155010墊芯板沖壓工藝級進模具設(shè)計,墊芯板,沖壓,工藝,模具設(shè)計 沖壓模具設(shè)計中側(cè)壁起皺的分析 F.-k. Chen and Y.-C. Liao 臺灣 臺北市國立臺灣大學(xué)機械工程部門 在沖壓過程中，起皺一般發(fā)生在有錐度的方形杯子和帶有階梯的矩形杯子成形時。這兩種起皺類型的共同特征是起皺都發(fā)生在相對沒有支撐的側(cè)壁。在沖壓一個有錐度的方形杯子時，當發(fā)生起皺時，比如沖模間隙和沖壓毛壞的壓力大小等參數(shù)的影響通過有限元模擬方法被檢查到。模擬結(jié)果顯示沖模間隙越大，起皺的就越明顯，而且起皺不能通過增加沖壓力來被抑制。在研究帶有階梯的矩形杯子沖壓過程的起皺時，發(fā)現(xiàn)了一個有相似幾何類型的實際部分。在側(cè)壁被發(fā)現(xiàn)的起皺是因為介于沖頭和階梯邊緣的金屬板料不平衡伸展造成的。為減少起皺，一個最適宜的沖模設(shè)計方法就是利用有限元分析法。在無起皺產(chǎn)品中介于模擬結(jié)果和實測結(jié)果的好協(xié)議使有限元分析法生效，而且證實了利用有限元分析法去設(shè)計沖模的優(yōu)勢。 關(guān)鍵詞：側(cè)壁起皺；沖模；階梯的矩形杯子；帶有錐度的主形杯子 1． 介紹 起皺是在金屬板料成形中主要的缺陷之一。由于性能和視察的原因，在產(chǎn)品中起皺往往不能被接受。在金屬板料成形過程中，有三種形式的起皺頻繁的發(fā)生：邊緣起皺，側(cè)壁起皺和由于殘余的彈性壓力引起的未變形區(qū)域的彈性彎曲。在沖壓一個復(fù)雜形狀零件的操作時，側(cè)壁起皺意味著沖模腔中的起皺。由于側(cè)壁區(qū)域的金屬板料相對于其它區(qū)域的金屬板料不被工具所保征質(zhì)量，側(cè)壁起皺的消除比邊緣起皺的抑制更難。很明顯，在未被加固的側(cè)壁區(qū)域中的金屬材料的額外拉伸可能防止起皺，而且在實際操作中也可以通過增加沖壓力來防止起皺，但是過度的拉力會通過裂痕導(dǎo)致失敗。因此，沖壓力必須處于一個狹小的范圍，一方面，要高于抑制起皺的力，另一方面，要低于產(chǎn)生破裂的力。沖壓力的狹小范圍很難計算。對于沖壓一個復(fù)雜形狀的零件，當起皺發(fā)生在中心區(qū)域時，有意義的沖壓力范圍甚至不存在。 為了檢查起皺的形成結(jié)構(gòu)，Yoshida et al.發(fā)明了一種測試，在這種測試里，一塊薄板料不是均勻的沿著它的斜度被拉伸。他們也計劃一個近似的理論模型，在這種模型里面，起皺的開始取決于在壓力不均勻區(qū)域中有壓縮的側(cè)部力的彈性灣曲。Yu et al.從實驗性和分析性上研究起皺問題，通過理論分析，他發(fā)現(xiàn)帶有兩個圓周波的起皺可能發(fā)生，然而，實驗結(jié)果顯示是四到六個。當通過一個有錐度的模具畫出金屬板料時，Narayanasamy和sowerby用平底的沖頭和半球狀的沖頭檢查金屬板料的起皺。他們也試圖去把可以抑制起皺的道具分類。 那些努力都被聚中于和簡單形狀零件關(guān)聯(lián)的起皺問題上，例如：一個圓形的杯子。在90年代早期，金屬板料成形中三維動態(tài)軟件和有限元方法的成功運用使得分析包括在沖壓一個復(fù)雜形狀零件的起皺問題成為可能。在當前的研究中，三維有限元分析法被用來分析在沖壓一個帶有階梯的矩形部分的過程中，產(chǎn)生起皺的金屬流動制造參數(shù)上。 一個帶有階梯的方形杯子，在杯子的每一邊都有一個傾斜的側(cè)壁，在帶有錐度的杯子也相應(yīng)的存在傾斜的側(cè)壁。在沖壓過程中，側(cè)壁上的金屬板料相對沒被支撐，因此，這個部位更容易起皺。在當前的研究中，起皺過程中的各種不同的制造參數(shù)的影響都在被研究。在沖壓一個帶有階梯的方形杯子時，就像圖1B顯示的一樣，可以觀測到另一種形式的起皺。為了評估分析的效力，在當前的研究中，一個確切階梯幾何形狀的物體被檢測。通過使用有限元分析法和用適宜的模具設(shè)計來減少起皺，起皺的原因被確定。在觀測一個實際產(chǎn)品成形時，通過有限元分析法得到的模具設(shè)計方法得到證實。 圖1帶有錐度方形杯子的拉伸（a）和帶有階梯的矩形杯子的拉伸（b） 2有限元模型 包括沖頭、模具和毛壞固定器等工具幾何學(xué)是用CAD或PRO/E軟件來設(shè)計的。同樣用CAD軟件，三節(jié)點和四節(jié)點的外形元素被采用用來為以上工具生產(chǎn)網(wǎng)眼系統(tǒng)。對于有限元模擬來說，工具被認為是剛硬的，而且對應(yīng)的網(wǎng)眼被用來定義工具幾何學(xué)而不是壓力分析。同樣CAD軟件使用四節(jié)點外形元素來為板形壞料構(gòu)造網(wǎng)眼。圖2顯示工具的完整布置的網(wǎng)眼系統(tǒng)和用來沖壓帶有階梯方形杯子的板形壞料。由于對稱條件，方形杯子的四分之一被分析。在模擬中，板形壞料放在壓力機上，沖模向下移動，逆著壓力機夾緊板形壞料。然后沖模上升使得板形壞料按著模腔成形。 圖2 有限元網(wǎng)眼 為了表演一個精確的有限元分析法，金屬板料的真實應(yīng)力應(yīng)變曲線被要求是輸入數(shù)據(jù)的一部分。在當前的研究中，拉深成形的金屬板料也被用來模擬。為在飛機上切割下的樣本測試被進行，它們依次從0度的旋轉(zhuǎn)方向到45度的旋轉(zhuǎn)方向，再到90度的旋轉(zhuǎn)方向進行著。平均的流動力σ，計算方程為σ=（σ0+2σ45+σ90）/4，因為每一個方法真實應(yīng)變通常用來模擬帶錐度方形杯子和帶階梯矩形的沖壓，就如圖3顯示的那樣。 當前研究中所有的模擬利用有限元程序PAM-STAMP涉及SGI Indigo2工作站。為了完成模似所需輸入數(shù)據(jù)的設(shè)置，沖頭的速度一般設(shè)置在10m/s，庫侖摩擦系數(shù)設(shè)置在0.1。 圖3 金屬板料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系 3 錐度方形杯中的起皺 正像圖1a顯示的那樣，草圖暗示著一些有關(guān)錐度方形杯子的尺寸，方形沖頭每一面的長度（2WP）、模腔的尺寸（2Wd）和高度(H)被認為是影響起皺的至關(guān)重要尺寸。在當前研究中，模腔尺寸和沖頭尺寸的差距的一半稱作沖模間隙（記作G），G= Wd- WP。相關(guān)的在側(cè)壁沒被支撐的金屬板料的寬度取決于沖模間隙，起皺假想通過增加沖壓力來被抑制。相對于沖壓一個錐度方形杯子，沖模間隙和沖壓力兩方面的影響在接下來的部分被研究。 3.1沖模間隙的影響 為了檢查沖模間隙對起皺的影響，在沖壓一個錐度方形杯子時，分別用20mm，30mm，50mm大小的沖模間隙進行模擬沖壓。在每次模擬沖壓中，模腔的尺寸都是固定在200mm，而且杯子拉深的高度都是100mm。三次模擬中使用的金屬板料都是380X380的方形尺寸，厚度也都是0.7mm，金屬的應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖3所示。 圖4 G=50mm的帶有錐度的方形杯子 模擬結(jié)果顯示三次模擬中都發(fā)生起皺現(xiàn)象，沖模間隙為50mm沖壓出來的杯子模擬形狀如圖4。從圖4中可以看出，起皺分布在側(cè)壁，側(cè)壁拐角尤其明顯。這就說明在沖壓過程中，起皺是由于在側(cè)壁有大面積區(qū)域不被支撐，同樣，由于沖模間隙不一樣，沖頭各邊的長度和模腔尺寸也不一樣。由于橫向壓力的存大，在沖頭和模腔中拉深成形的金屬板料越來越不牢固。在壓縮下，側(cè)壁金屬板料不受限制的拉伸是起皺的主要原因。為了比較三種不同間隙沖壓出來的產(chǎn)品，兩個主要的應(yīng)變比率β被介紹，β=εmin/εmax，這里的εmin和εmax分別是主要的和次要的應(yīng)變。