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大連交通大學2017屆本科生畢業(yè)論文
摘 要
沖壓模具成型技術是屬于少切削或無切削的加工方法，沖壓成型的生產(chǎn)效率比較高，沖壓件的質(zhì)量好，其產(chǎn)品的一致性好、應用范圍廣泛等特點已經(jīng)得到了越來越多的企業(yè)的認可。沖壓工藝廣泛應用于汽車、電器、儀器儀表、航天航空以及各種民用輕工業(yè)的行業(yè)，是如今工業(yè)上生產(chǎn)的重要工藝方法和研究方向。
本套模具設計的是我們?nèi)粘Ｉ钪休^為常見的罩圈，涉及的工藝方法都是沖壓模具中應用比較廣泛的工序，其包括落料、拉深、沖孔、翻邊等工序。我所設計的模具是采用復合模在一次成型過程中完成落料、拉深、沖孔、翻邊這四個過程，在設計的過程中我首選分析了沖壓件的工藝性能，再選擇工藝方案，接下來進行一系列的有關工藝參數(shù)計算，再選擇合適的沖壓設備，再對模具的總體結(jié)構(gòu)進行設計，最后完成整套模具設計。
通過這一次的畢業(yè)設計，讓我對所學的沖壓模具課程有了進一步的了解，也掌握了很多的沖壓模具設計上的技術，比如查閱資料設計和計算、采用輔助軟件PRO/E三維建模和CAD制圖，很好的完成了一次理論結(jié)合實際的綜合知識應用，對我以后的工作有了很大的提升。
關鍵字：沖壓模、模具設計、復合模、罩圈。
ABSTRACT
Stamping die molding technology is a small cutting or no cutting of the processing methods, stamping production efficiency is relatively high, stamping parts of good quality, and its products consistent, wide range of applications and other characteristics have been more and more enterprises The approval. Stamping process is widely used in automobiles, electrical appliances, instrumentation, aerospace and a variety of civilian light industry industry, is now an important industrial production methods and research direction.
This set of mold design is our daily life more common hood, involving the process are stamping die application in a wide range of processes, including blanking, drawing, punching, flanging and other processes. I designed the mold is the use of composite mold in a molding process to complete the blanking, drawing, punching, flanging these four processes, in the design process I preferred to analyze the stamping parts of the process performance, and then select the process , Followed by a series of calculation of the process parameters, and then select the appropriate stamping equipment, and then the overall structure of the mold design, and finally complete the entire mold design.
Through this graduation design, let me learn the stamping die course has a better understanding, but also mastered a lot of stamping die design technology, such as access to information design and calculation, the use of auxiliary software PRO / E three-dimensional modeling And CAD mapping, a good completion of a theory combined with the actual application of the comprehensive knowledge of my future work has been greatly improved.
Keywords: stamping die, mold design, composite mold, hood ring.
目 錄
第一章 引言 1
1.1.冷沖壓術的狀況 1
1.2沖壓模具技術發(fā)展 2
第二章 沖壓件的工藝分析 4
2.1沖壓件的結(jié)構(gòu)工藝性 4
2.1.1.沖壓件的形狀 4
2.1.2沖壓件的尺寸精度 5
第三章 制件沖壓方案的確定 6
3.1沖壓工序的組合 6
3.2沖壓工序的安排 6
第四章 制件排樣圖的設計及材料利用率的計算 7
4.1展開尺寸的計算 7
4.2制件排樣圖的設計 11
4.2.1搭邊與料寬 12
4.2.2送料步距和條料寬度的確定 12
4.3材料利用率的計算 13
第五章 確定總沖壓力和選用壓力機及計算壓力中心 14
5.1落料，沖孔力計算 14
5.1.1落料力計算 14
5.1.2沖孔力計算 14
5.2拉深力計算 14
5.3翻孔力的計算 15
5.4卸料力、推件力及頂件力的計算 15
5.5壓力中心的計算 15
5.6壓力機的選用 16
第六章 凸、凹模刃口尺寸計算 17
6.1落料、沖孔凸、凹模刃口尺寸 17
6.1.1設計原則 17
6.1.2凸模和凹模具配合加工 18
6.2拉深模 19
6.3翻孔模尺寸計算方法 20
第七章 模具整體結(jié)構(gòu)形式設計 21
7.1凹模周界 21
第八章 模具的零件結(jié)構(gòu)設計 23
8.1落料凹模的設計 23
8.2沖孔凸模的設計 23
8.3拉深凸模的設計 24
8.4沖翻孔凸凹模的設計 25
8.5凸凹模的設計 25
8.6頂料快的設計 26
結(jié)束語 28
致 謝 29
參考文獻 30
第一章 引言
1.1.冷沖壓術的狀況
總所周知，美國、德國和日本的汽車工業(yè)是世界上最發(fā)達的汽車工業(yè)，得益于其在冷沖壓技術和設備方面的領先地位。。其冷沖壓設備基本上都是自動化的。
根據(jù)不同類型的加工環(huán)境和條件的逐步發(fā)展，現(xiàn)在國外已經(jīng)基本形成了如下兩種自動沖壓生產(chǎn)線。
1）單機聯(lián)線自動化?
配置又5，6臺壓力機，設備拆裝、上下卸料機械手，穿梭的翻轉(zhuǎn)裝備和碼垛裝置等，全生產(chǎn)線總長約60米，安全性高，沖壓產(chǎn)品質(zhì)量好。由于工件傳動距離較長，工件的上下料的換向和雙動拉伸必須使用工件翻轉(zhuǎn)裝備。所以導致這種單機聯(lián)線自動化沖壓技術在生產(chǎn)節(jié)拍上最高為6-9次/分，導致設備的維修工件量大。?
