自動鉛筆卡簧片生產連續(xù)模具的設計-沖壓模含開題及10張CAD圖,自動鉛筆,卡簧,生產,出產,連續(xù),模具,設計,沖壓,開題,10,cad 自動鉛筆卡簧生產連續(xù)模的設計 摘 要 此次我的畢業(yè)設計題目是自動鉛筆卡簧生產連續(xù)模的設計，通過對卡簧零件的工藝分析，確定采用高效可靠的級進模生產，利用夾持送料機構成功的解決了條料的送進問題，雙側刃控制步距，排樣方式采用單排樣，成功的解決了工件彎曲回彈，并對送料機構進行了力學分析，并推導出了拉簧和扭簧的設計公式，對拉簧做了可靠性分析，保證了送料的可靠性。此課題主要詳細介紹了在自動鉛筆卡簧生產連續(xù)模模具設計過程中，對各個工序的設計構想及具體實施方案，并且主要講述模具設計工藝方案及工藝過程。在對沖壓件工藝分析后我進行了方案比較與確定，然后以我自己的課題估算了模具各主要零件（凹模、凸模固定板、墊板，凸模）的外形尺寸，并確定標準模架以及卸料橡膠或彈簧的自由高度等。我設計的這副落料模的特點及原則是：該模具采用彈性卸料，并保證產品質量節(jié)約材料，降低勞動強度，降低成本，提高勞動生產率，最后達到產品的要求。 關鍵詞：多工位級進模，自動送料機構，卡簧，側刃，拉簧，扭簧，可靠性。 Abstract The topic of my graduation project pencil retainer continuous mode of production design,through to presses the reed components the craft analysis, determined uses the highly effective reliable level to enter the mold production, the solution strip material which the use pull feed organization succeeds delivers the question, a double side edge control step of distance, arranged the type way to use the single line type , the success solution work piece curving snapping back, and has carried on mechanics analysis to the feed mechanism, and inferred the extension spring and the snap spring design formula, Has made the fail-safe analysis to the extension spring, has guaranteed the feeding reliability. This topic was introduced mainly in the production of continuous automatic pencil retainer mold design process, The design concept of each process and the specific implementation plan and the main program about the mold design and process technology. In the stamping process analysis, comparison and I were the program to determine, Then the subject of my own estimate the main components of die dimensions.( Die, punch retainers, plate punch) And determine the standard mold, and discharging the freedom of rubber or spring height. I designed a pair of blanking die characteristics and principles: Elastic unloading of the mold, And ensure product quality conservation materials, Reduce the labor intensity, Reduce costs, Improving labor productivity, Meet the requirements of the final product. Key words: The multi-locations level enters the mold; Feed control organization; Presses the reed; Side edge; Extension spring; Torsional spring ; Reliability. II 目 錄 摘 要 I 1 緒論 1 1.1 課題的來源及背景 1 1.2 卡簧級進模具的設計現狀 1 1.2.l多工位級進模及一般沖模 1 1.3 沖壓生產自動送料發(fā)展概況 3 1.3.1普通壓力機的送料機構 3 1.3.2多工位壓力機的自動化送料機構 