焊片沖壓成形工藝及模具設計【止動件】【沖孔落料復合?！俊菊f明書+CAD】

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沖壓模具設計中側壁起皺的分析 F.-k. Chen and Y.-C. Liao 臺灣 臺北市國立臺灣大學機械工程部門 在沖壓過程中，起皺一般發(fā)生在有錐度的方形杯子和帶有階梯的矩形杯子成形時。這兩種起皺類型的共同特征是起皺都發(fā)生在相對沒有支撐的側壁。在沖壓一個有錐度的方形杯子時，當發(fā)生起皺時，比如沖模間隙和沖壓毛壞的壓力大小等參數(shù)的影響通過有限元模擬方法被檢查到。模擬結果顯示沖模間隙越大，起皺的就越明顯，而且起皺不能通過增加沖壓力來被抑制。在研究帶有階梯的矩形杯子沖壓過程的起皺時，發(fā)現(xiàn)了一個有相似幾何類型的實際部分。在側壁被發(fā)現(xiàn)的起皺是因為介于沖頭和階梯邊緣的金屬板料不平衡伸展造成的。為減少起皺，一個最適宜的沖模設計方法就是利用有限元分析法。在無起皺產(chǎn)品中介于模擬結果和實測結果的好協(xié)議使有限元分析法生效，而且證實了利用有限元分析法去設計沖模的優(yōu)勢。 關鍵詞：側壁起皺；沖模；階梯的矩形杯子；帶有錐度的主形杯子 1． 介紹 起皺是在金屬板料成形中主要的缺陷之一。由于性能和視察的原因，在產(chǎn)品中起皺往往不能被接受。在金屬板料成形過程中，有三種形式的起皺頻繁的發(fā)生：邊緣起皺，側壁起皺和由于殘余的彈性壓力引起的未變形區(qū)域的彈性彎曲。在沖壓一個復雜形狀零件的操作時，側壁起皺意味著沖模腔中的起皺。由于側壁區(qū)域的金屬板料相對于其它區(qū)域的金屬板料不被工具所保征質量，側壁起皺的消除比邊緣起皺的抑制更難。很明顯，在未被加固的側壁區(qū)域中的金屬材料的額外拉伸可能防止起皺，而且在實際操作中也可以通過增加沖壓力來防止起皺，但是過度的拉力會通過裂痕導致失敗。因此，沖壓力必須處于一個狹小的范圍，一方面，要高于抑制起皺的力，另一方面，要低于產(chǎn)生破裂的力。沖壓力的狹小范圍很難計算。對于沖壓一個復雜形狀的零件，當起皺發(fā)生在中心區(qū)域時，有意義的沖壓力范圍甚至不存在。 為了檢查起皺的形成結構，Yoshida et al.發(fā)明了一種測試，在這種測試里，一塊薄板料不是均勻的沿著它的斜度被拉伸。他們也計劃一個近似的理論模型，在這種模型里面，起皺的開始取決于在壓力不均勻區(qū)域中有壓縮的側部力的彈性灣曲。Yu et al.從實驗性和分析性上研究起皺問題，通過理論分析，他發(fā)現(xiàn)帶有兩個圓周波的起皺可能發(fā)生，然而，實驗結果顯示是四到六個。當通過一個有錐度的模具畫出金屬板料時，Narayanasamy和sowerby用平底的沖頭和半球狀的沖頭檢查金屬板料的起皺。他們也試圖去把可以抑制起皺的道具分類。 那些努力都被聚中于和簡單形狀零件關聯(lián)的起皺問題上，例如：一個圓形的杯子。在90年代早期，金屬板料成形中三維動態(tài)軟件和有限元方法的成功運用使得分析包括在沖壓一個復雜形狀零件的起皺問題成為可能。在當前的研究中，三維有限元分析法被用來分析在沖壓一個帶有階梯的矩形部分的過程中，產(chǎn)生起皺的金屬流動制造參數(shù)上。 一個帶有階梯的方形杯子，在杯子的每一邊都有一個傾斜的側壁，在帶有錐度的杯子也相應的存在傾斜的側壁。在沖壓過程中，側壁上的金屬板料相對沒被支撐，因此，這個部位更容易起皺。在當前的研究中，起皺過程中的各種不同的制造參數(shù)的影響都在被研究。在沖壓一個帶有階梯的方形杯子時，就像圖1B顯示的一樣，可以觀測到另一種形式的起皺。為了評估分析的效力，在當前的研究中，一個確切階梯幾何形狀的物體被檢測。通過使用有限元分析法和用適宜的模具設計來減少起皺，起皺的原因被確定。在觀測一個實際產(chǎn)品成形時，通過有限元分析法得到的模具設計方法得到證實。 圖1帶有錐度方形杯子的拉伸（a）和帶有階梯的矩形杯子的拉伸（b） 2有限元模型 包括沖頭、模具和毛壞固定器等工具幾何學是用CAD或PRO/E軟件來設計的。同樣用CAD軟件，三節(jié)點和四節(jié)點的外形元素被采用用來為以上工具生產(chǎn)網(wǎng)眼系統(tǒng)。對于有限元模擬來說，工具被認為是剛硬的，而且對應的網(wǎng)眼被用來定義工具幾何學而不是壓力分析。同樣CAD軟件使用四節(jié)點外形元素來為板形壞料構造網(wǎng)眼。圖2顯示工具的完整布置的網(wǎng)眼系統(tǒng)和用來沖壓帶有階梯方形杯子的板形壞料。