端蓋的落料、拉深、沖孔復合模設計【說明書+CAD】

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Based on the Cover of the stamping process and the deep drawing process, Comparative analysis of the process of forming three different stamping process (single processes, complex processes and continuous processes) confirm completion of a composite model blanking, drawing processes and punching process. On the cover of the cold stamping process, right after the Cover of the mass production, quality components, and the use of structural components of the analysis, research, in line with lower performance prerequisite to the identification of stampings, Stamping method used to complete the processing components, and a brief analysis of the blank shape, size, layout, the Conference Board, the number of Drawing, stamping processes in nature, number and sequence determination. For the process, the center of pressure, the die size and the tolerance of the calculation, design mold. Also analyzes the mold of the main components (such as punch and die and dump devices, drawing punch, slates, Punch plate, etc.) design and manufacturing, stamping equipment selection, punch-gap adjustment and establishment of a vital parts machining process. Die requirements set out a detailed list of parts, and gives a reasonable assembly. By fully utilizing modern manufacturing technology to mold traditional mechanical parts for structural improvements, design optimization, Process optimization methods can greatly enhance production efficiency, the method of similar products have some reference. Keywords: Cover; Mold design; Composite molding; Drawing Punch 目 錄 1 分析零件的工藝性 1 2 確定工藝方案 3 2.1 計算毛坯尺寸 3 2.2 確定是否要壓邊圈 4 2.3 計算拉深次數 4 2.4 確定工藝方案 5 3 主要工藝參數的計算 7 3.1 確定排樣、裁板方案 7 3.2 計算工藝力、初選壓力機 8 3.2.1 計算工藝力 8 （1）落料力 8 （2）沖孔力 8 （3）卸料力 9 （4）推件力 9 （5）拉深力 9 （6）壓邊力 10 3.2.2 拉深功的計算 11 3.2.3 初選壓力機 11 3.2.4 計算壓力中心 11 3.2.5 計算凸、凹模刃口尺寸及公差 12 4 模具的結構設計 15 4.1 模具結構形式的選擇 15 4.1.1 模架的選用 15 4.1.2 模具的閉合高度 