蓋板零件的沖壓工藝及模具設計畢業(yè)設計說明書

ＸＸＸ：蓋板零件的沖壓工藝及模具設計36-37--蓋板零件的沖壓工藝及模具設計摘要沖壓生產是一種先進的金屬加工方法。它是利用模具和沖壓設備對板材金屬進行加工，通過沖壓生產可以獲得所屬要的零件形狀和尺寸。本課題是蓋板零件的沖壓模具的設計。根據(jù)設計零件的尺寸、材料、生產批量等要求，分析零件的工藝性，確定沖裁工藝路線方案，從而設計一套復合模具，在保證工件的尺寸和形狀位置精度要求的同時，盡量的提高材料的利用率和生產效率。隨著計算機技術的不斷發(fā)展，采用CAD/CAE/CAM一體化技術可以準確、快速的完成模具設計制造。本文主要是介紹說明了蓋板零件成形的各個工序及其模具的設計及尺寸計算，在結構設計的同時，對主要零件的設計和裝配要求技術進行了分析。設計時考慮到模具設計合理、簡單，便于制造和修模，有利于縮短模具生產制造周期，降低成本。關鍵詞：蓋板零件；工藝路線；復合模；模具設計AbstractStampingproductionisakindofadvancedmetalprocessingmethod.Itistheuseofmouldandstampingequipmenttocarryontheprocessingofsheetmetal.Throughstampingproduction,wecangettheshapeandsizeofthepartswhichweneed.Thistopicisaboutthedesignofthestampingmouldforthecoverparts.Accordingtorequirementsofpartsize,material,productionbatch,etc.weshouldanalyzethemanufacturabilityofparts,anddetermineamediummanufactureroutetodesignasetofcompoundmould.Wenotonlyshouldensurethesizeandshapeoftheworkpiecepositionaccuracyrequirements,butalsotrytoimprovematerialutilizationandproductionefficiency.Alongwiththeunceasingdevelopmentofcomputertechnology,itisaccurateandfasttousetheintegrationtechnologyofCAD/CAE/CAMtocompletethediedesigningandmanufacturing.Thispapermainlyillustratestheflatpartsformingprocessandthemoldofeachdesignandsizecalculation,thestructuraldesignofthemainparts,meanwhile,thedesignandassemblyrequiredtechnologiesareanalyzed.Whendesigning,weconsiderthatthediestructureshouldbereasonableandsimpletomanufactureandrepairandadvantageoustoreducethemanufacturingcycleofdieproductionandthecosts.Keywords:coverparts;Theprocessroute;Compositemodulus;Molddesign目錄摘要 IAbstract II插圖清單 III表格清單 IV引言 -1-第1章 緒論 -2-1.1我國模具技術的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 -2-1.2沖壓模的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 -3-1.3外國模具工業(yè)的發(fā)展狀況 -3-1.4課題研究的內容 -4-第2章零件的工藝分析 -5-2.1設計題目內容 -5-2.2材料的性能 -5-2.3沖壓成型工藝分析 -5-2.4沖裁工藝方案的確定 -5-2.5模具結構型式的確定 -5-2.6排樣的確定 -5-2.6.1搭邊值的確定 -6-2.6.2確定條料步距 -6-2.6.3畫出排樣圖 -6-2.6.4毛坯材料利用率的計算 -6-2.7沖裁壓力中心的確定 -6-2.8各部分工藝力的計算 -7-2.8.1落料力、沖孔力的計算 -7-2.8.2彎曲力的計算 -7-2.8.3卸料力、頂件力、推件力的計算 -8-2.9總力的計算 -9-2.10壓力機的選擇 -9-2.11本章小結 -9-第3章 模具的結構計算 -10-3.1凸、凹模刃口尺寸的計算 -10-3.1.1確定凸、凹模間隙及制造公差 -10-3.1.2落料是凸、凹模刃口尺寸的計算 -11-3.1.3沖孔時凸凹模刃口尺寸計算 -12-3.1.4彎曲凸、凹模的刃口尺寸計算 -13-3.2選用模架、確定閉合高度及總體尺寸 -14-3.3模具各零部件的設計與計算 -15-3.3.1彎曲凹模設計 -15-3.3.2沖孔凸模的設計 -15-3.3.3凸凹模的設計 -16-3.3.4凸模固定板的設計 -17-3.3.5墊板的設計 -17-3.3.6定位零件的設計 -17-3.3.7模柄的選擇 -17-3.3.8連接件與緊固件的選取 -18-3.3.9下模板的確定 -18-3.4模具材料的選用 -19-3.5本章小結 -19-第4章模具的裝配圖的設計 -20-4.1零件的技術要求 -20-4.2裝配技術要求 -20-4.3復合模具的安裝調試要求 -21-4.3.1復合模安裝要求 -21-4.3.2復合模的調試要求 -21-4.4主要組件的裝配 -21-4.5模具的裝配圖 -21-4.6模具的工作過程 -22-4.7本章小結 -22-結論與展望 -23-致謝 -24-參考文獻 -25-附錄A外文文獻 -26-附錄B主要參考文獻題錄及摘要 -36-實習報告 -38-插圖清單圖2-1零件圖………………5圖2-2排樣圖………………6圖3-1彎曲凸?！?7圖3-2圓型凸模型式………………………17圖3-3沖孔凸?！?8圖3-4凸凹模………………18圖3-5模柄…………………19圖3-6下模座………………20圖4-1彎曲—沖孔復合模具裝配圖………24表格清單表2-1卸料力、推件力和頂件力系數(shù)……………………9表2-2壓力機的技術參數(shù)…………………9表3-1沖裁模初始雙面間隙Z……………15表3-2模架規(guī)格選用………………………15引言本課題研究的是蓋板零件的沖壓工藝及模具設計。沖壓是利用沖模在壓力機上對金屬（或非金屬）板料施加壓力使其產生分離或塑料變形，從而得到一定形狀，并且滿足一定使用要求的零件的加工方法。由于通常是在常溫下進行的，所以又稱之為冷沖壓。又由于它主要用于加工板料零件，所以有時也叫板料沖壓。所以該模具設計是一個典型的沖壓模具設計。