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前 言
改革開放以來，隨著國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)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。近年許多模具企業(yè)加大了用于技術(shù)進(jìn)步的投資力度，將技術(shù)進(jìn)步視為企業(yè)發(fā)展的重要?jiǎng)恿?。一些國?nèi)模具企業(yè)已普及了二維CAD，并陸續(xù)開始使用UG、Pro/Engineer、I-DEAS、Euclid-IS等國際通用軟件。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。
導(dǎo)柱式?jīng)_裁模的導(dǎo)向比導(dǎo)板模的準(zhǔn)確可靠,并能保證沖裁間隙的均勻,沖裁的工件精度較高、模具使用壽命長，而且在沖床上安裝使用方便，因此導(dǎo)柱式?jīng)_裁模是應(yīng)用最廣泛的一種沖模,適合大批量生產(chǎn)。尤其是在我國加入WTO之后，在全球化經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)的市場(chǎng)的環(huán)境下，為生產(chǎn)符合“交貨期短”、“精度高”、“質(zhì)量好”、“價(jià)格低”等要求服務(wù)的模具產(chǎn)品，研究、開發(fā)、改進(jìn)模具生產(chǎn)設(shè)備與模具設(shè)計(jì)方式更具有深遠(yuǎn)的現(xiàn)實(shí)意義和緊迫性。
畢業(yè)設(shè)計(jì)是在修完所有課程內(nèi)容之后，我們走上社會(huì)之前一次綜合性設(shè)計(jì)。本次設(shè)計(jì)課題是水壺殼體成型工藝與模具設(shè)計(jì)，是對(duì)以前所學(xué)課程的一個(gè)總結(jié)。
在指導(dǎo)教師周密安排和精心指導(dǎo)下，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)從確定設(shè)計(jì)課題、擬定設(shè)計(jì)方案、設(shè)計(jì)過程到畢業(yè)答辯都按照畢業(yè)設(shè)計(jì)工作計(jì)劃進(jìn)行。
第一，充分調(diào)研，確定應(yīng)用型畢業(yè)設(shè)計(jì)課題。
選好畢業(yè)設(shè)計(jì)題目是實(shí)現(xiàn)畢業(yè)設(shè)計(jì)目標(biāo)、保證畢業(yè)設(shè)計(jì)質(zhì)量的前提，我們的畢業(yè)設(shè)計(jì)的課題取自企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際。這個(gè)課題能較全面地應(yīng)用學(xué)生所學(xué)專業(yè)知識(shí)或者將來工作所需的專業(yè)技術(shù)，達(dá)到綜合運(yùn)用的目的，既能夠解決企業(yè)急需解決的生產(chǎn)技術(shù)問題，又能夠培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)崗位能力，難度不是很大，符合我們所學(xué)的專業(yè)理論知識(shí)水平和實(shí)際設(shè)計(jì)能力，工作量恰當(dāng)，能夠在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成。
但是該課題是真題真做，雖然難度不是很大，但要使設(shè)計(jì)圖紙能真接用于生產(chǎn)，去造出零件，裝配成機(jī)器，并能滿足使用要求，也是不容易的。
第二，反復(fù)論證，確定產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案。
明確課題的性質(zhì)、意義、設(shè)計(jì)內(nèi)容、設(shè)計(jì)要達(dá)到的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和完成時(shí)間，并確定好正確合理的設(shè)計(jì)方案是完成設(shè)計(jì)任務(wù)的保證，指導(dǎo)教師、企業(yè)技術(shù)員讓我們參與設(shè)計(jì)方案的討論，使我們對(duì)課題設(shè)計(jì)方案心中有數(shù)。
第三，虛心求教，仔細(xì)認(rèn)真地進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)。
我們學(xué)生雖然有基礎(chǔ)理論知識(shí)，但設(shè)計(jì)能力較差，為了使我們很快地進(jìn)入工作狀態(tài)，指導(dǎo)教師耐心向我們介紹機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法、一般步驟和設(shè)計(jì)過程中應(yīng)注意的事項(xiàng)。在設(shè)計(jì)中能主動(dòng)請(qǐng)教指導(dǎo)老師，培養(yǎng)綜合運(yùn)用機(jī)械制圖、工程材料與熱處理、公差配合、計(jì)算機(jī)繪圖、機(jī)械制造工藝等專業(yè)知識(shí)的能力。培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度和踏實(shí)的工作作風(fēng)。明確必須有高度責(zé)任心、嚴(yán)肅認(rèn)真的工作習(xí)慣，才能做好設(shè)計(jì)工作，減少工作失誤，避免給企業(yè)生產(chǎn)造成損失。充分發(fā)揮主觀能動(dòng)性，積極思考，大膽創(chuàng)新。