4 1.4 沖壓生產自動送料發(fā)展趨勢 4 1.4.1多工位壓力機取代單機聯(lián)線沖壓生產 4 1.4.2柔性自動化送料機構 5 1.4.3交流伺服系統(tǒng)自動送料機構 6 2 卡簧級進自動模設計 7 2.1 卡簧片零件工藝分析 7 2.2 進行工藝計算 7 2.3 排樣及排樣圖設計 8 2.3.1材料利用率計算 9 2.3.2條料寬度的確定 10 2.3.3導料板間距離 11 2.4 沖裁力的計算 12 2.4.1卸料力及推件力的計算 13 2.5 彎曲力計算 14 2.5.1校正彎曲力 14 2.5.2彎曲回彈量的確定 15 2.5.3頂件力和壓料力的計算 16 2.6 總沖壓力和選擇壓力機 16 2.6.1沖壓設備類型的選擇 16 2.6.2 確定設備的規(guī)格 16 2.7 計算模具的壓力中心 17 2.8 沖裁模具間隙及凹模、凸模工作部分尺寸計算 18 2.9 凸模和凹模的結構設計 21 2.9.1凹模設計 21 2.9.2凹模的刃口形式 21 2.9.3模架選擇 21 2.9.4凸模設計 22 2.9.5凸模強度校核 26 2.9.6壓應力校核 28 2.9.7凸模墊板承壓計算 29 2.9.8定距側刃 29 2.9.9導柱、導套 30 2.9.10卸料螺釘 30 2.9.11導正銷的設計 30 2.9.12模柄的選擇 31 2.10 彈簧和橡膠零件的設計 31 2.11 模具的工作原理 34 3 自動送料機構的設計 35 3.1 自動送料機構的分類和選擇 35 3.2滑塊的設計 35 3.2.1滑塊的受力分析 35 3.2.2滑塊的設計 37 3.3 拉簧設計 38 3．4 拉簧可靠性計算 42 4 繪制模具總裝圖 44 5 專題論述 45 5.1 拉伸彈簧的設計公式的推導 45 5．2 彈簧性能校核 49 5．3 拉伸彈簧的模糊可靠性模型 50 5.3.1模糊可靠度 50 5.3.2剪切應力分布 51 結論 54 參考文獻 56 附錄A 拉伸彈簧幾何尺寸計算 57 、 引言 畢業(yè)設計是本科教學計劃的最后一個重要環(huán)節(jié)，是本科教育最后的成果的體現，其主要目的是培養(yǎng)學生綜合運用知識，實現理論聯(lián)系實際的橋梁，培養(yǎng)獨立分析，解決實際問題的的能力。并培養(yǎng)學生在科研、文獻檢索、使用文獻、綜合分析、實驗及設計、計算、數據處理、文字表達、國家標準使用等方面的綜合能力訓練，進而鞏固所學專業(yè)知識 ，為學生以后工作做好準備。 隨著經濟的發(fā)展，產品的需求越來越大，針對市場對卡簧的大量需求，根據我國工廠的加工能力和現狀，設計大批量生產的卡簧級進自動模是必須的，也是經濟的。這樣不僅提高的企業(yè)的生產效率，也降低了卡簧的生產成本。 本說明書共分五章。第一章，詳細介紹了級進模具在當前模具行業(yè)的發(fā)展狀況、主要成果及今后的發(fā)展趨勢，同時也介紹了自動化生產線的發(fā)展狀況及發(fā)展。第二章主要介紹了級進模具設計的步驟，對工件進行工藝分析，工藝計算，壓力機的選擇方法，主要零部件的設計及模具的結構設計。第三章主要介紹了模具送料機構設計的步驟、機構的受力分析、彈簧的設計方法及其可靠性設計的理論和方法。第四章主要進行模具總裝配圖的繪制。第五章專題論述，主要推導了拉伸彈簧的設計公式及其可靠性設計的公式。最后為全文總結，概括說明了這次畢業(yè)設計的內容。說明書最后主要附有彈簧設計的基本幾何尺寸計算的國家標準。在本次設計中得到了龍老師和同學的大力支持和幫助，并參考了國內學多的書籍和資料，引用了一些專家的科研成果，在次表示衷心的感謝。 由于時間的倉促，加上本人的水平有限，說明書中存在許多不足之處，懇請老師和專家的不吝賜教。 1 緒論 1.1 課題的來源及背景 隨雖著經濟的發(fā)展，產品的需求越來越大，針對市場對卡簧的大量需求，根據我國工廠的加工能力和現狀，設計大批量生產的卡簧級進自動模是必須的，也是經濟的。這樣不僅提高的企業(yè)的生產效率，也降低了卡簧的生產成本。 1.2 卡簧級進模具的設計現狀 1.2.l多工位級進模及一般沖模 體現高水平制造技術的多工位級進模。從沖壓件種類來看,有電機鐵芯片、空調器散熱片、接插件、電子槍零件、電腦零件、IC 框架零件、電機機殼拉伸件等, 覆蓋面大增。 我國自行設計制造, 集機電氣一體化的鐵芯自動疊片硬質合金多功能級進模, 如常州日新精密機械公司展出的YSK 空調器電機定轉子帶扭轉自動疊片硬質合金級進模, 主要性能包括沖槽(84 槽) 、轉子鐵芯片落料、扭轉、定子鐵芯片落料、疊鉚、計數、分組和安全保護等, 達到國際上同類模具水平。模具采用6 大12 小精密滾珠導柱、分級多板式導向和子模組合式結構, 導向精度高, 能保證大批量生產中模具高速運行的穩(wěn)定性。模具主要零件制造精度達2μm , 步距精度2～3μm , 回轉精度l′, 刃口及主要零件的表面粗糙度達R a = 0. 10～0. 4μm ,總壽命可達1 億次以上。模具外形尺寸1 400mm ×60mm ×438mm ,重1. 5t ,屬大型、精密模具。進口這樣1 副模具需30 萬美元,現僅售80 萬元人民幣,為進口價的1/ 3。此外,該公司展出的步進電機定轉子鐵芯帶雙回轉疊片硬質合金級進模和南京長江機器集團工模具公司展出的汽車電機鐵芯硬質合金自扣模等均達到國際水平。