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南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(論文)外文資料翻譯 系　　部： 機械工程系 專 業(yè)： 機械工程及自動化 姓 名： 干瑞彬 學(xué) 號： 05010116 外文出處：Journal of Materials Processing Technology 171 (2006) 259—267 附 件： 1.外文資料翻譯譯文；2.外文原文。 指導(dǎo)教師評語： 譯文語句通順，專業(yè)詞匯較準確，基本符合規(guī)范和畢業(yè)設(shè)計相關(guān)要求。 簽名： 年 月 日 附件1：外文資料翻譯譯文 注塑模具的設(shè)計及其熱分析 S.H. Tang ?, Y.M. Kong, S.M. Sapuan, R. Samin, S. Sulaiman 摘要：本文介紹注塑模具設(shè)計生產(chǎn)翹曲測試樣本以及為了獲得殘余熱應(yīng)力的影響在模具中執(zhí)行熱分析。這項技術(shù)、理論、方法在注射模具設(shè)計中必須被考慮運用。在商業(yè)計算機上使用13.0版本的計算機輔助設(shè)計軟件UG進行模具的設(shè)計。使用商用有限元分析軟件LUSAS分析家分析發(fā)現(xiàn)并揭示由于試樣的冷卻不均勻使塑件存在殘余熱應(yīng)力的分析報告。該軟件提供模型的溫度等高線分布圖并通過注塑周期時間響應(yīng)曲線繪制溫度變化曲線。結(jié)果表明與其它區(qū)域相比收縮更可能會發(fā)生在冷卻渠道附近。模具這種不平衡的冷卻效果有助于不同區(qū)域翹曲的產(chǎn)生。 關(guān)鍵詞：注塑模具 設(shè)計 熱分析 1． 引言 塑料工業(yè)被列為一個數(shù)十億美元的產(chǎn)業(yè)，是世界上增長最快的行業(yè)之一。在日常生活中幾乎所有的用品都離不開塑料，而大多數(shù)這些塑料都可以用注塑的方法生[ 1 ]。 眾所周知注塑成型加工是以較低的成本生產(chǎn)各種形狀復(fù)雜的幾何體產(chǎn)品 [ 2 ]。 注塑成型加工是一個循環(huán)過程。在注塑過程中有四個重要的階段。這四個階段是加料階段、保壓階段、冷卻階段和頂出頂出。塑料注塑成型加工首先是往注射機料斗中添加樹脂和適當(dāng)?shù)奶砑觿?，并加熱塑料注射機的料斗到噴嘴部分[ 3 ]。在注射溫度下模具型腔充滿熱聚合物熔體，在模具型腔填滿后的保壓階段，更高壓力下更多的聚合物熔體裝入型腔，以補償前期聚合物凝固引起的收縮。接下來是模具的冷卻階段，塑件在排出前被冷卻到足夠的強度。最后一步是頂出階段，模具開模同時頂出塑件， 然后模具再次合上并開始下一個周期。 事實證明設(shè)計和制造理想性能的高分子注塑成型零件是一個昂貴的工程，包括反復(fù)修改加工，在模具設(shè)計任務(wù)中，設(shè)計模具明確附加幾何結(jié)構(gòu)，核心方面通常包括相當(dāng)復(fù)雜的凸凹面[5]。 為了設(shè)計模具必須考慮許多重要的設(shè)計因素。這些因素分別是模具的尺寸、型腔數(shù)、型腔的布局、澆注系統(tǒng)、澆口系統(tǒng)、收縮和頂出機構(gòu)[ 6 ]。 在模具的熱分析中，其主要目的是分析影響殘余熱應(yīng)力或壓力對產(chǎn)品尺寸的影響。熱誘導(dǎo)應(yīng)力主要發(fā)生在注塑成型的冷卻階段，主要是因為其熱傳導(dǎo)性低以及熔融樹脂與模具之間的溫差。在冷卻期間產(chǎn)品的冷卻腔周圍溫度存在不均衡 [ 7 ]。 在冷卻時，冷卻管道附近的冷卻效果比遠離冷卻管道區(qū)域的冷卻效果好。不同的溫度導(dǎo)致不同的收縮，不同的收縮導(dǎo)致熱應(yīng)力而顯著的熱應(yīng)力可能會導(dǎo)致翹曲問題。因此，在冷卻階段對注射工件進行殘余熱應(yīng)力模擬分析是非常重要的[ 8 ] 。通過了解熱應(yīng)力的分布特點，可以預(yù)測殘余熱應(yīng)力引起的變形。 本文介紹了注塑模具設(shè)計生產(chǎn)翹曲試樣以及為了獲得殘余熱應(yīng)力影響而在模具中執(zhí)行熱分析。 2. 方法 2.1 設(shè)計翹曲測試樣本 本節(jié)說明了用于注塑模具的翹曲測試樣品的設(shè)計。很顯然翹曲的主要問題存在于產(chǎn)品的薄殼特征。因此，產(chǎn)品開發(fā)的主要目的是設(shè)計一個塑件，以確定注塑工件薄殼翹曲問題的有效因素。 翹曲測試樣本是薄殼塑料。樣本的總體尺寸長120mm，寬50mm,厚1mm. 用丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）作為材料，在注射溫度為210℃，壓力為60MPa,持續(xù)3s時間生產(chǎn)翹曲測試樣本。圖1顯示了翹曲測試樣本的制作 圖1 翹曲測試樣本制作 2.2 翹曲測試樣本注塑模具的設(shè)計 本節(jié)介紹了設(shè)計生產(chǎn)翹曲測試標本時，在模具的設(shè)計方面和其他方面的考慮因素。用于生產(chǎn)翹曲測試樣本注塑模具的材料是AISI1050碳鋼。在模具設(shè)計時考慮了四個構(gòu)思，其中包括： i. 三板式模具（構(gòu)思1 ）有一個型腔兩個分型面。由于成本高，所以不適用。 ii. 兩板式模具（構(gòu)思2 ）有一個型腔一個分型面但無澆注系統(tǒng)。由于單位時間內(nèi)注射生產(chǎn)量低，不適用。 iii. 雙板模具（構(gòu)思3 ）有一個分型面和兩個型腔，帶澆注和頂出系統(tǒng)。由于塑件的是薄殼的，頂桿可能破壞工件，所以不適用。 iv. 雙板模具（構(gòu)思4 ）有一個分型面和兩個型腔帶澆注系統(tǒng)，只用拉料桿為頂出機構(gòu)，避免頂出時破壞塑件。 翹曲測試樣本模具設(shè)計的第四個構(gòu)思被應(yīng)用。在模具設(shè)計中，還有許多因素需要考慮。 首先，根據(jù)注塑機使用的壓板尺寸設(shè)計模具。注塑機行程是有限的，通過兩個拉桿間的距離確定注射機的最大行程。注射機兩個拉桿間的距離為254mm，因此，最大模板寬度不應(yīng)超過254mm這個距離。此外在模具和兩連桿中留出4mm的間隙便于模具的拆裝。這最終使模具最大寬度250mm。250X250的標準模架最終被使用。其他有關(guān)模板的尺寸則列于表1 成分 規(guī)格（ mm ）寬×高度×厚度 頂端夾緊板 定模座板 動模座板 支承板 推桿固定板 推板 夾緊板底 250 × 250 × 25 200 × 250 × 40 200 × 250 × 40 37 × 250 × 70 120 × 250 × 15 120 × 250 × 20 250 × 250 × 25 模具已設(shè)計了夾緊壓力，鎖模力應(yīng)高于內(nèi)部腔力（反作用力）以避免飛邊的發(fā)生。 以提供的標準模架尺寸為根據(jù)，凹模的寬度和高度的分別是200和250毫米，使得模板上的這些尺寸有足夠的空間設(shè)計兩個水平的型腔，而凸模只需留有固定澆口套的空間以便注入溶融塑料。因此，在產(chǎn)品的表面只設(shè)計了一個分型面。在開模的時候，塑件和流道在分型面上被分開。 模具設(shè)計了直接澆口或側(cè)澆口。澆口位于流道和塑件之間。為了便于注入塑料澆口底部設(shè)計了一個20°的錐角斜度和0.5mm的壁厚。為了熔融塑料的流入，還設(shè)計了4mm寬，0.5mm厚的澆口。 在模具設(shè)計時，選定了拋物面類型的流道。在這種情況下，它的優(yōu)點是僅需簡單的加工模具凸模部分。然與圓形截面類型相比，這種類型的流道有不利之處，如更多的熱量損耗和廢料。這可能會導(dǎo)致熔融塑料更容易固化。所以在設(shè)計時應(yīng)縮短流道長度并增大流道直徑至少有6mm。 材料或熔融塑料在同一溫度同一壓力下同時被送到個模腔對于流道設(shè)計來說是很重要的一點?