端蓋零件沖壓工藝分析與模具設計

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太原科技大學畢業(yè)設計說明書 I目 錄一.文獻綜述 .IV二.選題依據(jù)、主要研究內(nèi)容、研究思路及方案 VI第 1 章 緒論 .- 3 -1.1 沖壓技術(shù)概念 - 3 -1.2 我國模具技術(shù)的發(fā)展趨勢 .- 4 -1.3 沖壓模的主要特點 - 5 -1.4 模具 CAD 技術(shù) - 6 -1.5 本課題的來源及主要任務 .- 9 -第 2 章 沖壓件的工藝分析 .- 11 -2.1 工藝方案的分析及 確定 - 11 -2.1.1 毛坯直徑 D 的計算. - 11 -2.1.2 拉深次數(shù) n 的確定. - 12 -2.2 工藝方案的確定 .- 12 -第 3 章 落料--拉深--沖孔復合模的設計 - 13 -3.1 搭邊和條料的寬度計算 - 13 -3.1.1 搭邊. - 13 -3.1.2 條料寬度和導尺間距計算. - 13 -3.2 沖壓件的排樣 .- 14 -3.3 沖模的壓力中心 .- 15 -3.4 沖裁力的計算 .- 15 -3.4.1 落料. - 16 -3.4.2 沖孔. - 16 -3.4.3 拉深力計算. - 16 -太原科技大學畢業(yè)設計說明書 II3.5 初選壓力機 - 17 -3.6 凸凹模間隙、工作部分尺寸和公差計算 - 17 -3.6.1 落料和沖孔（凸凹模分開加工）. - 18 -3.6.2 拉深模的凸凹模尺寸及間隙. - 19 -3.7 主要零件尺寸的確定 - 20 -3.7.1 落料--外錐拉深凸凹模. - 20 -3.7.2 錐面--筒形凸凹模. - 20 -3.7.3 落料凹模. - 21 -3.7.4 彈性元件的選用. - 21 -3.8 模具草圖的繪制 .- 24 -3.9 壓力機的選擇 .- 25 -3.10 模具總裝配圖的設計 .- 25 -3.11 繪制模具零件圖 - 25 -第 4 章 整形--切邊復合模設計 - 26 -4.1 工序力的計算 - 26 -4.2 凸、凹模間隙及工作部分尺寸的確定 - 26 -4.3 主要零件尺寸的確定 - 27 -4.3.1 整形凸凹模. - 27 -4.3.2 整形內(nèi)筒凸模. - 28 -4.3.3 整形凸臺凸模. - 28 -4.3.4 切邊凹模 .- 29 -4.3.5 整形橡膠. - 29 -4.3.6 頂件橡膠. - 29 -4.3.7 模架. - 30 -4.4 設計并繪制模具總設計草圖 .- 31 -4.5 選擇沖壓設備 .- 31 -太原科技大學畢業(yè)設計說明書 III4.6 繪制模具總裝配圖 .- 32 -4.7 繪制零件圖 - 32 -第 5 章 經(jīng)濟性分析. - 33 -總結(jié) - 33 -參考文獻 - 35 -附錄 - 36 -附錄 1 英文文獻 - 36 -附錄 2 文獻翻譯 - 42 -太原科技大學畢業(yè)設計說明書 IV端蓋零件沖壓工藝分析與模具設計一.文獻綜述本次的畢業(yè)設計是桶形件的設計，課題的目的是讓我們在以往對模具設計學習的基礎上熟悉沖壓模具的設計流程；它既是一次檢閱，也是一次鍛煉，使我們系統(tǒng)地掌握沖壓模具設計的技術(shù)，并與 Auto CAD，Pro/E 等模具設計軟件相結(jié)合，提高了我們的模具設計能力。模具是現(xiàn)代工業(yè)的重要工藝設備，隨著科學技術(shù)的不斷進步，它在國民經(jīng)濟中占有越來越重要的地位，發(fā)展前景十分廣闊。模具工業(yè)是技術(shù)密集型、資本密集型和投資密集型的產(chǎn)業(yè)，就冷沖模具而言，在沖模設計與制造上，模具結(jié)構(gòu)與精度正朝著兩個方面發(fā)展：一是為了適應高速、自動、精密、安全等大批量自動化生產(chǎn)的需要，沖模正向高效、精密、長壽命、多工位、多功能方向發(fā)展；另一方面，為適應市場上產(chǎn)品更新?lián)Q代迅速的要求，各種快速成形方法和簡易經(jīng)濟沖模的設計與制造也得到了迅速的發(fā)展。同 時，計算機技術(shù)、信息技術(shù)等先進技術(shù)在模具技術(shù)中得到廣泛的應用，使模具設計與制造水平發(fā)生了深刻的革命性的變化。目前最為突出的是模具 CAD/CAE/CAM。在這方面，在這方面，國際上有許多應用成熟的計算機軟件，我們不但能消化，應用國外的有關軟件，少數(shù)單位還能自行開發(fā)或正在開發(fā)模具軟件，盡管其總體水平與國際上的還有差距，但它代表了我國模具技術(shù)的發(fā)展成果與發(fā)展方向。模具是工業(yè)生產(chǎn)的基礎工藝裝備，模具又是“效益放大器”，用模具生產(chǎn)的最終產(chǎn)品的價值，往往是模具自身價值的幾十倍、上百倍。沖壓模具是其中重要的一種。模具的標準化和專業(yè)化生產(chǎn)，已得到模具行業(yè)的廣泛重視。這是由于模具標準化是組織模具專業(yè)化生產(chǎn)的前提，而模具的專業(yè)化生產(chǎn)是提高模具質(zhì)量、縮短模具制造周期、降低成本的關鍵。我國已經(jīng)頒布了冷沖壓術(shù)語、冷沖模零部件的國家標準。沖模的模架等基礎零部件已專業(yè)化，商品化。但總的來說，我國沖模的標準化和專業(yè)化還是比較低的。主要是模具制造商對模具制造的認識還不夠，對模具新技術(shù)的應用力度不大，對在模具制造過程中模具標準設計還沒有足夠的認識，還停留在老的手工制作又一有經(jīng)驗的模具師傅帶隊的水平線上，試觀國外發(fā)達國家模具制太原科技大學畢業(yè)設計說明書 V造，把標準化的模具設計放在了最重要的位置上，其次是設備問題。