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畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
第一章 緒論
1.1概述
沖壓成形作為現(xiàn)代工業(yè)中一種十分重要的加工方法，用以生產(chǎn)各種板料零件,具有很多獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，其成形件具有自重輕、剛度大、強(qiáng)度高、互換性好、成本低、生產(chǎn)過程便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械自動(dòng)化及生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)，是一種其它加工方法所不能相比和不可替代的先進(jìn)制造技術(shù)，在制造業(yè)中具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力，被廣泛應(yīng)用于汽車、能源、機(jī)械、信息、航空航天、國(guó)防工業(yè)和日常生活的生產(chǎn)之中。
在吸收了力學(xué)、數(shù)學(xué)、金屬材料學(xué)、機(jī)械科學(xué)以及控制、計(jì)算機(jī)技術(shù)等方面的知識(shí)后，已經(jīng)形成了沖壓學(xué)科的成形基本理論。以沖壓產(chǎn)品為龍頭，以模具為中心，結(jié)合現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用，在產(chǎn)品的巨大市場(chǎng)需求刺激和推動(dòng)下，沖壓成形技術(shù)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展、實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化和提高人民生活水平方面發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。
1.2沖壓技術(shù)的進(jìn)步
進(jìn)幾十年來(lái)，沖壓技術(shù)有了飛速的發(fā)展，它不僅表現(xiàn)在許多新工藝與新技術(shù)在生產(chǎn)的廣泛應(yīng)用上，如：旋壓成形、軟模具成形、高能率成形等，更重要的是人們對(duì)沖壓技術(shù)的認(rèn)識(shí)與掌握的程度有了質(zhì)的飛躍[1]。
現(xiàn)代沖壓生產(chǎn)是一種大規(guī)模繼續(xù)作業(yè)的制造方式，由于高新技術(shù)的參與和介入，沖壓生產(chǎn)方式由初期的手工操作逐步進(jìn)化為集成制造（圖1-1）。生產(chǎn)過程逐步實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化、并且正在向智能化、集成化的方向發(fā)展。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化沖壓作業(yè)，體現(xiàn)安全、高效、節(jié)材等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)是沖壓生產(chǎn)的發(fā)展方向。
沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)的實(shí)現(xiàn)使沖壓制造的概念有了本質(zhì)的飛躍。結(jié)合現(xiàn)代技術(shù)信息系統(tǒng)和現(xiàn)代化管理信息系統(tǒng)的成果，由這三方面組合又形成現(xiàn)代沖壓新的生產(chǎn)模式—計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIMS（Computer Integrated Manufacturing System）。把產(chǎn)品概念形成、設(shè)計(jì)、開發(fā)、生產(chǎn)、銷售、售后服務(wù)全過程通過計(jì)算機(jī)等技術(shù)融為一體，將會(huì)給沖壓制造業(yè)帶來(lái)更好的經(jīng)濟(jì)效益，使現(xiàn)代沖壓技術(shù)水平提高到一個(gè)新的高度。
1.3 模具的發(fā)展與現(xiàn)狀
模具是工業(yè)生產(chǎn)中的基礎(chǔ)工藝裝備，是一種高附加值的高技術(shù)密集型產(chǎn)品，也是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的重要領(lǐng)域，其技術(shù)水平的高低已成為衡量一個(gè)國(guó)家制造水平的重要標(biāo)志。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)總量和工業(yè)產(chǎn)品技術(shù)的不斷發(fā)展，各行各業(yè)對(duì)模具的需求量越來(lái)越大，技術(shù)要求也越來(lái)越高。目前我國(guó)模具工業(yè)的發(fā)展步伐日益加快，“十一五期間”產(chǎn)品發(fā)展重點(diǎn)主要應(yīng)表現(xiàn)在 [2]：
（1）汽車覆蓋件模；
（2）精密沖模；
（3）大型及精密塑料模；
（4）主要模具標(biāo)準(zhǔn)件；
（5）其它高技術(shù)含量的模具。
