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南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文
1 緒論
1.1 背景
模具是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛的優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、適應(yīng)性很強的生產(chǎn)技術(shù)，或稱成型工具、成型工裝產(chǎn)品，是技術(shù)含量高、附加值高、使用廣泛的新技術(shù)產(chǎn)品，是價值很高的社會財富。由于模具生產(chǎn)技術(shù)的現(xiàn)代化，在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，模具己廣泛應(yīng)用于電動機(jī)和電器產(chǎn)品、電子計算機(jī)產(chǎn)品、儀表、家用電器產(chǎn)品與辦公設(shè)備、汽車、軍械、通用機(jī)械等產(chǎn)品的生產(chǎn)中。模具技術(shù)水平的高低，己成為衡量一個國家制造水平高低的重要標(biāo)志，并在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。目前，我國經(jīng)濟(jì)仍處于高速發(fā)展階段，國際上經(jīng)濟(jì)全球化發(fā)展趨勢日趨明顯，這為我國模具工業(yè)高速發(fā)展提供了良好的條件和機(jī)遇。一方面，國內(nèi)模具市場將繼續(xù)高速發(fā)展，另一方面，模具制造也逐漸向我國轉(zhuǎn)移以及跨國集團(tuán)到我國進(jìn)行模具采購的趨向也十分明顯。因此，放眼未來，國際、國內(nèi)的模具市場總體發(fā)展趨勢前景看好，預(yù)計中國模具將在良好的市場環(huán)境下得到高速發(fā)展，我國不但會成為模具大國，而且一定逐步向模具制造強國的行列邁進(jìn)?！笆晃濉逼陂g，中國模具工業(yè)水平不僅在質(zhì)和量的方面有很大提高，而且在行業(yè)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品水平、開發(fā)創(chuàng)新能力、企業(yè)的體制與機(jī)制以及技術(shù)進(jìn)步的方面也會取得較大發(fā)展。隨著我國工業(yè)的迅速發(fā)展，工業(yè)產(chǎn)品的外形在滿足性能要求的同時，變的越來越復(fù)雜，而產(chǎn)品的制造離不開模具，利用計算機(jī)輔助軟件進(jìn)行模具設(shè)計不但提高模具的制造精度而且還縮短了設(shè)計及加工的時間。
國外工業(yè)先進(jìn)國家都擁有上萬個模具企業(yè)與支持模具企業(yè)或為模具企業(yè)提供生產(chǎn)裝備的企業(yè)相組成的強大的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)。這是為適應(yīng)社會產(chǎn)品工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)的重要條件和特點。如汽車的工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)需要一大批專業(yè)性模具企業(yè)為其提供模具，同時根據(jù)汽車零件的生產(chǎn)技術(shù)要求，這些模具企業(yè)還配有相應(yīng)的先進(jìn)技術(shù)裝備，包括數(shù)控計算機(jī)數(shù)控機(jī)床、CAD/CAM系統(tǒng)，以及各種工藝裝備。模具的社會效益很高，是高技術(shù)含量的社會產(chǎn)品，其價值和價格主要取決于模具材料、加工、外購件的勞動與消耗三項直接發(fā)生的費用和模具設(shè)計與試模等技術(shù)費用，后都，是模具價值和市場價格的主要組成部分，其中一部分技術(shù)價值計入了市場價格，而更大一部分價值，則是模具用戶和產(chǎn)品用戶受惠變?yōu)樯鐣б?。如電視機(jī)用模，其模具費用公為電視機(jī)產(chǎn)品價格的1/3000~1/5000，盡管模具的一次投資較大，但在大批量生產(chǎn)的每臺電視機(jī)的成本中僅占極小的部分，甚至可以忽略不計，而實際上，很高的模具價值為社會所擁有，變成了社會財富。所以設(shè)計模具具有非常重要的現(xiàn)實意義。
冷沖壓成形是一種歷史悠久的金屬加工工藝，隨著工業(yè)水平的不斷進(jìn)步，冷沖壓技術(shù)和設(shè)備日益完善，在汽車、機(jī)械制造、電子電器等行業(yè)中，沖壓加工得到了廣泛的應(yīng)用。大到汽車的覆蓋件，小到鐘表以及儀器儀表元件，大多是由冷沖壓方法制成的。學(xué)習(xí)、研究和發(fā)展冷沖壓技術(shù)，對發(fā)展我國國民經(jīng)濟(jì)和加速現(xiàn)代化工業(yè)建設(shè)具有重要意義。傳統(tǒng)的沖壓工藝及模具設(shè)計只能在眾多簡化和假設(shè)的基礎(chǔ)上進(jìn)行初步的設(shè)計計算，然后依靠大量的經(jīng)驗，反復(fù)試模、修模來保證沖壓件的成形品質(zhì)。從而拖延新產(chǎn)品的開發(fā)，造成研發(fā)成本過高，在市場競爭中處于被動的地位。70年代起，有限元法開始應(yīng)用于板料成形過程的模擬，各種成熟的CAE仿真軟件應(yīng)用于模具工業(yè)中，有效地用來解決模具制造中的難題如拉裂、起皺、回彈的預(yù)測。伴隨沖壓成形的計算機(jī)仿真技術(shù)日漸成熟，并在沖壓工藝與模具設(shè)計中發(fā)揮出越來越大的作用，成熟的仿真技術(shù)可以減少試模次數(shù)，在一定條件下還可使模具和工藝設(shè)計一次合格從而避免修模。這就可以大大縮短新產(chǎn)品開發(fā)周期，降低開發(fā)成本，提高產(chǎn)品品質(zhì)和市場競爭力。
1.2 冷沖模成形特點
