u型卡片零件的沖壓模具設計和工藝-落料沖孔復合模、彎曲模含20張CAD圖

u型卡片零件的沖壓模具設計和工藝-落料沖孔復合模、彎曲模含20張CAD圖,卡片,零件,沖壓,模具設計,以及,工藝,沖孔,復合,彎曲,曲折,20,cad XX設計（XX）任務書 I、畢業(yè)設計(論文)題目： U形卡片零件的沖壓工藝及模具設計 II、畢 業(yè)設計(論文)使用的原始資料(數據)及設計技術要求： 本課題旨在對沖壓件進行加工工藝及沖壓模具的設計，設計任務包括：零件圖繪 制、加工工藝規(guī)程的編制、沖壓模具的設計等。原始資料（數據）及設計技術要求： 1．U形卡片零件圖； 2．零件生產綱領：大批量； 3．零件沖壓工藝編制合理； 4．模具設計要求滿足加工工藝，并且結構緊湊，重量輕，便于移動，操作簡單， 安全。 III、畢 業(yè)設計(論文)工作內容及完成時間： 1．查閱相關資料，撰寫開題報告 第1周 2．外文資料翻譯（6000字符以上） 第2周 3．進行工藝方案設計并編制加工工藝規(guī)程 第3周-第4周 4．進行模具設計方案的選擇及設計計算 第5周-第6周 5．繪制模具裝配圖及其部分零件圖 第7周-第8周 6．撰寫畢業(yè)論文 第9周 7．準備畢業(yè)答辯 第10周 Ⅳ 、主 要參考資料： [1] 李連進主編.簡明機械設計手冊.化學工業(yè)出版社，2017 [2] 翁其金等主編.沖壓工藝及沖模設計.機械工業(yè)出版社，2004 [3] 模具實用技術叢書編委會編.沖模設計應用實例.機械工業(yè)出版社，2004 [4] 王先逵主編.機械制造工藝學.機械工業(yè)出版社，2001 [5] Koric, Seid. Journal of Materials Processing Technology. Feb 2008, Vol. 學部 專業(yè)類 班 學生（簽名）： 鄔璟 填寫日期： 20XX 年 1 月 6 日 指導教師（簽名）：柴京富 助理指導教師(并指出所負責的部分)： 學部主任（簽名）： 附注:任務書應該附在已完成的畢業(yè)設計說明書首頁。 設計（XX）開題報告 U形卡片沖壓模具設計 學 生：　 指 導 教 師： 專 業(yè) 班 級： 年 月 日 一、引言： 模具是機械制造業(yè)中技術先進、影響深遠的重要工藝裝備,具有生產效率高、材料利用率高、制件質量優(yōu)良、工藝適應性好等特點,被廣泛應用于汽車、機械、航天、航空、輕工、電子、電器、儀表等行業(yè)。據統(tǒng)計，75%的粗加工工業(yè)產品零件、50%的精加工零件由模具成形；家用電器行業(yè)的80%零件、機電行業(yè)的70%以上零件也要靠模具加工。因此，模具又被稱為“百業(yè)之母”。模具生產技術水平的高低，已成為衡量一個國家機械制造水平的重要標志之一。目前，全世界模具年產值約為600億美元，日、美等工業(yè)發(fā)達國家的模具工業(yè)產值已超過機床工業(yè)。我國的模具工業(yè)的發(fā)展，也日益受到人們的關注和重視。近幾年，我國模具工業(yè)一直以每年15%左右的增長速度發(fā)展。模具作為一種高附加值和技術密集型產品，其技術水平的高低已成為衡量一個國家產品制造水平的重要標志之一，它在很大程度上決定著產品的質量，效益和新產品的開發(fā)能力。振興和發(fā)展我國的模具工業(yè)，正日益受到人們的關注。早在1989年，在國務院頒布的《關于當前產業(yè)政策要點的決定》中，模具被列為機械工業(yè)技術改造序列的首位。1997年以來，又相繼把模具及其加工技術和設備列入《當前國家重點鼓勵發(fā)展的產業(yè)、產品和技術目錄》和《鼓勵外商投資產業(yè)目錄》。經國務院批準，從1997年開始對部分模具企業(yè)實行了增值稅返還70%的優(yōu)惠政策，由此可見模具制造工藝在基礎工業(yè)中的地位和對國民經濟的影響日益重要[9] 1 沖模制造技術 改革開放以來，隨著國民經濟的高速發(fā)展，市場對模具的需求量不斷增長。近年來，模具工業(yè)一直以15%左右的增長速度快速發(fā)展，模具工業(yè)企業(yè)的所有制成分也發(fā)生了巨大變化，除了國有專業(yè)模具廠外，集體、合資、獨資和私營也得到了快速發(fā)展。 浙江寧波和黃巖地區(qū)的“模具之鄉(xiāng)”；廣東一些大集團公司和迅速崛起的鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)，科龍、美的、康佳等集團紛紛建立了自己的模具制造中心；中外合資和外商獨資的模具企業(yè)現(xiàn)已有幾千家。 隨著與國際接軌的腳步不斷加快，市場競爭的日益加劇，人們已經越來越認識到產品質量、成本和新產品的開發(fā)能力的重要性。而模具制造是整個鏈條中最基礎的要素之一，模具制造技術現(xiàn)已成為權衡一個國度制造業(yè)上下的重要標志，并在很大程度上決議企業(yè)的生活空間。 近年許多模具企業(yè)加大了用于技術進步的投資力度，將技術進步視為企業(yè)發(fā)展的重要動力。一些國內模具企業(yè)已普及了二維CAD，并陸續(xù)開始使用UG、Pro/Engineer、I-DEAS、Euclid-IS等國際通用軟件，個別廠家還引進了Mold flow、C-Flow、DYNAFORM、Optic和MAGMASOFT等CAE軟件，并成功應用于沖壓模的設計中【3】。 雖然中國模具工業(yè)在過去十多年中取得了令人矚目的發(fā)展,但許多方面與工業(yè)發(fā)達國家相比仍有較大的差距.例如,精密加工設備在冷沖壓模具加工設備中的比重還比較低,CAD/CAE/CAM技術普及率不高,許多先進的冷沖壓模具技術應用還不夠廣泛等等.特別在大型、精密、復雜和長壽命冷沖壓模具技術上存在明顯差距,這些類型冷沖壓模具的生產能力也不能滿足國內需求,因而需要大量從國外進口【2】。 2 沖模制造技術發(fā)展趨勢 沖模是將材料加工成所需的沖件的一種工藝裝備。沖模在冷沖壓中至關重要，一般來說，不具備符合要求的沖模，冷沖壓就無法進行；先進的沖壓工藝也必須依靠相應的沖模來實現(xiàn)[10]。 模具技術的發(fā)展應該為適應模具產品“交貨期短”、“精度高”、“質量好”、“價格低”的要求服務。達到這一要求急需發(fā)展如下幾項： (1)全面推廣CAD/CAM/CAE技術模具。CAD/CAM/CAE技術是模具設計制造的發(fā)展方向。計算機和網絡的發(fā)展正使CAD/CAM/CAE技術跨地區(qū)、跨企業(yè)、跨院所地在整個行業(yè)中推廣成為可能，實現(xiàn)技術資源的重新整合，使虛擬制造成為可能。 (2)高速銑削加工。國外近年來發(fā)展的高速銑削加工，大幅度提高了加工效率，并可獲得極高的表面光潔度。另外，還可加工高硬度模塊，還具有溫升低、熱變形小等優(yōu)點。 (3)模具掃描及數字化系統(tǒng)。高速掃描機和模具掃描系統(tǒng)提供了從模型或實物掃描到加工出期望的模型所需的諸多功能，大大縮短了模具的在研制制造周期。 電火花銑削加工。電火花銑削加工技術也稱為電火花創(chuàng)成加工技術，這是一種替代傳統(tǒng)的用成型電極加工型腔的新技術，它是有高速旋轉的簡單的管狀電極作三維或二維輪廓加工(像數控銑一樣)。 (5)提高模具標準化程度。我國模具標準化程度正在不斷提高，估計目前我國模具標準件使用覆蓋率已達到30%左右。國外發(fā)達國家一般為80%左右。 (6)優(yōu)質材料及先進表面處理技術。選用優(yōu)質鋼材和應用相應的表面處理技術來提高模具的壽命就顯得十分必要。模具熱處理和表面處理是否能充分發(fā)揮模具鋼材料性能的關鍵環(huán)節(jié)。 (7)模具研磨拋光。將自動化、智能化模具表面的質量對模具使用壽命、制件外觀質量等方面均有較大的影響，研究自動化、智能化的研磨與拋光方法替代現(xiàn)有手工操作，以提高模具表面質量是重要的發(fā)展趨勢。 (8)模具自動加工系統(tǒng)的發(fā)展。這是我國長遠發(fā)展的目標。模具自動加工系統(tǒng)應有多臺機床合理組合；配有隨行定位夾具或定位盤；有完整的機具、刀具數控庫；有完整的數控柔性同步系統(tǒng)；有質量監(jiān)測控制系統(tǒng)[4.5.6]。 3 國內外研究現(xiàn)狀 國外的沖裁模具行業(yè)始發(fā)與19世紀70年代，已經經歷了一百多年歷程，各方面技術都已經發(fā)展的比較成熟。