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沖壓模具設(shè)計中側(cè)壁起皺的分析
F.-k. Chen and Y.-C. Liao
臺灣 臺北市國立臺灣大學(xué)機械工程部門
在沖壓過程中，起皺一般發(fā)生在有錐度的方形杯子和帶有階梯的矩形杯子成形時。這兩種起皺類型的共同特征是起皺都發(fā)生在相對沒有支撐的側(cè)壁。在沖壓一個有錐度的方形杯子時，當(dāng)發(fā)生起皺時，比如沖模間隙和沖壓毛壞的壓力大小等參數(shù)的影響通過有限元模擬方法被檢查到。模擬結(jié)果顯示沖模間隙越大，起皺的就越明顯，而且起皺不能通過增加沖壓力來被抑制。在研究帶有階梯的矩形杯子沖壓過程的起皺時，發(fā)現(xiàn)了一個有相似幾何類型的實際部分。在側(cè)壁被發(fā)現(xiàn)的起皺是因為介于沖頭和階梯邊緣的金屬板料不平衡伸展造成的。為減少起皺，一個最適宜的沖模設(shè)計方法就是利用有限元分析法。在無起皺產(chǎn)品中介于模擬結(jié)果和實測結(jié)果的好協(xié)議使有限元分析法生效，而且證實了利用有限元分析法去設(shè)計沖模的優(yōu)勢。
關(guān)鍵詞：側(cè)壁起皺；沖模；階梯的矩形杯子；帶有錐度的主形杯子
1． 介紹
起皺是在金屬板料成形中主要的缺陷之一。由于性能和視察的原因，在產(chǎn)品中起皺往往不能被接受。在金屬板料成形過程中，有三種形式的起皺頻繁的發(fā)生：邊緣起皺，側(cè)壁起皺和由于殘余的彈性壓力引起的未變形區(qū)域的彈性彎曲。在沖壓一個復(fù)雜形狀零件的操作時，側(cè)壁起皺意味著沖模腔中的起皺。由于側(cè)壁區(qū)域的金屬板料相對于其它區(qū)域的金屬板料不被工具所保征質(zhì)量，側(cè)壁起皺的消除比邊緣起皺的抑制更難。很明顯，在未被加固的側(cè)壁區(qū)域中的金屬材料的額外拉伸可能防止起皺，而且在實際操作中也可以通過增加沖壓力來防止起皺，但是過度的拉力會通過裂痕導(dǎo)致失敗。因此，沖壓力必須處于一個狹小的范圍，一方面，要高于抑制起皺的力，另一方面，要低于產(chǎn)生破裂的力。沖壓力的狹小范圍很難計算。對于沖壓一個復(fù)雜形狀的零件，當(dāng)起皺發(fā)生在中心區(qū)域時，有意義的沖壓力范圍甚至不存在。
為了檢查起皺的形成結(jié)構(gòu)，Yoshida et al.發(fā)明了一種測試，在這種測試?yán)?，一塊薄板料不是均勻的沿著它的斜度被拉伸。他們也計劃一個近似的理論模型，在這種模型里面，起皺的開始取決于在壓力不均勻區(qū)域中有壓縮的側(cè)部力的彈性灣曲。Yu et al.從實驗性和分析性上研究起皺問題，通過理論分析，他發(fā)現(xiàn)帶有兩個圓周波的起皺可能發(fā)生，然而，實驗結(jié)果顯示是四到六個。當(dāng)通過一個有錐度的模具畫出金屬板料時，Narayanasamy和sowerby用平底的沖頭和半球狀的沖頭檢查金屬板料的起皺。他們也試圖去把可以抑制起皺的道具分類。
那些努力都被聚中于和簡單形狀零件關(guān)聯(lián)的起皺問題上，例如：一個圓形的杯子。在90年代早期，金屬板料成形中三維動態(tài)軟件和有限元方法的成功運用使得分析包括在沖壓一個復(fù)雜形狀零件的起皺問題成為可能。在當(dāng)前的研究中，三維有限元分析法被用來分析在沖壓一個帶有階梯的矩形部分的過程中，產(chǎn)生起皺的金屬流動制造參數(shù)上。
一個帶有階梯的方形杯子，在杯子的每一邊都有一個傾斜的側(cè)壁，在帶有錐度的杯子也相應(yīng)的存在傾斜的側(cè)壁。在沖壓過程中，側(cè)壁上的金屬板料相對沒被支撐，因此，這個部位更容易起皺。在當(dāng)前的研究中，起皺過程中的各種不同的制造參數(shù)的影響都在被研究。在沖壓一個帶有階梯的方形杯子時，就像圖1B顯示的一樣，可以觀測到另一種形式的起皺。為了評估分析的效力，在當(dāng)前的研究中，一個確切階梯幾何形狀的物體被檢測。通過使用有限元分析法和用適宜的模具設(shè)計來減少起皺，起皺的原因被確定。在觀測一個實際產(chǎn)品成形時，通過有限元分析法得到的模具設(shè)計方法得到證實。
圖1帶有錐度方形杯子的拉伸（a）和帶有階梯的矩形杯子的拉伸（b）
2有限元模型
包括沖頭、模具和毛壞固定器等工具幾何學(xué)是用CAD或PRO/E軟件來設(shè)計的。同樣用CAD軟件，三節(jié)點和四節(jié)點的外形元素被采用用來為以上工具生產(chǎn)網(wǎng)眼系統(tǒng)。對于有限元模擬來說，工具被認為是剛硬的，而且對應(yīng)的網(wǎng)眼被用來定義工具幾何學(xué)而不是壓力分析。同樣CAD軟件使用四節(jié)點外形元素來為板形壞料構(gòu)造網(wǎng)眼。圖2顯示工具的完整布置的網(wǎng)眼系統(tǒng)和用來沖壓帶有階梯方形杯子的板形壞料。由于對稱條件，方形杯子的四分之一被分析。在模擬中，板形壞料放在壓力機上，沖模向下移動，逆著壓力機夾緊板形壞料。然后沖模上升使得板形壞料按著模腔成形。
圖2 有限元網(wǎng)眼
為了表演一個精確的有限元分析法，金屬板料的真實應(yīng)力應(yīng)變曲線被要求是輸入數(shù)據(jù)的一部分。在當(dāng)前的研究中，拉深成形的金屬板料也被用來模擬。為在飛機上切割下的樣本測試被進行，它們依次從0度的旋轉(zhuǎn)方向到45度的旋轉(zhuǎn)方向，再到90度的旋轉(zhuǎn)方向進行著。平均的流動力σ，計算方程為σ=（σ0+2σ45+σ90）/4，因為每一個方法真實應(yīng)變通常用來模擬帶錐度方形杯子和帶階梯矩形的沖壓，就如圖3顯示的那樣。
當(dāng)前研究中所有的模擬利用有限元程序PAM-STAMP涉及SGI Indigo2工作站。為了完成模似所需輸入數(shù)據(jù)的設(shè)置，沖頭的速度一般設(shè)置在10m/s，庫侖摩擦系數(shù)設(shè)置在0.1。
圖3 金屬板料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系
3 錐度方形杯中的起皺
正像圖1a顯示的那樣，草圖暗示著一些有關(guān)錐度方形杯子的尺寸，方形沖頭每一面的長度（2WP）、模腔的尺寸（2Wd）和高度(H)被認為是影響起皺的至關(guān)重要尺寸。在當(dāng)前研究中，模腔尺寸和沖頭尺寸的差距的一半稱作沖模間隙（記作G），G= Wd- WP。相關(guān)的在側(cè)壁沒被支撐的金屬板料的寬度取決于沖模間隙，起皺假想通過增加沖壓力來被抑制。相對于沖壓一個錐度方形杯子，沖模間隙和沖壓力兩方面的影響在接下來的部分被研究。
3.1沖模間隙的影響
為了檢查沖模間隙對起皺的影響，在沖壓一個錐度方形杯子時，分別用20mm，30mm，50mm大小的沖模間隙進行模擬沖壓。在每次模擬沖壓中，模腔的尺寸都是固定在200mm，而且杯子拉深的高度都是100mm。三次模擬中使用的金屬板料都是380X380的方形尺寸，厚度也都是0.7mm，金屬的應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖3所示。
圖4 G=50mm的帶有錐度的方形杯子
模擬結(jié)果顯示三次模擬中都發(fā)生起皺現(xiàn)象，沖模間隙為50mm沖壓出來的杯子模擬形狀如圖4。從圖4中可以看出，起皺分布在側(cè)壁，側(cè)壁拐角尤其明顯。這就說明在沖壓過程中，起皺是由于在側(cè)壁有大面積區(qū)域不被支撐，同樣，由于沖模間隙不一樣，沖頭各邊的長度和模腔尺寸也不一樣。由于橫向壓力的存大，在沖頭和模腔中拉深成形的金屬板料越來越不牢固。在壓縮下，側(cè)壁金屬板料不受限制的拉伸是起皺的主要原因。為了比較三種不同間隙沖壓出來的產(chǎn)品，兩個主要的應(yīng)變比率β被介紹，β=εmin/εmax，這里的εmin和εmax分別是主要的和次要的應(yīng)變。Hosford和Caddell已經(jīng)展示了β的實際值比β的評論值大，假設(shè)當(dāng)起皺發(fā)生時，β的實際值越大，起皺的可能性就越大。
