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摘要
本次設計了一套沖壓模具。首先要對沖壓模具進行工藝分析，經過工藝分析和對比確定模具架及壓力機，確定壓力機的型號。再分析對沖壓件加工的模具適用類型選擇所需設計的模具。得出將設計的模具類型后將模具的各工作零部件設計過程表達出來。
在說明書中第一部分，主要敘述了沖壓模具的發(fā)展狀況，說明了沖壓模具的重要性與本次設計的意義，對沖壓件的工藝分析，工藝方案的確定。通過，對零件排樣圖的設計，完成了材料利用率的計算。再進行沖裁工藝力的計算和沖裁模工作部分的設計計算。最后對主要零部件的設計和標準件的選擇，為本次設計模具的繪制和模具的成形提供依據(jù)，以及為裝配圖各尺寸提供依據(jù)。通過前面的設計方案畫出模具各零件圖和裝配圖。
關鍵字：沖壓；工藝:模具結構
Abstract
A molding tool for designing a set ofly hurtling bore, falling anticipating.Want to proceed the craft analysis to the washer first, analyze through craft with contrast certain molding tool a model number for and pressure machine, making sure pressure machine.Analyze again to wash to press a molding tool for processing apply the type the choice a molding tool for needing design.Get a molding tool for will designing type empress expresses out each work zero parts design process of the molding tool.
In text file the first part, described to wash the development condition that press the molding tool primarily, explain to wash the importance that press the molding tool and the meaning of this design, to craft that washing and pressing the piece analyzes, the craft project really settles.Pass, line up the design of the kind diagram to the spare parts, complete the calculation of the material utilization.Proceed again the calculation that wash cut the craft dint with wash to cut mold work part of designs calculation.Finally to the design of the main the parts of zero with the choice of the standard piece, draw for this design molding tool to take shape the offering with the molding tool according to, and for assemble each size of diagram offering according to.The design project passing before draws an each spare parts of molding tool diagram with assemble the diagram.
Keyword:Wash to press;Fall to anticipate to hurtle the bore;Molding tool construction
目錄
摘要 1
Abstract 2
目錄 3
第1章 緒論 5
1.1 中國沖壓模具現(xiàn)狀 5
1.1.1 模具CAD/CAM技術狀況 5
1.1.2 模具設計與制造能力狀況 6
1.2 沖壓模具的發(fā)展重點與展望 7
1.2.1沖壓模具產品發(fā)展重點。 7
1.2.2 沖壓模具技術發(fā)展重點。 8
1.3中國沖壓模具發(fā)展趨勢 8
第2章 零件的分析 9
2.1 零件的工藝性分析 9
2.1.1 材料 9
2.1.2 結構形狀 9
2.1.3 尺寸精度 10
2.2 工藝方案分析 10
2.2.1方案種類 10
2.2.2方案的比較 10
2.2.3方案的確定 11
2.3 彎曲工藝計算 11
第3章 模具間隙和凸凹模尺寸的確定 12
3.1 模具間隙的確定 12
3.1.1 間隙對沖裁件尺寸的精度的影響 12
3.1.2 間隙對模具壽命的影響 12
3.1.3 間隙對沖裁力的影響 12
3.1.4 間隙值的確定 13
3.2 凸凹模尺寸 14
第4章 沖載力和壓力中心的計算 18
4.1 壓力中心的計算 18
4.2 設備的選擇 18
第5章 排樣設計 20
第6章 模具總體設計 23
6.1 精度與定位 23
6.2 模具的導向裝置 23
6.3 卸件、卸料設計 24
6.4 支承與緊固 24
第7章 模具的壽命 25
7.1 模具的失效形式 25
7.2 提高模具壽命的途徑 27
結論與展望 30
