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薄鋼板沖壓成形工藝及模具設(shè)計(jì)
摘 要
本設(shè)計(jì)題目為薄鋼板沖壓成型工藝及模具設(shè)計(jì)。通過對該零件模具的設(shè)計(jì)，進(jìn)一步加強(qiáng)了設(shè)計(jì)者沖壓模設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識，為設(shè)計(jì)更復(fù)雜的沖壓模具做好了鋪墊和吸取了更深刻的經(jīng)驗(yàn)。
本設(shè)計(jì)運(yùn)用沖壓成型工藝及模具設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識，介紹了模具設(shè)計(jì)時要注意的要點(diǎn)，并較多的考慮了模具結(jié)構(gòu)的調(diào)整性、易更換性及模具成本。從控制制件尺寸精度出發(fā)，對銅片沖壓成型工藝及模具的各主要尺寸進(jìn)行了理論計(jì)算，以確定各工作零件的尺寸，從模具設(shè)計(jì)到零部件的加工工藝以及裝配工藝等進(jìn)行詳細(xì)的闡述，并應(yīng)用CAD進(jìn)行各重要零件的設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵詞：沖壓模 工藝分析 模具結(jié)構(gòu)
Sheet metal forming process and die design
Abstract
The design of the subject is forming a thin steel plate stamping process and die design. Parts of the mold through the design, designers have further strengthened the basis for stamping die design knowledge, for the design of more complex stamping die to do a good job of paving the way and draw a more profound experience.
The design of the use of punch is forming process and die design of the basic knowledge on the mold design to the main points of attention and more consideration of the mold structure, and easy to replace and the cost of mold. Size precision parts from the control, the shape of the copper stamping process and die size of all the major theoretical calculations carried out to determine the size of the working parts, the parts from the mold design process and the assembly process in detail, etc. and the application of CAD for the design of the important parts.
Keywords: stamping die Process Analysis mold structure
1緒 論
從現(xiàn)在的發(fā)展形式可以看出，我國沖壓技術(shù)與工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比還相當(dāng)?shù)穆浜?，主要原因是我國在沖壓基礎(chǔ)理論及成形工藝、模具標(biāo)準(zhǔn)化、模具設(shè)計(jì)、模具制造工藝及設(shè)備等方面與工業(yè)發(fā)達(dá)的國家尚有相當(dāng)大的差距，導(dǎo)致我國模具在壽命、效率、加工精度、生產(chǎn)周期等方面與工業(yè)發(fā)達(dá)國家的模具相比差距相當(dāng)大。
1.1 國內(nèi)模具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢
1.1.1國內(nèi)模具的現(xiàn)狀
我國模具近年來發(fā)展很快，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2003年我國模具生產(chǎn)廠點(diǎn)約有2萬多家，從業(yè)人員約50多萬人，2004年模具行業(yè)的發(fā)展保持良好勢頭，模具企業(yè)總體上訂單充足，任務(wù)飽滿，2004年模具產(chǎn)值530億元。進(jìn)口模具18.13億?美元，出口模具4.91億美元，分別比2003年增長18%、32.4%和45.9%。進(jìn)出口之比2004年為3.69:1，進(jìn)出口相抵后的進(jìn)凈口達(dá)13.2億美元，為凈進(jìn)口量較大的國家。
在2萬多家生產(chǎn)廠點(diǎn)中，有一半以上是自產(chǎn)自用的。在模具企業(yè)中，產(chǎn)值過億元的模具企業(yè)只有20多家，中型企業(yè)幾十家，其余都是小型企業(yè)。?近年來，?模具行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和體制改革步伐加快，主要表現(xiàn)為：大型、精密、復(fù)雜、長壽命中高檔模具及模具標(biāo)準(zhǔn)件發(fā)展速度快于一般模具產(chǎn)品；專業(yè)模具廠數(shù)量增加，能力提高較快；"三資"及私營企業(yè)發(fā)展迅速；國企股份制改造步伐加快等。
雖然說我國模具業(yè)發(fā)展迅速，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。我國尚存在以下幾方面的不足:
第一，體制不順，基礎(chǔ)薄弱。 “三資”企業(yè)雖然已經(jīng)對中國模具工業(yè)的發(fā)展起了積極的推動作用，私營企業(yè)近年來發(fā)展較快，國企改革也在進(jìn)行之中，但總體來看，體制和機(jī)制尚不適應(yīng)市場經(jīng)濟(jì)，再加上國內(nèi)模具工業(yè)基礎(chǔ)薄弱，因此，行業(yè)發(fā)展還不盡如人意，特別是總體水平和高新技術(shù)方面。
