HS筆記本電腦轉(zhuǎn)軸長(zhǎng)支架連續(xù)沖壓模具設(shè)計(jì)-級(jí)進(jìn)模含23張CAD圖,hs,筆記本電腦,轉(zhuǎn)軸,支架,連續(xù),沖壓,模具設(shè)計(jì),級(jí)進(jìn)模含,23,cad 1HS 筆 記 本 電 腦 轉(zhuǎn) 軸 長(zhǎng) 支 架連 續(xù) 沖 壓 模 具 設(shè) 計(jì)THE CONTINUOUS STAMPING DIE’S DESIGN OF THE LONG BRACKET OF ROTATION SHAFT IN THE ASUS NOTEBOOK COMPUTER摘 要本文詳細(xì)論述了筆記本電腦轉(zhuǎn)軸部件長(zhǎng)支架級(jí)進(jìn)模的設(shè)計(jì)加工方法。就轉(zhuǎn)軸支架而言，其成形過程涵蓋了幾項(xiàng)基本的沖壓加工方法，即：沖孔、落料、彎曲、壓凸成形等工序。設(shè)計(jì)從產(chǎn)品工藝性分析開始，接著進(jìn)行排樣規(guī)劃，確定各工序順序；然后進(jìn)行壓力機(jī)的選擇、壓力中心的確定、工作部分尺寸的確定與校核、零件結(jié)構(gòu)規(guī)格的設(shè)計(jì)計(jì)算、裝配圖的繪制等。在設(shè)計(jì)過程中，根據(jù)模具的結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品的技術(shù)要求進(jìn)行了排樣的修改，工序的調(diào)整，從而得到偏移量較小的壓力中心和合理的模具裝配方案，使設(shè)計(jì)趨向合理化。設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)是板料送進(jìn)的可靠性，采用浮頂裝置解決了這個(gè)問題，保證了整副模具動(dòng)作的連續(xù)性。關(guān)鍵詞：沖壓； 排樣； 級(jí)進(jìn)模； 連接帶； 材料利用率34ABSTRACTThis paper described in detail progressive die design and processing methods, for the long bracket of rotation shaft in the ASUS notebook computer, its forming process covers several basic stamping processing methods, such as punching, blanking, bending and forming processes.Design from product technology, and the analysis of the strip layout start every process planning, definite order; Then press pressure center of choice, the determination, the working parts size determined and checking, parts of the structural specification of assembly design calculation, drawing, etc. In the design process, according to the structure and the product of mold the technical requirements of the strip layout revision, the adjustment process, thereby get offset smaller pressure center and rational mould assembly scheme, which makes the design trend rationalization. The difficulty in the design is the reliability of sheet metal sent into, the floating roof device solved the problem, guarantee the continuity of the vice mould action.Key words：Stamping; Arrangement; Progressive die; Feeding belt; The material utilization rate5第一章 概述………………………………………………………………………(1)第一節(jié) 設(shè)計(jì)目的及要求…………………………………………………………(1) 第二節(jié) 設(shè)計(jì)任務(wù)…………………………………………………………………(2)第二章 工藝分析…………………………………………………………………(4)第一節(jié) 產(chǎn)品分析…………………………………………………………………(4)第二節(jié) 沖裁工藝分析……………………………………………………………(6)第三節(jié) 彎曲工藝分析……………………………………………………………(6)第三章 工件的加工工藝方案……………………………………………………(8)第一節(jié) 制定工藝方案……………………………………………………………(8)第二節(jié) 工序與排樣………………………………………………………………(9)第四章 初步確定模具結(jié)構(gòu) ……………………………………………………(20)第一節(jié) 選用模架 ………………………………………………………………(20)第二節(jié) 模架結(jié)構(gòu)圖 ……………………………………………………………(21)第五章 壓力中心及壓力計(jì)算 …………………………………………………(23)第一節(jié) 工步?jīng)_裁壓力中心計(jì)算 ………………………………………………(23)第二節(jié) 工步?jīng)_裁力計(jì)算 ………………………………………………………(32)第三節(jié) 模具壓力中心計(jì)算 ……………………………………………………(34)第六章 凸、凹模工作尺寸計(jì)算 ………………………………………………(40)第一節(jié) 沖裁凸、凹模刃口尺寸計(jì)算 …………………………………………(40)第二節(jié) 彎曲模工作部分設(shè)計(jì)計(jì)算 ……………………………………………(46)第七章 主要零部件的設(shè)計(jì)與選用 ……………………………………………(47)第一節(jié) 工藝零件的設(shè)計(jì)與選用 ………………………………………………(47)第二節(jié) 結(jié)構(gòu)零件的設(shè)計(jì)與選用 目 錄6………………………………………………(52)第三節(jié) 彈性元件的選取 ………………………………………………………(54)第八章 模具材料及熱處理 ……………………………………………………(56)第一節(jié) 凸模材料及熱處理 ……………………………………………………(56)第二節(jié) 凹模材料及熱處理 ……………………………………………………(57)第三節(jié) 其他模具零件材料及熱處理 …………………………………………(57)第九章 模具的裝配和調(diào)試 ……………………………………………………(58)第一節(jié) 裝配要求 ………………………………………………………………(58)第二節(jié) 裝配方案 ………………………………………………………………(58)參考文獻(xiàn) ……………………………………………………………………… (60)致 謝 ………………………………………………………………………… (61)附 錄 ………………………………………………………………………… (62)7第二章 概 述“冷沖壓是利用安裝在壓力機(jī)上的沖模對(duì)材料施加壓力，使其產(chǎn)生分離或塑性變形，從而獲得所需要零件（俗稱沖壓件或沖件）的一種壓力加工方法 [1]”；質(zhì)量輕，剛度大，高強(qiáng)度，互換性好，大批量生產(chǎn)以及高機(jī)械自動(dòng)化，這是冷沖壓成形具有的優(yōu)點(diǎn)；這使得其在制造業(yè)中具有頑強(qiáng)的生命力和競(jìng)爭(zhēng)力，使用范圍覆蓋汽車、電子產(chǎn)品、機(jī)械零部件、日用零部件等各個(gè)領(lǐng)域。本次設(shè)計(jì)選擇的是廣泛普及的高端電子產(chǎn)品筆記本電腦之零部件。長(zhǎng)支架是筆記本轉(zhuǎn)軸的重要組成部件，而整個(gè)轉(zhuǎn)軸用于筆記本電腦顯示屏與主機(jī)底板間的連接，實(shí)現(xiàn)顯示屏開合動(dòng)作。轉(zhuǎn)軸還通過阻力設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)顯示屏在 0°至150°的任意角度調(diào)節(jié)。筆記本轉(zhuǎn)軸長(zhǎng)支架都采用金屬材質(zhì)，本制件主要涉及沖孔、彎曲、壓凸、落料等工藝，采用級(jí)進(jìn)模，代表了冷沖壓的典型工序，尤其是保證重要表面相互平行的要求帶給設(shè)計(jì)的難度。支架與其他零部件組成的轉(zhuǎn)軸不僅要滿足固定、角度調(diào)節(jié)等功能；其尺寸、外形大小更要合理，不影響塑料外殼的安裝、不損傷顯示屏內(nèi)部線纜及不占用后蓋空間，能夠滿足筆記本追求機(jī)型輕薄的市場(chǎng)消費(fèi)趨勢(shì)。第一節(jié) 設(shè)計(jì)目的及要求一、畢業(yè)設(shè)計(jì)目的 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)專業(yè)知識(shí)學(xué)習(xí)及運(yùn)用，以及是否具備實(shí)際生產(chǎn)設(shè)計(jì)工作能力的綜合性檢評(píng)。本科生在大學(xué)的循序漸進(jìn)的學(xué)習(xí)過程，包括基礎(chǔ)學(xué)科的知識(shí)學(xué)習(xí)，逐步深入到專業(yè)性極強(qiáng)的專業(yè)骨干課程的學(xué)習(xí)，這個(gè)過程不僅是知識(shí)的獲取，同時(shí)也是各種能力和經(jīng)驗(yàn)的積累，最終達(dá)到具有專業(yè)知識(shí)功底，職業(yè)素養(yǎng)，能符合工作生產(chǎn)需求的高素質(zhì)人才。畢業(yè)設(shè)計(jì)既是檢測(cè)，亦是訓(xùn)練，其具體有以下幾個(gè)目的：（一） 借助設(shè)計(jì)課題，把課堂學(xué)到的知識(shí)運(yùn)用到解決實(shí)際工程中的問題中來，并且打破課程教學(xué)方向的限制，靈活使用各學(xué)科知識(shí)，形成專業(yè)知識(shí)網(wǎng)8鏈，使其系統(tǒng)化。（二） 培養(yǎng)處理實(shí)際問題的能力。剖析問題，從書本找到問題的關(guān)鍵，又運(yùn)用相關(guān)理論來解決問題。（三） 培養(yǎng)良好的職業(yè)素質(zhì)。在畢業(yè)設(shè)計(jì)中體現(xiàn)出嚴(yán)肅認(rèn)真、實(shí)事求是的務(wù)實(shí)精神以及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑O(shè)計(jì)思維。（四） 鍛煉課題研究的能力及興趣，練習(xí)收集和整理與設(shè)計(jì)相關(guān)的文獻(xiàn)和資料的能力，熟練運(yùn)用文獻(xiàn)檢索查找國內(nèi)外期刊文獻(xiàn)。（五） 在正確合理的要求和參考下，培養(yǎng)自主創(chuàng)新設(shè)計(jì)的技能。