ZL50裝載機(jī)總體及工作裝置設(shè)計(jì)
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目 錄
摘 要 1
前 言 2
1 冷沖壓工藝規(guī)程的編制 3
1.1工藝分析 3
1.2確定工藝方案 3
2 零件成形方案的確定 5
2.1修邊余量的確定 5
2.2毛坯尺寸的計(jì)算 5
2.3計(jì)算毛坯相對(duì)厚度 6
2.4總的拉深系數(shù) 7
3 工藝計(jì)算 8
3.1凸、凹模間隙值的確定 8
3.2凸、凹模工作部分的尺寸 9
3.3拉深模凸、凹模圓角半徑 10
3.4沖裁工藝力的計(jì)算 15
3.5拉深力和壓邊力的計(jì)算 17
3.6計(jì)算壓力中心 19
3.7選擇壓力機(jī) 19
3.8 沖模的閉合高度 20
4 模具主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 21
4.1凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 21
4.2 凸模和凸凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 23
4.3 定位零件 24
4.4彈性卸料裝置 24
4.5剛性推件裝置 25
4.6 彈簧的選用 25
4.7 導(dǎo)柱與導(dǎo)套 26
4.8 模柄 27
4.9模架的選取及裝配圖外形 27
后 記 29
致 謝 30
參 考 文 獻(xiàn) 31
摘 要
本次模具設(shè)計(jì)是從零件的工藝分析開(kāi)始的，根據(jù)工藝要求來(lái)確定設(shè)計(jì)的大體思路。其開(kāi)始是確定該模具類(lèi)型為落料-拉深復(fù)合模，計(jì)算毛坯尺寸，確定拉深次數(shù)，作工藝計(jì)算，計(jì)算出沖裁時(shí)的沖壓力、卸料力、推件力，以及拉深時(shí)的拉深力和壓邊力 ，確定模具的壓力中心，選擇壓力機(jī)和確定沖模的閉合高度，最后根據(jù)前面所計(jì)算出的內(nèi)容確定模具的凸、凹模尺寸和形狀。設(shè)計(jì)出擋料銷(xiāo)、卸料板、推件裝置、彈簧、導(dǎo)柱、導(dǎo)套和模柄等模具的主要零部件，從而完成整個(gè)模具的設(shè)計(jì)工作。
其中模具主要零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是這次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容，其內(nèi)容包含了凹模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、凸模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、凸凹模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、定位零件、彈性卸料裝置、鋼性推件裝置、彈簧的選用、導(dǎo)柱與導(dǎo)套、模柄與模架的選取等重要零部件的設(shè)計(jì)加工方法和加工注意要點(diǎn)。這樣更有利于加工人員的一線操作，使其通俗易懂加工方便。本次設(shè)計(jì)不僅讓我熟悉了課本所學(xué)的知識(shí)，而且讓我做到所學(xué)的運(yùn)用到實(shí)踐當(dāng)中，更讓我了解了沖壓模具設(shè)計(jì)的全過(guò)程和加工實(shí)踐中應(yīng)注意的要點(diǎn)。使我在此次設(shè)計(jì)中有一個(gè)質(zhì)的飛躍。
關(guān)鍵詞：拉深、復(fù)合模、沖壓力、沖模閉合高度、拉深力
前 言
沖壓技術(shù)是利用安裝在壓力機(jī)上的模具，對(duì)放置在模具內(nèi)的板料施加變形力，使板料在模具內(nèi)產(chǎn)生變形，從而獲得一定形狀、尺寸和性能的產(chǎn)品零件的生產(chǎn)技術(shù)。由于沖壓加工常在室溫下進(jìn)行，因此也稱冷沖壓。沖壓加工的板料一般為板料或帶料，故也稱為板料沖壓，而沖壓模具是指將板料加工成沖壓零件的特殊專用工具。而復(fù)合模就是其中 的一種，沖壓生產(chǎn)靠模具和壓力機(jī)完成加工過(guò)程，與其他加工方法比在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)方面有著沖壓件質(zhì)量穩(wěn)定、互換性好、可獲得難以制造的壁薄、重量輕、剛性好、表面質(zhì)量高、形狀復(fù)雜的零件；不需要加熱毛坯和大量切削金屬，所以它能節(jié)省能源、節(jié)約金屬；生產(chǎn)效率高等特點(diǎn)。
