畢業(yè)設(shè)計（論文）壓緊彈簧座冷沖壓工藝與模具設(shè)計

1、壓緊彈簧座冷沖壓工藝與模具設(shè)計楊世恩西南大學工程技術(shù)學院，重慶 400716摘要：在此次設(shè)計中分析了壓緊彈簧座沖壓件的結(jié)構(gòu)及工藝性。詳細介紹了圓筒形拉深件的毛坯展開尺寸的計算方法及工序計算，通過對零件的工藝分析，改進了工藝方案，確定了合理的沖壓工藝方案。為了減少模具的投入取得良好效果，設(shè)計了落料-拉伸、沖孔-整形兩套復合模具，用一套復合模來完成落料拉深工序，用另一套復合模來完成拉深兼整形工序；并介紹了沖壓各工序模具的結(jié)構(gòu)特點及工作過程，并對模具主要零件的設(shè)計制造作了介紹；對落料拉深模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計、模具關(guān)鍵參數(shù)的選取以及模具工作過程作了闡述；該模具結(jié)構(gòu)合理、可靠、工作穩(wěn)定，能保證產(chǎn)品質(zhì)量，對相同

2、類型零件的模具設(shè)計具有參考作用。關(guān)鍵詞：沖壓工藝；模具設(shè)計；彈簧座；中批technological analysis of the compress spring block and design of the dieyang shiencollege of engineering and technology, southwest university, chongqing 400716, chinaabstract: the structure and the technological process of the compress spring block were analyzed

3、.the calculation of the performs cylinder-shaped draw blacking and the process were introduced in the design .by the technology analysis of the parts; the paper improves the technical scheme. appropriate stamping process plan was determined through the analysis of forming process of compress spring

4、block parts. over the punching process analysis to parts, two compound dies are designed, a set of procedures of compound die to complete blanking and drawing are used. another compound die is to complete drawing and sizing. the structure and working process of die on each operation were introduced.

5、 as well as, the main parts design and manufacture of die are stated.key words: hurtle to press the craft; the molding tool design; spring block; medium batch文獻綜述近幾十年來，沖壓技術(shù)有了飛速的發(fā)展，它不僅表現(xiàn)在許多新工藝與新技術(shù)在生產(chǎn)中的廣泛應用上，更重要的是人們對沖壓技術(shù)認識與掌握的程度有了質(zhì)的飛躍。在20世紀50年代，沖壓技術(shù)還處于主要依靠從實踐中總結(jié)出來的沖壓工藝方法和工藝參數(shù)，能夠制造出具有典型特征與規(guī)則形狀的沖壓件。但是對所

6、應用的沖壓成形方法的變形機理和沖壓成形的規(guī)律并不十分了解，缺少必要的理論基礎(chǔ)知識作為實際工作的指導。到20世紀末，沖壓技術(shù)有了很大的進步，人們已經(jīng)對經(jīng)常用的各種工藝方法的成形機理有了基本的了解，也總結(jié)出一些可以作為沖壓成形理論內(nèi)容的沖壓變形規(guī)律，可以在對沖壓成形機理深入了解的基礎(chǔ)上，開發(fā)更為先進的沖壓工藝方法和改進沖壓工藝過程。沖壓工藝在機電產(chǎn)品制造行業(yè)中應用廣泛，而沖模是實現(xiàn)沖壓工藝的主要工藝裝備，在制造行業(yè)中占有重要地位。沖模技術(shù)的水平直接和生產(chǎn)率、產(chǎn)品質(zhì)量（尺寸公差和表面粗糙度等）、一次刃磨的壽命以及設(shè)計和制造模具的周期緊密相關(guān)。提高沖模技術(shù)水平有利于獲得優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、廉價的產(chǎn)品，技

7、術(shù)經(jīng)濟效果顯著，深受制造行業(yè)的重視。1、沖壓的概念、特點及應用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，從而獲得所需零件的一種壓力加工方法。沖壓通常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，隸屬于材料成形工程技術(shù)1。與機加工及塑性加工的其它方法相比，沖壓加工無論是在技術(shù)方面還是在經(jīng)濟方面都具有許多優(yōu)點。主要表現(xiàn)在：（1）沖壓加工的生產(chǎn)效率高，且操作方便，易于實現(xiàn)機械化與自動化。這是因為沖壓是依靠沖模和沖壓設(shè)備來完成加工，普通壓力機的行程次數(shù)為每分鐘幾十次，高速

8、壓力機每分鐘可達數(shù)百次甚至數(shù)千次以上，而且每次沖程就可能得到一個沖件。（2）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。（3）沖壓可加工出尺寸范圍較大、形狀較復雜的零件，如小到鐘表的指針，大到汽車縱粱、覆蓋件等，加上沖壓時材料的冷變形硬化效應，沖壓件的強度和剛度均較高。（4）沖壓一般沒有切屑生成，材料的消耗較少，且不需要其它加熱設(shè)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(shù)套模具才能加工成形，且模具制造精度高，技術(shù)

9、要求高，是技術(shù)密集形產(chǎn)品。所以，只有在沖壓件生產(chǎn)批量較大的情況下，沖壓加工的優(yōu)點才能充分體現(xiàn)，從而獲得較好的經(jīng)濟效益。沖壓在現(xiàn)代工業(yè)中，尤其是大批量生產(chǎn)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方法加工產(chǎn)品零部件，如：汽車、農(nóng)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大，少則60%以上，多則90%以上。不少過去用鑄造、鍛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。因此可以說，如果生產(chǎn)中不廣泛采用沖壓工藝，許多工業(yè)部門要提高生產(chǎn)效率、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本、進行產(chǎn)品 更新?lián)Q代等都是難以實現(xiàn)的2。2、沖壓成形

