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北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文
第1章 緒 論
作為一個即將畢業(yè)的材料專業(yè)模具方向?qū)W生來說，４年專業(yè)知識的學(xué)習(xí)，為以后從事沖壓模具設(shè)計打下了良好的基礎(chǔ)。同時在校時了解模具行業(yè)的發(fā)展趨勢也是很有必要的,它有助于我們把握自己的學(xué)習(xí)方向，不斷提高自己的專業(yè)素養(yǎng)。
近年中國經(jīng)濟高速增長。各行各業(yè)高速發(fā)展，帶動了模具市場的持續(xù)高速發(fā)展。模具市場中最大的板塊是汽車。模具市場中第二大板塊是電子及信息產(chǎn)業(yè)。中國的玩具、自行車、微波爐分別占全世界市場份額的70%、60%和50%。中國的影印機、個人電腦、電視機和空調(diào)器分別占全世界市場份額的2/3、2/5和1/3。冰箱也已占了20%。這些產(chǎn)品制造業(yè)都是模具的大用戶。在此形勢之下，中國的模具工業(yè)高速發(fā)展是必然所趨。
隨著中國加入WTO，在機遇與挑戰(zhàn)并存中，中國模具工業(yè)面臨的形勢是機遇大于挑戰(zhàn)。因而，一方面是模具的進(jìn)出口高速發(fā)展，另一方面是外資大量涌入中國的模具行業(yè)。外資大量涌入中國模具行業(yè)產(chǎn)生兩方面效應(yīng)。一是外資不僅帶來資金，也帶來了技術(shù)與市場；二是外資企業(yè)在市場中處于優(yōu)勢地位，給國內(nèi)民族工業(yè)帶來了很大的競爭壓力。這兩方面效應(yīng)都促使中國模具工業(yè)的快速發(fā)展，包括模具產(chǎn)品的數(shù)量、質(zhì)量、品種和水平。
現(xiàn)代模具工業(yè)有“不衰亡工業(yè)”之稱。世界模具市場總體上供不應(yīng)求，市場需求量維持在600億至650億美元，同時，我國的模具產(chǎn)業(yè)也迎來了新一輪的發(fā)展機遇。近幾年，我國模具產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值保持13%的年增長率（據(jù)不完全統(tǒng)計，2004年國內(nèi)模具進(jìn)口總值達(dá)到600多億，同時，有近200個億的出口），2005年模具產(chǎn)值超過600億元，模具及模具標(biāo)準(zhǔn)件出口將從每年9000多萬美元增長到2005年的2億美元左右。
質(zhì)量、周期、價格、服務(wù)，是模具銷售的四大要素。在目前的模具市場中，周期越來越重要。模具材料不斷漲價，工資不斷上升，模具價格總體上卻是不漲反降，因此模具生產(chǎn)企業(yè)利潤空間被壓縮。為了生存與發(fā)展，近年模具企業(yè)更加注重技術(shù)進(jìn)步和管理改善。這些也都促進(jìn)了模具市場的健康發(fā)展。由于中低檔模具競爭加劇，中高檔模具市場空間相對較大，因此，不斷提高模具產(chǎn)品的技術(shù)含量，已是許多模具企業(yè)的共同目標(biāo)。這樣，大型、精密、復(fù)雜、長壽命等技術(shù)含量高的中高檔模具的發(fā)展速度自然也就快于模具行業(yè)的總體發(fā)展速度。從而促進(jìn)了模具市場的產(chǎn)品和技術(shù)結(jié)構(gòu)向著合理化方向發(fā)展，致使模具市場更加繁榮。
未來模具技術(shù)的發(fā)展趨勢：（1）模具產(chǎn)品發(fā)展將大型化精密化。（2）快速經(jīng)濟模具的前景十分廣闊。（3）模具標(biāo)準(zhǔn)件的應(yīng)用將日漸廣泛。（4）在模具設(shè)計制造中將全面推廣CAD/CAM/CAE技術(shù)。（5）模具高速掃描及數(shù)字化系統(tǒng)將發(fā)揮更大的作用。（6）模具研磨拋光將向自動化、智能化方向發(fā)展。（7）模具自動加工系統(tǒng)的研制和發(fā)展。
第2章 設(shè)計題目
產(chǎn)品名稱：蓋體
材料：LF21（M），厚度t=1.2mm。
下圖為零件的二維CAXA圖：
圖2-1 蓋體零件圖
第3章 工藝分析
