油封鋼圈沖壓工藝及模具設(shè)計

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1油封鋼圈沖壓工藝及模具設(shè)計 摘要: 本設(shè)計題目為油封鋼圈沖壓工藝及模具設(shè)計，體現(xiàn)了典型復(fù)合模具的設(shè)計要求、內(nèi)容及方向，有一定的設(shè)計意義。通過對該零件模具的設(shè)計，進(jìn)一步加強(qiáng)了設(shè)計者沖裁模設(shè)計的基礎(chǔ)知識，為設(shè)計更復(fù)雜的沖裁模具做好了鋪墊和吸取了更深刻的經(jīng)驗(yàn)。本設(shè)計充分運(yùn)用沖裁工藝及模具設(shè)計的基礎(chǔ)知識，首先分析了板材的性能要求，為選取模具的類型做好了準(zhǔn)備；然后計算了沖裁件的沖裁力，便于選取壓力機(jī)噸位及確定壓力機(jī)型號；最后分析了沖裁件的特征，便于確定模具的設(shè)計參數(shù)、設(shè)計要點(diǎn)及卸件裝置。本設(shè)計采用正裝復(fù)合模，通過落料、拉伸、沖孔、切邊工序在一次行程中完成制件的成形。模具采用后側(cè)導(dǎo)柱導(dǎo)向方式，導(dǎo)料采用導(dǎo)料板，送進(jìn)步距控制采用擋料銷，采用固定卸料、剛性打桿、打板卸料方式。如果不考慮經(jīng)濟(jì)成本時，采用級進(jìn)模設(shè)計會更好。關(guān)鍵詞：沖裁模 復(fù)合模 凸模 凹模 凸凹模 壓力機(jī)噸位 Steel ring seal stamping process and die design Abstract: The topic of design for the steel ring seal stamping process and die design, reflects the typical mold of the design requirements, the contents and direction of a certain design significance. Parts of the mold through the design, the designer has been further strengthened 2Die design the basic knowledge to design more complex punching die to pave the way and the lessons more profound experience.Make full use of the design process and die design blanking the basis of knowledge, the first sheet of the performance requirements, select the type of mold prepared for the then calculate the blanking of the punching power, for select press tonnage and determine Press models; blanking of the final pieces of the characteristics identified die for the design parameters, design features and dumping of pieces of equipment.This design is used with compound die by blanking, stretching, punching, trimming process in a trip to complete the forming parts. Die guided by rear-oriented approach, guided by I. Liu board materials, send progress expected from the control of a block sale, unloading a fixed, rigid-playing, playing board unloading way. If we do not consider the economic costs, the use of progressive die design will be even better.Keywords: Punching die，Compound Die，Punch，Die ，Tuao Die，Press tonnage3451 緒 論目前，我國沖壓技術(shù)與工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比還相當(dāng)?shù)穆浜?，主要原因是我國在沖壓基礎(chǔ)理論及成形工藝、模具標(biāo)準(zhǔn)化、模具設(shè)計、模具制造工藝及設(shè)備等方面與工業(yè)發(fā)達(dá)的國家尚有相當(dāng)大的差距，導(dǎo)致我國模具在壽命、效率、加工精度、生產(chǎn)周期等方面與工業(yè)發(fā)達(dá)國家的模具相比差距相當(dāng)大。1.1 國內(nèi)模具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢1.1.1 國內(nèi)模具的現(xiàn)狀模具是制造業(yè)的重要工藝基礎(chǔ)，在我國，模具制造屬于專用設(shè)備制造業(yè)。中國雖然很早就開始制造模具和使用模具，但長期未形成產(chǎn)業(yè)。