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無凸緣圓筒形件的落料——拉深復(fù)合模具設(shè)計
緒論
畢業(yè)設(shè)計是為了模具設(shè)計與制造專業(yè)學(xué)生在學(xué)完基礎(chǔ)理論課、技術(shù)基礎(chǔ)課和專業(yè)課的基礎(chǔ)上，所設(shè)置的一個重要環(huán)節(jié)。目的就是為了運用我們所學(xué)課程的理論和生產(chǎn)實際知識，進(jìn)行一次模具設(shè)計的實際訓(xùn)練，從而培養(yǎng)和提高我們獨立工作的能力。沖壓模具設(shè)計通過收集資料、工藝分析、工藝計算、確定沖模的結(jié)構(gòu)設(shè)計，各個零部件的設(shè)計、繪制模具總裝配圖、零件圖，最后完善和書寫設(shè)計說明書，終于完成整個的設(shè)計過程。
目前，我國沖壓技術(shù)與先進(jìn)工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比還有一定差距，主要原因是我國在沖壓基礎(chǔ)理論及成形工藝、模具標(biāo)準(zhǔn)化、模具設(shè)計、模具制造工藝及設(shè)備等方面與工業(yè)發(fā)達(dá)國家尚有相當(dāng)大的差距。導(dǎo)致我國模具在壽命、效率、加工精度、生產(chǎn)周期等方面與先進(jìn)工業(yè)發(fā)達(dá)國家的模具相比差距相當(dāng)大。
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，沖壓加工作為現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)重要的生產(chǎn)手段之一，更加體現(xiàn)出其特有的優(yōu)越性。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，由于市場競爭日益激烈，產(chǎn)品性能和質(zhì)量要求越來越高，更新?lián)Q代的速度越來越快，沖壓產(chǎn)品正朝著復(fù)雜化、多樣化、高性能、高質(zhì)量方向發(fā)展，模具也正朝著復(fù)雜化、高效率、長壽命方向發(fā)展。
一、 沖壓成形理論及沖壓工藝
加強沖壓變形基礎(chǔ)理論的研究，以提供更加準(zhǔn)確、實用、方便的計算方法，正確地確定沖壓工藝參數(shù)和模具工作部分的幾何形狀和尺寸，解決沖壓變形中出現(xiàn)的各種實際問題，進(jìn)一步提高沖壓件的質(zhì)量。
研究和推廣采用新工藝，如精沖工藝、軟模成形工藝、高能高速成形工藝、超塑性成形工藝以及其他高效經(jīng)濟的成形工藝等，進(jìn)一步提高沖壓技術(shù)水平。
二、 模具先進(jìn)制造工藝及設(shè)備
模具制造技術(shù)現(xiàn)代化是模具工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)。計算機技術(shù)、信息技術(shù)、自動化技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)正在不斷向傳統(tǒng)制造技術(shù)滲透、交叉、融合，形成先進(jìn)制造技術(shù)。模具先進(jìn)制造技術(shù)主要體現(xiàn)如下方面：
1.高速銑削加工 普通銑削加工采用低的進(jìn)給速度和大的切削參數(shù)，而高速銑削加工則采用高的進(jìn)給速度和小的切削參數(shù)。高速銑削加工相對于普通銑削加工具有高效、高精度、高的表面質(zhì)量、可加工高硬材料等特點。由此可見，高速銑削加工是模具制造技術(shù)的重要發(fā)展方向。
2.電火花銑削加工 電火花銑削加工是電火花加工技術(shù)的重大發(fā)展，這是一種替代傳統(tǒng)用成形電極加工模具型腔的新技術(shù)。像數(shù)控銑削加工一樣，電火花銑削加工采用高速旋轉(zhuǎn)的桿狀電極對工件進(jìn)行二維或三維輪廓加工，無需制造復(fù)雜、昂貴的成形電極。
3.慢走絲線切割技術(shù) 目前，數(shù)控慢走絲線切割技術(shù)發(fā)展水平已相當(dāng)高，功能相當(dāng)完善，自動化程度已達(dá)到無人看管運行的程度。其加工工藝水平也令人稱道，最大切割速度已達(dá)到300㎜/min,加工精度可達(dá)到±1.5um，加工表面粗糙度Ｒ0.1～0.2um。
4.精密磨削以拋光技術(shù) 精密磨削以拋光加工由于精度高、表面質(zhì)量好、表面粗糙度值小等特點，在精密模具加工中廣泛應(yīng)用。目前，精密模具制造已開始使用數(shù)控成形磨床、數(shù)控光學(xué)曲線磨床、數(shù)控連續(xù)軌跡坐標(biāo)磨床及自動拋光機等先進(jìn)設(shè)備和技術(shù)。
5.數(shù)控測量 伴隨模具制造技術(shù)的進(jìn)步，模具加工過程的檢測手段也取得了很大進(jìn)展。三坐標(biāo)測量機已在模具加工中使用，現(xiàn)代三坐標(biāo)測量機除了能高精度地測量復(fù)雜曲面的數(shù)據(jù)外，其良好的溫度補償裝置、可靠的抗震保護(hù)能力、嚴(yán)密的防塵措施以及簡便的操作步驟，使得現(xiàn)場自動化檢測成為可能。
三、模具CAD/CAM技術(shù)
計算機技術(shù)、機械設(shè)計與制造技術(shù)的迅速發(fā)展和有機結(jié)合，形成了計算機輔助設(shè)計有計算機輔助制造（CAD/CAM）技術(shù)。
CAD/CAM是改造傳統(tǒng)模具生產(chǎn)方式的關(guān)鍵技術(shù)，它以計算機軟件的形式為用戶提供一種有效的輔助工具，使工程技術(shù)人員能借助計算機對產(chǎn)品、模具結(jié)構(gòu)、成形工藝、數(shù)控加工及成本等進(jìn)行設(shè)計和優(yōu)化。模具CAD/CAM能顯著縮短模具設(shè)計及制造周期、降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量已成為人們的共識。
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1 工藝設(shè)計
1.1 工藝分析
該工件為無凸緣圓筒形工件，要求內(nèi)形尺寸，形狀簡單對稱，對零件的厚度變化也沒有要求。圓筒形件的毛坯為圓形板料，可以通過落料獲得。工件的形狀滿足拉深的工藝要求，可用落料獲得的圓形板料進(jìn)行拉深，拉深成為內(nèi)徑為72.7㎜、內(nèi)圓角ｒ為8㎜的無凸緣圓筒，工件總高度尺寸29.5㎜可在最后進(jìn)行一道修邊工序達(dá)到要求。
工件底部圓角半徑r=8㎜，大于拉深凸模圓角半徑r=4～6㎜（見表4-3，首次拉深凹模的圓角半徑r=6ｔ=6㎜，而r=（0.6～1）r=4～6㎜，r＞r，滿足首次拉深對圓角半徑的要求。尺寸72.7㎜，按公差表查的為IT14級，滿足拉深工序?qū)ぜ畹燃壍囊蟆?