目前我國(guó)模具年生產(chǎn)總量雖然已位居世界第三，其中，沖壓模占模具總量的40%以上[2]，但在整個(gè)模具設(shè)計(jì)制造水平和標(biāo)準(zhǔn)化程度上，與德國(guó)、美國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家相比還存在相當(dāng)大的差距。以大型覆蓋件沖模為代表，我國(guó)已能生產(chǎn)部分轎車覆蓋件模具。轎車覆蓋件模具設(shè)計(jì)和制造難度大，質(zhì)量和精度要求高，代表覆蓋件模具的水平。在設(shè)計(jì)制造方法、手段上已基本達(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，在轎車模具國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程中前進(jìn)了一大步。但在制造質(zhì)量、精度、制造周期和成本方面，以國(guó)外相比還存在一定的差距。標(biāo)志沖模技術(shù)先進(jìn)水平的多工位級(jí)進(jìn)模和多功能模具，是我國(guó)重點(diǎn)發(fā)展的精密模具品種，在制造精度、使用壽命、模具結(jié)構(gòu)和功能上，與國(guó)外多工位級(jí)進(jìn)模和多功能模具相比，存在一定差距[2-3]。
1.4 模具CAD/CAE/CAM技術(shù)
沖壓技術(shù)的進(jìn)步首先通過模具技術(shù)的進(jìn)步來(lái)體現(xiàn)出來(lái)。對(duì)沖模技術(shù)性能的研究已經(jīng)成為發(fā)展沖壓成形技術(shù)的中心和關(guān)鍵。
20世紀(jì)60年代初期，國(guó)外飛機(jī)、汽車制造公司開始研究計(jì)算機(jī)在模具設(shè)計(jì)與制造中的應(yīng)用。通過以計(jì)算機(jī)為主要技術(shù)手段，以數(shù)學(xué)模型為中心，采用人機(jī)互相結(jié)合、各盡所長(zhǎng)的方式，把模具的設(shè)計(jì)、分析、計(jì)算、制造、檢驗(yàn)、生產(chǎn)過程連成一個(gè)有機(jī)整體，使模具技術(shù)進(jìn)入到綜合應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造的新階段。模具的高精度、高壽命、高效率成為模具技術(shù)進(jìn)步的特征。
模具CAD/CAE/CAM是改造傳統(tǒng)模具生產(chǎn)方式的關(guān)鍵技術(shù)，是一項(xiàng)高科技、高效益的系統(tǒng)工程。它以計(jì)算機(jī)軟件的形式，為企業(yè)提供一種有效的輔助工具，使工程技術(shù)人員借助于計(jì)算機(jī)對(duì)產(chǎn)品性能、模具結(jié)構(gòu)、成形工藝、數(shù)控加工及生產(chǎn)管理進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化[4]。模具CAD/CAE/CAM技術(shù)能顯著縮短模具設(shè)計(jì)與制造周期，降低生產(chǎn)成本和提高產(chǎn)品質(zhì)量已成為模具界的共識(shí)。
模具CAD/CAE/CAM在近20年中經(jīng)歷了從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，從試點(diǎn)到普及的過程。進(jìn)入本世紀(jì)以來(lái)，模具CAD/CAE/CAM技術(shù)發(fā)展速度更快，應(yīng)用范圍更廣。
在級(jí)進(jìn)模CAD/CAE/CAM發(fā)展應(yīng)用方面，本世紀(jì)初，美國(guó)UGS公司與我國(guó)華中科技大學(xué)合作在UG-II（現(xiàn)為NX）軟件平臺(tái)上開發(fā)出基于三維幾何模型的級(jí)進(jìn)模CAD/CAM軟件NX-PDW。該軟件包括工程初始化、工藝預(yù)定義、毛坯展開、毛坯排樣、廢料設(shè)計(jì)、條料排樣、壓力計(jì)算和模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等模塊。具有特征識(shí)別與重構(gòu)、全三維結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)等顯著特色，已在2003年作為商品化產(chǎn)品投入市場(chǎng)。與此同時(shí)，新加波、馬來(lái)西亞、印度及我國(guó)臺(tái)灣、香港有關(guān)機(jī)構(gòu)和公司也在開發(fā)和試用新一代級(jí)進(jìn)模CAD/CAM系統(tǒng)。
我國(guó)從上世紀(jì)90年代開始，華中科技大學(xué)、上海交通大學(xué)、西安交通大學(xué)和北京機(jī)電研究院等相繼開展了級(jí)進(jìn)模CAD/CAM系統(tǒng)的研究和開發(fā)。如華中科技大學(xué)模具技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在AutoCAD軟件平臺(tái)上開發(fā)出基于特征的級(jí)進(jìn)模CAD/CAM系統(tǒng)HMJC，包括板金零件特征造型、基于特征的沖壓工藝設(shè)計(jì)、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)件及典型結(jié)構(gòu)建庫(kù)工具和線切割自動(dòng)編程5個(gè)模塊。上海交通大學(xué)為瑞士法因托（Finetool）精沖公司開發(fā)成功精密沖裁級(jí)進(jìn)模CAC/CAM系統(tǒng)。西安交通大學(xué)開發(fā)出多工位彎曲級(jí)進(jìn)模CAD系統(tǒng)等。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)一些軟件公司也競(jìng)相加入了級(jí)進(jìn)模CAD/CAM系統(tǒng)的開發(fā)行列，如深圳雅明軟件制作室開發(fā)的級(jí)進(jìn)模系統(tǒng)CmCAD、富士康公司開發(fā)的用于單沖模與復(fù)合模的CAD系統(tǒng)Fox-CAD等[4]。
