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河南理工大學萬方科技學院畢業(yè)論文
摘 要
隨著中國工業(yè)不斷地發(fā)展，模具行業(yè)也顯得越來越重要。本文針對拖拉機機架框的沖壓工藝性，分析比較了成型過程不同沖壓工藝，確定用三幅單模完成落料、沖孔、彎曲的工序過程。介紹了拖拉機機架框冷沖壓成形過程，且重點分析了坯料形狀、尺寸，落料模、沖孔模、彎曲模的工作原理、工藝性、圓角半徑、精度、工序、力的計算、間隙及凸凹模深度、壓力機的選擇，并給出了合理的模具總體設計。還具體分析了模具的主要零部件（如凸凹模、卸料裝置、拉深凸模、墊板、凸模固定板等）的設計與制造，沖壓設備的選用，凸凹模間隙調(diào)整和編制一個重要零件的加工工藝過程。列出了模具所需零件的詳細清單，并給出了合理的裝配圖。通過充分利用現(xiàn)代模具制造技術對傳統(tǒng)機械零件進行結構改進、優(yōu)化設計、優(yōu)化工藝方法能大幅度提高生產(chǎn)效率，這種方法對類似產(chǎn)品具有一定的借鑒作用。
關鍵詞：拖拉機機架框；冷沖壓；模具裝配圖；三維建模
ABSTRACT
With China's industries continue to develop and die industry is also becoming increasingly important. This article in view of the tractor frame box stamping technology, analyses and compares the different forming process of stamping process, determine three photos with single mode complete blanking, punching, bending process process. Introduced the tractor frame box cold stamping process, and analyses the blank shape, size, blanking mold, punching die bending die, the working principle, technology, fillet radius, the precision and the working procedure, force calculation, clearance and die and punch depth, the choice of the press, and gives the rational mould overall design. For the process, the center of pressure, the die size and the tolerance of the calculation, design mold. Also analyzes the mold of the main components (such as punch and die and dump devices, drawing punch, slates, Punch plate, etc.) design and manufacturing, stamping equipment selection, punch-gap adjustment and establishment of a vital parts machining process. Die requirements set out a detailed list of parts, and gives a reasonable assembly. By fully utilizing modern manufacturing technology to mold traditional mechanical parts for structural improvements, design optimization, Process optimization methods can greatly enhance production efficiency, the method of similar products have some reference.
Keywords: Tractor frame dialog; Cold stamping; Mold assembly drawing; 3 d modeling
目 錄
摘 要 I
目 錄 1
1 前言 1
1.1 題目的意義 1
2 沖壓的基本知識 2
2.1 沖壓的基本工序 2
2.2 沖壓模具 4
2.2.1 沖模的要求 4
2.2.2 沖模的種類 5
2.2.3 沖模結構組成 5
2.2.4 國內(nèi)外現(xiàn)狀綜述 6
3 沖壓工藝分析與方案論證 8
3.1 沖壓工藝分析 8
3.2 沖壓方案論證 9
4 落料模設計 11
4.1 落料模的工作原理 11
4.2 沖壓工藝分析，確定沖壓工藝方案 11
4.3 排樣 11
4.4 進行必要的工藝計算 12
4.4.1 落料力 12
4.4.2 卸料力 12
