U型連接件模具設計畢業(yè)設計

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1、閩南理工學院畢業(yè)設計 U型連接件模具設計 目錄 第1章 緒 論 3 第2章 設計題目 7 第3章 工藝分析 8 3.1 技術分析 8 3.1.1 沖裁的結構工藝性 8 3.1.2 彎曲的結構工藝性 9 3.2 經濟分析 10 3.2.1 沖壓件成本分析 11 3.2.2 降低制造成本的措施 12 3.3 結構連接件的工藝分析 13 3.3.1 材料 13 3.3.2 零件結構 13 3.3.3 尺寸精度 13 第4章 制定工藝方案 15 4.1 工藝方案的分析 15 4.1.1 修邊余量 15 4.1.2 計算毛坯

2、尺寸 16 4.1.3 確定彎曲次數(shù)（采用查圖法） 16 4.2 工藝方案的確定 16 第5章 工藝計算 18 5.1 材料排樣及材料利用率的計算 18 5.1.1 材料排樣的選用原則 18 5.1.2 確定板料規(guī)格和裁料方式 18 5.2 沖壓力的計算及設備的選擇 19 5.2.1 落料 19 5.2.2 彎曲 20 5.2.3 沖孔 21 5.2.4 沖壓設備的選擇 21 5.3 模具壓力中心的計算 23 5.4 模具刃口尺寸和公差確定 24 5.4.1 坯料沖裁間隙的確定 24 5.4.2 落料刃口尺寸的計算 25 5.4.3

3、彎曲工序工作部分的尺寸及間隙 26 5.4.4 沖孔刃口尺寸的計算 28 第6章 模具結構合理性分析 29 6.1 模具結構圖 29 6.2 模具的工作過程 30 第7章 模具主要零件結構設計 32 7.1 彈性元件的設計 32 7.1.1 彈簧的設計計算 32 7.1.2 卸料橡膠的設計計算 33 7.2 模架的選擇 33 7.3 工作零件的設計 34 7.3.1 凹模刃口的結構型式確定 34 結 論 35 致 謝 36 參考文獻 37 第1章 緒 論 作為一個即將畢業(yè)的材料專業(yè)模具

4、方向學生來說，４年專業(yè)知識的學習，為以后從事沖壓模具設計打下了良好的基礎。同時在校時了解模具行業(yè)的發(fā)展趨勢也是很有必要的,它有助于我們把握自己的學習方向，不斷提高自己的專業(yè)素養(yǎng)。 近年中國經濟快速增長。各行各業(yè)快速發(fā)展，帶動模具市場的持續(xù)的快速發(fā)展。模具市場內最廣的板塊是汽車。汽車工業(yè)歷經了2002年到2003年持續(xù)兩年“井噴式”發(fā)展以后，2004年銷售量和產量分別增長15.5%和14.11%，發(fā)展仍很快，模具市場中第二大板塊是信息和電子產業(yè)。該產業(yè)近年來一直快速運營，年增長率有20%以上。中國的微波爐、玩具、自行車分別占全世界市場份額的50%、70%和60%。中國的電視機、影印機、個人電腦

5、和空調器分別占全世界市場份額的1/3、2/3和2/5。冰箱已經占了20%。這些產品制造業(yè)全是模具的大用戶。在此情形之下，在中國模具工業(yè)快速發(fā)展已必然所趨。 中國已經進入WTO，在挑戰(zhàn)與機遇并存中，機遇大于挑戰(zhàn)是中國模具工業(yè)面臨的形勢。因此，一方面是模具的進出口快速發(fā)展，另一方面是外資大量進入模具行業(yè)。產生效應。1是外資給帶來了資金，和帶來了市場與技術；2是外資企業(yè)處于優(yōu)勢地位在市場中。此兩方面效應也促進模具工業(yè)的高速發(fā)展，包括模具產品的數(shù)量、質量、品種和水平。近年來，國家產業(yè)政策也一直把模具列為支持的產品，把模具工業(yè)列為需要扶持的行業(yè)。正確的產業(yè)政策產生了正確的引導作用，也促進模具工業(yè)的快

6、速發(fā)展和模具市場的繁榮昌盛。 1.1 我國模具市場的發(fā)展趨勢 當代模具工業(yè)有“不衰亡工業(yè)”之稱。世界模具市場大多數(shù)供不應求，市場需要量維持在六百億至六百五十億美元，同時，我國也迎來了新一輪的發(fā)展機遇的模具產業(yè)。近幾年，我國模具產業(yè)保持13%的年增長率總產值（據不全面統(tǒng)計，2004年國內模具進口總值達到600多億，同時，將近200個億的出口），2005年模具產值超過600億元，模具和模具標準件出口將從現(xiàn)在的每年9000多萬美元增長到2005年的2億美元上下。單就汽車產業(yè)來說，一個型號的汽車所需模具要幾千副，價值上億元，且汽車換車型時約有80%的模具需也要更換。另外，通訊和電子產品對模具的需求

7、也是很大，在發(fā)達國家已經占到模具市場總和的20%之多。 模具的服務面很是廣闊，所以模具的樣式也十分繁雜。由于用戶對產品美觀和質量的要求，這幾年隨著壓鑄件和塑料制品使用越來越多，壓鑄模和塑料模的產量也一年比一年多，其在模具總量中的比值也在漸漸提高。2001年至2004年四年間，壓鑄模和塑料模在模具總量中的比例分別提升了約0.6個和約2個百分點。因為高速公路的高速發(fā)展，橡膠輪胎的子午化率不斷提高，因而近年來子午線輪胎模具發(fā)展很快。廣東揭陽和膠東半島是子午線輪胎模具最為集中的地區(qū)，一些企業(yè)的子午線輪胎模具年銷售額已超過1億元，有的已超過2億元，形成了一定的規(guī)模效應。 模具標準件是模具的基礎，

8、可減少生產周期、提高質量和降低成本，因此這幾年模具標準件使用覆蓋率一直提高，產量也就不斷增加?，F(xiàn)在，年銷售額在億元以上模具標準件生產企業(yè)也有不少，最大已經超過10億元。模具標準件的樣品也一直增加，質量也一直在提升。由于因為生產模具標準件門坎比較低，所以小規(guī)模私營企業(yè)有很多，之中一些企業(yè)生產條件非常簡陋，原材料采購也不把關，過多地計較成本和價格，這使產品質量下降，不僅影響模具質量，又對市場造成沖擊，在模具市場上發(fā)出了少些不協(xié)調的聲音。 服務、質量、價格、周期，四大要素是模具銷售的。在日前的模具市場中，周期越來越重要。模具材料不斷增長價，工資不斷增長，模具價格大多的卻是不漲降價，所以壓縮了模具