展望國(guó)內(nèi)外模具CAD/CAE/CAM技術(shù)的發(fā)展，本世紀(jì)的科學(xué)技術(shù)正處于日新月異的變革之中，通過與計(jì)算機(jī)技術(shù)的緊密結(jié)合，人工智能技術(shù)、并行工程、面向裝配、參數(shù)化特征建模以及關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)等一系列與模具工業(yè)相關(guān)的技術(shù)發(fā)展之快，學(xué)科領(lǐng)域交叉之廣前所未見。今后10年新一代模具CAD/CAE/CAM系統(tǒng)必然是當(dāng)今最好的設(shè)計(jì)理念、最新的成形理論和最高水平的制造方法相結(jié)合的產(chǎn)物，其特點(diǎn)將反映在專業(yè)化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化、智能化四個(gè)方面。主要表現(xiàn)在[4]：
（1）模具CAD/CAM的專業(yè)化程度不斷提高；
（2）基于網(wǎng)絡(luò)的CAD/CAE/CAM一體化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)初見端倪；
（3）模具CAD/CAE/CAM的智能化引人注目；
（4）與先進(jìn)制造技術(shù)的結(jié)合日益緊密。
第二章 零件結(jié)構(gòu)工藝性分析和工藝方案的確定
2.1 對(duì)產(chǎn)品的沖壓工藝性分析
本論題產(chǎn)品如圖2-1所示：
圖2-1 產(chǎn)品圖
產(chǎn)品名稱：電腦機(jī)箱支架連接板 生產(chǎn)批量：小批量
材料：電鍍鋅鋼板SECC 材料厚度：1mm
影響零件工藝性的因素很多，主要有以下兩個(gè)方面:零件的公差等級(jí)、斷面粗糙度、結(jié)構(gòu)形狀與尺寸。下面對(duì)該沖裁件進(jìn)行工藝性分析：
(1)對(duì)于零件材料分析：該沖裁件的材料選用電鍍鋅鋼板SECC，經(jīng)熱處理，其抗剪強(qiáng)度，屈服強(qiáng)度，延伸率，其中C的含量較高，具有良好的機(jī)械性能，有利于沖裁和彎曲加工；
(2)對(duì)于零件結(jié)構(gòu)分析：該零件結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，外形不規(guī)則、有圓角過渡；尺寸主要包括、直線、圓弧、斜線和圓角（通過查表可取R=3mm），變化較大；
(3)對(duì)于尺寸精度分析：沒有高精度要求，所有未注公差尺寸均按IT14級(jí)處理。
2.2 沖壓工藝方案的制定
零件主要包括落料、沖孔、彎曲三個(gè)工序，可用以下三種工藝方案進(jìn)行加工：
(1)先落料,再?zèng)_孔，最后彎曲,采用單工序模生產(chǎn)。
(2)落料-沖孔復(fù)合加工，然后再?gòu)澢?，采用?fù)合模和單工序模生產(chǎn)。
(3)沖孔-落料連續(xù)沖壓，然后再?gòu)澢?，采用?jí)進(jìn)模和單工序模生產(chǎn)。
方案（1）生產(chǎn)效率雖低但是產(chǎn)品生產(chǎn)數(shù)量少而且產(chǎn)品要求不是很高 模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 維修方便；方案（2）落料-沖孔復(fù)合加工，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造周期長(zhǎng)；方案（3）沖孔-落料連續(xù)沖壓加工，制造周期長(zhǎng) 廢料 況且產(chǎn)品數(shù)量比較少，具上進(jìn)行加工；故選擇方案（2）進(jìn)行模具設(shè)計(jì)。
2.3 彎曲件展開尺寸的計(jì)算
彎曲件的坯料長(zhǎng)度應(yīng)該等于其中性層的展開長(zhǎng)度。中性層位移系數(shù)可以通過查表獲得（見下表2-1）。
表2-1 中性層位移系數(shù)x值
r/δ
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
1
1.2
x
0.21
0.22
0.23
0.24
0.25
0.26
0.28
0.3
0.32
0.33
r/δ
1.3
1.5
2
2.5
3
4
5
6
7
≥8
x
0.34
0.36
0.38
0.39
0.4
0.42
0.44
0.46
0.48
0.5
有圓角半徑的彎曲 一般將r＞0.5δ的彎曲稱為有圓角半徑的彎曲。
（公式2-1）
式中 ——坯料展開總長(zhǎng)度
——彎曲帶中心角（°）。
δ=1，對(duì)于R3：r/δ=3 所以x=0.34
=64mm
通過計(jì)算可得落料件尺寸如圖2-2所示：
圖2-2 落料件全尺寸
第三章 沖孔落料工藝設(shè)計(jì)及相關(guān)計(jì)算