直到 20 世紀(jì) 80 年代后期，中國模具工業(yè)才駛?cè)氚l(fā)展的快車道。近年，不僅國有模具企業(yè)有了很大發(fā)展，三資企業(yè)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)（個體）模具企業(yè)的發(fā)展也相當(dāng)迅速。雖然中國模具工業(yè)發(fā)展迅速，但與需求相比，顯然供不應(yīng)求，其主要缺口集中于精密、大型、復(fù)雜、長壽命模具領(lǐng)域。由于在模具精度、壽命、制造周期及生產(chǎn)能力等方面，中國與國際平均水平和發(fā)達(dá)國家仍有較大差距，因此，每年需要大量進(jìn)口模具。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，但與國發(fā)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、精度、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，市場竟?fàn)幖ち?。近年來，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。雖然說我國模具業(yè)發(fā)展迅速，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。我國尚存在以下幾方面的不足:第一，體制不順，基礎(chǔ)薄弱。 “三資”企業(yè)雖然已經(jīng)對中國模具工業(yè)的發(fā)展起了積極的推動作用，私營企業(yè)近年來發(fā)展較快，國企改革也在進(jìn)行之中，但總體來看，體制和機(jī)制尚不適應(yīng)市場經(jīng)濟(jì)，再加上國內(nèi)模具工業(yè)基礎(chǔ)薄弱，因此，行業(yè)發(fā)展還不盡如人意，特別是總體水平和高新技術(shù)方面。 6第二，開發(fā)能力較差，經(jīng)濟(jì)效益欠佳.我國模具企業(yè)技術(shù)人員比例低，水平較低，且不重視產(chǎn)品開發(fā)，在市場中經(jīng)常處于被動地位。我國每個模具職工平均年創(chuàng)造產(chǎn)值約合 1 萬美元，國外模具工業(yè)發(fā)達(dá)國家大多是 15～20 萬美元，有的高達(dá) 25～30 萬美元，與之相對的是我國相當(dāng)一部分模具企業(yè)還沿用過去作坊式管理，真正實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化企業(yè)管理的企業(yè)較少。第三，工藝裝備水平低，且配套性不好，利用率低．雖然國內(nèi)許多企業(yè)采用了先進(jìn)的加工設(shè)備，但總的來看裝備水平仍比國外企業(yè)落后許多，特別是設(shè)備數(shù)控化率和CAD/CAM 應(yīng)用覆蓋率要比國外企業(yè)低得多。由于體制和資金等原因，引進(jìn)設(shè)備不配套，設(shè)備與附配件不配套現(xiàn)象十分普遍，設(shè)備利用率低的問題長期得不到較好解決。裝備水平低，帶來中國模具企業(yè)鉗工比例過高等問題。第四，專業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化、商品化的程度低、協(xié)作差． 由于長期以來受“大而全”“小而全”影響，許多模具企業(yè)觀念落后，模具企業(yè)專業(yè)化生產(chǎn)水平低，專業(yè)化分工不細(xì)，商品化程度也低。目前國內(nèi)每年生產(chǎn)的模具，商品模具只占 45%左右，其馀為自產(chǎn)自用。模具企業(yè)之間協(xié)作不好，難以完成較大規(guī)模的模具成套任務(wù)，與國際水平相比要落后許多。模具標(biāo)準(zhǔn)化水平低，標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率低也對模具質(zhì)量、成本有較大影響，對模具制造周期影響尤甚。 第五，模具材料及模具相關(guān)技術(shù)落后．模具材料性能、質(zhì)量和品種往往會影響模具質(zhì)量、壽命及成本，國產(chǎn)模具鋼與國外進(jìn)口鋼相比，無論是質(zhì)量還是品種規(guī)格，都有較大差距。塑料、板材、設(shè)備等性能差，也直接影響模具水平的提高。1.1.2 國內(nèi)模具的發(fā)展趨勢近年，模具行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和體制改革步伐加大，主要表現(xiàn)在，大型、精密、復(fù)雜、長壽命、中高檔模具及模具標(biāo)準(zhǔn)件發(fā)展速度高于一般模具產(chǎn)品；塑料模和壓鑄模比例增大；專業(yè)模具廠數(shù)量及其生產(chǎn)能力增加；“三資”及私營企業(yè)發(fā)展迅速；股份制改造步伐加快等。從地區(qū)分布來看，以珠江三角洲和長江三角洲為中心的東南沿海地區(qū)發(fā)展快于中西部地區(qū)，南方的發(fā)展快于北方。目前發(fā)展最快、模具生產(chǎn)最為集中的省份是廣東和浙江，江蘇、上海、安徽和山東等地近幾年也有較大發(fā)展。目前，我國經(jīng)濟(jì)仍處于高速發(fā)展階段，國際上經(jīng)濟(jì)全球化發(fā)展趨勢日趨明顯，這為我國模具工業(yè)高速發(fā)展提供了良好的條件和機(jī)遇。一方面，國內(nèi)模具市場將繼續(xù)高速發(fā)展，另一方面，模具制造也逐漸向我國轉(zhuǎn)移以及跨國集團(tuán)到我國進(jìn)行模具采購趨向也十分明顯。