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河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書
1.緒論
1.1沖壓概述
1.1.1沖壓的概念
沖壓是利用安裝在沖壓設(shè)備（主要是壓力機(jī)）上的模具對(duì)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(duì)材料進(jìn)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(shù)。
沖壓所使用的模具稱為沖壓模具，簡(jiǎn)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(guān)重要，沒有符合要求的沖模，批量沖壓生產(chǎn)就難以進(jìn)行；沒有先進(jìn)的沖模，先進(jìn)的沖壓工藝就無法實(shí)現(xiàn)。沖壓工藝與模具、沖壓設(shè)備和沖壓材料構(gòu)成沖壓加工的三要素，只有它們相互結(jié)合才能得出沖壓件。
1.1.2沖壓的特點(diǎn)
與機(jī)械加工及塑性加工的其它方法相比，沖壓加工無論在技術(shù)方面還是經(jīng)濟(jì)方面都具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。主要表現(xiàn)如下。
(1) 沖壓加工的生產(chǎn)效率高，且操作方便，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化與自動(dòng)化。這是因?yàn)闆_壓是依靠沖模和沖壓設(shè)備來完成加工，普通壓力機(jī)的行程次數(shù)為每分鐘可達(dá)幾十次，高速壓力要每分鐘可達(dá)數(shù)百次甚至千次以上，而且每次沖壓行程就可能得到一個(gè)沖件。
（2）沖壓時(shí)由于模具保證了沖壓件的尺寸與形狀精度，且一般不破壞沖壓件的表面質(zhì)量,而模具的壽命一般較長(zhǎng),所以沖壓的質(zhì)量穩(wěn)定,互換性好,具有“一模一樣”的特征。
（3）沖壓可加工出尺寸范圍較大、形狀較復(fù)雜的零件，如小到鐘表的秒表，大到汽車縱梁、覆蓋件等，加上沖壓時(shí)材料的冷變形硬化效應(yīng)，沖壓的強(qiáng)度和剛度均較高。
（4）沖壓一般沒有切屑碎料生成，材料的消耗較少，且不需其它加熱設(shè)備，因而是一種省料，節(jié)能的加工方法，沖壓件的成本較低。
但是，沖壓加工所使用的模具一般具有專用性，有時(shí)一個(gè)復(fù)雜零件需要數(shù)套模具才能加工成形，且模具制造的精度高，技術(shù)要求高，是技術(shù)密集形產(chǎn)品。所以，只有在沖壓件生產(chǎn)批量較大的情況下，沖壓加工的優(yōu)點(diǎn)才能充分體現(xiàn)，從而獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益。
1.1.3沖壓成型的應(yīng)用
沖壓在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，尤其是大批量生產(chǎn)中應(yīng)用十分廣泛。相當(dāng)多的工業(yè)部門越來越多地采用沖壓法加工產(chǎn)品零部件，如汽車、農(nóng)機(jī)、儀器、儀表、電子、航空、航天、家電及輕工等行業(yè)。在這些工業(yè)部門中，沖壓件所占的比重都相當(dāng)?shù)拇螅賱t60%以上，多則90%以上。不少過去用鍛造=鑄造和切削加工方法制造的零件，現(xiàn)在大多數(shù)也被質(zhì)量輕、剛度好的沖壓件所代替。因此可以說，如果生產(chǎn)中不諒采用沖壓工藝，許多工業(yè)部門要提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本、快速進(jìn)行產(chǎn)品更新?lián)Q代等都是難以實(shí)現(xiàn)的。
1.1.4沖壓的基本工序及模具
由于沖壓加工的零件種類繁多，各類零件的形狀、尺寸和精度要求又各不相同，因而生產(chǎn)中采用的沖壓工藝方法也是多種多樣的。概括起來，可分為分離工序和成形工序兩大類；分離工序是指使坯料沿一定的輪廓線分離而獲得一定形狀、尺寸和斷面質(zhì)量的沖壓（俗稱沖裁件）的工序；成形工序是指使坯料在不破裂的條件下產(chǎn)生塑性變形而獲得一定形狀和尺寸的沖壓件的工序。
上述兩類工序，按基本變形方式不同又可分為沖裁、彎曲、拉深和成形四種基本工序，每種基本工序還包含有多種單一工序。
在實(shí)際生產(chǎn)中，當(dāng)沖壓件的生產(chǎn)批量較大、尺寸較少而公差要求較小時(shí)，若用分散的單一工序來沖壓是不經(jīng)濟(jì)甚至難于達(dá)到要求。這時(shí)在工藝上多采用集中的方案，即把兩種或兩種以上的單一工序集中在一副模具內(nèi)完成，稱為組合的方法不同，又可將其分為復(fù)合-級(jí)進(jìn)和復(fù)合-級(jí)進(jìn)三種組合方式。
