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黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 39 頁
單位代碼
學(xué) 號
分 類 號
密 級
XX大學(xué)
畢業(yè)設(shè)計說明書
消聲器前蓋沖壓工藝及其模具設(shè)計
院（系）名稱 工學(xué)院機(jī)械系
專 業(yè) 名 稱 材料成型及控制工程
學(xué) 生 姓 名
指 導(dǎo) 教 師
20xx年 05 月 10 日
消聲器前蓋沖壓工藝及其模具設(shè)計
摘 要
本設(shè)計分析消音器前蓋沖壓工藝, 確定工藝方案及模具結(jié)構(gòu), 論述了級進(jìn)模的設(shè)計過程, 同時還介紹了模具關(guān)鍵部位的結(jié)構(gòu)設(shè)計，如：凸模、凹模、凸模固定板、墊板、卸料板、彈簧、擋料銷、導(dǎo)正銷等。模架采用標(biāo)準(zhǔn)模架，選用了合適的沖壓設(shè)備。設(shè)計中對工作零件和壓力機(jī)規(guī)格均進(jìn)行了必要的校核計算, 實踐證明:模具結(jié)構(gòu)合理,生產(chǎn)的零件符合要求。
關(guān)鍵詞：級進(jìn)模，浮頂裝置，沖孔，拉伸，翻孔，落料
The front cover of the muffler stamping process analysis and mold design
Abstract
This project analysis damper front cover ramming craft, the definite craft plan and the mold structure, elaborated the level to enter mold's design process, meanwhile introduced the mold essential spot structural design, for example: The plunger, the lower die, the plunger dead plate, the backing strip, unload the yard lumber, the spring, to keep off the material to sell, to lead are selling and so on. The pould frame uses the standard pould frame, has selected the appropriate ramming equipment. In the design carried on the essential examination computation to the work components and the press specification, the practice had proven: The mold structure is reasonable, the production components meet the requirement.
Keywords : Progressive dies, Floating roof device, Punching, Stretching, Plunge, Cut
目 錄
1 緒 論.....................................................................................................................................1
1.1 沖壓模具市場情況........................................................................................................1
1.2 沖壓模具水平狀況..........................................................................................................2
1.2.1 模具CAD/CAM技術(shù)狀況......................................................................................3
1.2.2 模具設(shè)計與制造能力狀況..................................................................................4
1.2.3 專業(yè)化程度及分布狀況........................................................................................5
1.3 沖壓模具未來的發(fā)展重點與展望..................................................................................5
1.3.1 沖壓模具產(chǎn)品發(fā)展重點.........................................................................................5
1.3.2 沖壓模具技術(shù)發(fā)展重點.........................................................................................5
2 沖壓件工藝分析.....................................................................................................................7
2.1 沖壓件材料分析..............................................................................................................7
2.2 沖壓件結(jié)構(gòu)工藝性及分析..............................................................................................7
