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1 XXXX 大學 畢業(yè)設計(論文) 課 題 名 稱 短連桿沖壓工藝與模具設計 學 生 姓 名 學 號 院( 系 )、專業(yè) 指 導 教 師 職 稱 2016 年 05 月 16 日 2 本科畢業(yè)設計（論文） 誠 信 承 諾 書 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設計（論文） 短連桿 冷沖壓工藝及級進模設計 是本人在導師的指導下獨立進 行研究所取得的成果，其內(nèi)容除了在畢業(yè)設計（論文）中 特別加以標注引用，表示致謝的內(nèi)容外，本畢業(yè)設計（論 文）不包含任何其他個人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。 班 級： 學 號： 作者姓名： 2016 年 5 月 16 日 3 摘 要 金屬板料沖壓是一種在工業(yè)生產(chǎn)中應用廣泛的加工方法。隨著現(xiàn)代各行各 業(yè)突飛猛進的發(fā)展，金屬件的結構復雜，精度高，需求量多，加上對生產(chǎn)的安 全性、操作的方便性，加工的經(jīng)濟性等要求也日益提高，采用單工位模具已經(jīng) 無法滿足生產(chǎn)的需要，許多制造商均采用多工位級進模進行生產(chǎn)。因此，多工 位級進模在國內(nèi)外模具制造業(yè)中應用日趨廣泛。多工位級進模是在普通級進模 的基礎上發(fā)展起來的一種模具，是當代所有模具中沖壓功能最多、結構最復雜、 生產(chǎn)效率和自動化程度最高的一種沖模。在多工位級進模結構設計過程中，首 先必須設計級進模的總裝結構，然后再在此基礎上進行模具其他零部件的設計。 本模具采用切廢料方式進行沖裁，故模具結構采用沖孔、導正、彎曲、落料的 工序設計，排樣采用單排橫排排列。本論文分析了短連桿的沖壓工藝性，介紹 了短連桿多工位級進模總體結構設計，對工件進行了展開計算，確定了工件加 工成型的工藝方案和排樣方案，對模具進行了工藝計算，根據(jù)計算結果進行了 凸模、凹模、墊板、導料板、卸料板、鑲塊等主要零部件的設計，還根據(jù)各標 準對模具中用到的其他標準件，如模架、導柱導套等，進行了選擇與設計。實 踐證明：該模具結構合理、可靠，并能保證產(chǎn)品質(zhì)量，對此類零件的級進模設 計有參考價值。 關鍵詞：短 連 桿 ； 沖 壓 工 藝 ； 排 樣 ； 連 續(xù) 模 4 目 錄 摘 要 ....................................................................................................................................................3 引 言 ....................................................................................................................................................6 第 1 章、制件的工藝分析 ........................................................................................................................9 第 2 章、制件的排樣 ..............................................................................................................................11 2.1.目標值的選取 ...............................................................................................................................11 2.2.制件成形工藝的設計和工位確定 ...............................................................................................11 2.3.制件的排樣 ...................................................................................................................................12 2.3.1.制件的排樣方法 ....................................................................................................................12 2.3.2.制件件的排樣原則 ................................................................................................................13 2.3.3.搭邊值的確定 ........................................................................................................................13 2.3.4.排樣的步驟 ............................................................................................................................13 2.4.