撥片的沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)【說明書+CAD】

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Selected the vertical style and calculated the use rates of the material. Selected the presses according to the mold stress, designed the punching, cutting and bending process according to the materials and parts. To design the positioning parts and choose fasteners of moldbase marked.Finally,to draw non-standard parts drawing of mould.This article introduced the details of the paddle stamping process and you can use it according to this. With all parameters done, analysis on the assembling of the moulds and requirement of main parts design and assembling was made. Key words: Progressive die; Punching; Cutting; Bending; 第1章 緒 論 1.1 課題選擇的背景 模具是制造業(yè)的一種基本工藝裝備，它的作用是控制和限制材料（固態(tài)或液態(tài)）的流動(dòng)使之形成所需要的形體。用模具制造零件以其效率高，產(chǎn)品質(zhì)量好，材料消耗低，生產(chǎn)成本低而廣泛應(yīng)用于制造業(yè)中。 模具工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)工業(yè)，是國際上公認(rèn)的關(guān)鍵工業(yè)。模具生產(chǎn)技術(shù)水平的高低是衡量一個(gè)國家產(chǎn)品制造水平高低的重要標(biāo)志，它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。振興和發(fā)展我國的模具工業(yè)，正日益受到人們的關(guān)注。早在 1989 年 3 月中國政府頒布的《關(guān)于當(dāng)前產(chǎn)業(yè)政策要點(diǎn)的決定》中，將模具列為機(jī)械工業(yè)技術(shù)改造序列的第一位。 模具工業(yè)既是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的一個(gè)組成部分，又是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的重要領(lǐng)域。模具在機(jī)械，電子，輕工，汽車，紡織，航空，航天等工業(yè)領(lǐng)域里，日益成為使用最廣泛的主要工藝裝備，它承擔(dān)了這些工業(yè)領(lǐng)域中 60％~90％的產(chǎn)品的零件，組件和部件的生產(chǎn)加工。 模具制造的重要性主要體現(xiàn)在市場的需求上，僅以汽車，摩托車行業(yè)的模具市場為例。汽車，摩托車行業(yè)是模具最大的市場，在工業(yè)發(fā)達(dá)的國家，這一市場占整個(gè)模具市場一半左右。汽車工業(yè)是我國國民經(jīng)濟(jì)五大支柱產(chǎn)業(yè)之一，汽車工業(yè)重點(diǎn)是發(fā)展零部件，經(jīng)濟(jì)型轎車和重型汽車，汽車模具作為發(fā)展重點(diǎn)，已在汽車工業(yè)產(chǎn)業(yè)政策中得到了明確。單輛摩托車約有零件 2000 種，共計(jì) 5000多個(gè)，其中一半以上需要模具生產(chǎn)。一個(gè)型號(hào)的摩托車生產(chǎn)需 1000 副模具，總價(jià)值為 1000 多萬元。其他行業(yè)，如電子及通訊，家電，建筑等，也存在巨大的模具市場。目前世界模具市場供不應(yīng)求，模具的主要出口國是美國，日本，法國，瑞士等國家。只要配備一些先進(jìn)的數(shù)控制模設(shè)備，提高模具加工質(zhì)量，縮短生產(chǎn)周期，溝通外貿(mào)渠道，模具出口將會(huì)有很大發(fā)展。研究和發(fā)展模具技術(shù)，提高模具技術(shù)水平，對(duì)于促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有著特別重要的意義。 1.2 畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的 畢業(yè)設(shè)計(jì)是畢業(yè)生必須接受的最后考驗(yàn)，是對(duì)大學(xué)生各項(xiàng)綜合能力的測試，也是對(duì)專業(yè)知識(shí)、設(shè)計(jì)能力、計(jì)算機(jī)運(yùn)用能力、英語運(yùn)用能力等方面的綜合訓(xùn)練。