在三個沖模間隙不同的沖壓中，同一側(cè)壁高度，沿著橫截面M-N的β值在圖4中標(biāo)記出，在圖5中畫出。圖5中說明嚴(yán)重的起皺一般發(fā)生在拐角處，而對三個沖模間隙不同的沖壓，在側(cè)壁中心很少發(fā)生起皺。還說明了沖模間隙越大，β的實際值就越大。因此，增加沖模間隙將增加在錐度方形杯子側(cè)壁處發(fā)生起皺的可能性。
3.2沖壓力的影響
眾所周知，在沖壓過程中，增加沖壓力可以幫助排除起皺。為了研究增加沖壓力的影響，沖模間隙為50mm與起皺是有關(guān)聯(lián)的，用沖模間隙為50mm的模具沖壓帶有錐度方形杯子被用不同的沖壓力來模擬了。沖壓從100KN增加到600KN，這兩個力分別產(chǎn)生0.33Mpa和1.98Mpa。在上述部分，剩下的模擬條件與給定的是一樣的。處于中間的300KN也被用來模擬。
模擬結(jié)果顯示沖壓力的增加并沒有幫助消除發(fā)生在側(cè)壁的起皺。在圖4中已標(biāo)出沿著橫截面M-N的β值與沖壓力為100KN和600KN的β值作比較。模擬結(jié)果指出兩種情況下，沿著橫截面M-N的β值是一樣的。為了檢查兩種不同沖壓力的起皺形狀，正如圖4和圖6標(biāo)出的那樣，側(cè)壁上從底部向上有五處不同位置的橫截面。從圖6可以看出，兩個外殼的波浪形橫截面是相似的。這就說明在沖壓帶有錐度的方形杯子時，沖壓力不影響起皺的發(fā)生，這是因為起皺的原因主要是由于在有橫向壓力存在的側(cè)壁處有大面積區(qū)域不被支撐。沖壓力對沖頭和模腔之間材料不穩(wěn)定的模式并沒有影響。
圖5 沿著橫截面M-N不同沖模間隙的β值
4階梯矩形杯子
在沖壓一個階梯矩形杯子時，起皺發(fā)生在側(cè)壁即使沖模間隙并不是那么重要。輪廓1顯示沖壓階梯矩形杯子的沖頭草圖，在這張草圖中，側(cè)壁C沿臺階D-E而行。在近期的研究中，在一個實際的產(chǎn)品中檢查到了這種幾何形狀。這種產(chǎn)品使用的原材料的厚度是0.7mm，從拉力測試中獲得的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系如圖3所示。
這種沖壓部分產(chǎn)品的程序包括通過清理焊縫的深拉。在這種深拉過程中，沒有焊縫被用在沖模表面來幫助幫助金屬的流動。但是，由于沖頭拐角處的半徑過小和其復(fù)雜的幾何形狀，如圖7顯示的那樣，在沖頭邊緣上部經(jīng)常發(fā)生拉裂，在真實產(chǎn)品的側(cè)壁處經(jīng)常發(fā)生起皺。從圖7中可以看出，皺紋發(fā)分布在側(cè)壁上，但是在階梯邊緣拐角處最為嚴(yán)重，就像圖1（b）中A-D，B-E顯示的那樣。在沖頭的上部邊緣，金屬往往被拉裂，就像圖7所示。
為了進一步的了解沖壓過程中板料的變形，誕生了一種有限元的方法。這種有限元模擬方法被在最初的設(shè)計中。部分的模擬形狀如圖8所示。從圖8中可以看出，零件上部邊緣的網(wǎng)眼被拉深，皺紋分布在側(cè)壁上，類似真實零件中的那樣。
圖6 從圖a的100KN到圖b的600KN不同側(cè)壁高度的橫截面線條
圖7 產(chǎn)品零件中的拉裂和起皺
圖8 產(chǎn)品拉裂和起皺的模擬形狀
如圖1（b）就像A-B邊緣半徑和沖孔拐角處A的半徑一樣，沖孔的半徑也很小，這被認為是拉裂的最主要原因。但是，根據(jù)有限元分析的結(jié)果，拉裂可以通過增加以半徑來避免。這種理念在現(xiàn)實產(chǎn)品中通過增加半徑得到證實。
個別的嘗試也被用來消除起皺。第一，沖壓力加到原來的2倍。但是，就像在拉深帶有錐度的杯子中得到的結(jié)果一樣，沖壓力對消除起皺現(xiàn)象沒有起有很大的效果。通過增加摩擦和毛坯尺寸也得到同樣的結(jié)論。于是我們推測，這種起皺不能通過增加沖壓力來得到抑制。
由于在金屬屈服于過大壓力的區(qū)域，往往會因為大量的金屬流動而起皺，一種通過在起皺區(qū)域增加掛鉤用于消除起皺的簡單方法被用來吸收多余的材料。為了多余的金屬能有效的被吸收，掛鉤應(yīng)該平衡的加在起皺位置。基于這種理念，兩個掛鉤被加在鄰近在壁上吸收多余的材料，如圖9如示。模擬結(jié)果顯示，階梯拐角處的起皺正如想象的那樣被吸收，但是，一些起皺仍然沒被吸收。這說明在側(cè)壁處需要更多的掛鉤來吸收所有過量的材料，但是這在模具設(shè)計中是不允許的。
利用有限元分析法分析沖壓工序的一個優(yōu)勢是沖壓過程中板料的變形形狀可以被監(jiān)測，而這在真實的產(chǎn)品沖壓過程中是不可能的。對沖壓過程中金屬流動的精密監(jiān)測顯示板料最開始通過沖頭的力按模腔的形狀成形，直到板料接觸到如圖1（b）階梯D-E邊緣才形成起皺。起皺的形狀如
圖9 加到側(cè)壁的起皺
圖10顯示的那樣。這就為模具設(shè)計的改進提供了有價值的信息。
圖10 當(dāng)板料接觸臺階邊緣的起皺形成
圖11 切除了的臺階拐角
對于起皺的發(fā)生，最初的一個猜想是沖頭拐角處范圍A和階梯拐角處范圍D之間的金屬板料處于不平坦的拉深，就如圖1（b）所示。階梯拐角處被切主要是為了改善拉深條件，這樣就允許通過增加階梯邊緣有更多的拉伸被應(yīng)用到如圖11所示，從而使得模具設(shè)計的改進得到發(fā)展。但是，杯子側(cè)壁處仍然有起皺，這就意味著起皺是因為整個沖頭邊緣和整個階梯邊緣的不平坦引起的，不僅僅是沖頭拐角處和階梯拐角處之間的不平坦。為了證實這種說法，兩種改進過了的模具設(shè)計被用來實驗：為了描述想象中的形狀用兩種拉深操作，一種是切去整個階梯，而另一種是增加更多的拉深操作。前一個方法的模擬形狀所圖12所示。自從更低的階梯被切去后，拉深工序與圖12中的矩形杯子拉深工序性很相似。從圖12中可以看出起皺現(xiàn)象已被消除。
在這兩種操作的拉深工序中，板料最初是被拉到很深的階梯處，如圖13（a）所示，然后，較低的階梯在第二步拉深操作中成形，同是，如圖13（b）所示的想象形狀也得到了。從圖13（b）可以清晰的看出，通過兩步拉深工序可以造出沒有起皺的階梯矩形杯子，同時也說明在兩步拉深工序中，如果相應(yīng)的順序被應(yīng)用，則更低一些的階梯處的成形是伴隨更深階梯處成形和最深階梯邊緣處成形的最早成形，如圖1(b)中的A-B，因為金屬不容易通過較低的階梯進入模具型腔。
圖12改善模具設(shè)計的模擬形狀
圖13 兩個操作步驟中的a第一步操作 b第二步操作
有限元分析法說明用簡單的拉深操作來設(shè)計理想產(chǎn)品的沖壓模具設(shè)計是很難完成的。但是，由于額外的模具費用和操作費用，兩個操作的制造費用是很高的。為了保持較低的制造費用，零件的設(shè)計師對形狀做出了合適的改變，而且通過有限元模擬分析法結(jié)果去切除較低的臺階來改善模具設(shè)計，如圖12所示。隨著設(shè)計方法的改進，產(chǎn)品真實的沖壓模具被制造出來，而且零件還沒有起皺，如圖14所示。通過有限元模擬分析法得到的零件也沒有起皺。
為了進一步驗證有限元模擬分析法的結(jié)果，有限元模擬分析法得到的沿橫截面G-H的厚度分布如圖14所示，這與產(chǎn)品的尺寸做了比較，比較的結(jié)果顯示在圖15。從圖15可以看出有限元模擬分析法得到的預(yù)想的厚度分布和產(chǎn)品得到的厚度分布是相符合的。這種吻合證實了有限元模擬分析法的效率。
圖14 無缺陷產(chǎn)品零件
圖15 G-H處模擬和測量厚度
5概要和結(jié)束語
通過有限元模擬分析法研究了兩種在沖壓過程中的起皺，而且還檢查了其起皺的原因和消除起皺的方法。
第一種形式的起皺發(fā)生在沖壓帶有錐度的方形杯子的側(cè)壁上，這種起皺的原因是因為沖模間隙過大（沖模間隙就是模腔的尺寸和沖頭的尺寸的差距）。當(dāng)金屬被拉至模腔中，在沖頭和型腔中有一有害的拉深時，大的沖模間隙導(dǎo)致金屬板料的大面積區(qū)域不被支撐，因此大面積區(qū)域不被支撐導(dǎo)致起皺。有限元模擬分析法顯示這種起皺不能通過增加沖壓力的方法來得到抑制。
另一種形式的起皺發(fā)生在有階梯矩形的幾何形狀物體沖壓過程中。起皺往往發(fā)生在臺階以上的側(cè)壁，甚至沖模的間隙不是足夠的大。通過有限元模擬法得知，這種起皺主要是由于在沖頭和臺階邊緣存在不平坦的拉伸。在模具設(shè)計過程中，通過有限元模擬分析法單獨的嘗試被用來消除起皺，切除了臺階的模具被建立。通過無缺陷的零件證實了這種模具設(shè)計方法對消除起皺的作用。有限元模擬分析法得到的結(jié)果和真實產(chǎn)品中看到的結(jié)果相吻合說明了有限元模擬分析法的準(zhǔn)確性，還證實了用有限元分析法代替真實的模具制造方法的效力。
