升降器外殼復(fù)合模的設(shè)計(jì) 升降器外殼復(fù)合模的設(shè)計(jì)摘要模具是“工業(yè)之母”，是工業(yè)生產(chǎn)中不可或缺的一部分，它在工業(yè)生產(chǎn)中的地位已經(jīng)變得越來越重要。一個國家的制造業(yè)發(fā)不發(fā)達(dá)取決于這個國家的模具水平高不高，模具水平的高低是衡量制造業(yè)水平高低的重要標(biāo)志。此外模具在很大程度上決定了產(chǎn)品的質(zhì)量、效益以及對新產(chǎn)品的開發(fā)能力。本次設(shè)計(jì)的零件為寬凸緣的汽車玻璃升降器外殼，采用的材料為10鋼，工件厚度為1.5mm，保證了工件具有良好的強(qiáng)度和硬度。該工件形狀簡單，結(jié)構(gòu)對稱，利于進(jìn)行合理的排樣，并且廢料少，此外拐角處為圓弧過渡，適合采用沖壓加工。該工件需要經(jīng)過落料、三次拉深、沖孔、翻邊和切邊等工序。工藝方案適合采用落料首次拉深復(fù)合模、沖孔翻邊復(fù)合模、其他工序用單工序模。在設(shè)計(jì)中除了要完成必要的計(jì)算部分，還要利用CAD制圖軟件繪制兩幅裝配圖和主要零部件的零件圖。關(guān)鍵詞：沖壓加工；復(fù)合模；沖壓工藝；CADTHE DESIGN OF LIFTER SHELL COMPOUND DIEABSTRACTMold is “the mother of industry”, an integral part of industrial production, its position in the industrial production is becoming more and more important. The mould technology level of a country has already become an important symbol to measure the level of the national manufacturing industry. In addition, the mold to a large extent determines the quality, efficiency of products and the development capabilities of new product.The design of the part is a wide flange automobile glass lifter shell, the material is 10 steel, the thickness of the workpiece is 1.5mm, its guarantee the workpiece has good strength and hardness. The workpiece has a simple shape and symmetrical structure, is advantageous to layout reasonable, and has less waste, in addition, the corner is the arc transition, its suitable for stamping process.The workpiece needs to through blanking, drawing three times, punching, flanging and cutting processes. The process scheme is suitable for blanking and the first time drawing compound die, punching and flanging compound die, other processes using single process mode. During the design, its not only need to complete the necessary calculation part, but also need to use the CAD drawing software draw two pieces of the assembly drawing and the main parts drawing.Key words: punching; compound die; stamping process; CAD目錄1 緒論11.1 課題研究背景及目的11.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢11.2.1 國內(nèi)外模具行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀11.2.2 汽車覆蓋件沖壓工藝現(xiàn)狀21.2.3 我國模具行業(yè)的發(fā)展趨勢31.2.4 汽車覆蓋件沖壓工藝的發(fā)展趨勢41.3 課題研究方法41.4 論文的構(gòu)成42工藝性分析62.1 工件的工藝分析62.2 修邊余量的計(jì)算72.3 毛坯尺寸的計(jì)算72.4 確定是否采用壓邊圈72.5 拉深次數(shù)的確定82.6 沖孔和翻邊的尺寸計(jì)算92.7 工藝方案的確定92.8 排樣設(shè)計(jì)102.9 模具工藝性分析122.9.1 各工序沖壓力的計(jì)算122.9.2 壓力機(jī)的選擇152.9.3 模具壓力中心163 模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算173.1 模具主要零部件尺寸計(jì)算173.1.1 落料模刃口尺寸173.1.2 首次拉深模工作尺寸183.1.3 二次拉深模工作尺寸193.1.4 三次拉深模工作尺寸193.1.5 沖孔模刃口尺寸203.1.6 翻邊模工作尺寸203.2 落料首次拉深凸凹模的設(shè)計(jì)213.3 落料凹模的設(shè)計(jì)223.4 