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筒形件沖壓成形工藝與模具設(shè)計 1 1 緒 論 目前 我國沖壓技術(shù)與工業(yè)發(fā)達國家相比還相當?shù)穆浜?主要原因是我國在沖壓 基礎(chǔ)理論及成形工藝 模具標準化 模具設(shè)計 模具制造工藝及設(shè)備等方面與工業(yè)發(fā) 達的國家尚有相當大的差距 導致我國模具在壽命 效率 加工精度 生產(chǎn)周期等方 面與工業(yè)發(fā)達國家的模具相比差距相當大 1 1 國內(nèi)模具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 1 1 1 國內(nèi)模具的現(xiàn)狀 我國模具近年來發(fā)展很快 據(jù)不完全統(tǒng)計 2003 年我國模具生產(chǎn)廠點約有 2 萬多 家 從業(yè)人員約 50 多萬人 2004 年模具行業(yè)的發(fā)展保持良好勢頭 模具企業(yè)總體上訂 單充足 任務(wù)飽滿 2004 年模具產(chǎn)值 530 億元 進口模具 18 13 億 美元 出口模具 4 91 億美元 分別比 2003 年增長 18 32 4 和 45 9 進出口之比 2004 年為 3 69 1 進出口相抵后的進凈口達 13 2 億美元 為凈進口量較大的國家 在 2 萬多家生產(chǎn)廠點中 有一半以上是自產(chǎn)自用的 在模具企業(yè)中 產(chǎn)值過億元 的模具企業(yè)只有 20 多家 中型企業(yè)幾十家 其余都是小型企業(yè) 近年來 模具行業(yè) 結(jié)構(gòu)調(diào)整和體制改革步伐加快 主要表現(xiàn)為 大型 精密 復雜 長壽命中高檔模具 及模具標準件發(fā)展速度快于一般模具產(chǎn)品 專業(yè)模具廠數(shù)量增加 能力提高較快 三 資 及私營企業(yè)發(fā)展迅速 國企股份制改造步伐加快等 雖然說我國模具業(yè)發(fā)展迅速 但遠遠不能適應(yīng)國民經(jīng)濟發(fā)展的需要 我國尚存在 以下幾方面的不足 第一 體制不順 基礎(chǔ)薄弱 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(yīng)市場經(jīng)濟 再加上國內(nèi)模具工業(yè)基礎(chǔ)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(shù)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(shù)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 河南機電高等專科學校畢業(yè)設(shè)計說明書 2 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(shè)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(shè)備數(shù)控化率和 CAD CAM 應(yīng)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(shè)備不配套 設(shè)備與附配件不配套現(xiàn)象十分普遍 設(shè)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(wù) 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(guān)技術(shù)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(shè)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(shù)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(shù)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(shè)計制造中廣泛應(yīng)用 CAD CAE CAM 技術(shù) 3 模具掃描及數(shù)字化系統(tǒng) 4 在塑料模具中推廣應(yīng)用熱流道技術(shù) 氣輔注射成型和高壓注射成型技術(shù) 5 提高模具標準化水平和模具標準件的使用率 筒形件沖壓成形工藝與模具設(shè)計 3 6 發(fā)展優(yōu)質(zhì)模具材料和先進的表面處理技術(shù) 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(yīng)用模具的高速測量技術(shù)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(guān)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(shù)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(yīng)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(shù)的發(fā)展 