材料利用率的計算 .......................................................................................................................15 第 3 章、力的計算和沖裁間隙的確定 ..................................................................................................16 3.1.沖裁力的計算 ...............................................................................................................................16 3.1.1.沖裁力的計算 ........................................................................................................................16 3.1.2.卸料力、推料力的計算 ........................................................................................................17 3.1.4.壓力機公稱壓力的選取 ........................................................................................................17 5 3.2.沖裁間隙的確定 ...........................................................................................................................18 第 4 章、模具總體結構和主要零件的設計 ..........................................................................................22 4.1.模具總體結構的確定 ...................................................................................................................22 4.2.沖裁外形凸模和凹模的設計 .......................................................................................................23 4.2.1.外形凸模設計 ........................................................................................................................23 4.2.2.凹模的設計 ............................................................................................................................24 4.2.3.沖孔凸模的設計 ....................................................................................................................26 4.3.帶料定位模具的設計 ...................................................................................................................27 4.3.1.定位的設計 ............................................................................................................................27 4.3.2.定位銷的設計 ........................................................................................................................27 4.4.模板、模座設計 ...........................................................................................................................27 4.4.1.模板、模座厚度的確定 ........................................................................................................27 4.5.導向部分的設計 ...........................................................................................................................28 4.6.緊固螺釘和定位部分的設計 .......................................................................................................28 第五章、確定模具的壓力中心 ..............................................................................................................29 第六章、模具的裝配 ..............................................................................................................................33 結束語 ......................................................................................................................................................35 不足之處及未來展望 ..............................................................................................................................36 參考資料 ..................................................................................................................................................37 6 引 言 模具是制造業(yè)的重要工藝基礎，在我國，模具制造屬于專用設備制造業(yè)。 我國雖然很早就開始制造模具和使用模具，但長期未形成產(chǎn)業(yè)。直到 20 世紀 80 年代后期，我國模具工業(yè)才駛入發(fā)展的快車道。近二十年來，模具產(chǎn)業(yè)的產(chǎn) 值以每年 15%的速度遞增。2000 年我國模具工業(yè)的總產(chǎn)值達到 280 億元人民幣。 在模具工業(yè)的總產(chǎn)值里，沖壓模具占到 50%，塑料模具約占 33%，壓鑄模具約 占 6%，其他各類模具約占 11%。 冷沖壓工藝與其他加工相比，有以下特點： 1） 用冷沖壓可以得到形狀復雜、用其他加工方法難以加工的工件，如 薄殼零件等。冷沖壓件的尺寸精度是由模具保證，因此，尺寸穩(wěn)定，互換性好。 2） 材料利用率高、工件重量輕、剛性好、強度高、沖壓過程耗能少。 3） 操作簡單，勞動強度低、易于實現(xiàn)機械化和自動化、生產(chǎn)效率高。 4） 沖壓加工所用的模具結構一般比較復雜，生產(chǎn)周期較長、成本較高。 由于冷沖壓有許多的優(yōu)點，因此，在機械制造、電子、電器等各行各業(yè)中， 都得到了廣泛的應用。 我國沖壓模具無論在數(shù)量上，還是在質(zhì)量、技術和能力等方面都已有了很 大發(fā)展，但與國發(fā)經(jīng)濟需求和世界先進水平相比，差距仍很大，一些大型、精 度、復雜、長壽命的高檔模具每年仍大量進口，特別是中高檔轎車的覆蓋件模 7 具，目前仍主要依靠進口。一些低檔次的簡單沖模，已趨供過于求，市場竟爭 激烈。 據(jù)中國模具工業(yè)協(xié)會發(fā)布的統(tǒng)計材料，2004 年我國沖壓模具總產(chǎn)出約為 220 億元，其中出口 0.75 億美元,約合 6.2 億元. 根據(jù)我國海關統(tǒng)計資料,2004 年我國共進口沖壓模具 5.61 億美聯(lián)社元,約合 46.6 億元.從上述數(shù)字可以得出 2004 年我國沖壓模具市場總規(guī)模約為 266.6 億元.其 中國內(nèi)市場需求為 260.4 億元,總供應約為 213.8 億元,市場滿足率為 82%.在上述 供求總體情況中,有幾個具體情況必須說明:一是進口模具大部分是技術含量高的 大型精密模具,而出口模具大部分是技術含量較低中的中低檔模具,因此技術含量 高的中高檔模具市場滿足率低于沖壓模具總體滿足率,這些模具的發(fā)展已滯后于 沖壓件生產(chǎn),而技術含量低的中低檔模具市場滿足率要高于沖壓模具市場總體滿 足率; 二是由于我國的模具價格要比國際市場低格低許多 ,具有一定的竟爭力,因 此其在國際市場前景看好,2005 年沖壓模具出口達到 1.46 億美元,比 2004 年增長 94.7%就可說明這一點;三是近年來港資、臺資、外資企業(yè)在我國發(fā)展迅速，這 些企業(yè)中大量的自產(chǎn)自用的沖壓模具無確切的統(tǒng)計資料，因此未能計入上述數(shù) 字之中。 本次設計一個沖孔落料級進模具。級進模是指沖床在一次行程中，完成落 料沖孔等多個的一種模具結構，相對與其他冷沖模具結構而言，它具有一下一 些優(yōu)點：工件同軸度較好，表面平直，尺寸精度較高；生產(chǎn)效率高，且不 受條料外形尺寸的精度限制，有時廢角料也可以再生產(chǎn)。它的缺點是：模具零 部件加工制造比較困難，成本較高，并且凸、凹模容易受到最小壁厚的限制， 而使得一些內(nèi)孔間距、內(nèi)孔與邊緣間距較小的工件不適宜采用。由于級進模具 本身具有的優(yōu)點明顯，故模具企業(yè)在條件允許的情況下，一般傾向于選擇級進 8 模結構。 沖壓工藝與模具設計的理論性和實用性均很強。從理論與實踐相結合的角 度來研究、探討，并側重加強工程實踐能力這點應該得到重視。 本次畢業(yè)設計是一個重要的專業(yè)教學環(huán)節(jié)，這個教學環(huán)節(jié)的目的： （1）幫助學生具體運用和鞏固模具設計與制造課程及相關的理論知識， 了解設計沖壓模的一般程序。 （2）是使學生能夠熟練地運用有關技術資料，如冷沖模國家標準 、 模 具設計與制造簡明手冊 、 冷沖壓模具結構圖冊及其它有關規(guī)范等。 （3）訓練學生初步設計冷沖壓模具的能力，為以后的工作打下初步的基礎。 9 第 1 章、制件的工藝分析 設計中的沖壓制件是一短連桿。如圖 1-1 所示。由制件零件圖可以知道： 制件的外形不規(guī)則，尺寸中等，一頭大一頭小，屬于 L 形零件，產(chǎn)品中間有三 個孔，孔和外形分開的話需要多次沖裁才能完成加工。通過對零件的初步分析 可知，要完成該制件的生產(chǎn)，需要經(jīng)過以下工藝：沖孔、沖孔、落料，等工藝。 沖壓件的精度要求較高，制件的厚度為 3.0mm，屬于厚材料類沖裁，選用平板 料；沖壓件的材料是 45#，是普通的優(yōu)質(zhì)碳素結構鋼，根據(jù)常用金屬沖壓材料 的力學性能查出 45#鋼的抗剪強度為 440560(MPa) ，另外，在設計中還應該考 慮到產(chǎn)品材料的沖裁工藝性，以及其纖維方向的特性。 由模具設計手冊可以知道：制件在沖裁時要求兩個相交邊盡量避免銳 角，嚴禁尖角，圓角半徑 R=0.25t，沖裁件的凸出或凹入不宜太小，應避免長 懸臂和窄臂和窄槽，要求懸臂和槽長 L 與其寬度 B 應有一定的比列。鋼板時， B=（ 1.3 至 1.5）t，有色金屬板時，B=（0.75 至 0.8）t，L<=3B。沖裁孔與孔 之間、孔與沖件邊緣之間的壁厚不應太小，否則會影響凹模強度、壽命和沖件 質(zhì)量。通過對制件零件圖分析，可知其不能滿足以上要求，所以實際排工藝和 設計模具時需將兩孔分兩個工步?jīng)_裁。 10 由于制件材料是 45#，具有良好的沖裁工藝性，本次設計的課題，年產(chǎn)量 為 5 萬件，屬于中等批量生產(chǎn)；制件外觀的最大長度為 50+8+8+4=70mm，寬度 為 12+8+4=24mm，屬小型制件，孔邊到外形邊的最小距離為 4-4.1/2=1.95，明 顯小于 1.5 倍材料厚度，所以此處孔需要單獨沖裁，由于其形狀較復雜，生產(chǎn) 效率要求高，因此我們設計生產(chǎn)效率高的級進模來完成此制件的生產(chǎn)。 圖 1-1 制件圖 11 第 2 章、制件的排樣 排樣是模具設計的核心部分，排樣的方式?jīng)Q定了模具結構，凹模的分布等 方面內(nèi)容。在進行排樣之前，首先需要對制件的電子圖檔進行排樣，其過程如 下。 2.1.目標值的選取 沖壓件零件各部分的作用不同，其在精度和工藝等方面的要求也不同，設 計中根據(jù)沖壓件零件圖的公差確定目標值。制件目標值的選取原則如下： （1）沖圓孔、異形孔目標值的確定原則：孔在沖裁時，沖頭易磨損，加工 過程中越來越小，為此孔（包括圓孔，異形孔）的尺寸目標值取其公差偏上限， 此情況下的目標值 L=基本尺寸 L1+（1/2 倍公差的上偏差值）+0.05mm 至 0.1mm 的余量。 （2）外形尺寸的確定：外形在成型中，因凹模在沖裁過程中由于摩擦方面 的原因，其外形會逐漸變大，為了保證沖壓制件的精度，延長模具的使用壽命， 提高其的經(jīng)濟性，其目標值的確定時在誤差范圍內(nèi)應該盡量取下限值，在此情 況下的目標值的取法為：目標值 L=基本尺寸 L1（1/2 下偏差） 2.2.制件成形工藝的設計和工位確定 由制件的結構形狀可以知道，要沖壓出該制件需要的經(jīng)過的基本工序為： 沖孔，落料等工藝過程。經(jīng)過分析，有三種工藝方案可以實現(xiàn)該沖壓件的加工， 分別如下： 12 方案一：直接采用落料沖孔復合模設計。 方案二：采用連續(xù)沖裁方式，先沖工藝孔沖側刃以孔和側刃定位沖孔 落料。 方案三：采用連續(xù)沖裁方式，沖裁側刃及工藝孔以工藝孔定位一沖小孔 及腰孔落料。 經(jīng)分析，可知道：方案一的優(yōu)點是模具結構比較簡單，易加工，制造周期 短。從產(chǎn)品的形狀和尺寸大小開看，可行性不大，產(chǎn)品材料薄，無法送料，孔 邊到外行距離太小，凸凹模強度很小，無法實現(xiàn)。 方案二具有某些優(yōu)點，此方法在采用孔和側刃定位時，不過產(chǎn)品形狀為 L 形，直接排樣，材料利用率低，雖然生產(chǎn)效率提高，但不經(jīng)濟，利潤低。 方案三和方案二類似，采用級進模，區(qū)別是在排樣時采用錯位排樣法，這 樣設計，材料利用率提高，產(chǎn)品精度能達到，但最后落料是距離太近，在設計 模具時可以錯開落料，避免距離太小，凹模沒有強度。模具精度要求高，成本 和方案二相差不大，但生產(chǎn)效率提高一倍。 綜合以上分析，確定工藝方岸方案三為最佳工藝方案。 2.3.制件的排樣 在沖壓件的成本中，材料的費用占 60%以上，因此材料的經(jīng)濟利用有非常 重要的意義。沖壓件在材料或板料上的布置方法稱為排樣。衡量排樣經(jīng)濟性的 指標是材料的利用率。不合理的排樣方式會浪費材料，并且還可能影響到制件 的質(zhì)量，影響模具的結構設計的合理性；影響模具的使用壽命，制件的生產(chǎn)效 率和模具的成本等技術、經(jīng)濟指標等。 排樣的常用方法有：有廢料排樣法；少廢料排樣法；無廢料排樣法。設計 中由于制件的外形比較復雜，采用裁搭邊法,將制件的加工通過分次裁切來完成。 13 分次排樣法設計加工出來的具有制件精度高，便于模具凹模、凸模的排布等優(yōu) 點。制件的排樣的具體過程如下； 2.3.1.制件的排樣方法 排樣方法：可制作沖壓件展開毛坯樣板（3 至 5 個） ，在圖面上反復試排， 綜合考慮材料利用率，確定初步方案，再在 AUTO CAD 軟件中對制件展開圖 進行排布，在初步的排樣圖中按照沖壓工序設計的基本原則，進行沖裁工位設 計。在排樣圖的開始端一般安排沖孔、落料等分離工位。在安排工位時，要盡 量避免沖小半孔，以防凸模因受力不均而折斷。 2.3.2.制件件的排樣原則 （1）為了提高材料利用率，在不影響制件使用性能指標的前提下，可以適 當?shù)母淖冎萍男螤睢?（2）排樣時應考慮使設計出來的模具使用方便，勞動強度小且安全。 （3）模具結構應該盡量簡單。 （4）保證制件質(zhì)量和制件對條料纖維方向的要求。 2.3.3.