側(cè)彎支座連續(xù)模沖壓工藝（太原）,支座,連續(xù),沖壓,工藝,太原 太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 畢業(yè)設(shè)計 側(cè)彎支座連續(xù)模沖壓工藝 分析及模具設(shè)計 學(xué)生姓名： 陳哲 學(xué)號： 102018134 系 部： 機(jī)械工程系 專 業(yè)： 材料成型及控制工程 指導(dǎo)教師： 袁 濤 二〇一四 年 六 月 誠信聲明 本人鄭重聲明：本論文及其研究工作是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下獨(dú)立完成的，在完成論文時所利用的一切資料均已在參考文獻(xiàn)中列出。 本人簽名： 2014年 6 月 5 日 畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書 設(shè)計題目： 側(cè)彎支座連續(xù)模沖壓工藝分析及模具設(shè)計 系部： 機(jī)械工程系 專業(yè)： 材料成型及控制工程 學(xué)號： 102018134 學(xué)生： 陳哲 指導(dǎo)教師（含職稱）： 原濤 專業(yè)負(fù)責(zé)人： 趙越文 1． 設(shè)計的主要任務(wù)及目標(biāo) ①通過畢業(yè)設(shè)計能夠鞏固所學(xué)的各類基礎(chǔ)知識，初步掌握沖壓模具設(shè)計的流程，熟練掌握使用各類工具書籍。 ②通過畢業(yè)設(shè)計使自己初步達(dá)到工程師所具備的基本素質(zhì) 2．設(shè)計的基本要求和內(nèi)容 （1）完成沖壓件的工藝性分析（工藝分析、工藝方案確定、工藝計算） （2）進(jìn)行沖壓模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計和計算（主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計、模具結(jié)構(gòu)設(shè) 計及模具工作部分尺寸計算等） （3）制定模具典型零件加工的工藝規(guī)程 (4)完成模具總裝配圖及模具主要零部件圖的繪制 （5）編寫模具畢業(yè)設(shè)計論文 3． 主要參考文獻(xiàn) （1）沖壓設(shè)計資料 機(jī)械工業(yè)出版社 王孝培主編 （2）沖模圖冊 機(jī)械工業(yè)出版社 李天佑主編 （3）冷沖壓模具設(shè)計指導(dǎo) 機(jī)械工業(yè)出版社 王芳主編 （4）實(shí)用模具技術(shù)手冊 機(jī)械工業(yè)出版社 陳錫棟、周小玉主編 （5）實(shí)用模具技術(shù)手冊 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社 李紹林、馬長福主編 （6）沖模設(shè)計手冊 機(jī)械工業(yè)出版社 《沖模設(shè)計手冊》編寫組 4．進(jìn)度安排 設(shè)計各階段名稱 起止日期 1 開題報告 2014.3.1——2014.3.15 2 工藝分析及計算 2014.3.1——2014.4.15 3 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計及計算 2014.4.1——2014.5.15 4 繪制圖紙及編寫設(shè)計說明書 2014.5.1——2014.6.16 5 畢業(yè)答辯 2014年6月中旬 太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 側(cè)彎支座連續(xù)模沖壓工藝 分析及模具設(shè)計 摘要：沖壓加工在國民經(jīng)濟(jì)各個領(lǐng)域中應(yīng)用范圍相當(dāng)廣，對國計民生具有重要意義。本次設(shè)計的是側(cè)彎支座，零件成形工藝復(fù)雜，包括沖裁和多次彎曲。而且精度要求比較高，形狀比較復(fù)雜，生產(chǎn)批量大。通過工藝性分析，有單工序模、復(fù)合模、級進(jìn)模能符合生產(chǎn)要求，此次工序?yàn)槁淞?、沖孔和彎曲。為了適應(yīng)大批量生產(chǎn)的要求，并且考慮生產(chǎn)成本和效率，選擇采用級進(jìn)模制造。零件原料為2A12M，為硬鋁，采用自動送料器和自動送料裝置送料。 模架采用四導(dǎo)柱四導(dǎo)套結(jié)構(gòu)和彈性卸料板，并在卸料板和固定板之間設(shè)置輔助導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的小導(dǎo)柱和小導(dǎo)套，保證卸料板有足夠的運(yùn)動精度。 關(guān)鍵詞：側(cè)彎支座，級進(jìn)模、落料，沖孔，彎曲 I 太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 Progressive die stamping process analysis and die design of bending bearing ABSTRACT：Stamping processing are widely used in various areas of the national economyactivities .Has the vital significance to the beneficial to the people's livelihood.The design of the side bent pedestal.The forming process is complex, including blanking and bending. And the relatively high precision, complex shape, mass production. Through process analysis, a single die, compound die, progressive die can meet the production requirements, the procedures of blanking, punching and bending. In order to meet the requirements of mass production, and consider the production cost and efficiency, selection using progressive die