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散熱板沖壓成形工藝及模具設(shè)計
1 緒 論
模具生產(chǎn)技術(shù)水平的高低，已成為衡量一個國家產(chǎn)品制造水平高低的重要標志，因為模具在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。隨著我國加入WTO，我國模具工業(yè)的發(fā)展將面臨新的機遇和挑戰(zhàn)。
1.1模具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢
1.1.1國內(nèi)模具的現(xiàn)狀
現(xiàn)代模具工業(yè)有“不衰亡工業(yè)”之稱。世界模具市場總體上供不應(yīng)求，市場需求量維持在700億至850億美元，同時，我國的模具產(chǎn)業(yè)也迎來了新一輪的發(fā)展機遇。近幾年，我國模具產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值保持15%的年增長率（據(jù)不完全統(tǒng)計，2005年國內(nèi)模具進口總值達到700多億，同時，有近250個億的出口），到2007年模具產(chǎn)值預(yù)計為700億元，模具及模具標準件出口將從現(xiàn)在的每年9000多萬美元增長到2006年的2億美元左右。單就汽車產(chǎn)業(yè)而言，一個型號的汽車所需模具達幾千副，價值上億元，而當汽車更換車型時約有80%的模具需要更換。2005年我國汽車產(chǎn)銷量均突破550萬輛，預(yù)計2007年產(chǎn)銷量各突破700萬輛，轎車產(chǎn)量將達到300萬輛。另外，電子和通訊產(chǎn)品對模具的需求也非常大，在發(fā)達國家往往占到模具市場總量的20%之多。目前，中國17000多個模具生產(chǎn)廠點，從業(yè)人數(shù)約50多萬。1999年中國模具工業(yè)總產(chǎn)值已達245億元人民幣。工業(yè)總產(chǎn)值中企業(yè)自產(chǎn)自用的約占三分之二，作為商品銷售的約占三分之一。在模具工業(yè)的總產(chǎn)值中，沖壓模具約占50%，塑料模具約占33%，壓鑄模具約占6%，其它各類模具約占11%。
近年來，我國沖壓模具水平已有很大提高。大型沖壓模具已能生產(chǎn)單套重量達50多噸的模具。為中檔轎車配套的覆蓋件模具內(nèi)也能生產(chǎn)了。精度達到1~2μm，壽命2億次左右的多工位級進模國內(nèi)已有多家企業(yè)能夠生產(chǎn)。表面粗糙度達到Ra≤1.5μm的精沖模，大尺寸（φ≥300mm）精沖模及中厚板精沖模國內(nèi)也已達到相當高的水平。
1、 模具CAD/CAM技術(shù)狀況
我國模具CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展已有20多年歷史。由原華中工學(xué)院和武漢733廠于1984年共同完成的精神模CAD/CAM系統(tǒng)是我國第一個自行開發(fā)的模具CAD/CAM系統(tǒng)。由華中工學(xué)院和北京模具廠等于1986年共同完成的冷沖模CAD/CAM系統(tǒng)是我國自行開發(fā)的第一個沖裁模CAD/CAM系統(tǒng)。上海交通大學(xué)開發(fā)的冷沖模CAD/CAM系統(tǒng)也于同年完成。20世紀90年代以來，國內(nèi)汽車行業(yè)的模具設(shè)計制造中開始采用CAD/CAM技術(shù)。國家科委863計劃將東風(fēng)汽車公司作為CIMS應(yīng)用示范工廠，由華中理工大學(xué)作為技術(shù)依托單位，開發(fā)的汽車車身與覆蓋模具CAD/CAPP/CAM集成系統(tǒng)于1996年初通過鑒定。在此期間，一汽和成飛汽車模具中心引進了工作站和CAD/CAM軟件系統(tǒng)，并在模具設(shè)計制造中實際應(yīng)用，取得了顯著效益。1997年一汽引進了板料成型過程計算機模擬CAE軟件并開始用于生產(chǎn)。
21世紀開始CAD/CAM技術(shù)逐漸普及，現(xiàn)在具有一定生產(chǎn)能力的沖壓模具企業(yè)基本都有了CAD/CAM技術(shù)。其中部分骨干重點企業(yè)還具備各CAE能力。
模具CAD/CAM技術(shù)能顯著縮短模具設(shè)計與制造周期，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量，已成為人們的共識。在“八五”、九五“期間，已有一大批模具企業(yè)推廣普及了計算機繪圖技術(shù)，數(shù)控加工的使用率也越來越高，并陸續(xù)引進了相當數(shù)量CAD/CAM系統(tǒng)。如美國EDS的UG，美國Parametric Technology公司 Pro/Engineer，美國CV公司的CADSS，英國DELCAM公司的DOCT5，日本HZS公司的CRADE及space-E, 以色列公司的Cimatron 還引進了AutoCAD CATIA 等軟件及法國Marta-Daravision公司用于汽車及覆蓋件模具的Euclid-IS等專用軟件。國內(nèi)汽車覆蓋件模具生產(chǎn)企業(yè)普遍采用了CAD/CAM技術(shù)/DL圖的設(shè)計和模具結(jié)構(gòu)圖的設(shè)計均已實現(xiàn)二維CAD，多數(shù)企業(yè)已經(jīng)向三維過渡，總圖生產(chǎn)逐步代替零件圖生產(chǎn)。且模具的參數(shù)化設(shè)計也開始走向少數(shù)模具廠家技術(shù)開發(fā)的領(lǐng)域。