在大批量的生產加工過程中降低產品的制造成本，就要從合理的加工工藝及簡單耐用的模具方面考慮，在模具設計中如何以最佳的方案作出最優(yōu)的產品，這是該設計讓我深深思考的問題。我努力做到提高模具的生產效率，并減輕工作量，節(jié)約能源，降低成本，保護操作者的人身安全。通過做本課題，在熟練掌握CAD繪圖軟件的基礎上，利用所學的模具分析和設計知識，對現(xiàn)有的零件進行沖壓工藝分析，并通過計算機繪圖軟件進行相應模具的二維和三維數(shù)字化設計，提高模具設計和分析的效率?？墒刮覍W會利用二維和三維CAD繪圖軟件對模具進行設計和分析，提高實踐動手能力，熟悉設計的過程并對設計過程有個整體把握，并能將所學的知識運用到實際工作當中，為今后進行和去公司從事設計工作打下良好的基礎。緒論1.1我國模具技術的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢我國模具工業(yè)近年來發(fā)展很快。近年來，模具行業(yè)結構調整和體制改革步伐加快，主要表現(xiàn)為：大型、精密、復雜、長壽命中高檔模具及模具標準件發(fā)展速度快于一般模具產品；塑料模和壓鑄模比例增大；專業(yè)模具廠數(shù)量及其產能增加較快；“三資”及私營企業(yè)發(fā)展迅速；股份制改造步伐加快等。從地區(qū)分布來說，以珠江三角洲和長江三角洲為中心的東南沿海地區(qū)發(fā)展快于中西部地區(qū)，南方的發(fā)展快于北方。目前發(fā)展最快、模具生產最為集中的省份是廣東和浙江，這兩個省的模具產值已占全國總產值的6成以上。我國模具總產值雖然已位居世界第三，但設計制造水平在總體上要比德國、美國、日本、法國、意大利等發(fā)達國家落后許多，也要比英國、加拿大、西班牙、韓國、新加坡等落后。落后和差距主要表現(xiàn)在下列5方面：1.供不應求，國內自配率只有70%左右。其中中低檔模具供過于求，中高檔模具自配率只有50%左右。2.組織結構、產品結構、技術結構和進出口結構都不合理。我國模具生產廠點中多數(shù)是自產自配的工模具車間(分廠)，自產自配比例高達60%左右，國外70%以上是商品模具；國內模具總產值中，大型、精密、復雜、長壽命模具所占比例不足30%，國外在50%以上。3.產品水平和國際水平相比還有很大差距，模具生產周期比國際水平長許多。產品水平低主要表現(xiàn)在精度、型腔表面粗糙度、壽命及模具的復雜程度等方面。4.能力較差，經濟效益欠佳。我國模具企業(yè)技術人員比例低，水平也較低，不重視產品開發(fā)，在市場經濟中常處于被動地位。隨之而來的是我國模具企業(yè)經濟效益差，大都微利，不少企業(yè)虧損，缺乏后勁。

5.技術水平相比，模具企業(yè)的管理落后更甚于技術落后。國內大多數(shù)模具企業(yè)還沿用過去作坊式管理模式，真正實現(xiàn)現(xiàn)代化企業(yè)管理的還不多。根據(jù)模具行業(yè)實際情況，今后發(fā)展進步的重點應放在如下方面：

1.制訂法律法規(guī)，出臺相應政策，引導投資方向。建議借鑒日本在20世紀六七十年代的幾個振興法(振興措施)及其實踐經驗，針對我國模具工業(yè)振興的具體對象，制訂我們的法律法規(guī)。2.加快體制改革，努力調整產業(yè)結構。目前模具行業(yè)產業(yè)結構不合理。主要表現(xiàn)在企業(yè)組織結構、產品結構、技術結構及進出口結構等方面。“十一五”期間應在有關政策的引導下，采取積極措施進行調整，使之逐步合理化。3.堅持擴大開放，加強國內外企業(yè)之間的交流與合作，進一步加強吸收外資工作的力度，積極引進技術和裝備。4.在國家有關部門大力支持下，加強產學研合作，推進模具行業(yè)科技開發(fā)和技術攻關工作，組織行業(yè)內產學研重點單位，分工合作，聯(lián)合作戰(zhàn)，爭取早出成果，多出成果，共同享受成果，并加速成果產業(yè)化，以迅速提高行業(yè)的技術水平。5.用電子信息工程等高新技術和先進適用技術改造企業(yè)傳統(tǒng)的生產模式，將先進技術轉化為生產力。6.制訂和完善模具標準，組織模具標準件大批量規(guī)?；a，搞好模具標準件的產需銜接，促進模具行業(yè)發(fā)展。7.加強人才培訓，提高人才素質。

8.努力發(fā)展優(yōu)質模具鋼和各種先進適用的模具加工和測試設備，以及刀具、夾具，努力改善模具行業(yè)和有關的周邊配套條件。1.2沖壓模的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢近年來，我國沖壓模具水平已有很大提高。大型沖壓模具已能生產單套重量達50多噸的模具。為中檔轎車配套的覆蓋件模具國內也能生產了。精度達到1～2μm，壽命2億次左右的多工位級進模國內已有多家企業(yè)能夠生產。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也已達到相當高的水平。在國家產業(yè)政策的正確引導下，經過幾十年努力，現(xiàn)在我國沖壓模具的設計與制造能力已達到較高水平，包括信息工程和虛擬技術等許多現(xiàn)代設計制造技術已在很多模具企業(yè)得到應用。未來沖壓模具制造技術發(fā)展趨勢：1.全面推廣CAD/CAE/CAM技術2.高速銑削加工發(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。高速銑削加工技術的發(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。3.模具掃描及數(shù)字化系統(tǒng)模具掃描系統(tǒng)提供了從模型或實物掃描到加工出期望的模型所需的諸多功能，大大縮短了模具的在研制制造周期。4.電火花銑削加工削加工技術是一種替代傳統(tǒng)的用成型電極加工型腔的新技術，它是有高速旋轉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雜的成型電極，這顯然是電火花成形加工領域的重大發(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，目前我國模具標準件使用率已達到30%左右。國外發(fā)達國家一般為80%左右。6.優(yōu)質材料及先進表面處理技術優(yōu)質鋼材和應用相應的表面處理技術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技術是能否充分發(fā)揮模具鋼材料性能的關鍵環(huán)節(jié)。模具熱處理的發(fā)展方向是采用真空熱處理。7.模具研磨拋光將自動化、智能化模具表面的質量對模具使用壽命、制件外觀質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，以提高模具表面質量是重要的發(fā)展趨勢。8.模具自動加工系統(tǒng)的發(fā)展

