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沖擊載荷對(duì)深沖橢圓形汽車零部件的影響 Dong Hwan Park & Prasad K. D. V. Yarlagadda 板材成型方法是一種抽象的深沖過(guò)程，由于它的高效率而在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域非常 有用。要使用這種方法生產(chǎn)出最優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品依賴于工藝變量例如毛坯形狀，凸模和 凹模的輪廓半徑和材料的可鍛性。在這些變量當(dāng)中，毛坯形狀是非常重要的，因?yàn)?它控制著成型因子。這篇文章報(bào)道了對(duì)三種毛坯形狀的研究和對(duì)三種變形方式的圓 形網(wǎng)格測(cè)試。深入的考慮在不同的情況下橢圓成型過(guò)程中的沖擊載荷分布，包括凸 模和凹模的輪廓半徑都將在文章里討論。這些試驗(yàn)闡明凸模和凹模的外形輪廓及毛 坯形狀對(duì)形深沖汽車橢圓形零件的沖擊載荷分布的影響。這項(xiàng)研究的目的在于調(diào)查 工藝參數(shù)在非軸對(duì)稱橢圓深沖過(guò)程中對(duì)拉延性能的影響以及獲取來(lái)自于工業(yè)領(lǐng)域的 有用的數(shù)據(jù)。 關(guān)鍵字:深沖壓過(guò)程；毛坯形狀；沖擊載荷；輪廓半徑；沖擊行程；工藝參數(shù) 圖 1 橢圓形深沖試驗(yàn)設(shè)備 1引言 金屬板成型由于在削減研發(fā)時(shí)間和最終成本上有很大優(yōu)勢(shì),因而在汽車, 飛機(jī)，電器制 造業(yè)起了重要作用?？偟膩?lái)說(shuō)金屬板成型可能牽涉拉脹，拉深，反復(fù)彎曲和平直或 者由一些基本成型方法組合。許多關(guān)于圓筒形深沖的工藝參數(shù)研究已經(jīng)被應(yīng)用。許 多形狀例如方形，橢圓形和非軸對(duì)稱已經(jīng)開(kāi)始生產(chǎn)?？偟膩?lái)說(shuō)，大部分關(guān)于深沖工 藝的研究是針對(duì)軸對(duì)稱形狀的可成型性，但是很少有關(guān)于橢圓形件的可成型性的研 究。金屬板僅能被成型在局部出現(xiàn)變薄和頸縮之前的某一水平。這個(gè)水平主要依賴 于較大和較小應(yīng)變的組合比例。Kleeler 最先提出成形極限圖（ FLD） 。他的工作過(guò)去 局限于雙向拉深條件。換言之，即什么時(shí)候最大和最小表面應(yīng)變主應(yīng)變都是正的。 Goodwin 延伸 Keeler 的結(jié)論為包括拉深-壓縮主應(yīng)變區(qū)域。這個(gè)組合圖就是現(xiàn)在眾所 周知的 Keeler-Goodwin 成型極限圖。FLD 被廣泛使用于制造業(yè)來(lái)指導(dǎo)金屬板成型過(guò)程 的可成型性。 為了從非軸對(duì)稱的毛坯獲得最佳的橢圓形深沖件產(chǎn)品，在產(chǎn)品的拉延性能夠被 確定之前許多的工藝參數(shù)例如材料性能、凸模和凹模的輪廓半徑、潤(rùn)滑條件、沖擊 速度、毛坯的壓緊力（BHF ） 、間隙等等必須被考慮。除此之外，凸模和凹模的輪廓 半徑是最重要的參數(shù)，他們影響到深沖工藝的可成型性。深沖工藝的成型性能可以 被改進(jìn)，并且通過(guò)為深沖工藝選取采用適當(dāng)?shù)耐鼓：桶寄５妮喞霃揭约澳＞吲髁?可以減少時(shí)間和成本。 圖 2 橢圓深沖模具的幾何參數(shù) 探究非軸對(duì)稱毛坯在壓力條件下的成型性能，主要軸和次要軸之間的毛坯形狀 不同并且物質(zhì)流也不均勻。改變毛坯的形狀非常的重要，因?yàn)橐粋€(gè)毛坯和模具接觸， 隨著毛坯支撐面和模具的接觸面增大，模坯支撐力和沖壓力也增大。這就是隨著成 型抗力的增加而產(chǎn)生成型缺陷，為了解決這個(gè)缺陷，已經(jīng)對(duì)圓形和方形的毛坯進(jìn)行 了許多研究但是對(duì)橢圓形的毛坯深沖工藝的研究仍然不足。在這個(gè)研究中，通過(guò)分 析沖擊載荷的分布已經(jīng)調(diào)查清楚凸模和凹模的外形輪廓以及毛坯形狀對(duì)橢圓形深沖 工藝過(guò)程中成型性能的影響。 2深沖壓試驗(yàn) 2.1試驗(yàn)材料 材料使用 SECD 標(biāo)準(zhǔn) （KS ：韓國(guó)標(biāo)準(zhǔn)）具有高的可成型性能質(zhì)量,并且厚度為 1.6mm。有 20um 的鍍鋅層。 拉伸試驗(yàn)在壓延方向的 0、45、90 度方向上進(jìn)行。拉力試棒的標(biāo)距長(zhǎng)度和寬度分別 為 25 和 50。拉延方向上的力學(xué)性能標(biāo)示在表格 1 中。拉深試驗(yàn)的樣本由電火花線切 割機(jī)切割并且基于 KS B 0801 No.5。樣品的抗拉強(qiáng)度在速度設(shè)置為 10mm/min 的 UTM 上通過(guò)拉力試驗(yàn)測(cè)出。 圖 3非軸對(duì)稱毛坯劃線圓標(biāo)記 2.2實(shí)驗(yàn)設(shè)備和條件 表格 1 展示了使用的設(shè)備。水壓機(jī)（100t）使用模墊來(lái)控制毛坯的支撐力并且 通過(guò)測(cè)量過(guò)程中對(duì)上部的撞擊限制改變開(kāi)關(guān)。并且這個(gè)設(shè)備有一個(gè)計(jì)算機(jī)具有線性 變量差動(dòng)變壓器（LVDT） ，當(dāng)薄鋼板在這臺(tái)設(shè)備中成型時(shí)， LVDT 根據(jù)沖頭行程測(cè)量 沖擊載荷。 表格 2 展示試驗(yàn)條件如凸模和凹模的輪廓半徑。凸模圓角半徑固定在 6.4mm， 凹模圓角半徑基于兩種條件選擇。設(shè)備的沖擊行程由三部分組成，它們是（1）第一 過(guò)程為 46 mm， （2）第二過(guò)程為 62mm， （3）74mm，毛坯壓緊壓強(qiáng)為 2N/mm2。深 沖操作的潤(rùn)滑使用塑性加工用乳化油。表格 2 介紹了這次試驗(yàn)中非軸對(duì)稱橢圓形深 沖加工工藝使用的模具的幾何參數(shù)。 表格 1 拉伸方向上的機(jī)械力學(xué)性能 方向 楊氏模量 （GPa） 屈服強(qiáng)度 （Mpa） 抗拉強(qiáng)度 （Mpa） 延伸率 （%） 0 50.9 182 426 48.4 45 54.5 200 433 41.4 90 58.5 205 412 58.2 平均 54.6 195.7 423.7 46.0 2.3圓形網(wǎng)格試驗(yàn) 金屬板工件的變形引起的平面變形可以通過(guò)一系列小的直徑為 10mm 的圓測(cè)定， 印在毛坯表面的臨界變形區(qū)域。圖表 3 展示了劃線圓標(biāo)記的非軸對(duì)稱毛坯。這些圓 在變形過(guò)程中變形成各種不同的形狀。主要的和次要的軸標(biāo)示著主要的和次要的主 應(yīng)變方向。同樣的，測(cè)量尺寸被用來(lái)測(cè)定主要的和次要的主應(yīng)變幅度。這種圓形網(wǎng) 格測(cè)量的技術(shù)能夠被用來(lái)診斷在工業(yè)實(shí)際生產(chǎn)中頸縮和破裂的原因并且調(diào)查是否這 些缺陷是由材料性能的變動(dòng)、工具的磨損，潤(rùn)滑的改變或者不正確的壓力機(jī)設(shè)定所 導(dǎo)致的。 圖 4第一次拉深后主要和次要應(yīng)變的分布（R P=6.4MM Rd=6.4mm） 在非軸對(duì)稱橢圓深沖中，發(fā)現(xiàn)三種成型方式模式，移動(dòng)、延伸和平面應(yīng)變，當(dāng)主 要和次要應(yīng)變確定時(shí)就能確定三種移動(dòng)模式。當(dāng)主要應(yīng)變確定而次要應(yīng)變不確定時(shí) 延展模式能確定，而當(dāng)主要應(yīng)變確定而次要應(yīng)變?yōu)榱銜r(shí)平面應(yīng)變能夠確定。圖表 4、5 和 6 表達(dá)了基于凸模和凹模半徑的通過(guò)劃線圓試驗(yàn)的第一次拉深后的主要和次 要應(yīng)變分布。 圖 5第一次拉深后主要和次要應(yīng)變的分布（R P=6.4MM Rd=11.2mm） 依據(jù)劃線圓試驗(yàn)的結(jié)果，這非軸對(duì)稱橢圓深沖的主要和次要應(yīng)變的三種變形方 式展示在表格 7 中。變形區(qū)域的壁和凸緣主要出現(xiàn)在移動(dòng)模式中，沖頭則作用于平 面應(yīng)變模式，轉(zhuǎn)角則處于延伸模式。 