3.1 沖裁變形分析
沖裁變形分析的目的是通過分析板料在沖裁時(shí)的受力情況，掌握沖裁變形機(jī)理和變形特點(diǎn)，用于指導(dǎo)編制沖裁工藝和設(shè)計(jì)模具，控制沖裁件質(zhì)量。
3.1.1 沖裁時(shí)板料的變形過程
板料的分離過程是在瞬間完成的。整個(gè)沖裁變形分離過程大致可分為三個(gè)階段。即彈性變形階段，塑性變形階段，斷裂分離階段。
3.1.2 沖裁件質(zhì)量及其影響因素
沖裁件質(zhì)量是指斷面情況、尺寸精度和形狀誤差。斷面狀況盡可能垂直、光滑、毛刺小；尺寸精度應(yīng)該保證在圖樣規(guī)定的公差范圍之內(nèi)；零件外形應(yīng)該滿足圖樣要求。
（1） 材料力學(xué)性能的影響
（2） 模具間隙的影響
（3） 模具刃口狀態(tài)對(duì)質(zhì)量的影響
3.1.3 沖裁件尺寸精度及其影響因素
沖裁件的尺寸精度，是指沖裁件的實(shí)際尺寸與公稱尺寸之差。
沖裁件的尺寸精度與許多因素有關(guān)。如沖模的制造精度、材料性質(zhì)、沖裁間隙和沖裁件的形狀誤差等。
影響因素有以下幾種：
（1） 沖模的制造精度
（2） 材料的性質(zhì)
（3） 沖裁間隙
（4） 沖裁件的形狀誤差
3.2 凸凹模沖裁間隙
沖裁間隙是指沖裁模中凸、凹模刃口橫向尺寸的差值。雙面間隙用Z表示，單面間隙為Z/2。
3.2.1 沖裁間隙對(duì)沖壓力的影響
試驗(yàn)表明，間隙對(duì)沖壓力有明顯的影響，特別是對(duì)卸料力的影響更為顯著。隨著間隙的增大，材料所受的拉應(yīng)力增大，容易斷裂分離，因此沖裁力減小；但若繼續(xù)增大間隙，因裂紋不重合，沖裁力下降緩慢。由于間隙增大，使光亮帶變窄以及材料的彈性變形，使落料尺寸小于凹模孔口尺寸，沖孔尺寸大于凸模尺寸，因而使卸料力、推件力或頂件力隨之減小。
3.2.2 沖裁間隙對(duì)模具壽命的影響
模具壽命分為刃磨壽命和模具總壽命。
模具失效的形式一般有：磨損、變形、崩刃、折斷和脹裂。
為了提高模具壽命，一般需要選用較大間隙。若采用小間隙，就必須提高模具硬度、精度，減小模具粗糙度值，提供良好潤(rùn)滑，以減小磨損。
3.2.3 合理沖裁間隙值的確定
目前在生產(chǎn)中，廣泛采用經(jīng)驗(yàn)法和查表法來(lái)確定合理間隙值。
選用原則與方法如下：
（1） 對(duì)沖裁件斷面要求較高時(shí)，在間隙允許范圍內(nèi)，應(yīng)考慮采用較小的間隙。
（2） 當(dāng)沖裁件的斷面質(zhì)量在沒有特殊要求時(shí)，在間隙允許范圍內(nèi)，取較大的間隙值是有利的。
（3） 沖裁間隙的選取還有一種方法，那就是根據(jù)剪切斷面的光亮帶或斷面質(zhì)量要求按照相應(yīng)行業(yè)的表格進(jìn)行查找。
經(jīng)過分析、考慮本論題的沖裁間隙值的確定方法是采用查表確定法。（表3-1為機(jī)電行業(yè)的間隙表）
所用材料為電鍍鋅鋼板SECC，厚度1mm?？赏ㄟ^查表3-1確定其凸凹模合理沖裁間隙的最大值和最小值。最小合理沖裁間隙Zmin為：0.11mm；最大合理沖裁間隙Zmax為：0.15 mm。
表3-1 沖裁模刃口雙面間隙 Z （mm）
材料
厚度
T8、45、1Cr18Ni9
Q195、Q235、35CrMo25、35
08F、10、15、 H62、T1、T2、T3
1060（L2）、
1050A（L3）、
1035（L4）、1200（L5）
Zmin
Zmax
Zmin
Zmax
Zmin
Zmax
Zmin
Zmax
0.35
0.03
0.05
0.02
0.05
0.01
0.03
0.5
0.04
0.08
0.03
0.07
0.02
0.04
0.02
0.03
0.8
0.09
0.12
0.06
0.10
0.04
0.07
0.025
0.045
1.0
0.11
0.15
0.08
0.12
0.05
0.08
0.04
0.06
1.2
0.14
0.18
0.10
0.14
0.07
0.10
0.05
0.07
1.5
0.19
0.23
0.13
0.17
0.08
0.12
0.06
0.10
1.8
0.23
0.27
0.17
0.22
0.12
0.16
0.07
0.11
2.0
0.28
0.32
0.20
0.24
0.13
0.18
0.08
0.12
2.5
0.37
0.43
0.25
0.31
0.16
0.22
0.11
0.17
3.0
0.48
0.54
0.33
0.39
0.21
0.27
0.14
0.20
3.5
0.58
0.65
0.42
0.49
0.25
0.33
0.18
0.26
4.0
0.68
0.76
0.52
0.60
0.32
0.40
0.21
0.29
4.5
0.79
0.88
0.64
0.72
0.38
0.46
0.26
0.34
5.0
0.90
1.00
0.75
0.85
0.45
0.55
0.30
0.4
6.0
1.16
1.26
0.97
1.07
0.60
0.70
0.40
0.50
8.0
1.75
1.87
1.46
1.58
0.85
0.97
0.60
0.72
10
2.44
2.56
2.04
2.16
1.14
1.26
0.80
0.92
3.3 凸模與凹模刃口尺寸的計(jì)算
本論題落料件為了更好的配合、便于加工凸、凹模的加工，采用分別加工方法。根據(jù)落料件標(biāo)準(zhǔn)尺寸進(jìn)行計(jì)算，所有未標(biāo)注公差均按IT14級(jí)處理（落料件全尺寸見圖2-2）。
由于Zmin=0.15mm，Zmax=0.11 mm，凸、凹模制造公差可?。?
