1 緒論 31.1 現(xiàn)代模具的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 31.2 本設(shè)計的基本工序 52 零件的工藝性 82.1 制件資料 82.2 零件工藝及其工藝分析分析 92.3 確定工藝方案和模具形式 103 主要工藝參數(shù)的計算 123.1 落料尺寸的計算 123.2 確定排樣方案 123.3 計算拉深次數(shù) 133.4 拉深沖壓力的計算 143.5 沖壓設(shè)備的選擇 174 模具設(shè)計 184.1 模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計 184.2 模具的閉合高度 194.3 模具工作部分尺寸及公差計算 195 沖模零件的設(shè)計 225.1 落料凹模的設(shè)計 225.2 拉深凸模的設(shè)計 235.3 落料凸模和拉深凹模的設(shè)計 265.4 沖模的導(dǎo)向裝置 275.5 定位裝置 285.6 卸料裝置 305.7 推件裝置的設(shè)計 316 其它沖模零件設(shè)計 336.1 模柄的類型及選擇 336.2 凸模固定板 346.3 墊板 356.4 緊固件 356.5 定位銷 357 模具的裝配 367.1 復(fù)合模的裝配 367.2 凸、 凹模間隙的調(diào)整 368 附加工序 379 結(jié)論 38參考文獻(xiàn) . 39致謝 . 4010 411 緒論1.1 現(xiàn)代模具的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢模具被稱為工業(yè)產(chǎn)品之母。所以工業(yè)的高速發(fā)展也離不開模具工業(yè)的不斷進(jìn)步。中國模具市場規(guī)模巨大，隨著國內(nèi)模具工業(yè)高速發(fā)展，技術(shù)也獲得了較大的飛躍，但是，仍然面對高檔模具以進(jìn)口為主的尷尬局面。提升技術(shù)實力，乃是中國模具工業(yè)發(fā)展的前途所在。隨著沖壓金屬制品在機(jī)械、電子、交通、國防、建筑、 農(nóng)業(yè)等各行業(yè)的廣泛應(yīng)用，對冷沖壓模具的需求日益增加，沖壓模在國民經(jīng)濟(jì)中的重要性也日益突出。模具作為一種高附加值和技術(shù)密集型產(chǎn)品，其技術(shù)水平的高低已經(jīng)成為一個國家制造業(yè)水平的重要標(biāo)志之一。因此我選擇了模具設(shè)計的課題， 即設(shè)計一副能夠生產(chǎn)所給罩殼的模具，并且結(jié)構(gòu)合理、能保證制品的精度、表面質(zhì)量。在設(shè)計中能熟練使用PRO/E、AUTOCAD等機(jī)械、模具相關(guān)繪圖軟件。二、國內(nèi)外發(fā)展情況1、 . 國內(nèi)方面：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， 因為模具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。中國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展對模具工業(yè)提出了越來越高的要求，也為其發(fā)展提供了巨大的動力。近 10 年來，中國模具工業(yè)一直以每年15%左右的增長速度快速發(fā)展。但與發(fā)達(dá)國家相比，中國模具工業(yè)無論在技術(shù)上，還是在管理上，都存在較大差距。特別在大型、精密、復(fù)雜、長壽命模具技術(shù)上，差距尤為明顯。中國每年需要大量進(jìn)口此類模具，在模具產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上，中低檔模具相對過剩，市場競爭加劇價格偏低， 降低了許多模具企業(yè)的效益。而中高檔模具能力不足，模具的開發(fā)能力較弱， 技術(shù)人才嚴(yán)重不足，科研開發(fā)和技術(shù)攻關(guān)投入少等一系列問題，嚴(yán)重制約了中國模具行業(yè)的發(fā)展。由于近年市場需求的強(qiáng)大拉動，中國模具工業(yè)高速發(fā)展，市場廣闊，產(chǎn)銷兩旺。2003年我國模具產(chǎn)值達(dá)到450億元人民幣以上，約折合50多億美元，按模具總量排名，中國緊隨日本、美國其后，位居世界第三。中國模具已涵蓋了各種用于金屬和非金屬成形的特殊裝備，被分為10 大類、46 小類。 1996 年至 2002年間， 中國模具制造業(yè)的產(chǎn)值年平均增長14%左右，2003年增長25%左右，廣東、江蘇、浙江、山東等模具發(fā)達(dá)地區(qū)的增長在25%以上。近兩年，我國的模具技術(shù)有了很大的提高，生產(chǎn)的模具有些已接近或達(dá)到國際水平。2003 年模具出口3.368億美元，比上年增長在33.5%,形勢喜人?？偟膩砜?，我國技術(shù)含量低的模具已供過于求， 市場利潤空間狹小，而技術(shù) 含量較高的中、高檔模具還遠(yuǎn)不能適應(yīng)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，精密、復(fù)雜的沖壓 模具和塑料模具、轎車覆蓋件模具、電子接插件等電子產(chǎn)品模具等高檔模具仍有 很大一部分依靠進(jìn)口。