國外的一些掌握和能運用新技術(shù)的人才如模具結(jié) 構(gòu)設(shè)計 模具工藝設(shè)計 高級鉗工及企業(yè)管理人才 他們的技術(shù)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 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設(shè)計說明書 4 1 3 深圓筒拉深件模具設(shè)計與制造方面 1 3 1 深圓筒拉深模具設(shè)計的設(shè)計思路 拉深是沖壓基本工序之一 它是利用拉深模在壓力機作用下 將平板坯料或空心 工序件制成開口空心零件的加工方法 它不僅可以加工旋轉(zhuǎn)體零件 還可以加工盒形 零件及其他形狀復雜的薄壁零件 但是 加工出來的制件的精度都很底 一般情況下 拉深件的尺寸精度應(yīng)在 IT13 級以下 不宜高于 IT11 級 只有加強拉深變形基礎(chǔ)理論的研究 才能提供更加準確 實用 方便的計算方法 才能正確地確定拉深工藝參數(shù)和模具工作部分的幾何形狀與尺寸 解決拉深變形中出 現(xiàn)的各種實際問題 從而 進一步提高制件質(zhì)量 圓筒件是最典型的拉深件 其工作過程很簡單就一個拉深 根據(jù)計算確定它不能 一次拉深成功 因此 需要多次拉深 在最后的一次拉深中由于制件的高度太高 根據(jù) 計算的結(jié)果和選用的標準模架 判斷此次拉深不能采用標準的模架 為了保證制件的 順利加工和順利取件 模具必須有足夠高度 要改變模具的高度 只有從改變導柱和 導套的高度 導柱和導套的高度可根據(jù)拉深凸模與拉深凹模工作配合長度決定 設(shè)計 時可能高度出現(xiàn)誤差 應(yīng)當邊試沖邊修改高度 1 3 2 深圓筒拉深模具設(shè)計的進度 1 了解目前國內(nèi)外沖壓模具的發(fā)展現(xiàn)狀 所用時間 20 天 2 確定加工方案 所用時間 5 天 3 模具的設(shè)計 所用時間 30 天 4 模具的調(diào)試 所用時間 5 天 筒形件沖壓成形工藝與模具設(shè)計 5 2 深圓筒件的工藝分析 沖壓主要是按工藝分類 可分為分離工序和成形工序兩大類 分離工序也稱沖裁 其目的是使沖壓件沿一定輪廓線從板料上分離 同時保證分離斷面的質(zhì)量要求 成形 工序的目的是使板料在不破坯的條件下發(fā)生塑性變形 制成所需形狀和尺寸的工件 在實際生產(chǎn)中 常常是多種工序綜合應(yīng)用于一個工件 沖裁 彎曲 剪切 拉深 脹 形 旋壓 矯正是幾種主要的沖壓工藝 沖壓用板料的表面和內(nèi)在性能對沖壓成品的質(zhì)量影響很大 要求沖壓材料厚度精 河南機電高等專科學校畢業(yè)設(shè)計說明書 6 確 均勻 表面光潔 無斑 無疤 無擦傷 無表面裂紋等 屈服強度均勻 無明顯 方向性 均勻延伸率高 屈強比低 加工硬化性低 在實際生產(chǎn)中 常用與沖壓過程近似的工藝性試驗 如拉深性能試驗 脹形性能 試驗等檢驗材料的沖壓性能 以保證成品質(zhì)量和高的合格率 模具的精度和結(jié)構(gòu)直接影響沖壓件的成形和精度 模具制造成本和壽命則是影響 沖壓件成本和質(zhì)量的重要因素 模具設(shè)計和制造需要較多的時間 這就延長了新沖壓 件的生產(chǎn)準備時間 模座 模架 導向件的標準化和發(fā)展簡易模具 供小批量生產(chǎn) 復合模 多工位級進模 供大量生產(chǎn) 以及研制快速換模裝置 可減少沖壓生產(chǎn)準備 工作量和縮短準備時間 能使適用于減少沖壓生產(chǎn)準備工作量和縮短準備時間 能使 適用于大批量生產(chǎn)的先進沖壓技術(shù)合理地應(yīng)用于小批量多品種生產(chǎn) 沖壓設(shè)備除了厚板用水壓機成形外 一般都采用機械壓力機 以現(xiàn)代高速多工位 機械壓力機為中心 配置開卷 矯平 成品收集 輸送等機械以及模具庫和快速換模 裝置 并利用計算機程序控制 可組成高生產(chǎn)率的自動沖壓生產(chǎn)線 在每分鐘生產(chǎn)數(shù)十 數(shù)百件沖壓件的情況下 在短暫時間內(nèi)完成送料 沖壓 出 件 排廢料等工序 常常發(fā)生人身 設(shè)備和質(zhì)量事故 因此 沖壓中的安全生產(chǎn)是一 個非常重要的問 沖裁件的工藝性是指沖裁件在沖裁加工中的難易程度 所謂沖裁工藝性好是指能 用普通的沖裁方法 在模具壽命和生產(chǎn)率較高 成本較低的條件下得到質(zhì)量合格的沖 裁件 因此 沖裁件的結(jié)構(gòu)形狀 尺寸大小 精度等級 材料及厚度等是否符合沖裁 的工藝要求 對沖裁件質(zhì)量 模具壽命和生產(chǎn)效率有很大的影響 2 1 拉深件的結(jié)構(gòu)工藝性 2 1 1 制件的總體分析 工件名稱 端蓋 如圖 2 1 生產(chǎn)批量 