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固定板沖壓成形工藝與模具設(shè)計
1 緒 論
1.1 本課題的意義、目的及應(yīng)達(dá)到的要求
本設(shè)計主要意義是在我們學(xué)習(xí)完模具設(shè)計與制造的所有專業(yè)課之后，總結(jié)條理以前我們所學(xué)的知識，使之成為一個系統(tǒng)的理論體系，以便于我們在以后的工作中使用。同時也讓我們對模具的設(shè)計與制造有了初步的了解，掌握了查閱資料和使用工具書以及手冊的能力。
本設(shè)計的目的是在學(xué)生畢業(yè)前夕，將通過畢業(yè)設(shè)計的實(shí)踐性環(huán)節(jié)，檢測我們?nèi)晁鶎W(xué)的知識并達(dá)到靈活使用的程度，對模具知識進(jìn)行全面的總結(jié)和應(yīng)用，提高綜合的實(shí)戰(zhàn)能力以及擴(kuò)大模具領(lǐng)域的新知識。具體的要求是：
1.系統(tǒng)總結(jié)，鞏固過去所學(xué)的基礎(chǔ)課和專業(yè)課知識。
2.運(yùn)用所學(xué)的知識解決模具技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的實(shí)際工程問題，以此進(jìn)行綜合知識的訓(xùn)練。
3.通過某項具體工程設(shè)計和實(shí)驗(yàn)研究，達(dá)到多種綜合能力的培養(yǎng)，掌握設(shè)計和科研的基本過程和基本方法。
4.提高和運(yùn)用與工程技術(shù)有關(guān)的人文科學(xué)，價值工程和技術(shù)經(jīng)濟(jì)的綜合知識。
1.2國內(nèi)模具的現(xiàn)狀
雖然說我國模具業(yè)發(fā)展迅速，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)國民經(jīng)濟(jì)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(jìn)行之中，但總體來看，體制和機(jī)制尚不適應(yīng)市場經(jīng)濟(jì)，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(jì)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(dá)國家大多是15～20萬美元，有的高達(dá)25～30萬美元，與之相對的是我國相當(dāng)一部分模具企業(yè)還沿用過去作坊式管理，真正實(shí)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(jìn)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(jìn)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(biāo)準(zhǔn)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(xì)，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(biāo)準(zhǔn)化水平低，標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)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。
1.3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(dá)國家相比仍存在較大差距，尚不能完全滿足國民經(jīng)濟(jì)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:
）模具日趨大型化1；
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(biāo)準(zhǔn)化水平和模具標(biāo)準(zhǔn)件的使用率；
6）發(fā)展優(yōu)質(zhì)模具材料和先進(jìn)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。
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(jī)、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(biāo)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(fù)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(jī)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(dá)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(jìn)步和技術(shù)的發(fā)展，國外的一些掌握和能運(yùn)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(dá)國家大多15～20萬美元，有的達(dá)到25～30萬美元。國外先進(jìn)國家模具標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率達(dá)70%以上，而我國才達(dá)到45％。
1.4沖壓模具設(shè)計與制造方面
1.4.1 沖壓模具設(shè)計的設(shè)計思路