復(fù)合沖壓——在壓力機(jī)的一次工作行程中，在模具的同一工位上同時(shí)完成兩種或兩種以上不同單一工序的一種組合方法式。
級(jí)進(jìn)沖壓——在壓力機(jī)上的一次工作行程中，按照一定的順序在同一模具的不同工位上完面兩種或兩種以上不同單一工序的一種組合方式。
復(fù)合-級(jí)進(jìn)——在一副沖模上包含復(fù)合和級(jí)進(jìn)兩種方式的組合工序。
沖模的結(jié)構(gòu)類型也很多。通常按工序性質(zhì)可分為沖裁模、彎曲模、拉深模和成形模等；按工序的組合方式可分為單工序模、復(fù)合模和級(jí)進(jìn)模等。但不論何種類型的沖模，都可看成是由上模和下模兩部分組成，上模被固定在壓力機(jī)工作臺(tái)或墊板上，是沖模的固定部分。工作時(shí)，坯料在下模面上通過定位零件定位，壓力機(jī)滑塊帶動(dòng)上模下壓，在模具工作零件（即凸模、凹模）的作用下坯料便產(chǎn)生分離或塑性變形，從而獲得所需形狀與尺寸的沖件。上模回升時(shí)，模具的卸料與出件裝置將沖件或廢料從凸、凹模上卸下或推、頂出來，以便進(jìn)行下一次沖壓循環(huán)。
1.2沖壓技術(shù)國(guó)內(nèi)外的現(xiàn)狀及發(fā)展方向
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，許多新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備、新材料不斷涌現(xiàn)，因而促進(jìn)了沖壓技術(shù)的不斷革新和發(fā)展。其主要表現(xiàn)和發(fā)展方向如下。
1.2.1沖壓成形理論及沖壓工藝方面
沖壓成形理論的研究是提高沖壓技術(shù)的基礎(chǔ)。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)沖壓成形理論的研究非常重視，在材料沖壓性能研究、沖壓成形過程應(yīng)力應(yīng)變分析、板料變形規(guī)律研究及坯料與模具之間的相互作用研究等方面均取得了較大的進(jìn)展。特別是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛躍發(fā)展和塑性變形理論的進(jìn)一步完善，近年來國(guó)內(nèi)外已開始應(yīng)用塑性成形過程的計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)，即利用有限元（FEM）等有值分析方法模擬金屬的塑性成形過程，根據(jù)分析結(jié)果，設(shè)計(jì)人員可預(yù)測(cè)某一工藝方案成形的可行性及可能出現(xiàn)的質(zhì)量問題，并通過在計(jì)算機(jī)上選擇修改相關(guān)參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)工藝及模具的優(yōu)化設(shè)計(jì)。這樣既節(jié)省了昂貴的試模費(fèi)用，也縮短了制模具周期。
研究推廣能提高生產(chǎn)率及產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本和擴(kuò)大沖壓工藝應(yīng)用范圍的各種壓新工藝，也是沖壓技術(shù)的發(fā)展方向之一。目前，國(guó)內(nèi)外相繼涌現(xiàn)出精密沖壓工藝、軟模成形工藝、高能高速成形工藝及無模多點(diǎn)成形工藝等精密、高效、經(jīng)濟(jì)的沖壓新工藝。其中，精密沖裁是提高沖裁件質(zhì)量的有效方法，它擴(kuò)大了沖壓加工范圍，目前精密沖裁加工零件的厚度可達(dá)25mm，精度可達(dá)IT16∽17級(jí)；用液體、橡膠、聚氨酯等作柔性凸?；虬寄５能浤３尚喂に嚕芗庸こ鲇闷胀庸し椒y以加工的材料和復(fù)雜形狀的零件，在特定生產(chǎn)條件下具有明顯的經(jīng)濟(jì)效果；采用爆炸等高能效成形方法對(duì)于加工各種尺寸在、形狀復(fù)雜、批量小、強(qiáng)度高和精度要求較高的板料零件，具有很重要的實(shí)用意義；利用金屬材料的超塑性進(jìn)行超塑成形，可以用一次成形代替多道普通的沖壓成形工序，這對(duì)于加工形狀復(fù)雜和大型板料零件具有突出的優(yōu)越性；無模多點(diǎn)成形工序是用高度可調(diào)的凸模群體代替?zhèn)鹘y(tǒng)模具進(jìn)行板料曲面成形的一種先進(jìn)技術(shù)，我國(guó)已自主設(shè)計(jì)制造了具有國(guó)際領(lǐng)先水平的無模多點(diǎn)成形設(shè)備，解決了多點(diǎn)壓機(jī)成形法，從而可隨意改變變形路徑與受力狀態(tài)，提高了材料的成形極限，同時(shí)利用反復(fù)成形技術(shù)可消除材料內(nèi)殘余應(yīng)力，實(shí)現(xiàn)無回彈成形。無模多點(diǎn)成形系統(tǒng)以CAD/CAM/CAE技術(shù)為主要手段，能快速經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)三維曲面的自動(dòng)化成形。
