固定套沖壓成形模具設計

固定套沖壓成形模具設計,固定,沖壓,成形,模具設計 1 緒論 1.1國內模具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 目前，我國沖壓技術與工業(yè)發(fā)達國家相比還相當落后，主要原因是我國在沖壓基礎理論及成形工藝、模具標準化、模具設計、模具制造工藝及設備等方面與工業(yè)發(fā)達國家尚有相當大的差距，導致我國模具在壽命，效率、加工精度、生產周期等方面與發(fā)達國家的模具相比差距相當大。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、復雜和長壽命的模具依賴進口。 隨著科學技術的不斷進步和工業(yè)生產的迅速發(fā)展，沖壓加工作為現(xiàn)代工業(yè)領域內重要的生產手段之一，更加體現(xiàn)出其特有的優(yōu)越性。在現(xiàn)代工業(yè)生產中，由于市場競爭日益激烈，產品性能和質量要求越來越高，更新?lián)Q代的速度越來越快，沖壓產品正朝著復雜化，多樣化高、性能、高質量方向發(fā)展，模具也正朝著復雜化，高效率、高精度、長壽命方向發(fā)展。隨著計算機技術和制造技術的迅速發(fā)展，沖壓模具設計與制造技術正由手工設計，依靠人工經驗和常規(guī)機械加工技術向以計算機輔助設計（CAD），數控切削加工、數控電加工為核心的計算機輔助設計與制造（CAD/CAM）技術轉變。 1.2國外模具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 模具是工業(yè)生產關鍵的工藝裝備，在電子、建材、汽車、電機、電器、儀器儀表、家電和通訊器材等產品中，60％～80％的零部件都要依靠模具成型。用模具生產制作表現(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。模具生產技術水平的高低，已成為衡量一個國家制造業(yè)水平高低的重要標志，并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。近幾年，全球模具市場呈現(xiàn)供不應求的局面，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值的三分之一。? 國外模具總量中，大型、精密、復雜、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年德國模具產值達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)的產值就占德國模具產值的90%，可見其規(guī)模效益。 隨著時代的進步和技術的發(fā)展，國外的一些掌握和能運用新技術的人才如模具結構設計、模具工藝設計、高級鉗工及企業(yè)管理人才，他們的技術水平比較高．故人均產值也較高．我國每個職工平均每年創(chuàng)造模具產值約合1萬美元左右，而國外模具工業(yè)發(fā)達國家大多15～20萬美元，有的達到 25～30萬美元。 國外先進國家模具標準件使用覆蓋率達70%以上，而我國才達到45％。 2 制件的工藝性分析 圖1 制件圖 工件名稱：形彎板 工件簡圖: 如圖1所示 生產批量：中批量 材 料：08鋼 材料厚度：1.5mm 2.1制件的總體分析 形件彎板制件形狀簡單，所用材料為08鋼，但需要多道工序才能完成，圓孔分布比較均勻、對稱，對精度要求較高，材料的利用率高。 從制件圖上可以看出，必須先通過落料和沖Ф10mm的大孔，然后再進行彎曲，最后沖出4個Φ5mm的小孔，很明顯彎曲決定了零件的總體形狀和尺寸，所以在此先主要對彎曲工藝進行分析。包括彎曲件的精度、圓角半徑、板料的纖維方向與彎曲線夾角、彎曲的直邊高度、其他工藝性等。 制件的材料為08鋼。具有足夠的塑性，屈強比小，回彈小，有利于彎曲成形和工具質量的提高 。 2.2零件結構工藝性分析 此零件為一個簡單的90°形件，其彎曲圓角半徑r為3mm，材料選擇08鋼，板厚為1.5mm。其工藝性主要包括彎曲件的精度、圓角半徑、板料的纖維方向與彎曲線夾角、彎曲的直邊高度、其他工藝性等。 2.2.1彎曲的直邊高度 一般彎曲件為了避免穩(wěn)定性不好，要求直立部分高度，h=7.5，r=1.5，t=1.5，7.5＞1.5+2×1.5，很顯然此零件符合工藝性要求。 2.2.2孔邊距 彎曲有孔的工序件時，如果孔位于彎曲變形區(qū)內，則彎曲時孔要發(fā)生變形，為此必須使孔處于變形區(qū)之外，一般孔邊至彎曲半徑r中心的距離按料厚確定： 當t＜2mm時， L≥t；t≥2mm時，L≥2tmm。 如果孔邊至彎曲半徑r中心的距離過小時，為防止彎曲時孔變形，應彎曲后再沖孔。由于Φ5mm的小孔在彎曲時容易變形，為防止彎曲時孔變形，應彎曲后再沖孔才能完全符合要求。 