2380 成型板沖壓工藝及模具設計,成型,沖壓,工藝,模具設計
河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計說明書1緒論1 概述1.1 沖壓與沖壓模具的概念沖壓是塑性加工的基本方法之一。沖壓是在室溫下，利用安裝在壓力機上的模具對材料施力，使其產生分離或塑性變形，從而獲得所需零件的一種沖壓加工方法。由于沖壓通常是在室溫下進行加工，所以常常稱為冷沖壓；又由于它的加工材料主要是板料，所以又稱為板料加工。沖壓不但可以加工金屬材料，還可以加工非金屬材料。在沖壓加工中，將材料加工成沖壓零件（或半成品）的一種特殊工藝裝備，稱為沖壓模具或冷沖模。沖壓模具在實現(xiàn)沖壓加工中是必不可少的工藝裝備，沒有符合要求的沖壓模具，沖壓加工就無法進行；沒有先進的沖壓模具，先進的沖壓工藝就無法實現(xiàn)。在沖壓零件的生產中，合理的沖壓工藝，先進的模具，高效的沖壓設備是必不可少的三要素，如圖 1 所示：1.2 沖壓的特點及應用1.沖壓生產的特點與其它加工方法相比，沖壓加工無論在技術方面還是經(jīng)濟方面都具有許多獨特的優(yōu)點。主要表現(xiàn)如下。(1)沖壓件的質量穩(wěn)定，尺寸精度高 由于沖壓生產是有利于模具成形，模具制造精度高，故沖壓件質量穩(wěn)定，制件互換性好，尺寸精度高，一般情況下，沖壓生產的尺寸精度可達到 IT10～IT14 級，最高可達到 IT16 級，有的制件不需沖 壓 設 備模 具 工 藝 條 件沖 壓 零 件圖 1 沖 壓 零 件 質 量 的 影 響 因 素河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計說明書2要再進行機械加工，便可滿足裝配和使用要求。（2）生產率高，成本低 沖壓生產是利用沖壓模具和沖壓設備完成加工，其生產效率高，操作方便，易于實現(xiàn)機械化與自動化。對于普通壓力機，每分鐘可生產幾件到幾十件制件，高速壓力機每分鐘可生產數(shù)百件甚至上千件制件。沖壓件質量輕，剛性好，強度高，沖壓過程耗能少，中大批量生產時，成本較低。（3）材料利用率高 沖壓生產是一種少，無切削加工的方法之一。沖壓生產能實現(xiàn)少廢料甚至餓無廢料生產，在某些情況下，邊角余料也可以充分利用（沖壓小零件），因此，材料的利用率高，一般為 70%～85%。（4）易得到復雜制件 由于利用模具加工，所以可以獲得用其他加工方法所不能或難以制造的形狀復雜的零件。如小到鐘表的秒表，大到汽車縱梁、覆蓋件等，加上沖壓時材料的冷變形硬化效應，沖壓的強度和剛度均較高。沖壓生產的缺點：（1）模具制造周期長，制造成本高，不適應與小件生產 沖壓多采用機械壓力機，由于滑塊往復運動，手工操作時，勞動強度較大。易發(fā)生事故，故必須重視安全生產，安全管理和采取必要的安全技術措施。（2）沖壓加工生產產生振動和噪音兩種公害 這些問題并不完全是沖壓本身帶來的，主要是由于傳統(tǒng)的的沖壓設備落后造成的，隨著科學技術的進步，這兩種公害會得到一定程度的解決。2 沖壓生產的應用由于沖壓生產存在著上述諸多優(yōu)點，沖壓加工的應用十分廣泛，在汽車，拖拉機，機電，電器，儀表玩具以及日常生活用品的生產方面，都占十分重要的地位。不少過去用鑄造，鍛造，切削加工方法制造的零件，現(xiàn)在被剛度好，質量輕的沖壓件代替。根據(jù)近年來的統(tǒng)計表明，在機電以及儀器，儀表生產中，有 60%～70%的零件是采用沖壓工藝完成的。在汽車生產中大概有 60%～70%的零件數(shù)采用沖壓工藝制成的，沖壓生產所占的勞動量是整個汽車行業(yè)勞動量的 25%～30%.在電子產品中，沖壓件所占的比例也相當大。人們日常生活中的金屬制品，沖壓件所占的比例更大，如：鋁鍋，不銹鋼餐具等，隨處都可看到?jīng)_壓制品，因此，沖壓技術應用非常廣泛。學習，研究和發(fā)展沖壓技術，對發(fā)展我國國民經(jīng)濟和加速現(xiàn)代化工業(yè)建設具有重要意義。河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計說明書33 沖壓的基本工序及模具由于沖壓加工的零件種類繁多，各類零件的形狀、尺寸和精度要求又各不相同，因而生產中采用的沖壓工藝方法也是多種多樣的。概括起來，可分為分離工序和成形工序兩大類；分離工序是指使坯料沿一定的輪廓線分離而獲得一定形狀、尺寸和斷面質量的沖壓（俗稱沖裁件）的工序；成形工序是指使坯料在不破裂的條件下產生塑性變形而獲得一定形狀和尺寸的沖壓件的工序。上述兩類工序，按基本變形方式不同又可分為沖裁、彎曲、拉深和成形四種基本工序，每種基本工序還包含有多種單一工序。在實際生產中，當沖壓件的生產批量較大、尺寸較少而公差要求較小時，若用分散的單一工序來沖壓是不經(jīng)濟甚至難于達到要求。這時在工藝上多采用集中的方案，即把兩種或兩種以上的單一工序集中在一副模具內完成，稱為組合的方法不同，又可將其分為復合-級進和復合-級進三種組合方式。復合沖壓——在壓力機的一次工作行程中，在模具的同一工位上同時完成兩種或兩種以上不同單一工序的一種組合方法式。級進沖壓——在壓力機上的一次工作行程中，按照一定的順序在同一模具的不同工位上完面兩種或兩種以上不同單一工序的一種組合方式。復合-級進——在一副沖模上包含復合和級進兩種方式的組合工序。沖模的結構類型也很多。通常按工序性質可分為沖裁模、彎曲模、拉深模和成形模等；按工序的組合方式可分為單工序模、復合模和級進模等。