轉子軸承蓋成形沖壓工藝及模具設計【軸承端蓋】【說明書+CAD】

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沖壓模具設計中側壁起皺的分析 F.-k. Chen and Y.-C. Liao 臺灣 臺北市國立臺灣大學機械工程部門 在沖壓過程中，起皺一般發(fā)生在有錐度的方形杯子和帶有階梯的矩形杯子成形時。這兩種起皺類型的共同特征是起皺都發(fā)生在相對沒有支撐的側壁。在沖壓一個有錐度的方形杯子時，當發(fā)生起皺時，比如沖模間隙和沖壓毛壞的壓力大小等參數的影響通過有限元模擬方法被檢查到。模擬結果顯示沖模間隙越大，起皺的就越明顯，而且起皺不能通過增加沖壓力來被抑制。在研究帶有階梯的矩形杯子沖壓過程的起皺時，發(fā)現了一個有相似幾何類型的實際部分。在側壁被發(fā)現的起皺是因為介于沖頭和階梯邊緣的金屬板料不平衡伸展造成的。為減少起皺，一個最適宜的沖模設計方法就是利用有限元分析法。在無起皺產品中介于模擬結果和實測結果的好協(xié)議使有限元分析法生效，而且證實了利用有限元分析法去設計沖模的優(yōu)勢。 關鍵詞：側壁起皺；沖模；階梯的矩形杯子；帶有錐度的主形杯子 1． 介紹 起皺是在金屬板料成形中主要的缺陷之一。由于性能和視察的原因，在產品中起皺往往不能被接受。在金屬板料成形過程中，有三種形式的起皺頻繁的發(fā)生：邊緣起皺，側壁起皺和由于殘余的彈性壓力引起的未變形區(qū)域的彈性彎曲。在沖壓一個復雜形狀零件的操作時，側壁起皺意味著沖模腔中的起皺。由于側壁區(qū)域的金屬板料相對于其它區(qū)域的金屬板料不被工具所保征質量，側壁起皺的消除比邊緣起皺的抑制更難。很明顯，在未被加固的側壁區(qū)域中的金屬材料的額外拉伸可能防止起皺，而且在實際操作中也可以通過增加沖壓力來防止起皺，但是過度的拉力會通過裂痕導致失敗。因此，沖壓力必須處于一個狹小的范圍，一方面，要高于抑制起皺的力，另一方面，要低于產生破裂的力。沖壓力的狹小范圍很難計算。對于沖壓一個復雜形狀的零件，當起皺發(fā)生在中心區(qū)域時，有意義的沖壓力范圍甚至不存在。 為了檢查起皺的形成結構，Yoshida et al.發(fā)明了一種測試，在這種測試里，一塊薄板料不是均勻的沿著它的斜度被拉伸。他們也計劃一個近似的理論模型，在這種模型里面，起皺的開始取決于在壓力不均勻區(qū)域中有壓縮的側部力的彈性灣曲。Yu et al.從實驗性和分析性上研究起皺問題，通過理論分析，他發(fā)現帶有兩個圓周波的起皺可能發(fā)生，然而，實驗結果顯示是四到六個。當通過一個有錐度的模具畫出金屬板料時，Narayanasamy和sowerby用平底的沖頭和半球狀的沖頭檢查金屬板料的起皺。他們也試圖去把可以抑制起皺的道具分類。 那些努力都被聚中于和簡單形狀零件關聯(lián)的起皺問題上，例如：一個圓形的杯子。在90年代早期，金屬板料成形中三維動態(tài)軟件和有限元方法的成功運用使得分析包括在沖壓一個復雜形狀零件的起皺問題成為可能。在當前的研究中，三維有限元分析法被用來分析在沖壓一個帶有階梯的矩形部分的過程中，產生起皺的金屬流動制造參數上。 一個帶有階梯的方形杯子，在杯子的每一邊都有一個傾斜的側壁，在帶有錐度的杯子也相應的存在傾斜的側壁。在沖壓過程中，側壁上的金屬板料相對沒被支撐，因此，這個部位更容易起皺。在當前的研究中，起皺過程中的各種不同的制造參數的影響都在被研究。在沖壓一個帶有階梯的方形杯子時，就像圖1B顯示的一樣，可以觀測到另一種形式的起皺。為了評估分析的效力，在當前的研究中，一個確切階梯幾何形狀的物體被檢測。通過使用有限元分析法和用適宜的模具設計來減少起皺，起皺的原因被確定。在觀測一個實際產品成形時，通過有限元分析法得到的模具設計方法得到證實。 圖1帶有錐度方形杯子的拉伸（a）和帶有階梯的矩形杯子的拉伸（b） 2有限元模型 包括沖頭、模具和毛壞固定器等工具幾何學是用CAD或PRO/E軟件來設計的。同樣用CAD軟件，三節(jié)點和四節(jié)點的外形元素被采用用來為以上工具生產網眼系統(tǒng)。對于有限元模擬來說，工具被認為是剛硬的，而且對應的網眼被用來定義工具幾何學而不是壓力分析。同樣CAD軟件使用四節(jié)點外形元素來為板形壞料構造網眼。圖2顯示工具的完整布置的網眼系統(tǒng)和用來沖壓帶有階梯方形杯子的板形壞料。由于對稱條件，方形杯子的四分之一被分析。在模擬中，板形壞料放在壓力機上，沖模向下移動，逆著壓力機夾緊板形壞料。然后沖模上升使得板形壞料按著模腔成形。 圖2 有限元網眼 為了表演一個精確的有限元分析法，金屬板料的真實應力應變曲線被要求是輸入數據的一部分。在當前的研究中，拉深成形的金屬板料也被用來模擬。為在飛機上切割下的樣本測試被進行，它們依次從0度的旋轉方向到45度的旋轉方向，再到90度的旋轉方向進行著。平均的流動力σ，計算方程為σ=（σ0+2σ45+σ90）/4，因為每一個方法真實應變通常用來模擬帶錐度方形杯子和帶階梯矩形的沖壓，就如圖3顯示的那樣。 當前研究中所有的模擬利用有限元程序PAM-STAMP涉及SGI Indigo2工作站。為了完成模似所需輸入數據的設置，沖頭的速度一般設置在10m/s，庫侖摩擦系數設置在0.1。 圖3 金屬板料的應力應變關系 3 錐度方形杯中的起皺 正像圖1a顯示的那樣，草圖暗示著一些有關錐度方形杯子的尺寸，方形沖頭每一面的長度（2WP）、模腔的尺寸（2Wd）和高度(H)被認為是影響起皺的至關重要尺寸。在當前研究中，模腔尺寸和沖頭尺寸的差距的一半稱作沖模間隙（記作G），G= Wd- WP。相關的在側壁沒被支撐的金屬板料的寬度取決于沖模間隙，起皺假想通過增加沖壓力來被抑制。相對于沖壓一個錐度方形杯子，沖模間隙和沖壓力兩方面的影響在接下來的部分被研究。 3.1沖模間隙的影響 為了檢查沖模間隙對起皺的影響，在沖壓一個錐度方形杯子時，分別用20mm，30mm，50mm大小的沖模間隙進行模擬沖壓。在每次模擬沖壓中，模腔的尺寸都是固定在200mm，而且杯子拉深的高度都是100mm。三次模擬中使用的金屬板料都是380X380的方形尺寸，厚度也都是0.7mm，金屬的應力應變曲線如圖3所示。 圖4 G=50mm的帶有錐度的方形杯子 模擬結果顯示三次模擬中都發(fā)生起皺現象，沖模間隙為50mm沖壓出來的杯子模擬形狀如圖4。從圖4中可以看出，起皺分布在側壁，側壁拐角尤其明顯。這就說明在沖壓過程中，起皺是由于在側壁有大面積區(qū)域不被支撐，同樣，由于沖模間隙不一樣，沖頭各邊的長度和模腔尺寸也不一樣。由于橫向壓力的存大，在沖頭和模腔中拉深成形的金屬板料越來越不牢固。在壓縮下，側壁金屬板料不受限制的拉伸是起皺的主要原因。為了比較三種不同間隙沖壓出來的產品，兩個主要的應變比率β被介紹，β=εmin/εmax，這里的εmin和εmax分別是主要的和次要的應變。Hosford和Caddell已經展示了β的實際值比β的評論值大，假設當起皺發(fā)生時，β的實際值越大，起皺的可能性就越大。 在三個沖模間隙不同的沖壓中，同一側壁高度，沿著橫截面M-N的β值在圖4中標記出，在圖5中畫出。