（六） 提高使用輔助工具的能力，熟練運(yùn)用 AutoCAD、UG8.0 等繪圖制作軟件，幫助順利完成設(shè)計(jì)工作，使用 Office 等辦公軟件編寫相關(guān)文獻(xiàn)。二、畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容（一）根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)，查閱整理相關(guān)資料并調(diào)研，完成開題報(bào)告撰寫任務(wù)。（二）分析制件的工藝性。從形狀、結(jié)構(gòu)、成形難易程度、批量等方面進(jìn)行分析，制定三種工藝方案，并優(yōu)選最佳結(jié)果。（三）作必要的設(shè)計(jì)計(jì)算，按照國家制圖標(biāo)準(zhǔn)與設(shè)計(jì)規(guī)范繪制模具裝配圖及關(guān)鍵部件零件圖。（四）編寫零件制造工藝卡。（五）根據(jù)設(shè)計(jì)內(nèi)容和設(shè)計(jì)要求撰寫設(shè)計(jì)說明書。三、畢業(yè)設(shè)計(jì)要求（一）完成一份字?jǐn)?shù)在 2500 以上的畢業(yè)實(shí)習(xí)報(bào)告。（二）完成與課題有關(guān)的漢字字?jǐn)?shù)不少于 5000 漢字的外文資料的翻譯工作。（三）設(shè)計(jì)圖紙總量不少于三張零號(hào)圖紙，手繪一張 A0 圖紙量。（四）編寫字?jǐn)?shù)在二萬字以上的說明書，其中引用的參考文獻(xiàn) 15 篇以上，外文引用數(shù)量不得少于 3 篇。9第二節(jié) 設(shè)計(jì)任務(wù)一、 課題設(shè)計(jì)名稱HS 筆記本電腦轉(zhuǎn)軸長(zhǎng)支架連續(xù)沖壓模具設(shè)計(jì)二、 材料 0Cr19Ni9三、 厚度 0.8mm四、 制件技術(shù)要求（一） 大批量生產(chǎn)。（二） 銳角倒鈍，未注明圓角 R0.1—0.4。（三） 其它未注公差等級(jí)為 ST5 或 FT9。（四） 精度等級(jí)為 IT12。五、 制件圖圖 1-1 產(chǎn)品原型圖10圖 1-2 制件圖11第三章 工藝分析第一節(jié) 產(chǎn)品分析一、結(jié)構(gòu)分析 （一）長(zhǎng)支架與筆記本電腦、轉(zhuǎn)軸間的安裝連接關(guān)系長(zhǎng)支架是筆記本電腦轉(zhuǎn)軸的部件之一，其整個(gè)外形被安裝在顯示屏部分，下端與轉(zhuǎn)軸其它部件鉚接，上端與電腦顯示屏內(nèi)部支撐件鉚接。因此鉚接孔不宜過大，但同時(shí)滿足強(qiáng)度需要，按照實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，其被設(shè)計(jì)為上端 3 個(gè)鉚接孔，下端 2 個(gè)鉚接孔，直徑都為 3mm，間距 5mm。(a)(b) (c)圖 2-1 （a）下鉚接孔；（b）制件三維實(shí)體圖；（c）上鉚接孔12長(zhǎng)支架被橫向垂直于顯示屏而固定，其寬度直接影響筆記本電腦后蓋的厚度，也會(huì)影響塑料外殼能否順利閉合，或是縫隙能否通過檢測(cè)。在調(diào)研中，多數(shù)筆記本電腦顯示屏厚度在 10mm 至 14mm 之間，因此，長(zhǎng)支架的身寬設(shè)計(jì)為8mm，數(shù)據(jù)表明，此數(shù)值滿足使用強(qiáng)度。其次，上端的連接部分理論上會(huì)影響電腦液晶屏的尺寸，但是在實(shí)際設(shè)計(jì)中并未對(duì)其作過多的要求，其寬度為10mm，不管在強(qiáng)度，還是自身尺寸上都是符合要求的。（二）長(zhǎng)支架的表面與電腦部件的聯(lián)系長(zhǎng)支架是被完全安裝在顯示屏塑料外殼內(nèi)部，其還會(huì)與內(nèi)部的電線等其它精密電子器件接觸，這要求制件的外形輪廓無明顯毛刺，成形后的表面光潔度要比較高，在成形前后無凹凸等缺陷。（三）長(zhǎng)支架的結(jié)構(gòu)優(yōu)化在整體尺寸上，此制件屬于狹長(zhǎng)的特點(diǎn)；又由于制件厚度僅為 0.8mm，不論在成形過程中還是在裝配電腦后的使用期間，很有必要通過一些手段來增加其強(qiáng)度。由此，我們?cè)谥萍闹虚g部分設(shè)計(jì)兩個(gè)凹凸以增加其強(qiáng)度。凹凸外形設(shè)計(jì)為矩形，長(zhǎng)寬分別為 5mm、4mm，深度為 0.5mm。此結(jié)構(gòu)由成形工藝完成，并設(shè)計(jì)相應(yīng)的凸凹模。(a)（b）(c)圖 2-2 （a）壓凸結(jié)構(gòu)；（b）壓凸成形參數(shù)；（c）壓凸凸模13二、經(jīng)濟(jì)性分析（一）加工的經(jīng)濟(jì)性 此制件屬于中度偏薄型鈑金件，常規(guī)采用沖壓加工制造。由于是大批量生產(chǎn)，這可以降低模具制造成本在平均每個(gè)制件上的花費(fèi)。沖壓成形本身具有材料利用率高，機(jī)械化、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足大批量生產(chǎn)的需求；因此，這就實(shí)現(xiàn)了制件的廉價(jià)生產(chǎn)和很好的綜合經(jīng)濟(jì)效益。對(duì)于長(zhǎng)支架的加工，其涉及了沖孔、落料、彎曲以及整形彎曲和壓凸等淺成形。整個(gè)制件的要求較高，所以在設(shè)計(jì)和制造模具時(shí)要保證有足夠的修改余量和處理策略，能夠?qū)崿F(xiàn)模具達(dá)到一定使用壽命時(shí)還能正常生產(chǎn)出合格的制件。由此，盡管加工的工序較多，但通過恰當(dāng)?shù)拇胧?，也可以?shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的生產(chǎn)制造。