短連桿級進(jìn)模設(shè)計【L形片沖壓模具】【沖壓模具設(shè)計稿】

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1 XXXX 大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(論文) 課 題 名 稱 短連桿沖壓工藝與模具設(shè)計 學(xué) 生 姓 名 學(xué) 號 院( 系 )、專業(yè) 指 導(dǎo) 教 師 職 稱 2016 年 05 月 16 日 2 本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 誠 信 承 諾 書 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文） 短連桿 冷沖壓工藝及級進(jìn)模設(shè)計 是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進(jìn) 行研究所取得的成果，其內(nèi)容除了在畢業(yè)設(shè)計（論文）中 特別加以標(biāo)注引用，表示致謝的內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè)計（論 文）不包含任何其他個人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。 班 級： 學(xué) 號： 作者姓名： 2016 年 5 月 16 日 3 摘 要 金屬板料沖壓是一種在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛的加工方法。隨著現(xiàn)代各行各 業(yè)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，金屬件的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，精度高，需求量多，加上對生產(chǎn)的安 全性、操作的方便性，加工的經(jīng)濟(jì)性等要求也日益提高，采用單工位模具已經(jīng) 無法滿足生產(chǎn)的需要，許多制造商均采用多工位級進(jìn)模進(jìn)行生產(chǎn)。因此，多工 位級進(jìn)模在國內(nèi)外模具制造業(yè)中應(yīng)用日趨廣泛。多工位級進(jìn)模是在普通級進(jìn)模 的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種模具，是當(dāng)代所有模具中沖壓功能最多、結(jié)構(gòu)最復(fù)雜、 生產(chǎn)效率和自動化程度最高的一種沖模。在多工位級進(jìn)模結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，首 先必須設(shè)計級進(jìn)模的總裝結(jié)構(gòu)，然后再在此基礎(chǔ)上進(jìn)行模具其他零部件的設(shè)計。 本模具采用切廢料方式進(jìn)行沖裁，故模具結(jié)構(gòu)采用沖孔、導(dǎo)正、彎曲、落料的 工序設(shè)計，排樣采用單排橫排排列。本論文分析了短連桿的沖壓工藝性，介紹 了短連桿多工位級進(jìn)?？傮w結(jié)構(gòu)設(shè)計，對工件進(jìn)行了展開計算，確定了工件加 工成型的工藝方案和排樣方案，對模具進(jìn)行了工藝計算，根據(jù)計算結(jié)果進(jìn)行了 凸模、凹模、墊板、導(dǎo)料板、卸料板、鑲塊等主要零部件的設(shè)計，還根據(jù)各標(biāo) 準(zhǔn)對模具中用到的其他標(biāo)準(zhǔn)件，如模架、導(dǎo)柱導(dǎo)套等，進(jìn)行了選擇與設(shè)計。實 踐證明：該模具結(jié)構(gòu)合理、可靠，并能保證產(chǎn)品質(zhì)量，對此類零件的級進(jìn)模設(shè) 計有參考價值。 關(guān)鍵詞：短 連 桿 ； 沖 壓 工 藝 ； 排 樣 ； 連 續(xù) 模 4 目 錄 摘 要 ....................................................................................................................................................3 引 言 ....................................................................................................................................................6 第 1 章、制件的工藝分析 ........................................................................................................................9 第 2 章、制件的排樣 ..............................................................................................................................11 2.1.目標(biāo)值的選取 ...............................................................................................................................11 2.2.制件成形工藝的設(shè)計和工位確定 ...............................................................................................11 2.3.制件的排樣 ...................................................................................................................................12 2.3.1.制件的排樣方法 ....................................................................................................................12 2.3.2.制件件的排樣原則 ................................................................................................................13 2.3.3.