但不論何種類型的沖模，都可看成是由上模和下模兩部分組成，上模被固定在壓力機工作臺或墊板上，是沖模的固定部分。工作時，坯料在下模面上通過定位零件定位，壓力機滑塊帶動上模下壓，在模具工作零件（即凸模、凹模）的作用下坯料便產生分離或塑性變形，從而獲得所需形狀與尺寸的沖件。上?；厣龝r，模具的卸料與出件裝置將沖件或廢料從凸、凹模上卸下或推、頂出來，以便進行下一次沖壓循環(huán)。4 沖壓技術的現(xiàn)狀及發(fā)展方向隨著科學技術的不斷進步和工業(yè)生產的迅速發(fā)展，許多新技術、新工藝、新設備、新材料不斷涌現(xiàn)，因而促進了沖壓技術的不斷革新和發(fā)展。其主要表現(xiàn)和發(fā)展方向如下。河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計說明書4(1).沖壓成形理論及沖壓工藝方面沖壓成形理論的研究是提高沖壓技術的基礎。目前，國內外對沖壓成形理論的研究非常重視，在材料沖壓性能研究、沖壓成形過程應力應變分析、板料變形規(guī)律研究及坯料與模具之間的相互作用研究等方面均取得了較大的進展。特別是隨著計算機技術的飛躍發(fā)展和塑性變形理論的進一步完善，近年來國內外已開始應用塑性成形過程的計算機模擬技術，即利用有限元（FEM）等有值分析方法模擬金屬的塑性成形過程，根據(jù)分析結果，設計人員可預測某一工藝方案成形的可行性及可能出現(xiàn)的質量問題，并通過在計算機上選擇修改相關參數(shù)，可實現(xiàn)工藝及模具的優(yōu)化設計。這樣既節(jié)省了昂貴的試模費用，也縮短了制模具周期。研究推廣能提高生產率及產品質量、降低成本和擴大沖壓工藝應用范圍的各種壓新工藝，也是沖壓技術的發(fā)展方向之一。目前，國內外相繼涌現(xiàn)出精密沖壓工藝、軟模成形工藝、高能高速成形工藝及無模多點成形工藝等精密、高效、經(jīng)濟的沖壓新工藝。其中，精密沖裁是提高沖裁件質量的有效方法，它擴大了沖壓加工范圍，目前精密沖裁加工零件的厚度可達 25mm，精度可達 IT16~17 級；用液體、橡膠、聚氨酯等作柔性凸?；虬寄５能浤３尚喂に嚕芗庸こ鲇闷胀庸し椒y以加工的材料和復雜形狀的零件，在特定生產條件下具有明顯的經(jīng)濟效果；采用爆炸等高能效成形方法對于加工各種尺寸在、形狀復雜、批量小、強度高和精度要求較高的板料零件，具有很重要的實用意義；利用金屬材料的超塑性進行超塑成形，可以用一次成形代替多道普通的沖壓成形工序，這對于加工形狀復雜和大型板料零件具有突出的優(yōu)越性；無模多點成形工序是用高度可調的凸模群體代替?zhèn)鹘y(tǒng)模具進行板料曲面成形的一種先進技術，我國已自主設計制造了具有國際領先水平的無模多點成形設備，解決了多點壓機成形法，從而可隨意改變變形路徑與受力狀態(tài)，提高了材料的成形極限，同時利用反復成形技術可消除材料內殘余應力，實現(xiàn)無回彈成形。無模多點成形系統(tǒng)以 CAD/CAM/CAE 技術為主要手段，能快速經(jīng)濟地實現(xiàn)三維曲面的自動化成形。(2).沖模是實現(xiàn)沖壓生產的基本條件.在沖模的設計制造上,目前正朝著以下兩方面發(fā)展:一方面,為了適應高速、自動、精密、安全等大批量現(xiàn)代生產的需要，沖模正向高效率、高精度、高壽命及多工位、多功能方向發(fā)展，與此相比適應的新型模具材料及其熱處理技術，各種高效、精密、數(shù)控自動化的模具加工機床和檢測設備以及模具 CAD/CAM 技術也在迅速發(fā)展；另一方面，為了適應產品更新?lián)Q代和試制或小批量生產的需要，鋅基合金沖模、聚氨酯橡膠沖模、薄板沖模、鋼帶沖模、組合沖模等各種簡易沖模及其制造技術也得到了迅速發(fā)展。精密、高效的多工位及多功能級進模和大型復雜的汽車覆蓋件沖模代表了河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計說明書5現(xiàn)代沖模的技術水平。目前，50 個工位以上的級進模進距精度可達到 2 微米，多功能級進模不僅可以完成沖壓全過程，還可完成焊接、裝配等工序。我國已能自行設計制造出達到國際水平的精度達 2? ~5 微米，進距精度 2~3 微米，總壽命達 1 億次。我國主要汽車模具企業(yè)，已能生產成套轎車覆蓋件模具，在設計制造方法、手段方面已基本達到了國際水平，但在制造方法手段方面已基本達到了國際水平，模具結構、功能方面也接近國際水平，但在制造質量、精度、制造周期和成本方面與國外相比還存在一定差距。模具制造技術現(xiàn)代化是模具工業(yè)發(fā)展的基礎。計算機技術、信息技術、自動化技術等先進技術正在不斷向傳統(tǒng)制造技術滲透、交叉、融合形成了現(xiàn)代模具制造技術。其中高速銑削加工、電火花銑削加工、慢走絲切割加工、精密磨削及拋光技術、數(shù)控測量等代表了現(xiàn)代沖模制造的技術水平。