manufacturing. Parts and raw materials for 2A12M, aluminum, using automatic feeders and automatic feeding device for feeding. The mold adopts four lead pillar and Four sets of lead and flexibility of the bead, and be unloading to anticipate plank and fix plank of the constitution lend support to direction organization-small lead pillar with small lead a set, assurance unloads to anticipate the plank contain enough sport accuracy. Key words: lateral support ，progressive die ，blanking， blunt bore， bending I 目 錄 1 前言------------------------------------------------------------------------------------------------------------------1 1.1 沖壓加工與模具設(shè)計簡介------------------------------------------------------------------------------1 1.2冷沖壓與模具技術(shù)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀-------------------------------------------------------------------3 1.3選題的意義-----------------------------------------------------------------------------------------------------5 2 工藝分析、排樣設(shè)計及方案對比確定--------------------------------------------------------------------6 2.1 沖裁件工藝性分析----------------------------------------------------------------------------------------7 2.1.1 分析工件的技術(shù)要求-----------------------------------------------------------------------------------7 2.1.2零件材料的選用------------------------------------------------------------------------------------------8 2.1.3零件的結(jié)構(gòu)工藝性分析--------------------------------------------------------------------------------8 2.2 沖裁工藝方案的對比與確定--------------------------------------------------------------------------9 2.2.1沖裁工序的組合------------------------------------------------------------------------------------------9 2.2.2沖裁順序的安排------------------------------------------------------------------------------------------10 2.2.3工藝方案的比較------------------------------------------------------------------------------------------10 2.3 沖裁件排樣設(shè)計------------------------------------------------------------------------------------------11 2.3.1排樣方法----------------------------------------------------------------------------------------------------11 2.3.2搭邊值的選用---------------------------------------------------------------------------------------------13 2.3.3條料寬度的確定------------------------------------------------------------------------------------------14 2.3.4步距的確定------------------------------------------------------------------------------------------------15 2.3.5材料利用率的確定--------------------------------------------------------------------------------------16 3 沖壓力及壓力中心的確定---------------------------------------------------------------------------------17 3.1 沖壓力的計算---------------------------------------------------------------------------------------------17 3.2 壓力中心的計算----------------------------------------------------19 3.3 壓力機(jī)的選擇---------------------------------------------------------------------------------------------21 