1.3外國模具工業(yè)的發(fā)展狀況國外發(fā)達國家的模具廠大體分為獨立的模具廠和隸屬于一些大的集團公司的模具廠，一般規(guī)模都不大，但專業(yè)化程度高，生產效率極高。國外模具企業(yè)一般不超過100人，多數(shù)在50人以下。在人員結構上，設計、質量控制、營銷人員超過30%，管理人員在5%以下。我國每個職工平均每年創(chuàng)造模具產值約合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％。國內模具企業(yè)中一些私營、合資企業(yè)人員結構和國外差不多。國外模具企業(yè)對人員素質要求較高，技術人員一專多能，一般能獨立完成從工藝到工裝的設計；操作人員具備多種操作技能；營銷人員對模具的了解和掌握很深。國內模具企業(yè)分工較細，缺乏綜合素質較高的人員。國外模具企業(yè)CAD/CAE/CAM的技術的應用比較廣泛,逆向工程、快速原型制造鑄造模具的使用也比較多。國內模具企業(yè)中一些骨干廠家在這方面和國外差距已經不大，有些已經達到國外水平。但一些中小型模具企業(yè)與國外的差距還是很大的。不過在模具材料方面，隨著國外技術的引進和中國研發(fā)能力的提高，差距在逐漸縮小。國外模具總量中,大型、精密、復雜、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"。在模具的價格和制造周期上，國外模具價格一般是國內模具的5-10倍，制造周期是2-3倍。在這兩方面應該說國內模具企業(yè)還是具有一定競爭優(yōu)勢的。1.4課題研究的內容1.從老師指定的零件圖入手，根據(jù)零件的材料與厚度，進行工藝分析與計算。初步確定零件的加工制造工藝。確定模具的類型，選擇多工序復合模。根據(jù)制件的形狀確定加工工序。2.要進行模具的結構設計。本次設計還需要選擇模架，初步擬定選擇后側導柱模架，尺寸規(guī)格的選擇還需要進一步的計算。本次設計先設計出排樣圖，計算出搭邊值，這要考慮到提高原材料的利用率。確定模具的壓力中心后計算沖裁力，頂件力，彎曲力等，算出總力后即可根據(jù)模具設計大典選擇壓力機的種類及型號。之后計算模具的刃口尺寸。再確定模具的主要結構要素，如確定送料方式，確定卸料方式。選擇各模具零件的標準外形尺寸，有上模板、固定板、凹模、卸料板、固定板、下墊板的尺寸。再確定一下螺釘和銷釘?shù)臄?shù)量與尺寸。3.進行模具的裝配圖與零件圖的設計。查找零件與裝配的技術要求，以及各零件的材料、硬度和規(guī)格，最后用計算機繪制正式的裝配圖，再由指導教師指定零件圖，用計算機繪出圖紙，標明尺寸，技術要求以及形位公差、粗糙度等，經指導老師檢查無誤后，CAD出圖。撰寫畢業(yè)設計論文，最后進行修改，工作即可完成。第2章零件的工藝分析2.1設計題目內容圖2-1零件圖原始資料：如圖2-1所示蓋板零件材料：為Q235；厚度：為3mm；生產批量：屬于大批量生產2.2材料的性能Q235是普通碳素結構鋼。Q代表的是這種材質的屈服，后面的235，就是指這種材質的屈服值，在235左右。并會隨著材質的厚度的增加而使其屈服值減小。保證機械性能,不保證化學成分,不能熱處理,機械性能較低,比較常用,價格便宜。2.3沖壓成型工藝分析此工件為Q235，厚度為3mm,具有良好的沖壓性能，適合沖裁，具有良好的沖壓工藝性。主要工藝難點在于兩個精度要求，及其零件的形狀不規(guī)則，在大批量的生產條件下，要保證生產效率。選取合理的模具類型、結構，采用最經濟的制模工藝。因為該零件包含了落料、沖孔、彎曲這三道工序，對于彎曲的回彈,可以用減小間隙的方法來避免或減小回彈。該沖壓件的形狀較為簡單對稱,彎曲部分有R=2.5mm的圓角過渡。除孔mm和mm有精度要求外,其余尺寸精度要求不高。Q235鋼沖壓性能較好,孔與外緣的壁厚較大,復合模中的凸凹模壁厚部分具有足夠的強度。因此,該工件可選用落料、沖孔及彎曲復合模加工。2.4沖裁工藝方案的確定通過工藝分析我做出了兩個方案：（1）落料、沖孔、彎曲在同一模具中加工成型；（2）兩套復合模具，落料、沖定位孔為一套模具，沖孔和彎曲在一套模具。從模具的復雜程度和指導難度考慮，我選用方案（2），在方案（2）中我采用一模兩件的加工方式，提高生產效率。2.5模具結構型式的確定模具結構型式的確定是一項關鍵的內容。它直接關系到沖壓過程的生產效率、沖壓件的生產成本、沖壓件的質量和尺寸精度以及模具壽命的高低。必須考慮到工件成形后，如何脫模方便。一般情況下：正裝式復合模成形后工件留在下模，需向上推出工件，取也不方便。倒裝式復合模成形后工件留在上模，只須在上模裝一推出裝置，借助模具的合模力就可以輕松的將工件給卸下來。綜合考慮，兩套模具都采用倒裝復合模。2.6排樣的確定2.6.1搭邊值的確定排樣時，沖件之間以及沖件與條料側邊之間留下的余料叫搭邊。它的作用是補償定位誤差，保證沖出合格的沖件，便于送料。搭邊數(shù)值取決于以下因素：（1）件的尺寸和形狀。（2）材料的硬度和厚度。（3）排樣的形式（直排、斜排、對排等）。沖裁金屬材料的搭邊值查得搭邊值a=3mm,b=4mm2.6.2確定條料步距簡單計算零件展開后的長度L=190.68mm，零件寬度b=40mm步距：l=b+a=40+3=43mm（2-1）寬度：B=L+2×b=190.68+2×4=198.68mm（2-2）2.6.3畫出排樣圖根據(jù)以上的內容，可以確定出制件的排樣圖，如圖2-2所示。圖2-2排樣圖2.6.4毛坯材料利用率的計算零件所用的（2-3）材料的利用率為（2-4）2.7沖裁壓力中心的確定如對毛坯進行加工必須要用到壓力機。而壓力機位置的確定必須先確定壓力中心。其出公式如下：（2-5a）（2-5b）本次設計中制件的結構為中心對稱圖形，且材料分布均勻，因此壓力中心的位置一定在制件的中心位置，即中心點處。2.8各部分工藝力的計算對模具的運動過程進行分析，可知第一套模具一共要有落料力、沖孔力、卸料力、推件力、壓料力。這五種力的共同作用才能完成模具的運動。這幾種力是為了壓力機的選擇做準備。第二套模具有沖孔力、彎曲力、頂件力、卸料力四種力共同作用完成零件的成型，并為選壓力機做準備。2.8.1落料力、沖孔力的計算（2-6）式中——沖裁力（N）；——工件外輪廓、或孔的周長(mm)；——材料厚度（mm）,t=3mm；——材料的抗拉強度,查得。所以式中——分別為毛坯落料力、沖孔力2.8.2彎曲力的計算U形件彎曲（2-7）式中——自由彎曲力（N）；K——安全系數(shù)，一般取K=1.3；B——彎曲件的寬度（mm）；T——彎曲件的材料的厚度（mm）；r——彎曲件的內圓角半徑（mm）；——彎曲材料的抗拉強度（），查課本1.6，取440則所以第二套模具的沖裁力為：2.8.3卸料力、頂件力、推件力的計算（2-8）（2-9）（2-10）式中、、分別為卸料力、推件力、頂件力的系數(shù)，由表2-1取=0.04，=0.045，=0.05。對于設有頂尖裝置或壓料裝置的彎曲模，頂件力或卸料力課近似取自由彎曲力的30%~80%，且在一定范圍內可以視實際需要進行調整。F、、、依次為沖裁力、卸料力、推件力、頂件力（N）。