2.2.3最小彎曲半徑 根據所用材料，查書3.2.5最小彎曲半徑所知：影響最小彎曲半徑的因素有（1）材料的力學性能；（2）材料表面和側面的質量；（3）彎曲線方向；（4）彎曲中心角；2最小彎曲半徑rmin的數值查表3.2.2可知最小彎曲半徑為0.4t、0.8t所以該彎曲件符合要求. 從制件圖上可以看出，必須先通過落料工藝孔，然后再進行彎曲，最后沖小孔需要三套模具，很明顯彎曲決定了零件的總體形狀和尺寸，所以在此首先對彎曲工藝進行分析。該制件為沖孔落料彎曲件，圓角半徑R=2，材料的料厚為t=1.5，R＞0.5t。這種彎曲件由于變形不嚴重，所以按中性層展開的原理，彎曲前制件的總長度應等于彎曲件直線部分和圓弧部分長度之和。 2.3工藝方案的確定 該零件包括：沖孔、落料，彎曲和沖小孔四個基本工序，可有以下三種工藝方案供選擇： 方案一：先落料后沖孔再彎曲最后沖小孔，采用四套單工序模生產。 方案二：沖孔-落料復合沖壓，再彎曲，最后沖小孔，采用一副復合模，一副彎曲模和一副沖孔模生產。 方案三：沖孔-落料-彎曲-沖小孔連續(xù)沖壓，采用級進模生產。 對各種方案的分析： 方案一、模具結構簡單，但需要四道工序，四副模具，生產效率低，難以滿足該零件的年產量要求。 方案二、只需三副模具，沖壓件的幾何形位精度和尺寸精度容易保證，且生產率也高，盡管模具結構較方案一復雜，但由于零件的幾何形狀簡單對稱，模具制造并不困難。 方案三、只需要一副模具，生產率也很高，但零件的沖壓精度稍差，模具制造困難，需要在模具上設置導正銷導正，故模具制造安裝較復合模復雜。 通過以上三種方案的分析比較，并根據設計要求確定該工件的沖壓生產采用方案二為最佳。 3 沖孔落料復合模設計 3.1沖裁制件的外形分析 3.1.1沖裁件的外形轉角 沖裁件的外形無尖銳角，均圓弧過渡4個R2，查表2.7.1可此圓角過度有利于模具加工，不會引起熱處理開裂和沖裁時尖角處的崩刃和過快磨損的現(xiàn)象。 3.1.2沖裁件的孔邊距與孔間距 為避免工件變形和保證模具強度，孔邊距和孔間距不能過小，其最小許可值當?。篊≥1～1.5t根據已知工件的尺寸可得：C1=10，C2=1.5， t=1.5，所以工件的尺寸符合上述要求。沖孔時因受凸模強度限制孔的尺寸不應太小，否則凸模易折斷或壓彎，查表2.7.3而知工件上孔的直徑應當大于或等于0.35倍的料厚，即d≥0.35t，由任務書零件圖易于看出工件尺寸基本符合要求。 3.2沖裁件的尺寸精度和表面粗糙度 根據彎曲制件圖可知：查比表3.4.2得 圖2 落料沖孔制件坯料尺寸的計算 =25+2×7.5+2×27+1.5 =95.5mm 式中：——坯料展開總長度 因為有少許偏移以及修整余量，取為96 mm，所以，該制件在經過沖孔落料之后和未彎曲前的外形尺寸為：96mm×30mm，沖裁件上的未注公差等級定為IT14級，查表確定工件尺寸如下： 圖3 落料沖孔制件簡圖 沖裁件的斷面粗糙度值與材料塑性、厚度，沖裁間隙，刃口銳鈍及沖模結構相關，工件厚度為1.5mm，其斷面粗糙度值為12.5μm。 3.3主要工藝參數計算 3.3.1排樣的設計與計算 根據工件的形狀選擇有廢料排樣，且為直排的形式，雖然材料的利用率低于少廢料和無廢料排樣，但工件的精度高，且易于保證工件外形的的圓角。 圖4有廢料排樣簡圖 3.3.2確定搭邊與搭肩值 搭邊和搭肩值一般是由經驗確定的查表2.5.2而取最小搭邊值為=1.8mm，最小搭肩值為a=2mm。 分析制件形狀，根據(4)排樣草圖：條料從前方送進。這樣沖孔凸模的沖壓力比較均勻。制件形狀精度容易保證。 3.3.3計算送料步距和條料的寬度 按如上排樣方式，并根據工件的尺寸確定送料步距為搭肩值與工件寬度之和。即：S=30+1.8=31.8mm 查表2.5.4而知條料寬度單向偏差值為0.15mm，由公式計算如下：C由表2.5.5 B=(D+2a+c) =（100+2×1.8+1） =104.6mm 所以確定條料的寬度B為：104.6mm 導料板間距離 A=B+C =104.6+1（無側壓裝置） =105.6 3.3.4計算材料的利用率 一個步距內的材料的利用率 η=×100% = =88% 所以在不考慮料頭、料尾和邊余料等材料消耗的情況下材料的利用率為88%，而在考慮以上因素計算一張板料總的利用率時則需要根據板的長寬尺寸而定，在此省略不述。 3.4沖壓力的計算 3.4.1沖裁力的計算 沖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： 式中：F——沖裁力； L——沖裁周邊長度; t——材料厚度 ——材料抗剪強度； K——系數。 系數K是考慮到實際生產中，模具間隙的波動和不均勻、刃口磨損、板料的力學性能和厚度波動等因素的影響而給出的修正系數。取K=1.3。 為計算方便，也可以按下式計算沖裁力： 式中：F——沖裁力； L——沖裁周邊長度； t——材料厚度； ——材料抗拉強度。 