0007-沖孔切邊沖壓成型工藝及模具設計【全套15張CAD圖】

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“三資”企業(yè)雖然已經(jīng)對中國模具工業(yè)的發(fā)展起了積極的推動作用，私營企業(yè)近年來發(fā)展較快，國企改革也在進行之中，但總體來看，體制和機制尚不適應市場經(jīng)濟，再加上國內(nèi)模具工業(yè)基礎薄弱，因此，行業(yè)發(fā)展還不盡如人意，特別是總體水平和高新技術方面。 ??? 第二，開發(fā)能力較差，經(jīng)濟效益欠佳.我國模具企業(yè)技術人員比例低，水平較低，且不重視產(chǎn)品開發(fā)，在市場中經(jīng)常處于被動地位。我國每個模具職工平均年創(chuàng)造產(chǎn)值約合1萬美元，國外模具工業(yè)發(fā)達國家大多是15～20萬美元，有的高達25～30萬美元，與之相對的是我國相當一部分模具企業(yè)還沿用過去作坊式管理，真正實現(xiàn)現(xiàn)代化企業(yè)管理的企業(yè)較少。 ?? 第三，工藝裝備水平低，且配套性不好，利用率低．雖然國內(nèi)許多企業(yè)采用了先進的加工設備，但總的來看裝備水平仍比國外企業(yè)落后許多，特別是設備數(shù)控化率和CAD/CAM應用覆蓋率要比國外企業(yè)低得多。由于體制和資金等原因，引進設備不配套，設備與附配件不配套現(xiàn)象十分普遍，設備利用率低的問題長期得不到較好解決。裝備水平低，帶來中國模具企業(yè)鉗工比例過高等問題。 ? 第四，專業(yè)化、標準化、商品化的程度低、協(xié)作差． 由于長期以來受“大而全”“小而全”影響，許多模具企業(yè)觀念落后，模具企業(yè)專業(yè)化生產(chǎn)水平低，專業(yè)化分工不細，商品化程度也低。目前國內(nèi)每年生產(chǎn)的模具，商品模具只占45%左右，其馀為自產(chǎn)自用。模具企業(yè)之間協(xié)作不好，難以完成較大規(guī)模的模具成套任務，與國際水平相比要落后許多。模具標準化水平低，標準件使用覆蓋率低也對模具質(zhì)量、成本有較大影響，對模具制造周期影響尤甚。 第五，模具材料及模具相關技術落后．模具材料性能、質(zhì)量和品種往往會影響模具質(zhì)量、壽命及成本，國產(chǎn)模具鋼與國外進口鋼相比，無論是質(zhì)量還是品種規(guī)格，都有較大差距。塑料、板材、設備等性能差，也直接影響模具水平的提高。 1.1.2　國內(nèi)模具的發(fā)展趨勢 巨大的市場需求將推動中國模具的工業(yè)調(diào)整發(fā)展。雖然我國的模具工業(yè)和技術在過去的十多年得到了快速發(fā)展，但與國外工業(yè)發(fā)達國家相比仍存在較大差距，尚不能完全滿足國民經(jīng)濟高速發(fā)展的需求。未來的十年，中國模具工業(yè)和技術的主要發(fā)展方向包括以下幾方面:???? 1） 模具日趨大型化；??? ? 2）在模具設計制造中廣泛應用CAD/CAE/CAM技術；?? ? 3）模具掃描及數(shù)字化系統(tǒng)；??? ? 4）在塑料模具中推廣應用熱流道技術、氣輔注射成型和高壓注射成型技術；? ?? 5）提高模具標準化水平和模具標準件的使用率；??? 6）發(fā)展優(yōu)質(zhì)模具材料和先進的表面處理技術；??? 7）模具的精度將越來越高；? ? 8）模具研磨拋光將自動化、智能化；?? ?? 9）研究和應用模具的高速測量技術與逆向工程；?? ?10）開發(fā)新的成形工藝和模具。 1.2　國外模具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 模具是工業(yè)生產(chǎn)關鍵的工藝裝備，在電子、建材、汽車、電機、電器、儀器儀表、家電和通訊器材等產(chǎn)品中，60％－80％的零部件都要依靠模具成型。