由于對稱條件，方形杯子的四分之一被分析。在模擬中，板形壞料放在壓力機上，沖模向下移動，逆著壓力機夾緊板形壞料。然后沖模上升使得板形壞料按著模腔成形。 圖2 有限元網(wǎng)眼 為了表演一個精確的有限元分析法，金屬板料的真實應力應變曲線被要求是輸入數(shù)據(jù)的一部分。在當前的研究中，拉深成形的金屬板料也被用來模擬。為在飛機上切割下的樣本測試被進行，它們依次從0度的旋轉方向到45度的旋轉方向，再到90度的旋轉方向進行著。平均的流動力σ，計算方程為σ=（σ0+2σ45+σ90）/4，因為每一個方法真實應變通常用來模擬帶錐度方形杯子和帶階梯矩形的沖壓，就如圖3顯示的那樣。 當前研究中所有的模擬利用有限元程序PAM-STAMP涉及SGI Indigo2工作站。為了完成模似所需輸入數(shù)據(jù)的設置，沖頭的速度一般設置在10m/s，庫侖摩擦系數(shù)設置在0.1。 圖3 金屬板料的應力應變關系 3 錐度方形杯中的起皺 正像圖1a顯示的那樣，草圖暗示著一些有關錐度方形杯子的尺寸，方形沖頭每一面的長度（2WP）、模腔的尺寸（2Wd）和高度(H)被認為是影響起皺的至關重要尺寸。在當前研究中，模腔尺寸和沖頭尺寸的差距的一半稱作沖模間隙（記作G），G= Wd- WP。相關的在側壁沒被支撐的金屬板料的寬度取決于沖模間隙，起皺假想通過增加沖壓力來被抑制。相對于沖壓一個錐度方形杯子，沖模間隙和沖壓力兩方面的影響在接下來的部分被研究。 3.1沖模間隙的影響 為了檢查沖模間隙對起皺的影響，在沖壓一個錐度方形杯子時，分別用20mm，30mm，50mm大小的沖模間隙進行模擬沖壓。在每次模擬沖壓中，模腔的尺寸都是固定在200mm，而且杯子拉深的高度都是100mm。三次模擬中使用的金屬板料都是380X380的方形尺寸，厚度也都是0.7mm，金屬的應力應變曲線如圖3所示。 圖4 G=50mm的帶有錐度的方形杯子 模擬結果顯示三次模擬中都發(fā)生起皺現(xiàn)象，沖模間隙為50mm沖壓出來的杯子模擬形狀如圖4。從圖4中可以看出，起皺分布在側壁，側壁拐角尤其明顯。這就說明在沖壓過程中，起皺是由于在側壁有大面積區(qū)域不被支撐，同樣，由于沖模間隙不一樣，沖頭各邊的長度和模腔尺寸也不一樣。由于橫向壓力的存大，在沖頭和模腔中拉深成形的金屬板料越來越不牢固。在壓縮下，側壁金屬板料不受限制的拉伸是起皺的主要原因。為了比較三種不同間隙沖壓出來的產(chǎn)品，兩個主要的應變比率β被介紹，β=εmin/εmax，這里的εmin和εmax分別是主要的和次要的應變。Hosford和Caddell已經(jīng)展示了β的實際值比β的評論值大，假設當起皺發(fā)生時，β的實際值越大，起皺的可能性就越大。 在三個沖模間隙不同的沖壓中，同一側壁高度，沿著橫截面M-N的β值在圖4中標記出，在圖5中畫出。圖5中說明嚴重的起皺一般發(fā)生在拐角處，而對三個沖模間隙不同的沖壓，在側壁中心很少發(fā)生起皺。還說明了沖模間隙越大，β的實際值就越大。因此，增加沖模間隙將增加在錐度方形杯子側壁處發(fā)生起皺的可能性。 3.2沖壓力的影響 眾所周知，在沖壓過程中，增加沖壓力可以幫助排除起皺。為了研究增加沖壓力的影響，沖模間隙為50mm與起皺是有關聯(lián)的，用沖模間隙為50mm的模具沖壓帶有錐度方形杯子被用不同的沖壓力來模擬了。沖壓從100KN增加到600KN，這兩個力分別產(chǎn)生0.33Mpa和1.98Mpa。在上述部分，剩下的模擬條件與給定的是一樣的。處于中間的300KN也被用來模擬。 模擬結果顯示沖壓力的增加并沒有幫助消除發(fā)生在側壁的起皺。在圖4中已標出沿著橫截面M-N的β值與沖壓力為100KN和600KN的β值作比較。模擬結果指出兩種情況下，沿著橫截面M-N的β值是一樣的。為了檢查兩種不同沖壓力的起皺形狀，正如圖4和圖6標出的那樣，側壁上從底部向上有五處不同位置的橫截面。從圖6可以看出，兩個外殼的波浪形橫截面是相似的。這就說明在沖壓帶有錐度的方形杯子時，沖壓力不影響起皺的發(fā)生，這是因為起皺的原因主要是由于在有橫向壓力存在的側壁處有大面積區(qū)域不被支撐。沖壓力對沖頭和模腔之間材料不穩(wěn)定的模式并沒有影響。 圖5 沿著橫截面M-N不同沖模間隙的β值 4階梯矩形杯子 在沖壓一個階梯矩形杯子時，起皺發(fā)生在側壁即使沖模間隙并不是那么重要。輪廓1顯示沖壓階梯矩形杯子的沖頭草圖，在這張草圖中，側壁C沿臺階D-E而行。在近期的研究中，在一個實際的產(chǎn)品中檢查到了這種幾何形狀。這種產(chǎn)品使用的原材料的厚度是0.7mm，從拉力測試中獲得的應力應變關系如圖3所示。 