合金基座片零件多工位級進模設計【含CAD圖紙、說明書】

合金基座片零件多工位級進模設計【含CAD圖紙、說明書】,含CAD圖紙、說明書,合金,基座,零件,多工位級進模,設計,cad,圖紙,說明書,仿單 合金基座片零件多工位級進模設計 機械設計制造及其自動化 摘要 本文是對尺寸小，精度要求相對較高，工藝比較復雜，生產(chǎn)批量大的電子元件基座片進行拉深、沖孔、翻邊級進模設計。在對基座片結構工藝性和材料加工工藝性正確分析的基礎上，采用敘述與計算相結合的方式，分別對級進模的沖孔、切口、拉深、翻邊等工序進行了從材料的選擇到工作零件、定位零件、卸料零件、導向零件和安裝固定零件等進行了設計。在所有的工序中，翻邊工序的凸、凹模結構設計是難點，本文提出了在級進模的最后一道工序中采用復合模加工的新思路，討論了思路的可行性，并對其進行了整體和局部的結構設計。這種設計的思路有著良好的借鑒性。此級進模的設計，對以往的學習進行了一次綜合性的運用，對今后的工作也有相當大的指導意義。 關鍵詞：級進模、拉深、沖孔、翻邊、落料 ABSTRACT This paper is the size of small, relatively high precision, the process is more complicated, mass production of electronic components large base unit for deep, piercing and flanging progressive die design..Base unit in the structure of materials and processing sexual correct analysis on the basis of Narration and calculated using a combination of methods, the Progressive Piercing Die incision, Drawing, flanging of the processes from the choice of materials to the design.of work components, positioning components and dump parts, oriented parts and fixed components .In all processes, flanging process convex, concave die is difficult structural design, This paper proposes a progressive die in the final process to a composite scale processing of new ideas and discuss the feasibility of ideas, and on the whole and partial structural design. This design has good ideas from nature. This progressive die design, the study of the past, carried out a comprehensive application, for the future work of a great guiding significance. Keywords : Progressive Die, Drawing, punching, flanging 第一章 緒 論 1.1模具工業(yè)在國民經(jīng)濟中的作用 模具是現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的重要工藝裝備，它以特殊的形狀通過一定的方式使原材料成型。例如，沖壓件和鍛件是通過沖壓和鍛造方式使金屬材料在模具內(nèi)發(fā)生塑性形變而獲得的；金屬壓鑄件、粉末冶金件以及塑料、陶瓷、橡膠、玻璃等非金屬制品，絕大多數(shù)也是用模具成型的。由于模具具有優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、省料和低成本等特點，現(xiàn)已經(jīng)在國民經(jīng)濟各個部門，特別是汽車、拖拉機、機械制造、家電等行業(yè)得到及其廣泛的利用。據(jù)統(tǒng)計，利用模具制造的零件，在飛機、汽車、拖拉機、電機、電器等產(chǎn)品中占60%~80%；在電視機、計算機等行業(yè)占到了80%以上；在自行車、手表、洗衣機、電冰箱、電風扇等輕工產(chǎn)品中占到了85%以上。據(jù)國際生產(chǎn)技術協(xié)會統(tǒng)計，到2000年止，機械零件粗加工的75%和精加工的50%都是由模具來完成的。 現(xiàn)在，大家都意識到，研究和發(fā)展模具技術，對于促進國民經(jīng)濟的發(fā)展具有特別重要的意義。模具技術已經(jīng)成為衡量一個國家產(chǎn)品制造水平的重要標志之一。模具工業(yè)能促進工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)的發(fā)展和質(zhì)量的提高，并能獲得極大的經(jīng)濟效益，因而引起了各國家的高度重視和贊賞。模具也被譽為“進入富裕社會的原動力”、“金屬加工業(yè)中的帝王”等。