后支架零件沖壓模具設(shè)計(jì),支架,零件,沖壓,模具設(shè)計(jì) 1 緒論 1.1 背景 模具是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛的優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、適應(yīng)性很強(qiáng)的生產(chǎn)技術(shù)，或稱成型工具、成型工裝產(chǎn)品，是技術(shù)含量高、附加值高、使用廣泛的新技術(shù)產(chǎn)品，是價(jià)值很高的社會(huì)財(cái)富。由于模具生產(chǎn)技術(shù)的現(xiàn)代化，在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，模具己廣泛應(yīng)用于電動(dòng)機(jī)和電器產(chǎn)品、電子計(jì)算機(jī)產(chǎn)品、儀表、家用電器產(chǎn)品與辦公設(shè)備、汽車、軍械、通用機(jī)械等產(chǎn)品的生產(chǎn)中。模具技術(shù)水平的高低，己成為衡量一個(gè)國(guó)家制造水平高低的重要標(biāo)志，并在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。目前，我國(guó)經(jīng)濟(jì)仍處于高速發(fā)展階段，國(guó)際上經(jīng)濟(jì)全球化發(fā)展趨勢(shì)日趨明顯，這為我國(guó)模具工業(yè)高速發(fā)展提供了良好的條件和機(jī)遇。一方面，國(guó)內(nèi)模具市場(chǎng)將繼續(xù)高速發(fā)展，另一方面，模具制造也逐漸向我國(guó)轉(zhuǎn)移以及跨國(guó)集團(tuán)到我國(guó)進(jìn)行模具采購(gòu)的趨向也十分明顯。因此，放眼未來(lái)，國(guó)際、國(guó)內(nèi)的模具市場(chǎng)總體發(fā)展趨勢(shì)前景看好，預(yù)計(jì)中國(guó)模具將在良好的市場(chǎng)環(huán)境下得到高速發(fā)展，我國(guó)不但會(huì)成為模具大國(guó)，而且一定逐步向模具制造強(qiáng)國(guó)的行列邁進(jìn)?！笆晃濉逼陂g，中國(guó)模具工業(yè)水平不僅在質(zhì)和量的方面有很大提高，而且在行業(yè)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品水平、開發(fā)創(chuàng)新能力、企業(yè)的體制與機(jī)制以及技術(shù)進(jìn)步的方面也會(huì)取得較大發(fā)展。隨著我國(guó)工業(yè)的迅速發(fā)展，工業(yè)產(chǎn)品的外形在滿足性能要求的同時(shí)，變的越來(lái)越復(fù)雜，而產(chǎn)品的制造離不開模具，利用計(jì)算機(jī)輔助軟件進(jìn)行模具設(shè)計(jì)不但提高模具的制造精度而且還縮短了設(shè)計(jì)及加工的時(shí)間。 國(guó)外工業(yè)先進(jìn)國(guó)家都擁有上萬(wàn)個(gè)模具企業(yè)與支持模具企業(yè)或?yàn)槟＞咂髽I(yè)提供生產(chǎn)裝備的企業(yè)相組成的強(qiáng)大的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)。這是為適應(yīng)社會(huì)產(chǎn)品工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)的重要條件和特點(diǎn)。如汽車的工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)需要一大批專業(yè)性模具企業(yè)為其提供模具，同時(shí)根據(jù)汽車零件的生產(chǎn)技術(shù)要求，這些模具企業(yè)還配有相應(yīng)的先進(jìn)技術(shù)裝備，包括數(shù)控計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床、CAD/CAM系統(tǒng)，以及各種工藝裝備。模具的社會(huì)效益很高，是高技術(shù)含量的社會(huì)產(chǎn)品，其價(jià)值和價(jià)格主要取決于模具材料、加工、外購(gòu)件的勞動(dòng)與消耗三項(xiàng)直接發(fā)生的費(fèi)用和模具設(shè)計(jì)與試模等技術(shù)費(fèi)用，后都，是模具價(jià)值和市場(chǎng)價(jià)格的主要組成部分，其中一部分技術(shù)價(jià)值計(jì)入了市場(chǎng)價(jià)格，而更大一部分價(jià)值，則是模具用戶和產(chǎn)品用戶受惠變?yōu)樯鐣?huì)效益。如電視機(jī)用模，其模具費(fèi)用公為電視機(jī)產(chǎn)品價(jià)格的1/3000~1/5000，盡管模具的一次投資較大，但在大批量生產(chǎn)的每臺(tái)電視機(jī)的成本中僅占極小的部分，甚至可以忽略不計(jì)，而實(shí)際上，很高的模具價(jià)值為社會(huì)所擁有，變成了社會(huì)財(cái)富。