沖壓模具--在冷沖壓加工中，將材料（金屬或非金屬）加工成零件（或半成品）的一種特殊工藝裝備，稱為冷沖壓模具（俗稱冷沖模）。沖壓--是在室溫下，利用安裝在壓力機(jī)上的模具對材料施加壓力，使其產(chǎn)生分離或塑性變形，從而獲得所需零件的一種壓力加工方法。
沖壓模具是沖壓生產(chǎn)必不可少的工藝裝備，是技術(shù)密集型產(chǎn)品。沖壓件的質(zhì)量、生產(chǎn)效率以及生產(chǎn)成本等，與模具設(shè)計和制造有直接關(guān)系。模具設(shè)計與制造技術(shù)水平的高低，是衡量一個國家產(chǎn)品制造水平高低的重要標(biāo)志之一，在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。
沖壓模具的形式很多，一般可按以下幾個主要特征分類：
１．根據(jù)工藝性質(zhì)分類
（１）沖裁模??沿封閉或敞開的輪廓線使材料產(chǎn)生分離的模具。如落料模、沖孔模、切斷模、切口模、切邊模、剖切模等。
（２）彎曲模??使板料毛坯或其他坯料沿著直線（彎曲線）產(chǎn)生彎曲變形，從而獲得一定角度和形狀的工件的模具。
（３）拉深模??是把板料毛坯制成開口空心件，或使空心件進(jìn)一步改變形狀和尺寸的模具。
（４）成形模??是將毛坯或半成品工件按圖凸、凹模的形狀直接復(fù)制成形，而材料本身僅產(chǎn)生局部塑性變形的模具。如脹形模、縮口模、擴(kuò)口模、起伏成形模、翻邊模、整形模等。
?２．根據(jù)工序組合程度分類
（１）單工序模??在壓力機(jī)的一次行程中，只完成一道沖壓工序的模具。
（２）復(fù)合模??只有一個工位，在壓力機(jī)的一次行程中，在同一工位上同時完成兩道或兩道以上沖壓工序的模具。
（３）級進(jìn)模（也稱連續(xù)模）??在毛坯的送進(jìn)方向上，具有兩個或更多的工位，在壓力機(jī)的一次行程中，在不同的工位上逐次完成兩道或兩道以上沖壓工序的模具。
各類冷沖壓模成形特點如下：
1.2.1 沖裁模
沖裁模的成形特點是：將一部分材料與另一部分材料分離。如圖1.1所示的沖裁模成形過程，沖裁模分為落料模和沖孔模。落料模的成形特點是將材料封閉的輪廓分開，而最終得到的是一個平整的零件；沖孔模是將零件內(nèi)的材料與封閉的輪廓分離，使零件得到孔。
圖1.1沖裁模成形過程
1.2.2 彎曲模
彎曲模的成形特點是：將板料或沖裁后的坯料通過壓力在模具內(nèi)彎曲成一定的角度和形狀。如圖1.2所示彎曲模成形過程，是將平直的板料壓成帶有一定角度的彎曲形狀。
圖1.2彎曲模成形過程
1.2.3 拉深模
拉深模的成形特點是：將經(jīng)過沖裁得到的平板坯料，壓制成開口的空心零件。如圖1.3所示拉深模成形過程，是將平板的坯料拉深成筒形零件。
圖1.3拉深模成形過程
1.2.4 多工位級進(jìn)模
多工位級進(jìn)模的成形特點是：可以完成多道沖壓工序，局部分離與連續(xù)成形結(jié)合；配備有自動送料、自動出件、安全檢測等裝置；模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，鑲塊較多，模具制造精度要求很高，制造和裝調(diào)難度大。
1.3 冷沖模具的發(fā)展趨勢
隨著與國際接軌的腳步不斷加快，市場競爭的日益加劇，人們已經(jīng)越來越意識到產(chǎn)品質(zhì)量、成本和新產(chǎn)品的開發(fā)能力的重要性。近年來許多模具企業(yè)因此加大了用于技術(shù)進(jìn)步的投資力度，一些國內(nèi)模具企業(yè)已普及了二維CAD，并開始使用UG、Pro/Engineer、I-DEAS等國際通用軟件，個別廠家還引進(jìn)了DYNAFORM等CAE軟件，并成功應(yīng)用于沖壓模的設(shè)計中。
目前，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。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)，在模具CAD/CAE/CAM技術(shù)方面取得了顯著進(jìn)步。例如，吉林大學(xué)汽車覆蓋件成型技術(shù)所獨立研制的汽車覆蓋件沖壓成型分析KMAS軟件，華中理工大學(xué)模具技術(shù)國家重點實驗室開發(fā)的注塑模、汽車覆蓋件模具和級進(jìn)模CAD/CAE/CAM軟件，上海交通大學(xué)模具CAD國家工程研究中心開發(fā)的冷沖模和精沖研究中心開發(fā)的冷沖模和精沖模CAD軟件等。而模具技術(shù)的發(fā)展應(yīng)該為適應(yīng)模具產(chǎn)品“交貨期短”、“精度高”、“質(zhì)量好”、“價格低”的要求服務(wù)。專家認(rèn)為，未來沖壓模具制造技術(shù)有以下幾大發(fā)展趨勢：
(1)全面推廣CAD/CAM/CAE技術(shù)
? ? 模具CAD/CAM/CAE技術(shù)是模具設(shè)計制造的發(fā)展方向。隨著微機(jī)軟件的發(fā)展和進(jìn)步，普及CAD/CAM/CAE技術(shù)的條件已基本成熟，各企業(yè)將加大CAD/CAM技術(shù)培訓(xùn)和技術(shù)服務(wù)的力度；進(jìn)一步擴(kuò)大CAE技術(shù)的應(yīng)用范圍。計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展正使CAD/CAM/CAE技術(shù)跨地區(qū)、跨企業(yè)、跨院所地在整個行業(yè)中推廣成為可能，實現(xiàn)技術(shù)資源的重新整合，使虛擬制造成為可能。
? ? (2)高速銑削加工
? ? 國外近年來發(fā)展的高速銑削加工，大幅度提高了加工效率，并可獲得極高的表面光潔度。另外，還可加工高硬度模塊，還具有溫升低、熱變形小等優(yōu)點。高速銑削加工技術(shù)的發(fā)展，對汽車、家電行業(yè)中大型型腔模具制造注入了新的活力。目前它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向發(fā)展。??
