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摘要 本論文應用本專業(yè)所學課程的理論和生產實際知識進行一次冷沖壓模具設 計工作的實際訓練從而培養(yǎng)和提高了我的獨立工作能力 本設計通過對門閂的 復合模設計的工藝性分析 確定了正確的工藝方案 從而對模具設計方案 以 及沖壓設備作出了分析與選擇 通過分析決定采用復合模形式 然后參考其他 模具結構以及查手冊和計算設計 當所有的參數(shù)計算完后 對模具的裝配方案 對主要零件的設計和裝配要求技術要求都進行了分析 在設計過程中除了設計 說明書外 還包括模具的裝配圖 非標準零件的零件圖 工件的加工工藝卡片 工藝規(guī)程卡片 非標準零件的加工工藝過程卡片 關鍵詞 冷沖壓 復合模 設計 目 錄 第一章 緒 論 1 1 沖壓模具的現(xiàn)狀 1 1 1 模具工業(yè)現(xiàn)狀 由于歷史原因形成的封閉式 大而全 的企業(yè)特征 我國大部分企業(yè)均設有模具車間 處于本廠的配套地位 自 70 年代末才有了模具工業(yè)化和生產專業(yè)化這個概念 模具工業(yè)主 要生產能力分散在各部門主要產品廠內的工模具車間 所生產的模具基本自產自用 據(jù)粗 略估計 產品廠的模具生產能力占全國模具生產能力的 75 他們的裝備水平較好 技術 力量較強 生產潛力較大 但主要為本廠產品服務 與市場聯(lián)系較少 經營機制不靈活 不能發(fā)揮人力物力的潛力 模具專業(yè)廠全國只有二百家左右 商品模具只占總數(shù)的 20 左 右 模具標準件的商品率也不到 20 由于受舊管理體制的影響較深 缺乏統(tǒng)籌規(guī)劃和組 織協(xié)調 存在著 中而全 小而全 的結構缺陷 生產效率不高 經濟效益較差 模具行業(yè)的生產小而散亂 跨行業(yè) 投資密集 專業(yè)化 商品化和技術管理水平 都比較低 現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展要求各行各業(yè)產品更新?lián)Q代快 對模具的需求量加大 一般模 具國內可以自行制造 但很多大型復雜 精密和長壽命的多工位級進模大型精密塑料模復 雜壓鑄模和汽車覆蓋件模等仍需依靠進口 近年來模具進口量已超過國內生產的商品模具 的總銷售量 為了推進社會主義現(xiàn)代化建設 適應國民經濟各部門發(fā)展的需要 模具工業(yè) 面臨著進一步技術結構調整和加速國產化的繁重任務 改革開放 20 多年來 我國 除港臺 地區(qū)外 下同 的模具工業(yè)獲得了飛速的發(fā)展 設計 制造加工能力和水平 產品檔次都有 了很大的提高 據(jù)不完全統(tǒng)計 全國現(xiàn)有模具專業(yè)生產廠 產品廠配套的模具車間 分廠 近 17000 家 約 60 萬從業(yè)人員 年模具總產值達 200 億元人民幣 但是 我國模具工業(yè)現(xiàn) 有能力只能滿足需求量的 60 左右 還不能適應國民經濟發(fā)展的需要 目前 國內需要的 大型 精密 復雜和長壽命的模具還主要依靠進口 據(jù)海關統(tǒng)計 1997 年進口模具價值 6 3 億美元 這還不包括隨設備一起進口的模具 1997 年出口模具僅為 7800 萬美元 1997 年中國模具工業(yè)協(xié)會對下屬的 209 家骨干企業(yè) 含產品廠的模具車間 的統(tǒng)計資料表明 其模具總產值 13 7 億元人民幣 進口模具大約為 336 萬美元 目前我國模具工業(yè)的技術水 平和制造能力 是我國國民經濟建設中的薄弱環(huán)節(jié)和制約經濟持續(xù)發(fā)展的瓶頸 