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《沖壓工藝及模具設計》課程設計指導書
《沖壓工藝及模具設計》課程的課程設計是培養(yǎng)學生專業(yè)初步設計能力的實踐性環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)塑性成形技術人員的基本訓練之一。
1.1 《沖壓工藝及模具》課程設計的目的和要求
一. 目的
1. 為使學生掌握沖壓工藝的編制方法和設計沖模的實際技能，除了系統(tǒng)地講授必要的設計計算理論，做實驗，做作業(yè)外，還應該對學生作較全面的設計技能訓練，即作課程設計，以達到如下目的。具體應用和鞏固本課程及有關先修課的基礎理論和專業(yè)知識了解沖壓工藝及模具的設計方法和步驟培養(yǎng)學生的初步設計能力，為畢業(yè)設計打基礎。
2. 獨立地解決在制定沖壓工藝規(guī)程和設計沖模中的問題，會查閱技術文獻和資料，全面考慮設計內(nèi)容及過程，培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力。課程設計是教學過程中的一個重要環(huán)節(jié)，必須認真對待。
二. 要求
在課程設計中要求學生注意培養(yǎng)認真負責，踏實細致的工作作風和保質(zhì)保量，按時完成任務的習慣。在設計過程中必須做到：
1. 及時了解有關資料，作好準備工作，充分發(fā)揮自己的主觀能動性和創(chuàng)造性；
2. 要求計算正確，結構合理，圖面整潔，圖樣及標注符合國家標準；
3. 設計計算說明書要求文字通順，書寫工整，其中的圖表等不準徒手畫;
4. 按計劃循序進行，整個課程設計時間為三周(15個工作日)，其進度可參考下表：
時間
內(nèi)容
備注
一天
布置題目，準備工作
四天
工藝計算，結構草圖
交指導教師檢查結構草圖
三天
繪制裝配圖
三天
繪制零件圖
一天
檢查零件圖標注
二天
書寫設計說明書
用圖袋裝好交教師簽字
一天
答辯
1.2 設計前的準備工作和注意事項
一. 設計的預備課程
冷沖壓課程設計是在學生具備了機械制圖，公差與技術測量，金屬學及熱處理，機械原理及機械零件，金屬塑性成形原理，成形設備，沖壓工藝及其機械化自動化等必要的基礎和專業(yè)知識的基礎上進行的。完成本專業(yè)教學計劃中所規(guī)定的認識實習和生產(chǎn)實習，也是學生能順利進行冷沖壓課程設計的必須前提。
學生除了必須具備沖壓工藝知識外，同時也應掌握模具加工工藝，知道自己設計的模具如何加工及制造，各種加工方法所能達到的精度等。熟悉冷沖模的各項標準等。
二. 設計前的有關事宜和注意事項
1. 設計前必須預先準備好設計資料，手冊，圖冊，繪圖儀器，計算器，圖板，圖紙，報告紙等；
2. 設計前應對課程設計的原始資料進行詳細了解和分析研究，明確設計要求和內(nèi)容后再進行設計工作。原始資料包括：零件圖，生產(chǎn)綱領，原材料牌號與規(guī)格，現(xiàn)有沖壓設備的型號與規(guī)格等
3. 按時到規(guī)定的教室設計，不得在寢室或其他地方設計；
4. 畫出的模具結構草圖經(jīng)指導教師認可后方能繪制正式裝配圖及零件圖；
5. 設計圖紙和計算書呈交指導教師審閱后進行課程設計答辯或總結。
1.3 設計任務
學生進行沖壓課程設計須完成下列任務：
一. 對老師指定的沖壓件進行沖壓工藝設計：包括工藝分析及方案選擇，工藝計算，模具結構尺寸的確定，選擇壓力機；
二. 設計一道工序的一套沖模的詳細結構：要求繪制沖?？傃b配圖及全套零件圖；
三. 制定沖壓工藝規(guī)范，編寫沖壓工藝過程卡片；
四. 編寫設計計算說明書，說明書頁數(shù)約為25~35頁，用本校設計說明書專用紙書寫，并裝訂成冊。
1.4 設計答辯和成績評定
學生在設計過程中，指導教師可以向?qū)W生提出問題制疑，以了解學生對設計的掌握和消化情況。
學生完成課程設計后，將圖紙，說明書裝入圖袋交指導教師審查，然后進行設計答辯和總結，并評定設計成績。
課程設計成績按以下五個等級評定：
一. 優(yōu)秀
