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防塵墊圈沖壓成形工藝及模具設計
1 緒論
沖壓是使板料經(jīng)分離或成形而得到制件的加工方法。沖壓利用沖壓模具對板料進行加工。常溫下進行的板料沖壓加工稱為冷沖壓。
1.1 冷沖壓在模具工業(yè)中的地位
模具使大批生產(chǎn)筒形產(chǎn)品的工具，是工業(yè)生產(chǎn)的主要工藝裝備。模具工業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎工業(yè)。
模具可保證沖壓產(chǎn)品的尺寸精度，使產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，而且在加工中不破壞產(chǎn)品表面。用模具生產(chǎn)零部件可以采用冶金廠大量生產(chǎn)的廉價的軋制鋼板或剛帶為坯料，且在生產(chǎn)中不需要加熱，具有生產(chǎn)效率高、質(zhì)量好、重量輕、成本低且節(jié)約能源和原材料等一系列優(yōu)點，是其他加工方法所不能比擬的。使用模具以成為當代工業(yè)生產(chǎn)的重要手段和工藝發(fā)展方向。現(xiàn)代制造工業(yè)的發(fā)展和技術水平的提高，很大程度上取決于模具工業(yè)的發(fā)展。
目前，工業(yè)生產(chǎn)中普遍采用模具成形工藝方法，以提高產(chǎn)品的生產(chǎn)率和質(zhì)量。一般壓力機加工，一臺普通的壓力機設備每分鐘可生產(chǎn)零件幾件到幾十件，高速壓力機的生產(chǎn)率已達到每分鐘數(shù)百件甚至上千件。拒不完全統(tǒng)計，飛機、汽車、拖拉機、電機、電器、儀器、儀表等產(chǎn)品，有60%左右的零件是用模具加工出來的；而自行車、手表、洗衣機、電冰箱及電風扇等輕工產(chǎn)品，有90%左右的零件是用模具加工出來的；至于日用五金、餐具等物品的大批量生產(chǎn)基本上完全靠模具來進行。顯而易見，模具作為一種專用的工藝裝備，在生產(chǎn)中的決定性作用和重要地位逐漸為人們所共識。
1.2 冷沖壓模具的歷史發(fā)展與現(xiàn)狀
隨著近代工業(yè)的發(fā)展，冷沖壓技術得到迅速發(fā)展。
1.2.1 冷沖壓工藝方面
研究和推廣應用宗旨在提高生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本和擴大沖壓工藝應用于生產(chǎn)的沖壓先進工藝有精密沖壓、柔軟模成形、超塑性成形、無模多點成形、爆炸和電磁等高能成形、高效精密沖壓技術以及冷擠壓技術等等．這些先進的技術在實際生產(chǎn)中已經(jīng)取得并將進一步取得良好的技術經(jīng)濟效果。
國內(nèi)外研究并在沖壓生產(chǎn)中應用計算機模擬技術，預測、分析和解決板料成形過程中的問題，優(yōu)化沖壓成形工藝，這是沖壓成形技術中特別應該注意的發(fā)展方向。激光快速成形技術及快速制模技術為新產(chǎn)品開發(fā)和快速制模開拓了廣闊的發(fā)展前景。
1.2.2 沖模設計與制造方面
計算機技術、信息技術等先進技術在模具技術中得到廣泛的應用，使模具設計與制造水平發(fā)生了深刻的革命性的變化。目前最為突出的是模具CAD/CAE/CAM。我國的CAD/CAE/CAM技術從20世紀80年代起步，長期處于低水平重復開發(fā)階段，所用軟件多為進口的圖形軟件、數(shù)據(jù)庫軟件、NC軟件等，自主開發(fā)的軟件缺乏通用性，商品化的價值不高，對許多引進的CAD/CAE/CAM系統(tǒng)經(jīng)濟效益不顯著。針對上述情況，國家有關部門制定了相關政策和措施。在國家產(chǎn)業(yè)政策和與之配套的一系列經(jīng)濟政策的支持和引導下，“九五”期間我國模具工業(yè)發(fā)展迅速，模具行業(yè)產(chǎn)業(yè)結構有了較大改善，模具商業(yè)化水平提高了近10%，中高檔模具占模具總量的比例有了明顯提高，模具進出口比例也逐步趨向合理。
模具的標準化和專業(yè)化生產(chǎn)，已得到模具行業(yè)的慣犯重視。我國已經(jīng)頒布了沖壓術語、冷重模零部件的國家標準。沖模的模架等基礎零部件的專業(yè)化、商品化。但總的來說，我國沖模的標準化和專業(yè)化水平還是比較低的，縣級國家標準化已達70%～80%。
1.2.3 沖壓設備與沖壓生產(chǎn)自動化方面
性能良好的沖壓設備是提高沖壓生產(chǎn)技術水平的基本條件。高效率、高精度、長壽命的沖模需要高精度、高自動化的沖壓設備與之相匹配；為了適應沖壓新工藝的需要，研制了許多新型結構的沖壓設備；為了滿足新產(chǎn)品少批量生產(chǎn)的需要，沖壓設備朝多功能、數(shù)控方向發(fā)展；為提高生產(chǎn)率和安全生產(chǎn)，應用各種自動化裝置機械手乃至機器人的沖壓自動生產(chǎn)線和高速自動壓力機紛紛投入使用，如數(shù)控四邊折彎機、數(shù)控剪板機、高速自動壓力機、激光切割與成形機等已經(jīng)在生產(chǎn)中廣泛應用。代表著沖壓生產(chǎn)新趨勢的沖壓柔性制造單元（FMC）和沖壓柔性制造系統(tǒng)（FMS）在我國也已開始使用。