1 模具 工業(yè)產品結構的現(xiàn)狀 按照中國模具工業(yè)協(xié)會的劃分 我國模具基本分為 10 大類 其中 沖壓模和塑料成 型模兩大類占主要部分 按產值計算 目前我國沖壓模占 50 左右 塑料成形模約占 20 拉絲模 工具 約占 10 而世界上發(fā)達工業(yè)國家和地區(qū)的塑料成形模比例一般占 全部模具產值的 40 以上 我國沖壓模大多為簡單模 單工序模和符合模等 精沖模 精密多工位級進模還 為數(shù)不多 模具平均壽命不足 100 萬次 模具最高壽命達到 1 億次以上 精度達到 3 5um 有 50 個以上的級進工位 與國際上最高模具壽命 6 億次 平均模具壽命 5000 萬 次相比 處于 80 年代中期國際先進水平 我國的塑料成形模具設計 制作技術起步較晚 整體水平還較低 目前單型腔 簡單型腔的模具達 70 以上 仍占主導地位 一模多腔精密復雜的塑料注射模 多色塑料 注射模已經能初步設計和制造 模具平均壽命約為 80 萬次左右 主要差距是模具零件變形 大 溢邊毛刺大 表面質量差 模具型腔沖蝕和腐蝕嚴重 模具排氣不暢和型腔易損等 注射模精度已達到 5um 以下 最高壽命已突破 2000 萬次 型腔數(shù)量已超過 100 腔 達到 了 80 年代中期至 90 年代初期的國際先進水平 1 1 2 模具工業(yè)技術結構現(xiàn)狀 我國模具工業(yè)目前技術水平參差不齊 懸殊較大 從總體上來講 與發(fā)達工業(yè)國家及 港臺地區(qū)先進水平相比 還有較大的差距 在采用 CAD CAM CAE CAPP 等技術設計與制造模具方面 無論是應用的廣泛 性 還是技術水平上都存在很大的差距 在應用 CAD 技術設計模具方面 僅有約 10 的 模具在設計中采用了 CAD 距拋開繪圖板還有漫長的一段路要走 在應用 CAE 進行模具 方案設計和分析計算方面 也才剛剛起步 大多還處于試用和動畫游戲階段 在應用 CAM 技術制造模具方面 一是缺乏先進適用的制造裝備 二是現(xiàn)有的工藝設備 包括近 10 多年 來引進的先進設備 或因計算機制式 IBM 微機及其兼容機 HP 工作站等 不同 或因 字節(jié)差異 運算速度差異 抗電磁干擾能力差異等 聯(lián)網率較低 只有 5 左右的模具制 造設備近年來才開展這項工作 在應用 CAPP 技術進行工藝規(guī)劃方面 基本上處于空白狀 態(tài) 需要進行大量的標準化基礎工作 在模具共性工藝技術 如模具快速成型技術 拋光 技術 電鑄成型技術 表面處理技術等方面的 CAD CAM 技術應用在我國才剛起步 計算 機輔助技術的軟件開發(fā) 尚處于較低水平 需要知識和經驗的積累 我國大部分模具廠 車間的模具加工設備陳舊 在役期長 精度差 效率低 至今仍在使用普通的鍛 車 銑 刨 鉆 磨設備加工模具 熱處理加工仍在使用鹽浴 箱式爐 操作憑工人的經驗 設備 簡陋 能耗高 設備更新速度緩慢 技術改造 技術進步力度不大 雖然近年來也引進了 不少先進的模具加工設備 但過于分散 或不配套 利用率一般僅有 25 左右 設備的一 些先進功能也未能得到充分發(fā)揮 缺乏技術素質較高的模具設計 制造工藝技術人員和技術工人 尤其缺乏知識面寬 知識結構層次高的復合型人才 中國模具行業(yè)中的技術人員 只占從業(yè)人員的 8 12 左 右 且技術人員和技術工人的總體技術水平也較低 1980 年以前從業(yè)的技術人員和技術工 人知識老化 知識結構不能適應現(xiàn)在的需要 而 80 年代以后從業(yè)的人員 專業(yè)知識 經驗 匱乏 動手能力差 不安心 不愿學技術 近年來人才外流不僅造成人才數(shù)量與素質水平 