這種沖壓部分產(chǎn)品的程序包括通過清理焊縫的深拉。在這種深拉過程中，沒有焊縫被用在沖模表面來幫助幫助金屬的流動。但是，由于沖頭拐角處的半徑過小和其復雜的幾何形狀，如圖7顯示的那樣，在沖頭邊緣上部經(jīng)常發(fā)生拉裂，在真實產(chǎn)品的側壁處經(jīng)常發(fā)生起皺。從圖7中可以看出，皺紋發(fā)分布在側壁上，但是在階梯邊緣拐角處最為嚴重，就像圖1（b）中A-D，B-E顯示的那樣。在沖頭的上部邊緣，金屬往往被拉裂，就像圖7所示。 為了進一步的了解沖壓過程中板料的變形，誕生了一種有限元的方法。這種有限元模擬方法被在最初的設計中。部分的模擬形狀如圖8所示。從圖8中可以看出，零件上部邊緣的網(wǎng)眼被拉深，皺紋分布在側壁上，類似真實零件中的那樣。 圖6 從圖a的100KN到圖b的600KN不同側壁高度的橫截面線條 圖7 產(chǎn)品零件中的拉裂和起皺 圖8 產(chǎn)品拉裂和起皺的模擬形狀 如圖1（b）就像A-B邊緣半徑和沖孔拐角處A的半徑一樣，沖孔的半徑也很小，這被認為是拉裂的最主要原因。但是，根據(jù)有限元分析的結果，拉裂可以通過增加以半徑來避免。這種理念在現(xiàn)實產(chǎn)品中通過增加半徑得到證實。 個別的嘗試也被用來消除起皺。第一，沖壓力加到原來的2倍。但是，就像在拉深帶有錐度的杯子中得到的結果一樣，沖壓力對消除起皺現(xiàn)象沒有起有很大的效果。通過增加摩擦和毛坯尺寸也得到同樣的結論。于是我們推測，這種起皺不能通過增加沖壓力來得到抑制。 由于在金屬屈服于過大壓力的區(qū)域，往往會因為大量的金屬流動而起皺，一種通過在起皺區(qū)域增加掛鉤用于消除起皺的簡單方法被用來吸收多余的材料。為了多余的金屬能有效的被吸收，掛鉤應該平衡的加在起皺位置。基于這種理念，兩個掛鉤被加在鄰近在壁上吸收多余的材料，如圖9如示。模擬結果顯示，階梯拐角處的起皺正如想象的那樣被吸收，但是，一些起皺仍然沒被吸收。這說明在側壁處需要更多的掛鉤來吸收所有過量的材料，但是這在模具設計中是不允許的。 利用有限元分析法分析沖壓工序的一個優(yōu)勢是沖壓過程中板料的變形形狀可以被監(jiān)測，而這在真實的產(chǎn)品沖壓過程中是不可能的。對沖壓過程中金屬流動的精密監(jiān)測顯示板料最開始通過沖頭的力按模腔的形狀成形，直到板料接觸到如圖1（b）階梯D-E邊緣才形成起皺。起皺的形狀如 圖9 加到側壁的起皺 圖10顯示的那樣。這就為模具設計的改進提供了有價值的信息。 圖10 當板料接觸臺階邊緣的起皺形成 圖11 切除了的臺階拐角 對于起皺的發(fā)生，最初的一個猜想是沖頭拐角處范圍A和階梯拐角處范圍D之間的金屬板料處于不平坦的拉深，就如圖1（b）所示。階梯拐角處被切主要是為了改善拉深條件，這樣就允許通過增加階梯邊緣有更多的拉伸被應用到如圖11所示，從而使得模具設計的改進得到發(fā)展。但是，杯子側壁處仍然有起皺，這就意味著起皺是因為整個沖頭邊緣和整個階梯邊緣的不平坦引起的，不僅僅是沖頭拐角處和階梯拐角處之間的不平坦。為了證實這種說法，兩種改進過了的模具設計被用來實驗：為了描述想象中的形狀用兩種拉深操作，一種是切去整個階梯，而另一種是增加更多的拉深操作。前一個方法的模擬形狀所圖12所示。自從更低的階梯被切去后，拉深工序與圖12中的矩形杯子拉深工序性很相似。從圖12中可以看出起皺現(xiàn)象已被消除。 在這兩種操作的拉深工序中，板料最初是被拉到很深的階梯處，如圖13（a）所示，然后，較低的階梯在第二步拉深操作中成形，同是，如圖13（b）所示的想象形狀也得到了。從圖13（b）可以清晰的看出，通過兩步拉深工序可以造出沒有起皺的階梯矩形杯子，同時也說明在兩步拉深工序中，如果相應的順序被應用，則更低一些的階梯處的成形是伴隨更深階梯處成形和最深階梯邊緣處成形的最早成形，如圖1(b)中的A-B，因為金屬不容易通過較低的階梯進入模具型腔。 圖12改善模具設計的模擬形狀 圖13 兩個操作步驟中的a第一步操作 b第二步操作 有限元分析法說明用簡單的拉深操作來設計理想產(chǎn)品的沖壓模具設計是很難完成的。但是，由于額外的模具費用和操作費用，兩個操作的制造費用是很高的。為了保持較低的制造費用，零件的設計師對形狀做出了合適的改變，而且通過有限元模擬分析法結果去切除較低的臺階來改善模具設計，如圖12所示。隨著設計方法的改進，產(chǎn)品真實的沖壓模具被制造出來，而且零件還沒有起皺，如圖14所示。通過有限元模擬分析法得到的零件也沒有起皺。 為了進一步驗證有限元模擬分析法的結果，有限元模擬分析法得到的沿橫截面G-H的厚度分布如圖14所示，這與產(chǎn)品的尺寸做了比較，比較的結果顯示在圖15。