學(xué)生通過畢業(yè)設(shè)計(jì)將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中，體會(huì)學(xué)習(xí)的樂趣，提高學(xué)習(xí)積極性，同時(shí)領(lǐng)會(huì)對(duì)各項(xiàng)知識(shí)、能力的運(yùn)用。 1.3 畢業(yè)設(shè)計(jì)的要求 畢業(yè)設(shè)計(jì)要求查閱相關(guān)文獻(xiàn)，了解國內(nèi)外模具設(shè)計(jì)、制造的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，正確選擇模具材料并提出合適的熱處理工藝，掌握沖壓模具設(shè)計(jì)的基本程序和方法，掌握相關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)、文獻(xiàn)資料的使用方法，熟練運(yùn)用1種CAD軟件進(jìn)行模具設(shè)計(jì)，并對(duì)沖壓模具的制造、加工方法有一定的了解。 第2章 零件的工藝性分析 2.1 零件的材料分析 零件材料是Q235鋼，查《機(jī)械工程材料》可知Q235鋼為極軟的碳酸鋼，強(qiáng)度、硬度很低，而韌性和塑性極高，具有良好的深沖、拉延、彎曲和鐓粗等冷加工性能、焊接性能。但存在時(shí)效敏感性，淬硬性及淬透性極低。大多軋制成高精度的薄板或冷軋鋼帶用以制造易加工成形，強(qiáng)度低的深沖壓或深拉延的覆蓋零件和焊接構(gòu)件。 力學(xué)性能：抗拉強(qiáng)度 σb (MPa)：380-470 屈服強(qiáng)度 σs (MPa)：240 伸長率 δs (％)：21-25 2.2 分析零件的技術(shù)要求 零件中對(duì)標(biāo)有尺寸精度的尺寸按照零件圖的精度進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)其他未標(biāo)尺寸按一般精度設(shè)計(jì)，根據(jù)工件生產(chǎn)要求對(duì)工件精度等級(jí)取IT13級(jí)設(shè)計(jì)。 沖裁件的尺寸基準(zhǔn)應(yīng)盡可能和制模時(shí)的定位基準(zhǔn)重合，以避免產(chǎn)生基準(zhǔn)不重合誤差。孔位尺寸基準(zhǔn)應(yīng)盡量選擇在沖裁過程中始終不參加變形的面或線上，切不要與參加變形的部分聯(lián)系起來。 圖 1 零件圖 Fig l The graph 通過分析零件圖1，該零件的未表注形位公差精度按IT13的精度要求處理即可滿足工藝要求。 該零件為標(biāo)有表面質(zhì)量精度要求按照一般要求處理即可滿足工藝要求，即表面粗糙度。 2.3 零件的結(jié)構(gòu)工藝性分析 此零件為撥片，體積較小。主要沖裁工序有沖孔、彎曲、切斷。沖裁件的形狀簡單、基本對(duì)稱、沒有復(fù)雜形狀的曲線，應(yīng)該在許可的情況下，把沖裁件設(shè)計(jì)成少、無廢料排樣的形狀，以減少廢料。 第3章 工藝方案的設(shè)計(jì) 3.1工藝方案的提出 沖壓模具按沖裁工序的組合方式可分為單工序模、復(fù)合模、級(jí)進(jìn)模： 1）單工序模 單工序模結(jié)構(gòu)簡單，制作周期短，制作成本低廉，生產(chǎn)效率低，沖出的制件精度不高，且工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，不適合大批量的生產(chǎn)。 2）復(fù)合模 復(fù)合模結(jié)構(gòu)緊湊，沖出的制件精度較高，適合大批量生產(chǎn)，特別是孔與制件外形的同心度容易保證。但模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，模具制造較困難，制造成本高，制造周期長等缺點(diǎn)。 3）級(jí)進(jìn)模 在一副級(jí)進(jìn)模上可對(duì)形狀十分復(fù)雜的沖壓件進(jìn)行沖裁、彎曲、拉深成形等工序，故生產(chǎn)率高，便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化，適于大批量生產(chǎn)。由于采用條料（或帶料）進(jìn)行連續(xù)沖壓，所以操作方便安全。級(jí)進(jìn)模的主要缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造精度高，周期較長，成本高。 在生產(chǎn)本工件時(shí)若采用單工序模生產(chǎn)，制作本工件至少需要3個(gè)單工序，也就意味著需要3副以上的模具來進(jìn)行生產(chǎn)，而且本工件需要長年大批大量生產(chǎn)，采用單工序不但所需的單工序模較多而且會(huì)造成產(chǎn)品精度無法保證，經(jīng)濟(jì)效益低等缺點(diǎn)，故不宜采用單工序模進(jìn)行生產(chǎn)。 若采用復(fù)合模生產(chǎn)，本工件因工件有帶孔彎曲部位，若采用彎曲前沖孔，則造成模具中心孔距的不精確，如果彎曲之后沖孔，會(huì)使模具制作困難，成本增加。 若采用級(jí)進(jìn)模生產(chǎn)，在排樣時(shí)，只要按正常沖裁工序，保證工件間的精度，同時(shí)降低模具的制造難度。 