其中：材料厚度t為1.5mm，為325MPa ，沖裁周邊長度： ， 3.4.2卸料力、推件力及頂件力的計算 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?，F(xiàn)在按照下面的經驗公式計算： 查表2.6.1而卸料力、推件力和頂件力系數分別為： 則：卸料力： 推件力： 頂件力： 3.5壓力中心的確定及相關計算 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。而本模具所沖裁的制件形狀對稱，分析工件外形尺寸易知其壓力中心就在沖壓件中心處。 即： ， 。 3.6工作部分的尺寸計算 3.6.1計算凸模、凹模、凸凹模工作部分的尺寸（沖孔）并確定其公差 該零件在彎曲前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2.3.3而知：Zmin = 0.132，Zmax = 0.240 Zmax –Zmin = 0.108mm 因為模具的精度等級為IT14級 取△X = 0.75 設凸、凹模分別按IT9、IT12查表2.2.2級精度制造，分別計算凸模和凹模尺寸，如下： 3.6.2沖?10mm小孔凸模尺寸計算 校核：|δT|+|δA|≤Zmax-Zmin 0.043+0.065≤0.108 滿足公差間隙條件 3.6.3落料凹模尺寸計算 3.7模具總體設計 3.7.1模具類型的選擇 由沖壓工藝分析可知，采用正裝復合沖壓，所以模具類型為正裝復合模。 圖5 正裝復合模 3.7.2定位方式的選擇 在本模具中采用的是條料，所以選用導料銷和擋料銷來實現(xiàn)對沖裁條料的定位。 3.7.3導向方式的選擇 為了提高模具壽命和工件質量，方便安裝調整，該模具采用導柱導套導向方式。 3.8模具主要零部件的設計 3.8.1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。刃口高度h≥6查表2.9.4確定凹模厚度為15mm。 凹模厚度H=15mm，凹模壁厚C=32mm，凹模寬度=100mm，凹模長度 L =160mm。 確定凹模尺寸為160 mm×100 mm ×15 mm 現(xiàn)繪制草圖如下： 圖6 落料凹模 3.8.2沖孔凸模的設計 在本模具中凸模用來成形?10mm的孔， 圖7 凸模 =22+16+2=40mm 凸模長度的校核計算： F≈Lt 式中：F——沖裁力； L——沖裁周邊長度； t——材料厚度； ——材料抗拉強度。 其中：材料厚度t為1.5mm，為325Mpa， F=2×3.14×5×1.5×325=15.3KN 經校核計算凸模的強度足夠。 3.8.3落料凸模(凸凹模) 結合工件外形并考慮加工，將落料凸模設計成直通式。其總長L為： L=40mm 圖8 凸凹模 長度的校核計算：經校核計算凸模的強度足夠。 3.8.4定位零件的設計 在模具中采用的是條料，所以選用導料銷和擋料銷來實現(xiàn)對沖裁條料的定位。導料銷一般設兩個，并位于條料的同一側。從左向右送料時，導料銷裝在右側，從前先后送料時導料銷裝在左側。導料銷在本模具中直接安裝在凹模板上。在裝配圖中很容易看到。 擋料銷同樣起定位的作用，用它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；但其銷孔距離凹模刃壁較近，削弱了凹模的強度。為了不增加模具結構復雜程度，所以在本模具中選用固定擋料銷。這種擋料銷在模具中廣泛使用，故也有它的優(yōu)點所在。 3.8.5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。 3.8.6打料裝置的設計 在本模具中采用打料桿推動連接推板推動推桿來完成打料動作，打料桿穿過模柄凸露在模具的外面，當完成一次沖裁時壓力機滑塊回程，打料桿與壓力機的打料橫桿相碰，打料桿推動連接推板推動推桿將卡在凸凹模的凹?？變鹊膱A形廢料打下，應注意的是： 第一：需要保證打桿在模柄內的順利滑動，須間隙配合。 第二：需要保證連接推板在凸凹模內的順利滑動，須間隙配合。 3.8.7頂件裝置的設計 頂件裝置一般是彈性的，在本模具中是由頂桿、頂件塊等組成，這種結構的頂件力容易調節(jié)，工作可靠。 頂件塊的設計：本模具采用頂件塊將制件從卡在凹模內小凸模上刮下，頂件塊在沖裁的過程中是凹模中運動的零件，對它有如下的要求：模具處于閉合狀態(tài)時其背后有一定的空間，以備修磨和調整的需要；模具處于開啟狀態(tài)時，必須順利復位，工作面高出凹模平面，以便繼續(xù)沖裁；它與凹模和凸模的配合應保證順利滑動，不發(fā)生干涉。為此頂件塊與凹模為間隙配合，其外形尺寸一般按公差與配合國家標準h8制造。頂件塊與凸模的配合一般呈較松的間隙配合。 頂桿的設計：在本模具中選用四個頂桿與彈頂器上的托板相配合，四個頂桿均勻分布，傳送的橡皮的推件力較為平穩(wěn)，在此需要注意的是：頂桿的直徑不能太小，以免在克服橡皮彈力時發(fā)生撓曲。