用模具生產(chǎn)制作表現(xiàn)出的高效率、低成本、高精度、高一致性和清潔環(huán)保的特性，是其他加工制造方法所無法替代的。模具生產(chǎn)技術水平的高低，已成為衡量一個國家制造業(yè)水平高低的重要標志，并在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。近幾年，全球模具市場呈現(xiàn)供不應求的局面，世界模具市場年交易總額為600～650億美元左右。美國、日本、法國、瑞士等國家年出口模具量約占本國模具年總產(chǎn)值的三分之一。? 國外模具總量中,大型、精密、復雜、長壽命模具的比例占到50%以上；國外模具企業(yè)的組織形式是"大而專"、"大而精"。2004年中國模協(xié)在德國訪問時，從德國工、模具行業(yè)組織--德國機械制造商聯(lián)合會（VDMA）工模具協(xié)會了解到，德國有模具企業(yè)約5000家。2003年德國模具產(chǎn)值達48億歐元。其中（VDMA）會員模具企業(yè)有90家，這90家骨干模具企業(yè)的產(chǎn)值就占德國模具產(chǎn)值的90%，可見其規(guī)模效益。 隨著時代的進步和技術的發(fā)展，國外的一些掌握和能運用新技術的人才如模具結(jié)構設計、模具工藝設計、高級鉗工及企業(yè)管理人才，他們的技術水平比較高．故人均產(chǎn)值也較高．我國每個職工平均每年創(chuàng)造模具產(chǎn)值約合1萬美元左右，而國外模具工業(yè)發(fā)達國家大多15～20萬美元，有的達到 25～30萬美元。 國外先進國家模具標準件使用覆蓋率達70%以上，而我國才達到45％． 2 U形件工藝性分析 名 稱：凸圓U形件 材 料：08鋼 厚 度：1mm 生產(chǎn)批量：大批 圖1工件圖 2.1沖壓零件的工藝性分析 圖示零件材料為08號鋼板，能夠進行一般的沖壓加工，市場上也容易得到這種材料，價格適中。 外形切邊的工藝性：U形件屬于中等尺寸零件，料厚1mm，外形復雜程度一般，尺寸精度要求一般，因此可采用落料工藝獲得。 沖孔的工藝性：φ14的孔，尺寸精度要求一般，可采用沖孔。 此工件只有外形切邊和沖孔兩個工序。圖示零件尺寸均為未注公差的一般尺寸，按慣例取IT14級，符合一般級進沖壓的經(jīng)濟精度要求，模具精度取IT9級即可。 由以上分析可知，圖示零件具有比較好的沖壓工藝性，適合沖壓生產(chǎn)。 2.2沖壓工藝方案的選擇 根據(jù)制件的形狀分析其沖壓工藝方案可以采用以下三種方案： 第一：先切邊，后沖孔。 第二：先沖孔，后切邊。 第三：同時進行切邊，沖孔。 方案對比：方案一與方案二的設計增加了一套模具，同時制件的精度不高，并且成本也大大增加。方案三不僅一副模具可以完成，也提高了制件的精度，同時也大大降低了制造模具的成本。 綜合以上分析，采用第三種方案進行沖壓生產(chǎn)。 3模具結(jié)構形式的選擇與確定 3.1模具結(jié)構形式的選擇 1）正倒裝結(jié)構：根據(jù)上述分析，本零件的沖壓包括切邊和落料兩個工序，由于制件的形狀要求，采用正裝結(jié)構，即沖孔凹模和落料凹模都安排在下模。 2）定位裝置：本工件在復合模中尺寸是較小的，又是大批量生產(chǎn)，制件的精度要求不是太高，又由于制件的特殊性，只須凸凹模與沖孔凸模同時定位就符合要求了。 3）導向方式：為確保零件的質(zhì)量及穩(wěn)定性，選用導柱、導套導向。由于已經(jīng)采用了手工送料方式，為了提高開敞性和導向均勻性，采用對角導柱模架。 4）卸料方式：本模具采用正裝結(jié)構，沖孔廢料和工件留在凹?？锥粗?，為了簡化模具結(jié)構，可以在下模座中開有通槽，使廢料和工件從孔洞中落下。