当今，制造业的高速发展，以及制造技术的先进程度，是判断一个国家经济综合实力和科技水平的重要参考依据之一。面对这一重大转变和紧迫形势，我们必须革新教育理念，以邓小平同志倡导的“三个面向”和胡锦涛同志倡导的“构建和谐社会”为指引，把持续进步作为中心任务，把体系优化作为关键环节，把改革开放作为强大引擎，把全面实施素质教育及改革人才培养方式作为核心工作，把建立新的教学内容和课程框架作为根本目标，全力培养出综合素养优异、应用能力与实践技能突出、具备创新意识与鲜明特点的复合型人才。国民经济迅猛提升，冷冲压模具在机械加工、电子设备及日常用品中的应用日益关键。该类模具现已形成独立产业，并带动了其他产业的繁荣与升级。《冷冲压工艺与模具设计》课程设计是冷冲模课程收尾的教学步骤，具有相当重要的地位，并且是首次让学生接受完整的模具设计实践。这项教学任务属于关键实践阶段，旨在锻炼学生独立思考与处理难题的才能，促使他们整合所学理论对冲压流程进行深入研讨和量化评估，规划冲压零件的成型模具，同时强化学生查阅专业文献、实施运算操作及完成图形绘制的工作本领。主要作用在于，通过整合冷冲模学科内容以及相关前置学科的理论知识与实践经验，来剖析并处理模具设计中的各类挑战，同时促使已经掌握的专业技能得到进一步的强化和拓展，增强独立运用所学理论进行问题分析及解决的整体水平。掌握模具设计的基本途径，熟悉并运用典型模具的系统构思、零件制作的具体步骤和量化手段，锻炼科学的设计理念以及探究和处置事务的才能，尤其提升全局规划和精确核算的水平。借助数学推演和图像表达，学会遵循准则、遵循章程、参考指南、参照图集，并检索相关技术文献等，增强模具设计的基础功力。为将来在工程领域从事模具设计工作奠定扎实根基。产品图1, 题目为空心铆钉模具设计, 原始数据如下, 零件名称是空心铆钉拉深件, 冲压材料选用Q235, 材料厚度为1.0, 零件图参见图1, 生产批量属于大批量, 图1所示为该零件的详细构造。制件的工艺分析显示, 该零件结构较为简单, 形状规则且对称, 属于有凸缘的圆筒形件, 其内部形状的直径为30.0mm, 材料厚度为1.0mm, 没有厚度不变的要求, 底部圆角半径为3mm, 大于材料厚度1mm, 凸缘处的圆角半径为3mm, 是材料厚度的两倍, 完全符合拉深工艺对形状和圆角半径的要求。根据《课程设计》P184表8.14中的信息可知, 未标注的尺寸公差满足拉深工艺对精度等级的要求, 因此可以得出结论, 该零件的拉深工艺性很好, 可以通过拉深工序进行加工。确定制作工艺时，这件产品涉及两个核心步骤，分别是切割和打孔，存在三种可行方案：第一种是先切割再打孔，使用单一工序模具完成；第二种是将切割和打孔整合在同一套复合模具中；第三种是采用逐次进给的级进模具，先打孔后切割。第一种方法构造简单，但需要两个独立工序和两套模具，导致成本增加，生产速度减慢，难以适应大规模制造的需求。方案二仅用一副模具，零件精度和生产效率都比其他方案好。方案三同样只需一副模具，生产效率高，使用方便，不过制造精度不如复合模。综合比较这三种方案，该零件的冲压声场最好采用方案二，也就是复合模。四1、首先求出毛坯的直径，接着确定修边余量，其比值为50除以30，结果为1.67，然后查阅《冲压模具设计师手册》P2-228表9-7，发现修边余量应为2，因此实际凸缘直径计算为50加上2乘以2，最终得到54.02，其次，毛坯直径的计算依据《冷冲模课程设计与毕业设计指导》P77表4.4序号11的公式，结合实际工件形状，得出具体数值，其中d1等于24，d2等于31，h等于1，d3等于38，d4等于54，R与r均等于3.5D，计算后D等于59.45mm，考虑到加工便利性，将D取整为60mm，接着进行拉深件工件尺寸的计算，首先判断是否能够一次拉深，根据计算结果，等于0.258，等于1.742，等于1.67%，查阅《冲压模具设计师手册》P2-226表9-可知，的取值应为0.46，该值大于等于0.258，因此可以一次拉深完成。