還有頂桿與下模上的孔相配合，必需保證其在孔內順利的滑動，所以頂件塊與凹模為間隙配合，其外形尺寸一般按公差與配合國家標準h8制造。 螺釘與銷釘的設計：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)格根據沖壓力的大小、凹模厚度等確定。所以螺釘的規(guī)格選用M8。 3.8.8 模架及組成零件的確定 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標準化，在此選用中間導柱模架。沖壓時可以防止由于偏心力矩而引起的模具歪斜，造成零件畸變。 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：160mm×100mm×15mm，根據標準確定下模座尺寸為：324mm×160mm×40mm。上模座尺寸為：324mm×160mm×35mm。導柱d/mm×L/mm為?25mm×150mm，導套d/mm×L/mm×Dmm為?25×85×35。 模柄的設計：本模具屬于中型模具，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，反嵌在上模座中，通過螺紋與上模座連接并加螺絲防止轉動。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，并根據前文壓力機的參數確定模柄的直徑和長度?，F(xiàn)繪制草圖如下并標明其具體尺寸： 圖9 模柄 固定板的設計：將凹模按一定相對的位置壓入固定后，作為一個整體安裝在下模座上。在本模具中的凸凹模和凸模都需要由固定板來固定。 凸模固定板的厚度一般取凹模厚度的0.6～0.8倍，其平面尺寸可與凹模、卸料板外形尺寸相同，需考慮緊固螺釘及銷釘的位置。凸模固定板的安裝孔與凸模采用過渡配合H7/m6或H7/n6，壓裝后將凸模端面和固定板一起磨平?，F(xiàn)選用凸模固定板尺寸為：160mm×100mm×8mm 凸凹模固定板的厚度根據圖中裝配關系確定，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的位置。凸凹模固定板的安裝孔與凸凹模采用過渡配合H7/m6或H7/n6，現(xiàn)選用凸凹模固定板尺寸為：160mm×100mm×16mm 墊板的設計：墊板的作用是直接承受凸模和凸凹模的壓力，以降低上下模座承受的單位壓力，防止上下模座被局部壓陷，影響凸模和凸凹模的正常工作。墊板的外形尺寸與凹模板、凸模固定板、凸凹模固定板、卸料板相同，厚度取6mm。 卸料板的設計：卸料板的邊界尺寸與凹模板相同，厚度為6mm。 3.9模具工作原理 上模部分通過模柄安裝在壓力機的滑塊上，下模部分通過螺栓、壓板安裝在壓力機工作臺面上，導料銷固定在下模部分，下模部分還設有定位裝置，條料沿導料銷送進，由定位裝置控制其送進步距，壓力機滑塊下行，上模隨著下行，開始工作，壓力機行程一次，沖壓一次，沖裁完畢，壓力機滑塊回程帶動上模部分上行，卡在落料凹模洞中的制件由頂件塊頂出，箍在凸凹模上的條料由卸料板卸下，卡在凸凹模中的廢料由打桿推動推板在推著推桿推出，完成一次沖壓。然后壓力機滑塊再下行，進行下一次的沖壓。 圖10 落料沖孔復合模裝配圖 3.10壓力機的公稱壓力的確定 壓力機的公稱壓力必須大于或等于各種沖壓工藝力的總和Fz，由于本模具采用的是彈性卸料裝置和上出料方式： 所以： =121.173+15.3075+4.85+7.27+0.92=149.5205KN 查表1—82開式雙柱可傾壓力機技術參數 選擇壓力機的公稱壓力為：250KN 滑塊行程：65mm 滑塊行程次數：55次/min 最大閉合高度：270 mm 閉合高度調節(jié)量：55mm 滑塊中心到床身距離：200mm 立柱距離：270mm 工作臺尺寸 (左右×前后)：370×560mm 工作臺孔尺寸(左右×前后)：200×290mm 工作臺孔尺寸(直徑) ：260mm 模柄孔尺寸(直徑×深度)：Ф50×60mm 工作臺板厚度：50mm 3.11模具的裝配 總裝時，首先應根據主要零件的相互依賴關系，以及裝配方便和易于保證裝配精度要求來確定裝配基準件，例如復合模一般以凸凹模作為裝配基準件，級進模以凹模作為裝配基準件；其次，應確定裝配順序，根據各個零件與裝配基準件的依賴關系和遠近程度確定裝配順序。裝配結束后，要進行試沖，通過試沖發(fā)現(xiàn)問題，并及時調整和修理直至模具沖出合格零件為止。 