4.3.3推件力 13
4.4.3 選擇沖床時的總壓力 13
4.5 確定模具的壓力中心 14
4.6 計算凸、凹模刃口尺寸 15
4.7 模具各主要零件設計 16
4.7.1 凹模的厚度、壁厚及材料 16
4.7.2 墊板的采用與厚度 18
4.7.3 卸料橡膠的自由高度 19
4.7.4 上下模座的外形尺寸和厚度 20
4.7.5 上下模座的材料 20
4.7.6 模具的總體設計 20
4.8 選擇沖壓設備 21
5 沖孔模的設計 23
5.1 沖孔模的工作原理 23
5.2 沖壓件的工藝分析 23
5.3 計算沖壓力 23
5.3.1 沖孔力 23
5.3.2 沖孔時的卸料力 24
5.3.3 推件力計算 24
5.3.4 選擇沖床時的總壓力 24
5.4 確定模具壓力中心 25
5.5 計算凸模、凹模的刃口尺寸 25
5.6 模具總體設計主要零部件設計 27
5.6.1 模具主要零部件的設計 27
5.6.2 模具總體設計 30
5.6.3 模具的工作原理 30
5.7 凸模校核 31
5.7.1 圓形凸模的校核 31
5.7.2 非圓形凸模的強度校核 32
5.8 壓力機的選擇 32
6 彎曲模的設計 34
6.1 彎曲模的工作原理 34
6.2 彎曲件的工藝性 34
6.2.1 彎曲件的工藝性 34
6.2.2 彎曲件的彎曲圓角半徑 34
6.2.3 彎曲件的孔與彎曲處的最小距離 34
6.2.4 彎曲件的精度 35
6.3 彎曲件工序的確定原則 35
6.4 彎曲力的計算 36
6.4.1 自由彎曲力的計算 36
6.4.2 頂件力和卸料力的計算 36
6.4.3 彎曲時壓力機壓力的確定 37
6.5彎曲模工作部分的尺寸 37
6.5.1 凸凹模的圓角半徑及凹模深度 37
6.5.2 彎曲模的間隙 39
6.5.3 壓力機的選擇 39
6.6 模具總體設計 40
7 三維建模 42
7.1 拖拉機機架框的三維實體造型 42
7.1.1 鈑金設計概述 42
7.1.2 接板實體模型的生成 42
圖7-1 零件圖 43
7.2 產(chǎn)品三維建模方法 43
7.2.1 實體建模方法 43
7.2.2 參數(shù)化建模方法 44
7.3 UG裝配 44
7.3.1 UG裝配的主要特點 44
7.3.2 拖拉機機架框冷沖模具三維裝配圖 45
7.4 UG平面工程圖的建立特點 46
7.5 UG NX的關鍵功能 47
8 結論 49
致 謝 50
參考文獻 52
附件清單 54
外文文獻及中文翻譯
1
河南理工大學萬方科技學院畢業(yè)論文
1 前言
1.1 題目的意義
UG是當前世界上最先進和緊密集成CAID/CAD/CAE/CAM的系統(tǒng)解決方案，它的功能覆蓋整個產(chǎn)品的開發(fā)過程。由于UG制圖是基于三維實體模型建立一張完全的二維工程圖的過程與工具，它提供的主模型設計思想為各學科的并行工程提供了保證。同時，由于與三維模型具有關聯(lián)性的視圖、剖視圖、各類標注等功能，使得用戶不必擔心產(chǎn)品零件結構的更改。
該設計通過三維軟件UG建模、裝配及工程圖的生成，并且參考三維圖畫出CAD圖。以三維模型UG可方便地進行計算機輔助制造(Computer Aided Manufacture, CAM)，實現(xiàn)無紙化設計，和傳統(tǒng)的設計方法相比經(jīng)濟效益方面提高了很多!它的經(jīng)濟效益主要表現(xiàn)在該課題的設計方法上。在設計的過程中，運用了參數(shù)化設計的現(xiàn)代設計方法。這樣的設計方法對于產(chǎn)品的設計來說，能夠很好的提高產(chǎn)品的設計效率，縮短產(chǎn)品的設計周期，減少產(chǎn)品的設計成本，在產(chǎn)品改進的過程中,只需要改變產(chǎn)品零件模型的一些參數(shù),就可以改變產(chǎn)品的形狀與特性，以達到要求。而且在產(chǎn)品的加工過程中，能夠真正的實現(xiàn)產(chǎn)品的無紙化生產(chǎn)，大大地提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率和生產(chǎn)成本，給企業(yè)帶來了非常大的經(jīng)濟效益，而且減輕了設計人員的工作復雜程度。模具還有爆炸視圖功能，讓人對它的結構和零件一目了然；它的試模功能更是可以在虛擬的情況下模擬模具的工作原理，大大節(jié)約了人力物力和財力，為公司節(jié)約了成本，提高了生產(chǎn)能力，縮短了生產(chǎn)周期，提高了經(jīng)濟效益，增加了公司的競爭力。
河南理工大學萬方科技學院畢業(yè)論文
2 沖壓的基本知識
2.1 沖壓的基本工序
冷沖壓是機械中常見的一種金屬加工方法。它是利用安裝在壓力機上的沖模對板料施加壓力，使其產(chǎn)生分離或變形，以獲得一定的幾何精度的機械零件或制品，通常是在室溫下進行加工的，所以稱為冷沖壓或板料沖壓。冷沖壓既可以加工金屬材料，也可以加工非金屬材料。
冷沖壓與金屬切削加工相比有如下優(yōu)點：
a.金屬材料經(jīng)沖壓變形后，其強度和剛度都得到提高。它能使較薄金屬材料沖制成尺寸大、質(zhì)量小、強度及剛度都較高的金屬制件。盡管越來越多的汽車零件被塑料件所代替，但迄今為止，汽車覆蓋件主要仍是沖壓件，世界上各大汽車廠研制的新型汽車亦采用沖壓件為覆蓋件?？梢哉f冷沖壓是一種不能用其他加工方法替代的加工方法。