在模具的設計、制造等方面都領先于中國，尤其是在20世紀40年代計算發(fā)明以后，計算機逐漸進入了模具生產的設計、制造、管理等各個領域。一些發(fā)達國家從20世紀50年代就開始了模具CAD/CAM技術的研究[7]。如美國通用汽車公司早在20世紀50年代就將CAD/CAM技術應用于汽車覆蓋件的設計與制造；20世紀70年代日本機械工程實驗室和日本旭光學工業(yè)公司分別開發(fā)了連續(xù)模設計系統(tǒng)MEL和沖空彎曲模系統(tǒng)PENTAX；1982年，日立公司研制了沖裁模CAD系統(tǒng)。到20世紀80年代，模具CAD/CAM技術已廣泛應用于冷沖模具的設計與制造。而且目前國外的模具生產制件具備高精度、高復雜程度、高一致性、高生產率和低消耗等特點，在美國、日本、德國等一些發(fā)達國家模具工業(yè)帶來的產值已經超過了機床工業(yè)。模具生產技術水平的高低，已成為衡量一個國家產品制造水平高低的重要標志[12]。 改革開放以來，隨著國民經濟的高速發(fā)展，市場對模具的需求量不斷增長。近來模具工業(yè)一直以15%左右的增長速度快速發(fā)展，模具工業(yè)企業(yè)的所有制成分也發(fā)了巨大變化，除了國有專業(yè)模具廠外，集體、合資、獨資和私營也得到了快速發(fā)展浙江寧波和黃巖地區(qū)的“模具之鄉(xiāng)”；廣東一些大集團公司和迅速崛起的鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)科龍、美的、康佳等集團紛紛建立了自己的模具制造中心；中外合資和外商獨資的具企業(yè)現(xiàn)已有幾千家。近年許多模具企業(yè)加大了用于技術進步的投資力度，將技術步視為企業(yè)發(fā)展的重要動力。一些國內模具企業(yè)已普及了二維CAD，并陸續(xù)開始使UG、Pro/Engineer、I-DEAS、Euclid-IS等國際通用軟件，個別廠家還引進了MoldflowC-Flow、DYNAFORM、Optris和MAGMASOFT等CAE軟件，并成功應用于沖壓模的設計雖然中國模具工業(yè)在過去十多年中取得了令人矚目的發(fā)展，但許多方面與工業(yè)發(fā)達 家相比仍有較大的差距。例如，精密加工設備在模具加工設備中的比重比較低；CAD/CAE/CAM技術的普及率不高；許多先進的模具技術應用不夠廣泛等等，致使相當一部分大型、精密、復雜和長壽命模具依賴于進口[7、11]。 截至2005年，中國約有模具生產廠點2萬余家，從業(yè)人員有50多萬人，全年模具產值達534億元人民幣[13]。近十年來，隨著國民經濟的快速發(fā)展，作為工業(yè)品基礎的模具工業(yè)，也得到了飛速發(fā)展，已成為國民經濟建設中的重要產業(yè)，有專家認為，伴隨著世界經濟的一體化浪潮，全球制造業(yè)加速向中國大陸地區(qū)轉移已是大勢所趨，中國也將逐步發(fā)展成為世界級的制造業(yè)基地。廣東珠江三角地區(qū)將在十年之內發(fā)展成為世界模具生產中心[8]。 4 研究目的及意義 本次設計工件為U形卡片，分析零件為帶孔位的彎曲件，其中彎曲形式為U形彎曲，工件內部有一個φ20mm的圓孔，兩側彎曲部分分別有一個φ10mm的圓孔，整體較為簡單，無其他形式。根據任務書要求，該工件的生產批量為大批量，采用IT9精度制造。 畢業(yè)設計是大學教學中最后一個綜合性實踐教學環(huán)節(jié)，這是學生在老師的指導下，獨立做設計工作的初步嘗試，也是對即將步入社會的畢業(yè)生的能力的一次全面考核。其主要目地是鞏固學生所學的基礎理論和專業(yè)知識和掌握模具設計的基本方法和步驟，以及了解模具零件的常用加工方法及工藝規(guī)程編制。本次畢業(yè)設計是學生對大學幾年所學知識和技能進行系統(tǒng)化、綜合化的運用。通過考察、立題、指導、設計方案、等過程，提高學生的思維能力、動手能力和掌握技藝，為以后的工作做好準備。 厚度1mm 材料Q235 二、研究（設計）主要內容與要求： 1 主要內容 設計關于U形卡片彎曲件的沖壓模具設計。運用所學的二維軟件根據圖紙繪制出零件二維圖，然后查找相關文獻資料，編寫開題報告；對零件進行成形工藝性分析，確定最佳成形工藝方案，做好工藝計算；根據零件的尺寸形狀和成型方案，確定模具的類型及結構形式，選擇設計兩套模具繪制模具總裝配圖、零件圖，并打印所有圖紙，并且要求圖紙規(guī)范、圖面清晰；對設計過程進行總結、對所設計的模具進行可行性分析并撰寫設計說明書。 2 主要要求 （1） 優(yōu)化排樣設計，使材料的利用率盡可能高。 （2） 沖壓彎曲出來的零件應符合質量要求。 （3） 強度和剛性較差的小凸模應加導向。 （4） 模具安裝方便，平穩(wěn)性好，便于制造和維修；成本低，結構簡單，壽命長。 （5） 沖壓件平整、形狀無明顯變形，表面沒有刮痕。 （6） 熟練運用工程軟件進行二維裝配，并不斷優(yōu)化設計。 三、研究（設計）方法、步驟及措施： 1、研究方法 該零件形狀較為簡單，有兩部分彎曲，應采用兩次彎曲，以保證工件的質量，該制件包括落料，沖孔，彎曲三個工序。利用已具備的初步設計基礎，工程制圖與AutoCAD，沖壓工藝及沖模設計，工程材料及熱處理等知識，與查閱圖書館豐富的設計資料及其他相關資料書籍，對成形工件進行初步的工藝分析并確定加工方案 2、 設計步驟 (1)對沖壓件進行沖壓工藝性分析 分析制件可知，本制件外形較簡單，屬于適合沖壓生產的厚度范圍。制件相對彎曲角度不大，無尖銳突出部分和細長懸臂，成型工藝性好。 (2)工藝方案的確定 該制件包括落料，沖孔，彎曲三個工序，工藝過程可分為兩個部分，即先沖孔落料后彎曲。 對于沖孔落料部分，可以有一下幾個方案： 方案一：單工序模：先落料，后沖孔，最后彎曲。 方案二：復合模：落料-沖孔復合沖壓，彎曲單工序沖壓。 方案三：級進模：沖孔，彎曲，落料級進沖壓。 比較：方案一模具結構簡單，但需要三幅模具，成本高而生產率低，難以滿足大批量生產要求。方案二只需兩副模具，工件的精度及生產效率都較高。方案三只需一副模具，生產效率高，操作方便，但位置精度不如復合模沖裁精度高。所以成型該工件采用方案二落料沖孔復合模+彎曲單工序模具成型。復合模有正裝和倒裝之分，此制件孔邊距較大，可以選用倒裝復合模。 (3)進行工藝計算； ①條料寬度、步距與材料利用率 ② 毛坯尺寸的確定 ③ 沖壓合力 ④ 預選沖床 ⑤ 壓力中心 ⑥ 刃口尺寸 ⑦ 確定彈性元件 ⑧ 小凸模模具強度校核 ⑨ 步距精度 (4)選擇和確定模具主要零部件的結構和尺寸； 主要是凸模凹模等工作零件及定位零件，導向零件，支撐零件，卸料壓料零件，緊固零件等等的結構和尺寸。 (5)確定模具結構； 確定模具的總體結構，采用正裝或者倒裝，模架結構，導向方式，條料定位與送進方式，卸料與出件方式，等等。 （6)繪制模具裝配圖和非標準零件圖； (7)編寫設計說明書。 3、 可能出現(xiàn)的問題及解決措施 可能出現(xiàn)的問題會有毛刺，彎裂，偏移，翹曲，回彈等等。 （1）消除沖裁件毛刺的措施 ① 保證凸凹模的加工精度和裝配質量，保證凸模的垂直度和承受側壓力及整個沖模要有足夠的剛性； ② 在安裝凸模時一定要保證凸凹模的正確間隙，并使的凸凹模在凸凹模固定板上安裝牢固，上下模的端面要與壓力機的工作臺面保持相互平行； ③ 要求壓力機的剛性要好，彈性變形小，道軌的精度以及墊板與滑塊的平行度等要求要高； ④ 要求壓力機要有足夠的沖裁力。 （2）防止沖裁件產生彎裂的方法 ① 將有毛刺的一面處于彎曲受壓的內緣； ② 在彎曲件彎曲圓角內側開槽后彎曲； ③ 調整排樣方式，使彎曲線與板材纖維方向垂直； （3）防止彎曲件在彎曲過程中的偏移 ① 形狀不對稱的彎曲件，采用對稱彎曲成形； ② 在彎曲工位上增加彈性壓料裝置，以便在彎曲時能壓住坯料防止移動； ③ 采用內孔及外形定位形式使其定位準確。 （4）防止沖裁件產生翹曲變形措施 ① 沖裁間隙要選擇合理； ② 采用彈性卸料方式； ③ 檢查凹模刃口如發(fā)現(xiàn)有反錐度則必須將沖模刃口修整合適。 ④ 板材在沖裁前應進行校平。 （5）減少彎曲回彈的措施： ① 對于Q235這樣的材料，可在凸?；虬寄Ｉ献鞒鲅a償角，并減小凸、凹模之間的間隙來克服回彈。 ② 可以增加校正彎曲工藝減小回彈量。 四、目標、主要特色及工作進度 1．查閱相關資料，撰寫開題報告 第1周 2．外文資料翻譯（6000字符以上） 第2周 3．