ZL50裝載機總體及工作裝置設(shè)計
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1 緒論
1.1 沖壓技術(shù)概論
沖壓是利用安裝在沖壓設(shè)備（主要是壓力機）上的模具對材料施加壓力，使其產(chǎn)生分離或塑性變形從而獲得所需零件（俗稱沖壓件或沖件）的一種壓力加工方法。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。沖壓是一種先進的金屬加工方法，在國民經(jīng)濟的加工工業(yè)中占有重要的地位。與機械加工及塑性加工和其它方法相比，沖壓加工無論在技術(shù)方面還是經(jīng)濟方面都具有許多獨特的優(yōu)點，主要表現(xiàn)如下[1]：
(1) 沖壓一般沒有切削碎料產(chǎn)生，材料的消耗較少利用率高，一般為70%～85%，易實現(xiàn)機械化和自動化；
(2) 在形狀和尺寸精度方面的互換性較好。一般情況下可直接滿足裝配和使用要求；
(3) 沖壓可加工的尺寸范圍大、形狀復(fù)雜的零件，而這些零件用其它方法是不可能或很難得到的，如薄殼件；
(4) 被加工的金屬在沖壓加工過程中產(chǎn)生加工硬化，金屬內(nèi)部組織得到改善，機械強度有所提高，所以沖壓件剛度強度較好；
(5) 沖壓時由模具保證了沖壓件的尺寸與形狀精度，且一般不破壞沖壓材料的表面質(zhì)量，而模具的壽命一般較長，所以沖壓件的質(zhì)量穩(wěn)定，互換性好，具有“一模一樣”的特征；
(6) 在大量生產(chǎn)的條件下，產(chǎn)品的成本低，經(jīng)濟效益較高；
(7) 沖裁過程能耗較低。
由此可見沖壓制得的零件具有表面質(zhì)量好重最輕成本低的優(yōu)點。所以沖壓在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，尤其是大批量生產(chǎn)中應(yīng)用十分廣泛。相當(dāng)多的工業(yè)部門越來越多的采用沖壓方法加工產(chǎn)品零件，如汽車、農(nóng)機、儀器、儀表、電子、航空、航天、家電及輕工業(yè)等行業(yè)。在這些工業(yè)部門中，沖壓件所占的比重相當(dāng)?shù)拇螅賱t60%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(xiàn)在大多數(shù)也被質(zhì)量輕剛度好的沖壓件所代替。有些機械設(shè)備往往以沖壓件所占比例的大小作為評價結(jié)構(gòu)是否先進的指標之一[2]。
工業(yè)發(fā)達國家對冷沖壓生產(chǎn)工工藝的發(fā)展是很重視的.不少國家(如美國、日本等)模具工業(yè)產(chǎn)值己超過機床工業(yè)。從這些國家鋼材構(gòu)成可以看出冷沖壓的發(fā)展趨勢。鋼帶和鋼板占全部品種的67%，充分說明沖壓這種加工方法己成為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的重要手段和發(fā)展方向。
沖壓技術(shù)的發(fā)展特征是：
(1) 沖壓成形科學(xué)化、數(shù)字化和可控化；
(2) 突出“精、省、凈“三大優(yōu)勢；
(3) 沖壓成形可以實現(xiàn)全過程控制；
(4) 產(chǎn)品從設(shè)計開始即進入控制，考慮工藝；
(5) 沖壓生產(chǎn)的靈活性和柔性。
1.2我國模具技術(shù)的發(fā)展趨勢
當(dāng)前，我國工業(yè)生產(chǎn)的特點是產(chǎn)品品種多、更新快和市場競爭激烈。在這種情況下， 用戶對模具制造的要求是交貨期短、精度高、質(zhì)理好、價格低。因此，模具工業(yè)的發(fā)展的趨勢是非常明顯的。
（1）模具產(chǎn)品發(fā)展將大型化精密化
模具產(chǎn)品成形零件的日漸大型化，以及由于高效率生產(chǎn)要求的一模多腔(如塑封模已達 到一模幾百腔)使模具日趨大型化。隨著零件微型化，以及模具結(jié)構(gòu)發(fā)展的要求(如多工位級進模工位數(shù)的增加，其步距精 度的提高)精密模具精度已由原來的5μm提高到2～3μm，今后有些模具加工精度公差要求 在1μm以下，這就要求發(fā)展超精加工。
（2）多功能復(fù)合模具將進一步發(fā)展
新型多功能復(fù)合具是在多工位級進?；A(chǔ)上開發(fā)出來的。一套多功能模具除了沖壓成 形零件外，還可擔(dān)負轉(zhuǎn)位、疊壓、攻絲、鉚接、鎖緊等組裝任務(wù)。通過這種多勸能模具生產(chǎn) 出來的不再是單個零件，而是成批的組件。如觸頭與支座的組件，各種小型電機、電器及儀 表的鐵芯組件等。
（3）熱流道模具在塑料模具中的比重將逐步提高