第四，完善設(shè)計(jì)，準(zhǔn)備畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯
在此次設(shè)計(jì)中，主要用到所學(xué)的沖壓模設(shè)計(jì)，以及機(jī)械設(shè)計(jì)等方面的知識(shí)。著重說明了沖壓模的一般設(shè)計(jì)流程，即沖壓成型的工藝分析、壓力機(jī)的選擇及相關(guān)參數(shù)的校核、模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)的相關(guān)計(jì)算、模具總體尺寸的確定與結(jié)構(gòu)草圖的繪制、模具結(jié)構(gòu)總裝圖和零件圖的繪制等。其中模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)既是重點(diǎn)又是難點(diǎn)，主要包括沖壓方式的選擇、間隙的確定、凸凹模的設(shè)計(jì)，以及固定板、模座、橡膠、彈簧、模座等零部件的選擇和設(shè)計(jì)。通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我更加了解模具設(shè)計(jì)的含義，以及懂得如何查閱相關(guān)資料和怎樣解決在實(shí)際工作中遇到的實(shí)際問題，這為我以后從事模具職業(yè)打下了良好的基礎(chǔ)。
由于實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的缺乏，且水平有限，時(shí)間倉促。設(shè)計(jì)過程中難免有錯(cuò)誤和欠妥之處，懇請(qǐng)各位老師和同學(xué)批評(píng)指正。
1 設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù)
零件材料：1Cr13Mo，退火態(tài)；料厚t=3mm；精度：IT12；大批量生產(chǎn)；沖壓件零件圖如圖1所示：
圖1 零件圖
2 零件及沖壓工藝性分析
2.1 結(jié)構(gòu)與尺寸
該水壺殼體零件形狀簡單，結(jié)構(gòu)基本對(duì)稱，一邊上端有φ20mm圓孔，壺體上端尺寸為φ240mm，總高度為301mm，距離上端120mm處傾斜至下端并與下端通過R45mm圓角過渡連接，拉伸深度較深，但整體尺寸適宜沖裁加工。
2.2 精度
該零件無尺寸精度要求，也無其他特殊尺寸要求，可采取IT13—IT14加工精度，利用普通沖裁方式可以達(dá)到零件圖樣要求。
2.3 材料
1Cr13Mo 淬透性好，它具有較高的硬度，韌性，較好的耐腐性，熱強(qiáng)性和冷變形性能，減震性也很好。退回狀態(tài)下的抗剪強(qiáng)度為320—380Mpa，適宜沖裁加工。
根據(jù)以上分析，該零件個(gè)工藝性較好，適合沖裁加工。
2.4 批量
該零件屬于大批量生產(chǎn)，在沖壓加工下操作簡便，勞動(dòng)強(qiáng)度低，生產(chǎn)效率高，成本低，適合沖裁。
結(jié)論：該零件的工藝性較好，可以沖裁加工。
3 確定沖裁工藝方案
首先根據(jù)零件形狀確定沖壓工序類型和選擇工序順序。沖壓該零件需要的基本工序有剪切（或落料）、沖圓孔、拉深和脹形。其中彎曲和脹形決定了零件的總體形狀和尺寸，因此選擇合理的拉深和脹形方法很重要。
3.1 拉深方法及比較
第一種方法為一次拉深成形，其優(yōu)點(diǎn)是用一副模具成形，可以提高生產(chǎn)率，減少所需設(shè)備和操作人員。缺點(diǎn)是毛坯的整個(gè)面積幾乎都參與激烈的拉深變形，零件表面擦傷嚴(yán)重，零件形狀與尺寸都不精確，拉深處起皺嚴(yán)重，甚至?xí)?，這些缺陷將隨拉深深度的增加而愈加明顯。
第二種方法為多次拉深成形，這種方法顯然比第一種方法拉深變形的激烈程度緩和的多，但增加了模具、設(shè)備和操作人員，且需計(jì)算拉伸系數(shù)，計(jì)算量較大。
結(jié)合水壺殼體零件尺寸，該沖裁件高301mm且底部直徑較大，深度較大，一次拉深成形難度較大，不適宜一次拉深成形，所以采用多次拉深成形。
3.2 脹形方法的選擇
第一種方法采用剛性模具脹形，其優(yōu)點(diǎn)是可以通過控制模具凸模的模瓣數(shù)目來控制工件的精度，但這種模具脹形方法很難得到精度較高的正確旋轉(zhuǎn)體，變形的均勻程度差，模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜。
第二種方法采用柔性模脹形，其原理是利用橡膠、液體、氣體或鋼丸等代替剛性凸模。軟模脹形時(shí)材料的變形比較均勻，容易保證零件的精度，便于成型復(fù)雜的空心零件，在生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用，但該零件經(jīng)過多次拉深工序，伴隨有冷作硬化現(xiàn)象，故在脹形前應(yīng)該進(jìn)行退火，已恢復(fù)金屬的塑形。
由于水壺殼體零件精度要求不高，為了保證零件形狀，減少變形和便于成形，應(yīng)采用柔性模脹形，脹形凸模采用聚氨酯橡膠。
3.3 工序組合方案及比較
根據(jù)沖壓該零件需要的基本工序和拉深脹形方法的選擇，可以作出下列各種組合方案：
（1）先落料，再?zèng)_孔、拉深和脹形。采用單工序模生產(chǎn)
（2）落料—拉深—沖孔—脹形，采用單工序模生產(chǎn)
（3）落料—拉深—脹形—沖孔，采用單工序模生產(chǎn)。
方案（1） 模具結(jié)構(gòu)簡單，制造周期短，成本低，操作簡單，但沖孔后拉伸不能保證孔的位置精度，且沖孔后拉深容易使孔周圍產(chǎn)生應(yīng)力集中，發(fā)生變形難以滿足零件形狀和位置要求。
