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附件5
畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告書
課 題 名 稱 鋼帽沖壓成型工藝分析及模具設(shè)計
學(xué) 生 姓 名
學(xué) 號
系、年級專業(yè)
指 導(dǎo) 教 師
2014年 12月 17日
一、課題的來源、目的、意義（包括應(yīng)用前景）、國內(nèi)外現(xiàn)狀及水平
1、課題來源
經(jīng)學(xué)校老師的同意，我選工廠新型紡織機械棉倍捻機錠子上的關(guān)鍵零件鋼帽作為課題，材料為08A，厚度1毫米，他的成型精度對整套錠子的性能有很大的影響，，這個產(chǎn)品是沖壓零件，應(yīng)該需要設(shè)計沖壓模具，我在工廠實習，經(jīng)過幾個月時間的親身實踐，我對沖壓模具的尺寸以及加工的流程都有了一定程度的了解，因此選擇自己熟悉的產(chǎn)品作為畢業(yè)論文的課題是一個明智的選擇。
2、本次設(shè)計的目的和意義
模具是現(xiàn)代工業(yè)的重要工藝設(shè)備，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步，它在國民經(jīng)濟中占有越來越重要的地位，發(fā)展前景十分廣闊。沖壓加工在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，尤其是大批量生產(chǎn)中應(yīng)用十分廣泛。相當多的工業(yè)部門越來越多地采用沖壓法加工產(chǎn)品零部件，如汽車、農(nóng)機、儀器、儀表、電子、航空、航天、家電及輕工等行業(yè)。在這些工業(yè)部門中，沖壓件所占的比重都相當?shù)拇?，少則60%以上，多則90%以上。不少過去用鍛造、鑄造和切削加工方法制造的零件，現(xiàn)在大多數(shù)也被質(zhì)量輕、剛度好的沖壓件所代替。
畢業(yè)設(shè)計的主要目的有兩個：一是掌握查閱查資料手冊的能力，能夠熟練的運用工程軟件進行模具設(shè)計。二是掌握模具設(shè)計方法和步驟，了解模具的加工工藝過程。本次畢業(yè)設(shè)計的任務(wù)是十字卡板沖壓工藝與模具設(shè)計，通過本次設(shè)計不僅使我們了解沖壓件的結(jié)構(gòu)工藝性和模具結(jié)構(gòu)設(shè)計之間的關(guān)系，還可以掌握模具設(shè)計的步驟與方法。同時，設(shè)計過程本身對于我們模具專業(yè)的學(xué)生來說就是一種挑戰(zhàn)，是一種創(chuàng)新，也是對自己所學(xué)知識的一次檢驗，對我們的設(shè)計能力和經(jīng)驗的積累也是有利的。還有助于我們鞏固書本上所學(xué)到的理論知識，加深對專業(yè)知識的理解，將理論知識與實際生產(chǎn)緊密聯(lián)系起來，可以大大提高我們的綜合能力，為將來的工作打下良好基礎(chǔ)。
3、國內(nèi)外研究概況、水平和發(fā)展趨勢
近幾年來，國內(nèi)沖壓模具市場以小型模具需求量最大，近來我國模具工業(yè)發(fā)展迅速，前景光明。以上海為主的長三角地區(qū)是中國模具工業(yè)最為發(fā)達的地區(qū)。目前相當多的發(fā)達國家沖壓模具企業(yè)移師中國，是國內(nèi)沖壓模具工業(yè)迅速發(fā)展的重要原因之一。中國技術(shù)人才水平普遍提高以及平均勞動力成本低都是吸引外資的優(yōu)勢，這些都是沖壓模具市場迅速成長的重要因素所在，所以中國模具市場的前景一片光明。
近幾年來，雖然我國沖壓模具無論是在數(shù)量上，還是在質(zhì)量、技術(shù)和能力等方面都有了很大發(fā)展，但總體上還是與工業(yè)發(fā)達的國家相比仍有較大的差距。例如，許多先進的技術(shù)如CAD／CAE／CAM技術(shù)的普及率還不高。另外，我國沖壓模具行業(yè)與其發(fā)展需要和國外先進水平相比，還存在很多方面的問題?，F(xiàn)在應(yīng)用模具CAD／CAM技術(shù)設(shè)計模具已較為普遍，隨著通用機械CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展，模具CAD/CAM已經(jīng)不斷的深化?，F(xiàn)代模具是多學(xué)科知識集聚的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的一部分，是國民經(jīng)濟的裝備產(chǎn)業(yè)，其技術(shù)、資金與勞動相對密集。
我國模具工業(yè)的產(chǎn)值在國際上排名位居第三，僅次于日本和美國。國內(nèi)的模具生產(chǎn)廠已超過17000家，從業(yè)人員達50萬。近年來，我國的模具工業(yè)一直以每年13%左右的增長速度快速發(fā)展，我國模具行業(yè)在“十五”期間的增長速度達到13%-15%。如今，CAD/CAM/CAE技術(shù)的應(yīng)用水平又上了一個新臺階，以生產(chǎn)家用電器的企業(yè)為代表，陸續(xù)引進了相當數(shù)量的CAD/CAM系統(tǒng)，如美國EDS的UGⅡ、美國Parametric Technology公司的Pro/Engineer等等。這些系統(tǒng)和軟件的引進，雖花費了大量資金，但在我國模具行業(yè)中，實現(xiàn)了CAD/CAM的集成，并能支持CAE技術(shù)對成型過程，如充模和冷卻等進行計算機模擬，取得了一定的技術(shù)經(jīng)濟效益，促進和推動了我國模具CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展。
