電池殼的沖壓模具設(shè)計(jì)

電池殼的沖壓模具設(shè)計(jì),電池,沖壓,模具設(shè)計(jì) 湘潭大學(xué)興湘學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 題 目： 電池殼的沖壓模具設(shè)計(jì) 學(xué) 院： 湘潭大學(xué)興湘學(xué)院 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué) 號(hào)： 2010963108 姓 名： 高偉韜 指導(dǎo)教師： 李玉平 完成日期： 2014.5.29 目 錄 摘要....................................................................1 Abstract..................................................................2 第1章 緒論............................................................3 1.1沖壓模具簡(jiǎn)介........................................................3 1.2沖壓模具的發(fā)展現(xiàn)狀及技術(shù)趨勢(shì)........................................4 第2章 沖壓件的工藝性分析及總體方案的設(shè)計(jì)..........................5 2.1沖裁件的工藝性分析..................................................6 2.2沖孔................................................................6 2.3沖裁精度............................................................6 2.4沖裁工藝方案的選擇與確定............................................7 第3章 主要設(shè)計(jì)計(jì)算...................................................8 3.1排樣方式的確定及其計(jì)算.............................................8 3.1.1確定合理的排樣方式............................................8 3.1.2確定條料寬度和步距............................................9 3.1.3計(jì)算利用率....................................................9 3.2沖壓力的計(jì)算...................................................... 10 3.2.1沖裁力.......................................................10 3.3壓力中心的確定與相關(guān)計(jì)算................................... .......11 3.4工作零件刃口尺寸的計(jì)算............................................14 3.4.1沖孔.........................................................15 3.4.2落料.........................................................17 第4章 電池殼的拉伸工藝及計(jì)算......................................18 4.1零件的工藝性分析..................................................18 4.2工藝方法的確定...................................................19 4.3零件工藝計(jì)算.....................................................19 4.3.1拉伸工藝計(jì)算...............................................19 4.3.2確定拉伸次數(shù)...............................................19 4.3.3確定各次拉伸半成品尺寸.....................................19 4.4排樣計(jì)算.........................................................21 4.5落料拉伸復(fù)合模工藝計(jì)算...........................................22 4.5.1落料凹凸模刃口尺寸計(jì)算.....................................22 4.5.2首次拉伸凸凹模尺寸計(jì)算.....................................23 4.5.3壓邊力和拉伸力計(jì)算.........................................24 4.6模具零部件結(jié)構(gòu)的確定.............................................24 4.6.1落料、拉伸復(fù)合模零部件設(shè)計(jì).................................24 