由于采用熱流道技術(shù)的模具可提高制作的生產(chǎn)率和質(zhì)量，并能大幅度節(jié)省制作的原材料和節(jié) 約能源，所以廣泛應(yīng)用這項技術(shù)是塑料模具的一大變革。國外熱流道模具已有一半用上了熱 流道技術(shù)，有的廠甚至已達80%以上，效果十分明顯。國內(nèi)近幾年已開始推廣應(yīng)用，但總體 還達不到10%，個別企業(yè)已達到20%-30%。制訂熱流道元器件的國家標準，積極生產(chǎn)價廉高 質(zhì)量的元器件，是發(fā)展熱流道模具的關(guān)鍵。
（4）氣體輔助注射模具和適應(yīng)高壓注射成形等工藝的模具將積極發(fā)展
氣體輔助注射成形是一種塑料成形的新工藝，它具有注射壓力低、制品翹曲變形少、 表面好以及易于成形壁厚差異較大的制品等優(yōu)點，可在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，大幅度降低 成本。國外，已經(jīng)較成熟。國內(nèi)目前在汽車和家電行業(yè)中正逐步推廣使用。氣體輔助注射成 形包括塑料熔體注射和氣體(一般均采用氮氣)注射成形兩面部份，比傳統(tǒng)的普通注射工藝有 更多的工藝參數(shù)需要確定和控制，而且氣體輔助注射常用于較復(fù)雜的大型制品，模具設(shè)計和 控制的難度較大，因此，開發(fā)氣體輔助成型流動分析軟件，顯得十分重要。 為了確保塑料件精度，將繼續(xù)研究發(fā)展高壓注射成型工藝與模具以及注射壓縮成型工 藝與模具。在注射成形中，影響成型件精度的最大因素是成型收縮，高壓注射成型可強制樹 脂收縮率，增加塑件尺寸的穩(wěn)定性。模具要求剛性好、耐高壓。特別是精密模具的型腔應(yīng)淬 火，澆口密封性好，模具能準確控制。注射壓縮成型技術(shù)，是在模具預(yù)先半開模狀態(tài)或者在 鎖模力保持中壓或低壓，模具在設(shè)定的打開量下，注射溶融樹脂，然后以最大的鎖模力進行 壓縮成型，其效果是：(1)成型件局部內(nèi)應(yīng)力小；(2)可得到縮孔少的厚壁成型件；(3)對于 塑件狹窄的部件也可注入樹脂；(4)用小注射力能得到優(yōu)良制品。該類模具的理想結(jié)構(gòu)是：(1) 注射時樹脂以低的流動阻力迅速充填型腔；(2)充填完后能立即遮斷澆口部；(3)壓縮作用應(yīng) 僅限于型腔部。
（5）快速經(jīng)濟模具的前景十分廣闊
現(xiàn)在是多品種、少批量生產(chǎn)的時代，到下一個世紀，這種生產(chǎn)方式占工業(yè)生產(chǎn)的比例 將達75%以上。一方面是制品使用周期短，品種更新快，另一方面制品的花樣變化頻繁，均 要求模具的生產(chǎn)周期越快越好。因此，開發(fā)快速經(jīng)濟具越來越引起人們的重視。例如，研制 各種超塑性材料(環(huán)氧、聚脂等)制作或其中填充金屬粉末、玻璃纖維等的簡易模具：中、低 熔點合金模具、噴涂成型模具、快速電鑄模、陶瓷型精鑄模、陶瓷型吸塑模、疊層模及快速 原型制造模具等快速經(jīng)濟模具將進一步發(fā)展?？鞊Q模架、快換沖頭等也將日益發(fā)展。另外， 采用計算機控制和機械手操作的快速換模裝置、快速試模技術(shù)也會得到發(fā)展和提高。
（6）模具標準件的應(yīng)用將日漸廣泛
使用模具標準件不但能縮短模具制造周期，而且能提高模具質(zhì)量和降低模具制造成本。 因此，模具標準件的應(yīng)用必將日漸廣泛。為此，首先要制訂統(tǒng)一的國家標準，并嚴格按標準 生產(chǎn)；其次要逐步形成規(guī)模生產(chǎn)，提高標準件質(zhì)量、降低成本；再次是要進一步增加標準件 規(guī)格品種，發(fā)展和完善聯(lián)銷網(wǎng)，保證供貨迅速。
（7）模具使用優(yōu)質(zhì)材料及應(yīng)用
先進的表面處理技術(shù)將進一步受重視在整個模具價格構(gòu)成中，材料所占比重不大，一般在20%～30%之間，因此選用優(yōu)質(zhì)鋼材和應(yīng)用的表面處理技術(shù)來提高模具的壽命就顯得十分必要。對于模具鋼來說，要采用電渣 重熔工藝，努力提高鋼的純凈度、等向性、致密度和均勻性及研制更高性能或有特殊性能的 模具鋼。如采用粉末冶金工藝制作的粉末高速鋼等。粉末高速鋼解決了原來高速鋼冶煉過程 中產(chǎn)生的一次碳化物粗大和偏析，從而影響材質(zhì)的問題。其碳化物微細，組織均勻，沒有材 料方向性，因此它具有韌性高、磨削工藝性好、耐磨性高、長年使用尺寸穩(wěn)定等特點，是一 種很有發(fā)展前途的鋼材。特別對形狀復(fù)雜的沖件及高速沖壓的模具，其優(yōu)越性更加突出。這 種鋼材還適用于注射成型漆加玻璃纖維或金屬粉末的增強塑料的模具，如型腔、形芯、澆口 等主要部件。另外，模具鋼品種規(guī)格多樣化、產(chǎn)品精料化、制品化，盡量縮短供貨時間亦是 重要方向。模具熱處理和表面處理是能否充分發(fā)揮模具鋼材性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。模具熱處理的發(fā)展 方向是采用真空熱處理。模具表面處理除完善普及常用表面處理方法，即擴滲如：滲碳、滲 氮、滲硼、滲鉻、滲釩外，應(yīng)發(fā)展設(shè)備昴貴、工藝先進的氣相沉積(TiN、TiC等)、等離子 噴涂等技術(shù)。