二、課題研究的主要內(nèi)容、研究方法或工程技術(shù)方案和準備采取的措施
1．主要內(nèi)容：
研究方法與目的：通過對鋼帽成型工藝的分析，該零件成型精度要求較高，內(nèi)孔翻邊處相對高度較高，圓弧半徑又小，拉伸時流動性差，合理安排工藝流程，選擇和設(shè)計模具結(jié)構(gòu)，并繪制模具的裝配圖和零件圖，繪制模具成型零件的制造工藝卡，并撰寫設(shè)計說明書，培養(yǎng)和提高模具設(shè)計能力和解決實際問題的能力。
本次設(shè)計的主要內(nèi)容
（1）在PRO/E狀態(tài)下設(shè)計工件的三維圖；
（2）對鋼帽進行沖裁、成型工藝性能研究和生產(chǎn)的經(jīng)濟性分析；
（3）確定鋼帽成型工藝方案，指定其沖壓工藝流程，進行沖裁、成型工藝相關(guān)的計算，進行模具結(jié)構(gòu)分析，確定模具各組成部分的具體結(jié)構(gòu)，使用CAD軟件進行產(chǎn)品繪制設(shè)計模具裝配圖和零件圖；
（4）對模具成型零件的制造工藝進行分析；
（5）對模具進行裝配工藝分析；
（6）編制鋼帽沖壓工藝分析與成型模具設(shè)計的說明書；
本次畢業(yè)設(shè)計的課題具體說是鋼帽成型工藝與沖壓模具設(shè)計，該產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡單，外形不大，材料為08A，屬于優(yōu)質(zhì)碳素鋼，具有良好的沖裁性。在本次沖壓模具設(shè)計畢業(yè)設(shè)計中，我可以隨時發(fā)現(xiàn)自己在每一步設(shè)計中的不合理處，會找出各種解決方案讓設(shè)計趨于合理，同時掌握了最先進的設(shè)計，加工及分析技術(shù)，提高了學(xué)生的學(xué)習興趣和創(chuàng)新能力，使畢業(yè)設(shè)計真正成為了實際工作前的一次全過程模擬。隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，模具CAD/CAM/CAE技術(shù)及其應(yīng)用日趨成熟，模具CAD/CAM技術(shù)日益深入人心，并且發(fā)揮著越來越重要的作用。因此，對于大型復(fù)雜的模具設(shè)計是必不可少的技術(shù)。
在本次畢業(yè)設(shè)計，本人將全部應(yīng)用CAD/CAE/CAM技術(shù)來設(shè)計與制造模具。在模具設(shè)計方面，應(yīng)用PRO/E軟件對產(chǎn)品形狀進行造型，從而優(yōu)化了模具結(jié)構(gòu)。由于學(xué)習該軟件需要一定的成型模具實踐知識，在使用上要多查閱這方面的資料。
三、現(xiàn)有基礎(chǔ)和具備的條件
本文的主要目標就是構(gòu)建一個沖壓模具工藝過程，通過圖書館搜索資料，在專業(yè)書籍中查閱相關(guān)知識，對沖壓模具乃至模具設(shè)計的整個流程有一個清晰的了解，把理論知識通過畢業(yè)設(shè)計運用到實際當中，充分消化沖壓模具設(shè)計過程的每一個細節(jié)。通過本次設(shè)計，掌握冷沖壓模具設(shè)計的方法和步驟，掌握冷沖壓模具設(shè)計的基本技能，懂得了怎樣分析零件的工藝性，怎樣確定工藝方案，了解了模具的基本結(jié)構(gòu)，提高了計算能力，繪圖能力，熟悉了相應(yīng)工程設(shè)計規(guī)范和標準，同時對相關(guān)的課程進行了全面的復(fù)習，使獨立思考能力有了提高。
四、總的工作任務(wù)，進度安排以及預(yù)期結(jié)果
第一周 調(diào)研、圖書館查找與畢業(yè)設(shè)計有關(guān)資料；
第二周 熟悉模具設(shè)計方法和現(xiàn)代模具加工技術(shù)；
第三周 撰寫開題報告；
第四周 英文文獻資料的翻譯；
第五周 熟悉CAD及PRO/E軟件的使用；
第六周 模具結(jié)構(gòu)方案的確定和設(shè)計；
第七周 2D圖完成，3D圖完成；
第八周 模具技術(shù)要求、訂料表的完成；
第九周 2D總裝圖的繪制及修改；
第十周 若干零件圖的繪制及修改；
第十一周 畢業(yè)論文的撰寫；
第十二周 畢業(yè)論文的撰寫；
第十三周 修改論文，制作論文PPT，準備答辯；
第十四周 畢業(yè)答辯
五、指導(dǎo)教師審閱意見
指導(dǎo)教師（簽名）
年 月 日
六、教研室審查意見
教研室主任（簽名）
年 月 日
七、系審查意見
主管系領(lǐng)導(dǎo)（簽名）
年 月 日
備 注
畢業(yè)設(shè)計（論文）
題目： 鋼帽沖壓成型工藝分析與模具設(shè)計
專 業(yè) 模具設(shè)計與制造
班 級
姓 名
學(xué) 號
指導(dǎo)老師
設(shè)計時間
審 閱
XXXX學(xué)校
機械工程系
目 錄
摘 要 3
1、引言 4
1.1.冷沖壓術(shù)的發(fā)展趨勢 4
1.2.模具技術(shù)發(fā)展的幾個特點 5
2、沖裁件的工藝性分析 7
2.1.沖裁件的結(jié)構(gòu)工藝性 8
2.1.1.沖裁件的形狀 8
2.1.2.沖裁件的尺寸精度 8
3、制件沖壓工藝方案的確定 9
3.1.沖壓工藝分析 9