b.冷沖壓利用金屬塑性，使金屬材料在外力作用下發(fā)生塑性變形以達到制件形狀和尺寸要求。冷沖壓既不同于鍛壓加工，不需要對金屬材料加熱，也不同于常見的金屬切削，它是一種節(jié)能、無切屑的加工方法。由于在變形過程中未切斷金屬纖維，因而制件具有較合理的流線分布，這也是冷沖壓制件強度和剛度好的重要原因之一。
c.冷沖壓最重要的工藝裝備是冷沖模，用冷沖模使金屬材料變形，因此，沖壓件基本上保持了模具工作部分的形狀和尺寸精度。由于制模水平的提高，目前模具精度已達到微米級，制件精度可以達到IT7～IT6級。
d.冷沖壓生產(chǎn)操作簡單，因而易實現(xiàn)機械化和自動化，生產(chǎn)率高。如一條由4～6大型壓力機組成的沖壓生產(chǎn)線， 一分鐘可以制造大尺寸汽車覆蓋件數(shù)十件。
e.盡管制造冷沖模的技術要求高、難度大、成本高，但由于一副模具能沖制成千上萬乃至上億個制件，加之沖壓生產(chǎn)率高，因而在大批量生產(chǎn)的條件下，沖壓成本及低。
由于沖壓件的形狀、尺寸和精度要求不同，因此，沖壓加工的方法是多種多樣的。根據(jù)材料的變形特點及工廠現(xiàn)行的習慣，沖壓的基本工序可分為分離工序與塑性變形工序兩大類。
所謂分離工序，就是沖壓過程中使沖壓零件與板料沿一定的輪廓線相互分離，并獲得一定斷面質(zhì)量的沖壓加工方法。而塑性變形工序是使沖壓毛坯在不破壞的條件下發(fā)生塑性變形，以獲得所要求的形狀、尺寸和精度的沖壓加工方法。
主要沖壓工序的分類及特征可見下表1-1。
表2-1主要沖壓工序的分類
類別
工序名稱
工序特征
分
離
工
序
切斷
用剪刀或模具切斷板料，切斷線不是封閉的
落料
沖孔
用模具沿封閉線沖切板料，沖下的部分為工件
用模具沿封閉線沖切板料，沖下的部分為廢料
切口
用模具將板料局部切開而不全分離,切口部分材料發(fā)生彎曲
切邊
用模具將工件邊緣多余的材料沖切下來
變
形
工
序
彎曲
用模具使板料彎成一定角度或一定形狀
拉深
用模具將板料壓成任意形狀的空心件
壓肋
用模具將板料局部拉伸成凸起和凹進的形狀
翻邊
用模具將板料上的孔或外緣翻成直壁
縮口
用模具對空心件口部加由外向內(nèi)的徑向壓力,使局部直徑縮小
脹形
用模具對空心件加向外的徑向力,使局部直徑擴張
整形
將工件不平的表面壓平,將原先彎曲或拉深件壓成正確形狀
2.2 沖壓模具
2.2.1 沖模的要求
沖壓模具（簡稱沖模）是對金屬板材進行沖壓加工以獲得合格產(chǎn)品的工具。在沖壓加工過程中，沖模的凸模與凹模直接接觸被加工材料并相對作用使其產(chǎn)生塑性變形達到預期的零件。因此對沖模的要求：沖模應該具有足夠的強度，剛度和相應的形狀尺寸精度；沖模主要零件應具有足夠的耐磨性和使用壽命；沖模的結構應該確保操作安全，方便，便于管理和維修；沖模應有使材料方便送進，工件方便取出，定位可靠的裝置，以保證生產(chǎn)的工件質(zhì)量穩(wěn)定；為使沖模上下運動準確，需要有導向裝置；沖模零件的加工和裝配應該盡可能簡單，盡量采用標準件，以縮短模具的制造周期，降低成本；沖模應具有與壓力機連接的部位，以適應安裝和管理的需要。
2.2.2 沖模的種類
從工藝性質(zhì)分為沖裁模、彎曲模、拉深模、成形模等；
從工序組合分為單工序模、復合模、連續(xù)模等；
從材料送進方式分為手動送料模、半自動送料模、自動送料模等；
從適用范圍分為通用模和專用模等；
從導向方式分為無導向模、板式導向模、滑動導向模等。
2.2.3 沖模結構組成
沖模結構由五部分組成，即工作零件，輔助裝置，導向裝置，支撐零件，緊固零件。
a.工作零件：沖模的工作零件是凸模和凹模，在復合模中還有凸凹模。它們成對互相配合，完成對坯料的成形。他們的形狀尺寸，尺寸精度，固定方法決定著沖模的性能，模具成本及使用壽命。
b.輔助裝置：輔助裝置是協(xié)助凸模，凹模完成工藝成形不可缺少的裝置。
c.導向裝置：它是保證上模，下模準確運動的裝置，要求工作可靠，導向精度好，有一定的互換性。
d.支承零件：在上模座和下模座上安裝著凸模，凹模及其它所有的零件。它們和壓力機連接，傳遞并承受著工作壓力。
e.緊固零件：中大型模具大多采用沉頭螺栓和銷作可卸式連接。模具的連接可靠，拆卸方便也是沖模設計的一個基本要求。
2.2.4 國內(nèi)外現(xiàn)狀綜述
模具朝著標準化、系列化、專業(yè)化和商品化的方向發(fā)展。世界主要工業(yè)國模具標準化生產(chǎn)程度達80%，模具廠只需設計制造模具工作零件，大部分模具零件均從模具標準廠購買，使生產(chǎn)率大幅度提高。模具制造廠專業(yè)程度越來越高，分工越來越細，而規(guī)模變小。如目前有模架廠、頂桿廠、熱處理廠，甚至某些模具廠僅專業(yè)化生產(chǎn)某類產(chǎn)品的沖裁?；驈澢?，這樣更有利于制造水平的提高和制造周期的縮短。
冷沖壓朝著使用CAD/CAM技術方向發(fā)展。自80年代初，世界模具行業(yè)采用CNC機床，開發(fā)和研究沖摸CAD/CAM技術，使沖摸設計和制造現(xiàn)代化。用計算機才用有限元模擬金屬板料變形情況，可以預測某一工藝方案對制件成形的可能性和將會發(fā)生的問題。計算機將結果顯示在終端上供設計人員選擇修改，這樣既節(jié)省了昂貴的試模費用，也縮短了制模周期。采用CAD/CAM/CAE技術，可以使制模周期縮短1/2～2/3，精度提高1～2級。目前用CNC機床加工的模具精度已達μm級。世界各主要工業(yè)國已廣泛使用此技術，我國也正由實驗研究轉入實用。