（二）材料的經(jīng)濟(jì)性由于此產(chǎn)品是用于電腦零部件，這要求原材料具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度大、不易被腐蝕，較好的抗沖擊和擠壓等性能特點(diǎn)，同時(shí)要廉價(jià)和容易獲取，環(huán)保等。綜合考慮，最終選擇 0Cr19Ni9。0Cr19Ni9 屬于不銹耐熱鋼，具有良好的耐腐蝕性和機(jī)械特性，無熱處理硬化缺陷，綜合加工性能好。綜上所述，產(chǎn)品的工藝性還會(huì)根據(jù)進(jìn)一步設(shè)計(jì)的需要而做適當(dāng)?shù)耐晟坪透倪M(jìn)。三、材料性能料帶是以冷壓優(yōu)質(zhì)不銹鋼板 0Cr19Ni9 裁剪而來，較高精度，料厚 0.8mm，查閱相關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè) [2]，取料厚允許偏差值±0.08mm。以下是 0Cr19Ni9 的相關(guān)機(jī)械性能及化學(xué)成分：抗剪強(qiáng)度 τ b=850MPa； 屈服強(qiáng)度 σ s=205MPa； 抗拉強(qiáng)度 σ b=520 MPa；主要成分及所占百分比如下：碳 C≤0.08%，硅 Si≤1.00%，錳 Mn≤2.00% ,磷 P≤0.035%，硫 S≤0.030%，鎳Ni8.00%-10.50%, 鉻 Cr18.00%-20.00%。14??1.5ct?:第二節(jié) 沖裁工藝分析一、長(zhǎng)支架的公差等級(jí)和斷面粗糙度按照 GB/T 13914—2002 規(guī)定 [1]，長(zhǎng)支架的外形尺寸和內(nèi)形尺寸公差等級(jí)取ST4，孔邊距、孔中心距尺寸公差等級(jí)取 ST5，其它未注公差等級(jí)取 ST5。該制件厚度為 0.8mm，其斷面粗糙度 Ra 可達(dá)到 3.2um。因?yàn)槭怯迷诟叨穗娮赢a(chǎn)品，而且對(duì)制件的斷面質(zhì)量要求較高，所以 Ra 取 3.2um。二、長(zhǎng)支架的結(jié)構(gòu)形狀與尺寸1．長(zhǎng)支架的形狀較為簡(jiǎn)單、規(guī)則，在排樣時(shí)可以減少工藝廢料。2．在外形轉(zhuǎn)角處都設(shè)計(jì)有過渡圓弧，半徑為 0.5mm，其它未注半徑在R0.1—0.4 范圍。采用過渡圓弧，能夠減少熱處理開裂；同時(shí)對(duì)凸凹模也有利，減少崩刃和過快磨損。3．沖裁件整體上沒有過長(zhǎng)的突出懸臂或是過窄的凹槽，這使得制件具有良好的沖裁工藝性，對(duì)凸模的制造和維護(hù)帶來很大便利。4．根據(jù)相關(guān)資料 [1]，孔邊距應(yīng)滿足公式：（2-1）對(duì)于厚度為 0.8mm，其范圍為 0.8～1.2mm，而實(shí)際孔邊距為 2～2.5mm，因圖 2-3 （a ）制件毛坯；（ b）制件孔邊距尺寸；（a） (b)15此是滿足工藝性的。對(duì)于孔中心距亦采用式（2-1） ，實(shí)際取值為 5mm，亦滿足工藝性要求。5．沖孔時(shí)，采用有導(dǎo)向的凸模，查閱相關(guān)資料[1]，凸模能夠沖制的最小孔徑 d≥1.3t，即 d≥1mm，而實(shí)際最小孔直徑為 3mm，滿足工藝性要求。第三節(jié) 彎曲工藝分析一、彎曲件的精度按照 GB/T 13914—2002 規(guī)定[1]，成形沖壓尺寸公差取 FT7，未注公差等級(jí)為 FT9。二、彎曲件的結(jié)構(gòu)工藝性1．彎曲半徑“彎曲件的彎曲半徑不能小于該工件材料的最小彎曲半徑 [1]”，查閱相關(guān)資料，對(duì)于 0Cr19Ni9 不銹鋼，按最不利因素考慮，即壓彎線與軋制紋向平行，應(yīng)取最小彎曲半徑 rmin 為 2t，即≥1.6mm。而實(shí)際中，最小的彎曲半徑在 150°彎曲處取得最小值 1.6mm，因此，整個(gè)制件的彎曲工藝性是滿足的。2．彎曲件的形狀“彎曲件的形狀應(yīng)對(duì)稱，彎曲半徑應(yīng)左右一致 [1]”，所以，對(duì)于兩個(gè) 150°的“Z” 彎采取了相同的彎曲半徑。同時(shí)，彎曲件越簡(jiǎn)單越有利，長(zhǎng)支架只存在一個(gè) 90°折彎及一對(duì)“Z”彎，相對(duì)而言，是簡(jiǎn)單而且很好彎曲成形的。3．彎曲件上孔的位置制件是按照先沖孔后彎曲的工序加工毛坯的，查閱相關(guān)資料[1]，對(duì)于t=0.8mm，孔邊距離 L≥t ，即 L≥0.8mm，而實(shí)際中其值為 1.3mm，因此是滿足工藝性要求的。164．添加工藝孔考慮到在 90°折彎尺寸突變處因尖角而出現(xiàn)撕裂，在沖裁工序時(shí)沖加工藝孔，避免撕裂的出現(xiàn)，工藝孔的半徑按經(jīng)驗(yàn)值取 2mm。第四章 工件的加工工藝方案第一節(jié) 制定工藝方案一、HS 筆記本電腦轉(zhuǎn)軸長(zhǎng)支架沖壓模 具總體方案的確定 圖 2-4 彎曲件上的孔邊距離工藝孔R(shí)=2mm圖 2-5 防止尖角處撕裂的措施17在前一章節(jié)系統(tǒng)地對(duì)產(chǎn)品以及各成形工序的工藝性進(jìn)行了分析，同時(shí)借助調(diào)查研究、相關(guān)收集到的資料文獻(xiàn)，將從細(xì)節(jié)上確定工序及模具結(jié)構(gòu)，從提出的多種工藝方案中優(yōu)選最佳方案，并開始著手繪制裝配草圖。工藝方案的確定包括沖裁、彎曲等工序的先后順序的安排，工序之間的聯(lián)系，采用何種沖壓模具，工序的如何組合等等。這是一個(gè)比較的過程，同時(shí)也搭建了這個(gè)設(shè)計(jì)的框架，給了后續(xù)設(shè)計(jì)的方向和整體思路，在后面的各部分工作中都將在此基礎(chǔ)上逐步完善。因此，模具總體方案尤其重要。二、工藝方案的提出與篩選 （一）沖壓模具按工序組合程度大致可以分為以下三種方案：方案一：?jiǎn)喂ば蚰７桨付簭?fù)合模方案三：級(jí)進(jìn)模18（二）方案分析方案一：對(duì)于單工序模，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不論是制造還是制造周期都比復(fù)合模，級(jí)進(jìn)模要容易，維修和調(diào)試方便。