方案（2） 拉深后沖孔，沖孔模復(fù)雜，且產(chǎn)生的應(yīng)力集中使脹形時(shí)發(fā)生零件變形尺寸和形狀不精確，操作難度較大，生產(chǎn)效率低。
方案（3） 拉深脹形后沖孔，可以保證孔的位置精度，且減少了拉深脹形時(shí)的應(yīng)力集中，保證了拉深脹形時(shí)零件的完整性，使得拉深脹形時(shí)零件精度高，操作方便，生產(chǎn)效率高，但最后沖孔模結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，整個(gè)生產(chǎn)需要四套單工序模，延長了制造周期。
綜上所述，該零件使用時(shí)需要承受一定溫度，應(yīng)減少其應(yīng)力集中，同時(shí)為了保證其出水口的位置精度，減少大批量生產(chǎn)時(shí)零件的修整時(shí)間，應(yīng)采用方案（3）進(jìn)行生產(chǎn)。
4 主要工藝參數(shù)計(jì)算
4.1毛坯展開尺寸計(jì)算
（1）脹形區(qū)毛坯尺寸計(jì)算
脹形后零件的最大直徑dmax=d1+2R d1=206mm, R=45mm
所以 dmax=206+45*2=296mm
脹形系數(shù)K=dmax/d0 d0為坯料原始直徑即拉深后直徑240mm 所以K=296/240=1.23
脹形系數(shù)與坯料伸長率關(guān)系為
脹形變形區(qū)母線長度l=301-120=181mm
脹形區(qū)坯料長度（即脹形高度）L=l*[1+(0.3—0.4)* δ]+b
b為切邊余量，一般取10—20mm，系數(shù)0.3—0.4是考慮到切向伸長會(huì)引起高度縮減所加的余量。所以：
L=181*[1+0.4*0.23]+（10—20）=197.65+（10—20）mm 取b=12mm，L=210mm
即拉深后脹形前脹形區(qū)所需拉伸高度為210 mm，拉深后零件總高度為210+120=330mm
(2) 毛坯直徑計(jì)算
拉深后零件形狀如圖4.1所示：
圖4.1 拉深后零件圖
該件h＝330mm, h/d=330/240=1.375，查相關(guān)設(shè)計(jì)確定修邊余量為Δh=8.5mm，
所以拉深高度H=330+8.5=338.5mm。
所有尺寸均視為中性層尺寸，根據(jù)拉深件計(jì)算表面積相等簡化計(jì)算得坯料直徑D== =618.5mm, 取D=620mm
4.2 確定排樣方案和計(jì)算材料利用率
（1） 確定排樣方案，根據(jù)零件形狀選用合理的排樣方案，以提高材料的利用率。該零件毛坯形狀為圓形，直徑尺寸較大，為便于送料，采用單排方案。排樣圖如圖4.2所示：
圖4.2 排樣圖
搭邊值a和a1有查表得：a=2.5mm, a1=2.2mm.
（2）確定板料規(guī)格和卸料方式
根據(jù)條料的寬度尺寸選擇合適的板料規(guī)格，使剩余的邊料越小越好，該零件直徑用料為620mm,以選擇3mm*625mm*n（長度）為宜。
由于該零件尺寸較大，為了考慮沖制該零件的數(shù)量采用橫模下料為宜，以降低零件的材料費(fèi)用。
（3）計(jì)算材料利用率
一個(gè)步距內(nèi)材料的利用率η為η=nA/Bh*100% A——沖裁件面積
η=（310*310-210*20）/625*622.2=0.7727*100%=77.3%
5 各工序工藝、沖壓力及零部件的設(shè)計(jì)計(jì)算
5.1 落料工藝、沖壓力及零部件的設(shè)計(jì)計(jì)算
5.1.1 落料工藝計(jì)算
落料工藝計(jì)算主要為凸、凹模刃口尺寸計(jì)算，落料時(shí)凸、凹模刃口尺寸的設(shè)計(jì)原則是以凹模為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，間隙取在凸模上，設(shè)計(jì)時(shí)采用最小合理間隙值Zmin。1Cr13含C量0.1%，為軟剛，根據(jù)材料厚度3mm查表取Zmax=0.270mm,Zmin=0.210mm
落料時(shí)落料凹模尺寸為： Dd=（Dmax-xΔ）
按IT12級(jí)去φ620mm的偏差為0.63 mm,即Δ=0.63 mm,根據(jù)厚度及工件公差查的磨損系數(shù)x為0.5， Dmax=620+0.63=620.63mm
該零件形狀簡單，刃口尺寸偏差按IT6取值：=+0.033mm, =0.020mm。
所以：Dd=（620.63-0.63*0.5）=620.315mm
凸模尺寸D=( Dd- Zmin)=(620.315-0.21)=620.105
5.1.2 落料沖壓力的計(jì)算
（1） 計(jì)算沖裁力
P=KLT=1.3**620*3*350=2657382N≈2657.4kN
式中：P——沖裁力，N L——沖裁周邊長度，mm L=πD=π*620
——材料抗剪強(qiáng)度，MPa 查表為320——380Mpa,取350Mpa
K——系數(shù)，通常取1.3
（2） 計(jì)算卸料力、推件力
① 卸料力 P=KP=0.04*2657.4=106.3 kN
② 推件力P=nKP=3*0.45*2657.4=3587.5 kN
式中：n——卡在下模洞口內(nèi)的工件數(shù)，n=h/t=10/3,取n=3
h——凹模孔口高度
K——卸料系數(shù)，查表得K=0.03―0.04
K——推件系數(shù)，查表得K=0.45
（3） 計(jì)算沖壓力總和
P總=P+P+P=2657.4+106.3+3587.5=6351.2 kN
（4） 壓力機(jī)的選擇
選擇壓力為6500kN工作行程為30mm的壓力機(jī)
5.1.3 落料模主要零部件設(shè)計(jì)計(jì)算
5.1.3.1 凹模的設(shè)計(jì)計(jì)算
（1）凹?？卓谛问?，見圖5.1：
圖5.1 凹?？卓谛问?