其他種類的多工位級進模, 亦是異彩紛呈, 陜西咸陽彩虹零件廠展出的彩色顯像管電子槍G5 底改進型25 工位級進模, 結構上采用子模式組合, 主模架采用精密滾珠四導柱, 子模架采用獨立的滑動式導向, 不同工位卸料采用彈壓和固定式、沖廢料及落料工位設置氣動排出結構等; 凸、凹模材料選用高強度耐磨損、耐腐蝕硬質合金, 翻孔變薄拉伸凸模進行表面氮化鈦沉積處理, 提高了使用壽命和產品質量; 主要零件制造精度達2μm ,并經深冷處理,達到尺寸穩(wěn)定,確保變薄拉伸孔徑公差達±0. 010mm ,外觀無拉痕、起皺、毛刺等缺陷的制品要求。上海柏斯高微電子工程有限公司展出的LA17 集成電路散熱板硬質合金級進模, 凸、凹模材料選用進口硬質合金, 凹模采用拼塊式結構, 凸、凹模成形加工采用光曲磨, 主要零件制造精度達微米級,制品為集成電路散熱板,用于大功率管產品,其特點是:引線腳彎曲細長、間距小,形狀復雜, 還需在引線框架上鉚接銅散熱片, 技術難度大, 制品要求高。成都宏明電子實業(yè)總公司模具中心展出的空調器連桿級進模, 凸、凹模材料選用W6Mo5Cr4V2 高速鋼, 凹模采用鑲拼結構, 該模具設置自動攻絲機構, 成功地解決了制品M 3mm、M 2. 4mm 螺孔的自動攻絲技術難題,在1 副模具中自動完成沖槽孔、螺紋底孔、自動攻絲、彎曲、成形、落料工序,很有特色。展出的電腦25 工位馬口鐵級進模, 凸、凹模材料選用高硬度耐磨損的YG6X 硬質合金, 模具采用子模式組合分段結構, 凸、凹?？鞊Q式;在同1副模具上更換不同的子模,即可沖制兩種不同尺寸要求的制品,并采用多次異形拉伸工位,能解決拉伸高度32mm 特高的技術難題。天津津榮天和機電有限公司展出的EG- 530 微電機機殼多工位級進模,凸、凹模材料選用日本大同SKD11 ,主模架采用四滾珠導柱導向, 12 道沖壓工序采用子模式、壓板快換結構, 拉伸凹模設計成11°錐度, 可解決制品尺寸小、材料流動性差、局部冷作硬化影響質量的難題, 并應用環(huán)切結構和氮氣缸彈簧。展出的高周波調節(jié)器多工位級進模, 10 工位, 制品沖孔多、彎曲多,是一個彎曲封閉型零件,能在一個工步內完成切斷、彎曲、鉚接等工序。湖南鉆石硬質合金工具有限公司展出的空調器翅片多工位級進模, 主模架及分段模架采用精密滾珠導柱導向, 采用子模式組合和拼塊結構;應用雙跳步工序排數任意可調、快速換型, 靈活簡便; 凸、凹模材料選用瑞典一勝百粉末高速鋼和株洲硬質合金廠過壓燒結細顆粒硬質合金, 具有高強度、高耐磨特性; 大模板采用萬噸水壓機開坯,經10 次以上熱處理,達到材料性能穩(wěn)定、抗沖擊性強、內應力極小, 保證模扳的高壽命, 拼塊制造精度達2μm , 并可互換, 壽命6 千萬次以上, 曾榮獲國家科技進步二等獎。國內空調器翅片多工位級進模制造單位較多,如天水長城精密模具廠、上海星火模具總廠、無錫微研有限公司等均有較強的實力和較高水平。桂林電器科學研究所展出的接插件多工位級進模,亦達到較高的水平。 總之, 我國自行設計制造的精密多工位級進模和多功能模具,與國外同類模具水平相比,從模具結構、制造精度、制造周期、使用壽命等指標來衡量,水平相當或接近,完全可以替代進口,而價格則為進口模具的l / 2～1/ 4 ,具有很強的市場競爭力。 展出的其他沖壓模, 如上海恒通機械模具公司生產的84cm 彩色顯像管框架模, 1 套4 副, 現在上海永新彩色顯像管廠的流水線上正常運轉, 質量穩(wěn)定, 產量高。由于框架材料很特殊, 成形困難, 以往一直以40 萬美元的高價從國外進口模具, 經恒通公司努力攻關, 成形凹模采用硬質合金鑲拼結構,并成功解決了拉伸中圓弧光滑聯(lián)接的難題, 終于實現國產化,屬國內首創(chuàng)。國外參展的精密多工位級進模和多功能模具,代表了當代國際先進水平, 如美國奧伯格、寶捷麗鋼等的電機定轉子鐵芯2～4 排疊片硬質合金模,采用全鑲拼、全磨削、雙回轉等技術, 結構先進, 高速運行時,穩(wěn)定可靠,制造精度2μm 以內,壽命2 億次。韓國模具界組團參展, 比上屆首次參展的規(guī)模還大, 展品更豐富。參展的展品中最引人注目的是韓國金星社L G 公司和泰和企業(yè)的各種類型規(guī)格的電機鐵芯疊片多功能模、殼體多工位級進模、多工位傳遞模等, 其制品精度和表面質量均達到國際較高水平。尤其值得一提的是大規(guī)格鐵芯, 采用分段自動疊片后, 再組合連接成整體鐵芯制品, 其高技術和高難度, 反映了韓國模具的先進水平。德國吉伯樂、韓國技星、漢城精密等展出的各種接插件多工位級進模的制品, 也以其技術難度和高水平, 博得參觀者的贊賞。 1.3 沖壓生產自動送料發(fā)展概況 1.3.1普通壓力機的送料機構 普通壓力機上的送料機構根據送料動力的不同可分為機械、液壓、氣動三大類.。在沖壓加工中以機械與氣動二類應用較多。氣動送料機構具有靈巧輕便、通用性強、其送料長度和材料厚度可調整、機構反應迅速的優(yōu)點。但是由于氣動送料機構是采用壓差式氣動原理工作。故機構工作噪聲較大，影響沖壓工作環(huán)境，主要用于沖壓的前期送料和小批量、多品種的生產。機械送料機構盡管調整相對困難且機構較大，但具有送料準確可靠、機構沖擊與振動少、噪聲低、穩(wěn)定性好等優(yōu)點，仍是目前沖壓加工中最常用的自動送料方式。