（8）在模具設(shè)計制造中將全面推廣CAD/CAM/CAE技術(shù)
模具CAD/CAM/CAE技術(shù)是模具技術(shù)發(fā)展的一個重要里程碑。實踐證明，模具CAD/CAM/CAE 技術(shù)是模具設(shè)計制造的發(fā)展方向?，F(xiàn)在，全面普及CAD/CAM/CAE技術(shù)已基本成熟。由于模具 CAD/CAM技術(shù)已發(fā)展成為一項比較成熟的共性技術(shù)，近年來模具CAD/CAM技術(shù)的硬件與軟件 價格已降低到中小企業(yè)普遍可以接受的程度，特別是微機的普及應(yīng)用，更為廣大模具企業(yè)普 及模具CAD/CAM技術(shù)創(chuàng)造了良好的條伯。隨著微機軟件的發(fā)展和進步，技術(shù)培訓(xùn)工作也日趨 簡化。在普及推廣模具CAD/CAM技術(shù)的過程中，應(yīng)抓住機遇，重點扶持國產(chǎn)模具軟件的開發(fā) 和應(yīng)用。
加大技術(shù)培訓(xùn)和技術(shù)服務(wù)的力度。應(yīng)時一步擴大CAE技術(shù)的應(yīng)用范圍。對于已普及了 模具CAD/CAM技術(shù)的一批以家電行業(yè)代表的企業(yè)來說，應(yīng)積極做好模具CAD/CAM技術(shù)的深化 應(yīng)用工作，即開展企業(yè)信息化工程，可從CAPP,PDM，CIMS,VR，逐步深化和提高。
（10）快速原型制造(RPM)技術(shù)得到更好的發(fā)展
快速原型制造(RPM)技術(shù)是美國首先推出的。它是伴隨著計算機技術(shù)、激光成形技術(shù)和 新材料技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的，是一種全新的制造技術(shù)，是基于新穎的離散/堆積(即材料累加) 成形思想，根據(jù)零件CAD模型、快速自動完成復(fù)雜的三維實體(原型)制造。RPM技術(shù)是集精 密機械制造、計算機、NC技術(shù)、激光成形技術(shù)和材料科學(xué)最新發(fā)展的高科技技術(shù)，被公認 為是繼NC技術(shù)之后的一次技術(shù)革命。
RPM技術(shù)可直接或間接用于模具制造。首先是通過立體光固化(SLA)疊層實體制造(LOM) 激光選區(qū)燒結(jié)(SLS)、三維打印(3D-P)熔融沉積成形(FDM)等不同方法得到制件原型。然后通 過一些傳統(tǒng)的快速制模方法，獲得長壽命的金屬模具或非金屬的低壽命模具。主要有精密鑄 造、粉末冶金、電鑄和熔射(熱噴涂)等方法。這種方法制模，具有技術(shù)先進、成本較低、設(shè) 計制造周期短、精度適中等特點。從模具的概念設(shè)計到制造完成僅為傳統(tǒng)加工方法所需時間 的1/3和成本的1/4左右。因此，快速制模技術(shù)與快速原型制造技術(shù)的結(jié)合，將是傳統(tǒng)快速 制模技術(shù)，進一步深入發(fā)展的方向。 RPM技術(shù)還可以解決石墨電極壓力振動(研磨)成形法中母模(電極研具)制造困難問題， 使該法獲得新生。青島海爾模具有限公司還構(gòu)建了基于RE(逆向工程技術(shù))/RPM的模具并行 開發(fā)系統(tǒng)，具有開發(fā)質(zhì)量高、開發(fā)成本低及開發(fā)周期短等優(yōu)點。
（11）高速銑削加工將得到更廣泛的應(yīng)用
國外近年來發(fā)展的高速銑削加工 ，主軸轉(zhuǎn)速可達到40000～100000r/min,快速進給速 度可達到30～40m/min，換刀時間可提高到1～3S。這樣就大幅度提高了加工效率，如在加 工壓鑄模時，可提高7～8倍，并可獲得Ra≤10um的加工表面粗糙度。形狀精度可達10um。 另外，還可加工硬度達60HRC的模塊，形成了對電火花成形加工的挑戰(zhàn)。因此，高速銑削加 工技術(shù)的發(fā)展，促進了模具加工的發(fā)展，特別是對汽車、家電行業(yè)中大型腔模具制造方面注 入了新的活力。
（12）模具高速掃描及數(shù)字化系統(tǒng)將發(fā)揮更大的作用
