底板連接板沖壓工藝和模具設(shè)計(jì)

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合肥工業(yè)大學(xué) 2008 屆材料科學(xué)與工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文目 錄中文摘要 1英文摘要 21 緒論 32 毛坯計(jì)算和確定工藝方案 42.1 工藝性分析 .42.2 毛坯展開尺寸的計(jì)算 .62.3 確定基本工序與合并方案 73 第一工步落料沖孔復(fù)合模具設(shè)計(jì) 93.1 排樣圖的設(shè)計(jì)及材料利用率的計(jì)算 93.1.1 確定排樣、條料尺寸方案 93.1.2 材料利用率計(jì)算 103.2 計(jì)算沖裁壓力及選用壓力機(jī) .113.2.1 沖裁工藝力的計(jì)算 113.2.1.1 沖裁力計(jì)算 .113.2.1.2 卸料力的計(jì)算 .123.2.1.3 推件力的計(jì)算 .123.2.1 壓力機(jī)的選擇 123.3 模具工作部分尺寸計(jì)算和公差的確定 .133.3.1 落料模 133.3.1.1 落料模尺寸的確定 133.3.1.2 落料凹模外形尺寸 .143.3.1.3 落料凸模具體尺寸 .153.3.1.4 落料凸凹模具強(qiáng)度的校核 .163.3.2 沖孔模 163.3.2.1 沖孔模尺寸的確定 163.3.2.2 沖孔凸模具體尺寸 .173.3.2.3 沖孔凹模具體尺寸 .173.4 復(fù)合模具整體的設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)件的選擇 .183.4.1 復(fù)合模具結(jié)構(gòu)形式選擇 183.4.2 模具結(jié)構(gòu)件的選擇 193.4.2.1 模架的確定 .193.4.2.2 模架結(jié)構(gòu)形式的合理性分析 203.4.3 模柄的設(shè)計(jì) 203.4.4 導(dǎo)向裝置（導(dǎo)柱和導(dǎo)套）的設(shè)計(jì) 203.4.5 卸料裝置的設(shè)計(jì) 203.4.5.1 卸料板結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) .20合肥工業(yè)大學(xué) 2008 屆材料科學(xué)與工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文3.4.5.2 彈簧的設(shè)計(jì) .213.4.5.3 卸料鏍栓的設(shè)計(jì) .223.4.5 推件、頂件裝置的設(shè)計(jì) 233.4.5.1 打桿的選擇 .233.4.5.2 推板的設(shè)計(jì) .233.4.5.3 頂板的設(shè)計(jì) .233.4.6 定位裝置的設(shè)計(jì) 243.4.6.1 擋料銷的設(shè)計(jì) .243.4.6.2 導(dǎo)料銷的設(shè)計(jì) .243.4.6.3 上模固定板的設(shè)計(jì) .243.4.6.4 墊板的設(shè)計(jì) .243.4.7 固定零件（螺栓、銷）尺寸的確定 25小 結(jié) 26致 謝 27參考文獻(xiàn) 28附 錄 29合肥工業(yè)大學(xué) 2008 屆材料科學(xué)與工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文插 圖圖 1-1 工件 CAD 圖 .3圖 1-2 工件三維造型 4圖 2-1 彎曲件展開類型分類 6圖 2-2 工件展開圖 7圖 2-3 工件展開圖三維造型 7圖 3-1 落料沖孔模 CAD 總裝圖 9圖 3-2 落料沖孔模三維造型 9圖 3-3 排樣圖 10圖 3-4 凹模三維造型圖 15圖 3-5 凸凹模三維造型 15圖 3-6 沖孔凸模三維造型 .17圖 3-7 模架 cad 簡圖 .19圖 3-8 模架三維造型 19圖 3-9 卸料板 cad 圖 .21圖 3-10 卸料板三維造型 21圖 3-11 蝶形彈簧 cad 圖 .22圖 3-12 蝶形彈簧三維造型 22圖 3-13 卸料螺釘三維造型 22圖 3-14 打桿三維造型 23圖 3-15 推板 cad 圖 .23圖 3-17 頂板 cad 圖 .23圖 3-19 擋料銷三維造型 24圖 3-20 上模固定板三維造型 24圖 3-21 墊板 cad 圖 .25合肥工業(yè)大學(xué) 2008 屆材料科學(xué)與工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文表 格表 3.1 壓力機(jī)參數(shù) 13表 3.2 平?jīng)_壓件公差尺寸公差 13表 3.3 倒、順裝復(fù)合模比較 18表 3.4 模架規(guī)格 19表 3.5 主要結(jié)構(gòu)件的厚度 20合肥工業(yè)大學(xué) 2008 屆材料科學(xué)與工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文1底板連接板沖壓工藝和模具設(shè)計(jì)摘 要：畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是底板連接板生產(chǎn)所需的工藝設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)。底板連接板在沖壓過程中所涉及到的主要工藝有沖孔和彎曲，在進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)之前，先根據(jù)產(chǎn)品的圖紙，分析沖壓件的結(jié)構(gòu)形狀、尺寸精度和材料性能，提出各種可能成形的工藝方案。通過分析、計(jì)算，論述各方案的工藝特點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)效益,確定較好的工藝方案，進(jìn)而確定生產(chǎn)工序及其所需的各種設(shè)備，然后進(jìn)行模具設(shè)計(jì)。