1.設計分案合理，內(nèi)容正確，有獨立見解或創(chuàng)造性；
2.設計中能正確運用本專業(yè)的基礎知識，設計計算方法正確，計算結果準確；
3.全面完成規(guī)定的設計任務，圖面質(zhì)量好，且所繪圖紙符合國家制圖標準；
4.說明書內(nèi)容完整，書寫工整清晰；
5.答辯中自述清楚，回答問題全面正確，
6.設計中有個別缺點，但不影響設計質(zhì)量。
二. 良好
1.設計分案及內(nèi)容，有一定見解；
2.設計中能正確運用本專業(yè)的基礎知識，設計計算方法正確；
3.能完成規(guī)定的全部設計任務，圖面質(zhì)量較好，所繪圖紙符合國家制圖標準；
4.說明書內(nèi)容較完整，正確，書寫整潔；
5.答辯中自述清楚，能正確回答教師提出的大部分問題；
6.設計中有個別缺點和小錯誤，但不是原則性的，基本上不影響設計的正確性。
三. 及格
1.設計方案及內(nèi)容基本合理，分析問題能力較差，但無原則性錯誤；
2.設計中尚能運用本專業(yè)的基礎知識進行設計，考慮問題不夠全面；
3.基本上能完成規(guī)定的設計任務，圖面質(zhì)量尚可；
4.說明書內(nèi)容基本正確完整，書寫工整；
5.答辯中表達能力一般，能回答教師提出的部分問題；
6.設計中有一些原則性小錯誤。
四. 不及格
1.設計方案不合理，有嚴重的原則性錯誤；
2.設計內(nèi)容沒有達到規(guī)定的基本要求；
3.沒有在規(guī)定的時間內(nèi)完成設計；
4.設計中不加消化，照搬照抄；
2.1 工藝過程設計的基本內(nèi)容
沖壓工藝規(guī)程是模具設計的依據(jù)，而良好的模具結構設計，又是實現(xiàn)工藝過程的可靠保證，若沖壓工藝有改動，往往會造成模具的返工，甚至報廢。沖制同樣的零件，通常可以采用幾種不同方法。工藝過程設計的中心就是依據(jù)技術上先進，經(jīng)濟上合理，生產(chǎn)上高效，使用上安全可靠的原則，使零件的生產(chǎn)在保證符合零件的各項技術要求的前提下，達到最佳的技術效果和經(jīng)濟效益。
沖壓件工藝過程設計的主要內(nèi)容和步驟是：
一. 分析零件圖(沖壓件圖)
產(chǎn)品零件圖是分析和制定沖壓工藝方案的重要依據(jù)，設計沖壓工藝過程要從分析產(chǎn)品的零件圖人手。分析零件圖包括技術和經(jīng)濟兩個方面：
1. 沖壓加工的經(jīng)濟性分析
沖壓加工方法是一種先進的工藝方法，因其生產(chǎn)率高，材料利用率高，操作簡單等一系列優(yōu)點而廣泛使用。由于模具費用高，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，批量越大，沖壓加工的單件成本就越低，批量小時，沖壓加工的優(yōu)越性就不明顯，這時采用其他方法制作該零件可能有更好的經(jīng)濟效果。例如在零件上加工孔，批量小時采用鉆孔比沖孔要經(jīng)濟；有些旋轉(zhuǎn)體零件，采用旋壓比拉深會有更好的經(jīng)濟效果。所以，要根據(jù)沖壓件的生產(chǎn)綱領，分析產(chǎn)品成本，闡明采用沖壓生產(chǎn)可以取得的經(jīng)濟效益。
2. 沖壓件的工藝性分析
沖壓件的工藝性是指該零件在沖壓加工中的難易程度。在技術方面，主要分析該零件的形狀特點，尺寸大小，精度要求和材料性能等因素是否符合沖壓工藝的要求。良好的工藝性應保證材料消耗少，工序數(shù)目少，模具結構簡單，且壽命長，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，操作簡單，方便等。在一般情況下，對沖壓件工藝性影響最大的是沖壓件結構尺寸和精度要求，如果發(fā)現(xiàn)零件工藝性不好，則應在不影響產(chǎn)品使用要求的前提下，向設計部門提出修改意見，對零件圖作出適合沖壓工藝性的修改。
另外，分析零件圖還要明確沖壓該零件的難點所在，對于零件圖上的極限尺寸，設計基準以及變薄量，翹曲，回彈，毛刺大小和方向要求等要特別注意，因為這些因素對所需工序的性質(zhì)，數(shù)量和順序的確定，對工件定位方法，模具制造精度和模具結構形式的選擇，都有較大影響。