15 4.2 模具主要工作零件設計 16 4.2.1 落料凹模 16 4.2.2 拉深凸模 17 4.2.3 凸凹模 18 4.2.4 沖孔凸模 20 4.3 模具其他零件設計 20 4.3.1 彈壓御料板 20 4.3.2 上墊板 22 4.3.3 凸凹模固定板 23 4.3.4 凹模墊板 24 4.3.5 壓邊圈 25 5 模具的結構 27 5.1 模具的結構圖 27 5.2 模具零件明細 28 5.3 模具動作分析 29 6 選定沖壓設備 30 7 模具的裝配 31 7.1 復合模的裝配 31 7.2 凸、凹模間隙的調整 31 8 模具成型零件的加工工藝過程編制 32 9 總結 36 參考文獻 37 致謝 38 1 分析零件的工藝性 沖壓件工藝性是指沖壓零件在沖壓加工過程中加工的難易程度。雖然沖壓加工工藝過程包括備料—沖壓加工工序—必要的輔助工序—質量檢驗—組合、包裝的全過程，但分析工藝性的重點要在沖壓加工工序這一過程里。而沖壓加工工序很多，各種工序中的工藝性又不盡相同。即使同一個零件，由于生產單位的生產條件、工藝裝備情況及生產的傳統(tǒng)習慣等不同，其工藝性的涵義也不完全一樣。這里我們重點分析零件的結構工藝性。 該零件是端蓋，如圖1，該零件可看成帶凸緣的筒形件，料厚t=2mm，拉深后厚度不變；零件底部圓角半徑r=1.5mm凸緣處的圓角半徑也為R=1.5mm；尺寸公差都為自由公差，滿足拉深工藝對精度等級的要求。 圖1 工件圖 工藝性對精度的要求是一般情況下，拉深件的尺寸精度應在IT13級以下，不宜高于IT11級；對于精度要求高的拉深件，應在拉深后增加整形工序，以提高其精度，由于材料各向異性的影響，拉深件的口部或凸緣外緣一般是不整齊的，出現“突耳”現象，需要增加切邊工序。 影響拉深件工藝性的因素主要有拉深件的結構與尺寸、精度和材料。拉深工藝性對結構與尺寸的要求是拉深件因盡量簡單、對稱，并能一次拉深成形；拉深件的壁厚公差或變薄量一般不應超出拉深工藝壁厚變化規(guī)律；當零件一次拉深的變形程度過大時，為避免拉裂，需采用多次拉深，這時在保證必要的表面質量前提下，應允許內、外表面存在拉深過程中可能產生的痕跡；在保證裝配要求下，應允許拉深件側壁有一定的斜度；拉深件的徑向尺寸應只標注外形尺寸或內形尺寸，而不能同時標注內、外形尺寸。 工藝性要求材料具有良好的塑性，屈強比值越小，一次拉深允許的極限變形程度越大，拉深的性能越好；板厚方向性系數r和板平面方向性系數反映了材料的各向異性性能，當r較大或較小時，材料寬度的變形比厚度方向的變形容易，板平面方向性能差異較小，拉深過程中材料不易變薄或拉裂，因而有利于拉深成形。 該零件結構較簡單、形狀對稱，完全由圓弧和直線組成，沒有長的懸臂和狹槽。零件尺寸除中心孔和兩中心孔的距離尺寸接近IT11級外，其余尺寸均為自由尺寸且無其他特殊要求，利用普通沖裁方法可以達到零件圖樣要求。零件材料為20號鋼，查詢機械設計手冊得到其退火抗拉強度為大于400Mpa，屈服強度為206Mpa.此材料具有良好的結構強度和塑性，其沖裁加工性較好。該零件的沖裁性較好，可以沖裁加工，適于大批大量生產。 2 確定工藝方案 2.1 計算毛坯尺寸 由于板料在扎壓或退火時所產生的聚合組織而使材料引起殘存的方向性，反映到拉深過程中，就使桶形拉深件的口部形成明顯的突耳。此外，如果板料本身的金屬結構組織不均勻、模具間隙不均勻、潤滑的不均勻等等，也都會引起沖件口高低不齊的現象，因此就必需在拉深厚的零件口部和外緣進行修邊處理。這樣在計算毛坯尺寸的時候就必需加上修邊余量然后再進行毛坯的展開尺寸計算。 零件的凸緣直徑為116，其相對直徑為df /d=116/70=1.7查沖模設計手冊軟件版得其修邊值3.6。 在拉深時，雖然拉深件的各部分厚度要求發(fā)生一些變化，但如果采用適當的工藝措施，則其厚度的變化量還是并不太大。在設計工藝過程時，可以不考慮毛坯厚度的變化。同時由于金屬在塑性變形過程中保持體積不變，因而，在計算拉深件的的毛坯展開尺寸時，可以認為在變形前后的毛坯和拉深間的表面積相等。 對于該零件，可視為帶凸緣的拉伸件。 其相對凸緣最大直徑，3.6mm，故切邊前的凸緣直徑為： =116+23.6=123mm…………………………2.1 因 毛坯直徑: =…………………………………………2.2 ==160mm 毛坯形狀如圖2 圖2 毛坯圖 2.2 確定是否需要壓邊圈 坯料相對厚度 …………………………………………2.3 所以需要壓邊圈。 2.3 計算拉深次數 在考慮拉深的變形程度時，必需保證使毛坯在變形過程中的應力既不超過材料的變形極限，同時還能充分利用材料的塑性。