英國雷尼紹公司的模具掃描系統(tǒng)，已在我國200多家模具廠點得到應(yīng)用，取得良好效 果。該系統(tǒng)提供了從模型或?qū)嵨飹呙璧郊庸こ銎谕牡哪Ｐ退璧闹T多功能，大大縮短的研 制制造周期。如RENSCAN200快速掃描系統(tǒng)，可快速安裝在已有的數(shù)控銑床及加工中心上， 用雷尼紹的SP2-1掃描測頭實現(xiàn)快速數(shù)據(jù)采集，控制核心是雷尼紹TRACECUT軟件，可自動 生成各種不同數(shù)控系統(tǒng)的加工等程序及不同格式的CAD數(shù)據(jù)。用于模具制造業(yè)的“逆向工 程”。該公司又推出了CYCLON高速掃描機，這是一臺獨立工作的專門用來掃描的設(shè)備，不占 用加工機床的工作時間。其掃描速度最高可達3m/min，大大縮短了模具制造周期，另外， 其數(shù)據(jù)采集速度比RENSCAN200快，定時探針接觸力小 ，因此可以用非常細的探針，用來掃 描細小的模具和細微的特征表面 ，擴大模具生產(chǎn)的品種范圍。由于模具掃描系統(tǒng)已在汽車、摩托車、定電等行業(yè)得到成功應(yīng)用，相信在“十五”期 間將發(fā)揮更大作用。
（13）模具研磨拋光將向自動化、智能化方向發(fā)展
模具表面的精加工是模具加工中未能很好解決的難題之一。模具表面的質(zhì)量對模具使 用壽命、制件外觀質(zhì)量等方面均有較大的影響，我國目前仍以手工研磨拋光為主，不僅效率 低(約占整個模具制造周期的1/3)，且工人勞動強度大，質(zhì)量不穩(wěn)定，制約了我國模具加工 向更高層次發(fā)展。因此，研究拋光的自動化、智能化是重要的發(fā)展趨勢。日本已研制了數(shù)控 研磨機，可實現(xiàn)三維曲面模具研磨拋光的自動化、智能化是重要的發(fā)展趨勢。日本已研制了 數(shù)控研磨機，可實現(xiàn)三給曲面模具研磨拋光的自動化。另外，由于模具型腔形狀復(fù)雜，任何 一種研磨拋光方法都有一定局限性。應(yīng)注意發(fā)展特種研磨與拋光、如擠壓衍磨、電化學(xué)拋光、 超聲拋光以及復(fù)合拋光工藝與裝備，以提高模具表面質(zhì)量。
（14）模具自動加工系統(tǒng)的研制和發(fā)展
隨著各種新技術(shù)的迅速發(fā)展，國外已出現(xiàn)了模具自動加工系統(tǒng)。這也是我國長遠發(fā)展 的目標。模具自動加工系統(tǒng)應(yīng)有如下特征：多臺機床合理組合；配有隨行定位夾具或定位盤； 有完整的機具、刀具數(shù)控庫；有完整的數(shù)控柔性同步系統(tǒng)；有質(zhì)量監(jiān)測控制系統(tǒng)。
1.3 復(fù)合模的主要特點
復(fù)合模結(jié)構(gòu)緊湊，沖出的制件精度較高，生產(chǎn)率也高，適合大批量生產(chǎn)，特別是孔與制件外形的同心度容易保證。但模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造較困難。
按照落料凹模安裝的位置，復(fù)合?？煞譃檎b與倒裝兩種形式。
1.4 模具CAD技術(shù)
CAD是計算機輔助設(shè)計(Computer Aided Design)的簡稱，指利用計算機硬件和軟件進行的設(shè)計活動，包括使用計算機的數(shù)據(jù)庫、程序庫(有時候也簡稱為方法庫)及通訊等技術(shù)來完成設(shè)計過程的信息檢索、分析、綜合、造型、修改及文件的編制工作。
模具CAD是模具計算機輔助設(shè)計(Computer Aided Die Design)的簡稱，指用計算機作為主要的技術(shù)手段來生成和運用各種數(shù)字和圖像信息，以進行模具的設(shè)計。模具CAD系統(tǒng)為設(shè)計人員提供了一個高效的設(shè)計環(huán)境，使人的創(chuàng)造性獲得完美的發(fā)揮，擺脫了大量煩瑣的重復(fù)性繪圖工作。更重要的是改變了傳統(tǒng)的圖紙、實物傳遞方式，從而大幅度地提高了模具設(shè)計質(zhì)量，對于傳統(tǒng)的模具設(shè)計和制造是一次重大的變革[3]。它是至今以來最具有生產(chǎn)潛力的工具之一，也是未來模具行業(yè)持續(xù)生存和發(fā)展前提。
自從美國Die Comp公司于1971年在簡單級進模中首先將CAD/CAM技術(shù)引入到?jīng)_模設(shè)計與制造中以來，沖模以CAD/CAM技術(shù)已成為沖壓工藝與模具的主要發(fā)展方向之一。1978年日本機械工程實驗室開發(fā)了MEL系統(tǒng)，采用了圖形顯示設(shè)備和交互圖形設(shè)計技術(shù)，使CAD開始走向?qū)嵱没５?0年代中期，人工智能技術(shù)在模具設(shè)計與制造中獲得應(yīng)用，美國Purdue大學(xué)的G.Eshel等于1984年開發(fā)了軸對稱拉深件沖壓工藝設(shè)計的專家系統(tǒng).1992年印度學(xué)者Y.K.D.V .Prasad等在AUTOCAD基礎(chǔ)上開發(fā)了普通沖裁模的CAD/CAM系統(tǒng)CADDS.采用參數(shù)化編程技術(shù)建立了模具標準件庫，但模具設(shè)計仍以交互式圖形設(shè)計為主。1991年,Michael R. Doffey等在探討級進模的CAD/CAM時針對簡單鉸鏈件的沖壓加工開發(fā)了一個利用特征(Feature)作為表達知識單元的系統(tǒng)[12]。該系統(tǒng)將模具的表達分為幾何實體、特征、零件、裝配等四個層次，條料排樣采用基于規(guī)則的推理方法及自動設(shè)計，模具結(jié)構(gòu)及零件的設(shè)計分為標準件自動設(shè)計和凸、凹模等非標準件交互設(shè)計兩個部分，使模具設(shè)計走向智能化方向。
