有凸緣圓筒形沖壓件模具設(shè)計

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1有凸緣圓筒形沖壓件模具設(shè)計目 錄摘 要 ................................................................................................................................................31.引言 .................................................................................................................................................52.沖裁件的工藝性分析 .....................................................................................................................72.1.沖裁件的結(jié)構(gòu)工藝性 ..........................................................................................................72.1.1.沖裁件的形狀 ...................................................................................................................72.1.2.沖裁件的尺寸精度 ...........................................................................................................73.制件沖壓工藝方案的確定 .............................................................................................................83.1.沖壓工序的組合 ..................................................................................................................83.2.沖壓順序的安排 ..................................................................................................................84.制件排樣圖的設(shè)計及材料利用率的計算 .....................................................................................94.1.展開尺寸的計算 ..................................................................................................................94.2.制件排樣圖的設(shè)計 ............................................................................................................104.2.1.搭邊與料寬 .............................................................................................................114.3. 材料利用率的計算 ..........................................................................................................125.確定總沖壓力和選用壓力機及計算壓力中心 ...........................................................................175.1.落料拉伸模 ........................................................................................................................175.2.壓力中心的計算 ................................................................................................................185.3.壓力機的選用 ....................................................................................................................186.凸、凹模刃口尺寸計算 ...............................................................................................................206.1.