工件的成形共需要五副模具：1.落料沖孔復(fù)合模具 2.槽邊彎曲沖孔復(fù)合模具 3.槽邊彎曲翻邊孔復(fù)合模具 4.側(cè)邊彎曲模具 5.成型彎曲模具。針對(duì)這一套落料沖孔復(fù)合模和第五套彎曲模，我設(shè)計(jì)并繪制了它們的總裝 CAD 圖、零件 CAD 圖、立體圖。由于沖孔尺寸很小和彎曲過程中會(huì)出現(xiàn)回彈及表面擦傷等生產(chǎn)問題，對(duì)此我采取了一些有效的預(yù)防措施，來克服沖壓過程中出現(xiàn)缺陷。關(guān)鍵詞：落料；沖孔；彎曲；回彈合肥工業(yè)大學(xué) 2008 屆材料科學(xué)與工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文2Abstract:The main content of the essay is technological design and mould design what link floor production requires. The main process in the stamping process of link floor are Punching and bending.We must Analysis the structure of the shape, size, accuracy and performance materials according to the drawings productsbefore the design process,so we can made Various possible processes for forming. Through analysis, calculated on the programme of technological features and economic benefits, better determine the technology programme, production processes and thereby determine the necessary equipment and then proceed to mold design. Forming part of the total needs of five die: 1. Blanking of punching die 2. Groove edge of bending punching die 3. Flanging-bending groove edge of mold 4. Bending the side Die 5. Molding bending die. This set off for punching composite materials-and Di Wutao bending die, I designed and drew a map of their CAD assembly, parts CAD map, three-dimensional map. As small size and punching the process of bending will rebound and surface scratches, and other production problems, I have taken some effective preventive measures to overcome the press works in the emerging defective.Key words: blanking ; piercing ; bending ; spring back合肥工業(yè)大學(xué) 2008 屆材料科學(xué)與工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文31 緒論模具是工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)工藝裝備，因其生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品質(zhì)量好、材料消耗低、生產(chǎn)成本低而獲得廣泛應(yīng)用。模具工業(yè)在歐美等工業(yè)發(fā)達(dá)國家被稱之“點(diǎn)鐵成金”的“磁力工業(yè)” ，美國工業(yè)界認(rèn)為“模具工業(yè)是美國工業(yè)的基石” ，在德國，被冠之以“金屬加工業(yè)中的帝王”之稱號(hào)，而歐盟一些國家稱“模具就是黃金” ，中國模具權(quán)威經(jīng)理稱為“模具是印鈔機(jī)” ，可見模具工業(yè)在世界各國經(jīng)濟(jì)發(fā)展中具有重要的地位。目前，我國加入 WTO 之后，在當(dāng)代工業(yè)的迅速發(fā)展下，各行業(yè)產(chǎn)品的品種和數(shù)量不斷增加，換型加快，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量、樣式和外觀也不斷提出新要求，使模具需求增加，對(duì)模具質(zhì)量要求也越來越高，模具技術(shù)直接影響制造業(yè)的發(fā)展、產(chǎn)品更新?lián)Q代和產(chǎn)品競爭能力。因此，迅速提高模具技術(shù)水平已成為當(dāng)務(wù)之急。當(dāng)代模具的設(shè)計(jì)與制造廣泛采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造（CAD/CAM） ，設(shè)計(jì)過程程序化和自動(dòng)化，使用程序、模具擬成形過程、采用交互式設(shè)計(jì)方法，發(fā)揮人和計(jì)算機(jī)的各自特長。我設(shè)計(jì)的課題是底板連接板成形模設(shè)計(jì)，工件如下圖：圖 1-1 工件 CAD 圖合肥工業(yè)大學(xué) 2008 屆材料科學(xué)與工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文4圖 1-2 工件三維造型這個(gè)課題零件是 XX 廠的實(shí)際生產(chǎn)零件，實(shí)用性較強(qiáng)。