沖裁是沖壓加工最基本工序，它是利用安裝在壓力機(jī)上的模具對材料施加壓力，使其產(chǎn)生分離，從而獲得所需零件的一種加工方法。其優(yōu)點(diǎn)是可以加工復(fù)雜出形狀的制件，加工效率高，且件件都是“一模一樣”，在板料加工中起到不可缺少的作用。但是沖壓件的經(jīng)濟(jì)精度一般不高于IT11級，最高可達(dá)IT8~IT10級。
但是要想生產(chǎn)出合格的制件，就必須有符合要求的沖模，還得有合理的沖壓成型工藝，若想有高的生產(chǎn)效率還得有高效的沖壓設(shè)備。
沖壓模的精度高低直接影響沖壓件的精度高低，而沖壓模的制造精度與加工設(shè)備、加工方法、裝配精度等有關(guān)，所以要想提高模具的精度在這些方面是不可忽視的部分。當(dāng)然沖裁件的精度還與模具的間隙，刃口狀態(tài)和定位裝置等有關(guān)。
1.4.2 模具設(shè)計的進(jìn)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7天；
2.確定加工方案，所用時間8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．
2 沖裁件的工藝分析
沖裁件在一般情況下對其工藝性影響最大的是幾何形狀，尺寸精度要求。良好的沖裁工藝性應(yīng)滿足材料較省，工序較少，模具加工較易，壽命較高，操作方便及產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定等要求。
2.1任務(wù)書來源及意義
工件名稱：固定板
工件簡圖：
圖1 固定板沖壓件
材料： Q235
材料厚度：1.5mm
2.2沖裁件的結(jié)構(gòu)工藝性
2.2.1 制件材料
圖示零件材料為Q235鋼板，能夠進(jìn)行一般的沖壓加工，市場上也容易得到這種材料，價格適中。
2.2.2沖壓件的工藝性分析
外形落料的工藝性：加強(qiáng)板屬于中等尺寸零件，料厚1.5mm，外形結(jié)構(gòu)簡單，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：3*φ20.5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。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(jìn)沖壓的經(jīng)濟(jì)精度要求，模具精度取IT7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)。
2.3 沖裁件的精度和斷面粗糙度
2.3.1 精度
沖裁件的精度一般不高于IT11級，最高可達(dá)IT8～I(xiàn)T10級。沖孔比落料的精度高一級，查表2～3，2～4[1]得沖裁件的公差、孔中心距的公差得：料厚t=1.5 mm的沖裁件外形尺寸公差為0.87mm，從工藝圖紙上看，外形尺寸未注公差，按IT14級計算。
2.3.2 斷面粗糙度
沖裁件的斷面粗糙度一般為Ra12.5～50μm，最高可達(dá)Ra63μm.圖紙中無標(biāo)毛刺允差，故該模具可以按IT12級設(shè)計。
2.4 確定工藝方案
該零件所需的基本沖壓工序?yàn)闆_孔和落料，可擬訂出以下三種工藝方案。
方案一：用簡單模分三次加工，即沖孔——沖孔——落料
方案二：沖孔落料復(fù)合模。
方案三：沖孔落料級進(jìn)模。
采用方案一，生產(chǎn)率低，工件的累計誤差大，操作不方便，且增加模具數(shù)量，增加了成本，又耗費(fèi)工時。由于該工件為大批量生產(chǎn)，方案二和方案三更具有優(yōu)越性。
該零件外圍尺寸較大，若采用復(fù)合沖壓，凸凹模壁厚難以保證。復(fù)合模模具制造難度大，并且沖壓后產(chǎn)品留在模具上，在清理模具上的物料時會影響沖壓速度，因此選用級進(jìn)模更為合理，以減少模具數(shù)量，提高生產(chǎn)率，并使操作安全。
3 排樣設(shè)計
3.1確定零件的排樣方案
設(shè)計模具時，條料的排樣很重要。板零件的形狀為252.17x100的矩形，采用直排（圖3所示）的排樣方案材料的利用率已經(jīng)很高。
直排時可以減少廢料，且不增加模具的復(fù)雜程度。
圖2 條料的排樣
3.2 條料寬度、導(dǎo)尺間寬度和材料利用率的計算
查表取得搭邊值為2.0mm。
條料寬度的計算：擬采用無側(cè)壓裝置的送料方式，由
b-Δ=〔D+2a）- Δ﹝2﹞
D—條料寬度方向沖裁件的最大尺寸
a—側(cè)搭邊值
代入數(shù)據(jù)計算，取得條料寬度為307.66mm。
步距的計算：由s=D+a,代入數(shù)據(jù)計算得步距為102mm。
材料利用率的計算：
根據(jù)一般的市場供應(yīng)情況，原材料選用2200 mm×1000mm×2.0mm的冷軋薄鋼板。
每塊可剪303.66mm ×1000mm×2.0mm規(guī)格條料6條，材料剪切利用率達(dá)97.6%。由文獻(xiàn)﹝2﹞ 材料利用率通用計算公式
=
式中 A—一個沖裁件的面積，mm2;
n—一個進(jìn)距內(nèi)的沖裁件數(shù)量；
B—條料寬度，mm;
s—進(jìn)距， mm
得
==80.9%
4 沖裁工藝設(shè)計
4.1 凸凹模間隙值的確定
凸凹模間隙對沖裁件斷面質(zhì)量，尺寸精度，模具壽命及沖裁力，卸料力，推件力等有較大影響，所以必須選擇合理間隙。沖裁間隙數(shù)值主要按制件質(zhì)量要求，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)值來選用。查表2-4[1]得t=1.5mm的沖裁模初始雙邊間隙Z=0.132~0.240mm.
