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沖壓模具設(shè)計(jì)中側(cè)壁起皺的分析 F.-k. Chen and Y.-C. Liao 臺灣 臺北市國立臺灣大學(xué)機(jī)械工程部門 在沖壓過程中，起皺一般發(fā)生在有錐度的方形杯子和帶有階梯的矩形杯子成形時。這兩種起皺類型的共同特征是起皺都發(fā)生在相對沒有支撐的側(cè)壁。在沖壓一個有錐度的方形杯子時，當(dāng)發(fā)生起皺時，比如沖模間隙和沖壓毛壞的壓力大小等參數(shù)的影響通過有限元模擬方法被檢查到。模擬結(jié)果顯示沖模間隙越大，起皺的就越明顯，而且起皺不能通過增加沖壓力來被抑制。在研究帶有階梯的矩形杯子沖壓過程的起皺時，發(fā)現(xiàn)了一個有相似幾何類型的實(shí)際部分。在側(cè)壁被發(fā)現(xiàn)的起皺是因?yàn)榻橛跊_頭和階梯邊緣的金屬板料不平衡伸展造成的。為減少起皺，一個最適宜的沖模設(shè)計(jì)方法就是利用有限元分析法。在無起皺產(chǎn)品中介于模擬結(jié)果和實(shí)測結(jié)果的好協(xié)議使有限元分析法生效，而且證實(shí)了利用有限元分析法去設(shè)計(jì)沖模的優(yōu)勢。 關(guān)鍵詞：側(cè)壁起皺；沖模；階梯的矩形杯子；帶有錐度的主形杯子 1． 介紹 起皺是在金屬板料成形中主要的缺陷之一。由于性能和視察的原因，在產(chǎn)品中起皺往往不能被接受。在金屬板料成形過程中，有三種形式的起皺頻繁的發(fā)生：邊緣起皺，側(cè)壁起皺和由于殘余的彈性壓力引起的未變形區(qū)域的彈性彎曲。在沖壓一個復(fù)雜形狀零件的操作時，側(cè)壁起皺意味著沖模腔中的起皺。由于側(cè)壁區(qū)域的金屬板料相對于其它區(qū)域的金屬板料不被工具所保征質(zhì)量，側(cè)壁起皺的消除比邊緣起皺的抑制更難。很明顯，在未被加固的側(cè)壁區(qū)域中的金屬材料的額外拉伸可能防止起皺，而且在實(shí)際操作中也可以通過增加沖壓力來防止起皺，但是過度的拉力會通過裂痕導(dǎo)致失敗。因此，沖壓力必須處于一個狹小的范圍，一方面，要高于抑制起皺的力，另一方面，要低于產(chǎn)生破裂的力。沖壓力的狹小范圍很難計(jì)算。對于沖壓一個復(fù)雜形狀的零件，當(dāng)起皺發(fā)生在中心區(qū)域時，有意義的沖壓力范圍甚至不存在。 為了檢查起皺的形成結(jié)構(gòu)，Yoshida et al.發(fā)明了一種測試，在這種測試?yán)?，一塊薄板料不是均勻的沿著它的斜度被拉伸。他們也計(jì)劃一個近似的理論模型，在這種模型里面，起皺的開始取決于在壓力不均勻區(qū)域中有壓縮的側(cè)部力的彈性灣曲。Yu et al.從實(shí)驗(yàn)性和分析性上研究起皺問題，通過理論分析，他發(fā)現(xiàn)帶有兩個圓周波的起皺可能發(fā)生，然而，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示是四到六個。當(dāng)通過一個有錐度的模具畫出金屬板料時，Narayanasamy和sowerby用平底的沖頭和半球狀的沖頭檢查金屬板料的起皺。他們也試圖去把可以抑制起皺的道具分類。 那些努力都被聚中于和簡單形狀零件關(guān)聯(lián)的起皺問題上，例如：一個圓形的杯子。在90年代早期，金屬板料成形中三維動態(tài)軟件和有限元方法的成功運(yùn)用使得分析包括在沖壓一個復(fù)雜形狀零件的起皺問題成為可能。在當(dāng)前的研究中，三維有限元分析法被用來分析在沖壓一個帶有階梯的矩形部分的過程中，產(chǎn)生起皺的金屬流動制造參數(shù)上。 一個帶有階梯的方形杯子，在杯子的每一邊都有一個傾斜的側(cè)壁，在帶有錐度的杯子也相應(yīng)的存在傾斜的側(cè)壁。在沖壓過程中，側(cè)壁上的金屬板料相對沒被支撐，因此，這個部位更容易起皺。在當(dāng)前的研究中，起皺過程中的各種不同的制造參數(shù)的影響都在被研究。在沖壓一個帶有階梯的方形杯子時，就像圖1B顯示的一樣，可以觀測到另一種形式的起皺。為了評估分析的效力，在當(dāng)前的研究中，一個確切階梯幾何形狀的物體被檢測。通過使用有限元分析法和用適宜的模具設(shè)計(jì)來減少起皺，起皺的原因被確定。在觀測一個實(shí)際產(chǎn)品成形時，通過有限元分析法得到的模具設(shè)計(jì)方法得到證實(shí)。 圖1帶有錐度方形杯子的拉伸（a）和帶有階梯的矩形杯子的拉伸（b） 2有限元模型 包括沖頭、模具和毛壞固定器等工具幾何學(xué)是用CAD或PRO/E軟件來設(shè)計(jì)的。同樣用CAD軟件，三節(jié)點(diǎn)和四節(jié)點(diǎn)的外形元素被采用用來為以上工具生產(chǎn)網(wǎng)眼系統(tǒng)。對于有限元模擬來說，工具被認(rèn)為是剛硬的，而且對應(yīng)的網(wǎng)眼被用來定義工具幾何學(xué)而不是壓力分析。同樣CAD軟件使用四節(jié)點(diǎn)外形元素來為板形壞料構(gòu)造網(wǎng)眼。圖2顯示工具的完整布置的網(wǎng)眼系統(tǒng)和用來沖壓帶有階梯方形杯子的板形壞料。由于對稱條件，方形杯子的四分之一被分析。在模擬中，板形壞料放在壓力機(jī)上，沖模向下移動，逆著壓力機(jī)夾緊板形壞料。然后沖模上升使得板形壞料按著模腔成形。 圖2 有限元網(wǎng)眼 為了表演一個精確的有限元分析法，金屬板料的真實(shí)應(yīng)力應(yīng)變曲線被要求是輸入數(shù)據(jù)的一部分。在當(dāng)前的研究中，拉深成形的金屬板料也被用來模擬。為在飛機(jī)上切割下的樣本測試被進(jìn)行，它們依次從0度的旋轉(zhuǎn)方向到45度的旋轉(zhuǎn)方向，再到90度的旋轉(zhuǎn)方向進(jìn)行著。平均的流動力σ，計(jì)算方程為σ=（σ0+2σ45+σ90）/4，因?yàn)槊恳粋€方法真實(shí)應(yīng)變通常用來模擬帶錐度方形杯子和帶階梯矩形的沖壓，就如圖3顯示的那樣。 當(dāng)前研究中所有的模擬利用有限元程序PAM-STAMP涉及SGI Indigo2工作站。為了完成模似所需輸入數(shù)據(jù)的設(shè)置，沖頭的速度一般設(shè)置在10m/s，庫侖摩擦系數(shù)設(shè)置在0.1。 圖3 金屬板料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系 3 錐度方形杯中的起皺 正像圖1a顯示的那樣，草圖暗示著一些有關(guān)錐度方形杯子的尺寸，方形沖頭每一面的長度（2WP）、模腔的尺寸（2Wd）和高度(H)被認(rèn)為是影響起皺的至關(guān)重要尺寸。在當(dāng)前研究中，模腔尺寸和沖頭尺寸的差距的一半稱作沖模間隙（記作G），G= Wd- WP。相關(guān)的在側(cè)壁沒被支撐的金屬板料的寬度取決于沖模間隙，起皺假想通過增加沖壓力來被抑制。相對于沖壓一個錐度方形杯子，沖模間隙和沖壓力兩方面的影響在接下來的部分被研究。 3.1沖模間隙的影響 為了檢查沖模間隙對起皺的影響，在沖壓一個錐度方形杯子時，分別用20mm，30mm，50mm大小的沖模間隙進(jìn)行模擬沖壓。在每次模擬沖壓中，模腔的尺寸都是固定在200mm，而且杯子拉深的高度都是100mm。三次模擬中使用的金屬板料都是380X380的方形尺寸，厚度也都是0.7mm，金屬的應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖3所示。 圖4 G=50mm的帶有錐度的方形杯子 模擬結(jié)果顯示三次模擬中都發(fā)生起皺現(xiàn)象，沖模間隙為50mm沖壓出來的杯子模擬形狀如圖4。從圖4中可以看出，起皺分布在側(cè)壁，側(cè)壁拐角尤其明顯。這就說明在沖壓過程中，起皺是由于在側(cè)壁有大面積區(qū)域不被支撐，同樣，由于沖模間隙不一樣，沖頭各邊的長度和模腔尺寸也不一樣。由于橫向壓力的存大，在沖頭和模腔中拉深成形的金屬板料越來越不牢固。在壓縮下，側(cè)壁金屬板料不受限制的拉伸是起皺的主要原因。為了比較三種不同間隙沖壓出來的產(chǎn)品，兩個主要的應(yīng)變比率β被介紹，β=εmin/εmax，這里的εmin和εmax分別是主要的和次要的應(yīng)變。Hosford和Caddell已經(jīng)展示了β的實(shí)際值比β的評論值大，假設(shè)當(dāng)起皺發(fā)生時，β的實(shí)際值越大，起皺的可能性就越大。 在三個沖模間隙不同的沖壓中，同一側(cè)壁高度，沿著橫截面M-N的β值在圖4中標(biāo)記出，在圖5中畫出。圖5中說明嚴(yán)重的起皺一般發(fā)生在拐角處，而對三個沖模間隙不同的沖壓，在側(cè)壁中心很少發(fā)生起皺。還說明了沖模間隙越大，β的實(shí)際值就越大。因此，增加沖模間隙將增加在錐度方形杯子側(cè)壁處發(fā)生起皺的可能性。 3.2沖壓力的影響 眾所周知，在沖壓過程中，增加沖壓力可以幫助排除起皺。為了研究增加沖壓力的影響，沖模間隙為50mm與起皺是有關(guān)聯(lián)的，用沖模間隙為50mm的模具沖壓帶有錐度方形杯子被用不同的沖壓力來模擬了。沖壓從100KN增加到600KN，這兩個力分別產(chǎn)生0.33Mpa和1.98Mpa。在上述部分，剩下的模擬條件與給定的是一樣的。處于中間的300KN也被用來模擬。 模擬結(jié)果顯示沖壓力的增加并沒有幫助消除發(fā)生在側(cè)壁的起皺。在圖4中已標(biāo)出沿著橫截面M-N的β值與沖壓力為100KN和600KN的β值作比較。模擬結(jié)果指出兩種情況下，沿著橫截面M-N的β值是一樣的。為了檢查兩種不同沖壓力的起皺形狀，正如圖4和圖6標(biāo)出的那樣，側(cè)壁上從底部向上有五處不同位置的橫截面。從圖6可以看出，兩個外殼的波浪形橫截面是相似的。這就說明在沖壓帶有錐度的方形杯子時，沖壓力不影響起皺的發(fā)生，這是因?yàn)槠鸢櫟脑蛑饕怯捎谠谟袡M向壓力存在的側(cè)壁處有大面積區(qū)域不被支撐。沖壓力對沖頭和模腔之間材料不穩(wěn)定的模式并沒有影響。 