ZL50裝載機總體及工作裝置設計
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濟源職業(yè)技術學院畢業(yè)設計
濟源職業(yè)技術學院
機電系2007屆畢業(yè)生畢業(yè)設計答辯記錄
姓 名
張齊鋒
專 業(yè)
模具設計與制造
班 級
模具0401
答辯時間
答辯地點
設計題目
22型車門墊板沖裁模具設計與制造
1. 沖裁模刃口尺寸計算的基本原則有哪些？
（1） 由于凸、凹模之間存在間隙，是落下的料或沖出的孔都帶有錐度，且落料件的大端尺寸，沖孔件的小端尺寸等于凸模尺寸。
（2） 在測量與使用中，落料件是以大端尺寸為基準，沖孔孔徑是以小端尺寸為基準。
（3） 沖裁時，凸、凹模要與沖裁件或廢料發(fā)生摩擦，凸模愈磨愈小，凹模愈大，結果是間隙越來越大。
2. 間隙值的確定通常哪幾種方法？
（1） 理論確定法
（2） 經(jīng)驗確定法
3. 沖壓的壓力中心確定原則？
（1） 對稱形狀的單個沖裁件，沖模的壓力中心就是沖裁件的幾何中心。
（2） 工件形狀相同且分布位置對稱時，沖模的壓力中心與零件的對稱中心相重合。
（3） 形狀復雜的零件、多凸模的壓力中心可用解析計算法求出。
4.設計排樣時應考慮哪些原則？
（1）提高材料利用率（在不影響制件使用性能前提下，還可以改變制件形狀）。
（2）排樣方法應使沖壓操作方便，勞動強度小且安全。
（3）模具結構簡單、壽命高。
（4）保證制件質量和制件對板料纖維方向的要求。
5.沖壓加工的特點有哪些？
（1）沖壓件的尺寸精度由模具來保證，具有一模一樣的特征，所以質量穩(wěn)定，互換性好。
（2）由于利用模具來加工，所以可獲得其他加工方法所不能或難以制造的壁薄、重量輕、剛性好、表面質量高、形狀復雜的零件。
（3）沖壓加工一般不需要加熱毛坯，也不像切削加工那樣，大量切削金屬，所以它不但節(jié)能，而且節(jié)約金屬。
（4）普通壓力機每分鐘可生產(chǎn)幾十件沖壓件，而高速壓力機每分鐘可生產(chǎn)幾百甚至上千件。所以它是一種高效率的加工方法
記錄教師（簽名）：
1
目錄
1．零件的工藝分析 - 1 -
2．確定工藝方案 - 1 -
3．排樣方式及材料利用率 - 2 -
4．沖裁力計算 - 3 -
5．壓力中心的計算 - 4 -
6 . 凸凹模刃口尺寸 - 5 -
7．主要零件的尺寸計算 - 7 -
8. 模架及導套、導柱的選用 - 10 -
9 . 沖壓設備的選擇 - 12 -
10．主要零部件的設計 - 13 -
11．模具結構形式 - 14 -
12. 模具的裝配 - 15 -
13．小結 - 17 -
14．參考文獻 - 18 -
附圖：
附圖 1.沖孔落料級進模裝配圖
附圖 2.沖孔小凸模零件圖
附圖 3.沖孔大凸模零件圖
附圖 4.落料凸模零件圖
附圖 5.凹模零件圖
附圖 6.凸模固定板零件圖
附圖 7.卸料板零件圖
附圖 8.墊板零件圖
- 18 -
車門墊板的沖壓模具設計
1．零件的工藝分析
如圖1所示工件為客車車門墊板。每輛車數(shù)量為6個，材料為Q235，厚度t=4mm。
圖1 車門墊板
零件尺寸公差無特殊要求，按IT4級選取，利用普通沖裁方式可達到圖樣要求。由于該件外形簡單，形狀規(guī)則，材料為Q235鋼板，有一定的伸長率和強度，韌性及鑄造性均好，適于沖裁加工，查文獻[4]表2-3得：σb=450Mpa。
2．確定工藝方案
方案一： 落料-沖孔復合沖壓，采用復合模生產(chǎn)。
方案二： 先落料，后沖孔。采用單工序模生產(chǎn)。
方案三： 沖孔-落料連續(xù)沖壓，采用級進模生產(chǎn)。
零件屬于大批生產(chǎn)，工藝性較好，但不宜采用方案一復合模。因為最窄處A的距離為6.5mm（圖1），查文獻【2】表6-1得復合模的凸凹模最小壁厚需要 （2.0-2.5）×t =（8-9）mm，所以不能采用復合模。如果采用方案二模具結構簡單，但需要兩道工序兩副模具，則效率太低，而且質量不易保證。方案三只需一副模具，生產(chǎn)效率高，沖壓精度較差，但由于零件的沖壓精度稍差級進模也能滿足。通過對上述三種方案的分析比較，因此確定零件的工藝方案三為沖孔—落料級進模較好，并考慮凹模刃口強度，其中間還需留一空步，排樣如圖2所示。
3．排樣方式及材料利用率
由文獻【3】表3-57查得搭邊數(shù)值：a=4.5，a1=4.0
由文獻【3】表3-58查得K=0.9
進距 s=B+K×a1=40+4.0×0.9=43.6mm
條料寬度 b=L+2a×K=375+2×4.5=383mm
圖2 排樣圖
板料規(guī)格擬選用4×1400×3500
采用橫裁：
裁板條數(shù)n1=L/b=3500/383=9條 余53mm
每條個數(shù)n2=(B-a1)/s=(1400-3.6)/43.6=32條 余4.8mm
每板總個數(shù)n總=n1×n2=9×32=288個
材料利用率η總=(n總A/LB)×100%