2.3 模具結(jié)構(gòu)形式和選材......................................................................................................9
2.3.1模具結(jié)構(gòu)形式........................................................................................................9
2.3.2模具材料選擇........................................................................................................9
3 沖壓工藝方案的確定...........................................................................................................11
4 工 藝 計 算.........................................................................................................................12
4.1拉伸件展開尺寸計算.....................................................................................................12
4.2材料的規(guī)格的選擇.........................................................................................................13
4.3排樣圖的設(shè)計與材料利用率的計算.............................................................................13
4.3.1排樣圖的設(shè)計......................................................................................................13
4.3.2 材料利用率的計算.............................................................................................17
4.4沖壓工藝力的計算.........................................................................................................17
4.4.1沖裁力..................................................................................................................17
4.4.2拉伸部分的拉伸力計算......................................................................................19
4.4.3卸料力及推件力的計算......................................................................................19
5 模具主要零件設(shè)計與選擇...................................................................................................22
5.1圓形凸模的設(shè)計.............................................................................................................22
5.1.1 凸模長度計算…………………………………………………………………………...23
5.1.2 承壓應(yīng)力校驗…………………………………………………………………………...23
5.1.3 抗縱向彎曲應(yīng)力的校核……………………………………………………………….24
5.1.4 圓形凸模固定端面的壓力……………………………………………………………25
5.2 切斷凸模設(shè)計……………………………………………………………………………………25
5.2.1凸模承壓力校核………………………………………………………………………….26
5.2.2 抗縱向彎曲應(yīng)力的校核……………………………………………………………….26
5.2.3 切斷凸模固定端面的壓力.................................................................................25
5.3 拉伸凸模設(shè)計................................................................................................................27
5.3.1 拉伸凸、凹模圓角半徑及工作部分深度的確定.............................................29
5.3.2 凸、凹模間隙.....................................................................................................29
5.3.3 落料口大小的確定.............................................................................................29
5.4 凹模的設(shè)計....................................................................................................................29
5.4.1 凹?？卓谛问郊爸饕獏?shù).................................................................................29
