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《沖壓工藝及模具設(shè)計》課程設(shè)計指導(dǎo)書
《沖壓工藝及模具設(shè)計》課程的課程設(shè)計是培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)初步設(shè)計能力的實踐性環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)塑性成形技術(shù)人員的基本訓(xùn)練之一。
1.1 《沖壓工藝及模具》課程設(shè)計的目的和要求
一. 目的
1. 為使學(xué)生掌握沖壓工藝的編制方法和設(shè)計沖模的實際技能，除了系統(tǒng)地講授必要的設(shè)計計算理論，做實驗，做作業(yè)外，還應(yīng)該對學(xué)生作較全面的設(shè)計技能訓(xùn)練，即作課程設(shè)計，以達到如下目的。具體應(yīng)用和鞏固本課程及有關(guān)先修課的基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識了解沖壓工藝及模具的設(shè)計方法和步驟培養(yǎng)學(xué)生的初步設(shè)計能力，為畢業(yè)設(shè)計打基礎(chǔ)。
2. 獨立地解決在制定沖壓工藝規(guī)程和設(shè)計沖模中的問題，會查閱技術(shù)文獻和資料，全面考慮設(shè)計內(nèi)容及過程，培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力。課程設(shè)計是教學(xué)過程中的一個重要環(huán)節(jié)，必須認真對待。
二. 要求
在課程設(shè)計中要求學(xué)生注意培養(yǎng)認真負責(zé)，踏實細致的工作作風(fēng)和保質(zhì)保量，按時完成任務(wù)的習(xí)慣。在設(shè)計過程中必須做到：
1. 及時了解有關(guān)資料，作好準備工作，充分發(fā)揮自己的主觀能動性和創(chuàng)造性；
2. 要求計算正確，結(jié)構(gòu)合理，圖面整潔，圖樣及標(biāo)注符合國家標(biāo)準；
3. 設(shè)計計算說明書要求文字通順，書寫工整，其中的圖表等不準徒手畫;
4. 按計劃循序進行，整個課程設(shè)計時間為三周(15個工作日)，其進度可參考下表：
時間
內(nèi)容
備注
一天
布置題目，準備工作
四天
工藝計算，結(jié)構(gòu)草圖
交指導(dǎo)教師檢查結(jié)構(gòu)草圖
三天
繪制裝配圖
三天
繪制零件圖
一天
檢查零件圖標(biāo)注
二天
書寫設(shè)計說明書
用圖袋裝好交教師簽字
一天
答辯
1.2 設(shè)計前的準備工作和注意事項
一. 設(shè)計的預(yù)備課程
冷沖壓課程設(shè)計是在學(xué)生具備了機械制圖，公差與技術(shù)測量，金屬學(xué)及熱處理，機械原理及機械零件，金屬塑性成形原理，成形設(shè)備，沖壓工藝及其機械化自動化等必要的基礎(chǔ)和專業(yè)知識的基礎(chǔ)上進行的。完成本專業(yè)教學(xué)計劃中所規(guī)定的認識實習(xí)和生產(chǎn)實習(xí)，也是學(xué)生能順利進行冷沖壓課程設(shè)計的必須前提。
學(xué)生除了必須具備沖壓工藝知識外，同時也應(yīng)掌握模具加工工藝，知道自己設(shè)計的模具如何加工及制造，各種加工方法所能達到的精度等。熟悉冷沖模的各項標(biāo)準等。
二. 設(shè)計前的有關(guān)事宜和注意事項
1. 設(shè)計前必須預(yù)先準備好設(shè)計資料，手冊，圖冊，繪圖儀器，計算器，圖板，圖紙，報告紙等；
