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1、西南大學本科畢業(yè)設計（論文） 密封端蓋的沖壓工藝及模具設計 - 25 - 摘 要 本文通過對一個實際的零件－密封端蓋的沖壓工藝設計和模具設計，說明了常用機械結構設計的一般方法和步驟，并給出了一些在設計過程中所遇到的問題和參加實際設計的感受。說明了在設計過程中應該樹立的態(tài)度和作風，設計所要達到的目的和需要培養(yǎng)的能力，給出了一般論文的格式和寫作方法。 關鍵詞：加工工藝；沖壓模具；工藝計算；結構設計 Abstract Through the designing of the stamping technique and the die abou

2、t a actual part-seal cover. The author in this text express a normal method and step. Even more, exposure some questions during the process of the designing and some feeling when participating the real designing. Introducing the attitude dealing style the purpose of your designing and the ability n

3、eeded to cultivate during the process of designing. At last the writing method and style of the normal thesis are also included! Key Words：Processing technology　Ramming mold Process design Structural design 目錄 摘 要 - 2 - Abstract - 2 - 文獻綜述 - 4 - 一、我國模具的使用歷史 - 4 - 二、我國模具生產(chǎn)的現(xiàn)狀 - 4 -

4、 三、模具的發(fā)展方向 - 6 - 1 前 言 - 8 - 2 零件加工工藝分析 - 8 - 2.1冷沖壓的定義及特點 - 8 - 2.2 零件結構工藝分析 - 9 - 2.2 沖壓工序的選擇及工藝方案的確定 - 9 - 2.3 沖壓工藝方案的比較及模具結構形式的選擇 - 10 - 2.4 毛坯尺寸計算及排樣設計 - 11 - 2.5 冷沖壓工藝規(guī)程的制訂及工藝過程卡片的編制 - 14 - 3 沖模設計 - 15 - 3.1 工藝計算 - 16 - 3.2 定位方式的選擇 - 20 - 3.3 卸料與出件裝置 - 20 - 3.4 模具結構設計 - 21 - 3.

5、5 壓力中心的計算 - 23 - 參考文獻 - 24 - 文獻綜述 當前，隨著世界經(jīng)濟一體化趨勢的發(fā)展。中國作為一個具有豐富廉價勞動力的國家，正越來越受外國資本的親睞。制造業(yè)作為一種勞動密集型行業(yè)正逐漸向中國轉移，中國正成為“世界工廠”。中國制造業(yè)GDP39%，占工業(yè)總產(chǎn)值77.6%，占國家稅收總額30% 和財政收入27%。占全國工業(yè)職工90%；占出口總額90%。當一個國家成為“世界工廠”后，必然是世界數(shù)一數(shù)二的經(jīng)濟強國。模具以其生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品質量好的特點在整個制造業(yè)中占有極其重要的位子。而模具生產(chǎn)技術水平的高低，已成為衡量一個國家產(chǎn)品制造水平高低的重要標志，因為模具在很大程度

6、上決定著產(chǎn)品的質量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。 一、我國模具的使用歷史 模具這項在世界上廣泛運用的加工手段，正式我們祖先智慧的結晶。是我們中華民族對世界的又一重大貢獻。我國使用模具的歷史可以追述到商朝。在商朝，青銅器的使用就已經(jīng)非常的普遍。同時青銅器的制造水平也很高，模具的使用也是非常的普遍。于是才有了“司母戊大方鼎”和“四羊方樽”這樣的青銅器精品。到了春秋戰(zhàn)國時期，鐵器開始出現(xiàn)，并逐漸的取代青銅器。模具的使用技術也更為完善。在秦漢時期，模具技術已非常的完善了，如地動儀的產(chǎn)生，就缺不了模具的功勞。以后的各個朝代，對模具的使用都非常的大。當時中國的模具技術一直走在世界的前列。在這段時間里，模具

7、技術通過各種途徑傳到了世界各國。并在生產(chǎn)中發(fā)揮了極其重要的作用。模具技術也得到了相應的發(fā)展。但是在近代，由于封建統(tǒng)治者的政策失誤和連年的戰(zhàn)爭，導致了我國在模具方面的技術遠遠的落在了其他發(fā)達國家的后面。所以，我們現(xiàn)在不得不從國外引進先進的技術來發(fā)展本國的模具技術。 二、我國模具生產(chǎn)的現(xiàn)狀 由于歷史原因形成的封閉式、“大而全”的企業(yè)特征，我國大部分企業(yè)均設有模具車間，處于本廠的配套地位，自70年代末才有了模具工業(yè)化和生產(chǎn)專業(yè)化這個概念。模具工業(yè)主要生產(chǎn)能力分散在各部門主要產(chǎn)品廠內的工模具車間，所生產(chǎn)的模具基本自產(chǎn)自用。據(jù)粗略估計，產(chǎn)品廠的模具生產(chǎn)能力占全國模具生產(chǎn)能力的75%，他們的裝備水平較