9、生產企業(yè)利潤空間。為了發(fā)展與生存，近年更加注重管理改善和技術進步。這些也都使得了模具市場的健康發(fā)展。因為中低檔的模具競爭劇烈，中高檔的模具市場空間也相對較廣，這樣，長壽命、大型、復雜、精密等技術含量高的中高檔的模具的極高發(fā)展速度，自然也就高于模具行業(yè)的發(fā)展的速度。從而促進了模具市場的產品和技術結構向著合理化方向發(fā)展，使得模具市場能更是繁榮。 廣東省是我國目前的模具第一大省，以三資企業(yè)為主體的廣東模具市場，目前占我國模具總產值的4成以上。以私營企業(yè)為主體的浙江省模具生產排名我國第二。上海和江蘇，近年來模具生產發(fā)展非?？?，市場份額正逐年增長。遼寧、山東、福建、安徽、天津近年的發(fā)展情況相對較好，而

10、中部和西部地區(qū)的大部分省份，其發(fā)展的速度就相對慢些?？偲饋碚f，珠江三角洲和長江三角洲是我國模具市場發(fā)展最為集中的兩大地區(qū)。 　　2005年我國經濟總體上仍保持著高速發(fā)展的走勢，模具主要用戶行業(yè)的發(fā)展速度大都能達到15%以上。因此，2005年我國模具市場的增長率也在15%以上，也就是說，2005年我國模具的總產值超過600億元人民幣。用一句話來概括我國模具市場的近況，那就是“平穩(wěn)向上，產需兩旺”。 　　“十一五”期間（2006～2010年）我國模具市場的發(fā)展速度可能比“十五”期間慢一些，但預計年平均增長率也會達到兩位數(shù)，其最大可能是10%～12%，這一預計速度應該說是比較保守的。 1.2

11、模具技術的發(fā)展趨勢 1.2.1 模具產品發(fā)展將大型化精密化 模具產品成形零件的日漸大型化，和由于高生產效率要求的一模，多腔。使模具漸漸大型化。隨著零件的小型化，和模具結構的要求發(fā)展精密模具的精度已經由原來的5μm提升到2～3μm，今后有些模具加工精度的公差要求是在1μm以下，這就要求了發(fā)展超精加工。 1.2.2 快速經濟模具的前景十分廣闊 現(xiàn)在是少批量、多品種生產的時代，在下一世紀，，這種生產方式的比例將達75%以上占工業(yè)生產。一方面是制品品種更新快，使用周期短，另一方面制品的花樣變化頻繁，均 要求模具的生產周期越短越好。因此，開發(fā)快速經濟具越來越引起人們的重視。例如，研制

12、 各種超塑性材料(聚脂、環(huán)氧等)制作或在其中間填充玻璃纖維、金屬粉末等的簡易模具；中、低 熔點合金模具、快速電鑄模、噴涂成型模具、陶瓷型吸塑模、陶瓷型精鑄模、疊層模和快速 原型制造模具等快速經濟模具得到進一步發(fā)展?？鞊Q沖頭、快換模架等也將日益發(fā)展。另外， 采用機械手操作和計算機控制的快速試模技術、快速換模裝置也會得到發(fā)展和提高。 1.2.3 模具標準件的應用將漸漸廣泛 使用模具標準件不僅能減少模具制造周期，而且能降低模具制造成本和提升模具質量。因此，模具標準件的應用也將日漸廣泛。為此，首先要制訂統(tǒng)一的國家標準，并嚴格按標準生產；接著要逐步形成規(guī)模生產，提高標準件質量、降低成本；再次是要

13、進一步增加標準件規(guī)格品種，發(fā)展和完善聯(lián)銷網，保證供貨迅速。 1.2.4 在模具設計制造中將全面推廣CAD/CAM/CAE技術 模具CAE/CAD/CAM技術是模具技術發(fā)展過程一個重要的里程碑。實踐證明，模具CAD/CAM/CAE 技術是模具設計制造的發(fā)展方向。目前，全面普及、CAD/CAM/CAE技術已經基本的成熟。由于模具 CAD/CAM技術已發(fā)展成為一項比較，成熟的技術，近年來模具CAM/CAD技術的軟件與硬件價格已降低到中小 企業(yè)普遍能接受程度，尤其是微機的普及和應用，更為廣大的模具企業(yè)的普及模具CAM/CAD技術行程了 良好條件。隨著，微機軟件的進步和發(fā)展，技術培訓的工作也在日

14、趨簡化。在推廣普及模具CAM/CAD技術的過程中，應抓住機遇，重點主要扶持國產的模具軟件的應用 和開發(fā)。 加大技術服務的力度和技術培訓。進一步的擴大CAE技術的應用和范圍。對于已普及了模具CAM/CAD技術的一批以家電行業(yè)代表的企業(yè)來說，應積極做好模具CAD，/CAM技術的深化應用工作，即開展企業(yè)信息化工程，可從CAPPPDM，CIMSVR逐步深化和提高。 1.2.5模具高速掃描及數(shù)字化系統(tǒng)將發(fā)揮更大的作用 英國雷尼紹公司的模具掃描系統(tǒng)，已經在我國200多家模具廠得到應用，取得不錯效果。該系統(tǒng)提供了從實物或模型掃描到加工出期望的模型所需的諸多功能，大大縮短了研制的制造周期。如RE

15、NSCAN200快速掃描系統(tǒng)，能快速安裝在先有的數(shù)控銑床及加工中心上， 用雷尼紹的SP2-1掃描測頭實現(xiàn)迅速數(shù)據采集，控制核心是雷尼紹TRACECUT軟件，可自動生成各種不同格式的CAD數(shù)據及不同數(shù)控系統(tǒng)的加工等程序。用于模具制造業(yè)的“逆向工程”。該公司也推出了CYCLON高速掃描機，是一臺獨立工作的專門的用來掃描的設備，不占用加工機床的工作時間。其掃描速度最高可以達3m/min，縮短了模具制造周期，另外，他的定時探針接觸力小，數(shù)據采集速度比RENSCAN200快，因此可以用非常細的探針，用來掃描細微的特征表面和細小的模具，擴大模具生產的品種范圍。由于模具掃描系統(tǒng)已在摩托車、汽車、定電等行業(yè)得