所以設(shè)計(jì)模具具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。 冷沖壓成形是一種歷史悠久的金屬加工工藝，隨著工業(yè)水平的不斷進(jìn)步，冷沖壓技術(shù)和設(shè)備日益完善，在汽車、機(jī)械制造、電子電器等行業(yè)中，沖壓加工得到了廣泛的應(yīng)用。大到汽車的覆蓋件，小到鐘表以及儀器儀表元件，大多是由冷沖壓方法制成的。學(xué)習(xí)、研究和發(fā)展冷沖壓技術(shù)，對(duì)發(fā)展我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和加速現(xiàn)代化工業(yè)建設(shè)具有重要意義。傳統(tǒng)的沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)只能在眾多簡(jiǎn)化和假設(shè)的基礎(chǔ)上進(jìn)行初步的設(shè)計(jì)計(jì)算，然后依靠大量的經(jīng)驗(yàn)，反復(fù)試模、修模來(lái)保證沖壓件的成形品質(zhì)。從而拖延新產(chǎn)品的開發(fā)，造成研發(fā)成本過(guò)高，在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中處于被動(dòng)的地位。70年代起，有限元法開始應(yīng)用于板料成形過(guò)程的模擬，各種成熟的CAE仿真軟件應(yīng)用于模具工業(yè)中，有效地用來(lái)解決模具制造中的難題如拉裂、起皺、回彈的預(yù)測(cè)。伴隨沖壓成形的計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)日漸成熟，并在沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)中發(fā)揮出越來(lái)越大的作用，成熟的仿真技術(shù)可以減少試模次數(shù)，在一定條件下還可使模具和工藝設(shè)計(jì)一次合格從而避免修模。這就可以大大縮短新產(chǎn)品開發(fā)周期，降低開發(fā)成本，提高產(chǎn)品品質(zhì)和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。 1.2 冷沖模成形特點(diǎn) 沖壓模具--在冷沖壓加工中，將材料（金屬或非金屬）加工成零件（或半成品）的一種特殊工藝裝備，稱為冷沖壓模具（俗稱冷沖模）。沖壓--是在室溫下，利用安裝在壓力機(jī)上的模具對(duì)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壓力加工方法。 沖壓模具是沖壓生產(chǎn)必不可少的工藝裝備，是技術(shù)密集型產(chǎn)品。沖壓件的質(zhì)量、生產(chǎn)效率以及生產(chǎn)成本等，與模具設(shè)計(jì)和制造有直接關(guān)系。模具設(shè)計(jì)與制造技術(shù)水平的高低，是衡量一個(gè)國(guó)家產(chǎn)品制造水平高低的重要標(biāo)志之一，在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。 沖壓模具的形式很多，一般可按以下幾個(gè)主要特征分類： １．根據(jù)工藝性質(zhì)分類 （１）沖裁模??沿封閉或敞開的輪廓線使材料產(chǎn)生分離的模具。如落料模、沖孔模、切斷模、切口模、切邊模、剖切模等。 （２）彎曲模??使板料毛坯或其他坯料沿著直線（彎曲線）產(chǎn)生彎曲變形，從而獲得一定角度和形狀的工件的模具。 （３）拉深模??是把板料毛坯制成開口空心件，或使空心件進(jìn)一步改變形狀和尺寸的模具。 （４）成形模??是將毛坯或半成品工件按圖凸、凹模的形狀直接復(fù)制成形，而材料本身僅產(chǎn)生局部塑性變形的模具。如脹形模、縮口模、擴(kuò)口模、起伏成形模、翻邊模、整形模等。 ?２．根據(jù)工序組合程度分類 （１）單工序模??在壓力機(jī)的一次行程中，只完成一道沖壓工序的模具。 （２）復(fù)合模??只有一個(gè)工位，在壓力機(jī)的一次行程中，在同一工位上同時(shí)完成兩道或兩道以上沖壓工序的模具。 （３）級(jí)進(jìn)模（也稱連續(xù)模）??在毛坯的送進(jìn)方向上，具有兩個(gè)或更多的工位，在壓力機(jī)的一次行程中，在不同的工位上逐次完成兩道或兩道以上沖壓工序的模具。 各類冷沖壓模成形特點(diǎn)如下： 1.2.1 沖裁模 沖裁模的成形特點(diǎn)是：將一部分材料與另一部分材料分離。如圖1.1所示的沖裁模成形過(guò)程，沖裁模分為落料模和沖孔模。落料模的成形特點(diǎn)是將材料封閉的輪廓分開，而最終得到的是一個(gè)平整的零件；沖孔模是將零件內(nèi)的材料與封閉的輪廓分離，使零件得到孔。 圖1.1沖裁模成形過(guò)程 1.2.2 彎曲模 彎曲模的成形特點(diǎn)是：將板料或沖裁后的坯料通過(guò)壓力在模具內(nèi)彎曲成一定的角度和形狀。如圖1.2所示彎曲模成形過(guò)程，是將平直的板料壓成帶有一定角度的彎曲形狀。 圖1.2彎曲模成形過(guò)程 1.2.3 拉深模 拉深模的成形特點(diǎn)是：將經(jīng)過(guò)沖裁得到的平板坯料，壓制成開口的空心零件。