凹模孔口高度 t<0.5mm h=3-5mm
t=0.5-5mm h=5-10mm
t>5-10mm h=10-15mm
該落料件厚t=3 mm,取h=10 mm
（2）凹模外形結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
一般圓形刃口凹模外形結(jié)構(gòu)也為圓形
(3) 凹模外形尺寸的計(jì)算
凹模厚度Ha===85.9mm, 取凹模厚度為90mm
凹模周界尺寸，即凹模壁厚C=（1.5—2）Ha，所以C=2Ha=180mm
5.1.3.2 固定板的設(shè)計(jì)計(jì)算
（1）凹模固定板的設(shè)計(jì)
凹模固定板的厚度與凹模一致，取90mm
（2）凸模固定板的設(shè)計(jì)
凸模固定板的外形尺寸與凹模固定板或卸料版尺寸相同，但本例采用的是橡膠直接卸料，故凸模固定板的外形尺寸可以小些。
凸模固定板的厚度H=(0.62-0.8)H=(0.6-0.8)*90, 取H=70mm
5.1.3.3 卸料版的設(shè)計(jì)計(jì)算
（1）卸料板類型選擇
一般常用的卸料板有固定卸料板和彈性卸料板兩種。
固定卸料板裝于下模，具有卸料力大、工作可靠、模具安裝方便等優(yōu)點(diǎn)；但是沖裁時(shí)卸料板壓不住材料，沖出的工件平整度差。固定卸料板與凸模的間隙一般為0.2-0.6mm,沖裁厚度大于1.5mm。
彈性卸料板除了在沖裁后卸料外，還可以在沖裁前壓住材料，使沖制的工件平整度好，一般沖制厚度小于1.5mm或材料較軟的工件。本例中的材料雖然大于1.5mm，但由于用單個(gè)毛坯，如果采用固定卸料板會(huì)給送料、定位增加難度，所以采用彈性卸料板。
彈性卸料板與凸模的雙邊間隙一般為0.1-0.2mm，或采用H9/f8等間隙配合。為了可靠卸料，彈性卸料板應(yīng)高出凸模0.2-0.5 mm。
（2）卸料板的尺寸
① 外形。彈性卸料板的外形一般與同方向上的固定板的外形一致；固定板卸料一般與凹模外形一致。
② 厚度。查《冷沖模設(shè)計(jì)指導(dǎo)》得H=40mm。
③ 成形孔?；九c凹模刃口的形狀相同。
5.1.3.4 定位零件的設(shè)計(jì)計(jì)算
本設(shè)計(jì)中定位零件采用定位銷和定位螺釘定位，其尺寸大小根據(jù)模具大小選擇合適的標(biāo)準(zhǔn)件。
5.1.3.5 彈性元件設(shè)計(jì)計(jì)算
此沖模中彈性元件主要為聚氨酯橡膠，橡膠的壓縮量一般不能超過橡膠自由高度的30%，否則橡膠會(huì)過早失去彈性。
橡膠的自由高度H自=h/0.25-0.30=(100-120)mm, 取100mm
橡膠直徑P=A*p, p為與橡膠壓縮量有關(guān)的單位壓力，查《冷沖模設(shè)計(jì)指導(dǎo)》得p=1.52 Mpa。所以A= P/p=106.3*10/1.52≈70*10mm,橡膠直徑：
D===298mm, 取D=300mm。
5.1.3.6 凸模的設(shè)計(jì)計(jì)算
（1）凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
① 凸模的刃口形式。 圓形凸模，可以采用加工成臺(tái)階式結(jié)構(gòu)或直接不分段結(jié)構(gòu)。
② 凸模的固定形式。 凸模根據(jù)沖制零件的形狀、尺寸、加工方法的不同而有多種固定形式。該模具以臺(tái)肩與固定板固定，凸模與凸模固定板的配合部分采用過渡配合（H7/m6或H7/n6）。
（2）凸模長度計(jì)算
L= H+H自-Y=70+100-2=168mm
式中：L——涂抹的長度，mm H——凸模固定板厚度 H自——卸料橡膠自由高度 Y——為了可靠卸料，在橡膠高度上所加的量，取2mm
5.1.3.7 其它零件的設(shè)計(jì)和計(jì)算
（1）模座的設(shè)計(jì)
模座的長度比凹模長度大300mm，寬度可與凹模的寬度相同或稍小些
模座厚度 Hs=Hx=(1-1.5)Ha=(90-135)mm, 取120mm。
Hs——上模座厚度 Hx——下模座厚度
(2) 模柄設(shè)計(jì)
模柄的作用是將上模與壓力機(jī)的滑塊相連接。在安裝模具時(shí)應(yīng)注意模柄直徑與壓力機(jī)模柄孔直徑要一致。模柄的形式采用壓入式模柄結(jié)構(gòu)，此模柄與上模座連接，采用過渡配合，模柄尺寸大小根據(jù)模具大小查標(biāo)準(zhǔn)模柄。
（3）墊板設(shè)計(jì)
該模具在壓力機(jī)安裝時(shí)加墊板，墊板厚度取40mm。
5.1.3.8 落料模閉合高度的計(jì)算
模具閉合高度H模=Hs+Hx+Ha+Lt-h1=120+120+90+168-1=497mm
5.2 拉深工藝計(jì)算及零部件設(shè)計(jì)
5.2.1 拉深工藝計(jì)算
（1）確定修邊余量
由以上毛坯直徑計(jì)算時(shí)確定得修邊余量Δh=8.5mm，毛坯直徑D=620mm
（2）確定拉深次數(shù)
確定毛坯相對(duì)高度 t/D=3/620=0.0048,工件相對(duì)高度H/d=338.5/240=1.41
