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湖南大學衡陽分校課程設計
湖南大學衡陽分校
畢業(yè)設計
課 題 名 稱 鎖殼沖裁模具設計
學 生 姓 名 余 坤
學 號 2003103317
院(系)、專業(yè) 機械系2003級模具三班
指 導 教 師 李良喜
2006年 05 月 25 日
計 算 內(nèi) 容
說 明
目錄
前言 ………………………………………………………3
第1章 工藝分析工藝方案的確定…………………………10
1.3 零件材料性能分析及工件工藝性分析……………10
1.4 零件工藝性的分析 ………………………………12
1.6 確定工藝方案及模具結構形式……………………14
第2章 工作原理……………………………………………16
第3章 工藝設計及排樣方案…………………………… 17
3.2 確定排樣方式和計算材料利用率……………………19
第4章 工作零件設計…………………………………… 22
第5章 參考資料………………………………………… 30
第6章 總結……………………………………………… 31
計 算 內(nèi) 容
說 明
前 言
模具在現(xiàn)代生產(chǎn)中，是生產(chǎn)各種工業(yè)產(chǎn)品的重要工藝裝備，他它以其特定的形狀通過一定的方式使原材料成形。例如，沖壓件和鍛件是通過沖壓和鍛造方式使金屬材料在模具內(nèi)發(fā)生塑性變形而獲得的；金屬壓鑄件、粉末冶金零件以及塑件、陶瓷、橡膠、玻璃等非金屬制件，絕大多數(shù)也是通過模具成形的。由于模具成形具有優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、省料、低成本等特點，現(xiàn)已在國民經(jīng)濟各部門，特別是汽車、拖拉機、航空航天、儀器儀表、機械制造、家用電器、石油化工、輕工日用品等工業(yè)部門得到極其廣泛的應用。
現(xiàn)在，模具技術已成為衡量一個國家產(chǎn)品制造水平的重要標志之一，研究和發(fā)展模具技術，對于促進國民經(jīng)濟的發(fā)展有著特別重要的意義。模具工業(yè)能促進工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)的發(fā)展和質(zhì)量的提高，并能獲得極大的經(jīng)濟效益，因此引起各個國家的高度重視和贊賞。在日本，模具被譽為“進入富裕社會的原動力”，在德國則冠以“金屬加工業(yè)中的帝王”，在羅馬尼亞視為“模具就是黃金”。因此可以斷言，隨著工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，模具工業(yè)在國民經(jīng)濟中的地位將日益提高，模具技術也會不斷發(fā)展，并在國民經(jīng)濟發(fā)展過程中發(fā)揮越來越重要的作用。
模具是高科技含量的產(chǎn)品，是專門為工業(yè)生產(chǎn)服務，并用于特定產(chǎn)品生產(chǎn)而被特殊制作的工藝裝備，隨著工業(yè)產(chǎn)品向多樣化發(fā)展，模具生產(chǎn)從形狀、尺寸、數(shù)量、材料、結構、精度、使用條件及壽命等方面，向著多樣化發(fā)展的傾向也日趨明顯。模具基本上是按訂貨合同單件生產(chǎn)，因此，模具產(chǎn)品的多樣性及單件生產(chǎn)的技術特點十分突出。所以，工廠的設計、工藝、工藝裝備和管理等，都要適應這個技術特點。大部分精密復雜模具都需要高精度機床加工，檢測設備要求精密度更高。模具加工技術集中了機械、電子乃至化學和光學等工業(yè)技術的精華。同時，模具對熟練技工的依賴程度遠比其他加工業(yè)要大。因此，技術的先進性及對熟練技巧的依靠性也是模具產(chǎn)品的技術特點。隨著技術的快速發(fā)展，特別是信息技術等高新技術在模具設計制造上的應用日漸廣泛和高新技術對模具提出的要求越來越高，模具的高新技術特點將日益明顯，而對熟練技巧的依靠性將逐步淡化。
計 算 內(nèi) 容
說 明
作為工業(yè)生產(chǎn)基礎工藝裝備，模具在國民經(jīng)濟中占有重要的地位，模具技術也已成為衡量一個國家產(chǎn)品制造水平的重要標志之一。80年代以來，我國模具工業(yè)發(fā)展十分迅速。國民經(jīng)濟的高速發(fā)展對模具工業(yè)提出了越來越高的要求，也為其發(fā)展提供了巨大的動力。這些年來，中國模具工業(yè)一直以15%左右的增長速度快速發(fā)展。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%。改革開放以來，中國模具工業(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，其他所有制形式的模具廠家，包括集體企業(yè)、合資企業(yè)、獨資企業(yè)和私營企業(yè)，都得到了快速發(fā)展，集體
和私營的模具企業(yè)在廣東和浙江等省發(fā)展得最為迅速。例如，浙江寧波和黃巖地區(qū)，從事模具制造的集體企業(yè)和私營企業(yè)多達數(shù)千家，成為國內(nèi)知名的“模具之鄉(xiāng)”和最具發(fā)展活力的地區(qū)之一。在廣東，一些大集團公司和迅速崛起的鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)，為了提高其產(chǎn)品的市場競爭能力，紛紛加入了對模具制造的投入，例如科龍、美的、康佳和威力等集團都建立了自己的模具制造中心。中外合資和外商獨資的模具企業(yè)多集中于沿海工業(yè)發(fā)達地區(qū)，現(xiàn)已有幾千家。例如，江蘇無錫的微研有限公司為一日本獨資企業(yè)，員工有200余人，擁有精密數(shù)控模具加工設備60余臺，1998年其模具產(chǎn)值超過2億元。