綜合上述幾種方案的比較，應(yīng)選用級(jí)進(jìn)模進(jìn)行生產(chǎn)，既可實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，也可以節(jié)約材料。因此選用級(jí)進(jìn)模生產(chǎn)。 3.2工件生產(chǎn)工序的確定 空工位的設(shè)置是為了保證模具具有足夠的強(qiáng)度，確保模具的壽命，或是為了便于設(shè)置特殊結(jié)構(gòu)。本模具因結(jié)構(gòu)特殊，為了保證有足夠的強(qiáng)度，因而要設(shè)置空工位。 生產(chǎn)工序最終確定為：1 側(cè)刃切邊、沖中心孔 2 沖兩個(gè)小圓孔 3 切槽 4 空工位 5 切斷彎曲。 3.3 毛坯尺寸計(jì)算 彎曲部分的尺寸計(jì)算分析如圖2，由于工件未注彎曲部分的倒角，在此確定為彎曲部分的內(nèi)倒角為r=1mm,板料厚度為t=1mm。 圖2 計(jì)算毛坯尺寸涉及的尺寸圖 Fig 2 Calculation of blank dimension relates to the size chart 展開料長度： 由于： r=1>0.5t=0.5 由《沖壓成型工藝與模具設(shè)計(jì)》125頁表4.6可知中性層的位移系數(shù)為 ，查表得：中性層因數(shù)：K=0.31 可知中性層的曲率半徑為 中性層的長度即為工件的展開長度。 (1) 式中：L——彎曲件毛坯總長度，mm； ——各段直線部分長度，mm； ——各段圓弧部分彎曲中心角，（0）； ——各段圓弧部分彎曲半徑，mm； ——各段圓弧部分中性層位移系數(shù)。 代入數(shù)據(jù)，得 取L=44.8mm。 由上述，可得毛坯展開圖3. 圖3 毛坯展開圖 Fig 3 development figure of semifinished product 3.4 排樣設(shè)計(jì) 3.4.1 排樣方法的選定 根據(jù)材料的利用情況，排樣的方法分三種： 1．有廢料排樣 沿工件的全部外形沖裁工件與工件之間，工件與條料側(cè)邊之間都有工藝余料（搭邊）存在，沖裁后搭邊成為廢料。 2．少廢料排樣 沿工件的部分外形輪廓切斷或沖裁，只在工件之間或是工件與條料側(cè)邊之間有搭邊存在。 3．無廢料排樣 工件與工件之間，工件與條料側(cè)邊之間均無搭邊存在，條料沿直線或曲線切斷而得到工件。 有廢料排樣法的材料利用率較低，但制件的質(zhì)量和沖模壽命較高，常用于工件形狀復(fù)雜、尺寸精度要求較高的排樣。 少或無廢料排樣法的材料利用率較高，同時(shí)，少、無廢料排樣法有利于一次沖裁多個(gè)工件，可以提高生產(chǎn)率。由于這兩種排樣法沖切周邊減少，所以還可以簡化模具結(jié)構(gòu)，降低沖裁力。但它們的應(yīng)用范圍有一定局限性，受工件形狀的限制，且由于條料本身的寬度公差，條料導(dǎo)向與定位所產(chǎn)生的誤差，會(huì)直接影響工件尺寸而使工件精度降低。同時(shí)也會(huì)降低沖模的壽命，并會(huì)影響到工件的斷面質(zhì)量，所以少、無廢料排樣常用于精度要求不高的工件排樣。 本工件對(duì)外形尺寸雖無嚴(yán)格的尺寸精度要求，且工件彎曲形狀簡單；另外工件大批大量生產(chǎn)，因而對(duì)模具壽命要求較高，因此排樣方法采用有廢料排樣法的直排法。 3.4.2 搭邊值的選用 搭邊的作用是補(bǔ)償定位誤差，防止由于條料的寬度誤差、送料步距誤差、送料歪斜誤差等原因而沖裁出殘缺的廢品。此外，還應(yīng)保持條料有一定的強(qiáng)度和剛度，保證送料的順利進(jìn)行，從而提高制件質(zhì)量，使凸、凹模刃口沿整個(gè)封閉輪廓線沖裁，使受力平衡，提高模具壽命和工件斷面質(zhì)量。另外，還可以防止沖裁時(shí)條料邊緣的毛刺拉入模具中損壞模具。 影響搭邊值大小的因素主要有： 1．材料的力學(xué)性能 塑性好的材料，搭邊值要大些，硬度高與強(qiáng)度大的材料，搭邊值可小一些。 2．材料的厚度 材料越厚，搭邊值也越大。 3．工件的形狀和尺寸 工件外形越復(fù)雜，圓角半徑越小，搭邊值越大。 4．排樣的形式 對(duì)排的搭邊值大于直排的搭邊。 5．送料及檔料方式 用手工送料，有側(cè)壓板導(dǎo)向的搭邊值可小一些。 綜合上面各種因素，《機(jī)械工程材料》第55頁表3-9可查得 工件間搭邊值，由于最終要有個(gè)切斷工序，所有工件的搭邊值不宜過小在這里我們選擇a=4mm；側(cè)邊的搭邊值a1=1.5mm 。 3.4.3 條料寬度的確定 條料方案的確定原則是：最小條料寬度要保證沖裁時(shí)工件周邊有足夠的搭邊值，最大條料寬度要能在沖裁時(shí)順利地在導(dǎo)料板之間送進(jìn)，并與導(dǎo)料板之間有一定間隙。工件條料是在有側(cè)壓裝置的導(dǎo)料板之間送料時(shí)，且模具有側(cè)刃，條料寬度，查《沖壓成型工藝與模具設(shè)計(jì)》第56頁計(jì)算公式： (2) 式中： ——條料寬度（mm）； ——條料寬度方向沖裁件的最大尺寸（mm）； ——條料寬度的單向（負(fù)向）偏差（mm）； a——側(cè)搭邊值； 查《沖壓成型工藝與模具設(shè)計(jì)》表3-9、3-10、3-11得 =0.4mm a=1.55mm 則 故：取條料寬度B=48mm。 