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南昌航空大學科技學院學士學位論文
第一章 緒論
論文題目：座椅支架沖壓工藝分析及其模具設計
1．1選題的依據(jù)及課題的意義
在金屬和非金屬材料塑性加工工程中，模具是一種必不可少的工藝裝備。模具的使用性能特別是使用壽命反映著一個國家的工業(yè)水平，化學氣相沉積是一種利用氣相物質中的某些化學過程，將高熔點、高硬度金屬及其碳化物、氮化物等性能特殊的穩(wěn)定化合物涂覆在模具工作零件表面上，形成與基體材料結合力很強的硬質涂層，從而使模具表面獲得優(yōu)異機械性能的技術。其中氣相沉積TiN、新技術就是一種使用而有效的模具表面強化新技術工藝。熱作模具鋼，作為模具鋼的重要組成部分，廣泛應用于工業(yè)生產的各個領域。因此研究熱作模具鋼在化學氣相沉積TiN后的組織和性能，對提高模具的表面高硬度、耐磨性、耐蝕、耐熱性，提高模具的壽命具有重要的意義。
根據(jù)模具使用場合的不同，可分為冷沖模，塑料模，鍛造模，壓鑄模，橡膠模，陶瓷模，玻璃模等。利用模具加工零件的方法，是一種少切削，無切削和多工序重合的先進生產方法。廣泛用與汽車，電器，儀表，玩具和日常用品的等產品的加工方法中，在國民經(jīng)濟個部門的發(fā)展中占有的重要的地位。據(jù)統(tǒng)計，利用模具制造的零件，在飛機，汽車，拖拉機，電機，電器，儀器儀表等機電產品中占60%~70%；在電視機，錄音機，計算機等電子產品中占80%以上；在自行車，手表，洗衣機，電冰箱，電風扇等輕工業(yè)產品中占85%以上。因此說，模具是現(xiàn)代工業(yè)的基礎工藝裝備。
具有關資料介紹。某些國家的模具總產值已超過了機床工業(yè)的總產值，其發(fā)展速度超過了機床，汽車，電子等行業(yè)。模具工業(yè)在這些國家已擺脫了從屬地位而發(fā)展成為獨立的行業(yè)。是國民經(jīng)濟的基礎工業(yè)之一。模具技術，特別是制造精密，復雜，大型，高效，長壽命模具的技術，以成為衡量一個國家機械制造水平的標志之一。隨著生產和科學技術的發(fā)展，產品更新?lián)Q代周期的縮短，為模具工業(yè)的發(fā)展提供了機遇和挑戰(zhàn)。電子計算機技術的應用給模具設計和制造開辟了新的前景。預計工業(yè)發(fā)達的國家模具工業(yè)還有新的發(fā)展。
1.2模具行業(yè)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢
在國民經(jīng)濟快速發(fā)展的拉動和國家產業(yè)政策的正確引導下，我國模具行業(yè)發(fā)展很快，2003全國模具總產值已達450億元以上。近年來，模具行業(yè)結構調整和體制改革步伐加快，主要表現(xiàn)為：大型、精密、復雜、長壽命等中高檔模具及模具標準件發(fā)展速度快于一般模具產品；我國模具年生產總量雖然已位居世界第三位，但設計制造水平在總體上要比工業(yè)發(fā)達國家落后，其差距主要表現(xiàn)在以下幾方面。
（1）模具自配率教低，其中中低檔模具供過于求，中高檔模具自配率不足60%。
（2）企業(yè)組織結構、產品結構、技術結構和進口結構都不夠合理。
（3）模具產品和生產工藝水平低，模具制造周期長。
（4）模具標準化水平和模具標準件使用覆蓋率低，開發(fā)能力弱。
（5）與國際先進水平相比，模具企業(yè)的管理落后。
我國國民經(jīng)濟長期持續(xù)高速發(fā)展，機械行業(yè)在信息社會和經(jīng)濟全球化進程中也在不斷發(fā)展，模具行業(yè)發(fā)展趨勢是模具產品向著更大型、更精密、更復雜及更經(jīng)濟快速方向發(fā)展；向著信息化、數(shù)字化、無圖化、精細化、自動化方向發(fā)展；向著技術集成化、設備精良化、產品品牌化、管理信息化、經(jīng)營國際化方向發(fā)展。模具技術的發(fā)展趨勢主要是：
（1）CAD/CAM/CAE的廣泛應用及其軟件的不斷改進，CAD/CAM/CAE技術的進一步集成化 、一體化、智能化。
（2）PDM（產品數(shù)據(jù)管理）、CAPP（計算機輔助工藝設計管理）、KBE（基于知識工程）、ERP（企業(yè)資源管理）、MIS（模具制造管理信息系統(tǒng)）及Internal平臺等信息網(wǎng)絡技術的不斷發(fā)展和應用。
（3）高速、高精加工技術、超精加工、復合加工、先進表面加工和處理技術的發(fā)展與應用。
（4）快速成形與快速制模（RP/RT）技術的發(fā)展與應用。
（5）熱流道技術、精密測量及高速掃描技術、逆向工程及并行工程的發(fā)展與應用；模具標準化及模具標準件的發(fā)展及進一步推廣應用。
（6）優(yōu)質模具材料的研制及正確選用；模具自動加工系統(tǒng)的研制與應用。
（7）虛擬技術和納米技術等的逐步應用。
1.3 內容及實驗方案
1． 方法確定與論證
2． 找資料論證觀點
3． 各項指標的概述
4． 優(yōu)點與缺點的比較
5． 結論
1.4 主要特色及工作進度
1．繪制零件圖，收集、查閱、分析有關資料，撰寫開題報告
2．對零件進行沖裁/彎曲工藝分析，確定工藝方案；