第一次過(guò)程凹 模圓角半徑 （MM） 第二次過(guò)程凹 模圓角半徑 （MM） 第三次過(guò)程凹 模圓角半徑 （MM） 備注（MM） 11.2 11.2 11.2 16 16 11.2 16 16 11.2 11.2 16 16 11.2 毛坯類型（A ,B ,C） 16 凸模圓角半徑 RP=6.4 表格 2 試驗(yàn)設(shè)備的凸模和凹模圓角半徑 圖 6第一次拉深后主要和次要應(yīng)變的分布（R P=6.4MM Rd=16mm） 3毛坯形狀設(shè)計(jì) 通常說(shuō)來(lái)，基于熟練的精密工具制作者的經(jīng)驗(yàn)的試錯(cuò)法會(huì)增大時(shí)間和成本，現(xiàn)在都 謀求更加成熟度的毛坯形狀，因此，在這篇研究當(dāng)中，為了設(shè)計(jì)出表面面積相當(dāng)于 最終產(chǎn)品的毛坯形狀，我們通過(guò)三維模型計(jì)算最終產(chǎn)品的表面面積.我們使用三種毛 坯，他它們均有與最終產(chǎn)品相當(dāng)?shù)谋砻婷娣e，表格 8 展示了形狀的幾何結(jié)構(gòu)，A 型毛 坯的外形結(jié)構(gòu)大于 B 型和 C 型。B 型的短邊長(zhǎng)度小于 C 型毛坯。另一方面，B 型的長(zhǎng) 邊長(zhǎng)度略大于 C 型毛坯。在這次試驗(yàn)中產(chǎn)品的加工由七個(gè)深沖階段和三個(gè)修整、矯 形鍛壓階段組成等等。因此，整個(gè)的深沖階段有十個(gè)。在這篇研究當(dāng)中，測(cè)量沖擊 載荷的試驗(yàn)從第一個(gè)過(guò)程進(jìn)行到第三個(gè)過(guò)程。圖表 9 展示了基于過(guò)程的每種毛坯的 產(chǎn)品形狀。 圖 7 主要和次要應(yīng)變的三種變形方式 4結(jié)果和討論 圖表 10 展示了第一個(gè)過(guò)程中毛坯類型的沖擊載荷的比較。凸模圓角半徑固定在 6.4mm，第一過(guò)程的凹模圓角半徑基于兩種情況選擇，11.2 和 16mm。隨著非軸對(duì)稱 毛坯拉入陰模，初始沖擊載荷迅速增大導(dǎo)致短邊和長(zhǎng)邊阻力增大并且這時(shí)候在沖程 的 55%處測(cè)量到最大沖擊載荷。在達(dá)到最大沖擊載荷之后，載荷開(kāi)始減小一直到?jīng)_ 擊行程的下死點(diǎn)成型完成。隨著沖頭抵達(dá)沖擊行程的下死點(diǎn)變形總量增加而出現(xiàn)加 工硬化。在上死點(diǎn)沖擊行程完成。 與 B、C 毛坯相比較 A 型毛坯測(cè)量出的沖擊載荷較大，并且 B、C 毛坯的沖擊載 荷相似。A 毛坯的面積總體上說(shuō)要大于 B 和 C 毛坯。換句話說(shuō) ,A 毛坯的毛坯支撐接 觸面積大于 B 和 C.由于大的接觸表面積需要的大的支撐力將會(huì)在毛坯 A 上測(cè)到最大 沖擊載荷。表格 3 展示了基于第一階段凹模圓角半徑的毛坯最大沖擊載荷。當(dāng) Rdi=16mm 時(shí)最大沖擊載荷小于當(dāng) Rdi=11.2 時(shí)的沖擊載荷。 圖 8毛坯的幾何形狀 表格 11 展示了第二階段基于毛 坯形狀的沖擊載荷的比較。凸模圓角 半徑固定于 6.4mm，凹模圓角半徑固 定在 16mm，并且第二階段的凹模圓 角半徑基于兩種情況選取，11.2 和 16mm。當(dāng)使用 A 與 B 毛坯時(shí)在沖程的 80%處測(cè)到最大沖擊載荷，如表格 6 中展示的 當(dāng)使用 C 型毛坯時(shí)在 60%沖程處測(cè)到?jīng)_擊載荷。當(dāng)我們比較各個(gè)過(guò)程的沖擊載荷時(shí)， 第二階段的沖擊載荷小于第一階段的沖擊載荷并且結(jié)果顯示三種毛坯類型的沖擊載 荷相似。 由于拉距的減小當(dāng)從第一階段進(jìn)入第二階段時(shí)沖擊載荷減小。 圖 9各種形狀毛坯的產(chǎn)品 表格 3 第一次過(guò)程中基于凹模圓角半徑的最大毛坯沖擊載荷（R p=6.4） （單位：噸） 凹模圓角半徑 A 型 B 型 C 型 11.2 13.1 10.9 11.4 16 11.2 9.8 9.8 圖表 12 展示了第三過(guò)程基于毛坯形狀的沖擊載荷比較。凸模圓角半徑固定子啊 6.4mm，我們比較下面兩種情況：1 一個(gè)凹模圓角半徑在三個(gè)階段都是 16mm，2 其 他的凹模圓角半徑在三個(gè)階段都是 11.2mm。 相比較而言 A 毛坯的沖擊載荷相對(duì)說(shuō)大于 B 和 C 毛坯，然而在圖標(biāo) 12a 中顯示 當(dāng) Rd=11.2mm 沖擊行程會(huì)提升載荷。圖表 12b 顯示了 3 種形狀的沖擊載荷在沖擊行 程抵達(dá)下死點(diǎn)時(shí)相似而沒(méi)有什么大的差別，在圖表 10、11、12 中我們歸因于在沖頭 和薄鋼板之間的摩擦不同致使沖擊載荷不同。當(dāng)成型橢圓形非軸對(duì)稱產(chǎn)品時(shí)為了剪 切薄鋼板，最大沖擊載荷要大于剪切強(qiáng)度，這時(shí)候出現(xiàn)斷裂。理論上剪切強(qiáng)度通過(guò) 如下計(jì)算出：PF ? Lt sb ? 210 ? 1:6 ? 43:29 圖 10第一次拉深基于毛坯形狀的沖擊載荷比較 因?yàn)?A 型毛坯大于 B 和 C 型毛坯，毛坯支承力增加。因此，由于支承力力的增大 A 毛坯在每個(gè)階段都顯示出大的沖擊載荷。對(duì)比與 A 型毛坯，由于 B、C 的沖擊載荷小 于 A 型，毛坯的支承力也減小。因此，由于毛坯支撐力的減小使得 B、C 在每個(gè)階段 都顯示出較小的沖擊載荷。盡管 B 型毛坯的沖擊載荷在各個(gè)階段相似，一個(gè)好的沒(méi) 有間斷面的產(chǎn)品可以使用 C 型毛坯制造，因此，我期望在不久的將來(lái) C 型毛坯能夠 應(yīng)用于工業(yè)實(shí)際生產(chǎn)。 5結(jié)語(yǔ) 在這篇研究當(dāng)中，我們?yōu)榱藱E圓形產(chǎn)品使用薄金屬板進(jìn)行拉延性能試驗(yàn)。因此， 這個(gè)試驗(yàn)的結(jié)論澄清了凸模凹模圓角半徑的影響和非軸對(duì)稱橢圓形深沖中毛坯形狀 對(duì)載荷載荷分布的影響。結(jié)果概括如下: （1）從劃線圓試驗(yàn)結(jié)果可以知道，變形區(qū)的壁和凸緣主要作用于移動(dòng)方式，沖頭主 要作用于平面變形方式，而轉(zhuǎn)角主要作用于深縮方式。 （2）我們能夠觀察到最大沖擊載荷主要作用隨著過(guò)程的推移逐漸減小。 （3）我們能夠看到過(guò)程中在三種毛坯型中 A 型毛坯有最大的最大沖擊載荷并且盡管 B、C 有相似的沖擊載荷，然而好的沒(méi)有間斷的產(chǎn)品會(huì)從 C 型毛坯獲得。
9 總 結(jié)
本次設(shè)計(jì)成功地設(shè)計(jì)出一副落料、拉深、沖孔復(fù)合模，在設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)各個(gè)沖壓力進(jìn)行了詳細(xì)的計(jì)算，包括落料力、沖孔力、拉伸力、卸料力等等。查閱了相關(guān)的資料，對(duì)各種沖壓力的計(jì)算原理有了更加深入的理解，提升了計(jì)算能力。在模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，采用了一個(gè)凸凹模結(jié)合了三種工藝，落料拉深和沖孔，相對(duì)于以前的設(shè)計(jì)有了大的提高，無(wú)論是在結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上還是精度及材料的選取上，均進(jìn)行了細(xì)致的考慮，這次設(shè)計(jì)解決了采用雙動(dòng)壓力機(jī)進(jìn)行沖孔、拉深、落料的傳統(tǒng)模式，將落料、拉深及沖孔同時(shí)在一副裝在閉式單動(dòng)壓力機(jī)上的模具中完成，很大程度的提高了生產(chǎn)效率和制造精度。
1由于符合了三種沖壓工藝，模具的結(jié)構(gòu)相對(duì)較為復(fù)雜，模具的零件相對(duì)較多，加工精度要求高，裝配精度要求也比較高，考慮到拉深可能對(duì)孔的形狀產(chǎn)生影響，因此將沖孔放在拉深之后，保證了孔的精度。
2廢料的排出方面。由于模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，此種情況下的排料也會(huì)困難，但是由于采用的壓力機(jī)具有雙滑塊，能在下模產(chǎn)生一個(gè)運(yùn)動(dòng)，故而設(shè)計(jì)成復(fù)合了壓邊和卸料的裝置，簡(jiǎn)化了模具設(shè)計(jì)，同時(shí)保證了壓板和廢料的排出。
3模具的設(shè)計(jì)工程中大量的應(yīng)用了現(xiàn)在CAD技術(shù)，大大的簡(jiǎn)化了制圖過(guò)程，縮短了模具的設(shè)計(jì)周期，加速了設(shè)計(jì)流程，提高了效率，我也在此次設(shè)計(jì)中提高了熟練程度。
通過(guò)對(duì)倒裝復(fù)合模的設(shè)計(jì)，我對(duì)常用沖壓成型過(guò)程中對(duì)模具的工藝要求有了更深入的了解，掌握了沖壓成型模具的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及設(shè)計(jì)計(jì)算方法，又一次鍛煉了模具設(shè)計(jì)能力。