? ? (3)模具掃描及數(shù)字化系統(tǒng)
? ? 高速掃描機(jī)和模具掃描系統(tǒng)提供了從模型或?qū)嵨飹呙璧郊庸こ銎谕哪Ｐ退璧闹T多功能，大大縮短了模具的在研制制造周期。有些快速掃描系統(tǒng)，可快速安裝在已有的數(shù)控銑床及加工中心上，實現(xiàn)快速數(shù)據(jù)采集、自動生成各種不同數(shù)控系統(tǒng)的加工程序、不同格式的CAD數(shù)據(jù)，用于模具制造業(yè)的“逆向工程”。模具掃描系統(tǒng)已在汽車、摩托車、家電等行業(yè)得到成功應(yīng)用，相信在“十五”期間將發(fā)揮更大的作用。
? ? (4)電火花銑削加工
? ? 電火花銑削加工技術(shù)也稱為電火花創(chuàng)成加工技術(shù)，這是一種替代傳統(tǒng)的用成型電極加工型腔的新技術(shù)，它是有高速旋轉(zhuǎn)的簡單的管狀電極作三維或二維輪廓加工(像數(shù)控銑一樣)，因此不再需要制造復(fù)雜的成型電極，這顯然是電火花成形加工領(lǐng)域的重大發(fā)展。國外已有使用這種技術(shù)的機(jī)床在模具加工中應(yīng)用。預(yù)計這一技術(shù)將得到發(fā)展。
? ? (5)提高模具標(biāo)準(zhǔn)化程度
? ? 我國模具標(biāo)準(zhǔn)化程度正在不斷提高，估計目前我國模具標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率已達(dá)到30%左右。國外發(fā)達(dá)國家一般為80%左右。
? ? (6)優(yōu)質(zhì)材料及先進(jìn)表面處理技術(shù)
? ? 選用優(yōu)質(zhì)鋼材和應(yīng)用相應(yīng)的表面處理技術(shù)來提高模具的壽命就顯得十分必要。模具熱處理和表面處理是否能充分發(fā)揮模具鋼材料性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。模具熱處理的發(fā)展方向是采用真空熱處理。模具表面處理除完善應(yīng)發(fā)展工藝先進(jìn)的氣相沉積(TiN、TiC等)、等離子噴涂等技術(shù)。
? ? (7)模具研磨拋光將自動化、智能化
? ? 模具表面的質(zhì)量對模具使用壽命、制件外觀質(zhì)量等方面均有較大的影響，研究自動化、智能化的研磨與拋光方法替代現(xiàn)有手工操作，以提高模具表面質(zhì)量是重要的發(fā)展趨勢。
? ? (8)模具自動加工系統(tǒng)的發(fā)展
? ? 這是我國長遠(yuǎn)發(fā)展的目標(biāo)。模具自動加工系統(tǒng)應(yīng)有多臺機(jī)床合理組合；配有隨行定位夾具或定位盤；有完整的機(jī)具、刀具數(shù)控庫；有完整的數(shù)控柔性同步系統(tǒng)；有質(zhì)量監(jiān)測控制系統(tǒng)
1.4 本文主要研究內(nèi)容
1．繪制零件圖，收集、查閱有關(guān)資料，外文資料翻譯(6000字符)，撰寫開題報告；
2．對零件進(jìn)行沖裁/彎曲工藝分析，確定工藝方案；
3．計算、確定沖壓力模具工作部分尺寸及公差，選取模具結(jié)構(gòu)；
4．設(shè)計沖孔落料復(fù)合模具或級進(jìn)模一套，繪制裝配圖，拆繪主要零件圖；
5．任選模具一個主要工作零件，進(jìn)行機(jī)加工藝規(guī)程設(shè)計；
6．撰寫畢業(yè)論文、畢業(yè)設(shè)計審查、畢業(yè)答辯。
2 工藝方案的選擇
2.1零件的工藝性分析
本設(shè)計是關(guān)于紡織機(jī)搖架后支架沖壓工藝分析及模具設(shè)計，材料是Q235號鋼，板厚是δ2.0mm。如圖2-1所示
沖壓工藝設(shè)計的基本要求為：
（1）材料利用率要高，即原始材料消耗要盡可能少；
（2）考慮工廠的具體生產(chǎn)條件，制定出的工藝方案要技術(shù)上方便可行，經(jīng)濟(jì)上合理；
（3）工序組合方式和工序排列順序要符合沖壓變形規(guī)律，能保證沖制合格的工件；
（4）工序數(shù)量盡可能少，生產(chǎn)效率盡可能高；
（5）制定的工藝規(guī)程，要方便工廠、車間的生產(chǎn)組織與管理。