從圖15可以看出有限元模擬分析法得到的預想的厚度分布和產(chǎn)品得到的厚度分布是相符合的。這種吻合證實了有限元模擬分析法的效率。 圖14 無缺陷產(chǎn)品零件 圖15 G-H處模擬和測量厚度 5概要和結束語 通過有限元模擬分析法研究了兩種在沖壓過程中的起皺，而且還檢查了其起皺的原因和消除起皺的方法。 第一種形式的起皺發(fā)生在沖壓帶有錐度的方形杯子的側壁上，這種起皺的原因是因為沖模間隙過大（沖模間隙就是模腔的尺寸和沖頭的尺寸的差距）。當金屬被拉至模腔中，在沖頭和型腔中有一有害的拉深時，大的沖模間隙導致金屬板料的大面積區(qū)域不被支撐，因此大面積區(qū)域不被支撐導致起皺。有限元模擬分析法顯示這種起皺不能通過增加沖壓力的方法來得到抑制。 另一種形式的起皺發(fā)生在有階梯矩形的幾何形狀物體沖壓過程中。起皺往往發(fā)生在臺階以上的側壁，甚至沖模的間隙不是足夠的大。通過有限元模擬法得知，這種起皺主要是由于在沖頭和臺階邊緣存在不平坦的拉伸。在模具設計過程中，通過有限元模擬分析法單獨的嘗試被用來消除起皺，切除了臺階的模具被建立。通過無缺陷的零件證實了這種模具設計方法對消除起皺的作用。有限元模擬分析法得到的結果和真實產(chǎn)品中看到的結果相吻合說明了有限元模擬分析法的準確性，還證實了用有限元分析法代替真實的模具制造方法的效力。 感謝 作者希望感謝中國人民共和國民族科學委員會授于NSC-86-2212-E002-028編號才使得這個項目得到發(fā)展。他們也希望感謝KYM提供了產(chǎn)品零件。 參考文獻 1. K. Yoshida， H. Hayashi， K. Miyauchi， Y. Yamato， K. Abe， M. Usuda， R. Ishida and Y. Oike，在金屬板料，皺紋機械工具的效果取決于不均勻的拉深 2. T.X.Yu，W.Johnson 和 W.J.Stronge， “圓形碟子在半球形模具中的沖壓成形”，機械學雜志，26，pp.131-148，1984 3. W.J.stronge，M.P.F.Sutcliffe和T.X.Yu，在沖壓期間，圓形碟子的塑性起皺。實驗的技巧，pp.345-353，1986. 4. R.Narayanasamy和R.Sowerby，“當用一種圓錐形的沖模成形時的金屬板料起皺”，材料處理技術雜志，41，pp.275-290，1994. 5. W.F.Hosford 和 R.M.Caddell，金屬成形:機械和冶金，1993年第二季。 河南機電高等?？茖W校 學生畢業(yè)設計（論文）中期檢查表 學生姓名 學 號 指導教師 選題情況 課題名稱 焊片的沖壓成形工藝及模具設計 難易程度 偏難 適中 偏易 工作量 較大 合理 較小 符合規(guī)范化的要求 任務書 有 無 開題報告 有 無 外文翻譯質量 優(yōu) 良 中 差 學習態(tài)度、出勤情況 好 一般 差 工作進度 快 按計劃進行 慢 中期工作匯報及解答問題情況 優(yōu) 良 中 差 中期成績評定： 所在專業(yè)意見： 負責人： 年 月 日 河南機電高等?？茖W校 畢業(yè)設計任務書 系 部： 專 業(yè)： 學生姓名: 學 號: 設計(論文)題目：焊片沖壓成形工藝及模具設計 起 迄 日 期: 指 導 教 師: 2009年3月4日  畢 業(yè) 設 計任 務 書 1．本畢業(yè)設計課題來源及應達到的目的： 本畢業(yè)設計的課題來源：來自于工廠工件； 目的：設計一副合格的焊片沖壓模具，能有效的來加零件使板料 沖孔落料生產(chǎn)出合格的零件。 2．本畢業(yè)設計課題任務的內容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術要求、工作要求等）： 焊片沖壓件 1. 焊片沖壓件的結構工藝分析； 2.沖孔落料模具設計，繪制模具總裝圖及全部的工作零件圖； 3. 編寫設計說明書； 所在專業(yè)審查意見： 負責人： 年 月 日 系部意見： 系領導： 年 月 日 河南機電高等?？茖W校 畢業(yè)設計說明書 畢業(yè)設計題目：焊片沖壓成型工藝及模具設計 系 部 材 料 工 程 系 專 業(yè) 班 級 學生姓名 學 號 指導教師 2009年 05 月 20 日 河南機電高等?？茖W校材料工程系畢業(yè)設計說明書 插圖清單 1. 制件圖………………………………………………………………………10 2. 排樣圖………………………………………………………………………13 3. 