感謝
作者希望感謝中國人民共和國民族科學(xué)委員會授于NSC-86-2212-E002-028編號才使得這個項目得到發(fā)展。他們也希望感謝KYM提供了產(chǎn)品零件。
參考文獻
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河南機電高等?？茖W(xué)校
學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文）中期檢查表
學(xué)生姓名
學(xué) 號
指導(dǎo)教師
選題情況
課題名稱
支架零件圖
難易程度
偏難
適中
偏易
工作量
較大
合理
較小
符合規(guī)范化的要求
任務(wù)書
有
無
開題報告
有
無
外文翻譯質(zhì)量
優(yōu)
良
中
差
學(xué)習(xí)態(tài)度、出勤情況
好
一般
差
工作進度
快
按計劃進行
慢
中期工作匯報及解答問題情況
優(yōu)
良
中
差
中期成績評定：
所在專業(yè)意見：
負責(zé)人：
年 月 日
河南機電高等?？茖W(xué)校
畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書
系 部： 材料工程系
專 業(yè)： 模具設(shè)計與制造
學(xué)生姓名: 學(xué) 號
設(shè)計(論文)題目：支架零件圖
起 迄日期: 2007年03月20日~ 06月18日
指導(dǎo)教師:
發(fā)任務(wù)書日期: 2007 年 03 月 20 日
畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）任 務(wù) 書
1．本畢業(yè)設(shè)計（論文）課題來源及應(yīng)達到的目的：
該課題有由原紅玲老師發(fā)布，在完成該課題之后，應(yīng)對沖壓工藝生產(chǎn)較為熟悉，能熟練掌握相關(guān)設(shè)計手冊的使用，能獨立完成一套模具的設(shè)計及模具工作零件加工工藝的編制。能夠運用模具設(shè)計軟件完成模具裝配圖及零件圖的繪制。
2．本畢業(yè)設(shè)計（論文）課題任務(wù)的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）：
（1）零件工藝性分析；
（2）模具主要設(shè)計計算；
（3）模具總體設(shè)計；
（4）模具主要零部件設(shè)計；
（5）模具裝配圖的確定及工作原理；
（6）工件成型出現(xiàn)的工藝質(zhì)量問題及解決措施
工件名稱：支架零件圖
材料：Q235
料厚：2mm
產(chǎn)量：大批量
所在專業(yè)審查意見：
負責(zé)人：
年 月 日
系部意見：
系領(lǐng)導(dǎo)：
年 月 日
河南機電高等?？茖W(xué)校
畢業(yè)設(shè)計說明書
畢業(yè)設(shè)計題目：支架零件圖
系 部 材料工程系
專 業(yè) 模具設(shè)計與制造
班 級
學(xué)生姓名
學(xué) 號
指導(dǎo)教師
2007年 03月 20 日
機械加工工藝過程卡片
產(chǎn)品型號
零（部）件圖號
產(chǎn)品名稱
零（部）件名稱
凸模
共（1）頁第（1）頁
材料牌號
Cr12MoV
毛坯
種類
塊料
毛坯外型尺寸
60×55×90
每個毛坯可制件數(shù)
1
每臺
件數(shù)
1
備注
工序號
工序名稱
工序內(nèi)容
車間
工段
設(shè)備
工藝裝備
工時
準(zhǔn)終
單件
01
鍛造
消除毛坯組織缺陷，改善其力學(xué)性能。
空氣錘
鉗子、卡尺
0.25h
02
退火
改善毛坯的切削加工性及消除熱加工的組織缺陷。
煤氣爐
鉗子
8h
03
銑削
進行粗加工，留精加工余量及研磨量。
銑床
夾具、卡尺
0.5
04
調(diào)質(zhì)
達到零件各項力學(xué)性能要求。
調(diào)質(zhì)爐
鉗子
10h
05
磨削
進行精加工，留研磨量。
加工中心
夾具、卡尺
3h
06
研磨
進行研磨使得零件達到零件圖上各項要求。
砂布 千分尺
10h
07
檢驗
檢查零件是否合格
0.5h
設(shè)計日期
審核日期
標(biāo)準(zhǔn)化日期
會簽
日期
標(biāo)記
記數(shù)
更改文
件號
簽字
日期
標(biāo)記
處數(shù)
更該文件號
凸模加工工藝過程卡
凸模加工工藝卡
機械加工工藝過程卡片
產(chǎn)品型號
零（部）件圖號
產(chǎn)品名稱
零（部）件名稱
凸模
共（1）頁第（1）頁
材料牌號
Cr12MoV
毛坯
種類
塊料
毛坯外型尺寸
135×130×82
每個毛坯可制件數(shù)
1
每臺
件數(shù)
1
備注
工序號
工序名稱
工序內(nèi)容
車間
工段
設(shè)備
工藝裝備
工時
準(zhǔn)終
單件
01
鍛造
消除毛坯組織缺陷，改善其力學(xué)性能。
空氣錘
鉗子、卡尺
0.25h
02
退火
改善毛坯的切削加工性及消除熱加工的組織缺陷。
煤氣爐
鉗子
8h
03
銑削
進行粗加工，留精加工余量及研磨量。
銑床
夾具、卡尺
0.5
04
調(diào)質(zhì)
達到零件各項力學(xué)性能要求。
調(diào)質(zhì)爐
鉗子
10h
05
磨削
進行精加工，留研磨量。
加工中心
夾具、卡尺
3h
06
研磨
進行研磨使得零件達到零件圖上各項要求。
砂布 千分尺
15h
07
檢驗
檢查零件是否合格
0.5h
設(shè)計日期
審核日期
標(biāo)準(zhǔn)化日期
會簽
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凹模加工工藝卡
機械加工工藝過程卡片
產(chǎn)品型號
零（部）件圖號
產(chǎn)品名稱
零（部）件名稱
凹模
共（1）頁第（1）頁
材料牌號
Cr12MoV
毛坯
種類
塊料
毛坯外型尺寸
225×190×55
每個毛坯可制件數(shù)
1
每臺
件數(shù)
1
備注
工序號
工序名稱
工序內(nèi)容
車間
工段
設(shè)備
工藝裝備
工時
準(zhǔn)終
單件
01
鍛造
消除毛坯組織缺陷，改善其力學(xué)性能。
空氣錘
鉗子、卡尺
0.25h
02
退火
改善毛坯的切削加工性及消除熱加工的組織缺陷。
煤氣爐
鉗子
8h
03
銑削
進行粗加工，留精加工余量及研磨量。
銑床
夾具、卡尺
0.5
04
電火花加工
加工凹模腔
電火花成型機
夾具 尺子
6h
05
鉗工劃線
定位螺紋孔
尺子 粉筆
0.5h
06
鉆孔
鉆螺紋孔并加工螺紋
鉆機
夾具
2h
07
調(diào)質(zhì)
達到零件各項力學(xué)性能要求。
調(diào)質(zhì)爐
鉗子
12h
08
磨削
進行精加工，留研磨量。
加工中心
夾具、卡尺
5h
09
研磨
進行研磨使得零件達到零件圖上各項要求。
砂布 千分尺
20h
10
檢驗
檢查零件是否合格
0.5h
設(shè)計日期
審核日期
標(biāo)準(zhǔn)化日期
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河南機電高等?？茖W(xué)校
畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告
學(xué)生姓名：學(xué) 號：
專 業(yè)： 模具設(shè)計與制造
設(shè)計(論文)題目： 支架零件圖
指導(dǎo)教師：
2006 年 4 月25 日
畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）開 題 報 告
1．結(jié)合畢業(yè)設(shè)計（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻資料，撰寫1500字左右（本科生200字左右）的文獻綜述(包括目前該課題在國內(nèi)外的研究狀況、發(fā)展趨勢以及對本人研究課題的啟發(fā))：
文 獻 綜 述
一.模具生產(chǎn)的國內(nèi)外現(xiàn)狀
在設(shè)計的同時，通過查閱資料《沖壓模具設(shè)計與制造》、《冷沖模設(shè)計》、《冷沖壓成型工藝與模具設(shè)計制造》等書使我大體上了解了模具生產(chǎn)的國內(nèi)外現(xiàn)狀。