2. 設(shè)計前應(yīng)對課程設(shè)計的原始資料進行詳細了解和分析研究，明確設(shè)計要求和內(nèi)容后再進行設(shè)計工作。原始資料包括：零件圖，生產(chǎn)綱領(lǐng)，原材料牌號與規(guī)格，現(xiàn)有沖壓設(shè)備的型號與規(guī)格等
3. 按時到規(guī)定的教室設(shè)計，不得在寢室或其他地方設(shè)計；
4. 畫出的模具結(jié)構(gòu)草圖經(jīng)指導(dǎo)教師認可后方能繪制正式裝配圖及零件圖；
5. 設(shè)計圖紙和計算書呈交指導(dǎo)教師審閱后進行課程設(shè)計答辯或總結(jié)。
1.3 設(shè)計任務(wù)
學(xué)生進行沖壓課程設(shè)計須完成下列任務(wù)：
一. 對老師指定的沖壓件進行沖壓工藝設(shè)計：包括工藝分析及方案選擇，工藝計算，模具結(jié)構(gòu)尺寸的確定，選擇壓力機；
二. 設(shè)計一道工序的一套沖模的詳細結(jié)構(gòu)：要求繪制沖?？傃b配圖及全套零件圖；
三. 制定沖壓工藝規(guī)范，編寫沖壓工藝過程卡片；
四. 編寫設(shè)計計算說明書，說明書頁數(shù)約為25~35頁，用本校設(shè)計說明書專用紙書寫，并裝訂成冊。
1.4 設(shè)計答辯和成績評定
學(xué)生在設(shè)計過程中，指導(dǎo)教師可以向?qū)W生提出問題制疑，以了解學(xué)生對設(shè)計的掌握和消化情況。
學(xué)生完成課程設(shè)計后，將圖紙，說明書裝入圖袋交指導(dǎo)教師審查，然后進行設(shè)計答辯和總結(jié)，并評定設(shè)計成績。
課程設(shè)計成績按以下五個等級評定：
一. 優(yōu)秀
1.設(shè)計分案合理，內(nèi)容正確，有獨立見解或創(chuàng)造性；
2.設(shè)計中能正確運用本專業(yè)的基礎(chǔ)知識，設(shè)計計算方法正確，計算結(jié)果準確；
3.全面完成規(guī)定的設(shè)計任務(wù)，圖面質(zhì)量好，且所繪圖紙符合國家制圖標(biāo)準；
4.說明書內(nèi)容完整，書寫工整清晰；
5.答辯中自述清楚，回答問題全面正確，
6.設(shè)計中有個別缺點，但不影響設(shè)計質(zhì)量。
二. 良好
1.設(shè)計分案及內(nèi)容，有一定見解；
2.設(shè)計中能正確運用本專業(yè)的基礎(chǔ)知識，設(shè)計計算方法正確；
3.能完成規(guī)定的全部設(shè)計任務(wù)，圖面質(zhì)量較好，所繪圖紙符合國家制圖標(biāo)準；
4.說明書內(nèi)容較完整，正確，書寫整潔；
5.答辯中自述清楚，能正確回答教師提出的大部分問題；
6.設(shè)計中有個別缺點和小錯誤，但不是原則性的，基本上不影響設(shè)計的正確性。
三. 及格
1.設(shè)計方案及內(nèi)容基本合理，分析問題能力較差，但無原則性錯誤；
2.設(shè)計中尚能運用本專業(yè)的基礎(chǔ)知識進行設(shè)計，考慮問題不夠全面；
3.基本上能完成規(guī)定的設(shè)計任務(wù)，圖面質(zhì)量尚可；
4.說明書內(nèi)容基本正確完整，書寫工整；
5.答辯中表達能力一般，能回答教師提出的部分問題；
6.設(shè)計中有一些原則性小錯誤。
四. 不及格
1.設(shè)計方案不合理，有嚴重的原則性錯誤；
2.設(shè)計內(nèi)容沒有達到規(guī)定的基本要求；
3.沒有在規(guī)定的時間內(nèi)完成設(shè)計；
4.設(shè)計中不加消化，照搬照抄；
2.1 工藝過程設(shè)計的基本內(nèi)容
