固定片沖孔落料復合模設計-沖壓模具含10張CAD圖,固定,沖孔,復合,設計,沖壓,模具,10,cad 固定片沖孔落料復合模設計 摘 要 本文主要介紹固定片沖孔落料復合模設計過程，該復合模專門為零件（固定片）生產(chǎn)工序中的沖孔工序和落料工序而設計的。用這種復合模生產(chǎn)的好處在于能夠很大程度上提高零件的生產(chǎn)效率與產(chǎn)品尺寸穩(wěn)定性，還能與自動化設備接軌，一次成形；一套沖孔落料復合模，可以很大程度上節(jié)省零件加工時長與投入的人力，主要因為省略掉了兩道加工工序，不需要多臺機床生產(chǎn)加工；該復合模的設計過程：首先分析該零件加工工藝，確定零件使用材料和技術要求，再來設計出模具的尺寸，選出合適的標準件（符合模具尺寸），組裝出該復合模架。 關鍵詞：復合模設計；沖孔和落料；一次成形；自動化 III Design of perforating and Blanking Compound Die for fixed sheet Abstract This paper mainly introduces the design of punching blanking compound die, which is specially designed for punching and blanking of two parts in parts (fixing piece). The advantages of the compound die are that it can improve the production efficiency and the stability of the product size to a great extent. It can also be connected with the automation equipment, one forming, a set of punching and blanking compound die, which can save the length and the manpower of the parts processing. In addition, it saves two processing procedures and does not need multiple machine tools; the compound die is not required. Design process: first, it analyzes the processing technology of the parts, determines the material and technical requirements of the parts, then designs the size of the concave and convex mould, finally designs the mold frame, selects the suitable standard parts according to the national standard, and assembles the composite mold frame. Key words: Design of compound die; Punching and blanking; Once formed; Automation 目 錄 摘 要 II Abstract III 1 緒 論 1 2 確定工藝方案 3 2.1 工藝分析 3 2.2 沖裁工藝方案的確定 3 2.3 復合模結構形式確定 3 3 工藝設計 5 3.1 零件圖分析 5 3.2 排樣設計 10 3.3 沖裁工藝力計算 12 3.4 刃口尺寸計算 16 3.5 模具整體結構設計 19 4.1工作零部件的設計 20 4.2定位零件的設計 21 4.3模架其它零部件的設計 21 4.4沖壓設備的選取 22 4.5模具零件的加工工藝 22 4.6模具的裝配 23 5 結 論 26 參考文獻 27 附 錄 28 致 謝 29 1 緒 論 1.1冷沖模裝配結構與復合模具介紹 沖壓成形技術主要是壓力機施加壓力，通過它的上面模具使零件所用的板材和帶料產(chǎn)生塑性變形或者是分離的加工過程。如果沖壓過程是在常溫的情況下沖壓時，那么將稱其為冷沖壓。沖壓模的基本結構是：工作零件（設計模具刃口尺寸的主體）、定位零件（確保送料有正確的導向以及送料的距離）、卸料與推料零件（將制件和廢料排除）、導向零件（確保上下模運動的精度，控制其合理間隙）、安裝及固定零件（使其他幾部分零件連在一起，形成一個整體)。 根據(jù)工序的按排組合如下四種模具設計方案：第一種單工序模：一般情況下，此類模具只需要一對凹模和凸模來加工工件，讓壓力機工作一個工作循環(huán)，這樣只能夠完成一道沖壓工序的模具。第二種復合模：該種模具只在一個工位上工作加工工件，而且壓力機也只進行一個工作循環(huán)，那就是說，該套模具可以在同一個加工位置同時完成兩道沖壓加工工序或者是兩道以上沖壓加工工序的模具。第三種級進模：沖裁時，在送料的方向上，一般會有兩個工位或者是更多的工位，而且壓力機也進行一個工作循環(huán)，在不同的工位上能夠完成兩道沖壓加工工序或者是兩道以上沖壓加工工序的模具。第四種傳遞模：該種模具主要就是融入了一些機械手臂傳遞自動化生產(chǎn)系統(tǒng)的設計原理，這樣能夠實現(xiàn)產(chǎn)品的模具內(nèi)部快速傳遞效果和提高生產(chǎn)零件的效率，同時可以降低零件的生產(chǎn)成本值和大大地節(jié)儉了材料的成本，當進行零件批量生產(chǎn)時，提高零件尺寸與質量的穩(wěn)定性。 