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[鍵入文字]
朱勇 電機(jī)罩殼復(fù)合模具設(shè)計(jì)與三維造型
揚(yáng)州大學(xué)廣陵學(xué)院
本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
畢業(yè)設(shè)計(jì)題目 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué) 生 姓 名 朱勇
專(zhuān) 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班 級(jí) 機(jī)械81001
指 導(dǎo) 教 師 李益民
完 成 日 期 2014年 5 月 30 日
中文摘要
通過(guò)分析電機(jī)蓋端的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，確定了其沖裁工序、拉伸序及各工序件的尺寸，介紹了整體模具的工藝設(shè)計(jì)，重點(diǎn)分析了拉伸模結(jié)構(gòu)。沖壓模具的設(shè)計(jì)方法在當(dāng)下已經(jīng)日趨成熟，利用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)手段對(duì)電機(jī)罩殼進(jìn)行完整的復(fù)合模設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)零件結(jié)構(gòu)的分析制定可行的工藝方案，并進(jìn)行最優(yōu)化選擇。在完善的工藝方案基礎(chǔ)上，對(duì)每一個(gè)工序進(jìn)行工藝計(jì)算，得到準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。通過(guò)參考經(jīng)典的模具結(jié)構(gòu)，對(duì)復(fù)合模進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。并通過(guò)計(jì)算數(shù)據(jù)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)及非標(biāo)準(zhǔn)零件進(jìn)行查找和設(shè)計(jì)。利用三維造型軟件proe4.0對(duì)模具的零部件進(jìn)行繪制，并進(jìn)行裝配得到裝配圖。結(jié)合proe4.0的工程圖繪制功能以及二維繪圖軟件CAD，對(duì)三維零件及裝配圖進(jìn)行二維工程圖的繪制。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法與繪圖軟件的結(jié)合，一定程度上簡(jiǎn)化了模具設(shè)計(jì)的過(guò)程，提高了模具設(shè)計(jì)的效率，為沖壓模具的更好發(fā)展打下了基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞：沖壓模具，復(fù)合模 三維造型
Abstract
Abstract: Through analyzing on the structure characteristics of the electrical machinery end cover, determined its blanking working procedure, the drawing working procedure and various working procedures size. The process design of the while die were introduced, mainly analyzed on the drawing die structure. The design method of stamping die is becoming mature, and traditional design method is using to design compound die of motor casing. Analyzing the part structure to make feasible process scheme, and select the optimal plan. On this basis, make the process calculation of each procedure. Consult classical die structure to design the compound die. Followed that, search the standard parts and design the nonstandard parts of compound die. Using 3D modeling software proe4.0 to draw the components of die, and assembling them to get the assembly drawing. After that, make the 2D engineering drawing by the combination of proe4.0 and CAD. The process of die designing is simplified to some extent, because of the coordination of traditional design method and drawing software. Moreover, the efficiency of die designing is improved, and it lays the foundation to the better development of stamping die.