近五年來，我國平均每年進(jìn)口模具約11.2億美元，2003年就進(jìn)口了近13.7 億美元的模具，這還未包括隨設(shè)備和生產(chǎn)線作為附件帶進(jìn)來的模具。中國現(xiàn)有模 具企業(yè)超過2萬家，從業(yè)人數(shù)50多萬人。中國的模具生產(chǎn)目前主要集中在華南 和華東，大約占了全國模具制造業(yè)產(chǎn)值和銷售額的三分之二，每年平均增長在 20流右。2、國外方面：我國模具生產(chǎn)廠中多數(shù)是自產(chǎn)自配的工模具車間(分廠)，自產(chǎn)自配比例高達(dá)60%右，而國外模具超過70%!商品模具。專業(yè)模具廠大多是“大而全”、 “小而全”的組織形式，而國外大多是“小而?！?、“小而精”：1,進(jìn)出口相抵后的凈進(jìn)口額達(dá)13.2億美元，為世界模具凈進(jìn)口量最大的國家。3、未來沖壓模具制造技術(shù)發(fā)展趨勢模具技術(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：(1)全面推廣CAD/CAM/CAE術(shù)模具CAD/CAM/CAE術(shù)是模具設(shè)計制造的發(fā)展方向。隨著微機(jī)軟件的發(fā)展和 進(jìn)步，普及CAD/CAM/CAE術(shù)的條件已基本成熟，各企業(yè)將加大CAD/CA極術(shù)培 訓(xùn)和技術(shù)服務(wù)的力度；進(jìn)一步擴(kuò)大CAEK術(shù)的應(yīng)用范圍。計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展正 使CAD/CAM/CAE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 現(xiàn)技術(shù)資源的重新整合，使虛擬制造成為可能。(2) 高速銃削加工國外近年來發(fā)展的高速銃削加工，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。高 速銃削加工技術(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?所需的諸多功能，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)控銃床及加工中心上， 實現(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 CA曲據(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)電火花銃削加工電火花銃削加工技術(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)控銃一樣)，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，估計目前我國模具標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率已 達(dá)到30流右。國外發(fā)達(dá)國家一般為 80流右。(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)。本設(shè)計是罩殼的落料、拉深、沖孔復(fù)合模，落料、拉深、沖孔都是沖裁的基 本工序。所謂落料是在平板毛坯上沿封閉輪廓進(jìn)行沖裁，被分離下來的一塊稱為落料 件，余下的就是廢料。落料常用于制備工序件。拉深是指在壓力機(jī)上使用模具將平板毛坯制成帶底的圓筒形件或矩形間的 成形方法。沖孔是指利用模具在板料上沖出孔的過程。冷沖模是實現(xiàn)冷沖模生產(chǎn)的專用工具和主要工藝裝備。沖壓件的形狀和尺寸精度靠模具直接保證，沖壓生產(chǎn)率高，操作簡單，成本低廉等優(yōu)越性要靠優(yōu)良結(jié)構(gòu)性能的沖模來實現(xiàn)。沖模的結(jié)構(gòu)性能直接反映了沖壓技術(shù)水平的高低。本設(shè)計采用復(fù)合模，其優(yōu)缺點如下所式：優(yōu)點1 沖裁時材料處于受壓狀態(tài)，零件表面平整。2 沖裁時材料不需進(jìn)給移動，零件精度不受送料誤差影響，其內(nèi)、 外形同軸度較高，一般可以達(dá)到0.020.04,零件尺寸精度高，可達(dá)IT8級，在這3種型式的模具中，其零件精度最高。3 模具結(jié)構(gòu)緊湊，外廓尺寸小。4 用復(fù)合模沖壓時對條料形狀及尺寸的限制不嚴(yán)格，可用短料和邊角余料來沖壓零件，材料利用率比連續(xù)模高。5 適宜沖壓薄料、軟料和脆性材料。缺點1 模具零件多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，裝配制造困難，成本高。但形狀復(fù)雜的零件其模 具制造難度比連續(xù)模低。2 由于受到凸凹模最小壁厚的限制，對于一些內(nèi)孔與外緣之間及孔間距離較小的零件，不宜采用復(fù)合模。3 生產(chǎn)率比連續(xù)模低，工作沒有連續(xù)模安全，零件出件沒有連續(xù)模方便。適宜于生產(chǎn)批量大、尺寸大的零件。有時候為了保證零件的精度，批量小時也用它。