防護罩級進沖壓工藝與模具設計【圓筒件】【含全套CAD圖紙】【沖壓模具設計稿】

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廣東海洋大學本科生畢業(yè)論文（設計）課題申請表 （指導教師用表）（使用屆別：2012 屆） 課題 情況 課題名稱 防護罩級進沖壓工藝與模具設計 課題來源 □科研項目(□國家級 □省部級 □廳級 □市局級 □校級） □生產(chǎn)或社會實際 √教學 □自擬 *說明：相關教學內(nèi)容：級進沖壓工藝與模具設計 課題類別 □論文 √設計 第幾次立項 √1次 □2次 □≥3次 難易程度 □較難 √適中 □簡單 工作量 □較大 √適中 □較小 面向?qū)I(yè) 工程 學院 機械設計制造及其自動化 專業(yè) 同一課題多名學生分工情況 □主要內(nèi)容不同 □內(nèi)容同參數(shù)不同 □分別做課題的不同部分 指導教師姓名 劉峰 所在單位（部門） 工程學院 職稱 副教授 主 要 研 究 內(nèi) 容 本畢業(yè)設計題目主要是完成鈑金件的級進沖壓工藝設計以及模具設計。主要研究內(nèi)容包括：確定工件的級進沖壓工藝方案，設計模具的總體裝配圖和主要零件圖，并做出模具裝配的三維動畫圖。 目 標 和 要 求 通過該設計課題，學生要掌握級進沖模的工藝分析與排樣圖設計，工位間定距方式與定距精度，級進沖模工藝零件設計，級進沖模結(jié)構(gòu)與主要零部件設計，并具備計算機輔助設計的能力。 需要提交的設計結(jié)果：工件沖壓工藝及排料圖，模具總裝配圖、主要零件圖，設計說明書的電子文檔與打印文檔（要求含中英文摘要、參考文獻及具體設計內(nèi)容），產(chǎn)品彩色效果圖的動態(tài)演示模塊。 指導小組審題意見 學院 領導小組意見 選題學生 1人 *注：1、“說明”欄填寫畢業(yè)論文（設計）課題所來自的科研項目名稱、或企事業(yè)單位名稱或教學內(nèi)容。2、此表一式三份，指導教師、選題學生、學院各存一份。 畢業(yè)設計（論文） 題目： 防護罩模具設計 專 業(yè) 模具設計與制造 班 級 姓 名 學 號 指導老師 設計時間 審 閱 XXXX學校 機械工程系 目 錄 引言 一、 工藝分析 二、 工藝方案的確定 三、 制件排樣圖的設計及材料利用率的計算 四、 確定總沖壓力和選用壓力機及計算壓力中心 五、 凸、凹模刃口尺寸計算 六、 模具結(jié)構(gòu)形式的確定 七、 模具零件的結(jié)構(gòu)設計 (一)、 切廢料凸模的設計 (二)、 沖孔凸模的設計 (三)、 沖孔凹模的設計 (四)、 拉深凸模的設計 (五)、 整形凸模的設計 (六)、 刻字模的設計 (七)、 落料凸模的設計 (八)、 凹模的設計 八、 模具的總裝配 小結(jié) 參考文獻 摘要 隨著模具制造的技能化逐步向科學化發(fā)展，逐漸由以前手動方式發(fā)展為利用軟件等高科技方式來輔助設計的完成。冷沖模是其中的一種。 畢業(yè)設計是在模具專業(yè)理論教學之后進行的實踐性教學環(huán)節(jié)。是對所學知識的一次總檢驗，是走向工作崗位前的一次實戰(zhàn)演習。其目的是，綜合運用所學課程的理論和實踐知識,設計一副完整的模具訓練、培養(yǎng)和提高自己的工作能力。鞏固和擴充模具專業(yè)課程所學內(nèi)容，掌握模具設計與制造的方法、步驟和相關技術(shù)規(guī)范。熟練查閱相關技術(shù)資料。掌握模具設計與制造的基本技能，如制件工藝性分析、模具工藝方案論證、工藝計算、加工設備選定、制造工藝、收集和查閱設計資料，繪圖及編寫設計技術(shù)文件等。 沖壓工藝與模具設計應結(jié)合工廠的設備、人員等實際情況，從零件的質(zhì)量、生產(chǎn)效率、生產(chǎn)成本、勞動強度、環(huán)境的保護以及生產(chǎn)的安全性各個方面綜合考慮，選擇技術(shù)先進、經(jīng)濟合理、使用安全可靠的工藝方案和模具，以使沖壓件的生產(chǎn)在保證達到設計圖樣上的各項技術(shù)要求，盡可能降低沖壓的工藝成本和保證安全生產(chǎn)。 關鍵詞： 工藝性分析、模具工藝方案論證、工藝計算、加工設備選定、制造工藝、收集和查閱設計資料，繪圖及編寫設計技術(shù)文件等。 1.引言 21世紀的制造業(yè)，正從以機器為特征的傳統(tǒng)技術(shù)時代，向著以信息為特征的技術(shù)時代邁進，即用信息技術(shù)改造和提升傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)。經(jīng)濟全球化和世界市場一體化加速發(fā)展，不斷加劇了制造商之間的競爭，提出了快速反應市場的要求，與之相適應，制造業(yè)對柔性自動化技術(shù)及裝備的要求更加迫切而強烈。同時，微電子技術(shù)和信息通信技術(shù)的快速發(fā)展，為柔性自動化提供了重要的技術(shù)支撐，工業(yè)裝備的數(shù)控化、自動化、柔性化呈現(xiàn)蓬勃發(fā)展的態(tài)勢。 