不銹鋼傳動座沖壓工藝分析及模具設計（太原）
不銹鋼傳動座沖壓工藝分析及模具設計（太原）,不銹鋼,傳動,沖壓,工藝,分析,模具設計,太原
不銹鋼傳動座沖壓工藝分析及模具設計
摘要：本設計主要介紹冷沖壓模具級進模模具的有關設計，級進模設計主要步驟有： 分析工件的工藝性、確定工藝方案、（工序性質與數(shù)量的確定、工序順序的確定、工序組合方式的確定）、確定模具總體結構方案（模具類型、操作與定位方式、卸料與出料方式、模架類型及精度）、進行有關工藝與設計計算（排樣設計與計算、計算沖壓力與壓力中心、計算凸、凹模刀刃尺寸及公差）、設計、選用模具零部件，繪制模具總裝草圖（確定凹凸模具結構形式計算凹模輪廓尺寸及凸模結構尺寸、選擇定位零件、設計選用卸料與出件零件、選擇模架，并確定其他模具零件的結構尺寸或標準規(guī)格、繪制模具 總裝草圖校核壓力機）、繪制模具總裝圖和零件圖（模具總裝圖的繪制、模具零件圖的繪制）確定模具零件加工工藝過程、確定模具裝配工藝過程、編寫有關技術文件。
關鍵詞：級進模 工藝方案 壓力中心
The analysis of stamping technology and die design of steel transmission
Abstract: This design mainly introduces the design of cold stamping progressive die,progressive die design main steps: analysis process, determine the process,the workpiece (process to determine the nature and quantity determination,sequence determination, process combination mode), determine the mold overall structure scheme (die type, operation and positioning method,discharge and the frame type and feeding method, accuracy), related technology and design (design and calculation, layout and calculate the stamping force and center of pressure, convex, concave die blade calculation of dimension and tolerance), design, selection of die parts, drawing die assembly sketch (determine the concavo convex mould structure calculated die contour size and punch structure size, select the positioning parts, design and selection of discharge and the parts, select the mold, and other mold parts structure size or standard specification, drawing die assembly drawings checking Press), draw up the mold assembly drawing and parts drawing (final assembly drawing, mold part drawing) determined the mold parts processing process, determined the mold assembly process, and prepare the relevant technical documents.
Keywords: progressive die Process plan The center of pressure
目 錄
1 前言 ..................................................................... 1
1.1模具發(fā)展現(xiàn)狀 ............................................................ 1
1.2模具工業(yè)技術結構現(xiàn)狀 .................................................... 2
1.3 模具工業(yè)配套材料，標準件結構現(xiàn)狀 ........................................ 2
1.4模具工業(yè)產(chǎn)業(yè)組織結構現(xiàn)狀 ................................................ 3
1.5模具的發(fā)展趨勢 .......................................................... 4
2 模具工藝分析及工藝方案的確定 ............................................. 5
2.1 沖壓成形工藝分析 ....................................................... 5
2.1.1 明確設計任務，收集相關資料 ........................................... 5
