658 玻璃升降器復合拉深模的設計【全套12張CAD圖+文獻翻譯+說明書】

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The flow defect that occurs in the piston-pin has bad effects onthe strength and the fatigue life of the piston-pin. Therefore, it is important to predict and prevent the defect in the early stage of processdesign. The best method that can prevent the flow defect is removing or reducing dead metal zone through the control of material flow.Finite element simulations are applied to analyze the flow defect. This study proposes new processes which can prevent the flow defect byremoving the dead metal zone. Then the results are compared with the results of experiments for verification. These FE simulation results are in good agreement with the experimental results. ? 2003 Elsevier Science B.V. All rights reserved. Keywords: Flow defect; Piston-pin; Material flow control; Forward–backward extrusion; Dead metal zone; FE simulation 目 錄 1 前言 5 1．1玻璃升降器的功用及拉深模的設計要求 5 2 沖裁工藝設計 7 2.1 沖裁工藝計算 7 2.1.1 工藝力和功的計算 7 2.1.2 壓力機的選擇 9 2.2 模具總體設計 9 2.2.1 模具類型的確定 10 2.2.2 操作方式的確定 10 2.2.3 定位、聯(lián)接型式的確定 10 2.2.4 模具壓力中心的確定 11 2.2.5 模具精度的確定 11 2.2.6模具閉合高度的初定 11 2.3 定位裝置 11 2.4 卸料裝置 11 2.4.1 卸料裝置的選擇 12 2.4.2 彈性元件的設計 12 2.5 落料凹凸模的設計 13 2.5.1 凸模結構的確定 13 2.5.2 凹模結構確定 14 2.5.3 凹凸模工作部分尺寸設計 14 2.5.4 凸凹模工作表面技術要求 16 2.5.5 凸凹模材料 16 2.6 導向裝置 16 2.6.1 導向裝置的選擇 16 2.6.2 導向裝置尺寸確定 16 2.7 模具其它主要零部件的設計 18 2.7.1 板料定位裝置的設計 18 2.7.2螺栓和銷釘?shù)倪x用 19 3工藝方案選擇 21 3.1 沖壓件的工藝確定 21 3.1.1 沖壓件的工藝分析 21 3.1.2 零件材料的分析 23 3.1.3確定工藝方案和模具形式 24 3.1.4落料尺寸的計算 25 3.2確定排樣方案 26 3.2.1確定排樣、裁板方案 26 3.3計算拉深次數(shù) 28 3.4拉深沖壓力的計算 29 3.4.1落料過程 29 3.4.2、拉深過程 30 3.4.3成型過程 31 3.5沖壓設備的選擇 32 3.6 分析比較和確定工藝方案 33 3.6.1計算毛坯尺寸需先確定翻邊前的半成品尺寸。 33 3.6.2計算拉深次數(shù) 34 3.6.3.確定工序的合并與工序順序 35 4 主要工藝參數(shù)的計算 39 4.1 確定各中間工序尺寸 39 4.2計算各工序壓力，選用壓力機 40 4.3 模具設計 44 4.3.1 模具結構形式選擇 44 4.3.2 卸料彈簧的選擇 45 4.3.3 模具工作部分尺寸和公差計算 45 4.3.4模具其它零件的結構尺寸計算 47 4.4 工作原理： 48 4.4.1首次拉深 48 4.4.2 二次拉深 48 4.4.3 三次拉深 48 4.4.4.沖壓工藝過程卡的編寫 48 結論 50 致 謝 51 1 前言 1．1玻璃升降器的功用及拉深模的設計要求 現(xiàn)在許多轎車門窗玻璃的升降(關閉和開啟)已經(jīng)拋棄了搖把式的手動升降方式，一般都改用按鈕式的電動升降方式，即使用電動玻璃升降器來控制，也就是常說的“電動門窗”。轎車用的電動玻璃升降器多是由電動機、減速器、導繩、導向板、玻璃安裝托架等組成。因?qū)ЮK的材料或制作工藝方式不同，又分為繩輪式、軟軸式和塑料帶式三種電動玻璃升降器。前二種是用鋼絲繩做為導繩，后一種是用塑料帶做為導繩。 　　以普遍使用的繩輪式電動玻璃升降器為例，它是由電動機、減速器、鋼絲繩、導向板和玻璃安裝托架等零部件組成，安裝時門窗玻璃固定在玻璃安裝托架上，玻璃導向槽與鋼絲繩導向板平行。 開啟電動機，由電動機帶動減速器輸出動力，拉動鋼絲繩移動玻璃安裝托架，迫使門窗玻璃作上升或下降的直線運動。而塑料帶式電動玻璃升降器的導繩采用塑料帶，帶上有孔，用來移動和定位塑料帶，控制門窗玻璃的升降。 