進行工藝方案設計并編制加工工藝規(guī)程 第3周-第4周 4．進行模具設計方案的選擇及設計計算 第5周-第6周 5．繪制模具裝配圖及其部分零件圖 第7周-第8周 6．撰寫畢業(yè)論文 第9周 7．準備畢業(yè)答辯 第10周 設計主要由零件的成型工藝分析、工藝方案制定、及設計計算、模具結構零部件的設計計算，模具缺陷分析等五大部分構成。設計主要圍繞該零件沖壓成形工藝及模具設計展開，綜合運用沖壓成形工藝及模具設計理論以及AUTOCAD等輔助設計軟件，完成設計計算，并繪制模具的裝配圖和零件圖。 五、參考文獻 [1]楊春蔚,王智南,辛佳隆,高翔.模具和沖壓技術的發(fā)展趨勢[J].科技風,2018(36):188. [2]韓耀東.汽車連接帶成形工藝改進及級進模設計[J].模具技術,2019(01):44-47. [3]黃致淵.沖壓模具的選材及鍛造[J].化工設計通訊,2019,45(01):86+91. [4]曾云.國內汽車沖壓模具設計業(yè)的現(xiàn)狀及發(fā)展方向[J].南方農機,2018,49(24):236. [5]周波龍.基于案例的沖壓模具課程教學分析[J].中國設備工程,2019(03):199-200. [6]郝勝江.關于沖壓模具常用金屬材料及其熱處理工藝研究[J].科學技術創(chuàng)新,2019(07):149-150. [7]吳亮.現(xiàn)代沖壓模具在機械零件加工中的應用探討[J].科技經濟導刊,2019,27(06):71. [8]梁國棟.基于PressCAD的沖孔模具設計[J].鍛壓裝備與制造技術,2018,53(06):110-112. [9]王俊雄.如何提高機械工程自動化沖壓的應用水平[J].花炮科技與市場,2019(03):37. [10]王騰,石小富,李臻,周君峰.低碳鋼多孔板沖壓模具的設計[J].裝備機械,2019(03):45-47. [11]張德軍.熱成型高強鋼技術及成型模具的分析[J].內燃機與配件,2019(19):71-73. [12]宋寶屏.沖裁工藝在工業(yè)機械設計中的重要性[J].西部皮革,2019,41(18):2. [13]趙巖.沖壓模具設計中對機械運動的控制和運用[J].科技資訊,2019,17(29):61+63. [14]宋寶屏.模具沖壓在機械設計制造中的設計[J].科技風,2019(33):149. [15]洪鑫磊.汽車用支架座沖壓件工藝設計探討[J].湖北農機化,2019(20):123. [16]段寶娟,牧立峰,劉宇,仇?；?沖壓模具修邊掉鐵屑的解決方法[J].模具制造,2018,18(01):18-22. 7. 指導教師意見 簽名： 年 月 日 10 1 u型卡片零件的沖壓工藝和模具設計說明書 摘要：在人民生活日漸提高的前提之下，模具行業(yè)也水漲船高，人們的生產 生活之中對于產品的要求越來越高，這使得現(xiàn)在的沖壓模具行業(yè)面臨著巨大的機遇 和挑戰(zhàn)。模具分為注塑模具，沖壓模具以及壓鑄模具等等大類，其中沖壓模具的占 比非常之大，我們在日常生活之中看到的大多數的金屬板和金屬件之類的零件都能 夠使用沖壓模具技術生產制造，所以現(xiàn)在的大環(huán)境之下無疑對我們從事沖壓的技術 人員來說是一個絕佳的機會。 分析本次設計的工件為 U 形卡片，該工件為 U 形彎曲類型，沒有其他的特殊結 構比如拉深等，需要使用到的工序有落料和沖孔和彎曲。然后需要對工件結構性進 行分析，確定出適合的模架類型，比如復合?；蚣夁M模等，最終設計采用了一套落 料沖孔復合模和一套單工序彎曲模。接著進行排樣圖的設計，排樣圖的設計是沖壓 模具設計的基石，通過對排樣圖的設計，決定了該料帶是前后送料還是左右送料最 終決定模架的形式，確定了采用后側導柱模架的設計方案。然后對工件的沖壓力進 行了詳細的計算，并且選擇出了合適的壓力機，最后通過對刃口尺寸進行計算，設 計出了模具的凸模，凹模，凸凹模，以及卸料板固定板等等，最終對模具整體進行 整合，利用 cad 二維軟件軟件對模具整體裝配圖以及零件圖進行了繪制，整理出說 明書，并且進行了最后總結。 關鍵詞：沖壓模具；U 形卡片；復合模;排樣圖；模架；凸模 2 Stamping Process of U-card Parts and Mold Design Abstract：With the improvement of peoples life, the mold industry is also rising. Peoples production and life have higher and higher requirements for products, which makes the current stamping mold industry face great opportunities and challenges. Mold is divided into injection mold, stamping mold and die-casting mold and so on. Among them, the proportion of stamping mold is very large. Most of the metal plates and metal parts we see in our daily life can be manufactured by stamping mold technology. Therefore, in the current environment, it is undoubtedly an excellent opportunity for our stamping technicians . Analysis of the design of the workpiece for the U-shaped card, the workpiece for U- shaped bending type, no other special structure, such as deep drawing, etc., need to use the process of blanking and punching and bending. Then we need to analyze the structure of the workpiece to determine the suitable type of mold base, such as compound die or progressive die. Finally, a set of blanking punching compound die and a set of single process bending die are adopted in the design. Then the layout design is carried out. The layout design is the cornerstone of stamping die design. Through the layout design, it determines whether the material belt is front and back feeding or left and right feeding, and finally determines the form of the mold base, and determines the design scheme of using the rear guide pillar mold base. Then, the punching force of the workpiece is calculated in detail, and the appropriate press is selected. Finally, through the calculation of the cutting edge size, the punch, die, punch and die, and the fixed plate of the discharge plate of the die are designed. Finally, the whole die is integrated, and the overall assembly