磨損系數(shù)取：0.5 ，所有尺寸均按入體原則進(jìn)行標(biāo)注。計(jì)算過程如表3-2：
表3-2落料 凸、凹模刃口尺寸計(jì)算過程
尺寸
計(jì) 算 公 式
凹模尺寸
凸模尺寸
3.4 沖裁排樣設(shè)計(jì)
3.4.1 排樣的分類
根據(jù)材料的利用情況，排樣的方法可分為三種：
1. 有廢料排樣 沿沖件與沖件之間、沖件與條料側(cè)邊之間存在搭邊廢料。
2. 少?gòu)U料排樣 在沖件與沖件之間或沖件與條料側(cè)邊之間留有搭邊。
3. 無(wú)廢料排樣 沖件與沖件之間或沖件與條料側(cè)邊之間均無(wú)搭邊廢料。
3.4.2 搭邊和料寬
1. 搭邊
兩個(gè)零件之間的余料或零件與條料邊緣間的余料稱搭邊。
查《冷沖模設(shè)計(jì)及制造》搭邊a和a1數(shù)值表，可得工件間搭邊a1=2，工件側(cè)面搭邊a=13。
2. 送料步距和條料寬度的確定
排樣方案和搭邊數(shù)值確定后，即可確定送料步距和條料寬度。
（1） 送料步距 條料在模具上每次送進(jìn)的距離稱為送料步距（簡(jiǎn)稱步距或進(jìn)距）。每次只沖出一個(gè)零件的步距s的計(jì)算公式為：
（公式3-8）
式中 ——平行于送料方向的沖裁件寬度；
——沖裁件之間的搭邊值。
所以落料件步距s為：
（2） 條料寬度 小條料寬度要保證沖裁時(shí)零件周邊有足夠的搭邊值，最大條料寬度要能在沖裁時(shí)順利地在導(dǎo)料板之間送進(jìn)，并與導(dǎo)料板之間有一定的間隙。
（3） 側(cè)壓裝置和側(cè)刃，根據(jù)不同結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行計(jì)算。
本設(shè)計(jì)沖壓操作采用：用手將條料緊貼兩邊導(dǎo)料銷進(jìn)行送料，其條料寬度可按下式計(jì)算：
條料寬度： （公式3-9）
導(dǎo)料銷之間的距離： (公式3-10)
式中 ：
——條料的寬度（mm）；
——沖裁件垂直于送料方向的最大尺寸（mm）；
——側(cè)搭邊值，可查《沖壓設(shè)計(jì)及制造》表3-12；
——導(dǎo)料板（銷）與料寬之間的間隙，可查《沖壓設(shè)計(jì)及制造》表3-14
Δ ——條料寬度的單向（負(fù)向公差），可查《沖壓設(shè)計(jì)及制造》表3-13
所以條料寬度可?。?
條料是從板料剪切而得，可根據(jù)條料寬度進(jìn)行裁板。裁板方法一般包括縱裁和橫裁，經(jīng)綜合考慮條料應(yīng)采用縱裁（如圖3-1所示）。
圖3-1 板料纖維方向與彎曲線
3.4.3 材料利用率計(jì)算
沖壓件大批量生產(chǎn)成本中，坯料材料費(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)是材料的利用率。
一個(gè)步距內(nèi)的材料利用率η為
（公式3-11）
式中 ——一個(gè)步距內(nèi)沖裁件面積（包括沖出的小孔在內(nèi)）（mm）；
——一個(gè)步距內(nèi)沖裁件數(shù)目；
——條料寬度（mm）；
——步距（mm）。
所以，落料件在一個(gè)步距內(nèi)的材料利用率為：
3.4.4 排樣圖
排樣圖是排樣設(shè)計(jì)最終的表達(dá)形式。排樣圖的內(nèi)容應(yīng)反映出：排樣方法、零件的沖裁過程（模具類型）、定距方式、材料利用率等。落料件排樣圖見圖3-1。
圖3-2排樣圖
3.5 沖壓力和壓力中心的計(jì)算
3.5.1 沖壓力
在沖裁模設(shè)計(jì)中，沖壓力是指沖裁力、卸料力、推件力和頂件力的總稱。它是沖裁時(shí)選擇壓力機(jī)，進(jìn)行模具設(shè)計(jì)、校核模具強(qiáng)度和剛度的重要依據(jù)。
1.沖裁力的計(jì)算 沖裁力是沖裁過程中凸模對(duì)板料的壓力，它是隨凸模行程而變化的。對(duì)沖裁力有直接影響的因素主要有板料的力學(xué)性能、厚度與沖裁件的輪廓周長(zhǎng)。平刃口沖裁力可按下式計(jì)算：
（公式3-12）
式中 ——沖裁力（）； ——沖裁件周邊長(zhǎng)度（）；
——材料抗剪強(qiáng)度（） ——材料厚度（）；
——系數(shù)，通常。
查表可知 抗剪強(qiáng)度按計(jì)算，沖裁力為：
2.卸料力、推件力及頂件力的計(jì)算
根據(jù)沖裁件料厚查《冷沖模設(shè)計(jì)及制造》表3-16可得：
所以： F卸=K卸F=0.045X351.3=15.8KG