圖5中說明嚴重的起皺一般發(fā)生在拐角處，而對三個沖模間隙不同的沖壓，在側壁中心很少發(fā)生起皺。還說明了沖模間隙越大，β的實際值就越大。因此，增加沖模間隙將增加在錐度方形杯子側壁處發(fā)生起皺的可能性。 3.2沖壓力的影響 眾所周知，在沖壓過程中，增加沖壓力可以幫助排除起皺。為了研究增加沖壓力的影響，沖模間隙為50mm與起皺是有關聯(lián)的，用沖模間隙為50mm的模具沖壓帶有錐度方形杯子被用不同的沖壓力來模擬了。沖壓從100KN增加到600KN，這兩個力分別產生0.33Mpa和1.98Mpa。在上述部分，剩下的模擬條件與給定的是一樣的。處于中間的300KN也被用來模擬。 模擬結果顯示沖壓力的增加并沒有幫助消除發(fā)生在側壁的起皺。在圖4中已標出沿著橫截面M-N的β值與沖壓力為100KN和600KN的β值作比較。模擬結果指出兩種情況下，沿著橫截面M-N的β值是一樣的。為了檢查兩種不同沖壓力的起皺形狀，正如圖4和圖6標出的那樣，側壁上從底部向上有五處不同位置的橫截面。從圖6可以看出，兩個外殼的波浪形橫截面是相似的。這就說明在沖壓帶有錐度的方形杯子時，沖壓力不影響起皺的發(fā)生，這是因為起皺的原因主要是由于在有橫向壓力存在的側壁處有大面積區(qū)域不被支撐。沖壓力對沖頭和模腔之間材料不穩(wěn)定的模式并沒有影響。 圖5 沿著橫截面M-N不同沖模間隙的β值 4階梯矩形杯子 在沖壓一個階梯矩形杯子時，起皺發(fā)生在側壁即使沖模間隙并不是那么重要。輪廓1顯示沖壓階梯矩形杯子的沖頭草圖，在這張草圖中，側壁C沿臺階D-E而行。在近期的研究中，在一個實際的產品中檢查到了這種幾何形狀。這種產品使用的原材料的厚度是0.7mm，從拉力測試中獲得的應力應變關系如圖3所示。 這種沖壓部分產品的程序包括通過清理焊縫的深拉。在這種深拉過程中，沒有焊縫被用在沖模表面來幫助幫助金屬的流動。但是，由于沖頭拐角處的半徑過小和其復雜的幾何形狀，如圖7顯示的那樣，在沖頭邊緣上部經常發(fā)生拉裂，在真實產品的側壁處經常發(fā)生起皺。從圖7中可以看出，皺紋發(fā)分布在側壁上，但是在階梯邊緣拐角處最為嚴重，就像圖1（b）中A-D，B-E顯示的那樣。在沖頭的上部邊緣，金屬往往被拉裂，就像圖7所示。 為了進一步的了解沖壓過程中板料的變形，誕生了一種有限元的方法。這種有限元模擬方法被在最初的設計中。部分的模擬形狀如圖8所示。從圖8中可以看出，零件上部邊緣的網眼被拉深，皺紋分布在側壁上，類似真實零件中的那樣。 圖6 從圖a的100KN到圖b的600KN不同側壁高度的橫截面線條 圖7 產品零件中的拉裂和起皺 圖8 產品拉裂和起皺的模擬形狀 如圖1（b）就像A-B邊緣半徑和沖孔拐角處A的半徑一樣，沖孔的半徑也很小，這被認為是拉裂的最主要原因。但是，根據有限元分析的結果，拉裂可以通過增加以半徑來避免。這種理念在現實產品中通過增加半徑得到證實。 個別的嘗試也被用來消除起皺。第一，沖壓力加到原來的2倍。但是，就像在拉深帶有錐度的杯子中得到的結果一樣，沖壓力對消除起皺現象沒有起有很大的效果。通過增加摩擦和毛坯尺寸也得到同樣的結論。于是我們推測，這種起皺不能通過增加沖壓力來得到抑制。 由于在金屬屈服于過大壓力的區(qū)域，往往會因為大量的金屬流動而起皺，一種通過在起皺區(qū)域增加掛鉤用于消除起皺的簡單方法被用來吸收多余的材料。為了多余的金屬能有效的被吸收，掛鉤應該平衡的加在起皺位置?；谶@種理念，兩個掛鉤被加在鄰近在壁上吸收多余的材料，如圖9如示。模擬結果顯示，階梯拐角處的起皺正如想象的那樣被吸收，但是，一些起皺仍然沒被吸收。這說明在側壁處需要更多的掛鉤來吸收所有過量的材料，但是這在模具設計中是不允許的。 利用有限元分析法分析沖壓工序的一個優(yōu)勢是沖壓過程中板料的變形形狀可以被監(jiān)測，而這在真實的產品沖壓過程中是不可能的。對沖壓過程中金屬流動的精密監(jiān)測顯示板料最開始通過沖頭的力按模腔的形狀成形，直到板料接觸到如圖1（b）階梯D-E邊緣才形成起皺。起皺的形狀如 圖9 加到側壁的起皺 圖10顯示的那樣。這就為模具設計的改進提供了有價值的信息。 圖10 當板料接觸臺階邊緣的起皺形成 圖11 切除了的臺階拐角 對于起皺的發(fā)生，最初的一個猜想是沖頭拐角處范圍A和階梯拐角處范圍D之間的金屬板料處于不平坦的拉深，就如圖1（b）所示。階梯拐角處被切主要是為了改善拉深條件，這樣就允許通過增加階梯邊緣有更多的拉伸被應用到如圖11所示，從而使得模具設計的改進得到發(fā)展。但是，杯子側壁處仍然有起皺，這就意味著起皺是因為整個沖頭邊緣和整個階梯邊緣的不平坦引起的，不僅僅是沖頭拐角處和階梯拐角處之間的不平坦。為了證實這種說法，兩種改進過了的模具設計被用來實驗：為了描述想象中的形狀用兩種拉深操作，一種是切去整個階梯，而另一種是增加更多的拉深操作。前一個方法的模擬形狀所圖12所示。自從更低的階梯被切去后，拉深工序與圖12中的矩形杯子拉深工序性很相似。從圖12中可以看出起皺現象已被消除。 在這兩種操作的拉深工序中，板料最初是被拉到很深的階梯處，如圖13（a）所示，然后，較低的階梯在第二步拉深操作中成形，同是，如圖13（b）所示的想象形狀也得到了。從圖13（b）可以清晰的看出，通過兩步拉深工序可以造出沒有起皺的階梯矩形杯子，同時也說明在兩步拉深工序中，如果相應的順序被應用，則更低一些的階梯處的成形是伴隨更深階梯處成形和最深階梯邊緣處成形的最早成形，如圖1(b)中的A-B，因為金屬不容易通過較低的階梯進入模具型腔。 圖12改善模具設計的模擬形狀 圖13 兩個操作步驟中的a第一步操作 b第二步操作 有限元分析法說明用簡單的拉深操作來設計理想產品的沖壓模具設計是很難完成的。但是，由于額外的模具費用和操作費用，兩個操作的制造費用是很高的。為了保持較低的制造費用，零件的設計師對形狀做出了合適的改變，而且通過有限元模擬分析法結果去切除較低的臺階來改善模具設計，如圖12所示。隨著設計方法的改進，產品真實的沖壓模具被制造出來，而且零件還沒有起皺，如圖14所示。通過有限元模擬分析法得到的零件也沒有起皺。 為了進一步驗證有限元模擬分析法的結果，有限元模擬分析法得到的沿橫截面G-H的厚度分布如圖14所示，這與產品的尺寸做了比較，比較的結果顯示在圖15。從圖15可以看出有限元模擬分析法得到的預想的厚度分布和產品得到的厚度分布是相符合的。這種吻合證實了有限元模擬分析法的效率。 圖14 無缺陷產品零件 圖15 G-H處模擬和測量厚度 5概要和結束語 通過有限元模擬分析法研究了兩種在沖壓過程中的起皺，而且還檢查了其起皺的原因和消除起皺的方法。 第一種形式的起皺發(fā)生在沖壓帶有錐度的方形杯子的側壁上，這種起皺的原因是因為沖模間隙過大（沖模間隙就是模腔的尺寸和沖頭的尺寸的差距）。當金屬被拉至模腔中，在沖頭和型腔中有一有害的拉深時，大的沖模間隙導致金屬板料的大面積區(qū)域不被支撐，因此大面積區(qū)域不被支撐導致起皺。有限元模擬分析法顯示這種起皺不能通過增加沖壓力的方法來得到抑制。 