在我國目前沖壓技術(shù)與工業(yè)發(fā)達國家相比還相當(dāng)落后，主要原因是我國在沖壓基礎(chǔ)理論及成形工藝，模具標(biāo)準(zhǔn)化、模具設(shè)計、模具制造工藝及設(shè)備等方面與工業(yè)發(fā)達國家尚有相當(dāng)大的差距，導(dǎo)致我國模具在壽命，效率、加工精度、生產(chǎn)周期等方面與發(fā)達國家的模具相比差距相當(dāng)大。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)雜和長壽命的模具依賴進口。
當(dāng)前國際上計算機輔助設(shè)計（CAD）和計算機輔助制造（CAM）發(fā)展趨勢是：繼續(xù)發(fā)展幾何圖形系統(tǒng)，以滿足復(fù)雜零件和模具的要求；在CAD和CAM的基礎(chǔ)上建立生產(chǎn)集成系統(tǒng)（CIMS）；開展塑性成型模擬技術(shù)（包括物理模擬和數(shù)學(xué)模擬）的研究，以提高工藝分析和模具CAD的理論水平和實用性；開發(fā)智能數(shù)據(jù)庫和分布試數(shù)據(jù)庫，發(fā)展專家系統(tǒng)和智能CAD等
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步和工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，沖壓加工作為現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)重要的生產(chǎn)手段之一，更加體現(xiàn)出其特有的優(yōu)越性。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，由于市場競爭日益激烈，產(chǎn)品性能和質(zhì)量要求越來越高，更新?lián)Q代的速度越來越快，沖壓產(chǎn)品正朝著復(fù)雜化，多樣化高、性能、高質(zhì)量方向發(fā)展，模具也正朝著復(fù)雜化，高效率、高精度、長壽命方向發(fā)展。隨著計算機技術(shù)和制造技術(shù)的迅速發(fā)展，沖壓模具設(shè)計與制造技術(shù)正由手工設(shè)計，依靠人工經(jīng)驗和常規(guī)機械加工技術(shù)向以計算機輔助設(shè)計（CAD），數(shù)控切削加工、數(shù)控電加工為核心的計算機輔助設(shè)計與制造（CAD/CAM）技術(shù)轉(zhuǎn)變。
二、 沖壓模具制造技術(shù)發(fā)展趨勢
在《冷沖壓模具設(shè)計與制造》一書中寫到：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)。達到這一要求急需發(fā)展如下幾項：
(1)全面推廣CAD/CAM/CAE技術(shù)
。計算機和網(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?，F(xiàn)在模具掃描系統(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
(5)提高模具標(biāo)準(zhǔn)化程度
(6)優(yōu)質(zhì)材料及先進表面處理技術(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
(8)模具自動加工系統(tǒng)的發(fā)展
設(shè)計啟發(fā)：通過查閱《機械工程材料》、《公差配合與技術(shù)測量》，使我了解材料性能對模具的影響，并且在制作模具時，每一個零件的尺寸公差也直接決定了制件的質(zhì)量狀況。而《沖壓模具圖冊》、《沖模圖冊》，使我掌握了多種模具結(jié)構(gòu)及功用。通過此次設(shè)計是我認識到在未來幾年內(nèi)模具將會得到廣泛應(yīng)用。模具CAD/CAM/CAE技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、自動化技術(shù)將會發(fā)展到令人吃驚的地步，模具的設(shè)計周期將會大大縮短，制造成本也將會大大降低。模具的壽命及性能將會大大提高，它將大大提高勞動生產(chǎn)率，給人人們帶來巨大財富。[在設(shè)計中參考了如下文獻：
[1] 劉建超主編 《沖壓模具設(shè)計與制造》 高等教育出版社
[2] 丁松聚主編 《冷沖模設(shè)計》 機械工業(yè)出版社
[3] 王秀鳳主編 《冷沖壓模具設(shè)計與制造》 北京航空航天大學(xué)出版社
[4] 薛啟祥主編 《冷沖壓模具設(shè)計與制造》 化學(xué)工業(yè)出版社
[5] 付宏生主編 《冷沖壓成型工藝與模具設(shè)計制造》 化學(xué)工業(yè)出版社
[6] 薛彥成主編 《公差配合與技術(shù)測量》 機械工業(yè)出版社
[7] 王運炎主編 《機械工程材料》 機械工業(yè)出版社
[8] 王芳主編 《冷沖壓模具設(shè)計指導(dǎo)》 機械工業(yè)出版社
[9] 翟德梅主編 《模具設(shè)計與制造》 河南機專教研室
[10] 楊占堯主編 《沖壓模具圖冊》 高等教育出版社
[11] 李天佑主編 《沖模圖冊》 機械工業(yè)出版社
河南機電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計說明書
支架零件沖孔落料彎曲復(fù)合模設(shè)計摘要
設(shè)計著重介紹了制件的成型工藝，及模具結(jié)構(gòu)設(shè)計。通過對制件的工藝分析，確定了工藝方案。并設(shè)計了一套正裝復(fù)合模具。在設(shè)計同時利用參考資料，確定了各工作零件的尺寸。并較多的考慮了模具結(jié)構(gòu)的調(diào)整性、易更換性及模具成本。同時在模具設(shè)計內(nèi)容中融匯了沖壓模具的不同加工方法、加工工藝及裝配工藝，對初學(xué)沖壓模具模設(shè)計者有一定的參考價值。本設(shè)計從模具設(shè)計到零部件的加工工藝以及裝配工藝等進行詳細的闡述，并應(yīng)用CAD進行各重要零件的設(shè)計。
關(guān)鍵詞：成型工藝、 結(jié)構(gòu)設(shè)計、 工藝分析、 復(fù)合模具．
Abstract
The design introduced emphatically the workpiece takes shape the craft, and mold structural design. Through to the workpiece craft analysis, has determined the craft plan. And has designed set of true things compound molds. Uses the reference during the design, has determined each work components size. And many considerations mold structure adjustment, easy replacement and mold cost. Meanwhile has blended together the ramming mold different processing method in the mold design content, the processing craft and the assembly craft, to begins studies the ramming mold mold designer to have the certain reference value. This design designs from the mold to the spare part processing craft as well as the assembly craft and so on carries on the detailed elaboration, and carries on each important components using CAD the design.