在制造過程中用到了沖孔、彎曲、翻邊、沖凸起等成形工藝。在沖孔工藝中，由于孔的孔徑較小，所以在設(shè)計(jì)過程中對(duì)沖孔凸模進(jìn)行了改進(jìn)。彎曲時(shí)由于彎曲半徑為 0.2mm，所以采用的是校正彎曲。沖壓件材料是 SECC，其力學(xué)性能非常適合沖壓。2 毛坯計(jì)算和確定工藝方案2.1 工藝性分析（1）沖孔（槽）尺寸大小工藝分析沖孔的最小尺寸與孔的形狀、板材力學(xué)性能和厚度有關(guān)，因受凸模強(qiáng)度的限制，沖孔的尺寸不能過小。結(jié)合 SECC 材料的力學(xué)性能，在用一般沖模沖孔時(shí)沖的直徑應(yīng)該大于材料的厚度即： [1]。在此課程設(shè)計(jì)中用的板料厚度 t=2mm，td?沖孔孔徑 d 分別為 3.5mm、 4.5mm、 5mm、 5.4mm，四個(gè)孔的大小都適??合沖壓，但是由于沖孔沖頭很細(xì)很長，沖頭的剛度可能不夠，在設(shè)計(jì)過程中我對(duì)沖孔凸模進(jìn)行了一定的改進(jìn)。沖槽時(shí)候，槽的寬度 b 不小于 0.9 倍的板料厚度即： [1]。在此課程設(shè)tb9.0?計(jì)的工件中最小的槽的寬度是 2mm，大于 0.9 倍的料厚，也是可以沖壓的，但是鑒于沖頭的長度很長，在設(shè)計(jì)過程中我也對(duì)沖槽凸模進(jìn)行了一些改進(jìn)，增強(qiáng)了沖合肥工業(yè)大學(xué) 2008 屆材料科學(xué)與工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文5頭的剛度，使模具的壽命更長。（2）孔（槽）間距的工藝分析沖壓時(shí)候，孔與孔之間或者孔與邊緣之間的距離 a，受模具的強(qiáng)度和沖裁件質(zhì)量的限制，其值不能過小，宜取 ，但不得小于 3~4mm。必要時(shí)可取ta2?（當(dāng) t1mm 時(shí)，按 t=1mm）但模具壽命會(huì)因此降低或結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度ta)5.~1(?增加 [1]。在此課程設(shè)計(jì)的工件中，最小的孔邊距是 3.14mm，已經(jīng)很接近允許沖孔間距最小值，理論上必須采取一些措施：1.減小沖裁力，減小沖裁力的方法有斜刃沖裁和階梯沖裁。2.增加壓邊力。但是這幾種方法都會(huì)增加模具的制造成本和模具的復(fù)雜度，不利于模具的制造，而且在實(shí)際生產(chǎn)中已經(jīng)證明，普通的沖孔模具能夠滿足這樣的孔邊距的沖裁，所以在工藝設(shè)計(jì)中我省去了這方面的改進(jìn)，以使得模具設(shè)計(jì)和制造簡單，成本低廉。（3）孔（槽）壁的要求在彎曲件上沖孔時(shí)，其孔壁與工件直壁的最小距離應(yīng)不小于 [1]（R 為t5.0?彎曲件沖孔處的圓角，t 為料厚） 。若距離過小，孔邊進(jìn)入工件底部的圓角部分，沖孔時(shí)候會(huì)使凸模受水平推力而折斷，影響沖孔質(zhì)量和模具壽命。在此課程設(shè)計(jì)中，因?yàn)橛械牟劬驮谡圻吷?，為了避免上面所說到的缺陷產(chǎn)生，在工藝設(shè)計(jì)中，把沖孔工序安排在了彎曲之前，從而避免了上面所說到的沖孔限制。（4）工件彎曲時(shí)彎曲半徑的工藝分析如果彎曲半徑過小，彎曲時(shí)板料外層拉伸變形量過大，使得拉應(yīng)力達(dá)到或超過抗拉強(qiáng)度，則板料外層將出現(xiàn)斷裂，致使工件報(bào)廢。因此板料彎曲存在一個(gè)最小圓角半徑允許值。理論上彎曲半徑的最大值是沒有限制的，但是也不宜過大，因?yàn)檫^大時(shí)，受到回彈的影響，彎曲角度和圓角半徑的精度都不易達(dá)到要求。在此畢業(yè)設(shè)計(jì)工件中，彎曲半徑均為 0.2mm，這個(gè)半徑已經(jīng)小于了材料的最小彎曲半徑，所以必須在彎曲工藝上進(jìn)行改進(jìn)。例如預(yù)先開槽或壓槽的方法，使彎曲部位的板料邊薄，能防止彎曲部位開裂。（5）工件彎曲時(shí)其它工藝分析彎曲線不應(yīng)該位于兩件寬度突變處，以避免撕裂。在此畢業(yè)設(shè)計(jì)中，有許多彎曲都在工件寬度突變處，對(duì)此在工藝設(shè)計(jì)時(shí)在這種翻邊處都事先沖好工藝槽，從而避免工件的撕裂。合肥工業(yè)大學(xué) 2008 屆材料科學(xué)與工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文6在進(jìn)行直角彎曲時(shí)，如果彎邊高度過小，彎邊在模具上支撐的長度過小，不容易形成足夠的彎矩，將產(chǎn)生不規(guī)則變形，很難得到形狀準(zhǔn)確的零件。為了避免這種情況，應(yīng)使彎邊高度 [1]。在此畢業(yè)設(shè)計(jì)工件中有一個(gè)彎邊高度為tH5.2?4mm，不滿足前面的公式，理論上不能完成折邊，但是在實(shí)際生產(chǎn)中證明這個(gè)高度的折邊是可行的。（6）在此工件的凸起特征上要有一個(gè)圓孔，由于沖凸起時(shí)金屬的流動(dòng)會(huì)使得孔的形狀和孔之間距離發(fā)生不規(guī)則變化，導(dǎo)致安裝定位不準(zhǔn)確，所以在工藝設(shè)計(jì)中把這個(gè)沖孔工藝發(fā)在沖凸起之后，或者同時(shí)完成。2.2 毛坯展開尺寸的計(jì)算工件厚度 t=2mm，該工件的折彎角均為 r=0.2mm，工件的各邊尺寸如圖 1-1。此工件的彎曲角小于 0.5 倍的料厚，這類彎曲零件的毛坯尺寸是根據(jù)彎曲前后材料體積不變的原則，并考慮在彎曲處材料有變薄現(xiàn)象進(jìn)行計(jì)算的，由文獻(xiàn)[3]表 3.18 可得公式如下：圖 2-1 彎曲件展開類型分類彎曲一個(gè)角零件展開長度： （2-1）tL4.021??一次同時(shí)彎曲兩個(gè)角零件展開長度： （2-2）tL6.03?