菱形墊片沖壓模具設(shè)計-落料、折彎、沖孔復(fù)合模含6張CAD圖帶卡片

菱形墊片沖壓模具設(shè)計-落料、折彎、沖孔復(fù)合模含6張CAD圖帶卡片,菱形,墊片,沖壓,模具設(shè)計,落料,折彎,沖孔,復(fù)合,cad,卡片 菱形墊片沖壓模具設(shè)計 摘 要 全文對菱形墊片的工藝分析確定與模具設(shè)計進行具體的論證設(shè)計。通過工藝分 析確定需要設(shè)計四套模具，分別是落料模、沖空模 1、彎曲模、沖孔模 2。 根據(jù)工藝分析與確定，第一套模具進行落料，相應(yīng)的設(shè)計出落料模。從產(chǎn)品零 件圖看出其外形不規(guī)則，對落零件的排樣和材料利用率給予相應(yīng)的確定和計算，采 用彈性卸料、自然落料方式。 工件的第二道工序須要沖出中心的大孔，對定位的設(shè)計帶來了一定的難題。對 于工件固定也有一定的要求。 工件的第三道工序需要彎曲工件邊緣的矩形，模具采用孔和邊緣定位，對卸料 裝置的設(shè)計，和凹凸模的計算設(shè)計。 工件的第四道工序為沖出兩個對稱的圓孔，兩個圓孔的位置度有要求，所以定 位采用孔和彎曲面定位。 關(guān)鍵詞：定位；沖孔；彎曲；凹模；凸模。 Hardware Research on the Measurement System of Ring Laser Resonant Cavity Abstract Full text of the analysis of the technology of diamond gasket set and mold design specific demonstration design. Through the analysis of the technology to design four sets of mould to determine, respectively is blanking mold, blunt empty mode 1, bending modulus, punching mould 2. According to process analysis and determination, the first set of mould for blanking, corresponding design ChuLa materials moulds. From product parts graph see the appearance is irregular, on falling blank layout and material utilization give corresponding determination and calculation, using elastic and unloading, natural blanking way. The second procedure need workpiece out the big hole in the center of the design of positioning brings some problems. For the fixed also to have certain requirements. The third procedure need workpieces bending workpiece, the edges of the rectangular mould adopts the hole and edge localization, to unloader device design, and bump mould calculation design. The fourth procedure for workpiece out two symmetrical round hole, two round hole position degree have demands, so the positioning hole and bending face positioning. KeyWords: Positioning； Punchedhole ；Flection; Convex mold；cave mold. III 目錄 1 緒 論 .1 1.1 沖壓的概念、特點及應(yīng)用 .1 1.2 沖壓的基本工序及模具 .2 1.3 沖壓技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展方向 .2 1.3.1 沖壓成形理論及沖壓工藝方面 .3 1.3.2 沖模是實現(xiàn)沖壓生產(chǎn)的基本條件 .3 1.3.3 沖壓設(shè)備和沖壓生產(chǎn)自動化方面 .5 1.3.4 沖壓標準化及專業(yè)化生產(chǎn)方面 .5 2 設(shè)計的具體內(nèi)容 .7 3 工藝分析與方案確定 .8 3.1 零件的工藝分析 .8 3.2 工藝方案及模具結(jié)構(gòu)類型 .8 3.3 排樣設(shè)計 .8 4 模具的設(shè)計及計算 .12 4.1 落料模具的設(shè)計及計算 .12 4.1.1 沖壓力計算 .12 4.1.2 凸、凹模刃口尺寸及公差計算 .15 4.1.3 落料模具裝配簡圖 .16 4.2 沖 的沖孔模具的設(shè)計及計算 .1740 +0.050 4.2.1 沖壓力計算 .17 4.2.2 凹凸模刃口尺寸及公差計算 .18 4.2.3 孔 模具裝配簡圖 .1940 +0.050 4.3 彎曲模的設(shè)計及計算 .21 4.3.1 彎曲力計算 .21 4.3.2 凹、凸模刃口尺寸及公差計算 .22 4.3.3 彎曲模具裝配簡圖 .23 4.4 沖 的沖孔模具的設(shè)計及計算 .2410 +0.020 4.4.1 沖壓力計算 .24 4.4.2 