圖5 沿著橫截面M-N不同沖模間隙的β值 4階梯矩形杯子 在沖壓一個階梯矩形杯子時，起皺發(fā)生在側(cè)壁即使沖模間隙并不是那么重要。輪廓1顯示沖壓階梯矩形杯子的沖頭草圖，在這張草圖中，側(cè)壁C沿臺階D-E而行。在近期的研究中，在一個實(shí)際的產(chǎn)品中檢查到了這種幾何形狀。這種產(chǎn)品使用的原材料的厚度是0.7mm，從拉力測試中獲得的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系如圖3所示。 這種沖壓部分產(chǎn)品的程序包括通過清理焊縫的深拉。在這種深拉過程中，沒有焊縫被用在沖模表面來幫助幫助金屬的流動。但是，由于沖頭拐角處的半徑過小和其復(fù)雜的幾何形狀，如圖7顯示的那樣，在沖頭邊緣上部經(jīng)常發(fā)生拉裂，在真實(shí)產(chǎn)品的側(cè)壁處經(jīng)常發(fā)生起皺。從圖7中可以看出，皺紋發(fā)分布在側(cè)壁上，但是在階梯邊緣拐角處最為嚴(yán)重，就像圖1（b）中A-D，B-E顯示的那樣。在沖頭的上部邊緣，金屬往往被拉裂，就像圖7所示。 為了進(jìn)一步的了解沖壓過程中板料的變形，誕生了一種有限元的方法。這種有限元模擬方法被在最初的設(shè)計(jì)中。部分的模擬形狀如圖8所示。從圖8中可以看出，零件上部邊緣的網(wǎng)眼被拉深，皺紋分布在側(cè)壁上，類似真實(shí)零件中的那樣。 圖6 從圖a的100KN到圖b的600KN不同側(cè)壁高度的橫截面線條 圖7 產(chǎn)品零件中的拉裂和起皺 圖8 產(chǎn)品拉裂和起皺的模擬形狀 如圖1（b）就像A-B邊緣半徑和沖孔拐角處A的半徑一樣，沖孔的半徑也很小，這被認(rèn)為是拉裂的最主要原因。但是，根據(jù)有限元分析的結(jié)果，拉裂可以通過增加以半徑來避免。這種理念在現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品中通過增加半徑得到證實(shí)。 個別的嘗試也被用來消除起皺。第一，沖壓力加到原來的2倍。但是，就像在拉深帶有錐度的杯子中得到的結(jié)果一樣，沖壓力對消除起皺現(xiàn)象沒有起有很大的效果。通過增加摩擦和毛坯尺寸也得到同樣的結(jié)論。于是我們推測，這種起皺不能通過增加沖壓力來得到抑制。 由于在金屬屈服于過大壓力的區(qū)域，往往會因?yàn)榇罅康慕饘倭鲃佣鸢櫍环N通過在起皺區(qū)域增加掛鉤用于消除起皺的簡單方法被用來吸收多余的材料。為了多余的金屬能有效的被吸收，掛鉤應(yīng)該平衡的加在起皺位置?；谶@種理念，兩個掛鉤被加在鄰近在壁上吸收多余的材料，如圖9如示。模擬結(jié)果顯示，階梯拐角處的起皺正如想象的那樣被吸收，但是，一些起皺仍然沒被吸收。這說明在側(cè)壁處需要更多的掛鉤來吸收所有過量的材料，但是這在模具設(shè)計(jì)中是不允許的。 利用有限元分析法分析沖壓工序的一個優(yōu)勢是沖壓過程中板料的變形形狀可以被監(jiān)測，而這在真實(shí)的產(chǎn)品沖壓過程中是不可能的。對沖壓過程中金屬流動的精密監(jiān)測顯示板料最開始通過沖頭的力按模腔的形狀成形，直到板料接觸到如圖1（b）階梯D-E邊緣才形成起皺。起皺的形狀如 圖9 加到側(cè)壁的起皺 圖10顯示的那樣。這就為模具設(shè)計(jì)的改進(jìn)提供了有價(jià)值的信息。 圖10 當(dāng)板料接觸臺階邊緣的起皺形成 圖11 切除了的臺階拐角 對于起皺的發(fā)生，最初的一個猜想是沖頭拐角處范圍A和階梯拐角處范圍D之間的金屬板料處于不平坦的拉深，就如圖1（b）所示。階梯拐角處被切主要是為了改善拉深條件，這樣就允許通過增加階梯邊緣有更多的拉伸被應(yīng)用到如圖11所示，從而使得模具設(shè)計(jì)的改進(jìn)得到發(fā)展。但是，杯子側(cè)壁處仍然有起皺，這就意味著起皺是因?yàn)檎麄€沖頭邊緣和整個階梯邊緣的不平坦引起的，不僅僅是沖頭拐角處和階梯拐角處之間的不平坦。為了證實(shí)這種說法，兩種改進(jìn)過了的模具設(shè)計(jì)被用來實(shí)驗(yàn)：為了描述想象中的形狀用兩種拉深操作，一種是切去整個階梯，而另一種是增加更多的拉深操作。前一個方法的模擬形狀所圖12所示。自從更低的階梯被切去后，拉深工序與圖12中的矩形杯子拉深工序性很相似。從圖12中可以看出起皺現(xiàn)象已被消除。 在這兩種操作的拉深工序中，板料最初是被拉到很深的階梯處，如圖13（a）所示，然后，較低的階梯在第二步拉深操作中成形，同是，如圖13（b）所示的想象形狀也得到了。從圖13（b）可以清晰的看出，通過兩步拉深工序可以造出沒有起皺的階梯矩形杯子，同時也說明在兩步拉深工序中，如果相應(yīng)的順序被應(yīng)用，則更低一些的階梯處的成形是伴隨更深階梯處成形和最深階梯邊緣處成形的最早成形，如圖1(b)中的A-B，因?yàn)榻饘俨蝗菀淄ㄟ^較低的階梯進(jìn)入模具型腔。 圖12改善模具設(shè)計(jì)的模擬形狀 圖13 兩個操作步驟中的a第一步操作 b第二步操作 有限元分析法說明用簡單的拉深操作來設(shè)計(jì)理想產(chǎn)品的沖壓模具設(shè)計(jì)是很難完成的。但是，由于額外的模具費(fèi)用和操作費(fèi)用，兩個操作的制造費(fèi)用是很高的。為了保持較低的制造費(fèi)用，零件的設(shè)計(jì)師對形狀做出了合適的改變，而且通過有限元模擬分析法結(jié)果去切除較低的臺階來改善模具設(shè)計(jì)，如圖12所示。隨著設(shè)計(jì)方法的改進(jìn)，產(chǎn)品真實(shí)的沖壓模具被制造出來，而且零件還沒有起皺，如圖14所示。通過有限元模擬分析法得到的零件也沒有起皺。 為了進(jìn)一步驗(yàn)證有限元模擬分析法的結(jié)果，有限元模擬分析法得到的沿橫截面G-H的厚度分布如圖14所示，這與產(chǎn)品的尺寸做了比較，比較的結(jié)果顯示在圖15。從圖15可以看出有限元模擬分析法得到的預(yù)想的厚度分布和產(chǎn)品得到的厚度分布是相符合的。這種吻合證實(shí)了有限元模擬分析法的效率。 圖14 無缺陷產(chǎn)品零件 圖15 G-H處模擬和測量厚度 5概要和結(jié)束語 通過有限元模擬分析法研究了兩種在沖壓過程中的起皺，而且還檢查了其起皺的原因和消除起皺的方法。 第一種形式的起皺發(fā)生在沖壓帶有錐度的方形杯子的側(cè)壁上，這種起皺的原因是因?yàn)闆_模間隙過大（沖模間隙就是模腔的尺寸和沖頭的尺寸的差距）。當(dāng)金屬被拉至模腔中，在沖頭和型腔中有一有害的拉深時，大的沖模間隙導(dǎo)致金屬板料的大面積區(qū)域不被支撐，因此大面積區(qū)域不被支撐導(dǎo)致起皺。有限元模擬分析法顯示這種起皺不能通過增加沖壓力的方法來得到抑制。 另一種形式的起皺發(fā)生在有階梯矩形的幾何形狀物體沖壓過程中。起皺往往發(fā)生在臺階以上的側(cè)壁，甚至沖模的間隙不是足夠的大。通過有限元模擬法得知，這種起皺主要是由于在沖頭和臺階邊緣存在不平坦的拉伸。在模具設(shè)計(jì)過程中，通過有限元模擬分析法單獨(dú)的嘗試被用來消除起皺，切除了臺階的模具被建立。通過無缺陷的零件證實(shí)了這種模具設(shè)計(jì)方法對消除起皺的作用。有限元模擬分析法得到的結(jié)果和真實(shí)產(chǎn)品中看到的結(jié)果相吻合說明了有限元模擬分析法的準(zhǔn)確性，還證實(shí)了用有限元分析法代替真實(shí)的模具制造方法的效力。 感謝 作者希望感謝中國人民共和國民族科學(xué)委員會授于NSC-86-2212-E002-028編號才使得這個項(xiàng)目得到發(fā)展。他們也希望感謝KYM提供了產(chǎn)品零件。 參考文獻(xiàn) 1. K. Yoshida， H. Hayashi， K. Miyauchi， Y. Yamato， K. Abe， M. Usuda， R. Ishida and Y. Oike，在金屬板料，皺紋機(jī)械工具的效果取決于不均勻的拉深 2. T.X.Yu，W.Johnson 和 W.J.Stronge， “圓形碟子在半球形模具中的沖壓成形”，機(jī)械學(xué)雜志，26，pp.131-148，1984 3. W.J.stronge，M.P.F.Sutcliffe和T.X.Yu，在沖壓期間，圓形碟子的塑性起皺。實(shí)驗(yàn)的技巧，pp.345-353，1986. 4. R.Narayanasamy和R.Sowerby，“當(dāng)用一種圓錐形的沖模成形時的金屬板料起皺”，材料處理技術(shù)雜志，41，pp.275-290，1994. 5. W.F.Hosford 和 R.M.Caddell，金屬成形:機(jī)械和冶金，1993年第二季。 河南機(jī)電高等專科學(xué)校 學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中期檢查表 學(xué)生姓名 學(xué) 號 指導(dǎo)教師 選題情況 課題名稱 難易程度 偏難 適中 偏易 工作量 較大 合理 較小 符合規(guī)范化的要求 任務(wù)書 有 無 開題報(bào)告 有 無 外文翻譯質(zhì)量 優(yōu) 良 中 差 學(xué)習(xí)態(tài)度、出勤情況 好 一般 差 工作進(jìn)度 快 按計(jì)劃進(jìn)行 慢 中期工作匯報(bào)及解答問題情況 優(yōu) 良 中 差 中期成績評定： 所在專業(yè)意見： 負(fù)責(zé)人： 年 月 日 河南機(jī)電高等專科學(xué)校 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 系 部： 專 業(yè)： 學(xué)生姓名: 學(xué) 號: 設(shè)計(jì)(論文)題目：散熱片零件沖壓成形工藝及模具設(shè)計(jì) 起 迄 日 期: 2009年 3 月 10 日~ 5 月 15日 指 導(dǎo) 教 師: 發(fā)任務(wù)書日期: 2009 年 3 月 10 日 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）任 務(wù) 書 1．