Hosford和Caddell已經(jīng)展示了β的實際值比β的評論值大，假設(shè)當起皺發(fā)生時，β的實際值越大，起皺的可能性就越大。 在三個沖模間隙不同的沖壓中，同一側(cè)壁高度，沿著橫截面M-N的β值在圖4中標記出，在圖5中畫出。圖5中說明嚴重的起皺一般發(fā)生在拐角處，而對三個沖模間隙不同的沖壓，在側(cè)壁中心很少發(fā)生起皺。還說明了沖模間隙越大，β的實際值就越大。因此，增加沖模間隙將增加在錐度方形杯子側(cè)壁處發(fā)生起皺的可能性。 3.2沖壓力的影響 眾所周知，在沖壓過程中，增加沖壓力可以幫助排除起皺。為了研究增加沖壓力的影響，沖模間隙為50mm與起皺是有關(guān)聯(lián)的，用沖模間隙為50mm的模具沖壓帶有錐度方形杯子被用不同的沖壓力來模擬了。沖壓從100KN增加到600KN，這兩個力分別產(chǎn)生0.33Mpa和1.98Mpa。在上述部分，剩下的模擬條件與給定的是一樣的。處于中間的300KN也被用來模擬。 模擬結(jié)果顯示沖壓力的增加并沒有幫助消除發(fā)生在側(cè)壁的起皺。在圖4中已標出沿著橫截面M-N的β值與沖壓力為100KN和600KN的β值作比較。模擬結(jié)果指出兩種情況下，沿著橫截面M-N的β值是一樣的。為了檢查兩種不同沖壓力的起皺形狀，正如圖4和圖6標出的那樣，側(cè)壁上從底部向上有五處不同位置的橫截面。從圖6可以看出，兩個外殼的波浪形橫截面是相似的。這就說明在沖壓帶有錐度的方形杯子時，沖壓力不影響起皺的發(fā)生，這是因為起皺的原因主要是由于在有橫向壓力存在的側(cè)壁處有大面積區(qū)域不被支撐。沖壓力對沖頭和模腔之間材料不穩(wěn)定的模式并沒有影響。 圖5 沿著橫截面M-N不同沖模間隙的β值 4階梯矩形杯子 在沖壓一個階梯矩形杯子時，起皺發(fā)生在側(cè)壁即使沖模間隙并不是那么重要。輪廓1顯示沖壓階梯矩形杯子的沖頭草圖，在這張草圖中，側(cè)壁C沿臺階D-E而行。在近期的研究中，在一個實際的產(chǎn)品中檢查到了這種幾何形狀。這種產(chǎn)品使用的原材料的厚度是0.7mm，從拉力測試中獲得的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系如圖3所示。 這種沖壓部分產(chǎn)品的程序包括通過清理焊縫的深拉。在這種深拉過程中，沒有焊縫被用在沖模表面來幫助幫助金屬的流動。但是，由于沖頭拐角處的半徑過小和其復(fù)雜的幾何形狀，如圖7顯示的那樣，在沖頭邊緣上部經(jīng)常發(fā)生拉裂，在真實產(chǎn)品的側(cè)壁處經(jīng)常發(fā)生起皺。從圖7中可以看出，皺紋發(fā)分布在側(cè)壁上，但是在階梯邊緣拐角處最為嚴重，就像圖1（b）中A-D，B-E顯示的那樣。在沖頭的上部邊緣，金屬往往被拉裂，就像圖7所示。 為了進一步的了解沖壓過程中板料的變形，誕生了一種有限元的方法。這種有限元模擬方法被在最初的設(shè)計中。部分的模擬形狀如圖8所示。從圖8中可以看出，零件上部邊緣的網(wǎng)眼被拉深，皺紋分布在側(cè)壁上，類似真實零件中的那樣。 圖6 從圖a的100KN到圖b的600KN不同側(cè)壁高度的橫截面線條 圖7 產(chǎn)品零件中的拉裂和起皺 圖8 產(chǎn)品拉裂和起皺的模擬形狀 如圖1（b）就像A-B邊緣半徑和沖孔拐角處A的半徑一樣，沖孔的半徑也很小，這被認為是拉裂的最主要原因。但是，根據(jù)有限元分析的結(jié)果，拉裂可以通過增加以半徑來避免。這種理念在現(xiàn)實產(chǎn)品中通過增加半徑得到證實。 個別的嘗試也被用來消除起皺。第一，沖壓力加到原來的2倍。但是，就像在拉深帶有錐度的杯子中得到的結(jié)果一樣，沖壓力對消除起皺現(xiàn)象沒有起有很大的效果。通過增加摩擦和毛坯尺寸也得到同樣的結(jié)論。于是我們推測，這種起皺不能通過增加沖壓力來得到抑制。 由于在金屬屈服于過大壓力的區(qū)域，往往會因為大量的金屬流動而起皺，一種通過在起皺區(qū)域增加掛鉤用于消除起皺的簡單方法被用來吸收多余的材料。為了多余的金屬能有效的被吸收，掛鉤應(yīng)該平衡的加在起皺位置。基于這種理念，兩個掛鉤被加在鄰近在壁上吸收多余的材料，如圖9如示。模擬結(jié)果顯示，階梯拐角處的起皺正如想象的那樣被吸收，但是，一些起皺仍然沒被吸收。這說明在側(cè)壁處需要更多的掛鉤來吸收所有過量的材料，但是這在模具設(shè)計中是不允許的。 利用有限元分析法分析沖壓工序的一個優(yōu)勢是沖壓過程中板料的變形形狀可以被監(jiān)測，而這在真實的產(chǎn)品沖壓過程中是不可能的。對沖壓過程中金屬流動的精密監(jiān)測顯示板料最開始通過沖頭的力按模腔的形狀成形，直到板料接觸到如圖1（b）階梯D-E邊緣才形成起皺。起皺的形狀如 圖9 加到側(cè)壁的起皺 圖10顯示的那樣。這就為模具設(shè)計的改進提供了有價值的信息。 圖10 當板料接觸臺階邊緣的起皺形成 圖11 切除了的臺階拐角 對于起皺的發(fā)生，最初的一個猜想是沖頭拐角處范圍A和階梯拐角處范圍D之間的金屬板料處于不平坦的拉深，就如圖1（b）所示。階梯拐角處被切主要是為了改善拉深條件，這樣就允許通過增加階梯邊緣有更多的拉伸被應(yīng)用到如圖11所示，從而使得模具設(shè)計的改進得到發(fā)展。但是，杯子側(cè)壁處仍然有起皺，這就意味著起皺是因為整個沖頭邊緣和整個階梯邊緣的不平坦引起的，不僅僅是沖頭拐角處和階梯拐角處之間的不平坦。為了證實這種說法，兩種改進過了的模具設(shè)計被用來實驗：為了描述想象中的形狀用兩種拉深操作，一種是切去整個階梯，而另一種是增加更多的拉深操作。前一個方法的模擬形狀所圖12所示。自從更低的階梯被切去后，拉深工序與圖12中的矩形杯子拉深工序性很相似。從圖12中可以看出起皺現(xiàn)象已被消除。 在這兩種操作的拉深工序中，板料最初是被拉到很深的階梯處，如圖13（a）所示，然后，較低的階梯在第二步拉深操作中成形，同是，如圖13（b）所示的想象形狀也得到了。從圖13（b）可以清晰的看出，通過兩步拉深工序可以造出沒有起皺的階梯矩形杯子，同時也說明在兩步拉深工序中，如果相應(yīng)的順序被應(yīng)用，則更低一些的階梯處的成形是伴隨更深階梯處成形和最深階梯邊緣處成形的最早成形，如圖1(b)中的A-B，因為金屬不容易通過較低的階梯進入模具型腔。 圖12改善模具設(shè)計的模擬形狀 圖13 兩個操作步驟中的a第一步操作 b第二步操作 有限元分析法說明用簡單的拉深操作來設(shè)計理想產(chǎn)品的沖壓模具設(shè)計是很難完成的。但是，由于額外的模具費用和操作費用，兩個操作的制造費用是很高的。為了保持較低的制造費用，零件的設(shè)計師對形狀做出了合適的改變，而且通過有限元模擬分析法結(jié)果去切除較低的臺階來改善模具設(shè)計，如圖12所示。隨著設(shè)計方法的改進，產(chǎn)品真實的沖壓模具被制造出來，而且零件還沒有起皺，如圖14所示。通過有限元模擬分析法得到的零件也沒有起皺。 為了進一步驗證有限元模擬分析法的結(jié)果，有限元模擬分析法得到的沿橫截面G-H的厚度分布如圖14所示，這與產(chǎn)品的尺寸做了比較，比較的結(jié)果顯示在圖15。從圖15可以看出有限元模擬分析法得到的預(yù)想的厚度分布和產(chǎn)品得到的厚度分布是相符合的。這種吻合證實了有限元模擬分析法的效率。 圖14 無缺陷產(chǎn)品零件 圖15 G-H處模擬和測量厚度 5概要和結(jié)束語 通過有限元模擬分析法研究了兩種在沖壓過程中的起皺，而且還檢查了其起皺的原因和消除起皺的方法。 