凹凸模刃口尺寸及公差計算 .25 IV 4.4.3 沖 的沖孔模具裝配簡圖 .2510 +0.020 5 結(jié) 論 .27 5.1 總結(jié) .27 5.2 體會 .27 參考文獻 .28 致 謝 .29 V 主 要 符 號 表 Ra 表面粗糙度 L 周長 彎曲帶中心角 X 、 K 系數(shù) t 材料厚度 S 步距 r 半徑 B 寬度 A 面積 材料利用率 Z 沖裁模初始雙面間隙 強度 F 作用力 n 件數(shù) h 高度 A 凸、凹模刃口基本尺 寸 t 凸模制造公差 a 凹模制造公差 dt 凸模刃口尺寸 VI da 凹模刃口尺寸 沖裁件制造公差 P 彎曲沖壓力 C 間隙系數(shù) 1 1 緒 論 1.1 沖壓的概念、特點及應(yīng)用 沖壓是利用安裝在沖壓設(shè)備（主要是壓力機）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（俗稱沖壓或沖壓件）的一種壓力加工方 法。沖壓通常是在常溫下對材料進行冷變形加工，且主要采用板料來加工成所需零 件，所以也叫冷沖壓或板料沖壓。沖壓是材料壓力加工或塑性加工的主要方法之一， 隸屬于材料成型工程技術(shù)。 沖壓所使用的模具稱為沖壓模具，簡稱沖模。沖模是將材料（金屬或非金屬） 批量加工成所需沖件的專用工具。沖模在沖壓中至關(guān)重要，沒有符合要求的沖模， 批量沖壓生產(chǎn)就難以進行；沒有先進的沖模，先進的沖壓工藝就無法實現(xiàn)。沖壓工 藝與模具、沖壓設(shè)備和沖壓材料構(gòu)成沖壓加工的三要素，只有它們相互結(jié)合才能得 出沖壓件。 與機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)濟方 面都具有許多獨特的優(yōu)點。主要表現(xiàn)如下。 沖壓加工的生產(chǎn)效率高，且操作方便，易于實現(xiàn)機械化與自動化。這是因為沖 壓是依靠沖模和沖壓設(shè)備來完成加工，普通壓力機的行程次數(shù)為每分鐘可達幾十次， 高速壓力要每分鐘可達數(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)，沖壓的強度和剛度均較高。 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。 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)點才能充分體現(xiàn)，從而獲得較好的 經(jīng)濟效益。 沖壓地、在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，尤其是大批量生產(chǎn)中應(yīng)用十分廣泛。相當(dāng)多的工 業(yè)部門越來越多地采用沖壓法加工產(chǎn)品零部件，如汽車、農(nóng)機、儀器、儀表、電子、 2 航 3 空、航天、家電及輕工等行業(yè)。在這些工業(yè)部門中，沖壓件所占的比重都相當(dāng)?shù)拇螅?少則 60%以上，多則 90%以上。不少過去用鍛造=鑄造和切削加工方法制造的零件， 現(xiàn)在大多數(shù)也被質(zhì)量輕、剛度好的沖壓件所代替。因此可以說，如果生產(chǎn)中不采用 沖壓工藝，許多工業(yè)部門要提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本、快速進行產(chǎn) 品更新?lián)Q代等都是難以實現(xiàn)的。 1.2 沖壓的基本工序及模具 由于沖壓加工的零件種類繁多，各類零件的形狀、尺寸和精度要求又各不相同， 因而生產(chǎn)中采用的沖壓工藝方法也是多種多樣的。概括起來，可分為分離工序和成 形工序兩大類；分離工序是指使坯料沿一定的輪廓線分離而獲得一定形狀、尺寸和 斷面質(zhì)量的沖壓（俗稱沖裁件）的工序；成形工序是指使坯料在不破裂的條件下產(chǎn) 生塑性變形而獲得一定形狀和尺寸的沖壓件的工序。 上述兩類工序，按基本變形方式不同又可分為沖裁、彎曲、拉深和成形四種基 本工序，每種基本工序還包含有多種單一工序。 在實際生產(chǎn)中，當(dāng)沖壓件的生產(chǎn)批量較大、尺寸較少而公差要求較小時，若用 分散的單一工序來沖壓是不經(jīng)濟甚至難于達到要求。這時在工藝上多采用集中的方 案，即把兩種或兩種以上的單一工序集中在一副模具內(nèi)完成，稱為組合的方法不同， 又可將其分為復(fù)合、級進和復(fù)合-級進三種組合方式。 復(fù)合沖壓在壓力機的一次工作行程中，在模具的同一工位上同時完成兩種 或兩種以上不同單一工序的一種組合方法式。 級進沖壓在壓力機上的一次工作行程中，按照一定的順序在同一模具的不 同工位上完面兩種或兩種以上不同單一工序的一種組合方式。 復(fù)合-級進在一副沖模上包含復(fù)合和級進兩種方式的組合工序。 沖模的結(jié)構(gòu)類型也很多。通常按工序性質(zhì)可分為沖裁模、彎曲模、拉深模和成 形模等；按工序的組合方式可分為單工序模、復(fù)合模和級進模等。但不論何種類型 的沖模，都可看成是由上模和下模兩部分組成，上模被固定在壓力機工作臺或墊板 上，是沖模的固定部分。工作時，坯料在下模面上通過定位零件定位，壓力機滑塊 帶動上模下壓，在模具工作零件（即凸模、凹模）的作用下坯料便產(chǎn)生分離或塑性 變形，從而獲得所需形狀與尺寸的沖件。上模回升時，模具的卸料與出件裝置將沖 件或廢料從凸、凹模上卸下或推、頂出來，以便進行下一次沖壓循環(huán)。 1.3 沖壓技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展方向 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步和工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，許多新技術(shù)、新工藝、新設(shè) 備、新材料不斷涌現(xiàn)，因而促進了沖壓技術(shù)的不斷革新和發(fā)展。