1.2.4 冷沖壓基本原理的研究
冷沖壓工藝及沖模設計與制造方面的發(fā)展，均與沖壓變形基本原理的研究取得進展是分不開的。例如，板料沖壓工藝性能的研究，沖壓成形過程應力應變分析和計算機模擬，板料變形規(guī)律的研究，從坯料變形規(guī)律出發(fā)進行坯料與沖模之間相互作用的研究，在沖壓變形條件下的摩擦的研究等，為逐步建立起緊密結合生產(chǎn)實際的先進的沖壓工藝及沖模設計方法打下了基礎。因此，可以說沖壓成形基本理論的研究是提高沖壓技術的基礎。在這方面，國內(nèi)外的學者進行了不少工作，并取得了一定進展。
1.3 冷沖壓的基本工序
冷沖壓基本工序按板料沖壓的變形特點，可分為分離工序和變形工序兩大類。金屬板料在沖壓力的作用下，其應力超過強度極限而沿一定的輪廓線斷裂，稱為分離工序。分離工序又分為落料、沖孔和剪切等。金屬板料在沖壓力的作用下，其應力超過屈服極限（但低于強度極限）而產(chǎn)生塑性變形，從而獲得一定形狀和尺寸要求的制件，稱為變形工序。成形工序又可以分為彎曲、拉延、翻邊、翻孔、脹形、擴孔、縮口和旋壓等。
為了進一步提高勞動生產(chǎn)率，充分發(fā)揮冷沖壓的優(yōu)點，還可以用冷沖壓方法進行產(chǎn)品的某些裝配工作。視實際需要，可以安裝單獨的裝配工序，也可把裝配工序組合在級進組合工序中，如微型電機定、轉子鐵芯的沖壓與疊裝。
隨著科學技術的不斷發(fā)展，加工技術的不斷深化。加工件的精度日趨提高。近年來，模具制造也得到長足的進步。至今，我國模具制造行業(yè)已超過機床工業(yè)，有關板料沖壓的技術方面的問題愈來愈為人們所關注。相應的沖壓工藝理論的研究及沖壓加工機理的探討也隨之不斷深化。因此，沖壓技術對發(fā)展生產(chǎn)、增加效益、更新產(chǎn)品等方面具有重要的作用。
2 沖裁工藝設計
沖裁工藝設計包括沖裁件的工藝性分析和沖裁工藝方案的確定。良好的工藝性和合理的工藝方案可以用最少的材料和最少的工序數(shù)和工時，使模具結構簡單且模具壽命長，能穩(wěn)定獲得合格的沖件。
2.1 沖裁件的工藝性分析
沖裁件的工藝性是指工件對沖壓加工工藝的適合性，它是從沖壓加工角度對產(chǎn)品設計提出的工藝要求。
此工件只有落料和沖孔兩個工序。材料為Q235號鋼，具有良好的工藝性，適合沖裁。工件結構相對簡單，有8個φ24的孔和一個φ160帶凸臺的孔。孔與孔、孔與邊緣之間的距離也滿足要求，且大批量生產(chǎn)。工件的尺寸全部為自由公差，可看作IT14級，尺寸精度較低，普通沖裁完全能滿足要求，且能在模具壽命和生產(chǎn)率較高、成本較低的條件下得到質(zhì)量合格的沖裁件。[1]
2.2 沖裁工藝方案的確定
在沖裁工藝性分析的基礎上，根據(jù)沖裁件的特點確定其工藝方案。該工件包括落料、沖孔兩個基本工序?？梢杂幸韵氯N工藝方案：
方案一：先落料，后沖孔。采用單工序模具生產(chǎn)。
方案二：落料—沖孔復合沖壓。采用復合模具生產(chǎn)。
方案三：沖孔—落料級進沖壓。采用級進模具生產(chǎn)。
分析：方案一模具結構簡單，但需要兩道工序、兩副模具，成本高而生產(chǎn)率低，難以滿足大批量生產(chǎn)的需要。方案二只需要一副模具，工件的精度及生產(chǎn)率都較高。盡管模具結構較方案一復雜，但由于零件幾何形狀簡單對稱，生產(chǎn)率高，精度高，板料的定位精度要求比級進模低，沖模的輪廓尺寸較小，模具制造并不困難。方案三也只需要一副模具，生產(chǎn)率高，但模具結構比較復雜，送料操作不方便，加之工件尺寸偏大。通過對上述三種方案的分析比較，則方案二為最佳。
3 沖裁模的工藝計算
沖裁的工藝計算，主要包括以下幾個方面：排樣設計與計算、計算沖壓力、計算模具壓力中心、計算凸凹模尺寸并確定制造公差、彈性元件的選取與計算等。必要時還要對模具的主要零件進行強度驗算。
3.1 排樣設計與計算
在沖壓生產(chǎn)中，節(jié)約金屬和減少廢料具有非常重要的意義，特別是在大批量生產(chǎn)中，較好地確定沖件形狀尺寸和合理排樣是降低成本的有效措施之一。
沖裁件的實際面積與所用板料面積的百分比叫材料的利用率，他是衡量合理利用材料的經(jīng)濟性指標。材料利用率包括：沖裁件的面積、條料寬度、搭邊值的選擇、計算利用率的內(nèi)容。
根據(jù)沖裁件的形狀采用由廢料的直排，相關計算如下：
由沖裁件的面積：
條料寬度
由參考文獻[1]表2.5.2可得側面 a=1.0mm ， 工件間 a1=0.8mm Cmin= 1mm
采用無側壓裝置。應考慮在送料過程中因條料的擺動而使側面搭邊減少。為了補償側面搭邊的減少，條料寬度應增加一個條料可以擺動的擺動量.
