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濾清器固定架沖壓模具設(shè)計(jì)
1緒 論
近幾年來(lái)，我國(guó)模具技術(shù)有了很大發(fā)展，模具設(shè)計(jì)與制造水平有了較大提高，大型、精密、復(fù)雜高效和長(zhǎng)壽命模具的需求量大幅度增加，模具質(zhì)量、模具壽命明顯提高，模具交貨期較前縮短，模具CAD/CAM技術(shù)也得到了相當(dāng)廣泛的應(yīng)用。
1.1國(guó)內(nèi)模具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)
1.1.1國(guó)內(nèi)模具的現(xiàn)狀
沖壓技術(shù)廣泛應(yīng)用于航空、汽車(chē)、電機(jī)、家電和通信等行業(yè)零部件的成形。由于沖壓工藝具有生產(chǎn)率高，能成形復(fù)雜零件，適合大批量生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，在某些領(lǐng)域已經(jīng)取代機(jī)械加工，并正逐步擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。據(jù)國(guó)際生產(chǎn)技術(shù)協(xié)會(huì)預(yù)測(cè)到本世紀(jì)中，機(jī)械零部件中60%的粗加工，80%的精加工要由模具來(lái)完成。因此沖壓技術(shù)對(duì)發(fā)展生產(chǎn)、增加效益、更新產(chǎn)品等方面具有重要作用。
經(jīng)調(diào)查，全國(guó)模具行業(yè)從業(yè)人員的崗位分布情況大致如下：從事模具設(shè)計(jì)，模具工藝過(guò)程實(shí)施，產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)和監(jiān)督工作的人員占總數(shù)的42%；其次是具體生產(chǎn)設(shè)備的操作，模具的制造、調(diào)試和維修，從事這類(lèi)工作的是智能型操作人員，占總數(shù)的26%；三是從事生產(chǎn)組織，技術(shù)指導(dǎo)和技術(shù)管理工作的人員，占總數(shù)的14%；四是從事模具營(yíng)銷(xiāo)工作和售后技術(shù)服務(wù)的人員，占總數(shù)的9%；五是個(gè)體、行政管理人員，占總數(shù)的9%。
從20世紀(jì)80年代初開(kāi)始，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的模具工業(yè)，已從機(jī)床工業(yè)中分離出來(lái)，并發(fā)展成為一個(gè)獨(dú)立的工業(yè)部門(mén)，而且其產(chǎn)值已超過(guò)機(jī)床工業(yè)的產(chǎn)值。改革開(kāi)放以來(lái)，中國(guó)的模具工業(yè)發(fā)展十分迅速；近年來(lái)，一直以每年15%左右的增長(zhǎng)速度快速發(fā)展。目前，中國(guó)約有17000多個(gè)模具制造廠(chǎng)點(diǎn)，從業(yè)人數(shù)60多萬(wàn)；2001年中國(guó)模具工業(yè)總產(chǎn)值達(dá)320億元人民幣，中國(guó)模具工業(yè)的技術(shù)水平取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展對(duì)模具工業(yè)提出了越來(lái)越多且越來(lái)越高的要求巨大的市場(chǎng)需求推動(dòng)著中國(guó)模具工業(yè)更快地發(fā)展。2001年中國(guó)大陸制造業(yè)對(duì)模具的市場(chǎng)需求量約為430億元人民幣；今后幾年仍將以每年10%以上的速度增長(zhǎng)。對(duì)于大型、精密、復(fù)雜高效和長(zhǎng)壽命模具需求的增長(zhǎng)將遠(yuǎn)超過(guò)每年10%的增幅。
雖然說(shuō)我國(guó)模具業(yè)發(fā)展迅速，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。我國(guó)尚存在以下幾方面的不足:
第一，體制不順，基礎(chǔ)薄弱。“三資”企業(yè)雖然已經(jīng)對(duì)中國(guó)模具工業(yè)的發(fā)展起了積極的推動(dòng)作用，私營(yíng)企業(yè)近年來(lái)發(fā)展較快，國(guó)企改革也在進(jìn)行之中，但總體來(lái)看，體制和機(jī)制尚不適應(yīng)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)，再加上國(guó)內(nèi)模具工業(yè)基礎(chǔ)薄弱，因此，行業(yè)發(fā)展還不盡如人意，特別是總體水平和高新技術(shù)方面。
第二，開(kāi)發(fā)能力較差，經(jīng)濟(jì)效益欠佳.我國(guó)模具企業(yè)技術(shù)人員比例低，水平較低，且不重視產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，在市場(chǎng)中經(jīng)常處于被動(dòng)地位。我國(guó)每個(gè)模具職工平均年創(chuàng)造產(chǎn)值約合1萬(wàn)美元，國(guó)外模具工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家大多是15～20萬(wàn)美元，有的高達(dá)25～30萬(wàn)美元，與之相對(duì)的是我國(guó)相當(dāng)一部分模具企業(yè)還沿用過(guò)去作坊式管理，真正實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化企業(yè)管理的企業(yè)較少。
第三，工藝裝備水平低，且配套性不好，利用率低．雖然國(guó)內(nèi)許多企業(yè)采用了先進(jìn)的加工設(shè)備，但總的來(lái)看裝備水平仍比國(guó)外企業(yè)落后許多，特別是設(shè)備數(shù)控化率和CAD/CAM應(yīng)用覆蓋率要比國(guó)外企業(yè)低得多。由于體制和資金等原因，引進(jìn)設(shè)備不配套，設(shè)備與附配件不配套現(xiàn)象十分普遍，設(shè)備利用率低的問(wèn)題長(zhǎng)期得不到較好解決。裝備水平低，帶來(lái)中國(guó)模具企業(yè)鉗工比例過(guò)高等問(wèn)題。?