我國在沖壓模具的CAD/CAM方面也取得了重大進展。上海交通大學(xué)在20世紀80年代初期開展了大規(guī)模的CAD/CAM研究開發(fā)工作，采用交互設(shè)計方法和進行條料排樣，模具結(jié)構(gòu)及零件設(shè)計方面采用了典型結(jié)構(gòu)及標準零件的自動調(diào)用和交互設(shè)計相結(jié)合的方法，開發(fā)了智能化數(shù)據(jù)庫，貯存了各種沖模的典型結(jié)構(gòu)、標準零件、設(shè)計經(jīng)驗、設(shè)計方法和步驟，并向用戶開放，目前在上海交通大學(xué)已建立了模具CAD/CAM國家工
程中心。
華中科技大學(xué)于1981年首先開始了精沖模的CAD/CAM工作。近年來，在沖壓件特征建模、專家系統(tǒng)以及CAD/CAM系統(tǒng)柔性化方面都取得了卓越的成就，并建立了模具CAD/CAM國家重點實驗室。
國內(nèi)其他高校、研究所和大型企業(yè)在沖模CAD/CAM方面也進行了許多探索和實踐，并獲得了眾多可喜的成果。
從以上沖壓工藝與模具的各個發(fā)展方向中可以看出，“沖壓工藝與模具設(shè)計技術(shù)”是一門從事現(xiàn)代塑性加工所必須掌握的重要課程，該技術(shù)的理論性和實用性均很強，因此，學(xué)習(xí)時應(yīng)從理論與實踐相結(jié)合的角度研究、探討，并側(cè)重加強工程實踐能力。
1.5 本課題的來源及主要任務(wù)
本課題主要任務(wù)就是設(shè)計一落料拉深沖孔復(fù)合模，繪制出模具裝配圖和大部分零件圖，熟悉復(fù)合模設(shè)計步驟，并與課程設(shè)計過的彎曲模和級進模作個比較，了解復(fù)合模的結(jié)構(gòu)特點。
本課題任務(wù)主要有兩個特點：1.涉及沖壓模具方面的知識 2.涉及機械制造方面的知識。從上述任務(wù)特點可以知道，本課題知識的綜合性較強，涉及的知識面較廣。
2 沖壓件的工藝性分析
制件如圖-1所示
材料為10鋼板，板厚1mm，制件精度為IT11級.，形狀簡單，尺寸不大，大批量生產(chǎn)，
屬普通沖壓件。
工藝性分析
根據(jù)制件的材料、厚度、形狀及尺寸，在沖壓工藝設(shè)計和模具設(shè)計時，應(yīng)特別注意以下幾點：
1） 該制件為落料拉深沖孔件，在設(shè)計時，毛坯尺寸要計算準確
2） 沖裁間隙、拉深凸凹模間隙應(yīng)符合制件的要求
3） 各工序凸凹模動作行程的確定應(yīng)保證各工序工作穩(wěn)妥、連貫。
2.1工藝方案的分析和確定
工藝方案的分析
根據(jù)制件的工藝性分析，其基本工序有落料、拉深、沖孔三種。
拉深件的毛坯尺寸及拉深次數(shù)，應(yīng)通過計算確定
2.1.1: 毛坯直徑D的計算
因為拉深相對高度h/d=16/99=0.162，因為是無凸緣零件，h<20,查課本表4-3，取修邊余量δ=1mm
毛坯直徑D按下式計算:
D=[d 12+4d2(h+δ)+6.28rd1+8r2]1/2
=[942+4*99(16+1)+6.28*2.5*94+8*2.52] 1/2
=130.74mm
2.1.2: 拉深次數(shù)n的計算
因為t/D*102=100/130.74=0.765, 所以查表知采用壓邊圈。拉伸系數(shù)m=d/D=99/130.74=0.757 查表知可一次拉深出零件尺寸的外形。同理，零件內(nèi)部尺寸拉深也可以一次拉深成形。
2.2工藝方案的確定
因制件有落料、拉深、沖孔三道工序，故可采用落料、拉深、沖孔復(fù)合模。
沖裁凸凹模的設(shè)計原則：
模具的刃口尺寸精度是影響沖裁件尺寸精度的首要因素，模具的合理間隙值也要靠模具刃口尺寸及其公差來保證。叢生產(chǎn)實踐中可以發(fā)現(xiàn)：
1） 由于凸凹模之間存在間隙，使落下的料或沖出的孔都是帶有錐度的，且落料 件的大端尺寸等于凹模尺寸，沖孔件的小段端尺寸等于凸模尺寸。
2） 在測量與使用中，落料件是以大端尺寸為基準，沖孔件以小端尺寸為基準。
3）沖裁時，凸、凹模要與沖裁零件或廢料發(fā)生摩擦，凸模越磨越小，凹模越磨越大，結(jié)果使間隙越來越大。
由此在決定模具刃口尺寸及其制造公差時，需考慮下述原則：
1） 落料件尺寸由凹模尺寸決定，沖孔時的尺寸由土模尺寸決定。 故設(shè)計落料模時，以凹模為基準，間隙取在凸模上；設(shè)計沖孔模時，以凸模為基準，間隙取在凹模上.