3.4.4 步距的確定 步距又稱進(jìn)距，是指條料在模具上每次送進(jìn)的距離，進(jìn)距的計(jì)算與排樣方式有關(guān)，每個(gè)進(jìn)距可以沖出一個(gè)零件，也可沖出多個(gè)零件，同時(shí)進(jìn)距也是決定擋料銷位置的依據(jù)。 每次只沖一個(gè)零件的進(jìn)距A的計(jì)算公式參見《沖壓成型工藝與模具設(shè)計(jì)》公式： (3) 式中： ——平行于送料方向工件的寬度； ——沖件之間的搭邊值。 代入數(shù)據(jù)得： 3.4.5 排樣圖的生成 由上述，排樣圖的方法——直排法；搭邊值、條料寬度以及步距的確定，根據(jù)零件圖可得排樣圖。 圖4 排樣圖 Fig 4 Layout 3.4.6 材料利用率 一個(gè)步距內(nèi)的材料利用率η為： (4) 式中： A——沖裁件面積（包括沖出的小孔在內(nèi)）（mm2）； n——一個(gè)進(jìn)距內(nèi)沖件數(shù)目； B——條料寬度（mm）； h——進(jìn)距（mm）； 以第一個(gè)工步為例,代入數(shù)據(jù)得:A=565.44mm 第4章 模具主要受力分析計(jì)算 4.1沖壓力的計(jì)算 4.1.1沖裁力的計(jì)算 沖裁力是沖裁過程中凸模對(duì)板料施加的壓力，它是隨著凸模行程而變化。 沖裁力可以查《沖壓成型工藝與模具設(shè)計(jì)》第60頁計(jì)算公式： (5) 式中： ——沖裁件周邊長度（mm）； ——材料厚度（mm）; ——材料抗減強(qiáng)度（）； ——系數(shù)?？紤]到模具刃口的磨損，模具間隙的波動(dòng)，材料力學(xué)性能的變化及材料厚度偏差等因素，一般取=1.3。 ——材料的抗拉強(qiáng)度（），一般情況下，材料的，取。 計(jì)算結(jié)果如下： 第一工位：側(cè)刃切邊沖孔（周長73.5mm） 第二工位：沖兩小圓孔（周長21.4mm） 第三工位：切槽（周長85.6mm） 第五工位：切斷（周長12mm） 4.1.2彎曲力的計(jì)算 彎曲力是設(shè)計(jì)彎曲模和選擇壓力機(jī)的重要依據(jù)之一，特別是在彎曲坯料教厚，彎曲線較長，相對(duì)彎曲半徑較小，材料強(qiáng)度較大的彎曲件時(shí)，必須對(duì)彎曲力進(jìn)行計(jì)算。影響彎曲力的因素很多，若要進(jìn)行精確計(jì)算是很復(fù)雜的，這里只進(jìn)行大略計(jì)算，不考慮較平。由于零件的彎曲部位比較多，所以將它們分別計(jì)算，再因?yàn)閺澢Φ姆较蛳嗤瑢⑶蟮酶鲝澢至Υ鷶?shù)相加后便得到總的彎曲力。 參考《沖模技術(shù)》第138頁，由于此零件左右兩部分對(duì)稱彎曲，根據(jù)U型件的彎曲力計(jì)算，得出： (6) 式中： F——自由彎曲力在沖壓行程結(jié)束時(shí)的彎曲力N B——彎曲件的寬度 K——安全系數(shù)，一般取K=1.3 ——材料的抗拉強(qiáng)度MPa r——彎曲件的內(nèi)彎曲半徑，mm t——彎曲件材料厚度 代入數(shù)據(jù)： 校正彎曲力的計(jì)算 表1 單位校正力 Table 1 Unit calibration force 料材 t/mm 鋁 黃銅 10鋼、15鋼、20鋼 25鋼、30鋼、35鋼 校正彎曲是在自由彎曲階段后，進(jìn)一步使對(duì)貼合凸模、凹模表面的彎曲件進(jìn)行擠壓，其校正力比自由壓彎力大得多。由于這兩個(gè)力先后作用，校正彎曲時(shí)只需計(jì)算校正彎曲力。 V形彎曲件和U形彎曲件均按下式: 式中：——校正彎曲時(shí)的彎曲力(N)； ——校正部分垂直投影面積()； ——為單位面積上的校正力()，Q235性能與20鋼接近，按20號(hào)鋼查表。 根據(jù)上式得 4.1.3卸料力與推件力的計(jì)算 由于沖裁中材料的彈性變形及摩擦的存在，沖裁后帶孔部分的材料會(huì)緊箍在凸模上，而落下部分的材料會(huì)緊卡在凹模洞口中。從凸模上卸下緊箍著的材料所需的力稱為卸料力；把落料件從凹模洞口順著沖裁方向推出去的力稱為推件力；逆著沖裁方向頂出變的力稱力頂件力。 影響卸料力、推件力和頂出力的因素很多，如材料的種類，材料厚度，沖裁間隙，零件形狀尺寸以及潤滑情況等。這些力通常采用經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算，查《沖壓成型工藝與模具設(shè)計(jì)》第61頁公式： (7) (8) (9) 式中： ——沖裁力（N）； 、、——分別為卸料力、推件力、頂件力系數(shù)，其值可《沖壓成型工藝與模具設(shè)計(jì)》第61頁表3-14。 實(shí)際生產(chǎn)中，凹模孔口中會(huì)同時(shí)卡有好幾個(gè)工件，因而在計(jì)算推件力時(shí)應(yīng)考慮工件數(shù)目。預(yù)設(shè)刃口為5mm高度，第一工序和第二工序沖裁時(shí)，會(huì)卡住5件，第五工位由于只是切斷一側(cè)的落料，可以預(yù)設(shè)只會(huì)卡1個(gè)件。而本模具不需要頂料裝置，故頂件力不予以計(jì)算。 通過查表得 則第一工位到第五工位中所需的卸料力和推件力分別為： 第一工位： 第二工位： 第三工位： 第五工位（切斷工序，無需卸料）： 4.1.4總沖壓力的計(jì)算 沖裁時(shí)所需的沖壓力為沖裁力、卸料力、推件力之和，應(yīng)根據(jù)不同的模具結(jié)構(gòu)區(qū)別對(duì)待。