如圖1.3所示拉深模成形過(guò)程，是將平板的坯料拉深成筒形零件。 圖1.3拉深模成形過(guò)程 1.2.4 多工位級(jí)進(jìn)模 多工位級(jí)進(jìn)模的成形特點(diǎn)是：可以完成多道沖壓工序，局部分離與連續(xù)成形結(jié)合；配備有自動(dòng)送料、自動(dòng)出件、安全檢測(cè)等裝置；模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，鑲塊較多，模具制造精度要求很高，制造和裝調(diào)難度大。 1.3 冷沖模具的發(fā)展趨勢(shì) 隨著與國(guó)際接軌的腳步不斷加快，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益加劇，人們已經(jīng)越來(lái)越意識(shí)到產(chǎn)品質(zhì)量、成本和新產(chǎn)品的開發(fā)能力的重要性。近年來(lái)許多模具企業(yè)因此加大了用于技術(shù)進(jìn)步的投資力度，一些國(guó)內(nèi)模具企業(yè)已普及了二維CAD，并開始使用UG、Pro/Engineer、I-DEAS等國(guó)際通用軟件，個(gè)別廠家還引進(jìn)了DYNAFORM等CAE軟件，并成功應(yīng)用于沖壓模的設(shè)計(jì)中。 目前，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(jìn)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。許多研究機(jī)構(gòu)和大專院校開展模具技術(shù)的研究和開發(fā)，在模具CAD/CAE/CAM技術(shù)方面取得了顯著進(jìn)步。例如，吉林大學(xué)汽車覆蓋件成型技術(shù)所獨(dú)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(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的注塑模、汽車覆蓋件模具和級(jí)進(jìn)模CAD/CAE/CAM軟件，上海交通大學(xué)模具CAD國(guó)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。而模具技術(shù)的發(fā)展應(yīng)該為適應(yīng)模具產(chǎn)品“交貨期短”、“精度高”、“質(zhì)量好”、“價(jià)格低”的要求服務(wù)。專家認(rèn)為，未來(lái)沖壓模具制造技術(shù)有以下幾大發(fā)展趨勢(shì)： (1)全面推廣CAD/CAM/CAE技術(shù) ? ? 模具CAD/CAM/CAE技術(shù)是模具設(shè)計(jì)制造的發(fā)展方向。隨著微機(jī)軟件的發(fā)展和進(jìn)步，普及CAD/CAM/CAE技術(shù)的條件已基本成熟，各企業(yè)將加大CAD/CAM技術(shù)培訓(xùn)和技術(shù)服務(wù)的力度；進(jìn)一步擴(kuò)大CAE技術(shù)的應(yīng)用范圍。計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展正使CAD/CAM/CAE技術(shù)跨地區(qū)、跨企業(yè)、跨院所地在整個(gè)行業(yè)中推廣成為可能，實(shí)現(xiàn)技術(shù)資源的重新整合，使虛擬制造成為可能。 ? ? (2)高速銑削加工 ? ? 國(guó)外近年來(lái)發(fā)展的高速銑削加工，大幅度提高了加工效率，并可獲得極高的表面光潔度。另外，還可加工高硬度模塊，還具有溫升低、熱變形小等優(yōu)點(diǎn)。高速銑削加工技術(shù)的發(fā)展，對(duì)汽車、家電行業(yè)中大型型腔模具制造注入了新的活力。目前它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向發(fā)展。?? ? ? (3)模具掃描及數(shù)字化系統(tǒng) ? ? 高速掃描機(jī)和模具掃描系統(tǒng)提供了從模型或?qū)嵨飹呙璧郊庸こ銎谕哪Ｐ退璧闹T多功能，大大縮短了模具的在研制制造周期。有些快速掃描系統(tǒng)，可快速安裝在已有的數(shù)控銑床及加工中心上，實(shí)現(xiàn)快速數(shù)據(jù)采集、自動(dòng)生成各種不同數(shù)控系統(tǒng)的加工程序、不同格式的CAD數(shù)據(jù)，用于模具制造業(yè)的“逆向工程”。模具掃描系統(tǒng)已在汽車、摩托車、家電等行業(yè)得到成功應(yīng)用，相信在“十五”期間將發(fā)揮更大的作用。 ? ? (4)電火花銑削加工 ? ? 電火花銑削加工技術(shù)也稱為電火花創(chuàng)成加工技術(shù)，這是一種替代傳統(tǒng)的用成型電極加工型腔的新技術(shù)，它是有高速旋轉(zhuǎn)的簡(jiǎn)單的管狀電極作三維或二維輪廓加工(像數(shù)控銑一樣)，因此不再需要制造復(fù)雜的成型電極，這顯然是電火花成形加工領(lǐng)域的重大發(fā)展。國(guó)外已有使用這種技術(shù)的機(jī)床在模具加工中應(yīng)用。預(yù)計(jì)這一技術(shù)將得到發(fā)展。 ? ? (5)提高模具標(biāo)準(zhǔn)化程度 ? ? 我國(guó)模具標(biāo)準(zhǔn)化程度正在不斷提高，估計(jì)目前我國(guó)模具標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率已達(dá)到30%左右。國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家一般為80%左右。 ? ? (6)優(yōu)質(zhì)材料及先進(jìn)表面處理技術(shù) ? ? 選用優(yōu)質(zhì)鋼材和應(yīng)用相應(yīng)的表面處理技術(shù)來(lái)提高模具的壽命就顯得十分必要。模具熱處理和表面處理是否能充分發(fā)揮模具鋼材料性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。模具熱處理的發(fā)展方向是采用真空熱處理。模具表面處理除完善應(yīng)發(fā)展工藝先進(jìn)的氣相沉積(TiN、TiC等)、等離子噴涂等技術(shù)。 ? ? (7)模具研磨拋光將自動(dòng)化、智能化 ? ? 模具表面的質(zhì)量對(duì)模具使用壽命、制件外觀質(zhì)量等方面均有較大的影響，研究自動(dòng)化、智能化的研磨與拋光方法替代現(xiàn)有手工操作，以提高模具表面質(zhì)量是重要的發(fā)展趨勢(shì)。 ? ? (8)模具自動(dòng)加工系統(tǒng)的發(fā)展 ? ? 這是我國(guó)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的目標(biāo)。模具自動(dòng)加工系統(tǒng)應(yīng)有多臺(tái)機(jī)床合理組合；配有隨行定位夾具或定位盤；有完整的機(jī)具、刀具數(shù)控庫(kù)；有完整的數(shù)控柔性同步系統(tǒng)；有質(zhì)量監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng) 1.4 本文主要研究?jī)?nèi)容 1．繪制零件圖，收集、查閱有關(guān)資料，外文資料翻譯(6000字符)，撰寫開題報(bào)告； 2．對(duì)零件進(jìn)行沖裁/彎曲工藝分析，確定工藝方案； 3．計(jì)算、確定沖壓力模具工作部分尺寸及公差，選取模具結(jié)構(gòu)； 4．設(shè)計(jì)沖孔落料復(fù)合模具或級(jí)進(jìn)模一套，繪制裝配圖，拆繪主要零件圖； 5．任選模具一個(gè)主要工作零件，進(jìn)行機(jī)加工藝規(guī)程設(shè)計(jì)； 6．撰寫畢業(yè)論文、畢業(yè)設(shè)計(jì)審查、畢業(yè)答辯。 2 工藝方案的選擇 2.1零件的工藝性分析 本設(shè)計(jì)是關(guān)于紡織機(jī)搖架后支架沖壓工藝分析及模具設(shè)計(jì)，材料是Q235號(hào)鋼，板厚是δ2.0mm。如圖2-1所示 沖壓工藝設(shè)計(jì)的基本要求為： （1）材料利用率要高，即原始材料消耗要盡可能少； （2）考慮工廠的具體生產(chǎn)條件，制定出的工藝方案要技術(shù)上方便可行，經(jīng)濟(jì)上合理； （3）工序組合方式和工序排列順序要符合沖壓變形規(guī)律，能保證沖制合格的工件； （4）工序數(shù)量盡可能少，生產(chǎn)效率盡可能高； （5）制定的工藝規(guī)程，要方便工廠、車間的生產(chǎn)組織與管理。 良好的沖壓工藝能保證材料消耗少、工序次數(shù)少、模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、壽命長(zhǎng)、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定等等。從某種意義上講，沖壓工藝的質(zhì)量就決定了模具的質(zhì)量，因此，制定合理的沖壓工藝方案是至關(guān)重要的。由零件圖可知，零件的形狀簡(jiǎn)單，便于實(shí)現(xiàn)少?gòu)U料排樣；在各直線或曲線的連接處，都采用了圓角過(guò)渡；零件的精度和斷面粗糙度等都符合沖裁工藝的要求。零件尺寸公差沒有特殊要求，按IT10取，利用普通的沖裁形式可以達(dá)到圖樣要求。由于該零件外形簡(jiǎn)單，形狀規(guī)則，適于沖裁加工。材料為Q235號(hào)鋼，板厚是δ2.0mm。 圖2-1 2.2 模具的結(jié)構(gòu)形式 冷沖模的結(jié)構(gòu)形式多種多樣，如果按工序的組合分類，可分為單工序模、級(jí)進(jìn)模、復(fù)合模等。各種沖模的構(gòu)成大體相同，主要由工作零件、定位零件、卸料與推料零件、導(dǎo)向零件、聯(lián)接與固定零件等組成。 由于本制件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，精度要求不高，經(jīng)分析由落料、沖孔二道工序組成。如果使用單工序模則會(huì)使制造周期增長(zhǎng)，不利于提高生產(chǎn)率；經(jīng)分析可知：該制件也不適合級(jí)進(jìn)模。故采用在壓力機(jī)一次行程內(nèi)，完成落料、沖孔及拉深等數(shù)道工序的復(fù)合模。