拉伸模 ................................................................................................................................206.2.落料凸、凹模刃口尺寸 ....................................................................................................216.2.1.計算原則 .................................................................................................................216.2.1.凸模和凹模配合加工 .............................................................................................227.模具整體結(jié)構(gòu)形式設(shè)計 ...............................................................................................................238.模具零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 ...................................................................................................................248.1.落料凹模的設(shè)計 ................................................................................................................248.2.拉伸凸模的設(shè)計 ................................................................................................................248.3.凸凹模的設(shè)計 ....................................................................................................................259.模具的總裝配 ...............................................................................................................................27設(shè)計小結(jié) ..........................................................................................................................................28參考文獻 ..........................................................................................................................................292摘 要簡短介紹了我國模具行業(yè)發(fā)展狀況，以及在當下模具行業(yè)情況，并且對國內(nèi)外模具行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀加以分析，從而對我國模具行業(yè)與國外模具行業(yè)進行了綜合比較提出差距所在。同時介紹了模具的類型和主要功能。綜合闡述對鑲套落料拉深模具進行設(shè)計，首先對工件進行工藝分析，對拉深特點拉深變形過程進行技術(shù)分析。在設(shè)計之前先確定修邊余量和毛坯尺寸是否需要使用壓邊圈。其次對拉深模具進行總體設(shè)計，了解拉深模具結(jié)構(gòu)、分類，選擇壓邊裝置。然后確定工作部分結(jié)構(gòu)參數(shù)，確定拉深系數(shù)及工序尺寸。計算凸模圓角半徑、凹模圓角半徑、壓邊力、壓邊圈尺寸、拉深力、卸料力、拍樣計算，并計算壓力中心對壓力機進行選擇。最后選擇模具主要零部件及結(jié)構(gòu)，對模具材料、模架進行選擇，計算凸模長度、凹模高度和壁厚、凸模固定板尺寸以及校核凸、凹模強度。同時設(shè)計選擇其他零部件，確定模具閉合高度，對拉深模具進行安裝調(diào)試。