=(288×10585)/(3500×1400)×100%
=62.22%
采用縱裁：
裁板條數(shù)n1=B/b=1400/383=3條 余251mm
每條個數(shù)n2=(L-a1)/s=(3500-4)/43.6=80條 余12mm
每板總個數(shù)n總=n1×n2=3×80=240個
材料利用率η總=(n總A/LB)×100%
=(204×10585)/(3500×1400)×100%
=44.07%
由此可見，采用橫裁有較高的材料利用率和較高的剪裁生產(chǎn)率，考慮到剪裁剩余量，將搭邊值a由4.05增大到5，a1由3.6增大到4。所以最終剪裁方式為385×1400的條料，具體排樣圖如圖2。
4．沖裁力計算
沖孔力： F孔=Ltσb=494×4×450N=889200N
落料力： F落=Ltσb=（40+375）×2×4×450N=1494000N
沖裁力： F沖=F孔+F落=889200N+1494000N=2383200N
L——沖裁周邊長度
沖孔及落料部分的卸料力
查文獻【1】表3-14得 KX=0.04 KT=0.45
F卸=(F孔+F落)KX=(889200+1494000)×0.04N=95328N
沖孔及落料部分的推料力
F推=n(F孔+F落)KT=2×(889200+1494000)×0.45N=2144880N
n——同時卡在凹模內的沖裁件數(shù)
總沖壓力
F總=F沖+F卸+F推=2383200N+95328N+2144880N=4623408N
5．壓力中心的計算
X0=(375×187.5+214×95.5+20×215+132×247.5+5×281
+25×330+98×305.5)/(375+214+20+132+5+25+98)
=192.4
根據(jù)料寬385mm，則X0取192。
Y0=(375×71.5+214×12.5+280×12.5)/(375+214+280)
=37.96
則Y0取38，具體分布見圖３。
圖3 壓力中心分析圖
6 . 凸凹模刃口尺寸
查文獻【1】表3-5，查得凸凹模初始間隙：
Zmin=0.64mm, Zmax=0.88mm
由于沖孔落料部位形狀簡單規(guī)則且尺寸性質相同，因此凸凹模刃口尺寸采用分開加工。
沖孔尺寸：dp=(d+X△)0-δp dd=(dp+Zmin)0+δd=(d+X△+Zmin)0+δd
落料尺寸：Dd=(D-X△)0+δd Dp=(Dd-Zmin)0-δp =(D-X△-Zmin)0-δp
① 小沖孔
工件小孔尺寸： 寬22mm，長850+1 mm（見圖1）
以凸模設計為基準
由文獻【2】表2-14查得，
尺寸為22mm時 δp=0.02mm δd=0.025mm
尺寸為85mm時 δp=0.025mm δd=0.035mm
查文獻【1】表16-3得：
尺寸22的IT14級公差 △=0.52mm
查文獻【1】表3-7，磨損系數(shù)均為 x=0.5
dp1 =(22+0.5×0.52)0-0.025mm=22.260-0.025mm
dp2 =(85+0.5×1)0-0.035mm=85.50-0.035mm，
dd1=(22+0.5×0.52+0.64)0+0.025mm=22.90+0.025mm
dd2=(85+0.5×1+0.64)0+0.035mm=86.140+0.035mm
②大沖孔
工件大孔尺寸: 寬20mm、49mm,長25mm、1150+1mm(見圖1)
由文獻【2】表2-14查得，
尺寸為20mm、25mm時 δp=0.02mm δd=0.025mm
尺寸為49mm時 δp=0.02mm δd=0.03mm
尺寸為115mm時 δp=0.025mm δd=0.035mm
查文獻【1】表16-3得：
尺寸20的IT14級公差 △1=0.52mm
尺寸26的IT14級公差 △2=0.52mm
尺寸49的IT14級公差 △3=0.62mm
查文獻【1】表3-7，磨損系數(shù)均為 x=0.5
dp1 =(20+0.5×0.52)0-0.02mm=20.260-0.02mm
dp2 =(26+0.5×0.52)0-0.02mm=25.260-0.02mm
dp3 =(49+0.5×0.62)0-0.02mm=49.310-0.02mm
dp4 =(115+0.5×1)0-0.025mm=115.50-0.025mm
dd1=(20+0.5×0.52+0.64)0+0.025mm=20.90+0.025mm
dd2=(26+0.5×0.52+0.64)0+0.025mm=25.90+0.025mm
dd3=(49+0.5×0.62+0.64)0+0.03mm=49.950+0.03mm
dd4=(115+0.5×1+0.64)0+0.035mm=116.140+0.035mm
③落料
工件外形尺寸： 長375mm，寬400-0.5mm(見圖1)
以凹模設計為基準：
由文獻【2】表2-24查得：
尺寸為375mm時 δp=0.04mm δd=0.06mm