復(fù)合模具由以下特點(diǎn)： 1）沖件精度高，不受送料誤差的影響，內(nèi)外形相對(duì)位置一致性好； 2）沖件表面較為平整； 3）適宜沖薄料； 4）可以充分利用短料和邊角余料； 5）沖模面積較小。 因此，本制件在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上都較為合理的工藝方案為復(fù)合模沖壓。該零件包括落料、沖孔和彎曲三個(gè)基本工序，可以采用以下三種工藝方案： ① 先落料，再?zèng)_孔，然后彎曲，采用單工序模生產(chǎn)。 ② 落料—沖孔復(fù)合沖壓，再?gòu)澢?，采用?fù)合模生產(chǎn)。 ③ 沖孔—落料連續(xù)沖壓，再?gòu)澢?，采用?jí)進(jìn)模生產(chǎn)。 方案①模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但需要兩道工序、兩套模具才能憲成零件的加工，生產(chǎn)效率較低．難以滿足零件大批量生產(chǎn)的需求。由于零件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，為提高生產(chǎn)效率，主要應(yīng)采用復(fù)合沖裁或級(jí)進(jìn)沖裁方式。由于孔邊距尺寸13-0.43，有公差要求．為了更好地保證此尺寸精度，最后確定用復(fù)合沖裁方式進(jìn)行生產(chǎn)。 工件尺寸可知，凸凹模壁厚大于最小壁厚，為便于操作，所以復(fù)合模結(jié)構(gòu)采用彈性卸料和定位釘定位方式。 2.2.1 沖裁力和彎曲力的計(jì)算 1） 理論沖裁力（N）可按下式計(jì)算： F0=Lt （2.1） 式中 L――沖裁件周長(zhǎng)（mm）； t――材料厚度； ――材料抗剪強(qiáng)度（Mpa）。 選擇設(shè)備噸位時(shí)，考慮刃口磨損和材料厚度及力學(xué)性能波動(dòng)等因素，實(shí)際沖裁力可能增大，所以應(yīng)取 F=1.3F0=1.3LtLtb 式中 F――最大可能沖裁力（稱沖裁力）； b――材料抗拉強(qiáng)度（Mpa）。 本制件中，F(xiàn)Ltb=＝66200 (N) 2）理論彎曲力（F）可按下式計(jì)算： （2.2） 式中 m――相對(duì)彎矩； t――彎曲件的抗彎系數(shù)； ――材料的屈服極限（Mpa）。 由于彎曲力受材料性能、零件形狀、彎曲半徑、凹模支點(diǎn)間距離、彎曲方式及模具結(jié)構(gòu)等多種因素的影響，用理論公式來(lái)計(jì)算不但計(jì)算復(fù)雜，而且也不一定正確。因此在生產(chǎn)中經(jīng)常采用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，作為工藝和模具設(shè)計(jì)以及選擇設(shè)備的依據(jù)。 彎曲力計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)公式： 對(duì)于U型彎曲件： （2.3） 式中 ――自由彎曲力（N）； B――彎曲件的寬度（mm）； ――材料抗拉強(qiáng)度（Mpa）； t――彎曲件的厚度（mm）； r――彎曲件的圓角半徑（mm）； K――安全系數(shù)，一般取K=1.3。 本制件中=23606（N） 2.2.2 卸料力、推件力和頂件力的計(jì)算 1）卸料力： F卸＝K卸F （2.4） 式中 F卸－－卸料力（N）； K卸――卸料系數(shù)； F――沖裁力（N）。 查表2-20[16]得 K卸＝0.48 所以 F卸=0.045=2980 (N) 2）頂件力： F頂＝K頂F （2.5） 式中 F頂－－頂件力（N）； K頂――頂件系數(shù)（N）； F――沖裁力（N）。 查表2-20[16] 得 K頂＝0.050 所以F頂=0.050=3310（N） 3）推件力： F推＝K推F （2.6） 式中 F推－－推件力（N）； K推――推件系數(shù)（N）； F――沖裁力（N）。 查表2-21[16]得 K推＝0.06 所以F推＝0.06＝3970（N） 4）彎曲頂件力 （2.7） 式中 －－頂件力（N）； ――自由彎曲力（N）。 K――系數(shù)；可查表2.1 所以=7082（N） 表2.1 系數(shù)關(guān)系表 用途 彎曲件復(fù)雜程度 簡(jiǎn)單 復(fù)雜 頂件 0.1-0.2 0.2-0.4 壓料 0.3-0.5 0.5-0.8 （資料來(lái)源：《中國(guó)模具設(shè)計(jì)大典》，2003年1月第一版，第174頁(yè)） 落料沖孔總的沖壓力為F總=F+F卸+F頂+F推=76.46（KN） 彎曲總壓力為 2.3 制定模具的工藝卡 根據(jù)工藝方案：落料-沖孔，再?gòu)澢捻樞蛑贫ū灸＞叩墓に嚳ā９に嚳òǎ毫慵Q、零件材料、毛胚的形狀及尺寸、工序簡(jiǎn)圖、使用的設(shè)備、檢查。具體見沖壓工序卡。 3 沖壓模具設(shè)計(jì) 3.1 排樣 排樣設(shè)計(jì)的工作內(nèi)容： 1）選擇排樣方法：有廢料排樣法、少?gòu)U料排樣法、無(wú)廢料排樣法。 2）計(jì)算條料寬度及送料步距。 3）畫出排樣圖。 4）計(jì)算材料的利用率。 查《沖壓模具設(shè)計(jì)與制造》表2.5.2.確定搭邊值： 確定后往樣圖如圖2.1所示。 