然而，其生產(chǎn)效率低，一般的工件都會(huì)有多道工序，這就要相應(yīng)地單獨(dú)地制造多套模具，這是不經(jīng)濟(jì)和不可行的，也不適合大批量生產(chǎn)。方案二：復(fù)合模是多工序模。其沖壓精度是三種沖模中最高的，這是由于它的凸凹模在沖裁時(shí)可以起壓料的作用。但是復(fù)合模往往結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，制造困難，而且要求制造精度高，這就增加了制模的成本。所以，復(fù)合模主要用于大批量生產(chǎn)，高精度的沖裁件。方案三：級(jí)進(jìn)模生產(chǎn)效率高。其自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可以減少模具和設(shè)備的數(shù)量。但缺點(diǎn)是其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在制造模具時(shí)也很困難。級(jí)進(jìn)模加工的零件一般具有件小，批量大，精度較高，需要多個(gè)工序加工完成的特點(diǎn)。對(duì)于長(zhǎng)支架，其展開后的毛坯最大尺寸數(shù)值不超過 60mm，并涉及了沖孔、落料、彎曲、壓凸多個(gè)工序，因此是不適合單工序沖裁模加工，復(fù)合模也不易實(shí)現(xiàn)，且精度沒有過分要求，而從級(jí)進(jìn)模的加工特點(diǎn)可以看出，采用級(jí)進(jìn)模沖裁加工時(shí)最適合長(zhǎng)支架的加工制造的。第二節(jié) 工序與排樣一、工序的安排 在級(jí)進(jìn)模中，我們需要合理安排沖孔、彎曲、淺成形、落料等工序的先后順序。因?yàn)榍耙坏拦ば虬才诺牟缓侠?，往往?huì)影響下一道工序加工的質(zhì)量，甚至?xí)p壞工件。對(duì)于長(zhǎng)支架，主要的工序包括沖內(nèi)形的鉚接孔、工藝孔，壓凸，1990°彎曲，一對(duì) 150°的“Z”彎，以及沖導(dǎo)正空，沖掉與彎曲部位連接的廢料，最后的落料等?？紤]到彎曲的回彈以及“Z”彎后的平面平行度要求較高，在每一次彎曲后還要設(shè)計(jì)預(yù)折彎及整形工序。對(duì)于 90°彎曲，其實(shí)際結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，只安排彎曲后緊加一道整形工序，而不采用 45°預(yù)折彎。對(duì)于 150°的“Z”彎，同樣添加整形彎曲，由此來保證彎曲角度的合格及達(dá)到平面要求。而在實(shí)際的模具設(shè)計(jì)中，是根據(jù)彎曲結(jié)果彎不到位還是回彈而修改彎曲凸凹模的彎曲角度，實(shí)現(xiàn)整形目的。通過對(duì)凸凹模的修模，是能過達(dá)到整形效果的，而且也容易被實(shí)現(xiàn)。（一）按照設(shè)計(jì)要求，可以有以下幾種工序安排：方案一：沖鉚接孔及導(dǎo)正孔——90°彎曲周邊廢料除料——“Z”彎周邊廢料除料——90°折彎——90°整形折彎——“Z” 彎——整形“Z ”彎——壓凸——落料出件方案二：沖鉚接孔及導(dǎo)正孔——壓凸——“Z”彎及 90°折彎周邊廢料除料——“Z ”彎——90°折彎——整形“Z”彎——90°整形折彎——落料出件方案三：沖鉚接孔及導(dǎo)正孔——壓凸——90°彎曲周邊廢料除料——90°折彎——90°整形彎曲——“Z”彎周邊廢料除料 ——“Z”彎——整形“Z”彎——落料出件（二）方案比較與分析1．相比折彎而言，應(yīng)把沖孔安排在彎曲工件的前面。因?yàn)閺澢笸鶗?huì)使內(nèi)形孔所在的制件平面與料帶平面不在同一水平面了，或垂直或傾斜，這使得后續(xù)的沖孔凸凹模安裝或是沖裁都難以實(shí)現(xiàn)。如果孔徑離折彎中心非常近，甚至折彎會(huì)使前一道沖孔工序的孔徑發(fā)生變形，這時(shí)就需要把該孔安排到彎曲之后沖裁。而對(duì)于長(zhǎng)支架，通過前一章節(jié)的工藝分析，不存在上述情況的發(fā)生，所以，應(yīng)在彎曲前，完成所有沖孔看、工藝，包括內(nèi)形孔、工藝孔、導(dǎo)正孔。而且，導(dǎo)正孔最好安排在第一工步或是第二工步，這樣可以更準(zhǔn)確的定位。在上述三種方案中，沖孔都安排在彎曲工藝之前，這都是恰當(dāng)?shù)摹?．90°折彎應(yīng)安排在“Z”彎之前完成。從圖 3-1 所示的制件分析，在安排彎曲時(shí)，應(yīng)是選取長(zhǎng)支架中間部分為固定面，從兩邊往上或是往下折彎 30°。這樣，上端的 90°折彎底部平面會(huì)跟著“Z”彎而向上或是向下位移，這對(duì)后續(xù)的彎曲精確定位或是彎曲凸凹模的設(shè)計(jì)與安裝帶來困難。所以方案二中彎曲工序的安排是不合理的，方案一、方 案三的彎曲工序的安排是合理的。203．整形彎曲或是校形須緊跟上一彎曲工序。處于彎曲定位及誤差的考慮，彎曲和整形彎曲前后兩工步應(yīng)銜接。因此方案二的整形安排是不合理的。4．每一彎曲部位周邊廢料的沖裁工步緊緊安排在彎曲前。在下一工步還沒有安排折彎的情況下，彎曲周邊工藝廢料不能過早去除或是全部去除。這是因?yàn)闂l料被沖除彎曲工藝廢料后剩下用作彎曲固定面的部分太少，甚至無法固定或是承接，從而導(dǎo)致料帶斷裂或是無法精確定位。由此，方案一與方案二的工序安排是不合理的，而方案三最為合理。通過分析比較，方案三安排的工序最為合理，并把它作為最終工藝方案。二、計(jì)算展開后毛坯尺寸把工件展平從而得到毛坯件。毛坯尺寸的計(jì)算，主要是對(duì)彎曲部位展平后的尺寸計(jì)算，而對(duì)于壓凸或一般的沖裁，不需要作過多的計(jì)算。圖 3-1 折彎固定面的選取21參閱相關(guān)資料[1]，按彎曲半徑 r0.5t，即 r0.4 時(shí)，彎曲變形曲不存在變薄、斷面畸形等不良現(xiàn)象。