尺寸為40mm時 δp=0.02mm δd=0.03mm
由文獻【3】表16-3得：
尺寸375、40的IT14級公差分別為 △1=1.4mm, △2=0.5mm
查文獻【1】表3-7，磨損系數(shù)均為 x=0.5
Dd1=(375-0.5×1.4)0+0.06mm=374.30+0.06mm
Dd2=(40-0.5×0.5)0+0.03mm=39.750+0.03mm
Dp1=(375-0.5×1.4-0.64)0-0.04mm=373.660-0.04mm
Dp2=(40-0.5×0.5-0.64)0-0.02mm=39.110-0.02mm
7．主要零件的尺寸計算
（1）凹模外形尺寸
厚度： H=K×b
K——系數(shù)
b——凹模刃口的最大尺寸
由文獻【4】表3-33得： K=0.3
H=115×0.3=34.5mm
該件上還需沖一個較小的孔，且均在同一凹模上進行，所以凹模厚度應適當增加故選： H=40mm
壁厚： C=（1.5-2）H
C=80mm
凹模長： L=（115+78+85）+2×C=438mm
凹模寬： B=（40+10+65）+2×C=275mm
故凹模外型尺寸為：500mm×315mm×40mm
（2）凸模固定板
凸模固定板的外形與尺寸通常與凹模板相同，厚度為凹模板厚度的0.6～0.8倍。
H1=(0.6～0.8)H=24mm～32mm 取整數(shù)30mm
固定凸模的型孔決定與凸模的結構設計，對于用螺釘固定的直通式凸模，要求型孔按凸模實際尺寸配作成M7/h6。我們選擇的尺寸為500mm×315mm×30mm。
（3）墊板的采用與厚度
墊板作用是承受凸模或凹模的壓力，防止過大的沖壓力在上下模板上壓出凹坑，影響模具正常工作。是否采用墊板，以承壓面較小的凸模進行計算，沖小矩形孔的凸模承壓面的尺寸為22×85，其承壓應力
σ=F/A=[(22+85)×2×4×450]/(85×22)MPa=205.99MPa
查文獻【6】表2-46 表2-47得：
鑄鐵模板的σb=90～140Mpa，工件材料σb=400 Mpa
即工件材料σb＞模板的σb
因此須采用墊板，墊板厚度取10mm。選擇外形尺寸為500mm×315mm×10mm的標準件，材料為45號鋼。
（4）卸料橡皮的自由高度
由于橡皮允許承受的負荷較大，而且安裝調整比較靈活方便，因而它適用于彈性卸料元件，由于零件加工F沖較大，因而選用橡皮。
為保證橡皮不因過早失去彈性而被損壞，其允許最大壓縮量應不超過其自由高度的10%-15%，即： h預=（0.10-0.15）h自由
故工作行程：
h工作= h總- h預=（0.25-0.30）h自由
所以橡皮的高度：h自由= h工作/(0.25-0.30)
根據(jù)工件材料厚度為4mm，沖裁時凸模進入凹模深度取5mm，考慮模具維修時刃磨留量2mm，再考慮開啟時卸料板高出凸模1mm，則總的工作行程h工件=12mm
橡皮的自由高度
h自由=h工件/(0.25～0.3)=40～48mm
取 h自由=45mm
模具在組裝時橡皮的預壓量為
H預=(10%～15%)/h自由=4.5～6.75mm
取 h預=6mm
由此可算出模具中安裝橡皮的空間高度尺寸為39mm。
（5）卸料板厚度
卸料板厚度一般情況下取10～15mm，考慮到板料較薄，這里取卸料板的厚度為10mm。
（6）凸模長度
凸模固定板高度：h1=30mm
卸料板高度：h2=10mm
材料高度：h3=4mm
附加高度：h=34mm
凸模長度：L=h1+h2+h3+h
=30mm+10mm+4mm+34mm
=78mm
8. 模架及導套、導柱的選用
該沖孔 、落料級進模為橫向送料，零件精度較低，加工批量較大，因此選用材料HT200的鑄鐵滑動導向對角導柱模架，根據(jù)凹模周界尺寸為500mm×315mm選用。
根據(jù)文獻【2】表10-53得：
模架允許使用閉合高度范圍：（245-290）mm
閉合高度：H模=250mm
模架根據(jù)文獻【3】表16-54 表16-53得：
500×315×（24-290）I GB/T2851.1-1990 如圖4所示
根據(jù)文獻【3】表16-55得：
模座厚度： H上=60mm
H下=75mm
根據(jù)文獻【2】表10-22
導柱選材料20鋼：GB/T2861.1 1×45×260
GB/T2861.1 1×50×260
導套選材料20鋼：GB/T2861.6 1×45×150×58
GB/T2861.6 1×50×150×58
圖4 鑄鐵滑動導向對角導柱模架
9 . 沖壓設備的選擇
根據(jù)： F總沖=4623.408 KN
為使壓力機能正常工作，則沖壓設備的F壓比計算的沖壓力大30%左右。所以F壓> F總沖(1+0.3)
F壓>6010.42 KN
該零件尺寸精度較低，尺寸較大，因此選用操作空間大，操作方便，容易安裝機械化的附屬設備和成本低廉的壓力機，所以根據(jù)文獻【3】表4-6選閉合雙點壓力機J36-630B
