737 軸承端蓋沖孔修邊復合模設計【全套12張CAD圖+說明書】

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Keywords：punching; shaving; compound-die; Analysis of craft; die 2 目 錄 1.前言 .1 2.沖裁零件的工藝性分析 .4 2.1 沖裁零件圖 .4 2.2 沖裁零件的工藝性分析 5 3 必要的工藝計算 6 3.1 沖壓力的計算（沖裁力、卸料力、推件力） 6 3.2 模具壓力中心的確定 8 3.3 凸模和凹模工作部分尺寸的計算 8 3.4 凸、凹模合理間隙的確定 .11 3.5 模具各主要零件高度尺寸的計算或估算 .11 3.6 卸料所用彈性元件（彈簧）的選擇 .11 4.模具整體設計 14 5.模具主要零部件結構設計 15 5.1 凸模結構 型式設計 .15 5.2 凹模結構型式設計 .15 5.3 卸料或推件型式的確定 .17 5.4 根據國標選用導向和安裝緊固零件 .18 6.沖壓設備的選定 22 6.1 壓力機的公稱壓力必須大于沖壓的工藝力 .22 6.2 壓力機的閉合高度必須滿足模具閉合高度要求 .23 6.3 壓力機工作臺尺寸必須大于模具下模座外形尺寸 .24 7.模具總圖的繪制（詳見所附的圖紙） 25 8.各非標準零件圖的繪制（詳見所附的圖紙） 25 9.典型工作零件的工藝分析 25 9.1 凸凹模的結構特點 .25 9.2 凸凹模的一些技術要求 .26 9.3 凸凹模機械加工工藝過程 .26 9.4 凸凹模的檢驗 .29 10 參 考文獻 30 致謝 31 3 附錄 32 設計體 會 36 4 1.前 言 1.1 模具工業(yè)在國民經濟中的重要地位 模具在現代生產中，是生產各種工業(yè)產品的重要工藝裝備，它以其特定的 形狀通過一定的方式是原材料成形。模具是制造業(yè)的一種基本工藝裝備，它的 作用是控制和限制材料（固態(tài)或液態(tài)）的流動，使之形成所需要的形體。用模 具制造零件以其效率高，產品質量好，材料消耗低，生產成本低而廣泛應用于 制造業(yè)中。 模具工業(yè)是國民經濟的基礎工業(yè)，是國際上公認的關鍵工業(yè)。模具生產技 術水平的高低是衡量一個國家產品制造水平高低的重要標志，它在很大程度上 決定著產品的質量，效益和新產品的開發(fā)能力。振興和發(fā)展我國的模具工業(yè)， 正日益受到人們的關注。早在 1989 年 3 月中國政府頒布的《關于當前產業(yè)政策 要點的決定》中，將模具列為機械工業(yè)技術改造序列的第一位。 模具工業(yè)既是高新技術產業(yè)的一個組成部分，又是高新技術產業(yè)化的重要 領域。模具在機械，電子，輕工，汽車，紡織，航空，航天等工業(yè)領域里，日 益成為使用最廣泛的主要工藝裝備，它承擔了這些工業(yè)領域中 60％~90％的產 品的零件，組件和部件的生產加工。 模具制造的重要性主要體現在市場的需求上，僅以汽車，摩托車行業(yè)的模 具市場為例。汽車，摩托車行業(yè)是模具最大的市場，在工業(yè)發(fā)達的國家，這一 市場占整個模具市場一半左右。汽車工業(yè)是我國國民經濟五大支柱產業(yè)之一， 汽車工業(yè)重點是發(fā)展零部件，經濟型轎車和重型汽車，汽車模具作為發(fā)展重點， 已在汽車工業(yè)產業(yè)政策中得到了明確。汽車基本車型不斷增加，2005 年將達到 170 種。一個型號的汽車所需模具達幾千副，價值上億元。為了適應市場的需 求，汽車將不斷換型，汽車換型時約有 80％的模具需要更換。中國摩托車產量 位居世界第一，據統(tǒng)計，中國摩托車共有 14 種排量 80 多個車型，1000 多個型 號。單輛摩托車約有零件 2000 種，共計 5000 多個，其中一半以上需要模具生 產。一個型號的摩托車生產需 1000 副模具，總價值為 1000 多萬元。其他行業(yè)， 如電子及通訊，家電，建筑等，也存在巨大的模具市場。 隨著社會經濟的發(fā)展，人們對工業(yè)產品的品種、數量、質量及款式都有越 來越高的要求。為了滿足人類的需要，世界上各工業(yè)發(fā)達國家都十分重視模具 技術的開發(fā)，大力發(fā)展模具工業(yè)，積極采用先進技術和設備，提高模具制造水 平，并取得了顯著的經濟效益。美國是世界上超級經濟大國，也是世界模具工 業(yè)的領先國家。據 1989 年統(tǒng)計，美國模具行業(yè)有 12554 個企業(yè)，從業(yè)人員 5 17.28 萬人，模具總產值達 64.47 億美元。日本模具工業(yè)是從 1957 年開始發(fā)展 起來的，當年模具總產值僅有 106 億日元，到 1991 年總產值已經超過 17900 億 日元，在 34 年之間增長了 169 倍，這也是日本經濟能飛速發(fā)展，并在國際市場 上占有一定優(yōu)勢的重要原因之一。現在，日本的模具工業(yè)已經實現了高度的專 業(yè)化、標準化和商品化。據 1991 年統(tǒng)計，日本全國有 13115 家模具工業(yè)企業(yè)， 其中生產沖模的占 40%，生產塑料模的占 40%，生產壓鑄模的占 5%，生產橡膠 模的占 4%，生產鍛模的占 3%，生產鑄造模的占 3%，生產玻璃模的占 3%，生產 粉末冶金模的占 2%?，F在，大家都認識到，研究和發(fā)展模具技術，對于促進國 民經濟的發(fā)展具有特別重要的意義。模具技術已成為衡量一個國家產品制造水 平的重要標志之一。模具工業(yè)能促進工業(yè)產品生產的發(fā)展的質量提高，并能獲 得極大的經濟效益，因而引起了各個國家的高度重視和贊賞。