??? 第二，開發(fā)能力較差，經(jīng)濟(jì)效益欠佳.我國模具企業(yè)技術(shù)人員比例低，水平較低，且不重視產(chǎn)品開發(fā)，在市場中經(jīng)常處于被動地位。我國每個模具職工平均年創(chuàng)造產(chǎn)值約合1萬美元，國外模具工業(yè)發(fā)達(dá)國家大多是15～20萬美元，有的高達(dá)25～30萬美元，與之相對的是我國相當(dāng)一部分模具企業(yè)還沿用過去作坊式管理，真正實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化企業(yè)管理的企業(yè)較少。
?? 第三，工藝裝備水平低，且配套性不好，利用率低．雖然國內(nèi)許多企業(yè)采用了先進(jìn)的加工設(shè)備，但總的來看裝備水平仍比國外企業(yè)落后許多，特別是設(shè)備數(shù)控化率和CAD/CAM應(yīng)用覆蓋率要比國外企業(yè)低得多。由于體制和資金等原因，引進(jìn)設(shè)備不配套，設(shè)備與附配件不配套現(xiàn)象十分普遍，設(shè)備利用率低的問題長期得不到較好解決。裝備水平低，帶來中國模具企業(yè)鉗工比例過高等問題。
? 第四，專業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化、商品化的程度低、協(xié)作差． 由于長期以來受“大而全”“小而全”影響，許多模具企業(yè)觀念落后，模具企業(yè)專業(yè)化生產(chǎn)水平低，專業(yè)化分工不細(xì)，商品化程度也低。目前國內(nèi)每年生產(chǎn)的模具，商品模具只占45%左右，其馀為自產(chǎn)自用。模具企業(yè)之間協(xié)作不好，難以完成較大規(guī)模的模具成套任務(wù)，與國際水平相比要落后許多。模具標(biāo)準(zhǔn)化水平低，標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率低也對模具質(zhì)量、成本有較大影響，對模具制造周期影響尤甚。
第五，模具材料及模具相關(guān)技術(shù)落后．模具材料性能、質(zhì)量和品種往往會影響模具質(zhì)量、壽命及成本，國產(chǎn)模具鋼與國外進(jìn)口鋼相比，無論是質(zhì)量還是品種規(guī)格，都有較大差距。塑料、板材、設(shè)備等性能差，也直接影響模具水平的提高。
1.1.2 國內(nèi)模具的發(fā)展趨勢
巨大的市場需求將推動中國模具的工業(yè)調(diào)整發(fā)展。雖然我國的模具工業(yè)和技術(shù)在過去的十多年得到了快速發(fā)展，但與國外工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比仍存在較大差距，尚不能完全滿足國民經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的需求。未來的十年，中國模具工業(yè)和技術(shù)的主要發(fā)展方向包括以下幾方面:????
1） 模具日趨大型化；???
? 2）在模具設(shè)計(jì)制造中廣泛應(yīng)用CAD/CAE/CAM技術(shù)；??
? 3）模具掃描及數(shù)字化系統(tǒng)；???
? 4）在塑料模具中推廣應(yīng)用熱流道技術(shù)、氣輔注射成型和高壓注射成型技術(shù)；?
?? 5）提高模具標(biāo)準(zhǔn)化水平和模具標(biāo)準(zhǔn)件的使用率；???
6）發(fā)展優(yōu)質(zhì)模具材料和先進(jìn)的表面處理技術(shù)；???
7）模具的精度將越來越高；?
? 8）模具研磨拋光將自動化、智能化；??
?? 9）研究和應(yīng)用模具的高速測量技術(shù)與逆向工程；??
?10）開發(fā)新的成形工藝和模具。
1.2 國外模具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢
模具是工業(yè)生產(chǎn)關(guān)鍵的工藝裝備，在電子、建材、汽車、電機(jī)、電器、儀器儀表、家電和通訊器材等產(chǎn)品中，60％－80％的零部件都要依靠模具成型。用模具生產(chǎn)制作表現(xiàn)出的高效率、低成本、高精度、高一致性和清潔環(huán)保的特性，是其他加工制造方法所無法替代的。模具生產(chǎn)技術(shù)水平的高低，已成為衡量一個國家制造業(yè)水平高低的重要標(biāo)志，并在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。近幾年，全球模具市場呈現(xiàn)供不應(yīng)求的局面，世界模具市場年交易總額為600～650億美元左右。美國、日本、法國、瑞士等國家年出口模具量約占本國模具年總產(chǎn)值的三分之一。?
國外模具總量中,大型、精密、復(fù)雜、長壽命模具的比例占到50%以上；國外模具企業(yè)的組織形式是"大而專"、"大而精"。2004年中國模協(xié)在德國訪問時，從德國工、模具行業(yè)組織--德國機(jī)械制造商聯(lián)合會（VDMA）工模具協(xié)會了解到，德國有模具企業(yè)約5000家。2003年德國模具產(chǎn)值達(dá)48億歐元。其中（VDMA）會員模具企業(yè)有90家，這90家骨干模具企業(yè)的產(chǎn)值就占德國模具產(chǎn)值的90%，可見其規(guī)模效益。
隨著時代的進(jìn)步和技術(shù)的發(fā)展，國外的一些掌握和能運(yùn)用新技術(shù)的人才如模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、模具工藝設(shè)計(jì)、高級鉗工及企業(yè)管理人才，他們的技術(shù)水平比較高．故人均產(chǎn)值也較高．我國每個職工平均每年創(chuàng)造模具產(chǎn)值約合1萬美元左右，而國外模具工業(yè)發(fā)達(dá)國家大多15～20萬美元，有的達(dá)到 25～30萬美元。國外先進(jìn)國家模具標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率達(dá)70%以上，而我國才達(dá)到45％．
模具技術(shù)的發(fā)展應(yīng)該為適應(yīng)模具產(chǎn)品“交貨期短”、“精度高”、“質(zhì)量好”、“價格低”的要求服務(wù)。達(dá)到這一要求急需發(fā)展如下幾項(xiàng)：?
(1)全面推廣CAD/CAM/CAE技術(shù)
模具CAD/CAM/CAE技術(shù)是模具設(shè)計(jì)制造的發(fā)展方向。隨著微機(jī)軟件的發(fā)展和進(jìn)步，普及CAD/CAM/CAE技術(shù)的條件已基本成熟，各企業(yè)將加大CAD/CAM技術(shù)培訓(xùn)和技術(shù)服務(wù)的力度；進(jìn)一步擴(kuò)大CAE技術(shù)的應(yīng)用范圍。計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展正使CAD/CAM/CAE技術(shù)跨地區(qū)、跨企業(yè)、跨院所地在整個行業(yè)中推廣成為可能，實(shí)現(xiàn)技術(shù)資源的重新整合，使虛擬制造成為可能。?