通過(guò)此次模具設(shè)計(jì)，我對(duì)模具的總體設(shè)計(jì)流程及設(shè)計(jì)方法以及設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)該著重考慮的要點(diǎn)都有了更加精確的理解，并且通過(guò)結(jié)合現(xiàn)在模具的CAD及CAD方法，我們有能力設(shè)計(jì)出成本低，性能好的模具，為模具行業(yè)的發(fā)展貢獻(xiàn)自己的一份力量。
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致 謝
經(jīng)過(guò)近一個(gè)月的忙碌，查詢數(shù)據(jù)，反復(fù)計(jì)算和仔細(xì)繪圖，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)工作終于接近尾聲，作為一個(gè)經(jīng)驗(yàn)仍然相對(duì)不足的大四畢業(yè)生，此次畢業(yè)設(shè)計(jì)工作可謂是感觸頗多，收獲亦頗多。
在設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到了種種實(shí)際困難，例如遇到從未實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)的零件工藝，落料拉深和沖孔，課堂上老師都有講授，此次復(fù)合模結(jié)合了落料、拉深和沖孔三種工藝，較為復(fù)雜，查閱了大量的相關(guān)資料，包括同類相似的零件模具設(shè)計(jì)，查閱了模具設(shè)計(jì)大典，從中汲取了許多有用的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)。
由于水平的有限，以前可能對(duì)某些老師教過(guò)的知識(shí)理解沒(méi)到位，也可能存在一些設(shè)計(jì)上的不足，而在此次設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中，我重新消化了以前所學(xué)的知識(shí)，進(jìn)行整合而有了進(jìn)一步更深更透徹的理解。在此要感謝大學(xué)四年所有教授我課業(yè)的老師們，是老師教給了我知識(shí)，使我現(xiàn)在能夠獨(dú)立的勝任畢業(yè)設(shè)計(jì)，為以后的工作打下基礎(chǔ)，感謝本次畢業(yè)設(shè)計(jì)課題導(dǎo)師賀金華老師的精心指導(dǎo)，因?yàn)橛匈R老師在我設(shè)計(jì)過(guò)程中不斷的提出指正，給予指導(dǎo)，幫助我改善設(shè)計(jì)，我才能不斷的完善設(shè)計(jì)方案，提高自身的理論實(shí)際水平。
還要衷心感謝我的同窗同學(xué)們，你們不僅讓我感覺(jué)到了友情的力量，也讓我感覺(jué)到了生活的愉悅，通過(guò)相互討論學(xué)到的思維方式使我受益終生。
最后，衷心感謝在百忙之中抽出時(shí)間審閱本論文的專家、教授。由于本人知識(shí)水平有限，文中不免有不妥之處，敬請(qǐng)各位專家、教授不吝批評(píng)和指正。
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2011 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)
端蓋的落料、拉深、沖孔復(fù)合模設(shè)計(jì)
系 、 部： 機(jī)械工程系
學(xué)生姓名： 王小龍
指導(dǎo)教師： 賀金華 職稱 副教授
專 業(yè)： 材料成型及其控制工程
班 級(jí)： 成型0704
學(xué) 號(hào)： 212070452
完成時(shí)間： 2011.05
摘 要
隨著中國(guó)工業(yè)不斷地發(fā)展，模具行業(yè)也顯得越來(lái)越重要。本文針對(duì)端蓋的沖裁工藝性和拉深工藝性，分析比較了成形過(guò)程的三種不同沖壓工藝（單工序、復(fù)合工序和連續(xù)工序），確定用一副復(fù)合模完成落料、拉深和沖孔的工序過(guò)程。介紹了端蓋冷沖壓成形過(guò)程，經(jīng)過(guò)對(duì)端蓋的批量生產(chǎn)、零件質(zhì)量、零件結(jié)構(gòu)以及使用要求的分析、研究，按照不降低使用性能為前提，將其確定為沖壓件，用沖壓方法完成零件的加工，且簡(jiǎn)要分析了坯料形狀、尺寸，排樣、裁板方案，拉深次數(shù)，沖壓工序性質(zhì)、數(shù)目和順序的確定。進(jìn)行了工藝力、壓力中心、模具工作部分尺寸及公差的計(jì)算，并設(shè)計(jì)出模具。還具體分析了模具的主要零部件（如凸凹模、卸料裝置、拉深凸模、墊板、凸模固定板等）的設(shè)計(jì)與制造，沖壓設(shè)備的選用，凸凹模間隙調(diào)整和編制一個(gè)重要零件的加工工藝過(guò)程。列出了模具所需零件的詳細(xì)清單，并給出了合理的裝配圖。通過(guò)充分利用現(xiàn)代模具制造技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)機(jī)械零件進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)、優(yōu)化設(shè)計(jì)、優(yōu)化工藝方法能大幅度提高生產(chǎn)效率，這種方法對(duì)類似產(chǎn)品具有一定的借鑒作用。
關(guān)鍵詞：端蓋；模具設(shè)計(jì)；復(fù)合模；拉深沖孔
ABSTRACT
With China's industries continue to develop and die industry is also becoming increasingly important. Based on the Cover of the stamping process and the deep drawing process, Comparative analysis of the process of forming three different stamping process (single processes, complex processes and continuous processes) confirm completion of a composite model blanking, drawing processes and punching process. On the cover of the cold stamping process, right after the Cover of the mass production, quality components, and the use of structural components of the analysis, research, in line with lower performance prerequisite to the identification of stampings, Stamping method used to complete the processing components, and a brief analysis of the blank shape, size, layout, the Conference Board, the number of Drawing, stamping processes in nature, number and sequence determination. For the process, the center of pressure, the die size and the tolerance of the calculation, design mold. Also analyzes the mold of the main components (such as punch and die and dump devices, drawing punch, slates, Punch plate, etc.) design and manufacturing, stamping equipment selection, punch-gap adjustment and establishment of a vital parts machining process. Die requirements set out a detailed list of parts, and gives a reasonable assembly. By fully utilizing modern manufacturing technology to mold traditional mechanical parts for structural improvements, design optimization, Process optimization methods can greatly enhance production efficiency, the method of similar products have some reference.
