支撐托架沖壓模具設(shè)計

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摘 要沖壓加工是利用安裝在壓力機上的模具，對放置在模具內(nèi)的板料施加變形力，使板料在模具內(nèi)產(chǎn)生變形，從而獲得一定形狀、尺寸和性能的產(chǎn)品零件的生產(chǎn)技術(shù)。由于沖壓加工常在室溫下進行，因此也稱為冷沖壓。沖壓成形是金屬壓力加工方法之一，是建立在金屬塑性變形理論基礎(chǔ)上的材料成形工程技術(shù)。冷沖模設(shè)計是模具設(shè)計與制造專業(yè)的一門專業(yè)課其主要任務(wù)是培養(yǎng)學生掌握冷沖壓工藝與模具設(shè)計的基本知識和基本技能具有實施冷沖壓工藝分析、解決常見工藝問題的能力。此論文是由沖孔、落料和彎曲工序組成，因為模具的生產(chǎn)主要是中批量的生產(chǎn)，而且模具可以保證沖壓產(chǎn)品的尺寸精度和產(chǎn)品質(zhì)量，模具的設(shè)計與制造主要考慮到模具的設(shè)計能否滿足工件的工藝性設(shè)計，能否加工出合格的零件，以及后來的維修和存放是否合理等。在本次設(shè)計中不僅要考慮要使做出的零件能滿足工作要求，還要保證它的使用壽命。設(shè)計中我要考慮到很多關(guān)于我所設(shè)計模具的知識，包括它的使用場合、外觀要求等，從這里可以知道模具設(shè)計是一項很復雜的工作，所以在設(shè)計要不斷的改進直到符合要求。沖壓生產(chǎn)靠模具和壓力機來完成，所以模具的設(shè)計精度和制造精度關(guān)系到產(chǎn)品的精度。【關(guān)鍵詞】：沖壓模具；沖孔；落料；彎曲；精度AbstractThe ramming processing is the use installs on the press the mold, to lays aside in the mold the sheet infliction strain forces, causes the sheet to have the distortion in the mold, thus obtains certain shape, the size and the performance product components production technology.Because the ramming processing often carries on under the room temperature, therefore also is called the cold stamping.The ramming forming is one of metal shaping methods, is the establishment in the metal plastic deformation rationale material forming project technology.Dies the design is coldly the mold design and a manufacture specialized professional course its primary mission is trains the student to grasp the elementary knowledge and the basic skill which the cold stamping craft and the mold design has the implementation cold stamping craft analysis, solution common craft question ability.This paper is by the punch holes, falls the material and the curving working procedure is composed, because the mold production mainly is the batch production, moreover the mold may guarantee the ramming product the size precision and the product quality, the mold design and makes mainly considered whether the mold the design does satisfy the work piece the technological design, whether processes the qualified components, as well as afterwards service and deposited whether reasonable and so on.Not only in this design must consider must enable the components which makes to satisfy the work requirement, but also must guarantee its service life.In the design