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1 煙灰缸蓋的沖壓工藝及模具設(shè)計(jì) 學(xué) 生 周茂賢 指導(dǎo)老師 董亮 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院 長沙 410128 摘 要 本設(shè)計(jì)應(yīng)用本專業(yè)所學(xué)的模具理論和生產(chǎn)實(shí)際知識(shí)進(jìn)行一次冷沖壓模具設(shè)計(jì) 其 中包括了落料拉深復(fù)合模和沖孔翻邊復(fù)合模的設(shè)計(jì) 并詳細(xì)地描述復(fù)合模具的結(jié)構(gòu)如凸 凹模 定位零件 導(dǎo)向零件 卸料與推件裝置 連接與固定零件等的設(shè)計(jì)過程 重要零件的工藝參數(shù)的 選擇與計(jì)算以及各個(gè)參數(shù)的校核 這次模具設(shè)計(jì)的目的在于提高學(xué)生獨(dú)立工作能力 鞏固與擴(kuò)充 了冷沖壓模具設(shè)計(jì)等課程所學(xué)內(nèi)容 關(guān)鍵詞 落料拉深 沖孔翻邊 工藝分析 The Stamping and Mold Design of Ashtray Cover Student Zhou Maoxian Tutor Dong Liang College of Engineering Hunan Agriculturial University Changsha 410128 China Abstract This paper applied the professional mould theory and production to learn a practical knowledge of cold stamping mould design including the blanking deep drawing composite membrane and punching flanging composite membrane design The paper describes in detail the structure of a ramming mold for example bulge and concave mold locating elements guide element ex denning and liftout attachment and so on choice and compute technological parameter of important components and examinute each parameter The mould design purpose was to improve students ability to work independently consolidate and expand cold stamping mould design lessons content Key word blanking drawing punching flanging process analysis 1 前言 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展需要 模具已成為現(xiàn)代化不可缺少的工藝設(shè)備 模具設(shè)計(jì)是 2 機(jī)械專業(yè)一個(gè)最重要的教學(xué)環(huán)節(jié) 而且模具是工業(yè)生產(chǎn)中的基礎(chǔ)工藝裝備 是一種高 附加值的高技術(shù)密集型產(chǎn)品 也是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的重要領(lǐng)域 其技術(shù)水平的高低已成 為衡量一個(gè)國家制造水平的重要標(biāo)志 沖壓成型作為現(xiàn)在工業(yè)中一種十分重要的加工 方法 用以生產(chǎn)各種板料零件 具有很多獨(dú)特的優(yōu)勢 其成型件具有自重輕 剛度大 強(qiáng)度高 互換性好 成本低 生產(chǎn)過程便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械自動(dòng)化及生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn) 是 一種其他加工方法所不能相比和不可替代的先進(jìn)制造技術(shù) 在制造業(yè)中具有很強(qiáng)的競 爭力 被廣泛應(yīng)用于汽車 能源 機(jī)械 信息 航空航天 國防工業(yè)和日常生活的生 產(chǎn)之中 在吸收了力學(xué) 數(shù)學(xué) 金屬材料學(xué) 機(jī)械科學(xué)以及控制 計(jì)算機(jī)技術(shù)等方面 的知識(shí)后 已經(jīng)形成了沖壓學(xué)科的成形基本理論 1 以沖壓產(chǎn)品為龍頭 以模具為中 心 結(jié)合現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用 在產(chǎn)品的巨大市場需求刺激和推動(dòng)下 沖壓成形技術(shù) 在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展 實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化和提高人民生活水平方面發(fā)揮著越來越重要的作用 據(jù)中國模具工業(yè)協(xié)會(huì)發(fā)布的統(tǒng)計(jì)材料 2006 年我國模具總產(chǎn)值約為 710 億元 出 口 10 41 億元 進(jìn)口 10 49 億元 我國模具行業(yè)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)總還有以下幾個(gè)特點(diǎn) 1 總產(chǎn)值中 2 3 為自用 1 3 為 商品銷售 2 制造模具的比重為沖壓模占 50 塑料模占 33 壓鑄模占 6 其他 占 