下降 而且人才結構也出現(xiàn)了新的斷層 青黃不接 使得模具設計 制造的技術水平難以 提高 1 1 3 模具工業(yè)配套材料 標準間結構現(xiàn)狀 近 10 多年來 特別是 八五 以來 國家有關部委已多次組織有關材料研究所 大專 院校和鋼鐵企業(yè) 研究和開發(fā)模具專用系列鋼種 模具專用硬質合金及其他模具加工的專 用工具 輔助材料等 并有所推廣 但因材料的質量不夠穩(wěn)定 缺乏必要的試驗條件和試 驗數(shù)據(jù) 規(guī)格品種較少 大型模具和特種模具所需的鋼材及規(guī)格還有缺口 在鋼材供應上 解決用戶的零星用量與鋼廠的批量生產的供需矛盾 尚未得到有效的解決 另外 國外模 具鋼材近年來相繼在國內建立了銷售網點 但因渠道不暢 技術服務支撐薄弱及價格偏高 外匯結算制度等因素的影響 目前推廣應用不多 模具加工的輔助材料和專用技術近年來 雖有所推廣應用 但未形成成熟的生產技術 大多仍還處于試驗摸索階段 如模具表面涂 層技術 模具表面熱處理技術 模具導向副潤滑技術 模具型腔傳感技術及潤滑技術 模 具去應力技術 模具抗疲勞及防腐技術等尚未完全形成生產力 走向商品化 一些關鍵 重要的技術也還缺少知識產權的保護 我國的模具標準件生產 80 年代初才形成小規(guī)模生產 模具標準化程度及標準 件的使用覆蓋面約占 20 從市場上能配到的也只有約 30 個品種 且僅限于中小規(guī)格 標準凸凹模 熱流道元件等剛剛開始供應 模架及零件生產供應渠道不暢 精度和質量也 較差 1 1 4 模具工業(yè)產業(yè)組織結構現(xiàn)狀 我國的模具工業(yè)相對較落后 至今仍不能稱其為一個獨立的行業(yè) 我國目前的模具生 產企業(yè)可劃分為四大類 專業(yè)模具廠 專業(yè)生產外供模具 產品廠的模具分廠或車間 以 供給本產品廠所需的模具為主要任務 三資企業(yè)的模具分廠 其組織模式與專業(yè)模具廠相 類似 以小而專為主 鄉(xiāng)鎮(zhèn)模具企業(yè) 與專業(yè)模具廠相類似 其中以第一類數(shù)量最多 模 具產量約占總產量的 70 以上 我國的模具行業(yè)管理體制分散 目前有 19 個大行業(yè)部門 制造和使用模具 沒有統(tǒng)一管理的部門 僅靠中國模具工業(yè)協(xié)會統(tǒng)籌規(guī)劃 集中攻關 跨 行業(yè) 跨部門管理困難很多 模具適宜于中小型企業(yè)組織生產 而我國技術改造投資向大中型企業(yè)傾斜時 中 小型模具企業(yè)的投資得不到保證 包括產品廠的模具車間 分廠在內 技術改造后不能很 快收回其投資 甚至負債累累 影響發(fā)展 雖然大多數(shù)產品廠的模具車間 分廠技術力量 強 設備條件較好 生產的模具水平也較高 但設備利用率低 我國模具價格長期以 來同其價值不協(xié)調 造成模具行業(yè) 自身經濟效益小 社會效益大 的現(xiàn)象 干模具的不 如干模具標準件的 干標準件的不如干模具帶件生產的 干帶件生產的不如用模具加工產 品的 之類不正?，F(xiàn)象存在 極大地挫傷了模具企業(yè) 包括模具車間和分廠 職工的積極 性 這也是模具行業(yè)留不住人才 青年技術人員和青年工人不愿學技術的原因之一 1 2 模具的發(fā)展趨勢 1 2 1 模具 CAD CAE CAM 正向集成化 三維化 智能化和網絡化方向發(fā)展 1 模具軟件功能集成化 模具軟件功能的集成化要求軟件的功能模塊比較齊全 同時各功能模塊采用同一 數(shù)據(jù)模型 以實現(xiàn)信息的綜合管理與共享 從而支持模具設計 制造 裝配 檢驗 測試 及生產管理的全過程 