第二次剪切。當上裂紋壓入凹模時，受到凹模壁的擠壓，產(chǎn)生第二光亮帶，同時部分材料被擠出，在表面形成薄而高的毛刺（圖2.2.5 a）所示）。
當間隙過小時，雖然塌角小、拱彎小，但斷面質量也有缺陷。如斷面中部出現(xiàn)夾層，兩頭呈光亮帶，在端面有擠長的毛刺。
當間隙過大時，因為彎矩大，拉應力成分高，材料在凸、凹模刃口附近產(chǎn)生的裂紋也不重合。分離后產(chǎn)生的斷裂層斜度增大，制件的斷面出現(xiàn)二個斜角α1和α2 ，斷面質量也不理想。而且，由于塌角大、拱彎大、光亮帶小、毛刺又高又厚，沖裁件質量下降。如圖2.2.5c所示。因此，模具間隙應保持在一個合理的范圍之內(nèi)。另外，當模具裝配間隙調(diào)整得不均勻時，模具會出現(xiàn)部分間隙過大和過小的質量現(xiàn)象。因此，模具設計、制造與安裝時必須保證間隙均勻。
ａ）間隙過小
ｂ）間隙合理
ｃ）間隙過大
圖2.2.5 間隙對剪切裂紋與斷面質量的影響
(３)模具刃口狀態(tài)的影響 模具刃口狀態(tài)對沖裁過程中的應力狀態(tài)及制件的斷面質量有較大影響。當刃口磨損成圓角時，擠壓作用增大，所以制件塌角帶和光亮帶增大。同時，材料中減少了應力集中現(xiàn)象而增大了變形區(qū)域，產(chǎn)生的裂紋偏離刃口，凸、凹模間金屬在剪裂前有很大的拉伸，這就使沖裁斷面上產(chǎn)生明顯的毛刺。當凸、凹刃口磨鈍后，既使間隙合理也會在制件產(chǎn)生毛刺，如圖2.2.6所示。當凸模刃口磨鈍時，則會在落料件上端產(chǎn)生毛刺（圖a）；當凹模刃口磨鈍時，則會在沖孔件的孔口下端產(chǎn)生毛刺（圖b）；當凸、凹模刃口同時磨鈍時，則沖裁件上、下端都會產(chǎn)生毛刺（圖C）。
2.沖裁件尺寸精度及其影響因素 沖裁件的尺寸精度，是指沖裁件的實際尺寸與圖紙上基本尺寸之差。差值越小，精度越高。這個差值包括兩方面的偏差，一是沖裁件相對于凸模或凹模尺寸的偏差，二是模具本身的制造偏差。
沖裁件的尺寸精度與許多因素有關。如沖模的制造精度、材料性質、沖裁間隙等。
(1）沖模的制造精度 沖模的制造精度對沖裁件尺寸精度有直接影響。沖模的精度愈高，沖裁件的精度亦愈高。表2.2.2所示當沖裁模具有合理間隙與鋒利刃口時，其模具制造精度與沖裁件精度的關系。
需要指出的是沖模的精度與沖模結構、加工、裝配等多方面因素有關。
a) 凹模磨鈍
b) 凸模磨鈍
c) 凸、凹模均磨鈍
圖2.2.6 凸、凹模刃口磨鈍時毛刺的形成情況
(2）材料的性質 材料的性質對該材料在沖裁過程中的彈性變形量有很大影響。對于比較軟的材料，彈性變形量較小，沖裁后的回彈值亦少，因而零件精度高。而硬的材料，情況正好與此相反。
(３）沖裁間隙 當間隙適當時，在沖裁過程中，板料的變形區(qū)在比較純的剪切作用下被分離，使落料件的尺寸等于凹模尺寸，沖孔件尺寸等于凸模的尺寸。
當間隙過大，板料在沖裁過程中除受剪切外還產(chǎn)生較大的拉伸與彎曲變形，沖裁后因材料彈性恢復，將使沖裁件尺寸向實際方向收縮。對于落料件，其尺寸將會小于凹模尺寸，對于沖孔件，其尺寸將會大于凸模尺寸。但因拱彎的彈性恢復方向與以上相反，故偏差值是二者的綜合結果。
當間隙過小，則板料的沖裁過程中除剪切外還會受到較大的擠壓作用，沖裁后。材料的彈性恢復使沖裁件尺寸向實體的反方向脹大。對于落料件，其尺寸將會大于凹模尺寸，對于沖孔件，其尺寸將會小于凸模尺寸。