裝配前的準備通讀設計圖樣，了解正裝式復合模的結構特點；本模具的裝配工藝要點是：同時保證落料和沖孔用凸凹模間隙的均勻，打料機構工作可靠，能及時推出工件，查對各零件已完成裝配前的加工工序，并經檢驗合格；確定裝配方法和裝配順序：經查對認定模具零件已加工完成，可采用直接裝配方法，結合模具結構特點，對凸凹模、凸模先進行分組裝配，再進行總裝配，選用以凸凹模為基準件，先裝配上模，再裝配下模及輔助零件；裝配模柄：將模柄壓入上模座后，鉆、鉸銷孔，打入止轉銷；裝配凸凹模：按照壓入法操作要求，將凸凹模壓入固定板中，檢查凸凹模相對固定板基準面的垂直度，并壓入凸模，用工藝定位器法檢查配合間隙的均勻性，待凸凹模全部壓入，認定間隙分布均勻后，磨平固定板支撐面和凸凹模刃口面；裝配凸模：將凸模壓入固定板中，按壓入法裝配要領，檢查其相對固定板基準面的垂直度，認定合格后，磨平固定板支撐面和刃口面；裝配下模：將組裝好的凸?！潭ò搴拖聣|板，按照設計要求位置，安裝在下模座上，緊固螺釘，鉆、鉸銷孔，裝入圓柱銷；裝配上模：將組裝好的凸凹?！潭ò搴蜕蠅|板，安裝在上模座上，緊上螺釘，用工藝定位器法控制上下模的配合間隙，使其均勻，認定均勻后，在上模相應部位鉆、鉸銷孔，打入圓銷；安裝凹模：將凹模安裝在下模相應部位，凹模和凸凹模間隙，用墊片法或直接安裝法控制其均勻性。試切：用紙試沖，觀察沖切紙邊的狀況，經調整并認定均勻后，鉆、鉸另一組銷孔，打入圓銷；裝配其他零件并試模：上模安裝頂桿，頂件塊，檢查打料機構工作的可靠性。頂件塊在最低位置時，應突出凸凹模刃口0.2～0.5mm。安裝卸料板和彈簧，安裝后的卸料板下平面比凸凹模刃口面低0.2～0.5mm。在設計指定的壓力機上，裝配好的模具進行試沖。試模時重點檢查打料機構和頂出機構的動作是否及時、可靠。每一次沖壓后，上模隨壓力機上行到上死點時，條料和頂出的工件都應該出現(xiàn)在下模凹模工作面上，以便及時清除。裝配后應保證間隙均勻，落料凹模刃口面應高出沖孔凸模工作端面2mm。 4 彎曲模設計 4.1零件結構工藝性分析 圖11 彎曲制件簡圖 此零件為一個簡單的90°形件，其彎曲圓角半徑r為3mm，材料選擇08鋼，板厚為1.5mm。其工藝性主要包括彎曲件的精度、圓角半徑、板料的纖維方向與彎曲線夾角、彎曲的直邊高度、其他工藝性等。 4.2工藝方案的確定 該零件包括兩次彎曲四個彎曲角，所以由以下三種工藝方案可供選擇： 方案一：彎曲件采用固定凹模一次彎曲四個角，在彎曲過程中由于凸模肩部妨礙了坯料的轉動，加大了坯料通過凹模圓角的摩擦力，使彎曲件側壁容易擦傷和變薄，成形后彎曲件兩肩部與底面不易平行。特別是材料厚、彎曲件直壁高、圓角半徑小時，著以現(xiàn)象更為嚴重。 方案二：采用兩次彎曲，由于采用兩副模具彎曲，從而避免了上述現(xiàn)象，提高了彎曲件質量。但是只有彎曲高度H＞（12～15）t時，才能凹模保持足夠的強度。 方案三：采用轉動凹模一次完成彎曲四個彎曲角，這樣既減少了模具的設計于制造，也滿足了經濟生產的需要。 通過以上三種方案的分析比較，并根據設計要求確定該工件的彎曲生產采用方案三為最佳， 4.3主要工藝參數計算 4.3.1彎曲力的計算 自由彎曲時的彎曲力 U形件彎曲力 式中：——自由彎曲在沖壓行程結束時的彎曲力； B——彎曲件寬度； T——彎曲材料厚度； r——彎曲件的內彎曲半徑； K——安全系數，一般取K=1.3； ——材料的抗拉強度。 經計算得： 4.3.2頂件力的計算 彎曲模所設的頂件裝置和壓料裝置所需的頂件力和壓料力可近似取彎曲力的30%～80%，即： =（0.3×6.7～0.8×6.7）=（2.01～5.36）KN 4.3.3 壓力機的壓力確定 對于有壓料裝置的自由彎曲 4.4回彈量的確定 彎曲回彈的表現(xiàn)形式有以下兩個方面：1.曲率減??；2.彎曲中心角減小。大變形程度（r/t<5）自由彎曲時的回彈值，卸載后彎曲件圓角半徑的變化很小，可以不予考慮。而僅考慮彎曲中心角的變化。 4.5彎曲模工作部分設計 4.5.1凸、凹模間隙的確定 U形件彎曲模的凸、凹模單邊間隙一般可按下式計算： 式中：——彎曲模凸、凹模單邊間隙； t——工件材料厚度； C——間隙系數，可查表3.9.4 4.5.2凸、凹模橫向尺寸及公差的計算 本彎曲件與U形彎曲件相似，故按U形彎曲件凸、凹模尺寸及公差進行設計，其原則：工件標注內形尺寸時，應以凸模位基準，間隙取在凹模上，而凸、凹模的尺寸及公差則應根據工件的尺寸公差回彈情況以及模具磨損規(guī)律而定。查書3.9.2 式中：、——凸凹模橫向尺寸； ——彎曲件橫向的最小極限尺寸； ——彎曲件橫向尺寸公差； 、——凸凹模制造公差，可采用IT7～IT9級精度，一般取凸模的精度比凹模的精度高一級。 4.5.3凸、凹模的圓角半徑以及凹模的深度 當工件的相對彎曲半徑r/t較小時，凸模圓角半徑取等于工件的彎曲半徑，但不小于表3.2.2①所列的最小彎曲半徑值。 凹模圓角半徑不能過小，以免擦傷工件表面，影響沖模壽命。凹模兩邊的圓角半徑應一致，否則在彎曲時坯料會發(fā)生偏移。通常根據材料厚度取為：t≤2mm，，所以，凹模圓角半徑取6mm。 4.6模具總體設計 4.6.1模具類型的選擇 由沖壓工藝性可知，采用單工序沖壓模，模具類型為單工序模。 圖12彎曲模 4.6.2定位方式的選擇 為保證坯料在彎曲模內準確定位，也為在彎曲過程中坯料的偏移，提高定位精度，采用轉動凹模和導尺定位。 