由于模具具有多種突出的特點(diǎn)，因此在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。例如，航天、機(jī)械、電子信息、交通、兵器、日常電器及輕工業(yè)等產(chǎn)業(yè)都有沖壓加工，不但產(chǎn)業(yè)界廣泛用到它而且每一個(gè)人每天都直接與沖壓產(chǎn)品發(fā)生聯(lián)系。
另外，模具工藝分析計(jì)算與現(xiàn)代數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)聯(lián)姻，對(duì)復(fù)雜曲面零件進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬和有限元分析，達(dá)到預(yù)測(cè)其一工藝方案對(duì)零件成形的可能性和成形過(guò)程中將會(huì)發(fā)生的問(wèn)題，供設(shè)計(jì)人員進(jìn)行修改和選擇。這種設(shè)計(jì)方法是將傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)升華為優(yōu)化設(shè)計(jì)，縮短了模具設(shè)計(jì)和制造周期，節(jié)省了昂貴的模具調(diào)試費(fèi)用，模具計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、制造、分析的研究和應(yīng)用，也極大地提高了模具的制造效率和質(zhì)量，使模具設(shè)計(jì)與制造技術(shù)實(shí)現(xiàn)CAD/CAM/CAE一體化。
所以為適應(yīng)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)需求，大批量與多種小批量共存，發(fā)展適宜于小批量生產(chǎn)的各種模具，經(jīng)濟(jì)模具和標(biāo)準(zhǔn)化切易變換的模具系統(tǒng)是當(dāng)今模具生產(chǎn)面臨的一大挑戰(zhàn)。
1 冷沖壓工藝規(guī)程的編制
1.1工藝分析
該零件為旋轉(zhuǎn)體零件。屬于大批量生產(chǎn)，是一個(gè)不帶凸緣的圓筒形零件，且其形狀簡(jiǎn)單、對(duì)稱，有利于合理排樣、減小廢料，直線、曲線的連接處為圓角過(guò)渡。其主要的形狀、尺寸可以由沖裁和拉深工序獲得。且選用08F鋼，其彎曲半徑均大于該種材料的最小彎曲半徑，且工件精度要求不高，不需要校形，作為拉深成形尺寸，其相對(duì)值d凸/d、h/d都比較合適，拉深工藝性較好，因此，該零件可以用冷沖壓加工成形。
其零件如圖1.1：
圖1.1 零件圖
1.2確定工藝方案
沖壓該零件所需的基本工序?yàn)槁淞虾屠?。其拉深工藝方案有以下幾種：
方案一：落料與拉深復(fù)合，采用正裝復(fù)合模。
方案二：落料與拉深復(fù)合，采用倒裝復(fù)合模。
方案三：先落料、再拉深，采用單工序模。
比較上述各方案可以看出：方案一的優(yōu)點(diǎn)是在壓力機(jī)一次行程內(nèi)，可同時(shí)完成落料及拉深工序，在完成這些工序的過(guò)程中，沖件材料無(wú)需進(jìn)給移動(dòng)；沖件精度高，不受送料誤差影響，內(nèi)外形相對(duì)位置一致性好；沖件表面較為平整；適宜沖薄料及脆性或軟性材料；可充分利用短料和邊角余料；沖壓生產(chǎn)率高，適合于大批量生產(chǎn)，缺點(diǎn)是沖模面積較小，制造復(fù)雜，價(jià)格較高。
方案二的優(yōu)點(diǎn)是廢料能直接從壓力機(jī)臺(tái)面落下，而沖裁件從上模推下，比較容易引出去，操作方便安全，且易于安裝送料裝置，缺點(diǎn)同方案一。
方案三：優(yōu)點(diǎn)是通用性好，沖模結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造周期短，價(jià)格低，適合于小批量生產(chǎn)，缺點(diǎn)是沖壓生產(chǎn)率低。
由以上分析可知，該零件的加工選用方案一為優(yōu)。
2 零件成形方案的確定
2.1修邊余量的確定
一般拉深件，在拉深成形后，工件口或凸緣周邊不齊，必須進(jìn)行修邊以達(dá)到工件的要求。因此，在按照工件圖樣計(jì)算毛坯尺寸時(shí)，必須加上修邊余量后再計(jì)算，查表2.1可得：。
表2.1無(wú)凸緣圓筒形拉伸件的修邊余量δ
工件高度h
工件的相對(duì)高度h/H
附 圖
>0.5~0.8
>0.8~1.6
>1.6~2.5
>2.5~4
10
1.0