本模具采用彈性卸料裝置和下出料方式，其總沖壓力的公式可參《沖模技術(shù)》第51頁。 公式： (10) 各個(gè)工位的總沖壓力如下： 第一工位： 第二工位： 第三工位： 第五工位： 模具總沖壓力為模具各個(gè)工步的沖壓力總和； 4.2 壓力機(jī)噸位選擇 4.2.1 沖壓設(shè)備類型的選擇 根據(jù)所要完成的沖壓工藝的性質(zhì)，生產(chǎn)批量的大小，沖壓件的幾何尺寸和精度要求等來選擇設(shè)備的類型。 對(duì)于中小型的沖裁件，彎曲件或拉深件的生產(chǎn)，主要應(yīng)采用開式機(jī)械壓力機(jī)。雖然開式?jīng)_床的剛度差，在沖壓力的作用下床身的變形能夠破壞沖裁模的間隙分布，降低模具的壽命或沖裁件的表面質(zhì)量?？墒?，由于它提供了極為方便的操作條件和非常容易安裝機(jī)械化附屬裝置的特點(diǎn)，使它成為目前中、小型沖壓設(shè)備的主要形式。 對(duì)于大中型沖壓件的生產(chǎn)．多采用閉式結(jié)構(gòu)形式的機(jī)械壓力機(jī)，其中有一般用途的通用壓力機(jī)，也有臺(tái)面較小而剛度大的專用擠壓壓力機(jī)、精壓機(jī)等。在大型拉深件的生產(chǎn)中，應(yīng)盡量選用雙動(dòng)拉深壓力機(jī)，因其可使所用模具結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整方便。 在小批量生產(chǎn)當(dāng)中，尤其是大型厚板沖壓件的生產(chǎn)多采用液壓機(jī)。液壓機(jī)沒有固定的行程，不會(huì)因?yàn)榘辶虾穸茸兓d，而且在需要很大的施力行程加工時(shí)，與機(jī)械壓力機(jī)相比具有明顯的優(yōu)點(diǎn)。但是，液壓機(jī)的速度小，生產(chǎn)效率低，而且零件的尺寸精度有時(shí)因受到操作因素的影響而不十分穩(wěn)定。 摩擦壓力機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低廉、不易發(fā)生超負(fù)荷損壞等特點(diǎn)，所以在小批量生產(chǎn)中常用來完成彎曲、成形等沖壓工作。但是，摩擦壓力機(jī)的行程次數(shù)較少，生產(chǎn)率低，而且操作也不太方便。 在大批量生產(chǎn)或形狀復(fù)雜零件的大量生產(chǎn)中，應(yīng)盡量選用高速壓力機(jī)或多工位自動(dòng)壓力機(jī)。 綜合以上因素，選用開式壓力機(jī)比較合適。 4.2.2確定壓力機(jī)設(shè)備的規(guī)格 （1）壓力機(jī)的行程太小，應(yīng)能保證成型零件的取出和毛坯的放進(jìn)，例如拉深所用的壓力機(jī)行程，至少應(yīng)大于成型零件的高度兩倍以上。 （2）壓力機(jī)工作臺(tái)面的尺寸應(yīng)大于沖模平面尺寸，且還需留有安裝固定的余地，但過大的工作臺(tái)面上安裝小尺寸的沖模，工作臺(tái)的受力條件也是不利的。 （3）所用壓力機(jī)的閉合高度應(yīng)與沖模閉合高度相適應(yīng)。 模具閉合高度是指上模在最低工作位置時(shí)，下模板的底面到上模板頂面的距離。 壓力機(jī)的閉合高度是指滑塊在下死點(diǎn)時(shí)，工作臺(tái)面到滑塊的距離。大多數(shù)壓力機(jī)，其連桿長度能調(diào)節(jié)，也即壓力機(jī)的閉合高度可以調(diào)整，故壓力機(jī)有最大的閉合高度，最小閉合高度。 設(shè)計(jì)模具時(shí)，模具的閉合高度的數(shù)值應(yīng)該滿足下式： 如無特殊情況應(yīng)取上限值，即最好取在.這是為了避免連桿調(diào)節(jié)過長，螺紋接觸面積小而壓壞。如果模具閉合高度實(shí)在太小，可以在壓床下面加墊板。 圖5 壓力機(jī)和閉合高度的關(guān)系 Fig 5 Press relations with height （4）沖壓力與壓力機(jī)能的配合關(guān)系：當(dāng)進(jìn)行沖裁等沖壓加工時(shí)，由于其施力行程較小，近于板料的厚度，所以可按沖壓過程中作用于壓力機(jī)滑塊上所有力的總和選取壓力機(jī)。通常取壓力機(jī)的名義噸位比大。 本模具在沖裁過程中總的沖壓力，結(jié)合模具的閉合高度，為防止設(shè)備過載，可按公稱壓力選擇壓力機(jī)，并且要結(jié)合模具的閉合高度。 查《沖壓模具設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖冊(cè)》初選壓力機(jī)型號(hào)為J23-16壓力機(jī)，其主要技術(shù)參數(shù)如下： 公稱壓力：160KN 滑塊行程：55mm 最大封閉高度：220mm 封閉高度調(diào)節(jié)量：45mm 工作臺(tái)尺寸（前后左右）： 模柄孔尺寸（直徑深度）： 4.3模具壓力中心的確定 沖裁時(shí)的合力作用點(diǎn)或多工序模各工序沖壓力的合力作用點(diǎn)，稱為模具壓力中心。如果模具壓力中心與壓力機(jī)滑塊中心不一致，沖壓時(shí)會(huì)產(chǎn)生偏載，導(dǎo)致模具以及滑塊與導(dǎo)軌的急劇磨損，降低模具和壓力機(jī)的使用壽命。通常利用求平行力系合力作用點(diǎn)的方法（解析法或圖解法）確定模具壓力中心。 