性能良好的沖壓設備是提高沖壓生產(chǎn)技術(shù)水平的基本條件。高效率、高精度、長壽命的沖模需要高精度、高自動化的沖壓設備與之相匹配；為了適應沖壓新工藝的需要，研制了許多新型結(jié)構(gòu)的沖壓設備；為了滿足新產(chǎn)品少批量生產(chǎn)的需要，沖壓設備朝多功能、數(shù)控方向發(fā)展；為提高生產(chǎn)率和安全生產(chǎn)，應用各種自動化裝置以及沖壓自動化生產(chǎn)線。在桶形件的設計中，拉深是最重要的模具工序，它是把把剪裁或沖裁成一定形狀的平板毛坯利用某種特定的模具在拉應力的作用下，使金屬板料變成杯形零件；拉深零件的尺寸精度一般可達 IT9～11 級，利用拉深方法可以制成筒形、階梯形、錐形、方盒形以及其他不規(guī)則形狀的薄壁形零件，這次設計的桶形件，其實就是一個內(nèi)直外錐桶形零件。就該形狀零件的拉深來說，在變形性質(zhì)上與筒形零件的拉深是相同的，區(qū)別就在于錐形拉深件的回彈。在實際的拉深過程中，簡單彎曲只是在直邊中部占很小的部分，而純粹的拉深只是集中于圓角分角線的附近很小的區(qū)域。在二者中間的金屬變形情況則是相當復雜的。它包括周邊的壓縮、豎向的伸長和零件上面壁部的略為變厚。在拉深該零件的時候，為了使得毛坯的變形過程進行順利，得到口部平整的零件、保證零件的質(zhì)量，以及節(jié)省板料，就必需正確地確定毛坯的形狀和尺寸。如果毛坯的尺寸過大，則能使危險斷面上的拉應力無謂地增大。這對提高變形程度和減少工序都不利；即使是毛坯的局部尺寸過大，這在拉深過程中，過大的部分也會從變形區(qū)突出出去。不但使突出部分的變形減小，而且也使其臨近部分的板料變形比較困難。毛坯尺寸過大部分的變形程度減小必然使拉深變形較多地集中到其余的部分上去。于是增加了沿毛坯周邊變形分布的不均勻程度，最后造成零件的壁厚不均勻，而且也容易引起變形過分集中部位的材料局部起皺，降低了沖件的質(zhì)量。該零件拉深時，確定毛坯的原則也是根據(jù)變形前后毛坯的面積等于零件的表面積。但是，毛坯的形狀必修保證材料在整個周邊上的分布恰好在零件周邊每個點上都形成等高的側(cè)壁的需要。由于在零件周邊上各個點金屬的切向壓縮變形和縱向拉深變形的數(shù)值都不同，其毛坯的形狀和尺寸的計算對于不同的錐形尺寸比例時有很大的不同。在拉深此形狀零件時，沖件的口部同樣也會出現(xiàn)高低不齊的現(xiàn)象。因此，在計算零件的毛坯尺寸時，同樣也必須要加入修邊余量。太原科技大學畢業(yè)設計說明書 VI自從 2001年加入世貿(mào)組織以來，我國經(jīng)濟發(fā)展迅速步入快車道階段，其中制造業(yè)的發(fā)展更是迅速。為此，世界著名的制造業(yè)跨國企業(yè)集團紛紛落戶中國，不斷將中國發(fā)展成自己的研發(fā)和制造基地，提高自身產(chǎn)品的綜合競爭力，以角逐全球市場，致使中國的傳統(tǒng)制造業(yè)面臨前所未有的生存挑戰(zhàn)和發(fā)展機遇。中國的模具行業(yè)產(chǎn)值躋身于世界的第三位，但中國模具行業(yè)的質(zhì)量并不是世界上最好的，目前還趕不上德國和日本。但我們相信，中國不會因此而停頓，中國模具的發(fā)展，不僅僅是要量上考慮，更應該要從質(zhì)上考慮，中國模具行業(yè)大有發(fā)展的空間。參考文獻1.模具設計與加工速查手冊/彭建聲.—北京：機械工業(yè)出版社，2005.62.模具實用技術(shù)設計綜合手冊.第 2版/王樹勛，蘇樹珊.-廣州：華南理工大學出版社， 2003.63.互換性與測量技術(shù)基礎.第 2版./王伯平主編.-北京.機械工業(yè)出版社，2004.44.沖壓工藝模具設計實用技術(shù)/鄭家賢編著.—北京：機械工業(yè)出版社，2005.15.沖壓工藝及沖模設計/翁其金，徐新成主編.—北京：機械工業(yè)出版社，2004.76.冷沖壓模具設計指導/王芳編著—北京：機械工業(yè)出版社，19987.模具實用技術(shù)叢書編委會.沖模設計應用實例—北京：機械工業(yè)出版社，2000二.選題依據(jù)、主要研究內(nèi)容、研究思路及方案(1)選題依據(jù)：用拉深的方法來制造薄壁空心件，生產(chǎn)效率高，省材料，零件的強度和剛度好，精度較高，拉深可加工范圍非常廣泛，直徑從幾毫米的小零件直至 2～3m 的大型零件。因此，拉深在汽車、航空航天、國防、電器和電子等工業(yè)部門以及日用品生產(chǎn)中，占據(jù)相當重要的地位。本畢業(yè)設計是對內(nèi)直外錐桶形件的設計，是對沖裁模的一次綜合學習。（2）主要研究內(nèi)容、研究思路及方案：太原科技大學畢業(yè)設計說明書 VII制件圖由于該沖裁件是內(nèi)直外錐桶形件,不但要沖孔-落料,還要拉深,由于精度等級為 IT12--IT13,無需切邊，所以選取的方案如下：①方案一：落料 拉深 沖孔 切邊②方案二：落料拉深錐面復合模 內(nèi)筒拉深沖孔復合模 切邊 ③方案三：落料拉深沖孔復合模 整形切邊模三種方案的比較:方案一:優(yōu)點:較易實現(xiàn)操作化,通用性好,適合中小批量生產(chǎn),沖模結(jié)構(gòu)簡單,重量較輕,尺寸較小,制造周期短,價格低,成本低廉.缺點:沖壓生產(chǎn)效率較低,工人的勞動強度大,沖載件的累計誤差大,精度較低,因模具數(shù)量多,所需的沖壓設備也多,壓力機一次行程內(nèi)只能完成一個工序.模具的壽命低,操作不夠安全.方案二:優(yōu)點:使用復合模進行落料拉深,然后再拉深沖孔和切邊，壓力機一次行程內(nèi)可完成多個工序,生產(chǎn)效率較高,沖載件的精度也較高,不受送料誤差影響,內(nèi)外形相對位置一致性好,沖件表面較為平整,適宜沖薄料,也適宜沖脆性或軟質(zhì)材料,可充分利用短料和邊角條料,沖模的面積小.