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論文
題 目
沖壓模設(shè)計
學(xué)生姓名
學(xué) 號
系 部
專 業(yè)
班 級
指導(dǎo)教師
摘 要
本設(shè)計為序號1沖壓件的冷沖壓模具設(shè)計，對零件進行分析與計算，其中包括工藝分析與設(shè)計方案的確定，設(shè)計排樣方式，計算選擇沖壓設(shè)備。其次，對支進行模具設(shè)計。主要是直接與沖壓相關(guān)的部件的設(shè)計以及標準件的選用。此次設(shè)計是將我所學(xué)專業(yè)知識進行運用的一次機會，當然，由于我沒有設(shè)計經(jīng)驗，不僅要多向老師和同學(xué)請教，還要借助模具設(shè)計手冊、計算機繪圖軟件，并參閱大量優(yōu)秀文獻。一來可以幫助我圓滿完成此次設(shè)計任務(wù)，二來可以培養(yǎng)我的設(shè)計能力和文件檢索能力。
關(guān)鍵詞：模具 沖裁件 凸模 凹模
目 錄
緒言 4
1.1選題的背影及目的 4
1.2模具工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及市場前景 5
1.3國內(nèi)外的研究動態(tài) 5
1.4我國沖壓行業(yè)存在的阻力。 6
1.5本設(shè)計采用的方法 6
一 工藝性分析 7
1.1零件圖及零件工藝性分析 7
1.1.1零件圖 7
1.1.2方案選擇 8
1.2彎曲件的結(jié)構(gòu)工藝性 9
1.2.1最小彎曲半徑 9
1.2.2彎曲件的直邊高度 9
1.2.3板材彎曲零件的彎曲線與板料的纖維方向的關(guān)系 9
1.2.4板材彎曲零件的孔與彎曲線的最小距離 9
1.2.5板材彎曲零件的沖裁件毛刺面與彎曲方向 10
1.3彎曲件回彈值的確定 10
1.3.1回彈值的計算 10
1.3.2減少回彈的措施 10
二 彎曲工藝力的計算 10
2.1彎曲件展開長度的計算 10
2.2校正彎曲力的計算 11
2.3頂件力和壓力機的確定 11
2.3.1頂件力和壓料力的計算 11
2.3.2彎曲設(shè)備標稱壓力的選擇 12
三 彎曲模工作部分的設(shè)計 12
3.1凸、凹模的間隙值 12
3.2彎曲模工作部分尺寸計算 13
3.3凸、凹模圓角半徑 13
3.3.1凸模圓角半徑 13
3.3.2凹模圓角半徑 14
3.4凹模深度的選取 14
3.5凹模高度及壁厚 14
四 沖壓設(shè)備的選擇 15
五 模具的結(jié)構(gòu)件設(shè)計 15
5.1模架 15
5.2操作方式選擇 16
5.3材料送進和定位方式選擇 16
5.4卸料裝置的選擇 16
5.6模柄的選用 16
參考文獻 20
緒言
1.1選題的背影及目的
模具工業(yè)是國民經(jīng)濟各部門發(fā)展重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)之一。由于沖壓加工具有節(jié)材、節(jié)能和生產(chǎn)率高等突出特點，決定了沖壓產(chǎn)品成本低廉，效益較好，因而沖壓生產(chǎn)在制造行業(yè)中占有重要地位。冷沖壓加工是在室溫下，利用安裝在壓力機上的模具對材料施加壓力，使其產(chǎn)生分離或塑性變形從而獲得所需沖壓件的一種壓力加工方法。我們知道，冷沖模則是將材料加工成所需沖壓件的一種工藝設(shè)備。冷沖模在實現(xiàn)冷沖壓加工中是至關(guān)重要的，沒有先進的沖模技術(shù)，就不能實現(xiàn)先進的沖壓工藝。