(2)高速銑削加工?
國外近年來發(fā)展的高速銑削加工，大幅度提高了加工效率，并可獲得極高的表面光潔度。另外，還可加工高硬度模塊，還具有溫升低、熱變形小等優(yōu)點(diǎn)。高速銑削加工技術(shù)的發(fā)展，對汽車、家電行業(yè)中大型型腔模具制造注入了新的活力。目前它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向發(fā)展。??
(3)模具掃描及數(shù)字化系統(tǒng)
高速掃描機(jī)和模具掃描系統(tǒng)提供了從模型或?qū)嵨飹呙璧郊庸こ銎谕哪Ｐ退璧闹T多功能，大大縮短了模具的在研制制造周期。有些快速掃描系統(tǒng)，可快速安裝在已有的數(shù)控銑床及加工中心上，實(shí)現(xiàn)快速數(shù)據(jù)采集、自動生成各種不同數(shù)控系統(tǒng)的加工程序、不同格式的CAD數(shù)據(jù)，用于模具制造業(yè)的“逆向工程”。模具掃描系統(tǒng)已在汽車、摩托車、家電等行業(yè)得到成功應(yīng)用，相信在“十五”期間將發(fā)揮更大的作用。?
(4)電火花銑削加工??
??? 電火花銑削加工技術(shù)也稱為電火花創(chuàng)成加工技術(shù)，這是一種替代傳統(tǒng)的用成型電極加工型腔的新技術(shù)，它是有高速旋轉(zhuǎn)的簡單的管狀電極作三維或二維輪廓加工(像數(shù)控銑一樣)，因此不再需要制造復(fù)雜的成型電極，這顯然是電火花成形加工領(lǐng)域的重大發(fā)展。國外已有使用這種技術(shù)的機(jī)床在模具加工中應(yīng)用。預(yù)計(jì)這一技術(shù)將得到發(fā)展。?
(5)提高模具標(biāo)準(zhǔn)化程度?
?我國模具標(biāo)準(zhǔn)化程度正在不斷提高，估計(jì)目前我國模具標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率已達(dá)到30%左右。國外發(fā)達(dá)國家一般為80%左右。?
(6)優(yōu)質(zhì)材料及先進(jìn)表面處理技術(shù)??
選用優(yōu)質(zhì)鋼材和應(yīng)用相應(yīng)的表面處理技術(shù)來提高模具的壽命就顯得十分必要。模具熱處理和表面處理是否能充分發(fā)揮模具鋼材料性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。模具熱處理的發(fā)展方向是采用真空熱處理。模具表面處理除完善應(yīng)發(fā)展工藝先進(jìn)的氣相沉積(TiN、TiC等)、等離子噴涂等技術(shù)。?
(7)模具研磨拋光將自動化、智能化?
模具表面的質(zhì)量對模具使用壽命、制件外觀質(zhì)量等方面均有較大的影響，研究自動化、智能化的研磨與拋光方法替代現(xiàn)有手工操作，以提高模具表面質(zhì)量是重要的發(fā)展趨勢。?
(8)模具自動加工系統(tǒng)的發(fā)展??
這是我國長遠(yuǎn)發(fā)展的目標(biāo)。模具自動加工系統(tǒng)應(yīng)有多臺機(jī)床合理組合；配有隨行定位夾具或定位盤；有完整的機(jī)具、刀具數(shù)控庫；有完整的數(shù)控柔性同步系統(tǒng)；有質(zhì)量監(jiān)測控制系統(tǒng)。
如今，我國模具成型工業(yè)已形成了相當(dāng)規(guī)模的完整體系，越來越多的新技術(shù)，新工藝，新材料誕生，并將應(yīng)用在模具產(chǎn)業(yè)中，這將促使我國模具工業(yè)的飛躍發(fā)展。同時，我國模具工業(yè)的總體水平與世界先進(jìn)國家相比還有一定差距，還要大力推進(jìn)模具產(chǎn)業(yè)的科技進(jìn)步，開展新技術(shù)，新材料研究開發(fā)，并進(jìn)一步加強(qiáng)對模具工業(yè)專業(yè)技術(shù)人才的培養(yǎng)，使之可持續(xù)發(fā)展，為我國模具成型加工技術(shù)超趕世界先進(jìn)水平作出貢獻(xiàn)。
大學(xué)三年的學(xué)習(xí)即將結(jié)束，畢業(yè)設(shè)計(jì)是其中最后一個實(shí)踐環(huán)節(jié)，是對以前所學(xué)的知識及所掌握的技能的綜合運(yùn)用和檢驗(yàn)。隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，采用模具的生產(chǎn)技術(shù)得到愈來愈廣泛的應(yīng)用。在完成大學(xué)三年的課程學(xué)習(xí)和課程、生產(chǎn)實(shí)習(xí)，我熟練地掌握了機(jī)械制圖、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械原理等專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課方面的知識，對機(jī)械制造、加工的工藝有了一個系統(tǒng)、全面的理解，達(dá)到了學(xué)習(xí)的目的。對于模具設(shè)計(jì)這個實(shí)踐性非常強(qiáng)的設(shè)計(jì)課題，我們進(jìn)行了大量的實(shí)習(xí)。