2.2 零件工藝性分析 ......................................................... 6
3 沖裁工藝方案的確定 ....................................................... 7
3.1 零件的工藝分析 ......................................................... 7
3.2 模具整體結構的確定 ..................................................... 7
4 各工序尺寸和力的設計與計算 .............................................. 9
4.1 毛坯計算 .............................................................. 9
4.2拉深次數(shù)的確定 ......................................................... 9
4.3排樣設計 ............................................................... 10
4.4 計算沖壓力 ............................................................ 12
4.4.1沖裁力的計算 ......................................................... 12
4.4.2拉深力的計算 ......................................................... 14
4.4.3翻孔力的計算 ......................................................... 15
4.5 壓力機的選型 .......................................................... 15
4.6 模具安裝及閉合高度校核 ................................................ 16
4.7 計算模具壓力中心 ...................................................... 18
4.8 計算凸凹模工作部分尺寸并確定其制造公差 ................................ 18
4.8.1拉深刃口尺寸計算 ..................................................... 18
4.8.2沖裁刃口尺寸計算 ..................................................... 19
I
5 模具結構設計 ........................................................ 21
5.1工作零件的結構設計 ................................................. 21
5.2 定位零件的設計 .................................................... 24
5.3模架設計 ........................................................... 25
6 模具經(jīng)濟性分析 ...................................................... 26
結論 .................................................................. 27
參考文獻 .............................................................. 29
致謝 .................................................................. 30
附錄A?............................................................... 31
I
·
太原工業(yè)學院畢業(yè)設計
1 前言
1.1模具發(fā)展現(xiàn)狀
隨著我國模具工業(yè)的迅猛發(fā)展，模具零件的標準化、專業(yè)化和商品化工作，已具有較高的水平，取得了長足的進步。中國模具標準化工作是從“全國模具標準化技術委員會”1983年成立以后開始的。目前中國已有約2萬家模具生產(chǎn)單位，模具生產(chǎn)有了很大發(fā)展，組織專家對模具標準進行制定、修訂和審查，共發(fā)布了90多項標準，其中沖模標準22項、塑料模標準20余項。這些標準的發(fā)布、實施，推動了模具行業(yè)的技術進步和發(fā)展，產(chǎn)生了很大的社會效益和經(jīng)濟效益。模標準件的研究、開發(fā)和生產(chǎn)正在全面深入展開，無論是產(chǎn)品類型、品種、規(guī)格，還是產(chǎn)品的技術性能和質量水平都有明顯的提高。
近年來，隨著我國國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，模具市場的總趨勢是平穩(wěn)向上的。汽車、摩托車行業(yè)是模具的最大市場。因此，模具標準件的應用必將日益廣泛。在今后的市場經(jīng)濟中模具標準件必將成為一種十分活躍而又高速發(fā)展的產(chǎn)品。從長遠發(fā)展的角度看，我國模具工業(yè)必將伴隨著知識經(jīng)濟時代的來臨而發(fā)生深刻的變革，模具結構的典型化、零部件的標準化、標準化的專業(yè)化生產(chǎn)和商品化供應，也是今后發(fā)展的必然趨勢。因而深信模具標準件行業(yè)的發(fā)展前景是非常樂觀而美好的。
