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設(shè)計說明書 I 目錄 第一章 緒論 ..................................................................................................................1 1.1 課題的研究 背景和意義 ....................................................................................1 1.2 課題研究的理論依據(jù) ........................................................................................1 1.3 國內(nèi)外研究狀況 ................................................................................................3 第二章 工藝分析和工藝方案確定 ............................................................................5 2.1 沖壓模的分類和結(jié)構(gòu)型式 ................................................................................5 2.2 沖模設(shè)計的步驟和內(nèi)容 ....................................................................................6 2.3 設(shè)計任務(wù) ............................................................................................................7 2.4 工藝性分析 ........................................................................................................7 2.5 工藝方案的分析和確定 ....................................................................................8 2.6 模具結(jié)構(gòu)形式的確定 ........................................................................................9 2.7 小結(jié) ..................................................................................................................10 第三章 工藝與設(shè)計計算 ............................................................................................11 3.1 排樣 ..................................................................................................................11 3.2 計算各工序壓力 ..............................................................................................12 3.3 壓力機選擇 ......................................................................................................13 3.4 計算壓力中心 ..................................................................................................13 3.5 凸凹模刃口尺寸計算 ......................................................................................13 3.5.1 刃口尺寸計算的一般原則 ......................................................................13 3.5.2 落料凸、凹模刃口尺寸的計算 ..............................................................14 3.6 小結(jié) ..................................................................................................................15 第四章 模具總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 ......................................................................................16 4.1 定位方式的選擇 ..............................................................................................16 