Key words: Takes shape the craft, the structural design, the craft analysis, the compound mold,
河南機電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計說明書
支架零件沖壓模設(shè)計
1. 緒 論
沖壓是利用安裝在壓力機上的模具對材料施加壓力使板料經(jīng)分離或塑性變形而得到所需零件的一種壓力加工方法。常溫下進行的板料沖壓加工稱為冷沖壓。
一. 冷沖壓在工業(yè)生產(chǎn)中的地位
模具是大批生產(chǎn)同形產(chǎn)品的工具，是工業(yè)生產(chǎn)的主要工藝裝備。模具工業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)工業(yè)。
模具可保證沖壓產(chǎn)品的尺寸精度。使產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，而在加工中不破壞產(chǎn)品表面。用模具生產(chǎn)零部件可以采用冶金廠大量生產(chǎn)的廉價的軋制剛板、剛帶為坯料，且在生產(chǎn)中不需加熱，具有生產(chǎn)效率高質(zhì)量好重量輕、成本低且節(jié)約能源和原材料等一系列優(yōu)點，是其它加工方法所不能比擬的。使用模具已成為當(dāng)代工業(yè)生產(chǎn)的重要手段和工藝發(fā)展方向?，F(xiàn)代制造工業(yè)的發(fā)展和技術(shù)水平的提高，很大程度上取決于模具工業(yè)的發(fā)展。目前，工業(yè)生產(chǎn)中普遍采用模具成形工藝方法，以提高產(chǎn)品的生產(chǎn)率和質(zhì)量。一般壓力機加工，一臺普通壓力機設(shè)備每分鐘可生產(chǎn)零件幾件到幾十件，高速壓力機的生產(chǎn)率已達到每分鐘數(shù)百件甚至上千件。據(jù)不完全統(tǒng)計，飛機汽車拖拉機電機電器儀器儀表等產(chǎn)品，60%左右的零件是用模具加工出來的；而自行車手表洗衣機電冰箱及電風(fēng)扇等輕工產(chǎn)品，90%左右的零件是用模具加工出來的；至于日用五金，餐具等物品的大批量生產(chǎn)基本上完全靠模具來進行。顯而易見，模具作為一種專用的工藝裝備，在生產(chǎn)中決定性作用和重要地位逐漸為人們所共識。
二. 冷沖壓模具的歷史發(fā)展與現(xiàn)狀
模具的出現(xiàn)可以追溯到幾千年前的陶器燒制和青銅器鑄造，但其大規(guī)模應(yīng)用卻是隨著現(xiàn)代化工業(yè)的崛起而發(fā)展起來的。19世紀(jì)，隨著軍火工業(yè)，鐘表工業(yè)，無線電工業(yè)的發(fā)展，模具開始得到廣泛應(yīng)用。第二次世界大戰(zhàn)后，隨著世界經(jīng)濟的飛速發(fā)展，它又成了大量生產(chǎn)家用電器，車，電子，儀器照相機，鐘表等零件的最佳方式。從世界范圍看，當(dāng)時美國的沖壓技術(shù)走在最前列。而瑞士的精沖，德國的冷擠壓技術(shù)，蘇聯(lián)對塑性加工的研究也處于世界先進行列。20世紀(jì)50年代中期以前，模具設(shè)計多憑經(jīng)驗，參考已有圖紙和感性認識。根據(jù)用戶的要求制作能滿足產(chǎn)品要求的模具，但對所設(shè)計模具零件的機械性能缺乏了解。從1955到1965年，人們通過對模具的主要零件的機械性能和受力狀況進行數(shù)學(xué)分析，對金屬塑性加工工藝及原理進行深入探討，使得沖壓技術(shù)得到迅猛發(fā)展。在此期間歸納出的模具設(shè)計原則，使得壓力機械，沖壓材料，加工方法，模具結(jié)構(gòu)，模具材料，模具制造方法，自動化等領(lǐng)域面貌一新，并向?qū)嵱没姆较蛲七M。進入20世紀(jì)70年代，不斷涌現(xiàn)出各種高效率，高精度 高壽命 的多功能自動模具。其代表五十多個工位的級進模和十幾個工位的多工位傳遞模，在此期間，日本以“模具加工精度進入微米級”而走到了世界工業(yè)的最前列。從20 世紀(jì)70年代中期至今，計算機逐漸進入模具生產(chǎn)的設(shè)計，制造管理等各個領(lǐng)域；輔助進行零件圖形輸入，毛坯展開，條料排樣，確定模座尺寸和標(biāo)準(zhǔn)，繪制裝配圖和零件圖，輸出NC程序（用語數(shù)控加工中心和線切割編程）等工作，使得模具設(shè)計，加工精度與復(fù)雜性不斷提高，模具制造周期不斷縮短。當(dāng)前國際上計算機輔助設(shè)計（CAD）和計算機輔助制造（CAM）發(fā)展趨勢是：繼續(xù)發(fā)展幾何圖形系統(tǒng)，以滿足復(fù)雜零件和模具的要求；在CAD和CAM的基礎(chǔ)上建立生產(chǎn)集成系統(tǒng)（CIMS）；開展塑性成型模擬技術(shù)（包括物理模擬和數(shù)學(xué)模擬）的研究，以提高工藝分析和模具CAD的理論水平和實用性；開發(fā)智能數(shù)據(jù)庫和分布試數(shù)據(jù)庫，發(fā)展專家系統(tǒng)和智能CAD等。
我國模具工業(yè)是19世紀(jì)末20世紀(jì)初隨著軍火和鐘表業(yè)引進的壓力機發(fā)展起來的。從那時到20世紀(jì)50年代處，模具多用作坊式生產(chǎn)，單憑工人經(jīng)驗，用簡單的加工手段進行制造。在以后的幾十年中，隨著國民經(jīng)濟的大規(guī)模發(fā)展，模具工業(yè)進步很快。當(dāng)時通過
大量引進蘇聯(lián)的圖紙 設(shè)備和先進經(jīng)驗，其水平不低于當(dāng)時工業(yè)發(fā)達的國家。此后直到20世紀(jì)70年代末，由于錯過了世界經(jīng)濟發(fā)展的大浪潮，我國的模具業(yè)沒有跟上世界的發(fā)展步伐。20世紀(jì)80年代末，伴隨 輕工 汽車生產(chǎn)線模具的大量進口和模具國際化的呼聲日益高漲，我國先后引進了一批現(xiàn)代化的模具加工機床。在此基礎(chǔ)上，參照進口模具，復(fù)制了一批替代品，如汽車覆蓋件模具等。模具國際化雖然使我國的模具制造水平逐漸趕上國際先進水平，但計算機應(yīng)用方面仍然存在很大差距。
我國模具CAD/CAM技術(shù)從20實際80年代起步，長期處于低水平重復(fù)開發(fā)階段，所用軟件多為進口的圖形軟件，數(shù)據(jù)庫軟件，NC軟件等，自主開發(fā)的軟件缺乏通用性，商品化價值不高，對許多引進的CAD/CAM系統(tǒng)缺乏二次開發(fā)，經(jīng)濟效益不顯著。針對上述情況，國家有關(guān)部門制定了相關(guān)政策和措施。在國家產(chǎn)業(yè)政策和與之配套的一系列經(jīng)濟政策支持和引導(dǎo)下?！熬盼濉逼陂g模具工業(yè)發(fā)展迅速，模具行業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)有了較大改善，模具商業(yè)化水平提高了近10%，中高檔模具占模具總量的比例有了明顯提高，模具進出口比例也逐步趨向合理。
我國模具工業(yè)起步晚，基礎(chǔ)差，就總量來看，大型 精密 復(fù)雜長壽命模具產(chǎn)需矛盾仍然十分突出。為了進一步振興模具工業(yè)，國家有關(guān)部門進一步部署：全面分析我國的模具工業(yè)的現(xiàn)狀和差距。提出發(fā)展思路和建議以及政策措施。相信在政府的大力支持下，通過本行業(yè)的相關(guān)企業(yè)以及廣大模具工作者的共同努力，我國模具工業(yè)水平必將大大提高，為國家經(jīng)濟建設(shè)做出更大貢獻。
第1章 分離彎曲沖孔復(fù)合模設(shè)
1.1原始資料
工件名稱：支架零件圖
工件簡圖：如圖
材料：Q235
料厚：2mm
產(chǎn)量：大批量
1.2 設(shè)計內(nèi)容
（1） 零件工藝性分析；
（2） 模具主要設(shè)計計算；
（3） 模具總體設(shè)計；
（4） 模具主要零部件設(shè)計；
（5） 模具裝配圖的確定及工作原理；
（6） 工件成型出現(xiàn)的工藝質(zhì)量問題及解決措施
5. 圖 1
第2章 工件工藝性分析
2.1 工藝性
沖裁件的工藝性是指工件對沖壓加工工藝的適合性。良好的工藝性體現(xiàn)在材料消耗少，工序數(shù)目少，模具結(jié)構(gòu)簡單而壽命長，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，操作簡單等方面。
2.2 工件結(jié)構(gòu)工藝性分析
此工件有分離.沖孔.彎曲三道工序，材料為Q235，具有良好的沖壓性能，可以進行沖壓。因為此工件需進行彎曲，而彎曲模沒有固定的結(jié)構(gòu)形式，有可能設(shè)計簡單.也有可能設(shè)計復(fù)雜。這需對工件的材料性能.形狀.精度要求和產(chǎn)量進行綜合分析。此工件材料為Q235適合彎曲。又因此工件彎曲部分呈矩形，精度要求一般，模具結(jié)構(gòu)設(shè)計相對簡單。斷面是矩形，確定工序只需一次彎曲。因為本彎曲件幾何形狀不對稱,為避免壓彎時毛坯偏移,因此采用成對彎曲,然后再切成.由于零件圖公差尺寸為+0.15，經(jīng)查表知此精度取IT12-13級[2]， 可滿足沖裁件的精度要求。
第三章 確定工藝方案
3.1 確定工藝方案的主要原則概括起來主要有以下三點:
（1） 保證沖裁件的質(zhì)量;
（2） 經(jīng)濟性原則
（3） 安全性原則.