8、好，技術力量較強，生產(chǎn)潛力較大，但主要為本廠產(chǎn)品服務，與市場聯(lián)系較少，經(jīng)營機制不靈活，不能發(fā)揮人力物力的潛力。模具專業(yè)廠全國只有二百家左右，商品模具只占總數(shù)的20%左右，模具標準件的商品率也不到20%。由于受舊管理體制的影響。模具生產(chǎn)的生產(chǎn)效率不高，經(jīng)濟效益較差。模具生產(chǎn)的專業(yè)化、商品化和技術管理水平都比較低?，F(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展要求各行各業(yè)產(chǎn)品更新?lián)Q代快，對模具的需求量加大。一般模具國內可以自行制造，但很多大型復雜、精密和長壽命的多工位級進模大型精密塑料模復雜壓鑄模和汽車覆蓋件模等仍需依靠進口。改革開放20多年來，我國的模具工業(yè)獲得了飛速的發(fā)展，設計、制造加工能力和水平、產(chǎn)品檔次都有了很大的提高。

9、據(jù)不完全統(tǒng)計，全國現(xiàn)有模具專業(yè)生產(chǎn)廠、產(chǎn)品廠配套的模具車間(分廠)近17000家，約60萬從業(yè)人員，年模具總產(chǎn)值達200億元人民幣。但是，我國模具工業(yè)現(xiàn)有能力只能滿足需求量的60%左右，還不能適應國民經(jīng)濟發(fā)展的需要。目前，國內需要的大型、精密、復雜和長壽命的模具還主要依靠進口。1997年中國模具工業(yè)協(xié)會對下屬的209家骨干企業(yè)(含產(chǎn)品廠的模具車間)的統(tǒng)計資料表明，其模具總產(chǎn)值13.7億元人民幣，進口模具大約為336萬美元。按產(chǎn)值計算，目前我國沖壓模占50%左右，我國沖壓模大多為簡單模、單工序模和符合模等，精沖模，精密多工位級進模還為數(shù)不多，模具平均壽命不足100萬次，模具最高壽命達到1億次以上

10、，精度達到3～5μm，有50個以上的級進工位，與國際上最高模具壽命6億次，平均模具壽命5000萬次相比，處于80年代中期國際先進水平。 在采用CAD/CAM/CAE/CAPP等技術設計與制造模具方面，無論是應用的廣泛性，還是技術水平上都存在很大的差距。在應用CAD技術設計模具方面，僅有約10%的模具在設計中采用了CAD，距拋開繪圖板還有漫長的一段路要走；在應用CAE進行模具方案設計和分析計算方面，也才剛剛起步，大多還處于試用和動畫游戲階段；在應用CAM技術制造模具方面，一是缺乏先進適用的制造裝備，二是現(xiàn)有的工藝設備(包括近10多年來引進的先進設備)或因計算機制式(IBM微機及其兼容機、HP工

11、作站等)不同，或因字節(jié)差異、運算速度差異、抗電磁干擾能力差異等，聯(lián)網(wǎng)率較低，只有5%左右的模具制造設備近年來才開展這項工作；在應用CAPP技術進行工藝規(guī)劃方面，基本上處于空白狀態(tài)，需要進行大量的標準化基礎工作；在模具共性工藝技術，如模具快速成型技術、拋光技術、電鑄成型技術、表面處理技術等方面的CAD/CAM技術應用在我國才剛起步。我國大部分模具廠、車間的模具加工設備陳舊，在役期長、精度差、效率低，至今仍在使用普通的鍛、車、銑、刨、鉆、磨設備加工模具，熱處理加工仍在使用鹽浴、箱式爐，操作憑工人的經(jīng)驗，設備簡陋，能耗高。設備更新速度緩慢，技術改造，技術進步力度不大。雖然近年來也引進了不少先進的模具

12、加工設備，但過于分散，或不配套，利用率一般僅有25%左右，設備的一些先進功能也未能得到充分發(fā)揮。 缺乏技術素質較高的模具設計、制造工藝技術人員和技術工人，尤其缺乏知識面寬、知識結構層次高的復合型人才。中國模具行業(yè)中的技術人員，只占從業(yè)人員的8%~12%左右，且技術人員和技術工人的總體技術水平也較低。1980年以前從業(yè)的技術人員和技術工人知識老化，知識結構不能適應現(xiàn)在的需要；而80年代以后從業(yè)的人員，專業(yè)知識、經(jīng)驗匱乏，動手能力差，不安心，不愿學技術。近年來人才外流不僅造成人才數(shù)量與素質水平下降，而且人才結構也出現(xiàn)了新的斷層，青黃不接，使得模具設計、制造的技術水平難以提高。 三、模具的發(fā)展方

13、向 模具CAD/CAE/CAM正向集成化、三維化、智能化和網(wǎng)絡化方向發(fā)展。模具軟件功能的集成化要求軟件的功能模塊比較齊全，同時各功能模塊采用同一數(shù)據(jù)模型，以實現(xiàn)信息的綜合管理與共享，從而支持模具設計、制造、裝配、檢驗、測試及生產(chǎn)管理的全過程，達到實現(xiàn)最佳效益的目的。集成化程度較高的軟件還包括：Pro/ENGINEER、UG和CATIA等。國內有上海交通大學金屬塑性成型有限元分析系統(tǒng)和沖裁模CAD/CAM系統(tǒng)。模具設計、分析、制造的三維化、無紙化要求新一代模具軟件以立體的、直觀的感覺來設計模具，所采用的三維數(shù)字化模型能方便地用于產(chǎn)品結構的CAE分析、模具可制造性評價和數(shù)控加工、成形過程模擬及信

