柴油機飛輪鎖片沖壓模具設計【沖孔-落料復合?！?/h1>
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沖壓模具設計中側壁起皺的分析F.-k. Chen and Y.-C. Liao臺灣 臺北市國立臺灣大學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壁。在沖壓一個有錐度的方形杯子時，當發(fā)生起皺時，比如沖模間隙和沖壓毛壞的壓力大小等參數的影響通過有限元模擬方法被檢查到。模擬結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)現了一個有相似幾何類型的實際部分。在側壁被發(fā)現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計方法就是利用有限元分析法。在無起皺產品中介于模擬結果和實測結果的好協(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計沖模的優(yōu)勢。關鍵詞：側壁起皺；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。在沖壓一個復雜形狀零件的操作時，側壁起皺意味著沖模腔中的起皺。由于側壁區(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量，側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，要低于產生破裂的力。沖壓力的狹小范圍很難計算。對于沖壓一個復雜形狀的零件，當起皺發(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構，Yoshida et al.發(fā)明了一種測試，在這種測試里，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)現帶有兩個圓周波的起皺可能發(fā)生，然而，實驗結果顯示是四到六個。當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雜形狀零件的起皺問題成為可能。在當前的研究中，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，產生起皺的金屬流動制造參數上。 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壁，在帶有錐度的杯子也相應的存在傾斜的側壁。在沖壓過程中，側壁上的金屬板料相對沒被支撐，因此，這個部位更容易起皺。在當前的研究中，起皺過程中的各種不同的制造參數的影響都在被研究。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計來減少起皺，起皺的原因被確定。在觀測一個實際產品成形時，通過有限元分析法得到的模具設計方法得到證實。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是用CAD或PRO/E軟件來設計的。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網眼系統(tǒng)。對于有限元模擬來說，工具被認為是剛硬的，而且對應的網眼被用來定義工具幾何學而不是壓力分析。同樣CAD軟件使用四節(jié)點外形元素來為板形壞料構造網眼。圖2顯示工具的完整布置的網眼系統(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 有限元網眼 為了表演一個精確的有限元分析法，金屬板料的真實應力應變曲線被要求是輸入數據的一部分。在當前的研究中，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度的旋轉方向到45度的旋轉方向，再到90度的旋轉方向進行著。平均的流動力，計算方程為=（0+245+90）/4，因為每一個方法真實應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據的設置，沖頭的速度一般設置在10m/s，庫侖摩擦系數設置在0.1。圖3 金屬板料的應力應變關系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重要尺寸。在當前研究中，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。