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沖壓模具設(shè)計中側(cè)壁起皺的分析
F.-k. Chen and Y.-C. Liao
臺灣 臺北市國立臺灣大學(xué)機(jī)械工程部門
在沖壓過程中，起皺一般發(fā)生在有錐度的方形杯子和帶有階梯的矩形杯子成形時。這兩種起皺類型的共同特征是起皺都發(fā)生在相對沒有支撐的側(cè)壁。在沖壓一個有錐度的方形杯子時，當(dāng)發(fā)生起皺時，比如沖模間隙和沖壓毛壞的壓力大小等參數(shù)的影響通過有限元模擬方法被檢查到。模擬結(jié)果顯示沖模間隙越大，起皺的就越明顯，而且起皺不能通過增加沖壓力來被抑制。在研究帶有階梯的矩形杯子沖壓過程的起皺時，發(fā)現(xiàn)了一個有相似幾何類型的實際部分。在側(cè)壁被發(fā)現(xiàn)的起皺是因為介于沖頭和階梯邊緣的金屬板料不平衡伸展造成的。為減少起皺，一個最適宜的沖模設(shè)計方法就是利用有限元分析法。在無起皺產(chǎn)品中介于模擬結(jié)果和實測結(jié)果的好協(xié)議使有限元分析法生效，而且證實了利用有限元分析法去設(shè)計沖模的優(yōu)勢。
關(guān)鍵詞：側(cè)壁起皺；沖模；階梯的矩形杯子；帶有錐度的主形杯子
1． 介紹
起皺是在金屬板料成形中主要的缺陷之一。由于性能和視察的原因，在產(chǎn)品中起皺往往不能被接受。在金屬板料成形過程中，有三種形式的起皺頻繁的發(fā)生：邊緣起皺，側(cè)壁起皺和由于殘余的彈性壓力引起的未變形區(qū)域的彈性彎曲。在沖壓一個復(fù)雜形狀零件的操作時，側(cè)壁起皺意味著沖模腔中的起皺。由于側(cè)壁區(qū)域的金屬板料相對于其它區(qū)域的金屬板料不被工具所保征質(zhì)量，側(cè)壁起皺的消除比邊緣起皺的抑制更難。很明顯，在未被加固的側(cè)壁區(qū)域中的金屬材料的額外拉伸可能防止起皺，而且在實際操作中也可以通過增加沖壓力來防止起皺，但是過度的拉力會通過裂痕導(dǎo)致失敗。因此，沖壓力必須處于一個狹小的范圍，一方面，要高于抑制起皺的力，另一方面，要低于產(chǎn)生破裂的力。沖壓力的狹小范圍很難計算。對于沖壓一個復(fù)雜形狀的零件，當(dāng)起皺發(fā)生在中心區(qū)域時，有意義的沖壓力范圍甚至不存在。
為了檢查起皺的形成結(jié)構(gòu)，Yoshida et al.發(fā)明了一種測試，在這種測試?yán)?，一塊薄板料不是均勻的沿著它的斜度被拉伸。他們也計劃一個近似的理論模型，在這種模型里面，起皺的開始取決于在壓力不均勻區(qū)域中有壓縮的側(cè)部力的彈性灣曲。Yu et al.從實驗性和分析性上研究起皺問題，通過理論分析，他發(fā)現(xiàn)帶有兩個圓周波的起皺可能發(fā)生，然而，實驗結(jié)果顯示是四到六個。當(dāng)通過一個有錐度的模具畫出金屬板料時，Narayanasamy和sowerby用平底的沖頭和半球狀的沖頭檢查金屬板料的起皺。他們也試圖去把可以抑制起皺的道具分類。
那些努力都被聚中于和簡單形狀零件關(guān)聯(lián)的起皺問題上，例如：一個圓形的杯子。在90年代早期，金屬板料成形中三維動態(tài)軟件和有限元方法的成功運(yùn)用使得分析包括在沖壓一個復(fù)雜形狀零件的起皺問題成為可能。在當(dāng)前的研究中，三維有限元分析法被用來分析在沖壓一個帶有階梯的矩形部分的過程中，產(chǎn)生起皺的金屬流動制造參數(shù)上。
一個帶有階梯的方形杯子，在杯子的每一邊都有一個傾斜的側(cè)壁，在帶有錐度的杯子也相應(yīng)的存在傾斜的側(cè)壁。在沖壓過程中，側(cè)壁上的金屬板料相對沒被支撐，因此，這個部位更容易起皺。在當(dāng)前的研究中，起皺過程中的各種不同的制造參數(shù)的影響都在被研究。在沖壓一個帶有階梯的方形杯子時，就像圖1B顯示的一樣，可以觀測到另一種形式的起皺。為了評估分析的效力，在當(dāng)前的研究中，一個確切階梯幾何形狀的物體被檢測。通過使用有限元分析法和用適宜的模具設(shè)計來減少起皺，起皺的原因被確定。在觀測一個實際產(chǎn)品成形時，通過有限元分析法得到的模具設(shè)計方法得到證實。
圖1帶有錐度方形杯子的拉伸（a）和帶有階梯的矩形杯子的拉伸（b）
2有限元模型
包括沖頭、模具和毛壞固定器等工具幾何學(xué)是用CAD或PRO/E軟件來設(shè)計的。同樣用CAD軟件，三節(jié)點和四節(jié)點的外形元素被采用用來為以上工具生產(chǎn)網(wǎng)眼系統(tǒng)。對于有限元模擬來說，工具被認(rèn)為是剛硬的，而且對應(yīng)的網(wǎng)眼被用來定義工具幾何學(xué)而不是壓力分析。同樣CAD軟件使用四節(jié)點外形元素來為板形壞料構(gòu)造網(wǎng)眼。圖2顯示工具的完整布置的網(wǎng)眼系統(tǒng)和用來沖壓帶有階梯方形杯子的板形壞料。由于對稱條件，方形杯子的四分之一被分析。在模擬中，板形壞料放在壓力機(jī)上，沖模向下移動，逆著壓力機(jī)夾緊板形壞料。然后沖模上升使得板形壞料按著模腔成形。
圖2 有限元網(wǎng)眼
為了表演一個精確的有限元分析法，金屬板料的真實應(yīng)力應(yīng)變曲線被要求是輸入數(shù)據(jù)的一部分。在當(dāng)前的研究中，拉深成形的金屬板料也被用來模擬。為在飛機(jī)上切割下的樣本測試被進(jìn)行，它們依次從0度的旋轉(zhuǎn)方向到45度的旋轉(zhuǎn)方向，再到90度的旋轉(zhuǎn)方向進(jìn)行著。平均的流動力σ，計算方程為σ=（σ0+2σ45+σ90）/4，因為每一個方法真實應(yīng)變通常用來模擬帶錐度方形杯子和帶階梯矩形的沖壓，就如圖3顯示的那樣。
當(dāng)前研究中所有的模擬利用有限元程序PAM-STAMP涉及SGI Indigo2工作站。為了完成模似所需輸入數(shù)據(jù)的設(shè)置，沖頭的速度一般設(shè)置在10m/s，庫侖摩擦系數(shù)設(shè)置在0.1。
圖3 金屬板料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系
3 錐度方形杯中的起皺
正像圖1a顯示的那樣，草圖暗示著一些有關(guān)錐度方形杯子的尺寸，方形沖頭每一面的長度（2WP）、模腔的尺寸（2Wd）和高度(H)被認(rèn)為是影響起皺的至關(guān)重要尺寸。在當(dāng)前研究中，模腔尺寸和沖頭尺寸的差距的一半稱作沖模間隙（記作G），G= Wd- WP。相關(guān)的在側(cè)壁沒被支撐的金屬板料的寬度取決于沖模間隙，起皺假想通過增加沖壓力來被抑制。相對于沖壓一個錐度方形杯子，沖模間隙和沖壓力兩方面的影響在接下來的部分被研究。
3.1沖模間隙的影響
為了檢查沖模間隙對起皺的影響，在沖壓一個錐度方形杯子時，分別用20mm，30mm，50mm大小的沖模間隙進(jìn)行模擬沖壓。在每次模擬沖壓中，模腔的尺寸都是固定在200mm，而且杯子拉深的高度都是100mm。三次模擬中使用的金屬板料都是380X380的方形尺寸，厚度也都是0.7mm，金屬的應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖3所示。
圖4 G=50mm的帶有錐度的方形杯子
