【正文】 金屬加工方式，它是建立在金屬塑性變形的基礎(chǔ)上，使用模具和沖壓設(shè)備對板料金屬進(jìn)行加工 ，從而得到所需要的零件形狀和尺寸。沖壓具備生產(chǎn)率高、產(chǎn)品尺寸精度穩(wěn)定、操作簡單、加工成本低、材料利用率高、容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動化等一系列優(yōu)點(diǎn)，特別適合于大量生產(chǎn)。正文主要是根據(jù)零件的生產(chǎn)技術(shù)要求，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的模具。 內(nèi)容主要包括：拉深原理分析、拉深工藝分析、模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算。在整個設(shè)計(jì)過程中，分性零件加工工藝和模具的設(shè)計(jì)是同樣的重要，同時模具是為實(shí)際生產(chǎn)所服務(wù)，所以，設(shè)計(jì)出來的模具結(jié)構(gòu)不但要可行，即達(dá)到預(yù)期目的，而且要讓工人操作起來簡單方便，另外還要盡量少花錢，即經(jīng)濟(jì)性。該模具易于制造，可在普通沖床上使用，適合在生產(chǎn)中推廣應(yīng)用。近年 來，模具工業(yè)一直以 15%左右的增長速度快速發(fā)展，模具工業(yè)企業(yè)的所有制成分也發(fā)生了巨大變化，除了國有專業(yè)模具廠外，集體、合資、獨(dú)資和私營也得到了快速發(fā)展。 從起步到現(xiàn)在，我國模具工業(yè)已經(jīng)走過了半個多世紀(jì)。有關(guān)專家表示，我國的加工成本相對較低 ，模具加工業(yè)日趨成熟，技術(shù)水平不斷提高，人員素質(zhì)大幅提高，國內(nèi)投資環(huán)境越來越好，各種有利因素使越來越多國外企業(yè)選擇我國作為模具加工的基地。目前，模具技術(shù)已成為衡量一個國家產(chǎn)品制造水平高低的最重要標(biāo)志 ， 它決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。此外，許多研究機(jī)構(gòu)和大專院校開展模具技術(shù)的研究和開發(fā)。 例如，吉林大學(xué)汽車覆蓋件成型技術(shù)所獨(dú)立研制的汽車覆蓋件沖壓成型分析 KMAS軟件，華中理工大學(xué)模具技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的注塑模、汽車覆蓋件模具和級進(jìn)模CAD/CAE/CAM 軟件，上海交通大學(xué)模具 CAD 國家工程研究中心開發(fā)的冷沖模和精沖研究中心開發(fā)的冷沖模和精沖模 CAD 軟件等在國內(nèi)模具行業(yè)擁有不少的用戶。 例如，精密加工設(shè)備在模具加工設(shè)備中的比重比較低；CAD/CAE/CAM 技術(shù)的普及率不高；許多先進(jìn)的模具技術(shù)應(yīng)用不夠廣泛等等，致使相當(dāng)一部分大型、精密、復(fù)雜和長壽命模具依賴進(jìn)口。因此，模具標(biāo)準(zhǔn)件品種規(guī)格少、供應(yīng)不及時、配件性等問題長期存在。 20世紀(jì) 80年代以來，中國模具工業(yè)的發(fā)展十分迅速。 2022 年我國模具工業(yè)總產(chǎn)值已達(dá) 280 億元人民幣。 在冷沖模具方面，代表當(dāng)代模具技術(shù)水平的汽車覆蓋件模具，我國東風(fēng)汽車公司模具廠、第一汽車廠模具中心等都能制造，他們在 CAD/CAM/CAE 沖壓件質(zhì)量及模具性能方面，均以達(dá)到或接近國際先進(jìn)水平，多工位連續(xù)模和多功能模具是我國重點(diǎn)發(fā)展的精密、高校模具品種 [1]。 我國模具行業(yè)將向大型、精密、復(fù)雜、高效、長壽命和多功能方向發(fā)展。用模具成型的制件所表現(xiàn)出來的高精度、高復(fù)雜性、高一致性、高生產(chǎn)率和低消耗，是其他加工制造方法所無法比擬。 