公稱力/KN : 6300
公稱力行程/mm : 26
滑塊行程長度/mm： 500
滑塊行程次數(shù)/（n/min）： 9
最大裝模高度/mm： 810
裝模高度調節(jié)量/mm： 340
工作臺尺寸（前后×左右）/mm： 1500×3450
滑塊底面尺寸（前后×左右）/mm： 1270×3450
主電動機功率/mm： 75
10．主要零部件的設計
本模具是采用手工送料的級進模，落料凸模面積較大可直接用螺釘固定，沖孔凸模則須用固定板固定，凹?？芍苯佑寐葆斉c圓柱銷固定。卸料裝置采用彈性的，導向裝置采用導柱導套。板料的定位和導向采用定位銷和導料銷。詳見圖5。
模具國標規(guī)定了兩種卸料螺釘，即圓柱頭卸料螺釘（GB2867.5-81）與圓柱頭內六角卸料螺釘（GB2867.6-81），均具有如下特點：螺紋長度雖短但與光桿段有臺階，可保證旋入彈壓卸料板后不易松動；螺釘長度是指光桿段長度且有公差要求，便于保證彈壓卸料板工作平面與凹模面平行；螺釘材料為35號鋼且要求熱處理硬度為28～38HRC，以便保證螺釘有足夠的強度，能夠承受卸料過程中反復作用的拉應力。
沖模上的緊固件包括連接螺釘和定位銷釘。受力較大的連接螺釘一般都采用內六角螺釘，其特點是用35號鋼制造，并淬火達28～38HRC，因此可承受較大的拉應力。受力不大的小螺釘可以采用普通圓柱頭螺釘，但一般不用半球頭螺釘或沉頭螺釘。前者一字槽容易擰環(huán)，后者裝配時不便調整。
定位銷釘采用普通圓柱銷，可以承受一定的切應力。該模具中的標準件為：
螺釘????????????? ?GB/T 70—76
圓柱銷????????????GB/T 119—2000
擋料銷 JB/T 7649.9
模柄是連接上模和壓力機的零件，這里采用的具體規(guī)格是A60×96JB7646.3-94。由四個螺釘固定到上模座上。
11．模具結構形式
該零件的生產(chǎn)批量不是很大，合理安排生產(chǎn)采用手工送料方式能夠達到批量要求，且能降低模具成本，因此采用手工送料方式；為了便于操作，提高生產(chǎn)率，采用彈性卸料方式，凸模與卸料板推下的出件方式?？紤]零件厚度較后，模架類型及精度，采用對角導柱模架。
根據(jù)模具總裝圖的繪制原則，繪制的車門墊板沖孔、落料級進模的結構如圖5所示。采用順裝式級進模，上模主要有凸模9、11、12固定板3橡皮14卸料板16等組成，下模主要有凹模18組成。
工作過程：將剪裁好的板料15送入模具中，由定位銷定位。沖壓時，上模降下，卸料板16先壓住板料15，上模繼續(xù)下降閉合，沖孔凸模11、12沖出孔，落料凸模9，沖出零件，廢料被凸模11、12推出，零件由凸模9推出；沖完后磨具開啟，上模上升，卸料板16把板料15從凸模9、11、12上卸下；繼續(xù)送進板料進行下一次沖壓。沖下的廢料和零件落在落料槽中，隔一段時間由工人用推桿從落料槽中推出。
1-導套 2-上模座 3-凸模固定板 4-墊板 5、21-圓柱銷
6、17-內六角螺釘 7、10-螺釘 8-模柄 9-落料凸模
11-沖孔小凸模 12-沖孔大凸模 13-卸料螺釘 14-卸料橡皮
15-料板? 16-卸料板 18-凹模 19-下模座 20-定位銷 22-導柱
圖5 車門墊板沖孔、落料級進模
12. 模具的裝配
（1）導柱導套的裝配
導柱導套和模座的配合都為過盈配合，一般都用壓力機將導柱導套分別壓入下模座和上模座。裝好后檢查導柱對下模座底平面，導套對上模座上平面的垂直度,其誤差應在要求的范圍內。
（2）凸模的裝配
凸模用固定板將其裝在模座上的，凸模與固定板是采用過渡配合，裝配時是在壓力機上將凸模壓入固定板的，檢查其垂直度后,將凸模尾部與凸模上平面一起磨平并將凸模端面磨平。凸模、固定板、墊板和上模座安裝在一起，用圓柱銷定位，螺栓固定。
（3）裝配下模
先將下模座和凹模疊加起來，然后用圓柱銷定位，最后用螺釘固定。
（4）裝配上模
把上模座、墊板、固定板、橡膠和卸料板按順序疊加起來，然后用圓柱銷定位，然后用卸料螺釘把卸料板、橡膠與上模座連接。然后再安裝模柄。
（5）試沖與調整
裝機試沖并根據(jù)試沖結果進行相應調整。
13．小結
本文對車門墊板零件的沖壓模具進行了設計，采用了沖孔、落料級進模的結構形式。主要論述了沖孔、落料級進模的結構設計與計算，包括確定模具的結構型式，計算了模具閉合高度和壓力中心，凸、凹模間隙和刃口尺寸的確定，模具主要零件的選擇和設計，并對沖壓設備進行了選取。其中著重闡述了凸、凹模的設計過程，最后繪制了模具的凸、凹模零件圖和車門墊板級進模裝配圖（附圖）。
14．參考文獻
[1]李奇涵主編. 沖壓成形工藝與模具設計．北京：科學出版社，2007
[2] 曹立文主編．新編實用沖壓模具設計手冊．北京：人民郵電出版社 ，2007
[3]薛啟翔主編．冷沖壓實用技術．北京：機械工業(yè)出版社，2006
[4]中國機械工業(yè)教育協(xié)會組編．冷沖模設計及制造．北京：機械工業(yè)出版社，2001