工件的工藝性是指工件對沖壓加工工藝的適應(yīng)性，它是從沖壓加工角度對產(chǎn)品設(shè)計提出的工藝要求。工藝分析包括技術(shù)和經(jīng)濟兩方面內(nèi)容。在技術(shù)方面，根據(jù)產(chǎn)品圖樣，主要分析該沖壓件的形狀特點、尺寸大小、精度要求和材料性能等因素是否符合沖壓加工的要求。在經(jīng)濟方面，主要根據(jù)沖壓件的生產(chǎn)批量，分析產(chǎn)品成本，闡明采用沖壓加工可取得的經(jīng)濟效益。
3.1 技術(shù)分析
3.1.1 沖裁的結(jié)構(gòu)工藝性
（1）沖裁件的外形或內(nèi)孔應(yīng)避免尖銳的清角，在各直線或曲線的連接處，除屬于無廢料沖裁或采用鑲拼模結(jié)構(gòu)外，宜有適當(dāng)?shù)膱A角，其半徑的最小值如表1所示：本次沖裁為落料一圓形件。
（2）用普通沖裁模沖制的零件，其斷面與零件表面并不垂直，并有明顯區(qū)域性特征。采用合理使用間隙沖裁模沖制的零件，光亮區(qū)域約占斷面厚度的30%；凹模側(cè)有明顯的塌角，凸模側(cè)有高度不小于0.05mm的毛刺；外形有一定程度的拱曲。
（3）凡產(chǎn)品圖紙上未注公差的尺寸均屬于未注公差尺寸。在計算凸模和凹模時，沖壓件未注公差尺寸的極限偏差數(shù)值通常按GB1800-79IT14級。
3.1.2 拉深的結(jié)構(gòu)工藝性
（1）拉深件的形狀應(yīng)盡量簡單、對稱。
（2）拉深件各部分尺寸比例要恰當(dāng)。
拉深件高度不宜太大，一般控制在h<=2d(h為拉深件高度，d為拉深件直徑)。拉深件凸緣寬度不宜太寬，一般控制在如下范圍：d+12t<=d凸<=d+25t。盡量避免設(shè)計寬凸緣和深度大的拉深件，因為這類工件需要較多的拉深次數(shù)。如果工件空腔不深，但凸緣直徑很大，制造也很費勁。工件凸緣的外廓最好與拉深部分的輪廓形狀相似；如果凸緣的寬度不一致，僅拉深困難，還要添加工序，還需放寬切邊余量，增加金屬消耗。該蓋體整體形狀為帶凸緣圓筒形件。
（3）拉深件的圓角半徑要合適。
拉深件的圓角半徑，應(yīng)盡量大些，以利于成形和減少拉深次數(shù)。拉深件底與壁、凸緣與壁、矩形件的四壁間圓角半徑如圖（3）應(yīng)滿足R1≥t，R2≥2t，R3≥3t，否則，應(yīng)增加整形工序。如增加一次整形工序，其圓角半徑可取R1≥（0.1～0.3）t，R2≥（0.1～0.3）t。
（4）拉深件厚度的不均勻現(xiàn)象要考慮
拉深件由于各處變形不均勻，上下壁厚變化可達(dá)1.2t至0.75t （見圖4）。多次拉深的工件內(nèi)外壁上或帶凸緣拉深件的凸緣表面，應(yīng)允許有拉深過程中所產(chǎn)生的印痕。除非工件有特殊要求時才采用整形或趕形的方法來消除這些印痕。
圖3-1 拉深件的圓角半徑
（5）拉深件的尺寸精度不宜要求過高
（6）拉深件的尺寸精度一般不高于IT13級，如果要求尺寸精度高于IT13級，則需要增
加校形工序。
3.2 經(jīng)濟分析
所謂經(jīng)濟性，就是以最小的耗費取得最大的經(jīng)濟效果。也就是生產(chǎn)中的“最小最大”原則。在沖壓生產(chǎn)中，保證產(chǎn)品質(zhì)量，完成產(chǎn)品數(shù)量、品種計劃的前提下，產(chǎn)品成本越低，說明企業(yè)經(jīng)濟效果越大。沖壓生產(chǎn)表明，零件生產(chǎn)批量的大小，對沖壓加工的經(jīng)濟性起著決定性作用。
3.2.1 沖壓件成本分析
沖壓件的制造成本受產(chǎn)量的影響較大。在一定條件下，沖壓產(chǎn)量的增減，將會引起成本中某些費用的變化，其結(jié)果使得成本發(fā)生波動。為此可將產(chǎn)品成本分為固定費用和變動費用兩部分。固定費用是指在一定時期和一定產(chǎn)量范圍內(nèi)，它的總額不隨產(chǎn)量變動而變動，它是維持生產(chǎn)能力而基本不變的費用。但是單位固定費用，也就是分?jǐn)傇诿總€產(chǎn)品上的固定費用卻是可變的。即單位固定費用與產(chǎn)量成反比例變化。
變動費用是指它的總額隨產(chǎn)量的增減而成比例增減。但就產(chǎn)品單位費用而言，變動費用則基本不變。
上述可知，沖壓件生產(chǎn)成本是由固定費和可變費兩部分組成的，故只要設(shè)法降低固定費用或可變費用，都能使生產(chǎn)成本降低，利潤增加。同時可采用先進(jìn)設(shè)備以提高生產(chǎn)效率、減少加工費用已成為眾多企業(yè)的選擇，有利于企業(yè)的長期經(jīng)濟效益?？梢娖髽I(yè)要提高經(jīng)濟效益，就要在降低成本和提高生產(chǎn)率兩方面考慮。
3.2.2 降低制造成本的主要途徑