3.3.1沖壓設(shè)備類型的選擇------------------------------------------------21 3.3.2確定壓力機(jī)設(shè)備的規(guī)格-------------------------------------------------------------------------------22 4 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計--------------------------------------------------------------------------------------------------24 4.1 沖裁間隙----------------------------------------------------------------------------------------------------24 4.1.1沖裁間隙的影響------------------------------------------------------------------------------------------24 III 4.1.2沖裁間隙的選用------------------------------------------------------------------------------------------26 4.2 模具刃口尺寸的計算-----------------------------------------------------------------------------------27 4.2.1計算原則---------------------------------------------------------------------------------------------------27 4.2.2計算方法---------------------------------------------------------------------------------------------------28 4.2.3各工位凸凹模刃口尺寸計算------------------------------------------------------------------------29 4.3 送料方式的確定------------------------------------------------------------------------------------------31 4.4 定位方式的選擇及定位裝置-------------------------------------------------------------------------32 4.5 卸料方式的選擇-----------------------------------------------------------------------------------------32 4.6 模架的選擇-------------------------------------------------------------------------------------------------32 4.7卸料板及其配套設(shè)施的選擇---------------------------------------------------------------------------32 4.8 導(dǎo)料裝置----------------------------------------------------------------------------------------------------34 4.9 凸模與凹模的固定--------------------------------------------------------------------------------------34 5 模具總裝配圖---------------------------------------------------------------------------------------------------34 5.1 裝配圖的繪制---------------------------------------------------------------------------------------------36 5.2 模具零件圖的繪制--------------------------------------------------------------------------------------36 5.3 編寫說明書-------------------------------------------------------------------------------------------------37 6 模具零件設(shè)計及強(qiáng)度校核--------------------------------------------------------------------------------38 6.1 工作零件設(shè)計---------------------------------------------------------------------------------------------39 6.1.1小凸模設(shè)計------------------------------------------------------------------------------------------------39 6.1.2 落料凸模設(shè)計--------------------------------------------------------------------------------------------40 6.1.3 異型孔沖模設(shè)計----------------------------------------------------------------------------------------41 6.1.4 切斷模設(shè)計-----------------------------------------------------------------------------------------------41 6.2 墊板、凸模固定板設(shè)計---------------------------------------------------------------------------------41 6.3強(qiáng)度校核-------------------------------------------------------------------------------------------------------42 6.3.1 .