Key words: electrical machinery en cover; the pressure process ; progressive die; die design.
目錄
45
中文摘要 I
Abstract II
第一章 緒論 1
1.1沖壓模具的重要意義 1
1.2沖壓模具行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀 1
1.3選題的目的與意義 2
第二章 工藝分析 3
2.1工藝可選方案 3
2.1.1沖壓工藝方案一 3
2.1.2沖壓工藝方案二 6
2.2方案分析 8
2.2.1方案一分析 8
2.2.2方案二分析 8
2.3方案對(duì)比 9
第三章 工藝計(jì)算 10
3.1落料工藝計(jì)算 10
3.1.1工藝性分析 10
3.1.2排樣與搭邊 10
3.1.3沖壓力計(jì)算 10
3.1.4壓力中心計(jì)算 11
3.1.5沖裁間隙 11
3.1.6凸、凹模刃口尺寸計(jì)算 11
3.2拉深工藝計(jì)算 12
3.2.1拉深毛坯的確定 12
3.2.2判斷是否采用壓邊圈 13
3.2.3拉深工藝計(jì)算 13
3.2.4確定各次拉深凸、凹模圓角半徑及筒壁高度 14
3.2.5凸、凹模間隙及刃口尺寸 15
3.2.6壓邊力和拉深力的計(jì)算 16
3.2.7拉深功的計(jì)算 17
3.3脹形工藝計(jì)算 18
3.4沖孔工藝計(jì)算 20
3.4.1端面孔工藝計(jì)算 20
3.4.2凸緣孔工藝計(jì)算 22
第四章 模具的結(jié)構(gòu)與零件設(shè)計(jì) 25
4.1模具的結(jié)構(gòu) 25
4.2模具的工作原理 26
4.3模具主要零件設(shè)計(jì) 27
4.3.1工作零件設(shè)計(jì) 27
4.3.2卸料裝置 30
4.3.3模架 31
4.3.4模柄 34
4.4沖壓設(shè)備的選擇 34
總結(jié) 36
致謝 38
參考文獻(xiàn) 38
附錄 39
朱勇 電機(jī)罩殼復(fù)合模具設(shè)計(jì)與零件三維造型
第一章 緒論
1.1沖壓模具的重要意義
模具制造是國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的一項(xiàng)重要產(chǎn)業(yè)，振興和發(fā)展我國(guó)的模具工業(yè)，日益受到人們的重視和關(guān)注。“模具是工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)工藝裝備”也已經(jīng)成為廣大業(yè)內(nèi)人士的共識(shí)。在電子、汽車(chē)、電機(jī)、電器、儀器、儀表、家電和通信等產(chǎn)品中，60%～80%的零部件都要依靠模具成形。用模具生產(chǎn)制件所具備的高精度、高復(fù)雜程度、高一致性、高生產(chǎn)率和低消耗，是其他加工制造方法所不能比擬的。模具又是“效益放大器”，用模具生產(chǎn)的最終產(chǎn)品的價(jià)值，往往是模具自身價(jià)值的幾十倍、上百倍。模具工業(yè)是制造業(yè)中的一項(xiàng)基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，是技術(shù)成果轉(zhuǎn)化的基礎(chǔ)，同時(shí)本身又是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的重要領(lǐng)域。
1.2沖壓模具行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀
中國(guó)是一個(gè)模具大國(guó)，具有巨大的潛在市場(chǎng)，但模具行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)并不是一帆風(fēng)順的。從目前市場(chǎng)來(lái)看，由于近年市場(chǎng)需求的強(qiáng)大拉動(dòng)，中國(guó)模具工業(yè)高速發(fā)展，市場(chǎng)廣闊，產(chǎn)銷(xiāo)兩旺。2003年我國(guó)模具產(chǎn)值達(dá)到450億元人民幣以上，約折合50多億美元，按模具總量排名，中國(guó)緊隨日本、美國(guó)其后，位居世界第三。但總的來(lái)看，我國(guó)技術(shù)含量低的模具已供過(guò)于求，市場(chǎng)利潤(rùn)空間狹小，而技術(shù)含量較高的中、高檔模具還遠(yuǎn)不能適應(yīng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，精密、復(fù)雜的沖壓模具和塑料模具、轎車(chē)覆蓋件模具、電子接插件等電子產(chǎn)品模具等高檔模具仍有很大一部分依倒進(jìn)口。近五年來(lái)，我國(guó)平均每年進(jìn)口模具約11.2億美元，2003年就進(jìn)口了近13.7億美元的模具，這還未包括隨設(shè)備和生產(chǎn)線(xiàn)作為附件帶進(jìn)來(lái)的模具。 模具工業(yè)是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的重要領(lǐng)域。據(jù)估計(jì)，全國(guó)約有40億元以上的模具設(shè)備市場(chǎng)，而且每年還以20%左右的增長(zhǎng)速度在發(fā)展。