良好的沖壓工藝能保證材料消耗少、工序次數(shù)少、模具結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、壽命長、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定等等。從某種意義上講，沖壓工藝的質(zhì)量就決定了模具的質(zhì)量，因此，制定合理的沖壓工藝方案是至關(guān)重要的。由零件圖可知，零件的形狀簡單，便于實現(xiàn)少廢料排樣；在各直線或曲線的連接處，都采用了圓角過渡；零件的精度和斷面粗糙度等都符合沖裁工藝的要求。零件尺寸公差沒有特殊要求，按IT10取，利用普通的沖裁形式可以達(dá)到圖樣要求。由于該零件外形簡單，形狀規(guī)則，適于沖裁加工。材料為Q235號鋼，板厚是δ2.0mm。
圖2-1
2.2 模具的結(jié)構(gòu)形式
冷沖模的結(jié)構(gòu)形式多種多樣，如果按工序的組合分類，可分為單工序模、級進(jìn)模、復(fù)合模等。各種沖模的構(gòu)成大體相同，主要由工作零件、定位零件、卸料與推料零件、導(dǎo)向零件、聯(lián)接與固定零件等組成。
由于本制件結(jié)構(gòu)簡單，精度要求不高，經(jīng)分析由落料、沖孔二道工序組成。如果使用單工序模則會使制造周期增長，不利于提高生產(chǎn)率；經(jīng)分析可知：該制件也不適合級進(jìn)模。故采用在壓力機(jī)一次行程內(nèi)，完成落料、沖孔及拉深等數(shù)道工序的復(fù)合模。復(fù)合模具由以下特點：
1）沖件精度高，不受送料誤差的影響，內(nèi)外形相對位置一致性好；
2）沖件表面較為平整；
3）適宜沖薄料；
4）可以充分利用短料和邊角余料；
5）沖模面積較小。
因此，本制件在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上都較為合理的工藝方案為復(fù)合模沖壓。該零件包括落料、沖孔和彎曲三個基本工序，可以采用以下三種工藝方案：
① 先落料，再沖孔，然后彎曲，采用單工序模生產(chǎn)。
② 落料—沖孔復(fù)合沖壓，再彎曲，采用復(fù)合模生產(chǎn)。
③ 沖孔—落料連續(xù)沖壓，再彎曲，采用級進(jìn)模生產(chǎn)。
方案①模具結(jié)構(gòu)簡單，但需要兩道工序、兩套模具才能憲成零件的加工，生產(chǎn)效率較低．難以滿足零件大批量生產(chǎn)的需求。由于零件結(jié)構(gòu)簡單，為提高生產(chǎn)效率，主要應(yīng)采用復(fù)合沖裁或級進(jìn)沖裁方式。由于孔邊距尺寸13-0.43，有公差要求．為了更好地保證此尺寸精度，最后確定用復(fù)合沖裁方式進(jìn)行生產(chǎn)。
工件尺寸可知，凸凹模壁厚大于最小壁厚，為便于操作，所以復(fù)合模結(jié)構(gòu)采用彈性卸料和定位釘定位方式。
2.2.1 沖裁力和彎曲力的計算
1） 理論沖裁力（N）可按下式計算：
F0=Lt （2.1）
式中 L――沖裁件周長（mm）；
t――材料厚度；
――材料抗剪強度（Mpa）。
選擇設(shè)備噸位時，考慮刃口磨損和材料厚度及力學(xué)性能波動等因素，實際沖裁力可能增大，所以應(yīng)取
F=1.3F0=1.3LtLtb
式中 F――最大可能沖裁力（稱沖裁力）；
b――材料抗拉強度（Mpa）。
本制件中，F(xiàn)Ltb=＝66200 (N)
2）理論彎曲力（F）可按下式計算：
（2.2）
式中 m――相對彎矩；
t――彎曲件的抗彎系數(shù)；
――材料的屈服極限（Mpa）。
由于彎曲力受材料性能、零件形狀、彎曲半徑、凹模支點間距離、彎曲方式及模具結(jié)構(gòu)等多種因素的影響，用理論公式來計算不但計算復(fù)雜，而且也不一定正確。因此在生產(chǎn)中經(jīng)常采用經(jīng)驗公式計算，作為工藝和模具設(shè)計以及選擇設(shè)備的依據(jù)。
彎曲力計算的經(jīng)驗公式：
對于U型彎曲件： （2.3）
式中 ――自由彎曲力（N）；
B――彎曲件的寬度（mm）；
――材料抗拉強度（Mpa）；
t――彎曲件的厚度（mm）；
r――彎曲件的圓角半徑（mm）；
K――安全系數(shù)，一般取K=1.3。
本制件中=23606（N）
2.2.2 卸料力、推件力和頂件力的計算
1）卸料力：
F卸＝K卸F （2.4）
式中 F卸－－卸料力（N）；
K卸――卸料系數(shù)；
F――沖裁力（N）。
查表2-20[16]得 K卸＝0.48 所以 F卸=0.045=2980 (N)
2）頂件力：
F頂＝K頂F （2.5）
式中 F頂－－頂件力（N）；