4.2 出件和卸料方式的選擇 ..................................................................................16 4.3 模架類型的選擇 ..............................................................................................16 4.4 小結(jié) ..................................................................................................................16 第五章 模具零件設(shè)計 ..............................................................................................17 5.1 工作零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 ......................................................................................17 5.2 其他零件的選用 ..............................................................................................18 5.3 校核壓力機安裝尺寸 ......................................................................................19 5.4 小結(jié) ..................................................................................................................20 第六章 結(jié)論 ................................................................................................................21 參考文獻 ......................................................................................................................22 致 謝 ......................................................................................................................23 設(shè)計說明書 1 第一章 緒論 本次畢業(yè)設(shè)計目的是通過設(shè)計，培養(yǎng)自己綜合運用所學(xué)理論知識分析和解 決實際問題的能力。使我們獲得計算機輔助繪圖和手冊查閱等方面的初步訓(xùn)練， 掌握資料收集及整理的方法。掌握模具設(shè)計的一般方法及規(guī)律，培養(yǎng)實際工程 設(shè)計能力。 1.1 課題的研究背景和意義 冷沖壓是一種先進的金屬加工方法，它是建立在金屬塑性變形的基礎(chǔ)上， 利用模具和沖壓設(shè)備對板料金屬進行加工，以獲得所需要的零件形狀和尺寸。 由于板料零件重量輕，有足夠的強度和剛度，可以根據(jù)不同用途，采用不 同鋼材閘工成各種形狀尺寸的零件，以滿足產(chǎn)品要求。因此，現(xiàn)代汽車、拖拉 機、電機、電器、儀器、儀表等輕重工業(yè)生產(chǎn)中，都大量使用冷沖壓零件。國 防方面，如飛機，導(dǎo)彈等產(chǎn)品中，采用冷沖壓加工的零件比例也是相當(dāng)大的 [1]。 1.2 課題研究的理論依據(jù) 沖壓大致可分為分離工序與成形工序兩個類。分離工序又可分為落料、沖 孔切割等。成形工序則可分為彎曲、拉深、脹形、擴口、等。根據(jù)產(chǎn)品零件的 形狀、尺寸精度和其他技術(shù)要求，可分別采用各種工序?qū)Π辶厦鬟M行加工。 1) 沖裁過程 沖裁即是分離工序，沖裁即是分離工序，工件受力時必須從彈、塑性變形 開始，以斷裂告終 [2]。當(dāng)凸模下降接觸板料，板料即受到凸、凹模壓力而產(chǎn)生 彈性變形，由于力矩的存在，使板料產(chǎn)生彎曲，即從模具表面上翹起。隨著凸 模下壓，模具刃口壓入材料，內(nèi)應(yīng)力狀態(tài)滿足塑性條件時，產(chǎn)生塑性變形，不 同的凸模行程，其變形程度不同，且凹模刃口附近變形大于凸模刃口附近的變 形。由此可知，塑性變形從刃口開始，隨著切刃的深入，變形區(qū)向板料的深度 方向發(fā)展、擴大，直到板料的整個厚度方向上塑性變形，板料的一部分相對另 一部分移動。力矩將板料壓向整個厚度方向上產(chǎn)生塑性變形，板料的一部分相 對于另一部分移動。力矩將板料壓向切刃的側(cè)表面，故切刃相對于板料移動時， 這些力將表面平壓，在切口表面上形成光亮帶。當(dāng)切刃附近材料各層中達到極 限應(yīng)變與應(yīng)力值時，便產(chǎn)生微裂，裂紋產(chǎn)生后，沿著大剪應(yīng)變速度方向發(fā)展， 直至上、下裂紋會合，板料就完全分離。 2) 剪切斷面分析 由于沖裁件的變形特點，使沖出的工件斷面明顯地分成三個特征區(qū)，即圓 設(shè)計說明書 2 角帶、光亮帶、斷裂帶 [3]。圓角帶是沖裁刃口剛壓入材料時，刃口附近材料產(chǎn) 生彎曲和伸長變形的結(jié)果，軟材料比硬材料的圓角大。影響圓角帶大小的因素 除材料性質(zhì)外，還有工件輪廓形狀，凸模與凹模的間隙等。光亮帶是材料變形 時，在毛坯 一部分相對另一部分移動過程中，模具側(cè) 壓力將毛坯壓平面形 成的光亮垂直的斷面。