隨著市場經(jīng)濟的發(fā)展，商品競爭日趨激烈。為爭奪市場，如何提高冷沖壓模具設計及制造質(zhì)量和縮短周期，已成為沖壓工程技術人員所面臨的重大課題。除了采用簡易模具技術，解決產(chǎn)品試制及小批量生產(chǎn)外，目前國內(nèi)外廣泛應用成組技術進行組織產(chǎn)品工程設計、制造及生產(chǎn)。成組技術是將產(chǎn)品整體為研究對象，分析產(chǎn)品相似性，將形狀結構、尺寸、精度等相似的產(chǎn)品分類成組，從而引導產(chǎn)品設計及生產(chǎn)達到成本低、周期短的目的。由于產(chǎn)品相似性使產(chǎn)品制造工藝也具有相似性，這就為冷沖壓模具設計應用成組技術創(chuàng)造了條件。典型組合模具不僅能適應小批量生產(chǎn)要求，作到一模多用，只要更換個別工藝件就能組合成新模具進行新的品種生產(chǎn)，從而為小批量生產(chǎn)開辟了新的途徑。典型組合模也具能適應中、大批量生產(chǎn)要求，工具制造部門可在、事先制造典型組合模具作為半成品庫存，設計部門能在短期內(nèi)補充設計所需工藝件，即可在較短時間內(nèi)制造組合成專用模具供中、大批量生產(chǎn)。
此外，用鋅合金作為模具材料，設計簡單，制造容易，不需要專門的模具加工設備，省工、省料。模具用鋅合金的性能，相當于低碳鋼，加工性質(zhì)類似于青銅鑄件。由于鋅合金的獨有的特點，必將在生產(chǎn)中廣泛應用，對提高沖壓生產(chǎn)的工藝技術水平和經(jīng)濟效益，促進機電工業(yè)的發(fā)展，將起積極作用。
53
3 沖壓工藝分析與方案論證
3.1 沖壓工藝分析
圖
的
圖3-1 零件圖
該零件為拖拉機機架框，如圖3-1所示。上面有2個Φ15的孔，一個Φ11的孔，一個Φ12的孔以及兩個11×125的鈑金槽?？字饕糜诮影宓难b配，故這幾個孔的位置是需要保證的重點。另外鈑金槽是用于定位的，位置度也需要得到一定的保證。
a.該零件的厚度為3毫米。對于一般的沖壓來說，它的厚度是過厚了一點，所以在彎曲時若能有效地利用過彎曲和校正彎曲來控制回彈，則可以得到形狀和尺寸比較準確的零件；
b.鈑金槽邊緣和所有的孔邊緣至彎曲半徑R的中心距離都大于材料厚度的兩倍（6毫米），從而鈑金槽邊和所有的孔都位于變形區(qū)之外，彎曲時不會引起它們變形，故鈑金槽邊和所有的孔都可以在彎曲前沖出?？讻_好后，也可作為彎曲時的定位。
由圖可知，該零件結構形狀難度一般，但并不對稱。是由圓弧直線組成，根據(jù)零件的具體情況，要完成全部的工序而生成該產(chǎn)品，需經(jīng)過以下三道工序，它們分別是：落料、沖孔和彎曲。
3.2 沖壓方案論證
沖壓該零件需要的基本工序有落料、沖孔、彎曲。由于工件結構不算復雜，為了減少模具的制造難易程度，這里選擇單工序簡單模。具體工序方案主要有有以下幾種：
方案一：先落料、再彎曲、最后沖孔。工序較少且較集中，使用設備較少，生產(chǎn)效率較高。在每道工序中都存在著一定的誤差，這樣零件的精度很難保證。且沖孔模具的結構也比較復雜。
方案二：先落料、再沖孔、最后彎曲。工序較少且較集中，使用設備較少，生產(chǎn)效率較高。進行彎曲時有較好的定位。加工精度得到很好的保證。模具結構較簡單，制造成本較低，符合經(jīng)濟要求。
方案三：先落料、然后沖孔、再彎曲、最后再沖孔。工序復雜，生產(chǎn)效率低，對于批量生產(chǎn)并不適易，在每道工序中都存在著一定的誤差，這樣零件的精度很難保證。
方案四：先沖孔、再落料、最后彎曲。這種工序方案中，孔先沖出，給后面的工序提供了很好的定位。提高了產(chǎn)品的位置精度。但是這樣操作不方便，就增加了工人的勞動強度，生產(chǎn)效率降低了。
綜合考慮到零件的性能、產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)批量、生產(chǎn)效率使用設備、模具制造的難易程度及壽命高低、操作方便與安全等方面，經(jīng)過以上的方案比較，可知第二案比較好，所以選擇方案二。
4 落料模設計
4.1 落料模的工作原理
在沖壓加工過程中，沖模的凸模與凹模直接接觸被加工材料并對材料施加壓力，使材料沿輪廓線分離，從而得到預期的零件。
4.2 沖壓工藝分析，確定沖壓工藝方案
該零件形狀簡單，是由圓弧和直線組成的。沖裁件內(nèi)外形所能達到的經(jīng)濟精度為IT13，孔中心與邊緣距離尺寸公差相比較，可認為該零件的精度要求能夠在沖裁加工中得到保證。其它尺寸標注、生產(chǎn)批量等情況，也均符合沖裁的工藝要求，根據(jù)文獻1，故決定采用單工序落料模加工，且一次沖壓成形。
4.3 排樣
在條料上沖裁時，工件之間以及工件和條料側邊之間的余料稱為搭邊。根據(jù)文獻[9，10]，采用斜排式的排樣方式。
由表2-13查得最小搭邊mm，mm；
通過UG的面分析的功能得到該零件的毛坯的面積：A =97235mm；
