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活門沖壓件的模具設(shè)計(jì)
1 緒 論
近幾年來，我國模具技術(shù)有了很大發(fā)展，模具設(shè)計(jì)與制造水平有了較大提高，大型、精密、復(fù)雜高效和長(zhǎng)壽命模具的需求量大幅度增加，模具質(zhì)量、模具壽命明顯提高，模具交貨期較前縮短，模具CAD/CAM技術(shù)也得到了相當(dāng)廣泛的應(yīng)用。
1.1 國內(nèi)模具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)
1.1.1國內(nèi)模具的現(xiàn)狀
沖壓技術(shù)廣泛應(yīng)用于航空、汽車、電機(jī)、家電和通信等行業(yè)零部件的成形。由于沖壓工藝具有生產(chǎn)率高，能成形復(fù)雜零件，適合大批量生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，在某些領(lǐng)域已經(jīng)取代機(jī)械加工，并正逐步擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。據(jù)國際生產(chǎn)技術(shù)協(xié)會(huì)預(yù)測(cè)到本世紀(jì)中，機(jī)械零部件中60%的粗加工，80%的精加工要由模具來完成。因此沖壓技術(shù)對(duì)發(fā)展生產(chǎn)、增加效益、更新產(chǎn)品等方面具有重要作用。
經(jīng)調(diào)查，全國模具行業(yè)從業(yè)人員的崗位分布情況大致如下：從事模具設(shè)計(jì)，模具工藝過程實(shí)施，產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)和監(jiān)督工作的人員占總數(shù)的42%；其次是具體生產(chǎn)設(shè)備的操作，模具的制造、調(diào)試和維修，從事這類工作的是智能型操作人員，占總數(shù)的26%；三是從事生產(chǎn)組織，技術(shù)指導(dǎo)和技術(shù)管理工作的人員，占總數(shù)的14%；四是從事模具營銷工作和售后技術(shù)服務(wù)的人員，占總數(shù)的9%；五是個(gè)體、行政管理人員，占總數(shù)的9%。
從20世紀(jì)80年代初開始，工業(yè)發(fā)達(dá)國家的模具工業(yè)，已從機(jī)床工業(yè)中分離出來，并發(fā)展成為一個(gè)獨(dú)立的工業(yè)部門，而且其產(chǎn)值已超過機(jī)床工業(yè)的產(chǎn)值。改革開放以來，中國的模具工業(yè)發(fā)展十分迅速；近年來，一直以每年15%左右的增長(zhǎng)速度快速發(fā)展。目前，中國約有17000多個(gè)模具制造廠點(diǎn)，從業(yè)人數(shù)60多萬；2001年中國模具工業(yè)總產(chǎn)值達(dá)320億元人民幣，中國模具工業(yè)的技術(shù)水平取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展對(duì)模具工業(yè)提出了越來越多且越來越高的要求巨大的市場(chǎng)需求推動(dòng)著中國模具工業(yè)更快地發(fā)展。2001年中國大陸制造業(yè)對(duì)模具的市場(chǎng)需求量約為430億元人民幣；今后幾年仍將以每年10%以上的速度增長(zhǎng)。對(duì)于大型、精密、復(fù)雜高效和長(zhǎng)壽命模具需求的增長(zhǎng)將遠(yuǎn)超過每年10%的增幅。
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?！叭Y”企業(yè)雖然已經(jīng)對(duì)中國模具工業(yè)的發(fā)展起了積極的推動(dòng)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(chǎng)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(chǎng)中經(jīng)常處于被動(dòng)地位。我國每個(gè)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(duì)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(zhǎng)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(zhǎng)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(duì)模具質(zhì)量、成本有較大影響，對(duì)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(huì)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(shì)
巨大的市場(chǎng)需求將推動(dòng)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(dòng)化、智能化；??
?? 9） 研究和應(yīng)用模具的高速測(cè)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(shì)
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(gè)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(chǎng)呈現(xiàn)供不應(yīng)求的局面，世界模具市場(chǎng)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(zhǎng)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(shí)，從德國工、模具行業(yè)組織--德國機(jī)械制造商聯(lián)合會(huì)（VDMA）工模具協(xié)會(huì)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(huì)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(shí)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(jí)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(gè)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％
沖壓技術(shù)的發(fā)展主要反映在以下5個(gè)方面：
（1）模具的計(jì)算機(jī)輔助能力設(shè)計(jì)和輔助制造技術(shù)
采用該技術(shù)，模具設(shè)計(jì)和制造效率一般可提高2-3倍，模具生產(chǎn)周期可縮短1/2-1/3。目前，已達(dá)到CAD/CAM一體化，模具圖紙只是作為檢驗(yàn)?zāi)＞咧谩?