在日本，模具被 譽為“進入富裕社會的原動力” ，在德國則冠之以“金屬加工業(yè)中的帝王” ，在羅馬尼亞視為“模具就是黃金” 。因此可以斷言，隨著工業(yè)生產的迅速發(fā) 展，模具工業(yè)在國民經濟中的地位會日益提高，模具技術也會不斷發(fā)展，并在 國民經濟發(fā)展中發(fā)揮越來越重要的作用。 1.2 各種模具的分類和占有量 模具主要類型有：沖模，鍛摸，塑料模，壓鑄模，粉末冶金模，玻璃模， 橡膠模，陶瓷模等。除部分沖模以外的的上述各種模具都屬于腔型模，因為他 們一般都是依靠三維的模具形腔是材料成型。 沖模：沖模是對金屬板材進行沖壓加工獲得合格產品的工具。沖模占模具 總數的 50％以上。按工藝性質的不同，沖?？煞譃槁淞夏＃瑳_孔模，切口模， 切邊模，彎曲模，卷邊模，拉深模，校平模，翻孔模，翻邊模，縮口模，壓印 模，脹形模。按組合工序不同，沖模分為單工序模，復合模，連續(xù)模。 鍛模：鍛模是金屬在熱態(tài)或冷態(tài)下進行體積成型是所用模具的總稱。按鍛 壓設備不同，鍛模分為錘用鍛模，螺旋壓力機鍛模，熱模鍛壓力鍛模，平鍛機 用鍛模，水壓機用鍛模，高速錘用鍛模，擺動碾壓機用鍛模，輥鍛機用鍛模， 楔橫軋機用鍛模等。按工藝用途不同，鍛模可分為預鍛模具，擠壓模具，精鍛 模具，等溫模具，超塑性模具等。 塑料模：塑料模是塑料成型的工藝裝備。塑料模約占模具總數的 35％，而 且有繼續(xù)上升的趨勢。塑料模主要包括壓塑模，擠塑模，注射模，此外還有擠 出成型模，泡沫塑料的發(fā)泡成型模，低發(fā)泡注射成型模，吹塑模等。 壓鑄模：壓鑄模是壓力鑄造工藝裝備，壓力鑄造是使液態(tài)金屬在高溫和高 速下充填鑄型，在高壓下成型和結晶的一種特殊制造方法。壓鑄模約占模具總 數的 6％。 6 粉末冶金模：粉末冶金模用于粉末成型，按成型工藝分類粉末冶金模有： 壓模，精整模，復壓模，熱壓模，粉漿澆注模，松裝燒結模等。 模具所涉及的工藝繁多，包括機械設計制造，塑料，橡膠加工，金屬材料， 鑄造（凝固理論） ，塑性加工，玻璃等諸多學科和行業(yè)，是一個多學科的綜合， 其復雜程度顯而易見。 1.3 我國模具工業(yè)的現狀 自 20 世紀 80 年代以來，我國的經濟逐漸起飛，也為模具產業(yè)的發(fā)展提供 了巨大的動力。20 世紀 90 年代以后，大陸的工業(yè)發(fā)展十分迅速，模具工業(yè)的 總產值在 1990 年僅 60 億元人民幣，1994 年增長到 130 億元人民幣，1999 年已 達到 245 億元人民幣，2000 年增至 260~270 億元人民幣。今后預計每年仍會以 10℅~15℅的速度快速增長。 目前，我國 17000 多個模具生產廠點，從業(yè)人數五十多萬。除了國有的專 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)等，都得到了快速發(fā)展。其中，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。例如，浙江寧波和黃巖地區(qū)，從事模具制造的集體 企業(yè)和私營企業(yè)多達數千家，成為我國國內知名的“ 模具之鄉(xiāng)” 和最具發(fā)展活力 的地區(qū)之一。在廣東，一些大集團公司和迅速崛起的鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)，為了提高其產 品的市場競爭能力，紛紛加入了對模具制造的投入。例如，科龍，美的，康佳 和威力等知名集團都建立了自己的模具制造中心。中外合資和外商獨資的模具 企業(yè)則多集中于沿海工業(yè)發(fā)達地區(qū)，現已有幾千家。 近年來，我國模具技術的主要進步表現在： 1） 研究開發(fā)了幾十種模具新鋼種及硬質合金、剛結硬質合金等新 材料，并采用了一些熱處理新工藝，是模具使用壽命延長。 2） 發(fā)展了一些多工位級進模和硬質合金模等新產品，并根據國內 生產需要研制了一批精密塑料注射模。 3） 研發(fā)了一些新技術和新工藝，如三維曲面數控仿形加工、模具 表面拋光、表面皮紋加工、模具鋼的超塑性成形技術和各種快 速制模技術等。 4） 模具加工設備已得到較大的發(fā)展，國內已能批量生產精密坐標 磨床、計算機控制（CNC）仿形銑床，CNC 電火花線切割機床 以及搞精度的電火花成形機床等。 5） 模具計算機輔助設計和輔助制造（模具 CAD/CAM）已在國內 很多單位得到開發(fā)和應用。 雖然我國模具技術已得到較大發(fā)展，但任然不能滿足國民經濟高速 7 發(fā)展的需要，還需花費大量資金從國外進口一些模具，其原因是： 1） 專業(yè)化和標準化程度較低。目前專業(yè)化程度不到 10% ，而 標準化程度也只有 20% 。 2） 模具品種少，效率低，經濟效益也較差。 3） 制造周期長，模具精度不高，制造技術不先進。 4） 模具使用壽命不長 根據我國模具技術的發(fā)展現狀及存在的問題，今后應朝著如下幾個方面發(fā) 展： 1） 開發(fā)、發(fā)展精密、復雜、大型、長壽命模具，以滿足國內市 場的需要。國家已經規(guī)劃分別在山東、廣東、北京、上海等 地的有關單位重點扶植發(fā)展熱鍛模、熱鑄模、塑料模、冷沖 模、頂桿等，以便于集中力量發(fā)展這些有影響的高水平模具 及標準件。 2） 加速模具標準化和商品化，以提高模具質量，縮短模具制造 周期。 3） 大力開發(fā)和推廣應用模具 CAD/CAM 技術，提高模具制造過程 的自動化程度。 4） 積極開發(fā)模具新品種、新工藝、新技術和新材料。 