沖模零件材料的選用沖模材料，尤其是凸、凹模的材料與模具壽命關(guān)系很大，合理選用材料是模具設(shè)計的一項十分重要的工作。沖壓時模具工作部分要受多次大壓小拉的交變沖擊載荷作用，沖模將產(chǎn)生壓縮、彎曲、疲勞變形和摩擦損傷，其正常的失效形式為磨損或疲勞斷裂。由于結(jié)構(gòu)和熱處理原因，也會產(chǎn)生鐓粗，局部壓榻、崩刃和折斷等早期破壞。因而模具材料應(yīng)具有很高的抗壓強(qiáng)度，高的疲勞強(qiáng)度和高的耐磨性以及足夠的韌性。多數(shù)模具形狀復(fù)雜、精度要求也高。因此，還需要熱處理材料變形小。選用材料時應(yīng)考慮模具的工作特性，受力情況，沖壓件材料性能，沖壓件的精度， 生產(chǎn)批量以及模具材料的加工工藝性能和工廠現(xiàn)有條件等因素。既要保證模具的壽命又要使成本不至于過高。一般講，對于沖壓件形狀簡單、尺寸不大、受力小的模具，選用高碳工具鋼制造；沖壓件形狀復(fù)雜、尺寸大、沖壓力大的模具， 選用合金鋼和高速鋼制造；而沖壓件的精度或壽命要求高的高速沖壓或精密的沖壓模具，常選用硬質(zhì)合金、鋼質(zhì)硬質(zhì)合金等材料制造。沖模工作部分和其他的零件具體的材料和熱處理要求，可參看有關(guān)沖模資料選用。沖床的選用沖床是機(jī)械壓力機(jī)的俗稱，是用來對坯料進(jìn)行沖壓加工的主要設(shè)備。沖床的選用是沖壓工藝設(shè)計過程中的一項重要內(nèi)容。沖床的選用必須根據(jù)沖壓工序的性質(zhì)、沖壓力（包括壓料力、卸料力等）、變形功、模具結(jié)構(gòu)型式、模具的閉合高度和輪廓尺寸以及生產(chǎn)批量、生產(chǎn)成本、產(chǎn)品質(zhì)量等諸多因素，結(jié)合單位現(xiàn)有設(shè)備條件進(jìn)行。沖床的選用主要是確定沖床的類型和噸位。冷沖模主要由以下幾部分構(gòu)成1工作部分：其功能是完成材料的分離。零件質(zhì)量及尺寸精度主要靠該部分來保證。2定位及擋料部分：其功能是確定條料在沖模中的正確位置。3卸料及推件裝置：其功能是把箍在凸凹模外圍的條料卸下來，把梗塞在凹模內(nèi)的零件推出來，保證沖壓繼續(xù)正常進(jìn)行。4導(dǎo)向裝置：其功能是保證上、下模正常運行，使之不產(chǎn)生位置偏移。5連接固定部分：其功能是連接和緊固各零部件，使之成為一完整的整體。本設(shè)計是護(hù)罩殼落料、拉深、沖孔復(fù)合模，所謂復(fù)合模是指壓力機(jī)一次行程中，在模具的一個工位上，同時完成幾道不同工序的模具。它屬于多工序模。工作部分除凹、凸模外還有凸凹模。落料凹模在上模部分的稱為倒裝復(fù)合模，落料凹模在下模的稱為正裝復(fù)合模。2 零件的工藝性2.1 制件資料制件剖面圖圖1.1所示為罩殼零件，材料為20號鋼，厚度為t=1 mm,大批量生產(chǎn)圖2.1外殼零件制件三視圖圖2.2外殼零件三視圖2.2 零件材料及其沖壓工藝性分析零件材料的分析冷沖壓模具包括沖裁、彎曲、 拉深、 成形等各種單工序模和由這些基本工序組成的復(fù)合模、級進(jìn)模等各種模具。設(shè)計這些模具時，首先要了解被加工材料的力學(xué)性能。材料的力學(xué)性能是進(jìn)行模具設(shè)計時各種計算的主要依據(jù)。故在分析零件沖壓成形工藝，設(shè)計沖壓模具前，必須要了解和掌握材料的一些力學(xué)性能，以便設(shè)計?，F(xiàn)將油杯零件材料為10 號鋼的力學(xué)性能主要參數(shù)及其概念敘述如下：( 1)應(yīng)力：材料單位面積上所受的內(nèi)力，單位是N/mm2 ，用 Pa 表示。106Pa=1MP；a 1MPa = 1N/mm2 ； 109 Pa = 1GPa。(2)屈服點6s：材料開始產(chǎn)生塑性變形時的應(yīng)力值，單位是 N/mn2 。彎曲、拉深、 成形等工序中，材料都是在達(dá)到屈服強(qiáng)度時進(jìn)行塑性變形而完成該工序的成形的。經(jīng)查表取6s = 206 MPa。(3)抗拉強(qiáng)度6b。材料受到拉深作用，開始產(chǎn)生斷裂時的應(yīng)力值，單位是MPa。(rb = 294 432MPa。(4)抗剪強(qiáng)度p b。材料受到剪切作用，開始產(chǎn)生斷裂時的應(yīng)力值，單位是MPa。 取 p b = 255333MPa。( 5)彈性模量E。 材料在彈性范圍內(nèi)，表示受力與變形的指標(biāo)，彈性模量大，表示材料受力后變形較小，或者說，產(chǎn)生一定的變形需要較大的力。E = 194 x103 MPa。(6)屈服比bs/ crb。是材料的屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度之比，其值越小，表示材料允許的塑性變形區(qū)越大，在拉深工序中，材料的屈服比較小時，所需的壓邊力和所需克服的摩擦力相應(yīng)的減小，有利于提高成形極限。(7)伸長率6。在材料性能實驗時，試件由拉伸試驗機(jī)拉斷后，對接起來測量長度，其伸長量與原長度之比稱為伸長率，其數(shù)值用“”表示，其數(shù)值越大表示材料的塑性越好。經(jīng)查表可得，材料為 20號鋼的伸長率6 =29%。