相關的在側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，金屬的應力應變曲線如圖3所示。圖4 G=50mm的帶有錐度的方形杯子 模擬結果顯示三次模擬中都發(fā)生起皺現象，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，起皺分布在側壁，側壁拐角尤其明顯。這就說明在沖壓過程中，起皺是由于在側壁有大面積區(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品，兩個主要的應變比率被介紹，=min/max，這里的min和max分別是主要的和次要的應變。Hosford和Caddell已經展示了的實際值比的評論值大，假設當起皺發(fā)生時，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，同一側壁高度，沿著橫截面M-N的值在圖4中標記出，在圖5中畫出。圖5中說明嚴重的起皺一般發(fā)生在拐角處，而對三個沖模間隙不同的沖壓，在側壁中心很少發(fā)生起皺。還說明了沖模間隙越大，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。模擬結果顯示沖壓力的增加并沒有幫助消除發(fā)生在側壁的起皺。在圖4中已標出沿著橫截面M-N的值與沖壓力為100KN和600KN的值作比較。模擬結果指出兩種情況下，沿著橫截面M-N的值是一樣的。為了檢查兩種不同沖壓力的起皺形狀，正如圖4和圖6標出的那樣，側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，側壁C沿臺階D-E而行。在近期的研究中，在一個實際的產品中檢查到了這種幾何形狀。這種產品使用的原材料的厚度是0.7mm，從拉力測試中獲得的應力應變關系如圖3所示。這種沖壓部分產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雜的幾何形狀，如圖7顯示的那樣，在沖頭邊緣上部經常發(fā)生拉裂，在真實產品的側壁處經常發(fā)生起皺。從圖7中可以看出，皺紋發(fā)分布在側壁上，但是在階梯邊緣拐角處最為嚴重，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，零件上部邊緣的網眼被拉深，皺紋分布在側壁上，類似真實零件中的那樣。圖6 從圖a的100KN到圖b的600KN不同側壁高度的橫截面線條圖7 產品零件中的拉裂和起皺圖8 產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，根據有限元分析的結果，拉裂可以通過增加以半徑來避免。這種理念在現實產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果一樣，沖壓力對消除起皺現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 加到側壁的起皺圖10顯示的那樣。這就為模具設計的改進提供了有價值的信息。圖10 當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用到如圖11所示，從而使得模具設計的改進得到發(fā)展。但是，杯子側壁處仍然有起皺，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，如果相應的順序被應用，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計理想產品的沖壓模具設計是很難完成的。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果去切除較低的臺階來改善模具設計，如圖12所示。隨著設計方法的改進，產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，這與產品的尺寸做了比較，比較的結果顯示在圖15。從圖15可以看出有限元模擬分析法得到的預想的厚度分布和產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 無缺陷產品零件圖15 G-H處模擬和測量厚度5概要和結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計方法對消除起皺的作用。有限元模擬分析法得到的結果和真實產品中看到的結果相吻合說明了有限元模擬分析法的準確性，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提供了產品零件。