目前沖壓生產線的配置中應用較為廣泛的是開式單點壓力機加裝輥輪送料機（或氣動送料機），這種生產線可以做單工序或多工序的連續(xù)沖壓，操作性良好；另一種開式雙點壓力機加裝多工位送料裝置，搭配開卷裝置、校平裝置等組成的用于多工位連續(xù)沖壓的生產線，由于占地面積和工序間的搬運都明顯減少，在生產中應用呈現逐漸增多的趨勢；而電機廠應用最多的專門沖制電機硅鋼片的生產線則是由高速壓力機加裝凸輪分割型送料機，配裝開卷機、校平裝置等組成。由此可見，送料機構的性能高低直接影響著生產線的推廣應用，因此，針對沖壓制件的工藝要求、生產的實際情況等的不同來選擇不同的送料機構是十分必要的。 機械手加穿梭小車式自動化輸送系統(tǒng) 目前，國內汽車工業(yè)中生產轎車外覆蓋件和大型內襯件的自動化沖壓生產線，由于還沒有大型多工位壓力機的投入，所以自動化生產主要還是以配備常規(guī)的機械手加穿梭小車或機器人輸送系統(tǒng)的串列式沖壓線為主，它主要由CNC 上料、取料機械手和穿梭小車組成。其相鄰兩個壓力機的輸送單元主要有以下機構組成"（一個取料機械手，帶有中置并按工件形狀排部的真空吸盤式端拾器，負責將工件從上一臺壓力機取出放置在穿梭小車上。 （1）一個在壓力機之間固定軌道上移動的穿梭小車，負責將工件由取料機械手的放料位置移送到上料機械手的取料位置。 （2）一個上料機械手，帶有和取料機械手相同的端拾器，負責將工件由穿梭小車拾起并送入下一臺壓力機工位。 采用該系統(tǒng)的工件將通過機械手簡單的“拾取”和“擺放”動作從前一臺壓力機輸送到后一臺壓力機，其穿梭小車的主要功用就是通過它的穿梭運動縮短取料和上料之間的輸送行程，從而提高整線的生產節(jié)拍。但是在該沖壓線中由于存在工件換向和雙動拉深的問題，因此，必須配有同步翻轉裝置，最高生產節(jié)拍達而且設備的維修量很大。 1.3.2多工位壓力機的自動化送料機構 多工位送料系統(tǒng)是一個類似移動臂的裝置，主要作用是把沖壓件從一個工位移到另一個工位。一組模具內的每一副模具的沖壓工作都在同一臺壓力機內完成。多工位送料移動桿沿著模區(qū)移動，它們是主要結構件，移動沖壓件的端拾器就安裝在這些結構件上。在汽車車身沖壓廠，根據送料的傳動方式，多工位送料系統(tǒng)主要有：機械送料、電子送料和組合式送料。 機械式送料是通過與壓力機傳動系統(tǒng)的直接聯(lián)接完成沖壓件從一個工位移動到另一個工位。壓力機橫梁上的動力輸出裝置把能量從壓力機的頂部輸送到地面，由隨動器驅動的大型機械凸輪安裝在送料機構上，旋轉凸輪帶動機械送料動作。其主要缺點：機構磨損及能量積累易影響送料精度、速度和產量；機械傳送設計規(guī)格參數一旦確定，不能更改；隨著加工零件尺寸增大，傳送機構也將增大，機構零件的預期壽命就會縮短。 電子伺服送料是用單獨伺服電動機驅動+ 借助齒輪箱和傳動軸，伺服電機與送料系統(tǒng)相聯(lián)并在計算機的控制下工作。與壓力機的動作協(xié)調是由壓力機和控制器之間所交換的電子信號完成的。其運動軌跡由計算機程序完成+柔性較好+根據工件的需要可以提供任意的送料距離、夾緊行程、閉合行程和抬起行程。與機械送料相比較具有無需使用壓力機的動力輸出裝置；各軸（包括行程長度和時間曲線）可以實現行程軌跡編程；在無需調整滑塊的情況下，可以對送料裝置進行微動調整，加減速度快；機械部件數目少，故障率降低等優(yōu)點。組合式送料裝置的某些動作由機械系統(tǒng)完成，而另一些動作則由電子系統(tǒng)完成，結構隨廠家的不同而異，這種送料方式在汽車覆蓋件生產中應用有限。 根據工件的傳送方式又有：三座標式和真空吸盤式。近年來，由于在多工位壓力機上“一次多件”沖壓工藝的發(fā)展以及人們個性化需求的突出，真空吸盤式傳送裝置得到越來越多的應用。例如日本小松公司的新型多工位壓力機就較多的采用了真空吸盤式傳送裝置。 1.4 沖壓生產自動送料發(fā)展趨勢 隨著我國沖壓行業(yè)的發(fā)展，沖壓設備性能與世界的接軌，沖壓生產自動化程度的進一步提高，對沖壓生產的送料技術也提出了越來越高的要求，以滿足與沖壓設備的配套。 1.4.1多工位壓力機取代單機聯(lián)線沖壓生產 目前，沖壓生產主要朝兩個方向發(fā)展：一是單機聯(lián)線自動化生產；一是大型多工位壓力機，單機聯(lián)線生產通用性較好，適合柔性生產，占用資金少，完全可以滿足我國生產中高檔轎車所需要的零件質量要求；與單機聯(lián)線的沖壓生產線相比較，大型多工位壓力機除了占地面積少外，還有生產效率高，生產節(jié)拍可達，為手工送料流水線的倍，單機聯(lián)線自動生產線的倍等優(yōu)點。大型多工位壓力機集機械、電子、控制和檢測技術為一體，全自動化、智能化，整個系統(tǒng)只需人進行監(jiān)控。當模具更換時，只需輸入需要更換模具的編號，其余工作自動完成，整個換模時間只需5min，換 模的同時可以對多工位壓力機的運行特性作智能化調整。當兩者生產規(guī)模相同時，多工位壓力機設備投資可減少,能量消耗減少，沖壓件綜合成本可節(jié)約。據美國精密鍛壓學會1990年前后統(tǒng)計，美國三大汽車公司680條沖壓線中,70%多工位壓力機，日本為美國建造的35 條生產線中69%為多工位壓機，日本國內250條生產線有32%為多工位壓力機。美國的克萊斯勒與日本三菱公司合資的Diamond Star汽車廠、通用汽車公司的Satum工廠已經實現只用多工位壓力機來進行沖壓生產。由此可見，大型多工位壓力機取代單機聯(lián)線沖壓生產線的來勢迅猛，但是大型多工位壓力機不能完全取代沖壓生產線，因為某些特大型（如車身側板、擋泥板等）和特殊形狀的工件仍然需要在單機聯(lián)線的自動沖壓線上來完成。