降低產(chǎn)品成本，包括增產(chǎn)、節(jié)約兩個方面。增產(chǎn)可降低產(chǎn)品成本中的固定費用，相對地減少消耗，節(jié)約便能直接降低消耗，它們都是降低成本的重要途徑。沖壓件的成本包括材料費、加工費、模具費等項。因此，降低成本，就是要降低以上各項費用。以下討論降低成本的措施。
3.2.2.1 工藝合理化
沖壓生產(chǎn)中，制定合理的工藝方案，往往是降低成本的有效途徑。沖壓同樣的工件，通常可采用幾種不同的工藝方案，其經(jīng)濟效果也不相同。因此，應(yīng)把各種方案加以分析比較，從中選擇一種合理的方案。一般說來，在大批量生產(chǎn)情況下，應(yīng)盡量把工序集中起來，采用復(fù)合或連續(xù)沖壓工藝，這有利于降低可變成本。而小批量生產(chǎn)時，則采用單工序分散沖壓或簡易模沖壓為宜。對于非對稱的工件，應(yīng)盡可能采用對稱沖壓，這樣不僅可使變形均勻，同時還降低了成本。一般在制定新產(chǎn)品工藝時進(jìn)行。當(dāng)產(chǎn)量發(fā)生變化，模具壽命短或因事故發(fā)生損壞時，由于更改產(chǎn)品設(shè)計而改變模具時，以及變更設(shè)備等生產(chǎn)條件發(fā)生變化時，要重新討論產(chǎn)品工藝。由于工藝的合理化能降低模具費、節(jié)約加工工時降低材料費等，所以必然降低零件總成本。
根據(jù)實踐經(jīng)驗，集中到一副模具上的工序數(shù)量不宜太多，對于復(fù)合模，一般為2～3個工序，最多4個工序，對于連續(xù)模，集中的工序數(shù)可以多些。
3.2.2.2 工件設(shè)計應(yīng)具有良好的沖壓工藝性
在不影響工件使用要求的前提下，其結(jié)構(gòu)形狀應(yīng)盡可能簡單，尺寸精度要求盡可能低。這樣可減少工序數(shù)量，簡化模具結(jié)構(gòu)，既可降低可變成本，又可降低不變成本。
3.2.2.3 沖壓過程的自動化及機械化
在大批量生產(chǎn)中，實現(xiàn)沖壓過程的機械化與自動化生產(chǎn)，從安全和降低成本兩個方面來看，將成為沖壓加工的發(fā)展方向。今后不僅大批量生產(chǎn)中采用自動化，在小批量生產(chǎn)中也可采用自動化生產(chǎn)。在大批量生產(chǎn)中采用自動化時，雖然模具費用較高，但生產(chǎn)率高，產(chǎn)量大，分?jǐn)偟矫總€工件上的模具折舊費和加工費卻比單件小批生產(chǎn)時要低。
3.2.2.4 工件的材料選用要適當(dāng)，材料利用率要高
在沖壓生產(chǎn)中，工件的材料費占制造成本的60%左右。因此，在保證工件使用要求和沖壓工藝性能的前提下，提高材料利用率，減少搭邊并合理排樣，充分利用工藝余料和結(jié)構(gòu)廢料，以薄料代厚料，以黑色金屬代有色金屬等，均是降低沖壓件成本的有效途徑。降低材料費的方法如下：
（1）在滿足零件強度和使用要求的情況下，減少材料厚度。
（2）降低材料單價。
（3）改進(jìn)毛坯形狀，合理排樣。
（4）減少搭邊，采用少廢料或無廢料排樣。
（5）對稱壓制。
（6）組合排樣。
3.2.2.5 盡量降低模具制造費用
模具費在沖壓件成本中占有一定比重，據(jù)有關(guān)資料介紹約占沖壓件成本的10%～30%。為降低模具成本，模具結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能簡單，模具材料選用應(yīng)盡可能合理，并且模具加工要求不宜過高。同時，應(yīng)盡可能多的采用模具標(biāo)準(zhǔn)件，擴大模具典型結(jié)構(gòu)，縮短模具制造周期。
3.3 蓋體的工藝分析
3.3.1 材料
蓋體的材料LF21（M），LF21為舊牌號，對應(yīng)新牌號為3A21， M為退火狀態(tài)，
力學(xué)性能：
抗拉強度（cb/MPa）：125
屈服強度（G0.2/MPa）：105
伸長率（g/%）：17
3.3.2 零件結(jié)構(gòu)
本蓋體采用1.2mm的LF21（M）鋼板沖壓而成，可保證足夠的強度和剛度。
3.3.3 尺寸精度
零件圖上所有未標(biāo)注公差的尺寸，屬于自由尺寸，可按IT14確定工件尺寸的公差。
零件外形：95.3 0-0.87 520-0.74 31.20-0.62 360-0.62
零件內(nèi)形：280+0。52 130+0。43
中心距： 40±0.31
第4章 制定工藝方案