一次同時(shí)彎曲兩個(gè)角，第二次彎曲另一個(gè)角，兩件展開長度：（2-3）tL??321根據(jù)上面的公式，各部分的邊長計(jì)算如下：側(cè)邊彎曲自上而下展開尺寸：L1=6 2+205+0.6 2=218.2?L2=6 2+209.4+0.6 2=222.6?合肥工業(yè)大學(xué) 2008 屆材料科學(xué)與工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文7L3=15 2+205+0.6 2=236.2?橫向彎邊展開尺寸：L=58+18+62+4+2=144槽邊彎邊展開尺寸：L1=0.5+4.5+0.4 2=5.8?L2=0.5+10+0.4 2=11.3各邊加減計(jì)算誤差后的展開工件圖如下：圖 2-2 工件展開圖圖 2-3 工件展開圖三維造型2.3 確定基本工序與合并方案對(duì)于底板連接板，包括以下基本工序：落料，沖直徑 d 分別為3.5mm、 4.5mm、 5mm、 5.4mm 的孔，沖槽孔，沖翻邊孔，沖兩個(gè)凸起，??L 彎曲，U 形彎曲，Z 形彎曲。根據(jù)這些基本工序，可擬出如下三種方案：方案一：① 落料+沖徑為 3.5mm、4.5mm、5mm、5.4mm 的孔+沖所有槽孔合肥工業(yè)大學(xué) 2008 屆材料科學(xué)與工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文8② 壓側(cè)包+彎兩個(gè)向下的槽邊+沖包底直徑 5mm 的孔+螺紋孔翻邊③ 彎四個(gè)向上的槽邊+壓帶孔包④ U 形彎曲+L 形彎曲⑤ Z 形彎曲方案二：① 落料+沖孔徑為 3.5mm、4.5mm、5mm 、5.4mm 的孔+沖所有槽孔② 彎四個(gè)向上的槽邊+壓帶孔包③ 壓側(cè)包+彎兩個(gè)向下的槽邊+沖包底直徑 5mm 的孔+螺紋孔翻邊④ U 形彎曲+L 形彎曲⑤ Z 形彎曲方案三：此方案為一料兩件① 落料+沖孔徑為 3.5mm、4.5mm、5mm、5.4mm 的孔+沖所有槽孔② 彎兩個(gè)向下的槽邊+壓帶孔包+壓側(cè)包+螺紋孔翻邊③ U 形彎曲側(cè)邊+彎四個(gè)向上的槽邊+沖包底直徑 5mm 的孔④ U 形彎曲橫向中部邊⑤ U 形彎曲橫向中部邊⑥ 切斷⑦ 翻橫向邊分析比較上述三種方案，可以看到：在方案三中，橫向和縱向的結(jié)構(gòu)是完全對(duì)稱的，壓力中心正好是工件的幾何中心，加工零件的質(zhì)量好，模具壽命長。但是由于工件大，所需要的模具刃口大，整個(gè)模具笨重，加工復(fù)雜，浪費(fèi)材料，而且所需的沖壓力增加了一倍，對(duì)壓力機(jī)的噸位要求更高。在方案一和二中，雖然該工件不對(duì)稱，但在多工序一次沖壓成形過程中，沖壓機(jī)的中心與模具的中心基本重合，這樣就可以避開了偏心問題，從而也避免了因偏心引起的各種問題。該套模具工序比較集中，生產(chǎn)效率高，占用設(shè)備及人員數(shù)量少。模具小巧簡潔，方便搬運(yùn)。底板連接板對(duì)外形的尺寸精度和表面質(zhì)量沒有特別的要求，并且年生產(chǎn)量比較大。從經(jīng)濟(jì)和實(shí)際生產(chǎn)的情況來分析，應(yīng)該選擇方案一或者二的設(shè)計(jì)方法。從方案一和二的對(duì)比中可以看到只有壓包上的沖孔工序順序不同，兩者權(quán)衡合肥工業(yè)大學(xué) 2008 屆材料科學(xué)與工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文9下，方案二更好一些。由于沖壓包時(shí)金屬的流動(dòng)會(huì)使事先沖好的孔大小和位置發(fā)生不規(guī)則變化，影響了零件的質(zhì)量和定位。所以最終確定選用方案二為最終方案。3 第一工步落料沖孔復(fù)合模具設(shè)計(jì)第一副模具采取落料與沖孔工序復(fù)合模，其總裝圖和立體圖如下：1 卸料彈簧調(diào)節(jié)螺母 2 彈簧調(diào)節(jié)板 3 卸料彈簧 4 內(nèi)六角螺釘 5 凸凹模 6 定位銷釘 7 定位銷釘 8 內(nèi)六角螺釘 9 內(nèi)六角螺釘 10 導(dǎo)柱 11 下模座 12 凸模固定板 13 卸料板 14 導(dǎo)料銷 15 落料凹模 16 導(dǎo)套 17 沖孔凸模固定板 18 上模座 19 墊板 20 內(nèi)六角螺釘 21 定位銷釘 22 沖孔凸模 23 頂桿 24 模柄 25 防轉(zhuǎn)螺釘 26 定位螺釘 27 推板 28 推件塊圖 3-1 落料沖孔模 CAD 總裝圖合肥工業(yè)大學(xué) 2008 屆材料科學(xué)與工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文10圖 3-2 落料沖孔模三維造型3.1 排樣圖的設(shè)計(jì)及材料利用率的計(jì)算3.1.1 確定排樣、條料尺寸方案排樣是指沖裁件在板料、條料或帶料上的布置方式。排樣的意義就在于保證用最低的材料消耗和最高的勞動(dòng)生產(chǎn)率得到合格的零件。排樣分為有搭邊、少搭邊、無搭邊三種，按工件的外形特征又可分為直排、斜排、混合排等形式。板料排樣還要注意到板料的軋制方向等因素。此工件落料件形狀簡單，形狀近似矩形，所以此工件排樣采用的是直排式。搭邊是指在條料沖裁時(shí)，工件之間以及工件與條料側(cè)邊之間的余料。搭邊的作用是：補(bǔ)償送料誤差，以保證沖出合格零件；保持條料剛度以利于送料，避免廢料絲進(jìn)入模具間隙損壞模具。搭邊值要合理確定，從節(jié)省材料出發(fā)搭邊值越小越好，但是搭邊值小于一定數(shù)值后，對(duì)模具壽命和剪切表面質(zhì)量不利。為了使作用在毛坯側(cè)面上的應(yīng)力沿被沖件周長均勻分布，必須使搭邊的最小寬度大于塑變區(qū)的寬度，而塑變區(qū)寬度與材料性質(zhì)和厚度有關(guān)，一般約等于 0.5t，搭邊的最小寬度的最大值約等于毛坯的厚度。若搭邊值小于材料厚度，在沖裁中還可能被拉入模具間隙中，使零件產(chǎn)生毛刺，甚至損壞模具刃口，降低模具壽命?？