4.6.2其他零部件設(shè)計(jì).............................................25 4.7模具閉合高度校核.................................................25 第5章 沖床的選用與校核..............................................26 5.1沖床的選用.......................................................26 5.2沖床的校核.......................................................26 第6章 模具的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)...........................................27 6.1模具的類型選擇...................................................30 6.2模架的選擇.......................................................30 6.2.1模架的形式.................................................30 6.2.2導(dǎo)柱和導(dǎo)套.................................................30 6.2.3模柄的選擇.................................................30 6.3定位零件的選擇..................................................30第7章 工作零件的設(shè)計(jì)與計(jì)算.........................................31 7.1凸模.............................................................31 7.1.1凸模的結(jié)構(gòu)形式..............................................31 7.1.2材料選取....................................................31 7.1.3凸模的固定形式..............................................31 7.2凹模.............................................................32 7.3凹凸模...........................................................32 第8章 模具的裝配與檢測(cè)..............................................34 8.1模具的裝配.......................................................34 8.2模具的檢測(cè).......................................................34 8.3常見(jiàn)的試沖缺陷和調(diào)整方法.........................................34 致謝....................................................................36 參考文獻(xiàn)................................................................37 摘 要 本設(shè)計(jì)為電池殼的沖壓模具設(shè)計(jì)，根據(jù)設(shè)計(jì)零件的尺寸、材料、批量生產(chǎn)等要求，首先分析零件的工藝性，確定沖裁工藝方案及模具結(jié)構(gòu)方案，然后通過(guò)工藝設(shè)計(jì)計(jì)算，確定排樣和搭邊，計(jì)算沖壓力和壓力中心，初選壓力機(jī)，計(jì)算凸、凹模刃口尺寸和公差，最后設(shè)計(jì)選用零、部件，對(duì)壓力機(jī)進(jìn)行校核，繪制模具總裝草圖，以及對(duì)模具主要零件的加工工藝規(guī)程進(jìn)行編制。其中在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，主要對(duì)凸模、凹模、凸凹模、定位零件、卸料與出件裝置、模架、沖壓設(shè)備、緊固件等進(jìn)行了設(shè)計(jì)，對(duì)于部分零部件選用的是標(biāo)準(zhǔn)件，就沒(méi)深入設(shè)計(jì)，并且在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的同時(shí)，對(duì)部分零部件進(jìn)行了加工工藝分析，最終才完成這篇畢業(yè)設(shè)計(jì)。?? 