3．計算沖壓力確定模具工作部分尺寸及公差，選取模具結構；
4．設計模具裝配圖，拆繪主要零件圖
5．外文翻譯(6000實詞以上)；
6．撰寫畢業(yè)論文。
第二章工藝方案設計
2.1零件的工藝性分析
本設計是關于摩托車座椅支架沖壓工藝分析及模具設計，材料是20號鋼，板厚是5mm。如圖2-1所示
圖2-1 摩托車座椅支架零件
沖壓工藝設計的基本要求為：
（1）材料利用率要高，即原始材料消耗要盡可能少；
（2）考慮工廠的具體生產條件，制定出的工藝方案要技術上方便可行，經(jīng)濟上合理；
（3）工序組合方式和工序排列順序要符合沖壓變形規(guī)律，能保證沖制合格的工件；
（4）工序數(shù)量盡可能少，生產效率盡可能高；
（5）制定的工藝規(guī)程，要方便工廠、車間的生產組織與管理。
良好的沖壓工藝能保證材料消耗少、工序次數(shù)少、模具結構簡單、操作方便、壽命長、產品質量穩(wěn)定等等。從某種意義上講，沖壓工藝的質量就決定了模具的質量，因此，制定合理的沖壓工藝方案是至關重要的。由零件圖可知，零件的形狀簡單，便于實現(xiàn)少廢料排樣；在各直線或曲線的連接處，都采用了圓角過渡；零件的精度和斷面粗糙度等都符合沖裁工藝的要求。零件尺寸公差沒有特殊要求，按IT10取，利用普通的沖裁形式可以達到圖樣要求。由于該零件外形簡單，形狀規(guī)則，適于沖裁加工。材料為20號鋼，δb=480MPa。
2.2加工工藝方案的確定
沖裁工藝方案的主要內容包括沖壓性質、沖壓工序數(shù)、沖壓順序和工序組合方式、模具結構型式、沖模壓力中心和沖裁閉合高度等。
根據(jù)以上對零件的工藝分析，并且考慮到現(xiàn)有的設備的情況。加工本零件需要三道工序；根據(jù)沖裁件的結構形狀、尺寸大小和精度要求可知沖裁順序為先落料再彎曲，最后成形；送料方式采用手工操作。沖裁模的結構形式多種多樣，如果按工序的組合分類，可分為單工序模、級進模（連續(xù)?；蛱侥＃?、復合模等。各種沖裁模的構成大體相同，主要由工作零件、定位零件、卸料與推料零件、導向零件、聯(lián)接與固定零件等組成。 零件屬于大批生產，工藝性較好。但不宜采用復合模。如果采用落料以后再沖孔效率比較低，而且質量不易保證。我采用連續(xù)模進行加工。
級進模是一種工位多，效率高的沖模。在一副級進模上，根據(jù)沖壓件的實際需要，按一定的順序安排了多個沖壓工序（在級進模中稱為工位）進行連續(xù)沖壓。它不但可以完成沖裁工序，甚至裝配工序，許多需要多工序沖壓的復雜的沖壓件可以在一副模具上完全成形，為高速自動沖壓提供了有利條件。由于級進模工位較多，因而級進模沖制零件，必須解決條料或帶料的準確定位問題，才有可能保證沖壓件的質量
。
第三章沖裁模設計
3.1毛坯尺寸計算與沖裁工藝分析
3.1.1毛坯尺寸計算
板料彎曲時，中性層長度是不變的，因此根據(jù)變形前后中性層長度不變的原則來確定彎曲件毛坯展開的長度和尺寸。彎曲件分為直邊和彎曲兩部分，以其中性層長度之和可求得彎曲件展開長度，但彎曲部分的中性層要考慮位移。
彎曲件展開長度：
當≤180°時
當180°﹤≤360°時
式中：─彎曲件直邊部分長度；
─彎曲部分中性層長度；
─中性層位移系數(shù)
根據(jù)王芳主編《冷沖壓模具設計設計指導》表3-6。如圖3-1所示
前鉸扣彎曲展開長度：
==103 ㎜
表3-1 中性層的位移系數(shù)值
彎曲件的展開圖如圖3-1所示
圖3-1彎曲件展開圖
3.1.2沖裁工藝分析
沖裁件的工藝性，是指沖裁件對沖裁工藝的適應性。一般情況下，讀一沖裁件工藝性影響最大的是制件的結構形狀、精度要求、形位公差及技術要求等。良好的結構工藝性應保證材料消耗少，工序數(shù)目少，模具結構簡單而壽命高，產品質量穩(wěn)定，操作簡單等。通常對沖裁件的工藝性影響最大的是幾何形狀尺寸和精度要求。
由彎曲件展開圖3-1可知：沖裁件的形狀簡單、對稱沒有復雜的曲線，沖裁件的內、外轉角處要用圓角過渡。而且本沖裁件沒有凸出懸臂、凹槽和孔等。一般沖裁件的經(jīng)濟精度不高于IT11級，最高可達IT8～IT10級，沖孔比落料的精度約高1級。本沖裁件的經(jīng)濟精度為IT14。
因此采用單工序、后側導柱導向式?jīng)_裁模進行加工，以方便工人操作，并且保證制件尺寸精度。
3.2工件排樣與搭邊
3.2.1排樣
沖裁件在板料、條料或帶料上的布置方式，稱為排樣。排樣是沖裁模設計中的一項極其重要的工作。其目的在于減少材料的耗損，降低零件成本，提高生產率，延長模具壽命。
1. 材料的利用率
材料利用率主要取決于排樣，是衡量排樣方案合理性的技術經(jīng)濟指標。排樣的目的是為了在保證 制件質量的前提下，合理利用原材料。
根據(jù)牟林、胡建華主編《沖壓工藝與模具設計》中（3.2）式和（3.3）式
一個進距的材料利用率η的計算如下：
η=×100%
式中：A ——沖裁件面積（包括內形結構廢料），（mm2）；
n —— 一個進距內沖裁件數(shù)目；
b ——條料寬度，（mm）；
h ——進距,（mm）。
一張板料上總的材料利用率η總的計算如下：
η總=（）×100%
式中 n總 —— 一張板料上沖裁件總數(shù)目；
L ——板料長，（mm）；
B ——板料寬，（mm）。
2. 排樣方法的選擇原則