條料的寬度:=3+88.3+233+3+3=330.3； 進距：h=629.7+2=635.7mm；
根據(jù)公式：
（4-1）
得一個進距的材料利用率為：
4.4 進行必要的工藝計算
該模具采用彈性卸料和下出件方式。Q235的抗拉強度為 。
4.4.1 落料力
根據(jù)文獻[11]公式：
（4-2）
其中：—落料力(N)；
—抗拉強度(MPa)，取=400MPa；
t—材料厚度(MPa)，t=3mm；
—零件的毛坯的周長(mm)。
通過UG的面分析的功能得到該零件的毛坯的周長L=1548mm
故 =(1548×3×400)N=1858×10N
4.4.2 卸料力
表4-1 卸料力、推料力和頂料力系數(shù)
鋼
料厚（mm）
K
K
K
≤0.1
0.6～0.09
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
>2.5～6.0
0.015～0.04
0.025
0.05
>6.5
0.015～0.04
0.025
0.03
鋁、鋁合金
0.03～0.08
0.03～0.07
紫銅、黃銅
0.02～0.06
0.03～0.09
根據(jù)公式：
（4-3）
其中：F—落料力(N)；
K—系數(shù)，取K=0.04。
故 =(0.04×1858×10)=74.32×10N
4.3.3推件力
根據(jù)公式：
（4-4）
其中：F—落料力(N)；
K—系數(shù)， K=0.045；
n—卡在凹模洞口的工件(或廢料)數(shù)目。
故=(1×0.045×1765×10)N=83.61×10N
4.4.3 選擇沖床時的總壓力
選擇沖床時的總壓力為： F=F+F+F=2016KN
4.5 確定模具的壓力中心
按比例畫出零件形狀，選定坐標系XOY，如圖3-1所示。因零件不對稱，故Xc，Yc都需計算。根據(jù)文獻[14]，將工件沖裁周邊分成L1，L2，…，L25基本線段，求出各段的重心：
L1=88.3 X1=0 Y1=188.85
L2=629.7 X2=－242.5 Y2=233
L3=122.047 X3=－544.38 Y3=218.95
L4=83.93 X4=－629.55 Y4=175.2
L5=99.85 X5=－580.08 Y5=103.57
L6=88.13 X6=-600.36 Y6=17.26
L7=580.69 X7=--281.33 Y7=72.92
根據(jù)公式：
（4-5）
得mm
根據(jù)公式：
Y= （4-6）
得Y=mm
故 壓力中心坐標值為（-301.60，133.22）
圖4-1 壓力中心圖
4.6 計算凸、凹模刃口尺寸
落料時，落料件的尺寸是由凹模決定的，因此應以落料凹模作為設計基準。
查文獻[9]，由表2-1得間隙值Z=0.46 Z=0.64mm
由于凹模結構相對復雜，尺寸在生產(chǎn)過程中有變大和縮小，所以用配合加工計算法來計算凹模。
第一類：凸?；虬寄Ｔ谀p后會增大的尺寸；
第二類：凸模或凹模在磨損后會減小的尺寸；
第三類：凸模或凹模在磨損后基本不便的尺寸。
第一類尺寸：（沖裁件上該尺寸的最大極限尺寸-x）
第二類尺寸：（沖裁件上該尺寸的最小極限尺寸+x）
第三類尺寸：沖裁件上該尺寸的中間尺寸±（1/8）
根據(jù)公式
（4-5）
其中：—凹模尺寸(mm)；
—系數(shù)，按工件精度由文獻[12]表2-7查得：=0.75；
—工件公差(mm)；
則凹模各部分尺寸為：
尺寸為88.3時，=（88.3-0.75×0.54）=87.9
尺寸為485時， mm
尺寸為R33.7時， mm
尺寸為R51.3時， mm
尺寸為629時， mm
凸模工作部分尺寸按凹模配制，保證雙面均勻間隙為mm。
4.7 模具各主要零件設計
4.7.1 凹模的厚度、壁厚及材料
根據(jù)文獻[11]經(jīng)驗公式：
（4-6）
計算凹模厚度
其中：b—工件最大外形尺寸,b=629.7mm；
K—系數(shù),查表4-2得K=0.18
表4-2 厚度系數(shù)
板料厚度t/mm
b/mm
0.5
1
2
3
>3
<50
0.30
0.35
0.42
0.50
0.60
50～100
0.20
0.22
0.28
0.35
0.42
100～200
0.15
0.18
0.20
0.24
0.30
>200
0.10
0.12
0.15
0.18
0.22
故:mm，取mm。
根據(jù)公式：
（4-7）
得凹模壁厚：C=2=228mm
根據(jù)凹模厚度及工件尺寸,可以估算凹模的外形尺寸:
長度、寬度和厚度:1086×689×114 mm。
由于在冷態(tài)下被加工材料的變形抗力較大且存在加工硬化效應，故凹模和凸模承受很大的載荷及摩擦、沖擊作用。Cr12MoV具有優(yōu)良的熱處理性和耐磨性，且韌性較好，通過高溫淬火，還具有一定的熱硬性，所以凹模和凸模的材料選用Cr12MoV。
4.7.2 墊板的采用與厚度
是否采用墊板,視模座所承受的應力是否超過模座材料的許用應力而定.當壓應力大于,則應采用墊板;反之,可以不加墊板.該工件落料凸模承壓面尺寸如圖4-2所示。模板承受的壓應力:
圖4-2 凸模承壓面
根據(jù)公式：
（4-8）
得MPa
Q235的=120～160MPa，所以。可以不加墊板.但是考慮到模具的閉合高度,且墊板具有緩沖作用.故仍加墊板.其厚度取為12mm.