1.2
1.5
2
>10~20
1.2
1.6
2
2.5
>20~50
2
2.5
3.3
4
>50~100
3
3.8
5
6
>100~150
4
5
6.5
8
>150~200
5
6.3
8
10
>200~250
6
7.5
9
11
>250
7
8.5
10
12
表出自文獻(xiàn)[2]
2.2毛坯尺寸的計(jì)算
出自文獻(xiàn)[2] 式[2.1]
毛坯尺寸計(jì)算公式：
式中：D———毛坯直徑
其它尺寸如圖2.1所示：
圖2.1 毛坯尺寸
2.3計(jì)算毛坯相對(duì)厚度
式中h和H必須加上修邊余量。
第一次拉深：
所以查表2.2可知可用壓邊圈拉深。
表2.2采用或不采用壓邊圈的條件
拉深方法
第一次拉深
以后各次拉深
（t/D）/%
m1
（t/D）/%
mn
用壓邊圈
<1.5
<0.60
<1
<0.80
可用可不用
1.5~2.0
0.60
1~1.5
0.80
不用壓邊圈
>2.0
>0.60
>1.5
>0.80
表出自文獻(xiàn)[2]
表2.3無(wú)凸緣圓筒形件用壓邊圈拉深時(shí)的拉深系數(shù)
拉深系數(shù)
毛坯相對(duì)厚度t/D/%
2~1.5
<1.5~1.0
<1.0~0.6
<0.6~0.3
<0.3~0.15
<0.15~0.08
m1
0.48~0.50
0.50~0.53
0.53~0.55
0.55~0.58
0.58~0.60
0.60~0.63
m2
0.73~0.75
0.75~0.76
0.76~0.78
0.78~0.79
0.79~0.80
0.80~0.82
m3
0.76~0.78
0.78~0.79
0.79~0.80
0.80~0.81
0.81~0.82
0.82~0.84
m4
0.78~0.80
0.80~0.81
0.81~0.82
0.82~0.83
0.83~0.85
0.85~0.86
m5
0.80~0.82
0.82~0.84
0.84~0.85
0.85~0.86
0.86~0.87
0.87~0.88
表出自文獻(xiàn)[2] （注:當(dāng)拉深塑性較大的金屬時(shí)，應(yīng)比表中數(shù)值減小1.5%～2%。）
由表2.3可知：。08AL—ZF的拉深塑性較大，可知m應(yīng)比表中數(shù)值減小1.5%～2%。則：
2.4總的拉深系數(shù)
計(jì)算總的拉深系數(shù)，并判斷能否一次拉成，根據(jù)工件直徑d和毛坯直徑D算出總拉深系數(shù)。由表2.3選取，如果，則說(shuō)明工件可以一次拉成。否則需多次拉深。
出自文獻(xiàn)[2] 式[2.2]
總的拉深次數(shù)
工件直徑
毛坯直徑
即：
所以：，則工件一次拉深即可。
3 工藝計(jì)算
3.1凸、凹模間隙值的確定
3.1.1沖裁間隙的確定
沖裁間隙是指沖裁凸模和凹模之間工作部分的尺寸之間，如無(wú)特殊說(shuō)明，沖裁間隙一般是指雙邊間隙。沖裁間隙對(duì)沖裁過(guò)程有很大的影響，對(duì)模具壽命也有較大影響。
合理間隙值有一個(gè)相當(dāng)大的變動(dòng)范圍，約為（5%~25%）t左右。取較小的間隙利于提高沖件的質(zhì)量，取較大的間隙有利于提高模具的壽命。因此，在保證沖件質(zhì)量的前提下，應(yīng)采用較大間隙。
沖裁間隙的合理數(shù)值應(yīng)在設(shè)計(jì)凸模與凹模工作部分尺寸時(shí)給予保證，同時(shí)在模具裝配時(shí)必須保證間隙，沿封閉輪廓線的分布均勻，這樣才能保證取得滿意的效果。
表3.1沖裁模初始雙邊間隙
材料厚度
08、10、35、09Mn、Q235
16Mn
40、50
65Mn
>0.5
極小間隙（或無(wú)間隙）
0.9
1.0
1.2
0.072
0.090
0.100
0.104
0.126
0.140
0.090
0.100
0.132
0.126
0.140
0.180
0.072
0.090
0.100
0.104
0.126
0.140
表出自文獻(xiàn)[2] 查表3.1得：
3.1.2拉深間隙的確定
拉深模的間隙是指單邊間隙，即。間隙過(guò)小增加磨擦阻力，使拉深件容易破裂，且易擦傷零件表面，降低模具壽命；間隙過(guò)大，則拉深時(shí)對(duì)毛坯的校直作用小，影響零件尺寸精度。因此，確定間隙的原則是既要考慮板料厚度的公差，又要考慮筒形件口部的增厚現(xiàn)象，根據(jù)拉深時(shí)是否采用壓邊圈和零件尺寸精度要求合理確定。筒形件拉深時(shí)，間隙可按下面方法確定，有壓邊圈時(shí)其間隙為（1—1.1）t。由設(shè)計(jì)可知本模具采用有壓邊圈裝置。所以單邊間隙值為。
3.2凸、凹模工作部分的尺寸