（1） 沖裁小工件或某種工件需要小條料時，應沿板料方向進行排樣，符合材料規(guī)格及工藝要求。
（2） 沖裁彎曲毛胚時，應考慮半料軋制方向。
（3） 沖件在條料上的排樣，應考慮沖壓生產率，沖模耐用度，沖模結構是否簡單和操作的方便與安全等。
（4） 條料寬度選擇與在板料上的排樣應優(yōu)先選用條料寬度較大而步距小的的方案，以便經(jīng)濟地裁切板料，并減少沖壓用的時間。
3.排樣的方式
根據(jù)材料的利用情況，排樣可分為有廢料排樣、少廢料排樣和無廢料排樣三種。有廢料排樣為沿工件的全部 外形沖裁，工件與工件之間，工件與條料側邊之間都有工藝余料（搭邊）存在，沖裁后搭邊成為廢料；少廢料排樣為沿部分外形輪廓切斷或沖裁，只在工件之間或工件與條料側邊之間有搭邊存在；無廢料排樣為工件與工件之間、工件與條料側邊之間均無搭邊存在，條料沿直線或曲線切斷而得工件。
本課題排樣方式為有廢料、對排。排樣圖如3-2圖所示
圖3-2 排樣圖
3.2.2搭邊
在條料上沖裁時，工件之間以及工件和條料側邊之間的余料稱為搭邊。搭邊的作用是：補償送料誤差，以保證沖出合格工件；保持條料剛度利于送料，避免廢料絲進入模具間隙損壞模具。搭邊值要合理確定，從節(jié)省材料出發(fā)搭邊值越小越好，但搭邊值小于一定數(shù)值后，對模具壽命和剪切表面質量不利。為了使作用在毛坯側表面上的應力沿被沖壓件周長軍均勻分布，必須使搭邊的最小寬度大于塑變區(qū)的寬度，而塑變區(qū)寬度與材料性質和厚度有關，一般約等于0.5t，搭邊的最小寬度的最大值約等于毛坯的厚度。若搭邊值小于材料厚度，在沖裁中還可能被拉入模具間隙中，使零件產生毛刺，甚至損壞模具刃口，降低模具壽命。搭邊值大小與下列因素有關。
（1） 材料的力學性能：硬材料的搭邊值可小一些，軟材料、脆材料的搭邊值要大一些；
（2） 零件的形狀與尺寸：零件尺寸大或有尖角和突出等復雜形狀時，搭邊值應大一些；
（3） 材料厚度：厚度大的材料搭邊值取大一些；
（4） 送料及擋料方式：手工送料時，有側壓板導向的搭邊值可以小一些。
根據(jù)薛啟翔主編《冷沖壓實用技術》表3-2可知搭邊a和a1數(shù)值：
a=6.3 a1=7.2
沖裁件面積：通過CAD軟件測繪可知A=4232.8mm2
條料寬度 B=120mm
送料進距 h=（88.7/2+30/2+3.5）mm=62.8mm
一個進距內的材料利用率：
3.3沖裁間隙
沖裁間隙是指沖裁凸模和凹模刃口之間的尺寸之差。單邊用間隙用C表示，雙邊用Z表示。
圓形沖裁模雙邊間隙為 Z=D凹-D凸
式中 D凹——沖裁模凹模直徑尺寸（mm）
D凸 ——沖裁模凹模直徑尺寸（mm）
沖裁間隙是沖裁過程中一個重要的工藝參數(shù)，間隙的選取是否合理直接影響到?jīng)_裁件質量、沖裁力、沖模的使用壽命和卸料力等。因此設計模具時一定要選擇一個合理的間隙，考慮到模具制造中的偏差及使用中的磨損，生產中通常是選擇一個合適的范圍作為合理的間隙，這個范圍的最小值稱為最小合理間隙Zmin ，最大值稱為最大 合理間隙Zmax ，由于模具在使用過程中會逐步磨損，設計和制造新模具時應采用最小合理間隙。
1、沖裁間隙的選取
沖裁間隙的大小主要與材料的性質及厚度有關，材料越硬，厚度越大，則間隙值應越大。選取間隙值時應結合沖裁件的具體要求和實際的生產條件來考慮。其總的原則應該是在保證滿足沖裁件剪斷面質量和尺寸精度的前提下，使模具壽命最長。確定凸、凹模合理間隙有理論去頂法和查表確定法，在設計時一般采取查表法確定，在沖模制造時，也可按材料厚度的百分比估算。根據(jù)牟林、胡建華主編《沖壓工藝與模具設計》表2.3選得間隙值為Zmin=0.940、Zmax=1.280（mm）。
為了使模具能在較長時間內沖制出合格的零件，提高模具的利用率，一般設計模具時取Zmin作為初始間隙。
3. 4沖裁力的預算
沖裁力是指板料作用在凸模上的最大抗力，沖裁力是選擇壓力機的主要依據(jù)，也是設計模具所必須的數(shù)據(jù)。沖裁力計算包括沖裁力、卸料力、推件力、頂件力的計算。
1、沖裁力計算
沖裁力是凸模與凹模相對運動使工件與板料分離所需要的力，它與材料性質、厚度、沖裁件周長、模具間隙大小及刃口鋒利程度有關。
一般平刃口模具沖裁時，其沖裁力F可按下式計算：
F=K·L·t·τ
式中：F —— 沖裁力, N；
L —— 沖裁件的周長, mm；
t —— 板料厚度，mm；
τ—— 材料的抗剪強度, Mpa；
K —— 系數(shù)?？紤]到凸模、凹模間隙波動，材料力學性能變化及材料厚度偏差等因素而增加的安全系數(shù)，常取K=1.3。
有時也可用材料的抗拉強度進行計算：
F=L·t·
式中：—— 為材料的抗拉強度，Mpa
在沖裁高強度材料或厚度大，周邊長的工件時，需要很大的沖裁力。當工廠設備的噸位不能適應時，為不影響生產，可采取一定的措施降低沖裁力，常用的方法有階梯沖裁、斜刃沖裁和加熱沖裁等。
沖裁力：
沖裁件周長（有CAD測繪）L=330mm
板料厚度t =5mm
材料抗剪強度τ=480MPa
系數(shù)K=1.3
F=K· L·t·τ= 1.3×330×5×480=1029600N
2、卸料力、推件力和頂件力計算