14、息的管理與共享。隨著世界經(jīng)濟的全球化，各企業(yè)競爭的加劇。企業(yè)間的交流必然要求模具的設計要有一個方便，快捷的平臺可供技術交流。即是模具設計的網(wǎng)絡花。 模具檢測、加工設備向精密、高效和多功能方向發(fā)展。精密、復雜、大型模具的發(fā)展，對檢測設備的要求越來越高?，F(xiàn)在精密模具的精度已達2～3μm，目前國內廠家使用較多的有意大利、美國、日本等國的高精度三坐標測量機，并具有數(shù)字化掃描功能?？s短產(chǎn)品開發(fā)周期是贏得市場競爭的有效手段之一。與傳統(tǒng)模具加工技術相比，快速經(jīng)濟制模技術具有制模周期短、成本較低的特點，精度和壽命又能滿足生產(chǎn)需求，是綜合經(jīng)濟效益比較顯著的模具制造技術。 在經(jīng)濟全球化的新形勢下，隨著資本、技

15、術和勞動力市場的重新整合，我國在加入WTO以后，將成為世界制造業(yè)的基地。而在現(xiàn)代制造業(yè)中，無論哪一行業(yè)的工程裝備，都越來越多地采用由模具工業(yè)提供的產(chǎn)品。而我國的模具技術由于歷史的原因，與國外先進的設計制造技術還有很大的距離。為了適應用戶對模具制造的高精度、快速生產(chǎn)、低成本的迫切要求，模具工業(yè)正廣泛應用現(xiàn)代先進制造技術來加速模具工業(yè)的技術進步，滿足各行各業(yè)對模具這一基礎工藝裝備的迫切需求。 1 前 言 在大學的四年里我們學的東西很多，但同時也很分散。很難系統(tǒng)的運用我們所學的各門

16、知識。畢業(yè)設計對于我們一個本科生而言要想有什么創(chuàng)新，是非常困難，也不太現(xiàn)實的。我們進行畢業(yè)設計的目的就是為了通過畢業(yè)設計對大學四年所學習的各門知識進行一個總結，它就是一個融會貫通的過程。比如，在我的畢業(yè)設計任務——密封端蓋的沖壓工藝及模具設計，它雖然只是眾多加工工藝中的一種，但在設計的過程里會用到材料、力學、加工方法、制圖、計算機等等多門知識。在設計中，主要的是要樹立正確的設計思想和嚴肅認真的科學態(tài)度，培養(yǎng)理論聯(lián)系實際的研究精神。培養(yǎng)自主研究和實事求是的工作作風；培養(yǎng)進行科學研究和產(chǎn)品開發(fā)的初步能力。通過本次畢業(yè)設計，基本能夠綜合運用所學知識分析和解決實際工程技術問題；學會收集，查閱和綜合分析

17、各種資料，正確運用各種標準手冊和工具書籍，進一步提高分析、計算、繪圖等基本技能；掌握常用機械結構設計的一般方法和步驟，學會設計說明書、論文摘要、文獻綜述等的寫作，為今后的實際工作打下一定的基礎。 2 零件加工工藝分析 2.1冷沖壓的定義及特點 沖壓是建立在金屬塑性變形的基礎上，利用安裝在沖壓設備上的模具對材料施加壓力，使其產(chǎn)生塑性變形或分離，從而獲得所需零件(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的零件，所以，也叫冷沖壓或材料沖壓。沖壓工藝與模具、沖壓設備和沖壓材料構成了沖壓加工的“三要素”。 冷沖壓工藝是一種先進的金屬加工方法，

18、與機械加工及塑性加工的其他方法相比，它具有以下特點： ①生產(chǎn)效率高，且操作方便，易于實現(xiàn)機械化和自動化。 ②產(chǎn)品的尺寸精度穩(wěn)定，且互換性好。沖壓時模具保證了沖壓件的尺寸和形狀精度，制得的零件一般不進行進一步的加工。 ③適應性廣，沖壓可以加工出尺寸范圍大，形狀復雜的零件。 ④材料利用率高，一般為70%~80%，一般沒的切削碎料生成，材料消耗較少。 ⑤在大批量生產(chǎn)條件下，生產(chǎn)成本低。 2.2 零件結構工藝分析 對于該密封端蓋零件為薄板工件，板料厚度為1.5mm，年產(chǎn)量20萬件，屬于中批量生產(chǎn)，從以上信息可以考慮用沖壓加工來完成。 如圖1所示，該端蓋零件4-Φ7孔用于固定，要求位置公

19、差為Φ75；中間部分為圓筒，凹下部分為Φ50，且中間圓筒部分的公差為IT13；四個固定孔無公差要求，且四個孔對稱分布，要求孔無變形；材料為Q235A。中間拉深部分的拉深系數(shù)為50/129 = 0.39。它小于帶法蘭筒形件首次拉深的極限拉深系數(shù)0.49。故可采用冷沖壓加工一次拉深完成，又因為Φ7孔邊距外輪廓的距離遠大于凸凹模允許的最小壁厚。故可考慮采用復合沖壓工藝，無凸凹模強度之憂。 2.2 沖壓工序的選擇及工藝方案的確定 冷沖壓工藝大致可以區(qū)分為分離工序和成形工序兩大類。 分離工序是指坯料在模具刃口作用下，沿一定的輪廓線分離而獲得沖壓件的加工方法。分離工序主要有落料、沖孔和切割等。 成