3．沖裁件形狀誤差及其影響因素 沖裁件的形狀誤差是指翹曲、扭曲、變形等缺陷。沖裁件呈曲面不平現(xiàn)象稱之為翹曲。它是由于間隙過大、彎矩增大、變形拉伸和彎曲成分增多而造成的，另外材料的各向異性和卷料未矯正也會產(chǎn)生翹曲。沖裁件呈扭歪現(xiàn)象稱之為扭曲。它是由于材料的不平、間隙不均勻、凹模后角對材料摩擦不均勻等造成的。沖裁件的變形是由于坯料的邊緣沖孔或孔距太小等原因，因脹形而產(chǎn)生的。
關于模具結構對沖裁件質量的影響，將會在后面章節(jié)講述。
綜上所述，用普通沖裁方法所能得到的沖裁件，其尺寸精度與斷面質量都不太高。金屬沖裁件所能達到的經(jīng)濟精度為IT14～IT10，要求高的可達到IT10～IT8級。厚料比薄料更差。若要進一步提高沖裁件的質量要求，則要在沖裁后加整修工序或采用精密沖裁法。
第一章 工藝設計
1.1 零件介紹
本次畢業(yè)設計的產(chǎn)品見圖1.1所示，材料為厚1.5mm的不銹鋼鋼板料,要求批量為中批量。該零件屬于典型的沖裁件。
圖1.1墊板零件圖
1.2 零件工藝性分析
零件尺寸：圖中零件的標注公差的為IT12級精度，其余未注由圖中技術要求可知為IT14級，零件的尺寸較小，成形的位置較為緊湊，成形比較簡單。
零件材料為不銹鋼鋼，有很良好的塑性，料厚為1.5mm屬薄料，沖壓性能良好。
零件的結構：零件需要經(jīng)過一次沖裁，零件的結構比較對稱，沖壓性能仍然很良好。
綜上所述，得到結論：零件具有較好的可沖壓性。
1.3 工藝方案的確定
工藝方案的內(nèi)容是確定沖裁件的工藝路線，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(jù)工件的批量、形狀、尺寸等方面的因素，全面考慮、綜合分析，選取一個較為合理的方案。
沖裁工序按工序的組合程度可分為單工序沖裁、復合沖裁和級進沖裁。
復合沖裁是在壓力機的一次行程中，在模具的同一位置同時完成兩個或兩個以上的工序；級進沖裁是把一個沖裁件的幾個工序，排列成一定順序，組成級進模，在壓力機的一次行程中，模具的不同位置同時完成兩個或兩個以上的工序，除最初幾次沖程外，每次沖程都可以完成一個沖裁件。該工件包括沖孔、落料、拉伸三個基本工序，可以有以下三種工藝方案：
方案一：先落料，再沖孔。采用單工序模生產(chǎn)。
方案二：落料沖孔。采用復合模具生產(chǎn)。
方案三：沖孔—落料級進沖壓。采用級進模生產(chǎn)。
方案一結構簡單，但須兩道工序、兩副模具才能完成，生產(chǎn)效率也低，如此則浪費了人力、物力、財力，從經(jīng)濟的角度來考慮不妥當，難以滿足大批量的生產(chǎn)要求。
方案三是一種多工位、效率高的加工方法，但級進模輪廓尺寸較大，制造復雜，成本較高，一般適用于大批量、小型沖壓件。而且工作周期長，模具結構復雜，生產(chǎn)成本過高。
方案二采用模具具生產(chǎn)，只需一副模具即可成型，模具結構緊湊，沖出的制件的精度及生產(chǎn)效率都比較高，適合大批量生產(chǎn)。沖裁薄材小型拉伸件，模具制造工作量比級進模低。
通過上述三種方案的分析比較，該工件的沖壓生產(chǎn)采用方案二為佳。
第二章 排樣設計
2.1毛坯排樣設計
在進行模具設計時，首先要設計條料排樣圖，條料排樣圖的設計是模具設計時的重要依據(jù)。模具條料排樣圖設計的好壞，對模具設計的影響是很大的，排樣圖設計錯誤，會導致制造出來的模具無法沖制零件。條料排樣圖一旦確定，也就確定了被沖制零件各部分在模具中的沖制順序、模具的工位數(shù)、零件的排樣方式、模具步距的公稱尺寸、條料載體的設計形式等一系列問題。在本模具中，排樣設計總的原則是先進行沖切廢料，然后拉伸，最后切斷，并要考慮模具的強度、剛度，結構的合理性。