凸凹模強(qiáng)度校核---------------------------------------------------------------------------------------42 6.3 .2 .導(dǎo)柱強(qiáng)度校核------------------------------------------------------------------------------------------43 7 模具制造工藝---------------------------------------------------------------------------------------------------44 結(jié)論-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------46 參考文獻(xiàn)-------------------------------------------------------------------------------------------------------------47 致謝--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------48 I 1 前言 1.1 沖壓加工與模具設(shè)計簡介 沖壓加工是借助于常規(guī)或?qū)Ｓ脹_壓設(shè)備的動力，使板料在模具里直接受到變形力并進(jìn)行變形，從而獲得一定形狀,尺寸和性能的產(chǎn)品零件的生產(chǎn)技術(shù)。板料，模具和設(shè)備是沖壓加工的三要素。沖壓加工是一種金屬冷變形加工方法。所以，被稱之為冷沖壓或板料沖壓，簡稱沖壓。它是金屬塑性加工（或壓力加工）的主要方法之一，也隸屬于材料成型工程技術(shù)[1]。 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。 與機(jī)械加工及塑性加工的其它方法相比，沖壓加工無論在技術(shù)方面還是經(jīng)濟(jì)方面都具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)[2]。主要表現(xiàn)如下： 　　（1）沖壓加工的生產(chǎn)效率高，且操作方便，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化與自動化。這是因?yàn)闆_壓是依靠沖模和沖壓設(shè)備來完成加工，普通壓力機(jī)的行程次數(shù)為每分鐘可達(dá)幾十次，高速壓力要每分鐘可達(dá)數(shù)百次甚至千次以上，而且每次沖壓行程就可能得到一個沖件。 　?。?） 沖壓時由于模具保證了沖壓件的尺寸與形狀精度，且一般不破壞沖壓件的表面質(zhì)量,而模具的壽命一般較長,所以沖壓的質(zhì)量穩(wěn)定,互換性好,具有“一模一樣”的特征。 　?。?）沖壓可加工出尺寸范圍較大、形狀較復(fù)雜的零件，如小到鐘表的秒表，大到汽車縱梁、覆蓋件等，加上沖壓時材料的冷變形硬化效應(yīng)，沖壓的強(qiáng)度和剛度均較高。 （4）沖壓一般沒有切屑碎料生成，材料的消耗較少，且不需其它加熱設(shè)備，因而是一種省料，節(jié)能的加工方法，沖壓件的成本較低。 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)計和制造有直接關(guān)系。模具設(shè)計與制造技術(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(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[3]。 沖壓模具的形式很多，一般可按以下幾個主要特征分類： 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。 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 只有一個工位，在壓力機(jī)的一次行程中，在同一工位上同時完成兩道或兩道以上沖壓工序的模具。 （3）級進(jìn)模（也稱連續(xù)模） 在毛坯的送進(jìn)方向上，具有兩個或更多的工位，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。 沖壓加工主要應(yīng)用[4]： 由于沖壓具有如此優(yōu)越性，沖壓加工在國民經(jīng)濟(jì)各個領(lǐng)域應(yīng)用范圍相當(dāng)廣泛。例如，在宇航，航空，軍工，機(jī)械，農(nóng)機(jī)，電子，信息，鐵道，郵電，交通，化工，醫(yī)療器具，日用電器及輕工等部門里都有沖壓加工。不但整個產(chǎn)業(yè)界都用到它，而且每個人都直接與沖壓產(chǎn)品發(fā)生聯(lián)系。像飛機(jī)，火車，汽車，拖拉機(jī)上就有許多大，中，小型沖壓件。小轎車的車身，車架及車圈等零部件都是沖壓加工出來的。據(jù)有關(guān)調(diào)查統(tǒng)計，自行車，縫紉機(jī)，手表里有80%是沖壓件；電視機(jī)，收錄機(jī)，攝像機(jī)里有90%是沖壓件；還有食品金屬罐殼，鋼精鍋爐，搪瓷盆碗及不銹鋼餐具，全都是使用模具的沖壓加工產(chǎn)品；就連電腦的硬件中也缺少不了沖壓件。 但是，沖壓加工所使用的模具一般具有專用性，有時一個復(fù)雜零件需要數(shù)套模具才能加工成形，且模具制造的精度高，技術(shù)要求高，是技術(shù)密集形產(chǎn)品。所以，只有在沖壓件生產(chǎn)批量較大的情況下，沖壓加工的優(yōu)點(diǎn)才能充分體現(xiàn)，從而獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益的。 當(dāng)然，沖壓加工也存在著一些問題和缺點(diǎn)。主要表現(xiàn)在沖壓加工時產(chǎn)生的噪音和振動兩種公害，而且操作者的安全事故時有發(fā)生。