沖壓中心計算圖……………………………………………………………15 4. 墊板圖………………………………………………………………………20 5. 模架圖………………………………………………………………………20 6. 墊板圖………………………………………………………………………21 7. 模具裝配圖…………………………………………………………………22 　　　　焊片沖壓成形工藝及模具設計 摘 要 本設計題目為焊片沖壓模具設計，體現(xiàn)了沖壓零件的設計要求、內容及方向，有一定的設計意義。通過對該零件模具的設計，進一步加強了設計者沖壓模設計的基礎知識，為設計更復雜的沖壓模具做好了鋪墊和吸取了更深刻的經(jīng)驗。 本設計運用沖壓工藝及模具設計的基礎知識，首先分析了沖壓件的尺寸及性能要求，為選取模具結構形式做好了準備；然后確定排樣的方式；確定模具的設計參數(shù)、設計要點及推出裝置的選?。桓鶕?jù)前面計算出來的沖壓力選取沖壓機床。 該零件形狀簡單、對稱。是由圓弧和直線組成的，沖裁件內外形所能達到的經(jīng)濟精度為IT12~IT13?？字行呐c邊緣距離尺寸公差為±0.5。將以上精度與零件的精度要求相以較比，可以為該零件的精度要求能夠在沖裁加工中得到保證，其他尺寸標注，生產(chǎn)批量等情況，也均符合沖裁的工藝要求，故決定采用沖壓方式進行加工該零件的圓角半徑R=0.6≥0.18t=0.18×0.7=0.175符合要求。 關鍵詞：沖壓模具、推出裝置、生產(chǎn)批量 Die welding sheet forming process and die design Abstract The topic for the solder-chip design stamping die design, stamping parts reflects the design requirements, content and direction of the design of a certain significance. Parts of the mold through the design, designers have further strengthened the basis for stamping die design knowledge, for the design of more complex stamping die to do a good job of paving the way and draw a more profound experience. 　　The design of the use of stamping process and die design of the basic knowledge, the first analysis of the size of stamping parts and performance requirements, in order to select the form of die structure ready; and then ranked to determine the kind of way; determine the mold design parameters, design features and the introduction of device selection; calculated in accordance with the red in front of select pressure punching machine. 　　The shape of the parts is simple, symmetrical. Is formed by the arc and a straight line, and blanking pieces can form within the economic reach an accuracy of IT12 ~ IT13. Center hole size and edge distance tolerance for ± 0.5. The above parts precision and accuracy requirements in order to per pound, you can request for the accuracy of parts in the stamping process can be assured that other dimension, such