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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 1 引言 1 1 背景 目前 我國(guó)經(jīng)濟(jì)仍處于高速發(fā)展階段 國(guó)際上經(jīng)濟(jì)全球化發(fā)展趨勢(shì)日趨明顯 這為我國(guó)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(guó)內(nèi)模具市場(chǎng)將繼 續(xù)高速發(fā)展 另一方面 模具制造也逐漸向我國(guó)轉(zhuǎn)移以及跨國(guó)集團(tuán)到我國(guó)進(jìn)行模具 采購(gòu)的趨向也十分明顯 因此 放眼未來(lái) 國(guó)際 國(guó)內(nèi)的模具市場(chǎng)總體發(fā)展趨勢(shì)前 景看好 預(yù)計(jì)中國(guó)模具將在良好的市場(chǎng)環(huán)境下得到高速發(fā)展 我國(guó)不但會(huì)成為模具 大國(guó) 而且一定逐步向模具制造強(qiáng)國(guó)的行列邁進(jìn) 十一五 期間 中國(guó)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(kāi)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(huì)取得較大發(fā)展 隨著我國(guó)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(shí) 變的越來(lái)越復(fù)雜 而產(chǎn)品的制造離不 開(kāi)模具 利用計(jì)算機(jī)輔助軟件進(jìn)行模具設(shè)計(jì)不但提高模具的制造精度而且還縮短了 設(shè)計(jì)及加工的時(shí)間 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(duì)發(fā)展我國(guó)國(guó)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(jì)只能在眾多簡(jiǎn)化和假設(shè)的基礎(chǔ)上進(jìn) 行初步的設(shè)計(jì)計(jì)算 然后依靠大量的經(jīng)驗(yàn) 反復(fù)試模 修模來(lái)保證沖壓件的成形品 質(zhì) 從而拖延新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā) 造成研發(fā)成本過(guò)高 在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中處于被動(dòng)的地位 70 年代起 有限元法開(kāi)始應(yīng)用于板料成形過(guò)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(lái)解決模具制造中的難題如拉裂 起皺 回彈的預(yù)測(cè) 伴隨沖壓成形的計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)日漸成熟 并在沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)中發(fā)揮出越來(lái) 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(jì)一次合格從而避免修模 這就可以大大縮短新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期 降低開(kāi)發(fā)成本 提高產(chǎn)品品質(zhì)和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力 1 2 冷沖模成形特點(diǎn) 冷沖模是在溫室下把金屬或非金屬板料放在模具內(nèi) 通過(guò)壓力機(jī)和模具對(duì) 板料施加壓力 使板料發(fā)生分離或變形制成所需零件的模具 各類冷沖壓模成 形特點(diǎn)如下 1 2 1 沖裁模 沖裁模的成形特點(diǎn)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(guò)程 沖裁模分為落料模和沖孔模 落料模的成形特點(diǎn)是將材料 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 封閉的輪廓分開(kāi) 而最終得到的是一個(gè)平整的零件 沖孔模是將零件的材料與 封閉的輪廓分離 使零件得到孔 圖 1 1 沖裁模成形過(guò)程 1 2 2 彎曲模 彎曲模的成形特點(diǎn)是 將板料或沖裁后的坯料通過(guò)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(guò)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(guò)程 1 2 3 拉深模 拉深模的成形特點(diǎn)是 將經(jīng)過(guò)沖裁得到的平板坯料 壓制成開(kāi)口的空心零 件 如圖 1 3 所示拉深模成形過(guò)程 是將平板的坯料拉深成筒形零件 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 3 圖 1 3 拉深模成形過(guò)程 1 2 4 多工位級(jí)進(jìn)模 多工位級(jí)進(jìn)模的成形特點(diǎn)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(dòng)送料 自動(dòng)出件 安全檢測(cè)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(shì) 隨著與國(guó)際接軌的腳步不斷加快 市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益加劇 人們已經(jīng)越來(lái)越 意識(shí)到產(chǎn)品質(zhì)量 成本和新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)能力的重要性 近年來(lái)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(guó)內(nèi)模具企業(yè)已普及了二維 CAD 并 開(kāi)始使用 UG Pro Engineer I DEAS 等國(guó)際通用軟件 個(gè)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(jì)中 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 4 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(kāi)展模具技術(shù)的研究和開(kāi)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(dú)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(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 開(kāi)發(fā)的注塑模 汽車覆蓋件模具和級(jí)進(jìn)模 CAD CAE CAM 軟件 上海交通大學(xué) 模具 CAD 國(guó)家工程研究中心開(kāi)發(fā)的冷沖模和精沖研究中心開(kāi)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(jià)格低 