1.1 冷沖壓術(shù)的發(fā)展趨勢 美國、德國、日本的汽車工業(yè)如此發(fā)達，得益于其冷沖壓技術(shù)及裝備的領先地位。當前的世界冷沖壓技術(shù)及裝備向以下幾個方面發(fā)展： 冷沖壓設備自動化 根據(jù)不同種類的加工環(huán)境和條件，國外逐步發(fā)展了兩大類汽車車身自動化沖壓生產(chǎn)線。 1）單機聯(lián)線自動化? 配置為5-6臺壓力機，配備拆垛、上下料機械手，穿梭翻轉(zhuǎn)裝備和碼垛裝置，全線總長約60米，安全性高，沖壓質(zhì)量好。由于工件傳送距離長，工件的上下料換向和雙動拉伸必須用工件翻轉(zhuǎn)裝備。這種單機聯(lián)線自動化沖壓技術(shù)的生產(chǎn)節(jié)拍最高為6-9次/分，設備維修工件量大。? 2）大型多工位壓力機 八十年代中期，國外沖壓技術(shù)發(fā)展到大型三坐標多工位壓力機自動化連續(xù)沖壓，由拆垛機，大型壓力機，三坐標工件傳送系統(tǒng)和碼垛工位組成，生產(chǎn)節(jié)拍可達16-25次/分。其主要特點是：生產(chǎn)效率高，是手工送料流水線的4-5倍，是單機聯(lián)線自動生產(chǎn)線的2-3倍；全自動化、智能化，整個多工位壓力機系統(tǒng)只需2-3人進行監(jiān)控，當模具更換時，只需輸入要換模具的編號，其余工作自動完成，整個換模時間只需5分鐘，換模的同時對多工位壓力機運行特征作智能化調(diào)整；特別是配有電子三坐標送料多工位的壓力機，可以根據(jù)模具隨意調(diào)節(jié)運動路徑和時間，不僅能沖壓大型覆蓋件，而且能沖壓小型零件。當沖壓小型零件時，送料距減短，節(jié)拍提高，通過合理的模具布置，可一次沖壓2-3零件，具有充分的自由度，柔性極強。電子多工位送料壓力機的優(yōu)點是生產(chǎn)率高，工件處理最優(yōu)化，工件轉(zhuǎn)換迅速，維修量低，診斷性能好，成本低，與現(xiàn)有壓力機的適應性強，售后服務遠程通訊好。美國的多工位壓力機基本都采用了電子伺服三坐標送料。 高速化復合化相結(jié)合，提高加工效率 ，提高生產(chǎn)率是永恒的追求目標，各鍛壓廠家均致力于鍛壓機械的高速化研究，各鍛壓廠家均致力于鍛壓機械的高速化研究，在數(shù)控回轉(zhuǎn)頭壓力機上，主要采用伺服控制的液壓主驅(qū)動系統(tǒng)來提高壓機的行程次數(shù)。在追求高速化加工的同時，還必須盡可能縮短生產(chǎn)輔助時間，以取得良好的技術(shù)經(jīng)濟效益。在數(shù)控壓機上配備伺服電機驅(qū)動的三坐標上下料裝置，可使沖壓中心實現(xiàn)高效板材加工。? 將幾種工藝或幾個工序復合在一臺機床上完成，是當前各類機床大幅壓縮生產(chǎn)輔助時間，提高生產(chǎn)率的重要技術(shù)途徑，在鍛壓機械上也得到了成功應用，效果十分顯著。如：德國、美國、日本已相繼開發(fā)出激光一步?jīng)_復合機，將模具沖切與激光切割有機地結(jié)合起來，工件一次上料即可完成沖孔、沖切、翻邊、淺拉伸、切割等多道工序，最大限度地節(jié)省了輔助時間，特別適合孔型多而復雜的面板類工件的加工及多品種小批量板料加工。 1.2 模具技術(shù)發(fā)展的幾個特點 模具與壓力機是決定沖壓質(zhì)量、精度和生產(chǎn)效率的兩個關鍵因素。先進的壓力機只有配備先進的模具，才能充分發(fā)揮作用，取得良好效益。模具的發(fā)展方向為： 充分運用IT技術(shù)發(fā)展 模具設計、制造用戶對壓力機速度、精度、換模效率等方面不斷提高的要求，促進了模具的發(fā)展。外形車身和發(fā)動機是汽車兩個關鍵部件，汽車車身模具特別是大中型覆蓋件模具，技術(shù)密集，體現(xiàn)當代模具技術(shù)水平，是車身制造技術(shù)的重要組成部分。車身模具設計和制造約占汽車開發(fā)周期三分之二的時間，成為汽車換型的主要制約因素。目前世界上汽車的改型換代一般約需48個月，而美國僅需30個月，主要得益于在模具業(yè)中應用了CAD/CAE/CAM技術(shù)和三維實體汽車覆蓋件模具結(jié)構(gòu)設計軟件。另外，網(wǎng)絡技術(shù)的廣泛應用提供了可靠的信息載體，實現(xiàn)異地設計和異地制造。虛擬制造等IT技術(shù)的應用，將推動模具工業(yè)的發(fā)展。 縮短金屬成型模具的試模時間 主要發(fā)展液壓高速試驗壓力機和拉伸機械壓力機，特別是在生產(chǎn)型機械壓力機上的模具試驗時間可減少80%，具有巨大的節(jié)省潛力。這種試模機械壓力機的發(fā)展趨勢是采用多連桿拉伸壓力機，它配備數(shù)控液壓拉伸墊，具有參數(shù)設置和狀態(tài)記憶功能。 車身制造中的級進沖模發(fā)展迅速 在自動沖床上用級進沖裁?