在沖壓成型CAE軟件方面，除了引進的軟件外，華中科技術(shù)大學(xué)、吉林大學(xué)、湖南大學(xué)等都已研發(fā)了較高水平的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的軟件，并已在生實踐中得到成功應(yīng)用，產(chǎn)生了良好的效益。
快速原型（RP）傳統(tǒng)的快速經(jīng)濟模具相結(jié)合，快速制造大型汽車覆蓋件模具，解決了原來低熔點合金模具靠樣件澆鑄模具，模具精度低、制件精度低，樣樣制作難等問題，實現(xiàn)了以三維CAD模型作為制模依據(jù)的快速模具制造，它標志著RPM應(yīng)用于汽車身大型覆蓋件試制模具已取得了成功。
圍繞著汽車車身試制、大型覆蓋件模具的快速制造，近年來也涌現(xiàn)出一些新的快速成型方法，例如目前已開始在生產(chǎn)中應(yīng)用的無模多點成型及激光沖擊和電磁成型等技術(shù)。它們都表現(xiàn)出了降低成本、提高效率等優(yōu)點。
2、模具設(shè)計與制造能力狀況
在國家產(chǎn)業(yè)政策的正確引導(dǎo)下，經(jīng)過幾十年努力，現(xiàn)在我國沖壓模具的設(shè)計與制造能力已達到較高水平，包括信息工程和虛擬技術(shù)等許多現(xiàn)代設(shè)計制造技術(shù)已在很多模具企業(yè)得到應(yīng)用。
雖然如此，我國的沖壓模具設(shè)計制造能力與市場需要和國際先進水平相比仍有較大差距。這一些主要表現(xiàn)在高檔轎車和大中型汽車覆蓋件模具及高精度沖模方面，無論在設(shè)計還是加工工藝和能力方面，都有較大差距。轎車覆蓋件模具，具有設(shè)計和制造難度大，質(zhì)量和精度要求高的特點，可代表覆蓋件模具的水平。雖然在設(shè)計制造方法和手段方面基本達到了國際水平，模具結(jié)構(gòu)周期等方面，與國外相比還存在一定的差距。
標志沖模技術(shù)先進水平的多工位級進模和多功能模具，是我國重點發(fā)展的精密模具品種。有代表性的是集機電一體化的鐵芯精密自動閥片多功能模具，已基本達到國際水平。
但總體上和國外多工位級進模相比，在制造精度、使用壽命、模具結(jié)構(gòu)和功能上，仍存在一定差距。
汽車覆蓋件模具制造技術(shù)正在不斷地提高和完美，高精度、高效益加工設(shè)備的使用越來越廣泛。高性能的五軸高速銑床和三軸的高速銑床的應(yīng)用已越來越多。NC、DNC技術(shù)的應(yīng)用越來越成熟，可以進行傾角加工超精加工。這些都提高了模具面加工精度，提高了模具的質(zhì)量，縮短了模具的制造周期。
模具表面強化技術(shù)也得到廣泛應(yīng)用。工藝成熟、無污染、成本適中的離子滲氮技術(shù)越來越被認可，碳化物被覆處理（TD處理）及許多鍍（涂）層技術(shù)在沖壓模具上的應(yīng)用日益增多。真空處理技術(shù)、實型鑄造技術(shù)、刃口堆焊技術(shù)等日趨成熟。激光切割和激光焊技術(shù)也得到了應(yīng)用。
雖然中國模具工業(yè)在過去十多年中取得了令人矚目的發(fā)展，但許多方面與工業(yè)發(fā)達國家相比仍有較大的差距。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;許多先進的模具技術(shù)應(yīng)用不夠廣泛等等，致使相當一部分大型、精密、復(fù)雜和長壽命模具依賴進口。模具的發(fā)展是體現(xiàn)一個國家現(xiàn)代化水平高低的一個重要標志，就我國而言，經(jīng)過了這幾十年曲折的發(fā)展，模具行業(yè)也初具規(guī)模，從當初只能靠進口到現(xiàn)在部分進口已經(jīng)跨了一大步，但還有一些精密的沖模自己還不能生產(chǎn)只能通過進口來滿足生產(chǎn)需要。隨著各種加工工藝和多種設(shè)計軟件的應(yīng)用使的模具的應(yīng)用和設(shè)計更為方便。隨著信息產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，模具的設(shè)計和制造也越來越趨近于國際化。現(xiàn)在模具的計算機輔助設(shè)計和制造（CAD/CAM）技術(shù)的研究和應(yīng)用。大大提搞了模具設(shè)計和制造的效率。減短了生產(chǎn)周期。采用模具CAD/CAM技術(shù)，還可提高模具質(zhì)量，大大減少設(shè)計和制造人員的重復(fù)勞動，使設(shè)計者有可能把精力用在創(chuàng)新和開發(fā)上。尤其是pro/E和UG等軟件的應(yīng)用更進一步推動了模具產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。。數(shù)控技術(shù)的發(fā)展使模具工作零件的加工趨進于自動化。電火花和線切割技術(shù)的廣泛應(yīng)用也對模具行業(yè)起到了飛越發(fā)展。模具的標準化程度在國內(nèi)外現(xiàn)在也比較明顯。特別是對一些通用件的使用應(yīng)用的越來越多。其大大的提高了它們的互換性。加強了各個地區(qū)的合作。對整個模具的行業(yè)水平的提高也起到了重要的作用。
1.1.2國內(nèi)模具發(fā)展趨勢
巨大的市場需求將推動我國模具的工業(yè)調(diào)整發(fā)展。雖然我國的模具工業(yè)和技術(shù)在過去的十多年得到了快速發(fā)展，但與國外工業(yè)發(fā)達國家相比仍存在較大差距，尚不能完全滿足國民經(jīng)濟高速發(fā)展的需求。未來的十年，中國模具工業(yè)和技術(shù)的主要發(fā)展方向包括以下幾方面:????