的要求服務(wù) 1 3 1 有限元分析商業(yè)軟件簡(jiǎn)介 有限元法作為一個(gè)具有牢固理論基礎(chǔ)和廣泛應(yīng)用價(jià)值的數(shù)值分析工具 在 工程應(yīng)用中起著越來(lái)越重要的作用 一些發(fā)達(dá)國(guó)家投入了大量的人力 物力和 財(cái)力 開(kāi)發(fā)了一系列的商業(yè)化軟件 如早期出現(xiàn)的 SAP ANSYS MARC NASTRAN ADFNA 等和近年來(lái)開(kāi)發(fā)的專用于薄板金屬?zèng)_壓成形過(guò)程模擬的 SHEET LS DYNA LS NIKE3D AUTOFORM OPTRIS PAM STAMP ROBUST 不 Il ITAS 3D 等軟件 許多文獻(xiàn)及 NUMISHEET 99 國(guó)際會(huì)議標(biāo)準(zhǔn)考題 Benchmark 的研究者采用上述程序?qū)Ρ“褰饘俪尚芜^(guò)程進(jìn)行了模擬 MARC 分析公司 MARC Analysis Corporation 于 1971 年推出 MARC 的第一個(gè) 版本后 成為世界上第一家非線性有限元公司 MARC 軟件中采用了 TL U L 表 述 歐拉描述和更新歐拉表述 瞬態(tài)問(wèn)題可用包括牛頓法 擬牛頓法 直線搜 索 弧長(zhǎng)搜索 隱式動(dòng)力學(xué)和顯式動(dòng)力學(xué)在內(nèi)的不同時(shí)間積分求解器求解 MARC 軟件中包含豐富的材料庫(kù) 可對(duì)金屬塑性加 1 過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬 MARC 軟 件考慮了汽車部件加工分析中的以下問(wèn)題 模具和工件的接觸和摩擦 厚度的變 化 回彈 拉伸破壞 殘余應(yīng)力等 該軟件已成功應(yīng)用于汽車前擋泥板沖壓成 形過(guò)程的模擬 PAM STAMP 足一個(gè)采用顯式時(shí)間積分有限元技術(shù)的用于薄板金屬?zèng)_壓成形過(guò) 程仿真的專業(yè)軟件包 由法國(guó) ESI Engineering System Internal 開(kāi)發(fā)研制 該軟件著重考慮了拉延筋的作用 建立了一個(gè)與拉延筋作用等價(jià)的分析模型 軟件中包括了多種材料模型 分別考慮了非應(yīng)變率敏感和應(yīng)變率敏感的不同情 況 還考慮了曲面壓料面的壓邊圈在壓邊過(guò)程中與毛壞初接觸及毛坯彎曲等頂 成形過(guò)程 并且采川了簡(jiǎn)便的有限元網(wǎng)格生成技術(shù) 此外還采用了加速的接觸判 斷算法 提高了處理接觸問(wèn)題的效率 德國(guó)慕尼黑技術(shù)大學(xué)的 M Kohnhiiuser 和北京航空航天大學(xué)的張曉京等人利用 PAM STAMP 模擬了 NUMISHEET 99 會(huì)議給 出的奧迪轎車前門內(nèi)板多步?jīng)_壓成形的標(biāo)準(zhǔn)考題 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 5 在 PAM STAMP 的基礎(chǔ)上 1990 年又出現(xiàn)了一個(gè)新的薄板金屬成形分析軟件 OPTRIS OPTRIS 采用顯式時(shí)間積分 可允許網(wǎng)格細(xì)化 計(jì)算精度高 除繼承了 PAM STAMP 的特點(diǎn)外 OPTRIS 最大的特點(diǎn)是允許有限單元個(gè)數(shù)超過(guò) 100000 個(gè) OPTRIS 采用等效拉延筋模型可以模擬多工步薄板成形問(wèn)題 LS DYNA3D 是美國(guó) LawrenceL ivemore 國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的 J O Hallquist 教授主 持開(kāi)發(fā)的幾何大變形 非線性材料和接觸摩擦滑動(dòng)邊界二重非線性動(dòng)力分析程 序 LS DYNA3D 是由 DYNA3D 發(fā)展而來(lái)的 DYNA3D 出現(xiàn)于 1976 年 早期主要應(yīng) 用于重型固體的低速碰撞問(wèn)題 從 DYNA3D 的 1987 年版本開(kāi)始已經(jīng)可以進(jìn)行薄 板成形模擬了 在這個(gè)版本中包含了單元厚度變化 Belytschko Tsay 板殼單元 近年來(lái) LS DYNA3D 己成功而廣泛地應(yīng)用于薄板成形的分析中 它具有彈塑性本 構(gòu)材料模型和各向異性材料模型 可考慮薄板的各向異性性質(zhì) 所用的庫(kù)侖摩 擦算法和豐富的接觸算法可用來(lái)處理任意復(fù)雜的三維接觸問(wèn)題 為了分析薄板 成形問(wèn)題 LS DYNA3D 包含了多種函數(shù)和特性來(lái)滿足數(shù)值分析的需要 如網(wǎng)格 自適應(yīng) 多種 CAD 模型接口 大規(guī)模并行機(jī) MPP 算法等 LS DYNA3D 最大特點(diǎn) 是版本更新速度快 它將計(jì)算機(jī)技術(shù)和有限元方法的最新進(jìn)展迅速地應(yīng)用于程 序中 目前最新的版本是 950 LS DYNA3D 是一個(gè)開(kāi)放式的軟件系統(tǒng) 它具有五 個(gè)用戶開(kāi)發(fā)接口 為用戶進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)提供了極為便利的條件 當(dāng)今許多軟件 如 DYTRAN PAM STAMP OPTRRIS 都是在 LS DYNA3D 的早期版本 DYNA3D 的基礎(chǔ) 上發(fā)展起來(lái)的 LS DYNA3D940 版本具有 12 種單元 90 種材料模型 其中包括 5 種用戶可開(kāi)發(fā)材料接口 10 種狀態(tài)方程 28 種接觸 碰撞算法 在美國(guó)的兵 器 宇骯 汽車 和工業(yè)部門得到了廣泛的應(yīng)用 LS NIKE3D 也是美國(guó) Lawrence Livermore 國(guó)家實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的大型非線性有 限元程序 它利用隱式算法來(lái)解決需要進(jìn)行面與面接觸算法的靜態(tài) 準(zhǔn)靜態(tài)載 荷條件的結(jié)構(gòu)分析問(wèn)題 它具有平面和軸對(duì)稱元素 用線接觸來(lái)解決二維或薄 板成形截面分析 這一點(diǎn)對(duì)于彎曲過(guò)程 法蘭邊成形過(guò)程以及沖壓成形過(guò)程中 工件局部區(qū)域的計(jì)算十分有效 現(xiàn)在 LS NIKE3D 己被應(yīng)用于沖壓成形過(guò)程的回 彈問(wèn)題 由于隱式算法的限制 LS NIKE3D 版本更新的速度比 LS DYNA3D 要慢得 多 1 3 2 DYNAFORM 軟件簡(jiǎn)介 本文的仿真工作是通過(guò) eta DYNAFORM 軟件完成的 LS DYNA 軟件是用來(lái)計(jì) 算模擬的軟件 而 eta DYNAFORM 軟件則是用來(lái)建立零件有限元模烈 設(shè)置各種 材料參數(shù)和邊界條件 生成 LS DYNA3D 的計(jì)算文件 并讀入 LS DYNA3D 的計(jì)算 結(jié)果文件 d3plot 來(lái)察看計(jì)算結(jié)果的一個(gè)軟件包 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 6 eta DYNAFORM 軟件是由美國(guó)工程技術(shù)聯(lián)合公司 ETA 研制的基于 LS DYNA 的 薄板金屬?zèng)_壓仿真計(jì)算軟件包 