電動玻璃升降器結構的關鍵是電動機和減速器，這兩者是組裝成一體的，其中電動機采用可逆性永磁直流電動機，電動機內(nèi)有兩組繞向不同的磁場線圈，通過開關的控制可做正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，也就是說可以控制門窗玻璃的上升或下降。 電動機是由雙聯(lián)開關按鈕控制，設有升、降、關等三個工作狀態(tài)，不操縱時開關自動停在“關”的位置上。操縱電路設有總開關（中央控制）和分開關，兩者線路并聯(lián)?？傞_關由駕車者，控制全部門窗玻璃的開閉，而各車門內(nèi)把手上的分開關由乘員分別控制各個門窗玻璃的開閉，操作十分便利。 電動機的質(zhì)量直接關系到電動玻璃升降器的正常工作，它一定要具有體積小、重量輕、防護等級高、噪聲低、電磁干擾小、運行可靠等特點。現(xiàn)代轎車已廣泛應用微電子技術，電機工作會發(fā)射電磁波干擾其它電器件的工作；前幾年通用汽車公司一篇售后分析報告顯示，近40%的電動玻璃升降器故障是由電動機密封性差引起的。因此，減少電磁干擾和解決電機密封性問題巳成為近年汽車電機技術的熱門話題。 90年代中期以來，電動玻璃升降器的控制機構技術發(fā)展很快，電子模塊控制形式大量應用于批量裝車，并設有安全保護裝置。例如博世公司生產(chǎn)的電動玻璃升降器系統(tǒng)，在電動機中埋植磁環(huán)，感應電機轉(zhuǎn)速，在電子模塊中埋植霍爾元件，感應電流，并通過電子模塊控制對電動機的過流、過壓及過熱保護，而且當玻璃上升途中遇到人力障礙時會自動識別而反向運行，防止乘員夾傷。 2 沖裁工藝設計 2.1 沖裁工藝計算 2.1.1 工藝力和功的計算 沖裁力是指沖裁過程中的最大抗力，它是合理地選用沖壓設備噸位和校檢模具強度的重要依據(jù)。影響沖裁力的因素很多，主要有材料的機械性能、厚度、沖裁件周邊長度、模具間隙以及刃口鋒利程度等。 （1） 沖裁力的計算 采用平刃凸模和凹模沖裁時，其沖裁力的計算公式 ·····································2.1 式中 ——沖裁力； ——沖裁件的周長（mm）； ——材料厚度（mm）； ——材料的抗剪強度。 如圖（一）所示，工件尺寸為，k=260,L=284,Ra=105,Rb=144,則 查附表1-1，取，工件厚度，故 ····················2.2 考慮到模具刃口的鈍化，凹模和凸模間隙不均勻，材料性能的波動和材料厚度的偏差等因素，實際所需沖裁力還應增加30%，即 則 （2） 卸料力和推件力的計算 當沖裁工作完成以后，沖下的工件（或廢料）沿徑向發(fā)生彈性收縮，同時，工件廢料還要力圖恢復彈性穹彎。這兩種彈性恢復的結果導致工件（或廢料）硬塞在凹模內(nèi)，廢料（或工件）箍緊在凸模上。從凸模上將工件（或廢料）卸下來的力叫卸料力。從凹模內(nèi)順著沖裁方向?qū)⒐ぜɑ驈U料）推出的力叫推料力。很顯然，這些力在選擇壓力機的噸位和設計模具時必須加以考慮。影響這些力的因素很多，主要有：材料的力學性能和厚度、工件形狀和尺寸、模具間隙、排樣的搭邊大小及潤滑情況等。由于這些因素的影響規(guī)律很復雜，難以準確計算。生產(chǎn)中常采用下列公式 ······································2.3 ······································2.4 式中 ——分別是卸料力、推件力（N） ——分別是卸料力系數(shù)、推件力系數(shù) ——沖裁力（N） ——同時梗塞在凹模內(nèi)的工件數(shù) 參見表2-13，取0.027，取0.05，取為8mm，，則 （3） 沖裁功的計算 選擇沖裁設備時，除了要計算沖裁力，使壓力機的公稱壓力大于沖裁力以外，還要進行沖裁功的驗算，使壓力機的每次行程功不超過額定的數(shù)值，以保證其電極不過載，飛輪轉(zhuǎn)速不致下降太多。平端刃口的沖裁功按下式計算 ··································2.5 式中 ——沖裁功(n.m) ——材料厚度（mm） ——沖裁力（N） ——系數(shù)，一般取為0.63 則 2.1.2 壓力機的選擇 沖壓設備選擇是沖壓工藝過程設計的一項重要內(nèi)容，它直接關系到設備的安全和使用的合理，同時也關系到?jīng)_壓工藝過程的順利完成及產(chǎn)品質(zhì)量、零件精度、生產(chǎn)效率、模具壽命、材料的性能與規(guī)格、成本的高低等一系列重要的問題。 （1） 設備類型的選擇 設備類型的選擇要依據(jù)沖壓件的生產(chǎn)批量、零件尺寸的大小、工藝方法與性質(zhì)及沖壓件的尺寸、形狀等要求來進行，除此之外，還應考慮到設備的精度與剛度以及生產(chǎn)現(xiàn)場的實際可能。壓力機的剛度是由床身剛度、傳動剛度和導向剛度三部分組成。如果剛度較差，負載終了和卸載時模具間隙會發(fā)生很大的變化，影響沖壓件的精度和模具壽命。綜合考慮以上各因素后參照表7-3[2]和表7-4[2]，并結合工廠現(xiàn)有設備情況，此沖模選用開式雙柱可傾壓力機。 （2） 設備規(guī)格的選擇 在選定設備類型后，進一步根據(jù)沖壓件的大小、模具尺寸及變形力來確定設備規(guī)格。沖裁時，壓力機必須大于或等于沖裁各工藝力的總和，本工件沖裁模采用彈壓卸料裝置和下出件的模具，故 為了提高設備的工作剛度、沖壓零件的精度及延長設備的壽命，要求設備容量留有40~30%的余 ，并結合工廠現(xiàn)有設備情況選用噸位為100t的壓力機，型號為 J23-100開式雙柱可傾壓力機。 