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北華大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文
目 錄
第一章 緒論 1
1.1沖壓模具的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì) 1
1.1.1我國(guó)模具技術(shù)的現(xiàn)狀 1
1.1.2未來(lái)沖壓模具制造技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 2
1.2課題研究的理論依據(jù) 4
1.3課題的國(guó)內(nèi)外研究狀況 4
1.4課題研究的主要內(nèi)容 5
第二章 沖壓成型工藝分析和工藝方案的確定 6
2.1 沖壓的基本工序分類及模具類型的選擇 6
2.2 沖模設(shè)計(jì)與制造的程序 6
2.3 沖壓工藝編制與沖模設(shè)計(jì)的步驟和內(nèi)容 7
2.3.1 沖壓工藝編制 7
2.3.2 沖模設(shè)計(jì) 8
2.3.3沖模制造工藝的選擇 10
2.4設(shè)計(jì)任務(wù) 10
2.5工件的工藝分析 10
2.6工藝方案的確定 11
2.7模具結(jié)構(gòu)方案的確定 13
2.8小結(jié) 13
第三章 落料沖孔模工藝計(jì)算及模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 14
3.1排樣設(shè)計(jì)與計(jì)算 14
3.2 沖裁力計(jì)算 15
3.3壓力機(jī)選擇 15
3.3.1沖壓設(shè)備的選擇原則 15
3.3.2選擇壓力機(jī)及壓力機(jī)參數(shù) 16
3.4 確定模具壓力中心 16
3.5凸、凹模刃口尺寸計(jì)算 17
3.5.1刃口尺寸計(jì)算的一般原則 17
3.5.2刃口尺寸計(jì)算方法 17
3.5.3落料-沖孔模刃口尺寸的計(jì)算 17
3.6確定凹模外形尺寸，選擇標(biāo)準(zhǔn) 18
3.7沖模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 19
3.7.1裝配圖 19
3.7.2模具結(jié)構(gòu)型式分析 20
3.7.3模具主要零部件的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì) 20
3.7.4模具的工作過(guò)程 22
3.8小結(jié) 22
第四章 沖槽模工藝計(jì)算及模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 23
4.1沖裁力計(jì)算 23
4.2壓力機(jī)選擇 23
4.2.1沖壓設(shè)備的選擇原則 23
4.2.2選擇壓力機(jī)及壓力機(jī)參數(shù) 24
4.3 確定模具壓力中心 24
4.4 凸、凹模刃口尺寸計(jì)算 24
4.4.1刃口尺寸計(jì)算的一般原則 24
4.4.2刃口尺寸計(jì)算方法 25
4.5 確定凹模外形尺寸，選擇標(biāo)準(zhǔn) 25
4.6沖模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 26
4.6.1裝配圖 26
4.6.2模具結(jié)構(gòu)型式分析 26
4.6.3模具主要零部件的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì) 27
4.6.4模具的工作過(guò)程 28
4.7小結(jié) 28
第五章 沖壓模具工件的機(jī)械加工 29
5.1沖壓工作零件的技術(shù)要求 29
5.2沖模工作零件的熱處理 29
5.3沖模工作零件機(jī)械加工工藝過(guò)程 29
5.3.1凸模加工工藝工程 29
5.3.2凹模加工工藝過(guò)程 29
5.4小結(jié) 30
第六章 模具裝配 31
6.1沖模裝配 31
6.2沖模的安裝 32
6.3小結(jié) 32
第七章 結(jié)論 33
參考文獻(xiàn) 34
致謝 35
35
第一章 緒論
1.1沖壓模具的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)
1.1.1我國(guó)模具技術(shù)的現(xiàn)狀
改革開放以來(lái)，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)模具的需求量不斷增長(zhǎng)。近年來(lái)，模具工業(yè)一直以15%左右的增長(zhǎng)速度快速發(fā)展，模具工業(yè)企業(yè)的所有制成分也發(fā)生了巨大變化，除了國(guó)有專業(yè)模具廠外，集體、合資、獨(dú)資和私營(yíng)也得到了快速發(fā)展。浙江寧波和黃巖地區(qū)的“模具之鄉(xiāng)”；廣東一些大集團(tuán)公司和迅速崛起的鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)，科龍、美的、康佳等集團(tuán)紛紛建立了自己的模具制造中心；中外合資和外商獨(dú)資的模具企業(yè)現(xiàn)已有幾千家。[1]
隨著與國(guó)際接軌的腳步不斷加快，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益加劇，人們已經(jīng)越來(lái)越認(rèn)識(shí)到產(chǎn)品質(zhì)量、成本和新產(chǎn)品的開發(fā)能力的重要性。而模具制造是整個(gè)鏈條中最基礎(chǔ)的要素之一，模具制造技術(shù)現(xiàn)已成為衡量一個(gè)國(guó)家制造業(yè)水平高低的重要標(biāo)志，并在很大程度上決定企業(yè)的生存空間。
近年許多模具企業(yè)加大了用于技術(shù)進(jìn)步的投資力度，將技術(shù)進(jìn)步視為企業(yè)發(fā)展的重要?jiǎng)恿?。一些?guó)內(nèi)模具企業(yè)已普及了二維CAD，并陸續(xù)開始使用UG、Pro/Engineer、I-DEAS、Euclid-IS等國(guó)際通用軟件，個(gè)別廠家還引進(jìn)了Moldflow、C-Flow、DYNAFORM、Optris和MAGMASOFT等CAE軟件，并成功應(yīng)用于沖壓模的設(shè)計(jì)中。 以汽車覆蓋件模具為代表的大型沖壓模具的制造技術(shù)已取得很大進(jìn)步，東風(fēng)汽車公司模具廠、一汽模具中心等模具廠家已能生產(chǎn)部分轎車覆蓋件模具。此外，許多研究機(jī)構(gòu)和大專院校開展模具技術(shù)的研究和開發(fā)。經(jīng)過(guò)多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技術(shù)方面取得了顯著進(jìn)步；在提高模具質(zhì)量和縮短模具設(shè)計(jì)制造周期等方面做出了貢獻(xiàn)。 例如，吉林大學(xué)汽車覆蓋件成型技術(shù)所獨(dú)立研制的汽車覆蓋件沖壓成型分析KMAS軟件，華中理工大學(xué)模具技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的注塑模、汽車覆蓋件模具和級(jí)進(jìn)模CAD/CAE/CAM軟件，上海交通大學(xué)模具CAD國(guó)家工程研究中心開發(fā)的冷沖模和精沖研究中心開發(fā)的冷沖模和精沖模CAD軟件等在國(guó)內(nèi)模具行業(yè)擁有不少的用戶。雖然中國(guó)模具工業(yè)在過(guò)去十多年中取得了令人矚目的發(fā)展，但許多方面與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍有較大的差距。例如，精密加工設(shè)備在模具加工設(shè)備中的比重比較低；CAD/CAE/CAM技術(shù)的普及率不高；許多先進(jìn)的模具技術(shù)應(yīng)用不夠廣泛等等，致使相當(dāng)一部分大型、精密、復(fù)雜和長(zhǎng)壽命模具依賴進(jìn)口。[5]