目前的最新版本是 5 2 版 這個(gè)專業(yè)計(jì)算機(jī)輔 助工程 CAE 軟件把 LS DYNA 及 LS NIKE3D 963 版的強(qiáng)大分析能力 與 eta FEMB 的流程化前處理和后處理功能結(jié)合起來(lái)了 這些分析程序和交互功能 被合成來(lái)在薄板金屬?zèng)_壓工業(yè)中服務(wù)于模具設(shè)計(jì)和研制 此軟件也最大利用了 傳統(tǒng)的 CAE 技術(shù)來(lái)減少建立原型所需的昂貴費(fèi)用和漫長(zhǎng)的產(chǎn)品研制周期時(shí)間 eta DYNAFORM 分析引擎的主要部件是 LS DYNA3D 和 LS NIKE3D 這兩個(gè)軟 件都是由加利福尼亞州利弗莫爾市的利弗莫爾軟件技術(shù)公司 LSTC 研制的 這 兩個(gè)程序也都是通用的非線性動(dòng)態(tài)有限元分析程序 LS DYNA 和 LS NIKE3D 分別 利用顯示和隱式計(jì)算方法來(lái)解決流體和固體結(jié)構(gòu)問(wèn)題 這些程序己被成功地研 制應(yīng)用于汽車防撞性 乘員安全性 水下爆破 薄板金屬?zèng)_壓等方面 薄板金屬?zèng)_壓研究周期的瓶頸是模具設(shè)計(jì)先導(dǎo)時(shí)間 eta DYNAFORM 軟件模 擬了這個(gè)建模過(guò)程 從而縮短建模試驗(yàn)時(shí)間 降低制造高品質(zhì)嵌鑲板和模具部 件所需的費(fèi)用 尤其是 eta DYNAFORM 簡(jiǎn)單有效地研究了建模過(guò)程中的四個(gè)重要 設(shè)計(jì)關(guān)系 壓邊 拉伸 回彈和多步模具 這些模擬使得工程師可在設(shè)計(jì)周期的 早期進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)的可行性研究 用戶也可利用定義好的模具曲面數(shù)據(jù)來(lái)預(yù)測(cè)覆蓋件在成形過(guò)程中的沖壓性 能 開(kāi)裂 起皺和變薄 還可預(yù)測(cè)滑痕和回彈效果 1 4 復(fù)合模 1 4 1 概述 在實(shí)際生產(chǎn)中常常將幾個(gè)單工序沖壓過(guò)程集中與一套模具來(lái)完成 這種在 一副模具上 在沖床的一次行程中 在同一工位上完成兩種或兩種以上沖壓工 序的模具稱為復(fù)合模 復(fù)合模的特點(diǎn)有 生產(chǎn)效率成倍提高 例如原來(lái)由兩副模具分別完成的落料 沖孔工序 若 使用落料 沖孔復(fù)合模時(shí) 則可以由一副模具在一次沖壓行程中完成 生產(chǎn)效 率提高了一倍 若原來(lái)由四副單工序模完成的落了 沖孔 拉深 切邊的沖壓 工序 在采用了四合一復(fù)合模后 生產(chǎn)效率可提高四倍 而且還節(jié)省了人力 電力和工序間的搬運(yùn)工作 提高沖壓件的質(zhì)量 在復(fù)合模具中幾道沖壓工序是在同一工位上完成的 無(wú)需重新定位 因此在完成幾道沖壓工序過(guò)程中沖壓件的定位基準(zhǔn)不動(dòng) 從而 使沖壓工件的位置精度得到提高 例如當(dāng)沖壓件的外緣與內(nèi)孔的同心度要求較 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 7 高時(shí) 采用復(fù)合模就較容易滿足要求 另外 對(duì)于那些尺寸較小的沖壓工件或 形狀比較復(fù)雜而重新定位又比較困難的沖壓工件 采用復(fù)合模就可以避免重新 定位的困難及在重新定位時(shí)產(chǎn)生的誤差 復(fù)合模的同心度誤差在 以內(nèi) 0 2 4m 對(duì)模具制造精度要求比較高 由于復(fù)合模要在一副模具中完成幾道沖壓工 序 因此模具結(jié)構(gòu)一般要比單工序模具復(fù)雜 而且個(gè)零部件在動(dòng)作時(shí)要求相互 不干涉 準(zhǔn)確可靠 這就要求模具的制造應(yīng)有比較高的精度 因此模具的制造 成本也就提高了 制造周期相對(duì)延長(zhǎng) 維修也不如單工序模簡(jiǎn)單 1 4 2 復(fù)合模的種類 按復(fù)合工序的性質(zhì)分類 復(fù)合?？煞譃橐韵聨追N 沖裁類復(fù)合模 如落料 沖孔復(fù)合模 切斷 沖孔復(fù)合模等 成形類復(fù)合模 如彎曲復(fù)合模 擠壓復(fù)合模等 沖裁與成形復(fù)合模 如落料 拉深復(fù)合模 沖孔 翻邊復(fù)合模 拉深切邊 復(fù)合模 落料 拉深 沖孔 翻邊復(fù)合模等 1 4 3 選擇復(fù)合模的原則 確定是否采用復(fù)合模要考慮以下幾個(gè)方面 生產(chǎn)批量 復(fù)合?？梢猿杀兜靥岣呱a(chǎn)效率 生產(chǎn)批量越大 提高生產(chǎn)效 率就越顯得重要 因此 在大批量生產(chǎn)時(shí)更適合使用復(fù)合模 在單間小批量生 產(chǎn)中應(yīng)采用單工序模 這樣由于模具結(jié)喉簡(jiǎn)單 幾個(gè)單工序?？赡鼙纫惶讖?fù)合 模的成本還低 沖壓工件的精度 當(dāng)沖壓工件的尺寸精度或同軸度 對(duì)稱度等位置精度要 求比較高時(shí) 應(yīng)考慮采用復(fù)合模具 對(duì)于形狀比較復(fù)雜 重新定位可能產(chǎn)生比 較大加工誤差的沖壓工件 也可采用復(fù)合模 復(fù)合工序的數(shù)量 一般復(fù)合模的復(fù)合工序數(shù)量在四工序以下 更多的工序 將導(dǎo)致模具結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜 同時(shí)模具的強(qiáng)度 剛度 可靠性 也將隨之下降 制造及維修更加困難 在分析沖壓工件的特點(diǎn) 確定是否采用復(fù)合模時(shí) 可參照以上原則及表 1 1 表 1 2 綜合進(jìn)行考慮 表 1 1 沖壓生產(chǎn)批量與合理模具形式 批 量 單件 小批 中批 大批 大量 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 8 項(xiàng) 目 大件 300 中件 1000 小件 5000 模具形式 簡(jiǎn) 單 模 單 工 序 模 單工序模 級(jí) 進(jìn) 模 復(fù) 合 模 單 工 序 模 級(jí) 進(jìn) 模 復(fù) 合 模 級(jí)進(jìn)模 復(fù)合 模 設(shè)備形式 通用壓機(jī) 通用壓機(jī) 高速壓機(jī) 自動(dòng)和 半自動(dòng)通用壓機(jī) 機(jī)械化高速 壓機(jī) 自動(dòng) 機(jī) 專用壓機(jī)與自 動(dòng)機(jī) 表 1 2 單工序模 級(jí)進(jìn)模和復(fù)合模的比較 比較項(xiàng)目 單工序 級(jí)進(jìn)模 復(fù)合模 工 件 尺 寸 精 度 比較低 一般 IT11 級(jí)以下 比較高 IT9 以下 工件形位公差 工 件 不 平 整 同 軸 度 對(duì) 稱 度 及 位 置 度 誤 差 大 不 太 平 整 有 時(shí) 要 校 平 同 軸 度 對(duì) 稱 度 及 位 置 度 誤 差 比 較 大 工 件 平 整 同 軸 度 對(duì) 稱 度 及 位 置 度 誤 差 小 沖壓生產(chǎn)率 低 沖 床 一 次 行 程 內(nèi) 只 能 完 成 一 個(gè) 工 序 高 沖床一次行程 內(nèi)能完成多個(gè)工序 比 較 高 沖 床 一 次 行 程 內(nèi) 可 完 成 兩 個(gè) 以 上 工 序 實(shí) 現(xiàn) 錯(cuò) 做 機(jī) 械 化 自 動(dòng) 化 的 可 能 性 比 較 容 易 尤 其 適 合 多 工 位 沖 床 上 實(shí) 現(xiàn) 自 動(dòng) 化 容易 尤其適合與單機(jī) 