1.1.2 國(guó)內(nèi)模具的發(fā)展趨勢(shì)
巨大的市場(chǎng)需求將推動(dòng)中國(guó)模具的工業(yè)調(diào)整發(fā)展。雖然我國(guó)的模具工業(yè)和技術(shù)在過(guò)去的十多年得到了快速發(fā)展，但與國(guó)外工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍存在較大差距，尚不能完全滿(mǎn)足國(guó)民經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的需求。未來(lái)的十年，中國(guó)模具工業(yè)和技術(shù)的主要發(fā)展方向包括以下幾方面:????
1） 模具日趨大型化；???
? 2） 在模具設(shè)計(jì)制造中廣泛應(yīng)用CAD/CAE/CAM技術(shù)；??
? 3） 模具掃描及數(shù)字化系統(tǒng)；???
? 4） 在塑料模具中推廣應(yīng)用熱流道技術(shù)、氣輔注射成型和高壓注射成型技術(shù)；?
?? 5） 提高模具標(biāo)準(zhǔn)化水平和模具標(biāo)準(zhǔn)件的使用率；???
6） 發(fā)展優(yōu)質(zhì)模具材料和先進(jìn)的表面處理技術(shù)；???
7） 模具的精度將越來(lái)越高；?
8） 模具研磨拋光將自動(dòng)化、智能化；??
9） 研究和應(yīng)用模具的高速測(cè)量技術(shù)與逆向工程；??
10）開(kāi)發(fā)新的成形工藝和模具。
1.2 國(guó)外模具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)
模具是工業(yè)生產(chǎn)關(guān)鍵的工藝裝備，在電子、建材、汽車(chē)、電機(jī)、電器、儀器儀表、家電和通訊器材等產(chǎn)品中，60％－80％的零部件都要依靠模具成型。用模具生產(chǎn)制作表現(xiàn)出的高效率、低成本、高精度、高一致性和清潔環(huán)保的特性，是其他加工制造方法所無(wú)法替代的。模具生產(chǎn)技術(shù)水平的高低，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著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)能力。近幾年，全球模具市場(chǎng)呈現(xiàn)供不應(yīng)求的局面，世界模具市場(chǎng)年交易總額為600～650億美元左右。美國(guó)、日本、法國(guó)、瑞士等國(guó)家年出口模具量約占本國(guó)模具年總產(chǎn)值的三分之一。?
國(guó)外模具總量中,大型、精密、復(fù)雜、長(zhǎng)壽命模具的比例占到50%以上；國(guó)外模具企業(yè)的組織形式是"大而專(zhuān)"、"大而精"。2004年中國(guó)模協(xié)在德國(guó)訪(fǎng)問(wèn)時(shí)，從德國(guó)工、模具行業(yè)組織--德國(guó)機(jī)械制造商聯(lián)合會(huì)（VDMA）工模具協(xié)會(huì)了解到，德國(guó)有模具企業(yè)約5000家。2003年德國(guó)模具產(chǎn)值達(dá)48億歐元。其中（VDMA）會(huì)員模具企業(yè)有90家，這90家骨干模具企業(yè)的產(chǎn)值就占德國(guó)模具產(chǎn)值的90%，可見(jiàn)其規(guī)模效益。
隨著時(shí)代的進(jìn)步和技術(shù)的發(fā)展，國(guó)外的一些掌握和能運(yùn)用新技術(shù)的人才如模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、模具工藝設(shè)計(jì)、高級(jí)鉗工及企業(yè)管理人才，他們的技術(shù)水平比較高．故人均產(chǎn)值也較高．我國(guó)每個(gè)職工平均每年創(chuàng)造模具產(chǎn)值約合1萬(wàn)美元左右，而國(guó)外模具工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家大多15～20萬(wàn)美元，有的達(dá)到 25～30萬(wàn)美元。國(guó)外先進(jìn)國(guó)家模具標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率達(dá)70%以上，而我國(guó)才達(dá)到45％
沖壓技術(shù)的發(fā)展主要反映在以下5個(gè)方面：
（1）模具的計(jì)算機(jī)輔助能力設(shè)計(jì)和輔助制造技術(shù)
采用該技術(shù)，模具設(shè)計(jì)和制造效率一般可提高2-3倍，模具生產(chǎn)周期可縮短1/2-1/3。目前，已達(dá)到CAD/CAM一體化，模具圖紙只是作為檢驗(yàn)?zāi)＞咧谩?
（2）工藝分析中的板料成形模擬仿真技術(shù) （沖壓CAE）
（3）快速模具制造技術(shù)的發(fā)展
將快速成形（RPM）技術(shù)與各種常規(guī)的鑄造、粉末燒結(jié)工藝相結(jié)合而發(fā)展起來(lái)的快速模具制造技術(shù)以及低熔點(diǎn)合金模具，樹(shù)脂模具都可用于冷沖壓成形。??