21世紀(jì)模具行業(yè)的基本特征是高度集成化，智能化，柔性化和網(wǎng)絡(luò)化，追求的目標(biāo)是提高模具質(zhì)量及生產(chǎn)效率，縮短設(shè)計(jì)及制造周期，降低生產(chǎn)成本，最大限度的提高模具制造行業(yè)的應(yīng)變能力，滿(mǎn)足用戶(hù)要求。
模具行業(yè)在今后的發(fā)展中，首先要更加注意其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的戰(zhàn)略性調(diào)整，使結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精密度高的高檔模具得到更快的發(fā)展。模具技術(shù)水平的高低，在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)能力。已成為衡量一個(gè)國(guó)家產(chǎn)品制造水平高低的重要標(biāo)志。
其次，要積極推進(jìn)中西部地區(qū)模具產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，努力縮小發(fā)達(dá)地區(qū)和不發(fā)達(dá)地區(qū)的差距。中西部很多地區(qū)已經(jīng)意識(shí)到模具產(chǎn)業(yè)的發(fā)展對(duì)制造業(yè)的重要作用。
第三，用信息技術(shù)帶動(dòng)和提升模具工業(yè)的制造技術(shù)水平，是推動(dòng)模具工業(yè)技術(shù)進(jìn)步的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。CAD／CAE／CAM技術(shù)在模具工業(yè)中的應(yīng)用，快速原型制造技術(shù)的應(yīng)用，使模具的設(shè)計(jì)制造技術(shù)發(fā)生了重大變革。再有，模具的開(kāi)發(fā)和制造水平的提高，還有賴(lài)于采用數(shù)控精密高效加工設(shè)備，如五軸加工機(jī)床、高速銑等。超精加工手段也大量用于模具加工。國(guó)外先進(jìn)工業(yè)國(guó)家在模具生產(chǎn)中均采用了可靠性設(shè)計(jì)以及CAD/CAM技術(shù)，開(kāi)發(fā)新品速度快、精度高，質(zhì)量較有保證。大多數(shù)新產(chǎn)品具有高耐磨、高疲勞、高精度的特點(diǎn)，材料上使用了耐磨、耐熱、塑料、含油粉末冶金等材料，進(jìn)一步提高了模具的性能。
1.3選題的目的與意義
這次沖壓模具設(shè)計(jì)的目的和意義在于：
（1）培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用新學(xué)知識(shí)與技能，提高解決實(shí)際問(wèn)題的能力，從而鞏固、深化已學(xué)知識(shí)；
（2）培養(yǎng)學(xué)生調(diào)查研究、熟悉技術(shù)政策、運(yùn)用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、手冊(cè)等工具書(shū)進(jìn)行設(shè)計(jì)、計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、編寫(xiě)技術(shù)文件等獨(dú)立工作的能力；
（3）讓學(xué)生建立正確的設(shè)計(jì)和科學(xué)研究思維，樹(shù)立實(shí)事求是、嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)工作態(tài)度。
（4）能綜合運(yùn)用在學(xué)校所學(xué)的理論和生產(chǎn)實(shí)際知識(shí)，進(jìn)行一次沖壓模具的設(shè)計(jì)工作的實(shí)際訓(xùn)練，從而培養(yǎng)和提高自身獨(dú)立學(xué)習(xí)和工作的能力；
（5）為今后走入社會(huì)，進(jìn)入工作崗位進(jìn)一步深造打下良好的基礎(chǔ)。
第二章 工藝分析
圖2—1 電機(jī)罩殼零件圖
由零件圖2—1可知，制造該零件，需要經(jīng)落料、拉深、沖孔、脹形等一系列工藝方法的組合，因此方案也會(huì)很多。下面我將比較幾種不同工藝方案的優(yōu)劣，從而選出最佳方案。
2.1工藝可選方案
2.1.1沖壓工藝方案一
（1）落料拉深復(fù)合
圖2—2 落料拉深工序圖
（2）反拉深
圖2—3 反拉深工序圖
（3）端面拉深成形一
圖2—4端面成形工序圖1
（4）端面拉深成形二
圖2—5 端面成形工序圖2
（5）端面沖孔
圖2—6 端面沖孔工序圖
（6）凸緣沖孔
圖2—7 凸緣沖孔工序圖
（7）切邊整形復(fù)合
圖2—8 整形工序圖
2.1.2沖壓工藝方案二
（1）落料拉深復(fù)合