結合我自己設計的零件結構來看，我選用的是沖孔—落料復合模，下面我來介紹一下復合模類型：第一種是比較常見的沖裁類型的復合模具，例如我這次設計的沖孔—落料復合模以及比較常用的沖孔—切斷復合模等等；第二種是也比較常見的成形類型復合模具，例如復合擠壓模、彎曲復合模等等；第三種是比較復雜的沖裁與成形復合模具，例如比較不常見的拉伸—落料復合模具和拉深—切邊復合模具兩種模具，還有工廠經(jīng)常用到的沖孔—翻邊復合模具等等。此外，多說一下復合模模柄的選用，有很多的設計樣式：例如壓人式結構、凸緣式結構、旋入式結構等等都可以選用，但必須確保模柄的結構類型裝到模座后，可以讓其配合良好，并且能夠獲得足夠穩(wěn)定性，更主要的是不可以因為退料機構的原因，導致模柄的強度降低[1]。 1.2我國冷沖模發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展分析 我國模具行業(yè)發(fā)展比較遲，所以導致專業(yè)化水準不是很高，設計模具標準化水平也不高，而且冷沖壓模具制造技術專業(yè)程度也比一些其他類型的模具制造技術都更低，比如說塑料模制造和壓鑄模制造等等。在一定程度上，這就導致沖壓模具設計制造行業(yè)的發(fā)展受到了抑制，根據(jù)國內(nèi)外模具行業(yè)制造專業(yè)化，模具設計制造專業(yè)化可以劃分出五個層次：第一層模具的設計制造生產(chǎn)應該要獨立于其他產(chǎn)品的生產(chǎn)制造，那就是說專業(yè)化需要的模具需要外供；第二層當我們按照模具結構種類來劃分的話，這就可能會導致僅僅從事某一類的模具設計制造生產(chǎn)；第三層當在某類模具發(fā)展中，將要按照它的服務對象或者是模具生產(chǎn)制造工藝和尺寸大小來定，可以選擇這類模具中的某類模具（例如汽車的覆蓋件模具、沖孔—落料復合模具等等）進行專業(yè)化生產(chǎn)制造；第四層專業(yè)生產(chǎn)出來的模具中也將會有某些零件彈性元件、沖頭等等，供給一些模具生產(chǎn)制造公司企業(yè)；第五層如果按照工序安排順序進行專業(yè)化協(xié)作，這就好比現(xiàn)在社會上，專門進行模具型腔加工保證生產(chǎn)工件尺寸穩(wěn)定和鍍膜的公司給模具增加其他性質如硬度、耐磨性等等。像這種多個層次的專業(yè)化的狀態(tài)盡管能夠促進了模具行業(yè)的快速發(fā)展，但是模具行業(yè)專業(yè)化還是有一段距離，所以必須要加快模具行業(yè)發(fā)展進程才能更好地適應模具制造業(yè)發(fā)展的局勢。 沖壓模具對工業(yè)生產(chǎn)很重要，我認為它應該是生產(chǎn)制造行業(yè)的重要的基礎，因為它也是生產(chǎn)中是不可缺少的工藝裝備。在工業(yè)生產(chǎn)制造當中，我們可以通過模具生產(chǎn)出的零件，有很高的精度、低能耗以及超高的生產(chǎn)率的特點，這些生產(chǎn)優(yōu)點使模具設計制造工業(yè)也在制造行業(yè)中的有很重要的地位。現(xiàn)如今，模具設計制造技術已經(jīng)成為了大家公認評估一個國家產(chǎn)品制造行業(yè)生產(chǎn)水平高低重要標準了?？梢哉f如果沒有高水平的模具生產(chǎn)制造技術的話，也就是說生產(chǎn)不出高水平的零件。就根據(jù)汽車組合部件制造行業(yè)來看，現(xiàn)在世界上各國經(jīng)濟迅猛地發(fā)展進步，人們的生活質量也得到了很大的改善，人們使用汽車越來越多，因此汽車身上的各種零部件需求也很多，為了能夠滿足零件的大量需求，沖壓技術的出現(xiàn)緩解了需求不夠的問題，否則如果要單靠傳統(tǒng)加工方式的話，一年也不能夠產(chǎn)出多少車，根本不能想著讓汽車使用普及這話，所以沖壓技術影響了汽車行業(yè)，反過來汽車行業(yè)也大大地推動了沖壓技術的發(fā)展進步，但是這也導致國內(nèi)模具加工技術要有更高的設計要求才行。同時因為電子計算機飛速發(fā)展，計算技術融入到?jīng)_壓技術中，讓沖壓成形技術得到了很大的發(fā)展，模具技術生產(chǎn)在自動化方向上有了巨大進步和突破，進入一個全新的實用的設計發(fā)展領域，因為計算機技術中各種軟件使用對模具設計分析制造也都有著特別重要的作用。目前，我感覺冷沖壓技術在生產(chǎn)制造領域中有著無法替代的作用，不停地促進制造業(yè)發(fā)展進步[2]。 1.3復合模的優(yōu)點與缺點 復合模的優(yōu)點：第一點制造出來的工件同軸度很好，用模具生產(chǎn)出來的零件表面也比較平直，也就是其平面度很好，尺寸精度很好；第二點用模具生產(chǎn)零件生產(chǎn)效率非常高，而且它也不會因為受到提供的條料外形尺寸的精度的影響而受限制，特別是生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢角料也可用來再生產(chǎn)，非常的經(jīng)濟劃算。 復合模的缺點：復合模具結構相對與單工序模具比較復雜，它的模架結構部件加工也比較困難，這就導致模具制造的成本比較高，而且一般情況下凸凹模也很容易受到最小壁厚尺寸的影響限制，從而導致讓一些內(nèi)孔（板件上的各孔）間距以及內(nèi)孔與邊緣之間的距離，如果相距較近的話，則不好被采用。 