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1 前言
沖壓是利用安裝在沖壓設(shè)備（主要是壓力機(jī)）上的模具對(duì)材料施加壓力，使其產(chǎn)生分離或塑性變形，從而獲得所需零件（俗稱沖壓或沖壓件）的一種壓力加工方法。沖壓通常是在常溫下對(duì)材料進(jìn)行冷變形加工，且主要采用板料來(lái)加工成所需零件，所以也叫冷沖壓或板料沖壓。沖壓是材料壓力加工或塑性加工的主要方法之一，隸屬于材料成型工程術(shù)。沖壓的基本工序分為分離工序和成形工序兩大類。
與機(jī)械加工及塑性加工的其它方法相比，沖壓加工無(wú)論在技術(shù)方面還是經(jīng)濟(jì)方面都具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。主要表現(xiàn)如下。
1）沖壓加工的生產(chǎn)效率高，且操作方便，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化與自動(dòng)化。這是因?yàn)闆_壓是依靠沖模和沖壓設(shè)備來(lái)完成加工，普通壓力機(jī)的行程次數(shù)為每分鐘可達(dá)幾十次，高速壓力要每分鐘可達(dá)數(shù)百次甚至千次以上，而且每次沖壓行程就可能得到一個(gè)沖件。
2）沖壓時(shí)由于模具保證了沖壓件的尺寸與形狀精度，且一般不破壞沖壓件的表面質(zhì)量,而模具的壽命一般較長(zhǎng),所以沖壓的質(zhì)量穩(wěn)定,互換性好,具有“一模一樣”的特征。
3）沖壓可加工出尺寸范圍較大、形狀較復(fù)雜的零件，如小到鐘表的秒表，大到汽車縱梁、覆蓋件等，加上沖壓時(shí)材料的冷變形硬化效應(yīng)，沖壓的強(qiáng)度和剛度均較高。
4）沖壓一般沒(méi)有切屑碎料生成，材料的消耗較少，且不需其它加熱設(shè)備，因而是一種省料，節(jié)能的加工方法，沖壓件的成本較低。
但是，沖壓加工所使用的模具一般具有專用性，有時(shí)一個(gè)復(fù)雜零件需要數(shù)套模具才能加工成形，且模具制造的精度高，技術(shù)要求高，是技術(shù)密集形產(chǎn)品。所以，只有在沖壓件生產(chǎn)批量較大的情況下，沖壓加工的優(yōu)點(diǎn)才能充分體現(xiàn)，從而獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益。
沖壓所使用的模具稱為沖壓模具，簡(jiǎn)稱沖模。沖模是將材料（金屬或非金屬）批量加工成所需沖件的專用工具。沖模在沖壓中至關(guān)重要，沒(méi)有符合要求的沖模，批量沖壓生產(chǎn)就難以進(jìn)行；沒(méi)有先進(jìn)的沖模，先進(jìn)的沖壓工藝就無(wú)法實(shí)現(xiàn)。沖壓工藝與模具、沖壓設(shè)備和沖壓材料構(gòu)成沖壓加工的三要素，只有它們相互結(jié)合才能得出沖壓件。
沖模是沖壓加工工藝的裝備之一，被廣泛地運(yùn)用在汽車、飛機(jī)、電機(jī)、儀表以及在國(guó)防工業(yè)中。沖壓工藝具有生產(chǎn)效率高、生產(chǎn)成本低、材料利用率高、能成形復(fù)雜零件，適合大批量生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)，在某些領(lǐng)域已取代機(jī)械加工，并正逐步擴(kuò)大其工藝范圍。因此，沖壓技術(shù)對(duì)發(fā)展生產(chǎn)、增強(qiáng)效率、更新產(chǎn)品等方面具有重要的作用。但同時(shí)，沖壓技術(shù)的推廣受到投入成本低，模具成本高，不適應(yīng)中小生產(chǎn)規(guī)模的特點(diǎn)。但是總的說(shuō)來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)力的進(jìn)一步加強(qiáng)，模具行業(yè)，包括沖模一定會(huì)得到更普及地應(yīng)用。
隨著沖壓工藝的廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)中，再加上隨著數(shù)控技術(shù)和機(jī)械CAD/CAM的發(fā)展，沖模的發(fā)展更加迅速。它以生產(chǎn)率高、成本相對(duì)低廉被廣泛應(yīng)用。外國(guó)的沖壓模發(fā)展水平相當(dāng)高，無(wú)論是設(shè)計(jì)還是制造，都達(dá)到較高的水平。以精確的定位，合理的工藝，連續(xù)加工精度很高的薄臂零件。而國(guó)內(nèi)模具行業(yè)的起步較晚，基本上以單模為主，因此，加工精度還不夠高。
沖模的設(shè)計(jì)包括沖裁模設(shè)計(jì)、彎曲模設(shè)計(jì)、拉伸、脹形等模具的設(shè)計(jì)。沖模的設(shè)計(jì)也用到材料學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)、工程材料、特種加工等方面的知識(shí)。因此它是一門綜合性很強(qiáng)的學(xué)科。