（4）采用沖壓新工藝
精密沖裁、液壓成形、沖壓焊接復(fù)合工藝等特種沖壓工藝的采用，使沖壓工藝的應(yīng)用范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，沖壓制件的質(zhì)量和效率大大提高，從而使生產(chǎn)成本進(jìn)一步降低。
（5）冷沖壓生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化
為了滿(mǎn)足大批量生產(chǎn)的需要，沖壓設(shè)備已由單工位的低速壓力機(jī)發(fā)展到多工位的高速壓力機(jī)；在高速壓力機(jī)上采用多工位的級(jí)進(jìn)模進(jìn)行沖壓加工，使冷沖壓生產(chǎn)達(dá)到高度自動(dòng)化；汽車(chē)覆蓋件可采用自動(dòng)送料、自動(dòng)取件、自動(dòng)傳送的流水線(xiàn)生產(chǎn)。
我做的是冷沖壓模具設(shè)計(jì)，冷沖壓是利用安裝在壓力機(jī)上的沖模對(duì)材料施加壓力，使其產(chǎn)生分離或塑性變形，從而獲得需要零件（俗稱(chēng)沖壓件或沖件）的一種壓力加工方法。因?yàn)樗ǔＪ窃谑覝叵逻M(jìn)行加工，所以稱(chēng)為冷沖壓。
在大學(xué)三年的課程學(xué)習(xí)和課程、生產(chǎn)實(shí)習(xí)，我熟練地掌握了機(jī)械制圖、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械原理等專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課和專(zhuān)業(yè)課方面的知識(shí)，對(duì)機(jī)械制造、加工的工藝有了一個(gè)系統(tǒng)、全面的理解，達(dá)到了學(xué)習(xí)的目的于模具設(shè)計(jì)這個(gè)實(shí)踐性非常強(qiáng)的設(shè)計(jì)課題，我們進(jìn)行了大量的實(shí)習(xí)。經(jīng)過(guò)在新飛電器有限公司、洛陽(yáng)中國(guó)一拖的生產(chǎn)實(shí)習(xí)，我對(duì)于模具特別是沖壓模具的設(shè)計(jì)步驟有了一個(gè)全新的認(rèn)識(shí)，豐富了各種模具的結(jié)構(gòu)和動(dòng)作過(guò)程方面的知識(shí)，而對(duì)于模具的制造工藝更是有了零的突破。在指導(dǎo)老師的協(xié)助下和在工廠(chǎng)師傅的講解下，同時(shí)在現(xiàn)場(chǎng)查閱了很多相關(guān)資料并親手拆裝了一些典型的模具實(shí)體，明確了模具的一般工作原理、制造、加工工藝。并在圖書(shū)館借閱了許多相關(guān)手冊(cè)和書(shū)籍，設(shè)計(jì)中，充分利用和查閱各種資料，并與同學(xué)進(jìn)行充分討論，盡了最大努力做畢業(yè)設(shè)計(jì)。
2 濾清器固定架的工藝方案的制定
2.1濾清器固定架的工藝性分析
沖壓件的工藝性是指沖壓件對(duì)沖壓工藝的適應(yīng)性，一般情況下，對(duì)沖壓件工藝性影響最大的是幾何形狀、尺寸和精度要求。良好的沖壓工藝性應(yīng)能滿(mǎn)足材料較省、工序較少、模具加工較易、壽命較高、操作方便及產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定等要求。
根據(jù)設(shè)計(jì)題目的要求可知，空氣濾清器固定架如圖2.1所示，該沖壓件的材料為08鋼，板厚為2.5 mm，該零件外形對(duì)稱(chēng)，兩端各有兩個(gè)直徑為10的孔，且零件中間有一彎曲部分，無(wú)尖角、凹陷，大批量生產(chǎn)，該零件是典型的板料沖壓成形件。
圖2.1 空氣濾清器固定架
2.1.1濾清器固定架的精度和粗糙度
（1）精度 沖壓件的經(jīng)濟(jì)精度一般為IT11-IT12級(jí)，最高可達(dá)IT8—IT10級(jí)，沖孔比落料精度約高一級(jí)。
（2）斷面粗糙度 沖壓件的斷面粗糙度一般為Ra12.5—50，最高可達(dá)Ra6.3，具體數(shù)值可根據(jù)設(shè)計(jì)手冊(cè)查表可得。
2.1.2濾清器固定架毛坯尺寸的計(jì)算
濾清器固定架形狀較簡(jiǎn)單，毛坯為矩形。考慮到中性層位移，算出零件各部分圓角長(zhǎng)度以及彎曲長(zhǎng)度相加即可得到工件的總面積。
根據(jù)中性層的定義，彎曲件的坯料展開(kāi)長(zhǎng)度，應(yīng)等于中性層的展開(kāi)長(zhǎng)度。中性層的位置以曲率半徑ρ表示，通常用下面的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。
ρ=r+xt (2.1)
式中 r——零件的內(nèi)彎曲半徑