不過，這些問題并不完全是由于沖壓加工工藝及模具本身帶來的，而主要是由于傳統(tǒng)的沖壓設(shè)備及落后的手工操作造成的。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，特別是計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，隨著機(jī)電一體化技術(shù)的進(jìn)步，這些問題一定會盡快二完善的得到解決。 1.2 冷沖壓與模具技術(shù)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 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)計和制造有直接關(guān)系。模具設(shè)計與制造技術(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(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。 近年來，我國模具標(biāo)準(zhǔn)件的生產(chǎn)和銷售形勢是“產(chǎn)銷兩旺”，主要是因?yàn)槠嚬I(yè)的發(fā)展和國家“十一五”規(guī)劃確定要以重化工業(yè)為重點(diǎn)的拉動。根據(jù)對部分模具標(biāo)準(zhǔn)件企業(yè)的書面調(diào)查，2007 年與2004 年相比，產(chǎn)量平均增長37.6%，銷售額平均增長39.66%。 重視技術(shù)改造, 加大對新設(shè)備的投資，增強(qiáng)市場競爭的“硬件”實(shí)力。根據(jù)對部分單位的調(diào)查，近3 年來每個單位平均投資為1326.27 萬元，主要增添了加工中心、數(shù)控設(shè)備等。在引進(jìn)、消化的基礎(chǔ)上開展自主創(chuàng)新，使新型模具標(biāo)準(zhǔn)件品種增多，特別是出現(xiàn)了不少與汽車模具配套的新產(chǎn)品。 國外模具標(biāo)準(zhǔn)件快速進(jìn)入我國，使市場競爭日趨激烈，促使國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)件企業(yè)采取了諸多新的應(yīng)對舉措[5]。比如，①加速新型模具標(biāo)準(zhǔn)件的研制；②根據(jù)企業(yè)自身的實(shí)力和市場不同層次的需求，有針對性地拓展市場，向相關(guān)行業(yè)發(fā)展，保證了以“標(biāo)準(zhǔn)件為主”向“多種經(jīng)營”發(fā)展，以籌措集累資金，保證模具標(biāo)準(zhǔn)件專業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展；③積極開拓國際市場，我國的模具標(biāo)準(zhǔn)件已開始遠(yuǎn)銷國外，有的企業(yè)出口銷售額已占總銷售額的30% 以上；④采取先進(jìn)的銷售經(jīng)營措施。我國模具標(biāo)準(zhǔn)件從改革開放以前的“自產(chǎn)自銷，自我配套”，到近年來的“委托經(jīng)銷”向“網(wǎng)絡(luò)銷售”發(fā)展，為此，標(biāo)準(zhǔn)件委員會經(jīng)過3年的努力已建成“中國模標(biāo)商務(wù)網(wǎng)”，實(shí)現(xiàn)了與中國模協(xié)“信息網(wǎng)”的鏈接，現(xiàn)已開通為用戶服務(wù)；加大了標(biāo)準(zhǔn)件委員會主辦的“模標(biāo)商情”雜志的信息量，設(shè)立了“專題論述”、“協(xié)會信息”、“技術(shù)交流”、“經(jīng)驗(yàn)交流”、“專題論述”、“企業(yè)采風(fēng)”等欄目，加大了對標(biāo)準(zhǔn)件企業(yè)的宣傳力度。 沖模CAD/CAM技術(shù)已成為沖壓工藝與模具的主要發(fā)展方向之一。我國在沖壓模具的CAD/CAM方面也取得了重大的發(fā)展。上海交通大學(xué)在80年代初期開展了打規(guī)模的CAD/CAM研究開發(fā)工作，采用交互設(shè)計方法進(jìn)行條料排樣，模具結(jié)構(gòu)及零件設(shè)計方面采用了典型結(jié)構(gòu)及標(biāo)準(zhǔn)零件的自動調(diào)用和交互設(shè)計相結(jié)合的方法，開發(fā)了智能化數(shù)據(jù)庫，貯存了各種沖模的典型結(jié)構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)零件、設(shè)計經(jīng)驗(yàn) 、設(shè)計方法和步驟，并向用戶開放，目前在上海交通大學(xué)已建立了模具CAD/CAM國家工程中心[6]。 現(xiàn)代沖壓加工的發(fā)展趨勢，可以概括為以下幾個方面： （1）深入研究沖壓變形的基本規(guī)律、各種沖壓工藝的變形理論、失穩(wěn)理論與極限變形程度等；應(yīng)用有限元、邊界元等技術(shù)，對沖壓過程進(jìn)行數(shù)字模擬分析，以預(yù)測某一工藝過程中坯料對沖壓的適應(yīng)性及可能出現(xiàn)的質(zhì)量問題，從而優(yōu)化沖壓工藝方案，使塑性現(xiàn)代沖壓加工的發(fā)展趨勢，可以概括為以下幾個方面： （2）深入研究沖壓變形的基本規(guī)律、各種沖壓工藝的變形理論、失穩(wěn)理論與極限變形程度等；應(yīng)用有限元、邊界元等技術(shù)，對沖壓過程進(jìn)行數(shù)字模擬分析，以預(yù)測某一工藝過程中坯料對沖壓的適應(yīng)性及可能出現(xiàn)的質(zhì)量問題，從而優(yōu)化沖壓工藝方案，使塑性變形理論逐步起到對生產(chǎn)過程的直接指導(dǎo)作用。 制造沖壓件用的傳統(tǒng)金屬材料，正逐步被高強(qiáng)鋼板、涂敷鍍層鋼板、塑料夾層鋼板和其他復(fù)合材料或高分子材料所替代。隨著材料科學(xué)的發(fā)展，加強(qiáng)研究各種新材料的沖壓成形性能，不斷發(fā)展和改善沖壓成形技術(shù)。 （3）在模具設(shè)計與制造中，開發(fā)并應(yīng)用計算機(jī)輔助設(shè)計和制造系統(tǒng)（CAD/CAM），發(fā)展高精度、高壽命模具和簡易模具（軟模、低熔點(diǎn)金模具等）制造技術(shù)以及通用組合模具、成組模具、快速換模裝置等，以適應(yīng)沖壓產(chǎn)品的更新?lián)Q代和各種生產(chǎn)批量的要求。 （4）推廣應(yīng)用數(shù)控沖壓設(shè)備、沖壓柔性加工系統(tǒng)（FMS）、多工位高速自動沖壓機(jī)以及智能機(jī)器人送料取件，進(jìn)行機(jī)械化與自動化的流水線沖壓生產(chǎn)。 （5）精沖與半精沖、液壓成形、旋壓成形、爆炸成形、電水成形、電磁成形、超塑成形等技術(shù)得到不斷發(fā)展和應(yīng)用，某些傳統(tǒng)的沖壓加工方法將被它們所取代，產(chǎn)品的沖壓加工趨于更合理、更經(jīng)濟(jì)。 1.3 選題的意義 沖壓工藝及模具設(shè)計在制造行業(yè)中占有十分重要的地位，在機(jī)械、電子、汽車、航空以及輕工業(yè)等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。由于沖壓加工具有生產(chǎn)率高、生產(chǎn)成本低、操作簡單、適合大批量生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，在制造業(yè)中有著廣闊的發(fā)展前景，因而需要大量的工程技術(shù)人員去從事和研究沖壓工藝和模具設(shè)計方面的內(nèi)容。國外發(fā)達(dá)國家對沖壓加工技術(shù)的應(yīng)用、研究和開發(fā)都比較重視，我國也非常重視沖壓技術(shù)人才的培養(yǎng)[7]。 通過對所給零件的沖壓模具設(shè)計，可以促進(jìn)我們專業(yè)知識的鞏固，增長見識，拓寬知識面，鞏固和加強(qiáng)機(jī)械制圖、機(jī)械設(shè)計、沖壓模具設(shè)計與制造等專業(yè)理論知識在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用，培養(yǎng)我們綜合運(yùn)用所學(xué)過的知識分析、解決實(shí)際工程問題的能力，為今后的學(xué)習(xí)和工作積累經(jīng)驗(yàn)，奠定良好的基礎(chǔ)。 2 工藝分析、排樣設(shè)計及方案對比確定 沖裁工藝設(shè)計主要包括沖裁件的工藝分析和沖裁工藝方案的確定兩方面的內(nèi)容。良好的工藝性和合理的工藝方案，可以用最小的材料消耗，最少的工序數(shù)量和工時，穩(wěn)定地獲得符合要求的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，并使模具結(jié)構(gòu)簡單，壽命高，因而可以減少勞動和沖裁成本。本次設(shè)計工件圖如圖2.1，零件三維圖如圖2.2： 圖2.1 圖2.2 2.1 沖裁件工藝性分析 沖裁件的工藝性，是指沖裁件對沖裁工藝的適應(yīng)性，在沖裁加工中的難易程度。一般情況下，對沖裁工藝性影響最大的是制件的結(jié)構(gòu)形狀、精度要求、行為公差及技術(shù)要求等。沖裁件的工藝性合理與否，影響到?jīng)_裁件的質(zhì)量、模具壽命、材料消耗、生產(chǎn)效率等。 2.1.1 分析工件的技術(shù)要求 （1）加工表面的尺寸精度及尺寸基準(zhǔn) 工件中對標(biāo)有尺寸精度的尺寸按照零件圖的精度進(jìn)行設(shè)計，對其他未標(biāo)尺寸按一般精度設(shè)計，即按國標(biāo)對非圓形工件精度等級取IT14級設(shè)計，對圓形工件精度等級取IT10級設(shè)計【5】。 沖裁件的尺寸基準(zhǔn)應(yīng)盡可能和制模時的定位基準(zhǔn)重合，以避免產(chǎn)生基準(zhǔn)不重合誤差?？孜怀叽缁鶞?zhǔn)應(yīng)盡量選擇在沖裁過程中始終不參加變形的面或線上，切不要與參加變形的部分聯(lián)系起來。 （2）主要加工表面的形位公差精度 通過分析零件圖，零件的主要形位公差精度未標(biāo)注，形位公差精度按一般的精度要求處理即可滿足工藝要求。 （3）表面質(zhì)量要求 工件未標(biāo)有表面質(zhì)量精度要求，按照一般要求處理即可滿足工藝要求，即表面粗糙度Ra=3.2。 2.1.2 零件材料的選用 工件材料為2A12M，即硬鋁。 硬鋁（含2.2—4.9％Cu、0.2—1.8％Mg、0.3—0.9%Mn、少量的硅，其余是鋁），有良好的機(jī)械性能、強(qiáng)度大又便于加工，而且密度小，可作輕型結(jié)構(gòu)材料。 一般的硬鋁中，鎂不超過2%。錳可提高強(qiáng)度和耐蝕性，但一般限制錳小于1%，加入少量的鈦可細(xì)化晶粒，鐵與硅均限制在小于0.5-0.6%，并希望鐵硅比值大于等于一。 硬鋁的缺點(diǎn)主要有： （1）耐蝕性不良，因此不得不在硬鋁板材表面用軋制方法包一層工業(yè)純鋁（純鋁厚度占板材厚度3-5%）成為包鋁硬鋁。有包鋁層時強(qiáng)度有所下降。 （2）固溶處理溫度范圍窄，小于此溫度不能發(fā)揮最大強(qiáng)化效果，而超出上限溫度，又有產(chǎn)生晶界“過”的可能使晶粒聚集受到破壞。 （3）焊接裂紋傾向大，用熔焊法有困難。 2.1.3 零件的結(jié)構(gòu)工藝性分析 此零件為側(cè)彎支座，材料為2A12M，厚度為，生產(chǎn)批量為大批量。對制件技術(shù)要求是表面不得有劃痕，無毛刺等，而2A12M材料表面容易劃痕，因此要求沖件間隙合理，工作面表面粗糙度值要小。采用級進(jìn)模生產(chǎn)，選用連續(xù)彎曲方式，以適應(yīng)大批量生產(chǎn)的需求。 零件結(jié)構(gòu)對稱，形狀不復(fù)雜，但成形工藝復(fù)雜，包括沖裁和多次彎曲，但沒有違反沖裁的工藝性原則，零件能滿足沖壓工藝要求，可以進(jìn)行下一步的設(shè)計。 沖裁件的形狀應(yīng)盡可能簡單、對稱、避免復(fù)雜形狀的曲線，在許可的情況下，把沖裁件設(shè)計成少、無廢料排樣的形狀，以減少廢料。矩形孔兩端宜用原弧連接，以利于模具加工。 沖裁件各直線或曲線的連接處，盡量避免銳角，嚴(yán)禁尖角。除在少、無廢料排樣或采用鑲拼模結(jié)構(gòu)時，都應(yīng)有適當(dāng)?shù)膱A角相連，以利于模具制造和提高模具壽命。 沖孔件上孔和孔、孔與邊緣之間的距離不能過小，以避免工件變形、模壁過薄或因材料易被拉入凹模而影響模具壽命。 2.2 沖裁工藝方案的對比及確定 2.2.1 沖裁工序的組合 沖裁工序按工序的組合程度可分為單工序沖裁、復(fù)合沖裁和級進(jìn)沖裁。復(fù)合沖裁是在壓力機(jī)一次行程中，在模具的同一位置同時完成兩個或兩個以上的工序；級進(jìn)沖裁是把一個沖裁件的幾個工序排列成一定順序，組成級進(jìn)模，在壓力機(jī)的一次行程中，在模具的不同位置同時完成兩個或兩個以上的工序，除最初幾個沖程外，每次沖程都可完成一個沖裁件。 