5.4.2整體式凹模外形尺寸的確定..............................................................................30
5.4.3 凹模強(qiáng)度校核.....................................................................................................32
5.5 彈簧的設(shè)計....................................................................................................................32
5.5.1設(shè)計彈簧的一般步驟..........................................................................................32
5.5.2彈簧類型的選擇..................................................................................................33
5.5.3彈簧材料及許用應(yīng)力..........................................................................................33
5.5.4 彈簧相關(guān)幾何尺寸的計算................................................................................35
5.5.5拉伸彈簧鉤環(huán)強(qiáng)度驗算……………………………………………………………….37
5.6凸模固定板的選擇........................................................................................................38
5.7 凸模墊板的選擇...........................................................................................................38
6 確定凸、凹模間隙及計算工作部分尺寸……………………………………………………….39
6.1沖裁間隙值的確定.........................................................................................................39
6.2 凹、凸模刃口尺寸計算................................................................................................39
6.2.1確定凹凸刃口尺寸的原則..................................................................................39
6.2.2沖裁模刃口尺寸的計算方法..............................................................................39
6.2.3沖裁模刃口尺寸的計算......................................................................................40
7 模具總體設(shè)計.......................................................................................................................43
7.1 定位零件的設(shè)計與選擇................................................................................................43
7.1.1 擋料銷的選擇.....................................................................................................43
7.1.2 定位板的設(shè)計.....................................................................................................44
7.1.3 止退塊的設(shè)計.....................................................................................................44
7.1.4 導(dǎo)料板的設(shè)計.....................................................................................................44
7.1.5 導(dǎo)正銷的設(shè)計.....................................................................................................45
7.2 卸料裝置的設(shè)計............................................................................................................45
7.2.1 卸料板的設(shè)計.....................................................................................................45
7.2.2 卸料彈簧的選擇.................................................................................................48
7.2.3 卸料彈簧有關(guān)尺寸計算.....................................................................................49