關(guān)鍵詞：模具；沖裁件；凸模；凹模；凸凹模； Abstract The?design?for?a?plate?of?cold?stamping?die?design,?according?to?the?size?of?the?design?components,?materials,?mass?production,?etc.,?the?first?part?of?the?process?of?analysis?to?determine?the?blanking?process?planning?and?die?structure?of?the?program,?and?then?through?the?process?design?calculations,?determine?the?nesting?and?cutting?board,?calculate?the?pressure?and?pressure?washed?centers,?primary?presses,?computing?convex?and?concave?Die?Cutting?Edge?dimensions?and?tolerances,?the?final?design?selection?of?parts?and?components,?to?press?for?checking,?drawing?die?assembly?drawings,?as?well?as?Mold?processing?technology?of?the?main?parts?to?the?preparation?procedures.?In?which?the?structural?design,?primarily?to?the?punch?and?die,?punch?and?die,?positioning?parts,?unloading?and?out?of?pieces?of?equipment,?mold,?pressing?equipment,?fasteners,?etc.?has?been?designed,?for?the?selection?of?some?components?are?standard?parts?,?there?is?no?in-depth?design,?and?structural?design,?while?some?parts?for?the?processing?process?analysis?and?ultimately?to?complete?this?graduation?project. ?Key?words:?mold;?stamping?parts;?punch;?die;?punch?and?die;? 第1章 緒論 1.1沖壓模具簡(jiǎn)介 在現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)中，模具是重要的工藝裝備之一，它在鑄造，鍛造，沖壓，塑料，粉末冶金，陶瓷制品等生活生產(chǎn)行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。由于采用模具能提高生產(chǎn)效率、節(jié)約材料、降低成本，并且可以保證一定的加工質(zhì)量要求，所以，汽車，飛機(jī)、拖拉機(jī)電器、儀表、玩具和日常用品等產(chǎn)品的零部件很多都采用模具加工。隨著工業(yè)科學(xué)技術(shù)的?，工業(yè)產(chǎn)品的品種和數(shù)量不斷增加，產(chǎn)品的改性換代加快，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量、外觀不斷提出新的要求，對(duì)模具質(zhì)量的要求也越來(lái)越高。，如果模具設(shè)計(jì)及制造水平落后，產(chǎn)品質(zhì)量低劣，制造周期長(zhǎng)，必將影響產(chǎn)品的更新?lián)Q代，使產(chǎn)品失去競(jìng)爭(zhēng)能力，阻礙生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。因此，模具設(shè)計(jì)及制造技術(shù)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位是顯而易見(jiàn)的。? 沖壓是在室溫下，利用安裝在壓力機(jī)上的模具對(duì)材料施加壓力使其產(chǎn)生分離或塑性變形，從而獲得所需的零件的一種壓力加工方法。冷沖壓在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用十分廣泛，其加工效率高，且操作方便，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化；沖壓時(shí)模具保證了沖壓件的尺寸與形狀精度，一般不破壞沖壓件的表面質(zhì)量，而且壽命比較長(zhǎng)，所以沖壓件質(zhì)量穩(wěn)定，互換性好具有“一模一樣”的特征；可以加工出尺寸范圍比較大、形狀復(fù)雜的零件，如小到鐘表的秒針，大到汽車縱梁、覆蓋件等，加上沖壓時(shí)材料冷變形硬化效應(yīng)，沖壓件強(qiáng)度和剛度均較高；沖壓沒(méi)有切屑廢料的生成，材料的消耗小，且不需要其他的熱設(shè)備，也是一種省料的加工方法；沖壓件陳本較低；但是沖壓一般使用的模具具有專用型，有時(shí)一個(gè)復(fù)雜的零件需要數(shù)套模具才能加工成型，且模具精度較高，技術(shù)要求高，是技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)，所以只有在沖壓件生產(chǎn)批量較大杜鋒情況下才能充分的體現(xiàn)從而獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益。 1.2沖壓模具的發(fā)展現(xiàn)狀及技術(shù)趨勢(shì) 改革開放以來(lái)，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)模具的需求量不斷增長(zhǎng)。近年來(lái)，模具工業(yè)一直以15%左右的增長(zhǎng)速度快速發(fā)展，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(guó)有專業(yè)模具廠外，集體、合資、獨(dú)資和私營(yíng)也得到了快速發(fā)展。廣東一些大集團(tuán)公司和迅速崛起的鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)，科龍、美的、康佳等集團(tuán)紛紛建立了自己的模具制造中心；中外合資和外商獨(dú)資的模具企業(yè)現(xiàn)已有幾千家。 