10、的研究方法 沖壓成形的研究工作，就是在正確而深入地了解沖壓成形過程的基礎(chǔ)上，認識沖壓成形過程中的各種規(guī)律性的內(nèi)容，并把它運用于解決沖壓生產(chǎn)中出現(xiàn)的各種實際問題。目前在沖壓成形方面開展的研究工作領(lǐng)域十分廣泛，而采用的研究方法也各有特點。但是，從本質(zhì)上可以把所有的沖壓研究工作概括成以下幾種類型。 圖（a）中正中間雙實線表示正規(guī)的規(guī)范化類型的理論研究工作。在這種理論研究工作中，把設(shè)備與模具的作用，根據(jù)變形金屬多晶體的微觀結(jié)構(gòu)的實際情況，分解成作用力的微觀成分，使其作用在金屬的微觀結(jié)構(gòu)上，研究金屬微觀結(jié)構(gòu)的變形行為，最終將這些微觀的變形結(jié)果匯總成為板料毛坯的宏觀變形。當然這種理論研究方法是十分科學的，

11、無可挑剔的。但是，由于當前的金屬學與力學的發(fā)展還不能滿足這樣的需要 fig.(a) analysis of stamping forming method所以這種規(guī)范性很強的理論研究工作還處于理想和期望的狀態(tài)，在實踐中是不存在的。由于規(guī)范化的純理論研究方法遇到了不可克服的困難，于是在沖壓成形的研究領(lǐng)域里出現(xiàn)了經(jīng)過某種簡化了的理論研究工作。這種理論研究工作的特點，在圖（a）中用單實線表示，它是當前理論研究方法的主流。這種理論研究方法，首先把金屬材料簡化成為理想的均勻固體，在進一步簡化金屬材料性能參數(shù)、邊界條件、毛坯的幾何參數(shù)的條件下，利用數(shù)學分析的方法研究沖壓成形過程，并用數(shù)學的方法描述沖壓成形

12、的各種規(guī)律性的內(nèi)容。由于前述的各種簡化的存在，必然使數(shù)學的運算和分析過程與真實的沖壓變形過程有某種程度的偏離，所以這種研究結(jié)果也必然是近似的，不能完全真實地反映沖壓變形過程。尤其是在較為復雜的沖壓成形時，這種理論研究方法就顯得不夠有力了。近年來，由于有限元方法與計算機技術(shù)的發(fā)展，使這種理論研究工作有了很大的進展，即使在復雜形狀沖壓件成形中也顯示出較好的應用前景。目前這種理論研究方法多用于某些較為具體的沖壓變形的研究，可以期望這種研究方法在沖壓成形基本規(guī)律的研究方面取得更多的成就。另一方面，由于這種理論工作中的簡化與假設(shè)的存在，為了證明這種理論研究結(jié)果的可信程度，實驗驗證工作是必需的。第三種沖壓

13、成形研究方法，如圖（a）中點劃線所表示。這種研究方法的特點是：無視沖壓成形時毛坯金屬在受力作用下產(chǎn)生變形的過程，而是僅僅把模具的結(jié)構(gòu)與工作部分的幾何參數(shù)、沖壓設(shè)備的作用特點等初始成形條件，用表象因果關(guān)系相聯(lián)系的方法，與成形結(jié)果直接聯(lián)系起來，明確它們之間的關(guān)系與規(guī)律，用以處理沖壓成形中的實際問題?？梢哉f這是一種比較合理的經(jīng)驗方法，也是目前在沖壓成形技術(shù)領(lǐng)域中應用較多的方法。雖然這種方法具有直觀、簡單實用、易為生產(chǎn)技術(shù)人員接受等優(yōu)點。但是，由于它具有很強的局限性、而且也不能深入揭露真實的沖壓變形過程，影響人們對沖壓成形認識的深入，所以它不是沖壓成形研究工作的根本方法，不宜用這種方法深入地探索沖壓成

14、形中規(guī)律性的內(nèi)容。第四種沖壓成形的研究方法，如圖（a）中的虛線所表示，它是應用力學與金屬學的基礎(chǔ)知識，對沖壓成形中的各種問題進行分析、加工、與概括，明確沖壓成形的基本特點與規(guī)律，用以處理和解決沖壓生產(chǎn)中的實際問題。與其他的塑性加工方法相比，沖壓成形具有十分顯著的特點，板材的變形行為也具有其獨特的規(guī)律，所以這種研究方法具有十分明確的針對性與目的，而且研究的結(jié)果可以直接應用于沖壓成形方面實際問題的分析與處理，與易于為生產(chǎn)技術(shù)人員接受和在工作中靈活地運用。這種研究工作方法與沖壓成形的實際情況的關(guān)系十分密切，所以對于沖壓成形出現(xiàn)問題的分析與處理是十分有效的。雖然這種研究工作的深度與廣度還很不夠，目前主