2）大型多工位壓力機
在八十年代中期，國外在沖壓技術上開發(fā)了大型三坐標的多工位壓力機自動連續(xù)沖壓模，由大型壓力機、三坐標工件傳送系統(tǒng)、碼垛工位和碼垛機組成，其生產(chǎn)節(jié)拍可以達16-25次/分。其主要特點是：沖壓生產(chǎn)效率高，送料速度是手工流水線的4-5倍，大約是單機聯(lián)線自動化的2-3倍；并且是自動化、智能化，整個多工位壓力機系統(tǒng)只靠2-3人就可完成操控，當模具需要更換時，僅僅需要輸入要換模具的對應編號，其余工作可以全自動完成，而且整個換模時間只需5分鐘不到，換模的同時可對多工位壓力機操作特征智能化的調(diào)整；特別是裝配有電子三坐標的送料多工位的壓力機，可以根據(jù)模具任意的調(diào)節(jié)其運動路徑和時間，不僅沖壓大型的覆蓋件，而且還能夠沖壓小型零件。當沖壓小型零件時，其送料距較短，節(jié)拍會比較高，再合理的模具布置，可以一次就沖壓2-3各零件，具有充分的自由度，靈活性強。電子多工位送料壓力機的另外一個優(yōu)點是生產(chǎn)率高，工件加工精度高，工件轉(zhuǎn)換快，維修保養(yǎng)性好，診斷性能好，成本較低，與現(xiàn)有的壓力機相比適應性強，售后服務和遠程通訊也比較好。美國的多工位壓力機基本上都采用了電子伺服三坐標進給送料。
高速化復合化相結(jié)合，可以顯著提高加工效率 ，提高生產(chǎn)率是工業(yè)屆永恒追求目標，各各鍛壓廠家均致力于高速化的鍛壓機械研究，例如在數(shù)控回轉(zhuǎn)頭壓力機上，大多采用伺服控制下的液壓主驅(qū)動系統(tǒng)來提高壓力機的行程次數(shù)。在追求高速化的加工時，還必須盡快縮短生產(chǎn)輔助時間，便于取得良好的經(jīng)濟效益。故在數(shù)控壓力機上配備伺服電機驅(qū)動和三坐標的上下料裝置，可以使沖壓中心實現(xiàn)高效快速的加工。?
當前機床大幅的縮短生產(chǎn)輔助時間和提高生產(chǎn)率的重要技術手段是將機床上的幾個工序復合再一起，復合加工在鍛壓機械上也取得了成功地應用，其效果十分顯著。例如：在德國、美國、日本已經(jīng)相繼開發(fā)出了激光一步?jīng)_壓復合機，可以將模具沖切和激光切割有機的結(jié)合在一起，工件只需要一次上料就可以完成沖孔、沖切、翻邊、淺拉深、切割等多道沖壓工序，最大限度上地節(jié)省了加工輔助時間，特別在對孔型較多而復雜的面板類工件進行加工或者多品種小批量板料加工時能有顯著效果。
1.2沖壓模具技術發(fā)展
壓成形過程的模擬(CAE)作用更加凸顯、模具三維設計地位得以鞏固、數(shù)字化模具技術已成主流方向、模具加工自動化迅猛發(fā)展、高強度鋼板沖壓技術是未來發(fā)展方向、新型模具產(chǎn)品適時推出、模具材料與表面處理技術將受到重用、管理的科學化與信息化是模具企業(yè)發(fā)展方向、模具的精細化制造是必然趨勢。
近年來，隨著計算機軟件和硬件的快速發(fā)展，沖壓成形過程的模擬技術(CAE)發(fā)揮著越來越重要的作用。在美國、日本、德國等發(fā)達國家，CAE技術已成為模具設計制造過程的必要環(huán)節(jié)，廣泛用于預測成形缺陷，優(yōu)化沖壓工藝與模具結(jié)構(gòu)，提高了模具設計的可靠性，減少了試模時間。
????國內(nèi)許多汽車模具企業(yè)在CAE的應用中也取得了顯著進步，獲得了良好的效果。CAE技術的應用可大大節(jié)省試模的成本，縮短沖壓模具的開發(fā)周期，已成為保證模具質(zhì)量的重要手段。CAE技術正逐步使模具設計由經(jīng)驗設計轉(zhuǎn)變?yōu)榭茖W設計。
????模具三維設計地位得以鞏固
????模具的三維設計是數(shù)字化模具技術的重要內(nèi)容，是實現(xiàn)模具設計、制造和檢驗一體化的基礎。日本豐田、美國通用等公司已實現(xiàn)了模具的三維設計，并取得了良好的應用效果。國外在模具三維設計中采取的一些做法值得我們借鑒。模具三維設計除了有利于實現(xiàn)集成化制造外，另一個優(yōu)點就是便于干涉檢查，可進行運動干涉分析，解決了二維設計中的一個難題。
????數(shù)字化模具技術已成主流方向
????近年來得到迅速發(fā)展的數(shù)字化模具技術，是解決汽車模具開發(fā)中所面臨的許多問題的有效途徑。所謂數(shù)字化模具技術，就是計算機技術或計算機輔助技術(CAX)在模具設計制造過程中的應用。
????總結(jié)國內(nèi)外汽車模具企業(yè)應用計算機輔助技術的成功經(jīng)驗，數(shù)字化汽車模具技術主要包括以下方面：
????①可制造性設計(DFM)，即在設計時考慮和分析可制造性，保證工藝的成功。
????②模具型面設計的輔助技術，發(fā)展智能化的型面設計技術。
????③CAE輔助分析和仿真沖壓成形的工藝過程，預測和解決可能出現(xiàn)的缺陷和成形問題。