因此可以斷言，隨著工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，模具工業(yè)在國民經(jīng)濟中的地位將日益提高，模具技術也會不段的發(fā)展，并在國民經(jīng)濟發(fā)展過程中發(fā)揮越來越重要的作用。 1.2全球模具發(fā)展概況 全球主要模具生產(chǎn)國包括亞洲地區(qū)的日本、韓國與中國，以及美洲地區(qū)的美國、歐洲地區(qū)的德國。 1.2.1各國產(chǎn)業(yè)形貌 在全球主要模具產(chǎn)銷國家當中，中國模具企業(yè)及從業(yè)人數(shù)最多，近七成屬于國有企業(yè)，外資企業(yè)亦占多數(shù)，大型模具廠員工約600～700人，更有規(guī)模達上千人的公司，臺商投資的富士康集團(Foxconn)員工人數(shù)將近6,000人最具代表性，中型模具廠則150～300人之間，小型模具廠也至少有50人左右，其他國家的模具業(yè)則多以中小型企業(yè)型態(tài)經(jīng)營。 在產(chǎn)品類別上，2002年日本與中國偏重生產(chǎn)沖壓模及塑料模，兩者產(chǎn)值合計比重高達八成，南韓則以其他模具產(chǎn)值比重最大，占總產(chǎn)值四成七。 在應用市場方面，日本、韓國、美國與德國以汽車模具為最大宗產(chǎn)品，而我國則以電子通訊產(chǎn)品用模具為主。 依照2002年各國出入差狀況來看，日本、南韓及德國的模具屬與出口大國，中國與美國的模具則因國內(nèi)需求市場大，本國廠商無法完整供應，須借進口模具以滿足下游市場的產(chǎn)品制造。由2002年各國主要進出口國別分析，與地域分布有極大的關聯(lián)性，進出口地區(qū)多屬鄰近國家，而日本較特別的是出口地區(qū)以美國為主，但隨著中國近年各下由游產(chǎn)業(yè)快速的發(fā)展，已有漸漸轉(zhuǎn)向拓展中國市場的趨勢。 在各國工資方面，根據(jù)美國國貿(mào)局2002年所作模具產(chǎn)業(yè)白皮書的調(diào)查結果，以德國時薪最高，技術人員時薪水平為$12.13～$19.28，設計人員則為$16.91～$25.26，日本與美國則介于中中間，中國工資最低，技術人員年薪僅$732～$5,853，設計人員僅為$2,927～$5,853，若以最高年薪為基準與德國比較，則僅能僱用德國技術人員約38天左右，由此可看出先進國家與中國低廉的工資成本差距如此之大。 1.2.2各國優(yōu)劣勢分析 技術先進國家如日本、美國、德國等，對于高精度與復合性模具開發(fā)，不論在設計能力或制造技術上，均有領先的地位，同時也擁有訓練精良的技術研發(fā)人才。其中，日本模具廠商在技術上較重視拋光與研磨加工制程，德國模具廠商則由提高機械加工與放電加工的精度與效率著手，以降低手工加工的時間。 在市場規(guī)模上，不論產(chǎn)值或國內(nèi)需求以日本衰退最為明顯。在運營成本上，常面臨高工資、高福利的問題，因此下游產(chǎn)業(yè)或模具廠商逐漸將生產(chǎn)據(jù)點移往鄰近的新興工業(yè)國或技術后進國家，以降低勞工成本，增強價格競爭力，但是這樣的趨勢往往會造成技術無形中外流的疑慮，使得本身更須投入大筆研發(fā)費用，以加速提升加工技術與高速機械性能，拉大彼此間的差異。 以韓國及中國來看，我國在技術上落后于日、美、德，但仍優(yōu)于南韓，同時在生產(chǎn)速度上也遙遙領先。韓國與中國最近幾年的市場生產(chǎn)與需求規(guī)模呈現(xiàn)成長走勢，尤其中國模具業(yè)正在快速發(fā)展中，各國知名大廠進駐生產(chǎn)設備，無形中提升模具開發(fā)實力與設計能力。成本方面，中國特別是大陸與韓國因擁有相對低的人力成本優(yōu)勢，故對于模具售價上，往往采取低價行銷打入市場，也因此在全球景氣欠佳的局勢中，成功拓取市場買家的青睞，最明顯的例子就是出口值的漲勢。 整體而言，由于各國模具業(yè)者，多以中小企業(yè)型態(tài)經(jīng)營，因此，在營運資金籌措上常遭遇困難，若無政府政策支持與稅務的優(yōu)惠措施，模具業(yè)者將形成單打獨斗與孤軍奮戰(zhàn)的狀況，更不論與國際市場的競爭。除了中國與韓國外，各國均面臨勞工成本高的壓力，因此唯有提高產(chǎn)品附加價值才能擺脫低成本的競爭壓力。 1.3中國模具發(fā)展狀況 目前，中國17000多個模具生產(chǎn)廠點，從業(yè)人數(shù)約50多萬。1999年中國模具工業(yè)總產(chǎn)值已達245億元人民幣。工業(yè)總產(chǎn)值中企業(yè)自產(chǎn)自用的約占三分之二，作為商品銷售的約占三分之一。在模具工業(yè)的總產(chǎn)值中，沖壓模具約占50%，塑料模具約占33%，壓鑄模具約占6%，其它各類模具約占11%。 鑒于模具作為包括機床工具、汽車制造、食品包裝等在內(nèi)的機械行業(yè)中機械基礎件產(chǎn)業(yè)，以及電工電器、電子及信息行業(yè)的支持產(chǎn)業(yè)，在發(fā)展先進生產(chǎn)力當中，處于非常關鍵并服務全行業(yè)的地位，其發(fā)展對產(chǎn)業(yè)配套能力的提升和促進產(chǎn)業(yè)聚集優(yōu)勢的形成將起到重要作用。改革開放以來，中國模具工業(yè)企業(yè)的所有制成分也發(fā)生了巨大變化。