15、要用于對沖壓成形中各種問題的定性分析方面，不過隨著這種研究方法的不斷發(fā)展，它在與現(xiàn)代的力學方法相結(jié)合的基礎(chǔ)上，可望有突破性的進展，促進沖壓成形技術(shù)的進步3。3、沖壓工藝與模具技術(shù)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(guān)重要，沒有符合要求的沖模，批量沖壓生產(chǎn)就難以進行，先進的沖壓工藝就無法實現(xiàn)。沖壓工藝與模具、沖壓設(shè)備和沖壓材料夠成沖壓加工的三要素。沖壓成形技術(shù)的關(guān)鍵是沖壓工藝與模具技術(shù)。沖壓工藝的合理與否決定了模具調(diào)試的難易程度及制造管理過程，因而直接影響模具制造成本和周期。模具的制造技術(shù)對模具的制造成本和周期也有直接的

16、影響。沖壓工藝設(shè)計主要考慮防止零件在成形中出現(xiàn)拉裂和起皺等缺陷，也就是考慮在給定的材料性能的條件下，如何通過合理施加成形力順利完成給定形狀的成形。對拉延件來說，成型力的控制一方面靠調(diào)節(jié)壓邊力，另一方面靠布置不同特性參數(shù)的拉延筋。同時，改變板料毛胚尺寸和模具結(jié)構(gòu)參數(shù)也能改變成形力的大小和分布。在總結(jié)現(xiàn)有工藝技術(shù)的基礎(chǔ)上，專門對拉延件中常出現(xiàn)的起皺和拉裂缺陷提出了斜拉延筋工藝方案，使拉延筋不僅具備提供和控制材料流動阻力的功能，還有引導材料按期望方向流動的功能，從而有效地消除成形中可能出現(xiàn)的缺陷8。模具設(shè)計是根據(jù)指定的工藝方案設(shè)計出模具的具體結(jié)構(gòu)形式并確定結(jié)構(gòu)尺寸，使其具有足夠的強度和剛度來完成預定

17、的成形操作。很顯然，對應同一沖壓工藝方案可有不同的模具結(jié)構(gòu)和尺寸設(shè)計。如汽車車身沖壓成形技術(shù)，基于汽車車身零件的獨有特性，可以采用模塊化設(shè)計的思想，首先將車身零件按其特征分類，再將同類型模具分成具有不同功能的模塊，以便于獨立設(shè)計制造，并實施并行工程技術(shù)。模塊化設(shè)計技術(shù)在相應的數(shù)據(jù)庫支持下可顯著縮短新汽車產(chǎn)品的開發(fā)周期。模具制造通常采用消失模鑄造制作毛胚，然后通過機加工加工型面和其他工作面，所占時間為模具設(shè)計制造周期的70%以上。為了大幅度減少這一環(huán)節(jié)所需時間，提出了基于模塊化設(shè)計的組焊模制造工藝流程，并開發(fā)了成套的技術(shù)和裝備，包括模具組件的快速制造和模具自動組焊技術(shù)和裝備。模具組件分為平面組件

18、和曲面組件兩類，其中平面組件由不同厚度的鋼板經(jīng)自動切割而成，而曲面組件則通過離散型面模技術(shù)熱沖壓成形而成。模具自動組焊裝置可根據(jù)模具的結(jié)構(gòu)特征，在示教后自動跟蹤和控制焊縫。這套技術(shù)與裝備不僅可直接顯著減少模具制造時間，還可通過與并行工程匹配，進一步縮短模具設(shè)計制造的總周期。4、沖壓技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展方向隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展進步和工業(yè)生產(chǎn)的下上迅速發(fā)展，許多新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備、新材料不斷涌現(xiàn)，因而促進了沖壓技術(shù)的不斷革新和發(fā)展。其主要表現(xiàn)和發(fā)展方向如下。（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(shù)的基礎(chǔ)。目前，國內(nèi)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

19、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發(fā)展。特別是隨著計算機技術(shù)的飛躍發(fā)展和塑性變形理論的進一步完善，近年來國內(nèi)外以開始用塑性變形過程的計算機模擬技術(shù)，即利用有限元（fem）等數(shù)值分析方法模擬金屬的塑性成形過程，根據(jù)分析結(jié)果，設(shè)計人員可預測某一工藝方案成形的可行性及可能出現(xiàn)的質(zhì)量問題，并通過在計算機上選擇修改相關(guān)參數(shù)，可實現(xiàn)工藝及模具的優(yōu)化設(shè)計。這樣既節(jié)省了昂貴的試模費用，也縮短了制模周期10。研究推廣能提高勞動生產(chǎn)率及產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本和擴大沖壓工藝應用范圍的各種沖壓新工藝，也是沖壓技術(shù)的發(fā)展方向之一。目前，國內(nèi)外相繼涌現(xiàn)出了精密沖壓工藝、軟模

20、成形工藝、高能高速成形工藝、超塑性成形工藝、及無模多點成形工藝等精密、高效、經(jīng)濟的沖壓新工藝。（2）沖模設(shè)計與制造方面沖模是實現(xiàn)沖壓生產(chǎn)的基本條件。在沖模的設(shè)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(xiàn)代生產(chǎn)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，與此相適應的新型模具材料及其熱表面處理技術(shù)，各種高效、精密、數(shù)控、自動化的模具加工機床和檢測設(shè)備以及模具cad/cam技術(shù)也正在迅速發(fā)展；另一方面，為了適應產(chǎn)品更新?lián)Q代和試制或小批量生產(chǎn)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及其制造技術(shù)也得到了迅速發(fā)