2）考慮到?jīng)_裁中凸、凹模的磨損，設(shè)計落料模時，凹模基本尺寸應(yīng)取工件尺寸公差范圍內(nèi)較小的尺寸；設(shè)計沖孔模時，凸模基本尺寸則應(yīng)取工件孔的尺寸公差范圍較大的尺寸。這樣，在凸凹模磨損到一定程度的情況下，仍能沖出合格零件。凸、凹模間隙則取最小合理間隙值。
確定沖裁刃口制造公差時，應(yīng)考慮制件的精度要求。如果對刃口精度要求過高，會使模具制造困難，增加成本，延長生產(chǎn)周期；如果刃口精度要求過低，則生產(chǎn)出來的零件可能不合格，或是使模具的壽命降低。若零件沒有標注公差，則對于非圓形件可按IT14級精度來處理，沖模則可以按IT11級精度制造；對于圓形件，一般可按IT6~7精度來制造模具.
落料刃口尺寸計算：
先以凹模為基準件，然后配做凸模。凹模磨損后，尺寸變大，
根據(jù)公式A=（A-x △）
式中: A——工件標稱尺寸（mm）；
A——凹模刃口尺寸(mm);
△ ——工件公差（mm）;
x——系數(shù)，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(guān)
——凹模制造偏差（mm）, =△/4
2.3 計算各工序壓力、壓力中心、初選壓力機
計算沖裁力的目的是為了合理地選用沖床和設(shè)計模具，沖床的噸位必須大于所計算的沖裁力，以適應(yīng)沖裁的要求。
2.3.1沖裁力的計算
落料力的計算
查手冊，10號鋼，抗拉強度440MPa
F落=πdtτ=3.14*130.74*1*440=180.630KN
卸料力的計算
查手冊K1=0.04~~0.05，取K1=0.045。
F卸=K1F沖=0.045*180.63=8.128KN
拉深力的計算
查手冊 10鋼 σb=440MPa, K1=0.50
零件外部拉深時 F拉=πd1tσb k1
=3.14*130.74*1*440*0.50
=90315.2N
=90.3152KN
零件內(nèi)部小尺寸拉深時 F'拉=67.698KN
沖孔力的計算
F沖=135.397KN
壓力機總壓力
F總=F落+F卸+F拉+F'拉+F沖
=180.63+8.128+90.315+67.698+135.397
=482.168（KN）
2.3.2初選壓力機
沖壓設(shè)備的選用原則:
（1）壓力機的行程大小，應(yīng)該能保證成行零件的取出與毛坯的放進，例如拉深所用壓力機的行程，至少應(yīng)大于成品零件高度的兩倍以上。
（2）壓力機工作臺面的尺寸應(yīng)大于沖模的平面尺寸，且還須留有安裝固定的余地，但是過大的工作平面上安裝小尺寸的沖模對工作臺的受力是不利的。壓力機工作臺面的尺寸大于壓力機滑塊底面積, 壓力機滑塊底面積必須大于模具的尺寸,所以只須考慮壓力機滑塊底面積的大小.
