帶孔U形件沖壓工藝及模具設計-落料沖孔、彎曲復合模高16.5寬23含NX三維及32張CAD圖,沖壓,工藝,模具設計,沖孔,彎曲,曲折,復合,23,nx,三維,32,cad U形件沖壓工藝及模具設計 摘 要 本設計是對給定的U形件產(chǎn)品圖進行沖壓工藝及模具設計。沖壓工藝的選擇是經(jīng)查閱相關資料和和對產(chǎn)品形狀仔細分析的基礎上進行的；沖壓模具的選擇是在綜合考慮了經(jīng)濟性、零件的沖壓工藝性以及復雜程度等諸多因素的基礎上進行的；產(chǎn)品毛坯展開尺寸的計算是在方便建設又不影響模具成型的前提下簡化為所熟悉的模型進行的。文中還對沖壓成型零件和其它相關零件的選擇原則及選擇方法進行了說明，另外還介紹了幾種產(chǎn)品形狀的毛坯展開尺寸計算的方法和簡化模型，以及沖壓模具設計所需要使用的幾種參考書籍的查閱方法。 關鍵詞：U形件、沖壓工藝、模具設計、成型零件、展開尺寸、成型零件 Abstract This design is to design stamping process and die for a given product drawing of U-shaped parts. The selection of stamping process is based on consulting relevant information and careful analysis of product shape; the selection of stamping die is based on comprehensive consideration of many factors, such as economy, stamping process and complexity of parts; the calculation of blank development dimension is simplified to a familiar die without affecting the mold forming while facilitating construction. Type I. The selection principles and methods of stamping forming parts and other related parts are also described. In addition, the calculation methods and simplified models of blank development dimensions of several product shapes are introduced, as well as several reference books for the design of stamping dies. Key words: U-shaped parts, stamping process, die design, forming parts, expansion dimensions, forming parts 目 錄 摘 要 I 前 言 1 第一章、彎曲件的工藝分析 4 1.1.彎曲件零件圖 4 1.2.彎曲件工藝分析 5 第二章、彎曲件的工藝方案 6 第三章、必要的尺寸計算 7 3.1.計算毛坯尺寸 7 3.2.排樣設計與計算 8 3.2.1.排樣方法 8 3.2.2.搭邊值的確定 9 3.2.3.送料步距與條料寬度計算 9 3.2.4.材料利用率及排樣草圖 10 3.3.沖裁力、壓力機的選取及壓力中心計算 11 3.3.1.沖裁力的計算 11 3.3.2.卸料力、推件力和頂件力 11 3.4.彎曲模具 12 3.5.沖壓設備的選擇 13 3.6.確定模具的壓力中心 14 3.7.沖模尺寸及公差的計算 16 3.8.導柱、導套 20 3.9.定位設計 21 第四章、模具總體結(jié)構(gòu)設計 22 4.1.模具類形的選擇 22 4.2.定位方式的選擇 22 4.3.卸料、出件方式的選擇 22 4.4.導柱、導套位置的確定 22 第五章、各工序模具結(jié)構(gòu)與重要零件設計 23 5.1.落料沖孔模 23 5.1.1.模具結(jié)構(gòu)設計 23 5.1.2.落料凹模設計計算 24 5.1.3.凸凹模設計 25 5.1.4.沖孔凸模設計 26 5.2.彎曲模設計 27 5.2.1.彎曲模結(jié)構(gòu)設計 27 5.2.2.彎曲凹模設計 29 5.2.3.彎曲凸模設計 29 第六章、模具的裝配 31 6.1.上模裝配 31 6.2.下模裝配 31 結(jié)束語 32 設計心得 33 致 謝 34 參考文獻 35 IV 前 言 模具主要類型有：沖模，鍛摸，塑料模，壓鑄模，粉末冶金模，玻璃模，橡膠模，陶瓷模等。除部分沖模以外的的上述各種模具都屬于腔型模，因為他們一般都是依靠三維的模具形腔是材料成型。 模具所涉及的工藝繁多，包括機械設計制造，塑料，橡膠加工，金屬材料，鑄造（凝固理論），塑性加工，玻璃等諸多學科和行業(yè)，是一個多學科的綜合，其復雜程度顯而易見。 隨著經(jīng)濟的發(fā)展，沖壓技術(shù)應用范圍越來越廣泛，在國民經(jīng)濟各部門中，幾乎都有沖壓加工生產(chǎn)，它不僅與整個機械行業(yè)密切相關，而且與人們的生活緊密相連。 