扣環(huán)沖壓模具的設(shè)計【彈簧座墊板】【沖孔落料復(fù)合?！俊緩澢！俊?套】,彈簧座墊板,沖孔落料復(fù)合模,彎曲模,2套,扣環(huán),沖壓,模具,設(shè)計,彈簧,座墊,沖孔,復(fù)合,彎曲,曲折
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系 別
專 業(yè)
班 級
姓 名
學(xué) 號
外文出處
附 件 1. 原文； 2. 譯文
2011年3月
熱沖壓模具冷卻系統(tǒng)的設(shè)計
摘要：
熱沖壓和高強度鋼材在汽車行業(yè)正越來越受歡迎。熱沖壓是通過加熱和按下推進器水冷工具來實現(xiàn)鋼板高強度的一種工藝，冷卻系統(tǒng)對該工藝的影響很大。本文提出了一種對冷卻管道系統(tǒng)進行優(yōu)化的設(shè)計過程,介紹一種在冷卻系統(tǒng)上進行有限元分析與一個特定的進化算法的優(yōu)化程序。通過對每個單獨程序組件進行了優(yōu)化設(shè)計,然后讓熱沖壓工藝和thermo-mechanically熱模擬相結(jié)合的優(yōu)化方案。
關(guān)鍵詞:
熱沖壓、有限元法(FEM),優(yōu)化
1概述
近年來,在不降低安全標準的前提下減輕重量已成為汽車工業(yè)的研究重點。熱沖壓、高強度鋼對此提供了可能性,不但降低重量而且提高了乘車的安全系數(shù)。為了達到高強度，利用熱沖壓將高強度鋼加熱奧氏體溫度范圍，然后對其進行迅速冷卻，馬氏體轉(zhuǎn)變發(fā)生。在熱沖壓工藝中,工件的溫度必須保持在200°C以上，實現(xiàn)高強度。到目前為止,很少有對冷卻系統(tǒng)進行研究的熱沖壓模具。
本文介紹了一種系統(tǒng)化的設(shè)計方法,熱沖壓工具與冷卻系統(tǒng)達到最佳而快速。在這個例子中,冷卻系統(tǒng)進行了優(yōu)化幫助進行有限元分析與一個特定的進化算法，隨后一系列的熱成形過程的數(shù)值thermo-mechanically熱模擬以及觀察傳熱和冷卻速率來優(yōu)化冷卻系統(tǒng)，在高溫的沖壓工刀具運動需要的時間相對整個過程的時間較短。因此,熱沖壓過程必須有足夠的工具、合理的準確性計算與短時間的快速設(shè)計。
模具的冷卻系統(tǒng)分析了包括這項議案的一項形成過程是很有必要的,可以提高預(yù)測精度。在本文中，第2章介紹了一輛汽車和其相應(yīng)的熱沖壓原件，第3章中介紹了優(yōu)化有限元分析的程序及進化算法。隨后,結(jié)果通過熱分析與熱、光的優(yōu)化為熱沖壓模具設(shè)計提供了科學(xué)依據(jù)。
2熱沖壓模具的冷卻
2.1動機
提高了工藝流程的經(jīng)濟性和優(yōu)化了成形零件的特點、熱沖壓才能達到設(shè)計最佳狀況。因此,本研究的主要目的是優(yōu)化設(shè)計一種在經(jīng)濟冷卻系統(tǒng)熱沖壓工具才能獲得有效的冷卻速率的工具。到目前為止,只有很少數(shù)的人進行了有關(guān)冷卻系統(tǒng)在熱沖壓工具的應(yīng)用。因此,先進的設(shè)計方法配以適當?shù)姆抡婺Ｐ屯瓿梢蟮膬?yōu)化調(diào)查，達到工具和產(chǎn)品的快速完成和盡可能的精確。
2.2熱沖壓和模具冷卻的工藝特點
在直接熱成形工藝中,quenchable boronmanganese合金鋼熱沖壓和模具冷卻是常用。同時,熱沖壓和模具冷卻是其中的一個具有代表意義的材料超高強度鋼。因此,在此研究中,熱沖壓和模具冷卻的鋁預(yù)表(阿塞洛USIBOR)被認為是空白的材料。材料熱沖壓和模具冷卻的拉伸強度600MPa在臨界狀態(tài),材料的拉伸強度通過熱沖壓工藝顯著增加。更高的抗拉強度達到了熱沖壓工藝是通過快速冷卻至少27°的速度C / s[2]。作為在奧氏體冷卻淬火過程非?？祚R氏體相變將發(fā)生。該微結(jié)構(gòu)提供與馬氏體與硬化的最終產(chǎn)品較高的抗拉強度達到1500兆帕。
2.3工具組件和檢驗
原型的組成及其熱沖壓工具運動學(xué)是如圖1所示,最初的空白，該試驗的一部分,在圖2。最初的空白的430mm尺寸x 1.75mm x 170mm和抽簽儀式提出了一種深度的檢驗的一部分是30毫米。
2.4沖壓模具冷卻系統(tǒng)
該工具設(shè)計必須考慮能夠達到的最大的降溫速率和熱沖壓零件的溫度分布均勻性。因此,冷卻系統(tǒng)需要被整合到工具。這冷卻系統(tǒng)冷卻管靠近工具輪廓目前認為是一種有效的解決方案。然而,冷卻管的幾何形狀限制因在鉆井和約束也應(yīng)放置導(dǎo)管盡可能在盡可能的靠近但足以有效的冷卻遠離工具輪廓,以避免任何塑性變形在熱成形工藝的工具。保證滿意繪制部分的特點,整個活躍部位，該工具(沖壓、模具、壓邊及解決沖床)需要設(shè)計冷卻充分。
3冷卻系統(tǒng)的設(shè)計
3.1優(yōu)化的進化算法
圖3為每個工具的優(yōu)化程序。為優(yōu)化程序設(shè)計的冷卻系統(tǒng)呈現(xiàn)在圖3。在這個過程中,冷卻在每個通道可優(yōu)化工具通過具體的進化算法(EA),這是在發(fā)達的ISF(Institut Fertigung皮毛Spannende多特蒙德,大學(xué)德國),為優(yōu)化注塑工具適用于設(shè)計和冷卻系統(tǒng)在熱沖壓件工具[3、4]。作為約束條件進行優(yōu)化,可得到的大小的連接器和插座,最低的墻以及nonintersection厚度的鉆孔因素也被考慮在內(nèi)。反推最小距離冷卻風管和卸之間/裝載工具輪廓(a / x)和最小距離冷卻管(s)通過有限元分析確定。參數(shù)的冷卻系統(tǒng)如通道的數(shù)量(一根鏈條上的序貫孔),鉆孔每通道和直徑的孔洞每個工具組件也提供作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入?yún)?shù)的優(yōu)化。這些輸入?yún)?shù)可從現(xiàn)有的設(shè)計通過有限元模擬指南或?；谳斎氤跏冀馍呻S機參數(shù)通過EA或手動,由用戶。從初始解,EA創(chuàng)造新的解決方案經(jīng)過重組的電流修改他們的解決方案和隨機的。定義了隨后被用于約束的校正生成的解決方案和消除作廢的解決方案。所有的生成方案最優(yōu)標準等進行有效的冷卻率和均勻冷卻。最后,最好的解決辦法為優(yōu)化冷卻通道選擇對選定的工具組件