Keywords: Cover; Mold design; Composite molding; Drawing Punch
目 錄
1 分析零件的工藝性 1
2 確定工藝方案 3
2.1 計(jì)算毛坯尺寸 3
2.2 確定是否要壓邊圈 4
2.3 計(jì)算拉深次數(shù) 4
2.4 確定工藝方案 5
3 主要工藝參數(shù)的計(jì)算 7
3.1 確定排樣、裁板方案 7
3.2 計(jì)算工藝力、初選壓力機(jī) 8
3.2.1 計(jì)算工藝力 8
（1）落料力 8
（2）沖孔力 8
（3）卸料力 9
（4）推件力 9
（5）拉深力 9
（6）壓邊力 10
3.2.2 拉深功的計(jì)算 11
3.2.3 初選壓力機(jī) 11
3.2.4 計(jì)算壓力中心 11
3.2.5 計(jì)算凸、凹模刃口尺寸及公差 12
4 模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 15
4.1 模具結(jié)構(gòu)形式的選擇 15
4.1.1 模架的選用 15
4.1.2 模具的閉合高度 15
4.2 模具主要工作零件設(shè)計(jì) 16
4.2.1 落料凹模 16
4.2.2 拉深凸模 17
4.2.3 凸凹模 18
4.2.4 沖孔凸模 20
4.3 模具其他零件設(shè)計(jì) 20
4.3.1 彈壓御料板 20
4.3.2 上墊板 22
4.3.3 凸凹模固定板 23
4.3.4 凹模墊板 24
4.3.5 壓邊圈 25
5 模具的結(jié)構(gòu) 27
5.1 模具的結(jié)構(gòu)圖 27
5.2 模具零件明細(xì) 28
5.3 模具動(dòng)作分析 29
6 選定沖壓設(shè)備 30
7 模具的裝配 31
7.1 復(fù)合模的裝配 31
7.2 凸、凹模間隙的調(diào)整 31
8 模具成型零件的加工工藝過(guò)程編制 32
9 總結(jié) 36
參考文獻(xiàn) 37
致謝 38
1 分析零件的工藝性
沖壓件工藝性是指沖壓零件在沖壓加工過(guò)程中加工的難易程度。雖然沖壓加工工藝過(guò)程包括備料—沖壓加工工序—必要的輔助工序—質(zhì)量檢驗(yàn)—組合、包裝的全過(guò)程，但分析工藝性的重點(diǎn)要在沖壓加工工序這一過(guò)程里。而沖壓加工工序很多，各種工序中的工藝性又不盡相同。即使同一個(gè)零件，由于生產(chǎn)單位的生產(chǎn)條件、工藝裝備情況及生產(chǎn)的傳統(tǒng)習(xí)慣等不同，其工藝性的涵義也不完全一樣。這里我們重點(diǎn)分析零件的結(jié)構(gòu)工藝性。
該零件是端蓋，如圖1，該零件可看成帶凸緣的筒形件，料厚t=2mm，拉深后厚度不變；零件底部圓角半徑r=1.5mm凸緣處的圓角半徑也為R=1.5mm；尺寸公差都為自由公差，滿足拉深工藝對(duì)精度等級(jí)的要求。
圖1 工件圖
工藝性對(duì)精度的要求是一般情況下，拉深件的尺寸精度應(yīng)在IT13級(jí)以下，不宜高于IT11級(jí)；對(duì)于精度要求高的拉深件，應(yīng)在拉深后增加整形工序，以提高其精度，由于材料各向異性的影響，拉深件的口部或凸緣外緣一般是不整齊的，出現(xiàn)“突耳”現(xiàn)象，需要增加切邊工序。
影響拉深件工藝性的因素主要有拉深件的結(jié)構(gòu)與尺寸、精度和材料。拉深工藝性對(duì)結(jié)構(gòu)與尺寸的要求是拉深件因盡量簡(jiǎn)單、對(duì)稱，并能一次拉深成形；拉深件的壁厚公差或變薄量一般不應(yīng)超出拉深工藝壁厚變化規(guī)律；當(dāng)零件一次拉深的變形程度過(guò)大時(shí)，為避免拉裂，需采用多次拉深，這時(shí)在保證必要的表面質(zhì)量前提下，應(yīng)允許內(nèi)、外表面存在拉深過(guò)程中可能產(chǎn)生的痕跡；在保證裝配要求下，應(yīng)允許拉深件側(cè)壁有一定的斜度；拉深件的徑向尺寸應(yīng)只標(biāo)注外形尺寸或內(nèi)形尺寸，而不能同時(shí)標(biāo)注內(nèi)、外形尺寸。
工藝性要求材料具有良好的塑性，屈強(qiáng)比值越小，一次拉深允許的極限變形程度越大，拉深的性能越好；板厚方向性系數(shù)r和板平面方向性系數(shù)反映了材料的各向異性性能，當(dāng)r較大或較小時(shí)，材料寬度的變形比厚度方向的變形容易，板平面方向性能差異較小，拉深過(guò)程中材料不易變薄或拉裂，因而有利于拉深成形。
該零件結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單、形狀對(duì)稱，完全由圓弧和直線組成，沒(méi)有長(zhǎng)的懸臂和狹槽。零件尺寸除中心孔和兩中心孔的距離尺寸接近IT11級(jí)外，其余尺寸均為自由尺寸且無(wú)其他特殊要求，利用普通沖裁方法可以達(dá)到零件圖樣要求。零件材料為20號(hào)鋼，查詢機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得到其退火抗拉強(qiáng)度為大于400Mpa，屈服強(qiáng)度為206Mpa.此材料具有良好的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和塑性，其沖裁加工性較好。該零件的沖裁性較好，可以沖裁加工，適于大批大量生產(chǎn)。
2 確定工藝方案
2.1 計(jì)算毛坯尺寸
由于板料在扎壓或退火時(shí)所產(chǎn)生的聚合組織而使材料引起殘存的方向性，反映到拉深過(guò)程中，就使桶形拉深件的口部形成明顯的突耳。此外，如果板料本身的金屬結(jié)構(gòu)組織不均勻、模具間隙不均勻、潤(rùn)滑的不均勻等等，也都會(huì)引起沖件口高低不齊的現(xiàn)象，因此就必需在拉深厚的零件口部和外緣進(jìn)行修邊處理。這樣在計(jì)算毛坯尺寸的時(shí)候就必需加上修邊余量然后再進(jìn)行毛坯的展開(kāi)尺寸計(jì)算。
零件的凸緣直徑為116，其相對(duì)直徑為df /d=116/70=1.7查沖模設(shè)計(jì)手冊(cè)軟件版得其修邊值3.6。
在拉深時(shí)，雖然拉深件的各部分厚度要求發(fā)生一些變化，但如果采用適當(dāng)?shù)墓に嚧胧瑒t其厚度的變化量還是并不太大。在設(shè)計(jì)工藝過(guò)程時(shí)，可以不考慮毛坯厚度的變化。同時(shí)由于金屬在塑性變形過(guò)程中保持體積不變，因而，在計(jì)算拉深件的的毛坯展開(kāi)尺寸時(shí)，可以認(rèn)為在變形前后的毛坯和拉深間的表面積相等。
對(duì)于該零件，可視為帶凸緣的拉伸件。
其相對(duì)凸緣最大直徑，3.6mm，故切邊前的凸緣直徑為：
=116+23.6=123mm…………………………2.1
因
毛坯直徑: =…………………………………………2.2
==160mm
毛坯形狀如圖2
圖2 毛坯圖
2.2 確定是否需要壓邊圈
坯料相對(duì)厚度
…………………………………………2.3
所以需要壓邊圈。
2.3 計(jì)算拉深次數(shù)
在考慮拉深的變形程度時(shí)，必需保證使毛坯在變形過(guò)程中的應(yīng)力既不超過(guò)材料的變形極限，同時(shí)還能充分利用材料的塑性。也就是說(shuō)，對(duì)于每道拉深工序，應(yīng)在毛坯側(cè)壁強(qiáng)度允許的條件下，采用最大的變形程度，即極限變形程度。
極限拉深系數(shù)值可以用理論計(jì)算的方法確定。即使得在傳力區(qū)的最大拉應(yīng)力與在危險(xiǎn)斷面上的抗拉強(qiáng)度相等，便可求出最小拉深系數(shù)的理論值，此值即為極限拉深系數(shù)。但在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，極限拉深系數(shù)值一般是在一定的拉深條件下用實(shí)驗(yàn)的方法得出的，我們可以通過(guò)查表來(lái)取值。
零件的總拉深系數(shù)為，其相對(duì)凸緣直徑，屬于帶大凸緣拉深的拉深件。根據(jù)，，由教材<<沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)>>上表4-16、4-18查得一次允許的拉深系數(shù)，第一次拉深的最大相對(duì)高度。
因材料為20號(hào)鋼,具有良好的強(qiáng)度和塑性,其加工工藝性較好,可減小帶凸緣筒形件的首次拉深系數(shù)及增大最大相對(duì)高度。
使得，所以零件只需要一次拉深。
2.4 確定工藝方案
根據(jù)以上分析和計(jì)算，可以進(jìn)一步明確該零件的沖壓加工需要包括以下基本工序:落料、拉深、沖孔和修邊。
根據(jù)這些基本工序，可以擬出如下幾種工藝方案：