綜上所述，該工件的精度及結(jié)構(gòu)尺寸都能滿足沖壓工藝要求，工件的拉深工藝性較好。該工件在滿足沖壓工藝性要求的前提下，采用的沖壓基本工序是落料、拉深。
1.2 沖壓工藝方案的確定
該工件包括落料、拉深兩個基本工序，根據(jù)分析，沖壓該工件可以有以下三種方案：
方案一：先落料，后拉深。采用單工序模生產(chǎn)。
方案二：落料—拉深復(fù)合沖壓。采用復(fù)合模生產(chǎn)。
方案三：拉深級進(jìn)沖壓。采用級進(jìn)模生產(chǎn)。
方案一模具結(jié)構(gòu)簡單，但需兩道工序兩副模具，生產(chǎn)效率低，難以滿足該工件大批量生產(chǎn)的要求。方案二只需一副模具，生產(chǎn)效率高，盡管模具結(jié)構(gòu)較方案一復(fù)雜，但由于零件的幾何形狀簡單對稱，模具制造并不困難。方案三也只需一副模具，生產(chǎn)效率高，但模具結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，送進(jìn)操作不方便。通過對上述方案的分析比較，該件若能一次拉深，則其沖壓采用方案二為佳。
2 模具的設(shè)計要點
在設(shè)計模具時，由于拉深工藝的特殊要求，除了應(yīng)考慮到與其他模具一樣的設(shè)計方法與步驟外，還需要考慮到如下特點：
1）拉深圓筒形件時，應(yīng)考慮到料厚、材料、模具圓角半徑r 、r等情況，根據(jù)合理的拉深系數(shù)確定拉深工序。拉深工藝的計算要求有較高的準(zhǔn)確性，從而拉深凸模長度的確定必須滿足工件拉深高度的要求，且在拉深凸模上必須有一定尺寸要求的通氣孔。
2）要分析成形件的形狀，尺寸有沒有超過加工極限的部分。
拉深凸模長度比較長時，選用凸模材料必須考慮熱處理時的彎曲變形，同時需注意凸模在固定板上的定位，緊固的可靠性。
3）設(shè)計落料—拉深復(fù)合模時，由于落料凹模的磨損比拉深凸模的磨損要來的快，所以落料凹模上應(yīng)預(yù)先加大磨損余量。普通落料凹模應(yīng)高出拉深凸模約2～6㎜。
4）因回彈、扭曲、局部變形等的缺陷所產(chǎn)生的彈性變形難于保證零件形狀的精度，此時應(yīng)采取相應(yīng)的改進(jìn)措施。
5）對于形狀復(fù)雜的零件，很難計算出準(zhǔn)確的毛坯形狀和尺寸。因此，在設(shè)計模具時，往往先做拉深模，經(jīng)試壓確定合適的毛坯形狀和尺寸再制作落料模，并在拉深模上定形的毛坯安裝定位裝置，同時要預(yù)先考慮到使后面工序定位穩(wěn)定的措施。
3 主要工藝參數(shù)的設(shè)計計算
3.1 毛坯尺寸計算
按中性層計算尺寸，h=（29.5－0.5）㎜=29㎜，ｄ=（72.7＋0.35＋1）㎜＝74㎜。工件的相對高度ｈ∕ｄ＝29㎜∕74㎜＝0.4。根據(jù)相對高度從表4-3中查的修邊余量△ｈ＝2㎜。
查得無凸緣圓筒形件拉深工件的毛坯尺寸計算公式為：
Ｄ＝
將ｄ=74㎜，H＝h＋△ｈ=(29＋2) ㎜＝31㎜,r＝(8＋0.5) ㎜＝8.5㎜代入上式，即得毛坯的直徑為：
Ｄ＝㎜＝116㎜
3.2 判斷拉深次數(shù)
工件總的拉深因數(shù)ｍ＝ｄ／Ｄ＝74㎜／116㎜＝0.64㎜。毛坯的相對厚度ｔ／Ｄ＝1㎜／116㎜＝0.0086。
用式（4-33）判斷拉深是否需要壓邊。因0.045（1－ｍ）＝0.045×（1－0.64）＝0.0162，而ｔ／Ｄ＝0.0086＜0.045（1－ｍ）＝0.0162，采用壓邊圈并加以合理的壓邊力對拉深有利，可以減小m。故需加壓邊圈。
由相對厚度可以從表4-2中查得首次拉深的極限拉深因數(shù)ｍ＝0.54。
因ｍ＞ｍ，故工件只需一次拉深。
3.3 排樣及相關(guān)計算
采用有廢料直排的排樣方式，查板材標(biāo)準(zhǔn)，宜選750×1000㎜的鋼材，每張鋼板可剪裁為6張條料（125mm×1000mm），每張條料可沖8個工件，故每張鋼板的材料利用率為67.6%。
3.3.1 排樣的計算
[1]沖裁件面積的計算
A﹦π×／4﹦3.14×116／4﹦10562.96㎜
[2]條料寬度
查得無側(cè)壓裝置時條料的寬度計算公式為：
B＝D＋2a＋C
查表2.5.2的最小搭邊值ａ＝0.8㎜，ａ＝1㎜；條料與導(dǎo)料板間隙Ｃ＝0.5㎜；
B＝116＋2×0.8＋0.5＝118.1㎜
[3]步距
Ｓ＝Ｄ＋ａ＝116＋1＝117㎜
[4]一個步進(jìn)距的材料利用率
考慮到料頭、料尾和邊余料的材料消耗，一張板料上總的材料利用率為:
＝﹪
式中,A﹦10562.96㎜,ｎ＝1, B＝118.1㎜, Ｓ＝117㎜代入式中:
＝＝76﹪
3.3.2 沖壓力的計算
[1]落料力的計算
落料力是沖裁過程中凸模對板料施加的壓力,它是選用壓力機和設(shè)計模具的重要依據(jù)之一.
