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多自由曲面產(chǎn)品注塑模具分型線的自動確定 邵 健11 呂震22 柯映林11 1 浙江大學(xué)現(xiàn)代制造工程研究所 浙江 杭州 310027 2 浙江大學(xué)城市學(xué)院 浙江 杭州 310015 關(guān)鍵詞 模具 分型線 特征識別 有限元 摘 要 為有效地確定多自由曲面產(chǎn)品模具分型線問題 提出了一種將特征 識別技術(shù)和有限元方法相結(jié)合的模具分型線確定方法 在該方法中 首先 提 出了基于圖的特征識別方法來對產(chǎn)品中的側(cè)凹特征進(jìn)行識別 并在識別的基礎(chǔ) 上對產(chǎn)品模型進(jìn)行簡化 然后 提出了基于有限元的離散方法 對簡化的產(chǎn)品 模型的所有組成面進(jìn)行離散 并根據(jù)網(wǎng)格面的可視性來判別組成面的可視性 最后 將產(chǎn)品中的所有組成面分成可視面組 不可視面組和退化面組 并通過 抽取可視面組或不可視面組的最大邊環(huán)來確定模具的分型線 研究實(shí)踐表明 通過該方法可以有效地解決多自由曲面產(chǎn)品模具分型線的確定問題 提高模具 設(shè)計(jì)的效率 中圖分類號 T P391 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 1 引言 模具型腔的設(shè)計(jì)過程一般包括脫模方向的選擇 分型線的確定和分型面的生 成 3 個(gè)步驟 其中分型線的確定是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié) 不但影響到后續(xù)分型 面的生成 還對整個(gè)模具的結(jié)構(gòu)和成本有很大的影響 對于一些規(guī)則產(chǎn)品 模具 分型線的確定是比較簡單的 但對于一些包含自由曲面的產(chǎn)品 模具的分型線 往往難以確定 在一般的模具型腔設(shè)計(jì)過程中 分型線往往由模具工程師通過一 些經(jīng)驗(yàn)的方式來判斷確定 但通過這種方式來確定模具的分型線 設(shè)計(jì)效率不 高 同時(shí)由于設(shè)計(jì)者的疏忽也有可能造成分型線確定失誤的問題 因此探索分 型線的自動生成技術(shù)是模具設(shè)計(jì)自動化的一個(gè)重要研究內(nèi)容 2 相關(guān)研究 對分型線的確定 有 3 類典型的方法 1 文獻(xiàn) 2 等提出的通過拉伸零件 最大投影輪廓線的方法來確定產(chǎn)品的分型線 2 文獻(xiàn) 3 等提出的通過對塑件 模型切片來生成分型線的方法 3 文獻(xiàn) 4 等提出的通過對注塑件表面進(jìn)行分 組并抽取最大邊環(huán)來自動生成分型線的方法 在這 3 種方法中 都沒有考慮產(chǎn) 品中的側(cè)凹特征對模具分型線的影響 對于多自由曲面產(chǎn)品 無法有效地確定 模具的分型線 文獻(xiàn) 5 等雖在文獻(xiàn) 4 的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn) 但對于多自由曲 面產(chǎn)品 也無法有效地確定模具的分型線 為此 本文提出了一種將特征識別技術(shù)和有限元方法相結(jié)合的模具分型線 確定方法 不但考慮了側(cè)凹特征對模具分型線確定的影響 提出了基于圖的特 征識別方法對產(chǎn)品中的側(cè)凹特征進(jìn)行識別 還提出了基于有限元方法對包含自 由曲面的產(chǎn)品模型的表面進(jìn)行離散 以解決自由曲面在模具分型線的確定過程 中可能產(chǎn)生的歧義 加快模具分型線的自動確定過程 與前述的3類分型線確定 方法相比 該方法的主要特點(diǎn)在于 1 在確定模具分型線前 首先對產(chǎn)品中的側(cè) 凹特征應(yīng)用提出的側(cè)凹特征識別方法進(jìn)行識別 并根據(jù)特征識別的結(jié)果簡化產(chǎn) 品模型 從而避免了側(cè)凹特征對模具分型線的影響 2 型簡化后 應(yīng)用有限元 離散方法對產(chǎn)品模型的表面進(jìn)行離散 并根據(jù)網(wǎng)格面的可視性來綜合判斷產(chǎn)品 模型表面的可視性 消除自由曲面在判斷面可視性時(shí)的不確定性 3 基本概念 3 1 表面的可見性 產(chǎn)品的表面一般由平面和自由曲面組成 一些簡單的產(chǎn)品往往都由平面組 成 但一些外形和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的產(chǎn)品 其表面則既包含平面 也包含自由曲面 對于平面來說 因?yàn)槠浞ㄏ蛭┮?所以一定為可視 不可視或過渡面中的一種 但對于曲面來說 由于其法向并不惟一 既有可能全為可視或不可視 也有可 能部分可視 部分不可視 因此 要判斷曲面的可視性 必須應(yīng)用有限元方法 在有限元模型中 產(chǎn)品模型的表面往往離散為一些小的單元模型 由于這些單 元的表面都為平面 可以方便地判斷出這些單元的可視性 設(shè) 表示模具的 脫模方向 表示面 的法向 則可根據(jù)如下規(guī)則來判斷面的可視性 如果 則 為可視面 如果 則 為不可視面 如果 則 為過渡面 3 2 單一表面和復(fù)雜表面 所有表面的產(chǎn)品可以轉(zhuǎn)化為二維網(wǎng)格對各組成部分進(jìn)行有限元分析 網(wǎng)格 包含以下三種類型 a 可見網(wǎng)眼 b 無形的網(wǎng) c 過渡網(wǎng)格 設(shè) 表示模具的脫 模方向 表示面F i的法向 則可根據(jù)如下規(guī)則來判斷網(wǎng)格的可視性 如果 則 為可視網(wǎng)格 如果 則 為不可視網(wǎng)格 如果 則 為過渡面 一些簡單的產(chǎn)品往往都由平面組成 但一些外形和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的 產(chǎn)品 其表面則既包含平面 也包含自由曲面 對于平面來說 因?yàn)槠浞ㄏ蛭?一 所以一定為可視 不可視或過渡面中的一種 但對于曲面來說 由于其法 向并不惟一 既有可能全為可視或不可視 也有可能部分可視 部分不可視 因此 要判斷曲面的可視性 必須應(yīng)用有限元方法 在有限元模型中 產(chǎn)品模 型的表面往往離散為一些小的單元模型 由于這些單元的表面都為平面 可以 方便地判斷出這些單元的可視性 一般情況下 表示模具的脫模方向 表示 單元面 的法向 如圖2 所示 圖2a 為可視表面 所有的單元面均為可視單 元面 圖2b 為不可視表面 所有的單元面均為不可視單元面 圖2c 為可視 不可視同存表面 在其單元面中 既存在可視單元面 又存在不可視單元面和 過渡單元面 其中 表示可視單元面 表示不可視單元面 0 表示 過渡單元面 4 確定分型面的過程 4 1 簡化的產(chǎn)品模型 因?yàn)閭?cè)凹特征的存在會直接影響到模具分型線的正確確定 因此 在確定 模具的分型線前 首先要對產(chǎn)品中的側(cè)凹特征進(jìn)行識別 并對產(chǎn)品模型進(jìn)行簡 化 識別特征的方法較多 7 本文提出了一種基于圖的特征識別方法 在識 別過程中 首先將產(chǎn)品模型用面屬性鄰接圖 FaceAt tribute Adjacency Graph FAAG 8 的方式表示 然后通過在產(chǎn)品FAAG 中搜索側(cè)凹特征子圖的方 式來識別側(cè)凹特征 圖1 所示為3 種典型類型的側(cè)凹特征的子圖 圖1a 為一凹類型的側(cè)凹特征 及其子圖U 該側(cè)凹特征只有一個(gè)特征生成面 側(cè)凹特征附著的面 n1 在割 集 將側(cè)凹特征的子圖從產(chǎn)品FAAG 圖中分離出來的一組邊 A c 中 所有的邊 都為凸邊 在子圖U中 所有的邊都為凹邊 圖1b 為一凸類型的側(cè)凹特征及其 子圖U 該側(cè)凹特征也只有一個(gè)特征生成面n1 在割集Ac 中 所有的邊都為凹 邊 在子圖U 中 所有的邊都為凸邊 圖1c 所示為一通孔類型的側(cè)凹特征 該 側(cè)凹特征有兩個(gè)特征生成面n1 n8 在割集Ac 中 所有的邊都為凸邊 在子 圖U 中 所有的邊都為凹邊 在子圖匹配的過程中 如果對產(chǎn)品的FAAG 應(yīng)用遍 歷方式進(jìn)行搜索 則搜索的時(shí)間將會非常長 因此 在實(shí)際的搜索過程中 總 是先找到產(chǎn)品中所有的特征生成面然后再確定子圖的割集 并利用割集將產(chǎn)品 的FAAG 圖分解為兩部分 一部分為產(chǎn)品FAAG 一部分為側(cè)凹特征FAAG 側(cè)凹特 征識別后 為了方便模具分型線的確定 還需要對產(chǎn)品模型進(jìn)行簡化 簡化的 