缺點:復合模難以實現(xiàn)操作機械化和自動化,工人的勞動強度較單工序低,制件廢料排除較復雜,沖件不能自動漏下,存在出件問題,可實現(xiàn)部分機械化,但通用性差,僅適用于大批量生產(chǎn),且模具制造較復雜,價格較高.方案三: 優(yōu)點:該模具在壓力機的一次行程內(nèi)能完成多個工序(包括沖孔,落料,拉深),所以生產(chǎn)效率高,并容易容易實現(xiàn)操作機械化和自動化,尤其適用于單機上實現(xiàn)現(xiàn)代化,太原科技大學畢業(yè)設計說明書 VIII可采用高速壓力機生產(chǎn),操作安全,工人的勞動強度低,模具強度較高,壽命較長.缺點:通用性較差,僅適用于中小型零件的大批量生產(chǎn),模具制造與價格都較高,要求沖床的運動精度高,剛度好,振動小,對沖壓的運動精度高,板料的要求高,模具結(jié)構(gòu)復雜,制造精度高,調(diào)試,維修困難,價格昂貴.綜合考慮，由于該零件要大批量生產(chǎn)，為了提高工效，采用第三種方案。3.工作進度及具體安排：2010.3.21～5.3 完成開題報告\工藝計算\翻譯稿2010.5.4～5.25 完成模具圖紙，小論文2010.5.26～5.31 整理全部畢業(yè)設計資料2010.6.1～6.5 準備答辯4.指導教師意見:指導教師： 年 月 日說明：開題報告作為畢業(yè)設計（論文）答辯委員會對學生答辯資格審查的依據(jù)材料之一，此報告應在導師指導下，由學生填寫，將作為畢業(yè)設計（論文）成績考查的重要依據(jù)，經(jīng)導師審查后簽署意見生效太原科技大學畢業(yè)設計說明書 - 1 -端蓋零件沖壓工藝分析與模具設計材料科學與工程學院 成型 061404 杜 偉 指導老師：曹建新摘 要本次設計了一套落料--拉深--沖孔復合模具和一套整形--切邊復合模。經(jīng)過查閱資料，首先要對零件進行工藝分析，經(jīng)過工藝分析和對比，采用沖孔落料工序，通過沖裁力、頂件力、卸料力等計算，確定壓力機的型號。再分析對沖壓件加工的模具適用類型選擇所需設計的模具。得出將設計的模具類型后將模具的各工作零部件設計過程表達出來。 在文檔中第一部分，主要敘述了沖壓模具的發(fā)展狀況，說明了沖壓模具的重要性與本次設計的意義，接著是對沖壓件的工藝分析，完成了工藝方案的確定。第二部分，對零件排樣圖的設計，完成了材料利用率的計算。再進行沖裁工藝力的計算和沖裁模工作部分的設計計算，對選擇沖壓設備提供依據(jù)。最后對主要零部件的設計和標準件的選擇，為本次設計模具的繪制和模具的成形提供依據(jù)，以及為裝配圖各尺寸提供依據(jù)。通過前面的設計方案畫出模具各零件圖和裝配圖。 本次設計闡述了沖壓正裝復合模的結(jié)構(gòu)設計及工作過程。本模具性能可靠，運行平穩(wěn)，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，降低勞動強度和生產(chǎn)成本。 關鍵字：沖壓，沖壓模，標準模架，壓力設備太原科技大學畢業(yè)設計說明書 - 2 -Internal external conical straight bucket of punch die designCollege of Material Science and Engineering Material Forming The piercing matrix and blanking matrix are fixed by the overall plate.Fell in the blanking punch is loaded by pilot pin, guarante the relative position of the hole and the contour , increase the processing precision.This structure may guarantee the die move reliably and the request of mass production. KEY WORDS: stamping， press mold， standard die sets， press equipment 太原科技大學畢業(yè)設計說明書 - 3 -第 1 章 緒論1.1 沖壓技術(shù)概念沖壓加工是借助于常規(guī)或?qū)Ｓ脹_壓設備的動力，使板料在模具里直接受到變形力并進行變形，從而獲得一定形狀,尺寸和性能的產(chǎn)品零件的生產(chǎn)技術(shù)。板料，模具和設備是沖壓加工的三要素。沖壓加工是一種金屬冷變形加工方法。所以，被稱之為冷沖壓或板料沖壓，簡稱沖壓。它是金屬塑性加工（或壓力加工）的主要方法之一，也隸屬于材料成型工程技術(shù)。沖壓所使用的模具稱為沖壓模具，簡稱沖模。沖模是將材料（金屬或非金屬）批量加工成所需沖件的專用工具。沖模在沖壓中至關重要，沒有符合要求的沖模，批量沖壓生產(chǎn)就難以進行；沒有先進的沖模，先進的沖壓工藝就無法實現(xiàn)。沖壓工藝與模具、沖壓設備和沖壓材料構(gòu)成沖壓加工的三要素，只有它們相互結(jié)合才能得出沖壓件。 沖壓的優(yōu)勢與機械加工及塑性加工的其它方法相比，沖壓加工無論在技術(shù)方面還是經(jīng)濟方面都具有許多獨特的優(yōu)點。主要表現(xiàn)如下。(1) 沖壓加工的生產(chǎn)效率高，且操作方便，易于實現(xiàn)機械化與自動化。這是因為沖壓是依靠沖模和沖壓設備來完成加工，普通壓力機的行程次數(shù)為每分鐘可達幾十次，高速壓力要每分鐘可達數(shù)百次甚至千次以上，而且每次沖壓行程就可能得到一個沖件。