16、到成功應用，相信在“十五”期間會發(fā)揮更大的作用。 1.2.6 模具的研磨拋光將向智能化、自動化方向發(fā)展 模具表面精加工，是模具加工過程中未能良好解決的難題。模具表面的質量對制件外觀的質量和模具使用的壽命等等方面都有比較大的影響，我國目前仍然以手工研磨拋光為主，不僅工人勞動的強度較大，且質量也不穩(wěn)定，效率較低(大約占到整個模具的制造周期1/3)，制約我國模具的加工會向更高層次去發(fā)展。所以，研究拋光智能化、自動化是比較重要的發(fā)展趨勢。日本早已研制數(shù)控研磨機，可以三維曲面模具研磨拋光的智能化、自動化是主要的發(fā)展趨勢。日本已經研制數(shù)控研磨機，可實現(xiàn)三給曲面模具研磨拋光自動化。另外，由于模

17、具型腔的形狀比較復雜，任何一種研磨拋光的方法也有一定的局限性。應注意發(fā)展特種拋光與研磨、如超聲拋光、復合拋光、電化學拋光以及擠壓衍磨裝備與工藝，來提升模具的表面質量。 第2章 設計題目 該設計零件為一結構連接件，其用途為一電氣結構組件中的單元連接件，材料為10鋼板，料厚為0.8㎜，使用量較大，下圖為該零件結構圖。外形周邊的形狀需按工序順序的多個不同工位上分割沖切，而工序順序排列不當易影響沖件與載體的連接強度。 圖2.1 制件圖 第3章 工

18、藝分析 工件的工藝性是指工件對沖壓加工工藝的適應性，它是從沖壓加工角度對產品設計提出的工藝要求。工藝分析就是要判斷產品在技術上能否保質，保量地穩(wěn)定生產，在經濟上是否有效益。因此，沖壓工藝就是對產品的沖壓工藝方案進行技術和經濟的可行性分析。良好的工藝性體現(xiàn)在材料消耗少，工序數(shù)目少，模具結構簡單而壽命長，產品質量穩(wěn)定，操作簡單方便。 3.1 技術分析 3.1.1 沖裁的結構工藝性 （1）沖裁件的外形或內孔應避免尖銳的清角，在各直線或曲線的連接處，除屬于無廢料沖裁或采用鑲拼模結構外，宜有適當?shù)膱A角，其半徑的最小值如表所示： 表3-1 沖裁件圓角半徑的最小值 （

19、2）沖裁件的孔與孔之間、孔與邊緣之間的距離不應過小，其許可值見圖3-1。 （3）用普通沖裁模沖制的零件，其斷面與零件表面并不垂直，并有明顯區(qū)域性特征。采用合理使用間隙沖裁模沖制的零件，光亮區(qū)域約占斷面厚度的30%；凹模側有明顯的塌角，凸模側有高度不小于0.05mm的毛刺；外形有一定程度的拱曲。沖裁件的這些特征是普通沖裁加工條件決定的。選用沖裁工藝時，必須考慮零件的這些特征。 （4）凡產品圖紙上未注公差的尺寸均屬于未注公差尺寸。在計算凸模和凹模時，沖壓件未注公差尺寸的極限偏差數(shù)值通常按GB1800-79IT14級。 圖3.1 孔邊距的最小值

20、3.1.2 彎曲的結構工藝性 （1）彎曲件的形狀應盡量簡單、對稱。 對稱彎曲件在圓周方向上的變形是均勻的，模具加工也容易，其工藝性最好。其它形狀的彎曲件，應盡量避免急劇的輪廓變化。 （2）彎曲件各部分尺寸比例要恰當。 盡量避免設計寬凸緣和深度大的彎曲件，因為這類工件需要較多的彎曲次數(shù)。如果工件空腔不深，但凸緣直徑很大，制造也很費勁。工件凸緣的外廓最好與彎曲部分的輪廓形狀相似；如果凸緣的寬度不一致，僅彎曲困難，還要添加工序，還需放寬切邊余量，增加金屬消耗。 （3）彎曲件的圓角半徑要合適。 彎曲件的圓角半徑，應盡量大些，以利于成形和減少彎曲次數(shù)。應滿足R1≥t，R2≥2t，R3≥3t

21、，否則，應增加整形工序。如增加一次整形工序，其圓角半徑可取R1≥（0.1～0.3）t，R2≥（0.1～0.3）t。 （4）彎曲件厚度的不均勻現(xiàn)象要考慮 彎曲件由于各處變形不均勻，上下壁厚變化可達1。2t至0.75t。多次彎曲的工件內外壁上或帶凸緣彎曲件的凸緣表面，應允許有彎曲過程中所產生的印痕。除非工件有特殊要求時才采用整形或趕形的方法來消除這些印痕。 （5）彎曲件的尺寸精度不宜要求過高 彎曲件的制造精度包括直徑方向的精度和高度方向的精度。產品圖上的尺寸應注明必須保證外部尺寸或是內腔尺寸，不能同時標注內外形尺寸。 （6）彎曲件上的孔位布置 彎曲件上的孔位布置要合理，應設置在與主要結

22、構面 (凸緣面) 同一平面上，或使孔壁垂直于該平面，以便沖孔與修邊同時在一道工序中完成。 表3-2 彎曲件直徑的極限偏差（單位：mm） 材料 厚度 彎曲件直徑的基本尺寸d 材料 厚度 彎曲件直徑的基本尺寸d 附 圖 ≤50 >50~100 >100~300 ≤50 >50~100 >100~300 0.5 0.6 0.8 1.0 1.2 1.5 0.12 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 —— 0.20 0.30 0.30 0.35 0.40 —— —— 0.30 0.40 0.50 0.60 2.