綜合上面進行分析，復合模它本身所具有的優(yōu)點比較誘人，非常的實用，優(yōu)點遠大于缺點，所以模具設計的話，如果條件許可話，大多會選擇復合模結構。 34 2 確定工藝方案 2.1 工藝分析 該模具的設計思路主要是按照該零件（圖2—1）生產(chǎn)制造中沖孔工序與落料工序進行設計。該零件（圖2—1）是工廠生產(chǎn)的固定片，材料SPHC(熱軋鋼板），孔1直徑 11 mm，孔2直徑 12 mm，厚度3 mm。材料SPHC是有不錯的沖壓性能的材料，模具設計時該零件材料性質不成問題，不會影響沖壓模具設計。而且轉化后的零件（圖2—2）結構也都滿足沖裁模具的設計的加工要求，四個孔之間的距離，以及各孔與零件外輪廓的之間的距離也都大于 8 mm ，所以零件結構也符合沖裁設計要求。 此外，該零件（2—2）的沖孔工序和落料工序精度等級要求也分別為：IT11級,IT10級。該零件尺寸精度要求，不是很難達到，因此不同沖裁都可以滿足設計的要求。 零件為材料SPHC(熱軋鋼板），它與材料Q235性質相近：它們都具有不錯的塑形和成形能力，還有一定承受壓力加工性能，抗拉強度 σb / MPa ≥ 270MPa[3]。 圖2—1 圖2—2 2.2 沖裁工藝方案的確定 首先根據(jù)該零件彎曲前（圖2—2）的加工情況進行分析，該零件彎曲前（圖2—2）生產(chǎn)該零件的兩種工序分別為：落料工序、沖孔工序。 該零件彎曲前（圖2—2）模具設計按工序的先后順序組合，可得出三種方案： 方案一：沖孔為第一道工序，并設計沖孔模具，落料為第二道工序，同樣設計落料模具，兩套單工序模。這種方案要設計兩套的模具，比較麻煩，工序也很繁瑣制造精度也不高，生產(chǎn)的零件的質量也不行。 方案二：設計一套沖孔—落料級進模，該模具設計兩道工位，工位（1）是沖孔，工位（2）是落料，但是這種級進模的體積太大了，而且制造結構也很復雜，成本也高，加大了模具外形尺寸，增加加工難度。 方案三：沖孔—落料復合模，這兩道工序結合在一起，因此只需要一個復合模就可以完成生產(chǎn)零件。好處在于制造零件（圖2—2）的同軸度較好，零件（圖2—2）平面度很好，尺寸精度也很高，非常適合批量生產(chǎn)，產(chǎn)效非常地高，更主要的是模具的輪廓尺寸不會太大，模具的設計成本也很低。 綜合上面所陳述的方案分析可知，根據(jù)各方面因素，我選取方案三，設計一套沖孔—落料復合模，這套模具很符合我的設計要求[4]。 2.3 復合模結構形式確定 根據(jù)上面確定了的工藝設計方案，我選取的是沖孔—落料復合模。而對于復合模一般只有兩種結構設計形式，正裝結構樣式復合模和倒裝結構樣式復合模，它們主要通過凸凹模所在位置來區(qū)分（上和下）。一般情況下，倒裝式復合模，我們會將凸凹模安裝在下模所在位置；正裝式復合模，我們會將凸凹模安裝在上模所在位置[5]。 正裝結構的復合模沖壓成形之后零件留在下模具，我們需要向上推出，才能夠取出零件，這種結構取出零件很不方便，而且這套模具需要三套裝置分別是除料裝置、除件裝置、頂件裝置，這樣讓結構很復雜，而且不安全。而倒裝結構的復合模成形之后，零件會留在上模具，我們只需要在上模具安裝一副推件機構就好了，取出零件十分方便，沖孔的廢料排出也很方便，廢料直接從凸凹?？茁┫戮涂梢粤恕? 根據(jù)該零件的形狀分析，為了后面方便脫模，我選用倒裝結構復合模。 3 工藝設計 3.1 零件圖分析 3.1.1 零件圖尺寸分析 （1）彎曲后零件圖（三維圖） （2）彎曲前零件圖（三維圖） 圖3—1 圖3—2 圖3—1是該零件彎曲后的零件，我要設計的是該零件生產(chǎn)加工的兩道工序，設計成一個復合模具，這兩道工序的零件圖也就是圖3—2的零件圖，目前只有3—1的圖紙的數(shù)據(jù)參數(shù)，要將圖3—1轉化成圖3—2，所以要分析該零件彎曲前后尺寸變化情況[6]。 a. 該零件彎曲分析 下圖圖3—3是下方圖3—6左視圖，該圖中標注了彎曲后的參數(shù)字母名稱，為下面計算作準備。該零件的厚度t，其余邊長L1，L2，L3 ，圓弧半徑R1，R2 。 圖3—3 從《沖壓工藝與模具設計》可知，中心層的意思是彎曲圓弧段中會存在一層金屬保持變形前后長度不變的金屬層，在縮短區(qū)域與伸長區(qū)域之間內(nèi)，我們找到這層金屬層位置及參數(shù)，就可解出彎曲前的長度。 沖壓彎曲設計過程中采用公式計算應變中性層曲率半徑一般為ρ=r+Kt。 式中 K—表示彎曲過程應變中性層位移系數(shù)值大小，其值參考論文中表3—1；r—表示彎曲圓弧半徑數(shù)值；t—加工板料厚度。 應變中性層位移系數(shù) r/t 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 1 1.2 k 0.21 0.22 0.23 0.24 0.25 0.26 0.28 0.3 0.32 0.33 r/t 1.3 1.5 2 2.5 3 4 5 6 7 >=8 k 0.34 0.36 0.38 0.39 0.4 0.42 0.44 0.46 0.48 0.5 表3—1 圖3—4 b. 彎曲前毛胚展開尺寸計算 《沖壓工藝與模具設計》第三章中彎曲前長度計算，按照圖3—4字母，當r>0.5t的彎曲件時，零件的彎曲，可以按應變中性層等于毛胚長度的方法來計算。 