4.6.3卸料出件方式的選擇 此工件為等于的形件，成形后留在凹模上，隨凸模上行底部受壓的彈簧彈性恢復推動頂桿而頂出轉動凹模將制件頂出。 4.6.4導向方式 模具屬于單工序沖模，結構簡單，導向精度通過凸、凹模和導尺可以保證，所以采用導尺導向裝置。 綜上可設計此模具主要由帶矩形上模座的模柄、凸模、轉動凹模、凹模支架、底座及頂出裝置等組成。 初步計算模具閉合高度。 根據上述公稱壓力的計算，選用公稱壓力是40KN的壓力機就行了。但該工件凸、凹模長度較大，為了滿足閉合高度的要求選擇350KN的JC23-35壓力機。 4.6.5連接與固定零件 本模具采用了銷釘定位，螺釘連接，螺釘、銷釘都是標準件。 4.7模具主要零部件的設計 彎曲模沒有固定的結構形式，此工件結構簡單，精度要求不高，所以可以設計比較簡單一些，根據制件形狀可以將凸模設計為帶上模座模柄。 圖13 彎曲模模柄 圖 14 轉動凹模 4.8壓力機公稱壓力的確定 查表1—82 開式雙柱可傾壓力機技術參數 選擇壓力機的公稱壓力為：350KN。 滑塊固定行程：80mm 滑塊行程次數：50次/min 最大閉合高度：280 mm 閉合高度調節(jié)量：60mm 滑塊中心到床身距離：205mm 立柱距離：300mm 工作臺尺寸 (左右×前后)：380×610mm 工作臺孔尺寸(左右×前后)：200×290mm 工作臺孔尺寸(直徑)：260mm 模柄孔尺寸(直徑×深度)：Ф50×70mm 工作臺墊板厚度：60mm 根據模具閉合高度，彎曲力，外廓尺寸等數據選定此設備是合適的。 4.9模具裝配圖 由以上設計，可得到如下圖所示的模具總裝圖： 圖15彎曲模裝配圖 模具工作過程：上模部分通過模柄安裝在壓力機的滑塊上，下模部分通過螺栓、壓板安裝在壓力機工作臺面上，導尺固定在下模部分坯料由定位板固定在凹模面上，壓力機滑塊下行，上模隨著下行，開始工作，凸模下表面先接觸毛坯料，壓力機行程一次，沖壓一次，當工件底部接觸到頂桿，使底部彈簧受壓。沖裁完畢，壓力機滑塊回程帶動上模部分上行，卡在凹模洞中的料依靠彈簧的彈性恢復使頂桿復位頂桿頂著轉動凹模頂出，完成一次沖壓，工件被頂出。 5 單工序沖孔模設計 圖16 制件圖 該制件采用前兩道工序生產出來的半成品作為原材料，為了保證最終制件的精度在落料沖孔復合模和彎曲模后沖彎曲變形區(qū)內的小孔，屬于半成品加工，所以制件圖與設計任務書中的制件圖一致，但考慮到使單工序沖孔模的設計在閱讀和查看時一目了然，所以在此重復畫出制件圖是很有必要的。至于結構分析與材料的選用在此不再做說明，僅對沖小孔的局部結構加以詳細說明：沖小孔采用四個小凸模安裝在一個凸模固定板上進行沖裁，而不采用整體凸模沖裁，以免造成凸模加工費用高而不利于經濟生產。 5.1沖4個ф5mm小孔制件的工藝分析 5.1.1沖裁件的結構工藝性 1. 沖裁件的形狀：沖裁件的形狀較為簡單、對稱，有利于材料的合理利用。 2. 沖裁件的內外形：沖裁件的內外形無尖銳角，圓弧半徑位R2，此圓角過度有利于模具加工，不會引起熱處理開裂和沖裁時尖角處的崩刃和過快磨損的現(xiàn)象。 3. 沖裁件的孔邊距與孔間距：為避免工件變形和保證模具強度，孔邊距和孔間距不能過小，工件的尺寸符合上述要求。 4. 沖孔時因受凸模強度限制孔的尺寸不應太小，否則凸模易折斷或壓彎，查表2.7.3而知工件上孔的直徑當大于或等于0.35倍的料厚，即d≥0.35t，由任務書零件圖易于看出工件尺寸符合要求。 5.1.2沖裁件的尺寸精度和表面粗糙度 沖裁件的精度一般可以分為精密級和經濟級兩大類。精密是指沖壓工藝在技術上所允許的最高精度，而經濟級是指模具達到最大許可磨損時，其所完成的沖壓加工在技術上可以實現(xiàn)而在經濟上又最合理的精度，即所謂經濟精度。位降低沖壓成本，獲得最佳的技術經濟效果，在不影響沖裁件使用要求的前提下，應盡可能采用經濟精度。 1. 沖裁件的經濟公差等級不高于IT11級，一般要求落料件公差等級最好低于IT10級，沖孔件最好低于IT9級。查表2.7.4和2.7.5得圖17制件圖，沖裁件上的未注公差等級定為IT14級。 2. 沖裁件的斷面粗糙度與材料塑性、厚度、沖裁間隙、刃口銳鈍及沖模結構相關，當工件厚度為2mm以下的金屬板料時，其斷面粗糙度值Ra一般可達12.5～3.2μm。 5.2工藝方案的確定 該零件是在沖孔落料復合模和彎曲模前兩道基本工序之后的沖小孔工序，可以采用四個小凸模安裝固定在凸模固定板上沖裁，將凸模分開加工但稍微增加了模具結構的設計。生產效率不會受到影響，能夠滿足該零件的年產量要求，并根據設計要求確定該工件的沖壓選擇單工序沖孔模生產。 5.3主要工藝參數計算 沖裁的工藝計算：制件尺寸的確定，從制件圖上可以看出，必須先通過落料沖工藝孔，然后再進行彎曲，最后沖小孔，需要三套模具，其具體尺寸在前面已經做出了詳細分析與計算，在此不必詳細說明，其圖見圖16制件圖。 