另外，在中小型沖壓件生產方面以多工位傳送裝置來改裝原有的壓力機和生產線的工作也在廣泛進行。 高速高精度的自動送料機構 高速化和精密化一直是沖壓生產追求的目標。日本DIMAC公司生產的NC伺服輥輪送料機，生產性能高，能實現連續(xù)高速送料，最高速度可以達到，送料步距和送料厚度調節(jié)方便，結構簡單，經濟實用；送料精度隨送料次數及送料長度不同而有所不同，最高精度在0.01mm 左右。而且可以設定夾緊和松開時間，動作方式為輥柱作圓周運動，不會有咬死現象。該公司AB 系列輥輪送料機，它采用直流伺服電機，機體和控制器相結合大大節(jié)省了場地空間，由于送料裝置與主機之間沒有直接連接，其送料精度與主機運動偏差無關。利用數字控制送料速度、加速度、送料干涉角、夾緊力的大小及時間等。在我國也有多家生產這種輥輪送料機的廠家（如深圳力豪等），但是核心技術一般是由國外引進， 因此，自主開發(fā)更高精度更高速度的送料機將會是我們今后的發(fā)展目標。 1.4.2柔性自動化送料機構 隨著汽車工業(yè)的強勢發(fā)展，市場競爭的日益激烈，利用最少的設備來生產盡可能多的沖壓制件，間接的降低生產成本成為各個廠家競相追求的目標之一。德國米勒萬家頓公司在最新一代用于擺桿式多工位壓力機上的擺動橫桿式輸送機（Swingarm-Transfer） 的基礎上開發(fā)出快速橫桿式輸送系統(tǒng)（SpeedBAR）。這種輸送系統(tǒng)介于常規(guī)機械手系統(tǒng)Feeder）和多工位壓力機橫桿式輸送系統(tǒng)之間，既靈活簡便又快速高效，適用于串列式沖壓生產線。提高了與歐美國家的多工位壓力機生產模具的匹配能力，從而實現了模具和端拾器在多工位壓力機和串列式沖壓線兩種設備之間的互換，為國內的沖壓生產與歐美汽車工業(yè)接軌奠定了基礎。 1.4.3交流伺服系統(tǒng)自動送料機構 近20多年來，由于電力電子技術的發(fā)展，計算機控制技術以及現代控制理論的應用，交流伺服驅動技術飛速發(fā)展。交流伺服自動送料的動力來自交流伺服電動機，具有柔性化、智能化的特點，工作性能和工藝適應性很強。在我國，較先進的自動送料裝置是深圳力豪公司的NCHF系列三合一伺服系統(tǒng)送料機，它適合于各種五金、電子、電器、玩具及汽車零件之連續(xù)沖壓加工，送料矯正，準確耐用；可任意設定送料長度， 操作容易， 安全及穩(wěn)定性高。但是，在該送料機中所用的伺服馬達、電器箱電子元件和控制器等都是從日本引進的，國內在這方面的技術還比較落后，因此，我們必須給予這方面技術充分的重視，加快研究開發(fā)，以較快的速度追趕發(fā)達國家的研究步伐。 2 卡簧級進自動模設計 2.1 卡簧片零件工藝分析 卡簧片是典型的沖裁，成型件。其特點是工件尺寸小，材料薄。如圖1所示，零件的所有尺寸均為自由公差，按IT14級精度處理。因此從零件的尺寸精度分析可知，卡簧片零件尺寸精度要求不高。 卡簧片零件的基本沖壓工序為沖孔、落料、彎曲復合。若采用沖孔、落料、彎曲復合模，凸模制造和修模困難，而且零件取出困難，但是可以設計自動出件機構，雖然這樣減小了模具的長度，但是自動出件機構，增加了制造成本。方案二，采用側刃切邊和沖孔、切廢料、彎曲成型、空步、側刃切邊、沖斷。成型后孔型尺寸變化對卡簧零件使用性能沒有影響，這樣凸模刃磨都很容易，出件也很容易，不需要另設機構。 由于卡簧為小尺寸零件，若采用單工序模生產、工序多、生產效率低、定位精度低。若采用連續(xù)模生產，在保證零件精度要求的同時具有效率高、操作方便、成本低等優(yōu)點。因此設計了一套沖孔，彎曲成型、落料的多工位連續(xù)模來生產卡簧片零件。 卡簧的形狀、尺寸如下圖所示，欲用沖壓生產，材料QSn6.5—0.4錫青銅帶，材料厚度0.5mm,大批量生產。 圖2.1 卡簧零件圖 2.2 進行工藝計算 （1）、計算毛坯尺寸，合理排樣，繪排樣圖，計算材料利用率。 卡簧是一個彎曲件,故需要進行毛坯長度計算彎曲件的毛坯長度,是根據應變中性層在彎曲前后長度不變的原則來計算的.該件屬于r>0.5t的彎曲件,這類零件變薄不嚴重且斷面畸變較輕,可以按應變中性層長度等于毛坯長度的原則來計算.毛坯長度等于零件直線長度和彎曲部分應變中性層長度之和,即 L=∑li+ （2—1） 計算：=8/0.5=16 查表1-2-4得：=0.5, 計算：=1.5/0.5=3；=0；； 故： mm 2.3 排樣及排樣圖設計 排樣是沖裁件在板條料上的布置方法。排樣的合理與否，影響到材料的經濟利用率，還會影響到模具的結構、生產率、制件質量、生產操作方便與安全等。依次，排樣是沖裁工藝與模具設計中一項非常重要的工作。沖壓件大批量生產成本中，毛坯材料費用占60%以上，因此，排樣的目的就在于合理利用原材料。 多工位連續(xù)模條料排樣圖對模具設計的影響很大，它決定工位分布是否合理，條料能否在連續(xù)沖壓過程中暢通無阻，是否便于使用制造維修和刃磨。該卡簧零件的排樣方式和材料利用率如下： 繪制排樣圖如下: 排樣方案一： 圖2-2 排樣方案二： 圖2-3 若采用方案一，則不能保證模具足夠的強度，連續(xù)沖裁過程中，零件容易卡在凹模處，不容易被帶出模具外。 采用方案二，則正好克服方案一的缺點。 最終的排樣圖如下圖所示： 圖 2-4 沖壓工藝圖 工位如圖2.4標示，第1工步為側刃及沖兩方孔和孔，第2、3工步為切廢料，第4工步沖彎成型，第5步為空步，第6工步為側刃切邊，第7工步為沖斷，成品由廢邊料推進再通過凹模33的斜面滑下，在第二工步中增加導釘10定位，使條料在沖裁時不致移位。 