3.2.毛坯尺寸計算 9
3.3.沖壓順序的確定 10
4、展開圖及材料利用率的計算 12
4.1.展開圖 12
4.2.制件排樣圖的設(shè)計 12
4.2.1.搭邊與料寬 12
4.3.材料利用率的計算 14
5、確定總沖壓力和選用壓力機及計算壓力中心 15
5.1.落料拉深沖壓力的計算 15
5.1.1.落料力計算 15
5.1.2.拉伸力計算 15
5.2.二次拉深力的計算 16
5.3.壓力中心的計算 17
5.4.壓力機的選用 17
6、凸、凹模刃口尺寸計算 19
6.1.落料凸、凹模刃口尺寸 19
6.1.1.計算原則 19
6.1.2.凸模和凹模配合加工 21
6.2.拉伸模 22
7、模具整體結(jié)構(gòu)形式設(shè)計 24
7.1.落料拉伸模具結(jié)構(gòu)形式 24
7.2.二次拉伸模具結(jié)構(gòu)形式 25
8、模具零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 27
8.1.拉深凸模的設(shè)計 27
8.2.落料凹模的設(shè)計 27
8.3.二次拉伸凸模的設(shè)計 28
8.4.二次拉伸凹模的設(shè)計 29
9、模具的總裝配 30
設(shè)計小結(jié) 31
致 謝 32
參考文獻 33
摘 要
隨著模具制造的技能化逐步向科學(xué)化發(fā)展，逐漸由以前手動方式發(fā)展為利用軟件等高科技方式來輔助設(shè)計的完成。冷沖模是其中的一種。
畢業(yè)設(shè)計是在模具專業(yè)理論教學(xué)之后進行的實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。是對所學(xué)知識的一次總檢驗，是走向工作崗位前的一次實戰(zhàn)演習。其目的是，綜合運用所學(xué)課程的理論和實踐知識,設(shè)計一副完整的模具訓(xùn)練、培養(yǎng)和提高自己的工作能力。鞏固和擴充模具專業(yè)課程所學(xué)內(nèi)容，掌握模具設(shè)計與制造的方法、步驟和相關(guān)技術(shù)規(guī)范。熟練查閱相關(guān)技術(shù)資料。掌握模具設(shè)計與制造的基本技能，如制件工藝性分析、模具工藝方案論證、工藝計算、加工設(shè)備選定、制造工藝、收集和查閱設(shè)計資料，繪圖及編寫設(shè)計技術(shù)文件等。
沖壓工藝與模具設(shè)計應(yīng)結(jié)合工廠的設(shè)備、人員等實際情況，從零件的質(zhì)量、生產(chǎn)效率、生產(chǎn)成本、勞動強度、環(huán)境的保護以及生產(chǎn)的安全性各個方面綜合考慮，選擇技術(shù)先進、經(jīng)濟合理、使用安全可靠的工藝方案和模具，以使沖壓件的生產(chǎn)在保證達到設(shè)計圖樣上的各項技術(shù)要求，盡可能降低沖壓的工藝成本和保證安全生產(chǎn)。
關(guān)鍵詞：
工藝性分析、模具工藝方案論證、工藝計算、加工設(shè)備選定、制造工藝、收集和查閱設(shè)計資料，繪圖及編寫設(shè)計技術(shù)文件等。
1、引言
21世紀的制造業(yè)，正從以機器為特征的傳統(tǒng)技術(shù)時代，向著以信息為特征的技術(shù)時代邁進，即用信息技術(shù)改造和提升傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)。經(jīng)濟全球化和世界市場一體化加速發(fā)展，不斷加劇了制造商之間的競爭，提出了快速反應(yīng)市場的要求，與之相適應(yīng)，制造業(yè)對柔性自動化技術(shù)及裝備的要求更加迫切而強烈。同時，微電子技術(shù)和信息通信技術(shù)的快速發(fā)展，為柔性自動化提供了重要的技術(shù)支撐，工業(yè)裝備的數(shù)控化、自動化、柔性化呈現(xiàn)蓬勃發(fā)展的態(tài)勢。
1.1.冷沖壓術(shù)的發(fā)展趨勢
美國、德國、日本的汽車工業(yè)如此發(fā)達，得益于其冷沖壓技術(shù)及裝備的領(lǐng)先地位。當前的世界冷沖壓技術(shù)及裝備向以下幾個方面發(fā)展：
冷沖壓設(shè)備自動化
根據(jù)不同種類的加工環(huán)境和條件，國外逐步發(fā)展了兩大類汽車車身自動化沖壓生產(chǎn)線。
1）單機聯(lián)線自動化
配置為5-6臺壓力機，配備拆垛、上下料機械手，穿梭翻轉(zhuǎn)裝備和碼垛裝置，全線總長約60米，安全性高，沖壓質(zhì)量好。由于工件傳送距離長，工件的上下料換向和雙動拉伸必須用工件翻轉(zhuǎn)裝備。這種單機聯(lián)線自動化沖壓技術(shù)的生產(chǎn)節(jié)拍最高為6-9次/分，設(shè)備維修工件量大。
2）大型多工位壓力機
八十年代中期，國外沖壓技術(shù)發(fā)展到大型三坐標多工位壓力機自動化連續(xù)沖壓，由拆垛機，大型壓力機，三坐標工件傳送系統(tǒng)和碼垛工位組成，生產(chǎn)節(jié)拍可達16-25次/分。其主要特點是：生產(chǎn)效率高，是手工送料流水線的4-5倍，是單機聯(lián)線自動生產(chǎn)線的2-3倍；全自動化、智能化，整個多工位壓力機系統(tǒng)只需2-3人進行監(jiān)控，當模具更換時，只需輸入要換模具的編號，其余工作自動完成，整個換模時間只需5分鐘，換模的同時對多工位壓力機運行特征作智能化調(diào)整；特別是配有電子三坐標送料多工位的壓力機，可以根據(jù)模具隨意調(diào)節(jié)運動路徑和時間，不僅能沖壓大型覆蓋件，而且能沖壓小型零件。當沖壓小型零件時，送料距減短，節(jié)拍提高，通過合理的模具布置，可一次沖壓2-3零件，具有充分的自由度，柔性極強。電子多工位送料壓力機的優(yōu)點是生產(chǎn)率高，工件處理最優(yōu)化，工件轉(zhuǎn)換迅速，維修量低，診斷性能好，成本低，與現(xiàn)有壓力機的適應(yīng)性強，售后服務(wù)遠程通訊好。美國的多工位壓力機基本都采用了電子伺服三坐標送料。