上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化 難 工 件 與 廢 料 排 除 比 較 復(fù) 雜 只 能 在 單 機(jī) 上 實(shí) 現(xiàn) 部 分 機(jī) 械 化 操 作 對(duì)材料的要求 對(duì) 條 料 寬 度 要 求 不 嚴(yán) 可 用 邊 角 料 對(duì) 條 料 或 帶 料 寬 度 要 求 嚴(yán) 格 對(duì) 條 料 要 求 不 嚴(yán) 可 用 邊 角 料 生產(chǎn)安全性 安 全 性 比 較 差 比較安全 安全性比較差 模具制造的難 易 程 度 比 較 易 結(jié) 構(gòu) 簡(jiǎn) 單 制 造 周 期 段 價(jià) 格 低 形 狀 簡(jiǎn) 單 件 比 用 復(fù) 合 模 制 造 難 度 低 形狀復(fù)雜件 比用級(jí) 進(jìn)模的制造難度低 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 9 應(yīng)用 通 用 性 好 適 于 中 小 批 量 生 產(chǎn) 和 大 型 件 的 大 量 生 產(chǎn) 通用性差 適與形狀簡(jiǎn) 單 尺寸不大 精度要 求不高的大批量生產(chǎn) 通 用 性 差 適 與 形 狀 復(fù) 雜 尺 寸 不 大 精 度 要 求 比 較 高 的 大 批 量 生 產(chǎn) 1 4 4 復(fù)合模的設(shè)計(jì)要點(diǎn) 復(fù)合模的設(shè)計(jì)從本質(zhì)上講 與單工序模沒(méi)有什么區(qū)別 但根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn) 在設(shè) 計(jì)復(fù)合模時(shí)需要注意以下幾個(gè)方面的問(wèn)題 曲柄壓力機(jī)的許用壓力曲線與復(fù)合模壓力曲線的關(guān)系 對(duì)于單工序加工來(lái) 說(shuō) 沖壓力曲線不能超過(guò)曲柄壓力機(jī)許用壓力曲線每否則設(shè)備將因超載而損壞 對(duì)復(fù)合模沖壓加工也應(yīng)滿足這一要求 但對(duì)于復(fù)合模沖壓時(shí)所用壓力機(jī)的行程 中有各個(gè)大比例的工作行程 這樣就容易造成超載 尤其是對(duì)落料 拉深復(fù)合 模 落料在先 拉深在后 落料力一般比較大 拉深力比較小 而設(shè)備壓力曲 線的變化趨勢(shì)則相反 所用極易產(chǎn)生超載 因此在選擇設(shè)備時(shí)要特別注意 復(fù)合模中凹凸模的設(shè)計(jì) 在復(fù)合模中最具有特點(diǎn)的模具零件就是凹凸模 由于凹凸模的壁厚從強(qiáng)度上要求不能過(guò)薄 否則模具壽命太短 因此凹凸模的 壁厚在設(shè)計(jì)時(shí)必須進(jìn)行校核 使之大于最小壁厚值 而最小壁厚值現(xiàn)在一般是 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)而定 并且 當(dāng)凹凸模裝與上模時(shí) 該結(jié)構(gòu)稱為正裝復(fù)合模 內(nèi)孔不積存廢料 凹凸模受到的脹力小 此時(shí)最小壁厚可小些 當(dāng)凹凸模裝與 下模時(shí) 該結(jié)構(gòu)稱為倒裝復(fù)合模 凹凸模孔口中積存有廢料 孔口受脹力大 此時(shí)最小壁厚要大些 其值見(jiàn)表 1 3 表 1 3 凹凸模最小壁厚 mm 料厚 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 1 0 1 2 1 5 1 7 5 最小壁厚 1 4 1 6 1 8 2 0 2 3 2 5 2 7 3 2 3 6 4 0 最小直徑 15 18 21 復(fù)合模中的卸料 推件裝置 在復(fù)合模中由于有較多的動(dòng)作要在沖床的一 次形成中完成 為簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu) 通常將一些輔助動(dòng)作 如卸料及推件動(dòng)作 采用彈性裝置來(lái)完成 同時(shí)彈性裝置也可使沖壓工件在整個(gè)沖壓加工過(guò)程中始 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 10 終受到壓力 而使沖壓工件的平整度更好 復(fù)合模選用的模架 由于復(fù)合模的精度比較高 因此復(fù)合模的模架也應(yīng)選 用精度比較高的模架 滾珠式模架相對(duì)于滑動(dòng)式模架具有導(dǎo)向精度高 壽命長(zhǎng) 的優(yōu)點(diǎn) 因此長(zhǎng)選用滾珠式模架 模架中的模座也常選用鋼板模座 一代替普 通的鑄鐵模座 因?yàn)殇撡|(zhì)模座強(qiáng)度更高 加工工藝性好 對(duì)要求精度比較高的 符合模 可采用球面浮動(dòng)模柄 以減小沖壓設(shè)備或模具安裝時(shí)的誤差對(duì)模具的 不利影響 應(yīng)當(dāng)注意的是 當(dāng)采用浮動(dòng)式模柄時(shí) 導(dǎo)柱不能離開(kāi)導(dǎo)套 否則可 能產(chǎn)生嚴(yán)重的機(jī)床和人身事故 復(fù)合模工作部分零件的材料選用 復(fù)合模的工作部分零件應(yīng)選用加工性比 較好的材質(zhì) 耐磨性好 淬透性高 熱處理變形小的材料 是復(fù)合模工作部分 零件的理想材料 1 5 沖壓加工的經(jīng)濟(jì)性 所謂經(jīng)濟(jì)性 就是以最小的耗費(fèi)取得最大的經(jīng)濟(jì)效果 也就是生產(chǎn)中的 最小最大 原則 在沖壓生產(chǎn)中 保證產(chǎn)品質(zhì)量 完成產(chǎn)品數(shù)量 品種計(jì)劃 的前提下 產(chǎn)品成本越低 說(shuō)明企業(yè)經(jīng)濟(jì)效果越大 1 5 1 沖壓件的制造成本 沖壓件的制造成本為 C 總 C 材 C 工 C 模 式中 C 總 制造成本 C 材 材料費(fèi) 包括原材料 外購(gòu)件費(fèi) C 工 加工費(fèi) 包括工人工資 設(shè)備折舊費(fèi) 車間經(jīng)費(fèi) C 模 模具費(fèi) 產(chǎn)品成本受產(chǎn)量的影響較大 特別是沖壓生產(chǎn)尤為突出 產(chǎn)品成本分為固 定費(fèi)用和變動(dòng)費(fèi)用兩部分 固定費(fèi)用是指在一定時(shí)期和一定產(chǎn)量范圍內(nèi) 它的 總額不隨產(chǎn)量的變動(dòng)而變化 它是維持生產(chǎn)能力而基本不變的費(fèi)用 變動(dòng)費(fèi)用 是指它的總額隨產(chǎn)量的增減而成比例的增減 1 5 2 降低成本的措施 降低產(chǎn)品成本 包括增產(chǎn) 節(jié)約兩方面 增產(chǎn)可減低產(chǎn)品成本中的固定費(fèi)用 相對(duì)地減少消耗 節(jié)約便能 直接降低消耗 它們都是降低成本的重要途徑 沖壓 件的成本包括材料費(fèi)用 加工費(fèi) 模具費(fèi)等 因此 降低成本就是要降低以上各項(xiàng) 費(fèi)用 降低成本的措施有 1 試制和小批量沖壓生產(chǎn)中 降低成本中的固定費(fèi)能取得較好的經(jīng)濟(jì)效果 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 11 其中降低模具費(fèi)上降低成本的有措施 2 沖壓生產(chǎn)中 工藝合理化是降低成本的有力手段 一般在制定新產(chǎn)品工 藝時(shí)進(jìn)行 由于工藝的合理化能降低模具費(fèi) 節(jié)約加工工時(shí) 降低材料 費(fèi)等 所以必然降低零件總成本 3 