5） 發(fā)展模具加工成套設備，以滿足高速發(fā)展的模具工業(yè)需要。 1 2.沖裁零件的工藝性分析 2.1 沖裁零件圖 圖 1 沖裁零件圖 2.2 沖裁零件的工藝性分析 沖壓件工藝性是指沖壓零件在沖壓加工過程中加工的難易程度。雖然沖壓 加工工藝過程包括備料—沖壓加工工序—必要的輔助工序—質量檢驗—組合、 包裝的全過程，但分析工藝性的重點要在沖壓加工工序這一過程里。而沖壓加 工工序很多，各種工序中的工藝性又不盡相同。即使同一個零件，由于生產單 位的生產條件、工藝裝備情況及生產的傳統(tǒng)習慣等不同，其工藝性的涵義也不 完全一樣。這里我們重點分析零件的結構工藝性。 冷沖壓模具包括沖裁、彎曲、拉深、成形等各種單工序模和由這些基本工 序組成的復合模、級進模等各種模具。設計這些模具時，首先要了解被加工材 料的力學性能。材料的力學性能是進行模具設計時各種計算的主要依據。故在 分析零件沖壓成形工藝，設計沖壓模具前，必須要了解和掌握材料的一些力學 性能，以便設計。該零件產品的基本工序為沖孔、修邊，現將軸承端蓋（零件 材料為 10 號鋼）的力學性能主要參數及其概念敘述如下： 2 應力：材料單位面積上所受的內力，單位是 N/mm ，用 Pa 表示。 2 （1Mpa=10 Pa；1MPa = 1N/mm ；1GPa=10 Pa） 6 2 9 屈服點 ，材料開始產生塑性變形時的應力值，單位是 N/mm 。彎曲、拉s? 2 深、成形等工序中，材料都是在達到屈服強度時進行塑性變形而完成該工序的 成形。經查表取 =205MPa。s 抗拉強度 ，材料在拉伸斷裂前所能夠承受的最大拉應力，單位是 MPa。 b 取 =335MPa。b? 抗剪強度 ，材料受到剪切作用，開始產生斷裂時的應力值，單位是b? MPa。取 =0.8 MPa。即為 268MPa 。 彈性模量 E，材料在彈性范圍內，表示受力與變形的指標，彈性模量大， 表示材料受力后變形較小，或者說，產生一定的變形需要較大的力。 屈服比 / 。是材料的屈服強度與抗拉強度之比，其值越小，表示材料s?b 允許的塑性變形區(qū)越大，在拉深工序中，材料的屈服比較小時，所需的壓邊力 和所需克服的摩擦力相應的減小，有利于提高成形極限。 伸長率 δ。在材料性能實驗時，試件由拉伸試驗機拉斷后，對接起來測量 長度，其伸長量與原長度之比稱為伸長率，其數值用“％”表示，其數值越大 表示材料的塑性越好。經查表可得，材料為 10 號鋼的伸長率 δ=31％。 綜上所述，對該軸承端蓋零件材料 10 號鋼的力學性能分析，主要是為了便 于模具設計中各參數的計算，因此在后序的模具設計中各參數的計算均以上面 所取的數值進行計算。 沖裁件的工藝性是指從沖壓工藝方面來衡量其設計是否合理。一般的講， 在滿足使用的要求的條件下，能以最簡單最經濟的方法將工件沖制出來，就說 明該件的沖壓工藝性好，否則，該件的工藝性就差。工藝性的好壞是相對的， 它直接受到工廠的沖壓技術的水平和設備條件等因素的影響。 該沖裁件的外形形狀簡單、規(guī)則，能減少工序數目，并提高模具壽命，降 低工件成本。可以取得較好的沖裁件質量和較高的經濟效益。 3 必要的工藝計算 3.1 沖壓力的計算（沖裁力、卸料力、推件力） 第一、沖裁力的計算： 3 沖裁力是沖裁過程中凸模對材料的壓力，它是隨凸模的行程而變化的。通 常說的沖裁力是指沖裁力的最大值。它是選用壓力機，模具設計以及強度校核 的重要依據。為了充分發(fā)揮壓力機的潛力，避免因過載而損壞壓力機，沖裁力 的計算是非常必要的。 沖裁是一個剪切過程，沖裁力可按照下式計算： F=Lt ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????(1)b? 公式（1）中： F：沖裁力（ N） L：零件周長（mm） t：材料厚度（mm） ：材料的強度極限（MPa）b? 其一、沖孔時的沖裁力的計算： 由以下的軸承端蓋零件圖（圖 2）及所給的原始資料可知： L= D=13 （mm）? t=2（mm ） 圖 2 沖裁零件俯視圖 將以上的已知的數據代入式（1）可得到： 沖裁力 F=27349.4（N） 所以沖四個孔的沖裁力為：4F=109397.6 （N） 其二、修邊時的沖裁力的計算： 由軸承端蓋零件圖（圖 2）及所給的原始資料可知： 4 =180 =565.2(mm) （說明： 為修邊時零件的周長）'L?'L t=2(mm) =335MPb?a 將以上的數據代入式（1）得： 修邊時的沖裁力 （N）37864'?F 第二、卸料力、推件力的計算： 影響卸料力的因素較多，主要有材料的性能及厚度、沖裁間隙、零件形狀 及尺寸、搭邊、模具結構以及潤滑情況等。不可能準確計算出這些力，一般用 下列經驗公式計算： 卸料力：F =K F ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????(2)1? 推件力：F =K F ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????(3)2 式(2)、式(3)中：F ：沖裁力（ N） K 、 K ：分別為卸料力、推件力系數（其值可以從《冷沖壓工藝及模具設12 計》一書第 28 頁表 2—4 查得： 表 1 系數 K 材料種類 板料厚度/ m23K 鋼 ~0.1 0.1~0.5 0.5~2.5 2.5~6.5 6.5 0.06~0.075 0.045~0.055 0.04~0.05 0.03~0.04 0.02~0.03 0. 