1)高速銑削加工
國外近年來發(fā)展的高速銑削加工，大幅度提高了加工效率，并可獲得極高的表面光潔度。另外，還可加工高硬度模塊，還具有溫升低、熱變形小等優(yōu)點。高速銑削加工技術(shù)的發(fā)展，對汽車、家電行業(yè)中大型型腔模具制造注入了新的活力。目前它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向發(fā)展。
2)模具掃描及數(shù)字化系統(tǒng)
高速掃描機和模具掃描系統(tǒng)提供了從模型或?qū)嵨飹呙璧郊庸こ銎谕哪Ｐ退璧闹T多功能，大大縮短了模具的在研制制造周期。有些快速掃描系統(tǒng)，可快速安裝在已有的數(shù)控銑床及加工中心上，實現(xiàn)快速數(shù)據(jù)采集、自動生成各種不同數(shù)控系統(tǒng)的加工程序、不同格式的CAD數(shù)據(jù)，用于模具制造業(yè)的“逆向工程”。模具掃描系統(tǒng)已在汽車、摩托車、家電等行業(yè)得到成功應(yīng)用，相信在“十五”期間將發(fā)揮更大的作用。
3)全面推廣CAD/CAM/CAE技術(shù)
模具CAD/CAM/CAE技術(shù)是模具設(shè)計制造的發(fā)展方向。隨著微機軟件的發(fā)展和進步，普及CAD/CAM/CAE技術(shù)的條件已基本成熟，各企業(yè)將加大CAD/CAM技術(shù)培訓(xùn)和技術(shù)服務(wù)的力度；進一步擴大CAE技術(shù)的應(yīng)用范圍。計算機和網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展正使CAD/CAM/CAE技術(shù)跨地區(qū)、跨企業(yè)、跨院所地在整個行業(yè)中推廣成為可能，實現(xiàn)技術(shù)資源的重新整合，使虛擬制造成為可能。
4)電火花銑削加工
電火花銑削加工技術(shù)也稱為電火花創(chuàng)成加工技術(shù)，這是一種替代傳統(tǒng)的用成型電極加工型腔的新技術(shù)，它是有高速旋轉(zhuǎn)的簡單的管狀電極作三維或二維輪廓加工(像數(shù)控銑一樣)，因此不再需要制造復(fù)雜的成型電極，這顯然是電火花成形加工領(lǐng)域的重大發(fā)展。國外已有使用這種技術(shù)的機床在模具加工中應(yīng)用。預(yù)計這一技術(shù)將得到發(fā)展。
5)提高模具標準化程度
我國模具標準化程度正在不斷提高，估計目前我國模具標準件使用覆蓋率已達到30%左右。國外發(fā)達國家一般為80%左右。
6)優(yōu)質(zhì)材料及先進表面處理技術(shù)
選用優(yōu)質(zhì)鋼材和應(yīng)用相應(yīng)的表面處理技術(shù)來提高模具的壽命就顯得十分必要。模具熱處理和表面處理是否能充分發(fā)揮模具鋼材料性能的關(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應(yīng)發(fā)展工藝先進的氣相沉積(TiN、TiC等)、等離子噴涂等技術(shù)。
7)模具研磨拋光將自動化、智能化
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，研究自動化、智能化的研磨與拋光方法替代現(xiàn)有手工操作，以提高模具表面質(zhì)量是重要的發(fā)展趨勢。
8)模具自動加工系統(tǒng)的發(fā)展
這是我國長遠發(fā)展的目標。模具自動加工系統(tǒng)應(yīng)有多臺機床合理組合；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)。
1.2國外模具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢
模具是工業(yè)生產(chǎn)關(guān)鍵的工藝裝備，在電子、建材、汽車、電機、電器、儀器儀表、家電和通訊器材等產(chǎn)品中，60％－80％的零部件都要依靠模具成型。用模具生產(chǎn)制作表現(xiàn)出的高效率、低成本、高精度、高一致性和清潔環(huán)保的特性，是其他加工制造方法所無法替代的。模具生產(chǎn)技術(shù)水平的高低，已成為衡量一個國家制造業(yè)水平高低的重要標志，并在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。近幾年，全球模具市場呈現(xiàn)供不應(yīng)求的局面，世界模具市場年交易總額為600～650億美元左右。美國、日本、法國、瑞士等國家年出口模具量約占本國模具年總產(chǎn)值的三分之一。?