（3）所選的壓力機的封閉高度應(yīng)與沖模的封閉高度相適用。
模具的閉合高度H0是指上模在最低的工作位置時，下模板的底面到上模板的頂面的距離。壓力機的閉合高度H是指滑塊在下死點時，工作臺面到滑塊下端面的距離。大多數(shù)壓力機，其連桿長短能調(diào)節(jié)，也即壓力機的閉合高度可以調(diào)整，故壓力機有最大閉合高度Hmax和最小閉合高度Hmin。
設(shè)計模具時，模具閉合高度H0得數(shù)值應(yīng)滿足下式
Hmax-5mm≥H0≥Hmin+10mm
無特殊情況H0應(yīng)取上限值，即最好取在：H0≥Hmin+1/3L，這是為了連桿調(diào)節(jié)過長，羅紋接觸面積過小而被壓壞。如果模具閉合高度實在太小，可以在壓床臺面上加墊板。
根據(jù)以上原則：
由于制件是一件小型制件，選開式可傾壓力機。選JB23-63開式雙柱可傾壓力機，公稱壓力630KN。
2.3.4確定壓力中心
由于該制件的毛坯及各工序件都為圓形軸對稱圖形，而且只有一個工位，因此壓力中心必定與制件的幾何中心重合
2.4沖壓工序
1)剪床下料
2)落料拉深沖孔
3)檢驗
2.5模具結(jié)構(gòu)設(shè)計
2.5.1模具結(jié)構(gòu)選擇
由制件外形、尺寸，應(yīng)采用落料、拉深、沖孔復(fù)合模具。該落料沖孔模具選用后側(cè)導(dǎo)柱模架，導(dǎo)柱在模架后面分布，左右方向送料，操作較方便。標準號為GB2855.1——81，HT200.凹模邊界L=250mm,B=250mm.模具結(jié)構(gòu)如下圖所示：
1—托桿 2—導(dǎo)套 3—壓料板（卸料板） 4—拉深凸模（沖孔凹模） 5—擋料銷
6—拉深凹模（落料凸模） 7—固定板 8—頂出器 9—頂銷 10 —頂板 11—推桿 12—沖孔凸模 13—墊板 14—彈性卸料板 15—落料凹模
2.5.2模具工作部分的尺寸和公差的確定
①計算落料凸凹模刃口尺寸
查手冊，由制件外形尺寸可得，制造公差為△=0.14mm;
精度IT10級，x=1。
凸模δp=0.016mm,凹模δd=0.024mm
凹模：
Dd=(D-x△)+δd
=(100-1*0.14)+0.024
=99.86+0.024
凸模:
Dp=(Dd-Zmin)δp
=(D-x△-Zmin)δp
=(99.86-0.1)-0.016
=99.76-0.016
②計算拉深凸凹模工作部分的尺寸
查手冊: 凸模δp=0.080mm,凹模δd=0.12mm
制件要求外形尺寸
凹模:
Dd=(D-0.14△) +δd
=(100-0.14*1)+0.12
=99.86+0.12mm
凸模:
查手冊,拉深模單邊間隙Z/2=1.1t=1.1mm
Dp=(D-0.75△-Z) - δp
= (100-0.75*0.14-2.2)-0.080
=97.695-0.080mm
2.5.3模具結(jié)構(gòu)設(shè)計
① 凹模周界尺寸計算
因制件外形簡單,制件尺寸也不大,而且只有一個工位,故應(yīng)采用整體式圓形凹模比較合理.
凹模高度：H=Kb(>=15mm)=0.18*130=23.4mm,初選為25mm.
凹模壁厚：C=(1.5~2)H=37.5~50,取c=45mm
所以凹模外徑：L=130+2*45=220(mm)
根據(jù)冷沖壓典型組合尺寸有關(guān)標準
凹模外徑D取250mm
②選擇模架及確定其他零件
根據(jù)凹模周界尺寸D=250mm,考慮采用橫向送料，故擬用后側(cè)導(dǎo)柱圓形模架，查手冊，可得模架規(guī)格：250*250(GB/T2851.6-1990)
其他零件規(guī)格：
上模座：250*50 （GB/T2855.11-1990）
下模座：250*65 （GB/T2851.12-1990）
導(dǎo) 柱：32*210 （GB/T2861.1 -1990）
35*210 （GB/T2861.1 -1990）
導(dǎo) 套：32*115*48 （GB/T2861.6 -1990）
35*115*48 （GB/T2861.6 -1990）
模 柄：A50x110
卸料螺釘：
按GB2867.6-81選d=12mm的內(nèi)六角卸料螺釘,螺柱長L=116mm。卸料螺釘窩深應(yīng)滿足
③ 閉合高度H0：
模具閉合高度應(yīng)為上模、下模板、彈性卸料板、凹模、墊板、固定板等厚度的總和。即
H0=（60+6+20+68+65+10-1）mm=228mm
“-1mm”是考慮凸模進入凹模的深度。根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場調(diào)整，可略有增減，以制件完全分離為準。
所選壓力機閉合高Hmax240mm,Hmin=210
滿足：Hmax-5mm≥H0≥Hmin+10mm
2.6整修工序
整修是將普通沖裁后的毛坯放在整修模中，進行一次或多次加工，除去粗糙不平的沖裁剪切面和錐度，從而得到光滑平整的斷面。整修后，零件尺寸精度可達IT6~IT7級，表面粗糙度Ra值可達0.8~0.4um.常用的整修方法主要有外緣整修、內(nèi)孔整修、疊料整修和振動整修。
1—下模座 2—墊板 3—凹模固定板 4—導(dǎo)柱 5—導(dǎo)套 6—整形凹模