沖裁組合方式的選擇由以下幾個方面來綜合考慮： （1）生產(chǎn)批量 模具費(fèi)用在制件成本中占很大比例，因此生產(chǎn)批量在很大程度上決定所用模具結(jié)構(gòu)。一般說來，新產(chǎn)品試制與小批量生產(chǎn)，模具結(jié)構(gòu)簡單，力求制造快，成本低，采用單工序沖裁，對于中批和大批量生產(chǎn)，模具結(jié)構(gòu)力求完善，要求效率高、壽命長，采用復(fù)合沖裁或級進(jìn)沖裁。 （2）沖裁件尺寸精度 復(fù)合沖裁所得的工件公差等級高，內(nèi)、外形同軸度一般可達(dá)±0.02~0.04mm,因?yàn)樗苊饬硕啻螞_壓的定位誤差，并且在沖裁過程中可以進(jìn)行壓料，工件較平整，不翹曲。級進(jìn)沖裁所得的工件的尺寸公差等級較復(fù)合沖裁低，工件有拱彎、不夠平整。單工序沖裁的工件精度最底。 （3）對工件尺寸、形狀的適應(yīng)性 復(fù)合沖裁可用于各種尺寸的工件。材料厚度一般在3mm以下。但工件上孔與孔間和孔與邊緣之間的距離不能過小?？走吘嘈∮谧钚『侠碇禃r。若采用復(fù)合沖裁，則該部位的凸凹模的壁厚因小于最小極限值，易因強(qiáng)度不足而破裂。此時也不宜采用單工序沖裁，因孔邊距過小，落料后沖孔時，這些部位會發(fā)生外脹和歪扭變形，得不到合格的產(chǎn)品，這時宜采用級進(jìn)沖裁，這樣可避免這些缺陷。級進(jìn)沖裁可以加工形狀復(fù)雜、寬度很小的異形零件，且可沖裁的材料厚度比復(fù)合沖裁要大。但級進(jìn)沖裁受壓力機(jī)臺面尺寸與工序數(shù)的限制，沖裁工件一般為中、小型件。為提高生產(chǎn)效率和材料利用率常采用多排沖壓。級進(jìn)沖裁時廣泛采用多排沖壓，但復(fù)合沖裁則很少使用。 （4）模具制造、安裝調(diào)整和成本 對復(fù)雜形狀的工件，采用復(fù)合沖裁與采用連續(xù)沖裁相比，模具制造，安裝調(diào)整較易，成本較底。尺寸中等的工件，由于制造多副單工序比復(fù)合模昂貴、也宜采用復(fù)合沖裁。對簡單形狀、精度要求不高的零件，采用級進(jìn)沖裁，模具結(jié)構(gòu)較之復(fù)合模簡單，易于制造。 （5）操作方便與安全 復(fù)合沖裁工件不能漏下，出件或清除廢料較困難，工作安全性較差，級進(jìn)模沖裁時操作者不必將手伸入模具的危險區(qū)域。對大量生產(chǎn)，還采用自動送料機(jī)構(gòu)，模具內(nèi)裝有安全檢測裝置【1】。 2.2.2 沖裁順序的安排 級進(jìn)沖裁和多工序沖裁的工序順序安排可參考以下原則： （1）級進(jìn)沖裁的順序安排 先沖孔（缺口或工件的結(jié)構(gòu)廢料），最后落料或切斷，將工件與調(diào)料分離。首先沖出的孔一般作后續(xù)工序定位用。若定位要求較高，則要沖出專供定位用的工藝孔。 （2）多工序工件用單工序沖裁時的順序安排 先落料使毛坯與條料分離，然后以外輪廓定位進(jìn)行其他沖裁。后續(xù)各沖裁工序的定位基準(zhǔn)要一致，以避免定位誤差和尺寸鏈換算。 沖裁大小不同、相距較近的孔時，為減少孔的變形，應(yīng)先沖大孔，后沖小孔。 2.2.3工藝方案的比較 根據(jù)以上情況，結(jié)合工件的外形尺寸和形狀，確定工件包括落料、沖孔、彎曲等工序，可以有以下三種工藝方案： 方案一：采用單工序模生產(chǎn)。單工序模結(jié)構(gòu)簡單，制作周期短，制作成本低廉；但生產(chǎn)效率低，沖出的制件精度不高，且工人勞動強(qiáng)度大，不適合大批量的生產(chǎn)。 方案二：采用復(fù)合模生產(chǎn)。復(fù)合模結(jié)構(gòu)緊湊，沖出的制件精度較高，適合大批量生產(chǎn)，特別是孔與制件外形的同心度容易保證。但模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，模具制造較困難，制造成本高，制造周期長等。 方案三：采用級進(jìn)模生產(chǎn)。在一副級進(jìn)模上可對形狀十分復(fù)雜的沖壓件進(jìn)行沖裁、彎曲、拉深成形等工序，故生產(chǎn)率高，便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動化，適于大批量生產(chǎn)。由于采用條料（或帶料）進(jìn)行連續(xù)沖壓，所以操作方便安全。級進(jìn)模的主要缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造精度高，周期較長，成本高。 若采用方案一，需五副模具才能完成，一副沖外形，一副沖孔，三副彎曲。生產(chǎn)效率低，生產(chǎn)過程復(fù)雜，浪費(fèi)了人力、物力、財力，從經(jīng)濟(jì)性的角度考慮，難以滿足工件要求的大批量生產(chǎn)的生產(chǎn)要求。 若采用方案二，由于有3次彎曲，需三副以上模具才可完成。根據(jù)復(fù)合模的特點(diǎn)，制件的精度和批量都能滿足，但用三副以上模具，使生產(chǎn)效率大大下降，且提高了生產(chǎn)成本。 若采用方案三，只需一副模具即可成型，能滿足生產(chǎn)所需的精度和批量，操作安全方便，且生產(chǎn)效率高。雖然級進(jìn)模結(jié)構(gòu)復(fù)雜、周期長、成本高，但只需一副模具，總的周期和成本也比單工序模和復(fù)合模低。 通過上述三種方案的分析比較，沖壓方法采用方案三為佳，即采用級進(jìn)模生產(chǎn)。由于工件的彎曲較多，在級進(jìn)模的結(jié)構(gòu)設(shè)計和加工制造上都有一定的困難，且級進(jìn)模是單件生產(chǎn)，試模失敗后很難修改，因此要精心設(shè)計，各種問題都應(yīng)該考慮周全。 2.3 沖裁件排樣設(shè)計 2.3.1 排樣方法 根據(jù)材料的利用情況，排樣的方法分三種： （1）有廢料排樣 沿工件的全部外形沖裁工件與工件之間，工件與條料側(cè)邊之間都有工藝余料（搭邊）存在，沖裁后搭邊成為廢料。 （2）少廢料排樣 沿工件的部分外形輪廓切斷或沖裁，只在工件之間或是工件與條料側(cè)邊之間有搭邊存在。 （3）無廢料排樣 工件與工件之間，工件與條料側(cè)邊之間均無搭邊存在，條料沿直線或曲線切斷而得到工件所示。 有廢料排樣法的材料利用率較低，但制件的質(zhì)量和沖模壽命較高，常用于工件形狀復(fù)雜、尺寸精度要求較高的排樣。 