查公式2.6.1,確定落料力的計算公式為:
F＝KLｔ
式中,ｋ—系數(shù)，是考慮到實際生產(chǎn)中，模具間隙值的波動和不均勻，刃口的磨損，板料的力學(xué)性能和厚度波動等因素的影響而給出的修正系數(shù)。一般取k﹦1.3。
—材料抗剪強度; 查表1.3.6,?。?00MＰa。
L—沖裁周邊長度；L﹦πD﹦3.14×421.27﹦1322.79㎜，料厚t﹦1㎜。
所以，落料力為:
F＝1.3×364.24×1×300＝142053.6N
[2]壓邊力的計算
由表4-15確定壓邊力的計算公式為:
F﹦π[Ｄ－(d＋2 r)]ｐ／4
式中，r ＝r＝8㎜，Ｄ＝116㎜，ｄ＝74㎜，由表4-16查得ｐ＝2.7 MPa 。
把各已知數(shù)據(jù)代入上式，壓邊力為：
F＝㎜×2.7MPa＝11350N
[3]拉深力的計算
用式4-35計算拉深力：
F﹦πdtσb k
拉深系數(shù)ｍ﹦0.64，可查表4-18得：Ｋ﹦0.75，08鋼的強度極限σb﹦440 MPa。將Ｋ﹦0.75，ｄ﹦74㎜，t﹦1㎜，σb﹦440 MPa代入上式，即：
F﹦（0.75×3.14×74×1×440）N＝76700N
[4]沖壓工藝總力
F﹦F＋F＋F
＝142053.6N＋11350N＋76700N
＝230103.6N
3.4 模具工作部分尺寸的計算
3.4.1 拉深模的間隙
拉深模的凸、凹模之間間隙對拉深力、零件質(zhì)量、模具壽命等都有影響。間隙小，拉深力大、模具磨損大，過小的間隙會使零件嚴(yán)重變薄甚至拉裂；但間隙小， 沖件回彈小，精度高。間隙過大，坯料容易起皺，沖件錐度大，精度差。因此，生產(chǎn)者中應(yīng)根據(jù)板料厚度及公差、拉深過程板料的增厚情況、拉深次數(shù)、零件的形狀及精度 要求等到，正確確定拉深模間隙。
由表4-12查的拉深模的半邊間隙為：
Z/2=1.1t=1.1mm
則拉深模的間隙Z=2×1.1 mm =2.2mm
3.4.2 拉深模的圓角半徑
凹模的圓角半徑r按表4－13選取r＝8t＝8mm，凹模的圓角半徑r等于工件的內(nèi)圓角半徑，即
r= r＝ r=8 mm
3.4.3 凸、凹模工作部分的尺寸和公差
[1]落料凸、凹模工作部分的尺寸和公差
根據(jù)設(shè)計原則，落料時以凹模為設(shè)計基準(zhǔn)。首先確定凹模尺寸，凹模的基本尺寸接近或等于工件輪廓的最小極限尺寸；將凹模尺寸減去最小合理間隙值即得到凸模尺寸。
由式2.4.1確定落料凹模的尺寸：
Ｄ＝（Ｄ－x）
查表2.3.3得Ｚ=0.18 mm，Ｚ=0.12 mm；查表2.4.1得，=0.035 mm，=0.025 mm；116 mm為ＩＴ14級，取x=0.5；
Ｄ＝（116－0.5×0.87） mm＝115.57 mm
由式2.4.2確定落料凸模的尺寸：
Ｄ＝（Ｄ－Ｚ）
Ｄ＝（11.57－0.100） mm＝115.45 mm
校核：∣∣+∣∣≤Ｚ－Ｚ
0.035 mm＋0.025 mm≤0.18 mm－0.12 mm
0.06 mm＝0.06 mm （滿足間隙公差要求）
[2]拉深凸、凹模工作部分的尺寸和公差
由于工件要求內(nèi)形尺寸，則以凸模為設(shè)計基準(zhǔn)。凸模尺寸的計算見式4-26：
Ｄ＝（ｄ＋0.4）
將模具公差按IT10級選取，則＝0.12 mm。
把ｄ＝72.7 mm，＝0.7 mm，＝0.12 mm代入上式，則凸模尺寸為：
Ｄ＝（72.7＋0.4×0.7） mm＝72.98 mm
間隙取在凹模上，則凹模的尺寸按式（4-27）計算，即：
Ｄ＝（ｄ＋0.4＋Ｚ）
把ｄ＝72.7 mm，＝0.7 mm，＝0.12 mm代入上式，則凹模尺寸為：
Ｄ＝（72.7＋0.4×0.7＋2.2）mm＝75.18mm
3.5 凸模通氣孔的設(shè)計
當(dāng)拉深后的沖件從凸模上脫下來，由于受空氣的壓力而緊緊包在凸模上，致使不易脫下。對于材料厚度較薄的拉深件，甚至?xí)沽慵T。因此，通常需要在凸模上留有通氣孔，通氣孔的開口高度ｈ應(yīng)大于沖件的高度Ｈ，一般?。?Ｈ＋（5～10）。
通氣孔的直徑不宜過小，否則容易被潤滑劑堵塞氣孔，或因通氣量不夠而使氣孔不起作用。