沖壓加工技術(shù)應(yīng)用范圍十分廣泛,在國民經(jīng)濟各工業(yè)部門中，幾乎都有沖壓加工或沖壓產(chǎn)品的生產(chǎn)。如飛機、 拖拉機、電機、電器、儀表、鐵道、電信、化工以及輕工日用新產(chǎn)品中均占有相當?shù)谋戎亍２⒕哂腥缦绿攸c：
1)、 生產(chǎn)率高、操作簡單、容易實現(xiàn)機械化和自動化，特別適合于成批大量生產(chǎn)；
2)、 沖壓零件表面光潔，尺寸精度穩(wěn)定，互換性好，成本低廉；
3)、 在材料消耗不多的情況下，可以獲得強度高，剛度大，而重量小的零件；
4)、 可得到其他加工方法難以加工或無法加工的復(fù)雜形狀零件。
隨著科學(xué)技術(shù)的進步和工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，模具已成為當代工業(yè)生產(chǎn)的重要手段，沖壓生產(chǎn)和模具工業(yè)得到了世界各國的高度重視。另外一個方面，很好的撐握冷模具的設(shè)計方法，將在以后的工作中對我有很大的幫助，所以我選擇冷模具設(shè)計作為我的畢業(yè)題目。本設(shè)計是支架連接板連續(xù)模設(shè)計。
1.2模具工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及市場前景
模具產(chǎn)業(yè)的發(fā)展是體現(xiàn)一個國家現(xiàn)代化水平高低的一個重要標志。目前，世界模具市場可以說是供不應(yīng)求，市場需求量維持在700億至850億美元，被稱為“不衰亡工業(yè)”。同時，我國的模具產(chǎn)業(yè)經(jīng)過幾十年的曲折發(fā)展，也迎來了新一輪的發(fā)展機遇,從以前只能靠進口到現(xiàn)在部分進口，已經(jīng)跨越了以大步，但還有一些精密的沖模自己還不能生產(chǎn)，只能依靠進口來滿足生產(chǎn)的需要。
1.3國內(nèi)外的研究動態(tài)
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步和工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，許多新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備、新材料不斷涌現(xiàn)，因而促進了沖壓技術(shù)的不斷革新與進步。其主要表現(xiàn)在以下幾個方面：
1）、隨著各種加工工藝和多種設(shè)計軟件的應(yīng)用使模具的設(shè)計和應(yīng)用更為方便。計算機技術(shù)與模具技術(shù)完美結(jié)合，模具計算機機輔助技術(shù)（CAD、CAM、輔助工程（CAE）是20世紀70年代迅速發(fā)展起來的，到80年代已進入了實用化，大大減少了模具設(shè)計與制造人員的重復(fù)勞動，使設(shè)計人員可以把主要精力放在創(chuàng)新和開發(fā)上。特別是pro/E、UG等軟件的應(yīng)用，數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，以及電火花和線切割技術(shù)的推廣更一步推動了模具產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
2）、簡易制模工藝的研究，為了及時的更新產(chǎn)品的花色品種，降低成本和適應(yīng)小批量產(chǎn)品生產(chǎn)的要求，開展了簡易制模工藝。