本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題來源及應(yīng)達(dá)到的目的： 所示圖形為散熱片零件，材料為T2，料厚：2mm，設(shè)計(jì)一套沖壓模具，要求能適應(yīng)大批量生產(chǎn)。未注公差按IT14。 2．本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題任務(wù)的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）： 1、了解目前國內(nèi)外沖壓模具的發(fā)展現(xiàn)狀 2、分析散熱片零件的沖壓成形工藝并確定其工藝方案 3、散熱片零件的沖壓模設(shè)計(jì) 4、繪制模具總裝圖，并繪制零件圖 5、散熱片零件的模具零件加工工藝卡 6、得出設(shè)計(jì)結(jié)論 所在專業(yè)審查意見： 負(fù)責(zé)人： 年 月 日 系部意見： 系領(lǐng)導(dǎo)： 年 月 日 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 畢業(yè)設(shè)計(jì)題目：散熱片沖壓工藝與模具設(shè)計(jì) 系 部 專 業(yè) 班 級 學(xué)生姓名 學(xué) 號 指導(dǎo)教師 2009年 5月 15 日 插圖清單 圖1：零件圖； 圖2：排樣圖； 圖3：落料凹模刃口部分尺寸； 圖4：沖孔凸模的結(jié)構(gòu)形式； 圖5：凸凹模的結(jié)構(gòu)； 圖6：活動擋料銷的設(shè)計(jì)； 圖7：模柄的結(jié)構(gòu)形式； 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 散熱片零件沖壓工藝及模具設(shè)計(jì) 摘 要 沖壓是在室溫下，利用安裝在壓力機(jī)上的模具對材料施加壓力，使其產(chǎn)生分離或塑性變形，從而獲得所需零件的一種壓力加工方法。沖壓模具在冷沖壓加工中，將材料（金屬或非金屬）加工成零件（或半成品）的一種特殊工藝裝備，稱為冷沖壓模具（俗稱冷沖模）。沖壓模具是沖壓生產(chǎn)必不可少的工藝裝備，是技術(shù)密集型產(chǎn)品。沖壓件的質(zhì)量、生產(chǎn)效率以及生產(chǎn)成本等，與模具設(shè)計(jì)和制造有直接關(guān)系。模具設(shè)計(jì)與制造技術(shù)水平的高低，是衡量一個國家產(chǎn)品制造水平高低的重要標(biāo)志之一，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。 關(guān)鍵詞： 凸模 凹模 壓力機(jī)噸位 散熱片零件沖壓工藝及模具設(shè)計(jì) Abstract： A complete press tool for cutting two holes in work material at one stoke of the press, as classified and standardized by a large manufacture. Any complete press tool, consisting of a pair of mating member for producing pressworked parts ,including all supporting and actuating elements of the tool ,is a die .pressworking terminology commonly defines the female part of any complete press tool as a die. A punch holder mounted to the upper shoe holds two round punches which are guided by bushings inserted in the stripper. A compound die performs only cutting operations which are completed during a single press stroke. A compound die can produce pierced blanks to close flatness and dimensional tolerances. A characteristic of compound die is the inverted position of the blanking punch and blanking die. The die is fastened to the upper shoe and the blanking punch is mounted on the lower shoe. The blanking punch also functions as the piercing die ,having a tapered hole in it and in the lower shoe for slug disposal.. Key word: Raised mold Concave mold Press tonnage 第 2 頁 共 2 頁 河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 散熱片零件沖壓工藝及模具設(shè)計(jì) 摘要 沖壓是在室溫下，利用安裝在壓力機(jī)上的模具對材料施加壓力，使其產(chǎn)生分離或塑性變形，從而獲得所需零件的一種壓力加工方法。沖壓模具在冷沖壓加工中，將材料（金屬或非金屬）加工成零件（或半成品）的一種特殊工藝裝備，稱為冷沖壓模具（俗稱冷沖模）。沖壓模具是沖壓生產(chǎn)必不可少的工藝裝備，是技術(shù)密集型產(chǎn)品。沖壓件的質(zhì)量、生產(chǎn)效率以及生產(chǎn)成本等，與模具設(shè)計(jì)和制造有直接關(guān)系。模具設(shè)計(jì)與制造技術(shù)水平的高低，是衡量一個國家產(chǎn)品制造水平高低的重要標(biāo)志之一，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。 關(guān)鍵詞： 凸模 凹模 壓力機(jī)噸位 散熱片零件沖壓工藝及模具設(shè)計(jì) Abstract： A complete press tool for cutting two holes in work material at one stoke of the press, as classified and standardized by a large manufacture. Any complete press tool, consisting of a pair of mating member for producing pressworked parts ,including all supporting and actuating elements of the tool ,is a die .pressworking terminology commonly defines the female part of any complete press tool as a die. A punch holder mounted to the upper shoe holds two round punches which are guided by bushings inserted in the stripper. A compound die performs only cutting operations which are completed during a single press stroke. A compound die can produce pierced blanks to close flatness and dimensional tolerances. A characteristic of compound die is the inverted position of the blanking punch and blanking die. The die is fastened to the upper shoe and the blanking punch is mounted on the lower shoe. The blanking punch also functions as the piercing die ,having a tapered hole in it and in the lower shoe for slug disposal.. Key word: Raised mold Concave mold Press tonnage 目 錄 1 緒 論………………………………………………………………5 1.1模具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢…………………………………………5 1.1.1國內(nèi)模具的現(xiàn)狀………………………………………………5 1.1.2國內(nèi)模具的發(fā)展趨勢…………………………………………8 1.2國外模具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢……………………………………9 1.3　散熱片零件的沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)與制造方面……………10 1.3.1 散熱片零件的沖壓工藝的設(shè)計(jì)思路…………………………10 1.3.2散熱片模具設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)思路…………………………………10 1.3.3散熱片模具設(shè)計(jì)的進(jìn)度………………………………………11 2 散熱片沖壓工藝的分析…………………………………………12 