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沖壓純凈的鈦板料的可鍛模性
機(jī)械工程學(xué)，臺(tái)灣國(guó)立大學(xué)，臺(tái)北10764，羅克克(1964年提出的厘米·克·秒制電導(dǎo)率單位)
2003 年10月20 日標(biāo)準(zhǔn)；2005 年4月12 日接受以修改過(guò)的形式；2005 年5月4 日公證
摘要
由于六角close-packed (HCP) 晶體結(jié)構(gòu), 商業(yè)純凈的鈦(CP 鈦) 在室溫顯示低延展性, 并且要求熱量活化作用增加它的延展性和可模鍛性。在本研究中, 由實(shí)驗(yàn)性方法學(xué)習(xí)了CP 鈦板料在vanous 溫度的可模鍛性. 拉伸測(cè)試第一次進(jìn)行調(diào)查CP 鈦板料在各種各樣的溫度下的機(jī)械行為。形成極限測(cè)試，V 彎曲測(cè)試,和拉伸試驗(yàn)測(cè)試沖壓CP 鈦板料在各種各樣的溫度下的可模鍛性。實(shí)驗(yàn)性結(jié)果表明, 雖然可模鍛性被限制以冷形成，但CP 鈦板料在室溫能形成薄元件。另外, V 彎曲測(cè)試表明，在拉拔成型溫度可以減少回彈。試驗(yàn)結(jié)果獲得在本研究中可以幫助設(shè)計(jì)CP 鈦板料沖壓模。
2005 年Elsevier B.V 版權(quán)所有。
關(guān)鍵字：純鈦板；可成形性；成型極限；V彎曲；回彈
1. 介紹
由于它的重量和高強(qiáng)度系數(shù)，工業(yè)純凈的鈦(CP 鈦) 是一潛在構(gòu)件, 并且最近受到電子產(chǎn)業(yè)注意。因?yàn)樗母?jìng)爭(zhēng)力和優(yōu)越表現(xiàn)，CP 鈦的主要分解的過(guò)程是壓制形成。在制造工藝的壓制成形之中，沖壓CP 鈦板料是特別重要為生產(chǎn)薄壁結(jié)構(gòu)組分被使用在電子產(chǎn)品, 譬如筆記本蓋子, 移動(dòng)電話 等。CP 鈦板料由于它六角close-packed (HCP) 結(jié)構(gòu)在室溫通常顯示有限的延展性。雖然可成形性可以在高溫下改善，但是一個(gè)制造過(guò)程總希望在室溫下進(jìn)行。但是, CP 鈦多數(shù)研究集中于微結(jié)構(gòu) [ 1-4 ], 并且關(guān)于CP 鈦板料沖壓的可模鍛性文學(xué)研究不是很深入。
在本研究中, 使用實(shí)驗(yàn)性方法調(diào)查了CP 鈦板料沖壓的可模鍛性。從實(shí)驗(yàn)獲得的關(guān)于CP 鈦板料在各種各樣的溫度范圍從室溫到300攝氏度的機(jī)械性能的結(jié)果。另外,CP 鈦板料的重要形成的特征, 譬如形成極限, 回彈,和極限拉延比，都要被檢測(cè)。
2. 在各種各樣溫度下的機(jī)械性能測(cè)試
應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系是根本信息為金屬板的可模鍛性的研究。依照以上提到, 在室溫CP 鈦板料的可模鍛性是有限的,可以在拉伸成型溫度改善。為了審查品CP 鈦物產(chǎn)覆蓋在不同的溫度的機(jī)械性能，拉伸測(cè)試執(zhí)行了在各種各樣的溫度范圍從室溫對(duì)300 0C 和在0.1, 0.01, 0.001, 和0.0001/s 之下的不同的張力率, 各自地。拉伸測(cè)試標(biāo)本由JIS 等級(jí)1 CP 0.5 毫米制成鈦板料厚度準(zhǔn)備了根據(jù)ASTM 標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)本被削減沿平面剖面與輾壓方向(00), 和在角度450 和900 對(duì)輾壓方向。標(biāo)本裁減毛刺沿導(dǎo)線邊緣。
拉伸測(cè)試進(jìn)行了使用MTS 810 測(cè)試機(jī)器。因?yàn)樵诟邷販y(cè)試、熱化熔爐接通MTS810 測(cè)試機(jī)器。標(biāo)本在拉伸測(cè)試之前先加熱到100, 200, 和300 0C。在測(cè)試期間, 溫度標(biāo)本被保持恒定直到樣品拉伸到故障。
在本研究中, 工程學(xué)應(yīng)力關(guān)系第一次從實(shí)驗(yàn)性數(shù)據(jù)獲得，然后是轉(zhuǎn)換成真實(shí)的應(yīng)力聯(lián)系根據(jù)a一Qo(1 +e) 和 e=ln(1十e), a 和s 是真實(shí)的重力和真正的張力、Qo 和a 是工程應(yīng)力, 和工程應(yīng)變的張力, 各自地。在室溫下從樣品獲得CP 鈦真實(shí)的應(yīng)力關(guān)系，被削減三個(gè)不同取向被顯示在圖l 。非均質(zhì)性的行為被觀察在圖1 。它被看見(jiàn)圖1, 00 標(biāo)本有更高的出產(chǎn)量和a 更大的伸長(zhǎng)比標(biāo)本在其它二個(gè)方向, 在伸長(zhǎng)上的區(qū)別是更加重大的。并且觀察它, 0度 樣本顯示重大工作硬化的產(chǎn)物在標(biāo)本之中在三個(gè)方向。這個(gè)結(jié)果一致于那獲得Ishiyama 等[ 5 ] 。在起點(diǎn)階段測(cè)試他們發(fā)現(xiàn)了滑動(dòng)變形發(fā)生在00 個(gè)和900 個(gè)方向。在進(jìn)一步變形階段期間, 孿生變形快速地增加在00 方向和生產(chǎn)更高的抵抗反對(duì)脫臼滑動(dòng), 收效按更大的價(jià)值在出產(chǎn)量, 工作硬化, 和伸長(zhǎng)。CP 的平均屈服應(yīng)力和伸長(zhǎng)鈦板料在室溫是大約352 MPa 和28%, 各自地?？墒悄铅抵登?yīng)力和伸長(zhǎng)的值CP 鈦板料在室溫下不是良好的在一深拉處理比擬碳鋼的、他們是可行的因?yàn)橄鄬?duì)淺的模具產(chǎn)品從那可成形性觀點(diǎn)。
圖2 顯示原物和被扭屈的標(biāo)本在三個(gè)方向。它被注意在圖2, 00 標(biāo)本進(jìn)行一致的變形在破裂之前, 當(dāng)900 標(biāo)本顯示一次明顯的頸, 和變形 450標(biāo)本方向在那些其它二個(gè)方式之間
為了審查張力率的作用在CP 鈦板料的變形, 拉伸測(cè)試并且執(zhí)行在室溫在不同的滑塊速度之下, 造成不同的張力率的0.1, 0.01, 0.001, 和0.0001,各自地。真實(shí)的應(yīng)力關(guān)系在各種各樣的張力率為00 標(biāo)本被顯示在圖3 。重要的微量在應(yīng)力曲線從張力率0.1 到0.001 是注意在圖3, 和應(yīng)力曲線變得接近互相之后。同樣觀察在拉伸測(cè)試趨向?yàn)?50 個(gè)和900 個(gè)樣本。它表明CP 鈦板料穩(wěn)定的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系可能是在張力率更小比0.001 之下獲得。
CP 鈦的真實(shí)的應(yīng)力聯(lián)系覆蓋在各種各樣的溫度范圍從室溫對(duì)300 0C 為標(biāo)本00 方向被顯示在圖4。測(cè)試執(zhí)行在張力率的0.001顯示在圖4。在圖4,上CP 鈦板料在高溫下有更好的可鍛性。測(cè)試更低溫度的增量得到應(yīng)力曲線比例。注意在圖4 依照樣本的伸長(zhǎng)不增加從室溫對(duì)100 0C被觀測(cè), 相反, 伸長(zhǎng)得到更小當(dāng)樣本被加熱 100 0C 。
Fig. 3. True stress-strain relations at various strain-rates (1/s) for 00 speci
men at room temperature.