除了國有專業(yè)模具廠外，其他所有制形式的模具廠家，包括集體企業(yè)、合資企業(yè)、獨資企業(yè)和私營企業(yè)，都得到了快速發(fā)展，集體和私營的模具企業(yè)在廣東和浙江等省發(fā)展得最為迅速。目前，國內(nèi)已能生產(chǎn)精度達2微米的精密多工位級進模，工位數(shù)最多已達160個，壽命1～2億次。在大型塑料模具方面，現(xiàn)在已能生產(chǎn)48英寸電視的塑殼模具、6.5Kｇ大容量洗衣機的塑料模具，以及汽車保險杠、整體儀表板等模具。在精密塑料模具方面，國內(nèi)已能生產(chǎn)照相機塑料模具、多型腔小模數(shù)齒輪模具及塑封模具等。在大型精密復雜壓鑄模方面，國內(nèi)已能生產(chǎn)自動扶梯整體踏板壓鑄模及汽車后橋齒輪箱壓鑄模。在汽車模具方面，現(xiàn)已能制造新轎車的部分覆蓋件模具。其他類型的模具，例如子午線輪胎活絡模具、鋁合金和塑料門窗異型材擠出模等，也都達到了較高的水平，并可替代進口模具。 在中國，人們已經(jīng)越來越認識到模具在制造中的重要基礎地位，認識到模具技術水平的高低，已成為衡量一個國家制造業(yè)水平高低的重要標志，并在很大程度上決定著產(chǎn)品質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。 許多模具企業(yè)十分重視技術發(fā)展，加大了用于技術進步的投資力度，將技術進步視為企業(yè)發(fā)展的重要動力。此外，許多研究機構和大專院校開展模具技術的研究和開發(fā)。目前，從事模具技術研究的機構和院校已達30余家，從事模具技術教育的培訓的院校已超過50余家。其中，獲得國家重點資助建設的有華中理工大學模具技術國家重點實驗室，上海交通大學CAD國家工程研究中心、北京機電研究所精沖技術國家工程研究中心和鄭州工業(yè)大學橡塑模具國家工程研究中心等。經(jīng)過多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技術、模具的電加工和數(shù)控加工技術、快速成型與快速制模技術、新型模具材料等方面取得了顯著進步；在提高模具質(zhì)量和縮短模具設計制造周期等方面做出了貢獻。 雖然中國模具工業(yè)在過去十多年中取得了令人矚目的發(fā)展，但許多方面與工業(yè)發(fā)達國家相比仍有較大的差距。根據(jù)“十一五”模具行業(yè)發(fā)展的任務與目標，我國模具行業(yè)要努力解決發(fā)展中存在的諸如總量供不應求、產(chǎn)品結構不夠合理、工藝裝備水平低、配套性不好、利用率低、技術人才嚴重不足、專業(yè)化程度低、高檔產(chǎn)品市場缺席。特別在大型、精密、復雜和長壽命模具技術上存在明顯差距，這些類型模具的生產(chǎn)能力也不能滿足國內(nèi)需求，因而需要大量從國外進口等問題，使我國模具行業(yè)向大型、精密、復雜、高效、長壽命和多功能方向發(fā)展，在良好的市場環(huán)境中穩(wěn)步前進。 47 第二章 零件工藝性分析及工藝方案的確定 2.1沖壓工藝分析 沖裁件的工藝性是指沖裁件對沖壓工藝的適應性，即沖裁件的結構形狀、尺寸大小、精度等級等是否符合沖裁加工的工藝要求。良好的結構工藝性應保證材料消耗少，工序數(shù)目少，模具結構簡單而壽命高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，操作簡單，等等。通常對沖裁件的工藝性影響最大的是幾何形狀尺寸和精度要求。 2.1.1沖裁件的形狀和尺寸要求 ①沖裁件的形狀應盡可能簡單、對稱，最好采用圓形、矩形等規(guī)則的幾何形狀或由這些形狀所組成， 使排樣時廢料最少。 ②沖裁件的凸出懸臂和凹槽的寬度不宜太小，以免凸模折斷。 ③沖裁件的外形或內(nèi)形的轉(zhuǎn)角處，要避免夾角出現(xiàn)，應以圓弧過渡，以便于模具加工，減少熱處理或沖壓時在尖角處開裂的現(xiàn)象；同時可以防止尖角部位的刃口磨損過快而使模具壽命降低。 ④沖孔時，由于受到?jīng)_孔凸模強度的限制，孔的尺寸不宜過小。沖孔的孔徑尺寸與孔的形狀、材料的機械性能、材料厚度等有關。 ⑤沖裁件的孔與孔之間、孔與邊緣之間的距離不應過小，否則模具的強度和沖裁件的質(zhì)所量不能保證。 ⑥在彎曲件或拉延件上沖孔時，為了避免沖孔時凸模受水平推力而折斷，孔邊與零件直邊間應保持一定距離。一般取C≧R+0.5t。 2.1.2 沖裁件的精度與斷面粗糙度 ①沖裁件的經(jīng)濟精度一般不高一IT11級，最高精度可達IT8～9級。沖孔比落料的精度要高一級。 ②沖裁件的斷面粗糙度一般為Rａ=12.5～50nm，最高可達Rａ=6.3 nm。 2.1.3沖裁的經(jīng)濟性 所謂經(jīng)濟性，就是以最小的耗費取得最大的經(jīng)濟效果，即生產(chǎn)中的“最小最大”原則。 1.沖裁件的結構形狀和尺寸 沖裁件的結構形狀和尺寸，應該有良好的工藝性，以便于沖裁，便于模具的制造，降低成本。 ①在設計沖裁件時，在不改變使用性能的前提下，可以直線代曲線，以圓形代矩形，使凸、凹模制造與維修方便，減少鉗工工作量，降低成本。 ②盡量采用通用尺寸和標準直徑，充分利用現(xiàn)成的工藝裝備。 ③尺寸標注要靈活，以擴大沖裁工藝的靈活性。 2.合理利用材料 ①在滿足零件強度和使用要求的情況下，減少材料厚度。 ②沖裁件的結構形狀符合少、無廢料排樣時，能提高材料的利用率，從而減少材料消耗，降低成本。 ③采用套料排樣沖裁，充分利用結構廢料，既省料又省工序，經(jīng)濟效果顯著，如圖2-1所示 圖2—1 套料連續(xù)沖裁的排樣 ④合理選用沖裁件材料。在保證使用和工藝性能的同時，盡量采用“廉價代貴重，薄料代厚料，黑色代有色”和統(tǒng)一及減少品種規(guī)格等一系列降低成本的措施。 綜上所述，如圖2—2為零件圖，此零件為電子元件的外殼，采用厚度為0.3mm的45號鋼經(jīng)過拉深、沖孔、翻邊而成，滿足沖裁工藝性各方面的要求，也可以保證足夠的剛度和強度,由資料2—表4—1查出其精度等級為IT12級。 圖2—2 零件圖 此零件經(jīng)過幾何形狀的分析可以看出，它是由兩個半圓和中間的矩形部分組成。其主要的形狀由拉深、翻邊、沖孔等工序獲得。圓形部位的成型是拉深。中間矩形部位的成型很象是彎曲，但實際上它是側壁的材料在凸模的壓力作用下沿凹模的圓角流進去的，屬于拉深。底部的三個孔是由沖孔工序完成。兩翼的U形部分既可以由反拉深完成，也可以由翻邊完成，但此零件的尺寸較小，如果采用反拉深凸模的制造精度和強度要求都比較高，凸、凹模的安裝空間狹小，難以實現(xiàn)，所以選擇翻邊完成。 2.2沖壓工藝方案設計 制定沖裁工藝方案就是要確定沖裁件的工藝路線。工藝路線不但影響產(chǎn)品的質(zhì)量和效率，而且影響生產(chǎn)成本、勞動強度、設備投資等。因此制定工藝路線時，需要提出幾個方案，進行分析對比，尋求最經(jīng)濟合理的方案。 2.2.1工藝方案的分析 零件的形狀表明，拉深為其主要工藝，在拉深前該零件展開毛坯面積計算如圖2—3圖所示，將其分為直線和彎曲部分進行展開計算。由參考文獻3上表2—7用插值法取的該零件的中性層系數(shù)為x0=0.345;則由參考文獻1公式（3—12）可得出該零件的展開長度為： 圖2—3 零件展開毛坯計算圖 =（16.5＋0.675×2＋1.275×2）＋（0.5＋0.345×0.3）×3.14＋（0.45÷2＋0.345×0.3）×3.14×2 =23.35㎜ 同理，零件的展開寬度為： L寬 =3.3＋（0.45÷2＋0.345×0.3）×1800/1800×3.14×2＋（0.5＋0.345×0.3）×3.14 =10.16㎜ 工件的形狀是翻邊以后的形狀,其展開圖為: 圖2—4 翻邊展開圖 2.2.1.1計算毛坯直徑 單工序拉深模的毛坯是單個的，級進模的坯料則是條料。為了拉深計算的需要，級進模的拉深也要象單個毛坯一樣計算毛坯直徑。計算毛坯直徑是根據(jù)拉深成型以后，工件的表面積與毛坯面積相等的原理，進行毛坯直徑的計算。按參考文獻3表4—7中序號4的公式計算： Di= =8.94mm 上述計算的Di是“計算毛坯直徑”，還要加上修邊余量而得出實際毛坯直徑D。修邊余量由參考文獻2表7—1查出，其值=1.0mm 故實際毛坯直徑D=Di+=8.94+1.0=9.94mm 2.2.1.2計算能否一次拉成 由寬凸緣件第一次拉深最大相對高度h1/d確定能否一次拉深成形。判斷的原則是：寬凸緣件的拉深系數(shù)大于該零件的第一次拉深系數(shù)極限值，或者零件的相對高度小于其第一次拉深的最大相對高度值，則該零件可以一次拉成。如圖2—2所示，拉深高度h1=2mm,拉深筒直徑d1=4.3mm,則h1/d1==0.465 ①．計算d凸/d，其中對應值㎜，d1=4.3㎜,則： ②．計算毛坯相對厚度。 根據(jù)以上參數(shù)，按資料2表4—8中查出ｈ1/ｄ的最大值為0。70～0.58。前面算出的本工件的最大相對高度值為0.465，故的出結論，該工件可以一次拉深完成。 2.2.2工藝方案的確定 該零件的主要沖壓工序為：沖孔、拉深、翻邊、落料、整形等。故初步訂有四種沖壓工藝方案： （一）拉深和反拉深結合來完成兩翼U形部位的沖壓； （二）先完成底部的沖孔，再進行拉深； （三）先進行拉深，然后進行底部的沖孔； （四）采用復合模進行加工。 分析比較上述四種方案，可以看出：此零件尺寸很小，用方案（一）制造模具的精密度要求很高，而且模具的強度難以保證。方案（二）先沖孔再拉深，在孔的邊緣部位會因為應力集中造成翹曲。由于本零件的結構尺寸比較小，如果采用復合模進行加工，首先是各工序模具的強度難以保證，且模具的加工制造和選材都將會比較困難，其次，由于零件結構尺寸的限制，在進行沖底部三個㎜孔時模具的安裝將會受到空間的限制，難以進行有效的安裝。因此，方案（四）不合理。則采取方案（三）進行加工，采用手工送料。其排樣圖如下： 圖2—5 排樣圖 工序安排為： 第1工位：側刃定距； 第2工位：沖兩個切口用的工藝孔； 第3工位：切口——采用對于矩形工件特別適宜的斜刃切開。 第4工位：空工位； 第5工位：拉深； 第6工位：對拉深的底面進行整形； 第7工位：沖3個的孔； 第8工位：空工位——由于本工件是拉深件，所以并不需要多設導正銷，只需要在此設置一個導正銷導正； 第9工位：落料、翻邊——工件脫離條料，隨條料從模具側面滑出。 第2工位為沖兩㎜工藝孔的工序。設計工藝孔，是為了方便第3工位的切口進行。 第3工位為切口工序。設計此工序的目的是為了避免各工序之間因為金屬材料的塑性流動而彼此影響以保證工件的質(zhì)量。 空工位簡稱空位，是指工序件經(jīng)過時，不做任何沖切加工的工位。在級進模中設置空工位是為了提高模具強度、保證模具的壽命和產(chǎn)品質(zhì)量以及模具中設置特殊機構等，因而應用非常普遍。設置空位時應考慮以下原則： ①步距較小時，設置空位可以提高模具強度；反之，當步距較大時（大于16㎜不宜多設空位。 ②精度高、形狀復雜的零件沖壓，不宜多設空位，以減少總工位數(shù)。 