t——板料的厚度
x——中性層位移系數(shù)
表2.1 板料彎曲時(shí)中性層位移系數(shù)
r/t 1 2
2.8 4 5
6 ≥8
x 0.32 0.38 0.4 0.42 0.44 0.46 0.5
此零件 有三處不同彎曲的半徑大小
當(dāng)r=10時(shí) 查表得中性層位移系數(shù)x=0.42
得 (mm)
當(dāng) r=7 時(shí) 查表得中性層位移系數(shù)x=0.4
得 (mm)
當(dāng) r=81時(shí) 查表得中性層位移系數(shù)x=0.5
得 (mm)
根據(jù)計(jì)算得中間圓弧為
對(duì)于計(jì)算圓角半徑的彎曲件時(shí)，坯料長(zhǎng)度等于彎曲件直線(xiàn)部分和圓弧部分長(zhǎng)度之和。既
(2.2)
式中 ——坯料展開(kāi)總長(zhǎng)度，mm。
——彎曲中心角，；
——兩側(cè)直線(xiàn)部分長(zhǎng)度，mm。
中間大圓弧的長(zhǎng)度為(mm)
中間凸緣弧長(zhǎng)為(mm)
經(jīng)計(jì)算坯料展開(kāi)總長(zhǎng)度 =(59.34+10+17.34+8.72+64.76)2=327.466(mm)
寬度 =75(mm)
坯料面積為 327.46675=24559.95()
2.1.3零件的排樣圖
排樣是指沖件在條料、帯料或板料上布置的方法。沖壓件的合理布置，與沖壓件的外形有很大關(guān)系，對(duì)材料利用率的大小有直接影響，本次設(shè)計(jì)采用直排。如圖2.3所示
搭邊的最小寬度大于塑變區(qū)寬度，由板厚2.5mm查表2.2得，沿邊搭邊為2.2mm，工件間搭邊為2.5mm。
表2.2 搭邊a和a的數(shù)值
材料厚度t/mm
圓件最小搭邊值
2.0-2.5
工件間a
2.2
側(cè)邊a
2.5
圖2.3排樣圖
材料的利用率計(jì)算：
一個(gè)進(jìn)距內(nèi)的材料利用率可以按一下公式計(jì)算：
（2.3）
式中 A — 沖裁件的面積（mm）；
n — 一個(gè)進(jìn)距內(nèi)沖裁件數(shù)目；
b — 條料寬度(mm)；
h — 進(jìn)距(mm)；
=93.16%
2.2計(jì)算沖壓力和初選壓力機(jī)
2.2.1沖裁力計(jì)算
（2.4）
式中 L—沖裁件周長(zhǎng)（mm）,L=（+）2=（327.466+75）2=804.932(mm)；
t —材料的厚度（mm），t=2.5mm；
—材料抗剪強(qiáng)度（MPa）。
本零件兩端各有兩個(gè)直徑為10的孔，計(jì)算時(shí)應(yīng)該加入其中。選擇設(shè)備噸位時(shí)，考慮刃口磨損和材料厚度及力學(xué)性能波動(dòng)等因素，實(shí)際沖裁力可能增大，所以應(yīng)取
（2.5）
式中 —材料抗拉強(qiáng)度，(Mpa); 08鋼 =280~390Mpa，取
所以
++
=++
=926.86（KN）
（2）推件力
（2.6）
式中 n — 卡在凹模洞里的工件數(shù)；
— 推件力系數(shù)；查表2.3，推件力系數(shù)取；
所以
=64.88（KN）
（3）卸料力
卸料力的大小于凸模凹模之間的間隙、工件形狀、材料種類(lèi)及材料上所涂的潤(rùn)滑劑的質(zhì)量等因素有關(guān)，其計(jì)算公式為：
（2.7）
式中 — 卸料力系數(shù)，查表2.3，卸料力系數(shù)=0.12；
所以
=111.22（KN）
表2.3 推件力系數(shù)、頂件力系數(shù)和卸料力系數(shù)
料厚/mm
K
K
K
08鋼 1~5
0.07
0.06
0.12
2.2.2沖壓設(shè)備的初選
（1）壓力機(jī)的噸位應(yīng)當(dāng)?shù)扔诨虼笥跊_裁時(shí)的總力。
（2.8）
=926.86+64.88+111.22
=1102.96（KN）
（2） 根據(jù)模具結(jié)構(gòu)選擇壓力機(jī)類(lèi)型的沖程次數(shù)，本工序工件需從模具中間出件，根據(jù)總的沖裁力大小選擇壓力機(jī)型號(hào)為J31-160閉式單點(diǎn)單動(dòng)壓力機(jī)，公稱(chēng)壓力為1600KN，最大閉合高度為370mm，最小閉合高度為250mm。
2.2.3 模具壓力中心的確定
沖模對(duì)工件施加的沖壓合力的中心稱(chēng)為沖壓壓力中心，要使模具正常工作，必須使壓力中心與模柄的中線(xiàn)線(xiàn)相重合，從而使壓力中心與所選設(shè)備滑塊的中心相重合。此設(shè)計(jì)的毛坯為圓形，模具的壓力中心位于圓心。
3 沖孔、落料復(fù)合模的設(shè)計(jì)
3.1沖孔、落料復(fù)合模主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.1.1 落料凹模