查相關(guān)設(shè)計(jì)資料得n=3，故初步確定需3次拉深。
（3）計(jì)算各拉深直徑
查表得各次極限拉深系數(shù)為m=0.55 m=0.78 m=0.8,初步計(jì)算各次拉深直徑為： d= mD=0.55*620=341mm
d= md=0.78*341=266mm
d= m d=0.8*266=212.8mm
通過計(jì)算，第3次拉深直徑已小于工件直徑，需調(diào)整各次拉深系數(shù)，最后取m=0.58 m=0.8 m=0.83，計(jì)算得：
d= mD=0.58*620=360mm
d= md=0.8*360=288mm
d= m d=0.83*288≈240mm
（4）凸模與凹模圓角確定
首次拉深凹模圓角半徑ra取8t,即=8*3=24mm。由式r=(0.7-0.8)r得r=(0.7-0.8)r，確定各次拉深和凹模的圓角半徑并化整，分別為：
r=24mm r=20mm r=16mm
r=17mm r=12mm r=9mm (即工件底部圓角半徑)
（5）計(jì)算各次拉深工件的高度
由式Hn=1/4(D/d- d+1.72 r+0.57 r/ d)得：
H1=1/4（620*620/360-360+1.72*17+0.57*17/360）≈185mm
H2=1/4(620*620/288-288+1.72*12+0.57*12/288) ≈267mm
H3=1/4(620*620/240-240+1.72*9+0.57*9/240) ≈344mm
計(jì)算拉深件高度的目的是為了設(shè)計(jì)再拉深模時(shí)確定壓邊圈的高度，再拉深模壓邊圈的高度應(yīng)大于前道工序件的高度，所以在計(jì)算拉深件工序時(shí)不必很精確，可取較大整數(shù)值。
5.2.2 拉深工藝方案的確定
拉深工藝方案為：落料——首次拉深——2次拉深——3次拉深——切邊
見圖5.2：
圖5.2 拉深工序圖
5.2.3 拉深力及工作部分尺寸、零部件設(shè)計(jì)計(jì)算
5.2.3.1首次拉深拉深力及工作部分尺寸零部件設(shè)計(jì)計(jì)算
（1）拉深力計(jì)算
拉深所需的壓力：P=P拉+P壓
P拉=πdtk=3.14*360*3*600*0.75=1526 kN
P壓=Ap=π/4*（620-360）*4=800 kN
所以：P=P拉+P壓=1526+800=2326 kN
式中：P拉——拉深力，N
P壓——壓邊力，N
k——修正系數(shù)，一般取0.5—0.8，t/D與m值小時(shí)，k取大值
——拉伸件材料的抗拉強(qiáng)度，MPa，查得1Cr13>540 MPa，取600 MPa
A——有效壓面積，mm2
p——單位壓邊力，查得取p=4 MPa
（2）初選壓力機(jī)
壓力機(jī)的公稱壓力P0≧（1.6—1.8）P
取P0=1.8*2326=4186.8 kN
故初選壓力機(jī)的公稱壓力為5000 kN
（3）凸、凹模間隙的計(jì)算
拉伸間隙是指單邊間隙，即Z=（da-dt）/2。間隙過小會(huì)增加摩擦力，是拉深件容易拉裂，且易擦傷制件表面，降低模具壽命。間隙過大則對(duì)坯料的校直作用小，影響制件的尺寸精度。因此，確定間隙的原則是，既要考慮板料厚度的公差，又要考慮圓筒形件的增厚現(xiàn)象，根據(jù)拉深時(shí)是否采用壓邊圈和制件的尺寸精度、表面粗糙度要求合理確定。
此件拉深采用壓邊裝置，經(jīng)工藝計(jì)算取間隙為Z=1.05t=3.15mm
（4）凸、凹模圓角半徑的計(jì)算
經(jīng)以上計(jì)算得，一次拉深時(shí)凹模圓角半徑r=24mm，凸模圓角半徑r=17mm
（5）凸、凹模工作部分尺寸計(jì)算
此工件要求的是外形尺寸，設(shè)計(jì)凸、凹模時(shí)應(yīng)以凹模尺寸以基準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算，即：凹模尺寸Da=（Ｄ－0.75△）=357.75mm
式中，D——拉深件的基本尺寸，mm △——拉深件尺寸公差
（6）其它零部件的設(shè)計(jì)計(jì)算
① 壓邊圈的設(shè)計(jì)
壓邊圈的外形尺寸與凹模外形尺寸相同，壓邊圈材料與凸、凹模一致，熱處理強(qiáng)度略低于凸、凹模的硬度。取Hy =60mm
② 壓邊裝置的設(shè)計(jì)
該拉深模選在單動(dòng)壓力機(jī)上進(jìn)行拉深加工，所以必須借助彈性元件在受壓時(shí)所產(chǎn)生的壓力提供壓邊力。故選用具有通用性的彈性壓邊裝置作為彈性元件，這樣可避免每副模具都設(shè)計(jì)一套專用的彈性壓邊裝置。模具只需配備壓邊圈和頂桿并采用倒裝結(jié)構(gòu)。
（7）拉深模閉合高度的計(jì)算
拉深模的閉合高度是指滑塊在下止點(diǎn)位置時(shí)，上模座上平面與下模座下平面之間的距離，即：H=Hs+Hag+Ha+Hy+Htg+Hx+s+t
=120+100+100+120+70+60+(20-25)+3
=593—598mm, 取H=600mm
