ZL50裝載機總體及工作裝置設計

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摘要 本論文應用本專業(yè)所學課程的理論和生產(chǎn)實際知識進行一次冷沖壓模具設計工作的實際訓練從而培養(yǎng)和提高了我的獨立工作能力。本設計通過對門閂的復合模設計的工藝性分析，確定了正確的工藝方案。從而對模具設計方案，以及沖壓設備作出了分析與選擇。通過分析決定采用復合模形式，然后參考其他模具結構以及查手冊和計算設計。當所有的參數(shù)計算完后，對模具的裝配方案，對主要零件的設計和裝配要求技術要求都進行了分析。在設計過程中除了設計說明書外，還包括模具的裝配圖，非標準零件的零件圖，工件的加工工藝卡片，工藝規(guī)程卡片，非標準零件的加工工藝過程卡片。 關鍵詞：冷沖壓 ；復合模 ；設計 目 錄 第一章 緒 論 1.1沖壓模具的現(xiàn)狀 1.1.1 模具工業(yè)現(xiàn)狀 由于歷史原因形成的封閉式、“大而全”的企業(yè)特征，我國大部分企業(yè)均設有模具車間，處于本廠的配套地位，自70年代末才有了模具工業(yè)化和生產(chǎn)專業(yè)化這個概念。模具工業(yè)主要生產(chǎn)能力分散在各部門主要產(chǎn)品廠內的工模具車間，所生產(chǎn)的模具基本自產(chǎn)自用。據(jù)粗略估計，產(chǎn)品廠的模具生產(chǎn)能力占全國模具生產(chǎn)能力的75％，他們的裝備水平較好，技術力量較強，生產(chǎn)潛力較大，但主要為本廠產(chǎn)品服務，與市場聯(lián)系較少，經(jīng)營機制不靈活，不能發(fā)揮人力物力的潛力。模具專業(yè)廠全國只有二百家左右，商品模具只占總數(shù)的20％左右，模具標準件的商品率也不到20％。由于受舊管理體制的影響較深，缺乏統(tǒng)籌規(guī)劃和組織協(xié)調，存在著“中而全”，“小而全”的結構缺陷，生產(chǎn)效率不高，經(jīng)濟效益較差。 模具行業(yè)的生產(chǎn)小而散亂，跨行業(yè)、投資密集，專業(yè)化、商品化和技術管理水平都比較低?，F(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展要求各行各業(yè)產(chǎn)品更新?lián)Q代快，對模具的需求量加大。一般模具國內可以自行制造，但很多大型復雜、精密和長壽命的多工位級進模大型精密塑料模復雜壓鑄模和汽車覆蓋件模等仍需依靠進口，近年來模具進口量已超過國內生產(chǎn)的商品模具的總銷售量。為了推進社會主義現(xiàn)代化建設，適應國民經(jīng)濟各部門發(fā)展的需要，模具工業(yè)面臨著進一步技術結構調整和加速國產(chǎn)化的繁重任務。 改革開放20多年來，我國(除港臺地區(qū)外，下同)的模具工業(yè)獲得了飛速的發(fā)展，設計、制造加工能力和水平、產(chǎn)品檔次都有了很大的提高。據(jù)不完全統(tǒng)計，全國現(xiàn)有模具專業(yè)生產(chǎn)廠、產(chǎn)品廠配套的模具車間（分廠）近17000家，約60萬從業(yè)人員，年模具總產(chǎn)值達200億元人民幣。但是，我國模具工業(yè)現(xiàn)有能力只能滿足需求量的60％左右，還不能適應國民經(jīng)濟發(fā)展的需要。目前，國內需要的大型、精密、復雜和長壽命的模具還主要依靠進口。據(jù)海關統(tǒng)計，1997年進口模具價值6.3億美元，這還不包括隨設備一起進口的模具；1997年出口模具僅為7800萬美元。1997年中國模具工業(yè)協(xié)會對下屬的209家骨干企業(yè)（含產(chǎn)品廠的模具車間）的統(tǒng)計資料表明，其模具總產(chǎn)值13.7億元人民幣，進口模具大約為336萬美元。目前我國模具工業(yè)的技術水平和制造能力，是我國國民經(jīng)濟建設中的薄弱環(huán)節(jié)和制約經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展的瓶頸。 1．模具工業(yè)產(chǎn)品結構的現(xiàn)狀 按照中國模具工業(yè)協(xié)會的劃分，我國模具基本分為10大類，其中，沖壓模和塑料成型模兩大類占主要部分。按產(chǎn)值計算，目前我國沖壓模占50％左右，塑料成形模約占20％，拉絲模（工具）約占10％，而世界上發(fā)達工業(yè)國家和地區(qū)的塑料成形模比例一般占全部模具產(chǎn)值的40％以上。 