工件厚度為1 mm，料厚比較薄，為了簡化模具結(jié)構和達到可靠的卸料力，選用打料快卸料和廢料切刀。 3.2沖壓力與壓力中心的計算，初選壓力機 3.2.1沖裁工序總力的計算 由工件結(jié)構和前面所定的沖壓方案可知，本工件的沖裁力包括以下部分。 沖φ35mm孔的力P1、沖φ14mm孔的力P2， 考慮到模具刃部被磨損、凸凹模間隙不均勻和波動、材料力學性能及材料厚度偏差等因素的影響，實際計算沖裁力時按下面公式： P=KLtτ 式中 P—沖裁力（kN） L—沖裁件剪切周邊長度（mm） t—沖裁件材料厚度（mm） τ—被沖材料的抗剪強度(MPa) K—系數(shù)，一般取1.3。 上式中抗剪強度τ與材料種類和坯料的原始狀態(tài)有關，可在手冊中查詢。為方便計算，可取材料的τ=0.8σb,故沖裁力表達式又可表示為：P=1.3Ltτ≈Ltσb 式中 σb—被沖材料抗拉強度(MPa)。查手冊表得10鋼的σb=335MPa P1=2×17..5π×1×335=41.76kN P2=2π×7×2.2×335=16.7kN 工序總力P總=P1+P2 =41.76+16.76=58.52kN 3.2.2初選壓力機 （1）壓力機類型的選定。其依據(jù)是所要完成工序的工藝性質(zhì)，批量大小，工件的幾何尺寸和精度。通用壓力機適合完成沖裁，彎曲，淺拉深等工藝。對于大型，較復雜的拉深件多采用拉深壓力機。對于批量小，厚板沖壓或工藝力的施力行程較大者多采用液壓機。對于精度 要求不大高的中小型沖壓機，盡量選用開式壓力機。這是因為開式壓力機具有三面敞開的 操縱空間，使用方便，容易實現(xiàn)機械化，成本低。 1.制品工序性質(zhì) 2.生產(chǎn)綱領 3.工件幾何尺寸 4.制件精度 5.工廠條件 由以上可知，該模具選用開式壓力機。 （2）壓力機噸位的選定。對于一般的沖孔，落料和壓印工藝，工作行程較短，不會出現(xiàn)標稱壓力行程和許用能量不足的問題，在選用壓力機噸位時，可以只考慮標稱壓力的選擇。在實際工作中，從模具壽命，加工精度，壓力機疲勞強度，維修等方面考慮，通常所選用壓力機的標稱壓力不小于總工藝力的1.25—1.35倍。可選的壓力機為及可以滿足壓力的要求：J23—3.15具體的參數(shù)如下表： 表1 壓力機的參數(shù)表 J23—10壓力機參數(shù)表 公稱壓力 100KN 滑塊行程 60mm 滑塊行程次數(shù) 135次/min 最大閉合高度 180mm 最大閉合高度 120mm 封閉高度調(diào)節(jié)量 50mm 滑塊的中心線至 床身的距離 130mm 立柱距離： 180mm 連桿調(diào)節(jié)長度 25mm 墊板尺寸（厚度） 50mm 工作臺尺寸 前后 360mm 工作臺孔尺寸 前后 90mm 左右 240mm 左右×孔徑 180mm×130mm 模柄孔尺寸 30mm×40mm 最大傾斜角度 30° （3）最大裝模高度的選擇 所選用壓力機的最大裝模高度應大于沖模的閉合高度，一般至少要大于5mm 。由于希望以縮短的連桿工作，并考慮到以后模具的修模會使模具高度減少，可以選擇最大裝模高度模具閉合高度相近的壓力機。如果壓力機裝模高度過高，當然可以在壓力機工作臺面上加墊板。 3.2.3壓力中心的計算 模具的壓力中心就是沖壓力合力的作用點。為了保證壓力機和模具的正常工作，應使模具的壓力中心與壓力機的中心滑塊中心線重合。否則，沖壓時滑塊就會承受偏心載荷，導致滑塊導軌與模具的導向部分不正常的磨損，還會使合理的間隙得不著保證，從而影響制件的質(zhì)量和降低模具的壽命，甚至損壞模具。 由于此工件為中心對稱的圓形工件，所以壓力中心與工件的中心重合。 4 模具工作零件的計算 圖示零件尺寸均為未注公差的一般尺寸，按慣例取IT14級，符合一般級進沖壓的經(jīng)濟精度要求，模具精度取IT9級即可。