水嘴底座冲模设计.docx
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水嘴底座冲模设计
摘要
本论文设计对水嘴底座的冲压工艺进行研究，通过对水嘴底座工艺以及模具的分析，设定了三种工艺方案，从中选取了一个最佳工艺方案，经过分析计算，本工件选用冲孔落料复合模。
本论文中对于毛坯尺寸冲裁力拉伸力推件力顶件力等都有一系列的设计。
并且运用CAD绘制出了模具总装配图以及一些零部件的设计。
通过了本次冲压模具的设计，让我对于冲压模具有了更深层次的了解，注意到了一些细节的重要性，通过模具装配图以及相关零部件的设计让我对AUTOCAD也有了更深层次的理解。
关键词：
水嘴底座；冲压工艺；复合模；冲裁力；
Abstract
Thisthesistoconductresearchonthethefaucetsbaseofstampingprocess,throughtheanalysisofthefaucetsbasetechnologyaswellasmold,setthreeprocesses,selectfromoneofthebestcraftprogram,throughtheanalysis,theworkpiecespunchingblankingcompositemodulus.Inthispapertheblanksizeblankingforcetensileforcepushingaforcethetoppieceshaveaseriesofdesign.AndtheuseofCADdrawingmoldassemblydiagramandsomepartsofthedesign.Throughthedesignofstampingdieforstampingdie,letmehaveadeeperunderstanding,payattentiontosomedetailsoftheimportance,throughthemoldassemblydrawingandtherelatedcomponentsinthedesignofAUTOCADalsoletmehaveadeeperunderstandingof.
Keywords:
waternozzlebase,stampingprocess;compounddieofblankingforce;
.
第1章引言
1.1冲压模具与现代技术的结合
从20世纪70年代至今，计算机已逐渐进入了模具生产的设计、制造、管理等各个领域；辅助进行零件图形输入、毛胚展开、调料排样、确定模具尺寸和标准、绘制装配图和零件图、输出NC程序等工作，使得模具设计、加工精度与复杂性不断提高，模具制造的周期不断缩短。
当前国际上计算机（CAD）和计算机辅助制造（CAM）的发展趋势是：
1.继续发展了几何图形系统从而满足了一些相对复杂的零件和模具的要求；
2.并且在（CAD）和（CAM）的基础上建立了一系列的生产集成系统（CIMS）；
3.为了提高模具（CAD）和一些工艺分析的水平与实用性，从而便有了塑性成形模拟技术的研究及问世。
4.模具的进一步发展从而让一些新技术得到了应用，例如：
开发专家系统和智能（CAD）等。
随着新新技术的发展例如：
工业技术，科技技术等的不断发展以及这些技术很快应用到工业产品中，从而使得工业产品更新换代快产品质量提高，为了适应这些提升，发达国家从20世纪50年代就开始了模具（CAD/CAM）技术的研究。
例如：
（1）早在20世纪50年美国通用汽车公司代就将（CAD/CAM）技术应用于汽车覆盖件的设计与制造；
（2）在20世纪70年代日本机械工程实验室和日本旭光学工业公司分别开发了连续模设计系统MEL和冲空弯曲模系统PENTAX；（3）1982年，日立公司研制了冲裁模CAD系统。
然而到了20世纪80年代时，模具CAD/CAM技术已广泛应用于冷冲模具的设计与制造。
1.2模具发展及我国模具现状
模具作为机械加工的主要方式，在金属和非金属材料塑性加工工程中起到了非常大的作用。
一个国家的工业水平则就是体现在模具的使用性能特别是使用寿命。