我國沖壓模大多為簡單模、單工序模和符合模等，精沖模，精密多工位級進模還為數(shù)不多，模具平均壽命不足100萬次，模具最高壽命達到1億次以上，精度達到3～5um，有50個以上的級進工位，與國際上最高模具壽命6億次，平均模具壽命5000萬次相比，處于80年代中期國際先進水平。 我國的塑料成形模具設計，制作技術起步較晚，整體水平還較低。目前單型腔，簡單型腔的模具達70％以上，仍占主導地位。一模多腔精密復雜的塑料注射模，多色塑料注射模已經(jīng)能初步設計和制造。模具平均壽命約為80萬次左右，主要差距是模具零件變形大、溢邊毛刺大、表面質量差、模具型腔沖蝕和腐蝕嚴重、模具排氣不暢和型腔易損等，注射模精度已達到5um以下，最高壽命已突破2000萬次，型腔數(shù)量已超過100腔，達到了80年代中期至90年代初期的國際先進水平。 1.1.2 模具工業(yè)技術結構現(xiàn)狀 我國模具工業(yè)目前技術水平參差不齊，懸殊較大。從總體上來講，與發(fā)達工業(yè)國家及港臺地區(qū)先進水平相比，還有較大的差距。 在采用CAD/CAM/CAE/CAPP等技術設計與制造模具方面，無論是應用的廣泛性，還是技術水平上都存在很大的差距。在應用CAD技術設計模具方面，僅有約10%的模具在設計中采用了CAD，距拋開繪圖板還有漫長的一段路要走；在應用CAE進行模具方案設計和分析計算方面，也才剛剛起步，大多還處于試用和動畫游戲階段；在應用CAM技術制造模具方面，一是缺乏先進適用的制造裝備，二是現(xiàn)有的工藝設備（包括近10多年來引進的先進設備）或因計算機制式（IBM微機及其兼容機、HP工作站等）不同，或因字節(jié)差異、運算速度差異、抗電磁干擾能力差異等，聯(lián)網(wǎng)率較低，只有5%左右的模具制造設備近年來才開展這項工作；在應用CAPP技術進行工藝規(guī)劃方面，基本上處于空白狀態(tài)，需要進行大量的標準化基礎工作；在模具共性工藝技術，如模具快速成型技術、拋光技術、電鑄成型技術、表面處理技術等方面的CAD/CAM技術應用在我國才剛起步。計算機輔助技術的軟件開發(fā)，尚處于較低水平，需要知識和經(jīng)驗的積累。我國大部分模具廠、車間的模具加工設備陳舊，在役期長、精度差、效率低，至今仍在使用普通的鍛、車、銑、刨、鉆、磨設備加工模具，熱處理加工仍在使用鹽浴、箱式爐，操作憑工人的經(jīng)驗，設備簡陋，能耗高。設備更新速度緩慢，技術改造，技術進步力度不大。雖然近年來也引進了不少先進的模具加工設備，但過于分散，或不配套，利用率一般僅有25%左右，設備的一些先進功能也未能得到充分發(fā)揮。 缺乏技術素質較高的模具設計、制造工藝技術人員和技術工人，尤其缺乏知識面寬、知識結構層次高的復合型人才。中國模具行業(yè)中的技術人員，只占從業(yè)人員的8%~12%左右，且技術人員和技術工人的總體技術水平也較低。1980年以前從業(yè)的技術人員和技術工人知識老化，知識結構不能適應現(xiàn)在的需要；而80年代以后從業(yè)的人員，專業(yè)知識、經(jīng)驗匱乏，動手能力差，不安心，不愿學技術。近年來人才外流不僅造成人才數(shù)量與素質水平下降，而且人才結構也出現(xiàn)了新的斷層，青黃不接，使得模具設計、制造的技術水平難以提高。 1.1.3 模具工業(yè)配套材料，標準間結構現(xiàn)狀 近10多年來，特別是“八五”以來，國家有關部委已多次組織有關材料研究所、大專院校和鋼鐵企業(yè)，研究和開發(fā)模具專用系列鋼種、模具專用硬質合金及其他模具加工的專用工具、輔助材料等，并有所推廣。但因材料的質量不夠穩(wěn)定，缺乏必要的試驗條件和試驗數(shù)據(jù)，規(guī)格品種較少，大型模具和特種模具所需的鋼材及規(guī)格還有缺口。在鋼材供應上，解決用戶的零星用量與鋼廠的批量生產(chǎn)的供需矛盾，尚未得到有效的解決。另外，國外模具鋼材近年來相繼在國內建立了銷售網(wǎng)點，但因渠道不暢、技術服務支撐薄弱及價格偏高、外匯結算制度等因素的影響，目前推廣應用不多。模具加工的輔助材料和專用技術近年來雖有所推廣應用，但未形成成熟的生產(chǎn)技術，大多仍還處于試驗摸索階段，如模具表面涂層技術、模具表面熱處理技術、模具導向副潤滑技術、模具型腔傳感技術及潤滑技術、模具去應力技術、模具抗疲勞及防腐技術等尚未完全形成生產(chǎn)力，走向商品化。