圖2—9 落料拉深工序圖
（2）反拉深脹形復(fù)合
圖2—10 反拉深工序圖
（3）端面成形
圖2—11 端面成形工序圖
（4）端面沖孔
圖2—12 端面沖孔工序圖
（5）凸緣沖孔
圖2—13 凸緣沖孔工序圖
（6）切邊整形復(fù)合
圖2—14 整形工序圖
2.2方案分析
2.2.1方案一分析：工序3、4端面拉深成形可行性分析
由拉深特性可知，當(dāng)拉深面的直徑大于毛坯直徑的13時(shí)，拉深將變?yōu)槊浶?。結(jié)合本零件，190400=0.475>13，此時(shí)拉深將變成脹形，所以此處拉深不可行。
若將拉深改為脹形，通過(guò)脹形直接得到錐形，利用材料的變形伸長(zhǎng)率判斷是否可行。
變形伸長(zhǎng)率：σ=l-l0l0×100% （2—1）
=109.66-6565×100%
=68.7%
由《沖壓工藝與沖模設(shè)計(jì)》一書(shū)相關(guān)表格查得，10號(hào)鋼極限脹形系數(shù)K=1.24，切向許用伸長(zhǎng)率[σ]=24%。
因?yàn)棣?K[σ]，所以無(wú)法通過(guò)脹形直接得到所需形狀。
綜上可知，方案一不可行。
2.2.2方案二分析：工序2、3端面成形的可行性
方案二采用了完全不同的方法，首先利用脹形得到后續(xù)成形所需要的面積，使得球冠的表面積大于等于端面變形的表面積，這樣可以充分考慮脹形的可行性，放大脹形面，使脹形得以順利完成，如圖2—15可知。
圖2—15 脹形效果圖
將?210的圓面脹形為圖示尺寸的球冠，且保證球冠的表面積與端面變形區(qū)域表面積相等，方便后續(xù)直接成形。
根據(jù)《沖壓工藝與沖模設(shè)計(jì)》一書(shū)相關(guān)章節(jié)可知：利用兩次脹形法：第一次用大直徑的球頭凸模使變形區(qū)達(dá)到在較大范圍內(nèi)聚料和均化變形的目的，得到最終所需表面積的材料，第二次成形到所要求的尺寸，如圖2—16。
圖2—16 端面成形示意圖
同時(shí)，我們可以查表得到：壓凹坑時(shí)，用球頭凸模對(duì)低碳鋼、軟鋁等脹形時(shí)，可達(dá)到的極限脹形深度h約為球頭直徑d的1/3.圖示尺寸完全符合要求，具體的計(jì)算過(guò)程可參考后續(xù)脹形工序的計(jì)算。
綜上可知，方案二可行。
2.3方案對(duì)比
表2—1 方案對(duì)比表
對(duì)比 方案
方案一
方案二
工序數(shù)
7
6
經(jīng)濟(jì)性
不經(jīng)濟(jì)
經(jīng)濟(jì)
可行性
不可行
可行
能否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求
不能
能
因此，采用方案二進(jìn)行模具設(shè)計(jì)。
第三章 工藝計(jì)算
3.1落料工藝計(jì)算
3.1.1工藝性分析
材料：10號(hào)鋼 料厚：1mm 大批量生產(chǎn)。
外形最大尺寸：757mm，屬于大零件。
形狀特點(diǎn)：簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)、精度要求不高，可以采用沖裁加工。
沖模類(lèi)型：落料拉深復(fù)合模
沖模結(jié)構(gòu)形式：倒裝復(fù)合模
3.1.2排樣與搭邊
排樣：零件形狀簡(jiǎn)單且尺寸較大，采用直排
搭邊值：查表得：a=1.5mm b=2mm
條料寬度：送料采用無(wú)側(cè)壓裝置
由公式B=Dmax+2a+?+Z得： （3—1）
B=757+2×1.5+1+1=763
式中：B—條料寬度的公稱(chēng)尺寸(mm)
Dmax—條料寬度方向零件輪廓的最大尺寸(mm)
a—側(cè)面搭邊(mm)
?—條料寬度方向的單向偏差(mm)，值可查表
導(dǎo)料板之間的距離：A=B+Z=763+1=764
3.1.3沖壓力計(jì)算
查表得，10號(hào)鋼抗剪強(qiáng)度τ=784MPa
沖裁力：F=Ltτ=1.86×106N （3—2）
式中F—沖裁力(N)
L—沖裁件周邊長(zhǎng)度(mm)
t—材料厚度(mm)
τ—材料抗剪強(qiáng)度(MPa)
卸料力：F卸=k卸F=7.44×104N （3—3）
頂料力：F頂=k頂F=1.12×105N （3—4）
式中F—沖裁力
k卸—卸料力系數(shù)，查表得k卸=0.04
k頂—頂料力系數(shù)，查表得k頂=0.06
3.1.4壓力中心計(jì)算
由于落料件為圓形，所以其壓力中心為其幾何中心，即圓心。
3.1.5沖裁間隙
沖裁間隙指凸、凹模刃口間縫隙的距離。沖裁間隙是沖壓工藝和模具設(shè)計(jì)中的重要參數(shù)，它直接影響沖裁件的質(zhì)量、模具壽命和力能的消耗。
由相關(guān)表格查得：當(dāng)料厚t=1mm時(shí)，
單面間隙：Zmin=0.050mm
Zmax=0.070mm
3.1.6凸、凹模刃口尺寸計(jì)算
因?yàn)槁淞霞男螤顬閳A形，規(guī)則簡(jiǎn)單，所以采用分開(kāi)加工法制造凸、凹模。落料時(shí)，以凹模尺寸為基準(zhǔn)進(jìn)行刃口尺寸計(jì)算：
凹模：Dd=D-x?0+δd （3—5）
=757-1.70+0.07
=755.30+0.07
凸模：Dp=Dd-2Zmin-δp0 （3—6）
=755.3-2×0.05-0.050
=754.3-0.050
式中 Dd、Dp—落料凹模與凸模刃口尺寸(mm)
D—落料件基本尺寸(mm)