過程即產(chǎn)品FAAG 重構(gòu)的過程 4 2 產(chǎn)品模型轉(zhuǎn)化 簡化模型后 產(chǎn)品將會被轉(zhuǎn)換成采用離散曲面模型 采用有限元分析方法 無論 怎樣的平面 曲面或自由曲面產(chǎn)品模型可以表示為2維表面網(wǎng)格 轉(zhuǎn)換過程如圖4 所示 該產(chǎn)品模型可以描述為 其中 代表了產(chǎn)品的模型 代表模型的每個(gè)表面 M代表表面的號碼 這樣一來 每一個(gè)外表面即可表示 為 其中m表示橫向的網(wǎng)格數(shù)量 n表示縱 向的網(wǎng)格數(shù)量 三角形或四邊形網(wǎng)格是當(dāng)前常用的轉(zhuǎn)化過程 雖然網(wǎng)格的數(shù)量 是由經(jīng)驗(yàn)確定的 有一些原則是可以照辦 例如網(wǎng)格的數(shù)量的多少表面與表面的 曲率有關(guān) 網(wǎng)格的數(shù)量越大 其表面曲率越大 4 3 分離復(fù)雜表面 產(chǎn)品中可視 不可視同存的表面 稱為復(fù)合產(chǎn)品表面 而對于單一的可視 面或不可視面 則稱為單一產(chǎn)品表面 在確定模具的分型線前 必須將復(fù)合產(chǎn) 品表面分解為單一產(chǎn)品表面 從而在將這些產(chǎn)品表面歸入可視或不可視面組時(shí) 就不會產(chǎn)生二義性 在對復(fù)合產(chǎn)品表面進(jìn)行分解前 首先要獲取這些產(chǎn)品表面 對應(yīng)脫模方向的最大外輪廓線 以最大輪廓線為界 復(fù)合產(chǎn)品表面就可以分解 為單一產(chǎn)品表面 在分解過程中 首先要做1個(gè)垂直于產(chǎn)品脫模方向的平面為投 影平面 并將產(chǎn)品表面投影到投影平面上 投影后 首先找到產(chǎn)品表面在投影 平面上的投影輪廓線 然后沿脫模方向拉伸投影輪廓線并與產(chǎn)品表面相交 則 所確定的交線即為該產(chǎn)品表面的最大外輪廓線 如圖3 所示為復(fù)合產(chǎn)品表面的 分解過程示意 圖中的P D表示產(chǎn)品的脫模方向 表示投影平面 S 和S 為經(jīng) 過分解后的單一產(chǎn)品表面 S 表示可視表面 S 表示不可視表面 4 4分型線的確定 模具的分型線即為產(chǎn)品中可視面組和不可視面組的最大邊環(huán) 因此 為了 正確地確定模具的分型線 首先要將產(chǎn)品中所有過渡面調(diào)整到可視面組或不可 視面組中去 在調(diào)整過程中 首先要判斷過渡面最大輪廓線與可視面組或不可 視面組最大邊環(huán)的關(guān)系 1 如果過渡面的 大輪廓線在可視面組的最大邊環(huán)內(nèi) 則將過渡面調(diào)整到可 視面組中去 調(diào)整規(guī)則表述為 if then 2 如果過渡面的最大輪廓線在不可視面組的最大邊環(huán)內(nèi) 則將過渡面調(diào)整到 不可視面組中去 調(diào)整規(guī)則表述為 if then 其中 G1 表示產(chǎn)品中的可視面組 G2 表示產(chǎn)品中的不可視面組 G3 表示產(chǎn) 品中的過渡面組 表示過渡面組G 3 中的第i個(gè)面I 表示 的最大輪廓 表示可視面組的最大邊環(huán) 表示不可視面組的最大 邊環(huán) 設(shè)過渡面組G3中調(diào)整到 中的面組為 調(diào)整到G 2 中的面組為 則 最后確定的模具的分型線為 5 實(shí)例研究 本文提出的多自由曲面產(chǎn)品模具分型線的確定方法已在注塑模具型腔設(shè)計(jì) 制造系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn) 系統(tǒng)的開發(fā)基于U G 平臺 開發(fā)工具為VC 和UG Open U G Open 是基于UG 平臺的一組2 次開發(fā)工具 包括U G Open 應(yīng)用程序界面 A pplicat io nPro gramming Inter face API UG Open Grip 等 該開 發(fā)工具可以使用戶方便地對產(chǎn)品B r ep 模型中的幾何和拓?fù)湫畔⑦M(jìn)行操作 實(shí)現(xiàn)用戶的自定義功能 圖4 所示為某汽車車燈產(chǎn)品的產(chǎn)品模型 在產(chǎn)品模型中 不但存在側(cè)凹特 征 同時(shí)模型表面也存在自由曲面 因此在確定零件的模具分型線前 首先要 對產(chǎn)品模型中的側(cè)凹特征進(jìn)行識別并對產(chǎn)品模型進(jìn)行簡化 因?yàn)榇_定的脫模方 向?yàn)閆 軸方向 所以在產(chǎn)品模型中 實(shí)際的側(cè)凹特征為產(chǎn)品側(cè)壁的通風(fēng)孔 產(chǎn) 品中另外的特征 由于其特征方向都與脫模方向一致 并不構(gòu)成真正的側(cè)凹特 征 圖4b 所示為經(jīng)過簡化后的產(chǎn)品模型 產(chǎn)品模型簡化后 即可應(yīng)用有限元方 法對簡化產(chǎn)品模型的表面進(jìn)行離散 本例中采用的網(wǎng)格為四邊形網(wǎng)格 網(wǎng)格單 位為8 離散后的產(chǎn)品模型如圖4c 所示 對所有的網(wǎng)格面確定其可視性 并由 此來判斷模型表面的可視性 由于在該產(chǎn)品模型中并不存在復(fù)合產(chǎn)品表面 可 以直接將所有的產(chǎn)品表面歸入可視面組 不可視面組和過渡面組中 在將所有 的過渡面通過調(diào)整規(guī)則調(diào)整到可視面組和不可視面組之后 即可確定模具的分 型線 圖4d 所示為最終經(jīng)系統(tǒng)自動確定的該測試產(chǎn)品的模具分型線 6 結(jié)束語 本文提出了一種將特征識別技術(shù)和有限元方法相結(jié)合的模具分型線確定方 法 可以有效地確定多自由曲面產(chǎn)品的模型分型線的問題 從而縮短模具設(shè)計(jì) 的周期 提高模具設(shè)計(jì)的效率 通過對數(shù)十個(gè)多自由曲面產(chǎn)品的測試表明 系 統(tǒng)自動確定的模具分型線與設(shè)計(jì)師依據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷確定的模具分型線的情況完全 吻合 目前 該方法已經(jīng)應(yīng)用于筆者所開 發(fā)的注塑模具型腔設(shè)計(jì)制造系統(tǒng)中 運(yùn)行情況良好 參考文獻(xiàn) 1 Ravi B Srinivasan M N Decision criteria for computer aided parting Surface Generation Proceedings Manufacturing International Conference Atlanta ASME 125 129 1990 2 Ravi B Srinivasan M N Computer aided parting surface design Journal of Manufacturing System 16 1 12 1997 3 Tan S T Yuen M F Sze W S et al Parting lines and parting surfaces of injection moulded parts Proc Instn Mech Engrs Part B Journal of Engineering Manufacture 204 B4 211 222 1990 4 Ganter M A Tuss L L Computer assisted parting line development for cast pattern production Transactions of the American Foundrymen s Society 759 800 1990 5 Weinstein M Mannoocheri S Optium parting line design of molded and cast parts for manufacturability Journal of Manufacturing System 16 1 12 1997 6 Wong T Tan S T Sze W S Parting line formation by slicing a 3D CAD model Engineering with Computers 14 330 343 1998 7 Nee A Y C Fu M W Fuh J Y H et al Automatic Determination of 3 D Parting Lines and Surfaces in Plastic Injection Mould Design Annals of the CIRP 