高速化復(fù)合化相結(jié)合，提高加工效率 ，提高生產(chǎn)率是永恒的追求目標，各鍛壓廠家均致力于鍛壓機械的高速化研究，各鍛壓廠家均致力于鍛壓機械的高速化研究，在數(shù)控回轉(zhuǎn)頭壓力機上，主要采用伺服控制的液壓主驅(qū)動系統(tǒng)來提高壓機的行程次數(shù)。在追求高速化加工的同時，還必須盡可能縮短生產(chǎn)輔助時間，以取得良好的技術(shù)經(jīng)濟效益。在數(shù)控壓機上配備伺服電機驅(qū)動的三坐標上下料裝置，可使沖壓中心實現(xiàn)高效板材加工。
將幾種工藝或幾個工序復(fù)合在一臺機床上完成，是當前各類機床大幅壓縮生產(chǎn)輔助時間，提高生產(chǎn)率的重要技術(shù)途徑，在鍛壓機械上也得到了成功應(yīng)用，效果十分顯著。如：德國、美國、日本已相繼開發(fā)出激光一步?jīng)_復(fù)合機，將模具沖切與激光切割有機地結(jié)合起來，工件一次上料即可完成沖孔、沖切、翻邊、淺拉伸、切割等多道工序，最大限度地節(jié)省了輔助時間，特別適合孔型多而復(fù)雜的面板類工件的加工及多品種小批量板料加工。
1.2.模具技術(shù)發(fā)展的幾個特點
模具與壓力機是決定沖壓質(zhì)量、精度和生產(chǎn)效率的兩個關(guān)鍵因素。先進的壓力機只有配備先進的模具，才能充分發(fā)揮作用，取得良好效益。模具的發(fā)展方向為：
1.充分運用IT技術(shù)發(fā)展
模具設(shè)計、制造用戶對壓力機速度、精度、換模效率等方面不斷提高的要求，促進了模具的發(fā)展。外形車身和發(fā)動機是汽車兩個關(guān)鍵部件，汽車車身模具特別是大中型覆蓋件模具，技術(shù)密集，體現(xiàn)當代模具技術(shù)水平，是車身制造技術(shù)的重要組成部分。車身模具設(shè)計和制造約占汽車開發(fā)周期三分之二的時間，成為汽車換型的主要制約因素。目前世界上汽車的改型換代一般約需48個月，而美國僅需30個月，主要得益于在模具業(yè)中應(yīng)用了CAD/CAE/CAM技術(shù)和三維實體汽車覆蓋件模具結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件。另外，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的廣泛應(yīng)用提供了可靠的信息載體，實現(xiàn)異地設(shè)計和異地制造。虛擬制造等IT技術(shù)的應(yīng)用，將推動模具工業(yè)的發(fā)展。
2.縮短金屬成型模具的試模時間
主要發(fā)展液壓高速試驗壓力機和拉伸機械壓力機，特別是在生產(chǎn)型機械壓力機上的模具試驗時間可減少80%，具有巨大的節(jié)省潛力。這種試模機械壓力機的發(fā)展趨勢是采用多連桿拉伸壓力機，它配備數(shù)控液壓拉伸墊，具有參數(shù)設(shè)置和狀態(tài)記憶功能。
3.車身制造中的級進沖模發(fā)展迅速
在自動沖床上用級進沖裁模或組合沖模加工轉(zhuǎn)子、定子板，或者應(yīng)用于插接件作業(yè)，都是眾所周知的沖壓技術(shù)。近些年來，級進組合沖裁模在車身制造中開始得到越來越廣泛的應(yīng)用，用級進模直接把卷材加工為成型零件和拉伸件，加工的零件也越來越大，省去了用多工位壓力機和成套模具生產(chǎn)所必需串接的板材剪切、涂油、板坯運輸?shù)群罄m(xù)工序。級進組合沖模已在美國汽車工業(yè)中普遍應(yīng)用，其優(yōu)點是生產(chǎn)率高，模具成本低，不需要板料剪切，與多工位壓力機上使用的階梯模相比，節(jié)約30%。但是，級進組合沖模技術(shù)的應(yīng)用受拉伸深度、導(dǎo)向和傳輸?shù)膸Р倪吘壊牧媳砻嬗不南拗浦饕糜诶焐疃缺容^淺的簡單零件，因此不能完全替代多工位壓力機，絕大多數(shù)零件應(yīng)優(yōu)先考慮在多工位壓力機上加工。
2、沖裁件的工藝性分析
沖壓主要是按工藝分類，可分為分離工序和成形工序兩大類。分離工序也稱沖裁，其目的是使沖壓件沿一定輪廓線從板料上分離，同時保證分離斷面的質(zhì)量要求。成形工序的目的是使板料在不破坯的條件下發(fā)生塑性變形，制成所需形狀和尺寸的工件。在實際生產(chǎn)中，常常是多種工序綜合應(yīng)用于一個工件。沖裁、彎曲、剪切、拉深、脹形、旋壓、矯正是幾種主要的沖壓工藝。
模具的精度和結(jié)構(gòu)直接影響沖壓件的成形和精度。模具制造成本和壽命則是影響沖壓件成本和質(zhì)量的重要因素。模具設(shè)計和制造需要較多的時間，這就延長了新沖壓件的生產(chǎn)準備時間。 模座、模架、導(dǎo)向件的標準化和發(fā)展簡易模具(供小批量生產(chǎn))、復(fù)合模、多工位級進模(供大量生產(chǎn))，以及研制快速換模裝置，可減少沖壓生產(chǎn)準備工作量和縮短準備時間，能使適用于減少沖壓生產(chǎn)準備工作量和縮短準備時間，能使適用于大批量生產(chǎn)的先進沖壓技術(shù)合理地應(yīng)用于小批量多品種生產(chǎn)。