其表現(xiàn)和發(fā)展方向 4 如下： 1.3.1 沖壓成形理論及沖壓工藝方面 沖壓成形理論的研究是提高沖壓技術(shù)的基礎(chǔ)。目前，國內(nèi)外對沖壓成形理論的 研究非常重視，在材料沖壓性能研究、沖壓成形過程應(yīng)力應(yīng)變分析、板料變形規(guī)律 研究及坯料與模具之間的相互作用研究等方面均取得了較大的進展。特別是隨著計 算機技術(shù)的飛躍發(fā)展和塑性變形理論的進一步完善，近年來國內(nèi)外已開始應(yīng)用塑性 成形過程的計算機模擬技術(shù)，即利用有限元（FEM）等有值分析方法模擬金屬的塑性 成形過程，根據(jù)分析結(jié)果，設(shè)計人員可預(yù)測某一工藝方案成形的可行性及可能出現(xiàn) 的質(zhì)量問題，并通過在計算機上選擇修改相關(guān)參數(shù)，可實現(xiàn)工藝及模具的優(yōu)化設(shè)計。 這樣既節(jié)省了昂貴的試模費用，也縮短了制模具周期。 研究推廣能提高生產(chǎn)率及產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本和擴大沖壓工藝應(yīng)用范圍的各種 壓新工藝，也是沖壓技術(shù)的發(fā)展方向之一。目前，國內(nèi)外相繼涌現(xiàn)出精密沖壓工藝、 軟模成形工藝、高能高速成形工藝及無模多點成形工藝等精密、高效、經(jīng)濟的沖壓 新工藝。其中，精密沖裁是提高沖裁件質(zhì)量的有效方法，它擴大了沖壓加工范圍， 目前精密沖裁加工零件的厚度可達 25mm，精度可達 IT1617 級；用液體、橡膠、聚 氨酯等作柔性凸?；虬寄５能浤３尚喂に嚕芗庸こ鲇闷胀庸し椒y以加工的材 料和復(fù)雜形狀的零件，在特定生產(chǎn)條件下具有明顯的經(jīng)濟效果；采用爆炸等高能效 成形方法對于加工各種尺寸在、形狀復(fù)雜、批量小、強度高和精度要求較高的板料 零件，具有很重要的實用意義；利用金屬材料的超塑性進行超塑成形，可以用一次 成形代替多道普通的沖壓成形工序，這對于加工形狀復(fù)雜和大型板料零件具有突出 的優(yōu)越性；無模多點成形工序是用高度可調(diào)的凸模群體代替?zhèn)鹘y(tǒng)模具進行板料曲面 成形的一種先進技術(shù)，我國已自主設(shè)計制造了具有國際領(lǐng)先水平的無模多點成形設(shè) 備，解決了多點壓機成形法，從而可隨意改變變形路徑與受力狀態(tài)，提高了材料的 成形極限，同時利用反復(fù)成形技術(shù)可消除材料內(nèi)殘余應(yīng)力，實現(xiàn)無回彈成形。無模 多點成形系統(tǒng)以 CAD/CAM/CAE 技術(shù)為主要手段，能快速經(jīng)濟地實現(xiàn)三維曲面的自動 化成形。 1.3.2 沖模是實現(xiàn)沖壓生產(chǎn)的基本條件 在沖模的設(shè)計制造上,目前正朝著以下兩方面發(fā)展:一方面,為了適應(yīng)高速、自動、 精密、安全等大批量現(xiàn)代生產(chǎn)的需要，沖模正向高效率、高精度、高壽命及多工位、 多功能方向發(fā)展，與此相比適應(yīng)的新型模具材料及其熱處理技術(shù)，各種高效、精密、 數(shù)控自動化的模具加工機床和檢測設(shè)備以及模具 CAD/CAM 技術(shù)也在迅速發(fā)展；另一 方面，為了適應(yīng)產(chǎn)品更新?lián)Q代和試制或小批量生產(chǎn)的需要，鋅基合金沖模、聚氨酯 橡膠沖模、薄板沖模、鋼帶沖模、組合沖模等各種簡易沖模及其制造技術(shù)也得到了 5 迅速發(fā)展。 精密、高效的多工位及多功能級進模和大型復(fù)雜的汽車覆蓋件沖模代表了現(xiàn)代 沖模的技術(shù)水平。目前，50 個工位以上的級進模進距精度可達到 2 微米，多功能級 進模不僅可以完成沖壓全過程，還可完成焊接、裝配等工序。我國已能自行設(shè)計制 造出達到國際水平的精度達 25 微米，進距精度 23 微米，總壽命達 1 億次。我 國主要汽車模具企業(yè)，已能生產(chǎn)成套轎車覆蓋件模具，在設(shè)計制造方法、手段方面 已基本達到了國際水平，但在制造方法手段方面已基本達到了國際水平，模具結(jié)構(gòu)、 功能方面也接近國際水平，但在制造質(zhì)量、精度、制造周期和成本方面與國外相比 還存在一定差距。 模具制造技術(shù)現(xiàn)代化是模具工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)。計算機技術(shù)、信息技術(shù)、自動化 技術(shù)等先進技術(shù)正在不斷向傳統(tǒng)制造技術(shù)滲透、交叉、融合形成了現(xiàn)代模具制造技 術(shù)。其中高速銑削加工、電火花銑削加工、慢走絲切割加工、精密磨削及拋光技術(shù)、 數(shù)控測量等代表了現(xiàn)代沖模制造的技術(shù)水平。