7—凸模固定板 8—整形凸模 9—上模座 10—螺釘
11—推桿 12—模柄 13—推件器 14—銷釘
①外緣整修
其整修過程相當(dāng)于用壓力機切削加工。將預(yù)先留有整修余量的工件置于整修凹模上，由凸模將毛坯壓入凹模，毛坯外緣金屬纖維被凹模切斷，形成環(huán)行切削n1,n2….隨著凸模下降，外緣金屬纖維逐步被切去，切屑逐步外移斷裂，直至最后階段，切屑成長減弱，又相當(dāng)于普通剪切變形，產(chǎn)生裂紋，完全切斷分離。整修后得到的工件斷面光潔垂直，只是在最后斷裂時有很小的粗糙面（約0.1mm左右）。外緣整修的質(zhì)量與整修次數(shù)、整修余量及整修模結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)。
整修次數(shù)與工件的材料厚度、形狀有關(guān)。對于厚度在3mm以下，外形簡單、圓滑的工件一般只需一次整修，厚度大于3mm或工件有尖角時，需進行多次整修，否則會產(chǎn)生撕裂現(xiàn)象。一次整修余量沿外形周邊需均勻分布。
毛坯上所留整修余量必須適當(dāng)，才能保證整修后得到光滑平直的斷面。從圖可看到，總的雙邊切除余量為
S=Z+△D
式中 S——總的雙邊被切除金屬量;
Z——落料模雙邊間隙（mm）;
△D——雙邊整修余量（mm）
②內(nèi)孔整修
切除余量的內(nèi)孔整修，其工作原理與外緣整修相似，不同的是利用凸模切除余量，整修目的是校正孔的坐標位置，降低表面粗糙度和提高孔的尺寸精度，一般可達IT5—IT6級，表面粗糙度Ra值達0.2um.這種整修方法除要求凸模刃口鋒利外，還需有合理的余量。過大的余量不僅會降低凸模壽命，而且切斷面將被拉裂，影響光潔度與精度。余量過小則不能達到整修的目的。修孔余量與材料種類、厚度、預(yù)先制孔的方式（沖孔或鉆孔）等因素有關(guān)。修孔余量可用下式計算：
△D =2s+c=2.82x+c
式中△D——雙邊修孔余量（mm）；
S——修正前孔具有的最大偏心距（mm）;
C——補償定位誤差，可查表；
△x, △y——修正前孔可能具有的最高坐標誤差。
內(nèi)孔整修時，凸模應(yīng)從孔的小端進入。孔在整修后由于材料的彈性變形，使孔徑稍有縮小，其縮小值近似為：鋁0.005~0.010mm,黃銅0.007~0.012mm,軟鋼0.008~0.015mm.
內(nèi)孔整修還有一種是用心棒精壓。它是利用硬度很高的心棒或鋼珠，強行通過尺寸稍小一些的毛坯孔，將孔表面壓平。此法用于d/t≥3~4及t<3mm的情況。它不但可以利用鋼珠加工圓形孔，而且可以利用心棒加工帶有缺口等的非圓形孔。
③疊料整修
用一般的整修方法，要得到小的間隙必須有相當(dāng)高精度的模具，而且還有一個最佳整修余量的選擇問題，通過一次整修不一定能得到光滑的表面。
由于整修時凸模不進入凹模內(nèi)，所以模具制造容易，而且也不存在凸模的磨損問題，與一般整修方法相比，適用材料的范圍和允許加工余量的范圍都寬。其缺點是在下一行行程的毛坯進入之后，就必須除去切屑，所以需要有相應(yīng)的措施。為提高切削性能和使切屑容易排出，可以采用在凹模端面上加工出10°~15°的前角或斷屑槽，以及用高壓的壓縮空氣吹掉切屑。此外，由于下一次行程的毛坯起了凸模作用。而毛坯比凸模的料軟得多，相當(dāng)于在凸模刃口加上圓角，因而產(chǎn)生的毛坯相當(dāng)大。
④振動整修
是借助與專門壓力機在凸模上附加一個軸向振動，斷續(xù)地進行切削。這樣使原來比較難于整修的材料變得容易整修，還能降低整修表面的粗糙度。
結(jié)論：
(1)通過對防塵蓋工件的工藝分析，充分了解了此零件的各種工藝，以及在設(shè)計模具和工序安排過程中應(yīng)該注意的事項，使工藝過程和模具設(shè)計更趨于合理化，掌握了設(shè)計時的工序安排過程中應(yīng)該注意的原則和一些必要的事宜。
(2)設(shè)計時，要考慮到前后工序的關(guān)聯(lián)性，以及模具的關(guān)聯(lián)性，合理安排工序，盡量使模具的結(jié)構(gòu)更緊密。同時在設(shè)計的過程中還要考慮到所設(shè)計零件的可加工性，要盡可能多的選用標準零件，達到規(guī)范化設(shè)計的要求。
(3)大量運用計算機輔助設(shè)計扭AutoCAD來完成模具的設(shè)計，從而省不少時間和精力，同時也使設(shè)計更趨于精確化，規(guī)范化，系統(tǒng)化。
致謝
本次畢業(yè)設(shè)計在完成過程中得到老師的悉心指導(dǎo)，多次親自來到寢室詢問設(shè)計進度，為我指點迷津，幫助我開拓設(shè)計思路，精心點撥、熱忱鼓勵。老師一絲不茍的作風(fēng)，嚴謹求實的態(tài)度，踏踏實實的精神，令我非常敬佩，設(shè)計雖歷時三月，卻給以終生受益無窮之道。對郭老師的感激之情是無法用言語表達的。同時感謝身邊同學(xué)的積極幫助，通過交流，作者獲益匪淺。在此也表示衷心的感謝!
由于作者水平有限，論文內(nèi)容難免存在疏漏之處，肯請各位老師及讀者給予批評指正。
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