由于沖裁時材料的彈性變形及摩擦，在一般沖裁條件下，沖裁后材料將發(fā)生彈性恢復，使落料或廢料梗塞在凹模內，而板料則緊箍在凸模上，為了使沖裁工作繼續(xù)進行，必須將箍在凸模上的板料卸下，將卡在凹模內的工件或廢料向下推出或向上頂出。將緊箍在凸模上料卸下所需的力稱為卸料力，將卡在凹模中的料推出所需的力叫推件力；將卡在凹模中的料逆著沖裁力方向頂出所需的力叫頂件力。
根據(jù)牟林、胡建華主編《沖壓工藝與模具設計》第50頁
卸料力、推件力和頂出力通常采用經(jīng)驗公式進行計算，
卸料力：F卸=K卸·F 落
推件力：F推=n·K推·F孔
頂件力：F頂=K頂· F 落
式中： K卸、K推、K頂—— 分別為卸料力、推件力系數(shù),其值見表3-3；
n—— 同時卡在凹模內的零件數(shù)；
h——凹模直壁洞口的高度。
表3- 3 推件力、頂件力、卸料力系數(shù)
料厚/（mm）
K推
K頂
K卸
鋼
≤0.1
>0.1~0.5
>0.5~2.5
>2.5~6.5
0.065~0.075
0.045~0.055
0.04~0.05
0.03~0.04
0.1
0.063
0.055
0.045
0.14
0.08
0.06
0.05
卸料力：F卸=K卸F=792000 x 0.04=31680N
推件力：F推=FK推n=792000 x0.04 x（10/5）=63360N
F總=F+ F推+F卸=887040
3.5模具壓力中心計算
沖模對工件施加的沖壓力合力的中心稱為模具的沖壓壓力中心。要使沖壓模具正常工作，模具的壓力中心必須通過模柄曲線和壓力機的滑塊中心線重合。否則，沖裁過程中壓力機滑塊和沖模將會承受偏心載荷，使滑塊導軌和沖模導向部分產生不正常磨損，合理間隙得不到保證，刃口迅速變鈍，從而降低沖件質量和模具壽命甚至損壞模具發(fā)生沖壓事故。因此，設計沖模時，應正確計算出沖裁時的壓力中心，并使壓力中心與模柄軸心線重合，對于制件外形尺寸大、形狀復雜，多凸模的沖裁模和連續(xù)模，正確確定其壓力中心就顯得更為重要。若因沖件的形狀特殊，從模具結構方面考慮不宜使壓力中心與模柄軸心線相重合，也應注意盡量使壓力中心的偏離不超出所選壓力機模柄孔投影面積的范圍。壓力中心的確定有解析法、圖解法和實驗法。
由于本零件形狀簡單，且對稱，其壓力中心即位于沖件輪廓圖形的幾何中心。畫出所示制件，選定坐標系xoy,如圖3-3所示。沖裁件以X軸對稱，所以Y0 = 0，X0 =51.5
壓力中心如下圖3-3
圖3-3 壓力中心圖
X0=[0x14+12x10+(-24.3)x24.5+35x28+48.35x13.5+13.5x48.3+14.2x50+35x60.7+47x96+35x60.7+14.2x70+28.6x35+24.5x12+12x10]/330=42.95
取整數(shù)41。
Y0=[44.35*14+12*30+24.5*5.1+28.6*12+13.5*15+14.2*11.4+35*29.35+47*44.35+35*9.35+14.2*62.35+13.5*83.2+77*28.6+115.5*24.5+12*57.7]/330=44.7
取整數(shù)45。
所以求得 X0=41 Y0=45
3.6凸、凹模刃口尺寸計算
沖栽模凸、凹模刃口尺寸精度是影響沖裁件尺寸精度的重要因素。凸、凹模的合理間隙值也要靠刃口尺寸及其公差保證。因此，正確確定沖裁凸模和凹模刃口的尺寸及公差，是沖模設計的重要環(huán)節(jié)。
1、凸、凹模刃口尺寸計算的原則
由沖裁過程和生產實踐可知：落料件的光面是因凹模刃口擠切材料產生的，而孔的光面是凸模刃口擠切材料產生的，落料件的大端尺寸等于或接近于凹模刃口尺寸，沖孔件的小端尺寸等于或接近于凸模刃口尺寸。計算凸模和凹模尺寸時應遵循下述原則：
（1）落料時，應先確定凹模刃口尺寸。凹模刃口的基本尺寸取接近或等于零件的最小極限尺寸，以保證凹模磨損在一定范圍內也能沖出合格的零件。凸模刃口的基本尺寸則按凹模刃口基本尺寸減小一個最小間隙值。
（2）沖孔時，先確定凸模刃口尺寸。凸模刃口的基本尺寸取接近或等于孔的最大極限尺寸，以保證凸模磨損在一定范圍內也可使用。而凹模的基本尺寸則按凸模刃口的基本尺寸加上一個最小間隙值。
（3）凸模和凹模刃口的制造公差，主要取決于沖裁件的精度和形狀。一般模具的制造精度比沖裁件的精度至少高1～2級。若制件沒有標注公差，則對于非圓形件按國家標準非配合尺寸的IT14級精度來處理，圓形件一般可按IT10級精度來處理。
2、凸、凹模刃口尺寸計算的方法
凸、凹模刃口尺寸的計算與加工方法有關，基本上可分為兩類。
（1） 凸模與凹模分開加工
這種方法適用于圓形或簡單形狀的工件。采用凸模與凹模分開加工這種方法，要分別標注凸模和凹模刃口尺寸與制造公差。同時，為了保證一定的間隙，模具的制造公差必須滿足下列條件：
δp +δd ≤Zmax-Zmin
或 δp=0.4（Zmax-Zmin）
δd=0.6（Zmax-Zmin）
式中:δp—— 凸模的制造公差；
δd—— 凹模的制造公差；
Zmax—— 最大合理間隙；
Zmin—— 最小合理間隙。
（2） 凸模與凹模配作加工