11 3 進(jìn)口模具的比重為塑料模大于沖壓模 4 模具進(jìn)口依次為日本 臺(tái) 灣地區(qū) 韓國 香港地區(qū) 歐美各國 2 本設(shè)計(jì)應(yīng)用本專業(yè)所學(xué)課程的理論和生產(chǎn)實(shí)際知識(shí)進(jìn)行一次冷沖壓模具設(shè)計(jì)工作 的實(shí)際訓(xùn)練從而培養(yǎng)和提高學(xué)生獨(dú)立工作能力 鞏固與擴(kuò)充了冷沖壓模具設(shè)計(jì)等課程 所學(xué)的內(nèi)容 掌握冷沖壓模具設(shè)計(jì)的方法和步棸 掌握冷沖壓模具設(shè)計(jì)的基本的模具 技能 并懂得了怎么樣分析零件的工藝性 怎么樣確定工藝方案 了解了模具的基本 結(jié)構(gòu) 提高了計(jì)算能力 繪圖能力 熟悉了規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn) 同時(shí)各科相關(guān)的課程都有了 全面的復(fù)習(xí) 獨(dú)立思考的能力也有了提高 采用落料拉深復(fù)合模 能較好地實(shí)現(xiàn)落料 及落料件的修邊 模具設(shè)計(jì)制造也簡便易行 落料拉深效果好 能極大地提高生產(chǎn)效 率 但落料拉深凹模的設(shè)計(jì)較為重要 設(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮其落料拉深?？谛螤?否則 易影響落料拉深件的形狀 主要工序包括 a 落料拉深復(fù)合模加工 b 沖孔翻邊復(fù)合 模加工 c 成型 本設(shè)計(jì)分別論述了產(chǎn)品工藝分析 沖壓方案的確定 工藝計(jì)算 模 板及零件設(shè)計(jì) 模具組立等問題 本設(shè)計(jì)的內(nèi)容是確定復(fù)合模內(nèi)型和結(jié)構(gòu)形式以及工 藝性 繪制模具總圖和非標(biāo)準(zhǔn)件零件圖 這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的有兩個(gè) 一是讓學(xué)生掌握了查詢資料和手冊的能力 并能夠 很好的理解課程上所學(xué)習(xí)的知識(shí) 二是掌握了模具設(shè)計(jì)的方法和步棸 了解了模具加 3 工的工藝過程 2 煙灰缸蓋的工藝性分析 圖 1 零件外形圖 Fig1 Appearance picture of the part 如圖所示 該工件為軸對稱拉深件 在圓周方向上的變形也是均勻的 模具的加 工也比較容易 但是中間有個(gè)內(nèi)凹孔 這就不得不用翻邊來完成工件的加工 1 從工件形狀上看 屬于圓筒形拉深件 其主要問題是考慮圓筒形件是否可 以一次拉成 2 由于中間有內(nèi)凹孔 所以也要判斷是否可以一次翻邊成功 3 由于該工件精度要求不高 不需要擴(kuò)孔跟出毛坯等提高加工精度的步棸 3 2 1 沖壓工藝方案的分析和比較 1 方案 1 先落料拉深采用連續(xù)模 再?zèng)_孔 最后翻邊 2 方案 2 先落料拉深復(fù)合 再?zèng)_孔 最后翻邊 3 方案 3 先落料拉深復(fù)合 再?zèng)_孔翻邊復(fù)合 方案的比較就是沖壓件的工藝路線的比較 主要包括沖壓工序數(shù) 工序的組合和 4 順序的比較等 確定合理的沖裁工藝方案應(yīng)在不同的工藝方面進(jìn)行全面的分析與研究 比較其綜合的經(jīng)濟(jì)技術(shù)效果 選擇一個(gè)合理的沖壓工藝方案 方案 1 雖然考慮到零件拉深工藝的復(fù)雜性 減少了產(chǎn)品的沖壓成型時(shí)間 但是模 具結(jié)構(gòu)復(fù)雜且精度要求高 制造周期長 制模成本高 加工也不方便 而方案二雖然 用落料拉深復(fù)合模相應(yīng)地提高了成型的速度 但是后面 2 個(gè)工序卻增加了制造的周期 相比之下方案三由于采用落料拉深復(fù)合模和沖孔翻邊復(fù)合模就大大地提高了成型的速 度 使得模具制造周期短 制造低廉 工人操作安全 方便可靠 2 2 確定排版 裁板方案 在沖壓生產(chǎn)中 節(jié)約金屬和減少廢料具有非常重要的意義 特別是在大批量生產(chǎn) 中 合理的排樣和選擇適當(dāng)?shù)拇钸呏凳墙档统杀?保證工件質(zhì)量及延長模具壽命的有 效措施 此沖裁件為圓形 采用無廢料排樣不可能 而采用少廢料排樣影響了工件的質(zhì)量 和精度 同時(shí)還會(huì)縮短模具的壽命 所以采用直排的方式來確定排樣方案 4 排樣方 式如圖所示 圖 2 排樣圖 Fig2 Layout drawing 按表 1 查得最小搭邊值 a 1 5mm a1 1 5mm 條料寬度 b 138 2a 141mm 進(jìn)距 h 138 a1 139 5mm 一個(gè)進(jìn)距的材料利用率 n A bh 100 76 1 式中 A 沖裁件面積 5 n 一個(gè)進(jìn)距沖裁件數(shù)目 b 條料寬度 mm h 進(jìn)距 mm 表 1 沖裁金屬材料的搭邊值 Table1 Punching metal structures on the value side 料厚 圓形 非圓形 往復(fù)送料 自動(dòng)送料 a a1 a a1 a a1 a a1 1 1 5 1 5 2 1 5 3 2 1 2 2 1 5 2 5 2 3 5 2 5 3 2 2 3 2 5 2 3 2 5 4 3 5 3 4 3 2 5 3 5 3 5 4 4 3 4 5 4 3 5 4 6 5 5 4 5 6 5 4 6 5 7 6 6 5 6 8 6 5 7 6 8 7 7 6 8 7 6 8 7 9 8 8 7 3 落料拉深復(fù)合模工序設(shè)計(jì)計(jì)算 3 1 沖壓件的工藝分析 此工件為無凸緣圓筒形件 要求內(nèi)形尺寸 沒有厚度不變的要求 工件底部圓角半徑 rt 8mm 大于拉深凸模圓角半徑 rp 4 6mm 查表 4 31 的首次 拉深凹模圓角半徑 rd 而 rp 06 1 r d 4 6mm 滿足要求 最后按公差表查得工件 為 IT14 級(jí) 滿足拉深工序?qū)ぜ畹燃?jí)的要求 3 1 1 計(jì)算毛坯直徑 D 