式中， Ha——上模座厚度，mm
Hx——下模座厚度，mm
Hag——凹模固定板厚度，mm
Ha——凹模厚度，mm
Hy——壓邊圈厚度，mm
Htg——凸模固定板厚度，mm
S——安全距離，mm, 一般取20—25mm
t——拉深件厚度， mm
5.2.3.2 2次拉深拉深力及工作部分尺寸零部件設(shè)計(jì)計(jì)算
（1）計(jì)算拉深力壓邊力
① 拉深力P=πdntk=3.14*288*3*600*0.8≈1302 kN
② 壓邊力P壓=Ap=π(d12-d22)p/4=3.14*1/4*4*(3602-2882) ≈146.5 kN
③ 總壓力P總≧1.4（P+P壓）=1.4*（1302+146.5）=2028 kN
故壓力機(jī)的總壓力為2028 kN
以上各式中，t——工件厚度
k——修正系數(shù)，一般取0.5—0.8，取k=0.8
——拉深件材料的抗拉強(qiáng)度，MPa，取600 MPa
A——有效壓面積，mm2
p——單位壓邊力，查《冷沖模設(shè)計(jì)手冊(cè)》得p=4 MPa
（2）模具工作部分尺寸計(jì)算
① 拉深模的間隙
第2次拉深模的間隙取單邊間隙Z=1.1t=1.1*3=3.3mm
② 凸、凹模工作部分尺寸和公差
由于工件要求內(nèi)形尺寸，故以凸模為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，間隙取在凹模上
凸模工作部分尺寸dt=(d+0.5Δ)
=(360+0.5*0.57)=360.285
凹模工作部分尺寸da=(dt+2z)
=(360.285+2*3.3)=366.885
式中，d——拉深件基本尺寸
Δ——拉深件尺寸公差，基本尺寸360mm,按IT12查得Δ=0.57mm
z——單邊間隙
（3）確定凸模通氣孔
通氣孔直徑一般可在3—8mm之間選取，選取的原則一般視凸模尺寸而定。此工序通氣孔直徑選8mm。
（4）2次拉深模結(jié)構(gòu)的確定
拉深模具是在單動(dòng)壓力機(jī)上拉深。由于是再次拉深，壓邊圈采用圓筒形，因此工件的毛坯會(huì)十分順利的定位，把筒形件毛坯套在壓邊圈上，因再次拉深的壓邊力一般不大，故采用兩根限位柱的壓邊力等于所計(jì)算的值。模具仍采用倒裝結(jié)構(gòu)，出件采用推桿推出。
（5）2次拉深其它零部件的設(shè)計(jì)計(jì)算
① 壓邊圈的設(shè)計(jì)
壓邊圈的外形尺寸與凹模外形尺寸相同，壓邊圈材料與凸、凹模一致，熱處理強(qiáng)度略低于凸、凹模的硬度。取Hy =60mm
② 壓邊裝置的設(shè)計(jì)
該拉深模選在單動(dòng)壓力機(jī)上進(jìn)行拉深加工，所以必須借助彈性元件在受壓時(shí)所產(chǎn)生的壓力提供壓邊力。故選用具有通用性的彈性壓邊裝置作為彈性元件，這樣可避免每副模具都設(shè)計(jì)一套專用的彈性壓邊裝置。模具只需配備壓邊圈和頂桿并采用倒裝結(jié)構(gòu)。
5.2.3.3 3次拉深拉深力及工作部分尺寸零部件設(shè)計(jì)計(jì)算
（1）計(jì)算拉深力壓邊力
① 拉深力P=πdntk=3.14*240*3*600*0.8≈1085 kN
② 壓邊力P壓=Ap=π(d22-d32)p/4=3.14*1/4*4*(2882-2402) ≈75.6 kN
③ 總壓力P總≧1.4（P+P壓）=1.4*（1085+75.6）≈1161 kN
故壓力機(jī)的總壓力為1161 kN
以上各式中，t——工件厚度
k——修正系數(shù)，一般取0.5—0.8，取k=0.8
——拉伸件材料的抗拉強(qiáng)度，MPa，取600 MPa
A——有效壓面積，mm2
p——單位壓邊力，查《冷沖模設(shè)計(jì)手冊(cè)》得p=4 MPa
（2）模具工作部分尺寸計(jì)算
① 拉深模的間隙
第3次拉深模的間隙取單邊間隙Z=1.1t=1.1*3=3.3mm
② 凸、凹模工作部分尺寸和公差
由于工件要求內(nèi)形尺寸，故以凸模為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，間隙取在凹模上
凸模工作部分尺寸dt=(d+0.5Δ)
=(288+0.5*0.52)=288.26
凹模工作部分尺寸da=(dt+2z)
=(288.26+2*3.3)=294.86
式中，d——拉深件基本尺寸
Δ——拉深件尺寸公差，基本尺寸288mm,按IT12查得Δ=0.52mm
z——單邊間隙
（3）確定凸模通氣孔
通氣孔直徑一般可在3—8mm之間選取，選取的原則一般視凸模尺寸而定。此工序通氣孔直徑選8mm。
（4）3次拉深模結(jié)構(gòu)的確定
拉深模具是在單動(dòng)壓力機(jī)上拉深。由于是3次拉深，壓邊圈采用圓筒形，因此工件的毛坯會(huì)十分順利的定位，把筒形件毛坯套在壓邊圈上，因再次拉深的壓邊力一般不大，故采用兩根限位柱的壓邊力等于所計(jì)算的值。模具仍采用倒裝結(jié)構(gòu)，出件采用推桿推出。
（5）2次拉深其它零部件的設(shè)計(jì)計(jì)算
壓邊圈的設(shè)計(jì)