沖壓工藝與沖壓設備正在不斷地發(fā)展，特別是精密沖壓。高速沖壓、多工位自動沖壓以及液壓成形、超塑性沖壓等各種沖壓工藝的迅速發(fā)展，把沖壓的技術(shù)水平提高到了一個新高度。新型模具材料的采用和鋼結(jié)合金、硬質(zhì)合金模具的推廣，模具各種表面處理技術(shù)的發(fā)展，沖壓設備和模具結(jié)構(gòu)的改善及精度的提高，顯著地延長了模具的壽命和擴大了沖壓加工的工藝范圍。 由于沖壓工藝具有生產(chǎn)效率高、質(zhì)量穩(wěn)定、成本低以及可加工復雜形狀工件等一系列優(yōu)點，在機械、汽車、輕工、國防、電機電器、家用電器，以及日常生活用品等行業(yè)應用非常廣泛，占有十分重要的地位。隨著工業(yè)產(chǎn)品的不斷發(fā)展和生產(chǎn)技術(shù)水平的不斷提高，沖壓模具作為個部門的重要基礎工藝裝備將起到越來越大的作用?？梢哉f，模具技術(shù)水平已成為衡量一個國家制造業(yè)水平的重要指標。 目前國內(nèi)模具技術(shù)人員短缺，要解決這樣的問題，關鍵在于職業(yè)培訓。我們做為踏入社會的當代學生，就應該掌握扎實的專業(yè)基礎，現(xiàn)在學好理論基礎。畢業(yè)設計是專業(yè)課程的理論學習和實踐之后的最后一個教學環(huán)節(jié)。希望能通過這次設計，能掌握模具設計的基本方法和基本理論。 沖模是實現(xiàn)沖壓生產(chǎn)的基本條件.在沖模的設計制造上,目前正朝著以下兩方面發(fā)展:一方面,為了適應高速、自動、精密、安全等大批量現(xiàn)代生產(chǎn)的需要，沖模正向高效率、高精度、高壽命及多工位、多功能方向發(fā)展，與此相比適應的新型模具材料及其熱處理技術(shù)，各種高效、精密、數(shù)控自動化的模具加工機床和檢測設備以及模具CAD/CAM技術(shù)也在迅速發(fā)展；另一方面，為了適應產(chǎn)品更新?lián)Q代和試制或小批量生產(chǎn)的需要，鋅基合金沖模、聚氨酯橡膠沖模、薄板沖模、鋼帶沖模、組合沖模等各種簡易沖模及其制造技術(shù)也得到了迅速發(fā)展。精密、高效的多工位及多功能級進模和大型復雜的汽車覆蓋件沖模代表了現(xiàn)代沖模的技術(shù)水平。目前，50個工位以上的級進模進距精度可達到2微米，多功能級進模不僅可以完成沖壓全過程，還可完成焊接、裝配等工序。我國已能自行設計制造出達到國際水平的精度達2?~5微米，進距精度2~3微米，總壽命達1億次。我國主要汽車模具企業(yè)，已能生產(chǎn)成套轎車覆蓋件模具，在設計制造方法、手段方面已基本達到了國際水平，但在制造方法手段方面已基本達到了國際水平，模具結(jié)構(gòu)、功能方面也接近國際水平，但在制造質(zhì)量、精度、制造周期和成本方面與國外相比還存在一定差距。 沖壓工藝是塑性加工的基本加工方法之一。它主要用于加工板料零件，所以有時也叫板料沖壓。沖壓不僅可以加工金屬板料，而且也可以加工非金屬板料。沖壓加工時，板料在模具的作用下，于其內(nèi)部產(chǎn)生使之變形的內(nèi)力。當內(nèi)力的作用達到一定程度時，板料毛坯或毛坯的某個部位便會產(chǎn)生與內(nèi)力的作用性質(zhì)相對應的變形，從而獲得一定的形狀、尺寸和性能的零件。 沖壓生產(chǎn)靠模具與設備完成加工過程，所以它的生產(chǎn)率高，而且由于操作簡便，也便于實現(xiàn)機械化和自動化。 利用模具加工，可以獲得其它加工方法所不能或難以制造的、形狀復雜的零件。 沖壓產(chǎn)品的尺寸精度是由模具保證的，所以質(zhì)量穩(wěn)定，一般不需要再經(jīng)過機械加工便可以使用。 沖壓加工一般不需要加熱毛坯，也不像切削加工那樣大量的切削材料，所以它不但節(jié)能，而且節(jié)約材料。沖壓產(chǎn)品的表面質(zhì)量較好，使用的原材料是冶金工廠大量生產(chǎn)的軋制板料或帶料，在沖壓過程中材料表面不受破壞。 因此，沖壓工藝是一種產(chǎn)品質(zhì)量好而且成本低的加工工藝。用它生產(chǎn)的產(chǎn)品一般還具有重量輕且剛性好的特點。 沖壓加工在汽車、拖拉機、電機、電器、儀器、儀表、各種民用輕工產(chǎn)品以及航空、航天和兵工等的生產(chǎn)方面占據(jù)十分重要的地位?，F(xiàn)代各種先進工業(yè)化國家的沖壓生產(chǎn)都是十分發(fā)達的。在我國的現(xiàn)代化建設進程中，沖壓生產(chǎn)占有重要的地位。 當今，隨著科學技術(shù)的發(fā)展，沖壓工藝技術(shù)也在不斷革新和發(fā)展，這些革新和發(fā)展主要表現(xiàn)在以下幾個方面： （1）工藝分析計算方法的現(xiàn)代化 （2）模具設計及制造技術(shù)的現(xiàn)代化 （3）沖壓生產(chǎn)的機械化和自動化 （4）新的成型工藝以及技術(shù)的出現(xiàn) （5）不斷改進板料的性能，以提高其成型能力和使用效果。 第一章、彎曲件的工藝分析 1.1.彎曲件零件圖 彎曲件形狀簡單，適用模具批量生產(chǎn)，零件材料Q235鋼板，厚度t=1.5mm，產(chǎn)品材料性能分析如下： 材料材質(zhì)：Q235鋼 抗剪強度：310-380Mpa 抗拉強度：380-470Mpa 屈服極限：240Mpa 延伸率：21-25% Q235鋼，普通碳素鋼，此類材料主要制造冷沖壓件，沖壓性能，焊接性能都比較好，還可以用于各類不承受載荷的覆蓋件。 