關(guān)鍵詞：模具；沖壓；凸模圓角半徑；尺寸公差；間隙；拉深力；凸、凹模3AbstractA brief introduction to China's mold industry development, and in the mold industry, and the current situation of the development of mold industry are analyzed, which are compared to the gap in the mould industry in our country and foreign mould industry. At the same time introduced and main function mold type. A comprehensive set of insert falls design drawing die, first through the process analysis of theworkpiece, analyzes characteristics of drawing deformation process of drawing. In the design before trimming allowance and blank size is required the use of blank holder. Secondly, the whole design of the drawing die, drawing die, understand the classification, selection of the edge pressing device. Then determine the structure parameters, determine the drawing coefficient nd the process dimensions. Calculation of punch radius, die radius, the gap, convex, concave die size tolerance, BHF, the edge pressing ring size, drawing force, stripping force, shoot calculation, and calculation of the pressure center of press. The final choice of main parts of die and the structure, the choice of mold materials, mold, punch length calculation, die height and thickness, punch plate size and check the convex, concave die strength. At the same time, other parts design, determine the height of the closed mold, installation and commissioning of the drawing die.Keywords ： stamping; punch radius; dimensional tolerances; clearance; drawing force; the convex, concave 41.引言一、概述1、模具工業(yè)的概況模具工業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)工業(yè)，受到政府和企業(yè)界的高度重視，發(fā)達國家有“模具工業(yè)是進入富裕社會的源動力”之說，可見其重視的程度。當今，“模具就是經(jīng)濟效益”的觀念，已被越來越多的人所接受。模具技術(shù)水平在很大程度上決定于人才的整體水平，而模具技術(shù)水平的高低，又決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力，因此模具技術(shù)已成為衡量一個國家產(chǎn)品制造水平高低的重要標志。我國模具技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展近年來，我國的模具工業(yè)也有較大發(fā)展，全國已有模具生產(chǎn)廠數(shù)千個，擁有職工數(shù)十萬人，每年能生產(chǎn)上百萬套模具。多工位級進模具和長壽命硬質(zhì)合金模具的生產(chǎn)及應(yīng)用有了進一步擴大。為滿足新產(chǎn)品試制和小批量生產(chǎn)的需要，我國模具行業(yè)制造了多種簡單、生產(chǎn)周期短、成本低的簡易沖模，如鋼皮沖沖模、聚氨脂橡膠模、低熔點合金模具、鋅合金模具、組合沖模、通用可調(diào)沖孔模等。數(shù)控銑床、數(shù)控電火花加工機床、加工中心等加工設(shè)備已在模具生產(chǎn)中采用。電火花和線切割加工已成為冷沖模制造的主要手段。為了對硬質(zhì)合金模具進行精密成型磨削，研制成功了單層電鍍金剛石成形磨輪和電火花成形磨削專用機床，使用效果良好，對型腔的加工正在根據(jù)模具的不同類型采用電火花加工、電解加工、電鑄加工、陶瓷型精密鑄造、冷入擠壓。超塑成形以及利用照相腐蝕技術(shù)加工型腔皮革紋表面等多種工藝。模具的計算機輔助設(shè)計和制造也已進行開發(fā)和應(yīng)用。盡管我國的模具工業(yè)這些年來發(fā)展較快，模具制造水平也在逐步提高，但和工業(yè)發(fā)達國家相比，仍存在較大差距，主要表現(xiàn)在模具品種少、精度差、壽命短、生產(chǎn)周期長等方面。二、沖壓技術(shù)的發(fā)展趨勢21 世紀的今天,中國憑借豐富且廉價的人力資源、龐大的市場及其它許多有利條件，已成為承接工業(yè)發(fā)達國家模具業(yè)轉(zhuǎn)移的良好目的地。隨著國際交往的日益增多和外資在中國模具行業(yè)的投入日漸增加，中國模具已經(jīng)與世界模具密不可分，中國模具在世界模具中的地位和影響越業(yè)越重要。據(jù)相關(guān)專業(yè)人士分析，未來十年，中國模具工業(yè)和技術(shù)的主要發(fā)展方向?qū)⒅饕性谝韵聨讉€方面：(1)模具結(jié)構(gòu)日趨大型、精密、復(fù)雜及壽命日益提高。