另一種形式的起皺發(fā)生在有階梯矩形的幾何形狀物體沖壓過程中。起皺往往發(fā)生在臺階以上的側壁，甚至沖模的間隙不是足夠的大。通過有限元模擬法得知，這種起皺主要是由于在沖頭和臺階邊緣存在不平坦的拉伸。在模具設計過程中，通過有限元模擬分析法單獨的嘗試被用來消除起皺，切除了臺階的模具被建立。通過無缺陷的零件證實了這種模具設計方法對消除起皺的作用。有限元模擬分析法得到的結果和真實產品中看到的結果相吻合說明了有限元模擬分析法的準確性，還證實了用有限元分析法代替真實的模具制造方法的效力。 感謝 作者希望感謝中國人民共和國民族科學委員會授于NSC-86-2212-E002-028編號才使得這個項目得到發(fā)展。他們也希望感謝KYM提供了產品零件。 參考文獻 1. K. Yoshida， H. Hayashi， K. Miyauchi， Y. Yamato， K. Abe， M. Usuda， R. Ishida and Y. Oike，在金屬板料，皺紋機械工具的效果取決于不均勻的拉深 2. T.X.Yu，W.Johnson 和 W.J.Stronge， “圓形碟子在半球形模具中的沖壓成形”，機械學雜志，26，pp.131-148，1984 3. W.J.stronge，M.P.F.Sutcliffe和T.X.Yu，在沖壓期間，圓形碟子的塑性起皺。實驗的技巧，pp.345-353，1986. 4. R.Narayanasamy和R.Sowerby，“當用一種圓錐形的沖模成形時的金屬板料起皺”，材料處理技術雜志，41，pp.275-290，1994. 5. W.F.Hosford 和 R.M.Caddell，金屬成形:機械和冶金，1993年第二季。 河南機電高等?？茖W校 學生畢業(yè)設計中期檢查表 學生姓名 學 號 指導教師 選題情況 課題名稱 轉子軸承蓋沖壓成形工藝與模具設計 難易程度 偏難 適中 偏易 工作量 較大 合理 較小 符合規(guī)范化的要求 任務書 有 無 開題報告 有 無 外文翻譯質量 優(yōu) 良 中 差 學習態(tài)度、出勤情況 好 一般 差 工作進度 快 按計劃進行 慢 中期工作匯報及解答問題情況 優(yōu) 良 中 差 中期成績評定： 所在專業(yè)意見： 負責人： 09年 4 月 10 日 轉子軸承蓋沖壓成形工藝與模具設計 摘要 本設計的產品為沖壓件，主要工序為拉深、沖孔和落料三種工序。設計內容包括：沖壓件工藝分析，拉深的計算，排樣設計，計算沖壓力及沖壓設備的選擇，模具零件主要工作部分尺寸計算，編制模具主要零件加工工藝規(guī)程，模具的裝配與調試。 該模具為級進模，包含了拉深、沖孔、落料等工序。凹模，凸模采用整體式結構，安裝方便。條料在送料方向上采用導料板導料，利用導料銷控制導料步距。卸料裝置采用剛性卸料裝置。 該設計中使用CAD繪制裝配圖和零件圖，設計說明書也用Microsoft Word排版打印而成，軟件的使用提高了設計效率，同時也是設計干凈、整潔。 關鍵詞：多工位級進模、凸模、凹模。 The rotor bearing cap forming craft and the die design Abstract This design product is a pressing part, the main working procedure for the drawing, the piercing and the blanking three working procedures.The design content includes: The pressing part craft analysis, the drawing computation, arranges the type design, the computation ramming strength and the ramming equipment choice, the mold components prime task partial size computation, establishes the mold major parts processing technological process, the mold assembly and the debugging. This mold enters the mold for the level, containing the drawing, the piercing, blanking working procedures and so on.The punch, the die uses the integral-type structure, the installment is convenient.The strip material uses in the feeding direction leads the yard lumber to lead the material, the use leads the material to sell controls guides the material step the distance.The stripping device uses the rigid stripping device. In this design uses the CAD plan assembly drawing and the detail drawing, the design instruction booklet also uses Microsoft the Word typesetting printing to become, the software use enhanced the rated capacity, simultaneously also is the design is clean, is neat. Key word: The multi-location progressive die, punch, die. 河南機電高等?？茖W校 畢業(yè)設計任務書 系 部： 材料工程系 專 業(yè)： 模具設計與制造 學生姓名: 學 號: 設計 題目： 轉子軸承蓋沖壓成形工藝及模具設計 起 迄 日 期: 2009 年 3 月 11 日~ 5 月 20 日 指 導 教 師: 2009 年 3 月 12 日 畢 業(yè) 設 計 任 務 書 1．本畢業(yè)設計課題來源及應達到的目的： 本設計題目沖壓件成形工藝及模具設計，通過設計，應對沖壓件工藝生產較為熟悉，能熟練使用相關設計手冊，獨立完成一套模具的設計及模具工作零件加工工藝的編制。并且能夠運用模具設計軟件完成模具裝配圖及零件圖的繪制。 2．本畢業(yè)設計課題任務的內容和要求（包括原始數據、技術要求、工作要求等）： （1）了解目前國內外沖壓模具的發(fā)展現狀； （2）分析轉子軸承蓋的成形工藝并確定其工藝方案； （3）模具主要設計計算； （4）繪制模具總裝圖，并繪制零件圖； （5）得出設計結論。 