也就是說，對于每道拉深工序，應在毛坯側壁強度允許的條件下，采用最大的變形程度，即極限變形程度。 極限拉深系數值可以用理論計算的方法確定。即使得在傳力區(qū)的最大拉應力與在危險斷面上的抗拉強度相等，便可求出最小拉深系數的理論值，此值即為極限拉深系數。但在實際生產過程中，極限拉深系數值一般是在一定的拉深條件下用實驗的方法得出的，我們可以通過查表來取值。 零件的總拉深系數為，其相對凸緣直徑，屬于帶大凸緣拉深的拉深件。根據，，由教材<<沖壓工藝與模具設計>>上表4-16、4-18查得一次允許的拉深系數，第一次拉深的最大相對高度。 因材料為20號鋼,具有良好的強度和塑性,其加工工藝性較好,可減小帶凸緣筒形件的首次拉深系數及增大最大相對高度。 使得，所以零件只需要一次拉深。 2.4 確定工藝方案 根據以上分析和計算，可以進一步明確該零件的沖壓加工需要包括以下基本工序:落料、拉深、沖孔和修邊。 根據這些基本工序，可以擬出如下幾種工藝方案： 方案一 先進行落料，再拉深，修邊，最后沖孔，以上工序過程都采用單工序模加工。用此方案，模具的結構都比較簡單，制造很容易，成本低廉，但由于結構簡單定位誤差很大，而且單工序模一般無導向裝置，安裝和調整不方便，費時間，生產效率低。 方案二 落料與拉深、修邊在復合模中加工成半成品，再在單工序模上進行沖孔。采用了落料與拉深、修邊的復合模，提高了生產率。對落料以及拉深的精度也有很大的提高。由于最后一道沖孔工序是在單工序模中完成，使得最后一步沖孔工序的精度降低，影響了整個零件的精度，而且中間過程序要取件，生產效率不高。 方案三 落料、拉深、沖孔全都在同一個復合模中一次加工成型。再在單工序切邊模上進行切邊。此方案把三個工序集中在一副復合模中完成，使得生產率有了很大的提升。沒有中間的取放件過程，一次沖壓成型，而且精度也比較高，能保證加工要求，在沖裁時材料處于受壓狀態(tài)，零件表面平整。模具的結構也非常的緊湊，外廓尺寸比較小，但模具的結構和裝配復雜。 方案四 采用帶料級進多工位自動壓力機沖壓，可以獲得較高的生產效率，而且操作安全，但這一方案需要專用的壓力機或自動的送料裝置。模具的結構比較復雜，制造周期長，生產成本高。 根據設計需要和生產批量，綜合考慮以上方案，方案三最適合。即落料、拉深、沖孔在同一復合模中完成，這樣既能保證大批量生產的高效率又能保證加工精度，而且成本不高，經濟合理。 3 主要工藝參數的計算 3.1 確定排樣、裁板方案 加工此零件為大批大量生產，沖壓件的材料費用約占總成本的60%～80%之多。因此，材料利用率每提高1%，則可以使沖件的成本降低0.4%～0.5%。在沖壓工作中，節(jié)約金屬和減少廢料具有非常重要的意義，特別是在大批量的生產中，較好的確定沖件的形狀尺寸和合理的排樣的降低成本的有效措施之一。 由于材料的經濟利用直接決定于沖壓件的制造方法和排樣方式，所以在沖壓生產中，可以按工件在板料上排樣的合理程度即沖制某一工件的有用面積與所用板料的總面積的百分比來作為衡量排樣合理性的指標。 同時屬于工藝廢料的搭邊對沖壓工藝也有很大的作用。通常，搭邊的作用是為了補充送料是的定位誤差，防止由于條料的寬度誤差、送料時的步距誤差以及送料歪斜誤差等原因而沖出殘缺的廢品，從而確保沖件的切口表面質量，沖制出合格的工件。同時，搭邊還使條料保持有一定的剛度，保證條料的順利行進，提高了生產率。搭邊值得大小要合理選取。根據此零件的尺寸通過查取: 工件間a1=1.5 延邊 a=2 觀察毛坯形狀可以看出由于毛坯有斜邊，故采用斜排樣的方式較為合理。 從圖2上可知：進 距 S=128+1.5=129.5mm 條料寬度 b=110.3+2*2=114.3mm 板料規(guī)格擬用2mm×1400mm×4000mm熱軋鋼板。查《沖壓模具設計》 GB 708-1988，為了操作方便采用橫裁。 裁板條數 35條 每條個數 11個 每板總個數 材料利用率 3.2 計算工藝力、初選壓力機 3.2.1 計算工藝力 （1） 落料力 平刃凸模落料力的計算公式為 …………………………………………3.6 式中 P— 沖裁力（N） L— 沖件的周邊長度（mm） t— 板料厚度（mm） —材料的抗沖剪強度（MPa） K— 修正系數。它與沖裁間隙、沖件形狀、沖裁速度、板料厚度、潤滑情況等多種因素有關。其影響范圍的最小值和最大值在（1.0～1.3）P的范圍內，一般k取為1.25～1.3。 在實際應用中，抗沖剪強度的值一般取材料抗拉強度的0.7~0.85。為便于估算，通常取抗沖剪強度等于該材料抗拉強度的80%。