隨著與國(guó)際接軌的腳步不斷加快，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益加劇，人們已經(jīng)越來(lái)越認(rèn)識(shí)到產(chǎn)品質(zhì)量、成本和新產(chǎn)品的開發(fā)能力的重要性。而模具制造是整個(gè)鏈條中最基礎(chǔ)的要素之一。近年許多模具企業(yè)加大了用于技術(shù)進(jìn)步的投資力度，將技術(shù)進(jìn)步視為企業(yè)發(fā)展的重要?jiǎng)恿?。一些?guó)內(nèi)模具企業(yè)已普及了二維CAD，并陸續(xù)開始使用Pro/E、PDX、UG NX、NX Progressive Die Design、I-DEAS、Euclid-IS、Logopress3、3DQuickPress、MoldWorks和Topsolid Progress等國(guó)際通用軟件，個(gè)別廠家還引進(jìn)了Moldflow、C-Flow、DYNAFORM、Optris和MAGMASOFT等CAE軟件，并成功應(yīng)用于沖壓模的設(shè)計(jì)中。 以汽車覆蓋件模具為代表的大型沖壓模具的制造技術(shù)已取得很大進(jìn)步，東風(fēng)汽車公司模具廠、一汽模具中心等模具廠家已能生產(chǎn)部分轎車覆蓋件模具。此外，許多研究機(jī)構(gòu)和大專院校開展模具技術(shù)的研究和開發(fā)。經(jīng)過(guò)多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技術(shù)方面取得了顯著進(jìn)步；在提高模具質(zhì)量和縮短模具設(shè)計(jì)制造周期等方面做出了貢獻(xiàn)。 雖然中國(guó)模具工業(yè)在過(guò)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(dá)國(guó)家相比仍有較大的差距。例如，精密加工設(shè)備在模具加工設(shè)備中的比重比較低；CAD/CAE/CAM技術(shù)的普及率不高；許多先進(jìn)的模具技術(shù)應(yīng)用不夠廣泛等等，致使相當(dāng)一部分大型、精密、復(fù)雜和長(zhǎng)壽命模具依賴進(jìn)口。 第2章 沖壓件的工藝性分析及總體方案的設(shè)計(jì) 下圖2-1所示為沖裁零件的限位板 材料：A3(A3為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，具有較好的沖裁成形性能) 厚度：3mm 生產(chǎn)批量：大批量 未標(biāo)注公差：按IT14級(jí)確定 44 圖2-1 限位板 ? ? 2.1沖裁件的工藝性分析? 沖壓件的工藝性是指沖壓件對(duì)沖壓工藝的適應(yīng)性。沖裁件的工藝性是否合理，對(duì)沖裁件的質(zhì)量、模具壽命和生產(chǎn)率有很大影響，在一般情況下，對(duì)沖壓件工藝性影響最大的幾何形狀尺寸和精度要求。良好的沖壓工藝性應(yīng)能滿足材料較省、工序較少、模具加工較容易、壽命較高、操作方便及產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定等要求。 2.2沖孔 如圖2-1所示，限位板寬b=44mm，厚t=3mm，零件沖孔d=30mm，滿足設(shè)計(jì)要求d＞2t，且沖裁件外形由直線和圓弧組成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)尖角，對(duì)沖裁加工較為有利，且圓角半徑r＞0.5t，有利于延長(zhǎng)模具壽命。根據(jù)表2-1，已知材料A3屈服點(diǎn)大小為235Mpa，選d≥t為最小孔，滿足設(shè)計(jì)要求。 表2-1 自由凸模沖孔的最小尺寸(mm) 材料 圓孔 方形孔 矩形孔 長(zhǎng)圓孔 鋼>700Mpa 鋼=400-700Mpa 鋼<400Mpa 銅 黃銅 d≥1.5t d≥1.3t d≥t d≥0.9t d≥1.2t d≥t d≥0.8t d≥0.7t d≥1.35t d≥1.2t d≥0.9t d≥0.8t d≥1.1t d≥0.9t d≥0.7t d≥0.6t 零件沖裁孔與邊緣的間距d=22-（30÷2）=7mm，d＞t滿足設(shè)計(jì)要求。 2.3沖裁精度 表2-2 沖裁斷面的表面粗糙度 表2-3 沖裁件斷面允許的毛刺高度 沖裁零件厚度 ～0.3 ＞0.3～0.5 ＞0.5～1.0 ＞1.0～1.5 ＞1.5～2.0 新模試沖時(shí)允許的毛刺高度 ≤0.015 ≤0.02 ≤0.03 ≤0.04 ≤0.05 生產(chǎn)時(shí)允許的毛刺高度 ≤0.05 ≤0.08 ≤0.10 ≤0.13 ≤0.15 通過(guò)查上表2-2,沖裁斷面的表面粗糙度表Ra=12.5；查表2-3沖裁件允許的毛刺高度：新建試模時(shí)≤0.05mm，生產(chǎn)時(shí)≤0.15mm。 零件上未標(biāo)注尺寸公差,均按IT14精度等級(jí)加工。 2.4沖裁工藝方案的選擇與確定 零件為落料沖孔件，可提出的加工方案如下： 方案一：先落料，后沖孔，采用兩套單工序模生產(chǎn)。 方案二：落料—沖孔復(fù)合沖壓，采用復(fù)合模生產(chǎn)。 表2-4 方案的比較 模具種類 比較項(xiàng)目 單工序模 復(fù)合模 沖件精度 較低 高 生產(chǎn)效率 較低 較高 生產(chǎn)批量 適合大、中、小批量 適合大批量 模具復(fù)雜程度 較易 較復(fù)雜 模具成本 較低 較高 模具制作精度 較低 較高 模具制造周期 較快 較長(zhǎng) 模具外形尺寸 較小 中等 沖壓設(shè)備能力 較小 中等 工作條件 一般 較好 分析各工序有： 方案一模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造周期短，制造簡(jiǎn)單，但需要兩道工序、兩副模具，成本高而生產(chǎn)效率低，零件精度較差，在生產(chǎn)批量較大的情況下不適用。