產(chǎn)量較大時(shí) 采用多件同時(shí)沖壓 可使模具費(fèi) 材料費(fèi) 和加工費(fèi)降低 同時(shí)有利于成形表面拉力均勻化 4 自動(dòng)化生產(chǎn) 從安全和降低成本兩個(gè)方面來(lái)看 將成為沖壓加工的發(fā)展 方向 5 提高材料利用率是降低沖壓件制造成本的重要措施之一 2 沖壓件工藝性分析 2 1 制件的工藝分析 本制件為圓柱形零件 工程圖如圖 2 1 所示 由圓角及直邊和底面型孔三部分 組成 從技術(shù)要求和使用條件來(lái)看 零件具的精度要求不是很高 在拉深加工成形時(shí) 其圓角部分相當(dāng)于圓筒型件得拉深 而直邊部分相當(dāng)于簡(jiǎn) 單得彎曲變形 但是這兩者之間是相互關(guān)聯(lián)而不是相互分開(kāi)的 因此 在拉深這類 零件時(shí) 它們之間是相互影響的 這給拉深工藝帶來(lái)復(fù)雜性 根據(jù)沖壓件的成形特點(diǎn) 該外殼零件的沖壓生產(chǎn)要用到的沖壓加工基本工序有 落料 拉深 可能多次 沖孔 切邊等 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 12 0 6 圖2 1 零件圖 2 2 拉深次數(shù) 圓形零件的拉深次數(shù)主要與它的相對(duì)高度 H d 和相對(duì)厚度 t D 有關(guān) 其相對(duì)高 度計(jì)算值小于或等于許用數(shù)值時(shí) 可一次拉深成形 否則須采用多次拉深成形 其 拉深次數(shù)可根據(jù) 對(duì)于本制件 其相對(duì)高度 H d 23 40 0 575 相對(duì)厚度 t D 100 0 6 82 1 100 0 731 相對(duì)直徑 1 2 d凸 由以上數(shù)據(jù)查表 4 21 1 可得該制件的拉深次數(shù) n 1 本制件屬于淺圓柱形 零件 對(duì)于一次拉深即能成形的圓柱形件 其凸模工作部分的形狀尺寸應(yīng)該取未 等于圓柱形件的形狀和尺寸 而凹模工作部分的尺寸和形狀 基本上與圓筒形 件選擇原則相似 即 R凹 4 10 t 式中 R 凹 凹模圓角半徑 mm t 板料厚度 mm 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 13 本設(shè)計(jì)中 R 凹 8 8 10t 滿足工藝性要求 R 凹 4 mm 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 14 3 模具設(shè)計(jì) 3 1 毛坯尺寸的確定 計(jì)算帶凸緣筒形拉深件的工序尺寸有兩個(gè)原則 1 對(duì)于窄凸緣拉身件 可在前幾次拉深中不留凸緣 先拉成圓桶件 而在以后的拉深中形成錐形的凸緣 由于愛(ài)錐形的壓邊圈下拉進(jìn)的 結(jié)果 最后將起校成平面 2 對(duì)于寬凸緣拉深件 則應(yīng)在第一次拉深時(shí) 就拉成零件所需要的凸 緣直徑 而在以后各次拉深中 凸緣直徑保持不變 本工件毛坯材料選擇是不銹鋼 形狀是形狀簡(jiǎn)單的帶凸緣的圓桶形拉深件 查表 4 7 1 公式得零件尺寸 77 1 mm 24223 4ddhrd 在拉深過(guò)程中 常因材料機(jī)械性能的方向性 模具間隙不均勻 板厚變化 摩 擦阻力不等及定位不準(zhǔn)等影響 而使拉深件口部或凸緣周邊不齊 必須進(jìn)行修 邊 故在計(jì)算毛坯尺寸時(shí)應(yīng)按加上修邊余量后的零件尺寸進(jìn)行展開(kāi)計(jì)算 因?yàn)?此零件是帶凸緣圓桶形拉深件 1 2所以查表4 5 1 得修邊余量 2 5 d凸 所以毛坯尺寸為 82 1 mm 2D t 3 2 工藝方案的選擇 3 2 1 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(jí)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(jiǎn)單 精度要求不高 經(jīng)分析由落料 拉深 沖孔三道工 序組成 如果使用單工序模則會(huì)使制造周期增長(zhǎng) 不利于提高生產(chǎn)率 經(jīng)分析 可知 材料 該沖裁件的材料 A3 鋼是普通碳素鋼 具有較好的可沖壓性能 零件結(jié)構(gòu) 該沖裁件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 比較適合沖裁 零件精度 該零件精度要求不高 IT13 即可以了 結(jié)論 適合沖裁 該零件包括落料 沖孔和拉深三個(gè)基本工序 可以才用以下幾種工藝方案 1 先落料 然后拉深再?zèng)_孔 最后切邊 采用單工序模生產(chǎn) 2 落料拉深復(fù)合沖壓模具 再?zèng)_孔 最后切邊 采用復(fù)合模與單工序模相 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 15 結(jié)合生產(chǎn) 3 落料沖孔復(fù)合沖壓模具 再拉深 最后切邊 采用復(fù)合模與單工序模相 結(jié)合生產(chǎn) 4 先落料 然后沖孔 再拉深最后切變 采用單工序模生產(chǎn) 分析和比較上述四種工藝方案可以看出 方案 1 模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 但需要 三道工序 三套模具才能完成連件的加工 生產(chǎn)效率較低難以滿足零件批量生 產(chǎn)的需求 方案 3 模具雖然結(jié)構(gòu)合理 采用了復(fù)合模具 但先沖孔在拉深就 沒(méi)辦法保證底面型孔的精度要求 有可能會(huì)在拉深時(shí)造成孔的變形 方案 4 和方案 1 一樣也是模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 但需要的工序太多生產(chǎn)效率太低 由于零 件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 為提高生產(chǎn)效率 該制件也不適合級(jí)進(jìn)模 故采用在壓力機(jī)一次 行程內(nèi) 完成落料 拉深兩道工序的復(fù)合模 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 由于 零件底面有 4 個(gè)孔 要保證孔的加工精度和公差要求 最后選定用方案 2 進(jìn) 行生產(chǎn) 3 2 2 沖裁力 理論沖裁力 N 可按下式計(jì)算 F0 Lt 式中 L 沖裁件周長(zhǎng) mm t 材料厚度 材料抗剪強(qiáng)度 Mpa 選擇設(shè)備噸位時(shí) 考慮刃口磨損和材料厚度及力學(xué)性能波動(dòng)等因素 實(shí)際 沖裁力可能增大 所以應(yīng)取 F 1 3F0 1 3Lt Lt b 式中 F 最大可能沖裁力 稱沖裁力 b 材料抗拉強(qiáng)度 Mpa 本制件中 F Lt b 68057 616 N 3 1482 064 3 2 3 卸料力 推件力和頂件力 1 卸料力 F 卸 K 卸 F 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 45 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 16 所以 F 卸 0 45 30625 927 N 68057 1 2 頂件力 F 頂 K 頂 F 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 3402 881 N 68057 1 3 推件力 F 推 K 推 F 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 4083 457 N 68057 1 3 3 排樣 排樣是指工件在條料 帶料后板料上布置的方法 