首次拉深凸模的設(shè)計(jì)223.5 沖孔凸模的設(shè)計(jì)233.6 翻邊凹模的設(shè)計(jì)243.7 沖孔翻邊凸凹模的設(shè)計(jì)243.8 模架的選擇253.9 模柄的選擇253.10 各板料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)263.11 彈性元件的選用263.12 螺釘、銷釘?shù)倪x用273.13 閉模高度計(jì)算284 沖壓工藝卡與機(jī)加工工藝卡294.1 沖壓工藝卡294.2 落料凹模機(jī)加工工藝卡314.3 拉深凸模機(jī)加工工藝卡325 結(jié)論33參考文獻(xiàn)34致謝36附錄A 沖壓常用公差配合37附錄B 沖模零件表面粗糙度38附錄C 冷沖模工作零件常用材料及熱處理39附錄D 沖模一般零件材料和熱處理要求401 緒論1.1 課題研究背景及目的 進(jìn)入21世紀(jì)以來，我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展的非常之快，我國的制造業(yè)在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的帶動下也有了很大程度的發(fā)展。而模具是作為衡量一個國家制造業(yè)水平高低的一個標(biāo)志，同時又是工業(yè)發(fā)展不可或缺的部分，因此我國的模具行業(yè)也隨之得到了很好的發(fā)展和進(jìn)步。而作為模具當(dāng)中很常見的一種：復(fù)合模，它不僅工作效率高、精度高而且使用壽命長，因?yàn)閺?fù)合模的這么多優(yōu)點(diǎn)使得它在工業(yè)生產(chǎn)中被廣泛的應(yīng)用。此外，復(fù)合模還涉及到模具當(dāng)中的很多關(guān)鍵技術(shù)，如：沖壓的基本理論、沖壓工藝性分析及工藝方案確定、模具的設(shè)計(jì)原則以及如何選用模具材料。本設(shè)計(jì)中需要涉及到落料、拉深、沖孔和翻邊四道非常常見的沖壓工序，結(jié)合工件的形狀尺寸去推導(dǎo)模具的結(jié)構(gòu)。這將要用到我們之前所學(xué)的相關(guān)模具理論知識，并結(jié)合在實(shí)習(xí)當(dāng)中取得的收獲，才能合理地解決復(fù)合模設(shè)計(jì)中可能出現(xiàn)的各種問題。當(dāng)然除此之外還必須要查找與本復(fù)合模設(shè)計(jì)相關(guān)的文獻(xiàn)和圖冊，從中進(jìn)一步地熟悉和了解模具的結(jié)構(gòu)，做到科學(xué)合理地熟練應(yīng)用。本次的設(shè)計(jì)是我在大學(xué)里最后的一門課，也是走向工作崗位前的一次熱身。通過對本復(fù)合模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，讓我對沖壓工藝性分析、沖壓工藝方案確定、沖模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有了更深刻的認(rèn)識，也提高了我沖壓工藝計(jì)算、繪制模具裝配圖、編寫說明書及工藝卡和查閱文獻(xiàn)資料的能力。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢1.2.1 國內(nèi)外模具行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀一個制造企業(yè)最重要的部分就是模具，可以說模具就是制造業(yè)的心臟。全球絕大部分的產(chǎn)品和零件都必須依靠模具才能生產(chǎn)出來，由此可見模具的重要性及應(yīng)用范圍的廣泛程度。一個國家模具工業(yè)的發(fā)達(dá)程度決定了他們的電子、電器、塑料、汽車、儀表、航空、輕工、日常用品等制造部門所生產(chǎn)出來的產(chǎn)品的質(zhì)量，可以說模具的質(zhì)量決定了產(chǎn)品的質(zhì)量。模具在工業(yè)上占據(jù)著及其重要的地位，比如在工業(yè)發(fā)達(dá)的國家，他們把模具作為機(jī)械制造方面的高科技產(chǎn)品來對待。他們認(rèn)為：“模具可以帶動社會的發(fā)展，促進(jìn)社會更快的走向富?！?。因此，了解和熟悉模具的發(fā)展的重要性是不言而喻的。我國的模具產(chǎn)業(yè)在改革開放之后得到了很大的發(fā)展，尤其是在上個世紀(jì)90年代后進(jìn)步幅度非常大，并且呈現(xiàn)出一些特點(diǎn)：我國的模具發(fā)展方向?qū)⒅饾u轉(zhuǎn)向大型化、精密化和復(fù)雜化；模具的生產(chǎn)也開始出現(xiàn)區(qū)域集中化，在長三角和珠三角地帶出現(xiàn)一大批優(yōu)秀的模具企業(yè)；模具的生產(chǎn)效率顯著提高，并且專業(yè)化程度有了很大提升，模具的制造水平較以往也有了很大提高1。在經(jīng)過最近這幾十年的發(fā)展之后，我國的模具工業(yè)有了顯著的進(jìn)步，無論是在質(zhì)量、數(shù)量還是在技術(shù)方面。隨著國外的CAD/CAE/CAM技術(shù)變得越來越成熟，我國也正廣泛的將這些計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)應(yīng)用到模具設(shè)計(jì)制造中來，這也有效的提高了我國模具制造的效率和精度。雖然我國的模具行業(yè)直觀上看起來發(fā)展的速度很快，但是實(shí)質(zhì)上模具的水平與世界先進(jìn)水平相比還是相差甚遠(yuǎn)，尤為顯著的是那些大型、復(fù)雜、精密、高壽命的高檔模具。舉個例子來說：我國的汽車模具行業(yè)，到目前為止已經(jīng)經(jīng)過了多年的發(fā)展，也取得了很大的進(jìn)步和成效，在全國范圍內(nèi)已經(jīng)有幾十家車身模具企業(yè)具有了一定的規(guī)模，但是在那些高檔的模具上，還是缺少創(chuàng)造性，每年還是需要從德國、日本等發(fā)達(dá)國家大量進(jìn)口，這就是因?yàn)槲覈哪＞哌€不能達(dá)到世界一流水平，與別的國家還有很大差距。