落料和沖孔都屬于沖裁模。沖裁模是從條料、帶料或半成品上使材料煙規(guī)定的輪廓產(chǎn)生分離的模具，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，沖壓技術(shù)也向高速化、自動(dòng)化、精密化的方向發(fā)展。沖裁模一般分為簡(jiǎn)單模、級(jí)進(jìn)模、和復(fù)合模。簡(jiǎn)單模在國(guó)內(nèi)應(yīng)用比較廣泛，它是在壓力機(jī)的沖壓行程中完成一次沖裁工藝。簡(jiǎn)單模也分為無(wú)導(dǎo)向簡(jiǎn)單模、導(dǎo)板式簡(jiǎn)單模，和導(dǎo)柱式簡(jiǎn)單模；級(jí)進(jìn)模是在單工序沖?；A(chǔ)上發(fā)展的一種多工序、高效率沖模。在壓力機(jī)一次沖程中，級(jí)進(jìn)模在其有規(guī)律排列的幾個(gè)工位上分別完成一部分沖裁工藝，在最后工位沖出完整的工件。由于級(jí)進(jìn)模是連續(xù)沖壓，因此生產(chǎn)效率高，適用于大規(guī)模生產(chǎn)，但是因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜，定位要求比較嚴(yán)格，因此說(shuō)制造成本高。復(fù)合模是指在壓力機(jī)的一次沖壓行程中，經(jīng)一次送料定位，在模具的同一部位可以同時(shí)完成幾道沖裁工序的模具稱為復(fù)合模。復(fù)合模同連續(xù)模一樣，也是在簡(jiǎn)單模的基礎(chǔ)上發(fā)展的一種較先進(jìn)的模具。與連續(xù)模相比，沖裁模沖裁件的位置精度高，對(duì)條料的定位精度要求低，復(fù)合模的輪廓尺寸較小。復(fù)合模雖然生產(chǎn)效率高，沖壓件精度高，但模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造精度要求高，適用于生產(chǎn)批量大，精度要求高，內(nèi)外形尺寸差較大的沖裁件。
本次設(shè)計(jì)零件的材料是不銹鋼，適用于冷沖壓加工。如何安排合理的加工工藝，確保生產(chǎn)的效率最高，同時(shí)也能滿足零件的加工要求。這是整個(gè)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。在該零件的加工中，包括了沖孔，落料。沖孔屬于沖裁加工的一種。沖裁模的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，沖裁過(guò)程分為彈性變形階段，塑性變形階段，斷裂分離階段。其斷層直接關(guān)系到?jīng)_裁加工質(zhì)量的好壞，一般的，斷面分為四個(gè)特征區(qū)，即圓角帶，光亮帶，斷裂帶，和毛刺。我們必須有合理的沖裁模的間隔來(lái)保證良好的特征帶的分布。沖裁模有刃口尺寸、沖裁力等工藝參數(shù)的確定。在設(shè)計(jì)本零件的沖孔和落料加工時(shí)，須首先確定其力學(xué)性能，然后設(shè)計(jì)主要零件，完成結(jié)構(gòu)草圖，最后完成裝配圖。
在沖壓模的設(shè)計(jì)過(guò)程中，還必須考慮到模具的成本，因此在進(jìn)行選材，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，必須盡量不設(shè)計(jì)形狀復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，同時(shí)采用鑲嵌式代替整體式的結(jié)構(gòu)。針對(duì)模具的定位要求高的特點(diǎn)，在零件的設(shè)計(jì)中必須要有比較高的加工精度要求?？偟囊痪湓挘仨氃谟懈叩哪＞邏勖蜐M足加工精度要求的基礎(chǔ)上，盡量降低模具材料的成本，簡(jiǎn)化模具的結(jié)構(gòu)，這樣才能有利于這個(gè)行業(yè)在我國(guó)的發(fā)展。
2 設(shè)計(jì)任務(wù)與分析
2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)
本次所設(shè)計(jì)產(chǎn)品如圖1所示：
圖1 工件圖
Fig.1 Workpiece figure
技術(shù)要求：
1）材料：不銹鋼；
2）材料厚度：1.2±0.1mm；
3）生產(chǎn)批量：大量生產(chǎn)；
4）生產(chǎn)效率：1萬(wàn)件/班；
5）未標(biāo)注公差：按IT14級(jí)確定。
2.2 零件的工藝性分析
該零件形狀簡(jiǎn)單，有直線和圓弧組成，由《冷沖壓模具設(shè)計(jì)與制造》（第2版）表2.3和、表2.5查出，沖裁件內(nèi)外形所能達(dá)到的經(jīng)濟(jì)精度為IT11，孔中心與邊緣距離尺寸公差為±0.5，將以上精度與工件圖中所標(biāo)注的尺寸公差相比較，可認(rèn)為該工件的精度能夠在沖裁加工過(guò)程中得到保證。故決定采用沖孔落料復(fù)合模進(jìn)行加工，且一次才沖壓成形。
3 零件工藝計(jì)算
3.1 排樣計(jì)算
根據(jù)的沖壓件的形狀，本沖裁件采用有廢料直排，模具沿工件全部外形進(jìn)行沖裁，工件周邊都有搭邊。這種排樣既能保證沖裁件的質(zhì)量，又能保證沖模的壽命。排樣圖如圖2。
圖2 排樣圖
Fig.2 Layout diagram
根據(jù)沖壓件的尺寸，由《冷沖壓模具設(shè)計(jì)與制造》（第2版）表2.8查出，最小搭邊值,。
本次模具采用同側(cè)導(dǎo)料銷裝置進(jìn)行導(dǎo)料的模具看，條料在導(dǎo)料銷裝置的引導(dǎo)下始終沿同一側(cè)運(yùn)行，故條料的寬度為
因沖裁件外形復(fù)雜，故沖壓件毛胚面積采用估值計(jì)算
進(jìn)距：
一個(gè)進(jìn)距的材料利用率
3.2 沖裁工藝力計(jì)算
該模具采用彈性卸料和上出料方式, 由《冷沖壓模具設(shè)計(jì)與制造》（第2版）表7.1查得，