（2） 沖壓時由于模具保證了沖壓件的尺寸與形狀精度，且一般不破壞沖壓件的表面質(zhì)量,而模具的壽命一般較長,所以沖壓的質(zhì)量穩(wěn)定,互換性好,具有“一模一樣”的特征。（3） 沖壓可加工出尺寸范圍較大、形狀較復雜的零件，如小到鐘表的秒表，大到汽車縱梁、覆蓋件等，加上沖壓時材料的冷變形硬化效應，沖壓的強度和剛度均較高。太原科技大學畢業(yè)設計說明書 - 4 -（4） 沖壓一般沒有切屑碎料生成，材料的消耗較少，且不需其它加熱設備，因而是一種省料，節(jié)能的加工方法，沖壓件的成本較低。由于沖壓具有如此優(yōu)越性，沖壓加工在國民經(jīng)濟各個領域應用范圍相當廣泛。例如，在宇航，航空，軍工，機械，農(nóng)機，電子，信息，鐵道，郵電，交通，化工，醫(yī)療器具，日用電器及輕工等部門里都有沖壓加工。不但整個產(chǎn)業(yè)界都用到它，而且每個人都直接與沖壓產(chǎn)品發(fā)生聯(lián)系。像飛機，火車，汽車，拖拉機上就有許多大，中，小型沖壓件。小轎車的車身，車架及車圈等零部件都是沖壓加工出來的。據(jù)有關調(diào)查統(tǒng)計，自行車，縫紉機，手表里有80%是沖壓件；電視機，收錄機，攝像機里有90%是沖壓件；還有食品金屬罐殼，鋼精鍋爐，搪瓷盆碗及不銹鋼餐具，全都是使用模具的沖壓加工產(chǎn)品；就連電腦的硬件中也缺少不了沖壓件。但是，沖壓加工所使用的模具一般具有專用性，有時一個復雜零件需要數(shù)套模具才能加工成形，且模具制造的精度高，技術(shù)要求高，是技術(shù)密集形產(chǎn)品。所以，只有在沖壓件生產(chǎn)批量較大的情況下，沖壓加工的優(yōu)點才能充分體現(xiàn)，從而獲得較好的經(jīng)濟效益的。當然，沖壓加工也存在著一些問題和缺點。主要表現(xiàn)在沖壓加工時產(chǎn)生的噪音和振動兩種公害，而且操作者的安全事故時有發(fā)生。不過，這些問題并不完全是由于沖壓加工工藝及模具本身帶來的，而主要是由于傳統(tǒng)的沖壓設備及落后的手工操作造成的。隨著科學技術(shù)的進步，特別是計算機技術(shù)的發(fā)展，隨著機電一體化技術(shù)的進步，這些問題一定會盡快而完善的得到解決。1.2 我國模具技術(shù)的發(fā)展趨勢隨著電子、信息等高新技術(shù)的不斷發(fā)展，模具技術(shù)的發(fā)展呈現(xiàn)以下趨勢。模具CAD/CAE/CAM正向集成化、三維化、智能化和網(wǎng)絡化方向發(fā)展。模具CAD/CAE/CAM技術(shù)是模具設計、制造技術(shù)的發(fā)展方向，模具和工件的檢測數(shù)字、模具軟件功能集成化、模具設計、分析及制造的三維化、模具產(chǎn)業(yè)的逆向工程以及模具軟件應用的網(wǎng)絡化是主趨勢。新一代模具軟件以立體的、直觀的感覺來設計模具，所采用的三維數(shù)字化模型能方便地用于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的分析、模具可制造性評價和數(shù)控加工、成形過程模擬（CAE）及信息的管理與共享。值得強調(diào)的是，模具數(shù)字化不是孤立的計算機輔助功能或數(shù)太原科技大學畢業(yè)設計說明書 - 5 -控技術(shù)的集合，其關鍵是它們與人工智能的有機集成，不僅可以整理知識、保存知識，還可以挖掘知識、繁衍知識。新一代的模具數(shù)字化將是一個集工程師的智慧和經(jīng)驗、計算機的硬件和軟件、數(shù)值模擬和數(shù)控技術(shù)、工藝及工程管理為一體的模具優(yōu)化的開發(fā)、設計和認證的系統(tǒng)工程。模具制造向精密、高效、復合和多功能方向發(fā)展精密數(shù)控電火花加工機床（電火花成形機床、快走絲線切割和慢走絲線切割機床）不斷在加工效率、精度和復合加工上取得突破，國外已經(jīng)將電火花銑削用于模具加工。加工精度誤差小于1μm的超精加工技術(shù)和集電、化學、超聲波、激光等技術(shù)綜合在一起的復合加工將得到發(fā)展。國外近年來發(fā)展的高速銑削技術(shù)和機床（HSM）開始在國內(nèi)應用，將大幅提高加工效率。模具拋光的自動化、智能化也是發(fā)展趨勢之一，日本已研制了數(shù)控研磨機，可實現(xiàn)三維曲面模具的自動化研磨拋光。此外，特種研磨方法如擠壓研磨、電化學拋光、超聲拋光也應是發(fā)展趨勢。其他方面，如采用氮氣彈簧壓邊、卸料、快速換模技術(shù)、沖壓單元組合技術(shù)、刃口堆焊技術(shù)及實型鑄造沖模刃口鑲塊技術(shù)等。1.3 沖壓模的主要特點沖壓是利用安裝在沖壓設備（主要是壓力機）上的模具對材料施加壓力，使其產(chǎn)生分離或塑性變形，從而獲得所需零件（俗稱沖壓或沖壓件）的一種壓力加工方法。沖壓通常是在常溫下對材料進行冷變形加工，且主要采用板料來加工成所需零件，所以也叫冷沖壓或板料沖壓。沖壓是材料壓力加工或塑性加工的主要方法之一，隸屬于材料成型工程術(shù)。沖壓所使用的模具稱為沖壓模具，簡稱沖模。沖模是將材料（金屬或非金屬）批量加工成所需沖件的專用工具。沖模在沖壓中至關重要，沒有符合要求的沖模，批量沖壓生產(chǎn)就難以進行；沒有先進的沖模，先進的沖壓工藝就無法實現(xiàn)。沖壓工藝與模具、沖壓設備和沖壓材料構(gòu)成沖壓加工的三要素，只有它們相互結(jié)合才能得出沖壓件。太原科技大學畢業(yè)設計說明書 - 6 -與機械加工及塑性加工的其它方法相比，沖壓加工無論在技術(shù)方面還是經(jīng)濟方面都具有許多 獨特的優(yōu)點。