搭邊值的確定 排樣時制件與制件之間以及制件與側邊之間留下的工藝材料，叫做搭邊。 其作用是補償定位誤差，保證條料強度，以保證在沖裁過程中帶料的送料順暢。 搭邊應選擇適當，過大會造成材料的浪費，過小不利于制件的成形，或者沖裁 不出合格的制件。搭邊值的大小通常是由經(jīng)驗所確定的。設計中搭邊值的確定 參照 APS 模具設計標準確定。 2.3.4.排樣的步驟 （1）由制件制件的外觀形狀和制件材料的特點確定排樣的方法 （2）帶料寬度的確定：帶料寬度的確定要經(jīng)過搭邊值的確定，制件的搭邊 14 值的確定方法如下： 側搭邊值的確定：側搭邊是指在級進模中將每個產(chǎn)品沿料寬方向連接起來 的部分叫側搭邊。其確定方法為： 最小側搭邊值 Zmin=1T（0.8mm T 1.6mm =6T（0.4mmT 0.6mm =1mm（0.2mmT0.3mm 式中 T 表示帶料的厚度。 間隙搭邊值的確定：間隙搭邊是指相鄰兩個制件之間的間隙，查閱模具設 計標準，對于薄的材料取 1mm，即可以滿足兩個相鄰制件在沖裁時的強度要求。 異形凸模最小寬度的確定： 異形凸模最小寬度 Bmin=3.06.0mm（0.8mmT1.6mm ） =2.54.0mm（0.4mmT0.6mm） =0.6-0.9mm（0.2mmT0.3mm） 本次設計，材料厚度為 3.0，產(chǎn)品長度為 100，大于 50，通過查詢相關表 格，工件之間的最小搭邊值為 2.8，側面最小搭邊值為 3.2mm。 參照以上標準，設計中各值確定如下： 確定條料的寬度 B=制件寬度+搭邊距離2+側刃寬度2 =70+2.8+12+3.22+3.22=97.6mm （3） 步矩的確定：間隙搭邊值的確定通常是根據(jù)經(jīng)驗確定，在不影響產(chǎn)品質(zhì) 量情況下盡量取小些。在本設計中，制件之間的搭邊距離取為 2.8mm，則： 步距 D=制件的排樣寬度+2.8=24+24+2.8+2.8-8-8=37.6mm 具體排樣圖如下： 15 2.4.材料利用率的計算 一個步距內(nèi)的材料利用率 為 =nF/Bs100% =21181.6637/37.697.6100%=64.4% 式中 F一個步距內(nèi)沖裁件面積（包括沖出的小孔在內(nèi)） ； n一個步距內(nèi)沖裁件數(shù)目； B條料寬度（mm） ； s步距（mm） ； 16 第 3 章、力的計算和沖裁間隙的確定 3.1.沖裁力的計算 3.1.1.沖裁力的計算 計算沖裁力的目的是為了選擇合適的壓力機，設計和檢驗模具的強度。壓 力機的噸位必須大于所計算的沖裁力，以適應沖裁工藝的需求。沖裁力的計算 公式為： P=KtL N 上式中各字母的含義分別為： 表示材料的抗剪強度(MPa)； L 表示沖裁周邊的總長(mm)； t 表示材料的厚度(mm)； K 表示安全系數(shù) ，K 是考慮到?jīng)_裁模具刃口的磨損，凸模、凹模間隙之間 波動，潤滑情況，材料力學性能與公差的變化等因素而設置的安全系數(shù)，一般 取 1.3。 通過查閱模具設計手冊可以知道：45#材料的抗剪強度 =440- 560MPa。計算出沖裁件的周邊長度和孔的周長，相關計算如下： 產(chǎn)品外形周邊長度 L1=175.98mm 產(chǎn)品圓孔的周長 L2=3.146.1=19.165mm 產(chǎn)品圓孔的周長 L3=3.146.1=19.165mm 產(chǎn)品圓孔的周長 L4=3.144.1=12.874mm 沖工藝孔的周長 L5=3.146=18.84mm 沖側刃孔的周長 L6=37.6+3.2+3.2=44mm 總的周長為 L=2L1+2L2+2L3+2L4+L5+2L6=561.208 17 則總沖裁力： P= KtLm=1.33561.208560=1225678.272N1225.678KN。 3.1.2.卸料力、推料力的計算 影響卸料力、推料力和頂件力的因素很多，要精確的計算是困難的，在實 際生產(chǎn)中常用經(jīng)驗公式進行計算： 卸料力 Q=KP N 推料力 Q1=K1P N 式中：P 表示沖裁力（ N） ； K 表示卸料系數(shù)，其值為 0.08 至 0.25，薄料取大值，厚料取小值； K1 表示推料系數(shù)，其值為 0.03 至 0.07，薄料取大值，厚料取小值。 則有： 卸料力 Q=KP=0.081225.678=98.05KN （K 取 0.08） 推料力 Q1=K1P =0.031225.678=36.77K N （K 取 0.03） 通過上面的計算可以知道模具在正常條件下工作所需要壓力機提供的壓力 至少應該為： F=沖裁力+卸料力+推料力 =1225.678+98.05+36.77=1360.498KN 3.1.4.壓力機公稱壓力的選取 沖裁時，壓力機的公稱壓力必須大于或等于沖裁各工藝力的總和。設計中需 要的最小總壓力為：1360.498KN 根據(jù)以上計算結果選擇沖床，參照公司沖床式樣，選擇沖床的型號為： JA31-160B 閉式單點壓力機；沖床能夠提供的壓力為 160 噸，沖床的行程為 160mm；工作臺的面積為 710mm790mm；滑塊的底面積為 450mm630mm；沖床最大的閉合高度為 480mm；調(diào)節(jié)量為 120mm；行程次 18 數(shù)為 32/分鐘；電動機功率 12.5kw。 壓力中心的確定：由沖床的式樣可以知道：由于模具在工作時是將整個上 模座固定在沖床的滑塊上，因此不必進行壓力中心的計算。為了方便模具安裝 在壓力機上，在上模座上設計一個模柄，以起到模具在安裝時的裝夾作用。 3.2.沖裁間隙的確定 凹模凸模間隙的確定：沖裁模的凸模橫斷面，一般小于凹模孔，凹模與凸 模部分，在垂直沖裁方向的投影尺寸之差，叫做沖裁間隙。沖裁間隙有兩種含 義：一種是指凹模與凸模間每側空隙值，稱為單面間隙；另外一種指凹模和凸 模間兩側間隙之和，稱為雙面間隙；習慣上常說的間隙是指雙面間隙，用符號 C 表示，單面間隙用 Z/2 表示。 