1.2.2沖壓在沖模設(shè)計(jì)方面
沖模是實(shí)現(xiàn)沖壓生產(chǎn)的基本條件.在沖模的設(shè)計(jì)制造上,目前正朝著以下兩方面發(fā)展:一方面,為了適應(yīng)高速、自動(dòng)、精密、安全等大批量現(xiàn)代生產(chǎn)的需要，沖模正向高效率、高精度、高壽命及多工位、多功能方向發(fā)展，與此相比適應(yīng)的新型模具材料及其熱處理技術(shù)，各種高效、精密、數(shù)控自動(dòng)化的模具加工機(jī)床和檢測(cè)設(shè)備以及模具CAD/CAM技術(shù)也在迅速發(fā)展；另一方面，為了適應(yīng)產(chǎn)品更新?lián)Q代和試制或小批量生產(chǎn)的需要，鋅基合金沖模、聚氨酯橡膠沖模、薄板沖模、鋼帶沖模、組合沖模等各種簡(jiǎn)易沖模及其制造技術(shù)也得到了迅速發(fā)展。
精密、高效的多工位及多功能級(jí)進(jìn)模和大型復(fù)雜的汽車覆蓋件沖模代表了現(xiàn)代沖模的技術(shù)水平。目前，50個(gè)工位以上的級(jí)進(jìn)模進(jìn)距精度可達(dá)到2微米，多功能級(jí)進(jìn)模不僅可以完成沖壓全過程，還可完成焊接、裝配等工序。我國(guó)已能自行設(shè)計(jì)制造出達(dá)到國(guó)際水平的精度達(dá)2~5微米，進(jìn)距精度2~3微米，總壽命達(dá)1億次。我國(guó)主要汽車模具企業(yè)，已能生產(chǎn)成套轎車覆蓋件模具，在設(shè)計(jì)制造方法、手段方面已基本達(dá)到了國(guó)際水平，但在制造方法手段方面已基本達(dá)到了國(guó)際水平，模具結(jié)構(gòu)、功能方面也接近國(guó)際水平，但在制造質(zhì)量、精度、制造周期和成本方面與國(guó)外相比還存在一定差距。
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(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、自動(dòng)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、融合形成了現(xiàn)代模具制造技術(shù)。其中高速銑削加工、電火花銑削加工、慢走絲切割加工、精密磨削及拋光技術(shù)、數(shù)控測(cè)量等代表了現(xiàn)代沖模制造的技術(shù)水平。高速銑削加工不但具有加工速度高以及良好的加工精度和表面質(zhì)量（主軸轉(zhuǎn)速一般為15000∽40000r/min）,加工精度一般可達(dá)10微米，最好的表面粗糙度Ra≤1微米），而且與傳統(tǒng)切削加工相比具有溫升低（工件只升高3攝氏度）、切削力小，因而可加工熱敏材料和剛性差的零件，合理選擇刀具和切削用量還可實(shí)現(xiàn)硬材料（60HRC）加工；電火花銑削加工（又稱電火花創(chuàng)成加工）是以高速旋轉(zhuǎn)的簡(jiǎn)單管狀電極作三維或二維輪廓加工（像數(shù)控銑一樣），因此不再需要制造昂貴的成形電極，如日本三菱公司生產(chǎn)的EDSCAN8E電火花銑削加工機(jī)床，配置有電極損耗自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)、CAD/CAM集成系統(tǒng)、在線自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)和動(dòng)態(tài)仿真系統(tǒng)，體現(xiàn)了當(dāng)今電火花加工機(jī)床的技術(shù)水平；慢走絲線切割技術(shù)的發(fā)展水平已相當(dāng)高，功能也相當(dāng)完善，自動(dòng)化程度已達(dá)到無人看管運(yùn)行的程度，目前切割速度已達(dá)到300mm /min,加工精度可達(dá)±5微米，表面粗糙度達(dá)Ra=0.1∽0.2微米;精度磨削及拋光已開始使用數(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(dòng)拋光等先進(jìn)設(shè)備和技術(shù);模具加工過程中的檢測(cè)技術(shù)也取得了很大的發(fā)展,現(xiàn)在三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)除了能高精度地測(cè)量復(fù)雜曲面的數(shù)據(jù)外,其良好的溫度補(bǔ)償裝置、可靠的抗振保護(hù)能力、嚴(yán)密的除塵措施及簡(jiǎn)單操作步驟，使得現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化檢測(cè)成為可能。