二. 確定沖壓件的總體工藝過程
在綜合方析，研究零件成形性的基礎上，以材料的極限變形參數(shù)，各種變形性質(zhì)的復合程度及趨向性，當前的生產(chǎn)條件和零件的產(chǎn)量質(zhì)量要求為依據(jù)，提出各種可能的零件成形總體工藝方案。根據(jù)技術上可靠，經(jīng)濟上合理的原則對各種方案進行對比，分析，從而選出最佳工藝方案（包括成形工序和各輔助工序的性質(zhì)，內(nèi)容，復合程度，工序順序等），并盡可能進行優(yōu)化。
1. 選擇沖壓基本工序
剪裁，落料，沖孔，切邊，彎曲，拉深，翻邊等是常見的沖壓工序，各工序有其不同的性質(zhì)，特點和用途。有些可以從產(chǎn)品零件圖上直觀地看出沖壓該零件所需工序的性質(zhì)。例如平板件上的各種型孔只需要沖孔，落料或剪切工序；開口筒形件則需拉深工序。有些零件的工序性質(zhì)，必須經(jīng)過分析和計算才能確定。如圖2-1 (a)和(b)分別為油封內(nèi)夾圈和外夾圈沖壓件，兩個沖壓件形狀基本相同，只是直邊高度和外徑不同經(jīng)分析計算，內(nèi)夾圈可選用落料沖孔和翻邊，共兩道工序；而外夾圈選用落料，拉深，沖孔和翻邊等四道工序來加工較為合理。
圖2-1 油封內(nèi)夾圈和外夾圈的沖壓工藝過程
a) 油封內(nèi)夾圈? b)油封外夾圈
材料：08鋼，厚度：0.8mm
2. 確定沖壓次數(shù)和沖壓順序
沖壓次數(shù)是指同一性質(zhì)的工序重復進行的次數(shù)。對于拉深件，可根據(jù)它的形狀和尺寸，以及板料許可的變形程度，計算出拉深次數(shù)。其它如彎曲件，翻邊件等的沖壓次數(shù)也是根據(jù)具體形狀和尺寸以及極限變形程度來決定。
沖壓順序的安排應有利于發(fā)揮材料的塑性以減少工序數(shù)量。主要根據(jù)工序的變形特點和質(zhì)量要求來安排，確定沖壓順序的一般原則如下：
(1).對于有孔或有缺口的平板件，如選用簡單模時，一般先落料，再沖孔或切口，使用連續(xù)模時，則應先沖孔或切口，后落料。
(2).對于帶孔的彎曲件，孔邊與彎曲區(qū)的間距較大，可先沖孔，后彎曲。如孔邊在彎曲區(qū)附近或孔與基準面有較高要求時，必須先彎曲后沖孔。
(3).對于帶孔的拉深件，一般都是先拉深后沖孔，但是孔的位置在零件底部，且孔徑尺寸要求不高時，也可先在毛坯上沖孔，后拉深。
(4).多角彎曲件，應從材料變形和彎曲時材料移動兩方面考慮安排先后順序，一般情況下先彎外角，后彎內(nèi)角。
(5).對于形狀復雜的拉深件，為便于材料變形和流動，應先成形內(nèi)部形狀，再拉深外部形狀。
(6).整形或校平工序，應在沖壓件基本成形以后進行。
3. 工序的組合方式
一個沖壓件往往需要經(jīng)過多道工序才能完成，因此，編制工藝方案時，必須考慮是采用簡單模一個個工序沖壓呢？還是將工序組合起來，用復合?；蜻B續(xù)模生產(chǎn)。通常，模具的選用主要取決于沖壓件的生產(chǎn)批量，尺寸大小和精度要求等因素。生產(chǎn)批量大，沖壓工序應盡可能地組合在一起，采用復合?；蜻B續(xù)模沖壓；小批量生產(chǎn)，常選用單工序簡單模。但對于尺寸過小的沖壓件，考慮到單工序模上料不方便和生產(chǎn)率低，也常選用復合?；蜻B續(xù)模生產(chǎn)；若選用自動送料，一般用連續(xù)模沖壓；為避免多次沖壓的定位誤差，常選用復合模生產(chǎn)，當用幾個簡單模制造費用比復合模高，而生產(chǎn)批量又不大時，也可考慮用將工序組合起來，選用復合模生產(chǎn)。
工序的組合方式，可選用復合?；蜻B續(xù)模。一般來說，復合模的沖壓精度比連續(xù)模高，結構緊湊，模具輪廓面積比連續(xù)模??；但是，連續(xù)模的生產(chǎn)率較高，操作比較安全，容易實現(xiàn)單機自動化生產(chǎn)，若裝上自動送料裝置，可適用小件的自動沖壓。
4. 輔助工序