即 ……………………………………………3.7 因此，該沖件的落料力的計算公式為 …………………………………………3.8 =1.3×0.8×457×2×400 =380224N （2） 沖孔力 沖孔力可按下式計算： ……………………………………3.9 式中 —沖孔力（N） L—沖件的內輪廓長度（mm） t—板料厚度（mm） —材料的抗拉強度（MPa） 因此，該零件的沖孔力為： =0.8×1.3×2×π×3×2×2×400 =31365N （3） 卸料力 一般情況下，沖裁件從板料切下以后受彈性變形及收縮影響。會使落料件梗塞在凹模內，而沖裁后剩下的板料則箍緊在凸模上。從凸模上將沖件或廢料卸下來所需的力稱卸料力。影響這個力的因素較多，主要有材料力學性能、模具間隙、材料厚度、零件形狀尺寸以及潤滑情況等。所以要精確地計算這些力是困難的，一般用下列經驗公式計算： 卸料力 ……………………………………3.10 式中 F—— 沖裁力(N) ——頂件力及卸料力系數，其值可查教材表2-10。 這里取為0.04。 因此 F卸=0.04×380224=15208N （4） 推件力 將卡在凹模中的材料順著沖裁力方向頂出所需要的力稱為推件力。根據<<沖壓工藝學>>書上公式2-13，則推件力為： F推=nK1F…………………………………………3.11 =1×0.05×31365=1568 K1—推件力系數，其值可查表2-10，取K1為0.05。 （5） 拉深力 一般情況下拉深力隨凸模行程變化而改變，其變化曲線如圖3。從圖中可以看出，在拉深開始時，由于凸緣變形區(qū)材料的變形不大，冷作硬化也小，所以雖然變形區(qū)面積較大，但材料變形抗力與變形區(qū)面積相乘所得的拉深力并不大；從初期到中期，材料冷作硬化的增長速度超過了變形區(qū)面積減少速度，拉深力逐漸增大，于前中期拉深力達到最高點位置；拉深到中期以后，變形區(qū)面積減少的速度超過了冷作硬化增加的速度，于是拉深力逐漸下降。零件拉深完以后，由于還要從凹模中推出，曲線出現延緩下降，這是摩擦力作用的結果，不是拉深變形力。 圖3 拉深力變化曲線 由于影響拉深力的因素比較復雜，按實際受力和變形情況來準確計算拉深力是筆尖困難的。所以，實際生產中通常是以危險斷面的拉應力不超過其材料抗拉強度為依據，采用經驗公式進行計算。對于帶凸緣圓筒形零件的拉深力近似計算公式為： …………………………………………3.12 式中 —圓筒形零件的凸模直徑（mm） —系數，這里取1 —材料的抗拉強度（MPa） —材料厚度 因此 F拉=1×π×68×2×400=170902 （6） 壓邊力 壓邊力的大小對拉深件的質量是有一定影響的，如果過大，就要增加拉深力，因而會使制件拉裂，而壓邊圈的壓力過小就會使工件的邊壁或凸緣起皺，所以壓邊圈的壓力必須適當。合適的壓邊力范圍一般應以沖件既不起皺、又使得沖件的側壁和口部不致產生顯著的變薄為原則。壓邊力的大小和很多因素有關，所以在實際生產中，可以根據近似的經驗公式進行計算。 (N)…………………………………………3.13 式中 A—初始有效壓邊面積(mm); —單位壓邊力(MPa),這里經查模具設計大典p297表19.4-44得 F=2.5 所以有 FQ=(14902－π*732/4 )Fq=26791N 3.2.2 拉深功的計算 拉深所需的功可按下式計算 …………………………………………3.14 式中 —最大拉深力（N） h —拉深深度（mm） W—拉深功（N·m） C—修正系數，一般取為C=0.6~0.8。 所以 …………………………3.15 =5195W 3.2.3 初選壓力機 壓力機噸位的大小的選擇，首先要以沖壓工藝所需的變形力為前提。要求設備的名義壓力要大于所需的變形力，而且還要有一定的力量儲備，以防萬一。從提高設備的工作剛度、沖壓零件的精度及延長設備的壽命的觀點出發(fā)，要求設備容量有較大的剩余。 因，故總沖壓力 ………………………3.16 =380224+15208+31365+26791+1568+170902 =626KN 應選的壓力機公稱壓力取為1.5，則公稱壓力為： P0=1.5×626=939KN 壓力機的規(guī)格選擇應該從沖壓件的大小，模具的大小以及工藝變形力考慮，此處初選閉式單點壓力機J31—630B。 3.2.4 計算壓力中心 本零件為對稱幾何體,其壓力中心就在它的圓心處，因此不必計算它的壓力中心。 3.2.5 計算凸、凹模刃口尺寸及公差 沖裁件的尺寸精度取決于凸、凹模刃口部分的尺寸。沖裁間隙的合理也要靠凸、凹模刃口部分的尺寸來實現和保證。所以正確確定刃口部分的尺寸是相當重要的。在決定模具刃口尺寸及制造公差時，需考慮以下原則：①落料件的尺寸取決于凹模的磨損，沖裁件的尺寸取決于凸模尺寸。