21、展。模具材料及熱處理與表面處理工藝對模具加工質(zhì)量和壽命的影響很大，世界各主要工業(yè)過在此方面的研究取得了較大進展，開發(fā)了許多的新鋼種，其硬度可達hrc5870，而變形只為普通工具鋼的1/21/5。如火焰淬火可局部硬化，且無脫碳；我國研制的65nb、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。與此同時，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、表面涂鍍、化學氣相沉積（vcd）、物理氣相沉積（pvd）、激光表面處理等。這些方法能提高模具工作表面的耐磨性、硬度和耐蝕性，使模具壽命大大延長。模具制造技術(shù)現(xiàn)代化是模具工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)。計算機技術(shù)、信息

22、技術(shù)、自動化技術(shù)等先進技術(shù)正在不斷向傳統(tǒng)制造技術(shù)滲透、交叉、融合形成了現(xiàn)代模具制造技術(shù)。其中高速銑削加工、電火花銑削加工、慢走絲線切削加工、精密磨削及拋光技術(shù)、數(shù)控測量等代表了現(xiàn)代沖模制造的技術(shù)水平。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)，它以計算機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)人員能借助計算機對產(chǎn)品、模具結(jié)構(gòu)、成形工藝、數(shù)控加工及成本等進行設(shè)計和優(yōu)化，從而顯著縮短模具設(shè)計與制造周期，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)、基于并形工程（ce）的模具cad/cae/cam技術(shù)正成為發(fā)展方向，它能實

23、現(xiàn)制造和裝配的設(shè)計、成形過程的模擬和數(shù)控加工過程的仿真，還可對模具可制造性進行評價，使模具設(shè)計與制造一體化、智能話15。（3）沖壓設(shè)備和沖壓生產(chǎn)自動化方面性能良好的沖壓設(shè)備是提高沖壓技術(shù)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(shè)備相匹配。為了滿足大批量高速生產(chǎn)的需要目前沖壓設(shè)備也由單工位、單功能、低速壓力機朝多工位、多功能、高速和數(shù)控方向發(fā)展，加之機械手乃至機器人的大量使用，使沖壓生產(chǎn)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。近年來，為了適應市場的激烈競爭，對產(chǎn)品質(zhì)量的要求越來越高，且更新?lián)Q代的周期大為縮短。沖壓生產(chǎn)為適應這一新的要求，開

24、發(fā)了多種適合不同批量生產(chǎn)的工藝、設(shè)備和模具。其中，無需設(shè)計專用模具、性能先進的轉(zhuǎn)塔數(shù)控多工位壓力機、激光切割和成形機、cnc萬能折彎機等設(shè)備已投入使用。特別是近幾年來在國內(nèi)外已經(jīng)發(fā)展起來、國內(nèi)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(chǎn)新的發(fā)展趨勢。fms系統(tǒng)以數(shù)控沖壓設(shè)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，生產(chǎn)過程完全由計算機控制，車間實現(xiàn)24小時無人控制生產(chǎn)。同時，根據(jù)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(chǎn)品方便迅速，沖壓件精度也高。（4）沖模標準化及專業(yè)化生產(chǎn)方面模具的標準化及專業(yè)化生產(chǎn)，已得到模具行

25、業(yè)的廣泛重視。因為沖模屬單件小批量生產(chǎn)，沖模零件既具有一定的復雜性和精密性，又具有一定的結(jié)構(gòu)典型性。因此，只有實現(xiàn)了沖模的標準化，才能使沖模和沖模零件的生產(chǎn)實現(xiàn)專業(yè)化商品化，從而降低模具成本，提高模具質(zhì)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(chǎn)程度已達到70%80%，模具廠只需設(shè)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(chǎn)效率大副度提高。模具制造廠專業(yè)化程度越來越高，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(chǎn)品的沖裁?；驈澢?，這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(chǎn)近年來也有較大的進展，除反映在標準件

26、專業(yè)化生產(chǎn)廠家有較多增加外，標準件種類也有擴展，精度也有提高。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(xiàn)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(shù)標準件廠家未形成規(guī)?；a(chǎn)，標準件質(zhì)量也還存在較多問題。另外，標準件生產(chǎn)的銷售，供貨，服務等都還有待進一步提高19。5.結(jié)束語沖壓成形技術(shù)的關(guān)鍵是沖壓工藝與模具技術(shù)。沖壓工藝的合理與否決定了模具調(diào)試的難易程度及制造管理過程，因而直接影響模具制造成本和周期。模具的制造技術(shù)對模具的制造成本和周期也有直接的影響。沖壓工藝和模具技術(shù)是影響機電產(chǎn)品開發(fā)周期和成本的關(guān)鍵因素，是制造業(yè)的核心競爭技術(shù)之一。盡管國內(nèi)外已通過長期的實踐

27、積累了大量的經(jīng)驗，提煉了許多有用的知識，形成了較系統(tǒng)的設(shè)計制造規(guī)則和方法，但新技術(shù)的出現(xiàn)仍可能為沖壓工藝和模具設(shè)計的重大變革帶來機遇。1 引言畢業(yè)設(shè)計是我們大學期間的最后一個教學環(huán)節(jié)，是一個綜合性的教學實踐環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)我們工程技術(shù)人員的主要教學環(huán)節(jié)，是對幾年學習成果的綜合性檢驗。通過這一環(huán)節(jié)培養(yǎng)我們綜合運用所學知識解決問題的能力，提高我們開拓創(chuàng)新的能力。冷沖壓工藝與模具設(shè)計是機制專業(yè)學生的比較對口課題，同時又是一個有深度和難度的課題，是綜合性和實踐性很強的課題。本次畢業(yè)設(shè)計選擇在中批量生產(chǎn)條件下，完成壓緊彈簧座的沖壓加工。詳細討論了壓緊彈簧座從毛坯到成品的沖壓加工工藝過程，制定了合理的加工工藝