4.2 凸凹模入口尺寸的確定
4.2.1 確定凸凹模尺寸的原則
考慮落料和沖孔的區(qū)別，落料件的尺寸取決與凸模，因此落料模應(yīng)先決定凹模尺寸，用減少凸模尺寸來減小合理間隙；沖孔件的尺寸取決于凸模，因此落料模應(yīng)先決定凹模尺寸，用減小凸模尺寸來保證合理間隙。
考慮刀口的磨損對沖件尺寸的影響：刀口磨損后尺寸變大，其刀口的基本尺寸應(yīng)接近或等于沖件的最小極限尺寸；刀口磨損后尺寸減小，應(yīng)取接近或等于沖件的最大極限尺寸，這樣才能保證模具的使用壽命。
考慮沖件精度與模具精度間的關(guān)系，在選擇模具制造公差時，既要保證沖件的精度要求，又要保證有合理的間隙值。一般沖模精度較沖件精度高2~3級。
4.2.2 凸、凹模刃口尺寸的計算
查表得Zmin =0.132mm Zmax,=0.240mm
由于制件結(jié)構(gòu)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作凸凹模。這時需要分別計算和標(biāo)注凸模和凹模的尺寸和公差。
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
4.2.2.1 沖裁φ20.5mm孔凸模、凹模刃口尺寸的計算
凸模尺寸
由手冊表2-10查得△=0.52
dap=（d+x△）-δp0
=(19.98+0.5×0.52)0-0.02
=20.240-0.02
凹模尺寸
由表2-23得Zmin=0.132
dd=(d+x△+Zmin)0+δ
=(19.98+0.5×0.52+0.132)0+0.02
=20.370+0.02
4.2.2.2 外形落料凸模、凹模刃口的計算
落料凸模、凹模尺寸采用凸凹模配合法，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(shè)備的精度要求。
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：Aj=(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：Bj=(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：Cj=(Cmin+0.5△)60.125△
其落料凹模的基本尺寸計算如下：
圖3 落料凹模刃口部分尺寸
第一類尺寸：磨損后增大的尺寸：
A1=(Amax-x△) 0+0.25△=(303.66-0.5×1.30) 0+0.25×1.30=303.010+0.33
A2=(Amax-x△) 0+0.25△=(100-0.5×0.87) 0+0.25×0.87=99.57 0+0.22
落料凸模的基本尺寸與凹模相同，分別是303.01.mm，99.57mm，不必標(biāo)注公差，但要在技術(shù)條件中注明：凸模實(shí)際刃口尺寸與落料凹模配制，保證最小雙面合理間隙值Zmin=0.132。（落料凸模、凹模刃口部分尺寸分別見圖4、5）
圖 4 落料凸模刃口部分尺寸
凸模的刃口尺寸按凹模的實(shí)際尺寸配制，并保證雙面間隙0.132~0.240mm
凹模的外形尺寸為303.01和99.70mm
凹模厚度 H=kb
b―凹?？椎淖畲髮挾?
k―因數(shù)，查表的k取0.15。
H=kb=0.15×303.01=37.80mm,取H=38mm
C=(1.5~2)H, 取C=38mm
所以凹模厚度為38mm，凹模壁厚為57 mm
4.3 沖裁工藝力的分析
沖裁模設(shè)計時，為了合理選用設(shè)備必須計算沖裁力，壓力機(jī)的噸位必須大于所設(shè)計的沖裁力，以適應(yīng)沖裁的要求，平刃口模具沖裁時，其理論沖裁力（N）可按下式計算：
F0=KLtτ
式中 L=沖裁件的周長（mm）
t=材料厚度（mm）
τ=材料抗剪強(qiáng)度（MPa）
選擇設(shè)備噸位時，考慮刀口磨損和材料厚度及力學(xué)性能波動等因素，實(shí)際沖裁力可能增大，故應(yīng)選擇一個安全系數(shù)，在此，安全系數(shù)K取1.3.