拉深系数确定为0.52，参考《冲压工艺及模具设计》第175页表5-5，极限拉伸系数Mf计算为0.46加上1.5%到2.0%的0.46，范围在0.467到0.469之间，最终选取Mf为0.468，由于计算值大于Mf，因此可以一次性完成拉深，零件能够通过单次拉深成型。计算各工序圆角半径，凹模圆角半径对拉深模的使用寿命影响很大，当圆角半径rd偏小时，材料对凹模的负荷会变大，摩擦阻力也会增强，导致磨损更加严重，从而使得模具的使用期限缩短。所以在实际生产过程中，通常要避免使用过小的凹模圆角半径，在确保工件质量达标的基础上，应尽可能选取较大的数值，以此来满足模具寿命的需求。查阅《冲压工艺及模具设计》第204页公式5-51：rd等于0.039乘以d再加上2，约等于3毫米，其中d表示筒体直径，因此选取rd为32，确定凸模圆角尺寸；参考《冲压工艺及模具设计》第206页内容，得出rp与r的值均为3毫米；该零件的加工工艺流程包括落料、拉深和切边三个步骤，落料环节需制备直径为60.0毫米的毛坯，拉深过程需完成一次成型，切边工序则用于将凸缘直径修整至50毫米，以满足零件规格要求。该坯料直径为φ60.0mm，圆筒直径为φ32mm，二者差距显著，为提升生产效能，能够将坯料落料及拉深工序合并操作。四、落料与拉深工序中的力值测算1）、落料所需之力依据《冲压工艺及模具设计》第56页公式3-24F=Ltσb确定式中：F代表落料之力；L为落料周边的尺寸；t表示材料厚度；σb是材料的抗拉强度；查阅《冲压模具设计和加工计算速查手册》第115页表2-86得知Q235的强度极限σb介于375～500Mpa之间选取σb=450 Mpa故落料之力为：F= KLtσb等于84.0KN（K系数为1.3）板料厚度为1.0mm适合选用弹性橡胶装置进行卸料拉深力根据《冲压工艺及模具设计》第184页公式5-28计算得出，公式为FL=Kπdtσb；其中d代表拉深件中性层直径，t表示材料厚度，K是修正系数，它与拉深系数相关；当拉深系数m值较小时，修正系数K会相应增大。查阅《冲压工艺及模具设计》第184页表格5-10，可知K数值为1毫米，因此拉深力计算如下：FL= Kπdtσb =1343.08KN，这是依据该文献第182页公式5-26进行计算的，公式为FY=Ap，其中A代表压边区域面积，单位为平方毫米，P则指单位面积承受的压边压力，单位为兆帕，参考该文献第182页表格5-9，可得出P值为2.0兆帕。选择机械式拉深压力机时，初选其标称压力要特别注意，当拉深工作行程较长，尤其是采用落料拉深复合工序时，滑块承受力的行程会超过压力机的标称压力行程，这种情况意味着曲柄开始受力时的转角α会大于标称压力角，此时必须确保落料拉深力曲线处在压力机滑块的允许负荷曲线以下，不能仅仅依据压力机标称压力大于拉深压力（或拉深力与压料力总和）这一原则来确定规格。实际加工时可以依据下列公式初步选定拉延工序所需压力机的额定出力：Fg不小于（1.8到2.0倍）的（FL加上FY）乘以N值因此得出Fg至少为1.8乘以（43.8加3.28）等于84.74千牛因为这种复合模具在运作时剪切工序与拉延工序是依次执行的所以不会出现剪切力与拉延力的叠加现象根据初始选定的下料力，压力机的额定承载能力需达到Fg≥1.3F，即Fg≥109.54。结合前述分析，初步选定压力机的额定压力应不小于109.54千牛。五、关于排样布局的规格，参照《冲压模具设计师手册》第1-11页表2-4（依据GB/T708-2006标准），选用长宽尺寸为2800x1500的Q235钢板。切割方法可以选用横向切割，以宽度作为整体布置尺寸，那么L等于1500毫米。排样方法及效率的确定需要参考《冲压工艺和模具设计》第49页图3-11，根据C大于等于1到1.5倍的t来选取，其中C代表搭边尺寸，t表示板材厚度，当设定C等于t时，其值为1毫米。因此排版图样呈现如下状况：依据钢板尺寸挑选材料，整体材料使用率：?总=×100%公式中 n代表单张板材上可冲裁的件数；A表示一个冲裁零件的实用面积；B为板材的横向尺寸；L是板材的纵向尺寸。