工藝方案的內(nèi)容是確定沖裁件的工藝方案，主要包括確定工序數(shù)，工序組合和工序順序的安排，應(yīng)在工藝分析的基礎(chǔ)上制定幾種可能的方案，再根據(jù)工件的批量、形狀等多方面的因素全面考慮，綜合分析，選取一種較為合理的沖壓方案。
4.1 工藝方案的分析
蓋體的形狀表明，它為拉深件，所以拉深為基本工序。另外還有翻邊工序,拉深件的毛坯尺寸與拉深次數(shù)，通過計算來確定。
4.1.1 修邊余量
毛坯展開尺寸可根據(jù)毛坯面積等于拉深件面積的原則來確定。由于材料的各項異性以及拉深時金屬流動條件的差異，為了保證端蓋的尺寸，必須留出修邊余量，在計算毛坯尺寸時，必須計入修邊余量，修邊余量的數(shù)值可查表5—7知。拉深件凸緣直徑dF=68mm，凸緣的相對直徑dF/d=2.4，查知修邊余量△=2.5mm。
4.1.2 計算毛坯尺寸
在不變薄拉深中，雖然在拉深過程中坯料的厚度發(fā)生一些變化。在工藝設(shè)計時，可以不計坯料的厚度變化，概略地按拉深前后坯料的面積相等的原則進(jìn)行坯料尺寸的計算。由于金屬的流動性和材料的各向異性，毛坯拉深后，工件邊口不齊。一般情況拉深后都要修邊，因此在計算毛坯時，必須把修邊余量計入工件。
利用Pro/e軟件的曲面設(shè)計做出端蓋的三維圖，利用軟件算出端蓋的體積，然后算出坯料的直徑為92.4mm，再加上修邊余量5mm，即坯料直徑取為98mm，通過公式計算驗證結(jié)果準(zhǔn)確。
4.1.3 確定是否用壓邊圈
用普通平端面凹模拉深時，不用加壓邊的條件見下式：
首次拉深： t／D≥0.045（1-m） （4-1）
以后各次拉深： t／D≥0.045（1／m-1） （4-2）
毛坯的相對厚度t/D=1.2／98=0.012245，易知需用壓邊圈。
4.1.4 確定拉深次數(shù)
根據(jù)計算有m=d/D=29.2/98=0.298 查得h1/d1=0.25～0.32
h/d=34.8/29.2=1.19>h1/d1 故不能一次拉深成形。
材料的首次拉深極限為0.52～0.55，以后各次為0.70～0.75。
選定m1=0.58 m2=0.722 m2=m/(m1m2)=0.298/(0.58×0.722)=0.71
d1=m1×D=0.58×98=57mm
h1=9.73mm
m2=0.724 查得m2=0.70～0.75
d2=m2×d1=0.724×57=41.2mm
h2=22.86mm
至此，拉深成筒形件。
m3=0.71 查得m3=0.70～0.75
d2=m2×d1=0.71×41.2=29.2mm
h2=36mm
綜上所述，完成錐形件的拉深需三次。
4.2 工藝方案的確定
在沖壓工藝性分析的基礎(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沖壓工藝方案，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壽命高低、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。
初步分析可以知道蓋體的沖壓成形需要多道工序:落料，筒形拉深，錐體拉深，翻孔，整形，沖孔及切邊，成形工藝方案十分重要?？紤]到生產(chǎn)批量大,因此制定應(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)效率,就應(yīng)該盡量復(fù)合能復(fù)合的工序,但復(fù)合程度太高,模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜,而且各零件在動作時要求相互不干涉,準(zhǔn)確可靠.這就要求模具的制造應(yīng)有較高的精度,從而模具的制造成本也就提高了,制造周期延長,維修不如單工序模簡便.
因此端蓋的沖壓成形主要有以下幾種工藝方案:
方案一:(1)落料 (2)拉深 (3)預(yù)沖孔（4）翻孔（5）整形（6）沖孔（7）切邊
方案二:(1)落料拉深復(fù)合模 (2)二次拉深及三次拉深（3）沖孔翻孔復(fù)合模 （4）整形（5）沖孔（6）切邊
方案一復(fù)合程度低,模具結(jié)構(gòu)簡單、安裝調(diào)試容易,但生產(chǎn)道次多、生產(chǎn)效率低不適合大批量生產(chǎn)。
方案二采用落料、拉深復(fù)合工序.由于采用落料、拉深復(fù)合模,即可在一次沖壓行程中完成,生產(chǎn)效率提高一倍,節(jié)省了人力、電力和工序間的搬運工作,而且在同一工位上沖孔無需重新定位,從而使沖壓工件的位置精度得到提高。經(jīng)過理論計算,可以采用落料、拉深復(fù)合模成形，選用方案二進(jìn)行生產(chǎn)。