；谶@點，模腔的布局一般都是對稱的。 另一個設(shè)計方面是考慮到了氣孔設(shè)計。凹模和凸模配合面之間有非常好的修整，以防止飛邊的發(fā)生。然而當(dāng)模具閉合時，可能會導(dǎo)致空氣閉于型腔內(nèi)，導(dǎo)致塑件注射不足或不完整。設(shè)計足夠多的通風(fēng)孔以確保型腔內(nèi)的空氣可以被釋放，避免不完整的塑件發(fā)生。 為了讓冷卻更均勻，冷卻系統(tǒng)沿著模具型腔水平設(shè)置。在紊流的情況下，冷卻渠道提供了足夠的冷卻水冷卻模具。圖2顯示了在凸模上氣孔和冷卻管道的布局。 圖2 凸模上氣孔和冷卻管道的布局 在此模具設(shè)計中，頂出系統(tǒng)只由推桿固定板、拉料桿，澆口套組成。拉料桿設(shè)置與凸模的中心位置，在模具打開時不僅承擔(dān)拉著塑件到適當(dāng)?shù)奈恢?，而且在頂出階段，作為推桿從模具中推出塑件。因為生產(chǎn)的產(chǎn)品僅有1毫米非常薄的，所以沒有額外推桿被使用或設(shè)置。在頂出階段額外的推桿可能會造成塑件產(chǎn)生孔或破壞塑件。 最后，為補償材料的收縮足夠的尺寸偏差被考慮。 圖3顯示三維實體造型，以及利用UG開發(fā)的模具的線框模型 圖3 三維實體造型以及利用UG開發(fā)的模具的線框模型 3．結(jié)果和討論 3.1塑件的制作生產(chǎn)及調(diào)整 從模具設(shè)計和制作的角度看，在試運行階段制作的翹曲測試樣本存在缺陷。該缺陷是注射不足，飛邊和翹曲。飛邊后來通過在型腔角上銑削額外的氣孔讓空氣排除的方法解決。同時，通過減小注塑機壓力減少了飛邊的產(chǎn)生。通過控制注射時間、注射溫度、熔融溫度等不同參數(shù)，控制翹曲變形。 經(jīng)過這些修改，模具在低成本的情況下生產(chǎn)出了高質(zhì)量的翹曲測試樣本，這些試樣還需要修整。圖4顯示修整后的模具，這是加工額外的排氣孔可以消去注射不足。 圖4 加工額外的排氣孔可以消去注射不足 3.2.模具和產(chǎn)品詳細分析 在塑料注射成型過程中，熔融ABS在210 ? C溫度下通過凹模上的澆口襯套直接注射到模具型腔，經(jīng)過冷卻，塑件就成型了。塑件的生產(chǎn)周期需要花35秒，包括20秒冷卻時間。 用于生產(chǎn)翹曲測試樣本材料的是ABS在注射溫度、時間、壓力分別為210℃，3秒和60MPa。用于生產(chǎn)翹曲測試樣本注塑模具的材料是AISI1050碳鋼。 運用有限元軟件分析材料性能在決定溫度上非常重要。表2列出了ABS以及AISI 1050碳鋼的性能。 模具分析主要是凹模和凸模，因為他們是形成塑件的地方。因此，使用13.5版本的商用有限元分析軟件LUSAS分析家研究不同時段溫度的分布。使用二維熱分析研究殘余熱應(yīng)力在不同區(qū)域?qū)δ＞叩挠绊憽? 由于對稱性，只要通過凸模的垂直斷面或在注射階段當(dāng)凸凹模合在一起時的側(cè)面圖建立模型執(zhí)行熱分析。圖5所示的是模板的熱分析模型。 圖5 模具熱分析 建立模型包括分配各部分的性能以及模型的循環(huán)周期。這樣可以用有限元分析軟件用造型模擬模具模型進行分析，還可以繪制時間響應(yīng)曲線顯示再某段時間內(nèi)特定區(qū)域的溫差變化。 對試樣分析，使用13.5版本的LUSAS分析家進行雙向拉伸應(yīng)力分析。一般只需在試樣的一端施加拉力另一端則固定住，然后慢慢增加拉力一直到達塑性極限。圖6所示的是分析的負載模型。 圖6 負載模型分析的產(chǎn)品。 3.3. 模具及試樣分析的結(jié)果及討論 模具分析過程對不同時間段的熱量分布作了觀測。圖7所示是在一個完整的注塑周期中不同時間段的二維等高線熱量分布圖。 圖7 不同時段溫度分布圖 對模具進行二維分析后，可繪制出時間響應(yīng)曲線以分析殘余熱應(yīng)力對制件的影響。圖8所示是繪制時間響應(yīng)曲線所選的節(jié)點。 圖8 繪制時間響應(yīng)曲線所選的節(jié)點 圖9到圖17顯示了在圖8中被標注的不同節(jié)點的溫度分布曲線 圖9節(jié)點284溫度分布 圖10 節(jié)點213溫度分 圖11 節(jié)點302溫度分布 圖12 節(jié)點290溫度分布 圖13 節(jié)點278溫度分布 圖14 節(jié)點1838溫度分布 圖15 節(jié)點1904溫度分布 圖16 節(jié)點1853溫度分布 圖17 節(jié)點1866溫度分布 從圖9—17中很顯然被選擇用來繪制曲線的每一個節(jié)點的溫度都是遞增的,也從室溫到高于室溫，然后再次溫度下保持一段時間。這些溫度上升是由于塑料溶液注入到了塑件的型腔內(nèi)造成的。 經(jīng)過一段時間后，溫度進一步上升直至達到最高溫度，然后保持在最高溫度下。由于保壓階段涉及高壓導(dǎo)致溫度上升。溫度保持不變直到冷卻階段開始，從而導(dǎo)致模具溫度減小到一個低值，然后保持該低值。繪制的曲線是不平滑的，因為注入熔融塑料的速率和冷卻速率是相應(yīng)的。繪制的曲線圖僅僅顯示了在周期內(nèi)溫度能達到的最大值。 冷卻階段是決定殘余熱應(yīng)力的最關(guān)鍵階段。這是因為冷卻階段，材料冷卻從上面到下面玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。物質(zhì)的不均勻收縮可能產(chǎn)生熱應(yīng)力從而引起翹曲。 如圖9-17中所示冷卻階段后的溫度，很明顯在冷卻管道附近的塑件由于溫度減小的更多，塑件獲得了更好的冷卻而遠離冷卻管道區(qū)域的塑件冷卻效果差。冷卻效果好、冷卻速度快意味著在該區(qū)域發(fā)生更多的收縮。最遠的區(qū)域節(jié)點284，雖然遠離冷卻管道，但由于向空氣中散熱冷卻更快。 因此，冷卻通道設(shè)在產(chǎn)品型腔的中心，造成冷卻管道附近和其他區(qū)域間產(chǎn)生溫差。由于發(fā)生收縮使得在塑件的中心區(qū)域產(chǎn)生壓應(yīng)力以及由于發(fā)生不均衡的收縮導(dǎo)致翹曲。然而，在冷卻后不同節(jié)點的溫差很小，翹曲變形也不是很明顯。對設(shè)計師來說設(shè)計一副殘余熱應(yīng)力效果小和高效的冷卻系統(tǒng)是非常重要的。 對于產(chǎn)品分析,從被實行開始到分析塑料產(chǎn)品,在產(chǎn)品上不同載荷因素的狀態(tài)下的應(yīng)力分配情況可以通過觀察生成的二維曲進行線分析。圖18—21顯示了不同荷載增量下的等效應(yīng)力圖。 圖18 荷載增量1下的等效應(yīng)力圖 圖19 荷載增量14下的等效應(yīng)力圖 圖20 荷載增量16下的等效應(yīng)力圖 圖21 荷載增量23下的等效應(yīng)力圖 在關(guān)鍵的127節(jié)點，選定產(chǎn)品的最大拉應(yīng)力進行分析。應(yīng)力應(yīng)變曲線和應(yīng)力負載增量曲線。如圖22和23 圖22 應(yīng)力應(yīng)變曲線 圖23 應(yīng)力與負載增量曲線 參考負載應(yīng)力曲線如圖23,它很清楚表明產(chǎn)品在增加拉力載荷，直到它達到了23的負載因數(shù),這意謂產(chǎn)品能抵抗的1150 N的拉力。由圖23可知,對產(chǎn)品的固定端以施加最大應(yīng)力3.27 ×107 Pa時損壞可能發(fā)生在其附近區(qū)域。 該產(chǎn)品應(yīng)力分析資料十分有限，因為生產(chǎn)產(chǎn)品的目的是為了翹曲測試，所以沒必要進行拉伸負載分析。但是在未來，應(yīng)當(dāng)確定產(chǎn)品情況，以便在其他各種負載情況下執(zhí)行進一步的分析。 4．結(jié)論 經(jīng)過翹曲測試試樣的分析確定影響翹曲的參數(shù)來設(shè)計的模具已經(jīng)使產(chǎn)品質(zhì)量達到最高。生產(chǎn)測試試樣所需的成本很低而且只需經(jīng)過很少的表面處理。 