2.1工件工藝性分析與方案確定……………………………………12 2.1.1沖裁件工藝性分析……………………………………………12 2.1.2工藝方案的確定：……………………………………………13 2.2排樣設(shè)計(jì)…………………………………………………………13 2.2.1確定零件的排樣：……………………………………………13 2.2.2條料寬度、導(dǎo)尺間寬度和材料利用率的計(jì)算………………14 2.3模具結(jié)構(gòu)形式的選擇與確定……………………………………14 2.4沖壓力與壓力中心的計(jì)算，初選壓力機(jī)………………………15 2.4.1沖裁工序總力的計(jì)算 …………………………………………15 2.4.2初選壓力機(jī)……………………………………………………16 2.4.3壓力中心的計(jì)算………………………………………………17 3 模具主要零件和主要工作機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)化………………18 3.1工作零部件的設(shè)計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)化……………………………………18 3.1.1 工作零部件的計(jì)算……………………………………………18 3.1.2工作零部件的設(shè)計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)化…………………………………20 3.2定位裝置的設(shè)計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)化………………………………………23 3.2.1活動擋料銷的設(shè)計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)化…………………………………23 3.2.2導(dǎo)料銷的設(shè)計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)化………………………………………24 3.3聯(lián)接件的選用與標(biāo)準(zhǔn)化…………………………………………24 3.4卸料裝置與推件裝置的設(shè)計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)化…………………………24 3.5彈簧的選用與計(jì)算………………………………………………25 3.6支承零件的設(shè)計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)化………………………………………26 3.6.1模座……………………………………………………………26 3.6.2模柄……………………………………………………………26 3.6.3模架……………………………………………………………27 3.6.4固定板…………………………………………………………28 3.6.5墊板……………………………………………………………28 4 模具的安裝與調(diào)試…………………………………………………29 4．1模具的裝配 ……………………………………………………29 4．2模架裝配…………………………………………………………30 4．3總裝與調(diào)試問題的預(yù)測…………………………………………30 5 結(jié)束語………………………………………………………………32 致謝……………………………………………………………………33 參考文獻(xiàn)………………………………………………………………34 1 緒 論 模具生產(chǎn)技術(shù)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(biāo)志，因?yàn)槟＞咴诤艽蟪潭壬蠜Q定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。隨著我國加入WTO，我國模具工業(yè)的發(fā)展將面臨新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。 1.1模具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 1.1.1國內(nèi)模具的現(xiàn)狀 國內(nèi)模具行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及市場前景 現(xiàn)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(yīng)求，市場需求量維持在700億至850億美元，同時，我國的模具產(chǎn)業(yè)也迎來了新一輪的發(fā)展機(jī)遇。近幾年，我國模具產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值保持15%的年增長率（據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2005年國內(nèi)模具進(jìn)口總值達(dá)到700多億，同時，有近250個億的出口），到2007年模具產(chǎn)值預(yù)計(jì)為700億元，模具及模具標(biāo)準(zhǔn)件出口將從現(xiàn)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(chǎn)業(yè)而言，一個型號的汽車所需模具達(dá)幾千副，價(jià)值上億元，而當(dāng)汽車更換車型時約有80%的模具需要更換。2005年我國汽車產(chǎn)銷量均突破550萬輛，預(yù)計(jì)2007年產(chǎn)銷量各突破700萬輛，轎車產(chǎn)量將達(dá)到300萬輛。另外，電子和通訊產(chǎn)品對模具的需求也非常大，在發(fā)達(dá)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(chǎn)廠點(diǎn)，從業(yè)人數(shù)約50多萬。1999年中國模具工業(yè)總產(chǎn)值已達(dá)245億元人民幣。工業(yè)總產(chǎn)值中企業(yè)自產(chǎn)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(chǎn)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%。 近年來，我國沖壓模具水平已有很大提高。大型沖壓模具已能生產(chǎn)單套重量達(dá)50多噸的模具。為中檔轎車配套的覆蓋件模具內(nèi)也能生產(chǎn)了。精度達(dá)到1~2μm，壽命2億次左右的多工位級進(jìn)模國內(nèi)已有多家企業(yè)能夠生產(chǎn)。表面粗糙度達(dá)到Ra≤1.5μm的精沖模，大尺寸（φ≥300mm）精沖模及中厚板精沖模國內(nèi)也已達(dá)到相當(dāng)高的水平。 1、 模具CAD/CAM技術(shù)狀況 我國模具CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展已有20多年歷史。由原華中工學(xué)院和武漢733廠于1984年共同完成的精神模CAD/CAM系統(tǒng)是我國第一個自行開發(fā)的模具CAD/CAM系統(tǒng)。由華中工學(xué)院和北京模具廠等于1986年共同完成的冷沖模CAD/CAM系統(tǒng)是我國自行開發(fā)的第一個沖裁模CAD/CAM系統(tǒng)。上海交通大學(xué)開發(fā)的冷沖模CAD/CAM系統(tǒng)也于同年完成。20世紀(jì)90年代以來，國內(nèi)汽車行業(yè)的模具設(shè)計(jì)制造中開始采用CAD/CAM技術(shù)。國家科委863計(jì)劃將東風(fēng)汽車公司作為CIMS應(yīng)用示范工廠，由華中理工大學(xué)作為技術(shù)依托單位，開發(fā)的汽車車身與覆蓋模具CAD/CAPP/CAM集成系統(tǒng)于1996年初通過鑒定。在此期間，一汽和成飛汽車模具中心引進(jìn)了工作站和CAD/CAM軟件系統(tǒng)，并在模具設(shè)計(jì)制造中實(shí)際應(yīng)用，取得了顯著效益。1997年一汽引進(jìn)了板料成型過程計(jì)算機(jī)模擬CAE軟件并開始用于生產(chǎn)。 21世紀(jì)開始CAD/CAM技術(shù)逐漸普及，現(xiàn)在具有一定生產(chǎn)能力的沖壓模具企業(yè)基本都有了CAD/CAM技術(shù)。其中部分骨干重點(diǎn)企業(yè)還具備各CAE能力。 模具CAD/CAM技術(shù)能顯著縮短模具設(shè)計(jì)與制造周期，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)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(jì)算機(jī)繪圖技術(shù)，數(shù)控加工的使用率也越來越高，并陸續(xù)引進(jìn)了相當(dāng)數(shù)量CAD/CAM系統(tǒng)。如美國EDS的UG，美國Parametric Technology公司 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(jìn)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(nèi)汽車覆蓋件模具生產(chǎn)企業(yè)普遍采用了CAD/CAM技術(shù)/DL圖的設(shè)計(jì)和模具結(jié)構(gòu)圖的設(shè)計(jì)均已實(shí)現(xiàn)二維CAD，多數(shù)企業(yè)已經(jīng)向三維過渡，總圖生產(chǎn)逐步代替零件圖生產(chǎn)。且模具的參數(shù)化設(shè)計(jì)也開始走向少數(shù)模具廠家技術(shù)開發(fā)的領(lǐng)域。 