此外，激光快速成形技術(shù)（RPM）與樹脂澆注技術(shù)在快速經(jīng)濟(jì)制模技術(shù)中得到了成功的應(yīng)用。利用RPM技術(shù)快速成形三維原型后，通過陶瓷精鑄、電弧涂噴、消失模、熔模等技術(shù)可快速制造各種成形模。如清華大學(xué)開發(fā)研制的“M-RPMS-Ⅱ型多功能快速原型制造系統(tǒng)”是我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的世界惟一擁有兩種快速成形工藝（分層實(shí)體制造SSM和熔融擠壓成形MEM）的系統(tǒng)，它基于“模塊化技術(shù)集成”之概念而設(shè)計(jì)和制造，具有較好的價(jià)格性能比。一汽模具制造公司在以CAD/CAM加工的主模型為基礎(chǔ)，采用瑞士汽巴精化的高強(qiáng)度樹脂澆注成形的樹脂沖模應(yīng)用在國(guó)產(chǎn)轎車試制和小批量生產(chǎn)開辟了新的途徑。
1.2.3沖壓設(shè)備和沖壓生產(chǎn)自動(dòng)化方面
性能良好的沖壓設(shè)備是提高沖壓生產(chǎn)技術(shù)水平的基本條件，高精度、高壽命、高效率的沖模需要高精度、高自動(dòng)化的沖壓設(shè)備相匹配。為了滿足大批量高速生產(chǎn)的需要，目前沖壓設(shè)備也由單工位、單功能、低速壓力機(jī)朝著多工位、多功能、高速和數(shù)控方向發(fā)展，加之機(jī)械乃至機(jī)器人的大量使用，使沖壓生產(chǎn)效率得到大幅度提高，各式各樣的沖壓自動(dòng)線和高速自動(dòng)壓力機(jī)紛紛投入使用。如在數(shù)控四邊折彎?rùn)C(jī)中送入板料毛坯后，在計(jì)算機(jī)程序控制下便可依次完成四邊彎曲，從而大幅度提高精度和生產(chǎn)率；在高速自動(dòng)壓力機(jī)上沖壓電機(jī)定轉(zhuǎn)子沖片時(shí)，一分鐘可沖幾百片，并能自動(dòng)疊成定、轉(zhuǎn)子鐵芯，生產(chǎn)效率比普通壓力機(jī)提高幾十倍，材料利用率高達(dá)97%；公稱壓力為250KN的高速壓力機(jī)的滑塊行程次數(shù)已達(dá)2000次/min以上。在多功能壓力機(jī)方面，日本田公司生產(chǎn)的2000KN“沖壓中心”采用CNC控制，只需5min時(shí)間就可完成自動(dòng)換模、換料和調(diào)整工藝參數(shù)等工作；美國(guó)惠特尼公司生產(chǎn)的CNC金屬板材加工中心，在相同的時(shí)間內(nèi)，加工沖壓件的數(shù)量為普通壓力機(jī)的4∽10倍，并能進(jìn)行沖孔、分段沖裁、彎曲和拉深等多種作業(yè)。
近年來，為了適應(yīng)市場(chǎng)的激烈競(jìng)爭(zhēng)，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的要求越來越高，且其更新?lián)Q代的周期大為縮短。沖壓生產(chǎn)為適應(yīng)這一新的要求，開發(fā)了多種適合不同批量生產(chǎn)的工藝、設(shè)備和模具。其中，無需設(shè)計(jì)專用模具、性能先進(jìn)的轉(zhuǎn)塔數(shù)控多工位壓力機(jī)、激光切割和成形機(jī)、CNC萬能折彎?rùn)C(jī)等新設(shè)備已投入使用。特別是近幾年來在國(guó)外已經(jīng)發(fā)展起來、國(guó)內(nèi)亦開始使用的沖壓柔性制造單元（FMC）和沖壓柔性制造系統(tǒng)（FMS）代表了沖壓生產(chǎn)新的發(fā)展趨勢(shì)。FMS系統(tǒng)以數(shù)控沖壓設(shè)備為主體，包括板料、模具、沖壓件分類存放系統(tǒng)、自動(dòng)上料與下料系統(tǒng)，生產(chǎn)過程完全由計(jì)算機(jī)控制，車間實(shí)現(xiàn)24小時(shí)無人控制生產(chǎn)。同時(shí)，根據(jù)不同使用要求，可以完成各種沖壓工序，甚至焊接、裝配等工序，更換新產(chǎn)品方便迅速，沖壓件精度也高。
1.2.4沖壓標(biāo)準(zhǔn)化及專業(yè)化生產(chǎn)方面