沖裁間隙的大小對制件斷面的影響 間隙合理，材料在分離時，凹模和凸模 刃口處裂紋重合，沖裁間隙不是一個絕對值，而是一個數(shù)值范圍，沖裁間隙在 此范圍內(nèi)都可以得到?jīng)_裁斷面較好的制件。間隙過大，凸模和凹模刃口處的裂 紋不重合，凸模刃口附近的裂紋在凹模刃口附近裂紋的里邊，材料受很大的拉 伸，光亮帶小，毛刺、塌角及斜度都比較大。間隙過小，裂紋也不重合，凸模 刃口附近的裂紋在凹模刃口附近裂紋的外邊，兩條剪裂紋之間的一部分材料隨 沖裁的繼續(xù)又被二次剪切和擠壓，在斷面上形成第二次光亮帶，并在中間出現(xiàn) 夾層和毛刺。 沖裁間隙對制件尺寸精度的影響 落料和沖孔后，因發(fā)生彈性恢復，會影響 制件的尺寸精度。沖裁間隙小到一定程度時，由于壓縮變形彈性恢復，落料件 的尺寸會大于凹模尺寸，而沖出的孔小于凸模。間隙大到一定界限時，由于拉 伸變形的彈性恢復，落料尺寸會小于凹模的刃口尺寸，而沖出的孔會大于凸模 的刃口尺寸。間隙對于沖孔和落料精度的影響規(guī)律是不同的，且和材料的纖維 19 方向有關。 沖裁間隙對沖裁力和模具壽命的影響 間隙大時，沖裁力有一定的程度減小，卸 料力和推件力也隨之降低。沖裁時，坯料對凹模凸模產(chǎn)生側壓力，并在凸磨與 被沖孔之間及凹模與落料件之間均有摩擦力。間隙越小摩擦力和側壓力隨之增 大。此外，由于在實際的生產(chǎn)中定，故間隙應該在增大凹模尺寸的方向上取得。 考慮到凸模和凹模的磨損，在設計和制造新模具時，取最小合理間隙。 確定沖裁間隙的方法 常用的沖裁間隙確定方法有理論確定法和經(jīng)驗確定法， 在現(xiàn)場模具的設計和生產(chǎn)中通常用經(jīng)驗確定模具的沖裁間隙。經(jīng)驗計算公式為： C=mt 式中：C 為合理沖裁間隙，單位為 mm； t 為板料厚度，單位為 mm； m 為系數(shù)，與料厚及材料性質(zhì)有關，m 通常為料厚的百分之幾。 沖裁間隙系數(shù)如下表所示： 單位：mm 間隙類別 材料 低炭鋼 08F、10F 10、 20、A3、 614 1420 2025 中炭鋼 45 不銹鋼 1Cr18Ni9Ti 76 1622 2230 高炭鋼 T8A T10A 65Mn 1624 2430 3036 結合模具設計標準，將間隙值取為料厚的 8.0%。則凹模和凸模之間的間隙為： C=mt=8.0%3=0.24mm 具體計算如下： 20 落料凹模尺寸：Aj1=(Amax-X)-/4 =70.2-0.50.4=70 ； 02. Aj2=(Amax-X) -/4 =24.1-0.50.2=24 ；02. Aj3=(Amax-X) -/4 =12.1-0.50.2=12 ；02. Aj4=(Amax-X) -/4 =4.05-0.50.1=4 ；02. Aj5=(Amax-X) -/4 =16.1-0.50.2=16 ；02. Aj6=(Amax-X) -/4 =2.05-0.50.1=2 ；02. 落料凸模尺寸： Aj1=(Amax-2Z)+/4 =70-20.12=69.76 ; 02. Aj2=(Amax-2Z) +/4 =24-20.12=23.76 ; 02. Aj3=(Amax-2Z) +/4 =12-20.12=11.76 ;02. Aj4=(Amax-Z) +/4 =4-0.12=3.88 ;02. Aj5=(Amax-2Z) +/4 =16-20.12=15.76 ;02. Aj6=(Amax-Z) +/4 21 =2-0.12=1.88 ;02. 沖孔凸模尺寸：Bj1=(Amin+X)+/4 =6.0+0.50.2=6.1 ;02. Bj2=(Amin+X)+/4 =4.0+0.50.2=4.1 ;02. Bj3=(Amin+X)+/4 =5.9+0.50.2=6 ;02. 沖孔凹模尺寸：Bh1=(Amin+2Z)- /4 =6.1+20.12=6.34 ；02. Bh2=(Amin+2Z)- /4 =4.1+20.12=4.34 ；02. Bh3=(Amin+2Z)- /4 =6+20.12=6.24 ；02. 孔心距 Lp1=Lp =500.01 Lp2=Lp =37.60.01 Lp3=Lp =120.01 22 第 4 章、模具總體結構和主要零件的設計 4.1.模具總體結構的確定 模具的總體結構的確定：參照 23 圖 4-1 模具總體結構圖 凹模和凸模的固定方式通常選用內(nèi)六角緊固螺釘固定。 為了保證導向精度，采用導柱結合的導向方式，模具采用滑動導向機構， 采用彈壓卸料裝置的結構形式。 模具在工作中需要加潤滑油，有利于保證制件的精度，減少毛刺的產(chǎn)生， 同時起到延長模具的使用壽命的作用。由于有潤滑油在凹模板和卸料板的表面， 帶料很容易沾在這兩塊模板上，在上模和下模分開時容易引起帶料的塑性變形， 從而印象制件的質(zhì)量，為了防止這種現(xiàn)象的產(chǎn)生，在模具設計時加入頂針結構， 單獨安裝升浮銷，頂出產(chǎn)品。 4.2.沖裁外形凸模和凹模的設計 4.2.1.外形凸模設計 查閱模具設計手冊 ，落料凸模的材料選用 Cr12MoV，將其熱處理到 24 58HRC61HRC 即可以滿足設計要求。與固定板采用過盈配合，過盈量為 0.02- 0.03，與上模板螺釘固定。 圖 4-5 落料凸模形狀 4.2.2.凹模的設計 由于產(chǎn)品尺寸小，凹模采用整體的結構，材料選用 Cr12MoV，將其熱處理 到 58HRC61HRC，即可以滿足設計要求。選用 GB/T70.1 M1050 的內(nèi)六角螺 釘與下模板固定。如下圖所示： 25 凹模的刃口形式，考慮到生產(chǎn)批量較大，所以采用刃口強度較高的凹模， 如圖 3-4 所示的刃口形式。凹模的外形尺寸，由文獻3，式 4-7，式 4-8計算： Hkb=0.24 139.6=33.5mm，取 H40mm，C=1-1.5H=40-60mm，所以凹模長 度尺寸為 139.6+2(4060)=219.6259.6，寬度為 104+2(4060)=184224，所 以本次設計凹模外形尺寸為 24021040，凹模刃口處反面加工錐度，沖孔的 廢料和落料的產(chǎn)品沿錐度下掉出模具，這樣不需要單獨卸料，提高生產(chǎn)效率。 