參考文獻1. K. Yoshida， H. Hayashi， K. Miyauchi， Y. Yamato， K. Abe， M. Usuda， R. Ishida and Y. Oike，在金屬板料，皺紋機械工具的效果取決于不均勻的拉深2. T.X.Yu，W.Johnson 和 W.J.Stronge， “圓形碟子在半球形模具中的沖壓成形”，機械學雜志，26，pp.131-148，19843. W.J.stronge，M.P.F.Sutcliffe和T.X.Yu，在沖壓期間，圓形碟子的塑性起皺。實驗的技巧，pp.345-353，1986.4. R.Narayanasamy和R.Sowerby，“當用一種圓錐形的沖模成形時的金屬板料起皺”，材料處理技術雜志，41，pp.275-290，1994.5. W.F.Hosford 和 R.M.Caddell，金屬成形:機械和冶金，1993年第二季。內容提要本此設計說明書論述了模具的下模由下模座、下模墊板、下模固定板、凹模鑲塊、抬料釘、導料板、卸料板,導柱導套、卸料板彈釘、卸料板限位器等零部件組成以及其設計計算過程。其中下模固定板、凹模鑲塊、導料板、卸料板拉深翻邊凸模等是關鍵零部件。該模具采用單出排樣，有6個工位，上、下模固定板具有高精度、長壽命?？煽焖俑鼡Q凸模和凹模鑲塊，并且重復裝配精度高，可延長模具的使用壽命。采用雙側刃定距，在側刃凹模鑲塊上設計一個與導料板一樣高的限位刃凸臺，既可初定位送料的步距，又可快速定位導料板。同時在上模座上設計剛性的卸料板限位器，卸料板既可彈性壓料又可剛性卸料綜合而言該模具有以下特點(1) 下模固定板具有高精度、長壽命(2) 快速更換沖裁凹模鑲塊目 錄前言 1緒論 2第1章 沖壓工藝分析 3第2章 主要工藝參數的計算 42.1確定沖壓的基本工序52.2確定基本工序尺寸公差62.3排樣及材料的選用率72.4計算工序壓力82.5沖壓設備的選擇92.6確定壓力中心102.7沖模刃口尺寸及公差的計算122.8確定各個零件的結構尺寸13第3章 確定工藝方案及模具結構形式153.1工藝方案的確定173.2模具結構形式選擇的基本原則19第4章 模具設計計算21 4.1凹模板外形尺寸的確定23 4.2凸模固定板形外形尺寸確定 244.3 凸凹模墊板外形尺寸確定264.4卸料橡膠的選用28第5章 固定機構的設計 305.1模板類零件的固定315.2凸模的固定 325.3凹模鑲塊的固定33第6章 設計并繪制總裝配圖并選取標準件346.1下模座的選用356.2上模座的選用36第7章 繪制非標準零件圖 37第8章 本模具的工作過程及特點388.1工作過程398.2本模結構特點40第9章 典型零件加工工藝編制419.1卸料板429.2擋料銷42結束語 43參考文獻 44致謝 4528摘要：隨著模具的迅速發(fā)展，在現代工業(yè)生產中，模具已經成為生產各種工業(yè)產品不可缺少的重要工藝設備，為了擴展在工藝方面的知識面為了適應社會的要求，學校舉行了課程設計，這次課程設計是在學習完沖模、模具制造等課程的基礎上進行的，是對我綜合能力的考核，是對我所學知識的綜合運用，也是對我所學知識的回顧與檢查。通過實例，分析了零件的沖壓工藝方案，闡述了模具結構特點及工作過程，最后提出了模具設計應該注意的問題。關鍵詞：沖模；沖壓工藝；模具設計AbstractThrough an example, the stamping process for forming the multi-direction bent parts is analyzed .The structure characteristics and working process of the die for stamping the multi-direction bent parts are presented .Theparts needing attention in the design of the die are put forward .key words: die; stamping process ; die design前 言 模具是現代化的生產重要工藝裝備，在國民經濟的各個部門都越來越多地依模具來進行生產加工，越來越引起人們的重視，模具也趨向標準化。隨著模具的迅速發(fā)展，在現代工業(yè)生產中，模具已經成為生產各種工業(yè)產品不可缺少的重要工藝設備。這次畢業(yè)設計是在學習完所有機械課程的基礎上進行的，是對我綜合能力的考核，是對我所學知識的綜合運用，也是對我所學知識的回顧與檢查。