3.2冷卻通道的優(yōu)化
在我們的研究,選定的管的直徑對8毫米和12mm 8毫米,12mm沖床、毫米到16毫米之間死亡,8毫米和10毫米反凸模和8毫米為空白持有人。EA是用于儲放冷卻通道根據(jù)給定的輸入翻案和約束條件每個工具組件。優(yōu)化后的型材的8毫米直徑的渠道,為管道在圖4。
4最佳冷卻系統(tǒng)的評價
冷卻通道的渠道設(shè)計產(chǎn)生EA每個工具組件以不同的孔直徑和其冷卻性能進行了評估,采用鐵模擬。
4.1熱學(xué)分析
在設(shè)計和開發(fā)階段的熱沖壓件工具,這是很重要的,估計熱沖壓工藝定性和定量地在很短的時間經(jīng)濟制造的工具。為了這個目的,兩個瞬態(tài)熱模擬的基礎(chǔ)上進行利用ABAQUS /標準,一個隱式方法。在這個分析1.2379曾被選為鋼的刀具材料。這仿真模型包含4工具組件:沖床,死亡,壓邊和反拳。如表1所,選擇與優(yōu)化組合的零件冷卻通道的方法。V1是這種變體組合優(yōu)化工具和小冷卻風管直徑大,而變種冷卻風管。V2直徑。表1:設(shè)計工具的組合進行有限元分析。摘要為了代表一系列生產(chǎn)流程,一個循環(huán)數(shù)的熱沖壓的過程模擬為一個周期傳熱分析。圖5的表明有限元模型包括邊界conditionsFigure 5:有限元模型和邊界條件。這種熱成形工藝的部分的樣機這樣的設(shè)計周期時間是30秒。在一個周期內(nèi),沖壓運動的形成需要3秒,這種工具關(guān)閉了17秒的空白,它可以使淬火另一個10秒開發(fā)工具和定位的下一步空白的工具。然而,在這種熱分析運動和變形工具坯料的卻沒有考慮到減少了計算量。因此,只有進行了傳熱分析是在一個封閉的工具。在熱分析、淬火過程耗時的地方2017秒秒來代替,因為運動沖壓不考慮。假定空白有一個最初的穩(wěn)態(tài)溫度(Tb,0°C)由于850從950°C冷卻免費在轉(zhuǎn)運環(huán)境。最初的工具的溫度(Tt,0)假設(shè)為20°C在第一個周期和變化周期周期。冷卻介質(zhì)的溫度(Tc)假設(shè)為室溫。邊界的旁邊條件、材料性能的熱沖壓和模具冷卻的工藝要求從熱拉伸試驗,獲得了LFT舉辦(Lehrstuhl皮毛Fertigungstechnologie,大學(xué)Erlangen-Nurnberg、德國),和他在一起共同研究在熱沖壓被帶領(lǐng)[2]。在分析中,對流從空白和工具的環(huán)境(他),辦理在每一個工具,對流從工具融入到冷卻通道(hc)和傳熱熱空白是considered. c)工具(Here,??c,是the(CHTC接觸傳熱系數(shù)),描述了熱通量的數(shù)量從毛坯到工具。這通常取決于系數(shù)之間的差距的工具和d空白和接觸壓力p .它增加通常是作為接觸壓力的增加而增加。然而,在熱分析了CHTC壓力是無效的,依賴但是差距是使用相關(guān)系數(shù)。CHTC是假設(shè)為5000W°C / m2在零距離之間的空白和工具(缺口)和保持常數(shù),直到差距的增加而增加超越批判價值。
4.2 機械分析
仿真與傳統(tǒng)熱成形是不同的板料成形過程模擬,其中的分布規(guī)律在溫度或壓力的工具被忽視。為快速又簡單的方法去分析熱成形工藝的工具與空白被建成有殼單元在其他的研究[5,6]。在這些研究中,研究溫度可能是分布式沿厚度的殼元素和用戶自定義函數(shù)的溫度,但這件工具是內(nèi)溫度不考慮。同時,在仿真模型的加熱,在一系列的工具熱沖壓過程不被考慮。此外,殼模型,對接觸熱的問題只是足夠于相對較短的接觸時間[6]。因此,我們在研究工具和空白與體積元模擬仿制的順序的在一系列的傳熱過程。熱力的進行仿真是ABAQUS /顯性。在熱分析、比較,整個形成和淬火工藝是仿制,而動態(tài)溫度和應(yīng)力響應(yīng)的工具進行了模擬接觸熱利用空白time-temperature依賴流動應(yīng)力曲線。熱更準確地表達了轉(zhuǎn)會應(yīng)該使用在接觸壓力CHTC場所依賴改變在形成過程。此外,氣溫依賴的熱導(dǎo)率和比熱也會考慮。然而,在通過熱分析,為號元素的增加,鐵的復(fù)雜性問題顯著的增加。在傳統(tǒng)的成形有限元模擬提出了一種自適應(yīng)網(wǎng)格可以通常用來閑了仿真時間,來獲得更多的精確解接觸面積。然而,自適應(yīng)網(wǎng)格細化在計算在熱力不穩(wěn)定的原因分析。因此,一個雅致的網(wǎng)格更高的沖壓速度被認為是減少模擬時間。傳熱系數(shù)的結(jié)垢因此,獲得相同的熱通量[7]。
江 陰 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院
畢業(yè)設(shè)計(論文)教學(xué)手冊
機電工程系
系
模具設(shè)計與制造
專業(yè)
12模具1
班
學(xué)生姓名
徐熔濤
設(shè)計(論文)題目
扣環(huán)沖壓模具的設(shè)計
專 題
同課題學(xué)生
指導(dǎo)老師
沈杏林
職稱
副教授
工作單位
江陰職業(yè)技術(shù)學(xué)院
指導(dǎo)老師
朱國興
職務(wù)
副總經(jīng)理
工作單位
江陰恒鼎特鋼股份有限公司
系指導(dǎo)小組組長
龐曉琛
校指導(dǎo)委員會主任
張慶堂
起止時間：
2014
年
9
月至
2014
年
12
月
設(shè)計(論文)題目：扣環(huán)沖壓模具的設(shè)計
專題:
課題簡介（主要介紹課題的來源、性質(zhì)及目的意義）：
研究背景：本課題主要對扣環(huán)的繪制和設(shè)計, 而扣環(huán)用于生活中各種重要的物件上，使我們在生活中享受了諸多方便。
意義：綜合運用自己所學(xué)的專業(yè)知識和鍛煉自己解決實際問題的能力、提高自己的動手能力及獨立完成課題的能力，通過反復(fù)的思考于推敲，不斷的完善，使自己充分掌握模具制造和設(shè)計的基本流程和方法，為以后的工作打下基礎(chǔ)。
設(shè)計(論文)任務(wù)的主要內(nèi)容(主要說明基本條件、設(shè)計內(nèi)容、方法、思路或構(gòu)想及主要成果)：
設(shè)計方案：
1取得必要的資料，并分析零件的沖壓工藝性 2確定工藝方案及模具的結(jié)構(gòu)形式 3進行必要的工藝計算 4模具總體設(shè)計 5模具主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 6 選擇沖壓設(shè)備 7繪制模具總圖 8繪制各非標準零件圖 9編寫設(shè)計計算說明書 10總結(jié)。
畢業(yè)設(shè)計（論文）成果（主要指實物、圖紙、圖畫、論文、論著和調(diào)研報告等作品以及任務(wù)書、說明書）的主要要求：
目標：通過畢業(yè)設(shè)計，強化自己的專業(yè)知識與CAD、Pro/E等繪圖軟件的使用，學(xué)會獨自分析問題和解決問題的能力，同時提高自己的實際操作能力，為就業(yè)打好基礎(chǔ)。
基本內(nèi)容：落料沖孔折彎復(fù)合模一套，圖幅量3張0#圖紙，說明書1份，字數(shù)8000或30頁以上。
重點與難點：沖壓工藝的分析與模具裝配圖的繪制，說明書規(guī)范的編寫。
主要創(chuàng)新點：沖壓工藝方案的優(yōu)化。
研究的可行性：在生產(chǎn)生活中應(yīng)用廣泛，具有實踐意義。
參考文獻及資料等:
[1]馬永林. 機構(gòu)與機械零件[M]. 高等教育出版社，1990
[2]柳耕慧. 公差配合與技術(shù)測量[M]. 高等教育出版社，1991
[3]姜書全. 機械原理與機械零件[M]. 高等教育出版社，1988
[4]隋明陽. 機械設(shè)計基礎(chǔ)[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2002.2
[5]徐灝. 新編機械設(shè)計師手冊[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，1986
學(xué) 生（簽名） 徐熔濤 2014 年 9 月 13 日
指導(dǎo)老師（簽名） 2014 年 9 月 13 日
表1：畢 業(yè) 設(shè) 計（論文）任 務(wù) 書
江陰職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告
江陰職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）
開 題 報 告
題 目 扣環(huán)沖壓模具的設(shè)計
姓 名 徐熔濤 學(xué) 號 12020316
系 部 機電工程系
專 業(yè) 模具設(shè)計與制造
指導(dǎo)教師 沈杏林 職 稱 副教授
2014年09月10日
說 明
1、畢業(yè)設(shè)計（論文）工作開始之前，學(xué)生填寫江陰職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告。
2、學(xué)生要認真填寫畢業(yè)設(shè)計（論文）工作在開始之前所進行的準備工作和對畢業(yè)設(shè)計（論文）的整體構(gòu)思設(shè)計。指導(dǎo)教師要對學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文）的準備和整體構(gòu)思做出評價。
3、本開題報告的各部分內(nèi)容要完整，必須用黑墨水筆工整書寫，或按統(tǒng)一設(shè)計的電子文檔標準格式打印所有簽字必須齊全。系部的工作檢查將以此作為主要依據(jù)。
4、本開題報告填寫完整后，與畢業(yè)設(shè)計（論文）一起交給指導(dǎo)教師，作為畢業(yè)設(shè)計（論文）成績考核的主要依據(jù)材料。
5、評定成績后，《江陰職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告》與《江陰職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書》要統(tǒng)一交到系辦公室。成績優(yōu)秀的畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告、任務(wù)書、畢業(yè)設(shè)計（論文）由系部復(fù)制后，存到教務(wù)處實訓(xùn)科和學(xué)院檔案室各1份，其它由系部保存，以備檢查、評估。
江陰職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告
1、畢業(yè)設(shè)計（論文）題目
扣環(huán)沖壓模具的設(shè)計
2、題目來源
（科研、生產(chǎn)、教學(xué)、其它）
本課題來源于實際生產(chǎn)
3、畢業(yè)設(shè)計（論文）的研究背景和意義
研究背景：本課題主要對扣環(huán)的繪制和設(shè)計, 而扣環(huán)用于生活中各種重要的物件上，使我們在生活中享受了諸多方便。
意義：綜合運用專業(yè)知識和鍛煉自己解決實際問題的能力、提高自己的動手能力及獨立完成課題的能力，使自己充分掌握模具制造和設(shè)計的基本流程和方法，為以后的工作打下基礎(chǔ)。
4、畢業(yè)設(shè)計（論文）的目標、基本內(nèi)容、重點與難點、主要創(chuàng)新點，研究的可行性