凸、凹模配作加工是指先按圖樣設計尺寸加工好凸?；虬寄Ｖ械囊患鳛闃藴始ㄒ话懵淞蠒r以凹模為基準件，沖孔時以凸模為基準件），然后根據(jù)基準件的實際尺寸按間隙要求配作另一件。這種加工方法的特點是模具的間隙由配作保證，工藝比較簡單，不需要公式+Zmax-Zmin來進行校核，并且還可以放大基準件的制造公差（一般可去沖裁件公差的），使制造容易，因此是目前一般工廠常常采用的方法。用配合加工法制造模具常用于復雜形狀及薄料的沖裁件，圖樣上只需標注基準件的尺寸及其公差，配作件僅注基本尺寸，并注明與基準件配作及應保證的間隙值。
3、計算各主要零件的尺寸
1） 凹模厚度：其中b=111mm,K=0.3,故
H=Kb=0.3*111=33.3mm
但是該件上還需沖一較小的空，且均在同一凹模上進行，所以凹模厚度應適當增加，故取H=30
C=（1.5~2）H=60mm
凹模的外形尺寸：長*寬為 300*195
2） 凸模固定板的厚度
H1=0.7H=0.7*33.3=23.31 取整數(shù)25mm
3） 墊板的采用與厚度：是否采用墊板，以承壓面的凸模進行計算
δ=F/A =177.408MPa
鑄鐵模板的δp為90~140MPa
故δ>δp
因此須采用墊板，墊板厚度是10mm。
4） 卸料模的自由高度：根據(jù)工件材料厚度為5mm，沖裁是凸模進入凹模深度取2mm，考慮模具維修時刃磨留量2mm，再考慮開啟時卸料板高出凸模1mm,z則總工作行程h工件=10mm，橡皮的自由高度h自由=h工件/(0.25~0.30)=33.3~40mm
取h自由=40mm
模具在組裝時預留量為
h預=10%~15%*h自由=4~6mm
取h預=6mm
由此可算出模具中安裝卸料板的空間高度為 34mm
5)計算凸凹模工作部分尺寸：
查表 Zmin=0.83mm,Zmax=1.140mm
沖孔凸模1：
工作孔尺寸：長18mm，寬9mm。
尺寸為18mm時，δp=0.02mm
尺寸為9mm時，δp=0.02mm
X=0.6
根據(jù)Bp=(B+X?)0-δp
則 Bp1=18.0420-0.02 mm
Bp1=9.0420-0.02 mm
沖孔凸模各尺寸如下圖3-4所示：
圖 3-4沖孔凸模尺寸圖
落料凸模2：
工件工作尺寸：長111 mm，寬89 mm時，δp=0.025mm半徑15 mm，δp=0.02mm
X=0.6
根據(jù)Bp=(B-X?-Zmin) 0-δp
Bp1=14.1280-0.02 mm
Bp2=110.0860-0.025 mm
Bp3=88.0860-0.025 mm
落料凸模各尺寸入下圖3-5所示：
圖3-5落料凸模尺寸
沖孔凹模：
工件工作尺寸：長18 mm，半徑4.5 mm
X=0.6
根據(jù)Dd=(d+ X?+ Zmin)+ δd0
Dd1=18.8720.020 mm
Dd2=5.35880.020 mm
落料凹模：
工件工作尺寸：長111 mm，寬88.7 mm，半徑15 mm
X=0.6
根據(jù)Dd=(d- X?)+ δd0
Dd1=14.9580.020 mm
Dd2=110.9160.0350 mm
Dd3=88.9160.0350 mm
落料凹模各尺寸如下圖3-6所示：
圖3-6落料凹模尺寸
3.7 模具的總體設計
3.7.1沖模的閉合高度
所謂模具的閉合高度是指模具在最低工作位置時，上下模座之間的距離。它應與壓力機的裝模高度相適應。
壓力機的裝模高度則是指滑塊在下止點位置時，滑塊底面至工作臺板上平面之間的距離。一般壓力機滑塊里的連桿具有一定的調節(jié)量M，當壓力機連桿調至最短時，為壓力機的最大裝模高度Hmax；當連桿調至最長時，為壓力機的最小裝模高度Hmin。
壓力機的裝模高度必須符合模具閉合高度的要求。其關系為：
Hmax-5≥H≥Hmin+10
式中Hmax Hmin——壓力機的最大和最小裝模高度
H——模具的閉合高度，H模=50+10+20+10+15+25+60=190 mm
如果模具的閉合高度太小，則在使用時須在壓力機的工作臺上加墊板。模具閉合高度絕不能大于壓力機的裝模高度。
3.8結構件與標準件選用
3.8.1模架
模架包括上模座、下模座、導柱和導套。沖壓模具的全部零件都安裝在模架上。為了縮短模具制造周期，降低成本，我國已制定出模架標準，并且有商品出售。根據(jù)模架導向用的導柱和導套的配合性質分為滑動導向模架和滾動導向模架兩大類。每類模架中，由于導柱安裝位置和數(shù)量不同，又各具有多種模架類型。
選擇模架結構時要根據(jù)工件的受力變形特點，坯件定位、出件方式，材料送進方向，導柱受力狀態(tài)，操作是否方便等方面進行綜合考慮。選擇模架尺寸時要根據(jù)凹模的輪廓尺寸考慮，一般在長度上及寬度上都應比凹模大30～40mm。模板厚度一般等于凹模厚度的1～1.5倍。選擇模架時還要注意到模架與壓力機的安裝關系。本設計采用對角導柱式模架。
3.8.2模座
模座分為上模座和下模座，它們是沖模全部零件安裝的基體，有承受和傳遞沖裁力，因此它要具有足夠的強度、剛度和足夠大的外形尺寸。上模座通過模柄安裝在沖床滑塊上，下模座用壓板和螺栓固定在工作臺上。模座的前側面須進行機械加工，以便在此面打上模具的標記。上模板導套孔的外側面要加工一條淺窄槽，便于沖模工作時對導套潤滑。
后側導柱上模座：材料HT200，上模座300×195×70 GB/T2855.5
后側導柱下模座：材料HT200，下模座160×195×90 GB/T2855.6
3.8.3模柄