7.2.4 卸料彈簧的窩座深度H和安裝厚度B.............................................................50
7.2.5 安裝孔內(nèi)徑和孔底厚度h值的選取............................................................51
7.3凸模固定板的設(shè)計.........................................................................................................52
7.4導(dǎo)向零件的選用.............................................................................................................52
7.5 模架的選用....................................................................................................................53
8 沖壓設(shè)備的選擇...................................................................................................................55
8.1沖壓設(shè)備類型的選擇.....................................................................................................55
8.2確定設(shè)備的規(guī)格.............................................................................................................55
9 繪制模具圖與撰寫說明書...................................................................................................57
9.1裝配圖的繪制.................................................................................................................57
結(jié) 論.......................................................................................................................................58
致 謝.......................................................................................................................................60
參考文獻(xiàn)...................................................................................................................................61
1 緒 論
改革開放，隨著國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，市場對模具的需求量不斷增長。近年來，模具工業(yè)一直以15%左右的增長速度快速發(fā)展，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，集體、合資、獨(dú)資和私營也得到了快速發(fā)展。浙江寧波和黃巖地區(qū)的“模具之鄉(xiāng)”；廣東一些大集團(tuán)公司和迅速崛起的鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)，科龍、美的、康佳等集團(tuán)紛紛建立了自己的模具制造中心；中外合資和外商獨(dú)資的模具企業(yè)現(xiàn)已有幾千家。在走過了漫長的發(fā)展道路之后，目前我國已形成了300多億元（未包括港、澳、臺的統(tǒng)計數(shù)字）各類沖壓模具的生產(chǎn)能力。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(dá)國家相比仍有較大的差距。例如，精密加工設(shè)備在模具加工設(shè)備中的比重比較低；CAD/CAE/CAM技術(shù)的普及率不高；許多先進(jìn)的模具技術(shù)應(yīng)用不夠廣泛等等，致使相當(dāng)一部分大型、精密、復(fù)雜和長壽命模具依賴進(jìn)口。
1.1 沖壓模具市場情況
我國沖壓模具無論在數(shù)量上，還是在質(zhì)量、技術(shù)和能力等方面都已有了很大發(fā)展，但與國民經(jīng)濟(jì)需求和世界先進(jìn)水平相比，差距仍很大，一些大型、精密、復(fù)雜、長壽命的高檔模具每年仍大量進(jìn)口，特別是中高檔轎車的覆蓋件模具，目前仍主要依靠進(jìn)口。一些低檔次的簡單沖模，已趨供過于求，市場競爭激烈。
現(xiàn)摘錄中國模具工業(yè)協(xié)會發(fā)布的統(tǒng)計材料《2007年我國沖壓模具市場情況簡介》如下：據(jù)國家統(tǒng)計局?jǐn)?shù)據(jù)顯示：2007年1-12月全國模具產(chǎn)量達(dá)8,944,677.44套，同比增長6.53%；2007年1-12月全國模具年銷售額達(dá)870億元人民幣以上，同比增長21%?？梢哉f2007年的模具行業(yè)是產(chǎn)需兩旺。
另據(jù)中國海關(guān)數(shù)據(jù)顯示：2007年我國模具進(jìn)出口總額為34.66億美元，比2006年增長12.24%。其中進(jìn)口總額為20.53億美元，比2006年增長0.29%；出口總額為14.13億美元，比2006年增長35.73%。出口繼續(xù)保持強(qiáng)勁的上升趨勢，逆差進(jìn)一步下降，總的情況良好。
據(jù)專家預(yù)測，2008年在國家宏觀調(diào)控下，國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展仍將保持高速增長，國內(nèi)外模具市場繼續(xù)看好，預(yù)計2008年模具行業(yè)的發(fā)展仍會保持20%左右的增長率。