綜上所述，對油杯零件材料20 號鋼的力學(xué)性能分析，主要是為了便于模具設(shè)計中各參數(shù)的計算，故在后序的模具設(shè)計中各參數(shù)的計算均以上面所取的數(shù)值進(jìn)行計算。零件工藝性的分析沖壓件工藝性是指沖壓零件在沖壓加工過程中加工的難易程度。雖然沖壓加工工藝過程包括備料沖壓加工工序必要的輔助工序質(zhì)量檢驗組合、 包裝的全過程，但分析工藝性的重點要在沖壓加工工序這一過程里。而沖壓加工工序很多， 各種工序中的工藝性又不盡相同。即使同一個零件，由于生產(chǎn)單位的生產(chǎn)條件、工藝裝備情況及生產(chǎn)的傳統(tǒng)習(xí)慣等不同，其工藝性的涵義也不完全一樣。這里我們重點分析零件的結(jié)構(gòu)工藝性。該零件為油杯，結(jié)構(gòu)簡單，對稱，是典型的拉深件。在拉深過程中要注意控制拉深程度，加工時， 根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)，形狀等一些技術(shù)要求，應(yīng)考慮以下幾點：（ 1）拉深件圓角半徑：拉深件的圓角半徑要適合，應(yīng)盡量大些，以便于成形和減少拉深次數(shù)，避免在拉深過程中出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象即拉裂。拉深件底與壁的圓角半徑應(yīng)滿足ri >t o而在此設(shè)計中圓角半徑 R4>t=1 ,故滿足設(shè)計要求。（ 2）考慮拉深件厚度不均勻的現(xiàn)象：在拉深過程中，一般為不變薄拉深，從理論分析上說是不符合的，在拉深過程中壁厚應(yīng)有少量的變化，如果在拉深件精度要求不高時，一般可以忽略不計。（ 3）拉深件的孔位布置：根據(jù)示圖所示，該零件的孔位布置合理，處于中心部位。在沖孔時，要注意孔與拉深件的同心度的問題，孔到拉深底部邊緣的距離d<d1-2r1-t 。根據(jù)零件圖，初步分析可以知道油杯零件的沖壓成形需要多道工序才能完成，首先進(jìn)行正拉深，形成外形尺寸形狀，其次底部要成型。綜上所述，罩殼由平板毛坯沖壓成形應(yīng)包括的基本工序有：落料、拉深、沖孔等，2.3 確定工藝方案和模具形式在沖壓分析的基礎(chǔ)上，找出工藝與模具設(shè)計的特點與難點，根據(jù)實際情況提出各種可能的沖壓工藝方案，內(nèi)容包括工序性質(zhì)，工序數(shù)目，工序順序及組合方式等， 有時同一種沖壓零件也可能存在多個可行的方案，通常每種方案各有優(yōu)缺點， 應(yīng)從產(chǎn)品質(zhì)量生產(chǎn)效率，設(shè)備占用情況，模具制造的難易程度和模具的使用壽命的高低，生產(chǎn)成本，操作方便與安全程度等方面進(jìn)行綜合分析、比較，確定出適合于現(xiàn)有生產(chǎn)條件的最佳方案，故在一定的條件下，以最簡單的方法，最快的速度，最少的勞動量，最少的費用，可靠的加工出符合圖樣各項要求的零件，在保證加工質(zhì)量的前提下，選擇經(jīng)濟(jì)合理的工藝方案。確定工藝方案及模具形式：1、根據(jù)對沖壓零件的形狀、尺寸、精度及表面質(zhì)量要求的分析結(jié)果，確定沖壓所需的基本的工序，如落料、沖孔、拉深、整形等。2、根據(jù)初步工藝計算，確定工藝數(shù)目，如沖壓次數(shù)、拉深次數(shù)等。3、根據(jù)各個工序的變形特點、質(zhì)量要求等確定工序順序。一般可按照下列原則進(jìn)行：1） 、對沖帶孔的或有缺口的沖裁件，如選用簡單模，一般先落料，再沖孔或切口，使用級進(jìn)模，則先沖空孔或切口后落料2） 、對于到孔的拉深件，一般先拉深，后沖孔，但孔的位置在零件底部且孔徑尺寸要求不高時，也可先沖孔后拉深。3） 、對于形狀復(fù)雜的拉深件，為便于材料變形和流動，應(yīng)先形成內(nèi)部形狀，再拉深外部形狀。4） 、整形或校平工序，應(yīng)在沖壓件基本成型以后進(jìn)行。4 、根據(jù)生產(chǎn)批量和條件(沖壓加工條件和模具制造條件)確定工序組合。生產(chǎn)批量大時，沖壓工序應(yīng)盡可能組合在一起，用復(fù)合模具；小批量生產(chǎn)用單工序簡單模。由于罩殼沖壓成形需要的多道工序完成，因此選擇合理的成形工藝方案十分重要， 考慮到生產(chǎn)批量大，應(yīng)在生產(chǎn)合格零件的基礎(chǔ)上盡量提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。要提高生產(chǎn)成本，應(yīng)該盡量選擇合理的工藝方案，選擇復(fù)合能復(fù)合的工序，但復(fù)合程度太高，模具的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，安裝調(diào)試?yán)щy，模具成本高，同時可能降低模具的強(qiáng)度，縮短模具壽命。根據(jù)零件形狀確定沖壓工序類型和選擇工序順序，沖壓該零件需要的基本工序有落料、拉深、沖孔。3主要工藝參數(shù)的計算由于板料在軋壓或退火時所產(chǎn)生的聚合組織而使材料引起殘存的方向性， 反 映到拉深過程中，就使桶形拉深件的口部形成明顯的突耳。止匕外，如果板料本身 的金屬結(jié)構(gòu)組織不均勻、模具間隙不均勻、潤滑的不均勻等等，也都會引起沖件 口高低不齊的現(xiàn)象，因此就必需在拉深厚的零件口部和外緣進(jìn)行修邊處理。 