少、無廢料排樣法的材料利用率較高，同時，少、無廢料排樣法有利于一次沖裁多個工件，可以提高生產(chǎn)率。由于這兩種排樣法沖切周邊減少，所以還可以簡化模具結(jié)構(gòu)，降低沖裁力。但它們的應(yīng)用范圍有一定局限性，受工件形狀的限制，且由于條料本身的寬度公差，條料導(dǎo)向與定位所產(chǎn)生的誤差，會直接影響工件尺寸而使工件精度降低。同時也會降低沖模的壽命，并會影響到工件的斷面質(zhì)量，所以少、無廢料排樣常用于精度要求不高的工件排樣。 本設(shè)計采用單排直排方式，原因如下： （1）零件展開毛坯最大尺寸<60mm,屬中尺寸零件，基本形狀為矩形，多工位沖壓時選用單排方式可大大降低模具的制造成本。 （2）零件在兩個方向都有彎曲線，而鋁合金材料的方向性不明顯，采用直排方式不會影響兩個不同方向的彎曲質(zhì)量，還是模具加工難度大大降低。 成形此零件包括沖裁、彎曲、沖孔等工序。為使材料很好定位，在最初安排了側(cè)刃和沖導(dǎo)正銷孔，在每一成形工位前，應(yīng)先沖掉周圍妨礙成形的廢料。在彎曲工位中，為了使4次彎曲不發(fā)生干涉及簡化模具設(shè)計及制造成本，選擇具體工位如下： ③排樣圖及工位設(shè)計 1) 側(cè)刃和沖導(dǎo)正銷孔 2) 異型沖裁 3) 沖切 4) 分隔沖孔 5) 向下彎曲 6) 向上彎曲 7) 側(cè)向局部彎曲 8) 側(cè)向整體彎曲 9) 切斷沖裁 2.3.2 搭邊值的選用 搭邊的作用是補(bǔ)償定位誤差，防止由于條料的寬度誤差、送料步距誤差、送料歪斜誤差等原因而沖裁出殘缺的廢品。此外，還應(yīng)保持條料有一定的強(qiáng)度和剛度，保證送料的順利進(jìn)行，從而提高制件質(zhì)量，使凸、凹模刃口沿整個封閉輪廓線沖裁，使受力平衡，提高模具壽命和工件斷面質(zhì)量。另外，還可以防止沖裁時條料邊緣的毛刺拉入模具中損壞模具。 搭邊值要合理確定。過大，材料利用率低；過小，材料利用率高，但是過小時不能發(fā)揮搭邊的作用，在沖裁過程中會被拉斷，造成送料困難，使工件產(chǎn)生毛刺，有時還會被拉入凸模和凹模之間，損壞模具刃口，降低模具壽命。 影響搭邊值大小的因素主要有： （1）材料的力學(xué)性能 塑性好的材料，搭邊值要大些，硬度高與強(qiáng)度大的材料，搭邊值可小一些。 （2）材料的厚度 材料越厚，搭邊值也越大。 （3）工件的形狀和尺寸 工件外形越復(fù)雜，圓角半徑越小，搭邊值越大。 （4）排樣的形式 對排的搭邊值大于直排的搭邊。 （5）送料及檔料方式 用手工送料，有側(cè)壓板導(dǎo)向的搭邊值可小一些。 圖2.3搭邊值【1】 沖壓件展開長51mm，非圓形，查圖2-3，搭邊值a=1.5mm~2.5mm,a1=1.8mm~2.6mm 取a=2mm,a1=2mm 2.3.3條料寬度的確定 圖2.4 條料寬度【1】 圖2.5 最小間隙【1】 圖2.6 極限偏差【5】 無側(cè)壓裝置的導(dǎo)料板之間送料條料寬度： B0-Δ=[D+2(a1+Δ)+bo]0-Δ=［51+2（2+0.6）+0.5］0-0.6=57.70-0.6=570-0.6 00-0.6 式中　　B——條料標(biāo)稱寬度（mm）； 　 D——工件垂直于送料方向的最大尺寸（mm）； 　 a1——側(cè)搭邊值（mm）； ——條料寬度的公差（mm）； b0——條料與導(dǎo)料板間的間隙（mm） 查以上兩圖得：＝0.6mm, b0=0.5mm 2.3.4 步距的確定 步距是指條料在模具上每次送進(jìn)的距離，進(jìn)距的計算與排樣方式有關(guān)。本次設(shè)計排樣中步距為。 2.3.5 材料利用率的確定 2.7 零件展開圖 材料利用率 式中 A——沖裁件面積（包括沖出的小孔在內(nèi)）（mm2）； B——條料寬度（mm）； S——步距（mm）； 3 沖壓力及壓力中心的確定 3.1 沖壓力的計算 圖3.1 材料強(qiáng)度表【11】 查圖3-1得：=400MP （1）校正彎曲力的計算 式中 ——校正彎曲時的彎曲力 ——單位面積上的校正力，其值見表3-1。 A------校正部分的垂直投影面積 第一次彎曲： 第二次彎曲： 第三次彎曲： 第四次彎曲： （2）沖裁力 共有3個工位中有沖裁力： 工位1：沖側(cè)刃和導(dǎo)正銷孔 工位2：異形沖裁 工位3：沖切 工位4：沖孔 工位1中：零件周長 3.2 推件力、卸料力【1】 查圖3-2得： 初步假設(shè)h=6，則n=h/t=6/1=6 工位2中：零件周長 查圖3-2得： 工位3中：零件周長 查圖3-2得： 工位4中：零件周長 查圖3-2得： 3.2壓力中心的計算 沖裁過程中，在凸模和凹模刃口附近所收到的力是相當(dāng)復(fù)雜的。此時，在整個輪廓曲線上所受到?jīng)_裁力合力的作用點(diǎn)或多工序模各工序沖裁力的合力作用點(diǎn)稱為沖模的壓力中心。 為使模具能平衡工作，在設(shè)計和加工模具時，必須根據(jù)沖壓件的技術(shù)要求及沖壓件的形狀尺寸分析沖裁過程中的受力狀態(tài)及其對模具的作用與影響，選取相適應(yīng)的模具壓力中心，并使之與壓力機(jī)滑塊中心（即模具的模柄中心）和模具導(dǎo)向部分的對稱中心相重合。否則在沖裁過程中要產(chǎn)生偏心力矩，從而使沖裁時模具的間隙變得不均勻，使得沖壓件的外形發(fā)生歪扭，切口斷面質(zhì)量變壞，甚至?xí)?dǎo)致壓力機(jī)滑塊導(dǎo)軌和模具的嚴(yán)重磨損。 零件展開圖如圖所示，建立直角坐標(biāo)系: 壓力中心計算公式： 對于第一工位：； 對于第二工位： 對于第三工位： 對于第四工位，； 對于第五工位： 對于第六工位： 對于第七工位： 對于第八工位： 對于第九工位： 則，對于整個零件的壓力中心為： 取 取 所以，離壓力機(jī)壓力中心（相對于坐標(biāo)系為，），偏移（，）偏離不大，符合要求。 3.3壓力機(jī)的選擇 3.3.1． 沖壓設(shè)備類型的選擇 沖壓設(shè)備的選擇是工藝設(shè)計中的一項(xiàng)重要內(nèi)容，它直接關(guān)系到設(shè)備的合理使用、安全、產(chǎn)品制造、模具壽命、生產(chǎn)效率和成本等一系列重要的問題。沖壓設(shè)備的類型應(yīng)根據(jù)所要完成的沖壓工藝的性質(zhì)，生產(chǎn)批量的大小，沖壓件的幾何尺寸和精度要求等來選擇。 對于中小型的沖裁件，彎曲件或拉深件的生產(chǎn)，主要應(yīng)采用開式機(jī)械壓力機(jī)。雖然開式?jīng)_床的剛度差，在沖壓力的作用下床身的變形能夠破壞沖裁模的間隙分布，降低模具的壽命或沖裁件的表面質(zhì)量。可是，由于它提供了極為方便的操作條件和非常容易