其產(chǎn)品圖如下： 圖2.1彎曲零件圖 1.2.彎曲件工藝分析 本零件是大批量生產(chǎn)件，用沖壓加工方法由于生產(chǎn)效率高和材料利用率高，可以取得較好的經(jīng)濟效益。由彎曲件零件圖可知，該零件為一般的彎曲結(jié)構(gòu)件，形狀比較簡單，無凹陷或其他形狀突變，尺寸比較小，而且左右完全對稱，沖壓時受力較均勻。其尺寸精度、各處的圓角半徑均符合彎曲工藝要求。因此要注意保證平面度和折彎角度垂直。 通過上述工藝分析，可以看出該零件作為普通的薄板件成型，尺寸精度要求不高，又屬于大量生產(chǎn)，因此可以用沖壓方法生產(chǎn)。 第二章、彎曲件的工藝方案 沖壓該零件，需要的基本工序和次數(shù)如下： （a）落料； （b）沖孔； （c）彎曲； 根據(jù)以上這些工序，可以做出以下各種組合方案。 方案一： （a）落料； （b）彎曲； （c）沖孔； （d）沖孔； 方案二： （a）落料 （b）沖孔； （c）彎曲； 方案三： （a）落料沖孔； （b）彎曲成型； 對以上三種方案進行比較，可以看出： 方案一，從生產(chǎn)效率、模具結(jié)構(gòu)、加工難度方面考慮，這樣的工序編排工序多，模具簡單，但沖次太多，不適合大批量生產(chǎn)。 方案二，落料，沖孔合并，成一付模具，一次彎曲，三幅模具，一共三個沖次，工序相對還是比較多。不適合大批量生產(chǎn)。 方案三，2幅模具，從生產(chǎn)角度考慮，比較合理，但孔的尺寸需要在彎曲前調(diào)整準確，如此，模具壽命也比較長，產(chǎn)品生產(chǎn)穩(wěn)定，適合大批量生產(chǎn)。 通過以上的方案分析，可以看出，在大批量生產(chǎn)的條件下，選用方案三是比較合理的。 第三章、必要的尺寸計算 3.1.計算毛坯尺寸 彎曲件厚度為1.5mm，因為成型彎曲件需要經(jīng)過落料、沖孔、彎曲，才能最后實現(xiàn)產(chǎn)品型，由于產(chǎn)品形狀簡單，彎曲高度也小，所以不需要單獨計算彎曲系數(shù)及尺寸分析，展開尺寸需要根據(jù)實際彎曲模具的間隙和模具結(jié)構(gòu)來調(diào)試，計算結(jié)果僅僅作為參考。 彎曲件毛坯的展開尺寸是根據(jù)變形中性層長度不變的原理來求出的，對于變形程度很小或?qū)Τ叽缫桓叩膹澢碚f，可以近似的認為變形中性層與毛坯的斷面中心相重合，本次設計課題彎曲半徑r=1.5mm，0.5t=0.5×1.5=0.75mm，1.5＞0.75,所以可以按中性層不變原則計算， L=l1+l2+l3+2R 式中 l1——直邊尺寸，13.5mm L2——直邊尺寸,13.5mm L3——彎曲寬度,17mm R——彎曲R角，3.14×（1.5+1.5/2）/2=3.5325mm L=l1+l2+l3+2R =13.5+13.5+17+2×3.5325=51.065mm 寬度不變，目前是該展開尺寸待定，在實際生產(chǎn)時需調(diào)節(jié)，調(diào)整至51mm。 展開圖紙如下圖所示： 圖3.1 展開圖 外形最大尺寸為長度Dmax=54mm。 3.2.排樣設計與計算 3.2.1.排樣方法 排樣對材料的利用率，工件的尺寸精度，生產(chǎn)率，模具制造難易程度和使用壽命有一定的影響。按材料的經(jīng)濟利用程度或廢料的多少，排樣可分為有廢料排樣與少、無廢料排樣兩大類。排樣又可分直排、斜排、對排、對頭斜排、多排、混合排等。 有廢料排樣有如下幾種形式： （1）直排 排樣時，應優(yōu)先選用直排，因為直排的模具最簡單。但對于三角形、角尺形等工件，采用直排會造成較大的材料浪費，可考慮選擇斜排或?qū)ε拧? （2）斜排 斜排將時制模工作量增大。 （3）對排 選取對排省料幅度較大。比直排省料可達30%--50%。但需要注意：如果采取送料一次沖一件的方案，即用單凸模，模具結(jié)構(gòu)與直排時基本相同，模具費也相差不大，但只實用于條料，不能用卷料。 3.2.2.搭邊值的確定 搭邊值的作用，搭邊是指排樣時零件與條料側(cè)邊這間留下的剩料。其作用是使條料定位，保證零件的質(zhì)量和精度，補償定位誤差，確保沖出合格的零件，并使條料有一定的剛度，不彎曲，便于送進，并能使沖模的壽命提高。為了節(jié)約材料，應選擇合理的搭邊值，它一般與卸料板的形式，條料厚度，沖壓寬度L有關。 本設計采用彈性卸料板，條料厚度t＝1.5mm,沖壓寬度L＝54mm>50mm,查《冷沖模設計》P60知：搭邊值工件間＝1.8mm，側(cè)面＝2.0mm。 3.2.3.送料步距與條料寬度計算 條料在模具上每次送進的距離稱為送料步距，用A表示。其大小為條料上兩個對應沖裁件的對應點之間的距離，送料步距是工件寬度的兩倍。查《沖壓工藝與模具設計》P63，條料寬度按公式計算即 式中 L──條料公稱寬度，mm； B──垂直于送料方向的工件尺寸,mm； ──側(cè)搭邊，mm； b ──側(cè)刃切除的料寬，mm △──△為剪板機下料公差，△=0.5mm 條料是由板料剪裁下料而得，為保證送料順利，剪裁時的公差整帶分布規(guī)定上偏差為零，下偏差為負值條料在模具上送進時一般都有導向，當使用導料銷導向而又無側(cè)壓裝置時，在寬度方向也會產(chǎn)生送料誤差。所以 條料寬度 L=（54+2×2.0）=58mm 送料步距 A=51+1.8=52.8mm 如下圖所示排樣方法： 圖3.2 直 排 3.2.4.