目標：通過畢業(yè)設(shè)計，強化自己的專業(yè)知識與CAD、Pro/E等繪圖軟件的使用，學(xué)會獨自分析問題和解決問題的能力，同時提高自己的實際操作能力，為就業(yè)打好基礎(chǔ)。
基本內(nèi)容：落料沖孔折彎復(fù)合模一套，圖幅量3張0#圖紙，說明書1份，字數(shù)8000或30頁以上。
重點與難點：沖壓工藝的分析與模具裝配圖的繪制，說明書規(guī)范的編寫。
主要創(chuàng)新點：沖壓工藝方案的優(yōu)化。
研究的可行性：在生產(chǎn)生活中應(yīng)用廣泛，具有實踐意義。
5、主要參考資料及使用的原始資料（參考資料必須有著作、論文、網(wǎng)站和其它類，不得少于15冊）
著作類
[1]馬永林. 機構(gòu)與機械零件[M]. 高等教育出版社，1990
[2]柳耕慧. 公差配合與技術(shù)測量[M]. 高等教育出版社，1991
[3]姜書全. 機械原理與機械零件[M]. 高等教育出版社，1988
[4]隋明陽. 機械設(shè)計基礎(chǔ)[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2002.2
[5]徐灝. 新編機械設(shè)計師手冊[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，1986
[6]周勤芳. 公差與技術(shù)測量[M]. 上海：上海交通大學(xué)出版社，2004
[7]徐茂功. 公差配合與技術(shù)測量[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，1995
[8]諶康燾. 機械制圖（第三版)[M]. 上海：上海交通大學(xué)出版社，2004
[9]陳炎嗣. 多工位級進模設(shè)計與制造[M]. 機械工業(yè)出版社，2006
[10林清安. Pro/Engineer零件設(shè)計[M].高立圖書有限公司出版，2005
[11]何慶. 機械制造專業(yè)畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)與范例[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.10
[12]龔淮義.機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計指導(dǎo)書（第二版）[M]. 北京：高等教育出版社，1990
[13]范有發(fā).沖壓成型設(shè)備[M].北京： 機械工業(yè)出版社,2001.7
[14]郭鐵良.模具制造工藝學(xué)[M].北京： 高等教育出版社,2002.7
[15]中國大百科全書編委會. 中國大百科全書.機械工程[M]. 北京：中國大百科全書出版社，1987
網(wǎng)站類
1.沖壓模具設(shè)計分析網(wǎng)www.hotmold.com/
2.中國國際模具網(wǎng)http://www.mouldintl.com/
3.中國制造網(wǎng)http://cn.made-in-china.com/
4.中華模具網(wǎng)http://www.mould365.com/index.shtml
5.設(shè)計聯(lián)盟網(wǎng)http://www.158mold.com/
6.DMS塑膠模具設(shè)計資料:無憂商務(wù)網(wǎng)：http://www.5ucom.com/downnew/mj/242871.sh
畢業(yè)設(shè)計（論文）整體構(gòu)思設(shè)計
畢業(yè)設(shè)計（論文）的整體構(gòu)思（設(shè)計類：方案；論文類：提綱）
設(shè)計方案：
1取得必要的資料，并分析零件的沖壓工藝性 2確定工藝方案及模具的結(jié)構(gòu)形式 3進行必要的工藝計算 4模具總體設(shè)計 5模具主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 6 選擇沖壓設(shè)備 7繪制模具總圖 8繪制各非標準零件圖 9編寫設(shè)計計算說明書 10總結(jié)
畢業(yè)設(shè)計（論文）的主要研究手段、方法（含學(xué)校實驗室條件）
通過查找必要的資料，并通過嚴格的計算，設(shè)計出符合標準的模具。
畢業(yè)設(shè)計（論文）的進度安排
第一階段 準備工作 2014年06月01日～2014年08月30日
第二階段 方案調(diào)研 2014年09月01日～2014年09月15日
第三階段 畢業(yè)設(shè)計（論文） 2014年09月16日～2014年12月15日
第四階段 畢業(yè)答辯 2014年12月16日～2014年12月25日
第五階段 資料歸檔 2014年12月26日～2014年12月30日
指導(dǎo)教師意見：（對題目、深度、廣度、工作量、工作準備的意見，對結(jié)果的預(yù)測、期待等）
該課題選題于企業(yè)實際產(chǎn)品，難度適中，工作量適當，課題符合專業(yè)培養(yǎng)目標。課題己作充分調(diào)研和收集資料的準備工作。研究的主要內(nèi)容和方法恰當，進度安排合理。
符合要求,同意開題
指導(dǎo)教師簽字：沈杏林 2014年 9 月 15 日
專業(yè)指導(dǎo)小組意見：
符合要求,同意開題
專業(yè)指導(dǎo)小組長簽字：龐曉琛 2014年 9月 15 日
系指導(dǎo)委員會意見：
符合要求,同意開題
系畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)委員會主任簽字：周宏雷 2014年9 月 15 日
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江陰職業(yè)技術(shù)學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計（論文）