兩工件間的搭邊 =2.5mm 工件邊緣的搭邊 a=2.6mm 送進(jìn)步距 H=53mm 條料寬度 B=（D+2a1）=112.92mm 一個(gè)步距內(nèi)的材料利用率是： （3.1） = =64.5% 板料規(guī)格擬選用 1.2mm×900mm×1800mm(10鋼) 若用橫裁：裁板條數(shù) n1 = A/b =1800/113=15余6mm 每條個(gè)數(shù) n2 = (B-a1)/h = (900-1.5)/53 =16余17mm 每板總個(gè)數(shù) n總 = n1×n2 = 15×16=240個(gè) 材料利用率 （3.2） = =57.2% 圖3.1排樣圖 3.2 模具壓力中心的確定 模具的壓力中心，就是沖壓力的作用點(diǎn)。為了使模具內(nèi)容能夠正常而又平衡的工作，特別是對(duì)于大而復(fù)雜的沖件、多凸模沖孔以及連續(xù)沖裁時(shí)，必須使壓力中心通過(guò)壓力機(jī)滑塊的中心線。對(duì)于帶有模柄的沖裁模，壓力中心需通過(guò)模柄的軸心線。否則，在沖裁過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生偏心載荷，形成彎距，使得模具歪斜，加快壓力機(jī)滑塊與導(dǎo)軌之間以及模具導(dǎo)向裝置的磨損，刃口迅速變鈍。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，可能出現(xiàn)由于沖裁件的形狀特殊，從模具結(jié)構(gòu)方面考慮，不宜使壓力中心與模柄中心線相重合，此時(shí)應(yīng)注意使壓力中心偏離，不超過(guò)所選壓力機(jī)模柄孔投影面積的范圍。 由于本制件在X軸方向上對(duì)稱，所以其Y軸坐標(biāo)在工件中間兩個(gè)圓圓心的連線上。 在Y軸方向上：Y1=1.5 Y2=8 Y3=4 Y4=14.5 Y5=26.5 Y7=44 Y8=Y9=47 Y10=47.12 在y方向上左右對(duì)稱，所以Y0=Y1+Y2+Y3+Y4+Y5+Y6+Y7+Y8+Y9+Y10/10 =23.962 所以壓力中心的位置為：X0=0 Y0=23.962 3.3 壓力機(jī)的選擇 落料沖壓模具壓力機(jī)的選擇：由于復(fù)合模的特點(diǎn)，為防止設(shè)備超載，可按公稱壓力的原則選壓力機(jī)。由于模具中有打料桿，故選擇帶有打料桿的壓力機(jī)。根據(jù)以上數(shù)據(jù)，查《沖壓模具設(shè)計(jì)手冊(cè)》選定壓力機(jī)為： 壓力機(jī)型號(hào): J23-16 公稱壓力/KN: 160 滑塊固定行程/mm： 70 滑塊調(diào)節(jié)行程/mm： 70/8 (最大閉合高度)固定臺(tái)和可傾/mm： 220 (最大閉合高度)活動(dòng)臺(tái)位置(最低/最高)/mm： 300/160 閉合高度調(diào)節(jié)量/mm： 60 3.4 模具主要零部件的設(shè)計(jì) 凸凹模刃口尺寸計(jì)算原則: (1)落料時(shí),落料件的外徑尺寸等于凹模的內(nèi)徑尺寸;沖孔時(shí),沖孔件的內(nèi)徑等于凸模的外徑尺寸.所以落料時(shí)應(yīng)以凹模為設(shè)計(jì)尺寸,然后按間隙值確定凸模尺寸;沖孔模應(yīng)以凸模為設(shè)計(jì)基準(zhǔn),然后按間隙值確定尺寸. (2)凸、凹模應(yīng)考慮磨損規(guī)律.凸模刃口尺寸磨損使沖孔尺寸減小,凹模刃口尺寸磨損使落料尺寸增大,故設(shè)計(jì)落料模時(shí),制造模具時(shí)凹模刃口尺寸應(yīng)趨向于工件的最小極限尺寸;設(shè)計(jì)沖孔模時(shí),其刃口基本尺寸應(yīng)趨向于工件的最大極限尺寸. (3)凸、凹模之間應(yīng)保證合理的間隙值.由于間隙在模具磨損后增大,所以在設(shè)計(jì)凸、凹模時(shí)均取最小合理間隙Zmin .一般沖模精度較工件精度高2～3級(jí).若零件沒有標(biāo)準(zhǔn)公差,則對(duì)于非圓件按GB非配合尺寸的IT14級(jí)處理,圓形件一般按IT10級(jí)處理. 制造模具時(shí)常用兩種方法來(lái)保證合理的間隙： （1）、是分別加工法。分別規(guī)定凸模和凹模的尺寸和公差，分別進(jìn)行制造用凸模和凹模的尺寸和公差來(lái)保證間隙要求。 （2）、是單配加工法，用凸模和凹模相互單配的方法來(lái)保證合理的間隙。加工后，凸模和凹模必須對(duì)號(hào)入座，不能互換。 3.4.1 沖孔凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 如圖3.2所示沖孔凸模的結(jié)構(gòu)（材料為Q235）： 圖3.2沖孔凸模 (1)沖裁間隙的確定: 普通沖裁件,其經(jīng)濟(jì)精度為IT12～I(xiàn)T14,取IT13.沖孔比落料高一個(gè)等級(jí).確定沖裁間隙主要有理論法和經(jīng)驗(yàn)公式法.經(jīng)驗(yàn)公式: C=mt 式中 C－－合理沖裁間隙(mm); m－－系數(shù),與板厚及材料有關(guān); t－－板料厚度. 