本制件為沖壓件產品，其零件圖如下圖所示，材料采用08鋼，生產類型為中等批量生產。 所在專業(yè)審查意見： 負責人： 2009年 3月 12日 系部意見： 系領導： 2009年 3 月13 日 河南機電高等專科學校 畢業(yè)設計說明書 畢業(yè)設計題目： 轉子軸承蓋成形沖壓工藝及模具設計 系 部： 材料工程系 專 業(yè)： 模具設計與制造 班 級： 學生姓名： 學 號： 指導教師： 2009年 05月 8 日 機 械 加 工 工 藝 過 程 卡 零件號 零 件 名 稱 00-02 凹模 工序號 工 序 名 稱 設 備 夾 具 刀 具 量 具 工 時 名 稱 型 號 名 稱 規(guī) 格 名 稱 規(guī) 格 名 稱 規(guī) 格 01 下料（φ100mm×105mm） 鋸床 虎鉗 直尺 02 鍛造（255mm×130mm×30mm） 空氣錘 火鉗 直尺 03 熱處理 熱處理爐 火鉗 04 銑平面 銑床 虎鉗 標準 面銑刀 游標卡尺 05 平磨 磨床 磁力夾具 砂輪 游標卡尺 06 鉗工 虎鉗 鉆、鉸刀、劃針 直尺 07 立銑 立式銑床 虎鉗 立銑刀 游標卡尺 08 坐標鏜 坐標鏜床 虎鉗 鏜刀 游標卡尺 09 熱處理 熱處理爐 火鉗 10 平磨 磨床 磁力夾具 砂輪 游標分尺 11 退磁 12 線切割 線切割機床 支撐夾具 銅絲 游標分尺 13 研磨型孔 游標卡尺 編制 王 浩 校對 審核 批準 機 械 加 工 工 藝 過 程 卡 零件號 零 件 名 稱 00-05 落料凸模 工序號 工 序 名 稱 設 備 夾 具 刀 具 量 具 工 時 名 稱 型 號 名 稱 規(guī) 格 名 稱 規(guī) 格 名 稱 規(guī) 格 01 備料（70mm×60mm×63mm） 空氣錘 火鉗 直尺 02 熱處理 熱處理爐 火鉗 03 銑平面 銑床 虎鉗 面銑刀 游標卡尺 04 平磨 平面磨床 磁力夾具 砂輪 游標卡尺 05 鉗工劃線 虎鉗 劃針 直尺 06 銑型面 立式銑床 虎鉗 立銑刀 游標卡尺 07 熱處理 熱處理爐 火鉗 08 磨端面 平面磨床 磁力夾具 砂輪 游標卡尺 09 磨型面 成形磨床 磁力夾具 成型砂輪 游標卡尺 10 修磨刃口 游標卡尺 編制 王 浩 校對 審核 批準 插圖清單 圖1 零件圖 8 圖2 計算毛坯尺寸 9 圖3 計算毛坯尺寸 9 圖4 排樣設計 12 圖5 確定壓力中心 15 附表清單 表1 模具零件主要工作部分尺寸的計算 16 表2 凹模加工工藝規(guī)程 20 表3 凸模加工工藝規(guī)程 21 機 械 加 工 工 序 卡 工序名稱 粗銑 工序號 04 零件名稱 凹模 零件號 00-02 零件重量 同時加工零件數 1 材 料 毛 坯 牌 號 硬 度 型 號 重 量 Cr12MoV 62HRC 設 備 夾 具 名 稱 輔 助 工 具 名 稱 型 號 銑床 虎鉗 游標卡尺 安 裝 工 步 安裝及工步說明 刀 具 量 具 走 刀 長 度 走 刀 次 數 切 削 深 度 進給量 主 軸 轉 速 切 削 速 度 基 本 工 時 一次 1 銑上平面 35立銑刀 游標卡尺 0.5 2 1 200㎜/ min 1600r/min 一次 1 銑下平面 35立銑刀 游標卡尺 0.5 2 1 200㎜/ min 1600r/min 一次 2 銑兩端面 20立銑刀 游標卡尺 0.5 1 1 60㎜/ min 1000r/min 一次 2 銑兩端面 20立銑刀 游標卡尺 0.5 1 1 60㎜/ min 1000r/min 設 計 者 王浩 指 導 教 師 共 2 頁 第 1 頁 機 械 加 工 工 序 卡 工序名稱 粗銑 工序號 03 零件名稱 落料凸模 零件號 00-05 零件重量 同時加工零件數 1 材 料 毛 坯 牌 號 硬 度 型 號 重 量 T10A 58HRC 設 備 夾 具 名 稱 輔 助 工 具 名 稱 型 號 銑床 虎鉗 游標卡尺 安 裝 工 步 安裝及工步說明 刀 具 量 具 走 刀 長 度 走 刀 次 數 切 削 深 度 進給量 主 軸 轉 速 切 削 速 度 基 本 工 時 一次 1 銑上平面 35L立銑刀 游標卡尺 0.5 2 1 200㎜/ min 1600r/min 一次 1 銑下平面 35立銑刀 游標卡尺 0.5 2 1 200㎜/ min 1600r/min 一次 2 銑兩端面 20立銑刀 游標卡尺 0.5 1 1 60㎜/ min 1000r/min 一次 2 銑兩端面 20立銑刀 游標卡尺 0.5 1 1 60㎜/ min 1000r/min 設 計 者 王浩 指 導 教 師 共 2 頁 第 2 頁 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計說明書 目錄 1.緒論 1 1.1沖壓概述 1 1.1.1沖壓的概念 1 1.1.2沖壓的特點 1 1.1.3沖壓成型的應用 2 1.1.4沖壓的基本工序及模具 2 1.2沖壓技術國內外的現狀及發(fā)展方向 3 1.2.1沖壓成形理論及沖壓工藝方面 3 1.2.2沖壓在沖模設計方面 4 1.2.3沖壓設備和沖壓生產自動化方面 6 1.2.4沖壓標準化及專業(yè)化生產方面 7 2.沖壓件工藝分析 8 3.拉深的計算 9 3.1計算毛坯尺寸 9 3.2檢查能否一次拉成 10 3.3確定凸凹模圓角半徑 11 3.4拉深件的拉深高度的計算 11 3.5凸模與凹模間隙的確定 11 4.排樣設計 12 4.1排樣、計算條料寬度及確定步距 12 5.計算沖壓力及沖壓設備的選擇 13 5.1計算工序沖壓力 13 5.2確定壓力中心 14 5.3沖壓設備的選擇: 15 6.模具零件主要工作部分尺寸計算 16 6.1沖模和拉深模刃口尺寸及公差的計算 16 6.2確定各主要零件結構尺寸 18 6.3校核沖壓設備基本參數 19 7.編制模具主要零件加工工藝規(guī)程 20 7.1凹模加工工藝規(guī)程 20 7.2落料凸模加工工藝規(guī)程 21 8.模具的裝配與調試 22 9.總結 24 致謝 25 參考文獻 26 河南機電高等?？茖W校 畢業(yè)設計評語 學生姓名： 班級: 學號： 題 目： 轉子軸承蓋沖壓成形工藝與模具設計 綜合成績： 指導者評語： 1）該同學查閱了大量的沖壓書籍，制訂出了較滿意的沖壓成型工藝及模具結構； 2）該同學畢業(yè)設計態(tài)度認真，能夠按時完成畢業(yè)設計； 3）該同學裝配圖、零件圖設計較合理，圖紙質量較高； 4）該同學設計說明書內容較完整，計算較正確，格式較規(guī)范； 5）建議該同學成績評定：優(yōu)秀； 6）可以提交答辯。 指導者(簽字)： 2009年5月10日 畢業(yè)設計評語 評閱者評語： 王浩同學畢業(yè)設計任務來自生產實際，能夠按照設計任務書的要求寫設計說明書，并且設計的工作量大小適中，零件圖上存在少量問題，經過仔細考核建議成績?yōu)閮?yōu)，可以提交答辯。 評閱者(簽字)： 2009年5月15日 答辯委員會（小組）評語： 答辯委員會（小組）負責人(簽字)： 年 月 日 河南機電高等專科學校畢業(yè)設計說明書 1.