根據(jù)毛坯尺寸的確定原則可知有兩種方法來計(jì)算毛坯的計(jì)算原則 1 面積相等原則 由于拉深前和拉深后材料的體積不變 對于不變薄拉深 假設(shè)材料厚度拉深前后 不變 拉深毛坯的尺寸按 拉深前后的表面積相等 來確定 2 形狀相似原則 拉深毛坯的形狀一般與拉深件橫截面的形狀相似 即當(dāng)零件的形狀是圓形或橢圓 形時(shí) 其拉深前毛坯的展開形狀也基本上是圓形或橢圓形 5 如圖 1 所示 h 25 5 0 5 25mm d 100 1 99 工件的相對高度 h d 25mm 99mm 0 253 根據(jù)相對高度從表 2 中查得修邊余量 h 2mm 由表 2 序號(hào) 1 查得無凸緣圓筒形拉深工件的毛坯尺寸計(jì)算公式為 D 2256 07 14rdHd 6 2 將 d 99mm H h h 27mm r 8 0 5 8 5mm 代入上式得 D 138mm 表 2 常用旋轉(zhuǎn)體拉深件毛坯直徑的計(jì)算公式 Table2 Common rotation drawing parts formula for calculating the blank diameter 序 號(hào) 工作形狀 毛坯直徑 D 1 d 4d H 1 72rd 0 56r 3 1 2 判斷拉深次數(shù) 工件總的拉深系數(shù) m 總 d D 99 138 0 7 3 毛坯相對厚度 t D 1 138 0 0072 4 采用壓邊圈的條件 用式 來判斷是否需要壓邊 1 045 mDt 因 072 135 7 0 故需加壓邊圈 由相對厚度可以從表 3 中查得首次拉深的極限拉深系數(shù) m 0 54 因 m 總 m1 故工件只需一次拉深 表 3 無凸緣圓筒形工件的多次拉深 Table3 No lugs cylindrical workpieces repeatedly deep drawing 拉深因數(shù) 毛坯的相對厚度 t D 100 2 1 5 1 5 1 0 1 0 0 5 0 6 0 3 0 3 0 15 m1 0 48 0 50 0 50 0 53 0 53 0 55 0 55 0 58 0 58 0 60 m2 0 73 0 75 0 75 0 76 0 76 0 78 0 78 0 79 0 79 0 80 m3 0 76 0 78 0 78 0 79 0 79 0 80 0 80 0 81 0 81 0 82 m4 0 78 0 80 0 80 0 81 0 81 0 82 0 82 0 83 0 83 0 85 m5 0 80 0 82 0 82 0 83 0 83 0 85 0 85 0 86 0 86 0 87 3 2 落料拉深的相關(guān)計(jì)算 3 2 1 確定工藝方案 本工件首先需要落料制成 D 138mm 的圓片 然后以 D 138mm 的圓板料為毛坯 進(jìn)行拉深 拉深成外徑為 1000 0 87mm 內(nèi)圓角 R 為 8mm 的無凸緣圓筒 最后按 h 7 25 5mm 進(jìn)行修邊 3 2 2 進(jìn)行必要的計(jì)算 1 計(jì)算落料力 壓邊力 拉深力 落料力是選擇壓力機(jī)的主要依據(jù) 也是設(shè)計(jì)模具所必需的數(shù)據(jù) 一般包括彈性 變形階段 塑性變形階段 分離階段三部分 彈性變形階段 當(dāng)凸模對板料施壓 是材料產(chǎn)生彈性變形 板料稍微擠入凹?？?板料與凸凹 模接觸處成很小的圓角 由于凸凹模之間存在間隙 板料同時(shí)受到彎曲和拉伸的作用 凸模下的板料產(chǎn)生彎曲 凹模上的板料開始上翹 塑性變形階段 當(dāng)凹模繼續(xù)壓到一定深度時(shí) 材料內(nèi)部應(yīng)力達(dá)到屈服點(diǎn) 板料開始在與凸模 凹模的刃口接觸處產(chǎn)生塑性變形 隨著沖壓過程的繼續(xù) 應(yīng)力不斷增加 材料的變形 程度便不斷增加 變形區(qū)向板材的深度方向擴(kuò)展 直至凸 凹模刃口處達(dá)到極限應(yīng)力 和應(yīng)變值 材料即產(chǎn)生微小變形 分離階段 裂紋產(chǎn)生后 隨凸模繼續(xù)壓入 凸凹模刃口附近產(chǎn)生的微裂紋沿最大剪應(yīng)變速 度方向不斷向板材內(nèi)部擴(kuò)展 若間隙合適 上 下裂紋則相遇重合 板料上下部分離 落料力 F KLt 6 式中 F 沖裁力 L 沖裁件的周長 t 材料的厚度 材料的抗剪強(qiáng)度 K 安全系數(shù) 取 K 1 3 在一般情況下材料的強(qiáng)度極限 1 3 為方便計(jì)算 則沖裁力 F 可由下式計(jì)b 算 F Lt b 取 10 鋼的強(qiáng)度極限 430MPa t 1mm L 433mm 代入數(shù)值計(jì)算 b F Lt 186327N b 4 8 卸料力 F 卸 K 卸 F 查表 2 10 得 K 卸 0 05 則 F 卸 9316 35N 5 頂出力 F 頂 K 頂 F 查表 2 10 得 K 頂 0 06 則 F 頂 11179 62N 6 推件力 F 推 nK 推 F 查表 2 10 得 K 推 0 055 則 F 推 10247 985N 7 選擇沖床時(shí)的總沖壓力 F 總 F F 卸 F 頂 F 推 217070 96N 8 拉伸所用的模具主要由凸模 凹模和壓邊圈組成 與沖裁不同的是 凸模 凹模 工作部分沒有鋒利的刃口 而是有一定的圓角半徑 并且其間隙較稍大于板料的厚度 在凸模的壓力下 直徑為 D 厚度而為 t 的圓形板料逐漸被拉入凹模洞口 得到外徑 為 d 高度為 H 的開口圓形工件 由表 4 確定壓邊力的計(jì)算公式為 prdFQ224 9 式中 單邊壓邊力 pMPa 平板毛坯直徑 D m 第 1 n 次拉深直徑 nd 1 r 凹 拉深凹模圓角半徑 式中 rd rp 8mm D 116mm d 1 74 由相關(guān)資料查得 p 2 7MPa 代入上式 得壓力為 FQ 13225N 表 4 壓邊力的計(jì)算公式 Table4 Put pressure on our side of the formula 拉深情況 公式 拉深任何形狀的工件 F Q Ap 圓筒形件的第一次拉深 用平板毛坯 F Q 4 D d 1 2rd p 圓筒形件以后各次拉深 用筒形毛坯 