3.2.1 周長(zhǎng)的計(jì)算
沖裁件外輪廓周長(zhǎng)
沖裁件孔周長(zhǎng)
3.2.2 落料力
3.2.3 沖孔力
3.2.4 落料時(shí)卸料力
由《冷沖壓模具設(shè)計(jì)與制造》（第2版）表2.10，取故
3.2.5 沖孔時(shí)推件力
取《冷沖壓模具設(shè)計(jì)與制造》（第2版）圖2.48（a）的凹模洞口形式，如圖3所示。取，則。
圖3 凹模洞口類型
Fig.3 Concave die hole type
由《冷沖壓模具設(shè)計(jì)與制造》（第2版）表2.10，取故
3.2.6 沖裁時(shí)總工藝力
3.3 確定模具的壓力中心
按比例畫出零件的形狀，選定坐標(biāo)系xOy。如圖11-11所示。將工件沖裁周邊分成基本線段，分別求出各線段長(zhǎng)度及各段的中心位置。
圖4 壓力中心
Fig.4 Qressure center
壓力中心到X、Y軸的距離為
,
所以模具的壓力中心為：（x,y）=（21.95,41.44）。
4 凸、凹模的設(shè)計(jì)
4.1 凸、凹模刃口尺寸計(jì)算
查《冷沖壓模具設(shè)計(jì)與制造》（第2版）表2.12，得間隙值mm， mm。
零件的沖孔形狀較為復(fù)雜，并且零件厚度較為薄，為了保證凸、凹模之間一定的間隙值，必須采用配合加工。用該方法加工凸模或凹模時(shí)，在圖紙上只需要標(biāo)注作為基準(zhǔn)件的落料凹?；驔_孔凸模的尺寸和公差。這種加工方法的特點(diǎn)是模具間隙在配制中保證，因此不需要校核— ≥+。
當(dāng)以凸模為基準(zhǔn)時(shí)，凸模磨損后，刃口尺寸都減小，因此屬于B類尺寸。
零件圖中未標(biāo)注公差的尺寸，查《冷沖壓模具設(shè)計(jì)與制造》（第2版）表7.14。其極限偏差分別為:。
查《冷沖壓模具設(shè)計(jì)與制造》（第2版）表2.17得磨損因數(shù)x為：
當(dāng)時(shí)，x=0.75
當(dāng)時(shí)，x=1
按《冷沖壓模具設(shè)計(jì)與制造》（第2版）表2.16得：
沖孔凹模的尺寸按凸模尺寸配制，保證其雙面間隙Zmin Zmax=0.160.19mm。
對(duì)外輪廓的落料，由于形狀較復(fù)雜，故采用配合加工方法，其凸、凹模的刃口尺寸計(jì)算如下。
當(dāng)以凹模為基準(zhǔn)時(shí)，凹模磨損后，刃口尺寸都增大，因此屬于A類尺寸。
零件圖中未標(biāo)注公差的尺寸，查《冷沖壓模具設(shè)計(jì)與制造》（第2版）表7.14。其極限偏差分別為:。
查《冷沖壓模具設(shè)計(jì)與制造》（第2版）表2.17得因數(shù)為：
當(dāng)時(shí)，x=0.75
按《冷沖壓模具設(shè)計(jì)與制造》（第2版）表2.18
落料凸模的尺寸按凹模尺寸配制，保證其雙面間隙Zmin Zmax=0.160.19mm。
4.2 凸模、凹模、凸凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
沖孔的凸模，由于需要在凸模外面裝推件塊，因此設(shè)計(jì)成直柱的形狀。尺寸標(biāo)注如圖5所示。
凹模的刃口形式，考慮到本次生產(chǎn)批量較大，所以采
用刃口強(qiáng)度較高的凹模，即《冷沖壓模具設(shè)計(jì)與制造》
（第2版）圖2.48（a）所示的刃口形式。凹模的外形尺
寸得
凹模厚度：
凹模壁厚：
查《冷沖壓模具設(shè)計(jì)與制造》（第2版）表2.20得K=0.2，
因此可得
=0.2×82=16.4 mm 取=18 mm
=1.5×18=39 mm 圖5 凸模
得垂直于送料方向的凹模寬度 Fig.5 Qunch
因工件邊界形狀復(fù)雜，且具有尖角，所以系數(shù)去4.0，得垂直于送料方向的凹模寬度B為
=82+4.0×18=154 mm 取=160 mm
送料方向的凹模長(zhǎng)度
式中：—沿送料方向凹模型孔壁間最大距離，mm；
—沿送料方向凹模型孔壁至凹模邊緣的最小距離，mm，查《冷沖壓模具設(shè)計(jì)與制造》（第2版）表2.21得45。所以，得送料方向的凹模長(zhǎng)度A為
=40+2×36=112 mm 取=125 mm
凹模的尺寸標(biāo)注如圖6所示。
本模具為復(fù)合沖裁模，因此除了沖孔凸模和落料凹模以外，必然還有一個(gè)凸凹模。凸凹模的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖7所示。
校核凸凹模的強(qiáng)度：校核凸凹模的強(qiáng)度：按《冷沖壓模具設(shè)計(jì)與制造》（第2版）表
圖6 凹模
Fig.6 Concave die
2.23得凸凹模的最小壁厚為3.2 mm，而實(shí)際最小壁厚為8 mm，故符合強(qiáng)度要求。凸凹模的外刃口尺寸按凹模尺寸配制，并保證雙面間隙0.16～0.19 mm。凸凹模上孔中心與邊緣距離尺寸R20的公差，應(yīng)比零件圖所標(biāo)精度高3～4級(jí)，即定位20±0.13 mm。
5 模具總體設(shè)計(jì)及主要零部件設(shè)計(jì)
模具的連接與固定零件有模柄、固定板、墊板、銷釘、螺釘?shù)取＿@些模具的連接與固定零件有模柄、固定板、墊板、銷釘、螺釘?shù)冗@些零件大多有國(guó)家準(zhǔn)，設(shè)計(jì)時(shí)可按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)選用。
5.1 上模座、下模座的設(shè)計(jì)