2.3.1材料利用率計算 衡量排樣經濟性、合理性的指標是材料的利用率。其計算公式如下：一個進距內的材料利用率為: =100% （2—2） 試中:A-沖裁件面積（包括沖出的小孔在內）（）； n—個進距內沖件數目； B—條料寬度（mm）； h-進距（mm）； 一張板料上的總的材料利用率：∑＝ 式中：N-一張板料上沖件數目；L-板料長度； 方案一： 根據以上公式，由圖2.1、圖2.2知，n=1mm，B=33.1mm，L=12mm 面積mm 式中：—工件垂直于送料方向的寬度（mm）。 —工件外圓半徑，。 —工件沿送料方向的最小長度（mm） B=44.6mm，h=23mm,n=1 因此材料的利用率為： 方案二： 根據以上公式，由圖2.1、圖2.3知，n=1，B=32，L=26.53 面積mm 式中—工件沿送料方向的長度（mm）。 —工件外圓半徑，。 —工件垂直于送料方向的最小寬度（mm） 下面算得B=32mm，h=25.61mm,n=1 因此材料的利用率為： 雖然方案一的材料利用率高于方案二，但是方案一不利于級進模的設計，在工件彎曲后送料和落件困難。因此仍選方案一。 2.3.2條料寬度的確定 排樣方案和搭邊數值確定后，即可確定條料和帶料的寬度及進距。 條料寬度的確定原則：最小條料寬度要保證沖裁時周邊有足夠的搭邊值，最大條料寬度要能在沖裁時順利地在條料之間送進，并與條料之間有一定的間隙。因此在確定條料必須考慮到模具的結構中是否采用側壓裝置和側刃，根據不同結構 分別進行計算。 卡簧零件模具采用側刃定距，條料寬度圖形如下，條料寬度應按下式計算 圖2-5 雙側刃時條料寬度的計算 （2—3） 式中：B—條料標稱寬度（mm）； D—工件垂直于送料方向的最大尺寸（mm）； n—側刃數； C—側刃沖切的料邊寬度（mm）； —條料寬度公差（mm）； —側搭邊（mm）。 查文獻[2]的 73頁表2—14 剪切條料寬度差知=0.4，查表2—16知側刃沖切的料邊寬度C=1.5,沖切后條料寬度與導料板間的間隙;該模具采用雙側刃定距，故側刃數n=2；表2—15得條料與導料板之間的間隙。 工件垂直于送料方向的最大尺寸D=10mm 考慮到通過沖廢料來實現落料凸模的結構復雜以及凸模的磨損后修模，凸模的強度等材料的寬度在工件的兩邊各加2mm 因此，工件垂直于送料方向的最大尺寸=D+4=14mm。搭邊值查文獻四得a=2mm，考慮凸模強度和磨損等取a=3mm，=3mm mm 2.3.3導料板間距離 其計算公式為：或 （2—4） 式中，同上?！獥l料與條料板間的間隙（mm）； 側刃定位前導料板間距離：mm 側刃切邊后導料板間距離： mm 步距精度： 步距精度直接影響沖件精度，由于步距誤差，不僅影響分段切割余料，導致外形尺寸誤差，還影響沖件內外形的相對位置。影響步距精度的因素很多，歸納起來主要有：沖件的精度等級、形狀的復雜程度、沖件材料與厚度、模具共位數、沖制時條料的送進方式和定距形式等。 該排樣圖的進距為：A=B+a=22.63+3=25.63mm. 其中：B---平行于送料方向工件的寬度； a---沖件之間的搭邊值。 定距方式： 連續(xù)模的定距方式一般來說有定位釘定距、側刃定距、側刃導正釘定距和自動送料機構定距等四種。其中定位釘多用于料厚加工送料的普通連續(xù)模，單純采用側刃定距的多工位連續(xù)模，由于側刃凸模有制造誤差以及側刃刃口鈍化而影響側刃的步距精度。故本模具采用側刃導正銷定距方式。由側刃初定距，導正銷做精定距，采用自動送料機構送料。 2.4 沖裁力的計算 計算沖裁力的目的是為了合理的選擇壓力機和設計模具,壓力機的噸位必須大于所計算的沖壓力,以適應沖裁的要求。 沖裁力的大小主要與材料力學的性能\厚度及沖裁件的分離的棱廓長度有關。 該工件的材料厚度：t=0.5mm 材料的抗剪強度查表得：=460MPa 系數K.考慮到模具刃口的磨損,模具間隙的波動,材料力學性能的變化及材料厚度偏差系數,一般去K=1.3。 查表得材料QSn6.5-0.4抗拉強度為： 表2-1 材料QSn6.5-0.4抗拉強度 材料狀態(tài) 抗拉強度(MPa) 軟 硬 特硬 對于該零件,要求有較高的硬度,故材料的抗拉強度選為600MPa,材料的抗拉強度,為計算方便,也可用下式計算沖裁F(N) F=Lt （2—5） 式中：L---為沖裁件周邊長度（mm）； t---材料厚度（mm）； ---材料抗拉強度（MPa）。 計算周長L： 該零件有兩個方型小孔,其周長L1=mm 中心圓孔的直徑為6mm,其周長為L2==3.146=18.84mm 大圓直徑為10mm,其圓弧的夾角為240度,故L3=mm 延伸部分的邊長為， 其周長為L4=42.66+210=30.4mm 沖廢料的凸模周長mm 落件凸模周長為L6=23=6mm 總周長為L=L1+L2+L3+L4+L5+L6=24+31.4+41.87+50.56+53.26+6=207.09mm F=Lt=207.090.5600=62127N62.127KN 側刃沖裁力 F1= F2= 2.4.1卸料力及推件力的計算 無論采用何種刃口沖模，當沖裁完成后，由于彈性變形，在板材上沖裁出的廢料或工件孔徑沿著徑向發(fā)生彈性收縮，會緊箍在凸模上。而沖裁下來的工件或廢料徑向會擴張，并因要力圖恢復彈性穹彎，所以會卡在凹模內。為了使沖裁過程連續(xù)，操作方便，就需要把套在凸模上的料卸下，把卡在凹模內的沖件和廢料推出。