大批量 筒形件沖壓成形工藝與模具設(shè)計 7 圖 2 1 落料拉深零件圖 材料 08 該沖壓件為圓筒形拉深件 拉深高度不高 沖壓件的材料為 08 鋼 拉深成形性能 比較好 又由于產(chǎn)品批量大 工序分散的單一工序生產(chǎn)不能滿足生產(chǎn)需要 應(yīng)考慮工 序集中的工序方法 綜合分析論證 采用落料拉深復合模 既能滿足生產(chǎn)量的要求 又能保證產(chǎn)品質(zhì)量和模具的合理性 零件材料為 08 鋼 有很良好的塑性 料厚為 1 5mm 屬薄料 沖壓性能好 零件的結(jié)構(gòu) 零件需要一次沖裁和一次拉深成型 零件的結(jié)構(gòu)比較對稱 沖壓性能 仍然很良好 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設(shè)計說明書 8 2 2 工藝方案的確定 工藝方案的內(nèi)容是確定沖裁件的工藝路線 主要包括確定工序數(shù) 工序的組合和工 序的順序安排等 應(yīng)在工藝分析的基礎(chǔ)上制定幾種可能的方案 再根據(jù)工件的批量 形狀 尺寸等方面的因素 全面考慮 綜合分析 選取一個較為合理的方案 沖裁工 序按工序的組合程度可分為單工序沖裁 復合沖裁和級進沖裁 復合沖裁是在壓力機的一次行程中 在模具的同一位置同時完成兩個或兩個以上的 工序 級進沖裁是把一個沖裁件的幾個工序 排列成一定順序 組成級進模 在壓力 機的一次行程中 模具的不同位置同時完成兩個或兩個以上的工序 除最初幾次行程 外 每次沖程都可以 方案一 先落料 再拉深 采取單工序模生產(chǎn) 方案二 落料 拉深 采用復合模生產(chǎn) 方案三 先拉深 再落料 采用級進模生產(chǎn) 方案一結(jié)構(gòu)簡單 需兩道工序 兩副模具才能完成 生產(chǎn)效率也低 從經(jīng)濟的角度 考慮不妥當 難以滿足大批量生產(chǎn)要求 方案三是一種多工位效率高的加工方法 但級進模輪廊尺寸較大 制造復雜 成本 較高 一般適用于大批量小型沖壓件 而且工作周期長 模具結(jié)構(gòu)復雜 生產(chǎn)成本過 高 綜上所述 由于產(chǎn)品批量大 工序分散的單一工序生產(chǎn)不滿足生產(chǎn)需要 應(yīng)采用方 案二 模具結(jié)構(gòu)緊湊 沖出的制件精度及生產(chǎn)效率都比較高 適合大批量生產(chǎn) 2 3 主要工藝參數(shù)的計算 2 3 1 毛坯尺寸計算 計算毛坯直徑 該工件為無凸緣圓筒形件 根據(jù)等面積原則 用解析法求毛坯直 徑 如圖 將工件分為三個簡單的幾何體 如圖 2 2 中的第 1 2 3 部分 按工件 厚度中心計算 筒形件沖壓成形工藝與模具設(shè)計 9 圖 2 2 零件圖 h 9 5mm d 43mm r 2 5mm 則毛坯直徑為 D 2 1 2 4 1 72 0 56 2 43 43 4 43 9 5 1 72 2 5 43 0 56 2 5 2 5 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設(shè)計說明書 10 mm 57 2 3 2 確定是否加修邊余量 根據(jù)沖壓件相對高度 9 542 50 221 5 所需要壓邊圈 2 4 確定拉深系數(shù) 根據(jù)沖壓件的相對高度和坯料的相對厚度的大小查表確定拉深系數(shù) 相對高度 相對厚度 0 22 1 75 查手冊可知 由于沖壓件相對高度 0 22 遠遠小于一次拉深時相對高度 0 94 0 77 則可一次拉深成形 2 5 排樣及材料的利用率 2 5 1 毛坯排樣設(shè)計 在進行模具設(shè)計時 首先先要設(shè)計條料排樣圖 條料排樣圖的設(shè)計是模具設(shè)計時的 重要依據(jù)模具條料排樣圖設(shè)計的好壞 對模具設(shè)計的影響是很大的 排樣圖設(shè)計錯誤 會導致制造出來的模具無法沖制零件 條料排樣圖一但確定 也就確定了被沖制零件 筒形件沖壓成形工藝與模具設(shè)計 11 各部分在模具中的沖制順序 模具的工位數(shù) 零件的排樣方法 模具的步距的公稱尺 寸 條料解體的設(shè)計形式等一系列問題 在本模具中 排樣設(shè)計總的原則是先進行沖 切廢料 然后拉深 最后切斷 并且考慮模具的強度 剛度 結(jié)構(gòu)的合理性 沖裁件在條料 帶料或板料上的布置方法叫排樣 排樣合理就能用同樣的條料沖出 更多的零件來 降低材料的消耗 大批量生產(chǎn)時 材料費用一般占沖裁件的成本的 60 以上 因此 材料的經(jīng)濟利用是一個重要的問題 特別對貴重的有色金屬 材料的合 理與否將影響到材料的經(jīng)濟利用 沖裁質(zhì)量 生產(chǎn)效率 模具結(jié)構(gòu)與壽命 生產(chǎn)操作 方便與安全等 排樣的意義就在于保證用最低的材料消耗和最高的勞動生產(chǎn)率得到合格的零件 毛坯在板料上可以截取的方位很多 這也就決定了毛坯排樣方案的多樣性 典型毛坯排樣 單排 斜排 對排 無廢料排樣 多排 混合排 根據(jù)該沖壓件的 形狀特征 采用單排排樣 