第一種形式的起皺發(fā)生在沖壓帶有錐度的方形杯子的側(cè)壁上，這種起皺的原因是因為沖模間隙過大（沖模間隙就是模腔的尺寸和沖頭的尺寸的差距）。當金屬被拉至模腔中，在沖頭和型腔中有一有害的拉深時，大的沖模間隙導(dǎo)致金屬板料的大面積區(qū)域不被支撐，因此大面積區(qū)域不被支撐導(dǎo)致起皺。有限元模擬分析法顯示這種起皺不能通過增加沖壓力的方法來得到抑制。 另一種形式的起皺發(fā)生在有階梯矩形的幾何形狀物體沖壓過程中。起皺往往發(fā)生在臺階以上的側(cè)壁，甚至沖模的間隙不是足夠的大。通過有限元模擬法得知，這種起皺主要是由于在沖頭和臺階邊緣存在不平坦的拉伸。在模具設(shè)計過程中，通過有限元模擬分析法單獨的嘗試被用來消除起皺，切除了臺階的模具被建立。通過無缺陷的零件證實了這種模具設(shè)計方法對消除起皺的作用。有限元模擬分析法得到的結(jié)果和真實產(chǎn)品中看到的結(jié)果相吻合說明了有限元模擬分析法的準確性，還證實了用有限元分析法代替真實的模具制造方法的效力。 感謝 作者希望感謝中國人民共和國民族科學(xué)委員會授于NSC-86-2212-E002-028編號才使得這個項目得到發(fā)展。他們也希望感謝KYM提供了產(chǎn)品零件。 參考文獻 1. K. Yoshida， H. Hayashi， K. Miyauchi， Y. Yamato， K. Abe， M. Usuda， R. Ishida and Y. Oike，在金屬板料，皺紋機械工具的效果取決于不均勻的拉深 2. T.X.Yu，W.Johnson 和 W.J.Stronge， “圓形碟子在半球形模具中的沖壓成形”，機械學(xué)雜志，26，pp.131-148，1984 3. W.J.stronge，M.P.F.Sutcliffe和T.X.Yu，在沖壓期間，圓形碟子的塑性起皺。實驗的技巧，pp.345-353，1986. 4. R.Narayanasamy和R.Sowerby，“當用一種圓錐形的沖模成形時的金屬板料起皺”，材料處理技術(shù)雜志，41，pp.275-290，1994. 5. W.F.Hosford 和 R.M.Caddell，金屬成形:機械和冶金，1993年第二季。 論文 題 目 155010墊芯板 沖壓級進模設(shè)計 學(xué)生姓名 學(xué) 號 系 部 專 業(yè) 班 級 指導(dǎo)教師 摘 要 155010墊芯板屬于典型的沖裁件，本文在分析其工藝性的基礎(chǔ)上，根據(jù)生產(chǎn)要求，確定采用級進模結(jié)構(gòu)。本設(shè)計主要是落料凸、凹模及沖孔凸、凹模的設(shè)計，需要計算凸凹模的間隙、工作零件的尺寸和公差。此外,還需要確定模具工藝零件和結(jié)構(gòu)零件以及模具的總體尺寸，然后根據(jù)上面的設(shè)計繪出模具的總裝圖。 關(guān)鍵詞：155010墊芯板 級進模 沖孔落料 張廷海 墊芯板連續(xù)<冷沖模設(shè)計 目 錄 摘 要 II 第一章 緒論 1 1.1課題背景 1 1.2沖壓模具發(fā)展現(xiàn)狀和前景 1 1.2.1沖壓模具發(fā)展現(xiàn)狀 1 1.3課題研究的內(nèi)容和意義 3 1.4發(fā)展方向 3 第二章 沖裁模具畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書 4 2.1任務(wù)書設(shè)計內(nèi)容 4 2.2任務(wù)書的要求 4 2.2.1技術(shù)要求： 4 2.2.2設(shè)計要求： 4 第三章 零件的工藝性分析和方案確定 5 3.1零件的工藝分析 5 3.1.1結(jié)構(gòu)與尺寸的分析 5 3.1.2精度與斷面粗糙度分析 5 3.2沖裁工藝方案的確定 5 3.3模具總體方案的確定 7 第四章 零件工藝的設(shè)計計算 8 4.1排樣設(shè)計與計算 8 4.1.1材料利用率 8 4.1.2排樣設(shè)計 9 4.2沖裁力 9 4.3、壓力中心的計算 10 4.4、計算凸凹模刃口尺寸 10 4.5壓力機的確定 11 4.5.1壓力機的選擇 11 4.5.2開式壓力機機床有關(guān)參數(shù) 11 4.6壓力中心的計算 12 第五章 計算凸、凹模刃口尺寸及公差 14 5.1凸、凹模間隙值 14 5.1.1間隙對沖壓力和模具壽命的影響 14 5.1.2沖裁間隙的確定 15 5.2凸、凹模刃口分別加工的計算法 15 5.2.1凸、凹模刃口尺寸計算的原則 15 第六章 模具零部件的設(shè)計計算與總裝圖設(shè)計 16 6.1凹模外形設(shè)計 16 6.2凸模的設(shè)計 16 6.2.1落料凸模的設(shè)計 16 6.2.2沖孔凸模的設(shè)計 17 6.3其他主要零件的設(shè)計 19 6.4標準件尺寸的確定 21 6.5模具的總體設(shè)計 21 6.6模具裝配和裝配圖 21 6.6.1級進沖裁模的裝配 21 6.6.2凸、凹模間隙的調(diào)整方法 22 6.6.3繪制模具的總裝圖 23 第七章 總結(jié)與展望 24 致 謝 25 參考文獻 26 1 緒 論 1.1 課題研究的目的和意義 我國把模具行業(yè)納入高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)重點領(lǐng)域，另一方面，沖壓工藝廣泛應(yīng)用于民用、航空航天、汽車和工藝品等領(lǐng)域，在產(chǎn)品組件中所占的比例也越來越大。但由于我國模具工業(yè)起步較晚，起點較低，加工制造手段落后，尤其是技術(shù)應(yīng)用人才缺乏，技術(shù)水平落后，制約了該產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展,已使之成為制約其他相關(guān)行業(yè)發(fā)展的“瓶頸”。 模具技術(shù)是上世紀下半葉制造業(yè)中發(fā)展最快的技術(shù)之一，由于模具的設(shè)計和制造是一個非常復(fù)雜的過程，并且是一個不斷反復(fù)的過程，目前，采用具有三維參數(shù)化特征造型功能的CAD支撐軟件，在模具設(shè)計中應(yīng)用并行工程原理，實現(xiàn)模具管理、工藝分析與設(shè)計及模具結(jié)構(gòu)設(shè)計的一體化是一種較有代表性也很有應(yīng)用前景的模具CAD系統(tǒng)開發(fā)方法。 模具生產(chǎn)技術(shù)水平的高低是衡量一個國家產(chǎn)品制造水平高低的重要標志。模具質(zhì)量及附加值的高低，取決于模具專業(yè)人才的技術(shù)水平。隨著產(chǎn)品市場的國際化，如何降低生產(chǎn)成本以適應(yīng)競爭的激烈和殘酷越來受關(guān)注，產(chǎn)品制造的批量化、集約化和標準化，就越來越顯得十分重要了。 目前，在全世界，模具快速發(fā)展，已成為大國的重要工業(yè)發(fā)展對象，各個行業(yè)都需要模具的輔助制造，所以模具對工業(yè)的發(fā)展有個不可替代的重要性。未來，模具的發(fā)展也許有將成為國家第一產(chǎn)業(yè)的可能。 1.2 課題國內(nèi)外研究概況 1.2.1 國外模具發(fā)展概況 全球主要模具生產(chǎn)國包括亞洲地區(qū)的日本、韓國與大陸，以及美洲地區(qū)的美國、歐洲地區(qū)的德國。技術(shù)先進國家如日本、美國、德國等，對于高精度與復(fù)合性模具開發(fā)，不論在設(shè)計能力或制造技術(shù)上，均有領(lǐng)先的地位，同時也擁有訓(xùn)練精良的技術(shù)研發(fā)人才。 