5.4沖壓力的計算 5.4.1沖裁力的計算 沖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： 式中：F——沖裁力； L——沖裁周邊長度； t——材料厚度； ——材料抗剪強度； K——系數。 系數K是考慮到實際生產中，模具間隙的波動和不均勻、刃口磨損、板料的力學性能和厚度波動等因素的影響而給出的修正系數。取K=1.3。 為計算方便，也可以按下式計算沖裁力： 式中：F——沖裁力； L——沖裁周邊長度; t——材料厚度 ——材料抗拉強度。 其中：材料厚度t為1.5㎜，為325MPa , 沖裁周邊長度 所以沖裁力 5.4.2卸料力、推件力及頂件力的計算 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。頂件力是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?，F(xiàn)在按照下面的經驗公式計算： 查表2.6.1①而卸料力、推件力和頂件力系數分別為 則：卸料力： h：凹模洞口的直刃壁高度 取h=6mm頂件力： 5.4.3壓力機的公稱壓力的確定 壓力機的公稱壓力必須大于或等于各種沖壓工藝力的總和Fz，由于本模具采用的是彈性卸料裝置和下出料方式： 所以： 5.5工作部分的尺寸計算 該零件在彎曲前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Ф10mm的孔尺寸則是由沖孔得到，彎曲后四個Φ5mm的孔有單工序沖孔獲得。 查表2.3.3而知：Zmin = 0.132， Zmax = 0.240 Zmax –Zmin = 0.108mm 因為模具的精度等級為IT14級 取△X = 0.75 設凸、凹模分別按IT9、IT12級精度制造查表2.2.2，分別計算凸模、凹模尺寸，如下： 校核：|δT|+|δA|≤Zmax-Zmin 0.043+0.065≤0.108 滿足公差間隙條件 5.6模具總體設計 5.6.1模具類型的選擇 由沖壓工藝分析可知，采用單工序沖孔模沖壓，所以模具類型為單工序模。 5.6.2定位方式的選擇 在本模具中采用的是半成品作為原料，所以選用導尺和擋料銷來實現(xiàn)對沖裁條料的定位。 5.6.3導向方式的選擇 為了提高模具壽命和工件質量，方便安裝調整，該模具采用導柱導套的導向方式。 5.7模具主要零部件的設計 5.7.1凸、凹模的設計 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。 凹模壁厚C=（1.5～2），H=15mm～20mm，但由于本工件的特殊要求取凹模厚H=40 mm，凹模壁厚C=5 mm，凹模寬度取標準值B=100 mm， 凹模長度L取125mm，確定凹模尺寸為125mm×100 mm ×40 mm 凸模的設計：在本模具中凸模用來成形四個?5的小孔， 5.7.2定位零件的設計 在本模具中采用的是半成品，所以選用導尺來實現(xiàn)對沖裁原料的定位。導料尺一般設兩個，并位于半成品的兩側。銷裝在右側，從前向后送進導料尺在本模具中直接安裝在凹模上。在裝配圖中很容易看到。 5.7.3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。 5.7.4連接裝置的設計 螺釘與銷釘的設計：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)格根據沖壓力的大小、凹模厚度等確定。所以螺釘的規(guī)格選用M8。 5.7.5模架及組成零件的確定 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標準化，在此選用后側導柱模架。 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：125mm×100mm ×20mm，根據標準確定下模座尺寸為：200mm×173mm×35mm。 上模座尺寸為：200mm×173mm×35mm。導柱d/mm×L/mm分別為：?35mm×175mm，導套d/mm×L/mm×Dmm分別為?35mm×85mm。 模柄的設計：本模具屬于中型模具，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。在本模具中選用旋入式模柄，通過螺紋與上模座連接并加螺絲防止轉動。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。模柄在本模具選用標準尺寸，并根據前文壓力機的參數確定模柄的直徑和長度。 固定板的設計：將凸模按一定相對的位置壓入固定后，作為一個整體安裝在上模座或下模座上。在本模具中只有凸凹模需要由固定板來固定，其平面尺寸可與凹模相同,需考慮緊固螺釘及銷釘的位置。固定板的安裝孔與凸模采用過渡配合H7/m6或H7/n6，壓裝后將凸模端面和固定板一起磨平?，F(xiàn)選用標準凸凹模固定板尺寸為：125mm×100mm×12mm。 