沖壓工藝規(guī)程是模具設(shè)計的依據(jù)，而良好的模具結(jié)構(gòu)設(shè)計，又是實現(xiàn)工藝過程的可靠保證，若沖壓工藝有改動，往往會造成模具的返工，甚至報廢。沖制同樣的零件，通?？梢圆捎脦追N不同方法。工藝過程設(shè)計的中心就是依據(jù)技術(shù)上先進，經(jīng)濟上合理，生產(chǎn)上高效，使用上安全可靠的原則，使零件的生產(chǎn)在保證符合零件的各項技術(shù)要求的前提下，達到最佳的技術(shù)效果和經(jīng)濟效益。
沖壓件工藝過程設(shè)計的主要內(nèi)容和步驟是：
一. 分析零件圖(沖壓件圖)
產(chǎn)品零件圖是分析和制定沖壓工藝方案的重要依據(jù)，設(shè)計沖壓工藝過程要從分析產(chǎn)品的零件圖人手。分析零件圖包括技術(shù)和經(jīng)濟兩個方面：
1. 沖壓加工的經(jīng)濟性分析
沖壓加工方法是一種先進的工藝方法，因其生產(chǎn)率高，材料利用率高，操作簡單等一系列優(yōu)點而廣泛使用。由于模具費用高，生產(chǎn)批量的大小對沖壓加工的經(jīng)濟性起著決定性作用，批量越大，沖壓加工的單件成本就越低，批量小時，沖壓加工的優(yōu)越性就不明顯，這時采用其他方法制作該零件可能有更好的經(jīng)濟效果。例如在零件上加工孔，批量小時采用鉆孔比沖孔要經(jīng)濟；有些旋轉(zhuǎn)體零件，采用旋壓比拉深會有更好的經(jīng)濟效果。所以，要根據(jù)沖壓件的生產(chǎn)綱領(lǐng)，分析產(chǎn)品成本，闡明采用沖壓生產(chǎn)可以取得的經(jīng)濟效益。
2. 沖壓件的工藝性分析
沖壓件的工藝性是指該零件在沖壓加工中的難易程度。在技術(shù)方面，主要分析該零件的形狀特點，尺寸大小，精度要求和材料性能等因素是否符合沖壓工藝的要求。良好的工藝性應(yīng)保證材料消耗少，工序數(shù)目少，模具結(jié)構(gòu)簡單，且壽命長，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，操作簡單，方便等。在一般情況下，對沖壓件工藝性影響最大的是沖壓件結(jié)構(gòu)尺寸和精度要求，如果發(fā)現(xiàn)零件工藝性不好，則應(yīng)在不影響產(chǎn)品使用要求的前提下，向設(shè)計部門提出修改意見，對零件圖作出適合沖壓工藝性的修改。
另外，分析零件圖還要明確沖壓該零件的難點所在，對于零件圖上的極限尺寸，設(shè)計基準以及變薄量，翹曲，回彈，毛刺大小和方向要求等要特別注意，因為這些因素對所需工序的性質(zhì)，數(shù)量和順序的確定，對工件定位方法，模具制造精度和模具結(jié)構(gòu)形式的選擇，都有較大影響。
二. 確定沖壓件的總體工藝過程
在綜合方析，研究零件成形性的基礎(chǔ)上，以材料的極限變形參數(shù)，各種變形性質(zhì)的復(fù)合程度及趨向性，當(dāng)前的生產(chǎn)條件和零件的產(chǎn)量質(zhì)量要求為依據(jù)，提出各種可能的零件成形總體工藝方案。根據(jù)技術(shù)上可靠，經(jīng)濟上合理的原則對各種方案進行對比，分析，從而選出最佳工藝方案（包括成形工序和各輔助工序的性質(zhì)，內(nèi)容，復(fù)合程度，工序順序等），并盡可能進行優(yōu)化。
1. 選擇沖壓基本工序
剪裁，落料，沖孔，切邊，彎曲，拉深，翻邊等是常見的沖壓工序，各工序有其不同的性質(zhì)，特點和用途。有些可以從產(chǎn)品零件圖上直觀地看出沖壓該零件所需工序的性質(zhì)。例如平板件上的各種型孔只需要沖孔，落料或剪切工序；開口筒形件則需拉深工序。有些零件的工序性質(zhì)，必須經(jīng)過分析和計算才能確定。如圖2-1 (a)和(b)分別為油封內(nèi)夾圈和外夾圈沖壓件，兩個沖壓件形狀基本相同，只是直邊高度和外徑不同經(jīng)分析計算，內(nèi)夾圈可選用落料沖孔和翻邊，共兩道工序；而外夾圈選用落料，拉深，沖孔和翻邊等四道工序來加工較為合理。
圖2-1 油封內(nèi)夾圈和外夾圈的沖壓工藝過程