緒論 1.1沖壓概述 1.1.1沖壓的概念 沖壓是利用安裝在沖壓設備（主要是壓力機）上的模具對材料施加壓力，使其產生分離或塑性變形，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材料進行冷變形加工，且主要采用板料來加工成所需零件，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。 沖壓所使用的模具稱為沖壓模具，簡稱沖模。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。沖模在沖壓中至關重要，沒有符合要求的沖模，批量沖壓生產就難以進行；沒有先進的沖模，先進的沖壓工藝就無法實現。沖壓工藝與模具、沖壓設備和沖壓材料構成沖壓加工的三要素，只有它們相互結合才能得出沖壓件。 1.1.2沖壓的特點 與機械加工及塑性加工的其它方法相比，沖壓加工無論在技術方面還是經濟方面都具有許多獨特的優(yōu)點。主要表現如下。 (1) 沖壓加工的生產效率高，且操作方便，易于實現機械化與自動化。這是因為沖壓是依靠沖模和沖壓設備來完成加工，普通壓力機的行程次數為每分鐘可達幾十次，高速壓力要每分鐘可達數百次甚至千次以上，而且每次沖壓行程就可能得到一個沖件。 （2）沖壓時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量,而模具的壽命一般較長,所以沖壓的質量穩(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，加上沖壓時材料的冷變形硬化效應，沖壓的強度和剛度均較高。 （4）沖壓一般沒有切屑碎料生成，材料的消耗較少，且不需其它加熱設備，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，有時一個復雜零件需要數套模具才能加工成形，且模具制造的精度高，技術要求高，是技術密集形產品。所以，只有在沖壓件生產批量較大的情況下，沖壓加工的優(yōu)點才能充分體現，從而獲得較好的經濟效益。 1.1.3沖壓成型的應用 沖壓在現代工業(yè)生產中，尤其是大批量生產中應用十分廣泛。相當多的工業(yè)部門越來越多地采用沖壓法加工產品零部件，如汽車、農機、儀器、儀表、電子、航空、航天、家電及輕工等行業(yè)。在這些工業(yè)部門中，沖壓件所占的比重都相當的大，少則60%以上，多則90%以上。不少過去用鍛造=鑄造和切削加工方法制造的零件，現在大多數也被質量輕、剛度好的沖壓件所代替。因此可以說，如果生產中不諒采用沖壓工藝，許多工業(yè)部門要提高生產效率和產品質量、降低生產成本、快速進行產品更新?lián)Q代等都是難以實現的。 1.1.4沖壓的基本工序及模具 由于沖壓加工的零件種類繁多，各類零件的形狀、尺寸和精度要求又各不相同，因而生產中采用的沖壓工藝方法也是多種多樣的。概括起來，可分為分離工序和成形工序兩大類；分離工序是指使坯料沿一定的輪廓線分離而獲得一定形狀、尺寸和斷面質量的沖壓（俗稱沖裁件）的工序；成形工序是指使坯料在不破裂的條件下產生塑性變形而獲得一定形狀和尺寸的沖壓件的工序。 上述兩類工序，按基本變形方式不同又可分為沖裁、彎曲、拉深和成形四種基本工序，每種基本工序還包含有多種單一工序。 在實際生產中，當沖壓件的生產批量較大、尺寸較少而公差要求較小時，若用分散的單一工序來沖壓是不經濟甚至難于達到要求。這時在工藝上多采用集中的方案，即把兩種或兩種以上的單一工序集中在一副模具內完成，稱為組合的方法不同，又可將其分為復合-級進和復合-級進三種組合方式。 復合沖壓——在壓力機的一次工作行程中，在模具的同一工位上同時完成兩種或兩種以上不同單一工序的一種組合方法式。 級進沖壓——在壓力機上的一次工作行程中，按照一定的順序在同一模具的不同工位上完面兩種或兩種以上不同單一工序的一種組合方式。 復合-級進——在一副沖模上包含復合和級進兩種方式的組合工序。 沖模的結構類型也很多。通常按工序性質可分為沖裁模、彎曲模、拉深模和成形模等；按工序的組合方式可分為單工序模、復合模和級進模等。但不論何種類型的沖模，都可看成是由上模和下模兩部分組成，上模被固定在壓力機工作臺或墊板上，是沖模的固定部分。工作時，坯料在下模面上通過定位零件定位，壓力機滑塊帶動上模下壓，在模具工作零件（即凸模、凹模）的作用下坯料便產生分離或塑性變形，從而獲得所需形狀與尺寸的沖件。上模回升時，模具的卸料與出件裝置將沖件或廢料從凸、凹模上卸下或推、頂出來，以便進行下一次沖壓循環(huán)。 1.2沖壓技術國內外的現狀及發(fā)展方向 隨著科學技術的不斷進步和工業(yè)生產的迅速發(fā)展，許多新技術、新工藝、新設備、新材料不斷涌現，因而促進了沖壓技術的不斷革新和發(fā)展。其主要表現和發(fā)展方向如下。 1.2.1沖壓成形理論及沖壓工藝方面 沖壓成形理論的研究是提高沖壓技術的基礎。目前，國內外對沖壓成形理論的研究非常重視，在材料沖壓性能研究、沖壓成形過程應力應變分析、板料變形規(guī)律研究及坯料與模具之間的相互作用研究等方面均取得了較大的進展。特別是隨著計算機技術的飛躍發(fā)展和塑性變形理論的進一步完善，近年來國內外已開始應用塑性成形過程的計算機模擬技術，即利用有限元（FEM）等有值分析方法模擬金屬的塑性成形過程，根據分析結果，設計人員可預測某一工藝方案成形的可行性及可能出現的質量問題，并通過在計算機上選擇修改相關參數，可實現工藝及模具的優(yōu)化設計。這樣既節(jié)省了昂貴的試模費用，也縮短了制模具周期。 研究推廣能提高生產率及產品質量、降低成本和擴大沖壓工藝應用范圍的各種壓新工藝，也是沖壓技術的發(fā)展方向之一。目前，國內外相繼涌現出精密沖壓工藝、軟模成形工藝、高能高速成形工藝及無模多點成形工藝等精密、高效、經濟的沖壓新工藝。其中，精密沖裁是提高沖裁件質量的有效方法，它擴大了沖壓加工范圍，目前精密沖裁加工零件的厚度可達25mm，精度可達IT16∽17級；用液體、橡膠、聚氨酯等作柔性凸?；虬寄５能浤３尚喂に?，能加工出用普通加工方法難以加工的材料和復雜形狀的零件，在特定生產條件下具有明顯的經濟效果；采用爆炸等高能效成形方法對于加工各種尺寸在、形狀復雜、批量小、強度高和精度要求較高的板料零件，具有很重要的實用意義；利用金屬材料的超塑性進行超塑成形，可以用一次成形代替多道普通的沖壓成形工序，這對于加工形狀復雜和大型板料零件具有突出的優(yōu)越性；無模多點成形工序是用高度可調的凸模群體代替?zhèn)鹘y(tǒng)模具進行板料曲面成形的一種先進技術，我國已自主設計制造了具有國際領先水平的無模多點成形設備，解決了多點壓機成形法，從而可隨意改變變形路徑與受力狀態(tài)，提高了材料的成形極限，同時利用反復成形技術可消除材料內殘余應力，實現無回彈成形。無模多點成形系統(tǒng)以CAD/CAM/CAE技術為主要手段，能快速經濟地實現三維曲面的自動化成形。 