工件的合理布置 即材 料的經(jīng)濟(jì)利用 與零件的形狀有密切關(guān)系 本零件排樣方式采用單排即可 查 表 2 18 1 確實(shí)搭邊值 兩工件間的搭邊 a 1 mm 工件邊緣的搭邊 1 2 mm 1a 步距為 83 1 mm 條料寬度是 B 84 1 mm 凹 2D 確定后排樣圖如圖所示 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 17 圖 3 1 排樣圖 3 4 壓邊力與拉深力 為防止在拉深過(guò)沖中 工件的邊壁后凸緣起皺 應(yīng)使毛坯 或半成品 被 拉入凸模周角以前 保持穩(wěn)定狀態(tài) 起穩(wěn)定程度主要取決與毛坯的相對(duì)厚度 或以后個(gè)次拉深半成品的相對(duì)厚度 所以查表 4 80 1 10tD 1 0ntd 需采用壓邊圈 3 4 1 壓邊力 壓邊力公式 FY Ap 式中 F Y 壓邊力 N A 壓邊圈面積 mm 2 p 單位壓邊力 Mp 查表得 p 2 5p Mp A 3406 437 mm 2 所以 FY 3406 437 2 7 8516 092 N 3 4 2 拉深力 在確定拉深件所需壓力機(jī)噸位時(shí) 必須先求得拉深力 由拉深力公式得 FL 13bdtk 3 40 64 33987 36 N 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 18 3 5 模具壓力中心和閉合高度的確定 由于本件是對(duì)稱件 所以模具壓力中心在制件的幾何中心 如圖 4 1 所示 3 6 壓力機(jī)的選擇 壓力機(jī)的噸位應(yīng)當(dāng)?shù)扔诨虼笥?沖壓時(shí)的總力 F 壓 F 總 式中 F 壓 所選壓力機(jī)的噸位 F 總 沖壓時(shí)的總力 圖 3 圖 3 2 壓力中心 F 總 33987 36 68057 616 104044 976 N 由于本模具中有打料桿 故選擇帶有打料桿的壓力機(jī) 根據(jù)以上數(shù)據(jù) 查冷沖模具設(shè)計(jì)手冊(cè)選定壓力機(jī)為 壓力機(jī)型號(hào) J11 16 公稱壓力 KN 160 滑塊行程 mm 70 滑塊行程次數(shù) 120 1min 最大閉合高度 mm 225 閉合高度調(diào)節(jié)量 mm 45 滑塊中心線到床身距離 mm 160 墊板尺寸 mm 50 3 7 模具主要零部件的設(shè)計(jì) 凸凹模刃口尺寸計(jì)算原則 1 落料時(shí) 落料件的外徑尺寸等于凹模的內(nèi)徑尺寸 沖孔時(shí) 沖孔件的內(nèi) 徑等于凸模的外徑尺寸 所以落料時(shí)應(yīng)以凹模為設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)落料模時(shí) 制造模具時(shí)凹模刃口尺寸應(yīng)趨 向于工件的最小極限尺寸 設(shè)計(jì)沖孔模時(shí) 其刃口基本尺寸應(yīng)趨向于工件的最大 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 19 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(jì)凸 凹模時(shí)均取最小合理間隙 Zmin 一般沖模精度較工件精度高 2 3 級(jí) 若零件沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)公差 則對(duì)于非園件按 GB 非配合尺寸的 IT14 級(jí)處理 圓 形件一般按 IT10 級(jí)處理 3 7 1 落料凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1 落料間隙的確定 普通落料其經(jīng)濟(jì)精度為 IT12 IT14 取 IT14 確定沖裁間隙主要有理論法 和經(jīng)驗(yàn)公式法 經(jīng)驗(yàn)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 25 所以 C mt 25 0 6 0 15 mm 沖孔凹模應(yīng)以凸模為設(shè)計(jì)基準(zhǔn) 然后按間隙值確定其尺寸 2 落料凸模刃口尺寸計(jì)算 模具刃口尺寸及其公差的計(jì)算與加工方法有關(guān) 基本上可以分為兩類 一種是分開(kāi)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(lái)保證合理間隙 加工后 凸模與凹模必須對(duì)號(hào)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(shuō)明非基準(zhǔn)的模具零件要按作為基準(zhǔn)的模具零 件的實(shí)際尺寸配做 保證間隙在 Zmin Z max范圍內(nèi) 落料凹模刃口尺寸計(jì)算公式 D 凹 D x 0 凹 查表 2 34 1 得凸凹模的制造偏差 0 115 mm 查表 2 29 1 得凸凹模的極限偏差 0 008凹 查表 2 30 1 得 x 0 5 B 凸 82 1 0 5 0 39 0 8 81 92 0 8 凸模刃口尺寸按凹模實(shí)際尺寸配做 保證雙面間隙值在 0 36 0 48 之間 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 20 3 承壓應(yīng)力校核 沖裁時(shí) 凸模承受的壓應(yīng)力 p 必須小于凸模材料強(qiáng)度允許的壓應(yīng)力 p p p FA 對(duì)于圓形凸模 由上式可得 d4t p 即 d min t 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(qiáng)度 Mp 對(duì)于本凸模帶入數(shù)值得 dmin 3 2mm 4t p d 82 1 3 2 本制件滿足應(yīng)力校核的條件 3 7 2 沖孔凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 如圖 4 2 所示沖底面中心孔凸模的結(jié)構(gòu) 材料為 T10A 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 21 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 IT14 取 IT13 沖孔比落料高一個(gè)等級(jí) 確定沖裁間隙主要有理論法和經(jīng)驗(yàn)公式法 查表 2 24 1 得 0 36 mm 0 48 mm minzmaxz 沖孔凹模應(yīng)以凸模為設(shè)計(jì)基準(zhǔn) 然后按間隙值確定其尺寸 2 沖孔凸模刃口尺寸計(jì)算 此零件底面有兩種孔要沖出來(lái) 一個(gè)是底面中心處的中心圓孔 另外就是 排在中心孔周圍的三個(gè)非規(guī)則的孔 對(duì)于底面的中心圓孔 本模具零件采用配 合加工的方法 沖孔凸模刃口尺寸計(jì)算公式 d 凸 d x 0 凸 查表 4 6 16 得凸凹模的制造偏差 0 021 查表 2 29 得圓形凹凸模具的極限偏差 0 005 凸 查表 4 16 16 得 x 0 5 d 凸 22 0 5 0 13 0 0 005 21 350 0 003 凹模刃口尺寸按凸模實(shí)際尺寸配做 保證雙面間隙值在 0 36 0 48 之間 對(duì)于那三個(gè)非規(guī)則的型孔 本模具也采用配合加工的方法 凹凸模的尺寸 計(jì)算 沖孔見(jiàn)按凸模磨損都尺寸變小 A 類尺寸 變大 B 類尺寸 不變 C 類尺寸 的規(guī)律分為三種 計(jì)算公式查表 2 32 得沖孔凸模刃口尺寸計(jì)算公式 A A X B B X 凸 凸 A1 9 0 5 0 13 9 065 0 