（2）工藝分析中的板料成形模擬仿真技術(shù) （沖壓CAE）
（3）快速模具制造技術(shù)的發(fā)展
將快速成形（RPM）技術(shù)與各種常規(guī)的鑄造、粉末燒結(jié)工藝相結(jié)合而發(fā)展起來的快速模具制造技術(shù)以及低熔點(diǎn)合金模具，樹脂模具都可用于冷沖壓成形。??
（4）采用沖壓新工藝
精密沖裁、液壓成形、沖壓焊接復(fù)合工藝等特種沖壓工藝的采用，使沖壓工藝的應(yīng)用范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，沖壓制件的質(zhì)量和效率大大提高，從而使生產(chǎn)成本進(jìn)一步降低。
（5）冷沖壓生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化
為了滿足大批量生產(chǎn)的需要，沖壓設(shè)備已由單工位的低速壓力機(jī)發(fā)展到多工位的高速壓力機(jī)；在高速壓力機(jī)上采用多工位的級(jí)進(jìn)模進(jìn)行沖壓加工，使冷沖壓生產(chǎn)達(dá)到高度自動(dòng)化；汽車覆蓋件可采用自動(dòng)送料、自動(dòng)取件、自動(dòng)傳送的流水線生產(chǎn)。
1.3 沖壓加工特點(diǎn)
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(dòng)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。
1.4 沖壓加工和沖模在生產(chǎn)中的地位
由于冷沖壓加工具有上述突出的優(yōu)點(diǎn)，因此在批量生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用,在汽車，拖拉機(jī)，電機(jī)，電器儀表和日用品的生產(chǎn)中，已占據(jù)十分重要的地位，特別是在電子工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)中，已成為不可缺少的，主要加工方法之一，沖模在實(shí)現(xiàn)冷沖壓加工是必不可少的工藝設(shè)備，沒有先進(jìn)的模具技術(shù)，先進(jìn)的沖壓工藝就無法實(shí)現(xiàn)，眾所周知，產(chǎn)品要具有況爭(zhēng)能力，除了應(yīng)具有的先進(jìn)模具技術(shù)，穩(wěn)定的使用性能，結(jié)構(gòu)新穎，更新?lián)Q代快等特點(diǎn)外，還必須具有價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，這就需要采用先進(jìn)，高效的生產(chǎn)手段，不斷降低成本，要達(dá)到上述目的，途徑是多方面的，模具就是其中的重要因素之一，它的重要性早已為國內(nèi)外所重視,并為工業(yè)發(fā)達(dá)國家的發(fā)展過程所證實(shí)，在美國，日本等工業(yè)發(fā)達(dá)國家,模具工業(yè)年產(chǎn)值，早已超過了機(jī)床工業(yè)，在模具工業(yè)中沖模占的比例很大，由此可以看出冷沖壓與沖模在國內(nèi)外生產(chǎn)中的重要地位.
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步和工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，沖壓及模具技術(shù)也在為斷革新與發(fā)展，主要表現(xiàn)以下方面：工藝分析計(jì)算方法現(xiàn)代化，近幾年來,國外開始采用有限變形的彈塑性有限元法，對(duì)復(fù)雜成形件的成形過程進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變分析和計(jì)算機(jī)模擬，以預(yù)測(cè)某一工藝方案對(duì)零件成形的可能性和會(huì)發(fā)生的問題，將結(jié)果顯示在圖形終端上，供設(shè)計(jì)人員進(jìn)行修改和選擇，這樣，不但可以節(jié)省模具試用制費(fèi)用，縮短新產(chǎn)品的試制周期，而且可以逐步建立一套能結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際的先進(jìn)設(shè)計(jì)方法，既促進(jìn)了沖壓工藝的發(fā)展，也將使塑性成形理論逐步達(dá)到對(duì)生產(chǎn)實(shí)際的指導(dǎo)作用。
修改和選擇，這樣，不但可以節(jié)省模具試用制費(fèi)用，縮短新產(chǎn)品的試制周期，而且可以逐步建立一套能結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際的先進(jìn)設(shè)計(jì)方法，既促進(jìn)了沖壓工藝的發(fā)展，也將使塑性成形理論逐步達(dá)到對(duì)生產(chǎn)實(shí)際的指導(dǎo)作用.