國外模具總量中,大型、精密、復(fù)雜、長壽命模具的比例占到50%以上；國外模具企業(yè)的組織形式是"大而專"、"大而精"。2004年中國模協(xié)在德國訪問時，從德國工、模具行業(yè)組織--德國機械制造商聯(lián)合會（VDMA）工模具協(xié)會了解到，德國有模具企業(yè)約5000家。2003年德國模具產(chǎn)值達48億歐元。其中（VDMA）會員模具企業(yè)有90家，這90家骨干模具企業(yè)的產(chǎn)值就占德國模具產(chǎn)值的90%，可見其規(guī)模效益。
隨著時代的進步和技術(shù)的發(fā)展，國外的一些掌握和能運用新技術(shù)的人才如模具結(jié)構(gòu)設(shè)計、模具工藝設(shè)計、高級鉗工及企業(yè)管理人才，他們的技術(shù)水平比較高．故人均產(chǎn)值也較高．我國每個職工平均每年創(chuàng)造模具產(chǎn)值約合1萬美元左右，而國外模具工業(yè)發(fā)達國家大多15～20萬美元，有的達到 25～30萬美元。國外先進國家模具標準件使用覆蓋率達70%以上，而我國才達到45％．
1.3 散熱片零件的沖壓工藝及模具設(shè)計與制造方面
1.3.1 散熱片零件的沖壓工藝的設(shè)計思路
沖壓加工與其它加工方法相比,無論在技術(shù)方面,還是在經(jīng)濟方面,都具有許多獨特的優(yōu)點.如:沖壓在少,無切屑加工方法之一,是一種省能,低耗,高效的加工方法,因而制品的成本較低.
沖壓件的尺寸公差由模具保證,具有一模一樣的特征,所以產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定,沖壓可以壁薄,重量輕,形狀復(fù)雜,表面質(zhì)量好,剛性好的工件.冷沖壓生產(chǎn)靠壓力機和模具完成加工過程,其生產(chǎn)效率高,操作方便,易于機械化與自動化,用普通壓力機進行沖壓加工,每分鐘可達幾十件,用高速壓力機生產(chǎn),每分鐘可達數(shù)百件或千件以上.
1.3.2 散熱片模具的設(shè)計思路
沖裁是沖壓基本工序之一，它是利用沖壓模在壓力機作用下，將平板坯料沿一定的輪廓線產(chǎn)生分離的一種沖壓工序。根據(jù)變形機理的不同，沖裁可分為普通沖裁和精密沖裁，常用的沖裁有落料，沖孔，切口，切斷，剖切等。其中以落料沖孔翻邊應(yīng)用最多，落料是沿工件的外形封閉輪廓線沖切，沖下部分為工件，沖孔是沿工件的內(nèi)形封閉輪廓線沖切，沖下部分為廢料，翻邊主要是內(nèi)孔翻邊和外緣翻邊比較多。
1.3.3散熱片模具設(shè)計的進度
1.了解目前國內(nèi)外沖壓模具的發(fā)展現(xiàn)狀，所用時間20天；
2.確定加工方案，所用時間5天；
3.模具的設(shè)計，所用時間30天；
4．模具的調(diào)試．所用時間5天．
2 散熱片沖壓工藝的分析
2.1工件工藝性分析與方案確定
2.1.1散熱片沖裁件工藝性分析
圖1 零件圖
零件名稱：散熱片
材料：鋁L3
料厚：0.5mm
數(shù)量：大批量生產(chǎn)
未注公差尺寸按IT11級精度制造
該零件形狀簡單，對稱，是由圓弧和直線組成的，沖裁件內(nèi)外形所能達到經(jīng)濟精度為IT11～IT14，孔中心與邊緣距離尺寸公差為±0.5mm，將以上精度與零件的精度要求相比較，可認為該零件的精度要求能夠在沖裁加工中得到保證，其他未注尺寸，生產(chǎn)批量等情況也均符合沖裁的工藝要求，故可采用沖壓方式進行加工。
外形落料的工藝性：散熱片屬于中等尺寸零件，料厚0.5mm，外形復(fù)雜程度一般，尺寸精度要求一般，因此可采用落料工藝獲得。
沖孔的工藝性：內(nèi)孔尺寸精度要求一般，可采用沖孔。
2.1.2工藝方案的確定
該零件所需要的沖壓工序為沖孔、落料、翻邊，可擬定出以下三種工藝方案：
方案一：用簡單模分三次加工，即落料——沖孔——內(nèi)孔、外緣翻邊
方案二：沖孔落料復(fù)合?！獌?nèi)孔、外緣翻邊
方案三：沖孔、落料、翻邊級進模
采用方案一，生產(chǎn)率低，工件的累計誤差大，操作不方便，由于該工件為大批量生產(chǎn)，方案二和方案三更具有優(yōu)越性。
散熱片零件可以采用沖孔、落料復(fù)合?；驔_孔、落料級進模。復(fù)合模模具的形位精度和尺寸精度容易保證，且生產(chǎn)率高，盡管模具結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜.級進模生產(chǎn)率也高，但零件的沖裁精度稍差，與保證沖壓件的形位精度，需要在模具上設(shè)置導(dǎo)正銷導(dǎo)正，故模具制造，安裝較復(fù)合模并不復(fù)雜。通過對上述三種方案的分析比較，散熱片的沖壓生產(chǎn)采用方案二沖孔落料復(fù)合模更為合理。
2.2排樣設(shè)計
2.2.1確定零件的排樣