我國(guó)的模具工業(yè)的發(fā)展，日益受到人們的重視和關(guān)注。“模具是工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)工藝裝備”也已經(jīng)取得了共識(shí)。在電子、汽車、電機(jī)、電器、儀器、儀表、家電和通信等產(chǎn)品中，60%~80%的零部件都要依靠模具成形（型）。用模具生產(chǎn)制件所具備的高精度、高復(fù)雜程度、高一致性、高生產(chǎn)率和低消耗，是其它加工制造方法所不能比擬的。模具又是“效益放大器”，用模具生產(chǎn)的最終產(chǎn)品的價(jià)值，往往是模具自身價(jià)值的幾十倍、上百倍。目前全世界模具年產(chǎn)值約為600 億美元，日、美等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的模具工業(yè)產(chǎn)值已超過(guò)機(jī)床工業(yè)。近幾年，我國(guó)模具工業(yè)一直以每年15%左右的增長(zhǎng)速度發(fā)展，2003年，我國(guó)模具總產(chǎn)值超過(guò)400億元人民幣。
中國(guó)模具產(chǎn)業(yè)除了要繼續(xù)提高生產(chǎn)能力，今后更要著重于行業(yè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的調(diào)整和技術(shù)發(fā)展水平的提高。結(jié)構(gòu)調(diào)整方面，主要是企業(yè)結(jié)構(gòu)向?qū)I(yè)化調(diào)整，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)向著中高檔模具發(fā)展，向進(jìn)出口結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，中高檔汽車覆蓋件模具成形分析及結(jié)構(gòu)改進(jìn)、多功能復(fù)合模具和復(fù)合加工及激光技術(shù)在模具設(shè)計(jì)制造上的應(yīng)用、高速切削、超精加工及拋光技術(shù)、信息化方向發(fā)展。[12]
1.1.2未來(lái)沖壓模具制造技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)
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(jià)格低廉的要求服務(wù)。達(dá)到這一要求急需發(fā)展如下幾項(xiàng)：
1) 全面推廣CAD/CAM/CAE技術(shù)
模具CAD/CAM/CAE技術(shù)是模具設(shè)計(jì)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技術(shù)的條件已基本成熟，各企業(yè)將加大CAD/CAM技術(shù)培訓(xùn)和技術(shù)服務(wù)的力度；進(jìn)一步擴(kuò)大CAE技術(shù)的應(yīng)用范圍。計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展正使CAD/CAM/CAE技術(shù)跨地區(qū)、跨企業(yè)、跨院所地在整個(gè)行業(yè)中推廣成為可能，實(shí)現(xiàn)技術(shù)資源的重新整合，使虛擬制造成為可能。
2) 高速銑削加工
國(guó)外近年來(lái)發(fā)展的高速銑削加工，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(diǎn)。高速銑削加工技術(shù)的發(fā)展，對(duì)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退璧闹T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)控銑床及加工中心上，實(shí)現(xiàn)快速數(shù)據(jù)采集、自動(dòng)生成各種不同數(shù)控系統(tǒng)的加工程序、不同格式的CAD數(shù)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) 電火花銑削加工
電火花銑削加工技術(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(jiǎn)單的管狀電極作三維或二維輪廓加工(像數(shù)控銑一樣)，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(guó)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(jì)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(guó)模具標(biāo)準(zhǔn)化程度正在不斷提高，估計(jì)目前我國(guó)模具標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率已達(dá)到30%左右。國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家一般為80%左右。
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(lái)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(dòng)化、智能化
模具表面的質(zhì)量對(duì)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(dòng)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(shì)。
8) 模具自動(dòng)加工系統(tǒng)的發(fā)展
這是我國(guó)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的目標(biāo)。模具自動(dòng)加工系統(tǒng)應(yīng)有多臺(tái)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(kù)；有完整的數(shù)控柔性同步系統(tǒng)；有質(zhì)量監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)。CNC雕刻機(jī)在國(guó)內(nèi)的發(fā)展上從最近的一兩年才有較大的發(fā)展，相關(guān)加工廠和使用單位時(shí)刻以敏銳的眼光盯著廠家的動(dòng)向，這也是身為雕銑機(jī)主機(jī)生產(chǎn)廠一點(diǎn)也不敢松懈的真正原因所在。作為用戶當(dāng)然要選合適的設(shè)備，如果選型不當(dāng)，不但不能賺錢反而令陷入為機(jī)器打工的苦澀局面。那么什么樣的機(jī)床才是好機(jī)床？
我們認(rèn)為好機(jī)床的定義是這樣的：能夠在短期內(nèi)收回投資的機(jī)床才是好機(jī)床。數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)使用壽命一般為7年，主要是數(shù)控方面的使用壽命為準(zhǔn)，這樣花錢和掙錢的比例關(guān)系將直接影響您的生意，所以仔細(xì)分析功能進(jìn)行選型是有效投資的必要條件。在國(guó)外很早就有雕銑機(jī)的名詞（CNC engraving and milling machine），嚴(yán)格地講雕是銑的一部分，是購(gòu)買雕刻機(jī)還是購(gòu)買數(shù)控銑式加工中心是經(jīng)常要問(wèn)自己的問(wèn)題。另外，還有目前盛行的高速切削機(jī)（HSCMACHINE）。
還是讓我們首先搞清楚三個(gè)機(jī)型區(qū)別：
1）數(shù)控銑和加工中心 用于完成較大銑削量的工件的加工設(shè)備