本次設計的是一副沖孔-落料的復合模，這次設計是在戴正強老師認真、耐心的指導下，對模具的經濟性、模具的壽命、生產周期、及生產成本等指標下進行全面、仔細的分析下而進行設計的。在此, 我表示衷心的感謝他們對我的教誨.沖模是模具設計與制造專業(yè)的主要專業(yè)課程之一。它具有很強的實踐性和綜合性，通過學習這門課程，使我對沖裁模具有了新的認識，從中也學到了不少知識，激發(fā)了我對沖裁模具的愛好。但因本人經驗有限，因此很難避免的存在一些不合理之處，望各位老師批評和指正，以使我的課程設計做到合理，同時也為我走出校門步入社會打下堅實的基礎。 設計者： 緒 論模具概述: 伴隨著現代工業(yè)的發(fā)展,模具產業(yè)發(fā)展迅速?，F代模具產業(yè)已向大型化、多功能、高精度的方向發(fā)展,模具技術含量不斷提高,多功能復合模得到進一步的發(fā)展,熱流道技術和模具標準件日益得到廣泛的應用,同時塑料模比例不斷提高,快速經濟型模具前景十分廣闊.我國模具產業(yè)也得到了較快的發(fā)展,九五期間年平均增速度約為13%,至2000年,我國模具總產值預計為260270億元,模具行業(yè)結構也有了較大的改善,模具商業(yè)化程度提高了近10%,中高檔模具占模具總量的比例有了明顯提高。當今世界,工業(yè)正日益朝著批量化的方向發(fā)展.這樣對沖壓生產提出了自動化,智能化的要求;從而使模具向簡單化、調試方便快速性方向發(fā)展,對生產人員要求的普遍性提高.同時伴隨生產還有許多的問題,比如噪音問題,生產的安全性問題,所有這些問題要獲得真正有效的解決都離不開沖壓生產設備,生產工藝方案的制訂,生產人員的狀況,生產現場的管理等;而最為重要的是模具設計與制造的能力的提高.展望未來,沖壓生產還有許多可提高之處.沖模發(fā)展狀況:目前,我國的模具工業(yè)已初具規(guī)模,但與先進工業(yè)國家相比仍有較大差距.近年來對模具技術的探索和研究主要取得了以下成果:1.研究了幾十種模具新鋼種及硬質合金,鋼結硬質合金等新型材料,并采用了一些熱處理新工藝,模具壽命有所提高.2.發(fā)展了一些多任務位模具,硬質合金模和簡單經濟模具等新產品.3.研究和應用了一些新技術和新工藝.4.模具加工設備的生產已具有一定的基礎.目前已能小批量生產精密的坐標磨床,計算器數控仿形銑床,電火花線切割機床,高精度的電火花機床等.5.模具計算器輔助設計與制造已有多家單位正在研究開發(fā),有些已經投入使用.隨著工業(yè)的發(fā)展,國內模具需求量都在激增,其中高精度,高效率,高壽命模具的應用也正日趨廣泛.為了滿足這種需要,模具技術主要朝著如下幾個方面發(fā)展: (1)發(fā)展高精度,高效率,高壽命的模具,.例如高速沖床所用的模具,多任務位模具,少無廢料模具等先進,經濟的模具. (2).發(fā)展各種簡易模具,如低熔點合金模,超塑性模,鋅基合金模等. (3).實現模具標準化,進行模具專業(yè)化生產. (4).發(fā)展各種高效,精密,自動化的模具加工設備.如模具毛坯下料用的高速鋸床,陽極切割機床,砂線切割機床,激光切割機床等高級設備. 粗加工用的高速銑床,高速磨床等.精加工用的數控電氣仿形床,數控連續(xù)軌跡坐標銑床.CNC低速走絲精密線切割機床,各種高精度電火花機床,精密電解成形機,三坐標測量機等精密加工設備和加工中心,并逐步實現模具自動加工系統(tǒng). (5).開發(fā)和應用模具CAD/CAM技術,提高模具設計質量和效率,提高制造精度,縮短制造周期. (6).研究模具新材料,一方面研究高強度,高耐磨及有些特殊性能的合金模具鋼;另一方面研究簡易模具的材料.沖壓墊片設計說明書零件的名稱：沖壓墊片（如下圖所示） 生產批量：大批量 材料：A3 板厚：t =1.2 mm 要求設計落料，沖孔復合模 零件圖第1章 沖壓件工藝的分析工件如上圖所示，我開始考慮用模具，因為級進沖模在設計上比較靈活，但后來想這種形狀較為簡單，由于產品批量較大，精度比較要求一般，我采用復合模，一套模具完成此工件的加工。 產品工藝分析包括技術和經濟兩方面的內容.在技術方面,根據產品圖紙,主要分析沖壓件的形狀特點,尺寸大小,精度要求和材料性能等因素是否符合沖壓工藝的要求;在經濟方面,主要根據沖壓件的生產批量,分析產品成本,闡明采用沖壓生產可以取得的經濟效益.因此,中壓件的工藝分析,主要討論在不影響零件使用的前提下,能否以最簡單最經濟的方法沖壓出來,能夠做到的,表示該沖壓件的工藝性好,反之，工藝性差. 影響沖壓件工藝性的因素主要有零件的形狀特點,尺寸大小,設計基準,公差等級和形狀位置誤差要求,材料的厚度及成形后允許的變薄量,材料的機械性能和沖壓性能,在沖壓過程中產生的回彈,翹曲的可能性,毛刺大小和方向要求等.