主要表現(xiàn)如下：1:沖壓時由于模具保證了沖壓件的尺寸與形狀精度，且一般不破壞沖壓件的表面質(zhì)量,而模具的壽命一般較長,所以沖壓的質(zhì)量穩(wěn)定,互換性好,具有“一模一樣”的特征。2:沖壓可加工出尺寸范圍較大、形狀較復雜的零件，如小到鐘表的秒表，大到汽車縱梁、覆蓋件等，加上沖壓時材料的冷變形硬化效應，沖壓的強度和剛度均較高。3:沖壓一般沒有切屑碎料生成，材料的消耗較少，且不需其它加熱設備，因而是一種省料，節(jié)能的加工方法，沖壓件的成本較低。4:壓加工的生產(chǎn)效率高，且操作方便，易于實現(xiàn)機械化與自動化。這是因為沖壓是依靠沖模和沖壓設備來完成加工，普通壓力機的行程次數(shù)為每分鐘可達幾十次，高速壓力要每分鐘可達數(shù)百次甚至千次以上，而且每次沖壓行程就可能得到一個沖件。但是，沖壓加工所使用的模具一般具有專用性，有時一個復雜零件需要數(shù)套模具才能加工成形，且模具制造的精度高，技術(shù)要求高，是技術(shù)密集形產(chǎn)品。所以，只有在沖壓件生產(chǎn)批量較大的情況下，沖壓加工的優(yōu)點才能充分體現(xiàn)，從而獲得較好的經(jīng)濟效益。1.4 模具 CAD 技術(shù)隨著科學技術(shù)的不斷進步和社會的高速發(fā)展，產(chǎn)品更新?lián)Q代越來越快。無論是工業(yè)產(chǎn)品還是家電產(chǎn)品，大多數(shù)應用模具成型。因此，產(chǎn)品對模具的精度要求越來越高、越來越普及。由于模具是典型的技術(shù)密集型產(chǎn)品，為了表達清楚設計意圖，設計人員必須花費大量的時間來繪制模架、頂桿、滑塊等結(jié)構(gòu)相對固定的零部件。目前，CAD的發(fā)展，為廣大模具設計人員提供了方便。特別是近幾年來，模具CAD技術(shù)發(fā)展很快，應用范圍日益擴大，并取得了可觀的經(jīng)濟效益。(一)模具CAD的基本概念CAD（Computer Aided Design）是利用計算機硬、軟件系統(tǒng)輔助人們對產(chǎn)品或工程進行總體設計、繪圖、工程分析與技術(shù)文檔等設計活動的總稱，是一項綜合性技術(shù)。太原科技大學畢業(yè)設計說明書 - 7 -(二)CAD技術(shù)的發(fā)展過程第一，20世紀50年代后期至70年代初期，此階段為初級階段——線框造型技術(shù)。第二，20世紀70年代初期至80年代初，此階段是第一次CAD技術(shù)革命——曲面（表面）造型技術(shù)。第三，20世紀80年代中期至90年代初期，此階段是第三次CAD技術(shù)革命——參數(shù)化技術(shù)。參數(shù)化設計是用幾何約束、工程方程與關系來定義產(chǎn)品模型的形狀特征，也就是對零件上的各種特征施加各種約束形式，從而達到設計一組在形狀或功能上具有相似性的設計方案。目前能處理的幾何約束類型基本上是組成產(chǎn)品形體的幾何實體公稱尺寸關系和尺寸之間的工程關系，故參數(shù)化技術(shù)又稱為尺寸驅(qū)動幾何技術(shù)。(三)CAD技術(shù)和模具結(jié)構(gòu)設計模具機構(gòu)設計應用相應的CAD軟件，根據(jù)要實現(xiàn)的功能、外觀和結(jié)構(gòu)要求，先設計草圖，然后生成相應的實體，接著子裝配和總體裝配，仿真模具開模過程，檢查干涉情況，并進行真實渲染。整個過程也可以從上到下進行修改，每個過程的參數(shù)都可以改變，并可以設定參數(shù)間的關聯(lián)性。（1）草圖重建技術(shù)草圖設計是整個模具設計的基礎?，F(xiàn)在的草圖重建技術(shù)已經(jīng)發(fā)展的非常成熟，這種技術(shù)是模具設計人員用二維和三維設計草圖進行三維建模的關鍵技術(shù)。這種技術(shù)能夠?qū)Σ輬D的各個尺寸和相關的約束進行修改和重建。目前草圖重建技術(shù)已經(jīng)比較成熟，一些大型的CAD軟件系統(tǒng)如Pro/Engineer、UG等都提供草圖設計模塊。（2）曲面特征設計隨著人們對產(chǎn)品質(zhì)量和美觀性要求的不斷提高，又由于曲面特征具有的諸多有點，在產(chǎn)品外形設計重，曲面特征設計成為模具設計的一個重要部分。目前CAD業(yè)界涌現(xiàn)出一批像EDS的UG、PTC的Pro/Engineer等等一系列的優(yōu)秀的CAD軟件，它們的三維實體建模、參數(shù)建模及復合建模技術(shù)，實體與曲面相結(jié)合的造型方法，以及自由形式特征技術(shù)為模具設計提供了強有力的工具。（3）變量裝配設計技術(shù)裝配設計建模的方法主要有自底向上、概念設計、自頂向下等三種方法。自底太原科技大學畢業(yè)設計說明書 - 8 -向上方法是先設計出詳細零件，再拼裝產(chǎn)品。而自頂向下是先有產(chǎn)品的整個外形和功能設想，再在整個外形里一級一級地劃分出產(chǎn)品的部件、子部件，一直到底層粗糙的零件。在模具中，由于有些模具的結(jié)構(gòu)非常的復雜，在模具設計時只有采用自頂向下的設計方法，變量裝配設計才支持自頂向下的設計。（四）CAD技術(shù)在模具設計中的發(fā)展方向模具CAD技術(shù)在傳統(tǒng)的應用基礎上還要不斷的適應新的環(huán)境和新的挑戰(zhàn)，尋求新的發(fā)展。（1）逐步提高CAD系統(tǒng)的智能化程度人工智能是計算機的幾大功能之一，將人工智能引入CAD系統(tǒng)，使其具有專家的經(jīng)驗和知識，具有學習、推理、聯(lián)想和判斷的能力，從而達到設計自動化的目的。目前提高智能化程度的路徑有兩條：一是繼續(xù)研究專家系統(tǒng)技術(shù)的應用；二是開展KBE（基于知識工程）技術(shù)的研究，主要是開發(fā)基于KBE的專用工具，如UGII中的KF（KnowledgeFusion） 。