3.2.1總裁模凸、凹模配合加工時(shí)工作部分的尺寸
沖裁模確定凸凹模加工尺寸的原則：
l 落料件的尺寸取決于凹模，因此落料模先決定凹模尺寸，用減小凸模尺寸來(lái)保證合理間隙。
l 刃口磨損后沖件尺寸減小，取接近或等于沖件的最大極限尺寸。
l 在選擇模具制造公差時(shí)，既要保證沖件的精度要求，又要保證有合理的間隙值。一般沖模精度較沖件精度高2~3級(jí)。
表3.2配合加工時(shí)，凸凹模尺寸的計(jì)算公式
工序性質(zhì)
制件尺寸
凸模尺寸
凹模尺寸
落料
按凹模尺寸配制，其雙面間隙為
C
沖孔
按凸模尺寸配制，其雙面間隙為
C
表出自文獻(xiàn)[2]
凹模磨損后落料件尺寸增大，由表3.2得：
式中 凹模刃口尺寸，單位為
工件基本尺寸，單位為
工件的公差，本工件公差為0.3
磨損系數(shù)。當(dāng)沖裁件精度低于13級(jí)時(shí)，
所以凹模的尺寸為：
凸模尺寸為：
3.2.2拉深模凸、凹模工作部分的尺寸
拉深凸模和凹模工作部分的尺寸及其制造公差，當(dāng)工件要求內(nèi)形尺寸時(shí)以凸模尺寸為基準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算，即：
出自文獻(xiàn)[1] 式[3.1]
凸模尺寸：
凹模尺寸：
工件內(nèi)徑，單位，本工件為
故
3.3拉深模凸、凹模圓角半徑
一般來(lái)說(shuō)，盡可能大些，大的可以降低極限拉深系數(shù)，而且還可以提高拉深件的質(zhì)量。但太大會(huì)削弱壓邊圈的作用，可能引起起皺現(xiàn)象，因此大小要適當(dāng)。
筒形件首次拉深時(shí)的凹模圓角半徑可由下式確定：出自文獻(xiàn)[1] 式[3.2]
式中 考慮材料力學(xué)性能的系數(shù)，對(duì)于軟鋼，硬鋁，， 對(duì)于純銅、黃銅、鋁
考慮板料厚度與拉深系數(shù)的系數(shù)，見(jiàn)表3.3。
表3.3拉深凹模圓角半徑系數(shù)
材料厚度
拉深件直徑
拉深系數(shù)
表出自文獻(xiàn)[1]
所以：
凸模圓角半徑過(guò)大，會(huì)使不與模具表面接觸的毛坯寬度加大，使這部分毛坯容易起皺；如果過(guò)小時(shí)，會(huì)使毛坯沿壓邊圈的滑動(dòng)阻力增大，對(duì)拉深不利，又因本工件為一次拉深成形，所以凸模圓角半徑與零件底部圓角半徑的數(shù)值相等。即：。
3.3.1 排樣和裁板方式的經(jīng)濟(jì)性分析
排樣:排樣是指沖件在條料、帶料或板料上布置的方法。排樣方法可分為有廢料排樣法和少、無(wú)廢料排樣法。
根據(jù)零件的外形與尺寸來(lái)看,本零件最適合的排樣方法為有廢料排樣法中的直排。
3.3.2搭邊
排樣時(shí),沖件之間以及沖件與條料側(cè)邊之間留下的余料叫搭邊。它的作用是補(bǔ)償定位誤差,保證沖出合格的沖件,以及保證條料有一定剛度,便于送料。
搭邊數(shù)字取決于以下因素:
a) 沖件的尺寸和形狀。
b) 材料的硬度和厚度。
c) 排樣的形式。
d) 條料的送料方法(是否有側(cè)壓板)。
e) 擋料裝置的形式(包括擋料銷(xiāo),導(dǎo)料銷(xiāo)和定距側(cè)刃等形式)。
表3.4最小工藝搭邊值
材料厚度
t
手工送料
自動(dòng)送料
圓形
非圓形
往復(fù)送料
表出自文獻(xiàn)[4]
查表3.4得：
工件間距，側(cè)邊距。
3.3.3送料步距及條料寬度計(jì)算
a) 送料步距。每次只沖一件，其步距的計(jì)算公式為：
出自文獻(xiàn)[1] 式[3.3]
式中 沖裁件平行于送料方向上的寬度，單位為
沖裁件之間的搭邊值，單位為
b) 若一模出兩件，其送料步距則是工件寬度的兩倍。
則本模具的步距為：
c) 條料寬度，當(dāng)導(dǎo)料板之間（或兩個(gè)單邊導(dǎo)料銷(xiāo)）時(shí)，條料寬度計(jì)算按下式計(jì)算：
式中：沖裁件與送料方向垂直的最大尺寸，單位為
沖裁件與條料側(cè)邊之間的搭邊，單位為
板料剪裁時(shí)的下偏差，單位為，可由表3.5查出。
表3.5條料寬度公差△
條料寬度B
材料厚度t
≤1
＞1～2
＞2～3
＞3～5
≤50
0．4
0．5
0．7
0．9
50～100
0．5
0．6
0．8
1．0
100～150
0．6
0．7
0．9
1．1
表出自文獻(xiàn)[4]
當(dāng)條料在無(wú)側(cè)壓裝置的導(dǎo)料板之間送料時(shí)，條料寬度按下式計(jì)算：
式中 條料與導(dǎo)料板之間的間隙。
又因?yàn)樗x模具有側(cè)壓裝置，所以條料寬度為：
3.3.4裁板方式的確定