早在20世纪50年代时，美、日等工业相对发达的国家，在新新冷冲压技术涌入的同时，那些发达国家依旧集中人才和资金在结合时常的需要的同时，将模具作为一个统一的产业将此发展起来从而，才让我没看到了差距。
经历了很多年的突破改进使得模具不但在具结构、模具精度、制模周期等方面取得了显著的提升，并且也在板材成型的模具优化、过程模拟和可靠性设计等各个方面形成了新的理论和方法，为适应新新工业以及新的市场环境，为模具的快速制模，以及模具成型打下了坚实基础。
然而对于国内的模具工业虽然起步相对较晚，在技术的飞速发展中，经过了十多年的不断奋斗也有一些进步。
从冲压模具方面来说，国内设计制造的部分汽车覆盖件模、空调器散热片级进模、电机定转子双回转叠片高精度硬质合金级进模、集成电路引线筐架多工位级进模，以及带自动冲切、叠压、记数、分组、扭斜和安全保护等功能的铁心精密多功能模，都已达到了相对较高的水平。
但从整体上看，我国与工业发达国家相比仍存在着相当大的差距。
例如，CAD/CAM等技术的普及率普遍偏低，模具的精密加工设备在模具加工设备中的比例还是相对较低，一些新技术还没完全应用到实际加工生产中去。
全方位大力做好模具基础、研发和推广工作，是至关重要的。
1.3未来冲压模具制造技术发展趋势
所有模具技术的发展应该是为适应模具产品的“交货期短”、“精度高”、“质量好”、“价格低”的要求而服务。
想要达到这些要求，就需要大力发展一下几项技术，从而可以满足模具设计的要求：
（1）全面推广CAD/CAM/CAE技术
模具CAD/CAM/CAE技术，是模具技术发展中的一个重要的环节。
实践和大量例子证明模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展趋势。
随着CAD/CAM/CAE技术的融入模具，使得各大小型企业在以后将大力培养CAD/CAM那方向的技术人才，从而进一步将CAE技术的应用范围的以扩大。
计算机和网络的不断发展，以及依赖于计算机研发的一些新技术，从而使得CAD/CAM/CAE技术跨地区、跨企业在整个生产行业中的到普遍的推广成为可能，实现了技术资源的重新整合，从而使的虚拟制造成为可能。
（2）高速铣削加工
国外近期发展的高速铣削加工，不仅可以获得非常高的表面光洁度，而且很大幅度提高了生产中的加工效率。
此外，不仅具有温度低、热变形小这些优点外，还可加工高硬度模块。
高速铣削加工技术的诞生与发展，将对一些中大型型腔模具制造融入了新的活力新的生机。
目前它已向更高的智能化、集成化等方向发展。
（3）提高模具标准化程度
我国模具标准化程度也正在不断提高，据估计我国目前的模具标准件使用覆盖率已达到30%左右，发达国家一般为80%左右。
（4）优质材料以及先进表面处理技术
想要提高模具寿命就必须选用优质钢材和应用相应的表面处理技术才能实现。
模具钢材料性能的关键便是模具热处理和表面处理是否能够充分发挥。
采用真空热处理便是模具热处理的发展方向之一。
模具表面处理同样还得完善发展工艺先进的气相沉积（TiN、TiC等）、等离子喷涂等技术。
（5）模具研磨抛光将自动化、智能化
对于模具来说表面的质量对模具使用寿命、制件外观质量等方面均有较大的影响，研究自动化、智能化的研磨与抛光方法替代现有手工操作，以提高模具表面质量是重要的发展趋势。
第2章水嘴底座工艺设计
2.1水嘴底座拉伸件展开设计
水嘴底座如图2—1
图2—1水嘴底座
有零件可以看出此零件属于非圆筒阶梯拉伸，故计算2次圆筒拉伸确定其毛坯尺寸。
再根据拉伸筒相似原则，本工件必须进行2次拉伸筒计算然后再确定该工件毛坯外形：
（1）该工件主视图的宽以及各尺寸按照阶梯筒计算出展开图毛坯直径。
（2）该工件剖视图的宽以及各尺寸按照阶梯筒计算出展开图毛坯直径。
综合2次所计算出的毛坯直径便可得知该工件的毛坯图，本工件剖视图（如图2—2）所示。
图2-2工件视图
（1）确定修边余量△h
剖视图：
h/d=36/122=0.295，查《冲压工艺与模具设计》表5—1的△h1=2；
主视图：
h/d=36/222=0.162，查《冲压工艺与模具设计》表5—1的△h2=2；
（2）毛坯直径的确定
由左视图可以看出df=122+2×2=126，d1=122，d2=82，h1=27，h2=10.