在校學(xué)生設(shè)計(jì)是對(duì)手工設(shè)計(jì)的一種練習(xí)，也是為自己以后獨(dú)立設(shè)計(jì)的一種演練，在這個(gè)基礎(chǔ)階段，必須把一些基本的方法、步驟、公式、表格查法的掌握，才能為以后的設(shè)計(jì)服務(wù)。
本次設(shè)計(jì)的任務(wù)是使同學(xué)們了解沖壓成型的基本原理；熟悉沖壓用材料、模具用材料以及沖壓用設(shè)備等；掌握各種沖壓工藝的成型方法，并具有初步解決生產(chǎn)中常出現(xiàn)的工藝問題的能力；掌握各種沖壓模具的設(shè)計(jì)方法，并具有設(shè)計(jì)中等復(fù)雜程度沖壓模具能力。
1.5 沖裁模具設(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(shí)間20天；
2.確定加工方案，所用時(shí)間5天；
3.模具的設(shè)計(jì)，所用時(shí)間30天；
4．模具的調(diào)試．所用時(shí)間5天
2 活門沖壓件工藝的分析
2.1活門沖壓件工藝分析
工件名稱：活門沖壓件
生產(chǎn)批量：大批量
材 料：45
厚 度：3mm
工件簡(jiǎn)圖如圖所示：
2.2 沖裁工藝計(jì)算和工藝方案
沖裁模的結(jié)構(gòu)形式多種多樣，如果按工序的組合分類，可分為單工序模、級(jí)進(jìn)模、復(fù)合模等。各種沖裁模的構(gòu)成大體相同，主要由工作零件、定位零件、卸料與推料零件、導(dǎo)向零件、聯(lián)接與固定零件等組成。
該零件形狀簡(jiǎn)單、基本對(duì)稱，是有圓弧和直線組成的。沖裁件內(nèi)外形狀所能達(dá)到經(jīng)濟(jì)精度為IT11——IT14，孔中心與邊緣距離尺寸公差為0.2。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，其他尺寸標(biāo)注、生產(chǎn)批量等情況，也均符合沖裁的工藝要求，故決定采用沖壓方式進(jìn)行加工。模具整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單。
2.2.1 工藝方案的確定
手柄零件所需的基本沖壓工序?yàn)闆_孔和落料，可擬訂出以下三種工藝方案。
方案一：?jiǎn)喂ば蚰?，即先落料后沖孔.
方案二：沖孔落料復(fù)合模。
方案三：沖孔落料級(jí)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。
壓圈零件的孔之間的距離為12mm，大于此零件要求的最小壁厚（4.9mm）（1），可以采用沖孔、落料復(fù)合?；驔_孔、落料連續(xù)模。復(fù)合模模具能易保證沖裁精度,由于壓料沖裁的同時(shí)得到了較平,沖件平直且有較好的剪切斷面.制造成本比級(jí)近模低。正裝復(fù)合模較適用于沖制材料質(zhì)較軟的或板料較薄的平直度要求較高的沖裁件,由于A3屬于較硬一些的材料益采用倒裝復(fù)合模較好.倒裝復(fù)合模結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,又可以直接利用壓力機(jī)的打桿裝置進(jìn)行推件,卸料可靠,操作方便,并為機(jī)械化出件提供了有利條件,正適合我們此處的大批量生產(chǎn).我們采用倒裝復(fù)合模。
2.2.2 必要的工藝計(jì)算
（1）排樣設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)復(fù)合模時(shí)，首先要設(shè)計(jì)條料排樣圖。該零件具有矩形的特點(diǎn)，所以采用直排的排列方式。如下圖所示：
排列方式示意圖
查表2.9取搭邊值為3mm和5mm。
計(jì)算調(diào)料寬度：B=(90+2*5)mm=100mm
步距：S=（130+3）mm=133mm
材料利用率的計(jì)算:
根據(jù)市場(chǎng)的供應(yīng)情況，原材料選用1000mmX2000mmX3mm的冷軋薄鋼板，每塊剪切成2000mmX100mm規(guī)格的條料10條，材料的剪切利用率可以達(dá)到99.5%。
計(jì)算沖壓件毛坯的面積：A=11251.48
一個(gè)步距的材料利用率
n=s1/s總*100%=11251.48/（133X100）*100%=84.6%
（2）計(jì)算凸、凹模刃口尺寸
查表2.4得間隙值Zmin=0.48mm Zmax=0.66mm