通常所說(shuō)的模架是由上模座、下模座、導(dǎo)柱、導(dǎo)套四個(gè)部分組成，一般標(biāo)準(zhǔn)模架不包括模柄。模架是整副模具的骨架，它是連接沖模主要零件的載體。模具的全部零件都固定在它的上面，并承受沖壓過(guò)程的全部載荷。模架的上模座和下模座分別與沖壓設(shè)備的滑塊和工作臺(tái)固定。上、下模間的精確位置，由導(dǎo)柱，導(dǎo)套的導(dǎo)向來(lái)實(shí)現(xiàn)。
圖7 凸凹模
Fig.7 Die and punch
根據(jù)模架的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)摩擦性質(zhì)的不同，模架分為滑動(dòng)和滾動(dòng)導(dǎo)向模架兩大類。每類模架中，由于導(dǎo)柱的安裝位置和導(dǎo)柱數(shù)量不同，又分為多種模架形式。沖?；瑒?dòng)導(dǎo)向模架有對(duì)角導(dǎo)柱模架、后側(cè)導(dǎo)柱模架、后側(cè)導(dǎo)柱窄型模架、中間導(dǎo)柱模架、中間導(dǎo)柱圓形模架、四導(dǎo)柱模架；沖模滾動(dòng)導(dǎo)向模架有對(duì)角導(dǎo)柱模架、中間導(dǎo)柱模架、四導(dǎo)柱模架、后側(cè)導(dǎo)柱模架?；瑒?dòng)導(dǎo)向模架的導(dǎo)柱、導(dǎo)套結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工、裝配方便，應(yīng)用最廣泛。各類模架的主要特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)合見(jiàn)表1。
本次模架選用中等精度，中、小尺寸沖壓件的中間導(dǎo)柱模架，從前往后送料，操作方便。根據(jù)最大輪廓尺寸選項(xiàng)進(jìn)行規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)模板,查《冷沖壓模具設(shè)計(jì)與制造》（第2版）
表1 滑動(dòng)導(dǎo)向模架的主要形式、特點(diǎn)及應(yīng)用
Tab 1 Sliding guide formwork main form of the characteristics and applications
模架形式
主要特點(diǎn)
應(yīng)用場(chǎng)合
滑動(dòng)導(dǎo)向?qū)菍?dǎo)柱模架
在凹模面積的對(duì)角線上，裝有一個(gè)前導(dǎo)柱和一個(gè)后導(dǎo)柱，其有效區(qū)在毛坯進(jìn)給方向?qū)组g。受力平衡，上模座在導(dǎo)柱上運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。
適用縱向和橫向送料用面寬，常用于級(jí)進(jìn)模和復(fù)合模。
滑動(dòng)導(dǎo)向后置導(dǎo)柱模架
兩導(dǎo)柱、導(dǎo)套分別裝于上、下模座后側(cè)，凹模面積是導(dǎo)套前的有效區(qū)域?？捎糜跊_較寬條料。送料及操作方便。由于導(dǎo)柱、裝在一側(cè)，會(huì)因偏心載荷產(chǎn)生力矩，上模座在導(dǎo)柱上運(yùn)動(dòng)不夠平穩(wěn)。
可縱向、橫向送料。主要適用于一般精度要求的沖模，不適于大型模具。
滑動(dòng)導(dǎo)向中間導(dǎo)柱模架
在模架的左、右中心線上裝有兩個(gè)不同尺寸的導(dǎo)柱，其凹模面積是導(dǎo)套間的有效區(qū)域，有導(dǎo)向精度高，上模座在導(dǎo)柱上運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)等特點(diǎn)。
僅能縱向送料，常用于彎曲模和復(fù)合模。
動(dòng)導(dǎo)向四角導(dǎo)柱模架
模架的四個(gè)角上分別裝有導(dǎo)柱。模架受力平衡，導(dǎo)向精度高。
用于大型沖件，精度很高沖模，以及大批量生產(chǎn)的自動(dòng)沖壓線上的沖模
表7.31，選擇標(biāo)準(zhǔn)模座： 上（下）模座160×125×40 GB2855.9－81（GB2855.10－81）HT200。即凹模周界為=160mm，=125mm，厚度=40mm,能夠符合工件對(duì)模具的加工要求。
模座材料：鑄鐵HT200
精度要求：模座上、下表面的平行度應(yīng)達(dá)要求，常用公差等級(jí)為4級(jí)。
上模座導(dǎo)套孔的軸線垂直于上模座的上表面，下模座導(dǎo)柱孔的軸線垂直于下模座的下表面，且垂直度公差等級(jí)一般為4級(jí)。上、下模座的導(dǎo)套、導(dǎo)柱安裝孔中心距必須一致，精度一般要求在±0. 02mm以下。
查《冷沖壓模具設(shè)計(jì)與制造》（第2版）表7.28，在保證平行度的前提下，得模座的上、下面表粗糙度為Ra3.2～6.3μm 。取模座的上、下面表粗糙度為Ra6.3，模座尺寸標(biāo)注分別如圖8、圖9所示。
5.2 導(dǎo)柱、導(dǎo)套
圖8 上模座
Fig.8 On mould seat
導(dǎo)向零件是用來(lái)保證上模相對(duì)于下模的正確運(yùn)動(dòng)?？紤]到方便加工，裝配容易，根據(jù)設(shè)計(jì)選取A類型導(dǎo)柱導(dǎo)套滑動(dòng)導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，采用基軸制配合。由《冷沖壓模具設(shè)計(jì)與制造》（第2版）表7.15可得：在沖壓材料為0.8～4mm的金屬板時(shí)，導(dǎo)柱與導(dǎo)套的配合宜選用間隙配合H7/h6；上模座與導(dǎo)套配合宜選用過(guò)盈配合H7/m6;下模座與導(dǎo)柱配合宜選用過(guò)盈配合R6/h5。