致謝 31
參考文獻 32
第1章 緒論
1.1 中國沖壓模具現(xiàn)狀
根據(jù)考古發(fā)現(xiàn)，早在2000多年前，我國已有沖壓模具被用于制造銅器，證明了中國古代沖壓成型和沖壓模具方面的成就在世界領先。1953年，長春第一汽車制造廠在中國首次建立了沖模車間，該廠于1958年開始制造汽車覆蓋件模具。我國于20世紀60年代開始生產精沖模具。在走過了漫長的發(fā)展道路之后，目前我國已形成了300多億元（未包括港、澳、臺的統(tǒng)計數(shù)字，下同。）各類沖壓模具的生產能力。
近年來，我國沖壓模具水平已有很大提高。大型沖壓模具已能生產單套重量達50多噸的模具。為中檔轎車配套的覆蓋件模具國內也能生產了。精度達到1~2μm，壽命2億次左右的多工位級進模國內已有多家企業(yè)能夠生產。表面粗糙度達到Ra≦1.5μm的精沖模，大尺寸（Φ≧300mm）精沖模及中厚板精沖模國內也已達到相當高的水平。
1.1.1 模具CAD/CAM技術狀況
我國模具CAD/CAM技術的發(fā)展已有20多年歷史。由原華中工學院和武漢733廠于1984年共同完成的精沖模CAD/CAM系統(tǒng)是我國第一個自行開發(fā)的模具CAD/CAM系統(tǒng)。由華中工學院和北京模具廠等于1986年共同完成的冷沖模CAD/CAM系統(tǒng)是我國自行開發(fā)的第一個沖裁模CAD/CAM系統(tǒng)。上海交通大學開發(fā)的冷沖模CAD/CAM系統(tǒng)也于同年完成。20世紀90年代以來，國內汽車行業(yè)的模具設計制造中開始采用CAD/CAM技術。國家科委863計劃將東風汽車公司作為CIMS應用示范工廠，由華中理工大學作為技術依托單位，開發(fā)的汽車車身與覆蓋件模具CAD/CAPP/CAM集成系統(tǒng)于1996年初通過鑒定。在此期間，一汽和成飛汽車模具中心引進了工作站和CAD/CAM軟件系統(tǒng)，并在模具設計制造中實際應用，取得了顯著效益。1997年一汽引進了板料成型過程計算機模擬CAE軟件并開始用于生產。
模具CAD/CAM技術能顯著縮短模具設計與制造周期，降低生產成本，提高產品質量，已成為人們的共識。在“八五”、“九五”期間，已有一大批模具企業(yè)推廣普及了計算機繪圖技術，數(shù)控加工的使用率也越來越高，并陸續(xù)引進了相當數(shù)量的CAD/CAM系統(tǒng)。如美國EDS的UG，美國Parametric Technology公司的Pro/Engineer，美國CV公司的CADS5，英國DELCAM公司的DOCT5，日本HZS公司的CRADE及space-E，以色列公司的Cimatron，還引進了AutoCAD、CATIA等軟件及法國Marta-Daravision公司用于汽車及覆蓋件模具的Euclid-IS等專用軟件。國內汽車覆蓋件模具生產企業(yè)普遍采用了CAD/CAM技術。DL圖的設計和模具結構圖的設計均已實現(xiàn)二維CAD，多數(shù)企業(yè)已經向三維過渡，總圖生產逐步代替零件圖生產。且模具的參數(shù)化設計也開始走向少數(shù)模具廠家技術開發(fā)的領域。在沖壓成型CAE軟件方面，除了引進的軟件外，華中科技大學、吉林大學、湖南大學等都已研發(fā)了較高水平的具有自主知識產權的軟件，并已在生產實踐中得到成功應用，產生了良好的效益。
快速原型(RP)與傳統(tǒng)的快速經濟模具相結合，快速制造大型汽車覆蓋件模具，解決了原來低熔點合金模具靠樣件澆鑄模具，模具精度低、制件精度低，樣件制作難等問題，實現(xiàn)了以三維CAD模型作為制模依據(jù)的快速模具制造，并且保證了制件的精度，為汽車行業(yè)新車型的開發(fā)、車身快速試制提供了覆蓋件制作的保證，它標志著RPM應用于汽車車身大型覆蓋件試制模具已取得了成功。
圍繞著汽車車身試制、大型覆蓋件模具的快速制造，近年來也涌現(xiàn)出一些新的快速成型方法，例如目前已開始在生產中應用的無模多點成型及激光沖擊和電磁成型等技術。它們都表現(xiàn)出了降低成本、提高效率等優(yōu)點。
1.1.2 模具設計與制造能力狀況
在國家產業(yè)政策的正確引導下，經過幾十年努力，現(xiàn)在我國沖壓模具的設計與制造能力已達到較高水平，包括信息工程和虛擬技術等許多現(xiàn)代設計制造技術已在很多模具企業(yè)得到應用。
雖然如此，我國的沖壓模具設計制造能力與市場需要和國際先進水平相比仍有較大差距。這些主要表現(xiàn)在高檔轎車和大中型汽車覆蓋件模具及高精度沖模方面，無論在設計還是加工工藝和能力方面，都有較大差距。轎車覆蓋件模具，具有設計和制造難度大，質量和精度要求高的特點，可代表覆蓋件模具的水平。雖然在設計制造方法和手段方面已基本達到了國際水平，模具結構功能方面也接近國際水平，在轎車模具國產化進程中前進了一大步，但在制造質量、精度、制造周期等方面，與國外相比還存在一定的差距。 ?
標志沖模技術先進水平的多工位級進模和多功能模具，是我國重點發(fā)展的精密模具品種。有代表性的是集機電一體化的鐵芯精密自動閥片多功能模具，已基本達到國際水平。但總體上和國外多工位級進模相比，在制造精度、使用壽命、模具結構和功能上，仍存在一定差距。
汽車覆蓋件模具制造技術正在不斷地提高和完善，高精度、高效益加工設備的使用越來越廣泛。高性能的五軸高速銑床和三軸的高速銑床的應用已越來越多。NC、DNC技術的應用越來越成熟，可以進行傾角加工和超精加工。這些都提高了模具型面加工精度，提高了模具的質量，縮短了模具的制造周期。
模具表面強化技術也得到廣泛應用。工藝成熟、無污染、成本適中的離子滲氮技術越來越被認可，碳化物被覆處理（TD處理）及許多鍍（涂）層技術在沖壓模具上的應用日益增多。真空處理技術、實型鑄造技術、刃口堆焊技術等日趨成熟。激光切割和激光焊接技術也得到了應用。