經(jīng)過在新飛電器有限公司、洛陽中國一拖的生產(chǎn)實(shí)習(xí)，我對于模具特別是沖壓模具的設(shè)計(jì)步驟有了一個全新的認(rèn)識，豐富了各種模具的結(jié)構(gòu)和動作過程方面的知識，而對于模具的制造工藝更是實(shí)現(xiàn)了零的突破。在指導(dǎo)老師的協(xié)助下和在工廠師傅的講解下，同時在現(xiàn)場查閱了很多相關(guān)資料并親手拆裝了一些典型的模具實(shí)體，明確了模具的一般工作原理、制造、加工工藝。并在圖書館借閱了許多相關(guān)手冊和書籍，設(shè)計(jì)中，將充分利用和查閱各種資料，并與同學(xué)進(jìn)行充分討論，盡最大努力搞好本次畢業(yè)設(shè)計(jì)。
在設(shè)計(jì)的過程中，將有一定的困難，但有指導(dǎo)老師的悉心指導(dǎo)和自己的努力，相信會完滿的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)。由于學(xué)生水平有限，而且缺乏經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)中不妥之處在所難免，肯請各位老師指正。
2 支撐圈件沖壓工藝的分析及方案的確定
2.1支撐圈件工藝分析
原始資料：如圖所示
工件名稱：支撐圈
材 料： 08鋼
厚 度：1.2mm 圖2-1
此工件為帶凸緣圓筒形工件，形狀簡單對稱，所有尺寸均為自由公差，對工件厚度變化也沒有作要求。由于沒有公差等級標(biāo)注，所以可以按未標(biāo)公差等級處理。零件圖上未標(biāo)注公差尺寸按IT14精度計(jì)算。
2.2 沖壓工藝方案的確定
該工件包括落料、沖孔、翻邊三個基本工序，可以有以下三種工藝方案：
方案一：先落料，其次沖孔，最后翻邊。采用單工序模生產(chǎn)。
方案二：落料—沖孔—翻邊復(fù)合沖壓。采用復(fù)合模生產(chǎn)。
方案三：級進(jìn)沖壓。采用級進(jìn)模生產(chǎn)。
方案一模具結(jié)構(gòu)簡單，但需要三道工序四副模具，生產(chǎn)效率低，難以滿足該工件大批量生產(chǎn)的要求。方案二只需一副模具，生產(chǎn)效率較高，盡管模具結(jié)構(gòu)較方案較復(fù)雜，但由于零件的幾何形狀簡單對稱，模具制造并不困難。方案三也只需一副模具，生產(chǎn)效率高，但模具結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，送進(jìn)操作不方便，加之尺寸偏大，通過對上述三種方案的分析比較，若該工件能一次拉深，則其沖壓采用方案二為佳。
3 主要工藝參數(shù)計(jì)算
3.1 計(jì)算毛坯尺寸
3.1.1 計(jì)算工件凸緣相對直徑，確定修邊余量
由工件圖可知 t=2mm＞1mm,故按板厚中徑尺寸計(jì)算。dt=93mm d=75mm H=20mm。凸緣相對直徑 查表4.2得 修邊余量ΔR=1.8mm 故按實(shí)際外徑dt=93+1.8×2＝96.6mm計(jì)算。
3.1.2計(jì)算毛坯直徑D
由于制件較復(fù)雜可分解多個部分，綜表4.33公式得
代入數(shù)據(jù)得D=104㎜
查表得拉伸的修邊余量
則毛坯的直徑 。
3.2排樣設(shè)計(jì)
3.2.1確定零件的排樣方案
設(shè)計(jì)模具時，條料的排樣很重要。支撐圈件具有左右對稱的特點(diǎn)，單向排列時（圖2-2所示）的排樣方案可以提高材料的利用率，減少廢料。
圖3-2 條料的排樣
3.2.2條料寬度、和材料利用率的計(jì)算
查表取得搭邊值為a1=1.5mm和a=1.2mm。條料寬度的計(jì)算：擬采用無側(cè)壓裝置的送料方式，由
b-Δ=〔D+2a+c1〕- Δ
D—條料寬度方向沖裁件的最大尺寸
a—側(cè)搭邊值
c1—導(dǎo)料板與最寬條料之間的間隙
代入數(shù)據(jù)計(jì)算，取得條料寬度為110mm。
材料利用率的計(jì)算：
由材料利用率通用計(jì)算公式
=
式中 A—一個沖裁件的面積，mm2;
n—一個進(jìn)距內(nèi)的沖裁件數(shù)量；
B—條料寬度，mm;
s—進(jìn)距， mm
得 = 3.14×55×55／110×109×100%=79.2%
3.3落料工藝的計(jì)算
3.3.1沖裁力的計(jì)算
有公式得
—系數(shù)
L—沖裁周邊長度
t—材料厚度
—材料抗剪強(qiáng)度
系數(shù)K是考慮到實(shí)際生產(chǎn)中，模具間隙值的波動和不均勻、刃口的磨損、板料力學(xué)性能和厚度波動等因素的影響而給出的修正系數(shù)。一般取K=1.3。
查表取300Mpa。
=1.3×3.14×107.4×1.2×300
=157826N
3.3.2推件力的計(jì)算
由表知推料力的計(jì)算公式為：
式中推件力系數(shù)查表2.6.10取0.065 n—同時卡在凹模內(nèi)的件數(shù)。
=0.065×157826×4
=41034N
3.3.3卸料力的計(jì)算
由卸料力的計(jì)算公式為：知
—卸料力系數(shù)查表2.6.10取0.05