；蚪M合沖模加工轉(zhuǎn)子、定子板，或者應用于插接件作業(yè)，都是眾所周知的沖壓技術(shù)。近些年來，級進組合沖裁模在車身制造中開始得到越來越廣泛的應用，用級進模直接把卷材加工為成型零件和拉伸件，加工的零件也越來越大，省去了用多工位壓力機和成套模具生產(chǎn)所必需串接的板材剪切、涂油、板坯運輸?shù)群罄m(xù)工序。級進組合沖模已在美國汽車工業(yè)中普遍應用，其優(yōu)點是生產(chǎn)率高，模具成本低，不需要板料剪切，與多工位壓力機上使用的階梯模相比，節(jié)約30%。但是，級進組合沖模技術(shù)的應用受拉伸深度、導向和傳輸?shù)膸Р倪吘壊牧媳砻嬗不南拗浦饕糜诶焐疃缺容^淺的簡單零件，因此不能完全替代多工位壓力機，絕大多數(shù)零件應優(yōu)先考慮在多工位壓力機上加工。 因此，沖壓工藝是一種產(chǎn)品質(zhì)量好而且成本低的加工工藝。用它生產(chǎn)的產(chǎn)品一般還具有重量輕且剛性好的特點。 沖壓加工在汽車、拖拉機、電機、電器、儀器、儀表、各種民用輕工產(chǎn)品以及航空、航天和兵工等的生產(chǎn)方面占據(jù)十分重要的地位。現(xiàn)代各種先進工業(yè)化國家的沖壓生產(chǎn)都是十分發(fā)達的。在我國的現(xiàn)代化建設進程中，沖壓生產(chǎn)占有重要的地位。 1．沖裁件的工藝性分析 沖壓主要是按工藝分類，可分為分離工序和成形工序兩大類。分離工序也稱沖裁，其目的是使沖壓件沿一定輪廓線從板料上分離，同時保證分離斷面的質(zhì)量要求。成形工序的目的是使板料在不破坯的條件下發(fā)生塑性變形，制成所需形狀和尺寸的工件。在實際生產(chǎn)中，常常是多種工序綜合應用于一個工件。沖裁、彎曲、剪切、拉深、脹形、旋壓、矯正是幾種主要的沖壓工藝。 沖壓用板料的表面和內(nèi)在性能對沖壓成品的質(zhì)量影響很大，要求沖壓材料厚度精確、均勻；表面光潔，無斑、無疤、無擦傷、無表面裂紋等；屈服強度均勻，無明顯方向性；均勻延伸率高；屈強比低；加工硬化性低。 在實際生產(chǎn)中，常用與沖壓過程近似的工藝性試驗，如拉深性能試驗、脹形性能試驗等檢驗材料的沖壓性能，以保證成品質(zhì)量和高的合格率。 模具的精度和結(jié)構(gòu)直接影響沖壓件的成形和精度。模具制造成本和壽命則是影響沖壓件成本和質(zhì)量的重要因素。模具設計和制造需要較多的時間，這就延長了新沖壓件的生產(chǎn)準備時間。 模座、模架、導向件的標準化和發(fā)展簡易模具(供小批量生產(chǎn))、復合模、多工位級進模(供大量生產(chǎn))，以及研制快速換模裝置，可減少沖壓生產(chǎn)準備工作量和縮短準備時間，能使適用于減少沖壓生產(chǎn)準備工作量和縮短準備時間，能使適用于大批量生產(chǎn)的先進沖壓技術(shù)合理地應用于小批量多品種生產(chǎn)。 沖壓設備除了厚板用水壓機成形外，一般都采用機械壓力機。以現(xiàn)代高速多工位機械壓力機為中心，配置開卷、矯平、成品收集、輸送等機械以及模具庫和快速換模裝置，并利用計算機程序控制，可組成高生產(chǎn)率的自動沖壓生產(chǎn)線。 在每分鐘生產(chǎn)數(shù)十、數(shù)百件沖壓件的情況下，在短暫時間內(nèi)完成送料、沖壓、出件、排廢料等工序，常常發(fā)生人身、設備和質(zhì)量事故。因此，沖壓中的安全生產(chǎn)是一個非常重要的問題。 沖裁件的工藝性是指沖裁件在沖裁加工中的難易程度。所謂沖裁工藝性好是指能用普通的沖裁方法，在模具壽命和生產(chǎn)率較高、成本較低的條件下得到質(zhì)量合格的沖裁件。因此，沖裁件的結(jié)構(gòu)形狀、尺寸大小、精度等級、材料及厚度等是否符合沖裁的工藝要求，對沖裁件質(zhì)量、模具壽命和生產(chǎn)效率有很大的影響。 1.1 沖裁件的結(jié)構(gòu)工藝性 1.1.1 沖裁件的形狀 圖1.零件及尺寸 此制件的形狀較簡單，且對稱，便于模具的加工和減少沖壓時在尖角處開裂的現(xiàn)象，同時也可以防止尖角部位刃口的過快磨損。 1.1.2 沖裁件的尺寸精度 沖裁件的精度主要以其尺寸精度、沖裁斷面粗糙度、毛刺高度三個方面的指標來衡量，屬于普通沖壓。 08F鋼板屬于碳素結(jié)構(gòu)鋼，具有很好的可沖裁性，工件結(jié)構(gòu)形狀，屬于淺拉深件，沖裁件內(nèi)，外形均無尖銳清角，對模具壽命不影響，孔與邊緣間的距離大于1.5t，工件的直徑d>t滿足沖孔模可沖壓的最小孔徑。 2 制件沖壓工藝方案的確定 2.1 沖壓工序的組合 沖裁工序可以分為單工序沖裁、復合工序沖裁和連續(xù)沖裁。 沖裁方式根據(jù)下列因素確定： （1） 根據(jù)生產(chǎn)批量來確定 對于年產(chǎn)量需求100萬件的該產(chǎn)品來說采用復合?；蜻B續(xù)模較合適。 （2） 根據(jù)沖裁件尺寸和精度等級來確定 復合沖裁所得到的沖裁件尺寸精度等級高，而連續(xù)沖裁比復合沖裁的沖裁件尺寸精度等級低。 （3） 根據(jù)對沖裁件尺寸形狀的適應性來確定 產(chǎn)品的尺寸比較大，考慮到連續(xù)模送料不方便和生產(chǎn)效率低，因此常采用復合沖裁。復合沖裁又可以加工形狀復雜、寬度比較大的異形沖壓件。 （4） 根據(jù)模具制造安裝調(diào)整的難易和成本的高低來確定, 對復雜形狀的沖裁件來說，采用復合沖裁比采用連續(xù)沖裁較為適宜，因為模具制造安裝調(diào)整較容易，且成本較低。 （5） 根據(jù)操作是否方便與安全來確定 復合沖裁其出件或清除廢料較困難，工作安全性較差，連續(xù)沖裁較安全。 綜上所述分析，在滿足沖裁件質(zhì)量與生產(chǎn)率的要求下，選擇連續(xù)沖裁方式，其模具壽命較長，生產(chǎn)率高，操作較方便和工作安全性高。 2.2 沖壓順序的安排 沖孔，切廢料，拉深，整形，刻字，沖孔，落料等多道工序，具體幾次拉深需要通過計算拉深系數(shù)，制件尺寸很小，所以需要采用連續(xù)模來設計此模具。 3 制件排樣圖的設計及材料利用率的計算 3.1展開尺寸的計算 拉伸件毛坯展開尺寸，通常按毛坯面積等于制件面積的原則確定。 拉伸件的毛坯尺寸，很難預先精確地計算，這是因為拉伸件壁部在拉伸過程中厚薄程序，隨毛坯退火與否、壓邊力的大小、凸凹模間隙以及變形程度等因素有關。因此難以保持拉伸件完全均勻一致的高度，通常需要修邊，將不平齊的部分切去。所以在計算毛坯之前，要在拉伸件上增加切邊余量。 根據(jù)相對凸緣直徑D/d=19.2/15.6=1.23，查表的修邊余量為1.8 計算產(chǎn)品展開尺寸 公式是D×D=d×d－1.72d(r1+r2)－0.56（r1×r1－r2×r2）+4dH 其中： D——展開尺寸 d——拉伸直徑，加上切邊余量單邊1.8毫米，即22.8 r——拉伸圓角 H——拉伸高度 經(jīng)過實際計算D×D=22.8×22.8－1.72×15×（0.6+0.9）－0.56×（0.9×0.9-0.6×0.6）+4×15×7.2 =519.84―38.7―0.252+432 =912.888 D=30.214,這里取30，此尺寸目前是待定，在實際生產(chǎn)時需調(diào)節(jié)。 拉伸次數(shù)的確定 判斷能否一次拉伸 H/d=7.2/15=0.48 (t/D)×100=0.6/30×100=2 d/d1=19.2/15=1.28 m=d1/D=15/30=0.50 根據(jù)以上數(shù)據(jù)查表得首次最小拉伸系數(shù)m1=0.47，由于m1＜0.575（實際拉伸系數(shù)），故能一次拉伸成型，另外根據(jù)數(shù)據(jù)查表，首次拉伸的最大相對高度H1/d1=0.80，由于0.80＞0.48，也能說明該產(chǎn)品能一次拉身成型。 翻孔預孔尺寸的計算 可根據(jù)公式 d=D-2(H-0.43r-0.72t) 式中 d——預孔直徑（mm）； D——翻孔直徑（mm）； H——翻孔高度（mm）； t——材料厚度；(mm) r——翻孔圓角 經(jīng)計算 d=4.4-2×（2―0―0.72×0.6） =1.264, 由于制件翻孔時內(nèi)孔直徑為4，外孔直徑為5，壁厚為0.5，比材料厚度小，屬于擠壓翻孔，材料擠薄，所以預孔需要加大，這里取1.5。 3.2制件排樣圖的設計 排樣時需考慮如下原則： 1） 提高材料利用率（不影響沖件使用性能前提下，還可適當改變沖件的形狀） 2） 合理排樣方法使操作方便，勞動強度低且安全。 3） 模具結(jié)構(gòu)簡單、壽命長。 4） 保證沖件的質(zhì)量和沖件對板料纖維方向的要求。 3.2.1 搭邊與料寬 1．搭邊 排樣中相鄰兩個零件之間的余料或零件與條料邊緣間的余料稱為搭邊。搭邊的作用是補償補償定位誤差，保持條料有一定的剛度，以保證零件質(zhì)量和送料方便。 搭邊值要合理確定，值過大，材料利用率低；值過小，搭邊的強度與剛度不夠，沖裁時容易翹曲或被拉斷，不僅會增大沖裁件毛刺，有時甚至單邊拉入模具間隙，造成沖裁力不均，損壞模具刃口。因此，搭邊的最小寬度大于塑性變形區(qū)的寬度，一般可取等于材料的厚度。 搭邊值的大小還與材料的力學性能、厚度、零件的形狀與尺寸、排樣的形式、送料及擋料方式、卸料方式等因素有關。搭邊值一般由經(jīng)驗確定，根據(jù)所給材料厚度δ=0.6mm，確定搭邊工作間a1為2.0mm, a為2.0mm。具體可見排樣圖2。 2． 送料步距和條料寬度的確定 （1） 送料步距 條料在模具上每次送進的距離成為送料步距。每次只沖一個零件的步距S的計算公式為 S=D+a1 (1) S=30+2.0=32mm 式中 D——平行于送料方向的沖裁寬度； a1——沖裁之間的搭邊值。 （2） 條料寬度 條料寬度的確定原則：最小條料寬度要保證沖裁時零件周邊有足夠的搭邊值，最大條料寬度要能在沖裁時順利地在導料板之間送進，并與導料板之間有一定的間隙。 