沖裁件的工藝性是指沖裁件在沖裁加工中的難易程度。所謂沖裁工藝性好是指能用普通的沖裁方法，在模具壽命和生產(chǎn)率較高、成本較低的條件下得到質(zhì)量合格的沖裁件。因此，沖裁件的結(jié)構(gòu)形狀、尺寸大小、精度等級、材料及厚度等是否符合沖裁的工藝要求，對沖裁件質(zhì)量、模具壽命和生產(chǎn)效率有很大的影響。
2.1.沖裁件的結(jié)構(gòu)工藝性
2.1.1.沖裁件的形狀
圖1.零件及尺寸
此制件的形狀較簡單，且對稱，有圓角過渡，便于模具的加工和減少沖壓時在尖角處開裂的現(xiàn)象，同時也可以防止尖角部位刃口的過快磨損。
2.1.2.沖裁件的尺寸精度
沖裁件的精度主要以其尺寸精度、沖裁斷面粗糙度、毛刺高度三個方面的指標來衡量，根據(jù)零件圖上的尺寸標注及公差，可以判斷屬于尺寸精度為IT12—IT14的經(jīng)濟級普通沖壓。 08A鋼板屬于碳素結(jié)構(gòu)鋼，也屬于低碳鋼，冷沖壓鋼。08表示的是含碳量為0.08%左右，A表示的是質(zhì)量等級，此材料抗剪強度260-360MPa，抗拉強度330-450 MPa，碳素結(jié)構(gòu)鋼的質(zhì)量等級有A B C D四級，此類材料具有很好的可沖裁性， 工件結(jié)構(gòu)形狀簡單，沖裁件內(nèi)，外形均無尖銳清角，對模具壽命不影響。
3、制件沖壓工藝方案的確定
3.1.沖壓工藝分析
沖裁工序可以分為單工序沖裁、復(fù)合工序沖裁和連續(xù)沖裁。
此零件是新型紡織機械棉倍捻機錠子上的關(guān)鍵零件，材料厚度為1mm，她的成型精度對整套錠子的性能有很大影響，故它在拉伸時金屬流動性差，容易拉裂而達不到相應(yīng)的拉伸高度，故而造成廢品。
該產(chǎn)品拉伸時零件各處受力情況如圖：
在凸模拉應(yīng)力作用下，零件直壁部分材料F1向φ6mm內(nèi)孔里面F1處流動，在凹模圓角R3.75mm處材料受徑向拉應(yīng)力，厚向壓應(yīng)力及切向壓應(yīng)力三向應(yīng)力共同作用下，在切向壓應(yīng)力作用下，此處容易起皺。在凸模圓角出，受徑向拉應(yīng)力，厚向壓應(yīng)力，切向壓應(yīng)力作用，由于此處材料流動性差，能傳遞拉伸力的截面積小，所以此處是整個拉伸件最薄弱的地方，稱為危險斷面。
3.2.毛坯尺寸計算
根據(jù)產(chǎn)品拉伸前后毛坯表面積保持不變的原則計算展開圖直徑，成型產(chǎn)品表面積計算：
F總=508.68+650.15+49.45+38.46=1246.77，
即F=Πdd/4=1246.77
D=39.85mm，由于產(chǎn)品拉伸后需要切邊，根據(jù)拉伸高度與直徑的比例，查表得切邊余量為1.2，所以展開毛坯直徑為D=42mm。
3.3.沖壓順序的確定
第一次試制采用最原始的工藝方案：下料，一次落料拉伸，切邊，拉直，二次拉伸，沖φ2mm底孔，翻邊，翻φ6.5mm孔，砂光，具體工序圖如下：
在試制過程中發(fā)現(xiàn)，工序5第二次拉伸時，當φ6mm內(nèi)孔拉伸高度大于4mm時即出現(xiàn)拉裂現(xiàn)象。經(jīng)過反復(fù)調(diào)試，不能達到要求的拉伸高度，因此工序6和翻邊后高度只能達到5mm，達不到7mm，造成廢品。通過對二次拉伸時材料表面積變化情況分析，發(fā)現(xiàn)工序2一次拉伸后表面積變大，而工序4第二次拉伸時，當φ6mm內(nèi)孔拉伸高度為8mm，再次測量 毛坯面積，發(fā)現(xiàn)，第一次拉伸后形成的面積不能滿足第二次拉伸成型后的面積，還必須從直壁部分面積拉入一部分材料來補償其面積差，這必然增加成型時對毛坯的 拉應(yīng)力，而凸凹模處R角半徑較小，材料流動性差，在危險斷面處容易出現(xiàn)拉應(yīng)力大于有效抗拉應(yīng)力，造成拉裂報廢。為克服這個問題，必須增加第一次拉伸的毛坯面積之和，以滿足第二次拉伸時所需的面積，因此需要把工序2中的R3.75改為球面狀，如下圖所示：
再次計算毛坯表面積，確保第一次拉伸的表面積之和大于第二次拉伸的表面積之和，以滿足第二次拉伸，降低對材料的拉應(yīng)力，從而大大增加了第二次拉伸φ6mm內(nèi)孔的高度，可達8mm以上，并可減少兩道工序沖孔翻邊兩幅模具，因此，按照新的方案重新調(diào)試模具，所生產(chǎn)出的零件完全符合要求。
綜合以上分析，本次設(shè)計的產(chǎn)品需要多道工序：落料拉伸，切邊，二次拉伸等工序，本次設(shè)計只需要單獨設(shè)計落料拉伸，二次拉伸模，兩幅模具。
4、展開圖及材料利用率的計算
4.1.展開圖
根據(jù)以上計算D=42，此尺寸目前是待定，在實際生產(chǎn)時需調(diào)節(jié)。
4.2.制件排樣圖的設(shè)計
排樣時需考慮如下原則：
1、提高材料利用率（不影響沖件使用性能前提下，還可適當改變沖件的形狀）
2、合理排樣方法使操作方便，勞動強度低且安全。
3、模具結(jié)構(gòu)簡單、壽命長。
4、保證沖件的質(zhì)量和沖件對板料纖維方向的要求。
4.2.1.搭邊與料寬
1．搭邊 排樣中相鄰兩個零件之間的余料或零件與條料邊緣間的余料稱為搭邊。搭邊的作用是補償補償定位誤差，保持條料有一定的剛度，以保證零件質(zhì)量和送料方便。