F Q 4 d n 1 dn p 查表 5 計(jì)算拉深力為 bdtK 9 10 式中 拉深件的直徑 d m 材料厚度 t 材料的強(qiáng)度極限 b MPa 拉深力 F N 系數(shù) K 已知 m 0 7 由表 5 查得 K1 0 52 10 鋼的強(qiáng)度極限 430MPab 式中 d 99mm t 1mm 得出 F 69544N 表 5 計(jì)算拉深力的使用公式 Table5 Using formula calculation of drawing force 拉深件型式 拉深工序 公式 查系數(shù) k 的表格編 號(hào) 無凸緣圓筒形件 第 1 次 F L k1 d1t b 查表 8 第 2 次及以后 F L k2 d2t b 查表 9 查相關(guān)資料 壓力機(jī)的公稱壓力為 F 壓 1 4 F Q F 114627N 故選用的壓力機(jī)公稱壓力要大于 125KN 考慮到壓力機(jī)的使用安全 選擇壓力機(jī) 的噸位時(shí) 總工藝力 F 一般不應(yīng)超過壓力機(jī)額定噸位的 80 壓力機(jī)選用 J23 35 開 式可傾壓力機(jī)公稱壓力為 350KN 2 模具工作部分尺寸的計(jì)算 拉深模的間隙 拉深間隙是指凸凹模橫向尺寸的差值 雙邊間隙用 Z 表示 間隙過小 工件質(zhì) 量較好 但拉深力大工件容易拉斷 模具磨損嚴(yán)重 壽命低 間隙過大 拉深力小 模具壽命提高了 但工件易起皺變厚 側(cè)壁不直 口部邊線不齊 有回彈 質(zhì)量不能 保證 因此 確定間隙的原則是 既要考慮到板料公差的影響 又要考慮毛坯口部增 厚現(xiàn)象 故間隙值一般應(yīng)比毛坯厚度略大一些 其值按下式計(jì)算 單面間隙 Cttz max2 式中 板料的最大厚度 axt tmax 板料的厚度 板料的正偏差 間隙系數(shù) 考慮到板料增厚現(xiàn)象 C 由表 6 可知有壓邊圈拉深時(shí) 拉深模的單邊間隙為 Z 2 1 1mm 10 表 6 有壓邊圈拉深時(shí)的單邊間隙值 Table6 Unilateral clearance of the blank holder drawing value 總拉深次數(shù) 拉深工序 單邊間隙 Z 2 1 一次拉深 1 1 1 t 2 第一次拉深 1 1t 第二次拉深 1 1 05 t 拉深模圓角半徑 圓角半徑對拉深過程的影響 拉深力是通過凸模圓角傳遞到被拉深工件上的 位于凸模圓角處的工件材料是最 容易破裂的 危險(xiǎn)斷面 凸模圓角半徑 r 增大 則該處拉深件材料因厚度變薄量減 小而強(qiáng)度增大 所傳遞的極限拉深力 F 也增大 因而可以減小拉深系數(shù) m 拉深模的凹模圓角半徑要取得適當(dāng) 如果增大凹模圓角半徑 ra則材料拉入凹模時(shí) 的阻力減小 拉深系數(shù) m 也減小 但當(dāng)如果當(dāng) ra取得過大 則有更多的材料未被壓料 圈壓住 而容易起皺 在拉深工件時(shí) 對于變形量較大處 就需要用較大的 ra 由于 在矩形件拉深時(shí) 角部的變形量最大 為了使金屬的流動(dòng)性較為均勻 角部的凹模圓 角半徑應(yīng)比直邊處的凹模圓角半徑大 圓角半徑數(shù)值 凹模的圓角半徑 rd按表 7 選取 r d 8t 8mm 凸模的圓角半徑 r 等于工件的 內(nèi)圓角半徑 即 rp r 8mm 表 7 首次拉深凹模的圓角半徑 Table7 Deep drawing die for the first time the fillet radius 拉深件形式 毛坯的相對厚度 t D 100 2 0 1 0 1 0 0 3 0 3 0 1 有凸緣 4 6 t 6 8 t 8 12 t 無凸緣 8 12 t 12 15 t 15 20 t 拉深凸 凹模工作部分的尺寸和公差 由于工件要求外形尺寸 則以凹模為設(shè)計(jì)基準(zhǔn) 已知 0 87 將模具公差 按 IT11 級(jí)選取 則 p 0 22 凸模的尺寸按表 8 計(jì)算 即 Dp Dmax 0 75 Z P 0 97 15 0 220 11 凹模尺寸的計(jì)算見表 8 得 Dd Dmax 0 75 d 0 99 350 0 22 12 11 式中 Dmax 為工件外形的最大尺寸 工件的公差 凸凹模的制造公差 dp 表 8 拉深模徑向尺寸計(jì)算公式 Table8 Radial size drawing die formula 尺寸標(biāo)準(zhǔn)方式 凹模尺寸 凸模尺寸 標(biāo)注內(nèi)形尺寸 中間拉深 dd d min Z d 0 中間拉深 dp dmin0 p 末次拉深 末次拉深 dd d min 0 4 Z d 0 dp d min 0 4 0 p 標(biāo)注外形尺寸 中間拉深 Dd Dmax d 0 中間拉深 Dp D max Z 0 p 末次拉深 末次拉深 Dd Dmax 0 75 d 0 Dp D max Z 0 75 0 p 3 2 3 確定凸模的通氣孔 由表 9 查得 凸模的通氣孔直徑為 8mm 表 9 拉深凸模出氣孔尺寸 Table9 Drawing a pore size of the punch 凸模直徑 dp mm 50 100 100 200 200 出氣孔直徑 d mm 5 6 5 8 9 5 數(shù)量 按圓周直徑 50 60 均步 4 7 個(gè)成一組 3 2 4 落料凸 凹模工作部分的尺寸和公差 查表 10 的間隙值 Zmin 0 13mm Z max 0 16mm 表 10 落料 沖孔模刃口始用間隙 Table10 Blanking piercing begins with cutting edge gap 材 45 10 15 20 Q215 Q235 鋼板 H62 H68 軟 酚醛環(huán)氧層壓 鋼紙板 料 T7 T8 退火 30 鋼板 0 8 10 15 鋼板 防銹剛 玻璃布板 云母板 名 稱 力學(xué)性能 600MPa 400 600 300 400MPa 300MPa 厚度 t 初始間隙 Z Zmin Zmax Zmin Zmax Zmin Zmax Zmin Zmax Zmin Zmax Zmin Zmax 0 1 0 015 0 035 0 01 0 