1.2.2沖壓在沖模設計方面 沖模是實現沖壓生產的基本條件.在沖模的設計制造上,目前正朝著以下兩方面發(fā)展:一方面,為了適應高速、自動、精密、安全等大批量現代生產的需要，沖模正向高效率、高精度、高壽命及多工位、多功能方向發(fā)展，與此相比適應的新型模具材料及其熱處理技術，各種高效、精密、數控自動化的模具加工機床和檢測設備以及模具CAD/CAM技術也在迅速發(fā)展；另一方面，為了適應產品更新?lián)Q代和試制或小批量生產的需要，鋅基合金沖模、聚氨酯橡膠沖模、薄板沖模、鋼帶沖模、組合沖模等各種簡易沖模及其制造技術也得到了迅速發(fā)展。 精密、高效的多工位及多功能級進模和大型復雜的汽車覆蓋件沖模代表了現代沖模的技術水平。目前，50個工位以上的級進模進距精度可達到2微米，多功能級進模不僅可以完成沖壓全過程，還可完成焊接、裝配等工序。我國已能自行設計制造出達到國際水平的精度達2~5微米，進距精度2~3微米，總壽命達1億次。我國主要汽車模具企業(yè)，已能生產成套轎車覆蓋件模具，在設計制造方法、手段方面已基本達到了國際水平，但在制造方法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，但在制造質量、精度、制造周期和成本方面與國外相比還存在一定差距。 模具制造技術現代化是模具工業(yè)發(fā)展的基礎。計算機技術、信息技術、自動化技術等先進技術正在不斷向傳統(tǒng)制造技術滲透、交叉、融合形成了現代模具制造技術。其中高速銑削加工、電火花銑削加工、慢走絲切割加工、精密磨削及拋光技術、數控測量等代表了現代沖模制造的技術水平。高速銑削加工不但具有加工速度高以及良好的加工精度和表面質量（主軸轉速一般為15000∽40000r/min）,加工精度一般可達10微米，最好的表面粗糙度Ra≤1微米），而且與傳統(tǒng)切削加工相比具有溫升低（工件只升高3攝氏度）、切削力小，因而可加工熱敏材料和剛性差的零件，合理選擇刀具和切削用量還可實現硬材料（60HRC）加工；電火花銑削加工（又稱電火花創(chuàng)成加工）是以高速旋轉的簡單管狀電極作三維或二維輪廓加工（像數控銑一樣），因此不再需要制造昂貴的成形電極，如日本三菱公司生產的EDSCAN8E電火花銑削加工機床，配置有電極損耗自動補償系統(tǒng)、CAD/CAM集成系統(tǒng)、在線自動測量系統(tǒng)和動態(tài)仿真系統(tǒng)，體現了當今電火花加工機床的技術水平；慢走絲線切割技術的發(fā)展水平已相當高，功能也相當完善，自動化程度已達到無人看管運行的程度，目前切割速度已達到300mm /min,加工精度可達±5微米，表面粗糙度達Ra=0.1∽0.2微米;精度磨削及拋光已開始使用數控成形磨床、數控光學曲線磨床、數控連續(xù)軌跡坐標磨床及自動拋光等先進設備和技術;模具加工過程中的檢測技術也取得了很大的發(fā)展,現在三坐標測量機除了能高精度地測量復雜曲面的數據外,其良好的溫度補償裝置、可靠的抗振保護能力、嚴密的除塵措施及簡單操作步驟，使得現場自動化檢測成為可能。此外，激光快速成形技術（RPM）與樹脂澆注技術在快速經濟制模技術中得到了成功的應用。利用RPM技術快速成形三維原型后，通過陶瓷精鑄、電弧涂噴、消失模、熔模等技術可快速制造各種成形模。如清華大學開發(fā)研制的“M-RPMS-Ⅱ型多功能快速原型制造系統(tǒng)”是我國自主知識產權的世界惟一擁有兩種快速成形工藝（分層實體制造SSM和熔融擠壓成形MEM）的系統(tǒng)，它基于“模塊化技術集成”之概念而設計和制造，具有較好的價格性能比。一汽模具制造公司在以CAD/CAM加工的主模型為基礎，采用瑞士汽巴精化的高強度樹脂澆注成形的樹脂沖模應用在國產轎車試制和小批量生產開辟了新的途徑。 1.2.3沖壓設備和沖壓生產自動化方面 性能良好的沖壓設備是提高沖壓生產技術水平的基本條件，高精度、高壽命、高效率的沖模需要高精度、高自動化的沖壓設備相匹配。為了滿足大批量高速生產的需要，目前沖壓設備也由單工位、單功能、低速壓力機朝著多工位、多功能、高速和數控方向發(fā)展，加之機械乃至機器人的大量使用，使沖壓生產效率得到大幅度提高，各式各樣的沖壓自動線和高速自動壓力機紛紛投入使用。如在數控四邊折彎機中送入板料毛坯后，在計算機程序控制下便可依次完成四邊彎曲，從而大幅度提高精度和生產率；在高速自動壓力機上沖壓電機定轉子沖片時，一分鐘可沖幾百片，并能自動疊成定、轉子鐵芯，生產效率比普通壓力機提高幾十倍，材料利用率高達97%；公稱壓力為250KN的高速壓力機的滑塊行程次數已達2000次/min以上。在多功能壓力機方面，日本田公司生產的2000KN“沖壓中心”采用CNC控制，只需5min時間就可完成自動換模、換料和調整工藝參數等工作；美國惠特尼公司生產的CNC金屬板材加工中心，在相同的時間內，加工沖壓件的數量為普通壓力機的4∽10倍，并能進行沖孔、分段沖裁、彎曲和拉深等多種作業(yè)。 近年來，為了適應市場的激烈競爭，對產品質量的要求越來越高，且其更新?lián)Q代的周期大為縮短。沖壓生產為適應這一新的要求，開發(fā)了多種適合不同批量生產的工藝、設備和模具。其中，無需設計專用模具、性能先進的轉塔數控多工位壓力機、激光切割和成形機、CNC萬能折彎機等新設備已投入使用。特別是近幾年來在國外已經發(fā)展起來、國內亦開始使用的沖壓柔性制造單元（FMC）和沖壓柔性制造系統(tǒng)（FMS）代表了沖壓生產新的發(fā)展趨勢。FMS系統(tǒng)以數控沖壓設備為主體，包括板料、模具、沖壓件分類存放系統(tǒng)、自動上料與下料系統(tǒng)，生產過程完全由計算機控制，車間實現24小時無人控制生產。同時，根據不同使用要求，可以完成各種沖壓工序，甚至焊接、裝配等工序，更換新產品方便迅速，沖壓件精度也高。 1.2.4沖壓標準化及專業(yè)化生產方面 模具的標準化及專業(yè)化生產，已得到模具行業(yè)和廣泛重視。因為沖模屬單件小批量生產，沖模零件既具的一定的復雜性和精密性，又具有一定的結構典型性。因此，只有實現了沖模的標準化，才能使沖模和沖模零件的生產實現專業(yè)化、商品化，從而降低模具的成本，提高模具的質量和縮短制造周期。目前，國外先進工業(yè)國家模具標準化生產程度已達70%∽80%，模具廠只需設計制造工作零件，大部分模具零件均從標準件廠購買，使生產率大幅度提高。模具制造廠專業(yè)化程度越不定期越高，分工越來越細，如目前有模架廠、頂桿廠、熱處理廠等，甚至某些模具廠僅專業(yè)化制造某類產品的沖裁?；驈澢＃@樣更有利于制造水平的提高和制造周期的縮短。我國沖模標準化與專業(yè)化生產近年來也有較大發(fā)展，除反映在標準件專業(yè)化生產廠家有較多增加外，標準件品種也有擴展，精度亦有提高。但總體情況還滿足不了模具工業(yè)發(fā)展的要求，主要體現在標準化程度還不高（一般在40%以下），標準件的品種和規(guī)格較少，大多數標準件廠家未形成規(guī)?；a，標準件質量也還存在較多問題。