I must consider very many designs the mold about me the knowledge, including its use situation, the outward appearance request and so on, from here may know the mold design is a very complex work, therefore wants the unceasing improvement in the design until conforms to the requirement.The ramming production depends on the mold and the press completes, therefore the mold design precision and the manufacture precision relate the product the precision.[Key word]: Ramming mold; Punch holes; Falls the material; Curving; Precision目 錄第一章 緒 論1.1 沖壓模具的分類、課題的來源、設(shè)計的目的和意義1.1.1 沖壓模具的分類1 根據(jù)工藝性質(zhì)方面的分類：（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凸、凹模的形狀直接復制成形，而材料本身僅產(chǎn)生局部塑性變形的模具。如脹行模、縮口模、擴口模、起伏成形模、翻遍模、整形模等。2 根據(jù)工序組合程度分類（1）單工序模 在壓力機上的一次行程中，在一個工位只能完成一個沖壓工序的模具。（2）復合膜 在壓力機的一次行程中，在只有一個工位，并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）級進模（也稱連續(xù)模） 在壓力機的一次行程中，在毛坯的送進方向上，具有兩個或更多的工位，在不同的工位上逐次完成不同的沖壓工序，往往在 最后一工位上沖出工件的模具。1.1.2 課題的來源明確國內(nèi)外沖壓模具的研究意義和方法及模具工業(yè)發(fā)展方向，了解模具工業(yè)在國民經(jīng)濟中的地位，并能夠熟練掌握彎曲模具的設(shè)計過程與步驟。在此初步介紹模具的設(shè)計意義及作用，掌握基礎(chǔ)理論與實踐工作經(jīng)驗。1.1.3 設(shè)計的目的及意義1. 目的該課題主要針對托架零件，在對托架零件沖孔、落料和彎曲等成形工藝分析的基礎(chǔ)上，提出了該零件可以采用沖壓加工成形；根據(jù)零件的形狀、尺寸精度要求，設(shè)計過程中綜合考慮采用落料和沖 Ф10 孔；壓彎端部兩角并中間兩角；沖 4-Ф5 孔，保證工件的尺寸和形狀位置精度要求的同時，提高了材料的利用率和勞動生產(chǎn)率所以需要設(shè)計許多的沖壓模具，設(shè)計期間可以鞏固我的繪圖知識，系統(tǒng)的掌握大學四年來所學習的知識。2. 意義本課題涉及的知識面廣，綜合性較強，在鞏固大學所學知識的同時，對于提高設(shè)計者的創(chuàng)新能力、協(xié)調(diào)能力，開闊設(shè)計思路等方面提供了一個良好的平臺。滿足現(xiàn)實生活中工業(yè)需要，培養(yǎng)了個人的較強實踐動手能力和對模具設(shè)計專業(yè)知識的系統(tǒng)化、完整化，以及對于工程技術(shù)的嚴謹性。為以后個人的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。第二章 工藝性分析和工藝方案的確定2.1 零件的分析2.1.1 零件的功能與經(jīng)濟性分析該零件是某機械產(chǎn)品上的一個支撐托架，托架的 Φ10mm 孔內(nèi)裝有芯軸，并通過四個 Φ5 孔與機身連接。零件工作時受力不大，對其強度和剛度的要求不是太高。該零件的生產(chǎn)批量為每年 2 萬件，屬于中批量生產(chǎn)，外形簡單對稱，材料為一般沖壓用鋼，采用沖壓加工經(jīng)濟性良好。2.1.2 零件的工性藝分析托架為有五個孔的四角彎曲件。其中五孔的公差均為 IT9 級，其余尺寸為自由公差。各孔的尺寸精度在沖裁允許的精度范圍以內(nèi)，且孔均大于允許的最小孔徑，故可以采用沖裁。但 4XΦ5mm 孔的孔邊距圓角變形區(qū)太近，易使孔變形，且彎曲后的回彈也影響孔距尺寸 36mm,故 4XΦ5mm 孔應(yīng)在彎曲后沖出。而 Φ10mm 孔距圓角變形區(qū)較遠，為了簡化模具結(jié)構(gòu)和便于彎曲時坯料的定位，宜在彎前與坯料一起沖出。彎曲部分的相對圓角半徑 r/t 均等于 1，大于下表 1-1 所列的最小相對彎曲半徑 rmin/t,可以彎曲。表 1-12.1.3 零件的結(jié)構(gòu)方面1 該零件的屬于對稱結(jié)構(gòu)，較簡單。2 零件的材料為 08F 鋼，其沖壓成形性能較好。由此可知，該托架零件的沖壓工藝性良好，便于沖壓成形。但應(yīng)注意適當控制彎曲的回彈，并避免彎曲時劃傷零件表面。2.2 工藝方案的分析、確定和選擇2.2.1 零件的工藝方案分析1 有該零件圖如 1-2 所知，該零件所需的工序為沖孔、落料和彎曲。