壓邊圈的外形尺寸與凹模外形尺寸相同，壓邊圈材料與凸、凹模一致，熱處理強(qiáng)度略低于凸、凹模的硬度。取Hy =60mm
5.3 脹形模工藝計(jì)算及零部件設(shè)計(jì)
5.3.1 脹形工藝分析
脹形屬于伸長類成形。脹形過程中不會(huì)產(chǎn)生失穩(wěn)起皺現(xiàn)象，且在脹形充分時(shí)制件表面很光滑，這是由于材料硬化的結(jié)果。
對(duì)空心毛坯的脹形，如果毛坯的長度不是很長，脹形時(shí)其長度就會(huì)縮短，這說明脹形區(qū)以外的材料向脹形區(qū)補(bǔ)充，使脹形區(qū)的徑向拉伸變形得到緩解，而使切向的拉伸變形為最主要的變形，脹形脹破就是切向拉應(yīng)力過大引起的。為了不脹破，需限制切向最大拉應(yīng)變不超過材料的許用伸長率[] 。
由此產(chǎn)品圖可知，該制件側(cè)壁是由空心毛坯脹形而成，對(duì)壁厚變化沒有要求，尺寸精度要求不高，故滿足脹形工序加工的要求。
5.3.2脹形模工藝計(jì)算
（1）毛坯尺寸計(jì)算
由以上計(jì)算得毛坯尺寸如圖5.3：
圖5.3 脹形毛坯圖
該件脹形系數(shù)K=1.23
（2）脹形力的計(jì)算
① 計(jì)算單位脹形力
單位脹形力分兩種情況計(jì)算：
兩端不固定，允許毛坯軸向自由收縮時(shí)，p為p =2t/dmax*
兩端固定時(shí)，毛坯軸向不能自由收縮時(shí)，p為p =2（t/dmax+t/2R）
上式所用到的p的計(jì)算公式均為軟模脹形空心毛坯制件時(shí)的單位壓力的計(jì)算公式。
p=2t/dmax*=2*3*600/296=12.16 MPa
② 計(jì)算脹形力
P=Ap=3.14*296*330*12.16≈3730 kN
式中，P——脹形力
A——脹形面積，mm2
p——單位脹形力，MPa
5.3.3 脹形模零部件裝配設(shè)計(jì)
脹形模采用聚氨酯橡膠進(jìn)行硬模脹形，為了使制件在脹形后便于取出，將凹模分為兩部分，上下模單邊間隙取0.2mm。
側(cè)壁受橡膠的擠壓脹形，當(dāng)模具閉合時(shí)被橡膠壓緊，然后脹形。模具的外形尺寸和閉合高度較大，壓力也較大，以模具尺寸為依據(jù)，最后確定選用壓力機(jī)。
5.4 沖側(cè)孔模工藝設(shè)計(jì)
5.4.1 工藝方案及模具結(jié)構(gòu)
本沖孔為側(cè)沖孔，沖孔難度大，為保證零件尺寸的精度，該沖孔放在脹形后進(jìn)行，模具結(jié)構(gòu)為側(cè)開式，便于零件的放入和取出，凸模周界采用橡膠彈性體覆蓋，以保證沖孔的精度，同時(shí)減少?zèng)_孔后毛刺的產(chǎn)生，凹模通過螺釘和墊圈加以固定。
凸、凹模、楔塊及定位座是該模具的關(guān)鍵零件。凸模5材料為W18Cr4V，熱處理硬度60～63HRC。由于凸模厚度為3mm，低于定位座8的燕尾槽深度，這樣壓料器就不會(huì)壓死凸模， 凸?？稍诙ㄎ蛔辔膊蹆?nèi)自由滑動(dòng)，燕尾的尺寸按f7／H8配合。
凹模材料采用Crl2或CrWMn，熱處理硬度58～62HRC。凹模制作的關(guān)鍵是刃口帶不能大于3mm，否則凹模腔內(nèi)會(huì)因存廢料太多而加大沖裁力，影響凸模和楔塊的壽命。
6 繪制模具總圖
本設(shè)計(jì)零件加工工序有落料、1次拉深、2次拉深、3次拉深、脹形、沖測(cè)孔，其中繪制落料模、2次拉深模和脹形模各一幅，其模具總圖如下:
圖6.1 落料模結(jié)構(gòu)裝配圖
圖6.2 拉深模結(jié)構(gòu)裝配圖
圖6.3 脹形模結(jié)構(gòu)裝配圖
7 繪制模具非標(biāo)準(zhǔn)件零件圖
非標(biāo)準(zhǔn)件零件圖主要是指凸模和凹模和其它零部件，其零件圖如下：
圖7.1 落料凸模
圖7.2 落料凹模
圖7.3 落料凹模固定板
圖7.4 落料凸模固定板
圖7.5 2次拉深凸模
圖7.6 2次拉深凹模
圖7.7 脹形凹模
結(jié) 束 語
歷經(jīng)近兩個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)即將結(jié)束，本套模具的設(shè)計(jì)也終于完成了。在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，通過參考，查閱各種有關(guān)模具方面的資料，請(qǐng)教各位老師有關(guān)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，使我在這短暫的時(shí)間里，對(duì)模具的認(rèn)識(shí)有了質(zhì)的飛躍。模具在當(dāng)今社會(huì)里運(yùn)用的非常廣泛，掌握模具設(shè)計(jì)方法對(duì)我以后的工作和發(fā)展有著十分重要的意義。