23、0 2.5 3.0 4.0 5.0 6.0 0.40 0.45 0.50 0.60 0.70 0.80 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00 0.70 0.80 0.90 1.00 1.10 1.20 注：彎曲件外形要求取正偏差，內形要求取負偏差。 （7）彎曲件的尺寸精度一般不高于IT13級，如果要求尺寸精度高于IT13級，則需要增加校形工序。 3.2 經濟分析 所謂經濟性，就是以最小的耗費來取得最大的經濟效果。也就是生產中的“最小最大”原則。在沖壓生產中，保證產品質量，完成產品數(shù)量、品種計劃的前提下和

24、產品成本越低，說明企業(yè)經濟效果越大。 表3-3 彎曲件高度的極限偏差（單位：mm） `料厚度 彎曲件高度的基本尺寸h 附 圖 ≤18 >18～30 >30～50 >50～80 >80～120 ≤1 >1～2 >2～3 >3～4 >4～5 >5～6 0.5 0.6 0.7 0.8 ― ― 0.6 0.7 0.8 0.9 ― ― 0.7 0.8 0.9 1.0 1.2 ― 0.9 1.0 1.1 1.2 1.5 1.8 1.1 1.3 1.5 1.8 2.0 2.2

25、 表3-4 帶凸緣彎曲件高度的極限偏差（單位：mm） 材料厚度 彎曲件高度的基本尺寸h 附 圖 ≤18 >18～30 >30～50 >50～80 >80～120 ≤1 >1～2 >2～3 >3～4 >4～5 >5～6 0.3 0.4 0.5 0.6 ― ― 0.4 0.5 0.6 0.7 ― ― 0.5 0.6 0.7 0.8 0.8 ― 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 3.2.1 沖壓件成本分析 產品成

26、本受到產量影響相對較大，特別是沖壓生產相對突出。在一定的條件下，企業(yè)生產的產品數(shù)量的增加減少，將也會引起成本中一些費用的變化，其結果也使得成本會發(fā)生一些波動。為此可將產品的成本分為變動費用和固定費用兩個部分。固定費用指的是在一定的時期和一定的產量范圍內，總額不會隨著產量變動而變動，它是維持生產能力而基本不變的費用。例如設備、模具折舊費，加工的費用的各種經費和固定工資部分等。但是單位的固定，費用，也是分攤在每個產品的固定費用卻可變的。即產量與單位固定費用成反比例在變化。 變動費用是指它的總額隨產量的增加減少也成比例增加或者減少。例如產品直接耗用的外協(xié)件加工費、原材料費、外購件費等等。但是產品單

27、位費用而言，變動費用則基本不會改變。 上述可知，沖壓件生產成本是由固定費和可變費這兩部分組成的，所以只要設法降低固定費用或可變費用，都能使生產成本降低，利潤增加?？梢娖髽I(yè)要提高經濟效益，就要在降低成本上下功夫。 3.2.2 降低制造成本的措施 降低產品成本，包括增產、節(jié)約兩個方面。增產可降低產品成本中的固定費用，相對地減少消耗，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、加工費、模具費等項。因此，降低成本，就是要降低以上各項費用。以下討論降低成本的措施。 沖壓生產中，工藝合理化是降低成本的有力手段，一般在制定新產品工藝時進行。當產量發(fā)生變化，模具壽命短或

28、因事故發(fā)生損壞時，由于更改產品設計而改變模具時，以及變更設備等生產條件發(fā)生變化時，要重新討論（研究）產品工藝。由于工藝的合理化能降低模具費、節(jié)約加工工時降低材料費等，所以必然降低零件總成本。 在制定工藝時，工序的分散與集中是比較復雜的問題。它取決于零件的批量、結構（形狀）、質量要求、工藝特點等。對于板材沖壓件，一般說來，在大批量生產情況下，應當盡量把工序集中起來，采用復合或連續(xù)模進行沖壓，很小的零件，適合于復合或連續(xù)沖壓加工，這樣既提高了生產率，又能安全生產。復合模對于大的零件也是適合的，因為一副大的復合模，有時比兩副同樣大小的單工序模的費用低，而小批量生產時，則以采用單工序模分散沖壓為宜。

29、 根據實踐經驗，集中到一副模具上的工序數(shù)量不宜太多，對于復合模，一般為2～3個工序，最多4個工序，對于連續(xù)模，集中的工序數(shù)可以多些。 產量較大時，采用多件同時沖壓，可使模具費、材料費和加工費降低，同時有利于成形表面拉力均勻化。左右對稱成形時，不僅可使變形均勻，改善受力狀況，同時還降低了成本。 自動化生產，從安全和降低成本兩個方面來看，將成為沖壓加工的發(fā)展方向。今后不僅大批量生產中采用自動化，在小批量生產中也可采用自動化生產。在大批量生產中采用自動化時，雖然模具費用較高，但生產率高，產量大，分攤到每個工件上的模具折舊費和加工費卻比單件小批生產時要低。 從生產安全性考慮，在小批量多品種生產

30、中采用自動化也是可取的，但自動化的經濟性問題，急待研究。在自動化生產中，降低成本的手段是高速化。與高速化并行的是多列化，這樣可以降低加工費用和提高材料利用率。 為了實現(xiàn)，壓力機的高速化，需要相應解決延長模具和噪音振動壽命問題。高速壓力機要求足夠的剛度和精度，一般以閉式雙點結構為宜，為減少振動和噪音，傾向于鑄鐵機身，且運動部件需要求實現(xiàn)動的平衡。為了延長模具的壽命，可以采用高壽命的新材料。 在沖壓生產過程中，工件的原材料費用約占制造成本的60%,，所以要節(jié)約原材料，利用廢料具有非常重要的意義。提高材料利用率是降低沖壓件制造成本的重要措施之一。特別是材料單價高的工件，必須慎重研究。降低材料費的

31、方法如下： （1）在滿足零件強度和使用要求的情況下，減少材料厚度。 （2）降低材料單價。 （3）改進毛坯形狀，合理排樣。 （4）減少搭邊，采用少廢料或無廢料排樣。 （5）對稱壓制。 （6）組合排樣。 3.3 結構連接件的工藝分析 3.3.1 材料 U形連接件的材料為10鋼，屬于普通碳素結構鋼，具有較好的可沖壓性能。未經退火的10鋼的力學性能如下： 抗剪強度τ 304～373MPa 抗拉強度σb 432～461MPa 屈服點σs 253 MPa