材料利用率及排樣草圖 通常以一個步距內(nèi)零件的實際面積與所用毛坯面積的百分率來表示： η＝/＝(/LB)×100％ 式中 ──個步距內(nèi)零件的實際面積； ──個步距內(nèi)所需毛坯面積； L──送料步距； B──條料寬度。 經(jīng)計算，一個步距內(nèi)的實際有效面積約為2753.1416mm2，一個步距內(nèi)所需毛坯面積為58×52.8=3062.4mm2 沖裁單件材料的利用率：η=2753.1416/3062.4×100%=89.9% 因此選用條料，采用直排排樣，這樣的材料利用率較合宜，且操作方便。 3.3.沖裁力、壓力機的選取及壓力中心計算 3.3.1.沖裁力的計算 沖裁力是選擇壓力機的主要依據(jù)，也是設計模具所必須的數(shù)據(jù)。其沖裁力F的計算公式為：F＝KLtτ 其中F為沖裁力N；L為沖裁件的周長mm；t板料厚度mm；τ為材料的抗剪強度MPa；Ｋ為系數(shù)，常取1.3,Q235鋼抗剪強度310-380MPa。 在一般情況下，材料的σb≈1.3τ，為計算方便，也可用這個式子計算 沖裁力： F＝Ltσb 4-φ3.2圓孔周長為L1=4×3.14×3.2=40.192mm 1-φ7圓孔周長為L2=3.14×7=21.98mm 落料周長為L3=208.28mm 落料模具的沖裁力為：F＝Ltσb＝（40.192+21.98+208.28）×1.5×1.3×380＝200404.932N=200.404KN。 3.3.2.卸料力、推件力和頂件力 從凸模上卸下板料所需的力稱為卸料力；從凹模內(nèi)向下推出工件或廢料所需的力稱推件力。 與和沖件輪廓的形狀、沖裁間隙、材料種類和厚度、潤滑情況、凹模洞口形狀因素有關。在實際生產(chǎn)中常用以下經(jīng)驗公式計算： 式中 F──沖裁力； ──卸料力系數(shù)； ──推件力系數(shù)； n──梗塞在凹模內(nèi)的沖件數(shù)（n＝h/t） h──為凹模直壁洞口的高度。 、與可分別由表4.1查取。當沖裁件形狀復雜、沖裁間隙較小，潤滑較差、材料強度高時應取較大的值；反之則應取較小的值。 表4.1 卸料力、推件力和頂件力系數(shù) 料厚/mm 0.5～2.5 0.025～0.06 0.05 0.06 取為0.06、為0.05 =0.06×208.28×1.5×1.3×380 ＝9260.1288N=9.26KN。 =2×0.05×(40.191+21.98)×1.5×1.3×380 ＝4606.9452N=4.61KN。 綜上所述，總的沖裁力為F總=200.404+9.26+4.61=214.274KN 3.4.彎曲模具 (a)自由彎曲力 此工件從形狀看，是U形彎曲，計算彎曲力，可以采用U形彎曲公式計算，選計算公式為 =0.7KBt2δb/(r+t) —材料在沖壓行程結(jié)束時的自由彎曲力 b—彎曲件的寬度 t—彎曲件厚度 r—彎曲件內(nèi)彎角半徑 k—安全系數(shù),取k=1.3 δb—材料的強度極限,δb查表=380～470MPa,取470MPa =0.7KBt2δb/(r+t) =0.7×1.3×54×1.5×1.5×470/（1.5+1.5） =17321.85N=17.322KN (b)校正彎曲力 校正彎曲力是在自由彎曲階段后，進一步對貼合于凸、凹模表面的彎曲件進行擠壓，其彎曲力比自由彎曲力大得多。因兩個力并非同時存在，校正彎曲時只需計算校正彎曲力。 =qA —彎曲校正力 q—單位面積上的較正力，Q235鋼查表40-60MPa，取60MPa。 A—彎曲件被較正部分的投影面積，23×54=1242mm2 =1242×60=74520N=74.52KN 綜上所述，總的彎曲成型力為F總=17.322+74.52=91.842KN 3.5.沖壓設備的選擇 選擇壓力機時，要根據(jù)模具結(jié)構(gòu)來確定，當施力行程較大時（50%～60%）即沖壓時工藝力的總和不能大于壓力機公稱壓力的50%～60%。校正彎曲時，更要使額定壓力有足夠的富余，一般壓力機的公稱壓力要大于校正彎曲力的1.1～1.2倍。在此取了1.2倍，即公稱壓力 P1=1.2×214.274=257.1288KN P2=1.2×91.842=110.21KN 落料沖孔模初選壓力機的公稱壓力為400KN，即JC23-40沖床。 所選用的壓力機公稱壓力應大于計算出來的總沖壓力；壓力機的最大裝模高度應大于或等于223mm(沖模閉合高度+5mm)；工作臺板尺寸應能滿足沖模的正確安裝。按上述要求可選用JG23—40開式雙柱可傾壓力機。 選擇壓力機的型號為開式雙柱可傾式壓力機：JG23－40，它的主要技術(shù)參數(shù)如下： 公稱壓力 400KN 滑塊行程 100mm 滑塊行程次數(shù) 80次/min 最大裝模高度 300mm 連桿調(diào)節(jié)長度 80mm 模柄孔尺寸（直徑×深度/ mm） 50×70mm 工作臺尺寸(前后×左右) 420×630mm 電動機功率/KW 4.0KW 因為，故選擇JG23-40壓力機，滿足要求。 彎曲模初選壓力機的公稱壓力為160KN，即J23-16沖床。 所選用的壓力機公稱壓力應大于計算出來的總沖壓力；壓力機的最大裝模高度應大于或等于182.5mm(沖模閉合高度+5mm)；工作臺板尺寸應能滿足沖模的正確安裝。按上述要求可選用J23—16開式雙柱可傾壓力機。 