當用孔定距時，可按下式計算 條料寬度 B-Δ=(Dmax+2a)-Δ =30-0.5 mm 式中 B——條料的寬度（mm）； Dmax——沖裁件垂直于送料方向的最大尺寸（mm）； a——側(cè)搭邊值； Δ——條料寬度的單向（負向）公差； 剪切條料寬度偏差Δ=0.5, 因此B=30-0.5 。 3.2 材料利用率的計算 一個步距內(nèi)的材料利用率η為 η=nF/Bs×100% （3） η=1×3.14×15×15/30×32×100%=73.59% 式中 F——一個步距內(nèi)沖裁件面積（包括沖出的小孔在內(nèi)）； n——一個步距內(nèi)沖裁件數(shù)目； B——條料寬度（mm）； s——步距； 4. 確定總沖壓力和選用壓力機及計算壓力中心 4. 1 沖裁力的計算 4.1.1 沖導正孔力計算 F1=nKLδτ (4-1) F1=2×1.3×3.14×3×0.6×310=4555.5N =4.55KN 式中 F——沖裁力（N）； L——沖裁件周邊長度（mm）； τ——材料抗剪強度（MPa）；08F的是210-310Mpa， δ——材料厚度；(mm) K——系數(shù)，通常K=1.3； 4.1.2切廢料力計算 F2=KLδτ (4-1) F2=1.3×41.7×0.6×310=10083.06N =10.1KN 式中 F——沖裁力（N）； L——沖裁件周邊長度（mm）； τ——材料抗剪強度（MPa）；08F的是210-310Mpa， δ——材料厚度；(mm) K——系數(shù)，通常K=1.3； 4.1.3，拉伸力用理論計算很復雜，一般采用經(jīng)驗計算方法，經(jīng)驗公式建立的基點是，拉伸力的數(shù)值略小于拉伸件危險斷面的斷裂力；斷裂與拉伸力的比值用系數(shù)K表示；K值的大小取決于拉伸件的形狀及變形方式。其數(shù)值由實驗確定。 拉伸力可按下式計算 F3=3.14Kd1tδ (4-1) F3=3.14×0.72×16.2×0.6×360=7910.99N =7.9KN 式中 F——拉伸力（N）； d1——拉伸直徑（mm）； τ——材料抗剪強度（MPa）；300-360MPa t——材料厚度；(mm) K——修正系數(shù)（查表可得），K=1.3； 4.1.4，整形力可按下式計算 F4=3.14Kd1tδ (4-1) F4=3.14×0.72×16.2×0.6×360=7910.99N =7.9KN 4.1.5 沖孔力計算 F5=nKLδτ F5=1.3×（4×3.14×1.65+3.14×1.5）×0.6×310=6149.9N =6.15KN 4.1.6，翻孔力一般不大，可按以下公式近似計算 F6=1.1×3.14（D-d）tσ 其中： F6——翻孔力（N）； D——翻孔后的孔徑（mm）； d——翻孔預孔的孔徑（mm）； t——材料厚度（mm）； σ——材料屈服極限；(MPa) 計算F6=1.1×3.14×（5-1.5）×310=3747.59N=3.75K N 4.1.7，刻字力大小，類似整形力， F7=7.9KN 4.1.8 落料力計算 F8=1.3×60×0.6×310=14508N =14.51KN 4.1.9 卸料力、推件力及頂件力的計算 生產(chǎn)中常用下列公式計算 F卸=K卸F (4-4) =0.045×（F1+F2+F3+F4+F5+F6+F7+F8） =0.045×62.76=2.82KN 式中 F——沖裁力； F卸——卸料系數(shù) 綜上所述，總的沖裁力為, F總=F+F卸=62.76+2.82=65.58KN 4.2 壓力中心的計算 采用解析法求壓力中心， F1——沖導正孔力 F1= Ltσb ，得F1=4.55KN F2——沖廢料力 F2= Ltσb ，得F2=10.1KN F3——拉深力 F3=3.14Kd1tδ, 得F3=7.9KN F4——整體力 F4=3.14Kd1tδ, 得F4=7.9KN F5——沖孔力 F5= Ltσb , 得F5=6.15KN F6——翻孔力 F6=1.1×3.14（D-d）tσ, 得F6=3.75KN F7——整體力 F7=3.14Kd1tδ, 得F7=7.9KN F8——落料力 F8= Ltσb , 得F8=14.51KN Y1——F1到X軸的力臂 Y1=0 X1——F1到Y(jié)軸的力臂 X1=128 Y2——F2到X軸的力臂 Y2=0 X2——F2到Y(jié)軸的力臂 X2=96 Y3——F3到X軸的力臂 Y3=0 X3——F3到Y(jié)軸的力臂 X3=48 Y4——F4到X軸的力臂 Y4=0 X4——F4到Y(jié)軸的力臂 X4=16 Y5——F5到X軸的力臂 Y5=0 X5——F5到Y(jié)軸的力臂 X5=-16 Y6——F6到X軸的力臂 Y6=0 X6——F6到Y(jié)軸的力臂 X6=-48 Y7——F7到X軸的力臂 Y7=0 X7——F7到Y(jié)軸的力臂 X7=-80 Y8——F8到X軸的力臂 Y8=0 