根據(jù)以上計算出凹模周界尺寸，相應的確定卸料板，固定板，墊板的外形 尺寸也是 240210。僅僅厚度不一樣，根據(jù)相關比例，卸料板厚度為 0.5 倍凹 模厚度，所以卸料板厚度為 20mm，由于結構設計出導料板，所以需要增加加 工導料板的讓位臺階，所以卸料板增厚到 28mm。固定板設計成 20mm 厚。墊 26 板設計成 20mm 厚，熱處理 HRC45-48。 4.2.3.沖孔凸模的設計 沖小孔凸模，通常采用加大固定部分直徑，縮小刃口部分長度的措施來保 證小凸模的強度和剛度。沖大孔凸模，基本都是直通式結構，就是固定部分與 刃口部分尺寸一樣大，現(xiàn)在圓形凸模已經(jīng)趨于標準化，間隔 0.1 都有標準件購 買，所以本次設計的凸模，都可以購買標準件，所以小凸模當工作部分和固定 部分直徑相差太大時，可以設計多臺階結構，各臺階過渡部分必須用圓弧光滑 連接，不允許有刀痕（防止產(chǎn)生刮傷或毛刺） ，對于特小的凸?？梢圆捎帽Ｗo結 構。卸料板還必須起到導向作用，以消除側壓力對凸模作用面的影響，大凸模 可以設計成直通式。本次設計的凸模相對材料厚度，都是屬于大凸模。 在加工方面，由于這些凸模和凹模的形狀都比較復雜，為了加工出精密的 零件，均采用線切割結合磨削制造。完成磨削依靠專用的自動磨床和平面磨床， 且通過金剛石對砂輪進行修正，達到磨削所要求的形狀和尺寸要求。模具的材 料選用 Cr12MoV，將其熱處理硬度達到至 58HRC61HRC。 27 圖 4-8 沖孔凸模結構示意圖二 4.3.帶料定位模具的設計 4.3.1.定位的設計 為了保證制件的精度，用工藝孔對帶料進行精確定位。由排樣圖可知，其 步距為 37.6mm，工藝孔的設計必須滿足搭邊要求，將工藝孔的直徑設計為 6mm 比較合適，但為了防止定位銷帶料引起帶料的變形，定位銷釘導人部分的 直徑小于 6mm，考慮到方便定位釘?shù)募庸?，可以把工藝孔的直徑放?0.03mm，這樣導正釘工作部分的直徑為 6mm 即可，或者把定位小 0.03mm。 4.3.2.定位銷的設計 在級進模中，定位銷在其他定位機構的配合下，對帶料在前一工位上沖出 的圓孔進行精確定位，定位銷一般緊挨沖孔工位后的工序上。 4.4.模板、模座設計 4.4.1.模板、模座厚度的確定 在設計中，由于凹模周界很小，可以采用標準模架，由于本次設計的產(chǎn)品 28 雖然不大，模具周界尺寸也不大，不過產(chǎn)品材料厚度大，所計算的沖裁力大， 如果采用標準模架，所用的材料為鑄鐵 HT200，無法長期承載如此大的沖裁力， 所以建議選擇非標準鋼板模架。 4.5.導向部分的設計 本次設計采用自制模架，對于沖孔落料小間隙的級進模，一般都是采用比 較平穩(wěn)的四導柱模架，本次設計材料厚度大，模具間隙大，模具外形又比較小， 所以為方便工人操作，建議選擇三導柱模架，這樣工人操作的空間相對多點， 更方便，導柱導套選用標準滑動導向件，此類結構間隙小，適合用與級進沖裁 小間隙模具，本次設計選擇 3-28160。 4.6.緊固螺釘和定位部分的設計 由模具的總體結構可以知道，其模板的固定方式為：上模座，上墊板，固 定板之間用內(nèi)六角螺釘固定；凹模，下模板之間用內(nèi)六角螺釘固定；卸料板上 模板之間用卸料螺釘。 29 第五章、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： （）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。 （）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。 （）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 O0(x0,y)，即為所求模具的壓力中心。 計算公式為： 30 因沖壓力與沖壓周邊長度成正比， 所以式中的各沖壓力 P、、Pn，可分別用各沖壓周邊長度 L、、Ln 代替，即： 該產(chǎn)品級進模壓力中心計算如下： 31 F1沖側刃力 F1=KL，得 F1=（37.6+3.22） 31.356096.096KN F2沖側刃力 F2=KL，得 F2=（37.6+3.22） 31.356096.096KN F3沖 6 孔力 F3=KL，得 F3=3.14631.356041.146KN F4沖 6.1 孔力 F4=KL，得 F4=3.146.131.356041.832KN F5沖 6.1 孔力 F5=KL，得 F5=3.146.131.356041.832KN F6沖 4.1 孔力 F6=KL，得 F6=3.144.131.356028.117KN F7沖 4.1 孔力 F7=KL，得 F7=3.144.131.356028.117KN 32 F8沖 6.1 孔力 F8=KL，得 F8=3.146.131.356041.832KN F9沖 6.1 孔力 F9=KL，得 F9=3.146.131.356041.832KN F10落料力 F10=KL，得 F10=175.9831.3560384.34KN F11落料力 F11=KL，得 F11=175.9831.3560384.34KN Y1F1 到 X 軸的力臂 Y1=45.6 X1F1 到 Y 軸的力臂 X1=56.4 Y2F2 到 X 軸的力臂 Y2=-45.6 X2F2 到 Y 軸的力臂 X2=56.4 Y3F3 到 X 軸的力臂 Y3=37.6 X3F3 到 Y 軸的力臂 X3=53.4 Y4F4 到 X 軸的力臂 Y4=30.4 X4F4 到 Y 軸的力臂 X4=37.6 Y5F5 到 X 軸的力臂 Y5=-19.6 X5F5 到 Y 軸的力臂 X5=37.6 Y6F6 到 X 軸的力臂 Y6=38.4 X6F6 到 Y 軸的力臂 X6=25.6 Y7F7 到 X 軸的力臂 Y7=-38.4 X7F7 到 Y 軸的力臂 X7=30.8 Y8F8 到 X 軸的力臂 Y8=19.6 X8F8 到 Y 軸的力臂 X8=18.8 Y9F9 到 X 軸的力臂 Y9=-30.4 33 X9F9 到 Y 軸的力臂 X9=18.8 Y10F10 到 X 軸的力臂 Y10=11.4 X10F10 到 Y 軸的力臂 X10=0 Y11F11 到 X 軸的力臂 Y11=-11.4 X11F11 到 Y 軸的力臂 X11=-56.4 根據(jù)合力距定理： YG=（Y1F1+Y2F2...）