選擇壓力機的型號為開式雙柱可傾式壓力機：J23－16，它的主要技術(shù)參數(shù)如下： 公稱壓力 160KN 滑塊行程 55mm 滑塊行程次數(shù) 120次/min 最大裝模高度 220mm 連桿調(diào)節(jié)長度 45mm 模柄孔尺寸（直徑×深度/ mm） 40×60mm 工作臺尺寸(前后×左右) 300×450mm 電動機功率/KW 1.6KW 因為，故選擇J23-16壓力機，滿足要求。 3.6.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。為了確保壓力機和模具正常工作，應使沖模的壓力中心與壓力機滑塊的中心相重合。否則，會使沖模和壓力機滑塊產(chǎn)生偏心載荷，使滑塊和導軌間產(chǎn)生過大的磨損，模具導向零件加速磨損，降低模具和壓力機的使用壽命。 沖模的壓力中心，可按下述原則來確定： （１）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。 （２）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。 （３）形狀復雜的零件、多孔沖模、 級進模的 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 位置 O0(x0,y０)，即為所求模具的壓力中心。 計算公式為： 因沖壓力與沖壓周邊長度成正比， 所以式中的各沖壓力 P１、Ｐ２、Ｐ３……Pn，可分別用各沖壓周邊長度 L１、Ｌ２、Ｌ３……Ln代替，即： 本次設計的產(chǎn)品為對稱件，所以，落料沖孔模，彎曲力的壓力中心和模具中心吻合，即（0,0）。 3.7.沖模尺寸及公差的計算 加工方法的確定如下： 模具制造有凸模和凹模分開加工和凸模和凹模配合加工兩種方法，凸模和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和簡單的工件；凸模和凹模配合加工可使凸模和凹模具有互換性，便于模具成批制造，但需要較高的公差等級才能保證合理間隙，模具制造困難，加工成本高。所以此方法是與加工形狀復雜或薄板制件的模具。 1.落料沖孔模： 凸、凹模加工方法一般分為兩種： （1）凸、凹模分開加工法，當凸、凹模分開加工時，模具具有互換性，便于模具成批制造。但是制模精度要求高、制造困難、相應地會增加加工成本。凸、凹模配合加工適合于較復雜的、非圓形的模具，制造簡便，成本低廉。 （2）凸、凹模配合加工法，采用配做法制模時，配做件的最后精加工要等基準件完全加工完才進行。按配做法制模的加工順序，落料時先加工凹模，配做凸模；沖孔時先加工凸模，配做凹模。在工件尺寸精度較低，特別是板料較薄時，基準件的公差值較大，而配做件允許的公差值要小得多。這說明基準件加工較容易，而配做件加工較難。 用單配加工法常用于生產(chǎn)復雜形狀及薄料沖裁件的模具。在計算復雜形狀的凸模和凹模工作部分的尺寸時，往往存在著三類不同性質(zhì)的尺寸：第一類，凸?；虬寄Ｔ谀p后會增大的尺寸；第二類，凸模或凹模在磨損后會減小的尺寸；第三類，凸?；虬寄Ｔ谀p后基本不變的尺寸。如圖，其中尺寸a、b、c對于凸模來說屬于第二類尺寸，對于凹模來說屬于第一類尺寸；尺寸d對于凸模來說屬于第一類尺寸，對于凹模來說屬于第二類尺寸；尺寸e對于凸模和凹模來說都是屬于第三類尺寸。 圖4.4 復雜形狀沖裁件的尺寸分類 尺寸的計算方法： 第一類尺寸＝(沖裁件上該尺寸的最大極限尺寸－x△)△ 第二類尺寸＝(沖裁件上該尺寸的最小極限尺寸＋x△)△ 第三類尺寸＝?jīng)_裁件上該尺寸的中間尺寸±(1/8)△ 對于該工件來說，在該模具中完成的工步是沖孔，落料，該工件精度無特殊要求，根據(jù)工件公差等級取為IT13級，由于材料薄，模具間隙小，故凸凹模采用配做加工為宜。又根據(jù)排樣圖可知，凹模的加工比凸模的加工要困難，且級進模的所有凹模的孔均在一個模板上，因此，選用凹模為制造基準件。所以不論沖孔、落料，只計算凹模刃口的尺寸及公差。各凸模按凹模各對應尺寸標注其基本尺寸，并注明按凹模實際刃口尺寸配雙面間隙0.15-0.19mm。 落料模，計算凹模刃口尺寸，按照一定的間隙配做凸模。按磨損情況分類計算： 凹模磨損后增大的尺寸，查《中國模具工程大典第4卷模具工程大典》P273，按照公式計算： 尺寸54磨損后增大，查表X=0.05 =540 +0.02 尺寸51磨損后增大，查表X=0.05 =510 +0.02 尺寸26磨損后減小，查表X=0.04 =10 +0.02 沖孔時，把凸模尺寸換算到凹模的尺寸計算，由于先做凹模，凸模是按凹模以一定的間隙配制的，所以凹模公差δ凹也要比較小。 即δ凹＝δ凸－△Ｚ＝1/4△－(Zmax－Zmin)。 由圖中可以得到換算后凹模的基本尺寸與公差 圖4.6　沖孔，將凸模尺寸換算到凹模的計算圖 即 d凸＝(dmin＋x△-Zmin)-Δ 落料凸模尺寸：Hj1=(Aj1-Zmin)-Δ =54-0.15=53.85-0.02 0; Hj2=(Aj2-Zmin)-Δ =51-0.15=50.85-0.02 0; Hj3=(Aj3-Zmin/2)-Δ =1-0.15/2=0.925-0.02 0; 沖孔凹模、落料凸模分別按照沖孔凸模、落料凹模的實際尺寸進行配制，雙邊由表查得Zmax＝0.19mm，Zmin＝0.15mm，△Z＝Zmax－Zmin＝0.04mm大批量生產(chǎn)、且工作精度要求不高，按大間隙可提高模具的壽命。 