[5]《沖模設計手冊》組編．沖模設計手冊．機械工業(yè)出版社，1988
[6]張海星編 . 冷沖壓工藝與模具設計. 浙江大學出版社，2006
沖壓工藝和模具畢業(yè)設計指導說明
一、設計目的和意義
畢業(yè)設計是沖壓工藝課教學環(huán)節(jié)之—。通過畢業(yè)設計，學會運用所學理論知識和有關設計資料，培養(yǎng)學生分析和解決沖壓工藝問題，編制沖壓工藝規(guī)程和設計沖壓模具的能力。
二、設計內容，步驟和要求
設計內容是對沖壓制件進行工藝規(guī)程設計和完成其多工序的沖壓模具設計。
(一)編制沖壓工藝規(guī)程
1.工件工藝性分析
分析沖壓件的沖壓工藝性，從沖壓工藝的角度審查沖壓件所用材料、形狀、尺寸、精度等方面是否適合于沖壓加工方法。
2.擬定沖壓件的工藝方案
根據(jù)沖壓件產(chǎn)品圖及其技術要求，生產(chǎn)批量和生產(chǎn)條件，擬定沖壓件可能采用的各種沖壓工藝方案，經(jīng)過技術和經(jīng)濟兩方面的綜合分析，選擇最佳的沖壓工藝方案。
①計算毛坯尺寸：如彎曲件毛坯展開尺寸，拉深零件毛坯形狀和尺寸等。
②進行必要的工藝計算。
③擬定幾種不同的沖壓工藝方案，經(jīng)過技術和經(jīng)濟兩方面的綜合分析，選擇最佳工藝方案。
④按所擬定的沖壓工藝方案確定工序的半成品形狀和尺寸，繪出各工序圖。
3.確定合理的排樣方式、裁板方法，并計算材料的利用率。
4.計算各工序沖壓力，選擇沖壓設備。
5.填寫沖壓工藝卡。
(二)沖模設計
設計某一多工序工件的沖模，繪制模具總裝配圖和零件圖。
1.繪制模具總裝配圖
①模具類型及結構形式的確定，根據(jù)確定的沖壓工藝方案，沖壓件的形狀和尺寸，精度要求，生產(chǎn)批量，模具制造和維修條件，上料和出料方式，使用設備，操作與安全等方面的情況。
②確定沖模壓力中心的位置。
③彈簧和橡皮的選用和計算。
④沖模工作零件，定位零件、壓料、卸料和拔出零件，固定零件的設計。
⑤沖模標準件（模板、導向零件，緊固零件等）的選用。
⑥繪制模具總裝配圖
在總裝配圖設計中，應繪制主視圖和俯視圖，必要時繪制剖面圖或局部視圖。
在總裝配圖上還應繪制工序圖、排樣圖、零件明細表和技術要求。
2. 繪制模具零件圖
按設計的模具總裝配圖，拆繪模具的零件圖。
零件圖繪制時，還應有剖視圖。
零件圖應注明詳細尺寸、制造公差、形位公差，表面粗糙度，材料熱處理，技術要求。
(三)編制設計說明書
說明書內容包括：
1.目錄
2.設計任務書
3.序言
4.沖壓件工藝性分析
5.沖壓件工藝方案的擬定
6.排樣方式、裁板方法以及材料的利用率計算
7.沖壓力計算和沖壓設備選擇
8.模具類型和結構形式的確定
9.沖模壓力中心計算
10.彈簧和橡皮的選用和計算
11.沖模工作零件刃口尺寸和公差計算
12.沖模工作零件和非標準件的設計
13.沖模標準件的選用
14.對本設計的技術經(jīng)濟分析和個人設計心得
15.參考文獻
三、設計參考資料
1. 中國機械工業(yè)教育協(xié)會組編 《冷沖模設計及制造》，機械工業(yè)出版社，2006
2. 王孝培 主編《實用沖壓技術手冊》，機械工業(yè)出版社，2001
3. 陳錫棟 主編《實用模具技術手冊》，機械工業(yè)出版社，2002
4. 劉心治 主編《冷沖壓工藝及模具設計》，重慶大學出版社，1994
5. 陳劍鶴 主編《冷沖壓工藝及模具設計》，機械工業(yè)出版社，2002
6. 鐘毓斌 主編《冷沖壓工藝及模具設計》，機械工業(yè)出版社，2000
7. 馮小明 主編《冷沖壓工藝及模具設計》，重慶大學出版社，2004
8. 丁松聚 主編《冷沖模設計》，機械工業(yè)出版社，2001
四、設計進度安排
14周周一至14周周二：布置畢業(yè)設計任務，計算準備（熟悉課題、查閱參考文獻等）；
14周周三至15周周一：編制沖壓工藝規(guī)程；
15周周二至16周周一：沖模設計（繪制模具總裝配圖和模具零件圖）；
16周周二至16周周五：編寫設計計算說明書和答辯。
課題十二 級進模設計
如圖所示零件：車門墊板
生產(chǎn)批量：大批量
材料：Q235
料厚：t=4mm
設計該零件的沖壓工藝與模具。
設計及計算的主要內容：
一、沖壓件的工藝分析
二、排樣
三、計算沖壓力
1.落料力計算
2.沖孔力計算
3.卸料力計算
總沖壓力為：
四、確定模具壓力中心
五、凸、凹模刃口尺寸計算
六、凸模、凹模的結構設計
七、模具總體設計及主要零部件設計
1.卸料彈簧的設計計算
2.模架的選擇
八、沖壓設備的選擇
附:
尺寸
編號
a
b
c
d
e
f
1
22
20
25
77
50
45
2
23
21
26
77
50
45
3
22
20
25
78
49
45
4
22
20
26
78
49
45
5
23
21
25
77
50
45
6
23
21
26
77
49
45
冷沖模具使用壽命的影響及對策
沖壓模具概述