中國模具工業(yè)的技術水平近年來也取得了長足的進步。目前，國內(nèi)已能生產(chǎn)精度達2微米的精密多工位級進模，工位數(shù)最多已達160個，壽命1～2億次。在大型塑料模具方面，現(xiàn)在已能生產(chǎn)48英寸電視的塑殼模具、6.5Kｇ大容量洗衣機的塑料模具，以及汽車保險杠、整體儀表板等模具。在精密塑料模具方面，國內(nèi)已能生產(chǎn)照相機塑料模具、多型腔小模數(shù)齒輪模具及塑封模具等。在大型精密復雜壓鑄模方面，國內(nèi)已能生產(chǎn)自動扶梯整體踏板壓鑄模及汽車后橋齒輪箱壓鑄模。在汽車模具方面，現(xiàn)已能制造新轎車的部分覆蓋件模具。其他類型的模具，例如子午線輪胎活絡模具、鋁合金和塑料門窗異型材擠出模等，也都達到了較高的水平，并可替代進口模具。
雖然中國模具工業(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，精密加工設備在模具加工設備中的
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說 明
比重還比較低，CAD/CAE/CAM技術的普及率不高，許多先進的模具技術應用還不夠廣泛等等。特別在大型、精密、復雜和長壽命模具技術上存在明顯差距，這些類型模具的生產(chǎn)能力也不能滿足國內(nèi)需求，因而需要大量從國外進口。
但是，由于我國的模具行業(yè)起步較晚，與國外相比，仍存在不小的差距，主要體現(xiàn)在：
產(chǎn)需矛盾：隨著工業(yè)發(fā)展水平的不斷提高，工業(yè)產(chǎn)品更新速度的加快，對模具的需求越來越大。無論是數(shù)量還是質(zhì)量都無法滿足國內(nèi)市場的需要，只達到70％左右。造成矛盾突出的原因是模具企業(yè)的專業(yè)化、標準化程度低，生產(chǎn)周期長。另外，設計和制造工藝水平還不能完全適應發(fā)展的需要。
企業(yè)結構不合理：我國很多模具生產(chǎn)能力集中在各主機廠的模具分廠或車間內(nèi)，模具的商品化程度低，而國外70％以上都是專業(yè)模具廠，且走的是“小而精”的道路，因此生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益俱佳。
產(chǎn)品水平 ：衡量模具的產(chǎn)品水平，主要有模具加工的制造精度和表面粗糙度，加工模具的復雜程度，以及模具的制造周期和使用壽命。而這幾項指標與國外相比的差距都十分明顯。
此外，模具工業(yè)的整體裝備水平也存在相對落后，利用率低的現(xiàn)象。高素質(zhì)的模具技術人才缺乏，產(chǎn)品的綜合開發(fā)能力還急需加強。
針對不足和模具市場巨大的潛力，根據(jù)我國模具工業(yè)的現(xiàn)狀，并聯(lián)系國際先進水平，中國模具工業(yè)協(xié)會協(xié)助政府制定了我國模具行業(yè)“十五”發(fā)展規(guī)劃，確定模具工業(yè)重點發(fā)展領域有三方面：一是對整個模具行業(yè)發(fā)展有重要影響的主要模具標準件；二是技術含量高，反映模具制造水平和發(fā)展方向的模具；三是目前大量進口的中高檔模具。重點發(fā)展的模具產(chǎn)品主要有：模架，包括冷沖模架、塑料模架和壓鑄模架等；模具導向件，包括導柱、導套、導板及無油潤滑
說明
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說 明
導向件等；推桿、推管，包括塑料模用及壓鑄模用的異型推桿等；熱流道元件，包括內(nèi)熱式、外熱式、閥式和管式等；彈性元件，包括矩形彈簧、聚氨酯彈性體和氮氣缸等；小型標準件，包括標準凸凹模、澆口套、定位圈和拉鉤等；汽車覆蓋件模具，特別是轎車所需的覆蓋件模；精密沖壓模，包括多工位級進模、厚板精沖模和硬質(zhì)合金多功能復合模等；大型塑料模，包括汽車飾件模和家電塑殼模等；精密塑料模，包括塑封模和多層多腔、多材質(zhì)、多色精密塑料模；大型薄壁精密復雜壓鑄模，包括用于鋁、鎂、鋅、銅及其合金壓鑄的模具；大型、精密鍛模；子午線輪胎橡膠模；長壽命玻璃、陶瓷模；快速經(jīng)濟模具；多工位冷鐓模及擠壓模；塑料型材及塑料管路模具。希望在模具企業(yè)的整體實力有進一步提升，重點、骨干企業(yè)可以達到50%。2003年是“十五”關鍵的一年，如果做不到60%任務的完成，那么計劃就會失敗，而模具失敗了，對整個工業(yè)都會有影響。
近年來，外企進入中國, 加劇了競爭，也出現(xiàn)一些價格方面的惡性競爭。為了避免因為暫時的利益而損失長遠和整體的發(fā)展，未來一年中，行業(yè)協(xié)會也將加強模具企業(yè)間的組織和協(xié)調(diào)，制定合理的價格水平。同時，研究國際模具價格水平，以對行業(yè)進行指導和信息溝通。
在中國，人們已經(jīng)越來越認識到模具在制造中的重要基礎地位，認識到模具技術水平的高低，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著產(chǎn)品質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。
???