方案二易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，且生產(chǎn)效率較高，適合大批量生產(chǎn)，故選擇方案二。 第3章 主要設(shè)計(jì)計(jì)算 3.1排樣方式的確定及其計(jì)算 3.1.1確定合理的排樣方式 排樣是指沖裁零件在條料、帶料或板料上布置的方法。合理有效的排樣有利于保證在最低的材料消耗和高生產(chǎn)率的條件下，得到符合設(shè)計(jì)技術(shù)要求的工件。在沖壓生產(chǎn)過(guò)程中，保證很低的廢料百分率是現(xiàn)代沖壓生產(chǎn)重要的技術(shù)指標(biāo)之一。合理利用材料是降低成本的有效措施，尤其在大批量生產(chǎn)中，沖壓件的年產(chǎn)量達(dá)數(shù)十萬(wàn)件，甚至數(shù)百萬(wàn)件，材料合理利用的經(jīng)濟(jì)效益更為突出。 保證在最低的材料消耗和最高的勞動(dòng)生產(chǎn)率的條件下得到符合技術(shù)要求的零件，同時(shí)要考慮方便生產(chǎn)操作、沖模結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、壽命長(zhǎng)以及車間生產(chǎn)條件和原材料供應(yīng)等情況，以選擇較為合理的排樣方案。 根據(jù)材料的合理利用情況，條料排樣方法可以分為以下三種： （一）有廢料排樣：沖件與沖件之間、沖件與條料之間都存在搭邊廢料，沖件尺寸完全由沖模來(lái)保證，因此精度高，模具壽命也高，但材料利用率低。 （二）少?gòu)U料排樣：只在沖件與沖件之間或沖件與條料之間留有搭邊值，因受剪裁條料質(zhì)量和定位誤差的影響，其沖件質(zhì)量稍差，同時(shí)邊緣毛刺被凹模帶入間隙也影響模具壽命，但材料利用率高，沖模結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。 （三）無(wú)廢料排樣：沖件與沖件之間或沖件與條料之間均無(wú)搭邊，沿直線或曲線切斷條料而獲得沖件。沖件的質(zhì)量較差，模具壽命較短，但材料利用率高。 采用少、無(wú)廢料的排樣可以簡(jiǎn)化沖裁模結(jié)構(gòu)，減小沖裁力，提高材料利用率。但是，因條料本身的公差以及條料導(dǎo)向與定位所產(chǎn)生的誤差影響，沖裁件公差等級(jí)低。同時(shí)，由于模具單邊受力，不但會(huì)加劇模具磨損，降低模具壽命，而且也直接影響沖裁件的斷面質(zhì)量。 綜上分析，并考慮沖裁零件的形狀、尺寸、材料，選取有廢料排樣。 排樣時(shí)，工件及工件與條料側(cè)邊之間的余料叫搭邊，搭邊的作用是補(bǔ)償定位誤差和保持條料有一定的剛度，以保證沖壓件質(zhì)量和送料方便。搭邊太寬，浪費(fèi)材料；搭邊太窄會(huì)引起搭邊斷裂或翹曲，可能“啃刃”現(xiàn)象或沖裁時(shí)會(huì)被拉斷，有時(shí)還會(huì)拉入模具間隙中、損壞模具刃口，從而影響模具壽命。 搭邊值的大小與下列因素有關(guān)： ① 材料的力學(xué)性能。硬材料可小些，軟材料的搭邊可要大些。 ② 工件的形狀與尺寸。尺寸大或有尖突的復(fù)雜的形狀時(shí)，搭邊要取得大值。 ③ 材料厚度。薄材料的搭邊值應(yīng)取的大一些。 ④ 送料方式及擋料方式。用手工送料、有側(cè)壓板導(dǎo)向的搭邊值可以取小些。 根據(jù)材料的經(jīng)濟(jì)應(yīng)用原則，材料利用率η=F/Fo*100％，利用率越高越經(jīng)濟(jì)。 搭邊值a和b的數(shù)值查表3-1 表3-1材料厚度 材料厚度t 圓形件或圓角r>2t 矩形件或邊長(zhǎng)L<50 矩形件邊長(zhǎng)L>50或r<2t 工件間 側(cè)面 工件間 側(cè)面 工件間 側(cè)面 0～0.25 1.8 2.0 2.2 2.5 2.8 3.0 0.25～0.5 1.2 1.5 1.8 2.0 2.2 2.5 0.5～0.8 1.0 1.2 1.5 1.8 1.8 2.0 0.8～1.2 0.8 1.0 1.2 1.5 1.5 1.8 1.2～1.6 1.0 1.2 1.5 1.8 1.8 2.0 查表3-1得： 兩工件間按矩形取搭邊值b=1.8mm，側(cè)邊也按矩形取搭邊值a=2mm 3.1.2確定條料寬度和步距 沖裁零件排樣圖如圖3-1所示 步距A=（2R+B）×2=(2×22+1.8)=91.6mm （3-1） 條料寬度B=90+2*2=94mm （3-2） 圖3-1排樣圖 3.1.3計(jì)算利用率 實(shí)際利用面積F=[92·π+4×（4+18）×2-2π+44×53+0.5×π×222-152π]× 2=5619.20mm2 （3-3） 材料總面積Fo=91.6×94=8610.40mm2 （3-4） 材料利用率η=F/Fo×100%=65.3% （3-5） 3.2沖壓力的計(jì)算 3.2.1沖裁力 沖裁力是沖裁過(guò)程中凸模對(duì)板料施加的壓力，它是隨凸模進(jìn)入材料的深度而變化的。通常說(shuō)的沖裁力是指沖裁力的最大值，它是選用壓力機(jī)和設(shè)計(jì)模具的重要依據(jù)之一。 用普通平刃口模具沖裁時(shí)，其沖裁力F一般按下式計(jì)算： F=KLtτb 材料抗剪強(qiáng)度： τ= 抗拉強(qiáng)度·（0.6~0.8） =235·0.7 =164Mpa （3-6） 沖裁周邊長(zhǎng)度L=沖孔邊緣L1+落料邊緣L2 沖孔邊緣L1=30π=94.2mm （3-7） 落料邊緣L2=π×22+2×（53-18-4）+π×4+π×18+2×（22+4）=252.16mm（3-8） 材料厚度t=3mm （3-9） 沖孔力F1=L1τt=94.2×164×3=46346N （3-10） 落料力F2=L2τt=252.16×164×3=124063N （3-11） 沖裁力F=F1+F2=170408N （3-12） K為系數(shù)，一般取1.3 ∴F=1.3×170408=221531N （3-13） 沖裁時(shí)，工件或廢料從凸模上卸下來(lái)的力叫卸料力，從凹模內(nèi)將工件或廢料順著沖裁的方向推出的力叫推件力，逆沖裁方向頂出的力叫頂件力。