除了這個外，我國的模具行業(yè)在發(fā)展過程中還存在很多其他的問題，如：模具制造的綜合技術(shù)不高，模具設(shè)計(jì)能力不強(qiáng)，并且缺乏創(chuàng)新性；模具企業(yè)的規(guī)模較小；模具工業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不合理，我國生產(chǎn)的模具中主要以簡單模和單工序模為主，大型、精密、復(fù)雜、長壽命類型的模具還在研發(fā)階段，主要依靠進(jìn)口等。相比之下，國外的模具工業(yè)就要比我國發(fā)達(dá)很多。尤其像歐美，日本這些工業(yè)發(fā)達(dá)國家，他們的模具行業(yè)起步得比我國早，擁有著良好的創(chuàng)新能力和先進(jìn)的技術(shù)。他們在模具設(shè)計(jì)制造中應(yīng)用了很多的先進(jìn)技術(shù)，例如:他們制造的模具精度很高，這就是因?yàn)樗麄兒芎玫耐茝V了CAD/CAM/CAE信息技術(shù)的使用；高速切削技術(shù)使得他們的生產(chǎn)效率大大提高2，在行業(yè)中更具競爭力；有著先進(jìn)的工藝管理，模具的標(biāo)準(zhǔn)化程度高3。比如他們國家的汽車模具生產(chǎn)就已經(jīng)進(jìn)入了專業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化、現(xiàn)代化的階段。 1.2.2 汽車覆蓋件沖壓工藝現(xiàn)狀我國以往的工藝性分析主要是靠個人的經(jīng)驗(yàn), 通過粗略分析零件的幾何形狀和特點(diǎn)、材料特性等, 從而做出定性分析結(jié)論，這樣必然會產(chǎn)生很大的誤差。但是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,慢慢出現(xiàn)了新的方法，如：幾何模擬法、力學(xué)模擬法、專家系統(tǒng)法等。在計(jì)算機(jī)的幫助下,利用這些方法可以在一定程度、一定范圍內(nèi)做出一些定量的分析結(jié)論4, 但是對于汽車覆蓋件沖壓工藝性分析中的一些根本性問題還是無法解決。隨著零件模型的發(fā)展, 出現(xiàn)了一種新的方法，叫可成形性分析方法5。但是這種方法具有很大的局限性，它只能解決各特征的局部可成形性分析,不能對覆蓋件各特征的協(xié)調(diào)工藝性和整體工藝性進(jìn)行分析。近年來, 隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展, 出現(xiàn)了基于知識工程的覆蓋件產(chǎn)品可成形性分析法6-8。這是建立在零件知識模型基礎(chǔ)上的工藝性推理過程。 工藝方案設(shè)計(jì)往往要涉及到很多的內(nèi)容，而且要考慮很多的因素,最主要的是很多工作難以用一個工藝決策來表達(dá), 不能進(jìn)行定量的計(jì)算, 因此目前汽車覆蓋件沖壓工藝方案的確定仍以經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)為主。但是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、人工智能技術(shù)和逐步發(fā)展和應(yīng)用, 人們開展了一些借助計(jì)算機(jī)技術(shù)來確定工藝方案設(shè)計(jì)的研究。目前計(jì)算機(jī)輔助覆蓋件工藝方案設(shè)計(jì)是以交互式為主流, 以智能化為研究熱點(diǎn)。采用混合決策方式和基于知識的設(shè)計(jì)方法將是當(dāng)前研究的趨勢9 。1.2.3 我國模具行業(yè)的發(fā)展趨勢雖然目前我國在模具的水平上還達(dá)不到世界一流水平，與日本、歐美等工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比還遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后，但這同時也表明了我國模具工業(yè)將有很大的發(fā)展空間。我們將汲取外國的豐富經(jīng)驗(yàn)，借鑒他們的方法來促進(jìn)我國模具行業(yè)的發(fā)展。我國的模具企業(yè)經(jīng)過調(diào)整后，模具在規(guī)模上將會向著大型化，在效率上將向著快速化，在結(jié)構(gòu)上將向著標(biāo)準(zhǔn)化，精密化等方向發(fā)展，至此我國的模具制造水平也將有更大程度的提高，與工業(yè)發(fā)達(dá)國家的模具制造水平之間的差距將逐漸縮小10,11。在今后，我國的模具行業(yè)的發(fā)展趨勢將體現(xiàn)在：（1）將會有更多的模具企業(yè)興起，不僅模具企業(yè)的數(shù)量將越來越多，其規(guī)模也會越來越大；（2）減少進(jìn)口模的數(shù)量，致力于自主研發(fā)制造大型、復(fù)雜、精密、長壽命模具，用來滿足國內(nèi)市場的需要；（3）考慮到生產(chǎn)效率問題，因此快速成型技術(shù)將得到大力開發(fā)，高速、高精度加工技術(shù)將得到廣泛應(yīng)用；（4）計(jì)算機(jī)技術(shù)將會得到廣泛的應(yīng)用，智能化、信息化、數(shù)字化技術(shù)會有更好的發(fā)展和推廣，除了CAD/CAM/CAE外，電子商務(wù)、WEB、ERP、CAPP、PDM、PLM等技術(shù)也將大力推廣，以提高模具制造過程的自動化程度；（5）模具的制造精度將越來越高，標(biāo)準(zhǔn)化程度也會有很大程度的提高，這將很好的提高模具質(zhì)量，縮短模具制造周期；（6）將會出現(xiàn)更多的模具新工藝和新技術(shù)，這將集中體現(xiàn)在模具制造的節(jié)能、節(jié)材技術(shù)，模具熱處理、表面處理和表面光整加工新技術(shù)等方面 12。