一些關鍵、重要的技術也還缺少知識產(chǎn)權的保護。 我國的模具標準件生產(chǎn)，80年代初才形成小規(guī)模生產(chǎn)，模具標準化程度及標準件的使用覆蓋面約占20%，從市場上能配到的也只有約30個品種，且僅限于中小規(guī)格。標準凸凹模、熱流道元件等剛剛開始供應，模架及零件生產(chǎn)供應渠道不暢，精度和質量也較差。 1.1.4 模具工業(yè)產(chǎn)業(yè)組織結構現(xiàn)狀 我國的模具工業(yè)相對較落后，至今仍不能稱其為一個獨立的行業(yè)。我國目前的模具生產(chǎn)企業(yè)可劃分為四大類：專業(yè)模具廠，專業(yè)生產(chǎn)外供模具；產(chǎn)品廠的模具分廠或車間，以供給本產(chǎn)品廠所需的模具為主要任務；三資企業(yè)的模具分廠，其組織模式與專業(yè)模具廠相類似，以小而專為主；鄉(xiāng)鎮(zhèn)模具企業(yè)，與專業(yè)模具廠相類似。其中以第一類數(shù)量最多，模具產(chǎn)量約占總產(chǎn)量的70%以上。我國的模具行業(yè)管理體制分散。目前有19個大行業(yè)部門制造和使用模具，沒有統(tǒng)一管理的部門。僅靠中國模具工業(yè)協(xié)會統(tǒng)籌規(guī)劃，集中攻關，跨行業(yè)，跨部門管理困難很多。 模具適宜于中小型企業(yè)組織生產(chǎn)，而我國技術改造投資向大中型企業(yè)傾斜時，中小型模具企業(yè)的投資得不到保證。包括產(chǎn)品廠的模具車間、分廠在內，技術改造后不能很快收回其投資，甚至負債累累，影響發(fā)展。 雖然大多數(shù)產(chǎn)品廠的模具車間、分廠技術力量強，設備條件較好，生產(chǎn)的模具水平也較高，但設備利用率低。 我國模具價格長期以來同其價值不協(xié)調，造成模具行業(yè)“自身經(jīng)濟效益小，社會效益大”的現(xiàn)象?！案赡＞叩牟蝗绺赡＞邩藴始?，干標準件的不如干模具帶件生產(chǎn)的。干帶件生產(chǎn)的不如用模具加工產(chǎn)品的”之類不正?，F(xiàn)象存在，極大地挫傷了模具企業(yè)（包括模具車間和分廠）職工的積極性。這也是模具行業(yè)留不住人才，青年技術人員和青年工人不愿學技術的原因之一。 1.2模具的發(fā)展趨勢 1.2.1 模具CAD/CAE/CAM正向集成化、三維化、智能化和網(wǎng)絡化方向發(fā)展 （1）模具軟件功能集成化 模具軟件功能的集成化要求軟件的功能模塊比較齊全，同時各功能模塊采用同一數(shù)據(jù)模型，以實現(xiàn)信息的綜合管理與共享，從而支持模具設計、制造、裝配、檢驗、測試及生產(chǎn)管理的全過程，達到實現(xiàn)最佳效益的目的。如英國Delcam公司的系列化軟件就包括了曲面/實體幾何造型、復雜形體工程制圖、工業(yè)設計高級渲染、塑料模設計專家系統(tǒng)、復雜形體CAM、藝術造型及雕刻自動編程系統(tǒng)、逆向工程系統(tǒng)及復雜形體在線測量系統(tǒng)等。集成化程度較高的軟件還包括：Pro/ENGINEER、UG和CATIA等。國內有上海交通大學金屬塑性成型有限元分析系統(tǒng)和沖裁模CAD/CAM系統(tǒng)；北京北航海爾軟件有限公司的CAXA系列軟件；吉林金網(wǎng)格模具工程研究中心的沖壓模CAD/CAE/CAM系統(tǒng)等。 （2）模具設計、分析及制造的三維化 傳統(tǒng)的二維模具結構設計已越來越不適應現(xiàn)代化生產(chǎn)和集成化技術要求。模具設計、分析、制造的三維化、無紙化要求新一代模具軟件以立體的、直觀的感覺來設計模具，所采用的三維數(shù)字化模型能方便地用于產(chǎn)品結構的CAE分析、模具可制造性評價和數(shù)控加工、成形過程模擬及信息的管理與共享。如Pro/ENGINEER、UG和CATIA等軟件具備參數(shù)化、基于特征、全相關等特點，從而使模具并行工程成為可能。另外，Cimatran公司的Moldexpert，Delcam公司的Ps-mold及日立造船的Space-E/mold均是3D專業(yè)注塑模設計軟件，可進行交互式3D型腔、型芯設計、模架配置及典型結構設計。澳大利亞Moldflow公司的三維真實感流動模擬軟件MoldflowAdvisers已經(jīng)受到用戶廣泛的好評和應用。國內有華中理工大學研制的同類軟件HSC3D4.5F及鄭州工業(yè)大學的Z-mold軟件。