查有關手冊得： 沖孔時，間隙取在凹模上，則： 凸模尺寸 dap=（d+x△）-δp0 凹模尺寸 dd=(d+x△+Zmin)0+δ 式中 Dd Dp——落料凹模和凸模的刃口尺寸，mm dp dd——沖孔凹模和凸模的刃口尺寸，mm x——磨損系數(shù)，由手冊﹝1﹞查表2-30得：IT14級時x=0.5。 Zmin——雙面間隙，mm △——工件公差，mm δ——凸模和凹模的制造公差，mm 落料時，間隙取在凹模上，則： 凸模尺寸 凹模尺寸 式中 Dd Dp——落料凹模和凸模的刃口尺寸，mm dp dd——沖孔凹模和凸模的刃口尺寸，mm x——磨損系數(shù)，由手冊﹝1﹞查表2-30得：IT14級時x=0.5。 Zmin——雙面間隙，mm △——工件公差，mm δ——凸模和凹模的制造公差，mm 查沖裁模初始雙面間隙值為7.0—10.0mm, 落料： 符合要求。 沖孔：， 5 模具工作零件的設計 5.1 凸模設計 沖圓孔的凸模，為了增加凸模的強度與剛度，凸模非工作部分直徑應作成逐漸增大的多級形式如圖6所示： 圖2 沖孔凸模的結(jié)構形式 凸模長度一般是根據(jù)結(jié)構上的需要而確定的，其凸模長度用下列公式計算： L=h1+h2+h3+h 式中 L—凸模長度， mm h1—凸模固定板高度，mm h2—工件高度，mm h3—導尺高度，mm h—附加高度，一般取15~20mm ①沖裁φ14mm孔凸模、凹模各尺寸及其組件確定和標準化（包括外形尺寸和厚度） 凸模長度 L=25+26+22+1=74mm 由小凸模刃口d=14.23mm查手冊﹝2﹞表2.54可知 h=3mm, D=21mm, L=74 凸模強度校核：要使凸模正常工作，必須使凸模最小斷面的壓應力不超過凸模材料的許用壓應力，即 對于圓形凸模 dmin≥ 式中 dmin—圓形凸模最小截面直徑，mm t—沖裁材料厚度，mm —沖裁材料的抗剪強度，MPa —凸模材料許用強度，?。?.0~1.6）×103MPa dmin≥==1.34mm 所以承壓能力足夠。 抗縱向彎曲力校核　對于圓形凸模（有導向裝置）　 　　　　　　　　　　　　　Ｌｍａｘ≤270d2/ 式中 Lmax ——允許的凸模最大自由長度，mm 　F ——沖模力,N ｄ——凸模最小截面的直徑，mm Lmax≤270d2/=270×14.232/=66.5mm 所以長度適宜。 凸模固定端面的壓力 　　　　　　　　　　q =< 式中　　　　　q—凸模固定端面的壓力，MPa F—落料或沖孔的沖裁力，N 　　　　　　—模座材料許用壓應力，MPa q ==175.79MPa 凸模固定板端面壓力超過了80～90ＭＰa，為此應在凸模頂端與模座之間加一個淬硬的墊板。矩形墊板材料可用45鋼，結(jié)構形式和尺寸規(guī)格見手冊﹝２﹞表15.60，查得125×100×8 5.2 凹模的設計 整體式凹模如圖7裝于上模座上，若凹模高度H及模壁厚度C不足時，會使凹模產(chǎn)生較大變形，甚至破壞。但由于凹模受力復雜，凹模高度可按經(jīng)驗公式計算，即 凹模高度H=KB 凹模壁厚C=(1.5~2)H 式中B----凹?？椎淖畲髮挾?，mm但B不小于15mm C-----凹模壁厚，mm 指刃口至凹模外形邊緣的距離； K=系數(shù)，取0.20 凹模高度H=KB=0.20×34.69=6.94mm 按表取標準值25mm 凹模壁厚C=1.5H = 1.2×25=30mm 圖（3）整體式凹模的局部結(jié)構 凹模上螺孔到凹模外緣的距離一般?。?.7~2.0）d。 圖（4）凹模上的螺孔設計與選用 d 為螺孔的距離，由于凹模厚度為25mm，所以根據(jù)表2.46﹝2﹞查得螺孔選用4×M8的螺釘固定在上模座。故選用如圖8： 螺孔到凹模外緣的最小距離a2=1.5d=1.5×8=12mm a3=1.13d≈9mm 凹模上螺孔間距由表2.47查得最小間距為40mm，最大間距為90mm。 　　　 