（1）外形尺寸
凹模受力復(fù)雜，很難按理論方法精確計(jì)算，對(duì)于非標(biāo)準(zhǔn)尺寸一般不做強(qiáng)度校核，可用下述經(jīng)驗(yàn)公式確定尺寸。
凹模高度 （3.1）
凹模壁厚 （3.2）
式中 —沖裁件的最大外形尺寸,(mm)；
—系數(shù)，考慮板料厚度的影響，可查表3.1，取=0.165
表3.1系數(shù)K值
b/mm
料厚t/mm
0.5
1
2
3
>3
<50
0.3
0.35
0,42
0.5
0.6
50~100
0.2
0.22
0.28
0.35
0.42
100~200
0.15
0.18
0.2
0.24
0.3
>200
0.1
0.12
0.15
0.18
0.22
所以
(mm)
綜合沖裁力大小及其他方面因素取凹模高度80mm,考慮模具現(xiàn)實(shí)結(jié)構(gòu)等問(wèn)題取凹模的壁厚為85mm。
則凹模的尺寸為： l=327+285=500（mm）
a=75+285=245（mm）
（2）凹模的固定形式
利用螺釘和銷(xiāo)釘固定在下模座上。
（3）材料
落料凹模的材料采用CrMo12V。
3.1.2 沖孔凸模
根據(jù)典型圓形凸模的結(jié)構(gòu)形式和尺寸，本零件需要沖直徑為10的孔，選擇JB/T 8057.2---1995,工作部分的直徑為10
凸模工作部分的長(zhǎng)度應(yīng)根據(jù)模具的結(jié)構(gòu)來(lái)確定，凸模長(zhǎng)度為：
（3.3）
式中 L----沖裁凸模的長(zhǎng)度（mm）；
——凸模固定板的厚度，取決于沖壓件的厚度t，一般在沖制t＜1.5mm的板料時(shí)，為15-25mm；當(dāng)t=1.5-2.5mm時(shí)，為20-25mm；
——卸料板的厚度（mm）；
H——附加長(zhǎng)度，主要考慮凸模進(jìn)入凸模的深度（0.5-1mm）、總修磨量（10-15mm）以及模具閉合狀態(tài)下卸料板到凸模固定板間的安全距離（15-20mm）
考慮到?jīng)_孔后沖裁件易卡在沖頭上，故采用卸料板導(dǎo)向凸模。凸模最大允許長(zhǎng)度公式為：
l0.20
式中為材料的剪切強(qiáng)度，08鋼剪切強(qiáng)度為280-420Mpa，取300
l=135（mm）
取凸模長(zhǎng)度L=80mm,采用線(xiàn)切割加工，設(shè)計(jì)凸臺(tái)與固定板固定，并用螺釘與模座連接。凸模材料為CrMo12V，熱處理56~60HRC[2]。
3.1.3 沖孔凹模的設(shè)計(jì)
因?yàn)榱慵Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，總體尺寸不大沖孔凹模采用整體式矩形凹模較為合理，通過(guò)螺釘與模座固定在一起，固定時(shí)將壓力中心與模柄中心重合。
模具厚度的確定公式為：
H=KB （3.4）
式中：K——系數(shù)值，根據(jù)板厚度確定；
B——沖裁件的最大外形尺寸；
查板厚系數(shù)值[2],查得K=0.35
根據(jù)公式（3-9）得：H=KB
=0.35×60
=21mm
取H1=25mm；
查表取標(biāo)準(zhǔn)值，取M=400mm；
所以，凹模輪廓尺寸為400mm, 材料選用CrMo12V。
3.1.4 凸凹模
(1)外形尺寸
根據(jù)此前確定的落料凹模的厚度，在保證凸凹模強(qiáng)度的要求下，取凸凹模的長(zhǎng)度為500mm;凸凹模的內(nèi)外緣均為刃口，內(nèi)外緣之間的壁厚決定于沖裁件的尺寸，從強(qiáng)度上考慮，壁厚受最小值限制，一般由經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)決定，具體數(shù)據(jù)參考表3.2,得知最小壁厚為5.8mm
表3.2 凸凹模最小壁厚
料厚/mm
2.5
2.1
最小壁厚/mm
5.8
5.0
最小直徑/mm
25
25
根據(jù)此前的計(jì)算得出落料凹模的刃口尺寸為401.18，兩刃口尺寸即凸凹模的邊界尺寸，經(jīng)分析滿(mǎn)足最小壁厚要求。
（2）凸凹模的固定形式
利用螺釘和銷(xiāo)釘固定在上模座上，與模座間有墊片。
（3）材料
凸凹模的材料采用CrMo12V。
3.1.5凸、凹模間隙值的確定
沖裁凸模和凹模之間的間隙，不僅對(duì)沖裁件的質(zhì)量有極重要的影響，而且影響模具的試用壽命、沖裁力、卸料力和推件力等，因此，沖裁間隙是一個(gè)非常重要的工藝參數(shù)。但很難找到一個(gè)固定的間隙值能同時(shí)滿(mǎn)足沖裁件質(zhì)量最佳、沖模的使用壽命最長(zhǎng)、沖裁力最小等各方面的要求。因此，在沖壓實(shí)際生產(chǎn)中，主要根據(jù)沖裁件斷面質(zhì)量、尺寸精度和模具的使用壽命這三個(gè)因素綜合考慮，給間隙規(guī)定一個(gè)范圍值，即選擇合理的間隙。