此時(shí)用應(yīng)變中性層與毛坯長(zhǎng)度相等的原則計(jì)算毛坯長(zhǎng)度。1．對(duì)于 90°折彎，有以下計(jì)算：（3-1）從表 3-2 中取 K 值為 0.48，則 90°折彎毛坯長(zhǎng)度 L1 為：??102126.3.480.9.7Lllrtlm??????2．對(duì)于 150°的“Z”彎，有以下計(jì)算：1.608rt?圖 3-2 彎曲件毛坯長(zhǎng)度的計(jì)算表 3-2 V 形壓彎 90°時(shí)中性層位移系數(shù) K 值3.2408rt?（3-2）（3-3）22從表 3-2 中取 K1 值為 0.40；32.408rt?從表 3-2 中取 K2 值為 0.46；則“Z”彎毛坯長(zhǎng)度 L2 為：?????2113234668.04.8.06.82165.LlrKtlrKtlm??? ??????? ?? ???????對(duì)于壓凸，其通過沖凸凸模擠壓毛坯成形，展開后尺寸、面積還是原毛坯表面的的數(shù)值，因此不需計(jì)算展開尺寸，而沖孔、落料尺寸則展開前后沒有發(fā)生改變，所以最終展開后毛坯相關(guān)參數(shù)如圖 3-3。三、計(jì)算毛坯面積借助 AotuCAD 繪圖軟件計(jì)算毛坯 的實(shí)際面積。（3-4）（3-5）圖 3-3 制件展開圖23用域面積查詢得到“L”部分面積 S1 為 676.5680mm2，周長(zhǎng) L1 為177.1194mm，取 S1=676.57 mm2，L 1=177.12 mm。另 5 個(gè)直徑為 3mm 的圓孔面積及周長(zhǎng)的計(jì)算如下：(3-6)??2=?????=3×3.14=9.42????2(3-7)??2=(??2)2???=(32)2×3.14=7.07????2于是展開毛坯的面積 S 及周長(zhǎng) L 分別為：所以，毛坯的面積為 641 mm2，周長(zhǎng)為 130mm。四、排樣圖 3-4 毛坯面積及周長(zhǎng)212567.05641.192S mL????????(3-8)(3-9)24對(duì)于已確定的多工位級(jí)進(jìn)模的設(shè)計(jì)，其料帶的設(shè)計(jì)尤為重要。一方面，它體現(xiàn)出設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)水平和設(shè)計(jì)理念；另一方面，料帶的結(jié)構(gòu)直接影響接下來的模具的結(jié)構(gòu)，凸凹模在模架中的相對(duì)位置，沖裁加工的難易等等。排樣即是毛坯在帶料上的布置方法，排樣占了料帶設(shè)計(jì)的很大一部分。在本節(jié)的前面已就工序進(jìn)行了工藝分析，接下來的排樣方案提出與確定最終排樣方案都應(yīng)體現(xiàn)出工序工藝分析的思想。因此，從工序前后的順序安排，凸凹模加工制造與安裝的可行性，材料經(jīng)濟(jì)利用程度等角度，現(xiàn)提出以下排樣方案并加以分析。（一）提出方案在提出條料設(shè)計(jì)方案時(shí)，我們查閱及參考了相關(guān)手冊(cè)和資料，對(duì)于沖裁凸模，彎曲、成形凸模等凸模設(shè)計(jì)的專業(yè)常識(shí)和基礎(chǔ)加以學(xué)習(xí)和了解， ；推廣凸模設(shè)計(jì)規(guī)范。同時(shí)，根據(jù)長(zhǎng)支架的毛坯外形及工序、工藝等結(jié)合實(shí)際，自主創(chuàng)興地提出以下幾種排樣方案。在可行性上，其都能可以用于最終方案，我們需要從中優(yōu)選最佳方案，并通過比較對(duì)照，整合結(jié)構(gòu)有點(diǎn)，改進(jìn)和完善料帶排樣設(shè)計(jì)。方案 1：如圖 3-5圖 3-5 排樣方案 125方案 2：如圖 3-6方案 3：如圖 3-7（二）排樣方案分析與制定在設(shè)計(jì)工步的過程中，各種工藝廢料的設(shè)計(jì)以及相對(duì)應(yīng)的凸凹模設(shè)計(jì)是一項(xiàng)非常復(fù)雜、非常困難的任務(wù)。對(duì)于總的設(shè)計(jì)思路，此長(zhǎng)支架的各種排樣方案中，沖裁凸模多數(shù)用設(shè)計(jì)為“L”形，一方面是由于排樣中工藝廢料的布置特點(diǎn)，另一方面，通過調(diào)研，在工廠實(shí)際生產(chǎn)中“L”形凸模也用得非常普遍。其次，圖 3-6 排樣方案 2圖 3-7 排樣方案 326所擬定的排樣方案中都體現(xiàn)出對(duì)沖裁凸模實(shí)際制造加工可行性的考慮。在去除廢料時(shí)，并不是一次性按廢料外形設(shè)計(jì)相應(yīng)凸模，很高程度地避免工作輪廓過于復(fù)雜的缺點(diǎn)。外形復(fù)雜的凸模，不僅制造困難，加工成本高，而且在使用中容易磨損，維護(hù)和修模難度大。所有沖孔凸模也同時(shí)回避了帶回字形的外形設(shè)計(jì)，避免在開模過程中，廢料或料帶卡在凸模內(nèi)而撕裂或扯斷已成形的條料。再之，以上方案中同時(shí)具備的另一設(shè)計(jì)共同點(diǎn)是考慮了凸模在模架上的安裝空間，選擇性分散凸模，合理布局，把中心距過小的孔分散到多個(gè)工步中。下面依次是對(duì)每個(gè)方案的具體分析：方案 1：采用對(duì)排，對(duì)排方向與送料方向垂直。采用一對(duì)側(cè)刃定步距，斜對(duì)角布置，切除搭邊值為 2.1mm。導(dǎo)正銷成傾斜一定角度布置在料帶兩側(cè)。連料方式為兩邊連料，整個(gè)料帶方便固定及定位。整個(gè)排樣 11 個(gè)工步，步長(zhǎng)74.2mm，料寬 50mm。1 至 3 個(gè)工步為沖孔及壓凸，除去 90°彎曲部位連接的工藝廢料；4、5 工步是 90°折彎及整形彎曲；5、6、7 工步是除去 150°“Z”彎部位連接的工藝廢料；8、9 工步是“Z”彎及整形彎曲； 10、11 工步是切除廢料及落料出件。