偟膩碚f搭邊值是通過經(jīng)驗(yàn)來確定的，通過文獻(xiàn)[1]中表 2.25 的經(jīng)驗(yàn)數(shù)值，結(jié)合材料的形狀和力學(xué)性能確定工件與工件之間的搭邊值為 3.4mm，工件與條料側(cè)邊之間的搭邊值是 3.5mm，進(jìn)距為 148mm，搭邊示意圖如下：合肥工業(yè)大學(xué) 2008 屆材料科學(xué)與工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文11圖 3-3 排樣圖這種搭邊值在實(shí)際生產(chǎn)中也是證明可行的。3.1.2 材料利用率計(jì)算條料長度選 L=2000mm，由文獻(xiàn)[2]可得計(jì)算材料利用率的公式：（3-1）%10??bLnF?工件面積 : =144.6 237≈ 34270 mm 2 （3-2）lbF?可用工件的個(gè)數(shù): = 2000/(144.6+3.4) ≈ 13 （3-3）)(1an??η= 13×34270 / （244×2000） ×100% ≈ 91.3 %3.2 計(jì)算沖裁壓力及選用壓力機(jī)3.2.1 沖裁工藝力的計(jì)算沖裁力計(jì)算包括沖裁力、卸料力、推件力、頂件力的計(jì)算3.2.1.1 沖裁力計(jì)算 由文獻(xiàn)[1]公式 2.7 可得到一般平刃口模具沖裁時(shí)沖裁力 P0的計(jì)算公式，即[1] （3-4）?LtAP?0式中 A——剪切斷面面積，mm 2；t——材料厚度，mmL——沖裁周長，mm合肥工業(yè)大學(xué) 2008 屆材料科學(xué)與工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文12τ——材料的抗剪強(qiáng)度， MPa 。也可以按文獻(xiàn)[1]式 2.8 計(jì)算，即（3-5）bLtfP?10?式中 f 1——系數(shù)，取決于材料的屈強(qiáng)比，一般取 0.6-0.9；L——沖裁內(nèi)外周邊的總長，mm；t——材料厚度，mmσb——材料的抗拉強(qiáng)度，MPa我在設(shè)計(jì)工程中采用的是第二個(gè)公式進(jìn)行計(jì)算的。材料的抗拉強(qiáng)度 σ b=300~400 MPa， 取抗拉強(qiáng)度為 355 MPa 屈服強(qiáng)度 σ s= 250~320 MPa， 取屈服強(qiáng)度為 320 MPa 屈強(qiáng)比 = 0.9b??3520取 f1=0.9沖壓件厚度 t=2mm落料周邊長度 L1=(57+7.1+9.3 2+12+4.5 2+16.1 2+66) 2+204+218=825.8??孔（槽）邊長 L1=π（4.5+5.4+5+3.5）+（10 2+11 2+5.8 2）+（20 2+11?2+9 2）+（13 2+18+3+11.3+12+5.8+6+3.5+9）+（19 2+3.1 2+2 2+19 2）??=374.2落料力 F 1=0.9 825.8 2 355=528 KN沖孔（槽）力 F 2=0.9 374.2 2 355=240 KN?總的沖裁力 P0=528+240=768 KN為了安全要實(shí)際沖裁力要加上一個(gè)安全系數(shù) 1.3實(shí)際沖裁力 P0=768 1.3=998 KN3.2.1.2 卸料力的計(jì)算卸料力 （文獻(xiàn)[1]公式 2.10） （3-6）01K?式中 P 0——沖裁力，N；P1——卸料力，N；K1——推出系數(shù)，見文獻(xiàn) [1]中表 2.32這里取推出系數(shù)為 K1=0.15P1=0.15 998=150 KN?合肥工業(yè)大學(xué) 2008 屆材料科學(xué)與工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文133.2.1.3 推件力的計(jì)算推件力 P2 = nK2 P0 （文獻(xiàn)[1]公式 2.11） （3-7）式中 P 0——沖裁力，N；P2——推件力，N；n——同時(shí)卡在凹模中的工件（或廢料）數(shù)目， ，h 為凹模腔口tn?高度，mm，t 為材料厚度K2——推出系數(shù)，見文獻(xiàn) [1]中表 2.32這里取推出系數(shù)為 K2=0.05P2=0.05 1 998=50 KN ?3.2.1 壓力機(jī)的選擇總的沖裁力 F=P0+P1+P2=998+150+50=1198 KN由[1]表 13.9 取公稱壓力 F = 1600 KN 的開式壓力機(jī)，其壓力就足夠了。擬選用型號(hào)為 JA－1600A 的開式雙柱可傾壓力機(jī),該壓力機(jī)技術(shù)參數(shù)如表 3.1：表 3.1 壓力機(jī)參數(shù)型號(hào) 公稱壓力 （KN）滑塊行程（mm）滑塊行程次數(shù)（min -1）最大閉合高度（mm）閉合高度調(diào)節(jié)量（mm）滑塊中心線至床身距離（mm）立柱距離（mm）JA－1600A 1600 160 40 450 130 380 530工作臺(tái)尺寸（mm）工作臺(tái)孔尺寸（mm）墊板尺寸（mm）模柄尺寸（mm）滑塊底面尺寸（mm）床身最大可傾角（°）前后 左右前后左右直徑厚度直徑 直徑深度前后左右710 1120 300 530 400 100 70 80 360 400 253.3 模具工作部分尺寸計(jì)算和公差的確定3.3.1 落料模 合肥工業(yè)大學(xué) 2008 屆材料科學(xué)與工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文143.3.1.1 落料模尺寸的確定 設(shè)計(jì)落料模具時(shí)，應(yīng)以凹模尺寸為基準(zhǔn)，間隙取在凸模上，靠減小其尺寸來獲得。