2.2 模具總體設計 總體設計的任務包括： (1)模具類型的確定； (2)操作方式、進料方式的確定； (3)定位、聯(lián)接等型式的確定； (4)模具壓力中心的確定； (5)模具閉合高度的初定。 2.2.1 模具類型的確定 根據(jù)沖壓件的形狀、尺寸、精度要求等確定模具類型。 根據(jù)4.1節(jié)的計算，落料件的形狀（如圖所示），是有四段圓弧組成的橢圓形件，形狀比較簡單，呈中心軸對稱，尺寸精度要求也不高為IT13級，因此可以考慮選用簡單模。 2.2.2 操作方式的確定 雖然該沖壓件是進行大批量生產(chǎn)的，但考慮到工廠的現(xiàn)有生產(chǎn)條件，為了降低產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，而且落料件的尺寸精度要求不高，所以采用手工操作方式或半自動操作方式。 2.2.3 定位、聯(lián)接型式的確定 為了保證模具正常安全工作，模具中的定位和聯(lián)接件一定要可靠。 （1） 模板 在上下模板上安裝全部模具零件，構成模具的總體和傳遞壓力。模板不僅應該具有足夠的強度，而且還要有足夠的剛度。本模具將上模板與凸模、凸模固定板及墊板等裝配成一體，用四個螺釘緊固構成模具的上部分；下模板則與凹模等組成模具的下模不分。此外上下模兩部分還分別各對稱低用兩個圓柱銷銷緊，以防轉(zhuǎn)動和錯位。上下模架均采用標準模架，是用HT200鑄造而成。 （2） 模柄 模具的上部分通過模柄固定在沖床滑塊上。模柄的結構形式很多，常見的結構形式有帶凸緣模柄、壓入式模柄、旋入式模柄、浮動式模柄等等。本模具選用壓入式模柄，通過壓配合和附加的銷釘與模板固定聯(lián)接以防轉(zhuǎn)動與松動。模柄材料選用優(yōu)質(zhì)碳素鋼中的45號鋼。 （3） 凸模固定板與墊板 用凸模固定板將凸模聯(lián)接固定在模板的正確位置上。凸模固定板有圓形和矩形兩種，考慮到模具的總體結構這里選用凸模固定板。固定板與凸模采用過渡配合，壓裝后將凸模尾部與固定板一起磨平。凸模固定板用45號鋼加工。 （4） 坯料的定位和定向 見2.3節(jié)。 2.2.4 模具壓力中心的確定 根據(jù)圖（1）所示的落料件可知，落料件形狀呈軸對稱，其壓力中心即為工件的幾何中心，因此不需要進行模具壓力中心的計算。 2.2.5 模具精度的確定 落料件的精度要求不高為IT13級，參照表2-2-6，確定模具可按IT9級制造。 2.2.6模具閉合高度的初定 據(jù)2.1.2節(jié)知，模具選用J23-100型開式雙柱可傾壓力機，此壓力機所允許的最大裝模高度為380mm，最小裝模高度為250mm，初定模具閉合高度在[270，375]范圍之內(nèi)即可。 2.3 定位裝置 為了保證模具正常工作并沖出合格的制件，要求在送進的平面內(nèi)，坯料（塊料、條料）相對于模具的工作零件處于正確的位置。坯料在模具中的定位分兩個方面：送料方向上的定位（控制送料的進距）稱擋料和在與送料垂直方向上的定位稱送進導向。常見的送進導向方式有導銷式和導尺式，而限定條料送進距離的方式有擋料銷定距和側(cè)刀定距。本模具采用導料銷方式來對條料進行導向和擋料銷方式來對條料送進進行定距。導料銷的結構簡單，制造容易，只要保持條料沿導料銷一側(cè)送進，即可保證條料的正確的送進方向。這里把首次沖裁定距的擋料銷和后續(xù)沖裁的定距用擋料銷設計為一整體，其結構形式如圖（）所示，而且要注意把其正上方的卸料板挖空，其工作原理是：利用彈簧的可壓縮性來獲得第一次定距和后續(xù)定距的距離差，當模具進行第一次沖裁時，只要把條料沿導料銷往里送料，碰到擋料銷時使擋料銷條料一起運動而壓縮彈簧，當擋料銷運動到不可繼續(xù)運動的的時候即可完成條料的第一次定距，而在后續(xù)的沖裁中只要條料搭邊碰到擋料銷就不需要繼續(xù)往前運動，即可完成后續(xù)沖裁的定距。這樣設計的擋料銷尾柄遠離凹模刃口有利于凹模強度，對坯料的定距既方便又準確，且結構也不復雜。 2.4 卸料裝置 設計卸料裝置的目的，是將沖裁后卡箍在凸模上或凸凹模上的沖件或廢料卸掉，保證下次沖壓正常進行。常用的卸料方式有剛性卸料和彈性卸料兩種。剛性卸料是采用固定卸料板結構，常用于較硬、較厚且精度要求不高的工件沖裁后卸料。當卸料板只起卸料作用時，與凸模的間隙隨材料厚度的增加而增大，單邊間隙?。?.2～0.5）t,當固定卸料板還要起到對凸模的導向作用時，卸料板與凸模的間隙應小于沖裁間隙。彈性卸料板具有卸料和壓料的雙重作用，主要用在沖裁料后在1.5以下的板料，由于有壓料的作用，沖裁件比較平整。彈壓卸料板與彈性元件、卸料螺釘組成彈壓卸料裝置。卸料板與凸模之間的單邊間隙選擇（0.1～0.2）t，若彈壓卸料板還要起到對凸模導向作用時，兩者的配合間隙應小于沖裁間隙。 2.4.1 卸料裝置的選擇 本沖裁件的板料厚度t=0.8，為了保證沖裁件平整，使工件在下一道工序中容易定位，這里選用彈性卸料裝置。由于本模具已選用了標準導向模架，不需要卸料板對凸模起導向作用，所以卸料板與凸模的間隙可取大一點，單邊間隙取。 2.4.2 彈性元件的設計 彈性元件通常選用彈簧和橡皮，但考慮到模具結構的 具體情況，這里選用彈簧作為卸料裝置中的彈性元件。卸料裝置中的彈簧，一般不進行強度設計，而是按標準選用。 由2.1.1節(jié)知，卸料力 （1） 據(jù)模具結構初定4根彈簧，每根分擔的卸料力 每根彈簧的預壓力 （2） 據(jù)預壓力P預和模具結構尺寸，由附表6-2可選84-89的彈簧，其。 （3） 檢驗彈簧是否滿足，參照附表6-2的彈簧負荷曲線，計算出彈簧特性數(shù)據(jù)如表2-2所示。 表2-2 彈簧的規(guī)格 彈簧序號 H/mm H1/mm F1=H-H1/mm F預/mm F總/mm 84 80.0 62.0 18.0 8.0 16.8 85 120.0 90.8 29.2 12.0 20.8 86 160.0 119.6 40.4 18.0 26.8 87 200.0 148.8 51.2 22.0 30.8 88 240.0 177.5 62.5 28.0 36.8 89 280.0 206.5 73.5 34.0 42.8 F= F預+ F工作+ F修模，F(xiàn)工作=δ+3=3.8mm ，F(xiàn)修模=5mm 綜上所述，序號85-89的彈簧均滿足F1≥F總，但是序號85彈簧最合適，因其它彈簧太長，會使模具高度增加，特別是使凸模增高。 由附表6-2查出序號85彈簧規(guī)格見表5-3。 表2-3 85號彈簧規(guī)格 彈簧外徑D 材料直徑d 最大負荷P1 自由高度H 最大壓縮量F1 節(jié)距t 60mm 10mm 3400N 120mm 29.2mm 15.5mm 由此可知，彈簧的裝配高度為H2=H－F預=120－12=108 （mm）。 2.5 落料凹凸模的設計 2.5.1 凸模結構的確定 凸模結構通常分為兩大類。一類是鑲拼式，另一類式整體式整體式中，根據(jù)加工方法的不同，又分為直通式和臺階式。根據(jù)落料件的外形尺寸和形狀，凸模采用臺階式。凸模簡圖如圖示 此落料模式采用彈壓卸料裝置的簡單模，落料凸模長度應按下式確定 ·····················2.6 式中 ——凸模固定板長度 ——卸料板厚度 ——彈簧的自由長度 ——彈簧握座的深度 ——卸料板下平面高出凸模下平面的距離 2.5.2 凹模結構確定 常用凹模洞口類型如圖5-1所示，其中（a，b，c）型為直筒式凹模，其特點是制造方便，刃口強度高，刃后工作部分尺寸不變，d，e型錐筒式刃口，在凹模內(nèi)不補給材料，修壁磨損小，但刃口強度差，刃磨后刃口徑向尺寸略有增大。落料件使用材料為SUS304-2B不銹鋼，強度高，加工硬化顯著，對凹模洞口強度要求高，且此模具采用下出件方式，故選用b模具結構。 2.5.3 凹凸模工作部分尺寸設計 沖裁件的精度主要取決于凸模和凹模刃口的尺寸和公差。和的間隙值也靠它來保證。因此，正確計算凸模和凹模刃口的尺寸和公差，是沖裁模設計只中的一項重要工作。計算時綜合考慮模具的磨損規(guī)律，沖裁變形規(guī)律，沖裁件的精度要求和模具制造的特點。 從生產(chǎn)實踐中可以發(fā)現(xiàn)： （1）于凸模與凹模之間存在間隙，使落下的料或沖出的孔都帶有錐變。且在沖裁過程中落料件的大端尺寸等于凹模尺寸，沖孔件的小端尺寸等于凸模尺寸。 （2）在測量和使用中，落料外徑是以大端尺寸為基準，沖孔件以小端尺寸為基準 （3）沖裁時凸模和凹模要與工件或廢料發(fā)生摩擦，磨損的結果時凸模尺寸變小，凹模尺寸變大，間隙總是增大的。 計算凸模與凹模刃口尺寸和公差時，應遵循下述原則： （1）料模時，應以凹模尺寸為基礎，靠縮小凸模尺寸以獲得間隙；設計沖孔模時，應以凸模尺寸為基準，靠擴大凹模尺寸獲得間隙 （2）根據(jù)沖裁模在使用過程中的磨損規(guī)律：凹模的磨損使落料件輪廓尺寸增大，故設計落料模時，必須使凹模內(nèi)徑的基本尺寸接近或等于工件的最小極限尺寸；凸模的磨損使沖孔件徑向尺寸減小，故設計沖孔模時，必須使凸模外徑接近或等于工件的最大極限尺寸。 （3）無論是落料或沖孔，模徑磨損后間隙總是增大的，為了使模具在合理間隙范圍內(nèi)有較大磨損量，新模具應取最小合理間隙值。 （4）選擇沖孔模刃口制造公差時，應考慮工件的公差要求。如果對刃口公差要求過高，會使模具制造困難，增加生產(chǎn)成本，延長制模周期。如果要求過低，則生產(chǎn)出來的工件可能不合格，降低了模具的壽命。 由于模具加工方法不同，凸模和凹模刃口部分尺寸的計算公式與制造公差的標準也不同，刃口尺寸的計算方法可分為兩種情況：凸模與凹模分開加工和凸模與凹模配合加工。由于沖壓件的形狀不規(guī)則，為了保證凸凹模間有一定的間隙值，采用配合加工。根據(jù)以上原則，以凹模為基準靠縮小凸模尺寸獲得間隙，且凹模工作部分的尺寸均屬第一類尺寸[1]，即凸?；虬寄Ｄp后會增大的尺寸，故按下式計算 ·······························2.7 式中 ——工件的基本尺寸（mm）； ——落料凸或凹模的刃口尺寸（mm）； ——工件的公差； ——系數(shù)，為了避免多數(shù)沖裁件尺寸都極限尺寸。 落料件公差等級為IT13級，查表23.2-2，得工件外形尺寸的極限偏差值為±0.5，參見表2-2-8，取，按工件精度由表2-3，取， 故 凹模的工作尺寸： 尺寸為284時， 尺寸為260時， 尺寸為288時， 尺寸為210時， 所以凹模的基本尺寸分別為 ，，，。 查表1-3[2]此沖裁模合理得間隙范圍為0.10～0.13 落料凸模的基本尺寸與凹模相同，分別為：，，，，以0.10～0.13的雙面間隙與落料凹模配做。 2.5.4 凸凹模工作表面技術要求 凸凹模加工后的工作表面，應該平整圓滑，特別是側(cè)面，由于存在著兩種不同尺寸的四個平面共同組成，其兩個平面之間的過渡一定要圓滑，不允許有尖角存在，其他部分不允許有影響使用的砂眼，裂紋和機械損傷等缺陷。 凸模工作表面，特別是凸模的端面處，在沖裁過程中對材料的摩擦阻力有助于沖裁。