a) 油封內(nèi)夾圈? b)油封外夾圈
材料：08鋼，厚度：0.8mm
2. 確定沖壓次數(shù)和沖壓順序
沖壓次數(shù)是指同一性質(zhì)的工序重復(fù)進行的次數(shù)。對于拉深件，可根據(jù)它的形狀和尺寸，以及板料許可的變形程度，計算出拉深次數(shù)。其它如彎曲件，翻邊件等的沖壓次數(shù)也是根據(jù)具體形狀和尺寸以及極限變形程度來決定。
沖壓順序的安排應(yīng)有利于發(fā)揮材料的塑性以減少工序數(shù)量。主要根據(jù)工序的變形特點和質(zhì)量要求來安排，確定沖壓順序的一般原則如下：
(1).對于有孔或有缺口的平板件，如選用簡單模時，一般先落料，再沖孔或切口，使用連續(xù)模時，則應(yīng)先沖孔或切口，后落料。
(2).對于帶孔的彎曲件，孔邊與彎曲區(qū)的間距較大，可先沖孔，后彎曲。如孔邊在彎曲區(qū)附近或孔與基準面有較高要求時，必須先彎曲后沖孔。
(3).對于帶孔的拉深件，一般都是先拉深后沖孔，但是孔的位置在零件底部，且孔徑尺寸要求不高時，也可先在毛坯上沖孔，后拉深。
(4).多角彎曲件，應(yīng)從材料變形和彎曲時材料移動兩方面考慮安排先后順序，一般情況下先彎外角，后彎內(nèi)角。
(5).對于形狀復(fù)雜的拉深件，為便于材料變形和流動，應(yīng)先成形內(nèi)部形狀，再拉深外部形狀。
(6).整形或校平工序，應(yīng)在沖壓件基本成形以后進行。
3. 工序的組合方式
一個沖壓件往往需要經(jīng)過多道工序才能完成，因此，編制工藝方案時，必須考慮是采用簡單模一個個工序沖壓呢？還是將工序組合起來，用復(fù)合?；蜻B續(xù)模生產(chǎn)。通常，模具的選用主要取決于沖壓件的生產(chǎn)批量，尺寸大小和精度要求等因素。生產(chǎn)批量大，沖壓工序應(yīng)盡可能地組合在一起，采用復(fù)合?；蜻B續(xù)模沖壓；小批量生產(chǎn)，常選用單工序簡單模。但對于尺寸過小的沖壓件，考慮到單工序模上料不方便和生產(chǎn)率低，也常選用復(fù)合?；蜻B續(xù)模生產(chǎn)；若選用自動送料，一般用連續(xù)模沖壓；為避免多次沖壓的定位誤差，常選用復(fù)合模生產(chǎn)，當(dāng)用幾個簡單模制造費用比復(fù)合模高，而生產(chǎn)批量又不大時，也可考慮用將工序組合起來，選用復(fù)合模生產(chǎn)。
工序的組合方式，可選用復(fù)合?；蜻B續(xù)模。一般來說，復(fù)合模的沖壓精度比連續(xù)模高，結(jié)構(gòu)緊湊，模具輪廓面積比連續(xù)模??；但是，連續(xù)模的生產(chǎn)率較高，操作比較安全，容易實現(xiàn)單機自動化生產(chǎn)，若裝上自動送料裝置，可適用小件的自動沖壓。
4. 輔助工序
對于某些組合沖壓件或有特殊要求的沖壓件，在分析了基本工序，沖壓次數(shù)，順序及工序的組合方式后，尚須考慮非沖壓輔助工序，如鉆孔，鉸孔，車削等機械加工，焊接,鉚合,熱處理，表面處理，清理和去毛刺等工序。如多次拉深工序之間，為消除加工硬化，要進行退火處理；為除銹要酸洗等。這些輔助工序可根據(jù)沖壓件結(jié)構(gòu)特點和使用要求選用，安排在各沖壓工序之間進行，也可安排在沖壓工序前或后完成。
三. 確定并設(shè)計各工序的工藝方案
依據(jù)所確定的零件成形的總體工藝方案，確定并設(shè)計各道沖壓工序的工藝方案。內(nèi)容包括：確定完成本工序成形的加工方法；確定本工序的主要工藝參數(shù)；根據(jù)各沖壓工序的成形極限，進行必要的工藝計算，如彎曲件的最小彎曲半徑，一次翻邊的高度等；確定毛坯的形狀，尺寸和下料方式，計算材料利用率，確定各工序的成形力，計算本工序的材料，能源，工時的消耗定額等，由所定的工藝方案計算并確定每個的工件形狀和尺寸，繪出各工序的工件圖。
四. 確定模具的類型和結(jié)構(gòu)尺寸，進行模具設(shè)計