面向制造、基于知識的智能化功能是衡量模具軟件先進性和實用性的重要標志之一。如Cimatron公司的注塑模專家軟件能根據(jù)脫模方向自動產(chǎn)生分型線和分型面，生成與制品相對應的型芯和型腔，實現(xiàn)模架零件的全相關，自動產(chǎn)生材料明細表和供NC加工的鉆孔表格，并能進行智能化加工參數(shù)設定、加工結果校驗等。 （3）模具軟件應用的網(wǎng)絡化趨勢 隨著模具在企業(yè)競爭、合作、生產(chǎn)和管理等方面的全球化、國際化，以及計算機軟硬件技術的迅速發(fā)展，網(wǎng)絡使得在模具行業(yè)應用虛擬設計、敏捷制造技術既有必要，也有可能。美國在其《21世紀制造企業(yè)戰(zhàn)略》中指出，到2006年要實現(xiàn)汽車工業(yè)敏捷生產(chǎn)/虛擬工程方案，使汽車開發(fā)周期從40個月縮短到4個月。 1.2.2 模具檢測、加工設備向精密、高效和多功能方向發(fā)展 （1）模具檢測設備的日益精密、高效 精密、復雜、大型模具的發(fā)展，對檢測設備的要求越來越高?，F(xiàn)在精密模具的精度已達2～3μm，目前國內廠家使用較多的有意大利、美國、日本等國的高精度三坐標測量機，并具有數(shù)字化掃描功能。如東風汽車模具廠不僅擁有意大利產(chǎn)3250mm×3250mm三坐標測量機，還擁有數(shù)碼攝影光學掃描儀，率先在國內采用數(shù)碼攝影、光學掃描作為空間三維信息的獲得手段，從而實現(xiàn)了從測量實物→建立數(shù)學模型→輸出工程圖紙→模具制造全過程，成功實現(xiàn)了逆向工程技術的開發(fā)和應用。這方面的設備還包括：英國雷尼紹公司第二代高速掃描儀(CYCLON SERIES2)可實現(xiàn)激光測頭和接觸式測頭優(yōu)勢互補，激光掃描精度為0.05mm，接觸式測頭掃描精度達0.02mm。另外德國GOM公司的ATOS便攜式掃描儀，日本羅蘭公司的PIX-30、PIX-4臺式掃描儀和英國泰勒·霍普森公司的TALYSCAN150多傳感三維掃描儀分別具有高速化、廉價化和功能復合化等特點。 （2）數(shù)控電火花加工機床 日本沙迪克公司采用直線電機伺服驅動的AQ325L、AQ550LLS-WEDM具有驅動反應快、傳動及定位精度高、熱變形小等優(yōu)點。瑞士夏米爾公司的NCEDM具有P-E3自適應控制、PCE能量控制及自動編程專家系統(tǒng)。另外有些EDM還采用了混粉加工工藝、微精加工脈沖電源及模糊控制(FC)等技術。 （3）高速銑削機床(HSM) 銑削加工是型腔模具加工的重要手段。而高速銑削具有工件溫升低、切削力小、加工平穩(wěn)、加工質量好、加工效率高(為普通銑削加工的5～10倍)及可加工硬材料(<60HRC)等諸多優(yōu)點。因而在模具加工中日益受到重視。瑞士克朗公司UCP710型五軸聯(lián)動加工中心，其機床定位精度可達8μm，自制的具有矢量閉環(huán)控制電主軸，最大轉速為42000r/min。意大利RAMBAUDI公司的高速銑床，其加工范圍達2500mm×5000mm×1800mm，轉速達20500r/min，切削進給速度達20m/min。HSM一般主要用于大、中型模具加工，如汽車覆蓋件模具、壓鑄模、大型塑料等曲面加工，其曲面加工精度可達0.01mm。 1.2.3 模具工業(yè)新工藝、新理念和新模式逐步得到了認同 在成形工藝方面，主要有沖壓模具功能復合化、超塑性成形、塑性精密成形技術、塑料模氣體輔助注射技術及熱流道技術、高壓注射成形技術等。另一方面，隨著先進制造技術的不斷發(fā)展和模具行業(yè)整體水平的提高，在模具行業(yè)出現(xiàn)了一些新的設計、生產(chǎn)、管理理念與模式。具體主要有：適應模具單件生產(chǎn)特點的柔性制造技術；創(chuàng)造最佳管理和效益的團隊精神，精益生產(chǎn)；提高快速應變能力的并行工程、虛擬制造及全球敏捷制造、網(wǎng)絡制造等新的生產(chǎn)哲理；廣泛采用標準件通用件的分工協(xié)作生產(chǎn)模式；適應可持續(xù)發(fā)展和環(huán)保要求的綠色設計與制造等。 1.3 冷沖壓模具分類與特點 沖壓模具的形式很多，一般可按以下幾個主要特征分類： 1．根據(jù)工藝性質分類 （1）沖裁模 沿封閉或敞開的輪廓線使材料產(chǎn)生分離的模具。如落料模、沖孔模、切斷模、切口模、剖切模等。 （2）彎曲模 使平板坯料沿著直線（彎曲模）產(chǎn)生彎曲變形，從而獲得一定角度和形狀的工件的模具。 （3）拉抻模 是把平板坯料制成開口空心件，或使空心件進一步改變形狀和尺寸的模具。 （4）成形模 是將坯料或工序件按凸、凹模的形狀直接復制成形，而材料本身僅產(chǎn)生局部塑性變形的模具。如脹形模、縮口模、擴口模、起伏成形模、翻邊模、整形模等。 2．根據(jù)工序組合程度分類 （1）單工序模 一般只有一對凸、凹模，在壓力機的一次行程中，只完成一道沖壓工序的模具。 （2）復合模 只有一個工位，在壓力機的一次行程中，在同一工位上同時完成兩道或兩道以上工序的模具。 （3）連續(xù)模 在毛坯的送進方向上，具有兩個或更多的工位，在壓力機的一次行程中，在不同的工位上逐次完成兩道以上工序的模具。連續(xù)模又稱級進模。 冷沖壓加工與其他加工方法相比，無論在技術方面，還是在經(jīng)濟方面，都具有許多獨特的優(yōu)點。主要有： （1）冷沖壓是少、無切屑加工方法之一，是一種省能、低耗、高效的加工方法，因而沖件的成本較低。 （2）冷沖壓件的尺寸公差由模具保證，具有“一模一樣”，的特征，所以產(chǎn)品質量穩(wěn)定。 （3）冷沖壓可以加工壁薄、重量輕、形狀復雜、表面質量好、剛性好的零件。 （4）冷沖壓生產(chǎn)靠壓力機和模具完成加工過程，其生產(chǎn)率高、操作簡單、易于機械化與自動化。用普通壓力機進行沖壓加工，每分鐘可達幾十件；用高速壓力機生產(chǎn)，每分鐘可達上百件或千件以上。 由于進行沖壓成形加工必須具備相應的模具，而模具是技術密集型產(chǎn)品，其制造屬單件小批量生產(chǎn)，具有難加工、精度高、技術要求高的特點，生產(chǎn)成本高。所以，只有在沖壓零件批量大的情況下，沖壓成形加工的優(yōu)點才能充分體現(xiàn)，從而獲得好的經(jīng)濟效益。 第二章 工藝方案的確定和零件的工藝分析 2.1 沖壓彎曲件的尺寸及要求 圖2—1 零件圖 如圖2—1所示零件圖。 生產(chǎn)批量：大批量; 材料： 20鋼;退火材料 尺寸精度：零件圖上的尺寸除了兩個孔的定位尺寸標有偏差外，其他的形狀尺寸均未標注公差，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：?40+0。3 30 0-0.62 100-0.36 兩個孔的位置公差為： 20±0.12 工件結構形狀：制件需要進行落料、沖孔、彎曲三道基本工序，尺寸較小。 結論：該制件可以進行沖裁 制件為大批量生產(chǎn)，應重視模具材料和結構的選擇，保證磨具的復雜程度和模具的壽命。 2.2 確定工藝方案及模具的結構形式 根據(jù)制件的工藝分析，其基本工序有落料、沖孔、彎曲三道基本工序，按其先后順序組合，可得如下幾種方案; (1) 落料——彎曲——沖孔；單工序模沖壓 (2) 落料——沖孔——彎曲；單工序模沖壓。 (3) 沖孔——落料——彎曲；連續(xù)模沖壓。 (4) 沖孔——落料——彎曲；復合模沖壓。 方案（1）（2）屬于單工序模沖裁工序沖裁模指在壓力機一次行程內 完成一個沖壓工序的沖裁模。由于此制件生產(chǎn)批量大，尺寸又較這兩種方案生產(chǎn)效率較低，操作也不安全，勞動強度大，故不宜采用。 方案（3）屬于連續(xù)模，是指壓力機在一次行程中，依次在模具幾個不同的位置上同時完成多道沖壓工序的模具。于制件的結構尺寸小，厚度小，連續(xù)模結構復雜，又因落料在前彎曲在后，必然使彎曲時產(chǎn)生很大的加工難度，因此，不宜采用該方案。 方案（4）屬于復合沖裁模，復合沖裁模是指在一次工作行程中，在模具同一部位同時完成數(shù)道沖壓工序的模具。采用復合模沖裁，其模具結構沒有連續(xù)模復雜，生產(chǎn)效率也很高，又降低的工人的勞動強度，所以此方案最為合適。 根據(jù)分析采用方案（4）復合沖裁。 2.3 零件的工藝分析 2.3.1 計算毛坯尺寸 相對彎曲半徑為：R/t=1/1=1>0.5（最小相對彎曲半徑rmin/t） 式中：R——彎曲半徑（） t——材料厚度（） 由于相對彎曲半徑大于0.5，可見制件屬于圓角半徑較大的彎曲件，應該先 求變形區(qū)中性層曲率半徑ρ（）。 