X8——F8到Y(jié)軸的力臂 X8=-112 根據(jù)合力距定理： YG = （Y1F1+ Y2F2+ Y3F3）/（F1+ F2+ F3） XG = （X1F1+ X2F2+ X3F3）/（F1+ F2+ F3） XG——F沖壓力到X軸的力臂；XG=-7.61 YG——F沖壓力到Y(jié)軸的力臂；YG=0 所以由以上可以算得壓力中心為G(-7.61,0) 4.3 壓力機的選用 初步確定壓力機的型號： F公稱≥F總 因此選擇壓力機的型號為： 1、切邊沖孔：J23—40開式壓力機 型號為J23—40壓力機的基本參數(shù)如：（表一） 公稱壓力/KN 400 墊板尺寸/mm 滑塊行程/mm 200 厚度80 滑塊行程次數(shù)/（次/min） 80 模柄孔尺寸/mm 直徑50 深度70 最小封閉高度/mm 120 滑塊底面積尺寸/mm 封閉高度調(diào)節(jié)量 80 滑塊中心線至床身距離/mm 300 床身最大可傾角 30° 工作臺尺寸/mm 前后380 左右450 5. 凸、凹模刃口尺寸計算 5.1落料，沖孔凸、凹模刃口尺寸 5.1.1計算原則 設計落料模先確定凹模刃口尺寸，以凹模為基準，間隙取在凸模上；設計沖孔模先確定凸模刃口尺寸，以凸模為基準，間隙取在凹模上。 間隙是影響模具壽命的各種因素中占最主要的一個。沖裁過程中，凸模與被沖的孔之間，凹模與落料件之間的均有磨檫，而且間隙越小，磨檫越嚴重。在實際生產(chǎn)中受到制造誤差和裝配精度的限制，凸模不可能絕對垂直于凹模平面，而且間隙也不會絕對均勻分布，合理的間隙均可使凸模、凹模側(cè)面與材料間的磨檫減小，并緩減間隙不均勻的不利影響，從而提高模具的使用壽命。 沖裁間隙對沖裁力的影響： 雖然沖裁力隨沖裁間隙的增大有一定程度的降低，但是當單邊間隙介于材料厚度 5%~20%范圍時，沖裁力的降低并不明顯（僅降低5%~10%左右）。因此，在正常情況下，間隙對沖裁力的影響不大。 沖裁間隙對斜料力、推件力、頂件力的影響： 間隙對斜料力、推件力、頂件力的影響較為顯著。間隙增大后，從凸模上斜、從凸?？卓谥型瞥龌蝽敵隽慵紝⑹×?。一般當單邊間隙增大到材料厚度的15%~25%左右時斜料力幾乎減到零。 沖裁間隙對尺寸精度的影響： 間隙對沖裁件尺寸精度的影響的規(guī)律，對于沖孔和切邊是不同的，并且與材料軋制的纖維方向有關。 通過以上分析可以看出，沖裁間隙對斷面質(zhì)量、模具壽命、沖裁力、斜料力、推件力、頂件力以及沖裁件尺寸精度的 影響規(guī)律均不相同。因此，并不存在一個絕對合理的間隙數(shù)值，能同時滿足斷面質(zhì)量最佳，尺寸精度最佳，沖裁模具壽命最長，沖裁力、斜料力、推件力、頂件力最小等各個方面的要求。在沖壓的實際生產(chǎn)過程中，間隙的選用主要考慮沖裁件斷面質(zhì)量和模具壽命這兩個方面的主要因素。但許多研究結(jié)果表明，能夠保證良好的沖裁件斷面質(zhì)量的間隙數(shù)值和可以獲得較高的沖模壽命的間隙數(shù)值也是不一致的。一般說來，當對沖裁件斷面質(zhì)量要求較高時，應選取較小的間隙值，而當對沖裁件的質(zhì)量要求不是很高時，則應適當?shù)丶哟箝g隙值以利于提高沖模的使用壽命。 根據(jù)沖模在使用過程中的磨損規(guī)律，設計落料模時，凹?；境叽鐟〗咏虻扔诹慵淖钚O限尺寸；設計沖孔模時，凸?；境叽鐒t取接近或等于沖孔件的最大極限尺寸。按沖件精度和模具可能磨損程度，凸、凹模磨損留量在公差范圍內(nèi)的0.5-1.0之間。磨損量用xΔ表示，其中Δ為沖件的公差值，x為磨損系數(shù)，其值在0.5-1.0之間，與沖件制造精度有關，可按下列關系選?。毫慵菼T10以上 X=1; 零件精度IT11- IT13 X=0.75; 零件精度IT14 X=0.5 。 不管落料還是沖孔，沖裁間隙一律采用最小合理間隙值（Zmin）。選擇模具制造公差時，一般沖模精度較零件高3-4級。對于形狀簡單的圓形、方形刃口，其制造偏差值可按IT6- IT7級選?。粚τ谛螤顝碗s的刃口尺寸制造偏差可按零件相應部位公差值的1/4來選??；對于刃口尺寸磨損后無變化的制造偏差值可取沖件相應部位公差值的1/8并冠以（±）；若零件沒有標注公差，則可按IT14級取值。 零件尺寸公差與沖模刃口尺寸的制造偏差應按“入體”原則標注單向公差，即：落料件上偏差為零，只標注下偏差；沖孔件下偏差為零，只標注上偏差。如果零件公差是依雙向偏差標注的，則應換算成單向標注。磨損后無變化的尺寸除外。 5.2.2 凸模和凹模配合加工 配合加工方法，就是先按尺寸和公差制造出凹?；蛲鼓Ｆ渲幸粋€，然后依此為基準再按最小合理間隙配做另一件。采用這種方法不僅容易保證沖裁間隙，而且還可以放大基準件的公差，不必檢驗δd+δp≤Zmax-Zmin 。同時還能大大簡化設計模具的繪圖工作。目前，工廠對單件生產(chǎn)的模具或沖制復雜形狀的模具，廣泛采用配合加工的方法來設計制造。 