n—同時卡在凹模內(nèi)的沖件數(shù)。
=0.05157826
=7891N
3.4 拉深工藝的計(jì)算
3.4.1確定拉深成形次數(shù)及是否采用壓邊圈
板料的相對厚度板料的相對厚度＜1.5。由表4.4.4查得需用壓料裝置
3.4.2壓邊力的計(jì)算
壓邊圈產(chǎn)生的壓邊力F壓大小應(yīng)適當(dāng)，F(xiàn)壓太小，防皺效果不好；F壓太大，則會增大傳力區(qū)危險斷面上的拉應(yīng)力，從而引起材料嚴(yán)重變薄甚至拉裂。因此，實(shí)際應(yīng)用中，在保證變形區(qū)不起皺的前提下，盡量選小的壓邊力。由公式對任何形狀的拉深件
A—壓邊圈下坯料的投影面積
p—單位面積壓料力
查表4.4.5 p取2.0p/MPa
=2373×2
=4746N
3.5翻邊工藝的計(jì)算
3.5.1 確定翻邊次數(shù)
在進(jìn)行翻邊前需要在坯料上加工出待翻邊的孔，其孔徑d可按彎曲展開公式求出。由書公式
d=D-2(H-0.43r-0.72t)知
d=D-2(H-0.43r-0.72t)
=77-2(20-0.43×3-0.72×1.2)
=55mm
一次翻邊后便可達(dá)到的極限高度
D—翻邊后的孔的直徑。
H—翻邊后的高度。
r—翻邊后豎直邊的圓角。
查表知=0.55則可計(jì)算出
=75/2×(1-0.55)+0.43×3+0.72×2
=20.56
由于工件翻邊高度H=所以此工件可一次翻邊成功,無須多次翻邊
3.5.2 翻邊力的計(jì)算
由公式
D—翻邊后直徑(按中線算)
d—坯料預(yù)制孔直徑
t—材料厚度
—材料屈服點(diǎn)
查表=235MPa
=1.1×3.14(75-55) ×1.2×235
=19480.56N
3.6沖孔工藝的計(jì)算
由書公式：查得沖孔力的計(jì)算公式為： 式中
—系數(shù) 取1.3
L—沖裁周邊長度
t—材料厚度
—材料抗剪強(qiáng)度取300Mpa
=1.3×3.14×55×300×2
=134706N
4 壓力、壓力中心計(jì)算及壓力機(jī)的選用
4.1 壓力中心計(jì)算
因?yàn)楸局萍禽S對稱零件，所以不用計(jì)算壓力中心。
4.2初選壓力機(jī)
初選開式雙柱可傾壓力機(jī)其參數(shù)壓力機(jī)型號為J23-80和J23-100，見下表。
型號
公稱壓力/kN
滑塊行程/mm
最大封閉高度/mm
工作臺尺寸/mm
滑塊底面尺寸/mm
可傾斜角/·
封閉高度調(diào)節(jié)量/mm
J23-80
80
130
380
540×800
350×370
30
90
J23-100
100
130
480
710×1080
360×430
30
100
表1
4.2.1沖裁工序總力的計(jì)算
由工件結(jié)構(gòu)和前面所定的沖壓方案可知，本工件的沖裁力包括以下部分：沖預(yù)制孔的力P1、，落外型料的力P2，向下推出預(yù)制孔廢料的力P3，拉深力P4，壓邊力P4，翻邊力P5，卸料力P7。
（式中各值已由前面求出）
=157826+41034+7891+4746+19480+134706
=357518N
4.2.2沖壓設(shè)備的選用
根據(jù)公稱壓力來選取壓力機(jī)參照手冊適用壓力型號為J23-63,其主要參數(shù)如下：
型號為J23-6.3的壓力機(jī)的主要技術(shù)規(guī)格：
滑塊行程（mm）
35
工作臺尺寸（mm)
前后
200
左右
310
最大閉合高度（mm）
150
工作臺孔尺寸（mm）
前后
110
左右
160
閉合高度調(diào)節(jié)量（mm）
35
墊板尺寸（mm）
厚度
30
直徑
滑塊中心線距床身距離（mm）
110
模柄孔尺寸（mm）
直徑
30
深度
55
立柱距離（mm）
150
床身最大可傾角度
角度
45
表2
5 模具的總體設(shè)計(jì)
5.1模具類型選擇
根據(jù)沖壓工藝分析，采用復(fù)合沖壓，所以模具類型為復(fù)合模。
5.2定位方式選擇
因?yàn)樵撃＞卟捎玫氖菞l料，控制條料的送進(jìn)方向采用導(dǎo)料板，無側(cè)壓裝置。控制條料的送進(jìn)步距采用擋料銷初步定距，導(dǎo)正銷精定距。而第一件的沖壓位置，可以靠操作工目測來定。
5.3卸料、出件方式的選擇
采用剛性卸料。又因?yàn)槭菑?fù)合模大批量生產(chǎn)，所以采用下出件比較便于操作和提高生產(chǎn)率。
本模具采用螺釘固定，具體講
內(nèi)六角螺釘標(biāo)記：35鋼M8×45 GB70—85
螺釘標(biāo)記：35鋼M6×55 GB68—76
圓柱銷釘標(biāo)記：35鋼8×50 GB 119—86
d（m6）
6
C=
1.2
產(chǎn)品長度
50
沖裁度
Ra≤0.8μm
表3
5. 4導(dǎo)向方式的選擇
為確保零件的質(zhì)量及提高勞動生產(chǎn)率，方便安裝調(diào)整，選用后側(cè)導(dǎo)柱導(dǎo)向方式。
6 模具主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
6.1 主要工作零件的尺寸計(jì)算
對零件尺寸公差無特殊要求按14級選用進(jìn)行尺寸轉(zhuǎn)化
6.1.1.落料凸、凹模尺寸的計(jì)算