此設計中的第一套模具當中的卸料力、頂件力、推件力分別為：第二套模具的卸料力、頂件力、推件力分別為：表2-1卸料力、推件力和頂件力系數(shù)材料及厚度（mm)鋼≤0.10.065～0.0750.10.14＞0.1～0.50.045～0.0550.0630.08＞0.5～2.50.04～0.050.0550.06＞2.5～6.50.03～0.040.0450.05＞6.50.02～0.030.0250.03鋁、鋁合金0.025～0.080.03～0.07紫銅、黃銅0.02～0.060.03～0.092.9總力的計算所有在模具工作過程中產生的力已算出，取所有力之和即求出總力則（2-11）（2-12）為安全起見，防止設備超載，公稱壓力按總壓力的1.3倍來計算2.10壓力機的選擇按照公稱壓力選取壓力機。經查閱模具大典，可選取公稱壓力為1000kN和160kN開式可傾工作臺壓力機，其有關技術參數(shù)為如表2-2所示。表2-2壓力機的技術參數(shù)公稱壓力/kN1000160發(fā)生公稱壓力時滑塊離下極點距離/mm105滑塊固定行程/mm14070標準行程次數(shù)（不小于）（次/min）60115（最大閉合高度）活動臺位置（最低/最高）/mm500/260300/160閉合高度調節(jié)量/mm11060（標準型）滑塊中心到機身距離（孔深）/mm320160（標準型）工作臺尺寸（左右×前后）/mm900×600450×300（標準型）工作臺孔尺寸（左右×前后）/mm420×230220×110（標準型）工作臺孔尺寸（直徑）/mm300160（標準型）立柱間距離（不小于）/mm420220模柄孔尺寸（直徑×深度）/mm工作臺板厚度/mm110602.11本章小結本章節(jié)主要是對零件進行工藝分析與計算，確定了制件的沖裁方案、排樣圖，計算出了毛坯的尺寸和材料的利用率，選定壓力機確定了壓力中心，以及計算出各工藝力，最后通過計算出總壓力、公稱壓力選擇了壓力機。模具的結構計算3.1凸、凹模刃口尺寸的計算凸、凹模刃口尺寸的計算是本次設計需要重點解決的對象，其中包括落料的凸、凹模刃口尺寸；以及沖孔的凸、凹模刃口尺寸。在確定工件零件刃口尺寸計算方法之前，首先要考慮工作零件的加工方法及模具裝配方法。結合該模具的特點，工作零件的形狀相對比較簡單，適合采用線切割機床分別加工落料凸模、凹模、凸模固定板以及卸料板，這種加工方法可以保證這些零件各孔的同軸度，使裝配工作簡化。因此工作零件刃口尺寸計算就按照凸模和凹模分開加工的方法。這種加工方法的特點是模具的凸凹模具有互換性，制造周期短，便于成批制造。缺點是為了保證初始間隙在合理的范圍內，需要采用較小的凸模、凹模公差才能滿足的要求。3.1.1確定凸、凹模間隙及制造公差查《實用沖壓設計技術》表3-18得凸、凹模間隙材料除了和有公差要求外其余為自由公差，取IT14級，則X=0.75，凸凹模制造公差按IT7級精度選取，由《實用沖壓設計技術》附錄表D查得：對于沖孔：=0.018mm對于沖孔：=0.012mm；對于落料尺寸10.338mm：=0.018mm；對于落料尺寸26mm:=0.021mm；對于落料尺寸40mm:=0.025mm；對于落料尺寸161mm:=0.040mm。3.1.2落料是凸、凹模刃口尺寸的計算查詢《沖壓工藝學》根據(jù)公式，落料以凹模為基準（3-1）（3-2）式中、——落料凹模刃口名義尺寸（mm）。、——凸、凹模的制造公差；——最小沖裁間隙；——磨損系數(shù),與沖件精度有關；——沖裁件的公差，未注公差的毛坯尺寸按照IT14設計；——落料件公稱尺寸（mm）；所以落料（10.338mm）:式中x查《實用沖壓設計技術》表3-17得，x=0.75；查附錄表D，=0.43落料（26mm）:式中x查《實用沖壓設計技術》表3-17得，x=0.5；查附錄表D，=0.52落料（40mm）:式中x查《實用沖壓設計技術》表3-17得，x=0.5；查附錄表D，=0.62落料（161mm）:式中x查《實用沖壓設計技術》表3-17得，x=0.5；查附錄表D，=1.03.1.3沖孔時凸凹模刃口尺寸計算式中查詢《沖壓工藝學》根據(jù)公式，沖孔以凸模為基準（3-3）（3-4）式中——沖件的公稱尺寸（mm）；、——沖孔凸、凹模刃口尺寸(mm)；、——凸、凹模的制造公差；由表3-1查??；——最小雙邊合理間隙（mm）；——磨損系數(shù),與沖件精度有關；——沖裁件的公差，未注公差的毛坯尺寸按照IT14設計；所以沖孔（）：式中x查《實用沖壓設計技術》表3-17得，x=0.75；查附錄表D，=0.43沖孔（）：式中x查《實用沖壓設計技術》表3-17得，x=0.75；查附錄表D，=0.303.1.4彎曲凸、凹模的刃口尺寸計算彎曲凸、凹模間隙，凸、凹模制造公差按IT7級精度選取(3-5)凹模寬度尺寸(3-6)凸模寬度應按凹模寬度尺寸配制，并保證單方面間隙為C，即(3-7)式中——彎曲凹、凸模寬度尺寸（mm）；L——彎曲件外形基本尺寸（mm）；C——彎曲模單邊間隙（mm）；——彎曲件偏差（mm）；、——彎曲凸模、凹模制造公差，采用IT7級。則表3-1沖裁模初始雙面間隙Z（mm）板料厚度軟鋁純銅.黃銅含碳（0.08-0.2）%的軟鋼杜拉鋁含碳（0.3-0.4）%的軟鋼硬鋼含碳（0.5-0.6）%ZminZmaxZminZmaxZminZmaxZminZmax0.50.0200.0300.0250.0350.0300.0480.0350.0451.00.0400.0640.0500.0700.0600.0880.0700.0901.50.0600.0960.0750.1050.0900.1280.1050.1352.00.0800.1300.1000.1400.1200.1680.1400.1802.50.1000.1600.1350.17501500.2080.1750.2253.00.1200.1940.1700.2100.1800.2480.2100.2703.2選用模架、確定閉合高度及總體尺寸設計第二套沖壓模具，根據(jù)壓力機的選擇就可以初步選擇模架以及閉合高度。彎曲凹模高度H=(3-8)取H=44mm，彎曲凹模的最小厚度取36mm，則凹模板的周界尺寸為：橫向B=250mm縱向L=100mm此凹模板周界尺寸是按照最大的尺寸來計算的，這樣更加有利于強度的保證，是比較保守的選擇。為了工作過程的穩(wěn)定，進料與卸料的過程方便，根據(jù)《模具設計大典》中的“后側導柱模架的選取”選擇與壓力機的最大、最小閉合高度范圍內相適應的模架。再按其標準選擇具體結構，尺寸見表3-2。表3-2模架規(guī)格選用名稱尺寸材料熱處理上模座250×160×55HT200下模座250×160×60HT200導柱32×21020滲碳58～62HRC導套32×115×4520滲碳58～62HRC初步定義模具的閉合高度為237mm沖裁?？傮w結構尺寸必須與所選用的壓力機相適應，即模具的總體平面尺寸應該與壓力機工作臺或墊板尺寸和滑塊下平面尺寸相適應；模具的封閉（閉合）高度應與壓力機的裝模高度或封閉高度相適應。所謂模具的閉合高度是模具在最低工作位置時，上、下模座之間的距離。它應與壓力機的裝模高度相適應，即需滿足如下要求。（3-9）式中、——壓力機的最大和最小裝模高度；——模具的閉合高度。校核：即既模具的高度應該在215mm至250mm之間，不在此范圍就無法滿足模具開模行程與壓力機的封閉高度之間的關系。校核成功，滿足條件。＝237mm符合要求。