墊板的設計：墊板的作用是直接承受凸模的壓力，以降低模座承受的單位壓力，防止模座被局部壓陷，影響凸模的正常工作。墊板的外形尺寸和模板相同，厚度取8mm。 卸料板的設計：卸料板的邊界尺寸和固定板相同，厚度為6.5mm。 5.8模具工作原理 原材料送進時采用導尺進行定位，而有導尺保證送料沿正確的方向送進。當半成品送到指定位置時，上模在壓力機的作用下進行沖壓。當沖壓完成時，上模上行回程，箍在凸模上的料由彈性卸料板卸下，沖孔廢料從凹模洞中落下，然后，再開始下一個行程。 圖17 模具總裝圖 5.9壓力機公稱壓力的確定 查表1—82 開式雙柱可傾壓力機技術參數 選擇壓力機的公稱壓力為：250KN 滑塊行程：65mm 滑塊行程次數：55次/min 最大閉合高度：270 mm 閉合高度調節(jié)量：55mm 滑塊中心到床身距離：200mm 立柱距離：270mm 工作臺尺寸 (左右×前后)：370×560mm 工作臺孔尺寸(左右×前后)：200×290mm 工作臺孔尺寸(直徑)：260mm 模柄孔尺寸(直徑×深度) ：Ф50×60mm 工作臺板厚度：50mm 5.10模具的裝配 總裝時，首先應根據主要零件的相互依賴關系，以及裝配方便和易于保證裝配精度要求來確定裝配基準件，例如沖孔模一般以凸模作為裝配基準件，級進模以凹模作為裝配基準件；其次，應確定裝配順序，根據各個零件與裝配基準件的依賴關系和遠近程度確定裝配順序。裝配結束后，要進行試沖，通過試沖發(fā)現(xiàn)問題，并及時調整和修理直至模具沖出合格零件為止；裝配前的準備： 通讀設計圖樣，了解正裝式復合模的結構特點。 經查對認定模具零件已加工完成，可采用直接裝配方法。結合模具結構特點，對凹模、凸模先進行分組裝配，再進行總裝配。選用以凸模為基準件，先裝配上模，再裝配下模及輔助零件；裝配模柄：將模柄壓入上模座后，鉆、鉸銷孔，打入止轉銷；裝配凸模：將凸模壓入固定板中，按壓入法裝配要領，檢查其相對固定板基準面的垂直度，認定合格后，磨平固定板支撐面和刃口面。裝配下模：將組裝好的凸?！潭ò搴拖聣|板，按照設計要求位置，安裝在下模座上，緊固螺釘，鉆、鉸銷孔，裝入圓柱銷；裝配上模：將組裝好的凸凹?！潭ò搴蜕蠅|板，安裝在上模座上，緊上螺釘，用工藝定位器法控制上下模的配合間隙，使其均勻。認定均勻后，在上模相應部位鉆、鉸銷孔，打入圓銷；安裝凹模：將凹模安裝在下模相應部位，凹模和凸凹模間隙，用墊片法或直接安裝法控制其均勻性；試切：用紙試沖，觀察沖切紙邊的狀況，經調整并認定均勻后， 鉆、鉸另一組銷孔，打入圓銷；試模時重點檢查打料機構和頂出機構的動作是否及時、可靠。每一次沖壓后，上模隨壓力機上行到上死點時，條料和頂出的工件都應該出現(xiàn)在下模凹模工作面上，以便及時清除，裝配后應保證間隙均勻，落料凹模刃口面應高出沖孔凸模工作端面2mm。  結束語 38 大學三年的學習即將結束，畢業(yè)設計是其中最后一個實踐環(huán)節(jié)，是對以前所學的知識及所掌握的技能的綜合運用和檢驗。在完成大學三年的課程學習和課程、生產實習，我在掌握了機械制圖、機械設計、機械原理等專業(yè)基礎課和專業(yè)課方面的知識基礎之上，對機械制造、加工的工藝有了一個系統(tǒng)、全面的理解，達到了學習的目的。對于模具設計這個實踐性非常強的設計課題，我們進行了大量的實習。經過在新飛電器有限公司、在洛陽中國一拖的參觀實習，我對于冷沖模具、塑料模具的設計步驟有了一個全新的認識，豐富和加深了對各種模具的結構和動作過程方面的知識，而對于模具的制造工藝更是有了全新的理解。在指導老師的細心指導下和在工廠師傅的講解下，我們對于模具的設計和制造工藝有了系統(tǒng)而深刻的認識。同時在實習現(xiàn)場親手拆裝了一些典型的模具實體并查閱了很多相關資料，通過這些實踐，我們熟練掌握了模具的一般工作原理、制造、加工工藝。通過在圖書館借閱相關手冊和書籍，更系統(tǒng)而全面了細節(jié)問題。鍛煉了縝密的思維和使我們初步具備了設計工作者應有的素質。 參考文獻 [1] 劉建超、張寶忠主編.沖壓模具設計與制造.高等教育出版社.2004.6 [2] 模具設計與制造簡明手冊.1998 [3] 高軍、李熹平、修大鵬等編著.沖壓模具標準件選用與設計指南.北京：化學工業(yè)出版社.2007.7 [4] 陳于平、高曉康編著.高等教育出版社.2002.7 目 錄 1 緒論 1 1.1國內模具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 1 1.2國外模具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 1 2 制件的工藝性分析 2 2.1制件的總體分析 3 2.2零件結構工藝性分析 3 2.2.1彎曲的直邊高度 3 2.2.2孔邊距 3 2.2.3最小彎曲半徑 4 2.3工藝方案的確定 4 3 沖孔落料復合模設計 5 3.1沖裁制件的