在沖壓成型CAE軟件方面，除了引進(jìn)的軟件外，華中科技術(shù)大學(xué)、吉林大學(xué)、湖南大學(xué)等都已研發(fā)了較高水平的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的軟件，并已在生實(shí)踐中得到成功應(yīng)用，產(chǎn)生了良好的效益。 快速原型（RP）傳統(tǒng)的快速經(jīng)濟(jì)模具相結(jié)合，快速制造大型汽車覆蓋件模具，解決了原來低熔點(diǎn)合金模具靠樣件澆鑄模具，模具精度低、制件精度低，樣樣制作難等問題，實(shí)現(xiàn)了以三維CAD模型作為制模依據(jù)的快速模具制造，它標(biāo)志著RPM應(yīng)用于汽車身大型覆蓋件試制模具已取得了成功。 圍繞著汽車車身試制、大型覆蓋件模具的快速制造，近年來也涌現(xiàn)出一些新的快速成型方法，例如目前已開始在生產(chǎn)中應(yīng)用的無模多點(diǎn)成型及激光沖擊和電磁成型等技術(shù)。它們都表現(xiàn)出了降低成本、提高效率等優(yōu)點(diǎn)。 2、模具設(shè)計(jì)與制造能力狀況 在國家產(chǎn)業(yè)政策的正確引導(dǎo)下，經(jīng)過幾十年努力，現(xiàn)在我國沖壓模具的設(shè)計(jì)與制造能力已達(dá)到較高水平，包括信息工程和虛擬技術(shù)等許多現(xiàn)代設(shè)計(jì)制造技術(shù)已在很多模具企業(yè)得到應(yīng)用。 雖然如此，我國的沖壓模具設(shè)計(jì)制造能力與市場需要和國際先進(jìn)水平相比仍有較大差距。這一些主要表現(xiàn)在高檔轎車和大中型汽車覆蓋件模具及高精度沖模方面，無論在設(shè)計(jì)還是加工工藝和能力方面，都有較大差距。轎車覆蓋件模具，具有設(shè)計(jì)和制造難度大，質(zhì)量和精度要求高的特點(diǎn)，可代表覆蓋件模具的水平。雖然在設(shè)計(jì)制造方法和手段方面基本達(dá)到了國際水平，模具結(jié)構(gòu)周期等方面，與國外相比還存在一定的差距。 標(biāo)志沖模技術(shù)先進(jìn)水平的多工位級進(jìn)模和多功能模具，是我國重點(diǎn)發(fā)展的精密模具品種。有代表性的是集機(jī)電一體化的鐵芯精密自動閥片多功能模具，已基本達(dá)到國際水平。 但總體上和國外多工位級進(jìn)模相比，在制造精度、使用壽命、模具結(jié)構(gòu)和功能上，仍存在一定差距。 汽車覆蓋件模具制造技術(shù)正在不斷地提高和完美，高精度、高效益加工設(shè)備的使用越來越廣泛。高性能的五軸高速銑床和三軸的高速銑床的應(yīng)用已越來越多。NC、DNC技術(shù)的應(yīng)用越來越成熟，可以進(jìn)行傾角加工超精加工。這些都提高了模具面加工精度，提高了模具的質(zhì)量，縮短了模具的制造周期。 模具表面強(qiáng)化技術(shù)也得到廣泛應(yīng)用。工藝成熟、無污染、成本適中的離子滲氮技術(shù)越來越被認(rèn)可，碳化物被覆處理（TD處理）及許多鍍（涂）層技術(shù)在沖壓模具上的應(yīng)用日益增多。真空處理技術(shù)、實(shí)型鑄造技術(shù)、刃口堆焊技術(shù)等日趨成熟。激光切割和激光焊技術(shù)也得到了應(yīng)用。 雖然中國模具工業(yè)在過去十多年中取得了令人矚目的發(fā)展，但許多方面與工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比仍有較大的差距。例如，精密加工設(shè)備在模具加工設(shè)備中的比重比較低;CAD/CAE/CAM技術(shù)的普及率不高;許多先進(jìn)的模具技術(shù)應(yīng)用不夠廣泛等等，致使相當(dāng)一部分大型、精密、復(fù)雜和長壽命模具依賴進(jìn)口。模具的發(fā)展是體現(xiàn)一個國家現(xiàn)代化水平高低的一個重要標(biāo)志，就我國而言，經(jīng)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(dāng)初只能靠進(jìn)口到現(xiàn)在部分進(jìn)口已經(jīng)跨了一大步，但還有一些精密的沖模自己還不能生產(chǎn)只能通過進(jìn)口來滿足生產(chǎn)需要。隨著各種加工工藝和多種設(shè)計(jì)軟件的應(yīng)用使的模具的應(yīng)用和設(shè)計(jì)更為方便。隨著信息產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，模具的設(shè)計(jì)和制造也越來越趨近于國際化?，F(xiàn)在模具的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和制造（CAD/CAM）技術(shù)的研究和應(yīng)用。大大提搞了模具設(shè)計(jì)和制造的效率。減短了生產(chǎn)周期。采用模具CAD/CAM技術(shù)，還可提高模具質(zhì)量，大大減少設(shè)計(jì)和制造人員的重復(fù)勞動，使設(shè)計(jì)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(yīng)用更進(jìn)一步推動了模具產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。。數(shù)控技術(shù)的發(fā)展使模具工作零件的加工趨進(jìn)于自動化。電火花和線切割技術(shù)的廣泛應(yīng)用也對模具行業(yè)起到了飛越發(fā)展。模具的標(biāo)準(zhǔn)化程度在國內(nèi)外現(xiàn)在也比較明顯。特別是對一些通用件的使用應(yīng)用的越來越多。其大大的提高了它們的互換性。加強(qiáng)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。 1.1.2 國內(nèi)模具的發(fā)展趨勢 巨大的市場需求將推動我國模具的工業(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)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。 　　2)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。 　 3)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。 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)。 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％． 1.3　散熱片零件的沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)與制造方面 1.3.1 散熱片零件的沖壓工藝的設(shè)計(jì)思路 沖壓加工與其它加工方法相比,無論在技術(shù)方面,還是在經(jīng)濟(jì)方面,都具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn).如:沖壓在少,無切屑加工方法之一,是一種省能,低耗,高效的加工方法,因而制品的成本較低. 沖壓件的尺寸公差由模具保證,具有一模一樣的特征,所以產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定,沖壓可以壁薄,重量輕,形狀復(fù)雜,表面質(zhì)量好,剛性好的工件.冷沖壓生產(chǎn)靠壓力機(jī)和模具完成加工過程,其生產(chǎn)效率高,操作方便,易于機(jī)械化與自動化,用普通壓力機(jī)進(jìn)行沖壓加工,每分鐘可達(dá)幾十件,用高速壓力機(jī)生產(chǎn),每分鐘可達(dá)數(shù)百件或千件以上. 1.3.2 散熱片模具設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)思路 沖裁是沖壓基本工序之一，它是利用沖壓模在壓力機(jī)作用下，將平板坯料沿一定的輪廓線產(chǎn)生分離的一種沖壓工序。根據(jù)變形機(jī)理的不同，沖裁可分為普通沖裁和精密沖裁，常用的沖裁有落料，沖孔，切口，切斷，剖切等。其中以落料沖孔應(yīng)用最多，落料是沿工件的外形封閉輪廓線沖切，沖下部分為工件，沖孔是沿工件的內(nèi)形封閉輪廓線沖切，沖下部分為廢料。 1.3.3散熱片模具設(shè)計(jì)的進(jìn)度 1.了解目前國內(nèi)外沖壓模具的發(fā)展現(xiàn)狀，所用時間20天； 2.確定加工方案，所用時間5天； 3.模具的設(shè)計(jì)，所用時間30天； 4．模具的調(diào)試．所用時間5天． 2 散熱片沖壓工藝的分析 2.1工件工藝性分析與方案確定 2.1.1沖裁件工藝性分析 圖1 零件圖 零件名稱：散熱片 材料：T2 料厚：2mm 數(shù)量：大批量生產(chǎn) 未注公差尺寸按IT13級精度制造 該零件形狀簡單，對稱，是由圓弧和直線組成的，沖裁件內(nèi)外形所能達(dá)到經(jīng)濟(jì)精度為IT11～I(xiàn)T14，孔中心與邊緣距離尺寸公差為±0.5mm，將以上精度與零件的精度要求相比較，可認(rèn)為該零件的精度要求能夠在沖裁加工中得到保證，其他未注尺寸，生產(chǎn)批量等情況也均符合沖裁的工藝要求，故可采用沖壓方式進(jìn)行加工。 外形落料的工藝性：散熱片屬于中等尺寸零件，料厚2mm，外形復(fù)雜程度一般，尺寸精度要求一般，因此可采用落料工藝獲得。 沖孔的工藝性：內(nèi)孔尺寸精度要求一般，可采用沖孔。 2.1.2工藝方案的確定： 該零件所需要的沖壓工序?yàn)槁淞虾蜎_孔，可擬定出以下三種工藝方案： 方案一：用簡單模分兩次加工，即落料——沖孔 方案二：沖孔，落料復(fù)合模 方案三：沖孔,落料級進(jìn)模 采用方案一，生產(chǎn)率低，工件的累計(jì)誤差大，操作不方便，由于該工件為大批量生產(chǎn)，方案二和方案三更具有優(yōu)越性。 