由于成型零件日趨大型及高效率生產(chǎn)所要求的一模多腔，使模具日趨大型化；隨著零件微型化和模具結(jié)構(gòu)發(fā)展的要求，今后模具加工的精度將更小，這必將促進超精密加工的發(fā)展。(2)CAD/CAE/CAM 技術(shù)在模具設(shè)計制造中的廣泛應(yīng)用。在模具設(shè)計與制造中，開發(fā)并應(yīng)用計算機輔助設(shè)計的制造系統(tǒng)(CAD/CAE/CAM)，發(fā)展高精度、高壽命模具和簡易模具(軟模、低熔點合金模具等)制造技術(shù)以及通用組合模具、成組模具、快速換模裝置等，以適應(yīng)沖壓產(chǎn)品的更新?lián)Q代和各種生產(chǎn)批量的要求。模具制造是設(shè)計的延續(xù)，推行模具設(shè)計與制造一體化可達到優(yōu)化設(shè)計的要求。實踐證明，模具 CAD/CAE/CAM 技術(shù)是當代最合理的模具生產(chǎn)方式，既可用于建模、為數(shù)控加工提供 NC 程序，也可針對不同的模具類型，以相應(yīng)的基礎(chǔ)理論，通過數(shù)值模擬方法達到預(yù)測產(chǎn)品成型過程的目的，改善模具結(jié)構(gòu)。從 CAD/CAE/CAM 一5體化的角度分析，其發(fā)展趨勢是集成化、三維化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化，其中心思想是讓用戶在統(tǒng)一的環(huán)境中實現(xiàn) CAD/CAE/CAM 協(xié)同作業(yè)，以充分發(fā)揮各單元的優(yōu)勢和功效。因此，應(yīng)大力進行高端輔助設(shè)計制造軟件的培訓(xùn)、推廣和應(yīng)用。(3)快速經(jīng)濟模具技術(shù)的推廣應(yīng)用?？焖倌＞咧圃旒翱焖俪尚图夹g(shù)是在近兩來迅速發(fā)展起來的，并正向著高精度、更快捷的方向發(fā)展。與傳統(tǒng)的模具技術(shù)相比，該技術(shù)具有制模周期短、成本特點，是綜合經(jīng)濟效益較顯著的模具制造技術(shù)。近年來快速模具制造商投入了很大的人力和物力，對各種模具的快速制造工藝進行研發(fā)，對傳統(tǒng)的快速模具制造技術(shù)進行改造，嫁接了先進的 RP 及 NC 技術(shù)，有效滿足一些高精度、高壽命模具的生產(chǎn)需求。(4)提高模具標準化水平和模具標準件的使用率。模具標準化及模具標準件的應(yīng)用將極大地影響模具制造周期，還能提高模具的質(zhì)量和降低模具制造成本。模具標準件應(yīng)進一步增加規(guī)格、品種、發(fā)展和完善銷售網(wǎng)絡(luò)，保證供貨速度，為客戶提供交貨期短、精度高、生產(chǎn)工藝性好、使用壽命長、價格低的優(yōu)質(zhì)模具標準件。(5)開發(fā)優(yōu)質(zhì)模具材料和先進的表面處理技術(shù)。模具材料是模具工業(yè)的基礎(chǔ)，制造沖壓件用的傳統(tǒng)金屬材料，正逐步被高強鋼板、涂敷鍍層鋼板、塑料夾層鋼板和其他復(fù)合材料或高分子材料替代。隨著材料科學的發(fā)展，加強研究各種新材料的沖壓成形性能，不斷發(fā)展和改善沖壓成形技術(shù)。當前，國外模具材料系列日趨完善與細化，國內(nèi)開發(fā)的高級優(yōu)質(zhì)模具鋼品種雖然不少，但推廣應(yīng)用不足，每年所需約 70 萬噸模具鋼還要有相當一分進口。模具表面處理技術(shù)對模具的制造精度、模具的強度、模具的壽命、模具的制造成本等有著直接的影響。稀土表面工程技術(shù)和納米技術(shù)表面工程技術(shù)的出現(xiàn)進一步推動模具制造的表面工程技術(shù)的發(fā)展。同時處理技術(shù)由大氣熱處理向真空熱處理發(fā)展。(6)沖壓成形技術(shù)將更加科學化、數(shù)字化，可控化?？茖W化主要體現(xiàn)深入研究沖壓變形的基本規(guī)律、各種沖壓工藝的變形理念、失穩(wěn)理論與變形程度等對成形過程、產(chǎn)品質(zhì)量、成本、效益的預(yù)測和可控程序。數(shù)字化主要體現(xiàn)在應(yīng)用有限元、邊界元等技術(shù)，對沖壓過程進行數(shù)字模擬分析，以預(yù)測某一工藝過程中坯料對沖壓的適應(yīng)性及可能出現(xiàn)的質(zhì)量問題，從而優(yōu)化沖壓方案。(7)成形過程的數(shù)值模擬技術(shù)將在實用化方向取得很大的發(fā)展，并與化制造系統(tǒng)很好地集成。人工智能技術(shù)、智能化控制將從簡單形狀零件成形發(fā)展到覆蓋件等復(fù)雜開關(guān)零件成形，從而真正進入實用階段。(8)注重產(chǎn)品制造全過程，最大程度地實現(xiàn)多目標全局優(yōu)化。優(yōu)化將從傳統(tǒng)的單一成形環(huán)節(jié)向產(chǎn)品制造全過程及全生命期的系統(tǒng)整體發(fā)展。(9)對產(chǎn)品可制造性和成形工藝的快速分析與評估能力將有大的發(fā)展。以便宜從產(chǎn)品初步設(shè)計甚至構(gòu)思時起，就能針對零件的可成形性及所需性能的保證度，作出快速分析評估。(10)沖壓技術(shù)將具有更大的靈活性或柔性，以適應(yīng)未來小指量多品種混流生產(chǎn)模式及市場多樣化、修改化需求的發(fā)展趨勢，加強企業(yè)對市場變化的快速響應(yīng)能力。