另外，標準件生產的銷售、供貨、服務等都還有待于進一步提高。 2.沖壓件工藝分析 原始資料：如圖所示2-1 工件名稱：轉子軸承蓋 材 料：08鋼 厚 度：2mm 圖2-1 該工件為底部帶孔的階梯圓形拉深件，拉深高度不高，沖壓材料為08鋼，08鋼的強度不高，而塑性和韌性甚高，有良好的沖壓、拉伸和彎曲性能，焊接性能良好。主要用于制造容易加工成形，而不要求強度的部件。大多數生產高精度薄鋼板，用于制造深沖壓和深拉延制品，又由于產品批量較大，工序分散的單一工序生產不能滿足生產需要，應考慮工序集中的工藝方法。經綜合分析論證，采用拉深、沖孔、落料復合模，技能滿足生產量的要求，又能保證產品質量和模具的合理性。 3.拉深的計算 3.1計算毛坯尺寸： 此工件的拉深為階梯形件的拉深，從形狀來說相當于若干直臂圓筒形件的組合，因此，其拉深變形特點同直臂圓筒形件的拉深基本相同，每一個階梯的拉深即相當于相應的圓筒形件的拉深?？梢园烟菪卫罴拿娣e分割成兩個梯形的面積計算。 可以把拉深圖分解為以下兩種形式求錐形的總直徑： 圖3-1 圖3-2 圖3-1的計算公式為： （3-1） 圖3-2的計算公式為： (3-2) 則拉深件的直徑為： (3-3) -22.42 =59.07-22.42+23.57 =60.2mm 3.2檢查能否一次拉成 判斷階梯形件能否一次拉成，主要根據零件的總高度與其最小階梯筒部的直徑之比，是否小于相應的筒徑為的直臂圓筒形件第一次了深深所允許的相對高度，即： (3-4) 式中h,h,h,…，h——各個階梯的高度（mm）； d——最小階梯筒部的直徑（mm）； h——直徑為d的圓筒形件第一次拉深時可能得到的最大高度； ——第一次拉深允許的相對高度； 先計算相對厚度： 凸緣相對直徑: 查原紅玲. 主編《沖壓工藝與模具設計》表4.10查出： =0.22 因為≤=0.22，所以該階梯形件可以一次拉深成形。 a.確定是否加修邊余量： 根據沖壓件相對高度：h/d=4.7/39.82=0.12＜0.22 h/d=1.5/20.82=0.07＜0.22 可以不考慮加修邊余量。 b.確定是否需要壓邊圈： 根據坯料相對厚度 式中 t——坯料厚度，mm 查原紅玲. 主編《沖壓工藝與模具設計》表4.7可知不需要壓邊圈。 3.3確定凸凹模圓角半徑： 根據設計說明書上要求的未注圓角為R1，則 3.4拉深件的拉深高度的計算： 由設計任務書可得： 3.5凸模與凹模間隙的確定： 經過查課本表得：拉深凸凹模單邊間隙為0.5mm。 4.排樣設計 4.1排樣、計算條料寬度及確定步距： 首先查有關圖標，確定搭邊值。根據零件形狀，兩工件間按矩形取搭邊值b=5mm，側邊按圓形取搭邊值a=2mm。 級進模步距為60mm 條料寬度按相應的公式就算: B=(D+2a) (4-1) 查有關表=0.5,則： B=（55+2×2）=59 由于本模具為拉深、沖孔、落料級進模，為了提高模具的壽命和減少加工的復雜程度，所以采用了三個工位加工出制件。 畫出排樣圖，如圖4-1所示。 圖4-1 5.計算沖壓力及沖壓設備的選擇 5.1計算工序沖壓力： ①落料力： (5-1) =1.3×3.14×（55+×8）×320×2N =143691.73N ≈143.69KN 式中τ——材料抗剪強度，08鋼τ=260∽360MPa，取τ=320MPa ②卸料力: (5-2) =0.04×143.69KN =5.75KN 式中——修正系數，=0.04 ③拉深力： (5-3) =0.45×3.14×47.82×2×400N =54055.7N ≈54.06KN 式中K——修正系數，K=0.45 ——材料的強度極限，08鋼=324∽441MPa，取=400MPa ④沖孔力： (5-4) =1.3×3.14×2×320×(13+2×4.2)N =55907.07N ≈55.91KN 式中 ——工件孔直徑，=13mm ——工件孔直徑，=42.mm ⑤推件力： (5-5) =3×0.05×55.91KN ≈8.39KN 式中 n——沖孔時卡在凹模內的廢料數，n=3 ——推件力因素，=0.05 ⑥總沖壓力為： (5-6) =143.69+5.75+54.06+55.91+8.39 =267.8KN 5.2確定壓力中心： 根據圖5-1分析，工件圖形對稱，故落料時的壓力中心在 上；沖孔時的壓力中心在上，拉深時的壓力中心在上。 圖5-1 5.3沖壓設備的選擇: 為使壓力機能安全工作，取： =1.7×267.8KN =455.26KN 故選JB23-63的開式雙柱可傾壓力機。其主要技術參數如下： 公稱壓力：630kN 滑塊行程：100mm 最大封閉高度：400mm 最大封閉高度調節(jié)量：80mm 工作臺尺寸：570mm×860mm 工作臺墊板孔尺寸：φ400mm 模柄孔尺寸：φ50mm×70mm 工作臺墊板厚度：80mm 6.模具零件主要工作部分尺寸計算 6.1沖模和拉深模刃口尺寸及公差的計算 1.沖裁工序：工件尺寸精度查公差表均為IT14級，零件尺寸及公差見下表： 查設計手冊：x=0.5,,, 凸模制造精度采用IT6級，凹模制造精度采用IT7級。 2.拉深工序：工件未注公差，按IT14級，凸、凹模的制造精度采用IT9級；拉深單邊間隙Z/2=1.1t。 沖壓性質 零件尺寸 計算公式 凹模尺寸(mm) 凸模尺寸(mm) 落料 查公差表得： 由于＞,不滿足間隙公差條件，應縮小，提高制造精度，才能保證間隙在合理范圍。取 故 沖孔 查公差表得： 因為：=0.02mm<=0.114mm 校核結果滿足間隙差要求，為降低制造成本，可按間隙差重新分配制造公差，得： 故 沖孔 查表得制造公差： 由于=0.029<=0.114mm 故計算結果滿足間隙差的要求。 拉深 凸、凹模的制造公差按IT9級制造，查表得 凸、凹模的制造公差按IT9級制造，查表得 6.2確定各主要零件結構尺寸： a.凹模外形尺寸的確定： 凹模厚度H的確定（按經驗公式） H=kb(H≥15mm) (6-1) 其中，b為最大型孔的寬度尺寸，取55mm；k為系數，查沖壓設計手冊，取0.28；則： H=0.28×55=15.4mm 查設計手冊確定凹模厚度，H=25mm。 凹模長度的確定： L=2×步距+工件寬+2c ?。翰骄?60mm；工件=55mm 則 L=2×60+55+2×34=243mm 凹模厚度B的確定： t=2mm，沖件b=62mm，c=34mm 故 B=b+2c=55+2×34=123mm 依據設計尺寸，按沖模標準確定凹模外形尺寸為：250×125×25 b.凸模長度的確定： 凸模長度計算為： (6-2) 其中 導料板厚；卸料板厚度；凸模固定板厚度；凸模修磨量Y=18mm；則： 6.3校核沖壓設備基本參數 ①模具閉合高度校核： (6-3) =40+40+25+56+8-2=159mm 沖床的最大閉合高度為400mm,安裝模具時，需在工作臺面上配備墊塊，墊塊實際尺寸可配制。 ②沖裁所需總壓力KN，沖床的公稱壓力，，滿足生產要求。 ③模具最大安裝尺寸為280×390，沖床工作臺臺面尺寸為570×860，能滿足模具正確安裝。 ④模具的模柄直徑為φ50mm×100mm,沖床模柄孔直徑φ50mm×70mm，能滿足模具安裝要求。 