導料板間的距離：
步距：
可得到：一個步距內(nèi)材料的利用率
3.2 沖裁工藝力的計算
該副模具采用復合模，擬選擇彈性卸料，上出件。根據(jù)其沖裁總力計算結果并結合工件的高度，初選開式雙柱可傾壓力機J23-80。
3.2.1 沖裁力
沖裁力士沖裁過程中凸模隊板料十佳的壓力，它是隨凸模進入材料的深度（圖模行程）而變化的。通常所說的沖裁力士指沖裁力的最大值，它是選用壓力機和設計模具的重要依據(jù)之一。
用普通平刃口模具沖裁時，其沖裁力F一般按下式計算：
式中：F—沖裁力；
L—沖裁的周邊長度；
—材料的抗剪強度；
K—系數(shù)。
系數(shù)K考慮到實際生產(chǎn)中，模具間隙值得波動和不均勻刃口的磨損，板料力學性能和厚度波動等因素影響，一般取K=1.3。
所以
3.2.2 卸料力FX、推件力
卸料力和推件力是由壓力機和模具卸料裝置傳遞的。所以在選擇設備的公稱壓力或設計沖模時，應分別予以考慮。影響這些力的因素較多，主要有材料的力學性能、材料的厚度、模具間隙、凹模洞口的結構、搭邊大小、潤滑情況、制件的形狀和尺寸等。所以準確的計算這些力有些困難，生產(chǎn)中常用下列公式計算：
卸料力
推件力
式中： F—沖裁力；
、—卸料力、推件力系數(shù)，見表2.6.1；
由參考文獻[1]表2.6.1可查得卸料力系數(shù)和推件力系數(shù)：=0.07，
由以上計算可得出：
3.3 模具壓力中心的確定
模具的壓力中心就是沖壓力合力的作用點。
為了保證壓力機和模具的正常工作，應使該模具的壓力中心與壓力機滑塊的壓力中心線重合。否則，沖壓時滑塊就會承受偏心載荷，導致滑塊導軌和模具導向部分不正常磨損，還會使合理間隙得不到保證，從而影響制件的質(zhì)量和降低模具壽命，甚至損害模具。
因為該模具為對稱的圓形工件，該模具的壓力中心與工件的輪廓圖形的幾何中心重合，在工件的中心點處。
3.4 計算凸凹模尺寸與制造公差
在確定工作零件刃口尺寸計算方法以前，首先應考慮工件零件的加工方法及模具裝配方法，結合該模具的特點，工作零件的形狀相對較簡單，適宜于采用線切割機床分別加工落料凸模、凹模、凸模固定板以及卸料板，這種加工方法可以保證這些零件各個孔的同軸度，使裝配工作簡化[2]。因此工件零件刃口尺寸就按分別加工的方法來計算。
由圖可知，該零件屬于無特殊要求的一般沖孔、落料，因工件為自由公差，按IT14級計算。
外形尺寸㎜[3]由落料獲得。、、、等尺寸由沖孔獲得。查[1]表2.3.3可得：
則
由[3]可查得尺寸均為IT14級，取X=0.5㎜
設凸模、凹模分別按IT6和IT7級加工制造。
3.4.1沖孔凸、凹模尺寸
根據(jù)計算原則，沖孔時以凸模為設計基準。首先確定凸模的尺寸，使凸模的基本尺寸接近或等于工件孔德最大極限尺寸；將凸模尺寸增大最小合理間隙值即得到凹模的尺寸。
（1） 沖的孔的凸、凹模尺寸
校核
（滿足間隙要求）
（2） 沖得凸、凹模尺寸
然而對于得孔來說還帶有凸臺。則在計算時必須把、考慮到。因此其尺寸如下：
校核
不能滿足間隙公差的要求
因此只有縮小、，才能提高制造精度，才能保證間隙在合理的范圍內(nèi)。由此可取
故：
3.4.2 落料凸、凹模尺寸
根據(jù)計算原則，落料時以凹模為設計基準。首先確定落料凹模的尺寸，使凹模的基本尺寸接近或等于工件輪廓的最小極限尺寸；將凹模尺寸減去最小合理間隙值即得到凸模尺寸。
校核：
（不能滿足間隙公差的要求）
由此可取：
故：
3.5 卸料零件選擇與計算
卸料裝置的型式較多，它包括固定卸料板、活動卸料板、彈壓卸料板和廢料切刀等幾種。卸料板除把板料從凸模上卸下外，有時也起壓料或為凸模導向的作用。因此，在大批量生產(chǎn)用的模具上，要用淬硬的卸料板。
選用的8塊橡膠板的厚度務必一致，不然會遭成受力不均勻，運動產(chǎn)生歪斜，影響模具的正常工作。
表3.5.1 卸料橡膠的設計計算
項目
公式
結果
備注
卸料板的工作行程h工
h工=h1+t+h2
4㎜
h1凸模凹進卸料板的高度1㎜
h2w為沖裁后進入凹模的深度2
橡膠工作行程H工
H工= h工+h修
9㎜
h修凸模修模量
橡膠的自由高度H自由
H自=4 H工
36㎜
取 H工為 H自25%
橡膠的預壓縮量H預
H預=15% H自
5.4㎜
一般 H預=10%～15%H自由
每個橡膠承受的載荷F1
F1=F卸/8
34288.8N
選用8個圓筒形的橡膠
橡膠的外徑D
D=（d2+1.27( F1/ｐ)0.5
40
d為圓筒橡膠的內(nèi)徑d=12㎜,P=0.5MPa
校核橡膠自由高度H自由
0.5H自由/D=0.91.5
滿足要求
橡膠的安裝高度H安
H安= H自由- H預
31㎜
4 模具的總體設計
4.1 模具類型的選擇
由沖壓工藝分析可知，為提高生產(chǎn)率，降低模具的制造難度，減少制造成本，常采用復合沖壓，所以模具選擇為復合模。
4.2 定位方式的選擇
為了保證模具正常工作并沖出合格的制件，要求在送進的平面內(nèi)，毛坯（塊料、條料）相對于模具的工作零件處于正確的位置。毛坯在模具中的定位有兩方面內(nèi)容：一是在與送料方向垂直方向上的定位，通常稱為送進導向；二是在送料方向上的定位，用來控制送料的進距，通常稱為擋料。
因為該模具采用的是條料，控制各料的松緊方向采用導料銷，無側壓裝置?？刂茥l料的送料步距采用固定擋料銷。