但是，必須清醒地看到，目前我國模具的標準化程度和應用水平還比較低，樂觀地估計不足30%，與國外工業(yè)發(fā)達國家(70-80%)相比，尚有較大的差距。每年尚需從國外進口相當數(shù)量的模具標準件，其費用約占年模具進口額的3-8%。國產(chǎn)模具標準件在技術標準、科技開發(fā)、產(chǎn)品質量等方面，還存在不少問題。諸如，產(chǎn)品標準混亂，功能元件少且技術含量低，適用性差；技改力度小、設備陳舊、工藝落后、專業(yè)化水平低、產(chǎn)品質量不穩(wěn)定；專業(yè)人才缺乏，管理跟不上、生產(chǎn)效率低、交貨周期長；生產(chǎn)銷售網(wǎng)點分布不均，經(jīng)營品種規(guī)格少，供應不足；某些單位為了爭奪市場，不講質量，以次充好，偽劣商品充斥市場。還有不計成本、盲目降價、擾亂市場的現(xiàn)象，是需要認真研究，丞待解決的?？梢姀拈L遠發(fā)展的角度看，模具標準化及模具標準件方面之艱巨任務和美好前景。正如中國模具工業(yè)協(xié)會標準件委員會提出的模具標準化工作的指導思想：標準化是基礎，專業(yè)化是方向，商品化是關鍵。
1.2模具工業(yè)技術結構現(xiàn)狀
我國模具工業(yè)目前技術水平參差不齊，懸殊較大。從總體上來講，與發(fā)達工業(yè)國家及港臺地區(qū)先進水平相比，還有較大的差距。在采用CAD/CAM/CAE/CAPP等技術設計與制造模具方面，無論是應用的廣泛性，還是技術水平上都存在很大的差距。在應用CAD技術設計模具方面，僅有約10%的模具在設計中采用了CAD，距拋開繪圖板還有漫長的一段路要走；在應用CAE進行模具方案設計和分析計算方面，也才剛剛起步，大多還處于試用和動畫游戲階段；在應用CAM技術制造模具方面，一是缺乏先進適用的制造裝備，二是現(xiàn)有的工藝設備（包括近10多年來引進的先進設備）或因計算機制式（IBM微機及其兼容機、HP工作站等）不同，或因字節(jié)差異、運算速度差異、抗電磁干擾能力差異等，聯(lián)網(wǎng)率較低，只有5%左右的模具制造設備近年來才開展這項工作；在應用CAPP技術進行工藝規(guī)劃方面，基本上處于空白狀態(tài)，需要進行大量的標準化基礎工作；在模具共性工藝技術，如模具快速成型技術、拋光技術、電鑄成型技術、表面處理技術等方面的CAD/CAM技術應用在我國才剛起步。計算機輔助技術的軟件開發(fā)，尚處于較低水平，需要知識和經(jīng)驗的積累。我國大部分模具廠、車間的模具加工設備陳舊，在役期長、精度差、效率低，至今仍在使用普通的鍛、車、銑、刨、鉆、磨設備加工模具，熱處理加工仍在使用鹽浴、箱式爐，操作憑工人的經(jīng)驗，設備簡陋，能耗高。設備更新速度緩慢，技術改造，技術進步力度不大。雖然近年來也引進了不少先進的模具加工設備，但過于分散，或不配套，利用率一般僅有25%左右，設備的一些先進功能也未能得到充分發(fā)揮。 缺乏技術素質較高的模具設計、制造工藝技術人員和技術工人，尤其缺乏知識面寬、知識結構層次高的復合型人才。中國模具行業(yè)中的技術人員，只占從業(yè)人員的8%~12%左右，且技術人員和技術工人的總體技術水平也較低。1980年以前從業(yè)的技術人員和技術工人知識老化，知識結構不能適應現(xiàn)在的需要；而80年代以后從業(yè)的人員，專業(yè)知識、經(jīng)驗匱乏，動手能力差，不安心，不愿學技術。近年來人才外流不僅造成人才數(shù)量與素質水平下降，而且人才結構也出現(xiàn)了新的斷層，青黃不接，使得模具設計、制造的技術水平難以提高。
1.3 模具工業(yè)配套材料，標準件結構現(xiàn)狀
近10多年來，特別是“八五”以來，國家有關部委已多次組織有關材料研究所、大專院校和鋼鐵企業(yè)，研究和開發(fā)模具專用系列鋼種、模具專用硬質合金及其他模具加工的專用工具、輔助材料等，并有所推廣。但因材料的質量不夠穩(wěn)定，缺乏必要的試驗條件和試驗數(shù)據(jù)，規(guī)格品種較少，大型模具和特種模具所需的鋼材及規(guī)格還有缺口。在鋼材供應上，解決用戶的零星用量與鋼廠的批量生產(chǎn)的供需矛盾，尚未得到有效的解決。另外，國外模具鋼材近年來相繼在國內建立了銷售網(wǎng)點，但因渠道不暢、技術服務支撐薄弱及價格偏高、外匯結算制度等因素的影響，目前推廣應用不多。模具加工的輔助材料和專用技術近年來雖有所推廣應用，但未形成成熟的生產(chǎn)技術，大多仍還處于試驗摸索階段，如模具表面涂層技術、模具表面熱處理技術、模具導向副潤滑技術、模具型腔傳感技術及潤滑技術、模具去應力技術、模具抗疲勞及防腐技術等尚未完全形成生產(chǎn)力，走向商品化。一些關鍵、重要的技術也還缺少知識產(chǎn)權的保護。我國的模具標準件生產(chǎn)，80年代初才形成小規(guī)模生產(chǎn)，模具標準化程度及標準件的使用覆蓋面約占20%，從市場上能配到的也只有約30個品種，且僅限于中小規(guī)格。標準凸凹模、熱流道元件等剛剛開始供應，模架及零件生產(chǎn)供應渠道不暢，精度和質量也較差。
1.4模具工業(yè)產(chǎn)業(yè)組織結構現(xiàn)狀