47 1 95 98 1998 8 Zhou Zhenyong Gao Shuming Gu Zhengchao et al Automatic Determination of parting line in Injection Mold Design Journal of Computer Aided Design and Computer Graphics 12 7 512 516 2000 In Chinese 9 Fu M W Nee A Y C Fuh J Y H The application of surface visibility and moldability to parting line generation Computer Aided Design 34 6 469 480 2002 10 Ye X G Fuh J Y H Lee K S A hybrid method for recognition of undercut features from moulded parts Computer Aided Design 33 14 1023 1034 2001 圖1 三種類型表面 圖2 單一表面及復(fù)雜表面 a 凸 b 凹 c 穿透 圖3 3種類型的削弱特征和重復(fù)選擇 圖4 轉(zhuǎn)化的過程 圖5 復(fù)雜表面的拆分 圖6 UG軟件的界面 圖7 一個(gè)塑造部分的分型線確定 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 中期報(bào)告 汽車穩(wěn)定桿卡子沖壓模具設(shè)計(jì) 院 系 機(jī)電信息系 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化 班 級 姓 名 學(xué) 號 導(dǎo) 師 2013 年 03 月 22 日 1 設(shè)計(jì) 論文 進(jìn)展?fàn)顩r 本階段的主要任務(wù)是完成外文文獻(xiàn)的翻譯 對塑件進(jìn)行更深層次的分析和理 解 包括塑件的幾何特性與物理特性 以及沖壓材料的性能等 通過以上分析 基本上完成了沖壓模具的二維的裝配圖 同時(shí)深刻體會到 Pro e cad 軟件功能的強(qiáng) 大 大概了解了沖壓材料在選用過程中所依據(jù)的原則 大概了解了制作沖壓模具 工藝過程與流程圖 圖 1 三維零件圖 圖 2 二維裝配圖 2 存在問題及解決措施 隨著設(shè)計(jì)的不斷進(jìn)行 出現(xiàn)的問題也慢慢浮現(xiàn) 主要有 對零件結(jié)構(gòu)的理解還不是很到位 然后 在設(shè)計(jì)裝配過程中對彎曲部分的認(rèn)識不是很清楚 通過與同學(xué)的探討及老師的指點(diǎn) 使我對自己的畢業(yè)設(shè)計(jì)有了更深一步的認(rèn) 識 我深深明白了設(shè)計(jì)與實(shí)際要緊密結(jié)合 要多動腦 勤思考 平時(shí)要多練習(xí)軟 件 3 后期工作安排 后期的任務(wù)主要有 10 11 周 完成全部技術(shù)設(shè)計(jì) 12 14 周 撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 15 周 答辯前準(zhǔn)備 后期的主要工作重點(diǎn)還是放在工程圖的繪制 并且需要完善已經(jīng)完成的裝配 圖以及加強(qiáng)后期零件圖的繪制 最后在同時(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)論文的完成以及最后整個(gè)油 路熱溫升校核 完成全部技術(shù)設(shè)計(jì) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 題目 汽車穩(wěn)定桿卡子沖壓模具設(shè)計(jì) 系 別 機(jī)電信息系 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化 班 級 學(xué) 生 學(xué) 號 指導(dǎo)教師 2013 年 05 月 I 汽車穩(wěn)定桿卡子沖壓模具設(shè)計(jì) 摘 要 本文介紹的模具實(shí)例結(jié)構(gòu)簡單實(shí)用 使用方便可靠 首先根據(jù)工件圖算工 件的展開尺寸 在根據(jù)展開尺寸算該零件的壓力中心 材料利用率 畫排樣圖 根據(jù)零件的幾何形狀要求和尺寸的分析 采用復(fù)合模沖壓 這樣有利于提高生 產(chǎn)效率 模具設(shè)計(jì)和制造也相對于簡單 當(dāng)所有的參數(shù)計(jì)算完后 對磨具的裝 配方案 對主要零件的設(shè)計(jì)和裝配要求技術(shù)要求都進(jìn)行了分析 在設(shè)計(jì)過程中除了設(shè)計(jì)說明書外 還包括模具的裝配圖 非標(biāo)準(zhǔn)零件的零 件圖 工件的加工工藝卡片 工藝規(guī)程卡片 非標(biāo)準(zhǔn)零件的加工工藝過程卡片 關(guān)鍵詞 復(fù)合模 沖壓 設(shè)計(jì) II Design of automobile stable bar clip stamping die Abstract This article introduced mold example structure simple and practical convenient and reliable use according to the dimension of workpiece is the workpiece in the center of pressure parts according to the size material utilization ratio drawing layout According to the analysis of the geometric shape and size requirements the use of compound die stamping which helps to improve the efficiency of production mold design and manufacturing are also relative to the simple When all of the parameter calculation is finished assembly scheme to the tool the main parts of the design and assembly requirements of the technical requirements are analyzed In the design process in addition to the design specifications but also including the mold assembly drawing non standard parts drawings the workpiece card processing technology process cards process cards non standard parts Keywords compound die punching design III 目 錄 1 緒 論 1 2 沖裁工件件的工藝分析 2 3 確定工藝方案及模具的結(jié)構(gòu)形式 3 4 模具總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4 4 1 模具類型的選擇 4 4 2 定位方式的選擇 4 4 3 卸料方式的選擇 4 4 4 導(dǎo)向方式的選擇 4 5 模具設(shè)計(jì)工藝計(jì)算 5 5 1 計(jì)算毛坯尺寸 5 5 2 排樣 計(jì)算條料寬度及步距的確定 5 5 2 1 搭邊值的確定 5 5 2 2 條料寬度的確定 7 5 2 3 送料步距的確定 7 5 2 4 排樣 8 5 2 5 材料利用率的計(jì)算 8 6 沖裁力的計(jì)算 11 6 1 計(jì)算沖裁力的公式 11 6 2 總沖裁力 卸料力 推料力 頂件力 彎曲力和總沖壓力 11 6 2 1 總沖裁力 12 6 2 2 卸料力 FQ 的計(jì)算 13 6 2 3 推件力 FQ1 的計(jì)算 13 6 2 4 頂件力 FQ2 的計(jì)算 13 6 2 5 總的沖壓力的計(jì)算 13 7 模具壓力中心與計(jì)算 14 8 沖裁模間隙的確定 15 9 沖裁凸模 凹模刃口尺寸的計(jì)算 17 9 1 凸 凹模刃口尺寸計(jì)算的基本原則 17 9 2 凸 凹模刃口尺寸的計(jì)算 18 9 3 計(jì)算凸 凹模刃口的尺寸的計(jì)算公式 19 9 4 沖裁刃口高度 21 IV 9 5 