K頂――頂件系數(shù)（N）；
F――沖裁力（N）。
查表2-20[16] 得 K頂＝0.050 所以F頂=0.050=3310（N）
3）推件力：
F推＝K推F （2.6）
式中 F推－－推件力（N）；
K推――推件系數(shù)（N）；
F――沖裁力（N）。
查表2-21[16]得 K推＝0.06
所以F推＝0.06＝3970（N）
4）彎曲頂件力
（2.7）
式中 －－頂件力（N）；
――自由彎曲力（N）。
K――系數(shù)；可查表2.1
所以=7082（N）
表2.1 系數(shù)關(guān)系表
用途
彎曲件復(fù)雜程度
簡單
復(fù)雜
頂件
0.1-0.2
0.2-0.4
壓料
0.3-0.5
0.5-0.8
（資料來源：《中國模具設(shè)計大典》，2003年1月第一版，第174頁）
落料沖孔總的沖壓力為F總=F+F卸+F頂+F推=76.46（KN）
彎曲總壓力為
2.3 制定模具的工藝卡
根據(jù)工藝方案：落料-沖孔，再彎曲的順序制定本模具的工藝卡。工藝卡包括：零件名稱、零件材料、毛胚的形狀及尺寸、工序簡圖、使用的設(shè)備、檢查。具體見沖壓工序卡。
3 沖壓模具設(shè)計
3.1 排樣
排樣設(shè)計的工作內(nèi)容：
1）選擇排樣方法：有廢料排樣法、少廢料排樣法、無廢料排樣法。
2）計算條料寬度及送料步距。
3）畫出排樣圖。
4）計算材料的利用率。
查《沖壓模具設(shè)計與制造》表2.5.2.確定搭邊值：
確定后往樣圖如圖2.1所示。
兩工件間的搭邊 =2.5mm
工件邊緣的搭邊 a=2.6mm
送進(jìn)步距 H=53mm
條料寬度 B=（D+2a1）=112.92mm
一個步距內(nèi)的材料利用率是：
（3.1）
=
=64.5%
板料規(guī)格擬選用 1.2mm×900mm×1800mm(10鋼)
若用橫裁：裁板條數(shù) n1 = A/b =1800/113=15余6mm
每條個數(shù) n2 = (B-a1)/h = (900-1.5)/53 =16余17mm
每板總個數(shù) n總 = n1×n2 = 15×16=240個
材料利用率
（3.2）
=
=57.2%
圖3.1排樣圖
3.2 模具壓力中心的確定
模具的壓力中心，就是沖壓力的作用點。為了使模具內(nèi)容能夠正常而又平衡的工作，特別是對于大而復(fù)雜的沖件、多凸模沖孔以及連續(xù)沖裁時，必須使壓力中心通過壓力機(jī)滑塊的中心線。對于帶有模柄的沖裁模，壓力中心需通過模柄的軸心線。否則，在沖裁過程中，會產(chǎn)生偏心載荷，形成彎距，使得模具歪斜，加快壓力機(jī)滑塊與導(dǎo)軌之間以及模具導(dǎo)向裝置的磨損，刃口迅速變鈍。在實際生產(chǎn)過程中，可能出現(xiàn)由于沖裁件的形狀特殊，從模具結(jié)構(gòu)方面考慮，不宜使壓力中心與模柄中心線相重合，此時應(yīng)注意使壓力中心偏離，不超過所選壓力機(jī)模柄孔投影面積的范圍。
由于本制件在X軸方向上對稱，所以其Y軸坐標(biāo)在工件中間兩個圓圓心的連線上。
在Y軸方向上：Y1=1.5 Y2=8 Y3=4 Y4=14.5 Y5=26.5 Y7=44
Y8=Y9=47 Y10=47.12
在y方向上左右對稱，所以Y0=Y1+Y2+Y3+Y4+Y5+Y6+Y7+Y8+Y9+Y10/10
=23.962
所以壓力中心的位置為：X0=0 Y0=23.962
3.3 壓力機(jī)的選擇
落料沖壓模具壓力機(jī)的選擇：由于復(fù)合模的特點，為防止設(shè)備超載，可按公稱壓力的原則選壓力機(jī)。由于模具中有打料桿，故選擇帶有打料桿的壓力機(jī)。根據(jù)以上數(shù)據(jù)，查《沖壓模具設(shè)計手冊》選定壓力機(jī)為：
壓力機(jī)型號: J23-16
公稱壓力/KN: 160
滑塊固定行程/mm： 70
滑塊調(diào)節(jié)行程/mm： 70/8
(最大閉合高度)固定臺和可傾/mm： 220
(最大閉合高度)活動臺位置(最低/最高)/mm： 300/160
閉合高度調(diào)節(jié)量/mm： 60
3.4 模具主要零部件的設(shè)計
凸凹模刃口尺寸計算原則:
(1)落料時,落料件的外徑尺寸等于凹模的內(nèi)徑尺寸;沖孔時,沖孔件的內(nèi)徑等于凸模的外徑尺寸.所以落料時應(yīng)以凹模為設(shè)計尺寸,然后按間隙值確定凸模尺寸;沖孔模應(yīng)以凸模為設(shè)計基準(zhǔn),然后按間隙值確定尺寸.