許多模具企業(yè)十分重視技術發(fā)展，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。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)。目前，從事模具技術研究的機構和院校已達30余家，從事模具技術教育的培訓的院校已超過50余家。其中，獲得國家重點資助建設的有華中理工大學模具技術國家重點實驗室，上海交通大學CAD國家工程研究中心、北京機電研究所精沖技術國家工程研究中心和鄭州工業(yè)大學橡塑模具國家工程
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說 明
研究中心等。經(jīng)過多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技術、模具的電加工和數(shù)控加工技術、快速成型與快速制模技術、新型模具材料等方面取得了顯著進步；在提高模具質(zhì)量和縮短模具設計制造周期等方面做出了貢獻。
???
(1)沖模技術
??? 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。在設計制造方法和技術手段方面不斷改善，在轎車模具國產(chǎn)化方面邁出了可喜的步伐。
??? 多工位級進模和多功能模具是我國重點發(fā)展的精密模具品種。目前，國內(nèi)已
可制造具有自動沖切、疊壓、鉚合、計數(shù)、分組、轉(zhuǎn)子鐵芯扭斜和安全保護等功能的鐵芯精密自動疊片多功能模具。生產(chǎn)的電機定轉(zhuǎn)子雙回轉(zhuǎn)疊片硬質(zhì)合金級進模的步距精度可達20μm，壽命達到1億次以上。其他的多工位級進模，如用于集成電路引線框架的20～30工位的級進模，用于電子槍零件的硬質(zhì)合金級進模和空調(diào)器散熱片的級進模，也已達到較高的水平。
???
(2)塑料模具技術
??? 近年來，塑料模具發(fā)展很快，在國內(nèi)模具工業(yè)產(chǎn)值中塑料模具所占比例不斷擴大。電視機、空調(diào)、洗衣機等家用電器所需的塑料模具基本上可立足于國內(nèi)生產(chǎn)。重量達10～20噸的汽車保險杠和整體儀表板等塑料模具和多達600腔的塑封模具已可自行生產(chǎn)。在精度方面，塑料尺寸精度可達IT6-7級，型面的粗糙度達到Ra0.05-0.025μm，塑料模使用壽命達100萬次以上。
??? 在塑料模具的設計制造中，CAD/CAM技術得到較快的普及，CAE軟件已經(jīng)在部分廠家應用。熱流道技術得到廣泛應用，氣輔注射技術和高效多色注射技術也開始成功應用。
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說 明
(3)CAD/CAE/CAM技術
??? 目前，國內(nèi)模具企業(yè)中已有相當多的廠家普及了計算機繪圖，并陸續(xù)引進了高檔CAD/CAE/CAM，UG、Pro/Engineer、I-DEAS、Euclid-IS等著名軟件在中國模具工業(yè)應用已相當廣泛。一些廠家還引進了Moldflow、C-Flow、DYNAFORM、Optris和MAGMASOFT等CAE軟件，并成功應用于塑料模、沖壓模和壓鑄模的設計中。
近年來，我國自主開發(fā)CAD/CAE/CAM系統(tǒng)有很大發(fā)展。例如，華中理工大學模具技術國家重點實驗室開發(fā)的注塑模、汽車覆蓋件模具和級進模CAD/CAE/CAM軟件，上海交通大學模具CAD國家工程研究中心開發(fā)的冷沖模和精沖研究中心開發(fā)的冷沖模和精沖模CAD軟件，北京機電研究所開發(fā)的鍛模CAD/CAE/CAM軟件，北航華正軟件工程研究所開發(fā)CAXA軟件，吉林汽車覆蓋件成型技術所獨立研制的商品化覆蓋件沖壓成型分析KMAS軟件等在國內(nèi)模具行業(yè)擁有不少的用戶。
???