高速銑削加工不但具有加工速度高以及良好的加工精度和表面質量（主軸轉速一般為15000~40000r/min）,加工精度一般可達 10 微米，最好的表面粗糙度 Ra≤1 微米），而且與傳統(tǒng)切削加工相比具有溫升低（工件只升高 3 攝氏度）、切削力小，因而可加工熱敏材料和剛性差的零件，合理選擇刀具和切削用量還可實現(xiàn)硬材料（60HRC）加工；電火花銑削加工（又稱電火花創(chuàng)成加工）是以高速旋轉的簡單管狀電極作三維或二維輪廓加工（像數(shù)控銑一樣），因此不再需要制造昂貴的成形電極，如日本三菱公司生產的 EDSCAN8E 電火花銑削加工機床，配置有電極損耗自動補償系統(tǒng)、CAD/CAM 集成系統(tǒng)、在線自動測量系統(tǒng)和動態(tài)仿真系統(tǒng)，體現(xiàn)了當今電火花加工機床的技術水平；慢走絲線切割技術的發(fā)展水平已相當高，功能也相當完善，自動化程度已達到無人看管運行的程度，目前切割速度已達到300mm /min,加工精度可達±1.5 微米，表面粗糙度達 Ra=01~0.2 微米;精度磨削2及拋光已開始使用數(shù)控成形磨床、數(shù)控光學曲線磨床、數(shù)控連續(xù)軌跡坐標磨床及自動拋光等先進設備和技術;模具加工過程中的檢測技術也取得了很大的發(fā)展,現(xiàn)在三坐標測量機除了能高精度地測量復雜曲面的數(shù)據(jù)外,其良好的溫度補償裝置、可靠的抗振保護能力、嚴密的除塵措施及簡單操作步驟，使得現(xiàn)場自動化檢測成為可能。此外，激光快速成形技術（RPM）與樹脂澆注技術在快速經(jīng)濟制模技術中得到了成功的應用。利用 RPM 技術快速成形三維原型后，通過陶瓷精鑄、電弧涂噴、消失模、熔模等技術可快速制造各種成形模。如清華大學開發(fā)研制的“M-RPMS-Ⅱ型多功能快速原型制造系統(tǒng)”是我國自主知識產權的世界惟一擁有兩種快速成形工藝（分層實體制造 SSM 和熔融擠壓成形 MEM）的系統(tǒng)，它基于“模塊化技術集成”之概念而設計和制造，具有較好的價格性能比。一汽模具制造公司在以 CAD/CAM 加工的主模型為基礎，采用瑞士汽巴精化的高強度樹脂澆注成形的樹脂沖模應用在國產轎車試制和小批量生產開辟了新的途徑。河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計說明書6(3)沖壓設備和沖壓生產自動化方面性能良好的沖壓設備是提高沖壓生產技術水平的基本條件，高精度、高壽命、高效率的沖模需要高精度、高自動化的沖壓設備相匹配。為了滿足大批量高速生產的需要，目前沖壓設備也由單工位、單功能、低速壓力機朝著多工位、多功能、高速和數(shù)控方向發(fā)展，加之機械乃至機器人的大量使用，使沖壓生產效率得到大幅度提高，各式各樣的沖壓自動線和高速自動壓力機紛紛投入使用。如在數(shù)控四邊折彎機中送入板料毛坯后，在計算機程序控制下便可依次完成四邊彎曲，從而大幅度提高精度和生產率；在高速自動壓力機上沖壓電機定轉子沖片時，一分鐘可沖幾百片，并能自動疊成定、轉子鐵芯，生產效率比普通壓力機提高幾十倍，材料利用率高達 97%；公稱壓力為 250KN 的高速壓力機的滑塊行程次數(shù)已達2000 次/min 以上。在多功能壓力機方面，日本田公司生產的 2000KN“沖壓中心”采用 CNC 控制，只需 5min 時間就可完成自動換模、換料和調整工藝參數(shù)等工作；美國惠特尼公司生產的 CNC 金屬板材加工中心，在相同的時間內，加工沖壓件的數(shù)量為普通壓力機的 4~10 倍，并能進行沖孔、分段沖裁、彎曲和拉深等多種作業(yè)。近年來，為了適應市場的激烈競爭，對產品質量的要求越來越高，且其更新?lián)Q代的周期大為縮短。沖壓生產為適應這一新的要求，開發(fā)了多種適合不同批量生產的工藝、設備和模具。其中，無需設計專用模具、性能先進的轉塔數(shù)控多工位壓力機、激光切割和成形機、CNC 萬能折彎機等新設備已投入使用。特別是近幾年來在國外已經(jīng)發(fā)展起來、國內亦開始使用的沖壓柔性制造單元（FMC）和沖壓柔性制造系統(tǒng)（FMS）代表了沖壓生產新的發(fā)展趨勢。FMS 系統(tǒng)以數(shù)控沖壓設備為主體，包括板料、模具、沖壓件分類存放系統(tǒng)、自動上料與下料系統(tǒng)，生產過程完全由計算機控制，車間實現(xiàn) 24 小時無人控制生產。同時，根據(jù)不同使用要求，可以完成各種沖壓工序，甚至焊接、裝配等工序，更換新產品方便迅速，沖壓件精度也高。(4)沖壓標準化及專業(yè)化生產方面模具的標準化及專業(yè)化生產，已得到模具行業(yè)和廣泛重視。因為沖模屬單件小批量生產，沖模零件既具的一定的復雜性和精密性，又具有一定的結構典型性。因此，只有實現(xiàn)了沖模的標準化，才能使沖模和沖模零件的生產實現(xiàn)專業(yè)化、商品化，從而降低模具的成本，提高模具的質量和縮短制造周期。目前，國外先進工業(yè)國家模具標準化生產程度已達 70%~80%，模具廠只需設計制造工作零件，大部分模具零件均從標準件廠購買，使生產率大幅度提高。模具制造廠專業(yè)化程度越不定期越高，分工越來越細，如目前有模架廠、頂桿廠、熱處理廠等，甚至河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計說明書7某些模具廠僅專業(yè)化制造某類產品的沖裁模或彎曲模，這樣更有利于制造水平的提高和制造周期的縮短。我國沖模標準化與專業(yè)化生產近年來也有較大發(fā)展，除反映在標準件專業(yè)化生產廠家有較多增加外，標準件品種也有擴展，精度亦有提高。但總體情況還滿足不了模具工業(yè)發(fā)展的要求，主要體現(xiàn)在標準化程度還不高（一般在 40%以下），標準件的品種和規(guī)格較少，大多數(shù)標準件廠家未形成規(guī)?；a，標準件質量也還存在較多問題。另外，標準件生產的銷售、供貨、服務等都還有待于進一步提高。