1 0.065 0.050 0.045 0.025 0.14 0.08 0.06 0.05 0.03 黃銅、紫銅 0.02~0.06 0.03~0.09 鋁、鋁合金 0.025~0.08 0.03~0.07 可取 K =0.045、K =0.05012 其一、沖孔時卸料力、推件力的計算： 卸料力的計算：已知 K =0.045、4F=109397.6，將已知的數據代入式（2）1 可以得沖孔時卸料力： F =4922.892（N）1 推件力的計算：已知 K =0.050、4F=109397.6，將已知的數據代入式（3）2 5 可以得沖孔時推件力； F =5469.88（N）2 其二、修邊時的卸料力、推件力的計算： 修邊時卸料力的計算：已知 K =0.045、 （N） ，將已知的數據代137864'?F 入式(2)可以得修邊時卸料力： F =17040.78（N）'1 修邊時推件力的計算：已知 K =0.050、 （N ） ，將已知的數據2' 代入式(3)可以得修邊時推件力： F =18934.2（N）'2 3.2 模具壓力中心的確定 沖裁合力的作用點稱為模具的壓力中心。模具設計時，模具壓力中心 應與沖床滑塊中心一致，否則將降低模具壽命，甚至損壞模具，因此應根 據沖件圖樣確定模具壓力中心。通常利用求平行力系合力作用點的解析法 或圖解法確定壓力中心。此處沖裁的工件是對稱的，因此模具的壓力中心 在幾何中心。 3.3 凸模和凹模工作部分尺寸的計算 3.3.1 沖孔凸、凹模工作部分尺寸計算 因工件為圓形的簡單形狀，可采用凸模與凹模分開加工的方法來 加工模具。采用這種方法要分別標注凸模和凹模刃口尺寸與制造公差（凸 模 、凹模 ） ，為了保證間隙值，必須滿足下列條件：p?d + Z - Z p?d?maxin 根據以上原則，沖孔時首先確定刃口尺寸，使的凸模基本尺寸接近 或等于工件孔的最大極限尺寸，再增大凹模尺寸以保證最小合理間隙值 Z 。凸模制造偏差取負偏差，凹模取正偏差。min 首先確定基準件沖孔凸模（如下圖所示）工作部分尺寸 d ，再加p 上 Z 便是凹模工作部分尺寸。in 6 圖 3 沖孔凸模圖 其計算式如下： d =(d+x ) ?????????????????????????????????????????????????????????????????(4)p?0p?? d =( d + Z ) =(d+ x + Z ) ???????????????????????????(5)mind??mind??0 其中式子(4)、 (5)中： d ：零件孔徑公稱尺寸（mm ） d ：沖孔凸模工作部分尺寸（mm）p d ： 沖孔凹模工作部分尺寸（mm） ： 零件制造公差（mm）? Z ：最小合理間隙（mm）min ：凸模制造公差（mm）p? ：凹模制造公差（mm）d x ：磨損量，磨損系數 x 是為了使零件的實際尺寸盡? 7 量 接近零件公差帶的中間尺寸。x 值在 0.5~1 之間，與零件制造精度有關。可 以查表 5（見附錄） ，或者可按下列關系?。?表 2 系數 X 工件尺寸公差等級 X IT10 級以上 1 IT11~13 級 0.75 IT14 級以下 0.5 沖直徑為 13mm 的孔，查表 3（見附錄） 、表 4（見附錄）和表 5（見附錄） 可得： Z =0.246（mm） 、Z =0.360（mm）minmax =0.020（mm ）p? =0.020（mm ）d x=0.5 =0.21? 校核間隙： + =（ 0.020+0.020）mm=0.04mm 〈 Z - Z =0.114mmp?d maxin 符合 + Z - Z 條件?maxin 將以上查得的已知數據代入式子(4)和(5) 得： d =（ 13+0.5 ） mm=13.105 （mm）p21.0?02.?02.? d =（ 13+0.246） =13.246 （mm）?.? 因此： 沖孔凸模工作部分尺寸 d =13.105 （mm）p02.? 沖孔凹模工作部分尺寸 d =13.246 （mm）? 8 3.3.2 修邊凸凹模工作部分尺寸計算 修邊凸模（草圖方案）如下圖所示： 圖 4 修邊凸模圖 修邊凹模（草圖方案）如下圖所示： 圖 5 修邊凹模圖 9 首先確定修邊凹模工作部分尺寸，凹模磨損后，凹模磨損后 A 變大。d A =（A—x ） ???????????????????????????????????????????????????????????(6)d?d??0 式(6)中 A ：凹模韌口尺寸（mm） A： 零件相應的極限尺寸（mm） ：工件公差 （mm） ：基準件制造偏差（mm） ，當刃口尺寸公差標注形式為+? （或— ）時， = /4，當標注形式為 時， = /8。????? 查表 3（見附錄）得： x=0.5、 =1.0 從沖裁零件圖上可知：零件圓弧直徑為 180mm 將以上的數據代入式(6)可得： A =179.50d25.0? 查表 3（見附錄）得：Z =0.246，凸模工作部分尺寸按照凹模實際尺寸配min 制，保證雙面間隙值 Z ~ Z =0.246~0.360。ax 3.4 凸、凹模合理間隙的確定 凸、凹模合理間隙可以依據經驗確定法確定，因此可以查表 3（見附錄） 得： （1） 沖孔凸、凹模合理間隙值為：0.246mm （2） 修邊凸、凹模合理間隙值為；0.360mm 3.5 模具各主要零件高度尺寸的計算或估算 根據必要的工藝計算，初步估算出模具各主要零件高度尺寸（其估算出的 模具各主要零件高度尺寸可參考所附的各零件圖） 。 3.6 卸料所用彈性元件（彈簧）的選擇 已知工件材料厚度 t=2mm，卸料力 F =4922.892（N） ，所選定圓形鋼絲彈1 簧的尺寸和規(guī)格。 選用彈簧時，除了已知的卸料力外，還必須具備有關彈簧的標準，它給出 了彈簧的數據和特征曲線。