????④用三維的模具結(jié)構(gòu)設計取代傳統(tǒng)的二維設計。
????⑤模具的制造過程采用CAPP、CAM和CAT技術。
????⑥在數(shù)字化技術指導下處理解決試模過程中和沖壓生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題。
????模具加工自動化迅猛發(fā)展
????先進的加工技術與裝備是提高生產(chǎn)率和保證產(chǎn)品質(zhì)量的重要基礎。在先進的汽車模具企業(yè)中，配有雙工作臺的數(shù)控機床、自動換刀裝置(ATC)、自動加工的光電控制系統(tǒng)、工件在線測量系統(tǒng)等已不鮮見。數(shù)控加工已由單純的型面加工發(fā)展到型面和結(jié)構(gòu)面的全面加工，由中低速加工發(fā)展到高速加工，加工自動化技術發(fā)展十分迅速。
第二章 沖壓件的工藝分析
沖壓成型根據(jù)其工藝分類，可分為分離過程和成型過程兩種。分離工序也稱為沖壓，沖壓是使沖壓部件沿著一定輪廓線從板料上分離下來，同時確保分離部件的質(zhì)量要求。成形工序的目的則是讓板料在不被破壞的條件下發(fā)生塑性變形，以制成所需工件形狀和尺寸。在實際生產(chǎn)過程中，往往將多種工序集成應用于一個工件上。沖裁、彎曲、拉深、翻邊、脹形、旋壓、是幾種主要的沖壓工藝?！?】
沖壓所用板料的表面和其內(nèi)在性能對沖壓成品的質(zhì)量有很大的影響，要求沖壓板料的厚度精確、均勻；表面光滑，無斑點、無疤痕、無磨損、無表面裂紋等；屈服強度均勻，各方向性不明顯；均勻延伸率高；低加工硬化等。
在實際的生產(chǎn)過程中，常用的沖壓工藝類似于工藝試驗，比如拉深性能試驗與脹形性能試驗等檢驗材料的沖壓性能，確保成品質(zhì)量和高合格率。
沖壓件的成形和精度很大程度取決于模具的精度和結(jié)構(gòu)。而模具制造成本和使用壽命則是沖壓件成本和質(zhì)量的決定因素。模具設計制造一般需要較多的時間，從而延長了生產(chǎn)新型沖壓件的準備時間。 如今再模座、模架、導向件等工件的標準化下和發(fā)展簡易的模具、復合模、多工位級進模，以及快速換模裝置的研制，可大大減少在沖壓生產(chǎn)準備時工作量并縮短準備時間【5】。
沖壓設備除了厚板與液壓沖壓成型外，一般采用機械壓力機。以現(xiàn)代高速的多工位機械壓力機為中心，配置有開卷、矯平、成品收集、輸送等機械模具庫和快速換模裝置，并通過計算機程序控制，可形成生產(chǎn)率高的自動沖壓生產(chǎn)線。
在每分鐘生產(chǎn)數(shù)十或者數(shù)百件沖壓件的情況下，并在短時間內(nèi)要完成進料、沖壓、出件、排廢料等沖壓工序，往往會發(fā)生人身、設備和質(zhì)量安全事故。因此，在沖壓的生產(chǎn)過程中安全保障是一個非常重要的問題。
沖壓件的工藝性能的好壞是指沖壓件在沖壓工序中的加工難易程度。所說的沖壓工藝性好一般是指再用普通的沖壓方法的情況下、模具壽命和生產(chǎn)率較高、成本較低的條件下也能得到質(zhì)量合格的沖壓件。因此，沖壓件本身的結(jié)構(gòu)形狀、尺寸大小、精度等級、材料和厚度等是否都符合沖壓的加工要求，對最后沖壓件質(zhì)量、模具使用壽命和總的生產(chǎn)效率有很大的影響。
2.1沖壓件的結(jié)構(gòu)工藝性
2.1.1.沖壓件的形狀
此制件的形狀為圓形，其中工序有落料、拉深，沖孔，翻邊等，且結(jié)構(gòu)對稱，具有過渡圓角，易于模具的加工和避免在沖壓時可能產(chǎn)生尖角處開裂的現(xiàn)象，也防止了尖角部位得刃口的過快磨損。
2.1.2沖壓件的尺寸精度
沖壓件的精度主要由尺寸精度、沖壓斷面粗糙度和毛刺高度三個方面的綜合指標來衡量。根據(jù)零件圖紙上的尺寸標注和公差，可以判斷該罩圈的尺寸精度為IT12—IT14的經(jīng)濟級普通沖壓。 Q235鋼板是普通碳素鋼，其屈服極限是240MPa，抗拉強度380-470 MPa，剪切強度310-380MPa，具有良好的沖壓性，工件結(jié)構(gòu)形狀比較簡單，外形均無尖銳角，不影響模具壽命，孔與邊緣間距大于1.5t，而且工件的直徑d>t故滿足沖孔模可以沖壓的最小孔徑。
第三章 制件沖壓方案的確定
3.1沖壓工序的組合
單工序沖壓、復合工序沖壓和連續(xù)沖壓是常見的沖壓工藝。
沖壓方式根據(jù)下列因素確定：
（1） 根據(jù)生產(chǎn)量來確定 一般年產(chǎn)量需求達到100萬件的產(chǎn)品采用復合沖壓或連續(xù)沖壓較合適。
（2） 根據(jù)沖壓件尺寸大小和精度等級來確定 復合沖壓得到的沖壓件一般尺寸精度等級高，而連續(xù)沖壓的沖壓件尺寸精度等級相對較低。
（3） 根據(jù)沖壓件尺寸形狀適應性來確定 若產(chǎn)品的尺寸較大，考慮到連續(xù)模在送料時不方便和生產(chǎn)效率較低，因此常常采用復合沖壓。復合沖壓可以沖壓加工復雜的形狀、寬度比較大的沖壓件等。