采用這種毛坯排樣的模具結(jié)構(gòu)的相對簡單 模具制造較為 方便 2 5 2 條料搭邊值的確定 搭邊是指排樣時零件之間以及零件與條料側(cè)邊制件留下的剩料 其作用是使條料定 位 保證零的質(zhì)量和精度 補償定位誤差 確保沖出合格的零件 并使條料有一定的 剛度 不拉深 便于送進 并能使沖模的壽命得到提高 如圖 2 3 所示 圖 2 3 排樣圖 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設(shè)計說明書 12 查設(shè)計資料選擇搭邊值 a a 1 5mm 2 5 3 條料的寬度與步距 條料寬度 b D 2a 2 2 57 2 1 5 mm 60 0 0 01 步距 沖裁模的步距是確定條料在模具中每送進一次 所需要向前移動的固定距離 步距的精度直接影響到?jīng)_件的精度 設(shè)計連續(xù)模時 要合理的確定步距的基本尺寸和 精度 步距的基本尺寸就是模具中相鄰工位的距離 連續(xù)模任何相鄰的兩個工位距離 都必須相等 此次設(shè)計的條料為單排 步距的基本尺寸等于沖壓件的外形輪廊尺寸和兩沖壓件間 的搭邊寬度之和 2 5 4 送料步距的確定 為了節(jié)約材料 應(yīng)合理的選擇搭邊值 搭邊值過小 會使作用在凸模側(cè)表面上的方 向應(yīng)力沿切口分布不均 降低沖裁質(zhì)量和模具壽命 所以必須使搭邊值的最小寬度大 于沖裁時塑性變形區(qū)的寬度 一般可以取材料的厚度 若搭邊值小于材料的厚度 沖 裁時搭邊可能被拉斷 有時還會被拉入到凸凹模間隙中 使零件產(chǎn)生毛刺 甚至損壞 模具刃口 搭邊值的大小與材料的性能 零件的外形尺寸 材料的厚度 送料及擋料的方卸料 的方式有關(guān) 硬材料的搭邊值可以小一些 軟材料和脆材料的搭邊值可以大一些 零 件尺寸大或者有尖凸時 搭邊值應(yīng)答一些 厚材料的搭邊值取大一些 送料進距 s D a 2 3 57 1 5 58 5mm 板料規(guī)格的選用 1 500 1500 每張鋼板裁板條數(shù) 為了操作方便 采用橫裁 1500 57 26 每條裁板上的沖壓件數(shù) 2 4 筒形件沖壓成形工藝與模具設(shè)計 13 50058 5 個 8 每張鋼板上的沖壓件總數(shù) 2 5 26 8 個 208 板料的利用率 2 6 24 100 91 3 14 57 574 500 1500 100 71 2 6 相關(guān)計算 2 6 1 沖壓工藝力的計算 工藝計算是模具設(shè)計的基礎(chǔ) 只有正確的計算出各道工序的凸凹模尺寸 沖壓力 毛坯尺寸等 才能設(shè)計出正確的模具 而且是選用壓力機 模具設(shè)計以及強度校核的 重要依據(jù) 為了充分發(fā)揮壓力機的潛力 避免因超載而損壞壓力機 所以計算是非常 必要的 2 6 2 沖裁力的計算 沖裁力是沖裁力 卸料力 推件力和頂料力的總稱 沖裁力是凸模和凹模相對運動使工件與板料分離所需要的力 他與板料的厚度 工 件的周長 板料的力學性能等參數(shù)有關(guān) 沖裁力是設(shè)計模具 選擇壓力機的重要參數(shù) 計算沖裁力的大小是為了合理的利用沖壓設(shè)備和設(shè)計模具 選用沖壓設(shè)備的標稱壓力 必須大于所計算的沖裁力 所設(shè)計的模具必須能過傳遞和承受所計算的沖壓力 以便 適應(yīng)沖裁的要求 表 2 1 沖裁力的計算 河南機電高等專科學校畢業(yè)設(shè)計說明書 14 類別 計算公式 結(jié)論 落料力 落 1 3 1 3 3 14 57 320 1 74455 68 74 表示材料抗剪 強 度 08鋼 260 360 取 320 落 74 5 卸料力 卸 卸 落 0 04 74 5 2 98 卸 2 98 拉深力 拉 0 45 3 14 43 1 400 24303 6 24 3 式中 k 為修正系數(shù) k 0 45 為 材料的 強 度極限 08鋼 324 441 取 400 拉 24 3 總沖壓力 總 落 卸 拉 74 5 2 98 24 3 101 78 總 101 8 2 6 3 沖壓設(shè)備的選擇 沖壓設(shè)備的選擇是沖壓工藝過程設(shè)計的一項重要內(nèi)容 它直接關(guān)系到設(shè)備的安全 和使用的合理 同時也關(guān)系到?jīng)_壓工藝過程的順利完成及產(chǎn)品質(zhì)量 零件精度 生產(chǎn) 效率 模具壽命 板料的性能與規(guī)格 成本的高低等一系列重要問題 為使壓力機能安全工作 取 2 7 壓 機 1 6 1 8 總 筒形件沖壓成形工藝與模具設(shè)計 15 1 7 101 78 173 026 故選 250KN 的開式壓力機 其主要技術(shù)參數(shù)如下 公稱壓力 250KN 工作臺墊板孔尺寸 260 滑塊行程 75mm 模柄孔尺寸 40 60 最大封閉高度 260mm 工作臺墊板厚度 50mm 封閉高度調(diào)節(jié)量 55mm 工作臺尺寸 370mm 560mm 2 7 壓力中心的計算 沖壓力合力的作用點稱為沖模壓力中心 沖模壓力中心應(yīng)盡可能和模柄的軸線以及 和壓力機滑塊的中心線重合 