搭邊值的確定 ........................................................................................................................13 2.3.4.排樣的步驟 ............................................................................................................................13 2.4.材料利用率的計算 .......................................................................................................................15 第 3 章、力的計算和沖裁間隙的確定 ..................................................................................................16 3.1.沖裁力的計算 ...............................................................................................................................16 3.1.1.沖裁力的計算 ........................................................................................................................16 3.1.2.卸料力、推料力的計算 ........................................................................................................17 3.1.4.壓力機(jī)公稱壓力的選取 ........................................................................................................17 5 3.2.沖裁間隙的確定 ...........................................................................................................................18 第 4 章、模具總體結(jié)構(gòu)和主要零件的設(shè)計 ..........................................................................................22 4.1.模具總體結(jié)構(gòu)的確定 ...................................................................................................................22 4.2.沖裁外形凸模和凹模的設(shè)計 .......................................................................................................23 4.2.1.外形凸模設(shè)計 ........................................................................................................................23 4.2.2.凹模的設(shè)計 ............................................................................................................................24 4.2.3.沖孔凸模的設(shè)計 ....................................................................................................................26 4.3.帶料定位模具的設(shè)計 ...................................................................................................................27 4.3.1.定位的設(shè)計 ............................................................................................................................27 4.3.2.定位銷的設(shè)計 ........................................................................................................................27 4.4.模板、模座設(shè)計 ...........................................................................................................................27 4.4.1.模板、模座厚度的確定 ........................................................................................................27 4.5.導(dǎo)向部分的設(shè)計 ...........................................................................................................................28 4.6.