（4） 根據(jù)模具制造使用的難易程度和成本高低來確定, 對于形狀較為復雜的沖壓件來說，使用復合沖壓比采用連續(xù)沖壓更為適宜，因為復合模具的制造和安裝調(diào)整較容易，且模具成本較低。
（5） 根據(jù)操作是否方便與使用安全來確定 復合沖壓時其出件和清除廢料較為困難，導致工作安全性較差，因此連續(xù)沖壓較安全。
根據(jù)上述分析，在滿足沖壓件的質(zhì)量和生產(chǎn)率的要求下，應該采用復合沖壓的方式，因為復合模具的壽命較長，生產(chǎn)效率高，操作較為方便和工作安全性高。
3.2沖壓工序的安排
采用的復合模包括落料，拉深，沖孔，翻邊等多道工序，考慮到模具加工成本，多次重新定位和尺寸不穩(wěn)定等因素，這里考慮采用多次工序復合的方法來加工，根據(jù)實際情況，本套模具設計將落料，拉深，沖孔，翻邊等復合，設計一套包含四工序的復合模具。本次模具結(jié)構(gòu)的設計較為復雜，難度大，故借助于電腦軟件設計較好。
第四章 制件排樣圖的設計及材料利用率的計算
4.1展開尺寸的計算
拉深件毛坯料的展開尺寸，通常按毛坯面積等于沖壓件面積的原則決定。
拉深件的毛坯尺寸難以預先地精確計算，這是因為拉深件的壁部在拉深過程中會變形，其變形程度與毛坯是否退火、壓邊力的大小和凸凹模的間隙等因素有關。因此難確保拉深件完全均勻一致的高度，故通常需要采用修邊處理，將不平齊的部分切去。所以在計算毛坯尺寸之前，要在拉深件上增加切邊余量。
展開尺寸的計算是將按加工工序反過來算，本工件根據(jù)工藝工程，最后一道工序是沖孔，翻邊，也就是說翻邊之前的工序是拉深，可以設計出沖孔翻邊之前的加工工序圖，根據(jù)工件的相對凸緣直徑H/d=16/99=0.16，查表可知的所需的修邊余量為1.0，所以在切邊之前的拉深高度應為17mm，如下圖4-1：
圖4-1 罩圈工件
由于拉深件是帶臺階的零件，其形狀規(guī)則，材料均勻，查找相關資料可知，根據(jù)經(jīng)驗公式來計算該拉深件的展開尺寸，也可以采用數(shù)學計算法計算拉深件的展開尺寸。
數(shù)學計算法【7】的概念是將零件分解成幾個簡單幾何形狀，然后疊加它們，可以求出零件的表面積，然后根據(jù)面積相等原理原，計算出毛坯直徑。
根據(jù)以上零件形狀，可以將整個產(chǎn)品零件分為5個形狀，具體計算如下：
第一部分：
圖4-2 形狀1
面積計算公式F1=R2=3.14×35×35=3846.5
第二部分：
圖4-3 形狀2
面積計算公式F2=×（2Rd+8R2）/4
=3.14×(2×3.14×5.5×70+8×5.5×5.5) ÷4=2087.943
第三部分：
圖4-4 形狀3
面積計算公式F3=×（R2-r2）
=3.14×(46×46-40×40)=1620.24
第四部分：
圖4-5 形狀4
面積計算公式F4=×（2Rd+8R2）/4
=3.14×(2×3.14×3.5×92+8×3.5×3.5) ÷4=1664.3256
第五部分：
圖4-6 形狀5
面積計算公式F5=dh
=3.14×99×7=2176.02
所以五部分總面積為∑=F1+F2+F3+F4+F5
=3846.5+2087.943+1620.24+1664.3256+2176.02
=11395.0286
即展開毛坯的面積為11395.0286，那么反過來計算毛坯直徑
11395.0286=D2/4
D=120.48,
本次設計取整數(shù)120，展開圖紙如下圖4-7所示：
圖4-7 坯料
拉深次數(shù)的確定：
判斷能否一次拉深：
H/d=16.5/99=0.1667
(t/D)×100=0.8333
m=d1/D=99/120=0.825
根據(jù)以上數(shù)據(jù)查相關資料可得首次最小拉深系數(shù)m1=0.53-0.55，由于m1＜0.825（實際的拉伸系數(shù)），故可以一次拉深成型，另外根據(jù)數(shù)據(jù)查相關資料，可知首次拉深的最大相對高度為H1/d1=0.64，由于0.64＞0.1667（該相對高度下的比較值），也能說明該零件能一次拉深成型。
翻孔預孔尺寸的計算【6】
可根據(jù)公式
d=D-2(H-0.43r-0.72t)
式中 d——預孔直徑（mm）；
D——翻孔直徑（mm）；61
H——翻孔高度（mm）；8
t——材料厚度(mm)；1.0
r——翻孔圓角(mm)；4.0
經(jīng)計算 d=61-2×（8-0.43×4-0.72×1）=49.88,調(diào)整至49.8。
4.2制件排樣圖的設計
排樣時需考慮如下原則：
1） 提高材料利用率（不影響沖件使用性能前提下，還可適當改變沖件的形狀）
2） 合理的排樣方法簡化操作，降低勞動強度并且安全。
3） 模具結(jié)構(gòu)設計更為簡單、使用壽命長。