彎曲部分刃口尺寸的計(jì)算 21 9 5 1 最小相對彎曲半徑 rmin t 21 9 5 2 彎曲部分工作尺寸的計(jì)算 22 10 主要零部件的設(shè)計(jì) 26 10 1 工作零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 26 10 1 1 凸凹模的設(shè)計(jì) 26 10 1 2 外形凸模的設(shè)計(jì) 26 10 1 3 內(nèi)孔凸模設(shè)計(jì) 27 10 1 4 彎曲凸模的設(shè)計(jì) 27 10 2 卸料部分的設(shè)計(jì) 27 10 2 1 卸料板的設(shè)計(jì) 27 10 2 2 卸料彈簧的設(shè)計(jì) 28 10 3 定位零件的設(shè)計(jì) 29 10 4 模架及其它零件的設(shè)計(jì) 30 10 4 1 上下模座 30 10 4 2 模柄 30 10 4 3 模具的閉合高度 31 11 模具總裝圖 32 12 壓力機(jī)的選擇 33 總 結(jié) 34 致謝 35 參考文獻(xiàn) 36 附錄 1 37 附錄 2 38 附錄 3 39 附錄 4 40 附錄 5 41 1 緒論 1 1 緒論 改革開放以來 隨著國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展 工業(yè)產(chǎn)品的品種和數(shù)量的不斷 增加 更新?lián)Q代的不斷加快 在現(xiàn)代制造業(yè)中 企業(yè)的生產(chǎn)一方面朝著多品種 小批量和多樣式的方向發(fā)展 加快換型 采用柔性化加工 以適應(yīng)不同用戶的 需要 另一方面朝著大批量 高效率生產(chǎn)的方向發(fā)展 以提高勞動生產(chǎn)率和生 產(chǎn)規(guī)模來創(chuàng)造更多效益 生產(chǎn)上采取專用設(shè)備生產(chǎn)的方式 模具 做為高效率 的生產(chǎn)工具的一種 是工業(yè)生產(chǎn)中使用極為廣泛與重要的工藝裝備 采用模具 生產(chǎn)制品和零件 具有生產(chǎn)效率高 可實(shí)現(xiàn)高速大批量的生產(chǎn) 節(jié)約原材料 實(shí)現(xiàn)無切屑加工 產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定 具有良好的互換性 操作簡單 對操作人員 沒有很高的技術(shù)要求 利用模具批量生產(chǎn)的零件加工費(fèi)用低 所加工出的零件 與制件可以一次成形 不需進(jìn)行再加工 能制造出其它加工工藝方法難以加工 形狀比較復(fù)雜的零件制品 容易實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的自動化的特點(diǎn) 2 沖裁工件間的工藝分析 2 2 沖裁工件間的工藝分析 如圖 2 1 所示零件圖 生產(chǎn)批量 大批量 材料 Q235 厚度 2mm 圖 2 1 零件圖 該材料 經(jīng)退火及時(shí)效處理 具有較高的強(qiáng)度 硬度 適合做中等強(qiáng)度的 零件 尺寸精度 零件圖上的尺寸均未標(biāo)注公差 屬自由尺寸 可安 IT14 級確定 工件的公差 經(jīng)查公差表 各尺寸公差為 100 0 0 52 350 0 30 062 37 兩個(gè)孔的位置公差為 52 37 工件結(jié)構(gòu)形狀 工件簡單 對稱有利于材料的合理利用 制件需要進(jìn)行落 料 沖孔兩道基本工序 尺寸較小 結(jié)論 該制件可以進(jìn)行沖裁 制件為大批量生產(chǎn) 應(yīng)重視模具材料和結(jié)構(gòu)的選擇 保證磨具的復(fù)雜程度 和模具的壽命 3 確定工藝方案及模具的結(jié)構(gòu)形式 3 3 確定工藝方案及模具的結(jié)構(gòu)形式 根據(jù)制件的工藝分析 其基本工序有落料 沖孔 兩道基本工序 按其先 后順序組合 可得如下幾種方案 1 落料 沖孔 單工序模沖壓 2 沖孔 落料 單工序模沖壓 3 落料 沖孔 復(fù)合模沖壓 方案 1 2 屬于單工序模沖裁工序沖裁模指在壓力機(jī)一次行程內(nèi) 完成一個(gè)沖壓工序的沖裁模 由于此制件生產(chǎn)批量大 尺寸又較小這兩種方案 生產(chǎn)效率較低 操作也不安全 勞動強(qiáng)度大 故不宜采用 方案 3 屬于復(fù)合沖裁模 復(fù)合沖裁模是指在一次工作行程中 在模具同 一部位同時(shí)完成數(shù)道沖壓工序的模具 采用復(fù)合模沖裁 其模具結(jié)構(gòu)沒有單工 序模復(fù)雜減少了模具的個(gè)數(shù) 也避免了不同模具間產(chǎn)生的誤差 生產(chǎn)效率也很 高 又降低的工人的勞動強(qiáng)度 所以此方案最為合適 根據(jù)分析采用方案 3 復(fù)合沖裁 4 模具總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4 4 模具總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4 1 模具類型的選擇 由沖壓工藝分析可知 采用復(fù)合沖壓 所以模具類型為復(fù)合模 4 2 定位方式的選擇 因?yàn)樵撃＞卟捎玫氖菞l料 控制條料的送進(jìn)方向采用導(dǎo)料銷 有側(cè)壓裝置 控制條料的送進(jìn)步距采用導(dǎo)正銷定距 4 3 卸料方式的選擇 因?yàn)楣ぜ虾駷?2mm 相對較薄 卸料力不大 故可采用彈性料裝置卸料 4 4 導(dǎo)向方式的選擇 為了提高模具壽命和工件質(zhì)量 方便安裝調(diào)整 該復(fù)合模采用對角導(dǎo)柱的 導(dǎo)向方式 5 模具設(shè)計(jì)工藝計(jì)算 5 5 模具設(shè)計(jì)工藝計(jì)算 圖 5 2 尺寸展開圖 5 1 計(jì)算毛坯尺寸 根據(jù)圖示得 工件的展開尺寸為 627 37 100 mm 如圖 4 2 所示 比例 1 10 5 2 排樣 計(jì)算條料寬度及步距的確定 5 2 1 搭邊值的確定 排樣時(shí)零件之間以及零件與條料側(cè)邊之間留下的工藝余料 稱為搭邊 搭邊的作用 補(bǔ)償剪裁誤差 送料步距誤差以及補(bǔ)償因條料與導(dǎo)料之間的間隙所造成的 送料歪斜誤差 使凸凹模刃口雙邊受力 保持條料有一定的剛度 以保證零件質(zhì)量和送料 方便 搭邊的數(shù)值 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 6 a 搭邊值應(yīng)合理選擇 搭邊過大 浪費(fèi)材料 搭邊過小 沖裁時(shí)容易翹曲 或被拉斷 不僅會增大沖件毛刺 有時(shí)還有拉入凸 凹模間隙中損壞模具刃口 降低模具壽命 或影響送料工作 b 搭邊的合理數(shù)值就是在保證沖裁件質(zhì)量 保證模具較長壽命 保證自動 送料到位條件下允許的最小值 c 搭邊的合理數(shù)值主要取決于材料厚度 材料種類 沖裁件的大小以及沖 裁件的輪廓形狀等 搭邊值通常由經(jīng)驗(yàn)確定 如表 5 2 所列搭邊值為普通沖裁時(shí)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)之一 表 5 2 搭邊 和 數(shù)值 9 低碳鋼 a1 圓件及 r 2t 的工件 矩形工件邊長 L 50mm 矩形工件邊長 L 50mm 或 r 2t 的工件 材料厚度 工件間 a側(cè)面 1工件間 側(cè)面 1a工件間 a側(cè)面 1 0 25 0 25 0 5 0 5 0 8 0 8 1 2 1 2 1 6 1 6 2 0 2 0 2 5 2 5 3 0 3 0 3 5 3 5 4 0 4 0 5 0 5 0 12 1 8 1 2 1 0 0 8 1 0 1 2 1 5 1 8 2 2 2 5 3 0 0 6t 2 0 1 5 1 2 1 0 1 2 1 5 1 8 2 2 2 5 2 8 3 5 0 7t 2 2 1 8 1 5 1 2 1 5 1 8 2 0 2 2 2 5 2 5 3 5 0 7t 2 5 2 0 1 8 1 5 1 8 2 0 2 2 2 5 2 8 3 2 4 0 0 8t 2 8 2 2 1 8 1 5 1 8 2 0 2 2 2 5 2 8 3 2 4 0 0 8t 3 0 2 5 2 0 1 8 2 0 2 2 2 5 2 8 3 2 3 5 4 5 0 9t 搭邊值是廢料 所以應(yīng)盡量取小 但過小的搭邊值容易擠進(jìn)凹模 增加刃 口磨損 表 5 2 給出了低碳鋼的搭邊值 對于其他材料的應(yīng)將表中的數(shù)值乘以下列數(shù)進(jìn)行適當(dāng)修正 中碳鋼 W C0 3 0 45 0 9 高碳鋼 W