drawing and part drawing of the die are drawn and sorted out by using CAD two-dimensional software Finally, a summary is given. Key words: stamping die; U-shaped card; compound die; layout drawing; die base; punch 3 目錄 摘 要 .1 ABSTRACT.2 第一章 緒論 .5 1.1 選題的意義與目的 .5 1.2 文獻綜述 .5 1.3 研究現(xiàn)狀 .6 1.4 設計思路與創(chuàng)新思路 .7 第二章 U 形卡片的沖壓工藝分析 .9 2.1 零件的材料分析 .9 2.2 零件工藝分析 .9 2.3 模具結構的初步確定 .10 第三章 U 形卡片復合模的工藝計算 .12 3.1 毛坯尺寸參數的計算 .12 3.2 排樣設計 .13 3.3 沖裁力 .15 3.3.1 落料力 .15 3.3.2 沖孔力 .15 3.3.3 落料時的卸料力 .15 3.3.4 沖孔時的推件力 .15 3.3.5 沖床的總壓力 .15 3.4 彎曲力的計算 .16 3.3 壓力機的確定 .17 3.4 壓力中心的計算 .17 3.5 刃口尺寸計算 .19 3.5.1 沖孔刃口尺寸計算 .20 3.5.2 落料刃口尺寸計算 .21 4 3.5.3 彎曲尺寸的計算 .21 3.6 本章小結 .23 第四章 復合模的零部件設計與選用 .24 4.1 模具主要零部件的設計 .24 4.1.1 凹模的設計 .24 4.1.2 卸料板的設計 .25 4.1.3. 凸凹模的設計 .26 4.1.4 .凸模的設計 .27 4.1.5 其他零部件的設計 .28 4.2 定位零件的設計 .29 4.2.1.擋料銷的設計 .29 4.2.2.導料銷的設計 .30 4.3 推件裝置的設計 .30 4.4 彈性元件的選用 .31 4.5 模架及其零件的設計 .31 4.6 導柱、導套的選用 .32 4.7 上、下模座的選用 .32 4.8 模柄的選用 .32 4.9 螺釘、銷釘的選用 .33 4.10 模具的總體結構設計 .34 第五章 彎曲模的零部件設計與選用 .35 5.1 模具主要零件 .35 5.2 模架和模座的選擇 .37 5.3 彎曲模裝配圖 .39 總 結 .40 謝 辭 .41 參 考 文 獻 .42 5 u 型卡片零件的沖壓工藝和模具設計 1 緒論 1.1 選題的意義與目的 在人民生活方式和生活條件日益繁榮的今天，傳統(tǒng)的行業(yè)已經不能滿足人民的 需求，更多的產品脫穎而出，在這個大基礎之上，沖壓模具制造業(yè)爺隨之騰飛，在 所有模具行業(yè)之中，沖壓模具的占比非常大，不管是機械行業(yè)，農業(yè)行業(yè)，還是精 密行業(yè)，沖壓模具都無孔不入，可以說，我們人民的生活越來越離不開沖壓模具， 所以在這個大前提之下，在校期間對沖壓模具的學習使得我擁有了巨大的機遇，在 這個擁有無限市場的行業(yè)之中，日后能夠占據一席之地。當然有利必有弊，巨大的 市場需求，就使得我們的設計必須不斷創(chuàng)新，不管是產品的表明精度還是外形精度 亦或者是企業(yè)生產零件的效率以及企業(yè)總體獲得的利益都是決定這個產品是否成功 的檢驗標準，而決定這些條件的就是我們從業(yè)技術人員的設計水平，因此，本次課 題的研究對于我們即將從業(yè)人員的水平是一個十分嚴峻的考研，并且對于我們提高 沖壓設計技術水平具有重大的提升意義。 本次設計的工件為 U 形卡片，從任務給出的工件圖可以看出該零件為墊片類型 的平直型工件，沒有其他的彎曲或者拉深等等結構，在工件之中只有落料和沖孔兩 個工序，在后續(xù)的設計之中我將會對工件的工藝性進行分析，然后對沖壓力進行詳 細的計算，最后通過對刃口尺寸計算以及模具零部件的設計，通過二維繪制軟件和 三維繪制軟件對模具進行裝配圖和零件圖的繪制。 我相信通過本次實操整套設計，能夠使我的軟件操作水平得到極大的提高，并 且會讓我學以致用，能夠將在校期間的學習知識合理的運用到實際設計之中，我也 始終相信，在經過不斷的學習和查閱資料之后，我會充分掌握沖壓模具設計知識和 實操繪制能力，能夠完美的完成本次設計，最終設計出同時具有合理性，經濟型， 精密性的沖壓模具。 1.2 文獻綜述 在目前中國的整體情況看來，大多數的制品都會依賴模具成型，其中包括了沖 壓模具，注塑模具等等，而沖壓模具又無孔不入，深入了各個行業(yè)之中，所以沖壓 模具的分類也很多，包括汽車模覆蓋件，精密模等等，不同類的沖壓模具差異也十 6 分明顯，所以這就要求我們從業(yè)人員的技術全面，能夠應對目前越來越復雜化，精 密化，高效化的模具制造業(yè)。盡管沖壓模具設計越來越復雜化，精密化，高效化， 但是沖壓模具卻是其他的生產方式所無法替代的，放眼世界，對于現(xiàn)目前的技術而 言，沒有其他任何技術能夠兼顧沖壓模具的高效，精密，以及效益。在全球近幾十 年來，模具設計的水平已經漸漸的成為了衡量一個國家的制造業(yè)生產能力標桿，比 如為人熟知德國，日本制造業(yè)強國，它們經過了幾十年的沉淀和積累，已經穩(wěn)穩(wěn)的 占據了強國之列，特別是日本對于精密模具的研究，雖然我國的企業(yè)在不斷追求利 益的過程之中我國近幾年來已經逐步減小了對強國的差距，但是不可否認的是距離 日本和德國之類的強國還是擁有不小的差距，這個差距，就需要我們以后從業(yè)人員 的不斷努力之下實現(xiàn)追趕甚至反超。 8 沖壓模具制造滲透日常生活的各行各業(yè)，比如小到廣泛運用的滑輪，手表等， 大到汽車，輪船等，各種機械零件都能夠依靠沖壓模具制造，其原理就是板料或者 是條料在通過沖壓模具之后，由壓力將板料或者條料進行塑性變形或者是進行了分 離，這個變形的過程就叫做沖裁和成型，沖裁工序包括為落料，沖孔等，成形工序 包括彎曲，拉深，脹形等等 10。 1.3 研究現(xiàn)狀 經過近十年的不斷發(fā)展，我國的沖壓模具制造業(yè)與世界強國的差距也在不斷的 縮小，這個差距不僅僅體現(xiàn)在模具設計和制造的技術性之上，還體現(xiàn)在模具的生產 效率以及生產效益上，但是從前幾年的統(tǒng)計上來看，我國的模具制造數量已經處于 世界第三位，所以如何快速提升設計以及制造水平是現(xiàn)目前我國模具行業(yè)的重中之 重，經過查閱資料整理一下幾點： 1. 從設計以及制造水平上來說，我國和先進國家相比還是存在較大的差距，首 先我國的先進水平是制約我國模具發(fā)展的重要絆腳石，沒有足夠先進的技術支撐， 導致很多生產出來的模具精度比較低，特別是型腔型芯的精度不夠，將會直接導致 模具生產出的產品精度不夠，嚴重影響零件的質量以及生產企業(yè)的效益。并且在工 藝設備的方面，雖然已經有我國自主開發(fā)的設備，但是同樣其精度還是難以抗衡先 進進口設備，所以在大型沖壓覆蓋件以及精密設備方面我國還是依賴進口設備。 2. 軟件普及率低，在沖壓模具設計比如 CAD/CAE/CAM 等軟件普及率上，我國覆 蓋面還比較低，不少企業(yè)還未普及，不能夠模擬金屬的成型過程，對模具的設計以 及制造進行模擬嚴重增加了模具制造的時間和開發(fā)成本。 7 3. 開發(fā)能力較弱，對于我國的模具制造行業(yè)，大多數企業(yè)停留在追求經濟型， 專注于高端和精密模具開發(fā)的從業(yè)人員少之又少，所以我國的高端模具是近期急需 解決的重點。 4. 標準件的覆蓋面低，在沖壓模具設計之中，為使整個模具的經濟性以及時間 效率最大化，會大量使用沖壓模具標準件，而我國的標準件廠商屈指可數，并且標 準件的使用率低，大部分的沖壓零件還依靠自主設計以及制造，對于先進國家來說， 一套沖壓模具的標準件使用率達到了百分之八十以上，而經過統(tǒng)計我國的標準件使 用率僅僅只有百分之四十，所以在本次的設計之中，我將大量的使用標準件，這將 會大大降低設計時間以及將會提高經濟性。 5. 企業(yè)的管理水平較低，相比于先進國家的管理水平，我國不僅人才管理水平 較低，對于企業(yè)管理水平也相對較低，不少的先進技術人才外流，這也一定程度上 使得國內的模具水平處于停滯不前或者說緩慢前進狀態(tài)。 