由于落料是一個簡單的圓形，因沖裁此類工件的凸、凹模制造相對簡單，精度容易保證，所以采用分別加工。設(shè)計(jì)時，需在圖紙上分別標(biāo)注凸模和凹模刃口尺寸及制造公差。
根據(jù)設(shè)計(jì)原則,落料時以凹模為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)。由查表2.12落料沖孔模刃口間隙 得
式中 DA、DT—落料凹凸模尺寸；
Dmax—落料件的最大基本尺寸；
x—磨損系數(shù)；
Δ—工件制造公差；
Zmin—最小合理間隙；
δA、δT—凸、凹模的制造公差。
查表2.3.3得Zmin=0.246mm x=0.5 查書表2.4.1 δA＝0.035mm δT=0.025mm 查Δ＝1mm
代入數(shù)據(jù)得
校核：查書表2.3.2得Zmax=0.360mm Zmia=0.246mm
δA+δT＜Zmax Zmia
6.1.2 沖孔凸、凹模尺寸的計(jì)算有公式
沖孔凸、凹模尺寸的計(jì)算以凸模為基準(zhǔn)有公式
式中 、—沖孔凸凹模尺寸；
—沖孔件的最小基本尺寸；
x—磨損系數(shù)；
Δ—工件制造公差；
Zmin—最小合理間隙；
δA、δT—凸、凹模的制造公差。
查表2.3.3得Zmin=0.246mm x=0.5 查表2.4.1 δA＝0.035mm δT=0.025mm 查Δ＝0.62mm
校核：查表2.3.2得Zmax=0.360mm Zmia=0.246mm
δA+δT＜Zmax Zmia
6.1.3.翻邊凸凹模尺寸的計(jì)算
查表由書公式 知道翻邊凸凹模尺寸公式為
式中： 、—凹、凸模的尺寸；
Δ—零件的公差；
δA、δT—凹、凸模制造公差；
Z—拉深模雙面間隙。
查表Δ＝0.74mm δA=0.008mm δT=0.025mm
由書表Z取3.4。代入數(shù)據(jù)
圖6-1
6.2模具主要零部件設(shè)計(jì)
6.2.1沖孔凸模的設(shè)計(jì)
凸模長度一般是根據(jù)模具結(jié)構(gòu)而設(shè)計(jì)的，應(yīng)盡可能選用或參照國家標(biāo)準(zhǔn)，凸模長度一般按下公式計(jì)算，即
式中 L—凸模長度
—凸模固定板厚度
—卸料板厚度
—增加厚度.包括凸模修邊余量、凸模進(jìn)入凹模深度(0.5～1mm)凸模卸料板與固定板之間的安全距離等.一般取10～20㎜。
—材料厚度
=30+20+1.2+14.8
=67㎜
由于凸模直徑Φ55且并不特別細(xì)長所以不需要校核其強(qiáng)度。凸模結(jié)構(gòu) 圖（6-2）
圖6-2
6.2.2凸凹模的設(shè)計(jì)
凸凹模是復(fù)合模具中常見的結(jié)構(gòu)，在本設(shè)計(jì)中絕大部分是凸凹模，所以凸凹模的設(shè)計(jì)是本設(shè)計(jì)中的重中之重，凸凹模內(nèi)外緣之間的壁厚取決于沖裁件的尺寸。壁厚的取舍是凸凹模能否承受正常工作的關(guān)鍵，要取的合適。
通過查表2.96(沖壓模具設(shè)計(jì)與制造劉建忠主編)其復(fù)合模的的凸、凹模最小壁厚δ=5㎜,所設(shè)計(jì)零件滿足要求。
6.2.3卸料零件的設(shè)計(jì)
由于本工件的厚度較厚卸料力較大且對工件表面沒有特殊要求所以選用剛性卸料板由表7-5查的其厚度為15mm查得卸料板孔與凸模的單邊間隙Z1/2=0.5。由四個M8螺釘固定于凹模上完成卸料。
6.2.4定位零件的設(shè)計(jì)
在本模具中采用的是條料，所以選用導(dǎo)料銷和擋料銷來實(shí)現(xiàn)對沖裁條料的定位。導(dǎo)料銷一個位于條料的一側(cè)。從右向左送料時， 裝在左側(cè)。導(dǎo)料銷在本模具中直接通過墊塊安裝在凹模板上。在裝配圖中很容易看到。
擋料銷同樣起定位的作用，用它擋住搭邊或沖件輪廓，以限定條料的送進(jìn)距離。在本模具中試用固定擋料銷，其結(jié)構(gòu)簡單、制造容易，在中銷模具中廣泛應(yīng)用作定距；本模具為臺階式工作部分與固定部分直徑相差大，壓入凹模后不削弱模具的凹模強(qiáng)度。
6.2.5 打料裝置的設(shè)計(jì)
在本模具中采用打桿推動連接推桿來完成打料動作，打桿穿過模柄凸露在模具的外面，當(dāng)完成一次沖裁時壓力機(jī)滑塊回程，打桿與壓力機(jī)的打料橫桿相碰，打桿推動連接推桿將卡在凸凹模的凹?？變?nèi)的工件打下。
6.2.6 連接裝置的設(shè)計(jì)
在本模具中選用凸緣C型模柄，通過螺紋與上模座連接并加螺絲防止轉(zhuǎn)動。這種模柄可較好的保證軸線與上模座軸線垂直,模柄材料通常采用Q235或Q275鋼,在此選用Q235鋼.其支撐面應(yīng)垂直于模柄的軸線(垂直度不應(yīng)超過0.02:100)模柄在本模具選用標(biāo)準(zhǔn)尺寸，并根據(jù)前文壓力機(jī)的參數(shù)確定模柄的直徑和長度。
6.2.7 固定板的設(shè)計(jì):
將凸模或凹模按一定相對的位置壓入固定后，作為一個整體安裝在上模座或下模座上。
固定板的厚度一般取凹模厚度的0.6～0.8倍,其平面尺寸可與凹模、卸料板外形尺寸相同,需考慮緊固螺釘及銷釘?shù)奈恢谩９潭ò宓耐拱寄０惭b孔與凸凹模采用過渡配合H7/m6、H7/n6，壓裝后將凸凹模端面和固定板一起磨平。