模擬結(jié)果顯示三次模擬中都發(fā)生起皺現(xiàn)象，沖模間隙為50mm沖壓出來的杯子模擬形狀如圖4。從圖4中可以看出，起皺分布在側(cè)壁，側(cè)壁拐角尤其明顯。這就說明在沖壓過程中，起皺是由于在側(cè)壁有大面積區(qū)域不被支撐，同樣，由于沖模間隙不一樣，沖頭各邊的長度和模腔尺寸也不一樣。由于橫向壓力的存大，在沖頭和模腔中拉深成形的金屬板料越來越不牢固。在壓縮下，側(cè)壁金屬板料不受限制的拉伸是起皺的主要原因。為了比較三種不同間隙沖壓出來的產(chǎn)品，兩個主要的應(yīng)變比率β被介紹，β=εmin/εmax，這里的εmin和εmax分別是主要的和次要的應(yīng)變。Hosford和Caddell已經(jīng)展示了β的實際值比β的評論值大，假設(shè)當(dāng)起皺發(fā)生時，β的實際值越大，起皺的可能性就越大。
在三個沖模間隙不同的沖壓中，同一側(cè)壁高度，沿著橫截面M-N的β值在圖4中標(biāo)記出，在圖5中畫出。圖5中說明嚴(yán)重的起皺一般發(fā)生在拐角處，而對三個沖模間隙不同的沖壓，在側(cè)壁中心很少發(fā)生起皺。還說明了沖模間隙越大，β的實際值就越大。因此，增加沖模間隙將增加在錐度方形杯子側(cè)壁處發(fā)生起皺的可能性。
3.2沖壓力的影響
眾所周知，在沖壓過程中，增加沖壓力可以幫助排除起皺。為了研究增加沖壓力的影響，沖模間隙為50mm與起皺是有關(guān)聯(lián)的，用沖模間隙為50mm的模具沖壓帶有錐度方形杯子被用不同的沖壓力來模擬了。沖壓從100KN增加到600KN，這兩個力分別產(chǎn)生0.33Mpa和1.98Mpa。在上述部分，剩下的模擬條件與給定的是一樣的。處于中間的300KN也被用來模擬。
模擬結(jié)果顯示沖壓力的增加并沒有幫助消除發(fā)生在側(cè)壁的起皺。在圖4中已標(biāo)出沿著橫截面M-N的β值與沖壓力為100KN和600KN的β值作比較。模擬結(jié)果指出兩種情況下，沿著橫截面M-N的β值是一樣的。為了檢查兩種不同沖壓力的起皺形狀，正如圖4和圖6標(biāo)出的那樣，側(cè)壁上從底部向上有五處不同位置的橫截面。從圖6可以看出，兩個外殼的波浪形橫截面是相似的。這就說明在沖壓帶有錐度的方形杯子時，沖壓力不影響起皺的發(fā)生，這是因為起皺的原因主要是由于在有橫向壓力存在的側(cè)壁處有大面積區(qū)域不被支撐。沖壓力對沖頭和模腔之間材料不穩(wěn)定的模式并沒有影響。
圖5 沿著橫截面M-N不同沖模間隙的β值
4階梯矩形杯子
在沖壓一個階梯矩形杯子時，起皺發(fā)生在側(cè)壁即使沖模間隙并不是那么重要。輪廓1顯示沖壓階梯矩形杯子的沖頭草圖，在這張草圖中，側(cè)壁C沿臺階D-E而行。在近期的研究中，在一個實際的產(chǎn)品中檢查到了這種幾何形狀。這種產(chǎn)品使用的原材料的厚度是0.7mm，從拉力測試中獲得的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系如圖3所示。
這種沖壓部分產(chǎn)品的程序包括通過清理焊縫的深拉。在這種深拉過程中，沒有焊縫被用在沖模表面來幫助幫助金屬的流動。但是，由于沖頭拐角處的半徑過小和其復(fù)雜的幾何形狀，如圖7顯示的那樣，在沖頭邊緣上部經(jīng)常發(fā)生拉裂，在真實產(chǎn)品的側(cè)壁處經(jīng)常發(fā)生起皺。從圖7中可以看出，皺紋發(fā)分布在側(cè)壁上，但是在階梯邊緣拐角處最為嚴(yán)重，就像圖1（b）中A-D，B-E顯示的那樣。在沖頭的上部邊緣，金屬往往被拉裂，就像圖7所示。
為了進(jìn)一步的了解沖壓過程中板料的變形，誕生了一種有限元的方法。這種有限元模擬方法被在最初的設(shè)計中。部分的模擬形狀如圖8所示。從圖8中可以看出，零件上部邊緣的網(wǎng)眼被拉深，皺紋分布在側(cè)壁上，類似真實零件中的那樣。
圖6 從圖a的100KN到圖b的600KN不同側(cè)壁高度的橫截面線條
圖7 產(chǎn)品零件中的拉裂和起皺
圖8 產(chǎn)品拉裂和起皺的模擬形狀
如圖1（b）就像A-B邊緣半徑和沖孔拐角處A的半徑一樣，沖孔的半徑也很小，這被認(rèn)為是拉裂的最主要原因。但是，根據(jù)有限元分析的結(jié)果，拉裂可以通過增加以半徑來避免。這種理念在現(xiàn)實產(chǎn)品中通過增加半徑得到證實。
個別的嘗試也被用來消除起皺。第一，沖壓力加到原來的2倍。但是，就像在拉深帶有錐度的杯子中得到的結(jié)果一樣，沖壓力對消除起皺現(xiàn)象沒有起有很大的效果。通過增加摩擦和毛坯尺寸也得到同樣的結(jié)論。于是我們推測，這種起皺不能通過增加沖壓力來得到抑制。
由于在金屬屈服于過大壓力的區(qū)域，往往會因為大量的金屬流動而起皺，一種通過在起皺區(qū)域增加掛鉤用于消除起皺的簡單方法被用來吸收多余的材料。為了多余的金屬能有效的被吸收，掛鉤應(yīng)該平衡的加在起皺位置?；谶@種理念，兩個掛鉤被加在鄰近在壁上吸收多余的材料，如圖9如示。模擬結(jié)果顯示，階梯拐角處的起皺正如想象的那樣被吸收，但是，一些起皺仍然沒被吸收。這說明在側(cè)壁處需要更多的掛鉤來吸收所有過量的材料，但是這在模具設(shè)計中是不允許的。
利用有限元分析法分析沖壓工序的一個優(yōu)勢是沖壓過程中板料的變形形狀可以被監(jiān)測，而這在真實的產(chǎn)品沖壓過程中是不可能的。對沖壓過程中金屬流動的精密監(jiān)測顯示板料最開始通過沖頭的力按模腔的形狀成形，直到板料接觸到如圖1（b）階梯D-E邊緣才形成起皺。起皺的形狀如
圖9 加到側(cè)壁的起皺
圖10顯示的那樣。這就為模具設(shè)計的改進(jìn)提供了有價值的信息。
圖10 當(dāng)板料接觸臺階邊緣的起皺形成
圖11 切除了的臺階拐角
對于起皺的發(fā)生，最初的一個猜想是沖頭拐角處范圍A和階梯拐角處范圍D之間的金屬板料處于不平坦的拉深，就如圖1（b）所示。階梯拐角處被切主要是為了改善拉深條件，這樣就允許通過增加階梯邊緣有更多的拉伸被應(yīng)用到如圖11所示，從而使得模具設(shè)計的改進(jìn)得到發(fā)展。但是，杯子側(cè)壁處仍然有起皺，這就意味著起皺是因為整個沖頭邊緣和整個階梯邊緣的不平坦引起的，不僅僅是沖頭拐角處和階梯拐角處之間的不平坦。為了證實這種說法，兩種改進(jìn)過了的模具設(shè)計被用來實驗：為了描述想象中的形狀用兩種拉深操作，一種是切去整個階梯，而另一種是增加更多的拉深操作。前一個方法的模擬形狀所圖12所示。自從更低的階梯被切去后，拉深工序與圖12中的矩形杯子拉深工序性很相似。從圖12中可以看出起皺現(xiàn)象已被消除。
在這兩種操作的拉深工序中，板料最初是被拉到很深的階梯處，如圖13（a）所示，然后，較低的階梯在第二步拉深操作中成形，同是，如圖13（b）所示的想象形狀也得到了。從圖13（b）可以清晰的看出，通過兩步拉深工序可以造出沒有起皺的階梯矩形杯子，同時也說明在兩步拉深工序中，如果相應(yīng)的順序被應(yīng)用，則更低一些的階梯處的成形是伴隨更深階梯處成形和最深階梯邊緣處成形的最早成形，如圖1(b)中的A-B，因為金屬不容易通過較低的階梯進(jìn)入模具型腔。
圖12改善模具設(shè)計的模擬形狀
圖13 兩個操作步驟中的a第一步操作 b第二步操作
有限元分析法說明用簡單的拉深操作來設(shè)計理想產(chǎn)品的沖壓模具設(shè)計是很難完成的。但是，由于額外的模具費用和操作費用，兩個操作的制造費用是很高的。為了保持較低的制造費用，零件的設(shè)計師對形狀做出了合適的改變，而且通過有限元模擬分析法結(jié)果去切除較低的臺階來改善模具設(shè)計，如圖12所示。隨著設(shè)計方法的改進(jìn)，產(chǎn)品真實的沖壓模具被制造出來，而且零件還沒有起皺，如圖14所示。通過有限元模擬分析法得到的零件也沒有起皺。