(2)凸、凹模應(yīng)考慮磨損規(guī)律.凸模刃口尺寸磨損使沖孔尺寸減小,凹模刃口尺寸磨損使落料尺寸增大,故設(shè)計落料模時,制造模具時凹模刃口尺寸應(yīng)趨向于工件的最小極限尺寸;設(shè)計沖孔模時,其刃口基本尺寸應(yīng)趨向于工件的最大極限尺寸.
(3)凸、凹模之間應(yīng)保證合理的間隙值.由于間隙在模具磨損后增大,所以在設(shè)計凸、凹模時均取最小合理間隙Zmin .一般沖模精度較工件精度高2～3級.若零件沒有標(biāo)準(zhǔn)公差,則對于非圓件按GB非配合尺寸的IT14級處理,圓形件一般按IT10級處理.
制造模具時常用兩種方法來保證合理的間隙：
（1）、是分別加工法。分別規(guī)定凸模和凹模的尺寸和公差，分別進(jìn)行制造用凸模和凹模的尺寸和公差來保證間隙要求。
（2）、是單配加工法，用凸模和凹模相互單配的方法來保證合理的間隙。加工后，凸模和凹模必須對號入座，不能互換。
3.4.1 沖孔凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計
如圖3.2所示沖孔凸模的結(jié)構(gòu)（材料為Q235）：
圖3.2沖孔凸模
(1)沖裁間隙的確定: 普通沖裁件,其經(jīng)濟(jì)精度為IT12～I(xiàn)T14,取IT13.沖孔比落料高一個等級.確定沖裁間隙主要有理論法和經(jīng)驗公式法.經(jīng)驗公式: C=mt
式中 C－－合理沖裁間隙(mm);
m－－系數(shù),與板厚及材料有關(guān);
t－－板料厚度.
查表得: m=12.5%
所以
C=mt=12.5%1.2=0.15(mm) （3.3）
沖孔凹模應(yīng)以凸模為設(shè)計基準(zhǔn),然后按間隙值確定其尺寸.
(2）沖孔凸模刃口尺寸計算： 模具刃口尺寸及其公差的計算與加工方法有關(guān)，基本上可以分為兩類：一種是分開加工，一種是配合加工。本模具零件采用配合加工的方法。配合加工就是用凸模與凹模相互單配的方法來保證合理間隙。加工后，凸模與凹模必須對號入座，不能互換。一般情況下，落料件以凹模為基準(zhǔn)，沖孔件以凸模為基準(zhǔn)。作為基準(zhǔn)的模具零件圖紙上標(biāo)注尺寸及公差，在相配合的非基準(zhǔn)的模具零件圖紙上標(biāo)注相同的基本尺寸，但不標(biāo)注公差，在技術(shù)要求中要說明非基準(zhǔn)的模具零件要按作為基準(zhǔn)的模具零件的實際尺寸配做，保證間隙在Zmin～Zmax范圍內(nèi)。
表2.1刃口尺寸計算
基本尺寸及分類
沖裁間隙
磨損系數(shù)
計算公式
制造公差
計算結(jié)果
落料的凹模
D max
=107.92
Zmin=0.132
Zmax=0.180
Zmax—Zmin
=0.180-0.132
=0.048
制件精度為：IT14級，故x=0.5
Dd=（D max—x△）
△/4
Dd=107.9025相應(yīng)凸模尺寸按凹模尺寸配作，保證雙面間隙在0.132～0.180.
D max
=16
△/4
Dd=15.99
同上
基本尺寸及分類
沖裁間隙
磨損系數(shù)
計算公式
制造公差
計算結(jié)果
D max
=21
同上
Dd=（D max—x△）
△/4
Dd=20.9875
同上
D max
=R6
同上
Dd=（D max—x△）
△/4
Dd=5.99
同上
沖孔凸模
d min
=7.8
同上
△/4
相應(yīng)凸模尺寸按凹模尺寸配作，保證雙面間隙在0.132～0.180.
d min
=7.5
同上
△/4
相應(yīng)凸模尺寸按凹模尺寸配作，保證雙面間隙在0.132～0.180.
d min
=6
同上
△/4
相應(yīng)凸模尺寸按凹模尺寸配作，保證雙面間隙在0.132～0.180.
孔邊距
L=13
同上
制件精度為IT14級，故x=0.5
Bj=（Bmin+x△）
△/4
Lp=12.99
孔心距
L=20
同上
Ld=（Lmin+0.5△）
Ld=300.03
(3)承壓應(yīng)力校核: 沖裁時，凸模承受的壓應(yīng)力p ，必須小于凸模材料強度允許的壓應(yīng)力[p]:
p =[p ] （3.4）
對于圓形凸模，由上式可得
即 dmin
式中 p —— 凸模承受的壓應(yīng)力（Mp）；
F —— 沖裁力；
A —— 凸模最小截面積；
[p ] ——凸模材料的許用壓應(yīng)力（Mp）；
d ——凸模最小直徑（mm）；
t ——毛坯厚度（mm）；
——毛坯材料的抗剪強度（Mp）。
對于本凸模帶入數(shù)值得：
dmin ＝4.5mm （3.5）
d＝7.8，7.5，64.5
本制件滿足應(yīng)力校核的條件。
3.4.2 凸凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計
(1）凹凸模厚度 從強度考慮,壁厚受最小值限制.凸凹模的最小壁厚受模具結(jié)構(gòu)的影響.由于本模具結(jié)構(gòu)采用倒裝式,內(nèi)孔會積存廢料,所以最小壁厚要大些.倒裝式復(fù)合模的凸凹模最小壁厚:對于黑金屬和硬材料約為壁厚的1.5倍,但不小于0.7mm.如圖3.3。
由以上數(shù)據(jù)可知:本凸凹模符合要求.