因此，放眼未來，國際、國內(nèi)的模具市場總體發(fā)展趨勢前景看好，預(yù)計中國模具將在良好的市場環(huán)境下得到高速發(fā)展，我國不但會成為模具大國，而且一7定逐步向模具制造強(qiáng)國的行列邁進(jìn)。 “十一五”期間，中國模具工業(yè)水平不僅在量和質(zhì)的方面有很大提高，而且行業(yè)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品水平、開發(fā)創(chuàng)新能力、企業(yè)的體制與機(jī)制以及技術(shù)進(jìn)步的方面也會取得較大發(fā)展。未來的十年，中國模具工業(yè)和技術(shù)的主要發(fā)展方向包括以下幾方面: 1） 模具日趨大型化； 2）在模具設(shè)計制造中廣泛應(yīng)用 CAD/CAE/CAM 技術(shù)； 3）模具掃描及數(shù)字化系統(tǒng)； 4）在塑料模具中推廣應(yīng)用熱流道技術(shù)、氣輔注射成型和高壓注射成型技術(shù)； 5）提高模具標(biāo)準(zhǔn)化水平和模具標(biāo)準(zhǔn)件的使用率； 6）發(fā)展優(yōu)質(zhì)模具材料和先進(jìn)的表面處理技術(shù)； 7）模具的精度將越來越高； 8）模具研磨拋光將自動化、智能化； 9）研究和應(yīng)用模具的高速測量技術(shù)與逆向工程； 10）開發(fā)新的成形工藝和模具。1.2 國外模具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢模具是工業(yè)生產(chǎn)關(guān)鍵的工藝裝備，在電子、建材、汽車、電機(jī)、電器、儀器儀表、家電和通訊器材等產(chǎn)品中，60％－80％的零部件都要依靠模具成型用模具生產(chǎn)制作表現(xiàn)出的高效率、低成本、高精度、高一致性和清潔環(huán)保的特性，是其他加工制造方法所無法替代的。模具生產(chǎn)技術(shù)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(biāo)志，并在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。近幾年，全球模具市場呈現(xiàn)供不應(yīng)求的局面，世界模具市場年交易總額為 600～650 億美元左右。美國、日本、法國、瑞士等國家年出口模具量約占本國模具年總產(chǎn)值的三分之一。在沖模方面:國外多工位級進(jìn)模多達(dá) 50 個工位。多次拉伸成形工件發(fā)展了多工位傳遞模。多次冷擠壓工件也發(fā)展了多工位傳遞模。多次彎曲工件發(fā)展了前幾個沖裁工位用級進(jìn)模接著用多向自動彎曲模。在級進(jìn)模的基礎(chǔ)上發(fā)展了多功能模具。它可包含玫絲、焊接、鉚合、疊裝、組裝等工序的連續(xù)復(fù)合功能,加速了產(chǎn)品的生產(chǎn)、裝配周期,這8種多功能模具生產(chǎn)出來的不是單個工件,而是成批的組件。 國外模具總量中,大型、精密、復(fù)雜、長壽命模具的比例占到 50%以上；國外模具企業(yè)的組織形式是“大而?！?、“大而精“。2004 年中國模協(xié)在德國訪問時，從德國工、模具行業(yè)組織--德國機(jī)械制造商聯(lián)合會（VDMA）工模具協(xié)會了解到，德國有模具企業(yè)約 5000 家。2003 年德國模具產(chǎn)值達(dá) 48 億歐元。其中（VDMA）會員模具企業(yè)有 90 家，這 90 家骨干模具企業(yè)的產(chǎn)值就占德國模具產(chǎn)值的 90%，可見其規(guī)模效益。 隨著時代的進(jìn)步和技術(shù)的發(fā)展，國外的一些掌握和能運(yùn)用新技術(shù)的人才如模具結(jié)構(gòu)設(shè)計、模具工藝設(shè)計、高級鉗工及企業(yè)管理人才，他們的技術(shù)水平比較高．故人均產(chǎn)值也較高．我國每個職工平均每年創(chuàng)造模具產(chǎn)值約合 1 萬美元左右，而國外模具工業(yè)發(fā)達(dá)國家大多 15～20 萬美元，有的達(dá)到 25～30 萬美元。國外先進(jìn)國家模具標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率達(dá) 70%以上，而我國才達(dá)到 45％． 1.3 油封鋼圈件模具設(shè)計與制造方面1.3.1 油封鋼圈模具設(shè)計的設(shè)計思路它是利用拉深模在壓力機(jī)作用下，將平板坯料或空心工序件制成開口空心零件的加工方法，然后再由沖孔方法得到底部的孔，它不僅可以加工旋轉(zhuǎn)體零件，還可以加工盒形零件及其他形狀復(fù)雜的薄壁零件，但是，加工出來的制件的精度都很底。一般情況下，拉深件的尺寸精度應(yīng)在 IT13 級以下，不宜高于 IT11 級。該零件在滿足沖壓工藝性要求的前提下，采用的沖壓工序是落料、拉深和沖孔和切邊。1.3.2 油封鋼圈件模具設(shè)計的進(jìn)度1.了解目前國內(nèi)外沖壓模具的發(fā)展現(xiàn)狀，所用時間 20 天；2.確定加工方案，所用時間 5 天；3.模具的設(shè)計，所用時間 30 天；4．模具的調(diào)試．所用時間 5 天．92 零件的沖壓工藝分析及相關(guān)計算2.1 制件工藝分析 拉深件的工藝性好壞，直接影響到該零件的能否用拉深方法生產(chǎn)出來，影響到零件的質(zhì)量、成本和生產(chǎn)周期等。一個工藝性好的拉深件，不僅能滿足產(chǎn)品的使用要求，同時用最簡單的、最經(jīng)濟(jì)的和最快的方法生產(chǎn)出來。