通過注塑模的熱分析得出殘余熱應(yīng)力對試樣的影響，對加載拉應(yīng)力的分析也可以預(yù)測到翹曲測試試樣所能承受的最大拉力。 鳴謝 作者要感謝馬來西亞博特拉大學(xué)工學(xué)部發(fā)行出版了本文。 參考文獻 附件2：外文原文（復(fù)印件） 河南機電高等?？茖W(xué)校 學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文）中期檢查表 學(xué)生姓名 學(xué) 號 指導(dǎo)教師 選題情況 課題名稱 石英表墊片的冷沖模具設(shè)計 難易程度 偏難 適中 偏易 工作量 較大 合理 較小 符合規(guī)范化的要求 任務(wù)書 有 無 開題報告 有 無 外文翻譯質(zhì)量 優(yōu) 良 中 差 學(xué)習(xí)態(tài)度、出勤情況 好 一般 差 工作進度 快 按計劃進行 慢 中期工作匯報及解答問題情況 優(yōu) 良 中 差 中期成績評定： 所在專業(yè)意見： 負責(zé)人： 年 月 日 河南機電高等?？茖W(xué)校 畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書 系 部： 專 業(yè)： 學(xué)生姓名: 學(xué) 號: 設(shè)計(論文)題目： 石英表墊片的冷沖模具設(shè)計 起 迄 日 期: 2006年4月 1 日~ 5月20日 指 導(dǎo) 教 師: 發(fā)任務(wù)書日期: 2006 年 5月 10日 畢 業(yè) 設(shè) 計任 務(wù) 書 1．本畢業(yè)設(shè)計課題來源及應(yīng)達到的目的： 本次的石英表墊片設(shè)計來源于沖壓模具設(shè)計與制造。 達到的目的：鞏固所學(xué)專業(yè)知識和熟練操作計算機的能力，同時也認識到了自己在各方面的不足，需要改進和向虛心地別人學(xué)習(xí)請教。 2．本畢業(yè)設(shè)計課題任務(wù)的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）： 課題內(nèi)容：設(shè)計一套零件為石英表墊片的冷沖級進模具。 1.沖壓零件的工藝分析 2.沖壓工藝方案的確定 3.主要設(shè)計計算 4.模具總體設(shè)計 5.模具總裝配和調(diào)試 所在專業(yè)審查意見： 負責(zé)人： 年 月 日 系部意見： 系領(lǐng)導(dǎo)： 年 月 日 河南機電高等專科學(xué)校 材料工程系 模具設(shè)計與制造 專業(yè) 畢業(yè)設(shè)計 設(shè)計題目： 石英表墊片的冷沖模設(shè)計 班 級： 姓 名： 指導(dǎo)老師： 完成時間： 2006年5月 畢業(yè)設(shè)計成績 畢業(yè)設(shè)計成績 指導(dǎo)老師認定成績 小組答辯成績 答辯成績 指導(dǎo)老師簽字 答辯委員會簽字 答辯委員會主任簽字 畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書 題目：石英表墊片的冷沖模具設(shè)計 內(nèi)容：（1）沖壓零件的工藝分析 （2）沖壓工藝方案的確定 （3）主要設(shè)計計算 （4）模具總體設(shè)計 （5）主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 （6）模具總裝配和調(diào)試 原始資料: 凸模加工工藝過程卡 機械加工工藝過程卡片 產(chǎn)品型號 零（部）件圖號 凸模 產(chǎn)品名稱 零（部）件名稱 共（1）頁第（1）頁 材料牌號 Cr12MoV 毛坯 種類 塊料 毛坯外型尺寸 58×18×21 每個毛坯可制件數(shù) 1 每臺 件數(shù) 1 備注 工序號 工序名稱 工 序 內(nèi) 容 車間 工段 設(shè)備 工 藝 裝 備 工時 準終 單件 01 鍛造 消除毛坯組織缺陷，改善其力學(xué)性能。 空氣錘 鉗子、卡尺 0.25h 02 退火 改善毛坯的切削加工性及消除熱加工的組織缺陷。 煤氣爐 鉗子 8h 03 銑削 進行粗加工，留精加工余量及研磨量。 銑床 夾具、卡尺 0.5 04 調(diào)質(zhì) 達到零件各項力學(xué)性能要求。 調(diào)質(zhì)爐 鉗子 10h 05 磨削 進行精加工，留研磨量。 加工中心 夾具、卡尺 3h 06 研磨 進行研磨使得零件達到零件圖上各項要求。 砂布 千分尺 15h 07 檢驗 對零件進行復(fù)查 0.5h 設(shè)計日期 審核日期 標準化日期 會簽 日期 標記 記數(shù) 更改文 件號 簽字 日期 標記 處數(shù) 更該文件號 凹模加工工藝過程卡 機械加工工藝過程卡片 產(chǎn)品型號 零（部）件圖號 凹模 產(chǎn)品名稱 零（部）件名稱 共（1）頁第（1）頁 材料牌號 Cr12MoV 毛坯 種類 塊料 毛坯外型尺寸 93×83×23 每個毛坯可制件數(shù) 1 每臺 件數(shù) 1 備注 工序號 工序名稱 工 序 內(nèi) 容 車間 工段 設(shè)備 工 藝 裝 備 工時 準終 單件 01 鍛造 消除毛坯組織缺陷，改善其力學(xué)性能。 空氣錘 鉗子、卡尺 0.25h 02 退火 改善毛坯的切削加工性及消除熱加工的組織缺陷。 煤氣爐 鉗子 8h 03 銑削 進行粗加工，留精加工余量及研磨量。 銑床 夾具、卡尺 0.5 04 電火花加工 加工凹模腔 電火花成型機 夾具 尺子 6h 05 鉗工劃線 定位螺紋孔 尺子 粉筆 0.5h 06 鉆孔 鉆螺紋孔并加工螺紋 鉆機 夾具 2h 07 調(diào)質(zhì) 達到零件各項力學(xué)性能要求。 調(diào)質(zhì)爐 鉗子 12h 08 磨削 進行精加工，留研磨量。 加工中心 夾具、卡尺 5h 09 研磨 進行研磨使得零件達到零件圖上各項要求。 砂布 千分尺 20h 10 檢驗 對零件進行復(fù)查 0.5h 設(shè)計日期 審核日期 標準化日期 會簽 日期 標記 記數(shù) 更改文 件號 簽字 日期 標記 處數(shù) 更該文件號 抓圖清單 3.1.1 毛壞展開圖……………………………………………………………………7 3.1.2 直對排圖………………………………………………………………………8 3.1.3 直排圖…………………………………………………………………………8 3.3.1 落料凸模壓力中心圖 ………………………………………………………10 3.3.2 沖孔凸模壓力中心圖 ………………………………………………………11 3.4.1 落料凹模尺寸圖 ……………………………………………………………13 3.4.2 落料凸模尺寸圖 ……………………………………………………………14 5.1.1 沖孔凸模圖 …………………………………………………………………17 5.1.2 凹模刃口圖 …………………………………………………………………18 5.1.3 凹模刃口形式圖 ……………………………………………………………19 5.2.1 導(dǎo)正銷 ………………………………………………………………………19 5.3.1 導(dǎo)料板 ………………………………………………………………………20 7.1.1 沖孔級進模 …………………………………………………………………25 級進模具結(jié)構(gòu)設(shè)計 摘要 設(shè)計著重介紹了制件的成型工藝，及模具結(jié)構(gòu)設(shè)計。通過對制件的工藝分析，確定了工藝方案。并設(shè)計了一套正裝級進模具。在設(shè)計同時利用參考資料，確定了各工作零件的尺寸。并較多的考慮了模具結(jié)構(gòu)的調(diào)整性、易更換性及模具成本。同時在模具設(shè)計內(nèi)容中融匯了沖壓模具的不同加工方法、加工工藝及裝配工藝，對初學(xué)沖壓模具模設(shè)計者有一定的參考價值。本設(shè)計從模具設(shè)計到零部件的加工工藝以及裝配工藝等進行詳細的闡述，并應(yīng)用CAD進行各重要零件的設(shè)計。 