這樣 在計算毛坯尺寸的時候就必需加上修邊余量然后再進(jìn)行毛坯的展開尺寸計算。根據(jù)零件的尺寸取彳邊余量的值為 3mm查表57,沖壓工藝與模具設(shè)計 實用技術(shù)：在拉深時，雖然拉深件的各部分厚度要求發(fā)生一些變化， 但如果采用適當(dāng)?shù)?工藝措施，則其厚度的變化量還是并不太大。在設(shè)計工藝過程時，可以不考慮毛 坯厚度的變化。毛坯尺寸按公式D=vdf2 4dH 1.72d(r1 r2) 0.56(r12 r22) 2.1所以：D= 552436191.7236(4.515.5廣0.56(4.525.52)=(p56公式3.5沖壓模具設(shè)計)確定排樣、裁板方案沖裁件在板料、條料或帶料上的布置方法稱為排樣。排樣是否合理，直接影 響到材料的利用率、零件質(zhì)量、生產(chǎn)率、模具結(jié)構(gòu)與壽命及生產(chǎn)操作方式與安全。 因此，在沖壓工藝和模具設(shè)計中，排樣是一項極為重要的、技術(shù)性很強(qiáng)的工作。加工此零件為大批大量生產(chǎn)，沖壓件的材料費用約占總成本的60%80%之多。因此，材料利用率每提高1%,則可以使沖件的成本降低 0.4%0.5%。在沖 壓工作中，節(jié)約金屬和減少廢料具有非常重要的意義， 特別是在大批量的生產(chǎn)中， 較好的確定沖件的形狀尺寸和合理的排樣的降低成本的有效措施之一。由于材料的經(jīng)濟(jì)利用直接決定于沖壓件的制造方法和排樣方式，所以在沖壓生產(chǎn)中，可以按工件在板料上排樣的合理程度即沖制某一工件的有用面積與所用板料的總面積的百分比來作為衡量排樣合理性的指標(biāo)。 18,沖壓模具設(shè)計取搭邊值為 a=0.8mm進(jìn)距方向 a1 1.0mm于是有條料寬度B=D+2a板料規(guī)格擬用1 mmx80mmX24,沖壓模具設(shè)計）。材料利用率依據(jù)（P203,沖壓工藝與模具設(shè)計實用手冊）77,842=76.5%在考慮拉深的變形程度時，必需保證使毛坯在變形過程中的應(yīng)力既不超過材 料的變形極限，同時還能充分利用材料的塑性。也就是說，對于每道拉深工序， 應(yīng)在毛坯側(cè)壁強(qiáng)度允許的條件下，采用最大的變形程度，即極限變形程度。極限拉深系數(shù)值可以用理論計算的方法確定。 即使得在傳力區(qū)的最大拉應(yīng)力 與在危險斷面上的抗拉強(qiáng)度相等，便可求出最小拉深系數(shù)的理論值，此值即為極 限拉深系數(shù)。但在實際生產(chǎn)過程中，極限拉深系數(shù)值一般是在一定的拉深條件下 用實驗的方法得出的，我們可以通過查表來取值。該工件拉深一個過程，因此可以計算其拉深系數(shù)來確定拉深次數(shù)。其實際拉深系數(shù)為：材料的相對厚度為一 t/D 100% 1.29%凸緣的相對高度為 % % 0,247由表521,沖壓工藝與模具設(shè)計實用手冊可以查出,hdmax 0.63 ,沖壓工藝與模具設(shè)計實用手冊可以查出mm. 0.51因為凸緣的相對高度0.247小于最大相對高度0.63,且實際拉深系數(shù)0.51 大于最小極限拉深系數(shù)0.47,所以拉深過程可以一次拉深成功。3.4 拉深沖壓力的計算由于該零件為軸對稱件，故不必進(jìn)行壓力中心的計算。落料過程（ 1）落料力平刃凸模落料力的計算公式為 P kLt 依據(jù)（P175， 沖壓工藝與模具設(shè)計實用手冊）式中 P 沖裁力（N）L 沖件的周邊長度（mm）t 板料厚度（mm）材料的抗沖剪強(qiáng)度（MPa）K一修正系數(shù)。它與沖裁間隙、沖件形狀、沖裁速度、板料厚度、潤滑情況等多種因素有關(guān)。其影響范圍的最小值和最大值在（1.01.3） P的范圍內(nèi)，一般 k取為1.251.3。在實際應(yīng)用中，抗沖剪強(qiáng)度 的值一般取材料抗拉強(qiáng)度b的0.70.85 o為便于估算，通常取抗沖剪強(qiáng)度等于該材料抗拉強(qiáng)度b 的 80%。即0.8 b因此，該沖件的落料力的計算公式為F落 1.3 0.8 2 Dt b 0.8 277 1 390（ 2）卸料力一般情況下，沖裁件從板料切下以后受彈性變形及收縮影響。會使落料件梗塞在凹模內(nèi)，而沖裁后剩下的板料則箍緊在凸模上。從凸模上將沖件或廢料卸下來所需的力稱卸料力。影響這個力的因素較多，主要有材料力學(xué)性能、模具間隙、材料厚度、零件形狀尺寸以及潤滑情況等。所以要精確地計算這些力是困難的，一般用下列經(jīng)驗公式計算：卸料力F卸KF 式中 F 沖裁力（N）K1 頂件力及卸料力系數(shù)， 12,沖壓模具設(shè)計）取K1為0.04。因此7849.25N、拉深過程（1）拉深力帶凸緣圓筒形零件的拉深力近似計算公式為：（5-3,沖壓工藝與模具設(shè)計 實用手冊）F拉dp bKF式中 dp一圓筒形零件的凸模直徑（mm）Kf 一系數(shù)，查（表5一b一材料的抗拉強(qiáng)度（MPa）因此 F拉 54.95 430 0.8 59384.89N（2）壓邊力壓邊力的大小對拉深件的質(zhì)量是有一定影響的， 如果過大，就要增加拉深力， 因而會使制件拉裂，而壓邊圈的壓力過小就會使工件的邊壁或凸緣起皺，所以壓 邊圈的壓力必須適當(dāng)。合適的壓邊力范圍一般應(yīng)以沖件既不起皺、又使得沖件的 側(cè)壁和口部不致產(chǎn)生顯著的變薄為原則。 