1.2 沖壓模具的發(fā)展重點與展望
發(fā)展重點的選取應根據(jù)市場需求、發(fā)展趨勢和目前狀況來確定。可分為產品重點、技術重點兩個方面來研究。
1.2.1沖壓模具產品發(fā)展重點。
沖壓模具共有7小類，并有一些按其服務對象來稱呼的一些種類。目前急需發(fā)展的是汽車覆蓋件模具，多功能、多工位級進模和精沖模。這些模具現(xiàn)在產需矛盾大，發(fā)展前景好。
汽車覆蓋件模具中發(fā)展重點是技術要求高的中高檔轎車大中型覆蓋件模具，尤其是外覆蓋件模具。高強度板和不等厚板的沖壓模具及大型多工位級進模、連續(xù)模今后將會有較快的發(fā)展。多功能、多工位級進模中發(fā)展重點是高精度、高效率和大型、高壽命的級進模。精沖模中發(fā)展重點是厚板精沖模大型精沖模，并不斷提高其精度
1.2.2 沖壓模具技術發(fā)展重點。
模具技術未來發(fā)展趨勢主要是朝信息化、高速化生產與高精度化發(fā)展。因此從設計技術來說，發(fā)展重點在于大力推廣CAD/CAE/CAM技術的應用，并持續(xù)提高效率，特別是板材成型過程的計算機模擬分析技術。模具CAD、CAM技術應向宜人化、集成化、智能化和網(wǎng)絡化方向發(fā)展，并提高模具CAD、CAM系統(tǒng)專用化程度。
為了提高CAD、CAE、CAM技術的應用水平，建立完整的模具資料庫及開發(fā)專家系統(tǒng)和提高軟件的實用性十分重要。從加工技術來說，發(fā)展重點在于高速加工和高精度加工。高速加工目前主要是發(fā)展高速銑削、高速研拋和高速電加工及快速制模技術。高精度加工目前主要是發(fā)展模具零件精度1μm以下和表面粗糙度Ra≦0.1μm的各種精密加工。提高模具標準化程度，搞好模具標準件生產供應也是沖壓模具技術發(fā)展重點之一。為了提高沖壓模具的壽命，模具表面的各種強化超硬處理等技術也是發(fā)展重點。 對于模具數(shù)字化制造、系統(tǒng)集成、逆向工程、快速原型/模具制造及計算機輔助應用技術等方面形成全方位解決方案，提供模具開發(fā)與工程服務，全面提高企業(yè)水平和模具質量，這更是沖壓模具技術發(fā)展的重點。
1.3中國沖壓模具發(fā)展趨勢
根據(jù)國內和國際模具市場的發(fā)展狀況，以及未來我國的模具行業(yè)做出調整后，將呈現(xiàn)出十大發(fā)展趨勢：一是模具日趨大型化；二是模具的精度將越來越高；三是多功能復合模具將進一步發(fā)展；四是熱流道模具在塑料模具中的比重將逐漸提高；五是氣輔模具及適應高壓注射成型等工藝的模具將有較大發(fā)展；六是模具標準化和標準件的應用將日漸廣泛；七是快速經濟模具的前景十分廣闊；八是壓鑄模具的比例將不斷提高；九是塑料模具的比例將不斷增大；十是模具技術含量將不斷提高，中高檔模具比例將不斷增大。這就是我國模具行業(yè)未來的發(fā)展趨勢。
第2章 零件的分析
2.1 零件的工藝性分析
零件圖及相關尺寸見圖
2.1.1 材料
墊片零件材質為：35號鋼，厚度為4mm；屬于普通碳素綱，具有良好的沖壓性能。
由資料[1]查表得抗拉強度=375～500Mpa，屈服極限=245MPa，彈性模數(shù)E=MP，伸長率=25%，抗剪強度為τ=310～380Mpa。
2.1.2 結構形狀
該零件的結構相對有些復雜，但其屬于薄板件，對稱結構，比較規(guī)則，結構相對而言不算太大，適合沖壓加工。
2.1.3 尺寸精度
由于本零件給定的尺寸精度一般，所以未標注公差的尺寸都按生產所需經濟精度要求的IT12級查[2]得各尺寸的公差
結論：該沖裁件的材料35號鋼，是普通碳素結構鋼，具有較好的沖壓性能，年生產10萬件，為大批量生產，故比較適合沖裁加工。
2.2 工藝方案分析
2.2.1方案種類
該工件包括落料、沖孔兩個基本工序，可有以下三種工藝方案：
方案一：落料,彎曲,沖孔,采用單工序模生產。
方案二：落料,彎曲,沖孔沖壓,采用級進模生產。
方案三：采用落料－－彎曲同時進行的復合模生產,單工序沖孔。
2.2.2方案的比較
方案一，模具結構簡單，制造方便，但需要兩道工序，兩副模具，成本相對較高，生產效率低，且更重要的是在第一道工序完成后，進入第二道工序必然會增大誤差，使工件精度、質量大打折扣，達不到所需的要求，難以滿足生產需要。故而不選此方案。
方案二，級進模是一種多工位、效率高的一種加工方法。但級進模輪廓尺寸較大，制造復雜，成本較高，一般適用于大批量，小型沖壓件。而本工件尺寸輪廓較大，采用此方案，勢必會增大模具尺寸，使加工難度提高，進而也排除此方案。
方案三，只需要一套模具，工件的精度及生產效率要求都能滿足，模具輪廓尺寸、制造相對前面兩種方案都有比較好。
2.2.3方案的確定
綜上所述，本套采用方案3。
2.3 彎曲工藝計算
（1）無圓角半徑（較?。┑膹澢╮〈0.5t）根據(jù)毛坯與制件等體積法計算。
（2）有圓角半徑（較大）的彎曲件（r>0.5t）根據(jù)中性層長度不變原理計算。因為r=2>0.5t=0.5*2=1mm,屬于有圓角半徑(較大)的彎曲件.所以彎曲件的展開長度按直邊區(qū)與圓角區(qū)分段進行計算.視直邊區(qū)在彎曲前后長度不變,圓角區(qū)展開長度按彎曲前后中性層長度不變條件進行計算.
????????? ??LZ=∑l+∑A
該零件的展開長度為
Lz=45*2+38+1.57x(6+4x0.36)≈139.68(mm)
以上格式中? P---中性層曲率半徑,mm;??????????
k---中性層位系數(shù),查表得k=0.38??????????
r---彎曲內彎曲半徑,mm???????????
t---彎曲件材料厚度,mm??????????
LZ----彎曲件的展開長度,mm??????????
a-----彎曲中心角???????????