沖孔凸模和落料凹模尺寸按下列公式計算： 沖孔時 dp=(dmin+XΔ)- δp (5-2) 落料時 Dp=(Dmax-XΔ-Zmin)- δp (5-3) 孔心距，臺階尺寸 Lp=L±δp’ (5-4) 式中 Dp dp——分別為落料和沖孔凸模的刃口尺寸（mm）； Dmax ——為落料件的最大極限尺寸（mm）； dmin——為沖孔件的最小極限尺寸（mm）； Δ——工件公差； Δp——凸模制造公差，通常取δp=Δ/4； δp’——刃口中心距對稱偏差，通常取δp’=Δ/8； Lp——凸模中心距尺寸（mm）； L——沖件中心距基本尺寸（mm）； Zmin——最小沖裁間隙（mm）； 落料凹模尺寸：Aj1=(Amax-XΔ)+ Δ =19.2-0.5×0=19.2+0.02; Aj2=(Amax-XΔ)+ Δ =16.2-0.5×0=16.2+0.02; Aj3=(Amax-XΔ)+ Δ =3-0.5×0=3+0.02; 落料凸模尺寸：Ah1=( Amax -2Z)+ Δ =19.2-2×0.025=19.15+0.02; Ah2=( Amax -2Z)+ Δ =16.2-2×0.025=16.15+0.02; Ah3=( Amax -2Z)+ Δ =3-2×0.025=2.95+0.02; 沖孔凸模尺寸： Bj1=(Amin+XΔ)- Δ/4 =1.65+0.5×0=1.65-0.02 Bj2=(Amin+XΔ)- Δ/4 =1.5+0.5×0=1.5-0.02 沖孔凹模尺寸： Bh1=(Amin+2Z)- Δ/4 =1.65+2×0.025=1.7-0.02 Bh2=(Amin+2Z)- Δ/4 =1.5+2×0.025=1.55-0.02 孔心距 Lp=L±δp’ 角度Lp1=120±0.01 Lp2=11.2±0.01 保證每步節(jié)距L=32±0.01。 5．3 拉伸模 凸凹模圓角半徑對拉伸工作影響很大。毛坯經(jīng)凹模圓角進入凹模時，受彎曲和摩擦作用，若凹模圓角半徑過小，因徑向拉力增大，易使拉伸件表面劃傷或產(chǎn)生斷裂；若過大，則壓邊面積小，由于懸空增大，易起內(nèi)皺。因此，合理的選擇凹模圓角半徑很重要。具體數(shù)值查表可得。 拉伸的凸凹模之間的間隙對拉伸力、制件質(zhì)量、模具壽命等都有影響。間隙過大，容易起皺，制件有錐度，精度差；間隙過小，增加摩擦，導致之間邊薄嚴重，甚至拉裂。因此，正確地確定凸模和凹模之間的間隙是很重要的。 拉伸模間隙是單面間隙，即凹模和凸模直徑之差的一半。 本次設計的模具結(jié)構(gòu)為有壓邊圈的，在選擇間隙時可以直接查表，拉伸一次成型，所以查表可知間隙為(1-1.1t)，t為材料厚度。 凸、凹模工作部分尺寸的確定，主要考慮模具的磨損和拉伸件的回彈。尺寸公差在最后一道工序考慮，本次設計只有一道拉伸，所以要考慮。 1）、制件標注外形尺寸 凹模尺寸為 L d=（Lmax –0.75Δ） 凸模尺寸為 L p=（Ld–0.75Δ–Z） （2）、制件標注內(nèi)尺寸 凸模尺寸為 L p=（Lmin +0.5Δ） 凹模尺寸為 L d=（Lp+0.5Δ+Z） 其中 L—拉伸件的外形或內(nèi)尺寸 Δ—拉伸件的尺寸偏差 L d—拉伸凹模的基本尺寸 L p—拉伸凸模的基本尺寸 Z—凸凹模雙面間隙 具體計算如下，制件標注內(nèi)形尺寸，按此公式計算 凸模尺寸為 L p=（Lmin +0.5Δ） =15.15 凹模尺寸為 L d=（Lp+0.4Δ+Z） =15.15+0.6×2=16.35 凸、凹模工作表面粗造度要求：凹模工作表面和型腔表面粗造度應達到0.8；圓角處的表面粗造度一般要求0.4；凸模工作部分表面粗造度一般要求0.8-1.6。 計算拉深系數(shù)時，接近最小拉深系數(shù)，而本課題采用連續(xù)模來設計，所以需要加整形模，整的是拉深壁厚，和拉深R角，所以第一次拉深時，R角可以稍大，淺拉深，間隙放1.0t，整形時，可以采用擠材料壁厚的方法來實現(xiàn)拉深高度和R角。所以整形時凸模和凹模的間隙為負間隙，凹模做到φ16.2，間隙為單邊0.525。 6 模具整體結(jié)構(gòu)形式設計 結(jié)構(gòu)形式 1、凸模，沖頭，凹模材料，因制件形狀簡單，總體尺寸不大，選用整體式圓形凹模較為合理，選用Cr12MoV為凸模，凹模材料。 2、凹模周界 由《冷沖壓工藝與模具設計》得出凹模周界的計算公式（3.46）、（3.47）、（3.48） 厚度H=Kd（≥15mm） 式中：d——沖裁件的最大外形尺寸，d1=30，250, K——系數(shù)，查表得K=0.28 則 H1=0.12×250=30mm H2=0.82×30=24.6mm 凹模壁厚c=（1.0~1.5）H（≥30~40mm）=30-40 最小D1=300mm，H1=120mm，由《模具設計指導》表，選用鋼板模板。而由此典型組合標準，即可方便的確定其他沖模零件的數(shù)量、尺寸及主要參數(shù)。 