1 制件的工藝性分析河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計說明書8工件名稱：支板生產批量：批量生產材料：20厚度：1.2mm工件簡圖見圖 2圖 2 工件圖制件的總體分析該零件的外形復雜程度一般，是由圓弧和圓組成的。由于沖裁件的內外形所能達到的經(jīng)濟精度為 IT11～IT14 級，孔中心與邊緣的距離尺寸公差為±0.5mm。將以上精度與零件的精度要求相比較，可得到該零件的精度要求能夠在沖裁加工中得到保證，其它尺寸標注，生產批量等情況，也均符合沖裁的工藝要求。工藝性：成型板屬于中等尺寸零件，料厚 1.2mm，外形復雜程度一般，尺寸精度要求如圖示，零件材料為 20 鋼，是優(yōu)質碳素結構鋼，具有良好的塑性，市場上也容易得到這種材料，價格適中。河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計說明書9因此零件外形可采用落料工藝獲得。沖孔的工藝性：φ25mm 的孔，尺寸精度要求一般，可采用沖孔。此工件只有外形落料和沖孔兩個工序。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。2 工藝方案的確定河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計說明書10成型板零件所需的基本沖壓工序為落料和沖孔，可擬訂出以下三種工藝方案。方案一：用簡單模分兩次加工，即先落料,后沖孔。采用單工序模生產。方案二：落料——沖孔復合模。采用復合模生產。方案三：沖孔——落料級進模。采用級進模生產。分析各方案的優(yōu)缺點方案一：生產率低，工件的累計誤差大，操作不方便，由于該工件為大批量生產，方案二和方案三更具有優(yōu)越性。該零件 25 的孔與外邊緣之間的最小距離為 8.82mm，大于此零件要求的最小?壁厚（Lmin=2t=2×1.2=2.4mm） ，可以采用沖孔落料復合?；驔_孔，落料級進模。復合模的行位精度和尺寸精度容易保證，且生產也高，盡管模具結構較復雜，但由于零件的幾何形狀復雜程度一般，所以模具的制造并不太困難；級進模的生產效率也高，但零件的沖裁精度稍差，預保證沖壓件的行位精度，需要在模具上設置導正銷導正，故模具的制造，安裝較復合模復雜。通過對上述三種方案的分析比較，該零件的沖壓生產采用方案二的復合模具為佳。3 主要工藝參數(shù)計算河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計說明書113.1 排樣的設計與計算設計復合模時，首先要設計條料排樣圖。排樣是指沖裁件在條料，帶料或板料的布置方式。合理的排樣應在保證制件的質量，有利于簡化模具的前提下，以最少的材料消耗，沖出最多數(shù)量的合格工序件。排樣的原則：a 提高材料利用率；b 便于工人操作，減輕工人勞動強度；c 使模具結構簡單，模具壽命提高；d 排樣應保證沖裁件質量，不能只考慮材料的利用率，而不考慮沖裁件的性能。該零件具有 T 形的特點，直排時材料的利用率較低，采用直對排的排樣方案可以提高材料的利用率，減少廢料。此時雖然沒有無廢料排樣材料的利用率高，但制件的精度可以得到保證。綜上所述，支架的排樣采用有廢料排樣的直對排。制件的排樣圖如圖 3 所示：圖 3 排樣圖3.1.1 確定搭邊與搭肩值搭邊的作用和影響因素作用：a 補償誤差；b 是凸凹模雙邊受力；c 增加條料剛度，方便條料送進。影響因素：a 材料的力學性能；b 材料厚度；c 沖裁件的形狀和尺寸；d 送料及擋料方式；e 卸料方式。河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計說明書12搭邊和搭肩值一般是由經(jīng)驗確定的。查表 2.9 取最小搭邊值為 a=1.8mm 和b=1.5mm 3.1.2 計算送料步距和條料的寬度 條料寬度的計算：擬采用有側壓裝置的送料方式，由B =〔Dmax+2a＋C〕 0△?0△?Dmax—條料寬度方向沖裁件的最大尺寸a—側搭邊值 c—導料板與最寬條料之間的間隙由表 2.12 查得 C＝0.5代入數(shù)據(jù)計算： B =〔92+2×1.8+2+7.5+0.5〕 =103.6 mm0△?05.?05.?導料板間距離的計算：由 s=D+c,代入數(shù)據(jù)計算得：S=（92+2）mm=94mm 3.1.3 計算材料的利用率：根據(jù)一般的市場供應情況，原材料選用 600mm×2000×1.2mm 的冷軋薄鋼板，每塊可見成 60mm×2000mm 規(guī)格條料 10 條。材料的剪切利用率可達 99%。計算沖壓件的毛坯面積：經(jīng)計算毛坯的面積為 A =1128.4828mm2一個步距的材料利用率：材料利用率 的計算公式為 ?=nA/（ BS）×100%?式中 A—一個步距內零件的實際的面積，mm 2;B—一個步距內板料寬度，mm; L—一個步距內板料長度， mm所以材料的利用率為＝ 2×1207.7109/（92×47）×100%=55.8%?河南機電高等專科學校畢業(yè)設計說明書133.2 沖壓力的計算并初步選取壓力機的噸位3.2.1 沖裁力的計算沖裁模設計時，為了合理的設計模具和選用沖壓設備，必須合理的計算沖裁工藝力。壓力機的噸位必須大于所計算的沖裁工藝力，以適應沖裁間隙的要求。沖裁工藝力主要包括沖裁力 F、卸料力 F 、推件力 F 和頂件力 F 。