我國的模具工業(yè)相對較落后，至今仍不能稱其為一個獨立的行業(yè)。我國目前的模具生產(chǎn)企業(yè)可劃分為四大類：專業(yè)模具廠，專業(yè)生產(chǎn)外供模具；產(chǎn)品廠的模具分廠或車間，以供給本產(chǎn)品廠所需的模具為主要任務；三資企業(yè)的模具分廠，其組織模式與專業(yè)模具廠相類似，以小而專為主；鄉(xiāng)鎮(zhèn)模具企業(yè)，與專業(yè)模具廠相類似。其中以第一類數(shù)量最多，模具產(chǎn)量約占總產(chǎn)量的70%以上。我國的模具行業(yè)管理體制分散。目前有19個大行業(yè)部門制造和使用模具，沒有統(tǒng)一管理的部門。僅靠中國模具工業(yè)協(xié)會統(tǒng)籌規(guī)劃，集中攻關，跨行業(yè)，跨部門管理困難很多。模具適宜于中小型企業(yè)組織生產(chǎn)，而我國技術改造投資向大中型企業(yè)傾斜時，中小型模具企業(yè)的投資得不到保證。包括產(chǎn)品廠的模具車間、分廠在內，技術改造后不能很快收回其投資，甚至負債累累，影響發(fā)展。 雖然大多數(shù)產(chǎn)品廠的模具車間、分廠技術力量強，設備條件較好，生產(chǎn)的模具水平也較高，但設備利用率低。我國模具價格長期以來同其價值不協(xié)調，造成模具行業(yè)“自身經(jīng)濟效益小，社會效益大”的現(xiàn)象?！案赡＞叩牟蝗绺赡＞邩藴始?，干標準件的不如干模具帶件生產(chǎn)的。干帶件生產(chǎn)的不如用模具加工產(chǎn)品的”之類不正?，F(xiàn)象存在，極大地挫傷了模具企業(yè)（包括模具車間和分廠）職工的積極性。這也是模具行業(yè)留不住人才，青年技術人員和青年工人不愿學技術的原因之一。
1.5模具的發(fā)展趨勢
1．模具CAD/CAE/CAM正向集成化、三維化、智能化和網(wǎng)絡化方向發(fā)展
（1）模具軟件功能集成化。模具軟件功能的集成化要求軟件的功能模塊比較齊全，同時各功能模塊采用同一數(shù)據(jù)模型，以實現(xiàn)信息的綜合管理與共享，從而支持模具設計、制造、裝配、檢驗、測試及生產(chǎn)管理的全過程，達到實現(xiàn)最佳效益的目的。如英國Delcam公司的系列化軟件就包括了曲面/實體幾何造型、復雜形體工程制圖、工業(yè)設計高級渲染、塑料模設計專家系統(tǒng)、復雜形體CAM、藝術造型及雕刻自動編程系統(tǒng)、逆向工程系統(tǒng)及復雜形體在線測量系統(tǒng)等。集成化程度較高的軟件還包括：Pro/ENGINEER、UG和CATIA等。國內有上海交通大學金屬塑性成型有限元分析系統(tǒng)和沖裁模CAD/CAM系統(tǒng)；北京北航海爾軟件有限公司的CAXA系列軟件；吉林金網(wǎng)格模具工程研究中心的沖壓模CAD/CAE/CAM系統(tǒng)等。
（2）模具設計、分析及制造的三維化。傳統(tǒng)的二維模具結構設計已越來越不適應現(xiàn)代化生產(chǎn)和集成化技術要求。模具設計、分析、制造的三維化、無紙化要求新一代模具軟件以立體的、直觀的感覺來設計模具，所采用的三維數(shù)字化模型能方便地用于產(chǎn)品結構的CAE分析、模具可制造性評價和數(shù)控加工、成形過程模擬及信息的管理與共享。如Pro/ENGINEER、UG和CATIA等軟件具備參數(shù)化、基于特征、全相關等特點，從而使模具并行工程成為可能。國內有華中理工大學研制的同類軟件HSC3D4.5F及鄭州工業(yè)大學的Z-mold軟件。面向制造、基于知識的智能化功能是衡量模具軟件先進性和實用性的重要標志之一。如Cimatron公司的注塑模專家軟件能根據(jù)脫模方向自動產(chǎn)生分型線和分型面，生成與制品相對應的型芯和型腔，實現(xiàn)模架零件的全相關，自動產(chǎn)生材料明細表和供NC加工的鉆孔表格，并能進行智能化加工參數(shù)設定、加工結果校驗等。
模具軟件應用的網(wǎng)絡化趨勢 隨著模具在企業(yè)競爭、合作、生產(chǎn)和管理等方面的全球化、國際化，以及計算機軟硬件技術的迅速發(fā)展，網(wǎng)絡使得在模具行業(yè)應用虛擬設計、敏捷制造技術既有必要，也有可能。
2.模具檢測、加工設備向精密、高效和多功能方向發(fā)展
模具檢測設備的日益精密、高效、精密、復雜、大型模具的發(fā)展，對檢測設備的要求越來越高?，F(xiàn)在精密模具的精度已達2～3μm，目前國內廠家使用較多的有意大利、美國、日本等國的高精度三坐標測量機，并具有數(shù)字化掃描功能。
2 模具工藝分析及工藝方案的確定
2.1 沖壓成形工藝分析
如圖所示的制件為大批量生產(chǎn)，材料為素304，材料厚度為1.5mm。
圖1-1 工件圖
2.1.1 明確設計任務，收集相關資料
沖壓工藝設計應在研究設計任務，分析設計題目，了解原始數(shù)據(jù)和工作條件，明確設計內容和要求的條件下，收集﹑調查﹑研究并掌握有關設計設計的原始資料的基礎上的基礎上進行，做到有目的的設計，避免盲目性。工藝設計的原始資料主要包括如下內容：
（1）沖壓件的產(chǎn)品圖及技術要求 零件圖如設計任務書中所示的零件圖。技術條件應明確合理。由此可對拉深件的結構，尺寸大小，精度要求以及裝配關系，實用性能等有全面了解，以便制定工藝方案，選擇模具類型和確定模具精度。
（2）生產(chǎn)類型 生產(chǎn)類型是企業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)程度的分類，一般分為大量生產(chǎn)、成批生產(chǎn)、、小批量生產(chǎn)，該零件的生產(chǎn)類型為大批量生產(chǎn)。
（3）生產(chǎn)組織形式 生產(chǎn)類型不相同，零件和產(chǎn)品的組織形式，采用的技術措施和達到的技術經(jīng)濟效果會不同。
（4）工藝裝備 大批量的的采用專用夾具，標準附件，標準刀具和萬能量具，靠劃線和試切法達到精度要求。
2.2 零件工藝性分析