通常光亮帶占全斷面的二分之一到三分之一。塑性好的 材料，其光亮帶大，同時還與凸、凹模間隙及模具刃口的磨損程度等加工條件 有關(guān)。要想牛市沖裁件切斷面的光潔和度與尺寸精度，可通過增加光亮帶的高 度或采用整個工序來實現(xiàn)。增加光亮帶高度的關(guān)鍵是延長塑性變形階段，推遲 裂紋的產(chǎn)生。這可以通過增加金屬塑性和減少刃口附近的變形與應(yīng)力集中來實 現(xiàn)。 3) 模具間隙 模具間隙是指凸、凹模刃口之間縫隙的距離，用符號 c 表示，俗稱單面間 隙。而雙面間隙用 Z 來表示 [4]。間隙對沖裁件質(zhì)量、沖裁力、模具壽命的影響 很大，是沖裁工藝與模具設(shè)計中的極其重要的問題。 a) 間隙對工件質(zhì)量的影響 沖裁件質(zhì)量是指切斷面質(zhì)量、尺寸精度及形狀誤差。切斷面應(yīng)平直、光潔， 即無裂紋、撕裂、夾層、毛刺等缺陷 [5]。零件表面應(yīng)盡可能平整，即穹彎小。 尺寸應(yīng)保證不超出圖紙規(guī)定的公差范圍。影響沖裁件質(zhì)量的因素有：凸凹模間 隙大小及分布的均勻性，模具刃口狀態(tài)、模具結(jié)構(gòu)與制造精度材料特性等，其 中間隙值大小與均勻程度是主要因素。 b) 間隙對沖裁力的影響 間隙 Z 減小，則沖裁力增大。其原因是間隙小，材料所受拉應(yīng)力減小，壓 應(yīng)力增大，材料不易產(chǎn)生撕裂，故使沖裁力增大 c) 間隙對模具壽命的影響 沖裁凸、凹模的損壞有磨損、崩刃和折斷等形式 [6]。模具壽命系以沖出合 格制品的沖裁次數(shù)來衡量，分兩次刃磨間的壽命與全部磨損后的總的壽命。當(dāng) 凸、凹模刃口磨鈍后，材料內(nèi)裂紋的發(fā)生點就由刃口尖端向側(cè)面移動，所以隨 著刃口的磨損，毛刺高度增加。 d) 凸凹模間隙的確定 凸、凹模間隙對沖裁件的質(zhì)量、沖裁力、模具壽命都有很大影響 [7]。為此 設(shè)計模具時一定要選擇合理的間隙，便沖裁件的斷面質(zhì)量較好、所需沖裁力小， 模具壽命高。但分別從質(zhì)量、精度、沖裁力等方面的要求各自確定的合理間隙 值不相同。生產(chǎn)過程中通常選擇一個適當(dāng)?shù)姆秶蜑楹侠淼拈g隙。 1.3 國內(nèi)外研究狀況 設(shè)計說明書 3 改革開放以來，隨著國民經(jīng)濟的高速發(fā)展，市場對模具的需求量不斷增長。 近年來，模具工業(yè)一直以15%左右的增長速度快速發(fā)展，模具工業(yè)企業(yè)的所有 制成分也發(fā)生了巨大變化 [8]，除了國有專業(yè)模具廠外，集體、合資、獨資和私 營也得到了快速發(fā)展。浙江寧波和黃巖地區(qū)的“模具之鄉(xiāng)” ；廣東一些大集團公 司和迅速崛起的鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)，科龍、美的、康佳等集團紛紛建立了自己的模具制 造中心；中外合資和外商獨資的模具企業(yè)現(xiàn)已有幾千家。 隨著與國際接軌的腳步不斷加快，市場競爭的日益加劇，人們已經(jīng)越來越 認識到產(chǎn)品質(zhì)量、成本和新產(chǎn)品的開發(fā)能力的重要性 [9]。而模具制造是整個鏈 條中最基礎(chǔ)的要素之一，模具制造技術(shù)現(xiàn)已成為衡量一個國家制造業(yè)水平高低 的重要標(biāo)志，并在很大程度上決定企業(yè)的生存空間。 近年許多模具企業(yè)加大了用于技術(shù)進步的投資力度，將技術(shù)進步視為企業(yè) 發(fā)展的重要動力 [10]。一些國內(nèi)模具企業(yè)已普及了二維CAD，并陸續(xù)開始使用 UG、Pro/Engineer、I-DEAS、Euclid-IS等國際通用軟件，個別廠家還引進了 Moldflow、C-Flow 、DYNAFORM、Optris和MAGMASOFT等CAE軟件，并成 功應(yīng)用于沖壓模的設(shè)計中。以汽車覆蓋件模具為代表的大型沖壓模具的制造技 術(shù)已取得很大進步，東風(fēng)汽車公司模具廠、一汽模具中心等模具廠家已能生產(chǎn) 部分轎車覆蓋件模具。此外，許多研究機構(gòu)和大專院校開展模具技術(shù)的研究和 開發(fā)。經(jīng)過多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技術(shù)方面取得了顯著進步；在 提高模具質(zhì)量和縮短模具設(shè)計制造周期等方面做出了貢獻。例如，吉林大學(xué)汽 車覆蓋件成型技術(shù)所獨立研制的汽車覆蓋件沖壓成型分析KMAS軟件，華中理 工大學(xué)模具技術(shù)國家重點實驗室開發(fā)的注塑模、汽車覆蓋件模具和級進模 CAD/CAE/CAM軟件，上海交通大學(xué)模具CAD國家工程研究中心開發(fā)的冷沖模 和精沖研究中心開發(fā)的冷沖模和精沖模CAD軟件等在國內(nèi)模具行業(yè)擁有不少的 用戶。雖然中國模具工業(yè)在過去十多年中取得了令人矚目的發(fā)展，但許多方面 與工業(yè)發(fā)達國家相比仍有較大的差距 [11]。例如，精密加工設(shè)備在模具加工設(shè)備 中的比重比較低；CAD/CAE/CAM技術(shù)的普及率不高；許多先進的模具技術(shù)應(yīng) 用不夠廣泛等等，致使相當(dāng)一部分大型、精密、復(fù)雜和長壽命模具依賴進口。 我國的模具工業(yè)的發(fā)展，日益受到人們的重視和關(guān)注?！澳＞呤枪I(yè)生產(chǎn) 的基礎(chǔ)工藝裝備”也已經(jīng)取得了共識。在電子、汽車、電機、電器、儀器、儀 表、家電和通信等產(chǎn)品中，60%~80% 的零部件都要依靠模具成形（型） [12]。用 模具生產(chǎn)制件所具備的高精度、高復(fù)雜程度、高一致性、高生產(chǎn)率和低消耗， 是其它加工制造方法所不能比擬的。模具又是“效益放大器”，用模具生產(chǎn)的 最終產(chǎn)品的價值，往往是模具自身價值的幾十倍、上百倍。