總而言之，在短期時間內想要解決我國的模具制造問題，還面臨著極大的挑戰(zhàn)， 這需要我們從業(yè)人員的共同努力，為我國模具制造業(yè)走上世界強國鋪墊出一條全新 的社會主義發(fā)展道路。 1.4 設計思路與創(chuàng)新思路 根據任務書的要求，本次設計的題目是 U 形卡片的沖壓模具設計，查閱大量的 相關書籍并且結合到在校期間老師們的講授知識之后，首先我對工件的工藝性進行 了詳細的分析，首先該材料是我們日常生產生活之中常用的金屬材料，具有良好的 性能，能夠滿足本次設計工件的成形條件，分析該工件結構，屬于墊片類型的平直 類型的零件，沒有其他的特殊結構，并且結合該工件的孔位，孔邊距以及孔心距皆 滿足沖壓條件，工件的外形尺寸以及厚度合理，所以在本次的 U 形卡片沖壓模具設 計之中，對該 U 形卡片采用普通沖裁即可。 對工件的工藝性進行完全分析之后，接著對工件的模具方案進行分析，從產品 的經濟性以及產品質量精度和生產批量來看，分析單工序模具，復合模具以及級進 模具的各自優(yōu)缺點，因為本次設計工件需要的工序很少，只有沖孔和落料兩個工序， 所以最終選定復合模的模具結構形式，以及最終選擇合適的模架形式，比如說后側 導柱模架和中間導柱模架以及四角導柱模架等等。然后結合到本次設計工件的厚度， 決定采用何種卸料以及推件方式，其中卸料方式又分為剛性卸料方式和彈性卸料方 式兩種，剛性卸料方式是利用卸料板直接固定在下模上，料帶在經過凸模沖裁之后， 8 直接強行卸料；彈性卸料通常是利用多組圓柱頭卸料螺釘和彈簧或者橡膠和卸料板 的組合形式對料帶進行彈性的卸料裝置，在料帶進行沖裁之后，卸料板在彈性裝置 的作用之下進行彈性的卸料，此種卸料方式有相比于剛性卸料方式的好處就是能夠 對料帶進行一個壓料的作用，使得料帶更加平整，通常來說，在工件的厚度4mm 的設計之中皆可采用此種彈性卸料裝置。推薦裝置也同樣分為彈性推件和剛性推件 裝置，和以上所說的彈性卸料和剛性卸料同理，在此就不再贅述。 當沖壓結構確定完成，零件大量選取標準件，需要對模具的裝配圖進行繪制， 利用 CAD 對二維圖進行繪制，利用 UG 對三維圖進行繪制。 通過本次設計，我相信會對我的設計思路，軟件實操，以及合理運用所學知識 的能力得到顯著的提升，能夠培養(yǎng)我思考問題的能力，在遇到不懂得問題時，能夠 上網查閱資料或者詢問老師，同學，這培養(yǎng)了我解決問題的能力，我相信，本次設 計會使我以后的從業(yè)道路打下堅實的道路基礎。 9 2 U 形卡片的沖壓工藝分析 2.1 零件的材料分析 名稱：U 形卡片 材料: Q235 厚度： 1mm 圖 2.1 零件圖 2.2 零件工藝分析 本次設計工件是 U 形卡片，對工件的工藝性進行分析，首先對工件的外形進行 分析，根據零件圖可知，該工件為 U 形彎曲類型，沒有其他的特殊性結構，并且工 件的整體形狀較為規(guī)則，沒有懸臂沒有過細過寬的不規(guī)則形狀，并且分析該工件的 孔位，不管是孔邊距還是孔心距，皆滿足沖壓沖裁工藝性條件。 由零件圖可知，該 U 形卡片所需的工序有落料和沖孔和彎曲工序，在工件的內 部有一個 20 的圓孔，要求表面光滑無毛刺，并且需要滿足沖壓生產的經濟性，所 以在生產批次的要求上即為大批量的生產。 對工件的模具方式進行分析，經上述分析可知，本次設計 U 形卡片所需的工序 有落料沖孔和彎曲工序，由于本次按要求把零件設計為兩套模具加工，一套帶落料 和沖孔的模具和一套單工序彎曲模具，于是列出下面的三個沖壓沖裁方案對落料和 10 沖孔工序提供參考選擇： 1. 按照落料工序-沖孔工序的沖裁順序，利用單工序的沖壓模具沖裁方式進行 設計； 2. 采用落料工序-沖孔工序同時進行沖裁的復合模具形式； 3. 將沖孔工序-落料工序按照順序進行排列，然后依次進行分布沖裁的級進模 具形式。 在方案一中，采用單工序的沖裁方式，該單工序方案是對工件所需的工序一一 進行沖裁，先進行落料工序，然后進行沖孔工序，雖然模單工序模具的模具設計簡 單，操作方便，但是多次的沖裁和定位不可避免的就會對成品工件的質量和精度產 生影響，并且在本次設計之中，經過兩套模具的沖裁，勢必會增加模具生產的時間， 嚴重影響生產效率，所以在本次設計之中不采用方案 1 的單工序生產方式。 方案三為落料工序和沖孔工序依次進行沖裁的級進模沖裁方式，該種方式相比 于單工序方案，效率和精度都相對較高，并且能夠極大地縮短生產時間，大大提高 整個模具的效率，從而提高企業(yè)的利潤，但是在本次設計之中，工件的制造難度較 低，但是級進模相比于復合模來說，制造難度較大，設計難度較高，需要仔細設計 送料和定位問題，并且級進模的模具尺寸較大，不利于企業(yè)的效益，所以在本次設 計之中不采用方案三的級進模具形式。 方案二為落料工序和沖孔工序同時進行沖裁的復合模具形式，該方案的精度高， 尺寸相比于級進模較小，并且效率相比于單工序高，制作成本也比級進模低，并且 如果利用復合模之中的倒裝復合模來說，能夠將沖裁之后的沖孔廢料通過下模直接 排出，操作方便的同時又提高了效率，所以在本次 U 形卡片的沖壓模具設計之中， 最終采用方案二的落料沖孔復合模具沖裁方案。 2.3 模具結構的初步確定 復合模的形式通常分為倒裝復合模和正裝復合模，區(qū)分兩種模具形式的依據就 是判斷落料凹模的位置，通常來講，如果落料凹模的位置在下模，那么此模具即為 正裝復合模，如果落料凹模的位置安裝在上模部分，那么此模具即為倒裝復合模。 相比于正裝復合模，倒裝復合模的優(yōu)勢十分明顯： 1. 倒裝復合模采用了彈性的卸料方式，能夠在完成卸料工作的同時對工件進行 一個壓料的作用，由此就保證了工件能夠保持一個很好的表面精度和平直度。 2. 由于倒裝復合模的特殊結構性，凹模安裝在上模部分，凸凹模安裝在下模部 分，所以在通過沖孔工序落下的沖孔廢料能夠直接通過下模安裝的凸凹模排出模具， 11 極大地增加的倒裝復合模的便捷性。 3. 因為工件的沖孔廢料不會堆積在凹模之中，所以廢料就大大減少了對于凹模 的磨損，所以這也會大大的提高模具的壽命。 但是通常來說，倒裝復合模的使用具有一定的條件限制，比如當所需沖裁的工件孔 邊距小于 1.5 倍材料的厚度時，如果使用倒裝復合模將會導致復合模的凸凹模強度 剛度不夠，從而造成薄鋼，模具壽命難以保證，并且在材料的厚度大于 4mm 的設計 中，彈性卸料裝置難以對料帶進行卸料，所以我們在設計復合模時，需要仔細分析 工件工藝性和結構特殊性，采用合適的復合模具方案是能否合理完成工件的重要前 提條件。 12 3 U 形卡片復合模的工藝計算 3.1 毛坯尺寸參數的計算 彎曲展開計算如下： 在對于彎曲件的沖壓模具設計中，首先需要分析工件的工藝性，然后就需要對 彎曲零件進行彎曲尺寸的展開計算，從而計算出需要設計工件的毛坯尺寸以用于排 樣圖的設計。 計算彎曲件的展開毛坯尺寸就是對彎曲件的彎曲部分展開，然后對彎曲這部分 的尺寸進行計算，這樣就能夠得知整個毛坯的尺寸。 L2tx1彎 arp 圖 3-1 有圓角半徑的彎曲 計算零件的彎曲部分是按照中性層計算，利用如下的公式： ）（彎 xtr180-l 式中： ） ；（各 圓 角 部 分 展 開 長 度彎 m ） ；彎 曲 角 度 （a 彎 曲 半 徑 ；r 中 性 層 位 移 系 數 ；x材 料 厚 度 ；t 查表 3-1，支架之間零件的彎曲為的 ,x=0.32/1rt 通過對中性層展開后計算得出，該支架零件的單邊彎曲部分尺寸為： 1809l3.140.2.7m彎 （ ） 13 經計算后，繪制出工件的展開毛坯尺寸圖，如圖 3-2 所示： 圖 3-2 零件展開圖 3.2 排樣設計 排樣圖設計直接決定了模具的產品質量以及模具壽命，所以排樣圖的設計至關 重要，排樣的設計分為三種方式：有廢料排樣，無廢料排樣和少廢料排樣。其中排 樣指的是排樣圖中工件的排列方式，有廢料排樣指工件與工件之間，工件與料帶之 間都有搭邊值的情況，無廢料排樣指的是工件和工件之間，工件和料帶之間沒有搭 邊值存在，少廢料排樣指的是工件和工件之間沒有搭邊值，但是工件和料帶之間有 一定的搭邊值，其中少廢料排樣和無廢料排樣的使用少，雖然說少廢料排樣和無廢 料排樣能夠增加產品的利用率，簡化模具結構，但是同樣會增加模具設計難度，并 且模具的強度剛度難以保證，并且凸模與凸模之間無間隙，導致工件與工件之間緊 密排列，勢必會影響產品的精度和質量。 14 通過排列方式的不同，排樣圖也分為單排直排方式，雙排直排方式，單排斜排 方式，單排對排方式等等，決定排列方式的因素即為工件的外形，工件外形不同選 擇合理的排列方式能夠大大的增加材料利用率。 