模具的標(biāo)準(zhǔn)化及專業(yè)化生產(chǎn)，已得到模具行業(yè)和廣泛重視。因?yàn)闆_模屬單件小批量生產(chǎn)，沖模零件既具的一定的復(fù)雜性和精密性，又具有一定的結(jié)構(gòu)典型性。因此，只有實(shí)現(xiàn)了沖模的標(biāo)準(zhǔn)化，才能使沖模和沖模零件的生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)專業(yè)化、商品化，從而降低模具的成本，提高模具的質(zhì)量和縮短制造周期。目前，國(guó)外先進(jìn)工業(yè)國(guó)家模具標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)程度已達(dá)70%∽80%，模具廠只需設(shè)計(jì)制造工作零件，大部分模具零件均從標(biāo)準(zhǔn)件廠購(gòu)買，使生產(chǎn)率大幅度提高。模具制造廠專業(yè)化程度越不定期越高，分工越來越細(xì)，如目前有模架廠、頂桿廠、熱處理廠等，甚至某些模具廠僅專業(yè)化制造某類產(chǎn)品的沖裁?；驈澢＃@樣更有利于制造水平的提高和制造周期的縮短。我國(guó)沖模標(biāo)準(zhǔn)化與專業(yè)化生產(chǎn)近年來也有較大發(fā)展，除反映在標(biāo)準(zhǔn)件專業(yè)化生產(chǎn)廠家有較多增加外，標(biāo)準(zhǔn)件品種也有擴(kuò)展，精度亦有提高。但總體情況還滿足不了模具工業(yè)發(fā)展的要求，主要體現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)化程度還不高（一般在40%以下），標(biāo)準(zhǔn)件的品種和規(guī)格較少，大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)件廠家未形成規(guī)?；a(chǎn)，標(biāo)準(zhǔn)件質(zhì)量也還存在較多問題。另外，標(biāo)準(zhǔn)件生產(chǎn)的銷售、供貨、服務(wù)等都還有待于進(jìn)一步提高。
2.沖壓件工藝分析
原始資料：如圖所示2-1
工件名稱：轉(zhuǎn)子軸承蓋
材 料：08鋼
厚 度：2mm
圖2-1
該工件為底部帶孔的階梯圓形拉深件，拉深高度不高，沖壓材料為08鋼，08鋼的強(qiáng)度不高，而塑性和韌性甚高，有良好的沖壓、拉伸和彎曲性能，焊接性能良好。主要用于制造容易加工成形，而不要求強(qiáng)度的部件。大多數(shù)生產(chǎn)高精度薄鋼板，用于制造深沖壓和深拉延制品，又由于產(chǎn)品批量較大，工序分散的單一工序生產(chǎn)不能滿足生產(chǎn)需要，應(yīng)考慮工序集中的工藝方法。經(jīng)綜合分析論證，采用拉深、沖孔、落料復(fù)合模，技能滿足生產(chǎn)量的要求，又能保證產(chǎn)品質(zhì)量和模具的合理性。
3.拉深的計(jì)算
3.1計(jì)算毛坯尺寸：
此工件的拉深為階梯形件的拉深，從形狀來說相當(dāng)于若干直臂圓筒形件的組合，因此，其拉深變形特點(diǎn)同直臂圓筒形件的拉深基本相同，每一個(gè)階梯的拉深即相當(dāng)于相應(yīng)的圓筒形件的拉深?？梢园烟菪卫罴拿娣e分割成兩個(gè)梯形的面積計(jì)算。
可以把拉深圖分解為以下兩種形式求錐形的總直徑：
圖3-1
圖3-2
圖3-1的計(jì)算公式為：
（3-1）
圖3-2的計(jì)算公式為：
(3-2)
則拉深件的直徑為：
(3-3)
-22.42
=59.07-22.42+23.57
=60.2mm
3.2檢查能否一次拉成
判斷階梯形件能否一次拉成，主要根據(jù)零件的總高度與其最小階梯筒部的直徑之比，是否小于相應(yīng)的筒徑為的直臂圓筒形件第一次了深深所允許的相對(duì)高度，即：
(3-4)
式中h,h,h,…，h——各個(gè)階梯的高度（mm）；
d——最小階梯筒部的直徑（mm）；
h——直徑為d的圓筒形件第一次拉深時(shí)可能得到的最大高度；
——第一次拉深允許的相對(duì)高度；
先計(jì)算相對(duì)厚度：
凸緣相對(duì)直徑:
查原紅玲. 主編《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)》表4.10查出：
=0.22
因?yàn)椤?0.22，所以該階梯形件可以一次拉深成形。
a.確定是否加修邊余量：
根據(jù)沖壓件相對(duì)高度：h/d=4.7/39.82=0.12＜0.22
h/d=1.5/20.82=0.07＜0.22
可以不考慮加修邊余量。
b.確定是否需要壓邊圈：
根據(jù)坯料相對(duì)厚度
式中 t——坯料厚度，mm
查原紅玲. 主編《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)》表4.7可知不需要壓邊圈。
3.3確定凸凹模圓角半徑：
根據(jù)設(shè)計(jì)說明書上要求的未注圓角為R1，則
3.4拉深件的拉深高度的計(jì)算：
由設(shè)計(jì)任務(wù)書可得：
3.5凸模與凹模間隙的確定：
經(jīng)過查課本表得：拉深凸凹模單邊間隙為0.5mm。
4.排樣設(shè)計(jì)
4.1排樣、計(jì)算條料寬度及確定步距：
首先查有關(guān)圖標(biāo)，確定搭邊值。根據(jù)零件形狀，兩工件間按矩形取搭邊值b=5mm，側(cè)邊按圓形取搭邊值a=2mm。