ρ=r0+xt 公式(2—1) 式中：r0——零件的內彎曲半徑 t——板料的厚度 x——中性層位移系數(shù) 表2—1 板料彎曲時中性層位移系數(shù)x r0/t 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 1.0 1.2 x 0.21 0.22 0.23 0.24 0.25 0.26 0.28 0.3 0.32 0.33 r0/t 1.3 1.5 2 2.5 3 4 5 6 7 ≥8 X 0.34 0.36 0.38 0.39 0.4 0.42 0.44 0.46 0.48 0.5 查表2—2，x1=0.32 x2=0.42 根據(jù)公式2—1 ρ1=r1+x1t =1+0.32×1 =1.32（） ρ2= r2+x2t =4+0.42×1 =4.42（） 圖2—2 計算展開尺寸示意圖 根據(jù)零件圖上得知，圓角半徑較大（R>0.5t），彎曲件毛坯的長度 公式為： L=∑L直+∑L圓弧 公式（2—2） 式中： L——彎曲件毛坯張開長度 （） ∑L直——彎曲件各直線部分的長度 （） ∑L圓弧——彎曲件各彎曲部分中性層長度之和（） 在圖2—2中： RA=1+0.32=1.32 （） RC=4+0.42=4.42（） A=1（） 根據(jù)公式2—2 L=∑L直+∑L圓弧 = =38（） 取L =38（） 根據(jù)計算得：工件的展開尺寸為10×38（）,如圖2—3所示。 圖2—3 尺寸展開圖 2.4 排樣、計算條料寬度及步距的確定 2.4.1 搭邊值的確定 排樣時零件之間以及零件與條料側邊之間留下的工藝余料，稱為搭邊。搭邊的作用是補償定位誤差，保持條料有一定的剛度，以保證零件質量和送料方便。搭邊過大，浪費材料。搭邊過小，沖裁時容易翹曲或被拉斷，不僅會增大沖件毛刺，有時還有拉入凸、凹模間隙中損壞模具刃口，降低模具壽命?；蛴绊懰土瞎ぷ?。 搭邊值通常由經(jīng)驗確定，表所列搭邊值為普通沖裁時經(jīng)驗數(shù)據(jù)之一。 表2—2 搭邊a和a1數(shù)值 材料厚度 圓件或類似圓件的工件 矩形工件邊長L＜50mm 矩形工件邊長L＞50mm 工件間a1 沿邊a 工件間a1 沿邊a 工件間a1 沿邊a ＜ 0.25 0.25~0.5 0.5~1.0 1.0~1.5 1.5~2.0 2.0~2.5 2.5~3.0 3.0~3.5 3.5~4.0 4.0~5.0 5.0~12 1.0 0.8 0.8 1.0 1.2 1.5 1.8 2.2 2.5 3.0 0.6t 1.2 1.0 1.0 1.3 1.5 1.8 2.2 2.5 3.0 3.5 0.7t 1.2 1.8 1.5 1.2 1.5 2.0 2.2 2.5 2.5 3.5 0.7t 1.5 2.0 1.8 1.5 1.8 2.2 2.5 2.8 3.2 4.0 0.8t 1.5~2.5 2.2 1.8 1.5 1.8 2.2 2.5 2.8 3.2 4.0 0.8t 1.8~2.6 2.5 2.0 1.8 2.0 2.5 2.8 3.2 3.5 4.5 0.9t 搭邊值是廢料，所以應盡量取小，但過小的搭邊值容易擠進凹模，增加刃口磨損表2—2給出了鋼（WC0.05%～0.25%）的搭邊值。 對于其他材料的應將表中的數(shù)值乘以下列數(shù)： 鋼（WC0.3%～0.45%） 0.9 鋼（WC0.5%～0.65%） 0.8 硬黃銅 1～1.1 硬鋁 1～1.2 軟黃銅，純銅 1.2 該制件是矩形工件，根據(jù)尺寸從表2—2中查出：兩制件之間的搭邊值a1=1.2（mm）,側搭邊值a=1.5(mm)。 由于該制件的材料是20鋼，所以兩制件之間的搭邊值為： a1=1.2×1=1.2 (mm) 取a1=1.2(mm) 側搭邊值 a=1.5×1=1.5 (mm) 取a=1.5(mm) 2.4.2 條料寬度的確定 計算條料寬度有三種情況需要考慮； 有側壓裝置時條料的寬度。 無側壓裝置時條料的寬度。 有定距側刃時條料的寬度。有定距側刃時條料的寬度。 有側壓裝置的模具，能使條料始終沿著導料板送進。 條料寬度公式： B0-△=（Dmax+2a） 公式（2—3） 其中條料寬度偏差上偏差為0，下偏差為—△，見表2—3條料寬度偏差。 D——條料寬度方向沖裁件的最大尺寸。 a——側搭邊值。 查表2—3條料寬度偏差為0.15 根據(jù)公式2 —3 B0-△=（Dmax+2a） =（38+2×1.5）0-0.08 =410-0.08 表2—3 條料寬度公差(mm) 條料寬度 B/mm 材料厚度t/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 2.4.3 導板間間距的確定 導料板間距離公式： A=B+Z 公式（2—4） Z——導料板與條料之間的最小間隙（mm）； 查表2—4得Z=5mm 根據(jù)公式2—4 A= B+Z =41+5 =46（mm） 表2—4 導料板與條料之間的最小間隙Zmin（mm） 材料厚度t/mm 有 側 壓 裝 置 條 料 寬 度B/mm 100以下 100以上 ~0.5 0.5~1 1~2 2~3 3~4 4~5 5 5 5 5 5 5 8 8 8 8 8 8 2.4.4 排樣 根據(jù)材料經(jīng)濟利用程度，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制件，而且可以簡化模具結構，降低沖裁力，但是，因條料本身的公差以及條料導向與定位所產(chǎn)生的誤差的影響，所以模具沖裁件的公差等級較低。