但是, 在測(cè)試的溫度比100 0C更高時(shí)伸長(zhǎng)變大。更大的伸長(zhǎng)在室溫是相當(dāng)異常的。但這種現(xiàn)象唯一發(fā)生在00 樣本。45度和90度樣本,當(dāng)在測(cè)試的溫度伸長(zhǎng)連續(xù)被增加, 顯示在圖5和圖6上, 各自地。在室溫發(fā)生了更大的伸長(zhǎng)在 00 樣本也許歸結(jié)于在室溫孿生變形的快速的增量在00 方向, 導(dǎo)致更高的抵抗阻止脫臼滑動(dòng), 并且造成更大的伸長(zhǎng)。各向異性現(xiàn)象其它索引是塑料張力比率, 即。 r 價(jià)值, 被定義作為塑料張力比率在到那的橫向方向在厚度方向在a 單軸的拉伸測(cè)試。
窗體頂端
在本研究中, r 價(jià)值是樣本在室溫拉伸測(cè)試獲得0度, 45度, 和 90度方向。測(cè)量r 價(jià)值從標(biāo)本被舒展到20% 是4.2, 2.2, 和2.1 為 00, 450, 和900 個(gè)標(biāo)本, 各自地。從更高的r- 價(jià)值表明更好的回火性, 它表示, CP 鈦覆蓋陳列更好的深圖畫質(zhì)量在輾壓方向比其它二個(gè)方向。并且CP 鈦各向異性現(xiàn)象板料再被證實(shí)了從重大區(qū)別 r 價(jià)值。
3. 沖壓CP 鈦板料的可鍛性
除基本的機(jī)械性能之外, 審查了CP 鈦板料的沖壓的可模鍛性。在本研究,形成極限測(cè)試在室溫, 并且V 彎曲測(cè)試和圓杯子圖畫測(cè)試在各種各樣溫度執(zhí)行了。測(cè)試結(jié)果被談?wù)摿伺cCP 相關(guān)形成的物產(chǎn)鈦覆蓋在印記過(guò)程中。
3.1. 成型極限測(cè)試
因?yàn)镵eeler 和Backofen [ 6 ] 介紹了概念形成極限圖(FLD), 1963 年這是 廣泛被接受的標(biāo)準(zhǔn)為破裂預(yù)言以金屬片 形成。確定FLD, 舒展測(cè)試是執(zhí)行為不同的寬度薄鋼板樣品使用半球型沖床。標(biāo)本是第一電化學(xué)上銘刻以會(huì)是的圓柵格扭屈入橢圓在被舒展以后。
工程學(xué)張力測(cè)量了沿少校和較小軸橢圓被命名少校和較小張力, 各自地。并且他們主要是測(cè)量飛機(jī)上的張力。
在本研究中, 長(zhǎng)方形標(biāo)本有同樣長(zhǎng)度的100mm, 但以另外寬度排列從10 到100 毫米在10 毫米的增加, 被測(cè)試了。相似與拉伸測(cè)試, CP 鈦板料被切開(kāi)了在三個(gè)取向?qū)殙悍较? 即, 00, 450, 和900, 為各標(biāo)本的大小。在測(cè)試期間, 標(biāo)本夾緊了在周圍被舒展了對(duì)失敗在78 毫米半成品沖床。工程學(xué)少校和較小張力測(cè)量在地點(diǎn)最接近破裂為每個(gè)標(biāo)本被記錄了。少校和較小張力是密謀反對(duì)互相以主要張力作為縱坐標(biāo), 和曲線適合入張力點(diǎn)被定義了形成的極限曲線。圖顯示這形成極限曲線稱形成的極限圖。FLD 是一個(gè)非常有用的標(biāo)準(zhǔn)為發(fā)生的破裂在一個(gè)沖壓的過(guò)程中。
根據(jù)早先分析, CP 鈦板料能被形成在室溫。為了進(jìn)一步證實(shí)它的可行性, 形成的極限測(cè)試執(zhí)行了在室溫度。測(cè)試結(jié)果看出圖7 顯示形成的極限曲線。看見(jiàn)在圖7, 主要張力在曲線的最低的點(diǎn), 并且是平面張力變形方式, 是0.34 。比較被冷軋的鋼或不銹鋼, 這數(shù)值更低。但是, 為沖壓薄產(chǎn)品, 圖7顯示形成的極限曲線表明CP 鈦板料在室溫形成的更大的可能性。這有可能在室溫用CP 鈦板料能制造電子材料。
3.2. V 彎曲測(cè)試
因?yàn)镃P 鈦彈性模數(shù)比鋼要低,回彈是重要的彎曲處理。在本研究, V 彎測(cè)試執(zhí)行了審查CP 鈦板料在各種各樣溫度回彈形成的物產(chǎn)。V 彎測(cè)試結(jié)果用圖8顯示 。圖8能看見(jiàn)在下模有一個(gè)開(kāi)頭角度90度。環(huán)烷驅(qū)研究那效果的沖頭半徑接通彈性后效，工具以沖壓半徑從0.5 到5.0 毫米, 在0.5 毫米的增加, 準(zhǔn)備了。CP 鈦板料的樣本以0.5 毫米的厚度, 長(zhǎng)度 60 毫米, 和寬度15 毫米。為增加測(cè)試的溫度,標(biāo)本被附寄了在熱化熔爐。V 彎測(cè)試不使用潤(rùn)滑劑因?yàn)槟Σ燎闆r有對(duì)回彈的無(wú)意義作用發(fā)生了在V 彎曲測(cè)試。彎曲的測(cè)試進(jìn)行了在室溫, 100, 200, 和3000C, 各自地。在彎曲的測(cè)試以后, 彎的標(biāo)本角度由CMM 測(cè)量了, 和回彈角度被計(jì)算了 。
Fig. 8. Tooling used in the V-bend tests
圖9 和10 顯示關(guān)系在回彈之間并且沖壓半徑在室溫和300 0C, 各自地?？匆陨蟽蓚€(gè)圖, 不管溫度變化回彈減少為更小的沖壓半徑。在彎曲時(shí)更小的沖壓半徑導(dǎo)致更大的塑料變形,因此要減小回彈的作用。在圖9 和10負(fù)值的彈性后效發(fā)生在較小沖頭半徑的時(shí)候。這是因?yàn)槟前辶显赩 形狀的平直的邊被扭屈入形成弧光在彎曲的過(guò)程開(kāi)始, 和裝載被應(yīng)用鋪平弧在彎曲處理結(jié)果的結(jié)尾復(fù)合應(yīng)力分配導(dǎo)致負(fù)值的彈性后效 [ 7 ] 。比較兩個(gè)圖,觀察, 回彈減少當(dāng)形成的溫度增加不管沖頭半徑尺寸。它表明那 CP 鈦板料不僅有更好的可鍛性而且體驗(yàn)較少回彈在形成的高溫。我們知道, 回彈是由彈性模數(shù)和材料的屈服應(yīng)力影響的。彈性模數(shù)不會(huì)隨溫度變化而變化。而且溫度升高CP 鈦板料的屈服應(yīng)力減少，高溫是形成回彈減退是因?yàn)樵诟偷臏囟菴P 鈦的屈服應(yīng)力更低。
Fig. 10. Relations between springback and punch radius at 300 "C for spec-
imens of three directions.
Fig. 11. Punch and die used in circular cup drawing tests.