計算公式：L = L1 + L2 + L0 = L1 + L2 +(ρ= r + Kt ) 式（3—1） L—毛胚的展開長度，mm L1 、L2—工件直邊長度，mm K—應變中性層位移系數(shù)，表3—1中已經(jīng)列出 r—彎曲件內(nèi)彎曲半徑，mm t—板厚，mm 將圖3—5（2）尺寸值代入公式3—1中： L=L1+(ρ1=R1+Kt)+L2+(ρ2=R2+Kt)+L3 L1=L2=128-3-2=123mm 因為r/t=3/3=1 查表可知K=0.32 ρ1=R1+Kt=2+0.32*3=2.96mm ρ1=ρ2=2.96mm 則：L=L1+(ρ1=R1+Kt)+L2+(ρ2=R2+Kt)+L3 L=123+*2.96+25.5+*2.96+123=280.8mm 所以該零件彎曲前的尺寸：280.8mm。 圖3—5（1） 圖3—5（2） c. 分析彎曲件孔的位置是否可以先沖孔 判斷先進行在該零件原胚沖孔是否會對后面彎曲工序有影響，當設計零件上的孔與彎曲邊太近時，必須要考慮彎曲是否會讓孔變形，因為孔會直接受彎曲變形的影響而畸變，變形的話生產(chǎn)出來的工件肯定是不合格的，所以必須審核孔是否可以沖，如果有影響的話，一定要提前修改工序[7]。 圖3—6 根據(jù)《沖壓工藝與模具設計》95頁，分析如下。當t<2mm，l>=t時，不用擔心先沖好的孔因彎曲而變形，而這個零件l的長度遠大于1mm，所以該零件制造可以先沖孔。 圖3—4 圖3—4左圖是參考圖，右圖是圖3—6中間放大圖，標出孔邊緣到彎曲邊的距離，l = 14.4 mm。根據(jù)《沖壓工藝與模具設計》彎曲工藝，分析如下。當t > 2 mm，l ≥2 t時，這個零件厚度3mm，可得出14.4 mm > 6 mm，所以該零件制造可以先沖孔，不用擔心先沖好的孔因彎曲而變形。 3.2.2 零件圖 a. 原零件圖紙圖面 圖3—5 b. 根據(jù)之前工藝尺寸分析，設計出彎曲前我要使用的零件圖如下： 圖3—6 3.2 排樣設計 3.2.1 排樣方案確定 沖壓的零件在條料或板料上的分布排列稱之為排樣。好的排樣設計可以讓模具結構變簡單明白、也讓其使用壽命變長、保證零件生產(chǎn)質量。一般加工產(chǎn)生的廢料我們可以分成工藝廢料與結構廢料。該零件固定片加工過程中，可能會產(chǎn)生搭邊和余料兩種形式的工藝廢料，這和排樣設計形式，以及沖壓的生產(chǎn)方式有關；還有因為零件結構，而產(chǎn)生不可避免的廢料，一般也無法改變減少。不合理的排樣設計將要浪費很多材料，畢竟很多模具設計，都是為批量生產(chǎn)。 如果我們能夠可以減少廢料面積，那么就等于節(jié)省材料，將要提高材料利用率，降低生產(chǎn)的成本，這也是排樣設計的意義，本次設計的材料利用率下面也會計算[8]。 圖3—7 上圖便是本次設計零件的形狀，根據(jù)該零件的形狀不難分析出其不能采用無廢料排樣方式，它形狀的不規(guī)則性，所以只能采用少廢料排樣的設計方法。 通過二維軟件模擬出兩種排樣方法： 第一種排樣方法如圖3—8所示： 圖3—8 這種設計使用CAD模擬合適的角度排列，特點在于，不規(guī)則零件圖形中間缺口可以疊加利用，但是上下廢料太多，單個零件長度占比也很大，跟主要的形狀不規(guī)則，導致模結構變得很復雜，生產(chǎn)成本高，取出零件時，也增加了危險因素。 第二種排樣方法如圖3—9所示： 圖3—9 這種設計是規(guī)則排樣方法，也是我一開始想到的排樣方法，本以為這種材料比較浪費材料，因為根據(jù)該零件的形狀采用疊加嵌入比較好一點，結果CAD軟件計算面積分析發(fā)現(xiàn)出兩種排樣設計浪費材料的平面占比相接近[9]。 3.2.2 排樣設計的相關計算 a. 搭邊值確定，條料步距計算 搭邊的意思是沖壓件之間的距離或者是沖壓件和條料邊緣之間的距離。搭邊的主要作用，為了補償沖壓前后的誤差，也是定位誤差，確保沖出的零件有合格的尺寸，也保證了條料有足夠的剛度。根據(jù)上面排樣方案的確定，零件厚度3 mm，在《沖裁模工藝與模具設計》第二章表2-15查出，該零件的排樣最小搭邊值：a1 = 2.8 mm，側面a = 3.2 mm ，如圖3—3所示。但是考慮到該工件尺寸較大這種情況，兩邊都設置了壓邊值，所以則取a = 5mm ；a1 = 3 mm確定條料步距步距：115 + 3 = 118 mm，寬度：280.8 + 10 = 290.8 mm。 圖3—10 b. 條料利用率計算 用UG測算出零件的表面積為：25404.4979 mm2 η== × 100% = 74.03%。 3.3 沖裁工藝力計算 3.3.1 總沖裁力計算 零件材料是SPHC(熱軋鋼板），其性質與Q235性質相近?？梢詮摹稕_裁模工藝與模具設計》第9章沖壓模具設計表9-1查到抗拉強度σb = 400 MPa 。 一般模具刃口沖裁時，沖裁力的計算公式F≈Ltσb 式（3—1） F—沖裁力，刃口與零件之間的力； L—沖裁周邊的長度，刃口的周長； t—材料的厚度，板料的厚度； L—沖裁周邊長度，可以通過UG測算零件周長967.094mm即L=967.094mm；厚度為3 mm ，抗拉強度σb = 400 MPa ，將數(shù)據(jù)代入式（3—1）可得： F ≈ 967.094 * 3 *400 ≈ 1160512.8 N ≈ 1160 KN。 3.3.2 卸料力、推件力、頂件力計算 （1）卸料力FX 計算： 從《沖裁模工藝與模具設計》第2章沖壓模具設計中表2-17可知：KX = 0.04 ；該材料厚度t = 3 mm。 卸料力計算公式：FX =KX F 式（3—2） F—沖裁力； KX—卸料力系數(shù)。 沖裁力已經(jīng)計算出：F = 1160 KN，KX = 0.04將數(shù)據(jù)代入式（3—2）可得： FX = KX F = 0.04 * 1160 = 46.4 KN。 （2）推件力FT 從《沖裁模工藝與模具設計》第2章沖壓模具設計表2-17可知：KT = 0.045；材料厚度t = 3 mm 。 