沖壓模具--在冷沖壓加工中，將材料（金屬或非金屬）加工成零件（或半成品）的一種特殊工藝裝備，稱為冷沖壓模具（俗稱冷沖模）。沖壓--是在室溫下，利用安裝在壓力機上的模具對材料施加壓力，使其產(chǎn)生分離或塑性變形，從而獲得所需零件的一種壓力加工方法。
沖壓模具的形式很多，一般可按以下幾個主要特征分類：
１．根據(jù)工藝性質分類
?。?）沖裁模 沿封閉或敞開的輪廓線使材料產(chǎn)生分離的模具。如落料模、沖孔模、切斷模、切口模、切邊模、剖切模等。
（2）彎曲模 使板料毛坯或其他坯料沿著直線（彎曲線）產(chǎn)生彎曲變形，從而獲得一定角度和形狀的工件的模具。
（3）拉深模 是把板料毛坯制成開口空心件，或使空心件進一步改變形狀和尺寸的模具。
?。?）成形模 是將毛坯或半成品工件按圖凸、凹模的形狀直接復制成形，而材料本身僅產(chǎn)生局部塑性變形的模具。如脹形模、縮口模、擴口模、起伏成形模、翻邊模、整形模等。
２．根據(jù)工序組合程度分類
（1）單工序模 在壓力機的一次行程中，只完成一道沖壓工序的模具。
（2）復合模 只有一個工位，在壓力機的一次行程中，在同一工位上同時完成兩道或兩道以上沖壓工序的模具。
（3）級進模（也稱連續(xù)模） 在毛坯的送進方向上，具有兩個或更多的工位，在壓力機的一次行程中，在不同的工位上逐次完成兩道或兩道以上沖壓工序的模具。
沖冷沖模全稱為冷沖壓模具。
冷沖壓模具是一種應用于模具行業(yè)冷沖壓模具及其配件所需高性能結構陶瓷材料的制備方法，高性能陶瓷模具及其配件材料由氧化鋯、氧化釔粉中加鋁、鐠元素構成，制備工藝是將氧化鋯溶液、氧化釔溶液、氧化鐠溶液、氧化鋁溶液按一定比例混合配成母液，滴入碳酸氫銨，采用共沉淀方法合成模具及其配件陶瓷材料所需的原材料，反應生成的沉淀經(jīng)濾水、干燥，煅燒得到高性能陶瓷模具及其配件材料超微粉，再經(jīng)過成型、燒結、精加工，便得到高性能陶瓷模具及其配件材料。本發(fā)明的優(yōu)點是本發(fā)明制成的冷沖壓模具及其配件使用壽命長，在沖壓過程中未出現(xiàn)模具及其配件與沖壓件產(chǎn)生粘結現(xiàn)象，沖壓件表面光滑、無毛刺，完全可以替代傳統(tǒng)高速鋼、鎢鋼材料。
冷沖模具主要零件
冷沖模具是沖壓加工的主要工藝裝備，沖壓制件就是靠上、下模具的相對運動來完成的。加工時由于上、下模具之間不斷地分合，如果操作工人的手指不斷進入或停留在模具閉合區(qū)，便會對其人身安全帶來嚴重威脅。
（一）模具的主要零件、作用及安全要求
1．工作零件凸凹模是直接使坯料成形的工作零件，因此，它是模具上的關鍵零件。凸凹模不但精密而且復雜，它應滿足如下要求：
（1）應有足夠的強度，不能在沖壓過程中斷裂或破壞．
?。?）對其材料及熱處理應有適當要求，防止硬度太高而脆裂。
2．定位零件定位零件是確定坯件安裝位置的零件，有定位銷（板）、擋料銷（板）、導正銷、導料板、定距側刀、側壓器等。設計定位零件時應考慮操作方便，不應有過定位，位置要便于觀察，最好采用前推定位、外廓定位和導正銷定位等。
3．壓料、卸料及出料零件壓料零件有壓邊圈、壓料板等。
壓邊圈可對拉延坯料加壓邊力，從而防止坯料在切向壓力的作用下拱起而形成皺褶。壓料板的作用是防止坯料移動和彈跳。頂出器、卸料板的作用是便于出件和清理廢料。它們由彈簧、橡膠和設備上的氣墊推桿支撐，可上下運動，頂出件設計時應具有足夠的頂出力，運動要有限位。卸料板應盡量縮小閉合區(qū)域或在操作位置上銑出空手槽。暴露的卸料板的四周應設有防護板，防止手指伸入或異物進入，外露表面棱角應倒鈍。
4．導向零件導柱和導套是應用最廣泛的一種導向零件。其作用是保證凸凹模在沖壓工作時有精確的配合間隙。因此，導柱、導套的間隙應小于沖裁間隙。導柱設在下模座，要保證在沖程下死點時，導柱的上端面在上模板頂面以上最少5至10毫米。導柱應安排在遠離模塊和壓料板的部位，使操作者的手臂不用越過導柱送取料。
5．支承及夾持零件它包括上下模板、模柄、凸凹模固定板、墊板、限位器等。
上下模板是冷沖模具的基礎零件，其他各種零件都分別安裝固定在上面。模板的平面尺寸，尤其是前后方向應與制件相適應，過大或過小均不利于操作。
有些模具（落料、沖孔類模具）為了出件方便，需在模架下設墊板。這時墊板最好與模板之間用螺釘連接在一起，兩墊板的厚度應絕對相等。墊板的間距以能出件為準，不要太大，以免模板斷裂。
6．緊固零件它包括螺釘、螺母、彈簧、柱銷、墊圈等，一般都采用標準件。冷沖模具的標準件用量較多，設計選用時應保證緊固和彈性頂出的需要，避免緊固件暴露在表面操作位置上，防止碰傷人手和妨礙操作。
冷沖模具的發(fā)展
改革開放以來，隨著國民經(jīng)濟的高速發(fā)展，市場對冷沖模具的需求量不斷增長。近年來，冷沖模具工業(yè)一直以15%左右的增長速度快速發(fā)展，冷沖模具工業(yè)企業(yè)的所有制成分也發(fā)生了巨大變化，除了國有專業(yè)模具廠外，集體、合資、獨資和私營也得到了快速發(fā)展。