為計算簡便，也可按下式估算沖裁力：
F=Ltδb
δb=材料的抗拉強(qiáng)度
其中：
L=[(100+252.17)×2+3.14×20.5×3]mm=897.45mm
t=2mm δb=235 MPa
故 F=1.3×897.45mm×1.5mm×235 MPa=411.26×103 N
4.3.1 卸料力，推件力和頂件力
卸料力： 卸料力的經(jīng)驗(yàn)公式為：F＝KF
式中F―卸料力（N）
K―卸料力系數(shù)
F―沖裁力（N）
查表]得K=0.05
所以F=0.05×411.26×103 N=20.56×103N
推件力 Pt=nKtP
Kt—推件力系數(shù),由手冊查得Kt=0.055
n—同時卡在凹模的工件(或廢料)數(shù),其中
n=h/t
h—凹模刃部直壁洞口高度（mm），
t—料厚( mm)
查手冊﹝2﹞表2—40可得和h=6mm,故n=3
P3=3×0.055×411.26=67.86kN
工序總力P總=P1+P2+P3 =411.26+20.56+67.86=499.68kN
4.4 沖壓設(shè)備的選擇
4.4.1 壓力機(jī)的噸位
壓力機(jī)的噸位應(yīng)該等于或大于沖裁時的總力，即
=499.68N
式中 F―所選壓力機(jī)的噸位 F―沖裁時的總力
4.4.2 壓力機(jī)選擇原則
（1）根據(jù)模具結(jié)構(gòu)選擇壓力機(jī)類型和行程次數(shù)。
（2）根據(jù)模具尺寸大小，安裝和進(jìn)出料等情況選擇壓力機(jī)臺面尺寸，若有推件時應(yīng)考慮臺面空的大小使沖后有關(guān)零件能自由通過。
（3）選擇壓力機(jī)的閉合高度與模具是否匹配
（4）模柄直徑長度尺寸是否與壓力機(jī)滑塊模柄孔直徑，深度尺寸相當(dāng)。
（5）壓力機(jī)形程次數(shù)保證有最高生產(chǎn)率。
（6）壓力機(jī)使用安全方便
4.4.3 初選壓力機(jī)
查文獻(xiàn)[4]開式可傾壓力機(jī)參數(shù)初選壓力機(jī)型號為JG23-30和ＪＣ23-35，見表一。
表一 所選擇壓力機(jī)的相關(guān)參數(shù)
型號
公稱壓力/kN
滑塊行程/mm
最大封閉高度/mm
工作臺尺寸/mm
滑塊底面尺寸/mm
可傾斜角/·
封閉高度調(diào)節(jié)量/mm
JC23-63
630
120
360
480×710
210×230
30
80
4.5 模具壓力中心的確定
模具的壓力中心就是沖壓力合力的作用點(diǎn)。為了保證壓力機(jī)和模具的正常工作，應(yīng)使模具的壓力中心與壓力機(jī)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(dǎo)致滑塊導(dǎo)軌與模具的導(dǎo)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。
按比例畫出工件形狀，如下圖所示，將工件輪廓線分為L1 L2 L3L4段，并選定坐標(biāo)系XOY,如圖（5）所示，
計算其壓力中心的步驟如下：
①、按比例畫出凸模的工作部分剖面圖
②、在任意距離處作x-x軸y-y軸
③、 分別計算出各線段和圓弧的重心到x-x軸的距離y1, y2, y3, y4和到y(tǒng)-y軸的距離x1, x2, x3, x4,
L1=3.5×3.14=10.99 x1=0 y1=0
L2=3.5×3.14=10.99 y2=0
L3=3.8×3.14=11.9 y3=0
L4=(103+25)×2=256 y4=28
圖5 壓力中心示意圖
壓力中心坐標(biāo)﹙x0. y0﹚計算公式
x0==
=236.4
y0==
=242.8
4.6 模的閉合高度
沖模的閉合高度是指滑塊在下死點(diǎn)即模具在最低工作位置時，上模座上平面與下模座下平面之間的距離H。沖模的閉合高度必須與壓力機(jī)的裝模高度相適當(dāng)，即沖模的閉合高度應(yīng)介于壓力機(jī)的最大裝模高度H和最小裝模高度H之間，其關(guān)系為：
H-5 mm≥H≥H+10 mm
如果沖模的閉合高度大于壓力機(jī)最大裝模高度，沖模不能在該壓力機(jī)上使用。反之小于壓力機(jī)最小裝模高度，可加經(jīng)過磨平的墊板。（其具體校核在后面）
5 沖裁?？傮w設(shè)計及主要零部件的設(shè)計
5.1 凸模
5.1.1 凸模的結(jié)構(gòu)形式及其固定方法
沖小圓孔的凸模，為了增加凸模的強(qiáng)度與剛度，凸模非工作部分直徑應(yīng)作成逐漸增大的多級形式如圖6所示：
圖6 沖孔凸模的結(jié)構(gòu)形式
凸模長度一般是根據(jù)結(jié)構(gòu)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—卸料板高度，mm
h3—導(dǎo)尺高度，mm
h—附加高度，一般取15~20mm