②考慮到沖裁時凸、凹模的磨損，在設計凸、凹模刃口尺寸時，對基準件刃口尺寸在磨損后變大的，其刃口公稱尺寸應取工件尺寸范圍內較小的數值。對基準件刃口尺寸在磨損后減少的，其刃口公稱尺寸應取工件尺寸范圍內較大的數值。這樣，在凸模磨損到一定程度的情況下，任能沖出合格的零件。③在確定模具刃口制造公差時，要既能保證工件的精度要求，又要保證合理的間隙數值。 采用凸凹模分別加工，凸凹模分別加工是指在凸模與凹模分別按各自圖樣上標注的尺寸及公差進行加工，沖裁間隙由凸凹模刃口尺寸及公差保證，這樣就需要分別計算出凸模和凹模的刃口尺寸及公差，并標注在凸凹模設計圖樣上，這樣加工方法具有互換性，便于成批制造，主要用于簡單，規(guī)范形狀（圖形，方法或矩形）的沖件。 ①落料時，因為落料件表面尺寸與凹模刃口尺寸相等或基本一致，應該先確定凹模刃口尺寸，即以凹模刃口尺寸為基準，又因為落料件尺寸會隨凹模刃口的磨損而增大，為了保證凹模磨損到一定程度仍能沖出合格零件，故凹?；境叽鐟撊÷淞霞叽绻罘秶鷥鹊妮^小尺寸，落料凸模的基本尺寸則是凹模基本尺寸上減去最小合理間隙。 ………………………………3.18 ……………………………3.19 式中 —落料凸模最大直徑（mm） —落料凹模最大直徑（mm） D —工件允許最大尺寸（mm） — 沖裁工件要求的公差 X —系數，為避免多數沖裁件尺寸都偏向于極限尺寸，此處可取X=0.5。 對于未標注公差可按IT14級計算，根據教材上表2-3查得，沖裁模刃口雙面間隙： 、—凹、凸模制造偏差，這里按IT7來選取: 落料刃口最大尺寸計算 凸模制造公差按IT8級精度選取，得落料尺寸，查表得 校核間隙：｜｜+｜｜條件，但相差不大，可作如下調整： = 則 = =159.5 =（159.5-0.12）0-δp =159.38 0-0.016 ②拉深時，拉深模直徑尺寸的確定的原則，與沖裁模刃口尺寸的確定基本相同，只是具體內容不同，這里不在復述。 拉深凸模和凹模的單邊間隙 C=tmax+kt 式中 tmax 材料最大厚度 K 間隙系數 查模具設計大典表19.4-37取k=0.1 得C=2.2 計算凸凹模制造公差，按IT8級精度選取，由附錄表4查得，對于拉深尺寸，。 因拉深件標注內形尺寸，采用如下計算公式： 拉深凸模： DP=（d+0.4△）-δp…………………………………3.20 式中 D—拉深件內形尺寸： d—凸模尺寸： —拉深件公差，這里按IT14級精度選取，查表附錄4，可以 得=1： 即有 DP=68.4-0.046 拉深凹模： Dd=（68.4+2×2.2）+0.046=72.8+0.046 ③沖孔時，對于沖孔孔，，按IT14級精度選取，查標準公差數值得：△=0.3，查常壓工藝學教材表2-3得Zmax=0.160，Zmin=0.120，校核間隙：｜｜+｜｜≤，滿足條件，故可以采用凸模與凹模分開加工方法，因數由教材P18查得，，則為： =（6+0.5×0.3）-0.020 =6.15-0.020 =（6.15+0.120）+0.020 =6.27+0.020 ④孔心距為Cj=（Cmin+0.5△）±δ 其中δ=△/8 得Cj=99.9±0.025 4 模具的結構設計 4.1 模具結構形式的選擇 4.1.1 模架的選用 采用落料、拉深、沖孔復合模，首先要考慮落料凸模（兼拉深凹模）的壁厚是否過薄。本次設計中凸凹模的最小壁厚為，滿足鋼材最小壁厚的要求能夠保證足夠的強度，故采用復合模。 模具采用倒裝式。模座下的緩沖器兼作壓邊與頂件，另外還設有彈性卸料裝置的彈性頂件裝置。這種結構的優(yōu)點是操作方便，出件暢通無阻，生產效率高，缺點是彈性卸料板使模具的結構變復雜,要簡化可以采用剛性卸料板，其缺點是拉深件留在剛性卸料板中不易取出，帶來操作上的不便，結合本次設計綜合考慮，采用彈性卸料板。 從生產量和方便操作以及具體規(guī)格方面考慮，選擇后導柱模架，由凹模外形尺寸，（GB/T2851.5—1990）在按其標準選擇具體結構尺寸如下 上模板 HT250 下模板 ZG450 導 柱 20鋼 導 套 20鋼 凸緣模柄 Q235 模具閉合高度 MAX 245mm MIN 200mm 4.1.2 模具的閉合高度 所謂的模具的閉合高度H是指模具在最低工作位置時，上下模座之間的距離，它應與壓力機的裝模高度相適應。 模具的實際閉合高度，一般為： ……………4.1 該副模具使用上墊板厚度為10mm，凹模固定板厚度為12mm。如果沖頭（凸凹模）的長度設計為110mm，凹模（落料凹模）設計為70mm，則閉合高度為： 4.2 模具主要工作零件設計 4.2.1 落料凹模 落料凹模采用矩形板結構和直接通過螺釘、銷釘與下模座固定的固定方式。