選擇常用準(zhǔn)件，故根據(jù)《冷沖壓模具設(shè)計(jì)與制造》（第2版）表7.33，選取:直徑=28mm,偏差為h6,長(zhǎng)度=160的A型導(dǎo)柱：
導(dǎo)柱 A28h6×160 GB2861.1－81. 20鋼；
故根據(jù)《冷沖壓模具設(shè)計(jì)與制造》（第2版）表7.35，選取:直徑d=40mm,偏差為H7,長(zhǎng)度=53mm的B型導(dǎo)套：
導(dǎo)套 B28H7×100×38 GB2861.6－81. 20鋼。
圖9 下模座
Fig.9 Mould seat under
5.3 模柄
類型及應(yīng)用場(chǎng)合：
旋入式：圖10a）所示，通過(guò)螺紋與上模座連接，為防止松動(dòng)，常用防轉(zhuǎn)螺釘緊固。這種模柄裝拆方便，但模柄軸線與上模座的垂直度較差，多用于有導(dǎo)柱的小型沖模。
壓入式：圖10b）所示，它與模座孔采用過(guò)渡配合H7/m6，并加銷釘防轉(zhuǎn)這種模柄可較好保證軸線與上模座的垂直度。適用于各種中、小型沖模，生產(chǎn)中最常用。
凸緣式：圖10c）所示，用3~ 4個(gè)螺釘固定在上模座的窩孔內(nèi)，模柄的凸緣與上模座的窩孔采用H7/n6過(guò)渡配合。多用于較大型的模具。
槽型模柄和通用模柄：圖10d）、e）所示，均用于直接固定凸模，也稱為帶模座的模柄，它更換凸模方便，主要用于簡(jiǎn)單模。
模柄的選用：首先應(yīng)根據(jù)模具的大小及零件精度等方面的要求，確定模柄的類型，然 后根據(jù)所選壓力機(jī)的模柄孔尺寸確定模柄的規(guī)格。選擇模柄時(shí)模柄安裝直徑d和長(zhǎng)度L
圖10 模柄
Fig.10 Model handle
應(yīng)與滑塊模柄孔尺寸相適應(yīng)。模柄直徑取與模柄孔相等，采用間隙配合H7/n6，模柄長(zhǎng)度不得大于壓力機(jī)滑塊里模柄孔的深度。根據(jù)選擇的壓力機(jī)型號(hào)尺寸，模柄選擇為凸緣模B40×85 GB2862.3－81. Q235。
5.4 凸模固定板
將凸模或凹模按一定相對(duì)位置壓人固定后，作為一個(gè)整體安裝在上模座或下模座的板件上。模具中最常見(jiàn)的是凸模固定板，固定板分為圓形固定板和矩形固定板兩種，主要用于固定小型的凸模和凹模。
固定板的設(shè)計(jì)主要有以下幾點(diǎn)：
1)凸模固定板的厚度一般取凹模厚度的0.6~0.8倍，取凸模固定板厚度為15mm。其平面尺寸與相應(yīng)的整體凹模、卸料板外形尺寸一致，但還應(yīng)考慮緊固螺釘及銷釘?shù)奈恢谩?
2)固定板上的凸模安裝孔與凸模采用過(guò)渡配合H8/h7,凸模壓裝后端面要與固定板一起磨平。
3)固定板的上、下表面應(yīng)磨平，并與凸模安裝孔的軸線垂直。固定板基面和壓裝配合面的表面粗糙度為Ral.6~0.8um,另一非基準(zhǔn)面可適當(dāng)降低要求。
4) 固定板材料一般采用A3或Q235鋼制造，無(wú)需熱處理淬硬。
5.5 墊板
墊板的作用是直接承受和擴(kuò)散凸模傳遞的壓力，以降低模座所受的單位壓力，防止模座被局部壓陷。模具中最為常見(jiàn)的是凸模墊板，它被裝于凸模固定板與模座之間。模具是否加裝墊板，要根據(jù)模座所受壓力的大小進(jìn)行判斷，若模座所受單位壓力大于模座材料的許用壓應(yīng)力，則需加墊板。
墊板外形尺寸可與凸模固定板相同，其厚度一般取4~l2mm。墊板材料為45鋼，淬火硬度為HRC43~48。墊板上、下表面應(yīng)磨平，表面粗糙度為Ra l.6~0.8um，以保證平行度要求。另外為了便于模具裝配，墊板上銷釘通過(guò)孔直徑可比銷釘直徑增大0.3~0.5mm。螺釘通過(guò)孔也類似。
5.6 螺釘與銷釘
螺釘與銷釘都是標(biāo)準(zhǔn)件，設(shè)計(jì)模具時(shí)按標(biāo)準(zhǔn)選用即可。螺釘用于固定模具零件，而銷釘則起定位作用。模具中廣泛應(yīng)用的是內(nèi)六角螺釘和圓柱銷釘，其中M6~M12mm的螺釘和φ4~φ10mm的銷釘最為常用。
在模具設(shè)計(jì)中，選用螺釘、銷釘應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
1)螺釘要均勻布置，盡量置于被固定件的外形輪廓附近。當(dāng)被固定件為圓形時(shí)，一般采用3~4個(gè)螺釘，當(dāng)為矩形時(shí)，一般采用4~6個(gè)，根據(jù)《冷沖壓模具設(shè)計(jì)與制造》（第2版）表2.34，使用螺釘M10，最小間距60mm，最大間距115 mm。銷釘一般都用兩個(gè)，且盡量遠(yuǎn)距離錯(cuò)開(kāi)布置，以保證定位可靠。螺釘?shù)拇笮?yīng)根據(jù)凹模厚度選用。
2)螺釘之間、螺釘與銷釘之間的距離，螺釘、銷釘距刃口及外邊緣的距離，均不應(yīng)過(guò)小，以防降低強(qiáng)度。
3)內(nèi)六角螺釘通過(guò)孔及其螺釘裝配尺寸應(yīng)合理，其具體數(shù)值可由相關(guān)資料查得。
4)圓柱銷孔形式及其裝配尺寸可參考相關(guān)資料。連接件的銷孔應(yīng)配合加工，以保證位置精度，銷釘孔與銷釘采用H7/m6或H7/n6過(guò)渡配合。