as production volume, but also are in line with the blanking of the technological requirements, it decided to adopt punching means for processing the parts of the fillet radius R = 0.6 ≥ 0.18t = 0.18 × 0.7 = 0.175 to meet the requirements. Keywords: stamping die, the introduction of devices, the production of bulk 2 機 械 加 工 工 藝 過 程 卡 零件號 零 件 名 稱 00-10 凸凹模 工序號 工 序 名 稱 設 備 夾 具 刀 具 量 具 工 時 名 稱 型 號 名 稱 規(guī) 格 名 稱 規(guī) 格 名 稱 規(guī) 格 01 下料(25×15×25) 鋸床 直尺 02 粗銑六面 銑床 虎鉗 標準 面銑刀 游標卡尺 03 磨削 磨床 磁力夾具、虎鉗 砂輪 游標卡尺 04 鉗工 鉆床 虎鉗 鉆刀、鉸刀、攻絲刀 高度尺、游標卡尺 05 熱處理（淬火、回火） 電熱爐 火鉗 06 磨削 磨床 磁力夾具、虎鉗 砂輪 游標卡尺 07 線切割 線切割機床 復式支撐夾具 銅絲 游標卡尺 08 鉗工 研磨工具 游標卡尺 編制 徐龍飛 校對 審核 批準 機 械 加 工 工 藝 過 程 卡 零件號 零 件 名 稱 00-03 落料凹模 工序號 工 序 名 稱 設 備 夾 具 刀 具 量 具 工 時 名 稱 型 號 名 稱 規(guī) 格 名 稱 規(guī) 格 名 稱 規(guī) 格 01 下料(65×60×18) 鋸床 直尺 02 粗銑六面 銑床 虎鉗 標準 面銑刀 游標卡尺 03 磨削 磨床 磁力夾具、虎鉗 砂輪 游標卡尺 04 鉗工 鉆床 虎鉗 鉆刀、鉸刀、攻絲刀 高度尺、游標卡尺 05 熱處理（淬火、回火） 電熱爐 火鉗 06 磨削 磨床 磁力夾具、虎鉗 砂輪 游標卡尺 07 線切割 線切割機床 復式支撐夾具 銅絲 游標卡尺 08 鉗工 虎鉗 研磨工具 游標卡尺 編制 徐龍飛 校對 審核 批準 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計說明書 - 1 - 目 錄 1.引言 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 2 1.1 模具行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及市場前景 ????????????????????????????????????????????????? 2 1.2 沖壓工藝介紹 ???????????????????????????????????????????????????????????????????? 2 1.3 沖壓工藝的種類 ????????????????????????????????????????????????????????????????? 3 1.4 沖壓行業(yè)阻力和障礙與突破 ????????????????????????????????????????????????????? 4 2.焊片的模具設計 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????? 7 2.1 焊片設計任務書 ?????????????????????????????????????????????????????????????????? 7 2.2 沖壓件工藝性分析 ??????????????????????????????????????????????????????????????? 8 2.3 確定工藝方案 ???????????????????????????????????????????????????????????????????? 8 2.4 排樣設計 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????? 9 2.5 沖裁力的計算 ??????????????????????????????????????????????????????????????????? 