本設計采用壓入式模柄，它與模座孔采用過渡配合H7/m6，并且加銷釘防轉。這種模柄可較好保證軸線與上模座的垂直度。試用于各種中、小型沖模，生產中最常用。
A型壓入式模柄：材料Q235，模柄A32×95 JB/T7646.1
3.8.4定位裝置
本模具采用手工送料連續(xù)模，沖孔凸模要用固定板固定，落料的凸模用螺釘固定，凹模要用圓柱銷和螺釘去固定。沖孔時用定位銷定位，落料用2個圓錐孔和1個檔塊定位。卸料采用剛性的，導向裝置采用導柱導套。
3.9沖裁設備選擇
3.9.1沖裁設備類型的選擇
設備類型的選擇要依據(jù)沖裁件的生產批量、工藝方法與性質及沖裁件的尺寸、形狀與精度等要求來進行。
（1）根據(jù)沖裁件的大小進行選擇
對于中小型的沖裁件，彎曲件或淺拉深件的生產，主要應采用開式機械壓力機。雖然開式?jīng)_床的剛度差，在沖裁力的作用下床身的變形能夠破壞沖裁模的間隙分部，降低模具的壽命或沖裁件的表面質量。但操作方便，價格低廉。對于大中型的沖裁件，深度大的成形件及復合工序件的生產，可選擇閉式機械壓力機，結構緊湊、工件平穩(wěn)。在大型拉深件的生產中，應盡量選用雙動拉伸壓力機，其所用模具結構簡單，調整方便。
（2）根據(jù)沖裁件的生產批量選擇
在小批量生產薄板件中，可選擇通用壓力機，速度快、生產效率高、質量較穩(wěn)定。在大型厚板的拉深、彎曲等沖裁件的生產中，應采用液壓機。液壓機行程不固定，不會因為板料厚度變化而超載，而且在需要很大的施力行程加工時，與機械壓力機相比具有明顯的優(yōu)點。
（3）考慮精度與剛度
壓力機的剛度是由床身剛度、傳動剛度與導向剛度三部分組成的，在選用設備類型時，應允許注意到設備的精度與剛度，尤其是在進行校正彎曲、校形及整形這類工序時，更應選擇剛度與精度較高的壓力機。如果剛度較差，負載終了和卸載時模具間隙回發(fā)生很大變化，影響沖壓件的精度與模具壽命。
（4）考慮生產現(xiàn)場的實際問題可能和技術上的先進性
在進行設備選擇時，應該設法利用現(xiàn)有設備來完成工藝過程。有時可利用原有壓力機進行適當改進，以滿足生產需要。需要采用先進技術進行沖裁時，可以選擇帶有數(shù)字顯示的、利用計算機操作的及具有速控加工裝置的各類新設備。如對于斷面要求特別光潔的沖裁件加工，對工藝先進和設備先進的要求較高，此時，可選擇精沖壓力機甚至激光加工機。
3.10.2壓力機選用原則
確定壓力機規(guī)格時，一般應遵循以下原則。
（1）壓力機的公稱壓力不小于沖壓工序所需的壓力。
（2）壓力機滑塊行程應滿足工件高度上能獲得所需尺寸，并在沖壓后能順利地從模具上取出工件。
（3）壓力機的閉合高度、工作臺尺寸和滑塊尺寸等應滿足模具的正確安裝。尤其是壓力機的閉合高度應于沖模的閉合高度相適應。
（4）壓力機的滑塊行程次數(shù)應符合生產率和材料變形速度的要求。
根據(jù)3.4沖壓力的計算，總的沖裁力為887040KN，考慮到壓力機的適用范圍，故選擇開式雙柱可傾式工作臺壓力機其型號為JG23-40。查《沖模設計應用實例》附錄B3，其部分參數(shù)如下：
該模具的總沖壓力：F總=887040
閉合高度：H模=190 mm
外廓尺寸：300 mm X195 mm
選用壓力機的主要技術規(guī)格：
公稱壓力：100KN
滑塊行程：130 mm
滑塊行程次數(shù)（次/Min）：38 mm
最大閉合高度：480 mm
封閉高度調節(jié)量：100 mm
滑塊中心線至床身距離：380 mm
立柱距離：530 mm
工作臺尺寸：前后：710 mm，左右：1070 mm
工作臺孔尺寸：左右：405 mm，直徑：500mm，前后：405mm
第四章彎曲模設計
4.1分析零件的沖壓性：
彎曲是用力使材料彎曲成具有一定曲率形狀的一種沖壓變形工序。本設計彎曲的是摩托車座椅支架，如下圖4-1所示：
圖4-1
4.2彎曲回彈
板料在常溫下的彎曲總是由塑性變形和彈性變形兩部分組成，所以在卸載以后，彈性變形完全消失，塑性變形將完全保留下來，使彎曲件的彎曲半徑與彎曲角發(fā)生變化，這一現(xiàn)象稱為回復、回跳。彎曲回彈是彎曲成形不可避免的現(xiàn)象，它將直接影響彎曲件的精度，必須加以控制。
4.2.1影響回彈量的因素
（1）材料的力學性能?；貜椀拇笮∨c材料的屈服強度成正比，與彈性模量E成反比，即/E越大，則回彈越大。在材料性能不穩(wěn)定時，回彈值也不穩(wěn)定。
（2）相對彎曲半徑r/t。當其他條件相同時，回彈隨r/t值的增大而增大。這是因為，當r/t增大時，彎曲變形程度減少，其中塑性變形和彈性變形成分均減少，但總變形中彈性變形所占比例在增加。這也是大曲率半徑的制件難以彎曲成形的原因。因此，可按r/t值來確定回彈角的大小
（3）彎曲工件的形狀。一般U形工件由于各邊互相牽制而比V形工件回彈要小。
（4）模具間隙。U形彎曲模的凸、凹模單邊間隙Z/2越大，則回彈越大；Z/2＞t時，板料處于擠壓狀態(tài)，可能產生負回彈。
（5）彎曲力。生產中多采用加大彎曲力的校正彎曲。彎曲力的增大可擴大彎曲件內部的塑性變形區(qū)，從而減少回彈。
4.2.2減少回彈量的措施
彎曲成形必然要發(fā)生回彈現(xiàn)象。如前所述，回彈大小與彎曲的方法及模具結構等因素有關，要完全消除回彈是極其困難的，生產中可以采用某些措施來減少或補償由于回彈所產生的誤差，以提高彎曲件的精度。