方案一
先進(jìn)行落料，再拉深，修邊，最后沖孔，以上工序過(guò)程都采用單工序模加工。用此方案，模具的結(jié)構(gòu)都比較簡(jiǎn)單，制造很容易，成本低廉，但由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單定位誤差很大，而且單工序模一般無(wú)導(dǎo)向裝置，安裝和調(diào)整不方便，費(fèi)時(shí)間，生產(chǎn)效率低。
方案二
落料與拉深、修邊在復(fù)合模中加工成半成品，再在單工序模上進(jìn)行沖孔。采用了落料與拉深、修邊的復(fù)合模，提高了生產(chǎn)率。對(duì)落料以及拉深的精度也有很大的提高。由于最后一道沖孔工序是在單工序模中完成，使得最后一步?jīng)_孔工序的精度降低，影響了整個(gè)零件的精度，而且中間過(guò)程序要取件，生產(chǎn)效率不高。
方案三
落料、拉深、沖孔全都在同一個(gè)復(fù)合模中一次加工成型。再在單工序切邊模上進(jìn)行切邊。此方案把三個(gè)工序集中在一副復(fù)合模中完成，使得生產(chǎn)率有了很大的提升。沒(méi)有中間的取放件過(guò)程，一次沖壓成型，而且精度也比較高，能保證加工要求，在沖裁時(shí)材料處于受壓狀態(tài)，零件表面平整。模具的結(jié)構(gòu)也非常的緊湊，外廓尺寸比較小，但模具的結(jié)構(gòu)和裝配復(fù)雜。
方案四
采用帶料級(jí)進(jìn)多工位自動(dòng)壓力機(jī)沖壓，可以獲得較高的生產(chǎn)效率，而且操作安全，但這一方案需要專用的壓力機(jī)或自動(dòng)的送料裝置。模具的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，制造周期長(zhǎng)，生產(chǎn)成本高。
根據(jù)設(shè)計(jì)需要和生產(chǎn)批量，綜合考慮以上方案，方案三最適合。即落料、拉深、沖孔在同一復(fù)合模中完成，這樣既能保證大批量生產(chǎn)的高效率又能保證加工精度，而且成本不高，經(jīng)濟(jì)合理。
3 主要工藝參數(shù)的計(jì)算
3.1 確定排樣、裁板方案
加工此零件為大批大量生產(chǎn)，沖壓件的材料費(fèi)用約占總成本的60%～80%之多。因此，材料利用率每提高1%，則可以使沖件的成本降低0.4%～0.5%。在沖壓工作中，節(jié)約金屬和減少?gòu)U料具有非常重要的意義，特別是在大批量的生產(chǎn)中，較好的確定沖件的形狀尺寸和合理的排樣的降低成本的有效措施之一。
由于材料的經(jīng)濟(jì)利用直接決定于沖壓件的制造方法和排樣方式，所以在沖壓生產(chǎn)中，可以按工件在板料上排樣的合理程度即沖制某一工件的有用面積與所用板料的總面積的百分比來(lái)作為衡量排樣合理性的指標(biāo)。
同時(shí)屬于工藝廢料的搭邊對(duì)沖壓工藝也有很大的作用。通常，搭邊的作用是為了補(bǔ)充送料是的定位誤差，防止由于條料的寬度誤差、送料時(shí)的步距誤差以及送料歪斜誤差等原因而沖出殘缺的廢品，從而確保沖件的切口表面質(zhì)量，沖制出合格的工件。同時(shí)，搭邊還使條料保持有一定的剛度，保證條料的順利行進(jìn)，提高了生產(chǎn)率。搭邊值得大小要合理選取。根據(jù)此零件的尺寸通過(guò)查取:
工件間a1=1.5
延邊 a=2
觀察毛坯形狀可以看出由于毛坯有斜邊，故采用斜排樣的方式較為合理。
從圖2上可知：進(jìn) 距 S=128+1.5=129.5mm
條料寬度 b=110.3+2*2=114.3mm
板料規(guī)格擬用2mm×1400mm×4000mm熱軋鋼板。查《沖壓模具設(shè)計(jì)》
GB 708-1988，為了操作方便采用橫裁。
裁板條數(shù)
35條
每條個(gè)數(shù)
11個(gè)
每板總個(gè)數(shù)
材料利用率
3.2 計(jì)算工藝力、初選壓力機(jī)
3.2.1 計(jì)算工藝力
（1） 落料力
平刃凸模落料力的計(jì)算公式為
…………………………………………3.6
式中 P— 沖裁力（N）
L— 沖件的周邊長(zhǎng)度（mm）
t— 板料厚度（mm）
—材料的抗沖剪強(qiáng)度（MPa）
K— 修正系數(shù)。它與沖裁間隙、沖件形狀、沖裁速度、板料厚度、潤(rùn)滑情況等多種因素有關(guān)。其影響范圍的最小值和最大值在（1.0～1.3）P的范圍內(nèi)，一般k取為1.25～1.3。
在實(shí)際應(yīng)用中，抗沖剪強(qiáng)度的值一般取材料抗拉強(qiáng)度的0.7~0.85。為便于估算，通常取抗沖剪強(qiáng)度等于該材料抗拉強(qiáng)度的80%。即
……………………………………………3.7
因此，該沖件的落料力的計(jì)算公式為
…………………………………………3.8
=1.3×0.8×457×2×400
=380224N
（2） 沖孔力
沖孔力可按下式計(jì)算：
……………………………………3.9
式中 —沖孔力（N）
L—沖件的內(nèi)輪廓長(zhǎng)度（mm）
t—板料厚度（mm）
—材料的抗拉強(qiáng)度（MPa）
因此，該零件的沖孔力為：
=0.8×1.3×2×π×3×2×2×400
=31365N
（3） 卸料力
一般情況下，沖裁件從板料切下以后受彈性變形及收縮影響。會(huì)使落料件梗塞在凹模內(nèi)，而沖裁后剩下的板料則箍緊在凸模上。從凸模上將沖件或廢料卸下來(lái)所需的力稱卸料力。影響這個(gè)力的因素較多，主要有材料力學(xué)性能、模具間隙、材料厚度、零件形狀尺寸以及潤(rùn)滑情況等。所以要精確地計(jì)算這些力是困難的，一般用下列經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：
卸料力
……………………………………3.10
式中 F—— 沖裁力(N)
——頂件力及卸料力系數(shù)，其值可查教材表2-10。
這里取為0.04。
因此
F卸=0.04×380224=15208N
（4） 推件力
將卡在凹模中的材料順著沖裁力方向頂出所需要的力稱為推件力。根據(jù)<<沖壓工藝學(xué)>>書(shū)上公式2-13，則推件力為：
F推=nK1F…………………………………………3.11
=1×0.05×31365=1568
K1—推件力系數(shù)，其值可查表2-10，取K1為0.05。
（5） 拉深力
一般情況下拉深力隨凸模行程變化而改變，其變化曲線如圖3。從圖中可以看出，在拉深開(kāi)始時(shí)，由于凸緣變形區(qū)材料的變形不大，冷作硬化也小，所以雖然變形區(qū)面積較大，但材料變形抗力與變形區(qū)面積相乘所得的拉深力并不大；從初期到中期，材料冷作硬化的增長(zhǎng)速度超過(guò)了變形區(qū)面積減少速度，拉深力逐漸增大，于前中期拉深力達(dá)到最高點(diǎn)位置；拉深到中期以后，變形區(qū)面積減少的速度超過(guò)了冷作硬化增加的速度，于是拉深力逐漸下降。零件拉深完以后，由于還要從凹模中推出，曲線出現(xiàn)延緩下降，這是摩擦力作用的結(jié)果，不是拉深變形力。
圖3 拉深力變化曲線
由于影響拉深力的因素比較復(fù)雜，按實(shí)際受力和變形情況來(lái)準(zhǔn)確計(jì)算拉深力是筆尖困難的。所以，實(shí)際生產(chǎn)中通常是以危險(xiǎn)斷面的拉應(yīng)力不超過(guò)其材料抗拉強(qiáng)度為依據(jù)，采用經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算。對(duì)于帶凸緣圓筒形零件的拉深力近似計(jì)算公式為：
…………………………………………3.12
式中 —圓筒形零件的凸模直徑（mm）
—系數(shù)，這里取1
—材料的抗拉強(qiáng)度（MPa）
—材料厚度
因此 F拉=1×π×68×2×400=170902
（6） 壓邊力
壓邊力的大小對(duì)拉深件的質(zhì)量是有一定影響的，如果過(guò)大，就要增加拉深力，因而會(huì)使制件拉裂，而壓邊圈的壓力過(guò)小就會(huì)使工件的邊壁或凸緣起皺，所以壓邊圈的壓力必須適當(dāng)。合適的壓邊力范圍一般應(yīng)以沖件既不起皺、又使得沖件的側(cè)壁和口部不致產(chǎn)生顯著的變薄為原則。壓邊力的大小和很多因素有關(guān)，所以在實(shí)際生產(chǎn)中，可以根據(jù)近似的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算。
(N)…………………………………………3.13
式中 A—初始有效壓邊面積(mm);
—單位壓邊力(MPa),這里經(jīng)查模具設(shè)計(jì)大典p297表19.4-44得 F=2.5