因生產的批量大，考慮凹模的磨損和保證零件的質量，凹模刃口采用直刃壁結構，刃壁高度h=7，漏料部分沿刃口輪廓適當擴大（為便于加工，落料凹模漏料孔可設計成近似于刃口輪廓的形狀，如凹模圖）。凹模輪廓尺寸計算如下： 凹模厚度 H=Kb 查教材表8-3 取K=0.2 則H=32 凹模壁厚 c=（1.5~2）h 取1.5h=48 沿送料方向的凹模長度為 根據算得的凹模輪廓尺寸，選取與計算值相近的凹模板，其尺寸為 L×B×H=250×200×58 凹模的材料選用，工作部分熱處理淬硬。 圖4 落料凹模 4.2.2 拉深凸模 拉深凸模刃口部分為非圓形，為便于凸模和固定板的加工，可設計成階梯形結構，并將安裝部分設計成便于加工的長圓形，通過螺釘緊固在固定板上，用銷釘定位。凸模的尺寸根據刃口尺寸、卸料裝置和安裝固定要求確定。凸模的材料選用T8A，工作部分熱處理淬硬。 對于拉深凸模的工作深度，必須從幾何形狀上做的正確。為了使零件容易在拉深后被脫下，在凸模的工作深度可以作成一定錐度 為了防止拉深件被凹模內壓縮空氣頂癟及拉深件與凸模之間發(fā)生真空現象而緊箍在凸模上，故在凸模上設計通氣孔，以使拉深后容易從凸模上取下。根據凸模尺寸取出氣孔直徑d=6，數量為2個。如圖5。 圖5 拉深凸模 4.2.3 凸凹模 該復合模中的凸凹模是主要工作零件，其外形作為落料凸模內形又作為拉深凹模，并且內、外形刃口部分都為非圓形，為便于凸凹模與凸模固定板的配合，凸凹模的安裝部分設計成便于加工的長圓形，通過螺釘緊固在凸模固定板上，并用銷釘定位。如圖6。 凸凹模的自由長度為：L=凸模固定板厚度+橡膠安裝高度+卸料板厚度+材料厚度+凸凹模工作高度=22+26+20+2+（42-2）=110mm?！?.2 圖6 凸凹模 4.2.4 沖孔凸模 沖孔凸模的作用是沖出工件上兩個間距為100±0.2的圓孔。其總體尺寸較小，要求有較高的剛度，韌性和耐磨性，精度要求也較高，做成階梯軸的形式與固定板固定，凸模的尺寸及形式設計如圖7。 圖7 沖孔凸模 4.3 模具其他零件設計 4.3.1 彈壓御料板 彈性卸料板的尺寸可以根據彈性元件的數目以及外徑來計算。如圖8。 由于受到橡膠允許承受的載荷較大,安裝,調整,靈活,方便,因而是沖裁模中常用的彈性元件,沖裁模中用于卸料的橡膠有合成橡膠和聚氨脂橡膠,其中聚氨脂的性能比合成橡膠優(yōu)異,是常用的卸料彈性元件。 為了保證卸料正常工作,應該使橡膠的預緊的預壓力： ……………………………………4.3 橡膠的壓力與壓縮量之間不是線形關系,橡膠的壓縮時產生的壓力按下式計算: ………………………………………4.4 式中 A——橡膠的橫截面積 P——橡膠與單位壓邊力,其值與橡膠的壓縮量,形狀及尺寸有關 計算橡膠的自由高度,由下式 ～4) …………………………………………4.5 計算橡膠的裝配高度,由下式 ………………………………………………4.6 ～ …………………………………… 4.7 按公式計算得: 圖8 彈壓卸料板 4.3.2 上墊板 墊板的作用是直接承受和擴散凸模傳遞的壓力，以降低模座所受的單位壓力，防止模座被壓出陷痕而損壞。在設計中我們把墊板的外形尺寸與凸凹模的外形尺寸相匹配，其厚度我們設計為10mm。在上墊板上設計了一個推桿孔，以便安裝推桿，還有四個螺釘孔以及兩個銷孔，這些都是為了與凸凹模和拉深凸模上的各種固定零件的安裝相匹配的。在圖中標注尺寸精度、形位公差及粗糙度。上墊板的零件圖如圖9所示。 圖9 上墊板 4.3.3 凸凹模固定板 凸凹模固定板的作用是固定凸凹模，起到穩(wěn)固的作用，其與凸凹模接觸面部分有配合精度要求，以保證凸凹模的安裝精度，其上設置6個孔，用來安裝螺釘和銷釘，整體的結構設計如下圖10。 圖10 凸凹模固定板 4.3.4 凹模墊板 本設計中凹模墊板的作用主要有支撐落料凹模，并且需要安裝沖孔凸模降低模座的單位面積受力，防止模座被壓出陷痕而損壞。并且需要安裝沖孔凸模，設計凹模墊板時主要考慮安裝螺釘和凸模以及銷子和頂桿的位置。外形尺寸及精度設計如圖11。 圖11 凹模墊板 4.3.5 壓邊圈 在本設計中,壓邊圈借助頂桿所施的頂件力,既起到壓邊的效果,又起來把拉深件頂出拉深凸模,設計高度為15mm,如圖12。 圖12 壓邊圈 5 模具的結構 5.1 模具的結構圖 由以上的設計計算，并經繪圖設計，該端蓋落料、拉深、沖孔復合模裝配圖如圖13所示。 圖13 結構圖 5.2 模具零件明細 該復合模的主要零部件在模具的結構設計中已經進行了仔細的設計，其余的非標準的零件可以根據需要按國標選取使用。所有零件的明細表下表5.2。 