推廣應(yīng)用數(shù)控沖壓設(shè)備、沖壓柔性加工系統(tǒng)(FMS)、多工位高速自動沖壓機以及智能機器人送料取件，進行機械化與自動化的流水線沖壓生產(chǎn)。62.沖裁件的工藝性分析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)零件圖上的尺寸判斷屬于尺寸精度為 IT12—IT14 的經(jīng)濟級普通沖壓。08F 鋼板屬于碳素結(jié)構(gòu)鋼，屈服極限時 245MPa，具有很好的可沖裁性，7工件結(jié)構(gòu)形狀，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.沖壓工序的組合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。沖裁方式根據(jù)下列因素確定：（1） 根據(jù)生產(chǎn)批量來確定 對于年產(chǎn)量需求 100 萬件的該產(chǎn)品來說采用復(fù)合?；蜻B續(xù)模較合適。（2） 根據(jù)沖裁件尺寸和精度等級來確定 復(fù)合沖裁所得到的沖裁件尺寸精度等級高，而連續(xù)沖裁比復(fù)合沖裁的沖裁件尺寸精度等級低。（3） 根據(jù)對沖裁件尺寸形狀的適應(yīng)性來確定 產(chǎn)品的尺寸比較大，考慮到連續(xù)模送料不方便和生產(chǎn)效率低，因此常采用復(fù)合沖裁。復(fù)合沖裁又可以加工形狀復(fù)雜、寬度比較大的異形沖壓件。（4） 根據(jù)模具制造安裝調(diào)整的難易和成本的高低來確定, 對復(fù)雜形狀的沖裁件來說，采用復(fù)合沖裁比采用連續(xù)沖裁較為適宜，因為模具制造安裝調(diào)整較容易，且成本較低。（5） 根據(jù)操作是否方便與安全來確定 復(fù)合沖裁其出件或清除廢料較困難，工作安全性較差，連續(xù)沖裁較安全。綜上所述分析，在滿足沖裁件質(zhì)量與生產(chǎn)率的要求下，選擇復(fù)合沖裁方式，其模具壽命較長，生產(chǎn)率高，操作較方便和工作安全性高。3.2.沖壓順序的安排落料拉伸，拉深（2），拉深（3）共三道工序，對于學生的課程設(shè)計來說，三副模具的工作量相對比較大，這里只需要設(shè)計第一道工序，落料拉深模。84.制件排樣圖的設(shè)計及材料利用率的計算4.1.展開尺寸的計算拉伸件毛坯展開尺寸，通常按毛坯面積等于制件面積的原則確定。拉伸件的毛坯尺寸，很難預(yù)先精確地計算，這是因為拉伸件壁部在拉伸過程中厚薄程序，隨毛坯退火與否、壓邊力的大小、凸凹模間隙以及變形程度等因素有關(guān)。因此難以保持拉伸件完全均勻一致的高度，通常需要修邊，將不平齊的部分切去。所以在計算毛坯之前，要在拉伸件上增加切邊余量。根據(jù)工件相對高度 H/d=62/28=2.214，查表的修邊余量為 4計算產(chǎn)品展開尺寸 D＝ ，將工件尺寸帶入得出D=≈120,其中 6654 為工件不包含凸緣部分的表面積，即零件實際需要拉深部分的面積。其中 3645 為工件凸緣部分的表面積其中D——展開尺寸d——拉伸直徑，28r——拉伸圓角,3H——拉伸高度,62經(jīng)過實際計算 D=121.5此尺寸目前是待定，在實際生產(chǎn)時需調(diào)節(jié)。這里取 120展開圖紙如下圖所示：9拉伸次數(shù)的確定判斷能否一次拉伸H/d=62/28=2.214(t/D)*100=1.67m=d/D=28/120=0.233根據(jù)以上數(shù)據(jù)查表初步確定三次拉伸，得首次最小拉伸系數(shù) m1=0.48，由于 m1＞0.233（實際拉伸系數(shù)），故不能一次拉伸成型。確定首次拉深系數(shù)和尺寸，由數(shù)據(jù)表查得最小 m1=0.48,則d1=m1D=0.48×120=57.6mm(調(diào)整到 55), 則首次拉深高度為（取 R1=r=10）查表得 m2=0.72,m3=0.76d2=m2d1=0.72×55=39.6mm, (調(diào)整到 40)d3=m3d2=0.76×40=30.4mm≈28 mm需要用三次拉深。取各次拉深工序 R 角半徑分別為 R2=6，R3=34.2.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）102） 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 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=2.0mm，確定搭邊工作間 a1 為 2.0mm, a 為 2.0mm。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 S=120+2.0=122mm式中 D——平行于送料方向的沖裁寬度；a1——沖裁之間的搭邊值。11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 =(120+2×2) -0.5 =124-0.5 mm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=124-0.5 。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% η=60*60*3.14*1/122*124×100%=74.76%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； 4.4 計算以后各次的拉深高度利用表 4-14 來進行計算，但由于有兩個未知數(shù) m 和 ，因此需要用試湊法計算拉深直徑。下面用逼近法來確定第一的拉深直徑。