沖孔凸模尺寸：Bj1=(Amin+XΔ)- Δ/4 =3.1+0.5×0.2=3.2-0.02 0 Bj2=(Amin+XΔ)- Δ/4 =6.9+0.5×0.2=7-0.02 0 凹模磨損后減小的尺寸，按公式d凹＝(dmin＋x△＋Zmin-δ凹)計算 沖孔凹模為圓形，故可按d凹=(dmin＋x△＋Zmin) 計算： 尺寸φ7，φ3.2磨損后減小，查表X=0.5， d凹1＝(dmin＋x△＋Zmin) =（3.1+0.5×0.2+0.15）=3.35mm d凹2＝(dmin＋x△＋Zmin) =（6.9+0.5×0.2+0.15）=7.15mm 凹模磨損后不變的尺寸，按公式計算： 由于現(xiàn)在凹?；旧隙疾捎镁€切割方法加工，精度可達±0.01～0.02mm，而凸模因結(jié)構(gòu)形式不同有多種加工方法。在留出不小于0.02mm研磨量的情況下，采用線切割的機床加工凹模時，各型孔尺寸和孔距尺寸的制造公差均可標注為0.01（為機床的一般能達到的加工精度）。凸凹模的材料根據(jù)性能特點選用Cr12MoV。 2.彎曲模 （1）凸模圓角半徑 由于此件圓角半徑較小，凸模圓角半徑可取R=1.5mm。 （2）凹模圓角半徑 凹模圓角半徑不能過小，以免增加彎曲力，擦傷工件表面。此工件單邊彎曲，屬于不對稱件，凹模圓角半徑應取大小一致。凹模圓角半徑一般按材料厚度t來選取。本設計中取1.5t=R2mm。 （3）凹模工作部分深度的設計計算 凹模工作部分的深度將決定板料的進模深度，同時也影響到彎曲件直邊的平直度，對工件的尺寸精度造成一定的影響。一般情況下，凹模工作部分深度可查相關設計資料即能滿足彎曲件的要求。 由于該零件折彎區(qū)域?qū)挾瘸叽鐦俗⒃趦?nèi)側(cè)，應以凸模為基準，先定凸模尺寸。如果考慮到模具磨損和彎曲件的回彈，凹模寬度尺寸應和產(chǎn)品尺寸一致。 凸模尺寸按凹模配制，保證單邊間隙C=1.0t。 （1）、制件標注外形尺寸 凹模尺寸為 Ld=（Lmax–0.5Δ） 凸模尺寸為 Lp=（Ld–Z） （2）、制件標注內(nèi)尺寸 凸模尺寸為 Lp=（Lmin+0.5Δ） 凹模尺寸為 Ld=（Lp+Z） 其中 L—彎曲件的外形或內(nèi)尺寸 Δ—彎曲件的尺寸偏差 Ld—彎曲凹模的基本尺寸 Lp—彎曲凸模的基本尺寸 Z—凸凹模雙面間隙 具體計算如下，制件標注外形尺寸，按此公式計算 凹模尺寸為 Ld=（Lmax–0.5Δ） =23mm 凸模尺寸為 Lp=（Ld–Z） =23-1.5-1.5=20mm 3.8.導柱、導套 導柱與導套結(jié)構(gòu)由標準中選取，尺寸由模架中參數(shù)決定。導柱的長度應保證沖模在最低工作位置時，導柱上端面與上模座頂面的距離不小于10-15mm，而下模座底面與導柱底面的距離應為0.5-1mm。導柱與導套之間的配合為H7/h6,導套與上模座之間的配合為H7/r6，導柱與下模座之間的配合為R7/h5。導柱與導套材料采用20鋼，熱處理硬度為（滲碳）56-62HRC。上下模座材料采用HT200。選用后側(cè)導柱標準模架。 落料沖孔模按GB2861.2—81選d=25mm,其中導柱長度有150—240mm，模具閉合高度218mm，選導柱長度180mm。 按GB2861.6—81選D=38mm的導套，考慮模具的閉合高度，在此選L=80mm。 彎曲模按GB2861.2—81選d=22mm,其中導柱長度有150—240mm，模具閉合高度177.5mm，選導柱長度150mm。 按GB2861.6—81選D=35mm的導套，考慮模具的閉合高度，在此選L=80mm。 3.9.定位設計 根據(jù)具體的零件厚度配合強度選擇，外形比較小，所以落料模采用定位銷定位，彎曲模采用落料的外形定位，設置可調(diào)定位板。 第四章、模具總體結(jié)構(gòu)設計 4.1.模具類形的選擇 由沖壓工藝分析和設計目的、要求以及從經(jīng)濟方面考慮，本套模具選用兩道簡單工序模，落料沖孔復合模，一次彎曲模的。工序簡單，模具結(jié)構(gòu)也不復雜。 4.2.定位方式的選擇 該模具活動部件采用導柱導套定位，固定部件采用銷釘定位。 4.3.卸料、出件方式的選擇 根據(jù)模具沖壓的運動特點以及推件力的大小,該兩副模具采用彈壓頂出卸料方式比較方便，因為工件料厚為1.5mm。利用彈壓裝置頂出模具零件，從而把產(chǎn)品頂出，即安全又可靠。 4.4.導柱、導套位置的確定 為了提高模具的壽命和工件質(zhì)量，方便安裝、調(diào)整、維修模具，該簡單模采用后側(cè)導柱模架。其導柱和導套則根據(jù)所選定的模架按標準選取。 根據(jù)凹模周界大小及模具總閉合高度，落料沖孔選用20#后側(cè)導柱模架，彎曲模選14#后側(cè)導柱模架。 第五章、各工序模具結(jié)構(gòu)與重要零件設計 上面的工藝方案分析和比較中，已經(jīng)選用了方案三的模具種類，選用落料沖孔復合模，一次彎曲成型。兩幅模具進行生產(chǎn)。 5.1.落料沖孔模 落料沖孔采用倒裝復合模，凹模在上，凸凹模在下，倒裝結(jié)構(gòu)，選用后側(cè)標準導柱模架。凸模，沖頭，凹模材料，因制件形狀簡單，總體尺寸不大，選用整體式圓形凹模較為合理，選用Cr12MoV為凸模，凹模材料。在設計模具時，考慮到模具結(jié)構(gòu)，凹模內(nèi)腔空間比較小，還要安裝5個沖孔凸模，空間就更小，無法安裝卸料樹脂，所以只能采用打料裝置。 