表1 落料、拉深、沖孔復合模零件表 件號 名 稱 數量 材 料 規(guī) 格（㎜） 標 準 熱 處 理 1 圓柱銷 2 12x60 GB/T119.1-2000 2 上墊板 1 45 250x200x10 43～48HRC 3 推 板 1 40 厚度10mm 40～45HRC 4 凸緣模柄 1 Q235 70x100 JB/T7646.3-1994 5 打 桿 1 40 15x135 43～48HRC 6 推 桿 3 40 6x85 43～48HRC 7 卸料螺釘 4 M12x105 GB2867.6-81 8 壓邊圈 1 45 厚度15mm 48～52HRC 9 螺 釘 4 M10x20 GB/T70.1-2000 10 導套 1 20 28x100x42 滲碳58～62HRC 11 導柱 1 20 28x195 滲碳58～62HRC 12 落料凹模 1 CrWMn 高70mm 58～62HRC 13 凹模固定板 1 45 250 x200x12 43～48HRC 14 圓柱銷 2 12x100 GB/T119.1-2000 15 推件塊 1 45 10x69 48～52HRC 16 頂 桿 2 6x100 JB/T7650.3-1994 43～48HRC 17 沖孔凸模 2 Cr12 13x30 58～62HRC 18 螺 釘 5 M12x70 GB/T70.1-2000 19 凸凹模固定板 1 45 250x200x22 43～48HRC 20 擋料銷 3 45 16x13 JB/T7649.10-1994 43～48HRC 5.3 整個模具動作分析 該模具一次沖程完成一個工件，工作平穩(wěn)，原料送入后由銷釘定位，凸凹模下行落料，并由壓邊圈壓邊，進行拉深，拉深過程中壓邊圈和凸凹模同步下行，當接觸沖孔凸模時，由兩個沖孔凸模進行沖孔，完成沖孔后上模上行，由打桿帶動推桿和推件塊完成工件和廢料的推出，完成一次沖壓過程。 6 選定沖壓設備 沖壓設備選擇是沖壓工藝過程設計的一項重要內容，它直接關系到設備的安全和使用的合理，同時也關系到沖壓工藝過程的順利完成及產品質量、零件精度、生產效率、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。 在前面的設計中，我們已經對沖壓設備的噸位以及閉合高度等參數進行了確定。這里根據前面所算出來的各項數據。查表選擇壓力機，確定選用閉式單點壓力機J31-630B,其主要具體參數如下: 公稱壓力 1000KN 滑塊行程 120mm 封閉高度調節(jié)量 110mm 工作臺尺寸 600460mm 柄孔尺寸 60×75mm 立柱間距離 420mm 工作臺板厚 110mm 7 模具的裝配 7.1 復合模的裝配 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，調整凸模組件及凹模的位置，使凸模刃口和凹模刃口分別與凸凹模的內、外刃口配合，并保證配合間隙均勻后固緊凸模組件與凹模；⑤試沖檢查合格后，將凸模組件、凹模和相應模座一起鉆鉸銷孔；⑥卸開上、下模，安裝相應的定位、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。 7.2 凸、凹模間隙的調整 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質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設計要求在凸、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。 沖模裝配時調整凸、凹模間隙的方法很多，需根據沖模的結構特點、間隙值的大小和裝配條件來確定。這里用墊片法來調整。 墊片法是利用厚度與凸、凹模單面間隙相等的墊片來調整間隙，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，使凸模進入響應的凹?？變?，并用等高墊鐵墊起。 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，使之調整到凸模在各方向與凹?？變鹊馄乃删o程度一致為止。 ④調整合適后，在將上模用螺釘緊固，并配裝銷釘孔，打入定位銷。 8 成型零件的加工工藝過程編制 在機械制造中，采用各種機械加工方法將毛坯加工成零件，再將這些零件裝配成機器。為了使上述制造過程滿足“優(yōu)質、高產、低成本”的要求，首先要指定零件的機械加工工藝規(guī)程和機器的裝配工藝規(guī)程，然后按照所制訂的工藝規(guī)程來進行機械加工和裝配。