設(shè)計復(fù)合模時，首先要設(shè)計條料排樣圖，由于散熱片零件外形矩形，形狀較復(fù)雜，可采用直排排樣的方法，可提高生產(chǎn)率。如下圖二為零件的排樣圖。
圖2 排樣圖
2.2.2條料寬度、導(dǎo)尺間寬度和材料利用率的計算
查文獻[1]中表2.9取得搭邊值a1=1.8mm，側(cè)面a=2mm。
計算條料寬度：
B=27+2×2=31mm
步距： S=61.8mm
材料利用率的計算：
計算沖壓件毛坯的面積：
A=61.8×27-2×3×3×3.14-（4×10+2×2×3.14）
=1559.52mm2
一個步距的材料利用率：=A/(Nbs) ×100%
式中 A—一個沖裁件的面積，mm2;
n—一個步距內(nèi)的沖裁件數(shù)量；
B—條料寬度，mm;
s—進距， mm
得 =1559.52／（61.8×31）×100%=81.4%
2.3沖裁力的計算及壓力機的選定
2.3.1沖裁力的計算
式中 P—沖裁力（KN）。
K—系數(shù)，一般取1.3
L—沖裁件剪切周邊長度（mm）。
t—沖裁件材料厚度（mm）
—被沖材料的抗剪強度。
上式中抗剪強度與材料種類和坯料的原始狀態(tài)有關(guān)，可在手冊中查詢，為方便計算，可取材料的σb=1.3τb，故沖裁力表達式又可表示為：
F=Ltτb ≈1.3Ltτb=11960N
F卸=K卸F=956.8N
F推=nK推F=59800N
F總=F+F推+F卸=72716.8N
2.3.2壓力機的初選
查《沖壓模具簡明設(shè)計手冊》表13.9選J23-10
其相關(guān)參數(shù)為：
最大封閉高度：180㎜，
工作臺尺寸：360㎜×240㎜
2.3.3壓力中心的計算
因為制件的沖孔及落料部分對稱分布，故壓力中心為其幾何中心。
即： ， 。
3 沖壓模的結(jié)構(gòu)設(shè)計
3.1 凸、凹模刃口尺寸計算
3.1.1沖孔凸模刃口尺寸計算
查書《沖壓工藝與模具設(shè)計》P21表2.3知：
鋁沖裁模具初始雙面間隙 Zmin=0.02mm
Zmax=0.03mm
1、 沖孔Φ6mm的刃口尺寸的計算。由于制件結(jié)構(gòu)簡單，精度要求不高，所以采用凸模和凹模分開加工的方法制作凸、凹模。
沖孔時以凸模為設(shè)計基準，首先確定凸模尺寸，使凸模的基本尺寸接近或等于工件孔的最大極限尺寸；然后將凸模尺寸增大到最小合理間隙即得到凹模尺寸。
查P25表2.5得凸、凹模制造公差：
δ凸= -0.02mm
δ凹= 0.02mm
校核： Zmax－Zmin=0.01mm
δ 凹 +δ 凸 =0mm
滿足: Zmax－Zmin ≧ δ凹 + δ凸的條件。
查表2.6得：IT11級時磨損系數(shù)x=0.75
沖孔時，按式 d凸=（dmin+x△）0－δ
=60-0.02
d凹=（d凸+Zmin)+δ0
= 6.0200.02
2、沖孔 R2mm周圍的刃口尺寸的計算。由于形狀復(fù)雜（尺寸數(shù)多），故選用配作法制作模具刃口。
沖孔時，應(yīng)以凸模為基準來配做凹模。工作時，凸模磨損后，沖裁件尺寸變大。
3.1.2落料凸凹模刃口尺寸計算
落料時，凸凹模按分別制造法計算。落料時以凹模為設(shè)計基準，首先確定凹模尺寸，使凹模的基本尺寸接近或等于工件輪廓的最小極限尺寸；然后將凹模尺寸減小到最小合理間隙值即得到凸模尺寸。
D凹=（Dmin -x△）0+δ凸
=(60-0.75x0.1) 0+δ凸
=59.925
D凸=（D凹-Zmin）0-δ凹
=59.905
以上公式中 D凹、D凸—落料凸凹模的基本尺寸
d凸、d凹—沖孔凸凹模的基本尺寸
Dmin—落料件的最大極限尺寸
Dmin—沖孔件的最小極限尺寸
δ凸、δ凹—凸模、凹模的制造公差
3.2模具類型的選擇
由沖壓工藝分析可知，采用沖孔落料復(fù)合方式?jīng)_壓，所以模具類型為復(fù)合模，本零件的沖壓包括沖孔和落料兩個工序，為方便小孔廢料和成形工件的落下，采用倒裝結(jié)構(gòu)，即落料凹模安排在上模，凸凹模安排在下模部分。
本制件是大批量生產(chǎn)，安排生產(chǎn)可采用手工送料方式能夠達到批量生產(chǎn),且能降低模具成本,因此采用手工送料方式。由于制件的精度要求不高，制件的外形復(fù)雜程度一般，所以選用擋料銷、始用擋料銷進定位和導(dǎo)向。
為確保零件的質(zhì)量及穩(wěn)定性，選用導(dǎo)柱、導(dǎo)套導(dǎo)向。采用手工送料方式，為了提高開敞性和導(dǎo)向均勻性，采用中間導(dǎo)柱模架。
本模具采用正裝結(jié)構(gòu)，沖孔廢料和工件留在凹?？锥粗校瑸榱撕喕＞呓Y(jié)構(gòu)，可以在下模座中開有通槽，使廢料和工件從孔洞中落下。工件厚度為0.5mm，料厚比較薄，選用彈性卸料板來卸下條料廢料。
3.3沖壓模主要零部件的設(shè)計與標準選用
3.3.1凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計和標準化