4.7.3 卸料橡膠的自由高度
根據(jù)零件材料厚度為3mm,沖裁時凸模進入凹模深度取1mm,維修時刃磨量為6mm,模具開啟時卸料板極高出凸模壓3mm.因此總的工作行程mm。
根據(jù)文獻[16]公式：
（4-9）
橡膠的自由高度：
考慮到模具的閉合高度及卸料具體情況，可取mm。
模具組裝時,橡膠的預壓量根據(jù)公式:
（4-10）
得mm
橡膠的閉合高度
mm
取63mm
橡膠的斷面面積根據(jù)公式：
D= （4-11）
其中F=1915×10 ，P=2～3MPa
故 D=78.4mm
4.7.4 上下模座的外形尺寸和厚度
根據(jù)凹模外形尺寸確定下模座尺寸為：
長度、寬度和厚度： 1156×819×130（mm）
相應確定上模座尺寸為：
長度、寬度和厚度： 1156×819×120（mm）
卸料板的外形尺寸和厚度為：
長度、寬度和厚度： 1086×689×18（mm）
4.7.5 上下模座的材料
因為上下模座在工作中受到較大的沖擊力，故選擇HT200，它能夠承受較大的載荷且，鑄造性能好，由于石墨有一定潤滑效果，HT200具有較好的減磨和耐磨性。
4.7.6 模具的總體設計
根據(jù)上述確定的方案及各步計算結果設計模具草總圖，如圖4-3所示.本模具采用手工送料，由于凸模斷面比較復雜，考慮到加工方便，決定采用螺釘固定方式與模座和墊板相固
圖4-3 落料模
4.8 選擇沖壓設備
由上面的計算結果可知：
最大的沖壓力為： KN；
模具的最大閉合高度為： H=505mm；
模具外形尺寸為： 1156×819（mm）；
根據(jù)以上的資料根據(jù)文獻[14]選擇壓力機的型號J21-250（開式可傾壓力機），壓力機的主要技術參數(shù)如下所示：
公稱壓力/KN： 2500
滑塊行程/mm： 200
行程次數(shù)： 30
最大的閉合高度/mm： 500
封閉高度調(diào)節(jié)量： 150
工作臺板尺寸/mm： 1200×800
電動機功率/KW： 30
5 沖孔模的設計
5.1 沖孔模的工作原理
因為與落料同為分離工序，所以工作原理相似，其工作原理為在沖壓加工過程中，沖模的凸模與凹模直接接觸被加工材料并對材料施加壓力，使材料沿輪廓線分離，從而在工件上得到預期的孔。
5.2 沖壓件的工藝分析
該工序是在材料為Q235上進行非圓形和圓形的沖孔加工，由于沖孔尺寸的工件外形尺寸均較簡單，且生產(chǎn)批量不大，為縮短模具的制造周期，降低模具成本，而采用單工序模進行對零件的加工。
5.3 計算沖壓力
該模具采用彈性卸料和下出件方式。Q235的抗拉強度為 MPa。
5.3.1 沖孔力
根據(jù)文獻[11]公式：
（5-1）
其中：F—沖孔力(N)；
—抗拉強度(MPa)，取=400MPa；
t—材料厚度(MPa)，t=3mm；
L—零件的沖孔毛坯的周長(mm)。
所沖孔的總周長為L=2×2×3.14×7.5+2×3.14×6+2×3.14×5.5+[2×3.14×5.5×0.5×2+2×（125-11）] ×2=691.5
故 N。
5.3.2 沖孔時的卸料力
根據(jù)文獻[11]公式
（5-2）
其中：F—沖孔力(N)；
K—系數(shù)。K=0.04。
故 F=KF=0.04×829.8×10=33.2×10N
5.3.3 推件力計算
根據(jù)文獻[11]公式：
（5-3）
其中：F—沖孔力(N)；
K—系數(shù)。K=0.045
n—卡在凹模洞口的工件(或廢料)數(shù)目,n=5
取凹模刃口形式為上小下大的形式,。
故 F=nKF=(5×0.045×829.8×10)N=186.7×10N
5.3.4 選擇沖床時的總壓力
選擇沖床時的總壓力為 F=F+ F + F=829.8+33.2+186.7=1049.7KN
5.4 確定模具壓力中心
按比例畫出零件形狀，與落料模選定同一坐標系XOY。因零件孔不對稱，故Xc與Yc都需計算。根據(jù)文獻[14]將工件沖裁周邊分成L1，L2，…，L11基本線段，求出各段的重心：
L1=262.54 X1=--92.5 Y1=214
L2=262.54 X2=－377.5 Y2=214
L3=34.54 X2=-470 Y3=214
L4=47.1 X4=－-596 Y4=172.1
L5=47.1 X5=-571 Y5=33.8
L6=37.68 X6=－70 Y6=144.7
由公式：
（5-4）
可計算mm
由公式：
= （5-5）
可計算得=mm
故壓力中心坐標值為（-285.22,185.1）
5.5 計算凸模、凹模的刃口尺寸
沖孔時，尺寸是由凸模決定的，因此應以沖孔凸模為設計基準。
根據(jù)文獻[12]表2-1得間隙值Z=0.46 Z=0.64mm
凸、凹模制造公差由表3-6查得：
對于15的孔：=-0.02
對于12的孔：=-0.02
對于11的孔：=-0.02
用分別加工法計算凸模：
根據(jù)公式：
， （5-6）
其中：—凸模尺寸(mm)；
—工件基本尺寸(mm)；
—系數(shù)，按工件精度查得：=0.75；
當工件公差為IT10以上時， 取x=1
當工件公差為IT13～11時， 取x=0.75
當工件公差為IT14以上時， 取x=0.5
—工件公差(mm)；
—凸模制造公差(mm)。
則各凸模各部分尺寸為：
對于Φ15孔 mm
對于Φ11孔 mm
對于Φ12孔 mm