為了進(jìn)一步驗證有限元模擬分析法的結(jié)果，有限元模擬分析法得到的沿橫截面G-H的厚度分布如圖14所示，這與產(chǎn)品的尺寸做了比較，比較的結(jié)果顯示在圖15。從圖15可以看出有限元模擬分析法得到的預(yù)想的厚度分布和產(chǎn)品得到的厚度分布是相符合的。這種吻合證實了有限元模擬分析法的效率。
圖14 無缺陷產(chǎn)品零件
圖15 G-H處模擬和測量厚度
5概要和結(jié)束語
通過有限元模擬分析法研究了兩種在沖壓過程中的起皺，而且還檢查了其起皺的原因和消除起皺的方法。
第一種形式的起皺發(fā)生在沖壓帶有錐度的方形杯子的側(cè)壁上，這種起皺的原因是因為沖模間隙過大（沖模間隙就是模腔的尺寸和沖頭的尺寸的差距）。當(dāng)金屬被拉至模腔中，在沖頭和型腔中有一有害的拉深時，大的沖模間隙導(dǎo)致金屬板料的大面積區(qū)域不被支撐，因此大面積區(qū)域不被支撐導(dǎo)致起皺。有限元模擬分析法顯示這種起皺不能通過增加沖壓力的方法來得到抑制。
另一種形式的起皺發(fā)生在有階梯矩形的幾何形狀物體沖壓過程中。起皺往往發(fā)生在臺階以上的側(cè)壁，甚至沖模的間隙不是足夠的大。通過有限元模擬法得知，這種起皺主要是由于在沖頭和臺階邊緣存在不平坦的拉伸。在模具設(shè)計過程中，通過有限元模擬分析法單獨的嘗試被用來消除起皺，切除了臺階的模具被建立。通過無缺陷的零件證實了這種模具設(shè)計方法對消除起皺的作用。有限元模擬分析法得到的結(jié)果和真實產(chǎn)品中看到的結(jié)果相吻合說明了有限元模擬分析法的準(zhǔn)確性，還證實了用有限元分析法代替真實的模具制造方法的效力。
感謝
作者希望感謝中國人民共和國民族科學(xué)委員會授于NSC-86-2212-E002-028編號才使得這個項目得到發(fā)展。他們也希望感謝KYM提供了產(chǎn)品零件。
參考文獻(xiàn)
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5. W.F.Hosford 和 R.M.Caddell，金屬成形:機(jī)械和冶金，1993年第二季。
河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校
學(xué)生畢業(yè)設(shè)計中期檢查表
學(xué)生姓名
學(xué) 號
指導(dǎo)教師
選題情況
課題名稱
墊板的沖壓級進(jìn)模設(shè)計
難易程度
偏難
適中
偏易
工作量
較大
合理
較小
符合規(guī)范化的要求
任務(wù)書
有
無
開題報告
有
無
外文翻譯質(zhì)量
優(yōu)
良
中
差
學(xué)習(xí)態(tài)度、出勤情況
好
一般
差
工作進(jìn)度
快
按計劃進(jìn)行
慢
中期工作匯報及解答問題情況
優(yōu)
良
中
差
中期成績評定：
所在專業(yè)意見：
負(fù)責(zé)人：
年 月 日
墊板的沖壓工藝及模具設(shè)計
摘 要
墊板——沖孔落料級進(jìn)模設(shè)計。通過分析制件的工藝性可確定制件的成形加工需要一副模具完成。在一副連續(xù)模中，可以完成包括沖裁，彎曲，拉伸和成形等多道沖壓工序。相對其他冷沖壓模具結(jié)構(gòu)而言，它具有以下一些優(yōu)點：①工件加工精度較好，尺寸精度較高，并且模具壽命較長； ②生產(chǎn)效率高，凸凹模不受到最小壁厚的限制。但需考慮的問題是：模具零部件加工制造比較困難，成本較高，并且受條料外形尺寸的精度限制較大。
本設(shè)計運(yùn)用了沖裁工藝及模具設(shè)計的基礎(chǔ)知識。首先，分析了板材的性能要求，為選去模具的類型做了準(zhǔn)備，同時，也為凸，凹模的材料有了依據(jù)。后分析沖裁件的特征，確定了模具設(shè)計參數(shù)，選擇其他零件及卸料裝置。也為凸，凹模尺寸的計算有了根據(jù)。還有零件的加工工藝。
關(guān)鍵詞：連續(xù)模 工藝性能 凸凹模 模具制造
Plate of the stamping process and die design
Abstract： Pad:The support turns the piece- the blunt bore falls to anticipate just progressive die design.The craft that passes the analysis system piece can make sure to make the piece to take shape to process to need one molding tools to complete.one progressive die should complete blanking, bending,deawing and forming and so on. Opposite and other cold hurtle to press the molding tool structure but speeches, it has following some advantageses: The ① work piece is together the stalk degree is better, the size accuracy is higher and the mold’s worktime longger; The ② produces the efficiency high, the convex and cave mold is not subjected to the thick restrict of minimum wall. But need the problem of the consideration is:The molding tool zero partses process the manufacturing more difficulty, the cost is higher, and be subjected to the anticipates the shape size of accuracy limit bigger.
This design made use of to hurtle foundation knowledge of blanking craft and The piercing die design. First, Analyzed the function request of the plank material, did preparation for the type that chooses to the die, is also convex, in the meantime, the material of punch and cavitydie had a basis.Analyze to hurtle a characteristic of cut the piece behind, make sure the molding tool design parameter, choose other spare partses and unload to anticipate device.Is also convex, the calculation of the cave mold size had a basis.Still there is spare parts to process a craft.