Fig. 12. Drawn cups at various forming temperatures
3.3盤狀拉深試驗(yàn)
限制的圖畫比率(LDR), 被定義作為圓直徑的比(Dp) 與沖壓直徑(Dp) 在一張成功的圓盤拉深處理, 是一個(gè)普遍的索引使用描述可模鍛性金屬板。LDR 的更大的價(jià)值暗示更大的圖畫深度, 即,更好的可鍛性 。在本研究中, 沖壓和沖模被顯示在圖11 使用了圓盤拉深測(cè)試。測(cè)試執(zhí)行了在室temperatore, 100, 和200 0C, 各自地。在高溫下為了進(jìn)行拉深測(cè)試使用加熱器。為了獲得一個(gè)成功的拉深過(guò)程。那坯料尺寸和空白座力適當(dāng)調(diào)節(jié)除去些缺點(diǎn)比如斷裂和皺紋，如果在拉深測(cè)試破裂出現(xiàn), 斷開(kāi)軸心力對(duì)更小的價(jià)值會(huì)被調(diào)整直到破裂被消除到?jīng)]有皺痕發(fā)生。當(dāng)斷裂力量的調(diào)整沒(méi)有消除破裂, 減少斷裂的方法會(huì)被嘗試同時(shí)避免破裂。拉深試驗(yàn)采取壓制皺痕，但是, 在LDR 測(cè)試, 空白的大小是并且作為參量確定LDR 的價(jià)值除對(duì)上述調(diào)整的用途之外。從拳打直徑是35 毫米, 空白的直徑被增加在3.5 毫米的增加從70 毫米對(duì)最大的可能的直徑為計(jì)算價(jià)值方便起見(jiàn) LDR 。MoS2 被使用了作為潤(rùn)滑劑在所有圓杯子圖畫測(cè)試進(jìn)行在本研究中, 和圖畫速度是0.2 mm/s
。
圖12 顯示拉長(zhǎng)的杯子在各種各樣的溫度。
圖12清楚的顯示,當(dāng)形成溫度增加時(shí)拉拔深度增加。表明這個(gè)圖形那自動(dòng)測(cè)試設(shè)備畫的形狀拉深成形的在多樣的溫度是相當(dāng)不同的。自動(dòng)測(cè)試設(shè)備現(xiàn)象變成重要的在較高的成型溫度。LDR 、畫的深度, 和相關(guān)的處理參量的價(jià)值被列出在表1 為測(cè)試進(jìn)行在各種各樣的溫度。它被注意在表1, 所有價(jià)值增加當(dāng)形成的溫度增量。但是, 增量 LDR 和圖畫深度不是那么重大的在范圍從室溫對(duì)100 0C, 但得到大從100 2000C 。注意在表1一大的斷裂紋是需要的大的坯料尺寸到是成功地從中提取一較高的溫度是。在室溫CP 鈦板料LDR 的價(jià)值是2.2, 與可比較的碳鋼, 表明, 沖壓CP 鈦覆蓋在室溫是可行的。
4. 結(jié)束語(yǔ)
在本研究中調(diào)查了由做各種各樣的試驗(yàn)。在各種各樣的溫度CP 鈦板料沖壓的可鍛性的形成。機(jī)械性能 CP 鈦板料在各種各樣的溫度第一次被審查了, 并且應(yīng)力聯(lián)系被獲得從實(shí)驗(yàn)表明, CP 鈦板料有更高的屈服應(yīng)力和更小的伸長(zhǎng)在室溫, 但當(dāng)板料被加熱到300 0C比例減少由屈服應(yīng)力的增加決定。它是被注意應(yīng)力聯(lián)系獲得從拉伸測(cè)試在室溫表明CP 鈦板料能被形成入淺組分在室溫, 雖然屈服應(yīng)力是一少許更高的。形成限制CP 鈦板料的圖被獲得在室溫不是那么高的作為那些被冷軋的鋼, 而是極小值主要張力0.34 并且提供一種最宜的可能性為 CP 鈦板料被形成在室溫。圓形拉深測(cè)試顯露, 在室溫CP 鈦板料有 LDR 價(jià)值的2.2, 和成功地拉長(zhǎng)的以20 毫米的深度證實(shí)CP 鈦板料可能被形成入淺組分在室溫。但是, 露出的現(xiàn)象顯示表明, CP 鈦板料負(fù)擔(dān)重要的 各向異性現(xiàn)象在能并且影響可鍛性的平面圓形拉深。
調(diào)查了在室溫度應(yīng)力聯(lián)系對(duì)張力率的作用。實(shí)驗(yàn)性結(jié)果表示, 應(yīng)力聯(lián)系變得穩(wěn)定當(dāng)張力率比0.001 小。在V 彎測(cè)試, 實(shí)驗(yàn)性結(jié)果顯露重要信息回彈可能被減少在被舉起的形成的溫度。彈性后效可以是減少如果使用一較小沖頭半徑 。實(shí)驗(yàn)性結(jié)果表明本研究提供根本性形成CP 鈦板料模具設(shè)計(jì)。
鳴謝
作者會(huì)想感謝全國(guó)科學(xué)中華民國(guó)的委員會(huì)為財(cái)政支持這研究根據(jù)合同第NSC 89-2212-E-002-147,使實(shí)驗(yàn)工作成為可能。
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15
插圖和附表清單
1. 工件圖……………………………………………………………………………7
2. 排樣圖……………………………………………………………………………9
3. 沖孔凸模圖 ……………………………………………………………………14
4. 凸凹模 …………………………………………………………………………14
5. 模具總裝圖 ……………………………………………………………………22
6. 機(jī)械加工工藝過(guò)程卡（見(jiàn)附圖）
7. 機(jī)械加工工藝過(guò)程卡（見(jiàn)附圖）
機(jī) 械 加 工 工 序 卡
工序名稱
粗銑
工序號(hào)
02
零件名稱
上模座
零件號(hào)
00-05
零件重量
同時(shí)加工零件數(shù)
1
材 料
毛 坯
牌 號(hào)
硬 度
型 號(hào)
重 量
HT200
設(shè) 備
夾 具
名 稱
輔 助
工 具
名 稱
型 號(hào)
銑床
虎鉗
游標(biāo)卡尺
安 裝
工 步
安裝及工步說(shuō)明
刀 具
量 具
走 刀
長(zhǎng) 度
走 刀
次 數(shù)
切 削 深 度
進(jìn)給量
主 軸
轉(zhuǎn) 速
切 削
速 度
基 本
工 時(shí)
一次
1
銑上平面
75面銑刀
游標(biāo)卡尺
0.5
2
1
200㎜/ min
800r/min
一次
1
銑下平面
75面銑刀
游標(biāo)卡尺
0.5
2
1
200㎜/ min
800r/min
一次
2
銑兩端面
20立銑刀
游標(biāo)卡尺
0.5
1
1
60㎜/ min1
300r/mi
一次
2
銑兩端面
20立銑刀
游標(biāo)卡尺
0.5
1
1
60㎜/ min1
300r/mi
設(shè) 計(jì) 者
葉雪吉
指 導(dǎo) 教 師
于智宏
共 1 頁(yè)
第 1 頁(yè)
機(jī) 械 加 工 工 藝 過(guò) 程 卡
零件號(hào)
04
00-11
沖大孔凸模
工序號(hào)
工 序 名 稱
設(shè) 備
夾 具
刀 具
量 具
工 時(shí)
名 稱
型 號(hào)
名 稱
規(guī) 格
名 稱
規(guī) 格
名 稱
規(guī) 格
01
下料
鋸床
虎鉗
直尺
02
鍛造
空氣錘
游標(biāo)卡尺
03
熱處理
熱處理爐
火鉗
游標(biāo)卡尺
04
車削
車床
三爪卡盤
車刀
游標(biāo)卡尺
05
鉗工
虎鉗
鉆刀、鉸刀、攻絲刀
游標(biāo)卡尺
06
修銼
游標(biāo)卡尺
07
熱處理
加熱爐、油槽
研磨工具
游標(biāo)卡尺
編制 葉雪吉 校對(duì) 審核 批準(zhǔn)
目 錄
1 緒論………………………………………………………………………………1
1.1 國(guó)內(nèi)模具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)…………………………………………………1
1.1.1國(guó)內(nèi)模具的現(xiàn)狀………………………………………………………………1
1.1.2國(guó)內(nèi)模具的發(fā)展趨勢(shì)…………………………………………………………3
1.2 國(guó)外模具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)…………………………………………………3
1.3 端蓋落料拉伸復(fù)合模具設(shè)計(jì)與制造…………………………………………6
1.3.1端蓋落料拉伸復(fù)合模具設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)思路……………………………………6
2 端蓋沖壓工藝性分析……………………………………………………………7
2.1 拉深件工藝性分析……………………………………………………………7
2.2 沖壓工藝方案分析……………………………………………………………7
2.2.1 沖壓工藝方案的確定…………………………………………………………8
2.3 工藝計(jì)算……………………………………………………………………8
2.3.1 計(jì)算毛坯尺寸…………………………………………………………………9
2.3.2 確定工件能否一次拉深成形………………………………………………9
2.4 落料排樣設(shè)計(jì)…………………………………………………………………9
2.4.1 確定零件的排樣方案…………………………………………………………9 2.4.2 條料寬帶、導(dǎo)向間寬度和材料利用率的計(jì)算………………………………9 2.4.3 材料利用率的計(jì)算……………………………………………………………10
2.5 主要工作零件的尺寸計(jì)算……………………………………………………11
2.5.1 沖孔凸凹模尺寸計(jì)算…………………………………………………………11
2.5.2 外形落料凸、凹模刃口尺寸計(jì)算…………………………………………12
2.5.3 拉深凸、凹模尺寸計(jì)算……………………………………………………13
2.6 選取凸凹模的圓角半徑………………………………………………………13
3 主要零部件設(shè)計(jì)…………………………………………………………………13
4 確定壓力中心……………………………………………………………………15
5 沖裁力計(jì)算………………………………………………………………………15
5.1 沖裁力的計(jì)算…………………………………………………………………15
5.2 落料沖裁力的計(jì)算……………………………………………………………15
5.3 卸料力、推件力及頂件力的計(jì)算…………………………………………16
5.4 拉深力的計(jì)算………………………………………………………………17
6. 壓力機(jī)的選用……………………………………………………………………17
7. 模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)…………………………………………………………………18
8. 其它模具零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)……………………………………………………19
8.1 固定板………………………………………………………………………19