同時，因模具單面受力（單邊切斷時），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)_裁件的斷面質量。 由于設計的零件是矩形零件，且兩個孔均有位置公差要求，所以采用有費料直排法。 2.4.5材料利用率的計算： 沖裁零件的面積為： F=長×寬=38×10=380(mm2) 毛坯規(guī)格為：500×1000（mm）。 送料步距為：h=D＋a1=10+1.2=11.2 一個步距內的材料利用率為： n11=(nF/Bh)×100% n為一個步距內沖件的個數(shù)。 n11=(nF/Bh)×100% =（1×380/41×11.2）×100% =82.75% 橫裁時的條料數(shù)為： n1 =1000/B =1000/41 =24.39 可沖24條， 每條件數(shù)為： n2 =(500-a)/h =(500-1.5)/11.2 =44.50 可沖44件， 板料可沖總件數(shù)為： n=n1×n2=24×44=1056(件) 板料利用率為： n12=(nF/500×1000) =(1056×380/500×1000) ×100% =80.256% 縱裁時的條料數(shù)為： n1=500/B =500/41 =12.195 可沖12條， 每條件數(shù)為： n2=(1000-a)/h =(1000-1.5)/11.2 =89.152 可沖89件， 板料可沖總件數(shù)為： n=n1×n2=12×89=1068（件） 板料的利用率為： n12=(nF/500×1000) =(1068×380/500×1000) ×100% =81.16% 橫裁的材料利用率小于縱裁的材料利用率，該零件采用縱裁法。 圖2—4 排樣圖 第三章 沖裁力的計算 3.1計算沖裁力的公式 計算沖裁力是為了選擇合適的壓力機，設計模具和檢驗模具的強度，壓力機的噸位必須大于所計算的沖裁力，以適宜沖裁的要求，普通平刃沖裁模，其沖裁力F p一般可以按下式計算： Fp=KptLτ 公式（3—1） 式中 τ——材料抗剪強度，見附表（MPa）； L——沖裁周邊總長（mm）； t——材料厚度（mm）; 系數(shù)Kp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，材料力學性能與厚度公差的變化等因數(shù)而設置的安全系數(shù)Kp，一般取1~3。當查不到抗剪強度τ時，可以用抗拉強度σb代替τ，而取Kp=1的近似計算法計算。 根據(jù)常用金屬沖壓材料的力學性能查出20鋼的抗剪強度為280～400(MPa)， 取τ=400(MPa) 3.2 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性卸料裝置和自然落料方式。 總的沖裁力包括: F——總沖壓力。 Fp——總沖裁力。 FQ——卸料力 FQ1——推料力。 FQ2——頂件力 FC——彎曲力 根據(jù)常用金屬沖壓材料的力學性能查出20鋼的抗剪強度為280～400(MPa ) 3.2.1 總沖裁力： Fp=F1+F2 公式(3—2) F1——落料時的沖裁力。 F2——沖孔時的沖裁力. 落料時的周邊長度為：L1=2×（38+10）=96（mm） 根據(jù)公式5—1 F1=KptLτ =1×1×96×400 =38.4(KN) 沖孔時的周邊長度為：L2=2πd=2×3.14×4=25.12（mm） F2= KptLτ =1×1×25.12×400 =10.048(KN) 總沖裁力：Fp=F1+F2=38.4+10.048=48.448(KN) 表3—1 卸料力、推件力和頂件力系數(shù) 料厚t/mm Kx Kt Kd 鋼 ≤0.1 ＞0.1~0.5 ＞0.5~2.5 ＞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)，厚的材料取小值，薄材料取大值。 