7.編制模具主要零件加工工藝規(guī)程 7.1凹模加工工藝規(guī)程： 根據現場生產條件，凹模加工工藝規(guī)程見下表： 工序號 工序名稱 工序內容 1 下料 φ100×105（按等體積發(fā)計算后再加上鍛造的燒損量） 2 鍛造 將毛坯短程尺寸為255mm×130mm×30mm的平面六面體 3 熱處理 退火（消除鍛造后殘余內應力；降低硬度） 4 銑平面 銑六面達尺寸251mm×126mm×26mm（磨削余量單面0.5mm） 5 平磨 模上下達平面，留精磨余量0.2mm；與卸料板、凸模固定板疊合磨一對垂直側基面，并對角尺 6 鉗工 畫銷孔、螺釘過孔及漏料中心位置線；鉆、鉸銷釘孔 4×φ、2×φ、φ、鉆螺釘過孔 4×φ8.5 7 立銑 銑各漏料孔 8 坐標鏜 與卸料板、凸模固定板疊合，以一對側基面定位，按圖示位置，在各型孔中心鉆穿絲孔φ2mm；并鏜固定擋料釘安裝孔φ 9 熱處理 淬火、回火達硬度60∽64HRC 10 平磨 磨上下平面達圖；磨一對垂直側基面對角尺 11 退磁 12 線切割 按充血切割型孔，切割幸免留研磨余量0.015mm 13 研磨型孔 鉗工研磨型孔達設計要求 7.2落料凸模加工工藝規(guī)程 工序號 工序名稱 工序內容 1 備料 備制尺寸為70mm×60mm×63mm的矩形鍛件 2 熱處理 退火（消除鍛后參與內應力；降低硬度） 3 粗加工毛坯 銑六面保證尺寸 4 磨平面 磨兩大平面及相鄰的側面保證垂直 5 鉗工劃線 畫刃口輪廓線 6 銑型面 按線銑刃口型面留單面余量0.3mm 7 熱處理 淬火達硬度58∽62HRC 8 磨端面 磨端面保證與型面垂直 9 磨型面 成形磨削刃口型面達設計要求 10 鉗工 修磨刃口達設計要求 8.模具的裝配與調試 模具裝配沒有嚴格的工藝規(guī)程，裝配工藝規(guī)程由模具鉗工掌握。但模具裝配都有一定得裝配順序。例如：級進模先裝配下模，再以下模為基準裝配上模；復合模是先裝凸凹模，然后裝凹模和凸模，最后總裝；導板模則以卸料板為基準件進行裝配；無導柱、導套的模具，可以先裝配下模，也可以先裝配上模等。冷沖模裝配的主要技術要求是保證凸、凹模的均勻配合間隙。 裝配過程如下： ① 以下模座為基準件，壓裝導柱。 ② 按下模座的中心線為基準，找正凹模的位置，用平行夾將凹模與下模座加緊，以凹模上的螺釘過孔、銷孔為引導，在下模座上鉆螺紋孔底孔、攻螺紋、鉆、鉸銷孔；按凹模型孔在模座上劃出漏料孔線，取下凹模，銑下模座上漏料孔。 ③ 將固定卸料板對凹模的長側面找正平行，校正左、右位置后與凹模一起夾緊；再找正另一塊導料板后也與凹模一起夾緊；然后翻轉過來，按凹模配作固定卸料板上的螺釘過孔和銷孔。 ④ 在導料板上裝始用擋料釘。先將一塊導料板對凹模的長側面找正平行，校正左、右位置后與凹模一起夾緊；再找正另一塊導料板后也與凹模一起夾緊；然后翻轉過來，按凹模配作導料板上的螺釘過孔和銷孔。 ⑤ 將凹模、固定卸料板、導料板、頂件塊、頂桿都裝在下模座上，以圓柱銷定位、用螺釘連接，把螺柱、橡膠托板、橡膠、螺母裝配在一起，然后跟下模座裝配在一起。 ⑥ 以上模座為上模部件的基準件，壓裝導套。 ⑦ 在上模座上壓裝模柄后磨平，騎縫配鉆、鉸防轉銷孔，裝上防轉銷釘、 ⑧ 以凸模固定板與凸模組件的基準件，壓裝上拉深凸模、沖孔凸模、落料凸模，鉚接后磨平凸模尾部和端部。 ⑨ 將拉深凸模、沖孔凸模、落料凸模插入凹模的型孔，在凸模固定板與凹模之間墊高等墊塊，使凸模插入凹模型孔的深度保持在1mm左右；放上墊板，裝上上模座（導套套在導柱上），用平行夾將凸模固定板、墊板與上模座夾持在一起（不完全夾緊）；將模具整個翻轉過來，用透光法通過下模座的漏料孔觀察，調整凸、凹模配合間隙的均勻性，調整好后擰緊平夾；將模具再翻轉過來，輕擊上模座使凸模從凹模型孔中退出，墊紙試沖，再調整、再試沖，直至間隙均勻為止。 ⑩ 擰緊平夾，取下上模部件；配鉆螺釘孔、配鉆、鉸銷釘孔、 ? 裝上銷釘和螺釘。 ? 將裝配好的模具裝在沖床上試沖，檢查送料是否通暢，凸、凹模配合間隙是都均勻，步距是否正確，卸料是否靈活，沖件是否符合圖紙要求。 9.總結 畢業(yè)設計是我們大學三年基礎和專業(yè)學習綜合情況的總結，也是我們每個學生設計能力的初步體現，它不僅可以讓我們把三年所學的知識融會貫通，更是給自己的大學交上的一份完整的答卷，所以我們每各人都應該認真對待。 通過這段時間的設計，我系統(tǒng)的回顧和復習了大學三年所學的相關專業(yè)知識。我的畢業(yè)設計課題是一套模具，模具的概念在我的腦海里曾我對模具設計有了一個詳細的了解：模具的應用范圍，模具的大體結構，模具的工作原理以及模具的設計、制造工藝要求等。具體來說我做的是沖壓模具設計，沖壓模只是模具設計中的一種，也算是模具設計中比較基礎的，對它的詳細學習可以使我能扎實的掌握模具設計基礎部分。 在設計的過程中，我感受最深的是基礎知識的重要性，其中可以小到一個公式的應用，甚至包括計算結果的準確性，任何一個小的細節(jié)都有可能影響整個設計過程的順利與否。 設計過程是一個知識穿插的過程，也是一個充分總結自己大學所學知識的過程，同樣更是一個查找漏洞全面提高的過程。 在做設計的過程中，查看了很多專業(yè)書籍一起相關的資料來形成自己的設計思路，計算步驟，之后應用這些成型的東西來形成最終的設計圖紙。在圖紙繪制方面，我印象較深，通過這次的設計，系統(tǒng)的復習了一遍CAD ，把以前沒用過或用的比較少的功能，這次“一網打盡”，設計完成后，感覺自己的制圖水平比以前提高很多，這也是這次設計最為受益的一方面。本設計應用PROE中的PDX級進模設計專用模塊，使我對三維建模有了更加深刻的認識。 通過這次畢業(yè)設計，對機械制圖、沖壓工藝及沖模設計等一系列的專業(yè)基礎課程的應用，也使我認識到了曾經老師在課堂上教我們理論知識的實踐妙用，也讓我知道了理論結合實踐的重要性。 從這個設計本身來講，整套設計有不足的地方，由于時間倉促，查資料不全以及個人學識水平有限，請各位老師批評、指正。在設計過程中，也得到了于智宏老師的悉心指導，在此我再一次致以深深地謝意！ 致謝 首先感謝本人的導師于智宏老師，她仔細審閱了本文的全部內容并對我的畢業(yè)設計內容提出了許多建設性建議。于智宏老師淵博的知識，誠懇的為人，對學習認真態(tài)度，以及對我嚴格的要求，使我受益匪淺，在畢業(yè)設計的過程中，特別是遇到困難時，她給了我鼓勵和幫助，在這里我向她表示真誠的感謝！ 感謝母?！幽蠙C電高等專科學校的辛勤培育之恩！感謝材料工程系給我提供的良好學習及實踐環(huán)境，使我學到了許多新的知識，掌握了一定的操作技能。 感謝和我在一起進行課題研究的同窗李高杰同學，和他在一起討論、研究使我受益非淺。 最后，我非常慶幸在三年的的學習、生活中認識了很多可敬的老師和可親的同學，并感激師友的教誨和幫助！ 參考文獻 [1]原紅玲. 主編《沖壓工藝與模具設計》. 北京：機械工業(yè)出版社，2008. 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