以便使沖模穩(wěn)定的工作 減少導向機構(gòu)滑塊件之間的磨 損 提高運動精度以及模具和壓力機的壽命 沖模壓力中心線的求法 采用求平衡力系合力作用點的方法 由于絕大部分沖裁件 沿沖裁輪廊的斷面厚度不變 輪廊各部分的沖裁力與輪廊長度成正比 所以 求合力 作用點可轉(zhuǎn)化為求輪廊線的重心 具體的方法如下 1 按比例畫出沖壓輪廊線 選定直角坐標系 2 把圖形分成幾部分 計算出各部分的長度 求出各部分重心位置的坐標值 3 求出沖壓力中心的坐標值 由于該零件形狀對稱 所以壓力中心在該零件的中心 上 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設(shè)計說明書 16 3 模具結(jié)構(gòu)的確定 3 1 模具的形式 復合模又可以分為正式和倒裝式 1 正式復合模具的特點 沖出的工件表面比較 平直 為后續(xù)加工提供條件 2 倒裝式復合模具的特點 操作方便 應(yīng)用很廣 但工 作表面平直度較差 凸凹模承受的張力較大 因此凸凹模的壁厚應(yīng)嚴格控制 以免強 度不足 3 1 1 定位裝置 采用固定式擋料銷縱向定位 固定擋料銷其結(jié)構(gòu)簡單 制造容易 工作很方便 3 1 2 卸料裝置 設(shè)計卸料裝置的目的是沖裁后將卡在凸模外 凹模內(nèi)的工件或廢料卸掉 保證下次 沖裁順利進行 一般有彈性卸料裝置 剛性卸料裝置 廢料切刀三種形式 本設(shè)計采 用彈性卸料裝置 固定卸料板的外形尺寸一般與凹模板相同 其厚度可取凹模厚度的 0 8 1 倍 工件卸除 采用打料裝置將工件從落料凹模中推下 落在模具表面上 3 1 3 導向零件 導向零件有許多種 如用導板導向 則在模具上安裝不便而且阻擋操作者視線 所以不采用 若用滾珠式導柱導套進行導向 雖然導向精度高 壽命長 但結(jié)構(gòu)比較 復雜 所以不采用 針對本次加工的產(chǎn)品的精度要求不高 采用滑動式導柱導套極限 導向即可 而且模具在壓力機上的安裝比較簡單 操作又方便 還可以降低成本 3 1 4 送進導向零件 送進導向零件有導料銷 導料板 承料板等 本設(shè)計采用導料銷作為送進導向零件 導料銷一般有兩個 設(shè)在條料的同側(cè) 條料沿著兩個導料銷確定的直線送進 從右向 筒形件沖壓成形工藝與模具設(shè)計 17 左送料時 導料銷在后側(cè) 從前向后送料時 導料銷在左側(cè) 固定導料銷一般設(shè)在凹 模面上 活動導料銷一般設(shè)在彈壓卸料板上 導料螺釘一般設(shè)在固定板或下模座平面 上 3 1 5 模架 模架是由上下模座 模柄及導向裝置 最常用的是導柱導套 組成 標準模架中 應(yīng)用最廣泛的是導柱 導套作為導向裝置的模架 根據(jù)導柱導套配 置不同 模架分為四種基本形式 對角導柱模架 后側(cè)導柱模架 中間導柱模架 四 導柱模架 若采用中間導柱模架 則導柱對稱分布 受力平衡 滑動平穩(wěn) 拔模方便 但是只能 一個方向送料 若采用對角導柱模架 則受力平衡 滑動平穩(wěn) 可以縱向和橫向送料 若采用后側(cè)導柱模架 則可分為三方向送料 操作者視線不被阻擋 結(jié)構(gòu)比較緊湊 但是受力不平衡 滑動不平穩(wěn) 綜合考慮 采用后側(cè)導柱模架 3 2 模具零件主要工作部分尺寸計算 3 2 1 沖裁工序 工件尺寸精度查公差表均為 IT14 級 查表的 X 0 5 0 14 0 10mm 凸模制造精度采用 IT6 級 凹模制造精度采用 0 04 IT7 級 3 2 2 拉深工序 工件未注公差 按 IT14 級 凸凹模的制造精度采用 IT9 級 拉深單邊間隙 表 3 1 1 1 模具零件主要工作部分計算 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設(shè)計說明書 18 沖壓性質(zhì) 零件尺寸 計算公式 凹模尺寸 凸模尺寸 落料 510 0 1 查表得 凸 0 03 凹 0 02 凹 凸 0 03 0 02 0 05 凹 凹0 57 0 5 0 1 0 030 56 95 0 030 凸 凹 0 凸 56 95 0 01 0 0 02 56 85 0 0 02 由于 不滿足 凹 凸 間隙公差條件 應(yīng)縮小 提高 凹 凸 制造精度 才能保證間隙在合理范 圍內(nèi) 取 凸 0 016 凹 0 6 0 024 故 凹 56 95 0 040 凸 56 850 0 016 凹 56 95 0 0240 凸 56 850 0 016 凸凹模制造公差按 IT9 級制造 查 表得 0 087mm 凸 凹 凹 0 75 凹0 凹 凸 41 150 0 087 筒形件沖壓成形工藝與模具設(shè)計 19 3 2 3 凹模外形尺寸的確定 凹模厚度的確定 H kb H 其中 b 為最大型孔的寬度尺寸 取 15 57mm k 為系數(shù) 查沖壓設(shè)計手冊 取 0 28 則 H 0 25 57 15 96mm 查表確定凹模厚度 H 22mm 凹模長度的確定 L l 2c l 是沿凹模長度方向刃口型孔的最大距離 查表確定 c 取 30mm 則 L 57 60 117mm 凹模寬的確定 