6.2.8墊板的設(shè)計(jì)
墊板的作用是直接承受凸模的壓力，以降低模座承受的單位壓力，防止模座被局部壓陷，影響凸模的正常工作。墊板的外形尺寸和固定板相同，厚度取10mm
6.2.9螺釘與銷釘?shù)脑O(shè)計(jì):
螺釘和銷釘都是標(biāo)準(zhǔn)件，設(shè)計(jì)模具是按標(biāo)準(zhǔn)選用即可，螺釘用于固定模具零件，一般選用內(nèi)六角螺釘；銷釘起定位作用，常用圓柱銷釘，螺釘、銷釘規(guī)格根據(jù)沖壓力的大小、凹模厚度等確定。
6.2.10 壓邊圈的設(shè)計(jì)
在拉深工序中，為保證拉深件的表面質(zhì)量，防止拉深過程中材料的起皺，常采用壓邊圈用合適的壓邊力使毛坯的變形區(qū)部分被壓在凹模平面上，并使毛坯從壓邊圈與凹模平面之間的縫隙中通過，從而制止毛坯的起皺現(xiàn)象。
壓邊圈的內(nèi)形與拉深凸模間隙配合，外形套有半成品制件。一般與頂料桿(三根以上)、橡皮等構(gòu)成彈性卸料系統(tǒng)。
6.3模架及閉合高度的確定
選擇模架規(guī)格。
凹模固界：L=315 B=240
上模座（GB/T28255.9） 315×250×50
下模座（GB/T2855.10） 315×250×60
導(dǎo)柱（GB/T.2861.1）(2個d/mm×l/m) 分別為mm×200mm
導(dǎo)套（GB/T2861.6 )(2個)d/mm×l/mm×D/mm為40×125×48，
上模座厚度H取50mm，墊板厚度 H墊取10mm，推料塊H推29 mm，H固固定板取26㎜,下模座厚度H下取60㎜拉深凸模H拉40㎜工件t取1.2㎜那么該模具的閉合高度H閉=H上+H墊+H推+H固+H下+H拉+t=50+10+29+26+60+40+1.2=216.8mm，取H閉=217因?yàn)槟＞叩姆忾]高度H應(yīng)該介于壓力機(jī)的最大封閉高度Hmax和最小封閉高度Hmin之間，一般取 Hmax-5mm≥H≥Hmin+10mm有前面壓力機(jī)的閉合高度知此模具閉合高度滿足要求。
7 模具總裝圖
圖7-1
1下模座 2導(dǎo)柱 3導(dǎo)套 4上模座 5卸料板 6圓柱銷 7凸凹模 8沖孔凸模 9內(nèi)六角螺釘 10打桿 11凸緣模柄 12打板 13推桿 14內(nèi)六角螺釘15墊板16固定板17支架 18墊塊19圓柱銷 20鑲塊 21推件板 22內(nèi)六角螺釘 23 擋料銷24凹模
由以上設(shè)計(jì)，可得到模具的總裝圖即是上圖，其工作過程是：模具在工作時，將毛坯（即條料板）放在凹模上有擋料銷進(jìn)行定位，模具下行沖孔凸模完成沖孔亦有定位作用然后凸凹模落料同時凹模鑲塊在沖過孔的基礎(chǔ)上進(jìn)行翻邊，模具繼續(xù)下行在凸凹模與壓邊圈的作用下完成工件凸緣部分，工件即完成。當(dāng)凹模隨上?；厣龝r，零件制品在打料塊及彈頂器的作用下完成卸件，如此繼續(xù)完成下一次工作。
8 支撐圈沖壓模具的安裝和調(diào)試
8.1 支撐圈沖壓模具的安裝
8.1.1 沖壓復(fù)合模具的安裝要求
總裝時，首先應(yīng)根據(jù)主要零件的相互依賴關(guān)系，以及裝配方便和易于保證裝配精度要求來確定裝配基準(zhǔn)件，復(fù)合模一般以凸凹模作為裝配基準(zhǔn)件，其次，應(yīng)確定裝配順序，根據(jù)各個零件與裝配基準(zhǔn)件的依賴關(guān)系和遠(yuǎn)近程度確定裝配順序。裝配結(jié)束后，要進(jìn)行試沖，通過試沖發(fā)現(xiàn)問題，并及時調(diào)整和修理直至模具沖出合格零件為止。
8.1.2 沖壓復(fù)合模具的安裝
沖壓模的安裝步驟：
（1）模柄的安裝 先將模柄壓入模座孔內(nèi)，再加工騎縫銷孔，然后將端面在平面磨床上磨平。
（2）凸模、凹模及凸凹模的裝配 將凸凹模壓入固定板，再將凸模用螺釘與固定板定位；將凸凹模與下模座及頂塊對正放齊后，將落料凹模用螺釘和銷釘與下模座定位。
（3）模具的總裝 模具上模部分通過模柄安裝在壓力機(jī)的滑塊上，是模具的活動部分。下模部分被固定在壓力機(jī)工作臺上，是模具的固定部分。
8.2 沖壓復(fù)合模具的調(diào)試
模具按圖紙技術(shù)要求加工與裝配后，必須在符合實(shí)際生產(chǎn)條件的環(huán)境中進(jìn)行試?yán)睿梢园l(fā)現(xiàn)模具設(shè)計(jì)與制造的缺陷，找出產(chǎn)生原因。
8.2.1 模具調(diào)試的要點(diǎn)：
（1）模具閉合高度調(diào)試 模具應(yīng)與沖壓設(shè)備配合好，保證模具應(yīng)有的閉合高度和開啟高度。
（2）導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的調(diào)試 導(dǎo)柱，導(dǎo)套要有好的配合精度，保證模具運(yùn)動平穩(wěn)，可靠。
（3）凸，凹模刃口及間隙調(diào)試 刃口鋒利，間隙要均勻。
（4）定位裝置的調(diào)試 定位要準(zhǔn)確，可靠。
（5）卸料及出件裝置的調(diào)試 卸料及出件要通暢，不能出現(xiàn)卡死現(xiàn)象。
8.2.2 調(diào)試方法