因此，在不影響零件表面質(zhì)量的情況下，凸模端面的粗糙度應達到，此凸模選用，凸模工作圓柱面粗糙度為。凹模工作表面對材料的摩擦阻力對沖裁是有害的，應盡量減少和避免，所以凹模工作型腔表面粗糙度要求比較高，這里取。 2.5.5 凸凹模材料 根據(jù)模具的工作條件和性能要求，同時考慮到工廠鍛造、熱處理和機械加工的具體情況，凸凹模的材料均選用GCr15低合金工具鋼。 2.6 導向裝置 2.6.1 導向裝置的選擇 為保證模具工業(yè)工作時凸凹模間的間隙分布均勻,延長模具使用壽命,便于模具安裝和沖壓生產(chǎn)的安全,這里使用了具有導向裝置的標準模架。 生產(chǎn)中常用的模架有對角導柱模架，后側(cè)導柱模架，兩側(cè)導柱模架和四角導柱模架。為了使用操作比較方便，而且落料件，簡單，中型，參照表2-4選用對角導柱模架。這種模架使用操作方便，橫向送料和縱向送料均可，而且導向比后側(cè)導柱模架穩(wěn)定。 2.6.2 導向裝置尺寸確定 根據(jù)2.4節(jié)確定的凹模周界尺寸，參照附表8-2選用為A型模架，號B型導柱，和號A型導套。 （1）上模座主要尺寸 參照附表8-10，上模座主要尺寸列表如下： 表2-4上模座主要尺寸 H h L1 B1 L2 B2 S S1 R l2 D D1 55 45 410 410 560 560 475 475 65 100 （2）下模座主要尺寸 參照附表8-11，下模座主要尺寸列表如下： 表2-5上模座主要尺寸 H h L1 B1 L2 B2 S S1 R l2 D D1 65 45 410 410 560 560 475 475 65 100 （3）導柱和導套主要尺寸 參照附表8-13，導柱主要尺寸列表如下： 表2-6導柱主要尺寸 d d1 L l 230 65 參照附表8-13，導套主要尺寸列表如下： 表2-7導套主要尺寸 d D L H l 油槽數(shù) 140 53 20 3 2.7 模具其它主要零部件的設計 2.7.1 板料定位裝置的設計 為了保證模具正常工作并沖出合格的制件，要求在送進的平面內(nèi)，坯料（塊料、條料）相對于模具的工作零件處于正確的位置。坯料在模具中的定位分兩個方面：送料方向上的定位（控制送料的進距）稱擋料和在與送料垂直方向上的定位稱送進導向。常見的送進導向方式有導銷式和導尺式，而限定條料送進距離的方式有擋料銷定距和側(cè)刀定距。本模具采用導料銷方式來對條料進行導向和擋料銷方式來對條料送進進行定距。導料銷的結構簡單，制造容易，只要保持條料沿導料銷一側(cè)送進，即可保證條料的正確的送進方向。這里把首次沖裁定距的擋料銷和后續(xù)沖裁的定距用擋料銷設計為一整體，其結構形式如圖（）所示，而且要注意把其正上方的卸料板挖空，其工作原理是：利用彈簧的可壓縮性來獲得第一次定距和后續(xù)定距的距離差，當模具進行第一次沖裁時，只要把條料沿導料銷往里送料，碰到擋料銷時使擋料銷條料一起運動而壓縮彈簧，當擋料銷運動到不可繼續(xù)運動的的時候即可完成條料的第一次定距，而在后續(xù)的沖裁中只要條料搭邊碰到擋料銷就不需要繼續(xù)往前運動，即可完成后續(xù)沖裁的定距。這樣設計的擋料銷尾柄遠離凹模刃口有利于凹模強度，對坯料的定距既方便又準確，且結構也不復雜。 2.7.2 螺栓和銷釘?shù)倪x用 模具中廣泛使用內(nèi)六角螺釘和帶槽的柱頭螺釘。螺釘和銷釘?shù)念^部應倒角或者倒圓，還應淬火處理提高材料的硬度，以保證使用壽命；銷釘與孔采用H7/m6過渡配合，孔壁的表面粗糙度應達Ra。 （1）上模板于固定板之間的固定 查表8-32[Ⅳ]，選用GB70-76M6× 28內(nèi)六角形螺釘四個，35號鋼，熱處理硬度HRC28-38，表面氧化。均勻分布在固定板外緣與板孔間的中間圓線上。螺孔與模具邊緣A＞=10，螺孔間距C＞=5，因此是安全的。 查表8-36[Ⅳ]，選用d6× L35 圓柱銷釘四個，上模板壓入深度為20，固定板部分為15，分別布置在兩個螺釘中間。銷孔與螺孔間距C＞=5； 銷孔與模具邊緣D＞=9 因此是安全的 （2）下模板與凹模之間的固定 查表8-32[Ⅳ]，選用GB70-76M6×32 內(nèi)六角形螺釘四個，35號鋼，熱處理硬度HRC28-38 ，表面氧化。均勻分布在凹模外緣與形孔間的中間圓線上。 螺孔與模具邊緣A＞=10，螺孔間距C＞=5，因此是安全的。 查表8-36[Ⅳ]，選用d6×40圓柱銷釘四個，下模板壓入深度為24，凹模部分為16，分別布置在兩個螺釘中間。銷孔與螺孔間距C＞=5，銷孔與模具邊緣D＞=9，因此是安全的。 （3）定位環(huán)與凹模之間的固定 查表8-33[Ⅳ]，選用GB68-76M3×6.5 沉頭螺釘四個，擰入凹模深度為4.5，均勻分布在定位環(huán)的中間圓線上。很明顯，這是安全的。 查表8-36[Ⅳ]，選用d3×L10圓柱銷釘二個，凹模壓入深度為7.5，同樣也是安全的。 （4）卸料螺釘?shù)倪x用 參看表3-28Ⅱ]，軒用M6柱頭螺釘一個，螺釘長度L=h+a+H1，式中a=0.5d1=4， H1為彈簧壓縮后高度，因此，L=22+4=26。采用45號鋼，熱處理后硬度達HRC43-48。 3工藝方案選擇 汽車車門玻璃升降器外殼件的形狀、尺寸如圖3-1所示，材料為08號鋼板，板厚1.5mm,中批量生產(chǎn)，打算采用沖壓生產(chǎn)，要求編制沖壓工藝。 3.1 沖壓件的工藝確定 3.1.1 沖壓件的工藝分析 首先必須充分了解產(chǎn)品的應用場合和技術要求，并進行工藝分析。汽車車門上的玻璃抬起或降落是靠升降器操縱的。