展开毛坯直D=
mm
由主视图可以看出df=222+2×2=226，d1=222，d2=182，h1=27，h2=10.
展开图毛坯直径
D=
mm
综上所述既可以确定该水嘴底座的毛坯图如图2—3
图2-3毛坯图
2.2水嘴底座的工艺性
（1）工件名称：
水嘴底座
（2）工件简图：
如图2—4所示
图2—4水嘴底座
（三）本工件所选用的材料为亮面不锈钢此工件选择304号钢，材料厚度如上图所示t=2.0mm。
（四）生产批量：
6WPCS。
（五）技术要求：
工件要求光滑平整无毛刺。
（六）工件的形状和尺寸。
1.由上图2.1可以看出该工件结构对称且简单。
2.由上图2.1可知该工件三个孔均符合冲裁模具设计的要求；该工件是由圆弧和直线构成；加工起来比较简单。
综上所述该工件冲裁的工艺性较好，比较适合冲裁加工。
2.3水嘴底座的工艺设计
该工件形状包括落料、冲孔两道基本工序，以下有三种工艺方案可供选择
方案一：
冲孔落料分开，采用级进模具进行生产。
方案二：
落料----冲孔采用单工序模具进行生产。
方案三：
落料、冲孔一起采用复合模具进行生产。
三个方案都只需要一副模具就能满足要求
方案一优点：
冲裁件的相对精度较高；缺点：
此工件厚度为2mm，强度显然不够，制造起来难度也比较的大，实施起来也不方便。
方案二优点：
精度能达到预期要求；缺点：
因为生产批量为6WPCS，生产成本较高
方案三优点：
结构简单，设计比较方便，较易实施，成本较低。
通过上述三种方案优缺点的分析，第一种方案比较适合该工件的加工，所以选用第一种方案。
2.4模具结构形式的选择
由工艺方案可以确定该水嘴底座采用复合模具进行冲压然而复合模具分2种：
正装式复合模具和倒装式复合模具，正装式复合模具适用于较薄冲压件平整度较高，但操作比较繁琐；倒装式复合模具结构简单，适用于平整度不高较厚的冲压工件；
由于该工件是平整底座，工件厚度为2mm，所以该工件选择正装式复合模具。
2.5工件精度的确定
该工件未标注公差要求，厚度为2mm，按照国家标准未标注公差要求可按IT14来处理根据上诉对零件的分析，该水嘴底座工件尺寸精度不高，工艺较好，所以用普通冲裁便可满足要求。
第三章底座工艺和设计计算
3.1工作零件及刃口尺寸计算
3.1.1尺寸计算原则
由于冲裁间隙等各种因素的存在为确保加工出比较精准的工件还需要遵循以下几点原则：
（1）在工件落料时，必须要先确定凹模刃口尺寸。
然而凹模刃口的基本尺寸一般选择接近或直接等于工件的最小极限尺寸，这样才能确保凹模在允许的范围内任然能冲裁出合格制件，凹模刃口基本尺寸少去一个最小合理间隙便是凸模刃口的基本尺寸。
（2）在工件冲孔时，必须要确定凸模刃口尺寸。
孔的最大极限尺寸与凸模刃口尺寸接近或直接等于，这样就可以保证凹模在允许的范围内任然能冲裁出合格制件，凸模刃口基本尺寸加上一个最小合理间隙便是凹模刃口的基本尺寸。
（3）考虑到工件制造精度和形状的因素，通常情况下模具的制造精度要比冲裁工件的精度要高出2--3个级别。
倘若工件没有标注公差等级的话，就可以按照对于圆形件采用IT10级精度来计算，对于非圆形工件，那么就可以按照国家标准非配合IT14级精度来计算。
3.1.2冲孔凸凹模尺寸的设计
查《冲压工艺与模具设计》表2-5不难看出该工件冲孔落料时间隙值为zmax=0.38mm，Zmin=0.26mm；
zmax-Zmin=（0.38-0.26）=0.12mm；
当基本尺寸?