日本的模具產(chǎn)能約占全球的40%，居世界第一位，每年向國外出口大量模具?，F(xiàn)在模具市場競爭日趨激烈，因此日本模具業(yè)也在努力降低生產(chǎn)成本。模具行業(yè)是人力成本較高的行業(yè)，日本的人力成本是中國及東南亞地區(qū)的十幾倍，而人力成本中有70%以上是非核心技術(shù)人員。 據(jù)相關(guān)研究部門調(diào)查得知，歐洲模具設(shè)計和生產(chǎn)的時間要分別比中國快44%和61%左右，但中國模具設(shè)計和生產(chǎn)的成本卻只有歐洲同行的91%，因為中國的勞動力成本低廉，對部分國外客戶有著很強的吸引力。同時，歐洲及世界各國之間的模具競爭也相應(yīng)加劇，像德國近兩年半內(nèi)的模具整體價格就下降了25%左右。據(jù)統(tǒng)計,前些年全球58%的模具是由德國等西歐國家生產(chǎn)，中國等亞洲國家的比例只占到1%，但今后東歐國家的模具將會有較大幅度的增長，而亞洲國家的生產(chǎn)比例將提高至22%左右。這位教授高興地說,鑒于中國廉價勞動力成本的優(yōu)勢和整體經(jīng)濟持續(xù)快速發(fā)展的良好勢頭，中國模具發(fā)展的前景將十分廣闊。? ??“但這并不意味著中國發(fā)展的一切都是那么的理想和完美。”亞力山大認為，因為中國的市場過早地陷入了價格戰(zhàn)的誤區(qū),還缺乏自主創(chuàng)新的能力，沒有相應(yīng)地建立起誠信可靠的市場體系,特別是有65%的歐洲客戶覺得中國模具的價格雖低但質(zhì)量不好。一種比較理想的解決方法是，加強中歐雙方的合作,由歐洲國家出訂單和圖紙，中國模具企業(yè)具體負責(zé)完成設(shè)計及加工制作，并在此過程中不斷學(xué)習(xí)歐洲先進的技術(shù)及管理理念,加快工業(yè)化的改造，努力提高企業(yè)自身的核心優(yōu)勢和競爭力。如在提高客戶滿意度方面，企業(yè)除了在價格低廉上做文章外，更重要的是要求交貨時間短，產(chǎn)品質(zhì)量好，誠信度高，盡可能讓他們了解產(chǎn)品的研發(fā)、設(shè)計及生產(chǎn)的全過程企業(yè)要明確自己的主攻方,加強相互之間的合作,及時有效地對客戶的需求作出反應(yīng)。 1.2.2國內(nèi)模具發(fā)展概況 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，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。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。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。 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。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，致使相當一部分大型、精密、復(fù)雜和長壽命模具依賴進口。 1.3 課題研究的主要內(nèi)容 本課題研究的內(nèi)容如下： 第1章為緒論，論述了本課題的研究背景和意義，總結(jié)了沖壓模具技術(shù)的發(fā)展歷史和在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢。 第2章為本次設(shè)計的任務(wù)書，介紹了設(shè)計的零件圖和設(shè)計的具體得要求，包括零件的名稱、材料和生產(chǎn)批量等等，有技術(shù)要求和設(shè)計要求。 第3章為設(shè)計的第一步，首先分析零件的工藝性，包括尺寸和精度的分析，還有材料性質(zhì)的重點分析，然后按照以上的分析初步確定設(shè)計的大體方案，從簡單模、復(fù)合模和級進模中選擇，最終選用級進模設(shè)計。最后查閱相關(guān)資料，確定模具的一些工作零件和輔助零件的設(shè)計，以至于確定模具的總體方案。 第4章為設(shè)計中的重點部分，是承接上一章工藝分析的，所以我們將進行工藝計算，有排樣的設(shè)計和計算、材料利用率的計算，沖裁力圖形設(shè)計和具體的計算，還有最重要的就是壓力機的確定和數(shù)據(jù)的校核。 第5章為設(shè)計的中心部分，有凸、凹模的間隙和凸、凹模設(shè)計的原則，還有凸、凹模的人口尺寸計算，包括基本尺寸的計算和公差的確定。 第6章為模具工作零件的具體設(shè)計，包括凹模的設(shè)計和尺寸的計算，還有凸模的長度和硬度校核，還有卸料板、導(dǎo)料板及標準件的設(shè)計、選用和計算，并有非標準件的零件圖形和最終的裝配草圖和裝配圖。 26 2 沖壓工藝設(shè)計 2.1 沖壓件簡介 本產(chǎn)品是一個墊芯板，是一個平板類零件，中間有較少孔，外形較簡單，尺寸較少，材料為08鋼，厚度為2mm。具體形狀及尺寸如下圖所示。 圖2.1零件圖 已知公差尺寸,,,,,的標準公差為IT11~IT12，IT11，IT13~IT14，IT12，IT9~IT10，IT10~1IT11。 按產(chǎn)品圖中說明尺寸未注公差取IT14級。材料為帶料，規(guī)格可定制。查下表標準公差數(shù)值（即查參考文獻[1]，P213頁，表3-8 標準公差數(shù)值） 未知公差尺寸70,55,19，11,R12，R45，R5的標準公差為,,，,,, 標準公差數(shù)值 （μm) 基本尺寸 mm 公 差 等 級 IT1 IT2 IT3 IT4 IT 5 IT6 IT7 IT8 IT9 IT 10 IT 11 IT 12 IT 13 IT 14 ≤3 0.8 1.2 2 3 4 6 10 14 25 40 60 100 140 250 ＞3～6 1 1.5 2.5 4 5 8 12 18 30 48 75 120 180 300 ＞6～10 1 1.5 2.5 4 6 9 15 22 36 58 90 150 220 360 ＞10～18 1.2 2 3 5 8 11 18 27 43 70 110 180 270 430 ＞18～30 1.5 2.5 4 6 9 13 21 33 52 84 130 210 330 520 ＞30～50 1.5 2.5 4 7 11 16 25 39 62 100 160 250 390 620 ＞50～80 2 3 5 8 13 19 30 46 74 120 190 300 460 740 ＞80～120 2.5 4 6 10 15 22 35 54 87 140 220 350 540 870 2.2 沖壓的工藝性分析 沖裁件的工藝性，是指沖裁件工件對沖壓工藝的適應(yīng)性，即沖裁件的形狀結(jié)構(gòu)、尺寸大小、尺寸偏差、行位公差與尺寸基準等是否符合沖裁工藝的要求。沖裁工件的工藝性對沖裁工件的質(zhì)量、材料利用率、生產(chǎn)率、模具制造難易、模具壽命、操作方式及沖壓設(shè)備的選用等都有很大的影響。一般情況下，對沖裁工件工藝性影響最大的是幾何形狀、尺寸和精度要求。良好的沖裁工件工藝性應(yīng)能滿足材料省、工序少、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、模具較易加工、操作方便且壽命較高等要求，從而顯著降低沖裁工件的制造成本。 沖裁件的材料特性 牌號 化學(xué)成分ω/% 硬 度 用途舉例 C Mn Si 退火狀態(tài) 試樣淬火 HBS 不大于 淬火溫度/℃和冷卻劑 HRC 不小于 T10 0.95~1.04 ≤0.40 ≤0.35 197 760~780 水 62 制造耐磨性要求較高、不收劇烈振動、具有一定韌性及鋒利刃口的各種工具，如刨刀、車刀、鉆頭、絲錐、手鋸鋸條、拉絲模、冷沖模等 2.2.1沖裁件的結(jié)構(gòu)工藝性分析 1．