1.2.4 汽車覆蓋件沖壓工藝的發(fā)展趨勢華中科技大學(xué)模具技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的四位專家鄭金橋、黃勇、王義林和李志剛對汽車覆蓋件工藝設(shè)計(jì)過程中關(guān)鍵技術(shù)的現(xiàn)狀進(jìn)行了分析討論之后，全面的分析了該項(xiàng)設(shè)計(jì)今后的發(fā)展趨勢。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和人工智能技術(shù)的飛速發(fā)展，汽車覆蓋件沖壓工藝技術(shù)也要與這些先進(jìn)技術(shù)緊密結(jié)合在一起，由此可以預(yù)見該項(xiàng)設(shè)計(jì)在今后的發(fā)展將主要體現(xiàn)在以下方面。首先，綜合多種方法的混合智能科技是今后處理問題的主要發(fā)展方向，該項(xiàng)科技會是今后非常主流的發(fā)展方法。其次，對沖壓工藝設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分如：拉延沖壓方向、工藝補(bǔ)充面、壓料面、拉延筋的設(shè)計(jì)進(jìn)行各個突破和集成設(shè)計(jì)。再次，工藝設(shè)計(jì)與工藝管理的一體化設(shè)計(jì)。最后就是基于CAE的覆蓋件工藝自適應(yīng)設(shè)計(jì)13,14?？偟膩碚f，沖壓工藝設(shè)計(jì)是一項(xiàng)覆蓋范圍非常廣，涉及內(nèi)容相當(dāng)多的繁瑣事項(xiàng)。通過分析當(dāng)前的生產(chǎn)活動的具體規(guī)定，將虛擬單位和網(wǎng)絡(luò)化等當(dāng)成是前提，使用多項(xiàng)智能科技，搭配管控科技等，對該項(xiàng)沖壓內(nèi)容進(jìn)行深入的論述，建立智能型的優(yōu)化CAPP 系統(tǒng)及與CAD/CAE/ CAM的集成化將是汽車車身制造信息化的重要內(nèi)容和發(fā)展方向。1.3 課題研究方法（1）了解工件的形狀和結(jié)構(gòu)，熟悉沖裁該工件所需的工序；（2）熟悉沖壓成型的理論，沖裁模的工藝性、結(jié)構(gòu)以及設(shè)計(jì)原則，確定工藝方案；（3）整理工件的外形尺寸，計(jì)算各工序的沖裁力，采用合理的排樣方法，計(jì)算材料利用率，確定各工序中凸模、凹模以及凸凹模的刃口尺寸及工作部分的尺寸，完成所有的計(jì)算部分，選擇好模架及壓力機(jī)；（4）認(rèn)真學(xué)習(xí)CAD三維制圖軟件，提高在制圖中的效率及準(zhǔn)確性；（5）結(jié)合沖裁模設(shè)計(jì)相關(guān)的手冊及圖冊，確定最終的工藝方案，并完成裝配圖和零件圖的繪制。1.4 論文的構(gòu)成本課題主要是對升降器外殼進(jìn)行模具設(shè)計(jì)，由計(jì)算分析可知，需要經(jīng)過落料、三次拉深、沖孔、翻邊和切邊工序。而根據(jù)本次設(shè)計(jì)采取的工藝方案可知，主要是設(shè)計(jì)一套落料首次拉深復(fù)合模和一套沖孔翻邊復(fù)合模。論文中將包含有工件工藝性分析，毛坯尺寸計(jì)算，拉深次數(shù)計(jì)算，材料利用率及排樣設(shè)計(jì)，沖壓力計(jì)算，壓力機(jī)選擇，模具刃口尺寸及工作尺寸的計(jì)算，模架、模柄、螺釘和銷釘?shù)倪x用、彈性元件的選用。除此之外還包括一張沖壓工藝卡、兩個主要零件的機(jī)加工工藝卡。最后對全文做一個總結(jié)，附上參考文獻(xiàn)、致謝詞和附錄。2工藝性分析2.1 工件的工藝分析(1）材料。該工件為汽車玻璃升降器外殼，所用材料為10鋼，厚度為1.5mm。10鋼是一種碳素結(jié)構(gòu)鋼,表2-1中列出了其各參數(shù)，由表中的參數(shù)可知，10鋼具有良好的強(qiáng)度和硬度，適合采用沖壓加工15。表2-1 10鋼的力學(xué)性能材料名稱牌號抗剪強(qiáng)度b/MPa抗拉強(qiáng)度b/MPa伸長率（%）屈服點(diǎn)s/MPa彈性模量E/MPa碳素結(jié)構(gòu)鋼1026034030044029210198000 (2）精度。該工件的主要配合尺寸是22.3和16.5以及拉深高度16。加工過程中得確保這兩個直徑尺寸的同軸度，并且對這兩個尺寸的精度要求也較高，此外口部圓角半徑較小，因此可能需要整形工序。但是通過制造精度高、間隙小的模具是可以實(shí)現(xiàn)的，因此，從精度方面來說，該工件也適合沖壓加工。(3）結(jié)構(gòu)。該工件是帶凸緣的筒形軸對稱零件，形狀比較簡單，有利于進(jìn)行合理排樣，材料利用率也高。連接處為圓弧過渡，不至于對模具造成大的損壞。并且尺寸設(shè)計(jì)的也比較合理，沖壓加工經(jīng)濟(jì)性良好。從結(jié)構(gòu)上來看，大致可以通過落料、拉深、沖孔、翻邊工序來實(shí)現(xiàn)。綜上所述，該工件適合采用沖壓加工來實(shí)現(xiàn)。圖2.1 工件圖2.2 修邊余量的計(jì)算dF1/d=50/23.8=2.1式中： dF1為工件的凸緣直徑，mm； d為筒形件拉深直徑，mm。表2-2 凸緣筒形件的修邊余量（mm）凸緣直徑dF凸緣相對直徑dF/d1.51.5222.52.53252550501001001501502002002502501.62.53.54.35.05.56.01.42.03.03.64.24.65.01.21.82.53.03.53.84.01.01.62.22.52.72.83.0查表2-2，得R=1.8mm2.0mm，故翻邊之前工件的直徑dF=50+2+2=54mm。由dF/d=54/23.8=2.271.4，可知該工件屬于寬凸緣筒形件。