03 0 2 0 025 0 045 0 015 0 035 0 01 0 03 0 3 0 04 0 06 0 03 0 05 0 02 0 04 0 01 0 03 0 5 0 08 0 10 0 06 0 08 0 04 0 06 0 025 0 045 0 01 0 02 0 8 0 13 0 16 0 10 0 13 0 07 0 10 0 045 0 075 0 015 0 03 1 0 0 17 0 20 0 13 0 16 0 10 0 13 0 065 0 095 0 025 0 04 1 2 0 21 0 24 0 16 0 19 0 13 0 16 0 075 0 105 0 035 0 05 12 1 5 0 27 0 31 0 21 0 25 0 15 0 19 0 10 0 14 0 004 0 05 查表 11 的磨損系數(shù) x 0 5 1 取合理最小間隙為 0 15mm 表 11 磨損系數(shù) x Table11 Wearing and tearing coefficient of form x 材料厚度 t mm 非圓形 圓形 1 0 75 0 5 0 75 0 5 工件公查 mm 1 0 16 0 17 0 35 0 36 1 2 0 20 0 21 0 41 0 42 2 4 0 24 0 25 0 49 0 50 4 0 30 0 31 0 59 0 60 30 80 0 020 0 020 80 120 0 025 0 035 120 180 0 030 0 040 3 2 5 落料拉深模具總體設(shè)計(jì) 1 確定導(dǎo)向方式 方案一 采用對角導(dǎo)柱模架 由于導(dǎo)柱安裝在模具壓力中心對稱的對角線上 所以上模座在導(dǎo)柱上滑動(dòng)平穩(wěn) 常用于橫向送料級(jí)進(jìn)?；蚩v向送料的落料模 復(fù)合模 方案二 采用后側(cè)導(dǎo)柱模架 由于前面和左 右不受限制 送料和操作比較方 13 便 方案三 四導(dǎo)柱模架 具有導(dǎo)向平穩(wěn) 導(dǎo)向準(zhǔn)確可靠 剛性好等優(yōu)點(diǎn) 常用于 沖壓件尺寸較大或精度要求較高的沖壓零件 以及大量生產(chǎn)用的自動(dòng)沖壓模架 方案四 中間導(dǎo)柱模架 導(dǎo)柱安裝在模具的對稱線上 導(dǎo)向平穩(wěn) 準(zhǔn)確 根據(jù)以上方案比較并結(jié)合模具結(jié)構(gòu)形式和送料方式 為提高模具壽命和工件質(zhì) 量 該落料拉伸模采用后側(cè)導(dǎo)柱模架的導(dǎo)向方式 2 定位方式的選擇 定位零件是用來保證條料的正確送進(jìn)及在模具中的正確位置 以保證沖制出合 格的零件 條料在模具送料平面中必須有兩個(gè)方向的限位 一是在與條料方向垂直方 上的限位 保證條料沿正確的方向送進(jìn)成為送進(jìn)導(dǎo)向 二是在送料方向的限位 控制 條料一次送進(jìn)的距離 導(dǎo)料銷的選擇 屬于送料導(dǎo)向的定位零件有導(dǎo)料銷 導(dǎo)料板 側(cè)壓板等 導(dǎo)料板及側(cè)壓板多用 于級(jí)進(jìn)模和單工序模中 導(dǎo)料銷則多用于復(fù)合模和單工序模中 因此選導(dǎo)料銷做為導(dǎo) 向且位于條料的同側(cè) 一般設(shè) 2 個(gè) 從前向后送料時(shí)導(dǎo)料銷裝在左側(cè) 為標(biāo)準(zhǔn)件 擋料銷的選擇 屬于送料定距的定位零件有擋料銷 導(dǎo)正銷 側(cè)刃等 導(dǎo)正銷及側(cè)刃多用于級(jí) 進(jìn)模和單工序模中 擋料銷則多用于復(fù)合模和單工序模中 選取擋料銷做定距定位零 件 在模具閉合后不許擋料銷的頂端高出材料因選取固定擋料銷 3 卸料裝置和推件裝置的選擇 卸料裝置的選擇 為了沖壓后卡在凸模上 凸凹模上的制件或廢料卸掉 將機(jī)械設(shè)備制件從凹模 中推出來 凹模在上模 或頂出來 凹模在下模 以保證下次沖壓正常進(jìn)行 設(shè)計(jì) 模具時(shí) 必須正確選擇卸料方式和設(shè)計(jì)卸料裝置 在選用壓料 卸料裝置的形式時(shí) 應(yīng)考慮操作方式 即板料送進(jìn)和定位是手動(dòng) 操作還是自動(dòng)化操作 出料方式是上出料 還是下出料 壓料 卸料裝置根據(jù)沖 壓件平整度要求或料的厚薄來決定 一般情況對于沖裁較硬 較厚且精度要求不高的 工件 可選擇剛性卸料方式 對于沖裁料厚在 1 5mm 以下 且要求沖裁件比較平整的 制件 可選擇彈性卸料方式 對于彎曲 拉深等成形零件的卸料方式選擇及卸料裝置 的設(shè)計(jì) 應(yīng)考慮既不損壞成形部位 又能滿足機(jī)械卸料要求的機(jī)械卸料裝置 卸料裝 14 置設(shè)計(jì)的正確與否 直接影響工件的質(zhì)量 生產(chǎn)效率和操作安全程度 其卸料力的 大小決定與所選用的彈性元件 結(jié)合本次工序的要求選取彈性卸料板 推件裝置的選擇 推件裝置主要有剛性推件裝置和彈性推件裝置兩種 一般剛性用的較多 它由 打桿 推板 連接桿和推件塊組成 其工作原理是在沖壓結(jié)束后上模回程時(shí) 利用壓 力機(jī)滑塊上的打料桿 撞擊上模內(nèi)的打桿與推件板 將凹模內(nèi)的工件推出 其推件力 大 4 凸凹模的設(shè)計(jì) 圖 3 落料拉伸凸凹模 Fig3 Blanking strench intensive 15 圖 4 拉伸凸模 Fig4 Strenching the punch 圖 5 落料凹模 Fig5 Blanking die 5 模架尺寸 上模座 L mm B mm H mm 240 180 45 GB2855 5 81 HT200 下模座 L mm B mm H mm 240 180 45 GB2855 6 81 HT200 導(dǎo)柱 d mm L mm 32 160 A32h5 160 GB2861 1 81 16 導(dǎo)套 d mm L mm D mm 32 65 45 A25h5 65 45 GB2861 7 81 模具的閉合高度 200mm 凸模固定板的厚度 16mm 凹模固定板的厚度 35mm 卸料板的厚度 14mm 壓邊圈的厚度 10mm 