由于零件的工藝過程可以是多種多樣的，工藝人員的任務是從現有生產條件出發(fā)，制訂出一個切合實際的最優(yōu)工藝過程，并將其有關內容用文件的形式規(guī)定下來。規(guī)定零件機械加工工藝過程和操作方法等的工藝文件稱為機械加工工藝規(guī)程。 機械加工工藝規(guī)程是指導生產的主要技術文件。按照工藝規(guī)程進行生產，才能保證達到產品質量、生產率和經濟性的要求。合理的工藝規(guī)程在編制后應要滿足下述要求： 1.零件所需的工序數量要盡量少，并且要減少或不再采用其他加工方法加工。 2.零件各工序所采用的設備結構要簡單、壽命要長。 3.工序中所占用的設備要少，盡可能采用生產機械化與自動化。 4.生產準備周期要短，所需材料要少，成本要低廉。 5.零件的生產工藝流程要合理，做到安全生產。 6.制出的零件應符合技術要求，并且尺寸精度要高，表面質量要好。 7.盡量采用技術等級不高的工人生產，以降低成本。 制訂機械加工工藝規(guī)程的原則是：在一定的生產條件下，以最低的成本，按計劃規(guī)定的速度，可靠地加工出圖紙要求的零件。在編制工藝規(guī)程時，應注意以下幾個問題： 1.技術上的先進性 在編制工藝規(guī)程時，應盡量采用新工藝、新技術、先進設備和新材料，以獲得較高的生產率，但不應加大操作工人的勞動強度，而應依靠設備的先進性來保證。 2.經濟上的合理性 在一定的生產條件下，可能有幾種能保證零件技術要求的加工工藝方案，此時應全面考慮，應根據工序數量、機械加工難易程度、通過核算或分析選擇經濟效益最佳的加工方案，以使零件減少工序及降低成本。同時，加工精度要求不高的零件，盡量不使用高精度的加工設備。 3.創(chuàng)造必要的良好工作條件 在編制工藝規(guī)程時，必須保證操作人員有良好而安全的工作條件，并保證所加工的零件的質量合格及減輕工人的勞動強度。 本模具選用沖孔凸模制其加工工藝過程。凸模在模具中起到成型孔的作用，工藝規(guī)程設計如下： 1：工藝性分析 圖14 沖孔凸模 本零件為沖孔凸模，其定位方式是依靠φ10，其工作部位為φ6.5，并且對這兩個表面有同軸度要求，為關鍵尺寸，本零件材料為Cr12熱處理硬度為58～60HRC，本零件尺寸齊全、要求合理、結構工藝性好。 2：選擇毛坯 本零件是模具最重要的工作零件，直接對工件進行沖壓，要求硬度高、強度好。故應選擇鍛件為毛坯形式。因模具為單件生產，故可用自由鍛制造。 3：擬定零件工藝路線 (1)定位基準 本零件為階梯軸形零件。外圓尺寸φ10和φ6.5有同軸度要求。一般選擇毛坯外圓為粗基準。 (2)加工方法 表面加工方法應依據其加工精度與表面粗糙度要求參照各種表面典型加工路線來確定。經查閱“機械制造技術基礎”P197~P199頁表6-3、表6-4、表6-5，確定本零件各表面的加工方法如下： 表2 各加工方法的經濟精度與經濟表面粗糙度 粗車 半粗車 磨削 經濟精度 IT11-IT13 IT8-IT9 IT6-IT7 經濟表面粗糙度 Rz50-100 Ra3.2-6.3 Ra0.4-0.8 表3 各加工表面的技術要求及加工方法 加工表面 技術要求 加工方法 Φ6.50-0.02 IT8， 粗車－半精車－磨削 Φ100-0.02 IT8，Ra0.8 粗車－半精車－磨削 Φ13 IT14，Ra6.3 粗車－半精車 （3）工藝路線 1）備料 2）夾持毛坯，車φ13， 3）粗車－半精車－磨削外圓φ10，倒圓角并留磨量。 4）粗車－半精車－磨削外圓φ6.5，倒圓角并留磨量。 5）磨削φ10和φ6.5，切斷。 6）熱處理至要求硬度。 4：確定各工序余量，計算工序及寸及偏差。 (1)毛坯余量(總余量)的確定 查“機械制造工藝設計簡明手冊”表2.2-27，毛坯直徑為20。 (2)各工序余量的確定 查“簡明手冊”P62~P74得各加工表面，各工序單邊余量： 表4 各工序加工余量 總余量 粗車 半精車 磨削 Φ13 7 5.8 1.2 Φ100-0.02 10 8.7 1.1 0.2 Φ6.50-0.02 13.5 12 1.3 0.2 表5 加工工藝過程表 工 序 號 工序名稱 工序內容 設備 工序簡圖（示意圖） 1 下料 按尺寸φ20×100切斷 鋸床 2 車外圓 車端面并粗車與半精車外圓至φ13 車床 3 車外圓 粗車與半精車外圓Φ10留磨削余量 車床 4 磨削 磨削Φ100-0.02及Φ6.50-0.02 萬能 外圓 磨床 5 切斷 按尺寸切斷 車床 7 熱處理 按熱處理工藝進行，熱處理硬度達58～60HRC 8 檢驗 檢驗成品是否達到圖樣要求 34