2）數(shù)控雕銑機(jī) 用于完成較小銑削量，或軟金屬的加工設(shè)備
3）高速切削機(jī)床 用于完成中等銑削量，并且把銑削后的打磨量降為最低的加工設(shè)備[15]
1.2課題研究的理論依據(jù)
1）沖裁是利用模具使板料產(chǎn)生分離的沖壓工序，包括落料、沖孔、切口、修邊等。 用它可以制作零件或?yàn)閺澢?、拉深、成形等工序?zhǔn)備毛坯。從板料沖下所需形狀的零件叫落料，在工件上沖出所需形狀的孔（沖去的為廢料）叫沖孔[5-6]。
2）沖裁過(guò)程：沖裁即是分離工序，工件受力時(shí)必須從彈、塑性變形開始，以斷裂告終[7]。當(dāng)凸模下降接觸板料，板料即受到凸、凹模壓力而產(chǎn)生彈性變形，由于力矩的存在，使板料產(chǎn)生彎曲，即從模具表面上翹起。隨著凸模下壓，模具刃口壓入材料，內(nèi)應(yīng)力狀態(tài)滿足塑性條件時(shí)，產(chǎn)生塑性變形，不同凸模行程，其變形程度不同，且凹模刃口附近變形大于凸模刃口附近的變形。由此可知，塑性變形從刃口開始，隨著切刃的深入，變形區(qū)向板料的深度方向發(fā)展、擴(kuò)大，直到板料的整個(gè)厚度方向上塑性變形，板料的一部分相對(duì)另一部分移動(dòng)。力矩將板料壓向整個(gè)厚度方向上產(chǎn)生塑性變形，板料的一部分相對(duì)于另一部分移動(dòng)。力矩將板料壓向切刃的側(cè)表面，故切刃相對(duì)于板料移動(dòng)時(shí)，這些力將表面平壓，在切口表面上形成光亮帶。當(dāng)切刃附近材料各層中達(dá)到極限應(yīng)變與應(yīng)力值時(shí)，便產(chǎn)生微裂，裂紋產(chǎn)生后，沿著大剪應(yīng)速度方向發(fā)展，直至上、下裂紋會(huì)合，板料就完全分離[8-10]。
3）模具間隙：模具間隙系指凸、凹模刃口縫隙的距離，用符號(hào)c表示，俗稱單面間隙。而雙面間隙用Z表示。間隙對(duì)沖裁件質(zhì)量、沖裁力、模具壽命的影響很大，是沖裁工藝與模具設(shè)計(jì)中的一個(gè)極其重要的問(wèn)題[11]。
1.3課題的國(guó)內(nèi)外研究狀況
由于近年市場(chǎng)需求的強(qiáng)大拉動(dòng)，我國(guó)模具工業(yè)發(fā)展很快，市場(chǎng)廣闊。目前全世界的模具年產(chǎn)值有600億~650億美元，我國(guó)2003年模具產(chǎn)值為450億元人民幣左右，約折合50多億美元。近兩年，我國(guó)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(guó)際水平。2003年模具出口3.368億美元，比上年增長(zhǎng)了33.5%。1996年至2002年間，中國(guó)模具制造業(yè)的產(chǎn)值年平均增長(zhǎng)14%左右，2003年增長(zhǎng)15%以上，廣東、江蘇、浙江、山東等模具發(fā)達(dá)地區(qū)的增長(zhǎng)在25%左右[14]。
模具在我國(guó)被分為10大類、46小類，是涵蓋了各種用于金屬和非金屬成型的特殊裝備?？偟膩?lái)看，技術(shù)含量低的模具早已供過(guò)于求，市場(chǎng)利潤(rùn)空間狹小，而技術(shù)含量較高的中、高檔模具還遠(yuǎn)不能滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，轎車覆蓋件沖模、精密復(fù)雜塑料模、電子接插件和電子產(chǎn)品模具等高檔模具仍有很大一部分依靠進(jìn)口。.近五年平均每年進(jìn)口模具11.227億美元的模具，這還未包括隨設(shè)備和生產(chǎn)線作為附件帶進(jìn)來(lái)的模具[15-16]。中國(guó)經(jīng)濟(jì)連年高速發(fā)展，為模具工業(yè)的發(fā)展提供了廣闊的空間。中國(guó)消費(fèi)結(jié)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的加快升級(jí)，將帶動(dòng)對(duì)先進(jìn)模具制造技術(shù)，先進(jìn)設(shè)備需求的旺盛。目前，陜西、四川、河北等地模具生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模，技術(shù)水平都有很大的發(fā)展。河北興林車身制造集團(tuán)有限公司作為河北泊頭地區(qū)的骨干企業(yè)帶動(dòng)了一片模具企業(yè)的開拓。西部地區(qū)陜西、四川等地的廠商也十分踴躍，模具企業(yè)的體制現(xiàn)狀是大中型企業(yè)的附屬車間，分廠占有相當(dāng)?shù)姆至浚槿?，長(zhǎng)三角等模具發(fā)達(dá)地區(qū)的民營(yíng)企業(yè)生機(jī)勃勃，股份制及國(guó)有資產(chǎn)自主經(jīng)營(yíng)的專業(yè)模具企業(yè)利用靈活的機(jī)制發(fā)展迅速，由于地區(qū)工業(yè)基礎(chǔ)的差別，當(dāng)?shù)卣叻龀至Χ炔煌戎T多因素，模具工業(yè)發(fā)展的水平差距極大。相對(duì)于國(guó)外部分國(guó)家我國(guó)還相差很遠(yuǎn)，美國(guó)1982年模具產(chǎn)值為57.70億美元。日本1982年模具產(chǎn)值為8600億日元[17-19]。
為了促進(jìn)行業(yè)發(fā)展，中國(guó)模具工業(yè)協(xié)會(huì)和中國(guó)國(guó)際貿(mào)易促進(jìn)委員會(huì)主辦的第十屆國(guó)際模具技術(shù)和設(shè)備展覽會(huì)，于2004年5月12日至16日在上海新國(guó)際博覽中心舉行。本次展覽將有50余家企業(yè)帶來(lái)了加工中心、高速銑，其中不乏國(guó)際知名廠商，如日本的牧野、大隈、山崎馬扎克，德國(guó)的DMG，瑞士的WILLEMIN，意大利的FIDIA等，其他金屬切削設(shè)備和精密加工設(shè)備、刀具、材料、軟件等領(lǐng)域的世界著名廠商也積極參展，如美國(guó)布朗夏普公司、哈挺公司、法道參展、DME公司、奧伯格公司，日本法那克公司、東芝工具公司、大同公司、日立公司，沙迪克公司，瑞士阿奇米公司，德國(guó)菜司公司、西門子公司，英國(guó)達(dá)爾康公司，瑞典山特維克有限公司，我國(guó)香港特區(qū)龍記公司以及我國(guó)臺(tái)灣地區(qū)的高明、友嘉公司、喬福等。由精密加工設(shè)備企業(yè)、世界頂級(jí)軟件供應(yīng)商、優(yōu)質(zhì)模具材料企業(yè)所組成的日本軍團(tuán)和德國(guó)高速加工展區(qū)，顯現(xiàn)出模具制造業(yè)已不是傳統(tǒng)意義上的勞工密集型產(chǎn)業(yè)，而是技術(shù)密集型的代表產(chǎn)業(yè)[20-21]。
1.4課題研究的主要內(nèi)容
1） 查閱相關(guān)資料，進(jìn)行調(diào)研，熟悉課題。
2） 查閱與課題相關(guān)的外文文獻(xiàn)，翻譯英文資料，要求3000字以上。
3） 撰寫開題報(bào)告，要求3000字以上，主要介紹課題的目的意義、國(guó)內(nèi)外研究概況、研究?jī)?nèi)容、關(guān)鍵問(wèn)題及解決思路、預(yù)期成果、進(jìn)度安排等。
4） 熟悉膜片彈簧的圖樣和技術(shù)條件。
5） 合理的選擇沖壓設(shè)備，確定壓力機(jī)的技術(shù)參數(shù)。
6） 確定模具的結(jié)構(gòu)型式，繪制模具草圖。
7） 繪制復(fù)合模具的裝配圖及主要零件圖，要求2.5張A0圖紙。
8） 零件圖標(biāo)注尺寸、公差及技術(shù)條件，并進(jìn)行必要的強(qiáng)度校核。
9） 編寫畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書，要求15000字以上。
第二章 沖壓成型工藝分析和工藝方案的確定
2.1 沖壓的基本工序分類及模具類型的選擇
沖壓工序基本分為以下兩大類：