達到實現(xiàn)最佳效益的目的 如英國 Delcam 公司的系列化軟件就包 括了曲面 實體幾何造型 復雜形體工程制圖 工業(yè)設計高級渲染 塑料模設計專家系統(tǒng) 復雜形體 CAM 藝術造型及雕刻自動編程系統(tǒng) 逆向工程系統(tǒng)及復雜形體在線測量系統(tǒng)等 集成化程度較高的軟件還包括 Pro ENGINEER UG 和 CATIA 等 國內有上海交通大學 金屬塑性成型有限元分析系統(tǒng)和沖裁模 CAD CAM 系統(tǒng) 北京北航海爾軟件有限公司的 CAXA 系列軟件 吉林金網格模具工程研究中心的沖壓模 CAD CAE CAM 系統(tǒng)等 2 模具設計 分析及制造的三維化 傳統(tǒng)的二維模具結構設計已越來越不適應現(xiàn)代化生產和集成化技術要求 模具設 計 分析 制造的三維化 無紙化要求新一代模具軟件以立體的 直觀的感覺來設計模具 所采用的三維數(shù)字化模型能方便地用于產品結構的 CAE 分析 模具可制造性評價和數(shù)控加 工 成形過程模擬及信息的管理與共享 如 Pro ENGINEER UG 和 CATIA 等軟件具備參 數(shù)化 基于特征 全相關等特點 從而使模具并行工程成為可能 另外 Cimatran 公司的 Moldexpert Delcam 公司的 Ps mold 及日立造船的 Space E mold 均是 3D 專業(yè)注塑模設計 軟件 可進行交互式 3D 型腔 型芯設計 模架配置及典型結構設計 澳大利亞 Moldflow 公司的三維真實感流動模擬軟件 MoldflowAdvisers 已經受到用戶廣泛的好評和應用 國內 有華中理工大學研制的同類軟件 HSC3D4 5F 及鄭州工業(yè)大學的 Z mold 軟件 面向制造 基于知識的智能化功能是衡量模具軟件先進性和實用性的重要標志之一 如 Cimatron 公司 的注塑模專家軟件能根據(jù)脫模方向自動產生分型線和分型面 生成與制品相對應的型芯和 型腔 實現(xiàn)模架零件的全相關 自動產生材料明細表和供 NC 加工的鉆孔表格 并能進行 智能化加工參數(shù)設定 加工結果校驗等 3 模具軟件應用的網絡化趨勢 隨著模具在企業(yè)競爭 合作 生產和管理等方面的全球化 國際化 以及計算機 軟硬件技術的迅速發(fā)展 網絡使得在模具行業(yè)應用虛擬設計 敏捷制造技術既有必要 也 有可能 美國在其 21 世紀制造企業(yè)戰(zhàn)略 中指出 到 2006 年要實現(xiàn)汽車工業(yè)敏捷生產 虛擬工程方案 使汽車開發(fā)周期從 40 個月縮短到 4 個月 1 2 2 模具檢測 加工設備向精密 高效和多功能方向發(fā)展 1 模具檢測設備的日益精密 高效 精密 復雜 大型模具的發(fā)展 對檢測設備的要求越來越高 現(xiàn)在精密模具的精 度已達 2 3 m 目前國內廠家使用較多的有意大利 美國 日本等國的高精度三坐標測 量機 并具有數(shù)字化掃描功能 如東風汽車模具廠不僅擁有意大利產 3250mm 3250mm 三坐標測量機 還擁有數(shù)碼攝影光學掃描儀 率先在國內采用數(shù)碼攝影 光學掃描作為空 間三維信息的獲得手段 從而實現(xiàn)了從測量實物 建立數(shù)學模型 輸出工程圖紙 模具制 造全過程 成功實現(xiàn)了逆向工程技術的開發(fā)和應用 這方面的設備還包括 英國雷尼紹公 司第二代高速掃描儀 CYCLON SERIES2 可實現(xiàn)激光測頭和接觸式測頭優(yōu)勢互補 激光掃 描精度為 0 05mm 接觸式測頭掃描精度達 0 02mm 另外德國 GOM 公司的 ATOS 便攜式 