卸 推 頂321卸卸 推頂圖 4 卸料力，推件力，和頂件力裁力的大小隨凸模進入材料的深度（凸模行程）而變化，本模具采用普通平刃口模具沖裁，其沖裁力 F 按下式計算：F=KLtΓb沖裁力公式為 P＝P 孔 +P 落式中 P—沖裁力P 孔 —沖孔沖裁力P 落 —落料沖裁力沖孔沖裁力 P 孔河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計說明書14P 孔 ＝K tτL孔式中 K—系數(shù)，查表取 K＝1.3—沖孔周長，L＝3.14×27＝84.78mm孔t—材料厚度，t＝1.2mmτ—材料抗剪強度，MPa，查手冊 20 鋼 τ＝440 MPa所以 P 孔 ＝K tτ＝1.3×84.78×1.2×440＝58192.992NL孔取 P 孔 ＝58.19KN① 落料沖裁力 P 落P 落 ＝K tτL落式中 —落料件外形周邊尺寸落＝152.6159mmL落所以 P 落 ＝KLtτ＝1.3×152.6159×1.2×440=104755.55N取 P 落 ＝104.755KN3.2.2 卸料力、推件力及頂件了力的計算：沖裁時，材料分離前存在著彈性變形，在沖裁結束時，由于材料的彈性回復及摩擦的存在，將落料件或沖孔廢料梗塞在凹模內，而沖裁剩下的材料則緊箍在凸模上。為使沖裁工作繼續(xù)進行，必須將箍在凸模上的料卸下，將梗塞在凹模內的料推出。卸料力是將廢料或工件從凸凹模上刮下的力。而推件力是將梗塞在凹模內的料順沖裁方向推出所需的力。頂件力逆沖裁方向將料從凹模內頂出所需的力。卸料力、推件力和頂件力是由壓力機和模具卸料裝置或頂件裝置傳遞的，所以在選擇設備公稱壓力或設計沖裁的時候應分別予以考慮，影響這些力的因素較多，主要有材料的力學性能、厚度、模具間隙、凹模洞口結構、搭邊大小、潤滑情況、制件的形狀和尺寸等。現(xiàn)在按照下面的經(jīng)驗公式計算：卸料力 Px河南機電高等專科學校畢業(yè)設計說明書15Px＝ P 落K式中 Px—卸料力—卸料系數(shù)，查表 2.7 取 ＝0.025～0.06，取 ＝0.05xKxK所以 Px＝0.05×66.75＝3.34KN 推料力 t＝ P 孔 nttK式中 —推料系數(shù),查表 2.7 取 =0.05t tKn—同時卡在凹模洞孔內的件數(shù)取直筒形刃口的凹模刃口形式，由表 2.21 查得，h=5mm，則n=h/t=5mm/0.8=6 個所以 =0.05×10.8×6=3.24KNtP3.2.3 總沖壓力 總沖裁時,壓力機的壓力值必須大于或者等于沖裁各工藝力的總和,即大于總的沖壓力,總的沖壓力根據(jù)模具結構不同計算公式不同,當采用彈性卸料裝置和下出件的模具時,總的沖壓力為=P+ Px+ = P 孔 +P 落 + Px+ =58.19+104.755+3.34+3.24=169.525KN總 t t3.3 壓力機的公稱壓力的確定：為了保證壓力足夠，一般沖裁時壓力機的噸位應比計算的沖裁力大 30%左右，即P ′=1.3×169.525KN=220.38KN總河南機電高等專科學校畢業(yè)設計說明書16初選開式可傾壓力機參數(shù)壓力機型號為 JB23-25查手冊選擇壓力機的主要技術參數(shù)如下：公稱壓力為：250KN 滑塊行程 ：65mm 最大閉合高度：270 mm 閉合高度調節(jié)量：55mm (標準型)工作臺尺寸(左右×前后)：560mm×370mm (標準型)工作臺孔尺寸(左右×前后)： 290mm×200mm × 260mm ?(標準型)立柱間距離(不小于)：270mm 模柄孔尺寸(直徑×深度)： Ф40mm×60mm 床身最大可傾角（°）：30°墊板尺寸：40mm3.4 壓力中心的確定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和壓力機滑塊的中心線相重合。否則沖壓時滑塊會承受偏心載荷，導致滑塊的滑軌和模具的導向部分不正常磨損，還會使合理間隙得不到保證，從而影響制件的質量降低模具壽命甚至損壞模具。用解析法求模具的壓力中心的坐標。按比例畫出工件尺寸，選用坐標系XOY，如圖 5 所示：河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計說明書17圖 5 壓力中心由于此零件是規(guī)則圖形，所以壓力中心在幾何中心。3.5 工作部分的尺寸計算3.5.1 計算凸凹模工作部分的尺寸（沖孔）并確定其公差：該零件屬于無特殊要求的一般沖孔落料件，外形尺寸由落料 獲得，而中間的小孔尺寸則是由沖孔得到。查表 2.3 得間隙值：Zmin = 0.072mm，Zmax = 0.096mm1） 沖孔 Φ27mm 凸，凹模刃口尺寸的計算由于制件結構簡單，精度要求不高，所以采用凸模和凹模分開加工的方法制造凸模和凹模。其凸，凹模刃口尺寸計算如下：查表 2.5 得凸，凹模制造偏差：δ =0.020， δ =0.025凸 凹校核：Zmax –Zmin =（ 0.096-0.072）mm=0.024mm，而 δ +δ =0.045mm凸 凹河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計說明書18滿足 Zmax –Zmin≤δ +δ 的條件。凸 凹查表 2.6 得：IT14 級時磨損系數(shù) x=0.5沖孔時，間隙取在凹模上，則：凸模尺寸=(d + χ△) tdmin0 ??