原始資料：如圖所示工件名稱：油封鋼圈生產(chǎn)批量：大批量材料：08 鋼 厚度 t=1.8mm工件簡圖：如圖 1-1 所示2-1 制件圖1、此工件為無凸緣圓筒形工件，要求外形尺寸，沒有厚度不變的要求。在滿足工藝性要求時，如進(jìn)行大批量生產(chǎn)，一般是采用拉深成型的，圓筒形件的毛料為圓板料，可以通過落料獲得。零件底部的孔滿足工藝性要求，可通過沖孔得到，因此，該零件在滿足沖壓工藝性要求的前提下，采用的沖壓工序是落料、拉深和沖孔、切邊。2、該零件外徑 Φ25，厚度 1.8mm，其精度大致為 IT11 級，拉深工藝可以保證。3、該零件低部孔為 Φ9，其精度為 IT12 級精度，普通的沖裁工藝均可以保證。4、該零件的圓角半徑 R4。105、該零件低部孔 Φ9 遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于沖裁工藝對最小孔徑要求（ ） [1]。10dt?綜上所述，該零件的精度及結(jié)構(gòu)尺寸都能滿足沖壓工藝性的要求，在大批量生產(chǎn)時可以用沖壓加工，沖壓的零件工序?yàn)槁淞?、拉深和沖孔、切邊。2.2 工藝方案和工藝計算拉深件的工藝計算是拉深工藝設(shè)計中的一個環(huán)節(jié)，本制件的工藝計算屬于最簡單的。其主要的內(nèi)容包括計算毛坯直徑、決定拉深次數(shù)及確定工序件的尺寸等。為了避免設(shè)計拉深模時出現(xiàn)尺寸錯誤，可以畫出圓筒形拉深件的工序圖。2.2.1 工藝方案的確定根據(jù)制件的工藝分析可知：該工件包括落料、拉深、沖孔、切邊四個基本工序，可以有以下幾種工藝方案：方案一：先落料、后拉深、再沖孔、最后切邊，采用單工序模生產(chǎn)。方案二：落料、拉深、沖孔、切邊復(fù)合沖壓，采用復(fù)合模生產(chǎn)。方案三：落料、拉深、沖孔、切邊級進(jìn)沖壓，采用級進(jìn)模生產(chǎn)。除此之外，還有其它方案，這里不再一一列舉。以上幾種方案：對于方案一，模具要求簡單，但是需要兩道或者更多道工序，每道工序都需一套模具，模具套數(shù)過多，生產(chǎn)效率將會降低，難以滿足大批量生產(chǎn)的要求；方案二采用復(fù)合模生產(chǎn)，生產(chǎn)效率較高，復(fù)合模結(jié)構(gòu)雖然較方案一復(fù)雜，但是由于零件的幾何形狀簡單對稱，模具制造并不困難；方案三只須一套模具即可，生產(chǎn)效率最高，但是相比之下，模具結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，送進(jìn)操作也不太方便 [2]。通過對上述三種方案的分析比較，若該工件拉深次數(shù)較少，采用方案二較好，即采用落料、拉深、沖孔、切邊復(fù)合模。2.2.2 修邊余量的確定在拉深過程中，常用材料機(jī)械性能的方向性，模具間隙不均，板厚變化，摩擦阻力不等及定位不準(zhǔn)等影響；而使拉深件口部或凸緣周邊不齊，必須進(jìn)行修邊，故在計算毛坯尺寸時應(yīng)按加上修邊余量后的零件尺寸進(jìn)行展開計算。11h=8.5-0.9=7.6mm；d=21.4+1.8=23.2mm。根據(jù)相對高度 h/d=0.33,修邊余量的數(shù)值查表知所以修邊余量 =1.0 mm?2.2.3 計算毛坯尺寸該零件為形狀簡單的旋轉(zhuǎn)體拉深件,其毛坯在不變薄的拉深中，材料厚度雖有變化，但其平均值與毛坯原始厚度十分接近，因此，毛坯能展開尺寸可根據(jù)毛坯面積與拉深件面積（加上修邊余量）相等的原則求出:將 d=23.2mm,h=7.6 mm 代入公式：毛坯直徑按下式確定:D = dh42?= 6.73.?=35.3mm2.2.4 確定是否用壓邊圈毛坯相對厚度 t/D=1.8/35.3 5.1 ﹥2 ,查表可不用壓料圈裝置，但為了保險?%起見，首次拉深仍采用壓料裝置。采用壓料裝置后，首次拉深可采用較小的拉深系數(shù)，有利于減少拉深次數(shù)。2.3 排樣該工件排樣根據(jù)拉深工序設(shè)計?？紤]到操作方便及模具結(jié)構(gòu)簡單，故采用單排排樣設(shè)計，查表得搭邊值 a=1.5； ，則：1.5a?條料寬：b=35.3+2a=35.3mm+2×1.5=38.3 mm條料的進(jìn)距：h=35.3+1.5=36.8 mm沖裁單件工件材料的利用率按公式可得：12=210%Rbh????7排樣圖 圖 2-22.4 確定拉深系數(shù)及拉深次數(shù)毛坯相對厚度 t/D=1.8/35.3 5.1 ﹥2 ,查表可不用壓料圈裝置，但為了保險?%起見，首次拉深仍采用壓料裝置。采用壓料裝置后，首次拉深可采用較小的拉深系數(shù)，有利于減少拉深次數(shù)。根據(jù) t/D=5.1%；查得極限拉深系數(shù) m1=0.50，而工件總的拉伸系數(shù) m 總=d/D=23.2/35.3=0.65,即 m 總 ﹥m 1，故工件可一次拉深成形，即可采用落料-拉深-沖孔復(fù)合模。2.5 沖裁工序總力的計算（1）落料力的計算：考慮到模具刃部被磨損、凸凹模間隙不均勻和波動、材料力學(xué)性能及材料厚度偏差等因素的影響，實(shí)際計算沖裁力時按下面公式：F 落=KLtτ13式中 F 落—沖裁力（N） ；L—沖裁件剪切周邊長度（mm） ；t—沖裁件材料厚度（mm） ；τ—被沖材料的抗剪強(qiáng)度(MPa)，查手冊表 8—7 得 20 鋼的 τ=300MPa；K—系數(shù)，一般取 1.3。F 落=1.3×110.8×1.8×300=77.81KN（2）沖孔力的計算：F 沖=1.3× ×9×1.8×300=19.84KN?