第一類是材料受外力后應(yīng)力超過(guò)其強(qiáng)度極限，使材料發(fā)生剪裂或局部剪裂。諸如：板料的剪裂、剪截、沖孔、落料、切口、整修、裁切、沖口等多種作業(yè)形式，但均屬于分離工序；第二類是材料受到外力應(yīng)力超過(guò)其屈服極限，使材料經(jīng)過(guò)塑性變形后成一定的形狀。諸如：彎曲、縮口、卷邊、扭轉(zhuǎn)、拉伸、起伏成形、體積沖壓等變形方式，但均屬于變形工序。將上述兩個(gè)以上的單工序連續(xù)沖壓與復(fù)合在一套模具上沖壓便構(gòu)成連續(xù)沖壓與復(fù)合沖壓工序。
上述各種沖壓變形工序所用的模具，雖然結(jié)構(gòu)千變?nèi)f化，但仍然可按其沖壓過(guò)程的動(dòng)作特征、主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及完成的工藝作業(yè)類別，將其劃分成以下幾大類：
1）單工序沖模（亦稱單沖模）
這種沖模是在壓力機(jī)的一次行程中只完成一個(gè)沖壓工藝工序。一般均以其完成的沖壓工藝工序的名稱來(lái)命名：如只進(jìn)行沖孔的稱之為沖孔模；只進(jìn)行一次彎曲的稱為彎曲模。
2）連續(xù)模（亦稱多工序連續(xù)模）
這種模具是在壓力機(jī)一次行程中，在模具的不同工位上，能同時(shí)完成兩個(gè)或兩個(gè)以上沖壓工序。根據(jù)連續(xù)完成的沖壓工序的工藝作業(yè)類別又將連續(xù)模分為：多工位連續(xù)沖裁模、多工位連續(xù)式復(fù)合模兩種。連續(xù)模只有沖裁工位的，即只進(jìn)行沖孔、切口、沖槽、落料等屬于沖裁作業(yè)的工位，稱為多工位連續(xù)沖裁模。如果連續(xù)模諸工位中，除了沖裁作業(yè)外，還有拉伸或彎曲、成形：包括翻邊、沖擠、壓印等屬于沖裁式復(fù)合模。
3）復(fù)合模
該類模具僅一個(gè)工位，在壓力機(jī)的一次行程中能完成兩個(gè)或兩個(gè)以上沖壓工步，根據(jù)這類模具完成的沖壓工步的類別，可將其分為：沖裁式復(fù)合模、綜合式復(fù)合模兩種。只完成沖裁作業(yè)的復(fù)合模，最常見的是沖孔—落料復(fù)合模。如果連續(xù)模諸工位中,除了沖裁作業(yè)外，還有拉伸或彎曲、成形任意一個(gè)或一個(gè)以上變形工步的復(fù)合模，通稱其為綜合式復(fù)合模、多工位連續(xù)式復(fù)合模。
2.2 沖模設(shè)計(jì)與制造的程序
由于國(guó)內(nèi)目前正處在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的管理體制與生產(chǎn)組織形式正在逐步改革和健全過(guò)程之中，故目前國(guó)內(nèi)對(duì)沖模設(shè)計(jì)與制造的程序，尚無(wú)固定的標(biāo)準(zhǔn)模式，但整個(gè)過(guò)程大致可以分為如下七個(gè)階段：
1） 沖壓設(shè)計(jì)。提供沖件圖及技術(shù)要求；
2） 編制沖壓工藝文件。包括：沖壓工藝卡、沖壓工藝手則、工序質(zhì)量分析表、工序質(zhì)量控制圖等；
3） 沖模設(shè)計(jì)。符合工藝要求，結(jié)構(gòu)合理，制造容易的整套沖模圖紙；
4） 沖模制造。按沖模圖紙制造的沖模，其零部件全部合格且沖出沖件符合沖件圖要求，沖模經(jīng)驗(yàn)合格證，方可交付使用；
5） 試模驗(yàn)證。新沖模須經(jīng)沖件設(shè)計(jì)，沖壓工藝編制人員、沖模設(shè)計(jì)者、使用單位、專職檢驗(yàn)員、安全員等有關(guān)人員共同參加，進(jìn)行試?？己伺c驗(yàn)證，合格后各方算驗(yàn)證通過(guò)。
6） 投產(chǎn)使用試模驗(yàn)證。新沖模交付使用必須有《沖模驗(yàn)證單》等隨行文本。并要在使用過(guò)程做投產(chǎn)、維修、出現(xiàn)與解決的問(wèn)題等記錄工作。
7） 維修保管。每次使用完成，必須將最后沖制的樣件栓在模具上，同上述填寫好的技術(shù)檔案及有關(guān)記錄一并送檢后入庫(kù)。需要修理至合格后方入庫(kù)保管備用。
2.3 沖壓工藝編制與沖模設(shè)計(jì)的步驟和內(nèi)容
2.3.1 沖壓工藝編制
根據(jù)沖壓件圖編制沖壓工藝的步驟和主要內(nèi)容如下：
1） 進(jìn)行沖件工藝分析即研究并熟悉沖件結(jié)構(gòu)形狀、尺寸、沖壓加工工藝及沖壓精度，了解沖件材料及材料質(zhì)量，尤其是表面質(zhì)量。這一階段實(shí)際上是編制沖壓工藝的前期準(zhǔn)備工作,十分重要。首先要詳細(xì)了解沖件在整個(gè)產(chǎn)品中的地位、作用及性能,要研究和分析沖件的沖壓工藝性及改變沖件結(jié)構(gòu)尺寸與形狀從而簡(jiǎn)化加工過(guò)程及沖模結(jié)構(gòu)的可能性；研究沖件在現(xiàn)場(chǎng)條下進(jìn)行經(jīng)濟(jì)沖壓實(shí)現(xiàn)成批與大量生產(chǎn)的可能性；改變沖件結(jié)構(gòu)形狀與尺寸實(shí)現(xiàn)少無(wú)廢料沖壓的可能性。
2） 確定生產(chǎn)性質(zhì)，投產(chǎn)批量和年總產(chǎn)量。為經(jīng)濟(jì)合理的選定沖模類型，結(jié)構(gòu)及最經(jīng)濟(jì)的制模工藝提供可靠依據(jù)。
3） 確定工藝要素，編制工藝文件。
（1） 確定沖壓件生產(chǎn)的工序及設(shè)備種類；
（2） 設(shè)計(jì)排樣圖。按照考慮年產(chǎn)量和按月收入批量初選的沖模類型，依沖壓件的結(jié)構(gòu)形狀，尺寸與形位精度，進(jìn)行排樣圖設(shè)計(jì)。
（3） 計(jì)算材料利用率。根據(jù)設(shè)計(jì)完成的排樣圖，按規(guī)定方法計(jì)算材料利用率、單件材料消耗定額并確定允許廢品率。
（4） 計(jì)算沖壓力，選定沖壓設(shè)備。
（5） 編制沖壓工藝初稿，并與沖壓工藝施工人員、沖模設(shè)計(jì)者、產(chǎn)品設(shè)計(jì)人、質(zhì)檢人員等有關(guān)人員商討、會(huì)簽、最后形成正式文件。
（6） 提出沖模設(shè)計(jì)任務(wù)書。
2.3.2 沖模設(shè)計(jì)
根據(jù)沖壓件圖和以此圖編制的全部工藝文件、現(xiàn)場(chǎng)沖壓設(shè)備使用說(shuō)明書等進(jìn)行沖模設(shè)計(jì)，需要經(jīng)歷的步驟和完成的工作內(nèi)容如下：
1） 模具設(shè)計(jì)與從制造的角度出發(fā)。在確保沖件質(zhì)量的基礎(chǔ)上，從改善制模工藝性、提高模具壽命出發(fā)、分析研究沖件的沖壓結(jié)構(gòu)工藝性，熟悉沖件圖結(jié)構(gòu)、尺寸與形位精度、其他技術(shù)要求等。
2） 提供沖模設(shè)計(jì)的有關(guān)工藝文件是否齊全，包括：沖壓件圖、全套沖壓工藝文件、沖模設(shè)計(jì)任務(wù)書等。
3） 分析沖壓工藝的合理性。排樣圖、變形過(guò)程圖及沖模結(jié)構(gòu)選型是否先進(jìn)、恰當(dāng)、經(jīng)濟(jì)合理。
4） 核算沖壓力，含沖壓附加壓力，諸如：卸料力、頂件力、卸件力、廢料切斷刀、拉深壓邊力、彈壓卸料板壓料力、彈性元件的彈力等。根據(jù)計(jì)算總壓力選用設(shè)備的合理性、沖模裝夾是否困難，壓力機(jī)的形程、閉合高度、壓力行程曲線能否滿足工藝施工要求，排樣圖中搭邊與沿邊值以及排樣方法是否合理，工步順序及工位布置是否合適等。
5） 最后按確定的沖模類型，規(guī)定沖?？傮w結(jié)構(gòu)，提出采用典型設(shè)計(jì)組合、沖模零部件標(biāo)準(zhǔn)及有關(guān)設(shè)計(jì)要求。就沖裁模而言，對(duì)單工序模、沖裁復(fù)合模、多工位連續(xù)式?jīng)_裁模，應(yīng)采用GB2851—2875—81《冷沖?！芬约?990年修訂本的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的典型組合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，并按其規(guī)定選配成套冷沖模標(biāo)準(zhǔn)零部件、模板等標(biāo)準(zhǔn)件。對(duì)于含有拉深、彎曲、內(nèi)外緣翻邊等也盡量考慮使用上述標(biāo)準(zhǔn)，以利于制模。