緊固螺釘和定位部分的設(shè)計 .......................................................................................................28 第五章、確定模具的壓力中心 ..............................................................................................................29 第六章、模具的裝配 ..............................................................................................................................33 結(jié)束語 ......................................................................................................................................................35 不足之處及未來展望 ..............................................................................................................................36 參考資料 ..................................................................................................................................................37 6 引 言 模具是制造業(yè)的重要工藝基礎(chǔ)，在我國，模具制造屬于專用設(shè)備制造業(yè)。 我國雖然很早就開始制造模具和使用模具，但長期未形成產(chǎn)業(yè)。直到 20 世紀(jì) 80 年代后期，我國模具工業(yè)才駛?cè)氚l(fā)展的快車道。近二十年來，模具產(chǎn)業(yè)的產(chǎn) 值以每年 15%的速度遞增。2000 年我國模具工業(yè)的總產(chǎn)值達(dá)到 280 億元人民幣。 在模具工業(yè)的總產(chǎn)值里，沖壓模具占到 50%，塑料模具約占 33%，壓鑄模具約 占 6%，其他各類模具約占 11%。 冷沖壓工藝與其他加工相比，有以下特點： 1） 用冷沖壓可以得到形狀復(fù)雜、用其他加工方法難以加工的工件，如 薄殼零件等。冷沖壓件的尺寸精度是由模具保證，因此，尺寸穩(wěn)定，互換性好。 2） 材料利用率高、工件重量輕、剛性好、強度高、沖壓過程耗能少。 3） 操作簡單，勞動強度低、易于實現(xiàn)機(jī)械化和自動化、生產(chǎn)效率高。 4） 沖壓加工所用的模具結(jié)構(gòu)一般比較復(fù)雜，生產(chǎn)周期較長、成本較高。 由于冷沖壓有許多的優(yōu)點，因此，在機(jī)械制造、電子、電器等各行各業(yè)中， 都得到了廣泛的應(yīng)用。 我國沖壓模具無論在數(shù)量上，還是在質(zhì)量、技術(shù)和能力等方面都已有了很 大發(fā)展，但與國發(fā)經(jīng)濟(jì)需求和世界先進(jìn)水平相比，差距仍很大，一些大型、精 度、復(fù)雜、長壽命的高檔模具每年仍大量進(jìn)口，特別是中高檔轎車的覆蓋件模 7 具，目前仍主要依靠進(jìn)口。一些低檔次的簡單沖模，已趨供過于求，市場竟?fàn)?激烈。 據(jù)中國模具工業(yè)協(xié)會發(fā)布的統(tǒng)計材料，2004 年我國沖壓模具總產(chǎn)出約為 220 億元，其中出口 0.75 億美元,約合 6.2 億元. 根據(jù)我國海關(guān)統(tǒng)計資料,2004 年我國共進(jìn)口沖壓模具 5.61 億美聯(lián)社元,約合 46.6 億元.從上述數(shù)字可以得出 2004 年我國沖壓模具市場總規(guī)模約為 266.6 億元.其 中國內(nèi)市場需求為 260.4 億元,總供應(yīng)約為 213.8 億元,市場滿足率為 82%.在上述 供求總體情況中,有幾個具體情況必須說明:一是進(jìn)口模具大部分是技術(shù)含量高的 大型精密模具,而出口模具大部分是技術(shù)含量較低中的中低檔模具,因此技術(shù)含量 高的中高檔模具市場滿足率低于沖壓模具總體滿足率,這些模具的發(fā)展已滯后于 沖壓件生產(chǎn),而技術(shù)含量低的中低檔模具市場滿足率要高于沖壓模具市場總體滿 足率; 二是由于我國的模具價格要比國際市場低格低許多 ,具有一定的竟?fàn)幜?因 此其在國際市場前景看好,2005 年沖壓模具出口達(dá)到 1.46 億美元,比 2004 年增長 94.7%就可說明這一點;三是近年來港資、臺資、外資企業(yè)在我國發(fā)展迅速，這 些企業(yè)中大量的自產(chǎn)自用的沖壓模具無確切的統(tǒng)計資料，因此未能計入上述數(shù) 字之中。 本次設(shè)計一個沖孔落料級進(jìn)模具。級進(jìn)模是指沖床在一次行程中，完成落 料沖孔等多個的一種模具結(jié)構(gòu)，相對與其他冷沖模具結(jié)構(gòu)而言，它具有一下一 些優(yōu)點：工件同軸度較好，表面平直，尺寸精度較高；生產(chǎn)效率高，且不 受條料外形尺寸的精度限制，有時廢角料也可以再生產(chǎn)。它的缺點是：模具零 部件加工制造比較困難，成本較高，并且凸、凹模容易受到最小壁厚的限制， 而使得一些內(nèi)孔間距、內(nèi)孔與邊緣間距較小的工件不適宜采用。由于級進(jìn)模具 本身具有的優(yōu)點明顯，故模具企業(yè)在條件允許的情況下，一般傾向于選擇級進(jìn) 8 模結(jié)構(gòu)。 沖壓工藝與模具設(shè)計的理論性和實用性均很強。從理論與實踐相結(jié)合的角 度來研究、探討，并側(cè)重加強工程實踐能力這點應(yīng)該得到重視。 本次畢業(yè)設(shè)計是一個重要的專業(yè)教學(xué)環(huán)節(jié)，這個教學(xué)環(huán)節(jié)的目的： （1）幫助學(xué)生具體運用和鞏固模具設(shè)計與制造課程及相關(guān)的理論知識， 了解設(shè)計沖壓模的一般程序。 （2）是使學(xué)生能夠熟練地運用有關(guān)技術(shù)資料，如冷沖模國家標(biāo)準(zhǔn) 、 模 具設(shè)計與制造簡明手冊 、 冷沖壓模具結(jié)構(gòu)圖冊及其它有關(guān)規(guī)范等。 （3）訓(xùn)練學(xué)生初步設(shè)計冷沖壓模具的能力，為以后的工作打下初步的基礎(chǔ)。 9 第 1 章、制件的工藝分析 設(shè)計中的沖壓制件是一短連桿。如圖 1-1 所示。由制件零件圖可以知道： 制件的外形不規(guī)則，尺寸中等，一頭大一頭小，屬于 L 形零件，產(chǎn)品中間有三 個孔，孔和外形分開的話需要多次沖裁才能完成加工。通過對零件的初步分析 可知，要完成該制件的生產(chǎn)，需要經(jīng)過以下工藝：沖孔、沖孔、落料，等工藝。 