2.3 毛坯尺寸的計(jì)算D0 = (2-1)式中： D0為毛坯直徑，mm； h為拉深件高度，mm； r為圓角半徑，mm。代入數(shù)值有：D0 = 65mm2.4 確定是否采用壓邊圈t/D0*100=1.5/65*100=2.3其中t為材料厚度，mm。查表2-3可知，t/D0*100=2.32.0，故不用壓邊圈16。表2-3 采用壓邊圈的條件拉深方式第一次拉深（t/D）*100m1用壓邊圈不用壓邊圈可用可不用壓邊圈1.52.01.52.00.60.60.6 注：t為材料厚度；D為毛坯直徑。2.5 拉深次數(shù)的確定dF/d=54/23.8=2.27，t/D0*100%=1.5/65*100%=2.3%凸緣筒形件首次拉深極限相對高度h1/d1=0.280.35，而實(shí)際h/d=16/23.8=0.670.35。故不能一次拉深。表2-4 推薦采用的筒形件不用壓邊圈時的拉深系數(shù)毛坯相對厚度（t/D）*100各次拉深系數(shù)m1m2m3m4m5m61.52.02.53.03以上0.650.600.550.530.500.800.750.750.750.700.840.800.800.800.750.870.840.840.840.780.900.870.870.870.820.900.900.900.85注：此表適用于08、10及15Mn等材料。根據(jù)表2-4選取各次拉深系數(shù)如下：m1=0.56， d1=m1D0=0.56*65=36.5mm23.8mm m2=0.75， d2=m2d1=0.75*36.5=27.4mm23.8mm m3=0.80， d3=m3d2=0.80*27.4=21.9mm23.8mm故需要三次拉深。經(jīng)調(diào)整后：m1=0.56， d1=36.5mmm2=0.81， d2=29.5mmm3=0.81， d3=23.8mm計(jì)算各次拉深高度：hn=0.25/dn(D02-DF2)+0.43(rn+Rn)+0.14/dn(rn2-Rn2) (2-2)式中： hn為第n個工序后拉深件高度，mm； dn為第n個工序后拉深件直徑，mm； rn為第n個工序后拉深件底部圓角半徑，mm； Rn為第n個工序后拉深件凸緣處圓角半徑，mm。由于rn=2.25，Rn=2.25，故rn2-Rn2=0，代入數(shù)值得：h1=0.25/36.5*(652-542)+0.43*(2.25+2.25)+0.14/36.5*(2.252-2.252)=11mm；h2=0.25/29.5*(652-542)+0.43*(2.25+2.25)+0.14/29.5*(2.252-2.252)=13mm；h3=0.25/23.8*(652-542)+0.43*(2.25+2.25)+0.14/23.8*(2.252-2.252)=16mm。2.6 沖孔和翻邊的尺寸計(jì)算翻孔的豎邊高度為H，由工件圖的尺寸可知，H=21-16=5mm。由公式：H =（D-d0）/2+0.43r+0.72t =D/2(1-K)+0.43r+0.72t (2-3)其中， D為翻孔后工件直徑，mm； K為翻孔系數(shù)。代入數(shù)值則有：5=18/2(1-K)+0.43*1+0.72*1.5求得 K=0.61由公式K=d/D,有d0=KD =0.61*18=11mm。即翻邊前所沖裁的孔的直徑為11mm。d0/t=11/1.5=7.3，查15表19.5-1可知，其極限翻邊系數(shù)Kmin=0.50.61，故可以一次翻出高度為5的豎邊。2.7 工藝方案的確定根據(jù)以上的計(jì)算可知，該工件需要經(jīng)過落料、首次拉深、二次拉深、三次拉深、沖孔、翻邊和切邊工序才能加工完成。根據(jù)這些工序可以擬定以下幾種方案：方案一：全部采用單工序模；方案二：采用一套落料首次拉深復(fù)合模，其余采用單工序模；方案三：采用一套落料、首次拉深和沖孔復(fù)合模，其余采用單工序模；方案四：采用一套落料首次拉深復(fù)合模，一套沖孔翻邊復(fù)合模，其余采用單工序模。對于方案一，單工序模雖然優(yōu)點(diǎn)很多，比如結(jié)構(gòu)簡單，制造費(fèi)用低，但是最大的缺陷就是生產(chǎn)效率低，不適合大批量生產(chǎn)，因此不滿足本設(shè)計(jì)的要求。對于方案二，雖然采用了一套復(fù)合模，較方案一相比，有效的提高了生產(chǎn)效率，但是單工序模還是很多，制造精度和生產(chǎn)效率還是不太適合大批量生產(chǎn)。對于方案三，生產(chǎn)效率較前面兩種有很大提高，但是在沖完孔之后再進(jìn)行二次拉深和三次拉深，不能精確的保證孔徑的位置和尺寸，要是孔徑一旦發(fā)生變化的話，將會對翻邊的高度尺寸和翻邊口部的質(zhì)量產(chǎn)生嚴(yán)重影響，有可能加工出來的工件完全不符合要求，因此這種工序安排不太合理。對于方案四，無論是從生產(chǎn)效率還是制造精度方面較前面三種相比都更合理。綜上，采用第四種方案最合適。即先落料首次拉深復(fù)合、然后再二次拉深、三次拉深、沖孔翻邊復(fù)合、最后再切邊修整。2.8 排樣設(shè)計(jì)該工件的落料件為圓形，形狀簡單，故可以采用直排的方式，考慮到產(chǎn)品精度和模具壽命的因素，可以采用搭邊排樣。表2-5 最少搭邊值材料厚度/mm圓形非圓形aa1aa111223344556681.522.534561.51.522.534522.533.55671.522.53456 注：a為工件到條料邊緣的距離，a1為連個工件之間的距離。查表2-5可知，a1=1.5mm, a=2mm。排樣圖如下：圖2.2 排樣圖板材可以選1800mm*900mm*1.5mm的標(biāo)準(zhǔn)鋼板。分別比較縱裁和橫裁兩種排樣，看哪一種材料利用率高，從中選擇材料利用率較高的那一種17。（1）縱裁：每塊板料可以裁成的條料數(shù)為n1，n1=900/69=13；每塊條料可裁制件數(shù)為n2，n2=1800/66.5=27；每塊條料可裁制件數(shù)為n，n=n1*n2=13*27=351。