壓邊力的大小和很多因素有關(guān)，所以在 實際生產(chǎn)中，可以根據(jù)近似的經(jīng)驗公式進(jìn)行計算。_ 22Q （Do d ）q4依據(jù)（P328,沖壓工藝與模具設(shè)計實用手冊）式中D毛坯直徑（mm）d沖件的外徑（mm）q一單位壓邊力（MPa）（表520,沖壓工藝與模具設(shè)計實用手冊）q的值取25所以 Q （772 552） 2.5 5701.99N此處彈簧取中徑為 80,鋼絲直徑為 2.5,符合國標(biāo)GB2089-80,圈數(shù)為 4.5圈，材料為65Mn,繞制后經(jīng)中溫回火，可以產(chǎn)生較大的彈性極限壓力。（3）頂件力頂件力的計算公式可按下式：（P340,沖壓工藝與模具設(shè)計實用手冊）F頂二K頂F拉式中F頂頂件力（N）;K頂頂件力系數(shù)；查表 2-8 K頂F頂=K頂F拉N（4）拉深功的計算拉深所需的功可按下式計算CPmaxh W m 1000依據(jù)（P45,沖壓工藝模具學(xué)）式中Pmax 最大拉深力（N）h拉深深度（mm）W-一拉7功（N m）C修正系數(shù)，一般取為C=0.60.8。0.8 58394.89 20所以 W= 934.32 N1000沖孔過程與落料過程相似： 沖裁力：F孔 1.3 0.8 2 Dt b 0.8 212 1 390式中 2 D-沖孔周邊長度 t -板料厚度b -板料抗拉強(qiáng)度 拉深力出現(xiàn)在落料力之后，因此最大沖壓力出現(xiàn)在沖裁階段， 選用落料拉深成型復(fù)合模結(jié)構(gòu)，最大沖壓力為： Fmax = F +F1 + F2=9為安全起見，防止設(shè)備的超載，對于沖裁工序，壓力機(jī)的公稱壓力P應(yīng)大于 或等于沖裁時總沖壓力的1.11.3倍。即：P > （1.1 1.3） Fmax取 P = 1.3 FmaxP = 1.3 Fmax所以可以選擇噸位為630KN以上的壓力機(jī)，考慮到拉深成形的行程比較大，選定壓力機(jī)還應(yīng)參考壓力機(jī)說明書所給出的允許工作負(fù)荷曲線。參照書末表C-1可選取公稱壓力為63KNR的雙柱可傾壓力機(jī)，該壓力機(jī)與模具設(shè)計的有關(guān)參數(shù)為：名稱量值型號J23-63公稱壓力63KN滑塊行程35標(biāo)準(zhǔn)行程次數(shù)（不小于）/ （次/min）170最大閉合高度/mm固定臺和可傾/mm150活動臺位置最低/mm160最高/mm190閉合圖度調(diào)節(jié)量/mm30滑塊中心到機(jī)身距離（喉深）/mm110工作臺尺寸/mm左右310前后200工作臺孔尺寸/mm左右160前后110墊板厚度/mm60模柄孔尺寸（直徑x深度）/mm 30 x 554模具設(shè)計模具結(jié)構(gòu)形式的選擇采用落料、拉深、沖孔復(fù)合模。如前所述，模具設(shè)計包括模具結(jié)構(gòu)形式的選擇和設(shè)計，模具結(jié)構(gòu)參數(shù)計算, 模具圖的繪制等內(nèi)容。現(xiàn)對落料、拉深、沖孔模設(shè)計步驟如下：Ul圖4.1落料、拉深、沖孔復(fù)合模1下卞II座 2落料凹模 3擋料銷 4導(dǎo)柱 5凸凹模6卸料板7導(dǎo)套8上模座9固定板 10墊板11圓柱銷12 一螺釘 13打桿 14一模柄15 推板16連接推桿17沖孔凸模 18頂出器19拉深凸模20 壓邊器 21 螺釘 22 頂桿 23 螺釘 24 固定板如圖4.1所示，送料時條料沿兩個固定卸料板進(jìn)行導(dǎo)料，由擋料銷定距。拉深凹模既可以落料，又可以完成拉深開始工作時，首先由拉深凹模和落實凹模 16完成落料，緊接著由拉深凹模 和拉深凸模進(jìn)行拉深。拉深凹模既可以作拉深用，又可以作沖孔用，但必須保證其同軸度。拉深將要結(jié)束時，由沖孔凸模與拉深凹模進(jìn)行沖孔，然后在回程由推件塊將 工件從拉深凹模內(nèi)推出。反頂圈兼作壓邊作用，在拉深過程中起壓邊作用，拉深結(jié)束后又能將工件頂 起，使其脫離拉深凸模。復(fù)合模比單工序?？商岣呱a(chǎn)率，但模具較復(fù)雜，裝配難度也較大。由于計 算的拉深件的毛坯尺寸不一定準(zhǔn)確， 常需經(jīng)試模修正，因此應(yīng)在拉深件毛坯經(jīng)單工序模生產(chǎn)驗證合格之后，為提高生產(chǎn)率，才設(shè)計落料、拉深、沖孔復(fù)合模。對于較小的拉深件，從安全考慮，新設(shè)計拉深模也可以取落料與拉深、沖孔復(fù)合模的方案。 在變形程度允許的條件下，可適當(dāng)加大毛坯尺寸，以提高模具的可靠性。對于非圓形拉深件，新設(shè)計模具不宜采用落料與拉深、成型復(fù)合的方案，因為其毛坯尺寸計算的可靠性更差。除非工件的變形程度較小，允許將毛坯尺寸加大，才考慮設(shè)計落料、拉深、沖孔復(fù)合模。根據(jù)以上落料、拉深和成型復(fù)合模結(jié)構(gòu)圖可知，模具的閉合高度hm為：Hm=F模板厚度+上模板厚度+墊板厚度+凸凹模長度+凹模高度+凸模固定板-凸凹模進(jìn)人凹模的深度=40+20+1+51+9+6+18+35=171mm查所選設(shè)備的參數(shù)；壓力機(jī)的最大的閉合高度為360mm， 最小閉合高度為270mm則模具的裝模高度應(yīng)該滿足下式要求：Hmax-5 > hmHmin+10即：190> 171160故滿足設(shè)計要求。