沖壓件的精度要求較高，制件的厚度為 3.0mm，屬于厚材料類沖裁，選用平板 料；沖壓件的材料是 45#，是普通的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，根據(jù)常用金屬沖壓材料 的力學(xué)性能查出 45#鋼的抗剪強度為 440560(MPa) ，另外，在設(shè)計中還應(yīng)該考 慮到產(chǎn)品材料的沖裁工藝性，以及其纖維方向的特性。 由模具設(shè)計手冊可以知道：制件在沖裁時要求兩個相交邊盡量避免銳 角，嚴(yán)禁尖角，圓角半徑 R=0.25t，沖裁件的凸出或凹入不宜太小，應(yīng)避免長 懸臂和窄臂和窄槽，要求懸臂和槽長 L 與其寬度 B 應(yīng)有一定的比列。鋼板時， B=（ 1.3 至 1.5）t，有色金屬板時，B=（0.75 至 0.8）t，L<=3B。沖裁孔與孔 之間、孔與沖件邊緣之間的壁厚不應(yīng)太小，否則會影響凹模強度、壽命和沖件 質(zhì)量。通過對制件零件圖分析，可知其不能滿足以上要求，所以實際排工藝和 設(shè)計模具時需將兩孔分兩個工步?jīng)_裁。 10 由于制件材料是 45#，具有良好的沖裁工藝性，本次設(shè)計的課題，年產(chǎn)量 為 5 萬件，屬于中等批量生產(chǎn)；制件外觀的最大長度為 50+8+8+4=70mm，寬度 為 12+8+4=24mm，屬小型制件，孔邊到外形邊的最小距離為 4-4.1/2=1.95，明 顯小于 1.5 倍材料厚度，所以此處孔需要單獨沖裁，由于其形狀較復(fù)雜，生產(chǎn) 效率要求高，因此我們設(shè)計生產(chǎn)效率高的級進(jìn)模來完成此制件的生產(chǎn)。 圖 1-1 制件圖 11 第 2 章、制件的排樣 排樣是模具設(shè)計的核心部分，排樣的方式?jīng)Q定了模具結(jié)構(gòu)，凹模的分布等 方面內(nèi)容。在進(jìn)行排樣之前，首先需要對制件的電子圖檔進(jìn)行排樣，其過程如 下。 2.1.目標(biāo)值的選取 沖壓件零件各部分的作用不同，其在精度和工藝等方面的要求也不同，設(shè) 計中根據(jù)沖壓件零件圖的公差確定目標(biāo)值。制件目標(biāo)值的選取原則如下： （1）沖圓孔、異形孔目標(biāo)值的確定原則：孔在沖裁時，沖頭易磨損，加工 過程中越來越小，為此孔（包括圓孔，異形孔）的尺寸目標(biāo)值取其公差偏上限， 此情況下的目標(biāo)值 L=基本尺寸 L1+（1/2 倍公差的上偏差值）+0.05mm 至 0.1mm 的余量。 （2）外形尺寸的確定：外形在成型中，因凹模在沖裁過程中由于摩擦方面 的原因，其外形會逐漸變大，為了保證沖壓制件的精度，延長模具的使用壽命， 提高其的經(jīng)濟(jì)性，其目標(biāo)值的確定時在誤差范圍內(nèi)應(yīng)該盡量取下限值，在此情 況下的目標(biāo)值的取法為：目標(biāo)值 L=基本尺寸 L1（1/2 下偏差） 2.2.制件成形工藝的設(shè)計和工位確定 由制件的結(jié)構(gòu)形狀可以知道，要沖壓出該制件需要的經(jīng)過的基本工序為： 沖孔，落料等工藝過程。經(jīng)過分析，有三種工藝方案可以實現(xiàn)該沖壓件的加工， 分別如下： 12 方案一：直接采用落料沖孔復(fù)合模設(shè)計。 方案二：采用連續(xù)沖裁方式，先沖工藝孔沖側(cè)刃以孔和側(cè)刃定位沖孔 落料。 方案三：采用連續(xù)沖裁方式，沖裁側(cè)刃及工藝孔以工藝孔定位一沖小孔 及腰孔落料。 經(jīng)分析，可知道：方案一的優(yōu)點是模具結(jié)構(gòu)比較簡單，易加工，制造周期 短。從產(chǎn)品的形狀和尺寸大小開看，可行性不大，產(chǎn)品材料薄，無法送料，孔 邊到外行距離太小，凸凹模強度很小，無法實現(xiàn)。 方案二具有某些優(yōu)點，此方法在采用孔和側(cè)刃定位時，不過產(chǎn)品形狀為 L 形，直接排樣，材料利用率低，雖然生產(chǎn)效率提高，但不經(jīng)濟(jì)，利潤低。 方案三和方案二類似，采用級進(jìn)模，區(qū)別是在排樣時采用錯位排樣法，這 樣設(shè)計，材料利用率提高，產(chǎn)品精度能達(dá)到，但最后落料是距離太近，在設(shè)計 模具時可以錯開落料，避免距離太小，凹模沒有強度。模具精度要求高，成本 和方案二相差不大，但生產(chǎn)效率提高一倍。 綜合以上分析，確定工藝方岸方案三為最佳工藝方案。 2.3.制件的排樣 在沖壓件的成本中，材料的費用占 60%以上，因此材料的經(jīng)濟(jì)利用有非常 重要的意義。沖壓件在材料或板料上的布置方法稱為排樣。衡量排樣經(jīng)濟(jì)性的 指標(biāo)是材料的利用率。不合理的排樣方式會浪費材料，并且還可能影響到制件 的質(zhì)量，影響模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性；影響模具的使用壽命，制件的生產(chǎn)效 率和模具的成本等技術(shù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等。 排樣的常用方法有：有廢料排樣法；少廢料排樣法；無廢料排樣法。設(shè)計 中由于制件的外形比較復(fù)雜，采用裁搭邊法,將制件的加工通過分次裁切來完成。 13 分次排樣法設(shè)計加工出來的具有制件精度高，便于模具凹模、凸模的排布等優(yōu) 點。制件的排樣的具體過程如下； 2.3.1.制件的排樣方法 排樣方法：可制作沖壓件展開毛坯樣板（3 至 5 個） ，在圖面上反復(fù)試排， 綜合考慮材料利用率，確定初步方案，再在 AUTO CAD 軟件中對制件展開圖 進(jìn)行排布，在初步的排樣圖中按照沖壓工序設(shè)計的基本原則，進(jìn)行沖裁工位設(shè) 計。在排樣圖的開始端一般安排沖孔、落料等分離工位。在安排工位時，要盡 量避免沖小半孔，以防凸模因受力不均而折斷。 2.3.2.制件件的排樣原則 （1）為了提高材料利用率，在不影響制件使用性能指標(biāo)的前提下，可以適 當(dāng)?shù)母淖冎萍男螤睢?（2）排樣時應(yīng)考慮使設(shè)計出來的模具使用方便，勞動強度小且安全。 （3）模具結(jié)構(gòu)應(yīng)該盡量簡單。 （4）保證制件質(zhì)量和制件對條料纖維方向的要求。 2.3.3.搭邊值的確定 排樣時制件與制件之間以及制件與側(cè)邊之間留下的工藝材料，叫做搭邊。 其作用是補償定位誤差，保證條料強度，以保證在沖裁過程中帶料的送料順暢。 搭邊應(yīng)選擇適當(dāng)，過大會造成材料的浪費，過小不利于制件的成形，或者沖裁 不出合格的制件。搭邊值的大小通常是由經(jīng)驗所確定的。設(shè)計中搭邊值的確定 參照 APS 模具設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)確定。 2.3.4.