關(guān)鍵詞：成型工藝、 結(jié)構(gòu)設(shè)計、 工藝分析、 級進模具、裝配。 the compound mold of the structural design Abstract The design introduced emphatically the workpiece takes shape the craft, and mold structural design. Through to the workpiece craft analysis, has determined the craft plan. And has designed set of true things compound molds. Uses the reference during the design, has determined each work components size. And many considerations mold structure adjustment, easy replacement and mold cost. Meanwhile has blended together the ramming mold different processing method in the mold design content, the processing craft and the assembly craft, to begins studies the ramming mold mold designer to have the certain reference value. This design designs from the mold to the spare part processing craft as well as the assembly craft and so on carries on the detailed elaboration, and carries on each important components using CAD the design. Key word: Takes shape the craft, the structural design, the craft analysis, the compound mold, the assembly. 河南機電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計說明書 石英表墊片的冷沖模具設(shè)計 緒論 一. 冷沖的概念 冷沖是利用安裝在壓力機上的沖模對材料施加壓力，使其產(chǎn)生分離或塑性變形，從而獲得所需零件的一種加工方法。因為它通常是在室溫下進行加工，所以稱為冷沖。又因為它主要是用板料加工成零件，所以又稱為板料沖壓。冷沖壓不但可以加工金屬材料，而且還可以加工非金屬材料。 二. 冷沖的現(xiàn)狀和發(fā)展動向 隨著近代工業(yè)的發(fā)展，對冷沖壓提出了越來越高的要求，因而也促進了冷沖技術(shù)的迅速發(fā)展。 1. 沖壓工藝方面 提高勞動生產(chǎn)率及產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本和擴大沖壓工藝應(yīng)用范圍的各種沖壓新工藝，是研究的推廣的大的方向。 冷擠壓是一種生產(chǎn)率高和產(chǎn)品大都是好的先進加工工藝。用冷擠壓方法的零件一般不需要或只需要進行少量切削加工。目前，冷擠不但應(yīng)用于生產(chǎn)有色金屬零件，還應(yīng)用于黑色金屬零件的生產(chǎn)。隨著模具設(shè)計與制造技術(shù)及模具材料的發(fā)展，冷擠壓的應(yīng)用范圍也將越來越廣泛。 用液體，橡膠，聚氨酯等柔軟性凸?；虬寄泶鎰傂酝鼓；虬寄?，對板料料進行沖壓加工，在選定的生產(chǎn)條件下，具有明顯的經(jīng)濟效果。用此方法能加工出普通沖壓方法難以加材料和復(fù)雜形狀零件，因而在生產(chǎn)中受到人民的重視。 2.沖模方面 沖模是實現(xiàn)沖壓生產(chǎn)的基本條件。在沖模的設(shè)計和制造上，目前正朝著以下兩方面發(fā)展。一方面，為了適應(yīng)高速，自動，精密，安全等大批量現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要，沖模正向高效率，高精度，高壽命，自動化方向發(fā)展。在我國，工位數(shù)達到37甚至更多的級進模，壽命達千萬次以上的硬質(zhì)合金模，精度和自動化程度相當(dāng)高的沖模都已經(jīng)應(yīng)用在生產(chǎn)中。同時，由于這樣的沖壓對加工，裝配，調(diào)整，維修要求很高，因此各種高效，精度，數(shù)控，自動化的模具加工機床和檢測設(shè)備也正在迅速發(fā)展，如我國的數(shù)控銑床和坐標磨床等先進模具加工設(shè)備已達到一定的水平。一方面，為了產(chǎn)品更新?lián)Q代和試制或小批量的生產(chǎn)的需要，鋅合金模，聚氨酯橡膠模，薄板沖模，鋼帶沖模，組合沖模等各種簡易沖模及模具及其制造工藝也得到迅速發(fā)展。 在模具材料及熱處理等方面，國內(nèi)外都進行了不少研制工作，并取了很好的實際效果，如65Nb.LD1.012Al.CG2等就是我國研制的性能優(yōu)良的沖模材料。 模具標準化和專業(yè)化生產(chǎn)，已得到模具行業(yè)的廣泛重視。這是由于模具標準化是組織模具專業(yè)化生產(chǎn)的前提，而模具的專業(yè)化生產(chǎn)是提高模具質(zhì)量，縮短模具制造周期，降低成本的關(guān)鍵。我國已經(jīng)頒布了冷沖壓術(shù)語，冷沖模部件的國家標準。沖模的專業(yè)化生產(chǎn)正處于積極組織的實施之中。但總的來說，我國的模具的標準化和專業(yè)水平還是比較低的。 模具的計算機輔助設(shè)計（CAD）與模具的輔助制造（CAM）也已引起了國內(nèi)外模具行業(yè)的極大重視。可以說，計輔助設(shè)計與計算機輔助制造是沖壓工藝編制及沖模設(shè)計與制造走向全盤自動化的重大措施。由于采用了CAD/CAM技術(shù)，不僅使沖模設(shè)計與制造周期在為縮短，而且提高了質(zhì)量，因而它的開發(fā)和應(yīng)用已成為當(dāng)前沖模乃至其它技術(shù)發(fā)展中引人注目的課題。 3. 沖壓設(shè)備和沖壓生產(chǎn)自動方面 性能良好的沖壓設(shè)備是提高沖壓生產(chǎn)技術(shù)的基本條件。高精度，高壽命，高效率的沖模需要精度，高自動化的壓力機與之相配。目前，這方面主要是從兩個方面予以研究和發(fā)展：一是對目前我國大量使用的普通沖壓設(shè)備加以改進，即在普通壓力機的基礎(chǔ)上，加上送料裝置和檢測裝置，以實現(xiàn)半自動化或全自動化生產(chǎn)，改進沖壓設(shè)備結(jié)構(gòu)，保證必要的剛度和精度，提高其工藝性能，以提高沖壓件精度，延長沖模使用壽命；二是積極發(fā)展高速壓力機和多工位自動壓力，開發(fā)數(shù)控壓力機，沖壓柔性制造系統(tǒng)（FMS）及各種專用壓力機，以滿足大批量生產(chǎn)的需要。 沖壓生產(chǎn)的自動化是提高勞動生產(chǎn)和改善勞動條件的有效措施。由于冷沖操作簡單，坯料和工序件形狀比較規(guī)則，一致性好，所以容易實現(xiàn)生產(chǎn)自動化。沖壓生產(chǎn)自動化包括原材料的輸送，沖壓工藝過程及檢測，沖模的更換的安裝，廢料處理各個環(huán)節(jié)，但基本的是壓力機自動化和沖模自動化。除了上述自動壓力機和數(shù)控壓力機之外，適用各種條件下自動操作的通用裝置和檢測裝置，如帶料，條料或工序件的自動送料裝置，自動出件與理件裝置，送料位置和加工結(jié)果檢測裝置等都是實現(xiàn)普通壓力機和沖模自動化的基本裝置。