條料大多由板料剪裁而得，條料寬度一經(jīng)決定，就可以裁板。板料一般都是長(zhǎng)方形的，所以就有縱裁（沿長(zhǎng)邊裁，也就是沿展制纖維方向裁）和橫裁（沿短邊裁）兩種方法。因?yàn)榭v裁裁板次數(shù)少，沖壓時(shí)調(diào)換條料次數(shù)少，工人操作方便，生產(chǎn)率高，所以在通常情況下應(yīng)盡可能縱裁。在以下情況可考慮橫裁：
a) 板料縱裁后的條料太長(zhǎng)，受沖壓車(chē)間壓力機(jī)排列的限制、移動(dòng)不便時(shí)；
b) 條料太重，超過(guò)12kg時(shí)（工人勞動(dòng)強(qiáng)度太高）；
c) 橫裁的板料利用率顯著高于縱裁時(shí)。
板料尺寸，選用標(biāo)準(zhǔn)鋼板，比較縱裁和橫裁兩種方案，選用其中材料利用率高的一種。
縱裁時(shí)，每張板料裁成條料數(shù)：
每塊條料沖裁的制件數(shù)：
每張板料沖制制件數(shù)：
材料利用率：
橫裁時(shí)，每張板料裁成條料數(shù)：
每塊條料沖裁的制件數(shù)：
每張板料沖制制件數(shù)：
材料利用率：
由上述計(jì)算結(jié)果可知，應(yīng)采用材料利用率高的縱裁。
3.3.5排樣方式設(shè)計(jì)
排樣圖是排樣設(shè)計(jì)最終的表達(dá)形式，排樣圖是編制沖壓工藝與設(shè)計(jì)模具的重要工藝文件。一張完整的模具裝配圖，在其右上角應(yīng)畫(huà)出沖裁件圖及其公差，送料步距及搭邊值。
采用斜排方法排樣時(shí)，還應(yīng)注明傾斜角的大小，必要時(shí)，還可用雙點(diǎn)劃線畫(huà)出條料在送料時(shí)定位元件的位置。對(duì)有纖維方向要求的排樣圖，則應(yīng)用箭頭表示條料的級(jí)向。
圖3.1 排樣圖
3.4沖裁工藝力的計(jì)算
3.4.1沖裁力的計(jì)算
在沖壓過(guò)程中，壓力機(jī)除了要克服沖裁力外，往往還需要克服卸料力、推件力、頂件力等壓力。
普通平刃的沖裁模，其沖裁力一般按下式計(jì)算：出自文獻(xiàn)[1] 式[3.4]
式中： 沖裁力，單位為
系數(shù)要考慮到刃口鈍化，間隙不均勻，材料力學(xué)性能與厚度波動(dòng)等因素而增加的安全系數(shù)。常取。
沖裁件周長(zhǎng)，單位為
板料厚度，單位為
板料的抗剪強(qiáng)度，單位為，本工件為260MPa。
則本零件的沖裁力為：
3.4.2卸料力、推件力和頂件力的計(jì)算
卸料力、推件力、頂件力，在實(shí)際生產(chǎn)中常用以下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：
出自文獻(xiàn)[1] 式[3.5]
式中 、、分別為卸料力、推件力、頂件力系數(shù)（0.048、0.05、0.06）其值查表3.6：
表3.6卸料力、推件力及頂件力系數(shù)
沖裁材料
K卸
K推
K頂
純銅、黃銅
0.02~0.06
0.03~0.09
鋁、鋁合金
0.025~0.08
0.03~0.07
鋼
材料厚度mm
~0.1
0.06~0.075
0.1
0.14
>0.1~0.5
0.045~0.055
0.065
0.08
>0.5~2.5
0.04~0.05
0.050
0.06
>2.5~6.5
0.03~0.04
0.040
0.05
>6.5
0.02~0.03
0.025
0.03
表出自文獻(xiàn)[1]
沖裁力
梗塞在凹模內(nèi)的沖裁件或廢料的數(shù)目，（為凹模直壁洞口的高度，為厚度）。
和是選擇卸料裝置和頂件裝置的彈性元件的依據(jù)。
在計(jì)算沖裁所需要的總沖壓力時(shí)，應(yīng)根據(jù)模具結(jié)構(gòu)的具體情況去考慮、的影響。
則：
3.4.3總沖壓力的計(jì)算
當(dāng)采用剛性卸料和下出件的模具（如剛性卸料的單工序?；蚣?jí)進(jìn)模等）時(shí)：
當(dāng)采用彈壓卸料和下出件的模具（如彈壓卸料的單工序模、級(jí)進(jìn)模或上模剛性推料的倒裝復(fù)合模等）時(shí)：
用倒裝復(fù)合模沖裁時(shí)，與落料有關(guān)，與沖孔有關(guān)。
當(dāng)采用彈壓卸料和上出件的模具（如上模彈壓卸料、下模彈頂出件的單工序?；蛏夏傂酝屏系恼b復(fù)合模等）時(shí)：
此時(shí)，與落料有關(guān)，單工序模的與落料力有關(guān)，正裝復(fù)合模中與沖孔力及落料力都有關(guān)。
而本零件則采用彈壓卸料和上出件的模具，所以：
3.5拉深力和壓邊力的計(jì)算
計(jì)算拉深力的目的是為了合理的選用壓力機(jī)和設(shè)計(jì)拉深模具?？偟臎_壓力為拉深力與壓邊力之和。
3.5.1拉深力的計(jì)算