掃描儀 日本羅蘭公司的 PIX 30 PIX 4 臺式掃描儀和英國泰勒 霍普森公司的 TALYSCAN150 多傳感三維掃描儀分別具有高速化 廉價化和功能復合化等特點 2 數(shù)控電火花加工機床 日本沙迪克公司采用直線電機伺服驅動的 AQ325L AQ550LLS WEDM 具有驅 動反應快 傳動及定位精度高 熱變形小等優(yōu)點 瑞士夏米爾公司的 NCEDM 具有 P E3 自適應控制 PCE 能量控制及自動編程專家系統(tǒng) 另外有些 EDM 還采用了混粉加工工藝 微精加工脈沖電源及模糊控制 FC 等技術 3 高速銑削機床 HSM 銑削加工是型腔模具加工的重要手段 而高速銑削具有工件溫升低 切削力小 加工平穩(wěn) 加工質量好 加工效率高 為普通銑削加工的 5 10 倍 及可加工硬材料 0 5 最小相對彎曲半徑 rmin t 式中 R 彎曲半徑 m t 材料厚度 由于相對彎曲半徑大于 0 5 可見制件屬于圓角半徑較大的彎曲件 應該先 求變形區(qū)中性層曲率半徑 r0 xt 公式 2 1 式中 r 0 零件的內彎曲半徑 t 板料的厚度 x 中性層位移系數(shù) 表 2 1 板料彎曲時中性層位移系數(shù) x r0 t 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 1 0 1 2 x 0 21 0 22 0 23 0 24 0 25 0 26 0 28 0 3 0 32 0 33 r0 t 1 3 1 5 2 2 5 3 4 5 6 7 8 X 0 34 0 36 0 38 0 39 0 4 0 42 0 44 0 46 0 48 0 5 查表 2 2 x 1 0 32 x2 0 42 根據(jù)公式 2 1 1 r1 x1t 1 0 32 1 1 32 m 2 r2 x2t 4 0 42 1 4 42 圖 2 2 計算展開尺寸示意圖 根據(jù)零件圖上得知 圓角半徑較大 R 0 5t 彎曲件毛坯的長度 公式為 L L 直 L 圓弧 公式 2 2 式中 L 彎曲件毛坯張開長度 m L 直 彎曲件各直線部分的長度 L 圓弧 彎曲件各彎曲部分中性層長度之和 在圖 2 2 中 RA 1 0 32 1 32 RC 4 0 42 4 42 A 1 mm 根據(jù)公式 2 2 L L 直 L 圓弧 42 3 12143021 38 取 L 38 m 根據(jù)計算得 工件的展開尺寸為 10 38 如圖 2 3 所示 m 圖 2 3 尺寸展開圖 2 4 排樣 計算條料寬度及步距的確定 2 4 1 搭邊值的確定 排樣時零件之間以及零件與條料側邊之間留下的工藝余料 稱為搭邊 搭 邊的作用是補償定位誤差 保持條料有一定的剛度 以保證零件質量和送料方 便 搭邊過大 浪費材料 搭邊過小 沖裁時容易翹曲或被拉斷 不僅會增大 沖件毛刺 有時還有拉入凸 凹模間隙中損壞模具刃口 降低模具壽命 或影 響送料工作 搭邊值通常由經驗確定 表所列搭邊值為普通沖裁時經驗數(shù)據(jù)之一 表 2 2 搭邊 a 和 a1 數(shù)值 圓件或類似圓件的工件 矩形工件邊長 L 50mm 矩形工件邊長 L 50mm材料厚度 工件間 a1 沿邊 a 工件間 a1 沿邊 a 工件間 a1 沿邊 a 0 25 0 25 0 5 0 5 1 0 1 0 1 5 1 5 2 0 2 0 2 5 1 0 0 8 0 8 1 0 1 2 1 5 1 2 1 0 1 0 1 3 1 5 1 8 1 2 1 8 1 5 1 2 1 5 2 0 1 5 2 0 1 8 1 5 1 8 2 2 1 5 2 5 2 2 1 8 1 5 1 8 2 2 1 8 2 6 2 5 2 0 1 