（2）研究模具的運動仿真技術(shù)，即沖模的沖壓過程與注射模的運動仿真因為沖模與注射模的結(jié)構(gòu)復雜，在沖壓與注射過程中，一些模具零件的運動難免產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，特別是級進模還可能存在條料運動與模具運動的干涉，而在設計中這些現(xiàn)象難以發(fā)現(xiàn)，故只有采用仿真技術(shù)在計算機上顯示其運動狀態(tài)，即時改正錯誤的設計，以避免生產(chǎn)中出現(xiàn)問題。（3）協(xié)同創(chuàng)新設計將成為模具設計的主要方向制造業(yè)垂直整合的模式使得世界范圍內(nèi)的產(chǎn)品銷售、產(chǎn)品設計、產(chǎn)品生產(chǎn)和模具制造分工更明確。模具企業(yè)間通過Internet網(wǎng)絡進行異地協(xié)同設計和制造。根據(jù)企業(yè)自身的信息化程度和企業(yè)間合作的層次不同，采用的技術(shù)手段和方案有很大不同。隨著科技的不斷進步，制造業(yè)正向數(shù)字化、全球化、網(wǎng)絡化的方向發(fā)展，產(chǎn)品的生命周期越來越短，新產(chǎn)品的上市速度越來越快。模具是制造業(yè)的基本工藝設備，模具設計的、制造的效率對產(chǎn)品的開發(fā)效率有決定性影響。因此在模具設計的過程中，利用先進的 CAD技術(shù)進行模具設計省事、省力，而且最為重要的是保證了成型后制品的準確性，減少了試模的次數(shù)，縮短了模具的設計及生產(chǎn)的周期。模具 CAD技術(shù)發(fā)展的幾種趨勢：太原科技大學畢業(yè)設計說明書 - 9 -1．模具 CAD的參數(shù)化參數(shù)化造型方法是 CAD技術(shù)中較先進的造型方法，也是提高 CAD工作效率的有效手段。它是針對各種沖壓模具總體結(jié)構(gòu)一般均具有較規(guī)范形式的特點，為各個零件的基本尺寸建立相應的參變量，在實際的幾何和拓撲的基礎上建立各零件要素之間的相互關系。當由于模具結(jié)構(gòu)不同而導致模具零件尺寸發(fā)生變化時，改變參數(shù)文件中有關變量的取值，則與之相關的零件模型中的相應尺寸標注值亦發(fā)生變化，通過尺寸驅(qū)動模塊處理后即可生成大小符合實際尺寸標注的零件。2．模具 CAD的智能化沖壓件模具設計的難度主要表現(xiàn)在設計理論的不完備性以及只能意會而難以言傳的專家經(jīng)驗表達和利用上。同手工設計一樣，在利用通用 CAD軟件（包括新型集成化 CAD軟件）進行覆蓋件模具設計時，在很大程度上必須依賴于模具專家的干預。為了實現(xiàn)模具結(jié)構(gòu)設計的自動化，減少對模具專家的依賴性，必須開發(fā)專用的汽車覆蓋件模具結(jié)構(gòu)設計智能化軟件，把總結(jié)出來的以往設計、制造中的成功經(jīng)驗應用到模具設計中去，形成計算機里的知識庫和智能庫，生成專家系統(tǒng)，從而使 CAD系統(tǒng)能夠勝任模具設計專家的工作，設計出符合要求的汽車覆蓋件模具，這也就是所謂的模具 CAD的智能化。智能 CAD以人類思維的認識理論為基礎，將設計人員擅長的邏輯判斷、綜合推理、形象思維能力與計算機的高速、精確計算能力相結(jié)合，從而使 CAD系統(tǒng)能夠勝任模具設計專家的工作，設計出符合要求的沖壓件模具。3．模具 CAD的一體化模具 CAD的一體化就是從傳統(tǒng)的設計方式向 CAD/CAE/CAM一體化方向發(fā)展。模具設計過程是一個信息處理、交換流通和管理的過程，采用彈塑性大變形有限元模擬技術(shù)可以分析材料的塑性成形過程，提高工藝分析和模具 CAD/CAM系統(tǒng)的功能，有利于創(chuàng)造更高級的 CAD/CAM系統(tǒng)，因而，CAD/CAE /CAM一體化能夠?qū)υO計和制造過程中信息的產(chǎn)生、轉(zhuǎn)換、存儲、流通管理進行分析和控制，將它們有機地“集成”在一起，這樣有利于取得最佳效益。4．模具 CAD的專業(yè)化未來的模具 CAD將走向更加專業(yè)化的道路。一些通用的軟件由于其功能繁多，專業(yè)性較差，已不能滿足大型模具 CAD的需要，更好的方法是軟件公司與專業(yè)模具太原科技大學畢業(yè)設計說明書 - 10 -廠密切合作，開發(fā)專用性很強的模具 CAD軟件，如美國 PTC軟件公司與日本 TOYOTA汽車公司在 PRO/E軟件基礎上開發(fā)的模具型面設計模塊 PRO/DIEFACE等，這也是模具 CAD的一個發(fā)展方向，對于國內(nèi)的模具廠家來說，在引進國外先進 CAD軟件（如UG、Pro/E 等）的基礎上，利用二次開發(fā)技術(shù)，針對本部門產(chǎn)品的特點，開發(fā)專用的模具 CAD系統(tǒng)是一條可行和經(jīng)濟之路.1.5 本課題的來源及主要任務1)選題依據(jù)：用拉深的方法來制造薄壁空心件，生產(chǎn)效率高，省材料，零件的強度和剛度好，精度較高，拉深可加工范圍非常廣泛，直徑從幾毫米的小零件直至 2～3m 的大型零件。因此，拉深在汽車、航空航天、國防、電器和電子等工業(yè)部門以及日用品生產(chǎn)中，占據(jù)相當重要的地位。本畢業(yè)設計是對內(nèi)直外錐桶形件的設計，是對拉深的一次綜合學習。（2）主要研究內(nèi)容、研究思路及方案：制件圖圖示零件，材料為電鍍鋅鋼板，料厚 t=0.5mm，大批量生產(chǎn)。零件為淺拉深內(nèi)筒外錐形件，圓筒底部中間有一凸臺及 ?17mm的孔。