8.2 墊板…………………………………………………………………………19
8.3 導(dǎo)柱導(dǎo)套……………………………………………………………………19
8.4 其他零件……………………………………………………………………22
9.模具總裝圖………………………………………………………………………22
10. 結(jié)束語(yǔ)…………………………………………………………………………23
致謝 ………………………………………………………………………………24
參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………26
河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書
1.緒論
進(jìn)入21世紀(jì)，制造技術(shù)發(fā)展迅猛，模具技術(shù)作為現(xiàn)代制造技術(shù)的一個(gè)重要組成部分，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起著越來(lái)越重要的作用。模具作為重要的生產(chǎn)裝備和工藝發(fā)展方向，在現(xiàn)代工業(yè)的規(guī)模生產(chǎn)中日益發(fā)揮著重大作用。通過(guò)模具進(jìn)行產(chǎn)品生產(chǎn)具有優(yōu)質(zhì)、高效、節(jié)能、節(jié)材、成本低等顯著特點(diǎn)，因而在機(jī)械、電子、輕工、家電、通信、軍事和航空航天等領(lǐng)域的產(chǎn)品生產(chǎn)中獲得了廣泛應(yīng)用，作用不可替代，模具被贊為“金鑰匙”、“制造業(yè)之母”、“進(jìn)入富裕社會(huì)的原動(dòng)力”等。利用模具成形零件的方法，實(shí)質(zhì)上是一種少無(wú)切削、多工序重合的生產(chǎn)方法。采用模具成形加工零件代替?zhèn)鹘y(tǒng)的切削加工工藝，可以提高生產(chǎn)率，保證零件質(zhì)量，節(jié)約原材料，降低生產(chǎn)成本，從而獲得很高的經(jīng)濟(jì)效益。據(jù)粗略統(tǒng)計(jì)，70%以上的汽車、拖拉機(jī)、電機(jī)電器、儀器儀表零件，80%以上的塑料制品，85%以上的計(jì)算機(jī)、電子行業(yè)產(chǎn)品的零件，都是采用模具成形的方法來(lái)生產(chǎn)。因此，利用模具生產(chǎn)零件的方法已經(jīng)成為工業(yè)上進(jìn)行成批或大量生產(chǎn)的主要技術(shù)手段，它對(duì)于保證制品的質(zhì)量、縮短產(chǎn)品研發(fā)周期、加速產(chǎn)品的更新?lián)Q代等都具有重要意義。
1.1國(guó)內(nèi)模具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)
1.1.1國(guó)內(nèi)模具的現(xiàn)狀
我國(guó)的模具制造技術(shù)是隨著現(xiàn)代化工業(yè)建設(shè)的發(fā)展而發(fā)展起來(lái)的。20世紀(jì)50年代以前，我國(guó)的工業(yè)基礎(chǔ)非常薄弱，大部分工業(yè)品不能自行生產(chǎn)，因而所需要的模具很少，也談不上模具工業(yè)和模具技術(shù)，國(guó)內(nèi)只能仿制一些簡(jiǎn)單的模具，且主要依靠鉗工個(gè)人技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
解放后，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各種工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)所需要的模具日益增多，模具制造水平處于參照外國(guó)模具圖樣進(jìn)行加工，并且多為單工序模具、簡(jiǎn)單的復(fù)合模具、少工序和較低精度的級(jí)進(jìn)模具和機(jī)外脫模的塑料壓縮模具。隨著國(guó)際經(jīng)濟(jì)技術(shù)合作交流的發(fā)展，國(guó)外的模具技術(shù)書刊、模具設(shè)計(jì)手冊(cè)、模具制造資料等相繼介紹到我國(guó)，對(duì)指導(dǎo)和促進(jìn)模具技術(shù)的發(fā)展起到了重要作用，同時(shí)制造模具的一些專用加工設(shè)備如大型仿形銑床、坐標(biāo)鏜床等的引進(jìn)，為制造大型模具打下了物質(zhì)基礎(chǔ)。到1956年，制造模具開(kāi)始采用成形磨削加工，模具結(jié)構(gòu)采用拼塊方式，初步解決了模具鉗工手工作業(yè)和熱處理變形問(wèn)題。這對(duì)于提高模具質(zhì)量和精度、縮短制造周期起到了重要作用。
20世紀(jì)50年代末，電火花加工技術(shù)開(kāi)始應(yīng)用于模具生產(chǎn)，這種方法可以把模具型腔、型面的精加工放在熱處理之后，避免了熱處理變形對(duì)精度的影響，使模具制造技術(shù)水平又有一個(gè)較大的提高。尤其是1963年，國(guó)內(nèi)研制成功電火花線切割加工機(jī)床，從而可以加工更為復(fù)雜、精密的沖裁模等，大大減少了模具鉗工的手工作業(yè)，并應(yīng)用于塑料模、壓鑄模和其他成形模具的型孔加工。這一技術(shù)的應(yīng)用和普及是我國(guó)模具制造技術(shù)發(fā)展的又一重要里程碑。
改革開(kāi)放以來(lái)，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展及相關(guān)學(xué)科的技術(shù)進(jìn)步，推動(dòng)了模具制造技術(shù)及模具工業(yè)的迅猛發(fā)展，模具無(wú)論是從品種、數(shù)量還是精度方面，都有了大幅度的發(fā)展，模具對(duì)工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)的影響也越來(lái)越大，模具制造業(yè)也成了現(xiàn)代工業(yè)中一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的重要分支。模具標(biāo)準(zhǔn)化工作是代表模具工業(yè)和模具技術(shù)發(fā)展的重要標(biāo)志。到目前為止，已經(jīng)制定了沖壓模、塑料模、壓鑄模和模具基礎(chǔ)技術(shù)等50多項(xiàng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、近300個(gè)標(biāo)準(zhǔn)號(hào)，基本滿足了國(guó)內(nèi)模具生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展的需要。模具的商品化程度也大大提高，從“八五”期間的20%提高到目前的40%左右。一些先進(jìn)、精密和高自動(dòng)化程度的模具加工設(shè)備，如數(shù)控仿形銑床、數(shù)控加工中心、精密坐標(biāo)磨床、連續(xù)軌跡數(shù)控坐標(biāo)磨床、高精度低損耗數(shù)控電火花成型加工機(jī)床、慢走絲精密電火花線切割機(jī)床、精密電解加工機(jī)床、三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x、擠壓研磨機(jī)等模具加工和檢測(cè)用的精密高效設(shè)備，由過(guò)去依靠進(jìn)口到逐步自行設(shè)計(jì)制造，使模具加工工藝手段登上了一個(gè)新臺(tái)階，同時(shí)為先進(jìn)加工工藝的推廣奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。特別是模具成型表面的特種加工工藝的研究和發(fā)展，使模具加工的精度和表面粗糙度都有很大的改善。特種加工工藝設(shè)備的改進(jìn)和提高，使模具加工自動(dòng)化程度和效率都大大提高。模具新材料的應(yīng)用，以及熱處理和表面處理技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，使模具壽命大幅度提高?？焖俪尚图夹g(shù)在模具制造上的應(yīng)用，是近20年以來(lái)模具制造技術(shù)的又一重大發(fā)展?？焖俪尚图夹g(shù)是綜合了機(jī)械工程、CAD、數(shù)控機(jī)床激光技術(shù)和材料科學(xué)技術(shù)的一種全新的制造工藝，應(yīng)用于模具制造，可以使模具設(shè)計(jì)和制造更加快速、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用，對(duì)于多品種、小批量產(chǎn)品的生產(chǎn)及新產(chǎn)品敏捷開(kāi)發(fā)具有重要意義。
我國(guó)模具制造技術(shù)水平，從過(guò)去只能制造簡(jiǎn)單模具發(fā)展到了可以制造大型、精密、復(fù)雜、長(zhǎng)壽命模具。例如在沖壓模具方面，我國(guó)設(shè)計(jì)和制造的電機(jī)定轉(zhuǎn)子硅鋼片硬質(zhì)合金多工位自動(dòng)級(jí)進(jìn)模和電子、電氣行業(yè)用的50余工位的硬質(zhì)合金多工位自動(dòng)級(jí)進(jìn)模，都達(dá)到了國(guó)際同類模具產(chǎn)品的技術(shù)水平。凹模鑲件重復(fù)定位精度＜0.005mm,步距精度＜0.005mm,模具成型表面粗糙度為Ra0.4~0.1μm，零件可以互換，模具壽命達(dá)1億沖次。級(jí)進(jìn)沖裁技術(shù)和疊鉚原理相結(jié)合，在高速?zèng)_床上使用，具有自動(dòng)沖切、疊壓、鉚合、扭角、計(jì)數(shù)分組和安全保護(hù)功能。在塑料模具方面，能設(shè)計(jì)和制造汽車保險(xiǎn)杠及整體儀表盤大型注射模，大型彩色電視機(jī)、洗衣機(jī)和電冰箱等多種精密、大型注射模。例如天津市通信廣播公司模具廠設(shè)計(jì)和制造的汽車保險(xiǎn)杠模具重達(dá)10余噸、模具尺寸精度可達(dá)10μm、型腔表面粗糙度為Ra0.1μm，型芯表面粗糙度為Ra3.2μm、模具壽命達(dá)30萬(wàn)次以上，達(dá)到國(guó)際同類模具產(chǎn)品的技術(shù)水平。
我國(guó)模具制造行業(yè)近十余年來(lái)的年工業(yè)產(chǎn)值，持續(xù)以15%的增長(zhǎng)速度在迅速遞增，已經(jīng)成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)中一個(gè)舉足輕重的工業(yè)分支。
1.1.2國(guó)內(nèi)模具的發(fā)展趨勢(shì)
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，許多新技術(shù)、新工藝、新材料、新設(shè)備不斷涌現(xiàn)，因而，促成了沖壓技術(shù)的不斷革新和發(fā)展。