這些因素對確定沖壓工序的性質,數量和順序,對模具的結構形式及制造精度要求等都有很大關系,因此,在制定沖壓工藝過程中必須根據零件圖認真加以分析,尤其應該注意分析零件在沖壓加工中的難點所在.良好的沖壓工藝性表現在材料消耗少,沖壓成形時不必采用特殊的控制措施,工藝過程簡單而且壽命長,產品質量穩(wěn)定,操作方便等.如果發(fā)現零件的工藝性差,則應該在不影響使用要求的前提下,對零件的形狀,尺寸及其它要求作必要的修改. 此零件外形對稱,無尖角,成品的精度要求不是很高,外形公差要求為0.25mm,角度公差要求為1.00.考慮到裝配的要求,抽孔必須保證抽起高度,孔距有位置要求,但孔徑無公差配合.因為要和下蓋接觸,所以兩側的小孔位置也必須保證.由以上分析可知,該零件為板材沖壓件,尺寸精度要求不高,工藝上雖有難度,但易于刻服,又屬批量生產,因此可以用沖壓方法生產.第2章 主要工藝參數的計算21 確定沖壓的基本工序如上圖零件圖所示，該零件行進沖壓加工的基本工序為沖孔、落料。根據零件要求進行工藝計算分析： 22 確定基本工序的尺寸公差 零件圖上的尺寸未標注公差，按照IT14級確定工件的公差。經查表（GB180079）得各尺寸的公差為：查表的： 62-0.620200+0.52， 370+0.52，40+0.32.3 排樣及材料的利用率排樣圖為毛坯直徑為62，考慮操作方便，采用單排排樣，如下面所示。首先查表明確搭邊值。根據零件形狀，兩零件之間按照圓形取搭邊值a=1.2mm，側邊搭邊值取a1=1.5 。所以進料步距為S0=43.2mm. 條料寬度的計算：B =（D+2a1）-0查表2-12得=0.5 所以B =（62+2X1.5）-0.50=65-0.50mm2.4 計算工序壓力P0=PP推P沖=KL沖t=1.366.521881000=32.5KNP落=KLt 08鋼查表抗剪強度360,取P落=KL落t=1.3131.921881000=64.5KNP= P沖P落=32.564.5=97KN計算推料力：P推=nK2P沖 查表1-7得K2=0.050 取n=4P推=40.05532.5=7.15KN計算總的沖壓力：P0=P+P推=977.15=104.15KN卸料力有兩種即下模卸條料的力PS1和上模卸工件的力PS2：PS1=0.0564.5=3.225KNPS2=0.05（64.532.5）=4.85KN式中：P0 理論上總的沖壓力；P 總的沖裁力；P推總的推件力；P沖 沖孔時所用的沖裁力；P落 落料時所用的沖裁力； 為材料的抗剪強度；L沖為沖孔輪廓的周長；L落為落料輪廓的周長；2.5 沖壓設備的的選擇為使壓力機能安全工作，?。?（1.6-1.8）p.=177.055KN公稱壓力：250KN滑塊塊行程：100mm最大封閉高度：270mm連桿調節(jié)量：55mm滑塊底面尺寸：左右 250 前后 220工作臺尺寸：1345X950mm模柄孔尺寸：40X60mm工作臺板厚度：50mm最大大角度：30電動機功率：2.2KW2.6確定壓力中心 根據圖形分析，因為工件圖形對稱，故落料和沖孔的中心都在工件的幾何中心，根據力矩平衡原理得： PX=(43.2-X)P由此計算得X=14.474mm2.7 沖模刃口尺寸及公差的計算：. 沖孔凸模刃口尺寸計算：dp=（dmin+）-p0內孔基本尺寸為20的刃口尺寸dp1：因為 d1min=20 查公差表得=0.52 p=0.25=0.13查表2-21得 =0.5所以 dp1=20.26-0.130內孔基本尺寸為22的刃口尺寸dp2：因為d2min=22 查公差表得=0.52 p=0.13所以 dp2=22.26-0.130內孔基本尺寸為4的刃口尺寸dp3：因為d3min=4 查公差表得=0.3 p=0.075所以dp3=4.150-0.075. 落料凹模刃口尺寸：壓圈外圓基本尺寸為42mm， 查公差表得=0.62mm d=0.155因為 Dmax=42mm Dd=（Dmax-）0+ =41.690+0.155mm凸凹模內部刃口尺寸根據凸模刃口實際尺寸配作保證雙面間隙為0.25-0.36。 凸凹模外部刃口尺寸根據凹模刃口實際尺寸配作保證雙面間隙為0.25-0.36。2.8 確定個主要零件的結構尺寸：(1) 凹模外形尺寸的確定凹模厚度H的確定：H=（0.1104150）1/3 P0=104150N所以H=21.8查模具設計與制造實訓表6-2取H=25mm C=34根據壓力中心圖可以得出凹模外徑D=110 （2）取凸凹模墊板的厚度為9，直徑為110。（3）取凸凹模固定板的厚度為15，直徑為110.（4）取回程卸料板的厚度為10，直徑為110。