推件力計算公式：FT = nKTF 式（3—3）F—沖裁力； KT—推件力系數(shù)； n—同時在凹模內(nèi)的沖裁零件的數(shù)量。 F = 1160 KN，KX = 0.045，n=1將數(shù)據(jù)代入式（3—3）可得： FT = n KTF = 0.045 * 1160 = 52.2 KN。 （3）頂件力FD 從《沖裁模工藝與模具設計》第2章沖壓模具設計表2-17可知：KD = 0.05；材料厚度t = 3 mm 。 頂件力計算公式：FD = KDF 式（3—4）F—沖裁力； KD—推件力系數(shù)。 F = 1160 KN，KD = 0.05將數(shù)據(jù)代入式（3—4）可得： FD = KD F = 0.05 * 1160 = 58 KN 3.3.3 沖壓設備的選擇 因為復合模一般對于卸料裝置選用，大多都是剛性卸料裝置；復合模對出料方式的選用，下出料方式。因此，沖壓工藝力總和：FZ = F+FT = 1160 + 52.2 = 1212.2KN。 由于壓力機的公稱壓力應不小于沖壓工藝總和FZ，所以壓力機公稱壓力不小于1212.2 KN 所以：沖壓設備選用JA21-160。 3.3.4沖裁壓力中心確定 圖3-4標出零件外輪廓所對應線段名稱A ，B ，C ，D ，E ，F(xiàn) ，G ，H ，I，以及關于Y軸對稱的A1 ，B1 ，C1 ，D1，E1 ，F(xiàn)1 ，G1 ， H1 ，I1 。而且它們也是對應邊的沖裁壓力中心。外輪廓為線段時，線段的壓力中心就是線段中心，A ，B ，C ，D ，E ，F(xiàn) ，G ，H ，I，A1 ，B1 ，C1 ，D1，E1 ，F(xiàn)1 ，G1 ， H1 ，I1 也是各邊壓力中心點。該圖的主要作用，標注對應線段名稱方便計算，同時也注明了壓力中心的坐標。 沖裁壓力中心是沖裁力合力的作用點。我們在進行沖壓模設計時候，一定要確保沖壓模具的壓力中心在壓力機的滑塊中心線和模柄的軸線上。如果偏離的話，沖壓的時候，可能會出現(xiàn)偏載的情況。這樣的后果輕則直接影響模具的使用壽命，重則損壞整個模具及相關的設備，造成一些難以估量的事故。因此，確定沖裁壓力中心,對整個模具設計有著很重要的作用[10]。 圖3—4是零件沖壓面所對視圖，圖形是關于Y軸對稱圖形，根據(jù)《沖裁模工藝與模具設計》與《理論力學》上所說：規(guī)則對稱圖形的壓力中心一般是幾何中心，所以該圖形的沖裁壓力中心點O（0，0）。 沖裁壓力中心點O（0，0），因為確定壓力中心的一般方法是解析法，所以驗證一下。 確定沖裁壓力心解析法：建立坐標系如圖3-4，壓力中心坐標為：（x0，y0），計算公式為： x0= ， y0= 根據(jù)圖3-4對應坐標值，我們發(fā)現(xiàn)x值關于Y對稱，y值關于X軸對稱，上面兩公式的分子全為：0 ，所以：x0==0 ， y0==0 ，壓力中心O(0，0），也是零件的幾何中心點，下面模架設計時，保證該點在模柄軸線上[11]。 圖3—11 圓弧段壓力中心點的求法： 圓弧線段P ，Q ，M ，N以及關于Y軸對稱的P1 ，Q1 ，M1 ，N1 。按公式y(tǒng) = ( 180 R sinθ ) / ( πθ ）= Rs / b計算，得出坐標P1 ，Q1 ，M1 ，N1如上圖所示。 圖3—12 3.3.5零件各邊所受沖裁力計算 （1）計算零件各段長度 通過軟件直接測量出零件各邊所對應線段的長度便于各沖裁力計算，圓弧則測出直徑和圓弧度再計算，凸凹模刃口設計做參考，為沖裁力計算做準備。 如圖3—4，Y軸左邊直線段長度： A段直線長度：L1 = 95 mm B段直線長度：L2 = 45.68 mm C段直線長度：L3 = 47.23 mm D段直線長度：L4 = 45.68 mm E段直線長度：L5 = 47.23 mm F段直線長度：L6= 34.56 mm G段直線長度：L7= 37.7 mm H段直線長度：L8= 24.8mm I段直線長度：L9= 24.8mm 如圖3—4，Y軸左邊圓弧段長度： P段圓弧長度：L10 = 15.7 mm Q段圓弧長度：L11 = 37.13 mm M段圓弧長度：L12 = 15.7 mm N段圓弧長度：L13 = 37.13 mm 如圖3—4，Y軸左邊直線段長度： A1段直線長度：L1 = 95 mm B1段直線長度：L2 = 45.68 mm C1段直線長度：L3 = 47.23 mm D1段直線長度：L4 = 45.68 mm E1段直線長度：L5 = 47.23 mm F1段直線長度：L6= 34.56 mm G1段直線長度：L7= 37.7 mm H1段直線長度：L8= 24.8mm I1段直線長度：L9= 24.8mm 如圖3—4，Y軸右邊圓弧段長度： P1段圓弧長度：L10 = 15.7 mm Q1段圓弧長度：L11= 37.13 mm M1段圓弧長度：L12 = 15.7 mm N1段圓弧長度：L13 = 37.13 mm （2）各段沖裁力計算 沖裁力計算便于凹凸模刃口強度校核以及凹凸模材料的選用，給定相關技術要求，也方便了技術工人查表給相應刃口處理，或者給模具加工師傅參考，對特殊刃口特殊處理（鍍膜、鑲邊），這樣可以很大程度上節(jié)約成本，提高工件生產(chǎn)效率。 