4.3 卸料裝置的選擇
常用的卸料裝置分固定卸料裝置、彈壓卸料裝置和廢料切刀等。卸料板用于卸掉卡在凸模上或凸、凹模上的沖裁件或廢料。廢料切刀時在沖壓過程中將廢料切斷成數(shù)塊，避免卡在凸模上。
（1） 固定卸料裝置
如圖4.3.1所示，是用于平板的沖裁卸料。
①、安裝在凹模與導料板上，
②、常用于較硬、較厚且精度要求不高的工件沖裁。卸料板與凸模之間的單邊間隙?。?.2～0.5）t㎜。
③、固定卸料板的卸料力大、卸 圖4.3.1 固定卸料裝置
料可靠、安全，但是操作不方便。
（2） 彈壓卸料裝置
如圖4.3.2所示。彈壓卸料裝置是由卸料板、彈性元件（橡膠或彈簧）、卸料螺釘?shù)攘慵M成。
彈壓卸料即起卸料作用又起壓料作用，所得沖裁件質(zhì)量較好，平直度較高。因此，質(zhì)量要求較高的沖裁件或薄板沖裁宜用彈壓卸料裝置。
（3） 廢料切刀
對于大中型零件沖 裁或成形件的切邊時，還常采用圓形或方形的廢 料切刀。如圖4.3.3所示， 圖4.3.2 彈壓卸料裝置
當凹模向下切邊，同時把已切下的廢料壓向廢料切刀上，從而將其切開。對于沖裁形狀簡單 的沖裁模，一般設兩個廢料切刀；
沖件形狀復雜的沖裁模，可以用彈壓卸料加廢料切刀進行卸料。
刀靠著凸模安裝，其刀刃高度比凸模刃口高度稍低。
因此，因為工件料厚為1㎜，相對較薄，卸料力較小，故可采用彈性卸料。又因為復合模具生產(chǎn)，故可采用上出件提高生產(chǎn)效率。
圖 4.3.3 廢料切刀
4.4 導向方式的選擇
該副模具可以選用的導柱有后側的導柱和中間導柱，后側導柱一般應用于公差等級要求不高的情況下。但是由于導柱在一側，沖壓時容易產(chǎn)生偏心力矩，使模具偏斜，影響模具壽命和工件的質(zhì)量。而中間導柱應用于公差等級要求高的場合。因為工件的公差等級要求一般，但工件尺寸較大，對工件的質(zhì)量無特殊要求。
為了提高生產(chǎn)效率和模具的使用壽命，本副模具選用中間導柱的導向方式。
5 主要零部件的結構設計
5.1 工作零部件的結構設計
5.1.1 沖孔凸模的結構設計
因為該副模具所沖的孔均為圓形，二者都不屬于特別保護的小凸模，所以沖孔凸模采用臺階式的。一方面是因為加工簡單，另一方面是因為便于裝配與更換，其中的圓形凸模可選用凸模標準件來獲得。其凸模強度剛性較好，裝配修磨方便，其工作部分的尺寸由計算而得，于凸模固定板的配合部分按過度配合（H7/m6或者H7/n6制造）最大直徑的作用是形成凸肩，以便固定，保證工作是凸模不被拉出[4]。凸模選用鋼，其具有良好的淬火性能，其熱處理后的硬度為58－62HRC。
所以凸模的長度可由下式計算而得：
式中—凸模固定板的厚度，一般取20㎜。
—卸料板的厚度，一般取10㎜。
—凹模的高度，取35㎜。
凸模的修磨4㎜量等因素。
其結構和尺寸如下圖5.1.1所示。
5.1.2 落料凹模的結構設計 圖5.1.1凸模長度的確定
凹模的刃口形式，考慮到此工件的生產(chǎn)批量大，所以采用刃口強度較高的凹模。
凹模采用整體凹模，各沖裁的凹?？拙捎镁€切割機床加工。安排凹模在穆加上的位置時，要根據(jù)計算壓力中心的數(shù)據(jù)將壓力中心與模柄的中心重合。凹模的材料應選用與凸模材料向對應的鋼，其具有良好的淬火性能，其熱處理后的硬度為58－62HRC。
凹模厚度
凹模壁厚
取H＝35㎜，Ｃ＝40㎜
凹模的周界尺寸
所以凹模的輪廓尺寸為㎜
其結構可參見圖5.1.2所示。
5.1.3凸凹模的結構設計
凸凹模是復合沖裁中的雅各特殊的零件[5]。其內(nèi)形刃口其沖孔凹模作用，外形刃口起落料凸模的作用。外形一般按凸模設計，內(nèi)形按凹模設計。設計的關鍵是保證內(nèi)形于外形之間的薄厚強度，壁太薄，易發(fā)生開裂。凸凹模設計的關鍵在于保證內(nèi)形與外形之間有一定的壁厚，是凸凹模有一定深度。
5.2 定位零件的結構設計
模具上定位零件的作用是使毛坯（塊料、條料）相對于模具的工作零件處于正確的位置[6]。毛坯在模具中的定位有兩方面內(nèi)容：一是在與送料方向垂直方向上的定位，二是在送料方向上的定位，用來控制送料的進距。
因為該副模具采用的是彈性卸料且工件厚度不打，所以采用固定擋料銷。此種擋料銷的固定部分和工作部分的至今差別很大，不至于削弱凹模強度的，并且制造簡單，使用方便，一般裝配在凹模上。但在條料送進時，需要人工抬起條料送進，并將擋料銷套入下一個孔中向前搭邊而定位。 圖5.2.1固定擋料銷
其結構如圖5.2.1所示。
5.3 卸料與頂件零件的結構設計
5.3.1 卸料裝置的結構設計
卸料板一般分為剛性卸料裝置和彈性卸料裝置兩種形式。剛性卸料用螺釘和銷釘固定在下模上，能夠承受的卸料力較大。常用于厚板的德卸料，其卸料可靠安全，但操作不便，生產(chǎn)效率不高。
與剛性卸料裝置相比較，彈性卸料裝置應用于薄板沖壓件的卸料。彈性卸料板有敞開的工作空間，操作方便，生產(chǎn)效率高，沖壓前可對毛坯有預壓作用，沖壓后也可以使沖壓件平穩(wěn)卸料。但由于受彈簧、橡膠等零件的限制，卸料力較小。
由于該工件的厚度較薄，所以選用彈性卸料裝置其周界尺寸與凹模周界尺寸相同。厚度為10㎜采用45號鋼制造，其淬火硬度為40～45HRC。
5.3.2 頂件裝置的結構設計