散熱片零件的外輪廓及內(nèi)孔之間的最小距離為8mm，大于此零件要求的最小壁厚（4.9mm），可以采用沖孔、落料復(fù)合?；驔_孔、落料級進(jìn)模。復(fù)合模模具的形位精度和尺寸精度容易保證，且生產(chǎn)率高，盡管模具結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜.級進(jìn)模生產(chǎn)率也高，但零件的沖裁精度稍差，與保證沖壓件的形位精度，需要在模具上設(shè)置導(dǎo)正銷導(dǎo)正，故模具制造，安裝較復(fù)合模并不復(fù)雜。通過對上述三種方案的分析比較，散熱片的沖壓生產(chǎn)采用方案二沖孔落料復(fù)合模更為合理。 2.2排樣設(shè)計(jì) 2.2.1確定零件的排樣： 設(shè)計(jì)復(fù)合模時，首先要設(shè)計(jì)條料排樣圖，由于散熱片零件外形矩形，形狀較復(fù)雜，可采用直排排樣的方法，可提高生產(chǎn)率。如下圖二為零件的排樣圖。 圖2 排樣圖 2.2.2條料寬度、導(dǎo)尺間寬度和材料利用率的計(jì)算 查文獻(xiàn)[1]中表2.9取得搭邊值a1=2.0mm，側(cè)面a=2.2mm。 計(jì)算條料寬度： B=54+2×2.2=58.4mm 步距： S=42+2.0 =44.0mm 材料利用率的計(jì)算： 計(jì)算沖壓件毛坯的面積：A=42×54-4×（6×10+4×6）-12×2×6=1788mm2 一個步距的材料利用率： = 式中 A—一個沖裁件的面積，mm2; n—一個步距內(nèi)的沖裁件數(shù)量； B—條料寬度，mm; s—進(jìn)距， mm 得 =1788／（58.4×44.2）×100%=69.27% 2.3模具結(jié)構(gòu)形式的選擇與確定 1）正倒裝結(jié)構(gòu)：根據(jù)上述分析，本零件的沖壓包括沖孔和落料兩個工序，且孔邊距較大，可采用正裝式復(fù)合模結(jié)構(gòu)，即沖孔凹模在下模和落料凹模安排在上模。 2）送料方式：因是大批量生產(chǎn)，采用手動送料方式。從右往左送料。 3）定位裝置：因散熱片制件采用倒裝式復(fù)合模，且制件外形較復(fù)雜，所以沖裁時所以直接用擋料銷和導(dǎo)料板即可。 4）導(dǎo)向方式：為確保零件的質(zhì)量及穩(wěn)定性，選用導(dǎo)柱、導(dǎo)套導(dǎo)向。由于散熱片導(dǎo)向尺寸較小，且精度要求不是很高，所以宜采用后側(cè)導(dǎo)柱模架。 5）卸料方式：本模具采用倒裝結(jié)構(gòu)，工件留在凹模孔洞中，應(yīng)在凹模孔中設(shè)置推件塊，直接利用壓力機(jī)的打桿裝置進(jìn)行卸件，卸料可靠，便于操作；卡在凸凹模上的廢料可由卸料板推出；而沖孔廢料則可以在下模座中開設(shè)通槽，使沖孔廢料從孔洞中落下。同時在該模具中壓料是由落料凸模與卸料板一起配合來實(shí)現(xiàn)的，所以卸料板還應(yīng)具有壓料的作用，應(yīng)選用彈性卸料板來卸下條料廢料。 2.4沖壓力與壓力中心的計(jì)算，初選壓力機(jī) 2.4.1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φ4mm孔的力P沖，落外輪廓料的力P落，向下推出φ4mm沖孔廢料的力P卸，向下推出工件的力P推。由于剛性卸料板卸條料的廢料的力不是壓力機(jī)提供的，故不用計(jì)算在內(nèi)。 考慮到模具刃口部分被磨損、凸凹模間隙不均勻和波動、材料力學(xué)性能及材料厚度偏差等因素的影響，實(shí)際計(jì)算沖裁力時按下面公式： P=KLtτb 式中 P—沖裁力（kN） L—沖裁件剪切周邊長度（mm） t—沖裁件材料厚度（mm） τ—被沖材料的抗剪強(qiáng)度(MPa) K—系數(shù)，一般取1.3。 上式中抗剪強(qiáng)度τ與材料種類和坯料的原始狀態(tài)有關(guān)，可在手冊中查詢。為方便計(jì)算，可取材料的τ=0.8σb,故沖裁力表達(dá)式又可表示為： P=1.3Ltτ≈Ltσb 式中 σb—被沖材料抗拉強(qiáng)度(MPa)。查手冊得T2鋼的σb=300Mpa P沖=3×12.56×2×300=22.608kN P落=336×2×300=201.6 kN 卸件力 P卸=nK卸P K卸—推件力系數(shù),由手冊查得Kt=0.05 n—同時卡在凹模的工件(或廢料)數(shù),其中 n=h/t h—凹模刃部直壁洞口高度（mm）， t—料厚( mm) 查文獻(xiàn)[1]中表2—40可得和h=6mm,故n=3，又由于模具同時沖三個孔，即n=3×3=9 P卸=9×0.05×22.608=10.17 kN P推=1×0.05×201.6=10.08 kN 工序總力 P總=P沖+P落+P卸+P推 =22.608+201.6+10.17+10.08=244.458 kN 2.4.2初選壓力機(jī) 查文獻(xiàn)[4]開式可傾壓力機(jī)參數(shù)初選壓力機(jī)型號為J23-25和ＪＣ23-35，見表一。 表一 所選擇壓力機(jī)的相關(guān)參數(shù) 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 J23-25 250 65 270 370×560 30 55 JC23-35 350 80 280 380×610 190×210 20 60 比較兩種類型的壓力機(jī)，選擇壓力機(jī)型號為JC23-35,可滿足沖壓要求。 2.4.3壓力中心的計(jì)算 模具的壓力中心就是沖壓力合力的作用點(diǎn)。為了保證壓力機(jī)和模具的正常工作，應(yīng)使模具的壓力中心與壓力機(jī)的中心滑塊中心線重合。否則，沖壓時滑塊就會承受偏心載荷，導(dǎo)致滑塊導(dǎo)軌與模具的導(dǎo)向部分不正常的磨損，還會使合理的間隙得不著保證，從而影響制件的質(zhì)量和降低模具的壽命，甚至損壞模具。 由于壓圈為中心對稱圖形，故壓力中心為壓圈的中心，不需要詳細(xì)計(jì)算。 3 模具主要零件和主要工作機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)化 3.1工作零部件的設(shè)計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)化（尺寸、位置、標(biāo)準(zhǔn)與示意圖） 3.1.1 工作零部件的計(jì)算 1)沖孔凸、凹模刃口尺寸的計(jì)算 由于制件結(jié)構(gòu)簡單精度要求不高，所以采用凸模和凹模分開加工的方法制作凸凹模。這時需要分別計(jì)算和標(biāo)注凸模和凹模的尺寸和公差。 沖孔時，間隙取在凹模上，則： 凸模尺寸 dT=（dmin+x△）-δt0 凹模尺寸 dA=( dT +Zmin)0+δa 式中 dA dT ——沖孔凹模和凸模的刃口尺寸，mm x——磨損系數(shù)，由手冊﹝1﹞查表2-30得：IT14級時x=0.5。 Zmin——雙面間隙，mm △——工件公差，mm δ——凸模和凹模的制造公差，mm 沖裁φ4mm孔凸模、凹模刃口尺寸的計(jì)算 凸模尺寸 由手冊查得△=0.36 dT=（dmin +x△）-δt0 =(4+0.5×0.36)0-0.004 =4.180-0.004 凹模尺寸 由表2-23得Zmin=0.04 dA=( dT +Zmin)0+δa=(4.18+0.04)0+0.006 =4.220+0.006 校核：|δt|+|δa|=0.01,Zmax-Zmin=0.02 |δt|+|δa|≤Zmax-Zmin 所以：滿足間隙公差條件。 2）外形落料凹模刃口尺寸的計(jì)算 因?yàn)槁淞霞閺?fù)雜的制件，且尺寸較多，所以利用凸凹模配合法，這種方法有利于獲得最小的合理間隙，放寬對模具的加工設(shè)備的精度要求。 采用配作法，計(jì)算凹模的刃口尺寸，首先是根據(jù)凹模磨損后輪廓變化情況正確判斷出模具刃口各個尺寸在磨損過程中是變大還是變小，還是不變這三種情況，然后分別按不同的計(jì)算公式計(jì)算。 a、凹模磨損后會增大的尺寸-------第一類尺寸A 第一類尺寸：Aj=(Amax-x△)0+0.25△ b、凹模磨損后會減小的尺寸-------第二類尺寸B 第二類尺寸：Bj=(Bmax+x△)0-0.25△ c、凹模磨損后會保持不變的尺寸 第三類尺寸C 第三類尺寸：Cj=(Cmin+0.5△)60.125△ 其落料凹模的基本尺寸計(jì)算如下 圖3 落料凹模刃口部分尺寸 第一類尺寸：磨損后增大的尺寸： A1=(Amax-x△) 0+0.25△=(2-0.5×0.74) 0+0.25×0.74=2.630+0.185 第二類尺寸：磨損后增大的尺寸： B1=(Bmax+x△) 0+0.05△=(54+0.5×0.52) 0+0.25×0.52=54.260+0.13 B2=(Bmax+x△) 0+0.25△=(34+0.5×0.30) 0+0.25×0.30=34.150+0.075 B3=(Bmax+x△) 0+0.25△=(42+0.5×0.30) 0+0.25×0.30=42.150+0.075 B4=(Bmax+x△) 0+0.05△=(6+0.5×0.52) 0+0.25×0.52=6.260+0.13 B5=(Bmax+x△) 0+0.25△=(30+0.5×0.30) 0+0.25×0.30=30.150+0.075 B6=(Bmax+x△) 0+0.25△=(22+0.5×0.30) 0+0.25×0.30=22.150+0.075 第三類尺寸：磨損后保持不變的尺寸： C1= C+ 0.125△=5 +0.125△=5+0.125×0.25=5+0.03125 C2= C+ 0.125△=12 +0.125△=12+0.125×0.25=12+0.03125 C3= C+ 0.125△=14 +0.125△=14+0.125×0.25=14+0.03125 落料凸模的基本尺寸與凹模相同，分別是2.63mm，54.26mm，34.15mm，42.15mm，6.26mm，30.15mm，22.15mm，不必標(biāo)注公差，但要在技術(shù)條件中注明：凸模實(shí)際刃口尺寸與落料凹模配制，保證最小雙面合理間隙值Zmin=0.04。 