零件工藝性是指零件在加工過程中的難易程度。良好的工藝性能使得加工時材料消耗少、工序少、模具結構簡單、容易制造、壽命長和操作簡單。在模具設計時，首先要根據(jù)產(chǎn)品樣圖審核其工藝性，在使用許可的情況下，盡量采用形狀簡單、對稱，有利于提高材料的利用率，有利于排樣的設計。
（1）材料分析
材料名稱：素304。304不銹鋼是一種通用性的不銹鋼，它廣泛地用于制作要求良好綜合性能（耐腐蝕和成型性）的設備和機件。304不銹鋼具有優(yōu)良的不銹耐腐蝕性能和較好的抗晶間腐蝕性能。
抗拉強度 σb (MPa)≥520
條件屈服強度 σ0.2 (MPa)≥205
伸長率 δ5 (%)≥40
斷面收縮率 ψ (%)≥60
硬度：≤187HB;≤90HRB;≤200HV
(2) 結構分析:零件結構為圓筒形，對拉深成形較為有利。
(3) 精度分析：零件上有3個尺寸標注了公差要求，由公差表查得其公差分別屬于IT11，IT12，所以普通沖壓可以達到零件的精度要求。對于未注公差尺寸按IT14精度等級查補。
3 沖裁工藝方案的確定
3.1 零件的工藝分析
根據(jù)零件的工藝分析其基本工序有沖工藝切口、拉深、沖底孔、翻邊、擴口，落料多道工序?？梢圆捎脝喂ば蚰；蚣夁M模進行生產(chǎn)，前者模具結構簡單，但需要多道工序、多套模具才能完成零件的加工生產(chǎn)，而且零件體積較小，夾放比較困難，生產(chǎn)效率比較低下，難以滿足零件形狀精度以及大批量生產(chǎn)的需要。由于零件結構較簡單，為提高生產(chǎn)率，經(jīng)綜合考慮，采用多工位級進模來加工。由于制件兩端均有擴口，故需另外設計一個單工序擴口模具。
級進模具有以下優(yōu)點：
1）一套級進?？梢酝瓿蓻_裁、彎曲、成形、拉深等多道工序。壓力機每次沖程可沖制一個工件或工序件，還可以使用高速壓力機，因此具有比復合模更高的勞動生產(chǎn)率。
2）使用級進模沖壓可以減少設備、模具數(shù)量和車間面積，省去了半成品的轉運和存儲。
3）級進模使用卷料或帶料，送料、出料等都容易實現(xiàn)自動化。自動化級進模的沖壓過程中人體部位不必進入危險區(qū)域，操作安全。
4）級進模的各工序分散在各個工位，模具強度較高、壽命較長。
3.2 模具整體結構的確定
工藝分析之后，要確定零件的沖壓工藝方案，就要選擇沖裁模具的類型及總體結構形式。因此，首先要了解沖裁模具的結構組成與功能。
（1）沖裁模的分類
按工序性質分：落料模、沖孔模、切斷模、切邊模等。
按工序組合程度分：單工序模、級進模、復合模等。
按導向方式分：開式模、導板模、導柱模等。
按專業(yè)化程度分：通用模、專用模、自動模、組合模、簡易模等。
2）沖裁模的組成
任何一副沖裁模都是由上模和下模兩部分組成。上模一般通過模柄固定在壓力機的滑塊上，并隨滑塊作上、下往復運動；下模同坐下模座固定在壓力機的工作臺或墊板上。
a.確定模架類型及導向方式
級進模具采用對角導柱模架，這種模架的導柱在模具對角位置，沖壓時可防止由于偏心力矩而引起的模具歪斜。導柱導向可以提高模具壽命和工作質量，方便安裝調整。
擴口模具采用后側導柱模架。
b.定位方式的選擇
級進模具，該沖件采用的坯料是條料，控制條料的送進方向采用導料板，無側壓裝置；采用始用擋料銷進行初始定位；采用固定擋料擋料。
c.卸料、出件方式的選擇
因為該工件料厚1.3mm，尺寸較小，所以卸料力也較小，擬選擇彈性卸料、下出件方式。
4 各工序尺寸和力的設計與計算
4.1 毛坯計算
拉深件毛坯尺寸確定的正確與否，直接影響拉深變形的生產(chǎn)過程以及生產(chǎn)的經(jīng)濟性。在沖壓生產(chǎn)中，材料的費用占成本的，可見確定合理的拉深件坯料尺寸至關重要。
拉深件的坯料形狀和尺寸是以沖件形狀和尺寸為基礎，按體積不變原則和相似原則確定。體積不變原則，即對于不變薄拉深，假設變形前后料厚不變，拉深前坯料表面積與拉深后制件表面積近似相等，得到坯料尺寸；相似原則，即拉深前坯料的形狀與制件的斷面形狀相似，其坯料的周邊必須是光滑的曲線連接。對于形狀復雜的拉深件，利用相似原則僅能初步確定坯料形狀，必須通過多次拉深，反復修改，才能最終確定坯料形狀，因此，拉深件的模具設計一般是先設計拉深模，坯料形狀尺寸確定后再設計落料模。
由于金屬板料受板平面方向性和模具幾何形狀等因素的影響，會造成拉深件口部不整齊，因此在多數(shù)情況下采取加大工序件高度或凸緣寬度的辦法，拉深后再經(jīng)過切邊工序以保證零件質量。
根據(jù)制件尺寸查得修邊余量
毛坯直徑尺寸
4.2拉深次數(shù)的確定
經(jīng)計算分析確定需要三次拉深， 拉深系數(shù)為m1=0.55 m2=0.75 m3=0.77,各次拉深高度，直徑及圓角如圖所示：
一次拉深
二次拉深
三次拉深
圖3-1 拉深說明
4.3排樣設計
在批量生產(chǎn)中，材料費用約占沖壓零件成本的60%以上，因此材料的經(jīng)濟利用具有重要意義。合理的排樣可以提高材料的利用率，降低零件成本。衡量排樣經(jīng)濟利用具有重要意義。合理的排樣可以提高材料的利用率，降低零件成本。衡量排樣經(jīng)濟性的指標是材料利用率。一個步距內的材料利用率可用下式計算：
(3.1-1)
式中：——材料利用率；
F——一個步距內沖裁件的實際面積,；
F0——一個步距內所用材料面積，包括沖裁件面積與廢料面積,；
A——步距（相鄰兩個制件對應點之間的距離）,；
B——條料寬度，；
排樣原則：
①提高材料利用率
②排樣方法應使工人操作方便、安全，減輕工人的勞動強度。
③使模具結構簡單，壽命高。
④保證制件質量。對于彎曲件的落料，在排樣時還應考慮板料的纖維方向。
根據(jù)材料利用程度，排樣方法分為有廢料、少廢料、無廢料3種。根據(jù)制件在條料上的布置形式，分為直排、斜排、對排、混合排、多排等形式。
(1) 有廢料排樣法
有廢料排樣留有搭邊，所以制件質量和模具壽命較高，但材料利用率降低。有廢料排樣法常用語制件形狀復雜，尺寸精度要求較高的零件。
(2) 少廢料排樣法