排樣的步驟 （1）由制件制件的外觀形狀和制件材料的特點確定排樣的方法 （2）帶料寬度的確定：帶料寬度的確定要經(jīng)過搭邊值的確定，制件的搭邊 14 值的確定方法如下： 側(cè)搭邊值的確定：側(cè)搭邊是指在級進(jìn)模中將每個產(chǎn)品沿料寬方向連接起來 的部分叫側(cè)搭邊。其確定方法為： 最小側(cè)搭邊值 Zmin=1T（0.8mm T 1.6mm =6T（0.4mmT 0.6mm =1mm（0.2mmT0.3mm 式中 T 表示帶料的厚度。 間隙搭邊值的確定：間隙搭邊是指相鄰兩個制件之間的間隙，查閱模具設(shè) 計標(biāo)準(zhǔn)，對于薄的材料取 1mm，即可以滿足兩個相鄰制件在沖裁時的強度要求。 異形凸模最小寬度的確定： 異形凸模最小寬度 Bmin=3.06.0mm（0.8mmT1.6mm ） =2.54.0mm（0.4mmT0.6mm） =0.6-0.9mm（0.2mmT0.3mm） 本次設(shè)計，材料厚度為 3.0，產(chǎn)品長度為 100，大于 50，通過查詢相關(guān)表 格，工件之間的最小搭邊值為 2.8，側(cè)面最小搭邊值為 3.2mm。 參照以上標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計中各值確定如下： 確定條料的寬度 B=制件寬度+搭邊距離2+側(cè)刃寬度2 =70+2.8+12+3.22+3.22=97.6mm （3） 步矩的確定：間隙搭邊值的確定通常是根據(jù)經(jīng)驗確定，在不影響產(chǎn)品質(zhì) 量情況下盡量取小些。在本設(shè)計中，制件之間的搭邊距離取為 2.8mm，則： 步距 D=制件的排樣寬度+2.8=24+24+2.8+2.8-8-8=37.6mm 具體排樣圖如下： 15 2.4.材料利用率的計算 一個步距內(nèi)的材料利用率 為 =nF/Bs100% =21181.6637/37.697.6100%=64.4% 式中 F一個步距內(nèi)沖裁件面積（包括沖出的小孔在內(nèi)） ； n一個步距內(nèi)沖裁件數(shù)目； B條料寬度（mm） ； s步距（mm） ； 16 第 3 章、力的計算和沖裁間隙的確定 3.1.沖裁力的計算 3.1.1.沖裁力的計算 計算沖裁力的目的是為了選擇合適的壓力機(jī)，設(shè)計和檢驗?zāi)＞叩膹姸?。?力機(jī)的噸位必須大于所計算的沖裁力，以適應(yīng)沖裁工藝的需求。沖裁力的計算 公式為： P=KtL N 上式中各字母的含義分別為： 表示材料的抗剪強度(MPa)； L 表示沖裁周邊的總長(mm)； t 表示材料的厚度(mm)； K 表示安全系數(shù) ，K 是考慮到?jīng)_裁模具刃口的磨損，凸模、凹模間隙之間 波動，潤滑情況，材料力學(xué)性能與公差的變化等因素而設(shè)置的安全系數(shù)，一般 取 1.3。 通過查閱模具設(shè)計手冊可以知道：45#材料的抗剪強度 =440- 560MPa。計算出沖裁件的周邊長度和孔的周長，相關(guān)計算如下： 產(chǎn)品外形周邊長度 L1=175.98mm 產(chǎn)品圓孔的周長 L2=3.146.1=19.165mm 產(chǎn)品圓孔的周長 L3=3.146.1=19.165mm 產(chǎn)品圓孔的周長 L4=3.144.1=12.874mm 沖工藝孔的周長 L5=3.146=18.84mm 沖側(cè)刃孔的周長 L6=37.6+3.2+3.2=44mm 總的周長為 L=2L1+2L2+2L3+2L4+L5+2L6=561.208 17 則總沖裁力： P= KtLm=1.33561.208560=1225678.272N1225.678KN。 3.1.2.卸料力、推料力的計算 影響卸料力、推料力和頂件力的因素很多，要精確的計算是困難的，在實 際生產(chǎn)中常用經(jīng)驗公式進(jìn)行計算： 卸料力 Q=KP N 推料力 Q1=K1P N 式中：P 表示沖裁力（ N） ； K 表示卸料系數(shù)，其值為 0.08 至 0.25，薄料取大值，厚料取小值； K1 表示推料系數(shù)，其值為 0.03 至 0.07，薄料取大值，厚料取小值。 則有： 卸料力 Q=KP=0.081225.678=98.05KN （K 取 0.08） 推料力 Q1=K1P =0.031225.678=36.77K N （K 取 0.03） 通過上面的計算可以知道模具在正常條件下工作所需要壓力機(jī)提供的壓力 至少應(yīng)該為： F=沖裁力+卸料力+推料力 =1225.678+98.05+36.77=1360.498KN 3.1.4.壓力機(jī)公稱壓力的選取 沖裁時，壓力機(jī)的公稱壓力必須大于或等于沖裁各工藝力的總和。設(shè)計中需 要的最小總壓力為：1360.498KN 根據(jù)以上計算結(jié)果選擇沖床，參照公司沖床式樣，選擇沖床的型號為： JA31-160B 閉式單點壓力機(jī)；沖床能夠提供的壓力為 160 噸，沖床的行程為 160mm；工作臺的面積為 710mm790mm；滑塊的底面積為 450mm630mm；沖床最大的閉合高度為 480mm；調(diào)節(jié)量為 120mm；行程次 18 數(shù)為 32/分鐘；電動機(jī)功率 12.5kw。 壓力中心的確定：由沖床的式樣可以知道：由于模具在工作時是將整個上 模座固定在沖床的滑塊上，因此不必進(jìn)行壓力中心的計算。為了方便模具安裝 在壓力機(jī)上，在上模座上設(shè)計一個模柄，以起到模具在安裝時的裝夾作用。 3.2.沖裁間隙的確定 凹模凸模間隙的確定：沖裁模的凸模橫斷面，一般小于凹模孔，凹模與凸 模部分，在垂直沖裁方向的投影尺寸之差，叫做沖裁間隙。沖裁間隙有兩種含 義：一種是指凹模與凸模間每側(cè)空隙值，稱為單面間隙；另外一種指凹模和凸 模間兩側(cè)間隙之和，稱為雙面間隙；習(xí)慣上常說的間隙是指雙面間隙，用符號 C 表示，單面間隙用 Z/2 表示。 沖裁間隙的大小對制件斷面的影響 間隙合理，材料在分離時，凹模和凸模 刃口處裂紋重合，沖裁間隙不是一個絕對值，而是一個數(shù)值范圍，沖裁間隙在 此范圍內(nèi)都可以得到?jīng)_裁斷面較好的制件。間隙過大，凸模和凹模刃口處的裂 紋不重合，凸模刃口附近的裂紋在凹模刃口附近裂紋的里邊，材料受很大的拉 伸，光亮帶小，毛刺、塌角及斜度都比較大。間隙過小，裂紋也不重合，凸模 刃口附近的裂紋在凹模刃口附近裂紋的外邊，兩條剪裂紋之間的一部分材料隨 沖裁的繼續(xù)又被二次剪切和擠壓，在斷面上形成第二次光亮帶，并在中間出現(xiàn) 夾層和毛刺。 沖裁間隙對制件尺寸精度的影響 落料和沖孔后，因發(fā)生彈性恢復(fù)，會影響 制件的尺寸精度。沖裁間隙小到一定程度時，由于壓縮變形彈性恢復(fù)，落料件 的尺寸會大于凹模尺寸，而沖出的孔小于凸模。間隙大到一定界限時，由于拉 伸變形的彈性恢復(fù)，落料尺寸會小于凹模的刃口尺寸，而沖出的孔會大于凸模 的刃口尺寸。