β---彎角
第3章 模具間隙和凸凹模尺寸的確定
3.1 模具間隙的確定
3.1.1 間隙對沖裁件尺寸的精度的影響
沖裁件的尺寸精度是指沖裁件的實際尺寸與基本尺寸的差值，差值越小，則精度越高。這個差值包括兩方面的偏差，一是沖裁件相對于凸模或凹模尺寸的偏差，二是模具本身的制造偏差。
影響偏差值的因素有：凸模與凹模間隙、材料性質、工件形狀與尺寸。其中主要因素是凸模、凹模間的間隙值。
上述因素的影響是在一定的模具制造精度前提下討論的。若模具刃口制造精度低，則沖裁件的制造精度也就無法保證。所以，凸、凹模刃口的制造公差一定要按工件的尺寸要求來決定。此外，模具的結構形式及定位方式對孔的定位尺寸精度也有較大的影響。
3.1.2 間隙對模具壽命的影響
模具壽命受各種因素的綜合影響。間隙是影響模具壽命諸因素中最主要的因素之一。沖裁過程中，凸模與被沖的孔之間，凹模與落料件之間均有摩擦，而且間隙越小，模具作用的壓應力越大，摩擦也越嚴重。所以過小的間隙對模具壽命極為不利。而較大的間隙可使凸模側面與材料間的摩擦減小，并減緩由于受到指責和裝配精度限制而出現(xiàn)的間隙不均勻現(xiàn)象的不利影響，從而提高模具壽命。
3.1.3 間隙對沖裁力的影響
隨著間隙的增大，材料所受的拉力應力增大，材料容易斷裂分離，因此沖裁力減小。通常沖裁力的降低并不顯著，當單邊間隙在材料厚度的5﹪―20﹪左右時，沖裁力的降低不超過5﹪―10﹪。間隙對卸料力、推件力的影響比較顯著。間隙增大后，從凸模上卸料和從凹模里推出零件都省力，當單邊間隙達到材料厚度的15﹪―25﹪左右時卸料力幾乎為零。但間隙繼續(xù)增大，因為毛刺增大，又將引起卸料力、頂件力迅速增大。
3.1.4 間隙值的確定
由以上分析可見，凸模、凹模間間隙對沖裁件質量、沖裁工藝力、模具壽命都有很大的影響。因此，設計模具時一定要選擇一個合理的間隙，以保證沖裁件的斷面質量、尺寸精度滿足產品的要求、所需沖裁力小、模具壽命高?？紤]到模具在使用過程中的磨損使間隙值增大，故設計與制造新模具時要采用最小合理間隙值Cmin。確定合理間隙的方法有理論確定法與經驗法。
1.理論確定法
理論確定法的主要依據(jù)是保證上下裂紋會合，以便獲得良好的斷面。
2.經驗確定法
根據(jù)近年來的研究與使用經驗，在確定間隙值時要按要求分類選用。對尺寸精度、斷面垂直度要求高的制件應選用較小間隙值，對斷面垂直度與尺寸精度要求不高的制件，應以降低沖裁力、提高模具壽命為主，可用較大間隙值
本論文設計的產品經查《沖壓工藝與模具設計》書中表2.2.3得：材料為08F鋼，厚度為0.8的鐵芯片間隙值為：Z=0.072；Z=0.104
V形件彎曲時，凸、凹模的間隙是靠調整壓力機的閉合高度來控制的。但在模具設計中，必須考慮到要使模具閉合時，模具的工作部分與工件能緊密貼合，以保證彎曲質量。
U形件彎曲時必須合理確定凸、凹模之間的間隙，間隙過大則回彈大，工件的形狀和尺寸
誤差增大。間隙過小會加大彎曲力，使工件厚度減薄，增加摩擦，擦傷工件并降低模具的壽命。U形件凸、凹模的單面間隙值一般可按下式計算：
；
式中：Z/2——凸、凹模的單面間隙；t——板料厚度的基本尺寸；
△——板料厚度的正偏差；
C——根據(jù)彎曲件的高度和寬度而決定的間隙系數(shù)，其值按表4-16選取。
表-5 間隙系數(shù)C值（單位mm）
當工件精度要求較高時，間隙值應適當減小，可以取Z/2=t。
查有關資料板料厚度的正偏差為
由公式可得：
3.2 凸凹模尺寸
凸模與凹模刃口尺寸和公差，直接影響沖裁件的尺寸精度。模具的合理間隙值也靠凸、凹模刃口尺寸及公差來保證。因此正確確定凸凹模刃口尺寸和公差，是沖裁模設計中的一項重要工作。
沖裁時凸、凹模的制造公差由[2]得表2.2，如下：
表2.2 凸、凹模的制造公差
基本尺寸
凸模偏差
凹模偏差
基本尺寸
凸模偏差
凹模偏差
≤18
0.020
0.020
＞180～260
0.030
0.045
＞18～30
0.020
0.025
＞260～360
0.036
0.050
＞30～80
0.020
0.030
＞360～500
0.040
0.060
＞80～120
0.025
0.035
＞500
0.050
0.070
＞120～180
0.030
0.040
零件的沖孔基本尺寸為≤18之間，故取凸模偏差為0.020mm，凹模偏差為0.020mm。
1、根據(jù)沖孔落料的特點 落料件的尺寸取決于凹模的尺寸，故落料模以凹模為設計基準，先確定凹模的尺寸，再按照間隙值確定凸模刃口尺寸；沖孔時孔徑的尺寸取決于凸模的尺寸，故沖孔模以凸模為設計基準。
2、先考慮凹、凸模的磨損 凹、凸模在沖裁過程中有磨損，凸模刃口尺寸磨損使沖孔尺寸減小，凹模尺寸磨損使落料尺寸增大。為了保證沖裁件的尺寸精度要求，并盡可能提高模具使用壽命，設計落料模時，凹模刃口的基本尺寸應取落料件尺寸公差范圍內的較小尺寸；設計沖孔模時，凸模刃口的基本尺寸應取工件孔尺寸公差范圍內的較大尺寸。
3、刃口制造精度與工件精度的關系 凹、凸模刃口尺寸精度的選擇應以能保證工件的精度要求為準，保證合理的凹、凸模間隙值，保證模具的一定使用壽命。
由于沖模加工方法不同，刃口尺寸的計算方法也不同，基本上可分為兩類。
沖孔：
凸模刃口尺寸：（2.5）
凹模刃口尺寸： （2.6）
式中：d——沖孔件豁孔的最大極限尺寸（mm）；
——沖孔凸?；境叽纾╩m）；