凹模尺寸=( + Zmin)adt??0式中： ---沖孔凸模刃口尺寸t---沖孔凹模刃口尺寸add ---沖孔件孔的最小極限尺寸，mm, minZmin——雙面間隙，mm△——工件公差，mm，x——磨損系數(shù)，δ——凸模和凹模的制造公差，mm,d =（d min+x△） =（27+0.5×0.36） =27.18 mm凸 0δ 凸?02.?02.?d =（d + Zmin） =（27.18+0.072） =27.25 mm凹 凸 δ 凹?0 025.?025.?3.5.2 外形落料凸模、凹模刃口尺寸的計算因此落料件為復雜的制件，所以利用凸凹模配合法，這種方法有利于獲得最小的合理間隙，放寬對模具的加工設備的精度要求。河南機電高等專科學校畢業(yè)設計說明書19采用配作法，計算凹模的刃口尺寸，首先是根據(jù)凹模磨損后輪廓變化情況正確判斷出模具刃口各個尺寸在磨損過程中是變大還是變小，還是不變這三種情況，然后分別按不同的計算公式計算。a、凹模磨損后會增大的尺寸-------第一類尺寸 A第一類尺寸：A j=(Amax-x△) 0+0.25△ b、凹模磨損后會減小的尺寸-------第二類尺寸 B第二類尺寸：B j=(Bmax+x△) 0-0.25△c、凹模磨損后會保持不變的尺寸 第三類尺寸 C第三類尺寸：C j=(Cmin+0.5△)? 0.125△工件圖中未標注公差的尺寸，查相關資料得出其極限偏差：R7.5 ，Φ7.503.?03.?查表 2.6 地磨損系數(shù)為：當△≥0.36 時，X=0.5當△＜0.36 時，X=0.75第一類尺寸：磨損后增大的尺寸：A1=(Amax－x△) 0+0.25 =（27－0.75×0.1） = mm?1.0*25?96025.?A2=(Amax－x△) 0+0.25△ =(50-0.5×0.40) =49.8 mm4.0*251.0落料凸模的基本尺寸與凹模相同，分別是 27.18 mm，27.25 mm，02.?025.?9.6mm ，49.8 mm，必標注公差，但要在技術條件中注明：凸模實際刃口尺寸025.?1.0?與落料凹模配制，保證最小雙面合理間隙值 Zmin=0.040 4 模具總體設計河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計說明書204.1 模具類型的選擇由沖壓工藝分析可知，采用沖孔落料復合方式?jīng)_壓，所以模具類型為復合模，本零件的沖壓包括沖孔和落料兩個工序，為方便小孔廢料和成形工件的落下，采用倒裝結構，即落料凹模安排在上模，凸凹模安排在下模部分4.2 定位方式的選擇本制件是批量生產，安排生產可采用手工送料方式能夠達到批量生產,且能降低模具成本,因此采用手工送料方式。由于制件的精度要求不高，制件的外形復雜程度一般，所以選用擋料銷和導料板進定位和導向。4.3 導向方式的選擇為確保零件的質量及穩(wěn)定性，選用導柱、導套導向。采用手工送料方式，為了提高開敞性和導向均勻性，采用后角導柱模架。4.4 卸料方式的選擇本模具采用倒裝結構，沖孔廢料和工件留在凹?？锥粗校瑸榱撕喕＞呓Y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 0.8mm，料厚比較薄，選用彈性卸料板來卸下條料廢料。5 模具主要零部件的設計河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計說明書215.1 工作零件的結構設計5.1.1 凹模的設計在本模具中采用螺釘和銷釘將凹模直接固定在支撐件上,凹模刃口為直壁式 ,凹模采用銷釘和螺釘固定時要保證螺釘(或沉孔)間、螺孔與銷孔間及螺孔與凹模刃壁間的距離不能太近,否則會影響模具的壽命。圖 6 整體式凹模的局部結構整體式凹模的局部結構 如圖 7 所示。凹模的外形有圓形與矩形兩種。沖裁時凹模承受沖裁力和側向擠壓力的作用，凹模的外形尺寸應有足夠的強度和剛度。由于受力情況比較復雜，目前凹模外形的尺寸還不能僅用理論的方法來確定。設計模具時，凹模外形尺寸是按照以下經(jīng)驗公式來確定的：凹模的輪廓尺寸包括凹模板的平面尺寸 L×B(長×寬)及厚度尺寸 H.從凹模刃口至外緣的最短距離稱為凹模的壁厚 c。L=l+2cB=b+2cl—沿凹模長度方向刃口型孔的最大距離，mm；b—沿凹模寬度方向刃口型孔的最大距離，mm；c—凹模壁厚，mm，主要考慮布置螺釘與銷釘?shù)男枰?，同時也要保證凹模的強度和剛度。凹模厚度 H=K1K231.0FF—沖裁力，N;K1—凹模材料修正系數(shù)，合金工具鋼取 K1=1,碳素工具鋼 K1=1.3;河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計說明書22K2—凹模刃口周邊長度修正系數(shù)，經(jīng)查相關資料得 K2=1；代入數(shù)據(jù)經(jīng)計算得 H=28.9mm凹模壁厚 c=(1.5～2)Hc=1.5H=1.5×28.9=43.3mm凹模外形尺寸的確定：凹模外形長度：L=(164+2×43.3)mm=250.6mm凹模外形寬度：B=（84.78+2×43.3）mm=171.38mm凹模上螺孔到凹模外緣的距離一般取（1.7～2.0）dd 為螺孔的距離，由于凹模厚度為 36mm, 所以根據(jù)查得螺孔選用 4×M12的螺釘固定在下模座。故選用如圖 8圖 7 凹模上的螺孔設計與選用螺孔到凹模外緣的最小距離 a2=1.5r=1.5×6=9mma3=1.13r≈7mm螺孔到銷孔的距離一般取 b>2r,所以 b 應大于 12mm。凹模采用整體式凹模，各沖裁的凹?？拙捎镁€切割加工，安排凹模在模架上的位置時，要依據(jù)計算的壓力中心的數(shù)據(jù)，使壓力中心與模柄中心重合。