32、伸長率σ10 21～25% 3.3.2 零件結構 本U形連接件采用0.8mm普通碳素結構鋼板沖壓而成，可保證足夠的強度和剛度。 3.3.3 尺寸精度 零件圖上所有未標注公差的尺寸，屬于自由尺寸，可按IT14確定工件尺寸的公差。 第4章 制定工藝方案 工藝方案的內容是確定沖裁件的工藝方案，主要包括確定工序數(shù)，工序組合和工序順序的安排，應在工藝分析的基礎上制定幾種可能的方案，再根據工件的批量、形狀等多方面的因素全面考慮，綜合分析，選取一種較為合理的沖壓方案。 4.1 工藝方案的分

33、析 U形連接件的形狀表明，它為彎曲件，所以彎曲為基本工序。底部上3個小孔由沖孔工序來完成。彎曲件的毛坯尺寸與彎曲次數(shù)，通過計算來確定。 4.1.1 修邊余量 在不變薄的彎曲中，材料厚度雖有變化，但其平均的直徑與毛坯的原始厚度也十分接近。所以毛坯展開的尺寸可以根據毛坯面積=彎曲件面積的原則以來確定。由于材料的彎曲時金屬流動條件有差異以及各項異性，為了保證U形連接件的尺寸，必須要留修邊余量，在計算毛坯尺寸時，必須計入修邊余量，修邊余量的數(shù)值可查表。彎曲件高度h=16mm，查表.知修邊余量，△h=2mm。 表4-1 無凸緣彎曲件的修邊余量δ（單位：mm） 工件高度 h 工件的相對

34、高度h/d 附 圖 >0.5～0.8 >0.8～1.6 >1.6～2.5 >2.5～4 ≤10 >10～20 >20～50 >50～100 >100～150 >150～200 >200～250 >250 1.0 1.2 2 3 4 5 6 7 1.2 1.6 2.5 3.8 5 6.3 7.5 8.5 1.5 2 3.3 5 6.5 8 9 10 2 2.5 4 6 8 10 11 12 4.1.2 計算毛坯尺寸 在不變薄彎曲中，雖然在彎曲過程中坯料的厚度發(fā)生

35、一些變化。在工藝設計時，可以不計坯料的厚度變化，概略地按彎曲前后坯料的面積相等的原則進行坯料尺寸的計算。由于金屬的流動性和材料的各向異性，毛坯彎曲后，工件邊口不齊。一般情況彎曲后都要修邊，因此在計算毛坯時，必須把修邊余量計入工件。 根據制件圖可知，該彎曲件r/t=0.5/0.8=0.625>0.5，屬于無圓角半徑彎曲，可求的其毛坯展開尺寸。 L=15.5+16.3+0.4/2+37+0.42㎜=45㎜ 4.1.3 確定彎曲次數(shù)（采用查圖法） 先在確定彎曲次數(shù)及半成品尺寸線圈中橫坐標上找到相當毛坯直徑45mm的點，從此點作一垂線。再從縱坐標上找到相當于工件直徑38mm的點，并由此

36、點作水平線，與垂線相交。根據交點，便可決定彎曲次數(shù)，如交點位于兩斜線之間，應取較大的次數(shù)。 該端蓋可一次彎曲成形。 于是，該端蓋的全部單工序有落料、沖孔、彎曲（整形），共計三道工序。 4.2 工藝方案的確定 在沖壓工藝性分析，基礎上，找出模具設計與工藝的難點與特點，根據實際的情況提出各種可能，沖壓工藝的方案，內容包括工序順序、工序數(shù)目、組合方式及工序性質等。有時候同一種沖壓零件會存在幾個可行的沖壓的工藝方案，通常方案各有其優(yōu)缺點，應從生產效率、設備占用、產品質量情況、壽命高低和模具制造的難易程度、生產成本、操作安全與方便程度等各方面進行綜合分析，比較，，確定出相對適合現(xiàn)有生產條件的最

37、佳方案。 初步分析可以知道U形連接件的沖壓成形需要多道工序:落料、沖孔、彎曲,因而制定合理的成形工藝方案十分重要?？紤]到生產批量較大,因此制定應在生產合格零件的基礎上,盡量提高生產效率,降低生產成本.要提高生產效率,就應該盡量復合能復合的工序,但復合程度太高,模具結構復雜,而且各零件在動作時要求相互不干涉,準確可靠.這就要求模具的制造應有較高的精度,從而模具的制造成本也就提高了,制造周期延長,維修不如單工序模簡便. 因此U形連接件的沖壓成形主要有以下幾種工藝方案: 方案一:(1)落料 (2)沖孔 (3)彎曲 方案二:(1)落料沖孔復合模 (2)彎曲 方案三:落料、彎曲、沖孔復合模

38、 方案一復合程度低,模具結構簡單、安裝調試容易,但生產道次多、生產效率低不適合大批量生產。 方案三與方案二的主要區(qū)別是采用落料、彎曲、沖孔復合工序.由于采用落料、彎曲、沖孔復合模,即可在一次沖壓行程中完成,生產效率提高一倍,節(jié)省了人力、電力和工序間的搬運工作,但卻增加了模具的設計費與制造費用。 綜上所述,可以考慮采用方案二，落料沖孔復合，然后彎曲。 圖4.1 確定彎曲次數(shù)及半成品尺寸線圈  第5章 工藝計算 5.1 材料排樣及材料利用率的計算 排樣是指沖

39、裁零件在板料、條料或帶料上布置的方法。合理并有效排樣在于，保證在高生產率和最低的材料消耗的條件下，得到符合，設計技術要求工件。在沖壓的生產過程當中，保證較低的廢料百分率是現(xiàn)代沖壓生產最重要。在沖壓工作當中，沖壓件材料的消耗費用達到總成本的60%～75%，合理利用材料將是降低成本的比較有效的措施，尤其在大量和成批生產中，沖壓零件的總年產量達到數(shù)十萬件，甚至是數(shù)百萬件，材料合理利用的經濟效果將更為突出。 5.1.1 材料排樣的選用原則 （1）某種工件或沖裁小工件需窄帶料之時，應該沿著板料的順長方向來進行排樣，符合，材料工藝要求及規(guī)格。 （2）沖裁彎曲件毛坯時，應考慮板料的軋制方向。 （3

40、）沖件在條（帶）料上的排樣，應考慮沖壓生產率、沖模耐用度、沖模結構是否簡單和操的方便與安全等。 5.1.2 確定板料規(guī)格和裁料方式 根據條料的寬度尺寸，選擇合適的板料規(guī)格，使剩余的邊料越小越好。該零件寬度用料為48mm，以選擇1400mm1500mm0.8mm的板料規(guī)格為宜。 表5-1 搭邊a和側搭邊a1 材料消耗工藝定額 （5-1） 一張板料上總的材料利用率 (5-2)