高速銑削加工不但具有加工速度高以 及良好的加工精度和表面質(zhì)量（主軸轉(zhuǎn)速一般為 1500040000r/min）,加工精度一 般可達 10 微米，最好的表面粗糙度 Ra1 微米） ，而且與傳統(tǒng)切削加工相比具有溫 升低（工件只升高 3 攝氏度） 、切削力小，因而可加工熱敏材料和剛性差的零件，合 理選擇刀具和切削用量還可實現(xiàn)硬材料（60HRC）加工；電火花銑削加工（又稱電火 花創(chuàng)成加工）是以高速旋轉(zhuǎn)的簡單管狀電極作三維或二維輪廓加工（像數(shù)控銑一樣） ， 因此不再需要制造昂貴的成形電極，如日本三菱公司生產(chǎn)的 EDSCAN8E 電火花銑削加 工機床，配置有電極損耗自動補償系統(tǒng)、CAD/CAM 集成系統(tǒng)、在線自動測量系統(tǒng)和 動態(tài)仿真系統(tǒng)，體現(xiàn)了當(dāng)今電火花加工機床的技術(shù)水平；慢走絲線切割技術(shù)的發(fā)展 水平已相當(dāng)高，功能也相當(dāng)完善，自動化程度已達到無人看管運行的程度，目前切 割速度已達到 300mm /min,加工精度可達1.5 微米，表面粗糙度達 Ra=010.2 微2 米;精度磨削及拋光已開始使用數(shù)控成形磨床、數(shù)控光學(xué)曲線磨床、數(shù)控連續(xù)軌跡坐 標磨床及自動拋光等先進設(shè)備和技術(shù);模具加工過程中的檢測技術(shù)也取得了很大的發(fā) 展,現(xiàn)在三坐標測量機除了能高精度地測量復(fù)雜曲面的數(shù)據(jù)外,其良好的溫度補償裝 置、可靠的抗振保護能力、嚴密的除塵措施及簡單操作步驟，使得現(xiàn)場自動化檢測 成為可能。此外，激光快速成形技術(shù)（RPM）與樹脂澆注技術(shù)在快速經(jīng)濟制模技術(shù)中 得到了成功的應(yīng)用。 利用 RPM 技術(shù)快速成形三維原型后，通過陶瓷精鑄、 電弧涂噴、消失模、熔模等技術(shù)可快速制造各種成形模。如清華大學(xué)開發(fā)研制的 “M-RPMS-型多功能快速原型制造系統(tǒng)”是我國自主知識產(chǎn)權(quán)的世界惟一擁有兩種 快速成形工藝（分層實體制造 SSM 和熔融擠壓成形 MEM）的系統(tǒng)，它基于“模塊化 技術(shù)集成”之概念而設(shè)計和制造，具有較好的價格性能比。一汽模具制造公司在以 CAD/CAM 加工的主模型為基礎(chǔ)，采用瑞士汽巴精化的高強度樹脂澆注成形的樹脂沖 模應(yīng)用在國產(chǎn)轎車試制和小批量生產(chǎn)開辟了新的途徑。 6 1.3.3 沖壓設(shè)備和沖壓生產(chǎn)自動化方面 性能良好的沖壓設(shè)備是提高沖壓生產(chǎn)技術(shù)水平的基本條件，高精度、高壽命、 高效率的沖模需要高精度、高自動化的沖壓設(shè)備相匹配。為了滿足大批量高速生產(chǎn) 的需要，目前沖壓設(shè)備也由單工位、單功能、低速壓力機朝著多工位、多功能、高 速和數(shù)控方向發(fā)展，加之機械乃至機器人的大量使用，使沖壓生產(chǎn)效率得到大幅度 提高，各式各樣的沖壓自動線和高速自動壓力機紛紛投入使用。如在數(shù)控四邊折彎 機中送入板料毛坯后，在計算機程序控制下便可依次完成四邊彎曲，從而大幅度提 高精度和生產(chǎn)率；在高速自動壓力機上沖壓電機定轉(zhuǎn)子沖片時，一分鐘可沖幾百片， 并能自動疊成定、轉(zhuǎn)子鐵芯，生產(chǎn)效率比普通壓力機提高幾十倍，材料利用率高達 97%；公稱壓力為 250KN 的高速壓力機的滑塊行程次數(shù)已達 2000 次/min 以上。在多 功能壓力機方面，日本田公司生產(chǎn)的 2000KN“沖壓中心”采用 CNC 控制，只需 5min 時間就可完成自動換模、換料和調(diào)整工藝參數(shù)等工作；美國惠特尼公司生產(chǎn)的 CNC 金屬板材加工中心，在相同的時間內(nèi)，加工沖壓件的數(shù)量為普通壓力機的 410 倍， 并能進行沖孔、分段沖裁、彎曲和拉深等多種作業(yè)。 近年來，為了適應(yīng)市場的激烈競爭，對產(chǎn)品質(zhì)量的要求越來越高，且其更新?lián)Q 代的周期大為縮短。沖壓生產(chǎn)為適應(yīng)這一新的要求，開發(fā)了多種適合不同批量生產(chǎn) 的工藝、設(shè)備和模具。其中，無需設(shè)計專用模具、性能先進的轉(zhuǎn)塔數(shù)控多工位壓力 機、激光切割和成形機、CNC 萬能折彎機等新設(shè)備已投入使用。特別是近幾年來在 國外已經(jīng)發(fā)展起來、國內(nèi)亦開始使用的沖壓柔性制造單元（FMC）和沖壓柔性制造系 統(tǒng)（FMS）代表了沖壓生產(chǎn)新的發(fā)展趨勢。FMS 系統(tǒng)以數(shù)控沖壓設(shè)備為主體，包括板 料、模具、沖壓件分類存放系統(tǒng)、自動上料與下料系統(tǒng)，生產(chǎn)過程完全由計算機控 制，車間實現(xiàn) 24 小時無人控制生產(chǎn)。同時，根據(jù)不同使用要求，可以完成各種沖壓 工序，甚至焊接、裝配等工序，更換新產(chǎn)品方便迅速，沖壓件精度也高。 1.3.4 沖壓標準化及專業(yè)化生產(chǎn)方面 模具的標準化及專業(yè)化生產(chǎn)，已得到模具行業(yè)和廣泛重視。因為沖模屬單件小 批量生產(chǎn)，沖模零件既具的一定的復(fù)雜性和精密性，又具有一定的結(jié)構(gòu)典型性。因 此，只有實現(xiàn)了沖模的標準化，才能使沖模和沖模零件的生產(chǎn)實現(xiàn)專業(yè)化、商品化， 從而降低模具的成本，提高模具的質(zhì)量和縮短制造周期。目前，國外先進工業(yè)國家 模具標準化生產(chǎn)程度已達 70%80%，模具廠只需設(shè)計制造工作零件，大部分模具零 件均從標準件廠購買，使生產(chǎn)率大幅度提高。模具制造廠專業(yè)化程度越不定期越高， 分工越來越細，如目前有模架廠、頂桿廠、熱處理廠等，甚至某些模具廠僅專業(yè)化 制造某類產(chǎn)品的沖裁模或彎曲模，這樣更有利于制造水平的提高和制造周期的縮短。 我國沖模標準化與專業(yè)化生產(chǎn)近年來也有較大發(fā)展，除反映在標準件專業(yè)化生產(chǎn)廠 7 家有較多增加外，標準件品種也有擴展，精度亦有提高。