8 0 8 A2 4 7 0 5 0 13 5 036 B 7 5 0 5 0 13 7 4350 80 8 3 承壓應(yīng)力校核 沖裁時(shí) 凸模承受的壓應(yīng)力 p 必須小于凸模材料強(qiáng)度允許的壓應(yīng)力 p p p FA 對(duì)于圓形凸模 由上式可得 d4t p 即 d min t 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 22 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(qiáng)度 Mp 對(duì)于本凸模帶入數(shù)值得 dmin 3 2mm 4t p d 22 3 2 本制件滿足應(yīng)力校核的條件 3 7 3 凸凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 凹凸模厚度 從強(qiáng)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(huì)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(duì)于黑金屬和硬材料約為壁厚的 1 5 倍 但不小于 0 7mm 查表 2 39 得 c 32 mm h 22 mm 由以上數(shù)據(jù)可知 本凸凹模符合要求 由以上數(shù)據(jù)可知 本凸凹模符合要求 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 23 圖 3 3 凸凹模 3 8 模具標(biāo)準(zhǔn)件的選擇 3 8 1 模架的選擇 根據(jù)合模具閉合高度 H 262mm 選定模架為中間導(dǎo)柱模架 查模具標(biāo)準(zhǔn)手 冊(cè)得 上模架如圖 4 4 所示 下模架如圖 4 5 所示 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 24 圖 3 4 上模架 圖 3 5 下模架 3 8 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 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 25 擋料銷有固定擋料銷和活動(dòng)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(jiǎn)單 制造容易 但銷孔離凹模刃口較近 會(huì)削弱凹模的強(qiáng)度 鉤形擋料銷遠(yuǎn)離凹模 刃口 不會(huì)削弱凹模強(qiáng)度 為防止形狀不對(duì)稱的鉤頭轉(zhuǎn)動(dòng) 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選用固定擋料銷 查表 10 60 選用如下圖所示的 A 型固定擋料銷 圖 3 6 擋料銷 3 8 3 卸料裝置 卸料裝置的型式較多 它包括固定卸料板 活動(dòng)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(shí)也起壓料或?yàn)橥鼓?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(lái)源于彈簧或 橡皮 本模具采用橡皮作為彈性裝置 選用橡皮有以下幾種原則 1 為保證橡皮不至過(guò)早失去彈性而損壞 起允許最大壓縮量不應(yīng)超過(guò)起 自由高度 45 一般取 0 35 0 45 橡皮的預(yù)壓縮量一般取起自由 h自 由 高低的 10 15 2 橡皮所產(chǎn)生的壓力 F AP 式中 F 壓力 A 橡皮橫截面積 P 與橡皮壓縮量有關(guān)的單位壓力 3 對(duì)橡皮高度與知覺(jué)之比按下式進(jìn)行核算 0 5 1 hD 式中 D 橡皮直徑 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 26 如果 用適當(dāng)將橡皮分成若干塊 在其墊以鋼墊圈 1 5hD 3 8 4 推件裝置 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(guò)打桿 推板 推桿 推塊傳至工件 推桿常選用 3 4 個(gè)且分布均勻 長(zhǎng)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(qiáng)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(lái)設(shè)計(jì) 3 8 5 導(dǎo)向零件設(shè)計(jì)與標(biāo)準(zhǔn) 導(dǎo)向零件可保證模具沖壓時(shí) 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(gè) 對(duì)中型沖?；驔_制精度要求高的自動(dòng)化沖模 則 采用四個(gè)導(dǎo)柱 在安裝圓形沖件等一類無(wú)方向性的沖模時(shí) 為避免裝錯(cuò) 將對(duì) 角模架和中間模架上的兩個(gè)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(duì)可能產(chǎn)生側(cè)向推力時(shí) 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(guò)盈配合 高速?zèng)_ 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) 查表 10 39 本模具選用 A 型導(dǎo)柱 3 8 6 模柄的選用 中 小型沖模通過(guò)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 s6 的過(guò)渡配合 并加銷釘防 轉(zhuǎn) 如圖 4 6 所示 2 旋入式模柄 通過(guò)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(gè)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(dòng)模柄 通過(guò)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(duì)模具導(dǎo)向精度 的影響 查表 10 49 本模具采用比較常見(jiàn)的 B 型凸緣式模柄 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 27 20 674 9 15 圖 3 7 模柄 3 8 7 凸模固定板與墊板 凸模固定板將凸模固定在模座上 其平面輪廓尺寸除應(yīng)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 3 8 8 壓縮橡皮的選用 橡膠能承受的負(fù)荷比彈簧大 且安裝調(diào)整方便 價(jià)格不貴 是模具中 廣泛使用的彈性元件 橡膠所能產(chǎn)生的壓力 F AP 式中 F 橡膠所能產(chǎn)生的壓力 N A 橡膠的橫截面積 mm 2 P 與橡膠壓縮量有關(guān)的單位壓力 MPa 可由下表查出 這 里選取壓縮量為 20 時(shí)的 p 0 7MPa 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 28 表 3 1 橡膠壓縮量與單位壓力值 壓縮量 10 15 20 25 30 35 單位壓力 MPa 0 26 0 5 0 74 1 06 1 52 2 10 為了保證橡膠的正常使用 不至于過(guò)早損壞 應(yīng)控制其最大的壓縮量 S 總 為自由高度 H 自由 的 35 45 而橡膠的預(yù)壓縮量 S 預(yù) 一般取 