如下圖本工件的排樣圖，為減少計(jì)算，坐標(biāo)設(shè)為圖中所示，則根據(jù)力學(xué)定理，諸分力對(duì)軸力矩之和等于起合力對(duì)同軸之矩，則有： 由《沖壓成型工藝與模具設(shè)計(jì)》第64頁，可得 公式: 圖6 壓力中心計(jì)算圖 Fig 6 Pressure center calculation chart 有壓力機(jī)計(jì)算可得出各處壓力分別為： 代入數(shù)值得： 第5章 模具主要零件的設(shè)計(jì)及計(jì)算 5.1 模具刃口尺寸的計(jì)算 沖裁件的尺寸精度主要決定于模具刃口的尺寸精度，合理的間隙的數(shù)值也必須依靠模具刃口尺寸來保證。因此，正確確定模具刃口尺寸及其公差是設(shè)計(jì)沖裁模的主要任務(wù)之一。 5.1.1計(jì)算原則 由于凸、凹模之間存在間隙，所以沖裁件斷面都是帶有錐度的，且落料件的大端尺寸等于凹模尺寸，沖裁件的小端尺寸等于凸模尺寸。在測量與使用過程中，落料件是以大端尺寸為 基準(zhǔn)，沖孔件孔徑是以小端尺寸為基準(zhǔn)。沖裁過程中，凸、凹模要與沖裁零件或廢料發(fā)生摩擦，凸模越磨越小，凹模越磨越大，結(jié)果使間隙越用越大。因此，在確定凸、凹模刃口尺寸時(shí)，必須遵循下述原則： （1）落料模先確定凹模尺寸，其標(biāo)稱尺寸應(yīng)取接近或者等于制件的最小極限尺寸，以保證凹模磨損到一定尺寸范圍內(nèi)，也能沖出合格制件，凸模刃口的標(biāo)稱尺寸比凹模小一個(gè)最小合理間隙。 （2）沖裁模先確定凸模刃口尺寸，其標(biāo)稱尺寸應(yīng)接近或者等于制件的最大極限尺寸，以保證凸模磨損到一定尺寸范圍內(nèi)，也能沖出合格的孔。凹模刃口的標(biāo)稱尺寸應(yīng)比凸模大一個(gè)最小合理間隙。 （3）選擇模具刃口制造公差時(shí)，要考慮工件精度與模具精度的關(guān)系，既要保證工件的精度要求，又要保證有合理的間隙值。一般沖裁件精度較工件精度高2～3級(jí)。若零件沒有標(biāo)注意公差，則對(duì)于非圓形件按國家標(biāo)準(zhǔn)非配合尺寸的IT14級(jí)精度來處理，圓形件一般可按IT10級(jí)精度來處理，工件尺寸公差應(yīng)按“入體”原則標(biāo)注為單向公差，所謂“入體”原則是指標(biāo)注工件尺寸時(shí)應(yīng)向材料實(shí)體方向單向標(biāo)注，即：落料件正公差為零，只標(biāo)注負(fù)公差；沖孔件負(fù)公差為零，只標(biāo)注正公差。 5.1.2計(jì)算方法 模具工作部分尺寸及公差的計(jì)算方法與加工方法有關(guān)，基本上可分為兩類。 1. 凸模與凹模分開加工 凸、凹模分開加工，是指凸模和凹模分別按圖樣加工至尺寸。此種方法適用于圓形或形狀簡單的工件，為了保證凸、凹模間隙小于最大合理間隙，不僅凸、凹模分別標(biāo)注公差（凸模，凹模），而且要求有較高的制造精度，以滿足如下條件 或 也就是說，新制造的模具應(yīng)該是。否則制造的模具間隙已超過允許的變動(dòng)范圍~，影響模具的使用壽命。 2.凸模與凹模配合加工 對(duì)于沖制件形狀復(fù)雜或薄板制件的模具,其凸、凹模往往采用配合加工的方法。此方法是先加工好凸模（或凹模）作為基準(zhǔn)件，然后根據(jù)此基準(zhǔn)件的實(shí)際尺寸，配作凹模（或凸模），使他們保持一定距離。因此，只需在基準(zhǔn)件上標(biāo)注尺寸及公差，另一件只標(biāo)注標(biāo)稱尺寸，并注明“××尺寸按凸模（或凹模）配作，保證“雙面間隙”。這樣?？煞糯蠡鶞?zhǔn)件的制造公差。其公差不再受凸、凹模間隙大小的限制，制造容易，并容易保證凸、凹模間的間隙。 由于復(fù)雜形狀工件各部分尺寸性質(zhì)不同，凸模和凹模磨損后，尺寸變化趨勢不同，所以基準(zhǔn)件的刃口尺寸計(jì)算方法也不相同。 5.1.3 沖孔模和切槽模刃口尺寸計(jì)算 因沖孔模比較簡單,所以凸模與凹模分開進(jìn)行加工。 由零件圖標(biāo)注可知工件沖孔和切槽的尺寸和公差分別為：、，,。 由《沖壓成型工藝與模具設(shè)計(jì)》第60頁表2-5得： 由《沖壓成型工藝與模具設(shè)計(jì)》第61頁表2-15、表2-16得： ，故可用。 因在該工序處為沖孔工序，故該模具的刃口尺寸的計(jì)算公式可《沖壓成型工藝與模具設(shè)計(jì)》第63頁式： (11) (12) 式中： 、——沖孔凸、凹模直徑（或切槽寬度）； ——沖孔件標(biāo)稱尺寸（或切槽寬度）； ——工件制造公差； ——凸、凹模最小合理間隙（雙邊）（）； 、——凸、凹模的制造公差（）； ——系數(shù)，是為了使沖裁件的實(shí)際尺寸盡量接近沖裁件公差帶的中間尺寸，與工件制造精度有關(guān)。 5.2 彎曲模的尺寸計(jì)算 5.2.1 彎曲模的凸、凹模間隙尺寸 彎曲時(shí)，撥片的彎曲，必須選擇適當(dāng)?shù)拈g隙，間隙的大小對(duì)于工件質(zhì)量和彎曲力的大小有很大的影響。間隙越小，彎曲力越大。間隙過小，會(huì)使工件壁變薄，并降低凸模壽命。間隙過大，則回彈較大，還會(huì)降低工件的精度。 彎曲時(shí)，查《沖壓成型工藝與模具設(shè)計(jì)》第151頁間隙值利用公式： (13) 式中： ——彎曲凸、凹模的單邊間隙； t——工件材料厚度； ——材料后的的正偏差； C——間隙系數(shù)，可查表4-16. 