8 2 0 2 5 2 5 3 0 3 0 3 5 3 5 4 0 4 0 5 0 5 0 12 1 8 2 2 2 5 3 0 0 6t 2 2 2 5 3 0 3 5 0 7t 2 2 2 5 2 5 3 5 0 7t 2 5 2 8 3 2 4 0 0 8t 2 5 2 8 3 2 4 0 0 8t 2 8 3 2 3 5 4 5 0 9t 搭邊值是廢料 所以應盡量取小 但過小的搭邊值容易擠進凹模 增加刃 口磨損表 2 2 給出了鋼 W C0 05 0 25 的搭邊值 對于其他材料的應將表中的數(shù)值乘以下列數(shù) 鋼 W C0 3 0 45 0 9 鋼 W C0 5 0 65 0 8 硬黃銅 1 1 1 硬鋁 1 1 2 軟黃銅 純銅 1 2 該制件是矩形工件 根據(jù)尺寸從表 2 2 中查出 兩制件之間的搭邊值 a1 1 2 mm 側搭邊值 a 1 5 mm 由于該制件的材料是 20 鋼 所以兩制件之間的搭邊值為 a1 1 2 1 1 2 mm 取 a1 1 2 mm 側搭邊值 a 1 5 1 1 5 mm 取 a 1 5 mm 2 4 2 條料寬度的確定 計算條料寬度有三種情況需要考慮 有側壓裝置時條料的寬度 1 無側壓裝置時條料的寬度 2 有定距側刃時條料的寬度 有定距側刃時條料的寬度 3 有側壓裝置的模具 能使條料始終沿著導料板送進 條料寬度公式 B0 D max 2a 公式 2 0 3 其中條料寬度偏差上偏差為 0 下偏差為 見表 2 3 條料寬度偏差 D 條料寬度方向沖裁件的最大尺寸 a 側搭邊值 查表 2 3 條料寬度偏差為 0 15 根據(jù)公式 2 3 B0 D max 2a 0 38 2 1 5 0 0 08 410 0 08 表 2 3 條料寬度公差 mm 材料厚度 t mm條料寬度 B mm 0 5 0 5 1 1 2 20 0 05 0 08 0 10 20 30 0 08 0 10 0 15 30 50 0 10 0 15 0 20 2 4 3 導板間間距的確定 導料板間距離公式 A B Z 公式 2 4 Z 導料板與條料之間的最小間隙 mm 查表 2 4 得 Z 5mm 根據(jù)公式 2 4 A B Z 41 5 46 mm 表 2 4 導料板與條料之間的最小間隙 Zmin mm 有 側 壓 裝 置 條 料 寬 度 B mm材料厚度 t mm 100 以下 100 以上 0 5 0 5 1 5 5 8 8 1 2 2 3 3 4 4 5 5 5 5 5 8 8 8 8 2 4 4 排樣 根據(jù)材料經濟利用程度 排樣方法可以分為有廢料 少廢料和無廢料排樣 三種 根據(jù)制件在條料上的布置形式 排樣有可以分為直排 斜排 對排 混 合排 多排等多重形式 采用少 無廢料排樣法 材料利用率高 不但有利于一次沖程獲得多個制 件 而且可以簡化模具結構 降低沖裁力 但是 因條料本身的公差以及條料 導向與定位所產生的誤差的影響 所以模具沖裁件的公差等級較低 同時 因 模具單面受力 單邊切斷時 不但會加劇模具的磨損 降低模具的壽命 而且 也直接影響到沖裁件的斷面質量 由于設計的零件是矩形零件 且兩個孔均有位置公差要求 所以采用有費 料直排法 2 4 5 材料利用率的計算 沖裁零件的面積為 F 長 寬 38 10 380 mm 2 毛坯規(guī)格為 500 1000 mm 送料步距為 h D a1 10 1 2 11 2 一個步距內的材料利用率為 n11 nF Bh 100 n 為一個步距內沖件的個數(shù) n11 nF Bh 100 1 380 41 11 2 100 82 75 橫裁時的條料數(shù)為 n1 1000 B 1000 41 24 39 可沖 24 