90°折彎設(shè)計(jì)為自下向上彎曲，實(shí)現(xiàn)方式為合模時(shí)卸料板壓著料帶與凹模板一同下沉，彎曲凸模固定不動(dòng)，卸料板上的彎曲凹模與其閉合，完成彎曲工藝。這需要在后續(xù)工步對(duì)卸料板的對(duì)應(yīng)位置設(shè)計(jì)避位孔，這個(gè)凹模板向下沉。關(guān)于壓凸，設(shè)計(jì)為自下而上沖突，在卸料板上設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)凹模以及在后續(xù)公布中設(shè)計(jì)避位槽。 “Z”彎設(shè)計(jì)為向下彎曲，需要設(shè)計(jì)浮頂銷以方便送料。各個(gè)工步中的“L”形沖孔凸模的寬度不應(yīng)設(shè)計(jì)過窄，防止凸模彎曲變形或折斷，而實(shí)際設(shè)計(jì)最小值為 3mm，其凸模強(qiáng)度是否滿足要求將在后面進(jìn)行校核?？傮w上布局均稱合理，工藝廢料少，材料利用率高，結(jié)構(gòu)緊湊。參照相關(guān)資料的計(jì)算公式[1]，采用方案 1 的一個(gè)步距內(nèi)的材料利用率計(jì)算見式（3-10）：方案 2：采用單排，制件方向沿著送料方向，這是為了方便用中間部分做載體連料。采用單邊側(cè)刃定距，步長(zhǎng) 60.2mm，料寬 44mm。條料被設(shè)計(jì)為單邊搭邊，單邊沖導(dǎo)正孔導(dǎo)正。排樣的各個(gè)工步都比較簡(jiǎn)單，工步少，這使得制模比較方便，也容易實(shí)現(xiàn)。但是采用單邊連料及導(dǎo)正，這對(duì)沖裁及彎曲工序的固定料帶和精確定位十分的不利。更重要的是，若采用此種排樣，工藝廢料所占條料面積過大，材料利用率太低，造成許多浪費(fèi)。采用方案 2 的一個(gè)步距內(nèi)的材料利用率計(jì)算見式（3-11）：000642134.5657.ABS?????(3-10)000641124ABS??????27方案 3：采用對(duì)排，對(duì)排方向沿送料方向。其也是采用單邊側(cè)刃定距，步長(zhǎng) 32mm，料寬 77.7mm。雖然工步數(shù)和方案 1 一樣為 11 個(gè)工步，但是整個(gè)排樣長(zhǎng)度短，結(jié)構(gòu)緊湊，這可以減小整個(gè)模架的外形尺寸。若考慮到凸模的固定，對(duì)于 2、3 工步間以及 5、6、7 工步間的沖裁凸模布置過于密集，對(duì)應(yīng)在凸模固定板上的安裝空間不夠而致使凸模無法安裝。沖裁凸模以及彎曲凸?？赡馨l(fā)生的干涉是此排樣最大的缺陷和隱患。對(duì)于導(dǎo)向和固定，此方案亦不可采取。其為中間安置導(dǎo)正銷導(dǎo)正，由于布置在一條直線上，料帶在受沖裁凸模以及彎曲凸模的橫向擠壓力下會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)的可能性，這使導(dǎo)正銷的導(dǎo)正精度大為降低。在后面的的幾個(gè)工步中，僅有中間極少部分料帶作為連接載體，在彎曲成形及整形工序中會(huì)因固定面過小或壓料力不夠而發(fā)生條料大幅度的滑移。 ，這是對(duì)彎曲成形是十分不利的。方案 3 會(huì)因結(jié)構(gòu)的緊湊而使得工藝廢料面積比上兩個(gè)方案少許多，材料利用率大幅增加，具體數(shù)值計(jì)算見式（3-12）：下面是三種方案的對(duì)比：1．對(duì)于多工位級(jí)進(jìn)模，采用側(cè)刃定位比較合適，而且最好采用一對(duì)側(cè)刃對(duì)稱布置或斜對(duì)角布置在料帶的兩側(cè)。這是因?yàn)?，在送料的末尾階段，后續(xù)沒有料條，側(cè)刃已沒有沖裁定步距了，那么在送料方向前面的最后幾個(gè)工步的條料送進(jìn)的距離就不能被控制，工步內(nèi)安排的工藝也無法完成。結(jié)果，每條料帶的最后幾個(gè)工步的制件都將浪費(fèi)，這大為降低了材料利用率，經(jīng)濟(jì)效應(yīng)性也受此影響。因此，對(duì)于方案 2 及方案 3 比不上方案 1 的排樣效果好。2．料帶采用兩邊連料要優(yōu)于單邊連料或是中間連料。條料的兩邊留取足夠的搭邊值，并把導(dǎo)正銷對(duì)稱布置，這能夠使料帶在沖裁過程中定位精準(zhǔn)，沖壓精度能提高許多，而單邊連料及中間載體就差了許多。因此，在載體設(shè)計(jì)上方案 1 要優(yōu)勝于方案 2 及方案 3。3．對(duì)于送進(jìn)步長(zhǎng)，應(yīng)是數(shù)值不宜過大。步距越長(zhǎng)，工步間的沖裁精度就會(huì)下降。所以，應(yīng)沿著制件長(zhǎng)度尺寸小的方法設(shè)為送料方向。上述三種方案中，方案 3 最佳，方案 2 次之，方案 1 則有所不及。4．通過比較材料利用率，方案 3 是材料利用率最高，經(jīng)濟(jì)效益最好的，方(3-11)0006412151.67.ABS??????(3-12)28案 1 次之，方案 2 最后。料帶的材料利用率是我們比較排樣方案時(shí)需要重要考慮的因素，在盡可能下，選取高利用率的方案為最終方案。然而，也不盡是只看材料利用率，不能把其作為唯一區(qū)分方案好壞的標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)該考慮工藝性等其它相關(guān)因素。所以，從這個(gè)角度，方案 1 的材料利用率是可以接受的。經(jīng)過上述綜合因素的比較和考慮，方案 1 的排樣設(shè)計(jì)是最佳的。因此，把方案 1 作為最終排樣方案。（三）工步的校正與優(yōu)化在排樣方案確定之后，我們還需要對(duì)各個(gè)工步進(jìn)行校核和改進(jìn)，降低不安全因素，減少其對(duì)后續(xù)設(shè)計(jì)工作的不良影響。1．凸模的強(qiáng)度校核（1）圓凸模的強(qiáng)度校核。