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目 錄
摘 要 3
引 言 4
第一章、沖裁件的工藝性分析 5
1.1.沖裁件的結構工藝性 5
1.1.1.沖裁件的形狀 5
1.1.2.沖裁件的尺寸精度 6
第二章、制件沖壓工藝方案的確定 7
2.1.沖壓工序的組合 7
第三章、制件排樣圖的設計及材料利用率的計算 8
3.1.制件排樣圖的設計 8
3.1.1.搭邊與料寬 8
3.2.材料利用率的計算 9
第四章、確定總沖壓力和選用壓力機及計算壓力中心 10
4.1.沖壓力 10
4.1.1.沖裁力的計算 10
4.1.2.卸料力的計算 10
4.2.壓力中心的計算 10
4.3.壓力機的選用 11
第五章、凸、凹模刃口尺寸計算 13
5.1.凸、凹模刃口尺寸計算原則 13
5.2.凸、凹模刃口尺寸計算方法 13
5.2.1.凸模和凹模分開加工 13
5.2.2.凸模和凹模配合加工 13
第六章、模具整體結構形式設計 16
6.1.模具類型 16
6.2.操作與定位方式 16
6.3.卸料與出件方式 16
6.4.模架類型及精度 16
第七章、模具零件的結構設計 18
7.1.落料凸模的設計 18
7.2.落料凹模的設計 18
第八章、模具的總裝配 21
設計小結 22
參考文獻 23
摘 要
隨著模具制造的技能化逐步向科學化發(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計的完成。冷沖模是其中的一種。
課程設計是在模具專業(yè)理論教學之后進行的實踐性教學環(huán)節(jié)。是對所學知識的一次總檢驗，是走向工作崗位前的一次實戰(zhàn)演習。其目的是，綜合運用所學課程的理論和實踐知識,設計一副完整的模具訓練、培養(yǎng)和提高自己的工作能力。鞏固和擴充模具專業(yè)課程所學內容，掌握模具設計與制造的方法、步驟和相關技術規(guī)范。熟練查閱相關技術資料。掌握模具設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、加工設備選定、制造工藝、收集和查閱設計資料，繪圖及編寫設計技術文件等。
本次重點設計的是一副落料模。這次設計是在老師認真、耐心的指導下進行的，是在對模具的經(jīng)濟性、模具的壽命、生產(chǎn)周期及生產(chǎn)成本等因素進行了全面的仔細的分析下而進行設計的。因我個人經(jīng)驗和水平有限，因此很難避免在設計的過程中存在不合理之處，望各位老師多多批評指正。
本論文是在老師的精心指導和嚴格要求下完成的。老師那嚴謹求實的治學態(tài)度，淵博的知識為我們樹立了榜樣，在此向她表示衷心的感謝！
在論文的設計和寫作過程中，得到同學的大力支持和協(xié)助，在此一并感謝！
關鍵詞：
工藝性分析、模具工藝方案論證、工藝計算、加工設備選定、制造工藝、收集和查閱設計資料，繪圖及編寫設計技術文件等。
引 言
模具行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及市場前景
現(xiàn)代模具工業(yè)有“不衰亡工業(yè)”之稱。世界模具市場總體上供不應求，市場需求量維持在700億至850億美元，同時，我國的模具產(chǎn)業(yè)也迎來了新一輪的發(fā)展機遇。近幾年，我國模具產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值保持15%的年增長率（據(jù)不完全統(tǒng)計，2005年國內模具進口總值達到700多億，同時，有近250個億的出口），到2007年模具產(chǎn)值預計為700億元，模具及模具標準件出口將從現(xiàn)在的每年9000多萬美元增長到2006年的2億美元左右。單就汽車產(chǎn)業(yè)而言，一個型號的汽車所需模具達幾千副，價值上億元，而當汽車更換車型時約有80%的模具需要更換。2005年我國汽車產(chǎn)銷量均突破550萬輛，預計2007年產(chǎn)銷量各突破700萬輛，轎車產(chǎn)量將達到300萬輛。另外，電子和通訊產(chǎn)品對模具的需求也非常大，在發(fā)達國家往往占到模具市場總量的20%之多。目前，中國17000多個模具生產(chǎn)廠點，從業(yè)人數(shù)約50多萬。1999年中國模具工業(yè)總產(chǎn)值已達245億元人民幣。工業(yè)總產(chǎn)值中企業(yè)自產(chǎn)自用的約占三分之二，作為商品銷售的約占三分之一。在模具工業(yè)的總產(chǎn)值中，沖壓模具約占50%，塑料模具約占33%，壓鑄模具約占6%，其它各類模具約占11%。