條 每條件數(shù)為 n2 500 a h 500 1 5 11 2 44 50 可沖 44 件 板料可沖總件數(shù)為 n n1 n2 24 44 1056 件 板料利用率為 n12 nF 500 1000 1056 380 500 1000 100 80 256 縱裁時的條料數(shù)為 n1 500 B 500 41 12 195 可沖 12 條 每條件數(shù)為 n2 1000 a h 1000 1 5 11 2 89 152 可沖 89 件 板料可沖總件數(shù)為 n n1 n2 12 89 1068 件 板料的利用率為 n12 nF 500 1000 1068 380 500 1000 100 81 16 橫裁的材料利用率小于縱裁的材料利用率 該零件采用縱裁法 圖 2 4 排樣圖 第三章 沖裁力的計算 3 1 計算沖裁力的公式 計算沖裁力是為了選擇合適的壓力機 設計模具和檢驗模具的強度 壓力 機的噸位必須大于所計算的沖裁力 以適宜沖裁的要求 普通平刃沖裁模 其 沖裁力 F p 一般可以按下式計算 Fp KptL 公式 3 1 式中 材料抗剪強度 見附表 MPa L 沖裁周邊總長 mm t 材料厚度 mm 系數(shù) Kp 是考慮到沖裁模刃口的磨損 凸模與凹模間隙之波動 數(shù)值的變 化或分布不均 潤滑情況 材料力學性能與厚度公差的變化等因數(shù)而設置的安 全系數(shù) Kp 一般取 1 3 當查不到抗剪強度 時 可以用抗拉強度 b 代替 而取 Kp 1 的近似計算法計算 根據(jù)常用金屬沖壓材料的力學性能查出 20 鋼的抗剪強度為 280 400 MPa 取 400 MPa 3 2 總沖裁力 卸料力 推料力 頂件力 彎曲力和總沖壓力 由于沖裁模具采用彈性卸料裝置和自然落料方式 總的沖裁力包括 F 總沖壓力 Fp 總沖裁力 FQ 卸料力 FQ1 推料力 FQ2 頂件力 FC 彎曲力 根據(jù)常用金屬沖壓材料的力學性能查出 20 鋼的抗剪強度為 280 400 MPa 3 2 1 總沖裁力 Fp F1 F2 公式 3 2 F1 落料時的沖裁力 F2 沖孔時的沖裁力 落料時的周邊長度為 L1 2 38 10 96 mm 根據(jù)公式 5 1 F1 KptL 1 1 96 400 38 4 KN 沖孔時的周邊長度為 L2 2 d 2 3 14 4 25 12 mm F2 KptL 1 1 25 12 400 10 048 KN 總沖裁力 Fp F1 F2 38 4 10 048 48 448 KN 表 3 1 卸料力 推件力和頂件力系數(shù) 料厚 t mm Kx Kt Kd 鋼 0 1 0 1 0 5 0 5 2 5 0 065 0 075 0 045 0 055 0 04 0 05 0 1 0 063 0 055 0 14 0 08 0 06 2 5 6 5 6 5 0 03 0 04 0 02 0 03 0 045 0 025 0 05 0 03 鋁 鋁合金 純銅 黃銅 0 025 0 08 0 02 0 06 0 03 0 07 0 03 0 09 對于表中的數(shù)據(jù) 厚的材料取小值 薄材料取大值 3 2 2 卸料力 Fx 的計算 Fx Kx Fp 公式 3 3 Kx 卸料力系數(shù) 查表 3 1 得 K 0 04 0 05 取 K 0 05 根據(jù)公式 3 3 Fx K Fp 0 05 48 448 2 4224 KN 3 2 3 推料力 Ft 的計算 Ft KtFp 公式 3 4 Kt 推料力系數(shù) 查表 3 1 得 Kt 0 055 取 Kt 0 055 根據(jù)公式 3 4 Ft KtFp 0 055 48 448 