20、形工序是指坯料在模具壓力作用下，使坯料產(chǎn)生塑性變形，但不產(chǎn)生分離而獲得具有一定形狀和尺寸的沖壓件的加工方法。成形工序可分為彎曲、拉深、翻孔、翻邊、漲形、擴口、縮口和旋壓等。 根據(jù)產(chǎn)品零件的形狀、尺寸精度和其他技術要求，可以分別采用各種工序或復合工序對板料毛坯進行加工，以獲得所需要的零件。 根據(jù)該零件自身的一些特點和技術要求，沖壓該零件的基本工序可分為落料、拉深、沖孔、切邊。該零件的中部凹下部分可由圖2所示的兩種方法中的任何一種都可加工得到。 (a) (b) 圖2 密封端蓋的加工工序示意圖 第1種方法(a)的優(yōu)點是由于采用了集中的復合模，所以只

21、用一副模具即可完成零件該部分的成形加工。這樣可以提高生產(chǎn)率，減少所需沖床和操作人員數(shù)量。但也有以下缺點： ①模具磨損快，壽命低。因為毛坯的整個面積幾乎都參與激烈的拉深變形，并且需要很大的壓邊力和拉深力，這就要求必須要選用相對較大噸位的壓力機才能完成對零件的沖壓，這造成了不必要的浪費。并且大噸位的壓力機占用的空間也比較大，造成了廠房、維護人員的浪費。 ②由于在拉深帶凸緣的工件時必須要有壓邊裝置，即存在壓邊力，該力會使得工件與模具間的接觸面積大為增加，同時也增大了工件與模具間的摩擦力，使得工件表面擦傷嚴重且擦傷面積很大。 ③由于拉深時可能由于壓邊力的分布不均勻和拉深部分形狀的不同使得工件的形

22、狀和尺寸不精確，法蘭部分易出現(xiàn)皺紋等拉深缺陷，彎角外材料邊薄嚴重，容易出現(xiàn)破裂的拉深缺陷，這是由于凸凹模圓角處的阻力大造成，和大壓邊力有直接關系。 第2種方法(b)先用一副模具拉深需要拉深的部分，然后在另一副模具上翻邊。顯然拉深變形比第1種方法要緩和，所需要的拉深力也要小的多。因為在拉深的時候，由于沒有要求要把凸緣部分也同時加工出來，所以，它可以不要或少要壓邊力，這使得工件與模具間的摩擦力和接觸面積都大為降低，從而減少了模具與工件之間的摩擦而增強了工件的表面質量，使劃傷的缺陷減少。模具的工作條件大為改善，工件法蘭處的表面質量大為提高。但是增加了模具、壓力機和工作人員的數(shù)量，與方法(a)相比，

23、同樣一個過程，方法(b)用了兩副模具來完成，相對應需要的壓力機和工作人員也是方法(a)的兩倍，從某種意義上來說，它造成了人力資源和設備的浪費。 零件上的孔，全為圓孔，且對稱的分布，為了保證孔不變形，應該在后續(xù)的工序里完成沖孔。且應盡量在平面毛坯上沖出，以保證孔的質量和簡化模具結構。該零件的Φ7孔與邊緣的距離為4.5mm，大于1.0t = 1.5mm，所以，沖孔時不易引起孔的變形，即可以采用沖孔和切邊復合加工，一次性完成。但拉深時外形會發(fā)生變化，所以Φ7孔應在拉深完成后切邊前沖出，且拉深的Φ50部分可以作后續(xù)工序的定位用。 2.3 沖壓工藝方案的比較及模具結構形式的選擇 冷沖壓模具是實現(xiàn)冷

24、沖壓生產(chǎn)的主要工藝設備。沖壓件的表面質量、尺寸精度、生產(chǎn)率以及生產(chǎn)成本與模具類型及其結構設計有直接的關系。沖壓模具的結構性能直接反映了沖壓技術水平的高低。沖壓生產(chǎn)對模具結構的基本要求是：在保證沖出合格零件的前提下，應具有結構簡單，操作方便、安全，使用壽命長，易于制造、維修，成本低廉等特點。模具的形式很多，按工序組合程序可分為單工序模、復合模、連續(xù)模。 對于該端蓋零件，根據(jù)前面的分析，沖壓該零件可能有以下幾種方案： 方案1：工序集中，落料與拉深復合；沖孔與落料復合，一次性拉深成型；采用兩副模具,先進行落料－拉深，然后進行沖孔－落料。 方案2：工序集中，落料與拉深復合；然后翻邊；然后沖孔落料

25、復合；采用三副模具完成，先落料－拉深，再翻邊，最后完成沖孔－落料。 方案3：全部工序分開，用單個模分別加工，用四副模具完成，沖壓順序按落料－拉深－沖孔－切邊。 方案4：工序全部集中，落料、拉深、沖孔、落料連續(xù)沖壓，采用連續(xù)模，只用一副模具完成，工序過程按沖孔－拉深－沖孔－落料。 比較上述幾種方案： 方案1的優(yōu)點是工序比較集中，只需要兩副模具，尺寸和形狀精確，占用人員和設備相對較少，但模具的壽命較短，工件表面的刮傷厲害，厚度有變薄，但該零件要求的表面質量不高，盡管復合模的結構相對復雜，但對于幾何形狀簡單對稱的零件，模具的制造并不困難。 方案2的優(yōu)點是模具的壽命長，沖壓件的形位精度和尺寸