(4)快速成形/快速制模技術
??? 快速成形/快速制模技術在我國得到重視和發(fā)展，許多研究機構致力于這方面的研究開發(fā)，并不斷取得新成果。清華大學、華中理工大學、西安交通大學和隆源自動成形系統(tǒng)公司等單位都自主研究開發(fā)了快速成形技術與設備，生產(chǎn)出分層物體(LOM)、立體光固化(SLA)、熔融沉積(FDM)和選擇性燒結(SLS)等類型的快速成形設備。這些設備已在國內(nèi)應用于新產(chǎn)品開發(fā)、精密鑄造和快速制模等方面。 快速制模技術也在國內(nèi)多家單位開展研究，目前研究較多的有電弧噴涂成形模具技術和等離子噴涂制模技術。中、低熔點合金模和樹脂沖壓模制造技術已獲得成功應用，硅橡膠模也應用于新產(chǎn)品的開發(fā)中。
???
(5)其他相關技術
??? 近年來，國內(nèi)一些鋼鐵企業(yè)相繼引進和裝備了一些先進的工藝設備，使模具鋼的品種規(guī)格和質(zhì)量都有較大的改善。在模具制造中已較廣泛地采用新的鋼材，如冷作模具鋼D2、D3、A1、A2、LD、65Nb等；熱作模具鋼H10、H13、H21、4Cr5MoVSi、45Cr2NiMoVSi等；塑料模具鋼P20、3Cr2Mo、PMS、SMI、SMII等。
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說 明
這些模具材料的應用在提高質(zhì)量和使用壽命方面取得了較好的效果。 國內(nèi)一些單位對多種模具拋光方法開展研究，并開發(fā)出專用拋光工具和機械。花紋蝕刻技術和工藝水平提高較快，在模具飾紋的制作中廣泛應用。
??? 高速銑削加工是近年來發(fā)展很快的模具加工技術。國內(nèi)已有一些公司引進了高速銑床，并開始應用。國內(nèi)機床廠陸續(xù)開發(fā)出一些準高速的銑床，并正開發(fā)高速加工機床。但是，高速銑削的應用面在國內(nèi)尚不廣泛。
雖然我國的模具工業(yè)和技術在過去的十多年得到了快速發(fā)展，但與國外工業(yè)發(fā)達國家相比仍存在較大差距，尚不能完全滿足國民經(jīng)濟高速發(fā)展的需求。
未來的十年，中國模具工業(yè)和技術的主要發(fā)展方向包括：
??? ①提高大型、精密、復雜、長壽命模具的設計制造水平；
??? ②在模具設計制造中廣泛應用CAD/CAE/CAM技術；
??? ③大力發(fā)展快速制造成形和快速制造模具技術；
??? ④在塑料模具中推廣應用熱流道技術、氣輔注射成型和高壓注射成型技術；⑤提高模具標準化水平和模具標準件的使用率；
??? ⑥發(fā)展優(yōu)質(zhì)模具材料和先進的表面處理技術；
??? ⑦逐步推廣高速銑削在模具加工的應用；
??? ⑧進一步研究開發(fā)模具的拋光技術和設備；
??? ⑨研究和應用模具的高速測量技術與逆向工程；
??? ⑩開發(fā)新的成形工藝和模具。
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說 明
第1章 工藝分析
一 沖裁件的工藝性分析
沖裁件的工藝性是指從沖壓工藝方面來衡量其設計是否合理。一般的講，在滿足使用的要求的條件下，能以最簡單最經(jīng)濟的方法將工件沖制出來，就說明該件的沖壓工藝性好，否則，該件的工藝性就差。工藝性的好壞是相對的，它直接受到工廠的沖壓技術的水平和設備條件等因素的影響。
二 綜合技術經(jīng)濟效益觀念
改革開放以前，我國企業(yè)，特別是在軍工生產(chǎn)中，只要產(chǎn)品，不講經(jīng)濟效益是很普通的。那時，模具技術工作者在確定工藝方案，設計模具時，主要考慮的是滿足產(chǎn)品質(zhì)量和數(shù)量的要求，很少考慮經(jīng)濟效益。今天，在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)與市場經(jīng)濟的條件下，常常需要他們參與對生產(chǎn)的預測與決策。因此，必須具有現(xiàn)代技術經(jīng)濟效益觀念。在工藝設計過程中，還應考慮節(jié)省能源、減少材料消耗、降低生產(chǎn)成本，實施安全生產(chǎn)，保證獲得利潤等等。在保證產(chǎn)品質(zhì)量的條件下，充分發(fā)揮企業(yè)技術與設備的優(yōu)勢，爭取獲得最佳技術經(jīng)濟效益。
三 零件材料性能分析及工件工藝性分析(1.3)
（一）該產(chǎn)品的基本工序為落料、沖孔。
（二）它對零件尺寸公差特殊要求，采用IT12級，利用普通加工方式可達到圖樣要求。
（三）零件材料性能分析
鎖殼零件圖如下：
冷沖壓模具包括沖裁、彎曲、拉深、成形等各種單工序模和由這些基本工序組成的復合模、級進模等各種模具。設計這些模具時，首先要了解被加工材料的力學性能。材料的力學性能是進行模具設計時各種計算的主要依據(jù)。故在分析零件沖壓成形工藝，設計沖壓模具前，必須要了解和掌握材料的一些力學性能，以便設計?，F(xiàn)將摩擦片零件材料為10號鋼的力學性能主要參數(shù)及其概念敘述如下：