Keyword:progressive die craft function The convex and cave mold molding tool manufacturing
插表清單
表1 最小搭邊值……………………………………………………………………4
表2 卸料力、推件力、頂件力系數(shù)………………………………………………6
河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校
畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書
系 部： 材料工程系
專 業(yè)： 模具設(shè)計與制造
學(xué)生姓名: 學(xué) 號:
設(shè)計(論文)題目：墊板的沖壓成形工藝及模具設(shè)計
起 迄 日 期: 2009年 3 月 11日~ 5月15日
指 導(dǎo) 教 師:
2009年 5 月 15日
畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）任 務(wù) 書
1．本畢業(yè)設(shè)計（論文）課題來源及應(yīng)達(dá)到的目的：
本設(shè)計題目為齒輪螺栓墊片沖壓成形工藝與模具設(shè)計，通過設(shè)計，應(yīng)對沖壓工藝生產(chǎn)較為熟悉，能熟練使用相關(guān)設(shè)計手冊，獨立完成一套模具的設(shè)計及模具工作零件加工工藝的編制。并且能夠運(yùn)用模具設(shè)計軟件完成模具裝配圖及零件圖的繪制。
2．本畢業(yè)設(shè)計（論文）課題任務(wù)的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）：
（1）了解目前國內(nèi)外沖壓模具的發(fā)展現(xiàn)狀；
（2）分析齒輪螺栓墊片的成形工藝并確定其工藝方案；
（3）模具主要設(shè)計計算；
（4）繪制模具總裝圖，并繪制零件圖；
（5）得出設(shè)計結(jié)論。
設(shè)計題目：墊板的沖壓工藝及模具設(shè)計
材料：A3鋼
厚度：0.5mm
生產(chǎn)批量：大批量
所在專業(yè)審查意見：
負(fù)責(zé)人：
年 月 日
系部意見：
系領(lǐng)導(dǎo)：
年 月 日
插圖清單
圖1 工件圖…………………………………………………………………………2
圖2 排樣圖…………………………………………………………………………4
圖3 落料凹模刃口部分尺寸………………………………………………………12
圖4 落料凸模刃口部分尺寸………………………………………………………15
圖5 整體式凹模的局部結(jié)構(gòu)………………………………………………………20
圖6凹模上的螺孔設(shè)計與選用…………………………………………………… 23
圖7 沖孔凸模的結(jié)構(gòu)形式……………………………………………………… 25
圖8 整體式凹模的尺寸…………………………………………………………26
圖9 始用擋料銷的設(shè)計………………………………………………………… 27
圖10 固定擋料銷的結(jié)構(gòu)………………………………………………………… 28
圖11 導(dǎo)正銷的結(jié)構(gòu)形式………………………………………………………… 28
圖12 導(dǎo)料板的設(shè)計……………………………………………………………… 29
圖13 模具 裝圖……………………………………………………………………31
河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計說明書
1緒論
模具工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)工業(yè),是工業(yè)生產(chǎn)的重要工藝裝備.先進(jìn)國家的模具工業(yè)已擺脫從屬地位,發(fā)展為獨立的行業(yè).
我國1998年3月在《國務(wù)院關(guān)于當(dāng)前產(chǎn)業(yè)政策要點的決定》模具被列為機(jī)械工業(yè)技術(shù)改造序列的第一位,生產(chǎn)和基本建設(shè)序列第二位,把發(fā)展模具工業(yè)擺在發(fā)展國民經(jīng)濟(jì)的重要位置.目前,我國沖壓模具在產(chǎn)值占模具總產(chǎn)值的40%以上,處于主導(dǎo)地位.
沖壓是一種先進(jìn)的少無切削加工方法,具有節(jié)能省材,效率高,產(chǎn)品質(zhì)量好,重量輕,加工成本低等一系列優(yōu)點,在汽車,航空航天,儀器儀表,家電,電子,通訊,軍工,日用品等產(chǎn)品的生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用.據(jù)統(tǒng)計,薄板成型后,制造了相當(dāng)于原材料的12倍的附加值,在國民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)總值中,與其相關(guān)的產(chǎn)品占四分之一,在現(xiàn)代汽車工業(yè)中,沖壓件的產(chǎn)值占總產(chǎn)值的59%.隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，采用模具的生產(chǎn)技術(shù)得到愈來愈廣泛的應(yīng)用。
在完成大學(xué)三年的課程學(xué)習(xí)、生產(chǎn)實習(xí)，我熟練地掌握了機(jī)械制圖、機(jī)械設(shè)計、機(jī)械原理等專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課方面的知識，對機(jī)械制造、加工的工藝有了一個系統(tǒng)、全面的理解，達(dá)到了學(xué)習(xí)的目的。對于模具設(shè)計這個實踐性非常強(qiáng)的設(shè)計課題，我們進(jìn)行了大量的實習(xí)。經(jīng)過在新飛、洛陽中國生產(chǎn)實習(xí)，我對于冷沖模具、塑料模具的設(shè)計步驟有了一個全新的認(rèn)識，豐富和加深了對各種模具的結(jié)構(gòu)和動作過程方面的知識，而對于模具的制造工藝更是有了全新的理解。在指導(dǎo)老師的細(xì)心指導(dǎo)下和在工廠師傅的講解下，我們對于模具的設(shè)計和制造工藝有了系統(tǒng)而深刻的認(rèn)識。同時在實習(xí)現(xiàn)場親手拆裝了一些典型的模具實體并查閱了很多相關(guān)資料，通過這些實踐，我們熟練掌握了模具的一般工作原理、制造、加工工藝。通過在圖書館借閱相關(guān)手冊和書籍，更系統(tǒng)而全面了細(xì)節(jié)問題。鍛煉了縝密的思維和使我們初步具備了設(shè)計工作者應(yīng)有的素質(zhì)。設(shè)計中，將充分利用和查閱各種資料，并與同學(xué)進(jìn)行充分討論，盡最大努力搞好本次畢業(yè)設(shè)計。
在設(shè)計的過程中，將有一定的困難，但有指導(dǎo)老師的悉心指導(dǎo)和自己的努力，相信會完滿的完成畢業(yè)設(shè)計任務(wù)。由于學(xué)生水平有限，而且缺乏經(jīng)驗，設(shè)計中難免有不妥之處，肯請各位老師指正。