3.2確定工藝方案
該工件包括落料、彎曲兩個基本工序，可有以下三種工藝方案：
方案一： 分離---------彎曲 ------沖孔 單工序模
方案二：分離--------彎曲 ------沖孔 級進模
方案三：分離---------彎曲 ------沖孔 復(fù)合模
方案一 模具結(jié)構(gòu)比較簡單，但需三道工序。模具成本高，生產(chǎn)率較低，很難滿足批量生產(chǎn)要求
方案二 只需一副模具，生產(chǎn)率較高。但由于工件長度較長，送料步距較遠，超作不方便。 方案三 只需一副模具，生產(chǎn)率高，工件精度也能滿足要求。通過對上述三種方案比較分析，該件的沖壓生產(chǎn)采用方案三為佳。
第4章 主要設(shè)計計算
4.1 排樣方式確定
沖裁件在條料、 帶料和板料上的布置方法叫排樣。合理的排樣是提高材料利用率降低成本，保證沖件質(zhì)量及模具壽命的有效措施。故排樣時應(yīng)考慮如下原則：
⑴提高材料利用率；
⑵合理排樣方法使操作方便，勞動強度低且安全；
⑶模具結(jié)構(gòu)簡單，壽命長；
⑷保證沖件質(zhì)量和沖件對板料纖維方向的要求。
條料排樣可分三種，有廢料排樣 、少廢料排樣、 無廢料排樣。由于工件形狀比較特殊，采用有廢料排樣中的直排。
采用直排排樣方案.如圖
圖2
4.2 計算最小搭邊值及零件毛坯面積
排樣中相鄰兩個零件之間的余料或零件與條料邊緣間的余料稱為搭邊。搭邊值要合理確定，搭邊值過大，材料利用率雖高，但過小時搭邊的強度和剛度不夠，沖裁時容易翹曲或被拉斷，不僅會增大沖裁件毛刺，有時甚至單邊拉入模具間隙，造成沖裁力不均，損壞模具刃口，因此確定搭邊值時應(yīng)考慮如下因素：
①材料的力學(xué)性能，軟材料，脆材料，搭邊值要大一些；硬材料，搭邊值可小一些；
②材料的厚度，材料越厚，搭邊值也越大；
③零件的形狀和尺寸，零件外形越復(fù)雜，圓角半徑越小，搭邊值越大；
④排樣的形式，對排的搭邊值大于直排的搭邊值；
⑤送料及擋料方式，用手工送料且有側(cè)壓裝置的搭邊值可小一些，用側(cè)刃定距比用擋料銷定距的搭邊值小一些；
⑥卸料方式，彈性卸料比剛性卸料的搭邊值要小一些
查表 2.5.2 最小搭邊值 ａ=2 ａ=2.2
確定料寬B=84.142+2.2+2.2+L=172.68mm(L為分離時的切除余量,取值為10mm)
因工件是彎曲件 所以
工件展開長度 Lz=ｌ1+ｌ2+ｌ（如圖）
1. L=43+3.14902/180+38
=84.14mm
圖3
沖壓件毛坯面積 A = 3.14*20*20+(64.14*2+10)*40 = 6787.2mm
步距 S =42mm
一個步距材料利用率 = nA/BS100%=93.58%
A ------- 一個步距內(nèi)沖壓件的實際面積
B ------- 條料寬度
S ------- 步距
4.3 沖壓力計算
因該模具采用復(fù)合模
有公式：
b、 F=KLt
=1.3（138.282+125.6）*2300
c、 = 313684.8N
式中： F -------沖壓力
L ------- 沖裁件周邊長度
t -------料厚
-------材料抗剪強度
K -------安全系數(shù) 取1.3
卸料力 F = KF =12547.39 N K----0.04
推件力 F = n K F =17252.66 N K----0.55 n取1
頂件力 v F = KF =18821.08 N K----0.06
式中：K、 K、 K、------ 卸料力、推件力、頂件力系數(shù)
n------同時卡在凹模內(nèi)的沖裁件數(shù)
沖壓工藝總力=沖裁力+卸料力+頂件力+推件力=362.31 KN
4.3 壓力中心計算
模具的壓力中心就是沖壓力合力的作用點。為了保證壓力機和模具的正常工作，應(yīng)使模具的壓力中心與壓力機的中心滑塊中心線重合。否則，沖壓時滑塊就會承受偏心載荷，導(dǎo)致滑塊導(dǎo)軌與模具的導(dǎo)
向部分不正常的磨損，還會使合理的間隙得不著保證，從而影響制件的質(zhì)量和降低模具的壽命，甚至損壞模具。
計算其壓力中心的步驟如下：
〔1〕、按比例畫出凸模的工作部分剖面圖（見圖）
〔2〕、在任意距離處作x-x軸y-y軸
〔3〕、 分別計算出各線段和圓弧的重心到x-x軸的距離y1, y2, y3, y4和到y(tǒng)-y軸的距離x1, x2, x3, x4,
〔4〕、分別計算每一個凸模刃口輪廓的周長LLL……L
由于本模具采用的是對稱彎曲和沖孔,因此此壓力機中心既為模具中心.