由于該沖裁件是內(nèi)直外錐桶形件,不但要沖孔-落料,還要拉深,由于精度等級為 IT12--IT13,需切邊。太原科技大學畢業(yè)設計說明書 - 11 -第 2 章 沖壓件的工藝分析2.1 工藝方案的分析及確定2.1.1 毛坯直徑 D 的計算圖（1）通過 CAD面積測量功能測得：f1=4303.82mm2, f2=2419.68mm2, f3=3454.43mm2, f4=415.48mm2, 太原科技大學畢業(yè)設計說明書 - 12 -f5=4726.13mm2, f6=18.77mm2, f7=272.94mm2, f8=37.71mm2, f9=430.01mm2, f10=226.97mm2, 凸緣的相對直徑 d 凸/ d =98.2/87=1.13,由凸緣的相對直徑 d 凸/ d 和 d 凸 查表 1-3-5得修邊余量 δ=3.5mm。 【2】??2f4?????????凸 凸修 邊=3.14÷4×[(98.2+2×3.5)2-98.22]=1117.68mm毛坯表面積10F=if??修 邊=4303.98+2419.68+3454.43+415.48+4726.13+18.77+272.94+37.71+430.01+226.97+1117.68=17423.62 mm毛坯直徑 4D=F17423.6.??441723.6DF???=148.98 mm2.1.2 拉深次數(shù) n 的確定a.?87mm圓筒的計算圖形簡化為帶凸緣筒形件拉深毛坯相對厚度10D????????????????凸緣相對直徑 d 凸 / d=1.13，由此兩數(shù)據(jù)查表 1-3-13得，h 1/ d1=0.45~0.53. 【4】h/d=0.2, h1/d1h1/d1，故能一次拉成。b.凸臺的拉深按錐形件進行工藝計算，h/ d=2.1/35=0.060.1,因此屬于淺錐形且又有壓邊，能一次拉深成形。 【10】太原科技大學畢業(yè)設計說明書 - 13 -c. 外錐形的拉深h/ d=17.5/104.76=0.17,其值介于 0.1~0.25,屬于淺錐形。由于制件精度等級 IT12~IT13,故無需加工藝凸緣，可以一次拉成 。2.2 工藝方案的確定 綜合以上分析，考慮采用落料--拉深--沖孔復合模一套和整形--切邊復合模一套。第 3 章 落料--拉深--沖孔復合模的設計3.1 搭邊和條料的寬度計算3.1.1 搭邊 次模具采用手工送料且制件毛坯直徑 D=148.98mm，料厚 t=0.5mm。查表 1.1，得a=1.5mm，a 1=1.5mm. 【2】表 1.1 搭邊值和側(cè)邊值的數(shù)值圓件及 r＞2t 圓角 矩形邊長 l≤50 矩形邊長 l＞50 或圓角 r≤2材料厚度t工件間a1側(cè)邊 a 工件間 a1 側(cè)邊 a 工件間 a1 側(cè)邊 a0.25 以下 1.8 2.0 2.2 2.5 2.8 3.00.25～0.5 1.2 1.5 1.8 2.0 2.2 2.50.5～0.8 1.0 1.2 1.5 1.8 1.8 2.00.8～1.2 0.8 1.0 1.2 1.5 1.5 1.81.2～1.5 1.0 1.2 1.5 1.8 1.9 2.01.6～2.0 1.2 1.5 2.0 2.2 2.0 2.2太原科技大學畢業(yè)設計說明書 - 14 -3.1.2 條料寬度和導尺間距計算條料寬度 ： 導尺間距離：00(2)BDaz??????2ABzDaz??式中：D--沖裁件垂直于送料方向的尺寸a--側(cè)搭邊最小值Δ --條料寬度的單向偏差Z--導尺與最寬條料之間的最小間隙查表 1.2，得 z=8mm，查表 1-2，得 Δ=-0.7 ，用龍門剪床下料。 【2】表 1.2 剪裁下的下偏差△（mm）條料寬度(mm)條料厚度(mm)≤50 ＞50～100 ＞100～200 ＞200≤１ 0.5 0.5 0.7 1.0＞１～３ 0.5 1.0 1.0 1.0＞3～４ 1.0 1.0 1.0 1.5＞4～６ 1.0 1.0 1.0 2.0則 0 0.7(148.92.58)B??????159.8A??0.75m?67m太原科技大學畢業(yè)設計說明書 - 15 -3.2 沖壓件的排樣排樣圖一個進距內(nèi)的材料利用率 10nFBh????式中 F--沖裁件面積n--一個進距內(nèi)沖裁件數(shù)目B--條料寬度h--進距（步距）17423.61059.8()??????【8】3.3 沖模的壓力中心沖壓力合力的作用點稱為沖模壓力中心。沖模壓力中心應盡可能和模柄軸線以及壓力機滑塊中心線重合，以使沖模平穩(wěn)地工作，減少導向件的磨損，提高模具及壓力機的壽命。此沖壓件為回轉(zhuǎn)體，其沖裁時的壓力中心與工件的幾何中心重合。 【14】太原科技大學畢業(yè)設計說明書 - 16 -3.4 沖裁力的計算沖用平刃沖裁時，其沖裁力 F 一般按下式計算：F=KLtτ 式中 F— 沖裁力(N)；L—沖裁周邊長度(mm)；t—材料厚度(mm)；τ b—材料抗剪強度（ MPa)； K—系數(shù)，系數(shù)Ｋ是考慮到實際生產(chǎn)中，模具間隙值的波動和不均勻，刃口磨損、板料力學性能和厚度波動等原因的影響而給出修正系數(shù)，一般?。?1.3 。料厚為 1 mm，查表得鍍鋅鋼板的抗剪強度 τ=400Mpa裁力的計算。 【12】3.4.1 落料 Dt=3.148.9054562NP????落 料QK卸 卸 落 料 QKP?頂 頂 落 料查表 1-1-25 ,K 卸 = 0.055，K 頂=0.08。 【5】Q 卸 =0.055×54966.2 =3023.14N3.4.2 沖孔1Dt=3.470.562NP????沖 孔由于采用剛性卸料，故不用計算卸料力。太原科技大學畢業(yè)設計說明書 - 17 -3.4.3 拉深力計算a) 凸臺 Pdbtk???