2 制件的工藝性分析
工件名稱：墊板
生產(chǎn)批量：大批量
材料：A3
厚度：0.5mm
工件簡圖見圖1
圖1 制件圖
制件的總體分析
工藝性：墊板屬于中等尺寸零件，料厚0.5mm，外形復(fù)雜程度一般，尺寸精度要求一圖示零件材料為A3鋼，能夠進(jìn)行一般的沖壓加工，市場上也容易得到這種材料，價格適中。
因此零件外形可采用落料工藝獲得。
沖孔的工藝性：φ4.5mm 的孔，尺寸精度要求一般，可采用沖孔。
此工件只有外形落料和沖孔兩個工序。
圖示零件尺寸均為未注公差的一般尺寸，按慣例取IT14級，符合一般級進(jìn)沖壓的經(jīng)濟(jì)精度要求。
由以上分析可知，圖示零件具有比較好的沖壓工藝性，適合沖壓生產(chǎn)。
3工藝方案的確定
墊板零件所需的基本沖壓工序為落料和沖孔，可擬訂出以下三種工藝方案。
方案一：用簡單模分兩次加工，即先落料,后沖孔。采用單工序模生產(chǎn)。
方案二：落料——沖孔復(fù)合模。采用復(fù)合模生產(chǎn)。
方案三：沖孔——落料級進(jìn)模。采用級進(jìn)模生產(chǎn)。
分析各方案的優(yōu)缺點
方案一：生產(chǎn)率低，工件的累計誤差大，操作不方便，由于該工件為大批量生產(chǎn)，方案二和方案三更具有優(yōu)越性。
方案二：沖壓生產(chǎn)率較高，壓力機(jī)一次行程內(nèi)可完成兩個以上工序，實現(xiàn)操作機(jī)械化，自動化難，制件和廢料排除較復(fù)雜，另外復(fù)合模制造的復(fù)雜性和價格較高。
方案三：只需要一副模具，生產(chǎn)率高，壓力機(jī)一次行程內(nèi)可完成多個工序，實現(xiàn)操作機(jī)械化自動化容易，尤其適應(yīng)于單機(jī)上實現(xiàn)自動化，沖模的制造復(fù)雜性和價格低于復(fù)合模，精度也可也得到保證。
通過上述三個方案的比較，該件的沖壓生產(chǎn)采用方案三更佳。
4 主要工藝參數(shù)計算
4.1排樣的設(shè)計與計算
設(shè)計級進(jìn)模時，首先要設(shè)計條料排樣圖。
根據(jù)工件的形狀選擇有廢料排樣，且為直排的形式，雖然材料的利用率低于少廢料和無廢料排樣，但工件的精度高
墊板零件設(shè)計為單向排列，采用直排的排樣方案（如圖2所示）
圖2 排樣圖
4.1.1 確定搭邊與搭肩值
搭邊和搭肩值一般是由經(jīng)驗確定的查表而取最小搭邊值為a=1.0mm和b=1.2mm表1 最小搭邊值
材料厚度t
圓形或圓角r＞2t的工件
矩形邊長L＜50mm的工件
矩形邊長L≥50mm或圓角r≤2t的工件
工件間a
側(cè)面a
工件間a
側(cè)面a
工件間a
側(cè)面a
＜0.25
1.8
2.0
2.2
2.5
2.8
3.0
0.25～0.5
1.2
1.5
1.8
2.0
2.2
2.5
0.5～0.8
1.0
1.2
1.5
1.8
1.8
2.0
0.8～1.2
0.8
1.0
1.2
1.5
1.5
1.8
1.2～1.6
1.0
1.2
1.5
1.8
1.8
2.0
4.1.2 計算送料步距和條料的寬度
條料寬度的計算：擬采用無側(cè)壓裝置的送料方式，由
B-0Δ=〔Dmax+2a＋C〕0-Δ
Dmax—條料寬度方向沖裁件的最大尺寸
a—側(cè)搭邊值
c—導(dǎo)料板與最寬條料之間的間隙由表查得C＝0.5
代入數(shù)據(jù)計算，取得條料寬度為31.9mm。
導(dǎo)料板間距離的計算：由s=D+2(a+c1),代入數(shù)據(jù)計算得導(dǎo)料板間距離為32.4mm。
4.1.3計算材料的利用率：
材料利用率的計算公式為
=
式中 A—一個沖裁件的面積，mm2;
n—板料（或條料.帶料）上沖壓件的數(shù)量；
B—條料（或條料.帶料）寬度，mm;
L—板料（或條料.帶料）長度， mm
若取工件n＝20件，則料長
L=20D+19b+2b=20×29+19×1+2×1=601mm
所以條料規(guī)格為601×31.9×0.5
所以材料的利用率為
＝＝66％
4.2沖壓力的計算并初步選取壓力機(jī)的噸位
4.2.1沖裁力的計算
沖裁力的大小隨凸模進(jìn)入材料的深度（凸模行程）而變化，本模具采用普通平刃口模具沖裁，其沖裁力F按下式計算：
F=KLtΓb
沖裁力公式為P＝P孔+P落
式中P—沖裁力
P孔—沖孔沖裁力
P落—落料沖裁力
表2 卸料力、推件力、頂件力系數(shù)
料厚/mm
K卸
K推
K頂
鋼
≤0.1
0.06～0.09
0.1
0.14
＞0.1～0.5
0.04～0.07
0.065
0.08
＞0.5～2.5
0.025～0.06
0.05
0.06
＞2.5～6.5
0.02～0.05
0.045
0.05
＞6.5
0.015～0.04
0.025
0.03
純銅、黃銅
0.02～0.06
0.03～0.09
鋁、鋁合金
0.03～0.08
0.03～0.07
① 沖孔沖裁力P孔
P孔＝Ktτ
式中 K—系數(shù)，查表取K＝1.3
—沖孔周長，L＝3.14×4.5＝14.13mm
t—材料厚度，t＝0.5mm
τ—材料抗剪強(qiáng)度，MPa，查手冊A3鋼τ＝（370～460）MPa，
取τ＝400 MPa
所以P孔＝Ktτ＝1.3×14.13×0.5×400＝3673.8N
取P孔＝3.68KN
② 落料沖裁力P落
P落＝Ktτ
式中—落料件外形周邊尺寸
＝3.14×29－12＋3.14×6＝97.9mm
所以P落＝KLtτ＝1.3×97.9×0.5×400=25454N
取P落＝25.5KN
4.2.2 卸料力、推件力及頂件了力的計算：
卸料力是將廢料或工件從凸凹模上刮下的力。而推件力是將梗塞在凹模內(nèi)的料順沖裁方向推出所需的力。頂件力逆沖裁方向?qū)⒘蠌陌寄?nèi)頂出所需的力。卸料力、推件力和頂件力是由壓力機(jī)和模具卸料裝置或頂件裝置傳遞的，所以在選擇設(shè)備公稱壓力或設(shè)計沖裁的時候應(yīng)分別予以考慮，影響這些力的因素較多，主要有材料的力學(xué)性能、厚度、模具間隙、凹模洞口結(jié)構(gòu)、搭邊大小、潤滑情況、制件的形狀和尺寸等?，F(xiàn)在按照下面的經(jīng)驗公式計算：
卸料力Px
Px＝ P落
式中Px—卸料力
—卸料系數(shù)，查表＝0.04～0.05，取＝0.045
所以Px＝0.045×25.5＝1.15KN
推料力
＝P孔n
式中—推料系數(shù),查表取=0.055
n—同時卡在凹模洞孔內(nèi)的件數(shù),取n=10
所以=0.055×3.68×10=2.024KN
頂件力
=(P孔＋P落）
式中—頂件力
=頂件系數(shù),查表取=0.06
所以=0.06×(3.68+25.5)=1.7508KN
4.2.3 總沖壓力
沖裁時,壓力機(jī)的壓力值必須大于或者等于沖裁各工藝力的總和,即大于總的沖壓力,總的沖壓力根據(jù)模具結(jié)構(gòu)不同計算公式不同,當(dāng)采用彈性卸料裝置和下出件的模具時,總的沖壓力為
=P+ Px+= P孔+P落+ Px+=3.68+25.5+1.15+2.024=32.36KN
4.3 壓力機(jī)的公稱壓力的確定：
初選開式可傾壓力機(jī)參數(shù)壓力機(jī)型號為J23-6.3
查手冊選擇壓力機(jī)的公稱壓力為：63KN
滑塊固定行35mm
(最大閉合高度)150 mm
閉合高度調(diào)節(jié)量35mm
(標(biāo)準(zhǔn)型)工作臺尺寸(左右×前后)200×310mm