頂尖裝置一般是彈性的，由頂桿、頂件塊和莊在下模底下的彈頂器組成。這種結構的頂件力肉一調(diào)節(jié)，工作可靠，沖裁件平直度較高。但沖件容易嵌入邊料中，產(chǎn)生與彈性推件同樣的問題。彈頂器可做成通用的，其彈性元件是橡膠。大型壓力機本身具有氣墊可做為彈頂器。
推件塊和頂件塊與凹模采用間隙配合，其外形尺寸一般按公差與配合國家標準h8制造，也可以根據(jù)板料的厚度曲適當?shù)拈g隙。推件塊和頂件塊與凸模的配合城較松的間隙配合，也可以根據(jù)板料的厚度曲適當?shù)拈g隙。
5.4 橡膠零件的結構設計
彈簧與橡膠相比較，橡膠允許承受的負荷比彈簧大，且安裝調(diào)整反方便，價格又不貴，是模具中廣泛使用的彈性元件。
橡膠的在選用時應注意以下幾個問題：
1、為保證橡膠不至過早損壞，其允許的最大壓縮量為自由高度的25%～45%；
2、安裝使用的橡膠，預壓縮一般取自由高度的10%～15%；
3、安裝后的橡膠的工作行程應為自由高度的25%～30%；
4、若選用的德肖能夠較的高度超過了直徑Dde1.5倍時，應將橡膠分段，其間墊以鋼墊圈。
5、安裝橡膠時，周圍應留有足夠的空隙位置，以容許橡膠壓縮時斷面尺寸的脹大[7]。
橡膠所能產(chǎn)生的工作壓力，由于缺乏橡膠的性能資料，而很少詳細計算。所以橡膠斷面面積的確定，一般是憑借經(jīng)驗估算并根據(jù)模具空間的大小進行合理的布置即可。同時，在橡膠裝上模具后，周圍要留有足夠的空隙位置，以允許橡膠壓縮時斷面尺寸的脹大。
5.5 模架及導向零件的結構設計
5.5.1 模架的選擇
根據(jù)標準規(guī)定，模架主要有兩大類：一類是由上模座、下模座、導柱、導套組成的導柱模模架；另一類是由彈壓導板、下模座、導柱、導套組成的導板模模架。模架及其組成零件已經(jīng)標準化，并對其規(guī)定了一定的技術要求。
由凹模周界尺寸可得，選用中間導柱模架[8]。其下模部分的數(shù)值如下：
D0=400㎜，H=65㎜，h=45㎜, D1=410㎜, D2=510㎜,
S=475㎜, R=85㎜, R1=115㎜, l2=100㎜, d=45㎜,
=50㎜, d2=M20-6H, t=40㎜, S2=280㎜.
導柱尺寸：
導套尺寸：L＝125㎜， H=48㎜（裝入上模出）
上模部分的數(shù)值如下：
D0=400㎜，H=55㎜，h=35㎜, D1=410㎜, D2=510㎜,
S=475㎜, R=65㎜, R1=115㎜, l2=100㎜, D=60㎜,
D1=65㎜, d2=M20-6H, t=40㎜。
模具的閉合高度：
H閉=HT墊H上+H下+H凸+H凸凹++H修
=10+65+55+66+65+9=270㎜
5.5.2 導向零件的結構設計
導向零件是指上、下模座的導向裝置的零件。
對于生產(chǎn)批量大，要求模具壽命高，工件精度高的沖模。一般采用導柱、導套來保證上下模座的精確導向。導柱導套的結構有滑動和滾動兩種。
導柱一般有兩個。對大型的沖模、沖裁工件的精度要求特別高的活自動化沖模，則用四個或六個導柱。本副模具結構簡單，所采用兩個滑動的中間導柱導套。其加工方便，容易裝配。其直徑不相同可以避免裝配錯誤或間隙不均勻而損壞刃口。
導柱和與之相配合的導套，分別壓入上模座盒下模座的安裝孔中，分別采用和過盈配合[9]。導柱和導套既要耐磨又要具有足夠的韌性，一般選用20號鋼經(jīng)滲碳淬火處理。導柱和導套之間用間隙配合，配合精度為（IT5～IT6）或（IT7～IT8）。
5.6連接與固定零件的結構設計
5.6.1模柄
中、小型沖模通過將上模固定在壓力機的滑塊
上。根據(jù)本副模具的特點選用壓入式模柄，
固定段與上模座采用H7/m6過渡配合并加防
轉螺釘防止轉動，裝配后模柄軸線與上
模座的垂直比旋入式模柄好。其結構草圖
如圖5.6.1所示。
圖5.6.1模柄
5.6.2上、下模座
上、下模座上不僅要安裝沖模全部的零件，而且要承受和傳遞沖壓力，所以模座不僅應有足夠的強度，還要有足夠的剛度[10]。模座的港督不足會降低沖模的壽命。因此模座要有足夠的厚度，一般去凹模的1～1.5倍，現(xiàn)已經(jīng)有國家標準應按國家標準選用。
上、下模座的導柱、導套安裝孔的軸心線應與基準面垂直，其垂直度誤差為安裝滑動導柱或導套的模為100：0.01mm.。
各種模座起上、下兩平面的表面粗糙度為0.8，只有在保證平行度要求下才能允許降低為1.6，所有模座的平行度按GB2870—81規(guī)定。
5.6.3 凸模固定板與墊板
（1） 凸模固定板
用凸模固定板將模具固定在模座上。[11]其平面輪廓尺寸除應保證凸模安裝孔外，還要考慮螺釘與銷釘?shù)脑O置。固定板的形式選擇圓形，一般取其厚度等于凹模厚度的60%—80%。固定板孔與凸模采用過渡配合（H7/m6）。壓裝后端面要磨平，以保證沖模的垂直度。
（2） 墊板
在凸模固定板與上模做之間加一塊淬硬的墊板，可避免硬度較底的模座因局部受凸模較大的沖擊力而出現(xiàn)凹陷，致使凸模松動，凹模與下模座之間也可加墊板。
墊板的平面形狀尺寸與固定板相同，其厚度一般取6—10mm。
5.6.4螺釘與銷釘
螺釘與銷釘在沖模中起禁固定位的作用。設計時主要確定它的規(guī)格和緊定位置。
螺釘擰入的深度不能太淺，否則緊固不牢靠；也不能太深，否則拆裝工作量大。[12]圓柱銷釘?shù)呐浜仙疃纫话悴恍∮谄渲睆降膬杀叮膊灰滋睢?