圓形凸模通氣孔尺寸由表5-16選用直徑為6.5㎜。
通氣孔的開口高度ｈ＝31＋10＝41㎜
圖 3.5.1 通氣孔的結(jié)構(gòu)示意圖
4 模具的總體設(shè)計
4.1 模具類型的選擇
由沖壓工藝分析可知，采用復(fù)合沖壓，所以模具類型為落料-拉深復(fù)合模。
4.2 定位方式的選擇
擋料裝置的作用是保證毛壞送進(jìn)時有準(zhǔn)確的定位，保證拉深件輪廓的完整。當(dāng)送進(jìn)材料與擋料裝置的定位面接觸時，即停止送進(jìn)。因為該模具使用的是條料，所以導(dǎo)料采用導(dǎo)料板（本副模具固定卸料板與導(dǎo)料板一體），送進(jìn)步距控制采用擋料銷，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便。
4.3 卸料、出件方式的選擇
模具采用固定卸料，剛性打件，并利用裝在壓力機工作臺下的標(biāo)準(zhǔn)緩沖器提供壓邊力。
4.4 導(dǎo)向方式的選擇
為了提高模具壽命和工件質(zhì)量，方便安裝調(diào)整，該復(fù)合模采用中間導(dǎo)柱的導(dǎo)向方式。
5主要零部件設(shè)計
5.1 工作零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計
它是直接完成工作要求的一定變形或造成材料分離的零件。本設(shè)計由于工件形狀簡單對稱，所以模具的工作零件均采用整體結(jié)構(gòu)，拉深凸模、落料凹模和凸凹模的結(jié)構(gòu)如圖所示。
為了實現(xiàn)先落料后拉深，模具裝配后，應(yīng)使拉深凸模的端面比落料凹模端面低。拉深凸模，其長度L可按下式計算：
Ｌ﹦Ｈ＋Ｈ－Ｈ﹦20㎜＋65㎜－3㎜＝82㎜
式中：Ｈ— 凸模固定板的厚度，取Ｈ﹦20㎜；
Ｈ— 落料凹模的厚度，?。醛?5㎜；
Ｈ— 裝配后，拉深凸模的端面低于落料凹模端面的高度，根據(jù)板料厚度大小，決定Ｈ﹦3㎜。
材料：T10A 熱處理：56～60HRC
圖5.1.1 拉深凸模
材料：GrWMn 熱處理：工作部分局部淬火，硬度60～64HRC
材料：GrWMn 熱處理：58～64HRC
圖 5.1.3 凸、凹模
凸、凹模因為型孔較多，為了防止淬火變形，除了采用工作部分局部淬火（硬度58～62HRC）外，材料也用淬火變形小的CrWMn模具鋼。
5.2 定位零件的設(shè)計
它是用以確定加工材料和毛坯正確位置的零件。
5.2.1 擋料銷的設(shè)計
直徑Ｄ﹦12㎜，ｄ﹦6㎜，高度ｈ﹦2㎜的Ａ型固定擋料銷
擋料銷 Ａ12×6×2 ＧＢ2866.11—81
5.2.2 壓邊圈的設(shè)計
為防止毛坯凸緣在拉深過程中起皺，通常使用的拉深模應(yīng)帶有壓邊裝置。該設(shè)計計算得到ｔ／Ｄ＝0.0086＜0.045（1－ｍ）＝0.0162，必須采用壓邊裝置。
5.2.2.1 壓邊裝置的類型 壓邊裝置一般采用壓邊圈
5.2.2.2 壓邊圈結(jié)構(gòu)形式 壓邊圈的形式根據(jù)拉深次數(shù)，凹模結(jié)構(gòu)形式，材料厚度的不同而不同，首次拉深一般采用平面壓邊裝置。
5.2.2.3 壓邊圈尺寸及技術(shù)要求
壓邊圈主要是壓邊防皺，與凸模的間隙不能大。根據(jù)材料厚度不同，般壓邊圈與凸模的單邊間隙在0.2～0.5㎜范圍內(nèi)。工件料厚ｔ﹦1㎜，間隙取小值0.2㎜。壓邊圈的外形尺寸與內(nèi)形輪廓尺寸之間的關(guān)系可采用H10∕c10間隙配合。
壓邊圈的工作表面不允許開螺孔，應(yīng)具有足夠的剛度。在工作過程中能平穩(wěn)的移動。壓邊圈與毛坯接觸的一面，要保證毛坯順利流入筒壁。除進(jìn)行車、銑之外，還要在熱處理后進(jìn)行磨削加工。應(yīng)保證粗糙度達(dá)到R0.8um。其余工作表面達(dá)到R06.3～3.2um即可。
首次拉深壓邊圈的內(nèi)孔D，比凸模直徑Ｄ大千分之一，即
D=1.001Ｄ
將Ｄ=72.98㎜代入上式中，可得：
D=1.001×72.98=73.05㎜
壓邊圈的厚度H取20㎜。
得到壓邊圈的結(jié)構(gòu)示意圖如下：