δp、δd—凹模上極限偏差與凸模下極限偏差(mm)
?—沖裁件公差(mm)
Zmin—凸、凹模最小初始單面間隙(mm)
x—磨損系數(shù)，與制造精度有關(guān)，可按下列關(guān)系選取:
沖裁件公差等級(jí)IT10以上時(shí)，x=1；沖裁件公差等級(jí)IT11~IT13時(shí)，x=0.75；沖裁件公差等級(jí)IT14以下時(shí)，x=0.5
由零件圖得:沖裁件公差等級(jí)為9級(jí)，所以x=1
?=+0.85--0.85=1.7
δp、δd的值可由相關(guān)表查得
3.2拉深工藝計(jì)算
3.2.1拉深毛坯的確定
3.2.1.1確定拉伸毛坯形狀和尺寸的方法
由于拉深件為帶凸緣的筒形件，所以選擇毛坯形狀為圓形。
筒形件的拉深可以近似看成不變薄拉深，所以計(jì)算毛坯尺寸可采用等面積法。
3.2.1.2修邊余量
由于流動(dòng)條件和材料的各向異性，毛坯拉深后，工件邊口不齊。一般拉深后都要修邊，因此在計(jì)算毛坯尺寸時(shí)，必須把修邊余量計(jì)入工件。
查表得：修邊余量?h=7mm
因拉深時(shí)毛坯會(huì)少許變薄，材料會(huì)向邊緣延伸，所以修邊余量取小，?h=5mm。
3.2.1.3拉深件毛坯尺寸的計(jì)算
用等面積法計(jì)算毛坯直徑為：D=756.27，取D=757mm。
3.2.2判斷是否采用壓邊圈
采用條件為：D-d>22t
757-400>22 滿(mǎn)足條件
所以首次拉深采用壓邊圈。
3.2.3拉深工藝計(jì)算
由公式d凸d=496400=1.24<1.4可知，該筒形件為窄凸緣筒形件，其拉深工藝按照無(wú)凸緣筒形件拉深進(jìn)行計(jì)算，在最后一次拉深時(shí)拉出凸緣并校平即可。
3.2.3.1判斷能否一次拉深成形
總拉深系數(shù) m總=dD=400757=0.528
查表得，首次拉深極限系數(shù)m1=0.60~0.63
因?yàn)閙總
S2=44588.7mm2 滿(mǎn)足要求
根據(jù)上述數(shù)據(jù)可以確定球頭凸模尺寸，見(jiàn)圖3—3：
圖3—3 脹形球頭示意圖
3.4沖孔工藝計(jì)算
3.4.1端面孔工藝計(jì)算
3.4.1.1沖壓力的計(jì)算
查表得，10號(hào)鋼抗剪強(qiáng)度τ=784MPa
沖裁力：F=Ltτ=1.26×106N （3—24）
式中F—沖裁力(N)
L—沖裁件周邊長(zhǎng)度(mm)
t—材料厚度(mm)
τ—材料抗剪強(qiáng)度(MPa)
卸料力：F卸=k卸F=5.03×104N （3—25）
頂料力：F頂=k頂F=7.56×104N （3—26）
式中F—沖裁力
k卸—卸料力系數(shù)，查表得k卸=0.04
k頂—頂料力系數(shù)，查表得k頂=0.06
3.4.1.2壓力中心
端面孔整體成中心對(duì)稱(chēng)，所以壓力中心為對(duì)稱(chēng)中心，即為圓心。
3.4.1.3沖裁間隙
由相關(guān)表格查得：當(dāng)料厚t=1mm時(shí)，
單面間隙：Zmin=0.050mm
Zmax=0.070mm
3.4.1.4刃口尺寸計(jì)算
因?yàn)闆_孔的形狀為圓形，規(guī)則簡(jiǎn)單，所以采用分開(kāi)加工法制造凸、凹模。沖孔時(shí)，以凸模尺寸為基準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算。
?35：凸模：dp=d+x?-δp0 （3—27）
=35+0.4-0.020
=35.4-0.020
凹模：dd=dp+2Zmin0+δd （3—28）
=35.4+2×0.050+0.03
=35.50+0.03
?270：凸模：dp=d+x?-δp0 （3—29）
=270+1.1-0.0350
=271.1-0.0350
凹模：dd=dp+2Zmin0+δd （3—30）
=271.1+2×0.050+0.05
=271.20+0.05
?28：凸模：dp=d+x?-δp0 （3—31）
=28+0.5-0.020
=28.5-0.020
凹模：dd=dp+2Zmin0+δd （3—32）
=28.5+2×0.050+0.025
=28.60+0.025
式中 dd、dp—沖孔凹模與凸模刃口尺寸(mm)
d—沖孔件基本尺寸(mm)
δp、δd—凹模上極限偏差與凸模下極限偏差(mm)
?—沖裁件公差(mm)
Zmin—凸、凹模最小初始單面間隙(mm)
x—磨損系數(shù)，與制造精度有關(guān)，可按下列關(guān)系選取:
沖裁件公差等級(jí)IT10以上時(shí)，x=1；沖裁件公差等級(jí)IT11~IT13時(shí)，x=0.75；沖裁件公差等級(jí)IT14以下時(shí)，x=0.5
由零件圖得:沖裁件公差等級(jí)為9級(jí)，所以x=1
δp、δd的值可由相關(guān)表查得
3.4.2凸緣孔工藝計(jì)算
3.4.2.1沖壓力的計(jì)算
查表得，10號(hào)鋼抗剪強(qiáng)度τ=784MPa
沖裁力：F=Ltτ=2.37×105N （3—33）
式中F—沖裁力(N)
L—沖裁件周邊長(zhǎng)度(mm)
t—材料厚度(mm)
τ—材料抗剪強(qiáng)度(MPa)
卸料力：F卸=k卸F=9.47×103N （3—34）
頂料力：F頂=k頂F=1.42×104N （3—35）
式中F—沖裁力
k卸—卸料力系數(shù)，查表得k卸=0.04
k頂—頂料力系數(shù)，查表得k頂=0.06
3.4.2.2壓力中心