2 66 KN 3 2 4 頂件力 Fd 的計算 Fd KdFp 公式 3 5 Kd 頂件力系數(shù) 查表 3 1 得 Kd 0 06 取 Kt 0 06 根據(jù)公式 3 5 Fd KdFp 0 06 48 448 2 9 KN 3 2 5 彎曲力 FC 的計算 影響彎曲力大小的基本因素有變形材料的性能和質量 彎曲件的形狀和尺 寸 模具結構及凸凹模間隙 彎曲方式等 因此很難用理論的分析法進行準確 的計算 實際中常用經驗公式進行慨略計算 以作為彎曲工藝設計和選擇沖壓 設備的理論 形彎曲件的經驗公式為 Fu 0 7KBt2 b t 公式 3 6 Fu 沖壓行程結束時不校正時的彎曲力 B 彎曲件的寬度 mm t 彎曲件的厚度 mm 彎曲件的內彎曲半徑 等于凸模圓角半徑 mm b 彎曲材料的抗拉強度 MPa 查機械手冊 b 500 MPa K 安全系數(shù) 一般取 1 3 根據(jù)公式 3 6 Fu 0 7KBt2 b t 0 7 1 3 10 12 500 4 1 0 91 N 對于頂件或壓料裝置的彎曲模 頂件力或壓料力可近似取彎曲力的 30 80 F 壓 80 Fu 80 0 91 0 728 KN 彎曲力 FC Fu F 壓 0 91 0 728 1 638 KN 3 2 6 總的沖壓力的計算 根據(jù)模具結構總的沖壓力 F Fp Fx Ft F d FC F Fp Fx Ft Fd FC 48 448 2 4224 2 66 2 9 1 638 58 07 KN 根據(jù)總的沖壓力 初選壓力機為 開式雙柱可傾壓力機 J23 10 第四章 模具壓力中心與計算 模具壓力中心是指諸沖壓合力的作用點位置 為了確保壓力機和模具正常 工作 應使沖模的壓力中心與壓力機滑塊的中心相重合 否則 會使沖模和壓 力機滑塊產生偏心載荷 使滑塊和導軌間產生過大磨損 模具導向零件加速磨 損 降低了模具和壓力機的使用壽命 模具的壓力中心 可安以下原則來確定 1 對稱零件的單個沖裁件 沖模的壓力中心為沖裁件的幾何中心 2 工件形狀 相同且分布對稱時 沖模的壓力中心與零件的對稱中心相重 合 3 各分力對某坐標軸的力矩之代數(shù)和等于諸力的合力對該軸的力矩 求出 合力作用點的坐標位置 0 0 x 0 y 0 即為所求模具的壓力中心 Xo L1X1 L2X2 LnXn L1 L2 Ln Yo L1Y1 L2Y2 LnYn L1 L2 Ln 由于該零件是一個矩形圖形 屬于對稱中心零件 所以該零件的壓力中心 在圖形的幾何中心 O 處 如圖 4 1 所示 圖 4 1 壓力中心 2 2 確定工藝方案及模具的結構形式 根據(jù)制件的工藝分析 其基本工序有落料 沖孔 彎曲三道基本工序 按其先后順序組合 可得如下幾種方案 5 落料 彎曲 沖孔 單工序模沖壓 6 落料 沖孔 彎曲 單工序模沖壓 7 沖孔 落料 彎曲 連續(xù)模沖壓 8 沖孔 落料 彎曲 復合模沖壓 方案 1 2 屬于單工序模沖裁工序沖裁模指在壓力機一次行程內 完成一個沖壓工序的沖裁模 由于此制件生產批量大 尺寸又較這兩種方案生 產效率較低 操作也不安全 勞動強度大 故不宜采用 方案 3 屬于連續(xù)模 是指壓力機在一次行程中 依次在模具幾個不同的 位置上同時完成多道沖壓工序的模具 于制件的結構尺寸小 厚度小 連續(xù)模 結構復雜 又因落料在前彎曲在后 必然使彎曲時產生很大的加工難度 因此 不宜采用該方案 方案 4 屬于復合沖裁模 復合沖裁模是指在一次工作行程中 在模具同 一部位同時完成數(shù)道沖壓工序的模具 采用復合模沖裁 其模具結構沒有連續(xù) 模復雜 生產效率也很高 又降低的工人的勞動強度 所以此方案最為合適 根據(jù)分析采用方案 4 復合沖裁