間隙對于沖孔和落料精度的影響規(guī)律是不同的，且和材料的纖維 19 方向有關(guān)。 沖裁間隙對沖裁力和模具壽命的影響 間隙大時，沖裁力有一定的程度減小，卸 料力和推件力也隨之降低。沖裁時，坯料對凹模凸模產(chǎn)生側(cè)壓力，并在凸磨與 被沖孔之間及凹模與落料件之間均有摩擦力。間隙越小摩擦力和側(cè)壓力隨之增 大。此外，由于在實際的生產(chǎn)中定，故間隙應(yīng)該在增大凹模尺寸的方向上取得。 考慮到凸模和凹模的磨損，在設(shè)計和制造新模具時，取最小合理間隙。 確定沖裁間隙的方法 常用的沖裁間隙確定方法有理論確定法和經(jīng)驗確定法， 在現(xiàn)場模具的設(shè)計和生產(chǎn)中通常用經(jīng)驗確定模具的沖裁間隙。經(jīng)驗計算公式為： C=mt 式中：C 為合理沖裁間隙，單位為 mm； t 為板料厚度，單位為 mm； m 為系數(shù)，與料厚及材料性質(zhì)有關(guān)，m 通常為料厚的百分之幾。 沖裁間隙系數(shù)如下表所示： 單位：mm 間隙類別 材料 低炭鋼 08F、10F 10、 20、A3、 614 1420 2025 中炭鋼 45 不銹鋼 1Cr18Ni9Ti 76 1622 2230 高炭鋼 T8A T10A 65Mn 1624 2430 3036 結(jié)合模具設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，將間隙值取為料厚的 8.0%。則凹模和凸模之間的間隙為： C=mt=8.0%3=0.24mm 具體計算如下： 20 落料凹模尺寸：Aj1=(Amax-X)-/4 =70.2-0.50.4=70 ； 02. Aj2=(Amax-X) -/4 =24.1-0.50.2=24 ；02. Aj3=(Amax-X) -/4 =12.1-0.50.2=12 ；02. Aj4=(Amax-X) -/4 =4.05-0.50.1=4 ；02. Aj5=(Amax-X) -/4 =16.1-0.50.2=16 ；02. Aj6=(Amax-X) -/4 =2.05-0.50.1=2 ；02. 落料凸模尺寸： Aj1=(Amax-2Z)+/4 =70-20.12=69.76 ; 02. Aj2=(Amax-2Z) +/4 =24-20.12=23.76 ; 02. Aj3=(Amax-2Z) +/4 =12-20.12=11.76 ;02. Aj4=(Amax-Z) +/4 =4-0.12=3.88 ;02. Aj5=(Amax-2Z) +/4 =16-20.12=15.76 ;02. Aj6=(Amax-Z) +/4 21 =2-0.12=1.88 ;02. 沖孔凸模尺寸：Bj1=(Amin+X)+/4 =6.0+0.50.2=6.1 ;02. Bj2=(Amin+X)+/4 =4.0+0.50.2=4.1 ;02. Bj3=(Amin+X)+/4 =5.9+0.50.2=6 ;02. 沖孔凹模尺寸：Bh1=(Amin+2Z)- /4 =6.1+20.12=6.34 ；02. Bh2=(Amin+2Z)- /4 =4.1+20.12=4.34 ；02. Bh3=(Amin+2Z)- /4 =6+20.12=6.24 ；02. 孔心距 Lp1=Lp =500.01 Lp2=Lp =37.60.01 Lp3=Lp =120.01 22 第 4 章、模具總體結(jié)構(gòu)和主要零件的設(shè)計 4.1.模具總體結(jié)構(gòu)的確定 模具的總體結(jié)構(gòu)的確定：參照 23 圖 4-1 模具總體結(jié)構(gòu)圖 凹模和凸模的固定方式通常選用內(nèi)六角緊固螺釘固定。 為了保證導(dǎo)向精度，采用導(dǎo)柱結(jié)合的導(dǎo)向方式，模具采用滑動導(dǎo)向機(jī)構(gòu)， 采用彈壓卸料裝置的結(jié)構(gòu)形式。 模具在工作中需要加潤滑油，有利于保證制件的精度，減少毛刺的產(chǎn)生， 同時起到延長模具的使用壽命的作用。由于有潤滑油在凹模板和卸料板的表面， 帶料很容易沾在這兩塊模板上，在上模和下模分開時容易引起帶料的塑性變形， 從而印象制件的質(zhì)量，為了防止這種現(xiàn)象的產(chǎn)生，在模具設(shè)計時加入頂針結(jié)構(gòu)， 單獨安裝升浮銷，頂出產(chǎn)品。 4.2.沖裁外形凸模和凹模的設(shè)計 4.2.1.外形凸模設(shè)計 查閱模具設(shè)計手冊 ，落料凸模的材料選用 Cr12MoV，將其熱處理到 24 58HRC61HRC 即可以滿足設(shè)計要求。與固定板采用過盈配合，過盈量為 0.02- 0.03，與上模板螺釘固定。 圖 4-5 落料凸模形狀 4.2.2.凹模的設(shè)計 由于產(chǎn)品尺寸小，凹模采用整體的結(jié)構(gòu)，材料選用 Cr12MoV，將其熱處理 到 58HRC61HRC，即可以滿足設(shè)計要求。選用 GB/T70.1 M1050 的內(nèi)六角螺 釘與下模板固定。如下圖所示： 25 凹模的刃口形式，考慮到生產(chǎn)批量較大，所以采用刃口強度較高的凹模， 如圖 3-4 所示的刃口形式。凹模的外形尺寸，由文獻(xiàn)3，式 4-7，式 4-8計算： Hkb=0.24 139.6=33.5mm，取 H40mm，C=1-1.5H=40-60mm，所以凹模長 度尺寸為 139.6+2(4060)=219.6259.6，寬度為 104+2(4060)=184224，所 以本次設(shè)計凹模外形尺寸為 24021040，凹模刃口處反面加工錐度，沖孔的 廢料和落料的產(chǎn)品沿錐度下掉出模具，這樣不需要單獨卸料，提高生產(chǎn)效率。 根據(jù)以上計算出凹模周界尺寸，相應(yīng)的確定卸料板，固定板，墊板的外形 尺寸也是 240210。僅僅厚度不一樣，根據(jù)相關(guān)比例，卸料板厚度為 0.5 倍凹 模厚度，所以卸料板厚度為 20mm，由于結(jié)構(gòu)設(shè)計出導(dǎo)料板，所以需要增加加 工導(dǎo)料板的讓位臺階，所以卸料板增厚到 28mm。固定板設(shè)計成 20mm 厚。墊 26 板設(shè)計成 20mm 厚，熱處理 HRC45-48。 4.2.3.沖孔凸模的設(shè)計 沖小孔凸模，通常采用加大固定部分直徑，縮小刃口部分長度的措施來保 證小凸模的強度和剛度。沖大孔凸模，基本都是直通式結(jié)構(gòu)，就是固定部分與 刃口部分尺寸一樣大，現(xiàn)在圓形凸模已經(jīng)趨于標(biāo)準(zhǔn)化，間隔 0.1 都有標(biāo)準(zhǔn)件購 買，所以本次設(shè)計的凸模，都可以購買標(biāo)準(zhǔn)件，所以小凸模當(dāng)工作部分和固定 部分直徑相差太大時，可以設(shè)計多臺階結(jié)構(gòu)，各臺階過渡部分必須用圓弧光滑 連接，不允許有刀痕（防止產(chǎn)生刮傷或毛刺） ，對于特小的凸模可以采用保護(hù)結(jié) 構(gòu)。