升降器部件裝備簡圖如圖3-2所示，本沖壓件為其中的外殼5。升降器的傳動機構裝在外殼內(nèi)，通過外殼凸緣上三個均布的小孔Ф3.2mm用鉚釘鉚接在車門座板上。傳動軸6以I T11級的間隙配合裝在外殼件右端孔Ф16.5mm的承托部位，通過制動扭簧3、聯(lián)動片9及心軸4與小齒輪11聯(lián)接，搖動手柄7時，傳動軸將動力傳遞至小齒輪，然后帶動大齒輪12，推動車門玻璃升降。 圖3-1 玻璃升降器外殼 圖3-2 玻璃升降器外殼的裝備簡圖 外殼采用1.5mm厚度的鋼板沖成，保證了剛度和強度。外殼內(nèi)腔主要配合尺寸為使外殼與座板安裝后，保證外殼承托部位16.5與軸套同軸，三個小孔3.2與16.5的相互位置要正確，小孔中心圓直徑42為IT10級。 根據(jù)零件的技術要求，進行沖壓工藝分析，可以認為：該零件形狀屬旋轉(zhuǎn)體，是一般帶凸緣圓筒件，d凸/d，h/d都比較適合，拉深工藝性較好。只是圓角半徑偏小些，?22.3，?16.5，16幾個尺寸精度偏高（均高于表所列尺寸偏差），這可在末次拉深時采用較高的模具制造精度和較小的模具間隙，并安排整形工序來達到。 由于?3.2小孔中心距要求較高精度，按表2—6規(guī)定，需采用高級沖模（即工作部分采用IT7級以上制造精度）同時沖出三孔，且沖孔時應以?22.3內(nèi)孔定位。 該零件底部?16.5mm(見圖2-3)區(qū)段的成行，可有三種方法：一種可以采用階梯拉深后車去底部，另一種可以采用階梯拉深后沖去底部；再一種可以采用拉深后沖底孔，再翻邊。這三種方法中，第一種車底的質(zhì)量高，但生產(chǎn)率低，且費料高，零件 底部要求不高的情況下不宜采用；第二種沖底，要求零件底部的圓角半徑壓成接近清角（R=0），這就需要增加一道整形工序且質(zhì)量不易保證；第三種采用翻邊，生產(chǎn)率較高且省料，翻邊端部雖不如以上的好，但該零件高度21為未注公差尺寸，翻邊完全可以保證要求，所以采用第三種方法是較合理的。 圖3-3 外殼底部的成型方案 a)車切 b)沖切 c)沖孔翻邊 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(zhì)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(chǎn)單位的生產(chǎn)條件、工藝裝備情況及生產(chǎn)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。 3.1.2 零件材料的分析 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(jù)。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?，F(xiàn)將零件材料為08號鋼的力學性能主要參數(shù)及其概念敘述如下： （1）應力：材料單位面積上所受的內(nèi)力，單位是N/mm，用Pa表示。10Pa=1MPa；1MPa = 1N/mm；10Pa = 1GPa。 （2）屈服點σs：材料開始產(chǎn)生塑性變形時的應力值，單位是N/mm。彎曲、拉深、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的。經(jīng)查表取σs = 206 MPa。 （3）抗拉強度σb。材料受到拉深作用，開始產(chǎn)生斷裂時的應力值，單位是MPa。σb = 294～432MPa。 （4）抗剪強度τb。材料受到剪切作用，開始產(chǎn)生斷裂時的應力值，單位是MPa。取τb = 255～333MPa。 （5）彈性模量E。材料在彈性范圍內(nèi)，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(chǎn)生一定的變形需要較大的力。E=194 x 10 MPa。 （6）屈服比σs/σb。是材料的屈服強度與抗拉強度之比，其值越小，表示材料允許的塑性變形區(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。 （7）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(shù)值用“％”表示，其數(shù)值越大表示材料的塑性越好。經(jīng)查表可得，材料為10號鋼的伸長率δ=29％。 綜上所述，對零件材料8號鋼的力學性能分析，主要是為了便于模具設計中各參數(shù)的計算，故在后序的零件模具設計中各參數(shù)的計算均以上面所取的數(shù)值進行計算。 3.1.3確定工藝方案和模具形式 在沖壓分析的基礎上，找出工藝與模具設計的特點與難點，根據(jù)實際情況提出各種可能的沖壓工藝方案，內(nèi)容包括工序性質(zhì)，工序數(shù)目，工序順序及組合方式等，有時同一種沖壓零件也可能存在多個可行的方案，通常每種方案各有優(yōu)缺點，應從產(chǎn)品質(zhì)量生產(chǎn)效率，設備占用情況，模具制造的難易程度和模具的使用壽命的高低，生產(chǎn)成本，操作方便與安全程度等方面進行綜合分析、比較，確定出適合于現(xiàn)有生產(chǎn)條件的最佳方案，故在一定的條件下，以最簡單的方法，最快的速度，最少的勞 動量，最少的費用，可靠的加工出符合圖樣各項要求的零件，在保證加工質(zhì)量的前提下，選擇經(jīng)濟合理的工藝方案。 