——凸模刃口制造公差，可按IT8選用（mm）；
△——制件公差（mm）；
K——系數(shù)，是為了使沖裁件的實際尺寸盡量接近沖裁件公差帶的中間尺寸，與工件制造精度有關。查[2]得，詳見上表2.3；
——沖孔凹?；境叽纾╩m）；
——最小合理間隙（mm）。
落料：
凹模刃口尺寸：（2.7）
凸模刃口尺寸：（2.8）
式中：——落料件的最小極限尺寸（mm）；
——落料凹模基本尺寸（mm）；
—落料凸模基本尺寸（mm）。
采用凸凹模分開加工時，為了保證凹凸模間一定的間隙值，必須嚴格限制沖模制造公差。因此，造成沖裁制造困難。
為了保證凹、凸模間一定的合理間隙，必須滿足關系式，這對于、差值很小時，將使凹、凸模刃口尺寸公差值更小，給凹、凸模的制造帶來困難。這種情況必須采用配合加工
配合加工就是先按設計尺寸制造一個基準件，然后再根據(jù)基準件的實際尺寸，按要求的間隙值配制另一件。對于沖制薄材料的沖裁，或沖制復雜形狀的工件的沖模，或單件生產的沖模，常常采用凸模與凹模配作的方法加工。
落料時應以凹模為基準件，根據(jù)凹模的實際尺寸按最小合理間隙配置凸模。沖孔時應以凸模為基準件配制凹模。
凸、凹模工作部分尺寸主要是指彎曲件的凸、凹模的橫向尺寸。當工件標注外形尺寸時，應以凹模為基準件，間隙取在凸模上；當工件標注內形尺寸時，應以凸模為基準件，間隙取在凹模上。而凸、凹模的尺寸和公差應根據(jù)工件尺寸、公差、回彈情況以及模具的磨損規(guī)律而定。
1）彎曲件標注外形尺寸
凹模尺寸為
凸模尺寸為 （或凸模尺寸按凹模實際尺寸配制，保重單面間隙Z/2）
2) 彎曲件標注內形尺寸
凸模尺寸為
凹模尺寸為 （或凹模尺寸按凸模實際尺寸配制，保重單面間隙Z/2）
式中：L——U形彎曲件基本尺寸，mm；、——凸、凹模工作部分尺寸，mm；
——彎曲件公差，mm；、——凸、凹模制造公差，選用IT7~IT9級精度，mm；
Z/2——凸、凹模單面間隙。
由彎曲件圖可以看出彎曲件標注外形尺寸，且彎曲件未標注尺寸公差，則按未按公差IT14級來處理，查表得彎曲件公差，凹模制造公差，選用IT9級精度，凸模制造公差，選用IT8級精度。
當彎曲件的相對彎曲半徑r/t較小時，取凸模圓角半徑等于或略小于工件內側的圓角半徑r，但不能小于材料所允許的最小彎曲半徑rmin。由前面所述，該工件的相對彎曲半徑等于最小相對彎曲半徑，那么，凸模的圓角半徑應等于工件內側圓角半徑，即。
凹模圓角半徑的大小不會直接影響到彎曲件的圓角半徑，但是過小的凹模圓角半徑會使彎矩的彎曲力臂減小，毛坯如凹模困難，會擦傷毛坯表面。另外，凹模兩側的圓角半徑必須相等，否則會引起板料偏移。在實際生產中通常根據(jù)材料厚度選取凹模圓角半徑：
當 ； ； 。因此，取。
第4章 沖載力和壓力中心的計算
4.1 壓力中心的計算
沖壓力合力的作用點稱為壓力中心。為了保證壓力機和沖模正常、平穩(wěn)地工作，必須使沖模的壓力中心與壓力機的滑塊中心重合，對于帶模柄的中小型沖模就是要使其壓力中心與模柄軸心線重合。否則，沖裁過程中壓力機滑塊和沖模將會承受偏心載荷，使滑塊導軌和沖模導向部分產生不正常的磨損，合理間隙得不到保證，刃口迅速變鈍，從而降低沖裁件質量和模具壽命，甚至損壞模具。因此，設計沖模時應正確計算出沖模時的壓力中心，并使壓力中心與模柄軸心線重合，若因沖裁件的形狀特殊，從模具的結構方面考慮不宜使壓力中心與模柄軸心線相重合，也應注意盡量使壓力中心的偏離不超出所選壓力機模柄孔投影面積的范圍。
圖3.3 沖裁件
由于該沖件屬于對稱形狀的零件，所以壓力中心為于刃口輪廓圖形的幾何中心上。
4.2 設備的選擇
沖壓設備的選擇主要是根據(jù)沖壓工藝性質、生產批量大小、沖壓件的幾何形狀、尺寸及精度要求等因素來確定的。沖壓生產中常用的沖壓設備種類很多，選擇沖壓設備時主要考慮下述因素：
1） 沖壓設備的類型和工作方式是否適用于應完成的工序；是否符合安全生產和環(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要；
3） 沖壓設備的裝模高度、工作臺面尺寸、行程等是否適合應完成工序所用的模具；
4） 沖壓設備的行程次數(shù)是否滿足生產率的要求等。
由表9-3查得，落料時的壓力機應選標稱壓力為800×103N的開式曲柄壓力機J23-80。
表3.1 開式曲柄壓力機J23-80主要技術參數(shù)
型號
公稱壓力/KN
滑塊行程/mm
滑塊行程次數(shù)/n˙min-1
J23-80
800
130
60
最大閉合高度/mm
閉合高度調節(jié)量/mm
工作臺尺寸/mm 長×寬
380
100
800×540
墊板厚度/mm
工作臺板厚度/mm
模柄孔尺寸（直徑×深度）/mm
100
100
60×75
第5章 排樣設計
在沖壓零件的成本中，材料費用約占60%以上，因此材料的經濟利用具有非常重要的意義。沖壓件在條料或板料上的布置方法稱為排樣。排樣合理與否不但影響材料的經濟利用，還影響到制件的質量、模具的結構與壽命、制件的生產率和模具的成本等技術、經濟指標。因此，排樣時應考慮如下原則：
１．提高材料利用率 (不影響制件使用性能前提下，還可適當改變制件形狀)。 ２．排樣方法使應操作方便，勞動強度小且安全。
３．模具結構簡單、壽命高。
４．保證制件質量和制件對板料纖維方向的要求。