近年來，中國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展為模具工業(yè)發(fā)展提供了巨大動力。近10年來，中國模具工業(yè)增長速度保持在15%以上；生產(chǎn)廠2萬余家，從業(yè)人員50多萬人，年產(chǎn)值達(dá)450億元以上。另外，結(jié)構(gòu)調(diào)整步伐加快，大型、精密、復(fù)雜、長壽命模具和模具標(biāo)準(zhǔn)件發(fā)展速度高于行業(yè)總體發(fā)展速度；塑料模和壓鑄模比例增大；面向市場的專業(yè)模具廠家數(shù)量及能力快速增加。
從區(qū)域市場分析，東南沿海地區(qū)發(fā)展快于中西部地區(qū)，南方的發(fā)展快于北方；珠江三角和長江三角地區(qū)生產(chǎn)集中，發(fā)展速度快，其模具產(chǎn)值約占全國產(chǎn)值的2/3以上。
從未來發(fā)展趨勢分析，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整將加快，針對低檔模具供過于求，大型、精密、復(fù)雜的模具供不應(yīng)求的情況，高檔模具的比重將增加，行業(yè)將向大型、精密、復(fù)雜、高效、長壽命和多功能方向發(fā)展。我國模具行業(yè)的國際競爭力優(yōu)勢中，勞動力價格低優(yōu)勢將得到充分發(fā)揮。我們認(rèn)為未來重點發(fā)展的產(chǎn)品包括：汽車覆蓋件模具、精密沖壓模具、大型塑料模具、精密塑料模具、大型薄壁精密復(fù)雜壓鑄模和鎂合金壓鑄模具、子午線橡膠輪胎模具、新型快速經(jīng)濟(jì)模具、多功能復(fù)合模具、模具標(biāo)準(zhǔn)件等。就企業(yè)發(fā)展方面分析，采用數(shù)控技術(shù)、快速原型技術(shù)、高速切削和超精加工等高新技術(shù)，進(jìn)一步提升模具工業(yè)的設(shè)計制造水平將是未來企業(yè)改造重點，也是未來企業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵驅(qū)動因素。另外，國際市場將被企業(yè)看重，因為全球模具市場整體供不應(yīng)求，市場需求量維持在600億至650億美元。
從應(yīng)用趨勢方面分析，受用戶要求模具的生產(chǎn)周期縮短影響；快速經(jīng)濟(jì)模具的開發(fā)將被重視，模具標(biāo)準(zhǔn)件的應(yīng)用將日漸廣泛，且采用計算機(jī)控制和機(jī)械手操作的快速換模裝置、快速試模裝置技術(shù)也會得到發(fā)展和提高。 ?
另外，隨著車輛和電機(jī)等產(chǎn)品向輕量化方向發(fā)展，壓鑄模的數(shù)量、壽命和復(fù)雜程度要求將更高；隨著以塑料代鋼、以塑代木的發(fā)展和產(chǎn)品零件的精度和復(fù)雜程度的不斷提高，塑料模的比例、精度和復(fù)雜度也將隨著相應(yīng)提高。
1.2 沖壓模具水平狀況
近年來，我國沖壓模具水平已有很大提高。大型沖壓模具已能生產(chǎn)單套重量達(dá)50多噸的模具。為中檔轎車配套的覆蓋件模具國內(nèi)也能生產(chǎn)了。精度達(dá)到1~2μm，壽命2億次左右的多工位級進(jìn)模國內(nèi)已有多家企業(yè)能夠生產(chǎn)。表面粗糙度達(dá)到Ra≦1.5μm的精沖模，大尺寸（Φ≧300mm）精沖模及中厚板精沖模國內(nèi)也已達(dá)到相當(dāng)高的水平。
1.2.1 模具CAD/CAM技術(shù)狀況
我國模具CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展已有20多年歷史。由原華中工學(xué)院和武漢733廠于1984年共同完成的精沖模CAD/CAM系統(tǒng)是我國第一個自行開發(fā)的模具CAD/CAM系統(tǒng)。由華中工學(xué)院和北京模具廠等于1986年共同完成的冷沖模CAD/CAM系統(tǒng)是我國自行開發(fā)的第一個沖裁模CAD/CAM系統(tǒng)。上海交通大學(xué)開發(fā)的冷沖模CAD/CAM系統(tǒng)也于同年完成。20世紀(jì)90年代以來，國內(nèi)汽車行業(yè)的模具設(shè)計制造中開始采用CAD/CAM技術(shù)。國家科委863計劃將東風(fēng)汽車公司作為CIMS應(yīng)用示范工廠，由華中理工大學(xué)作為技術(shù)依托單位，開發(fā)的汽車車身與覆蓋件模具CAD/CAPP/CAM集成系統(tǒng)于1996年初通過鑒定。
21世紀(jì)開始CAD/CAM技術(shù)逐漸普及，現(xiàn)在具有一定生產(chǎn)能力的沖壓模具企業(yè)基本都有了CAD/CAM技術(shù)。其中部分骨干重點企業(yè)還具備各CAE能力。
模具CAD/CAM技術(shù)能顯著縮短模具設(shè)計與制造周期，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量，已成為人們的共識。在“八五”、“九五”期間，已有一大批模具企業(yè)推廣普及了計算機(jī)繪圖技術(shù)，數(shù)控加工的使用率也越來越高，并陸續(xù)引進(jìn)了相當(dāng)數(shù)量的CAD/CAM系統(tǒng)。如美國EDS的UG，美國ParametricTechnology公司的Pro/Engineer，美國CV公司的CADS5，英國DELCAM公司的DOCT5，日本HZS公司的CRADE及space-E，以色列公司的Cimatron，還引進(jìn)了AutoCAD、CATIA等軟件及法國Marta-Daravision公司用于汽車及覆蓋件模具的Euclid-IS等專用軟件。國內(nèi)汽車覆蓋件模具生產(chǎn)企業(yè)普遍采用了CAD/CAM技術(shù)。DL圖的設(shè)計和模具結(jié)構(gòu)圖的設(shè)計均已實現(xiàn)二維CAD，多數(shù)企業(yè)已經(jīng)向三維過渡，總圖生產(chǎn)逐步代替零件圖生產(chǎn)。且模具的參數(shù)化設(shè)計也開始走向少數(shù)模具廠家技術(shù)開發(fā)的領(lǐng)域。
在沖壓成型CAE軟件方面，除了引進(jìn)的軟件外，華中科技大學(xué)、吉林大學(xué)、湖南大學(xué)等都已研發(fā)了較高水平的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的軟件，并已在生產(chǎn)實踐中得到成功應(yīng)用，產(chǎn)生了良好的效益。