3）、模具標準化，目前發(fā)達國家模具標準化程度達到模具加工工作量的30％以上，并且有完美的標準化體系列，包括零件標準和模架標準，國際化組織已制定了國際模具系列標準，標準件品種多，規(guī)格全，質(zhì)量高，而且均已商品化，特別是對一些通用件的使用越來越多，其大大提高了他們的互換性，加強了各個地區(qū)的合作。對整個模具行業(yè)水平的提高也起到了重要作用。
1.4我國沖壓行業(yè)存在的阻力。
阻力一：機械化、自動化程度低。目前，代表當今國際水平的大型多工位壓力機在我國的應(yīng)用較少，中、小企業(yè)設(shè)備普遍比較落后，耗能耗材高，環(huán)境污染嚴重，精沖機價格昂貴，是普通壓力機的5-10倍，多數(shù)企業(yè)無力投資，阻礙了精沖技術(shù)在我國的推廣應(yīng)用，尤其是內(nèi)高壓成形設(shè)備投資大，國內(nèi)難以起步；阻力二：生產(chǎn)集中度低。；阻力三：沖壓板材自給率不足，品種規(guī)格不配套；阻力四：科技成果轉(zhuǎn)化慢，先進工藝推廣慢；阻力五：大、精模具依賴進口；阻力六：專業(yè)人才缺乏。業(yè)內(nèi)掌握先進設(shè)計分析技術(shù)和數(shù)字技術(shù)的高素質(zhì)人才遠遠不能滿足沖壓行業(yè)飛速發(fā)展的需要。另外，眾多合資公司由外方進行工程設(shè)計，掌握設(shè)計權(quán)、投資權(quán)，我方?jīng)_壓技術(shù)人員難以真正掌握沖壓工藝的真諦。
1.5本設(shè)計采用的方法
1）、在圖書館電子閱覽室查閱相關(guān)資料。在學(xué)校讀書館有大量
書籍關(guān)于冷沖模具設(shè)計，并且電子閱覽室的中文全國書刊也有許多優(yōu)秀的論文作為參考。
2）、采用計算機輔助設(shè)計。我熟習(xí)AutoCAD、對我的作圖非常有幫助。
3）、基于實例設(shè)計。根據(jù)產(chǎn)品功能及市場信息，從實例庫中選
出與設(shè)計要求最接近的實例，作為參考，并仔細構(gòu)思出新觀念。
4）、向老師和同學(xué)請教。副教授老師對沖壓模具經(jīng)驗豐富，
所以向他請教了許多，還有向我最好的同學(xué)請教了不少。
5）、分割設(shè)計方法。即一種把復(fù)雜的東西簡單化的，分為數(shù)個模塊單個分析，然后綜合起來的有效方法。
一 工藝性分析
1.1零件圖及零件工藝性分析
1.1.1零件圖
1.1.2方案選擇
(1) 方案的比較
分析沖件的外形，可采用的設(shè)計方案有：
a. 單工序模：落料模；一次彎曲模
b. 沖孔、落料連續(xù)模；一次彎曲模
c. 沖孔、落料、彎曲連續(xù)模
d. 沖孔、落料復(fù)合模；一次彎曲模
(2) 方案的選擇
由于此工件表面有孔，需校核先沖孔還是在彎曲后在沖孔。彎曲半徑的中心與孔邊的距離必須大于料厚的1.5倍以上，可先沖孔。即孔邊距 經(jīng)校核所有的孔都可以先進行沖孔再彎曲。由于工件大批量生產(chǎn)，又考慮到工件板料厚度和尺寸的問題，采用第二套方案。
即：沖孔、落料連續(xù)模；彎曲模
對此套方案的說明如下：
落料：獲得產(chǎn)品沖壓加工所需要的適當大小的毛坯。
彎曲：在彎曲模的作用下獲得產(chǎn)品所需的整體形狀。
根據(jù)要求，本次設(shè)計中需要二套模具來完成，故需設(shè)計沖孔、落料連續(xù)模和一次彎曲模。由落料，彎曲共兩道工序，本設(shè)計中只需要設(shè)計一次彎曲模。
1.2彎曲件的結(jié)構(gòu)工藝性
1.2.1最小彎曲半徑
如果彎曲半徑過小，彎曲時板料外層拉伸變形量過大，使拉應(yīng)力達到或超過抗拉強度，則板料外層將出現(xiàn)斷裂，致使工件報廢。因此彎曲件的最小彎曲半徑應(yīng)不小于表1.1 的數(shù)值。