圖5.2.2.1 壓邊圈的結(jié)構(gòu)形式
5.3 卸料、推料及壓料零件的設(shè)計
它用于夾持毛坯或在沖壓完成后進(jìn)行推料及卸料的零件。在某些情況下，也能起到限位、校整和幫助提高沖件精度的作用。
5.3.1 導(dǎo)料板（固定卸料板）的設(shè)計
長度 Ｌ﹦160㎜，寬度Ｂ﹦40㎜，厚度Ｈ﹦16㎜
導(dǎo)料板 160×40×16 ＪＢ∕Ｔ 7648.5
材料：45
熱處理：調(diào)質(zhì) 28～32ＨＲＣ
5.3.2 頂桿的設(shè)計
直徑ｄ﹦16㎜，長度Ｌ﹦125㎜的頂桿
頂桿 16×125 ＧＢ2867.3—81
材料：45 ＧＢ699—88
熱處理硬度：ＨＲＣ43～48
為了將工件順利的頂出凸模，需設(shè)計3～4根頂桿，至少2根。該副模具設(shè)計4根，以保證工件順利頂出。
5.3.3 打桿的設(shè)計
直徑ｄ﹦10㎜，長度Ｌ﹦160㎜的Ａ型打桿
打桿 Ａ10×160 ＧＢ 2967.1—81
材料：45 ＧＢ699—88
熱處理硬度：ＨＲＣ43～48
5.3.4 推件塊的設(shè)計
圖5.3.4.1 推件塊的結(jié)構(gòu)示意圖
5.4 導(dǎo)向零件的設(shè)計
它是作為上模在工作時的運動方向，保證模具上、下部分正確的相對位置的零件。
為防止裝模時，上模誤轉(zhuǎn)180°裝配，將模架中兩對導(dǎo)柱與導(dǎo)套作成粗細(xì)不等；
導(dǎo)柱 ｄ∕㎜×Ｌ∕㎜分別為35×210，40×210；
導(dǎo)套 ｄ∕㎜×Ｌ∕㎜×Ｄ∕㎜分別為35×115×43，40×115×43。
5.5 固定零件的設(shè)計
5.5.1 模柄的設(shè)計
選用直徑d=30㎜，高度H=88㎜，材料為Q235的B型壓入式模柄。
模柄 B30×88 GB2862-81
5.5.2 上模墊板的設(shè)計
圖 5.2.2.1 上模墊板的結(jié)構(gòu)示意圖
5.5.3 下模墊板的設(shè)計
直徑 Ｄ﹦200㎜，厚度Ｈ﹦10㎜，材料為45鋼的圓形板
墊板 200×10 ＪＢ∕Ｔ 7643.6
5.5.4 下固定板的設(shè)計
直徑 Ｄ﹦200㎜，厚度Ｈ﹦20㎜，材料為45鋼的圓形固定板
墊板 200×20 ＪＢ∕Ｔ 7643.5
5.6 緊固及其他零件的設(shè)計
5.6.1 內(nèi)六角圓柱頭螺釘?shù)脑O(shè)計
5.6.1.1 用于固定凸、凹模和上模墊板在模架上保持其固定的位置，選取數(shù)量為4個
螺釘規(guī)格 公稱長度 ｌ= 52㎜，性能等級為8.8級。
螺釘 ＧＢ∕Ｔ 70.1 Ｍ12×52
5.6.1.2 用于固定導(dǎo)料板（固定卸料板），選用數(shù)量為4個。
螺釘 ＧＢ∕Ｔ 70.1 Ｍ8×25
5.6.1.3 用于固定凹模、凸模固定板、凸模墊板于下模座，初選用數(shù)量為4個。
螺釘 ＧＢ∕Ｔ 70.1 Ｍ12×130
5.6.2 圓柱銷的設(shè)計
5.6.2.1 用于凹模、凸模固定板、凸模墊板、下模座準(zhǔn)確定位，圓柱銷孔裝配時配作。初選用數(shù)量為2個。
公稱直徑 ｄ﹦10㎜，公差為ｍ6，公稱長度ｌ= 95㎜，材料為鋼
銷 ＧＢ∕Ｔ 119.1 10ｍ10×95
5.6.2.2 用于上模座，上模墊板，凸、凹模準(zhǔn)確定位，圓柱銷孔裝配時配作。初選數(shù)量為2個。
銷 ＧＢ∕Ｔ 119.1 10ｍ10×70
5.7 模架的及其它零部件的選用
5.7.1 模架的設(shè)計
模具采用中間導(dǎo)柱標(biāo)準(zhǔn)模架，可承受較大的沖壓力。
凹模周界：D=250㎜
閉合高度：240～280㎜
上模座的尺寸：250×250×45㎜
下模座的尺寸：250×250×55㎜
5.7.2 模架的技術(shù)要求
5.7.2.1 組成模架的各零件的材料、尺寸、精度、表面粗糙度和熱處理等均需要符合零件的標(biāo)準(zhǔn)要求和技術(shù)要求的規(guī)定。
5.7.2.2 裝入模架的每對導(dǎo)柱和導(dǎo)套裝配前需經(jīng)選擇配合，其配合要求應(yīng)符合配合H7∕h6,配合后的間隙為0.007～0.022㎜的規(guī)定.