沖壓是利用安裝在沖壓設備（主要是壓力機）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（俗稱沖壓或沖壓件）的一種壓力加工方法。沖壓通常是在常溫下對材料進行冷變形加工，且主要采用板料來加工成所需零件，所以也叫冷沖壓或板料沖壓。沖壓是材料壓力加工或塑性加工的主要方法之一，隸屬于材料成型工程術。
沖壓所使用的模具稱為沖壓模具，簡稱沖模。沖模是將材料（金屬或非金屬）批量加工成所需沖件的專用工具。沖模在沖壓中至關重要，沒有符合要求的沖模，批量沖壓生產(chǎn)就難以進行；沒有先進的沖模，先進的沖壓工藝就無法實現(xiàn)。沖壓工藝與模具、沖壓設備和沖壓材料構成沖壓加工的三要素，只有它們相互結合才能得出沖壓件。
第一章、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。
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量合格的沖裁件。因此，沖裁件的結構形狀、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，對沖裁件質量、模具壽命和生產(chǎn)效率有很大的影響。
1.1.沖裁件的結構工藝性
1.1.1.沖裁件的形狀
圖1.零件及尺寸
產(chǎn)品材料為10#鋼，屬于優(yōu)質碳素結構鋼，抗剪強度260-340MPa,抗拉強度300-440MPa，此制件的形狀較簡單，四周圓角過渡，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。
1.1.2.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)濟級普通沖裁。
第二章、制件沖壓工藝方案的確定
2.1.沖壓工序的組合
沖裁工序可以分為單工序沖裁、復合工序沖裁和連續(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)品來說采用復合?；蜻B續(xù)模較合適。
（2） 根據(jù)對沖裁件尺寸形狀的適應性來確定 產(chǎn)品的尺寸較小，考慮到單工序送料不方便和生產(chǎn)效率低，因此常采用復合沖裁或連續(xù)沖裁。連續(xù)沖裁又可以加工形狀復雜、寬度很小的異形沖裁件。
（3） 根據(jù)模具制造安裝調整的難易和成本的高低來確定, 對復雜形狀的沖裁件來說，采用復合沖裁比采用連續(xù)沖裁較為適宜，因為模具制造安裝調整較容易，且成本較低。
（4） 根據(jù)操作是否方便與安全來確定 復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，在滿足沖裁件質量與生產(chǎn)率的要求下，選擇單工序沖裁方式，其模具壽命較長，生產(chǎn)率高，操作較方便和工作安全性高。最終選擇正裝落料模。
第三章、制件排樣圖的設計及材料利用率的計算
3.1.制件排樣圖的設計
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） 模具結構簡單、壽命長。
4） 保證沖件的質量和沖件對板料纖維方向的要求。
3.1.1.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，以保證零件質量和送料方便。