凹模的長度選取要考慮以下因素：a)保證有足夠的安裝彈性卸料板的位置。b)便于導尺發(fā)揮作用，保證送料粗定位精度。河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計說明書23選取凹模邊界為 260mm×180mm。凹模材料選用 Cr12 制造，熱處理硬度為58～62HRC。凹模的結構簡圖如圖 9 所示：- +0.25+0.1圖 8 落料凹模的結構簡圖5.1.2 沖孔凸模的設計：為了增加凸模的強度和剛度，凸模非工作部分直徑應制成逐漸增大的多級形式，又由于它的外形尺寸一般，所以選用 B 形與凸模。凸模固定板的厚度取 28mm凸模長度一般是根據(jù)結構上的需要而確定的，設計該模具為沖孔落料復合模，采用剛性卸料板，其凸模長度用下列公式計算：L=h1+h2+h3+h河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計說明書24式中 L—凸模長度， mmh1—凸模固定板高度，mmh2—卸料板高度，mmh3—導料板厚度，mmh—附加高度，一般取 15～20mm沖裁 φ7.5mm 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=28+10+4+16=58mmmm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，即校核公式為 ≤minFP孔 ???式中 P 孔 —沖孔沖裁力,N, P 孔 =10800NFmin—凸模最小斷面積，, Fmin= /4=44.162214.3d2m---凸模材料的許用壓力，???Mpa,如凸模材料選用 Cr12，查手冊 =（1000～160）Mpa,取 =1200 Mpa???因為 = = 244.57Mpa＜minFP孔 16.408??所以凸模強度符合要求。外形落料凸模、凹模各尺寸及其組件的確定和標準化（包括外形尺寸和厚度）所以：L=28+10+0.8+1+15=54.8 mm 凸模固定板材料可用 45 鋼，結構形式和尺寸規(guī)格查手冊可得200mm×160mm×28mm 。沖孔凸模的結構簡圖如圖 10 所示： 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計說明書25圖 9 沖孔凸模的結構形式5.1.3 凸凹模的結構設計凸凹模是復合沖裁中的一個特殊零件，其內形刃口起沖孔凹模的作用，按凹模設計，其外形刃口其落料凸模作用，按凸模設計。內外緣之間的壁厚有沖裁件的形狀和尺寸決定，從強度考慮，壁厚受最小壁厚限制。對于正裝復合模，凸凹模裝于上模，內孔不會積聚廢料，脹力小，最小壁厚可小些；對于倒裝復合模，若采用直壁式刃口形式，下出件時，孔內會集聚工件，最小壁厚要大些。本模具為復合沖裁模，除了沖孔凸模和落料凹模外，還有一個凸凹模。根據(jù)整體模具的設計需要，凸凹模的結構簡圖如圖 所示。確定凸凹模安排在模架上的位置時，要依據(jù)計算的壓力中心的數(shù)據(jù)，使壓力中心與模柄中心重合。經(jīng)校核凸凹模的強度能夠滿足要求。其凸凹模的結構簡圖如圖 11 所示：河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計說明書26+0.250.8A0.1圖 10 凸凹模的結構簡圖5.2 定位零件的設計:在本模具中采用的是條料，所以導料銷，擋料銷作為定位裝置，起導向同時起定位的作用。用擋料銷擋住搭邊或沖件輪廓，以限定條料的送進距離。在本模具中試用固定擋料銷，其結構簡單、制造容易，在模具中廣泛應用作定距裝置。5.2.1 固定擋料銷的設計與標準化固定擋料銷的設計根據(jù)標準件，選用此擋料銷如圖 12河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計說明書27圖 11 固定擋料銷的結構選用直徑 d=Φ10 mm，d1=φ4 mm，h=3mm，L=13mm 材料為 45 鋼 A 型09.?012.4?固定擋料銷（JB/T7649.10—94）5.2.2 導料銷的設計與標準化擋料銷一般有兩個，設置在條料的同側，條料沿兩個導料銷確定的直線送進。從右向左送料時，擋料銷裝在后側；從前向后送料時，導料銷裝在左側。固定導料銷一般設計在凹模上?；顒訐趿箱N一般設在彈壓卸料板上；導料螺釘一般設在固定板或下模座平面上。導料銷的材料一般采用 T7,T8，熱處理硬度為 46～52HRC，粗糙度在 1.6μm以下，裝配時采用 H7/s6 配合。經(jīng)查有關資料可知，導料銷的尺寸為：Φ6mm×8mm。導料銷的結構圖如圖13 所示： ×0.2×河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計說明書28圖 12 導料銷的設計5.3 導向裝置的設計：導向裝置用來保證上模相對于下模正確的運動，對于生產批量較大，零件的要求較高，壽命要求較長的模具，一般都需要采用導向裝置，本模具中應用導柱導套裝置來完成導向5.4 卸料裝置的設計：本模具設計為以導料銷為送進導向的沖模中使用的剛性卸料裝置。