5.7.2.3 裝配后的模架,其導(dǎo)柱固定端的端面應(yīng)低于下模座底面0.5～1㎜.
5.7.2.4 裝配后的模架,其上模應(yīng)沿導(dǎo)柱上、下移動應(yīng)平穩(wěn)和無滯住現(xiàn)象.
5.7.2.5 模架的各零件工作表面不允許有影響使用的劃痕、凹痕、浮銹、毛刺、飛邊和微小砂眼、縮孔等缺陷。
5.7.2.6 在保證使用質(zhì)量的情況下，允許用新工藝方法固定導(dǎo)套。
5.7.2.7 模柄的裝配應(yīng)符合如下規(guī)定：
[1]壓入式模柄的公差配合為H7∕m6。
[2]除浮動式模柄外，其他模柄裝入上模座后，模柄的軸心線對上模座上平面的垂直度公差，在全長范圍內(nèi)不大于0.05㎜。
5.7.3 其它零部件的選用
上模座厚度取45㎜，即H=45㎜
上模墊板厚度取20㎜，即H=20㎜
固定卸料板厚度取20㎜，即H=16㎜
下固定板厚度取20㎜，即H=20㎜
下模墊板厚度取10㎜，即H=10㎜
下模座厚度取55㎜，即H=55㎜
由于此落料—拉深模為非標(biāo)準(zhǔn)形式，需計算模具閉合高度。其中各模板的尺寸需取國標(biāo)。所以模具的閉合高度：
H﹦H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H
=（45＋20＋67＋65＋20＋10＋55－34）
= 248㎜
式中：H — 凸、凹，模的高度，H﹦67㎜；
H — 凹模的厚度，H ﹦65㎜；
H — 凹模與下模座的配合長度，H﹦34㎜。
可見模具的閉合高度小于所選開式雙柱固定壓力機JA21-35的最大裝模高度280㎜，可以使用。
6 沖壓設(shè)備的選定
設(shè)備工作行程需要考慮工件成形和方便起件，因此，工作行程Ｓ≥2.5ｈ＝2.5×31.5＝78㎜。根據(jù)沖壓工藝總力計算結(jié)果F＝230103.6N并結(jié)合工作行程，初選開式雙柱固定壓力機JA21-35。
其主要技術(shù)參數(shù)如下：
公稱壓力∕KN 350
滑塊行程∕mm 130
行程次數(shù)∕(次∕min) 50
最大閉合高度∕mm 280
閉合高度調(diào)節(jié)量∕mm 60
滑塊中心線至床身距離∕mm 205
立柱距離∕mm 428
工作臺尺寸（前后×左右）∕mm 380×610
工作臺孔尺寸（前后×左右）∕mm 200×290
墊板尺寸（厚度×直徑）∕mm 60×22.5
模柄孔尺寸 （直徑×深度）∕mm 50×70
滑塊底面尺寸（前后×左右）∕mm 210×270
7 模具總裝圖
由以上設(shè)計，可以得到模具總裝圖。為了實現(xiàn)先落料，后拉深，應(yīng)保證模具裝配后，拉深凸模的端面比落料凹模端面低3㎜。
模具的工作過程：將條料送入剛性卸料板下的長條形槽中，平放在凹模面上，并靠槽的一側(cè)，壓力機滑塊帶著上模下行，凸、凹模下表面首先接觸條料，并與頂件塊一起壓住條料，先落料，后拉深；當(dāng)拉深結(jié)束后，上模回程，落料后的條料由剛性卸料板從凸凹模上卸下，拉深成形的工件由壓力機上的活動橫梁通過推件塊從凸凹模中剛性打下，用手將工件取走后，將條料往前送進(jìn)一個步距，進(jìn)行下一個工件的生產(chǎn)。
圖7.1模具的裝配圖
1—上 模 座 2—螺 栓 3—模 柄 4—打桿 5—止轉(zhuǎn)銷
6—上模墊板 7—定位銷 8—導(dǎo)柱 9—導(dǎo)套 10—凸凹模
11—推 件 塊 12—導(dǎo) 料 板 13—螺 釘 14—壓 邊 圈
15—落料凹模 16—下模墊板 17—頂桿 18—凸模 19—螺 釘
8 工作零件的加工工藝
本副模具工作零件都是旋轉(zhuǎn)體，形狀比較簡單，加工主要采用車削。
8.1 凸模
8．1．1 毛坯的選定
根據(jù)凸模的工作要求，凸模材質(zhì)應(yīng)具有高硬度、高耐磨性，由于工件的尺寸比較大，需要有高淬透性、熱處理變形小的材料，毛坯選用T10A，熱處理后的硬度為56～60HRC。
8．1．2 確定基準(zhǔn)
凸模的工作部分對裝合部分的同軸度誤差，不得超過工作部分公差的一半，凸模的端面應(yīng)與中心線垂直，凸模中心線和機床主軸中心重合，使被加工外圓和孔，端面相對于中心線而獲得正確位置，則選中心線為定位基準(zhǔn)和設(shè)計基準(zhǔn)。
8．1．3 擬定加工路線
下料 — 鍛造 — 熱處理 — 車削 — 熱處理 — 磨端面 — 車削 —熱處理—磨削— 鉗工精修 — 檢驗
8．1．4 機械加工工藝過程
由于回彈等因素在設(shè)計時難以準(zhǔn)確考慮，導(dǎo)致凸模尺寸的計算值與實際要求值往往存在誤差。因此凸模工作部分的形狀和尺寸設(shè)計應(yīng)合理，要留有試模后的修模余地。
凸模機械加工工藝過程卡見附錄
8.2 凹模
8．2．1 毛坯的選定