C0 5 0 65 0 8 硬黃銅 1 1 1 硬鋁 1 1 2 軟黃銅 純銅 1 2 鋁 1 3 1 4 非金屬 皮革 纖維 紙等 1 5 2 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 7 該制件是矩形工件且邊長 L 50 根據(jù)尺寸從表 5 2 中查出 兩制件之間的 搭邊值 a 2 2 mm 側(cè)搭邊值 2 5 mm 1a 由于該制件的材料是 Q235 屬于低碳鋼 所以兩制件之間的搭邊值為 取 a 2 2mm 側(cè)搭邊值 取 2 5mm1 5 2 2 條料寬度的確定 計(jì)算條料寬度有三種情況需要考慮 a 有側(cè)壓裝置時(shí)條料的寬度 b 無側(cè)壓裝置時(shí)條料的寬度 c 有定距側(cè)刃時(shí)條料的寬度 有定距側(cè)刃時(shí)條料的寬度 有側(cè)壓裝置的模具 能使條料始終沿著導(dǎo)料板送進(jìn) 條料寬度公式 B D 2 公式 1a0 5 1 其中條料寬度偏差上偏差為 0 下偏差為 見表 5 3 條料寬度偏 差 D 沖裁件與送料方向垂直的最大尺寸 側(cè)搭邊值 1a 板料剪裁時(shí)的下偏差 見表 5 3 查表 5 3 條料寬度偏差為 0 3 根據(jù)公式 4 1 B D 2 1a 0 100 2 2 5 0 1 0 0 1 105 10 0 1 表 5 3 條料寬度公差 mm 材料厚度 t mm條料寬度 B mm 0 5 0 5 1 1 2 20 0 05 0 08 0 10 20 30 0 08 0 10 0 15 30 50 0 10 0 15 0 20 50 90 0 12 0 20 0 25 90 0 15 024 0 30 5 2 3 送料步距的確定 送料步距公式 A D a 公式 5 2 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 8 D 平行于送料方向的沖裁件寬度 a 沖裁件之間的搭邊值 mm 查表 5 2 得 a 2 2mm 根據(jù)公式 5 2 A D a 627 33 2 2 629 53 mm 5 2 4 排樣 根據(jù)材料經(jīng)濟(jì)利用程度 排樣方法可以分為有廢料 少廢料和無廢料排樣 三種 根據(jù)制件在條料上的布置形式 排樣有可以分為直排 斜排 對排 混 合排 多排等多重形式 采用少 無廢料排樣法 材料利用率高 不但有利于一次沖程獲得多個(gè)制 件 而且可以簡化模具結(jié)構(gòu) 降低沖裁力 但是 因條料本身的公差以及條料 導(dǎo)向與定位所產(chǎn)生的誤差的影響 所以模具沖裁件的公差等級較低 同時(shí) 因 模具單面受力 單邊切斷時(shí) 不但會加劇模具的磨損 降低模具的壽命 而且 也直接影響到?jīng)_裁件的斷面質(zhì)量 由于設(shè)計(jì)的零件是矩形零件 且孔與形狀尺寸的要求都不高 所以采用少 廢料直排法 5 2 5 材料利用率的計(jì)算 1 一個(gè)步距內(nèi)的材料利用率為 5 3 式 一個(gè)步距內(nèi)零件的實(shí)際面積1S 一個(gè)步距內(nèi)所需毛坯面積0S A 送料步距 B 條料寬度 沖裁零件的面積為 長 寬 627 33 100 62733 mm2 1S 毛坯規(guī)格為 1000 10000 mm 送料步距為 A D a 21 5 送料寬度 B D 2 100 2 2 5 0 1 0 0 1 105 10 0 11a 0 1001 ABS 8 94 53627 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 9 以上代入 5 3 式 2 為了計(jì)算出更準(zhǔn)確還應(yīng)該考慮料頭與料尾以致裁板時(shí)邊料消耗情況 此 時(shí)可用條料 或者整個(gè)板料 總利用率 來表示 即 5 4 式 0 1 縱裁時(shí)的條料數(shù)為 n1 1000 B 10000 629 53 16 12 可沖 16 條 每條料件數(shù)為 n2 1000 a h 1000 2 2 105 1 9 23 可沖 9 件 板料可沖總件數(shù) n 為 n n1 16 9 151 件 2n 2 縱裁時(shí)的條料數(shù)為 n1 1000 B 1000 629 33 1 可沖 1 條 每條件數(shù)為 n2 10000 a h 10000 2 2 105 1 95 4 可沖 95 件 板料可沖總件數(shù)為 n 95 件 21n 板料的利用率為 1020 LBnS 7 9410 0635 20 LBS 59 10 106273 0 LBnS 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 10 5 4 中 n 條料 或整個(gè)板料 上實(shí)際沖裁的零件數(shù) L 條料 或板料的 長度 B 條料 或板料的 寬度 一個(gè)零件的實(shí)際面積2S 橫裁和縱裁的材料利用率一樣 該零件采用裁法 6 沖裁力的計(jì)算 11 6 沖裁力的計(jì)算 6 1 計(jì)算沖裁力的公式 計(jì)算沖裁力是為了選擇合適的壓力機(jī)的主要依據(jù) 也是模具強(qiáng)度 剛度設(shè) 計(jì)校核時(shí)所必需的數(shù)據(jù) 設(shè)計(jì)模具和檢驗(yàn)?zāi)＞叩膹?qiáng)度 壓力機(jī)的噸位必須大于 所計(jì)算的沖裁力 以適宜沖裁的要求 1 公式計(jì)算法 普通平刃口凸 凹沖裁模 其沖裁力 F 一般可以按下式計(jì)算 F KtL 公式 5 5 式中 F 沖裁力 N 材料抗剪強(qiáng)度 見附表 MPa L 沖裁輪廓周邊總長 mm t 材料厚度 mm 系數(shù) K 是考慮到?jīng)_裁模刃口的磨損 凸模與凹模間隙之波動 數(shù)值的變化 或分布不均 潤滑情況 材料力學(xué)性能與厚度公差的變化等因數(shù)而設(shè)置的安全 系數(shù) Kp 一般取 1 3 一般情況下 材料的抗拉強(qiáng)度 所以 也可通過抗拉強(qiáng)度來計(jì)算 3 1 沖裁力 bLtF 2 圖標(biāo)計(jì)算法 因?yàn)闆_裁力的 F 的大小取決于沖裁內(nèi)外周邊的總長度 材料的厚度和長度和材 料的抗拉強(qiáng)度 可以按照下列進(jìn)行計(jì)算 公式 5 6 bLtfF 1 式中 L 沖裁件承受剪切的周邊長度 mm t 沖裁件的厚度 mm 材料的抗拉強(qiáng)度 MPa b 系數(shù) 取決于材料的屈服比 一般 為 0 6 0 9 1f 1f 6 2 總沖裁力 卸料力 推料力 頂件力 彎曲力和總沖壓力 由于沖裁模具采用彈壓卸料裝置和自然落料方式 總的沖裁力包括 F 總沖壓力 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 12 Fp 總沖裁力 FQ 卸料力 FQ1 推料力 FQ2 頂件力 根據(jù)金屬沖壓材料的力學(xué)性能設(shè)計(jì)手冊查出 Q235 的抗剪強(qiáng)度為 304 373 MPa 取 343 MPa 6 2 1 總沖裁力 Fp F1 F2 公式 5 7 F1 落料時(shí)的沖裁力 F2 沖孔時(shí)的沖裁力 落料時(shí)的周邊長度為 L1 2 105 1 627 33 1424 84 mm 根據(jù)公式 5 5 落料沖裁力 F1 KtL 1 3 2 1424 84 343 1270672 3 N 沖孔時(shí)的周邊長度為 L2 2 d 2 3 14 35 219 8 mm 沖孔沖裁力 F2 KtL 1 3 2 219 8 343 196017 6 N 總沖裁力 Fp F1 F2 196017 6 1270672 3 1466690 N 表 6 5 卸料力 推件力和頂件力系數(shù) 料厚 t mm 卸kK 推 K頂 鋼 0 1 0 1 0 5 0 5 0 25 2 5 6 5 6 5 0 065 0 075 0 045 0 055 0 04 0 05 0 03 0 04 0 02 0 03 0 1 0 063 0 055 0 045 0 025 0 14 0 08 0 06 0 05 0 03 鋁 鋁合金 純銅 黃銅 0 025 0 08 0 02 0 06 0 03 0 07 0 03 0 09 對于表中的數(shù)據(jù) 強(qiáng)度高的材料取小值 反之取大值 6 2 2 卸料力 FQ 的計(jì)算 FQ K 卸 Fp 公式 5 8 K 卸料力系數(shù) 卸 查表 6 5 得 0 04 0 05 取 0 05卸k卸k 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 13 根據(jù)公式 5 8 FQ K 卸 Fp 0 05 1466690 73334 5 N 6 2 3 