搭邊值要合理確定，值過大，材料利用率低；值過小，搭邊的強度與剛度不夠，沖裁時容易翹曲或被拉斷，不僅會增大沖裁件毛刺，有時甚至單邊拉入模具間隙，造成沖裁力不均，損壞模具刃口。因此，搭邊的最小寬度大于塑性變形區(qū)的寬度，一般可取等于材料的厚度。
搭邊值的大小還與材料的力學(xué)性能、厚度、零件的形狀與尺寸、排樣的形式、送料及擋料方式、卸料方式等因素有關(guān)。搭邊值一般由經(jīng)驗確定，根據(jù)所給材料厚度δ=1.0mm，確定搭邊工作間a1為0.8mm，料之間搭邊值為1.0mm，具體可見排樣圖2。
2．送料步距和條料寬度的確定
送料步距 條料在模具上每次送進的距離成為送料步距。每次只沖一個零件的步距S的計算公式為
S=D+a1 （3-1)
S=42+0.8=42.8mm
式中 D——平行于送料方向的沖裁寬度；
a1——沖裁之間的搭邊值。
條料寬度 條料寬度的確定原則：最小條料寬度要保證沖裁時零件周邊有足夠的搭邊值，最大條料寬度要能在沖裁時順利地在導(dǎo)料板之間送進，并與導(dǎo)料板之間有一定的間隙。
當用孔定距時，可按下式計算
條料寬度 B-Δ=(Dmax+2a)-Δ=440-0.3mm
式中 B——條料的寬度（mm）；
Dmax——沖裁件垂直于送料方向的最大尺寸（mm）；
a——側(cè)搭邊值；
Δ——條料寬度的單向（負向）公差；
剪切條料寬度偏差Δ=0.5, 因此B=440-0.3。
4.3.材料利用率的計算
一個步距內(nèi)的材料利用率η為
η=nF/Bs×100% 3-2）
η=1×3.14×21×21/44×42.8×100%=73.53%
式中 F——一個步距內(nèi)沖裁件面積（包括沖出的小孔在內(nèi)）；
n——一個步距內(nèi)沖裁件數(shù)目；
B——條料寬度（mm）；
s——步距；
5、確定總沖壓力和選用壓力機及計算壓力中心
5.1.落料拉深沖壓力的計算
5.1.1.落料力計算
F1=nKLδτ (4-1)
F1=1×1.3×3.14×42×1.0×360=61719.84N
=61.72KN
式中 F——沖裁力（N）；
L——沖裁件周邊長度（mm）；
τ——材料抗剪強度（MPa）；08鋼是260-360Mpa，
δ——材料厚度；(mm)
K——系數(shù)，通常K=1.3；
5.1.2.拉伸力計算
拉伸力用理論計算很復(fù)雜，一般采用經(jīng)驗計算方法，經(jīng)驗公式建立的基點是，拉伸力的數(shù)值略小于拉伸件危險斷面的斷裂力；斷裂與拉伸力的比值用系數(shù)K表示；K值的大小取決于拉伸件的形狀及變形方式。其數(shù)值由實驗確定。
拉伸力可按下式計算
F2=3.14Kd1tδ (4-2)
F2=3.14×0.72×25×1.0×450=25434N
=25.43KN
式中 F——拉伸力（N）；
d1——拉伸直徑（mm）；
τ——材料抗剪強度（MPa）；330-450MPa
t——材料厚度；(mm)
K——修正系數(shù)（查表可得），K=0.72；
生產(chǎn)中常用下列公式計算
F卸=K卸F (4-3)
=0.08×（61.72+25.43）
=0.08×87.15=6.97KN
式中 F——沖裁力；
F卸——卸料系數(shù)
綜上所述，總的沖裁力為,
F總=F+F卸 =87.15+6.97=94.12KN
5.2.二次拉深力的計算
拉伸力計算公式同上
F3=3.14Kd1tδ (4-4)
F3=3.14×0.72×8×1.0×450=8138.88N
=8.14KN
整形力可以按拉伸力公式計算
F4=3.14Kd1tδ (4-5)
F4=3.14×25×0.72×1.0×450=25434N
=25.434KN
生產(chǎn)中常用下列公式計算
F卸=K卸F (4-6)
=0.08×（8.14+25.434）
=0.05×33.574=2.686KN
式中 F——沖裁力；
F卸——卸料系數(shù)
綜上所述，總的沖裁力為,
F總=F+F卸 =33.574+2.686=36.26KN
5.3.壓力中心的計算
模具的壓力中心就是沖壓力合力的作用點，為了保證壓力機和模具的正常工作，應(yīng)使模具的壓力中心與壓力機滑塊的中心線相重合。對于級進模以及輪廓形狀復(fù)雜或多凸模的沖裁模，必須求出沖壓力合力的作用點即壓力中心。模具的壓力中心應(yīng)與模柄的軸線重合，否則會影響模具及壓力機的精度和壽命。
設(shè)模具中心為中心坐標，則壓力中心（0，0）。
5.4.壓力機的選用
根據(jù)模具大小，模具閉合高度，初步確定壓力機的型號：
F公稱≥F總
因此選擇壓力機的型號為：J23—40開式壓力機
型號為J23—40壓力機的基本參數(shù)如：（表一）
公稱壓力/KN
400
墊板尺寸/mm
滑塊行程/mm
100
厚度80
滑塊行程次數(shù)/（次/min）
80
模柄孔尺寸/mm
直徑50
深度70
最大封閉高度/mm
300
滑塊底面積尺寸/mm
封閉高度調(diào)節(jié)量
80
立柱間距離
300
床身最大可傾角
30°
工作臺尺寸/mm
前后350
左右450
6、凸、凹模刃口尺寸計算
6.1.落料凸、凹模刃口尺寸
6.1.1.計算原則
設(shè)計落料模先確定凹模刃口尺寸，以凹模為基準，間隙取在凸模上。
間隙是影響模具壽命的各種因素中占最主要的一個。沖裁過程中，凸模與被沖的孔之間，凹模與落料件之間的均有磨檫，而且間隙越小，磨檫越嚴重。在實際生產(chǎn)中受到制造誤差和裝配精度的限制，凸模不可能絕對垂直于凹模平面，而且間隙也不會絕對均勻分布，合理的間隙均可使凸模、凹模側(cè)面與材料間的磨檫減小，并緩減間隙不均勻的不利影響，從而提高模具的使用壽命。