但總體情況還滿足不了模 具工業(yè)發(fā)展的要求，主要體現(xiàn)在標準化程度還不高（一般在 40%以下） ，標準件的品 種和規(guī)格較少，大多數(shù)標準件廠家未形成規(guī)?；a(chǎn)，標準件質(zhì)量也還存在較多問 題。另外，標準件生產(chǎn)的銷售、供貨、服務(wù)等都還有待于進一步提高。 8 2 設(shè)計的具體內(nèi)容 設(shè)計菱形墊片的沖壓模具。 零件圖如下： 圖 2.1 菱形墊片零件圖 沖壓技術(shù)要求: a.材料:Q235； b.材料厚度:3mm； c.生產(chǎn)批量:中小批量； d.未注公差:按 IT10 級確定。 9 3 工藝分析與方案確定 3.1 零件的工藝分析 材料：該沖壓件的材料是 Q235 是普通碳素鋼，具有較好的可沖壓性能。 零件結(jié)構(gòu)：該沖壓件結(jié)構(gòu)簡單，比較適合沖壓。 尺寸精度：零件圖上所有未注公差尺寸屬于自由尺寸，可按 IT10 級確定 工件尺寸的公差。 結(jié)論：適合沖壓。 3.2 工藝方案及模具結(jié)構(gòu)類型 該零件包括落料、沖孔、折彎三個基本工藝過程，可以采用以下幾種工藝方 案： 方案一：落料；使用簡單沖孔工具，沖出中心 40mm 大孔；使用 簡單沖孔工具，沖出兩邊 210mm 小孔；使用彎曲模具，折 彎零件上 12.8mm 的折彎板。 方案二：落料；使用復(fù)合沖孔模具，一次成型零件上 40mm 大孔以及 210mm 小孔；使用彎曲模具，折彎零件上 12.8mm 的折彎板。 方案三：使用復(fù)合模具一次完成零件上 40mm 大孔以及 210mm 小孔 沖孔以及落料。使用彎曲模具，折彎零件上 12.8mm 的折彎板。 方案四：落料；使用簡單沖孔工具，沖出中心 40mm 大孔；使用彎 曲模具，折彎零件上 12.8mm 的折彎板；使用簡單沖孔工具， 沖出兩邊 210mm 小孔。 方案五：落料；使用彎曲模具，折彎零件上 12.8mm 的折彎板；使用 復(fù)合沖孔模具，一次成型零件上 40mm 大孔以及 210mm 小孔。 方案一、方案二、方案三都是先沖出孔 210mm，然后再折彎，經(jīng)計算可 知折彎中心距孔邊緣小于最小孔邊距，因此不合適。方案五的折彎放在落料后， 其定位很難確定。方案四采用單工序模具，工序安排合理，模具結(jié)構(gòu)簡單，利 于加工。因此首選方案四。 3.3 排樣設(shè)計 10 毛坯展開圖尺寸的確定 彎曲圓角半徑 r=2mm，t=3mm.由于 r/t=0.670.5，稱為有圓角半徑彎曲，其 毛坯展開尺寸為： L=L 直線 +L 圓弧 （3.1） 式中：L-彎曲件毛坯展開長度，單位為 mm; L 直線 -直線部分的各段長度，單位為 mm; L 圓弧 -圓弧部分的各段長度，單位為 mm; 圓弧長度： L 圓弧 = = +xt (3.2) 2360 180（ ） 式中： -彎曲帶中心角，單位為 。 圖 3.1 零件展開圖 中性層的曲率半徑和彎曲變形程度有關(guān)，當(dāng)變形程度比較的大時中性層會向 11 內(nèi)側(cè)移動。由表 3.1 可知 x=0.27， 表 3.1 中性層位移系數(shù) X 的值 r/t 00.5 0.50.8 0.82 23 34 4 x 0.160.25 0.250.3 0.30.35 0.350.4 0.40.45 0.450.5 由以上可以算出：L 圓弧 = +xt 180（ ） = +0.27*3 90180（ 2 ） =4.14（mm） L 直線 =8.8mm 可得： L=L 直線 + L 圓弧 =8.8+4.14=12.94（mm） 查表 3.2 可得：取工件與工件之間的距離 a=2mm，工件與條料的搭邊值 b=2mm，在采用直排、對排等排樣方式后，經(jīng)過計算，選取材料利用率最高， 而且便于沖裁、符合要求的排樣方式。 表 3.2 最小搭邊值 材料厚度 工件間 a 沿邊 b 2.53.0 1.8 2.2 3.03.5 2.2 2.5 3.54.0 2.5 2.8 確定工件排樣方式如圖 3.2。 步距為：S=90.01mm； 條料寬度：B=80.94mm ； 一個步距內(nèi)制件的實際面積：A=4547.51mm 2 圖 3.2 零件毛坯排樣圖 12 材料的利用率 為： (3.3) =100% = 4547.5190.0180.94100% =61.94% 13 4 模具的設(shè)計及計算 4.1 落料模具的設(shè)計及計算 沖裁間隙是沖裁件中凸模與凹模刃口之間的間隙。凸模與凹模每側(cè)的間隙 稱為單面間隙，用 Z/2 表示；兩側(cè)間隙之和稱為雙面間隙，用 Z 表示；沖裁間 隙對沖裁過程有著很大的影響；對沖裁件的質(zhì)量起決定性的作用；對沖壓力和 模具壽命也有較大的影響。 查表 4.1 可得：沖裁模初始雙面間隙：Z max=0.640mm，Z min=0.460mm。 表 4.1 沖裁模初始雙面間隙 材料厚度 Zmin Zmax 2.75 0.400 0.500 3 0.460 0.640 3.5 0.540 0.740 4.1.1 沖壓力計算 沖裁力是沖裁過程中凸模對凹模施加的壓力。在沖裁過程中，沖裁力是隨 凸模進入板料的深度（凸模行程）而變化的。沖裁力的大小主要與材料的力學(xué) 性能、厚度、沖裁件輪廓周長及沖裁間隙、刃口鋒利程度與表面粗糙度等有重 要關(guān)系。在落料工序，選擇用平刃口沖裁，正裝落料模。 根據(jù)工序圖 4.1 可知沖裁長度 L=326.5587mm 。 14 圖 4.1 零件毛坯圖 由零件圖可知，工件材料為 Q235，查表 4-2，可知材料的抗剪強度 b=370MPa，由零件圖可知厚度 t=3mm。 