快速原型(RP)與傳統(tǒng)的快速經(jīng)濟(jì)模具相結(jié)合，快速制造大型汽車覆蓋件模具，解決了原來低熔點合金模具靠樣件澆鑄模具，模具精度低、制件精度低，樣件制作難等問題，實現(xiàn)了以三維CAD模型作為制模依據(jù)的快速模具制造，并且保證了制件的精度，為汽車行業(yè)新車型的開發(fā)、車身快速試制提供了覆蓋件制作的保證，它標(biāo)志著RPM應(yīng)用于汽車車身大型覆蓋件試制模具已取得了成功。圍繞著汽車車身試制、大型覆蓋件模具的快速制造，近年來也涌現(xiàn)出一些新的快速成型方法，例如目前已開始在生產(chǎn)中應(yīng)用的無模多點成型及激光沖擊和電磁成型等技術(shù)。它們都表現(xiàn)出了降低成本、提高效率等優(yōu)點。
1.2.2 模具設(shè)計與制造能力狀況
在國家產(chǎn)業(yè)政策的正確引導(dǎo)下，經(jīng)過幾十年努力，現(xiàn)在我國沖壓模具的設(shè)計與制造能力已達(dá)到較高水平，包括信息工程和虛擬技術(shù)等許多現(xiàn)代設(shè)計制造技術(shù)已在很多模具企業(yè)得到應(yīng)用。
雖然如此，我國的沖壓模具設(shè)計制造能力與市場需要和國際先進(jìn)水平相比仍有較大差距。這些主要表現(xiàn)在高檔轎車和大中型汽車覆蓋件模具及高精度沖模方面，無論在設(shè)計還是加工工藝和能力方面，都有較大差距。轎車覆蓋件模具，具有設(shè)計和制造難度大，質(zhì)量和精度要求高的特點，可代表覆蓋件模具的水平。雖然在設(shè)計制造方法和手段方面已基本達(dá)到了國際水平，模具結(jié)構(gòu)功能方面也接近國際水平，在轎車模具國產(chǎn)化進(jìn)程中前進(jìn)了一大步，但在制造質(zhì)量、精度、制造周期等方面，與國外相比還存在一定的差距。以汽車覆蓋件模具為代表的大型沖壓模具的制造技術(shù)已取得很大進(jìn)步，東風(fēng)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。
標(biāo)志沖模技術(shù)先進(jìn)水平的多工位級進(jìn)模和多功能模具，是我國重點發(fā)展的精密模具品種。有代表性的是集機(jī)電一體化的鐵芯精密自動閥片多功能模具，已基本達(dá)到國際水平。但總體上和國外多工位級進(jìn)模相比，在制造精度、使用壽命、模具結(jié)構(gòu)和功能上，仍存在一定差距。
汽車覆蓋件模具制造技術(shù)正在不斷地提高和完善，高精度、高效益加工設(shè)備的使用越來越廣泛。高性能的五軸高速銑床和三軸的高速銑床的應(yīng)用已越來越多。NC、DNC技術(shù)的應(yīng)用越來越成熟，可以進(jìn)行傾角加工和超精加工。這些都提高了模具型面加工精度，提高了模具的質(zhì)量，縮短了模具的制造周期。
模具表面強(qiáng)化技術(shù)也得到廣泛應(yīng)用。工藝成熟、無污染、成本適中的離子滲氮技術(shù)越來越被認(rèn)可，碳化物被覆處理（TD處理）及許多鍍（涂）層技術(shù)在沖壓模具上的應(yīng)用日益增多。真空處理技術(shù)、實型鑄造技術(shù)、刃口堆焊技術(shù)等日趨成熟。激光切割和激光焊接技術(shù)也得到了應(yīng)用。
1.2.3 專業(yè)化程度及分布狀況
我國模具行業(yè)專業(yè)化程度還比較低，模具自產(chǎn)自配比例過高。國外模具自產(chǎn)自配比例一般為30%，我國沖壓模具自產(chǎn)自配比例為60%。這就對專業(yè)化產(chǎn)生了很多不利影響?，F(xiàn)在，技術(shù)要求高、投入大的模具，其專業(yè)化程度較高，例如覆蓋件模具、多工位級進(jìn)模和精沖模等。而一般沖模專業(yè)化程度就較低。由于自配比例高，所以沖壓模具生產(chǎn)能力的分布基本上跟隨沖壓件生產(chǎn)能力的分布。但是專業(yè)化程度較高的汽車覆蓋件模具和多工位、多功能精密沖模的專業(yè)生產(chǎn)企業(yè)的分布有不少并不跟隨沖壓件能力分布而分布，而往往取決于主要投資者的決策。例如四川有較大的汽車覆蓋件模具的能力，江蘇有較強(qiáng)的精密沖模的能力，而模具的用戶大都不在本地。
1.3沖壓模具未來的發(fā)展重點與展望
1.3.1 沖壓模具產(chǎn)品發(fā)展重點
沖壓模具共有7小類，并有一些按其服務(wù)對象來稱呼的一些種類。目前急需發(fā)展的是汽車覆蓋件模具，多功能、多工位級進(jìn)模和精沖模。這些模具現(xiàn)在產(chǎn)需矛盾大，發(fā)展前景好。
汽車覆蓋件模具中發(fā)展重點是技術(shù)要求高的中高檔轎車大中型覆蓋件模具，尤其是外覆蓋件模具。高強(qiáng)度板和不等厚板的沖壓模具及大型多工位級進(jìn)模、連續(xù)模今后將會有較快的發(fā)展。多功能、多工位級進(jìn)模中發(fā)展重點是高精度、高效率和大型、高壽命的級進(jìn)模。精沖模中發(fā)展重點是厚板精沖模大型精沖模，并不斷提高其精度。
1.3.2 沖壓模具技術(shù)發(fā)展重點
模具技術(shù)未來發(fā)展趨勢主要是朝信息化、高速化生產(chǎn)與高精度化發(fā)展。因此從設(shè)計技術(shù)來說，發(fā)展重點在于大力推廣CAD/CAE/CAM技術(shù)的應(yīng)用，并持續(xù)提高效率，特別是板材成型過程的計算機(jī)模擬分析技術(shù)。模具CAD、CAM技術(shù)應(yīng)向宜人化、集成化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，并提高模具CAD、CAM系統(tǒng)專用化程度。