沖裁間隙對沖裁力的影響：
雖然沖裁力隨沖裁間隙的增大有一定程度的降低，但是當單邊間隙介于材料厚度 5%~20%范圍時，沖裁力的降低并不明顯（僅降低5%~10%左右）。因此，在正常情況下，間隙對沖裁力的影響不大。
沖裁間隙對斜料力、推件力、頂件力的影響：
間隙對斜料力、推件力、頂件力的影響較為顯著。間隙增大后，從凸模上斜、從凸模孔口中推出或頂出零件都將省力。一般當單邊間隙增大到材料厚度的15%~25%左右時斜料力幾乎減到零。
沖裁間隙對尺寸精度的影響：
間隙對沖裁件尺寸精度的影響的規(guī)律，對于沖孔和切邊是不同的，并且與材料軋制的纖維方向有關(guān)。
通過以上分析可以看出，沖裁間隙對斷面質(zhì)量、模具壽命、沖裁力、斜料力、推件力、頂件力以及沖裁件尺寸精度的 影響規(guī)律均不相同。因此，并不存在一個絕對合理的間隙數(shù)值，能同時滿足斷面質(zhì)量最佳，尺寸精度最佳，沖裁模具壽命最長，沖裁力、斜料力、推件力、頂件力最小等各個方面的要求。在沖壓的實際生產(chǎn)過程中，間隙的選用主要考慮沖裁件斷面質(zhì)量和模具壽命這兩個方面的主要因素。但許多研究結(jié)果表明，能夠保證良好的沖裁件斷面質(zhì)量的間隙數(shù)值和可以獲得較高的沖模壽命的間隙數(shù)值也是不一致的。一般說來，當對沖裁件斷面質(zhì)量要求較高時，應(yīng)選取較小的間隙值，而當對沖裁件的質(zhì)量要求不是很高時，則應(yīng)適當?shù)丶哟箝g隙值以利于提高沖模的使用壽命。
不管落料還是沖孔，沖裁間隙一律采用最小合理間隙值（Zmin）。選擇模具制造公差時，一般沖模精度較零件高3-4級。對于形狀簡單的圓形、方形刃口，其制造偏差值可按IT6- IT7級選??；對于形狀復(fù)雜的刃口尺寸制造偏差可按零件相應(yīng)部位公差值的1/4來選?。粚τ谌锌诔叽缒p后無變化的制造偏差值可取沖件相應(yīng)部位公差值的1/8并冠以（±）；若零件沒有標注公差，則可按IT14級取值。
零件尺寸公差與沖模刃口尺寸的制造偏差應(yīng)按“入體”原則標注單向公差，即：落料件上偏差為零，只標注下偏差；沖孔件下偏差為零，只標注上偏差。如果零件公差是依雙向偏差標注的，則應(yīng)換算成單向標注。磨損后無變化的尺寸除外。
6.1.2.凸模和凹模配合加工
配合加工方法，就是先按尺寸和公差制造出凹?；蛲鼓Ｆ渲幸粋€，然后依此為基準再按最小合理間隙配做另一件。采用這種方法不僅容易保證沖裁間隙，而且還可以放大基準件的公差，不必檢驗δd+δp≤Zmax-Zmin 。同時還能大大簡化設(shè)計模具的繪圖工作。目前，工廠對單件生產(chǎn)的模具或沖制復(fù)雜形狀的模具，廣泛采用配合加工的方法來設(shè)計制造。
落料凹模尺寸按下列公式計算：
落料時 Dp=(Dmax-XΔ -Zmin)- δp (6-1)
式中 Dp——為落料的刃口尺寸（mm）；
Dmax ——為落料件的最大極限尺寸（mm）；
Δ——工件公差；
Δp——凸模制造公差，通常取δp=Δ/4；
δp’——刃口中心距對稱偏差，通常取δp’=Δ/8；
Lp——凸模中心距尺寸（mm）；
Zmin——最小沖裁間隙（mm）；
落料凹模尺寸：
Aj1=(Amax-XΔ)+ Δ
=42-0.5×0.04=41.98+0.02-0;
落料凸模尺寸：
Ah1=(Amax-2Z)+ Δ
=42-2×0.04=41.92+0-0.02;
6.2.拉伸模
凸凹模圓角半徑對拉伸工作影響很大。毛坯經(jīng)凹模圓角進入凹模時，受彎曲和摩擦作用，若凹模圓角半徑過小，因徑向拉力增大，易使拉伸件表面劃傷或產(chǎn)生斷裂；若過大，則壓邊面積小，由于懸空增大，易起內(nèi)皺。因此，合理的選擇凹模圓角半徑很重要。具體數(shù)值查表可得。
拉伸的凸凹模之間的間隙對拉伸力、制件質(zhì)量、模具壽命等都有影響。間隙過大，容易起皺，制件有錐度，精度差；間隙過小，增加摩擦，導(dǎo)致之間邊薄嚴重，甚至拉裂。因此，正確地確定凸模和凹模之間的間隙是很重要的。
拉伸模間隙是單面間隙，即凹模和凸模直徑之差的一半。
本次設(shè)計的模具結(jié)構(gòu)為有壓邊圈的，在選擇間隙時可以直接查表，拉伸一次成型，所以查表可知間隙為(1-1.1t)，t為材料厚度。
凸、凹模工作部分尺寸的確定，主要考慮模具的磨損和拉伸件的回彈。尺寸公差在最后一道工序考慮。
1）、制件標注外形尺寸
凹模尺寸為
L d=（Lmax –0.75Δ）
凸模尺寸為
L p=（Ld–0.75Δ–Z）
（2）、制件標注內(nèi)尺寸
凸模尺寸為
L p=（Lmin +0.5Δ）
凹模尺寸為
L d=（Lp+0.5Δ+Z）
其中 L—拉伸件的外形或內(nèi)尺寸
Δ—拉伸件的尺寸偏差
L d—拉伸凹模的基本尺寸
L p—拉伸凸模的基本尺寸
Z—凸凹模雙面間隙
具體計算如下，第一次拉伸制件標內(nèi)尺寸，所以
凸模尺寸為
L p=（Lmin +0.5Δ）=23
凹模尺寸為
L d=（Lp+0.5Δ+Z）=25.2
第二次拉伸，主要作用是中間部分，制件標注內(nèi)形尺寸，二次拉伸同時起到整形作用，所以按此公式計算
凸模尺寸為
L p=（Lmin +0.5Δ）=6
凹模尺寸為
L d=（Lp+0.5Δ+Z）=8
凸、凹模工作表面粗造度要求：凹模工作表面和型腔表面粗造度應(yīng)達到0.8；圓角處的表面粗造度一般要求0.4；凸模工作部分表面粗造度一般要求0.8-1.6。
7、模具整體結(jié)構(gòu)形式設(shè)計
7.1.落料拉伸模具結(jié)構(gòu)形式