沖裁件的形狀應(yīng)盡可能簡單、對稱、排樣廢料少。在滿足質(zhì)量要求的條件下，把沖裁件設(shè)計成少、無廢料的排樣形狀。 2．除在少、無廢料排樣或采用鑲拼模結(jié)構(gòu)時，允許工件有尖銳的清角外，沖裁件的外形或內(nèi)孔交角處應(yīng)采用圓角過渡，避免清角。 本產(chǎn)品最小圓角半徑為R5，查表下最小值圓角半徑（即查參考文獻[2]，P51頁，表2.6.1最小值圓角半徑R）得：最小值圓角半徑0.25t，即0.50mm，故符合要求。 最小圓角半徑R 注：t為料厚度 工序 圓弧角度 α 最小圓角半徑 黃銅、純銅、鋁 低碳鋼 合金鋼 備注 落料 α≥90° α＜90° 0.18t 0.35t 0.25t 0.50t 0.35t 0.70t ≥0.25mm ≤0.5mm 沖孔 α≥90° α＜90° 0.20t 0.40t 0.30t 0.60t 0.45t 0.90t ≥0.3mm ≤6mm 3．盡量避免沖裁件上過長的懸臂和凹槽。 4．沖裁件的最小孔邊距。其許可值為：C=（1～1.5）t=2mm～3mm。本產(chǎn)品有最小孔邊距為2.5mm，即：到R5距離最小為2.5mm，符合最小孔邊距要求。 5．產(chǎn)品材料為T10，是碳素工具鋼，τb=600MPa。查下表沖孔的最小尺寸（即，查參考文獻[3]，P7頁，表2.2沖孔的最小尺寸）得：圓孔直徑為d≥1.3t=2.6mm，本產(chǎn)品最小孔徑為5，因此符合要求，并且不需導(dǎo)向。 沖孔的最小尺寸 材料 （a）圓孔 （b）方孔 (c)長方孔 (d)長圓孔 鋼τb＞700MPa d≥1.5t b≥1.35t b≥1.2t b≥1.1t 鋼τb﹦400～700MPa d≥1.3t b≥1.2t b≥1.0t b≥0.9t 鋼τb＜400MPa d≥1.0t b≥0.9t b≥0.8t b≥0.7t 黃銅、銅 d≥0.9t b≥0.8t b≥0.7t b≥0.6t 鋁、鋅 d≥0.8t b≥0.7t b≥0.6t b≥0.5t 紙膠布、布膠版 d≥0.7t b≥0.6t b≥0.5t b≥0.4t 硬紙、紙 d≥0.6t b≥0.5t b≥0.4t b≥0.3t 注：t為料厚；τb為抗剪強度。 2.2.2沖裁間隙 沖裁凸模和凹模間的間隙，不僅對沖裁件的質(zhì)量有及重要的影響。而且還影響模具壽命、卸料力、推件力、沖裁力和沖裁件的尺寸精度。因此，沖裁間隙是沖裁工藝與沖裁模設(shè)計的一個非常重要的工藝參數(shù)。 材料厚度t=2mm，材料：T10為碳素工具鋼，查表2-7沖裁模初始雙面間隙Z（即查參考文獻[3]，P32頁，表3-5沖裁模初始雙面間隙Z），得： 沖裁間隙：0.246～0.360mm。 沖裁模初始雙面間隙Z (單位：mm) 材料厚度 t 08、10、35、Q235 Q345 40、50 65Mn Zmin Zmax Zmin Zmax Zmin Zmax Zmin Zmax 小于0.5 極小間隙 1.0 1.2 1.5 1.75 2.0 0.100 0.126 0.132 0.220 0.246 0.140 0.180 0.240 0.320 0.360 0.100 0.132 0.170 0.220 0.260 0.140 0.180 0.240 0.320 0.380 0.100 0.132 0.170 0.220 0.260 0.140 0.180 0.240 0.320 0.380 0.090 0.126 注：沖裁皮革、石棉和紙板時，間隙取08鋼的25%。 2.3 沖壓工藝方案的確定 方案一：單工序模。每一個沖壓工序一副模具，需要多副模具，生產(chǎn)效率較低，結(jié)構(gòu)簡單，制造簡單，價格簡單，適用于料厚精度要求低的小批量沖件的生產(chǎn)。 方案二：復(fù)合模。沖壓精度為中、高級精度，制件最大尺寸與材料厚度一般應(yīng)在300mm以下，生產(chǎn)效率較高，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造難度大，價格高，適用于形狀復(fù)雜，精度要求較高，平直度要求較高的中小型制件的大批量生產(chǎn)。 方案三：連續(xù)模。產(chǎn)品質(zhì)量高，定位精度高，占用設(shè)備少，沖壓速度高，生產(chǎn)效率較高。但模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造難度高，單副生產(chǎn)成本高，由于產(chǎn)量高相對成本并不高，適用于大批量小型零件的生產(chǎn)。 綜上分析，第三種方案能滿足本產(chǎn)品的要求，即制造成本并不很高，同時沖壓生產(chǎn)周期短，產(chǎn)品質(zhì)量高，占用設(shè)備少，能起到節(jié)能、節(jié)省勞動力作用，生產(chǎn)效率較高。 3 墊芯板連續(xù)模設(shè)計 3.1 模具結(jié)構(gòu) 由上述分析模具類型采用連續(xù)模，即采用多工位連續(xù)送料方法。最終產(chǎn)品件采用由上向下推出，因此落料凹模設(shè)計在下模部分，落料凸模設(shè)計在上模部份。各沖孔廢料也由上向下推出，故各沖孔凸模裝在上模部份。由于料厚為2mm不是很厚，故卸料采用彈性卸料結(jié)構(gòu)，建議彈性元件采用橡膠墊。由于產(chǎn)品各結(jié)構(gòu)間定位精度一般，因此帶料采用自動送料機構(gòu)送料，自右向左送料，在沖壓工位采用導(dǎo)正孔導(dǎo)正。模具結(jié)構(gòu)參考如下圖所示。 3.2 確定其搭邊值 料厚t=2mm，材料T10，采用自動送料，工件四周有圓角，邊長小于等于100mm，搭邊值是由經(jīng)驗確定的，故查下表最小搭邊值（即查參考文獻[4]，P31頁，表2-16最小搭邊值），確定其搭邊值為： 兩工件間的搭邊值：a1=2mm 工件側(cè)面搭邊值：a=3mm 搭邊值 （單位:mm） 條料厚度 手工送料 自動送料 圓形 非圓形 往復(fù)送料 a a1 a a1 a a1 a a1 ＜1 1.5 1.5 2 1.5 3 2 3 2 1～2 2 1.5 2.5 2 3.5 2.5 3 2 2～3 2.5 2 3 2.5 4 3.5 3 2 3～4 3 2.5 3.5 3 5 4 4 3 3.3 確定排樣圖 是排樣件在指沖裁條料、帶料或板料上的布置方法。排樣是否合理，將直接影響到材料利用率、沖裁件質(zhì)量、生產(chǎn)效率、沖模結(jié)構(gòu)域壽命等。 3.3.1 排樣方案 方案 排樣圖 單列橫排 單列豎排 橫排交叉排列 3.3.2送料步距與帶料寬度 方案 送料步距 帶料寬度 單列橫排 102mm 73mm 單列豎排 69mm 106mm 橫排交叉排列 144mm 97mm 3.4 材料利用率計 方案 材料利用率 單列橫排 56.54% 單列豎排 57.56% 橫排交叉排列 60.28% 綜上所述,采用橫排交叉排列 采用橫排交叉排列，為了提高定位精度采用導(dǎo)正銷導(dǎo)正，在帶料兩側(cè)設(shè)置導(dǎo)正孔導(dǎo)正。各工位設(shè)置為：第1工位沖1個R5.5圓孔、2個R2.5圓孔、3個R3.5的圓孔和2個R2的導(dǎo)正孔；第2工位為導(dǎo)正落料。結(jié)果排樣圖如下所示 3.5 凸、凹模刃口尺寸的確定 5.1凸、凹模間隙值 沖裁間隙是指沖裁模凸、凹模刃口之間的空隙。凸模與凹模間每側(cè)的間隙稱為單面間隙，用Z/2表示；兩側(cè)間隙之和稱為雙面間隙，用Z表示。如無特殊說明，沖裁間隙都是指雙面間隙。