工件的公差等級(jí)如下表：表 3.2 平?jīng)_壓件公差尺寸公差平?jīng)_壓件公差尺寸基本尺寸 公差等級(jí)大于 至 FT5 FT6- 10 0.06 0.1010 50 0.20 0.2850 200 0.26 0.36200 0.15% 0.25%由于此工件是應(yīng)用在電機(jī)上的，所以公差等級(jí)采用的電機(jī)行業(yè)中的公差等級(jí)，換算成國家標(biāo)準(zhǔn)公差大約是 IT7 級(jí)由于毛坯形狀復(fù)雜，凸模和凹?？刹捎门浜霞庸ぁ＿@種方法有利于獲取最小合理間隙，放寬對(duì)模具加工設(shè)備的精度要求，對(duì)于沖制復(fù)雜形狀零件的沖模，對(duì)數(shù)工廠均采用配合加工法加工凸模和凹模。由于凹模磨損，尺寸會(huì)變化，增大尺寸記為 A 類，減小尺寸記為 B 類，不變尺寸記為 C 類。凹模刃口尺寸（3-8）dxAd?????0)(（3-9）B（文獻(xiàn)[1]公式 2-5～2-9） （3-10）ddC?)(式中 Ad、B d、C d——落料凹模刃口三類尺寸，mm；A、B、C ——沖壓件三類尺寸， mm；——沖壓件公差，mm；?——凹模的制造公差，mm；d?——磨損系數(shù)；x當(dāng)標(biāo)注 、 時(shí) ；當(dāng)標(biāo)注 時(shí) ；d??4??dd??8??凸模刃口尺寸：按凹模尺寸配制，保證單面間隙為 Zmin/2-Zmax/23.3.1.2 落料凹模外形尺寸 合肥工業(yè)大學(xué) 2008 屆材料科學(xué)與工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文15工件公差等級(jí)是 IT7 級(jí)， =1x由上面凹模刃口尺寸公式可以計(jì)算出凹模刃口各個(gè)尺寸。凹模外形尺寸可以用下述經(jīng)驗(yàn)公式確定：凹模高度 H=KB （3-11）凹模壁厚 C=(1.5-2)H （3-12）式中 B——凹?？椎淖畲髮挾?，mm，但不能小于 15mm；C——凹模壁厚，mm，指刃口至凹模外形邊緣的距離；K——系數(shù)，見文獻(xiàn) [1]中表 2.41。取 K=0.15凹模最大寬度 B=218 mm 凹模高度 H=0.15 218=32.7 mm?凹模壁厚 C=2 32.7=65.4 mm考慮到實(shí)際運(yùn)用中修模量等因素，將凹模外形尺寸圓整化如下：凹模高度 H=35mm；凹模最小壁厚 B=50mm。凹模具體尺寸見手繪圖。UG 圖如下：圖 3-4 凹模三維造型圖3.3.1.3 落料凸模具體尺寸 由文獻(xiàn) [2]表 2-23 知： =0.126????????=0.180????????落料凸模尺寸保證凸凹模間隙配做。由于凸模的外形復(fù)雜，要用線切割方法加工，所以不能加工出凸頸用來固定合肥工業(yè)大學(xué) 2008 屆材料科學(xué)與工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文16凸模，所以凸模的固定方式適用螺釘固定。凸模長度一般是根據(jù)結(jié)構(gòu)上的需要而確定的，凸模的長度： 5.0321???hL式中 L——凸模的長度，mm；h1——卸料板的厚度，mm；h2——卸料彈簧自由高度，mm；h3——凸模固定板厚度，mm。凸模的長度 L=18+25+20-0.5=62.5mm 。凸模具體尺寸見手繪圖。ug 圖如下：圖 3-5 凸凹模三維造型3.3.1.4 落料凸凹模具強(qiáng)度的校核凹模強(qiáng)度校核：（文獻(xiàn)[1]表 2.50） （3-13）][5.12wwHP???式中 ——彎曲應(yīng)力計(jì)算值，N；w?——許用彎曲應(yīng)力，MPa， =（300-500）MPa ；][ ][wP——沖壓力，N ；H——凹模厚度，mm。=1.5 528000/502=316.8 MPaw??][w?凹模強(qiáng)度足夠。凸模強(qiáng)度校核：由于凸模斷面大而且也不是很長，所以不必給該凸凹模進(jìn)行彎曲應(yīng)力校核。3.3.2 沖孔模合肥工業(yè)大學(xué) 2008 屆材料科學(xué)與工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文173.3.2.1 沖孔模尺寸的確定 設(shè)計(jì)沖孔模具時(shí)，應(yīng)以凸模尺寸為基準(zhǔn)，間隙取在凹模上，靠增大其尺寸來獲得。工件的公差等級(jí)如表 3.2。由于此工件是應(yīng)用在電機(jī)上的，所以公差等級(jí)采用的電機(jī)行業(yè)中的公差等級(jí)，換算成國家標(biāo)準(zhǔn)公差大約是 IT7 級(jí)凸模凹模采用分開方式加工。由于凸模磨損，尺寸會(huì)變化，增大尺寸記為 A 類，減小尺寸記為 B 類，不變尺寸記為 C 類。凸模刃口尺寸（3-14）pxAp?????0)(（3-15）B（文獻(xiàn)[1]公式 2-10~2-14） （3-16）ppxC???)(式中 Ap、B p、C p——落料凸模刃口三類尺寸，mm；A、B、C ——沖壓件三類尺寸， mm；——沖壓件公差，mm；?——凸模的制造公差，mm；p?——磨損系數(shù)；x當(dāng)標(biāo)注 、 時(shí) ；當(dāng)標(biāo)注 時(shí) ；p?4??pp??8??沖孔凹模刃口尺寸：按凸模尺寸配制，保證單面間隙為 Zmin/2-Zmax/23.3.2.2 沖孔凸模具體尺寸 工件公差等級(jí)是 IT7 級(jí)， =1x由上面凸模刃口尺寸公式可以計(jì)算出凸模刃口各個(gè)尺寸。凸模外形尺寸：由于凸模刃口尺寸比較小，凸模的長度比較長，模具剛度不夠，所以必須對(duì)凸模結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。沖孔凸?？考哟滞鼓７枪ぷ鞑糠殖叽鐏碓鰪?qiáng)凸模的強(qiáng)度。沖槽?？堪涯＞叩姆枪ぷ鞑糠肿龀蓪?shí)心的來增強(qiáng)模具的剛度，已達(dá)到模具剛度要求，增加模具的壽命?？紤]到實(shí)際運(yùn)用中修模量等因素，凸模工作部分的尺寸長度為 6mm （沖裁料的厚度是 2mm） 。