第5章 工藝計算
5.1 材料排樣及材料利用率的計算
排樣是指沖裁零件在條料、帶料或板料上布置的方法。合理有效的排樣在于保證在最低的材料消耗和高生產(chǎn)率的條件下，得到符合設(shè)計技術(shù)要求的工件。在沖壓生產(chǎn)過程中，保證很低的廢料百分率是現(xiàn)代沖壓生產(chǎn)最重要的技術(shù)指標(biāo)之一。在沖壓工作中，沖壓件材料消耗費用可達(dá)總成本的60%～75%，每降低1%的沖壓廢料，將會使成本降低0.4%～0.5%。合理利用材料是降低成本的有效措施，尤其在成批和大量生產(chǎn)中，沖壓零件的年產(chǎn)量達(dá)數(shù)十萬件，甚至數(shù)百萬件，材料合理利用的經(jīng)濟效果更為突出。
5.1.1 材料排樣的選用原則
（1）沖裁小工件或某種工件需要窄帶料時，應(yīng)沿板料順長方向進(jìn)行排樣，符合材料規(guī)格及工藝要求。
（2）沖裁彎曲件毛坯時，應(yīng)考慮板料的軋制方向。
（3）沖件在條（帶）料上的排樣，應(yīng)考慮沖壓生產(chǎn)率、沖模耐用度、沖模結(jié)構(gòu)是否簡單和操的方便與安全等。
該零件采用落料拉深復(fù)合模，毛坯形狀為圓形，為便于送料和設(shè)計，采用單排方案。
搭邊可用于補償定位誤差，并可使條料保持有一定的剛度，便于送料。搭邊是廢料，所以應(yīng)盡量取小，但過小的搭邊容易擠進(jìn)凹模，增加刃口磨損，影響模具壽命，并且也影響沖裁件的剪切表面質(zhì)量。排料搭邊數(shù)值大小不僅與材料性能和厚度、沖件形狀和尺寸大小有關(guān)，而且與沖裁模具選用不同卸料方式有關(guān)。一般來說，搭邊值是由經(jīng)驗確定的。查表7，工件間a=0.8側(cè)面a1=1.0。
5.1.2 確定板料規(guī)格和裁料方式
根據(jù)條料的寬度尺寸，選擇合適的板料規(guī)格，使剩余的邊料越小越好。該零件寬度用料為100mm，以選擇1000mm×100mm×1.2mm的板料規(guī)格為宜。
一張板料上總的材料利用率：
（5-1）
5.2 沖壓力的計算及設(shè)備的選擇
5.2.1 落料
沖裁時，工件或廢料從凸模上取下來的力叫卸料力，從凹模內(nèi)將工件或廢料順著沖裁的方向推出的力叫推件力，逆沖裁方向頂出的力叫頂件力。目前多以經(jīng)驗公式計算：
采用平刃口凸模和凹模沖裁時，沖裁力F0=Ltτ （5-2）
式中，L——沖裁件周長（㎜）
T——材料厚度（㎜）
τ——材料的抗剪強度（MPa）
考慮沖裁厚度不一致，模具刃口的磨損、凸凹模間隙的波動、材料性能的變化等因素，實際沖裁力還須增加30%。故F沖=1.3F0=1.3 Ltτ。
F沖=1.3F0=1.3 Ltτ （5-3）
=1.3×p98㎜×1.2mm×125MPa
=60KN
F卸、F推、F頂是由壓力機和模具的卸料、頂件裝置獲得。影響這些力的因素主要有材料的力學(xué)性能、材料的厚度、模具的間隙、凸凹模表面粗糙度、零件形狀和尺寸以及潤滑情況。實際生產(chǎn)中常用下列經(jīng)驗公式計算：
F卸=K卸F沖 （5-4）
F推=K推F沖 （5-5）
查表8知，卸料力、推件力的系數(shù)K卸=0.05，K推=0.055。
因而F卸=0.05×60KN=3KN
F推=0.055×60KN=3.3KN
5.2.2 拉深
壓邊圈的壓力必須適當(dāng)，如果過大，就要增加拉深力，因而會使工件拉裂，而壓邊圈的壓力過低就會使工件的邊壁或凸緣起皺。
壓邊力的計算公式為：
（5-6）
式中 D （平毛坯直徑）=98㎜
d1 （拉深件直徑）=58mm
r凹（凹模圓角半徑）=2㎜
p （單邊壓力值）
查表10，知P=1.5MPa
把以上數(shù)據(jù)代入上式。得壓邊力
采用壓邊圈的圓筒形件：F=Kpｄｔσ ｂ （5-7）
式中ｄ——拉深件的直徑（㎜）
ｔ——材料厚度（㎜）
σ ｂ——材料的抗拉強度（MPa）
查表11，拉深系數(shù)ｍ1=0.58，所以k取0.68
將K＝0.68，d1＝58mm，ｔ＝1.2mm、σ ｂ＝105MPa代入上式，得
F拉＝0.68×p ×58×1.2mm×105MPa
＝15.604KN
二次拉深力計算為:
F拉=0.68×3.14×41.2×1.2mm×105MPa
=11.08KN
壓邊力為:
=1.555KN
三次拉深力計算為:
F拉=0.68×3.14×29.2×1.2mm×105MPa
=7.856KN
5.2.3 總沖壓力
復(fù)合?？偟臎_壓力：
5.2.4 沖壓設(shè)備的選擇