沖裁件在條料、帶料或板料上的布置方法叫排樣。排樣合理就能用同樣的材料沖出更多的零件來，降低材料消耗。大批量生產(chǎn)時，材料費用一般占沖裁件的成本的60%以上。因此，材料的經(jīng)濟利用是一個重要問題，特別對貴重的有色金屬。排樣的合理與否將影響到材料的經(jīng)濟利用、沖裁質量、生產(chǎn)效率、模具結構與壽命、生產(chǎn)操作方便與安全等。
排樣的意義就在于保證用最低的材料消耗和最高的勞動生產(chǎn)率得到合格的零件。
毛坯在板料上可截取的方位很多，這也就決定了毛坯排樣方案的多樣性。典型毛坯排樣：單排、斜排、對排、無費料排樣、多排、混合排。
根據(jù)此次畢業(yè)設計的零件結構特征，決定采用單排、中間載體。采用這種毛
坯排樣的模具結構的相對簡單，模具制造較為方便。
1.條料搭邊值的確定
搭邊是指排樣時零件之間以及零件與條料側邊之間留下的剩料。其作用是使條料定位，保證零件的質量和精度，補償定位誤差，確保沖出合格的零件，并使條料有一定的剛度，不拉伸，便于送進，并能使沖模的壽命得到提高。
由參考文獻[3]表2-5得：
材料厚度為1.5mm時，條料長度大于20mm，搭邊可以取a=1.5mm，a1＝1.8mm。
2.條料的寬度
條料采用無側壓，可以確定條料與導料銷的間隙和條料寬度偏差分別
為由參考文獻[3]中公式2-24得
=【45+2×1.5】 =48mm
3.步距
沖裁模的步距是確定條料在模具中每送進一次，所需要向前移動的固定距離。步距的精度直接影響到?jīng)_件的精度。設計連續(xù)模時，要合理的確定步距的基本尺寸和精度。步距的基本尺寸，就是模具中相鄰工位的距離。連續(xù)模任何相鄰兩工位 距離都必須相等。
此次畢業(yè)設計的條料為單排，步距的基本尺寸等于沖壓件的外形輪廓尺寸和兩沖壓件間的搭邊寬度之和，其步距基本尺寸由參考文獻[3]得：
S = L + a
式中S---沖裁步距
L---沿條料送進方向，毛坯外形輪廓的最大寬度值
a----沿送進方向的搭邊值
該零件的步距確定為： S= L + a=36+1.8 = 37.8mm
a) 產(chǎn)品圖
橫向單排
c)圖材料利用率為：86﹪
圖2.1 排樣圖示意圖
毛坯排樣圖如圖2.1(c、d))所示，考慮取件的方便性，最后選擇橫向單排。
2.2 材料的利用率
1.排樣方式的確定
根據(jù)沖裁件的結構特點，排樣方式可選擇為：直排，有廢料排樣。
2.送料進距的確定
為了節(jié)約材料，應合理的選擇搭邊值。搭邊值過小，會使作用在凸模側表面上的發(fā)向應力沿切口分布不均，降低沖裁質量和模具壽命，故必須使搭邊的最小寬度大于沖裁時塑性變形區(qū)的寬度，一般可以取材料的厚度。若搭邊值小于材料的厚度，沖裁時搭邊可能被拉斷，有時還會被拉入到凸、凹模間隙中，使零件產(chǎn)生毛刺，甚至損壞模具刃口。
搭邊值的大小與材料的性能、零件的外形及尺寸、材料的厚度、送料及擋料的方式、卸料方式有關。硬材料的搭邊值可以小一些，軟材料和脆材料的搭邊值應大一些。零件尺寸大或有尖突時，搭邊值應大一些，厚材料的搭邊值取大一些。
第三章 工藝計算
3.1 沖壓工藝力的計算
工藝計算是模具設計的基礎，只有正確的計算出各道工序的凸凹模尺寸、沖壓力、毛壞尺寸等，才能設計出正確的模具。而且是選用壓力機、模具設計以及強度校核的重要依據(jù)。為了充分發(fā)揮壓力機的潛力，避免因超載而損壞壓力機，所以計算是非常必要的。
工藝計算是選用壓力機、模具設計以及強度校核的重要依據(jù)。為了充分發(fā)揮壓力機的潛力，避免因超載而損壞壓力機，所以計算是非常必要的。
3.1.1沖裁力計算
沖裁力是沖裁力、卸料力、推件力和頂料力的總稱。