（3）拉深力的計算：可按有壓邊圈的圓筒形件近似計算，按式得：F=kdtσb式中： F 拉—拉深力（N） ；d—拉深件直徑(mm)；t—材料厚度(mm)；σb—材料的強(qiáng)度極限(MPa),查得 σb=350MPa；k—修正系數(shù)；m=23.2/35.3=0.66,由表查得修正系數(shù) k=0.75，則 F 拉=0.75× ×23.2×1.8×350=34.42KN.?（4）壓邊力的計算：壓邊力 F 壓可用下式計算：F 壓= 221[]4DdrP???A（ ）式中：P—單位面積壓料力，值可查表 P=2.5MPa；D—坯料直徑；14d—工序件直徑；rA—拉深凹模的圓角半徑，凹模圓角半徑可按下式計算：rA = = ≈3.7mm0.8()Ddt?0.8(35.2)1.8??則 F 壓= /4[35.32-(23.2+2×3.7)2]×2.5=0.608KN；?（5）推件力 F 推=nK 推 F 沖K 推—推件力系數(shù),由手冊查得 K 推=0.05；n—同時卡在凹模的工件(或廢料)數(shù),其中n=h/t，而 h≧6，則 n≧4，取 n=4.h—凹模刃部直壁洞口高度（mm） ，t—料厚( mm)F 推=4×0.05×19.84=3.97kN（6）卸料力 F 卸=K 卸 F 落 由表 2—15 查得 K 卸=0.04F 卸=0.04×77.81=3.11kN則 沖裁工序總力為：F 總 = F 落+F 沖+F 拉+F 壓+F 推+F 卸=77.81+19.84+34.42+0.608+3.97+3.11=139.8KN.2.6 初選壓力機(jī)由于復(fù)合模的特點(diǎn)，為防止設(shè)備超載，對于淺拉深可按公稱壓力 F 壓≧（1.6～1.8）F 總選擇壓力機(jī)，查手冊，初選公稱壓力為 250KN 的開式壓力機(jī)，型號JA23-5,其有關(guān)技術(shù)參數(shù)為：表 1 250KN 開式壓力機(jī)參數(shù)15發(fā)生工程壓力時滑快距上死點(diǎn)距離/mm 6固定臺和可傾式最大封閉高度/mm 250行程次數(shù)/次 1min??100 滑快行程 80封閉高度調(diào)節(jié)量/ mm 70 滑快中心到床身距離/ mm 190左右/ mm 560 左右/ mm 260工作臺尺寸 前后/ mm 360 前后/ mm 130立柱間距離/ mm 260工作臺孔尺寸直徑/ mm 180傾斜角 30 模柄孔尺寸（直徑 深度）/ mm?50 70?墊板厚度/ mm 70 工作臺墊板厚/ mm 502.7 壓力中心的確定及相關(guān)計算為保證壓力機(jī)和模具的正常工作，應(yīng)使模具的壓力中心與壓力機(jī)滑塊的中心線相重合。否則，沖壓時滑塊就會承受偏心載荷，導(dǎo)致滑塊導(dǎo)軌與模具的導(dǎo)向部分不正常的磨損，還會使合理的間隙得不到保證，從而影響制件的質(zhì)量和降低模具的壽命，甚至損壞模具。對于本工件，其形狀簡單對稱，壓力中心位于其輪廓圖形的幾何中心上，與模具的壓力中心重合，可以滿足要求。2.8 凸凹模的最小壁厚凸凹模是復(fù)合模中的一個特殊零件。其內(nèi)形刃口拉深凹模作用，外形刃口起落料凸模作用，外形按一般凸模設(shè)計，內(nèi)形按一般凹模設(shè)計。設(shè)計的關(guān)鍵是要保證內(nèi)形和外形之間的壁厚強(qiáng)度，壁太薄，易發(fā)生開裂。加強(qiáng)凸凹模的方法有以下幾種 [3]：1、增加有效刃口以外的壁厚。2、采用正裝式結(jié)構(gòu)復(fù)合模，減少凸凹模?？讖U料的積存數(shù)目，減少推件力。3、凸凹模設(shè)計的關(guān)鍵在于保證內(nèi)形和外形之間有一定的壁厚，使凸凹模有一定的深度。4、對于不積聚廢料的凸凹模。其最小壁厚 m 為：落料為硬材料時 m 1.5t,但不能?小于 0.7 mm；沖裁軟材料時 m t，但不能小于 0.5 mm。 本零件為硬材料成形，其最?16小壁厚為 m 1.5t=1.5 1.8=2.7mm。??3 模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計3.1 模具的設(shè)計要求和設(shè)計特點(diǎn)3.1.1 模具設(shè)計要求1、分析產(chǎn)品工藝性，擬定模具的結(jié)構(gòu)。在充分保證工件質(zhì)量的前提下，應(yīng)以數(shù)量少、質(zhì)量輕、制造和裝配方便的零件來組成模具。2、模具上的各零部件應(yīng)盡可能利用本單位現(xiàn)有的設(shè)備能力來制造。3、所設(shè)計的模具的結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量與現(xiàn)有的沖壓設(shè)備相適應(yīng)。4、模具結(jié)構(gòu)應(yīng)適合工件的批量生產(chǎn)。5、模具結(jié)構(gòu)應(yīng)使安裝調(diào)試與維修盡量方便，模架及零部件應(yīng)盡量選擇通用件。173.1.2 模具設(shè)計特點(diǎn)1、工藝計算要求有較高的準(zhǔn)確性，拉深凸模長度的決定必須滿足工件拉深高度的要求，且拉深凸模上必須設(shè)計通氣孔。2、第一次拉深以后的工序所用凸模高度（包括本工序中拉深工件的高度與壓邊圈的高度）比較長，選用凸模材料時需考慮熱處理時的彎曲變形。同時需注意凸模在模板上的定位要可靠。3、在凸緣的拉深過程中，工件的高度取決于上模的行程，使用中為便于模具調(diào)整，最好在模具上設(shè)計限位柱，當(dāng)壓力機(jī)滑塊在下死點(diǎn)位置時，模具應(yīng)在限程的位置閉合。