如圖所示 圖 6 落料拉深復(fù)合模具總裝配圖 Fig6 Drawing compound die for blanking General Assembly drawing 4 沖孔翻邊復(fù)合模工序設(shè)計(jì)計(jì)算 4 1 翻邊件的工藝分析 60mm 處由內(nèi)孔翻邊成形 翻邊前應(yīng)預(yù)沖孔 100mm 是圓筒形拉深件 可一次 拉深成形 工序安排為落料 拉深 預(yù)沖孔 翻邊等 翻邊前為 100mm 高 25mm 的 無凸緣圓筒形件 如圖 1 4 2 工藝計(jì)算 17 4 2 1 計(jì)算預(yù)沖孔 D 68mm H 10mm h H r t 10 8 1 1mm 由相關(guān)資料查得計(jì)算翻邊前預(yù)沖孔直徑 d0的公式 d0 D 2 H 0 43r 0 72t 68 2 10 0 43 8 5 0 72 57 75mm 15 4 2 2 計(jì)算翻邊系數(shù) 由表 13 計(jì)算翻邊系數(shù)為 m d0 D 0 85 16 由 d t 57 75 查相關(guān)資料得知 10 鋼極限翻邊系數(shù)為 0 75 m 所以該零件能 一次翻邊成形 預(yù)沖孔直徑 d 57 75mm 表 13 各種材料的翻邊系數(shù) Table13 Flanging coefficient of various materials 材料名稱 翻邊系數(shù) K Kmin 白鐵皮 0 70 0 65 軟剛 t 0 25 2mm 0 72 0 68 軟剛 t 3 6mm 0 78 0 75 黃銅 H62 t 0 5 6mm 0 68 0 62 鋁 t 0 5 5mm 0 70 0 64 硬鋁合金 0 89 0 80 4 2 3 計(jì)算翻邊力 沖裁力 P 1 1 D d 中查表 14 得 206MPa 得出 p 2549 25Ns s 沖裁力 F Lt Lt s 17 式中查表 14 得 430MPa t 1mm L 149mm 得出 F 64472Ns 而我采用的是彈壓頂件裝置的倒裝式復(fù)合模 F F F 卸 F 推 F 頂 查相關(guān)資料可 以得出 F 卸 F 推 F 頂 的值 最后得出壓力 F 182577N 表 14 黑色金屬材料的力學(xué)性能 Table14 Mechanical properties of ferrous materials 材料名稱 牌號(hào) 材料的狀態(tài) 力 學(xué) 性 能 抗剪強(qiáng)度 抗拉強(qiáng)度 屈服點(diǎn) 伸長率 彈性模量 MPa b MPa s MPa 10 10 3E MPa 電工用的工業(yè)純鐵 已退火 177 225 26 電工硅鋼 普通碳素鋼 Q235 未經(jīng)退火 304 373 432 461 235 19 23 碳素結(jié)構(gòu)鋼 8 已退火 255 353 324 441 177 32 186 18 碳素結(jié)構(gòu)鋼 10 已退火 255 333 294 432 206 29 194 碳素結(jié)構(gòu)鋼 15 已退火 265 373 333 471 225 26 198 4 2 4 沖孔翻邊復(fù)合工序壓力機(jī)的選擇 考慮到壓力機(jī)的使用安全 選擇壓力機(jī)的噸位時(shí) 總工藝力 F 一般不應(yīng)超過壓 力 機(jī)額定噸位的 80 壓力機(jī)選用 J23 25 開式可傾壓力機(jī)公稱壓力為 250KN 4 2 5 沖孔翻邊模具工作部分尺寸 1 翻邊模的間隙 由表 14 查得拉深模的單邊間隙為 Z 2 0 85mm 表 15 平板毛坯翻邊時(shí)凸 凹模之間的間隙 Table15 The gap between the die with flat blank flange convex 工件形狀 t mm Z 2 mm 0 3 0 25 0 5 0 45 0 7 0 60 0 8 0 70 1 0 0 85 1 2 1 00 1 5 1 30 2 凸 凹模工作部分的尺寸和公差 由于工件要求內(nèi)孔尺寸 則以凸模為 設(shè)計(jì)基準(zhǔn) 已知 0 74 凸模尺寸的計(jì)算見相關(guān)資料 dp d 0min 0 p 將 模具公差按 IT11 級(jí)選取 則 0 19 代入數(shù)據(jù)得 dp 68 740 0 19 18 間隙取在凹模上 則凹模的尺寸按表 15 計(jì)算 即 dd d 0min Z d 0 則得 出 dd 70 44 0 190 19 表 16 圓形拉深模凸 凹模的制造公查 Table16 Round convex drawing die and die manufacturing tolerances 材料厚度 工件直徑的基本尺寸 10 50 50 200 200 500 d p d p d p d p 0 25 0 015 0 010 0 02 0 010 0 03 0 015 0 03 0 015 0 35 0 020 0 010 0 03 0 020 0 04 0 020 0 04 0 025 0 5 0 030 0 015 0 04 0 030 0 05 0 030 0 05 0 035 0 80 0 040 0 025 0 06 0 035 0 06 0 040 0 06 0 040 1 0 0 045 0 030 0 07 0 040 0 08 0 050 0 08 0 060 19 4 2 6 預(yù)沖孔模具工作部分尺寸 查表 10 的間隙值 Zmin 0 13mm Z max 0 16mm 查表 11 的磨損系數(shù) x 0 5 0 74 取合理最小間隙為 0 13mm 查表 12 得出 dd d min x Zmin d 0 58 25 0 190 20 dp d min x 0 p 58 120 0 19 21 4 2 7 沖孔翻邊模具總體設(shè)計(jì) 圖 7 沖孔翻邊凸凹模 Fig7 Punching in flanging intensive 20 圖 8 沖孔凸模 Fig8 Piercing punch 圖 9 翻邊凹模 Fig9 Flanging die 2 模架尺寸 上模座 L mm B mm H mm 170 160 45 GB2855 5 81 HT200 下模座 L mm B mm H mm 170 160 45 GB2855 6 81 HT200 導(dǎo)柱 d mm L mm 28 160 A28h5 160 GB2861 1 81 導(dǎo)套 d mm L mm D mm 28 60 42 A28h5 60 42 GB2861 7 81 21 模具的閉合高度 200mm 凸模固定板的厚度 20mm 凹模固定板的厚度 16mm 凹模固定板的厚度 30mm 卸料板的厚度 14mm 墊板的厚度 10mm 如下圖所示 圖 10 沖孔翻邊復(fù)合?？