3.1.2工作零部件的設(shè)計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)化 1）沖孔凸模的設(shè)計(jì) 沖φ4mm內(nèi)孔的凸模，為了增加凸模的強(qiáng)度與剛度，凸模非工作部分直徑應(yīng)作成逐漸增大的多級形式如圖四所示： 圖4 沖孔凸模的結(jié)構(gòu)形式 凸模長度一般是根據(jù)結(jié)構(gòu)上的需要而確定的，由于采用彈性卸料板，其凸模長度用下列公式計(jì)算： L=h1+h2+t+h 式中 L—凸模長度， mm h1—凸模固定板高度，mm h2—凹模高度，mm t—材料厚度，mm h—附加高度，一般取15～20mm L=12+16+2+20=50 模具刃口要有高耐磨性，高硬度與適當(dāng)?shù)捻g性。凸模形狀簡單，選用T10A材料制造。凸模熱處理的硬度為58～62HRC。 凸模強(qiáng)度剛度的校核，目的是檢查其凸模的危險(xiǎn)斷面尺寸和自由長度是否滿足要求，以防止凸?？v向失穩(wěn)和折斷。 凸模校核采用以下公式： 對于凸模 dmin≥ 式中 dmin—凸模最小截面直徑，mm t—沖裁材料厚度，mm —沖裁材料的抗剪強(qiáng)度，MPa —凸模材料許用強(qiáng)度，?。?.0～1.6）×103MPa dmin≥==1.92mm 因?yàn)閐min =4mm≥1.92mm 所以承壓能力足夠。 抗縱向彎曲力校核：對于凸模（無導(dǎo)向裝置的圓形凸模） Lmax≤90d2/ 式中 Lmax—允許的凸模最大自由長度，mm F－沖模力，KN d－凸模最小截面的直徑，mm Lmax≤90d2/=90×42/=16mm 所以長度適宜。 凸模固定端面的壓力 　　　　　　　　　　q =< 式中　　q—凸模固定端面的壓力，MPa F—落料或沖孔的沖裁力，N 　　　　　　—模座材料許用壓應(yīng)力，MPa q ==200MPa 凸模固定板端面壓力已超過80～90ＭＰa，為此必須在凸模頂端與模座之間加一個淬硬的墊板，防止沖裁過程中，凸模在上模座上壓出凹坑，使模具在軸線方向上產(chǎn)生松動。 2）落料凸、凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)： 在落料凹模內(nèi)部，由于要設(shè)置推件塊，所以凹模刃口應(yīng)采用直筒形刃口，并查文獻(xiàn)[1]中表2.21，取得刃口高度h=6mm。該凹模的結(jié)構(gòu)簡單，宜采用整體式。 查表2.22， 得K=0.22 即 凹模高度H=KB=0.22×140=30.8mm 凹模壁厚C=1.5H=1.5×30.8=46.2mm 凹模的外形尺寸的確定：凹模外形長度L=（140+2×46.2）=232.4mm 凹模外形寬度B=(55+2×46.2)=147.4mm 凹模整體尺寸標(biāo)準(zhǔn)化，取為250mm×160mm×36mm 3)凸凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)： 本模具為復(fù)合沖裁模，除了沖孔凸模和落料凹模外，還有一個凸凹模。用墊板固定在下模座上。根據(jù)整體模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要，凸凹模的結(jié)構(gòu)簡圖應(yīng)如圖五所示，確定凸凹模安裝在模架上的位置時，要依據(jù)計(jì)算的壓力中心的數(shù)據(jù)，是壓力中心與模柄中心重合。 校核凸凹的強(qiáng)度：查表2.23得凸凹模的最小壁厚為4.9mm，而實(shí)際最小壁厚為12.49mm，故符合強(qiáng)度要求。凸凹模的刃口尺寸按落料凹模尺寸配制，并保證雙面間隙為0.246mm～0.36mm。 圖5 凸凹模的結(jié)構(gòu) 3.2定位裝置的設(shè)計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)化 3.2.1活動擋料銷的設(shè)計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)化 活動擋料銷結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，廣泛用于沖制中、小 型沖裁件的擋料定距，如圖所示的活動擋料銷常用于復(fù)合模中。 圖6 活動擋料銷的設(shè)計(jì) 3.2.2導(dǎo)料銷的設(shè)計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)化 導(dǎo)料銷一般有兩個，設(shè)在料條的同側(cè)，條料沿著兩個導(dǎo)料銷確定的直線送進(jìn)，從右往左送進(jìn)時，導(dǎo)料銷裝在后側(cè)，固定導(dǎo)料銷一般設(shè)置在凹模面上。經(jīng)查表分析得導(dǎo)料銷高度H=6mm。 3.3聯(lián)接件的選用與標(biāo)準(zhǔn)化 本模具采用螺釘固定，銷釘定位。采用內(nèi)六角螺釘和圓柱銷釘，它們的規(guī)格選用如下： 內(nèi)六角螺釘標(biāo)記：35鋼M8365 GB70—85 螺釘標(biāo)記： 35鋼M8330 GB68—76 圓柱銷釘標(biāo)記： 35鋼6365 GB 119—86 3.4卸料裝置與推件裝置的設(shè)計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)化 3.4.1卸料裝置的設(shè)計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)化 在前面已經(jīng)確定了采用彈性卸料板，設(shè)計(jì)卸料板為一整體板。本模具的卸料板不僅有卸料作用，還具有外形凸模的導(dǎo)向作用，并能對小凸模起保護(hù)作用。卸料板的邊界尺寸經(jīng)查手冊表得： 卸料板長度L =200mm,寬度B=160mm厚度h0=14mm 此模具中，卸料板對沖孔落料凸模起導(dǎo)向作用，卸料板和凸模按H7/h6配合制造 3.4.2推件裝置的設(shè)計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)化 推件裝置基本零件有：推桿，推板，連接推桿和推件塊，推件裝置裝在上模部分，在沖壓結(jié)束后上?；爻虝r，利用壓力機(jī)上的打料橫桿，撞擊上模內(nèi)的推桿，推桿傳給推件板，將凹模內(nèi)的工件推出，其推件力大而可靠。 推桿長短要一致，分布要均勻，推板有足夠的剛度，一般裝在上模的孔內(nèi)。 3.5彈簧的選用與計(jì)算 在沖壓模具的卸料裝置中常用的彈簧是圓柱螺旋壓縮彈簧和碟形彈簧，本模具中卸料裝置選用的彈簧為圓柱螺旋壓縮彈簧。彈簧的選用與計(jì)算如下： 根據(jù)模具結(jié)構(gòu)初選6根彈簧，每根彈簧的預(yù)壓力為： F0≥F卸/n=10170/6=1695N 根據(jù)預(yù)壓力和模具結(jié)構(gòu)尺寸，初選序號為73～77的彈簧，其最大工作負(fù)荷F1=2100N＞1663.3N，雖然彈簧的最大工作負(fù)荷符合要求，但彈簧的長度太長，會使彈簧的高度增加，所以選用最大工作負(fù)荷為2750N范圍內(nèi)的彈簧。 試選78～83號中的79號彈簧，校驗(yàn)彈簧最大許可壓縮量Lmax>彈簧實(shí)際總壓縮量L總。79號彈簧的具體參數(shù)是：彈簧的外徑D=55mm，材料直徑d=9mm，自由高度H0=120mm，節(jié)距t=14.5mm，F(xiàn)1=2750N，極限載荷時彈簧高度H1=88.4mm. 彈簧最大許可壓縮量 Lmax= (120-88.4) mm = 31.6mm 彈簧預(yù)壓縮量 L2=F0/F1×Lmax =1663.3/2750×31.6=19.11mm 校核：卸料板工作行程 t+h1+h2=2+1+0.5=3.5mm 凸模刃磨量和調(diào)節(jié)量 h3=6mm 彈簧實(shí)際總壓縮量 L總= L2+t+h1+h2+h3=19.11+3.5+6=28.61mm 由于31.6>28.61, 即Lmax>L總，所以所選彈簧是合適的。 79號彈簧的規(guī)格為： 外徑： D=55mm 鋼絲直徑： d=9.0mm 自由高度： H0=120mm 裝配高度： h2=h0-L2=120-19.11=100.89mm 彈簧的窩座深度：h=H0-Lmax+h卸料板+t+1-h凸凹模-h修模 =120-31.6+16+2+1-77-6=24.4mm 彈簧的外露高度：H3=H2-h-h卸料板窩深 =98.57-24.4-7=67.17mm 3.6支承零件的設(shè)計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)化 3.6.1模座 上模座的作用用來固定上模部分零件，并通過模柄或螺栓，壓板把上模固定到壓力機(jī)滑塊上，同時又起傳遞并承受沖裁力的作用。下模座用來固定下模部分零件，通過螺栓，壓板將下模座固定在壓力機(jī)工作臺面上，同時起著承受并分散沖裁力的作用。 模座的形狀選擇矩形模座，矩形模座的長度應(yīng)比凹模板長度大40～70mm，寬度可以略大于或等于凹模板的寬度，模座的厚度一般為凹模板厚度的1.0～1.5倍。模座材料選用HT200. 3.6.2模柄 模柄的作用是使模具的中心線與壓力機(jī)的中心線重合，并把沖壓模具上模部分零件固定在壓力機(jī)滑塊上。模柄材料選用Q235鋼，其支撐面應(yīng)垂直于模柄的軸線，模柄壓入上模座后應(yīng)將底面磨平。模柄的結(jié)構(gòu)形式如下圖所示： 圖七 模柄的結(jié)構(gòu)形式 3.6.3模架 模架是由上，下模座，模柄及導(dǎo)向裝置組成。模架選擇導(dǎo)柱，導(dǎo)套為導(dǎo)向裝置的模架，選用后側(cè)導(dǎo)柱模架，導(dǎo)向裝置在后側(cè)，可以縱向或橫向送料，完成本模具的設(shè)計(jì)要求。 