6） 沖模的細(xì)部設(shè)計(jì)與計(jì)算，包括：
（1） 送出料裝置的配置及操作方式的確定。在單件、小批量生產(chǎn)中，一般不配用送出裝置而用手工操作；大批量生產(chǎn)中應(yīng)配用通用或?qū)Ｓ米詣?dòng)送出料裝置，以確保生產(chǎn)安全高效，中批生產(chǎn)可考慮由模具帶動(dòng)的鉤式簡(jiǎn)易送料裝置和拔桿卸料器，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)沖壓。
（2） 壓料與卸料系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，要依據(jù)沖件圖對(duì)工件平面度的要求和原料的厚度，沖件形狀及變形工步，確定壓料與否，而后確定固定卸料板還是彈性卸料板，甚至分工位兩者組合的卸料系統(tǒng)。
（3） 頂件系統(tǒng)與卸件裝置的設(shè)計(jì)，從沖模結(jié)構(gòu)考慮：落料凹模裝在下模的正裝復(fù)合沖裁模以及上模出件的彎曲、拉深、翻邊等單工序模和多工位連續(xù)式復(fù)合模的這些工藝作業(yè)的工位，一般都要在其凹模洞口中設(shè)頂件器。頂件器一般由裝在下模下邊的彈性元件驅(qū)動(dòng)，而卸件器則靠一套剛性頂桿、推板推卸出件。上述裝置設(shè)計(jì)模具時(shí)要根據(jù)實(shí)際需要設(shè)置。
（4） 進(jìn)位限位裝置設(shè)計(jì)。根據(jù)排樣圖確定的使用側(cè)刃、擋料銷的位置及尺寸，選用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的合適類型與規(guī)格。此外，還要根據(jù)模具結(jié)構(gòu)和提高送進(jìn)材料定位精度的實(shí)際需要，設(shè)計(jì)側(cè)壓裝置、擋料銷、工藝定位孔等，始用擋料銷、固定擋料銷種類繁多，應(yīng)按沖件厚度、結(jié)構(gòu)形狀與尺寸、搭邊寬度等情況選用。
（5） 選定沖模制造精度等級(jí)，主要依據(jù)沖件圖要求的沖壓精度，一般要提高1—2級(jí)精度，作為沖模制造精度的等級(jí)。凸、凹模工作尺寸、進(jìn)距誤差、多工送進(jìn)誤差等均需以確定的沖模制造精度為依據(jù)進(jìn)行計(jì)算，以確保沖制工件尺寸精度不超差。
（6） 計(jì)算并確定沖模的壓力中心。對(duì)于多工位連續(xù)模這一點(diǎn)較為重要。欲使沖模工件正常而平穩(wěn)，要使其壓力中心與其模柄的軸心線重合，最多不得超過(guò)模柄的投影面積之外，否則會(huì)產(chǎn)生偏移彎矩，加速壓力機(jī)滑塊與導(dǎo)軌以及模具導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的磨損。
（7） 計(jì)算沖模工作零件尺寸，首先按沖件材料種類及厚度選定間隙極其取向再行計(jì)算。除凸、凹模刃口尺寸需按事先選定或工廠習(xí)慣采用的制模工藝進(jìn)行計(jì)算外、與此有關(guān)的固定板、卸料板及與其配對(duì)便用的斜楔滑塊、鉤式送料裝置的零部件尺寸，都要進(jìn)行計(jì)算并確定下來(lái)，方可制圖。
7） 根據(jù)選用的GB2851—2875—81《冷沖模》國(guó)標(biāo)，按其規(guī)定配用的標(biāo)準(zhǔn)模架及成套零部并考慮上述各步驟設(shè)計(jì)內(nèi)容及結(jié)果，繪出模具總裝配圖和非標(biāo)準(zhǔn)零件。
在繪制沖模總裝配圖時(shí)需注意解決好以下一些問(wèn)題：
（1） 按沖件的沖壓工藝過(guò)程卡規(guī)定使用的沖壓設(shè)備及其主要技術(shù)規(guī)格，諸如：壓力機(jī)臺(tái)面尺寸，壓力機(jī)臺(tái)面及其滑塊上裝模柄孔的尺寸、最小閉合高度等參數(shù)，作為選用標(biāo)準(zhǔn)模架和模柄以及確定模座底面積、模具落料孔以及模具平面裝夾尺寸的依據(jù)。即便選用標(biāo)準(zhǔn)典型組合，也必須考慮上述參數(shù)給予銜接；
（2） 注意設(shè)計(jì)合適的凹模結(jié)構(gòu)形狀，并對(duì)其強(qiáng)度進(jìn)行必要的校核；
（3） 凸模長(zhǎng)度要進(jìn)行細(xì)致的計(jì)算，對(duì)于小孔沖模，當(dāng)凸模直徑等于或小于料厚或沖裁高強(qiáng)度材料小孔時(shí)，除在結(jié)構(gòu)上采取加固措施外，對(duì)凸模的抗壓強(qiáng)度和抗縱彎穩(wěn)定性要分別進(jìn)行比要的驗(yàn)算；
（4） 注意拔桿卸件系統(tǒng)、模具帶動(dòng)的送料裝置等直接裝在模具上或與模具聯(lián)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，與模具主沖壓動(dòng)作的協(xié)調(diào)、配合。必要時(shí)可先設(shè)計(jì)并繪出各機(jī)構(gòu)動(dòng)作過(guò)程組合曲線圖，防止在一個(gè)部位動(dòng)作相碰撞。
2.3.3沖模制造工藝的選擇
沖模制造工藝是沖模非標(biāo)準(zhǔn)工作零件即非圓形凸、凹模的制造方法。沖模的標(biāo)準(zhǔn)零部件，包括一些圓形凸模及圓凹模的加工工藝都已定型且這些零件大多可在市場(chǎng)上隨時(shí)購(gòu)買。故通常所說(shuō)的沖模制造工藝是指那些需要另行單獨(dú)制造的非圓凸、凹模以及其他復(fù)雜的非標(biāo)準(zhǔn)凸、凹模的制造方法。
首先應(yīng)該將需要加工的凸、凹模零件表面按其用途、作用及加工工藝不同分為：配合面與接觸面兩種。配合面是在沖模組裝或總裝時(shí)，該面與其他零部件配合，要求有一定的尺寸與形位精度及表面粗糙度。
2.4設(shè)計(jì)任務(wù)
零件簡(jiǎn)圖：如圖2-1所示
年產(chǎn)量：大批量
材料：50CrVA
材料厚度：1.5mm
制件的尺寸精度：IT14級(jí)
圖2-1 零件簡(jiǎn)圖
2.5工件的工藝分析
對(duì)工藝分析包括技術(shù)和經(jīng)濟(jì)方面兩個(gè)方面內(nèi)容。在技術(shù)方面，根據(jù)工件圖，主要分析該沖壓件的形狀特點(diǎn)、尺寸大小、精度要求和材料性能等因素是否符合沖壓工藝要求；在經(jīng)濟(jì)方面，主要根據(jù)沖壓件生產(chǎn)批量，分析產(chǎn)品成本，闡明采用沖壓生產(chǎn)可以取得的經(jīng)濟(jì)效益。因此，沖壓件的工藝分析，主要討論在不影響零件使用的前提下，能否以最簡(jiǎn)單經(jīng)最經(jīng)濟(jì)的方法沖壓出來(lái)。能夠做到的，表示該沖壓件的工藝性好；反之，工藝性差。影響沖壓件工藝性的因素很多，從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)方面考慮，主要因素有以下幾個(gè)方面
該制件形狀比較簡(jiǎn)單，是由圓弧和直線組成的，尺寸一般，厚度適中，大批量，屬于普通沖壓件，但是有幾點(diǎn)應(yīng)注意：
1) 由于零件上有18個(gè)孔和18個(gè)槽，落料的同時(shí)要保證所沖18個(gè)孔和18個(gè)槽的位置精度。
2) 零件上槽的頂部還有一個(gè)由弧線和直線組成的孔，而且槽寬度是3.2mm。沖槽和槽頂部的小孔的凸模在加工和強(qiáng)度上都有困難，所以把沖槽和槽頂部的空分兩步?jīng)_壓，沖模分開制造。
3) 零件上18個(gè)槽中每?jī)蓚€(gè)槽最小距離是大約在3.5mm左右，因此如何保證凹模的強(qiáng)度是模具設(shè)計(jì)的又一難點(diǎn)，所以在沖槽上我選擇隔位沖壓，先沖隔位的9個(gè)，再?zèng)_剩下的9個(gè)。