18时，
p=-0.020mm，
d=+0.020mm；
当基本尺寸在18~30之间时，
p=-0.020mm，
d=+0.025mm；
当基本尺寸在30~80之间时，
p=-0.020mm，
d=+0.030mm；
当基本尺寸在80~120之间时，
p=-0.025mm，
d=+0.035mm；
当基本尺寸在120~180之间时，
p=-0.030mm，
d=+0.040mm；
当基本尺寸在180~260之间时，
p=-0.030mm，
d=+0.045mm；
当基本尺寸在260~360之间时，
p=-0.035mm，
d=+0.050mm；
当基本尺寸在360~500之间时，
p=-0.040mm，
d=+0.060mm；
当基本尺寸大于500时，
p=-0.050mm，
d=+0.070mm；
图3—1工件
如图3—1该工件落料凹凸模会发生3类磨损，
（1）A类变大
（2）B类变小（3）C类不变
A类：
R91.05
（X=1），110
（X=1）；
B类：
Ø30
（X=0.75）
C类：
107.6
1.落料模
A1d=（A1max-XΔ）=（91.05-1×0.02）
=91.03
A2d=（A2max-XΔ）=（110-1×0.025）
=109.975
C1d=（Cmin+0.5Δ）
Δ/8=（107.575+0.5×0.025）
0.025/8=107.5875
0.003125
该制件落料时凸模尺寸按凹模尺寸来配作，确保双面间隙为Zmin~zmax之间即可。
2.冲孔模
B类：
Ø30
（X=0.75）
Bp=（B-XΔ）
=（30-0.75×0.025）
=29.98125
该制件冲孔时，凹模尺寸按凸模尺寸来配作，确保双面间隙为Zmin~zmax之间即可。
3冲裁间隙
冲裁件凸凹模刃口轮廓相对应尺寸的差值称为冲裁间隙。
冲裁间隙对于冲裁件的尺寸精度、冲裁力、断面质量、模具寿命都有着巨大的影响。
冲裁时若冲裁间隙适当，板料变形去在冲裁过程中处于比较纯的剪切作用之下而被分离，从而使得凸凹模的尺寸偏差相对较小。
冲裁时若冲裁间隙过小，在冲裁过程中板料不仅受到剪切外而且还会受到比较大的侧压力的作用，冲裁结束后，材料则会发生与侧压力方向相反的“回弹”现象，冲裁件尺寸则会向实体尺寸变大。
此时对于冲孔件而言，其尺寸则会小于凸模尺寸。
对于落料件而言，其尺寸则会大于凹模尺寸。
冲裁时若冲裁间隙过大，在冲裁过程中板料不仅受到剪切外而且还会受到比较大的弯曲和拉伸变形，冲裁结束后，材料则会发生与弯曲拉伸方向相反的“回弹”现象。
此时对于冲孔件而言，其尺寸则会大于凸模。
对于落料件而言，其尺寸则会小于凹模尺寸。
4毛刺
通过上述一系列冲裁过程，以及冲孔凸凹模的设计，我们可以看出冲裁件出现毛刺那是不可避免的，所以减少毛刺变得尤为重要。
去毛刺便成了产品加工的一个必不可少的环节，倘若工件技术要求不能存在小毛刺，冲裁结束，我们就必须进入去毛刺这个环节。