表 4.2 Q235 的材料性能 材料 抗剪強度 MPa 抗拉強度 bMPa 屈服強度 sMPa 延伸率 u% 切入率 K% 彈性模量 EMPa Q235 310380 380470 235 2125 63 2105 落料沖裁力 F： F=KLt b (4.1) 式中：F沖裁力，單位為 N； K系數(shù)，是考慮模具刃口磨損，間隙不均勻，材料機械性能 及厚度的波動等實際因素而給出的修正量，一般取 K=1.3； t材料厚度，單位為 mm； b材料的抗剪強度，單位為 MPa。 15 可得： F= KLt b =1.3326.55873370 =471224 N =471.2 KN 由于沖裁時材料的彈性變形及摩擦的存在，當(dāng)沖裁工作結(jié)束時，沖制的零件 及廢料將發(fā)生彈性恢復(fù)，使帶孔部分的板料緊箍在凸模上，而沖下部分的材料 則緊卡在凹模洞口中。為繼續(xù)沖裁，必須將箍在凸模板上的料卸下，將卡在凹 模內(nèi)的料推出。將緊箍在凸模上的料卸下所需的力稱為卸料力，將卡在凹模中 的材料推出所需的力稱為推件力，將卡在凹模中的材料逆著沖裁力方向頂出所 需的力稱為頂件力。由于本工序采用彈性卸料裝置和自然落料方式，所以總沖 壓力為： F 落 =F+FT+FX (4.2) 式中：F 落 總沖壓力，單位為 N； FT-推件力，單位為 N； FX-壓料力，單位為 N。 FT=nKTF (4.3) 式中：n-同時卡在凹模內(nèi)的沖裁件數(shù)，n=h/t； KT-推件力系數(shù)； FT-推件力，單位為 N。 n=h/t (4.4) 式中：h-凹?？椎闹比斜诟叨龋瑔挝粸?mm； t-材料厚度，單位為 mm。 FX=KXF 式中：K X-卸料力系數(shù)。 查表 4.3 可得推件力系數(shù)、卸料力系數(shù)：K T=0.045，K X=0.031，由于沖件料 厚 t3mm，有 h=3mm； 代入數(shù)據(jù)得：F T=0.045471.2=21.2 KN KX=0.031471.2=14.6 KN 有： F 落 =471.2+21.2+14.6=507 KN 選用公稱壓力為 600KN 的壓力機能滿足沖壓力要求。 16 表 4.3 卸料力、推件力及頂件力的系數(shù) 材料厚度/mm KX KT KD 約 0.1 0.0650.075 0.1 0.14 010.5 0.0450.055 0.063 0.08 0.52.5 0.040.05 0.055 0.06 2.56.5 0.030.04 0.045 0.05 4.1.2 凸、凹模刃口尺寸及公差計算 落料沖裁凹凸模由于凹凸模形狀復(fù)雜，所以采用配做加工方式，這種加工方 法的特點是模具的間隙由配作保證，工藝比較簡單，不必校核 dt+ daZ max-Zmin 條件，并且還可以放大基準件的制造公差（一般可取沖裁件工件公差的 1/4） ， 使制造容易。以凹模為基準，配作凸模。凹模磨損后其尺寸變化有兩種情況： 磨損后變大的尺寸為： ； ；查表 4.4 可得磨損系數(shù)：64 +0.050 10+0.020 X1=1，X 2=1； 表 4.4 磨損系數(shù) X 材料厚度/mm 1 0.75 0.5 12 0.20 0.210.41 0.42 24 0.24 0.250.49 0.50 4 0.30 0.310.59 0.60 代入公式：A a= (A+X )+0.250 (4.5) 式中：A a-凹模刃口尺寸，單位為 mm； A-凹模磨損后可能變大的尺寸，單位為 mm； X-磨損系數(shù)，X 值在 0.51 之間，它與沖裁件精度有關(guān)； -沖裁件的制造公差，單位為 mm。 17 可得： Aa1= = mm（ 64-10.05） +0.0250.050 63.95+0.01250 Aa2= = mm（ 1010.02） +0.250.020 9.98+0,0050 由以上可知：落料凸模的刃口尺寸按照凹模的實際刃口尺寸配制，保證間隙 （0.4600.640）mm。 4.1.3 落料模具裝配簡圖 圖 4.2 落料模具裝配件圖 模具工作過程 其工作過程為：模具處于開模狀態(tài)，將條料沿導(dǎo)料 板送入模具，當(dāng)條料料頂端碰到擋料銷時，停止送料，驅(qū)動沖壓機，模具開始 合模，卸料板首先接觸零件，在彈簧的作用下，零件被壓緊在凹模板上，然后 繼續(xù)合模，凸模沖裁帶料，菱形墊片毛坯料被沖落，之后在凸模的推動下，由 凹模上的落料孔落下，模具閉合完成；然后模具開始開模，在卸料板的作用下， 18 帶料從凸模上脫落下來，帶料不會被拖帶出導(dǎo)料銷范圍，待模具開模完成，則 完成一次落料過程。重復(fù)以上步驟以進行下一次落料。 4.2 沖 的沖孔模具的設(shè)計及計算 40 +0.050 4.2.1 沖壓力計算 根據(jù)工序圖 4.3 可知，沖 的沖裁長度 L=125.66mm，40 +0.050 圖 4.3 零件沖大空簡圖 可知材料的抗剪強度 b=370MPa，由零件圖可知工件厚度 t=3mm。 由公式 F=KLt b計算得： F=1.3125.663270=181332 N=181.3 KN 由于采用彈性卸料裝置和自然漏料方式，總沖壓力為：F 大孔 =F+FT+FX； 查表 4.2 可得 KT=0.045，K X=0.031，由于沖件料厚 t3mm，有 h=3mm，由 n=h/t 得： n=3/3=1； 由公式 FT=nKTF，F(xiàn) X=KXF 可計算得： 19 FT=181.30.0451=8.16 KN； FX=181.30.031=5.6 KN 則總沖壓力： F 大孔 =181.3+8.16+5.6=195.1 KN 選用公稱壓力為 300 KN 的壓力機。 4.2.2 凹凸模刃口尺寸及公差計算 由于本工序為沖孔，沖裁形狀簡單，采用凹模與凸模分開加工。采用凹模 與凸模分開加工，其優(yōu)點是凸、凹模具有互換性，便于成批制造。但受沖裁間 隙的限制，要求凸、凹模的制造公差較小。