凸模的長度根據(jù)下面公式計(jì)算：合肥工業(yè)大學(xué) 2008 屆材料科學(xué)與工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文185.021???hL式中 L——凸模的長度，mm；h1——沖孔凸模固定板的厚度，mm；h2——落料凹模的厚度，mm。凸模的長度 L=20+35-0.5=54.5mm 。凸模具體尺寸見手繪圖。UG 圖如下：圖 3-6 沖孔凸模三維造型3.3.2.3 沖孔凹模具體尺寸 由文獻(xiàn)[2]中表 2-23 知： =0.126 =0.180???????? ????????沖孔凹模尺寸保證凸凹模間隙配做。沖孔凹模是在落料凸模上的，為了使得沖孔過程中落料順利，比且考慮到模具的修模量，在工藝設(shè)計(jì)過程中定凹模刃口高度為 6mm，凹模刃口下面漏料部分形狀適當(dāng)簡化并且向外擴(kuò) 1mm。沖孔凹模和落料凸模是一個(gè)凸凹復(fù)合模具。凸凹模的具體尺寸和 ug 造型圖見圖 3-5。3.4 復(fù)合模具整體的設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)件的選擇3.4.1 復(fù)合模具結(jié)構(gòu)形式選擇落料沖孔復(fù)合模一般分為倒裝復(fù)合模和順裝復(fù)合模兩類：下表是倒、順裝復(fù)合模比較。表 3.3 倒、順裝復(fù)合模比較合肥工業(yè)大學(xué) 2008 屆材料科學(xué)與工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文19比較項(xiàng)目 倒裝復(fù)合模 順裝復(fù)合模凸模 在上模部分 在下模部分凹模 在上模部分 在下模部分工作零部件裝配位置凸凹模 在下模部分 在上模部分出件方式采用頂板、頂桿自上模（凹模）內(nèi)撞出，下落到模具工作面上。采用彈頂器自下模（凹模）內(nèi)頂出至模具工作表面上。沖裁件的平整度 較差 較好廢料排除廢料在凸凹模中積累到一定程度后，便從下模部分的漏料孔或排出槽排出。廢料不能在凸凹模中積聚。壓力機(jī)在回程的時(shí)，廢料即從凸凹模中排出。凸凹模的強(qiáng)度和壽命凸凹模承受的漲力比較大，凸凹模的最小壁厚應(yīng)嚴(yán)格控制。受力情況比倒裝復(fù)合模好，但凸凹模的內(nèi)尺寸易磨損增大。生產(chǎn)操作廢料自漏料孔中排出，有利于清理模具工作面，生產(chǎn)操作安全。廢料自上而下?lián)袈洌凸ぷ饕黄饏R集于模具工作面上，對(duì)生產(chǎn)操作不利。根據(jù)表 3.1 的對(duì)比可以看出，由于本次零件的板厚度較大，且表面質(zhì)量要求不是很高，為了提高生產(chǎn)效率及操作安全性，也便于漏料，該套復(fù)合模具應(yīng)該選擇倒裝式。3.4.2 模具結(jié)構(gòu)件的選擇3.4.2.1 模架的確定從工作受力變形特點(diǎn)、工件定位、出件方式、材料送進(jìn)方向、導(dǎo)柱受力狀態(tài)、操作是否方便等方面來看，模架的結(jié)構(gòu)宜采用滑動(dòng)導(dǎo)向模架結(jié)構(gòu)型式。此工件的周長較大導(dǎo)致凹模刃口較大，但是所需要的沖裁力并不是很大，要是選用便準(zhǔn)模架，模架的厚度和長寬勢必很大，整個(gè)模具顯得非常笨重。所以在設(shè)計(jì)過程中我選擇了自制模架，優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單小巧，而且價(jià)格低廉。其大致結(jié)構(gòu)如下圖：合肥工業(yè)大學(xué) 2008 屆材料科學(xué)與工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文20圖 3-7 模架 cad 簡圖圖 3-8 模架三維造型模架為中間導(dǎo)向形式，閉合高度為 215mm-250mm。下面表 3.4 是上下模座的外形尺寸，mm。表 3.4 模架規(guī)格 單位 mmL B HMAX HMIN ｈ１ ｈ２522 305 250 215 45 553.4.2.2 模架結(jié)構(gòu)形式的合理性分析根據(jù)圖 3－1 落料沖孔復(fù)合模從上到下的順序羅列主要結(jié)構(gòu)件的厚度(后面會(huì)分別給出這些結(jié)構(gòu)件厚度的來源)如表 3.5 表示：單位 mm表 3.5 主要結(jié)構(gòu)件的厚度 單位 mm上模座 墊板 沖孔凸模固定板 凹模 凸凹模 下模座45 8 20 35 62.5 55由表 3.5 可以得出模具的閉合高度如下=下模座厚+上模座厚+凸凹模高+凹模高-（凹模與凸模的刃口高度差 閉 合H+t）＋墊板厚＋沖孔凸模固定板厚 代入數(shù)值＝ 55+45+62.5+35-（0+2）＋8＋20 = 228.5mm閉 合合肥工業(yè)大學(xué) 2008 屆材料科學(xué)與工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文21根據(jù)設(shè)備負(fù)荷情況，擬選用 1600KN 的壓力機(jī)。該壓力機(jī)的最大閉合高度為450mm,最小閉合高度為 320mm，在安裝模架時(shí)要使用墊塊。模具閉合高度滿足 245= =225,故認(rèn)為是合適的。55minmax???hHh閉 合3.4.3 模柄的設(shè)計(jì)根據(jù)所選壓力機(jī)上模柄孔徑尺寸為 70×80，選用旋入式模柄，模柄屬標(biāo)準(zhǔn)?件，由文獻(xiàn)[1] 表 15.19 選 JB/T7646.2 來確定它的尺寸，其規(guī)格為 A60，需要加模柄套。3.4.4 導(dǎo)向裝置（導(dǎo)柱和導(dǎo)套）的設(shè)計(jì)由于標(biāo)準(zhǔn)模架可以直接選定導(dǎo)柱和導(dǎo)套的規(guī)格。導(dǎo)柱：配合模座選用 A 型導(dǎo)柱（GB2861.5-81）A40×200導(dǎo)套：配合模座選用 A 型導(dǎo)套（GB2861.5-81）A40×115×43由文獻(xiàn)[1]表 15.21 查得，導(dǎo)套的外徑為 。