根據(jù)零件實際情況，采用有廢料排樣法：如，沿制件的全部外形輪廓沖壓，在制件之間及制件與條料側 邊之間 ，都有工藝余料 (稱搭邊)存在。因留有搭邊，所以制件質量和模具壽命較高，但材料利用率降低。
排樣方式的確定：
排樣方式
概念
優(yōu)缺點及適用范圍
有廢料
排樣
沿零件的全部外形沖壓四周有一定的余量
這樣排樣材料利用率較低，但制件質量和精度均能得到保證，沖模的壽命相應提高，多用于形狀復雜制件精度要求較高的制品沖壓
少廢料
排樣
沿制件部分外形沖壓，也就是只能有一個。
這種排樣材料利用率較高，具有一次能沖壓多個制件和簡化模具結構 降低沖壓力等優(yōu)點。
但只能保證一個方向的制件精度。
無廢料
排樣
在整個沖壓過程中只有料頭料尾和結構廢料。
這種排樣材料利用率最高但制件的沖壓精度差，多用于沖壓精度要求不高，且比較貴重的材料沖壓。
表 1搭邊a和a1數(shù)值(低碳鋼)
材料
厚度t
圓件及r>2t的圓角
矩形件邊長l<50mm
矩形件邊長l>50mm或圓角r<2t
工件間a1
側面a
工件間a1
側面a
工件間a1
側面a
0.25
1.8
2.0
2.2
2.5
2.8
3.0
0.25
1.2
1.5
1.8
2.0
2.2
2.5
0.5
1.0
1.2
1.5
1.8
1.8
2.0
0.8
0.8
1.0
1.2
1.5
1.5
1.8
1.2
1.0
1.2
1.5
1.8
1.8
2.0
1.6
1.2
1.5
1.8
2.0
2.0
2.2
2.0
1.5
1.8
2.0
2.2
2.2
2.5
2.5
1.8
2.2
2.2
2.5
2.5
2.8
3.0
2.2
2.5
2.5
2.8
2.8
3.2
3.5
2.5
2.8
2.8
3.2
3.2
3.5
4.0
3.0
3.5
3.5
4.0
4.0
4.5
5.0~10
0.6t
0.7t
0.7t
0.8t
0.8t
0.9t
表4-2 各材料搭邊系數(shù)
材料
系數(shù)
材料
系數(shù)
中等硬度的鋼
硬鋼
青銅及硬黃銅
硬鋁
0.9
0.8
1～1.1
1～1.2
軟黃銅
鋁
非金屬（皮革、硬紙板）
1.2
1.3～1.4
1.5～2
衡量材料經濟利用的指標是材料利用率。
一個進距內的材料利用率為：
η=×100%（4.5）
=（9990）/（94×145）
=73.3%
式中：η——材料利用率
n——張板料（或帯料、條料）上沖件的數(shù)目
A——整個沖裁件的實際面積
L——板料長度
B——板料寬度
第6章 模具總體設計
通常，模具是由機械零、部件，通用機構和功能元件構成。因此，其整體構造設計方法和原理，與通用機械設計的方法和原理基本上是相同的。但是，由于其使用功能和作用對象即使金屬和非金屬材料，加工成形為合格的制件（沖件、塑件、鍛件等），而且，每副模具只能用于加工成形一種特定的制件，專用性強，是一種專用成形工具。因此，模具設計具有以下特點和要求.
6.1 精度與定位
精度概念和意識，是模具設計人員須建立的基本概念和意識。模具精度包括模具整體組合和零、部件的位置與形狀尺寸精度、配合精度與定位精度。如沖模的沖裁間隙值及其均勻性等，均需由凸模與凹模的形狀、位置精度、導向裝置的位置與配合精度保證。因此，在模具設計時需進行嚴格的尺寸精度設計與計算。同時，還須考慮零、部件的制造工藝性和工藝精度，以保證模具的精密性能和可靠性。
由于本零件給定的尺寸精度都較低，所以未標注公差的尺寸都按生產所需經濟精度要求的IT12級進行設計計算。因為該模具采用的是條料。而第一件的沖壓位置可由活動擋料銷定距。如下圖所示:
6.2 模具的導向裝置
模具運動方向的導向，是由導向裝置來保證的。同時，導向裝置對模具間隙的均勻性，精確合模運動還起定位的作用。導向裝置常用的有，導柱與導套組成的導向裝置（含滑動和滾動配合）；導板導向裝置（含一般導板副和自潤滑導板副），主要用于大型沖模，滑塊與導軌組成的斜抽芯導向；沖模送料的導料板導向等四種。模具運動方向的導向裝置，由于起著精密導向和精密定位作用，所以要求精度高，導向剛度好等，常采用過定位導向。
由于本設計零件的相關部位的精度要求較高，且相對行程較大故采用導柱導套導向，且，相應導向均已標準化。如下圖所示:
6.3 卸件、卸料設計
沖模的卸料，通常采用在凹模上設計漏料孔漏料，在凸模上設計打料機構或設計氣孔，用壓縮空氣吹料等方法。所以采用上出件比較便于操作與提高生產效率。如下圖所示:
6.4 支承與緊固
模架是模具的主要支承部件。模架分上模座（或動模）和下模座（或定模）兩部分，在模座上固定有凸模及其配件和凹模及其配件。模座也是送料機構、抽芯機構的支承部件。
另外，凸模墊板、固定板及卸料板的支承配件等均是具有一定功能的標準支承零件。模具的固定和連接，分剛性和彈性兩種。通常采用螺栓、定位銷進行剛性固定和連接方法。其中壓料、卸料板則采用彈性連接，上模座（或動模）與下模座（或定模）之間連接方式是由導柱和導套等導向裝置，使在進行合模運動時相連接，以完成制件的加工成形。如下圖所示:
第7章 模具的壽命
模具的壽命是指模具能夠生產合格制品的耐用程度，一般以模具所完成的工作循環(huán)次數(shù)或所生產的制件數(shù)量來表示。
