【正文】 成時間 2021 年 5 月 I 摘要 沖壓又稱冷沖壓作為現(xiàn)代工業(yè)中一種十分重要的加工方法，被廣泛應(yīng)用于汽車、能源、機械、家用電器、航空航天、國防工業(yè)和日常生活的生產(chǎn)中。本設(shè)計是家用溫控開關(guān)的設(shè)計，并對產(chǎn)品的模具產(chǎn)品圖進行沖壓模工業(yè)分析和模具設(shè)計，將冷沖壓模具的相關(guān)知識作為依據(jù)，闡述冷沖壓模具的設(shè)計過程。綜合考慮產(chǎn)品的經(jīng)濟性、零件的沖壓工藝性以及復(fù)雜程度和精確度等諸多因素，進行冷沖壓工藝分析與計算，提出合理的工 藝方案和機構(gòu)形式，介紹模具設(shè)計中的排樣與送料方式和卸料與導(dǎo)向方式， 還具體分析了模具的主要零部件（如凸凹模、卸料裝置、拉深凸模、墊板、固定板等）的設(shè)計與制造 。 列出了模具所需零件的詳細清單， 并繪制模具的裝配圖和各零件圖。對于鈑金件、鍛件、壓鑄件等生產(chǎn)，模具都扮演者重要的角色，模具是實現(xiàn)這些生產(chǎn)的重要工藝裝備。模具成形技術(shù)及模具設(shè)計與制造已成為當(dāng)代 工業(yè)生產(chǎn)的重要手段。 相對于國外工業(yè)發(fā)達國家，我國的模具工業(yè)和技術(shù)近幾年來雖然得到了十分快速的發(fā)展，但仍存在較大差距。 我國從改革開放以來，模具工業(yè)發(fā)展非常迅速。目前，中國模具的總量僅次于日本、美國，位居世界第三。 我國模具未來發(fā)展的趨勢 根據(jù)目前國內(nèi)和國際模具市場的發(fā)展?fàn)顩r，我國的模具行業(yè)在未來將做出很大的調(diào)整，發(fā)展趨勢將會出現(xiàn)以下一些現(xiàn)象：一是模具日趨大型化；二是塑料模具的比例將不斷增大；三是模具的精度將越來越高；四是模具標(biāo)準(zhǔn)化和標(biāo)準(zhǔn)件的應(yīng)用將日漸廣泛；五是多功能復(fù)合模具將進一步發(fā)展；六是快速經(jīng)濟模具的前景十分廣闊；七是壓鑄模具的比例將不斷提高；八是模具技術(shù)含量將不斷提高，中高檔模具比例將不斷增大。 研究意義 模具工業(yè)是 我國 國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)工業(yè)。冷沖壓技術(shù)的發(fā)展和模具技術(shù)的發(fā)展是相互促進，共同發(fā)展的。 在空調(diào)、飲水機、熱水器、消毒柜、電蒸鍋等電器中家用溫控開關(guān)能夠起到控溫開關(guān)的作用。 模具制造 對制造業(yè)的作用是重大的，具有深遠意義。我希望我自己能夠掌握各種模具制造方法的基本原理和特點。并且掌握各種制造方法對模具結(jié)構(gòu)的要求，使得自己具備一定的分析模具結(jié)構(gòu)工藝性的能力。通過了解國內(nèi)先進的模具制造技術(shù)，盡量采用新工藝、新技術(shù)。 3 第二章 分析零件的工藝性和確定工藝方案 家用溫控開關(guān)的設(shè)計 設(shè)計零件 家用溫控開關(guān)，零件圖如下： 圖 21所示為家用溫控開關(guān)零件圖，沖壓材料為 Q235A 普通碳素鋼，厚度為 ，大批量生產(chǎn)。 零件名稱 :家用溫控開關(guān) 生產(chǎn)批量 :大批 材料 :Q235A 普通碳素鋼 厚度： t= 圖 21 家用溫控開關(guān)零件圖 沖壓件的工藝分析 （ 1）材料 :該沖裁件的材料是 Q235A，是普通 碳素鋼，它具備良好的沖壓性能。