級(jí)進(jìn)模步距為60mm
條料寬度按相應(yīng)的公式就算:
B=(D+2a) (4-1)
查有關(guān)表=0.5,則：
B=（55+2×2）=59
由于本模具為拉深、沖孔、落料級(jí)進(jìn)模，為了提高模具的壽命和減少加工的復(fù)雜程度，所以采用了三個(gè)工位加工出制件。
畫出排樣圖，如圖4-1所示。
圖4-1
5.計(jì)算沖壓力及沖壓設(shè)備的選擇
5.1計(jì)算工序沖壓力：
①落料力： (5-1)
=1.3×3.14×（55+×8）×320×2N
=143691.73N
≈143.69KN
式中τ——材料抗剪強(qiáng)度，08鋼τ=260∽360MPa，取τ=320MPa
②卸料力:
(5-2)
=0.04×143.69KN
=5.75KN
式中——修正系數(shù)，=0.04
③拉深力：
(5-3)
=0.45×3.14×47.82×2×400N
=54055.7N
≈54.06KN
式中K——修正系數(shù)，K=0.45
——材料的強(qiáng)度極限，08鋼=324∽441MPa，取=400MPa
④沖孔力：
(5-4)
=1.3×3.14×2×320×(13+2×4.2)N
=55907.07N
≈55.91KN
式中 ——工件孔直徑，=13mm
——工件孔直徑，=42.mm
⑤推件力：
(5-5)
=3×0.05×55.91KN
≈8.39KN
式中 n——沖孔時(shí)卡在凹模內(nèi)的廢料數(shù)，n=3
——推件力因素，=0.05
⑥總沖壓力為：
(5-6)
=143.69+5.75+54.06+55.91+8.39
=267.8KN
5.2確定壓力中心：
根據(jù)圖5-1分析，工件圖形對(duì)稱，故落料時(shí)的壓力中心在 上；沖孔時(shí)的壓力中心在上，拉深時(shí)的壓力中心在上。
圖5-1
5.3沖壓設(shè)備的選擇:
為使壓力機(jī)能安全工作，取：
=1.7×267.8KN
=455.26KN
故選JB23-63的開式雙柱可傾壓力機(jī)。其主要技術(shù)參數(shù)如下：
公稱壓力：630kN
滑塊行程：100mm
最大封閉高度：400mm
最大封閉高度調(diào)節(jié)量：80mm
工作臺(tái)尺寸：570mm×860mm
工作臺(tái)墊板孔尺寸：φ400mm
模柄孔尺寸：φ50mm×70mm
工作臺(tái)墊板厚度：80mm
6.模具零件主要工作部分尺寸計(jì)算
6.1沖模和拉深模刃口尺寸及公差的計(jì)算
1.沖裁工序：工件尺寸精度查公差表均為IT14級(jí)，零件尺寸及公差見下表：
查設(shè)計(jì)手冊(cè)：x=0.5,,,
凸模制造精度采用IT6級(jí)，凹模制造精度采用IT7級(jí)。
2.拉深工序：工件未注公差，按IT14級(jí)，凸、凹模的制造精度采用IT9級(jí)；拉深單邊間隙Z/2=1.1t。
沖壓性質(zhì)
零件尺寸
計(jì)算公式
凹模尺寸(mm)
凸模尺寸(mm)
落料
查公差表得：
由于＞,不滿足間隙公差條件，應(yīng)縮小，提高制造精度，才能保證間隙在合理范圍。取
故
沖孔
查公差表得：
因?yàn)椋?0.02mm<=0.114mm
校核結(jié)果滿足間隙差要求，為降低制造成本，可按間隙差重新分配制造公差，得：
故
沖孔
查表得制造公差：
由于=0.029<=0.114mm
故計(jì)算結(jié)果滿足間隙差的要求。
拉深
凸、凹模的制造公差按IT9級(jí)制造，查表得
凸、凹模的制造公差按IT9級(jí)制造，查表得
6.2確定各主要零件結(jié)構(gòu)尺寸：
a.凹模外形尺寸的確定：
凹模厚度H的確定（按經(jīng)驗(yàn)公式）
H=kb(H≥15mm) (6-1)
其中，b為最大型孔的寬度尺寸，取55mm；k為系數(shù)，查沖壓設(shè)計(jì)手冊(cè)，取0.28；則：
H=0.28×55=15.4mm
查設(shè)計(jì)手冊(cè)確定凹模厚度，H=25mm。
凹模長(zhǎng)度的確定：
L=2×步距+工件寬+2c ?。翰骄?60mm；工件=55mm
則 L=2×60+55+2×34=243mm
凹模厚度B的確定：
t=2mm，沖件b=62mm，c=34mm
故 B=b+2c=55+2×34=123mm
依據(jù)設(shè)計(jì)尺寸，按沖模標(biāo)準(zhǔn)確定凹模外形尺寸為：250×125×25
b.凸模長(zhǎng)度的確定：
凸模長(zhǎng)度計(jì)算為：
(6-2)
其中 導(dǎo)料板厚；卸料板厚度；凸模固定板厚度；凸模修磨量Y=18mm；則：
6.3校核沖壓設(shè)備基本參數(shù)
①模具閉合高度校核：
(6-3)
=40+40+25+56+8-2=159mm
沖床的最大閉合高度為400mm,安裝模具時(shí)，需在工作臺(tái)面上配備墊塊，墊塊實(shí)際尺寸可配制。
②沖裁所需總壓力KN，沖床的公稱壓力，，滿足生產(chǎn)要求。