國內(nèi)實際生產(chǎn)應(yīng)用情況表明，這方面的水平正在不斷提高。 4. 冷沖壓基本原理的研究 冷沖壓工藝及模具設(shè)計與制造方面的發(fā)展與沖壓變形基本原理的研究取得進展是分不開的，例如，板料沖壓工藝性能的研究，沖壓成形過程應(yīng)變分析和計算機模擬，板料變形規(guī)律的研究，從坯料變形規(guī)律出發(fā)進行坯料與沖模之間相互作用的研究，在沖壓變形條件下的摩擦，潤滑機理方面的研究，為逐步建立起緊密結(jié)合生產(chǎn)的先進的沖壓工藝及模具方面打下了基礎(chǔ)。 石英表墊片的冷沖模具設(shè)計 工件名稱：石英表墊片 生產(chǎn)批量：大批量 材 料：H62軟黃銅 厚 度：0.5mm 工件簡圖： 石英表墊片 第一章 沖壓零件的工藝性分析 圖示零件材料為0.5mm厚H62軟黃銅板，能夠進行一般的沖壓加工，市場上也容易得到這種材料，價格適中。 外形落料的工藝性：石英表墊片屬于小尺寸零件，料厚0.5mm，外形復(fù)雜程度一般，尺寸精度要求一般，因此可采用落料工藝獲得。 彎曲的工藝性：U彎曲R1.6 mm，高度4 mm，要求一般可以用彎曲工藝來獲得 沖孔的工藝性：φ2.6mm的孔，尺寸精度要求較高，可采用沖孔。 此工件只有外形落料、彎曲和沖孔三個工序。圖示零件尺寸除φ2.6mm的孔均為未注公差的一般尺寸，按慣例取IT14級，符合一般級進沖壓的經(jīng)濟精度要求，模具精度取IT9級即可。 由以上分析可知，圖示零件具有比較好的沖壓彎曲工藝性，適合沖壓彎曲生產(chǎn)。 第二章 沖壓工藝方案的確定 石英表墊片零件所需的基本沖壓工序為彎曲、落料和沖孔，可擬訂出以下三種工藝方案。（本次設(shè)計不包含彎曲模設(shè)計） 方案一：用簡單模分兩次加工，即落料——沖孔。 方案二：沖孔落料彎曲復(fù)合模。 方案三：沖孔落料級進模。 方案一，生產(chǎn)率低，工件的累計誤差大，占用兩套模具生產(chǎn)設(shè)備成本比較高，操作不方便，難于滿足大批量生產(chǎn)要求，。 方案二：沖孔落料兩個工序都在同一個工位上完成，生產(chǎn)率較方案一和方案三都高，生產(chǎn)出的制品的精度也較高，占用設(shè)備數(shù)量少，但從表2.9.6可知工件最小壁厚最大才1.95mm接近工件最小壁厚1.6mm，模具壽命較低，模具制造成本較方案一和方案二都高。 方案三：沖孔在一個工位，落料在一個工位。其生產(chǎn)效率較方案一高較方案二低，其模具制造難度較方案二小，成本也較低，操作還方便，模具壽命較方案二高。 石英表墊片零件為大批量生產(chǎn)，沖2.6的孔有公差要求，落料精度要求不太高，且為大批量生產(chǎn)，使用方案三角方案一和方案二更適合零件的生產(chǎn)要求。故選方案三，即采用沖孔、落料級進模。 第三章 主要設(shè)計計算 3.1 排樣方法的確定及其計算 3.1.1 毛坯的尺寸計算 該制件彎曲端展開后的長度L和寬度B計算： L=10+=13.25mm U形件的計算毛坯展開長度的公式查表5—12[3]得 B= 查表5—8[3] 中性層位移系數(shù)x=0.52 B=(4-1.165)+(4-1.165)+3.14×(1.6-0.5+0.5×0.53)=9.6mm 該毛坯的攻堅展開圖如圖3.1.1所示: 圖3.1.1 毛坯展開圖 一個工件平展后的面積：S76.32mm2 3.1.2 確定零件的排樣方案 設(shè)計模具時，條料的排樣很重要。石英表墊片零件具有一頭大一頭小的特點，有兩種排列方案；對排調(diào)頭沖和單向排列。 方案一：對排調(diào)頭沖的送料方式，即隔位沖，條料完成一個方向的沖壓后，將條料水平方向旋轉(zhuǎn)1800，再沖第二遍，在第一次沖裁的間隔中沖裁出第二部分。 方案二：采用單向排列的送料方式，如圖3.1.3所示： 圖3.1.2 直對排 圖3.1.3 直排 方案比較：條料寬度、導(dǎo)尺間寬度和材料利用率的計算 查表2.5.2[1]取得工件間和側(cè)面的搭邊值為1.8mm和2.0mm 方案一：步距B=4.8+4.8+5.9=15.5mm 方案二：步距B=4.8+1.8+4.8=11.4mm 條料寬度的計算：擬采用無側(cè)壓裝置的送料方式，由b-Δ=〔D+2a+c1〕- Δ D—條料寬度方向沖裁件的最大尺寸 a—側(cè)搭邊值 c1—導(dǎo)料板與最寬條料之間的最小間隙。查表2.5.5[1]取Cmin=0.5mm 方案一：取得條料寬度為 b=13.25+2+2+4.5+0.5=22.25mm 導(dǎo)尺間距離的計算：s=D+2(a+Cmin),代入數(shù)據(jù)計算得導(dǎo)尺間距離為23.25mm。 方案二：取得條料寬度為 b=13.25+2×2+0.5=17.75mm。 導(dǎo)尺間距離的計算：由s=D+2(a+Cmin),代入數(shù)據(jù)計算得導(dǎo)尺間距離為18.75 mm。 材料利用率的計算： 一個步距內(nèi)的材料利用率 = 式中 A—一個沖裁件的面積，mm2 B—條料寬度，mm s—步距， mm 方案一 ： ==44.26% 方案二： ==38.81% 所以，選用方案一，即采用對排調(diào)頭沖的排樣方式。 3.2 沖裁工序總力的計算 沖裁力是沖裁過程中凸模對板料施加的壓力，這是隨著實際計算沖裁力時按下面公式：F=KLtτ 式中 F—沖裁力（kN） L—沖裁件剪切周邊長度（mm ） t—沖裁件材料厚度（mm） τ—被沖材料的抗剪強度(MFa) K—系數(shù)，一般取1.3 上式中抗剪強度τ與材料種類和坯料的原始狀態(tài)有關(guān)，可在手冊中查詢。為方便計算，可取材料的τ=0.8σb,故沖裁力表達式又可表示為：F＝=1.3Ltτ≈Ltσb 式中 ：σb——被沖材料抗拉強度(MFa)。表8—9[2]得H62軟黃銅的σb=294MFa L=9.6+4×2+（4.8-3.4）×2+=46.1mm F=46.1×0.5×294=6776.7N 卸料力 F＝KF 式中： F——卸料力系數(shù)； K——卸料力系數(shù)，表2.6.1，取K＝0.06 F＝406.602N 推件力 FT =nKTF KT—推件力系數(shù), 表2.6.1, 取KT=0.06 n—同時卡在凹模的工件(或廢料)數(shù),其中n=h/t h—凹模刃部直壁洞口高度（mm）， t—料厚( mm) 表3—63[3]可得和h=4mm,故n=8 F=8×0.06×6776.7=3252.9N 沖壓工序總力 FZ=F+ F+ FT =+6776.7+406.602+3252.9 =10436.202N 取F＝10.5KN 3.3 壓力中心的計算 模具的壓力中心就是沖壓力合力的作用點。為了保證壓力機和模具的正常工作，應(yīng)使模具的壓力中心與壓力機的中心滑塊中心線重合。否則，沖壓時滑塊就會承受偏心載荷，導(dǎo)致滑塊導(dǎo)軌與模具的導(dǎo)向部分不正常的磨損，還會使合理的間隙得不著保證，從而影響制件的質(zhì)量和降低模具的壽命，甚至損壞模具。 計算其壓力中心的步驟如下： 〔1〕、按比例畫出凸模的工作部分剖面圖（見圖3.3.1） 〔2〕、在任意距離處作x-x軸y-y軸 〔3〕、 分別計算出各線段和圓弧的重心到x-x軸的距離y1, y2, y3, y4和到y(tǒng)-y軸的距離x1, x2, x3, x4, 〔4〕、落料凸模的壓力中心到坐標軸的距離下式確定： 圖3.3.1 落料凸模壓力中心圖 到y(tǒng)-y軸的距離 X===4.94mm 到x-x軸的距離 y0= ==0mm 〔5〕、沖孔凸模為規(guī)則的圓凸模 ，則總的壓力中心為 到y(tǒng)-y軸的距離 x0= ==5.7mm 到x-x軸的距離 y0= = =1.55m 圖3.3.1 沖孔凸模壓力中心圖 3.4 工作零件刃口尺寸的計算 工作零件的形狀比較簡單，適宜采用線切割機床分別加工落料凸模、凹模、凸模固定板以及卸料板，這種加工方法可以保證這些零件各個孔的同軸度，使裝配工作簡化。因此工作零件刃口尺寸計算就按分開加工的方法來計算。 沖孔時，確定凹模尺寸，使凹模的基本尺寸接近或等于工件輪廓的最小尺寸；將凹模尺寸減去最小合理間隙值得到凸模尺寸。 