外形有多處圓弧，但幾何結(jié)構(gòu)不算很復(fù)雜， 難度一般。 該零件可看成帶凸緣的筒形件，料厚 t=，拉深后厚度不變；零件底部圓角半徑 r=3mm 凸緣處的圓角半徑也為 R=5mm；尺寸公差都為自由公差，滿足拉深工藝對精度等級的要求。 4 （ 3）尺寸精度 :因為零件的精度要求比較低，對于沒有標(biāo)注 的公差尺寸按照 公差數(shù)值 IT14 精度來處理 。 沖裁件斷面質(zhì)量 沖裁件在斷面質(zhì)量和毛刺高上相對沒有特別嚴格的要求。 沖裁件所用的材料 Q235A 是普通碳素鋼 ，為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，其力學(xué)性能是強度、硬度和塑性指標(biāo)適中，經(jīng)熱處理后，用沖裁的加工方法是完全可以成形的。 冷沖壓工藝方案的確定 由零件圖，如圖 22 零件立體圖可知，零件包括落料、沖孔、拉伸，三個基本工序，可采用以下三種工藝方案： （ 1） 沖孔、拉深、落料，采用單工序模生產(chǎn)。 （ 3） 沖孔、拉深、落料，采用級進 模生產(chǎn)。 方案（ 2）只需要一套模具就可以得到形位精度和尺寸精度同時得到保證的沖壓件，并且生產(chǎn)率較高。 方案（ 3）也只需一套模具，生產(chǎn)率也較高，但零件的沖壓精度較復(fù)合模低。 5 圖 22家用溫控開關(guān)立體圖 模具結(jié)構(gòu)形式的確定 正裝式復(fù)合模和倒裝式復(fù)合模結(jié)構(gòu)的比較見下表 21。故從沖裁件質(zhì)量、經(jīng)濟性和安全性前提下，綜合考慮采用正裝復(fù)合模。正確的排樣方法可以提高材料利用率、降低成本、保證沖裁件質(zhì)量和模具壽命。 根據(jù)合理地利用材料原則，條料進行時可考慮如下三 種方法進行： （ 1） 有廢料排樣：該方法精度高，模具壽命高，但材料利用率低。但是材料利用率高，沖裁結(jié)構(gòu)簡單。 通過上述三種方法的綜合分析比較，結(jié)合模具壽命和沖裁質(zhì)量的對比，該沖裁件的排樣方式選擇為廢料排樣最佳。 搭邊方案的確定 排樣時毛坯外形與條料側(cè)邊及相鄰毛坯外形之間設(shè)置的工藝廢料稱為搭邊。 搭邊寬度的選取需要考慮的因素： ； ； ； 。 模具有側(cè)壓裝置時，條料在側(cè)壓裝置的頂壓下始終沿某一側(cè)的導(dǎo)料板送進。 z， ? 查 【 6】 第 196 頁表 偏差值。材料的利用率是指沖裁件的實際面積與所用板料面積的百分比。 ?越大，廢料所占面積越小，利用率越大。 單工序模，壓力機的一次行程中，一個工位只完成一個沖壓工序的模具。 復(fù)合模，相對于單工序模它能同時完成兩道或兩道以上沖壓工序的模具。復(fù)合模壓料較好，沖件平整精度高，并且大批量生產(chǎn)，生產(chǎn)效率也較高。 級進模（也稱連續(xù)模），對于上述兩種模具，它具有兩個或更多的工位，在不同的工位上逐次完成不同的沖壓工序，并在最后一個工序上沖出工件的模具。但是級進模一般沖裁零件結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜的制品。并且因為沖裁件的幾何結(jié)構(gòu)較為簡單，它降低了模具的加工難度。 定位方式的確定 定位零件能保證沖出合格的制品，它確保條料或者毛坯準(zhǔn)確地送進模具中。 