(標(biāo)準(zhǔn)型)工作臺孔尺寸(左右×前后) 160×140mm
(標(biāo)準(zhǔn)型)立柱間距離(不小于) 150mm
模柄孔尺寸(直徑×深度) Ф25×40mm
4.4壓力中心的確定
模具的壓力中心就是沖壓力合力的作用點。為了保證壓力機(jī)和模具的正常工作，應(yīng)使模具的壓力中心和壓力機(jī)滑塊的中心線相重合。否則沖壓時滑塊會承受偏心載荷，導(dǎo)致滑塊的滑軌和模具的導(dǎo)向部分不正常磨損，還會使合理間隙得不到保證，從而影響制件的質(zhì)量降低模具壽命甚至損壞模具。而本模具所沖裁的制件形狀完全對稱于相互垂直的 兩條對稱線，所以模具的壓力中心在幾何圖形的中心點上。
4.5 工作部分的尺寸計算
4.5.1計算凸凹模工作部分的尺寸（沖孔）并確定其公差：
該零件在彎曲前屬于無特殊要求的一般沖孔落料件，外形尺寸由落料獲得，而中間的小孔尺寸則是由沖孔得到。
查表而知：Zmin = 0.06max = 0.04mm
Zmax –Zmin = 0.02mm
因為模具的精度等級為IT14級 取 X = 0.5
設(shè)凸、凹模分別按IT9、IT10級精度制造，分別計算Dt、Da如下：
沖?4.5mm的孔
沖孔時，間隙取在凹模上，則：
凸模尺寸
=(d+χ△)
凹模尺寸
=( + Zmin)
式中：---沖孔凸模刃口尺寸
---沖孔凹模刃口尺寸
d---沖孔件孔的最小極限尺寸，mm, d=4.5mm
Zmin——雙面間隙，mm
△——工件公差，mm，△=0.3mm
x——磨損系數(shù)，查表得IT14級時x=0.5
δ——凸模和凹模的制造公差，mm,查表δ=0.02mm
所以 =(4.5+0.5×0.3) 0-0.02 =4.65 0-0.02 mm
=(4.65+0.04) 0.020 mm
校核：|δT|+|δA|= 0.02 mm +0.02 mm =0.04 mm＞Zmax –Zmin=0.02mm不滿足間隙公差條件
因此：只有縮小δT，δA，提高制造精度，才能保證間隙配合在合理范圍內(nèi)
可取δT≤0.4（Zmax–Zmin）=0.4×0.02=0.08mm
δA≤0.6(Zmax－Zmin)=0.6×0.02=0.012mm
故：=4.65mm
=mm
4.5.2外形落料凸模、凹模刃口尺寸的計算
因此落料件為復(fù)雜的制件，所以利用凸凹模配合法，這種方法有利于獲得最小的合理間隙，放寬對模具的加工設(shè)備的精度要求。
采用配作法，計算凹模的刃口尺寸，首先是根據(jù)凹模磨損后輪廓變化情況正確判斷出模具刃口各個尺寸在磨損過程中是變大還是變小，還是不變這三種情
況，然后分別按不同的計算公式計算。
a、凹模磨損后會增大的尺寸-------第一類尺寸A
第一類尺寸：Aj=(Amax-x△)0+0.25△
b、凹模磨損后會減小的尺寸-------第二類尺寸B
第二類尺寸：Bj=(Bmax+x△)0-0.25△
c、凹模磨損后會保持不變的尺寸 第三類尺寸C
第三類尺寸：Cj=(Cmin+0.5△)60.125△
圖3 落料凹模刃口部分尺寸
圖4 落料凸模刃口部分尺寸
由手冊表查得:尺寸29mm的工件制造公差為0.52mm
尺寸3mm的工件制造公差為0.25m
第一類尺寸：磨損后增大的尺寸：
A1=(Amax－x△) 0+0.25△=（29－0.5×0.52）=mm
A2=(Amax－x△) 0+0.25△=(3－0.5×0.25)= mm
落料凸模的基本尺寸與凹模相同，分別是28.74mm,2.875mm, 不必標(biāo)注公差，但要在技術(shù)條件中注明：凸模實際刃口尺寸與落料凹模配制，保證最小雙面合理間隙值Zmin=0.02mm. （落料凸模、凹模刃口部分尺寸分別見圖3,4）
5 模具總體設(shè)計
5.1 模具類型的選擇
由沖壓工藝分析可知，采用級進(jìn)方式?jīng)_壓，所以模具類型為級進(jìn)模，本零件的沖壓包括沖孔和落料兩個工序，為方便小孔廢料和成形工件的落下，采用正裝結(jié)構(gòu)，即沖孔凹模和落料凹模都安排在下模。
5.2 定位方式的選擇
本工件是中批量生產(chǎn)，第一個工位采用始用擋料銷定位，第二個工位采用固定擋料銷定位。送料時始用擋料銷與固定擋料銷作為粗定距，在大凸模上安裝一導(dǎo)正銷，利用條料上φ4.5 mm的孔做導(dǎo)正銷孔進(jìn)行導(dǎo)正，依此作為條料送進(jìn)的精確定距。
5.3 導(dǎo)向方式的選擇
為確保零件的質(zhì)量及穩(wěn)定性，選用導(dǎo)柱、導(dǎo)套導(dǎo)向。采用手工送料方式，為了提高開敞性和導(dǎo)向均勻性，采用對角導(dǎo)柱模架。
5.4 卸料方式的選擇
本模具采用正裝結(jié)構(gòu)，沖孔廢料和工件留在凹模孔洞中，為了簡化模具結(jié)構(gòu)，可以在下模座中開有通槽，使廢料和工件從孔洞中落下。工件厚度為0.5 mm，料厚比較薄，選用彈性卸料板來卸下條料廢料。
6 模具主要零部件的設(shè)計
6.1工作零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計
6.1.1 凹模的設(shè)計
在本模具中采用螺釘和銷釘將凹模直接固定在支撐件上,凹模刃口為直壁式 ,凹模采用銷釘和螺釘固定時要保證螺釘(或沉孔)間、螺孔與銷孔間及螺孔與凹模刃壁間的距離不能太近,否則會影響模具的壽命。
圖5 整體式凹模的局部結(jié)構(gòu)
整體式凹模的局部結(jié)構(gòu) 如圖5所示。整體式凹模裝于下模座上，由于下模座孔口較大因而使工作時承受彎曲力矩，若凹模高度H及模壁厚度C不足時，會使凹模產(chǎn)生較大變形，甚至破壞。但由于凹模受力復(fù)雜，凹模高度可按經(jīng)驗公式計算，即
凹模高度H=KB
凹模壁厚C=(1.5~2)H
式中B----凹?？椎淖畲髮挾?，mm但B不小于15mm
C-----凹模壁厚，mm 指刃口至凹模外形邊緣的距離；
K=系數(shù)，取0.40
所以 凹模高度H=KB=0.40×31.9=13mm 查表取標(biāo)準(zhǔn)值H=16mm
C=2H=32mm
凹模上螺孔到凹模外緣的距離一般?。?.7~2.0）d
d 為螺孔的距離，由于凹模厚度為16mm, 所以根據(jù)查得螺孔選用4×M8的螺釘
固定在下模座。故選用如圖6
圖6凹模上的螺孔設(shè)計與選用
螺孔到凹模外緣的最小距離a2=1.5d=1.5×4=6mm
a3=1.13d≈5mm
螺孔到銷孔的距離一般取b>2d,所以b應(yīng)大于8
根據(jù)上述方法確定凹模外形尺寸須選用矩形凹模板125×100×16mm
6.1.2 沖孔凸模的設(shè)計：
沖小圓孔的凸模，為了增加凸模的強(qiáng)度與剛度，凸模非工作部分直徑應(yīng)作成逐漸增大的多級形式如圖7所示：
圖7 沖孔凸模的結(jié)構(gòu)形式
凸模長度一般是根據(jù)結(jié)構(gòu)上的需要而確定的，設(shè)計該模具為沖孔落料級進(jìn)模，采用剛性卸料板，其凸模長度用下列公式計算：
L=h1+h2+h3+h
式中 L—凸模長度， mm
h1—凸模固定板高度，mm
h2—卸料板高度，mm
h3—導(dǎo)料板厚度，mm
h—附加高度，一般取15~20mm
沖裁φ4.5mm孔凸模、凹模各尺寸及其組件確定和標(biāo)準(zhǔn)化（包括外形尺寸和厚度）
小凸模長度 L=14+12+0.5+14.5=50mm