所以有 FQ=(14902－π*732/4 )Fq=26791N
3.2.2 拉深功的計(jì)算
拉深所需的功可按下式計(jì)算
…………………………………………3.14
式中 —最大拉深力（N）
h —拉深深度（mm）
W—拉深功（N·m）
C—修正系數(shù)，一般取為C=0.6~0.8。
所以
…………………………3.15
=5195W
3.2.3 初選壓力機(jī)
壓力機(jī)噸位的大小的選擇，首先要以沖壓工藝所需的變形力為前提。要求設(shè)備的名義壓力要大于所需的變形力，而且還要有一定的力量?jī)?chǔ)備，以防萬(wàn)一。從提高設(shè)備的工作剛度、沖壓零件的精度及延長(zhǎng)設(shè)備的壽命的觀點(diǎn)出發(fā)，要求設(shè)備容量有較大的剩余。
因，故總沖壓力
………………………3.16
=380224+15208+31365+26791+1568+170902
=626KN
應(yīng)選的壓力機(jī)公稱壓力取為1.5，則公稱壓力為：
P0=1.5×626=939KN
壓力機(jī)的規(guī)格選擇應(yīng)該從沖壓件的大小，模具的大小以及工藝變形力考慮，此處初選閉式單點(diǎn)壓力機(jī)J31—630B。
3.2.4 計(jì)算壓力中心
本零件為對(duì)稱幾何體,其壓力中心就在它的圓心處，因此不必計(jì)算它的壓力中心。
3.2.5 計(jì)算凸、凹模刃口尺寸及公差
沖裁件的尺寸精度取決于凸、凹模刃口部分的尺寸。沖裁間隙的合理也要靠凸、凹模刃口部分的尺寸來(lái)實(shí)現(xiàn)和保證。所以正確確定刃口部分的尺寸是相當(dāng)重要的。在決定模具刃口尺寸及制造公差時(shí)，需考慮以下原則：①落料件的尺寸取決于凹模的磨損，沖裁件的尺寸取決于凸模尺寸。②考慮到?jīng)_裁時(shí)凸、凹模的磨損，在設(shè)計(jì)凸、凹模刃口尺寸時(shí)，對(duì)基準(zhǔn)件刃口尺寸在磨損后變大的，其刃口公稱尺寸應(yīng)取工件尺寸范圍內(nèi)較小的數(shù)值。對(duì)基準(zhǔn)件刃口尺寸在磨損后減少的，其刃口公稱尺寸應(yīng)取工件尺寸范圍內(nèi)較大的數(shù)值。這樣，在凸模磨損到一定程度的情況下，任能沖出合格的零件。③在確定模具刃口制造公差時(shí)，要既能保證工件的精度要求，又要保證合理的間隙數(shù)值。
采用凸凹模分別加工，凸凹模分別加工是指在凸模與凹模分別按各自圖樣上標(biāo)注的尺寸及公差進(jìn)行加工，沖裁間隙由凸凹模刃口尺寸及公差保證，這樣就需要分別計(jì)算出凸模和凹模的刃口尺寸及公差，并標(biāo)注在凸凹模設(shè)計(jì)圖樣上，這樣加工方法具有互換性，便于成批制造，主要用于簡(jiǎn)單，規(guī)范形狀（圖形，方法或矩形）的沖件。
①落料時(shí)，因?yàn)槁淞霞砻娉叽缗c凹模刃口尺寸相等或基本一致，應(yīng)該先確定凹模刃口尺寸，即以凹模刃口尺寸為基準(zhǔn)，又因?yàn)槁淞霞叽鐣?huì)隨凹模刃口的磨損而增大，為了保證凹模磨損到一定程度仍能沖出合格零件，故凹模基本尺寸應(yīng)該取落料件尺寸公差范圍內(nèi)的較小尺寸，落料凸模的基本尺寸則是凹?；境叽缟蠝p去最小合理間隙。
………………………………3.18
……………………………3.19
式中 —落料凸模最大直徑（mm）
—落料凹模最大直徑（mm）
D —工件允許最大尺寸（mm）
— 沖裁工件要求的公差
X —系數(shù)，為避免多數(shù)沖裁件尺寸都偏向于極限尺寸，此處可取X=0.5。
對(duì)于未標(biāo)注公差可按IT14級(jí)計(jì)算，根據(jù)教材上表2-3查得，沖裁模刃口雙面間隙：
、—凹、凸模制造偏差，這里按IT7來(lái)選取:
落料刃口最大尺寸計(jì)算
凸模制造公差按IT8級(jí)精度選取，得落料尺寸，查表得
校核間隙：｜｜+｜｜條件，但相差不大，可作如下調(diào)整：
=
則
=
=159.5
=（159.5-0.12）0-δp
=159.38 0-0.016
②拉深時(shí)，拉深模直徑尺寸的確定的原則，與沖裁模刃口尺寸的確定基本相同，只是具體內(nèi)容不同，這里不在復(fù)述。
拉深凸模和凹模的單邊間隙
C=tmax+kt
式中 tmax 材料最大厚度
K 間隙系數(shù)
查模具設(shè)計(jì)大典表19.4-37取k=0.1 得C=2.2
計(jì)算凸凹模制造公差，按IT8級(jí)精度選取，由附錄表4查得，對(duì)于拉深尺寸，。
因拉深件標(biāo)注內(nèi)形尺寸，采用如下計(jì)算公式：
拉深凸模：
DP=（d+0.4△）-δp…………………………………3.20
式中 D—拉深件內(nèi)形尺寸：
d—凸模尺寸：
—拉深件公差，這里按IT14級(jí)精度選取，查表附錄4，可以 得=1：
即有 DP=68.4-0.046
拉深凹模：
Dd=（68.4+2×2.2）+0.046=72.8+0.046
③沖孔時(shí)，對(duì)于沖孔孔，，按IT14級(jí)精度選取，查標(biāo)準(zhǔn)公差數(shù)值得：△=0.3，查常壓工藝學(xué)教材表2-3得Zmax=0.160，Zmin=0.120，校核間隙：｜｜+｜｜≤，滿足條件，故可以采用凸模與凹模分開(kāi)加工方法，因數(shù)由教材P18查得，，則為：
=（6+0.5×0.3）-0.020
=6.15-0.020
=（6.15+0.120）+0.020
=6.27+0.020
④孔心距為Cj=（Cmin+0.5△）±δ 其中δ=△/8
得Cj=99.9±0.025
4 模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
4.1 模具結(jié)構(gòu)形式的選擇
4.1.1 模架的選用
采用落料、拉深、沖孔復(fù)合模，首先要考慮落料凸模（兼拉深凹模）的壁厚是否過(guò)薄。本次設(shè)計(jì)中凸凹模的最小壁厚為，滿足鋼材最小壁厚的要求能夠保證足夠的強(qiáng)度，故采用復(fù)合模。
模具采用倒裝式。模座下的緩沖器兼作壓邊與頂件，另外還設(shè)有彈性卸料裝置的彈性頂件裝置。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是操作方便，出件暢通無(wú)阻，生產(chǎn)效率高，缺點(diǎn)是彈性卸料板使模具的結(jié)構(gòu)變復(fù)雜,要簡(jiǎn)化可以采用剛性卸料板，其缺點(diǎn)是拉深件留在剛性卸料板中不易取出，帶來(lái)操作上的不便，結(jié)合本次設(shè)計(jì)綜合考慮，采用彈性卸料板。
從生產(chǎn)量和方便操作以及具體規(guī)格方面考慮，選擇后導(dǎo)柱模架，由凹模外形尺寸，（GB/T2851.5—1990）在按其標(biāo)準(zhǔn)選擇具體結(jié)構(gòu)尺寸如下
上模板 HT250
下模板 ZG450
導(dǎo) 柱 20鋼
導(dǎo) 套 20鋼
凸緣模柄 Q235
模具閉合高度 MAX 245mm MIN 200mm
4.1.2 模具的閉合高度
所謂的模具的閉合高度H是指模具在最低工作位置時(shí)，上下模座之間的距離，它應(yīng)與壓力機(jī)的裝模高度相適應(yīng)。
模具的實(shí)際閉合高度，一般為：
……………4.1
該副模具使用上墊板厚度為10mm，凹模固定板厚度為12mm。如果沖頭（凸凹模）的長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為110mm，凹模（落料凹模）設(shè)計(jì)為70mm，則閉合高度為：
4.2 模具主要工作零件設(shè)計(jì)
4.2.1 落料凹模
落料凹模采用矩形板結(jié)構(gòu)和直接通過(guò)螺釘、銷釘與下模座固定的固定方式。因生產(chǎn)的批量大，考慮凹模的磨損和保證零件的質(zhì)量，凹模刃口采用直刃壁結(jié)構(gòu)，刃壁高度h=7，漏料部分沿刃口輪廓適當(dāng)擴(kuò)大（為便于加工，落料凹模漏料孔可設(shè)計(jì)成近似于刃口輪廓的形狀，如凹模圖）。凹模輪廓尺寸計(jì)算如下：
凹模厚度 H=Kb
查教材表8-3 取K=0.2 則H=32
凹模壁厚 c=（1.5~2）h 取1.5h=48
沿送料方向的凹模長(zhǎng)度為
根據(jù)算得的凹模輪廓尺寸，選取與計(jì)算值相近的凹模板，其尺寸為
L×B×H=250×200×58
凹模的材料選用，工作部分熱處理淬硬。
圖4 落料凹模
4.2.2 拉深凸模
拉深凸模刃口部分為非圓形，為便于凸模和固定板的加工，可設(shè)計(jì)成階梯形結(jié)構(gòu)，并將安裝部分設(shè)計(jì)成便于加工的長(zhǎng)圓形，通過(guò)螺釘緊固在固定板上，用銷釘定位。凸模的尺寸根據(jù)刃口尺寸、卸料裝置和安裝固定要求確定。凸模的材料選用T8A，工作部分熱處理淬硬。