為了提高CAD、CAE、CAM技術(shù)的應(yīng)用水平，建立完整的模具資料庫及開發(fā)專家系統(tǒng)和提高軟件的實用性十分重要。從加工技術(shù)來說，發(fā)展重點在于高速加工和高精度加工。高速加工目前主要是發(fā)展高速銑削、高速研拋和高速電加工及快速制模技術(shù)。高精度加工目前主要是發(fā)展模具零件精度1μm以下和表面粗糙度Ra≦0.1μm的各種精密加工。提高模具標(biāo)準(zhǔn)化程度，搞好模具標(biāo)準(zhǔn)件生產(chǎn)供應(yīng)也是沖壓模具技術(shù)發(fā)展重點之一。 為了提高沖壓模具的壽命，模具表面的各種強(qiáng)化超硬處理等技術(shù)也是發(fā)展重點。對于模具數(shù)字化制造、系統(tǒng)集成、逆向工程、快速原型/模具制造及計算機(jī)輔助應(yīng)用技術(shù)方面形成全方位解決方案，提供模具開發(fā)與工程服務(wù)，全面提高企業(yè)水平和模具質(zhì)量，這更是沖壓模具技術(shù)發(fā)展的重點。畢業(yè)設(shè)計（論文）是本科教學(xué)計劃的一個重要環(huán)節(jié)，是落實本科教育培養(yǎng)目標(biāo)的重要組成部分，其主要目的是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識，理論聯(lián)系實際，獨(dú)立分析、解決問題，使學(xué)生在科研選題、調(diào)查研究、檢查和查閱中外文獻(xiàn)資料、綜合分析、實驗設(shè)計及研究、計算、數(shù)據(jù)處理、文字表達(dá)等方面的能力得到綜合訓(xùn)練，進(jìn)而鞏固和加深所學(xué)的專業(yè)知識，提升學(xué)生全面素質(zhì)。近年來，制造業(yè)在科學(xué)發(fā)展觀的指引下邁入了新的發(fā)展階段，其中沖壓加工和模具技術(shù)更有顯著的進(jìn)步。本人在綜合考慮了今后的工作和發(fā)展方向后，在這次畢業(yè)設(shè)計中選取了沖孔、拉伸、翻孔、切斷這一典型的級進(jìn)模結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，以鞏固自己的專業(yè)知識。
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2沖壓件工藝分析
沖裁件的工藝性，是指沖裁件對沖裁工藝的適應(yīng)性,即沖裁件的形狀結(jié)構(gòu)、尺寸大小、尺寸偏差、形位公差與尺寸基準(zhǔn)等是否符合沖裁工藝的要求。沖裁件的工藝性對沖裁工件的質(zhì)量、材料利用率、生產(chǎn)率、模具制造難易、模具壽命、操作方式及沖壓設(shè)備的選用等都有很大的影響。一般情況下，對沖裁件工藝性影響最大是幾何形狀、尺寸、精度要求。良好的沖裁件工藝性能滿足材料省、工序少、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、模具較易加工、操作方便且壽命較高等要求，從而顯著降低沖裁件的制造成本。
2.1 沖壓件材料分析
該零件的材料為08F，該鋼種是優(yōu)質(zhì)碳素鋼，碳的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)是0.05%～0.11％，屬于低炭鋼，屈服點=175MPa，抗拉強(qiáng)度=295MPa，延伸率不小于35％，斷面收縮率不小于60％，具有良好的沖壓、拉伸、彎曲、焊接性能，故廣泛用于制造冷沖壓零件。（參考文獻(xiàn)[7] 表8.4）
2.2 沖壓件結(jié)構(gòu)工藝性及分析
沖裁件的結(jié)構(gòu)形狀應(yīng)盡可能簡單、對稱、避免復(fù)雜形狀的曲線，在許可的情況下，把沖裁件設(shè)計成少、無廢料排樣的形狀，以減少廢料，矩形孔兩端宜用圓弧連接，以利于模具加工。該工件結(jié)構(gòu)簡單，也無復(fù)雜形狀的曲線。
沖裁件各直線或曲線的連接處，盡量避免銳角。除在少、無廢料排樣或采用鑲拼模結(jié)構(gòu)時，都應(yīng)有適當(dāng)?shù)膱A角相連，以利于模具制造和提高模具壽命。工件圖如圖1.1所示：
圖1.1
零件最大寬度70 mm, 最大高度7. 5 mm, 最大長度160 mm。經(jīng)分析,確定成形工序為拉深、沖孔、翻孔、落料。由于工序多, 為保證沖壓精度, 采用單側(cè)進(jìn)行合理設(shè)計才能保證零件精度及質(zhì)量。刃定距,導(dǎo)柱導(dǎo)套導(dǎo)向裝置。模具內(nèi)設(shè)計氣孔,以便卸下工件, 采用壓邊限位裝置。翻孔時沿沖孔反方向進(jìn)行,使毛刺位于翻孔內(nèi)以減小開裂,同時凸模與凹模之間的間隙略小于材料厚度, 保證翻孔凸緣挺直。沖件上的孔與孔、孔與邊緣之間的距離不能過小，以避免工件變形、模壁過簿或因材料易被拉入凹模而影響模具壽命。一般孔與孔最小間距：3.1t，孔邊距取：對圓孔為（1~1.5）t。沖裁件的精度要求，應(yīng)在經(jīng)濟(jì)精度以內(nèi)，對于該制件為普通沖裁件，其經(jīng)濟(jì)精度不高于IT11級，沖孔件比落料件高一級。沖裁件的尺寸精度以不高于ITl2級為宜。如無特殊要求，外形尺寸精度應(yīng)低于ITl0級，內(nèi)形尺寸精度應(yīng)低于IT9級。對精度要求高于ITl0級的沖裁件，應(yīng)在模具結(jié)構(gòu)設(shè)計方面采取措施，若提高定位精度，采用彈壓卸料頂件裝置，提高模具制造精度或采用精沖技術(shù)等。零件圖上要求公差為IT12級。沖裁件的斷面質(zhì)量是不高的，材料厚度和硬度的影響尤甚。通常材料厚度t＜1mm的零件，斷面粗糙度可達(dá)Ra=3.2m；t＞1mm的零件，斷面粗糙度將高Ra=6.3m。（參考文獻(xiàn)[5] ）
2.3 模具結(jié)構(gòu)形式和選材
2.3.1模具結(jié)構(gòu)形式
該制件主要工序為：拉深、沖孔、翻孔、落料。采用多工序級進(jìn)模，結(jié)構(gòu)緊湊，沖
出的制件精度高，生產(chǎn)效率也高，適合大批量生產(chǎn)。采用自動送料，自動卸料，采用彈性卸料裝置，具有壓料作用，沖裁質(zhì)量較好，模具精度應(yīng)比沖裁件精度高2~3級，不應(yīng)高太多，以免增加制造成本。
2.3.2模具材料選擇
冷沖壓模具的成本分析 在冷沖壓模具設(shè)計中，常常要提到模具成本問題，即經(jīng)濟(jì)性。所謂經(jīng)濟(jì)性，就是以最小的耗費(fèi)取得最大的經(jīng)濟(jì)效果。在沖壓生產(chǎn)中，既要保證產(chǎn)品質(zhì)量，完成所需的產(chǎn)品數(shù)量，又要降低模具的制造費(fèi)用．這樣才能使整個冷沖壓的成本得到降低。
在模具設(shè)計中主要考慮的問題是如何降低模具的制造成本。因為產(chǎn)品的成本不僅與材料費(fèi)(包括原材料費(fèi)、外購件費(fèi))、加工費(fèi)(包括工人工資、能源消耗、設(shè)備折舊費(fèi)、車間經(jīng)費(fèi)等)有關(guān)，而且與模具費(fèi)有關(guān)。一副模具少則幾萬，多則上百萬。所以必須采取有效措施降低制造成本。