螺孔到銷孔的距離一般取b>2d,所以b應大于１６。 根據(jù)上述方法確定凹模外形尺寸須選用矩形凹模板125×100×25（JB/T7643.1）如圖： 圖（5）凹模外形 落料凹模的長度選取要考慮以下因素： a)保證有足夠的安裝剛性卸料板的位置。 b)便于導尺發(fā)揮作用，保證送料粗定位精度。 選取凹模邊界為125mm×100mm。凹模材料選用Cr12制造，熱處理硬度為58～62HRC。 由于采用整體式凹模，所以由外形落料凹模確定其凹模板厚度，其凹模刃口高度由表2.40查得h=6mm，β= 5.3 凸凹模的設計 沖孔，落料復合模、凹模各尺寸及其組件確定和標準化（包括外形尺寸和厚度） 凸凹模長度 L=27+10+1.50=38 由凸模刃口d=34.69mm查得D=45mm, h=7.5mm,L=38mm。 圖（6）凸凹模 凸凹模固定板端面壓力超過了80～90ＭＰa，為此應在凸模頂端與模座之間加一個淬硬的墊板。矩形墊板材料可用45鋼，結(jié)構形式和尺寸規(guī)格見手冊﹝２﹞表15.60，查得125×100×8 6模具標準件和零件的選取 6.1模具標準件 模架 墊板 凸模固定板 凸凹模固定板 上模座 下模座 導柱 導柱 導套 導套 6.2標準件 固定螺釘 固定螺釘 固定螺釘 6.3模柄 圖（7）模柄 6.4廢料切刀 d=6mm,h=10mm,L=12mm,B=5mm,H=15mm 圖（8）廢料切刀 7 模具總裝圖及工作原理 7.1模具總裝圖 1.固定螺釘 2.導柱 3.墊板 4.凸凹模 5.工件 6.廢料切刀 7.推件塊 8.導套 9.上模座 10.固定螺釘 11.推桿 12.固定螺釘 13.推桿 14.導桿 15.模柄 16.銷釘 17.墊板 18.凸模固定板 19.凸模 20.凹模 21.凸凹模 22.銷釘 23.下模座 圖（9）裝配圖 7.2沖孔.邊復合模的工作原理 上模部分通過模柄安裝在壓力機滑塊上，下模部分通過螺栓，壓板安裝在壓力機工作臺面上。壓力機行程一次，完成落料，沖孔一次，壓力機滑塊回程，帶動上模部分上行，卡在凸模外的工件有推件塊推出，卡在凸凹模內(nèi)的廢料從下模部分的落料孔中落出，落料外的廢料有廢料切刀切成兩部分，有工人取出。完成一次沖壓。 結(jié)束語 深圓筒件屬于簡單拉深件，分析其工藝性，并確定工藝方案。根據(jù)計算確定本制件是多次拉深成的，然后相應選取各次拉深時的壓力機。本設計主要是最后一次拉深模具設計，需要計算拉深時的間隙、工作零件的圓角半徑、尺寸和公差，并且還需要確定模具的總體尺寸和模具零件的結(jié)構，然后根據(jù)上面的設計繪出模具的總裝圖。 由于在零件制造前進行了預測，分析了制件在生產(chǎn)過程中可能出現(xiàn)的缺陷，采取了相應的工藝措施。因此，模具在生產(chǎn)零件的時候才可以減少廢品的產(chǎn)生。 深圓筒件的形狀結(jié)構較為簡單，但是高度太高不適合選用標準模架。要保證零件的順利加工和取件，必須有足夠的高度，因此需要改變導柱、導套的長度，以達到要求。模具工作零件的結(jié)構也較為簡單，它可以相應的簡化了模具結(jié)構。便以以后的操作、調(diào)整和維護。 深圓筒模具的設計，是理論知識與實踐有機的結(jié)合，更加系統(tǒng)地對理論知識做了更深切貼實的闡述。也使我認識到，要想做為一名合理的模具設計人員，必須要有扎實的專業(yè)基礎，并不斷學習新知識新技術，樹立終身學習的觀念，把理論知識應用到實踐中去，并堅持科學、嚴謹、求實的精神，大膽創(chuàng)新，突破新技術，為國民經(jīng)濟的騰飛做出應有的貢獻。 參考文獻 [1] 楊占堯主編. 塑料注塑模結(jié)構與設計[M]. 清華大學出版社. 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