查表 4-4 可得磨損系數(shù)：X 3=0.75； 查表 4.5，可知凸、凹模的制造公差： t1=0.020， a1=0.030； 表 4.5 凸模、凹模的制造公差 基本尺寸 凸模偏差 p 凹模偏差 d 18 0.022 0.020 1930 0.020 0.0325 3080 0.020 0.030 80120 0.025 0.035 120180 0.030 0.040 180260 0.030 0.045 260360 0.035 0.050 360500 0.040 0.060 500 0.050 0.070 代入公式： dt1= (4.6)（ +3） 01 da1= (4.7)（ 1+） +10 式中： 、 d a1-沖孔凸、凹模刃口尺寸，單位為 mm；1 -沖孔件孔的最小極限尺寸，單位為 mm； -磨損系數(shù)；3 、 -凸、凹模的制造公差，單位為 mm；11 -沖裁件的制造公差，單位為 mm； -最小合理間隙，單位為 mm。 可得： 20 dt1= = mm（ 40+0.750.05） 00.02040.037500.020 da1= = mm（ 40.0375+0.460） +0.0300 40.4975+0,0300 經(jīng)校核可知：d t1+ da1Z max-Zmin（0.020+0.0300.640-0.460）成立，所 以設(shè)計合理。 4.2.3 孔 模具裝配簡圖40 +0.050 模具工作過程 模具處于開模狀態(tài)時，將推件桿手動拉開，然后將零件放 置于兩個 T 型擋料板之間，緊靠 T 型擋料板，松開推料件，使零件加緊于 T 型 擋料板與推件桿之間，完成定位后，驅(qū)動壓力機，模具開始進行合模動作，待 卸料板首先壓緊零件，之后，凸模在零件上沖出 40 大孔，之后廢料由凹模上 的落料孔自行落下，合模過程完成；之后模具開始開模動作，在卸料板的作用 下，沖孔成型的零件不會隨凸模被拉離凹模表面，依然留在 T 型導(dǎo)料板與推料 桿之間，待開模完成后，由手動拉開推料件，將零件取出。重復(fù)以上步驟，進 行下一零件的沖孔工作。 21 （a）主視圖 （b）俯視圖 圖 4.4 孔 模具裝配簡圖40 +0.050 22 4.3 彎曲模的設(shè)計及計算 4.3.1 彎曲力計算 本工序采用 90V 型彎曲，正裝彎曲模，采用頂桿頂出工件方式。其彎曲 投影面積為 0，故校正彎曲力為 0。工件材料為 Q235，查表 4.6 可知：工件單 角校正彎曲時的角度回彈值選 0。 表 4.6 單角校正彎曲的角度回彈值 材料 1 12 23 Q235 -1130 02 130230 純銅、鋁、黃銅 0130 03 24 彎曲時，工件的自由彎曲力為 (4.8) =0.62+ 式中： -沖壓行程結(jié)束時的自由彎曲力，單位為 N； K-安全系數(shù)，一般取 1.3； b-彎曲件的寬度，單位為 mm； r-彎曲件的內(nèi)彎曲半徑，單位為 mm； -材料的抗拉強度，單位為 MPa。 由表 4-2 查得工件材料的抗拉強度 =460MPa，由零件圖測得彎曲件寬度 b=50.41mm，內(nèi)彎曲半徑 r=2mm，工件厚度 t=3mm； =162784 N=162 KNP= 0.61.350.41324602+3 因為有壓料裝置，所以壓料力可以取自由彎曲力的 30%80%，即 P 壓 =（0.30.8）F =（0.30.8）162 =48 KN130 KN 取壓料力 P 壓 =100 KN。 自由彎曲時，總的工藝力為： P 總 P+ P 壓 =162+100=262 KN (4.9) 一般情況下，壓力機的公稱壓力應(yīng)大于或等于沖壓總工藝力的 1.3 倍，因此， 去壓力機的壓力為： P 壓力 1.3P 總 =1.3262=342 KN (4.10) 所以，選取公稱壓力為 400KN 的壓力機能滿足沖壓力需求。 23 4.3.2 凹、凸模刃口尺寸及公差計算 由于 r/t=0.67 較小，故凸模的圓角半徑即為工件的圓角半徑，r 凸 =2mm； 當(dāng) t=2mm4mm 時，r 凹 =（23）t，由于工件厚度 t=3mm，可得： r 凹 =（23）3=69 mm 這里取 r 凹 =6mm。 查表 4.7，取彎曲件的凹模的 h0=5mm； 表 4.7 彎曲件的凹模 h0 材料厚度 1 12 23 34 45 56 67 78 ho 3 4 5 6 8 0 15 20 凸凹模單邊間隙： Z=t+ct (4.11) 式中：t-材料厚度，單位為 mm； 材料厚度的正偏差； C-間隙系數(shù)。 查表標準公差帶去材料厚度的正偏差：=0.024， 查表 4.8，查得凹凸模的間隙系數(shù) c=0.08； 表 4.8 凹凸模的間隙系數(shù) 彎曲高度 H/mm 0.5 062 2.14 4.15 10 0.05 0.05 0.04 - 20 0.05 0.05 0.04 0.03 35 0.07 0.05 0.04 0.03 將數(shù)值帶入 Z=t+ct 可得： Z=3+0.024+0.085=3.246 mm 凹凸模的寬度尺寸： 查表 4-5 得凹凸模的制造公差得： t=0.020， a=0.030； 采用正裝模設(shè)計，則有： At= (4.12) (2)+0 Aa= (4.13)() 0 帶入數(shù)值，得： At=（64-0.024/2） 0+0.030=63.9760+0.030 mm 24 Aa= (63.976+3.264)0-0.020=67.2400-0.020 mm 4.3.3 彎曲模具裝配簡圖 模具工作過程 模具處于開模狀態(tài)時，將零件套在定位銷釘之上，并使其 緊靠凹模拼塊上的伸出凸臺，以完成定位工作，然后驅(qū)動壓力機，模具開始合 模，凸模直接沖壓零件，沿凹模拼塊將零件進行 90o折彎，由于零件著玩角度 為 R2，較小，因此本零件的折彎回彈量基本為零，無需進行回彈校正，合模完 成后，開模過程開始，模具凹凸模分離，開模完成后，使用手動驅(qū)動方式，驅(qū) 動頂桿，進而帶動推件器將成型零件推出凹模，手動去除零件。 