模具費(fèi)在工件制造成本中占有一定比例。對于小批量生產(chǎn)，采用簡易模具。因其結(jié)構(gòu)簡單、制造快速、價廉，所以能降低模具費(fèi)，從而降低工件制造成本。在大批大量生產(chǎn)中．應(yīng)盡量采用高效率、長壽命的級進(jìn)沖模及發(fā)展硬質(zhì)合金沖模。硬質(zhì)合金沖模的刀磨壽命和總壽命比鋼模具大得多?？倝勖鼮殇撃＞叩?0~40倍，而模具制造費(fèi)用僅為鋼模具的2~4倍。而對中批量生產(chǎn)，首先應(yīng)盡量使沖模標(biāo)準(zhǔn)化，大力發(fā)展沖模標(biāo)準(zhǔn)件的品種，推廣沖模典型結(jié)構(gòu)，最大限度地縮短沖模設(shè)計與制造周期。制造中、小型冷沖壓模具的材料有鑄鐵、碳素工具鋼、合金工具鋼、硬質(zhì)合金、鋼結(jié)硬質(zhì)合金以及鋅合金、低熔點合金、環(huán)氧樹脂、聚氨脂橡等。沖模主要零件所使用的模具鋼有碳素工具 鋼、低合金工具鋼、高碳高鉻工具鋼、高碳中鉻工具鋼、硬質(zhì)合金及鋼結(jié)硬質(zhì)合金等。
凸模和凹模是在強(qiáng)壓、連續(xù)使用和有很大沖擊的條件下工作的，并伴隨有溫度的升高，工件條件極其惡劣。所以對凸模、凹模和材料要求有好的耐有溫度的升高，工件條件極其惡劣。所以對凸模、凹模和材料要求有好的耐磨性、耐沖擊性、淬透性和切削性，硬度很大，熱處理變形小，而且價格低廉。設(shè)計模具時，合理選取模具材料是關(guān)系到模具壽命和成本的一項重要工作。沖模的主要零件——凸模、凹模和凸凹模等材料的選取尤應(yīng)慎重．通常應(yīng)考慮如下幾點：
（1）根據(jù)沖壓件生產(chǎn)批量的大小來選取模具材料。當(dāng)沖壓件的生產(chǎn)批量很大時，凸模、凹模和凸凹模應(yīng)選取質(zhì)量高、耐磨性好的模具鋼。例如C r12MoV、Cr4W2MoV、YGl5等。
（2）根據(jù)被沖壓材料的性能、工序性質(zhì)和沖模主要零件工作條件和作用來選取模具材料。
（3）應(yīng)考慮模具材料的冷、熱加工性能和工廠現(xiàn)有條件。
（4）應(yīng)考慮我國模具鋼的生產(chǎn)和使用情況。
對于該制件主要工序為：拉深、沖孔、翻孔、落料，且要求大批量生產(chǎn)，所以模具材料應(yīng)采用質(zhì)量較高，能保證耐用度的材料。故凹、凸?？梢赃x擇高碳高鉻工具鋼Cr12MoV，熱處理硬度：60~62HRC。
3 沖壓工藝方案的確定
工藝方案的內(nèi)容是確定沖裁件的工藝路線，主要包括確定工序數(shù)、工序的組合和工序的順序安排等，應(yīng)在工藝分析的基礎(chǔ)上制定幾種可能的方案，再根據(jù)工件的批量、形狀、尺寸等多方面的因素，全面考慮、綜合分析，選取一個較為合理的方案。
沖裁工序按工序的組合程度可分為單工序沖裁、復(fù)合沖裁和級進(jìn)沖裁。
級進(jìn)模是在壓力機(jī)的一次行程中，一副模具的不同位置上完成多個不同的工序。根據(jù)對零件進(jìn)行分析,綜合考慮材料利用率,工藝合理性及模具結(jié)構(gòu)簡易等,
工序安排: ①沖切口; ②空位; ③拉深; ④反拉深; ⑤沖孔; ⑥翻孔; ⑦落料。
工位數(shù)的確定：
（1）應(yīng)保證沖件的精度要求和零件幾何形狀的正確性。對要求零件精度比較高的
部位，應(yīng)盡量集中在一個工位上一次沖壓完成。在一個工位完成確實有困難，需分解為兩個或多個工位時，最好放在相鄰的工位上。
（2）對于復(fù)雜的形孔和外形分?jǐn)嗲谐龝r，只要不受精度要求和模具周邊尺寸的限
制，應(yīng)力求做到各段形孔以簡單、規(guī)則、容易加工為基本原則。
（3）在普通低速壓力機(jī)上沖壓的級進(jìn)模，為了使模具簡單、實用縮小模具體積、
減少步距的積累誤差，凡是能合并的工位，只要模具自身有足夠的強(qiáng)度，就不要輕易分解，增加工位。
空工位的設(shè)置原則：
（1）用導(dǎo)正銷做精確定具的條料，可適當(dāng)增加空位，因步距積累誤差較小，對產(chǎn)品精度影響不大。反之，定距精度差的，不應(yīng)輕易增設(shè)空工位。
（2）當(dāng)模具步距較大（一般步距大于16mm）時，不宜多設(shè)置空工位。步距大于30mm以上時，更不能輕易設(shè)置多個空工位。
（3）一般來說，精度高、形狀復(fù)雜的零件，應(yīng)少設(shè)置空工位。反之，可適當(dāng)增加空工位。（參考文獻(xiàn)[1] ）
4 工 藝 計 算
4.1拉伸件展開尺寸計算
板料、帶料拉伸時，材料往拉伸力較大的區(qū)域流動。移動過程中，材料壁厚也會相應(yīng)改變，故拉伸件的展開計算應(yīng)遵循體積不變原則進(jìn)行，
由于該工件近似橢圓臺，呈盒形，根據(jù)表面積相等原理，可近似計算毛坯面積為：
由對工件分析可取，，取修邊余量
則 。
因為該工件四周的變形區(qū)基本相等，變形量也相近，則毛坯尺寸為：
毛坯的長度
毛坯的寬度
毛坯的圓角半徑
由求得：
故： L=160mm
B=80mm
毛坯的展開形狀如圖3.2。
圖3.2 毛坯展開形狀圖
4.2材料的規(guī)格的選擇
沖壓生產(chǎn)中使用的材料相當(dāng)廣泛。有金屬材料和非金屬材料，大部分都是各種規(guī)格的板料、帶料、條料和塊料。
板料是沖壓生產(chǎn)中應(yīng)用最廣的材料，適合于成批生產(chǎn)。其尺寸規(guī)格按國家標(biāo)準(zhǔn)
定，采用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格板料可能會增加余料，使材料利用率降低。
帶料（卷料）用于大批量生產(chǎn)。帶料的寬度一般在300mm以下，根據(jù)材料的不
同，有不同的寬度尺寸，長度可達(dá)幾米到幾十米，有的薄材料可達(dá)數(shù)百米。
條料是根據(jù)沖壓件的需要，由板料剪切而成，用于中小型零件的沖壓。
塊料適用于單件小批量生產(chǎn)和價值昂貴的有色金屬的沖壓。
根據(jù)生產(chǎn)要求和工藝性，選擇切邊帶料。（參考文獻(xiàn)[4] ）
4.3排樣圖的設(shè)計與材料利用率的計算
4.3.1排樣圖的設(shè)計
（一）排樣分析
排樣指沖裁件在板料、條料或帶料上的布置方式。排樣是否合理，對材料利用率的大小有直接影響。還會影響到模具結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)率、制件質(zhì)量、生產(chǎn)操作方便與安全等，因此，排樣是沖裁工藝與模具設(shè)計中一項很重要的工作。
沖壓件大批量生產(chǎn)成本中，毛坯材料費(fèi)用占60%以上，排樣的目的就在于合理利用原材料。衡量排樣經(jīng)濟(jì)性、合理性的指標(biāo)是材料利用率。要提高材料利用率，就必須減少廢料面積，沖裁過程中所產(chǎn)生的廢料，可分為兩種情況：
（1）結(jié)構(gòu)廢料 由于工件結(jié)構(gòu)形狀的需要，如工件內(nèi)孔的存在而產(chǎn)生的廢料稱為結(jié)
構(gòu)廢料，它取決于工件的形狀，一般不能夠改變。
（2）工藝廢料 工件之間和工件與條料邊緣之間存在的搭邊，