5)彈壓卸料板上的卸料螺釘，用于連接卸料板，主要承受拉應(yīng)力。根據(jù)卸料螺釘?shù)念^部形狀，也可分為內(nèi)六角和圓柱頭兩種。圓形卸料板常用3個(gè)卸料螺釘，矩形卸料板一般用4或6個(gè)卸料螺釘。由于彈壓卸料板在裝配后應(yīng)保持水平，故卸料螺釘?shù)拈L(zhǎng)度應(yīng)控制在
一定的公差范圍內(nèi)，裝配時(shí)選用同一長(zhǎng)度的螺釘。
5.7 卸料板
彈壓卸料板的外形一般與同方向上的固定板的外形一致；固定卸料板一般與凹模外形一致。本次設(shè)計(jì)采用帶小導(dǎo)柱的彈壓卸料板，這種卸料板可兼作凸模導(dǎo)向用。查《冷沖壓模具設(shè)計(jì)與制造》（第2版）表2.29得厚度 =16 mm。其成形孔基本與凹模刃口的形狀相同。
5.8 彈性元件的設(shè)計(jì)
彈簧是模具中廣泛應(yīng)用的彈性零件，主要用于卸料、推件、和壓邊等工作。模具設(shè)計(jì)時(shí)，彈簧一般是按標(biāo)準(zhǔn)選用的。選擇的彈簧要滿足兩個(gè)條件。
1） 壓力要足夠。即
式中：—彈簧的預(yù)壓力，N；
—卸料力、推件力或壓邊力，N；
—彈簧根數(shù)。
2）壓縮量要足夠。即
式中：—彈簧允許的最大壓縮量，mm；
—彈簧需要的總壓縮量，mm；
—彈簧的預(yù)壓縮量，mm；
—卸料版 、推件塊或壓邊圈的工作行程，mm；
—模具的修模量或調(diào)整量，mm；一般取4~6mm。
卸料力為4228N選定的彈簧為六根，工作行程為8mm，單根的=705N。
預(yù)選彈簧，由《冷沖壓模具設(shè)計(jì)與制造》（第2版）表7.57可得彈簧的工作極限負(fù)荷＞705N，工作極限負(fù)荷下變形量mm。
彈簧每圈最大壓縮量 mm
彈簧每圈預(yù)壓縮量 mm
彈簧每圈剩余壓縮量 mm
彈簧的預(yù)壓縮量 mm
彈簧的剩余壓縮量 mm
彈簧的總壓縮量 mm
校核 mm＞
在卸料力的作用下彈簧未壓死，所以選取的彈簧尺寸合適。
彈簧的安裝長(zhǎng)度 =75-22.87=52.13 mm 取整=52mm
5.9 模具總圖
本次設(shè)計(jì)的模具總圖如圖11所示。
1導(dǎo)套；2上模座；3螺釘；4推桿；5凸緣模柄；6推板；7推銷；8螺釘；9銷釘；10墊板；11凸模固定板；12推件塊；13落料凹模；14卸料版；15凸模；16導(dǎo)柱；17下模座；18凸凹模；19卸料彈簧；20銷釘；21螺釘；22卸料螺釘；23導(dǎo)料銷；24擋料銷
圖11 倒裝復(fù)合模
Fig.11 Flip composite membrane
該復(fù)合沖裁模將凹模及凸模裝在上模座上，是典型的倒裝結(jié)構(gòu)。兩個(gè)導(dǎo)料銷控制條料送進(jìn)的導(dǎo)向，固定擋料銷控制送料的進(jìn)距。卸料采用彈性卸裝置，彈性卸料裝置由卸料板、卸料螺釘和彈簧組成。沖制的工件由推桿、推板、推銷和推件塊組成的剛性推件裝置推出。沖孔的廢料可通過(guò)圖凹模的內(nèi)孔從壓力機(jī)臺(tái)面孔漏下。
模具的閉合高度與壓力機(jī)的選用：
上模座：L/mm×B/mm× H/mm=250×160×40
下模座：L/mm×B/mm× H/mm=160×125×50
導(dǎo) 柱：d/mm×L/mm=40×200
導(dǎo) 套：d/mm×L/mm×D/mm =40×140×53
墊板厚度?。?2 mm
凸模固定板厚度：15 mm
凹模的厚度已定為：18 mm
卸料板的厚度取：16 mm
模具的閉合高度：
=（40+12+15+18+1.2+16+57+50）mm=209.2 mm
5.10 沖壓設(shè)備的選擇
=195 KN
壓力機(jī)的噸位必須大于所計(jì)算的沖裁總工藝力，以適應(yīng)沖裁間隙的要求。且考慮到壓力機(jī)的使用安全，選擇壓力機(jī)的噸位時(shí)，總工藝力一般不應(yīng)超過(guò)壓力機(jī)額定噸位的80%，參照《冷沖壓模具設(shè)計(jì)與制造》（第2版）表7.10，初選開(kāi)式可傾壓力機(jī)J23-25，其技術(shù)參數(shù)如表2。
表2 開(kāi)式可傾壓力機(jī)J23-25技術(shù)參數(shù)
Tab 2 Off tilt press J23-25 technical parameters
項(xiàng)目
尺寸
項(xiàng)目
尺寸
公稱壓力/kN
250
工作臺(tái)尺寸/mm
前后
370
左右
560
滑塊行程/mm
65
工作臺(tái)孔尺寸/mm
前后
200
左右
290
直徑
260
續(xù)表2
項(xiàng)目
尺寸
項(xiàng)目
尺寸
滑塊行程次數(shù)/（次/）
55
墊板尺寸/mm
厚度
50
直徑
－
最大封閉高度/mm
260
模柄孔尺寸/mm
直徑
40
深度
60
封閉高度調(diào)節(jié)量/mm
55
滑塊底面尺寸/mm
前后
－
左右
－
滑塊中心線至床身距離/mm
200
床身最大可傾角/（°）
30
立柱距離/mm
270
－
－
5.11 凸模的長(zhǎng)度及校核
凸模的的L應(yīng)根據(jù)模具的結(jié)構(gòu)確定。經(jīng)過(guò)對(duì)模具的總體設(shè)計(jì)，采用彈性卸料板，凸模的長(zhǎng)度為
式中：－固定板厚度，mm；
－凹模厚度，mm；
－附加長(zhǎng)度，mm；主要考慮凸模進(jìn)入凹模的深度（0.5~10mm）、總修模量（10~15mm）及模具閉合狀態(tài)下卸料板到凸模固定板間的安全距離（10~20mm）等因素的影響，取=24mm。