用導正銷做精定位時，可適當多設空位。 在第四工位設計空位是因為步距較小為模具的安裝提供空間，以保證模具的強度和壽命。第8工位是為了設置導正銷，以保證產(chǎn)品的質(zhì)量。 2.2.3搭邊值的確定 排樣中相鄰兩工件間的余料或條料與工件邊緣間的余料為搭邊。其作用是補償定位誤差，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。搭邊值要合理，過大材料的利用率低。值過小，就不能發(fā)揮搭邊的作用，在沖裁的過程中會被拉斷，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間隙，損壞模具刃口，降低模具的壽命。搭邊值過小，會使作用在凸模側表面上的法向應力沿著落料毛坯周長的均勻分布不均勻，引起模具刃口的磨損。為了避免這一現(xiàn)象，搭邊的最小寬度大約取為毛坯的厚度，使之大于塑變區(qū)的寬度。 本工件的材料塑性較好，工件本身的外形比較復雜，圓角半徑比較小，所以起搭邊值要取的大一點。 2.2.4料寬的計算 條料寬度的確定原則是：最小條料寬度要保證沖裁時工件周邊有足夠的搭邊值，最大條料的寬度要能在沖裁時順利地在導料板之間進送，并與導料板之間有一定的間隙。因此，在確定條料寬度時必需考慮到模具的結構中是否采用側壓裝置和側刃，根據(jù)不同的結構分別進行計算。 圖2—6 有側刃時的條料寬度 當模具有側刃的時候，條料寬度按下式進行計算： 式中 B——條料的標稱寬度; D——工件垂直于送料方向的最大尺寸(㎜); ａ1——側搭邊(㎜); △——條料寬度公差(㎜) ｎ——側刃數(shù); C——側刃沖切的料邊寬度(㎜) 表2—1 剪切條料寬度公差 表2—2 ｂ1和C的值 則根據(jù)上述要求，本零件條料的寬度為: 經(jīng)圓整尺寸后，條料寬度取為30㎜ 2.2.5步距的計算 步距是指條料在模具上每次送進的距離，步距的計算與排樣的方式有關，每個步距可以沖出一個零件，也可以沖出幾個零件。見圖2—7，步距是決定擋料銷位置的依據(jù)。 圖2—7 步 距 每次只沖出一個零件的進距A的計算公式為 A=B+ａ 式中 B——平行于送料方向工件的寬度； ａ——沖件間的搭邊值； 由零件的排樣圖可以看出，每一個進距只沖一個零件，即該零件的進距采用上式： A=B+ａ =9.94 +1.8㎜ =11.74㎜ 經(jīng)圓整尺寸后A取值為12㎜。 第三章 主要工藝計算 3.1拉深部分的計算 3.1.1拉深模的凸凹模間隙確定 間隙值應該合理選取，否則，ｚ過小會增加摩擦力。使拉深件容易破裂且容易擦傷表面和降低模具壽命；ｚ過大，又易使拉深件起皺，影響工件精度。 不用壓邊圈的時候拉深模的單邊間隙： （3—1） 式中 ｔmax——板料厚度的最大極限尺寸，㎜。 所以拉深的時候，凸凹模間的間隙為： ｚ=1.0×tmax =0.3㎜ 3.1.2拉深模工作部分尺寸的確定 由參考文獻表1—3—45可以查出=0.017㎜；=0.010㎜。則由上式可以得出凸、凹模的直徑為： =（4.3+0.4×0.1＋2×0.3）0.017㎜ = ㎜ =（4.3＋0.4×0.1）0.017㎜ = ㎜ 3.1.3凹模與凸模圓角半徑的確定 一般凹模圓角半徑應盡可能大些，因為大的圓角半徑有利于金屬流動，而且還可以提高拉深件的質(zhì)量。但凹模圓角半徑太大會削弱壓邊的作用?？赡艹霈F(xiàn)起皺的現(xiàn)象，這不利于拉深工序的完成。圓角半徑的選取常通過查表取值。對于薄料、小件查表取值往往偏大，可采用下面的經(jīng)驗公式進行計算： (3—2) 式中 ｒ凹——凹模的圓角半徑（㎜）； D——毛坯直徑（㎜）； ｄ——拉深后工件直徑（㎜）； ｔ——料厚（㎜）； 則根據(jù)上述公式，有： 凸模圓角半徑如果取值過小，材料容易在此部位嚴重變薄，甚至拉裂。一般取值為（1.2～1.5）ｒ凹，故?。蛲?1.01×1.3≈1.3㎜ 3.1.4壓邊力計算 在拉深過程中，凸緣變形區(qū)是否產(chǎn)生失穩(wěn)起皺，主要取決于材料的相對厚度和切向盈利的大小。而切向應力的大小又取決于材料的性能和不同時刻的變形程度。準確的判斷是否起皺，是一個相當復雜的問題，在實際生產(chǎn)中可以用下表判斷是否起皺。 表3—1 采用或不采用壓邊圈的條件 工件首次拉深的相對厚度比為：。因此不需要加壓邊圈。 3.1.5拉深力及拉深功的計算 3.1.5.1拉深力的計算： 對于圓筒形件，拉深力可以按照下式進行計算： 式中 L——橫截面周邊長度（㎜）； K——修正系數(shù)，選取原則見下表： 表3—2 修正系數(shù)K的數(shù)值 注：第一次拉深K=K1，以后各次拉深K=K2。 拉深時，兩端圓形部位拉深橫截面的直徑為，中間的直線部分由于拉深時材料沒有橫向被壓縮的變形，因此所受的拉應力應比兩端稍小一些。但是，在實際計算中應忽略這種區(qū)別，同樣計入被拉深的截面?？伤愠鯨=4.3×3.14＋2×13=39.502㎜。由材料的力學性能表可以查出，為保證安全可靠，。取最大值700Mpa則，該零件拉深的拉深力F1為： F1=0.7×39.502×0.3×700N =5807N 3.2沖壓力的計算 3.2.1計算原則 由于凸、凹模之間存在間隙，所以沖裁件斷面都是帶有錐度的，且落料件的大端尺才等于凹摸尺寸，沖孔件的小端尺寸等丁凸模尺寸。在測量與使用中，落料件是以大端尺寸為基準，沖孔件孔徑是以小端尺寸為基準。沖裁過程中，凸、凹模要與沖裁零件或廢料發(fā)生摩擦，凸模越磨越小，凹模越磨越大，結果使間隙越用越大。