確定工藝方案及模具形式： 1、根據(jù)對沖壓零件的形狀、尺寸、精度及表面質(zhì)量要求的分析結果，確定沖壓所需的基本的工序，如落料、沖孔、成型、修邊等。 2、根據(jù)初步工藝計算，確定工藝數(shù)目，如沖壓次數(shù)、修邊次數(shù)等。 3、根據(jù)個工序的變形特點、質(zhì)量要求等確定工序順序。 一般可按照下列原則進行： 1）、對沖帶孔的或有缺口的沖裁件，如選用簡單模，一般先落料，再沖孔或切口，使用級進模，則先沖空孔或切口后落料 2）、對于到孔的拉深件，一般先拉深，后沖孔，但孔的位置在零件底部且孔徑尺寸要求不高時，也可先沖孔后拉深。 3）、對于形狀復雜的拉深件，為便于材料變形和流動，應先形成內(nèi)部形狀，再拉深外部形狀。 4）、整形或校平工序，應在沖壓件基本成型以后進行。 4、根據(jù)生產(chǎn)批量和條件（沖壓加工條件和模具制造條件）確定工序組合。生產(chǎn)批量大時，沖壓工序應盡可能組合在一起，用復合模具；小批量生產(chǎn)用單工序簡單模。 由于離合器沖壓成形需要的多道工序完成，因此選擇合理的成形工藝方案十分重要，考慮到生產(chǎn)批量大，應在生產(chǎn)合格零件的基礎上盡量提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。 要提高生產(chǎn)成本，應該盡量選擇合理的工藝方案，選擇復合能復合的工序，但復合程度太高，模具的結構復雜，安裝調(diào)試困難，模具成本高，同時可能降低模具的強度，縮短模具壽命。 根據(jù)零件形狀確定沖壓工序類型和選擇工序順序，沖壓該零件需要的基本工序有沖孔、成型、修邊。 工序的組合方案及比較 方案一：1）落料； 2）拉深； 3）成型。 方案二：1）落料與拉深復合； 2）成型。 方案三：1）落料； 2）拉深與成型復合。 方案四：1）落料、拉深與成型復合。 方案一：復合程度較低，模具結構簡單，安裝、調(diào)試容易，但生產(chǎn)道次多，效率低，不適合大批量生產(chǎn)。故很少使用。 方案二：將落料與拉深進行復合，工序少，生產(chǎn)效率較高，但模具結構較復雜，安裝、調(diào)試難于控制，同時模具強度較低。 方案三：將拉深與成型復合 方案四：復合程度最高，模具結構復雜，安裝調(diào)試困難，模具成本提高，同時可能降低模具的強度，縮短模具的壽命。 根據(jù)以上四個沖壓工藝方案的比較，四種沖壓工藝方案各有其優(yōu)點和缺點，為了提高生產(chǎn)率，保證模具結構簡單，沖壓件尺寸穩(wěn)定、精度高，故在此設計中選擇方案四進行沖制。 3.1.4落料尺寸的計算 由于板料在扎壓或退火時所產(chǎn)生的聚合組織而使材料引起殘存的方向性，反映到拉深過程中，就使桶形拉深件的口部形成明顯的突耳。此外，如果板料本身的金屬結構組織不均勻、模具間隙不均勻、潤滑的不均勻等等，也都會引起沖件口高低不齊的現(xiàn)象，因此就必需在拉深厚的零件口部和外緣進行修邊處理。這樣在計算毛坯尺寸的時候就必需加上修邊余量然后再進行毛坯的展開尺寸計算。 根據(jù)零件的尺寸取修邊余量的值為4.6mm。查表5—7，《沖壓工藝與模具設計實用技術》 在拉深時，雖然拉深件的各部分厚度要求發(fā)生一些變化，但如果采用適當?shù)墓に嚧胧?，則其厚度的變化量還是并不太大。在設計工藝過程時，可以不考慮毛坯厚 度的變化。 毛坯尺寸按公式 …………………………………………………3.1 所以 mm 3.2確定排樣方案 3.2.1確定排樣、裁板方案 沖裁件在板料、條料或帶料上的布置方法稱為排樣。排樣是否合理，直接影響到材料的利用率、零件質(zhì)量、生產(chǎn)率、模具結構與壽命及生產(chǎn)操作方式與安全。因此，在沖壓工藝和模具設計中，排樣是一項極為重要的、技術性很強的工作。 加工此零件為大批大量生產(chǎn)，沖壓件的材料費用約占總成本的60%~80%之多。 因此，材料利用率每提高1%，則可以使沖件的成本降低0.4%~0.5%。在沖壓工作中，節(jié)約金屬和減少廢料具有非常重要的意義，特別是在大批量的生產(chǎn)中，較好的確定沖件的形狀尺寸和合理的排樣的降低成本的有效措施之一。 由于材料的經(jīng)濟利用直接決定于沖壓件的制造方法和排樣方式，所以在沖壓生產(chǎn)中，可以按工件在板料上排樣的合理程度即沖制某一工件的有用面積與所用板料的總面積的百分比來作為衡量排樣合理性的指標。同時屬于工藝廢料的搭邊對沖壓工藝也有很大的作用。通常，搭邊的作用是為了補充送料是的定位誤差，防止由于條料的寬度誤差、送料時的步距誤差以及送料歪斜誤差等原因而沖出殘缺的廢品，從而確保沖件的切口表面質(zhì)量，沖制出合格的工件。同時，搭邊還使條料保持有一定的剛度，保證條料的順利行進，提高了生產(chǎn)率。這里毛坯直徑?65不算太小，考慮到操作方便，采用單排。 搭邊值得大小要合理選取。根據(jù)此零件的尺寸查表19.1—18，《沖壓模具設計》取 a=2，a1=1.5 進距 s=D+ a1 =65+1.5 =66.5mm 條料寬度 b=D+2a =65+2×2 =69mm 板料規(guī)格擬選用： 1.5×900×1800 采用縱裁：裁板條數(shù) n1=B/b=900/69=13條余3mm 每條個數(shù) n2=(L-a1)/s =(1800-1.5)/66.5 =27個余3mm 每板總個數(shù) n總=n1×n2 =1327 =351個 板的材料利用率 η總= {[n總（D2-d2）]/L×B}×100% =[351×(652-112)]/900×1800×100% =69.5% 采用橫裁：條數(shù) n1=L/b=1800/69=26條余 6mm 每條個數(shù) n2=(B-a1)/s =(900-1.5)/66.5 =13個余34 mm 每板總個數(shù) n總=n1×n2 =26×13 =338個 板的材料利用率 η總=[338×(652-112)]/900×1800×100% =66.5% 由此可見，采用縱裁有較高的材料利用率和有較高的剪裁生產(chǎn)率。 