少廢料排樣的材料利用率有所提高。少廢料排樣法常用于某些尺寸要求不太高的零件。
(3) 無廢料排樣法
無廢料排樣就是無工藝搭邊的排樣，制件有切斷供需獲得。這種排樣方法，材料利用率最高，用于尺寸要求不高的零件，它對制件形狀結構要求嚴格。
采用少、無廢料排樣時，材料利用率高，模具結構簡單，降低了沖裁力。但是，因條料本身的公差以及條料導向與定位所產(chǎn)生的誤差的影響，沖裁件公差等級較低。同時，因模具單邊受力，會加劇模具的磨損，降低模具壽命。
分析工件的結構性質，選擇有廢料直排形式。
查《沖壓工藝與模具設計》表2-7，搭邊值取
a=1.8mm
a1=2mm
條料寬度B=44.67+22=48.67mm
步距 A=44.67+1.8=46.47mm
計算求得沖裁件面積F=1567.19mm
材料利用率：一個步距的材料利用率=70%
排樣圖如圖所示：
圖3-2 排樣圖
Fig.3-2 layout plan
工位1：切口
工位2：一次拉深
工位3：二次拉深
工位4：三次拉深
工位5：沖孔
工位6：翻邊整形
工位7：落料
4.4 計算沖壓力
沖壓力是選擇沖壓設備的重要依據(jù)，也是設計模具所必須的數(shù)據(jù)。在沖壓過程中，沖壓力是沖裁力、卸料力、推件力和頂件力的總稱。
4.4.1沖裁力的計算
沖裁力是沖裁過程中凸模對板料施加的壓力，它是隨凸模切入材料的深度而變化的。
?沖裁力：
式中：K——沖裁力系數(shù)，查表取1.3。
L——沖裁周邊總長，mm；
t——材料厚度，mm；
——材料抗拉強度，MPa。
②卸料力
板料經(jīng)沖裁后，從凸模上刮下材料所需的力，稱為卸料力。
（3.2-2）
式中：——卸料力系數(shù)
查《沖壓工藝與模具設計》表2-18取K=0.05，，
③推件力
板料從凹模內向下推出制件或廢料所需的力，稱為推件力。
（3.2-3）
式中：——推件力系數(shù)
n——積聚在凹模內的制件或廢料數(shù)量（=4）；h為直壁刃口部分的高，mm；t為材料的厚度，mm。
切口
F1=60627.21N
沖孔
47020.19N
落料
F7=70507.63N
4.4.2拉深力的計算
1）首次拉深
查表得：抗拉強度、修正系數(shù)、頂件力系數(shù)。
拉深力：
頂件力：
F2=53643.36N
2）二次拉深
拉深力：
頂件力：
F3=44702.8N
2）三次拉深
拉深力：
頂件力：
F4=36220.73
4.4.3翻孔力的計算
（3.2-6）
式中：——材料屈服強度，MPa；
t——材料厚度，mm。
F=1.13=2072.4N
沖壓工藝總力：F=F1+F2+F3+F4+F5+F6+F7
=60627.21+53643.36+44702.8+36220.73+47020.19+2072.4+70507.63
=314.79KN
4.5 壓力機的選型
壓力機的類型分為：
1) 中、小型沖壓件 選用開式機械壓力機。
2) 大、中型沖壓件 選用雙柱閉式機械壓力機。
3) 導板?；蛞髮撞浑x開導柱的模具 選用偏心壓力機。
4) 大量生產(chǎn)的沖壓件 選用調整壓力機或多工位自動壓力機。
5) 校直、整形和溫熱擠工序 選用摩擦壓力機。
6) 薄板沖裁、精密沖裁 選用剛度高的精密壓力機。
7) 大型、形狀復雜的拉深件 選用雙動或三動壓力機。
8) 小批量生產(chǎn)中的大型厚板件的成形工序 多采用液壓壓力機。
為保證沖裁力足夠，一般沖裁、彎曲時壓力機的噸位應比計算得沖壓力大30%左右，拉深時壓力機的噸位應比計算出的拉深力大60%~100%。擬選用標稱壓力為630KN的壓力機。
沖壓設備的選擇主要是根據(jù)沖壓工藝性質、生產(chǎn)批量大小、沖壓件的幾何形狀、尺寸及精度要求等因素來確定的。沖壓生產(chǎn)中常用的沖壓設備種類很多，選用沖壓設備時主要因考慮下述因素。
1沖壓設備的類型和工作形式是否適用于應完成的工序，是否符合安全生產(chǎn)和環(huán)保的要求。
2沖壓設備的壓力和功率是否滿足應完成工序的需求。
3沖壓設備的裝模高度、工作臺尺寸、行程等是否適合完成工序所用的模具。
4沖壓設備的行程次數(shù)是否滿足生產(chǎn)效率的要求等。
模具閉合高度應略小于壓力機的連桿調節(jié)到最短距離時，由壓力機墊板上平面到滑塊底平面的距離。
Hmax-5mm≥H≥Hmin+10mm
壓力機型號為J23-63,其相關參數(shù)為：
型號：J23-63
公稱力 /KN：630
公稱力行程/mm：8.5
滑塊行程 /mm：120
行程次數(shù) /min：50
最大裝模高度 /mm：270
裝模高度調節(jié)量 /mm：80
滑塊中心至機身距離 /mm：260
工作臺板尺寸（前后左右） /mm：480710
工作臺板厚度 /mm：90
滑塊底面尺寸（前后左右） /mm：280320
4.6 模具安裝及閉合高度校核
模具的安裝: 模具安裝的一般注意事項有：檢查壓力機上的打料裝置，將其暫時調整到最高位置，以免在調整壓力機閉合高度時被壓彎；檢查模具的閉合高度與壓力機的閉合高度是否合理；檢查下模頂桿和上模打料桿是否符合壓力機的打料裝置的要求（大型壓力機則應檢查氣墊裝置）；模具安裝前應將上下模板和滑塊底面的油污和滑塊底面的油污揩拭干凈，并檢查有無遺物，防止影響正確安裝和發(fā)生意外事故。 模具安裝的次序如下：
（1）根據(jù)沖模具的閉合高度調整壓力機滑塊的高度，使滑塊在下極點時其底平面與工作臺面之間的距離大于沖模的閉合高度。
（2）先將滑塊升到上極點，沖模放在壓力機工作臺面規(guī)定位置，再將滑塊停在下極點，然后調節(jié)滑塊的高度，使其底平面與上模座上平面接觸。帶有模柄的沖模，應使模柄進入模柄孔，并通過滑塊上的壓塊和螺釘將
模柄固定住: 對于無模柄的大型沖模，一般用螺釘?shù)葘⑸夏Ｗo固在壓力機滑塊上，并將下模座初步固定在壓力機臺面上（不擰緊螺釘）。