（1）將裝配后的模具順利的裝在指定的壓力機(jī)上。
（2）用指定的坯料穩(wěn)定的在模具上制出合格的制品零件。
（3）檢查制品零件的質(zhì)量，若發(fā)現(xiàn)制品零件存有缺陷，應(yīng)分析原因，設(shè)法對模具進(jìn)行修整和調(diào)制，直到能生產(chǎn)出一批完全符合圖樣要求的零件為止。
（4）根據(jù)設(shè)計(jì)要求，進(jìn)一步確定出某些模具需經(jīng)實(shí)驗(yàn)后所決定的尺寸，并修整這些尺寸，直到符合要求為止。
結(jié)束語
支撐圈件屬于簡單拉深翻邊件，分析其工藝性，并確定工藝方案。根據(jù)計(jì)算確定本制件是一次翻邊成的。本設(shè)計(jì)主要是設(shè)計(jì)各個工件的配合由于模具較復(fù)雜零件較多逐步確定模具的總體尺寸和模具零件的結(jié)構(gòu)，然后根據(jù)上面的設(shè)計(jì)繪出模具的總裝圖。
由于在零件制造前進(jìn)行了預(yù)測，分析了制件在生產(chǎn)過程中可能出現(xiàn)的缺陷，采取了相應(yīng)的工藝措施。因此，模具在生產(chǎn)零件的時候才可以減少廢品的產(chǎn)生。
支撐圈件的形狀結(jié)構(gòu)一般，但是高度不太高，適合選用標(biāo)準(zhǔn)模架。要保證零件的順利加工和取件，必須有足夠的高度，因此必須選好模架以達(dá)到要求。模具工作零件的結(jié)構(gòu)由于對稱，它相應(yīng)的簡化了模具結(jié)構(gòu)。便與以后的操作、調(diào)整和維護(hù)。
支撐圈件模具的設(shè)計(jì)，是理論知識與實(shí)踐有機(jī)的結(jié)合，更加系統(tǒng)地對理論知識做了更深切貼實(shí)的闡述。也使我認(rèn)識到，要想做為一名合理的模具設(shè)計(jì)人員，必須要有扎實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)，并不斷學(xué)習(xí)新知識新技術(shù)，樹立終身學(xué)習(xí)的觀念，把理論知識應(yīng)用到實(shí)踐中去，并堅(jiān)持科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)、求實(shí)的精神，大膽創(chuàng)新，突破新技術(shù)，為國民經(jīng)濟(jì)的騰飛做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。
致謝
時光如電，歲月如梭，三年的大學(xué)生活即將結(jié)束，而我也即將離開可敬的老師和熟悉的同學(xué)踏入不是很熟悉的社會中去。在這畢業(yè)之際，作為一名工科院校的學(xué)生，做畢業(yè)設(shè)計(jì)是一件必不可少的事情。
畢業(yè)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)非常繁雜的工作，它涉及的知識非常廣泛，很多都是書上沒有的東西，這就要靠自己去圖書館查找自己所需要的資料；還有很多設(shè)計(jì)計(jì)算，這些都要靠自己運(yùn)用自己的思維能力去解決，可以說，沒有一定的毅力和耐心是很難完成這樣復(fù)雜的工作。
在學(xué)校中，我主要學(xué)的是理論性的知識，而實(shí)踐性很欠缺，而畢業(yè)設(shè)計(jì)就相當(dāng)于實(shí)戰(zhàn)前的一次總演練。畢業(yè)設(shè)計(jì)不但把我以前學(xué)的專業(yè)知識系統(tǒng)的連貫起來，也使我在溫習(xí)舊知識的同時也可以學(xué)習(xí)到很多新的知識；這不但提高了我們解決問題的能力，開闊了我們的視野，在一定程度上彌補(bǔ)我們實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的不足，為以后的工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
由于本人資質(zhì)有限，很多知識掌握的不是很牢固，因此在設(shè)計(jì)中難免要遇到很多難題，在有課程設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)及老師的不時指導(dǎo)和同學(xué)的熱心幫助下，克服了一個又一個的困難，使我的畢業(yè)設(shè)計(jì)日趨完善。畢業(yè)設(shè)計(jì)雖然很辛苦，但是在設(shè)計(jì)中不斷思考問題，研究問題，咨詢問題，一步步提高了自己，一步步完善了自己。同時也汲取了更完整的專業(yè)知識，鍛煉了自己獨(dú)立設(shè)計(jì)的能力，使我受益匪淺，我相信這些經(jīng)驗(yàn)對我以后的工作一定有很大的幫助，而且也鍛煉我的吃苦耐勞的精神，讓我在這個競爭的社會里有立足之地。
最后，我衷心感謝各位老師特別是我的指導(dǎo)老師在這一段時間給予我無私的幫助和指導(dǎo)，并向你們致意崇高的敬意，以后到社會上我一定努力工作，不辜負(fù)你們給予我的知識和對我寄予的厚望！
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