①. 沖孔凸、凹模刃口尺寸的計(jì)算。由于制件結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)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。其凸、凹模刃口尺寸計(jì)算如下：
查表得凸、凹模制造公差：
校核：
查表2.6得:IT14級(jí)時(shí)磨損系數(shù)x=0.75
按式
②. 外形落料凸、凹模刃口尺寸的計(jì)算。對(duì)外輪廓的落料，由于形狀較復(fù)雜，故采用配合加工法，這種方法有利于獲得最小的合理間隙，放寬對(duì)模具的加工設(shè)備的精度要求，其凸、凹模刃口部分尺寸計(jì)算如下：
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(gè)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。其凸、凹模刃口尺寸計(jì)算如下：
a、凸模磨損后會(huì)增大的尺寸-------第一類尺寸A
第一類尺寸：A凸=(Amax-x△)0+0.25△
A凹=（A-x△-Zmin）0-0.25△
b、凸模磨損后會(huì)減小的尺寸-------第二類尺寸B
第二類尺寸：B凸=(Bmax+x△)0-0.25△
B凹=（B+x△+Zmin）0+0.25△
c、凸模磨損后會(huì)保持不變的尺寸-------- 第三類尺寸C
第三類尺寸： C凸=C凹=C+ 0.125△
當(dāng)以凹模為基準(zhǔn)件時(shí)，凹模磨損后，刃口部分尺寸都增大，因此均屬于A類尺寸。
工件圖中未標(biāo)注公差的尺寸，查相關(guān)資料得出其極限偏差：
。
查表得磨損系數(shù)x為：當(dāng)△≥0.50時(shí) x=0.5
△＜0.50時(shí) x=0.75
按式：A=(A - x△)
落料凹模的基本尺寸與凹模相同，分別是89.57mm，119.57mm，129.5mm，9.73mm，19.74mm。不必標(biāo)公差，但要在技術(shù)要求條件中注明:凸模實(shí)際刃口尺寸與落料凹模配合，保證最小雙面合理間隙Zmin=0.48mm（落料凹模刃口部分尺寸見下圖）。
落料凹模刃口部分尺寸
(3) 沖壓力的計(jì)算
①落料力F落=KLtτb =Ltσb=404*3*650=787.8KN
②沖孔力F孔=KLtτb =Ltσb=141*3*650=274.95KN
式子中 F——沖裁力，KN；
L——沖裁件剪切周邊長(zhǎng)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)，系數(shù)K是考慮到實(shí)際生產(chǎn)中，模具間隙值的波動(dòng)和不均勻，刃口的磨損，板料力學(xué)性能和厚度波動(dòng)等因素的影響而給出的修正系數(shù)，一般取1.3
③沖孔時(shí)的推件力F推= nK推F沖
取直筒形刃口的凹模刃口形式，由表查的，h=9mm，則n=h/t=9mm/3=3個(gè)，查表得，K推=0.045
F推= nK推F沖= 3 ×0.045×274.95= 37.1KN
式子中 F——沖裁力，KN；
K推——推件力系數(shù)，查表2.7得K推=0.05；
n——同時(shí)卡在凹模內(nèi)的沖裁件（或廢料）數(shù)，其中n=h／t；
④落料時(shí)的卸料力F卸= K卸F落
F卸= K卸F落=0.03×787.8=23.6KN 查表取 K卸=0.020
⑤總沖壓力為:
F總=F落+F孔+F推+F卸=787.8+274.95+37.1+23.6
=1123.45KN
為了保證沖壓力足夠，一般沖裁時(shí)壓力機(jī)噸位應(yīng)比計(jì)算的沖壓力大30%左右，即：
(4)壓力中心的計(jì)算
用解析法求模具的壓力中心的坐標(biāo)。按比例畫出工件尺寸，選用坐標(biāo)系XOY，如圖所示。
壓力中心
制件外形基本對(duì)稱，它的壓力中心在A點(diǎn)，孔的形狀也是對(duì)稱的，孔的壓力中心在B點(diǎn)，那么制件總的壓力中心是C點(diǎn)
Xc=52.8 Yc=46.3
3 模具總體設(shè)計(jì)
根據(jù)上述分析，本零件的沖壓包括沖孔和落料兩個(gè)工序，且孔邊距較大，可采用倒裝復(fù)合模具，可直接利用壓力機(jī)的打桿裝置進(jìn)行推件；而沖孔廢料則可以在下模座中開設(shè)通槽，使廢料從空洞中落下。由于在該模具中壓料是由落料凸模與卸料板一起配合工作來實(shí)現(xiàn)的，所以卸料板還應(yīng)該具有呀了得作用，應(yīng)選用彈性卸料板來卸下條料廢料。