因此，在確定凸、凹模刃口尺寸時，必須遵循下述原則： ①.落料模先確定凹模刃口尺寸，其標稱尺寸應取接近或等于制件的最小極限尺寸，以保證凹模磨損到一定尺寸范圍內(nèi)，也能沖出合格制件．凸模刃口的標稱尺寸比凹模小一個最小合理間隙。 。 ②．沖孔模先確定凸橫刃口尺寸，其標稱尺寸應取接近或等于制件的員大極限尺令保證凸模磨損到一定尺寸范圍內(nèi)，也能沖出合格的孔。凹橫刃口的標稱尺寸應比凸模大最小合理間隙。 ③．選擇模具刃口制造公差時，要考慮工件精度與模具精度的關系，既要保證工件的精度要求，又要保證有合理的間隙值。一般沖模精度較工件精度高2—3級。若零件沒有標注公差，則對于非圓形件按國家標準非配合尺寸的ITl4級精度來處理，圓形件一般可按IT10級精度來處理，工件尺寸公差應技“入體”原則標注為單向公差，所謂“人體”原則是指標注工件尺寸公差時應向材料實體方向單向標注，即：落料件正公差為零，只標注負公差；沖孔件負公差為零，只標注正公差。 3.2.2計算方法 模具工作部分尺寸及公差的計算方法與加工方法有關，基本上可分為兩類。 3.2.2.1凸模與凹模分開加： 凸、凹摸分開加工，是指凸模和凹模分別按圖樣加工至尺寸，此種方法適用于圓形或形狀簡單的工件，為了保證凸、凹模間初始間隙小于最大合理間隙Zｍａｘ不僅凸、凹模分別標注公差(凸模，凹模)，而且要求有較高的制造精度，以滿足如下條件： 或取 也就是說，新制造的模具應該是如圖3—1所示。否則，制造的模具間隙已超過了允許的變動范圍，影響模具的使用壽命。 圖3—1 凸、凹模分別加工時的間隙變動范圍 3.2.2.2凸模和凹模配合加工： 對于沖制形狀復雜或薄板制件的模具，其凸、凹模往往采用配合加工的方法。此方法是先加工好凸模(或凹模)作為基準件，然后根據(jù)此基準件的實際尺寸．配做凹模(或凸模)，使它們保持一定的間隙。因此，只需在基準件上標注尺寸及公差，另一件只標注標稱尺寸，并注明“××尺寸按凸模(或凹模)配作，保證雙面間隙××”。這樣，可放大基準件的制造公差。其公差不再受凸、凹模間隙大小的限制．制造容易并容易保證凸、凹模間的間隙。 3.2.3沖裁力的計算 采用平刃口凸模和凹模沖裁時，其沖裁力的計算見下式： 式中 ——— 沖裁力（N） L————沖裁件周長（㎜） ｔ———材料厚度（㎜） ———材料抗剪強度（MPa） 考慮到凸、凹模刃口的磨損，模具間間隙的波動，材料力學性能的變化以及材料厚度偏差等因素，實際所需的沖裁力還需增加30﹪，故選擇沖床時的沖裁力（N）應為： 式中 ———材料的抗拉強度 則沖工件底部三個孔工件的沖裁力F2為： F2=3 =3×（3××0.3×700）N =3×1978.2N =5934.6N 沖兩個切口用的工藝孔㎜時的沖壓力F3為： F3=2×Lt =2×(2××0.3×700)N =2637.6N 沖兩工藝孔間切口用的沖壓力F4為： =23×0.3×700N =4830N 第九個工位上落料是的沖壓力為： =Lt =（9.55×＋13×2）×0.3×700N =11757.27N 側刃切邊力的計算： F7 =Lt =24×0.3×700N =5040N 3.2.4卸料力、推件力和頂出力的計算 由于沖裁中材料的彈性變形及摩擦的存在，沖裁后帶孔的部分會緊箍在凸模上，而落下的部分會緊卡在凹模的洞口中。從凸模上卸下緊箍著的材料所需的力稱為卸料力；把落料件從凹模洞口順著沖裁方向推出去的力成為推件力；反向頂出來的力為頂出力。 F卸、F推、F頂是由壓力機和模具卸料、頂件裝置獲得的，影響這些力的因素主要有材料的力學性能、材料厚度、模具間隙、凸、凹模表面精度、零件形狀和尺寸以及潤滑情況等。要準確計算這些力比較困難，實際生產(chǎn)中采用下列經(jīng)驗公式進行計算： 由2—表2—15可以查出=0.04～0.07；=0.065；=0.08，則工件在各工位的總的卸料力為： =（F2＋F3＋） =0.065×（5934.6＋2637.6＋11757.27）N =0.05×20329.47N =1016.47N 總的頂料力為： =（F1＋F6＋F8） =0.08×（5807＋5807＋2739.87）N =0.08×14354N =1148N 總壓力F為： F=F1＋F2＋F3＋F4＋F5＋F6＋F7＋＋ =5807＋5934.6＋2637.6＋4830＋11757.27＋5807＋5040＋1016.47＋1148N =43978N 3.3翻邊模工作部分的設計計算 進入翻邊工序，工件先與帶料脫離。由壓桿壓在凹模上，此時工件的外緣為平面，這時進行的翻邊為外緣翻邊。在兩端，凸緣的材料在翻邊模的作用下橫向產(chǎn)生壓縮的變形，周長被壓短而形成工件最后的形狀。對于這種翻邊工序，需要計算翻邊部位的變形量，如果變形量超過允許的數(shù)值，工件將產(chǎn)生褶皺，甚至把模具撐裂。 3.3.1落料工序部分模具尺寸計算 前面已經(jīng)敘述過對于薄板制件的模具其凸、凹模采取配合加工的方法。落件以凹模為基準件，然后配做凸模。刃口尺寸的變化有增大、減小、不變?nèi)N情況因此凹模刃口尺寸應按不同情況分別計算。 1)凹模磨損后尺寸變大。計算這類尺寸，按落料凹模公式進行計算： 2)凹模磨損后尺寸變小。計算這類尺寸，按沖孔凸模公式進行計算： 3)凹模磨損后尺寸不變。