參考相關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)[2]，當(dāng)直徑 d＞t 時(shí)，凸模強(qiáng)度按照式（3-13）進(jìn)行校核。式中 t 為料厚，d 為孔徑，τ 為料帶的抗剪強(qiáng)度，對(duì)于 0Cr19Ni9 不銹鋼其值為 850 N/mm2，σ K 為凸模刃口的接觸應(yīng)力，[σ ]為凸模材料許用壓應(yīng)力，按手冊(cè)推薦的經(jīng)驗(yàn)值，常用的合金模具鋼可取 1800～2200N/mm 2。在排樣的各個(gè)工步中，最小圓凸模直徑為 3mm，料厚為 0.8mm，條料的抗剪前度為 850 N/mm2，數(shù)值計(jì)算見式（3-14）：從式（3-14 ）的計(jì)算結(jié)果可以得出，該圓凸模是滿強(qiáng)度要求的。而對(duì)于其它直徑更大的凸模，其強(qiáng)度也相應(yīng)都滿足。（2）異形凸模強(qiáng)度校核。排樣圖中系列的沖裁凸模，其強(qiáng)度跟其長(zhǎng)寬比值的大小有很直接的關(guān)系。對(duì)于刃口一定長(zhǎng)度的凸模，其寬度不應(yīng)太窄，否者會(huì)因強(qiáng)度不夠而折斷。據(jù)此，在一系列的“L”形沖裁凸模中，工步 1 中的“L ”??210.5Ktd??????(3-13)2850196.5.13KNm?????(3-14)29形凸模是長(zhǎng)度最大，長(zhǎng)寬比最大的一個(gè)，如圖 3-8，應(yīng)選取其作為強(qiáng)度校核的對(duì)象。參考設(shè)計(jì)手冊(cè)[2]相關(guān)內(nèi)容，在校核刃口接觸應(yīng)力時(shí)，按式（3-15）計(jì)算平均壓應(yīng)力 σ 來核算凸模強(qiáng)度。F 為沖裁件表面面積， L 為沖裁件輪廓長(zhǎng)度，借助 CAD 域的面積查詢功能，上述參數(shù)值 F 為 126mm2，L 為 89.8mm，t 為料帶厚度，值為 0.8mm，τ 值取850 N/mm2，[ σ] 值在 1800～2200N/mm 2 范圍。數(shù)值計(jì)算見式（3-16）：從式（3-16 ）的計(jì)算結(jié)果可以得出，該“L”形凸模是滿足強(qiáng)度的。因此，對(duì)于其它凸模，其刃口強(qiáng)度相應(yīng)滿足。而對(duì)于其它壓凸凸模、彎曲凸模以及整形彎曲凸模，在排樣設(shè)計(jì)時(shí)，按經(jīng)驗(yàn)值確定工作界面長(zhǎng)寬參數(shù)，保證有足夠的刃口強(qiáng)度。而事實(shí)上，排樣圖中的圖 3-8 工步 1 中“L”形沖裁凸模??Lt?????(3-15)89.0854.6316Nm????(3-16)30上述凸模對(duì)應(yīng)的條料沖壓輪廓沒有相當(dāng)復(fù)雜或是尺寸過小過窄的，在設(shè)計(jì)中能夠容易使其滿足工作需要的強(qiáng)度。因此，上述凸模不需要再進(jìn)行強(qiáng)度校核。2．出件方式。正如排樣圖中設(shè)計(jì)的工步及工序，在工步 10 沖除與制件相連的工藝廢料，工步 11 單邊沖除與制件相連的搭邊。在沖除這兩個(gè)工步的廢料時(shí)，其輪廓是不封閉的，而且僅是兩條直線輪廓與工藝廢料及制件相連。在設(shè)計(jì)工序時(shí)，不能將其作為切斷或是切邊處理。因?yàn)樵趯?shí)際中，由于凸模力和速度的因素，在沒有對(duì)應(yīng)的凹模而是懸空的情況下，很有可能是沿著沖裁直線輪廓發(fā)生彎曲而非沖裁。如圖 3-9，以黑色線條為切斷輪廓可能發(fā)生彎曲。為解決這個(gè)問題，應(yīng)在凹模板對(duì)應(yīng)沖裁凸模處設(shè)計(jì)封閉輪廓的凹模。同時(shí)凹模的設(shè)計(jì)還要考慮工藝廢料的順利掉落，制件的順利掉落。如圖 3-10，黑色粗線條表示凹模板凹模及避位槽輪廓，藍(lán)色封閉線框是在凹模板上開的空孔，用來出廢料及制件（外形輪廓用紅色線條表示） ，從圖 3-10 中可以看出，兩個(gè)工步的矩形沖裁凸模都有封閉輪廓的凹模，且凹模距孔邊有足夠的安全距離，能夠保證凹模壁厚強(qiáng)度。這就實(shí)現(xiàn)了一般沖孔工序，而不是簡(jiǎn)單的切斷，制件對(duì)應(yīng)部位的外形輪廓斷面質(zhì)量能夠被保證。圖 3-9 切斷時(shí)會(huì)發(fā)生彎曲的沖裁方式31同時(shí)能夠發(fā)現(xiàn)，被標(biāo)紅的制件及廢料才沖裁時(shí)，有一半是被卸料板壓在凹模板表面，另一半左右是懸空的，這是為了在完成向下合模沖裁后，制件與廢料已已被切斷，當(dāng)卸料板向上抬起時(shí)，由于自身重力及重心位置的關(guān)系，制件會(huì)向中間傾斜翻落出件，10 工步的沖裁廢料會(huì)沿著左端斜坡向空孔滑落掉出。同時(shí)在 10 工步的右側(cè)設(shè)計(jì)了浮頂銷，使廢料向左邊傾斜滑落更容易實(shí)現(xiàn)；而實(shí)際上，送料時(shí)，料帶也會(huì)帶著矩形廢料向左移動(dòng)而落向空孔。因此，工步 10 及工步 11 僅需在凹模板開一個(gè)通孔用來出件，減少了凹模板機(jī)械車削量，使其強(qiáng)度強(qiáng)度更加有保證。（四）搭邊與條料寬度在排樣設(shè)計(jì)中，我們?cè)O(shè)計(jì)了雙側(cè)搭邊，這樣可以增加條料的剛度、補(bǔ)償定位誤差等。參考設(shè)計(jì)手冊(cè)相關(guān)資料 [2]，對(duì)于料厚為 0.8mm 的條料，工件間距 a1取 1.8mm，側(cè)面 a 取 2.0mm；而實(shí)際設(shè)計(jì)中，a1 取 3mm，側(cè)面 a 取 8.5mm。側(cè)刃切去部分寬度為 2.1mm。如圖 3-11。條料寬度 B 為 。500?0.3????圖 3-10 凹模封閉輪廓沖裁與出件方式