因是大批量生產(chǎn)，采用手動(dòng)送料方式，從右往左送料。
應(yīng)該零件制造采用的是倒裝復(fù)合模，所以直接用擋料螺釘和導(dǎo)料螺釘即可。
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、由于該零件導(dǎo)向尺寸較小，且精度要求不是太高，所以宜采用后側(cè)導(dǎo)柱模架。
3.1 模具主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.1.1 凸模、凹模、凸凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
a.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)置推件板，所以凹模刃口應(yīng)采用直筒刃口，并查表，取得刃口高度h=5mm。（如下圖）該凹模的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，宜采用整體式。
查表得k=0.3
即 凹模高度
凹模壁厚
凹模的外型尺寸的確定：凹模外形長(zhǎng)度L=（75+2x46.2）mm=211mm
凹模外形寬度B=（74+2x33.75）mm=171mm
凹模整體尺寸標(biāo)準(zhǔn)化，取為250mmx175mmx30mm
b.沖孔凸模設(shè)計(jì)。為了增加凸模的強(qiáng)度與剛度，凸模非工作部分直徑應(yīng)制成逐漸增大的多級(jí)形式，凸模固定板厚度取28mm，凸模長(zhǎng)度根據(jù)結(jié)構(gòu)上的需要來確定
由于此凸模直徑較大，且長(zhǎng)度較短，剛度和強(qiáng)度足夠，所以無需對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度校核。沖裁時(shí)凸模進(jìn)入凹模刃口1mm。
c.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(gè)凸凹模。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(jiǎn)圖如圖所示。確定凸凹模安排在模架上的位置時(shí)，要根據(jù)計(jì)算的壓力中心的數(shù)據(jù)，使壓力中心與模柄中心重合。
凸凹模
校核凸凹模的強(qiáng)度：查表得凸凹模的最小壁厚為6.7mm，而實(shí)際最小壁厚為7mm。故符合強(qiáng)度要求。凸凹模的人口尺寸按落料凹模尺寸配制，并保證雙面間隙為0.48mm~0.66mm。凸凹模上孔中心與邊緣距離尺寸15mm的公差，應(yīng)比零件所標(biāo)注的精度高3-4級(jí)，即定位
3.1.2擋料螺釘與導(dǎo)料螺釘位置的確定
由模具整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，導(dǎo)料銷及導(dǎo)料銷都應(yīng)通過卸料板固定于模具的凸凹模上。且在模具閉合狀態(tài)下，應(yīng)高出卸料板3mm。
根據(jù)分析選用廢料孔后端定位時(shí)擋料銷位置如圖8
3.1.3導(dǎo)料螺釘位置的確定
導(dǎo)料銷位于條料的同一側(cè)，采用從右向左的送料方式，送料的方向?qū)Я箱N應(yīng)裝在后側(cè)。
3.2卸料裝置的設(shè)計(jì)及標(biāo)準(zhǔn)化【7】
3.2.1彈性卸料板的結(jié)構(gòu)形式
模具采用倒裝結(jié)構(gòu)，選用手冊(cè)圖7－7（b）的卸料板形式。由表7－8查得彈性卸料板厚度為10mm。裝模具時(shí)卸料板孔與凸凹模得單邊間隙為0.10mm，在模具開啟狀態(tài)，卸料板應(yīng)高出模具凸凹模工作刃口0.3～0.5mm，以便順利卸料，卸料板的工作行程為3.5mm。
3.2.2卸料螺釘?shù)倪x用
采用圓柱頭卸料螺釘45鋼，熱處理硬度35～45HRC
規(guī)格 M6*15 JB/T7650.5
3.2.3卸料彈簧的設(shè)計(jì)及選用
根據(jù)模具結(jié)構(gòu)初選6根彈簧，每根彈簧的卸料力為：
根據(jù)預(yù)壓力和模具結(jié)構(gòu)尺寸,查手冊(cè)試選彈簧的具體參數(shù)是:D=35mm, d=8mm, H0=100mm , t=14.5mm, F許=4556N, H1=88.4mm, 并計(jì)算如下：