彈簧的選用：彈簧屬于標準件①設單個彈簧所承受的負荷為 0P已知卸料力 =3.34KN=3340NxP設卸料彈簧個數(shù)為 n=4 個所以 = = =835N04x3②根據(jù) 的大小，從標準中初選彈簧規(guī)格為 60Φmm×6mm×70mm0PLo=h1+h2+h3+t式中 Lo—彈簧的最大壓縮量，mmh1—卸料板高除凸模端面的高度，一般為 1mm；h2—凸模進入凹模的深度，一般為 0.5～1mm；h3—凸模的總修模量，一般為 4～10mm代入數(shù)據(jù)計算得：Lo=（1+1+10+0.8）mm=12.8mm河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計說明書29計算預選的彈簧在預壓力 Fo 作用下的預壓縮量△Ho，其公式為：△Ho=（Fo/F2）×Lo式中 Fo—彈簧預壓力。N；F2—彈簧的最大工作負荷，N；代入數(shù)據(jù)得：△Ho=（835/1725）×12.8mm=6.2mm△Ho′=△Ho+△H′+△H″式中 △Ho ′—彈簧的實際工作壓縮量，mm；△H o—彈簧預壓縮量，mm；△H′--卸料板的工作行程，一般為△H′=t+0.5，t 為板料厚度，mm；△H″--凸模刃磨量和調整量，可取 5～10mm；代入數(shù)據(jù)得：△Ho′=（6.2+1.3+5）mm=12.5mm由 Lo=12.8mm＞12.5mm=△Ho′所以該彈簧滿足使用要求。5.5 連接與固定裝置的設計5.5.1 模柄的設計:本模具屬于中小型模具,采用模柄將上模固定在壓力機的滑塊上。模柄是作為上模與壓力機滑塊連接的零件。對它的基本要求是:一要與壓力機滑塊上的模柄孔正確配合,安裝可靠；二要與上模正確而可靠的連接。在本模具中選用壓入式模柄，通過凸緣與上模座連接并加止轉銷防止轉動。這種模柄可較好的保證軸線與上模座軸線垂直,適用與各種中、小型模具。模柄材料通常采用 Q235 或 Q275 鋼,在此選用 Q235 鋼.其支撐面應垂直于模柄的軸線(垂直度不應超過 0.02:100)。模柄在本模具選用標準尺寸，并根據(jù)前文壓力機的參數(shù)確定模柄的直徑和長河南機電高等專科學校畢業(yè)設計說明書30度。其具體參數(shù)如下：d=Φ40±0.050mm， L=79mm 現(xiàn)制草圖如下并標明其具體尺寸：圖 13 模柄結構簡圖5.5.2 固定板的設計將凸?；虬寄０匆欢ㄏ鄬Φ奈恢脡喝牍潭ê螅鳛橐粋€整體安裝在上模座或下模座上。在本模具中只有凸模需要由固定板來固定。固定板的厚度一般取凹模厚度的 0.6～0.8 倍,其平面尺寸可與凹模、卸料板外形尺寸相同,需考慮緊固螺釘及銷釘?shù)奈恢?。固定板的凸凹模安裝孔與凸凹模采用過渡配合 H7/m6、H7/n6，壓裝后將凸凹模端面和固定板一起磨平?，F(xiàn)選用標準凸模固定板尺寸為: 200mm×160mm×28mm固定板材料一般采用 Q235 或 45 鋼，本模具選用材料 Q235。5.5.3 墊板的設計:墊板的作用是直接承受和擴散凸模傳遞的壓力，以降低模座承受的單位壓力，防止模座被壓出凹坑，影響凸模的正常工作。模具中最為常見的凸模墊板，模具±0.5×45°×45°河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計說明書31是否加裝墊板，要根據(jù)模座所受的壓力大小進行判斷，若模座所受單位壓力大于模座的材料的許用壓應力，則需加墊板。墊板的外形尺寸可與固定板相同，其厚度一般取 3～10mm。墊板材料為 45 鋼，淬火硬度為 43～48JRC。墊板上，下表面應磨平，以保證平行度要求。為了便于模具裝配，墊板上的銷釘通孔直徑可比銷釘直徑增大 0.3～10.5mm。墊板的外形尺寸和固定板相同，厚度取 10mm。所以墊板的外形尺寸為：200mm×160mm×10mm5.5.4 螺釘與銷釘?shù)脑O計:模具上常用的緊固零件是螺釘和銷釘，螺釘和銷釘都是標準件，設計模具是按標準選用即可。螺釘用于固定模具零件，一般選用內六角螺釘；銷釘起定位作用，常用圓柱銷釘，螺釘、銷釘規(guī)格根據(jù)沖壓力的大小、凹模厚度等確定。所以螺釘?shù)囊?guī)格選用 M12，在根據(jù)實際要求,查標準選用 GB 70-85 M12；銷釘?shù)墓Q直徑可取與螺釘大徑相同或小一個規(guī)格,因此根據(jù)標準選用 GB 119-86 A12, 根據(jù)有關資料,可選取材料為 45 鋼.根據(jù)定位方式及坯料的形狀與尺寸,選用合適的標準定位零件.5.5.5 卸料板的設計: 卸料板的邊界尺寸和固定板相同，選用材料為 45 鋼，厚度為 10mm.因此卸料板的標準尺寸為：200mm×160mm×10mm5.6 模架及組成零件的確定:5.6.1 模架的選用:本模具選用由上模座,下模座,導柱,導套組成導柱模模架及其零件已經(jīng)標準化，在此選用后側導柱模架。5.6.2 模座的確定:本模中具選用標準模架，因在前述中確定了凹模尺寸為 125㎜×100㎜ ×16㎜ ，根據(jù)標準確定下模座尺寸為: 250㎜×200㎜×50 ㎜. 上模座尺寸為: 250㎜×200㎜×45 ㎜.導柱 d/mm×L/mm 為 ?32mm×190mm，導套 d/mm×L/mm 為?32mm×105mm×43mm。河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計說明書326 模具閉合高度及壓力機有關參數(shù)的校核壓力機的校核(1).公稱壓力 根據(jù)公稱壓力的選取壓力機型號為 JB23-16,它的壓力為 160KN>109.37KN,所以壓力得以校核;(2).滑塊行程 滑塊行程應保證坯料能順利地放入模具和沖壓能順利地從模具中取出.這里只是材料的厚度 t=0.8,凸模沖入凹模的最大深度 4mm,即 S1=(0.8+12+4)mm=16.8mm
收藏