由模具結(jié)構(gòu)圖便知，該模具工作部分尺寸及公差計算，主要包括落料凸、凹模刃口尺寸及公差計算、拉深模和成型模工作部分尺寸的計算。落料凸、凹模刃口的尺寸及公差的計算沖裁模刃口是尖銳鋒利的，多為直角，故沖裁模刃口尺寸是指沖頭與凹模的直徑尺寸。由于剪切面是工具的側(cè)面與材料接觸并擠光而得到的平滑面，所以落料件的外徑尺寸應(yīng)等于凹模內(nèi)徑尺寸。模具兩刃口尺寸中總有一個基準(zhǔn)尺寸，設(shè)計和制造模具時，可分別根據(jù)工件的精度要求，決定第一件為基準(zhǔn)件，把間隙取在另一件上。故落料件以凹模為基準(zhǔn)。模具工作部分加工時要注意經(jīng)濟(jì)上的合理性，精度太高，則制造困難、成本高；精度太低，則又可能加工不出合格的產(chǎn)品。因此，模具的精度應(yīng)隨工件的精度要求而定，這樣才會有好的經(jīng)濟(jì)性。一般模具精度比工件精度至少高兩個級別。對于落料Dd (D X)0dDp (Dd 2ZmJp依據(jù)(P22， 沖壓工藝模具學(xué))式中D p 落料凸模直徑(mm)Dd 落料凹模直徑(mm)D 工件外徑的公稱尺寸(mm) 沖裁工件要求的公差X 系數(shù)， 為避免多數(shù)沖裁件尺寸都偏向于極限尺寸，此處可取 X=0.5。 d 、 p 凹、凸模制造偏差,(表 2-7 ， 冷沖模設(shè)計)Z min 實用間隙最小值，可以通過查表1 2， 沖壓工藝模具學(xué)選取 Zmin 0.050Dd (D X )0 d (77 0.5 0.74)00.040 76.6300.030 mmDp (D X2ZmJ0 p (77 0.5 0.74 0.050)00.019 76.5800.019mm拉深凸、凹模刃口的尺寸及公差的計算 由式Dd (D 0.4)0 d dp (D 0.42Zmin )0 p 依據(jù)(P54， 沖壓工藝模具學(xué))以上各式中，查表可知d、p 分別為0.062、 0.039。間隙Zmin 查表(表210， 沖壓工藝模具學(xué))有D p (35 0.4 0.039)00.03935.15600.039mmd p (35 0.4 0.39 2.2) 00.0620.06237.3560mm沖孔凸、凹模刃口的尺寸及公差的計算Dp (D x )0pDd (DpZmin)0d沖孔件精度取IT14 級，凹模為IT7 級，凸模取IT6 級D p 沖孔凸模直徑（mm）Dd 沖孔凹模直徑（mm）D 工件外徑的公稱尺寸（mm） 沖裁工件要求的公差X 系數(shù)， 為避免多數(shù)沖裁件尺寸都偏向于極限尺寸，此處可取 X=0.5。d 、 p 凹、凸模制造偏差,2-7 ， 冷沖模設(shè)計）DpDd (12.09(12 0.5 0.18)00.01112.0900.011mm0.0180.0180.050)0mm 12.140mm5 沖模零件的設(shè)計落料凹模的設(shè)計凹模的尺寸計算凹模工作部分的尺寸計算，參見前面的主要工藝參數(shù)的計算。其他部分結(jié)構(gòu)寸的計算如下：(1)凹模壁厚C凹模壁厚C是指凹模刃口到凹模外邊緣的最短距離。凹模壁厚將直接影響凹 模板的外形尺寸，即長度與寬度(L x B)。故在設(shè)計過程中應(yīng)選擇合適的凹模壁 厚Co凹模壁厚C值主要考慮布置連接螺釘孔和銷釘孔的需要，同時也能保證凹模強(qiáng)度和剛度，在選擇凹模壁厚時，還應(yīng)注意以下幾點：工件落料時取表中較小值， 反之取較大值；型孔為圓弧時取小值、為直邊時取中值、為尖角時取大值；當(dāng)設(shè) 計標(biāo)準(zhǔn)模具或雖然設(shè)計非標(biāo)準(zhǔn)模具， 但凹模板毛坯需要外購時，應(yīng)將計算的凹模 外形尺寸LXB按模具國家標(biāo)準(zhǔn)中凹模板的系列尺寸進(jìn)行修正，取較大規(guī)格的尺 寸。所以根據(jù)以上的要求查表9-6得零件毛坯直徑為77,板料厚度為1mm勺凹 模壁厚C為20mm(2)凹模的結(jié)構(gòu)形式凹模板的厚度H主要不是從強(qiáng)度需要考慮的，而是從連接螺釘旋入深度與 凹模剛度的需要考慮的。凹模板的厚度一般應(yīng)不小于10mm特別小型的模具可取8mm隨著凹模板外形尺寸的增大，凹模板的厚度也應(yīng)相應(yīng)的增大。?。喊寄ｉLL=125mm凹模寬B=100mm凹模板外形尺寸：L x B x h=125 x100 x 20查表14-6摘自GB2858-81矩形和圓形凹模外形尺寸知：將上述凹模板外形尺寸改為：125 x 100 x 20mm凹模外形尺寸形狀如下圖所示：凹模的外形尺寸已標(biāo)準(zhǔn)化，用以上方法求得的外形尺寸應(yīng)向接近的標(biāo)準(zhǔn)尺寸靠攏。故凹模尺寸、強(qiáng)度和剛度足夠，一般不再進(jìn)行強(qiáng)度和剛度的核算。當(dāng)沖裁形狀復(fù)雜，公差等級高，尺寸大或尺寸較小的零件時，可以采用鑲拼式凹模，但對于此零件的沖裁其凹模結(jié)構(gòu)簡單，故采用整體式結(jié)構(gòu)。具凹模結(jié)構(gòu) 圖如下圖所示：凹模的固定方法用螺釘固定，具體的固定方法見裝配圖。拉深凸模的尺寸計算拉深凸模的工作尺寸的計算參見前面的主要工藝參數(shù)計算?