目前全世界模具年 產(chǎn)值約為600 億美元，日、美等工業(yè)發(fā)達國家的模具工業(yè)產(chǎn)值已超過機床工業(yè)。 設(shè)計說明書 4 近幾年，我國模具工業(yè)一直以每年15%左右的增長速度發(fā)展，2003年，我國模 具總產(chǎn)值超過400億元人民幣。 中國模具產(chǎn)業(yè)除了要繼續(xù)提高生產(chǎn)能力，今后更要著重于行業(yè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的 調(diào)整和技術(shù)發(fā)展水平的提高 [13]。結(jié)構(gòu)調(diào)整方面，主要是企業(yè)結(jié)構(gòu)向?qū)I(yè)化調(diào)整， 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)向著中高檔模具發(fā)展，向進出口結(jié)構(gòu)的改進，中高檔汽車覆蓋件模具 成形分析及結(jié)構(gòu)改進、多功能復(fù)合模具和復(fù)合加工及激光技術(shù)在模具設(shè)計制造 上的應(yīng)用、高速切削、超精加工及拋光技術(shù)、信息化方向發(fā)展。 設(shè)計說明書 5 第二章 工藝分析和工藝方案確定 2.1 沖壓模的分類和結(jié)構(gòu)型式 模具是沖壓生產(chǎn)中主要的工藝裝備。沖壓件的表面質(zhì)量、尺寸精度、生產(chǎn) 率以及經(jīng)濟效益等與模具結(jié)構(gòu)及其合理設(shè)計的關(guān)系很大 [14]。因此，了解模具結(jié) 構(gòu)的各項技術(shù)指標(biāo)，對于模具的設(shè)計是十分必要的。 沖模的結(jié)構(gòu)形式很多，可以根據(jù)以下特征進行分類： 1) 按沖壓的性質(zhì)分，有落料模、沖孔模、切邊模、彎曲模、成形模和翻 邊模等。 2) 按沖壓工序的組合方式分，有單工序的簡單模和多工序的復(fù)合模，連 續(xù)模等 3) 按模具的結(jié)構(gòu)型式，根據(jù)上、下模導(dǎo)向方式，有無導(dǎo)向模和導(dǎo)板模、 導(dǎo)柱模等。根據(jù)卸料裝置，可分為固定卸料板和彈性卸料板沖模 [15]。根據(jù)擋料 形式，可分為因定擋料釘、活動擋料釘、活動擋料銷、導(dǎo)正銷和側(cè)刃定距沖模。 沖模的典型結(jié)構(gòu)和特點 1）單工序沖模（亦稱單沖模） 這種沖模是在壓力機的一次行程中只完成一個沖壓工藝工序。一般均以其 完成的沖壓工藝工序的名稱來命名：如只進行沖孔的稱之為沖孔模；只進行一 次彎曲的稱為彎曲模。 2）連續(xù)模（亦稱多工序連續(xù)模） 這種模具是在壓力機一次行程中，在模具的不同工位上，能同時完成兩個 或兩個以上沖壓工序。根據(jù)連續(xù)完成的沖壓工序的工藝作業(yè)類別又將連續(xù)模分 為：多工位連續(xù)沖裁模、多工位連續(xù)式復(fù)合模兩種 [17]。連續(xù)模只有沖裁工位的， 即只進行沖孔、切口、沖槽、落料等屬于沖裁作業(yè)的工位，稱為多工位連續(xù)沖 裁模。如果連續(xù)模諸工位中，除了沖裁作業(yè)外，還有拉伸或彎曲、成形：包括 翻邊、沖擠、壓印等屬于沖裁式復(fù)合模。 3）復(fù)合模 該類模具僅一個工位，在壓力機的一次行程中能完成兩個或兩個以上沖壓 工步，根據(jù)這類模具完成的沖壓工步的類別，可將其分為：沖裁式復(fù)合模、綜 合式復(fù)合模兩種 [18]。只完成沖裁作業(yè)的復(fù)合模，最常見的是沖孔—落料復(fù)合模。 如果連續(xù)模諸工位中,除了沖裁作業(yè)外，還有拉伸或彎曲、成形任意一個或一個 以上變形工步的復(fù)合模，通稱其為綜合式復(fù)合模、多工位連續(xù)式復(fù)合模。 設(shè)計說明書 6 2.2 沖模設(shè)計的步驟和內(nèi)容 根據(jù)沖壓件圖和以此圖編制的全部工藝文件、現(xiàn)場沖壓設(shè)備使用說明書等 進行沖模設(shè)計，需要經(jīng)歷的步驟和完成的工作內(nèi)容如下： 1）模具設(shè)計與從制造的角度出發(fā)。在確保沖件質(zhì)量的基礎(chǔ)上，從改善制模 工藝性、提高模具壽命出發(fā)、分析研究沖件的沖壓結(jié)構(gòu)工藝性，熟悉沖件圖結(jié) 構(gòu)、尺寸與形位精度、其他技術(shù)要求等。 2）提供沖模設(shè)計的有關(guān)工藝文件是否齊全，包括：沖壓件圖、全套沖壓工 藝文件、沖模設(shè)計任務(wù)書等。 3）分析沖壓工藝的合理性。排樣圖、變形過程圖及沖模結(jié)構(gòu)選型是否先進、 恰當(dāng)、經(jīng)濟合理。 4）核算沖壓力，含沖壓附加壓力，諸如：卸料力、頂件力、卸件力、廢料 切斷刀、拉深壓邊力、彈壓卸料板壓料力、彈性元件的彈力等。根據(jù)計算總壓 力選用設(shè)備的合理性、沖模裝夾是否困難，壓力機的形程、閉合高度、壓力行 程曲線能否滿足工藝施工要求，排樣圖中搭邊與沿邊值以及排樣方法是否合理， 工步順序及工位布置是否合適等。 若沖裁力過大，或超過現(xiàn)在壓力機的噸位，就必須采取措施降低沖裁力。 一般采用如下幾中方法： (1) 材料加熱紅沖 材料加熱后，抗剪強度大大地降低，比而降低沖裁力。但材料加后產(chǎn)生氧 化到，故此法一般只適用于厚板或工件表面質(zhì)量及精度要不高的零件 [19]。 (2) 在多凸模沖模中將凸模作階梯形布置 即將凸模制成不同高度，便各凸模沖裁力的最大值不同時出現(xiàn)，這樣就能 降低總的沖裁力。特別是在幾個凸模直徑相差懸殊、彼此距離又很近的情況下， 采用階梯形布置還能避免小直徑凸模由于承受材料流動的擠壓力而產(chǎn)生折斷或 傾斜的。凸模間的高度差取決于材料厚度。 用斜刃口模具沖裁 用普通的平刃口模具沖裁時，其整個刃口平面都同時接觸板料，幫在沖裁大型 或厚板工件時，沖裁力往往很大。