模具標(biāo)準(zhǔn)件的應(yīng)用將日漸廣泛，模具標(biāo)準(zhǔn)化及模具標(biāo)準(zhǔn)件的應(yīng)用能極大地影響模具制造周期。同時，快速經(jīng)濟(jì)模具的前景十分廣闊。例如研制各種超塑性材料來制作模具；用環(huán)氧、聚酯或在其中填充金屬、玻璃等增強(qiáng)物制作簡易模具 ,這類模具制造工藝簡單，精度易控制，收縮率較小，價(jià)格便宜，壽命較高 [2]。另外采用計(jì)算機(jī)控制和 機(jī)械手操作的快速換模裝置、快速試模裝置技術(shù)也會得到發(fā)展和提高。隨著車輛和電機(jī)等產(chǎn)品向輕量化方向發(fā)展，對壓鑄模的數(shù)量、壽命和復(fù)雜程度將提出越來越高的要求。 國內(nèi)相當(dāng)多的模具企業(yè)普及了計(jì)算機(jī)繪圖，應(yīng)用各種 CAD 軟件進(jìn)行模具設(shè)計(jì)。在模具 CAD/CAE/CAM 技術(shù)、冷沖模和精沖模 CAD 軟件、模具的電加 工和數(shù)控加工技術(shù)、快速成型技形（ RP）和快速制模技術(shù)、新型模具材料等方面都取得了長足的進(jìn)步和顯著的成果 [3]。達(dá)到這一要求急需發(fā)展如下幾項(xiàng)： (1)全面推廣 CAD/CAM/CAE 技術(shù) (2)高速銑削加工 (3)模具掃描及數(shù)字化系統(tǒng) (4)電火花銑削加工 (5)提高模具標(biāo)準(zhǔn)化程度 (6)優(yōu)質(zhì)材料及先進(jìn)表面處理技術(shù) (7)模具研磨拋光將自動化、智能化 (8)模具自動加工系統(tǒng)的發(fā)展 這是我國長遠(yuǎn)發(fā)展的目標(biāo)。 4 山 西 農(nóng) 業(yè) 大 學(xué) 信 息 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 2 拉伸的工藝設(shè)計(jì) 拉伸的基本原理 拉伸的概念與分類 拉深利用拉深模將一定形狀的平面坯料或空心件制成開口空心件的沖壓工序。拉深件的種類很多，按變形力學(xué)特點(diǎn)可以分為四種基本類型，如圖 21所示。直徑為 D、厚度為 t的圓形毛坯經(jīng)過拉深模拉深，得到具有外徑為 d、高度 為 h的開口圓筒形工件。 ，凸緣部分材料由于拉深力的作用，徑向產(chǎn)生拉應(yīng)力 ，切向產(chǎn)生壓應(yīng)力 。 3．圓筒形件拉深的變形程度，通常以筒形件直徑 d與坯料直徑 D的比值來表示，即 m=d/D，其中 m 稱為拉深系數(shù)， m 越小，拉深變形程度越大；相反， m 越大，拉深變形程度就越小。 根據(jù)應(yīng)力應(yīng)變的狀態(tài)不同，可將拉深坯料劃分為凸緣平面區(qū)、凸緣圓角區(qū)、筒壁區(qū)、筒底圓角區(qū)、筒底區(qū)等五個 區(qū)域。在厚度方向，由于壓料圈的作用，產(chǎn)生了壓應(yīng)力 ，但通常 和 的絕對值比 大得多。如果不壓料 ( ＝ 0)，或壓料力較小 ( 小 )，這時板料增厚比較大。 6 山 西 農(nóng) 業(yè) 大 學(xué) 信 息 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 圖 23 拉深過程的應(yīng)力與應(yīng)變狀態(tài) 2．凸緣圓角部分 (B 區(qū) ) 這是位于凹模圓角部分的材料，徑向受拉應(yīng)力 而伸長，切向受壓應(yīng)力 而壓縮，厚度方向受到凹模圓角的壓力和彎曲作用產(chǎn)生壓應(yīng)力 。 3．筒壁部分 (C 區(qū) ) 這部分材料已經(jīng)形成筒形，材料不再發(fā)生大的變形。 4．底部圓角部分 (D 區(qū) ) 這是與凸模圓角接觸的部分，它從拉深開始一直承受徑向拉應(yīng)力 和切向拉應(yīng)力的作用，并且受到凸模圓角的壓力和彎曲作用，因而這部分材料變薄最嚴(yán)重，尤其與側(cè)壁相切的部位，所以此處最容易出現(xiàn)拉裂，是拉深的 “ 危險(xiǎn)斷面 ” 。它受切向和徑向的雙向拉應(yīng)力作用，變形是雙向拉伸變形，厚度弱有減薄。 