3.2.2 卸料力Fx的計算 Fx=Kx Fp 公式(3—3) Kx——卸料力系數(shù)。 　查表3—1得KＸ＝0.04~0.05，取KＸ＝0.05 　　 根據(jù)公式3—3　Fx=KＸ Fp 　　　　　　　　 ＝0.05×48.448 　　　　　　　　 ＝2.4224(KN) 3.2.3推料力Ft的計算 Ft=KtFp 公式(3—4) Kt——推料力系數(shù)。 查表3—1得Kt＝0.055, 取Kt=0.055 根據(jù)公式3—4 Ft=KtFp =0.055×48.448 ≈2.66(KN) 3.2.4頂件力Fd的計算 Fd=KdFp 公式(3—5) Kd——頂件力系數(shù)。 查表3—1得Kd＝0.06, 取Kt=0.06 根據(jù)公式3—5 Fd=KdFp =0.06×48.448 ≈2.9(KN) 3.2.5彎曲力FC的計算 影響彎曲力大小的基本因素有變形材料的性能和質量；彎曲件的形狀和尺寸；模具結構及凸凹模間隙；彎曲方式等，因此很難用理論的分析法進行準確的計算。實際中常用經(jīng)驗公式進行慨略計算，以作為彎曲工藝設計和選擇沖壓設備的理論。 ?形彎曲件的經(jīng)驗公式為： Fu=0.7KBt2σb/γ+t 公式(3—6) Fu——沖壓行程結束時不校正時的彎曲力。 B——彎曲件的寬度（mm）。 t——彎曲件的厚度（mm）。 γ——彎曲件的內彎曲半徑（等于凸模圓角半徑）（mm）。 σb——彎曲材料的抗拉強度(MPa)(查機械手冊σb=500(MPa)。 K——安全系數(shù)，一般取1.3. 根據(jù)公式3—6 Fu=0.7KBt2σb/(γ+t) =0.7×1.3×10×12×500/(4+1) =0.91(N) 對于頂件或壓料裝置的彎曲模，頂件力或壓料力可近似取彎曲力的30%～80%。 F壓=80% Fu =80%×0.91 =0.728(KN) 彎曲力: FC= Fu+ F壓 =0.91+0.728 =1.638(KN) 3.2.6總的沖壓力的計算 根據(jù)模具結構總的沖壓力：F=Fp+Fx+Ft+Fd+FC F=Fp+Fx+Ft+Fd+FC =48.448+2.4224+2.66+2.9+1.638 =58.07(KN) 根據(jù)總的沖壓力，初選壓力機為：開式雙柱可傾壓力機J23—10。 第四章 模具壓力中心與計算 模具壓力中心是指諸沖壓合力的作用點位置，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)生過大磨損，模具導向零件加速磨損，降低了模具和壓力機的使用壽命。 模具的壓力中心，可安以下原則來確定： 1、對稱零件的單個沖裁件，沖模的壓力中心為沖裁件的幾何中心。 2、工件形狀 相同且分布對稱時，沖模的壓力中心與零件的對稱中心相重合。 3、各分力對某坐標軸的力矩之代數(shù)和等于諸力的合力對該軸的力矩。求出合力作用點的坐標位置0，0（x=0,y=0），即為所求模具的壓力中心。 Xo=L1X1+L2X2+……LnXn/L1+L2+……Ln Yo=L1Y1+L2Y2+……LnYn/L1+L2+……Ln 由于該零件是一個矩形圖形，屬于對稱中心零件，所以該零件的壓力中心在圖形的幾何中心O處。如圖4—1所示： 圖4—1 壓力中心 2.2 確定工藝方案及模具的結構形式 根據(jù)制件的工藝分析，其基本工序有落料、沖孔、彎曲三道基本工序，按其先后順序組合，可得如下幾種方案; (5) 落料——彎曲——沖孔；單工序模沖壓 (6) 落料——沖孔——彎曲；單工序模沖壓。 (7) 沖孔——落料——彎曲；連續(xù)模沖壓。 (8) 沖孔——落料——彎曲；復合模沖壓。 方案（1）（2）屬于單工序模沖裁工序沖裁模指在壓力機一次行程內 完成一個沖壓工序的沖裁模。由于此制件生產(chǎn)批量大，尺寸又較這兩種方案生產(chǎn)效率較低，操作也不安全，勞動強度大，故不宜采用。 方案（3）屬于連續(xù)模，是指壓力機在一次行程中，依次在模具幾個不同的位置上同時完成多道沖壓工序的模具。于制件的結構尺寸小，厚度小，連續(xù)模結構復雜，又因落料在前彎曲在后，必然使彎曲時產(chǎn)生很大的加工難度，因此，不宜采用該方案。 方案（4）屬于復合沖裁模，復合沖裁模是指在一次工作行程中，在模具同一部位同時完成數(shù)道沖壓工序的模具。采用復合模沖裁，其模具結構沒有連續(xù)模復雜，生產(chǎn)效率也很高，又降低的工人的勞動強度，所以此方案最為合適。 根據(jù)分析采用方案（4）復合沖裁。