，F(xiàn)將其它參數(shù)的計算介紹如下：(1)拉深模的凸模圓角半徑拉深凸模的圓角半徑r凸對拉深工作也有影響。當(dāng)r凸過小時，則角部彎曲 變形大，危險斷面容易拉斷。當(dāng)r凸過大時，則毛坯底部的承壓面積減小，懸空 部分加大，容易產(chǎn)生底部的局部變薄和內(nèi)皺。除最后一次拉深，凸模的圓角半徑 r凸應(yīng)比板厚略大，即：r t ,最后一次 拉深時，凸模的r應(yīng)等于零件的內(nèi)圓半徑，但不得小于材料厚度。如工件的內(nèi)圓 角半徑要求小于料厚，則要有整形工序來完成。故在此設(shè)計中取 r凸=4mm(2)拉深間隙拉深間隙指拉深凸模與凹模之間的單面間隙，用Z表示。 模具間隙對拉深過程的影響拉深模的凸模與凹模之間的單邊間隙 Z/2,影響拉深力與拉深件的質(zhì)量。拉深模的凸、凹模間隙Z/2大，則摩擦小，能減小拉深力。但如果間隙過大， 拉深件的精度將不易控制，拉深后零件的高度將小于所要求的高度，零件成桶形。拉深模的凸、凹模間隙Z/2小，則摩擦大，將增加拉深力，造成許用拉深系 數(shù)m值的增大。如果凸、凹模間隙Z/2小于拉深件的材料厚度，則將產(chǎn)生變薄拉 深的效果，使得拉深件的精度降低。 拉深模具間隙的取向A ）除最后一道工序外，間隙的取向不作規(guī)定。B ）對于最后一道工序，當(dāng)工件外形尺寸要求一定時，以凹模為基準(zhǔn)，凸模尺寸按凹模減小以取得間隙。當(dāng)工件內(nèi)形尺寸要求一定時，以凸模為基準(zhǔn)，凹模尺寸按凸模放大以取得間隙。C ）淺拉深時，拉深間隙可取小些，深拉深時，則應(yīng)取大些。這是因為變形程度越大，板厚的增厚量也越大。D ）多次拉深時，前幾次拉深可取較大的拉深間隙，以便使拉深順利進(jìn)行。最后一次拉深則取較小的拉深間隙，以便獲得尺寸精度較高的拉深件。E ）在整形拉深時，如果要求工件的精度較高，例如 IT1012級，可取拉深 間隙稍小于板料厚度，常取 Z/2= （0.90.95） t o如果整形時只要求減小圓角 半徑，拉深間隙可稍大于板料厚度，例如取 Z/2= （1.051.1） toF ）板料較軟時，可取較小的拉深間隙，因為軟料在凸模與凹模之間容易被擠薄，可消除拉深過程已出現(xiàn)的微小皺折。相反，硬度則應(yīng)取較大的拉深間隙。G ）實際供應(yīng)的板料厚度可能與其公稱值相比較有較大的誤差，甚至超出板厚的公差范圍。因此， 如果成批生產(chǎn)拉深件的板料已經(jīng)購入，最好依據(jù)實測的板料厚度參考上述原則確定合適的拉深間隙值。5 凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計 （ 1）凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計的三原則為了保證凸模能夠正常工作，設(shè)計任何結(jié)構(gòu)形式的凸模都滿足如下三原則。 精確定位凸模安裝到固定板上以后，在工作過程中其軸線或母線不允許發(fā)生任何方向的移位否則將造成沖裁間隙不均勻，降低模具壽命，嚴(yán)重時可造成啃模。 防止拔出回程時， 卸料力對凸模產(chǎn)生拉伸作用。凸模的結(jié)構(gòu)應(yīng)能防止凸模從固定板中拔出來。 防止轉(zhuǎn)動對于工作段截面為圓形的凸模，當(dāng)然不存在防轉(zhuǎn)的問題。以上三條原則主要是從凸模安裝固定方法考慮的。在設(shè)計各種凸模的時，應(yīng)注意都要滿足這三條原則。（ 2）拉深凸模結(jié)構(gòu)根據(jù)以上凸模設(shè)計的三個原則，在設(shè)計拉深凸模時應(yīng)滿足這三個原則。在學(xué)習(xí)拉深成形這一章節(jié)時我們知道，拉深凸模結(jié)構(gòu)比較簡單，可參見設(shè)計模具裝配圖，在此僅就其結(jié)構(gòu)設(shè)計的一些要點作一簡要的介紹。首先每個拉深凸模需鉆一 通氣孔，以防當(dāng)工件脫離凸模時在凸模端頭與工件底之間的空間形成真空，增加額外的卸件力，嚴(yán)重時會將工件底部抽癟。通氣孔直徑一般可在38mmi間選取。此處由于拉深凸模在拉深后期將會有沖孔工序，在拉深后不會有抽癟現(xiàn)象出 現(xiàn)，不需要設(shè)置通氣孔。其次要確定拉深凸模的固定方法，以便確定其固定端的結(jié)構(gòu)形式。對于順裝 順出件簡單拉深模，如果工件直徑與模柄直徑相差不大，常將凸模與模柄制成一 體。如果兩者直徑相差較大，或者拉深模有壓邊裝置，可將凸模固定板設(shè)計成凸 緣式的，借助固定板與上模板進(jìn)行連接。許多設(shè)計者喜歡采用下述方法固定拉深 凸模：凸模固定端不帶凸緣，以過渡配合直接嵌入到模座內(nèi)一定深度， 并用螺釘 聯(lián)接防止拔出。具優(yōu)點是模具結(jié)構(gòu)比較的簡單，可省去銷釘和凸模固定板。但拉 深凸模與模座的垂直度比凸緣式凸模較差， 因此不適用于較精密的拉深模。有利 于較大的拉深凸模，從節(jié)省模具鋼與便于熱處理考慮， 可采用組合式的結(jié)構(gòu)。其 凸模結(jié)構(gòu)圖如下所示：凸凹模即落料時為落料凸模、拉深時為拉深凹模。在設(shè)計過程中綜合考慮 其一些設(shè)計要點在這里不在敘述，凸凹模結(jié)構(gòu)圖見零件圖（拉深凹模） ：5.4沖模的導(dǎo)向裝