通常多以經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：? 卸料力F卸=K卸F? 推件力F推=nK推F 頂件力F頂=K頂F 式中 K卸、K推、K頂 如表3-2所示 表3-2沖裁力 沖裁材料 K卸 K推 K頂 純銅、黃銅 0.02～0.06 0.03～0.09 鋁、鋁合金 0.025～0.08 0.03～0.07 鋼 材料厚度 ～0.1 0.06～0.075 0.1 0.14 >0.1～0.5 0.045～0055 0.065 0.08 >0.5～2.5 0.04～0.05 0.050 0.06 >2.5～6.5 0.03～0.04 0.040 0.05 >6.5 0.02～0.03 0.025 0.03 查表得： K卸=0.035 K推=0.04 K頂=0.05 ∴F卸=0.035×170408=5964.2N （3-14） F推=0.04×170408=6816.3N （3-15） F頂=0.05×170408=10224.5N （3-16） 總沖壓力：F0 =F +F推+F卸=221531+5964.2+6816.3=234311.5N （3-17） 3.3壓力中心的確定與相關(guān)計(jì)算?? 在設(shè)計(jì)模具時(shí)，要求模具模柄中心（一般情況也是凹模幾何中心）與壓力中心重合。對(duì)要求不高或沖裁力較小或間隙較大的模具，壓力中心也不允許超出模柄投影面積范圍。? （a）對(duì)稱形狀的單個(gè)沖裁件，沖模的壓力中心就是沖裁件的幾何中心。 （b）工件形狀相同且分布位置對(duì)稱時(shí)，沖模的壓力中心與零件的對(duì)稱中心相重合。 （c）形狀復(fù)雜的零件、多凸模的壓力中心可用解析計(jì)算法求出沖模壓力中心。 計(jì)算壓力中心，應(yīng)先畫出凹模型口圖，如圖3.2所示，在圖中將xOy坐標(biāo)系建立在如圖所示的位置上，將沖裁輪廓線按幾何圖形分解成L1～L10基本線，每條線都要計(jì)算出線總長(zhǎng)度、力的作用點(diǎn)到x軸的距離及到y(tǒng)軸的距離。 L1、L3、L4、L５、L８、L9是圓弧，其力在x方向的作用點(diǎn)可從有關(guān)手冊(cè)中查出，位于距圓心2R/兀處；L3、L6、L７、L10是直線，力的作用點(diǎn)位于直線中間；L2由1個(gè)￠30mm的圓組成，力的作用點(diǎn)位于￠30mm的圓心. 圖3-2壓力中心 根據(jù)下表3-3，代入壓力中心計(jì)算公式求得該模具的壓力中心點(diǎn)的坐標(biāo) X0= ( L1x1+L2x2+…+L10x10)/(L1+L2+…+L10)=0mm （3-18） Y0=(L1y1+L2y2+…+L10y10)/(L1+L2+…+L10)=26.04mm （3-19） 表3-3:壓力中心數(shù)據(jù)表 壓力中心數(shù)據(jù)表 基本要素長(zhǎng)度L/mm 各基本要素壓力中心的坐標(biāo)值 X Y L1=69.115 0 53.34 L2=94.2478 0 44 L3= 31.1548 22 28.42 L4= 6.901 23.71 10.17 L5= 29.6645 31.82 0 L6=28 14 -9 L7=28 -14 -9 L8=29.6645 -32.82 0 L9=6.901 -23.71 10.17 L10=31.1548 -22 28.42 合計(jì)354.8034 0 26.04 3.4工作零件刃口尺寸的計(jì)算 在沖裁件尺寸的測(cè)量和使用中，都是以光亮面的尺寸為基準(zhǔn)的。落料件的光亮面是因凹模刃口擠切材料產(chǎn)生的，而孔的光亮面是凸模刃口擠切材料產(chǎn)生的，故計(jì)算刃口尺寸時(shí)，應(yīng)按沖孔和落料兩種情況分別進(jìn)行。 已知材料為A3，厚度3mm，沖裁件精度IT14，公差表如表3-4所示: 表3-4 IT12-IT14級(jí)公差標(biāo)準(zhǔn) 基本尺寸 IT12(mm) IT13(mm) IT14(mm) ＜3mm 0.1 0.14 0.25 3-6mm 0.12 0.18 0.3 6-10mm 0.15 0.22 0.36 10-18mm 0.18 0.27 0.43 18-30mm 0.21 0.33 0.52 30-50mm 0.25 0.39 0.62 50-80mm 0.3 0.46 0.74 80-120mm 0.35 0.54 0.87 120-180mm 0.4 0.63 1 180-250mm 0.46 0.72 1.15 250-315mm 0.52 0.81 1.3 315-400mm 0.57 0.89 1.4 400-500mm 0.63 0.97 1.55 按照IT14級(jí)査取沖裁件中未標(biāo)注的尺寸公差：? 計(jì)算原則： 1.設(shè)計(jì)落料模時(shí)，以凹模為基準(zhǔn)，間隙取在凸模上。設(shè)計(jì)沖孔模時(shí)，以凸模為基準(zhǔn)，間隙取在凹模上。? 2.由于沖裁中凸凹模的磨損，設(shè)計(jì)落料模時(shí)，凹模公稱尺寸應(yīng)取工件尺寸公差范圍內(nèi)的較小尺寸；設(shè)計(jì)沖孔模時(shí)，凸模公稱尺寸應(yīng)取工件尺寸公差范圍內(nèi)的較大尺寸。 