26、精度易于保證，工件表面的質量較好，生產(chǎn)率高，盡管復合模的結構相對復雜，但對于幾何形狀簡單對稱的零件，模具的制造并不困難。但需要三副模具，占用人員和設備相對較多，工序相對分散。 方案3的優(yōu)點是模具結構簡單，模具的壽命長，制造周期短，投產(chǎn)快，但尺寸和形狀精度低，工序分散，需要四套模具，生產(chǎn)效率低，難以滿足該零件的年產(chǎn)量要求，需用人員和壓力機多，勞動量大。 方案4的優(yōu)點是工序最為集中，只用一副模具完成全部工序，由于其實質是把方案3中各工序分別配置到連續(xù)模的各個工位上，所以，它具有方案3的各項優(yōu)點，缺點是模具結構復雜，安裝調試維修困難，制造周期長，且對于該零件中間無孔，定位較難，要在模具上設置多定

27、位才可滿足要求。 綜上所述，考慮到該零件精度要求較高，表面質量要求不高，批量不大，故選用第1種方案。 2.4 毛坯尺寸計算及排樣設計 2.4.1毛坯尺寸計算 毛坯直徑： 　　　　　　 　　　　　　(mm) 式中，—— 拉深部分中徑(mm)； —— 拉深后外徑(mm)； h —— 中高(mm)。 查《模具簡明設計手冊》表4.8，可得邊修余量mm， 則，實際毛坯直徑：(mm)。 所以，實際毛坯面積：πd==10023.665(mm2)。 2.4.2排樣設計 沖裁件在板料、帶料或條料上的布置方式稱為排樣。合理的排樣可以有效的降低成本和保證制件質量及模具壽命。 ⑴ 合理排

28、樣的原則 在排樣時為達到合理性應考慮下列原則： ①合理的排樣方法使操作方便，勞動強度低且安全。 ②模具的結構簡單、使用壽命長。 ③提高材料的利用率，在不影響零件的性能的前提下，可以適當?shù)母淖儧_裁件的形狀。 ④保證制件質量和制件對板料纖維方向的要求。 ⑵ 排樣的種類及工藝特點 排樣一般分為有廢料排樣、少廢料排樣和無廢料排樣三種。 ①有廢料排樣：是指在板料上沖裁件四周都有搭邊，沖裁后搭邊成為廢料。其材料利用率低，但制件的質量和模具的使用壽命較高，多用于制件形狀復雜、尺寸精度要求較高的排樣。 ②少廢料排樣：是指沿制件的部分外輪廓切斷或沖裁，即制件與條料的側邊，或制件與制件之間有部分

29、搭邊的排樣。這種排樣方法，材料的利用率較高，常用于某些尺寸要求不高的制件排樣。 ③無廢料排樣：是指在沖裁的過程中制件與制件之間沿不同的線段分開。這種排樣方法，材料利用率最高，但對制件的形狀結構要求嚴格。 采用少廢料和無廢料排樣可以簡化沖裁模結構，減少沖裁力，但因其本身的公差以及條料導向與定位所產(chǎn)生的誤差影響，沖裁件公差等級低。同時，由于是模具單邊受力，不但會加劇模具磨損，降低模具壽命，而且也直接影響制件的斷面質量。 ⑶ 搭邊的工藝特點及影響因素 排樣時制件與制件之間、制件與條料邊緣之間留下的余料叫搭邊。搭邊雖然在沖裁過程中是廢料，但它在工藝上有很大的作用。沖裁時，搭邊可以補償定位誤差，

30、保證沖裁精度；搭邊還可以使沖裁后的條料具有一定的剛度，便于條料的送入。 搭邊的選用要合理。過大時，會使材料的利用率低，使卸料力增加；過小時，在沖裁中可能被拉斷，使工件毛刺增大，嚴重的還會被拉入凸凹模間隙中，損壞沖模刃口。 搭邊的大小與下列因素有關：材料的機械性能、工件的形狀與大小、材料的厚度、送進方式及擋料方式的影響、排樣的形式、卸料的方式。 合理的搭邊值應該是在保證制件質量的前提下，盡可能的小。 ⑷ 排樣方案的確定及排樣圖繪制 對于該工件，在沖壓時，出于結構上的考慮，采用固定卸料板，零件尺寸較小，板料較薄，綜合以上考慮，采用有搭邊排樣。 查《模具簡明設計手冊》表2.25得搭邊寬度

31、為a = 1.5mm，b = 2mm，但考慮到零件存在邊修余量，并且零件的尺寸精度要求不高，為節(jié)省材料考慮取b = 1.7mm排樣圖如圖3 所示。 圖3 零件排樣示意圖 ⑸ 材料利用率的計算 衡量排樣的經(jīng)濟性、合理性的指標是材料的利用率。材料的利用率是指零件的實際面積與材料面積的百分比。材料面積包括制件的實際面積和廢料面積。提高材料利用率的途徑是減少廢料面積。廢料分為兩類：一類是由零件的形狀特點產(chǎn)生的結構廢料，一般不可改變；另一類是由零件之間和零件與條料側邊之間形成的廢料。 提高材料的利用率，主要從減少工藝廢料著手，即設計合理的排樣方案，選擇合適的規(guī)格及合理的裁料法，在不影響零件