dT =（d+x△） d=( d+x△+ Z) 落料時，確定凹模尺寸，使凹模的基本尺寸接近或等于工件輪廓的最小尺寸；將凹模尺寸減去最小合理間隙值得到凸模尺寸。 D= (D-x△) D=(D-x△- Z） 式中 D D——落料凹模和凸模的刃口尺寸，mm dT d——沖孔凹模和凸模的刃口尺寸，mm d——沖孔件的最小極 x——磨損系數(shù)，查表2-30[2]得： x=0.5 Zmin——雙面間隙，mm △——工件公差，mm δ——凸模和凹模的制造公差，mm 查GB/T1673－1997得到Z=0.025mm, Zmax=0.035mm 3.4.1 沖裁孔凸模、凹模刃口尺寸的計算 凸模尺寸 查表2-29[2]查得δ凸=-0.004，δ凹=+0.006 daF=（d+x△）-δF0 =(2.6+0.5×0.15)0-0.004 =2.6750-0.004 凹模尺寸 由表2-23[2]得Zmin=0.025 dd=(d+x△+Zmin)0+δ=(2.675+0.025)0+0.006 =2.70+0.006 3.4.2 外形落料凸模、凹模刃口尺寸的計算 因此落料件為復(fù)雜的制件，所以利用凸凹模配合法，這種方法有利于獲得最小的合理間隙，放寬對模具的加工設(shè)備的精度要求。 采用配作法，計算凹模的刃口尺寸，首先是根據(jù)凹模磨損后輪廓變化情況正確判斷出模具刃口各個尺寸在磨損過程中是變大還是變小，還是不變這三種情況，然后分別按不同的計算公式計算。 [1] 凹模磨損后會增大的尺寸-------第一類尺寸A 第一類尺寸：Aj=(Amax-x△)0+0.25△ [2] 凹模磨損后會減小的尺寸-------第二類尺寸B 類尺寸：Bj=(Bmax+x△)0-0.25△ [3] 凹模磨損后會保持不變的尺寸-------第三類尺寸C 第三類尺寸：Cj=(Cmin+0.5△)60.125△ 只需要計算出凹模刃口尺寸及制造公差，凸模刃口尺寸由凹模實際尺寸按間隙要求配作。 落料凹模的基本尺寸計算如下： 第一類尺寸：磨損后增大的尺寸 查表2—34[2]得x△=0.180 △=0.360 A1=(Amax-x△) 0+0.25△=(10-0.180) 0+0.25×0.360=9.8200+0.090 A2=(Amax-x△) 0+0.25△=(9.6-0.180) 0+0.25×0.360=9..4200+0.090 查表2—34[2]得x△=0.150 △=0.300 A3=(Amax-x△) 0+0.25△=(4-0.150) 0+0.25×0.300=3.85 0+0.075 查表2—34[2]得x△=0.150 △=0.300 A4=(Amax-x△) 0+0.25△=(3.25-0.150) 0+0.25×0.300=3.100+0.075 查表2—34[2]得x△=0.250 △=0.130 δ=+0.06 A5=(Amax-x△) 0+0.25△=(2-0.250) 0+δ=1.750+0.06 落料凹模的基本尺寸，分別是9.82mm、9.42mm、3.85mm、3.10mm、1.75mm不必標注公差，但要在技術(shù)條件中注明：凸模實際刃口尺寸與落料凹模配制，保證最小雙面合理間隙值Zmin=0.025mm。落料凹模和落料凸模的尺寸如圖3.4.1： 圖3.4.1落料凹模尺寸圖 圖3.4.2落料凸模尺寸 3.5 卸料橡膠的設(shè)計 本模具中橡膠板的工作行程由以下幾個部分組成：凸模修模量5mm；凸模凹進卸料板1mm；公件厚度0.5mm；凸模沖裁后進入凹模1mm；以上四項長度之和就是橡膠板的工作行程S工作；即 H工=（5+1+1+0.5）mm=7.5mm 取自由高度為工作行程的25%,則橡膠的自由高度為: H自由=4 H工=30mm 取預(yù)壓縮量為自由高度的15%，則橡膠的預(yù)壓縮量為： H＝15％H自由＝0.15×30＝4.5mm 選用兩個橡膠。則每個橡膠承受的載荷為： F＝F卸/4=406.602/4=101.65N 取圓筒形橡膠的內(nèi)徑d=10mm, 由圖1-17可查出P=0.5MFa,橡膠的外徑為: D＝= =18mm, 取D＝20mm 校核橡膠自高度H自由：0.5≤H自由/D=1.5≤1.5,滿足要求。 橡膠的安裝高度：H＝H自由－H＝25.5mm 每個橡膠用螺釘安裝在一塊，，中間鉆孔。兩塊橡膠板的厚度務(wù)比一致，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。 第四章 模具總體設(shè)計 4.1 模具類型的選擇 由沖壓工藝分析可知，采用級進沖壓，所以模具類型為級進模。為方便小孔廢料和成形工件的落下，采用正裝結(jié)構(gòu)：即沖孔凸模和落料凸模都安排在上模；落料凹模安排在下模。 4.2 定位方式的選擇 本工件在級進模中尺寸是較小的，又是大批量生產(chǎn)，順沖時第一個工位采用始用擋料裝置定位，第二個工位采用固定擋料銷定位。調(diào)頭沖時第一個工位設(shè)置一個始用擋料裝置定位（和順沖時的始用擋料銷定位不在同一個位置），第二工位靠固定擋料銷定位。送料時廢料孔與固定擋料銷作為粗定距，在大凸模上安裝一個導(dǎo)正銷，利用條料上φ2.6m的孔做導(dǎo)正銷孔進行導(dǎo)正，依此作為條料送進的精確定距。 4.3 卸料，出件方式的選擇 本模具采用正裝結(jié)構(gòu)，沖孔廢料留在凹模孔洞中，為了簡化模具結(jié)構(gòu)，可以在下模座中開有通槽，使廢料從孔洞中落下；工件厚度為0.5mm，為了保證工件有比較好的平整度，采用彈性卸料裝置。采用手工送料方式。 4.4 導(dǎo)向方式的選擇 為確保零件的質(zhì)量及穩(wěn)定性，選用導(dǎo)柱、導(dǎo)套導(dǎo)向。由于已經(jīng)采用了手工送料方式，為了提高開敞性和導(dǎo)向均勻性，采用中間導(dǎo)柱模架。 第五章 主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 5.1 工件零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 5.1.1 落料凸模 結(jié)合工件外形并考慮加工，將落料凸模設(shè)計成直通式，采用線切割機床加工，2個M6螺釘固定在墊板上，與凸模固定板配合按H6/m5。其總長度L為： L=h1+h2+t+h 式中 L—凸模長度， mm h1—凸模固定板高度，mm h2—卸料板高度，mm t—材料厚度 ，mm h—增加長度。它包括凸模的修模量，凸模進入凹模的深度（0.5～1mm）,凸模固定板與卸料板之間的安全距離等，一般取10～20mm。 L＝0.4L+14+0.5+15.5mm 得到L＝50mm 5.1.2 沖孔凸模 因為所沖孔為圓形，而且都不屬于需要特別保護的小凸模，所以沖孔凸模采用階梯式，采用和落料凹模一樣的尺寸就行，一方面加工簡單，另一方面又便天安裝與更換。沖孔凸模強度校核，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≥ 式中 dmin—圓形凸模最小截面直徑，mm t—沖裁材料厚度，mm —沖裁材料的抗剪強度，MFa —凸模材料許用強度，?。?.0～1.6）×103MFa dmin≥==0.52mm 所以承壓能力足夠。 凸模固定端面的壓力： 　　　q =< 式中　q—凸模固定端面的壓力，MFa F—落料或沖孔的沖裁力，N 　　　—模座材料許用壓應(yīng)力，MFa q ==71.4MFa< 滿足壓力要求。 沖2.6的圓形凸模結(jié)構(gòu),文獻查得D＝8mm，D＝5mm，l＝8mm，h=3mm如圖: 圖5.1.1 沖孔凸模圖 5.1.3 凹模 5.1.3.1 凹模尺寸的計算 整體式凹模裝于下模座上，由于下模座孔口較大因而使工作時承受彎曲力矩，若凹模高度H及模壁厚度c不足時，會使凹模產(chǎn)生較大變形，甚至破壞。各沖裁的凹?？拙捎镁€切割加工，安排凹模在模架上的位置時，要依據(jù)計算的壓力中心的數(shù)據(jù)，使壓力中心與模柄中心重合。 