F推=K推F=0.055X121=6.7KG
3.5.2 壓力機(jī)公稱壓力的確定
沖裁時(shí)，壓力機(jī)的公稱壓力必須大于或等于沖壓力，為沖裁力和與沖裁力同時(shí)發(fā)生的卸料力、推件力或頂出力的總和。根據(jù)不同的模具結(jié)構(gòu)，沖壓力計(jì)算應(yīng)分別對(duì)待，即
當(dāng)模具結(jié)構(gòu)采用彈壓卸料裝置和下出件方式時(shí)：
（公式3-16）
當(dāng)模具結(jié)構(gòu)采用彈壓卸料裝置和上出件方式時(shí)：
（公式3-17）
當(dāng)模具結(jié)構(gòu)采用剛性卸料裝置和下出件方式時(shí)：
（公式3-18）
本論題模具采用彈壓卸料裝置和下出件方式，其總壓力包括：沖裁力、卸料力和推件力。所以其總壓力為：
F總=508+24+22.7+1.4=556.1KG
一般按公稱壓力的80%要大于等于沖壓總壓力來(lái)選用壓力機(jī)，即
（公式3-19）
所以：預(yù)選壓力機(jī)的公稱壓力為：
3.5.3 壓力中心的計(jì)算
模具的壓力中心，就是沖壓力合力的作用點(diǎn)。求壓力中心的方法是：采用求空間平行力系的合力作用點(diǎn)。
根據(jù)力學(xué)原理，各分力對(duì)某軸力矩之和等于某合力對(duì)同軸之矩，則可得壓力中心坐標(biāo)計(jì)算公式：
（公式3-20）
（公式3-21）
據(jù)此，本設(shè)計(jì)確定零件的壓力中心如下：
1）選坐標(biāo)x-x；y-y位置，如圖3-2所示。
2）把整個(gè)刃口輪廓按基本要素劃分成、、…，并計(jì)算各基本線段長(zhǎng)度，其具體數(shù)值見表3-3。
圖3-3 壓力中心計(jì)算
表3-3 壓力中心計(jì)算數(shù)據(jù)
X=（4+0+83+74）/4=40.25
Y=（32+4+32+48）/4=29
第四章 沖裁模主要零部件設(shè)計(jì)及制造
對(duì)于中小型模具，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)總局對(duì)冷沖模制訂了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T2851.1~2861.16—1990、GB/T2861.17—1981等）。該標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)模具類型、導(dǎo)向方式、送料方向、凹模形狀等不同。規(guī)定了14種典型組合方式。每一種典型組合中，又規(guī)定了多種凹模周界尺寸（長(zhǎng)×寬）以及相配合的凹模厚度、凸模高度、模架類型和尺寸及固定板、卸料板、墊板、導(dǎo)料板等具體尺寸，還規(guī)定了選用標(biāo)準(zhǔn)件的種類、規(guī)格、數(shù)量、位置、有關(guān)的尺寸及技術(shù)條件。
4.1 工作零件設(shè)計(jì)
4.1.1凸模設(shè)計(jì)
凸模是在沖壓過程中，沖模中被沖制件或廢料所包容的工作零件。
（1） 凸模的固定方式 凸模的固定方式是臺(tái)肩固定和鉚接兩種。鑒于綜合考慮，選擇等截面式臺(tái)肩固定凸模。
（2） 凸模長(zhǎng)度計(jì)算 凸模的長(zhǎng)度尺寸應(yīng)根據(jù)模具的具體結(jié)構(gòu)確定，同時(shí)要考慮凸模的修磨量及固定板與卸料板之間的安全距離等因素。
當(dāng)采用固定卸料板時(shí)，凸模長(zhǎng)度按下式計(jì)算
（公式4-1）
當(dāng)采用彈性卸料板時(shí)，凸模長(zhǎng)度按下式計(jì)算
（公式4-2）
式中 —— 凸模長(zhǎng)度（）； —— 凸模固定板厚度（）；
—— 卸料板厚度（）； —— 導(dǎo)料板厚度（）；
—— 材料厚度（）； —— 附加長(zhǎng)度，一般取=15~20。
這里模具結(jié)構(gòu)采用彈性卸料板，下出件方式。其凸模長(zhǎng)度應(yīng)為：
（3） 凸模強(qiáng)度校核 在一般情況下，凸模的強(qiáng)度是足夠的，無(wú)需進(jìn)行強(qiáng)度核算。
4.1.2凹模設(shè)計(jì)
凹模刃口形式 凹模按結(jié)構(gòu)分有整體式和鑲拼式凹模，沖裁凹模的刃口形式也有有直筒形和錐形兩種。這里選擇整體式直筒型凹模。h可查表，這里取11mm，
β取2°。
（1）凹模外形尺寸確定 在實(shí)際生產(chǎn)中首先采用下列經(jīng)驗(yàn)公式:
凹模厚度 （公式4-3）
凹模壁厚 （公式4-4）
式中 ——凹模刃口的最大尺寸
——系數(shù)。
所以，凹模厚度：，取45mm。
凹模壁厚： 取50mm
（2）凹模的固定方法 凹模常用的固定方法有：①用螺釘、銷釘固定在下模座上 ②直接壓入固定板中固定 ③快速凹模用止動(dòng)螺釘固定。
這里采用直接壓入固定板中固定。
（3）凹模強(qiáng)度校核 按上述方法確定的凹模外形尺寸，即可保證凹模有足夠的強(qiáng)度和剛度，故對(duì)凹模一般不進(jìn)行強(qiáng)度校核。
4.2工作零件制造
在模具制造中，通常按照零件結(jié)構(gòu)和加工工藝過程的相似性，可將各種模具零件大致分為工作型面零件、板類零件、軸類零件、套類零件等
凸模和凹模的加工方案一般有分開加工和配合加工兩種。
凸模的加工工藝可選擇：下料→鍛造→退火→毛坯外形加工（包括外形粗加工、精加工、基面磨削）→劃線→刃口輪廓粗加工→刃口輪廓精加工→螺孔、銷孔加工→淬火與回火→研磨或拋光。
凹模的加工工藝可選擇：下料→鍛造→退火→毛坯外形加工→螺孔、銷孔、穿絲孔加工→淬火與回火→磨削加工上下面及基準(zhǔn)面→線切割加工→鉗工修正。
4.3 定位零件選用
沖模的定位零件是用來(lái)保證條料的正確送進(jìn)及在模具中的正確位置。這里采用導(dǎo)料銷和擋料銷定位。
4.4 卸料裝置設(shè)計(jì)
4.4.1 卸料裝置
卸料裝置分固定卸料裝置、彈壓卸料裝置和廢料切刀三種。這里選用彈性卸料裝置，用內(nèi)六角卸料螺釘固定卸料板。卸料板采用電鍍鋅鋼板SECC制造，熱處理硬度為
40~45HRC。導(dǎo)向部分表面粗糙度應(yīng)達(dá)到。
4.4.2 彈簧的選用
選擇彈簧的原則
（1） 所選彈簧必須滿足壓力的要求，即
（公式4-5）
式中 ——每個(gè)彈簧在預(yù)壓縮狀態(tài)時(shí)的預(yù)壓力（N）；
——卸料力（N）；
—— 彈簧數(shù)目。
所以，。
所選彈簧必須滿足壓縮量的要求，即
式中 ——彈簧的允許最大壓縮量（mm）；
——彈簧的預(yù)壓縮量（mm）；
——卸料板的工作行程（mm），一般取，為材料厚度；
——凸模的總修磨量，一般取5~10mm。
所以，
（2） 所選彈簧必須滿足模具結(jié)構(gòu)空間的要求，即彈簧的尺寸及數(shù)量，應(yīng)能在模具上安裝的下。這里選擇圓鋼絲螺旋彈簧4根。
4.5 標(biāo)準(zhǔn)模架的選用
該模具根據(jù)GB/T2855.7—1990選取滑動(dòng)導(dǎo)向模架后側(cè)導(dǎo)柱窄型模架，該模架可縱向、橫向送料。適用于一般精度要求的沖模。模架兩導(dǎo)套、導(dǎo)柱分別裝在上、下模座后側(cè)，凹模面積是導(dǎo)套前的有效區(qū)域。可用于沖壓較寬條料，且能用邊角料。送料及操作方便。由于導(dǎo)柱、導(dǎo)套裝在一側(cè)，會(huì)因偏心載荷產(chǎn)生力矩，上模座在導(dǎo)柱上運(yùn)動(dòng)不夠平穩(wěn)。其凹模周界范圍為：500×145mm。
4.6 連接與固定零件的選用
模具的連接與固定零件有模柄、固定板、墊板、銷釘、螺釘?shù)?。這些零件大多有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)時(shí)可按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)選用。
（1） 模柄 模柄通常采用Q235或Q275鋼制造，其支撐面應(yīng)垂直于模柄的
軸線（垂直度不應(yīng)超過0.02：100）。壓入式模柄配合面的表面粗糙度應(yīng)達(dá)到，模柄壓入上模座后，應(yīng)將底面磨平。本設(shè)計(jì)采用凸緣模柄，其直徑為40mm，長(zhǎng)度為60mm。用緊固螺釘固定在上模座上。
（2）凸模固定板 選用矩形固定板，其尺寸為：2000×400×30mm。固定板基面與壓裝配合面的表面粗糙度為Ra1.6～0.8μm。固定板材料采用電鍍鋅鋼板SECC制造，硬度28~32HRC。
（3）墊板 墊板外形尺寸與凸模固定板相同，其厚度一般取10mm。材料為電鍍鋅鋼板SECC，淬硬度為：43～48HRC。墊板上、下表面粗糙度為：Ra1.6～0.8μm，以保證平行度要求。
（4）螺釘與銷釘 模具中用內(nèi)六角螺釘和圓柱銷釘，其中需用M12×65螺釘8個(gè)和φ12的銷釘4個(gè)用于固定。模柄與上模座的固定用3個(gè)M5×10螺釘固定。