隨著與國際接軌的腳步不斷加快，市場競爭的日益加劇，人們已經(jīng)越來越認識到產(chǎn)品質量、成本和新產(chǎn)品的開發(fā)能力的重要性。而冷沖模具制造是整個鏈條中最基礎的要素之一，冷沖模具制造技術現(xiàn)已成為衡量一個國家制造業(yè)水平高低的重要標志，并在很大程度上決定企業(yè)的生存空間。
近年許多冷沖模具企業(yè)加大了用于技術進步的投資力度，將技術進步視為企業(yè)發(fā)展的重要動力。一些國內模具企業(yè)已普及了二維CAD，并陸續(xù)開始使用UG、Pro/Engineer、I-DEAS、Euclid-IS等國際通用軟件，個別廠家還引進了Moldflow、C-Flow、DYNAFORM、Optris和MAGMASOFT等CAE軟件，并成功應用于沖壓模的設計中。
以汽車覆蓋件模具為代表的大型沖壓模具的制造技術已取得很大進步，東風汽車公司模具廠、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，許多研究機構和大專院校開展模具技術的研究和開發(fā)。經(jīng)過多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技術方面取得了顯著進步；在提高模具質量和縮短模具設計制造周期等方面做出了貢獻。
雖然中國冷沖模具工業(yè)在過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)達國家相比仍有較大的差距。例如，精密加工設備在冷沖模具加工設備中的比重比較低；CAD/CAE/CAM技術的普及率不高；許多先進的模具技術應用不夠廣泛等等，致使相當一部分大型、精密、復雜和長壽命冷沖模具依賴進口。
隨著科學技術的不斷進步,現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)日益復雜與多樣化,產(chǎn)品性能和質量也在不斷提高,因而對冷沖壓技術提出了更高的要求.為了使冷沖壓技術能適應各工業(yè)部門的需要,冷沖壓技術自身也在不斷革新和發(fā)展.冷沖壓技術的發(fā)展思路就是盡可能地完善和擴充冷沖壓工藝的優(yōu)點,克服其缺點.在冷沖壓技術的發(fā)展過程中,應注意以下幾方面：
(1)冷沖壓技術的發(fā)展過程中應正確地確定工藝參數(shù)及冷沖模具工作部分的形狀與尺寸,提高沖壓件的質量、縮短新產(chǎn)品試制周期,應在加強沖壓成形理論研究的基礎上,使沖壓成形理論達到能對生產(chǎn)實際起指導作用,逐步建立起一套密切結合生產(chǎn)實際的先進的工藝分析計算方法.國外已開始采用彈塑性有限元法對汽車覆蓋零件的成形過程進行應力應變分析和計算機模擬,以預測某一工藝方案對零件成形的可能性和可能出現(xiàn)的問題。
(2)加快產(chǎn)品更新?lián)Q代,克服模具設計周期長的缺點.應大力開展模具計算機輔助設計和制造(CAD/CAM)技術的研究.在我國,目前要特別注意加強多工位級進模CAD/CAM技術的研究。
(3)滿足大量生產(chǎn)需要以及減輕勞動強度.應加強冷沖壓生產(chǎn)的機械化和自動化研究,使一般中、小件能在高速壓力機上采用多工位級進模生產(chǎn),達到生產(chǎn)高度自動化,進一步提高沖壓的生產(chǎn)率。
(4)擴大冷沖壓生產(chǎn)的運用范圍.使冷沖壓既適合大量生產(chǎn),也適合小批量生產(chǎn);既能生產(chǎn)一般精度的產(chǎn)品,也能生產(chǎn)精密零件.應注意開發(fā)如精密沖裁(特別是厚料精沖)、高能成形、軟模成形、施壓和超塑性加工等新成形工藝,還要推廣簡易模(軟模和低熔點合金模)、通用組合模、數(shù)控沖床等設備的運用。
此外,對沖壓板料性能的改進,模具新材料、模具新加工方法的開發(fā)也應進一步加強。
冷沖模具使用壽命的影響及對策
冷沖模具的使用壽命是以沖制出的工件數(shù)量來計算的。影響冷沖模壽命的因素很多。主要有模具結構設計、制造模具所用凸模和凹模的材料、模具的熱處理質量與表面強化、沖模零件的制造精度和冷沖壓材料的選取。除此之外，還有沖模的安裝、調整、使用以及維修等。
1．模具設計對壽命的影響
(1)排樣設計的影響排樣方法與搭邊值對模具壽命的影響很大，過小的搭邊值，往往是造成模具急劇磨損和凸、凹模啃傷的重要原因。從節(jié)約材料出發(fā)，搭邊值愈小愈好，但搭邊值小于一定數(shù)值后，對模具壽命和剪切表面質量不利。在沖裁中有可能被拉人模具問隙中，使零件產(chǎn)生毛刺，甚至損壞模具刃口，降低模具壽命。因此，在考慮提高材料利用率的同時，必須根據(jù)零件產(chǎn)量、質量和壽命，確定排樣方法和搭邊值。
(2)凹模結構的影響對容易產(chǎn)生應力集中而開裂的凹模結構，可以采用組合結構或鑲拼結構，以及預應力結構，從而提高模具使用壽命。