4） 保證沖壓件的質(zhì)量過關和沖壓件對板料各方向性的要求。
4.2.1搭邊與料寬
搭邊是值在排樣中相鄰的兩個零件之間的余料或者是零件與條料邊緣之間的余料。搭邊的作用是用來補償定位誤差，保持條料具有一定的剛度，以保證零件的加工質(zhì)量和便于進料。
搭邊值的選擇要合理，值若太大，會導致材料利用率低；而值過小，則會導致搭邊的強度與剛度不能達到要求，從而在沖壓時容易產(chǎn)生翹曲或被拉斷的現(xiàn)象，固然會增大沖壓件毛刺，有時候甚至會單邊拉入模具間隙，會造成沖壓力分配不均，損壞模具刃口。因此，搭邊的最小寬度應該大于塑性變形區(qū)的寬度，搭邊值一般可取等于材料的厚度。
材料的力學性能、零件的形狀與尺寸、排樣的形式、進料及卸料方式等因素往往也會影響搭邊值的大小。搭邊值的選擇一般由經(jīng)驗確定，如該罩圈材料，根據(jù)所給材料厚度δ=1.0mm，可以根據(jù)經(jīng)驗選擇搭邊值a1為0.8mm, a為1.0mm。
4.2.2送料步距和條料寬度的確定
1）送料步距 條料在模具上每次送進的距離成為送料步距。每次只沖一個零件的步距S的計算公式為
S=D+a1
S=120+0.8=120.8mm
式中 D——與進料方向水平的的沖壓寬度；
a1——沖壓之間的搭邊值。
2）條料寬度 條料寬度的選取原則：最小條料寬度要保證零件在沖壓時周邊具有足夠大的搭邊值，最大條料寬度要能夠在進行沖壓工序時順利地在導料板之間送入，并應該與導料板之間留有一定的間隙。
當用孔定距時，可按下式計算
條料寬度 B-Δ=(Dmax+2a)-Δ
=(120+2×1) -0.5 =122-0.5mm
式中 B——條料的寬度（mm）；
Dmax——沖壓件于進料方向垂直的最大尺寸（mm）；
a——側(cè)搭邊值；
Δ——條料寬度的單向公差；
剪切條料的寬度偏差Δ=0.5, 可知B=244.5-0.5 。
導料板間距離：B0=B+Cmin=122+0.5=122.5 mm
具體可見排樣圖4-8
圖4-8 排樣圖
4.3材料利用率的計算
一個步距內(nèi)的材料利用率η為
η=nF/Bs×100%
η=1×3.14×60×60/122×120.8×100%=76.70%
式中 F——一個步距內(nèi)的沖壓件面積；
n——一個步距內(nèi)的沖壓件數(shù)目；
B——條料寬度（mm）；
s——步距；
第五章 確定總沖壓力和選用壓力機及計算壓力中心
5.1落料，沖孔力計算
5.1.1落料力計算
F=KLδτ 【1】
F1=1.3×3.14×120×1.0×380=186139.2N
=186.139KN
式中 F——沖壓力（N）；
L——沖壓件周邊長度（mm）；
τ——材料抗剪強度（MPa）；Q235的是310-380Mpa，
δ——材料厚度(mm)；1.0mm
K——系數(shù)，通常K=1.3；
5.1.2沖孔力計算
沖孔力計算
F2=nKLδτ
F2=1×1.3×3.14×49.8×1.0×380=77247.768N
=77.25KN
5.2拉深力計算
理論計算拉深力很復雜，一般來說用經(jīng)驗計算方法，經(jīng)驗公式建立的立足點是，拉深力的數(shù)值應略小于拉深件危險斷面的斷裂力；斷裂與拉深力的比值可以用系數(shù)K表示；K值的大小取決于拉深件的形狀和其變形方式。其數(shù)值由實驗確定。
拉伸力可按下式計算
P=3.14Kd1tδ
F=3.14×0.72×100×1.0×470=106257.6N
=106.26KN
式中 F——拉伸力（N）；
d1——拉伸直徑（mm）；100mm
τ——材料抗拉強度（MPa）；400-470MPa
t——材料厚度(mm)；1mm
K——修正系數(shù)（查表可得），K=0.72；
5.3翻孔力的計算
翻孔力一般不大，可按以下公式近似計算
P=1.1*3.14（D-d）tσ
其中 P——翻孔力（N）；
D——翻孔后的孔徑（mm）；61mm
d——翻孔預孔的孔徑（mm）；49.8
t——材料厚度（mm）；1mm
σ——材料屈服極限；(MPa)
計算P=1.1×3.14×（61-49.8）×470=18181.856N
=18.18KN
5.4卸料力、推件力及頂件力的計算
生產(chǎn)中常用下列公式計算
F卸=K卸F
=0.045×（186.139+77.25+106.26+18.18）
=0.045×387.829=17.4523KN
式中 F——沖壓力；
F卸——卸料系數(shù)
F頂=K頂F
=0.055×（186.139+77.25+106.26+18.18）
=0.055×387.829=21.33KN
式中 F——沖壓力；
F頂——頂料系數(shù)
F推=K推F
=0.05×（186.139+77.25+106.26+18.18）
=0.05×387.829=19.39KN
式中 F——沖壓力；
F推——推料系數(shù)
綜上所述，總的沖壓力為,
F總=F+F卸+F頂+F推=387.829+17.45+21.33+19.39=446KN