5.1.1.模具結(jié)構(gòu)設計 結(jié)構(gòu)如下圖所示 圖5.1 落料沖孔模結(jié)構(gòu)圖 5.1.2.落料凹模設計計算 凹模周界 由《冷沖壓工藝與模具設計》得出凹模周界的計算公式 厚度H=Kd（≥15mm） 式中：d——沖裁件的最大外形尺寸，d1=54mm； K——系數(shù)，查表得K=0.56 則 H1=0.56×54=30.24mm 凹模壁厚c=（1.0~1.5）H（≥30~40mm）=30.24~45.36mm， 凹模長度尺寸為L=54+2×(30.24~45.36)=114.48~144.72mm，寬度尺寸為B=51+2×(30.24~45.36)=111.48~141.72mm由《模具設計指導》表，本設計中選用凹模周界160mm×140mm，《模具設計指導》表5-2，如下圖所示： 圖5.2 落料凹模圖 5.1.3.凸凹模設計 凸凹模是本模具中相當重要的工作零件，是完成沖壓工作的主要零件。圓形凸模已趨于標準化。非圓形凸模固定部分應做成圓形或矩形，如果采用線切割或成型磨削時，固定部分應和工作部分一致。 凸凹模的長度一般是根據(jù)結(jié)構(gòu)上的需要確定的， 凸凹模長度 L=h1+h2+t+a 式中h1——固定板厚度（mm）； h2——卸料板厚度（mm）； t——材料厚度（mm）,t=1.5mm； a——附加長度，它包括凸模的修模量、凸模進入凹模的深度級凸模固定板與卸料板的安全距離等。這一尺寸如無特殊要求，可取10～25mm。 固定板厚度h1取15mm,卸料板厚度18mm,凸凹模長度為 L=15+18+1.5+15=49.5mm 取凸凹模長度為50mm.由于凸凹模的斷面積較大，故不需要進行強度核算以及抗彎能力和承壓能力的校核，凸凹模圖形如下圖5-3所示 圖5.3 凸凹模圖 5.1.4.沖孔凸模設計 凸凹模的材料選擇Cr12MoV，HRC55～60。由于所沖的孔有圓形,而且都不屬于需要特別保護的小凸模,如此一方面加工簡單，另一方面又便于裝配和更換。 本次課題的沖孔凸模結(jié)構(gòu)簡單，圓孔的沖孔凸模采用臺階式，凸模與固定板用H7/m6配合，上面留有臺階。腰孔沖孔凸模采用臺階固定，過盈配合的方式，與固定板配合，過盈量為0.02-0.03。如下圖5-4所示： 圖5.4 沖孔凸模圖 5.2.彎曲模設計 彎曲模采用正裝結(jié)構(gòu)，凸模在上模，凹模在下模，工人操作方便，下模頂出行程大，可以采用小型氣缸頂出裝置，上模采用剛性打料裝置，如結(jié)構(gòu)圖所示。 5.2.1.彎曲模結(jié)構(gòu)設計 彎曲模結(jié)構(gòu)如下圖所示： 圖5.5 彎曲模結(jié)構(gòu)圖 5.2.2.彎曲凹模設計 凹模高度 H=k×b=0.64×23=14.72mm，取H=40mm （選模具后可根據(jù)閉合高度調(diào)整），凹模壁厚 C=（1.0~1.5）H H=40～60mm 取C=50mm，產(chǎn)品單邊彎曲，所以只需要單邊加壁厚，另兩邊不受力，可以適當減少壁厚。 所以凹?？傞L為140mm,總寬為120mm。如下圖所示: 圖5.6 彎曲凹模圖 5.2.3.彎曲凸模設計 凸、凹模的固定形式有以下幾種方式：直接固定在模板上；臺階固定，螺栓壓緊；鉚接，凸模上臺階，裝配時端面鉚開然后磨平；采用緊固配合固定；粘接劑澆注法固定；螺釘、銷釘固定。 由于凸模部分外形簡單，所以可以采用臺階固定，裝配時上面鉚開然后磨平。如下圖5-7所示： 圖5.7 彎曲凸模圖 第六章、模具的裝配 根據(jù)簡單模的工作特點,先裝上模,再裝下模較為合理,并調(diào)整間隙,試沖,返修。具體過程如下: 6.1.上模裝配 6.1.1檢查各將要裝配零件是否符合圖紙要求,形狀并作好劃線,定位等準備工作. 6.1.2將凸模與凸模固定板裝配,再與凹模板裝配,并調(diào)整間隙. 6.1.3的凸模及凹模與上模座,并在次檢查間隙是否合理后,打入銷釘及擰入螺絲. 6.2.下模裝配 6.2.1要裝配零件是否符合圖紙要求,形狀并作好劃線,定位等準備工作. 6.2.2放在下模座上,再裝入凸凹模固定板并調(diào)整間隙,以免發(fā)生干涉及工件損壞.接著依次按順序裝入銷釘,活動擋料銷,彈頂橡膠塊及卸料板,檢查間隙等合理后擰入卸料螺釘,再擰入緊固螺釘,并再次檢查調(diào)整. 6.2.3 上下模按導柱,導套配合進行組裝,檢查間隙及其它裝配合理后裝機進行試沖并根據(jù)試沖結(jié)果作出相應調(diào)整,直到生產(chǎn)出合格制件. 結(jié)束語 模具生產(chǎn)技術(shù)水平的高低，已成為衡量一個國家產(chǎn)品制造水平高低的重要標志，因為模具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。經(jīng)國務院批準，從1997年到2000年，對80多家國有專業(yè)模具廠實行增值稅返還70%的優(yōu)惠政策，以扶植模具工業(yè)的發(fā)展。所有這些，都充分體現(xiàn)了國務院和國家有關部門對發(fā)展模具工業(yè)的重視和支持。 模具是裝備制造業(yè)的核心，作為機械制造業(yè)的基礎，模具水平基本反映了這個國家工業(yè)水平的高低。我國的模具工業(yè)水平，雖然經(jīng)過改革開放以來30年的追趕，但畢竟底子太薄，到現(xiàn)在為止水平并不高，尤其大中型模具的實力遠遠不夠。