若將尺平面做成與軸線成一個角度，沖裁時 刃口就不是同時切入，而是逐步?jīng)_切材料，這就等于減少了剪切斷面面積，因 而能降低沖裁力。 5）最后按確定的沖模類型，規(guī)定沖?？傮w結(jié)構(gòu)，提出采用典型設(shè)計組合、 沖模零部件標(biāo)準(zhǔn)及有關(guān)設(shè)計要求 [20]。就沖裁模而言，對單工序模、沖裁復(fù)合模、 多工位連續(xù)式?jīng)_裁模，應(yīng)采用 GB2851—2875—81《冷沖?！芬约?1990 年修訂 本的國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的典型組合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，并按其規(guī)定選配成套冷沖模標(biāo)準(zhǔn)零 設(shè)計說明書 7 部件、模板等標(biāo)準(zhǔn)件。對于含有拉深、彎曲、內(nèi)外緣翻邊等也盡量考慮使用上 述標(biāo)準(zhǔn)，以利于制模。 6）沖模的細部設(shè)計與計算 (1) 送出料裝置的配置及操作方式的確定。 (2) 壓料與卸料系統(tǒng)的設(shè)計。 (3) 頂件系統(tǒng)與卸料裝置的設(shè)計。 (4) 進位限位裝置設(shè)計。根據(jù)排樣圖確定擋料銷的位置及尺寸。 (5) 選定沖模制造精度等級，主要依據(jù)沖件圖要求的沖壓精度，一般要提 高 1—2 級精度，作為沖模制造精度的等級。 (6) 計算并確定沖模的壓力中心。 2.3 設(shè)計任務(wù) 零件簡圖如 2.1 所示 圖 2.1 零件圖 材料：30 ，厚度 0.8mm，大批量生產(chǎn)，未注公差取 IT11 級 2.4 工藝性分析 工藝分析包括技術(shù)和經(jīng)濟兩方面內(nèi)容。在技術(shù)方面，根據(jù)產(chǎn)品圖紙，主要 分析零件的形狀特點、尺寸大小、精度要求和材料性能等因素是否符合沖壓工 藝的要求；在經(jīng)濟方面，主要根據(jù)沖壓件的生產(chǎn)批量，分析產(chǎn)品成本，闡明采 用沖壓生產(chǎn)可以取得的經(jīng)濟效益。因此工藝分析，主要是討論在不影響零件使 設(shè)計說明書 8 用的前擔(dān)下，能否以最簡單最經(jīng)濟的方法沖壓出來。 影響沖壓件工藝性的因素很多，從技術(shù)和經(jīng)濟方面考慮，主要因素： 1) 沖壓件形狀和尺寸 不同的形狀和尺寸的沖壓件，有不同的工藝要求。對于沖裁件，要求外形 簡單對稱，應(yīng)該避免沖裁件上過長的懸臂，其寬度要大于料厚的兩倍 [21]。 一般情況下，沖裁 件外形不能有尖角，應(yīng)采用 r＞2t 有圓角，這有利于模 具制造和提高模具壽命。 為了防止凸模折斷或壓彎，沖孔尺寸不能太小。沖裁件孔于孔、或孔與邊 緣的間距，與模具強度和壽命以及沖裁件的質(zhì)量有關(guān)，其值不宜過小，一般取 b≥1.5t,b 1≥t。 2) 沖裁精度 沖壓件精度與模具結(jié)構(gòu)形式及其制造精度等因素有關(guān)。一般沖裁件內(nèi)、外 形所能達到的經(jīng)濟精度、兩孔之間的孔距公差、孔與邊距的尺寸公差、沖裁件 的角度偏差、以及剪斷面的近似粗糙度值分別可由表查得。 3) 生產(chǎn)批量 據(jù)介紹，模具制造費用很高，約占沖壓件總成本的百分之十到百分之三十， 因此，生產(chǎn)量小時，采用共他加工方法可能比沖壓方法更為經(jīng)濟只有在大批量 生產(chǎn)件下，沖壓加工才能取得明顯的經(jīng)濟效益。一般來說，大批量生產(chǎn)時，可 選用連續(xù)和高效沖壓設(shè)備，以提高生產(chǎn)效率；中小批量生產(chǎn)時，常采用簡單模 或復(fù)合模，以降低模具制造費用。 該制件形狀簡單，尺寸較小，厚度較小，大批量，精度為 IT11 級，無其他 特殊要求，適于沖壓生產(chǎn)。 2.5 工藝方案的分析和確定 根據(jù)制件的工藝性分析，其基本工序有落料沖孔兩種，可得以下兩種方案： 方案 1）落料-沖孔。 方案 2）落料、沖孔復(fù)合。 一般來說，小批量生產(chǎn)，常選用單工序簡單模。但對于尺寸過小的沖壓件， 考慮到單工序模上料不方便和生產(chǎn)率低，也常選用復(fù)合?；蜻B續(xù)模生產(chǎn)。當(dāng)選 用的幾個單工序模制造費用比復(fù)合模還高，也可以考慮將工序組合起來，選用 復(fù)合模生產(chǎn)。對于有精度要求的零件，為了避免多次沖壓的定位誤差，也應(yīng)選 用復(fù)合模沖壓。 一般來說復(fù)合模的沖壓精度比連續(xù)模高，但是，連續(xù)模的生產(chǎn)率高，操作 比較安全。 設(shè)計說明書 9 方案 1）屬于單工序沖壓。由于工件尺寸較小，批量也較大，因此生產(chǎn)效 率比較低。 方案 2）為落料、沖孔復(fù)合模，減少了工序數(shù)量，提高了效率。兩方案相 比較選用方案 2） 。 2.6 模具結(jié)構(gòu)形式的確定 落料沖孔復(fù)合模有兩種類型，即順裝式和倒裝式兩種型式。 順裝式復(fù)合模，凹模因定在下部，凸凹模在上部。得到的沖壓件平整度好， 同時每次沖壓后的孔料由打桿推出，可防止凸凹模洞孔存料引起的脹裂破壞。 但是順裝式復(fù)合模每次沖壓后沖壓件和孔廢料都在凹模上，可能會影響沖壓操 做和安全。 倒裝式復(fù)合模，如圖 2.2 所示凹模在上部，凸凹模固定在下部。每次沖壓 后沖壓件由推料板推出，不留在凹模內(nèi)，所以沖壓件比較平整，適于壓薄的材 料。 考慮到安全因素采用倒裝式復(fù)合模并采用彈壓卸料裝置，為方便操作和取 件，選用雙柱可傾壓力機縱向送料。 圖 2.2 倒裝式落料沖孔模 設(shè)計說明書 10 2.7 小結(jié) 本章主要對工件進行工藝分析和模具結(jié)構(gòu)型式的選擇，由工件的形狀、尺 寸、料厚、批量進行分析，最終確定最佳工藝方案，選擇倒裝式落料沖孔復(fù)合 模進行加工。 