41、 5.2 沖壓力的計算及設備的選擇 5.2.1 落料 沖裁時，工件或廢料從凸模上取下來的力叫卸料力，從凹模內將工件或廢料順著沖裁的方向推出的力叫推件力，逆沖裁方向頂出的力叫頂件力。目前多以經驗公式計算： 采用平刃口凸模和凹模沖裁時，沖裁力F0=Ltτ 式中，L——沖裁件周長（㎜） T——材料厚度（㎜） τ——材料的抗剪強度（MPa） 考慮沖裁厚度不一致，模具刃口的磨損、凸凹模間隙的波動、材料性能的變化等因素，實際沖裁力還須增加30%。故F沖=1.3F0=1.3 Ltτ。 F沖=1.

42、3F0=1.3 Ltτ (5-3) =1.3138㎜0.8㎜310MPa =44.49KN F卸、F推、F頂是由壓力機和模具的卸料、頂件裝置獲得。影響這些力的因素主要有材料的力學性能、材料的厚度、模具的間隙、凸凹模表面粗糙度、零件形狀和尺寸以及潤滑情況。實際生產中常用下列經驗公式計算： F卸=K卸F沖

43、 (5-4) F推=K推F沖 (5-5) 查表知，卸料力、推件力的系數(shù)K卸=0.05，K推=0.055。 因而F卸=0.0544.49KN=2.22KN F推=0.05544.49KN=2.45KN 表5-2 卸料力、推件力、頂件力的系數(shù) 5.2.2 彎曲 該彎曲件為U形彎曲 U形彎曲件的計算式 F1=0.7KBt2b/R+t

44、 (5-6) 式中 F1----自由彎曲力 B-----彎曲件寬度 T-----彎曲件材料厚度 R-----彎曲內半徑 b----- 材料抗拉強度 K------安全系數(shù) F1=0.71.32920.80.8230/0.5+0.8=49295.14N 5.2.3 沖孔 沖孔時的力可依照前面落料時計算。 (5-7) (5-8) 則復合?？?/p>

45、的沖壓力 F+=17.144+1.942KN (5-9) =19.086KN 5.2.4 沖壓設備的選擇 壓力機類型的選擇 沖壓設備的選擇是工藝設計中很重要內容，直接關系到設備模具壽命、合理使用、產品質量、安全、成本和生產效率等一系列重要的問題。沖壓設備的選擇有包括2個方面：規(guī)格及類型。 首先，應根據需要完成工序的，批量大小，工藝性質，精度和工件的幾何尺寸等來選定壓力機類型。沖壓生產中常用的是液壓機和曲柄壓力機，它們在性能方面的比較見下表。 對于中小型彎曲件、沖裁件或

46、淺彎曲件，多是用具有C形床身，的開式曲柄壓力機。雖然，開式壓力機的剛度較差，并且，由于床身變形從而破壞沖模的間隙分布，降低了裁件的質量和沖模的壽命。但是，它卻有著操作方便，操作空間三面敞開，成本低廉和容易安裝機械化的附屬設備等優(yōu)點，目前仍然是中小件主要的生產設備。所以本模具采用的是開式曲柄壓力機。 壓力機規(guī)格的確定 在壓力機的類型選定之后，應根據變形力的大小，沖壓件尺寸和模具尺寸來確定壓力機的規(guī)格。 在復合沖壓中，工序力的計算和其它復雜的加工過程一樣，可按時間分為若干階段分別計算。求出某階段所完成各種工藝力的總和及該階段的輔助負荷，二者相加即為該階段的工序力。 表5-3 曲柄壓力機和

47、液壓機的比較 為安全起見，防止設備的過載，可按公稱壓力F壓≥（1.6～1.8）F總的原則選取壓力機。壓力機滑塊行程大小，應保證成形零件的取出和方便毛坯的放進。在沖壓工藝中，彎曲和彎曲工序一般需要較大的行程。對于彎曲工序所用壓力機的行程，至少應為成品零件高度的兩倍以上，一般取2.5倍。 壓力機的裝模高度是指滑塊處于下死點位置時，滑塊下表面到工作墊板上表面的距離。模具的閉合高度是指工作行程終了時，模具上模座上表面與下模座下表面之間的距離。壓力機的閉合高度是裝模高度與墊板厚度之和。大多數(shù)壓力機，其連桿長度是可以調節(jié)的，也就是說壓力機的裝模高度是可以調整的。設計模具、時，必須使模具的閉合高度介

48、于壓力機的最大裝模高度與最小裝模高度之間。 工作臺面和滑塊底面尺寸應大于沖模的平面尺寸，并還留有安裝固定模具的余地。一般壓力機臺面應大于模具底座尺寸50～70mm以上。工作臺和滑塊的形式應充分考慮沖壓工藝的需要．必須與模具的打料裝置，出料裝置及卸料裝置等的結構相適應。 在壓力機的滑塊和工作臺上安裝一副或數(shù)副模具，加工時上，下模要有正確的相對運動，這是一切沖壓工藝的共同要求。壓力機的精度有包括滑塊下平面的平面度、工作臺面的平面度、滑塊下平面和工作臺面的平行度、滑塊中心孔和滑塊行程的平行度及滑塊行程和工作臺面的垂直度等。壓力機的精度高與低對沖壓工序都有很大的影響。精度高，則沖壓件的質量也高，沖

49、模使用壽命也長。反之，壓力機精度越低，不僅沖壓件質量較低，且模具壽命減短。例如若工作臺與滑塊行程的垂直度差，將導致上，下模的同軸度下降，沖模刃口容易損傷。壓力機精度對沖裁加工的影響較比其它加工工序會明顯。 參照開式壓力機基本參數(shù)（GB/T14347-1993）可選取公稱壓力為250KN的開式固定臺壓力機。該壓力機與模具設計有關系的參數(shù)為： 公稱壓力：250KN 滑塊行程：200㎜ 最大閉合高度：500㎜ 閉合高度調節(jié)量：150㎜ 工作臺尺寸：1250㎜800㎜ 工作臺板厚度：150㎜ 模柄孔尺寸：Φ300㎜80㎜ 工作臺孔尺寸：625㎜625㎜ 5.3 模具壓力中心的