將壓力機滑塊上調3～5mm,開動壓力機，穿行程1～2次，將滑塊停于下極點，固定住下模座。
進行試沖，并逐步調整滑塊到所需的高度。如上模有頂桿，則應將壓力機上的制動螺釘調整到需要的高度。
閉合高度的校核 壓力機的閉合高度可通過調節(jié)連桿長度在一定范圍內變化。當連桿調至最短（對偏心壓力機的行程應調到最?。瑝K底面到工作臺上平面之間的距離，為壓力機的最大閉合高度；當連桿調至最長（對偏心壓力機的行程應調到最大），滑塊處于下止點，滑塊底面到工作臺上平面之間的距離，為壓力機的最小閉合高度。
壓力機的裝模高度是指壓力機的閉合高度減去墊板厚度的差值。沒有墊板的壓力機，其裝模高度等于壓力機的閉合高度。 模具的閉合高度是指沖模在最低工作位置時，上模座上平面至下模座下平面之間的距離。 模具閉合高度與壓力機裝模高度的關系。理論上為： Hmin-H1≤H≤Hmax-H1 （3-5）
也可寫成：Hmax-M-H1≤H≤Hmax-H1 （3-6） 式中：
H——模具閉合高度； Hmin——壓力機的最小閉合高度；
Hmax——壓力機的最大閉合高度； H1——墊板厚度； M——連桿調節(jié)量；
Hmin-H1——壓力
機的最小裝模高度； Hmax-H1——壓力機的最大裝模高度； 由于縮短連桿對其剛度有利，同時在
修模后，模具的閉合高度可能要減小。因此一般模具的閉合高度接近于壓力機的最大裝模高度。所以在實用上為 Hmin-H1+10mm≤H≤Hmax-H1-5mm （3-7）
代入數(shù)據(jù)符合裝模要求。 根據(jù)預壓力F 預和模具結構尺寸，由表選出 D=45，材料直徑d=1.0mm，節(jié)距 t=10mm h0=90mm H1=62.5mm S總=2.80 模架選用后側導柱標準模架，∵ L=400mm。
上模座：L/mm3B/mm3H/mm=4003200345 GB2855.5-81 HT200
下模座：L/mm3B/mm3H/mm=4003200355 GB2855.5-81 HT200
由續(xù)表7.30查得
上模座尺寸：L1=410mm S=465mm A1=210mm A2=273mm R=55mm L2=520mm 基本尺寸為55mm
下模座尺寸：h=55mm L1=410mm S=465mm A1=210mm A2=273mm R=55mm L2=520mm 基本尺寸為55mm
導柱：d/mm3L/mm=353180 A35h53180 GB286.11-81
導套：d/mm3L/mm3D/mm=353105350 A35h63105350
模架的閉合高度：270～390mm
墊板厚度：10mm
凸模固定板厚度：20mm
卸料板厚度：14mm
模具的閉合高度：200mm
4.7 計算模具壓力中心
按比例畫出排樣零件形狀，選定坐標系xOy，如圖所示。將工件按工序分成幾個部分基本線段，分別額求出各段長度及各段的重心位置：
圖3-3 壓力中心計算
Fig.3-3 Pressure center calculation
由圖可知，壓力分布關于X軸對稱，所以y0=0.
最終確定壓力中心為（126.01，0）
4.8 計算凸凹模工作部分尺寸并確定其制造公差
4.8.1拉深刃口尺寸計算
查[2]表4.51得拉深模的單邊間隙
取
以凸模為基準，確定凸模尺寸，與按IT9選取。
4.8.2沖裁刃口尺寸計算
查[1]表2-19取模具初始雙面間隙，
因為制件精度為IT14級，；、按IT6級來選取。
1）切口：
校核，即，不滿足間隙公差條件，只有縮小、，提高制造精度，才能保證間隙在合理范圍內。
取
故，
2）沖12孔直徑：
校核，即，不滿足間隙公差條件，只有縮小、，提高制造精度，才能保證間隙在合理范圍內。
取
故，
3）落料：
尺寸4
校核，即，不滿足間隙公差條件，只有縮小、，提高制造精度，才能保證間隙在合理范圍內。
取
故，
直徑29
校核，即，不滿足間隙公差條件，只有縮小、，提高制造精度，才能保證間隙在合理范圍內。
取
故，
5 模具結構設計
5.1工作零件的結構設計
5.1.1 凹模的設計計算
1 材料及熱處理
由于沖裁需要大批量生產(chǎn)，但工件精度要求一般，初選9Mn2V鋼。9Mn2V沖壓模具畢業(yè)設計鋼屬于低合金工具鋼，淬透性，耐磨性，淬火變形均比碳素工具鋼要好。它是在碳素工具鋼的基礎上主要用Mn來合金，以提高鋼材ude淬透性，同時加入Si或V。9Mn2V鋼油粹時的臨界直徑為40mm，在170℃硝鹽中淬火的臨界直徑也有30～40mm，如果不一定要求模具整體淬透，油淬時尺寸可放寬。 9Mn2V可用于制造冷沖模，落料模，彎曲模等?？纱嫣妓毓ぞ咪搲A浴淬火及部分代替含Cr合金工具鋼，它的耐磨性優(yōu)于T10，和CrWMn相近，若T10鋼的耐磨能力為1，則9Mn2V的為6.5，CrWMn的為7.9。所以用后兩者代替目前廣泛采用的T10，不僅可以減少熱處理變形，還可提高模具壽命，對于中小型模具可采用9Mn2V。 凹模硬度 60～64 HRC 熱處理 淬火
2 凹模輪廓尺寸計算：
凹模厚度 HKb=0.24×44.67=10.72mm
取H=30mm
（K—凹模的厚度系數(shù)） b—凹模刃口的最大尺寸，mm）
凹模壁厚 c=(1.5~2)H=(1.5~2)×30=45~60 取凹模壁厚c=45mm
凹模長度 L=l+2c=315.66+2×45=405.66mm
凹模寬度 B=b+2c=44.67+2×30=104.67mm
凹模的輪廓尺寸為 405.66×104.67×30
取標準化值400×200×30
②導料板
查表2-15，獲取導料板厚度H=4.7mm（插值法）
③卸料板
該模具選用T型彈性卸料板，卸料板厚度
④墊板厚度10mm，墊板400mm×200mm×10mm
⑤凸模固定板
其厚度一般取凹模厚度的70%-80%，凸模固定板：400mm×200mm×20mm