经过实际测算并参照相关数据，在规格为2800x1500的Q235钢板中，横向B方向能够获取20个毛坯零件，纵向L方向可以切割出45段条状材料。所以n=20×45=900个。因此：?总等于百分之一百五十九点四五，五、模具工作部分尺寸确定，1、拉深凸模凹模间隙需参考《冲压工艺及模具设计》第两百零六页表五五五、表五一八，据此可得拉深间隙值z，z等于材料最大厚度加上间隙系数乘以材料厚度，即z等于一加上零点二乘以一，最终z为一点二毫米，查《冲压工艺及模具设计》时间隙系数k选取值为零点二，式中z表示单边间隙，t代表材料厚度，k象征间隙系数。2、落料凸、凹模刃口尺寸计算圆形凸模和凹模可采用分开加工。落料前的半成品没有标注公差尺寸的允许范围，因此采用落料零件的公差值作为基准，为Ф59.45 ㎜，依据《冷冲压模具设计》第49页公式3-3，可以计算得出：凹模的基本尺寸D凹等于零件最大极限尺寸D减去磨损系数x*乘以凹模公差δ凹；凸模的基本尺寸D凸等于凹模基本尺寸D凹减去最小间隙Zmin再减去凸模公差δ凸，具体表达式为D凹等于D减去x*乘以δ凹，D凸等于D凹减去Zmin再减去δ凸，其中D凹和D凸分别代表落料凹模和凸模的基本尺寸，D代表落料件的最大极限尺寸，δ凹和δ凸分别代表凹模和凸模的公差，磨损系数X的取值范围在0.5到1之间，其数值与冲裁件的精度密切相关。根据《冷冲压模具设计》P50表3-6，或者依据冲裁件的公差等级，可以确定x值：如果工件公差等级为14级或更低，那么x取0.5。根据已知条件，该工件公差等级为14级，因此x等于0.5，此时=0.74。通过查阅《冲压工艺及模具设计》P41表3-4，可以找到Zmin为0.1。再查阅《冲压工艺及模具设计》P40表3-3，得到δ凹为+0.03，δ凸为-0.02。接下来需要校核间隙，计算结果为｜δ凹｜+｜δ凸｜等于0.05毫米，这个值大于Zmax-Zmin，即0.04毫米，表明所取的凸、凹模公差不满足要求，但差距不大。可以适当调整：将δ凹改为+0.02，δ凸改为-0.01。调整后，凹模尺寸D凹计算为（60-0.5x0.74），结果为59.63；凸模尺寸D凸计算为（59.63-0.1），结果为59.533。关于拉深凸、凹模圆角半径，根据前述计算，凹模圆角半径RA为3.0毫米，凸模圆角半径RT。在确定拉深凸、凹模工作尺寸及公差时，如果工件的外形尺寸及公差有具体要求，例如图2所示，应以凸模为基准，首先确定凸模的尺寸。由于凹模规格在拉延过程中会随损耗的增大而慢慢减小，所以凹模规格在初始阶段需要设置得稍大一些。当前凸模规格为 dp等于 dmin值加0.4减去δp，依据《冲压工艺及冲模设计》第207页公式5-58计算得出，凹模规格为Dd等于 dmin值加0.4再加上Z值减去δd，依据《冲压工艺及冲模设计》第207页公式5-59计算得出，其中Dd代表凹模基础规格，dp代表凸模基础规格，δd与δp分别表示凹模与凸模的加工精度，Z表示拉深模的间隙，根据现有信息可知该零件以凹模为基准。根据《冲压工艺及冲模设计》第207页表5-19可知δd等于0.05，δp等于0.03；依据《冷冲模课程设计与毕业设计指导》第184页表8.14可知等于0.52，因此dp等于30加上0.52乘以0.4，计算结果为30.208；Dd等于30加上0.52乘以0.4再加上2乘以1.2，计算结果为32.6085；对于凸模通气孔，参考《冲压模具设计手册》第224页表4-58，选取通气孔直径为5毫米；六、拉深凸凹模结构1、凹模高度按照《冲压工艺及冲模设计》第76页公式3-46计算H大于15毫米，确定H为22.0；式中P代表冲裁力的大小，前文已经算出P为110KN；2、凹模周界L乘以B，L等于6加上2乘以C，C取值范围为1.5到2倍的H，这里取C等于2倍的H，H为44；式中H表示凹模厚度，L是垂直送料方向的凹模宽度，C是凹模壁厚。计算得出L等于六加上四十四乘以二，结果是九十四毫米，B等于一百六十毫米，根据这个数值，在《模具设计指导》P32的表格中可以找到，沿着送料方向的凹模尺寸B为一百六十毫米，上模座的厚度为四十毫米，下模座的厚度也确定下来