7 山 西 農(nóng) 業(yè) 大 學(xué) 信 息 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 上述筒壁區(qū)、底部圓角區(qū)和筒底區(qū)這三個部分的主要作用是傳遞拉深力，即把凸模的作用力傳遞到變形區(qū)凸緣部分，使之產(chǎn)生足以引起拉深變形的經(jīng)向拉應(yīng)力 σ1，因而又叫傳力區(qū)。 (2) 拉深件壁厚公差或變薄量要 求一般不應(yīng)超出拉深工藝壁厚變化規(guī)律。 (3) 當(dāng)零件一次拉深的變形程度過大時，為避免拉裂，需采用多次拉深，這時在保證必要的表面質(zhì)量前提下，應(yīng)允許內(nèi)、外表面存在拉深過程中可能產(chǎn)生的痕跡。 (5) 拉深件的底部或凸緣上有孔時，孔邊到側(cè)壁的距離應(yīng)滿 a≥ R+(或 r+)。否則，應(yīng)增加整形工序。 (7) 拉深件的徑向尺寸應(yīng)只標(biāo)注外形尺寸或內(nèi)形尺寸，而不能同時標(biāo)注內(nèi)、外形尺寸。若以上部為基準(zhǔn)，高度尺寸不易保證，如圖 24(b)所示。對于精度要求高的拉深件，應(yīng)在拉深后增加整形工序，以提高其精度 ,由于材料各向異性的影響，拉深件的口部或凸緣外緣一般是不整齊的，出現(xiàn)“突耳”現(xiàn)象，需要增加切邊工序 [5]。屈強(qiáng)比 σs/σb 值越小，一次拉深允許的極一次拉深的最小拉深系數(shù)為 m= ~ ； 65Mn 鋼的 σs/σb≈，其一次拉深的最小拉深系數(shù)為m=~ 。 板厚方向性系數(shù) r 和板平面方向性系數(shù) ?r 反映了材料的各向異性性能。 9 山 西 農(nóng) 業(yè) 大 學(xué) 信 息 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 3 零件的主要參數(shù)計(jì)算 材料是 08 鋼，厚度為 ㎜ 。本設(shè)計(jì)的產(chǎn)品材料是 08 鋼，如圖所示，屬于低碳鋼 ,由于強(qiáng)度低 ,塑性好 ,適用于制造受力不大的沖壓件和拉深件 ,并有利于沖壓成形和制件質(zhì)量的提高 ,還具有良好的沖壓成形性能 ,即有良好的抗破裂性 ,良好的貼模和定形性 ,所以具有良好的沖壓性能 [8]。 拉深凹模與凸模的間隙 拉深模間隙是指單面間隙，間隙的大小對拉深力，拉深件的質(zhì)量，拉深模的壽命都有影響，若 c 值大小，凸緣區(qū)變厚的材料通過間隙時，校正和變形的阻力增加，與模具表面間的摩擦，磨損嚴(yán)重，使拉深力增加，需件變薄嚴(yán)重，甚至拉破，模具壽命降低 ,間隙小時得到 的零件側(cè)壁平直而光滑，質(zhì)量較好，精度較高 [9]。因此拉深模的間隙值也應(yīng)合適，確定 c時要考慮壓邊狀況，拉深次數(shù)和工件精度高。不用壓邊圈時，考慮到起皺的可能性取間隙值為： C=（ 1～ ） tmax 此工件的拉深間隙可取， C== 凹模和凸模尺寸 零件公差 0?? 查表《沖壓手冊》 P307，表 476），得： 凸模制造公差 錯誤 !未找到引用源。 凸凹模單邊間隙值： C= ㎜ 凹模尺寸： D 凹 =? ? ?? ??? ?D (32) 凸模直徑： D 凸 =? ? 0 ?? ???????? ?CD (33) 凹模與凸模圓角半徑 拉深時，材料在經(jīng)過凹模圓角時不僅因?yàn)榘l(fā)生彎曲變形需要克服彎曲阻力，還要克 11 山 西 農(nóng) 業(yè) 大 學(xué) 信 息 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 服因相對流動引起的磨檫阻力，所以其大小對拉伸工件的影響非常大。 r 凹 小時材料對凹模的壓力增加，磨檫力增大，磨損加劇，使磨具的壽命降低 ,則 r 凹 的值即不能太大，也不能太小 [10]。通常可按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算： r 凹 = ? ?tdD? = ? ? ??? 