具體選用可以按照如下步驟進行： 3.6.1 根據模具結構和卸料力 F 確定彈簧根數 n，求出每根彈簧的卸料力 F = ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????(7)0n 為了使沖模正常工作，沖模不工作時，彈簧預壓力應等于每根彈簧的卸料 力 F 。0 10 3.6.2 根據 F 的大小，查表 9（見附錄）初選彈簧規(guī)格，使選用的彈簧的0 許用最大工作負荷[F]大于 F 較多（約大 70%~90%） ，并求出彈簧最大允許壓縮0 量[h] [h]=H -[H]????????????????????????????????????????????????????????????????????????(8)0 公式(8 )中， H ：彈簧的自由長度（mm） [H]： 彈簧最大工作負荷時的長度（ mm） 。 3.6.3 根據彈簧的預壓力 F ，求出其預壓縮量 h00 因彈簧的壓力與壓縮量成正比，則： h = ????????????????????????????????????????????????????????????????????????(9)0?? 3.6.4 計算沖壓過程中彈簧的總壓縮量 h 和總壓力 F11 彈簧工作時的總壓縮量為： h = h +h + h ??????????????????????????????????????????????????????????????(10)10'“ 式(10)中，h ：彈簧預壓縮量（mm） h ：卸料板工作行程。h =0.5+t+0.5=t+1（mm） （式中 t 為材料' ' 厚度） h ：凸模總修模量。凸模修模后長度變短，工作時彈簧壓縮量“ 變大，該值一般取 5~10mm。 沖壓時彈簧的總壓力為： F = ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????(11)10h 3.6.5 校核所選用彈簧滿足沖壓工藝的需要 把彈簧的總壓縮量和總壓力同允許的壓縮量和允許的壓力相比較，若 h [h]，F [F]則選用彈簧合理，否則，需重選。有時，滿足使用要求的彈簧1?1 可能有幾種，這時可根據結構空間的要求，選擇一種比較合適的彈簧。 3.6.6 求解每根彈簧的卸料力 根據模具結構，可以安放 4 個彈簧，則每根彈簧的卸料力，即彈簧裝于模 具后的預壓力為（由公式 7 可見）： F = = = =1230.723（N） ，取為 1231N。0n1892. 11 3.6.7 根據 F 的大小，查表 8—4（見附錄）初選彈簧規(guī)格，使選用的彈簧0 的許用最大工作負荷[F]大于 F 較多（約為 70%~90%） ，并求出彈簧的最大允許0 壓縮量[h] 由 F 查表 9（見附錄） ，預選 32 號彈簧（D=50mm，d=8mm） ?？芍? 取彈簧自由長度 H 為 65mm，允許最大負荷[F]=2400N，每圈壓縮距離0 f=4.2mm，節(jié)距 t=13.8mm，則彈簧許可的總壓縮量[h]=19.78mm 3.6.8 彈簧的預壓縮量 h0 由公式（9）可知：h = = =10.15（mm）0??Fh24078.193? 3.6.9 計算沖壓過程中彈簧的總壓力和總壓縮量 總壓縮量： 由公式（10）可知：h = h +h +h10'“ h =0.5+t+0.5=t+1=2+1=3（ mm）' h 取為 5mm（h ：凸模總修磨量。凸模修磨““ 后長度變短，工作時彈簧壓縮量變大，該值一般取 5~10mm）則 ： h =10.15+3+5=18.15mm1 沖壓時彈簧總壓力： 由公式(11)可知： F = = =2201.25（N）1015.823? 3.6.10 校核 因：h =18.15mm〈 [h]=19.78mm1 F =2201.25N [F]=2400N 因此所預選的序號 32 的圓鋼? 絲螺旋彈簧滿足沖壓工藝要求，能保證模具的正常工作。 12 4.模具整體設計 在以上的基礎上，對模具進行整體設計，初步畫出模具整體草圖。 （草圖可 參考以下的圖） 圖 6 模具裝配草圖 1—下模座 2—下墊板 3—導柱 4—凸凹模固定板 5—凸凹模 6—卸料板 7—修邊凹 模 8—修邊凹模固定板 9—工件 10—螺釘 11—螺釘 12—螺釘 13—銷子 14—模柄 15—圓柱定位銷 16—上模座 17—推桿 18—導套 20—沖孔凸模固定板 21—沖孔凸 模 22—推板 23—彈簧 24—卸料螺釘 模具閉合高度 模具閉合高度是指工作行程終了時，模具上模座上表面與下模座下表面之 間的距離。通過前文的分析、論述、計算畫出模具整體草圖，初步計算出模具 閉合高度為：H =260mm閉 合 13 5.模具主要零部件結構設計 5.1 凸模結構型式設計 凸模按橫斷面形狀分為圓形和非圓形，按刃口形狀分為平刃和斜刃等。凸 模在模架內的固定應滿足如下的要求： 5.1.1 保證足夠的穩(wěn)定性； 5.1.2 工作的可靠性； 5.1.3 當損壞和修理時應保證拆卸方便 采用的凸模結構形式為圓形斷面標準凸模，為了避免應力集中，保證強度 和剛度方面的要求，做成圓滑過渡的階梯形，另外采用護套結構既可以提高抗 縱向彎曲的能力，又能節(jié)省模具鋼，從而提高經濟效益。 任何模具的凸模、凹?；蛲拱寄?，無論形式怎樣多樣化，其結構主要有兩 部分，一是工作部分，用以成形零件；二是固定部分，用來使凸模、凹模正確 地固定在模架上，設計模具工作部分時候，主要是決定刃口形式和固定方法。 一般情況下，凸模（見圖 3）的強度是足夠的，不必作強度校驗。但是， 在凸模特別細長而坯料厚度較大的情況下，要進行校驗。 5.2 凹模結構型式設計 凹模常用的孔口形式有錐形凹?？卓?、柱孔口錐形、筒形。