表1.1 最小彎曲半徑數(shù)值
材料
正火或退火的
硬化的
Q235
彎曲線方向
垂直纖維
平行纖維
垂直纖維
平行纖維
0.1t
0.5t
0.5t
1.0t
1.2.2彎曲件的直邊高度
在進行直角彎曲時，如果彎邊過小，彎邊在模具上支持的長度過小，不容易形成足夠的彎矩，將產(chǎn)生不規(guī)則變形，很難得到形狀準確的零件。為了保證工件的彎曲質(zhì)量，必須滿足彎曲件的直邊高度：H>2t。如下圖1.2所示
圖1.2
本工件中,，所以符合要求。
1.2.3板材彎曲零件的彎曲線與板料的纖維方向的關(guān)系
所選材料Q235為冷軋成形，金屬在軋制過程中形成了纖維方向（其纖維方向與軋制方向相同），應(yīng)使板料彎曲線方向與其纖維方向垂直。
1.2.4板材彎曲零件的孔與彎曲線的最小距離
對帶孔的工件進行彎曲時，如果孔位于彎曲線附近，彎曲時材料的流動會使原有的孔變形。因此，應(yīng)當盡量使孔遠離彎曲線。孔的邊緣距彎曲線的距離l應(yīng)滿足下列關(guān)系：
當時，
符合要求。
1.2.5板材彎曲零件的沖裁件毛刺面與彎曲方向
彎曲件的毛坯是經(jīng)沖裁落料而成。其沖裁的斷面一部分是光亮面，另一面是毛刺面。彎曲件應(yīng)使其毛刺面作為彎曲件內(nèi)側(cè)。
1.3彎曲件回彈值的確定
1.3.1回彈值的計算
影響回彈的因素很多，如材料的力學(xué)性能，工件的相對彎曲半徑r/t，彎曲中心角的大小，彎曲工件的形狀，彎曲方式，模具間隙等，因此很難用精確的計算方法得出回彈值的大小，一般是按表格或圖表查出經(jīng)驗數(shù)值，或按計算法求出回彈角后，再在生產(chǎn)實踐中試模修正。Q235屈服強度為：250MPa屬中強度鋼。所以根據(jù)表“較軟金屬材料直角校正彎曲時的角度回彈量”得出Q235在時的回彈角為（）。
1.3.2減少回彈的措施
在模具閉合后，再使凸模向下微小移動，利用壓力機機身發(fā)生彈性變形所產(chǎn)生的力，對工件加壓，增加工件塑性變形，以利消除回彈。在模具結(jié)構(gòu)上也應(yīng)采取措施，使校正力集中于彎角處，增加校正應(yīng)力，迫使彎曲處內(nèi)層的金屬產(chǎn)生切向拉伸應(yīng)變，以達到克服和減少回彈的目的。
二 彎曲工藝力的計算
2.1彎曲件展開長度的計算
展開長度一般根據(jù)毛坯與工件體積相等的原則，并考慮彎曲處材料變薄的情況，進行計算。計算公式如下：
L==156mm
2.2校正彎曲力的計算
對于U形彎曲如圖2.1所示，如果彎曲件在沖壓行程結(jié)束時受到模具的校正，則用校正彎曲力計算
圖2.1 校正彎曲的示意圖
校正彎曲力的公式：
式中：——校正彎曲力（N）；
F——校正部分投影面積（MM2）；
——校形單位壓力（MPa）
查得 ：
彎曲的校正彎曲力：
2.3頂件力和壓力機的確定
2.3.1頂件力和壓料力的計算
對于設(shè)有頂件裝置或壓料裝置的彎曲模，其頂件力或壓料力Q值可近似
取自由彎曲力的30～80%，
即公式：
式中 Q——頂件力或壓料力，N;
P——自由彎曲力，N。
2.3.2彎曲設(shè)備標稱壓力的選擇
對于校正彎曲，由于校正力是發(fā)生在接近于下死點位置，校正力與自由彎曲力并非重疊關(guān)系，而且校正力的數(shù)值比壓料或頂件力大得多，Q值可以忽略不計，因此只按校正力選擇設(shè)備就可以了。即：
式中 ——校正彎曲力，N；
——彎曲用壓力機標稱壓力, N。
三 彎曲模工作部分的設(shè)計
3.1凸、凹模的間隙值