根據(jù)凹模的工作要求，凹模材質(zhì)應(yīng)具有高硬度、高耐磨性、高淬透性、熱處理變形小，毛坯選用CrWMn，熱處理后的硬度為58～62HRC。
8．2．2 確定基準(zhǔn)
凹模中心線和機床主軸中心重合，使被加工外圓和孔，端面相對于中心線而獲得正確位置，則選中心線為定位基準(zhǔn)和設(shè)計基準(zhǔn)。
8．2．3 擬定加工路線
下料 — 鍛造 — 熱處理 — 車削 — 熱處理 — 磨端面 — 鉗工劃線 —加工孔 —車削— 熱處理 —磨削— 鉗工精修 — 檢驗
8．2．4 機械加工工藝過程
由于回彈等因素在設(shè)計時難以準(zhǔn)確考慮，導(dǎo)致凸、凹模尺寸的計算值與實際要求值往往存在誤差。因此凸、凹模工作部分的形狀和尺寸設(shè)計應(yīng)合理，要留有試模后的修模余地。
凹模機械加工工藝過程卡見附錄
8.3 凸、凹模
8．3．1 毛坯的選定
根據(jù)凸、凹模的工作要求，凸、凹模材質(zhì)應(yīng)具有高硬度、高耐磨性、高淬透性、熱處理變形小，毛坯選用CrWMn，工作部分要求局部淬火，熱處理后的硬度為60～64HRC。
8．3．2 確定基準(zhǔn)
凸、凹模中心線和機床主軸中心重合，使被加工外圓和孔，端面相對于中心線而獲得正確位置，則選中心線為定位基準(zhǔn)和設(shè)計基準(zhǔn)。
8．3．3 擬定加工路線
下料 — 鍛造 — 熱處理 — 車削 — 熱處理 — 磨端面 — 鉗工劃線 —加工孔 —車削— 熱處理 —磨削— 鉗工精修 — 檢驗
8．3．4 機械加工工藝過程
凸、凹模機械加工工藝過程卡見附錄。
9 模具的裝配
9.1 主要組件的裝配
9.1.1 模柄的裝配
因為這副模具的模柄是從上模座的下面向上壓入的，所以在安裝凸模固定板和墊板之前，應(yīng)先把模柄安裝好。
模柄與上模座的配合是H7∕m6，先在壓力機上將模柄壓入，再加工定位銷孔與螺釘孔，然后把模柄端面突出部分銼平或磨平。安裝好模柄后，用角尺檢查模柄與上模座上平面的垂直度。
9.1.2 凸模的安裝
凸模與固定板的配合要求是H7∕m6。裝配時，先在壓力機上將凸模壓入固定板內(nèi)，檢查凸模與固定板的垂直度，然后將固定板的下平面與凸模尾部一齊磨平。
9.2 總裝配
模具的主要組件裝配完畢后開始進(jìn)行總裝配。為了使凸模和凹模易于對中，總裝配必須考慮上、下模的裝配次序，否則，可能出現(xiàn)無法裝配的情況。
本模具的裝配選凸凹模為基準(zhǔn)件，先裝下模，再裝上模。裝配后應(yīng)保證間隙均勻，落料凹模刃口面應(yīng)高出拉深凸模工作端面3mm，頂件塊上端面應(yīng)高出落料凹模刃口面0.5 mm，以實現(xiàn)落料前先壓料，落料后再拉深
本模具的落料凹模是裝在下模的，為了便于操作，先裝下模。其裝配過程如下：
（1）把下模墊板放在下模座上，然后把裝有凸模的下固定板放在下模墊板上，找正其位置后，先在下模座上投窩，加工螺紋孔，然后加工銷釘孔。
（2）在凸模上安裝壓邊圈。
（3）把凹模放在凸模固定板上，找正與下模座對中的螺釘銷釘過孔，然后投窩，加工螺釘銷釘孔，裝入螺釘銷釘，擰緊螺釘。
（4）把固定卸料板放在落料凹模上，找正其位置后，加工螺紋孔，然后裝入螺釘并擰緊。
（5）把凸凹模插入固定卸料板內(nèi)，固定卸料板與凸凹模之間墊上適當(dāng)高度的平行墊鐵，再把安裝好模柄的上模座放在凸凹模上，將上模座與凸凹模夾緊，并在上模座投緊固螺釘孔和銷釘過孔窩，拆開后鉆孔。然后放入上模墊板，擰上緊固螺釘。
（6）調(diào)整凸、凹模的間隙，用手錘輕輕敲擊上模墊板的側(cè)面，使凸凹模的位置改變，以得到均勻的間隙。
（7）調(diào)好間隙后加工銷釘孔，裝入銷釘。
（8）安裝其他零件。
（9）試沖與調(diào)整。
（10）打標(biāo)記交付生產(chǎn)使用
9.3 沖裁試沖的缺陷與調(diào)整
模具裝配以后，必須在生產(chǎn)條件下進(jìn)行試沖。沖出的工件按沖壓零件產(chǎn)品圖或試樣進(jìn)行檢查驗收。在檢查過程中，如發(fā)現(xiàn)各種缺陷，則要仔細(xì)分析，找出原因，并對模具進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整和修理，然后在試沖，知道模具正常工作并得到合格的沖件為止。表9.3.1是沖裁模試沖時常見的缺陷、產(chǎn)生的原因及調(diào)整的方法。
表9.3.1沖裁模試沖時的缺陷和調(diào)整
沖模試沖時的缺陷
產(chǎn)生原因
調(diào)整方法
送料不暢通或調(diào)料被卡死
1、 兩導(dǎo)料板之間的尺寸過小或有斜度
2、 凸模與卸料板之間的間隙過大，使搭邊翻扭
根據(jù)情況銼修或重裝導(dǎo)料板
減小凸模與卸料板之間的間隙
刃口相交
1、 導(dǎo)套與導(dǎo)柱配合間隙過大使導(dǎo)向不準(zhǔn)
2、 導(dǎo)柱、導(dǎo)套等零件的安裝不準(zhǔn)
重裝凸?；?qū)е?