出自文獻(xiàn)[2] 式[3.6]
式中 拉深力
筒形件的工序直徑，根據(jù)料厚中線計(jì)算，單位為
材料厚度，單位為mm
材料抗拉強(qiáng)度，本工件為329MPa
系數(shù)，黃銅為1.6~1.8，鋼為1.8~2.25
由上式可算出該零件的拉深力：
3.5.2壓邊力的計(jì)算
在拉深過(guò)程中，壓邊圈的作用是用來(lái)防止工件邊壁或凸緣起皺的。隨著拉深深度的增加而需要的壓邊力應(yīng)減少。
則該零件的壓邊力為：出自文獻(xiàn)[2] 式[3.7]
式中 壓邊力
毛坯直徑，單位為 （該零件毛坯直徑為）
拉深件直徑，單位為
凹模圓角半徑，單位為
單位壓邊力，單位為 出自文獻(xiàn)[2]
表3.7在雙動(dòng)壓力機(jī)上拉深時(shí)單位壓邊力的數(shù)值
工件復(fù)雜程度
單位壓邊力
難加工件
3.7
普通加工件
3
易加工件
2.5
表出自文獻(xiàn)[2]
出自文獻(xiàn)[2] 式[3.8]
所以總力為：
3.6計(jì)算壓力中心
對(duì)于級(jí)進(jìn)模以及輪廓形狀復(fù)雜或多凸模的沖裁模，必須求出沖壓力合力的作用點(diǎn)即壓力中心。模具的壓力中心應(yīng)與模柄的軸線重合，否則會(huì)影響模具及壓力機(jī)的精度和壽命。
一切對(duì)稱沖裁件的壓力中心，均位于其輪廓圖形的幾何中心點(diǎn)上。對(duì)于該零件，由圖形可知壓力中心位于圓心上。
3.7選擇壓力機(jī)
首先以沖裁所需的總沖壓力初步選擇壓力機(jī)，壓力機(jī)的公稱壓力必須大于所計(jì)算的總沖壓力。
在確定了模具結(jié)構(gòu)及尺寸以后，還需對(duì)所選的壓力機(jī)的其它技術(shù)參數(shù)進(jìn)行校核，最后才能確定所需的壓力機(jī)。
表3.8開(kāi)式雙柱可傾壓力機(jī)技術(shù)規(guī)格
型號(hào)
J23-
3.15
J23-
6.3
J23-
10
J23-
16
J23-
16B
J23-
25
JC23
-25
公稱壓力
31.5
63
100
160
160
250
350
滑塊行程
25
35
45
55
70
65
80
滑塊行程次數(shù)
200
170
145
120
120
55
50
最大封閉高度
120
150
180
220
220
270
280
封閉高度調(diào)節(jié)量
25
35
35
45
60
55
60
滑塊中心線至床身距離
90
110
130
160
160
200
205
立柱距離
120
150
180
220
220
270
300
工作臺(tái)尺寸
前后
160
200
240
300
300
370
380
左右
250
310
370
450
450
560
610
工作臺(tái)孔尺寸
前后
90
110
130
160
110
200
200
左右
120
160
200
240
210
290
290
直徑
110
140
170
210
160
260
260
墊板尺寸
厚度
30
30
35
40
60
50
60
直徑
150
模柄孔尺寸
直徑
25
30
30
40
40
40
50
深度
40
55
55
60
60
60
70
滑塊底面尺寸
前后
90
180
190
左右
100
200
210
床身最大可傾角
表出自文獻(xiàn)[2]
由表3.8可得，選擇壓力機(jī)的型號(hào)為J23-10 。
3.8 沖模的閉合高度
沖模的閉合高度是指 滑塊在下死點(diǎn)，即模具在最低工作位置時(shí)，上模座上平面與下模座下平面之間的距離H。沖模的閉合高度必須與壓力機(jī)的裝模高度相適應(yīng)。壓力機(jī)的裝模高度是指滑塊在下死點(diǎn)位置時(shí)，滑塊下端面至墊板上平面間的距離。當(dāng)連桿調(diào)至最短時(shí)為壓力機(jī)的最大裝模高度，連桿調(diào)至最長(zhǎng)時(shí)為最小裝模高度。
沖模的閉合高度H應(yīng)介于壓力機(jī)的最大裝模高度和最小裝模高度之間，其大小關(guān)系為：
如果沖模的閉合高度大于壓力機(jī)的最大裝模高度時(shí)，沖模不能在該壓力機(jī)上使用。反之，小于壓力機(jī)最小裝模高度時(shí)，可加減經(jīng)過(guò)磨平的墊板。
沖模的其它外形結(jié)構(gòu)尺寸也必須和壓力機(jī)相適應(yīng)，如模具外形輪廓平面尺寸與壓力機(jī)墊板、滑塊底面尺寸，模柄與模柄孔尺寸，下模緩沖器平面尺寸與壓力機(jī)正整板孔尺寸等 都必須相適應(yīng)，以便模具能正確安裝和正常使用。
所以加工該零件的模具閉合高度應(yīng)為：
則H值為：
所以H取。