3.4.1沖孔 凸模制造偏差取負(fù)偏差，凹模取正偏差，其計(jì)算公式為： （3-20） （3-21） 其中δT為凸模下偏差，δA為凹模上偏差，x為磨損系數(shù)，為工件的公差值 沖裁件初始雙面間隙如表3-5所示： 表3-5 沖裁件初始雙面間隙表 材料厚度 08,10,35 16Mn 40,50 09Mn2,A3 t/mm Zmin Zmax Zmin Zmax Zmin Zmax 0.5 0.04 0.06 0.04 0.06 0.04 0.06 0.6 0.048 0.072 0.048 0.072 0.048 0.072 0.7 0.064 0.092 0.064 0.092 0.064 0.092 0.8 0.072 0.104 0.072 0.104 0.072 0.104 0.9 0.09 0.126 0.09 0.126 0.09 0.126 1 0.1 0.14 0.1 0.14 0.1 0.14 1.2 0.126 0.18 0.132 0.18 0.132 0.18 1.5 0.132 0.24 0.17 0.24 0.17 0.24 1.75 0.22 0.32 0.22 0.32 0.22 0.32 2 0.246 0.36 0.26 0.38 0.26 0.38 2.1 0.26 0.38 0.28 0.4 0.28 0.4 2.5 0.36 0.5 0.38 0.54 0.38 0.54 2.75 0.4 0.56 0.42 0.6 0.42 0.6 3 0.46 0.64 0.48 0.66 0.48 0.66 3.5 0.54 0.74 0.58 0.78 0.58 0.78 通過(guò)查沖裁件初始雙面間隙得： Zmax=0.64mm Zmin=0.46mm ∴Zmax-Zmin=0.18mm （3-22） 沖孔部分沖裁凸模，凹模的制作公差如表3-6所示： 表3-6 制作公差表 基本尺寸 凸模偏差 凹模偏差 基本尺寸 凸模偏差 凹模偏差 ～18 18～30 18～30 0.020 0.020 0.025 0.030 120～180 180～160 0.030 0.040 0.045 80～120 0.025 0.035 160～360 1360～500 500～30 0.035 0.040 0.050 0.050 0.060 0.070 查表可得： δT=0.02mm δA=0.025mm 校核間隙：δT+δA=0.045mm＜Zmax-Zmin （3-23） 所以滿足+≤的條件，制造公差合適。 磨損系數(shù)如表3-7所示： 表3-7 磨損系數(shù)表 工件精度IT10以上 =1 工件精度IT11～I(xiàn)T13 =0.75 工件精度IT14 =0.5 因孔的公差等級(jí)為IT14級(jí)，所以磨損系數(shù)x=0.5 表3-8材料厚度 材料厚度t(㎜) 非 圓 形 圓 形 1 0.75 0.5 0.75 0.5 工件公差Δ < 1 1~2 2~4 > 4 ≤0.16 ≤0.20 ≤0.24 ≤0.30 0.17~0.35 0.21~0.41 0.25~0.44 0.31~0.59 ≥0.36 ≥0.42 ≥0.50 ≥0.60 <0.16 <0.20 <0.24 <0.30 ≥0.16 ≥0.20 ≥0.24 ≥0.30 查表3-8可得： x=0.5，=0.24 ∴DT=（dmin+x）+δT =（30+0.5×0.24）+0.02 =30.12+0.02 （3-24） DA=（DT+Zmin）-δA =（30.12+0.46）-0.025 =30.58-0.025 （3-25） 3.4.2落料 落料時(shí)凸、凹模計(jì)算公式為： dA=(Dmax-x） （3-26） 其中 —工件極限尺寸() —工件公差() 查公差表將尺寸轉(zhuǎn)化為 查表3-6，取x=0.5 表3-9為以落料凹模設(shè)計(jì)為基準(zhǔn)的刃口尺寸計(jì)算表 工序性質(zhì) 凹模刃口尺寸磨損情況 基準(zhǔn)件凹模的尺寸圖2.3.3 (b) 落料 磨損后增大的尺寸 Aj＝（Amax－x△)＋0.25△ 磨損后減小的尺寸 Bj＝（Bmin＋x△)－0.25△ 磨損后不變的尺寸 Cj=(Cmin＋0.5△)±0.125△ 則磨損后增大的尺寸： （3-27） A1=（44-0.5×0.52）+0.52×0.25=43.74+0.13 A2=（53-0.5×0.74）+0.74×0.25=52.63+0.19 A3=(18-0.5×0.43）+0.43×0.25=17.78+0.11 A4=（30-0.5×0.52）+0.52×0.25=29.74+0。13 磨損后不變的尺寸： (3-28) A5=（56+0.5×0.74）+0.74×0.25=56.37+0.19 A6=（4+0.5×0.3）+0.3×0.25=4.15+0.075 凸模的尺寸按上述凹模相關(guān)尺寸計(jì)算，保證雙面間隙Zmin～Zmax=0.46mm～0.64mm 第4章 電池殼的拉伸工藝及其計(jì)算 4.1零件工藝性分析 如圖4-1所示拉深零件，材料為08鋼，厚度為2mm。其工藝性分析內(nèi)容如下： 圖4-1電池殼零件圖 08鋼為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，屬于深拉深級(jí)別鋼，具有良好的拉深成形性能。 零件為一無(wú)凸緣筒形件，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，底部圓角半徑為R3，滿足筒形拉深件底部圓角半徑大于一倍料厚的要求，因此，零件具有良好的結(jié)構(gòu)工藝性。 零件上尺寸均為未注公差尺寸，普通拉深即可達(dá)到零件的精度要求。 4.2工藝方法的確定 憑經(jīng)驗(yàn)知，該工件不能一次拉深到位，至少需經(jīng)過(guò)兩次拉深。而完成該工件需經(jīng)過(guò)落料、拉深工序。綜合實(shí)際情況，可有以下3種方案（如表格4-1所示）供選擇： 表4-1方案比較表 序號(hào) 工藝方案 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 1 單工序模生產(chǎn)： 先落料，再進(jìn)行第一次拉深、第二次拉深、第三次……最后切邊 模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但需要兩道工序、兩套模具才能完成零件的加工，生產(chǎn)效率低，難以滿足零件大批量生產(chǎn)的需求。 