傃b配圖 Fig10 Total Assembly of piercing flanging compound film 5 各凸模與凸凹模校核 5 1 落料凸模的校核 5 1 1 凸模抗壓強(qiáng)度校核 凸模正常工作條件是其刃口斷面承受的軸向壓力不應(yīng)超過模具材料的許用壓應(yīng)力 即 c F S c 22 22 式中 c 凸模刃口端面承受的壓應(yīng)力 MPa F 作用在凸模刃口端面上的總壓力 N S 凸模刃口端面面積 mm c 模具鋼的許用壓應(yīng)力 MPa 圓形凸模如圖 即 d d 4t k 1 nK 推 c 23 式中 S min 凸模端面面積的臨界值 mm dmin 凸模的最小許用直徑 mm d 凸模的設(shè)計(jì)直徑 mm n 積聚在凹模型孔內(nèi)的零件數(shù) K 推 推件力系數(shù) 5 1 2 凸?？箟菏Х€(wěn)校核 細(xì)長凸模抗壓失穩(wěn)條件 可用壓桿失穩(wěn)的歐拉公式確定 求壓桿失穩(wěn)臨界載荷 F 的歐拉公式為 Fcr EJ l max 24 式中 F cr 壓桿 凸模 失穩(wěn)時(shí)的臨界載荷 N Lmax 臨界載荷作用下 壓桿 凸模伸出固定板 的 許用 長度 mm E 彈性模數(shù) MPa 對于模具鋼 E 2 1 2 2 10 10MPa J 凸模最小斷面的慣性矩 mm 圓形凸模 J d 64 與支撐情況有關(guān)的長度系數(shù) 載荷條件 凸模刃口端面承受的總沖壓力 F 應(yīng)小于臨界載荷 Fcr 即 F Fcr 為 此 引入安全系數(shù) K 通常取 K 2 3 則可令 Fcr KF 如圖所示是無導(dǎo)向裝置的模具結(jié)構(gòu) 則 lmax 0 5 EJ KF 25 凸模的長度 l lmax則符合要求 而凸模長度為 54mm 60mm 故符合要求 5 2 拉深凸凹模的校核 5 2 1 凸凹?？箟簭?qiáng)度校核 帶入如上的公式得出符合要求 5 2 2 凸凹?？箟菏Х€(wěn)校核 帶入如上的公式得出凸凹模長度 l 74mm 85mm 故符合要求 23 5 3 翻邊凸凹模的校核 5 3 1 凸凹?？箟簭?qiáng)度校核 帶入如上的公式得出符合要求 5 3 2 凸凹?？箟菏Х€(wěn)校核 帶入如上的公式得出凸凹模長度 l 84mm 85mm 故符合要求 5 4 卸料彈簧設(shè)計(jì) 彈簧預(yù)壓力公式 Fn 預(yù) 卸 26 式中 彈簧預(yù)壓力 N F預(yù) 卸料力或推件力 壓邊力 N 卸 彈簧根數(shù) n 彈簧允許的最大壓縮量 jhh 總 預(yù) 工 作 修 模 式中 彈簧允許的最大壓縮量 jh m 彈簧需要的總壓縮量 總 彈簧預(yù)壓縮量 預(yù) 卸料板或推件塊 壓邊圈的工作行程 一般取料厚加 1 h工 作 m 模具的修模量或調(diào)整量 mm 一般取 修 模 4 6 卸料力 NP6470 卸 設(shè)彈簧個(gè)數(shù)為 8 個(gè) 所以 15 0 由一個(gè)彈簧預(yù)壓力 從標(biāo)準(zhǔn)中初選彈簧規(guī)格 彈簧中徑 35mm 彈簧鋼絲直徑 d 5mm 節(jié)0 距 7 93mm 彈簧自由高度為 50mm 表 17 圓柱螺旋壓縮彈簧 Table17 Helical compression spring 序號(hào) 彈簧中徑 材料直徑 節(jié)距 自由高度 最大工作負(fù)荷 Dm d tm oHm jFN 5 40 6 50 7 25 5 7 93 55 1048 8 65 9 80 料得不到壓緊 因此常用來較硬 較厚且精度要求不太高的工件沖裁 24 6 壓力機(jī)的選擇以及模具的繪制 6 1 沖孔翻邊復(fù)合工序壓力機(jī)的選擇 考慮到壓力機(jī)的使用安全 選擇壓力機(jī)的噸位時(shí) 總工藝力 F 一般不應(yīng)超過壓 力 機(jī)額定噸位的 80 壓力機(jī)選用 J23 25 開式可傾壓力機(jī)公稱壓力為 250KN 6 2 模具的繪制 如 CAD 圖 2 圖 3 圖 4 所示 7 結(jié)論 近三個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)即將結(jié)束 我通過畢業(yè)設(shè)計(jì)收獲不少 在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中 通過參考 查閱各種模具相關(guān)資料 請教各位老師模具方面 的問題 特別是模具在實(shí)際操作中才可能遇到的問題 我在這短暫的時(shí)間里 對模具 的認(rèn)識(shí)有了一個(gè)質(zhì)的飛躍 模具在當(dāng)今社會(huì)生活中運(yùn)用的非常廣泛 掌握模具的設(shè)計(jì) 方法對我們今后的工作和發(fā)展有著十分重要的意義 從陌生到開始接觸 從了解到熟悉 這是每個(gè)人學(xué)習(xí)事物所必經(jīng)的一般過程 我 對模具的認(rèn)識(shí)過程亦是如此 經(jīng)過幾個(gè)月的努力 我相信這次畢業(yè)設(shè)計(jì)一定能為四年 的求學(xué)生涯劃上一個(gè)圓滿的句號(hào) 為將來的事業(yè)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ) 四年的學(xué)習(xí)即將結(jié)束 畢業(yè)設(shè)計(jì)是其中最后一個(gè)環(huán)節(jié) 是對以前所學(xué)的知識(shí)及掌 握的技能的綜合運(yùn)用和檢驗(yàn) 