凹模的長度選取要考慮以下因素： 〔1〕保證有足夠的安裝彈性卸料板的位置。 〔2〕便于導(dǎo)尺發(fā)揮作用，保證送料粗定位精度。 由于凹模受力復(fù)雜，凹模高度可按經(jīng)驗公式計算，即 凹模高度H=kb （≥15mm） 凹模壁厚c=(1.5～2)H (≥30～40mm) 式中k=系數(shù)，查表8—1[3]得K=0.30 b----凹模刃口的最大尺寸（mm）; c-----凹模壁厚，指刃口至凹模外形邊緣的距離； 凹模高度H=0.30×13.3mm=6mm 按經(jīng)驗要求取標準值15mm 凹模壁厚c=2H = 2×15=30mm 凹模寬度 B＝b+2c=(15+2×30)=75mm 凹模長度 L＝（9.6＋5.9＋4.8＋1.3）＋2×30＝81.6，取85mm 凹模材料選用Cr12制造，熱處理硬度為58～62HRC。圖5.1.2凹模刃口圖 5.1.3.2 凹模刃口的形式 根據(jù)沖裁件的形狀，厚度，尺寸以及精度的具體結(jié)構(gòu)確定了刃口的形式，表2.9.4可查知用直筒形刃口，h=5mm ，如圖5.1.3 5.2 定位零件的設(shè)計 導(dǎo)正銷主要用于級進模上，消除擋料銷的定位誤差，以獲得較精確的工件。導(dǎo)正銷的結(jié)構(gòu)形式，結(jié)構(gòu)設(shè)計，尺寸精度，材料的熱處理等可參照手冊[2]JB/T7647.1—94和JB/T7647.2—94選定。借用工件上2.6的孔作導(dǎo)正孔，導(dǎo)正應(yīng)在板料板壓緊板料之前完成導(dǎo)正，料厚和裝配后卸料板下平面超出凸模端面1mm，導(dǎo)正銷采用H7/r6安裝在落料凸模端面，導(dǎo)正銷導(dǎo)正部分與導(dǎo)正孔采用H7/h6配合。起粗定距的活動擋銷和螺塞選用標準件，規(guī)格為8×16。如圖5.2.1： 圖5.1.3 凹模刃口形式圖 圖5.2.1 導(dǎo)正銷 D=d-a D——導(dǎo)正銷直徑的基本尺寸 d——沖孔凸模直徑 a——導(dǎo)正銷與沖孔凸模直徑的差值 沖裁φ2.6mm孔的導(dǎo)正銷 查表2.9.9得h=t a=0.04mm D=d-a=2.68-0.04=2.64mm h=1×0.5=0.5mm 5.3 導(dǎo)料板的設(shè)計與標準化 導(dǎo)料板的內(nèi)側(cè)與條料接觸，外側(cè)與凹模齊平，導(dǎo)料板與條料之間的間隙取1mm，這樣就可確定了導(dǎo)料板的寬度為75mm，導(dǎo)料板的厚度按表2.9.7取7mm。導(dǎo)料板采45鋼制作，熱處理硬度為40～45HRC，用螺釘和銷釘固定在凹模上。導(dǎo)料板的進料端安裝有承料板。見圖5.3.1 5.4 卸料部件的設(shè)計與標準化 5.4.1 卸料板的設(shè)計 在前面已經(jīng)確定了采用彈性卸料板。本模具的卸料板不僅有卸料作用，還具有外形凸模的導(dǎo)向作用，并能對沖孔凸模起保護作用。卸料板周界尺寸與凹模尺寸相同，長度L =85mm,寬度B=75mm，厚度取h0=14mm 此模具中，卸料板對沖孔落料凸模起導(dǎo)向作用，卸料板和凸模按H7/h6配合制造。 卸料板采用45鋼制造，淬火硬度為40---45HRC。 5.4.2 卸料螺釘?shù)倪x用 本模具采用螺釘固定，銷釘定位，卸料板上設(shè)置4個卸料螺釘。卸料釘尾應(yīng)留有足夠的空間。卸料螺釘擰緊后，應(yīng)使卸料板超出凸模端面1mm。有誤差時通過在螺釘與卸料板之間安裝墊片來調(diào)整。 內(nèi)六角螺釘標記：GB70—85 35鋼M12365 螺釘標記：GB68—76 35鋼M8330 圓柱銷釘標記：GB 119—86 35鋼6365 止動圓柱銷標記：GB119—86 35鋼436 5.5 固定擋料銷的設(shè)計與標準化 固定擋料銷的設(shè)計根據(jù)標準件，選用此擋料銷如圖選用JB/T7649.10—94即直徑φ8mm，h=4mm材料為45鋼A型固定擋料銷 根據(jù)分析選用廢料孔前端定位時擋料銷位置如圖5.5.1 根據(jù)計算固定擋料銷的位置距壓力中心為x=0,y=17.5 圖5.3.1 導(dǎo)料板 圖5.5.1 固定擋料銷 5.6 凸模固定板的設(shè)計 凸模固定板的外形跟凹模邊界一樣，即為75mm385mm，其厚度應(yīng)取凸模長度L的40％凸模與固定板選用H7/n6配合，即高度為20mm。壓入固定后應(yīng)將底面與固定板一起磨平。固定板選用A3鋼制造，壓裝配合面的表面粗糙度應(yīng)達到R1.6～0.8m. 5.7 螺孔距離的設(shè)計 凹模上螺孔到凹模外緣的距離一般?。?.7～2.0）d, d為螺孔的距離，由于凹模厚度為15mm，所以根據(jù)表2.46查得螺孔選用4×M8的螺釘固定在下模座。故選用如圖14： 螺孔到凹模外緣的最小距離：a=1.5d=1.5×8=12mm 螺孔到凹模內(nèi)緣的最小距離：a=1.13d≈9mm 凹模上螺孔間距由表2.47查得最小間距為40mm，最大間距為90mm。 　螺孔到銷孔的距離一般取b>2d,所以b應(yīng)大于16mm。 5.8 標準模架和導(dǎo)柱，導(dǎo)套的選用 該模具采用中間導(dǎo)柱模架，這種模架的導(dǎo)柱在模具中間位置，沖壓時可防止由于偏心力矩而引起的模具歪斜，以凹模周界尺寸為依據(jù)選擇模具規(guī)格。 材料為ZG45(ZG310-570),0I級精度的中間導(dǎo)柱模架。 導(dǎo)柱標記：GB2861.2—81 B20h63120； GB2861.2—81 B22h63120 導(dǎo)套標記：GB2861.7—81 B32H6365315； GB2861.7—81 B35H6365315 上模座標記：GB/T2855.10—81 100380330 下模座標記：GB/T2855.10—81 100380340 模柄標記：JB7646.1—1994 A20340 模具的閉合高度：H＝H＋H＋L＋H+H－h(huán)=(30+10+50+15+40-2)mm=143mm 式中： L――凸模長度，L＝50mm； H――凹模厚度，H＝15mm； h――凸模沖栽后進入凹模的深度，取h＝2mm. 第六章 壓力機的選擇與校核 模座外形尺寸250mm×120mm,閉合高度143mm,有文獻中，J23—6.3型壓力機工作臺尺寸為200mm×310mm,最大閉合高度為150mm，連桿調(diào)節(jié)長度為30mm,所以在工作臺上加一10～60mm的墊板，即可安裝。模柄孔尺寸也與于本副模具所選模柄尺寸相符。 查文獻開式雙柱可傾壓力機參數(shù)選壓力機型號為J23－6.3。 型號 公稱壓力/kN 滑塊行程/mm 最大閉合高度/mm 工作臺尺寸/mm 最大裝模高度/mm 可傾斜角/· 連桿調(diào)節(jié)長度/mm 模柄孔尺寸 mm 直徑 深度 J23-6.3 63 35 150 200×310 120 45 30 25 45 第七章 模具總裝配 7.1 模具的裝配圖說明 通過以上設(shè)計，可得到模具總裝配圖。模具上模部分主要由上模板，墊板，沖孔凸模，落料凸模，凸模固定板，卸料板及螺釘?shù)冉M成。卸料方式采用彈性卸料，以橡膠為彈性元件。下模部分由下模座，凹模板導(dǎo)料板等組成。沖孔廢料和成品件均由漏料孔漏出。 條料送進時采用活動導(dǎo)擋料銷19作為粗定距，在落料凸模上安裝一個導(dǎo)正銷，利用條料上2.6孔作導(dǎo)正銷孔作導(dǎo)正，以此作為條料送進的精確定距。操作時完成第一步?jīng)_壓后，把條料向前抬起移動，用落料孔套在活動擋料銷19上，并向前推緊，沖壓時凸模上的導(dǎo)正銷17再作精確定距。活動擋料銷位置的設(shè)定比理想幾何位置向前偏移0.2mm，沖壓過程中粗定位完成以后，當(dāng)導(dǎo)正銷作精確定位時，由導(dǎo)正銷上圓錐形斜面條料向后拉回約0.2mm而完成精確定距。用這種方法，精度可達到0.02mm。 7.2 模具的裝配 7.2.1 主要組件的裝配 7.2.1.1 模柄的裝配 因為模具的模柄10是從上模座8的下面向上壓入，所以，在安裝凸模固定板6下面壓入的，所以，在安裝凸模固定板6和墊板7之前，得先把模柄裝好。 