28、方案，并設(shè)計繪制了兩個關(guān)鍵工序（落料拉深、拉深、沖孔、切邊）的模具，其中包括模具凸、凹模、固定板等零部件的設(shè)計，模架、模柄的選用等等。2 零件分析（本設(shè)計計算所涉查表、圖、公式均取自沖壓手冊）2.1 零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)及生產(chǎn)類型彈簧座的生產(chǎn)綱領(lǐng)為5000件/年，生產(chǎn)類型為中批量生產(chǎn)，所以在制定工藝方案是應充分考慮大批量生產(chǎn)的特點，制定合適的沖壓工序。選擇合適的沖壓設(shè)備，設(shè)計合理的模具結(jié)構(gòu)，以便提高生產(chǎn)率，降低成本。2.2 零件的功用與經(jīng)濟性分析如圖(1)所示的是加工零件壓緊彈簧座，這類零件是帶有法蘭邊的筒形件，其相對直徑很小既，屬于窄法蘭邊的拉深件且相對高度不太大，可以按無法蘭筒形件進行工藝的計算

29、和拉深，即：首次拉深不留法蘭，再次拉深是留出錐形法蘭，最后工序把法蘭壓平修邊得到如右圖(2)所示。 圖（1） 加工零件圖 圖（2）窄凸緣件 fig. (1) machining parts fig. (2) narrow flange pieces 2.3 零件的工藝性分析該零件形狀的基本特征是一般帶窄凸緣的圓筒形件，且由于拉深的方法可以制成筒形、階梯形、盒形、球形、錐形及其他形狀復雜的薄壁零件，可加工從輪廓尺寸幾毫米、厚度僅0.2mm的小零件到輪廓尺寸達23m、厚度200300mm的大型零件。所以該零件主要成形方法是沖裁和拉深。該件采用材料08鋼及2mm厚度保證了足夠的強度和剛度。彈簧座內(nèi)腔

30、主要配合尺寸mm、mm及mm為it14級精度。根據(jù)零件的技術(shù)要求，進行沖壓工藝分析，可以認為該零件形狀屬旋轉(zhuǎn)件，是一般帶凸緣圓筒件，都比較合適，拉深工藝性較好，只有圓角半徑偏小，幾個尺寸精度不高（均低于表4-1和4-3尺寸偏差）這可在末次拉深時選取較高的模具制造精度和較小的凸凹模模具間隙，并安排一次整形工序來達到。綜上所述，該零件的年產(chǎn)量屬于中批量，零件外形簡單對稱，材料為一般用鋼，且該零件的形狀、尺寸、精度、均符合沖壓工藝性要求，故可以采用沖壓方法加工。3 沖壓工藝方案的分析與確定3.1 工序性質(zhì)與數(shù)量的確定3.1.1計算工件的， 和總拉深系數(shù)相對凸緣直徑 =46/36=1.28相對高度 =

31、36/36=1相對厚度 2/88.78=2.25總拉深系數(shù) 36/85=0.4053.1.2確定修邊余量 由表4-5，取3.1.3 求毛坯直徑 (按中線尺寸計算 )根據(jù)工件相對凸緣直徑，從表4-4查得修邊余量。實際凸緣直徑為：，從表4-7查得計算毛坯直徑的公式為： (31)通過零件分析加工的零件厚度t1mm，即要用中線計算可知： 帶入上式得：=3.1.4 確定是否用壓邊圈毛坯相對厚度 由上述求得的毛坯相對厚度為，由表4-21得0.49，由表4-80綜合判斷為過渡區(qū)域，再用公式判斷是否用壓邊圈。如成立就不采用，反之就采用。左邊=0.0235、右邊=0.04590.0867，由于左邊右邊，故要采用

32、壓邊圈9。3.1.5 判斷能否一次拉成由表查得第一次拉深的查表4-20，故一次拉不出來，而，屬窄凸緣圓筒拉神件，又由查表法，當t/d100=2.35，h/d=37/36=1.02時，由表4-18查得拉深次數(shù)n=2，由表4-15查出，可先拉成筒性，而在以后的拉深中利用錐性壓邊圈形成凸緣13。因本工件較小、料薄，故采用逐漸減小筒部直徑，增加筒部高度的多次拉深方法。3.2 沖壓工藝方案的確定根據(jù)以上分析與計算，該零件的沖壓加工需要以下基本工序：落料、首次拉深、二次拉深兼整形、沖的孔、切邊。根據(jù)以上基本工序，可以定出以下四種沖壓工藝方案。方案一：落料與首次拉深復合，次拉深兼整形，沖孔，切邊。方案二：落

33、料與首次拉深復合，次拉深與沖孔兼整形與切邊復合。方案三：落料、首次拉深與沖孔復合，次拉深與切邊兼整形復合。方案四：采用帶料連續(xù)拉深或在多工位自動壓力機上沖壓。從產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)率、模具制造和壽命、操作和安全、設(shè)備條件及經(jīng)濟效益等方面對上述諸方案進行綜合分析比較后，可得出如下結(jié)論。方案二符合沖壓成形規(guī)律，在2次拉深工序時沖孔與整形與切邊復合，都存在凸凹模壁厚太薄的問題，模具制造比較復雜且容易損壞，故不宜采用。方案三中落料、首次拉深與沖孔復合，不僅存在刃口不在同一水平面的問題，而且第一次拉深中沖出的孔在第二次拉深時可能會變形，將會影響精度要求和口部質(zhì)量，修磨后要保持相對位置也有困難。方案四采用帶料連