題 目 扣環(huán)沖壓模具的設(shè)計
姓 名 徐熔濤 學(xué) 號 12020316
系 部 機電工程系
專 業(yè) 模具設(shè)計與制造
指導(dǎo)教師 沈杏林 職 稱 副教授
摘 要
本課程設(shè)計重點是沖裁、彎曲兩個基本工序及其模具的計算和設(shè)計，本課程設(shè)計在沖壓基本理論的基礎(chǔ)上，詳盡的針對沖裁模和彎曲模的設(shè)計原理、方法的應(yīng)用，還特別對沖裁、各類彎曲工藝及模具的設(shè)計計算。本文介紹的模具實例結(jié)構(gòu)簡單實用，使用方便可靠，首先根據(jù)工件圖算工件的展開尺寸，在根據(jù)展開尺寸算該零件的壓力中心，材料利用率，畫排樣圖。根據(jù)零件的幾何形狀要求和尺寸的分析，采用復(fù)合模沖壓，這樣有利于提高生產(chǎn)效率，模具設(shè)計和制造也相對于簡單。當所有的參數(shù)計算完后，對磨具的裝配方案，對主要零件的設(shè)計和裝配要求技術(shù)要求都進行了分析。
關(guān)鍵詞：沖裁；沖壓 ；設(shè)計；彎曲
目 錄
1 緒論………………………………………………………………………………..1
2 沖裁彎曲件的工藝設(shè)計…………………………………………………………..1
3 確定工藝方案及模具的結(jié)構(gòu)形式………………………………………………..2
4 模具設(shè)計工藝計算………………………………………………………………..3
4.1 計算毛坯尺寸 …………………………………………………………...…..3
4.2 排樣、計算條料寬度及距的確定……………………………………….......5
4.2.1 搭邊值的確定…………………………………………………… …….5
4.2.2 條料寬度的確定………………………………………………..............7
4.2.3 到料板間距的確定……………………………………………………..7
4.2.4 排樣……………………………………………………………………..8
4.2.5 材料利用率的計算……………………………………………………..8
5 沖裁力的計算……………………………………………………………………10
5.1 計算沖裁力的公式………………………………………………………….10
5.2 總的沖裁力、卸料力、推件力、頂件力、彎曲力和總的沖壓力……….11
5.2.1 總的沖裁力……………………………………………………………11
5.2.2 卸料力FQ的計算……………………………………………………..12
5.2.3 推料力FQ1的計算……………………………………………………12
5.2.4 頂件力FQ2的計算………………………………………………….....12
5.2.5 彎曲力FC的計算……………………………………………………...13
5.2.6 總沖壓力的計算……………………................................................. ..14
6 模具壓力中心與計算............................................................................................14
7 沖裁間隙的確定…………………………………………………………………15
8 刃口尺寸的計算…………………………………………………………………16
8.1 刃口尺寸計算的基本原則………………………………………………….16
8.2 刃口尺寸的計算…………………………………………………………….17
8.3 計算凸、凹模刃口的尺寸………………………………………………….18
8.4 沖裁刃口高度……………………………………………………………….21
8.5 彎曲部分刃口尺寸的計算………………………………………………….21
8.5.1 最小彎曲半徑…………………………………………………………21
8.5.2 彎曲部分工作尺寸的計算……………………………………………22
9 模具總的結(jié)構(gòu)設(shè)計………………………………………………………………25
9.1 模具類型的選擇…………………………………………………………….25
9.2 定位方式的選擇…………………………………………………………….25
9.3 卸料方式的選擇…………………………………………………………….25
9.4 導(dǎo)向方式的選擇…………………………………………………………….25
10 主要零部件的設(shè)計……………………………………………………………..26
10.1 工作零件的設(shè)計…………………………………………………………...26
10.1.1 凹模的設(shè)計…………………………………………………………26
10.1.2 凸凹模的設(shè)計………………………………………………………27
10.1.3 外形 凸模的設(shè)計………………………………………………… ..27
10.1.4 內(nèi)孔凸模的設(shè)計……………………………………………………28
10.1.5 彎曲凸模的設(shè)計……………………………………………………28
10.2 卸料部分的設(shè)計…………………………………………………………...29
10.2.1 卸料板的設(shè)計 ……………………………………………………..29
10.2.2 卸料彈簧的設(shè)計…………………………………………………....29
10.3 定位零件的設(shè)計…………………………………………………………...31
10.4 模架及其他零部件的設(shè)計………………………………………………...31
10.4.1 上下模座…………………………………………………………....31