第一種形式沖 裁件容易通過，但刃口強度較低，孔口尺寸在修磨后略有增大。一般用于形狀 簡單且精度要求不高的零件沖裁。第二種形式刃口強度較高，修磨后孔口尺寸 不變，但在孔口內可能積存沖裁件而增加沖裁力和孔口的磨損?？卓谀p后每 次修磨量較大，所以模具總壽命較低。適用于沖裁形狀復雜而且精度要求較高 的沖壓件。第三種形優(yōu)缺點類似前兩者，另外其結構簡易、適用，比較而言宜 采用筒形式的凹模。 凹模是模具中主要的零件，起到比較重要的作用，因此凹模的制造質量對 沖裁工件的影響稍微大些。 凹模的型式多樣，對于如何選用凹模的型式應根據具體所要設計的模具以 及 其它一些方面的影響因素。 14 在此，凹模選用如下的結構比較好。 圖 7 凹模結構形式圖 5.3 卸料或推件型式的確定 卸料形式有剛性、彈性和廢料切刀等型式。剛性卸料形式的卸料力大，結 構簡單，但有時候零件要變形，適用于厚料。彈性卸料形式卸料力小，卸料均 勻，工件平整，適用于薄料，還能實現廢料沖壓，常用于復合模中。就本零件 15 而言應采用彈性卸料較適宜。 卸料板結構型式如圖 8，經過計算（詳細過程請參見彈性元件的選擇）在 卸料板上放四個彈簧。 圖 8 卸料板結構型式圖 推件裝置有剛性和彈性的兩種，剛性推件一般裝于上模，推件力大而且可 靠。推件力來自壓力機滑塊。彈性推件一般用于下模。根據設計的模具結構型 式，應采用剛性推件，置于上模。 16 推件的型式具有多樣化，不同型式的推件適用不同的模具，且用在不同的 情況中。 選好推件裝置對于模具的整體結構有比較積極方面的意義。 此處所選用的推件裝置其結構如下圖所示。 推件裝置結構型式如下圖 9： 圖 9 推件裝置結構型式圖 5.4 根據國標選用導向和安裝緊固零件 （如導柱、導套、模柄、上下模座等結構型式）導柱、導套的選擇： 模具導向有導板、導柱、導套等，最常見的是導柱和導套導向。導柱、導 套都是圓柱形，加工方便，容易裝配，是模具應用最廣的導向裝置。導柱和導 套的配合表面要求堅硬耐磨，而且具有一定的強韌性。導柱、導套的結構如下 圖 10： 17 導柱 導套 圖 10 導柱、導套結構圖 18 模柄的選擇： 模柄是安裝在上模架最上面上的一個柄狀的零件,類型有很多種,因為沖壓 模是要裝到壓力機上的,在壓力機的滑塊上會有一個孔,這個孔就是模柄插進去 的地方,滑塊上會有鎖緊機構,在模具設計時你的模柄就要和你選的壓力機的模 柄孔要相符才行.模柄的作用是使上模在壓力機上有一個比較準確的位置(精度 要求高時還需要導柱導套),并且壓力機的滑塊在上升時,也需要模柄來傳遞上模 向上運動的動力。 根據所設計的模具，選擇應用比較廣泛，模柄中間有孔，可以通過推件裝 置的打桿的這種結構的模柄，同時按照模柄尺寸（直徑 深度）與所選擇的壓? 力機中的滑塊的參數模柄孔尺寸 d （直徑 深度）要求一致的原則來選擇模?l 柄。 根據以上的分析和選用原則，按照所選用的壓力機中的模柄孔尺寸 d （直徑 深度）為 從而選擇的模柄（凸緣模柄 B 70 JB/T ?l 807? 7646.3—2008）如下： 19 圖 11 模柄 模柄的參數如下表： 表 6 模柄參數表 材料 Q235、45 d （d ）1 基本尺寸 70 20 極限偏差 -0.100 -0.290 基本尺寸 152D （h ）6 極限偏差 0 -0.022 H 100 h 23 d1 15 D 110 d3 13 d 2 20 h1 13 上下模座的選擇： 模座分為上模座、下模座。上模座是上模最上面的板狀零件，工件時緊貼 壓力機滑塊，并通過模柄或直接與壓力機滑塊固定，下模座是下模底面的板狀 零件，工作時直接固定在壓力機工作臺面或墊板上。它們的作用是安裝全部模 具零件以構成模具的總體和傳遞壓力。上、下模座用于安裝導柱、導套以及凸 凹模固定板等零件。對它們的技術要求如下： （1） 上、下兩平面應保持平行，平行度偏差不應超過規(guī)定的 數值。 （2） 安裝導柱、導套的孔，位置應該一致，而且要求孔與底 面垂直。 因而，模座應該具有足夠的強度和剛度。選用或設計模座時應注意，圓形 模座的外徑應比圓形凹模直徑大 30~70mm，以便安裝和固定模具。上、下模座 的結構如圖所示。 上模座結構示意圖： 21 圖 12 上模座圖 下模座結構示意圖： 22 圖 13 下模座圖 表 7 上模座的參數表 23 上模座尺寸 起重孔尺寸 D(H )7D (H )17 凹 模 周 界 D 0 H h D3D 2S R R1l2 基 本 尺 寸 偏差 基 本 尺 寸 偏差 d 2t s 2 45200 50 40 210 280 260 50 85 90 100 45 +0.0250 50 +0.025 0 M 428 180 45250 50 40 260 340 315 55 95 90 100 50 +0.02500 55 +0.0300 M1632 220 表 8 下模座的參數表 下模座尺寸 起重孔尺寸 D(H )7D (H )17 凹 模 周 界 D 0 H h D3D 2S R R1l2 基 本 尺 寸 偏差 基本 尺 寸 偏差 d 2t s 2 50200 60 40 210 280 260 50 85 90 100 32 +0.025 0 35 +0.025 0 M 428 180 50250 60 40 260 340 315 55 95 90 100 35 +0.025 0 40 +0.0300 M1632 220 6.沖壓設備的選定 24 根據總的沖壓力選取大于總沖壓力的壓力機沖裁。選擇合適的壓力機型號， 使之與模具行成合理的配置關系，可提高模具使用過程中的安裝可靠性，從而 提高產品質量、生產率和模具壽命。選擇壓力機型號主要是使其技術規(guī)格能符 合模具成型工藝的要求，主要考慮公稱壓力、閉合高度、滑塊行程以及工作臺 墊板尺寸等。 