對(duì)于拉深凸模的工作深度，必須從幾何形狀上做的正確。為了使零件容易在拉深后被脫下，在凸模的工作深度可以作成一定錐度
為了防止拉深件被凹模內(nèi)壓縮空氣頂癟及拉深件與凸模之間發(fā)生真空現(xiàn)象而緊箍在凸模上，故在凸模上設(shè)計(jì)通氣孔，以使拉深后容易從凸模上取下。根據(jù)凸模尺寸取出氣孔直徑d=6，數(shù)量為2個(gè)。如圖5。
圖5 拉深凸模
4.2.3 凸凹模
該復(fù)合模中的凸凹模是主要工作零件，其外形作為落料凸模內(nèi)形又作為拉深凹模，并且內(nèi)、外形刃口部分都為非圓形，為便于凸凹模與凸模固定板的配合，凸凹模的安裝部分設(shè)計(jì)成便于加工的長(zhǎng)圓形，通過(guò)螺釘緊固在凸模固定板上，并用銷釘定位。如圖6。
凸凹模的自由長(zhǎng)度為：L=凸模固定板厚度+橡膠安裝高度+卸料板厚度+材料厚度+凸凹模工作高度=22+26+20+2+（42-2）=110mm。……………………4.2
圖6 凸凹模
4.2.4 沖孔凸模
沖孔凸模的作用是沖出工件上兩個(gè)間距為100±0.2的圓孔。其總體尺寸較小，要求有較高的剛度，韌性和耐磨性，精度要求也較高，做成階梯軸的形式與固定板固定，凸模的尺寸及形式設(shè)計(jì)如圖7。
圖7 沖孔凸模
4.3 模具其他零件設(shè)計(jì)
4.3.1 彈壓御料板
彈性卸料板的尺寸可以根據(jù)彈性元件的數(shù)目以及外徑來(lái)計(jì)算。如圖8。
由于受到橡膠允許承受的載荷較大,安裝,調(diào)整,靈活,方便,因而是沖裁模中常用的彈性元件,沖裁模中用于卸料的橡膠有合成橡膠和聚氨脂橡膠,其中聚氨脂的性能比合成橡膠優(yōu)異,是常用的卸料彈性元件。
為了保證卸料正常工作,應(yīng)該使橡膠的預(yù)緊的預(yù)壓力：
……………………………………4.3
橡膠的壓力與壓縮量之間不是線形關(guān)系,橡膠的壓縮時(shí)產(chǎn)生的壓力按下式計(jì)算:
………………………………………4.4
式中 A——橡膠的橫截面積
P——橡膠與單位壓邊力,其值與橡膠的壓縮量,形狀及尺寸有關(guān)
計(jì)算橡膠的自由高度,由下式
～4) …………………………………………4.5
計(jì)算橡膠的裝配高度,由下式
………………………………………………4.6
～ …………………………………… 4.7
按公式計(jì)算得:
圖8 彈壓卸料板
4.3.2 上墊板
墊板的作用是直接承受和擴(kuò)散凸模傳遞的壓力，以降低模座所受的單位壓力，防止模座被壓出陷痕而損壞。在設(shè)計(jì)中我們把墊板的外形尺寸與凸凹模的外形尺寸相匹配，其厚度我們?cè)O(shè)計(jì)為10mm。在上墊板上設(shè)計(jì)了一個(gè)推桿孔，以便安裝推桿，還有四個(gè)螺釘孔以及兩個(gè)銷孔，這些都是為了與凸凹模和拉深凸模上的各種固定零件的安裝相匹配的。在圖中標(biāo)注尺寸精度、形位公差及粗糙度。上墊板的零件圖如圖9所示。
圖9 上墊板
4.3.3 凸凹模固定板
凸凹模固定板的作用是固定凸凹模，起到穩(wěn)固的作用，其與凸凹模接觸面部分有配合精度要求，以保證凸凹模的安裝精度，其上設(shè)置6個(gè)孔，用來(lái)安裝螺釘和銷釘，整體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如下圖10。
圖10 凸凹模固定板
4.3.4 凹模墊板
本設(shè)計(jì)中凹模墊板的作用主要有支撐落料凹模，并且需要安裝沖孔凸模降低模座的單位面積受力，防止模座被壓出陷痕而損壞。并且需要安裝沖孔凸模，設(shè)計(jì)凹模墊板時(shí)主要考慮安裝螺釘和凸模以及銷子和頂桿的位置。外形尺寸及精度設(shè)計(jì)如圖11。
圖11 凹模墊板
4.3.5 壓邊圈
在本設(shè)計(jì)中,壓邊圈借助頂桿所施的頂件力,既起到壓邊的效果,又起來(lái)把拉深件頂出拉深凸模,設(shè)計(jì)高度為15mm,如圖12。
圖12 壓邊圈
5 模具的結(jié)構(gòu)
5.1 模具的結(jié)構(gòu)圖
由以上的設(shè)計(jì)計(jì)算，并經(jīng)繪圖設(shè)計(jì)，該端蓋落料、拉深、沖孔復(fù)合模裝配圖如圖13所示。
圖13 結(jié)構(gòu)圖
5.2 模具零件明細(xì)
該復(fù)合模的主要零部件在模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中已經(jīng)進(jìn)行了仔細(xì)的設(shè)計(jì)，其余的非標(biāo)準(zhǔn)的零件可以根據(jù)需要按國(guó)標(biāo)選取使用。所有零件的明細(xì)表下表5.2。
表1 落料、拉深、沖孔復(fù)合模零件表
件號(hào)
名 稱
數(shù)量
材 料
規(guī) 格（㎜）
標(biāo) 準(zhǔn)
熱 處 理
1
圓柱銷
2
12x60
GB/T119.1-2000
2
上墊板
1
45
250x200x10
43～48HRC
3
推 板
1
40
厚度10mm
40～45HRC
4
凸緣模柄
1
Q235
70x100
JB/T7646.3-1994
5
打 桿
1
40
15x135
43～48HRC
6
推 桿
3
40
6x85
43～48HRC
7
卸料螺釘
4
M12x105
GB2867.6-81
8
壓邊圈
1
45
厚度15mm
48～52HRC
9
螺 釘
4
M10x20
GB/T70.1-2000
10
導(dǎo)套
1
20
28x100x42
滲碳58～62HRC
11
導(dǎo)柱
1
20
28x195
滲碳58～62HRC
12
落料凹模
1
CrWMn
高70mm
58～62HRC
13
凹模固定板
1
45
250 x200x12
43～48HRC
14
圓柱銷
2
12x100
GB/T119.1-2000
15
推件塊
1
45
10x69
48～52HRC
16
頂 桿
2
6x100
JB/T7650.3-1994
43～48HRC
17
沖孔凸模
2
Cr12
13x30
58～62HRC
18
螺 釘
5
M12x70
GB/T70.1-2000
19
凸凹模固定板
1
45
250x200x22
43～48HRC
20
擋料銷
3
45
16x13
JB/T7649.10-1994
43～48HRC
5.3 整個(gè)模具動(dòng)作分析
該模具一次沖程完成一個(gè)工件，工作平穩(wěn)，原料送入后由銷釘定位，凸凹模下行落料，并由壓邊圈壓邊，進(jìn)行拉深，拉深過(guò)程中壓邊圈和凸凹模同步下行，當(dāng)接觸沖孔凸模時(shí)，由兩個(gè)沖孔凸模進(jìn)行沖孔，完成沖孔后上模上行，由打桿帶動(dòng)推桿和推件塊完成工件和廢料的推出，完成一次沖壓過(guò)程。
6 選定沖壓設(shè)備
沖壓設(shè)備選擇是沖壓工藝過(guò)程設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重要內(nèi)容，它直接關(guān)系到設(shè)備的安全和使用的合理，同時(shí)也關(guān)系到?jīng)_壓工藝過(guò)程的順利完成及產(chǎn)品質(zhì)量、零件精度、生產(chǎn)效率、模具壽命、板料的性能與規(guī)格、成本的高低等一系列重要問(wèn)題。
在前面的設(shè)計(jì)中，我們已經(jīng)對(duì)沖壓設(shè)備的噸位以及閉合高度等參數(shù)進(jìn)行了確定。這里根據(jù)前面所算出來(lái)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)。查表選擇壓力機(jī)，確定選用閉式單點(diǎn)壓力機(jī)J31-630B,其主要具體參數(shù)如下:
公稱壓力 1000KN
滑塊行程 120mm
封閉高度調(diào)節(jié)量 110mm
工作臺(tái)尺寸 600460mm
柄孔尺寸 60×75mm
立柱間距離 420mm
工作臺(tái)板厚 110mm
7 模具的裝配
7.1 復(fù)合模的裝配
復(fù)合模一般以凸凹模作為裝配基件。其裝配順序?yàn)椋孩傺b配模架，導(dǎo)套與上模座采用配合，導(dǎo)柱與下模座采用基軸制配合；②裝配凸凹模組件（凸凹模及其固定板）和凸模組件（凸模及其固定板）；③將凸凹模組件用螺釘和銷釘安裝固定在指定模座（正裝式復(fù)合模為上模座，倒裝式復(fù)合模為下模座）的相應(yīng)位置上；④以凸凹模為基準(zhǔn)，將凸模組件及凹模初步固定在另一模座上，調(diào)整凸模組件及凹模的位置，使凸模刃口和凹模刃口分別與凸凹模的內(nèi)、外刃口配合，并保證配合間隙均勻后固緊凸模組件與凹模；⑤試沖檢查合格后，將凸模組件、凹模和相應(yīng)模座一起鉆鉸銷孔；⑥卸開(kāi)上、下模，安裝相應(yīng)的定位、卸料、推件或頂出零件，再重新組裝上、下模，并用螺釘和定位銷緊固。