4.4.彎曲力計算
F=0.7KBt/（r+t）=5605.6N
式中：F ------- 彎曲力
B -------彎曲件寬度
t -------彎曲材料厚度
r ------彎曲件內(nèi)彎曲半徑
-------材料的抗拉強度
K ------- 安全系數(shù) 一般取1.3
4.4.1.校正時的彎曲力計算
F=A p=25 30 90=67500N
式中： F-------- 校正彎曲應(yīng)力
A -------- 校正部分投影面積
P -------- 單位面積校正力
4.4.2.彎曲中性層確定
根據(jù)中性層的定義，彎曲件的坯料長度應(yīng)等于中性層的展開長度。中性層位置以曲率半徑表示通常用下面經(jīng)驗公式確定：
＝ r + xt = 2.64
式中： r--------- 零件的內(nèi)彎曲半徑 取2
t --------- 材料厚度 取2
x -----------中性層位移系數(shù) 查表3.4.1 取0.32
4.5.計算回彈量
由于 r/t=2/2<(5～8) 所以彎曲半徑回彈值一般不大，實際生產(chǎn)中只考慮角度回彈，查表3—3-1 Q235 回彈角度取2°
4.5.1 單邊間隙
Z/2=t+ Ct = t + △ + Ct =2.21+0.15=2.36mm
Z/2-------彎曲凸、凹模單邊間隙
t-------料厚
△-------材料厚度正偏差
C-------間隙系數(shù)
4.6 工作零件刃口尺寸計算
凸、凹模的刃口尺寸和公差直接影響沖裁件的尺寸精度。模具的合理間隙值也靠凸凹模刃口尺寸及公差來保證。因此正確確定凸凹模刃口尺寸和公差，是沖裁模設(shè)計中的一項重要工作。
計算凸?；虬寄３叽纾紫仁歉鶕?jù)凸?；虬寄Ｄp后輪廓變化情況，正確判斷出模具刃口各個尺寸在磨損過程中是變大變小還是不變這三種情況，然后分別按不同的公式計算。
凹模磨損后會增大的尺寸-------第一類尺寸A
第一類尺寸：Aj=(Amax-x△)0+0.25△
凹模磨損后會減小的尺寸-------第二類尺寸B
第二類尺寸：Bj=(Bmax+x△)0-0.25△
凹模磨損后會保持不變的尺寸
. 第三類尺寸：Cj=(Cmin+0.5△)60.125△
由于凹模刃口在磨損后尺寸會變大，故采用a類尺寸
查表2.3.3得間隙值 Z=0.246mm Z=0.36mm
查表2.4 凸凹模制造公差分別為 =0.02mm =0.03mm
校核 ：
Z— Z= 0.36 - 0.246 = 0.014
+ = 0.02 + 0.03 = 0.05
滿足Z— Z + 條料
4.6.1凹模刃口尺寸計算
因工件取IT12 到IT13級 ，磨損系數(shù)X取0.5對外輪廓落料，由于形狀復(fù)雜故采用配合加工法。其凸凹模刃口尺寸計算如下
a、 當(dāng)0.5時 x=0.5
b、 當(dāng)0.5時 x=0.75
c、 19=(19 – 0.750.15) =18.89
切料處相當(dāng)于落料，應(yīng)以凹模為基準(zhǔn)。因此還應(yīng)換算到凸?；鶞?zhǔn)進行配研。次處為雙面剪切，與凹模之間的間隙為一般沖裁模單邊間隙的2/3，因此 ，
Z=2/30.246/2 =0.082mm Z=2/30.36/2=0.12mm
4.6.2凸模刃口計算
根據(jù)公式 D =（D-Z）
d、 19的孔凸摸的基本尺寸是18.89mm
e、 其余:5.5mm,22mm
f、 注明:沖孔凸摸與凹摸配制,保證最小雙面合理間隙值Zmin=0.10mm
第5章 凸、凹模結(jié)構(gòu)設(shè)計
5.1 凸模長度計算
凸模長度L 應(yīng)根據(jù)模具的結(jié)構(gòu)確定
L=H+ H +H+H
式中： H - ---------- 固定板厚度
H ----------- 卸料板厚度
H ----------- 導(dǎo)尺厚度
H ------------ 附加長度 主要考慮凸模進入凹模 的深度（0.5—1mm）總修模量（10—15mm）及模具閉合狀態(tài)下卸料板到凸模固定板間的安全距離（15—20mm）等因素確定。
由于凸模設(shè)計成一個整體式的加工比較困難，因此設(shè)計成組合式的凸模。（祥見零件圖）
1. L=12+30+10+30=82mm
2. L=12+30+10+22=74mm （見手工畫零件圖 ）
5.2凸模圓角半徑
當(dāng)工件的相對彎曲半徑r/t較小時，凸模圓角半徑rT取等于工件
物彎曲半徑，但不應(yīng)小于最小彎曲半徑0.175，所以凸模半徑等于r=1.6
5.2 凹模高度計算
（1） 根據(jù)公式：H=kb=0.22105.99mm
（2） 由于工件還得進行一次彎曲，凹木與下模座固定，不需用固定板。因此凹模高度根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計需求取60mm
式中：H------ 凹模厚度
k------- 系數(shù) 查表2.9.5 取1.5
b------- 凹模刃口的最大尺寸
5.3 凹模最小壁厚確定
凹模壁厚 C=（1.5 ~ 2）H=1.523=34.5圓整取35mm
凸模周界尺寸為 210 mm 172mm
凹模材料 ：由于制件大批量生產(chǎn)，對凹模材料強度要求較高，因此選Cr12MoV鋼。
第6章.模具總體設(shè)計
6.1 基本結(jié)構(gòu)形式：
6.1.1正倒裝結(jié)構(gòu)
根據(jù)上述分析，本零件的沖制包含分離，彎曲等工序。而且已確定為采用復(fù)合模沖壓，因此選用正裝結(jié)構(gòu)。
6.1.2 送料方式： 人工送料
6.1.3導(dǎo)向方式：由于本零件的生產(chǎn)是大量生產(chǎn)，為確保送料開敞性，選用四導(dǎo)柱導(dǎo)套模架
6.1.4 卸料方式：本零件沖壓工序中有分離工序，所以有卸料機構(gòu)，又因為零件沖壓中還有彎曲機構(gòu)，所以選用彈性卸料板。
6.2 基本尺寸
凹模板尺寸為210mm172mm,其他模板尺寸取為凹模板平面尺寸一致。
墊板厚度 20 mm
凸模固定板厚度 30 mm
壓料板厚度 10 mm
凹模板厚度 60mm
6.3模架
模架采用中等精度，中小尺寸沖壓件的后側(cè)導(dǎo)柱模架（GB2855.5-81）
從右向左送料，操作比較方便。
（1） 上模座 L/mm B/mmH/mm= 250 200 45
（2） 下模座 L/mm B/mmH/mm= 250 200 50
（3） 導(dǎo)柱 d/mm L/mm =32125
（4） 導(dǎo)套 d/mm L/mm D /mm = 32 100 42
6.4模柄
圖5 模柄圖
選壓入式模柄 （GB2826.1-81）
6.5模具閉合高度
H = （50+45+20+30+60+10）= 215mm
6.3 定位裝置
采用擋料銷 （GB2870-81）材料為45鋼
6.4 導(dǎo)料裝置
采用導(dǎo)料銷 材料為45鋼
第7章.壓力機型號確定及校核
7.1沖壓設(shè)備的選擇應(yīng)注意以下幾點：
⑴壓力機的噸位應(yīng)當(dāng)?shù)扔诨虼笥跊_裁時的總力，即，式中—所選壓力機的噸位，—沖裁時的總力；
⑵根據(jù)模具結(jié)構(gòu)選擇壓力機類型和行程（沖程）次數(shù)，如復(fù)合模工作需從模具中間出件，最好選用可傾式壓力機。
⑶根據(jù)模具尺寸大小，安裝和進出料等情況選擇壓力機臺面尺寸，如有推件時應(yīng)考慮臺面孔的大小使沖后有關(guān)零件能自由通過。
⑷選擇壓力機的閉合高度與模具是否匹配。
⑸模柄直徑，長度尺寸是否與壓力機滑塊模柄直徑、深度尺寸相當(dāng)。
⑹壓力機滑塊行程應(yīng)該是拉深深度的2∽2.5倍。
⑺壓力機的行程次數(shù)應(yīng)當(dāng)保證有最高的生產(chǎn)效率。
⑻壓力機應(yīng)該使用方便和安全。[5]
為安全起見，防止設(shè)備的超載，可按公稱壓力的原則選取壓力機。由于沖壓力比彎曲力大的多， 因此 ，根據(jù)沖壓力來確定壓力機型號 查資料[4]選用開式雙柱可傾壓力機 J23-63
該壓力機與模具設(shè)計的有關(guān)系數(shù)為：
見表表-2壓力機參數(shù)確定
型號
公稱壓力
滑塊行稱
最大閉合高度
最大裝配高度
連桿調(diào)節(jié)度
工作臺尺寸
墊板尺寸
模柄孔尺寸
最大傾角
J23-63
630KN
130mm
360 mm
280 mm
80mm
400 710 mm
80 250 mm
5080 mm ( 直徑深度)
30
經(jīng)校核壓力機能滿足使用要求。
第8章 裝配
在裝配之前必須先研究圖樣，根據(jù)模具的技術(shù)要點和結(jié)構(gòu)要求，確定合理的裝配次序和裝配方法。此外，還應(yīng)檢查模具零件的加工質(zhì)量，如凸凹模刃口尺寸等，然后按照規(guī)定的技術(shù)要求進行裝配。裝配的次序方法如下。
8.1主要組件的裝配與調(diào)試
8.1.1 模柄的裝配
因為這副模具的模柄是從上模座的下邊向上壓入的，所以在安裝凸模固定板和墊板之前應(yīng)把模柄先裝好。模柄與上模座的配合要求為： 裝配時先在壓力機上將模柄壓入。再加工定位銷釘孔或螺釘孔。然后把模柄端面突出部分銼平或磨平。安裝好模柄后用角尺檢查模柄與上模座上平面的垂直度。
8.1.2 凸模裝配
凸模與固定板之間的配合要求為： 。裝配時先再壓力機上將凸模壓入固定板內(nèi)，檢查凸模的垂直度，然后將固定板的上平面與凸模尾部一起磨平。為了保持凸模刃口鋒利，還應(yīng)將凸模端面磨平
8.1.3 彈壓卸料板的裝配
彈壓卸料板起壓料和卸料作用。裝配時，應(yīng)保證它與凸模之間具有適當(dāng)?shù)拈g隙，其裝配方法是，將彈壓卸料板套在已裝入固定板的凸模內(nèi)，在固定板與卸料板之間，墊上平行墊板，并用平行夾板將它們夾緊，然后，按照卸料板上的螺孔在固定板上投窩，拆開后鉆固定板上的螺釘孔。
8.2.總裝配
模具的主要組件裝配完畢后，開始進行總裝配。為了使凸模凹模易于對中，總裝配時必須考慮上下模的裝配順序，否則可能出現(xiàn)無法裝配的情況。上下模的裝配順序與模具結(jié)構(gòu)有關(guān)，通常是看上下模中哪個位置所受的限制大就先裝。用另一個去調(diào)整位置，根據(jù)這個道理，一般沖裁模的上下模裝配次序按下面的原則來選擇。
總裝圖
8.3.沖裁模試沖的缺陷與調(diào)整
模具裝配以后，必須在生產(chǎn)條件下進行試沖。沖出的工件按沖壓零件產(chǎn)品圖或試樣進行檢驗驗收。在檢驗 驗收過程中，如發(fā)現(xiàn)各種缺陷，則要仔細分析，找出原因，并對模具進行適當(dāng)?shù)男蘩砗驼{(diào)整，然后再適沖，直到模具正常工作并得到合格的沖件為止。以下是沖裁過程中常見的缺陷，產(chǎn)生原因及調(diào)整方法。
表-3沖裁模試沖時常見的故障,原因與調(diào)整方法
沖裁試沖時的缺陷
產(chǎn)生原因
調(diào)整方法
送料不暢通或料被卡死
1. 凸模與卸料板之間的間隙過大，使搭邊翻扭。
2. 側(cè)刃與側(cè)刃擋塊不密合,形成方毛刺,使條料卡死.