4) 大批量生產(chǎn)，應(yīng)重視模具材料和結(jié)構(gòu)的選擇，保證一定的壽命。
2.6工藝方案的確定
根據(jù)制件工藝性分析，該零件包括落料和沖孔和沖槽三個(gè)基本工序，可采用的以下三種方案：
1) 第一步落料，第二步?jīng)_孔，第三步?jīng)_9個(gè)槽，第四步?jīng)_剩下的9個(gè)槽，采用單工序模生產(chǎn)。
2) 第一步落料-沖孔復(fù)合沖壓，第二步?jīng)_9個(gè)槽，第三步?jīng)_剩下的9個(gè)槽，采用復(fù)合模與單工序模生產(chǎn)。
3) 第一步?jīng)_孔-落料連續(xù)沖壓，第二步?jīng)_9個(gè)槽，第三步?jīng)_剩下的9個(gè)槽，采用級(jí)進(jìn)模與單工序模生產(chǎn)。
方案1）模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但需要四道工序，三套模具才能完成零件加工，生產(chǎn)效率較低，難以滿足零件大批量生產(chǎn)要求。由于零件結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，為提高生產(chǎn)率，主要應(yīng)采用復(fù)合模沖壓和級(jí)進(jìn)模沖壓。
由于采用級(jí)進(jìn)或多工位自動(dòng)送料裝置，生產(chǎn)率高，模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造周期長(zhǎng)，成本高。故采用復(fù)合模與單工序模生產(chǎn)。
根據(jù)上述分析，該零件采用落料-沖孔復(fù)合沖壓與單工序沖壓的工藝方案。以下是制件加工的工序圖：
第一序落料沖孔序半成品件如圖2-2
圖2-2 落料沖孔序半成品件
第二序沖槽序半成品件如圖2-3
圖2-3 沖槽序半成品件
第三序沖槽序成品件如圖2-4
圖2-4 沖槽序成品件
2.7模具結(jié)構(gòu)方案的確定
（1） 設(shè)計(jì)落料-沖孔復(fù)合模，因制件材料是50CrVA，材料抗剪強(qiáng)度高，卸料力很大，采用彈性卸料需要在模具的很多位置安裝彈性卸料裝置，使模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故不采用。又由于制件尺寸較大，采用打料桿又會(huì)影響制件的平整性，故采用打料桿與卸料板接觸，由卸料板卸料的結(jié)構(gòu)。又由制件尺寸可知，凸凹模壁厚大于最小壁厚，所以復(fù)合模采用倒裝復(fù)合模及打料桿接觸卸料板的卸料方式和定位釘定位方式。
（2） 設(shè)計(jì)單工序沖槽模，采用卸料橡膠卸料，和中間定位銷的定位方式。
2.8小結(jié)
本章進(jìn)行了工件的沖壓工藝分析、工藝方案的確定和模具結(jié)構(gòu)方案的初步確定。
第三章 落料沖孔模工藝計(jì)算及模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.1排樣設(shè)計(jì)與計(jì)算
沖裁件在條料上的布置方法稱為排樣。排樣設(shè)計(jì)包括選擇排樣方法、確定搭邊值、計(jì)算條料寬度和送料步距，計(jì)算材料利用率，畫排樣圖。
（1） 排樣方法的選擇
根據(jù)對(duì)所給零件的分析，采用直排有廢料排樣方式，這樣可以保證沖件質(zhì)量，提高模具壽命?？梢匝a(bǔ)償送料誤差，以保證沖出合格工件；保持條料剛度利于送料，避免廢料絲進(jìn)入模具間隙損壞模具。
（2） 計(jì)算沖裁件面積：
由軟件可求出沖裁件面積A=22027.93mm2
查表3-10[1]得到，工件間a=2.0mm,搭邊a1=1.5mm
（3） 步距和條料寬度的計(jì)算
步距H=172 mm +1.5 mm=173.5 mm
條料寬度B=172 mm +2×2 mm=176 mm
（4） 材料利用率的計(jì)算
一個(gè)步距的材料利用率：
η= (nA/BH)×100%
= (1×22027.93÷176×173.5)×100％=72％
（5） 排樣圖如圖3-1
圖3-1 排樣圖
3.2 沖裁力計(jì)算
平刃沖模沖裁時(shí)，沖裁力F0＝Ltτ，但考慮到模具刃口的磨損，模具間隙的波動(dòng)，材料機(jī)械性能變化和材料厚度偏差等因素，實(shí)際所需沖裁力必須增大30％，即：
F=1.3F0=Ltσb 查表1-1[1] τ=700 MPa
（1） 落料：
落料力：F落F落=Ltσb 得：567×103N
卸料力：F卸F卸=k F落 得：28×103N
（2） 沖制件中間大孔：
查表2-10[2]k1=0.05
由經(jīng)驗(yàn)選取n=3
查表2-10[2]k1=0.055
沖孔力：F沖=Ltσb 得：124×103N
卸料力F卸：F卸=k 1F沖 得： 6×103N
推件力F推：F推=nk 2F沖 得：20×103N
（3） 沖制件18個(gè)腰形孔
查表2-10[2]k1=0.05
由經(jīng)驗(yàn)選取n=3
查表2-10[2]k1=0.055
沖孔力F沖：F沖=Ltσb 得：603×103N
卸料力F卸：F卸=k 1F 得：30×103N
推件力F推：F推=nk 2F沖 得：100×103N
F0=F落＋F沖＋F卸＋F推
F0=1508×103N
F=1.3F0
F=1960×103N
（4） 選擇沖床的總壓力
落料-沖孔的總壓力：
F總1= F=1960×103N
3.3壓力機(jī)選擇
3.3.1沖壓設(shè)備的選擇原則
沖壓設(shè)備的選擇主要是根據(jù)沖壓工藝性質(zhì)、生產(chǎn)批量大小、沖壓件的幾何形狀、尺寸及精度要求等因素來(lái)確定的。沖壓生產(chǎn)中常用的沖壓設(shè)備種類很多，選擇沖壓設(shè)備時(shí)主要考慮下述因素：
1） 沖壓設(shè)備的類型和工作方式是否適用于應(yīng)完成的工序；是否符合安全生產(chǎn)和環(huán)保的要求；
2） 沖壓設(shè)備的壓力和功率是否滿足應(yīng)完成工序的需要；
3） 沖壓設(shè)備的裝模高度、工作臺(tái)面尺寸、行程等是否適合應(yīng)完成工序所用的模具；
4） 沖壓設(shè)備的行程次數(shù)是否滿足生產(chǎn)率的要求等。
3.3.2選擇壓力機(jī)及壓力機(jī)參數(shù)
由表2-7[4]查得，落料時(shí)的壓力機(jī)應(yīng)選標(biāo)稱壓力為200×103N的開式可傾壓力機(jī)J23-200
表3-1 開式可傾壓力機(jī)J23-200主要技術(shù)參數(shù)
型號(hào)
公稱壓力/KN
滑塊行程/mm
滑塊行程次數(shù)/n˙min-1
J23-200
2000
160
40
最大閉合高度/mm
閉合高度調(diào)節(jié)量/mm
工作臺(tái)尺寸/mm 長(zhǎng)×寬
450
130
1120×710
墊板尺寸/mm
模柄孔尺寸/mm
厚度
孔徑
直徑
深度
100
280
70
80
3.4 確定模具壓力中心
該制件形狀簡(jiǎn)單，左右對(duì)稱，其壓力中心就在其幾何中心上，壓力中心如圖3-2
圖3-2 壓力中心示意圖
3.5凸、凹模刃口尺寸計(jì)算
3.5.1刃口尺寸計(jì)算的一般原則
1) 刃口尺寸應(yīng)保證沖出合格零件
2) 由于落料件的實(shí)際尺寸基本與凹模刃口尺寸一致，所以落料時(shí)應(yīng)先計(jì)算凹模刃口尺寸，以獲得合理的沖裁間隙值。而沖孔時(shí)孔的實(shí)際尺寸基本與凸模刃口尺寸一致，因此應(yīng)先計(jì)算凸模刃口尺寸，合理沖裁間隙值依靠改變凹模刃口尺寸獲得。
3) 刃口磨損一些仍能沖出合格工件
4) 隨著沖裁件數(shù)量的增加，凸模與凹模的刃口在不斷磨損，并不斷改變?nèi)锌诔叽?。只要磨損量不超過(guò)一定范圍，模具應(yīng)仍能沖出合格工件。
5) 設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)取最小合理沖裁間隙
6) 隨著凸模與凹模刃口磨損量的不斷增大，沖裁間隙也將不斷增大。所以設(shè)計(jì)模具時(shí)，沖裁間隙應(yīng)取其允許的最小值Zmin。