假定 (%) 實際 ( 極限[ ]拉深系數(shù)差-[121.2 1.66=650.55 0.55 ＋0.001.3 1.66=600.5 0.53 ＋0.031.4 1.66=55.70.46 0.50 ＋0.041.5 1.66=520.43 0.45 ＋0.021.6 1.66=48.750.40 0.46 0.061.7 1.66=45.90.38 0.47 0.09由于實際拉深系數(shù)應(yīng)該比極限拉伸系數(shù)稍大，才符合要求，所以上表中 的值為 1.5、1.6、1.7 的不合適。因為當 的值取 1.4 的時候，實際拉深系數(shù)與極限拉深系數(shù)接近。故初定第一次拉深直徑 =56.因以后各次拉深，按表 4-8 選取。故查表 4-8 選取以后各次的拉深系數(shù)為當 =0.77 時 = × =56×0.77=43mm當 =0.79 時 = × =43×0.79=34mm當 =0.81 時 = × =34×0.81=27mm＜29mm因此以上各次拉程度分配不合理，需要進行如下調(diào)整。極限拉深系數(shù)[ ]實際拉深系數(shù) 拉深直徑 拉深系數(shù) -[ ]差[ ] =0.55 =D× ＋0.0113[ ] =0.79 = × ＋0.02[ ] =0.81 = × ＋0.02[ ] =0.83 = × ＋0.02由于拉深系數(shù)差值比較接近，因此各次拉深變形程度比較合理。 4.5 由筒形件首次拉深凹模圓角半徑確定公式 =0.8 得出 =10mm以后各次拉深時，凹模圓角半徑應(yīng)逐漸減小、其關(guān)系為 =(0.6-0.8) ，故=6mm =3mm 又根據(jù)公式 =(0.7-1) ，故每次拉深凸模圓角半徑取值為 =10mm =6mm =3mm 4.6 調(diào)整毛坯直徑設(shè)第一次拉入凹模的材料比實際需要要多 5%，故修正后的毛坯直徑為 ==122mm由公式得出第一次拉深高度為： = ＋0.43( ＋ ) ＋ 將=117mm、 =75mm、 =65mm、 =10mm、 =10mm 代入上式得 =45mm注：R 為凹模的圓角半徑，R 為工件半徑。144.7，計算以后各次的拉深高度。設(shè)第二次多拉入 3%的材料（其余 2%的材料返回到凸緣上） ，先求假想毛坯直徑。= ＝121mm= ＋0.43( ＋ ) ＋ 將=121mm、 =78mm、 =38mm、 ＝6mm、 ＝6mm,代入上式求得=50mm。(9),畫出各次拉深的工序圖。15按照以上沖裁、第一次拉深、第二次拉深、第三次拉深，在經(jīng)過修正得到自重需要的尺寸，即完成所需工件的加工。165.確定總沖壓力和選用壓力機及計算壓力中心 5.1.落料拉伸模落料力計算F=KLδτ F=1.3×3.14×97×2.0×340=269248.72N=269.25KN式中 F——沖裁力（N）；L——沖裁件周邊長度（mm）；τ——材料抗剪強度（MPa）；260-340MPaδ——材料厚度；(mm)K——系數(shù)，通常 K=1.3；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P=3.14Kd1tδ P=3.14×0.72×52×2.0×440=103454.208N=103.45KN式中 F——拉伸力（N）；d1——拉伸直徑（mm）；δ——材料抗拉強度（MPa）；300-440MPat——材料厚度；(mm)K——修正系數(shù)（查表可得），K=1.3； 壓料力可按下式計算P1=0.08F=0.08×103.45=8.276KN所以落料拉深的總壓力為 F 總= P+F+P1=269.25+103.45+8.276=380.976KN175.2.壓力中心的計算采用解析法求壓力中心，該產(chǎn)品副模具中，尺寸都是沿 X 軸 Y 軸對稱所以力到 X 軸和到 Y 軸的力臂都是 0根據(jù)合力距定理：YG = （Y1F1+ Y2F2+ Y3F3）/（F1+ F2+ F3）所以沖壓力到 X 軸的力臂；YG=0，到 Y 軸的力臂；XG=05.3.壓力機的選用① ，沖裁力的計算。由公式（2-24） 、F＝ktLτ 其中 L 為沖裁邊周長、t 為材料厚度、τ 為抗剪強度、K 為系數(shù)，系數(shù) K 在實際生產(chǎn)中一般取 K＝1.3這里 t＝1mm、L=2πR、R=54mm、τ 查附錄表一取 τ＝300MPa 故＝1.3×2×3.14×54× 1×300＝132256.8N② ,壓邊力的計算。由 ×100＝0.94,查表 4-1 得，拉深的時候需要采用壓邊圈。由表 4-16 得出拉深時首次拉深壓邊力的計算公式為 ＝ [ － ] Ρ注： 為筒形件首次拉深時凹模圓角半徑、 為首次拉深直徑。由題已知得出 ＝6、 ＝79、 ＝58、又因材料為 08 鋼，P 的取值范圍為 1.5-3，這里 P 取 2.6 代入上式計算得出首次拉深時壓邊力 ＝ [] ×2.6≈3000N18以后各次壓邊力按 ＝ [ ] Ρ 來計算。③ ，拉深力的計算。由公式（4-21） 、 （4-22 ）當筒形件首次拉深采用壓邊圈時拉深力＝π t ，以后各次拉深 π t注: 為拉深時凸模的直徑、 為材料的抗拉強度、K 為系數(shù)，查表 4-19、4-20 得出 ＝0.9查附錄表一 ＝324-441 這里去 350MPa、t＝1mm、 ＝58mm 故＝3.14×58×1×350× 0.9＝57367.8N④ ，卸料力的計算。= × ＝0.04×132256.8N＝5290N 注：K 為卸料系數(shù)，其值為 0.02-0.06（薄料取大值，厚料取小值） 。⑤ ，總壓力。