5.5壓力中心的計算
采用解析法求壓力中心，
該副模具中，尺寸都是沿X軸Y軸對稱，所以力到X軸和到Y(jié)軸的力臂都是0
根據(jù)合力距定理【2】：
YG=（Y1F1+Y2F2+Y3F3）/（F1+F2+F3）
XG=（X1F1+X2F2+X3F3）/（F1+F2+F3）
所以沖壓力到X軸的力臂大??；YG=0，到Y(jié)軸的力臂大??；XG=0,故模具的壓力中心為（0，0）。
5.6壓力機的選用
初步確定壓力機的型號：
F公稱≥F總
因此選擇壓力機的型號為：JD21-100開式雙柱固定臺壓力機
壓力機型號為JD21-100的基本參數(shù)如下表5-1：
表5-1 JD21-100壓力機的基本參數(shù)
公稱壓力/KN
1000
墊板尺寸/mm
孔直徑200
滑塊行程/mm
120
厚度100
滑塊行程次數(shù)/（次/min）
75
模柄孔尺寸/mm
直徑60
深度80
最大封閉高度/mm
400
滑塊底面積尺寸/mm
封閉高度調(diào)節(jié)量
85
滑塊中心線至床身距離/mm
480
床身最大可傾角
工作臺尺寸/mm
前后600
左右1000
第六章 凸、凹模刃口尺寸計算
6.1落料、沖孔凸、凹模刃口尺寸
6.1.1設計原則
設計落料，修邊模應首先確定其凹模刃口尺寸，再以凹模作為基準，間隙取在凸模之上；設計沖孔模則先確定凸模刃口尺寸，然后以凸模為基準，其間隙取在凹模上。
間隙是影響模具壽命的最主要因素。在沖壓過程中，凸模與進行沖孔的孔之間，凹模和落料件之間的均存在磨檫，又因為間隙越小，產(chǎn)生磨檫越嚴重?？紤]在實際的生產(chǎn)中受到其他因素如制造誤差或者裝配精度的影響，凸模垂直于凹模平面幾乎不可能，而且其間隙的分布也不是絕對，故采用合理的間隙可以使凸模、凹模的側(cè)面與材料間的磨檫大大減小，并緩減由于間隙不均產(chǎn)生的不利影響，這樣就很大層度上提高了模具的使用壽命。
沖壓間隙對沖壓力的影響：
雖然沖壓力隨著沖壓間隙的增大相應的有所減小，但是當單邊間隙大小值介于材料厚度的 5%~20%范圍時，沖壓力的減小會顯的并不明顯（僅降低約5%~10%左右）。因此，在正常情況下，沖壓間隙對沖壓力的值的影響不是很明顯。
沖壓間隙對卸料力、頂件力的影響：
間隙對卸料力、頂件力的影響較為顯著。隨著間隙增大，從凸模上卸料、從凸?？卓谥型瞥隽慵紝⒈容^省力。一般當零件的單邊間隙值增大到材料厚度的約15%~25%左右時卸料力幾乎減到零。
沖壓間隙對尺寸精度的影響：
在沖壓過程中，沖壓間隙對沖壓件的尺寸精度的影響規(guī)律在對于沖孔和切邊是不同的，并且與零件的材料有關。但總的趨向是尺寸精度會隨著材料厚度增加而減少。
通過上述分析可以看出，沖壓間隙對截面質(zhì)量、模具使用壽命、沖壓力、卸料力、頂件力以及沖壓件尺寸精度的影響規(guī)律是不同的。因此，絕對合理的間隙數(shù)值是不存在的，不能能同時滿足截面質(zhì)量最佳，尺寸精度最高，沖壓模具使用壽命最長，沖壓力、卸料力、頂件力最小等各方面的要求。在實際的沖壓生產(chǎn)過程中，選擇間隙主要考慮要沖壓件斷面質(zhì)量和模具使用壽命這兩個主要方面。然而很多研究結(jié)果表明，在能夠保證良好的沖壓件斷面質(zhì)量的情況下，與可以獲得較高的模具使用壽命的間隙數(shù)值也是不同的。一般說來，當所生產(chǎn)的沖壓件斷面質(zhì)量要求比較高時，應選取小一點的間隙值，而當對沖壓件斷面的質(zhì)量要求較低時，則應適當選擇較大間隙值以便于提高沖模的使用壽命。
根據(jù)使用過程中模具的磨損規(guī)律，在設計落料模時，落料凹模的基本尺寸應接近或等于沖壓件的最小極限尺寸；在沖孔模具設計時，沖孔凸模的基本尺寸則應接近或等于沖孔件的最大極限尺寸。根據(jù)沖壓件的精度和模具可能磨損程度，凸模、凹模磨損范圍應在0.5-1.0之間。磨損量可用Δx表示，其中Δ表示沖件的公差值，x則為其磨損系數(shù)，取值可在0.5-1.0之間，與沖壓件的制造精度有關，查閱相關文檔，可按下列關系選?。毫慵菼T10以上 取X=1; 零件精度IT11- IT13 取X=0.75; 零件精度IT14 取X=0.5 。
不管落料工序還是沖孔工序，沖壓間隙值大小應采用最小合理間隙值（Zmin）。在選擇模具制造公差時，一般情況下沖模精度應較零件高3-4級。而對于形狀簡單的圓形、方形刃口，其模具制造偏差可根據(jù)IT6- IT7級來選?。粚τ谛螤钶^為復雜的刃口尺寸的制造偏差可按相應的零件部位公差值的1/4來選?。粚τ谠谌锌诔叽缒p后基本無變化的制造偏差值則可按沖壓件相應部位的公差值的1/8并冠以（±）來選??；若零件圖紙沒有標注公差，則一般可按IT14級取值。
零件的尺寸公差和沖模刃口尺寸制造偏差應遵循“入體”原則來標注單向公差，即：落料件的上偏差為零，只標注下偏差；沖孔件下偏差的為零，只標注上偏差。如果零件公差是根據(jù)雙向偏差來標注的，則換成單向標注。