設(shè)計說明書 11 第三章 工藝與設(shè)計計算 3.1 排樣 在沖壓零件中，材料費用占 60%以上，因此材料的經(jīng)濟利用是一個重要問 題， 排樣方法可分為三種： 1) 有廢料排樣 沿工件全部外形沖裁，工件周邊都留有搭邊。能保證制件的質(zhì)量，沖模壽 命也長，但材料利用率低。 2) 少廢料樣 沿工件部分外形沖裁，只局部有搭邊與余料。 3) 無廢料排樣 無任何搭邊。 采用少、無廢料排樣，對節(jié)省材料具有重要意義，且有利于一次沖裁多個 件，故可以提高生產(chǎn)率。同時因其沖切周邊減少，以可簡化沖模結(jié)構(gòu)和降低沖 裁力，在無廢料排樣時，因為只有料頭和料尾損失，材料利用率可達 85%－95%。 少廢料排樣的材料利用率也可達 70%－90%。但采用少、無廢料排樣時也存 在一此缺點，就是由于條料本身的公差以及條料導(dǎo)向與定們所產(chǎn)生的誤差，使 工作的質(zhì)量和精度較低。另外，由于采用單邊剪切，可影響斷面質(zhì)量模具壽命。 根據(jù)工件的批量，對模壽命有一定要求，固采用有廢料排樣方法。 排樣時工件之間以及工件與條料側(cè)邊之間留下的余料叫做搭邊。搭邊的作 用是補償定位誤差，保證沖出合格的工件。還可以使條料有一定的剛度，便于 送進。 搭邊值要合理確定。從節(jié)省材料出發(fā)，搭邊值愈小愈好，但搭邊值小于一 定數(shù)值后，對模具壽命和剪切表面質(zhì)量不利。在搭邊值過小時，作用在凸模則 表面上的法各應(yīng)力沿著落料毛坯周長的分布將不均勻。為了使作用在毛坯側(cè)表 面上的應(yīng)力沿切離毛坯周長的變化不大，必須使搭邊的最小寬度大于塑變區(qū)的 寬度，而塑變區(qū)寬度與材料性質(zhì)和材料百度有關(guān)，一般約等于 0.5t。所以搭邊 的最小寬度可取大約等于毛坯的厚度。若搭邊值小于材料厚度，在沖裁中還可 能被拉入凸、凹模間隙小，使零件產(chǎn)生毛刺，甚至損壞模具刃，降低模具壽命。 搭邊值大小與以下因素有關(guān)： 1) 材料的機械性能 設(shè)計說明書 12 硬材料的搭邊值可小一些，軟材料、脆材料的搭邊值要大一些。 2) 工件的形狀與尺寸 工件尺寸大或是有尖突的復(fù)雜時，搭邊值應(yīng)大些。 3) 材料厚度 厚材料的搭邊值取大一些。 4) 送料及擋料方式 用手工送料，有側(cè)壓板導(dǎo)向的搭邊值可以小一些。 查表得確定工件的搭邊值為別為：工件間 a1 = 1.8 沿邊 a2 = 2,如圖 3.1。 圖 3.1 排樣圖 3.2 計算各工序壓力 由沖壓力計算工式： 1.3FLt?? 1) 落料力： 1.3X212X0.8X400=88.19kN 2) 沖孔力： 1.3X3.14X(6.4 X4+17) X0.8X400=55.65kN 設(shè)計說明書 13 3) 沖裁件從板料切下以后，徑向因彈性變形而擴張，板料上的孔則沿徑向 發(fā)生彈性收縮。同時沖下的零件與余料還要力圖恢復(fù)彈性穹彎。這兩種彈性恢 復(fù)的結(jié)果，會使落料梗在凹模，而沖下的板料則箍在凸模上。從凸模上將零件 或廢料卸下來所需的力稱為卸料力。從凹模內(nèi)順著沖裁方向把零件或廢料從凹 模腔頂出的力稱為推件力。 卸料力： 0.05X143.84=7.2kN 推件力： 3X0. 055X143.84=23.7kN K1 ,K2別為卸料力系數(shù)、推件力系數(shù)。 為同時梗在凹模內(nèi)的零件數(shù)。n 4) 初選壓力機 總壓力 175kN， 由總壓力選擇壓力機，選擇標(biāo)稱壓 力為 250kN 的開式壓力機。 3.3 壓力機選擇 沖壓設(shè)備的選擇主要是根據(jù)沖壓工藝性質(zhì)、生產(chǎn)批量大小、沖壓件的幾何 形狀、尺寸及精度要求等因素來確定的。沖壓生產(chǎn)中常用的沖壓設(shè)備種類很多， 選擇沖壓設(shè)備時主要考慮下述因素： ①沖壓設(shè)備的類型和工作方式是否適用于應(yīng)完成的工序；是否符合安全生 產(chǎn)和環(huán)保的要求； ②沖壓設(shè)備的壓力和功率是否滿足應(yīng)完成工序的需要； ③沖壓設(shè)備的裝模高度、工作臺面尺寸、行程等是否適合應(yīng)完成工序所用 的模具； ④沖壓設(shè)備的行程次數(shù)是否滿足生產(chǎn)率的要求等。 由表 2－7 查得標(biāo)稱壓力為 250kN 的開式可傾壓力機 J23-25 參數(shù)如表 3.1。 表 3.1 壓力機參數(shù) 型號 公稱壓力/KN 滑塊行程/mm 滑塊行程次數(shù)/n˙min -1 J23-25 250 65 65 最大閉合高度/mm 閉合高度調(diào)節(jié)量/mm 工作臺尺寸/mm 長×寬 230 55 600×900 3.4 計算壓力中心 此工件圖形規(guī)則，中心對稱，所以壓力中心就是零件的幾何中心。 3.5 凸凹模刃口尺寸計算 3.5.1 刃口尺寸計算的一般原則 1) 刃口尺寸應(yīng)保證沖出合格零件 設(shè)計說明書 14 2) 由于落料件的實際尺寸基本與凹模刃口尺寸一致，所以落料時應(yīng)先計算 凹模刃口尺寸，以獲得合理的沖裁間隙值。而沖孔時孔的實際尺寸基本與凸模 刃口尺寸一致，因此應(yīng)先計算凸模刃口尺寸，合理沖裁間隙值依靠改變凹模刃 口尺寸獲得。 3) 刃口磨損一些仍能沖出合格工件 4) 隨著沖裁件數(shù)量的增加，凸模與凹模的刃口在不斷磨損，并不斷改變?nèi)?口尺寸。只要磨損量不超過一定范圍，模具應(yīng)仍能沖出合格工件。 5) 設(shè)計時應(yīng)取最小合理沖裁間隙 6) 隨著凸模與凹模刃口磨損量的不斷增大，沖裁間隙也將不斷增大。所以 設(shè)計模具時，沖裁間隙應(yīng)取其允許的最小值 Zmin。 7) 應(yīng)注意到，凸模與凹模刃口尺寸的制造公差影響沖裁間隙的大小。所以 刃口尺寸的計算與處理既要保證沖出合格的工件，又要保證合理的沖裁間隙值 3.5.2 落料凸、凹模刃口尺寸的計算 模具刃口尺寸計算的方法可分為兩種： 1) 凸模與凹模分開加工 2) 凸模與凹模配合加工 對于形狀復(fù)雜或薄的工件，為了保證凸凹模間一定的間隙值，心須采用配 合加工。 