更換導(dǎo)套與導(dǎo)柱
卸料不正常
1、 橡膠的彈力不足
2、 凹模有倒錐度造成工件堵塞
更換橡膠
修整凹模
沖裁件質(zhì)量不好
1、 有毛刺
2、 沖件不平
1、 刃口不鋒利或淬火硬度過低
2、 配合間隙過大或過小
合理調(diào)整凸模和凹模的間隙及修工作不份尺寸
1、凹模有倒錐度
2、頂料桿和工件接觸面過小
修整凹模
更換頂料桿
9.4 模具的調(diào)試
9.4.1模具調(diào)試的目的
模具試沖、調(diào)整簡稱調(diào)試，調(diào)試的目的在于：
1、鑒定模具的質(zhì)量。驗證該模具生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量是否符合要求，確定該模具能否交付生產(chǎn)使用。
2、幫助確定成形條件和工藝規(guī)程。
3、幫助確定成形毛坯形狀、尺寸及用料標(biāo)準(zhǔn)。
4、幫助確定工藝和模具設(shè)計中的某些尺寸。
5、通過調(diào)試，發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，積累經(jīng)驗，有助于進(jìn)一步提高模具設(shè)計和制造水平。
由此可見，模具調(diào)試過程十分重要，是必不可少的。但調(diào)試的市價和試沖次數(shù)應(yīng)盡可能少，這就要求模具設(shè)計與制造質(zhì)量過硬，最好一次調(diào)試成功。在調(diào)試過程中，合格沖壓件數(shù)的取樣一般應(yīng)在20～1000件之間。
9.4.2沖模的調(diào)試
模具調(diào)試，因模具的類型不同、結(jié)構(gòu)不同，可能出現(xiàn)的問題也不同，調(diào)試的內(nèi)容也隨之變化。
沖裁模的調(diào)試要點：
1、模具閉合高度的調(diào)試。模具應(yīng)與沖壓設(shè)備配合好，保證模具應(yīng)由的閉合高度和開啟高度。
2、導(dǎo)向機構(gòu)的調(diào)試。導(dǎo)柱、導(dǎo)套要有良好的配合精度，保證模具運動平穩(wěn)、可靠。
3、凸、凹模刃口的及間隙的調(diào)試。刃口鋒利，間隙均勻。
4、定位裝置的調(diào)試。定位準(zhǔn)確、可靠。
5、卸料及出件裝置的調(diào)試。卸料及出件要暢通，不能出現(xiàn)卡住現(xiàn)象。
設(shè)計小結(jié)
近年來，由于模具技術(shù)的迅速發(fā)展，模具設(shè)計已成為一個行業(yè)越來越引起人們的重視。畢業(yè)設(shè)計是為了模具設(shè)計與制造專業(yè)學(xué)生在學(xué)完基礎(chǔ)理論課、技術(shù)基礎(chǔ)課和專業(yè)課的基礎(chǔ)上，所設(shè)置的一個重要環(huán)節(jié)。目的就是為了運用我們所學(xué)課程的理論和生產(chǎn)實際知識，進(jìn)行一次模具設(shè)計的實際訓(xùn)練，從而培養(yǎng)和提高我們獨立工作的能力。其次鞏固與擴充《沖壓模具設(shè)計與制造》等課程所學(xué)的內(nèi)容，掌握冷沖壓模具設(shè)計的方法和步驟。最后也掌握冷沖壓模具設(shè)計的基本技能，如計算、繪圖、查閱設(shè)計資料和手冊，熟悉標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范等。
沖壓模具設(shè)計通過收集資料、工藝分析、工藝計算、確定沖模的結(jié)構(gòu)設(shè)計，各個零部件的設(shè)計、繪制模具總裝配圖、零件圖，最后完善和書寫設(shè)計說明書，終于完成整個的設(shè)計過程。設(shè)計過程中不僅僅是對所學(xué)課本理論知識的總結(jié)，相對的也鍛煉了我的耐心、認(rèn)真態(tài)度以及與同學(xué)和老師的合作精神?？墒窃谠O(shè)計中間也或多或少出現(xiàn)了不少的錯誤，畢竟老師上課講的都是理論的東西，在實際設(shè)計中還有許多模糊不懂的地方。正因為如此，在設(shè)計中的收獲還是挺大的，使我更深刻、更系統(tǒng)的對沖壓模具的認(rèn)識和學(xué)習(xí)，這對以后的畢業(yè)設(shè)計和將來參加工作做了鋪墊，可謂是為將來的實際工作打了個先鋒。
致謝
本人在畢業(yè)設(shè)計的學(xué)習(xí)期間，得到指導(dǎo)老師——材料工程系模具教研室原紅玲老師的悉心教誨。長期以來曾多次得到原紅玲老師的熱忱指導(dǎo)和幫助。在此謹(jǐn)致以誠摯的謝意。
本人才疏學(xué)淺、缺乏經(jīng)驗，設(shè)計中一定有不少錯誤和不當(dāng)之處。懇請廣大的老師、同學(xué)不吝賜教，誠摯希望得到大家的批評指正。
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