凹模刃口的結(jié)構(gòu)形式：凹模結(jié)構(gòu)分為整體式和鑲拼式兩種。整體式凹模刃口形狀分為直壁式和斜壁式。由于本零件結(jié)構(gòu)簡單各面均為垂直面，所以本模具宜采用直壁式。
3.3.2定位零件的設(shè)計
在本模具中采用的是條料，所以導(dǎo)料銷、擋料銷作為定位裝置，起導(dǎo)向同時起定位的作用。用擋料銷擋住搭邊或沖件輪廓，以限定條料的送進距離。在本模具中試用固定擋料銷，其結(jié)構(gòu)簡單、制造容易，在模具中廣泛應(yīng)用作定距裝置。
3.3.3固定擋料銷的設(shè)計與標準化
固定擋料銷的設(shè)計根據(jù)標準件，選用此擋料銷如圖3
圖3固定擋料銷的結(jié)構(gòu)
3.3.4始用擋料銷位置確定
根據(jù)步距要求，模具上需要一個始用擋料銷。
由始用擋料銷剖視圖知其位置，其中L=61.8mm。如圖4
圖4始用擋料銷
3.3.5導(dǎo)料銷的設(shè)計與標準化
擋料銷一般有兩個，設(shè)置在條料的同側(cè)，條料沿兩個導(dǎo)料銷確定的直線送進。從右向左送料時，擋料銷裝在后側(cè)；從前向后送料時，導(dǎo)料銷裝在左側(cè)。固定導(dǎo)料銷一般設(shè)計在凹模上。活動擋料銷一般設(shè)在彈壓卸料板上；導(dǎo)料螺釘一般設(shè)在固定板或下模座平面上。
導(dǎo)料銷的材料一般采用T7,T8，熱處理硬度為46～52HRC，粗糙度在1.6μm以下，裝配時采用H7/s6配合。
3.3.6導(dǎo)向裝置的設(shè)計
導(dǎo)向裝置用來保證上模相對于下模正確的運動，對于生產(chǎn)批量較大，零件的要求較高，壽命要求較長的模具，一般都需要采用導(dǎo)向裝置，本模具中應(yīng)用導(dǎo)柱導(dǎo)套裝置來完成導(dǎo)向。
3.3.7卸料兼壓料板的設(shè)計
卸料是以圓形彈壓卸料板卸料，出件是通過推桿推件塊將制件從凹模中推出。凸模與卸料板采用間隙配合，為H8/f8。通過頂桿及卸料螺釘?shù)奈恢?，確定彈壓卸料板的最寬度為40㎜。彈壓卸料板和推件塊的厚度分別由凸模和凹模的高度及厚度協(xié)調(diào)決定。它們的材料都是用45鋼。如圖5所示:
圖5卸料兼壓料板
3.4連接與固定裝置的設(shè)計
3.4.1模柄的設(shè)計
本模具屬于中小型模具,采用模柄將上模固定在壓力機的滑塊上。模柄是作為上模與壓力機滑塊連接的零件。對它的基本要求是:一要與壓力機滑塊上的模柄孔正確配合,安裝可靠；二要與上模正確而可靠的連接。
在本模具中選用壓入式模柄，通過凸緣與上模座連接并加止轉(zhuǎn)銷防止轉(zhuǎn)動。這種模柄可較好的保證軸線與上模座軸線垂直,適用與各種中、小型模具。
模柄材料通常采用Q235或Q275鋼,在此選用Q235鋼.其支撐面應(yīng)垂直于模柄的軸線(垂直度不應(yīng)超過0.02:100)。
模柄在本模具選用標準尺寸，并根據(jù)前文壓力機的參數(shù)確定模柄的直徑和長度。其具體參數(shù)如下：d=Φ40±0.050mm， L=79mm現(xiàn)制草圖如下并標明其具體尺寸：
圖6 模柄結(jié)構(gòu)簡圖
3.4.2凸模固定板的選擇
根據(jù)凸模的直徑、高度及緊固螺釘、銷釘、卸料螺釘?shù)鹊某叽缥恢么_定選用矩形固定板，其規(guī)格為L×B×H=80×63×16。如下圖
圖7 凸模固定板
3.4.3墊板的設(shè)計
墊板的作用是直接承受和擴散凸模傳遞的壓力，以降低模座承受的單位壓力，防止模座被壓出凹坑，影響凸模的正常工作。模具中最為常見的凸模墊板，模具是否加裝墊板，要根據(jù)模座所受的壓力大小進行判斷，若模座所受單位壓力大于模座的材料的許用壓應(yīng)力，則需加墊板。
墊板的外形尺寸可與固定板相同，其厚度一般取3～10mm。墊板材料為45鋼，淬火硬度為43～48JRC。墊板上，下表面應(yīng)磨平，以保證平行度要求。為了便于模具裝配，墊板上的銷釘通孔直徑可比銷釘直徑增大0.3～10.5mm。
墊板的外形尺寸和固定板相同，厚度取16mm。如下圖：
圖8 墊板
3.4.4螺釘與銷釘?shù)脑O(shè)計
模具上常用的緊固零件是螺釘和銷釘，螺釘和銷釘都是標準件，設(shè)計模具是按標準選用即可。螺釘用于固定模具零件，一般選用內(nèi)六角螺釘；銷釘起定位作用，常用圓柱銷釘，螺釘、銷釘規(guī)格根據(jù)沖壓力的大小、凹模厚度等確定。所以螺釘?shù)囊?guī)格選用M12，在根據(jù)實際要求,查標準選用GB 70-85 M12；銷釘?shù)墓Q直徑可取與螺釘大徑相同或小一個規(guī)格,因此根據(jù)標準選用GB 119-86 A12, 根據(jù)有關(guān)資料,可選取材料為45鋼.根據(jù)定位方式及坯料的形狀與尺寸,選用合適的標準定位零件.