（5）取凹模墊板的厚度為8，直徑為110。（6）取凸模固定板的厚度為20，直徑為110。（7）取凸模墊板的厚度為8，直徑為110。（8）凸模長度的確定：L凸=h1+h2+h3=25820=53其中h1為凹模厚度25，h2為凹模墊板厚度8，h3為凸模固定板厚度20。（9）模架的選用：選用125125160-190I GB/T 285.3-90（滑動導向后側導柱模架） 第3章 確定工藝方案及模具結構形式 31 工藝方案的確定 在工藝分析的基礎上,根據產品圖紙進行必要的工藝計算,然后分析沖壓件的沖壓性質,沖壓次數,沖壓順序和工序組合方式,提出各種可能的沖壓工藝方案.通過對產品質量,生產效率,設備條件,模具制造和壽命,操作安全以及經濟效益等方面的綜合分析和比較,確定出一種適合于本單位生產的最佳工藝方案.確定工藝方案時應考慮到以下內容: 311 沖壓性質:剪裁,落料,沖孔,是常見的沖壓工藝各沖壓工序有其不同的性質,特點和用途.編制沖壓工藝時,可以根據產品圖和生產批量等要求,合理地選擇這些工序. 312 沖壓次數:沖壓次數是指同一性質的工序重復進行的次數.對于拉深件,可根據它的形狀和尺寸,以及板料許可的變形程度,計算出拉深次數.彎曲件或沖裁件的沖壓次數也是根據具體形狀和尺寸及極限變形程度來決定. 313 沖壓順序:沖壓件各工序的先后順序,主要依據工序的變形特點和質量要求等安排的,一般按列原則進行:(1) 對于帶孔的或有缺口的沖裁件,如果選用簡單模,一般先落料,再沖孔或切口.使用連續(xù)模時,則應先沖孔或切口,后落料.(2) 對于帶孔的彎曲件,孔邊與彎曲線的間距較大時,可以先沖孔,后彎曲.如果孔邊在彎曲線附近,必須在零件壓彎后再沖也.孔與基準面的間距有嚴格要求時,也應先壓彎后沖孔.(3) 對于帶孔的拉深件,一般來說,都是先拉深,后沖孔,但是孔的位置在零件底部,且孔徑尺寸要求不高時 ,也可以先在毛坯上沖孔,后拉深.(4) 多角彎曲件,應從材料變形和彎曲時材料流動兩方面安排彎曲的先后順序.一般情況下,先彎外角,再彎內角.(5) 對于形狀復雜的拉深件,為了便于材料變形和流動,應先成形內部形狀,再拉深外部形狀.(6) 整形或校平工序,應在沖壓件基本成形以后進行. 該零件進行沖壓加工的基本工序為沖孔、落料。其中，沖孔和落料屬于簡單分離。 314 組合方式:工序的組合方式可以選用復合模和連續(xù)模,主要取決于沖壓件的生產批量,尺寸大小和精度等因素.一般按下列原則進行:(7) 對于多孔的沖裁件,當孔之間的間距, 孔與材料邊的距離大于允許值時,最好落料與沖孔在一道復合工序中完成.(8) 當彎曲件的平直高度大于10mm時,彎曲工序一般與沖裁工序分開單獨進行.對于形狀復雜的彎曲件,為簡化模具設計過程,降低模具制造成本,一般安排由兩道劃兩道以上的工序來完成;而形狀較簡單的彎曲件(如V形,U形,Z形等),應盡量采用一道工序彎曲成形. 32 模具結構形式選擇的基本原則:(1) 能沖出符合技術要求的工件(2) 能提高生產率(3) 模具制造和修磨方便(4) 模具有足夠的壽命(5) 模具易于安裝調整,且操作方便,安全 321卸料裝置: 沖孔時,由于孔口部分的回彈,料片卡在沖子上隨沖子一起向上運動,因此需要有卸料裝置把料片推下.在實際沖裁時,由于彈性卸料裝置可以平整工件,且使模具結構簡單,因此采用彈性卸料裝置. 322導向裝置: 分析工件可知,雖然模具間隙很小,但由于其料厚為1.0,且此網孔的作用系散熱,精度要求不是太高,所以可以不用外導柱來導向,只需用內導柱即可.針對與該水管壓蓋零件而言該零件進行沖壓加工的基本工序為沖孔且拉深后翻邊再落料。其中沖孔和落料屬于簡單的分離工序而拉深翻邊則屬于彎曲成型。綜合分析，沖裁件的尺寸精度不高，形狀不大，但產量大，根據材料較厚（t=1.5）工序較多的特點，為保證孔位精度和較高的生產率，以及防止拉深開裂等。實行工序集中的工藝方案，即采用吊裝式導正釘定位、雙側刃定距、固定卸料裝置、壓邊裝置、自然漏料方式的連續(xù)沖裁模結構。 第4章 模具設計4.1 凹模板外形尺寸的確定 凹模結構設計包括：確定凹模的外形尺寸和凹模板的厚度，選擇凹模形孔側壁的形狀，布置凹模板上形孔，螺孔和銷孔的位置以及標注尺寸等。凹模板厚度H的確定：H = （F取總壓力）所以，H =25 mm 凹模板長度L的確定： L = b+ 2 c t=2.5 mm, b = 25mm，查表得，c = 34 mm L = 35 + 234 = 93 mm為使凹模板板獲得更好的受力，可以將凹模的長度和厚度適當增大。