32、性能的前提下，改善零件的結構。 1) 一個進距內的材料利用率 %%＝75.47% 式中，A —— 一個沖裁件的面積(mm)2； 　　　n —— 一個進距內的沖裁件數(shù)量； 　　　B —— 條料寬度(mm)； 　　　S —— 進距(mm)。 2) 整塊板料總的材料利用率 　　　　　　%%(mm) 式中，n —— 一張板料上的沖裁件總得數(shù)目； 　　　B —— 板料寬度(mm)； 　　　L —— 板料長度(mm)。 2.5 冷沖壓工藝規(guī)程的制訂及工藝過程卡片的編制 工藝文件一般指沖壓工藝卡片，它主要用于闡述加工工藝路線和實施其工藝路線所需的工序數(shù)量、順序、相應的工藝裝備與設備

33、類型，以及其他輔助工序等。 沖壓工藝卡的主要內容包括：工序序號、工序名稱、工序草圖、工藝裝備、設備、材料種類與規(guī)格、工時定額等。工序名稱應簡要說明該工序所做的工作。工序草圖為該工序的加工簡圖，其視圖應盡量少，以能說明問題為限，工序草圖中僅要求工序所完成的加工尺寸，其他尺寸不要求標注，工藝裝備要寫明模具的名稱及編號。設備要寫明設備的型號及噸位。 對于該密封端蓋，主要有四個單工序來完成，即：落料——拉深——沖孔——落料。但由前文的分析可以知道，沖壓該工件采用了兩套復合模，即采用了工序集中，把落料和拉深復合，沖孔和落料復合。 在填寫工藝卡片時可以把它當作兩工序來完成，即落料－拉深工序和沖孔－落

34、料工序，這樣就大大的簡化了工藝卡片，看起來更加的清楚明了。 板料采用18009001.5(mm)，橫裁得到?jīng)_壓板料。在沖壓設備里都選用了JH21-45開式壓力機，選擇根據(jù)見后續(xù)工藝計算。 對于該零件的沖壓工藝規(guī)程卡見表1所示： 表１　密封端蓋沖壓工藝規(guī)程卡 標記 產(chǎn)品 名稱 沖壓工藝規(guī)程卡 工件 名稱 密封 端蓋 年產(chǎn)量 第　頁 產(chǎn)品 圖號 工件 圖號 20 萬件 共　頁 材料牌號 Q235A 毛坯形狀及尺寸 選用料板 橫裁成 18009001.5(mm) 9001161.5(mm) 工序號 工序 名稱

35、 工序草圖 工裝名稱 及圖號 設備 檢驗 要求 備注 10 下料 9001161.5 剪床 20 落料 拉深 落料拉深 復合模 JH21-45 按草圖　檢　驗 30 沖孔 落料 沖孔落料 復合模 JH21-45 按草圖　檢　驗 40 去毛刺 滾筒 50 檢驗 按沖壓件圖檢驗 原底圖總　號 日期 更改標記 編制 校對 核對 文件號 底　圖總　號 簽字 簽　　名

36、 日　　期 3 沖模設計 不同的沖壓零件，不同的沖壓工序所使用的模具是不一樣的，但不論何種沖模，都可以看成是由上模和下模兩部分組成，上模被緊固在壓力機滑塊上，可隨滑塊做上下往復運動，是沖模的活動部分；下模固定在壓力機工作臺或墊板上，是沖模的固定部分。沖模除上下模之外，還包括定位裝置，頂件裝置，卸料裝置，導向裝置，連接固定部分等。根據(jù)不同的零件要求，要針對模具的具體情況而設計不同的結構。 對于該密封端蓋零件，在落料－拉深時采用復合模倒裝結構，而在沖孔落料時采用復合模正裝結構。 3.1 工藝計算 3.1.1 凸凹模工作部分尺寸計算 沖裁件是測量光亮帶尺寸

37、為制件尺寸。沖裁時，如果不考慮材料回彈對工件尺寸的影響，則沖孔時孔徑大小與凸模接近，落料時工件外形尺寸與凹模型孔接近。因此，在進行模具刃口尺寸計算時，沖孔以凸模為基準模，落料以凹模為基準模。 凸凹模設計的原則如下： ①沖孔時的尺寸由凸模決定，間隙取在凹模上，落料時的尺寸由凹模決定，間隙取在凸模上。 ②考慮到?jīng)_裁中的磨損，設計沖孔模時，凸模的基本尺寸應取工件孔的尺寸公差范圍內的較大尺寸；設計落料模時，凹模的基本尺寸應取工件尺寸公差范圍內的較小值。 ③確定沖裁刃口制造公差時，應根據(jù)沖裁件的精度要求。 ⑴ 落料－拉深模工作部分尺寸 ①確定凸凹模間隙及制造公差 拉深凸凹模間隙，可根據(jù)《沖