4 模具主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
4.1凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
4.1.1凹模洞口形狀的選擇
直壁式的孔壁垂直于頂面，刃口尺寸不隨修磨刃口增大。故沖件精度較高，刃口強(qiáng)度較高，刃口強(qiáng)度也較好。直壁式刃口沖裁時(shí)磨損大，洞口磨損后會(huì)形成倒錐形，因此修磨的刃磨量大，總壽命低。
圖4.1 凹模形狀
如圖4.1所示的洞口形狀適用于沖件形狀簡(jiǎn)單，材料較薄的復(fù)合模，所以本模具選用此形狀的洞口形狀。
4.1.2凹模的外形尺寸
凹模的外形尺寸應(yīng)保證凹模有足夠的強(qiáng)度和剛度。凹模的厚度還應(yīng)考慮修磨量。凹模的外形尺寸一般是根據(jù)沖件材料的厚度和沖裁的最大外形尺寸來(lái)確定的。
出自文獻(xiàn)[1] 式[4.1]
凹模的厚度：
凹模的壁厚：
式中 沖裁件的最大外形尺寸
系數(shù)，考慮板料厚度的影響，本模具的系數(shù)取
則凹模厚度
則取
所以
凹模外形尺寸的長(zhǎng)與寬可根據(jù)凹模壁厚由圖4.2可算出：
圖4.2
則凹模的外形尺寸的長(zhǎng)與寬為：
根據(jù)模具結(jié)構(gòu)和工件尺寸的要求，凹模的實(shí)際尺寸如圖4.3所示：
圖4.3 凹模
4.1.3凹模的主要技術(shù)要求
凹模的型孔軸線與頂面應(yīng)保持垂直。凹模的底面與頂面應(yīng)保持平行。
為了提高模具壽命與沖裁件精度，凹模的底面和型孔的孔壁光滑，表面粗糙度為，底面與銷(xiāo)孔的為。
凹模的材料與凸模一樣，其熱處理硬度應(yīng)略高于凸模，達(dá)到60～64HRC。
4.2 凸模和凸凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
根據(jù)凸凹模的工作要求及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，以及工作的尺寸，拉深凸模和凸凹模的實(shí)際尺寸如圖4.4和圖4.5所示：
圖4.4 拉深凸模
圖4.5 凸凹模
4.3 定位零件
4.3.1 條料方向的控制
條料的送料方向一般都是靠著導(dǎo)料板或?qū)Я箱N(xiāo)一側(cè)導(dǎo)向送料，以免送偏。用導(dǎo)料銷(xiāo)控制送料方向時(shí)，一般要用兩個(gè)。由于本沖壓模具采用手工送料，為此，不可以省去側(cè)壓裝置。手工直接送料進(jìn)入凸模刃口。
4.3.2 擋料銷(xiāo)的選擇
固定擋料銷(xiāo)分為圓形與鉤形兩種。一般裝在凹模上，活動(dòng)擋料銷(xiāo)，其常用于倒裝復(fù)合模中，裝于卸料板上可以伸縮。由于本模具裝置要求簡(jiǎn)單，所以可以采用圓形擋料銷(xiāo)，因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造加工方便。
4.4彈性卸料裝置
彈性卸料裝置一般由卸料板、彈性元件（彈簧或橡皮）和卸料螺釘組成。常用于沖裁厚度小于1.5mm的板料，由于有壓料作用，沖裁件平整。廣泛用于復(fù)合模中。卸料板與凸模之間的單邊間隙取（0.1~0.2）t。
4.5剛性推件裝置
常用于倒裝復(fù)合模中的推件裝置，裝于上模部分。將沖出的工件或落料從上模的凹模型孔內(nèi)向下推出使用的裝置稱為推件裝置。剛性推料裝置推件力大，工件可靠，便于維修。
4.6 彈簧的選用
在選用時(shí)必須同時(shí)滿足沖裁工藝（包括力和行程）和沖模結(jié)構(gòu)的要求，圓柱螺旋壓縮彈簧已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化了，每個(gè)型號(hào)彈簧的主要技術(shù)參數(shù)是能承受的工作極限負(fù)荷與其相對(duì)應(yīng)的工作極限符合下的變形量。設(shè)計(jì)模具時(shí)，根據(jù)所需的卸料力或推件力以及所需的最大壓縮行程來(lái)計(jì)算與，然后在標(biāo)準(zhǔn)中選用相應(yīng)規(guī)格的彈簧。
選用步驟如下：
1＞ 根據(jù)模具結(jié)構(gòu)與尺寸，確定可裝置彈簧的數(shù)目n，本模具安裝8個(gè)彈簧。
2＞ 計(jì)算每個(gè)彈簧的卸料或頂件載荷。也就是卸料或頂料裝置中每個(gè)彈簧所受的預(yù)壓力。則本模具中彈簧的卸料載荷
3＞ 計(jì)算卸料或頂件時(shí)所需的最大壓縮行程
式中 卸料板高出凸模端面的高度，一般為1mm
凸模進(jìn)入凹模的深度，一般為0.5~1mm
凸模的總修磨量，一般為4~10mm