3.3模具各零部件的設計與計算3.3.1彎曲凹模設計由于每種制件的形狀和尺寸不同，因此沖模的加工以及裝配工藝等實際條件也有許多不同，所以在實際生產中使用的凹模結構形式很多。由于是U形件彎曲，所以我設計了對稱的兩個凹模。結構如圖3-1所示：圖3-1彎曲凹模3.3.2沖孔凸模的設計圓形凸模按標準規(guī)定，圓形凸模有以下3種形式如圖3－2所示。圖3-2圓形凸模型式在本設計中的第二套模具，即沖孔-彎曲復合模具中，沖孔凸模選用B型結構。其結構及尺寸如圖3－3所示：圖3-3沖孔凸模3.3.3凸凹模的設計該凸凹模為沖孔凹模、彎曲凸模。彎曲凸模中，圓角半徑為R2.5，防止在彎曲過程中拉裂。凹凸模結構及尺寸如圖3-4所示。圖3-4凸凹模3.3.4凸模固定板的設計根據(jù)常規(guī)設計經驗，凸凹模固定板厚度?。?3mm，沖孔凸模固定板取厚度H=22mm，材料均為45鋼。3.3.5墊板的設計在設計沖模時，由模板所承受壓力的大小來判斷是否加裝墊板。因為模板承受的壓應力大于模板材料所承受壓力大小，所以使用墊板。在沖孔凸模固定板和模板之間加置一淬硬的墊板，從而提高了沖模耐用度。其外形與固定板相同。材料采用45號鋼。沖孔凸模墊板的厚度取10mm。3.3.6定位零件的設計定位零件是用來保證條料的正確送進及在模具中的正確位置。條料在模具送料平面中必須有兩個方向的限位：一是送進導向；二是送料定距。送進導向的定位零件有導正銷、導料板、側壓板等；送料定距的定位零件有用擋料銷、側刃等；在本次設計中使用的是定位銷。設定兩個定位銷，用第一套模具沖孔與其配合，從而確定毛坯件的位置。3.3.7模柄的選擇模柄的直徑根據(jù)所選壓力機的模柄孔徑確定,模柄孔的尺寸為。根據(jù)此次設計的特點，選取B型模柄，如圖3-5所示。圖3-5模柄3.3.8連接件與緊固件的選取下模座與下凸模固定板的固定選用M12×56的內六角螺釘，定位銷選用公稱直徑d=8mm、長度l=60mm的圓柱銷。上模座與彎曲凸模的固定選用M16×80的內六角螺釘，定位銷選用公稱直徑d=10mm、長度l=90mm的圓柱銷。卸料板用M5×77的圓柱頭卸料螺釘連接。3.3.9下模板的確定在上文中模架的尺寸已經確定，下面來確定下模板的尺寸。如圖3-6圖3-6下模座上模座的尺寸與形狀與下模座基本相同。在導柱導套的配合方面有細微差別。差別在與上模座厚H=50mm,下模座厚度為H=60mm。下模座與導柱配合，孔直徑d=32mm，上模座與導套配合，孔直徑D=45mm。3.4模具材料的選用選擇模具材料應遵循如下原則：1.根據(jù)模具種類及其工作條件，選用材料要滿足使用要求，應具有較高的強度、硬度、耐磨性、耐沖擊、耐疲勞性等；2.根據(jù)沖壓材料和沖壓件生產批量選用材料；3.滿足加工要求，應具有良好的加工工藝性能，便于切削加工，淬透性好、熱處理變形小；4.滿足經濟性要求。模具材料的種類很多，應用也極為廣泛。沖壓模具所用材料主要有碳鋼、合金鋼、鑄鋼、硬質合金、鋼結硬質合金以及鋅基合金、低熔點合金、環(huán)氧樹脂、聚氨酯橡膠等。沖壓模具中凸、凹模等工作零件所用的材料主要是模具鋼，常用的模具鋼包括碳素工具鋼、合金工具鋼、軸承鋼、高速工具鋼、硬質合金和鋼結硬質合金等（可參見GB/T699—1999、GB/T1298—1986、GB/T1299—2000、JB/T5826—1991、JB/T5825—1981等）。由于沖裁模主要用于各種板料的沖切成形,其刃口在工作過程中受到強烈的摩擦和沖擊,所以要求模具工作材料具有高的耐磨性、沖擊韌性以及耐疲勞斷裂性能。在本套工件沖孔落料復合模中，工件所用材料較硬，且模具工作時的沖裁力較大，所以要選用抗沖擊韌性大的模具鋼。所有凸模及凹凸模均采用耐磨性和耐沖擊性極強的T10A材料。所有凹模也采用Cr12材料。墊板、凸模固定板、推板、打料桿、定位銷、卸料板、均采用45鋼。各型號內六角螺釘采用35鋼。橡膠塊選用硬橡膠。上模座和下模座采用HT200。A型滑動導套、導柱采用20鋼。3.5本章小結本章主要是凸、凹模刃口尺寸的計算及凸、凹模的結構設計。整套模具中的凸模結構比較復雜，包含彎曲凸模、沖孔凸模。同時為方便卸料，也需加工出頂料桿和推板所需要的空間，加工難度大。整套模具中的彎曲-沖孔凹模加工也比較難，特別是彎曲凹模，因為有加工精度要求，加工需要特別注意。其他結構比較簡單。第4章模具的裝配圖的設計4.1零件的技術要求1．沖模零件不允許有裂紋，工作表面不允許有劃痕、機械損傷、銹蝕等表面缺陷。經熱處理后的零件硬度應均勻、不允許有軟點和脫碳區(qū)，并清除氧化物等。2．沖模各零件的材料和熱處理硬度應優(yōu)先按模具設計手冊中標準選用，允許采用性能高于兩表規(guī)定的其他鋼種。3．零件圖中普通螺紋的基本尺寸應符合GB/T196的規(guī)定，選用極限與配合應符合GB/T197的規(guī)定。4．固定板、凹模、墊板、卸料板的形狀和位置公差按GB/T1182-1996等的規(guī)定。5．沖模各零件的幾何形狀、尺寸精度、表面粗糙度等應符合設計圖樣的要求。6．零件圖中未注公差尺寸的極限偏差按GB/T1804的規(guī)定。7．零件圖中未注的形狀和位置公差按GB/T1184-1996的規(guī)定。8．沖裁模之凸、凹模刃口及側刃必須鋒利，不允許有崩刃、缺刃和機械損壞。9．沖裁模凹模工作孔不允許有倒錐度。4.2裝配技術要求1．裝配時應保證凸、凹模之間的間隙均勻一致，配合間隙符合設計要注，不允許采用使凸、凹模變形的方法來修正間隙。2．推料、卸料機構必須靈活，卸料板或推件器在沖模開啟狀態(tài)時，一般應突出凸凹模表面0.5-1mm。4．各接合面保證密合。5．落料、沖孔的凹模刃口的高度，按設計要求制造，其漏料孔應保證暢通，一般應比刃口大0.2-2mm6.沖模所有活動部分的移動應平穩(wěn)靈活，無滯止現(xiàn)象，滑塊、楔埠在固定滑動面移動時，其最小面積不少于其面積的一半。7．各緊固用的螺釘、鎖釘不得松動，并保證螺釘和銷釘?shù)亩嗣娌煌怀錾?、下模座平面?．各卸料螺釘沉孔深度應保證一致。9．各卸料螺釘、頂桿的長度應保證一致。10．凸模的垂直度必須在凸凹模間隙值允許范圍內。11．沖模的裝配必須符合模具裝配圖、明細表及技術條件規(guī)定。12．凸模、凸凹模等與固定板的配合一般按H7/h6或H7/m6，保證工作穩(wěn)定可靠。4.3復合模具的安裝調試要求4.3.1復合模安裝要求1.上模座上平面對下模座下平面的平行度，導柱軸心線對下模座下平面的垂直度和導套孔軸心線對上模座上平面的垂直度均應達到規(guī)定的精度要求。2.模架的上模沿導柱上、下移動應平穩(wěn)，無阻滯現(xiàn)象。3.裝配好的復合模,其封閉高度應符合圖樣規(guī)定的要求。4.3.2復合模的調試要求模具按圖紙技術要求加工與裝配后，必須在符合實際生產條件的環(huán)境中進行試模，可以發(fā)現(xiàn)模具設計與制造的缺陷，發(fā)現(xiàn)問題必須及時解決。找出產生的原因，進行改正。對模具進行適當?shù)恼{整和修理后再進行試模，直到模具能正常工作，才能將模具正式交付生產使用。4.4主要組件的裝配1．模柄的裝配，在安裝凸模固定板和墊板之前，應先把模柄裝好,用角尺檢查模柄與上模座上平面的垂直度。2.凸模和凸模固定板的裝配配合要求為H7/m6。