在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中我主要從以下方面來開展設(shè)計(jì)工作的。第一，根據(jù)工件的要求和尺寸繪制了零件的零件圖。第二，對(duì)零件進(jìn)行沖壓工藝性能分析。第三，確定沖裁方案。第四，排樣設(shè)計(jì)。第五，工藝計(jì)算，包括沖裁力和凸凹模刃口尺寸的計(jì)算等。第六，根據(jù)沖裁力選擇沖壓設(shè)備。第七，模具的結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)，包括設(shè)計(jì)一些典型的零件盒附件，并繪制其零件圖。第八，模具的工作過程介紹和繪制模具裝配圖。在設(shè)計(jì)過程中我發(fā)現(xiàn)了許多問題，也解決了許多問題。就是在這個(gè)發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的過程中，我將自己在模具方面的知識(shí)進(jìn)行了系統(tǒng)的運(yùn)用和再次提升，將理論知識(shí)很好的運(yùn)用到了實(shí)踐中，提高了自己的設(shè)計(jì)能力。更重要的是，在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，我對(duì)模具行業(yè)的前景和現(xiàn)狀有了更深入的了解，掌握了模具設(shè)計(jì)的一般方法和主要設(shè)計(jì)思想以及設(shè)計(jì)過程中的注意事項(xiàng)，在思想上，我們樹立起了工程思想，不在死扣書本上的公式和理論，一切以實(shí)際生產(chǎn)為主，一切不再是簡單的，死板的知識(shí)，而是一個(gè)活靈活現(xiàn)的真實(shí)的例子。
在這次設(shè)計(jì)中，我受益匪淺！首先，它讓我知道了什么是一絲不茍，為什么要一絲不茍。在一次次的計(jì)算，繪圖的修改中，我認(rèn)識(shí)到了認(rèn)真的力量，沒有踏踏實(shí)實(shí)的工作，不會(huì)有最后的成功。再就是，我知道了什么是態(tài)度決定一切！倘若有一個(gè)良好的工作心態(tài)、態(tài)度，那么你的成功就完成了一半。
至此，畢業(yè)設(shè)計(jì)已完成。通過本次設(shè)計(jì)證明了自己的綜合能力，能將所學(xué)專業(yè)知識(shí)應(yīng)用在對(duì)實(shí)際問題的具體分析和解決上。在設(shè)計(jì)過程中，經(jīng)常會(huì)遇到因考慮問題不周而導(dǎo)致前后矛盾，甚至使下一步工作無法進(jìn)行。然而經(jīng)查閱許多相關(guān)資料和在老師的精心指導(dǎo)下，問題都一一得到了解決，使整個(gè)大學(xué)四年所學(xué)的專業(yè)知識(shí)也得到了系統(tǒng)的鞏固和提高。
同時(shí)，這次設(shè)計(jì)使我對(duì)冷沖壓模具的設(shè)計(jì)有了更深刻的認(rèn)識(shí)，專業(yè)知識(shí)掌握得更牢固，對(duì)以前遺留的那些似懂非懂的問題也理解透徹了。這次設(shè)計(jì)對(duì)我來說是一次很好的鍛煉，而在這之中的收獲對(duì)我以后的工作來說是一種很大的幫助。?通過本文以上一系列的計(jì)算和討論，已經(jīng)大致給出了正裝復(fù)合沖模設(shè)計(jì)的全貌。由于本人的專業(yè)水平有限，以及對(duì)國家標(biāo)準(zhǔn)的理解程度不夠深入和透徹，還有對(duì)理論過程與實(shí)際過程之間的差異的考慮較少，在對(duì)一些設(shè)計(jì)參數(shù)的估計(jì)上也存在著或多或少的偏差，這是本設(shè)計(jì)論文最大的不足之處。
致 謝
畢業(yè)論文已經(jīng)結(jié)束，這也意味著我在黃河技術(shù)學(xué)院的四年的學(xué)習(xí)生活既將結(jié)束?；厥准韧?，自己一生最寶貴的時(shí)光能于這樣的校園之中，能在眾多老師們的熏陶下度過，實(shí)是榮幸之極。在這四年的時(shí)間里，我在學(xué)習(xí)上和思想上都受益非淺。
這除了自身努力外，與各位老師、同學(xué)和朋友的關(guān)心、支持和鼓勵(lì)是分不開的
論文的寫作是枯燥艱辛而又富有挑戰(zhàn)的。在老師的諄諄誘導(dǎo)、同學(xué)的出謀劃策及家長的支持鼓勵(lì)，是我堅(jiān)持完成論文的動(dòng)力源泉。在此，我特別要感謝我的導(dǎo)師張保豐老師。從論文的選題、文獻(xiàn)的采集、框架的設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)的布局到最終的論文定稿，從內(nèi)容到格式，從標(biāo)題到標(biāo)點(diǎn)，他都費(fèi)盡心血。
同時(shí)感謝我的各位同學(xué)，與他們的交流使我受益頗多。
時(shí)間的倉促及自身專業(yè)水平的不足，整篇論文肯定存在尚未發(fā)現(xiàn)的缺點(diǎn)和錯(cuò)誤。懇請(qǐng)閱讀此篇論文的老師同學(xué)，多予指正，不勝感激！
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