對于11×125鈑金槽 R=（5.5+0.75×0.27） mm
凸模工作部分尺寸按凹模配制，保證雙面均勻間隙為mm。
5.6 模具總體設計主要零部件設計
5.6.1 模具主要零部件的設計
a)凹模計算
根據(jù)文獻[11]，mm，mm，
根據(jù)公式：
（5-7）
（5-8）
H= Kb=0.24×125=30，C=2H=60
其中：H—凹模厚度(mm)；
C—凹模壁度(mm)；
b—最大外形尺寸(mm)；
t—材料厚度(mm)。
根據(jù)凹模厚度和壁厚及工件尺寸,可以計算凹模的外形尺寸:
長度、寬度和厚度為mm
b）凸模及相關組件的設計
凸模組件有一般包括凸模、凸模固定板以及墊板等。對于該沖孔模采用的結構形式為臺階的形式，而凸模的一般固定方式為銷釘和螺釘來固定。
由于該沖孔零件的厚度比較大，所以對于該模具的材料要有較高的耐磨性能，并能夠承受較大的沖裁力。所以選用了Cr12MoV為凸模材料，凸模工作部分的表面粗糙度為0.8mm其它的表面粗糙度為6.3mm。
對于該模具而言，由于制件的尺寸比較大，所以采用凸模固定板的方式來固定凸模，凸模固定板的主要作用是在零件加工的過程中，對凸模起到一定的保護作用，并能夠?qū)崿F(xiàn)對凸模的固定作用。
由凸模的主要尺寸及其結構教室凸模固定板的尺寸如下：
按文獻[11]經(jīng)驗公式:
（5-9）
mm
可取凸模固定板的厚度為：mm
c）凸模和凹模的材料
由于在冷態(tài)下被加工材料的變形抗力較大且存在加工硬化效應，故凹模和凸模承受很大的載荷及摩擦、沖擊作用。Cr12MoV具有優(yōu)良的熱處理性和耐磨性，且韌性交好，通過高溫淬火，還具有一定的熱硬性，所以凹模和凸模的材料選用Cr12MoV。
d）卸料橡膠的自由高度:
根據(jù)零件材料厚度為3mm,沖裁時凸模進入凹模深度取1mm,維修時刃磨量為5mm,模具開啟時卸料板高出凸模壓3mm.因此總的工作行程mm
根據(jù)[15]公式:
（5-10）
橡膠的自由高度mm
取mm
模具組裝時,橡膠的預壓量根據(jù)公式:
（5-11）
mm
橡膠的裝配高度
mm
取40mm
根據(jù)公式：
D= （5-12）
得D==53.96
D-橡膠外徑
e）上下模座的外形尺寸、厚度和材料
根據(jù)凹模外形尺寸確定下模座尺寸為：
長度、寬度和厚度：860×483×45(mm）
相應確定上模座尺寸為：
長度、寬度和厚度：860×483×30（mm）
因為上下模座在工作中受到較大的沖擊力，故選擇HT200，它能夠承受較大的載荷且，鑄造性能好，由于石墨有一定潤滑效果，HT200具有較好的減磨和耐磨性。
卸料板的外形尺寸和厚度為：
長度、寬度和厚度：750×353×18（mm）
5.6.2 模具總體設計
根據(jù)以上分析和設計計算，設計出沖孔模，如圖5-1所示結構。
圖5-1 沖孔模
5.6.3 模具的工作原理
完成該工序時，零件的坯料在沖壓過程中極易滑動，必須采取定位措施。具體的方法是采用固定銷的方式來達到定位的效果。在零件加工時，可直接將坯料放在凹模上進行加工。這樣的定位方式既安全又可靠。
模具的總體結構如圖5-1所示。上模座采用帶柄的矩形模座，凸模采用固定板和螺釘和銷釘固定在模座。下模部分由凹模、下模座等組成，通過螺釘和銷釘固定。
模具的工作過程：將落料后的坯料放在凹模上，與定位銷接觸，這樣起到定位的作用。當模具下行時，凸模與坯料進行接觸，使坯料充分的定位，繼續(xù)下行時，使零件的各部位成形。上模回程時，通過橡膠回彈的作用，帶動卸料螺釘，將工件彈出并完成該工序的加工。
5.7 凸模校核
根據(jù)文獻[16]公式：凸模為圓形的公式：
（5-13）
凸模為非圓形的公式 ：
（5-14）
由于所選的凸模材料為Cr12MoV，根據(jù)表查得=981～1569MPa.
5.7.1 圓形凸模的校核
a）Φ11孔的凸模強度校核
由上面的公式可知：
則MPa
由于小于標準的許用應力，所以該凸模的強度符合條件。
b）Φ12孔的凸模強度校核
由上面的公式可得：
則MPa
由于小于標準的許用應力，所以該凸模的強度符合條件
c）Φ15孔的凸模強度校核
由上面的公式可知可根據(jù)公式計算
則MPa
由于小于標準的許用應力，所以該凸模的強度符合條件
5.7.2 非圓形凸模的強度校核
鈑金槽的凸模是一個非圓形的凸模，所以它的強度校核可以用非圓形的凸模公式來校核。
由公式： P==315×10 F=3.14×5.5+11×114=1349
可得MPa
由于小于標準的許用應力，所以該凸模的強度符合條件。
5.8 壓力機的選擇
由計算結果可知
最大的沖壓力為 KN，
模具的最大閉合高度為 H=176mm，
模具外形尺寸為 860×483
模柄的尺寸為 Φ70×80
根據(jù)以上的資料，根據(jù)文獻[14]選擇壓力機的型號JD21-160，壓力機的主要技術參數(shù)如下所示：
公稱壓力/ KN： 1600
滑塊行程/mm： 160
行程次數(shù)： 40
最大的閉合高度/mm： 450
工作臺尺寸/mm： 1120×710
模柄孔的尺寸/mm： Φ70×80
最大傾角度/o： 25o
工作臺厚度/mm： 130
電動機功率/KW： 11
6 彎曲模的設計
6.1 彎曲模的工作原理
凸模與凹模直接接觸被加工材料并對材料施加壓力，使板料或沖裁后的坯料沿著一直線軸產(chǎn)生永久變形，形成一定的角度或形狀.