搭邊值的大小與材料的力學性能、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。搭邊值一般由經(jīng)驗確定，根據(jù)所給材料厚度δ=0.8mm，確定搭邊工作間a1為1.5mm, a為1.8mm。
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=28+1.5=29.5mm
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料板之間送進，并與導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
=(36+2×1.8)-0.3=39.6-0.3mm
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=0.3, 因此B=39.6-0.3。
具體可見排樣圖2。
3.2.材料利用率的計算
一個步距內的材料利用率η為
η=nF/Bs×100%
η=1×961.79/39.6×29.5×100%=82.33%
式中 F——一個步距內沖裁件面積（包括沖出的小孔在內）；961.79mm2
n——一個步距內沖裁件數(shù)目；1
B——條料寬度（mm）；39.6mm
s——步距（mm）；29.5mm
第四章、確定總沖壓力和選用壓力機及計算壓力中心
4.1.沖壓力
沖壓力是指沖裁力、卸料力、推件力和頂件力的總稱。
4.1.1.沖裁力的計算
平刃口沖裁力可按下式計算
落料力計算
F=KLδτ
F=1.3×130.84×0.8×340=46265.024N
=46.265KN
式中 F——沖裁力（N）；
L——沖裁件周邊長度（mm）；130.84mm
τ——材料抗剪強度（MPa）；（10#鋼260-340MPa）
δ——材料厚度(mm)；0.8mm
K——系數(shù)，通常K=1.3；
4.1.2.卸料力的計算
生產(chǎn)中常用下列公式計算
F卸=K卸F
=0.045×46.265=2.082KN
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=46.265+2.082=48.347KN
4.2.壓力中心的計算
采用解析法求壓力中心，求YG，XG
建立坐標系如下圖：
產(chǎn)品中心和模具中心一致，所以落料力在X和Y方向上的力臂均為0，且產(chǎn)品外形比較小，整個產(chǎn)品都在模柄直徑范圍內。
YG=（Y1F1）/（F1）
YG——F沖壓力到X軸的力臂；YG=0
XG=（X1F1）/（F1）
XG——F沖壓力到Y軸的力臂；YG=0
4.3.壓力機的選用
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：JC23—16壓力機
型號為JC23—16壓力機的基本參數(shù)如：（表一）
公稱壓力/KN
160
墊板尺寸/mm
厚度40
滑塊行程/mm
50
直徑210
滑塊行程次數(shù)/（次/min）
150
模柄孔尺寸/mm
直徑40
深度60
最大封閉高度/mm
220
滑塊底面積尺寸/mm
前后180
封閉高度調節(jié)量
45
左右300
滑塊中心線至床身距離/mm
280
床身最大可傾角
20°
立柱距離/mm
220
工作臺尺寸/mm
前后300
左右450
第五章、凸、凹模刃口尺寸計算
5.1.凸、凹模刃口尺寸計算原則
設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。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。
根據(jù)沖模在使用過程中的磨損規(guī)律，設計落料模時，凹模基本尺寸應取接近或等于零件的最小極限尺寸；設計沖孔模時，凸?；境叽鐒t取接近或等于沖孔件的最大極限尺寸。按沖件精度和模具可能磨損程度，凸、凹模磨損留量在公差范圍內的0.5-1.0之間。磨損量用xΔ表示，其中Δ為沖件的公差值，x為磨損系數(shù)，其值在0.5-1.0之間，與沖件制造精度有關，可按下列關系選取：零件精度IT10以上，X=1；零件精度IT11-IT13，X=0.75；零件精度IT14，X=0.5。