对于毛刺我们无法避免，但我们可以通过合理的加工尽量减少毛刺的产生，必须先要弄明白哪些因素影响着毛刺的多少。
影响冲裁件毛刺产生的原因：
1.冲裁间隙的过大过小或间隙不均匀，都会导致毛刺的产生。
如下影响由间隙而产生的毛刺：
（1）冲模工件加工不符合图纸要求，底板的平行度不够；
（2）凹凸模装配时未能同心装配，冲裁导向间隙过大；（3）工作台面和滑块底面平行度差，工作台刚性不好；（4）冲模以及工件刚度不足，冲裁力不平衡导致。
2.模具刃口因磨损变钝可能产生毛刺。
导致刃口变钝因素有如下：
（1）冲裁模具的凸凹模材料以及表面处理不是太理想，导致耐磨性差；
（2）冲裁模具的结构不合理，刚性比较差；（3）刃口没有及时磨锋利。
1.冲裁工件的材料不符合工艺规定
材料过厚或过薄，用错了材料导致冲裁间隙不合理而使所制工件产生毛刺。
2.所制作的工件工艺性不合理
所制工件的形状比较复杂有尖角会因磨损过快而产生毛刺。
综上所述一些可以避免的因素应尽量减少才能制造出合格工件。
本设计工件属于亮度不锈钢材料用打磨的办法去除毛刺,或者使用质量较好模具冲裁就可以了，SUS表面不能磨花可以贴膜及搞好一点模具即可。
3.2各部分工艺力的计算
3.2.1冲裁力的计算
冲裁力：
冲裁时冲裁件对模具的最大抵抗力
想要合理选择设备能力和设计模具冲裁力的计算显得尤为重要。
如图3—2，可以看出冲裁力在整个冲裁过程中是在不断地变化的，还可以发现有如下三个阶段
（1）弹性变形阶段（如图0A1）；
（2）塑性变形阶段（如图A1A2）；（3）断裂阶段（如图A2A3）。
A2点则为冲裁力的最大值材料也在此处开始剪裂即为材料抗剪强度
（Mpa），而A3A4段则为克服摩擦力将冲裁件推出凹模孔时所需要的力。
图3—2冲裁力与凸模行程关系
一般平刃口冲裁时冲裁力F有如下算法
F=KLt
b
其中F为冲裁力（N）；
L为冲裁周长（mm）；
t为材料厚度（mm）；
b为材料抗剪强度（MPa）；
K为考虑冲击载荷时的系数，一般为1.3；
查可知
b为500；L=3.14×91.05×2+2×107.6=786.994mm
则F=KLt
b=1.3×786.994×2×500=1023.09KN
3.2.2冲孔力的计算
F=Lt
b
F为冲孔力；
L为工件内轮廓周长；
T为材料厚度（mm）此工件t=2mm；
b为材料抗剪强度（MPa）；
冲孔力F=Lt
b=（3×2×3.14×15）×2×500=282.6KN
3.2.3落料力的计算
F=Lt
b
F为冲孔力；
L为工件外轮廓周长；
t为材料厚度（mm）此工件t=2mm；
b为材料抗剪强度（MPa）；
落料力F=Lt
b=786.994×2×500=786.99KN
3.2.4卸料力、推件力和顶件力的计算
卸料力：
将废料或冲裁件从凸模上面卸下来所需要的力；
推件力：
和冲裁方向一致从凹模腔推出冲裁件或废料所需要的力；
顶件力：
与冲裁方向相反从凹模内顶出冲裁件或废料所需要的力。
表.1
材料、料厚t/mm
K卸
K推
K顶
钢
?