材料利用率為， = *100%=72%（2）橫裁：每塊板料可以裁成的條料數(shù)為n1，n1=1800/69=26；每塊條料可裁制件數(shù)為n2，n2=900/66.5=13；每塊條料可裁制件數(shù)為n，n= n1* n2=26*13=338。材料利用率為， = *100%=69%通過上述比較可知，縱裁的材料利用率為72%，而橫裁的材料利用率為69%，故采用縱裁的排樣方式較好。2.9 模具工藝性分析2.9.1 各工序沖壓力的計(jì)算2.9.1.1 落料(1）落料力的計(jì)算 F落料=KLt0 (2-4)式中： F落料為落料力，N； K為安全系數(shù)，K=1.3； t為材料厚度，mm； 0為材料的抗剪強(qiáng)度，Mpa。代入數(shù)值有：F落料=1.3*3.14*65*1.5*300=119.42KN。(2）卸料力的計(jì)算F卸料=K1F卸料 (2-5)其中K1為卸料力系數(shù)，查15表3-12得K1=0.05。F卸料=0.05*119.42=5.97KN。2.9.1.2 首次拉深(1）拉深力的計(jì)算 F拉深1=K1d1tb (2-6)式中： F拉深1為首次拉深力，N； K1為修正系數(shù)； d1為第一次拉深工序件的直徑，mm； t為材料厚度，mm；b為材料的抗拉強(qiáng)度，Mpa。代入數(shù)值有：F拉深1=1.0*3.14*36.5*1.5*400=68.81KN。 (2）頂件力的計(jì)算F頂件1=KF拉深1 (2-7)其中K為頂件力系數(shù)，查15表3-12得K=0.1。F頂件1=0.1*68.81=6.88KN。2.9.1.3 二次拉深(1）拉深力的計(jì)算F拉深2=K2d2tb (2-8)式中： F拉深2為二次拉深力，N； K2為修正系數(shù)； d2為第二次拉深工序件的直徑，mm； t為材料厚度，mm；b為材料的抗拉強(qiáng)度，Mpa。代入數(shù)值有：F拉深2=0.85*3.14*29.5*1.5*400=47.24KN。 (2）頂件力的計(jì)算F頂件2=KF拉深2 (2-9)其中K為頂件力系數(shù)，查15表3-12得K=0.1。F頂件2=0.1*47.24=4.72KN。2.9.1.4 三次拉深(1）拉深力的計(jì)算F拉深3=K3d3tb (2-10)式中： F拉深3為三次拉深力，N； K3為修正系數(shù)； d3為第三次拉深工序件的直徑，mm； t為材料厚度，mm；b為材料的抗拉強(qiáng)度，Mpa。代入數(shù)值有：F拉深3=0.85*3.14*23.8*1.5*400=38.11KN。(2）頂件力的計(jì)算F頂件3=KF拉深3 (2-11)其中K為頂件力系數(shù)，查15表3-12得K=0.1。F頂件3=0.1*38.11=3.81KN。2.9.1.5 沖孔(1）沖孔力的計(jì)算F沖孔=KLt0 (2-12)式中： F沖孔為沖孔力，N； K為安全系數(shù)，K=1.3； t為材料厚度，mm； 0為材料的抗剪強(qiáng)度，Mpa。代入數(shù)值有：F沖孔=1.3*3.14*11*1.5*300=20.21KN。(2）卸料力的計(jì)算F卸料=K1F沖孔 (2-13)其中K1為卸料力系數(shù)，查15表3-12得K1=0.05。F卸料=0.05*20.21=1.01KN。2.9.1.6 翻邊(1）翻邊力的計(jì)算 F翻邊=1.1ts（D-d0） (2-14) 式中： F翻邊為翻邊力，N； t為材料厚度，mm； s為材料的屈服極限，Mpa； D為翻邊后的孔直徑，mm； d0為坯料的預(yù)制孔直徑，mm。 代入數(shù)值有：F翻邊=1.1*3.14*1.5*210*（18-11）=7.62KN。 (2）頂件力的計(jì)算F頂件=KF翻邊 (2-15)其中K為頂件力系數(shù)，查15表3-12得K=0.1。F頂件=0.1*7.62=0.76KN。2.9.1.7 切邊(1）切邊力的計(jì)算F切邊=KLt0 (2-16)式中： F切邊為切邊力，N； K為安全系數(shù)，K=1.3； t為材料厚度，mm； 0為材料的抗剪強(qiáng)度，Mpa。代入數(shù)值有：F切邊 =1.3*3.14*50*1.5*300=91.85KN。(2）卸料力的計(jì)算F卸料=K1F切邊 (2-17)其中K1為卸料力系數(shù)，查15表3-12得K1=0.05。F卸料=0.05*91.85=4.55KN。2.9.2 壓力機(jī)的選擇2.9.2.1 落料首次拉深復(fù)合模F = F落料+ F卸料+ F拉深1+ F頂件1=119.42+5.97=68.81+6.88=201.08KN。因此壓力機(jī)的公稱壓力應(yīng)大于201.08KN，可以選定JH21-25開式壓力機(jī)，其公稱壓力為250KN18。表2-6 JH21-25開式壓力機(jī)參數(shù)參數(shù)名稱公稱壓力/KN滑塊行程/mm最大閉合高度/mm封閉高度調(diào)節(jié)量/mm模柄孔直徑/mm參數(shù)值2508025050802.9.2.2 二次拉深單工序模F = F拉深2+ F頂件2=47.24+4.72=51.96KN。選用JH21-25開式壓力機(jī)。2.9.2.3 三次拉深單工序模F = F拉深3+ F頂件3=38.11+3.81=41.92KN。 選用JH21-25開式壓力機(jī)。2.9.2.4 沖孔翻邊復(fù)合模F = F沖孔+ F卸料+ F翻邊+ F頂件=20.21+1.01+7.62+0.76=29.60KN。 選用JH21-25開式壓力機(jī)。2.9.2.5 切邊單工序模F = F切邊+ F卸料=91.85+4.55=96.4KN。 選用JH21-25開式壓力機(jī)。2.9.3 模具壓力中心該制件形狀簡單，結(jié)構(gòu)對稱，故模具壓力中心就在輪廓的幾何中心。3 模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算3.1 模具主要零部件尺寸計(jì)算3.1.1 落料模刃口尺寸對于毛坯外形尺寸65取IT14級確定公差。