50、計算 為了模具和保證壓力機正常工作，必須使沖模的壓力機滑塊與壓力中心。心線相重合，否則在沖壓時會使沖模與壓力機滑塊歪斜，引起導向零件加速磨損和凹，凸模間隙不均，造成其它零件和刃口的損壞，甚至還能會引起壓力機導軌磨損，影響壓力機的精度。形狀簡單且對稱的工件，如圓形，其工件的幾何中心與沖裁時的壓力中心重合。 在此兩套模具的壓力中心都取在三個φ2.5的孔的對稱中心上。 5.4 模具刃口尺寸和公差確定 5.4.1 坯料沖裁間隙的確定 沖裁間隙是直接關系到尺寸精度、沖件斷面質量、力能消耗和模具壽命的重要工藝參數(shù)。沖裁間隙數(shù)值，主要與供應狀態(tài)、材料牌號和厚度有關，但由于各種沖壓件對其

51、斷面尺寸精度和質量的要求不同，和生產條件的差異，在生產實踐中就很難有一種統(tǒng)一的間隙數(shù)值，所以需要區(qū)別情況，分別對待，在保證沖件斷面尺寸精度和質量的前提下，使模具壽命達到最高。 沖裁斷面應平直、光潔、圓角??；光亮帶應有一定的比例，毛刺較小，沖裁件表面應盡可能平整，尺寸應在圖樣規(guī)定的公差范圍之內。影響沖裁件質量的因素有：凸、凹模間隙值大小及其分布的均勻性，模具刃口鋒利狀態(tài)，模具結構與制造精度、材料性能等。其中，間隙值大小與分布的均勻程度是主要因素。 沖裁件的尺寸精度是指沖裁件實際尺寸與基本尺寸的差值，差值越小，精度越高。該差值包括兩方面的偏差，一是沖裁件相對于凸?；虬寄３叽缰?，二是模具本身

52、的制造偏差。沖裁件對于凸?；虬寄３叽绲钠?。主要是由于沖裁過程中，材料受到拉伸、擠壓、彎曲等作用而引起的變形，在工件脫模后產生的彈性恢復造成的。偏差值可能是正的，也可能是負的。影響這一偏差值的因素主要是凸、凹模間隙。當間隙值較大時，材料受拉伸作用增大，沖裁完畢后，因材料的彈性恢復，沖件尺寸向實體方向收縮，使落料件尺寸小于凹模尺寸，而沖孔件的孔徑則大于凸模尺寸；當間隙較小時，材料的彈性恢復使落料件尺寸增大，而沖孔件的孔徑則變小。沖裁件的尺寸變化量的大小還與材料性能、厚度、軋制方向、沖件形狀等因素有關。模具制造精度及模具刃口狀態(tài)也會影響沖裁件質量。 沖裁模具的壽命是以沖出合格制品的沖裁次數(shù)來衡量

53、的，可再分為兩次刃磨間的壽命與全磨損后總的壽命。 在沖裁過程中，模具刃口處所受的壓力非常大．使模具刃口和板材的接觸面之間出現(xiàn)局部附著現(xiàn)象，產生附著磨損，其磨損量與接觸壓力、相對滑動距離成正比，與材料屈服強度成反比。它被認為是模具磨損的主要形式。 當間隙減小時，接觸壓力(垂直力、側壓力、摩擦力)會增大，摩擦距離增長，摩擦發(fā)熱嚴重，導致模具磨損加劇，使模具與材料之間產生粘結現(xiàn)象．還會引起刃口的壓縮疲勞破壞，使之崩刃。間隙過大時．板料彎曲拉伸相對增加，使模具刃口端面上的正壓力增大，容易產生崩刃或產生塑性變形，使磨損加劇?？梢婇g隙過小與過大都會導致模具壽命降低。因此，間隙合適或適當增大模具問隙，

54、可使凸、凹模側面與材料間摩擦減小，并減緩間隙不均勻的不利因素，從而提高模具壽命。 增大間隙可以降低沖裁力，而小間隙則使沖裁力增大。當間隙合理時，上下裂紋重合，最大剪切力較小。而小間隙時，材料所受力矩和拉應力減小，壓應力增大，材料不易產生撕裂，上下裂紋不重合又產生二次剪切，使沖裁力、沖裁功有所增大；增大間隙時材料所受力矩與拉應力增大，材料易于剪裂分離，故最大沖裁力有所減小，如對沖裁件質量要求 不高，為降低沖裁力、減少模具磨損，傾向于取偏大的沖裁間隙。 查沖裁模初始雙面間隙表知：落料、沖孔模刃口始用間隙Zmin=0.22，ZMAX=0.26。2-28 5.4.2 落料刃口尺寸的計算 在

55、確定沖模凸模和凹模工作部分尺寸時，必須遵循以下幾項原則： （1）根據落料與沖孔的特點，落料件的尺寸，取決于凹模的尺寸，因此落料模 需先決定凹模的尺寸，用減小凸模的尺寸來保證合理的間隙；沖孔件尺寸取決于凸模的尺寸，故沖孔模需先決定凸模的尺寸，用增大凹模的尺寸來保證合理的間隙。 （2）根據刃口磨損的規(guī)律，刃口磨損后它的尺寸會變大，其刃口的基本尺寸應取等于或接近工件最小極限尺寸；刃口磨損后的尺寸減小，應取等于或接近工件的最大極限尺寸。 （3）考慮模具精度與工件精度間的關系，在選擇模具刃口制造公差時，既要保證工件，精度要求，也能保證具有合理的間隙數(shù)值。一般沖模精度較工件精度高2～3級。 查表

56、取凸凹模制造公差查表得：δ凸=0.030㎜、δ凹=0.045㎜，凸凹模采用分開加工的方法，得：X=0.5 對于長度尺寸12㎜ 得：=-0.020㎜ =+0.020㎜ 由表2-30 查得：x=0.75 =（a+xΔ) (5-10) =(12+0.750.1)㎜=12.075㎜ =(a+xΔ+) (5-11) =(12+0.750.1+0.05)㎜=12.125㎜ 對于長度尺寸45㎜ 得：=-0.020㎜