（1）沖壓成形理論及沖壓工藝
沖壓成形理論的研究是提高沖壓技術(shù)的基礎(chǔ)。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)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(guò)程應(yīng)力應(yīng)變分析、板料變形規(guī)律研究及配料與模具之間的相互作用研究等方面均取得了較大的發(fā)展，特別是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛躍發(fā)展和塑性變形理論的進(jìn)一步完善，近年來(lái)我國(guó)已開(kāi)始應(yīng)用塑性成形過(guò)程的計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)，即利用有限元等數(shù)值分析方法模擬金屬的塑性成形過(guò)程。據(jù)分析結(jié)果，設(shè)計(jì)人員可預(yù)測(cè)某一工藝方案成形的工藝性及可能出現(xiàn)的工藝問(wèn)題，并通過(guò)在計(jì)算機(jī)上有選擇的修改有關(guān)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)工藝及模具的優(yōu)化設(shè)計(jì)。
（2）沖壓模具的設(shè)計(jì)與制造
沖壓模具是實(shí)現(xiàn)沖壓生產(chǎn)的基本條件。在沖壓模具的設(shè)計(jì)與制造上，目前正朝著以下兩方面發(fā)展：一方面，為了適應(yīng)高速、自動(dòng)、精密、安全等現(xiàn)代化生產(chǎn)需要，沖壓模具正向高效率、高精度、高壽命、自動(dòng)化及多工位方向發(fā)展。在我國(guó)，工位數(shù)達(dá)50甚至更多的級(jí)進(jìn)模、壽命達(dá)億次的硬質(zhì)合金模、精度和自動(dòng)化程度相當(dāng)高的沖壓模具都已經(jīng)應(yīng)用在生產(chǎn)中，同時(shí)，由于這樣的沖壓模具對(duì)加工、裝配、調(diào)整、維修要求很高，因此，各種高效、精密，數(shù)控、自動(dòng)化的模具加工機(jī)床和檢測(cè)設(shè)備也正在迅速發(fā)展；另一方面，為了產(chǎn)品更新?lián)Q代和試制小批量生產(chǎn)的需要，鋅合金沖壓模具、聚氨酯橡皮沖壓模具、薄板沖壓模具、鋼帶沖壓模具、組合沖壓模具等各種簡(jiǎn)易沖壓模具及其制造工藝也得到了迅速發(fā)展。
（3）模具材料模具材料及熱處理與表面處理工藝對(duì)模具加工質(zhì)量和壽命的影響很大，世界各主要工業(yè)國(guó)在此方面的研究取得了較大的進(jìn)步，并開(kāi)發(fā)了許多新的鋼種，其硬度可達(dá)HRC58～70,而變形只有普通鋼的1/2～1/5。如火焰淬火鋼可局部硬化，且無(wú)脫碳；我國(guó)研制的65Hb、LD和CD等新鋼種，具有熱加工性能好、熱處理變形小、抗沖擊性能佳等特點(diǎn)。與此同時(shí)，還發(fā)展了一些新的熱處理和表面處理工藝，主要有：氣體軟氮化、離子氮化、滲硼、表面涂金、化學(xué)氣象沉積、物理跡象沉積、激光表面處理等。這些方法能提高模具工作表面的耐磨性、硬度和耐腐蝕性，使模具壽命大大延長(zhǎng)。
（4）沖壓模具的標(biāo)準(zhǔn)化和專業(yè)化
模具的標(biāo)準(zhǔn)化和專業(yè)化生產(chǎn)，已得到模具行業(yè)的高度重視，這是由于模具標(biāo)準(zhǔn)化是組織模具專業(yè)化生產(chǎn)的前提，而模具的專業(yè)化生產(chǎn)是提高模具質(zhì)量、縮短模具制造周期、低成本的關(guān)鍵。我國(guó)已頒布了冷沖壓術(shù)語(yǔ)、冷沖模零部件的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，沖壓模具的專業(yè)化正處在積極組織和實(shí)施中，但總的來(lái)說(shuō)，我國(guó)沖壓模具的標(biāo)準(zhǔn)化和專業(yè)化水平還處于較低水平。
（5）沖壓模具CAD/CAE/CAM技術(shù)
模具CAD/CAE/CAM技術(shù)是改造傳統(tǒng)模具生產(chǎn)方式的關(guān)鍵技術(shù)，它以計(jì)算機(jī)軟件的形式為用戶提供一種有效的輔助工具，使工程技術(shù)人員能借助計(jì)算機(jī)對(duì)產(chǎn)品、模具結(jié)構(gòu)、成形工藝、數(shù)控加工及成本等進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)從而顯著縮短模具設(shè)計(jì)與制造周期，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量。隨著功能強(qiáng)大的專業(yè)軟件和高效集成制造設(shè)備的出現(xiàn)，以三維造型為基礎(chǔ)、基于并行工程的模具CAD/CAE/CAM技術(shù)正成為發(fā)展方向，它能實(shí)現(xiàn)制造和裝配的設(shè)計(jì)、成形過(guò)程的模擬和數(shù)控加工過(guò)程的防真，還可對(duì)模具可制造性進(jìn)行評(píng)價(jià)，使模具設(shè)計(jì)與制造一體化、智能化。
（6）快速模具制造技術(shù)
目前，快速經(jīng)濟(jì)制模技術(shù)主要有低熔點(diǎn)合金制模技術(shù)、鋅基合金制模技術(shù)、噴涂成形制模技術(shù)等。采用快速模具制造技術(shù)，能簡(jiǎn)化模具制造工藝，縮短制模周期，降低模具生產(chǎn)成本，在工業(yè)生產(chǎn)中取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
1.2國(guó)外模具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)
隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要和產(chǎn)品更新?lián)Q代不斷加快，對(duì)模具制造提出了越來(lái)越高的要求，模具制造質(zhì)量提高、生產(chǎn)周期縮短已經(jīng)成為該行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)?？v觀模具制造業(yè)近十余年來(lái)的發(fā)展道路，其主要發(fā)展方向可以歸納為如下幾個(gè)方面。
1.模具生產(chǎn)的專業(yè)化和標(biāo)準(zhǔn)化程度不斷提高
多年來(lái)的模具制造實(shí)踐表明，要使模具技術(shù)高速發(fā)展，實(shí)現(xiàn)專業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)是關(guān)鍵，目前美國(guó)模具專業(yè)化程度已超過(guò)90%，日本也超過(guò)了75%。而我國(guó)模具專業(yè)化程度還處在25%左右。
2.模具粗加工技術(shù)向高速加工發(fā)展
以高速銑削為代表的高速切血加工技術(shù)代表了模具零件外形表面粗加工發(fā)展的方向。高速銑削可以大大改善模具表面的質(zhì)量狀況，并大大提高加工效率和降低加工成本。例如IN-GERSOLL公司生產(chǎn)的VHM型超高速加工中心的切削進(jìn)給速度為76m∕min;主軸轉(zhuǎn)速為45000r∕min；瑞士SIP公司生產(chǎn)的AFX立式精密坐標(biāo)鏜床的主軸轉(zhuǎn)速為30000r∕min；日本森鐵工廠生產(chǎn)的MV-40型立式加工中心，其轉(zhuǎn)速達(dá)40000r∕min。另外，毛坯下料設(shè)備出現(xiàn)了高速鋸床、陽(yáng)極切割和激光切割等高速、高效率加工設(shè)備，還出現(xiàn)了高速磨削設(shè)備和強(qiáng)力磨削設(shè)備等。
3.成形表面的加工向精度、自動(dòng)化方向發(fā)展
成形表面的加工向計(jì)算機(jī)控制和高精度加工方向發(fā)展。數(shù)控加工中心、數(shù)控電火花成形加工設(shè)備、計(jì)算機(jī)控制連續(xù)軌跡坐標(biāo)磨床和配有CNC裝修設(shè)備與精密測(cè)量裝置的成形磨削加工設(shè)備等的推廣使用，是提高模具制造技術(shù)水平的關(guān)鍵。
4.光整加工技術(shù)向自動(dòng)化方向發(fā)展
當(dāng)前模具成形表面的研磨、拋光等光整加工仍然以手工業(yè)為主，不僅花費(fèi)工時(shí)多，而且勞動(dòng)強(qiáng)度大、表面質(zhì)量低。工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家正在研制有計(jì)算機(jī)控制、帶有磨料磨損自動(dòng)補(bǔ)償裝置的光整加工設(shè)備，可以對(duì)復(fù)雜型面的三維曲面進(jìn)行光整加工，并開(kāi)始在模具加工上使用，大大提高了光整加工的質(zhì)量和效率。
5.模具CAD/CAM技術(shù)將有更快的發(fā)展
模具CAD/CAM技術(shù)在模具設(shè)計(jì)和制造上的優(yōu)勢(shì)越來(lái)越明顯，它是模具技術(shù)的又一次革命，普及和提高模具CAD/CAM技術(shù)的應(yīng)用是模具制造業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。
6.研制和發(fā)展模具用材料
模具材料是影響模具壽命、質(zhì)量、生產(chǎn)效率和生產(chǎn)成本的重要方面。沒(méi)有充足的、高質(zhì)量的、品種系列齊全的模具用材料，模具工業(yè)要趕上世界先進(jìn)水平就只能是紙上談兵。加速研發(fā)急需的模具新鋼種，如高強(qiáng)韌、高耐磨新型優(yōu)質(zhì)模具鋼，大力發(fā)展硬質(zhì)合金模具材料已經(jīng)勢(shì)在必行。
1.3端蓋落料拉伸沖孔復(fù)合模具設(shè)計(jì)與制造方面
1.3.1端蓋落料拉伸沖孔模具設(shè)計(jì)的思路
此工件形狀、結(jié)構(gòu)都比較簡(jiǎn)單，生產(chǎn)批量為大批量，用簡(jiǎn)單模分兩次加工，就生產(chǎn)批量來(lái)說(shuō)有些費(fèi)時(shí)，用級(jí)進(jìn)模加工要設(shè)導(dǎo)正銷，模具加工、安裝較復(fù)雜，用復(fù)合模加工既能保證精度，還能保證生產(chǎn)效率，所以采用復(fù)合模加工。設(shè)計(jì)此模具時(shí)，要設(shè)計(jì)好模具的工作零部件，其它的零件根據(jù)模具結(jié)構(gòu)的需要添加即可，但必須要保證模具工作時(shí)的正常運(yùn)行.