10.4.2 模柄………………………………………………………………....32
10.4.3 模具的閉合高度…………………………………………………....32
11 模具總裝圖……………………………………………………………………..33
12 壓力機的選擇 …………………………………………………………………33
總結(jié)…………………………………………………………………………………..34
致謝…………………………………………………………………………………..35
參考文獻......................................................................................................................36
附錄…………………………………………………………………………………..37
2 扣環(huán)的工藝分析
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。
圖2—1 零件圖
如圖2—1所示零件圖。
生產(chǎn)批量：大批量;
材料： LY21
該材料，經(jīng)退火及時效處理，具有較高的強度、硬度，適合做中等強度的零件。
尺寸精度：零件圖上的尺寸除了1個孔的定位尺寸標有偏差外，其他的形狀尺寸均未標注公差，屬自由尺寸，可安IT14級確定工件的公差。
表1.2部分標準公差值（GB/T1800.3—1998）
公差等級
IT6
IT7
IT8
IT9
IT10
IT11
IT12
IT13
IT14
IT15
基本尺寸
/μm /mm
＞3～6
8
12
18
30
48
75
0.12
0.18
0.30
0.48
＞6～10
9
15
22
36
58
90
0.15
0.22
0.36
0.58
＞10～18
11
18
27
43
70
110
0.18
0.27
0.43
0.70
＞18～30
13
21
33
52
84
130
0.21
0.33
0.52
0.84
＞30～50
16
25
39
62
100
160
0.25
0.39
0.62
1.00
＞50～80
19
30
46
74
120
190
0.30
0.46
0.74
1.20
＞80～120
22
35
54
87
140
220
0.35
0.54
0.87
1.40
經(jīng)查公差表，各尺寸公差為：?30 +0.30 7 0-0.36 17 0-0.43 120-0.43
工件結(jié)構(gòu)形狀：制件需要進行落料、沖孔、彎曲三道基本工序，尺寸較小。
結(jié)論：該制件可以進行沖裁
制件為大批量生產(chǎn)，應(yīng)重視模具材料和結(jié)構(gòu)的選擇，保證磨具的復(fù)雜程度和模具的壽命。
3 確定工藝方案及模具的結(jié)構(gòu)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;
(1) 落料——彎曲——沖孔；單工序模沖壓
(2) 落料——沖孔——彎曲；單工序模沖壓。
(3) 沖孔——落料——彎曲；連續(xù)模沖壓。
(4) 沖孔——落料,然后進行彎曲；復(fù)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(nèi)
完成一個沖壓工序的沖裁模。由于此制件生產(chǎn)批量大，尺寸又較這兩種方案生產(chǎn)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(jié)構(gòu)尺寸小，厚度小，連續(xù)模結(jié)構(gòu)復(fù)雜，又因落料在前彎曲在后，必然使彎曲時產(chǎn)生很大的加工難度，因此，不宜采用該方案。
方案（4）屬于復(fù)合沖裁模，復(fù)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(fù)合模沖裁，其模具結(jié)構(gòu)沒有連續(xù)模復(fù)雜，生產(chǎn)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(fù)合沖裁。
4 模具總體結(jié)構(gòu)設(shè)計
4.1 模具類型的選擇
???? ?由沖壓工藝分析可知，采用復(fù)合沖壓，所以模具類型為復(fù)合模。
4.2定位方式的選擇
? ?因為該模具采用的是條料，控制條料的送進方向采用導(dǎo)料銷，有側(cè)壓裝置?？刂茥l料的送進步距采用導(dǎo)正銷定距。
4.3卸料方式的選擇
? 因為工件料厚為1.2mm，相對較薄，卸料力不大，故可采用彈性料裝置卸料。
4.4導(dǎo)向方式的選擇
? 為了提高模具壽命和工件質(zhì)量，方便安裝調(diào)整，該復(fù)合模采用對角導(dǎo)柱的導(dǎo)向方式。
5 模具設(shè)計工藝計算
5.1計算毛坯尺寸
相對彎曲半徑為：R/t=6/1.2=5>0.5
式中：R——彎曲半徑（mm）
t——材料厚度（mm）
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(yīng)該先
求變形區(qū)中性層曲率半徑β（mm）。
β=r0+kt 公式(5—1)
式中：r0——內(nèi)彎曲半徑
t——材料厚度
k——中性層系數(shù)
表5—1 板料彎曲中性層系數(shù)
r0/t
0.1
0.2
0.25
0.3
0.4
0.5
0.6
0.8
1.O
K1(V)
0.30
0.33
0.35
0.36
0.37
0.38
0.39
0.41
0.42
K2(U)
0.23
0.29
0.31
0.32
0.35
0.37
0.38
0.40
0.41
K3(O)
—
—
—
—
—
0.72
0.70
0.67
0.63
r0/t
1.2
1.5
1.8
2
3
4
5
6
8
K1(V)
0.43
0.45
0.46
0.46
0.47
0.48
0.48