從凸模上將零件或者廢料卸下來所需的力稱為卸料力，順著沖裁方向將零件或廢料從凹模型腔推出的力稱為推件力，逆著沖裁方向將零件或廢料從凹模腔頂出的力稱頂件力。 、、 是由壓力機和模具的卸料、頂件裝置獲得。影響這些力的因素有材料力學的性能、材料厚度、模具間隙、凸、凹模表面粗糙度、零件形狀和尺寸以及潤滑情況等。 用實際生產中的經驗公式計算。 查文獻[2]的52頁表2-2，卸料力、推件力和頂件力系數。取0.055，取0.063 由公式得： N 由公式得：N 該模具采用彈性卸料裝置和下出料方式的總沖壓力為 =62127+3416.985+3914.001+7689+7689=84835.986N 2.5 彎曲力計算 彎曲力的數值與毛坯尺寸(B,t),材料力學性能,凹模支點距離l等因數有關,同時還與彎曲形式和模具結構等多中因數有關.因此生產中經常采用經驗公式來計算彎曲力.最大自由彎曲力(N)為 （2—6） 式中 ：C-與彎曲有關的系數,對與V形件C取0.6;對于U形件C取0.7; K-安裝系數,一般取1.3; B-料寬(mm); t-料厚(mm); r-彎曲半徑(mm); -材料強度極限(MPa). 卡簧片屬于V形彎曲,參數C取0.6,K=1.3,大圓的寬度=6mm,=10mm,t=0.5mm, =1.5mm,=12mm。代入以上參數入上式得： 總的自由彎曲力為 2.5.1校正彎曲力 為了提高彎曲件的精度，減小回彈，在板材自由彎曲的終了階段，凸模繼續(xù)下行將彎曲件壓靠在凹模上，其實質就是對彎曲件的圓角和直邊進行精壓，此為校正彎曲。此時，彎曲件受到凸模的擠壓，彎曲力急劇增大。校正彎曲力的計算公式如下： （2—7） 式中：p-單位面積上的校正力（MPa）； A-校正面垂直投影面積（） 查表3-2得，p=60MPa 圓形部分的面積 伸出部分的面積 兩小孔的面積 則： 校正彎曲力為 2.5.2彎曲回彈量的確定 由于影響回彈數值的因數很多，而且各種因數往往又相互影響，故難以進行精確的計算或分析。在一般情況下，設計模具時對回彈量的確定大多按照經驗數值或計算后在實際試模中再進行修正。 只有彎曲工件的圓角半徑R（58）t時，計算才近似正確。當要求工件的彎曲圓角半徑為R時，則可根據材料的相關參數，用下列公式計算回彈補償時彎曲凸模的圓角半徑。 （2—8） 其中: 、R—彎曲凸模、彎曲件的圓角半徑（mm）； —材料屈服點（MPa）； E—材料彈性模量（MPa）； t—材料厚度（mm）； 當R<(58)t時，工件的彎曲半徑一般變化不大，只考慮角度回彈。故該件兩個半徑為1.5mm的圓弧只需考慮角度回彈，查文獻[8]表3—4的到其彎曲角度回彈量為。 卡簧零件的彎曲半徑為8mm，板料厚度0.5mm，其，的圓弧用如下公式計算： 板料采用錫青銅。查文獻[3]知，屈服點，彈性模數，將有關數據代入上式，得mm。即圓弧形凸模直徑為13.76mm，沖壓回彈后工件的內徑為所需要的8mm。 彎曲角度回彈量用下式計算： 式中：—工件要求的圓角半徑（mm）； —工件要求的角度 2.5.3頂件力和壓料力的計算 頂件力和壓料力的值近似去自由彎曲力的。在該模具中取彎曲力的60%。 =795.630%=238.68N 795.630%=238.68N 2.6 總沖壓力和選擇壓力機 2.6.1沖壓設備類型的選擇 根據所要完成的沖壓工藝的性質、生產批量的大小、沖壓件的幾何尺寸和精度要求等來選定設備類型： 開式曲柄壓力機雖然剛度差，降低了模具壽命和沖件的質量。但是它成本低，且有三個方向可以操作的特點，故廣泛用于中小型沖裁件、彎曲件或拉深件的生產中。 閉式曲柄壓力機剛度好、精度高，只能兩個方向操作，適于大小型沖壓件的生產。 雙動曲柄壓力機有兩個滑塊，壓邊可靠易調，適用于較復雜的大中型拉深件的生產。 高速壓力機或多工位自動壓力機適于大批量生產。 液壓機沒有固定的行程，不會因板材厚度超差而過載，全行程中壓力恒定，但壓力機的速度低、生產效率低。適中小批量，尤其是大型厚板沖壓件的生產。 摩擦壓力機結構簡單、造價低、不易發(fā)生超負荷損壞。在小批量生產中用來完成彎曲、成形等沖壓工作。 肘桿式精壓機剛度大、滑決行程小，在行程末端停留時間長，適用于校正、校平和整形等類沖壓工序。 2.6.2 確定設備的規(guī)格 (1)壓力機的行程大小，應該能保證成形零件的取出與毛坯的放進，例如拉深所壓力機的行程，至少應大于成品零件高度的兩倍以上。 (2)壓力機工作臺面的尺寸應大于沖模的平面尺，且還需留有安裝固定的余地，但過大的工作面上安裝小尺寸的沖模時，工作臺的受力條件也是不利的。 (3)所選的壓力機封閉高度應與沖模封閉高度相適應。 沖壓力與壓力機力能的配合關系，當進行沖裁等沖壓加工時，由于其施力行程較小，近于板材的厚度，所以可按沖壓過程中作用于壓力機滑塊上所有力的總和選取壓力機。通常取壓力機的名義噸位比大10%20%。 選擇單柱固定臺壓力機J11-50。其技術規(guī)格如下表： 表2-2 固定臺壓力機J11-50技術參數 型號 公稱壓力（牛） 滑塊行程（mm） 滑塊行程次數（） 最大封閉高度（mm） 封閉高度調節(jié)量（mm） 滑塊中心線至床身距離（mm） 工作臺尺寸 墊板厚度 模柄孔尺寸 前后 左右 直徑 深度 J11-50 50 1090 65 270 75 235 440 650 70 50 80 2.7 計算模具的壓力中心 沖裁時的合力作用點或多工序模各工序沖壓力的合理作用點，稱為模具壓力中心。如果模具壓力中心與壓力機滑塊中心不一致，沖壓時會產生偏載，導致模具以及滑快與導軌的急劇磨損，降低模具和壓力機的使用壽命。