凸模圓角半徑對拉深工序的影響沒有凹模圓角半徑大，但其值也必須合格 r 凸=? ?1~ r 凹 = 其中 D 為毛坯直徑，【 D】為 ㎜ ； d 為凹模直徑，【 d】為㎜； t 為材料厚度，【 t】為㎜。 12 山 西 農(nóng) 業(yè) 大 學(xué) 信 息 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 4 拉伸模各個零件的結(jié)構(gòu)尺寸 凹模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 凹模的外形一般有矩 形與圓形兩種。本凹模采用帶肩圓凹模 ,其凹模高度 h=50mm。 凹模結(jié)構(gòu)如圖 41 所示 圖 41 凹模 凸模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 拉深凸模采用臺階式，也是采用車床加工 ,陷入下模座配合按 H7/k6 的配合 ,再用螺釘固定。 圖 42 凸模 13 山 西 農(nóng) 業(yè) 大 學(xué) 信 息 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 墊板的設(shè)計(jì) 墊板的作用是承受凸模和凹模的壓力，防止過大的沖壓，在上下模座上壓出凹坑，影響模具的正常工作，墊板厚度根據(jù)壓 力機(jī)的大小選擇，尺寸為 3032。如圖 43 所示 圖 43 墊板 固定板的設(shè)計(jì) 固定板的作用起固定凸、凹模，防止其在沖壓過程中松動，造成模具的損壞，固定板的形狀要根據(jù)凸、凹模而定，而外形尺寸與墊板相似。凹模固定板外徑 100 ㎜ ，高度為 25 ㎜ ,如圖所示。 圖 45 卸料板 模柄的設(shè)計(jì) 模柄有多種形式，要根據(jù)模具的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，選用模柄的形式模柄的直徑根據(jù)所選壓力機(jī)的模柄孔徑確定，經(jīng)查閱各種模柄的特點(diǎn)，選用下圖模柄，這種模柄應(yīng)用比較廣泛[11]。 圖 46 模柄 15 山 西 農(nóng) 業(yè) 大 學(xué) 信 息 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 上下模座的設(shè)計(jì) 冷沖壓技術(shù)的發(fā)展和新型模具材料的出現(xiàn)，模具結(jié)構(gòu)也發(fā)生了一定的變化，雖然模具的結(jié)構(gòu)類型很多，但對其基本要求是一致的。 模架的選擇可從《沖壓手冊》 P596 選擇標(biāo)準(zhǔn)架。 表 41 中間導(dǎo)柱圓形上模座尺寸 凹模周界0D t BD S R 2l ? ?7HD ? ?71 HD 100 30 110 145 35 60 32 32 圖 47（ 1） 上模座 16 山 西 農(nóng) 業(yè) 大 學(xué) 信 息 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 表 42 中間導(dǎo)柱圓形下模座尺寸 凹模周界 0D t 1t BD 2D S R 1R 1l 2l d 100 40 25 110 160 145 35 60 50 60 22 圖 47（ 2） 下模座 導(dǎo)柱為： 22130 導(dǎo)套為： 227028 17 山 西 農(nóng) 業(yè) 大 學(xué) 信 息 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 5 壓力機(jī)的選擇 相關(guān)力的計(jì)算 沖裁力的計(jì)算 在沖裁過程中，沖裁力是隨凸模進(jìn)入凹模材料的深度而變化的。 沖裁力計(jì)算公式： F 沖 =? 式中： F— 沖裁力； L— 沖裁輪廓的總長度； t— 板料厚度； ? — 材剪料的抗強(qiáng)度 材料為 08 鋼，故 ? 取 250， 所以 F 沖 =? =552250=112255N (51) 推件力的計(jì)算 F 推 =n K 推， F 沖 = ?? F 沖 =25605N (52) 查《模具工程大典》 [6]表 237： 表 237 卸料力、推件力