凸模刃口尺寸按凹模實際尺寸配做，保證雙面間隙值在0.064～0.092之間。
凸凹模
3.5 沖壓模具標(biāo)準(zhǔn)件的選擇
3.5.1 模架的選擇
模架是由上、下模座、模柄及導(dǎo)向裝置（導(dǎo)柱和導(dǎo)套）組成。
一般模架均已例如標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計模具時，應(yīng)加一正確選用，對模架的基本求要有足夠的強度與剛度；要有足夠的精度；上、下模之間的導(dǎo)向要精確。根據(jù)本模具的特點以及壓力機(jī)的最大閉合高和閉合高的調(diào)節(jié)量，根據(jù)落料凹模的外形尺寸及橡膠尺寸，參照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，可選擇I級精度后側(cè)導(dǎo)柱模架。
上模架如圖3.4所示.
下模架如圖3.5所示.
圖3.4上模架
圖3.5下模架
圖3.5
3.5.2 擋料銷
擋料銷用于限定條料送進(jìn)距離、擋住條料的搭邊或工件輪廓，起定位作用。擋料銷有固定擋料銷和活動擋料銷兩類。
固定擋料銷分圓形與鉤形兩種，一般裝在凹模上。圓形擋料銷結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，但銷孔離凹模刃口較近，會削弱凹模的強度。鉤形擋料銷遠(yuǎn)離凹模刃口，不會削弱凹模強度。為防止形狀不對稱的鉤頭轉(zhuǎn)動，需要加定向銷，因此增加了制造的工作量。綜合以上兩種擋料銷，考慮到本制件精度要求不高，為了簡化制造工藝，降低模具成本，選用容易制造的活動擋料銷。
3.5.3 卸料裝置
（1）卸料裝置的選擇
卸料裝置的型式較多，它包括固定卸料板、活動卸料板、彈壓卸料板和廢料切刀等幾種。卸料板除把材料從凸模上卸下外，有時也起壓料或為凸模導(dǎo)向的作用。因此，在大批量生產(chǎn)用的模具上，要用淬硬得的卸料板。固定卸料板適用于沖制材料厚度大于和等于0.8mm的帶料或條料。彈壓卸料板主要用于沖制薄件和要求平整的沖件。此卸料板常用于復(fù)合沖裁模。其彈力來源于彈簧或橡皮。本課題選用固定卸料板,彈力來源于橡皮，用卸料螺釘與下模架連接。
（2）卸料橡膠的計算
下卸料裝置采用橡膠作為彈性元件。由式計算橡膠的自由高度為：
（3.6）
式中 ——工作行程與模具修磨量或調(diào)整量之和。
=30mm+1mm+4mm=15mm
則
取
橡膠的裝配高度
取
橡膠的斷面面積，在模具裝配時，根據(jù)模具空間大小確定。
3.5.4 推件裝置
推板
推桿
推件裝置有剛性和彈性兩種。彈性推件器一般裝于模座下面，與下模板相連。這種裝置除有推出工件的作用外，還能壓平工件，還可以用于卸料和緩沖。剛性推件器一般置于上模，推件力大且可靠，其推件力通過打桿→推板→推桿→推塊傳至工件。
推桿常選用3～4個且分布均勻、長短一致。推桿裝載上模板的孔內(nèi)，為保證凸模支承剛度和強度，放推桿的孔不能全挖空，推板的形狀要按被拆下的工件形狀來設(shè)計。沖壓模選擇推桿和推板。（如上圖）
3.5.5 導(dǎo)向零件設(shè)計與標(biāo)準(zhǔn)
導(dǎo)向零件可保證模具沖壓時，上、下模有一精確的位置關(guān)系。在中、小型模具中廣泛采用的導(dǎo)向零件是導(dǎo)柱和導(dǎo)套。
導(dǎo)柱（導(dǎo)套）常用兩個。對中型沖?；驔_制精度要求高的自動化沖模，則采用四個導(dǎo)柱。在安裝圓形沖件等一類無方向性的沖模時，為避免裝錯，將對角模架和中間模架上的兩個導(dǎo)柱，做成直徑不等的型式；四導(dǎo)柱的模架，可做成前后導(dǎo)柱的間距不同的模座。對可能產(chǎn)生側(cè)向推力時，要設(shè)置止推塊，使導(dǎo)柱不受彎曲力。
一般導(dǎo)柱安裝在下模座，導(dǎo)套安裝在上模座，分別采用過盈配合。高速沖裁、精密沖裁或硬質(zhì)合金沖裁模具，要求采用滾珠導(dǎo)向結(jié)構(gòu)?？紤]到本套模具的成本和精度，選用滑動導(dǎo)柱、導(dǎo)套?；瑒訉?dǎo)柱、導(dǎo)套的型式和尺寸通過《沖壓模具標(biāo)準(zhǔn)手冊》選取。沖壓模選用的導(dǎo)柱的型號是，導(dǎo)套是。
3.5.6 模柄的選用
中、小型沖模通過模柄將上模板固定在壓力機(jī)的滑塊上。常用的模柄形式如下。
(1）壓入式模柄 它與上模座孔采用H7/h6的過渡配合，并加銷釘防轉(zhuǎn)。
(2）旋入式模柄 通過螺紋與模座聯(lián)接，用螺釘防松，裝卸方便，多用于有導(dǎo)模的沖模。
(3）凸緣模柄 用3～4個螺釘固定在上模座的窩孔內(nèi)，多用于較大型的模具上。
(4）浮動模柄 通過凹球面模柄與凸球面墊塊聯(lián)接，裝入壓力機(jī)滑塊后，允許模柄與模柄軸心線之間的偏離，可減少滑塊誤差對模具導(dǎo)向精度的影響。
沖壓模具采用比較常見的浮動式模柄。