導(dǎo)料板的選擇 屬于送料導(dǎo)向的定位零件有導(dǎo)料銷，導(dǎo)料板、側(cè)壓板等。根據(jù)上面的計算， 采用國家標(biāo)準(zhǔn)，查 【 6】 第 1130頁表 導(dǎo)料板長度 mmL 200? ，寬度 mmB 32? ，厚度 mmH 6? 。 圖 31導(dǎo)料板的立體圖 9 表 導(dǎo)料板（ JB/)(mm) L B H 4 6 8 10 12 200 32 * * * 注： *為可選用尺寸。因為圓柱擋料銷制造簡單，使用方便，適應(yīng)于彈性卸料板的沖模中。采用標(biāo)準(zhǔn)，圓柱擋料銷見 【 6】 第 1140 頁表 TJB/ ? 。 圖 32擋料銷的立體圖 表 固定擋料銷（ JB/） (mm) d(h11) d(m6) h L 基本尺寸 極限偏差 基本尺寸 極限偏差 6 0 3 + + 3 8 10 壓料裝置 常見的帶限位壓料裝置的結(jié)構(gòu)型式見表 【 6】 第 571 頁表 ，因為制件首次拉深故采用左邊第一個圖，壓邊圈形狀采用平面形，形狀圖見 【 6】 第 571 頁圖 。 卸料板的選擇 剛性卸料是采用固定卸料板結(jié)構(gòu)。因此，當(dāng)沖裁板料較厚（大于 ）、卸料力較大、平面度要求不很高的沖裁件時，一般采用固定卸料裝置。采用彈性卸料裝置得到的沖裁零件質(zhì)量較好，平面度也較高。 因為沖裁件 平直度要求較高，料厚為 相對 較薄，而卸料力并不是不大，由于彈壓卸料模具比剛性卸料模具方便，綜 合考慮選取彈性卸料裝置。 表 （ mm） 制件厚度 t 卸料板厚度 125~200 H 固 H 彈 ～ 12 16 表 （ mm） 材料厚度 t 1 單面間隙 c 出件方式 因采用正裝式復(fù)合模生產(chǎn)，落料凹模在下模，故采用上出件為佳。 送料方式的確定 因為采用自動化送料裝置，并采用鉤式送料裝置，它是條料、卷料送料裝置中結(jié)構(gòu)最簡單的一種，它主要由送料鉤、止回銷和驅(qū)動機組成。 導(dǎo)向方式的選擇 方案一：采用對角導(dǎo)柱模架。 方案二：采用后側(cè)導(dǎo)柱模架。但是 11 導(dǎo)套導(dǎo)柱單邊容易磨損，模具使用壽命受到嚴重影響，且不能使用浮動模柄。對于沖壓件尺寸較大或精度要求較高的沖壓零件，以及大批量生產(chǎn)的才采用此模架。因為導(dǎo)柱安裝在模具的對稱線上，所以只能縱向送料，一般用于單工序?；驈?fù)合模。該復(fù)合模采用對角導(dǎo)柱的導(dǎo)向方式最合理，即方案一最佳。 圖 33對角導(dǎo)柱的立體圖 12 第四章 模具主要工藝參數(shù)的計算 沖裁工藝的設(shè)計分析 沖裁工藝性主要指的是沖裁件各方面如何才能滿足制件質(zhì)量要求，主要包括模具刃口因素、沖裁件的材質(zhì)、尺寸與形狀、對沖裁件的質(zhì)量要求以及對制件的設(shè)計等。單邊間隙用 C 表示，雙邊間隙 Z。 圓形沖裁模雙邊間隙為 凸凹 DDZ ?? 。 沖裁間隙值的大小影響著模具壽命、沖裁件質(zhì)量、卸料力和沖裁力，它是模具設(shè)計中的一個重要內(nèi)容。 圖 41間隙圖 間隙對沖裁工作的影響 （ 1）間隙對制件質(zhì)量的影響； （ 2）間隙對沖裁力的影響； （ 3）間隙對卸料力、推件力或頂件力的影響； 13 （ 4）間隙對模具壽命的影響； （ 5）間隙增大使沖裁工藝力減小。 用普通平刃口模具沖裁時，沖裁力 F 一般按下面 (42)公式計算： ?KLtF ?