可取凸模的長(zhǎng)度
L=（15+18+26）mm=57 mm
5.12 沖壓設(shè)備校核
1）公稱壓力的校核，根據(jù)初選的壓力機(jī)J23-25，查得其技術(shù)參數(shù)為250KN的公稱壓力。本套模具的總沖壓力前面已算出=195 KN，故公稱壓力得以校核。
2）做工校核：設(shè)備在設(shè)計(jì)時(shí)所依據(jù)的工件變形為A1，對(duì)A1的計(jì)算不同的類型的壓
力機(jī)有不同的算法，如通用曲柄壓力機(jī)是以一個(gè)典型沖載力為依據(jù)，而冷壓機(jī)則是以一個(gè)
典型擠壓力為依據(jù)。如果我們選擇的壓力機(jī)類型是與所進(jìn)行的沖壓工藝相對(duì)應(yīng)，則設(shè)備做
功可不校核，如在通用曲柄壓力機(jī)上進(jìn)行沖載，在拉深壓力機(jī)上進(jìn)行拉深；若在通用曲柄
壓力機(jī)上進(jìn)行拉深，擠壓復(fù)合工序等，則需進(jìn)行設(shè)備做功校核。
3） 行程次數(shù)：工效為20件/min。因是手工送料且為大批量所以行程次數(shù)不能太大。
參見(jiàn)曲柄壓力機(jī)技術(shù)參數(shù)表可得以校核。
4）工作臺(tái)面尺寸的校核：查得所選模架底座L×B=160×125.壓力機(jī)技術(shù)參數(shù)中工作
臺(tái)面尺寸為L(zhǎng)×B=370×560，可知符合要求。
5）滑塊模柄孔尺寸：滑塊上模柄孔直徑是Φ40 mm，模柄孔深為60 mm，而所選的模
柄夾持部分長(zhǎng)度為18mm。所以符合要求。
6）閉合高度的校核：由壓力機(jī)技術(shù)參數(shù)可知：最大封閉高度260 mm，最大調(diào)節(jié)量55 mm，所以壓力機(jī)閉合高度范圍是205～260mm，而模具的閉合高度（參見(jiàn)復(fù)合膜裝配圖）為209.2mm，可以安裝到壓力機(jī)上，符合要求。
6 沖壓模具零件加工工藝的編制
6.1 凹模加工工藝過(guò)程
表3 凹模加工工藝過(guò)程
Tab 3 Concave die processing process technology
工序號(hào)
工序名稱
工序內(nèi)容
設(shè)備
1
備料
將毛坯鍛成160mm×125mm×18mm
－
2
熱處理
退火
銑床
3
銑
銑六面,厚度留單邊磨量0.2~0.3mm
平面磨床
4
平磨
磨厚度到上限尺寸,磨側(cè)基面保證互相垂直
－
5
線切割
按圖切割各型孔,留0.005~0.01單邊研量
線切割機(jī)床
6
鉗工
劃各型孔,螺孔,銷孔位置劃漏孔輪廓線
－
7
鉗工
型孔半精加工
銑床
8
銑
型孔精加工
鉆床
9
熱處理
淬火,回火,保證HRC60~64
－
10
鉗工
研光各型孔達(dá)要求
－
11
檢驗(yàn)
－
－
6.2 凸模加工工藝過(guò)程
表4 落料凸模加工工藝過(guò)程
Tab 4 Dropping material machining process of the punch
工序號(hào)
工序名稱
工序內(nèi)容
設(shè)備
1
備料
按圖紙備毛胚
－
2
熱處理
退火
－
3
銑
厚度留單邊磨量0.2~0.3mm
銑床
4
平磨
磨厚度到上限尺寸,磨側(cè)基面保證互相垂直
平面磨床
5
鉗工
劃刃口輪廓尺寸及孔位置尺寸
－
6
鉗工
加工好凹模,配作落料凸模達(dá)要求
線切割機(jī)床
7
熱處理
淬火,回火,保證HRC58~62
鉆床
8
鉗工
磨各配合面達(dá)要求，修研
－
9
檢驗(yàn)
6.3 卸料板加工工藝過(guò)程
表5 卸料版加工工藝過(guò)程
Tab 5 Unloading version of the machining process
工序號(hào)
工序名稱
工序內(nèi)容
設(shè)備
1
備料
將毛坯鍛成160mm×125mm×16mm
－
2
熱處理
退火
－
3
銑
銑六面,厚度留單邊磨量0.2~0.3mm
銑床
4
平磨
磨厚度到上限尺寸,磨側(cè)基面保證互相垂直
平面磨床
5
鉗工
劃各型孔,螺孔,銷孔位置劃漏孔輪廓線
－
6
線切割
按圖切割各型孔,保證雙面間隙0.5mm
線切割機(jī)床
7
鉗工
鉆鉸6×φ8,攻絲
鉆床
8
平磨
磨厚度及基面見(jiàn)光
平面磨床
9
鉗工
研光各型孔達(dá)要求
－
10
檢驗(yàn)
－
－
6.4 凸模固定板加工工藝過(guò)程
表6 凸模固定板加工工藝過(guò)程
Tab 6 The punch fixed board processing process technology
工序號(hào)
工序名稱
工序內(nèi)容
設(shè)備
1
工序名稱
將毛坯鍛成160mm×125mm×15mm
－
2
工序名稱
退火
－
3
工序名稱
銑六面,厚度留單邊磨量0.2~0.3mm
銑床
4
工序名稱
磨厚度到上限尺寸,磨側(cè)基面保證互相垂直
平面磨床
5
鉗工
劃各型孔,螺孔,銷孔位置劃漏孔輪廓線
－
6
線切割
按圖切割各型孔,保證配合尺寸
線切割機(jī)床
7
鉗工
鉆鉸4×φ6,鉆共攻4×M12銷釘孔
鉆床
8
鉗工
鉚接處倒角
－
9
鉗工
研光各型孔達(dá)要求
－
10
檢驗(yàn)
－
－
6.5 上模座加工工藝過(guò)程
表7 上模座加工工藝過(guò)程
Tab 7 Mold base on machining process
工序號(hào)
工序名稱
工序內(nèi)容
設(shè)備
1
備料