1.沖裁φ20.5mm孔凸模、凹模各尺寸及其組件確定和標(biāo)準(zhǔn)化
小凸模長度 L=30+14+6+18=68mm
由小凸模刃口d=20.24 mm查手冊﹝2﹞表2.54可知
h=6mm, D1=30m, D=25m, L=55
小凸模強(qiáng)度校核 要使凸模正常工作，必須使凸模最小斷面的壓應(yīng)力不超過凸模材料的許用壓應(yīng)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(qiáng)度，MPa
—凸模材料許用強(qiáng)度，?。?.0~1.6）×103MPa
dmin≥==1.41mm 所以承壓能力足夠。
抗縱向彎曲力校核 對于圓形凸模（有導(dǎo)向裝置）
?。蹋恚幔?70d2/
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/=270×3.652/=60mm 所以長度適宜。
凸模固定板材料可用45鋼，結(jié)構(gòu)形式和尺寸規(guī)格見手冊﹝２﹞表15.57可得200×160×20
③外形落料凸模、凹模各尺寸及其組件的確定和標(biāo)準(zhǔn)化（包括外形尺寸和厚度）
外形凸模的設(shè)計：外形凸模用線切割機(jī)床加工成直通式凸模，用六個M8的螺釘固定在墊板上，采用固定卸料板
圖7 落料凸模
5.1.2 凸模的材料及其熱處理
凸模的材料采用T10A，刃口部分熱處理硬度為58~62HRC，尾部回火至40~50HRC
5.2凹模
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。（圖8）
圖8 整體式凹模的尺寸
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(dǎo)尺發(fā)揮作用，保證送料粗定位精度。
選取凹模邊界為500×500mm。凹模材料選用Cr12制造，熱處理硬度為58～62HRC。
6 其他零件的設(shè)計與標(biāo)準(zhǔn)化
6.1 定位裝置的設(shè)計與標(biāo)準(zhǔn)化
6.1.1 始用擋料塊的設(shè)計與標(biāo)準(zhǔn)化
圖9 始用擋料銷的設(shè)計
擋料塊標(biāo)記： 4536 GB/T2866.1—81（圖9）
材料：45鋼 GB/699—88
熱處理：硬度43～48HRC
技術(shù)條件：按GB2870—81
6.1.2 固定擋料銷的設(shè)計與標(biāo)準(zhǔn)化
固定擋料銷的設(shè)計根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)件，選用此擋料銷如圖10
圖10 固定擋料銷的結(jié)構(gòu)
選用直徑φ8mm，h=4mm材料為45鋼A型固定擋料銷（JB/T7649.10—94）
6.2 導(dǎo)正銷的設(shè)計與標(biāo)準(zhǔn)化
導(dǎo)正銷主要用于級進(jìn)模上，消除擋料銷的定位誤差，以獲得較精確的工件。導(dǎo)正銷的結(jié)構(gòu)形式，結(jié)構(gòu)設(shè)計，尺寸精度，材料的熱處理等可參照J(rèn)B/T7647.1—94和JB/T7647.2—94選定。
導(dǎo)正銷的結(jié)構(gòu)形式查手冊[2]選用如圖11
圖11 導(dǎo)正銷的結(jié)構(gòu)形式
D=d-2a
D——導(dǎo)正銷直徑的基本尺寸
d——沖孔凸模直徑
2a——導(dǎo)正銷與孔徑兩邊的間隙
沖裁φ20.5的導(dǎo)正銷 查表得h=0.6t a=0.12mm
D=d-a=20.5-0.12=20.38mm
h=0.6×1.5=0.9mm
6.3導(dǎo)料板的設(shè)計與標(biāo)準(zhǔn)化
經(jīng)查表分析得]導(dǎo)料板長度L=200mm，寬度B=50mm ，厚度h=6mm如圖12。
圖12 導(dǎo)料板的設(shè)計
6.4 模柄與上模座的聯(lián)接采用壓入式的結(jié)構(gòu)如圖13所示。
圖13 壓入式的模柄
6.5 卸料裝置的設(shè)計與標(biāo)準(zhǔn)化
在前面已經(jīng)確定了采用剛性卸料板，設(shè)計卸料板為一整體板。本模具的卸料板不僅有卸料作用，還具有外形凸模的導(dǎo)向作用，并能對小凸模起保護(hù)作用。卸料板的邊界尺寸經(jīng)查手冊[2]表15.28得：
卸料板長度L =500mm,寬度B=500mm厚度h0=14mm
此模具中，卸料板對沖孔落料凸模起導(dǎo)向作用，卸料板和凸模按H7/h6配合制造
6.6 固定板
將凸?；虬寄０匆欢ㄏ鄬ξ恢脡喝牍潭ê螅鳛橐粋€整體安裝在上模座或下模座上。在此只需用凸模固定板。凸模固定板的厚度一般取凹模厚度的0.6～0.8倍，其平面尺寸與凹模、卸料板的外形尺寸相同，但必須考慮緊固螺釘?shù)奈恢谩?