計算公式：F= L tσb 其中t = 3 mm；以及抗拉強度 σb = 400 MPa 如圖3—4，Y軸左邊線段沖裁力： A段沖裁力：F1 = 95 * 3 *400 = 114000 N B段沖裁力：F2 = 45.68 * 3 *400 = 54816 N C段沖裁力：F3 = 47.23 * 3 *400 = 56676 N D段沖裁力：F4 = 45.68 *3 * 400 = 54816 N E段沖裁力：F5 = 47.23 *3 * 400 = 56676 N F段沖裁力：F6 = 34.56 * 3 * 400 = 41472 N G段沖裁力：F7 = 37.7 * 3* 400 = 45240 N H段沖裁力：F8 = 24.8 * 3 * 400 = 29760 N I 段沖裁力：F9 = 24.8 * 3 * 400 = 29760N P段沖裁力：F10 = 15.7 * 3* 400 = 18840 N Q段沖裁力：F11 = 37.13* 3 * 400 = 44556 N M段沖裁力：F13= 15.7* 3 * 400 = 18840 N N段沖裁力：F12 = 37.13* 3 * 400 = 44556 N 如圖3—4，Y軸右邊線段沖裁力： A1段沖裁力：F1 = 95 * 3 *400 = 114000 N B1段沖裁力：F2 = 45.68 * 3*400 = 54816 N C1段沖裁力：F3 = 47.23 * 3 * 400 = 56676 N D1段沖裁力：F4 = 45.68 *3 * 400 = 54816 N E1段沖裁力：F5 = 47.23* 3 * 400 = 56676 N F1段沖裁力：F6 = 34.56 * 3 * 400 = 41472 N G1段沖裁力：F7 = 37.7 * 3 * 400 = 45240 N P1段沖裁力：F8 = 15.7 * 3 * 400 = 18840 N Q1段沖裁力：F9 = 37.13 * 3 * 400 = 44556 N M1段沖裁力：F10 = 15.7 * 3 * 400 = 18840 N N1段沖裁力：F11 = 37.13 * 3 * 400 = 44556N （3）上面計算結果數(shù)據(jù)整理如下： 3.4 刃口尺寸計算 根據(jù)該零件形狀和尺寸特點得出，該套模具制造方法是通過配作來設計模具之間的配合，意思就是落料過程中，我們先可以計算分析出落料凹模的刃口尺寸及公差，凸模根據(jù)凹模的設計計算尺寸與要求配作；沖孔過程中，只需計算沖孔凸模的刃口尺寸及公差，凹模根據(jù)凸模的設計尺寸與要求配作[12]。 落料時，首先要根據(jù)我的零件外輪廓尺寸來確定凹模刃口的尺寸大小，也就是說它的刃口尺寸大小應該十分接近或者是說等于該零件彎曲前的落料部分的最小極限尺寸，從而可以確保凹模磨損尺寸增大在一定范圍內(nèi)，也能夠做出可以使用的合格零件。凸模刃口基本尺寸應該比凹模刃口基本尺寸小一個最小合理間隙。沖孔時，首先要根據(jù)設計的零件孔尺寸確定凸模刃口的尺寸大小，它的刃口尺寸大小應該十分接近或是說等于該零件彎曲前的沖孔部分的最大極限尺寸，從而可以確保凸模刃口磨損減小在一定范圍內(nèi)，也能夠做出可以使用的合格零件。凹模刃口基本尺寸應該比凸模刃口基本尺寸大一個最小合理間隙值。 （1）確定最小合理間隙 沖裁模具的間隙：凸模刃口部分與凹模刃口部分，在垂直于沖裁力方向的投影尺寸之差。從《沖壓模具課程設計》第二章表2-8查出最小雙面合理間隙值：Zmin = 0.46 , Zmax = 0.64。 （2）確定刃口尺寸 A.統(tǒng)計落料時模具在磨損情況下零件尺寸變化： 第一類：凹模磨損后變大的尺寸：280.8-0.8 mm，115-0.8 mm，24.8 mm，80-0.4 mm 其中24.8 mm是自由公差，一般按IT14等級來取值24.8-0.5 。 再根據(jù)公差值與料厚查《沖壓工藝與模具設計》第2章沖裁及沖裁模設計表2-11，磨損系數(shù)X=0.5，計算公式如下： A1 = ( 280 - 0.5 * 0.8 )0.8 / 4 = 279.6+0.2 ( mm ) A2 = ( 115 - 0.5 * 0.8 )0.8 / 4 = 114.6+0.2 ( mm ) A3 = ( 24.8 - 0.5 * 0.8 )0.4 / 4 = 279.6+0.1 ( mm ) A4 = ( 80 - 0.5 * 0.8 )0.8 / 4 = 79.6+0.2 ( mm ) 第二類：凹模磨損后變小的尺寸： mm ， mm 再根據(jù)公差值與料厚查《沖壓工藝與模具設計》第2章沖裁及沖裁模設計表2-11，磨損系數(shù)X=0.75，計算公式如下： B1 = ( 100.2 + 0.75 *0.3)-0.3/4 = 100.43 mm B2 = ( 169.4 + 0.75 * 0.3)-0.3/4 = 169.63 mm B.沖孔時模具在磨損情況下零件尺寸變化： 孔一：直徑 11+0.2 mm ,根據(jù)公差值與料厚查《沖壓工藝與模具設計》第2章沖裁及沖裁模設計表2-11，磨損系數(shù)X=0.75 D1= ( 11 + 0.75 * 0.2)-0.2/4 = 11.15-0.05 mm 孔二：直徑 12+0.2 mm ,根據(jù)公差值與料厚查《沖壓工藝與模具設計》第2章沖裁及沖裁模設計表2-11，磨損系數(shù)X=0.75 D1= ( 12 + 0.75 * 0.2)-0.2/4 = 12.15-0.05 mm C落料凹模、凸凹模圖繪制 a.落料凹模 圖3—13 圖3—13是落料凹模，設計落料時候，則以我們設計的凹模為基準件，所以用零件的實際尺寸加工凹模。 b.凸凹模 圖3—14 圖3—14為凸凹模的基本尺寸，也是零件的基本尺寸，公差在（2）中已經(jīng)求出，對應的刃口尺寸。 （3）卸料裝置設計 采用如圖3—15卸料裝置，板料的厚度t=3mm，卸料力FX = =46.4 KN，因此，模具選用6個彈簧裝置，彈簧預頂力為：F≥FX/6=7.73，f=1.88mm。 查沖壓工藝手冊可知圓柱螺旋彈簧的選用： d彈簧的材料直徑：6 mm D彈簧大徑:30mm F彈簧極限壓力：1700N h1 工作極限負荷變形量；13.1mm h自由高度：60mm t節(jié)距：7.8mm 圖3—15 彈簧總壓縮量計算：H = 46.4 / 1.7 * 13.1 / 7 = 51.08 mm，所以彈簧壓縮量為：51.08mm 。 3.5 模具整體結構設計 （1）模具類型的選擇 這個不用多說，前面已經(jīng)詳細介紹過了，根據(jù)沖壓工藝分析可知，采用沖孔—落料復合模。 （2） 定位方式的選擇 由于該模具所使用胚料是條料，因此，采用該模具控制條料的送條料方向可以采用導料銷；而把握條料送進的步距可以采用彈簧彈頂?shù)男问降幕顒訐趿箱N來控制送進條料的步距。然而當剛開始，對第一件零件的沖壓時，需要一定的余量，所以需要工人師傅目測來確定[13]。 （3） 出件方式的選擇 我們根據(jù)該模具沖裁加工時的運動的特點，該模具應該采用剛性形式的出件方式比較方便。因為工件的料厚為3mm，推件力一般會比較大，所以選用彈性裝置取出工件可能會很不容易，且對彈力大小要求可能很高，不太適合使用。而使用推件塊，可以讓模具的開模力來幫助推出工件，既安全又可靠還又簡單。故采用剛性裝置結構取出工件。結構圖如3—15。 （4） 導柱、導套的在模架位置的確定 為了能夠可以提高我設計的復合模具的使用壽命和加工出來的零件的加工質量，也為了方便安裝、維修等等，通過這些因素分析，我認為這套復合模應采用中間導柱模架[14]。 4 模架設計 4.1工作零部件的設計 （1）落料凹模設計 凹模的結構設計方案采用的是整體式凹模設計，凹模外部輪廓制作應該采用的方法是通過數(shù)控線切割機床實現(xiàn)一次成形切割。 凹模安裝在模架上時，應該要先根據(jù)前面壓力中心的設計數(shù)據(jù)，要確證壓力中心所在的位置在模柄軸線上。 凹模輪廓尺寸大小設計分析計算如下： a.凹模高度： 計算公式：H = kb 式（4—1） 查《沖壓模具課程設計》表2—22，b值是該零件彎曲前（刃口）最大尺寸，k值是根據(jù)板料厚度的系數(shù)，b = 280.8mm，k = 0.18。 代入公式（4—1）：H = 0.18×280.8 = 50.5 mm，取值60 mm b.凹模壁厚： 計算公式：C =（1.5~2)H = 75.8~101 mm 凹模厚度：75.8~101 mm，取凹模壁厚：C = 80 mm c.凹模寬度： 計算公式：B = d + 2C d值是縱向最大尺寸，C就是壁厚。 B = d + 2C = 115 +160 = 275mm，取值280 mm d.凹模長度 計算公式：L = b+ 2C = 280.8 + 160 = 440.8 mm，取值440 mm 。 根據(jù)零件圖樣設計，在分析工藝情況及確保壁厚強度能夠承受的前提下，取凹模長度值為440 mm，寬度值為280 mm，高度為60 mm ，所以凹模輪廓尺寸為440mm*280mm*60mm 。 （2） 凸凹模尺寸設計 本模具采用倒裝復合模，凸凹模設計尺寸計算公式如下： HTA=h1+h2+t+h 式（4—2） h1—凸凹模固定板的厚度取值：30mm； h2—卸料板的厚度取值：20mm； t—板料的厚度值為：3mm； h—卸料板與固定板之間的安全距離：11mm 。 代入4—2公式得： HTA= h1 + h2 + t + h = 30+20+3+11 = 64 mm 由于該凸凹模是這模具設計中的配作件，因此需要保證與沖孔的設計出的凸模和落料的設計的凹模的雙邊合理間隙Zmin 。 （3） 沖孔凸模 根據(jù)零件的圖樣：工件中有4個孔，有兩個不同尺寸的孔，另外兩個孔關于Y軸對稱，因此，需要四個凸模，兩類凸模。為了容易固定，所以采用的是比較簡單的階梯式凸模，其長度為L=凹模+固定板+t=60+30+3.5 = 93.5mm 4.2定位零件的設計 設計的凹模是采用整體式凹模結構來控制凹模位置，因此其輪廓要全結合這套模具本身具體結構來設計，應該要考慮到工件的形狀這個因素，很重要，可以使用一個直徑16mm的活動擋料銷，限制條料位置，以及兩個直徑12mm的活動導料銷來幫助定距。擋料銷和導料銷的下面都是使用采用壓縮彈簧結構，在開模時，彈簧將要恢復其彈力把擋料銷頂起來，使其處于工作狀態(tài)擋住條料，旁邊導料銷也一起工作起到限位作用。 a .卸料板設計 卸料板的輪廓設計尺寸和凹模輪廓設計尺寸是相同的，其厚度值為：20mm，使用材料為45鋼，淬火的硬度大小約為40~45HRC 。 b . 卸料螺釘?shù)倪x用 卸料板固定方法應該是采用6個M8的螺釘進行固定，長度計算公式：L=h1+h2+a h1彈簧的安裝高度的值：45mm； h2為卸料板工作行程的值：8mm； a為凸凹模固定板厚度的值：20mm； 代入公式的： L=h1+h2+a=45+8+20=73mm 4.3模架其它零部件的設計 前面已經(jīng)討論過模具采用的是中間導柱，因為模具受力不均偏心力矩不穩(wěn)可能引起的模具歪斜。以凹模周界尺寸為依據(jù)，從《沖壓模具課程設計》第9章表9—48查到模架規(guī)格如下。 導柱的選用：d（mm）× L（mm）分別為直徑45mm × 200mm、直徑50mm × 200mm 。 導套的選用：d（mm）× L（mm）× D（mm）分別為直徑45mm × 125mm × 48mm、直徑45mm ×125mm × 48mm 。 