由此，確定凹模板的外形尺寸為：400110364.2 凸模固定板外形尺寸的確定 凸模固定板的外形尺寸同凹模板相同，厚度為凹模板0.81倍故凸模固定板外形尺寸為，400110154.3凸凹模墊板外形尺寸確定 墊板的平面形狀與尺寸與固定板相同，其厚度一般為610 mm， 故墊板的外形尺寸為，40011010 4.4卸料橡膠的選用： 下模卸料橡膠(1)選用牌號為1120的合成橡膠體切割制作。(2)計算彈性體的預壓力Fy： Fy=3.2251000=3225N (3)橡膠高度的確定 考慮橡膠塊的工作壓縮量較小，取預壓縮率y=15% 極限壓縮率取j=35% 橡膠塊的工作壓縮量 hg=t1=3 H= hg（jy）=15(4)確定橡膠體的截面面積A：(5)查表2-27得Fq=2.1MPa A= FyFq=32252.1=1535.72 采用M645的卸料螺釘加工制得，取橡膠塊穿卸料螺釘的孔直徑為d因為膠塊穿過凸凹模，取單邊間隙為3所以橡膠的外徑不能少于65。為提高橡膠的使用壽命取橡膠的外徑為108。 下模卸料橡膠采用聚氨脂彈性體制得，外徑為42，內徑為26，高度為15。第5章 固定機構的設計51 模板類零件的固定：模板類零件包括凸模固定板、凹模板、導料板等，一般采用銷釘定位，內六角螺釘連接當模板層少于三層時，可用一個螺釘連接，超過三層,應分層連接.本模具設計中，因使用快速換凸模機構故將上模座，上模墊板，上模固定板，用一螺釘連接，它們間用銷釘定位凸模蓋板只起固定凸模上下方向作用，只需用螺釘固定在凸模固定板上，無需銷釘定位.52凸模的固定：標準圓凸模采用臺階式，即在凸模固定板上開臺階孔，將標準圓凸模放入，上面蓋上凸模墊板，用六角螺釘和銷釘將墊板以及凸模固定板與上模座一起固定。鉚裝式凸模是直痛結構，鉚頭一端材料需要保持軟狀態(tài)，必須限定淬火長度，固定板型孔按凸模配作成過渡配合（取m6），同時型孔上端沿周邊制成（1.52.5）45斜角，做成鉚窩。 5.3凹模鑲塊的固定：本設計為快速更換沖裁凹模鑲塊,因為凹模(尤其沖裁凹模)是易損件，需經常更換。該復合模按下圖所示設計凹模鑲塊，凹模鑲塊外側不帶臺階。更換凹模時，用一個銷釘從下模墊板的廢料漏孔將凹模鑲塊從固定板內頂出，不必拆卸聯(lián)接固定板的螺釘和銷釘，有時還無需將模具從高速沖床上卸下，因此更換凹模速度快，而且可保證模具的重復裝配精度，提高模具的使用壽命。因為卸料板能彈性壓料，所以在生產過程中不帶臺階的凹模鑲塊不會從下模固定板中形跳出。第6章 設計并繪制總裝配圖、選取標準件（附圖）按已確定的模具形式及參數，從冷沖模標準中選取標準模架。凹模周界 L=400 mm、B=160 mm、厚度H=45 mm的對角上模座；上模座 40016045 GB/T2855.1-90材料 HT200 GB9436-8861 下模座的選用原則:611 排配有墊腳螺釘側(如圖1-4中尺寸E),單邊加大30MM.612 裝有外導柱側(如圖1-4中尺寸F),50有珠:單邊加大125MM; 50無珠:單邊加大110MM;36有珠:單邊加大100MM; 36無珠:單邊加大100MM;25有珠:單邊加大90MM; 25無珠:單邊加大90MM.c.未排外導柱又未排墊腳螺釘側,單邊加大10MM.注意:下模座到下墊腳的螺釘,在下模座上不需要沉頭,設計成身過孔即可.62 上模座的選用 原則:621 上模座不具有上托板的功能時,可取上模座與下模座規(guī)格(長X寬)相同.612 如果模具無上托板,上模座兼具有上托板的功能時,還應注意:L與W及L2,L4取值要盡量符合上托板的標準L1取值要符合上托板的標準.U型鎖固溝的數量及布置形式,可根據模具大小選取.模座厚度大于30MM時,影線部分背面銑深后要保證余下的模板厚度為30.0MM.C值要保證不小于零.第7章 繪制非標準零件圖（附模具零件圖）本設計繪制了落料凸模、沖孔凸模、凹模固定板、凹模墊板、導料板、壓料板、凸模固定板、凸模墊板、等零件圖樣。第8章 本模具的工作過程及特點81 工作過程:1). 準備工作:將條料順著乘料板導向槽全部拉入乘料板中,然后把條料拖出一步一步手工送料.(手工送料到全部工位后讓其在步進電動機的帶動下自動送料.)2). 沖床滑塊帶動上模從最高點開始向下運動.3). 上模繼續(xù)下行,外導柱進入導套對上模導向起粗定位作用.4). 壓料彈釘與卸料板壓板接觸,壓著卸料板下行,內導柱進入下模導套孔進行精確導向起精確定位作用.5). 導正銷進入條料上導正孔,壓料板接觸條料,隨著上模下行條料被壓向下運動. 壓料板壓著帶料下行。 6). 條料接觸凹模板時壓料板停止運動,沖床滑塊繼續(xù)向下運動,上模壓料彈釘彈簧開始壓縮.壓料板受彈簧壓力壓緊條料,經一定的行程,沖裁和拉深凸模開始工作，同時拉深工位上的壓邊圈，緊壓條料，保證拉深工序順利完成。7). 沖床滑塊繼續(xù)向下運動,在接近下死點(閉模狀態(tài))時,沖頭完全進入下?？