取標(biāo)準(zhǔn)上模座
－
2
熱處理
退火
－
3
平磨
平磨上下平面達(dá)要求
平面磨床
4
鉗工
劃螺孔,銷孔位置劃模柄孔輪廓線
－
5
線切割
按圖切割各型孔,保證配合尺寸
線切割機(jī)
6
鉗工
鉆鉸4×φ6,鉆攻4×M8,配鉆模柄防轉(zhuǎn)孔
鉆床
7
鉗工
研光各型孔達(dá)要求
－
8
檢驗(yàn)
－
－
6.6 下模座加工工藝過(guò)程
表8 下模座加工工藝過(guò)程
Tab 8 Lower die seat processing process technology
工序號(hào)
工序名稱
工序內(nèi)容
設(shè)備
1
備料
取標(biāo)準(zhǔn)下模座
－
2
熱處理
退火
－
3
平磨
平磨上下平面達(dá)要求
平面磨床
4
鉗工
劃螺孔，銷孔位置；劃模柄孔輪廓線
－
5
線切割
按圖切割各型孔
線切割機(jī)
7
鉗工
鉆鉸2×φ12,6×φ8,4×φ6鉆沉孔
鉆床
8
鉗工
研光各型孔達(dá)要求
－
9
檢驗(yàn)
－
－
6.7 磨齒
利用磨齒機(jī)對(duì)齒輪的輪齒進(jìn)行磨削加工的過(guò)程叫做磨齒。把沖壓出來(lái)的工件進(jìn)行磨齒，使得多功能開(kāi)瓶器彎鉤處在工作時(shí)能卡主瓶蓋，使得上力，保證瓶蓋能輕易簡(jiǎn)單的打開(kāi)。在此，把齒磨成直角，最小銳角對(duì)向里對(duì)著工件本身。磨好齒后，即是一件有效用的產(chǎn)品了，能夠突入市場(chǎng)，進(jìn)入日常生活、幫人們解決生活中開(kāi)瓶的麻煩。
7 總結(jié)
畢業(yè)設(shè)計(jì)即將結(jié)束，在老師的指導(dǎo)和同學(xué)的幫助之下，學(xué)生對(duì)于道路設(shè)計(jì)有了更多新的認(rèn)知，對(duì)模具設(shè)計(jì)有了更深一步的認(rèn)識(shí)，對(duì)模具綜合設(shè)計(jì)的整體脈絡(luò)了解得更加的清晰透徹。通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)，學(xué)生對(duì)自己大學(xué)四年以來(lái)所學(xué)的知識(shí)有更多的認(rèn)識(shí)。
畢業(yè)設(shè)計(jì)，從最開(kāi)始時(shí)的搜集資料，整理資料，到方案比選，確定方案，再到著手開(kāi)始進(jìn)行凸模、凹模和零件的設(shè)計(jì)，每一步都是環(huán)環(huán)相扣，銜接緊密，其中任何一個(gè)步驟產(chǎn)生遺漏或者疏忽，就會(huì)對(duì)以后的設(shè)計(jì)帶來(lái)很多的不便。在設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到問(wèn)題是難免的，曾經(jīng)一個(gè)參數(shù)就能夠困住好幾天，還有一些小問(wèn)題，平時(shí)都不打關(guān)注，但是當(dāng)設(shè)計(jì)的一個(gè)環(huán)節(jié)要成功時(shí)，去因?yàn)檫@一環(huán)節(jié)二前功盡棄；設(shè)計(jì)時(shí)往往一坐就是幾個(gè)小時(shí)，把心投入到設(shè)計(jì)中時(shí)，總是感覺(jué)時(shí)間過(guò)得額很快，往往一個(gè)問(wèn)題就可以糾結(jié)大半天；這次設(shè)計(jì)由于題目比較新，很難找到資料獲得幫助，很多問(wèn)題都要自己去解決，一步一個(gè)腳印，鍛煉了我獨(dú)自解決問(wèn)題的能力。
通過(guò)設(shè)計(jì)，學(xué)生深刻領(lǐng)會(huì)到基礎(chǔ)的重要性，畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅僅能幫助學(xué)生檢驗(yàn)大學(xué)四年的學(xué)習(xí)成果，更多的是畢業(yè)設(shè)計(jì)可以幫助我們更加清楚的認(rèn)識(shí)自我，磨練學(xué)生的意志與耐性，這會(huì)為學(xué)生日后的工作和生活帶來(lái)很大的幫助。
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致 謝
本論文是在湯興初老師的悉心指導(dǎo)和熱情關(guān)懷下完成的。從選題、撰寫到定稿，遇到的困難很多，有的很容易，有的也很棘手，但是湯老師都無(wú)私、熱誠(chéng)的給予了我很大的幫助，指導(dǎo)我撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)，解決設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到的得各種問(wèn)題。還有各位學(xué)工組老師、答辯組老師，感謝你們?cè)诎倜χ衼?lái)對(duì)我們的畢業(yè)答辯進(jìn)行指導(dǎo)，助我們合格的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，同時(shí)鞏固在大學(xué)四年所學(xué)的知識(shí)，在進(jìn)入社會(huì)工作前，最后一次加強(qiáng)自己的能力。在此，向湯老師以及其他各位老師致以深深的感謝和崇高的敬意。
附錄
附錄1：零件圖
附錄2：零件圖
附錄3：零件圖
附錄4：零件圖
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