，
校核：＞
所以所選彈簧是合適的。
彈簧的規(guī)格為：
外 徑：D=35mm
鋼絲直徑：d=8mm
自由高度：H0=120mm
裝配高度：H2=H0-△H0 =100mm－26.04mm＝73.96mm
3.3推件裝置的設(shè)計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)化
3.3.1剛性推件裝置的設(shè)計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)化
本套模具的推件裝置所需推件力大，且為了推件平穩(wěn)可靠，應(yīng)采用剛性推件裝置。其結(jié)構(gòu)形式見手冊(cè)【5】
3.3.2推件塊的設(shè)計(jì)
本推件塊的端面外形應(yīng)跟落料凹模的刃口形狀一致，整體外形應(yīng)設(shè)計(jì)成臺(tái)階式以便與凹模配合完成推件，而在沖裁時(shí)不致與把推件塊推出滑到模外。推件塊在自由狀態(tài)下應(yīng)高出凹模面0.2～0.5mm。
推件塊和凹模的配合：由于外形件的相對(duì)尺寸較大，外形形狀相對(duì)復(fù)雜，所以推件內(nèi)形與凹模為間隙配合H8/d11，推薦外形與凹模為非配合關(guān)系，屬內(nèi)導(dǎo)向。
3.3.3連接推桿的選用
為了使推件裝置推出平穩(wěn)采用3根推桿。每根推桿所承受的力為：
PT/3=37.1*1000/3=12366N
由手冊(cè)查取適合本裝置的推桿規(guī)格為：φ6×60mm
3.3.4推板的設(shè)計(jì)
由推出結(jié)構(gòu)需要，推板適宜選用圓形即手冊(cè)的A型。
3.3.5打桿的設(shè)計(jì)
打桿選用帶肩A型打桿與推板配合以起到平穩(wěn)推件作用。
其材料45鋼 熱處理硬度43～48HRC
規(guī)格： A11×110mm JB/T7650.1
3.4支撐固定零件的設(shè)計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)化【6】
由凹模周界L＝250mm,B=175mm，及卸料板的外形尺寸，材料選為HT200,0I級(jí)精度的后側(cè)導(dǎo)柱模架。技術(shù)要求按JB/T8070—1995的規(guī)定。
3.4.1模架的選用
上模座標(biāo)記：250*200*50 GB/T2855.5
下模座標(biāo)記：250*200*60 GB/T2855.6
模柄標(biāo)記： C70 JB/T7646.3
3.4.2 凸模固定板的設(shè)計(jì)
因凸凹模的尺寸較大所以直接用螺釘緊固在下模座上。
凸模固定板的設(shè)計(jì):
為了保證安裝、固定牢靠，凸模固定板必須有一定的厚度，由經(jīng)驗(yàn)公式【6】計(jì)算凸模固定板厚度。
H=（0.6 — 0.8 ）H=（0.6 — 0.8 ）×30=(18 -- 24 )mm
式中 H —— 為固定板的厚度
可以取28mm 。
其外形尺寸應(yīng)與凹模的外形尺寸一致規(guī)格為250mm×175mm×28mm
3.4.3墊板的設(shè)計(jì)
在本模具采用的彈性卸料裝置中，上模座中設(shè)有推板等零件的裝置和讓位空間，會(huì)使的其厚度變薄，影響其抗壓強(qiáng)度，所以應(yīng)設(shè)一塊墊板。其規(guī)格根據(jù)凹模外形尺寸選取250mm×175mm×10mm。
3.5導(dǎo)向零件的設(shè)計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)化
本組模具采用的是后側(cè)導(dǎo)柱模座只需兩對(duì)相同型號(hào)的導(dǎo)柱導(dǎo)套。本模具沖裁間隙小應(yīng)按H6/h5配合，材料選用20鋼熱處理要求滲碳深度0.8～1.2mm，硬度58～62HRC ，技術(shù)要求按JB/T8070—1995的規(guī)定。
導(dǎo)柱標(biāo)記： A32h6×160×58 GB/T2861.6
導(dǎo)套標(biāo)記： A32H7×115×48 GB/T2861.7
3.6 緊固零件的設(shè)計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)化
本模具采用螺釘固定，銷釘定位。其具體數(shù)據(jù)如下：