沖裁件厚度mm
所以本模具卸料時(shí)所需的最大壓縮行程為：
1＞ 計(jì)算所需彈簧的工作極限負(fù)荷下的變形量
由虎克定律：
令，一般取K為60%左右，對(duì)于沖裁模，K可取大些，對(duì)于拉深或彎曲模，K要取小些。
則：
于是
由
于是
由上述兩式和已知與，求出與。
則本模具為：
2＞ 根據(jù)求出與從標(biāo)準(zhǔn)中選擇彈簧型號(hào)。
出自文獻(xiàn)[2] 式[4.2]
則應(yīng)選彈簧為： GB2089—80
4.7 導(dǎo)柱與導(dǎo)套
在選用時(shí)應(yīng)注意導(dǎo)柱的長(zhǎng)度，應(yīng)保證沖模在最低工作位置時(shí)，導(dǎo)柱上端面與上模座頂面的距離不小于10~15mm。而下模座底面與導(dǎo)柱底面的距離應(yīng)為0.5~1mm。
導(dǎo)柱與導(dǎo)套之間的配合根據(jù)沖裁模的間隙大小選用。當(dāng)沖裁板厚在0.8mm以下的模具時(shí)，選用H6/h5配合的I級(jí)精度模架，當(dāng)沖裁板厚為0.8mm~4mm時(shí)，選用H7/h6配合的Ⅱ級(jí)精度模架。
4.8 模柄
中小型模具都是通過(guò)模柄固定在壓力機(jī)滑塊上的，對(duì)于大型模具則可用螺釘、壓板直接將上模座固定在滑塊上。
剛性模柄是指模柄與上模座是剛性連接，不能發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。本模具采用剛性模柄中的帶凸緣模柄。
4.9模架的選取及裝配圖外形
模架是由上、下模座、模柄及導(dǎo)向裝置（最常用的是導(dǎo)柱、導(dǎo)套）組成。
模架是整副模具的骨架，模具的全部零件都固定在它的上面，并且承受沖壓過(guò)程中的全部載荷。模架的上模座通過(guò)模柄與壓力機(jī)滑塊相連，下模座用螺釘壓板固定在壓力機(jī)工作臺(tái)面上。上、下模之間靠模架的導(dǎo)向裝置來(lái)保持其精確位置，以引導(dǎo)凸模的運(yùn)動(dòng)，保證沖裁過(guò)程中間隙均勻。后側(cè)導(dǎo)柱模架送料方便，可以縱向、橫向送料。所以本模具選取后側(cè)導(dǎo)柱模架。所以：
凹模周界
閉合高度
凸凹模長(zhǎng)度
上模座
導(dǎo)柱
下模座
凹模厚度
螺釘
卸料板厚度
導(dǎo)套
圓柱銷(xiāo)
卸料螺釘
裝配圖外形
后 記
通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我清楚了自己這三年來(lái)收獲了什么、收獲了多少，從而給自己一個(gè)全新的、正確的定位，為以后更好的學(xué)習(xí)指明了方向，更為以后的工作奠定了基礎(chǔ)。
總體上來(lái)說(shuō)在開(kāi)始的設(shè)計(jì)時(shí)，感覺(jué)一切都是那么陌生和生疏，根本就無(wú)從下手。這與我覺(jué)得所學(xué)的知識(shí)都掌握得很好形成了一個(gè)鮮明的對(duì)比。無(wú)奈之下，只有把借來(lái)的資料全部翻看了一遍，這樣才對(duì)設(shè)計(jì)的切入點(diǎn)有了一個(gè)準(zhǔn)確的定位。在毛坯尺寸計(jì)算時(shí)，把數(shù)據(jù)代入公式的時(shí)候，沒(méi)有弄清公式中字母所代表的含義和具體意義，就自以為是的把數(shù)據(jù)代了里面，結(jié)果后面設(shè)計(jì)了很大的一部分的內(nèi)容偶然發(fā)現(xiàn)所寫(xiě)的數(shù)據(jù)不對(duì)，再回頭重新計(jì)算，前面的內(nèi)容全都是一紙空文，而后面的內(nèi)容又要重新設(shè)計(jì)。
其次在計(jì)算模具所受的總壓力時(shí)，只需要把沖壓力、頂件力、卸料力以及壓邊力之和相加就可以。而我卻把推件力、拉深力都計(jì)算上去，造成了所選用的壓力機(jī)過(guò)大與模具不匹配的問(wèn)題。
不過(guò)我相信經(jīng)過(guò)這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我很深刻的認(rèn)識(shí)到了自己知識(shí)的不足，我會(huì)在今后的工作和學(xué)習(xí)之中不斷的努力創(chuàng)新，爭(zhēng)取在未來(lái)的模具行業(yè)創(chuàng)出一片輝煌的業(yè)績(jī)。
因水平有限，設(shè)計(jì)中必然有許多不足之處，還望老師批評(píng)指正。
參 考 文 獻(xiàn)
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