落料、沖孔模刃口使用間隙，查表3.3得沖裁初始雙邊間隙值
Z=0.360mm，Z=0.500mm。
表3.3 沖裁模初始雙面間隙
材料厚度(mm)
Z
Z
2.5
0.360
0.500
3.1.6 凸、凹模刃口尺寸的確定
（1）確定凹凸模刃口尺寸的原則
①落料件的尺寸取決于凹模，因此落料模應(yīng)先決定凹模尺寸，用減少凸模尺寸來(lái)保證合理間隙。
②考慮到刃口磨損對(duì)沖件尺寸的影響：刃口磨損后尺寸變大，其刃口的基本尺寸應(yīng)接近或等于沖件的最小極限尺寸；刃口磨損后尺寸變小，其刃口的基本尺寸應(yīng)接近或等于沖件的最大極限尺寸。
（2）凸凹模分別加工時(shí)的工作部分尺寸
①落料凸、凹模刃口尺寸
表3.4沖裁時(shí)凸模、凹模的制造公差
基本尺寸/mm
凸模偏差
/mm
凹模偏差
/mm
18
0.020
0.020
>18~30
0.020
0.025
>30~80
0.020
0.030
>80~120
0.025
0.035
>120~180
0.030
0.040
>180~260
0.030
0.045
>260~360
0.035
0.050
根據(jù)表3.4，查得凸凹模的制造公差為：
凸模（mm）
凹模（mm）
為了保證沖模的間隙小于最大合理間隙（Z），凸模和凹模制造公差必須保證
（3.5）
（mm）
（mm）
因?yàn)? （滿(mǎn)足間隙公差條件）
由于零件為矩形且比較簡(jiǎn)單，所以凸凹?？梢苑珠_(kāi)加工，且零件的公差等級(jí)為IT10級(jí)，查表3.5可得標(biāo)準(zhǔn)公差為0.23mm，即。
表3.5標(biāo)準(zhǔn)公差數(shù)值/
基本尺寸/mm
公 差 等 級(jí)
IT10
IT11
IT12
>80~120
140
220
350
>120~180
160
250
400
>180~250
185
290
460
>250~315
210
320
520
>315~400
230
360
570
落料凹模的尺寸：
（3.6）
落料凸模的尺寸：
（3.7）
式中 D — 落料件外徑的基本尺寸，（mm）；
、—凸、凹模的制造公差，（mm）；
— 工件的制造公差，（mm）；
— 磨損系數(shù)，這里零件的公差等級(jí)為IT10取系數(shù)x=1；
Z— 最小合理間隙，（mm）。
所以， 落料凹模的尺寸為：
=326.77（mm）
落料凸模的尺寸為：
=326.41（mm）
②沖孔凸、凹模刃口尺寸
表3.6沖裁時(shí)凸模、凹模的制造公差
基本尺寸/mm
凸模偏差
/mm
凹模偏差
/mm
>120~180
0.030
0.040
>180~260
0.030
0.045
>260~360
0.035
0.050
根據(jù)表3.6，查得凸凹模的制造公差為：
凸模（mm）
凹模（mm）
零件的公差等級(jí)為IT10級(jí)，制造公差為0.23mm，即=0.23mm。
沖孔凸模的刃口尺寸：
（3.8）
沖孔凹模的刃口尺寸：
（3.9）
式中 — 沖孔件的最小極限尺寸，（mm），=10mm；
— 工件的制造公差，（mm）；
所以，沖孔凸模的刃口尺寸為：
=11.23（mm）
沖孔凹模的刃口尺寸為：
=11.59（mm）
③孔距尺寸：
=
=50±2×0.23×0.125
=50±0.0575（mm）
3.2模具總體結(jié)構(gòu)方案
沖孔、落料復(fù)合模能在壓力機(jī)一次行程內(nèi)，完成沖孔、落料兩道工序。完成這兩道工序的過(guò)程中，沖壓件材料無(wú)需進(jìn)給移動(dòng)。
復(fù)合模具有主要的特點(diǎn)：
（1） 沖壓件精度較高，不受送料誤差的影響，內(nèi)外形相對(duì)位置一致性好；
（2）沖件表面較為平整；
（3）適宜沖薄料，也適宜沖脆性或軟質(zhì)材料；
（4）可充分利用短料和邊角余料等。
3.2.1模具結(jié)構(gòu)
根據(jù)零件的沖壓工藝方案可知，此工序模為沖孔落料復(fù)合模。
3.2.2操作與定位方式
為了降低復(fù)合模具的成本，采用手工送料方式。同時(shí)因?yàn)榱慵叽绮淮螅瑮l料寬度板厚適中，所以采用兩側(cè)定位板定位。
3.2.3卸料方式
考慮到零件的結(jié)構(gòu)形狀為矩形，料厚為2.5mm，材料硬度適中，采用彈性卸料方式。
3.2.4模架類(lèi)型的選擇
考慮到工件的工藝特點(diǎn)，本套單工序模具采用雙側(cè)導(dǎo)柱模架。
3.2.5 螺釘與圓柱銷(xiāo)的設(shè)計(jì)與選用
1.螺釘尺寸的設(shè)計(jì)與選用
按照螺釘所承受力，可近似計(jì)算出螺釘?shù)闹睆?，?jì)算公式為：
d=
式中：P——最大沖裁力N；
n——螺釘數(shù)；
σ——螺釘材料的極限強(qiáng)度，MPa；
d——螺釘計(jì)算直徑。