5.2.凸、凹模刃口尺寸計算方法
5.2.1.凸模和凹模分開加工
這種方法主要適用于圓形或簡單刃口。設計時，需在圖樣上分別標注凸模和凹模刃口尺寸及制造公差。并且保證沖模的制造公差與沖裁間隙之間滿足：
δd+δp≤Zmax-Zmin
5.2.2.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模或凸模其中一個，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)的模具或沖制復雜形狀的模具，廣泛采用配合加工的方法來設計制造。
沖孔凸模和落料凹模尺寸按下列公式計算：
落料凹模 Aj=(Dmax-XΔ)+δp
落料凸模 Hj=(Dmax-XΔ -Zmin)-δp
式中Aj——為落料凹模的刃口尺寸（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；
Hj——落料凸模刃口尺寸（mm）；
Zmin——最小沖裁間隙（mm）；
落料凹模尺寸： Aj1=(Amax-XΔ)+Δ/8
=36.15-0.5×0.3=36;
Aj2=(Amax-XΔ) +Δ/8
=28.1-0.5×0.2=28;
Aj3=(Amax-XΔ) +Δ/8
=3.05-0.5×0.1=3;
Aj4=(Amax-XΔ) +Δ/8
=3.55-0.5×0.1=3.5;
落料凸模尺寸： Hj1=(Aj1-Zmin) -Δ/8
=36-0.08=35.92;
Hj2=(Aj2-Zmin) -Δ/8
=28-0.08=27.92;
Hj3=(Aj3-Zmin/2) -Δ/8
=3-0.08/2=2.96;
Hj4=(Aj4+Zmin/2) -Δ/8
=3.5+0.08/2=3.54;
第六章、模具整體結構形式設計
6.1.模具類型
根據(jù)零件的沖裁工藝方案,采用沖壓沖裁模，工序為落料模。
6.2.操作與定位方式
零件中批量生產(chǎn),安排生產(chǎn)可采用手工送料方式能夠達到批量生產(chǎn),且能降低模具成本,因此采用手工送料方式.零件尺寸較小，厚度較小，保證模具精度及較好的定位，宜采用擋料銷導向，定位銷導正。
6.3.卸料與出件方式
考慮零件尺寸較小，厚度較薄，采用彈壓卸料方式，為了便于操作，提高生產(chǎn)率，沖件直接從凹模中脫出，凸模直接從凹模洞口推下所落出的產(chǎn)品，產(chǎn)品直接從沖床工作臺的孔掉下。
6.4.模架類型及精度
由于零件材料較厚，尺寸較小，沖裁間隙較大，采用復合模加工，可以選擇后側兩導柱的標準模架，考慮零件精度要求不是很高，沖裁間隙較小，因此采用Ⅰ級模架精度。本次設計根據(jù)凹模周界大小，模具閉合高度，選擇合理的標準模架。
模具整體結構采用正裝結構，根據(jù)凹模周界大小，選擇13#后側標準模架。緊固零件選用標準螺釘和銷釘。
第七章、模具零件的結構設計
7.1.落料凸模的設計
落料凸模刃口部分為異形,為便于凸模和固定板的加工,可通這設計成鉚接方式與固定板固定。凸模的尺寸根據(jù)卸料板尺寸和安裝固定要求尺寸h，取h15~20，因為這里的凹模刃口尺寸為3 mm,在范圍之內，所以取15mm，所以凸模的尺寸為L=15+18+15+2=50mm.
凸模材料：參照沖壓模具設計與制造選用Cr12MoV，硬度HRC58-62, 外形與固定板過盈配合，與上模板螺釘連接。具體零件圖如下：
7.2.落料凹模的設計
凹模輪廓尺寸的確定，凹模輪廓輪廓尺寸包括凹模板的平面尺寸L×B(長×寬)及厚度尺寸H。從凹模外邊緣的最短距離稱為凹模壁厚C。對于簡單對稱形狀刃口凹模，由于壓力中心即對稱中心，所以凹模和平面尺寸即可沿刃口型孔向四周擴大一個凹模壁厚來確定,所以:
L=l+2C=36+2×51=138m B=28+2×51=130mm
整體式凹模板的厚度可按如下經(jīng)驗公式估算:
H=K1K2=25.364mm, K1取1,K2根據(jù)資料取1.5。
由以上算得凹模輪廓尺寸L×B×H=138×130×25.364,查有關國家標準,因此我選L×B為標準尺寸,得L×B×H=140×120×30.