B b 2c b 是沿凹模寬度方向刃口型孔的最大距離 查表確定 c 取 30mm 則 B 57 60 117mm 凹模采用螺釘和銷釘直接固定在凹模固定板上 凹模的刃口為直筒式 這種刃口 為直筒式 這種刃口的強度高 修磨后刃口尺寸不變 3 2 4 刃壁高度 垂直于凹模平面的刃壁 其高度 可以按下列規(guī)則計算 0 沖件料厚 t 3 0 6 沖件料厚 t 3 0 所以 取 0 6 3 2 5 拉深凸模輪廊尺寸的確定 根據(jù)零件的形狀可以選擇圓形凸模 刃口采用平刃 凸模的固定方法采用臺肩固定 拉深 440 0 87 44 0 75 0 87 0 0870 43 35 0 870 凸 凹 0 凸 43 35 2 1 1 1 0 0 087 41 150 0 087 43 35 0 0870 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設(shè)計說明書 20 凸模與凸模固定板的配合部分按過度配合 制造 7 6 3 2 6 拉深凸模的長度計算 凸模固定板的厚度一般取凹模厚度的 0 6 0 8 倍 所以經(jīng)計算取 h 15mm 本設(shè)計采 用剛性卸料板 查表取其厚度為 h 12mm 導料板厚度 h 取決于導料方式和板料厚度 因為采用固定擋料銷 所以查表得 h 4mm 則 凸模長度 L h 為附加長度 主要考慮凸模進入凹模的深度 1 2 3 0 5mm 1mm 以及模具閉合狀態(tài)下卸料板到凸模固定板的安全距離 15mm 20mm 等因素 所以 L 4 12 15 19 50mm 3 2 7 彈性元件的設(shè)計計算 為了得到平整的工件 此模具采用彈壓卸料結(jié)構(gòu) 使條料在落料和拉深過程始終處 在一個穩(wěn)定的壓力作用之下 從而改善毛坯的穩(wěn)定性 避免材料在切向應(yīng)力的作用下 起皺的可能 橡膠在這個過程中起卸料和壓力料的作用 在模具裝配時按模具空間大 小確定 為保證橡膠墊墊不過早失去彈性而破壞 一般取自由高度的 35 45 橡膠墊 的預縮量一般取自由高度的 10 15 3 3 主要零部件的選擇 3 3 1 卸料板的選擇 卸料板的選擇是根據(jù)凸凹模的外形尺寸來確定的 即 125 125 12 3 3 2 固定板的選擇 凸模固定板的作用是將凸?；蛲拱寄９潭ㄔ谏夏Ｗ蛳履Ｗ恼_位置上 本設(shè) 計凸模固定板采用方形板件 外形尺寸通常與凹模一致 厚度可取凹模厚度 0 6 0 8 倍 固定板與凸模或凸凹模之間為 配合 壓裝后應(yīng)將凸模端面與固定板 7 6或 7 6 筒形件沖壓成形工藝與模具設(shè)計 21 一起磨平 h 0 6 0 8 22 3 1 13 2 17 6mm 所以 取 15mm 平面尺寸為 固定板材料選用 Q235 鋼制造 無需熱處理淬硬125 125 15 3 3 3 推件裝置的選擇 推件裝置主要是剛性推件裝置和彈性推件裝置兩種 一般剛性推件裝置用的較多 基本零件有 推桿 推板 連接推桿和推件塊 有的剛性推件裝置由推桿直接推動推 件塊 甚至直接由推桿推件 剛性推件裝置裝于上模部分 在沖壓結(jié)束后上?；爻虝r 利用壓力機滑塊上的打料橫桿 撞擊上模內(nèi)的推桿 推桿傳給推件板 將凹模內(nèi)的工 件推出 其推件力大而且可靠 推板長短要一致 分布要均勻 推板要有足夠的剛度 一般裝在上模座的孔內(nèi) 本設(shè)計采用剛性推件裝置 由推桿直接推動推件塊使制件推 出 3 3 4 頂件裝置的選用 頂件裝置一般是彈性的 由頂桿頂件塊和裝在下模底下的彈頂器組成 彈頂器可 以做成通用的 其彈性元件是彈簧和橡皮 大型壓力機本身有氣墊作為彈頂器 模具 采用這種結(jié)構(gòu)能使沖裁件具有較高的平直度 此設(shè)計采用頂桿 使包在凸模上的制件在氣墊的推動下由壓邊圈頂出 3 3 5 壓邊裝置的選擇 目前 在生產(chǎn)實際中常用的壓邊裝置有以下兩大類 1 彈性壓邊裝置 這種壓邊裝 置多用于普通沖床 通常有三種結(jié)構(gòu)形式 橡皮壓邊裝置 彈簧壓邊裝置 氣墊式壓 邊裝置 2 剛性壓邊裝置 這種結(jié)構(gòu)用于雙動壓力機 凸模裝在壓力機的內(nèi)滑塊上 壓邊裝置裝在外滑塊上 在拉深過程中 外滑塊保持不動 所以其剛性壓邊力不隨行 程變化 拉伸效果好 模具結(jié)構(gòu)簡單 綜合考慮 本設(shè)計采用剛性壓邊裝置 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設(shè)計說明書 22 4 標準件的選用 4 1 模架的選擇 根據(jù)凹模的周界尺寸選擇模架 因此 選擇 I 級精度的后側(cè)導柱模架 模架 材料 HT200 125 125 120 150 以及上模座尺寸 為 125 125 30 2855 5 數(shù)量 1 下模座尺寸為 材料 HT200 數(shù)量 1 查125 125 35 2855 6 沖 壓 模具 設(shè)計 手冊 表 10 29 注意 1 模座的上下表面平行度應(yīng)達到要求 平行度公差一般為 4 級 2 上下模座到導柱導套安裝孔距離一般一致 精度一般要求在 以下 模 0 02 座的導柱 