代入公式可得： 5.2.2 彎曲模的回彈 塑性彎曲時(shí)，材料產(chǎn)生的變形由塑性變形和彈性變形兩部分組成。外載荷去除后，塑性變形保留下來，彈性變形消失，使形狀和尺寸發(fā)生與加載時(shí)變形方向相反的變化。從而消去一部分變形效果的現(xiàn)象被稱為回彈。如下圖 圖7 彎曲回彈 Fig 7 bending springback 彎曲時(shí)的回彈曲率減小 曲率由卸載前的減小至卸載后的。回彈量。 彎曲角減小 彎曲角由卸載的減小至卸載后的?；貜椊?。 影響回彈的因素： 材料的力學(xué)性能 材料的屈服點(diǎn)越高，硬化指數(shù)n越大，彈性模量E越小，回彈量越大。 相對(duì)彎曲半徑 減小，變形程度增大時(shí)，回彈量減小。 彎曲角 越大，變形區(qū)長度越大，越大，但對(duì)曲率的回彈無影響。 彎曲方式及模具結(jié)構(gòu) 不同的彎曲方式和模具結(jié)構(gòu)，對(duì)毛坯彎曲過程、受力狀態(tài)及變形區(qū)和非變形區(qū)都有關(guān)系，直接影響回彈值。 彎曲力 彎曲工藝常采用帶有一定校正成分的彎曲方法，校正力的大小對(duì)回彈有較大影響，對(duì)單角彎曲和雙角彎曲的影響也各有不同。 模具的幾何參數(shù) 凸、凹模間隙，凸模圓角半徑，凹模圓角半徑對(duì)回彈的影響。 摩擦 毛坯和模具表面間的摩擦，使變形區(qū)產(chǎn)生切向拉應(yīng)力時(shí)，有利于減小彎曲的回彈。 回彈值的計(jì)算，《沖模技術(shù)》第146頁，由于，回彈一般不大，故只考慮角度的回彈。本零件彎曲為U型彎曲其值查《沖模技術(shù)》表4-12得： 取值。 5.2.3 彎曲模工作部分尺寸計(jì)算 確定撥片彎曲凸、凹模橫向尺寸及公差的原則是：工件標(biāo)注外形尺寸時(shí)，應(yīng)以凹模為基準(zhǔn)件，間隙取在凸模上。工件標(biāo)注內(nèi)形尺寸時(shí)，應(yīng)以凸模為基準(zhǔn)件，間隙取在凹模上。而凸、凹模的尺寸和公差則應(yīng)根據(jù)工件的尺寸、公差、回彈情況以及模具磨損規(guī)律而定。 選取彎曲件標(biāo)注外形尺寸，《沖壓成型工藝與模具設(shè)計(jì)》第152頁 公式： 式中： L——彎曲件的基本尺寸，mm； 、——凸模、凹模工作部分尺寸，mm； ——彎曲件公差，mm； 、——凸模、凹模制造公差，選用IT7~IT9級(jí)精度，mm； 一般取凸模制造精度高于凹模制造精度一級(jí)。 ——凸模與凹模的單面間隙，mm； 查表得工件尺寸為： 代入數(shù)據(jù)得： 5.3 凹模的設(shè)計(jì) 凹模的設(shè)計(jì)較凸模更為復(fù)雜和困難，由于該設(shè)計(jì)中，凹模設(shè)計(jì)的難度并不是很大，所以可以采用整體式凹模，其優(yōu)點(diǎn)是制造簡化，沖模精度高，裝配比較簡單凹模示意圖如圖所示： 圖8 凹模板示意圖 Fig 8 Concave template schematic diagram 5.4 定位裝置的設(shè)計(jì) 定位裝置的作用是保證送料時(shí)有良好的導(dǎo)向和控制送料的進(jìn)距。 一般級(jí)進(jìn)模的定位裝置有：擋料銷、定距側(cè)刀、導(dǎo)正銷、定位板、導(dǎo)料板、側(cè)壓板等。為了使條料送進(jìn)步距及工件定位精確，設(shè)計(jì)使用導(dǎo)正銷與側(cè)刃配合定位。側(cè)刃作為定距和初定位，導(dǎo)正銷作為精定位。 5.5 卸料裝置的設(shè)計(jì) 卸料裝置是沖壓級(jí)進(jìn)模結(jié)構(gòu)中的重要部件，作用是沖壓開始前壓緊帶料，防止各凸模沖壓時(shí)由于先后次序的不同或受力不均而引起帶料竄動(dòng)，并保證沖壓結(jié)束后及時(shí)平穩(wěn)的卸料外，更重要的是將對(duì)各工位的凸模（特別是細(xì)小凸模）在受側(cè)向作用力時(shí)，起到精準(zhǔn)導(dǎo)向和有效保護(hù)的作用。卸料裝置主要由卸料板、彈性元件、卸料螺釘和輔助導(dǎo)向零件所組成。 卸料裝置分為剛性（即固定卸料板）和彈性兩種，廢料切刀也是一種卸料的形式。 固定卸料板的卸料力大，但無壓料作用，毛胚材料厚度大于0.8mm時(shí)多采用次形式。 彈性卸料板的卸料力小，但有壓料作用，沖裁質(zhì)量較好，多用于薄料。 因本工件中加工工程中有一彎曲工序，需要有壓料作用，且工件較薄，卸料力不大，故選用彈性卸料裝置。 5.6 模架的選擇 5.6.1模具閉合高度的確定 模具閉合高度的數(shù)值應(yīng)滿足式 壓力機(jī)最大閉合高度，壓力機(jī)最小閉合高度。 代入數(shù)據(jù)： 經(jīng)初步分析，初選模具的最小閉合高度為。 5.6.2凹模周界的確定 根據(jù)排樣圖，凹模周界，初選凹模周界為。 5.6.3模座及導(dǎo)套的選取 根據(jù)《新編實(shí)用沖壓模具設(shè)計(jì)手冊(cè)》表10-28選取其推薦模架見表7-1，其中模架選用后側(cè)導(dǎo)柱模架 表2 模架組合 Table 2 Die set combination 名 稱 數(shù) 量 材 料 規(guī) 格 標(biāo) 準(zhǔn) 上模座 1 下模座 1 導(dǎo) 柱 1 1 20 導(dǎo) 套 1 1 20 5.7 模柄的選用 壓力機(jī)模柄孔尺寸（直徑深度）：，為使模具所選用的模柄能很好的與壓力機(jī)配合，保證模具能正常工作，根據(jù)《新編實(shí)用沖壓模具設(shè)計(jì)手冊(cè)》第586頁表22.5-24選用A型壓入式模柄，規(guī)格為，材料為。