沖裁力是凸模與凹模相對運動使工件與板料分離所需要的力，它與材料的厚度、工件的周長、材料的力學性能等參數(shù)有關。沖裁力是設計模具、選擇壓力機的重要參數(shù)。計算沖裁力的大小是為了合理的利用沖壓設備和設計模具。選用沖壓設備的標稱壓力必須大于所計算的沖裁力，所設計的模具必須能夠傳遞和承受所計算的沖裁力，以適應沖裁的要求。
該模具采用彈性卸料和下方出料方式?？倹_壓力由沖裁力、卸料力和推件力組成。由于采用復合沖裁模，其沖裁力由落料沖裁力和沖孔沖裁力兩部分組成
沖裁力是沖裁過程中凸模對材料的壓力，它是隨凸模行程而變化的。通常說的沖裁力是指沖裁力的最大值。平刃沖模的沖裁力可按下式計算：
（3.1）
式中 F——沖裁力（N）；
L——零件剪切周長（mm）；
t——材料厚度（mm）；
——材料抗拉強度（MPa）。
K——系數(shù),一般取K=1.3。
已知零件材料是不銹鋼銅,取=400Mpa，材料厚度t=1.5mm,L值由全部沖裁線即沖裁零件周長尺寸組成
：
1） 落料、沖孔沖裁力。材料不銹鋼的抗拉強度可按
2） 推件力。查表得推件力系數(shù)，凹模中的卡件數(shù)為2。
3） 卸料力。查表得卸料力系數(shù)。
4） 總沖壓力的確定。
所以總沖壓力=136.3KN
。
沖壓力合力的作用點稱為沖模壓力中心。沖模壓力中心應盡可能和模柄的軸線以及和壓力機滑塊的中心線重合，以使沖模平穩(wěn)地工作，減少導向機構滑動件之間的磨損，提高運動精度以及模具和壓力機的壽命。
沖模壓力中心的求法，采用求平衡力系合力作用點的方法。由于絕大部分沖
裁件沿沖裁輪廓的斷面厚度不變，輪廓各部分的沖裁力與輪廓長度成正比，所以，求合力作用點可轉化為求輪廓線的重心。具體的方法如下：
1） 按比例畫出沖壓輪廓線，選定直角坐標x-y;
2） 把圖形分成幾部分，計算各部分長度L1、L2、….Ln，并求出各部分重心位置的坐標值；
3） 按下列公式求出沖模壓力中心的坐標值（X0,Y0）
由于該零件形狀對稱，所以壓力中心在該零件的中點上坐標值（X0,Y0）。
第四章 模具總體概要設計
4.1 模具概要設計
模是用多個零件按照一定關系裝配而成的有機整體，結構是模具的“形”。模具的優(yōu)劣很大程度上體現(xiàn)在模具結構上，因此沖孔落料模具和拉伸模的結構對模具的工作性能、加工性、成本、周期、壽命等起著決定性作用。
在此次模具的結構設計大體可以分為兩步：第一步根據(jù)工序排樣的結果確定模具的基本結構框架，確定組成沖孔落料模具和拉伸模的主要結構單元及形式，對模具制造和使用提出要求；第二步確定各結構單元的組成零件及零件間的連接關系。結構設計的結果是模具裝配圖和零件明細表。
在結構設計中概要設計是模具結構設計的開始，它以工序排樣圖為基礎，根據(jù)產(chǎn)品零件要求，確定沖孔落料模具和拉伸模的基本結構框架。結構概要設計包括：
（1）模具基本結構：定位方式以及導向方式確定;卸料方式以及出件方式確定；
（2）模具基本尺寸：模具工作空間尺寸、各個板的厚度、閉合高度。
（3）模架基本結構：模架的類型;導柱與導套選配以及模柄類型的選擇。
（4）壓力機的選擇：壓力機的類型；壓力機規(guī)格。
4.2 模具零件結構形式確定
本模具是用沖孔落料模具完成的如圖4.1(a)圖。采用自行設計的模架機構導向，彈性卸料板卸料，采用裝置頂桿頂料。
4.1(a)模具二維圖
導料銷進行導向，定位板定位，推桿進行推出制件，并完成零件的沖孔、落料工序。模具主要有上模座、凸模墊板（上墊板）、凸制模固定板、卸料板、凸凹模固定板、凹模墊板（下墊板）、定位板、下模座、導柱、導套。沖孔落料模具凹模周界長160mm,寬140mm,模具總長280mm，總寬180mm。模具的閉合高度是194.5mm。凸模固定板用于安裝所有沖孔凸模、凹模板用于落料。所有沖孔凸模采用單邊掛臺固定在卸料板上，裝配后磨平。與凹模墊板采用螺釘緊固、銷釘定位的方式固定。卸料板是一整塊，采用四個螺釘固定。