0.1
>0.1~0.5
>0.5~0.25
>2.5~6.5
0．065～0．075
0．045～0．055
0．04～0．05
0．03～0．04
0．1
0．063
0．055
0．045
0．14
0．08
0．06
0．05
该工件要是按一般公式计算起来有点难度，故按经验公式来计算。
下面各式中F为冲裁力（N）
卸料力：
F卸=K卸×F
式子中K卸为卸料力系数，此工件厚度为2mm结合表.1则可取K卸=0.045；则F卸=K卸×F=0.045×1023.09=46.04KN
推件力：
F推=nK推F
（1）式子中K为推推料力系数，n为同时卡在凹模洞口的件数，n=h/t；条料长度设L=1000mm；送料步距A=D+a=289.7+2.5=292.2mm。
则n=h/t=1000/292.2=3.4，则n=3由表.1可取K推=0.055；则F推=nK推F=3×0.055×1023.09=168.81KN。
顶件力：
F顶=K顶×F
式子中K顶为顶料力系数，由表.1可确定K顶=0.06；则F顶=K顶×F=0.06×1023.09=61.39KN
综上所述总冲压力F总=F冲+F卸+F推=1023.09+46.04+168.81=1237.94KN
3.2.5压力机公称压力的确定
压力机公称压力≧冲压力，计算总压力，原则上只计算同时发生的力F总
（1）若采取弹性卸料装置和下出料方式的冲裁模时，
则F总=F冲+F卸+F推
（2）若采取弹性卸料装置和上出料方式的冲裁模时，
则F总=F冲+F卸+F顶
（3）若采取刚性卸料装置和下出料方式的冲裁模时，
则F总=F冲+F推
本次设计采用（3）弹性卸料装置和下出料方式的冲裁模所以总冲压力F总的计算公式为：
F总=F冲+F卸+F顶=1023.09+46.04+61.39=1130.52KN；
3.2.6压力中心的计算
压力中心：
冲压力合力的作用点。
只有当压力中心与压力机滑块中心重合时，才能确保压力机与模具的正常工作，倘若不重合，便会产生偏心，形成偏心载荷。
此零件毛坯形状对称，所以此工件的压力中心即为该工件的几何中心。
先确定该工件的XY轴以及原点（0，0）坐标如图3—3所示。
图3-3压力中心视图
如图3—3，由零件可知该工件属于对称件，其压力中心即为（0，0）
3.3冲裁件的排样
3.3.1排样
根据零件毛坯合理利用情况，毛坯排样方法有三种：
（1）无废料排量；
（2）少废料排样；（3）有废料排量；
通过对该零件毛坯图的分析，该工件比较适合用少废料排样，排样图如下图
图3-4排样图
3.3.2搭边及材料的利用率
的计算
（1）搭边，查《冲压工艺与模具设计》表2—12.
由于材料厚为2mm本材料为非圆形手送料则a=2.5mm,a1=2mm；
（2）送料步距A
A=D+a式子中D为材料在送料方向长度，则A=D+a=289.7+2.5=292.2mm。
条料宽度B
=（D+2a+Δ）
式子中D为冲裁件垂直于送料方向的尺寸（mm）；
A为侧搭边最小值（mm）；
Δ为条料宽度公差见《冲压工艺与模具设计》表2—13
查表2-13的Δ=-2.0；
B
=（D+2a+Δ）
=（182.1+2×2.5+2）
=189.1
mm
综上所述材料排样图：
图3-5排样
（4）材料利用率的计算
=S1/S0×100%=S1/hB×100%
式子中S1为在一个步距内工件的实际面积（mm2）；
S0为在一个步距内所需要的毛坯的面积（mm2）；
H为送料步距（mm）
B为条料宽度（mm）
由零件图可计算出S1=3.14×91.052+107.6×182.1=45624.88mm2
则
=S1/S0×100%=S1/hB×100%=45624.88/（292.2×189.1）×100%=82.57%
考虑到该工件还有边余料，料头料尾，则实际面积
S实=S1-2X（5+91.05×2）×2-（1000-292.2×3）182.1=45624.88-748.4-22471.14
=22405.34mm2
则
实=S实/S0×100%=S实/hB×100%=22405.34/（292.2×189.1）×100%=40.54%
则该工件实际利用率
实=40.54%
3.4压力机的选取
压力机选取准则
（1）压力机的公称压力必定要大于工序所需的冲压工艺力。
然而对于一些行程比较长的工序，不仅仅要满足工艺力的，而且还必须要满足其工作负荷曲线才可以，如下图（图3—6）所示：
图3-6压力机滑块许用负荷曲线
（2）压力机的行程次数应符合生产率的要求。
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