(3)間隙的影響當間隙過小時，壓縮擠壓利害，摩擦力增大，磨損增大，側面的磨損加劇，沖裁后卸料和推件時，材料與凸、凹模之間的摩擦還將造成刃口側面的磨損比端面的磨大大，同時也容易造成凸、凹模溫度很高，把金屬碎屑吸附在刃口側面，形成金屬瘤，使凸、凹模出現(xiàn)崩刃或脹裂現(xiàn)象。因此，過小的間隙對模具壽命極為不利。間隙太大，會增加凸模與凹模端面邊緣的集中應力，致使壓應力急劇增加，于是刃口邊很快屈服變形而失去棱角。因此又增加了沖裁力，進而使刃口邊更快磨損，降低模具壽命。但為了減小凸、凹模的磨損，延長模具使用壽命，在保證沖裁件質量的前提下，設計時適當采用較大間隙是十分必要的。
(4)模具導向結構對壽命的影響可靠的導向對于減小工作零件的磨損，避免凸、凹模啃傷是非常有效的。特別對無問隙或小問隙沖裁模、復合模和多工位級進模更為重要。為提高模具壽命，必須根據(jù)工序和零件精度要求，正確選擇導向形式和導向精度，所選擇導向精度應高于凸、凹模的配合精度。
(5)冷沖壓材料選取的影響冷沖壓材料應滿足制件的設計要求和沖壓工藝要求，否則容易損傷模具，降低模具使用壽命。冷沖壓材料表面質量不好，沖壓時制件易破裂，也易擦傷模具。冷沖壓材料塑性不好，變形量小，沖壓時制件易破裂，也易擦傷模具。另外，材料的厚度公差應符合國家標準。因為一副沖模適用于一定材料的厚度，成形、彎曲、翻邊、引伸模具的凸、凹模結構間隙是直接根據(jù)材料厚度來確定的。所以材料厚度不均勻，會導致廢品產(chǎn)生和模具損壞。
2．模具材料對模具壽命的影響
模具材料對模具壽命的影響是模具材料性質、化學成分、組織結構、硬度和冶金質量等的綜合反映。其中，材料性質和熱處理質量影響最為明顯。模具材料性質對模具壽命的影響是很大的。如將同一種工件，使用不同的模具材料做彎曲試驗，試驗結果：用9Mn2V材料，其壽命為5萬次；用Crl2MoV滲氮，其壽命可達40萬次。因此，在選用材料時，應根據(jù)制件的批量大小，合理選用模具材料。模具工作零件的硬度對模具壽命的影響也很大。但并不是硬度愈高、模具壽命愈長。這是因為硬度與強度、韌性及耐磨性等有密切的關系。有的沖模要求硬度高，壽命長。如采用T10鋼制造沖模，硬度為54～58HRC，只沖幾千次，制件毛刺就很大。如果將硬度提高到60～64HRC，則刃磨壽命可達2～3萬次。但如果繼續(xù)提高硬度，則會出現(xiàn)早期斷裂。有的沖模硬度不宜過高，如采用Crl2MoV制造凹模硬度為58～62HRC時，一般壽命為2—3萬件，失效形式是崩刃和開裂以及如果將硬度降到54～58HRC，壽命提高到5～6萬件，但硬度降低到50～53HRC會出現(xiàn)凹模刃口易磨鈍現(xiàn)象。由此可見，模具硬度必須根據(jù)材料性質和失效形式而定。應使硬度、強度、韌性及耐磨性、耐疲勞強度等達到特定沖壓工序所需要的最佳配合。
3．模具的熱處理質量與表面強化對壽命的影響
模具的熱處理質量對模具的性質與使用壽命影響很大。實踐證明，模具工作零件的淬火變形與開裂，使用過程中早期斷裂，雖然與材料的冶金質量、鍛造質量、模具結構及加工有關，但與模具的熱處理關系更大。根據(jù)模具失效原因的分析統(tǒng)計，熱處理不當引起的失效占50％ 以上。實踐證明，高級的模具材料必須配以正確的熱處理工藝，才能真正發(fā)揮材料的潛力。模具工作零件表面強化處理的目的，是獲得外硬內韌的效果，從而得到硬度、耐磨性、韌性、耐疲勞強度的良好配合。模具表面強化處理方法很多，表面處理的新技術工藝發(fā)展很快。除氮碳共滲和離子氮化、滲硼、滲鈮、滲釩、表面鍍硬鉻和電火花強化外，化學氣相沉積(CVD)和物理氣相沉積(PVD)已逐步采用。經(jīng)CVD和PVD處理后，模具表面覆蓋一層超硬物質，如TiC、TiN等。硬度極高、耐磨性、耐蝕性、抗黏合性很好，可提高模具壽命幾倍到幾十倍。
4．沖模零件的制造精度對模具壽命的影響
沖模制造的精度與使用壽命關系很大，特別是模具表面粗糙度對模具影響很大。如用Crl2MoV鋼制造落料模，如果表面粗糙度值R =1．6 m時，其壽命為3萬件左右。如經(jīng)精拋光，表面粗糙度值R =0．4 m，壽命可提高到4—5萬件。因此，對模具工作零件表面，一般都要經(jīng)過磨削、研磨、拋光等精加工和精細加工。
5．其他方面對模具壽命的影響
(1)壓力機的精度不高，也易使沖模損壞。
(2)沖模在壓力機上安裝的正確與否及操作者的技術水平高低，對模具壽命也有很大影響。
(3)沖模的保管和維護好壞，以及使用潤滑劑的情況，也影響模具使用壽命。
6．結語
在實際生產(chǎn)中，對于薄板沖模使用，很少出現(xiàn)非正常磨損的情況。但對于厚板沖模時則發(fā)現(xiàn)易出現(xiàn)非正常磨損，我們總是針對出現(xiàn)的問題進行研究總結。因為一副冷沖模，從設計、加工制造、裝配、調試到安裝、使用，都耗費了眾多工時，同時沖模的凸、凹模使用的材料，大都是優(yōu)質合金鋼。因此，沖模的成本都是比較高的。所以在生產(chǎn)中了解影響沖模壽命的因素及采取相應的對策來指導生產(chǎn)，具有重大的現(xiàn)實意義。