內(nèi)六角圓柱頭螺釘標(biāo)記：GB/T70.1 M14×100
GB/T70.1 M14×75
螺釘標(biāo)記：GB/T5782 M6×12
銷釘標(biāo)記：GB/T11.21 m6×115
GB/T11.21 m6×60
3.7 模架的設(shè)計(jì)
模架各零件標(biāo)記如下：
上模座：250mm×200mm×50mm
下模座：250mm×200mm×60mm
導(dǎo) 柱：A32h6×160mm×58mm
導(dǎo) 套：A32H7×115mm×48mm
模 柄：C70mm×115mm
墊 板：250mm×175mm×10mm
卸料板：300mm×175mm×10mm
凸模固定板：250mm×175mm×28mm
模具的閉合高度：
4 沖壓設(shè)備的選用
選擇型號(hào)為JA21-160的開式雙柱式固定臺(tái)壓力機(jī)能滿足使用要求。其主要數(shù)據(jù)參數(shù)如下：
公稱壓力：1600KN
滑塊行程：160mm
最大閉合高度：450mm
最大裝模高度：380mm
連桿調(diào)節(jié)長(zhǎng)度：130mm
工作臺(tái)尺寸（前后X左右）：710mmX1120mm
墊板尺寸（厚度X孔徑）：130mmX460mm
模柄孔尺寸：?70mmX80mm
5 繪制模具總裝圖
繪制模具圖如圖所
結(jié)束語
活門沖壓件屬于簡(jiǎn)單的沖裁件，分析其工藝性，并確定工藝方案。根據(jù)計(jì)算確定該制件的沖裁力及模具刃口尺寸，然后選取相應(yīng)的壓力機(jī)。本設(shè)計(jì)主要是落料凸、凹模及沖孔凸、凹模的設(shè)計(jì)，需要計(jì)算凸凹模的間隙、工作零件的尺寸和公差。此外,還需要確定模具工藝零件和結(jié)構(gòu)零件以及模具的總體尺寸，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(cè)，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(shí)候才可以減少廢品的產(chǎn)生。
活門沖裁件的形狀結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，選用標(biāo)準(zhǔn)模架。模具工作零件的結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，它可以相應(yīng)的簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu)。便于以后的操作、調(diào)整和維護(hù)。
孔落料模具的設(shè)計(jì)，是理論知識(shí)與實(shí)踐有機(jī)的結(jié)合，更加系統(tǒng)地對(duì)理論知識(shí)做了更深切貼實(shí)的闡述。也使我認(rèn)識(shí)到，要想做為一名合格的模具設(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(shí)新技術(shù)，樹立終身學(xué)習(xí)的觀念，把理論知識(shí)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
首先感謝本人的導(dǎo)師杜偉老師，他對(duì)我的仔細(xì)審閱了本文的全部?jī)?nèi)容并對(duì)我的畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容提出了許多建設(shè)性建議。杜偉老師淵博的知識(shí)，誠懇的為人，他我受益匪淺，在畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，特別是遇到困難時(shí)，他給了我鼓勵(lì)和幫助，在這里我向他表示真誠的感謝！
感謝母?！幽蠙C(jī)電高等?？茖W(xué)校的辛勤培育之恩！感謝材料工程系給我提供的良好學(xué)習(xí)及實(shí)踐環(huán)境，使我學(xué)到了許多新的知識(shí)，掌握了一定的操作技能。
感謝和我在一起進(jìn)行課題研究的同窗同學(xué)，和他們?cè)谝黄鹩懻?、研究使我受益非淺。
最后，我非常慶幸在三年的的學(xué)習(xí)、生活中認(rèn)識(shí)了很多可敬的老師和可親的同學(xué)，并感激師友的教誨和幫助！
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