U型彎曲時，凸、凹模的間隙要靠模具設(shè)計來保證，間隙大小對彎曲件的變形抗力、回彈、質(zhì)量以及模具壽命等均有影響。間隙過小，彎曲力大，工件變薄并降低模具壽命。間隙過大，回彈較大，還會降低工件精度。U型件間隙值Z的大小取決于材料種類、厚度以及彎曲件高度H、彎曲件彎曲線長度B。
U型彎曲時凸凹模間隙值Z（雙邊間隙）按下式確定：
式中 ——彎曲時的單面間隙，mm；
——材料厚度，mm；
——彎曲系數(shù)，由彎曲件 和決定（見表3.1）
——彎曲件高度（彎曲線長度），mm；
——彎曲件高度，mm。
表3.1 彎曲系數(shù)n
彎曲件高度
材料厚度
10
0.05
0.05
0.04
0.10
0.10
0.08
所以n值近似選取0.10。
所以=mm。
3.2彎曲模工作部分尺寸計算
彎曲模工作部分尺寸計算與彎曲件的尺寸標注有關(guān)，彎曲件的尺寸標注根據(jù)裝配要求有兩類標注方式，相應(yīng)地凸凹模尺寸計算也有兩類。
①尺寸標注在工件外形上
標注雙向偏差時，凹模尺寸為
凸模尺寸按凹模配制，保證單面間隙值Z或
標注雙向偏差時，凸模尺寸為
標注單向偏差時，凸模尺寸為
②尺寸標注在工件內(nèi)形上
標注雙向偏差時，凸模尺寸為
凹模尺寸按凸模配制，保證單面間隙值Z或
式中 ——凹模工作部分尺寸，mm;
——凸模工作部分尺寸，mm；
——工件公稱尺寸，mm；
——工件公差，mm；
——凹模、凸模制造偏差，mm；
——凹模、凸模制造偏差，mm。
凸模與凹模的制造公差，mm，按IT7級公差等級選取。
凸模和凹模材料，一般用碳素工具鋼。加熱彎曲時，可選用5CrNiMo或5CrNiTi，并進行淬火熱處理。
3.3凸、凹模圓角半徑
3.3.1凸模圓角半徑
一般取略小于或等于彎曲件內(nèi)圓角半徑的數(shù)值，但不能小于材料允許的最小彎曲半徑。
彎曲件的內(nèi)圓角半徑為，可取==2mm。
3.3.2凹模圓角半徑
凹模圓角半徑不宜小于3mm，以免在彎曲時擦傷毛坯，凹模兩邊對稱處的圓角半徑應(yīng)一致，否則彎曲時毛坯會發(fā)生偏移。
凹模圓角半徑與彎曲件邊長公稱尺寸有關(guān)，可按表3.2選取。
表3.2 彎曲凹模圓角半徑
料厚t
邊長L
10
3
3
所以取=3mm。
3.4凹模深度的選取
查表“彎曲凹模工作部分幾何尺寸”得工件進入凹模直壁部分的深度為15mm。
3.5凹模高度及壁厚
凹模裝于下模座上，由于下模座孔口較大因而使凹模工作時承受彎曲力矩，若凹模高度及模壁厚度不足時，會使凹模產(chǎn)生較大變形，甚至破壞。但由于凹模受力復(fù)雜，很難按理論方法精確計算，可用下述經(jīng)驗公式確定其尺寸：
凹模高度
凹模壁厚
所以，取凹模壁厚mm
式中——凹?？椎淖畲髮挾?，mm，但不小于15mm；
——凹模壁厚，mm，指刃口至凹模外形邊緣的距離；
——系數(shù)，按表3.3選取。
表3.3 系數(shù)值
B/mm
料厚/mm
0.5
1
2
3
>3
<50
0.30
0.35
0.42
0.50
0.60
四 沖壓設(shè)備的選擇
壓力機的選擇
由于以上算出,故可選取壓力機為開式雙柱可傾壓力機，J23—16。
其參數(shù)如表4.1所示：
表4.1 開式雙柱可傾壓力機的主要參數(shù)
標稱壓力 /kN
160
滑塊行程/mm
55
滑塊行程次數(shù)/min
120
最大封閉高度/mm
220
封閉高度調(diào)節(jié)量/mm
45
滑塊中心至床身距離/mm
160
工作臺尺寸/mm
左右/mm
450
前后/mm
300
工作臺孔尺寸/mm
左右/mm
240
前后/mm
160
直徑/mm
210
立柱間距離/mm
220
模柄孔尺寸（直徑深度）/mm
墊板尺寸/mm
40
床身最大可傾斜角度/（°）