2 復(fù)合模生產(chǎn)： 先落料、第一次拉深復(fù)合、繼而進(jìn)行后續(xù)拉深，最后切邊 同一副模具完成兩道不同的工序，大大減小了模具規(guī)模，降低了模具成本，提高生產(chǎn)效率，也難以提高壓力機(jī)等設(shè)備的使用效率；操作簡(jiǎn)單、方便，適合中批量生產(chǎn)。 3 連續(xù)模生產(chǎn)： 落料后正、反拉深，最后切邊 正、反拉深模具結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，要求工步精確，并需要采用雙動(dòng)力壓力機(jī)，生產(chǎn)效率高，適合于大量而且具備雙動(dòng)力機(jī)的情況。 根據(jù)本零件的設(shè)計(jì)要求以及各方案的特點(diǎn)，決定采用第2種方案比較合理。 4.3零件工藝計(jì)算 4.3.1.拉深工藝的計(jì)算 零件的材料厚度為2mm(>1mm)，所以所有的計(jì)算以中線為準(zhǔn)。 ⑴修邊余量的確定 （4-1） 零件的相對(duì)高度，經(jīng)查書《沖壓工藝及沖壓模設(shè)計(jì)》第五章表5-2知修邊余量，故修正后拉深件的總高應(yīng)為 ⑵預(yù)算坯料直徑 （4-2） 由公式計(jì)算出 其中: 代入數(shù)值 算得 ⑶壓邊圈的選擇 零件的相對(duì)厚度，經(jīng)查《沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)技術(shù)問(wèn)答》第131面知：壓邊圈為可用可不用的范圍，為了保證零件質(zhì)量，減少拉深次數(shù)，決定采用壓邊圈。 4.3.2確定拉深次數(shù) 零件的總拉深系數(shù) 查《冷沖模設(shè)計(jì)》表6-8，取，， 由此可知：,故判斷一次拉不出。 故可根據(jù)公式求得取較大整數(shù)： （4-3） 4.3.3確定各次拉深半成品尺寸 ⑴調(diào)整各次拉深系數(shù)，使各次拉深后系數(shù)均大于《冷沖模具》表6-6查得的相應(yīng)極限拉深系數(shù)。調(diào)整后，實(shí)際選取，，，。所以各次拉深的直徑確定為： （4-4） 各次半成品的高度計(jì)算：取各次的分別為： （4-5） 則由公式可計(jì)算出各次： 其中，。在將所有已知數(shù)據(jù)帶入可求得: （4-6） 下圖4-2所示為拉深工序圖 4-2 拉伸工序圖 4.4排樣計(jì)算 零件采用單直排排樣方式，查得零件間的搭邊值為1.5mm，零件與條料側(cè)邊之間的搭邊值為1.8mm，若模具采用無(wú)側(cè)壓裝置的導(dǎo)料板結(jié)構(gòu)，則條料上零件的步距為106.5mm， 條料的寬度應(yīng)為 （4-7） 選用規(guī)格為2mm×1000mm×1500mm的板料，計(jì)算裁料方式如下： 裁成寬109.6mm，長(zhǎng)1000mm的條料，則每張板料所出零件數(shù)為 裁成寬109.6mm，長(zhǎng)1500mm的條料，則每張板料所出零件數(shù)為 經(jīng)比較，應(yīng)采用第二種裁法，零件的排樣圖如下圖4-2所示： 圖4-3排樣圖 4.5落料拉深復(fù)合模工藝計(jì)算 4.5.1 落料凸、凹模刃口尺寸計(jì)算 根據(jù)零件形狀特點(diǎn)，刃口尺寸計(jì)算采用分開制造法。落料尺寸為φ（沖壓模具設(shè)計(jì)實(shí)例查得），落料凹模刃口尺寸計(jì)算如下： 查得該零件沖裁凸、凹模最小間隙，最大間隙，凸模制造公差，凹模制造公差。將以上各值代入≤校驗(yàn)是否成立。經(jīng)校驗(yàn)，不等式不成立，故調(diào)整如下： 所以可按下式計(jì)算工作零件刃口尺寸 （4-8） 圖4-4凹、凸模尺寸圖 4.5.2首次拉深凸、凹模尺寸計(jì)算 第一次拉深件后零件直徑為55.65mm，由公式確定拉深凸、凹模間隙值，查得，所以間隙，則 首次拉深凹模。 首次拉深凸模 （4-9） 4.5.3壓邊力和拉深力的計(jì)算 ⑴采用壓邊圈拉深圓筒形零件所需拉深力 首次拉深 以后各次拉深 查表知 并 故可以計(jì)算得出： （4-10） ⑵壓邊力計(jì)算 圓筒形件第一次拉深時(shí)壓邊力： 圓筒形件以后各次拉深時(shí)壓邊力： 查表得取 故可以計(jì)算出： 同樣的方法求得。 落料力： 由公式 其中取 08鋼的 求得 卸料力： 查《沖壓工藝及沖模設(shè)計(jì)》表3-11知： 故求得 即可求 （4-11） 4.6模具零部件結(jié)構(gòu)的確定 4.6.1落料拉伸復(fù)合模零部件設(shè)計(jì) 標(biāo)準(zhǔn)模架的選用依據(jù)為凹模的外形尺寸，所以應(yīng)首先計(jì)算凹模周界的大小。 根據(jù)凹模高度和壁厚的計(jì)算公式得： 凹模高度H=Kb=0.2×105=21mm 凹模壁厚C=（1.5～2）H=1.8×21=38mm ∴凹模的外徑為D=105+2×38=181mm （4-12） 以上計(jì)算僅為參考值，由于本套模具為落料拉伸復(fù)合模，所以凹模高度受拉伸件高度的影響必然會(huì)有所增加，其具體高度將在繪制裝配圖時(shí)確定。另外為了保證凹模有足夠的強(qiáng)度，將其外徑增加到200mm。 模具采用后置導(dǎo)柱模架，根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，查得模架規(guī)模為：上模座290mm×300mm×45mm，下模座300mm×300mm×50mm，導(dǎo)柱32mm×190mm，導(dǎo)套32mm×105mm×43mm。 4.6.2其他零部件結(jié)構(gòu) 拉伸凸模將直接由連接件固定在下模座上，凹凸模由凹凸模固定板固定，兩者采用過(guò)渡配合關(guān)系。模柄采用凸緣式模柄根據(jù)設(shè)備商模柄孔尺寸，選用規(guī)格為A5