=0.74，因此外形直徑尺寸為65mm。凹模刃口尺寸：Dd=（D-x）+d (3-1)凸模刃口尺寸：Dp=（DP-Zmin）-P (3-2)表3-1 簡單形狀沖裁時凸模、凹模的制造公差（mm）公稱尺寸凸模公差d凹模公差p1818303080801201201800.0200.0200.0200.0250.0300.0200.0250.0300.0350.040表3-2 系數(shù)x的取值材料厚度/mm非圓形圓形10.750.50.750.5工件公差/mm1122440.160.200.240.300.170.350.210.410.250.490.310.590.360.420.500.600.160.200.240.300.160.200.240.30 由表3-1、3-2可知：p=0.02， d=0.03, x=0.5Zmin=0.132， Zmax=0.24校核條件：P+d=0.02+0.03=0.05Zmax-Zmin=0.24-0.132=0.108說明（P+d）（Zmax-Zmin）成立。將已知數(shù)據(jù)代入公式得：Dd=(65-0.5*0.74)=64.63mmDp=(64.63-0.132)=64.63mm3.1.2 首次拉深模工作尺寸凹模圓角半徑：rA1=0.8 (3-3)凸模圓角半徑： rT1=(0.71.0) rA1 (3-4)代入數(shù)值有rA1=0.8=5mmrT1=(0.71.0) rA1=0.8*5=4mm凸、凹模單邊間隙：Z=(11.1)tmax (3-5)代入數(shù)值有Z=1.1*1.5=1.6mm凹模工作尺寸：DA1=D (3-6)凸模工作尺寸：DT1=（D-2Z） (3-7)代入數(shù)值有DA1=36.5=36.5DT1=（36.5-2*1.6）=33.3凸模出氣孔直徑：查19表9-39可知，出氣孔直徑d1=5mm3.1.3 二次拉深模工作尺寸凹模圓角半徑：rAi=（0.60.9）rA(i-1)(i=2,3，n) (3-8)凸模圓角半徑：rT(i-1)=(di-1-di-2t)/2(i=3,4，n) (3-9)代入數(shù)值有rA2=0.8*5=4mmrT2=(29.5-23.8-3)/2=1.4mm凸、凹模單邊間隙：Z=(11.1)t =1.1*1.5=1.6mm凹模工作尺寸：由式（3-6）可知， DA2=D=29.5凸模工作尺寸：由式（3-7）可知， DT2=（D-2Z）=26.5凸模出氣孔直徑： d2=5mm3.1.4 三次拉深模工作尺寸凹模圓角半徑：由式（3-8）可知， rA3=0.8*4=3.23.0mm凸模圓角半徑：由工件尺寸可知， rT3=1.5mm凸、凹模單邊間隙：Z=(11.1)t=1*1.5=1.5mm由于工件圖中拉深件標(biāo)注的是內(nèi)形尺寸，因此以凸模尺寸為基準(zhǔn)。凸模工作尺寸：DT=(d+0.4) (3-10)凹模工作尺寸：DA=(d+0.4+2Z) (3-11)代入數(shù)值有DT3=(22.3+0.4*0.13)=22.82DA3=(22.3+0.4*0.13+2*1.5)=25.82凸模出氣孔直徑： d3=5mm3.1.5 沖孔模刃口尺寸對于11按IT10級確定公差，查表有: =0.06，因此整理后的直徑為11mm。凸模刃口尺寸：dP=(d+x) (3-12)凹模刃口尺寸：dd=( dP+Zmin) (3-13)由表3-1、表3-2可知：p=0.02， d=0.02, x=0.75Zmin=0.132， Zmax=0.240校核條件：p+d=0.02+0.02=0.04Zmax-Zmin=0.24-0.132=0.108說明（p+d）（Zmax-Zmin）成立。將已知數(shù)據(jù)代入公式得：dP=(11+0.75*0.06)=11.05mmdd=(11.05+0.132)=11.18mm3.1.6 翻邊模工作尺寸為保證翻孔邊的豎直，翻邊模的單邊間隙值應(yīng)略小于材料的厚度。一般取單邊間隙Z為：Z=（0.750.85）t (3-14)其中t為材料的厚度。代入數(shù)值有： Z=0.8*1.5=1.2mm翻邊凸模的圓角半徑： rt=2mm翻邊凹模的圓角半徑： r=R工件=1mm翻邊凸模直徑： D=16.5mm翻邊凹模直徑： D=16.5+2*1.2=18.9mm3.2 落料首次拉深凸凹模的設(shè)計(jì)該凸凹模既充當(dāng)落料的凸模，同時又充當(dāng)拉深的凹模。內(nèi)外緣均為刃口，壁厚取決于制件的形狀和尺寸。凸凹模的最小壁厚與模具結(jié)構(gòu)的關(guān)系為:當(dāng)模具為倒裝結(jié)構(gòu)時，最小壁厚應(yīng)大些；當(dāng)模具為正裝結(jié)構(gòu)時，最小壁厚可以小些。此模具設(shè)計(jì)是為正裝式凸凹模，因此其壁厚可以比倒裝式的稍小20。表3-3 倒裝式復(fù)合模的凸凹模最小壁厚材料厚度t/mm0.40.60.81.01.21.41.61.8最小厚度/mm1.41.82.32.73.23.64.04.4正裝式比倒裝式最小壁厚稍小，因此該落料拉深凸凹模最小壁厚為3.8mm,凸凹模的壁厚應(yīng)大于3.8mm。由沖裁件的尺寸可知，凸凹模壁厚應(yīng)為14mm，因此壁厚合理。其長度可取為65mm，最終形狀和尺寸如下圖：圖3.1 落料首次拉深凸凹模3.3 落料凹模的設(shè)計(jì)凹模厚度：H=Kb(15mm) (3-15)凹模壁厚：C=(1.52)H（3040mm） (3-16)式中： b為凹模刃口最大尺寸，mm； k為系數(shù)取 H=21.5mm C=35.25mm 落料凹模的最終形狀和尺寸如下圖所示：圖3.2 落料凹模3.4 首次拉深凸模的設(shè)計(jì)拉深凸模的工作尺寸已由之前的計(jì)算部分可知，因此只需確定其高度即可。拉深凸模的高度可以根據(jù)制件的尺寸及生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)取為H=35mm,其最終的形狀和尺寸如下圖所示：圖3.3 拉深凸模3.5 沖孔凸模的設(shè)計(jì)沖孔凸模的刃口尺寸在之前的計(jì)算部分也已完成，只需確定其長度即可。