端面孔整體成中心對(duì)稱(chēng)，所以壓力中心為對(duì)稱(chēng)中心，即為圓心。
3.4.2.3沖裁間隙
由相關(guān)表格查得：當(dāng)料厚t=1mm時(shí)，
單面間隙：Zmin=0.050mm
Zmax=0.070mm
3.4.2.4刃口尺寸計(jì)算
因?yàn)闆_孔的形狀為圓形，規(guī)則簡(jiǎn)單，所以采用分開(kāi)加工法制造凸、凹模。沖孔時(shí)，以凸模尺寸為基準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算。
?16：凸模：dp=d+x?-δp0 （3—36）
=16+0.6-0.020
=16.6-0.020
凹模：dd=dp+2Zmin0+δd （3—37）
=16.6+2×0.050+0.02
=16.70+0.02
?450：凸模：dp=d+x?-δp0 （3—38）
=450+1.7-0.040
=451.7-0.040
凹模：dd=dp+2Zmin0+δd （3—39）
=451.7+2×0.050+0.06
=451.80+0.06
式中 dd、dp—沖孔凹模與凸模刃口尺寸(mm)
d—沖孔件基本尺寸(mm)
δp、δd—凹模上極限偏差與凸模下極限偏差(mm)
?—沖裁件公差(mm)
Zmin—凸、凹模最小初始單面間隙(mm)
x—磨損系數(shù)，與制造精度有關(guān)，可按下列關(guān)系選取:
沖裁件公差等級(jí)IT10以上時(shí)，x=1；沖裁件公差等級(jí)IT11~IT13時(shí)，x=0.75；沖裁件公差等級(jí)IT14以下時(shí)，x=0.5
由零件圖得:沖裁件公差等級(jí)為9級(jí)，所以x=1
δp、δd的值可由相關(guān)表查得
第四章 模具的結(jié)構(gòu)與零件設(shè)計(jì)
本設(shè)計(jì)采用了兩套模具，分別為首次拉深的落料拉深復(fù)合模和第二次拉深的拉深模。后者較為簡(jiǎn)單，因此本節(jié)只介紹第一套模具的結(jié)構(gòu)與零件組成。
4.1模具的結(jié)構(gòu)
落料拉深復(fù)合模分為兩種結(jié)構(gòu)形式：正裝式和倒裝式。若凸凹模在上模部分則為正裝復(fù)合模，凸凹模在下模部分則為倒裝復(fù)合模。表4—1比較兩種結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)缺點(diǎn)：
表4—1 模具結(jié)構(gòu)對(duì)比圖
序號(hào)
正裝
倒裝
1
對(duì)于薄工件能達(dá)到平整要求
不能達(dá)到平整要求
2
操作不便，不安全，孔的廢料由打棒打出
操作方便，能裝自動(dòng)撥料裝置，既能提高生產(chǎn)效率又能保證安全生產(chǎn)。孔的廢料通過(guò)凸凹模的孔往下漏
3
廢料不會(huì)再凸凹?？變?nèi)積聚，可減少孔內(nèi)廢料的漲力，有利于凸凹模減小最小壁厚
廢料在凸凹?？變?nèi)積聚，凸凹模要求有較大的壁厚以增加強(qiáng)度
4
凹模的面積較大，有利于沖壓復(fù)雜工件的結(jié)構(gòu)
如凸凹模較大，可直接將凸凹模固定在底板，不需固定板
因?yàn)楸咎啄＞卟淮嬖跊_孔工藝，所以不需要考慮孔的廢料問(wèn)題。且正裝可以保證更高的平整度，另外正裝結(jié)構(gòu)也比較簡(jiǎn)單，所以決定采用正裝結(jié)構(gòu)。
4.2模具的工作原理
如圖所示為正裝式落料拉深復(fù)合模，處在上模部分的工作零件既是落料凸模也是拉深凹模，即凸凹模。處在下模部分的工作零件為落料凹模、拉深凸模。
工作時(shí)，條料送進(jìn)，由帶導(dǎo)料板的固定卸料板導(dǎo)向，沖首件時(shí)，以目測(cè)定位。以后各次，則以擋料銷(xiāo)定位。拉深壓邊力靠下部的彈件器的彈簧提供，通過(guò)四根頂桿和壓邊圈進(jìn)行傳遞，沖壓后把工件頂起。若工件被頂起后卡在凸凹模內(nèi)，則由推件塊推出。卸料靠固定卸料板進(jìn)行。其中，落料凹模高于拉深凸模的距離應(yīng)大于一個(gè)料厚，以保證先落料后拉深。
圖4—1 落料拉深復(fù)合模
4.3模具主要零件設(shè)計(jì)
4.3.1工作零件設(shè)計(jì)
4.3.1.1拉深凸模
拉深凸模是直接與毛坯接觸，使其發(fā)生變形從而得到所需形狀的工作零件。拉深凸模與拉深凹模配合才能進(jìn)行工作，凸、凹模單面間隙Z=1.4mm
圖4—2 拉深凸模零件圖
4.3.1.2落料凹模
凹模是沖模中起直接形成沖件作用的工作零件，落料凹模通過(guò)與凸模的配合，可以使毛坯分離，從而得到所需沖壓件。凸凹模單面間隙Z=.0.5mm
圖4—3 落料凹模零件圖
4.3.1.3凸凹模
凸凹模既是落料凸模也是拉深凹模，與落料凹模配合完成落料工序，與拉深凸模配合完成拉深工序。
圖4—4 凸凹模零件圖
4.3.2卸料裝置
卸料板的主要作用是把材料從凸模上卸下，有時(shí)也可作壓料板用以防止材料變形，并能幫助送料導(dǎo)向和保護(hù)凸模等等。
卸料板常用結(jié)構(gòu)：
（1）固定卸料板：用于厚料或硬材，卸料力大，使用安全。但送料操作受約束，常用于料厚大于0.5mm，平面度要求不高的工件。
（2）彈性卸料板：具有卸料和壓料的雙重作用，多用于沖制薄料，使工件的平面度提高。
因?yàn)楸咎啄＞咭延袎毫涎b置，且固定卸料板可以用于送料，所以采用固定卸料板。
圖4—5 固定卸料板零件圖
4.3.3模架