57、 =+0.020㎜ 由表2-30 查得：x=0.75 =（a+xΔ) (5-12) =(45+0.750.1)㎜=45.075㎜ =(a+xΔ+) (5-13) =(45+0.750.1+0.05)㎜=45.125㎜ 對于寬度尺寸22㎜ =(b+xΔ) (5-14) =(22+0.750.12)㎜=22.09㎜ =(b+

58、xΔ+) (5-15) =(22+0.750.12+0.050)㎜=22.14㎜ 對于寬度尺寸91.93㎜ =(b+xΔ) (5-16) =(91.93+0.750.12)㎜=92.02㎜ =(b+xΔ+) (5-17) =(91.93+0.750.12+0.050)㎜=92.07㎜ 5.4.3 彎曲工序工作部分的尺

59、寸及間隙 1.凸模和凹模的間隙 彎曲模間隙是指單面間隙。間隙的大小對彎曲力、彎曲件的質量、彎曲模的壽命都有影響。若Z值太小，凸緣區(qū)變厚的材料通過間隙時，校直與變形的阻力增加，與模具表面間的摩擦、磨損嚴重，使彎曲力增加，零件變薄嚴重，甚至拉破，模具壽命降低。間隙小時得到的零件 側壁平直而光滑，質量較好，精度較高。間隙過大時，對毛坯的校直和擠壓作用減小，彎曲力降低，模具的壽命提高，但零件的質量變差，沖出的零件側壁不直。因此彎曲模的間隙值也應合適，確定Z時要考慮壓邊狀況、彎曲次數(shù)和工件精度等。其原則是：既要考慮板料本身的公差，又要考慮板料的增厚現(xiàn)象，間隙一般都比毛坯厚度略大一些。 采用壓邊彎曲

60、時其值可按下式計算： Z/2=1.1t=0.88㎜ (5-18) 則彎曲模的間隙Z=1.76㎜。 2.彎曲模的圓角半徑 （1）t/D=2/220=0.009≤0.1～0.3，且無凸緣，查表3-10知：r凹=5t=4㎜ （2）凸模的圓角半徑及尺寸公差等于工件的內圓角半徑。 3.工作部分尺寸 凸模和凹模的尺寸及公差應按零件的要求來確定，由于要求外形尺寸，因此以凹模設計為準。查表2-28得：δ凸=0.10㎜、δ凹=0.06㎜ 凸模部分 (

61、5-19) 凹模部分 (5-20) 5.4.4 沖孔刃口尺寸的計算 沖孔尺寸φ2.5的凸、凹模的偏差 查表2-28得：=-0.020㎜ =+0.020㎜ ||+||=（0.020+0.020）=0.04㎜〈- 由表2-30 查得：x=0.75. (5-21) =（2.5+0.750.12）㎜ =2.59㎜

62、 (5-22) =（2.5+0.750.12+0.050）㎜ =2.64㎜ 第6章 模具結構合理性分析 6.1 模具結構圖 圖6.1 落料沖孔裝配圖  圖6.2 彎曲裝配圖 6.2 模具的工作過程 沖孔落料復合模： 本模具是一套倒裝的沖孔落料的復合模。從前往后送料（操作側向非操作側），卸料板5對料帶進行導正，固定

63、擋料銷23對料帶進行限位。工作開始時，沖床帶動沖模上模側上行，開始送料，同時卸料板1處于卸料完成狀態(tài)，送料完成后，上模側下行，導柱與導套接觸開始導向，之后下行上模凸凹模19與凹模18接觸產生對料帶的沖裁力完成沖孔落料工序，工件成型后，沖床帶動上模上行，制件和廢料分別由卸料板17和卸料板5從凹模18和凸凹模19中推出，取出制件，開始送料進行下一個工作循環(huán)。沖孔廢料積攢6片后第一片直接由凸凹?？缀拖履Ｗ字新湎?。 彎曲模： 本模具是一套彎曲模。從操作側進行裝料。落料沖孔件由凹模4上定位凸臺進行定位。工作開始時沖床帶動上模上行至最高點時進行裝料（此時卸料銷9處于卸料完成狀態(tài)

64、），裝料完成后沖床帶動上模下行，導柱與導套接觸開始導向，當彎曲凸模11與彎曲凹模3接觸時開始進行彎曲，直至上模下行至最低點，彎曲完成。工件成型后，沖床帶動上模上行，頂桿16推動頂件塊15將工件從凹模3中推出，利用彈簧和頂件塊將制件頂出，取出成品制件，開始裝料，開始下一個工作循環(huán)。 第7章 模具主要零件結構設計 7.1 彈性元件的設計 7.1.1 彈簧的設計計算 由于彈簧的力較大，經分析采用組合彈簧，采用組合彈簧時，注意下面幾點： 1）為滿足組合彈簧的等強度關系，應使組合彈簧的最大總負荷為外圈彈簧受力與內圈彈簧受力之和。 2

65、）為滿足組合彈簧等變形關系，應使每個彈簧預壓縮后的許可壓縮量相同。 3）為保證組合彈簧同心和不致卡住，應使其中一個彈簧為右旋，另一個彈簧為左旋。 4）組合彈簧徑向單面間隙為C=（0.1～1）d。 采用彈性卸料裝置，根據工廠經驗可按所選彈簧的最大工作負荷， 。卸料板初定10根彈簧。則F1=2.785N。 參照GB/T2089-80，選取的兩根彈簧的系數(shù)如表。 表7-1 兩根彈簧的系數(shù) GB/T2089-80 彈簧1 彈簧2 材料直徑（㎜） 10 10 彈簧中徑（㎜） 60 95 節(jié)徑（㎜） 20.1 37.5 工作極限負荷（N） 4180 2870 自

66、由高度（㎜） 170 130 工作極限負荷下變形量（㎜） 67.7 73.7 設預壓縮后的許可變形量為X 解之： X=42㎜，則兩根彈簧的裝配高度分別為H1=170-（66.7-42）=145.3㎜，H2=130-（73.7-42）=98.3㎜。 7.1.2 卸料橡膠的設計計算 由于橡皮允許承受的負荷較大，而且安裝調整比較靈活方便，亦是沖模中彈性卸料、頂件及壓邊裝置常用的彈性元件。 彈簧彈頂器采用橡膠作為彈性元件橡膠的自由高度。根據工作行程S工作計算橡膠的自由高度。 H自由=（3.5～4）S工作 （7-1） 式中 S工作——工作行程與模具修模量或調整