模柄與上模座的配合要求是H7/m6。裝配時，先在壓力機上將模柄壓入，再加止動銷釘孔。然后，把模柄端面突出部分銼平。安裝好模柄后，用角尺檢查模柄與上模座上平面的垂直度。 7.2.1.2 凸模的裝配 凸模與凸模固定板的配合要求為H7/m6。裝配時，先在壓力機上將凸模壓入凸模固定板內(nèi)，檢查凸模的垂直度，然后將固定板的上平面與凸模尾部一齊磨平。 7.2.1.3 凸凹模的預(yù)配 〔1〕裝配前仔細檢查各凸模形狀尺寸以及凹模形孔，是否符合圖紙要求尺寸精度，形狀。 〔2〕將各凸模分別與相應(yīng)的在凹?？紫嗯?，檢查其間隙是否加工均勻，不適合的地方得重新修磨或更換。 7.2.1.4 下模座部分的裝配 〔1〕磨平凹模底面，放置于下模座上，采用銷釘和螺釘緊固； 〔2〕安裝活動擋料銷上凹模上； 〔3〕把導(dǎo)料板3放置在凹模上，采用銷釘緊固。 7.2.1.5 上模座部分的裝配 〔1〕將墊板7用螺釘安裝在上模座8上； 〔2〕把沖孔凸模16裝入凸模固定板6中，磨平底面。然后放在墊板7上； 〔3〕將彈性卸料板4裝在凸模上，并檢查它是否靈活的移動，檢查凸模端面是否縮在卸料板孔內(nèi)（0.5mm左右），并用螺釘緊固，打入銷釘15。 〔4〕放置橡膠5在凸模固定板上，對準基準孔； 7.2.1.6 凸凹模的裝配 把裝入凸模固定板6的沖孔凸模16和落料凸模18插入凹模內(nèi)。凸模固定板與凹模之間上墊上適當(dāng)高度的平行墊鐵，再把上模座放在固定板上，將上模座和固定板夾緊，并在上模座投卸料螺孔窩和緊固螺釘過孔窩，拆開后鉆孔。然后放入墊板，調(diào)整的預(yù)壓量，使卸料板高出凸凹模下端約1mm，擰上緊固螺釘。調(diào)整凸凹模的間隙。 全部安裝好后試沖和調(diào)整，打標記交付生產(chǎn)使用 7.2.2 調(diào)整凸凹模的間隙 調(diào)整間隙可用透光法，即將模具翻過來，把模柄夾在虎鉗上，用手燈照射，從下模座漏料孔中觀察大小和是否均勻。 調(diào)整間隙也可用切紙法進行，即以紙當(dāng)作零件，用錘敲擊模柄，在紙上切出沖件的形狀來。根據(jù)紙樣的無毛刺或毛刺是否均勻，可以判別間隙大小和均勻性。如果紙樣的輪廓上沒有毛刺或毛刺均勻。說明間隙合理均勻。如果局部有毛刺，說明間隙不均勻。調(diào)整間隙時，用手錘輕輕敲擊固定板6的側(cè)面，使凸模的位置改變，以得到均勻的間隙。 7.3 模具的調(diào)整 模具裝配好后，必須在生產(chǎn)條件下進行試沖，沖出的工件按沖壓零件產(chǎn)品圖或試樣進行檢查驗收。在檢查驗收過程中，如發(fā)現(xiàn)各種缺陷，則要仔細分析，打出原因，并對模具進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整和修理，然后再試沖，直到模具正常工作并得到合格的沖件為止。 圖7.1.1 沖孔級進模 1－下模座 2－落料凹模 3－導(dǎo)料板 4－卸料板 5－卸料橡膠 6－凸模固定板 7－墊板 8－上模座 9－六角螺釘 10－模柄 11－螺釘 12－止動銷 13－銷釘 14－導(dǎo)套 15－導(dǎo)柱 16－沖孔凸模 17－導(dǎo)正銷 18－落料凸模 19－活動擋料銷 20－承料板 結(jié)論 沖壓是使板料分離或成形而得到制件的加工方法。沖壓利用沖壓模具對板料進行加工。常溫下進行板料沖壓稱為沖壓。 模具是大批生產(chǎn)同形產(chǎn)品的工具，是工業(yè)生產(chǎn)的主要工藝裝備。模具工業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)工業(yè) 在本次設(shè)計中，經(jīng)過一次又一次的錯誤糾正，我再次體會到了干模具這一行不容易哪！也明白現(xiàn)代模具的快速發(fā)展需要的那么多的汗水。有付出必有收獲，自己設(shè)計水平的提高，冷沖壓知識的增加和鞏固，對書本等于說又復(fù)習(xí)了一遍。設(shè)計一次冷沖模具，利用到的知識包括冷沖工藝，擠壓工藝，金屬工藝，機械制圖，機械制造，模具制造技術(shù)，公差配合現(xiàn)技術(shù)測量。在冷沖模具方面的橫向發(fā)展，牽扯到了一門門專業(yè)課程的連接。做一次冷沖模具畢業(yè)設(shè)計，加大了我對知識的渴求，進一步證明了自己還有許多的知識還沒學(xué)到家，需要加倍努力去掌握書本上的專業(yè)知識和到生產(chǎn)實踐中去感受。模具設(shè)計的奧妙在于自己深入地研究，在于自己耐心的細心地討論。 做一個模具設(shè)計，不但要考慮到它自身的利用價值，還要考慮到模具本身的價格和適用性，模具材料的選擇和金屬工藝的處理都存在著很深的學(xué)問和探討價值。模具設(shè)計好了，制造成產(chǎn)品上市了最大的掛勾就是經(jīng)濟效益，經(jīng)濟效益的體現(xiàn)就是本次設(shè)計的成功與否。 我國模具CAD/CAM技術(shù)從20世紀80年代起步，長期處于低水平重復(fù)開始階段，所用軟件多為進口的圖形軟件，數(shù)據(jù)庫軟件，NC軟件等，自主開發(fā)的軟件缺乏通用性，商品化價值不高，對許多引進的CAD/CAM系統(tǒng)缺乏二次開發(fā)，經(jīng)濟效益不顯著。針對上述情況，國這有關(guān)部門制定了相關(guān)政策和措施。 我國模具工業(yè)起步晚，基礎(chǔ)差，就總量來看大型，精密，復(fù)雜，長壽命模具產(chǎn)需矛盾仍然十分突出。為了進一步振興模具工業(yè)，國家有關(guān)部分進一步部署：全面分析我國模具工業(yè)的現(xiàn)狀和差距，提出發(fā)展思路和建議以及政策措施。相信在政府的大力支持下，通過本行和相關(guān)行業(yè)企業(yè)以及廣大模具工作者的共同努力，我國模具工業(yè)水平必將大提高，為國家經(jīng)濟建設(shè)作出更大的貢獻。 致謝 冷沖是利用安裝在壓力機上的沖模對材料施加壓力，使其產(chǎn)生分離或塑性變形，從而獲得所需零件的一種加工方法。 本設(shè)計在編寫過程中得到了翟德梅老師，楊占堯老師，原紅玲老師等老師的大力輔導(dǎo)，特別是我的輔導(dǎo)老師原老師，在此表示誠摯的感謝。同時也為那些被我引文獻的編者們表示感謝。 由于我的設(shè)計編寫水平有限，一次次的麻煩各位老師，讓各位老師一次次的糾正我的錯誤，但老師們從不厭煩，在此表示真誠的道歉和謝意，同時本設(shè)計難免有不足之處，敬希不吝批評指正。 參考文獻 1. 劉建超， 張寶忠. 沖壓模具設(shè)計與制造. 北京：高等教育出版社， 2004 2. 王孝培. 沖壓手冊. 北京：機械工業(yè)出版社， 1988 3. 楊玉英主編. 實用沖壓工藝及模具設(shè)計手冊. 北京：機械工業(yè)出版社， 2005 4. 中國機床總公司. 全國機床產(chǎn)品供貨目錄. 北京：機械工業(yè)出版社，2002 5. 郝濱海. 沖壓模具簡明設(shè)計手冊. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005 6. 史鐵梁. 冷沖模設(shè)計指導(dǎo). 北京：機械工業(yè)出版社，1996 7. 王秀鳳，萬良輝. 冷沖壓模具設(shè)計與制造. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 2004 8. 薜彥成. 公差配合與技術(shù)測量. 第二版. 北京：機械工業(yè)出版社，1999 9. 李天佑. 沖壓圖冊. 北京：機械工業(yè)出版社， 1988 10. 王運炎，葉尚川. 機械工程材料. 第二版. 北京：機械工業(yè)出版社，2000 11. 鄧文英. 金屬工藝學(xué). 第四版. 北京：高等教育出版社， 2000 12. 翟德梅. 模具制造技術(shù). 河南機電高等?？茖W(xué)校自編教材. 2001 第 29 頁 共 29 頁