表 3-1 搭邊值 查表 3-1 可得，兩工件間的搭邊 a1=1.5mm，工件邊緣搭邊 a=1.8mm。 通過分析本次設計工件的外形，設計為單排直排的排樣方式，具體形式如圖 3-2 所示。 圖 3-3 零件單排直排排樣圖 條料寬度以及送料步距分別為：b=100.2+(2 1.8)=103.8mm ，h=80+1.5=81.5mm。 一個步距內的材料利用率： =A/（b h） 100%1 =4854/(103.8 81.5) 100% 15 =57.4 所以本次設計工件的材料利用率為 57.4%，此種排樣方式在保證了較高的材料利 用率的前提之下，又保證了模具的強度剛度。 3.3 沖裁力 此章將對模具的沖裁力進行計算，計算沖壓力是為了選擇適合的壓力機，如果 不對沖壓力進行計算，從而選擇了不匹配的壓力機，輕則導致模具沖壓力不夠或者 模具過大不能夠裝夾在壓力機上，導致模具不能順利進行沖裁，重則會導致模具損 壞或者大幅降低模具壽命。經過上述工藝性分析分析可知本次設計需要沖孔落料兩 個工序，所以沖裁力的計算即為計算落料沖裁力和沖孔沖裁力，通過查閱沖壓手 冊表 2-3，取值 U 形卡片材料 Q235 抗剪強度 =345MPa. 根據公式查表可得系數 K 取值依據沖裁刃口 K=11.3，取值 1.3. 3.3.1 落料力 F 落 =KL1 t =1.3420.41mm345Mpa=188.5KN 3.3.2 沖孔力 F 沖 =KL2t=1.362.81mm345Mpa=28.17KN 3.3.3 落料時的卸料力 由表 3-2 得 K 卸 =0.045 F 卸 =K 卸 F 落 =0.045188.5KN=8.48KN 3.3.4 沖孔時的推件力 由 3-2 得 K 推=0.055， 取同時梗塞在凹模內的沖件數為 3 F 推 =nK 推 F 沖 =30.05528.7KN=4.7KN 3.3.5 沖床的總壓力 F 總=F 落+F 沖+F 卸+F 推 =188.5+28.17+8.48+4.7=229.85KN 3.4 彎曲力的計算 16 本次設計工件包括沖裁部分和彎曲部分，接下來將對模具的彎曲部分的成型彎 曲力進行計算，而彎曲力的計算又可以分為 u 型彎曲力計算和 v 型彎曲力計算，計 算公式分別為： 1）計算公式： V 形彎曲零件的計算公式為： 20.6bVzKBtFr （4.4 ） U 形彎曲零件的計算公式為： ； 20.7bUztr （4.5 ） 式中： 彎 曲 零 件 的 寬 度 ；B彎 曲 零 件 的 厚 度 ；t ；彎 曲 半 徑 ；r ；b材 料 的 抗 拉 強 度 ； 425bMpa） ；系 數 彎 曲 系 數 （ 一 般 取 3.1K 2）校正彎曲力公式 （4.6）JqFA 式中： J彎 曲 校 正 力 （ N） ； 可 查 ；） ； 根 據 沖 裁 件 的 材 料（單 位 面 積 上 的 校 正 力 paa M；曲 位 置 的 面 積 ， 單 位所 需 要 校 正 的 零 件 彎 2m 3）計算 本次設計的支架零件的彎曲力的計算為： U 形彎曲的彎曲力： 2u0.70.7132453.87bzKBtFKNr 所選擇的 Q235 材料的抗拉強度為： 45bMPa 根據查表可得 ，通過計算可知 A=924 ；40qMPa2m 因此校正彎曲力為： 92036.9JqFAKN 自由彎曲時的彎曲力與校正彎曲力之和為： 123.876.4.8VzJF 17 3.3 壓力機的確定 在沖裁力計算完成之后，緊接著就需要對模具的沖壓力以及各項條件選擇合適 的壓力機，通常情況下，對于小型的模具最常用的壓力機為開式壓力機，而開式壓 力機中最常用的即為曲柄壓力機，根據上述沖壓力計算，復合模具需要的總沖壓力 為 229.84KN，彎曲模具需要的總壓力為 40.83KN，結合到模具的安裝尺寸，以及模 具的閉合高度等等，復合模和彎曲?？蛇x擇以下 J23-40 壓力機； 公稱壓力：400KN 滑塊行程 ：100mm 行程次數：45 次/分 最大封閉高度：330mm 封閉高度調節(jié)量：65mm 工作臺尺寸（左右*前后）：450mm700mm 工作臺板厚度：65mm 模柄尺寸：5070 傾斜角：30 3.4 壓力中心的計算 壓力中心指的是模具中沖裁刃口的中心點或者說合力點，計算壓力中心是為了 保證模具的所有刃口或者說凸模能夠在沖裁的時候受力均勻，使得壓力中心能夠和 滑塊保持中心，如果不能夠保證中心，那么在模具進行沖壓的過程中，會加劇模具 的磨損，導致模具的壽命降低以及產品的精度不夠，這就會極大的降低工作效率和 產品效率以及企業(yè)的利益，但是在很多復雜的模具之中，難以找尋一個絕對平等的 中心點，此時壓力中心的選取就需要保證一個偏差范圍，使得損耗降低至最小，這 個范圍只要能夠在壓力機的允許范圍之內，就能夠保證壓力機以及模具的正常工作。 計算壓力中心的方式如下： （1）選擇刃口的最外側一點建立兩軸坐標系。 （2）分別計算出各個刃口的坐標系原點到 x 軸以及 y 軸的距離。 （3）將刃口分為若干的線段，并且計算出各線段的長度。 （4）通過以下的壓力中心計算公式，將上列各值帶入公式，最終計算出壓力中 心的 x 值和 y 值，這個坐標值即為設計模具的壓力中心 壓力中心坐標（x 0 、y 0）計算公式： 18 因為沖裁力與周邊長度成正比，所以式中各沖裁力 F1、F 2、F 3、F n 可分別 用沖裁周邊長度 L1、L 2、L 3、L n 代替，即12 10 1nininiiLxxxL12 10 1nininiiLyLyLy 其中： L為 每 段 線 段 的 長 度 或 圓 弧 的 周 長 XX為 每 段 線 段 的 中 點 或 圓 弧 的 中 心 到 軸 的 距 離 ； YY為 每 段 線 段 的 中 點 或 圓 弧 的 中 心 到 軸 的 距 離 ； 經過分析本次設計工件為中心對稱工件，所以工件的各邊不管是 X 軸還是 Y 軸 皆為對稱，所以壓力中即為幾何中心。如下圖所示： 19 圖 3-4 壓力中心示意圖 3.5 刃口尺寸計算 因沖模加工方法不同，刃口尺寸的計算方法也不同，基本上可分為兩類： （1）按凸模與凹模圖樣分別加工法：它主要用于圓形或簡單規(guī)則形狀的工作,因沖 裁此類工件的凸、凹模制造相對簡單，精度容易保證，所以采用分別加工。 （2）按凸模與凹模配作法加工：常用于沖制復雜形狀的沖模。這種加工方法的特點 是模具的間隙有配置保證，工藝比較簡單，不必校核 的條件，minaxZTA 并且還可以放大基準件的制造公差，使制造容易。 表 3-3 初始雙面間隙 、maxZin 08、10、20、35 09M2、Q235-A Q345 40、50 65Mn材料厚 度 /tmminZmaxinZmaxinZmaxinZmax 小于 0.5 極小間隙 0.5 0.040 0.060 0.040 0.060 0.040 0.060 0.040 0.060 20 0.6 0.048 0.072 0.048 0.072 0.048 0.072 0.048 0.072 0.7 0.064 0.092 0.064 0.092 0.064 0.092 0.064 0.092 0.8 0.072 0.104 0.072 0.104 0.072 0.104 0.064 0.092 0.9 0.090 0.126 0.090 0.126 0.090 0.126 0.090 0.126 1.0 0.010 0.14 0.100 0.140 0.100 0.140 0.090 0.126 1.2 0.126 0.180 0.132 0.180 0.132 0.180 1.5 0.132 0.240 0.170 0.240 0.170 0.240 1.75 0.220 0.320 0.220 0.320 0.220 0.320 2.0 0.246 0.360 0.260 0.380 0.260 0.380 由表 3-3 確定初始雙面間隙 、 的值為極小間隙 現(xiàn)取 =0.14、 maxZin maxZ =0.1minZ 表 3-4 規(guī)則形狀凸、凹模的制造偏差 基本尺寸 凸模偏差 T凹模偏差 A基本尺寸 凸模偏差 T凹模偏差 A 18 1830 3080 0.020 0.020 0.025 0.030 120180 180160 0.030 0.040 0.045 80120 0.025 0.035 160360 1360500 50030 0.035 0.040 0.050 0.050 0.060 0.070 由表 3-4 確定 、 的值：0.02 0.02TA 3.5.1 沖孔刃口尺寸計算 對于沖孔尺寸 ，0.152m 利用公式 0inTxdDT AZA0mi 其中 磨損系數的選取查下表 3-5x 是工件的公差值 21 表 3-5 磨損系數表 工件精度 IT10 以上 =1x 工件精度 IT11IT13 =0.75 工件精度 IT14 =0.5 查公差表可知孔的公差等級為 IT12 級，所以查上表得 =0.5x 則 ：0.152m =inTxdT00.2.22.5175 = = AZA0min.07.01 3.5.2 落料刃口尺寸計算 當以凹模為基準件時，凹模磨損后刃口部分尺寸都增大，因此均屬于 A 類尺 寸第一類尺寸。