設(shè)計模具的一般程序如下：
1. 模具類型和結(jié)構(gòu)形式的確定 根據(jù)確定的工藝方案，沖壓件的形狀特點，精度要求，生產(chǎn)批量，模具的制造和維修條件，操作的方便性與安全性要求，以及利用和實現(xiàn)機械化自動化的可能性等確定選用復(fù)合模，連續(xù)?；蛘吆唵文?。應(yīng)特別注意使模具類型，模具的結(jié)構(gòu)形式與模具的強度，剛度，使用壽命要求等取得協(xié)調(diào)一致。復(fù)合模常常遇到強度問題，如落料，沖孔及翻邊集中到一副復(fù)合模上，而翻邊高度又小，這時，復(fù)合模的凸凹模壁厚薄，不能滿足強度要求。
2. 工件定位方式的選擇工件在模具中的定位主要考慮定位基準，上料方式，操作安全可靠等因素。選擇定位基準時應(yīng)盡可能與設(shè)計基準重合，如果不重合，就需要根據(jù)尺寸鏈計算理論重新分配公差，把設(shè)計尺寸換算成工藝尺寸。不過，這樣將會使零件的加工精度要求提高。當(dāng)零件是采用多工序分別在不同模具上沖壓時，應(yīng)盡量使各工序采用同一基準。為使定位可靠，應(yīng)選擇精度高，沖壓時不發(fā)生變形和移動的表面作為定位表面。沖壓件上能夠用作定位的表面隨零件的形狀不同而不同，平板零件最好用相距較遠的兩孔定位，或者一個孔和外形定位；彎曲件可用孔或形體定位；拉深件可用外形，底面或切邊后的凸緣定位。
3. 模具零件的選用、設(shè)計、計算模具的工作零件，定位，壓料和卸料零件，導(dǎo)向零件，連接和緊固零件要盡量按《冷沖模國家標(biāo)準》(GB2851～2875-81)選用，若無標(biāo)準可選用，再進行設(shè)計。此外還有彈簧,橡皮的選用和計算。對于小而長的沖頭，壁厚較薄的凹模等還需要進行強度校核。如設(shè)計計算確定了凹模的結(jié)構(gòu)尺寸后，可根據(jù)凹模周界選用模架；模具的閉合高度，輪廓大小，壓力中心應(yīng)與選用設(shè)備相適應(yīng)，并畫出模具結(jié)構(gòu)草圖。
4. 繪制模具總裝配圖 根據(jù)模具結(jié)構(gòu)草圖繪制正式裝配圖，裝配圖應(yīng)能清楚地表達各零件之間的相互關(guān)系，應(yīng)有足夠說明模具結(jié)構(gòu)的投影圖及必要的剖面，剖視圖。還應(yīng)畫出工件圖，排樣，填寫零件明細表和技術(shù)要求等。
5. 繪制模具零件圖? 按照模具的總裝配圖，拆繪模具零件圖。零件圖應(yīng)標(biāo)注全部尺寸，公差,表面粗糙度，材料及熱處理，技術(shù)要求等。
五. 合理選擇沖壓設(shè)備
根據(jù)零件的大小，所需的沖壓力（包括壓料力，卸料力等），沖壓工序的性質(zhì)和工序數(shù)目，模具的結(jié)構(gòu)型式，模具閉合高度和輪廓尺寸，結(jié)合現(xiàn)有設(shè)備的情況，來決定所需設(shè)備的類型，噸位，型號和數(shù)量。
選擇設(shè)備和設(shè)計模具的工作是相互聯(lián)系的，許多工作可交叉進行或同時進行。如先根據(jù)計算的沖壓力，粗選的設(shè)備不大，但模具的輪廓尺寸大時，可重選大些的設(shè)備，使設(shè)備的閉合高度，漏料孔的尺寸與模具的結(jié)構(gòu)尺寸相適應(yīng)。通常，設(shè)計模具和選擇壓力機應(yīng)注意下列幾點：
1. 為保證沖模正確和平衡地工作，沖模的壓力中心必須通過模柄軸線而和壓力機滑塊中心線相重合，以免滑塊受偏心載荷，從而減少沖模和壓力機導(dǎo)軌的不正常磨損。
2. 模具的閉合高度H應(yīng)介于壓力機的最大裝模高度Hmax和最小裝模高度Hmin之間，即滿足關(guān)系式
Hmin+10mm
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