5?3.4.5 卸料裝置的設(shè)計(jì)卸料板的主要作用是把材料從凸凹模上卸下，有時(shí)也可以作壓料板用以防止材料變形并能幫助送料導(dǎo)向和保護(hù)凸模等。3.4.5.1 卸料板結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)本次選用的彈性卸料板，借助卸料彈簧來起到卸料和壓邊的雙重作用。卸料板的結(jié)構(gòu)平面圖和三維圖如下：圖 3-9 卸料板 cad 圖合肥工業(yè)大學(xué) 2008 屆材料科學(xué)與工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文22圖 3-10 卸料板三維造型3.4.5.2 彈簧的設(shè)計(jì)卸料力前面已經(jīng)計(jì)算出來 F=50000N。根據(jù)文獻(xiàn) [2]中蝶形彈簧選擇原則計(jì)算如下：⑴擬用 8 個(gè)蝶形彈簧，每組彈簧承受負(fù)荷：P=50000/8=6250N⑵從文獻(xiàn)[2]中表 1-17 中選用 8 號(hào)彈簧：D=40mm d=25mm t=2.5mm fm=0.8 h0=2.5在最大允許應(yīng)變量 0.65fm 時(shí)，P=9800N。⑶計(jì)算每組彈簧片數(shù)：（3-17）5.780.3f5.0m???工 作Fn取 n=8⑷總壓縮量：mm （3-18）16.480650???mnfF總⑸彈簧的自由高度：mm （3-19）.23.0hH自⑹彈簧預(yù)壓縮量：（3-20）28.19608152.150 ???????）（）（預(yù) mnfF⑺預(yù)壓縮后彈簧的高度：mm.8.426預(yù)H彈簧結(jié)構(gòu)如下圖：合肥工業(yè)大學(xué) 2008 屆材料科學(xué)與工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文23圖 3-11 蝶形彈簧 cad 圖圖 3-12 蝶形彈簧三維造型3.4.5.3 卸料鏍栓的設(shè)計(jì)A:上模座卸料螺栓沉孔深度 2h2h≥ 卸料板工作行程+螺栓頭高 則 ≥6.5+12=18.5mm還應(yīng)留有 2.2mm 的安全空隙，凸凹模修磨量 6≥2.2，需加深卸料螺栓沉孔深度，取 2h= 45mm。B: 卸料螺栓長度 1l根據(jù)實(shí)際情況查文獻(xiàn)[9]表 6-22 選用 mm。651?l圖 3-13 卸料螺釘三維造型3.4.5 推件、頂件裝置的設(shè)計(jì)倒裝時(shí)，要利用剛性或彈性推件裝置推出工件。推件裝置在上模內(nèi)，通過沖床滑塊內(nèi)的打料機(jī)構(gòu)來完成推件工作。3.4.5.1 打桿的選擇合肥工業(yè)大學(xué) 2008 屆材料科學(xué)與工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文24打桿長度 2l： ＞模柄總長 + 上模座厚 － 推件快厚 －模柄壓入深度。則 ＞100 + 45 – 5 - 27 = 113 ㎜選用 A 型帶肩推桿，為標(biāo)準(zhǔn)件，查文獻(xiàn)[1]表 15.42，取 12mm， 2l = 120 ?mm。圖 3-14 打桿三維造型3.4.5.2 推板的設(shè)計(jì)推板的結(jié)構(gòu)如下圖圖 3-15 推板 cad 圖 圖 3-16 推板三維造型3.4.5.3 頂板的設(shè)計(jì)頂板的結(jié)構(gòu)圖如下圖：圖 3-17 頂板 cad 圖 圖 3-18 頂板三維造型3.4.6 定位裝置的設(shè)計(jì)為限定被沖材料的進(jìn)給步距和正確地將工件安放在沖模上完成下一步的沖壓合肥工業(yè)大學(xué) 2008 屆材料科學(xué)與工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文25工序，必須采用各種形式的定位裝置。以下給出是是本套模具中各個(gè)位置所使用到的固定裝置：3.4.6.1 擋料銷的設(shè)計(jì)為了方便定位作用，本套模具采用的擋料銷為固定擋料銷。固定擋料銷為標(biāo)準(zhǔn)件，查文獻(xiàn)[1]表 15.49 取其尺寸：A10 JB/T 7649.10 圖 3-19 擋料銷三維造型3.4.6.2 導(dǎo)料銷的設(shè)計(jì)控制送料方向一般要用兩個(gè)導(dǎo)料銷，尺寸和擋料銷的設(shè)置一樣。3.4.6.3 上模固定板的設(shè)計(jì)上模固定板主要用于小型凸模、凹?；蛲拱寄５裙ぷ髁慵墓潭ā４松夏９潭ò逯饕脕砉潭_孔凸模。同時(shí)也能起到給頂桿的導(dǎo)向作用。由于凸模的尺寸和外形，凸模固定板厚度取 20mm。其結(jié)構(gòu)如下圖：圖 3-20 上模固定板三維造型3.4.6.4 墊板的設(shè)計(jì)墊板的結(jié)構(gòu)如下圖：合肥工業(yè)大學(xué) 2008 屆材料科學(xué)與工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文26圖 3-21 墊板 cad 圖 圖 3-22 墊板三維造型3.4.7 固定零件（螺栓、銷）尺寸的確定 根據(jù)前面確定的模具部件，上模座上有復(fù)合模用內(nèi)六角頭螺栓 4 個(gè)，銷 2 個(gè)；下模座上有落料凸凹模用內(nèi)六角頭螺栓 4 個(gè)；卸料螺栓 6 個(gè)。一般情況下螺栓和銷釘是不需要來校正的，只要根據(jù)模具的形狀來確定螺栓，銷釘?shù)拈L度，以及所開沉孔的深度就可以了。以下由文獻(xiàn)[9]表 6-22 給出是一些詳細(xì)的設(shè)置：A. 上模座固定螺栓和銷 根據(jù)復(fù)合?？傮w尺寸，其內(nèi)六角頭螺栓選用 4 個(gè)M10×70（螺紋長 40mm） ，銷用 2 個(gè) Φ10×90，上模座為內(nèi)六角頭螺栓開沉孔深35mm。B. 凸凹模固定螺栓 根據(jù)凸凹模總體尺寸，其螺栓選用 4 個(gè) M12×60（螺紋長 50mm） ，下模座開沉孔深 40mm，用兩個(gè) Φ12×80 的銷釘定位。