推件力 FQ1 的計(jì)算 FQ1 KtFp 公式 5 9 K 推料力系數(shù) 推 查表 6 5 得 K 0 055推 根據(jù)公式 5 9 FQ1 K Fp推 0 055 1466690 80667 N 6 2 4 頂件力 FQ2 的計(jì)算 FQ2 K Fp 公式 6 1 頂 K 頂件力系數(shù) 頂 查表 6 5 得 K 頂 0 06 根據(jù)公式 6 1 FQ2 KdFp 0 06 1466690 64001 N 6 2 5 總的沖壓力的計(jì)算 根據(jù)模具結(jié)構(gòu)總的沖壓力 F Fp FQ FQ1 FQ2 F Fp FQ FQ1 FQ2 1466690 73334 5 80667 64001 1684692 N 1684 69 KN 根據(jù)總的沖壓力及沖壓設(shè)備的參數(shù) 初選壓力機(jī)為 雙柱可傾壓力機(jī) J23 25 7 模具壓力中心與計(jì)算 14 7 模具壓力中心與計(jì)算 因沖裁件尺寸較小 沖裁力不大 且選用了雙柱導(dǎo)柱式模架 估計(jì)壓力 中心是在模架的中心 不會超出模柄端面之外 因此不必詳細(xì)的計(jì)算壓力中心 的位置 8 沖裁模間隙的確定 15 8 沖裁模間隙的確定 設(shè)計(jì)模具時(shí)一定要選擇合理的間隙 以保證沖裁件的斷面質(zhì)量 尺寸精度 滿足產(chǎn)品的要求 所需沖裁力小 模具壽命高 但分別從質(zhì)量 沖裁力 模具 壽命等方面的要求確定的合理間隙并不是同一個(gè)數(shù)值 只是彼此接近 考慮到 制造中的偏差及使用中的磨損 生產(chǎn)中通常只選擇一個(gè)適當(dāng)?shù)姆秶鳛楹侠黹g 隙 只要間隙在這個(gè)范圍內(nèi) 就可以沖出良好的制件 這個(gè)范圍的最小值稱為 最小合理間隙 Zmin 最大值稱為最大合理間隙 Zmax 考慮到模具在使用過 程中的磨損使間隙增大 故設(shè)計(jì)與制造新模具時(shí)要采用最小合理間隙值 Zmin 沖裁間隙的大小對沖裁件的斷面質(zhì)量有極其重要的影響 此外 沖裁間隙 還影響模具壽命 卸料力 推件力 沖裁力和沖裁件的尺寸精度 沖裁過程中 凸模與被沖的孔之間 凹模與落料件之間均有摩擦 間隙越小 模具作用的壓 應(yīng)力越大 摩擦也越嚴(yán)重 而降低了模具的壽命 較大的間隙可使凸模側(cè)面及 材料間的摩擦減小 并延緩間隙由于受到制造和裝配精度的限制 雖然提高了 模具壽命而 但出現(xiàn)間隙不均勻 因此 沖裁間隙是沖裁工藝與模具設(shè)計(jì)中的 一個(gè)非常重要的工藝參數(shù) 確定合理間隙值有以下幾種方法 1 理論確定法 理論確定法確定合理的間隙值是根據(jù)凸 凹模產(chǎn)生的裂紋相互重合的原則進(jìn)行 計(jì)算的 tan 20hZ 式中 t 板料厚度 產(chǎn)生裂紋時(shí)凸模壓入板料的深度 mm 0 t 產(chǎn)生裂紋時(shí)凸模壓入板料的相對深度 即光亮帶的相對寬度 mm 最大切應(yīng)力方向與垂線間的夾角 2 查表確定法 在實(shí)際生產(chǎn)中 合理間隙的數(shù)值是實(shí)驗(yàn)方法所制定的表格來確定 如下表 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 16 表 8 1 沖裁模初始雙面間隙 Z mm 08 10 35 09Mn Q235 16Mn 40 50 65Mn材料 厚度 Zmin Zmax Zmin Zmax Zmin Zmax Zmin Zmax 小于 0 5 極小間隙 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 1 0 1 2 1 5 1 75 2 0 2 1 2 5 2 75 3 0 3 5 4 0 4 5 5 5 6 0 6 5 8 0 0 040 0 048 0 064 0 072 0 092 0 100 0 126 0 132 0 220 0 246 0 260 0 260 0 4000 460 0 540 0 610 0 720 0 940 1 080 0 060 0 072 0 092 0 104 0 126 0 140 0 180 0 240 0 320 0 360 0 380 0 500 0 560 0 640 0 740 0 880 1 000 1 280 1 440 0 040 0 048 0 064 0 072 0 090 0 100 0 132 0 170 0 220 0 260 0 280 0 380 0 420 0 480 0 580 0 680 0 680 0 780 0 840 0 940 1 200 0 060 0 072 0 092 0 104 0 126 0 140 0 180 0 240 0 320 0 380 0 400 0 540 0 600 0 660 0 780 0 920 0 960 1 100 1 200 1 300 1 680 0 040 0 048 0 064 0 072 0 090 0 100 0 132 0 170 0 220 0 260 0 280 0 380 0 420 0 480 0 580 0 680 0 780 0 980 1 140 0 060 0 072 0 092 0 104 0 126 0 140 0 180 0 240 0 320 0 380 0 400 0 540 0 600 0 660 0 780 0 920 1 040 1 320 1 500 0 040 0 048 0 064 0 064 0 090 0 090 0 060 0 072 0 092 0 092 0 126 0 126 3 經(jīng)驗(yàn)確定法 根據(jù)多年研究與使用決定間隙數(shù)值可按要求分類 其值可用下列公式計(jì)算 軟材料 如銅 鋁等 t 1mm Z 6 8 t t 1 3 Z 10 16 t 硬材料 如鋼等 t0 015 0 025 0 005 0 007 約為 0 003 2 0 025 0 05 0 007 0 015 約為 0 006 3 0 05 0 10 0 015 0 025 約為 0 01 4 0 10 0 15 0 025 0 035 約為 0 02 10 1 4 彎曲凸模的設(shè)計(jì) 彎曲凸模選用直通式 采用線切割加工方法 彎曲凸模與凸模固定板采用 H7 r6 配合 長度與外形凸模的長度相等 等于 45mm 凸模材料應(yīng)選 T10A 熱處理 56 60HRC 沖孔凸模與彎曲凸模之間有一定的間隙 為了保證間隙合 理 彎曲凸模的寬度取 16 mm 10 2 卸料部分的設(shè)計(jì) 10 2 1 卸料板的設(shè)計(jì) 本模具的卸料板不僅有卸料作用 還具有用外形凸模導(dǎo)向 對內(nèi)孔凸模起 保護(hù)作用 卸料板的邊界尺寸與凹模的邊界尺寸相同 卸料板的厚度按表 10 5 選擇 卸料板厚度為 6mm 卸料板與 2 個(gè)凸模的間隙以在凸模設(shè)計(jì)中確定了 為 0 035 卸料板采用 45 鋼制造 熱處理淬火硬度 40 45HRC 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 30 表 10 5 固定卸料板厚度 卸料板寬度 沖件厚度 t 200 0 8 6 6 8 10 12 0 8 1 5 6 8 10 12 14 1 5 3 8 10 12 14 16 10 2 2 卸料彈簧的設(shè)計(jì) 在沖裁模卸料與出件裝置中 常用的元件是彈簧和橡膠 考慮本模具的結(jié) 構(gòu) 該模具采用的彈性元件為彈簧 1 彈簧的選擇與計(jì)算 在卸料裝置中 常用的彈簧是圓柱螺旋壓縮彈 簧 這種彈簧已標(biāo)準(zhǔn)化 GB2089 1980 設(shè)計(jì)時(shí)根基所要求的壓縮量和生產(chǎn) 的壓力按標(biāo)準(zhǔn)選用即可 1 卸料彈簧的選擇原則 a 為保證卸料正常工作 在非狀態(tài)下 彈簧應(yīng)該預(yù)壓 其與壓力應(yīng)大于 等于單個(gè)彈簧承受的卸料力 即 Fy Fx n 公式 10 1 式中 Fy 彈簧的預(yù)壓力 N Fx 卸料力 N N 彈簧根數(shù) b 彈簧的極限壓縮量應(yīng)大于或等于彈簧工作時(shí)的總壓縮量 即 Hj H Hy Hx Hm 公式 10 2 式中 Hj 彈簧的極限壓縮量 mm H 彈簧工作時(shí)的總壓縮量 mm Hy 彈簧在余壓力作用下的預(yù)壓量 mm Hx 卸料板的工作行程 mm Hm 凸模與凸凹模的刃磨量 mm 通常取 Hm 4 10mm C 選用的彈簧能夠合理的布置在模具的相應(yīng)空間 2 卸料彈簧的選用與計(jì)算步驟 a 根據(jù)卸料力和模具安裝彈簧的空間大小 初定彈簧根數(shù) n 計(jì)算每個(gè) 彈簧應(yīng)產(chǎn)生的預(yù)壓力 