變?完成沖孔、落料等工序.此時上模的最下表面,與下模的最上表面接觸.8). 沖孔廢料從凹模板到凹模墊板到下模座落料孔落下.9). 在沖床經過下死點后,沖床滑塊帶動上模開始回升,凸模退回一段距離后此時由于壓料彈釘壓力漸漸退去。10). 沖床滑塊帶動上模繼續(xù)上行,回到開模狀態(tài)的最高點完成一次沖壓過程.11) 帶料送進一個步距,帶料掉下,至送料高度.準備下一個工作循環(huán).82 本模具結構特點:該模具的下模由下模座、下模墊板、下模固定板、凹模鑲塊、抬料釘、導料板、卸料板,導柱導套、卸料板彈釘、卸料板限位器等零部件組成，其中下模固定板、凹模鑲塊、導料板、卸料板等是關鍵零部件。821 下模固定板具有高精度、長壽命 下模固定板與凸模固定板一樣，選用淬透性好、淬火變形小的合金模具鋼材料，熱處理達HRC5055，線切割加工，以保證下模固定板的高精度和長壽命。 822 快速更換沖裁凹模鑲塊 因為凹模(尤其沖裁凹模)是易損件，需經常更換。該復合模設計凹模鑲塊，凹模鑲塊外側不帶臺階。更換凹模時，用一個銷釘從下模墊板的廢料漏孔將凹模鑲塊從固定板內頂出，不必拆卸聯(lián)接固定板的螺釘和銷釘，有時還無需將模具從高速沖床上卸下，因此更換凹模速度快，而且可保證模具的重復裝配精度，提高模具的使用壽命。因為卸料板能彈性壓料，所以在生產過程中不帶臺階的凹模鑲塊不會從下模固定板中跳出。拉深之前需要壓料，所以卸料板又需作壓料板使用，因此在上模設計了壓料彈釘。在彎曲之前，壓料彈釘將卸料板壓住，從而使卸料板將片料壓住。沖床完成一次工作行程后，壓料彈釘隨上模一起上行；送料時，下模的卸料板彈釘將卸料板抬起，但卸料板彈釘的彈力必須遠小于上模壓料彈釘的彈力。在下模座上設計剛性的卸料板限位器，既可控制卸料板的抬起高度，又可承受很大的卸料力。因此卸料板既可彈性壓料，又可剛性卸料。為了保證落料、翻邊上模的位置精度，在落料凸模底部安裝了導正銷、用于落料前的導正。而將翻邊凸模底部設計成為半球狀。有利于翻邊的準確定位。此下模的結構簡單,動作可靠,避免了結構復雜的側沖機構的設計,可大大降低模的成本,以及調試,維護難度.第9章 模具零件加工工藝的編制9.1 卸料板工序1.備料 板料145X15mm工序2.車 平內孔42.4 mm工序3.刨 刨上下面達圖工序4.磨 磨上下面見光工序5.鉗 畫線，制孔工序6.銑 以內孔定位銑外型工序7.鏜 鏜導料銷和擋料銷孔9.2 擋料銷1.備料 圓料棒10mm2.車 a 車平端面 b車8mm車6mm的外圓 c 倒0.5X45角 d 車2mmX0.4槽 e 切斷保證尺寸3mm f 倒0.5X45度3.熱處理 表面淬火43-48HBC結束語由于社會的發(fā)展,人民生活水平的提高,物品不斷更新?lián)Q代以及人們對個性化的物品喜好,致使商家為了搶奪市場,須不斷推出新產品,這樣樣品制造就顯得極為重要.樣品制造具有很大的靈活性,為了滿足市場的需求,其制造周期不斷在縮短,因此,樣品制造的方法簡易可行,其設備是先進的快速加工設備.當然,樣品制造并沒有完全脫離沖壓生產,它還須用到沖壓的一些知識.模具是工業(yè)之母,模具設計的好壞關系到產品的質量及成本.當前,模具設計制造朝著CAD/CAM/CAE技術展,使設計人員節(jié)省了大量的繪圖時間,把精力花在模具結構的改進和模具技術的研究.現在是多品種小批量生產的時代,要求模具的生產周期愈短愈好,開發(fā)快速經濟模具越來越引起人們的重視.模具設計在要求首先要在經濟考慮，經濟時代不可能去虧本開和模具，能節(jié)省的就要盡量節(jié)?。黄浯?，要在復雜程度上去設計模具，能做復合的就做復合模具，免得浪費材料和時間；再次我們在要精度上去考慮，精度高的我們不能做簡單模具設計，不要偷工簡料，做一個實事求是的人，做一個有責任心的人。致謝本畢業(yè)設計,我的是一副復合模設計，在規(guī)定的時間內完成從模具裝配.結構及零件的設計經歷了了兩個月.除了自己的努力外,更多的是要感謝各位老師在我設計過程中對我的指導。在此,我要感謝我的指導老師,沖壓模具專業(yè)老師以及在這次設計給我?guī)椭耐瑢W，他們的指導,讓我修正了設計中一個又一個的錯誤,更重要的是我從中學到了很多東西,這些在原來學過的教材中是無法找到了,這些也是我以后工作中很寶貴的財富。參考文獻1模具設計與制造實訓 朱光力 主編 高等教育出版社2. 沖壓工藝與模具設計 姜奎華 主編 機械工業(yè)出版社3互換性與測量技術基礎 溫松明 主編 湖南大學出版社4.中國模具設計大典 電子版 中國模具設計大典編委會 互聯(lián)網資料5沖壓工藝模具設計 鐘毓斌 主編 機械工業(yè)出版社