5.2.4.1 壓力機類型的選擇 沖壓設(shè)備的選擇是工藝設(shè)計中的一項重要內(nèi)容，它直接關(guān)系到設(shè)備的合理使用、安全、產(chǎn)品質(zhì)量、模具壽命、生產(chǎn)效率和成本等一系列重要問題。沖壓設(shè)備的選擇包括兩個方面：類型及規(guī)格。
首先，應(yīng)根據(jù)所要完成工序的工藝性質(zhì)，批量大小，工件的幾何尺寸和精度等選定壓力機類型。沖壓生產(chǎn)中常用的是曲柄壓力機和液壓機，它們在性能方面的比較見表12。
對于中小型沖裁件、彎曲件或淺拉深件多用具有C形床身的開式曲柄壓力機。雖然開式壓力機的剛度差，并且由于床身的變形而破壞了沖模的間隙分布，降低了沖模的壽命和裁件的質(zhì)量。但是，它卻具有操作空間三面敞開，操作方便，容易安裝機械化的附屬設(shè)備和成本低廉等優(yōu)點，目前仍是中小件生產(chǎn)的主要設(shè)備。所以本模具采用開式曲柄壓力機。
5.2.4.2 壓力機規(guī)格的確定 在壓力機的類型選定之后，應(yīng)根據(jù)變形力的大小，沖壓件尺寸和模具尺寸來確定壓力機的規(guī)格。
在復(fù)合沖壓中，工序力的計算和其它復(fù)雜的加工過程一樣，可按時間分為若干階段分別計算。求出某階段所完成各種工藝力的總和及該階段的輔助負(fù)荷，二者相加即為該階段的工序力。
為安全起見，防止設(shè)備的過載，可按公稱壓力F壓≥（1.6～1.8）F總的原則選取壓力機。壓力機滑塊行程大小，應(yīng)保證成形零件的取出和方便毛坯的放進(jìn)。在沖壓工藝中，拉深和彎曲工序一般需要較大的行程。對于拉深工序所用壓力機的行程，至少應(yīng)為成品零件高度的兩倍以上，一般取2.5倍。
壓力機的裝模高度是指滑塊處于下死點位置時，滑塊下表面到工作墊板上表面的距離。模具的閉合高度是指工作行程終了時，模具上模座上表面與下模座下表面之間的距離。壓力機的閉合高度是裝模高度與墊板厚度之和。大多數(shù)壓力機，其連桿長度是可以調(diào)節(jié)的，也就是說壓力機的裝模高度是可以調(diào)整的。設(shè)計模具時，必須使模具的閉合高度介于壓力機的最大裝模高度與最小裝模高度之間。
工作臺面和滑塊底面尺寸應(yīng)大于沖模的平面尺寸，并還留有安裝固定模具的余地。一般壓力機臺面應(yīng)大于模具底座尺寸50～70mm以上。工作臺和滑塊的形式應(yīng)充分考慮沖壓工藝的需要．必須與模具的打料裝置，出料裝置及卸料裝置等的結(jié)構(gòu)相適應(yīng)。
在壓力機的滑塊和工作臺上安裝一副或數(shù)副模具，加工時上、下模要有正確的相對運動，這是一切沖壓工藝的共同要求。壓力機的精度主要包括工作臺面的平面度、滑塊下平面的平面度、工作臺面與滑塊下平面的平行度、滑塊行程同工作臺面的垂直度及滑塊中心孔同滑塊行程的平行度等。壓力機精度的高低對沖壓工序有很大的影響。精度高，則沖壓件質(zhì)量也高，沖模的使用壽命長。反之，壓力機精度低，不僅沖壓件質(zhì)量低，且模具壽命短。例如若滑塊行程與工作臺的垂直度差，將導(dǎo)致上、下模的同軸度降低，沖模刃口易損傷。壓力機的精度對沖裁加工的影響較之其它加工工序明顯。
參照開式雙柱固定臺壓力機基本參數(shù)（JA21-35）可選取公稱壓力為350KN的開式固定臺壓力機。該壓力機與模具設(shè)計有關(guān)系的參數(shù)為：
公稱壓力：350KN
滑塊行程：130㎜
最大閉合高度：280㎜
閉合高度調(diào)節(jié)量：60㎜
工作臺尺寸：380㎜×610㎜
模柄孔尺寸：Φ50㎜×70㎜
5.3 模具壓力中心的計算
為了保證壓力機和模具正常地工作，必須使沖模的壓力中心與壓力機滑塊中心線相重合，否則在沖壓時會使沖模與壓力機滑塊歪斜，引起凸、凹模間隙不均和導(dǎo)向零件加速磨損，造成刃口和其它零件的損壞，甚至還會引起壓力機導(dǎo)軌磨損，影響壓力機精度。形狀簡單而對稱的工件，如圓形，其沖裁時的壓力中心與工件的幾何中心重合。
圖5-1
如圖6所示按比例畫出工件的形狀，選定坐標(biāo)系XOY，因沖壓件對稱于X軸、Y軸，故模具的壓力中心在工件的幾何中心，即圖中的O點。
5.4 模具刃口尺寸和公差確定
5.4.1 坯料沖裁間隙的確定
沖裁間隙是直接關(guān)系到?jīng)_件斷面質(zhì)量、尺寸精度、模具壽命和力能消耗的重要工藝參數(shù)。沖裁間隙數(shù)值，主要與材料牌號、供應(yīng)狀態(tài)和厚度有關(guān)，但由于各種沖壓件對其斷面質(zhì)量和尺寸精度的要求不同，以及生產(chǎn)條件的差異，在生產(chǎn)實踐中就很難有一種統(tǒng)一的間隙數(shù)值，而應(yīng)區(qū)別情況，分別對待，在保證沖件斷面質(zhì)量和尺寸精度的前提下，使模具壽命最高。