4、設(shè)計落料-拉深復(fù)合模時，由于落料凹模的磨損比拉深凸模的磨損快，所以落料凹模上應(yīng)預(yù)先加大磨損余量，普通落料凹模應(yīng)高出拉深凸模約 2～6mm.5 壓邊圈與毛坯接觸的一面要平整，不應(yīng)有孔或槽，否則拉深時毛坯起皺會陷到孔或槽里，引起拉裂。3.2 模具的總體設(shè)計3.2.1 模具類型的選擇由沖壓工藝分析可知，采用復(fù)合沖壓，所以模具類型為落料-拉深-沖孔-切邊復(fù)合模。只有當(dāng)拉深件高度較高時，才有可能采用落料拉深復(fù)合模，因?yàn)闇\拉深件若采用復(fù)合模，落料凸模（兼拉深凹模）的壁厚過薄，強(qiáng)度不足。本例中凸凹模壁厚b=(35.3-25)/2=5.15mm，大于材料允許的最小壁厚 3.2mm 能保證足夠強(qiáng)度，故采用復(fù)合模是合理的。即落料采用正裝式，拉深采用倒裝式。模座下的緩沖器兼作壓邊與頂件裝置，另設(shè)有彈性卸料與推件裝置。該結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)：操作方便，出件暢通無阻，生產(chǎn)效率高。缺點(diǎn)是彈性卸料裝置使模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜與龐大，特別是拉深深度大，料厚，卸料力大的情況，需要較多較長的彈簧，使模具結(jié)構(gòu)過分的龐大。所以它適合與拉深深度不太大，材料較薄的情況。為了使拉深件更容易從上模里推出而不影響生產(chǎn)效率，采用打料桿裝置。183.2.2 定位方式的選擇因?yàn)樵撃＞呤褂玫氖菞l料，所以導(dǎo)料采用導(dǎo)料板，送進(jìn)步距控制采用擋料銷。與送料垂直的方向上用導(dǎo)料板對料進(jìn)行導(dǎo)正。3.2.3 卸料出件方式的選擇模具采用固定卸料、剛性打桿、打板，并利用裝在壓力機(jī)工作臺下的標(biāo)準(zhǔn)緩沖器提供壓邊力。3.2.4 導(dǎo)向方式的選擇為了提高模具壽命和工件質(zhì)量，方便安裝調(diào)整，該復(fù)合模采用后側(cè)導(dǎo)柱的導(dǎo)向方式。3.2.5 送料方式采用手動送料方式。4 模具主要零件的設(shè)計與標(biāo)準(zhǔn)化4.1 工作零部件刃口尺寸的計算落料和拉深的凸、凹模的工作尺寸見表 2，R2mm 屬于過渡尺寸，要求不高，為簡單方便，實(shí)際生產(chǎn)中直接按 R2mm 作為拉深凹模該處的尺寸。表 2 工作部分尺寸計算尺寸分類 凸、凹模間雙面間隙尺寸偏差與磨損系數(shù)計 算 公 式 結(jié) 果 備 注落料?35.3查表 2.3.3得： minZ=0.20mm=0.24mmax=0.62?X=0.5=( - XΔ)ADmaxA??0.3479??模具制造公差是查表2.4.1 所得，能滿足 ??minaxzTA???19TZDAT???)(min0.23459??dT=(dmin+0.4Δ) 0-δT ?025.1?拉深?21.4查表 4.8.2得，Z=2mm =0.28?dA=(dT+Z)+ δA 0 02.3?模具制造公差是查表4.8.3 所得dT=(dmin+ xΔ) 0-δT ?02.189?沖孔?9查表 2.3.3 minZ=0.20mm=0.24mmax=0.36?X=0.5dA=(dT+Zmin)+δA 0 ?02.389?模具制造公差是查表4.8.3 所得 ??minaxzTA???注：在實(shí)際設(shè)計工作中，拉深凸、凹模圓角半徑應(yīng)選取比計算值略小的數(shù)值，這樣便于在試模調(diào)整時逐漸加大，直到拉出合格的制件為止。4.2 工作零部件的設(shè)計與標(biāo)準(zhǔn)化4.2.1 拉伸凸模的設(shè)計與表準(zhǔn)化由于工件形狀簡單對稱，所以模具的工作零件均采用整體結(jié)構(gòu)，拉深凸模、落料凹模和凸、凹模的結(jié)構(gòu)如下圖 4—1、4—2、4—3 所示。凸、凹模因?yàn)樾涂纵^多，為防止淬火變形，除采用工作部分局部淬火（硬度 58—62HRC）外，材料也選用淬火變形小的 CrWMn 模具鋼。為了實(shí)現(xiàn)先落料后拉深，模具裝配后，應(yīng)使沖孔凸模的端面比落料凹模端面低至少一個料厚的距離，所以拉深凸模的長度 L 可按照下式計算 [9]： L= 低凹固 H??h=20+40-3=57mm其中： —凸模固定板，固h=20mm，固20—凹模的厚度， =40 mm，h凹 h凹—裝配后，拉深凸模的端低H面低于落料凹模端面的高據(jù)板厚的大小，=3mm。低圖 4—1 沖孔凸模材料：Cr12 熱處理：58～62HRC4.2.2 落料凹模的設(shè)計與表準(zhǔn)化落料凹模采用整體式，用普通機(jī)械加工制造，選用凸臺式凹模，安裝凹模在模架上的位置時，要依據(jù)壓力中心的數(shù)據(jù)，將壓力中心與模柄中心重合。凹模裝與下模座上時，由于下模座孔口較大因而使凹模工作時承受彎曲力矩，若凹模高度 H 及模壁高度 C 不足時，會使凹模產(chǎn)生較大變形，甚至破壞。但由于凹模受力復(fù)雜，很難按理論方法精確計算，對于非標(biāo)準(zhǔn)尺寸的凹模一般不作強(qiáng)度核算，可用經(jīng)驗(yàn)公式確定其尺寸。凹模高度 H=KB凹模壁厚 C=（1.5-2）H式中 B—凹?？椎淖畲髮挾?mm，但不小于 15mmC—凹模壁厚，mm,指刃口至凹模外形邊緣的距離K—系數(shù)，查表知 K=0.2521凹模高度按表取標(biāo)準(zhǔn)值 42mm；凹模長度 L=105mm；圖 4—2 落料凹模材料：Cr12 熱處理：工作部分局部淬火，硬度 58～62HRC4.2.3 凸凹模的設(shè)計結(jié)合工件外形并考慮加工，凸凹模采用整體凸凹模，將落料凸凸模設(shè)計成直通式，沖裁的凸凹模外形及孔均采用線切割機(jī)床加工，1 個 M8 的螺釘固定在下墊板上，該副模具中共有兩個凸凹模，與凸模固定板配合按 H6/m5。