若選用凸緣模柄，會(huì)造成模柄與模具的固定螺釘干涉，故不選用。若選用其他種類的模柄，會(huì)造成模具的成本增加，模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜。 5.7 模具的效率與日常保養(yǎng) 由于J23-16壓力機(jī)，行程為55mm，完成一個(gè)行程來回是3秒鐘，所有一分鐘完成20次工件沖壓。按每天工作8小時(shí)，一年按工作300天計(jì)，每年沖壓量為2880000個(gè)。 模具所設(shè)計(jì)的凸凹模材料為T10A、Cr12，淬火后硬度保持在60-64HRC之間，能承受60萬次左右沖壓，根據(jù)模具年沖壓量，約100天更換一次凸模、凹模。 模具種類繁多，工作狀態(tài)差別很大，損壞部位也各異，但失效形式歸納起來大致有三種，即磨損、斷裂、塑性變形。 1)磨損失效：模具在服役時(shí)，與成形坯料接觸，產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。由于表面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，接觸表面逐漸失去物質(zhì)的現(xiàn)象叫磨損。 2)斷裂失效：模具出現(xiàn)大裂紋或分離為兩部分和數(shù)部分喪失服役能力時(shí)，成為斷裂失效。斷裂可分為塑性斷裂和脆性斷裂。模具材料多為中、高強(qiáng)度鋼，斷裂的形式多為脆性斷裂。 3)塑性變形失效：塑料模具在服役時(shí)承受很大的應(yīng)力，而且不均勻。當(dāng)模具的某個(gè)部位的應(yīng)力超過了當(dāng)時(shí)溫度下模具材料的屈服極限時(shí)，就會(huì)以晶格滑移、孿晶、晶界滑移等方式產(chǎn)生塑性變形，改變了幾何形狀或尺寸，而且不能修復(fù)再服役時(shí)，叫塑性變形失效。塑性變形的失效形式表現(xiàn)為鐓粗、彎曲、形腔脹大、塌陷等。 每日的例行檢查和維護(hù)： 是否有低壓鎖模保護(hù)； 活動(dòng)部位如導(dǎo)柱、頂桿、行位是否磨損，潤滑是否良好？要求至少12小時(shí)要加一次油，特殊結(jié)構(gòu)要增加加油次數(shù)；模具的固定模板的螺絲和鎖模夾是否松動(dòng)； 生產(chǎn)正常狀況：檢查產(chǎn)品的缺陷是否與模具有關(guān)。 下機(jī)時(shí)要對(duì)模具進(jìn)行全面檢查并進(jìn)行防銹處理：抹干型腔、型芯、頂出機(jī)構(gòu)和行位等部位水份并噴灑模具防銹劑或涂抹黃油。 下機(jī)后的模具要放在指定地點(diǎn)并作好記錄。 第6章 總裝配圖的設(shè)計(jì) 根據(jù)說明書上述的零件圖示意圖以及零件圖配合示意圖，繪制總裝配圖： 圖9 總裝配圖 Fig 9 general assembly drawing 結(jié)論 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)我的課題為撥片沖壓級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì). 首先對(duì)撥片進(jìn)行工藝分析，包括零件的材料分析、零件的技術(shù)要求、零件的結(jié)構(gòu)工藝分析，由此提出工藝方案，確定工件生產(chǎn)的工序，計(jì)算毛坯，選定排樣方案，再根據(jù)排樣方案，選用搭邊值，確定條料寬度，步距，生產(chǎn)排樣圖制定工藝卡。再根據(jù)工序，分析計(jì)算模具的主要受力情況，選擇壓力機(jī)噸位，計(jì)算壓力中心。然后采用敘述與計(jì)算相結(jié)合的方式，分別對(duì)級(jí)進(jìn)模的沖孔、切槽、彎曲、切斷等工序進(jìn)行了從材料的選擇到工作零件、定位零件、卸料零件等進(jìn)行了設(shè)計(jì)。 通過本次設(shè)計(jì)，我掌握了沖壓級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)的一些基本方法，學(xué)到了很多書本上沒有的知識(shí)，熟練的CAD軟件的繪圖技巧，了解國內(nèi)外模具設(shè)計(jì)、制造的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，對(duì)沖壓模具的制造、加工方法也有一定的了解，掌握了沖壓模具設(shè)計(jì)的基本程序和方法，以及相關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)、文獻(xiàn)資料的使用方法。并且鍛煉了自己的動(dòng)手能力以及理論和實(shí)際結(jié)合的能力，成功的設(shè)計(jì)出了模具，完成了自己的課題。 參考文獻(xiàn) [1] 儲(chǔ)凱、許斌、李先民、李維民.機(jī)械工程材料［Ｍ］.重慶：重慶大學(xué)出版社，1998.126. 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