3.5.7 凸模固定板與墊板
凸模固定板將凸模固定在模座上，其平面輪廓尺寸除保證凸模安裝孔外， 還要考慮螺釘與銷釘孔的位置。其型式有圓形和矩形兩種。厚度一般取凹模厚度的0.6～0.8倍。
墊板的作用是直接承受和擴(kuò)散凸模傳遞的壓力，以降低模座所受的單位壓力，保證模座以免被凸模端面壓陷。
墊板
凸模固定板
32
南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士論文
3.5.8 沖壓模具結(jié)構(gòu)圖
1下模座 2螺釘M6×60 3導(dǎo)柱 4卸料螺釘M10×90 5卸料橡皮?36X50 6卸料板 7導(dǎo)料銷 8推塊 9小凸模（三） 10小凸模（一） 11凸模固定板 12推桿 13螺釘M12×70 14推板 15模柄 16打桿 17螺釘M10×25 18圓柱銷?10×38 19上模座 20圓柱銷?10×50 21墊板 22小凸模（二） 23圓柱銷?10×80 24凹模 25導(dǎo)套 26凸凹模 27圓柱銷?6×70
圖3.7裝配圖
結(jié) 論
本次設(shè)計的主要內(nèi)容是紡機(jī)搖架后支架的沖壓工藝和模具設(shè)計。
經(jīng)過近3個月的時間，這套系統(tǒng)由最初的構(gòu)想經(jīng)過不斷的修整，最終得到了實現(xiàn)。
我所設(shè)計的后支架只用兩道工序就可以使支架成型，和傳統(tǒng)的幾道工序成型相比，工作效率得到了極大的提高。而且，也節(jié)省了原材料。
因為只使用兩套模具就使工作要求得到實現(xiàn)，和傳統(tǒng)的使用幾套模具才可以達(dá)到工作要求相比，更加的經(jīng)濟(jì)。而且，零件的精度也得到了提高。
定位方面，采用了彈簧柱銷結(jié)構(gòu)控制工件的位置，結(jié)構(gòu)簡單，而且十分的經(jīng)濟(jì)。
本次設(shè)計在零件的選型上十分重視系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，在滿足工作時所需要的工作載荷以外，大部分考慮因素都在系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，簡單性上面。
經(jīng)過了大量的理論上的設(shè)計計算和調(diào)試校驗。表明系統(tǒng)性能及各項指標(biāo)與理論符合的很好?？偟膩碚f，這次畢業(yè)設(shè)計是成功的。
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致謝
衷心感謝羅海泉老師的精心教導(dǎo),他教導(dǎo)令我受益終生。
在本次畢業(yè)設(shè)計中,我從指導(dǎo)老師身上學(xué)到了很多東西。羅老師認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度,嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神和深厚的理論水平都使我受益匪淺。無論在理論上還是在實踐中,都給予我很大的幫助,使我得到不少的提高.這對我以后的工作和學(xué)習(xí)都是一種巨大的幫助。
同時也感謝有關(guān)老師和本組和本寢室同學(xué)的熱心幫助。
在此向各位老師和同學(xué)致謝。
學(xué)生簽名：朱學(xué)晶
日 期：2010-5-20
附錄A：沖壓彎曲工藝規(guī)程卡片
南昌航空大學(xué)科技學(xué)院
產(chǎn)品名稱
工件名稱
后支架
產(chǎn)量
第 頁
產(chǎn)品圖號
工件圖號
80000件
共 頁
材料牌號及
技術(shù)規(guī)格
Q235鋼
毛料形狀及尺寸
板材1800mmX900mmX1.2mm
橫裁成900mmX113mmX1.2mm
工序
號
工序
名稱
工 序 草 圖
工裝名稱
設(shè)備
檢驗
要求
工種
備注
1
下料
鋼板1.2mmX113mmX900mm
2
落料
沖孔落料復(fù)合模
500（KN）沖床
按草圖
檢驗
量具用
異形塞規(guī)
原底圖
總號
日期
更改標(biāo)記
編制
校對
核對
文件號
簽名
底圖
總號
簽字
簽名
日期
日期
南昌航空大學(xué)科技學(xué)院
產(chǎn)品名稱
工件名稱
后支架
產(chǎn)量
第 頁
產(chǎn)品圖號
工件圖號
80000件
共 頁
材料牌號及
技術(shù)規(guī)格
Q235鋼
毛料形狀及尺寸
板材1800mmX900mmX1.2mm
橫裁成900mmX113mmX1.2mm
工序
號
工序
名稱
工 序 草 圖
工裝名稱
設(shè)備
檢驗
要求
工種
備注
3
彎曲
彎曲模
400（Tf）
沖 床
按草圖檢驗
原底圖
總號
日期
更改標(biāo)記
編制
校對
核對
文件號
簽名
底圖
總號
簽字
簽名
日期
日期