6.1.2凸模和凹模具配合加工
所謂的配合加工方法，就是先按照相關標準加工出凹?；蛑鼓Ｒ粋€，然后再依此為基準再選用最小合理的間隙配做另一件。采用這種方比較易于保證沖壓間隙大小，而且能夠放大基準件公差，從而避免了檢驗δd+δp≤Zmax-Zmin 。與此同時還能一定的簡化在設計模具時的繪圖工作。現(xiàn)階段在工廠在實際中生產(chǎn)單件的模具或沖壓加工復雜形狀的模具時，往往采取配合加工來進行模具設計制造。
沖孔凸模尺寸和落料凹模尺寸大小可依據(jù)下列公式計算【9】：
沖孔時 dp=(dmin+XΔ)-δp
落料時 Dp=(Dmax-XΔ -Zmin)-δp
式中 Dp dp——分別為落料和沖孔凸模的刃口尺寸（mm）；
Dmax ——為落料件的最大極限尺寸（mm）；
dmin——為沖孔件的最小極限尺寸（mm）；
Δ——工件公差；
Δp——凸模的制造公差，查表通常取δp=Δ/4；
Lp——凸模中心距尺寸（mm）；
Zmin——最小沖壓間隙（mm）；
落料凹模尺寸：Aj1=(Amax-XΔ)- Δ
=120.2-0.5×0.4=240.5-0.02 0;
落料凸模尺寸：Ah1=(Amax-2Z)+ Δ
=120-2×0.06=119.880 +0.02;
沖孔凸模尺寸： Bj=(Amin+XΔ)- Δ/4
=49.7+0.5×0.2=49.80 +0.02;
沖孔凹模尺寸： Bh=(Amin+2Z)- Δ/4
=49.8+2×0.06=49.92-0.02 0;
6.2拉深模
凸模和凹模的圓角半徑對拉深工作影響比較大。板料經(jīng)過凹模圓角進入凹模時，會受到彎曲和摩擦的作用，若凹模圓角半徑較小，則會導致徑向拉力增大，易使拉深件表面劃傷或著產(chǎn)生斷裂；若過大，則壓邊面積小，從而懸空增大，易起內(nèi)皺。所以，凹模的圓角半徑應該根據(jù)實際情況選取合理的值。具體數(shù)值可以查表可得。
拉深的凸凹模之間的間隙對拉深力、制件的質(zhì)量、模具使用壽命等都有一定影響。若間隙過大，則容易起皺，導致制件有錐度，尺寸精度差；又間隙過小，會增加摩擦，導致之間邊緣變薄，甚至會拉裂。因此，合理地下面其凸模和凹模間的間隙值是非常重要的環(huán)節(jié)。
由于拉深模間隙是單面間隙，就是凹模和凸模的直徑之差的一半。
本次設計的復合模具結(jié)構(gòu)是有壓邊圈的，所以在選擇間隙時能夠直接查表求的，又拉深一次成型，所以查閱相關資料可知可知間隙大小為(1-1.1t)，t表示材料厚度。
凸、凹模的工作部分尺寸確定，出與對模具磨損和拉深模具的間隙、尺寸公差在最后一道工序考慮，而且本次設計只有一道拉深，所以本次模具設計的間隙選擇為1.1t。
1）、制件標注外形尺寸
凹模尺寸為
Ld=（Lmax–0.5Δ）
凸模尺寸為
Lp=（Ld–0.5Δ–Z）
2）、制件標注內(nèi)尺寸
凸模尺寸為
Lp=（Lmin +0.5Δ）
凹模尺寸為
Ld=（Lp+0.5Δ+Z）
其中 L—拉伸件的外形或內(nèi)尺寸
Δ—拉伸件的尺寸偏差
Ld—拉伸凹模的基本尺寸
Lp—拉伸凸模的基本尺寸
Z—凸凹模雙面間隙
具體計算如下，制件標注外形尺寸，按此公式計算
凹模尺寸為
Ld=（Lmax–0.75Δ）
=100
凸模尺寸為
Lp=（Ld–0.75Δ–Z）
=97.8
凸、凹模工作表面粗造度要求：凹模工作表面和型腔表面粗造度應達到0.8；圓角處的表面粗造度一般要求0.4；凸模工作部分表面粗造度一般要求0.8-1.6。
6.3翻孔模尺寸計算方法
利用模具把板料上的孔緣或者是外緣翻成豎邊的沖壓加工方法叫做翻孔和翻邊，這是沖壓加工常用的加工方法。使用比較廣泛。
本次設計為內(nèi)孔翻邊設計，也叫翻孔，主要的變形是坯料受切向和徑向拉伸，越接近預孔邊緣變形越大。因此，圓孔翻邊的失敗往往是邊緣拉裂，拉裂與否取決于拉伸變形的大小，圓孔拉伸的變形程度用翻孔前預孔直徑d與翻孔后的平均直徑D的比值K表示。
K=d /D
K為翻邊系數(shù)，顯然，K值越小，變形程度越大，圓孔翻邊時孔邊瀕臨破壞的翻邊系數(shù)，稱為最小翻邊系數(shù)。（也叫極限翻邊系數(shù)）
最小翻邊系數(shù)的大小，主要取決于材料的塑性，預孔的表面質(zhì)量和硬化程度，材料的相對厚度、凸模工作部分的形狀等因素。
本次設計的材料是Q235，厚度為1.0，屬于軟鋼，查表得極限翻邊系數(shù)為0.65-0.68，而實際計算K=49.8/61=0.8164，由于0.8164＞0.68，所以能一次翻孔。
第七章 模具整體結(jié)構(gòu)形式設計
圖7-1 最后總裝圖
如圖7-1所示，工作時，將條料送入導料板12內(nèi)，壓力機滑塊下行，凸凹模14與凹模11落下圓片?；瑝K再下行，凸凹模14與拉深凸模7開始進行拉深，與此同時，沖孔凸模9與小凸凹模26沖出內(nèi)孔并與拉伸凸模7進行翻孔，同時完成兩個工序。
沖床滑塊上行，上下頂料銷10和24將沖孔的廢料頂出，下模頂料塊6通過小型氮氣缸，頂出產(chǎn)品，同時完成拉伸和翻孔工序。