沖裁間隙的數(shù)值等于凸、凹模刃口尺寸的差值，如圖所示，即 式中 —凹模刃口尺寸； —凸模刃口尺寸。 沖裁間隙對沖裁過程有著很大的影響。此外，間隙對沖壓力和模具壽命也有著較大的影響。 圖5-1 凸、凹模刃口尺寸的差值 5.1.1間隙對沖壓力和模具壽命的影響 間隙很小時，因材料的擠壓和摩擦作用增強，沖裁力必然較大。隨著間隙的增大，材料所受的拉應(yīng)力增大，容易發(fā)生斷裂分離，因此沖裁力減小。但試驗表明，當單面間隙在材料厚度的5﹪～20﹪范圍內(nèi)時，沖裁力降低不多，不超過5﹪～10﹪。因此，在正常情況下，間隙對沖裁力的影響不是很大。 模具壽命通常是用模具失效前所沖的合格沖裁件數(shù)量來表示。沖裁模的失效形式一般有磨損、變形、崩刃和凹模脹裂。間隙大小主要對模具的磨損及凹模脹裂產(chǎn)生較大影響。模具刃口磨損看，使刃口鈍化、間隙增加，從而導(dǎo)致制件的尺寸精度降低沖裁能量增大，斷面粗糙。所以必須注意盡量減少模具的磨損。為提高模具壽命，一般需要采用較大間隙。 5.1.2沖裁間隙的確定 凸、凹模間隙對沖裁件斷面質(zhì)量、尺寸精度、模具壽命以及沖裁力等有較大影響，所以必須選擇合理的間隙。在沖壓的實際生產(chǎn)中，為了獲得合格的沖裁件、較小的沖壓力，并保證模具有一定壽命，我們規(guī)定一個間隙值范圍，稱為合理間隙。這個范圍的最小值稱為最小合理間隙（Zmin），最大值稱為最大合理間隙（Zmax）。因沖模在使用過程中會逐漸磨損，間隙增大，再設(shè)計和制造新模具時，一般采用最小合理間隙。 沖裁間隙數(shù)值主要按制件質(zhì)量要求，根據(jù)經(jīng)驗數(shù)值來選用。然而對于電子、電器、儀器等行業(yè)對制件斷面質(zhì)量和尺寸精度要求較高，可選用較小的間隙值。如下圖要求零件內(nèi)外尺寸精度為14級，且該零件屬于無特殊要求的一般沖孔、落料。 5.2凸、凹模刃口分別加工的計算法 沖裁件的尺寸精度主要取決于模具刃口的尺寸精度，合理間隙的數(shù)值也必須靠模具刃口的尺寸及公差來保證。正確確定模具刃口尺寸及其公差，將會直接影響到?jīng)_裁生產(chǎn)的技術(shù)經(jīng)濟效果，因此它是設(shè)計沖裁模的主要任務(wù)之一。由于制件結(jié)構(gòu)簡單精度要求不高，所以采用凸模和凹模分開加工的方法制作凸凹模。這時需要分別計算和標注凸模和凹模的尺寸和公差。由于零件未標注公差在此均按IT13級算。根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)特點，刃口尺寸采用配作法加工。 5.2.1凸、凹模刃口尺寸計算的原則 在計算刃口尺寸時，應(yīng)該落料和沖孔兩種情況分別考慮其原則如下。 a. 落料時，應(yīng)以凹模刃口尺寸為基準，間隙取在凸模上。凹?；境叽缛÷淞霞叽绻罘秶鷥?nèi)較小尺寸。凸模的基本尺寸則用凹?；境叽鐪p去最小合理間隙。由表2-3得Zmin=0.246mm Zmax=0.360mm b. 沖孔時，應(yīng)以凸模尺寸為基準，間隙取在凹模上。凸?；境叽缛_件公差范圍內(nèi)的較大尺寸。凹模的基本尺寸則是用凸?；境叽缂由献钚『祥g隙。由《沖壓工藝與模具設(shè)計》表2.4得Zmin=0.246mm Zmax=0.360mm c. 凸、凹模刃口的制造公差應(yīng)根據(jù)沖裁件的尺寸公差和凸、凹模的加工方法來確定，既要保證沖裁間隙要求并沖出合格的零件，又要便于模具加工。 d. 根據(jù)工件尺寸公差要求，確定模具刃口尺寸的公差等級，見表所示。 表5-1 模具刃口尺寸的公差等級 模具刃口尺寸公差 料厚t（mm） 0.5 0.8 1.0 1.5 2 3 4 5 6 8 10 12 沖裁件尺寸公差 IT6～IT7 IT8 IT8 IT9 IT10 — — — — — — — — IT7～IT8 — IT9 IT10 IT10 IT12 IT12 — — — — — — IT9 — — — IT12 IT12 IT12 IT12 IT12 IT14 IT14 IT14 IT14 根據(jù)t=2mm, 由課本表3-3得: Zmin=0.246mm Zmax=0.360mm 沖孔：5 mm 由課本表3-5得磨損系數(shù)x=1 由課本表3-6得δ凸=-0.02 δ凹=+0.025 d凸=（dmin+xΔ）0 δ凸=（5+0.045×1）0 -0.02=5.0450 -0.02 mm d凹=（d凸+Zmin）δ 0=(5.045+0.072)+0.025 0=5.071+0.025 0 mm 沖孔:11mm 由課本表3-5得磨損系數(shù)x=0.5 由課本表3-6得δ凸=-0.02 δ凹=+0.02 d凸=（dmin+xΔ）0 δ凸=（11+0.3×0.5）0 -0.02 =11 -0.02 mm d凹=（d凸+Zmin）δ 0=(11+0.072)+0.02 0 =11.072+0.02 0 mm d凹=（d凸+Zmin）δ 0=(11.072+0.072)+0.02 0 =11.144+0.02 0 mm 3.6 沖壓力計算 兩個工序，沖孔壓力等于沖孔時的沖壓力和落料時的沖壓力之和，查課本表2-3，得08鋼的抗剪能力τ=255～353MPa,取平均值τ=304MPa. K的取值依據(jù)沖裁刃口而定，平刃口K=1~1.3，斜刃口K=0.2~0.6，考慮刃口的磨損，生產(chǎn)批量和材料厚度等因素，取K=1.3 4.2.1落料力 F落=KL1 t τ=1.3×174.67×1mm×304Mpa=59.56KN 4.2.2沖孔力 F沖1=KL2tτ=2×1.3×3.14X4.1X4.1mm×1mm×304Mpa=30.41KN F沖2=KL2tτ=2×1.3×3.14X2.5X2.5mm×1mm×304Mpa=22.4KN 4.2.3落料時的卸料力 由課本表3-8得K卸=0.03 F卸=K卸F落=0.03×59.56KN=1.79KN 4.2.4沖孔時的推件力 由課本表3-8得K推=0.05， 取同時梗塞在凹模內(nèi)的沖件數(shù)為3 F推=nK推F沖=3×0.05×30.41KN=4.56KN 3.7 壓力機選用 據(jù)總沖壓力為96.32KN，考慮壓力機的使用安全，總沖壓力一般不應(yīng)超過壓力機額定噸位的80%. 由指導(dǎo)書表5-10，初選J23-16開式雙柱可傾壓力機. 公稱壓力：160KN 滑塊行程：55mm 最大封閉高度：220mm 封閉高度調(diào)節(jié)量：45mm 工作臺尺寸：300mm×450mm 模柄孔尺寸：Φ40mm×60mm 對于中小型沖裁件常采用開式曲柄壓力機。 根據(jù)總沖壓力=110.316KN，模具閉合高度，沖床工作臺面尺寸等，并結(jié)合現(xiàn)有設(shè)備，選用J23-250開式雙柱可傾沖床，并在工作臺面上備制155010墊芯板沖片。其主要工藝參數(shù)如下： 公稱壓力：250KN 滑塊行程：80mm 行程次數(shù)：100次/分 最大封閉高度：220mm 封閉高度調(diào)節(jié)量：70mm 工作臺尺寸（左右*前后）：560mm×360mm 工作臺板厚度：70mm 模柄尺寸：?50×70 傾斜角：30° 3.8 壓力中心計算 模具的壓力中心就是沖壓合力的作用點。為了保證壓力機的模具的正常工作，應(yīng)使模具的壓力中心與壓力機滑塊的中心線相重合。否則，沖壓時滑塊就會承受偏心載荷，導(dǎo)致滑塊導(dǎo)軌和模具導(dǎo)向部分不正常在磨損，還會使合理間隙得不到保證，從而影響制件質(zhì)量和降低模具壽命甚至損壞模具。在實際生產(chǎn)中，可能會出現(xiàn)由于沖件的形狀特殊或排樣特殊，從模具結(jié)構(gòu)設(shè)計與制造考慮不宜使壓力中心與模柄中心線重合，這時應(yīng)注意使壓力中心的偏離不致超出所選用壓力機允許的范圍。 