7) 應(yīng)注意到，凸模與凹模刃口尺寸的制造公差影響沖裁間隙的大小。所以刃口尺寸的計(jì)算與處理既要保證沖出合格的工件，又要保證合理的沖裁間隙值。
3.5.2刃口尺寸計(jì)算方法
常用的計(jì)算刃口尺寸方法有兩種：一是凸模與凹模分別注出各自的基本尺寸及其公差，簡(jiǎn)稱公差法制模；二是只有基準(zhǔn)件（落料時(shí)為凹模，沖孔時(shí)為凸模）注出基本尺寸及其制造公差，而配作件（落料時(shí)為凸模，沖孔時(shí)為凹模）則只注與基準(zhǔn)件相同的基本尺寸，不注公差，在技術(shù)要求中注明配作時(shí)應(yīng)達(dá)到的合理沖裁間隙值Zmin，簡(jiǎn)稱為配作法制模。
3.5.3落料-沖孔模刃口尺寸的計(jì)算
查表2-5[4]，材料是50CrVA，料厚1.5mm的初始雙面間隙為：Zmax=0.34mm,Zmin=0.27mm
對(duì)于精度為IT14的工件，磨損系數(shù)χ=0.5
1) 對(duì)落料Φ172我們采用凸、凹模分開加工的方法來(lái)計(jì)算，
查表3-11[1]得凸凹模的制造公差：δp=0.030mm, δd=0.040mm，
查表3-1[2]得工件公差Δ=1mm
校核：Zmax-Zmin=0.34mm-0.27mm=0.07mm
δp+δd=0.04mm+0.03mm=0.07mm
滿足δp+δd≤Zmax-Zmin
表3-2 外形落料刃口尺寸計(jì)算
基本尺寸
公差
公式
結(jié)果
備注
φ172
1mm
2) 對(duì)沖孔Φ37.7，采用凸、凹模分開加工的方法。
查表2-10[4]得凸凹模的制造公差：δp=0.020mm, δd=0.030mm
查表3-1[2]得工件公差Δ=0.62mm
校核：Zmax-Zmin=0.34mm-0.27mm=0.07mm
δp+δd=0.02mm+0.03mm=0.05mm
滿足δp+δd≤Zmax-Zmin
表3-3 中間大孔刃口尺寸計(jì)算
基本尺寸
公差
公式
結(jié)果
備注
φ37.7
0.62mm
3) 對(duì)沖工件上的不規(guī)則孔，采用凸、凹模配套加工的方法。
以凸模為基準(zhǔn)件，凸模磨損后，刃口部分尺寸都減小，屬于B類尺寸B1=8.9, B2=1.98 B2=1.98
查表3-1[2]得工件公差Δ1=0.36mm，Δ2=0.25mm
查表3-11[1]得凸凹模的制造公差：δ=0.020
表3-4 腰形孔刃口尺寸計(jì)算
基本尺寸
公差
公式
結(jié)果
備注
8.9
0.36mm
1.98
0.25mm
配套保證雙面間隙0.27mm-0.34mm
圓弧部分與 B1=8.9mm相切，所以取R=
3.6確定凹模外形尺寸，選擇標(biāo)準(zhǔn)
凹模的輪廓尺寸，因其結(jié)構(gòu)型式不一，受力狀態(tài)各不相同，目前還不能用理論計(jì)算方法確定，在生產(chǎn)中，通常根據(jù)沖裁件尺寸和板料厚度，憑經(jīng)驗(yàn)概略地加以計(jì)算。
1) 凹模的外形結(jié)構(gòu)與輪廓尺寸
表3-5 凹模的外形結(jié)構(gòu)與輪廓尺寸
項(xiàng)目
公式
結(jié)果
取值
備注
凹模高度
34.4mm
40mm
查表8-3[2]k=0.20
凹模壁厚
c=1.5H
70
70
凹模周界尺寸
312×312
300×300
2) 標(biāo)準(zhǔn)模架的選取
根據(jù)凹模周界尺寸，L=300mm B=300mm 查表5-10[3]選取四導(dǎo)柱模架，確定模架的標(biāo)準(zhǔn)尺寸。
其中，上模座：400×315×60
下模座：400×315×75
導(dǎo)柱：45×260
導(dǎo)套：45×150×58
3) 其他零件也從標(biāo)準(zhǔn)件中選取。
3.7沖模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.7.1裝配圖
根據(jù)模具總裝圖結(jié)構(gòu)，沖壓工藝要求的計(jì)算，設(shè)計(jì)出的落料—沖孔模如圖3-3
1、 上模座 2、導(dǎo)柱 3、導(dǎo)套 4、內(nèi)六角螺釘 5、推桿 6、模柄7、圓形凸模 8、推板9、頂桿10、圓柱銷 11、凸模墊板 12、凸模固定板 13、凹模墊板 14、腰形凸模 15、推件塊16、落料凹模17、卸料板18、卸料橡膠 19、凹模墊板20、下模座21、卸料螺釘22、圓柱銷23、凸凹模24、內(nèi)六角螺釘25、彈性擋料銷
圖3-3 落料—沖孔模裝配圖
3.7.2模具結(jié)構(gòu)型式分析
根據(jù)工件可選用落料和沖孔復(fù)合模具。復(fù)合模是在壓力機(jī)的一次行程內(nèi)在模具的一個(gè)工位上完成兩道或兩道以上沖壓工序的模具，是一種多工序沖壓模具。復(fù)合模與單工序模相比，主要優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)效率和沖壓件精度高；其缺點(diǎn)是模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不易制造。它適合精度要求較高的軟材料或薄板料沖壓件。
圖3.3為落料和沖孔的復(fù)合模。適用用于圓形工件。沖壓時(shí)上模下行，使凸凹模22與落料凹模16、圓形沖頭6和腰形凸模15接觸，從而成型工件。上?；爻毯笥赏萍K16和卸料板18將沖壓件推出。
3.7.3模具主要零部件的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)
1） 圓形凸模
中間大孔為圓形，選用圓形凸模。凸模做成階梯形，用以增加強(qiáng)度。凸模用凸模固定板和凸模墊板模座連接在一起，凸模墊板，凸模固定板用內(nèi)六角螺釘與上模座連接在一起。
2） 腰形凸模
由于工件上孔位比較多，為保證沖裁精度，采用直通式凸模。凸模用柳接形式固定在凸模固定板上，凸模墊板，凸模固定板用內(nèi)六角螺釘與上模座連接在一起。
3） 凹模
凹模由內(nèi)六角螺釘和圓柱銷固定在上模座上。刃口選用直筒形，刃口強(qiáng)度較高，刃磨后工作部分尺寸不變。為保證工件的平整性，在該凹模內(nèi)安裝護(hù)板，有利于提高沖壓質(zhì)量，適合沖壓形狀復(fù)雜的工件。最大缺點(diǎn)每次沖壓后，工件或廢料在凹模內(nèi)，會(huì)增加孔壁磨損。
4） 凸凹模
凹模由內(nèi)六角螺釘和圓柱銷固定在下模座上。
5） 卸料板部件設(shè)計(jì)
（1） 彈性卸料板有一定的厚度，用螺栓和銷釘固定在下模座上，能承受的卸料力比較大。固定卸料板和凸模的單邊間隙，一般取0.1～0.5mm，但不小于0.05mm。固定卸料板厚度與沖裁力大小、卸料尺寸等有關(guān)，一般取5～10mm.。
（2） 卸料橡膠計(jì)算
采用橡膠塊作為彈性元件。具有承受載荷比彈簧大，安全與安裝調(diào)整方便等優(yōu)點(diǎn)。橡膠塊的選用包括決定其品種、高度及截面尺寸等等。
a) 橡膠塊品種的選擇
考慮到模具結(jié)構(gòu)，選用四個(gè)圓筒形的聚氨酯橡膠，則每個(gè)橡膠所承受的預(yù)壓力為：
Fy=F卸料力/4=28×103N/4=7×103N
b) 確定橡膠的橫截面積A。取hy=10%h0=0.1h0,查表3-35[9]，得到P=1.1MPa,
則A= Fy/P=7.675×103N/1.1=6.98×103（mm2）
c) 橡膠塊截面尺寸的計(jì)算
選用直徑為12mm的卸料螺釘，取橡膠上螺釘過(guò)孔的直徑為 d=16mm，則橡膠外徑D==mm=95mm
d) 計(jì)算并校核橡膠塊高度
h0=(mm)=52(mm)
因?yàn)閔0/D=52/95=0.55,故所選橡膠符合要求。橡膠的安裝高度ha=h0-hy=52-52×0.1=46.8(mm)
卸料螺釘及其設(shè)置
a) 螺紋長(zhǎng)度雖短但與光桿段有臺(tái)階，可保證旋入彈性壓力板后不易松動(dòng)
b) 螺釘長(zhǎng)度使指光桿段長(zhǎng)度且有公差要求，便于保證彈性卸料板工作平面與模面平行。
c) 螺釘材料為45號(hào)鋼且要求熱處理硬度為35～40HRC，以便保證螺釘有足夠的強(qiáng)度，能夠承受卸料過(guò)程中反復(fù)作用的拉應(yīng)力。