1）應力：材料單位面積上所受的內(nèi)力，單位是N/mm，用Pa表示。10Pa=1MPa；
1MPa = 1N/mm；10Pa = 1GPa。
2）屈服點σs。材料開始產(chǎn)生塑性變形時的應力值，單位是N/mm。彎曲、拉深、成形等工序中，材料都是在達到屈服強度時進行塑性變形而完成該工序的成形的。經(jīng)查表取σs = 206 MPa。
3）抗拉強度σb。材料受到拉深作用，開始產(chǎn)生斷裂時的應力值，單位是MPa。σb = 294～432MPa。
4）抗剪強度τb。材料受到剪切作用，開始產(chǎn)生斷裂時的應力值，單位是MPa。取τb = 255～333MPa。
5）彈性模量E。材料在彈性范圍內(nèi)，表示受力與變形的指標，彈性模量大，表示材料受力后變形較小，或者說，產(chǎn)生一定的變形需要較大的力。E = 194 x
10MPa。
6）屈服比σs/σb。是材料的屈服強度與抗拉強度之比，其值越小，表示材料允許的塑性變形區(qū)越大，在拉深工序中，材料的屈服比較小時，所需的壓邊力和所需克服的摩擦力相應的減小，有利于提高成形極限。
7）伸長率δ。在材料性能實驗時，試件由拉伸試驗機拉斷后，對接起來測量長度，其伸長量與原長度之比稱為伸長率，其數(shù)值用“％”表示，其數(shù)值越大表示材料的塑性越好。經(jīng)查表可得，材料為10號鋼的伸長率δ=29％。
綜上所述，對鎖殼零件材料10號鋼的力學性能分析，主要是為了便于模具設計中各參數(shù)的計算，故在后序的模具設計中各參數(shù)的計算均以上面所取的數(shù)值進行計算。
（四）零件工藝性的分析
該零件為鎖殼，結構簡單，對稱，是典型的拉深件。在拉深過程中要注意控制拉深程度，加工時，根據(jù)零件的結構，形狀等一些技術要求，應考慮以下幾點：
1）拉深件圓角半徑：拉深件的圓角半徑要適合，應盡量大些，以便于成形和減少拉深次數(shù)，避免在拉深過程中出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象即拉裂。拉深件底與壁的圓角半徑應滿足r1≥t。而在此設計中圓角半徑R3＞t，故滿足設計要求。
2）考慮拉深件厚度不均勻的現(xiàn)象：在拉深過程中，一般為不變薄拉深，從理論分析上說是不符合的，在拉深過程中壁厚應有少量的變化，如果在拉深件精度要求不高時，一般可以忽略不計，而在此設計當中我們應該考慮壁厚不均勻現(xiàn)象問題，加工出符合圖樣要求的零件。
3）拉深見的孔位布置：根據(jù)示圖所示，該零件的孔位布置合理，處于中心部位。在沖孔時，要注意孔與拉深件的同心度的問題，孔到拉深底部邊緣的距離d≤d1-2r1-t。
根據(jù)零件圖，初步分析可以知道鎖殼零件的沖壓成形需要多道工序才能完成，首先進行一次正拉深，形成外形尺寸形狀。其次進行反拉深。底部還要沖小孔。
綜上所述，鎖殼由平板毛坯沖壓成形應包括的基本工序有：(1) 落料+拉深 (2)修邊 (3) 沖孔 (4)翻邊. 由于是多道工序，多套模具成形，還要特別注意各工序間的定位。
（五）重視模具材料和結構的選擇，保證有一定的模具壽命。
工藝毛坯的極限偏差：
尺寸 凸模偏差 凹模偏差
58 -0.020 +0.030
88 -0.025 +0.025
參考《沖壓工藝與模具設計》。北京：機械工業(yè)出版社，2000.5
P45,46
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說 明
(六) 確定工藝方案及模具結構形式
根據(jù)制件工藝分析，其基本工序有:落料沖孔。完成鎖殼的設計,根據(jù)所需基本工序可,得到如下幾種方案:
方案一
1） 落料
2） 拉深
3） 修邊
4） 沖孔φ2
5） 沖φ11.8的翻邊孔1個
6） 翻邊
7） 沖φ6的孔2個
8） 沖不規(guī)則形狀的孔1個
方案二
1） 落料+拉深
2） 沖φ11的孔φ2個及不規(guī)則形狀的孔1個
3） 翻邊
4） 修邊
5） 沖側(cè)孔
方案三
1） 落料+拉深+非翻邊孔+沖φ2孔
2） 翻邊
3） 修邊
4） 沖φ11孔
5） 沖側(cè)孔
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說 明
綜合以上三種方案，方案一最合理。采用三種模具即可解決一些問題，第一種是方案,工藝好,精度高;第二種方案，是先沖孔后翻邊,會造成尺寸偏差,精度減低.第三種方案會造成尺寸偏差,精度減低，工序不易操作.故選擇的是方案一。
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說 明
第2章 工作原理
首先由壓力機帶動模柄，模柄再帶動上模座下行，上模座帶著凸凹模下行，凸凹模與落料凹模完成落料的動作，凸凹模繼續(xù)下行，拉深凹將條料拉入凸凹模，完成拉深動作過程，再由頂桿帶動壓邊圈拉制件頂出。