3. 兩導(dǎo)料板之間的尺寸過小或有間隙.
根據(jù)情況挫修或重裝導(dǎo)料板減小凸模與卸料板之間的間隙
刃口相交
1. 上下模座，固定板，凹模墊板等零件安裝面不平行
2.凸?！?dǎo)柱等零件安裝不垂直
3.導(dǎo)柱與導(dǎo)套配合間隙過大使導(dǎo)向不準(zhǔn)
4.卸料板的孔位不正確或歪斜
休整有關(guān)零件，重裝上下模
重裝凸模和導(dǎo)柱
更換導(dǎo)柱和導(dǎo)套
休整或更換卸料板
卸料不正常
1. 由于裝配不正確，卸料機構(gòu)不能動作，如卸料板于凸模配合過緊，或因卸料板傾斜而卡緊
2. 彈簧或橡皮的彈力不足
3.凹模和下模坐的漏料孔沒有對正,料不能排出.
4.凹模有倒錐度造成工件堵塞.
1.休整卸料板 頂板等零件
2. 更換彈簧或橡皮
3. 修整漏料孔和凹模
沖件質(zhì)量不好1.有毛刺2.沖件不平3.落料外形和內(nèi)孔位置不正,成偏位現(xiàn)象
1. 刃口不鋒利或淬火硬度低
2. 配合間隙過大火過小
3. 間隙不均勻使沖件一邊有顯著帶斜角毛刺
合理調(diào)整凸凹模間隙及修理工作部分刃口
1.凹模有倒錐度
2.頂件器與工件接觸面過小
3.導(dǎo)正釘和預(yù)沖孔配合過緊,將沖件壓出凹陷.
修整凹模
更換頂件器
修整導(dǎo)正釘
表-3彎曲模試沖時的缺陷.原因與調(diào)整方法
彎曲試沖時的缺陷
產(chǎn)生原因
調(diào)整方法
彎曲角度不夠
1. 凸.凹模的回彈角制造過小
2. 凸模進入凹模的深度太淺
3. 凸/凹模之間的間隙過大
4. 試模材料不對/彈頂器的彈力太小
1.加大回彈角
2.調(diào)節(jié)沖模閉合高度/間隙值.
3.更換試模材料
4.加大彈頂器的彈頂力
彎曲位置偏移
1.定位板的位置不對
2.凹模進口圓角大小不等,材料滑動不一致
3.沒有壓料裝置或壓料裝置壓力不足和壓板位置過底.
4.凸模沒有對正凹模
1.調(diào)整定位板位置
2.修模凹模圓角
3.加大壓料力
4.調(diào)整凸,凹模位置
沖件外部有光亮的凹陷
1.凹模的圓角半徑太小,沖件表面被劃痕
2.凸凹模之間的間隙不均勻
3.凸凹模表面粗糙度太大
1.加大圓角半徑
2.調(diào)整凸 凹模間隙
3.拋光凸 凹模表面
沖件的尺寸過長或不足
1.凸,凹模之間的間隙過小,材料被擠長
2.壓料裝置壓力過大,將材料拉長
1.調(diào)整凸凹模間隙
2.減小壓料力
3.改變坯料尺寸
小 結(jié)
經(jīng)過多天的努力，畢業(yè)設(shè)計終于臨近尾聲。大學(xué)期間的最后一次“作業(yè)’即將完成，這次畢業(yè)設(shè)計是在我們用兩年半時間內(nèi)修完的模具設(shè)計與制造專業(yè)課程后進行的，它是對我們在大學(xué)期間所學(xué)的專業(yè)知識進行的一次綜合性練習(xí)，也是在我們即將進入工作崗位獨立工作前的最后一次深入、系統(tǒng)的綜合性的復(fù)習(xí)，使我們在理論和實踐上對專業(yè)知識的應(yīng)用能力有了進一步的提高。通過做畢業(yè)設(shè)計也見證了我們大學(xué)幾年所取得的成就。
通過做畢業(yè)設(shè)計，使我對過去所學(xué)的專業(yè)知識進一步復(fù)習(xí)了一下，同時，通過查資料、參考文獻等使我的模具知識又提高了許多。在對一些原來一知半解的理論也有了進一步的的認識。特別是原來所學(xué)的一些專業(yè)基礎(chǔ)課：如機械制圖、公差配合與技術(shù)測量、模具材料等有了更深刻的理解，使我能更熟練將這些知識運用到實際的設(shè)計中。在設(shè)計中使我更清楚了模具設(shè)計過程中要注意到的問題。如怎樣使制造的模具既能滿足使用要求又不浪費材料，且保證加工的經(jīng)濟性和加工工藝的合理性。同時，也使我認識到作為一名設(shè)計者其工作態(tài)度一定要嚴(yán)謹、認真、仔細。不然，一個小小的疏忽就有可能釀成很大的損失。做設(shè)計使我在各方面提高了很多。
由于能力有限，設(shè)計中難免有疏漏之處，懇請老師給予批評指正。
致 謝
沖壓技術(shù)是材料加工技術(shù)中不可缺少的重要加工手段之一，目前在國內(nèi)正處于蓬勃發(fā)展時期，具有廣泛的發(fā)展前景。在大學(xué)三年學(xué)習(xí)即將結(jié)束之際，能夠按照老師的指導(dǎo)并綜合運用三年來的所學(xué)所知設(shè)計一套注塑模具,必將為日后的獨立工作創(chuàng)造一個良好的開始。
在畢業(yè)設(shè)計過程中原老師一直扮演著導(dǎo)向者的角色，從接到設(shè)計題目那一刻起就給我指明了方向，讓我明白了設(shè)計要求、設(shè)計流程、設(shè)計中可能遇到的問題以及解決方法等，并不厭其煩的糾正設(shè)計中的錯誤，詳細檢查設(shè)計中的細節(jié)及重點，對設(shè)計方案提出了寶貴的修正意見，一步步完善了我的設(shè)計。在此對原師表示衷心的感謝！
此外在設(shè)計過程中原紅玲老師提了許多寶貴意見在此也表示衷心的感謝。
在設(shè)計過程中還得到了許多同學(xué)的大力幫助，尤其是袁麗紗,劉玲艷等同學(xué)，非常感謝你們。
最后再次感謝在設(shè)計中幫助過我的老師和同學(xué)，謝謝！
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