沖裁斷面應(yīng)平直、光潔、圓角??；光亮帶應(yīng)有一定的比例，毛刺較小，沖裁件表面應(yīng)盡可能平整，尺寸應(yīng)在圖樣規(guī)定的公差范圍之內(nèi)。影響沖裁件質(zhì)量的因素有：凸、凹模間隙值大小及其分布的均勻性，模具刃口鋒利狀態(tài)，模具結(jié)構(gòu)與制造精度、材料性能等。其中，間隙值大小與分布的均勻程度是主要因素。
沖裁件的尺寸精度是指沖裁件實際尺寸與基本尺寸的差值，差值越小，精度越高。該差值包括兩方面的偏差，一是沖裁件相對于凸?；虬寄３叽缰?，二是模具本身的制造偏差。沖裁件對于凸模或凹模尺寸的偏差。主要是由于沖裁過程中，材料受到拉伸、擠壓、彎曲等作用而引起的變形，在工件脫模后產(chǎn)生的彈性恢復(fù)造成的。偏差值可能是正的，也可能是負(fù)的。影響這一偏差值的因素主要是凸、凹模間隙。當(dāng)間隙值較大時，材料受拉伸作用增大，沖裁完畢后，因材料的彈性恢復(fù)，沖件尺寸向?qū)嶓w方向收縮，使落料件尺寸小于凹模尺寸，而沖孔件的孔徑則大于凸模尺寸；當(dāng)間隙較小時，材料的彈性恢復(fù)使落料件尺寸增大，而沖孔件的孔徑則變小。沖裁件的尺寸變化量的大小還與材料性能、厚度、軋制方向、沖件形狀等因素有關(guān)。模具制造精度及模具刃口狀態(tài)也會影響沖裁件質(zhì)量。
沖裁模具的壽命是以沖出合格制品的沖裁次數(shù)來衡量的，可再分為兩次刃磨間的壽命與全磨損后總的壽命。??
在沖裁過程中，模具刃口處所受的壓力非常大．使模具刃口和板材的接觸面之間出現(xiàn)局部附著現(xiàn)象，產(chǎn)生附著磨損，其磨損量與接觸壓力、相對滑動距離成正比，與材料屈服強度成反比。它被認(rèn)為是模具磨損的主要形式。
當(dāng)間隙減小時，接觸壓力(垂直力、側(cè)壓力、摩擦力)會增大，摩擦距離增長，摩擦發(fā)熱嚴(yán)重，導(dǎo)致模具磨損加劇，使模具與材料之間產(chǎn)生粘結(jié)現(xiàn)象．還會引起刃口的壓縮疲勞破壞，使之崩刃。間隙過大時．板料彎曲拉伸相對增加，使模具刃口端面上的正壓力增大，容易產(chǎn)生崩刃或產(chǎn)生塑性變形，使磨損加劇?？梢婇g隙過小與過大都會導(dǎo)致模具壽命降低。因此，間隙合適或適當(dāng)增大模具問隙，可使凸、凹模側(cè)面與材料間摩擦減小，并減緩間隙不均勻的不利因素，從而提高模具壽命。
增大間隙可以降低沖裁力，而小間隙則使沖裁力增大。當(dāng)間隙合理時，上下裂紋重合，最大剪切力較小。而小間隙時，材料所受力矩和拉應(yīng)力減小，壓應(yīng)力增大，材料不易產(chǎn)生撕裂，上下裂紋不重合又產(chǎn)生二次剪切，使沖裁力、沖裁功有所增大；增大間隙時材料所受力矩與拉應(yīng)力增大，材料易于剪裂分離，故最大沖裁力有所減小，如對沖裁件質(zhì)量要求不高，為降低沖裁力、減少模具磨損，傾向于取偏大的沖裁間隙。
查沖裁模初始雙面間隙表3-4知：落料模刃口始用間隙Zmin=0.084，ZMAX=0.108。
5.4.2 落料刃口尺寸的計算
在確定沖模凸模和凹模工作部分尺寸時，必須遵循以下幾項原則：
（1）根據(jù)落料的特點，落料件的尺寸取決于凹模尺寸，因此落料模應(yīng)先決定凹模尺寸，用減小凸模尺寸來保證合理間隙。
（2）根據(jù)刃口的磨損規(guī)律，刃口磨損后尺寸變大，其刃口的基本尺寸應(yīng)取接近或等于工件的最小極限尺寸；刃口磨損后尺寸減小，應(yīng)取接近或等于工件的最大極限尺寸。
（3）考慮工件精度與模具精度間的關(guān)系，在選擇模具刃口制造公差時，既要保證工件的精度要求，又能保證有合理的間隙數(shù)值。一般沖模精度較工件精度高2～3級。
Φ97-10㎜的凸凹模制造公差查表得：δ凸=0.030㎜、δ凹=0.045㎜，凸凹模采用分開加工的方法，查表得：X=0.5
（5-9）
（5-10）
5.4.3 拉深工序工作部分的尺寸及間隙