凹模材料的選用:材料選用Cr12MoV，凹模刃口尺寸及其它具體見零件圖或后面所附的零件圖。設計中，因為壓力中心與凹模板的幾何中心相差不太，由壓力機根據(jù)模柄孔尺寸為φ40，壓力中心仍在模柄投影面積，可設他們在同軸線上。
形狀結構：（如圖）
由《模具設計指導》表5-4，可得此模具典型組合尺寸為D×L=140×120mm（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：
凹模周界
凸模
配用模架閉合高度H
孔距尺寸
最小
最大
S
S1
140×120×30
55×40×50
180
210
零件名稱及標準編號
上墊板
卸料板
凹模
固定板
140×120×8
140×120×18
140×120×30
140×120×14
螺釘
圓柱銷
卸料螺釘
彈簧
螺釘
圓柱銷
M8×80
φ8×80
M8×40
M8×50
φ8×40
選用13#后側導柱標準模架，上模板厚度為30mm，下模板厚度為35mm，導柱為2-φ22×180，導柱為2-φ35×70。
第八章、模具的總裝配
模具的質量取決于模具零件質量和裝配質量。裝配質量又與零件質量有關，也與裝配工藝有關。裝配工藝視模具結構以及零件加工工藝而有所不同，拼合結構的比整體結構的裝配工藝復雜；級進模和復合模的裝配比單工序模要求高。
關于本次設計的模具裝配，大致有以下幾個要點：
1、 裝配時先要選擇基準件，原則上按照模具主要零件加工時的依賴關系來確定。可作裝配時基準件的有：導向板、固定板、凹模和凸模。
2、 裝配次序是按照基準件裝有關零件：
以導向板作基準件進行裝配時，通過導向板將凸模裝入固定板，再裝入上模座，然后再裝凹模和下模座。
當模具零件裝入上、下模座時，先裝作為基準的零件，在裝妥檢查無誤后，鉆鉸銷釘孔，打入銷釘。后裝的在裝妥無誤后要在試沖達到要求后再鉆鉸銷釘孔及打入銷釘。
3、 控制凸模、凹模的間隙
裝配時必須控制間隙均勻。
4、 沖模試沖
沖模在裝配并檢查間隙符合要求后，可進行切紙試沖，檢查切下處是否都是光邊或毛邊。如不一致時說明間隙不夠均勻，需要校正后再切紙，直到合乎要求為止。然后將在裝配時未固定銷釘?shù)纳夏Ｗ蛳履Ｗ娩N釘固定，進行試沖，如不符合要求時再進行調整間隙，重新鉆鉸銷釘孔。
設計小結
通過本次課程設計，在理論知識的指導下，結合認識實習和生產(chǎn)實習中所獲得的實踐經(jīng)驗，在老師和同學的幫助下，認真獨立地完成了本次課程設計。在本次設計的過程中，通過自己實際的操作計算，我對以前所學過的專業(yè)知識有了更進一步、更深刻的認識，能夠把自己所學的知識比較系統(tǒng)的聯(lián)系起來。同時也認識到了自己的不足之處。到此時才深刻體會到，以前所學的專業(yè)知識還是有用的，而且都是模具設計與制造最基礎、最根本的知識。
這次設計給了我一次全面展示自我的機會。讓我再次比較獨立地設計模具，進一步拓寬了我的知識面，同時也給了我一個溫習以前所學知識的機會，使我進一步鞏固了機械設計、機械制圖、沖壓模具及工藝等的基礎知識。本文闡述了模具的特點和發(fā)展趨勢，分析零件的工藝性，確定工藝方案，闡述了模具結構，提高計算能力、繪圖能力，熟悉了規(guī)范和標準。本次設計主要是對止動墊圈的沖裁模結構進行設計分析、計算、說明。通過這次設計，我掌握了模具設計的設計步驟，以及一些設計要點，也學到了許多繪圖技巧，對CAD、Pro/E的運用更加熟練，同時對機械行業(yè)的前景有了新的了解。
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