1.3.2端蓋成型工藝及模具設(shè)計(jì)的進(jìn)度
1.了解目前國(guó)內(nèi)外沖壓模具的發(fā)展現(xiàn)狀，所用時(shí)間2天；
2.確定加工方案，所用時(shí)間3天；
3.模具的設(shè)計(jì)，所用時(shí)間20天；
4．模具的調(diào)試．所用時(shí)間5天．
2. 端蓋沖壓的工藝分析
2.1拉深件工藝分析
原始資料：如圖所示 材料：08鋼 厚度：2mm
`
6.1
R1
R1
φ38
R10
48
2×
φ
5
R7
φ24
+0.23
0
φ18
+0.20
0
φ28
0
-0.28
此工件為帶凸緣圓筒形工件，形狀簡(jiǎn)單對(duì)稱，所有尺寸均為自由公差，對(duì)工件厚度變化也沒(méi)有作要求。由于沒(méi)有公差等級(jí)標(biāo)注，所以可以按未標(biāo)公差等級(jí)處理。零件圖上未標(biāo)注公差尺寸按IT14精度計(jì)算。
2.2 沖壓工藝方案分析
2.2.1 沖壓工藝方案的確定
該工件包括拉深、沖孔兩個(gè)基本工序，可以有以下三種工藝方案：
方案一：先拉深，后沖孔。采用單工序模生產(chǎn)。
方案二：拉深—落料—沖孔復(fù)合沖壓。采用復(fù)合模生產(chǎn)。
方案三：拉深級(jí)進(jìn)沖壓。采用級(jí)進(jìn)模生產(chǎn)。
方案一模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但需要兩道工序兩副模具，生產(chǎn)效率低，難以滿足該工件大批量生產(chǎn)的要求。方案二只需一副模具，生產(chǎn)效率較高，盡管模具結(jié)構(gòu)較方案一復(fù)雜，但由于零件的集合行裝簡(jiǎn)單對(duì)稱，模具制造并不困難。方案三也只需一副模具，生產(chǎn)效率高，但模具結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，送進(jìn)操作不方便，加之尺寸偏大，通過(guò)對(duì)上述三種方案的分析比較，若該工件能一次拉深，則其沖壓采用方案二為佳。
2.3 工藝計(jì)算
2.3.1 計(jì)算毛坯尺寸
（1）由工件圖可知 t=2mm＞1mm,故按板厚中徑尺寸計(jì)
dt=68mm d=28mm H=4.1mm。
凸緣相對(duì)直徑dt/d=68/28=2.43 查表4.3.2[2]得 修邊余量
Δh=1.4mm 故按實(shí)際外徑dp=68+1.4×2＝70.8mm計(jì)算。
（2）計(jì)算毛坯直徑D有表4.33[2]得
D2=dp2+4dh-4Rd=70.82+4×28×4.1-3.44×1×28
所以D=74mm
2.3.2 確定工件是否能一次拉深成形
板料的相對(duì)厚度 查表4.5.1得極限拉深系數(shù)為0.58～0.48。零件＜0.58～0.48，故可以一次拉深成形。
2.3.3確定是否用壓邊圈
板料的相對(duì)厚度 d/D×100=2/74=2.7。經(jīng)查表得不用壓料裝置。
2. 4落料排樣設(shè)計(jì)
2.4.1確定零件的排樣方案：
設(shè)計(jì)模具時(shí)，條料的排樣很重要。由于是零件外緣是圓形的，所以采用直排，材料的利用率較高。
78
2
2
2
排樣圖
圖2 條料的排樣
2.4.2條料寬度、導(dǎo)尺間寬度和材料利用率的計(jì)算
查表2.5.2得搭邊值a1=2mm,a=2mm。條料寬度的計(jì)算：擬采用無(wú)側(cè)壓裝置的送料方式，得條料寬度 （2.5.5）
導(dǎo)料板間距離 （2.5.6）
D—條料寬度方向沖裁件的最大尺寸；a—側(cè)搭邊值；
△—條料寬度的單向（負(fù)向）偏差，見(jiàn)表2.5.3；查得△＝0.6
c—導(dǎo)料板與最寬條料之間的間隙；其最小值見(jiàn)表2.5.5查得cmin=0.5mm。
代入數(shù)據(jù)計(jì)算，取得條料寬度為 A＝79mm。
2.4.3材料利用率的計(jì)算：
根據(jù)一般的市場(chǎng)供應(yīng)情況，查表950 mm×1500 mm×1.5 mm的冷軋薄鋼板。每塊可剪1500mm ×78.5 mm規(guī)格條料12條，材料剪切利用率達(dá)99.2%。由材料利用率通用計(jì)算公式
=
式中 A—一個(gè)步距內(nèi)沖裁件的面積，mm2；n—一個(gè)進(jìn)距內(nèi)的沖裁件數(shù)量；B—條料寬度，mm s—進(jìn)距， mm。得
==77.6%
一張板料上總的材料利用率
式中 n—一張板材上沖裁件的總數(shù)目；A1—一個(gè)沖裁件的實(shí)際面積，mm2；
n—一個(gè)進(jìn)距內(nèi)的沖裁件數(shù)量； B—板料寬度，mm； L—板料長(zhǎng)度 mm
得 可見(jiàn)材料的利用率較高。
2.5 主要工作零件的尺寸計(jì)算
2.5.1沖孔凸、凹模尺寸的計(jì)算
該零件沖裁部分為一般沖孔落料件，外形尺寸由落料獲得，而中間的小孔尺寸則是由沖孔得到。
查表而知：Zmin = 0.246,Zmax = 0.360mm
Zmax –Zmin = 0.114mm
因?yàn)槟＞叩木鹊燃?jí)為IT14級(jí) 取 磨損系數(shù)X = 0.5
設(shè)凸、凹模分別按IT9、IT10級(jí)精度制造，分別計(jì)算Dt、Da如下：
沖Ф18mm的孔
沖孔時(shí)，間隙取在凹模上，則：
凸模尺寸：=(d+χ△)
凹模尺寸：=( + Zmin)
式中：---沖孔凸模刃口尺寸
---沖孔凹模刃口尺寸
d---沖孔件孔的最小極限尺寸，mm, d=18mm
Zmin——雙面間隙，mm
△——工件公差，mm，△=0.43mm
x——磨損系數(shù)，查表得IT14級(jí)時(shí)x=0.5
δ——凸模和凹模的制造公差，mm,查表δ=0.02mm
所以 =(18+0.5×0.43) 0-0.02 =18.215 0-0.02 mm
=(18.215+0.246) + 0.020=18.46+ 0.020mm
校核：|δT|+|δA|= 0.02 mm +0.02 mm =0.04 mm≤Zmax –Zmin=0.114mm滿足間隙公差條件。
2.5.2 外形落料凸模、凹模刃口尺寸的計(jì)算
因此落料件為復(fù)雜的制件，所以利用配作法計(jì)算凸凹模刃口尺寸，這種方法有利于獲得最小的合理間隙，放寬對(duì)模具的加工設(shè)備的精度要求。采用配作法，計(jì)算凸凹模的刃口尺寸，首先是根據(jù)凸?；虬寄Ｄp后輪廓變化情況正確判斷出模具刃口各個(gè)尺寸在磨損過(guò)程中是變大還是變小，還是不變這三種況，然后分別按不同的計(jì)算公式計(jì)算。
a、凹模磨損后會(huì)增大的尺寸-------第一類尺寸A
第一類尺寸：Aj=(Amax-x△)0+δ
b、凹模磨損后會(huì)減小的尺寸-------第二類尺寸B
第二類尺寸：Bj=(Bmax+x△)0-0.25△
c、凹模磨損后會(huì)保持不變的尺寸 第三類尺寸C