模架包括上模座、下模座、導(dǎo)柱和導(dǎo)套。根據(jù)模架導(dǎo)向用的導(dǎo)柱和導(dǎo)套間的配合性質(zhì)，模架可分為滑動(dòng)導(dǎo)向模架和滾動(dòng)導(dǎo)向模架兩大類(lèi)。本套模架采用滑動(dòng)導(dǎo)向模架?；瑒?dòng)導(dǎo)向模架又有4中結(jié)構(gòu)形式，即對(duì)角導(dǎo)柱模架、中間導(dǎo)柱模架、四角導(dǎo)柱模架和后側(cè)導(dǎo)柱模架。
對(duì)角導(dǎo)柱模架、中間導(dǎo)柱模架、四角導(dǎo)柱模架的共同特點(diǎn)是：導(dǎo)向裝置都安裝在模架的對(duì)稱(chēng)線(xiàn)上，滑動(dòng)平穩(wěn)，導(dǎo)向準(zhǔn)確可靠。所以要求導(dǎo)向精確可靠的都采用這3種結(jié)構(gòu)形式。對(duì)角導(dǎo)柱模架上、下模座的工作平面的橫向尺寸L一般大于縱向尺寸B，常用于橫向送料的級(jí)進(jìn)模、縱向送料的單工序?；驈?fù)合模；中間導(dǎo)柱模架只能縱向送料，一般用于單工序?；驈?fù)合模；四導(dǎo)柱模架常用于精度要求較高或尺寸較大的生產(chǎn)及大批量生產(chǎn)用的自動(dòng)模；后側(cè)導(dǎo)柱模架的特點(diǎn)是導(dǎo)向裝置在后側(cè)，橫向和縱向送料都比較方便，但如果有偏心載荷，壓力機(jī)導(dǎo)向又不準(zhǔn)確，就會(huì)造成上模歪斜，導(dǎo)向裝置和凸、凹模都容易磨損，從而影響模具壽命，故一般用于較小的沖模。
本套模具采用中間導(dǎo)柱式模架。
4.3.3.1模座
模座主要起支撐和固定的作用
模座是安裝與固定工作零件、導(dǎo)向零件、頂出零件、緊固和定位零件，并與設(shè)備滑塊、工作臺(tái)相連接的重要部件，須有足夠的強(qiáng)度和精度。模座一般是通用的，設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)設(shè)備的模具空間，再結(jié)合零件的形狀合理確定結(jié)構(gòu)。
圖4—6 模座零件圖
4.3.3.2導(dǎo)柱導(dǎo)套
導(dǎo)柱與導(dǎo)套結(jié)構(gòu)有標(biāo)準(zhǔn)中選取，尺寸由模架中參數(shù)決定。
導(dǎo)柱的長(zhǎng)度應(yīng)保證沖模在最低工作位置時(shí)，導(dǎo)柱上端與上模座頂面的距離不小于2mm，而下模座底面與導(dǎo)柱底面的距離應(yīng)為0.5—2mm。導(dǎo)柱與導(dǎo)套之間的配合為H7/h6，導(dǎo)套與上模座之間的配合為H7/r6,導(dǎo)套與下模座之間的配合為H7/r6.導(dǎo)柱與導(dǎo)套材料為20鋼，熱處理硬度為HRC58—62.
導(dǎo)柱：
圖4—7 導(dǎo)柱零件圖
導(dǎo)套：
圖4—8 導(dǎo)套零件圖
4.3.4模柄
模柄又稱(chēng)為模把，通常將上模與壓力機(jī)的滑塊連在一起。設(shè)計(jì)模具時(shí)，選擇模柄的類(lèi)型要考慮模具的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和使用要求，模柄工作段的直徑應(yīng)與所選的壓力機(jī)滑塊模柄孔的直徑相一致。本設(shè)計(jì)采用凸緣模柄，如下圖所示。模柄與上模座孔采用H7/m6過(guò)渡配合。
圖4—9 模柄零件圖
4.4沖壓設(shè)備的選擇
沖壓設(shè)備的選擇主要是根據(jù)沖壓工藝性質(zhì)、生產(chǎn)批量大小、沖壓件的幾何形狀、尺寸及精度要求因素來(lái)確定的。沖壓生產(chǎn)中常用的沖壓設(shè)備種類(lèi)很多，選用沖壓設(shè)備時(shí)主要應(yīng)考慮下述因素：
（1）沖壓設(shè)備的類(lèi)型和工作形式是否適用于應(yīng)完成的工序；是否符合安全生產(chǎn)和環(huán)保的要求；
（2）沖壓設(shè)備的壓力和功率是否滿(mǎn)足應(yīng)完成工序的要求；
（3）沖壓設(shè)備的裝模高度、工作臺(tái)面尺寸、行程等是否適合應(yīng)完成工序所用的模具；
（4）沖壓設(shè)備的行程次數(shù)是否滿(mǎn)足生產(chǎn)率的要求等。
根據(jù)上述要求選擇壓力機(jī)為：
類(lèi)型：閉式單點(diǎn)單動(dòng)壓力機(jī)
標(biāo)稱(chēng)壓力：8000kN
滑塊行程：500mm
滑塊行程次數(shù)：10次/min
最大裝模高度：700mm
主電動(dòng)機(jī)功率：75kW
總結(jié)
寫(xiě)到這一步，整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)就已經(jīng)接近尾聲了，也意味著大學(xué)四年即將結(jié)束。大學(xué)期間，我做過(guò)各種各樣的課程設(shè)計(jì)。然而，這次的設(shè)計(jì)顯得很難很難，因?yàn)榍懊鎿Q了兩個(gè)字：畢業(yè)。這是我大學(xué)時(shí)光最后一個(gè)，也是最重要的一個(gè)設(shè)計(jì)。畢業(yè)設(shè)計(jì)是考驗(yàn)我們大學(xué)四年來(lái)的所學(xué)，要求我們將大學(xué)四年所學(xué)到的知識(shí)能夠融會(huì)貫通、熟練運(yùn)用，并要求我們能夠理論結(jié)合實(shí)際。培養(yǎng)我們利用已有知識(shí)，通過(guò)變通解決實(shí)際問(wèn)題的能力。