螺釘材料選用45鋼，它的極限強(qiáng)度σ=500MPa；選取螺釘數(shù)為四個(gè)，所以螺釘直徑為：
d=
=12mm
所以查標(biāo)準(zhǔn)最少直徑為M12即可，本次設(shè)計(jì)選用M12和M12的螺釘。
2.圓柱銷(xiāo)的設(shè)計(jì)與選用
設(shè)計(jì)中選用圓柱定位銷(xiāo)定位，由于圓柱銷(xiāo)所承受的壓力不是很大，所以可查圓柱銷(xiāo)標(biāo)準(zhǔn)值[2]，查得圓柱銷(xiāo)的尺寸為φ12mm，防轉(zhuǎn)圓柱銷(xiāo)的尺寸選φ12mm。
3.2.6 卸料板
（1）結(jié)構(gòu)形式
合理的卸料板結(jié)構(gòu)形式是模具能否正常工作的重要環(huán)節(jié)之一。卸料板除了進(jìn)行卸料外，在某些模具中還起到保護(hù)凸模的作用。因?yàn)榇斯ぜ谋容^薄，要求平整的落料，可采用無(wú)導(dǎo)向的彈壓卸料板。材料采用45鋼。
（2）外形尺寸
卸料孔每側(cè)與凸模保持間隙:
(3.10)
式中 —工件材料的厚度，(mm)； =2.5mm.
所以 =0.1~0.2=0.25~ 0.4(mm)
這里??；
根據(jù)模具的尺寸等綜合因素考慮，取卸料板寬度B=500mm；根據(jù)卸料板寬度尺寸查表3.7得出卸料板的厚度h=18mm。
表3.7卸料板厚度
料厚/mm
卸料板寬度B/mm
80~125 125~200 >200
>1.5-2.5 14 16 18
3.2.7 擋料裝置
擋料裝置在單工序落料或復(fù)合模中，主要作用是保持沖件輪廓的完整和適量的搭邊。根據(jù)此落料拉深復(fù)合模的設(shè)計(jì)，選用固定的導(dǎo)料銷(xiāo)進(jìn)行導(dǎo)料，擋料裝置選用擋料螺栓進(jìn)行擋料，材料采用45鋼。
3.2.8 模座
（1）外形尺寸
根據(jù)落料凹模的尺寸d=327mm,確定下模座的尺寸為，根據(jù)下模座的尺寸確定上模座的尺寸為。
（2）模座的材料
本設(shè)計(jì)從降低模具成本考慮選用鑄鐵HT200作為模座的材料。
3.2.9 模柄
根據(jù)所選壓力機(jī)的模柄孔，相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)的模柄D=200mm。
3.2.10 推桿
推桿的長(zhǎng)度
（3.11）
式中 — 推出狀態(tài)下，推桿在上模座內(nèi)的長(zhǎng)度，（mm）；
— 壓力機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸，（mm）；
— 考慮各種誤差而附加的常數(shù)，取10~15mm。
所以，
=140（mm）
3.2.11 導(dǎo)柱、導(dǎo)套
選用標(biāo)準(zhǔn)的導(dǎo)柱、導(dǎo)套，選用時(shí)應(yīng)注意，長(zhǎng)度應(yīng)保證上模座在最低位置時(shí)，導(dǎo)柱上表面與上模座頂面距離不小于10~15mm，而下模座底面與導(dǎo)柱面的距離不應(yīng)小于15mm，導(dǎo)柱的下部與下模座導(dǎo)柱孔采用過(guò)盈配合，導(dǎo)套的外徑與上模座導(dǎo)套孔采用過(guò)盈配合，導(dǎo)套的長(zhǎng)度保證在沖壓開(kāi)始時(shí)導(dǎo)柱一定要進(jìn)入導(dǎo)套10mm以上。選用A型的導(dǎo)套、導(dǎo)柱，直徑分別是D=mm，d=mm。材料采用20鋼。
3.2.12 沖模閉合高度的確定
沖模閉合高度是指滑塊在下死點(diǎn)即模具在最低的工作位置時(shí)，上模座的上平面至下模座的下平面之間的距離。沖模的閉合高度必須與壓力機(jī)的裝模高度相適應(yīng)。壓力機(jī)的裝模高度是指滑塊在下死點(diǎn)位置時(shí)，滑塊下端面至墊板上平面間的距離。當(dāng)連桿調(diào)至最短時(shí)為壓力機(jī)的最大裝模高度；當(dāng)連桿調(diào)至最長(zhǎng)時(shí)為壓力機(jī)的最小裝模高度。
沖模的閉合高度應(yīng)介于壓力機(jī)的最大裝模高度和最小裝模高度之間，其關(guān)系為：
－5mm+10mm （3.12）
經(jīng)分析可知=360mm；再根據(jù)壓力機(jī)的選擇可知壓力機(jī)的最小閉合高度=250mm；最大閉合高度=370mm。
3.3壓力機(jī)的校核
前面已經(jīng)初選的壓力機(jī)中根據(jù)總的沖裁力大小選擇壓力機(jī)型號(hào)為J31-160閉式單點(diǎn)單動(dòng)壓力機(jī)，公稱(chēng)壓力為1600KN，最大閉合高度為370mm，最小閉合高度為250mm。即可安裝
行程次數(shù)為45/min.因?yàn)樯a(chǎn)批量為中批量,又是手工送料,不能太快,因此是得以校核.滿(mǎn)足使用要求。
3模具總裝圖