第三類尺寸：C= 。
Ф38增大：Aa=37.69mm At=37.444 0-0.02 mm
R10增大： Aa=9.74mm At=9.494 0-0.02 mm
R7減小： Ba=7.215 0-0.02 mm Bt=7.461mm
48不變： Ca=Ct=Cδ=480.02
2.5.3 拉深凸凹模尺寸的計(jì)算
由于零件的內(nèi)形尺寸及公差有要求，所以以凸模為基準(zhǔn)，根據(jù)磨損定律，工作部分尺寸為：
d=(dmin+0.4Δ) d=(dmin+0.4Δ+ Zmin)
式中 d、d—凹、凸模的尺寸；
dmin—拉深件內(nèi)徑的最小極限尺寸；
Δ—零件的公差；
δ、δ—凹、凸模制造公差；
Z—拉深模雙面間隙。
查表Δ＝0.23mm 查表δt=0.06mm δa=0.09mm
由公式（4.8.8）[2]得＝（1～1.1）t t—板料厚度 mm。
Z=2×（1～1.1）×2=4～4.4mm 取Z=4.2 mm則
d =(dmin+0.4Δ)=( 24+0.4×0.23) mm=24.1mm
da =(dmin+0.4Δ+ Zmin)=(24+0.4×0.62+4.2) =28.3mm
2.6 選取凸模與凹模的圓角半徑
因?yàn)閳A角R＝1mm屬于過(guò)渡尺寸，要求不高且R＝1mm<2t=4可以一次成形，為簡(jiǎn)單方便，設(shè)計(jì)生產(chǎn)中直接按工件尺寸作為拉深凸、凹模該處尺寸。
3. 主要零部件設(shè)計(jì)
由于工件形狀簡(jiǎn)單對(duì)稱，所以模具的工作零件均采用整體結(jié)構(gòu)，拉深凸模、沖孔凹模、沖孔凸模拉深凹模的結(jié)構(gòu)如零件圖所示。
(1)沖孔Φ5、Φ18凸模的設(shè)計(jì)。為了增加凸模的強(qiáng)度和剛度，凸模非工作部分直徑應(yīng)制成逐漸增大的多級(jí)形式，且它的外形尺寸較大，所以以采用B形凸模。
(2)凸凹模的設(shè)計(jì)。
將拉深凸模與沖孔凹模設(shè)計(jì)成一個(gè)整體，其結(jié)構(gòu)圖如下圖所示：
圖示 凸凹模零件圖
4. 壓力、壓力中心計(jì)算及壓力機(jī)的選用
為了保證壓力機(jī)和模具的正常工作，應(yīng)使模具的壓力中心和壓力機(jī)滑塊的中心線相重合。否則沖壓時(shí)滑塊會(huì)承受偏心載荷，導(dǎo)致滑塊的滑軌和模具的導(dǎo)向部分不正常磨損，還會(huì)使合理間隙得不到保證，從而影響制件的質(zhì)量降低模具壽命甚至損壞模具。而本模具所沖裁的制件形狀完全對(duì)稱于相互垂直的 兩條對(duì)稱線，所以模具的壓力中心在幾何圖形的中心點(diǎn)上。因?yàn)楸局萍禽S對(duì)稱零件，所以不用計(jì)算壓力中心。模具的壓力中心就是沖壓力合力的作用點(diǎn)。
5. 壓力計(jì)算
5.1 沖裁力的計(jì)算
由于本模具未采用彈性卸料裝置，所以沖裁力由式2.25 得
F沖裁=F+F卸+F頂 =F（1+K卸+K頂 ）=KLt
式中：L—沖裁周邊長(zhǎng)度；t—材料厚度；—材料抗剪強(qiáng)度；
K—系數(shù)。 一般取1.3。
由查表得＝260～360M／Pa。?。?10M／Pa。則
5.2 落料沖裁力F落
F落＝Ktτ
式中—落料件外形周邊尺寸
＝3.14×38+3.14×10＝150.72mm
所以F落＝KLtτ＝1.3×150.72×2.0×300=117560N
取F落＝117.56KN
5.3 卸料力、推件力及頂件了力的計(jì)算：
卸料力是將廢料或工件從凸凹模上刮下的力。而推件力是將梗塞在凹模內(nèi)的料順沖裁方向推出所需的力。頂件力逆沖裁方向?qū)⒘蠌陌寄?nèi)頂出所需的力。卸料力、推件力和頂件力是由壓力機(jī)和模具卸料裝置或頂件裝置傳遞的，所以在選擇設(shè)備公稱壓力或設(shè)計(jì)沖裁的時(shí)候應(yīng)分別予以考慮，影響這些力的因素較多，主要有材料的力學(xué)性能、厚度、模具間隙、凹模洞口結(jié)構(gòu)、搭邊大小、潤(rùn)滑情況、制件的形狀和尺寸等?，F(xiàn)在按照下面的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：
卸料力Fx
Fx＝ F落
式中Fx—卸料力
—卸料系數(shù)，查表＝0.025～0.06，?。?.05
所以Fx＝0.05×117.56＝5.9KN
推料力Ft
Ft ＝F孔n
式中—推料系數(shù),查表取=0.05
n—同時(shí)卡在凹模洞孔內(nèi)的件數(shù),取n=10
所以Ft=0.05×68.58×10=34.29KN
頂件力Fd
Fd=(F孔＋F落）
式中Fd—頂件力
=頂件系數(shù),查表取=0.06
所以Fd=0.06×(68.58+117.56)=11.2KN
5.4拉深力的計(jì)算
采用壓料圈得
式中t—材料厚度； d—拉深后的工件直徑；—拉深件材料的抗拉強(qiáng)度。
—修正系數(shù)；由查表得＝215～410M／Pa。?。?00M／Pa。
由查表得K1＝1.27則
6.壓力機(jī)的選用
沖裁時(shí),壓力機(jī)的壓力值必須大于或者等于沖裁各工藝力的總和,即大于總的沖壓力,總的沖壓力根據(jù)模具結(jié)構(gòu)不同計(jì)算公式不同,當(dāng)采用彈性卸料裝置和下出件的模具時(shí),總的沖壓力為： F=F +F落+ Fx+Ft Ft+F=142.8+117.56+5.9+11.2+64.96=342.42KN
根據(jù)拉深力的計(jì)算結(jié)果和工件的高度，選擇壓力機(jī)：JH23-40．
公稱壓力/KN
滑塊行程/mm
最大閉合高度/mm
最大裝模高度/mm
400
100
330
265
連桿調(diào)節(jié)長(zhǎng)度/mm
模柄孔尺寸/mm
65
φ50×70
7. 模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
7.1選用模架、確定閉合高度及總體尺寸
由于拉深凹模外形尺寸較大，為了工作過(guò)程穩(wěn)定，選用中間導(dǎo)柱模架。再按其標(biāo)準(zhǔn)選擇具體結(jié)構(gòu)尺寸見(jiàn)表3-1。
表3-1 模架規(guī)格選用
名稱
尺寸
材料
熱處理
上模座
160×125×40
HT200
下模座
160×125×40
HT200
導(dǎo)柱
25×170、32×170
20
滲碳58～62
導(dǎo)套
25×110×43、32×110×43
20
滲碳58～62
Hmin=180mm,Hmax=220mm
模具的閉合高度
由此可見(jiàn)模具的實(shí)際開(kāi)模高度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于所采用模架的最大閉合高度，所以此制件不能采用標(biāo)準(zhǔn)模架。
為了節(jié)省加工時(shí)間，只有在模具標(biāo)準(zhǔn)模架的基礎(chǔ)上進(jìn)行修改。因?yàn)?