螺釘?shù)拇笮「鶕?jù)凹模厚度選擇，選擇M12的螺釘。
6 模具總裝圖
通過以上設計，可以得到模具總裝圖，模具的上模部分主要有上模座、墊板、凸模（8個）、凸模固定板及卸料板等組成。卸料方式采用彈性卸料，以橡膠為彈性元件，下模部分有下模座、凹模板、落料凸模、導料銷組成。沖孔廢料有漏料孔排出。成品件有打料桿打出。
模具的動作過程：上模部分通過模柄安裝在壓力機滑塊上，下模部分通過螺栓、壓板安裝在壓力機的工作臺面上，條料沿著導料銷送進，由固定擋料銷控制其送料步距，壓力機形成一次，沖壓一次，沖裁完畢，壓力機滑塊回程，帶動上模部分上行，卡在凸模上的料有卸料板卸下，沖孔廢料有漏料孔卸下，工件有打料裝置打出，完成一次沖壓。
裝配圖
1—下模座；2—導柱；3—橡膠；4—卸料板；5—導套；6—上模座；7—凸模固定板；8—螺釘；9—連接螺釘；10—推板；11—打桿；12—模柄；13、14—沖孔凸模；15—推件塊；16—凹模；17—凸凹模；18—凸凹模固定板
7 沖壓設備的選用
常見的沖壓設備有機械壓力機和液壓機。機械壓力機按驅動滑塊機構的種類可分為曲柄式和摩擦式，按滑塊個數(shù)可分為單動和雙動，按床身結構可分為開式和閉式。
壓力機應根據(jù)沖壓工序的性質(zhì)、生產(chǎn)批量的大小、模具的外形尺寸以及現(xiàn)有設備等情況進行選擇。
經(jīng)校核J23—80的開式雙柱可傾壓力機符合要求。[13]
其參數(shù)數(shù)值如下表所示：
公稱壓力F
800KN
滑塊的行程H
130
滑塊的行程次數(shù)
45
最大閉合高度
380
閉合高度的調(diào)節(jié)量
90
滑塊中心線至床身的距離
290
立柱距離
380
工作臺尺寸
前后
540
左右
800
工作臺孔尺寸
前后
230
左右
360
直徑
280
墊板尺寸
厚度
100
直徑
200
模柄孔尺寸
直徑
60
深度
80
床身最大可傾角
30
壓力機的主要參數(shù)
8 模具的裝配和調(diào)整
要制造一副完整的冷沖模，除了保證模具零件的加工精度外，還必須做好裝配工作。裝配就是按照規(guī)定的技術要求把零件的連接起來，使之成為合格的模具。裝配是模具制造過程中的一個重要環(huán)節(jié)，裝配質(zhì)量的好壞將直接影響沖件的質(zhì)量和模具的使用壽命。
組成模具實體的零件，有些在制造過程中是按照圖紙標注的尺寸和公差獨立地進行加工的，這類零件一般都是直接進入裝配；有些在制造過程中只有部分尺寸可以按照圖紙標注尺寸進行加工，需協(xié)調(diào)相關尺寸；有的在進行裝配前需要采用配制或合體加工，有的需在裝配過程中通過配制取的協(xié)調(diào)，圖紙上標注的部分只作參考。
因此，模具的裝配適合于采用集中裝配，在裝配工藝上多采用修配法和調(diào)整裝配法來保證裝配精度。從而實現(xiàn)能用輕度不高的組成零件，達到較高的裝配精度，降低零件加工要求。
8.1模具的裝配
在裝配之前，必須仔細研究圖樣，根據(jù)模具的具體結構的特點和技術要求，確定合理的裝配次序和裝配方法。此外，還應檢查模具零件的加工質(zhì)量，如：凸、凹模刃口尺寸等然后按照規(guī)定的技術要求進行裝配。裝配次序和裝配方法如下：
8.1.1 主要組件的裝配
（1） 模柄的裝配
因為這副模具的模柄是從上模座的下面向上壓入的所以在安裝凸模固定板和墊板之前，應先把模柄裝配好。
模柄與上模座的配合要求是H7/m6。裝配時，先在壓力機上將模柄壓入，再加上定位的銷釘孔和螺釘孔。然后，把模柄端面突出部分銼平或磨平，安裝好模柄后，用角尺檢查模柄與上模座與上模座上平面的垂直度。
（2） 凸模的裝配
凸模與固定板的配合要求是H7/m6。裝配時，先在壓力機上將凸模壓入固定板內(nèi)，檢查凸模的垂直度，然后將固定板的上平面與凸模尾部一齊磨平，為了保持凸模刃口鋒利，還應將凸模的端面磨平。
（3） 彈性卸料板的裝配
彈性卸料板起壓料和卸料的作用。裝配時，應保證它與凸模之間具有適當?shù)拈g隙，其裝配方法是，將彈性卸料板套在已裝入固定板的凸模內(nèi)，在固定板與卸料板之間墊上平行墊塊，并用平行夾板將它們夾緊，然后，按照卸料板上螺釘孔在固定伴上投窩，拆開后鉆固定板上的螺釘穿過孔。
8.1.2 總裝配
模具的主要組件裝配完畢后開始進行總裝配。為了使凸模和凹模易于對中，總裝時必須考慮上下模的裝配次序，否則，可能出現(xiàn)無法裝配的情況。
對于本副模具，應該先裝上模，然后找正下模的位置，按照沖孔凹模型孔加工出漏料孔。這樣可以保證上模中卸料裝置與模柄壓力中心的對正。并避免漏料孔的錯位。否則，將會出現(xiàn)無法裝配的困難。
1、 先把頂件裝置放入凹?？锥磧?nèi)，然后在下模座上打窩并加工頂件螺釘孔；