38、壓模具簡明設計手冊》表4.53查得： 　　　　　　　mm　　　mm 查表4.56得：　mm　　　mm 落料模凸凹模間隙，可根據(jù)《沖壓模具簡明設計手冊》表2.34查得： 　　　　　　　mm mm 若凸凹模制造公差按IT8選取，則mm。 ②對于拉深模部分，由于，故可以采用凸凹模分開加工的方法。 對于落料模部分由于，故要采用凸凹模配合加工的方法。 ③確定凸凹模工作部分的尺寸 對于拉深模部分： 　　　　　　　 　　　　　　　　 (mm) (mm) 對于落料模部分： 　　　　　　 　　　　　　　　

39、(mm) (mm) 式中，當制件精度為IT12時，則x = 0.75，= 0.4mm。 ⑵ 沖孔－落料模工作部分尺寸 ①確定凸凹模間隙及制造公差，根據(jù)《沖壓模具簡明設計手冊》得： 凸凹模的間隙：mm mm 若凸凹模的制造公差按IT8計算，則： 對于沖孔尺寸Φ7：mm 對于落料尺寸Φ65：mm 對于落料尺寸Φ86：mm ②對于沖孔模，由于，可采用凸凹模分開加工的方法。 對于落料模，由于，故要采用凸凹模配合加工的方法。 ③確定凸凹模工作部分尺寸 沖孔直徑Φ7：　　　　 　　　　　　 (mm)

40、 (mm) 式中，當制件精度為IT12時，則x =0.75，mm； 對于落料模Φ65： (mm) (mm) 式中，當制件精度為IT12時，則x = 0.75，mm； 對于落料尺寸Φ86： 　　　　　 　　　　　　 (mm) (mm) 式中，制件精度為IT12時，則x = 0.75，mm。 3.1.2 沖壓工藝力及機床噸位的選擇 ⑴ 落料－拉深模 ①落料力：

41、 (kN) 式中，MPa。 ②拉深力： (kN) 式中，MPa，mm，。 ③壓邊力： (kN) 式中，MPa ④卸料力： (kN) 式中， ⑤推料力： (kN) 由于拉深、落料為兩個過程，即它們不在同一時間內受力，應分別計算。 ①落料工藝力： (kN) ②拉深工藝力： (kN) 由計算知，要求壓力為253.97kN， 從滿足工藝力的要求看，可選用450 kN的壓力機。 ⑵ 落料

42、－沖孔模 ①落料力： (kN) 式中，MPa ②沖孔力： (kN) ③卸料力：(kN) ④推料力：(kN) 式中，推料系數(shù)，卸料力系數(shù)，為卡在凹模內的沖孔廢料的數(shù)目。取。 因為同時有四個孔，則推料力(kN) 考慮到該工件較厚，凸模的橫截面積較小，從操作方便出發(fā)，采用落料沖孔復合模倒裝結構及彈性卸料和下出料方式，則沖壓總的工藝力F為： 　　　　　 　　　　　 (kN) 從而可選用450kN的壓力機。 3.2 定位方式的選擇 3.2.1定位裝置及定位零件的作用 沖模的定位裝置及定位零件的作用是保證材料的正確送進及在

43、沖模中的正確位置，以保證沖壓件的質量及沖壓生產(chǎn)的順利進行。 使用條料時，條料在模具中的定位有兩個內容：一是在送料方向上的定位，用來控制送料的進距，其零件有擋料銷、定距側刃等。二是在與送料垂直的方向上的定位，其零件有導料銷、導料板等。 3.2.2定位零件的種類及特點 擋料銷分為固定擋料銷、活動擋料銷和始用擋料銷。固定擋料銷分為圓頭和鉤形擋料銷，一般裝在凹模上。活動擋料銷多用于倒裝復合模上。始用擋料銷多用于連續(xù)模中條料送進時的首次定位。定距側刃常用于控制連續(xù)模的送料步進。從而得到準確定位的目的。側刃一般分為矩形側刃、成形側刃和尖角側刃。側刃定距準確可靠，但增大總的沖裁力和增加材料消耗。 3

44、.2.3定位及送進方式的確定 材料的送進方式有導銷式和導板式，對于該零件采用導板式送料方式。 對于該零件在落料－拉深時，選用固定定位銷，但考慮到凹模的強度不能達到要求，特設計了一個定位支撐板。擋料銷裝在定位支撐板上，增強了凹模的強度。在兩邊的定位上采用了導料板，和固定卸料板裝在一起，為和卸料板相匹配，導料板的一邊設計為圓弧形。 對于沖孔－落料部分，由于其是前面工序的后續(xù)工序，沖孔的位置精度的要求也不是很高，因此可以采用前面加工出的中間凹下圓柱體部分的外面來定位，而不必裝擋料銷、導向板等。 3.3 卸料與出件裝置 3.3.1卸料裝置的形式及特點 卸料裝置分為剛性卸料裝置和彈性卸料裝置

45、兩種形式：剛性卸料裝置結構簡單，工作可靠，卸料力大，適用于平直度要求不高或厚板零件的卸料；彈性卸料裝置適用于材料較薄、制件要求平整的復合模。 3.3.2出件裝置的形式及特點 出件裝置主要有剛性出件裝置和彈性出件裝置兩種形式：剛性出件裝置一般裝于上模，通過壓力機上的滑塊撞擊頂桿和頂板把工件頂出來，因此推力極大，工作可靠；彈性出件裝置既可裝于上模，也可裝于下模，其彈力來源于彈簧或橡膠。它兼有壓料和出件的兩個作用。出件平穩(wěn)無撞擊，多用于沖壓大型薄件以及工件精度要求較高的模具。 3.3.3卸料裝置和出件裝置的確定 對于密封端蓋零件，在落料－拉深時，考慮到模具的結構要求，在落料部分采用固定卸料裝