30年來，我們利用全球的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移的歷史機遇，投入很大資源發(fā)展模具行業(yè)，但基本上還只是一些低端模具發(fā)展較為成熟些，中高端模具發(fā)展遇到眾多瓶頸。目前我國模具遠不能滿足國內(nèi)需求，國產(chǎn)模具在國內(nèi)市場占有率為低端模具70%，中端模具35%，高端模具不到10%，特別是大型高端模具比如汽車模需要大量進口。我國模具行業(yè)要追趕發(fā)達國家還需要很長的路，國家需要更多的政策引導，企業(yè)需要更加重視研發(fā)而不是代加工.對于我們這樣接受了專業(yè)系統(tǒng)的本科教育大學生也是未來的模具儲備人才來說，我們具有較高的起點，我們關注的不應該局限于模具技術(shù)，雖然我國模具行業(yè)的進一步發(fā)展遇到的問題主要還是技術(shù)問題，但是我們應該把視野放寬些，只有好的企業(yè)才能搞到好的技術(shù)，我們要關注更多模具市場企業(yè)的經(jīng)營與改善，模具企業(yè)十分也需要我們這樣的人才，既懂技術(shù)又懂管理又了解市場動態(tài)的人才，這才是我們應該擔起振興模具行業(yè)的歷史使命。 本設計就是本著這個思想對產(chǎn)品模具進行分析設計，力求設計出技術(shù)水平高、經(jīng)濟效益好的模具，同時也圍繞著對新產(chǎn)品開發(fā)、新產(chǎn)品投入生產(chǎn)這個理念展開設計。彎曲件零件形狀較為簡單，所以加工工藝也不復雜。通過對零件圖的綜合分析與實習單位的實際生產(chǎn)要求，設計出了最可行的加工方案。本模具有生產(chǎn)率高、精度高的特點，加工過程又不會影響制品尺寸，這非常符合實習公司的實際生產(chǎn)要求，對單位能保持全國模具行業(yè)的領先地位也有一定的促進作用。 整套模具的設計過程中使用了先進的CAD/CAM技術(shù)進行輔助設計，在保證模具高精度的同時簡化了傳統(tǒng)的繁瑣計算過程，使得設計更為便捷。由此可以看到，在大型級進模、高精密、高復雜性、高技術(shù)含量先進模具的設計中，使用先進的CAD/CAE/CAM技術(shù)進行輔助設計會是一條必經(jīng)之路。 設計心得 通過本次畢業(yè)設計，在理論知識的指導下，結(jié)合認識實習和生產(chǎn)實習中所獲得的實踐經(jīng)驗，在老師和同學的幫助下，認真獨立地完成了本次畢業(yè)設計。在本次設計的過程中，通過自己實際的操作計算，我對以前所學過的專業(yè)知識有了更進一步、更深刻的認識，能夠把自己所學的知識比較系統(tǒng)的聯(lián)系起來。同時也認識到了自己的不足之處。到此時才深刻體會到，以前所學的專業(yè)知識還是有用的，而且都是模具設計與制造最基礎、最根本的知識。 本次畢業(yè)設計歷時一個月左右，從最初的領會畢業(yè)設計的要求，到對拿到自己手上的沖壓件的沖壓性能的分析計算，諸如對沖壓件結(jié)構(gòu)的分析，對形狀的分析等，不斷地分析計算，對要進行設計的沖壓件有了一個比較全面深刻的認識，并在此基礎上綜合考慮生產(chǎn)中的各種實際因素，最后確定本次畢業(yè)設計的工藝方案。然后是對排樣方式的計算，直到模具總裝配圖的繪制，用時近一個月。在這段時間里，我進行了大量的計算：從材料利用率的計算，到工序壓力的計算，再工作部分刃口尺寸及公差的計算，到各種零件結(jié)構(gòu)尺寸的計算以及主要零部件強度剛度的核算。其間在圖書館翻閱了許多相關書籍和各種設計資料。因此從某種意義上講，通過本次畢業(yè)設計的訓練，也培養(yǎng)和鍛煉了一種自己查閱資料，獲取有價值信息的能力。 總之，通過本次畢業(yè)設計的鍛煉，使我對模具設計與模具制造的整個過程都有了比較深刻的認識和全面的掌握。使我接受了一個模具專業(yè)的畢業(yè)生應該有的鍛煉和考查。我很感謝學校和各位老師給我這次鍛煉機會。我是認認真真的做完這次畢業(yè)設計的，也應該認認真真的完成我大學三年里最后也是最重要的一次設計。但是由于水平有限，錯誤和不足之處再所難免，懇請各位指導老師批評指正，不勝感激。 致 謝 首先感謝學校及學院各位領導的悉心關懷和耐心指導，特別要感謝指導老師給我的指導，在設計和說明書的寫作以及實物制作過程中，我始終得到他的悉心教導和認真指點，使得我的理論知識和動手操作能力都有了很大的提高與進步，對模具設計與制造的整個工藝流程也有了一個基本的掌握。在他身上，時刻體現(xiàn)著作為科研工作者所特有的嚴謹求實的教學風范，勇于探索的工作態(tài)度和求同思變、不斷創(chuàng)新的治學理念。他不知疲倦的敬業(yè)精神和精益求精的治學要求，端正了我的學習態(tài)度，使我受益匪淺。 另外，還要感謝和我同組的其他同學，他們在尋找資料，解答疑惑，實驗操作、論文修改等方面，都給了我很大的幫助和借鑒。 最后，感謝所有給予我關心和支持的老師和同學使我能如期完成這次畢業(yè)設計。謝謝各位老師和同學！ 感謝學校對我這四年的培養(yǎng)和教導，感謝學院各位領導各位老師四年如一日的諄諄教導！ 參考文獻 [1] 《沖壓設計手冊》編寫組.沖壓設計手冊[M]. 北京:機械工業(yè)出版社,2001. 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