模具在使用過程中，其零件將由于磨損或損壞而失效。如果磨損或損壞嚴重，導致模具無法修復時，模具就應報廢。如果模具的零件都具有互換性，零件失效后能夠得到更換，那么模具的壽命在理論上將是無限的。但是，模具在長時間使用后，零件趨于老化，故障概率大大增加，修理費用隨之增加，同時模具經常需要修理會直接影響制件的生產。因此，當修理模具在經濟上并不合理時，也應考慮將其報廢。模具在報廢前所完成的工作循環(huán)次數(shù)或所生產的制件數(shù)量稱為模具的總壽命。除此以外，還應考慮模具在兩次修理之間的壽命，如沖裁模的刃磨壽命。
在設計和制造模具時，作為用戶都會提出關于模具壽命的要求，這種要求稱為模具的期望壽命。確定模具的期望壽命應綜合考慮兩方面的因素：一是技術上的可能性；二是經濟上的合理性。一般而言，當制件生產批量較小時，模具壽命只需滿足制件生產量的要求就足夠了，此時在保證模具壽命的前提下應盡量降低模具的成本；當制件為大批大量生產時，即使需要很高的模具成本，也應盡可能地提高模具的使用壽命和使用效率。
7.1 模具的失效形式
模具失效的基本形式有五種，即磨損失效、疲勞失效、熱疲勞失效、塑性變形失效和斷裂失效。
磨損失效
模具在使用時的磨損是不可避免的，使用時間越長，則磨損量也越大，磨損就越嚴重。磨損的形式有磨料磨損、粘著磨損、腐蝕磨損、疲勞磨損等。判斷模具是否因磨損而失效的主要標準是制件的尺寸精度，當制件的尺寸超出允許的公差范圍時即宣告模具失效。如果模具的磨損導致制件的表面質量嚴重下降，那么制件的表面質量要求也是判斷模具是否失效的依據(jù)。沖裁模的凸、凹模刃口由于磨損而逐漸鈍化，嚴重時將顯著地劣化模具的工作條件和制件的質量。制件的毛刺高度隨著凸、凹模刃口的鈍化而逐漸增高，因而可以作為判斷凸、凹模刃口鈍化程度的標志，當毛刺高度超過規(guī)定值時，表明刃口鈍化嚴重，需要重新刃磨刃口后模具才能繼續(xù)使用。
疲勞失效
模具一般都以間歇工作的方式進行工作，頻繁的反復加載和卸載使模具受力零件處于交變應力作用下。模具使用一段時間后，由于交變應力的作用，在零件表面或內部存在微觀缺陷及應力集中的部位將會萌生許多微裂紋。模具繼續(xù)使用時，這些微裂紋將逐漸擴展，當微裂紋擴展到一定程度時，模具零件的承載能力被嚴重削弱，最終導致模具開裂或破損。
熱疲勞失效
熱加工模具一般都在急冷急熱條件下工作。當模具零件急劇受熱時，溫度較高的表層材料的受熱膨脹受到溫度較低的內層材料的約束，使表層材料產生壓應力；當模具零件急劇冷卻時，溫度較低的表層材料的冷卻收縮又受到溫度較高的內層材料的約束，使表層材料產生拉應力。在工作一段時間后，這種循環(huán)熱應力將使模具零件表層材料出現(xiàn)許多細小的裂紋，導致模具失效。熱疲勞裂紋的形狀有網(wǎng)狀、放射狀、平行狀等。
塑性變形失效
當模具零件承受的載荷使零件內部的應力超過其自身材料的屈服強度時，零件就會產生塑性變形。常見的塑性變形失效有工作零件出現(xiàn)表面皺紋、局部塌陷和棱角倒塌，凸模、型芯出現(xiàn)鐓粗、縱向彎曲，型腔、型孔出現(xiàn)脹大等。
斷裂失效
模具在正常工作時，因為某種原因而突然出現(xiàn)較大的裂紋，甚至分裂成幾個部分，使模具立即喪失工作能力的失效形式稱為斷裂失效。常見的斷裂失效有開裂、破裂、崩刃、折斷等。
模具失效的五種基本形式中，熱疲勞失效一般只出現(xiàn)于冷熱溫差較大的熱加工模具，其他的四種形式在各類模具上都有可能出現(xiàn)。不同的失效形式之間常常有密切的聯(lián)系和交互促進作用。磨損產生的溝痕往往成為萌生疲勞裂紋和熱疲勞裂紋的發(fā)源地，同時深而尖銳的溝痕本身就可成為一次性斷裂的起裂點。零件表面出現(xiàn)疲勞裂紋和熱疲勞裂紋后，表面質量嚴重惡化，將使磨損加劇，裂紋的尖端出現(xiàn)應力集中，將成為斷裂源，促進一次性斷裂的產生。磨損雖然會導致模具失效，但在正常的工作條件下，模具在失效前都能在較長的時間內穩(wěn)定有效地工作。大部分模具的有效壽命決定于磨損失效，對于這些模具，磨損失效是它們的正常失效形式，其有效磨損壽命是確定模具期望壽命的依據(jù)。部分重載模具如冷擠壓模的有效壽命主要決定于疲勞失效，部分冷、熱溫差很大的模具如壓鑄模的有效壽命主要決定于熱疲勞失效。在疲勞和熱疲勞失效前，模具一般也有較長的使用壽命，但習慣上仍將它們看作是模具的早期失效。如果模具質量存在問題，或者使用不當，塑性變形和斷裂失效在模具使用的各個時期都有可能產生，而且一旦發(fā)生的話，其后果很可能是致命的，它們是造成模具早期失效的主要形式。
保證和提高模具的壽命，一方面要通過各種途徑保證和提高模具的耐磨性，使模具具有足夠的有效磨損壽命，另一方面要采取各種措施，預防早期失效的出現(xiàn)，保證模具在有效壽命期內能夠安全穩(wěn)定地運行。
7.2 提高模具壽命的途徑
模具磨損的根本原因是模具零件與制件（或坯料）之間或模具零件與零件之間的相互摩擦作用。能夠降低這種摩擦作用，或者能夠提高模具零件的耐磨性的途徑，都是降低模具的磨損速度、提高模具有效磨損壽命的有效途徑。
合理選擇模具材料
材料的耐磨性是決定模具零件磨損速度的主要因素之一，材料的耐磨性主要決定于材料的種類和熱處理狀態(tài)。常用模具材料中，以冷作模具用鋼為例，硬質合金的耐磨性最高，其次是高碳高鉻工具鋼，再次是低合金工具鋼，碳素工具鋼的耐磨性最低。一般情況下，需要耐磨的模具零件都應通過淬火或其他熱處理方法提高材料的硬度，材料越硬，耐磨性就越好。
提高模具零件表面質量