4.2.1 定位機構
為限制被沖材料的進給步距和正確地將工件安放在沖模上完成下一步的沖壓工序，必須采用各種形式的定位裝置。用于沖模的定位零件有導料銷、導料板、擋料銷、定位板、導向銷、定距側刃和側壓裝置等。定位裝置應避免油污、碎屑的干擾并且不與運動機構干涉。定位精度要求較高時，要考慮粗精度和精精度兩套裝置，分步進行；坯料需要兩個以上工序的定位時，它們的定位應該一致。
綜上所述：在此次模具設計中方向采用帶側刃進行粗定位，導正銷精確定位；方向上采用導料板與導正銷進行定位。本模具中，側刃采用成型側刃的形式。在第一工位時成沖導正孔的凸模同時沖下。在第二工位時，當條料沿著導料板送進一段距離后（一個步距），導料板上的臺階（相當與擋塊的作用）擋住條料以阻止條料的繼續(xù)前進，起到粗定位的作用，上模下行時，導正銷首先插入到導正孔中，糾正送料誤差，對條料進行精確定位。采用的彈頂結構，在工作的時候可以起到頂料的作用，將條料頂出繼續(xù)向前送料。
4.2.2 卸料機構
卸料機構的主要作用是把材料從凸模上卸下，有時也可作壓料板用以防止材料變形，并能幫助送料導向和保護凸模等?？煞譃楣潭▌傂孕读习逡约皬椥孕读习濉?
在本次模具設計中采用彈性卸料板，彈性卸料板具有卸料和壓料的雙重作用，多用于沖制薄料，使工件的平面度提高。在拉伸成型時，可以防止條料發(fā)生側移。當上模上行時，卸料板將卡在凸模上的條料推下。同時，在下模部分安裝有彈頂裝置，上模上行一段距離后，卸料板不再壓住條料時，頂件塊和浮頂裝置將條料頂出最大的成型距離。此時，條料完成了一個工位的成型，向前送進一個步距。
4.2.3 導向機構。
對生產(chǎn)批量大，要求模具壽命和制件精度較高的沖模。一般應采用導向機構來保證上、下模的精確導向。上、下模導向，在凸、凹模開始閉合前或壓料板接觸制件前就應該充分的合上。導向機構有導柱、導套機構，側導板與導板機構和導塊機構。在此副模具中由于零件的尺寸較小，對制件的精度要求較高。所以采用四角滾動導柱、導套和旋入式模柄配合，這樣的四導柱導向精度比較平穩(wěn)，精度較高。
第五章 模具詳細設計
5.1 工作零件
5.1.1沖裁凸、凹模刃口尺寸計算
一、沖裁凸、凹模刃口尺寸計算原則
計算沖裁凸、凹模刃口的依據(jù)為：①沖裁變形規(guī)律，即落料件尺寸與凹模刃口尺寸相等，沖孔尺寸與凸模刃口尺寸相同。②零件的尺寸精度。③合理的間隙值。④磨損規(guī)律，如圓形凹模尺寸磨損后變大，凸模尺寸磨損后變小，間隙磨損后變大。⑤沖模的加工制造方法。因而在計算人口尺寸時應按下述原則進行。
㈠ 保證沖出合格的零件
根據(jù)沖裁變形規(guī)律，沖孔尺寸等于凸模刃口尺寸，落料件尺寸等于凹模刃口尺寸。因而沖孔時，應以凸模為基準。落料時，以凹模為基準?；鶞始某叽鐟诹慵墓罘秶鷥?nèi)。沖孔時間隙取在凹模上，落料時間隙取在凸模上。
㈡ 保證模具有一定的使用壽命
新模具的間隙應是最小的間隙，磨損后到最大合理間隙。考慮到?jīng)_裁時凸、凹模的磨損，在設計凸、凹模刃口尺寸時，對基準刃口尺寸在磨損后增大的，其刃口的公稱尺寸應取工件尺寸公差范圍內(nèi)較小的數(shù)值。對基準件刃口尺寸在磨損后減小的，其人口的公稱尺寸應取工件尺寸公差范圍內(nèi)較大的數(shù)值。這樣，在凸凹模磨損到一定程度的情況下，仍能沖出合格的零件。
㈢ 考慮沖模制造修理方便，降低成本