1-緊固螺釘 2-上模座 3-凸模固定板 4-導(dǎo)套 5-落料凹模 6-卸料板 7-彈簧
8-凸凹模 9-下模座 10-凸凹模固定板 11-彈簧 12-導(dǎo)柱 13-推件塊 14-凸模
15-墊板 16-螺釘 17-推板 18-打桿 19-模柄
3.結(jié)束語(yǔ)
經(jīng)過(guò)兩個(gè)月左右的畢業(yè)設(shè)計(jì)，在老師的指導(dǎo)下，我完成了輕型汽車(chē)空氣濾清器固定架的沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)。由于本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是我第一次進(jìn)行彎曲模具的設(shè)計(jì)，各項(xiàng)要求較高，為了能更好的完成設(shè)計(jì)任務(wù)，我從圖書(shū)館和網(wǎng)上查閱了大量的彎曲的設(shè)計(jì)資料，為后來(lái)的設(shè)計(jì)階段省下了不少時(shí)間，通過(guò)這次設(shè)計(jì)掌握了彎曲模具設(shè)計(jì)的方法和步驟，熟悉了相關(guān)的規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)，也學(xué)會(huì)了如何分析零件的工藝性，如何確定工藝方案，了解模具的基本結(jié)構(gòu)，提高了計(jì)算能力和繪圖能力，模具的相關(guān)課程有了全面的復(fù)習(xí)。
盡管做了很多準(zhǔn)備工作，但在設(shè)計(jì)過(guò)程中暴露了不少問(wèn)題，對(duì)模具專(zhuān)業(yè)知識(shí)還不能自如的運(yùn)用，對(duì)很多概念上的知識(shí)、專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)含糊不清，沒(méi)有做到深刻理解。模具設(shè)計(jì)中很多問(wèn)題的解決都是通過(guò)從實(shí)踐得來(lái)的數(shù)據(jù)來(lái)確定并適當(dāng)做出選擇。
合理的彎曲工藝、先進(jìn)的沖壓模具、高效的彎曲設(shè)備構(gòu)成了沖壓加工的三要素，彎曲加工的三要素是決定沖壓件質(zhì)量、精度和生產(chǎn)率的關(guān)鍵因素，三者不可分割。先進(jìn)的沖壓模具只有配備先進(jìn)的壓力機(jī)和采用優(yōu)質(zhì)的材料，才能充分發(fā)揮作用，做出一流的產(chǎn)品，取得較高的經(jīng)濟(jì)效益。
本次設(shè)計(jì)的工作量較大，落料，沖孔，彎曲各步驟的設(shè)計(jì)都涉及大量的計(jì)算，繪圖要求也比較高，AutoCAD及三維UG等繪圖軟件要熟練應(yīng)用，提高了自己獨(dú)立思考、工作的能力。雖然在設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到了很多問(wèn)題，經(jīng)過(guò)老師和同學(xué)的指導(dǎo)幫助及自己的不懈努力，這些問(wèn)題都得到了及時(shí)地解決。
這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)使我對(duì)冷沖壓模具設(shè)計(jì)有了一定的認(rèn)識(shí)，不僅是對(duì)自己大學(xué)三年的考核，也是在工作之前對(duì)自身的一次全面、綜合型的測(cè)試，為今后的工作做好了鋪墊和奠定了一定的基礎(chǔ)。
5致謝
首先感謝本人的導(dǎo)師丁老師，他對(duì)我的仔細(xì)審閱了本文的全部?jī)?nèi)容并對(duì)我的畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容提出了許多建設(shè)性建議。丁老師淵博的知識(shí)，誠(chéng)懇的為人，使我受益匪淺，在畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，特別是遇到困難時(shí)，他給了我鼓勵(lì)和幫助，在這里我向他表示真誠(chéng)的感謝！
感謝母?！幽蠙C(jī)電高等專(zhuān)科學(xué)校的辛勤培育之恩！感謝材料工程系給我提供的良好學(xué)習(xí)及實(shí)踐環(huán)境，使我學(xué)到了許多新的知識(shí)，掌握了一定的操作技能。
感謝和我在一起進(jìn)行課題研究的同窗熊學(xué)舉同學(xué)，和他在一起討論、研究使我受益非淺。
最后，我非常慶幸在三年的的學(xué)習(xí)、生活中認(rèn)識(shí)了很多可敬的老師和可親的同學(xué)，并感激師友的教誨和幫助！
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