10 2.6 壓力中心的計算 ????????????????????????????????????????????????????????????????? 11 2.7 工作零件刃口尺寸計算 ????????????????????????????????????????????????????????? 13 2.8 模具總體設計 ??????????????????????????????????????????????????????????????????? 14 2.9 模具主要零部件的結構設計 ????????????????????????????????????????????????????? 15 2.10 橡膠選用原則 ?????????????????????????????????????????????????????????????????? 18 2.11 聯(lián)接件的選用與標準化 ???????????????????????????????????????????????????????? 19 2.12 沖床選用 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????? 20 2.13 模具裝配圖： ????????????????????????????????????????????????????????????????? 21 3.模具零件加工工藝 ?????????????????????????????????????????????????????????????????? 22 總結語 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 24 致 謝 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 25 參考文獻 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 26 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計說明書 - 2 - 1：引言 1.1 模具行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及市場前景 現(xiàn)代模具工業(yè)有“不衰亡工業(yè)”之稱。世界模具市場總體上供不應求，市場需求 量維持在600億至650億美元，同時，我國的模具產(chǎn)業(yè)也迎來了新一輪的發(fā)展機遇。近 幾年，我國模具產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值保持13%的年增長率（據(jù)不完全統(tǒng)計，2004年國內模具進口 總值達到600多億，同時，有近200個億的出口），到2005年模具產(chǎn)值預計為600億元， 模具及模具標準件出口將從現(xiàn)在的每年9000多萬美元增長到2005年的2億美元左右。單 就汽車產(chǎn)業(yè)而言，一個型號的汽車所需模具達幾千副，價值上億元，而當汽車更換車 型時約有80%的模具需要更換。2003年我國汽車產(chǎn)銷量均突破400萬輛，預計2004年產(chǎn) 銷量各突破500萬輛，轎車產(chǎn)量將達到260萬輛。另外，電子和通訊產(chǎn)品對模具的需求 也非常大，在發(fā)達國家往往占到模具市場總量的20%之多。目前，中國17000多個模具 生產(chǎn)廠點，從業(yè)人數(shù)約50多萬。1999年中國模具工業(yè)總產(chǎn)值已達245億元人民幣。工業(yè) 總產(chǎn)值中企業(yè)自產(chǎn)自用的約占三分之二，作為商品銷售的約占三分之一。在模具工業(yè) 的總產(chǎn)值中，沖壓模具約占50%，塑料模具約占33%，壓鑄模具約占6%，其它各類模具 約占11%。 1.2 沖壓工藝介紹 沖壓是靠壓力機和模具對板材、帶材、管材和型材等施加外力，使之產(chǎn)生塑性變 形或分離，從而獲得所需形狀和尺寸的工件(沖壓件)的成形加工方法。沖壓和鍛造同 屬塑性加工(或稱壓力加工)，合稱鍛壓。沖壓的坯料主要是熱軋和冷軋的鋼板和鋼帶。 全世界的鋼材中，有 60～70%是板材，其中大部分是經(jīng)過沖壓制成成品。汽車的車身、 底盤、油箱、散熱器片，鍋爐的汽包、容器的殼體、電機、電器的鐵芯硅鋼片等都是 沖壓加工的。儀器儀表、家用電器、自行車、辦公機械、生活器皿等產(chǎn)品中，也有大 量沖壓件。 沖壓件與鑄件、鍛件相比，具有薄、勻、輕、強的特點。