5.4.3.1 凸模和凹模的間隙拉深模間隙是指單面間隙。間隙的大小對拉深力、拉深件的質(zhì)量、拉深模的壽命都有影響。若Z值太小，凸緣區(qū)變厚的材料通過間隙時，校直與變形的阻力增加，與模具表面間的摩擦、磨損嚴(yán)重，使拉深力增加，零件變薄嚴(yán)重，甚至拉破，模具壽命降低。間隙小時得到的零件 側(cè)壁平直而光滑，質(zhì)量較好，精度較高。間隙過大時，對毛坯的校直和擠壓作用減小，拉深力降低，模具的壽命提高，但零件的質(zhì)量變差，沖出的零件側(cè)壁不直。因此拉深模的間隙值也應(yīng)合適，確定Z時要考慮壓邊狀況、拉深次數(shù)和工件精度等。其原則是：既要考慮板料本身的公差，又要考慮板料的增厚現(xiàn)象，間隙一般都比毛坯厚度略大一些。
采用壓邊拉深時其值可按下式計算：
Z=1.1t=1.32㎜
則拉深模的間隙2Z=2.64㎜。
5.4.3.2 拉深模的圓角半徑 （1）t/D=1.2/97=0.0124≤0.1～0.3，當(dāng)工件直徑d>20mm時,rd=0.039d+2,可取圓角半徑為2.5mm。
（2）凸模的圓角半徑及尺寸公差等于工件的內(nèi)圓角半徑。
5.4.3.3 工作部分尺寸
凸模和凹模的尺寸及公差應(yīng)按零件的要求來確定，由于要求外形尺寸，因此以凹模設(shè)計為準(zhǔn)。查表得：δ凸=0.03㎜、δ凹=0.05㎜
凹模部分
（5-11）
凸模部分
（5-12）
二次拉深模具工作部分尺寸:
凹模部分
（5-13）
凸模部分
（5-14）
三次拉深模具工作部分尺寸:
凹模部分
（5-13）
凸模部分
第6章 模具結(jié)構(gòu)合理性分析
6.1 模具結(jié)構(gòu)圖
圖6-1 模具圖
6.2 模具的工作過程
1)準(zhǔn)備工作:將板料順著檔料銷導(dǎo)向滑動，手工送料到全部工位后讓其在步進(jìn)電動機的帶動下自動送料。
2)沖床滑塊帶動上模從最高點開始向下運動。
3)上模繼續(xù)下行,導(dǎo)柱在導(dǎo)套滑動，對上模導(dǎo)向起定位作用。
4)隨著上模下行，板料被壓向下運動。卸料板壓著板料下行,板料碰到凹模。
5)板料接觸凹模時卸料板停止運動,沖床滑塊繼續(xù)向下運動,上模壓卸料板彈簧開始壓縮。卸料板受彈簧壓力壓緊條料,在這一過程中,沖裁和拉深凸模開始工作。
6)在沖床經(jīng)過下死點后,沖床滑塊帶動上模開始回升,凸模退回一段距離后此時在模具下面的推件板推工件出凹模，上部的活動凹模推工件出凸模。
9)沖床滑塊帶動上模繼續(xù)上行,回到開模狀態(tài)的最高點完成一次沖壓過程。
10)板料送進(jìn)一個步距，準(zhǔn)備下一個工作循環(huán)。
結(jié) 論
本次畢業(yè)設(shè)計歷時三個月，設(shè)計過程中本人收集了大量有關(guān)沖壓模具設(shè)計的資料與實例，吸收了許多資料的精華部分，因此，本文內(nèi)容詳細(xì)而豐富。同時，本人對端蓋復(fù)合模的各個結(jié)構(gòu)做了充分地研究與論證，并多次改進(jìn)了設(shè)計結(jié)構(gòu)。
在這次設(shè)計中，我遇到的難點主要有坯料的計算和工藝順序的安排，通過老師的指導(dǎo)幫助，更改了一些模具結(jié)構(gòu)，能夠完成預(yù)期目標(biāo)。通過這次設(shè)計，我學(xué)到了許多的東西。首先對于AUTOCAD2007和Pro/E的應(yīng)用更加熟練；其次，通過模具設(shè)計使我對于沖模工藝設(shè)計的流程很熟悉。這次設(shè)計是對以前所學(xué)的專業(yè)知識的一次綜合性的實踐。涉及到機械制圖、機械設(shè)計、模具設(shè)計、互換性以及CAD/CAM各個方面的內(nèi)容，使我受益非淺。同時能夠使我在以后的工作中更能將所學(xué)的知識付諸實踐，總結(jié)經(jīng)驗，不斷進(jìn)步。
致 謝
本畢業(yè)設(shè)計，我的第一副沖壓設(shè)計模具，選題適合，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。在規(guī)定的時間內(nèi)完成從模具裝配結(jié)構(gòu)及零件的設(shè)計。除了自己的努力外,更多的是要感謝指導(dǎo)老師在我設(shè)計課題從方案確定到具體實現(xiàn)結(jié)構(gòu)上的熱情指導(dǎo)。老師不斷的督促，使我不敢有絲毫懈怠，加緊完成了我的畢業(yè)設(shè)計。老師的指導(dǎo)以及同學(xué)的幫助讓我修正了設(shè)計中一個又一個的錯誤,更重要的是我從中學(xué)到了很多東西,這些在原來學(xué)過的教材中是無法找到的,這些也是我以后工作中很寶貴的財富。在此，深深的表示感謝！
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