H 自由 的 10 15 則橡膠的工作行程為 S 工作 S 總 S 預(yù) 0 25 0 3 H 自由 所以橡膠的自由高度為 式中 S 工作 卸料板或推件塊 壓邊圈等的工作行程與模具修磨量 或調(diào)整量 4 6mm 之和再加 1 橡膠的高度 H 與直徑 D 之比必須下式的范圍內(nèi) 如果超過(guò) 1 5 應(yīng)將橡膠分成若干段 在其間加鋼墊圈 并使每段橡膠 的 H D 值仍在上述范圍內(nèi) 橡膠所能產(chǎn)生的工作壓力 由于缺乏橡膠的性能資料 很少作詳細(xì)計(jì) 算 所以橡膠斷面面積的確定 一般是憑經(jīng)驗(yàn)估計(jì) 并根據(jù)模具空間的大 小進(jìn)行合理布置 同時(shí) 在橡膠裝上模具后 周圍要留有足夠的空隙位置 以允許橡膠壓縮是斷面尺寸的脹大 選用橡膠的計(jì)算步驟如下 1 根據(jù)工作行程 S 工作 計(jì)算橡膠的自由高度 H 自由 3 5 4 S 工作 本套模具中 工作形成 S 工作 為 40mm 取 H 自由 3 5 S 工作 140mm 2 根據(jù) H 自由 計(jì)算橡膠的裝配高度 H H 0 85 0 9 H 自由 這里取 H 0 85 H 自由 0 85 140mm 119mm 根據(jù) 沖壓手冊(cè) 選擇圓柱形橡膠 如圖 5 2 所示 d 按結(jié)構(gòu)選用 3 540 0 25 HS 工 作自 由 工 作 05H 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 29 圖 3 8 橡膠 計(jì)算得 D 110mm 3 校核橡膠高度與直徑比 表明橡膠滿足要求 3 9 拉深模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3 9 1 凸 凹模間隙 拉深模得間隙 z 2 單面 一般比毛坯略大些 其值按下式計(jì)算 單面間隙 z 2 tmax ct 式中 t max 板料得最大厚度 t max t 板料得正偏差 c 間隙系數(shù) 查表 4 37 1 得 c 0 2 0 20 故有 單面間隙 z 2 0 6 0 20 0 2 0 6 0 92 mm 3 9 2 凸 凹模制造公差 凸 凹模的制造公差可根據(jù)工件公差確定 若拉深件公差為 IT12 級(jí)以 1320 6HD 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 30 上 則凸 凹模制造公差采用 IT8 IT9 級(jí)精度 若為 IT14 以下時(shí) 則凸 凹模制造公差采用 IT10 級(jí)精度 若采用配合時(shí) 只在凸?；虬寄Ｉ蠘?biāo)注公 差 另外一個(gè)按間隙配作 本制件為 IT11 對(duì)于凸 凹模的制造公差 根據(jù)工件的材料的厚度與工件直徑來(lái)選定 其數(shù)值查表 4 76 1 得 0 04 凹 0 03凸 0 22 凸模尺寸 Dd公式 D 0 75 2 c 41 0 75 0 22 2 0 92 38 995凸 凸 0 3 0 3 工件在拉深時(shí) 由于空氣壓力的作用或者潤(rùn)滑油的粘性等因素 使工 件很容易粘貼附在凸模上 為使工件不至于緊貼在凸模上 設(shè)計(jì)凸模時(shí) 應(yīng)有通氣孔 圖 3 9 拉深凸模 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 31 4 DYNAFORM 仿真驗(yàn)證 通過(guò) dynaformd 的紡真驗(yàn)證 本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)出來(lái)的模具在制造工件時(shí) 工 件的凸緣圓角處有稍微的起皺 對(duì)于這種情況解決方法是在本模具的拉深凸模 上涂些潤(rùn)滑油 潤(rùn)滑脂 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 32 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 33 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 34 結(jié)論 本次設(shè)計(jì)將近歷時(shí)一個(gè)學(xué)期 我學(xué)習(xí)了幾乎所有的與模具相關(guān)的知識(shí) 并翻閱了大量 相關(guān)的資料 在這個(gè)學(xué)期里我從一個(gè)從沒(méi)接觸過(guò)模具的門外漢到現(xiàn)在也可以說(shuō)得上是對(duì)模 具有了初步的理解 這對(duì)我將來(lái)出去工作是很有用處的 這次設(shè)計(jì)是實(shí)踐與理論相結(jié)合的 一次鍛煉 為以后走上工作崗位的奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ) 在設(shè)計(jì)前期 首先對(duì)將要用到的知 識(shí)進(jìn)行一次系統(tǒng)的學(xué)習(xí) 使自己對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程有一個(gè)大概的方案 在設(shè)計(jì)過(guò)程中我從相關(guān)資 料中學(xué)習(xí)大量的相關(guān)理論知識(shí) 確定了設(shè)計(jì)方案 明確了自己的設(shè)計(jì)思路 使得自己在設(shè) 計(jì)過(guò)程中少走了不少?gòu)澛?所以這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)我在學(xué)校學(xué)習(xí)的一個(gè)完善 在這畢業(yè)前的一次鍛煉 使我的知識(shí)得到了擴(kuò)充 開(kāi)拓了創(chuàng)造思維能力 對(duì) 以后的工作充滿的信心 也是我從這次的設(shè)計(jì)中發(fā)現(xiàn)了自己欠缺的一面 使 我在今后的工作中能彌補(bǔ) 完善 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 35 參考文獻(xiàn) 1 姜奎華主編 沖壓工藝與模具設(shè)計(jì) 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2003 6 2 解汝升 沖壓模具設(shè)計(jì)與制造技術(shù) 北京 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社 1997 3 許發(fā)樾主編 實(shí)用模具設(shè)計(jì)與制造手冊(cè) 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2001 2 4 廖念釗等主編 互換性與技術(shù)測(cè)量 北京 中國(guó)計(jì)量出版社 2011 2 第5版 5 Wilson F W Die design handbook MaGraw Hill 1990 6 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 36 鳴謝 衷心感謝羅海泉老師的精心教導(dǎo) 羅老師的教導(dǎo)令我受益終生 在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中 我從羅老師身上學(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(wú)論在理論上 還是在實(shí)踐中 都給予我很大的幫助 使我得到不少的提高 這對(duì)我以后的工作 和學(xué)習(xí)都是一種巨大的幫助 同時(shí)也感謝有關(guān)老師和同學(xué)的熱心幫助 在此向各位老師和同學(xué)致謝