Fy b 根據(jù)根據(jù)預(yù)壓力和模具結(jié)構(gòu)預(yù)選彈簧的規(guī)格 選擇時(shí)應(yīng)使彈簧的極限 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 31 工作壓力大于預(yù)壓力 初選時(shí)一般可取 Fj 1 5 2 Fy C 計(jì)算預(yù)選彈簧在預(yù)壓力下的預(yù)壓量 Hy Hy FyHj Fj 公式 10 3 d 校核彈簧的極限壓縮量是否大于工作時(shí)的實(shí)際總壓縮量 即 Hj H Hy Hx Hm 如不滿足 則需重選彈簧規(guī)格 直至滿足為止 e 列出所選彈簧的主要參數(shù) d 鋼絲直徑 D 2 彈簧中徑 t 節(jié)距 h 0 自由高度 n 圈數(shù) Fj 彈簧的極限壓力 Hj 彈簧的極限工作量 由于固定夾的料厚為 1 2mm 計(jì)算除的卸料力為 4550N 1 假設(shè)考慮模具結(jié)構(gòu) 初定彈簧的根數(shù) n 4 則每個(gè)彈簧的預(yù)壓力為 根據(jù)公式 10 1 Fy Fx n 4550 4 1137 N 2 初選彈簧規(guī)格 按 2Fy 估算彈簧的極限工作壓力 Fj Fj 2Fy 2 1137 2274 N 查標(biāo)準(zhǔn) GB2089 1980 初選彈簧規(guī)格為 d D2 h0 4 35 100 Fj 1400 Hj 30 9 mm 3 計(jì)算所選彈簧的的預(yù)壓量 Hy 根據(jù)公式 10 3 Hy FyHj Fj 1137 30 1400 24 3 mm 4 校核所選彈簧是否合適 卸料板的工作行程 Hx 0 6 1 1 6 mm 取 凹模刃磨量為 4 mm 則彈簧工作時(shí)的總壓縮量為 H Hy Hx Hm 24 3 1 6 4 29 9 mm 應(yīng)為 H Hj 30 9mm 故所選彈簧合格 5 所選彈簧的主要參數(shù)為 d 4mm D 2 35mm t 12 5mm n 12 圈 h0 100mm Fj 1400 Hj 30 9 mm 彈簧的標(biāo)記為 彈簧 4 35 100 GB2089 1980 10 3 定位零件的設(shè)計(jì) 定位零件采用活動當(dāng)料銷定位 采用活動當(dāng)料銷制造簡單 使用方便 活動擋料銷固定在卸料板上 擋料 銷的位置應(yīng)保證導(dǎo)正銷在導(dǎo)正條料過程中條料活動的可能 活動擋料銷的位置 可以由公式確定 e c D 2 d 2 0 1 公式 10 1 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 32 式中 c 送料步距 D 在送料方向上工件的尺寸 d 擋料銷頭部直徑 0 1 導(dǎo)正銷往前推的活動余量 根據(jù)公式 10 1 e 33 2 32 2 10 2 0 1 12 1mm 即活動擋料銷的位置在距導(dǎo)正銷 12 1mm 處 采用 45 鋼制造 熱處理硬度 43 48HRC 10 4 模架及其它零件的設(shè)計(jì) 10 4 1 上下模座 模座分帶導(dǎo)柱和不帶導(dǎo)柱兩種 根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模和生產(chǎn)要求確定是否帶導(dǎo)柱 的模座 本模具采用對角導(dǎo)柱 導(dǎo)套來保證模具上 下模的精確導(dǎo)向 滑動導(dǎo)柱 導(dǎo)套都是圓柱形的 其加工方便 可采用車床加工 裝配容易 導(dǎo)柱的長度應(yīng) 保證上模座最底位置時(shí) 閉合狀態(tài) 導(dǎo)柱上端面與上模座頂面的距離 15mm 而下模座底面與導(dǎo)柱底面的距離為 5mm 導(dǎo)柱的下部與下模座導(dǎo)柱孔采用 R7 h5 的過盈配合 導(dǎo)套的外徑與上模座導(dǎo)套孔采用 R7 h5 的過盈配合 導(dǎo)套的 長度 需要保證沖壓時(shí)導(dǎo)柱一定要進(jìn)入導(dǎo)套 10mm 以上 導(dǎo)柱與導(dǎo)套之間采用 H7 h6 的間隙配合 導(dǎo)柱與導(dǎo)套均采用 20 鋼 熱處理硬度滲碳淬硬 56 60HRC 導(dǎo)柱的直徑 長度 按標(biāo)準(zhǔn)選取 導(dǎo)柱 d mm L mm 分別為 28 160 32 160 導(dǎo)套 d mm L mm Dmm 分別為 28 105 42 32 105 45 模座的的尺寸 L mm B mm 為 100mm 80mm 模座的厚度應(yīng)為凹模厚度 的 1 5 2 倍上模座的厚度為 30 上墊板厚度取 10 固定板厚度取 20 下模座的 厚度為 40mm 10 4 2 模柄 模柄的作用是將模具的上模座固定在沖床的滑塊上 常用的模柄形式有 1 整體式模柄 模柄與上模座做成整體 用于小型模具 2 帶臺階的壓入 式模柄 它與模座安裝孔用 H7 n6 配合 可以保證較高的同軸度和垂直度 適 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 33 用于各種中小型模具 3 帶螺紋的旋入式模柄 與上模連接后 為防止松動 擰入防轉(zhuǎn)螺釘緊固 垂直度較差 主要用于小型模具 4 有凸緣的模柄 用 螺釘 銷釘與上模座緊固在一起 使用與較大的模具 5 浮動式模柄 它由 模柄 球面墊塊和連接板組成 這種結(jié)構(gòu)可以通過球面墊塊消除沖床導(dǎo)軌位差 對對沖模導(dǎo)向精度的影響 適用于滾珠導(dǎo)柱 導(dǎo)套導(dǎo)向的精密沖裁 本模具采用帶臺階的壓入式模柄 在設(shè)計(jì)模柄時(shí)模柄長度不得大于沖床滑塊內(nèi)模柄孔的深度 模柄直徑應(yīng)與 模柄孔徑一致 10 4 3 模具的閉合高度 該模具的閉合高度為 H 閉 H 上模 H 墊 L H H 下模 h2 20 10 35 20 25 2 mm 158 mm 式中 L 凸模長度 L 35 H 凹模厚度 H 20 h2 凸模沖裁后進(jìn)入凹模的深度 h2 2 可見該模具閉合高度小于所選壓力機(jī) J23 25 的最大裝模高度 220 可以 使用 11 模具總裝圖 34 11 模具總裝圖 通過以上的設(shè)計(jì) 可得到模具總裝圖 模具的上模部分由上模座 上模墊板 凸模 凸模固定板 及卸料板等組成 卸料方式是采用的彈性卸料板卸料 上 模座 上模墊板 凸模固定板 及卸料板用 4 個(gè) M81 螺釘和 4 個(gè) 6 圓柱銷固 定 螺釘選取 M8 60mm 的標(biāo)準(zhǔn)件 采用 45 鋼 熱處理淬火硬度 24 28HRC 圓柱銷選取 6 70mm 的標(biāo)準(zhǔn)件 采用 45 鋼 熱處理淬火硬度 40 45HRC 下模部分由下模座 凸凹模 卸料板等組成 下模座 凹模 卸料板用 4 個(gè) M8 的螺釘和 4 個(gè) 6 的圓柱銷固定 螺釘選取 M8 70mm 的標(biāo)準(zhǔn)件 采用 45 鋼 熱處理淬火硬度 24 28HRC 圓柱銷選取 6 70mm 的標(biāo)準(zhǔn)件 采用 45 鋼 熱處理淬火硬度 40 45HRC 沖孔廢料由漏料孔漏出 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 35 12 壓力機(jī)的選擇 通過校核 該沖裁件所需的沖裁力為 108 03KN 選擇開式雙柱可傾壓力機(jī) J23 25 能夠滿足使用要求 其主要技術(shù)參數(shù)如下 公稱壓力 250KN 滑塊行程 65mm 最大閉合高度 270mm 最大裝模高度 220mm 作臺尺寸 前后 左右 370mm 560mm 墊板尺寸 厚度 孔徑 50mm 200mm 模柄孔尺寸 40mm 60mm 最大傾角高度 30 總結(jié) 36 總 結(jié) 在這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)中 我綜合了兩年多來所學(xué)的所有專業(yè)知識 使我受益 匪淺 不僅使自己的專業(yè)技能有所發(fā)揮并且掌握的更為熟練 也加強(qiáng)了在大學(xué) 階段所學(xué)專業(yè)理論知識的鞏固 在做畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中 在設(shè)計(jì)和繪圖都遇到方面遇到了一些問題 經(jīng)過 老師和同學(xué)的指導(dǎo)幫準(zhǔn) 再加上自身不懈的努力 問題得到了及時(shí)解決 這次 的畢業(yè)設(shè)計(jì)使我對冷沖壓模具設(shè)計(jì)有了一定的認(rèn)識 在模具設(shè)計(jì)過程中 不僅 把大學(xué)三年所學(xué)到知識加深了 還學(xué)會了查有關(guān)書籍和資料 