要使模具具有足夠的封閉高度，只有改變導(dǎo)柱和導(dǎo)套的高度：
導(dǎo)柱：20×200、32×200； 導(dǎo)套：20×110×43、30×110×43
8.其它模具零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
8.1 固定板
查表凸模固定板選用： 120×100×10-45鋼JB/T 7643.2。
落料凸模拉深凸模固定板選用： 120×100×10-45鋼JB/T 7643.2。
8.2 墊板
墊板的作用是直接承受凸模的壓力，以降低模座所受的單位壓力，防止模座被局部壓陷，從而影響凸模的正常工作。是否需要用墊板，可按下式校核： 式中：p—凸模頭部端面對(duì)模座的單位壓力（N）； —凸模承受的總壓力（N）； A—凸模頭部端面支撐面積(mm2)。
沖裁時(shí)：
拉深時(shí)：
HT200的許用壓應(yīng)力為90～140Mpa。
但是因?yàn)橥ㄟ^(guò)上模座固定的模柄與壓力機(jī)相連，且上模座閉下模座薄，而且下模座固定在壓力機(jī)工作臺(tái)上。為防止上模座損壞，在上模座加墊板。查表7-4[4]選用墊板 125×125×6-45鋼 JB/7643.3。
8.3 導(dǎo)柱、導(dǎo)套
對(duì)于生產(chǎn)批量大、要求模具壽命高的模具，一般采用導(dǎo)柱、導(dǎo)套來(lái)保證上、下模的導(dǎo)向精度。導(dǎo)柱、導(dǎo)套在模具中主要起導(dǎo)向作用。導(dǎo)柱與導(dǎo)套之間采用間隙配合。根據(jù)沖壓工序性質(zhì)、沖壓的精度及材料厚度等的不同，其配合間隙也稍微不同。這里采用H7/h6。
8.4 其他零件
模具其他零件的選用見(jiàn)表3-2．
表3-2 模具其他零件的選用
序號(hào)
名稱
數(shù)量
材料
規(guī)格/ mm
熱處理
1
下模座
1
HT200
160×160×45
2
導(dǎo)柱
1
20鋼
φ28×200
滲碳58～62HRC
3
導(dǎo)柱
1
20鋼
φ32×200
滲碳58～62HRC
4
導(dǎo)套
1
20鋼
28×110×43
滲碳58～62HRC
5
導(dǎo)套
1
20鋼
32×110×43
滲碳58～62HRC
6
上模座
1
HT200
160×160×40
7
內(nèi)六角螺釘
4
Cr12
M10×45
58～62HRC
8
內(nèi)六角螺釘
4
Cr12
M10×100
58～62HRC
9
模柄
1
Q235-1.F
A50×110
10
銷釘
2
45鋼
6×60
11
銷釘
2
45鋼
8×80
12
打桿
1
45鋼
M14×220
13
緊定螺釘
6
45鋼
M4×12
14
固定擋料銷
1
45鋼
A6
43～48HRC
9. 模具總裝圖
由以上設(shè)計(jì)，可得到模具的總裝配圖
其工作過(guò)程是：模具在工作時(shí)，壓力機(jī)滑塊下行，通過(guò)模柄帶動(dòng)上模座下行，凸凹模先拉深，緊接著進(jìn)行落料，最后進(jìn)行沖孔。沖孔完成以后，壓力機(jī)滑塊上行，通過(guò)模柄帶動(dòng)上模座上行，當(dāng)凹模隨上?；厣龝r(shí)，零件制品在打料塊的作用下，將其從凹模內(nèi)推出，準(zhǔn)備下一次行程。
10. 結(jié)束語(yǔ)
端蓋屬于拉深件，分析其工藝性，并確定工藝方案。由于在零件制造前進(jìn)行了預(yù)測(cè)，分析了制件在生產(chǎn)過(guò)程中可能出現(xiàn)的缺陷，采取了相應(yīng)的工藝措施。因此，模具在生產(chǎn)零件的時(shí)候才可以減少?gòu)U品的產(chǎn)生。
端蓋模具的設(shè)計(jì)，是理論知識(shí)與實(shí)踐有機(jī)的結(jié)合，更加系統(tǒng)地對(duì)理論知識(shí)做了更深切貼實(shí)的闡述。也使我認(rèn)識(shí)到，要想做為一名合理的模具設(shè)計(jì)人員，必須要有扎實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)，并不斷學(xué)習(xí)新知識(shí)新技術(shù)，樹(shù)立終身學(xué)習(xí)的觀念，把理論知識(shí)應(yīng)用到實(shí)踐中去，并堅(jiān)持科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)、求實(shí)的精神，大膽創(chuàng)新，突破新技術(shù)，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的騰飛做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。
致謝
畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們進(jìn)行完了三年的模具設(shè)計(jì)與制造專業(yè)課程后進(jìn)行的，它是對(duì)我們?nèi)陙?lái)所學(xué)課程的又一次深入、系統(tǒng)的綜合性的復(fù)習(xí)，也是一次理論聯(lián)系實(shí)踐的訓(xùn)練。它在我們的學(xué)習(xí)中占有重要的地位。
通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我在溫習(xí)學(xué)過(guò)的知識(shí)的同時(shí)又學(xué)習(xí)了許多新知識(shí)，一些原來(lái)一知半解的理論也有了進(jìn)一步的的認(rèn)識(shí)。特別是原來(lái)所學(xué)的一些專業(yè)基礎(chǔ)課：如機(jī)械制圖、模具材料、公差配合與技術(shù)測(cè)量、冷沖模具設(shè)計(jì)與制造等有了更深刻的理解，使我進(jìn)一步的了解了怎樣將這些知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際的設(shè)計(jì)中。同時(shí)還使我更清楚了模具設(shè)計(jì)過(guò)程中要考慮的問(wèn)題，如怎樣使制造的模具既能滿足使用要求又不浪費(fèi)材料，保證工件的經(jīng)濟(jì)性，加工工藝的合理性。
在學(xué)校中，我們主要學(xué)的是理論性的知識(shí)，而實(shí)踐性很欠缺，而畢業(yè)設(shè)計(jì)就相當(dāng)于實(shí)戰(zhàn)前的一次演練。通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)可是把我們以前學(xué)的專業(yè)知識(shí)系統(tǒng)的連貫起來(lái)，使我們?cè)跍亓?xí)舊知識(shí)的同時(shí)也可以學(xué)習(xí)到很多新的知識(shí)；這不但提高了我們解決問(wèn)題的能力，開(kāi)闊了我們的視野，在一定程度上彌補(bǔ)我們實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的不足，為以后的工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
感謝母校——河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校的辛勤培育之恩！感謝材料工程系給我提供的良好學(xué)習(xí)及實(shí)踐環(huán)境，使我學(xué)到了許多新的知識(shí)，掌握了一定的操作技能。
通過(guò)對(duì)端蓋制件冷沖模的設(shè)計(jì)，我對(duì)沖裁模有了更為深刻的認(rèn)識(shí)，特別是這種落料拉深沖孔級(jí)進(jìn)模的設(shè)計(jì)。在模具的設(shè)計(jì)過(guò)程中也遇到了一些難以處理的問(wèn)題，雖然設(shè)計(jì)中對(duì)它們做出了解決 ，但還是感覺(jué)這些方案中還是不能盡如人意，如壓力計(jì)算時(shí)的公式的選用、凸凹模間隙的計(jì)算、卸件機(jī)構(gòu)選用、工作零件距離的調(diào)整，都可以進(jìn)行進(jìn)一步的完善，使生產(chǎn)效率提高。
歷經(jīng)近三個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)即將結(jié)束，敬請(qǐng)各位老師對(duì)我的設(shè)計(jì)過(guò)程作最后檢查。在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中通過(guò)參考、查閱各種有關(guān)模具方面的資料，請(qǐng)教各位老師有關(guān)模具方面的問(wèn)題，并且和同學(xué)的探討，模具設(shè)計(jì)在實(shí)際中可能遇到的具體問(wèn)題，使我在這短暫的時(shí)間里，對(duì)模具的認(rèn)識(shí)有了一個(gè)質(zhì)的飛躍。
從陌生到開(kāi)始接觸，從了解到熟悉，這是每個(gè)人學(xué)習(xí)事物所必經(jīng)的一般過(guò)程，我對(duì)模具的認(rèn)識(shí)過(guò)程亦是如此。經(jīng)過(guò)近三個(gè)月的努力，我相信這次畢業(yè)設(shè)計(jì)一定能為三年的大學(xué)生涯劃上一個(gè)圓滿的句號(hào)，為將來(lái)的事業(yè)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
在這次設(shè)計(jì)過(guò)程中得到了老師以及許多同學(xué)的幫助，我受益匪淺。在此，再次感謝各位老師特別是我的導(dǎo)師于智宏師在這一段時(shí)間給予無(wú)私的幫助和指導(dǎo)，并向他們致于深深的敬意，對(duì)關(guān)心和指導(dǎo)過(guò)我各位老師表示衷心的感謝!
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