③模具最大安裝尺寸為280×390，沖床工作臺(tái)臺(tái)面尺寸為570×860，能滿足模具正確安裝。
④模具的模柄直徑為φ50mm×100mm,沖床模柄孔直徑φ50mm×70mm，能滿足模具安裝要求。
7.編制模具主要零件加工工藝規(guī)程
7.1凹模加工工藝規(guī)程：
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)條件，凹模加工工藝規(guī)程見下表：
工序號(hào)
工序名稱
工序內(nèi)容
1
下料
φ100×105（按等體積發(fā)計(jì)算后再加上鍛造的燒損量）
2
鍛造
將毛坯短程尺寸為255mm×130mm×30mm的平面六面體
3
熱處理
退火（消除鍛造后殘余內(nèi)應(yīng)力；降低硬度）
4
銑平面
銑六面達(dá)尺寸251mm×126mm×26mm（磨削余量單面0.5mm）
5
平磨
模上下達(dá)平面，留精磨余量0.2mm；與卸料板、凸模固定板疊合磨一對(duì)垂直側(cè)基面，并對(duì)角尺
6
鉗工
畫銷孔、螺釘過孔及漏料中心位置線；鉆、鉸銷釘孔
4×φ、2×φ、φ、鉆螺釘過孔
4×φ8.5
7
立銑
銑各漏料孔
8
坐標(biāo)鏜
與卸料板、凸模固定板疊合，以一對(duì)側(cè)基面定位，按圖示位置，在各型孔中心鉆穿絲孔φ2mm；并鏜固定擋料釘安裝孔φ
9
熱處理
淬火、回火達(dá)硬度60∽64HRC
10
平磨
磨上下平面達(dá)圖；磨一對(duì)垂直側(cè)基面對(duì)角尺
11
退磁
12
線切割
按充血切割型孔，切割幸免留研磨余量0.015mm
13
研磨型孔
鉗工研磨型孔達(dá)設(shè)計(jì)要求
7.2落料凸模加工工藝規(guī)程
工序號(hào)
工序名稱
工序內(nèi)容
1
備料
備制尺寸為70mm×60mm×63mm的矩形鍛件
2
熱處理
退火（消除鍛后參與內(nèi)應(yīng)力；降低硬度）
3
粗加工毛坯
銑六面保證尺寸
4
磨平面
磨兩大平面及相鄰的側(cè)面保證垂直
5
鉗工劃線
畫刃口輪廓線
6
銑型面
按線銑刃口型面留單面余量0.3mm
7
熱處理
淬火達(dá)硬度58∽62HRC
8
磨端面
磨端面保證與型面垂直
9
磨型面
成形磨削刃口型面達(dá)設(shè)計(jì)要求
10
鉗工
修磨刃口達(dá)設(shè)計(jì)要求
8.模具的裝配與調(diào)試
模具裝配沒有嚴(yán)格的工藝規(guī)程，裝配工藝規(guī)程由模具鉗工掌握。但模具裝配都有一定得裝配順序。例如：級(jí)進(jìn)模先裝配下模，再以下模為基準(zhǔn)裝配上模；復(fù)合模是先裝凸凹模，然后裝凹模和凸模，最后總裝；導(dǎo)板模則以卸料板為基準(zhǔn)件進(jìn)行裝配；無導(dǎo)柱、導(dǎo)套的模具，可以先裝配下模，也可以先裝配上模等。冷沖模裝配的主要技術(shù)要求是保證凸、凹模的均勻配合間隙。
裝配過程如下：
① 以下模座為基準(zhǔn)件，壓裝導(dǎo)柱。
② 按下模座的中心線為基準(zhǔn)，找正凹模的位置，用平行夾將凹模與下模座加緊，以凹模上的螺釘過孔、銷孔為引導(dǎo)，在下模座上鉆螺紋孔底孔、攻螺紋、鉆、鉸銷孔；按凹模型孔在模座上劃出漏料孔線，取下凹模，銑下模座上漏料孔。
③ 將固定卸料板對(duì)凹模的長(zhǎng)側(cè)面找正平行，校正左、右位置后與凹模一起夾緊；再找正另一塊導(dǎo)料板后也與凹模一起夾緊；然后翻轉(zhuǎn)過來，按凹模配作固定卸料板上的螺釘過孔和銷孔。
④ 在導(dǎo)料板上裝始用擋料釘。先將一塊導(dǎo)料板對(duì)凹模的長(zhǎng)側(cè)面找正平行，校正左、右位置后與凹模一起夾緊；再找正另一塊導(dǎo)料板后也與凹模一起夾緊；然后翻轉(zhuǎn)過來，按凹模配作導(dǎo)料板上的螺釘過孔和銷孔。
⑤ 將凹模、固定卸料板、導(dǎo)料板、頂件塊、頂桿都裝在下模座上，以圓柱銷定位、用螺釘連接，把螺柱、橡膠托板、橡膠、螺母裝配在一起，然后跟下模座裝配在一起。
⑥ 以上模座為上模部件的基準(zhǔn)件，壓裝導(dǎo)套。
⑦ 在上模座上壓裝模柄后磨平，騎縫配鉆、鉸防轉(zhuǎn)銷孔，裝上防轉(zhuǎn)銷釘、
⑧ 以凸模固定板與凸模組件的基準(zhǔn)件，壓裝上拉深凸模、沖孔凸模、落料凸模，鉚接后磨平凸模尾部和端部。
⑨ 將拉深凸模、沖孔凸模、落料凸模插入凹模的型孔，在凸模固定板與凹模之間墊高等墊塊，使凸模插入凹模型孔的深度保持在1mm左右；放上墊板，裝上上模座（導(dǎo)套套在導(dǎo)柱上），用平行夾將凸模固定板、墊板與上模座夾持在一起（不完全夾緊）；將模具整個(gè)翻轉(zhuǎn)過來，用透光法通過下模座的漏料孔觀察，調(diào)整凸、凹模配合間隙的均勻性，調(diào)整好后擰緊平夾；將模具再翻轉(zhuǎn)過來，輕擊上模座使凸模從凹模型孔中退出，墊紙?jiān)嚊_，再調(diào)整、再試沖，直至間隙均勻?yàn)橹埂?