固定板的凸模安裝孔與凸模采用過度配合：H7/m6或H7/n6，壓裝后凸模端面與固定板一起磨平。固定板的材料采用Q235或45鋼。
6.7 墊板
墊板的作用是直接承受凸模的壓力，以降低模座的單位壓力，防止模座被局部壓陷，從而影響模具的正常工作。為保證模具的使用壽命，在此應(yīng)選用墊板，其厚度為10 mm，外形尺寸與凹模板相同。
6.8 標(biāo)準(zhǔn)模架的選用
由凹模周界可以選取標(biāo)準(zhǔn)模架。
凹模周界Ｌ＝500mm, B=500mm,閉合高度 h1=220mm
材料為ZG45(ZG310-570),0I級精度的對角導(dǎo)柱模架。如圖14
導(dǎo)柱標(biāo)記：283170 GB/T2861.1—90
323170 GB/T2861.1—90
導(dǎo)套標(biāo)記：283100338 GB/T2861.6—90
323100338 GB/T2861.6—90
上模座標(biāo)記：2003160340 GB/T2855.1—90
下模座標(biāo)記：2003160345 GB/T2855.2—90
模柄標(biāo)記：A503110 JB/T 7646.1
圖14 對角導(dǎo)柱示意圖
6.9 聯(lián)接件的選用與標(biāo)準(zhǔn)化
本模具采用螺釘固定，銷釘定位。具體講
內(nèi)六角螺釘標(biāo)記：35鋼M8365 GB70—85
螺釘標(biāo)記：35鋼M8330 GB68—76
圓柱銷釘標(biāo)記：35鋼6365 GB 119—86
止動圓柱銷標(biāo)記：35鋼436GB119—86
7 中前梁加強(qiáng)板沖孔落料連續(xù)模總裝圖
前面各節(jié)已經(jīng)設(shè)計好了手柄沖孔落料連續(xù)模各零件，根據(jù)前面的設(shè)計，手柄沖孔落料連續(xù)模的總裝圖如圖15。
圖15 固定板沖孔落料連續(xù)模總裝圖
1-下模座 2-導(dǎo)柱 3-導(dǎo)正銷 4-導(dǎo)套5-上模座6-凸模固定板 7-落料凸模 8-內(nèi)六角螺釘 9-螺釘 10-模柄 11-止動銷 12-圓柱銷 13-凸模 14-凸模 15-卸料板 16-導(dǎo)料板 17-凹模板 18-固定擋料銷 19-始用擋料塊
8 壓力機(jī)的校核
前面已經(jīng)初選了壓力機(jī)，模座外形尺寸345×305mm,閉合高度180mm,有文獻(xiàn)[4]中，JC23—35型壓力機(jī)工作臺尺寸為610×380mm,最大閉合高度為280mm，連桿調(diào)節(jié)長度為60mm,所以在工作臺上加一35～90mm的墊板，即可安裝。模柄孔尺寸也于本副模具所選模柄尺寸相符
9 模具零件加工工藝
本副沖裁模，落料凸模采用線切割技術(shù)，加工將變得相當(dāng)簡單。
落料凸模的加工工藝過程如下表
工序號
工序名稱
工序內(nèi)容
1
備料
將毛坯煅成長方體 116×30×65
2
熱處理
退火
3
刨
刨六面,互為直角,留單邊余量0.5
4
熱處理
調(diào)質(zhì)
5
磨平面
磨六面,互為直角
6
鉗工劃線
劃出加工位置線
7
加工螺紋孔,安裝孔
按位置加工螺紋孔,銷釘孔等
8
熱處理
按熱處理工藝,淬火回火達(dá) 58至62 HRC
9
磨平面
精磨上下平面
10
線切割
按圖線切割,輪廓達(dá)到尺寸要求
11
鉗工精修
全面達(dá)到設(shè)計要求
12
檢驗(yàn)
10 U型折彎模的設(shè)計
10. 彎曲模具設(shè)計
零件名稱：固定板
生產(chǎn)批量：大批量
材料：Q235
料厚：1.5mm
料寬：100
10.1.彎曲件的工藝分析
此工件是典型的U型件，零件圖中的尺寸公差為未標(biāo)注公差，在處理這類零件公差等級時均按IT14級要求。彎曲圓角半徑R為3mm大于最小彎曲半徑（rmin=0.6t=0.6x1.5mm=0.9mm），故此件形狀、尺寸、精度均 滿足彎曲工藝的要求，可用彎曲工藝加工。
10.2.工藝方案的確定
該零件所需的沖壓工序?yàn)閺澢捎脧澢鷨喂ば蚰！?