模架各零件標(biāo)記如下： 上模座：250mm×250mm×50mm 下模座：250mm×250mm×65mm 導(dǎo)柱： B35h5×210mm×55mm 導(dǎo)套： B35h6×110mm×43mm 模柄： 60mm×115mm 墊板厚度：250mm×160mm×12mm 卸料板厚度：250mm×160mm×16mm 凸模固定板厚度：250mm×160mm×28mm 模具的閉合高度： H閉=h上模座+h墊板+h凸模固定板+h落料凹模+t+h卸料板+h彈簧外露+h下模座 =（50+12+28+36+2+16+67.17+65）mm =277mm 3.6.4固定板 固定板主要用于小凸模，凸凹模等工作零件的固定，凸模固定板選用矩形固定板，其平面尺寸可與卸料板的外形尺寸相同，厚度取凹模厚度的0.6～0.8倍，固定板的凸模安裝孔與凸模采用過渡配合H7/m6,H7/n6，壓裝后將凸模端面與固定板一起磨平。固定板材料選用45鋼，無需熱處理淬硬。 3.6.5墊板 墊板的作用是直接承受和擴(kuò)散凸模傳遞的壓力，以降低模座所受的單位壓力，防止模座被壓出凹坑，影響凸模的正常工作。墊板外形尺寸可與固定板相同，其厚度一般取3～10mm，墊板材料為45鋼，淬火硬度為43～48HRC。墊板上下面要磨平，以保證平行度要求。 4 模具的安裝與調(diào)試 沖模裝配原則是將模具的主要工作零件如凹模,凸模和定位板等選用裝配的基準(zhǔn)件,裝配順序如下:選擇裝配基準(zhǔn)件,按基準(zhǔn)件裝有關(guān)零件,控制調(diào)整沖裁間隙,然后試沖. 導(dǎo)板模常選導(dǎo)板作裝配基準(zhǔn)件,將凸模穿過導(dǎo)板進(jìn)入凹模,調(diào)整好間隙和側(cè)面導(dǎo)板位置后,先裝下模,后裝上模,經(jīng)試沖合格后,用銷釘定位緊固,再以凹模做定位，將凸模裝于固定板中，調(diào)整與凹模的間隙均勻后，組裝上模，該裝配順序有利于調(diào)整準(zhǔn)確步距，能使步距累積誤差趨向于零值。 4．1模具的裝配 模具裝配適合于采用集中裝配，在裝配工藝上多采用修配法和調(diào)整裝配法來保證裝配模具，從而實(shí)現(xiàn)能用精度不高的組成零件，達(dá)到較高的裝配精度，降低零件的加工要求。 對裝配有如下要求： 1)模架精度應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)JB/T8050-1999《沖模模架技術(shù)要求》，JB/T8071-1995《沖模模架精度檢查》規(guī)定，模具的閉合高度應(yīng)符合圖紙規(guī)定要求。 2)裝配好的沖模、上模沿導(dǎo)柱上、下滑動應(yīng)平穩(wěn)可靠。 3）凸凹模間的間隙應(yīng)符合圖紙規(guī)定的要求，分布均勻。 4)緊固件裝配應(yīng)可靠，螺紋、螺柱旋入長度在剛件連接時應(yīng)不小于1.5倍螺紋直徑，螺紋和銷釘端面應(yīng)不露出上、下模座零件表面。 5)標(biāo)準(zhǔn)件應(yīng)能互換，緊固螺釘和定位銷釘與其孔的配合應(yīng)正常良好。 6）模具應(yīng)在生產(chǎn)的條件下進(jìn)行試驗(yàn)，沖出的制件應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。 本模具的裝配選凸、凹模為基準(zhǔn)件，先裝上模、再裝下模，裝模后應(yīng)保證間隙均勻。 4．2模架裝配 模架裝配的主要技術(shù)要求如下： （1）組成模架的各零件均應(yīng)符合相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)條件，其中特別重要的是，每對導(dǎo)柱，導(dǎo)套間的配合間隙應(yīng)符合要求。 （2）裝配成套的模架，三項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，上模座上平面對下模座下平面的平行度，導(dǎo)柱軸線對下模座的平面的垂直度和導(dǎo)套孔軸心線對上模座上平面的垂直度，應(yīng)符合相應(yīng)精度等級要求。 （3）裝配后的模架，上模座沿導(dǎo)柱上，下移動應(yīng)平穩(wěn)，無阻滯現(xiàn)象。 （4）壓入上，下模座的導(dǎo)套，導(dǎo)柱，離其安裝表面應(yīng)有1～2mm，的距離，壓入后牢固，不可松動。 （5）裝配成套的模架，各零件的工作表面不應(yīng)有碰傷，裂紋以及其它機(jī)械損傷。 模架裝配主要是指導(dǎo)柱，導(dǎo)套的裝配，目前大多數(shù)模架的導(dǎo)柱，導(dǎo)套與模座之間采用過盈配合，但也有少數(shù)采用粘接工藝的，即將上，下模座的孔擴(kuò)大，降低其它加工要求，同時，將導(dǎo)柱，導(dǎo)套的安裝面制成有利于粘接的形狀，并降低其加工要求。裝配時，先將模架的各零件安放在適當(dāng)?shù)奈恢蒙?，然后，在模座孔與導(dǎo)柱，導(dǎo)套之間注入黏結(jié)劑即可使導(dǎo)柱，導(dǎo)套固定。 4．3總裝與調(diào)試問題的預(yù)測 根據(jù)模具裝配圖的技術(shù)要求，完成模具的模架，凸模部分，凹模部分等分裝之后，即可進(jìn)行總裝配。 總裝時，應(yīng)根據(jù)上，下模零件在裝配和調(diào)整中所受限制情況來決定先裝上模還是下模一般是以受限制的最大的部分此模具應(yīng)先把凸模固定在凸模固定板上，以已裝好的凸模為基準(zhǔn)固定復(fù)位裝置座板和橡膠，通過螺釘來固定起來。 試沖，模具裝配以后，必須在生產(chǎn)條件下進(jìn)行試沖，通過試沖可以發(fā)現(xiàn)模具設(shè)計(jì)和制造的不足并找出原因，對模具進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整和修理，直到模具正常工作沖出合格的制件為止。 沖裁模具以試沖合格后，應(yīng)在模具模板正面打刻編號，沖模圖號，制品，使用壓力機(jī)型號，裝配鉗工工號，制造日期等，并涂油防銹后經(jīng)檢驗(yàn)合格入庫。 5 結(jié)束語 通過這次模具設(shè)計(jì)，本人在多方面都有所提高。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，綜合運(yùn)用本專業(yè)所學(xué)課程的理論和生產(chǎn)實(shí)際知識進(jìn)行一次冷沖壓模具設(shè)計(jì)工作的實(shí)際訓(xùn)練從而培養(yǎng)和提高學(xué)生獨(dú)立工作能力，鞏固與擴(kuò)充了冷沖壓模具設(shè)計(jì)等課程所學(xué)的內(nèi)容，掌握冷沖壓模具設(shè)計(jì)的方法和步驟，掌握冷沖壓模具設(shè)計(jì)的基本的模具技能懂得了怎樣分析零件的工藝性，怎樣確定工藝方案，了解了模具的基本結(jié)構(gòu)，提高了計(jì)算能力，繪圖能力，熟悉了規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，同時各科相關(guān)的課程都有了全面的復(fù)習(xí)，獨(dú)立思考的能力也有了提高。 在這次設(shè)計(jì)過程中，體現(xiàn)出自己單獨(dú)設(shè)計(jì)模具的能力以及綜合運(yùn)用知識的能力，體會了學(xué)以致用、突出自己勞動成果的喜悅心情，從中發(fā)現(xiàn)自己平時學(xué)習(xí)的不足和薄弱環(huán)節(jié)，從而加以彌補(bǔ)。 在此感謝我的老師原紅玲講師. 他嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍的作風(fēng)一直是我工作、學(xué)習(xí)中的榜樣；他循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪。 感謝我的導(dǎo)師蘇光老師，這篇畢業(yè)設(shè)計(jì)的每個實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)和每個數(shù)據(jù)，都離不開你的細(xì)心指導(dǎo)。而你開朗的個性和寬容的態(tài)度，幫助我能夠很快的融入我們這個新的實(shí)驗(yàn)室。 同時感謝對我?guī)椭^的同學(xué)們.由于本人的設(shè)計(jì)能力有限，在設(shè)計(jì)過程中難免出現(xiàn)錯誤，懇請老師們多多指教,我十分的樂意接受你們的批評與指正，本人將萬分感謝。 致謝 感謝我的導(dǎo)師蘇光老師，他嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍的作風(fēng)一直是我工作、學(xué)習(xí)中的榜樣；他們循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪。這篇畢業(yè)設(shè)計(jì)的每個實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)和每個數(shù)據(jù)，都離不開你的細(xì)心指導(dǎo)。 隨著社會的發(fā)展，機(jī)械行業(yè)的模具專業(yè)在我國現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展中成為一個越來越重要的分支。模具滲透著整個社會。不管在那個行業(yè)，都有模具的存在。日常生活中輕重工業(yè)，都離不開模具生產(chǎn)，模具就是為了得到所需要的產(chǎn)品。要什么樣的產(chǎn)品，就可以生產(chǎn)什么樣的模具，如（塑料模具 、冷沖壓模具、壓鑄模、橡膠模 ）。而目前形勢的需要，產(chǎn)品更新?lián)Q代更快更易，所以模具行業(yè)的發(fā)展空間很大，有待我們?nèi)ヅ?，去探索? 模具生產(chǎn)過程是一個循序漸進(jìn)的過程，生產(chǎn)模具過程中可能用到的的機(jī)器有很多種類，如（電火花成型機(jī)、數(shù)控線切割、車床、銑床、刨床、磨床、鏜床等）。 三年