1）沖孔部分 沖孔 Φ6.4 0.360 查表 3-5 3-6 3-7 得 Zmax=0.104 mm Zmin=0.072 mm ￡T=0.020mm ￡A=0.020mm x=0.5 校核間隙： Zmax-Zmin=0.032mm |￡T|+|￡A|=0.02+0.02=0.04>0.032 說明所取公差不能滿足|￡T|+|￡A|0.032 說明所取公差不能滿足|￡T|+|￡A|< Zmax-Zmin 條件，但相差不大，此時可調(diào) 整 ￡T=0.4*| Zmax-Zmin|=0.4*0.032=0.0128mm ￡A=0.6*| Zmax-Zmin|=0.6*0.032=0.0192mm 將已知及查表數(shù)據(jù)代入公式得： dT=(17+0.43*0.5) 0-0.0128mm =17.2150-0.0128mm dA=(17.215+0.072) mm=17.287+0.01920 mm 2）落料部分 44-0.620按公式得： 44-0.620=(D-X Δ) =( 44-0.5×0.62) = 43.69+0.01920× δ0δ0 對應(yīng)凸模尺寸： 44-0.620=(D-X Δ) =( 43.69-0.072) = 43.6180-0.0128× δ0δ0 62-0.740公式得： 62-0.740=(D-X Δ) =( 62-0.5×0. 74) = 61.63+0.01920× δ0δ0 對應(yīng)凸模尺寸： 62-0.740=(D-X 4Δ) =( 61.63-0.072) = 61.5580-0.0128× δ0δ0 3.6 小結(jié) 本章主要對工件進行工藝計算，主要包括排樣圖、工序力的計算、壓力機 的選擇、壓力中心的確定和刃口尺寸的計算。 設(shè)計說明書 16 第四章 模具總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 4.1 定位方式的選擇 模具上的定位零件的作用是使毛坯或半成品在模具上能夠正確定位。根據(jù) 毛坯形狀，尺寸以及模具的結(jié)構(gòu)型式，可以選用不同的定位方式。常見的定位 方式有定位釘、定位板、擋料銷和側(cè)刃等。 為了保證凹模的強度，選用定位銷結(jié)構(gòu)，此種定位銷適于薄壁凹模的毛坯 定位。 采用定位銷定位，此種定位方式具有模具結(jié)構(gòu)簡單、導(dǎo)向準(zhǔn)確的優(yōu)點，這 種方式在復(fù)合模中應(yīng)用較多。因此采用定位銷定位方式。 4.2 出件和卸料方式的選擇 卸料和出件裝置的作用是當(dāng)沖模完成一次沖壓之后，把沖件或肥料從模具 工作零件上卸下來，以便沖壓工作繼續(xù)進行。通常，把沖件或廢料從凸模上卸 下來稱為卸料，把沖件從凹模上卸下成為出件。 復(fù)合模中的有較多動作要在沖床的一次行程中完成，為簡化模具結(jié)構(gòu)，通 常采用彈性裝置來完成。同時彈性裝置也可使沖壓工件在整個過和中始終受到 壓力，而使工件的平整度更好。因此采用彈性卸料方式。 出件方式采用推件塊出件方式。由于打桿與凸模的位置重合，所以不能采 用打桿直接打料的方式。利用打料板和頂桿間接打料。 4.3 模架類型的選擇 按模架的導(dǎo)向方式可分為滑動導(dǎo)向、滾動導(dǎo)向兩類。滑動導(dǎo)向的模架其導(dǎo) 柱、導(dǎo)套具有配合間隙，所以其導(dǎo)向精度有一定的限制。而滾動導(dǎo)向的配合稍 有過盈量，具有很高的導(dǎo)向精度。 按導(dǎo)柱的分布，可分為中間、后側(cè)、對角及四導(dǎo)柱模架。其中對角模架的 各項適應(yīng)性好。 由于工件精度不高，所以采用滑動導(dǎo)向后側(cè)導(dǎo)柱模架。 4.4 小結(jié) 本章內(nèi)容是模具總體結(jié)構(gòu)設(shè)計，包括定位方式的選擇、卸料出件方式的選 擇、模架類型的選擇。 設(shè)計說明書 17 第五章 模具零件設(shè)計 5.1 工作零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 凹模結(jié)構(gòu)設(shè)計包括：確定凹模的外形尺寸和凹模板的厚度，選擇凹模形孔 側(cè)壁的形狀，布置凹模板上形孔、螺孔和銷孔的位置以及標(biāo)注尺寸等等。 1) 凹模 因制件形狀簡單，但總體尺寸并不大，選用整體式矩形凹模較為合理。 凹模的固定方法：凹模與下模座用螺釘和銷釘固定，此方法為最常用的固 定方法。 凹模刃口型式：選擇直筒型刃口凹模，此種型式刃口強度較高，刃磨后工 作部分尺寸不變。該凹模型式可在凹模刃口內(nèi)安裝壓料板，有利于提高沖壓質(zhì) 量，適用于形狀復(fù)雜的沖壓件。 確定凹模厚度為 30㎜ 凹模周界尺寸為 200㎜×150㎜×30㎜。即可方便地確定其他沖模零件的數(shù) 量，尺寸及主要參數(shù)。 2) 凸模 凸模的結(jié)構(gòu)型式：選擇圖的固定方式，此類結(jié)構(gòu)一般用于小直徑?jīng)_孔或小 件落料。凸模做成階梯形，用以增加強度。凸模和固定板為過渡配合，固定板 用螺釘、銷釘起上模板連在一起。 凸模長度計算：凸模長度可由模具結(jié)構(gòu)確定。除考慮凸模固定板厚度，還 要考慮沖壓時凸模進入凹模的深度、凸模刃磨量和凸模固定板與卸料板之間的 安全距離等因素，需要增加的長度一般取 15㎜到 20㎜。 凸模強度計算：對于細長的或沖厚料的凸模，進行凸模承壓能力和抗彎能 力的校核。 校核凸模承壓能力時，應(yīng)使凸模最小斷面的壓應(yīng)力小于或等于凸模材料的 許用壓應(yīng)力即： （5.1）min[]FA??? 查得 30 的抗剪截面系數(shù) ， 。30?40壓 （5.2）兩in[]td???壓 沖孔凸模強度滿足要求。 凸模的抗彎能力需滿足： （5.3）2max90dFL? 經(jīng)過校核兩凸模均滿足要求。 設(shè)計說明書 18 5.2 其他零件選的選用 1) 模架的選擇 選擇一般精度的滑動導(dǎo)向型式的模架，其導(dǎo)柱對稱分布，導(dǎo)柱與導(dǎo)套滑動 平穩(wěn)，可兩個方向送料。 