= ＋ ＋ ＋ ＝ 132256.8＋3000＋57367.8＋5290≈200KN綜合上述考慮到公稱壓力、滑塊行程、工作臺尺寸得出初選壓力機的噸位為 250KN 壓力機型號為 J23-80。1、落料拉深模：J23—80 開式壓力機 型號為 J23—80 壓力機的基本參數(shù)如：（表一）公稱壓力/KN 800滑塊行程/mm 130墊板尺寸/mm厚度 110直徑 60滑塊行程次數(shù)/（次/min）60 模柄孔尺寸/mm深度 75最大封閉高度/mm 380封閉高度調(diào)節(jié)量 100滑塊中心線至床身距 270 床身最大可傾角 30°19離/mm立柱距離/mm 380前后 540工作臺尺寸/mm左右 800前后 210工作臺孔尺寸左右 3806.凸、凹模刃口尺寸計算6.1.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(1-1.2t)，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。1）、制件標注外形尺寸凹模尺寸為L d=（Lmax –0.75Δ）凸模尺寸為20L p=（Ld–0.75Δ–Z）（2）、制件標注內(nèi)尺寸凸模尺寸為L p=（Lmin +0.4Δ）凹模尺寸為L d=（ Lp+0.4Δ+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—凸凹模雙面間隙對于落料拉深，制件標注外形尺寸，按此公式計算凹模尺寸為L d=（Lmax –0.75Δ）=52凸模尺寸為L p=（Ld– 0.75Δ–Z）=47.6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。6.2.落料凸、凹模刃口尺寸6.2.1.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；設(shè)計沖孔模先確定凸模刃口尺寸，以凸模為基準，間隙取在凹模上。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。21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。6.2.1.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。沖孔凸模和落料凹模尺寸按下列公式計算：落料時 Dp=(Dmax-XΔ-Zmin)- δp 式中 Dp dp——分別為落料和沖孔凸模的刃口尺寸（mm）；Dmax ——為落料件的最大極限尺寸（mm）；dmin——為沖孔件的最小極限尺寸（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）；L——沖件中心距基本尺寸（mm）；Zmin——最小沖裁間隙（mm）；落料凹模尺寸：Aj1=(Amax-XΔ)+ Δ=97-0.5×0.04=96.98+0.02; 落料凸模尺寸：Ah1=( Amax -2Z)+ Δ=97-2×0.08=96.84+0.02; 227.模具整體結(jié)構(gòu)形式設(shè)計落料拉伸結(jié)構(gòu)形式：238.模具零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計8.1.落料凹模的設(shè)計因制件形狀簡單，總體尺寸不大，選用整體式矩形凹模較為合理。選用Cr12MoV 為凹模材料。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=Kb（≥15mm）式中：b——沖裁件的最大外形尺寸，b=97K——系數(shù)，查表得 K=0.36則 H=0.36×97=34.92mm凹模壁厚 c=（1.0~1.5）H（≥30~40mm）=35~52.38mm所以凹模直徑為 D=200mm由《模具設(shè)計指導(dǎo)》表 5-43 凹模標準可查到較為靠近的凹模周界尺寸為φ200mm。硬度：58～62HRC（如圖） 下248.2.拉伸凸模的設(shè)計材料：Cr12Mov硬度：55～58HRC8.3.凸凹模的設(shè)計材料：Cr12Mov硬度：55～58HRC25由《模具設(shè)計指導(dǎo)》表 5-4，可得復(fù)合模的典型組合尺寸 φ270（單位為mm）（JB/T8066.1—1995）。而由此典型組合標準，即可方便的確定其他沖模零件的數(shù)量、尺寸及主要參數(shù)。其零件參數(shù)如下表所示：配用模架閉合高度 H 孔距尺寸凹模周界 凸凹模長度最小 最大 S S1 S2 S3φ200 φ80 180 220零件名稱及標準編號墊板 凸模固定板 凹模 卸料板 凸凹模固定板φ200×10φ200×18 φ200×50 φ200×15 φ200×18螺釘 圓柱銷 卸料螺釘 彈簧 螺釘 圓柱銷 圓柱銷M8×60 φ8×50 M8×70 M12×110φ12×110φ10×60選擇標準模架由凹模周界尺寸及模架閉合高度在 180~220mm 之間，查 《模具設(shè)計指導(dǎo)》表 5-7 選用標準模架：12 號中間圓形導(dǎo)柱標準模架 ⅠGB/T2851.1—1990，上模座厚度 35，下模座厚度 40，導(dǎo)柱 32×230，35×230，導(dǎo)套2645×125，50×125。9.模具的總裝配1、確定裝配基準件以落料拉深模為例，應(yīng)以凸凹模為裝配基準件。 首先要確定凸凹模在上模板上的位置， 安裝凸凹模組件， 確定凸凹模組件在上模板上的位置，然后用平行板將凸凹模組件和上模板夾緊，在上模板上劃出彎曲孔線，進而安裝好上模板上的其他組件。2、安裝上模部分檢查下模部分各個零件尺寸是不是滿足裝配技術(shù)條件要求。 