4 模架及組成零件的確定
4.1 模架的選用
本模具選用由上模座,下模座,導(dǎo)柱,導(dǎo)套組成導(dǎo)柱模模架及其零件已經(jīng)標準化，在此選用中間導(dǎo)柱模架。
4．1.1上模座的確定
本模中具選用標準模架。如下圖：
圖9 上模座
4.1.2下模座的確定
本模中具選用標準模架。如下圖;
圖10 下模座
5 模具閉合高度及壓力機有關(guān)參數(shù)的校核
5.1模具的閉合高度
模具的閉合高度：H閉=h上模座+h墊板+h凸模固定板+h落料凹模+t+h卸料板+h下模座。
H=25+5+16+20+0.5+15+30
= 96.5mm
5.2壓力機的校核
5.2.1公稱壓力
根據(jù)公稱壓力的選取壓力機型號為J23-10,它的壓力為72.71KN>211.2KN,所以壓力得以校核;
5.2.2行程次數(shù)
行程次數(shù)為45/min.因為生產(chǎn)批量為中批量,又是手工送料,不能太快,因此是得以校核.滿足使用要求。
5.2.3工作臺面的尺寸
根據(jù)下模座L×B=250mm×160mm,且每邊留出30mm~50mm,即L1×B1=290mm×200mm,而壓力機的工作臺面L2×B2=370 mm×560mm,沖壓件和廢料從下模漏出, 故符合要求,得以校核;
5.2.4 滑塊模柄孔尺寸
滑塊上模柄孔的直徑為Φ40mm,模柄孔深度為60mm,而所選的模柄夾持部分直徑為Φ40mm,長度為56mm故符合要求,得以校核。
6 繪制模具總裝圖和非標零件工作圖
圖11裝配圖
由以上設(shè)計，可得到模具的總裝圖即是上圖，其工作過程是：模具在工作時，將毛坯放在凹模上用始用擋料銷進行定位，模具下行卸料板接觸毛坯將其壓緊，同時沖孔凸模在下行過程中進行沖孔，模具繼續(xù)下行落料凸模進行落料。沖裁完成，廢料直接從下方落下，工件卡在凸模上，當模具回升時，工件隨凸模一起上行當?shù)竭_一定高度后，卸料板在橡膠塊的作用下將制件卸下，如此繼續(xù)完成下一次工作。
6.1模具的裝配
總裝時，首先應(yīng)根據(jù)主要零件的相互依賴關(guān)系，以及裝配方便和易于保證裝配精度要求來確定裝配基準件，例如復(fù)合模一般以凸凹模作為裝配基準件，級進模以凹模作為裝配基準件；其次，應(yīng)確定裝配順序，根據(jù)各個零件與裝配基準件的依賴關(guān)系和遠近程度確定裝配順序。裝配結(jié)束后，要進行試沖，通過試沖發(fā)現(xiàn)問題，并及時調(diào)整和修理直至模具沖出合格零件為止。
裝配前的準備通讀設(shè)計圖樣，了解正裝式復(fù)合模的結(jié)構(gòu)特點；本模具的裝配工藝要點是：同時保證落料和沖孔用凸凹模間隙的均勻，打料機構(gòu)工作可靠，能及時推出工件，查對各零件已完成裝配前的加工工序，并經(jīng)檢驗合格；確定裝配方法和裝配順序：經(jīng)查對認定模具零件已加工完成，可采用直接裝配方法，結(jié)合模具結(jié)構(gòu)特點，對凸凹模、凸模先進行分組裝配，再進行總裝配，選用以凸凹模為基準件，先裝配上模，再裝配下模及輔助零件；裝配模柄：將模柄壓入上模座后，鉆、鉸銷孔，打入止轉(zhuǎn)銷；裝配凸凹模：按照壓入法操作要求，將凸凹模壓入固定板中，檢查凸凹模相對固定板基準面的垂直度，并壓入凸模，用工藝定位器法檢查配合間隙的均勻性，待凸凹模全部壓入，認定間隙分布均勻后，磨平固定板支撐面和凸凹模刃口面；裝配凸模：將凸模壓入固定板中，按壓入法裝配要領(lǐng)，檢查其相對固定板基準面的垂直度，認定合格后，磨平固定板支撐面和刃口面；裝配下模：將組裝好的凸?！潭ò搴拖聣|板，按照設(shè)計要求位置，安裝在下模座上，緊固螺釘，鉆、鉸銷孔，裝入圓柱銷；裝配上模：將組裝好的凸凹?！潭ò搴蜕蠅|板，安裝在上模座上，緊上螺釘，用工藝定位器法控制上下模的配合間隙，使其均勻，認定均勻后，在上模相應(yīng)部位鉆、鉸銷孔，打入圓銷；安裝凹模：將凹模安裝在下模相應(yīng)部位，凹模和凸凹模間隙，用墊片法或直接安裝法控制其均勻性。試切：用紙試沖，觀察沖切紙邊的狀況，經(jīng)調(diào)整并認定均勻后，鉆、鉸另一組銷孔，打入圓銷；裝配其他零件并試模：上模安裝頂桿，頂件塊，檢查打料機構(gòu)工作的可靠性。頂件塊在最低位置時，應(yīng)突出凸凹模刃口0.2～0.5mm。安裝卸料板和彈簧，安裝后的卸料板下平面比凸凹模刃口面低0.2～0.5mm。在設(shè)計指定的壓力機上，裝配好的模具進行試沖。試模時重點檢查打料機構(gòu)和頂出機構(gòu)的動作是否及時、可靠。每一次沖壓后，上模隨壓力機上行到上死點時，條料和頂出的工件都應(yīng)該出現(xiàn)在下模凹模工作面上，以便及時清除。裝配后應(yīng)保證間隙均勻，落料凹模刃口面應(yīng)高出沖孔凸模工作端面2mm。