由凹模周界尺寸及模架閉合高度在 215 到 250 間，查表選用模架，標(biāo)記為 325×180×220～250Ⅰ級精度導(dǎo)柱模架。 2) 導(dǎo)向零件的選擇 模具導(dǎo)向有導(dǎo)板、導(dǎo)柱和導(dǎo)套、滾珠導(dǎo)柱和導(dǎo)筒等幾種方式。導(dǎo)柱和導(dǎo)套 都是圓柱形，加工方便，容易裝配。所以選擇導(dǎo)柱導(dǎo)套導(dǎo)向。 當(dāng)模具處于閉合位置時，導(dǎo)柱上端面與上模座的上平面應(yīng)留 10～15mm 的距 離，導(dǎo)柱小端面與下模座下平面應(yīng)留 2～5mm 的距離。導(dǎo)套與上模座的上平面應(yīng) 留不小于 3mm 的距離。 3) 模柄的結(jié)構(gòu)型式 選擇凸緣式模柄，采用螺釘固定的方式。 4) 卸料結(jié)構(gòu)設(shè)計 (1) 彈性元件的選用 橡膠允許承受的負載較大，占據(jù)的空間小，安裝調(diào)整比較靈活方便，固使 用橡膠元件。 (2) 應(yīng)根據(jù)卸料力和所要求的壓縮量校核橡膠板的工作壓力和許用壓縮量。 計算工作壓力： F=AP （5.4） F-橡膠板的工作壓力（N） A-橡膠板橫截面積（mm） P 為單位壓力，一般取 2 到 3Mpa。 膠板的面積： （5.5）21.7/50DdFp??? 自由高度： ㎜ （5.6）0.2536LHh?工自 修 磨 沖模的工作行程，對沖裁模而言 ＝t＋1。工 修磨量，一般取 4-6h修 磨 設(shè)計說明書 19 確定預(yù)壓縮量 和裝配好以后橡皮的高度 ：L預(yù) H裝 （5.7）預(yù) 自＝ （ 0.1-5) ＝14.4㎜ （5.8）預(yù)裝 自＝ － L 4) 校核 橡膠板壓縮量不能過大，否則會影響其壓力和壽命。一般橡膠的壓縮量不 超過其厚度 H 的百分之四十五。而模具安裝時橡膠板應(yīng)預(yù)先壓縮百分之十到百 分之十五，所以橡膠板厚度與其許用的壓縮量有如下關(guān)系：H 2=H1/0.25-0.30。 應(yīng)使橡膠板的工作壓力大于卸料力，橡膠板的許用壓縮量大于模具需要的 壓縮量。同時應(yīng)校核橡膠板厚度與半徑的比值在 0.5-1.5 間。 5) 卸料螺釘?shù)脑O(shè)置 卸料螺釘?shù)拈L度： L=45mm+60mm=105mm (5.9) 模座沉孔深度： h=15mm (5.10) 6) 緊固件的選用 模具設(shè)計時，螺釘和銷釘?shù)倪x用應(yīng)注意：同一組合中，螺釘?shù)臄?shù)量一般不 小于 3 個，被聯(lián)接件為圓形時用 3～6 個，為矩形時用 4～8 個,并盡量沿被聯(lián)接 件的外緣均分布置。銷釘?shù)臄?shù)量一般都用兩個，且盡量遠距離錯開布置，以保 證定位可靠。 螺釘和銷釘?shù)囊?guī)格應(yīng)根據(jù)沖壓工藝力大小和凹模厚度等條件確定，螺釘規(guī) 格可參考表 4-36 選用，銷釘?shù)墓Q直徑可取與螺釘大徑相同或小一規(guī)格。螺釘 的旋入深度和銷釘?shù)呐浜仙疃榷疾荒芴珳\，也不能太深，一般可取公稱直徑的 1.5～2 倍。 螺釘之間、螺釘與銷釘之間的距離，螺釘。銷釘距凹模刃口及外邊緣的距 離均不應(yīng)過小，以防降低模板強度。 各被聯(lián)接件的銷孔應(yīng)配合加工，以保證位置精度。銷孔與銷之間采用 H7/n6 或 H7/m6 配合。 5.3 校核壓力機安裝尺寸 模座外形尺寸為 325×180㎜,閉合高度 221㎜查得 J23-25 型壓力機工作臺尺 寸為 900×600，最大閉合高度為 230㎜，連桿調(diào)節(jié)長度為 55㎜。模具閉合高度 必須與壓力機的閉合高度相適應(yīng)，應(yīng)該介于壓力機最大和最小閉合高度之間， 一般按工式： （5.11）510hmhm???最 大 最 小 模 設(shè)計說明書 20 固在工作臺上加一個 15～110 的墊板，即可安裝 ［ 。 5.4 小結(jié) 本章內(nèi)容為工作零件的設(shè)計計算，如凸模，凹模凸凹模的外形尺寸計算。 其他零件的選擇，包括導(dǎo)向零件、卸料零件的選擇及壓力機安裝尺寸的校核。 第六章 結(jié)論 通過這次的設(shè)計，使我對沖裁模設(shè)計流程有了更深一步的了解。并熟悉了 設(shè)計說明書 21 落料沖孔復(fù)合模的工藝分析和模具設(shè)計過程。 主要設(shè)計及結(jié)論如下： 1）對工件的形狀及尺寸進行工藝分析，從而確定工件的沖壓工藝方案，落 料—沖孔復(fù)合模。 2）根據(jù)工件的形狀及尺寸，確定其搭邊值。計算各工序壓力及總壓力，在 此基礎(chǔ)上選擇壓力機。 3）對落料—沖孔復(fù)合模進行設(shè)計。此模具的主要作用是完成工件的落料以 及沖孔，主要介紹了工作零件的設(shè)計及其強度的較核以及其也零件的選擇。 通過此次設(shè)計，為以后的工作積累了經(jīng)驗，為我在以后的工作以及學(xué)習(xí)起 到了很大的幫助作用。但是由于個人水平有限和時間的原因，本次設(shè)計還存在 很多缺點。 設(shè)計說明書 22 參考文獻 [1] 肖景容姜奎華. 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Lange, Metal Forming Handbook, Mc-Graw Hill Book Company 設(shè)計說明書 23 致 謝 本設(shè)計是在指導(dǎo)老師的悉心指導(dǎo)下完成的。從設(shè)計的選題到完成，每一部 都是在老師的指導(dǎo)下完成的，在設(shè)計期間多次詢問設(shè)計進程并指出錯誤，幫助 我開拓設(shè)計思路，傾注了大量的心血，謹向?qū)煴硎境绺叩木匆夂椭孕牡母兄x。 本設(shè)計的順利完成，離不開各位老師、同學(xué)和朋友的關(guān)心和幫助。 最后再次對指導(dǎo)老師的幫助表示感謝，謝謝他對我的無私幫助！