它的基本尺寸及制造公差的確定方法按公式 AxDA0ma iniTZdT 其中 模具基準尺寸( )D 工件極限尺寸( )max 工件公差( )m 落料尺寸 ， ，查表 3-5 取 x=0.5 0.120.254 則 =0. AxDA0a0.20.22.5194 = miniTZdT0.20.2()18 則 =0.254AxA0a. .4.375 = miniTT00.2.2(98)9 3.5.3 彎曲尺寸的計算 彎曲零件的凸模以及凹模間的間隙可以通過下面的公式來進行計算： ；2 ZtCt 式中： / t 22 ，其值按表 4-3 選取。C 表 4-3 間隙系數 C值（單位 mm） 當工件精度要求較高時，間隙值應適當減小，可以取 Z/2=t。 查沖壓手冊板料厚度的正偏差為 0.5m 由公式可得： 1.12Ztkt 凸、凹模工作部分尺寸主要是指彎曲件的凸、凹模的橫向尺寸。下面對凸凹模 的尺寸進行計算。 1）彎曲件標注外形尺寸 凹模尺寸為 0 3()4ddL 凸模尺寸為 ppZ 2) 彎曲件標注內形尺寸 凸模尺寸為 03()4ppL 凹模尺寸為 0ddZ 式中： ；mU 、 ；pLd ； 、 ，選用 IT7IT9 級精度， mm；pd 。Z/2 由零件圖可知 U 形彎曲的外形尺寸為 100.2mm 公差 IT13 級選取，凹模制造公 差 ，選用 ，凸模制造公差 ，選用 。所以彎曲的凸凹d0.5dmp0.35pm 模尺寸為： 23 凹模尺寸為 0.50.5033(-)(1.2)9844ddL m 凸模尺寸為 .3.398x4ppZ 查標準公差表表知 =0.3 3.6 本章小結 在本章節(jié)之中，我首先對排樣的概念進行了闡述，然后針對排樣圖的原則作出 了合理的排樣圖，接著對模具的沖壓力進行了計算，然后針對模具的所需沖壓力選 擇了合適的壓力機，保證了模具能夠在合理的條件之下完成對工件的沖裁，然后對 模具壓力中心進行了計算，最后對所需落料和沖孔工序的刃口尺寸進行了計算，本 章節(jié)對下一章節(jié)中對于模具零部件的選擇提供了重要的數據依據。 24 4 復合模的零部件設計與選用 4.1 模具主要零部件的設計 模具的結構如同上文中所述，根據排樣圖的排列，選擇了前后左右皆可送料的 后側導柱模架，后側導柱模架的空間性優(yōu)越，不管是視野還是操作性都十分良好。 本次設計模具上模由上模座，上墊板，空心墊板，凸模固定板以及凹模所組成，下 模部分由卸料板，凸凹模，固定板，下墊板以及下模座所組成的落料沖孔的倒裝復 合模具形式，并且在模具零件的選用之中，將會大量使用模具標準件，比如螺釘， 圓柱銷以及模柄導柱導套等等零部件。 4.1.1 凹模的設計 凹模的結構多種多樣，總體來說分為拼接式和整體式凹模，其中拼接式凹模能 夠在模具刃口磨損或者損壞的時候，方便模具師傅進行更換，但是安裝比較復雜， 整體式凹模即為凹模皆為一整塊，沒有任何拼接的結構，優(yōu)點就是安裝方便，分析 本次設計工件，該工件的形狀和結構都比較簡單，所以本次設計之中將直接采用整 體式凹模，材料采用 Cr12，硬度為 HRC6064。 如圖 4.1 所示是凹模洞口的幾種結構形式： 圖 4.1 刃口類型 本模具采用的是 b 型。（本段摘自沖壓工藝與模具設計P47） (15mm) HK凹 模 高 度 （3040mm）1.52()c凹 模 壁 厚 式中 沖 壓 件 最 大 外 形 尺 寸 ， 。系 數 ， 考 慮 板 材 厚 度 的 影 響 152481P其 值 可 查 文 獻 表 根據本模具情況，查得 K=0.18。凹模高度 H=Kb=0.18100.2=18.36mm，但是為 25 了保證模具的強度和剛度，本次設計凹模 H 取值 30mm。 所以凹模尺寸 。250 x163LB 圖 4.2 凹模 4.1.2 卸料板的設計 卸料板分為彈性卸料和剛性卸料兩種，在本次設計之中采用了彈性卸料裝置， 彈性卸料裝置由卸料板，卸料螺釘和彈性裝置組成，通常情況下彈性卸料裝置只適 用于材料的厚度小于 4mm 的工件之中，由于卸料板的運動需要控制，所以模具設置 四顆卸料螺釘來控制卸料板的行動方向和行程，本次設計的卸料板厚度取值 20mm， 卸料板的外形尺寸跟隨凹模外形尺寸，所以卸料板總體尺寸為 250 x160 x20mm，材料 為 45 鋼。 26 圖 4.3 卸料板 4.1.3. 凸凹模的設計 在復合模具之中，凸凹模是具有特殊性的一個零部件，對于落料工序來說，凸 凹模是落料凸模，而對于沖孔工序來說，凸凹模又是沖孔凹模，所以凸凹模是同時 具有落料和沖孔兩個作用的零部件，在工作的時候，落料凹模和凸凹模作用對料帶 進行落料，而沖孔凸模又和凸凹模作用進行了沖孔，所以本次設計中需要對凸凹模 進行設計，而本次設計將采用臺階式對凸凹模進行加工，將凸凹模加工一個凸臺， 再利用凸臺和凸凹模固定板進行固定，因為工件整體尺寸不大，所以凸凹模尺寸也 相對較小，所以無需螺釘固定。 在復合模具凸凹模的選用之中，需要滿足凸凹模壁厚大于等于材料的 1.5 倍條 件，如此才能夠保證凸凹模的強度剛度，保證模具的壽命。 經過測量本次設計凸凹模的最小壁厚為 15mm，遠遠滿足壁厚的條件。其結構如 圖 4.4 27 圖 4.4 凸凹模 4.1.4 .凸模的設計 通常情況下凸模的固定形式有：采用凸模固定板固定、與上模板直接固定和采 用低溶點合金或環(huán)氧樹脂澆注固定三種，各自的特點的比較如下表。 表 3.9 固定形式的特點比較 固定形式 固定方法 特點 凸模固定板固定 一般采用 H7/m6 過渡配合，圓 形凸模則采用凸肩固定 定位精度高，牢靠，但固定 孔精度高，加工困難 與上模板直接連接 采用螺釘，銷釘直接把凸模固 定在上模板上 適用于大型凸模的固定 28 低熔點合金澆注固定 或 環(huán)氧樹脂澆注固定 使低熔點合金或氧樹脂溶化， 像粘結劑一樣固定在凸模上 適用于沖裁 0.32 的板m 料 由于本工件是大批量的生產，且內孔有一定的精度要求，模具采用的是復合模， 則從上表的比較中可選凸模固定板固定，采用 H7/m6 過渡配合，圓形凸模則采用凸 肩固定。 沖孔凸模為圓形，采取臺階式凸模，它的強度剛性較好，裝配修磨方便，與凸 模固定板配合部分按過渡配合（H7/m6 或 H7/n7）制造，最大直徑的作用是形式臺 肩，以便固定，保證工作時凸模不配拉出，材料選取 ,熱處理硬度為 5862AT10 。其凸模長度計算公式： HRChtL21 其中 1凸模固定板厚度 25mm hh 材料厚度 1 tm 凹模塊厚度 30 2 增加長度，一般選取 010hm 凸模的結構形式如圖 4.4 圖 4.4 4.1.5 其他零部件的設計 根據凹模板與凸模板的尺寸標準，可以確定其他尚未確定的零部件的尺寸，列 于表 4.1，如下： 表 4.1 模具其他零部件相關參數 29 序號 名稱 長寬厚 （mm ） 材料 數量 1 凸模墊板 25025012 45 鋼 1 2 凸模固定板 25025025 45 鋼 1 3 凸凹模固定板 25025025 45 鋼 1 4.2 定位零件的設計 在沖壓模具設計中，沖裁的條件就是條料能夠順利送進，而需要條料能夠順利 送進就必須使用到導料裝置，沖壓模具的導料裝置多種多樣，比如導料板，導料銷， 導料式浮頂器等等，而導料板多用于級進模，導料銷多用于復合模之中，而本次設 計之中將使用兩顆導料銷和一顆擋料銷的形式進行導料。如簡圖 4.4 所示。 圖 4.5 擋料銷和導料銷位置 4.2.1.擋料銷的設計 常見的擋料銷的形式分為以下的三類：始用擋料銷，活動擋料銷以及固定擋料 銷三種，使用始用擋料銷每次使用之前需要手動操作，所以本次設計中不采用，由 于本次設計工件的行程較短，如使用固定擋料銷，需要在凹模開槽，強度有所降低， 所以本次設計采用活動擋料銷的形式。如圖 4.5 該模具設計為活動擋料銷。 