上面模座的厚度H上取值為：40mm，下模座的厚度H下取值為：60 mm ，上墊板的厚度H墊取值為：16mm，那么該模具的閉合的高度H閉為： H閉=H上+H下+H墊+L+H-h 式（4—3） 式中 L—凸模高度為93.5mm； H—凸凹模高度為64mm； h—凸模沖裁后進入凸凹模的深度為3.5mm 。 H閉=H上+H下+H墊+L+H-h =40+60+16+93.5+64-3.5=270mm 可以看出模具計算出的閉合高度不超過所選的壓力機JA21—160的最大裝模高度450mm ，所以該壓力機滿足使用要求。 4.4沖壓設備的選取 通過上面計算審核，我為該模具選擇的是開式雙柱固定臺式壓力機（JA21—160），通過分析，其能夠滿足使用要求。它的主要技術參數(shù)如下。 公稱壓力大小值為：1600 kN 滑塊行程次數(shù)頻率值：40次/min 最大的封閉高度值為：450mm 滑塊行程量大小：160mm 封閉高度調節(jié)量大?。?30 mm 立柱的距離大小：530mm 墊板厚度值為：460mm 模柄直徑深度值為：70 mm×80mm 滑塊的中心線到床身距離大?。?80mm 工作臺尺寸（前后×左右）：710mm×1120mm 滑塊的底面尺寸（前后×左右）：460 mm×650mm 4.5模具零件的加工工藝 模具零件加工，最為主要的是上下模的設計，模具的加工也直接影響零件的成形尺寸，下方表是我給設計的模具，制定的加工工藝。 （1）凸模制作工藝 （2）凹模制作工藝 4.6模具的裝配 根據(jù)該復合模結構設計的特點，應該首先將其上模安裝好，通過上模位置再來安裝下模較為正確，并且通過調試尋找合理間隙，再來試沖和進行返修。具體過程如下。 （1） 上模裝配 a. 我們需要進行認真仔細檢查所有將要準備裝配零件看看是否符合圖紙上面的設計要求，然后再來做好劃線以及定位等等準備工作。 b. 首先我們要把該零件的凸模和凸模的固定板裝配起來，確定凸模位置后，再來和凹模板進行裝配，并且調節(jié)好之間的間隙。 c. 最后我們把已經(jīng)調好間隙的凸模及凹模與上模座連接起來，然后再來檢查間隙是否合理后，之后打入銷釘及擰入螺絲來固定起來。 （2） 下模裝配 a .我們需要進行認真仔細檢查所有將要準備裝配的各零件看看是否符合圖紙上面的設計要求，然后再來做好劃線以及定位等等準備工作。 b .首先我們把凸凹模安裝在下模座上，確定凸凹模位置后，然后再裝入凸凹模固定板并調節(jié)之間的間隙，防止中間發(fā)生干涉及破壞該零件。接著，再裝入銷釘，并擰入緊固螺釘固定起來，再來檢查調整。 c. 最后我們先將經(jīng)調整后的上下模按導柱、導套配合進行組裝，并且再次檢查間隙是否合理后進行試沖。并根據(jù)試沖結果作出相應調整，直到生產(chǎn)出合格的零件[15]。 4.7模具的總裝圖及重要零件圖 （1） 通過以上設計，可以繪制裝配圖如下。 圖4—1 圖4—2 (2)零件圖上模座 圖4—3 （3） 零件圖模柄 圖4—4 （4） 落料模 圖4—5 （5） 凸模 圖4—6 （6） 墊板 圖4—7 （7） 凹凸模 圖4—8 5 結 論 本次模具設計是同學父親廠里提供的零件，正好做我的畢業(yè)設計，該零件結構不是很復雜，但是工序很繁瑣，整個設計用到很多知識，從一開始對零件分析，查找關于彎曲件的知識，到后來設計后待做零件之后，開始設計模具。該套模具的設計只取該零件沖孔與落料兩道工序進行設計。該零件（彎曲后）是工廠生產(chǎn)的固定片，材料SPHC(熱軋鋼板），大致形狀是孔1直徑 11 mm，孔2直徑 12 mm，厚度3 mm。整套模具設計下來，感覺學到了很多東西。本課題沖孔—落料復合模設計，分析設計的零件，結合各種機械加工設備，并且結合本課題的具體設計要求。運用相關機械原理和模具的設計基本知識對必要部分進行相應計算分析，力爭做到嚴密、嚴謹，本課題在研究過程中充分地發(fā)揮計算機輔助軟件在工程設計中的作用，利用現(xiàn)代UG/CAD軟件的幫助，縮短了工程設計與改進的周期，一定程度上減少了設計費用。 參考文獻 [1]奚云赫.機械模具技術的發(fā)展方向與現(xiàn)狀分析[J].科技與企業(yè),2016(01): [2]曹延安.中國模具行業(yè)的現(xiàn)狀及前景[J].金屬加工(冷加工),2012(09): [3]宇海英.《沖壓工藝與模具設計》[M].北京:電子工業(yè)出版社，2011. 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The Veterinary Record, 2009. 附 錄 排樣設計對模具壽命的影響，排樣的設計方法和搭邊值大小對模具壽命的影響非常大。當搭邊值過小時，往往會導致模具的急劇磨損以及凸、凹?；ハ嗫袀墓?jié)約材料來看，搭邊值應該愈小愈好，如果搭邊值小于極限數(shù)值之后，對使用的模具壽命和加工工件的表面質量不利。在沖裁過程中有機會被拉人模具間隙中，讓零件產(chǎn)生毛刺，更糟糕的是損壞模具刃口，從而將會降低模具壽命。因此，當我們考慮提高材料利用率的同時，也必須要考慮零件的產(chǎn)量、質量和壽命，再來分析排樣方法和確定搭邊值。 模具導向結構對模具壽命的影響，好的導向對于減小工作零件的磨損有極大的幫助，因此用來避免凸模與凹?？袀苡行?。特別是對那些沒有隙或者是很小問隙的沖裁模、各種復合模和級進模更為重要。如果要提高模具壽命，那就必須根據(jù)工序安排和零件精度的要求，選擇好導向結構和導向精度，此外選擇的導向精度應該要高