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說明
第3章 工藝計算及排樣方案
1、尺寸的確定
已知b1=88 b=58 t=1.2 r底=6 r1=3.8 r2=7.3 h0=28
r1/b=3.8/58=0.066
h0/b=28/58=0.483
由圖4—72查得該件屬 區(qū)的低矩形件，又根據(jù)t/bx100=1.2/58x100=2.172 ，可按表4—33所得的第一種方法計算。
1） 選取修邊余量h，確定矩形件的計算高度。
當h0/r1=28/3.8=7.368
Δh=0.5h0/r1=0.5x7.368=3.684(mm)
h=h0+Δh=28+3.684=31.684(mm)
2） 假想毛坯尺寸直徑。
D=1.13
=112.418mm
3） 毛坯長度
r=D+(b1-b)=112.418+(88-58)=142.418(mm)
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4） 毛坯寬度
K=D-(b-2r1)+【b-2x（h-0.43xr底）】（b1-b）/（b1-2r）
=112.418x(58-2x3.8)+【58+2x（31.684-0.43X6）】（88-58）/（88-2x3.8）
=113.832mm
5） 毛坯直徑
R=0.5K=0.5x113.832=56.916(mm)
圓整毛坯直徑為11.25mm。毛坯長度為142.5mm,毛坯寬度為114mm。毛坯半徑為57mm。
6） 毛坯尺寸如下圖示：
由h0/b=28/58=0.483<0.7~0.8
這屬于低盒件拉深。
M=r/R=3.8/57=0.067
毛坯相對厚度t/bx100=1.2/58x100=2.1
查表相4-27得
m1=0.050
m>m1
所以屬于一次拉深成形。
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2、確定排樣方式和計算材料利用率。
（2.1）排樣類型與排樣方法
（一）排樣的目的與作用
沖裁件在板料、條料或帶料上的布置方法稱為排樣法，簡稱排樣。排樣的結果要畫出排樣圖。排樣是否合理，直接影響到材料利用率，零件質(zhì)量，生產(chǎn)率，模具結構與壽命及生產(chǎn)操作方式與安全。因此，在沖壓工藝和模具設計中，排樣是一項極為重要的，技術性很強的工作。
（二）排樣的基本類型
按材料的經(jīng)濟利用程度或廢料的多少，排樣可分為有廢料排樣與少，無廢料排樣兩大類。按零件在條料上的布置形式，排樣又可分為直排、對排、對頭斜排、多排、混合排等形式。
1．有廢料排樣 落料時沖裁輪廓是封閉的，在工件與工件之間以及工件與條料側(cè)邊之間，都留出了作為剪切支撐面的工藝余料，簡稱搭邊。搭邊就是廢料，從降低材料消耗考慮，希望搭邊小些。但搭邊值太小，支撐面剛度不足，將使工件質(zhì)量變壞、模具壽命降低。
有廢料排樣有如下幾種形式：
（1）直排 排樣時，優(yōu)先選用直排，因為直排的模具最簡單。但對于三角形、角尺形等工件，采用直排會造成較大的材料浪費，可考慮選取斜排或?qū)ε拧?
（2）斜排 斜排將使制模工作量增大，可達15%。因此，如果節(jié)省材料不超過5%，采用斜排的意義不是很大的。
（3）對排 選取對排省料幅度較大，比直排省料可達30%~50%。但需注意如下問題：如果采取送一次料沖一件的方案，即用單凸模，模具結構與直排時基本相同，模具費也相差不大，但只適用與條料，不能卷料，因為在沖完一次后，需要調(diào)頭沖另一行。沖另一行時，條料的剛度很差，給送料造成困難，有時根本無法送料，操作者普通不愿意采用這種方案。因此，只有在生產(chǎn)量不大，且調(diào)頭沖時能保證足夠的剛度時才可考慮采用此方案。如果采取一次沖兩件的方案，即用雙凸模，則模具結構復雜了，模具長度增大了，因而模具費用也增加了?？梢酝ㄟ^盈虧平衡點，對各方案進行比較，并作出選擇。
（4）多排 采用多排是為了省料，但省料有限。對于圓形件，采用單排、雙排、三排的材料利用率分別78%、84%、86%。采用四排以上時，每增加一排，材料利用率提高不到2%。然而，增加排數(shù)，將使模具復雜化，由于受到凹模強度的限制，相鄰兩件上不允許同時沖出的，必須設置空工位，結果使模具沿送料方向增長長度，造成模具費用增加。所以，只有在大量生產(chǎn)圓形小件，并且材料較貴重（主要是各種銅板）時，才能考慮采用多排。
（5）混合排 如果將一種零件落料后的廢料作為另一種工件的原材料，當然也可以提高材料的利用率。但這種排樣對于小型件既不方便又不安全。
2．少廢料與無廢料排樣 就是使一個工件落料形狀的一邊或數(shù)個邊成為另一工件的邊緣，取消了工件之間的搭邊，成為少廢料排樣。如果條料的邊緣能作為工件的邊緣，則可以完全取消搭邊而成為無廢料排樣。少廢料和無廢料排樣，沖裁輪廓都是非封閉的。能進行少廢料和無廢料排樣的工件是不多見的，常常需要對工件的形狀作些修改才能實現(xiàn)。顯然，這種排樣材料的利用率是很高的。但這種排樣也存在缺點，突出的一個問題是一個工件上的毛刺和塌角可