0.49
0.50
K2(U)
0.42
0.44
0.45
0.45
0.46
0.47
0.48
0.49
0.50
K3(O)
0.49
0.56
0.52
0.50
查表5—1，K=0.45
根據(jù)公式5—1 β= r0+kt
=0.38+0.45X1.2
=4.34（mm）
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：
LO=∑L直+ ∑L彎 公式（5—2）
式中： LO——彎曲件毛坯張開長度 （mm）
∑L直 ——彎曲件各直線部分的長度 （mm）
∑L彎——彎曲件各彎曲部分中性層長度之和（mm）
在圖5—1中： A= 公式（5—3）
COS∠P=(RA+RC-B)/(RA+RC) 公式（5—4）
RA=3.8+0.6=4.4 （mm） RC=1.2+0.6=1.8（mm） B=3.8（mm）
根據(jù)公式5—3 A=
=2×3.8(4.4+1.8)-3.82
≈5.6（mm）
根據(jù)公式5—4 COS∠P= (RA+RC-B)/(RA+RC)
= ( 4.4+1.6-3. 8)/(4.4+1.6)
= 0.367
則 ∠P=carCOS0.367=68.47。
2∠P=2×68.47。=136.94。
根據(jù)公式5—2 ∑L直=L總長-2A
=20-2×5.6
=8.8（mm）
∑L彎=2πβ（∠P／180+∠P／180）
=2×3.14×4.34×(68.47/180+68.47/180)
=42.7（mm）
LO =∑L直+ ∑L彎
=51.5（mm）
取LO=51.5（mm）
根據(jù)計算得：工件的展開尺寸為51.5×7（mm）,如圖4—2所示。
圖5—2 尺寸展開圖
5.2排樣、計算條料寬度及步距的確定
5.2.1搭邊值的確定
排樣時零件之間以及零件與條料側(cè)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(zhì)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?；蛴绊懰土瞎ぷ?。
搭邊值通常由經(jīng)驗確定，表所列搭邊值為普通沖裁時經(jīng)驗數(shù)據(jù)之一。
表5—2 搭邊a和a1數(shù)值
表5.1搭邊值和側(cè)邊值
材料厚度t
手動送料
自動送料
圓形
非圓形
往復(fù)送料
a
a1
a
a1
a
a1
a
a1
1以下
1.5
1.5
2
1.5
3
2
1～2
2
1.5
2.5
2
3.5
2.5
3
2
2～3
2.5
2
3
2.5
4
3.5
3～4
3
2.5
3.5
3
5
4
4
3
4～5
4
3
5
4
6
5
5
4
5～6
5
4
6
5
7
6
2.0
5
該制件是矩形工件，根據(jù)尺寸從表4—2中查出：兩制件之間的搭邊值a1=1.2（mm）,側(cè)搭邊值a=1.5(mm)。
由于該制件的材料使LY21—Y（硬鋁），所以兩制件之間的搭邊值為：
取a1=2(mm)
取a=2.5(mm)
5.2.2條料寬度的確定
計算條料寬度有三種情況需要考慮；
有側(cè)壓裝置時條料的寬度。
無側(cè)壓裝置時條料的寬度。
有定距側(cè)刃時條料的寬度。有定距側(cè)刃時條料的寬度。
有側(cè)壓裝置的模具，能使條料始終沿著導(dǎo)料板送進。
條料寬度公式：
B=（D+2a） 公式（5—2）其中條料寬度偏差上偏差為0，下偏差為—△，見表4—3條料寬度偏差。
D ——條料寬度方向沖裁件的最大尺寸。
a——側(cè)搭邊值。
查表4—3條料寬度偏差為0.15
根據(jù)公式4 —1 B=（D+2a）
=（51.5+2×2.5）0-0.1
=56.50-0.1
表5—3 條料寬度公差(mm)
條料寬度
B/mm
材料厚度t/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
5.2.4 排樣
根據(jù)材料經(jīng)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(jié)構(gòu)，降低沖裁力，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?jīng)_裁件的斷面質(zhì)量。
5.2.5材料利用率的計算：
沖裁零件的面積為：通過測量得到S=353.16mm2
沖裁零件的周長為：L=126.35 mm
一個步距內(nèi)的材料利用率為：
n11=(nF/Bh)×100%
n為一個步距內(nèi)沖件的個數(shù)。
n11=(nF/Bh)×100%
=81.96%
圖5—3 排樣圖
6 沖裁力的計算
6.1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(shè)計模具和檢驗?zāi)＞叩膹姸?，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=KptLτ 公式（6—1）
式中 τ——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?jīng)_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(xué)性能與厚度公差的變化等因數(shù)而設(shè)置的安全系數(shù)Kp，一般取1~3。當查不到抗剪強度r時，可以用抗拉強度σb代替τ，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(xué)性能查出LY21—Y的抗剪強度為280～310(MPa)，
取τ=300(MPa)
6.2 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壓卸料裝置和自然落料方式?？偟臎_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(xué)性能查出LY21—Y的抗剪強度為280～310(MPa )