小凸模強(qiáng)度校核 要使凸模正常工作，必須使凸模最小斷面的壓應(yīng)力不超過凸模材料的許用壓應(yīng)力，即
校核公式為 ≤
式中 P孔—沖孔沖裁力,N, P孔=3680N
Fmin—凸模最小斷面積，, Fmin=/4=15.9
---凸模材料的許用壓力，Mpa,如凸模材料選用Cr12，
查手冊=（1000～160）Mpa,取=1200 Mpa
因為==231.5 Mpa＜
所以凸模強(qiáng)度符合要求。
外形落料凸模、凹模各尺寸及其組件的確定和標(biāo)準(zhǔn)化（包括外形尺寸和厚度）
外形凸模的設(shè)計：外形凸模用線切割機(jī)床加工成直通式凸模，用兩個M8的螺釘固定在墊板上，由于采用彈性卸料板，凸模按下式計算
L=h1+h2+t+h
其中： h1為固定板厚度（14 mm），h2為卸料板厚度（12mm），t為材料的厚度
（0.5 mm），h為附加長度，主要考慮凸模進(jìn)入凹模的深度（1mm）及模具閉合狀態(tài)下 卸料板到凸模固定板間的安全距離（15mm～20mm）等因素
所以：L=14+12+0.5+7.5+1+15=50 mm
凸模固定板材料可用Cr12MOV，結(jié)構(gòu)形式和尺寸規(guī)格查手冊可得200mm×160mm
凹模組件的尺寸確定和示意圖
凹模采用整體式凹模，各沖裁的凹?？拙捎镁€切割加工，安排凹模在模架上的位置時，要依據(jù)計算的壓力中心的數(shù)據(jù)，使壓力中心與模柄中心重合。（圖8）
圖8 整體式凹模的尺寸
凹模的長度選取要考慮以下因素：
a)保證有足夠的安裝彈性卸料板的位置。
b)便于導(dǎo)尺發(fā)揮作用，保證送料粗定位精度。
選取凹模邊界為125mm×100mm。凹模材料選用Cr12MoV制造，熱處理硬度為60～64HRC。
6.2定位零件的設(shè)計:
在本模具中采用的是條料，所以導(dǎo)料板，導(dǎo)正銷和擋料銷作為定位裝置，起導(dǎo)向同時起定位的作用。用擋料銷擋住搭邊或沖件輪廓，以限定條料的送進(jìn)距離。在本模具中試用固定擋料銷，其結(jié)構(gòu)簡單、制造容易，在模具中廣泛應(yīng)用作定距裝置。
6.2.1 始用擋料銷的設(shè)計與標(biāo)準(zhǔn)化
圖9 始用擋料銷的設(shè)計
擋料銷標(biāo)記： 4536 GB/T2866.1—81（圖9）
材料：45鋼 GB/699—88
熱處理：硬度43～48HRC
技術(shù)條件：按GB2870—81
6.2.2 固定擋料銷的設(shè)計與標(biāo)準(zhǔn)化
固定擋料銷的設(shè)計根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)件，選用此擋料銷如圖10
圖10 固定擋料銷的結(jié)構(gòu)
選用直徑φ4mm，h=3mm材料為45鋼A型固定擋料銷（JB/T7649.10—94）
6.2.3 導(dǎo)正銷的設(shè)計與標(biāo)準(zhǔn)化
導(dǎo)正銷主要用于級進(jìn)模上，消除擋料銷的定位誤差，以獲得較精確的工件。導(dǎo)正銷的結(jié)構(gòu)形式，結(jié)構(gòu)設(shè)計，尺寸精度，材料的熱處理等可參照J(rèn)B/T7647.1—94和JB/T7647.2—94選定。
導(dǎo)正銷的結(jié)構(gòu)形式查手冊選用如圖11
圖11 導(dǎo)正銷的結(jié)構(gòu)形式
D=d-a
式中D——導(dǎo)正銷直徑的基本尺寸
d——沖孔凸模直徑
a——導(dǎo)正銷與沖孔凸模直徑的差值
沖裁φ4.5mm孔的導(dǎo)正銷 查表得h=0.6t 2a=0.04mm
D=d-a=4.65-0.04=4.61mm
h=0.6×0.5=0.3mm
6.2.4 導(dǎo)料板的設(shè)計與標(biāo)準(zhǔn)化
經(jīng)查表分析得導(dǎo)料板長度L=165mm，寬度B=35mm ，厚度h=6mm如圖12。
圖12 導(dǎo)料板的設(shè)計
6.3 導(dǎo)向裝置的設(shè)計：
導(dǎo)向裝置用來保證上模相對于下模正確的運(yùn)動，對于生產(chǎn)批量較大，零件的要求較高，壽命要求較長的模具，一般都需要采用導(dǎo)向裝置，本模具中應(yīng)用導(dǎo)柱導(dǎo)套裝置來完成導(dǎo)向。
6.4 卸料裝置的設(shè)計：
本模具設(shè)計為以導(dǎo)料板為送進(jìn)導(dǎo)向的沖模中使用的剛性卸料裝置。
彈簧的選用：
彈簧屬于標(biāo)準(zhǔn)件
①設(shè)單個彈簧所承受的負(fù)荷為
已知卸料力=1.15KN=1150N
設(shè)卸料彈簧個數(shù)為n=4個
所以===287.5N
②根據(jù)的大小，從標(biāo)準(zhǔn)中初選彈簧規(guī)格為25mm×4mm×55mm
其具體參數(shù)是D=25mm，d=4mm,t=6.4mm, =533N, △=14.7MM, =55mm,n=7.7mm,f=1.92mm
③計算△：△= △=×14.7=7.9mm
④設(shè)△=2mm, △=4mm
則△H=△+△+△=7.9+2+4=13.9mm
由于14.7＞13.9，即△＞△H
所以所選彈簧是合適的
6.5 連接與固定裝置的設(shè)計
6.5.1模柄的設(shè)計:
本模具屬于中小型模具,采用模柄將上模固定在壓力機(jī)的滑塊上。模柄是作為上模與壓力機(jī)滑塊連接的零件。對它的基本要求是:一要與壓力機(jī)滑塊上的模柄孔正確配合,安裝可靠；二要與上模正確而可靠的連接。
在本模具中選用旋入式模柄，通過螺紋與上模座連接并加螺絲防止轉(zhuǎn)動。這種模柄可較好的保證軸線與上模座軸線垂直,適用與各種中、小型模具。
模柄材料通常采用Q235或Q275鋼,在此選用Q235鋼.其支撐面應(yīng)垂直于模柄的軸線(垂直度不應(yīng)超過0.02:100)。
模柄在本模具選用標(biāo)準(zhǔn)尺寸，并根據(jù)前文壓力機(jī)的參數(shù)確定模柄的直徑和長度?，F(xiàn)制草圖如下并標(biāo)明其具體尺寸：
6.5.2 固定板的設(shè)計
將凸?；虬寄０匆欢ㄏ鄬Φ奈恢脡喝牍潭ê?，作為一個整體安裝在上模座或下模座上。在本模具中只有凸模需要由固定板來固定。
固定板的厚度一般取凹模厚度的0.6～0.8倍,其平面尺寸可與凹模、卸料板外形尺寸相同,需考慮緊固螺釘及銷釘?shù)奈恢?。固定板的凸凹模安裝孔與凸凹模采用過渡配合H7/m6、H7/n6，壓裝后將凸凹模端面和固定板一起磨平。
現(xiàn)選用標(biāo)準(zhǔn)凸模固定板尺寸為: 125mm×100mm×16mm
固定板材料一般采用Q235或45鋼，本模具選用材料45鋼
6.5.3 墊板的設(shè)計:
墊板的作用是直接承受凸模的壓力，以降低模座承受的單位壓力，防止模座被局部壓陷，影響凸模的正常工作。墊板的外形尺寸和模板相同，厚度取6mm
6.5.4 螺釘與銷釘?shù)脑O(shè)計:
螺釘和銷釘都是標(biāo)準(zhǔn)件，設(shè)計模具是按標(biāo)準(zhǔn)選用即可，螺釘用于固定模具零件，一般選用內(nèi)六角螺釘；銷釘起定位作用，常用圓柱銷釘，螺釘、銷釘規(guī)格根據(jù)沖壓力的大小、凹模厚度等確定。所以螺釘?shù)囊?guī)格選用M8
6.5.5 卸料板的設(shè)計:
卸料板的邊界尺寸和固定板相同，選用材料為45鋼，厚度為14mm.