其結(jié)構(gòu)簡圖分別如下所示：22圖 4—3 凸凹模材料：Cr12 熱處理：工作部分局部淬火，硬度 58～62HRC4.3 其它零部件的設(shè)計與選用4.3.1 剛性打件的設(shè)計起到把工件從凸凹模里推出的作用，并利用裝在壓力機(jī)工作臺下的標(biāo)準(zhǔn)緩沖器提供壓邊力，打桿的設(shè)計根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)件，選用此打桿如圖 4-4 23圖 4-44.3.2 定位零件的設(shè)計 沖壓的定位裝置零件用以保證材料的正確送進(jìn)及在沖模中的正確位置。使用條料時，保證條料送進(jìn)導(dǎo)向的零件有導(dǎo)料板、導(dǎo)料銷等，保證條料進(jìn)距的有擋料銷等零件。落料凹模上部設(shè)置兩個導(dǎo)料銷和一個擋料銷，尺寸分別為 ?6mm 和 ?5mm,與落料凹模上安裝孔的配合采用 H7/r6。使用導(dǎo)料銷時，為使條料順利通過導(dǎo)料板間的距離應(yīng)等于條料的最大寬度加上一個間隙值（一般大于 0.5mm） 。導(dǎo)尺的高度 H 視導(dǎo)板厚 h 與擋料銷的高度而定。使用固定擋料銷時，導(dǎo)料板高度較大，擋料銷之上要有適當(dāng)?shù)目臻g，使條料易于通過，送料不受阻礙時，導(dǎo)料板高度可小些。擋料銷用于定位條料送進(jìn)距離，抵住條料的搭邊和工具輪廓，起定位作用 [2]。擋料銷一般用 45 鋼制造；熱處理硬度 44-48HRC。當(dāng)料厚 3mm 以下時，擋料銷的高度可高于料厚 1mm 左右，而當(dāng)料厚 5mm 以上時，擋料銷的高度可低于料厚 1-2mm。選用直徑 d=φ8m，h=2mm 材料為 45 鋼 A 型固定擋料銷（JB/T7649.10—94）選取標(biāo)準(zhǔn)件(B/T7649.10)如圖：24圖 4-5 固定擋料銷的結(jié)構(gòu)4.3.3 卸料部件的設(shè)計卸料部件有剛性卸料和彈性卸料等形式，本設(shè)計采用剛性卸料裝置。卸料板和凸模之間的單邊間隙：對于固定卸料板（一般僅起卸料作用） ，?。?.1～0.5）tmm。卸料板的周界尺寸與凹模的周界尺寸相同，厚度為 10mm。卸料板采用 45 鋼制造，淬火硬度為 40-45HRC[2]。4.3.4 卸料螺釘?shù)倪x用卸料板上設(shè)置 4 個卸料螺釘，公稱直徑為 8mm,螺紋部分為 M6×10mm。卸料螺釘尾部應(yīng)留有足夠的行程空間。卸料螺釘擰緊后，應(yīng)使卸料板超出凸凹模端面 0.4mm，又誤差時通過在螺釘與卸料板之間安裝墊片來調(diào)整。4.3.5 模架及其他零部件的選用采用滑動導(dǎo)向后側(cè)導(dǎo)柱式模架的導(dǎo)向方式，如圖所示，帶有導(dǎo)柱的沖裁模適合于精度要求較高，生產(chǎn)批量較大的沖裁件，且導(dǎo)柱模結(jié)構(gòu)比較完善，對后側(cè)導(dǎo)柱的導(dǎo)向25方式可從左右和前后兩個方向進(jìn)行送料。故相應(yīng)選后側(cè)導(dǎo)柱模架。模架模架的結(jié)構(gòu)與尺寸參考標(biāo)準(zhǔn)模架選取，相關(guān)參數(shù)如下：凹模周界 L: 250凹模周界 B: 200閉合高度(參考)|最小: 275 閉合高度(參考)|最大: 3201 上模座 數(shù)量 1 規(guī)格: 250×200×352 下模座 數(shù)量 1 規(guī)格: 250×200×453 導(dǎo)柱 數(shù)量 1 規(guī)格: 40×165 4 導(dǎo)套 數(shù)量 1 規(guī)格: 40×85×58導(dǎo)柱與導(dǎo)套結(jié)構(gòu)由標(biāo)準(zhǔn)中選取，尺寸由模架中參數(shù)決定。導(dǎo)柱的長度應(yīng)保證沖模在最低工作位置時，導(dǎo)柱上端面與上模座頂面的距離不小于 10-15mm，而下模座底面與導(dǎo)柱底面的距離應(yīng)為 0.5-1mm。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)柱與下模座之間的配合為 R7/h5。導(dǎo)柱與導(dǎo)套材料采用 20 鋼，熱處理硬度為（滲碳）56-62HRC。上下模座材料采用 45 鋼，熱處理硬度為調(diào)質(zhì) 28-32HRC。導(dǎo)柱 d/mm L/mm 為 ，導(dǎo)套 d/mm L/mm D/mm 為 ；?25170??259041??上模座厚度取 35mm，即 =35 mm；H上 模上模墊板厚度取 8mm,即 =8 mm墊固定卸料板厚度取 15mm，即 =15 mm；卸下固定伴厚度取 20mm，即 =20 mm；H下 固下模墊板厚度取 10mm，即 =10 mm；下 墊 板下模座厚度取 45mm，即 =45 mm；下 模模具閉合高度26= + + + + + + -閉H上 模 墊 凸 凹 模 H凹 下 固 下 墊 板 H下 模 入=（35+20+52+40+20+10+45-10）=200 mm式中： —凸凹模高度， =52 mm；凸 凹 模H凸 凹 模H—凹模的厚度， =40 mm；凹 凹—凸凹模進(jìn)入落料凹模的深度， =10 mm。入 入可見該模具閉合高度小于所選開式壓力機(jī) 250KN 的最大裝模高度（250） ，所以，所選的開式壓力機(jī)可以使用。