本次模具的設(shè)計(jì)讓我對(duì)拉深模、沖裁模及其復(fù)合模有了更深的了解。
（1）對(duì)于拉深件而言，拉深時(shí)材料的變薄現(xiàn)象是導(dǎo)致更重拉深問(wèn)題的主要原因。一般情況下，拉深件的底部拉深后厚度基本保持不變，底部圓角處材料變薄嚴(yán)重，上部和凸緣處材料變厚。
（2）在拉深計(jì)算過(guò)程中，最重要的參數(shù)即為拉深系數(shù)。在計(jì)算拉伸系數(shù)前，首先要判斷拉深件是否可以一次拉深成形，這個(gè)需要對(duì)照首次拉深極限系數(shù)來(lái)判斷。如果不可以，則需要初步確定每一個(gè)拉深的系數(shù)，直到計(jì)算得出的拉深直徑小于零件所要求的直徑，最后對(duì)拉深系數(shù)進(jìn)行修正。
（3）在模具設(shè)計(jì)的過(guò)程中，要弄清每一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)件選取的條件。如：根據(jù)凹模周界及閉合高度選取標(biāo)準(zhǔn)模架，而模具自身閉合高度又受壓力機(jī)影響，壓力機(jī)的選擇則是根據(jù)工藝力來(lái)的。因此，每一個(gè)零件都有它的由來(lái)。我們需要搞清楚他們的關(guān)系，這樣才有利于今后的設(shè)計(jì)。
（4）復(fù)合模有很多種結(jié)構(gòu)可以選擇，光卸料方式就有固定式卸料、彈性卸料之分。不同方式的選擇會(huì)使模具在局部有差別，而我們往往需要改變他的部件的結(jié)構(gòu)老與其配合。例如：如果選用固定式卸料板，就可以將導(dǎo)料與其結(jié)合，不需要導(dǎo)料銷(xiāo)。若選用彈性卸料板，則需要導(dǎo)料銷(xiāo)來(lái)導(dǎo)料，且需要橡膠等零部件的配合。
本次設(shè)計(jì)的另外一個(gè)重要環(huán)節(jié)就是三維造型，以及工程圖的繪制。
三維造型我用的是proe4.0，其實(shí)對(duì)于模具設(shè)計(jì)而言，最好的軟件應(yīng)該是UG，無(wú)奈沒(méi)學(xué)過(guò)。三維造型的基本思想就是：在計(jì)算之后，畫(huà)出每個(gè)零部件的三維圖，再將其裝配成整體，從而得到整套模具。然后利用proe4.0自帶的工程圖功能，對(duì)零件出工程圖。在出工程圖的過(guò)程中，我深刻地意識(shí)到前輩說(shuō)過(guò)的一句話(huà)：畫(huà)圖容易，標(biāo)注難。畫(huà)圖其實(shí)很簡(jiǎn)單，但是要想把一張圖全部標(biāo)注正確，確實(shí)太難。我們必須知道什么地方需要標(biāo)注、怎么標(biāo)注、標(biāo)多少。這些都是能力的體現(xiàn)，有些公差符號(hào)不會(huì)標(biāo)就上網(wǎng)查，有些公差值不知道是多少就要查表。雖然不能說(shuō)我的工程圖標(biāo)的很好，但至少通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我自身的標(biāo)注能力又提高了不少。
此次畢業(yè)設(shè)計(jì)是我大學(xué)畢業(yè)走向工作崗位的第一步，也是很重要的一歩。從拿到題目，到分析題目，到制定工藝，然后與老師交流工藝的可行性，再到工藝計(jì)算，然后出三維圖、工程圖，說(shuō)明書(shū)的書(shū)寫(xiě)，最后準(zhǔn)備答辯。這些其實(shí)都是處理一個(gè)問(wèn)題必經(jīng)的過(guò)程，我們的畢業(yè)設(shè)計(jì)其實(shí)就是一個(gè)任務(wù)，我們整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程其實(shí)就是怎么完成這個(gè)任務(wù)的過(guò)程。我們?cè)谠O(shè)計(jì)的同時(shí)，也慢慢學(xué)會(huì)了今后要怎樣去解決問(wèn)題，而這正是我們今后工作所需要的。
致謝
完成這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，不全是我一個(gè)人的功勞。我的指導(dǎo)老師—李益民老師在設(shè)計(jì)過(guò)程中給了我很多的幫助，幫我找方案中的不足，指導(dǎo)我論文正確的書(shū)寫(xiě)格式。而且他經(jīng)常抽時(shí)間來(lái)查看我們的進(jìn)度，可以說(shuō)，他是所有老師中最負(fù)責(zé)的了。所以我首先要想、感謝李益民老師，謝謝老師對(duì)我的指導(dǎo)。其次要感謝的，就是幫助過(guò)我的同學(xué)，三維造型時(shí)很多地方不會(huì)，網(wǎng)上也很難查到，多虧同學(xué)的幫助，讓我不至于拉下節(jié)奏。所以，謝謝你們，我們以后都要加油啊，哈哈。
參考文獻(xiàn)
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9） 《沖壓工藝學(xué)》 李碩本 機(jī)械工業(yè)出版社
10）《汽車(chē)覆蓋件沖壓成形技術(shù)》 崔令江 機(jī)械工業(yè)出版社
附錄
落料拉深復(fù)合模三維圖：
第二次拉深模三維圖：