計算這類尺寸應按下述三科情況進行計算： 制件尺寸為時 制件的尺寸為時： 制件尺寸為時 Ad、、Bd、Cd——————凹模刃口尺寸(mm)； A、B、C——————工件標稱尺寸(mm)， △——————工件公差(mm)； △/——————工件偏差，對稱偏差時，/＝／2； ——————凹模制造偏差(mm)，＝／4； 本工件在凹模磨損后尺寸變大，應按上式進行計算： = =㎜ 凸模尺寸的計算公式： 式中Zmin為凸、凹模最小合理間隙（雙邊），可以取出Zmin=0.03 則： = =㎜ 3.3.2翻邊凸、凹模的設計 此工件的尺寸比較小，其凸模的尺寸應在拉深凸模的尺寸的基礎上進行計算加工。則其配合圖形如下： 圖3—2 翻邊凸模計算示意圖 由于此翻邊凸模的形狀比較特殊為一環(huán)狀零件，則其內(nèi)徑按拉深凸模尺寸加上工件厚度再取適當?shù)拈g隙值進行計算，公差按“入體原則”進行標注。則凸模工作部分刃口內(nèi)徑尺寸為： ㎜ =㎜ =㎜ 翻邊凸模工作部分刃口外徑的尺寸是在翻邊凸模內(nèi)徑的尺寸上再加上工件U形空間允許的尺寸厚度；公差按照“入體原則”進行標注。由工件圖可以看出工件U形空間允許的尺寸厚度值為18.4－17.5=0.9㎜，則翻邊凸模外徑的尺寸為： ㎜ =㎜ =㎜ 凸模工作部分的高度H取為2㎜. 翻邊凹模的刃口尺寸是在翻邊凸模外刃口尺寸的基礎上加上工件材料厚度而得到。公差按照“入體原則進行標注”，則翻邊凹模的刃口尺寸為： ㎜ =㎜ =㎜ ` 圖3—3 落料凸模、翻邊凹模尺寸計算圖 可以看出：凹、凸模的工作部分厚度L是由落料凸模的刃口尺寸和翻邊凹模的刃口尺寸決定的。L==7.28-6.44=0.84㎜，兩面的公差按相關凸、凹模作用面公差標注。 按照上述，工件的對應值ｂ=1.485；R=1.4；則翻邊變形量Ec為： Eｃ=1.484÷（1.4＋1.485）=0.51 與參考文獻表5—10中數(shù)值對照，變形量在允許范圍之內(nèi)。 翻邊力F8的大小采用下式計算： F= 式中 L——————翻邊周邊長度（㎜） K——————因數(shù)，一般取0.2～0.3。 F8= =1.25（2.8＋13×2）㎜×0.3㎜×700MPａ×0.3 =2739.87N 第四章 模具結構與零、部件的設計 4.1沖裁模結構分析 4.1.1簡單模 簡單模分為無導向模和有導向模兩類，無導向模結構簡單，易于制造和 維修，模具在沖床上安裝時，調(diào)整間隙的均勻度困難，凸模與凹模的相對正確位置只能靠沖床導軌與滑塊的配合精度來保證，因此模具的導向精度低，使用安全性差不適于薄板料的沖裁。有導向模又分為導板模和導柱模兩種。導板模是以導板上的導向孔對凸模進行導向，導向孔與凸模工作端采用間隙配合，這種模具多安裝在偏心沖床上使用。為安全起見，工作時凸模的工作端要始終不脫離導板上的導向孔。由于其導向精度高，因而圓形和簡單規(guī)則形狀沖裁件的沖裁模多采用此結構。導柱模是靠分別安裝在上、下模板（座）內(nèi)的導套、導柱二者的良好配合，實現(xiàn)對凸模的導向。這種模具導向精度更好，使用安全方便，在批量生產(chǎn)條件下，沖裁各種尺寸精度較高且形狀復雜的制件所用的沖裁模，均可采用此導向結構。尤其在復合模和連續(xù)模上采用導柱式模架結構，其優(yōu)越性就更加明顯，再則模架標準化后又可大大降低模具的制造成本。但是由于模具增加了導柱、導套結構，使模具的外形尺寸增大。 4.1.2復合模 條料在復合模中進行沖裁時，一次定位就可以完成沖裁件的內(nèi)外形尺寸，故制件的內(nèi)外形的位置尺寸精度高，生產(chǎn)效率高，適合位置精度高、生產(chǎn)批量大的制件選用。但是這種模具結構復雜，制造困難、周期長，再則沖孔凸模插入凹模深度較大，加劇了沖孔凸模和凸凹模的磨損而降低其使用壽命。另外，當制件內(nèi)外形尺寸相差較小時模具的強度難以保證，不宜選用此種模。 復合模結構特點之一是具有一個落料凸模又作為沖孔凹模的凸凹模。按落料凹模安裝位置不同又有倒裝復合模與正裝復合模之分。若落料凹模裝在上模上，就稱為倒裝復合模。若落料凹模裝在下模上，就稱為正裝復合模。一般沖孔落料復合模多采用倒裝結構，拉延復合模采用正裝結落料構；中小尺寸制件的單工序落料模或沖孔模要采用正裝結構。 倒裝復合模多采用剛性打料裝置進行打料出件，結構簡單、操作方便，但對制件不起壓平作用。正裝復合模向上出件，彈性頂件裝置安裝在下模上，并從壓力機工作臺上的漏料孔中向下伸出，條料在凸模和頂件器上下壓緊的情況下沖裁，故制件平整，適于沖裁薄料。 4.1.3連續(xù)模 條料在連續(xù)模中，一次沖裁可完成兩個乃至十幾個沖壓工序。它與復合模生產(chǎn)的不同之處在于，條料是在凹模的不同位置上完成不同的沖壓工序，因而形成沖裁的連續(xù)生產(chǎn)。連續(xù)模有初始擋料裝置的連續(xù)模和側刃定距連續(xù)沖裁模之分。由于模具能完成多道工序形成連續(xù)生產(chǎn)，生產(chǎn)效率很高，而且適于自動送料，故應用相當廣泛。 4.2主要零件的結構與設計 各種結構的沖裁模，一般都是由工作零件（包括凸模、凹模）、定位零件（包括擋料銷、導尺等）、卸料零件（如卸料板）、導向零件（如導柱、導套）和安裝固定零件（包括上下模座、墊板、凸凹模固定板、螺釘和定位銷）等5種基本零件組成。沖模零件已制定出國家標準供模具設計時選用。 4.2.1基本結構形式 （1）正倒裝結構：根據(jù)上述分析，本零件的沖制包括落料、沖孔、翻邊等工序。而且已經(jīng)確定了采用級進模具沖壓，因此選用正裝結構，在最后一到工序翻邊是采用倒裝。凸模用凸模固定板安裝于上模，凹模采用鑲塊式結構。用螺釘連接于下模座。 （2）導向方式：由于本零件的生產(chǎn)是的成批量的生產(chǎn)且零件的尺寸非常小，為了確保零件質(zhì)量及穩(wěn)定性，選用滾動導向模架。 