7.2 凸、凹模間隙的調(diào)整
沖模中凸、凹模之間的間隙大小及其均勻程度是直接影響沖件質(zhì)量和模具使用壽命的主要因素之一，因此，在制造沖模時(shí)，必須要保證凸、凹模間隙的大小及均勻一致性。通常，凸、凹模間隙的大小是根據(jù)設(shè)計(jì)要求在凸、凹模加工時(shí)保證，而凸、凹模之間間隙的均勻性則是在模具裝配時(shí)保證的。
沖模裝配時(shí)調(diào)整凸、凹模間隙的方法很多，需根據(jù)沖模的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、間隙值的大小和裝配條件來(lái)確定。這里用墊片法來(lái)調(diào)整。
墊片法是利用厚度與凸、凹模單面間隙相等的墊片來(lái)調(diào)整間隙，是簡(jiǎn)便而常用的一種方法。其方法如下：
①按圖樣要求組裝上模與下模，其中一般上模只用螺釘稍微擰緊，下模用螺釘和銷釘緊固。
②在凹模刃口四周墊入厚薄均勻、厚度等于凸、凹模單面間隙的墊片（金屬片或紙片），再將上、下模合模，使凸模進(jìn)入響應(yīng)的凹?？變?nèi)，并用等高墊鐵墊起。
③觀察凸模能否順利進(jìn)入凹模，并與墊片能否有良好的接觸。若在某方向上與墊片接觸的松緊程度相差較大，表明間隙不均勻，這時(shí)可用手錘輕輕敲打凸模固定板，使之調(diào)整到凸模在各方向與凹?？變?nèi)碘片的松緊程度一致為止。
④調(diào)整合適后，在將上模用螺釘緊固，并配裝銷釘孔，打入定位銷。
8 成型零件的加工工藝過(guò)程編制
在機(jī)械制造中，采用各種機(jī)械加工方法將毛坯加工成零件，再將這些零件裝配成機(jī)器。為了使上述制造過(guò)程滿足“優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低成本”的要求，首先要指定零件的機(jī)械加工工藝規(guī)程和機(jī)器的裝配工藝規(guī)程，然后按照所制訂的工藝規(guī)程來(lái)進(jìn)行機(jī)械加工和裝配。由于零件的工藝過(guò)程可以是多種多樣的，工藝人員的任務(wù)是從現(xiàn)有生產(chǎn)條件出發(fā)，制訂出一個(gè)切合實(shí)際的最優(yōu)工藝過(guò)程，并將其有關(guān)內(nèi)容用文件的形式規(guī)定下來(lái)。規(guī)定零件機(jī)械加工工藝過(guò)程和操作方法等的工藝文件稱為機(jī)械加工工藝規(guī)程。
機(jī)械加工工藝規(guī)程是指導(dǎo)生產(chǎn)的主要技術(shù)文件。按照工藝規(guī)程進(jìn)行生產(chǎn)，才能保證達(dá)到產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)性的要求。合理的工藝規(guī)程在編制后應(yīng)要滿足下述要求：
1.零件所需的工序數(shù)量要盡量少，并且要減少或不再采用其他加工方法加工。
2.零件各工序所采用的設(shè)備結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單、壽命要長(zhǎng)。
3.工序中所占用的設(shè)備要少，盡可能采用生產(chǎn)機(jī)械化與自動(dòng)化。
4.生產(chǎn)準(zhǔn)備周期要短，所需材料要少，成本要低廉。
5.零件的生產(chǎn)工藝流程要合理，做到安全生產(chǎn)。
6.制出的零件應(yīng)符合技術(shù)要求，并且尺寸精度要高，表面質(zhì)量要好。
7.盡量采用技術(shù)等級(jí)不高的工人生產(chǎn)，以降低成本。
制訂機(jī)械加工工藝規(guī)程的原則是：在一定的生產(chǎn)條件下，以最低的成本，按計(jì)劃規(guī)定的速度，可靠地加工出圖紙要求的零件。在編制工藝規(guī)程時(shí)，應(yīng)注意以下幾個(gè)問(wèn)題：
1.技術(shù)上的先進(jìn)性
在編制工藝規(guī)程時(shí)，應(yīng)盡量采用新工藝、新技術(shù)、先進(jìn)設(shè)備和新材料，以獲得較高的生產(chǎn)率，但不應(yīng)加大操作工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，而應(yīng)依靠設(shè)備的先進(jìn)性來(lái)保證。
2.經(jīng)濟(jì)上的合理性
在一定的生產(chǎn)條件下，可能有幾種能保證零件技術(shù)要求的加工工藝方案，此時(shí)應(yīng)全面考慮，應(yīng)根據(jù)工序數(shù)量、機(jī)械加工難易程度、通過(guò)核算或分析選擇經(jīng)濟(jì)效益最佳的加工方案，以使零件減少工序及降低成本。同時(shí)，加工精度要求不高的零件，盡量不使用高精度的加工設(shè)備。
3.創(chuàng)造必要的良好工作條件
在編制工藝規(guī)程時(shí)，必須保證操作人員有良好而安全的工作條件，并保證所加工的零件的質(zhì)量合格及減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。
本模具選用沖孔凸模制其加工工藝過(guò)程。凸模在模具中起到成型孔的作用，工藝規(guī)程設(shè)計(jì)如下：
1：工藝性分析
圖14 沖孔凸模
本零件為沖孔凸模，其定位方式是依靠φ10，其工作部位為φ6.5，并且對(duì)這兩個(gè)表面有同軸度要求，為關(guān)鍵尺寸，本零件材料為Cr12熱處理硬度為58～60HRC，本零件尺寸齊全、要求合理、結(jié)構(gòu)工藝性好。
2：選擇毛坯
本零件是模具最重要的工作零件，直接對(duì)工件進(jìn)行沖壓，要求硬度高、強(qiáng)度好。故應(yīng)選擇鍛件為毛坯形式。因模具為單件生產(chǎn)，故可用自由鍛制造。
3：擬定零件工藝路線
(1)定位基準(zhǔn)
本零件為階梯軸形零件。外圓尺寸φ10和φ6.5有同軸度要求。一般選擇毛坯外圓為粗基準(zhǔn)。
(2)加工方法
表面加工方法應(yīng)依據(jù)其加工精度與表面粗糙度要求參照各種表面典型加工路線來(lái)確定。經(jīng)查閱“機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)”P197~P199頁(yè)表6-3、表6-4、表6-5，確定本零件各表面的加工方法如下：
表2 各加工方法的經(jīng)濟(jì)精度與經(jīng)濟(jì)表面粗糙度
粗車
半粗車
磨削
經(jīng)濟(jì)精度
IT11-IT13
IT8-IT9
IT6-IT7
經(jīng)濟(jì)表面粗糙度
Rz50-100
Ra3.2-6.3
Ra0.4-0.8
表3 各加工表面的技術(shù)要求及加工方法
加工表面
技術(shù)要求
加工方法
Φ6.50-0.02
IT8，
粗車－半精車－磨削
Φ100-0.02
IT8，Ra0.8
粗車－半精車－磨削
Φ13
IT14，Ra6.3
粗車－半精車
（3）工藝路線
1）備料
2）夾持毛坯，車φ13，
3）粗車－半精車－磨削外圓φ10，倒圓角并留磨量。
4）粗車－半精車－磨削外圓φ6.5，倒圓角并留磨量。
5）磨削φ10和φ6.5，切斷。
6）熱處理至要求硬度。
4：確定各工序余量，計(jì)算工序及寸及偏差。
(1)毛坯余量(總余量)的確定
查“機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)”表2.2-27，毛坯直徑為20。
(2)各工序余量的確定
查“簡(jiǎn)明手冊(cè)”P62~P74得各加工表面，各工序單邊余量：
表4 各工序加工余量
總余量
粗車
半精車
磨削
Φ13
7
5.8
1.2
Φ100-0.02
10
8.7
1.1
0.2
Φ6.50-0.02
13.5
12
1.3
0.2
表5 加工工藝過(guò)程表
工
序
號(hào)
工序名稱
工序內(nèi)容
設(shè)備
工序簡(jiǎn)圖（示意圖）
1
下料
按尺寸φ20×100切斷
鋸床
2
車外圓
車端面并粗車與半精車外圓至φ13
車床
3
車外圓
粗車與半精車外圓Φ10留磨削余量
車床
4
磨削
磨削Φ100-0.02及Φ6.50-0.02
萬(wàn)能
外圓
磨床
5
切斷
按尺寸切斷
車床
7
熱處理
按熱處理工藝進(jìn)行，熱處理硬度達(dá)58～60HRC
8
檢驗(yàn)
檢驗(yàn)成品是否達(dá)到圖樣要求
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