為使新模具的間隙值不小于最小合理間隙，一般凹模公差標注成+，凸模公差標注成。間隙能保證的條件下不要把制造公差定的太緊。一般模具制造精度比工件精度高2至4級。若零件沒有標注公差，對于非圓形見按國家標準“非配合尺寸的公差數(shù)值”IT14精度處理。本畢業(yè)設計對未標注公差的零件尺寸采用IT12精度處理。
二、沖裁刃口尺寸計算方法
制造沖模的關鍵主要是控制凸、凹模刃口尺寸及其間隙合理。由于模具加工方法不同，凸、凹模刃口尺寸計算公式和公差標注也不同。凸、凹模刃口尺寸的計算方法基本上可分為兩類，分別加工與配合加工，對于形狀復雜或薄料的沖裁件的沖裁，為了保證凸、凹模之間的間隙值，一般采用配合加工。此方法是先加工好其中一件（凸模或凹模）作為基準件，然后以此基準件來加工另一件，使他們之間保持一定的間隙。這種加工方法的特點是
⑴ 模具間隙是在配制中保證的，因此不需要較核，所以加工基準時可以適當放寬公差，使其加工容易。
⑵ 尺寸標注簡單，只需在基準件上標注尺寸和公差，配制件僅標注基準尺寸并注明配做所留間隙值。
由于形狀復雜工件各部分尺寸性質不同，凸模與凹模磨損情況也不同，有變大的、有變小的、也有不變的，必須對有關尺寸進行具體分析后，按前述尺寸計算原則區(qū)別對待。
查表2-1得模具沖裁間隙值，，查表2.11的凸、凹模制造公差：，，查表2-4得，因數(shù)x=0.75, 取0.2
校核：Zmax-Zmin=0.15-0.12=0.03mm，
滿足校核條件
1. 沖孔 應以凸模為基準，然后配做凹模。
⑴變小的尺寸 這類尺寸就是前面所述沖孔基準件凸模尺寸，應按式：應用公式:
⑵增大的尺寸 這類尺寸在沖孔凸模上相當于落料基準件凹模尺寸，應按式計算：
⑶無變化的尺寸 這類尺寸可分為以下情況：
當孔的尺寸為時 =
當孔的尺寸為時 =
當孔的尺寸為時
2．（1）沖孔 沖9的孔應以凸模為基準，然后配做凹模
（2）落料 應以凹模為基準，然后配做凸模
按計算尺寸和公差制造凸模后，再按凸模刃口實際尺寸并保證最小合理間隙配做凹模。
5.1.2凸模高度設計
凸模的長度應根據(jù)模具的具體結構確定，同時要考慮凸模的修磨量以及固定板與卸料板之間的安全距離等因素。本模具設計采用彈性卸料板，凸模的長度計算可按下式：
L=
式中——凸模固定板的厚度mm；
——卸料板的厚度mm；
t——材料的厚度mm；
h——附加長度mm。包括凸模的修磨量，凸模進入凹模的深度，凸模固定板與卸料板之間的安全距離等。一般取h=15至1.5mm。
本次級進模具設計的凸模長度設計是以第六工位拉伸凸模高度h為基準，
其余的凸模長度以此為基準進行必要的加長或縮短。
5．2.1定位零件
為了限制被沖材料的進給步距和正確地將工件安放在沖模上完成下一步的沖壓工序，必須采用各種形式的定位裝置，用于沖模的定位零件有導料銷、導料板、擋料銷、定位銷和惻壓裝置等。定位裝置應可靠并具有一定的強度，以保證工作精度、質量的穩(wěn)定；定位裝置應可以調(diào)整并設置在操作者容易觀察和便于操作的地方；定位裝置應避開油污的干擾并且不與運動機構干涉。定位精度要求較高定位零件的作用是使毛坯（條料或塊料）送料時有準確的位置，保證沖出合格的制件。毛坯在模具中的定位有兩個內(nèi)容：一是送料方向上的定位，用來控制送料的進距，通常稱為擋料，二是與送料方向上垂直方向的定位，通常稱為送進導向。
5.2.2 擋料零件
導料銷或導料板是對條料或帶料的側向進行導向，以免送偏的定位零件。
導料銷一般設置兩個，并在位于條料的同側，從右向左送料時，導料銷裝在后側；從前向后送料時導料銷裝在左側。導料銷可以設置在凹模面上，也可以設置在彈性卸料板上；還可以設置在固定板或下模座平面上。固定式和活動式的導料銷可選用標準結構，通常與擋料銷的結構一樣。導料銷的導向定位多用與單工序模和模具中。