確定該零件的壓力中心計算步驟如下： （1）選定坐標軸X和Y （2）計算出各單一圖形的壓力中心到坐標軸的距離x1、x2、x3、…xn和y1、 y2、 y3、…、yn （3）將組成圖形的輪廓線劃分為若干簡單的線段，求出各線段長度L1、L2、L3、…、Ln. （4）按如下公式算出壓力中心的坐標（X0、Y0） 根據(jù)力學(xué)定理，合力對某軸的力矩等于各分力對同軸力矩的代數(shù)和，則可得壓力中心坐標（x0 、y0）計算公式： 因為沖裁力與周邊長度成正比，所以式中各沖裁力F1、F2、F3、…、Fn可分別用沖裁周邊長度L1、L2、L3、…、Ln代替，即 其中：L—為每段線段的長度或圓弧的周長 X—為每段線段的中點或圓弧的中心到X軸的距離； Y—為每段線段的中點或圓弧的中心到Y(jié)軸的距離； 模具的結(jié)構(gòu)的制造壓力中心與模柄中心線重合，故壓力中心點就是幾何對稱點。若選用坐標系XOY，即xc＝0，yc＝0 由以上計算可以得出模具的壓力中心以便裝模時與壓力機滑塊的中心線相重合 3.9 主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 6.1凹模外形設(shè)計 凹模采用整體式凹模結(jié)構(gòu)和直接通過螺釘、銷釘于下模座固定的固定方式。凹模刃口采用直接刃壁結(jié)構(gòu)，刃壁高度5mm，漏料部分沿刃口輪廓適當擴大。凹模輪廓尺寸計算如下 凹模高度H=Kb=0.40×34=13.6mm 按表取標準值15mm 凹模壁厚c=（1.5～2）H = 22.5～30mm 取凹模厚度為30mm, 凹模寬度B=b+2c=(34+2×30)=94mm, 凹模長度L取45mm， 式中b---凹模刃口的最大尺寸(mm) c---凹模壁厚(mm) 指刃口至凹模外形邊緣的距離； K=系數(shù)，取0.40 故凹模輪廓尺寸為：45×94×30 凹模上螺孔到凹模外緣的距離一般?。?.7～2.0）d 為了更好的選取標準模架，則凹模板輪廓尺寸全取整數(shù)： 確定凹模外形尺寸須選用矩形凹模板100×100×15（GB/T70.1-2000） 凹模的材料選用Cr12,工作部分熱處理淬硬為60～64HRC。 6.2凸模的設(shè)計 6.2.1落料凸模的設(shè)計 結(jié)合工件外形并考慮加工，將落料凸模設(shè)計為直通式，采用線切割機床加工，2個M6的螺釘固定在155010墊芯板沖片上，與凸模固定板的配合按H7/m6。再通過鉚接方式與固定板固定。確保因磨損而滑落，從而更為牢靠。凸模的尺寸根據(jù)刃口尺寸，卸料裝置和安裝固定要求來確定。凸模材料選用CrWMn，工作部分熱處理淬硬為58～62HRC。其總長L可按下列公式計算：L=h1+h2+t+h=(15+12+1+30)=58mm 式中：h1—凸模固定板厚度（mm） h2—卸料板厚度（mm） t—材料厚度（mm） h—自由高度（mm） 6.2.2沖孔凸模的設(shè)計 因為所沖的孔均為圓形，而且都不屬于需要特別保護的小凸模，所以沖孔凸模采用臺階式，一方面加工簡單，另一方面又便于裝配與更換。沖φ6mm的孔的凸模結(jié)構(gòu)如圖所示： 1、凸模最小直徑的校核(強度校核) 凸模用T10鋼 要使凸模正常工作，必須使凸模最小斷面的壓應(yīng)力不超過凸模材料的許用壓應(yīng)力，即 對于圓形凸模 dmin≥=4×1×350/450=3.11mm 所以承壓能力足夠。 式中—沖裁材料的抗剪強度，310～380Mpa —凸模材料許用強度，取440～470Mpa 抗縱向彎曲力校核　 對于圓形凸模（有導(dǎo)向裝置）　Lmax≤270d2/=270×3.22/√(4521.2)1/2=44.8mm 所以長度適宜。 式中 Lmax ——允許的凸模最大自由長度，mm F ——沖模力,N ｄ——凸模最小截面的直徑，mm 凸模固定端面的壓力　 　q =<=4521.2/(1.652π)=528.2MPa式中　 式中q—凸模固定端面的壓力，MPa F—落料或沖孔的沖裁力，N —模座材料許用壓應(yīng)力，MPa 凸模固定板端面壓力超過了80～90ＭＰa，為此應(yīng)在凸模頂端與模座之間加一個淬硬的155010墊芯板沖片。 6.3其他主要零件的設(shè)計 6.1、凹模的設(shè)計 b=60mm， t=08mm 由課本表4-3得系數(shù)K=0.21 凹模厚度：H=Kb=0.21×60mm=12.6mm 取H=20mm 凹模壁厚：C=（1.5～2）H =30～40mm 取C=35mm 凹模寬度：L=b+2C=(60+2×35)mm=130mm 凹模長度：L=b+2C=（60+2×35）mm=130mm 按沖壓模標準模架，由指導(dǎo)書表5-31取凹模周界尺寸 L×B×H=160mm×160mm×40mm 凹模洞口形狀采用直壁式 材料：T10A 熱處理硬度：60～64HRC 6.2、卸料和推件裝置的設(shè)計 根據(jù)要求采用彈性卸料版，取厚度為14mm 卸料版尺寸為160mm×160mm×14mm 材料：Q235 采用剛性推件裝置，直接利用壓力機的打桿裝置進行推件 材料：45鋼 熱處理：淬火 硬度：40～45HRC 6.3、凸模固定板的設(shè)計 采用階梯式 厚度h=(0.6～0.8)H凹=(0.6～0.8)×40mm=24～32 mm 取h=25mm 外形尺寸與凹模外形尺寸一致. 外形尺寸：160mm×160mm×25mm 凸模與凸模固定板配合為H7/n6 材料：Q235、 6.4、凸模的設(shè)計 采用階梯式凸模 凸模固定板厚度h1=25mm 卸料版厚度h2=14mm 條料厚度t=0.8mm, 刃口修磨量取6mm 凸模進入凹模深度取0.8mm 安全距離取18mm 凸模長度：L= h1 +h2+t+h=(25+14+6+0.8+0.8+18)mm=64.6mm 凸模材料： T10A 熱處理硬度：58～ 62HRC 6.5墊板設(shè)計 厚度一般取5～12mm, 取12mm 外形尺寸為160mm×160mm×12mm 材料：45鋼 熱處理：淬火 硬度：43～48HRC 6.6彈性元件設(shè)計 彈性元件采用橡膠 橡膠工作行程=卸料版工作行程+模具修磨量 H橡膠=H卸料版+H修磨=t+1+6=（0.8+1+6）mm=7.8mm 橡膠的自由高度H0=（3.5～4）H橡膠=（27.3～31.2）mm 取H0=30mm 矩形橡膠在預(yù)壓量為15%時單位壓力為0.5Mpa 橡膠面積：A=F卸/P=1790N/0.5Mpa=3580mm2 橡膠裝配高度：H裝配=85%H0=0.85×30=25.5mm 橡膠采用矩形，中間開圓形孔以避讓凸凹模 取避讓孔為Φ60mm 橡膠一邊取120mm 另一邊為（3580+ЛR2）/120=53.4mm 取橡膠外形尺寸120mm×55mm 為滿足橡膠的高徑比為0.5～1.5，將橡膠平分為四塊，最大尺寸為60mm，所以H0/D=30/60=0.5 選用的橡膠規(guī)格合理 卸料橡膠的設(shè)計計算見下表。選用的4塊橡膠板的厚度務(wù)必一致，不然會造成受力不均勻，運動產(chǎn)生歪斜，影響模具的正常工作。 表6-1卸料橡膠的設(shè)計 項 目 公式 結(jié)果 備注 卸料板工作行程h工 h工=h1+t+h2 4mm h1為凸、凹模凹進卸料板的高度1mm h2為凸、凹模沖裁后進入凹模的深度2mm 橡膠工作行程H工 H工=h工+h修 9mm h修為凸、凹模修模量，取5mm 橡膠自由高度H自由 H自由=4 H工 36mm 取H工為H自由的25﹪ 橡膠的預(yù)壓縮量H預(yù) H預(yù)=15﹪H自由 5.4mm 一般H預(yù)=10﹪～15﹪H自由 每個橡膠承受的載荷F1 F卸/4 1184.5N 選用四個圓筒形橡膠 橡膠的外徑D D= 48mm D為圓筒橡膠的內(nèi)徑，取d=12mm；p=0.5Mpa 校核橡膠的自由高度H自由 0.5≤H自由/D=0.75≤1.5 滿足要求 橡膠的安裝高度H安 H安=H自由-H預(yù) 30mm 3.10 標準件確定 1.