能夠把各科靈活 的運(yùn)用到設(shè)計(jì)中去 這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅是對自己大學(xué)三年的考核 也是在工作之前對自身的 一次全面 綜合型的測試 這為今后的工作做好了鋪墊和奠定了一定的基礎(chǔ) 致謝 37 致謝 這次畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書及其模具裝配圖的完成 首先要感謝我的指導(dǎo)老師在 畢業(yè)設(shè)計(jì)裝配圖及其說明書編制過程中 給予了精心的指導(dǎo) 并講解了各項(xiàng)專 業(yè)要領(lǐng) 提出了寶貴的專業(yè)意見 模具設(shè)計(jì)過程中 也要感謝曾經(jīng)的科任教師 是他們的精心指導(dǎo)和教學(xué)才使我的畢業(yè)設(shè)計(jì)能夠按期完成 感謝學(xué)校給予的支 持和機(jī)會 感謝同學(xué)的無私幫助 同時(shí)要感謝百忙之中參加畢業(yè)答辯的評審老 師 謝謝你們 參考文獻(xiàn) 38 參考文獻(xiàn) 1 王海明主編 機(jī)械制造技術(shù) M 北京 中國農(nóng)業(yè)出版社 2004 7 2 張鼎承主編 沖模設(shè)計(jì)手冊 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 1999 5 3 閻其鳳主編 模具設(shè)計(jì)與制造 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 1995 11 4 翁其金主編 沖壓工藝與沖模設(shè)計(jì) 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 1999 5 5 李正風(fēng)主編 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) M 上海 上海交通大學(xué)出版社 2005 1 6 許發(fā)樾主編 模具設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)例 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 1999 5 7 劉力主編 機(jī)械制圖 北京 高等教育出版社 第二版 2004 7 8 曾欣主編 塑料模具與沖壓模具 宜賓 宜賓職業(yè)技術(shù)學(xué)院 9 史鐵梁主編 冷沖模設(shè)計(jì)指導(dǎo) 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 1996 7 10 薛啟翔主編 新編沖壓工計(jì)算手冊 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2004 3 11 陳劍鶴主編 冷沖壓工藝與模具設(shè)計(jì) 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2001 9 16 Goodwin A B Fluid power systems theory worked examples and problems The Macmiclan press Ltd Londan 1976 17 Vehicle Hydraulic Systems and Dight Electrohydraulic Controls 1991 SAE Sp 882 18 Mattnies Hans Jurgen Einfuhrung in die olhydraulik Stuttgert B G Toubner 1984 附錄 1 39 附錄 1 沖壓模具裝配工序卡片 工號 工序 工藝說明 1 凸 凹模 凸凹模預(yù) 配 1 裝配前仔細(xì)檢查各凸模 凹模 凸凹模的形狀及尺寸 是否符合 圖紙要求和尺寸精度 形狀 2 將凸模分別于相應(yīng)的凹?？着浜?檢查間隙是否加工均勻 不合 適者應(yīng)重新修磨或更換 2 凸模裝配 以凹模孔定位 將各凸模分別壓入凸模固定板的孔中 并擠緊牢固 3 裝配下模 1 在下模座 1 上畫中心線 按中心線裝配下墊板凸凹模和卸料板 2 在下模座 卸料板上 用機(jī)加工好的凹模分別確定其螺孔位置 并分別鉆孔 攻絲 3 將下模 卸料板 下墊板 凸凹模 活動當(dāng)料銷 彈簧裝在一起 打入銷釘 用螺釘釘緊 4 裝配上模 1 在已裝好的下模上放等高墊鐵 并在凹模中放入 0 12 的紙片 裝 上落料凹模 空心墊板 然后將凸模與固定板組合并轉(zhuǎn)入凹模中 2 預(yù)裝上模 畫出與凸模固定板相應(yīng)的螺孔 銷孔位置并鉆絞螺孔 銷孔 3 用螺釘將固定板組合 墊板 上模座連接在一起 但不要擰緊 4 復(fù)查凸 凹模間隙并調(diào)整合適 緊固螺釘 5 切紙檢查 合適打入銷釘 寧靜螺釘 5 試沖與調(diào) 整 裝機(jī)試沖并根據(jù)試沖結(jié)果作相應(yīng)調(diào)整 附錄 2 40 附錄 2 非標(biāo)準(zhǔn)零件的加工工藝過程 序號 工序名稱 工序內(nèi)容 1 備料 鍛件 退火狀態(tài) 120 100 20mm 2 粗洗 洗六面到尺寸 100 80 19 mm 注意兩大平面與相鄰側(cè)面用 標(biāo)準(zhǔn)角尺測量達(dá)到基本垂直 3 平面磨 磨光兩大平面厚度達(dá)到 18 6mm 并兩相鄰側(cè)面達(dá)到四面垂直 垂直度 0 02mm 4 鉗 劃線 畫出各孔徑中心線并畫出凹模洞口輪廓尺寸 鉆孔 鉆螺紋底孔 銷釘?shù)卓缀桶寄６纯诖┚€孔 絞孔 絞銷孔到要求 攻絲 攻螺紋到要求 5 熱處理 淬火 使硬度達(dá)到 56 60HRC 6 磨平面 磨光兩大平面 使厚度達(dá)到 18 3mm 7 線切割 割凹模洞口 并留有 0 01 0 02 的研磨量 8 鉗 研磨洞口內(nèi)壁側(cè)面達(dá)到 0 08um 9 鉗 用墊片層保證凹模與凸凹模間隙均勻后 凹模與上模座配做銷 釘孔 10 平磨 研磨凹模板上面達(dá)到厚度尺寸要求 附錄 3 41 附錄 3 空心墊板的加工工藝過程 空心墊板的加工工藝過程 材料 T8A 硬度 24 28HRC 序號 工序名稱 工序內(nèi)容 1 備料 氣割下料 130 100 10mm 2 熱處理 調(diào)質(zhì) 硬度為 HRC24 28 3 粗洗 洗六面達(dá)到 102 82 9mm 并使兩大平面的相鄰兩側(cè)面基 本垂直 4 平磨 磨光兩大平面 厚度達(dá)到 8mm 并磨兩相鄰側(cè)面使四面垂直 垂直度為 0 02 5 鉗 劃線 螺釘孔 銷釘孔和過孔中心線 鉆孔 鉆螺紋孔 銷釘孔和過孔到要求 6 洗 洗過孔到要求 7 平磨 磨兩大平面厚度到要求 8 鉗 總裝配 附錄 4 42 附錄 4 彎曲凸模加工工藝過程 彎曲凸模加工工藝過程 材料 T10A 硬度 56 60HRC 序號 工序名稱 工序內(nèi)容 1 備料 鍛件 退火狀態(tài) 30 20 60mm 2 粗洗 粗洗凸模外形 3 磨 磨下平面至尺寸 并留有 1 毫米的余量 磨四周的平面 使相鄰兩側(cè)面的垂直度達(dá)到 0 02 4 熱處理 淬火 使表面硬度達(dá)到 HRC60 64 5 磨 磨凸模表面的所有平面至尺寸精度要求 6 鉗 總裝配 附錄 5 43 附錄 5 J23 系列開式可輕壓力機(jī)主要技術(shù)參數(shù) 型號 技術(shù)參數(shù) 代 號 單 位 J23 3 15 J23 6 3 J23 10 J23 16 J23 25 J23 35 J23 40 滑塊公稱 壓力 Pe kN 31 5 63 100 160 250 350 400 滑塊行程 S mm 25 35 45 55 65 100 100 封閉高度 H2 mm 120 150 180 220 270 290 330 連桿調(diào)節(jié) 量 M1 mm 25 30 35 45 55 60 65 滑塊中心 線至機(jī)身 距離 C1 mm 90 110 130 160 200 200 250 左 右 a mm 100 140 170 200 250 250 300 滑塊 地面 尺寸 前 后 b mm 90 120 150 180 220 220 260 直 徑 d mm 25 30 30 40 40 40 50 模柄 孔尺 寸 深 度 l mm 40 55 55 60 60 60 70 墊塊厚度 H1 mm 30 30 35 40 50 65 65 最大傾斜 角 45 45 35 35 30 30 30 左 右 a mm 250 310 370 450 560 610 700 工作 臺尺 寸 前 后 b mm 160 200 240 300 370 380 460