35
五 模具的結(jié)構(gòu)件設(shè)計
5.1模架
模架包括上模座、下模座、導(dǎo)柱和導(dǎo)套。沖壓模具的全部零件都安裝在模架上。為了縮短模具制造周期，降低成本，我國已制定出模架標準，并有商品模架出售。在這里我們選取滑動導(dǎo)向型后側(cè)導(dǎo)柱式標準模架，方便進料，可以從左、右、前三個方向進料。
(1) 上模座的主要參數(shù)如下表5.1所示：
表5.1 座GB/T2855.6主要參數(shù)
凹模周界
H
S
R
D
L
B
160
125
40
170
170
85
150
38
80
38
(2) 下模座的主要參數(shù)如下表5.2所示：
表5.2 下模座GB/T2855.6主要參數(shù)
凹模周界
H
S
R
D
h
L
B
160
125
50
170
170
85
150
38
80
25
30
5.2操作方式選擇
采用手工操作方式
5.3材料送進和定位方式選擇
(1) 材料送進方式選擇
采用手工送進方式，從模具前方將材料送進。材料送到指定位置由定位銷和定位板把材料擋在指定位置上。
(2) 定位方式的確定
首先由頂桿將壓料板頂起，配合凸模壓緊制件，進行彎曲。
5.4卸料裝置的選擇
采用彈性卸料，用頂板從下面把件從凹模中頂出。
5.6模柄的選用
選用凸緣式模柄，其結(jié)構(gòu)如下圖5.3所示：
圖5.3 凸緣模柄
其基本尺寸如下表5.4所示：
表5.4 凸緣模柄基本尺寸
d(d11)
D(n6)
H
/mm
h
/mm
d1
/mm
D1
/mm
d3
/mm
d2
/mm
h1
/mm
基本尺寸
/mm
極限偏差
/mm
基本尺寸
/mm
極限偏差/mm
40
85
78
18
13
62
11
18
11
六 CAD圖紙
1、 一次彎曲模的裝配圖如下：
總結(jié)
本次設(shè)計是在校唯一一次模具設(shè)計，也是畢業(yè)設(shè)計之前最后一次課程設(shè)計，各項要求都比較嚴格，為了能夠很好的完成最后一次功課，交給老師一份滿意的答卷，我從圖書館借來的書籍中和網(wǎng)上查閱了大量的關(guān)于沖壓模具的設(shè)計資料，這位我在后來的畢業(yè)設(shè)計實施過程中減去了不少麻煩。也更通過這次畢業(yè)設(shè)計我系統(tǒng)的翻閱了三年時間以來所學(xué)的專業(yè)知識，重現(xiàn)的學(xué)習(xí)和掌握，讓自己發(fā)現(xiàn)到更多的不足之處。
在這次的畢業(yè)設(shè)計中，我綜合了三年多來所學(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，也加強了在大學(xué)階段所學(xué)專業(yè)理論知識的鞏固。
在做這次課程設(shè)計的過程中，在設(shè)計和繪圖都遇到方面遇到了一些實際問題，經(jīng)過老師和同學(xué)的指導(dǎo)幫助，再加上自身不懈的努力，問題得到了及時解決。這次的設(shè)計使我對冷沖壓模具設(shè)計有了一定的認識，在模具設(shè)計過程中，不僅把大學(xué)所學(xué)到知識加深了，還學(xué)會了查閱有關(guān)書籍和資料，能夠把各科靈活的運用到設(shè)計中去。更是鍛煉了自己的查閱資料的能力。
這次的課程設(shè)計不僅是對自己學(xué)習(xí)模具專業(yè)方面一年來的考核，也是在畢業(yè)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)。
參考文獻
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