4.2.2卸料與推(頂)件裝置設計 卸料與推(頂)件裝置用來將沖裁后因彈性變形恢復而卡在凸模上或凹模型孔內(nèi)的工件或廢料脫卸下來。為了保證沖裁過程能連續(xù)、順利地進行，必須在模具上設置卸料與推仲裝置。 4.2.2.1卸料裝置 卸料裝置分為剛性和彈性兩類。剛性卸料板一般安裝在凹模上面這種結構的卸料板，結構簡單、卸料力大，故卸料可靠，卸料板之卸料孔與凸模之間的單邊間隙可取板料厚度的0.1～1.5倍。剛性卸料板的長、寬尺寸和凹模尺寸相同，其厚度取凹模厚度的0.8～1倍。彈性卸料板較剛性卸料板薄，長、寬尺寸可等于或大于凹模之長、寬尺寸。 本工件為薄料，故卸料板采用整體形式的彈性卸料板，在沖壓的過程中，由于卸料板的工作行程為1.8㎜，總的卸料力為1016.47N，所以選4根普通彈簧提供彈壓力既可。板厚度取為15㎜。 4.2.3彈性元件的設計計算 ①卸料彈簧的選擇： 根據(jù)卸料力1016N模具的結構采用4根彈簧，此時每根彈簧擔負的卸料力為254N。 沖裁時卸料板的工作行程㎜=（0.3+1）=1.3㎜；考慮凸模的修磨量=2.5㎜；彈簧的預壓量為；故彈簧的總壓縮量為 =（1.3+2）㎜+ =3.8㎜+ 考慮卸料的可靠性，取彈簧在預壓量為時就應有254N的壓力。初選彈簧鋼絲直徑d=3㎜;彈簧中徑D=22㎜；工作極限負荷Fｊ=330N；自由高度=20㎜；工作圈數(shù)為4圈，工作極限負荷下變形量=17.4㎜。 該彈簧在預壓量為時，卸壓力為254N，即 ㎜ 故 =3.8㎜＋13.4㎜=17.2㎜＜能滿足要求。 彈簧裝配高度 ②卸料螺釘?shù)倪x擇： 由上面的彈簧的計算，彈簧的內(nèi)徑為19㎜，那么由參考文獻可以選擇型號為M12×65JB/T7650.6的圓柱頭內(nèi)六角卸料螺釘。 4.2.4定距機構設計 在工序排樣中確定了側刃定距方式。為了確保生產(chǎn)中側刃的剛度和條料送進的方便，選帶導向段的ⅡC型側刃。規(guī)格為ⅡC12×8×40JB/T 7648.1。側刃擋塊固定于凹模面上。 4.2.5導正裝置 主要是指導正銷，它多用于連續(xù)模中。以獲得內(nèi)孔與外緣相對位置準確的沖裁件。導正銷裝在落料凸模的工作端面上，落料前先插入已沖好的孔中。使孔與外緣相對位置準確，然后落料。導正銷消除了送料和導向造成的誤差，起精確定位作用。 由于本工件的主要工序是拉深件，所以不用多設導正銷，僅在第八共位設置一個導正銷。導正銷采用普通的彈頭型，采用螺紋固定在彈性卸料板上面。 4.2.6導料裝置的設計 導料裝量主要指導料銷、導尺和側壓裝置，其作用是控制條料毛坯的遲進方間。由于條料的寬度為30㎜，小于60㎜，本工件采用適用簡單模和連續(xù)模的導尺進行導料。為使條料順利通過，導尺間距離應該等于條料的最大寬度加上間隙值。無側壓裝置時，條料的寬度和導尺間距離按（4—1）公式計算(圖4—1)： 條料寬度： （4—1） 導尺間距離： （4—2） 圖4—1 無側壓時條料的寬度與導料尺間隙 式中C1為無側壓時導尺與最寬條料之間的單向最小間隙。其值通常?。?.5～1）㎜。為條料寬度的單向〔負向)偏差。其數(shù)值選取見下表： 表4—1 條料寬度偏差 4.2.7送料機構與出件方式 本模具采用手工送料。 由工序排樣圖知，本模具最后工位通過落料實現(xiàn)產(chǎn)品零件與條料的分離。產(chǎn)品零件在送料過程中，由條料端頭頂出后從凹模左側落下（送料方向為由右向左）。因此，使用中應注意從模具左側收集沖制好的產(chǎn)品零件。 4.2.8模具零件的固定 模板采用螺釘固定銷釘定位。由于各凸模平面尺寸都比較小，所以用模板上的型孔配合定位，采用凸臺或鉚開式結構固定。 4.2.9固定板與墊板 凸模(或小型凹模)通常用固定板固定在模板上。凸模固定板有圓形和矩形兩種，其平面尺寸除保證能安裝凸模外，還要考慮螺釘和銷釘孔的處置。其厚度一般取等于凹模厚度的60%～80%。固定板與凸模采用過渡配合(H7／m6)，壓裝后將凸模尾端與固定板一起磨平 墊板的作用是直接承受和分散凸模傳來的壓力，以降低模板單位面積上的壓力，防止模板被凸模端面壓陷。凸模支承面上是否加墊板，要根據(jù)模板承壓的大小來判斷。凸模支承端面對模板施加的壓應力為： 。 （4—3） 式中 P—沖裁力(N)； A— 凸模支承端面面積（㎜2） 如果凸模端面上的壓應力大于模板材 料的許用壓應力時，則需要加一個淬 硬磨平的墊板；反之則不加。墊板厚度一般 取4～12㎜；外形尺寸與固定板相同。 表4—3 模板材料的許用壓力 圖4—2 凸模支承端面的壓應力 是否需要加墊板，只需要對沖裁的一道工序進行驗證即可，根據(jù)驗證結果上模墊板取10㎜，下模墊板取8㎜。 4.2.10安全裝置 本模具采用手工送料，但工人是在模具外操作，一般情況下應無不安全之慮。為了使廢料順利落下，下模座的落料孔應比凹模落料孔大。 4.2.11基本尺寸 ①模板尺寸：由工序排樣圖1—4可知，凹模模板基本在110㎜×31㎜左右， 經(jīng)圓整后取140㎜×60㎜。其他模板的尺寸取為與凹模板平面尺寸一致。 ②工作行程：本零件的最大行程是在第5共位的拉深工序，其拉深行程為1.8㎜。模具在開啟狀態(tài)下，凸模下表面到上表面的最小距離取為8㎜。 ③模板厚度： 凹模模板厚度：20㎜ 凸模模板厚度：15㎜ 上模座墊板：10㎜ 下模座墊板：8㎜ ④模具工作區(qū)高度： 模具工作區(qū)開啟高度大于94㎜；閉合高度約為80㎜ 4.2.12模架的選擇 工件的材料厚度為0.03㎜，沖裁間隙取為0