34、續(xù)拉深或在多工位自動壓力機沖壓，將所有工序組合進行，可獲得較高的生產(chǎn)率，不存在二、三、四方案的缺點。但該方案模具尺寸大、結(jié)構(gòu)復雜、制造困難、周期長、成本高、調(diào)整修理麻煩，只適用于大量生產(chǎn)。方案一不存在其它各方案的缺點，但其工序組合程度較低，生產(chǎn)率稍低。不過各工序模具結(jié)構(gòu)簡單、制造修理方便，制造費用低。根據(jù)以上分析比較，決定采用方案一為本外殼零件的沖壓工藝方案。4 主要工藝參數(shù)計算4.1確定排樣與裁板方案根據(jù)已知條件擬用板料規(guī)格用鋼板，因坯料直徑不算太小，考慮到操作方便，采用條料單排，取搭邊值為，則進距 88.78+0.5=89.28mm (41)條料寬度 88.78 (42)經(jīng)計算，采用縱裁時

35、，材料利用率為58.1%，采用橫裁法時，材料利用率為46.5%。由此可見縱裁法有較高的材料利用率，且零件沒有纖維方向的考慮，故決定采用縱裁法14。4.2 確定中間各工序件尺寸（按中線尺寸計算）4.2.1 首次拉深（1）首次拉深直徑 0.5485.45=46.13mm（中線直徑）使拉深凸緣部分不再受拉，第一次拉入凹模的材料應比工件相應部分的表面積多拉入，故坯料直徑修正為：由經(jīng)驗公式計算凹模圓角的最小值為：而所以取mm。(2)第一次拉深高度為： (43)4.2.2 驗算是否選得正確第一次拉深的相對高度,當，由表查得第一次允許的相對高度為：第一次實際。說明上述計算正確，可選。根據(jù)圖，用和 左右邊查得

36、的基本上是相等的為左右，同樣證明選是正確的。4.2.3 二次拉深(1)二次拉深直徑 0.7646.87=35.62mm（中線直徑）取3mm，2mm（達到零件要求圓角半徑），比推薦值稍小些，因此次拉深兼有整形作用，此值是可以達到的。（2）計算各次拉深高度設(shè)第二次多拉入凹模的材料為（其余的材料返回到凸緣上），這時的假想毛坯直徑為： 4.2.4 調(diào)整拉深系數(shù)由于最后一次計算的拉深直徑比工件小，所以要對查到的拉深系數(shù)進行調(diào)整，可按下式的比例放大k值： (44)取 即 4.2.5 以后各次拉深工序的圓角半徑由公式 (45)取 即：最后一次拉深后達到零件的高度36 mm，上工序多拉入的材料全部返回到凸緣，

37、拉深工序到此結(jié)束18。中間工序件的尺寸均按零件尺寸而定，各工序的工序件形狀及尺寸如下圖所示： 落料與首次拉深復合 第二次拉深 沖孔 切邊兼整形圖3 各工序的工件形狀及尺寸fig.3 figure and dimension of the work pieces in apiece working procedure5 計算各工序沖壓力選擇沖壓設(shè)備，設(shè)計沖模及其主要零部件5.1 工序一 落料與首次拉深復合，模具結(jié)構(gòu)按附圖（01）5.1.1 拉深力與壓邊力計算21（1）拉深力 拉深力根據(jù)公式 (51)由表4-85查得 ，則（2）落料力 落料力根據(jù)公式 (52)則（3）卸料力 卸料力根據(jù)公式 (53

38、)由表2-37查得，則（4）壓邊力 拉深力根據(jù)表4-81計算，由表4-82查得 p=2.5，則 (54)（5）沖壓工藝總力 (55)171720.3+7727.4+9634.84=189028.52189kn（6）壓力機公稱壓力 取 則5.1.2 模具工作部分尺寸的計算（1）凸凹模與凹模刃口尺寸的確定落料時，因落料件光面尺寸與凹模刃口尺寸相等或基本一致，應先確定凹模刃口尺寸，即以凹模刃口尺寸為基準，又因落料件尺寸會隨凹模刃口的磨損而增大，為保證凹模磨損到一定程度仍能沖出合格零件，故凹?；境叽鐟÷淞霞叽绻罘秶鷥?nèi)的較小尺寸。落料凸模的基本尺寸則是在凹模基本尺寸上減去最小合理間隙。凹模刃口尺

39、寸 (56)凸模刃口尺寸 (57)、落料凸凹模、凹模刃口尺寸；落料件外徑公稱尺寸；零件公差；最小合理間隙；、凸、凹模公差；磨損量；查表2-28，表2-29，表2-30得，校核間隙：，即所取凸、凹模偏差滿足條件，將已知查表數(shù)據(jù)帶如上式中得： （2）凸凹模與凸模間隙拉深模的間隙數(shù)值主要決定于拉深方法，零件的形狀及尺寸精度等。合理的間隙值應使變厚的材料流進凹模后拉深力不出現(xiàn)第二高峰，確定間隙的原則是：既要考慮板料本身的公差，又要考慮板料的增厚現(xiàn)象，間隙一般都比毛坯厚度略大一些。由于本工序采用壓邊圈拉深，所以其值按式計算： (58)材料的最大厚度；材料的正偏差；考慮材料厚度，為減少摩擦而增大間隙的系數(shù)