其中沖孔和落料屬于分離工序，成形的方式是首先要決定的，可以有圖 1-3 幾種彎曲方法供選擇。圖 1-2圖 1-2圖 1-3零件上的孔，盡量在毛坯上沖出，以簡化模具結(jié)構(gòu)，便于操作。該零件上的 Ф10孔的邊與彎曲中心的距離為 6mm，大于 1.0t（1.5mm） ，彎曲時不會引起孔變形，因此Ф10 孔可以在壓彎前沖出，沖出的 Ф10 孔可以做后續(xù)工序定位孔用。而 4-Ф5 孔的邊緣與彎曲中心的距離為 1.5mm，等于 1.5t，壓彎時易發(fā)生孔變形，故應(yīng)在彎后沖出。2.2.1 零件的工藝方案確定完成該零件的成形，可能的工藝方案有以下幾種：方案一：落料與沖 Ф10 孔復合，見圖 1-4（a） ，壓彎外部兩角并使中間兩角 l 預(yù)彎 45o，見圖 1-4（b）,壓彎中間兩角，見圖 1-4（c）,沖 4-Ф5 孔，見圖 1-4（d）.圖 1-4方案二：落料與沖 Ф10 孔復合，見圖 1-4（a）,壓彎外部兩角，見圖 1-5（a） ，壓彎中間兩角，見圖 1-5（b）,沖 4-Ф5 孔，見圖 1-4（d） 。方案三：落料與沖 Ф10 孔復合，見圖 1-4（a） ，壓彎四個角（圖 1-6） ，沖 4-Ф5孔，見圖 1-4（d） 。方案四：沖 Ф10 孔，切斷及彎曲外部兩角（圖 1-7） ，壓彎中間兩角，見圖 1-5（b）,沖 4-Ф5 孔，見圖 1-4（d） 。圖 1-5圖 1-6 壓彎四個角圖 1-7 沖孔（Ф10） 、切斷及彎曲外部兩角連續(xù)沖壓案五：沖 Ф10 孔，切斷及壓彎四個角連續(xù)沖壓（圖 1-8） ，沖 4-Ф5 孔，見圖10（d） 。方案六：全部工序組合采用帶料連續(xù)沖壓，如圖 1-9 所示的排樣圖。圖 1-8 沖孔（Ф10） 、切斷及壓彎四個角連續(xù)沖壓圖 1-9 級進沖壓排樣圖圖 1-9 級進沖壓排樣圖2.2.1 零件的工藝方案的選擇分析比較上述 6 種工藝方案，可以得出如下結(jié)論。方案一的優(yōu)點是模具結(jié)構(gòu)簡單，壽命長，制造周期短，投產(chǎn)快；零件能實現(xiàn)校正彎曲，故回彈容易控制，尺寸和形狀準確，且坯料受凸、凹模的摩檫阻力小，因而表面質(zhì)量也高；除工序 1 以外，各工序定位基準一致且與設(shè)計基準重合；操作也比較方便。缺點是工序分算，需用模具、設(shè)備和操作人員較多，勞動量較多。方案二的模具雖然也具有方案一的優(yōu)點，但是零件回彈不易控制，故形狀和尺寸不太準確，同時也具有方案一的缺點。方案三的工序比較集中，占用設(shè)備和人員少，但是彎曲摩擦大，模具壽命低，零件表面有劃傷，厚度有變薄，同時回彈不易控制，尺寸和形狀不準確。方案四和方案二從零件形成的角度看沒有本質(zhì)上的區(qū)別，雖然工序較集中，但是模具結(jié)構(gòu)也復雜些。方案五本質(zhì)上也與方案三相同，只是采用了結(jié)構(gòu)較復雜的級進模。方案六采用了工序高度集中的級進沖壓方式，生產(chǎn)效率最高，但模具結(jié)構(gòu)復雜、安裝、調(diào)試、維修比較困難，制造周期長，適用于大量生產(chǎn)。綜上所述，考慮到零件批量不大，而質(zhì)量要求較高，故選擇第一種比較合適。其工序如下：1 落料和沖 Ф10 孔；2 壓彎端部兩角并中間兩角；3 沖 4-Ф5 孔。第三章 彎曲件的工藝計算3.1.1 工藝計算1 毛坯總長度如圖 1-2 所示分段計算毛坯總長度 L0 L0=2（L1+L2+L3+L4）+L5有圖知 L1= [46(251.)]7.5m????L2= 3.[](.032.)3.1rxt m???L3= ;(301.5).?L4=L2=3.1mm;L5=(25-2x1.5)mm=22mm;L0= [2x（L1+L2+L3+L4 ）+L5=2x(7.5+3.1+25.5+3.1)+22=100.4mm故取 L0=104mm2 排樣及材料利用率由于毛坯尺寸較大，并考慮操作方便與模具尺寸，決定采用單排，取搭邊a=2mm,a1=1.5mm;則進距 S=（30+1.5）mm=31.5mm;條料寬度 B=(104+2x2)mm=108mm;板料規(guī)格選用 1.5mmx900mmx1800mm.采用縱裁法時每條的板數(shù) n1=900/104=8(條)，余 36mm;每條零件數(shù) n2=(1800-1.5)/31.5=57(件)余 336mmx1800mm 余料利用件數(shù) n3=（1800-2）/108=16(件)每板零件數(shù) n=n1xn2+n3=472(件)材料利用率22472(3010/45/)1 87.9%98???????采用橫裁法時每板條料數(shù) n1=1800÷108=16(條)，余 72mm;每條零件數(shù) n2= 901.528()3??件72mmx900mm 余料利用件數(shù) n3= 90216???件每板零件數(shù) n=n1xn2+n3=16x28+16=464(件)材料利用率2246(3010/45/)2 86.4%98????由以上計算數(shù)字可知，縱裁法的材料利用率高。從彎曲線和纖維方向之間的關(guān)系看，橫裁法較好。但是由于材料 08F 鋼的塑性較好，不會出現(xiàn)彎裂現(xiàn)象，故采用縱裁法排樣，以降低成本，提高經(jīng)濟性。