首先，要提高零件表面的精加工質量。零件加工越精細，表面粗糙度值越小，則磨損速度就越慢，使用壽命就越高。其次，要盡力避免零件表層材料在加工過程發(fā)生軟化現(xiàn)象，防止材料耐磨性的降低。例如，在磨削加工時，如果工藝條件選擇不當，就會會產生磨削燒傷，使表層材料的硬度降低，大大降低零件的耐磨性。
潤滑處理
模具的導柱、導套及其他有相對運動的部位應經常加注潤滑油。沖壓加工時一般應在凸、凹模工作表面或毛坯表面涂覆潤滑油或潤滑劑。變形抗力大的沖壓加工，如冷擠壓、厚料拉深、變薄拉深等，應對坯料進行表面潤滑處理，例如：對碳鋼坯料進行磷化皂化處理；對不銹鋼坯料進行草酸鹽處理。鍛模、塑料模和壓鑄模等模具在成形前都應將潤滑劑或起模劑噴涂于成形零件表面。
防止粘模
如果制件材料與模具材料之間有較強的親和力，兩者之間會產生很強的粘附作用，甚至相互間在高壓作用下產生冷焊，這就是所謂的粘?，F(xiàn)象。粘?，F(xiàn)象嚴重時，將在起模時導致制件和模具零件表面的材料撕裂脫落，一方面影響制件的表面質量，另一方面將使模具零件產生劇烈的粘著磨損，同時脫落的材料顆粒還會加劇模具零件的磨損。因此，無論是對于制件質量，還是對于模具壽命，粘?，F(xiàn)象都是極為有害的，都應采取措施加以預防。
預防粘模的方法有：采用與制件材料親和力較小的模具材料；采用可靠的潤滑措施，防止?jié)櫥ぴ诟邏合卤粩D破；采用滲氮、碳氮共滲等表面處理方法，改變模具零件表層材料的組織結構。
合理選擇模具結構參數(shù)和成形工藝條件
在保證制件質量的前提下，對于沖裁模適當加大凸、凹模間隙，對于彎曲模、拉深模適當加大凸、凹模間隙和凹?？诓繄A角半徑，對于冷擠壓模適當減小凹模入口角和凸、凹模工作帶高度，以及增加制件的起模斜度，都能提高模具磨損壽命。對于塑料模、壓鑄模等模具，適當減小成形壓力、溫度和速度，提高模具溫度，既能減小熔融塑料或合金液在充模時對模具成形表面的沖擊磨損，又能減小制件對模具的脹模力，從而減小模具在制件起模時的磨損。
表面強化
表面強化的目的是提高模具零件表面的耐磨性。常用的表面強化方法有表面電火花強化、硬質合金堆焊、滲氮、碳氮共滲、滲硫處理、表面鍍鉻等。表面電火花強化、硬質合金堆焊常用于沖裁模。滲氮（硬氮化）主要用于熱加工模具鋼零件的表面強化，此方法除能提高零件的耐磨性外，還能提高零件的耐疲勞性、耐熱疲勞性和耐磨蝕性，主要用于壓鑄模、塑料模等模具。碳氮共滲（氣體軟氮化）不受鋼種的限制，能應用于各類模具。滲硫處理能減小摩擦系數(shù)，提高材料的耐磨性，一般只用于拉深模、彎曲模。表面鍍鉻主要用于塑料模及拉深模、彎曲模。除了上述常用方法外、模具的表面強化還有滲硼處理、滲金屬處理、化學氣相沉積處理、碳氮硼多元共滲等許多方法。
其他事項
妥善處理模具損壞事故，細致分析事故原因，進而采取適當措施防止同類事故的再次發(fā)生。
做好預防性維修工作，防止一個零件的失效殃及其他零件的安全。對已經失效的零件應及時修理或更換。妥善保管摸具，防止模具生銹，遺失。
在日常生產中模具由于磨損或其他形式而失效，在這之前生產的零件稱為模具的壽命（生產壽命）。
結論與展望
本文闡述了沖壓模具設計的全過程。在設計過程中，我們遵循沖壓工藝的基本理論和沖壓模具的設計步驟，利用繪圖軟件，進行了模具的設計，完成的具體工作如下：
1、沖壓零件工藝分析；
2、排樣方案設計；
3、沖壓力的計算；
4、模具壓力中心的計算；
5、凸凹模刃口尺寸的計算；
6、凸模、凹模、凸凹模的結構設計；
7、模具總體設計的主要零部件設計；
8、沖壓設備的選擇；
9、模具零件圖、裝配圖的繪制；
以CAD軟件為工具，進行沖壓件的模具設計，大大提高了模具設計的效率，充分體現(xiàn)了軟件設計的靈活和高效。因實際情況所限，我只完成了模具的設計部分，未能將其制造成實物，深感遺憾。因為通過實際的制造過程能將我們的模具理論設計應用到實際的制造中，讓我去發(fā)現(xiàn)和彌補理論設計中的不足和缺陷。
計算機技術為機械設計領域帶來了新的理念和方法，也促進了沖壓模具設計和制造手段的進步。我們相信：將計算機三維設計運用于沖壓模具的設計和制造是模具設計制造技術發(fā)展的必然，充分利用計算機技術進行模具CAD/CAE/CAM系統(tǒng)的研究具有十分重要的理論和實踐意義。
致謝
設計是對幾年的大學生活的一個總結，是幾年來的一個綜合考評，現(xiàn)在終于圓滿完成了，感謝我所有的老師，是你們無私的奉獻把我?guī)нM機械殿堂，讓我在機械行業(yè)快樂翱翔。
本次設計是在老師的悉心指導和關懷下完成的。在設計過程中，導師給了我許多指導和幫助，并提出了很多寶貴的意見尤老師的嚴謹治學，不斷探索的科研作風，敏銳深邃的學術洞察力，孜孜不倦的敬業(yè)精神，給我留下了深刻的印象。值此設計完成之際，謹向我的導師致以崇高的敬意和衷心的感謝！
在做設計時，在老師的推薦下我借閱了關于模具的書籍，查閱相關的標準是我我設計時思路清晰，充滿信息，圓滿地完成了本次設計。
在設計撰寫時，得到了機械系多位老師和同學的幫助，，在忙碌的工作中，仍給予我專業(yè)知識上的指導，而且交給我學習的方法和思路，是我在實際設計中不斷有新的認識和提高，在此，我對他們的幫助表示由衷的感謝！
最后再次向幫助過我的老師及同學致以最崇高的敬意！
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