40、；材料的名義厚度。查表表2-30得，。將已知查表數(shù)據(jù)帶如上式中得：（3）凸凹模、凸模圓角半徑第一次拉深，故凸凹模、凸模圓角半徑應與拉深件相應的圓角半徑一致，故凸模圓角半徑，凸凹模圓角半徑。（4）凸凹模、凸模工作尺寸及公差由于工件給定的是內(nèi)部尺寸，所以先定凸模尺寸，考慮到凸?；静荒p，以及工件的回彈情況，凸模起始尺寸不要取得過大，取為：凹模尺寸為： 式中：工件的名義內(nèi)徑，工件公差，c凸、凹模間的單邊間隙，凸、凹模制造公差。由于工件為圓形，所以根據(jù)工件的料厚與工件直徑，由表4-76中查得： ，工件公差為級由表2-30查得： 取，由表4-74查得c=1.1t,故：（5）凸模通氣孔 為了使卸件容易根

41、據(jù)凸模直徑大小，取通氣孔為。5.1.3 壓力機選擇根據(jù)公稱壓力，滑塊行程，從滿座沖壓工藝力的要求看，可選用400kn開式壓力機21。5.1.4 模具的總體設(shè)計（1）模架選擇模具的總裝配圖如附圖（01）所示落料拉深復合模，該模具采用了后側(cè)滑動導柱模架可保證均勻的沖裁間隙，提高模具的刃磨壽命，并使模具的調(diào)試簡單化，具有導向精度高、上模座在導柱上，運動平穩(wěn)的特點。條料由兩個導料銷3進行導向，由擋料銷27定距。開始工作時，首先由落料凹模17和凸凹模11完成落料，緊接著由拉深凸模19和凸凹模進行拉深。拉深結(jié)束后，回程時由頂塊16將工件從凸凹模內(nèi)推出。壓料圈18兼作頂件塊，在拉深過程中起壓料作用，回程時又

42、能將工件從凸模上頂起，使其脫離凸模。（2）模具閉和高度模具閉和高度一般通過下式確定：=上模座厚度+沖頭墊板厚度+沖頭長度+凹模厚度+凹模墊板厚度+下模座厚度-沖頭進入凹模深度即：=40+10+50+40+10+45-1=194(mm)查開式壓力機規(guī)格知，400kn固定臺式或可傾式壓力機最大閉和高度為300mm，最小封閉高度為200mm（封閉高度調(diào)節(jié)量100mm），故設(shè)計的模具閉和高度=204mm滿足要求，閉和高度設(shè)計合理。（3）壓力中心的計算由于該零件落料、沖空均為軸對稱形狀，其重心便是壓力機的壓力中心，故不必進行壓力中心的計算。（4） 模具主要零件設(shè)計根據(jù)模具總裝結(jié)構(gòu)、拉深工作要求及前述模具

43、工作部分的計算，設(shè)計出凸凹模、凸模、凹模、壓料圈及固定板等分別如附件落料拉深復合模零件圖冊所示25。5.2 工序二 第二次拉深，模具結(jié)構(gòu)簡圖如下 圖4 模具結(jié)構(gòu)原理圖fig.4 schematic diagram of mold structure of drawing5.2.1 拉深力與壓料力計算（1）拉深力 拉深力根據(jù)公式計算，由表4-86查得 ，則（2）壓邊力 拉深力根據(jù)表4-81計算，由表4-82查得 p=2.5，則 3045.75（n）（3）整形力 整形力根據(jù)公式計算，查表p=150mpa則（4）沖壓工藝總力（5）壓力機公稱壓力 取 則5.2.2 模具工作部分尺寸的計算（1）凸、凹模

44、間隙由于本工序采用壓邊圈拉深，所以其值按式計算： (59)材料的最大厚度；材料的正偏差；k考慮材料厚度，為減少摩擦而增大間隙的系數(shù)；材料的名義厚度。查表2-30，表4-37得，。將已知查表數(shù)據(jù)帶如上式中得：（2）凸、凹模圓角半徑第二次拉深，故凸、凹模圓角半徑應與拉深件相應的圓角半徑一致，故凸模圓角半徑，凹模圓角半徑。（3）凸、凹模工作尺寸及公差由于工件給定的是內(nèi)部尺寸，所以先定凸模尺寸，考慮到凸?；静荒p，以及工件的回彈情況，凸模開始尺寸不要取得過大，取為：凹模尺寸為： 式中：工件的名義內(nèi)徑，工件公差，c凸、凹模間的單邊間隙，凸、凹模制造公差。由于工件為圓形，所以根據(jù)工件的料厚與工件直徑，由

45、表4-76中查得： ，工件公差為級由表2-30查得：取，表4-74查得c=（1-1.05）t 5.2.3 壓力機選擇根據(jù)公稱壓力，滑塊行程 (由于未詳細設(shè)計該套模具，所以模具閉合高度待定)，查表9-3，初確定選擇型號為的壓力機5。5.3 工序三 沖，模具結(jié)構(gòu)簡圖如下圖6 模具結(jié)構(gòu)原理圖fig.6 schematic diagram of punching a hole with dia. for19mm5.3.1 沖孔力與卸料力計算（1）沖孔力 沖孔力根據(jù)公式計算，則（2）卸料力 卸料力根據(jù)公式計算，由表2-37得 ，則（3）推件力 推件力根據(jù)公式計算，由表2-37查得 ，則由于整形力比拉深力