螺釘固定、銷釘定位 內(nèi)六角螺釘標記：35鋼M5×45 GB70—85 螺釘標記：35鋼M5×55 GB68—76 圓柱銷釘標記：35鋼6×50 GB 119—86 止動圓柱銷標記：35鋼6×25 GB119—86 本模具是采用自動送料的級進模，切斷凸模面積較大可直接用螺釘與圓柱銷固定，沖孔凸模則須用固定板固定，凹?？芍苯佑寐葆斉c圓柱銷固定，切斷凸模的外側(cè)須有擋塊以克服側(cè)壓力，擋塊同時起到定位作用。另外，橫向的定位可在凹模上增設(shè)一個定位銷。卸料裝置采用彈性，導(dǎo)向裝置采用導(dǎo)柱導(dǎo)套。 有了上述各步計算所得的數(shù)據(jù)及確定的工藝方案，便可以對模具進行總體設(shè)計并畫草圖，從結(jié)構(gòu)來看，閉合高度： H=（35+5+25+18+14+30+40+2）=176mm 根據(jù)凹模的外形尺寸，確定下模板的外形尺寸為160mm×100mm 3.11 模具閉合高度、校驗壓力機 （1）壓力機的行程太小，應(yīng)能保證成型零件的取出和毛坯的放進，例如拉深所用的壓力機行程，至少應(yīng)大于成型零件的高度兩倍以上。 （2）壓力機工作臺面的尺寸應(yīng)大于沖模平面尺寸，且還需留有安裝固定的余地，但過大的工作臺面上安裝小尺寸的沖模，工作臺的受力條件也是不利的。 （3）所用壓力機的閉合高度應(yīng)與沖模閉合高度相適應(yīng)。 模具閉合高度是指上模在最低工作位置時，下模板的底面到上模板頂面的距離。 壓力機的閉合高度是指滑塊在下死點時，工作臺面到滑塊的距離。大多數(shù)壓力機，其連桿長度能調(diào)節(jié)，也即壓力機的閉合高度可以調(diào)整，故壓力機有最大的閉合高度，最小閉合高度。 設(shè)計模具時，模具的閉合高度的數(shù)值應(yīng)該滿足下式 5.2.1 如無特殊情況應(yīng)取上限值，即最好取在（見圖5-2），這是為了避免連桿調(diào)節(jié)過長，螺紋接觸面積小而壓壞。如果模具閉合高度實在太小，可以在壓床下面加墊板。 （4）沖壓力與壓力機能的配合關(guān)系：當進行沖裁等沖壓加工時，由于其施力行程較小，近于板料的厚度，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。 對于中小型沖裁件常采用開式曲柄壓力機。 根據(jù)總沖壓力=110.316KN，模具閉合高度，沖床工作臺面尺寸等，并結(jié)合現(xiàn)有設(shè)備，選用J23-250開式雙柱可傾沖床，并在工作臺面上備制155010墊芯板沖片。其主要工藝參數(shù)如下： 公稱壓力：250KN 滑塊行程：80mm 行程次數(shù)：100次/分 最大封閉高度：220mm 封閉高度調(diào)節(jié)量：70mm 工作臺尺寸（左右*前后）：560mm×360mm 工作臺板厚度：70mm 模柄尺寸：?50×70 傾斜角：30° 根據(jù)模具總體結(jié)構(gòu)方案和已選用的模具零件，繪制模具的總裝草圖。 由于J23-250開式壓力機最大閉合高度為220mm,因此，最大閉合高度滿足要求 4 結(jié)論與展望 經(jīng)過為期2個月的時間終于完成畢業(yè)設(shè)計，該設(shè)計是對即將畢業(yè)的我們進行的一次全面的、徹底的檢查，通過畢業(yè)設(shè)計來檢查在這兩年多里所掌握的知識，同時也是對即將踏上工作崗位的我們進行最后一次徹底的溫習(xí)，為頂崗實習(xí)做處做好的準備。我在這次設(shè)計的課題是彈簧夾線板，在設(shè)計過程中，我也遇到了一些問題，在這些問題面前，我通過翻閱資料，自己思考，與同學(xué)探討，請教我的指導(dǎo)老師，通過各種方法，使得這些問題得以解決。不過在這次設(shè)計中，讓我印象最深的問題是沖裁模具的設(shè)計，包括沖裁模具的凸、凹模刃口的計算與設(shè)計，還有模具的其他零件圖的設(shè)計和最后模具的總裝圖設(shè)計，通過我的指導(dǎo)老師的指導(dǎo)，獲得了答案，之后，我又通過查閱資料對這一問題進行了鞏固。同時，我對于在模具設(shè)計的時候，它的設(shè)計流程在這次也得到了更深的認識，使我對于沖裁件如何進行分析，比如各種沖裁方法，成型零件的設(shè)計，成型零件的加工工藝，主要工藝參數(shù)的計算以及如何校核等有了進一步的理解和掌握。 這次的畢業(yè)設(shè)計即將結(jié)束，和畢業(yè)設(shè)計不一樣，它的要求更全面，它也是淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院對我們臨行前的最后一次正式的檢閱，這讓我想到以后的工作，也許在工作崗位沒有領(lǐng)導(dǎo)花費時間在檢查上面，他們要的是經(jīng)濟效益，所以我們要在工作中對自己進行定期的檢查，讓自己更加的充實，當然這不僅僅局限于專業(yè)知識方面，也是在社會上的其他各個方面都應(yīng)有所了解和充實，讓自己在社會上能有一席之地！展望自己的未來，我不知道是什么樣子的，但是我知道我要以艱苦創(chuàng)業(yè)、自強不息、團結(jié)拼搏和勇于爭先的精神發(fā)揮我在崗位上的最大價值，當然我也要有我們學(xué)院的校訓(xùn)的品德，即明德、尚行來時刻約束著自己。 時間總是過得很快，一轉(zhuǎn)眼，兩年多就過去了，在此之際，我要向幫助過、關(guān)心過我的所有老師及同學(xué)表示衷心的感謝，希望你們事業(yè)有成  小結(jié)與致謝 本次冷沖模畢業(yè)設(shè)計是在導(dǎo)師老師指導(dǎo)下完成的，他幫我仔細審閱了本文的全部內(nèi)容并對我的設(shè)計內(nèi)容提出了許多建設(shè)性建議。老師淵博的知識，誠懇的為人，使我受益匪淺，在畢業(yè)設(shè)計的過程中，特別是遇到困難時，他給了我鼓勵和幫助，在這里我向他表示真誠的感謝！ 最后感謝各位專家的批評指導(dǎo)。 在論文完成之際，我首先先關(guān)心和指導(dǎo)我的老師表示由衷的感謝并致以崇高的敬意！ 參考文獻 1. 魏春雷，安家菊，宛強等.沖壓工藝與模具設(shè)計[M]. 北京:北京理工大學(xué)出版社，2008. 2. 曹立文，王冬，丁海娟等.實用沖壓模具設(shè)計手冊[M]. 北京:人民郵電出版社， 2007. 3. 李成凱，徐善狀，胡建新等.模具制造工藝[M]. 北京:電子科技大學(xué)出版社， 2010. 4. 韓森和，王立華，歐陽德祥.模具鉗工訓(xùn)練[M]. 北京:高等教育出版社，2010. 5. 陳隆得，趙福令.互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ)[M].大連理工大學(xué)出版社，1988. 6. 東北大學(xué)工程圖學(xué)教學(xué)與研究中心編.畫法幾何及機械制圖[M].北京:高等教育出版社,2004. 7. 中國機械工業(yè)教育協(xié)會組編.模具CAD/CAM[M].北京:機械工業(yè)出版社,2001. 8. 鄭大中,房金妹,譚平宇等.模具結(jié)構(gòu)圖冊[M].北京:機械工業(yè)出版社,1992. 9. 胡紀華,王建華,梁珣等.AutoCAD2006中文版標準教程[M].北京:電子工業(yè)出版社,2006.