查表得: m=12.5% 所以 C=mt=12.5%1.2=0.15(mm) （3.3） 沖孔凹模應(yīng)以凸模為設(shè)計(jì)基準(zhǔn),然后按間隙值確定其尺寸. (2）沖孔凸模刃口尺寸計(jì)算： 模具刃口尺寸及其公差的計(jì)算與加工方法有關(guān)，基本上可以分為兩類：一種是分開加工，一種是配合加工。本模具零件采用配合加工的方法。配合加工就是用凸模與凹模相互單配的方法來(lái)保證合理間隙。加工后，凸模與凹模必須對(duì)號(hào)入座，不能互換。一般情況下，落料件以凹模為基準(zhǔn)，沖孔件以凸模為基準(zhǔn)。作為基準(zhǔn)的模具零件圖紙上標(biāo)注尺寸及公差，在相配合的非基準(zhǔn)的模具零件圖紙上標(biāo)注相同的基本尺寸，但不標(biāo)注公差，在技術(shù)要求中要說(shuō)明非基準(zhǔn)的模具零件要按作為基準(zhǔn)的模具零件的實(shí)際尺寸配做，保證間隙在Zmin～Zmax范圍內(nèi)。 表2.1刃口尺寸計(jì)算 基本尺寸及分類 沖裁間隙 磨損系數(shù) 計(jì)算公式 制造公差 計(jì)算結(jié)果 落料的凹模 D max =107.92 Zmin=0.132 Zmax=0.180 Zmax—Zmin =0.180-0.132 =0.048 制件精度為：IT14級(jí)，故x=0.5 Dd=（D max—x△） △/4 Dd=107.9025相應(yīng)凸模尺寸按凹模尺寸配作，保證雙面間隙在0.132～0.180. D max =16 △/4 Dd=15.99 同上 基本尺寸及分類 沖裁間隙 磨損系數(shù) 計(jì)算公式 制造公差 計(jì)算結(jié)果 D max =21 同上 Dd=（D max—x△） △/4 Dd=20.9875 同上 D max =R6 同上 Dd=（D max—x△） △/4 Dd=5.99 同上 沖孔凸模 d min =7.8 同上 △/4 相應(yīng)凸模尺寸按凹模尺寸配作，保證雙面間隙在0.132～0.180. d min =7.5 同上 △/4 相應(yīng)凸模尺寸按凹模尺寸配作，保證雙面間隙在0.132～0.180. d min =6 同上 △/4 相應(yīng)凸模尺寸按凹模尺寸配作，保證雙面間隙在0.132～0.180. 孔邊距 L=13 同上 制件精度為IT14級(jí)，故x=0.5 Bj=（Bmin+x△） △/4 Lp=12.99 孔心距 L=20 同上 Ld=（Lmin+0.5△） Ld=300.03 (3)承壓應(yīng)力校核: 沖裁時(shí)，凸模承受的壓應(yīng)力p ，必須小于凸模材料強(qiáng)度允許的壓應(yīng)力[p]: p =[p ] （3.4） 對(duì)于圓形凸模，由上式可得 即 dmin 式中 p —— 凸模承受的壓應(yīng)力（Mp）； F —— 沖裁力； A—— 凸模最小截面積； [p ] ——凸模材料的許用壓應(yīng)力（Mp）； d ——凸模最小直徑（mm）； t ——毛坯厚度（mm）； ——毛坯材料的抗剪強(qiáng)度（Mp）。 對(duì)于本凸模帶入數(shù)值得： dmin ＝4.5mm （3.5） d＝7.8，7.5，64.5 本制件滿足應(yīng)力校核的條件。 3.4.2 凸凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) (1）凹凸模厚度 從強(qiáng)度考慮,壁厚受最小值限制.凸凹模的最小壁厚受模具結(jié)構(gòu)的影響.由于本模具結(jié)構(gòu)采用倒裝式,內(nèi)孔會(huì)積存廢料,所以最小壁厚要大些.倒裝式復(fù)合模的凸凹模最小壁厚:對(duì)于黑金屬和硬材料約為壁厚的1.5倍,但不小于0.7mm.如圖3.3。 由以上數(shù)據(jù)可知:本凸凹模符合要求. 凸模刃口尺寸按凹模實(shí)際尺寸配做，保證雙面間隙值在0.064～0.092之間。 凸凹模 3.5 沖壓模具標(biāo)準(zhǔn)件的選擇 3.5.1 模架的選擇 模架是由上、下模座、模柄及導(dǎo)向裝置（導(dǎo)柱和導(dǎo)套）組成。 一般模架均已例如標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)模具時(shí)，應(yīng)加一正確選用，對(duì)模架的基本求要有足夠的強(qiáng)度與剛度；要有足夠的精度；上、下模之間的導(dǎo)向要精確。根據(jù)本模具的特點(diǎn)以及壓力機(jī)的最大閉合高和閉合高的調(diào)節(jié)量，根據(jù)落料凹模的外形尺寸及橡膠尺寸，參照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，可選擇I級(jí)精度后側(cè)導(dǎo)柱模架。 上模架如圖3.4所示. 下模架如圖3.5所示. 圖3.4上模架 圖3.5下模架 圖3.5 3.5.2 擋料銷 擋料銷用于限定條料送進(jìn)距離、擋住條料的搭邊或工件輪廓，起定位作用。擋料銷有固定擋料銷和活動(dòng)擋料銷兩類。 固定擋料銷分圓形與鉤形兩種，一般裝在凹模上。圓形擋料銷結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，但銷孔離凹模刃口較近，會(huì)削弱凹模的強(qiáng)度。鉤形擋料銷遠(yuǎn)離凹模刃口，不會(huì)削弱凹模強(qiáng)度。為防止形狀不對(duì)稱的鉤頭轉(zhuǎn)動(dòng)，需要加定向銷，因此增加了制造的工作量。