為了保證沖孔翻邊等工序的正常進行，拉深凸模應低于落料凹模上平面1.5~2mm。本模具生產(chǎn)效率雖高。但刃口部分進入凹模較長，容易磨鈍，模具制造和修理也較復雜。
凸模，沖頭，凹模材料，因制件形狀簡單，總體尺寸不大，選用整體式圓形凹模較為合理，選用Cr12MoV為凸模，凹模材料。在設計模具時，考慮到模具結(jié)構(gòu)，凹模內(nèi)腔空間比較小，只能采用打料結(jié)構(gòu)，剛性卸料。
7.1凹模周界
由《冷沖壓工藝與模具設計》得出凹模周界的計算公式（3.46）、
厚度H=Kd（≥15mm）
式中：d——沖壓件的最大外形尺寸，d1=120,
K——系數(shù)，查表得K=0.36
則 H1=0.36×120=43.2mm
凹模壁厚c=（1.0~1.5）H（≥30~40mm）=43.2-64.8
最小D=206.4mm，最大D=249.6mm，由《模具設計指導》表，凹模標準可查到較為靠近的凹模周界尺寸為φ250。
其零件參數(shù)如下表7-1所示：
表7-1 凹模零件參數(shù)
凹模周界
配用模架閉合高度H
孔距尺寸
最小
最大
φ250×55
220
260
零件名稱及標準編號
上墊板
凹模
固定板
φ240×10
φ250×55
φ250×18
圓柱銷
卸料螺釘
螺釘
螺釘
圓柱銷
φ10×80
M8×60
M10×80
M10×50
φ8×40
由凹模周界尺寸及模架閉合高度在220~260mm之間，查《模具設計指導》，上模座480×330×40，下模座480×330×50，導柱35×140，45×140，導套50×80×60，導套55×80×60。
第八章 模具的零件結(jié)構(gòu)設計
8.1落料凹模的設計
材料Cr12MoV，硬度：58～62HRC
（如圖8-1）
圖8-1 落料凹模
8.2沖孔凸模的設計
材料Cr12MoV，硬度：58～62HRC
（如圖8-2）
圖8-2 沖孔凸模
8.3拉深凸模的設計
材料：Cr12Mov
硬度：55～58HR（如圖8-3）
圖8-3 拉深凸模
8.4沖翻孔凸凹模的設計
材料：Cr12Mov
硬度：55～58HRC
形狀結(jié)構(gòu)： （如圖8-4）
圖8-4 沖翻孔凸凹模
8.5凸凹模的設計
材料：Cr12Mov
硬度：55～58HRC
形狀結(jié)構(gòu)： （如圖8-5）
圖8-5 凸凹模
8.6頂料快的設計
材料：Cr12Mov
硬度：55～58HRC
形狀結(jié)構(gòu)： （如圖8-6）
圖8-6 頂料塊
結(jié)束語
此次畢業(yè)設計是在學完沖壓工藝與模具設計，模具制造工藝和大部分專業(yè)課并進行了生產(chǎn)實習的基礎上進行的，這次設計使我能夠綜合運用沖壓工藝與模具設計中的基本理論，結(jié)合生產(chǎn)中所學的新知識、獨立分析和解決工藝問題，初步具備了設計一個中等復雜程度的冷沖壓模具的能力。通過分析，擬定設計方案，完成模具結(jié)構(gòu)設計等一系列復雜工作，最終完成此次的設計任務。
通過這次設計使我初步具備了設計一個中等復雜程度的沖壓模具的工藝規(guī)程和掌握運用模具設計的基本原理和方法，同時也學會了熟練運用有關參考資料，圖表等基本技能，增強了自我的讀圖和繪圖能力，從而使我在能力方面又提高了一個臺階，為今后從事的工作打下了良好的基礎。
致 謝
經(jīng)過幾個月的忙碌和工作，本次畢業(yè)設計已經(jīng)接近尾聲，作為一個本科生的畢業(yè)設計，由于經(jīng)驗的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有導師的督促指導，以及同學的支持，想完成這次畢業(yè)設計時難以想象的。在這里，我要感謝我的導師閻長罡老師，他嚴謹細致、一絲不茍的作風一直是我工作、學習的榜樣，給我起到了指明燈的作用，他循循善誘的教導和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪，讓我很很快進入畢業(yè)設計的狀態(tài)。其次我要感謝同學對我的幫助和指點，有你們的幫助，你們的鼓勵與支持，我才能那么順利的完成這次畢業(yè)設計。
四年前，懷著對大學的崇敬之情我來到了大連交通大學，畢業(yè)在即，四年的求學生涯歷歷在目，清晰地記得剛開始接觸專業(yè)課，聽著晦澀的專業(yè)名詞，才知道自己的知識是多么的淺陋，依然清晰的記得第一次實訓鉗工實訓，拿著從來沒碰過的銼刀挫鐵，才知道學模具的辛苦，也知道前方有著更多的艱辛等著我去挑戰(zhàn)。
感謝所有的老師們，謝謝你們四年孜孜不倦的教誨，讓我學到了很多知識的同時更學會了如何做人，感謝四年陪我一起走過的同學們和舍友們，謝謝你們四年來的包容和鼓勵，未來的路我會堅強勇敢地走下去。
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