46、置，在拉深部分采用彈性卸料裝置。由于拉深后陷入凹模的深度較深，所以采用剛性出件裝置。在沖孔－落料部分，采用彈性卸料裝置，兼有壓緊和卸料的作用。出件裝置采用彈性出件裝置。 3.4 模具結構設計 模柄及上下模板中間聯(lián)以導向裝置的總體稱為模架，它是裝配凸凹模，保證模具準確閉合的基礎。 模架中的導向裝置可以提高模具精度，減少壓力機對模具精度的不良影響，同時節(jié)省調整時間，提高工件精度和模具壽命，因此，批量生產(chǎn)用沖壓模具廣泛采用導向裝置。沖壓模具常用導向裝置有導柱、導套，導向裝置和導板導向兩種形式，而導柱、導套導向又分為滑動導向和滾動導向兩種結構形式。 3.4.1模架的選擇 綜合考慮該零件的特點

47、和工藝要求，選用導柱、導套滑動裝置。導柱、導套與上，下模座孔之間采取過盈配合的連接方式，工作可靠。導柱、導套的常見布置形式有多種，由于本設計的沖件采用復合模，由零件的形狀可知道該零件為對稱盤形零件，且尺寸小，拉深部分的拉深深度不大，又采用的壓力機為開式壓力機。為了使工件能夠方便的從模具中取出等因素，所以，選用后側導柱、導套標準模架。 ①對于落料－拉深模，由毛坯的最大外形尺寸Φ112.6mm，及一定的凹模壁厚(40mm)初選，再按模架標準件選取模架的具體結構尺寸： 上模座尺寸：(mm)，材料：HT200； 下模座尺寸：(mm)，材料：HT200； 導柱尺寸： (mm)，材料：20鋼，熱處

48、理方式：滲碳淬火+低溫回火(58~62HRC)； 導套尺寸：(mm)，材料：20鋼，熱處理方式：滲碳淬火+低溫回火(58~62HRC)； 模柄采用凸緣模柄C50； 模具閉合高度：最大210mm，最小170mm。 ②對于落料－沖孔模，由工件的最大外形尺寸Φ92mm及一定的凹模壁厚(30mm)處選，再按其標準選擇具體的結構尺寸： 上模座尺寸：(mm)，材料：HT200； 下模座尺寸：(mm)，材料：HT200； 導柱尺寸：(mm)，材料：20鋼，熱處理方式：滲碳淬火+低溫回火(58~62HRC)； 導套尺寸：(mm)，材料：20鋼，熱處理方式：滲碳淬火+低溫回火(58~62HRC)

49、； 模柄采用凸緣模柄C50； 模具閉合高度：最大200mm，最小160mm。 3.4.2模具閉合高度的確定 ①對于落料－拉深模 模具的閉合高度一般通過下式確定： H=上模座厚度＋凹模墊板厚度＋凹模厚度＋凸模墊板厚度＋凸模厚度＋下模座高度－凸模進入凹模的深度 該模具由于下模座能夠滿足強度要求，所以沒有用墊板，上模座由于頂件裝置的需要，墊板選為20mm，凸模長度為42.5mm，凹模高度為55.5mm，則該模具的實際閉合高度為： H= 45 + 20 + 42.5 + 55.5 + 50－18.5 =194.5(mm) 查開式壓力機規(guī)格知道，450kN壓力機的最大閉合高度為270m

50、m，最小210mm(封閉調節(jié)高度60mm)，故所設計的模具閉合高度H= 214.5mm滿足要求，高度設計合理。 ②對于沖孔－落料模 模具的閉合高度H可以通過下式確定： H=上模座厚度＋凸模長度＋凸模墊板厚度＋凹模厚度＋凹模墊板厚度＋下模座高度－凸模進入凹模的深度 該模具由于下模座能夠滿足強度要求，所以沒有用墊板，上模座墊板厚度為10mm，凸模長度為50mm, 凹模高度為40mm, 則該模具的實際閉合高度為： H= 45 + 50 + 10 + 50 + 40－3.5 =191.5(mm) 查開式壓力機規(guī)格可知，450kN壓力機的最大閉合高度為270mm，最小210mm(封閉調節(jié)高度

51、60 mm)，故所設計的模具閉合高度H= 211.5mm滿足要求，高度設計合理。 3.5 壓力中心的計算 由于該零件為標準的軸對稱零件，拉深、落料、皆對稱，其幾何中心便是壓力機中心，故不必進行壓力中心計算。 參考文獻 [1] 邱建新,李發(fā)根,李國祿.模具工業(yè)發(fā)展趨勢綜述（上）[EB/OL]. [2] 佚名.模具加工業(yè)的發(fā)展趨勢[EB/OL]. 2004-11-11 [3] 佚名.我國模具技術的發(fā)展趨勢[EB/OL].http://www.mircon.org/news/26.htm [4] 佚名.模具機械專用

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