（1）改善制件的結構，提高材料塑性
①彎曲處壓出加強筋，使彎曲件回彈比較困難，這樣既能增加彎曲件尺寸的準確性，又能提高彎曲件的剛度。
②盡量選用彈性模數(shù)量（E）大而屈服強度（）低的材料彎曲，以減少回彈。
③硬材料或冷作硬化材料必須先退火，降低其屈服點。
④采用加熱彎曲。
（2）采用正確的彎曲工藝，改善變形區(qū)應力狀態(tài)。
①采用校正彎曲。在彎曲終了，對板料施加一定的校正力，使內外層金屬都被拉長，則回彈可因為相互抵消而減少。一般認為，彎曲變形區(qū)的校正壓縮量為料厚的2%～5%時，校正效果較好。
②采用拉彎工藝。對大曲率半徑的制件，用普通彎曲方法彎曲時，由于回彈大而很難成形，故常用拉彎法，即在制件彎曲的同時施加有軸向拉力，使材料內、外層均為拉應力，回彈互相抵消，達到了減少工件回彈的目的。
③采用端部加壓彎曲，在彎曲終了帖模時，利用模具對板料端部施加壓力，上彎曲變形內、外層均產生壓應力以減少回彈。
（3）改善模具結構，補償回彈
①根據(jù)彎曲件的回彈趨勢和回彈量的大小，修正凸?；虬寄９ぷ鞑糠值男螤畛叽?，使彎曲后的工件回彈量得到補償。如V形彎曲時，根據(jù)工件可能產生的回彈角，將凸模彎曲角預先做得小升些，一補償回彈；U形彎曲時，可在凸模兩側分別做出回彈角或將模具底部做成弧形，利用底部向下的回彈來補償彎曲件側壁的回彈。
②利用橡膠或聚酯胺酯軟凹模來代替金屬的剛性凹模進行彎曲。這樣可排除在非變形區(qū)的變形和回彈，并且調整凸模入軟凹模的深度以控制回彈值，此回彈量比金屬凹模小得多。
③把凹模做成活動式的，以便于實現(xiàn)過正彎曲來控制回彈。
該零件批量較大，應在保證精度的前提下提高生產率和簡化模具結構，降低生產成本。
本工件展開板料大體成Ｔ型，厚度為５ｍｍ，左端要進行U型彎曲，右側通過V型彎曲。左側的U型彎曲要求IT9級精度，一般的彎曲模無法達到此精度要求，故應該在初次彎曲后加一步校形工序。右側的V型彎曲可以在初次彎曲時一起完成，也可以在校形時完成。為提高生產率和零件精度，并考慮到模具的復雜度，該零件分兩步工序完成。第一步為完成U型彎曲和V型彎曲，第二步為校形。這樣可以放寬對第一步工序模具的要求。
考慮到第一次沖壓對后續(xù)加工的影響，應在幾個關鍵尺寸上提高加工要求。
第一步?jīng)_壓采用普通的凹凸模，一次行程完成U型和V型成型?？紤]到裝卸料的方便，在凹模上加裝依靠板料外形定位的定位板，并采用彈簧頂料裝置，使零件在沖壓完成后可以自動彈出凹模。由于零件在彎曲完成后的回彈，在沖壓完成后不會出現(xiàn)零件卡在凸模上的現(xiàn)象，故不必設計凸模卸料裝置。
根據(jù)工件圖紙的要求，工件的內彎曲角為R3，小于最小彎曲半徑第一次彎曲，U型部分的內彎曲角取r=3mm.，凹模刃口圓角選用R5 。
4. 3進行彎曲力的計算
使一個物體發(fā)生彎曲變形所要用的最小力即為彎曲力。
（1） U型彎曲的彎曲力
由于影響彎曲力的因素很多，這里只進行粗略的估算
按公式 Fu =0.7kbt
бb/(r+t)
k=1.3,b=88.7mm,t=5mm,бb=425Mpa,r=1.5mm,
所以F=0.7*1.3*88.7*5*5*425/1.5+5 =131941.25N
（2） V型彎曲的彎曲力
按公式 F=0.6kbt
бb/r+t
Fv=0.6*1.3*111*5*5*425/(10+5)=61327.5N
總彎曲力F=Fu+Fu=131941.25+61327.5=193268.75N
初步選定用250KN 的的壓力機
（3）校正彎曲的彎曲力計算
由表4-4及4-5（P127----②）
P=Fq=q*s=120MPa*910mm2 =109200KN
故選用160KN的壓力機。
4．4 估算模具的各部分尺寸,初步選擇壓力機和模架。
考慮到彎曲行程、卸料、等，模具高度應不小于 140mm,長度大約在220mm左右，寬度150mm左右。一個沖程的行程H=2.5*h=2.5*35mm=87.5mm,所以選用 JG23-40型壓力機，其滑塊行程為100mm.
考慮到裝卸料方便和模具受力平衡，以及模具高度，選用A 型對角導柱模架（GB/T 2851.1-1990），L=250mm，H=255mm.
模具草圖如下：
a.凸模草圖
b.凹模草圖
4.5.主要部件的初步設計及選用
（1）凸、凹模刃口尺寸的確定
工件的內形尺寸標注為26D9+0.28，故凸模應選用IT7級精度制造。
根據(jù)資料③P276頁所示及工件圖紙標注，凸模寬度
Lp=(L+0.75Δ)-Δp
=（26+0.75*（0.28+0.065））-0.0250
=26.26-0.0250
凹模尺寸
Ld=(Lp+2C) +Δp
=（26.26+2*5）0+0.025
考慮工件沖裁公差和模具制造的工藝性，取凸模長度
L1=L工+1mm=112mm.
（2） 凹、凸模的高度確定。應根據(jù)工件的行程確定凹模的高度，再確定凸模的高度。
考慮到凹模的刃口部分需做出圓角，圓角的半徑再加上工件的高度的就是模的工作部分深度。取圓角部分R=6mm.則凹模的工作部分深度
H1=5mm+35mm=40mm
考慮凸模與凹模之間的安全間隙取10mm,此外還有工件定位板的厚度5mm,則凸模的基本高度為
Ht=40mm+5+10=55mm.