/（F1+F2） XG=（X1F1+X2F2）/（F1+F2） YGF 沖壓力到 X 軸的力臂；YG=1.2624 XGF 沖壓力到 Y 軸的力臂；XG=-1.9057 該模具模壓力中心為（-1.9057,1.2624） ，在模柄直徑范圍內(nèi)，設計合理。 第六章、模具的裝配 根椐連續(xù)模裝配要點，選凹模作為裝配基準件，先裝下模，再裝上模，并 調(diào)整間隙、試沖、返修。 34 序號 工序 工藝說明 凸、凹模預配 裝配前仔細檢查各凸模尺寸以及凹模形孔，是 否符合圖紙要求尺寸精度、形狀。 將各凸模分別與相應的凹?？紫嗯?，檢查其間 隙是否加工均勻。不合適者應重新修磨或更換 凸模裝配 以凹?？锥ㄎ?，將各凸模分別壓入凸模固定板的 形孔中，并擠緊牢固 裝配下模 在下模座上劃中心線，按中心預裝凹模、固定 板； 在下模座上，用已加工好的凹模板分別確定其 螺孔位置，并分別鉆孔，攻絲； 裝配上模 在已裝好的下模上放等高墊鐵，再在凹模中放 入 0.3mm 的紙片，然后將凸模與固定板組合裝 入凹模； 預裝上模座，劃出與凸模固定板相應螺孔、銷 孔位置并鉆鉸螺孔、銷孔； 用螺釘將固定板組合、墊板、上模座連接在一 起，但不要擰緊； 將卸料板裝在已裝入固定板的凸模上，裝上橡 膠和卸料螺釘，并調(diào)節(jié)橡膠的預壓量，使卸料板 高出凸模下端約 1mm； 復查凸、凹模間隙并調(diào)整合適后，緊固螺釘； 35 安裝導料板； 切紙檢查，合適后打入銷釘 試沖與調(diào)整 裝機試沖根椐試沖結果作相應調(diào)整 36 結束語 經(jīng)過一段時間的論文設計，至此已基本完成了任務書所規(guī)定的任務。本設 計涉及的課程很多，涉及到機械制圖、冷沖壓工藝及模具設計、模具制造工藝 學、金屬學與熱處理、成型設備、CAD 繪圖等相關課程的知識。在校期間的我 還進行了金工實習、和兩次課程設計。這些課程的學習，以及課程設計的演練 都為這次畢業(yè)設計做了很好的準備?；A課和專業(yè)課，它們?yōu)槲业脑O計做了前 提，它們是我設計的理論基礎和知識基點；金工實習讓我深入而清楚的看到了 在實際生產(chǎn)中機械產(chǎn)品的結構和工作運轉(zhuǎn)情況；而兩次課程設計則是和這次畢 業(yè)設計設計最接近，最有相似之處的，它們?yōu)槲疫@次的設計的順利進行起到了 很好的鋪墊作用。 此次畢業(yè)設計也是我們從大學畢業(yè)生走向未來工程師重要的一步。從最初 的選題，開題到計算、繪圖直到完成設計。其間，查找資料，老師指導，與同 學交流，反復修改圖紙，每一個過程都是對自己能力的一次檢驗實。 畢業(yè)設計收獲很多，比如學會了查找相關資料相關標準，分析數(shù)據(jù)，提高 了自己的繪圖能力，懂得了許多經(jīng)驗公式的獲得是前人不懈努力的結果。但是 畢業(yè)設計也暴露出自己專業(yè)基礎的很多不足之處。比如缺乏綜合應用專業(yè)知識 的能力，對材料的不了解，等等。這次實踐是對自己大學三年所學的一次大檢 閱，使我明白自己知識還很淺薄，雖然馬上要畢業(yè)了，但是自己的求學之路還 很長，以后更應該在工作中學習，努力使自己成為一個對社會有所貢獻的人。 也許，我的學生生涯從此就會結束，但是學習的道路卻還將持續(xù)下去，畢 竟“學無止境” 。通過這次設計，我懂得了“凡事必親躬” ，唯有自己親自去做 的事，才懂得其過程的艱辛。未來的人生路途中難免會遇到各種各樣的困難和 挫折，也正是這次設計讓我有了迎接新挑戰(zhàn)，戰(zhàn)勝困難的勇氣。 37 不足之處及未來展望 目前我國模具工業(yè)的發(fā)展步伐日益加快，但在整個模具設計制造水平和標 準化程度上，與德國、美國、日本的發(fā)達國家相比還存在相當大的差距。因此 更加需要投入人力物力加快發(fā)展，爭取早日達到國際先進水平。 而我們也要通過這次畢業(yè)設計熟悉沖壓工藝及模具設計，從理性上理解沖 壓模的加工過程，熟練進行中等難度機械結構的設計，培養(yǎng)分析問題和解決問 題的能力，同時對專業(yè)課程機械原理、機械設計、機械制造技術基礎以及 CAD 技術等的運用和鞏固，并且對沖壓模有了更一步的了解。 38 參考資料 1 王鵬駒成虹沖壓模具設計師手冊M北京：機械工業(yè)出版社，2008:1- 45. 2 鄭家賢沖壓模具設計實用手冊M北京：機械工業(yè)出版社，2007:411. 3 宋滿倉沖壓模具設計M北京：電子工業(yè)出版社，2010:20-22,25,31- 32,34,53-54,81,87-88,90-91,106-108,229-230. 4 鄭家賢沖壓模具設計實用手冊M北京：機械工業(yè)出版社，2007:253- 254. 5 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員 會GB/T 23563.42009 沖模滾動導向鋼板模架 第 4 部分：四導柱模架 S北京：中國標準出版社，2009:3. 6 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員 會GB/T 70.12008內(nèi)六角圓柱頭螺釘S北京：中國標準出版社， 2008:4. 7 國家質(zhì)量技術監(jiān)督局GB/T 119.12000圓柱銷 不淬硬鋼和奧氏體不銹 鋼S北京：中國標準出版社，2001:2. 8 姜伯軍級進沖模設計與模具結構實例M北京：機械工業(yè)出版社， 2008:270. 9 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國家標準化