沖孔凸模長度根據(jù)工件的尺寸和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)取為L=35mm，其最終的形狀和尺寸如下圖所示：圖3.4 沖孔凸模3.6 翻邊凹模的設(shè)計(jì)凹模厚度設(shè)為25mm，壁厚為24mm，其最終形狀和尺寸如下圖所示:圖3.5 翻邊凹模3.7 沖孔翻邊凸凹模的設(shè)計(jì)凸凹模壁厚由沖裁件的尺寸已經(jīng)決定了，因此只需確定其高度即可。高度H=55mm，其最終的形狀和尺寸如下圖所示：圖3.6 沖孔翻邊凸凹模3.8 模架的選擇（1）落料首次拉深復(fù)合模模架常見的模架主要有滑動式導(dǎo)向和滾動式導(dǎo)向兩種。在生產(chǎn)中比較常見的是滑動式導(dǎo)向模架。而滑動式導(dǎo)向模架最常見的四種形式分別為：中間導(dǎo)柱模架、四角導(dǎo)柱模架、對角導(dǎo)柱模架和后側(cè)導(dǎo)柱模架。中間導(dǎo)柱模架其導(dǎo)柱分布在凹模的對稱中心線上，且兩個導(dǎo)柱直徑不同，這樣是為了防止裝配錯誤，只能縱向送料，在單工序模或工位少的級進(jìn)模中使用較多。四角導(dǎo)柱模架的四個導(dǎo)柱均勻分布在凹模的兩個對角線上。在高精度或大尺寸的沖裁件的生產(chǎn)以及對模具壽命要求很高的多工位級進(jìn)模中使用較多。對角導(dǎo)柱模架的兩個導(dǎo)柱分布在凹模的對角線上，為了防止裝配錯誤，兩個導(dǎo)柱的大小并不一樣，為一大一小。在橫向送料的級進(jìn)模、縱向送料的單工序?；驈?fù)合模中使用較多。后側(cè)導(dǎo)柱模架的兩個導(dǎo)柱直徑相同，分布在模架的后側(cè)。它既能橫向送料，也能縱向送料。但是它的缺點(diǎn)就是如果出現(xiàn)偏心載荷的話，就會使上模歪斜，對凸模、凹模造成損壞，從而降低模具壽命。因此該模架在較小的沖裁模中使用較多21。綜上，本設(shè)計(jì)可以選擇滑動式后側(cè)導(dǎo)柱模架。模架的具體參數(shù)如下： 凹模周界：L*B=160mm*160mm閉合高度：160200mm上模座： 160mm*160mm*40mm下模座： 160mm*160mm*45mm導(dǎo)柱： 28mm*150mm導(dǎo)套： 28mm*80mm*38mm（2）沖孔翻邊復(fù)合模模架因?yàn)樵撃＞咚鶝_裁制件尺寸與前面模具幾乎一樣，而且所需的沖裁力也相差不大，因此可以選同樣的模架，各墊板和固定板厚度也可設(shè)為一樣，只有工作零件尺寸不一樣，模架各尺寸同上。3.9 模柄的選擇沖裁中常用的模柄有：旋入式模柄、壓入式模柄、凸緣模柄、浮動模柄、槽型模柄和推入式活動模柄。經(jīng)比較決定選用凸緣模柄，根據(jù)凸緣模柄的標(biāo)準(zhǔn)，最終模柄的形狀和尺寸如下：圖3.7 模柄3.10 各板料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上墊板尺寸：130mm*130mm*10mm下墊板尺寸：130mm*130mm*10mm固定板尺寸：130mm*130mm*15mm3.11 彈性元件的選用橡膠許可的承受載荷較大，并且安裝和調(diào)節(jié)靈活方便，因此采用橡膠作為彈性元件。在本設(shè)計(jì)中采用圓筒形橡膠。橡膠直徑：D= (3-17)其中：D為橡膠直徑，mm； d為橡膠中心孔直徑，mm； F為卸料力，N； f為單位面積壓力，Mpa；橡膠高度;H=hx/(0.250.30) (3-18)其中：H為橡膠高度，mm； hx為橡膠工作壓縮量，mm（1）落料首次拉深復(fù)合模橡膠塊取橡膠壓縮量為30%，則橡膠的單位壓力f為2Mpa，將d和F的數(shù)值代入有：D= =90mmH=13/(0.250.30)=4352mm, 取H=50mm校核：H/D=50/90=0.56，介于（0.5-1.5）D之間，所以橡膠尺寸合理。（2）沖孔翻邊復(fù)合模橡膠塊取橡膠壓縮量為30%，則橡膠的單位壓力f為2Mpa，將d和F的數(shù)值代入有：D= =62mmH=9/(0.250.30)=3036mm, 取H=35mm 校核：H/D=35/62=0.56，介于（0.5-1.5）D之間，所以橡膠尺寸合理。3.12 螺釘、銷釘?shù)倪x用各螺釘和銷釘都選用標(biāo)準(zhǔn)件，其中上、下模座緊固用的螺釘、銷釘尺寸如下：(1)落料首次拉深復(fù)合模上模座螺釘：M8*50上模座銷釘：6*55下模座螺釘：M10*85下模座銷釘：8*85(2)沖孔翻邊復(fù)合模上模座螺釘：M8*50上模座銷釘：6*55下模座螺釘：M10*55下模座銷釘：8*603.13 閉模高度計(jì)算 (1）落料首次拉深復(fù)合模H閉1=H上模座+H下模座+L凸模長度+H凹模厚度+H墊板-L凸模進(jìn)入凹模長度=195.5200， 故閉模高度合理。 (2）沖孔翻邊復(fù)合模H閉2=H上模座+H下模座+L凸模長度+H凹模厚度+H墊板-L凸模進(jìn)入凹模長度=185200， 故閉模高度合理。4 沖壓工藝卡與機(jī)加工工藝卡4.1 沖壓工藝卡沖壓工藝過程卡長沙理工大學(xué)沖壓工藝卡產(chǎn)品名稱零件名稱升降器外殼第1頁產(chǎn)品型號零件型號共2頁材料牌號10鋼毛坯形狀及尺寸65 x 1.5下料板料為1800 x 900 x 1.5縱裁成1800 x 69 x 1.5工序號工序名稱工序內(nèi)容工序簡圖模具名稱設(shè)備工時1落料首次拉深落料65的坯料、拉深直徑33.3，拉深高度11落料首次拉深復(fù)合模JH21-252二次拉深拉深直徑26.5，拉深高度13二次拉深模JH21-25長沙理工大學(xué)沖壓工藝卡產(chǎn)品名稱零件名稱升降器外殼第2頁產(chǎn)品型號零件型號共2頁材料牌號10鋼毛坯形狀及尺寸65 x 1.5下料板料為1800 x 900 x 1.5縱裁成1800 x 69 x 1.5工序號工序名稱工序內(nèi)容工序簡圖模具名稱設(shè)備工時