能處在不同的板的平面上，而毛刺和塌角在相反的方向上工件，在使用上常常是不允許的，選用時要特別注意。另一個缺點是工件尺寸不容易準確，因為一個工件的輪廓形狀可能分幾次才沖出，由于定位誤差較大，沖出的工件尺寸和形狀就不如沖封閉輪廓的落料精確。但由于它具有省料的突出優(yōu)點，在工件尺寸精度要求不高時，特別是大量生產(chǎn)時，還是應該優(yōu)先考慮的。
(2.2) 排樣設計
上圖的毛坯形狀和尺寸較大，為便于手工送料，選用單排沖壓，有兩種排樣方式如圖示。
經(jīng)過分析計算：（a）的排樣方式，材料利用率最高。
3、搭邊值的確定
由于工藝所采用的送料方式為手工送料，且為非圖形，查表2-17得
a=2.5mm a1=2mm
4、沖壓設備的選擇，
由于本套模具為落料拉伸模，計算參數(shù)如下：
1） 落料力
F落=1.3Lτz
將t=1.2mm及08鋼材料的搞剪強度τ=260Mpa代入上式，得
參考《沖壓工藝與模具設計》。北京：機械工業(yè)出版社，2000.5
P55
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說 明
F推=1x122849.99x0.035
=4299.750N
F總=F落+F推=127149.74N
根據(jù)壓力，可選用160的開式雙柱可傾壓力機。
根據(jù)資料得其主要參數(shù)及大小如下：
最大沖壓力 160KN
滑塊行程 70mm
滑塊行程次數(shù) 120次/min
最大封閉高度 220mm
封閉高度調(diào)節(jié)量 45mm
工作臺尺寸 300mmx450mm
模柄尺寸 直徑40x60
5、落料拉深先后的確定
F0=127149.7 4
拉深力
F拉=(2b1+2b-1.72r)tδbk4
查表4-23得k4=0.7
δb=420Mpa代入公式得
F拉=(2x88+2x58-1.72x6)x1.2x420x0.7
=104376.704
所以F總>F拉
所以本復合模為先沖裁后拉深
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第4章 工作零件設計
1凹模的設計
1） 模的材料選Cr12，凹模是在強壓連續(xù)使用和有很大沖壓力的條件下工作臺的，且伴有溫度的升高，工作條件惡劣，要求凹模材料有好的耐磨性，耐沖擊性，淬透性和切耐性。
2） 凹模的硬度要求較高，一般應進行淬為熱處理，使其硬度達到期HRC58-62。
3） 凹模設計的結構如下圖所示：
4）刃口尺寸的確定
由表尺寸2-23表得
Zmax=0.180
Zmin=0.126
Zmax-Zmin=0.180-0.126=0.054
根據(jù)表2-32表得
A凹=（A-xΔ）+0δ凹
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根據(jù)表2-30得
x=0.75 Δ=0.4
則： A凹1=（58-0.75x0.4） 0+0.030=57.70+0.030
A凹2=（88-0.75x0.4）+00.035=87.70+0.035
5）、強度的校核
凹模強度校核主要是栓查高度h，因為凹模下面的模座或墊板一的洞口較凹模洞口大，合凹模工作時彎曲，若凹高度不夠便會產(chǎn)生彎曲變形，以致?lián)p壞。
查表2-45得
δ彎=1.5F/h2【δ彎】
h最小=
凹模厚度 H=K6
查表2-24得K=0 .2
H=142.5x0.2=28.5mm
考慮到工件及凸凹模的影響取取H=0.32mm
【δ彎】=490Mpa
δ彎=1.5X122849.99/322=179.956Mpa<【δ彎】
經(jīng)校核，凹模強度足夠。
2、凸模的設計
1） 凸模的材料為Cr12mov
2） 凸模硬度要求低于凹模硬度，但其硬度還是較高的，要經(jīng)過回火的熱處理方法，使其硬度達到HRC56-60。
該凸模為拉深模具，且凸模的長度，寬度應根據(jù)拉深件具體結構確定。
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3） 圓角半徑 rp
rd=8t
rp=（0.6~1）rd
4） 所以該凸模圓角半徑rp為
rp=0.6x8t
=0.6x8x1.2
=6mm
5） 凸模刃口的尺寸
B凸=（B-XΔ-Z）0-δP
查表2-30得
x=0.75 Δ=0.4 Z=（1.0~1.1）t
B凸1=（58-0.75x0.4-1.2x2）0-0.020
B凸2=（88-0.75x0.4-1.2x2）0-0.025
=85.30-0.025
6） 拉深凸模出氣口的尺寸
查表4-35得：
通孔直徑d
d=6.5mm
7） 凸模強度校核
δp=F/A≤【δp】
沖裁時，凸模承受的壓力，必須小于凸模材料強度允許的壓應力【δp】
δp=F/A122849.99/55.3x85.3=260Mpa