5.3 出件零件
5.3.1 卸料零件
卸料裝置有固定卸料裝置和彈壓卸料裝置，彈性卸料裝置有卸料板、彈性元件、（彈簧和橡膠）等零件組成。彈性卸料既起卸料作用又起壓料作用，所以沖裁零件質量較好，平直度較高，因此，質量要求教高的沖裁或薄板沖裁宜用彈性卸料裝置。
本模具采用了彈性卸料裝置，零件的厚度為1.5mm，考慮卸料力的問題在前面算過了，厚度為30mm的橡膠，具體計算如下
(1) 確定橡膠的自由高度
，t為材料厚度
所以
(2)確定橡膠的橫截面積A
查表6-9得P=1.05，所以
(3)橡膠的安裝高度
在本副模具中，采用彈性卸料裝置卸料，彈頂器推動推桿，推桿推動零件，然后進行卸料。如圖5.1所示：
5.3.2 頂件零件
橡膠是模具中廣泛使用的彈性元件，主要為彈性卸料、壓料及出件裝置等提供所要求的作用力和行程。
1.卸料的選用
屬于標準件，沖壓模具中。在此次畢業(yè)設計中選用。主要的選用依據(jù)如下：
卸料螺釘個數(shù)n=4，
5.4 導向零件
采用滾動式導柱、導套：
導柱1為：導柱D30×150 材料為20鋼
導套1為：導套D40×75 材料為20鋼
數(shù)量為2對
5.5 其他零件
1.模架選用的是：
2.固定板規(guī)格是：160mm×140mm×20mm 材料選用45鋼
3.墊板規(guī)格是： 160mm×140mm×10mm 材料選用Cr12鋼，熱處理之后硬度達到45～50HRC
4.采用旋入式模柄，如圖5.2所示：
圖5.2 模柄結構
旋入式模柄的優(yōu)點是，通過螺紋與上模座連接，并加螺絲防止松動，這樣模具拆裝方便。旋入式模柄可以給與一定的調(diào)整余地，使得壓力中心線重合，提高了模具生產(chǎn)精度，提高了模具的運動精度和使用壽命。
在模具中的固定用零件主要有模固定板，墊板以及螺釘和銷釘?shù)取?
第六章 設備選擇
6.1 設備噸位確定
沖壓設備選用是沖壓工藝設計過程中的一項重要的內(nèi)容。必須根據(jù)沖壓工序的性質、沖壓力、變形功、模具結構型式、模具的閉合高度和輪廓尺寸以及生產(chǎn)批量、生產(chǎn)成本、產(chǎn)品質量等諸多因素，結合單位現(xiàn)有設備條件進行。
6.1.1設備類型的選擇
設備類型的選擇要依據(jù)沖壓件的生產(chǎn)批量、工藝方法與性質及沖壓件的尺寸、形狀與精度等要求來進行。
由參考文獻[5]表18.4-19和表18.4-20，初步選擇開式通用機械式壓力機。
6.1.1設備規(guī)格的選擇
設備規(guī)格的選擇應根據(jù)沖壓件的形狀大小、模具尺寸及工藝變形力來進行。從模具設備上安裝并能開始工作的順序來考慮，其設備規(guī)格的主要參數(shù)有以下幾個。
1）行程 壓力機行程的大小，應該保證坯料的方便放進與零件的方便取出。例如，對于拉深工序所用的壓力機行程，至少應保證：壓力機的行程S>2h（h為零件的高度）。
2）裝配模具的相關尺寸 壓力機的工作臺面尺寸應大于模具的平面尺寸，還應有模具安裝與固定的余地，但過大的余地對工作臺受力不利；工作臺面中間孔的尺寸要保證漏料或順利的安裝模具頂出料裝置；大噸位壓力機滑塊上應加工出燕尾槽，用于固定模具，而一般開式壓力機滑塊上有模柄孔尺寸，為兩件哈夫式夾緊模柄用。
3）閉合高度 沖床的閉合高度是指滑塊處于下死點時，滑塊下表面至工作臺上表面的距離。這個高度是沖壓操作的空間高度尺寸。顯然，沖床的最大閉合高度要大于模具的最大閉合高度，最小閉合高度要小于模具的最小閉合高度，一般?。?