裝配時，先在壓力機上將凸模壓入凸模固定板內，檢查凸模的垂直度，然后將固定板的上平面與凸模尾部一起磨平，為了保持凸模刃口鋒利還應將凸模的端面磨平。3.導柱與導套的技術要求及裝配，組成模架各零件均應符合相應的技術條件，其中特別重要的是每對導柱，導套的配合間隙應符合要求。壓入上、下模座的導柱、導柱離其它安裝表面應有1-2mm的距離，壓入后就應牢固。裝配成套的模架，各零件的工作表不應有碰傷，裂紋以及其它機械損傷。4.5模具的裝配圖根據(jù)以上的數(shù)據(jù)可以確定出模具的裝配圖，如圖4-1圖4-1彎曲-沖孔復合模具裝配圖4.6模具的工作過程本套模具采用倒裝式結構。其工作過程為：開模狀態(tài)下，把第一套模具加工出的毛坯件放到凸凹模上，用第一套模具加工的的兩個孔定位，固定在兩個固定定位銷上，啟動壓力機，滑塊下行，推件塊壓在零件上，隨著滑塊下降彎曲凸模對零件進行彎曲，彈性卸料板隨著下壓而下降，當彎曲成型后，滑塊繼續(xù)下壓進行沖孔加工，繼續(xù)下壓4mm，沖孔廢料由下?？茁湎?。開模時，彈性卸料板降零件卸下，完成該模具的所有工序。4.7本章小結本章簡單的介紹了模具安裝和調試的要求和注意事項，整套模具組件的裝配技術要求，和一些重要的配合尺寸。繪制出一套模具的裝配圖，并說明了模具的工作過程。該模具：彎曲-沖孔復合模裝配須保證。開始工作的順序為：彎曲-沖孔，即圖中下模中彎曲凸模、沖孔凹模上平面下齊時，上模沖孔凸模下作面最高，彎曲凸模成形部分次之，卸料部分經試模調整應保證壓邊及卸料力適當，動作順暢，功能滿足模具工作要求。結論與展望本次設計的制件屬于的端蓋沖壓件，首先對該制件材料進行分析，確定適合冷沖，然后確定制件的沖裁方案與排樣圖，計算出毛坯的尺寸以及材料的利用率，通過各種工藝力的計算來選擇壓力機，并確定卸料彈簧的數(shù)量與型號，為模具標準件與非標準件選擇做鋪墊。經過對工件的工藝分析，設計加工為一模兩件，采用了兩套復合模具：落料-沖孔倒裝復合模、沖孔-彎曲倒裝式復合模，在最后一步兩個零件的切斷分離。復合模具工作零件的結構較為復雜，模具的成本較高，但模具結構型式選用合理，可行性好，生產效率高，制品尺寸穩(wěn)定性增加，材料消耗、制造成本有所降低，經濟效益顯著。凸、凹模刃口尺寸的計算也是很重要的，還要通過壓力機的最大最小閉合高度來選擇模架，接下來進行模具結構與尺寸的設計，并且還需要確定模具的總體尺寸和模具零件的結構，查詢并確定模具安裝和調試的要求及注意事項，整套模具組件的裝配技術要求，和一些重要的配合尺寸。最后根據(jù)這些資料設計繪出模具的總裝圖，并說明模具的工作過程。雖然這個方案是從幾個方案中選出的較優(yōu)方案，但是因為個人水平有限，肯定還有好多不足之處。在定位零件的設計方面還有很大改進空間，比如考慮到加工零件的尺寸精度，在定位方面應該更加精確。雖然該設計可能還存在種種不足之處，但我覺得，該模具設計整體來說還算巧妙，尤其是彎曲凸模的固定方式以及它與沖孔凸模固定板之間的配合都是經過深思熟慮的，只要將上述所提到的一些不足之處加以改進，還是有它的價值的。致謝本課題所做設計是在導師ＸＸＸ老師的悉心指導下完成的。值此論文完成之際，謹向我的導師表示最衷心的感謝!感謝他在我畢業(yè)設計半年來對我的關心與指導!在設計過程中，導師淵博的學識、及時的建議給予作者很大啟發(fā)，同時導師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度，對工作的敬業(yè)精神，給我們都留下了印象深刻，也是我們今后工作學習的榜樣!還有在此設計期間ＸＸ老師也給我很大的幫助，在此向Ｘ老師表示感謝。在畢業(yè)設計期間，我們還進行了一次實習，在老師的帶領下，大家來到的安徽ＸＸ工業(yè)有限公司，到那里參觀實習，公司總經理和研發(fā)部部長熱情的迎接我們，并由研發(fā)部部長親自像我們介紹各個生產流程。在此我向他們表示深深的感謝。最后，也對在答辯時各位老師提出的寶貴意見深表感謝！作者：ＸＸＸ2011年6月2日參考文獻[1]賈俐俐.沖壓工藝與模具設計[M].北京：人民郵電出版社，2008.[2]王同海,孫勝,肖白白.實用沖壓設計技術[M].北京：機械工業(yè)出版社，1995.[3]徐政坤.沖壓模具設計與制造[M].北京：化學工業(yè)出版社，2003.[4]王孝培.實用沖壓技術手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004.[5]馬朝興.沖壓模具設計手冊[M].北京：化學工業(yè)出版社,2009.[6]郝濱海.沖壓模具簡明設計手冊[M].北京：化學工業(yè)出版社，1975.[7]中國機械工程學會.中國模具設計大典[M].南昌：江西科學技術出版社，2003.[8]朱輝.畫法幾何及工程制圖[M].上海：上?？茖W技術出版社，2007.[9]王芳.沖壓模具設計指導[M].北京：機械工業(yè)出版社，1998.[10]馮炳堯.模具設計與制造簡明手冊[M].上海：上海科學技術出版社，1998.[11]高鴻庭,劉建超.冷沖模設計與制造[M].北京：機械工業(yè)出版社，2002.附錄A外文文獻EffectsofgeometryandfilletradiusondiestressesinstampingprocessesAbstract:Thispaperdescribestheuseofthefiniteelementmethodtoanalyzethefailureofdiesinstampingprocesses.Forthedieanalyzedinthepresentproblem,thecracksatdifferentlocationscanbeattributedtoacoupleofmechanisms.Oneofthemisduetolargeprincipalstressesandtheotheroneisduetolargeshearstresses.Athree-dimensionalmodelisusedtosimulatetheseproblemsfirst.Themodelisthensimplifiedtoanaxisymmetricproblemforanalyzingtheeffectsofgeometryandfilletradiusondiestresses.2000ElsevierScienceS.A.Allrightsreserved.Keywords:Stamping;Metalforming;Finiteelementmethod;Diefailure1.IntroductionInmetalformingprocesses,diefailureanalysisisoneofthemostimportantproblems.Beforethebeginningofthisdecade,mostresearchfocusedonthedevelopmentofthe-oreticalandnumericalmethods.Upperboundtechniques[1,2],contact-impactprocedures[3]andthefiniteelementmethod(FEM)[4,5]arethemaintechniquesforanalyzingstampingproblems.Withthedevelopmentofcomputertechnology,theFEMbecomesthedominanttechnique[6-12].Altanandco-workers[13,14]discussedthecausesoffailureinforgingtoolingandpresentedafatigueanalysisconceptthatcanbeappliedduringprocessandtooldesigntoanalyzethestressesintools.Inthesetwopapers,theyusedthepunchingloadastheboundaryforcetoanalyzethestressstatesthatexistintheinsertsduringtheformingprocessanddeterminedthecausesofthefailures.Basedontheseconcepts,theyalsogavesomesuggestionstoimprovediedesign.Inthispaper,linearstressanalysisofathree-dimensional(3D)diemodelispresented.Thestresspatternsarethenanalyzedtoexplainthecausesofthecrackinitiation.Somesuggestionsaboutoptimizationofthedietoreducethestressconcentrationarepresented.Inordertooptimizethedesignofthedie,theeffectsofgeometryandfilletradiusarediscussedbasedonasimplifiedaxisymmetricmodel.2.ProblemdefinitionThisstudyfocusesonthelinearelasticstressanalysisofthedieinatypicalmetalformingsituation(Fig.1).Thedie(Fig.2)withahalf-moonshapedingotonthetopsurfaceispuncheddowntowardstheworkpiecewhichisheldinsidethecollar,andthepatternismadeontotheworkpiece.Crackswerefoundinthedieafterrepeatedoperation:(i)whenthediepunchedtheworkpiece,thereiscrackinitiationbetweenthetipofthemoonshapedpatternandoneoftheedges(CrackI);and(ii)afterrepeatedpunching,thereisalsoacrackatthefilletofthedie(CrackII).Thepresentworkwascarriedoutwiththefollowingobjectives:(i)toestablishthecausesofthecrackinitiation;and(ii)tostudytheeffectsofgeometryandfilletradius.3.Simulationandanalysis3.1.3DsimulationThesimulationisperformedwiththeFEMcodeAbaqus[15].TwomeshesarecreatedforthedieshowninFig.3aandb.The3DsolidelementsfortheworkpieceareC3D8(8-nodelinearbrick)elements.Thereareabout4000nodesand3343elementsinthecoarsemeshmodel,and7586nodesand6487elementsinthefinemeshmodel.Theboundaryconditioninvolvesfixingthebottomofthedie,i.e.,U2=0forallthenodesonthediebottom.Apressureof200MPaisappliedonthetopsurfaceofthehalf-moonpattern.Young'smodulusis200GPaandPoisson'sratiois0.3.InordertoanalyzetheprincipalstressconcentrationareaintheregionofCrackI,differentcasesarestudied.LetthemodelsshowninFig.3aandbbeCase1.Anew3Dmodel(Case2)isusedasshowninFig.3c.Thedieisseparatedintothreeparts.TheAbaquscommand*CONTACTPAIR,TIEDisusedtotieseparatesurfacestogetherforjoiningdissimilarmeshes.Theadvantageofthismodelisitsconvenienceinchangingthemeshofthehalf-moonpatternanditsposition.First,thehalf-moonpatternismoved6mmtowardsthecenter(Case3)asshowninFig.3d.Second,thefilletradiusofthehalf-moonpatternischangedfrom0to0.5mm(Case4)asshowninFig.3e.3.2.ResultsanddiscussionForthetwomeshesusedinCase1.Themaximumprincipalshearstress(S12)distributionattheregionoffilletareshowninFig.4aandb.Theresultsshowthatthestressdistributionpatternsarethesameforthetwodifferentmeshes,andtherefore,theconvergenceofthesolutionsisestablished.Altanandco-workers[14]havepresentedthestressanalysisofanaxisymmetricupperdie.Intheirwork,whenthematerialoftheworkpieceflowstofillthevolumebetweenthediesandcollar,thecontactsurfaceofthedieisstretched.Attheareaofthetransitionradius,theprincipalstresseschangedirectionandreachhightensilevalues.Accordingtotheiranalysis,thefatiguefailureisduetotwofactors:(i)whenthestressexceedstheyieldstrengthofthediematerial,alocalizedplasticzonegenerallyformsduringthefirstloadcycleandundergoesplasticcyclingduringsubsequentunloadingandreloading,thusmicroscopiccracksinitiate;and(ii)tensileprincipalstressescausethemicroscopiccrackstogrowandleadtothesubsequentpropagationofthecracks.TheVonMisesstressdistributionisshowninFig.5a.Veryhighstressoccurinthehalf-moonandfilletregions.Ifthecontactpressurekeepsincreasing,plasticzoneswillformfirstinthesetworegions.Fig.5bshowsthemaximumprincipalstress(SP3)distributionpattern.InordertoshowtheareaofCrackIinitiation,Fig.5cprovidesazoomedviewofthearea.Itisclearthatatensileprincipalstress(SP3)concentrationof25.5MPaexistsbetweenthehalf-moonpatternandthefreeedgeandisthecauseofcrackinitiation.SinceCrackIpropagatesnearlynormaltothe1-2plane,thedirectionofthestresseswhichcausethecrackinitiationmustbeparalleltothatplane.Fig.5dshowsthedirectionofthemaximumprincipaltensilestressatnode145andconfirmsCrackIisnormaltothe1-2plane.Afterrepeatedpunching,CrackIIinitiatesinthefilletregion,andgivesrisetofatiguefailure.ThegeometryinthelocalareaisverysimilartothecasewhichAltanandco-workers[14]haveanalyzed.However,therearenocontactstressesinthatareaforthepresentcase,andFig.5bshowsthatthemaximumprincipalstressesareallcompressiveatthefillet.Fig.5eshowsthatthereishighshearstress(S12)concentrationatthefilletwhichisabout30MPa.Theshearstressesseemtobethestresseswhichleadtotheinitiationandpropagationofcracks.Theresultsofthefourcases(Cases1-4)forthelargestmaximumprincipalstressesarelistedinTable1.Whenthenumberofelementsforthehalf-moonpatternisincreasedfrom10to70,thelargestprincipalstressatthepositionofCrackIinitiationisincreasedby(30.5-25.5)/30.5=16%(Case2).Theprincipalstressesareverysensitivetothehalf-moonpattern.Cases2-4showtheeffectoflocationofthehalf-moonanditsfilletradius.Ifthehalf-moonpatternismoved6mmtowardsthecenter,thelargestprincipalstressatthepositionofCrackIisreducedby(25.3-30.5)/30.5=-17%(Case3).Ifthefilletradiusofthehalf-moonpatternischangedto0.5mm,theprincipalstressisreduced(28.5-30.5)/30.5=-7%(Case4).Thereforeboththesemethodscanreducethestressconcentration,thefirstbeingmoreeffective.4.Effectsofgeometryandfilletradiusondiestressdistribution4.1.2DmodelingInordertooptimizethedie,theeffectsofgeometryandfilletradiusondiestressdistributionarediscussedfurther.Anaxisymmetricmodelisused(Fig.6)fortheanalysis.Initially,theradiusr1oftheinnercylinderissetto10mm,theheighthoftheinnercylinderissetto5mm,andtheheightHoftheoutercylinderissetto25mm.Also,r2istheradiusoftheoutercylinder,andtheratior2/r1ischangedfrom1.2to1.5,2.0,3.0and4.0.TheradiusRofthefilletischangedfrom2.0to0.5mm,andhischangedfrom5to2and0mm.Thepressureisgivenas200MPaatthetopsurface.Thenodesatthebottomedgearefixed,andallothersarefreetotranslate(exceptthoseontheaxisintheradialdirection).4.2.ResultsanddiscussionAtotalof30caseswerestudied.Parametersthatarevariedincluder2/r1ratio,h