δp≤【δp】=980~1569
所以凸模強度足夠。
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3凸凹模具的設計
1） 材料選用Cr12。
2） 熱處理硬度達到HRC58-62，尾部回火HRC40-45。
3） 凸凹模的尺寸如圖所示：
凸凹模的最小壁厚一般由經(jīng)驗數(shù)據(jù)確定，倒裝復合凸凹模最小壁厚：對于黑色金屬和硬材料約為工件的料厚的1.5倍，但不小于0.7mm；對于有色金屬用軟材料約等于工件壁厚，但不小于0.5mm正裝復合模凸凹模的最小可參考表2-27
t=1.2
最小壁厚 3.2
最小直徑 18
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4、卸料板的設計
1） 材料為45號鋼。
2） 裝置形式如下圖所示。
5、打桿的長度
考慮到墊板的高度是10mm，推板的高度是12mm，模柄的尺寸是40 x100。螺母的寬度為8mm。且需2個螺母，還需留一定的余量。所以打桿的長度
L=10+12+100+2x8+10
=148mm
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6、壓邊裝置的設計
在拉深過程中，壓邊圈的作用是用來防止工件邊壁或凸緣起皺的。隨著拉深增加還需要減少的壓邊力應減少。
t/D=1.2/112.418=1.1% m1=0.050
查表4-11 t/D<1.5% m1≤0.60
應采用壓邊圈裝置。
壓邊力Fy=AP
查表4-27得
P=2.5-3MPa
根據(jù)設計時壓邊圈的面積為：
A=πR2+30x114=πx572+3420=13627(mm2)
Fy=22.5x13627=34067.5N
一般情況下采用彈簧墊或橡皮墊，本設計選擇橡皮墊。采用平面壓邊圈，一般拉深模中采用平面壓邊圈。
7、頂桿的長度
頂桿的長度取決于工件的高度，在保證制件頂出的情況下，頂桿的長度為：
L=32+45+10=87mm
取L=90mm
8、橡皮墊的設計
1）、選用的原則
為保證橡皮不致于過早失去彈性損壞，其允許最大壓縮量應不超過其自由高度的45%
一般取h總=（0.35-0.45）h自由
故工作行程
h工作= h總- h預=（0.25-0.30）h自由
2)橡皮高度
h自由=h工作/0.25-0.30
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3)橡皮的結構形式如下圖：
D=
=132mm
根據(jù)工件的厚度1.2mm，拉深時凸模進入凸凹模深度為35mm，考慮模具維修時刃磨留量2mm，則總的工作行程。
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H工作=1.2+35+2=38.2mm
H自由=38.2/0.25-0.30=127.3~152.8mm
取自由高度為150
h預期=(10%~15%)h自由
=15~22.5mm
取h預=22mm
模具中橡皮高度為128mm
9、模具的選擇
根據(jù)制件的毛坯尺寸可選凹模周界為250mm，B為125mm，H為160~220mm，的后側(cè)導柱模深
根據(jù)模架可知
上模座 250X125X40 GB2855.5-81
下模座 250X125X45 GB2855.6-81
導柱 28X150 GB2861.1-81
導套 28X100X38 GB2861.6-81
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第5章 參 考 資 料
1肖景容 姜奎華編的《沖壓工藝學》北京：機械加工出版社會性 1999。
2王孝培主編《沖壓手冊》第二版 北京 機械工業(yè)出版社。
3王芳主編《冷沖壓模具設計手冊》 北京 機械工業(yè)出版社。
4 黃毅宏、李明輝主編模具制造工藝.北京：機械工業(yè)出版社，1999.6
5 李紹林，馬長福主編.實用模具技術手冊.上海：上?？茖W技術文獻出版社，2000.6
6 華北航天工業(yè)學院，鐘 斌主編《沖壓工藝與模具設計》。北京：機械工業(yè)出版社，2000.5
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第6章 總結
畢業(yè)設計是每位大學生畢業(yè)之前必經(jīng)之路， 經(jīng)過了此次畢業(yè)設計，我初步了解了設計模具的各道工序，清楚了模具的各個結構，了解了各個設計過程中的重要環(huán)節(jié)，具備了一定的設計能力，學到了真正的實踐知識，但這還不夠，在以后的工作中，還要繼續(xù)努力的為中國的模具設計與制造水平上升而努力。
這次畢業(yè)設計可以說是大學三年所學之結晶，在此，我真誠的感謝老師們?nèi)陙韺ξ业慕陶d。
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