（5）彈壓卸料板上的卸料螺釘 用于連接卸料板，主要受拉應(yīng)力作用。選用M10×80內(nèi)六角卸料螺釘4個(gè)。
第五章 總結(jié)與展望
5.1總結(jié)
畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)每一位即將畢業(yè)的大學(xué)生在大學(xué)期間所學(xué)知識(shí)的一次很好的檢驗(yàn)，通過自己所學(xué)、所掌握的知識(shí)，結(jié)合設(shè)計(jì)要求，很好的完成所給的設(shè)計(jì)任務(wù)，也是準(zhǔn)畢業(yè)生合格、圓滿畢業(yè)的最好詮釋。同時(shí)，也是學(xué)習(xí)深化與升華的重要過程，是對(duì)所學(xué)的所有知識(shí)的一次全面考查，是我們從學(xué)習(xí)知識(shí)到運(yùn)用知識(shí)的一個(gè)過渡。在設(shè)計(jì)當(dāng)中，我們不但需要把以往學(xué)到過的所有專業(yè)知識(shí)再?gòu)?fù)習(xí)鞏固一次，而且還要將所有的知識(shí)串聯(lián)起來(lái)，充分調(diào)動(dòng)它們?yōu)楫厴I(yè)設(shè)計(jì)服務(wù)，完成一份優(yōu)秀的畢業(yè)設(shè)計(jì)。
在本次畢業(yè)論文撰寫過程中，主要用到的是冷沖模的有關(guān)知識(shí)，涉及到的是冷沖裁模具。對(duì)于自己所涉及的水果刀，采用的是沖孔落料級(jí)進(jìn)模，通過參考、查閱各種有關(guān)模具方面的資料，請(qǐng)教了靖娟老師有關(guān)冷沖模具方面的問題，特別是模具在實(shí)際中可能遇到的具體問題，對(duì)沖裁模具有了一個(gè)深入的認(rèn)識(shí)和掌握。同時(shí)也涉及到了冷沖壓的基礎(chǔ)知識(shí)，模具的模架的選取，壓力機(jī)的選擇，公差配合等方面的知識(shí)，使自己對(duì)之前的知識(shí)重新溫習(xí)了一遍。使我在這短暫的時(shí)間里，對(duì)模具的認(rèn)識(shí)有了一個(gè)質(zhì)的飛躍。經(jīng)過這段時(shí)間的努力，畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）已圓滿完成。
在設(shè)計(jì)期間我查閱參考了大量的文獻(xiàn)、資料。從模具結(jié)構(gòu)和各項(xiàng)計(jì)算分析上也已基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求，特別是在CAD模具設(shè)計(jì)方面我下足了精力，能夠掌握CAD的操作，為以后的工作學(xué)習(xí)打好了基礎(chǔ)，做好了準(zhǔn)備。
在本次設(shè)計(jì)中，由于本人設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)不足，不免有不科學(xué)的方面。對(duì)于這些不足，我下決心要在以后的工作學(xué)習(xí)中改正，以爭(zhēng)取成為一名出色的工程技術(shù)人員！
5.2展望
本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，通過自己的分析、思考、嘗試、請(qǐng)教，順利的完成了水果刀的沖孔落料連續(xù)模具的設(shè)計(jì)。在理論上，充分的利用所學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)，結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù)要求，設(shè)計(jì)了沖孔落料的連續(xù)模，唯一遺憾的是沒有機(jī)會(huì)通過實(shí)踐
做出自己設(shè)計(jì)的模具，測(cè)試其使用性能是否在實(shí)際生產(chǎn)中能夠得到好的使用，希望以后有機(jī)會(huì)能夠?qū)⒆约核O(shè)計(jì)的模具應(yīng)用到實(shí)際的生產(chǎn)中。雖然很清楚自己在模具設(shè)計(jì)中還有很長(zhǎng)的路要走，但相信經(jīng)過自己的努力，提高自己各方面的能力，努力向一名優(yōu)秀的模具設(shè)計(jì)師的方向邁進(jìn)！
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