10.3.彎曲工藝計算
（1） 彎曲件展開長度的計算
當(dāng)彎曲圓角半徑較小（r<0.5t）時，根據(jù)毛坯與制件等體積法計算 ；當(dāng)彎曲圓角半徑較大（r>0.5t）時，根據(jù)中性層長度不變原理計算。
因?yàn)镽=3>0.9，屬于圓角半徑較大的彎曲件。所以彎曲件的展開長度按直邊區(qū)與圓角區(qū)分段進(jìn)行計算。視直邊區(qū)在彎曲前后長度不變，圓角區(qū)展開按彎曲前后中性層長度不變條件進(jìn)行計算。
1) 由于R/t=3/1.5=2，查表3.4，得中性層位移系數(shù)x=0.45
變形區(qū)中性層曲率半徑ρ按式3.7計算
Ρ=r+kt=3+0.45x3=4.35
2） 毛坯尺寸
L總=L直+L弧=252.17
即 該零件的毛坯展開長度為252.17mm
（2） 彎曲模工作部分尺寸計算
1） 凸模圓角半徑
由于此工件的R/t=2較小，且R=3，大于最小彎曲半徑，故凸模圓角半徑為r凸=R=2.5mm
2） 凹模圓角半徑
凹模圓角半徑r凹一般按材料厚度t來選取，因?yàn)椴牧虾穸葹?.5mm，所以r凹=（2~3）t，故凹模圓角半徑取r凹=4
3） 凹模工作部分深度的設(shè)計計算
凹模工作部分的深度將決定板料的進(jìn)模深度，同時也影響到彎曲件直邊的平直度，對工件的尺寸精度造成一定的影響。此彎曲件：直邊高度為50mm，板厚1.5mm，查表3.12得 凹模的底部最小厚度h0=4因此，凹模工作部分深度h凹=20+4=24mm
4） 凸凹模間隙
當(dāng)工作精度要求不高或校正彎曲時 ，生產(chǎn)中常采取調(diào)整凸凹模間隙的方法來解決工件回彈問題。設(shè)計彎曲模結(jié)構(gòu)時；把凹模做成可調(diào)式，故可將模具的凸凹模間隙值Z/1.5初選為材a
料厚度t=1.5
5） 凸凹模橫向尺寸及公差
工件標(biāo)注外形尺寸時，以凹模為基準(zhǔn)進(jìn)行計算，間隙取在凸模上。查表2.5得
δ凸=0.030mm，δ凹=0.045mm
凹模橫向尺寸
L凹=（L—0.75?）0+0.045=199.030+0.045mm
凸模橫向尺寸
L凸=（L凹—Zmin)-0.0300=198.900-0.030mm
（3） 彎曲件回彈值的計算
小變形程度（r/t≥10）時，回彈大，先計算凸模圓角半徑，在計算凸模角度；大變形程度(r/t<5)時，卸載后圓角變化小，僅考慮彎曲中心角的回彈變化。彎曲中心角為90度，因此，查相關(guān)手冊，取回彈角為3度。
（4） 彎曲力的計算
U形件校正彎曲時，在進(jìn)行校正彎曲前是自由彎曲，彎曲力FU形自由彎曲為：
FU形自由彎曲=10.24KN
預(yù)件力F預(yù)可近似取自由彎曲力的30％~80％，即F頂=（0.3~0.8）F自由彎曲=（0.3~0.8）10.24KN=（3.07~8.19）KN
取F頂=5KN
校正彎曲時，校正彎曲力最大值在壓力機(jī)工作到下止點(diǎn)的位置，且校正力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于自由彎曲力，而在彎曲工作過程中，二者又不是同時存在，因此，查3.7得P=70MPa。所以校正力F校為：
F校=AP=200X50X70=700KN
對于校正彎曲，由于校正彎曲力比頂件力大得多，故頂件力可以忽略不計，但這里為了保險起見，在計算壓力機(jī)公稱壓力時，還將頂件力考慮進(jìn)去。
F壓機(jī)=（1.2~1.3）X（700+5）KN=849~916.5KN
初選壓力機(jī)型號為 J31—100
10.4模具總體設(shè)計
該模具采用彎曲單工序模，上模主要有上模座、凸模等零件組成；下模主要有凹模、凹模固定板、頂桿、螺釘和下模座等零件組成。彎曲件有下邊彈頂裝置頂出。
10.5模具主要零部件的設(shè)計
彈頂器采用聚氨酯橡膠做彈性元件，彈性元件的高度按凸模工件進(jìn)入凹模深度5倍的值選取.