由于凹模周界 L=250 mm，B=200 mm，閉合高度 H=200~250，滑動導(dǎo)向后側(cè)導(dǎo)柱式模架，模架尺寸：250 200 200mm，GB/T2851.5。?5 模具總裝圖及其工作過程分析5.1 模具總裝圖由以上設(shè)計，可得到如圖 5-1 所示的模具總裝圖，為了實(shí)現(xiàn)先落料，后拉深，應(yīng)保證模具裝配后，拉深凸模的端面比落料凹模的端面低 2mm。271、卸料板 2、上模座板 3、彈簧 4、凸凹模 5、墊板 6、圓柱銷 7、打桿 8、模柄9、打板、10、螺釘 11、鞋料螺釘 12、導(dǎo)套 13、墊板 14、凸模 15、推件板 16、橡皮墊 17、卸料螺釘 18、圓柱銷 19、螺釘 20、凸凹模 21、螺釘 22、支撐板 23、螺母24、螺釘 25、橡皮墊 26、頂桿 27、壓邊圈 28、凹模 29、導(dǎo)柱 30、下模座板5.2 模具工作過程分析將條料沿導(dǎo)料銷平放在凹模面上，并沿導(dǎo)料銷向前送進(jìn)，接觸到擋料銷時停止送進(jìn)，壓力機(jī)滑塊帶著上模下行，首先由凹模 28 完成落料，緊接著由凸凹模 4 和凸凹模20 進(jìn)行拉深；在拉伸的同時沖孔凸模也同壓力機(jī)下行，拉伸完成的同時完成沖底孔動作；在拉伸結(jié)束同時切邊凸凹模也同時作用將制件多于的外邊切去；當(dāng)整個過程完成時，同時完成了落料、拉伸、沖孔、切邊四道工序，上?；爻?，落料后的條料靠卸料板 1 卸下，拉深成形的工件在回程中由 15、7 將工件從凸凹模中剛性打下，用手將工件取走。在凸凹模中的卸料螺釘 17 此時在橡皮墊的回彈作用下將沖孔得到得廢料頂出凸凹模，完成廢料的清除。壓邊圈 27 兼作頂板，在拉深過程中起壓邊作用。該模具采用了后側(cè)導(dǎo)柱模架進(jìn)行導(dǎo)向，這是為了保證均勻的沖裁間隙，提 高模具的刃磨壽命，并使模具調(diào)試簡單化。286 工作零件的加工工藝性本副模具的工作零件都是旋轉(zhuǎn)體，形狀比較簡單，加工主要采用車削。圖所示拉深凸模、落料凹模和凸凹模的加工工藝過程見加工工藝卡，其他標(biāo)準(zhǔn)件采用標(biāo)準(zhǔn)間加工工藝進(jìn)行加工。在此不在一樣寫出。297 結(jié)束語在完成畢業(yè)設(shè)計的過程中，感覺到自己收獲了很多，對沖壓模有了更加深刻的了解，通過這次實(shí)際操作，使我能夠綜合運(yùn)用各種沖壓模具設(shè)計資料上的知識，懂得了在遇到難題時該如何去查找資料來解決問題，進(jìn)一步鞏固、加深和拓寬所學(xué)知識。油封鋼圈件的形狀結(jié)構(gòu)較為簡單，但是高度太高不適合選用標(biāo)準(zhǔn)模架。要保證零件的順利加工和取件，必須有足夠的高度，因此需要改變導(dǎo)柱、導(dǎo)套的長度，以達(dá)到要求。模具工作零件的結(jié)構(gòu)也較為簡單，它可以相應(yīng)的簡化了模具結(jié)構(gòu)。便以以后的操作、調(diào)整和維護(hù)。通過設(shè)計實(shí)踐，我逐步樹立了正確的設(shè)計思想，增強(qiáng)了創(chuàng)新意識，熟悉掌握沖壓30模具設(shè)計的一般規(guī)律，培養(yǎng)了分析問題和解決問題的能力；通過設(shè)計計算、繪圖以及運(yùn)用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、設(shè)計手冊等有關(guān)設(shè)計資料，進(jìn)行了全面的沖壓模具設(shè)計基本技能的訓(xùn)練。此模具的設(shè)計，是理論知識與實(shí)踐有機(jī)的結(jié)合，更加系統(tǒng)地對理論知識做了更深切貼實(shí)的闡述。也使我認(rèn)識到，要想做為一名合理的模具設(shè)計人員，必須要有扎實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)，并不斷學(xué)習(xí)新知識新技術(shù)，樹立終身學(xué)習(xí)的觀念，把理論知識應(yīng)用到實(shí)踐中去，并堅持科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)、求實(shí)的精神，大膽創(chuàng)新，突破新技術(shù)，為國民經(jīng)濟(jì)的騰飛做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。致 謝在著忙碌的一個月中，當(dāng)我在完成設(shè)計的稿件時，心里一直都在想寫一些什么的內(nèi)容來表達(dá)感謝幫助過我的老師和同學(xué)，是你們的幫助讓我在學(xué)習(xí)中不斷的進(jìn)步；是你們的幫助讓我把這三年大學(xué)的生活畫上了一個完美的句號。但當(dāng)我想用文字來表達(dá)對你們的感謝時，卻發(fā)現(xiàn)是那樣的蒼白無力，因?yàn)榍а匀f語也表達(dá)不完心中的感激之情，唯有用心的去記住并用自己蒼白無力的文字寫下這些讓我尊重的師長的名字。首先感謝原紅玲老師，是你讓我懂得了模具設(shè)計與制造的基礎(chǔ)，并有幸能在你的帶領(lǐng)下完成畢業(yè)設(shè)計；感謝原紅玲老師，是你把我領(lǐng)進(jìn)了沖壓模設(shè)計的殿堂；感謝楊占堯老師、程芳老師、于智宏老師，感謝材料工程系所有老師，是你們讓我掌握了各種的專業(yè)知識，是你們辛勤的勞動才讓我懂得今天的專業(yè)知識，是你們的醇醇教導(dǎo)才讓我三年的時間沒有荒廢。并感謝幫助我完成設(shè)計的同學(xué)。在這里我只有深情的、真心的對你們說一聲：謝謝你們！你們辛苦了！