46、大的多，且整形力是在臨近下止點位置時發(fā)生，符合壓力機的壓力特性，故可以按整形力大小選擇壓力機。（4）沖壓工藝總力（5）壓力機公稱壓力 取 則5.3.2 模具工作部分尺寸的計算（1）凸、凹模間隙查表2-30得： 0.246mm，0.360mm。（2）凸、凹模工作尺寸及公差沖孔時，因孔的光面尺寸與凸模刃口尺寸相等或基本一致，應先確定凸模刃口尺寸，即以凸模刃口尺寸為基準，又因沖孔尺寸會隨凸模刃口的磨損而減小，故凸?；境叽鐟_孔件尺寸公差范圍內(nèi)的較大尺寸。沖孔凹模的基本尺寸則是在凸?；境叽缟霞由献钚『侠黹g隙。首先確定基準件凸模刃口尺寸，再加上便是凹模刃口尺寸。凹模尺寸為： 式中：零件孔徑公稱尺寸

47、，工件公差，最小合理間隙，凸凹模制造公差。由于工件為圓形，所以根據(jù)工件的料厚與工件直徑，由表2-28，2-29中查得：0.020mm，0.020mm工件公差為級由表2-28查得： 取校核間隙：， ，符合條件。將以知查表數(shù)據(jù)代入上式得：5.3.3 壓力機選擇根據(jù)公稱壓力，滑塊行程 (由于未詳細設(shè)計該套模具，所以模具閉合高度待定)，查表9-3，初確定選擇型號為的壓力機。5.3.4 模具的總體設(shè)計（1）模架選擇模具的總裝配圖如附圖（02）所示沖空模，該模具采用了中間滑動導柱模架可保證均勻的沖裁間隙，提高模具的刃磨壽命，并使模具的調(diào)試簡單化，具有導向精度高、上模座在導柱上，運動平穩(wěn)的特點。（2）模具閉

48、和高度模具閉和高度一般通過下式確定：=上模座厚度+沖頭墊板厚度+沖頭長度+凹模厚度+凹模墊板厚度+下模座厚度-沖頭進入凹模深度即：=30+10+45+40+10+35-4=166(mm)查開式壓力機規(guī)格知，63kn固定臺式或可傾式壓力機最大閉和高度為170mm，故設(shè)計的模具閉和高度=166mm滿足要求，閉和高度設(shè)計合理。（3）壓力中心的計算由于該零件落料、沖空均為軸對稱形狀，其重心便是壓力機的壓力中心，故不必進行壓力中心的計算。（4） 模具主要零件設(shè)計根據(jù)模具總裝結(jié)構(gòu)、拉深工作要求及前述模具工作部分的計算，設(shè)計出凸凹模、凸模、凹模、壓料圈及固定板等分別如附件沖空模零件裝配圖所示17。5.4 工

49、序四 切邊5.4.1 切邊力與切斷力計算模具結(jié)構(gòu)采用廢料切刀（2個）卸料和剛性推件方式，故只需計算切邊力和廢料切刀的切斷力。（1）切邊力 切邊力根據(jù)公式計算，則（2）切斷力 切斷力根據(jù)公式計算，則（4）沖壓工藝總力（5）壓力機公稱壓力 取 則5.4.2 模具工作部分尺寸的計算（1）凸、凹模間隙查表2-30得：，。（2）凸、凹模刃口尺寸的確定落料時，因落料件光面尺寸與凹模刃口尺寸相等或基本一致，應先確定凹模刃口尺寸，即以凹模刃口尺寸為基準，又因落料件尺寸會隨凹模刃口的磨損而增大，為保證凹模磨損到一定程度仍能沖出合格零件，故凹?；境叽鐟÷淞霞叽绻罘秶鷥?nèi)的較小尺寸。落料凸模的基本尺寸則是在凹

50、模基本尺寸上減去最小合理間隙。凹模刃口尺寸 凸模刃口尺寸 、落料凸凹模、凹模刃口尺寸；落料件外徑公稱尺寸；零件公差；最小合理間隙；、凸、凹模公差；磨損量；查表2-28，表2-29得： ，。校核間隙：，即所取凸、凹模偏差不能滿足條件，但相差不大，可作如下調(diào)整：將已知查表數(shù)據(jù)帶如上式中得：5.4.3 壓力機選擇根據(jù)公稱壓力，滑塊行程 (由于未詳細設(shè)計該套模具，所以模具閉合高度待定)，查表9-3，初確定選擇型號為的壓力機。 6 結(jié)束語歷時兩個多月，本次畢業(yè)設(shè)計順利完成。在這次設(shè)計中我得到了以下幾點體會：（1）作為科技工作者和工程技術(shù)人員必須培養(yǎng)求真、務實和嚴謹?shù)目茖W態(tài)度，必須培養(yǎng)理論聯(lián)系實際、鉆研創(chuàng)新與實事求是相結(jié)合的工作作風。（2）必須培養(yǎng)獨立工作與團隊協(xié)作的能力與意識，使個人的能力在整個團隊中充分發(fā)揮作用。（3）必須重視基礎(chǔ)理論和基礎(chǔ)知識的學習，只有在牢固的基礎(chǔ)上才能有創(chuàng)新和發(fā)展。在這次設(shè)計中，由于個人水平有限及諸多原因，本次設(shè)計中有許多不足之處，懇請各位老師和同學予以指教。參考文獻1劉心治.冷沖壓工藝與模具設(shè)計m.重慶：重慶大學出版社，1995.42徐政坤.沖壓模具設(shè)計與制造m.北京：化學出版社，2003