10.6沖壓設(shè)備的選定
初選壓力機(jī)的公稱壓力為1000KN，即JA2—160型壓力機(jī)。
J31—100型壓力機(jī)的滑塊行程為160mm，大于工件高度的2倍，滿足固定板彎曲時的沖壓行程。
最大閉合高度：450mm
最大裝模高度：225mm
連桿調(diào)節(jié)高度：130mm
壓力機(jī)工作臺尺寸：710mmX1120mm
模柄孔尺寸：Φ70mmX80mm
由于彎曲模不是標(biāo)準(zhǔn)模架，因此，需要自行設(shè)計。取上模座高度為70mm，凸模固定板高度為50mm，凹模高度為60mm，墊板高度為30，下模座高度為40mm，中建安全距離為25mm。彎曲模閉合高度是指沖床運(yùn)行到下止點(diǎn)時，模具工作狀態(tài)的高度，故模具閉合高度為
H=H上模座+H凸模固定板+H凹模+H墊板+H下模座+H安全距離=275mm
10.7.繪制模具總裝圖
彎曲件模具圖如下圖所示
1-下模座 2-頂桿 3、5、7、8、16-螺釘 4-凹模 6-頂件板 9-模柄 10、11-銷釘
12-上模座 13-凸模固定板 14-凸模 15-定位板17-凹模固定板 18-凹模墊板
總 結(jié)
經(jīng)過近段的努力，在老師和同學(xué)們的指導(dǎo)和幫助下，我順利地完成了這次的畢業(yè)設(shè)計任務(wù)。經(jīng)過這次的設(shè)計任務(wù)，使我對模具設(shè)計，特別是模具的設(shè)計過程有了進(jìn)一步地了解；對模具的基本結(jié)構(gòu)、組裝、調(diào)試、加工制造等方面有了深刻理解。在設(shè)計的過程中，通過對制件的分析和對模具的設(shè)計的研究時，能夠較好地將課本上的理論知識應(yīng)用與設(shè)計當(dāng)中，并且能夠從整體，宏觀上去研究、分析、考慮設(shè)計問題。同時，在這次的設(shè)計過程中，還很大地程度上鍛煉了自己的動手能力，如：親自去收集和查找有關(guān)資料，并從中又學(xué)會了一門新的課程《如何查找資料和文獻(xiàn)》；其次，通過搜尋大量的資料，還大大地鍛煉了自己的畫圖、看圖、排版等方面的能力。最重要的是，經(jīng)過這次畢業(yè)設(shè)計，使我真正地感受到了集體的力量和學(xué)習(xí)方法。在設(shè)計過程中，難免會遇到技術(shù)或其他方面的難題，但是通過老師的指導(dǎo)和與同學(xué)們的交流和虛心地請教都得到了解決，使我最終順利地完成設(shè)計。
由于本人的水平有限，經(jīng)驗(yàn)不足，在設(shè)計當(dāng)中如有不妥之處，還懇請各位老師指導(dǎo)更正。
致 謝
經(jīng)過一段時間的緊張工作，今日終于順利完成畢業(yè)設(shè)計。在這里，我要忠心地感謝一些在我的設(shè)計工作中給予我很大幫助的人：
首先：我要感謝我的指導(dǎo)老師，特別感謝劉軼老師的近段設(shè)計期間對我的耐心指導(dǎo)和幫助，在我遇到解決不了的問題找她指導(dǎo)時，尚老師百忙中也抽時間給我指導(dǎo)，使我非常感動，真正體會到老師的偉大。還有就是韓老師和于智宏老師也給了我很大幫忙，在此我也真心的感謝她們。
其次：我要感謝的是我的同學(xué)們，在設(shè)計過程中遇到技術(shù)問題，通過與他們的商討和幫助，查閱資料，一一攻破難關(guān)，助我順利地完成設(shè)計。
最后：感謝母?！幽蠙C(jī)電高等專科學(xué)校的辛勤培育之恩！感謝材料工程系給我提供的良好學(xué)習(xí)及實(shí)踐環(huán)境，使我學(xué)到了許多新的知識，掌握了一定的操作技能。
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