2、 把凹模放在下模座上。找正凹模的位置后，先在下模座上投窩，加工螺紋孔，然后加工銷釘孔，裝進銷釘，擰緊螺釘。
3、 把已裝入固定板的凸模插入到凹模內(nèi)。固定板與凹模之間墊上適當高度的平行墊鐵，再把上模座放在墊板上，將上模座和固定板夾緊，并在上模座上投卸料螺釘孔窩和禁固螺釘?shù)目赘C，拆開后鉆孔。然后，放上墊板，擰緊緊固螺釘。
4、 調(diào)整凸、凹模的間隙。
5、 調(diào)好間隙后加工銷釘孔，裝入銷釘。
6、 將彈性卸料板裝在凸模上，并檢查它是否能靈活的移動，檢查凸模端面是否縮在卸料板孔內(nèi)，最后安裝橡膠。
7、 安裝其他零件。試沖合格后，淬硬定位板。
8、 試沖與調(diào)整。
9、 打標記交付生產(chǎn)使用。
8.1.3 沖裁試沖的缺陷與調(diào)整
模具裝配以后，必須在生產(chǎn)條件下進行試沖[14]。沖出的工件按沖壓零件產(chǎn)品圖或試樣進行檢查驗收。在檢查過程中，如發(fā)現(xiàn)各種缺陷，則要仔細分析，找出原因，并對模具進行適當?shù)恼{(diào)整和修理，然后在試沖，知道模具正常工作并得到合格的沖件為止。表8.1.1是沖裁模試沖時常見的缺陷、產(chǎn)生的原因及調(diào)整的方法。
表8.1.1沖裁模試沖時的缺陷和調(diào)整
沖模試沖時的缺陷
產(chǎn)生原因
調(diào)整方法
送料不暢通或調(diào)料被卡死
1、 兩導料板之間的尺寸過小或有斜度
2、 凸模與卸料板之間的間隙過大，使搭邊翻扭
根據(jù)情況銼修或重裝導料板
減小凸模與卸料板之間的間隙
刃口相交
1、 導套與導柱配合間隙過大使導向不準
2、 導柱、導套等零件的安裝不準
重裝凸?；驅е?
更換導套與導柱
卸料不正常
1、 橡膠的彈力不足
2、 凹模有倒錐度造成工件堵塞
更換橡膠
修整凹模
沖裁件質(zhì)量不好
1、 有毛刺
2、 沖件不平
1、 刃口不鋒利或淬火硬度過低
2、 配合間隙過大或過小
合理調(diào)整凸模和凹模的間隙及修工作不份尺寸
1、凹模有倒錐度
2、頂料桿和工件接觸面過小
修整凹模
更換頂料桿
8.2 模具的調(diào)試
8.2.1模具調(diào)試的目的
模具試沖、調(diào)整簡稱調(diào)試，調(diào)試的目的在于：
1、鑒定模具的質(zhì)量。驗證該模具生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量是否符合要求，確定該模具能否交付生產(chǎn)使用。
2、幫助確定成形條件和工藝規(guī)程。
3、幫助確定成形毛坯形狀、尺寸及用料標準。
4、幫助確定工藝和模具設計中的某些尺寸。
5、通過調(diào)試，發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，積累經(jīng)驗，有助于進一步提高模具設計和制造水平。
由此可見，模具調(diào)試過程十分重要，是必不可少的。但調(diào)試的市價和試沖次數(shù)應盡可能少，這就要求模具設計與制造質(zhì)量過硬，最好一次調(diào)試成功。在調(diào)試過程中，合格沖壓件數(shù)的取樣一般應在20～1000件之間。
8.2.2沖模的調(diào)試
模具調(diào)試，因模具的類型不同、結構不同，可能出現(xiàn)的問題也不同，調(diào)試的內(nèi)容也隨之變化。
沖裁模的調(diào)試要點：
1、模具閉合高度的調(diào)試。模具應與沖壓設備配合好，保證模具應由的閉合高度和開啟高度。
2、導向機構的調(diào)試。導柱、導套要有良好的配合精度，保證模具運動平穩(wěn)、可靠。
3、凸、凹模刃口的及間隙的調(diào)試。刃口鋒利，間隙均勻。
4、定位裝置的調(diào)試。定位準確、可靠。
5、卸料及出件裝置的調(diào)試。卸料及出件要暢通，不能出現(xiàn)卡住現(xiàn)象。
9 工作零件的加工工藝
本副模具工作零件都是旋轉體，形狀比較簡單，加工主要采用車削。
9.1 沖裁凸、凹模的主要技術要求
1、保證凸、凹模尺寸精度和凸、凹模之間的間隙均勻。
2、表面形狀和位置精度；側壁應該平行，凸模的端面應與中心線垂直；多孔凹模、連續(xù)模、復合模都有位置精度要求。
3、表面光潔、刃口鋒利。刃口部分的表面粗糙度為Ra0.4，配合表面的粗糙度為Ra0.8～1.6，其余為 Ra6.3。
4、凸、凹模工作部分要求具有較高的硬度、耐磨度及良好的韌性。凹模工作部分的通常要求硬度為60～64HRC，凸模為58～62HRC配合部分不要求淬硬，工作部分采用局部淬火。
9.2 沖模工作零件的材料和熱處理
9.2.1 沖模工作零件材料的選用原則