6.6 模架及組成零件的確定:
6.6.1 模架的選用:
本模具選用由上模座,下模座,導(dǎo)柱,導(dǎo)套組成導(dǎo)柱模模架及其零件已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，在此選用對角導(dǎo)柱模架。
6.6.2 模座的確定:
本模中具選用標(biāo)準(zhǔn)模架，因在前述中確定了凹模尺寸為125㎜×100㎜ ×16㎜ ，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)確定下模座尺寸為: 200㎜×180㎜×45 ㎜. 上模座尺寸為: 200㎜×180㎜×35 ㎜.導(dǎo)柱d/mm×L/mm分別為?18×100mm，?18×100mm；導(dǎo)套d/mm×L/mm分別為?28×60mm，?28×60mm
7 模具閉合高度及壓力機(jī)有關(guān)參數(shù)的校核
J23-6.3型壓力機(jī)的閉合高度要求在115mm—185mm之間，模具的閉合高度在152mm左右，模具的閉合高度符合要求。
本模具的外形尺寸為200mm×220mm×165mm, 工作臺尺寸(左右×前后)200mm×310mm ，工作臺孔尺寸(左右×前后) 160mm×140mm , 可以正確安裝和正常使用。外形尺寸符合要求。
經(jīng)校核 J23-6.3型壓力機(jī)符合此連續(xù)模設(shè)計的要求，可以被采用。
8 繪制模具總裝圖和非標(biāo)零件工作圖
8.1本模具總裝圖和非標(biāo)零件工作圖見附圖
8.2本模具的工作原理：
本模具為用導(dǎo)正銷定距的沖孔落料連續(xù)模。上，下模用導(dǎo)柱導(dǎo)套導(dǎo)向。沖孔凸模1與落料凸模9之間的距離就是送料步距s. 條料送進(jìn)時由固定擋料銷3進(jìn)行初定位，由兩個安裝在落料凸模上的導(dǎo)正銷2進(jìn)行精定位。導(dǎo)正銷與落料凸模的配合為H7/r6，其連接應(yīng)保證在修磨凸模時的裝拆方便，因此，落料凸模安裝導(dǎo)正銷的孔是個通孔。為保證首件的正確定距，在此級進(jìn)模中，采用始用擋料銷18，它安裝在導(dǎo)料板中間。在條料上沖制首件時，用手推始用擋料銷，使它從導(dǎo)料板中伸出來抵住條料的前端即可沖第一件上的孔，以后各次沖裁時就都由固定擋料銷3控制送料步距作粗定位。
條料送進(jìn)時由固定擋料銷進(jìn)行定位，而有導(dǎo)料板保證送料沿正確的方向送進(jìn)。當(dāng)條料送到指定位置時，上模在壓力機(jī)的作用下進(jìn)行沖壓。當(dāng)沖壓完成時，沖孔廢料和制件依次落入不同的凹模洞中，上模上行回程，完成一此沖裁過程，然后，再開始下一個行程。
圖13 模具總裝圖
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9結(jié)束語
大學(xué)三年的學(xué)習(xí)即將結(jié)束，畢業(yè)設(shè)計是其中最后一個實踐環(huán)節(jié)，是對以前所學(xué)的知識及所掌握的技能的綜合運(yùn)用和檢驗。隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，采用模具的生產(chǎn)技術(shù)得到愈來愈廣泛的應(yīng)用。在完成大學(xué)三年的課程學(xué)習(xí)和課程、生產(chǎn)實習(xí)，我熟練地掌握了機(jī)械制圖、機(jī)械設(shè)計、機(jī)械原理等專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課方面的知識，對機(jī)械制造、加工的工藝有了一個系統(tǒng)、全面的理解，達(dá)到了學(xué)習(xí)的目的。對于模具設(shè)計這個實踐性非常強(qiáng)的設(shè)計課題，我們進(jìn)行了大量的實習(xí)。經(jīng)過在新飛電器有限公司、在洛陽中國一拖的生產(chǎn)實習(xí)，我對于冷沖模具、塑料模具的設(shè)計步驟有了一個全新的認(rèn)識，豐富和加深了對各種模具的結(jié)構(gòu)和動作過程方面的知識，而對于模具的制造工藝更是有了全新的理解。在指導(dǎo)老師的細(xì)心指導(dǎo)下和在工廠師傅的講解下，我們對于模具的設(shè)計和制造工藝有了系統(tǒng)而深刻的認(rèn)識。同時在實習(xí)現(xiàn)場親手拆裝了一些典型的模具實體并查閱了很多相關(guān)資料，通過這些實踐，我們熟練掌握了模具的一般工作原理、制造、加工工藝。通過在圖書館借閱相關(guān)手冊和書籍，更系統(tǒng)而全面了細(xì)節(jié)問題，鍛煉了縝密的思維和使我們初步具備了設(shè)計工作者應(yīng)有的素質(zhì)。
設(shè)計中，將充分利用和查閱各種資料，并與同學(xué)進(jìn)行充分討論，盡最大努力搞好本次畢業(yè)設(shè)計。 在設(shè)計的過程中，將有一定的困難，但有指導(dǎo)老師的悉心指導(dǎo)和自己的努力，相信會完滿的完成畢業(yè)設(shè)計任務(wù)。由于學(xué)生水平有限，而且缺乏經(jīng)驗，設(shè)計中不妥之處在所難免，肯請各位老師指正。
致謝
畢業(yè)設(shè)計是我們進(jìn)行完了三年的模具設(shè)計與制造專業(yè)課程后進(jìn)行的，它是對我們?nèi)陙硭鶎W(xué)課程的又一次深入、系統(tǒng)的綜合性的復(fù)習(xí)，也是一次理論聯(lián)系實踐的訓(xùn)練。它在我們的學(xué)習(xí)中占有重要的地位。
通過這次畢業(yè)設(shè)計使我在溫習(xí)學(xué)過的知識的同時又學(xué)習(xí)了許多新知識，對一些原來一知半解的理論也有了進(jìn)一步的的認(rèn)識。特別是原來所學(xué)的一些專業(yè)基礎(chǔ)課：如機(jī)械制圖、模具材料、公差配合與技術(shù)測量、冷沖模具設(shè)計與制造等有了更深刻的理解，使我進(jìn)一步的了解了怎樣將這些知識運(yùn)用到實際的設(shè)計中。同時還使我更清楚了模具設(shè)計過程中要考慮的問題，如怎樣使制造的模具既能滿足使用要求又不浪費材料，保證工件的經(jīng)濟(jì)性，加工工藝的合理性。
在學(xué)校中，我們主要學(xué)的是理論性的知識，而實踐性很欠缺，而畢業(yè)設(shè)計就相當(dāng)于實戰(zhàn)前的一次演練。通過畢業(yè)設(shè)計可是把我們以前學(xué)的專業(yè)知識系統(tǒng)的連貫起來，使我們在溫習(xí)舊知識的同時也可以學(xué)習(xí)到很多新的知識；這不但提高了我們解決問題的能力，開闊了我們的視野，在一定程度上彌補(bǔ)我們實踐經(jīng)驗的不足，為以后的工作打下堅實的基礎(chǔ)。
通過對墊板制件冷沖模的設(shè)計，我對沖裁模有了更為深刻的認(rèn)識，特別是這種沖孔落料級進(jìn)模具的設(shè)計。在模具的設(shè)計過程中也遇到了一些難以處理的問題，雖然設(shè)計中對它們做出了解決 ，但還是感覺這些方案中還是不能盡如人意，如壓力計算時的公式的選用、凸凹模間隙的計算、卸件機(jī)構(gòu)選用、工作零件距離的調(diào)整，都可以進(jìn)行進(jìn)一步的完善，使生產(chǎn)效率提高。
歷經(jīng)近三個月的畢業(yè)設(shè)計即將結(jié)束，敬請各位老師對我的設(shè)計過程作最后檢查。在這次畢業(yè)設(shè)計中通過參考、查閱各種有關(guān)模具方面的資料，請教各位老師有關(guān)模具方面的問題，并且和同學(xué)的探討，模具設(shè)計在實際中可能遇到的具體問題，使我在這短暫的時間里，對模具的認(rèn)識有了一個質(zhì)的飛躍。
從陌生到開始接觸，從了解到熟悉，這是每個人學(xué)習(xí)事物所必經(jīng)的一般過程，我對模具的認(rèn)識過程亦是如此。經(jīng)過近三個月的努力，我相信這次畢業(yè)設(shè)計一定能為三年的大學(xué)生涯劃上一個圓滿的句號，為將來的事業(yè)奠定堅實的基礎(chǔ)。
在這次設(shè)計過程中得到了老師以及許多同學(xué)的幫助，我受益匪淺。在此，再次感謝各位老師特別是我的指導(dǎo)老師原紅玲老師在這一段時間給予無私的幫助和指導(dǎo)，并向他們致于深深的敬意，對關(guān)心和指導(dǎo)過我各位老師表示衷心的感謝
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