導套安裝孔的軸線應(yīng)與模座的上下平面垂直 安裝滑動式導柱和導套時 垂直度公差一般為 4 級 3 模座的上下表面的粗糙度 Ra 值為 1 6 0 8um 在保證平行度的前提下 可允許 Ra 值降低為 3 2 1 6um 4 2 導柱導套的選擇 根據(jù)模架的選取 選擇導柱 導套 22 110 22 80 28 其中導柱和導套一般采用過盈配合 分別壓入模座和上模座的安裝孔內(nèi) 導柱導套 7 6 之間采用 的間隙配合 其配合間隙小于沖裁間隙 為了增加表面硬度和耐磨性 7 6 應(yīng)進行表面滲碳處理 滲碳后的淬火硬度為 58 62HRC 筒形件沖壓成形工藝與模具設(shè)計 23 4 3 模柄的選用 根據(jù)實際情況 查 表 10 45 可知 選用 B 型凸緣模柄 凸緣 沖 壓 模具手冊 式模柄用 3 4 個螺釘緊固于上模座 模柄的凸緣與上模座的孔采用 的過渡配合 7 6 這種模柄多用于大型的模具或上模座中開設(shè)推板孔的中小型模具 4 4 擋料銷的選用 根據(jù)沖壓件的工藝性選擇 B 型固定擋料銷 材料 45 數(shù)量 1 熱處理硬度 43 48HRC 這種擋料銷的結(jié)構(gòu)簡單 制造容易 廣泛的用于中小型沖裁件的擋料定距 4 5 螺釘與銷釘?shù)倪x擇 沖模中用到的緊固件主要是螺釘和銷釘 其中螺釘起連接固定作用 銷釘起定位 作用 螺釘和銷釘都是標準件 沖模中廣泛的使用螺釘是內(nèi)六角螺釘 緊固牢靠 螺 釘頭不外露且模具外形美觀 銷釘常用圓柱銷 模具設(shè)計時 螺釘和銷釘選用應(yīng)注意以下幾點 1 同一組合中 螺釘?shù)臄?shù)量一般不少于 3 個 對中小型沖模 被連接件為圓形是用 3 6 個 并盡量沿被連接件的外緣均勻分布 銷釘?shù)臄?shù)量一般都為兩個 且盡量遠距離 錯開分布 以保證定位可靠 2 銷釘?shù)墓Q直徑可按與螺釘大徑相同或小一規(guī)格來選取 螺釘?shù)男肷疃群弯N釘 的配合深度都不能太淺 也不能太深 一般取公稱直徑的 1 5 2 倍 3 螺釘之間 螺釘與銷釘之間的距離 螺釘 銷釘距凹模刃口及外緣的距離 均不 應(yīng)過小 以防降低模具強度 4 各被連接件的銷孔應(yīng)配合加工 以保證位置精度 銷釘與銷孔之間采用 配合 7 6或 7 6 查表選取 螺釘 圓柱銷 8 45 數(shù)量 為 兩個 5 40 數(shù)量 為 一個 5 20 數(shù)量 為 兩個 銷釘孔與銷釘采用 的 10 60 材料 為鋼 數(shù)量一個 10 50 數(shù)量一個 7 6 過渡配合 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設(shè)計說明書 24 5 模具的裝配和模具的制造注意事項 5 1 模具的裝調(diào) 復合模一般以凸凹模作為裝配基件 其裝配順序為 1 裝配模架 導套與上模座采 用 配合 導柱與下模座采用 基軸制配合 2 裝配凸凹模組件 凸凹模及其 7 6 7 6 固定板 和凸模組件 凸模及其固定板 3 將凸凹模組件用螺釘和銷釘安裝固定在指 定模座 正裝式復合模為上模座 倒裝式復合模為下模座 的相應(yīng)位置上 4 以凸凹 模為基準 將凸模組件及凹模初步固定在另一模座上 調(diào)整凸模組件及凹模的位置 使凸模刃口分別與凸凹模的內(nèi)外刃口配合 并保證配合間隙均勻后緊固凸模組件與凹 模 5 試沖檢查合格后 將凸模組件 凹模和相應(yīng)模座一起鉆鉸銷孔 6 卸開上下模 安裝相應(yīng)的定位 卸料 推件或頂出零件 再重新組裝上下模 并用螺釘和定位銷緊 固 5 1 1 凸凹模裝配 裝配前仔細檢查各凹模形狀及尺寸以及凹模型孔 是否符合圖紙要求尺寸精度 形狀 將各模分別于相應(yīng)的凹模孔相配 檢查其間隙是否加工均勻 不合適者應(yīng)重新 修?；蚋鼡Q 5 1 2 凸模裝配 以凹?？锥ㄎ?將凸模壓入凸模固定板的型孔中 并擠緊牢固 5 1 3 裝配下模 在下模座畫上中心線 按中心預裝凹模 導料板 在下模座 導料板上 用已經(jīng) 加工好的凹模分別確定其螺孔位置 并分別鉆孔攻絲 將下模座 導料板 凹模 固 定擋料銷裝在一起 并用螺釘緊固 打入銷釘 筒形件沖壓成形工藝與模具設(shè)計 25 5 1 4 裝配上模 在已經(jīng)裝好的下模上放等高墊鐵 再在凸凹模中放入 0 12mm 的紙片 然后將凹模 與固定板組合裝入凹模 預裝上模座 劃線與凸模固定板相應(yīng)螺孔 銷孔位置并鉆鉸 螺孔 銷孔 用螺釘將凸凹模 墊板 上模座連接在一起 但不要擰緊 將彈性卸料 板裝置安裝在以裝入的凸凹模上 裝上墊圈和卸料螺釘 并調(diào)節(jié) 復查凸凹模與各個 零件的問題并調(diào)整合適后 緊固螺釘切紙檢查 合適后打入銷釘 5 1 5 模具總裝圖 河南機電高等專科學校畢業(yè)設(shè)計說明書 26 圖 5 1 落料拉深復合?？