卸料板還必須起到導(dǎo)向作用，以消除側(cè)壓力對凸模作用面的影響，大凸模 可以設(shè)計成直通式。本次設(shè)計的凸模相對材料厚度，都是屬于大凸模。 在加工方面，由于這些凸模和凹模的形狀都比較復(fù)雜，為了加工出精密的 零件，均采用線切割結(jié)合磨削制造。完成磨削依靠專用的自動磨床和平面磨床， 且通過金剛石對砂輪進(jìn)行修正，達(dá)到磨削所要求的形狀和尺寸要求。模具的材 料選用 Cr12MoV，將其熱處理硬度達(dá)到至 58HRC61HRC。 27 圖 4-8 沖孔凸模結(jié)構(gòu)示意圖二 4.3.帶料定位模具的設(shè)計 4.3.1.定位的設(shè)計 為了保證制件的精度，用工藝孔對帶料進(jìn)行精確定位。由排樣圖可知，其 步距為 37.6mm，工藝孔的設(shè)計必須滿足搭邊要求，將工藝孔的直徑設(shè)計為 6mm 比較合適，但為了防止定位銷帶料引起帶料的變形，定位銷釘導(dǎo)人部分的 直徑小于 6mm，考慮到方便定位釘?shù)募庸ぃ梢园压に嚳椎闹睆椒糯?0.03mm，這樣導(dǎo)正釘工作部分的直徑為 6mm 即可，或者把定位小 0.03mm。 4.3.2.定位銷的設(shè)計 在級進(jìn)模中，定位銷在其他定位機(jī)構(gòu)的配合下，對帶料在前一工位上沖出 的圓孔進(jìn)行精確定位，定位銷一般緊挨沖孔工位后的工序上。 4.4.模板、模座設(shè)計 4.4.1.模板、模座厚度的確定 在設(shè)計中，由于凹模周界很小，可以采用標(biāo)準(zhǔn)模架，由于本次設(shè)計的產(chǎn)品 28 雖然不大，模具周界尺寸也不大，不過產(chǎn)品材料厚度大，所計算的沖裁力大， 如果采用標(biāo)準(zhǔn)模架，所用的材料為鑄鐵 HT200，無法長期承載如此大的沖裁力， 所以建議選擇非標(biāo)準(zhǔn)鋼板模架。 4.5.導(dǎo)向部分的設(shè)計 本次設(shè)計采用自制模架，對于沖孔落料小間隙的級進(jìn)模，一般都是采用比 較平穩(wěn)的四導(dǎo)柱模架，本次設(shè)計材料厚度大，模具間隙大，模具外形又比較小， 所以為方便工人操作，建議選擇三導(dǎo)柱模架，這樣工人操作的空間相對多點， 更方便，導(dǎo)柱導(dǎo)套選用標(biāo)準(zhǔn)滑動導(dǎo)向件，此類結(jié)構(gòu)間隙小，適合用與級進(jìn)沖裁 小間隙模具，本次設(shè)計選擇 3-28160。 4.6.緊固螺釘和定位部分的設(shè)計 由模具的總體結(jié)構(gòu)可以知道，其模板的固定方式為：上模座，上墊板，固 定板之間用內(nèi)六角螺釘固定；凹模，下模板之間用內(nèi)六角螺釘固定；卸料板上 模板之間用卸料螺釘。 29 第五章、確定模具的壓力中心 模具壓力中心是指沖壓時諸沖壓力合力的作用點位置。為了確保壓力機(jī)和 模具正常工作，應(yīng)使沖模的壓力中心與壓力機(jī)滑塊的中心相重合。否則，會使 沖模和壓力機(jī)滑塊產(chǎn)生偏心載荷，使滑塊和導(dǎo)軌間產(chǎn)生過大的磨損，模具導(dǎo)向 零件加速磨損，降低模具和壓力機(jī)的使用壽命。 沖模的壓力中心，可按下述原則來確定： （）對稱形狀的單個沖壓件，沖模的壓力中心就是沖壓件的幾何中心。 （）工件形狀相同且分布位置對稱時，沖模的壓力中心與零件的對稱中 心相重合。 （）形狀復(fù)雜的零件、多孔沖模、 級進(jìn)模的 壓力中心可用解析計算法 求出諸力的 合力對該軸的力矩。求出合力作用點的 座標(biāo) 位置 O0(x0,y)，即為所求模具的壓力中心。 計算公式為： 30 因沖壓力與沖壓周邊長度成正比， 所以式中的各沖壓力 P、、Pn，可分別用各沖壓周邊長度 L、、Ln 代替，即： 該產(chǎn)品級進(jìn)模壓力中心計算如下： 31 F1沖側(cè)刃力 F1=KL，得 F1=（37.6+3.22） 31.356096.096KN F2沖側(cè)刃力 F2=KL，得 F2=（37.6+3.22） 31.356096.096KN F3沖 6 孔力 F3=KL，得 F3=3.14631.356041.146KN F4沖 6.1 孔力 F4=KL，得 F4=3.146.131.356041.832KN F5沖 6.1 孔力 F5=KL，得 F5=3.146.131.356041.832KN F6沖 4.1 孔力 F6=KL，得 F6=3.144.131.356028.117KN F7沖 4.1 孔力 F7=KL，得 F7=3.144.131.356028.117KN 32 F8沖 6.1 孔力 F8=KL，得 F8=3.146.131.356041.832KN F9沖 6.1 孔力 F9=KL，得 F9=3.146.131.356041.832KN F10落料力 F10=KL，得 F10=175.9831.3560384.34KN F11落料力 F11=KL，得 F11=175.9831.3560384.34KN Y1F1 到 X 軸的力臂 Y1=45.6 X1F1 到 Y 軸的力臂 X1=56.4 Y2F2 到 X 軸的力臂 Y2=-45.6 X2F2 到 Y 軸的力臂 X2=56.4 Y3F3 到 X 軸的力臂 Y3=37.6 X3F3 到 Y 軸的力臂 X3=53.4 Y4F4 到 X 軸的力臂 Y4=30.4 X4F4 到 Y 軸的力臂 X4=37.6 Y5F5 到 X 軸的力臂 Y5=-19.6 X5F5 到 Y 軸的力臂 X5=37.6 Y6F6 到 X 軸的力臂 Y6=38.4 X6F6 到 Y 軸的力臂 X6=25.6 Y7F7 到 X 軸的力臂 Y7=-38.4 X7F7 到 Y 軸的力臂 X7=30.8 Y8F8 到 X 軸的力臂 Y8=19.6 X8F8 到 Y 軸的力臂 X8=18.8 Y9F9 到 X 軸的力臂 Y9=-30.4 33 X9F9 到 Y 軸的力臂 X9=18.8 Y10F10 到 X 軸的力臂 Y10=11.4 X10F10 到 Y 軸的力臂 X10=0 Y11F11 到 X 軸的力臂 Y11=-11.4 X11F11 到 Y 軸的力臂 X11=-56.4 根據(jù)合力距定理： YG=（Y1F1+Y2F2...）/（F1+F2） XG=（X1F1+X2F2）/（F1+F2） YGF 沖壓力到 X 軸的力臂；YG=1.2624 XGF 沖壓力到 Y 軸的力臂；XG=-1.9057 該模具模壓力中心為（-1.9057,1.2624） ，在模柄直徑范圍內(nèi)，設(shè)計合理。 第六章、模具的裝配 根椐連續(xù)模裝配要點，選凹模作為裝配基準(zhǔn)件，先裝下模，再裝上模，并 調(diào)整間隙、試沖、返修。 34 序號 工序 工藝說明 凸、凹模預(yù)配 裝配前仔細(xì)檢查各凸模尺寸以及凹模形孔，是 否符合圖紙要求尺寸精度、形狀。 將各凸模分別與相應(yīng)的凹模孔相配，檢查其間 隙是否加工均勻。