d) 卸料螺釘?shù)拈L(zhǎng)度的確定
卸料螺釘A：L=43mm+22mm=60mm
卸料螺釘B：L=43mm+22mm=60mm
e) 模座沉孔深度的計(jì)算
h=20+3+10+15=98mm
6） 導(dǎo)柱導(dǎo)套
導(dǎo)柱和導(dǎo)套都是圓柱形，加工方便，容易裝配，是模具行業(yè)應(yīng)用最廣泛的導(dǎo)向裝置。導(dǎo)柱的直徑一般在16～60mm之間，長(zhǎng)度L在90～320mm之間，下部長(zhǎng)度與下模板導(dǎo)柱孔采用過(guò)盈配合，配合時(shí)，孔徑會(huì)收縮，所以導(dǎo)套過(guò)盈配合部分的孔徑應(yīng)比導(dǎo)套和導(dǎo)柱間隙配合孔徑增大1mm。
導(dǎo)住和導(dǎo)套為間隙配合，要求配合表面堅(jiān)硬和耐磨，且有一定的強(qiáng)韌性，常用20號(hào)鋼制作，表面經(jīng)過(guò)滲碳淬火處理，硬度為HRC58～62，滲碳層深度0.8～1.2mm。
3.7.4模具的工作過(guò)程
本套模具可完成落料、沖孔兩個(gè)工序。條料送進(jìn)時(shí)，有彈頂擋了銷導(dǎo)向，沖首件是以目測(cè)定位，待沖第二個(gè)工件時(shí)，則用擋料銷定位。模具工作時(shí)，用壓力機(jī)的氣墊壓邊，可獲得較大的壓邊力，壓力和行程的大小也容易調(diào)節(jié)，另外，可使模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。氣墊壓邊是通過(guò)拖桿傳到壓邊圈上進(jìn)行壓邊的。工件制出后，上模上行，打桿和推件塊起作用，把工件從凸凹模中推出。
3.8小結(jié)
本章對(duì)落料沖孔模進(jìn)行了排樣計(jì)算、沖壓力計(jì)算、沖壓設(shè)備選擇、壓力中心計(jì)算、模具工作部件設(shè)計(jì)、落料沖孔模裝配圖及模具工作過(guò)程。
第四章 沖槽模工藝計(jì)算及模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
4.1沖裁力計(jì)算
平刃沖模沖裁時(shí)，沖裁力F0＝Ltτ，但考慮到模具刃口的磨損，模具間隙的波動(dòng)，材料機(jī)械性能變化和材料厚度偏差等因素，實(shí)際所需沖裁力必須增大30％，即：
F=1.3F0=Ltσb
沖槽：
查表2-10[2]k1=0.05，由經(jīng)驗(yàn)選取n=3，查表2-10[2]k1=0.055
沖槽力F沖：F沖=Ltσb 得：729×103N
卸料力F卸：F卸=k 1F沖 得：36×103N
推件力F推：F推=nk 2F沖 得：10×103N
F0=F沖＋F卸＋F推
F0=805×103N
F=1.3F0
F=1047×103N
選擇沖床的總壓力
沖槽的總壓力：
F總1= F=1047×103N
4.2壓力機(jī)選擇
4.2.1沖壓設(shè)備的選擇原則
沖壓設(shè)備的選擇主要是根據(jù)沖壓工藝性質(zhì)、生產(chǎn)批量大小、沖壓件的幾何形狀、尺寸及精度要求等因素來(lái)確定的。沖壓生產(chǎn)中常用的沖壓設(shè)備種類很多，選擇沖壓設(shè)備時(shí)主要考慮下述因素：
1) 沖壓設(shè)備的類型和工作方式是否適用于應(yīng)完成的工序；是否符合安全生產(chǎn)和環(huán)保的要求；
2) 沖壓設(shè)備的壓力和功率是否滿足應(yīng)完成工序的需要；
3) 沖壓設(shè)備的裝模高度、工作臺(tái)面尺寸、行程等是否適合應(yīng)完成工序所用的模具；
4) 沖壓設(shè)備的行程次數(shù)是否滿足生產(chǎn)率的要求等。
4.2.2選擇壓力機(jī)及壓力機(jī)參數(shù)
由表2-7[4]查得，沖槽時(shí)的壓力機(jī)應(yīng)選標(biāo)稱壓力為1250×103N的開式雙柱可傾壓力機(jī)J23-125
表4-1 開式可傾壓力機(jī)J23-125主要技術(shù)參數(shù)
型號(hào)
公稱壓力/KN
滑塊行程/mm
滑塊行程次數(shù)/n˙min-1
J23-125
1250
145
38
最大閉合高度/mm
閉合高度調(diào)節(jié)量/mm
工作臺(tái)尺寸/mm 長(zhǎng)×寬
480
110
710×1080
墊板尺寸/mm
模柄孔尺寸/mm
厚度
孔徑
直徑
深度
100
250
60
75
4.3 確定模具壓力中心
該制件形狀規(guī)則，其壓力中心就在其幾何中心上，壓力中心如圖4-1
圖4-1 壓力中心示意圖
4.4 凸、凹模刃口尺寸計(jì)算
4.4.1刃口尺寸計(jì)算的一般原則
1) 刃口尺寸應(yīng)保證沖出合格零件
2) 由于落料件的實(shí)際尺寸基本與凹模刃口尺寸一致，所以落料時(shí)應(yīng)先計(jì)算凹模刃口尺寸，以獲得合理的沖裁間隙值。而沖孔時(shí)孔的實(shí)際尺寸基本與凸模刃口尺寸一致，因此應(yīng)先計(jì)算凸模刃口尺寸，合理沖裁間隙值依靠改變凹模刃口尺寸獲得。
3) 刃口磨損一些仍能沖出合格工件
4) 隨著沖裁件數(shù)量的增加，凸模與凹模的刃口在不斷磨損，并不斷改變?nèi)锌诔叽?。只要磨損量不超過(guò)一定范圍，模具應(yīng)仍能沖出合格工件。
5) 設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)取最小合理沖裁間隙
6) 隨著凸模與凹模刃口磨損量的不斷增大，沖裁間隙也將不斷增大。所以設(shè)計(jì)模具時(shí)，沖裁間隙應(yīng)取其允許的最小值Zmin。
應(yīng)注意到，凸模與凹模刃口尺寸的制造公差影響沖裁間隙的大小。所以刃口尺寸的計(jì)算與處理既要保證沖出合格的工件，又要保證合理的沖裁間隙值。
4.4.2刃口尺寸計(jì)算方法
常用的計(jì)算刃口尺寸方法有兩種：一是凸模與凹模分別注出各自的基本尺寸及其公差，簡(jiǎn)稱公差法制模；二是只有基準(zhǔn)件（落料時(shí)為凹模，沖孔時(shí)為凸模）注出基本尺寸及其制造公差，而配作件（落料時(shí)為凸模，沖孔時(shí)為凹模）則只注與基準(zhǔn)件相同的基本尺寸，不注公差，在技術(shù)要求中注明配作時(shí)應(yīng)達(dá)到的合理沖裁間隙值Zmin，簡(jiǎn)稱為配作法制模。
對(duì)沖工件上寬度為3.2mm的槽采用凸、凹模配套加工的方法。
以凸模為基準(zhǔn)件，凸模磨損后，刃口部分尺寸都減小，屬于B類尺寸B=3.2mm
查表3-1[2]得工件公差Δ=0.3
查表3-11[1]得凸凹模的制造公差：δ=0.020
表4-2 沖槽刃口尺寸計(jì)算
基本尺寸
公差
公式
結(jié)果
備注
3.2
0.3mm
配套保證雙面間隙0.27mm-0.34mm
4.5 確定凹模外形尺寸，選擇標(biāo)準(zhǔn)
凹模的輪廓尺寸，因其結(jié)構(gòu)型式不一，受力狀態(tài)各不相同，目前還不能用理論計(jì)算方法確定，在生產(chǎn)中，通常根據(jù)沖裁件尺寸和板料厚度，憑經(jīng)驗(yàn)概略地加以計(jì)算。
1) 凹模的外形結(jié)構(gòu)與輪廓尺寸
表4-3 凹模的外形結(jié)構(gòu)與輪廓尺寸
項(xiàng)目
公式
結(jié)果
取值
備注
凹模高度
46.4mm
50mm
查表8-3[2]k=0.20
凹模壁厚
c=1.5H
80
80
凹模周界尺寸
Φ280
2) 標(biāo)準(zhǔn)模架的選取
根據(jù)凹模周界尺寸，D0=280mm，查表5-9[3]選取滑動(dòng)導(dǎo)向中間導(dǎo)柱圓形模架，確定模架的標(biāo)準(zhǔn)尺寸。
其中，上模座：315×50
下模座：315×60
導(dǎo)柱：45×230、50×230
導(dǎo)套：45×125×48、50×125×48
3) 其他零件也從標(biāo)準(zhǔn)件中選取。
4.6沖模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
4.6.1裝配圖
根據(jù)模具總裝圖結(jié)構(gòu)，沖