⑩ 擰緊平夾，取下上模部件；配鉆螺釘孔、配鉆、鉸銷釘孔、
? 裝上銷釘和螺釘。
? 將裝配好的模具裝在沖床上試沖，檢查送料是否通暢，凸、凹模配合間隙是都均勻，步距是否正確，卸料是否靈活，沖件是否符合圖紙要求。
9.總結(jié)
畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們大學(xué)三年基礎(chǔ)和專業(yè)學(xué)習(xí)綜合情況的總結(jié)，也是我們每個(gè)學(xué)生設(shè)計(jì)能力的初步體現(xiàn)，它不僅可以讓我們把三年所學(xué)的知識(shí)融會(huì)貫通，更是給自己的大學(xué)交上的一份完整的答卷，所以我們每各人都應(yīng)該認(rèn)真對(duì)待。
通過這段時(shí)間的設(shè)計(jì)，我系統(tǒng)的回顧和復(fù)習(xí)了大學(xué)三年所學(xué)的相關(guān)專業(yè)知識(shí)。我的畢業(yè)設(shè)計(jì)課題是一套模具，模具的概念在我的腦海里曾我對(duì)模具設(shè)計(jì)有了一個(gè)詳細(xì)的了解：模具的應(yīng)用范圍，模具的大體結(jié)構(gòu)，模具的工作原理以及模具的設(shè)計(jì)、制造工藝要求等。具體來說我做的是沖壓模具設(shè)計(jì)，沖壓模只是模具設(shè)計(jì)中的一種，也算是模具設(shè)計(jì)中比較基礎(chǔ)的，對(duì)它的詳細(xì)學(xué)習(xí)可以使我能扎實(shí)的掌握模具設(shè)計(jì)基礎(chǔ)部分。
在設(shè)計(jì)的過程中，我感受最深的是基礎(chǔ)知識(shí)的重要性，其中可以小到一個(gè)公式的應(yīng)用，甚至包括計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，任何一個(gè)小的細(xì)節(jié)都有可能影響整個(gè)設(shè)計(jì)過程的順利與否。
設(shè)計(jì)過程是一個(gè)知識(shí)穿插的過程，也是一個(gè)充分總結(jié)自己大學(xué)所學(xué)知識(shí)的過程，同樣更是一個(gè)查找漏洞全面提高的過程。
在做設(shè)計(jì)的過程中，查看了很多專業(yè)書籍一起相關(guān)的資料來形成自己的設(shè)計(jì)思路，計(jì)算步驟，之后應(yīng)用這些成型的東西來形成最終的設(shè)計(jì)圖紙。在圖紙繪制方面，我印象較深，通過這次的設(shè)計(jì)，系統(tǒng)的復(fù)習(xí)了一遍CAD ，把以前沒用過或用的比較少的功能，這次“一網(wǎng)打盡”，設(shè)計(jì)完成后，感覺自己的制圖水平比以前提高很多，這也是這次設(shè)計(jì)最為受益的一方面。本設(shè)計(jì)應(yīng)用PROE中的PDX級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)專用模塊，使我對(duì)三維建模有了更加深刻的認(rèn)識(shí)。
通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，對(duì)機(jī)械制圖、沖壓工藝及沖模設(shè)計(jì)等一系列的專業(yè)基礎(chǔ)課程的應(yīng)用，也使我認(rèn)識(shí)到了曾經(jīng)老師在課堂上教我們理論知識(shí)的實(shí)踐妙用，也讓我知道了理論結(jié)合實(shí)踐的重要性。
從這個(gè)設(shè)計(jì)本身來講，整套設(shè)計(jì)有不足的地方，由于時(shí)間倉(cāng)促，查資料不全以及個(gè)人學(xué)識(shí)水平有限，請(qǐng)各位老師批評(píng)、指正。在設(shè)計(jì)過程中，也得到了于智宏老師的悉心指導(dǎo)，在此我再一次致以深深地謝意！
致謝
首先感謝本人的導(dǎo)師于智宏老師，她仔細(xì)審閱了本文的全部?jī)?nèi)容并對(duì)我的畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容提出了許多建設(shè)性建議。于智宏老師淵博的知識(shí)，誠(chéng)懇的為人，對(duì)學(xué)習(xí)認(rèn)真態(tài)度，以及對(duì)我嚴(yán)格的要求，使我受益匪淺，在畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，特別是遇到困難時(shí)，她給了我鼓勵(lì)和幫助，在這里我向她表示真誠(chéng)的感謝！
感謝母?！幽蠙C(jī)電高等?？茖W(xué)校的辛勤培育之恩！感謝材料工程系給我提供的良好學(xué)習(xí)及實(shí)踐環(huán)境，使我學(xué)到了許多新的知識(shí)，掌握了一定的操作技能。
感謝和我在一起進(jìn)行課題研究的同窗李高杰同學(xué)，和他在一起討論、研究使我受益非淺。
最后，我非常慶幸在三年的的學(xué)習(xí)、生活中認(rèn)識(shí)了很多可敬的老師和可親的同學(xué)，并感激師友的教誨和幫助！
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