隨著我們經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展 采用模具的生產(chǎn)技術(shù)得到愈 來愈廣泛的應(yīng)用 在完成四年的學(xué)習(xí) 生產(chǎn)實(shí)踐 生產(chǎn)實(shí)習(xí) 我熟練地掌握了機(jī)械制 圖 機(jī)械設(shè)計(jì) 熱處理 電腦畫圖 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)等專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課方面的知 識(shí) 我對于模具特別是冷沖壓模具的設(shè)計(jì)步棸有了一個(gè)全新的認(rèn)識(shí) 豐富了對各種模 具的結(jié)構(gòu)和動(dòng)作過程的認(rèn)識(shí) 在指導(dǎo)老師的協(xié)助和講解下 查閱了很多相關(guān)資料并親 手拆裝了一些典型的模具模型 明確了模具的一般工作原理 制造 加工工藝 并利 用因特網(wǎng)查閱了大量設(shè)計(jì)資料 在設(shè)計(jì)過程中 本人運(yùn)用了大量的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) 通過對此冷沖壓件模具的設(shè)計(jì) 本人更加熟練了 Word 文檔的運(yùn)用和 AutoCAD 的運(yùn)用 同時(shí)更好的理解了模具設(shè)計(jì)的操作過程 在參加工作的同時(shí)我更好的了解了模具沖壓 工藝過程以及沖壓模具設(shè)計(jì)步棸 總的來說 通過這次模具設(shè)計(jì) 我不僅學(xué)會(huì)了如何查詢表格 而且學(xué)會(huì)了如何制 作說明書 也許在別人看來這不算什么 但是對于我來說這就是一個(gè)非常大的進(jìn)步了 25 通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì) 我找到了遺失已久的步入社會(huì)的信心以及與人交際的經(jīng)驗(yàn) 參考文獻(xiàn) 1 吳波杰 沖壓工藝與模具 M 北京 電子工業(yè)出版社 2004 3 16 2 沖模設(shè)計(jì)手冊 編寫組 沖模設(shè)計(jì)手冊第 2 版 M 北京 機(jī)械出版社 2004 9 12 3 張淑娟 全臘珍 畫法幾何與機(jī)械制圖第 1 版 M 北京 中國農(nóng)業(yè)出版社 2007 1 26 4 李大鑫 張秀錦 模具技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢綜述 J 模具制造 2005 5 35 5 冷沖壓模具設(shè)計(jì)手冊 編寫組 冷沖壓設(shè)計(jì)手冊 M 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2003 26 85 6 李德群 肖祥芷 模具 CAD CAE CAM 的發(fā)展概況及趨勢 J 模具行業(yè) 2005 53 128 7 王秀鳳 張永春 冷沖壓模具設(shè)計(jì)與制造第 2 版 M 北京 航空航天大學(xué)出版社 2009 8 王孝培 沖壓手冊 修訂本 M 北京機(jī)械工業(yè)出版社 1990 9 張春俠 模具識(shí)圖 M 北京 化學(xué)工業(yè)出版社 2008 10 鄧明 實(shí)用模具設(shè)計(jì)簡明手冊 M 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2006 11 齊衛(wèi)東 簡明沖壓模具設(shè)計(jì)手冊 M 北京 北京理工大學(xué)出版社 2010 12 吳宗澤 羅圣國 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊 M 北京 高等教育出版社 2006 13 劉京華 模具識(shí)圖與制圖 M 北京 化學(xué)工業(yè)出版社 2007 14 王桂英 沖壓工藝與模具設(shè)計(jì) M 合肥 合肥工業(yè)大學(xué)出版社 2010 15 江維健等 冷沖壓模具設(shè)計(jì) M 廣州 華南理工大學(xué)出版社 2005 16 徐學(xué)林 幾何量公差與檢測 M 湖南大學(xué)出版社 2007 17 張華 沖壓工藝與模具設(shè)計(jì) M 清華大學(xué)出版社 2009 18 周斌興 沖壓模具設(shè)計(jì)與制造 M 國防工業(yè)出版社 2006 19 薛啟翔 沖壓模具制造技術(shù)問答 M 化學(xué)工業(yè)出版社 2008 20 王孝培 沖壓手冊 機(jī)械工業(yè)出版社 M 2000 致 謝 在這次設(shè)計(jì)過程中得到了董亮老師以及許多同學(xué)的幫助 使我受益匪淺 董亮老 師在研究調(diào)查 開題論證以及設(shè)計(jì)完稿等方面給予本次設(shè)計(jì)極大的幫助 讓我能夠全 面綜合沖壓工藝與模具設(shè)計(jì) 機(jī)械制造工藝學(xué) 互換性與測量技術(shù)等多門專業(yè)課程和 相關(guān)專業(yè)基礎(chǔ)課程 完成煙灰缸蓋得沖壓工藝及模具設(shè)計(jì) 并且老師們嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài) 度 勤勉的工作作風(fēng) 敬業(yè)精神將使我受益終生 無論在理論上還是在實(shí)踐中 都給 26 予我很大的幫助 使我得到不少的提高 這對我以后的工作和學(xué)習(xí)都是一種巨大的幫助 由于本人能力有限 在畢業(yè)設(shè)計(jì)中遇到了一些困難 但在老師和各位同學(xué)們的幫 助下以及查閱圖書館 資料室等多方面資料后最終解決了困難 完成了畢業(yè)計(jì)設(shè) 在 此 我對這些關(guān)心過我和指導(dǎo)過我的老師和幫助過我的同學(xué)表示由衷的感謝 最后 對精心審閱設(shè)計(jì)的各位老師表示最真誠的謝意