對于某些組合沖壓件或有特殊要求的沖壓件，在分析了基本工序，沖壓次數(shù)，順序及工序的組合方式后，尚須考慮非沖壓輔助工序，如鉆孔，鉸孔，車削等機械加工，焊接,鉚合,熱處理，表面處理，清理和去毛刺等工序。如多次拉深工序之間，為消除加工硬化，要進行退火處理；為除銹要酸洗等。這些輔助工序可根據(jù)沖壓件結構特點和使用要求選用，安排在各沖壓工序之間進行，也可安排在沖壓工序前或后完成。
三. 確定并設計各工序的工藝方案
依據(jù)所確定的零件成形的總體工藝方案，確定并設計各道沖壓工序的工藝方案。內(nèi)容包括：確定完成本工序成形的加工方法；確定本工序的主要工藝參數(shù)；根據(jù)各沖壓工序的成形極限，進行必要的工藝計算，如彎曲件的最小彎曲半徑，一次翻邊的高度等；確定毛坯的形狀，尺寸和下料方式，計算材料利用率，確定各工序的成形力，計算本工序的材料，能源，工時的消耗定額等，由所定的工藝方案計算并確定每個的工件形狀和尺寸，繪出各工序的工件圖。
四. 確定模具的類型和結構尺寸，進行模具設計
設計模具的一般程序如下：
1. 模具類型和結構形式的確定 根據(jù)確定的工藝方案，沖壓件的形狀特點，精度要求，生產(chǎn)批量，模具的制造和維修條件，操作的方便性與安全性要求，以及利用和實現(xiàn)機械化自動化的可能性等確定選用復合模，連續(xù)模或者簡單模。應特別注意使模具類型，模具的結構形式與模具的強度，剛度，使用壽命要求等取得協(xié)調(diào)一致。復合模常常遇到強度問題，如落料，沖孔及翻邊集中到一副復合模上，而翻邊高度又小，這時，復合模的凸凹模壁厚薄，不能滿足強度要求。
2. 工件定位方式的選擇工件在模具中的定位主要考慮定位基準，上料方式，操作安全可靠等因素。選擇定位基準時應盡可能與設計基準重合，如果不重合，就需要根據(jù)尺寸鏈計算理論重新分配公差，把設計尺寸換算成工藝尺寸。不過，這樣將會使零件的加工精度要求提高。當零件是采用多工序分別在不同模具上沖壓時，應盡量使各工序采用同一基準。為使定位可靠，應選擇精度高，沖壓時不發(fā)生變形和移動的表面作為定位表面。沖壓件上能夠用作定位的表面隨零件的形狀不同而不同，平板零件最好用相距較遠的兩孔定位，或者一個孔和外形定位；彎曲件可用孔或形體定位；拉深件可用外形，底面或切邊后的凸緣定位。
3. 模具零件的選用、設計、計算模具的工作零件，定位，壓料和卸料零件，導向零件，連接和緊固零件要盡量按《冷沖模國家標準》(GB2851～2875-81)選用，若無標準可選用，再進行設計。此外還有彈簧,橡皮的選用和計算。對于小而長的沖頭，壁厚較薄的凹模等還需要進行強度校核。如設計計算確定了凹模的結構尺寸后，可根據(jù)凹模周界選用模架；模具的閉合高度，輪廓大小，壓力中心應與選用設備相適應，并畫出模具結構草圖。
4. 繪制模具總裝配圖 根據(jù)模具結構草圖繪制正式裝配圖，裝配圖應能清楚地表達各零件之間的相互關系，應有足夠說明模具結構的投影圖及必要的剖面，剖視圖。還應畫出工件圖，排樣，填寫零件明細表和技術要求等。
5. 繪制模具零件圖? 按照模具的總裝配圖，拆繪模具零件圖。零件圖應標注全部尺寸，公差,表面粗糙度，材料及熱處理，技術要求等。
五. 合理選擇沖壓設備
根據(jù)零件的大小，所需的沖壓力（包括壓料力，卸料力等），沖壓工序的性質(zhì)和工序數(shù)目，模具的結構型式，模具閉合高度和輪廓尺寸，結合現(xiàn)有設備的情況，來決定所需設備的類型，噸位，型號和數(shù)量。
選擇設備和設計模具的工作是相互聯(lián)系的，許多工作可交叉進行或同時進行。如先根據(jù)計算的沖壓力，粗選的設備不大，但模具的輪廓尺寸大時，可重選大些的設備，使設備的閉合高度，漏料孔的尺寸與模具的結構尺寸相適應。通常，設計模具和選擇壓力機應注意下列幾點：
1. 為保證沖模正確和平衡地工作，沖模的壓力中心必須通過模柄軸線而和壓力機滑塊中心線相重合，以免滑塊受偏心載荷，從而減少沖模和壓力機導軌的不正常磨損。
2. 模具的閉合高度H應介于壓力機的最大裝模高度Hmax和最小裝模高度Hmin之間，即滿足關系式
Hmin+10mm
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