第一次拉伸凸模圓弧必須由原來的R3.75mm設(shè)計為R11.5，以確保二次拉伸時的工藝要求，試模時拉伸高度要控制在12mm。
1、凸模，沖頭，凹模材料，因制件形狀簡單，總體尺寸不大，選用整體式圓形凹模較為合理，選用Cr12MoV為凸模，凹模材料。
2、凹模周界 由《冷沖壓工藝與模具設(shè)計》得出凹模周界的計算公式
厚度H=Kd（≥15mm）
式中：d——沖裁件的最大外形尺寸，d1=42
K——系數(shù)，查表得K=0.58
則 H1=0.58×42=24.36mm
凹模壁厚c=（1.0~1.5）H（≥30~40mm）=30-36.54，
考慮到凹模上螺釘?shù)奈恢茫寄?nèi)部頂料板的位置高度等，本設(shè)計中，選取D1=140mm，H1=45mm，由《模具設(shè)計指導(dǎo)》表。選用中間導(dǎo)柱圓形模板。
其零件參數(shù)如下表所示：
凹模周界
配用模架閉合高度H
孔距尺寸
最小
最大
S
S1
φ140×45
199
239
零件名稱及標準編號
上墊板
凹模
固定板
卸料板
φ140×8
φ140×45
φ140×150
φ140×15
圓柱銷
卸料螺釘
螺釘
螺釘
圓柱銷
φ10×80
M8×60
M10×80
M10×50
φ8×40
由凹模周界尺寸及模架閉合高度在199~239mm之間，查《模具設(shè)計指導(dǎo)》表5-7選用標準模架：中間導(dǎo)柱圓形模架，上模座340×230×35，下模座340×230×40，導(dǎo)柱32×180，28×180，導(dǎo)套50×80×60，導(dǎo)套45×80×60。
7.2.二次拉伸模具結(jié)構(gòu)形式
二次拉伸模的關(guān)鍵是模座下的退料橡膠頂出力要調(diào)節(jié)合適，以降低第二次拉伸時上模對材料的拉應(yīng)力，在試模中分次調(diào)節(jié)橡膠頂料力，最終使φ6mm內(nèi)孔的拉伸高度達到8mm以上。
整個模具結(jié)構(gòu)，是靠產(chǎn)品拉深的形狀定位，此方法定位可靠，方便，操作簡單，選用14號標準后側(cè)導(dǎo)柱模架即可。
8、模具零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計
8.1.拉深凸模的設(shè)計
材料Cr12MoV，硬度：58～62HRC
（如圖），以臺階固定在下模板上，與固定板過盈配合，過盈量0.02-0.03。如此方便拆卸。
8.2.落料凹模的設(shè)計
材料：Cr12Mov
硬度：55～58HRC
形狀結(jié)構(gòu)：（如圖），安裝位置下模板上采用螺釘和銷釘固定，凹模反面加工臺階法，確保頂料板在里面上下自由活動。
8.3.二次拉伸凸模的設(shè)計
材料：Cr12Mov
硬度：55～58HRC
形狀結(jié)構(gòu)：（如圖），與固定板過盈配合，過盈量0.02-0.03。
8.4.二次拉伸凹模的設(shè)計
材料：Cr12Mov
硬度：55～58HRC
形狀結(jié)構(gòu)：（如圖），與固定板過盈配合，過盈量0.02-0.03。
9、模具的總裝配
1、確定裝配基準件
應(yīng)以凹模為裝配基準件。首先要確定凹模在下模板上的位置，安裝凹模組件，確定凹模組件在下模板上的位置，然后用平行板將凹模組件和下模板夾緊，在下模板上劃出彎曲孔線，進而安裝好下模板上的其他組件。
2、安裝上模部分
檢查上模部分各個零件尺寸是不是滿足裝配技術(shù)條件要求。 安裝上模，同時調(diào)整沖裁間隙和拉深間隙， 將下模系統(tǒng)各零件分別裝于下模座內(nèi)。
3、安裝模具的樹脂壓縮部分
4、自檢
按沖模技術(shù)條件進行總裝配檢查。
5、檢驗
6、試沖
設(shè)計小結(jié)
此次畢業(yè)設(shè)計是在學(xué)完沖壓工藝與模具設(shè)計，模具制造工藝和大部分專業(yè)課并進行了生產(chǎn)實習的基礎(chǔ)上進行的，這次設(shè)計使我能夠綜合運用沖壓工藝與模具設(shè)計中的基本理論，結(jié)合生產(chǎn)中所學(xué)的新知識、獨立分析和解決工藝問題，初步具備了設(shè)計一個中等復(fù)雜程度的冷沖壓模具的能力。通過分析，擬定設(shè)計方案，完成模具結(jié)構(gòu)設(shè)計等一系列復(fù)雜工作，最終完成此次的設(shè)計任務(wù)。
通過這次設(shè)計使我初步具備了設(shè)計一個中等復(fù)雜程度的沖壓模具的工藝規(guī)程和掌握運用模具設(shè)計的基本原理和方法，同時也學(xué)會了熟練運用有關(guān)參考資料，圖表等基本技能，增強了自我的讀圖和繪圖能力，從而使我在能力方面又提高了一個臺階，為今后從事的工作打下了良好的基礎(chǔ)。
致 謝
對三年來辛勤教導(dǎo)我的老師和學(xué)校致以最崇高的敬意！
對本次畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)我和給予我最多的老師表示我最衷心的感謝!畢業(yè)設(shè)計開始以來，有幸多次聆聽老師的教誨。老師以他寬廣的知識、高瞻遠矚的學(xué)識、在實際生產(chǎn)中所積累的經(jīng)驗。拓寬了我的視野和思維，更為重要的是老師以他對事業(yè)孜孜不倦的追求和待人接物謙遜的態(tài)度和豁達的胸襟，時刻都在潛移默化地影響著我，這將使我終生受益。
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