通常利用求平行力系合理作用點的方法（解析法或圖解法）確定模具的壓力中心。 在實際生產中，可能出現沖模壓力中心在加工過程中發(fā)生變化的情況，或者由于零件的形狀特殊，從模具結構考慮不宜使壓力中心與壓力機滑塊中心一致的情況，這時應注意使壓力中心的偏差不致超出所選壓力機允許的范圍。 用圖解法求壓力中心雖然比較簡單，特別對形狀復雜或多凸模的情況尤其顯著。但是作圖法受作圖誤差的影響較大，因而誤差也較大，再考慮該模具也不是非常的復雜，故仍采用解析法進行計算。 由于圖示坐標系處凸模形狀復雜，故把坐標系確定在此處，Y軸選在凸模對稱的中心線處。沖裁該零件的凸模在沿著送料方向的中心線處對稱，因此X軸選在中心線上，即yc=0。根據以上分析，確定其坐標系的位置及各凸模壓力中心的坐標值如下圖所示， 圖2-6 壓力中心計算圖 =-53.4 7200N 18840N 7200N = (1+1+3+3.01)600=4806N y6=-10.89 y7=16 F7= y8=-16 F8= = =-18.756 yc=0 2.8 沖裁模具間隙及凹模、凸模工作部分尺寸計算 卡簧零件屬于薄壁零件，凸凹模采用配合加工。零件制造精度取IT14級。是沖裁件實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的系數=0.5，查文獻[6]的113頁表3。3標準公差數值表，得到工件公差如下表 表2-3 凸凹模工作部分尺寸 工件尺寸（mm） 工件公差（mm） 系數x 凸凹模尺寸計算結果 0.33 0.5 0.30 0.5 2 0.25 0.5 4 0.30 0.5 22.63 0.52 0.5 6 0.30 0.5 彎曲半徑8 4.36 圖 2-7 沖模計算標示圖 根據零件形狀，凹模磨損后其尺寸變化有3中情況： （1）、落料：以凹模為基準件，然后配做凸模。 凹模磨損后尺寸變大，計算公式如下: （2—9） 其中：A—為工件標稱尺寸（mm）。 -凸模制造偏差（mm）， 凹模磨損后尺寸、、變大，由上式得： （2）、沖孔：應以凸模為基準件，然后配做凹模。 磨損后凸模變小的計算公式如下： （2—10） 其中：A—為工件標稱尺寸（mm）。 -凸模制造偏差（mm），。 凸模磨損后，尺寸、、變小，由上式得： 2.9 凸模和凹模的結構設計 2.9.1凹模設計 凹模采用整體式凹模，彎曲模單獨設計，嵌入在沖裁凹模上，個沖裁的凹模孔均采用線切割機床加工，安裝凹模在模架上位置 時，要依據計算壓力中心的數據，將壓力中心與模柄中心重合。選擇凹模壁厚67mm，凹模寬度是刃口外界距離與兩個凹模壁厚之和。刃口外界為26mm，則凹模寬度為160mm。凹模的長度要考慮以下因數： 1、保證足夠安裝橡膠板的面積。 2、便于導尺發(fā)揮作用，保證送料初定位精度。 查文獻[5]164頁彈壓卸料橫向送料典型組合尺寸（mm）（GB2872。2—81），選取凹模邊界尺寸為250mm160mm。凹模材料選用制造。 2.9.2凹模的刃口形式 選用下圖所示的刃口形式，其特點是刃邊強度好，刃磨后工作部分尺寸不變，但洞口易積存廢料或工件，推件力大且磨損大，刃磨時磨去的尺寸較多。根據文獻4表1-1-39凹?？仔图皡?，查得h5mm，故在該模具h取5mm。 圖2-8 凹模刃口形式圖 2.9.3模架選擇 選擇A型對角導柱模架（GB2851。7-81）280160265mm如圖所示，其特點是可以承受一定偏心載荷，上下滑動平穩(wěn)，常用于橫向送料的級進?；蚩v向送料的各種模具，適合大件沖裁。 圖2-9 對角模架圖 上模座厚度為 45mm。 下模座厚度 50mm 凸模固定板厚度 22mm 卸料板厚度 20mm 導料板厚度 4mm 凹模厚度 22mm 墊板厚度 8mm 凸模的長度 65mm 下模墊板厚度為 30mm 模具閉合高度 模具閉合高度是上模板、下模板、凸凹模、凹模、固定板、墊板等厚度的總和。 即: 所選壓力機的閉合高度，。滿足 2.9.4凸模設計 凸模的固定的固定方式，采用凸模與固定板用 配合，上面留臺階，其圖形如下。 圖2-10 凸模固定的方式 凸模固定的方式: 凸模長度計算一般是根據結構上的需要確定的，如圖下 所示凸模長度: （2—11） —固定板的厚度(mm)； —卸料板的厚度(mm)； —導尺厚度(mm)， 附加長度，它包括凸模的修磨量、凸模進入凹模的深度及凸模固定板與卸料板安全距離等。這一尺寸無特殊要求，可取10一20mm。 凸模由固定板固定，取其厚度為22mm，彈性元件的安裝高度為18.64mm，卸料板厚度為20mm，導料板厚度為4mm，考慮凸模修模余量5mm，故凸模全長mm 圖2-11 凸模裝配高度圖 根據以上計算和分析設計的各凸模結構如下： 圖2-12 外形凸模 圖2-13 方孔凸模 圖2-14 方凸模 圖2-15 彎曲凹模 圖2-16 圓凸模 圖2-17 彎曲凸模 2.9.5凸模強度校核 對于特別細長的凸模，應進行壓應力和彎曲力校核，檢查其危險斷面尺寸和自由長度是否滿足強度要求。 凸?？箯澞芰π：耍灸＞咄鼓Ｓ眯读习鍖?，應按下圖凸模有導向的情況進行校核。 對于非圓形途模: （2—12） 對于圓形凸模: （2—13） 圖2-18 凸模強度校核圖 式中: —凸模允許的最大自由長度（mm）； F—該凸模的沖壓力（N）； I—凸模最小斷面慣性矩（）； d—凸模最小直徑（mm）。 沖中心小圓孔的凸模： 合格。 沖兩個小方孔的凸模 圖2-19 慣性矩計算圖 求其慣性矩