安裝下模，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27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)此次課程設(shè)計是在學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)。28參考文獻[1]朱光力主編. 模具設(shè)計與制造實訓(xùn).第 1 版. 北京：高等教育出版社. 2002. 134~156[2]吳詩 主編. 沖壓工藝及模具設(shè)計 . 第 1 版. 西安：西北工業(yè)大學出版社. 2001. 40~45[3]溫松明主編. 互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ). 第 2 版. 長沙：湖南大學出版社. 1998. 4~5[4]馮炳堯 韓泰榮 殷振海 蔣文森編. 模具設(shè)計與制造簡明手冊. 第 1 版.上海：上?？茖W技術(shù)出版社. 1985. 1~ 80[5]劉朝儒 彭福蔭 高政一主編. 機械制圖. 第 3 版. 北京：高等教育出版社.2001[6]張代東主編. 機械工程材料應(yīng)用基礎(chǔ). 第 1 版.北京：機械工業(yè)出版社.2001.85~10329[7]王衛(wèi)衛(wèi)主編. 材料成型設(shè)備. 第 1 版.北京：機械工業(yè)出版.2004. 47~48[8]傅建軍主編. 模具制造工藝. 第 1 版.北京：機械工業(yè)出版社.2005. 24~25[9]王新華主編. 沖模設(shè)計與制造實用計算手冊. 北京：機械工業(yè)出版社.2004 年 8 月第 1 版. 2~ 15[10]王新華 袁聯(lián)富主編.沖模結(jié)構(gòu)圖冊. 第 1 版. 北京：機械工業(yè)出版社. 2003. 301、有凸緣筒形拉深模拉深凸模的制造拉深凸模的加工工藝過程 材料：Cr12，硬度：58～62HRC序號 工序名 工序內(nèi)容1 備料 毛坯鍛成 φ60mm×85mm 的圓棒料2 熱處理 退火3 銑平面 銑上、下平面，保證尺寸 80.5mm4 車削 車外圓,φ52.6mm 外圓柱留磨削余量 0.4mm，其余達圖樣尺寸5 鉗工 倒圓角至要求，去毛刺6 劃線 劃上端及側(cè)面通氣孔線7 鉆孔 鉆通氣孔8 檢驗9 熱處理 淬火，硬度至 58～62HRC10 磨削 磨削各表面達設(shè)計要求11 檢驗2、有凸緣筒形拉深模拉深凹模的制造拉深凹模的加工工藝過程 材料：Cr12，硬度：58～62HRC序號 工序名 工序內(nèi)容1 備料 毛坯鍛成 φ131mm×95mm 的圓棒料2 熱處理 退火3 銑平面 銑上、下平面，保證高度尺寸 90.8mm4 鉆中心孔 鉆中心孔5 車削 車削外表面并留 0.4mm 的磨削余量6 鏜孔 鏜內(nèi)孔，φ52mm 的孔留 0.4mm 的磨削余量7 鉗工 倒圓角至要求，去毛刺8 檢驗9 熱處理 淬火、回火，硬度至 58～62HRC10 磨削 磨削 φ120mm 內(nèi)表面和 φ52mm 外表面達設(shè)計要求,11 檢驗313、有凸緣筒形拉深模凸模固定板的制造凸模固定板的加工工藝過程 材料：45 鋼，硬度：調(diào)質(zhì) 24～28HRC序號 工序名 工序內(nèi)容1 備料 毛坯鍛成圓形2 熱處理 退火3 銑平面 并使兩大平面與相鄰兩側(cè)面基本垂直4 劃線 劃型孔、銷孔、螺紋孔中心線5 鉆孔 鉆各孔，留的磨削余量6 鉗工 攻螺紋，去毛刺7 檢驗8 熱處理 調(diào)質(zhì) 24～28HRC9 磨削 磨削內(nèi)表面達設(shè)計要求10 檢驗4、有凸緣筒形拉深模凹模固定板的制造凹模固定板的加工工藝過程 材料：45 鋼，硬度：58～60HRC序號 工序名 工序內(nèi)容1 備料 毛坯鍛成圓形2 熱處理 調(diào)質(zhì)，硬度 24～28HRC3 銑平面 銑面達并使兩大平面與相鄰兩側(cè)面基本垂直4 鉗工 劃型孔、銷孔、螺紋孔中心線，鉆穿絲孔，攻螺紋5 線切割 割安裝固定孔6 銑削 銑削固定孔背面的沉孔到要求7 磨削 磨削表面達設(shè)計要求8 檢驗5、有凸緣筒形拉深模彈壓卸料板的制造彈壓卸料板的加工工藝過程 材料：45 鋼，硬度：43～48HRC序號 工序名 工序內(nèi)容1 備料 毛坯鍛成圓形2 熱處理 退火323 銑平面 銑面并使兩大平面與相鄰兩側(cè)面基本垂直4 鉗工 劃各孔中心線5 鉆孔 鉆各孔6 銑削 銑削固定孔背面的沉孔到要求7 熱處理 淬火，硬度 43～48HRC8 磨削 磨削表面達設(shè)計要求9 檢驗6、有凸緣筒形拉深模上墊板的制造上墊板的加工工藝過程 材料：T8A，硬度：淬火 54～58HRC序號 工序名 工序內(nèi)容1 備料 毛坯鍛成圓形2 熱處理 退火3 銑平面 銑面并使兩大平面與相鄰兩側(cè)面基本垂直4 磨削 磨上、下平面，并磨兩相鄰側(cè)面使垂直5 劃線 劃型孔、銷釘孔、螺紋孔中心線6 鉆孔 鏜大孔，鉆各孔到要求7 鉗工 攻螺紋，去毛刺8 檢驗9 熱處理 淬火硬度 54～58HRC10 磨削 磨削兩大平面達設(shè)計要求11 檢驗7、有凸緣筒形拉深模下墊板的制造下墊板的加工工藝過程 材料：T8A，硬度：淬火 54～58HRC序號 工序名 工序內(nèi)容1 備料 毛坯鍛成圓形2 熱處理 退火3 銑平面 銑面并使兩大平面與相鄰兩側(cè)面基本垂直4 磨削 磨上、下平面，,并磨兩相鄰側(cè)面使四面垂直5 鉗工 ①劃型孔、銷釘孔、螺紋孔中心線33②鉆銷孔、螺紋孔、穿絲孔③攻螺紋到要求6 線切割 線切割型孔7 熱處理 淬火硬度 54～58HRC8 磨削 磨削厚度及型孔到要求9 檢驗