⑥各凸模長度：結合工件外形并考慮加工，采用線切割機床加工，，凸?？傞LL可參考公式（彈壓卸料裝置） （3.6-1）
式中：L——凸模長度，mm；
——凸模固定板厚度，mm；
——卸料板厚度，mm；
t——材料厚度，mm；
h——附加長度，mm，包括凸模的修磨量、凸模進入凹模的深度0.5~1mm、凸模固定板與卸料板之間的安全距離等。
沖孔凸模長度：
擴口凸模
5.2 定位零件的設計
導料板的設計
導料板的內側與條料接觸，外側與凹模平齊，導料板與條料之間的間隙取0.5mm（查表2-10），這樣就可確定導料板的寬度；導料板的厚度按表2-15選擇。導料板材料為45鋼，熱處理硬度為40~45HRC，用螺釘和銷釘固定在凹模上。
5.3模架設計
以凹模周界尺寸為依據(jù)，選擇模架規(guī)格。（查《模具設計與制造簡明手冊》231頁）得到上模座厚度45mm，下模座厚度55mm。
6 模具經(jīng)濟性分析
模具的經(jīng)濟性涉及到成本的高低供應是否充分，加工過程是否復雜、成品率的高低以及同一產(chǎn)品中使用金屬或鋼材型號的多少等。在我國當前情況下，考慮以鐵代鋼和以鑄代鍛還是符合經(jīng)濟性要求的，故選擇一般碳鋼和鑄鐵能滿足要求的，就不要選用合金鋼。對一些只要求表面性能高的零件，可選用廉價鋼種，然后進行表面強化處理來達到。另外，在考慮材料經(jīng)濟性時，切記不宜單純以單價來比較材料的好壞，而應以綜合效益來評價材料的經(jīng)濟性高低。
冷沖壓的優(yōu)點很多，冷沖壓也稱板料沖壓，是塑性加工的一種基本方法。冷沖壓有許多優(yōu)點，技術上
a.在材料消耗不大的情況的前提下，制造出的零件重量輕、剛度好、精度高。由于在沖壓過程中材料的表面不受破壞，使得制件的表面質量較好，外觀光滑美觀。并且經(jīng)過塑性變形后，金屬內部的組織得到改善，機械強度有所提高。
b.在壓力機的簡單沖擊作用下，一次工序即可完成由其他加工方法所不能或難以制造完成的較復雜形狀零件的加工。
c.制件的精度較高，且能保證零件尺寸的均一性和互換性。不需進一步的機械加工即可滿足一般的裝配和使用要求。
同樣，在經(jīng)濟上更有其它加工方式不能比擬的優(yōu)勢：
a.原材料是冶金廠大量生產(chǎn)的廉價的軋制板材或帶材。
b.采用適當?shù)臎_壓工藝后，可大量節(jié)約金屬材料，可以實現(xiàn)少切屑和無切屑的加工方法。材料利用率一般可達75%-85%，因而制件成本相應的比較低。
c.節(jié)約能源。沖壓時可不需加熱，也不像切削加工那樣將金屬切成碎屑而需要消耗很大的能量。
d.生產(chǎn)率高。每一分鐘一臺沖壓設備可以生產(chǎn)零件從幾件到幾十件。目前的高速沖床生產(chǎn)率則沒分鐘高達數(shù)百件甚至一千件以上。
此套模具材料多采用碳鋼和鑄鐵，碳鋼和碳鋼為工業(yè)廣泛應用材料，性能優(yōu)秀且成本不高，因此此套模具有很好的經(jīng)濟性。適用于大批量生產(chǎn)，效率高，可滿足工藝性。
結論
本文分別設計了一套包含切口，拉深，沖孔，翻邊，整形，落料工序的級進模具和一套擴口單工序模具。
設計內容為傳動座多工位級進模設計，通過參考、查閱各種有關模具方面的資料書籍，系統(tǒng)的設計一整套模具，但是，又不完全依賴于設計參考書，具體問題具體分析，根據(jù)實際狀況進行模具結構的調整。 在設計過程中充分的考慮了模具精度、生產(chǎn)率、模具工藝性及成本等因素，最終設計出合適的總體結構及零件結構。模具結構采用典型的結構能保證模具結構的剛度、精度及壽命要求；便于加工且容易保證精度要求；本設計由沖裁件工藝性分析、模具結構的選擇、模具的相關參數(shù)的計算、壓力機和相關標準件的選擇及裝配圖、零件圖的繪制等章節(jié)組成。
從整個設計過程來看，該設計采用多工位級進模，模具結構設計合理，加工簡單，操作方便，通過連續(xù)切口，拉深，沖孔，翻邊，整形，落料等幾道工序一次成形，工作效高，零件成形質量好，大大提高了生產(chǎn)率，降低了生產(chǎn)成本，滿足了生產(chǎn)需求，而且該設計思路可擴展推廣到其它類似零件的產(chǎn)品模具設計中
圖5-1級進模具裝配圖
圖5-2擴口模具裝配圖
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致 謝
首先感謝母校，是她給我一個難得的學習機會，讓我在即將畢業(yè)之際學到了很多知識，經(jīng)過這幾個月的緊張的畢業(yè)設計，使我在理論和動手能力上都有了進一步的提高。
我的畢業(yè)設計主要在原濤老師指導下,讓我對所學的知識進行系統(tǒng)性的復習,并根據(jù)設計要求查閱有關資料。在設計過程中受到老師無微不至的關心與耐心指導，使我的畢業(yè)設計得以順利的進展。在老師幫助下我解決了很多以前解決不了的問題,在此我向您表示衷心的感謝！同時也要感謝各位老師和同學，是你們讓我的學習和生活充滿樂趣，感謝你們！謝謝!
作為一名即將完成學業(yè)，離開學校生活的我，我要感謝母校，是她給我創(chuàng)造了一個學習的機會，創(chuàng)造了美好的學習生活環(huán)境，讓我在這里學到了很多知識；感謝各位老師，是他們傳授給我的知識；感謝各位同學和朋友，是他們讓我的學習和生活充滿樂趣，感謝你們！
經(jīng)過這次設計，提高了我很多的能力，比如實驗水平、分析問題的能力、合作精神、嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L等。在這期間凝結了很多人的心血，在此表示衷心的感謝。沒有他們的幫助，我將無法順利完成這次設計。
在設計期間原老師幫助我收集文獻資料，理清設計思路，指導實驗方法，提出有效的改進方案。導師淵博的知識、嚴謹?shù)慕田L、誨人不
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