凹模還應考慮到頂料板的厚度，取為20mm,則凹模的基本高度為
Ha=40mm+20mm=60mm.
凹、凸模的詳細設計從略。
（3）彈性元件的選用和核算
彈簧頂件器的工作彈簧的選用主要考慮最大允許壓縮量和工作極限載荷。
把工件從凹模中頂出的行程等于工件的高度35mm。則彈簧的最大允許壓縮量不小此。
查表8-40（P239-①）所列的圓柱螺旋壓縮彈簧，初選30*4*120規(guī)格的彈簧。
校核頂料力，彈簧在模具開合狀態(tài)下應能夠有足夠的彈力支持頂料板和工件及其他零
件。設彈簧的
預壓縮量為8mm,則在預壓縮狀態(tài)下彈簧的彈力
F=8mm*480N/48.1mm=60N.
工件、頂料板及其他元件的總重不超過2KG=19.8N，故頂料彈簧的預壓縮提供的彈力足
夠大?？紤]到頂料器工作時可能的阻力和彈簧的力學特性曲線，該彈簧是適用的。
4.6模架、導柱、導套、模柄的選用
模架根據(jù)模具的閉合高度及外形尺寸選用參考書目③P-109、P-110表2-64所列，選用A型對角導柱模架（GB/T2851.1-1990），主要技術尺寸為
L=250mm, Hmax=255mm,Hmin=210mm,h1=45mm,h2=55mm.。材料為Q235。
導柱選用參考書目③P-101所列的A型導柱（GB/T2861.1-1990），主要的技術尺寸為
d=28,極限偏差6級，L=195mm.
導套選用參考書目③P-101所列的A型導套（GB/T2861.6-1990），主要的技術尺寸為
D=29mm,L=100mm,l=40mm,極限偏差7級。
模柄選用參考書目③P-126所列的旋入式模柄（JB/T7646.2-1994），主要的技術尺寸為d=50mm
模具總的閉合高度為200mm.
4.7沖壓設備的選用
選用JG23-40型壓力機
主要的技術參數(shù)為：
公稱壓力：100mm
滑塊行程：100mm
最大封閉高度：300mm
封閉高度調解量：80mm
立柱距離：300mm
4.8標準件選用
1、定位裝置
定位銷：材料35鋼，B10×45（B10×70） GB117-86
定位板：材料45鋼，調質硬度為28HRC～32HRC
壓料板
壓料板：材料45鋼，淬火硬度為40HRC～45HRC
2、頂件裝置
頂件裝置的作用是將制件或廢料從凹模型腔中頂出，凹模裝在下模座時，如果工件不能通過模具的底部漏出，則需要借助于裝在壓力機工作臺下的頂件裝置利用彈簧和氣墊驅動推板頂出工件。分剛性和彈性兩種。
頂桿：材料45鋼，頂桿8×60 JB/T7650.3
3、開槽盤頭螺釘
不經(jīng)表面處理的開槽盤頭螺釘：M10×45（M10×60） GB67-85
結論
沖壓技術廣泛應用于航空、汽車、電機、家電和通信行業(yè)零部件的成形。近幾年來，我國模具技術有了很大的發(fā)展，模具設計與制造水平有了較大的提高，大型、精密、復雜、高效和長壽命模具的需求幅度增加，模具質量、模具壽命明顯提高，模具交貨期較前縮短，模具CAD/CAM技術也得到了相當廣泛的應用。由于沖壓工藝具有生產率高、生產成本低、材料利用率高、能成形復雜零件、適合大批量生產等優(yōu)點，在某些領域已取代機械加工，并且正逐步擴大其應用范圍。據(jù)國際生產協(xié)會預測，到本世紀中，機械零件中60%的粗加工、80%的精加工要由模具來完成。因此，沖壓技術對發(fā)展生產、增加效益、更新產品等方面有重要作用；研究沖壓模具的結構，提高沖壓模具的各項指標，對沖壓模具設計和沖壓技術發(fā)展是十分必要的。
通過此次設計使我對模具行業(yè)有了進一步的重視，知道它在國民經(jīng)濟中的重要性。本課題首先對通過國內外模具行業(yè)的分析，知道雖然我國模具年生產總量已位居世界第三位，但是設計制造水平在總體上要比工業(yè)發(fā)達國家落后。本設計課題給定的摩托車座椅支架，形狀簡單，同時包括沖裁和彎曲兩道工序，其中彎曲相對比較簡單。由于本零件屬于大批量生產，而且制作精度要求不高，需要多工序沖成的小型零件。所以沖裁我選擇了級進模，以便能滿足制造要求的同時也增加了操作的安全性及減少模具和設備的數(shù)量，從而減少車間的占地面積。在本此設計中關鍵的地方是合理的選擇模具間隙，在模具的設計中間隙直接影響著沖裁件的質量，所以合適的間隙的選擇應以工件斷面質量、沖裁件精度、模具壽命和加工質量四項為依據(jù)，并且進行適當?shù)姆诸悺Ｔ谀＞咴O計部分重點在于凸、凹模的設計，它們都要先進行試模以后在熱處理，因為它影響著沖裁件是否合格。
由于本人水平有限，本論文中必然存在不少紕漏及錯誤之處，敬請評閱老師批評指正。
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致 謝
本文是在羅海泉老師精心指導和大力支持下完成的。羅老師以其嚴謹求實的治學態(tài)度、高度的敬業(yè)精神、兢兢業(yè)業(yè)、孜孜以求的工作作風和大膽創(chuàng)新的進取精神對我產生重要影響。他淵博的知識、開闊的視野和敏銳的思維給了我深深的啟迪。同時，在此次畢業(yè)設計過程中我也學到了許多了關于模具方面的知識，分
析處理問題能力有了很大提高，老師言傳身教使我受益匪淺，必將對我以后的學習和工作產生巨大的影響。在以后的人生道路上，我一定奮發(fā)向上、努力進取，不辜負老師對學生的教導。
此外，還要感謝那些給予幫助、鼓勵和支持的同學。最后，對在百忙之中抽出時間評審論文的各位教授、專家表示感謝！
熊志遠
2011.05.11
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