根據所要完成的沖壓工藝性質，生產批量的大小，沖壓的集合尺寸和精度 要求等來選擇設備的類型加工小型工件，可選用開式可傾壓力機。開 式 可 傾 壓 力 機 機 身 為 可 傾 式 鑄 造 結 構 ， 傾 斜 時 便 于 沖 壓 件 或 廢 料 從 模 具 上 滑 下 。 采 用 剛 性 轉 鍵 離 合 器 ， 具 有 單 次 和 連 續(xù) 操 作 規(guī) 范 。 使 用 帶 式 制 動 器 ， 滑 塊 裝 有 壓 塌 式 保 險 器 ， 超 載 時 保 險 器 被 壓 塌 ， 從 而 保 證 整 機 不 受 損 壞 。 本 機 具 有 通 用 性 強 ， 精 度 高 ， 性 能 可 靠 ， 便 于 操 作 的 優(yōu) 點 。 配 備 自 動 送 料 裝 置 可 實 現 半 自 動 沖 壓 作 業(yè) 。 25 噸 以 上 機 床 可 選 配 緊 急 制 動 裝 置 。 開 式 可 傾 壓 力 機 是 用 高 強 度 鑄 鐵 制 造 ， 采 用 單 盤 氣 動 塊 式 摩 擦 離 合 器 和 制 動 器 ,接 合 平 穩(wěn) ,磨 損 小 ， 無 故 障 使 用 壽 命 遠 高 于 同 類 產 品 。 滑 塊 帶 有 壓 塌 式 保 險 裝 置 ， 當 機 床 超 載 時 ， 保 險 器 首 先 被 壓 塌 ， 從 而 保 證 了 整 機 不 受 損 壞 。 曲柄壓力機必須滿足 以下要求： 6.1 壓力機的公稱壓力必須大于沖壓的工藝力 當沖裁、修邊時，在這個過程中，總沖壓力 不要超過壓力機額定壓力?P 的 30% ~ 40%。 即： ???????????????????????????????????????????????????????????(12)?P壓 力 機F)40.~3.(? 又： 沖裁力+卸料力+ 頂件力? =F + F + F ??????????????????????????????????????????????????????????????????????(13)''1'2 式(12)中， ：總沖壓力 ：壓力機額定壓力壓 力 機 已知： 沖裁力：F =378684 （N）' 卸料力：F =17040.78（N）'1 頂件力：F =18934.2（N）'2 將已知數據代入式(13) 得： 總沖壓力： =414658.98（N）?P =414.65898（KN） 將 =414.65898（KN）代入式(12 可得： ?KN6475.103 ??????????????????????????????????????????????????????(14)壓 力 機FK196.382? 25 6.2 壓力機的閉合高度必須滿足模具閉合高度要求 選擇壓力機時，必須使模具的封閉高度介于壓力機的最大裝模高度與最小 裝模高度之間，一般應滿足： H - 5mm H H +10mm ????????????????????????????????????????????(15)max?min 式(15)中，H ：連桿調節(jié)到最短（偏心沖床的行程應調到最?。r，壓力 機的裝模高度。 H ：連桿調節(jié)到最長（偏心沖床的行程應調到最大）時，壓力機min 的裝模高度即最小裝模高度。 H：模具的閉合高度。 式(15)中的 5mm 是考慮裝模方便所留的間隙，10mm 是保證修模所留尺寸。 6.3 壓力機工作臺尺寸必須大于模具下模座外形尺寸并要留有固定 模具的位置 通過以上的分析、計算和壓力機選用原則，查《材料成形設備》 （王衛(wèi)衛(wèi)主 編 機械工業(yè)出版社）一書中的表 2-2，選用的壓力機為：JB23—125，所選用 的壓力機的公稱壓力為 1250KN。其詳細的技術參數見表 10（見附錄） 校核： 因為 =1250KN?KN6475.103壓 力 機F?KN196.382 壓力機閉合高度亦滿足模具閉合高度的要求，所以所選的壓力機符合要求。 26 7.模具總圖的繪制（詳見所附的圖紙） 模具總圖的繪制是在以上各方面準備充分的基礎上所要完成的很關鍵的一步， 其集中體現了整個設計核心內容。因此繪制模具總圖時務必科學嚴謹。 8.各非標準零件圖的繪制（詳見所附的圖紙） 零件圖是生產中必不可少的非常重要的技術文件，是組織生產的重要依據。因 此要充分仔細的繪制好零件圖。 9.典型工作零件的工藝分析 下模座之凸凹模（以下簡稱凸凹模）的工藝分析： 9.1 凸凹模的結構特點 凸凹模是模具中的主要組成部分，它在沖裁過程中起著重要作用。其技術 要求較高，制造時應注意保證質量。因此，凸凹模的加工質量直接影響著模具 的性能、精度和壽命。 圖十五為凸凹模簡圖。由圖可以知道，凸凹模結構相對稍復雜，加工部位較 多，在整個模具加工過程中，其所占的機械加工勞動量約占整個產品的 15%~20%。 圖 15 凸凹模簡圖 27 9.2 凸凹模的一些技術要求 孔徑精度 孔徑的尺寸誤差和幾何形狀誤差會使導柱、導套與孔配合不良?？讖竭^大， 配合過松，使導柱的軸線不穩(wěn)定，并降低了支承剛度，易產生振動；孔徑過小， 使配合過緊，導柱將因導套變形而不能正常運動，縮短壽命。裝導套的孔不圓， 也使導套外環(huán)變形而引起導柱的徑向跳動。從以上的分析可以知道，對孔的精 度要求較高。 孔與孔的位置精度 同一軸線上各孔的同軸度誤差和孔端面對軸線垂直度誤差，會使導柱、導 套裝配到模座上后產生歪斜，致使導柱產生徑向跳動和軸向竄動，同時也使溫 度升高，加劇導柱、導套的磨損。 主要平面的精度 裝配基面的平面度誤差影響凸模與模座連接時的接觸剛度，若在加工過程 中作為定位基準時，還會影響孔的加工精度。因此底面和導向面必須平直和相 互垂直。 