1、應滿足模具的使用性能要求。
2、應具有良好的工藝性能。
故本副沖模工作零件采用材料為Cr12鋼。
9.2.2 沖模工作零件的熱處理
沖模工作零件的毛坯通常采用退火、正火熱處理，目的主要是消除內(nèi)應力，降低硬度以改善切削加工性能。沖模工作零件再精加工前要進行淬火和回火熱處理，以提高其硬度和耐磨性。
9.3 凸模加工工藝過程
圓形凸模加工比較簡單，熱處理前毛坯經(jīng)車削加工，配合面留有適當磨削余量；熱處理后，經(jīng)外圓磨削即可達到技術要求。
9.3.1 凹模加工工藝過程
圓形凹模的加工屬于孔系加工，除保證孔的尺寸及形狀精度外，還要保證各型孔間的位置精度?？刹捎酶呔茸鴺绥M床加工，也可在普通立式銑床上按坐標法進行加工。多型孔凹模熱處理或可采用坐標磨床進行精加工。若無坐標木床或型空過小時，也可在鉸（鏜）時留0.01～0.02㎜（雙面）研磨余量，熱處理（嚴格控制變形）后有鉗工對型孔進行研磨加工。熱處理前可采用鉆、鉸（鏜）、車等方法進行粗加工和半精加工。熱處理后型孔可通過研磨或內(nèi)圓磨削精加工。
9.3.2 凸凹模的機械加工方法
凸凹模零件一般由兩部分組成，即工作部分（用于沖壓工件）和非工作部分（用于裝配和連接等），非工作部分可采用普通機械加工方法，如車、銑、刨、磨、鉗 等。工作部分由于形狀結構復雜，經(jīng)熱處理后硬度高等原因，熱處理之前采用車、銑、刨、磨等進行粗加工或半精加工，熱處理之后再進行精加工。
其加工工藝表見附表1、2。
10 總結
本課程設計是我們進行完了三年的模具設計與制造專業(yè)課程后進行的，它是對我們?nèi)陙硭鶎W課程的又一次深入、系統(tǒng)的綜合性的復習，也是一次理論聯(lián)系實踐的訓練。它在我們的學習中占有重要的地位。
通過這次畢業(yè)設計使我再次復習所學知識的同時，也學到了許多新知識，對一些原來一知半解的理論也有了進一步的的認識。特別是原來所學的一些專業(yè)基礎課：如機械制圖、模具材料、公差配合與技術測量、冷沖模具設計與制造等有了更深刻的理解，使我進一步的了解了怎樣將這些知識運用到實際的設計中。同時還使我更清楚了模具設計過程中要考慮的問題，如怎樣使制造的模具既能滿足使用要求又不浪費材料，保證工件的經(jīng)濟性，加工工藝的合理性。
在設計的過程中通過沖壓手冊、模具制造簡明手冊、模具標準應用手冊等隊要設計的問題進行查詢，我了解了通過更多的途徑去了解我要做的設計，使設計更具合理性。也使我學會了設計過程中對資料的查詢和運用。
通過對防塵墊圈復合模的設計，使我對復合模有了深刻的認識，特別是這種帶有彈性卸料裝置的設計。復合模的主要零件的加工一般比較復雜，多采用線切割進行加工，不容易從純理論的角度精確的計算出來，多需要在試模后再進行調(diào)整。在模具的設計過程中也遇到了一些難以處理的問題，雖然設計中對它們做出了解決 ，但還是感覺這些方案中還是不能盡如人意，如壓力計算時的公式的選用、凸凹模間隙的計算、卸件頂件裝置選用、模架的選用與調(diào)整，都可以進行進一步的調(diào)整，使生產(chǎn)效率提高。因為工件的形狀規(guī)則對壓力的計算可以直接用公式直接計算，卸件時可以采用橡膠彈出制件。然而對各個方面的設計都需要更近一步的學習和查閱更多的資料。
由于能力有限，設計中難免有疏漏之處，懇請老師給予指正。
致 謝
本次設計是一次學期總結，也是對所學專業(yè)的總結。收筆之余，首先感謝專業(yè)老師的指導，特別是畢業(yè)設計指導老師蘇老師，在他的指點和教誨下，我順利完成了設計。
隨著畢業(yè)設計的結束，大學三年學習也將畫上句號，此時此刻心情復雜。三年來作為學生，當然最重要的任務就是學習，尤其要重視專業(yè)課的學習，沒有過硬的知識在將來人才的競爭中就要成為弱者。通過這三年的學習，我已經(jīng)徹底的適應了大學這種“師傅領進門，修行在個人”的教學方式。我覺得這種方式非常好，讓我們在得到老師正確指導的同時，還可以自己安排時間進行自學，讓我們懂得應該抓緊時間充實自己，盡量多學一些東西。給了我們充分的學習自由，在也不會機械的“填鴨”了，讓我們多了許多可以充實自己的時間。我認為學問未必全在書本上，很多知識都需要自己的探索，在探索中掌握，所以我認為別管做什么都要靠自己獨立完成，這樣才能好的鍛煉自己。
就本次設計，基本上是自己獨立完成，在圖書館的來回奔波中，使我體會到時間的緊迫。通過自己的努力，畢業(yè)設計也圓滿結束，不管結果如何，拿著自己的勞動成果，心中有一種成就感，我知道這當然離不開老師們的諄諄教導。這次設計不但是對所學知識的鞏固和演練，也為以后的事業(yè)打下一定基礎，受益匪淺！
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