30 圖 4.6 擋料銷 4.2.2.導料銷的設計 導料銷的形式和擋料銷的形式一致，本次設計中采用活動導料銷，條料在送進 模具時，保持一側送進，并且兩顆導料銷保持在同側，因為本次設計之中條料選擇 前后送料，所以導料銷的位置設置在條料的左側。 導料銷材料采用 45 鋼制造，熱處理硬度 4348HRC。 4.3 推件裝置的設計 當模具合模狀態(tài)下，沖壓完成之后，開模時，上模上行，此時需要將工件從凹 模內推出，此種將工件推出的裝置即為推件裝置，推件裝置同卸料裝置一樣，有剛 性推件裝置和彈性推件裝置之分，彈性推件裝置具有壓料作用，但是推件力小，本 次設計之中采用剛性推件裝置，在開模時，打桿推動連接板，連接板推動推桿，推 桿推動推件塊，從而使推件塊推出沖裁完成的成品工件，此種推件的方式常用于倒 裝復合模之中，如圖 4.7 所示： 31 圖 4.7 鋼性推件裝置 4.4 彈性元件的選用 在沖壓模具的彈性元件的選用之中，通常情況下有橡膠和彈簧之分，因為本次 設計為落料沖孔倒裝復合模，所以在本次設計中將采用橡膠作為彈性元件， ：彈 性 元 件 的 自 由 高 度 ， 由 下 式 得 mHh3260.25.30.25. 自 式中 ( )；H自 彈 性 元 件 的 自 由 高 度 m ( )；h卸 料 板 的 工 作 行 程 410凹 模 或 凹 凸 模 的 刃 磨 量 （ ） ； 一 般 取 ； 則樹脂高度取 40mm。 4.5 模架及其零件的設計 在沖壓模具標準模架之中，模架上模部分通常是由上模座和導套組成，下模部 分由下模座和導柱組成，這是常見的導柱導套式模架，而模架又分為后側導柱模架， 中間導柱模架和對角導柱模架以及四角導柱模架等，例如中間導柱模架只能夠前后 送料，但是后側導柱模架就能夠前后左右送料，然而中間導柱模架的壽命又會高于 后側導柱模架，所以我們在選擇模架時需要仔細分析各自的優(yōu)缺點，選擇合適的模 架才能夠生產出合格的產品。 本次設計中采用后側導柱模架，并且采用前后送料，送料方便，空間開闊，如 圖 4.8 所示。 32 圖 4.8 模架 4.6 導柱、導套的選用 導柱與導套的結構、尺寸一般都是直接由標準中選取，在選用時導柱的長度應 保證沖模在最底工作位置時，導柱上端面與上模座頂面的距離不小于(1015)mm。 在最高工作位置時，導柱上端面與導套的下端面的距離不小于(1020)mm，導柱和 導套的配合精度由表 5.7 查出選擇 II 級。 表 5.7 導柱、導套配合間隙 模架精度等級 I 級 II 級導柱直徑 配合間隙值 配合后的 過盈量 18 0.010 0.015 1830 0.011 0.017 3050 0.014 0.021 5080 0.016 0.025 1835 0.010. 02 4.7 上、下模座的選用 根據模架的規(guī)格選擇對應的上、下模座如下： 上模座 250mm160mm45mm(GB/T2855.1-1990)； 下模座 250mm160mm50mm(GB/T2855.2-1990)。 4.8 模柄的選用 33 根據上模座的厚度可選擇材料 A3FA 型 50 x70 凸緣式模柄；JB/T7646.3-1994。 4.9 螺釘、銷釘的選用 本模具設計 10 的定位銷實現(xiàn)各零件連接時的初定位，然后用 M10 的螺釘實現(xiàn) 連接的精定位。材料采用 45 鋼。 南昌航空大學科技學院 2016 屆學士學位論文 34 4.10 模具的總體結構設計 整理上述計算和零部件的設計之后，通過軟件繪制出了本次設計 U 形卡片復合 模具的沖壓裝配圖，如圖 4.9 所示。 圖 4.9 裝配圖 從結構圖初算出閉合高度: =275mm模H 南昌航空大學科技學院 2016 屆學士學位論文 35 5 彎曲模的零部件設計與選用 5.1 模具主要零件 在模具設計之中，零部件的設計十分重要，結構合理的零部件能夠在設計以及 制造時節(jié)省大量的時間成本以及制造成本，并且如果大量使用標準件還能夠有效的 較低成本和節(jié)省時間，并且在模具設計之中，成型零部件的設計更為重要，它們是 參與沖裁和成型的主要零部件，將會直接決定了產品的質量以及表面精度，所以本 小節(jié)就將對模具的凸，凹模進行設計。 沖壓模具的凹模大致可以分為整體式凹模以及拼接式凹模，其中整體式凹模運 用于外形尺寸相對簡單，加工方便的情況下使用，相反，鑲拼式凹模運用于外形尺 寸復雜的工件，當凹模的加工難度大，制造成本高時，就需要使用到鑲拼式凹模， 并且為了方便后期的維修和節(jié)約成本，可以將凹模制作成鑲套式結構，這樣在模具 凹模的凹模刃口發(fā)生了損壞時，可以直接將鑲套進行更換，而不需要將整塊凹模進 行更換。但是分析本次的工件，該工件結構相對簡單，沒有復雜的外形輪廓尺寸， 刃口也相對簡單，加工制造的難度較低，所以權衡利弊之下本次設計模具將使用整 體式凹模進行設計，如此一來，凹模的裝配將簡化，并且模具結構也相對簡單。 凹模的高度計算就是通過查表得出板料影響的系數乘以凹模刃口的最大尺寸， 即為下列的公式： kbH凹 模 厚 度 系 數 ； 為凹模刃口的最大尺寸( )m 查表 5.1 選取系數 0.18k 表 5.1 凹模系數 k0.18.2.36Hm 南昌航空大學科技學院 2016 屆學士學位論文 36 但是考慮到本次設計工件有彎曲工序，并且結合工件的彎曲高度，必須要保留 工件的彎曲行程，所以本次凹模的高度綜合考慮取值為 40mm。 凹模壁厚 時滿足設計要求 ;設計時凹模外形尺寸為 250 x200mm。HC)25.1( 凸模與模具的凸模固定板之間采用臺階固定的形式對模具的凸模進行固定。凸 模與凸模固定板時間的配合方式用的是過渡配合（H7/m6 或 H7/n7），材料選取 ,熱處理硬度為12rRC6258 圖 5.1彎曲凸模 南昌航空大學科技學院 2016 屆學士學位論文 37 圖 5.2凹模 5.2 模架和模座的選擇 模架的形式多種多樣，常見的結構形式分為后側導柱模架，中間導柱模架，四 角導柱模架，對角導柱模架等等，并且通過材料的不同還分為鑄鐵模架和鋼板模架， 一般來說，鋼板模架不管是性能還是壽命都會高于鑄鐵模架，但是價格較貴，一般 適用于大型的模架以及緊密的模具。對于模架形式的分類，一般來說，后側導柱模 架可以實現(xiàn)前后左右皆可送料，而中間導柱模架只能實現(xiàn)前后送料，但是中間導柱 模架因為受力平均，所以中間導柱模架的壽命會高于后側導柱模架，所以在選擇模 架的時候需要權衡各自的優(yōu)缺點，在本次設計中，因為設計工件的類型為級進模， 并且尺寸稍大，所以為了保證模具的強度以及剛度，保證模具的工作壽命，所以在 設計中采用了鋼板四角導柱模架。 上下模座尺寸分別為 250mm200mm45MM 、250mm200mm 50MM ，材質都為 HT200 南昌航空大學科技學院 2016 屆學士學位論文 38 圖 5.3上模座 圖 5.4下模座 南昌航空大學科技學院 2016 屆學士學位論文 39 5.3 彎曲模裝配圖 通過前幾個章節(jié)的計算與設計，最后利用二維軟件和三維軟件整理和繪制出了 模具裝配圖和零件圖，模具的裝配如圖 5.5 所示 5.5 裝配圖 南昌航空大學科技學院 2016 屆學士學位論文 40 總 結 經過這段時間不斷努力，最終我終于圓滿的完成了本次設計，對于本次 U 形卡 片的設計，我嚴格按照了沖壓模具設計標準以及結合了在校期間老師教誨的知識， 在本次說明書的編制中，我首先對排樣的概念進行了闡述，然后針對排樣圖的原則 作出了合理的排樣圖，接著對模具的沖壓力進行了計算，然后針對模具的所需沖壓 力選擇了合適的壓力機，保證了模具能夠在合理的條件之下完成對工件的沖裁，然 后對模具壓力中心進行了計算，對所需落料和沖孔工序的刃口尺寸進行了計算，在 另一章節(jié)中我主要對模具的零部件進行了設計，然后對使用到的標準件進行了闡述， 最后針對所有的設計進行了匯總，最后利用二維和三維軟件對模具總體裝配圖進行 了繪制。 南昌航空大學科技學院 2016 屆學士學位論文 41 致 謝 本次設計是我結合在校期間的知識，并且在遇到困難時不斷的詢問老師，同學 之后，設計，總結，最后設計編制而成，在本次設計之中，我深深的明白了對于知 識的追求是永無止境的，本次設計之中我僅僅只完成了復合模具的設計，還有級進 模具設計，單工序模具設計等等，使用的工序只有落料和沖孔，還有彎曲拉深脹形 等等，所以在今后的學習和生活之中，還有更多的挑戰(zhàn)等著我，但是完成此次設計， 我最想要感