表面粗糙度 重要孔和主要表面的表面粗糙度會影響連接面的配合性質或接觸剛度，其 具體要求一般用 R 值來評定。a 9.3 凸凹模機械加工工藝過程 凸凹模結構稍復雜，加工面多點。通常平面的加工精度較易保證，而精度 要求較高的孔以及孔與孔間、孔與平面間的相互位置精度則較難保證，往往成 為生產中的關鍵。所以在制定凸凹模加工工藝過程時，應將如何保證孔的精度 作為重點來考慮。 在機械制造中，采用各種機械加工方法將毛坯加工成零件，再將這些零件 裝配成機器。為了使上述制造過程滿足“優(yōu)質、高產、低成本”的要求，首先 要指定零件的機械加工工藝規(guī)程和機器的裝配工藝規(guī)程，然后按照所制訂的工 藝規(guī)程來進行機械加工和裝配。由于零件的工藝過程可以是多種多樣的，工藝 人員的任務是從現有生產條件出發(fā)，制訂出一個切合實際的最優(yōu)工藝過程，并 將其有關內容用文件的形式規(guī)定下來。規(guī)定零件機械加工工藝過程和操作方法 等的工藝文件稱為機械加工工藝規(guī)程。 機械加工工藝規(guī)程是指導生產的主要技術文件。按照工藝規(guī)程進行生產， 才能保證達到產品質量、生產率和經濟性的要求。合理的工藝規(guī)程在編制后應 要滿足下述要求： 28 零件所需的工序數量要盡量少，并且要減少或不再采用其他加工方法加工。 零件各工序所采用的設備結構要簡單、壽命要長。 工序中所占用的設備要少，盡可能采用生產機械化與自動化。 生產準備周期要短，所需材料要少，成本要低廉。 零件的生產工藝流程要合理，做到安全生產。 制出的零件應符合技術要求，并且尺寸精度要高，表面質量要好。 盡量采用技術等級不高的工人生產，以降低成本。 制訂機械加工工藝規(guī)程的原則是：在一定的生產條件下，以最低的成本， 按計劃規(guī)定的速度，可靠地加工出圖紙要求的零件。在編制工藝規(guī)程時，應注 意以下幾個問題： 技術上的先進性 在編制工藝規(guī)程時，應盡量采用新工藝、新技術、新設備和新材料，以獲 得較高的生產率，但不應加大操作工人的勞動強度，而應依靠設備的先進性來 保證。 經濟上的合理性 在一定的生產條件下，可能有幾種能保證零件技術要求的加工工藝方案， 此時應全面考慮，應根據工序數量、機械加工難易程度、通過核算或分析選擇 經濟效益最佳的加工方案，以使零件減少工序及降低成本。同時，加工精度要 求不高的零件，盡量不使用高精度的加工設備。 創(chuàng)造必要的良好工作條件 在編制工藝規(guī)程時，必須保證操作人員有良好而安全的工作條件，并保證 所加工的零件的質量合格及減輕工人的勞動強度。 以下為凸凹模的生產加工工藝路線： （1） 備料：下料鍛造并退火處理，以消除鍛造后的內應力，改善其加工 性能。 （2）車床加工：車外圓 φ180mm、φ196mm、φ228mm，并車上下兩端面， 保證其尺寸 67mm。留磨余量 0.3 至 0.5mm。 （3）劃線：劃出各孔位置，并在孔中心處鉆中心眼。 （4）孔加工:鉆孔 φ16mm、孔 φ13mm，鉆、攻 2×M10 螺紋底孔。 （5）銑凸凹模：在銑床上加工凸凹模。 （6）熱處理:淬火、回火，檢查硬度 58 至 62HRC。 （7）磨平面：在平面磨床上磨上下兩端面。 （8）磨外圓：在外圓磨床上磨外圓至要求尺寸。 29 （9）坐標磨削：在坐標磨床上磨削凹腔及其底面。 （10）精加工:鉗工精修刃口。 （11）檢驗 根據以上工藝路線，現編制凸凹模加工工藝卡如下： 零件名稱 凸凹模 零件編號 MJ04 零件簡圖 模具名稱 軸承端蓋 沖孔修邊 復合模 模具 編號 MJ00 材料牌號 45 號鋼 件數 1 毛坯種類 鍛件 毛坯尺 寸 見零件簡圖 工序號 工 序 名 稱 工 序 內 容 設備 二類工具 工時 備注 1 備料 下料鍛造并經退火處理 鋸床 2 車 床加 工 1、 車外圓 φ180.5mm、φ196.5mm、φ228.5mm 2、 車上下兩端面，保證尺寸 67mm，留磨 余量 0.3 至 0.5mm 車床 3 劃線 1、劃出孔 φ16mm、孔 φ13mm 以及螺紋底 孔 M10 位置 2、在各孔中心處鉆中心眼 4 孔加工 1、鉆孔 φ16mm、孔 φ13mm 達到圖樣要求2、鉆 2×M10mm 螺紋底孔、攻螺紋 鉆床 5 銑 凸凹 模 精銑凹槽 120×35mm 銑床 6 熱處理 淬火并回火，檢查硬度 58-62HRC 7 磨平面 在平面磨床上磨上下兩端面 ,達到尺寸67mm 平面磨床 等高墊塊 8 磨外圓 在外圓磨床上磨外圓 φ180.5mm、φ196.5mm、φ228.5mm，達 到 φ180mm、φ196mm、φ228mm 尺寸要 求 外圓磨床 9 坐標磨削 在坐標磨床上磨削凹槽及其底面，達到精度要求 坐標磨床 30 10精加工 鉗工精修刃口 11檢驗 精度檢驗、外觀檢查等 9.4 凸凹模的檢驗 凸凹模的檢驗包括以下幾個方面。 各加工的表面粗糙度以及外觀檢查：通常用表面粗糙度樣塊和目測的方法。 孔的尺寸精度檢驗：一般采用塞規(guī)或采用內徑千分尺、內徑千分表等萬能 量具。 孔和平面的幾何形狀精度：圓度或圓柱度誤差常用內徑千分尺、內徑千分 表檢驗；平面度誤差常用涂色法或用平尺和厚薄規(guī)檢驗，當精度要求較高時， 可采用一起檢驗。 孔的相互位置精度：孔心距、孔軸心線間平行度誤差、孔軸心線垂直度誤差 以及孔軸心線與端面垂直度誤差的檢驗可用檢驗棒、千分尺、百分表、直角尺 以及平臺等相互組合面進行測量；孔同軸度可用檢驗棒來測量，如果檢驗棒能 自由推入同軸線的內孔，即表明誤差在允許范圍內。 31 10.參考文獻 [1] 劉心治主編.冷沖壓工藝及模具設計[M].重慶:重慶大學出版社,2006.5～10 [2] 模具制造手冊 編寫