不合適者應(yīng)重新修磨或更換 凸模裝配 以凹模孔定位，將各凸模分別壓入凸模固定板的 形孔中，并擠緊牢固 裝配下模 在下模座上劃中心線，按中心預(yù)裝凹模、固定 板； 在下模座上，用已加工好的凹模板分別確定其 螺孔位置，并分別鉆孔，攻絲； 裝配上模 在已裝好的下模上放等高墊鐵，再在凹模中放 入 0.3mm 的紙片，然后將凸模與固定板組合裝 入凹模； 預(yù)裝上模座，劃出與凸模固定板相應(yīng)螺孔、銷 孔位置并鉆鉸螺孔、銷孔； 用螺釘將固定板組合、墊板、上模座連接在一 起，但不要擰緊； 將卸料板裝在已裝入固定板的凸模上，裝上橡 膠和卸料螺釘，并調(diào)節(jié)橡膠的預(yù)壓量，使卸料板 高出凸模下端約 1mm； 復(fù)查凸、凹模間隙并調(diào)整合適后，緊固螺釘； 35 安裝導(dǎo)料板； 切紙檢查，合適后打入銷釘 試沖與調(diào)整 裝機(jī)試沖根椐試沖結(jié)果作相應(yīng)調(diào)整 36 結(jié)束語 經(jīng)過一段時間的論文設(shè)計，至此已基本完成了任務(wù)書所規(guī)定的任務(wù)。本設(shè) 計涉及的課程很多，涉及到機(jī)械制圖、冷沖壓工藝及模具設(shè)計、模具制造工藝 學(xué)、金屬學(xué)與熱處理、成型設(shè)備、CAD 繪圖等相關(guān)課程的知識。在校期間的我 還進(jìn)行了金工實習(xí)、和兩次課程設(shè)計。這些課程的學(xué)習(xí)，以及課程設(shè)計的演練 都為這次畢業(yè)設(shè)計做了很好的準(zhǔn)備?；A(chǔ)課和專業(yè)課，它們?yōu)槲业脑O(shè)計做了前 提，它們是我設(shè)計的理論基礎(chǔ)和知識基點；金工實習(xí)讓我深入而清楚的看到了 在實際生產(chǎn)中機(jī)械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和工作運轉(zhuǎn)情況；而兩次課程設(shè)計則是和這次畢 業(yè)設(shè)計設(shè)計最接近，最有相似之處的，它們?yōu)槲疫@次的設(shè)計的順利進(jìn)行起到了 很好的鋪墊作用。 此次畢業(yè)設(shè)計也是我們從大學(xué)畢業(yè)生走向未來工程師重要的一步。從最初 的選題，開題到計算、繪圖直到完成設(shè)計。其間，查找資料，老師指導(dǎo)，與同 學(xué)交流，反復(fù)修改圖紙，每一個過程都是對自己能力的一次檢驗實。 畢業(yè)設(shè)計收獲很多，比如學(xué)會了查找相關(guān)資料相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，分析數(shù)據(jù)，提高 了自己的繪圖能力，懂得了許多經(jīng)驗公式的獲得是前人不懈努力的結(jié)果。但是 畢業(yè)設(shè)計也暴露出自己專業(yè)基礎(chǔ)的很多不足之處。比如缺乏綜合應(yīng)用專業(yè)知識 的能力，對材料的不了解，等等。這次實踐是對自己大學(xué)三年所學(xué)的一次大檢 閱，使我明白自己知識還很淺薄，雖然馬上要畢業(yè)了，但是自己的求學(xué)之路還 很長，以后更應(yīng)該在工作中學(xué)習(xí)，努力使自己成為一個對社會有所貢獻(xiàn)的人。 也許，我的學(xué)生生涯從此就會結(jié)束，但是學(xué)習(xí)的道路卻還將持續(xù)下去，畢 竟“學(xué)無止境” 。通過這次設(shè)計，我懂得了“凡事必親躬” ，唯有自己親自去做 的事，才懂得其過程的艱辛。未來的人生路途中難免會遇到各種各樣的困難和 挫折，也正是這次設(shè)計讓我有了迎接新挑戰(zhàn)，戰(zhàn)勝困難的勇氣。 37 不足之處及未來展望 目前我國模具工業(yè)的發(fā)展步伐日益加快，但在整個模具設(shè)計制造水平和標(biāo) 準(zhǔn)化程度上，與德國、美國、日本的發(fā)達(dá)國家相比還存在相當(dāng)大的差距。因此 更加需要投入人力物力加快發(fā)展，爭取早日達(dá)到國際先進(jìn)水平。 而我們也要通過這次畢業(yè)設(shè)計熟悉沖壓工藝及模具設(shè)計，從理性上理解沖 壓模的加工過程，熟練進(jìn)行中等難度機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計，培養(yǎng)分析問題和解決問 題的能力，同時對專業(yè)課程機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計、機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)以及 CAD 技術(shù)等的運用和鞏固，并且對沖壓模有了更一步的了解。 38 參考資料 1 王鵬駒成虹沖壓模具設(shè)計師手冊M北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008:1- 45. 2 鄭家賢沖壓模具設(shè)計實用手冊M北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007:411. 3 宋滿倉沖壓模具設(shè)計M北京：電子工業(yè)出版社，2010:20-22,25,31- 32,34,53-54,81,87-88,90-91,106-108,229-230. 4 鄭家賢沖壓模具設(shè)計實用手冊M北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007:253- 254. 5 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員 會GB/T 23563.42009 沖模滾動導(dǎo)向鋼板模架 第 4 部分：四導(dǎo)柱模架 S北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009:3. 6 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員 會GB/T 70.12008內(nèi)六角圓柱頭螺釘S北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社， 2008:4. 7 國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局GB/T 119.12000圓柱銷 不淬硬鋼和奧氏體不銹 鋼S北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2001:2. 8 姜伯軍級進(jìn)沖模設(shè)計與模具結(jié)構(gòu)實例M北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2008:270. 9 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化