結(jié)束語
大學(xué)三年的學(xué)習(xí)即將結(jié)束，畢業(yè)設(shè)計是其中最后一個實踐環(huán)節(jié)，是對以前所學(xué)的知識及所掌握的技能的綜合運用和檢驗。隨著我國經(jīng)濟的迅速發(fā)展，采用模具的生產(chǎn)技術(shù)得到愈來愈廣泛的應(yīng)用。在完成大學(xué)三年的課程學(xué)習(xí)和課程、生產(chǎn)實習(xí)，我熟練地掌握了機械制圖、機械設(shè)計、機械原理等專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課方面的知識，對機械制造、加工的工藝有了一個系統(tǒng)、全面的理解，達到了學(xué)習(xí)的目的。對于模具設(shè)計這個實踐性非常強的設(shè)計課題，我們進行了大量的實習(xí)。經(jīng)過在新飛電器有限公司、在洛陽中國一拖的生產(chǎn)實習(xí)，我對于冷沖模具、塑料模具的設(shè)計步驟有了一個全新的認識，豐富和加深了對各種模具的結(jié)構(gòu)和動作過程方面的知識，而對于模具的制造工藝更是有了全新的理解。在指導(dǎo)老師的細心指導(dǎo)下和在工廠師傅的講解下，我們對于模具的設(shè)計和制造工藝有了系統(tǒng)而深刻的認識。同時在實習(xí)現(xiàn)場親手拆裝了一些典型的模具實體并查閱了很多相關(guān)資料，通過這些實踐，我們熟練掌握了模具的一般工作原理、制造、加工工藝。通過在圖書館借閱相關(guān)手冊和書籍，更系統(tǒng)而全面了細節(jié)問題，鍛煉了縝密的思維和使我們初步具備了設(shè)計工作者應(yīng)有的素質(zhì)。
設(shè)計中，將充分利用和查閱各種資料，并與同學(xué)進行充分討論，盡最大努力搞好本次畢業(yè)設(shè)計。 在設(shè)計的過程中，將有一定的困難，但有指導(dǎo)老師的悉心指導(dǎo)和自己的努力，相信會完滿的完成畢業(yè)設(shè)計任務(wù)。由于學(xué)生水平有限，而且缺乏經(jīng)驗，設(shè)計中不妥之處在所難免，肯請各位老師指正。
致謝
時光如電，歲月如梭，三年的大學(xué)生活即將結(jié)束，而我也即將離開可敬的老師和熟悉的同學(xué)踏入不是很熟悉的社會中去。在這畢業(yè)之際，作為一名工科院校的學(xué)生，做畢業(yè)設(shè)計是一件必不可少的事情。
畢業(yè)設(shè)計是一項非常繁雜的工作，它涉及的知識非常廣泛，很多都是書上沒有的東西，這就要靠自己去圖書館查找自己所需要的資料；還有很多設(shè)計計算，這些都要靠自己運用自己的思維能力去解決，可以說，沒有一定的毅力和耐心是很難完成這樣復(fù)雜的工作。
在學(xué)校中，我主要學(xué)的是理論性的知識，而實踐性很欠缺，而畢業(yè)設(shè)計就相當于實戰(zhàn)前的一次總演練。畢業(yè)設(shè)計不但把我以前學(xué)的專業(yè)知識系統(tǒng)的連貫起來，也使我在溫習(xí)舊知識的同時也可以學(xué)習(xí)到很多新的知識；這不但提高了我們解決問題的能力，開闊了我們的視野，在一定程度上彌補我們實踐經(jīng)驗的不足，為以后的工作打下堅實的基礎(chǔ)。
由于本人資質(zhì)有限，很多知識掌握的不是很牢固，因此在設(shè)計中難免要遇到很多難題，在有課程設(shè)計的經(jīng)驗及老師的不時指導(dǎo)和同學(xué)的熱心幫助下，克服了一個又一個的困難，使我的畢業(yè)設(shè)計日趨完善。畢業(yè)設(shè)計雖然很辛苦，但是在設(shè)計中不斷思考問題，研究問題，咨詢問題，一步步提高了自己，一步步完善了自己。同時也汲取了更完整的專業(yè)知識，鍛煉了自己獨立設(shè)計的能力，使我受益匪淺，我相信這些經(jīng)驗對我以后的工作一定有很大的幫助，而且也鍛煉我的吃苦耐勞的精神，讓我在這個競爭的社會里有立足之地。
最后，我衷心感謝各位老師特別是我的指導(dǎo)老師丁海老師在這一段時間給予我無私的幫助和指導(dǎo)，并向你們致意崇高的敬意，以后到社會上我一定努力工作，不辜負你們給予我的知識和對我寄予的厚望！
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