計算零件的凈重G及材料消耗定額G0 G=A×t×Υ =[652-112-3×3.22-(542-502)]×10-2×1.5×10-1×7.85 ≈33 g 式中Υ為密度，低碳鋼取Υ=7.85g/cm3。 [ ]內(nèi)第一項為毛坯面積，第二項為底孔廢料面積，第三英為三個小孔面積，內(nèi)為切邊廢料面積。 G0=(L×B×t×Υ)/351 =(900×10-1×1.5×1800×10-1×10-1×7.85)/351 =54g=0.054 Kg 其排樣如圖3.1所示： 圖3.1排樣圖 3.3計算拉深次數(shù) 在考慮拉深的變形程度時，必需保證使毛坯在變形過程中的應力既不超過材料的變形極限，同時還能充分利用材料的塑性。也就是說，對于每道拉深工序，應在毛坯側(cè)壁強度允許的條件下，采用最大的變形程度，即極限變形程度。 極限拉深系數(shù)值可以用理論計算的方法確定。即使得在傳力區(qū)的最大拉應力與在危險斷面上的抗拉強度相等，便可求出最小拉深系數(shù)的理論值，此值即為極限拉 深系數(shù)。但在實際生產(chǎn)過程中，極限拉深系數(shù)值一般是在一定的拉深條件下用實驗的方法得出的，我們可以通過查表來取值。 該工件拉深一個過程，因此可以計算其拉深系數(shù)來確定拉深次數(shù)。 其實際拉深系數(shù)為： ……………………………………………3.2 材料的相對厚度為 …………………………………3.3 凸緣的相對直徑為 …………………………………………3.4 凸緣的相對高度為 …………………………………………3.5 由表5—21，《沖壓工藝與模具設計實用手冊》可以查出 ，表5—22，《沖壓工藝與模具設計實用手冊》可以查出 8 因為凸緣的相對高度0.2568小于最大相對高度0.58，且實際拉深系數(shù)0.58大于最小極限拉深系數(shù)0.48，所以拉深過程可以一次拉深成功。 3.4拉深沖壓力的計算 由于該零件為軸對稱件，故不必進行壓力中心的計算。 3.4.1落料過程 （1）落料力 平刃凸模落料力的計算公式為 ……………………………………………………………3.6 依據(jù)(P175，《沖壓工藝與模具設計實用手冊》 ) 式中 P—沖裁力（N） L—沖件的周邊長度（mm） t—板料厚度（mm） —材料的抗沖剪強度（MPa） K—修正系數(shù)。它與沖裁間隙、沖件形狀、沖裁速度、板料厚度、潤滑情況等多種因素有關。其影響范圍的最小值和最大值在（1.0～1.3）P的范圍內(nèi)，一般 k取為1.25～1.3。 在實際應用中，抗沖剪強度的值一般取材料抗拉強度的0.7～0.85。為便于估算，通常取抗沖剪強度等于該材料抗拉強度的80%。即 因此，該沖件的落料力的計算公式為 ………………………………………………3.7 （2）卸料力 一般情況下，沖裁件從板料切下以后受彈性變形及收縮影響。會使落料件梗塞在凹模內(nèi)，而沖裁后剩下的板料則箍緊在凸模上。從凸模上將沖件或廢料卸下 來所需的力稱卸料力。影響這個力的因素較多，主要有材料力學性能、模具間隙、材料厚度、零件形狀尺寸以及潤滑情況等。所以要精確地計算這些力是困難的，一 般用下列經(jīng)驗公式計算： 卸料力 …………………………………………………3.8 式中 F——沖裁力(N) ——頂件力及卸料力系數(shù)， 其值可查（表19.1—12，《沖壓模具設計》）取為0.04。 因此 3.4.2、拉深過程 （1）拉深力 帶凸緣圓筒形零件的拉深力近似計算公式為 ………………………………………………3.9 式中 —圓筒形零件的凸模直徑（mm） —系數(shù)，查（表5—3，《沖壓工藝與模具設計實用手冊》）取0.8 —材料的抗拉強度（MPa） 因此 （2）壓邊力 壓邊力的大小對拉深件的質(zhì)量是有一定影響的，如果過大，就要增加拉深力，因而會使制件拉裂，而壓邊圈的壓力過小就會使工件的邊壁或凸緣起皺，所以壓邊圈的壓力必須適當。合適的壓邊力范圍一般應以沖件既不起皺、又使得沖件的側(cè)壁和口部不致產(chǎn)生顯著的變薄為原則。壓邊力的大小和很多因素有關，所以在實際生產(chǎn)中，可以根據(jù)近似的經(jīng)驗公式進行計算。 …………………………………………3.10 依據(jù)（P328，《沖壓工藝與模具設計實用手冊》） 式中 D—毛坯直徑（mm） d—沖件的外徑（mm） q—單位壓邊力（MPa）（表5—20，《沖壓工藝與模具設計實用手冊》 q的值取2.5。 所以 （3）頂件力 頂件力的計算公式可按下式： = ……………………………………………3.11 式中 ——頂件力（N）； ——頂件力系數(shù)；查表2-8 = 0.06 = = 0.06 x 132257 = 793524 （4）拉深功的計算 拉深所需的功可按下式計算 ………………………………………………3.12 依據(jù)（P45，《沖壓工藝模具學》） 式中 ——最大拉深力（N） h ——拉深深度（mm） W——拉深功（N·m） C——修正系數(shù)，一般取為C=0.6~0.8。 所以 3.4.3成型過