圖 4.5 彎曲模具的裝配件圖 25 4.4 沖 的沖孔模具的設(shè)計及計算 10 +0.020 4.4.1 沖壓力計算 根據(jù)工序圖 4.6 可知，沖 的沖裁長度 L=62.83mm，10 +0.020 可知材料的抗剪強度 b=370MPa，由零件圖可知工件厚度 t=3mm。 由公式 F=KLt b計算得 F=1.362.833270=90666 N=90.7 KN 由于采用彈性卸料裝置和自然漏料方式，總沖壓力為：F 小孔 =F+FT+FX； 圖 4.6 零件沖小孔簡圖 查表 4.2 可得壓料力、推件力系數(shù) KT=0.045，K X=0.031；由于沖件料厚 t3mm，有 h=3mm，由 n=h/t 得： n=3/3=1； 由公式 FT=nKTF，F(xiàn) X=KXF 可計算得： 26 FT=90.70.0451=4.1 KN； FX=90.70.031=2.8 KN； 則總沖壓力： F 小孔 =90.7+4.1+2.8=97.6KN 選用公稱壓力為 150 KN 的壓力機。 4.4.2 凹凸模刃口尺寸及公差計算 由于本工序為沖孔，沖裁形狀簡單，采用凹模與凸模分開加工。查表 4-3 可得：磨損系數(shù) X4=0.75； 查表 4.4，可知凸、凹模的制造公差： t2=0.020， a2=0.020； 代入公式： dt2= (4.14)（ +4） 02 da2= (4.15)（ 2+） +20 式中： 、 d a2-沖孔凸、凹模刃口尺寸，單位為 mm；2 -沖孔件孔的最小極限尺寸，單位為 mm； -磨損系數(shù)；4 、 -凸、凹模的制造公差，單位為 mm；22 -沖裁件的制造公差，單位為 mm； -最小合理間隙，單位為 mm。 可得： dt1= = mm（ 10+0.750.02） 00.02010.01500.020 da1= = mm（ 10.015+0.460） +0.0200 10.475+0,0200 經(jīng)校核可知：d t2+ da2Z max-Zmin（0.020+0.0200.640-0.460）成立，所 以設(shè)計合理。 4.4.3 沖 的沖孔模具裝配簡圖10 +0.020 模具工作過程 模具工作時，沖出工件外形零件在擋料板和直徑 20mm 的 圓柱的作用下完成定位，隨后在凸模、凹模的作用下，完成工件的沖孔，零件 沖裁完成后的零件的退出由卸料板的彈力作用下完成，沖孔廢料直接由凹模的 漏料孔漏入壓力機的工作臺孔而導(dǎo)出，取出工件，完成一個工件的沖孔工作。 一個零件的沖壓就完成了。 27 圖 4.7 沖 的沖孔模具的裝配件10 +0.020 28 5 結(jié)論 5.1 總結(jié) 本設(shè)計主要內(nèi)容是菱形墊片的模具設(shè)計制造，完成了落料、沖孔以及彎曲 的模具設(shè)計。該設(shè)計由沖裁落料模、沖孔模以及彎曲模四套組成。模具的主要 功能包括：完成沖裁落料、沖中心大孔、彎曲和沖對稱的兩個小孔。 沖壓模具作為機械制造行業(yè)的中亞組成部分，是 技 術(shù) 密 集 型 產(chǎn) 品 。 本 設(shè) 計 在 經(jīng) 濟 的 前 提 下 ， 對 模 具 進 行 了 簡 單 化 ， 便 于 模 具 的 組 裝 和 制 造 ， 是 模 具 設(shè) 計 制 造 的 一 次 有 意 義 的 實 踐 。 5.2 體會 在這次設(shè)計過程中，綜合運用了本專業(yè)所學(xué)課程的理論知識和結(jié)合生產(chǎn)實 際知識進行一次冷沖壓模具設(shè)計，通過實際設(shè)計從而培養(yǎng)和提高了自己的獨立 工作能力，鞏固與擴充了冷沖壓模具設(shè)計等課程所學(xué)的內(nèi)容，掌握冷沖壓模具 設(shè)計的方法和步驟，掌握冷沖壓模具設(shè)計的基本的模具技能，懂得了從分析零 件的工藝性入手，確定工藝方案，了解了模具的基本結(jié)構(gòu)，提高了計算能力， 繪圖能力，熟悉了相應(yīng)規(guī)范和標準，同時對各科相關(guān)的課程都有了全面的復(fù)習(xí)， 獨立思考的能力也有了提高。并提高了查閱設(shè)計資料和手冊的能力，熟悉了設(shè) 計中的標準和規(guī)范等。 29 參考文獻 1 王孝培.沖壓手冊（修訂本）M. 北京：機械工業(yè)出版社， 1990. 2 宋滿倉.沖壓模具設(shè)計M. 北京：電子工業(yè)出版社，2010.1. 3 吳伯杰.沖壓工藝與模具M. 北京：電子工業(yè)出版社， 2004.6. 4 二代龍震工作室.沖壓模具基礎(chǔ)教程M. 北京：清華大學(xué)出版社， 2010.4. 5 王金龍.冷沖壓工藝與模具設(shè)計M. 北京：清華大學(xué)出版社， 2007.8. 6 廖念釗，古瑩菴，莫雨松等.互換性與技術(shù)測量M. 北京：中國計量出版社， 2007.6. 7 盧秉恒.機械制造技術(shù)基礎(chǔ)M. 北京：機械工業(yè)出版社， 2007.12. 8 濮良貴，紀名剛.機械設(shè)計（第八版）M. 北京：高等教育出版社， 2006.5. 9 唐克中，朱同鈞.畫法幾何及工程制圖M. 北京：高等教育出版社， 2002.8. 10 大連理工大學(xué)工程圖學(xué)教研室.機械制圖M. 北京：高等教育出版社， 2007.7. 11 李碩本，沖壓工藝學(xué)M ，機械工業(yè)出版社，1988 12 Sheet metal forming simulation using EAS solid-shell finite elements.Parente, M.P.L. 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