6.2.1 總沖裁力：
Fp=KptLτ
=1×1.2×126.35×300
=45.486(KN)
表6—5 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
＞0.5~0.25
＞2.5~6.5
＞6.5
0.065~0.075
0.045~0.055
0.04~0.05
0.03~0.04
0.02~0.03
0.1
0.063
0.055
0.045
0.025
0.14
0.08
0.06
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)，后的材料取小直，薄材料取值。
6.2.2 卸料力FQ的計算
FQ=Kx Fp 公式(6—2)
K——卸料力系數(shù)。
查表6—5得KＸ＝0.025~0.08，取KＸ＝0.08
根據(jù)公式6—2 FQ=KＸ Fp
＝0.08×45.486
＝3.638(KN)
6.2.3推料力FQ1的計算
FQ1=KtFp 公式(6—3)
Kt——推料力系數(shù)。
查表6—5得Kt＝0.03~0.07, 取Kt=0.07
根據(jù)公式6—3 FQ1=KtFp
=0.07×45.486
≈3.18(KN)
6.2.4頂件力FQ2的計算
FQ2=KdFp 公式(6—4)
Kd——頂件力系數(shù)。
查表6—5得Kd＝0.03~0.07, 取Kt=0.07
根據(jù)公式6—4 FQ2=KdFp
=0.07×45.486
≈3.18(KN)
6.2.5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(zhì)量；彎曲件的形狀和尺寸；模具結(jié)構(gòu)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(jīng)驗公式進行慨略計算，以作為彎曲工藝設(shè)計和選擇沖壓設(shè)備的理論。
?形彎曲件的經(jīng)驗公式為：
Fu=0.7KBt2σb/γ+t 公式(6—5)
Fu——沖壓行程結(jié)束時不校正時的彎曲力。
B——γ彎曲件的寬度（mm）。
t——彎曲件的厚度（mm）。
γ——內(nèi)彎曲半徑（等于凸模圓角半徑）（mm）。
σb——彎曲拆料的抗拉強度(MPa)(查機械手冊σb=400(MPa)。
K——安全系數(shù)，一般取1.3.
根據(jù)公式6—5 Fu=0.7KBt2σb/(γ+t)
=0.7×1.3×25×1.22×400/(5+1.2)
=21.45(KN)
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%×21.45
=17.159(KN)
彎曲力: FC= Fu+ F壓
=21.45+17.15
=38.6(KN)
6.2.6總的沖壓力的計算
根據(jù)模具結(jié)構(gòu)總的沖壓力： F=Fp+FQ+FQ1+FQ2+FC
F=Fp+FQ+FQ1+FQ2+FC
=108.03(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—25。
7 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(yīng)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(chǎn)生偏心載荷，使滑塊和導(dǎo)軌間產(chǎn)生過大磨損，模具導(dǎo)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6—1所示：
圖7—1 壓力中心
8 沖裁模間隙的確定
設(shè)計模具時一定要選擇合理的間隙，以保證沖裁件的斷面質(zhì)量、尺寸精度滿足產(chǎn)品的要求，所需沖裁力小、模具壽命高，但分別從質(zhì)量，沖裁力、模具壽命等方面的要求確定的合理間隙并不是同一個數(shù)值，只是彼此接近?？紤]到制造中的偏差及使用中的磨損、生產(chǎn)中通常只選擇一個適當?shù)姆秶鳛楹侠黹g隙，只要間隙在這個范圍內(nèi)，就可以沖出良好的制件，這個范圍的最小值稱為最小合理間隙Cmin，最大值稱為最大合理間隙Cmax?？紤]到模具在使用過程中的磨損使間隙增大，故設(shè)計與制造新模具時要采用最小合理間隙值Cmin。
沖裁間隙的大小對沖裁件的斷面質(zhì)量有極其重要的影響，此外，沖裁間隙還影響模具壽命、卸料力、推件力、沖裁力和沖裁件的尺寸精度。沖裁過程中，凸模與被沖的孔之間，凹模與落料件之間均有摩擦，間隙越小，模具作用的壓應(yīng)力越大，摩擦也越嚴重，而降低了模具的壽命。較大的間隙可使凸模側(cè)面及材料間的摩擦減小，并延緩間隙由于受到制造和裝配精度的限制，雖然提高了模具壽命而，但出現(xiàn)間隙不均勻。因此，沖裁間隙是沖裁工藝與模具設(shè)計中的一個非常重要的工藝參數(shù)。
由于硬呂與中碳剛的間隙取值是一樣的，所以硬呂材料的間隙值與中碳剛的間隙取值一樣。
根據(jù)實用間隙表 8—1 查得材料的最小雙面間隙2Cmin=0.126mm，最大雙面間隙2Cmax=0.180mm
表8—1 沖裁模初始用間隙2c(mm)
材料
厚度
08、10、35、
09Mn、Q235
16Mn
40、50
65Mn
2Cmin
2Cmax
2Cmin
2Cmax
2Cmin
2Cmax
2Cmin
2Cmax
小于0.5
極小間隙
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
1.2
1.5
1.75
2.0
2.1
2.5
2.75
3.0
.3.5
4.0
4.5
5.5
6.0
6.5
8.0
0.040
0.048
0.064
0.072
0.092
0.100
0.126
0.132
0.220
0.246
0.260
0.260
0.400