傃b配圖 5 2 試沖與調(diào)整 裝機試沖并根據(jù)試沖結(jié)果作相應(yīng)調(diào)整 沖模中凸凹模之間的間隙大小及其均勻程 度是直接影響沖件的質(zhì)量和模具使用壽命的主要因素之一 因此 在制造沖模時 必 須要保證凸凹模間隙的大小及均勻一致性 通常 凸凹模間隙的大小是根據(jù)設(shè)計要求 在凸凹模加工時保證 而凸凹模之間間隙的均勻性則是在模具裝配時保證的 沖模裝配時調(diào)整凸凹模間隙的方法很多 需根據(jù)沖模的結(jié)構(gòu)特點 間隙值得大小 和裝配條件來確定 這里用墊片法來調(diào)整 墊片法是利用厚度與凸凹模單面間隙相等的墊片來調(diào)整間隙 是簡便而常用的一 種方法 其方法如下 1 按圖樣要求組裝上模與下模 其中一般上模只用螺釘稍微擰緊 下模用螺釘和銷 釘緊固 2 在凹模刃口四周墊入厚薄均勻 厚度等于凸凹模單面間隙的墊片 金屬片或紙片 再將上下模合模 使凸模進入相應(yīng)的凹模孔內(nèi) 并用等高墊鐵墊起 筒形件沖壓成形工藝與模具設(shè)計 27 3 觀察凸模能否順利進入凹模 并與墊片能否有良好的接觸 若在某方向上與墊片 接觸的松緊程度相差較大 表明間隙不均勻 這時可用手錘輕輕敲打凸模固定板 使 之調(diào)整到凸模在各個方向與凹?？變?nèi)墊片的松緊程度一致為止 4 調(diào)整合適后 再將上模用螺釘緊固 并配裝銷釘孔 打入定位銷 5 2 1 模具零件的制造需要注意的事項 a 全面清理和初檢已經(jīng)準備好的標準件 原料毛坯等 b 清理和整理在加工過程中需要用到的刀具 夾具和工具 c 估計每個模具零件的加工工時 制定加工生產(chǎn)中的生產(chǎn)計劃 d 根據(jù)模具零件的圖紙和加工工藝過程逐一加工每個模具零件 e 檢驗加工出的模具零件是否符合要求 總 結(jié) 大學三年的學習即將結(jié)束 畢業(yè)設(shè)計是其中最后一個實踐環(huán)節(jié) 是對以前所學的 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設(shè)計說明書 28 知識及所掌握的技能的綜合運用和檢驗 隨著我國經(jīng)濟的迅速發(fā)展 采用模具的生產(chǎn) 技術(shù)得到愈來愈廣泛的應(yīng)用 在完成大學三年的課程學習和課程 生產(chǎn)實習 我熟練 地掌握了機械制圖 機械設(shè)計 機械原理等專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課方面的知識 對機械 制造 加工的工藝有了一個系統(tǒng) 全面的理解 達到了學習的目的 對于模具設(shè)計這 個實踐性非常強的設(shè)計課題 我們進行了大量的實習 經(jīng)過在新飛電器有限公司 在 洛陽中國一拖的生產(chǎn)實習 我對于冷沖模具 塑料模具的設(shè)計步驟有了一個全新的認 識 豐富和加深了對各種模具的結(jié)構(gòu)和動作過程方面的知識 而對于模具的制造工藝 更是有了全新的理解 在指導老師的細心指導下和在工廠師傅的講解下 我們對于模 具的設(shè)計和制造工藝有了系統(tǒng)而深刻的認識 同時在實習現(xiàn)場親手拆裝了一些典型的 模具實體并查閱了很多相關(guān)資料 通過這些實踐 我們熟練掌握了模具的一般工作原 理 制造 加工工藝 通過在圖書館借閱相關(guān)手冊和書籍 更系統(tǒng)而全面了細節(jié)問題 鍛煉了縝密的思維和使我們初步具備了設(shè)計工作者應(yīng)有的素質(zhì) 設(shè)計中 將充分利用 和查閱各種資料 并與同學進行充分討論 盡最大努力搞好本次畢業(yè)設(shè)計 在設(shè)計的 過程中 將有一定的困難 但有指導老師的悉心指導和自己的努力 相信會完滿的完 成畢業(yè)設(shè)計任務(wù) 由于學生水平有限 而且缺乏經(jīng)驗 設(shè)計中不妥之處在所難免 肯 請各位老師指正 感 謝 首先感謝我的導師文秀海老師 他對我的仔細審閱了本文的全部內(nèi)容并對我的畢 業(yè)設(shè)計內(nèi)容提出了許多建設(shè)性的意見 文秀海老師淵博的知識 誠懇的為人 使我受 益匪淺 在畢業(yè)設(shè)計的過程中 特別是遇到困難時 他給了我鼓勵和幫助 在這里我 向他表示真誠的感謝 感謝母校 河南機電高等專科學校的辛勤培育之恩 感謝材料工程系給我提供 的良好學習及實踐環(huán)境 使我學到了許多新的知識 掌握了一定的操作技能 筒形件沖壓成形工藝與模具設(shè)計 29 感謝和我在一起進行課題研究的同窗陳科萌同學 和他在一起討論 研究使我受 益非淺 最后 我非常慶幸在三年的的學習 生活中認識了很多可敬的老師和可親的同學 并感激師友的教誨和幫助 參考文獻 1 王孝培 沖壓手冊 M 北京 機械工業(yè)出版社 1990 2 趙志偉等 模具發(fā)展現(xiàn)狀 J 模具制造 2007 3 原紅玲 沖壓工藝與模具設(shè)計 M 北京 機械工藝出版社 2008 8 4 翟德梅 段維峰 模具制造技術(shù) M 北京 化學工業(yè)出版社 2005 5 5 廖偉 沖壓設(shè)計技法之典型實例解析 M 北京 化學工業(yè)出版社 2012 9 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設(shè)計說明書 30