凸拉3.140.5230.4??569Nb)內(nèi)筒 1Pdbtk???拉 筒3.4870.523.8269N??c) 外錐Pdbtk???拉 錐 小3.1498.2053.626N??1QK?頂 頂 落 料查表 2-31,得 K 頂 1=0.14。 【6】10.4596.2?頂=7N3.5 初選壓力機由于凸臺采用剛性卸料，卸料力不加入計算。由于落料、拉深、沖孔，有先后之分，故只需計算其中較大的一項。P??拉 拉 凸 拉 筒 拉 錐 +53798.?沖 孔 拉 落 料取 P 落料 =54966.2N帶入計算：太原科技大學畢業(yè)設計說明書 - 18 -PQ =5496.2+30.147695.28N ??y頂 頂落 料因而，壓力機應選用大于或等于 100KN壓力機。 【6】3.6 凸凹模間隙、工作部分尺寸和公差計算凸、凹模間隙對沖裁件質(zhì)量、沖裁工藝力、模具壽命都有很大的影響。因此，設計模具時一定要選擇合理的間隙，以保證沖裁件的斷面質(zhì)量、尺寸精度滿足產(chǎn)品的要求，所需沖裁力小、模具壽命高，但分別從質(zhì)量，沖裁力、模具壽命等方面的要求確定的合理間隙并不是同一個數(shù)值，只是彼此接近?？紤]到模具制造中的偏差及使用中的磨損、生產(chǎn)中通常只選擇一個適當?shù)姆秶鳛楹侠黹g隙，只要間隙在這個范圍內(nèi)，就可以沖出良好的制件，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。考慮到模具在使用過程中的磨損使間隙增大，故設計與制造新模具時要采用最小合理間隙值 Zmin。確定合理間隙的方法有經(jīng)驗法、理論確定法和查表法。根據(jù)近年的研究與使用的經(jīng)驗，在確定間隙值時要按要求分類選用。對于尺寸精度，斷面垂直度要求高的制件應選用較小的間隙值，對于垂直度與尺寸精度要求不高的制件，應以降沖裁力、提高模具壽命為主，可采用較大的間隙值。由于理論法在生產(chǎn)中使用不方便，所以常采用查表法來確定間隙值。經(jīng)驗公式；軟材料： t＜1mm，Z=(3%~4%)tt=1~3mm，Z=(5% ~8%)tt=3~5mm，Z=(8% ~1%)t硬材料： t＜1mm，Z=(4%~5%)tt=1~3mm，Z=(6% ~8%)tt=3~8mm，Z=(8% ~13%)t零件材料為鍍鋅鋼板，料厚為 0.5mm，凸凹模間隙為 0.040~0.060mm。 【13】太原科技大學畢業(yè)設計說明書 - 19 -3.6.1 落料和沖孔（凸凹模分開加工）a)落料 工作尺寸：00.14Dm???????????b)沖孔 工作尺寸：0d???????查表 1-2-26, 得Zmax=0.060 Zmin=0.040 【7】Zmax—Zmin=0.060—0.040=0.020 0.14m?????????對 落 料 尺 寸 的 凹 凸 模 偏 差 查 表 -32得???凹 0.???凸maxin.7Z?凹 凸(圖紙只在凸?；虬寄Ｒ粋€零件上標注偏差，而另一個則說明配作間隙）查表 1-1-34得，磨損系數(shù) X=0.75 【2】maxin1320.4Z???????+.8凹 凸對 沖 孔 尺 寸 17的 凸 凹 模 偏 差 查 表 得(圖紙只在凸模或凹模一個零件上標注偏差，而另一個則說明配作間隙）查表 1-1-34得，磨損系數(shù) X=0.75 【2】尺寸計算如下： mm沖裁種類工件尺寸 凸模尺寸 凹模尺寸落 料00--.14D=89??0minD-xZ????凸-凸 （ ） 0-.30-.3(8975.142)6?0D-x????凹凹 （ ） +0.4+0.4(189751)??0D-x????凹min凸 （ Z）太原科技大學畢業(yè)設計說明書 - 20 -3.6.2 拉深模的凸凹模尺寸及間隙查表 1-3-42得，有壓邊圈拉深時單邊間隙值 Z=t=0.5mm【15】工作部分尺寸計算如下： mm3.7 主要零件尺寸的確定3.7.1 落料--外錐拉深凸凹模查表 3-75得，凸凹模最小壁厚 1.6mm，落料直徑 D=15mm，該模具 D=148.98mm，最小壁厚 20.1mm，凹模圓角半徑 R=3mm，其高度 H應該大于 22mm，故 H=40mm，強度滿足沖 孔.00d?????????0d+x???凸-凸 （ ）0.20.2(1758)6??-- min0.2.20d+x178Z?????凹凹 （ ）（ 5）尺寸標注方法工件尺寸 凹模尺寸 凸模尺寸???????????++0.5+0.5Dd.42Z(867)9?????凹凹 0（ ） 0.030.3d.4(867)9?????凸-凸 --（ ）標注內(nèi)形尺寸???????????++0.4+0.4d.2Z(3765)59?????凹凹 0（ ） 0.030.3d.4(76)9?????凸-凸 --（ ）標注外形尺寸0.3.69825???+0.5+0.5D-.(876)9????凹凹 0（ ） 0--0.30-.3dD.52Z(87.65)9?????凹凸 （ ）太原科技大學畢業(yè)設計說明書 - 21 -要求。材料選擇 CrWMn，熱處理 58~62HRC。 【16】3.7.2 錐面--筒形凸凹模查表 3-75得，最小壁厚 1.6mm，取壁厚 5.76mm，高度取 50mm，圓角半徑和粗糙度如圖，未注粗糙度 12.5。材料選用 CrWMn，熱處理 58~62HRC。 【16】太原科技大學畢業(yè)設計說明書 - 22 -3.7.3 落料凹模料厚 1.5mm，故 h取 10mm，H=53mm，D=230mm，錐角 a=40′【12】,具體細節(jié)見零件圖。材料選用 T10A，內(nèi)壁熱處理 52~56HRC。 【16】3.7.4 彈性元件的選用a. 壓邊卸料用橡膠