沖 (42) 式中： 沖F —— 沖裁力（ N）； L—— 沖裁件周長，經(jīng)計算 L=； t—— 材料的厚度， t=； ? —— 材料剪切強度（取 ? =330MPa）； K—— 系數(shù)，一般 K取 。 故孔 mm8? 的沖裁力 NtKLF 6 1 6 43 3 ?????? ?孔孔 兩個孔 mm8? 的總沖裁力 KNNFF ???? 孔總孔 卸料力及推件力計算 卸料力：凸模上將零件或廢料卸下來所需的力。頂件力：將卡在凹模中的料逆著沖裁力方向頂出所需的力。 表 41 推件力系數(shù)、頂件力系數(shù)和卸料力系數(shù) 料厚 /mm 1K 2K 3K 鋼 ≤ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ 鋁、鋁合金 純銅、黃銅 ~ ~ ~ ~ 注：卸料力系數(shù) 3K 在沖孔、大搭邊和輪廓復(fù)雜制件時取上限。 故，卸料力： KNNFKF ????? （取 ?K ） 頂件力： KNNFKF 6 8 4 7 2 ????? （取 ?K ） 推件力： KNNFnKF ?????? （取 ?K ， n=2） 拉深力的計算 拉深力的計算通常采用經(jīng)驗公式進行計算。 故 KNNkdtF b 5 1 7 114 2 ???????? ??拉 壓邊力的計算 壓邊圈的壓力過大會使制件拉裂并且要增大拉深力，而壓邊圈的壓力過低就會使工件的邊壁或凸緣起皺。 故 KNNAqF 4 1 ) 9 2 6( 2 ???????壓 拉深 功的計算 不變薄拉伸得公式： 3max 10 ??? hcFW （ 49） 式中： W—— 拉深功（ J）； ma x F —— 最大拉伸力（ N）； h—— 拉深深度（ mm）； c—— 系數(shù)。 故 JhcFW 5 5 1 7 33m a x ??????? ?? 初選壓力機 壓力機噸位的大小的選擇，首先要以沖壓工藝所需的變形力為前提，并且要求設(shè)備的 壓力要大于所需的變形力，而且還要有一定的力量儲備，以防萬一。 因 拉落 FF? ，故 模具的總沖壓力為： KNFFFFFFF ????????????? 壓拉總孔落總 應(yīng)選的壓力機公稱壓力 ? ? ?? FP ~ 取為 ，則公稱壓力為： KNFP 3 2 ???? ? 因此查 【 3】 第 232 頁附錄 4附表 5初選閉式單點壓力機 JB23/40。沖模的壓力中心，理應(yīng)盡可能通過模具中心并與壓力機滑塊中心重合，以免偏心載荷使模具歪斜，間隙不均，從而加速壓力機和模具的導(dǎo)向部分及凸、凹模刃口的磨損。確定壓力中心，建立如下圖 42 坐標(biāo)系： 圖 42壓力中心圖 由圖可知，該形狀關(guān)于 X軸左右對稱，關(guān)于 Y 軸上下對稱，則壓力中心為該圖形的幾何中心。該點坐標(biāo)為（ 0， 0）。若 trr )~()( ?凹凸 或 ，須增加整形。 （ 2）計算毛坯尺寸 為了保證零件的尺寸必須考慮材料的各向異性和拉深時金屬流動條件的差異等因素，就必須留出修邊余量。這樣在計算毛坯尺寸的時候就必需加上修邊余量然后再進行毛坯的展開尺寸計算。所有在設(shè)計工藝過程時，可以不考慮毛坯厚度的變化，并且考慮金屬在塑性變形過程中保持體積不變，因而，在計算拉深件的的毛坯展開尺寸時，可以認為在變形前后的毛坯和拉深間的表面積相等。 計算 ??dd f 。 毛坯形狀圖如下 51： 圖 51毛坯圖 計算拉深次數(shù) 極限拉深系數(shù)值用理論計算的 方法確定。 零件總拉深系數(shù)為： ??? Ddm總； 相對凸緣直徑為： ???dd t，屬于帶大凸緣拉深件； 相對拉深高度