其零件參數(shù)如下表所示： 凹模周界 配用模架閉合高度H 孔距尺寸 最小 最大 S S1 300×120×35 168 218 零件名稱及標準編號 上墊板 凹模 固定板 卸料板 300×120×10 300×120×35 300×120×18 300×120×23 圓柱銷 卸料螺釘 螺釘 螺釘 圓柱銷 φ10×80 M8×60 M10×80 M10×50 φ8×40 由凹模周界尺寸及模架閉合高度在200~240mm之間，查《模具設計指導》，鋼板標準模架，，上模座350×250×35，下模座350×250×45，導柱28×140，25×140，導套45×80×60，導套38×80×60。 7、模具零件的結(jié)構(gòu)設計 1、切廢料凸模的設計 材料Cr12MoV，硬度：58～62HRC，（如圖），與固定板過盈配合，過盈量0.02-0.03，中間用鋼絲穿過，防止掉落。 2、沖孔凸模的設計 材料：Cr12Mov 硬度：55～58HRC 形狀結(jié)構(gòu)：（如圖），采用臺階與固定板固定。 3、沖孔凹模的設計 材料：Cr12Mov 硬度：55～58HRC 形狀結(jié)構(gòu)：（如圖），與凹模過盈配合，與沖頭配好間隙后反面要有防轉(zhuǎn)銷，否則孔位不對，容易切刀口。 4、拉深凸模的設計 材料：Cr12Mov 硬度：55～58HRC 形狀結(jié)構(gòu)：（如圖），與固定板過盈配合，用臺階固定。 5、整形凸模的設計 材料：Cr12Mov 硬度：55～58HRC 形狀結(jié)構(gòu)：（如圖），與固定板過盈配合，用臺階固定。 6、刻字模的設計 材料：Cr12Mov 硬度：55～58HRC 形狀結(jié)構(gòu)：（如圖），與凹模過盈配合，用臺階固定。反面要有防轉(zhuǎn)銷，否則孔位不對，字體高度0.3。 7、落料凸模的設計 材料：Cr12Mov 硬度：55～58HRC 形狀結(jié)構(gòu)：（如圖），與凹模過盈配合，用螺釘M6固定在上模板上。 8、凹模的設計 材料：Cr12Mov 硬度：55～58HRC，形狀結(jié)構(gòu)：（如圖）， 8、模具的總裝配 1、確定裝配基準件 應以凹模為裝配基準件。首先要確定凹模在下模板上的位置，安裝凹模組件， 確定凹模組件在下模板上的位置， 然后用平行板將凹模組件和下模板夾緊，在下模板上劃出彎曲孔線，進而安裝好下模板上的其他組件。 2、安裝上模部分 檢查下模部分各個零件尺寸是不是滿足裝配技術(shù)條件要求。 安裝下模，同時調(diào)整沖裁間隙和拉深間隙， 將上模系統(tǒng)各零件分別裝于上模座內(nèi)。 3、安裝模具的樹脂壓縮部分 4、自檢 按沖模技術(shù)條件進行總裝配檢查。 5、檢驗 6、試沖 設計小結(jié) 此次畢業(yè)設計是在學完沖壓工藝與模具設計，模具制造工藝和大部分專業(yè)課并進行了生產(chǎn)實習的基礎上進行的，這次設計使我能夠綜合運用沖壓工藝與模具設計中的基本理論，結(jié)合生產(chǎn)中所學的新知識、獨立分析和解決工藝問題，初步具備了設計一個中等復雜程度的冷沖壓模具的能力。通過分析，擬定設計方案，完成模具結(jié)構(gòu)設計等一系列復雜工作，最終完成此次的設計任務。 通過這次設計使我初步具備了設計一個中等復雜程度的沖壓模具的工藝規(guī)程和掌握運用模具設計的基本原理和方法，同時也學會了熟練運用有關參考資料，圖表等基本技能，增強了自我的讀圖和繪圖能力，從而使我在能力方面又提高了一個臺階，為今后從事的工作打下了良好的基礎。 致 謝 對三年來辛勤教導我的老師和學校致以最崇高的敬意！ 對本次畢業(yè)設計指導我和給予我最多的老師表示我最衷心的感謝!畢業(yè)設計開始以來，有幸多次聆聽老師的教誨。老師以他寬廣的知識、高瞻遠矚的學識、在實際生產(chǎn)中所積累的經(jīng)驗。拓寬了我的視野和思維，更為重要的是老師以他對事業(yè)孜孜不倦的追求和待人接物謙遜的態(tài)度和豁達的胸襟，時刻都在潛移默化地影響著我，這將使我終生受益。 參考文獻 [1]朱光力主編. 模具設計與制造實訓.第1版. 北京：高等教育出版社. 2002. 134~156 [2]吳詩 主編. 沖壓工藝及模具設計 . 第1版. 西安：西北工業(yè)大學出版社. 2001. 40~45 [3]溫松明主編. 互換性與測量技術(shù)基礎. 第2版. 長沙：湖南大學出版社. 1998. 4~5 [4]馮炳堯 韓泰榮 殷振海 蔣文森編. 模具設計與制造簡明手冊. 第1版.上海：上?？茖W技術(shù)出版社. 1985. 1~ 80 [5]劉朝儒 彭福蔭 高政一主編. 機械制圖. 第3版. 北京：高等教育出版社.2001 [6]張代東主編. 機械工程材料應用基礎. 第1版.北京：機械工業(yè)出版社.2001.85~103 [7]王衛(wèi)衛(wèi)主編. 材料成型設備. 第1版.北京：機械工業(yè)出版.2004. 47~48 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