綜合以上兩種擋料銷，考慮到本制件精度要求不高，為了簡(jiǎn)化制造工藝，降低模具成本，選用容易制造的活動(dòng)擋料銷。 3.5.3 卸料裝置 （1）卸料裝置的選擇 卸料裝置的型式較多，它包括固定卸料板、活動(dòng)卸料板、彈壓卸料板和廢料切刀等幾種。卸料板除把材料從凸模上卸下外，有時(shí)也起壓料或?yàn)橥鼓?dǎo)向的作用。因此，在大批量生產(chǎn)用的模具上，要用淬硬得的卸料板。固定卸料板適用于沖制材料厚度大于和等于0.8mm的帶料或條料。彈壓卸料板主要用于沖制薄件和要求平整的沖件。此卸料板常用于復(fù)合沖裁模。其彈力來(lái)源于彈簧或橡皮。本課題選用固定卸料板,彈力來(lái)源于橡皮，用卸料螺釘與下模架連接。 （2）卸料橡膠的計(jì)算 下卸料裝置采用橡膠作為彈性元件。由式計(jì)算橡膠的自由高度為： （3.6） 式中 ——工作行程與模具修磨量或調(diào)整量之和。 =30mm+1mm+4mm=15mm 則 取 橡膠的裝配高度 取 橡膠的斷面面積，在模具裝配時(shí)，根據(jù)模具空間大小確定。 3.5.4 推件裝置 推板 推桿 推件裝置有剛性和彈性兩種。彈性推件器一般裝于模座下面，與下模板相連。這種裝置除有推出工件的作用外，還能壓平工件，還可以用于卸料和緩沖。剛性推件器一般置于上模，推件力大且可靠，其推件力通過(guò)打桿→推板→推桿→推塊傳至工件。 推桿常選用3～4個(gè)且分布均勻、長(zhǎng)短一致。推桿裝載上模板的孔內(nèi)，為保證凸模支承剛度和強(qiáng)度，放推桿的孔不能全挖空，推板的形狀要按被拆下的工件形狀來(lái)設(shè)計(jì)。沖壓模選擇推桿和推板。（如上圖） 3.5.5 導(dǎo)向零件設(shè)計(jì)與標(biāo)準(zhǔn) 導(dǎo)向零件可保證模具沖壓時(shí)，上、下模有一精確的位置關(guān)系。在中、小型模具中廣泛采用的導(dǎo)向零件是導(dǎo)柱和導(dǎo)套。 導(dǎo)柱（導(dǎo)套）常用兩個(gè)。對(duì)中型沖模或沖制精度要求高的自動(dòng)化沖模，則采用四個(gè)導(dǎo)柱。在安裝圓形沖件等一類無(wú)方向性的沖模時(shí)，為避免裝錯(cuò)，將對(duì)角模架和中間模架上的兩個(gè)導(dǎo)柱，做成直徑不等的型式；四導(dǎo)柱的模架，可做成前后導(dǎo)柱的間距不同的模座。對(duì)可能產(chǎn)生側(cè)向推力時(shí)，要設(shè)置止推塊，使導(dǎo)柱不受彎曲力。 一般導(dǎo)柱安裝在下模座，導(dǎo)套安裝在上模座，分別采用過(guò)盈配合。高速?zèng)_裁、精密沖裁或硬質(zhì)合金沖裁模具，要求采用滾珠導(dǎo)向結(jié)構(gòu)?？紤]到本套模具的成本和精度，選用滑動(dòng)導(dǎo)柱、導(dǎo)套?；瑒?dòng)導(dǎo)柱、導(dǎo)套的型式和尺寸通過(guò)《沖壓模具標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè)》選取。沖壓模選用的導(dǎo)柱的型號(hào)是，導(dǎo)套是。 3.5.6 模柄的選用 中、小型沖模通過(guò)模柄將上模板固定在壓力機(jī)的滑塊上。常用的模柄形式如下。 (1）壓入式模柄 它與上模座孔采用H7/h6的過(guò)渡配合，并加銷釘防轉(zhuǎn)。 (2）旋入式模柄 通過(guò)螺紋與模座聯(lián)接，用螺釘防松，裝卸方便，多用于有導(dǎo)模的沖模。 (3）凸緣模柄 用3～4個(gè)螺釘固定在上模座的窩孔內(nèi)，多用于較大型的模具上。 (4）浮動(dòng)模柄 通過(guò)凹球面模柄與凸球面墊塊聯(lián)接，裝入壓力機(jī)滑塊后，允許模柄與模柄軸心線之間的偏離，可減少滑塊誤差對(duì)模具導(dǎo)向精度的影響。 沖壓模具采用比較常見的浮動(dòng)式模柄。 3.5.7 凸模固定板與墊板 凸模固定板將凸模固定在模座上，其平面輪廓尺寸除保證凸模安裝孔外， 還要考慮螺釘與銷釘孔的位置。其型式有圓形和矩形兩種。厚度一般取凹模厚度的0.6～0.8倍。 墊板的作用是直接承受和擴(kuò)散凸模傳遞的壓力，以降低模座所受的單位壓力，保證模座以免被凸模端面壓陷。 墊板 凸模固定板 31 3.5.8 沖壓模具結(jié)構(gòu)圖 1下模座 2螺釘M6×60 3導(dǎo)柱 4卸料螺釘M10×90 5卸料橡皮?36X50 6卸料板 7導(dǎo)料銷 8推塊 9小凸模（三） 10小凸模（一） 11凸模固定板 12推桿 13螺釘M12×70 14推板 15模柄 16打桿 17螺釘M10×25 18圓柱銷?10×38 19上模座 20圓柱銷?10×50 21墊板 22小凸模（二） 23圓柱銷?10×80 24凹模 25導(dǎo)套 26凸凹模 27圓柱銷?6×70 圖3.7裝配圖 參考文獻(xiàn) [1]. 模具實(shí)用技術(shù)叢書委員會(huì)編.沖模設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)例. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 2003. 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