Hmax-5mm≥H≥Hmin+10mm
如果沖模的閉合高度H大于壓力機的最大閉合高度，沖模將不能在該壓力機上工作。反之，H小于壓力機的最小閉合高度時，可加墊板。
設備噸位 設備噸位的選擇，首先要以沖壓工藝的所需要的變形力為前提。要求設備的名義壓力要大于所需的變形力，而且，還要有一定的力量儲備。
查參考文獻3 表1-5(開式壓力機技術參數(shù))，初選擇200KN的開式壓力機J23-20，其技術參數(shù)如下:
公稱壓力： 200KN
公稱力行程： 60mm
滑塊行程： 300mm
行程次數(shù)： 100spm
最大裝模高度： 260mm
裝模高度調(diào)節(jié)量：70mm
工作臺尺寸： 前后300mm、左右400mm
6.2 設備校核
6.2.1.壓力行程
該模具的開模高度大概有194.5mm，選擇的壓力機的滑塊行程為70mm,所以壓力機的行程滿足要求。
6.2.2.壓力機工作臺面尺寸
由于模具外形尺寸為：前后180mm，左右280mm，而壓力機工作臺面尺寸為：前后300mm、左右400mm，所以滿足條件。主要參數(shù)均符合條件，因此最終J23-20。
結 論
在本課題沖孔落料模設計中，采用二維的畫法，首先根據(jù)零件的形狀進行工藝性分析，然后選擇最佳的成形工藝方案；然后進行條料寬度，以及沖壓工藝的計算，根 所算出的數(shù)據(jù)進行排樣設計，得出最佳的排樣設計方案；計算沖孔、落料時凸模、凹模的尺寸，利用分別加工法加工；最后根據(jù)排樣圖以及各零件的尺寸，確定模具的基本結構。本模具采用中間導柱模架，滑動導柱、導套機構導向，彈性卸料板卸料，采用彈頂裝置頂料。
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致謝
做畢業(yè)設計的這兩個月時間是我大學生涯中最有價值的一段時光。這里有治學嚴謹而不失親切的老師，有互相幫助的同學，更有向上、融洽的學習生活氛圍。借此論文之際，我向所有幫助過我的人表示誠摯的謝意。
首先，感謝老師的悉心指導，在我畢業(yè)設計和論文的整個完成過程中都凝聚著老師的智慧和心血，你給了我熱心關懷和諄諄教誨。從畢業(yè)設計的選題開始到設計完成，中間過程中我遇到了很多的困難，老師的大力支持和精心的指導使我能夠及時地調(diào)整好狀態(tài)，投入到正常的設計中去，按時的完成進度要求，并最終完成了課題，順利完成了設計的基本要求。您的教誨對我來說是一筆非常寶貴的財富，不但對于我現(xiàn)在的畢業(yè)設計，也對我將來走上工作崗位都有著極大的鼓勵和幫助。這些都使我在各方面取得了可貴的進步。在此謹向老師致以深深的謝意。
其次，我要感謝我們這組的同學，是你們的無私的幫助讓我能夠順利完成設計，從你們那里我學到了很多知識，謝謝你們的幫助。
此次的畢業(yè)設計，給了我一個相對獨立完成課題的機會。在完成整個設計的過程中，我學到了很多書本上沒有的知識，并將這些與自身的實際能力很好的結合了起來，真正了解了自己所要從事的事業(yè)，使自己有了很大的提高。
最后，再次感謝老師和同學們在畢業(yè)設計過程中所給予的指導與幫助
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