6.2 彎曲件的工藝性
6.2.1 彎曲件的工藝性
具有良好工藝性的彎曲件，能簡化彎曲工藝過程和提高彎曲件的精度，并有利于模具的制造。彎曲件的工藝性內(nèi)容很多，主要的是彎曲半徑以及彎曲件的幾何形狀和尺寸精度等。
6.2.2 彎曲件的彎曲圓角半徑
材料產(chǎn)生塑性變形才能形成所需要的形狀，為了實現(xiàn)彎曲件的形狀，彎曲圓角半徑最大值是沒有限制的。彎曲件的彎曲圓角半徑不應過小或過大。彎曲半徑過小，彎曲時外層材料拉深變形量容易被彎裂；彎曲半徑過大，因受到回彈的影響，彎曲角度和圓角半徑的精度均不能保證。
6.2.3 彎曲件的孔與彎曲處的最小距離
孔邊距彎曲半徑R的中心距離L與料厚有關，一般為：t<2mm時，取Lt ；t>2mm時，取L2t。當孔邊距彎曲半徑R中心距離過小，而彎曲件結構又允許時，可先在彎曲線上沖出工藝孔，或切出月牙槽，以轉移變形區(qū)域，得到所需要孔的正確形狀。該制件對孔的要求不是很高，所以可以在沖孔后在進行彎曲。
6.2.4 彎曲件的精度
彎曲件的精度要求應合理。影響彎曲件精度的因子很多，如材料厚度公差，材料性質(zhì)、回彈、偏移等。對于精度要求較高的彎曲件，必須減少材料的厚度公差，消除回彈。但這在某些情況下有一定困難，因此，彎曲件的尺寸精度一般在IT13以下。
6.3 彎曲件工序的確定原則
除形狀簡單的彎曲件以外，許多彎曲件都需要經(jīng)過幾次彎曲成形才能達到最后要求。為此就必須確定工序的先后順序。彎曲件工序的確定，應根據(jù)制件形狀的復雜程度，尺寸大小，精度高低，材料性質(zhì)，生產(chǎn)批量等因子綜合考慮 。如果彎曲工序安排合理，可以減少工序，簡化模具。反之，安排不當，不僅費工時，且得不到滿意的制件。工序確定的一般原則如下：
對于形狀簡單的彎曲件，盡可能一次成型。
對于形狀較復雜的彎曲件，一般需要兩次或多次彎曲成形，多次彎曲時應該先彎外角后彎內(nèi)角，并應該使后一次彎曲不影響前一次彎曲部分，以及前一次彎曲必須使后一次彎曲有適當?shù)亩ㄎ换鶞省?
彎曲角和彎曲次數(shù)多的制件，以及非對稱形狀制件和有孔或有切口的制件等，由于彎曲很容易發(fā)生變形或出現(xiàn)尺寸誤差，為此，最好在彎曲過后在切口或沖孔。
對于批量大，尺寸小的制件，為了提高生產(chǎn)率，應采用有沖裁，壓彎和切斷等多任務序的連續(xù)沖壓工藝成性。
非對稱的制件，若單件彎曲時毛坯容易發(fā)生偏移，應采用成對彎曲成形，彎曲后在切開。
所以，根據(jù)上面所述結合制件的形狀可以確定該制件的工序，應該采用一次彎曲成形。
6.4 彎曲力的計算
6.4.1 自由彎曲力的計算
根據(jù)文獻[12]自由彎曲力的公式：
（6-1）
==393×10N
其中：—自由彎曲力(N)；
K—安全系數(shù)，一般取K=1.3；
B—彎曲件的寬度(mm)；
t—彎曲件的厚度(mm)；
r—彎曲件的內(nèi)彎曲半徑(mm)；
—材料的強度極限(Mpa)；
6.4.2 頂件力和卸料力的計算
對一般的彎曲模而言，其頂件力或卸料力P值可取自由彎曲力的30～80%。
根據(jù)文獻[12]公式
（6-2）
則：Q=N
取Q=200×10N
6.4.3 彎曲時壓力機壓力的確定
由于該彎曲為有壓料的自由彎曲，所以它的壓力機的壓力應大于自由彎曲力、頂件力和壓料力之和。
根據(jù)文獻[12]公式：
Q （6-3）
則：N
6.5彎曲模工作部分的尺寸
6.5.1 凸凹模的圓角半徑及凹模深度
彎曲模工作部分尺寸的確定應視變形條件，變形程度，材料的厚度與性能而定。彎曲凸模的圓角半徑和彎曲角應根據(jù)工件的內(nèi)圓角半徑和角度并考慮彈復值進行修正后確定。根據(jù)文獻[11]進行如下計算：
a) 凸模圓角半徑r當較小時，r=r，當較大時，則應考慮回彈現(xiàn)象而予以修正。
在本設計中，==0.5 較小，故取r=r
b)凹模圓角半徑r，常根據(jù)材料厚度選取，
t2mm時，r=(3～6)t
t=2～4mm時, r=(2～3)t
t>4mm時，r=2t
在本設計中，t=3mm，故取r=(2～3)t=(2～3)×3=6～9mm，取r=8mm
c)凹模尺寸的計算
根據(jù)公式：
（6-4）
（6-5）
得： H=Kb=0.18×624=112 H=2×112=224
凹模各部分的尺寸：
根據(jù)公式：
A=（A-k） （6-6）
尺寸為50的邊：A=（50-×0.46）=49.89
尺寸為485的邊：A=（485-×0.97）=49.89
尺寸為R28的邊：A=（28-×0.33）=49.89
尺寸為R50的邊：A=（50-×0.46）=27.96
查表得h=6 故凹模深度為H=38+6+18=70
其中頂板為H=18，頂板在凹模中工作。 R=8
d)根據(jù)文獻[14]查表4-8得h=6 故凹模深度為H=38+6+18=70
凹模的尺寸為1072×642×112
上模座的尺寸為1142×772×90
其中頂板為H=18，頂板在凹模中工作。 R=8
下模座的尺寸為1142×772×100
因為上下模座在工作中受到較大的沖擊力，故選擇HT200，它能夠承受較大的載荷且，鑄造性能好，由于石墨的有一定潤滑效果，HT200具有較好的減