沖壓可制出其他方法難 于制造的帶有加強筋、肋、起伏或翻邊的工件，以提高其剛性。由于采用精密模具， 工件精度可達微米級，且重復精度高、規(guī)格一致，可以沖壓出孔、凸臺等。 冷沖壓件一般不再經(jīng)切削加工，或僅需要少量的切削加工。熱沖壓件精度和表面 狀態(tài)低于冷沖壓件，但仍優(yōu)于鑄件、鍛件，切削加工量少。 沖壓是高效的生產(chǎn)方法，采用復合模，尤其是多工位級進模，可在一臺壓力機上 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計說明書 - 3 - 完成多道沖壓工序，實現(xiàn)由帶料開卷、矯平、沖裁到成形、精整的全自動生產(chǎn)。生產(chǎn) 效率高，勞動條件好，生產(chǎn)成本低，一般每分鐘可生產(chǎn)數(shù)百件。 1.3 沖壓工藝的種類 沖壓主要是按工藝分類，可分為分離工序和成形工序兩大類。分離工序也稱沖裁， 其目的是使沖壓件沿一定輪廓線從板料上分離，同時保證分離斷面的質量要求。成形 工序的目的是使板料在不破坯的條件下發(fā)生塑性變形，制成所需形狀和尺寸的工件。 在實際生產(chǎn)中，常常是多種工序綜合應用于一個工件。沖裁、彎曲、剪切、拉深、脹 形、旋壓、矯正是幾種主要的沖壓工藝。 沖壓用板料的表面和內在性能對沖壓成品的質量影響很大，要求沖壓材料厚度精 確、均勻；表面光潔，無斑、無疤、無擦傷、無表面裂紋等；屈服強度均勻，無明顯 方向性；均勻延伸率高；屈強比低；加工硬化性低。在實際生產(chǎn)中，常用與沖壓過程 近似的工藝性試驗，如拉深性能試驗、脹形性能試驗等檢驗材料的沖壓性能，以保證 成品質量和高的合格率。 模具的精度和結構直接影響沖壓件的成形和精度。模具制造成本和壽命則是影響 沖壓件成本和質量的重要因素。模具設計和制造需要較多的時間，這就延長了新沖壓 件的生產(chǎn)準備時間。 模座、模架、導向件的標準化和發(fā)展簡易模具(供小批量生產(chǎn))、復合模、多工位 級進模(供大量生產(chǎn))，以及研制快速換模裝置，可減少沖壓生產(chǎn)準備工作量和縮短準 備時間，能使適用于減少沖壓生產(chǎn)準備工作量和縮短準備時間，能使適用于大批量生 產(chǎn)的先進沖壓技術合理地應用于小批量多品種生產(chǎn)。 沖壓設備除了厚板用水壓機成形外，一般都采用機械壓力機。以現(xiàn)代高速多工位機 械壓力機為中心，配置開卷、矯平、成品收集、輸送等機械以及模具庫和快速換模裝 置，并利用計算機程序控制，可組成高生產(chǎn)率的自動沖壓生產(chǎn)線。 在每分鐘生產(chǎn)數(shù)十、數(shù)百件沖壓件的情況下，在短暫時間內完成送料、沖壓、出 件、排廢料等工序，常常發(fā)生人身、設備和質量事故。因此，沖壓中的安全生產(chǎn)是一 個非常重要的問題。 1.4 沖壓行業(yè)阻力和障礙與突破 阻力一：機械化、自動化程度低 美國 680 條沖壓線中有 70%為多工位壓力機，日本國內 250 條生產(chǎn)線有 32%為多工 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計說明書 - 4 - 位壓力機，而這種代表當今國際水平的大型多工位壓力機在我國的應用卻為數(shù)不多； 中小企業(yè)設備普遍較落后，耗能耗材高，環(huán)境污染嚴重；封頭成形設備簡陋，手工操 作比重大；精沖機價格昂貴，是普通壓力機的 5~10 倍，多數(shù)企業(yè)無力投資阻礙了精沖 技術在我國的推廣應用；液壓成形，尤其是內高壓成形，設備投資大，國內難以起步。 突破點：加速技術改造 要改變當前大部分還是手工上下料的落后局面，結合具體情況，采取新工藝，提 高機械化、自動化程度。汽車車身覆蓋件沖壓應向單機連線自動化、機器人沖壓生產(chǎn) 線，特別是大型多工位壓力機方向發(fā)展。爭取加大投資力度，加速沖壓生產(chǎn)線的技術 改造，使盡早達到當今國際水平。而隨著微電子技術和通訊技術的發(fā)展使板材成形裝 備自動化、柔性化有了技術基礎。應加速發(fā)展數(shù)字化柔性成形技術、液壓成形技術、 高精度復合化成形技術以及適應新一代輕量化車身結構的型材彎曲成形技術及相關設 備。同時改造國內舊設備，使其發(fā)揮新的生產(chǎn)能力。 阻力二：生產(chǎn)集中度低 許多汽車集團大而全，形成封閉內部配套，導致各企業(yè)的沖壓件種類多，生產(chǎn)集 中度低，規(guī)模小，易造成低水平的重復建設，難以滿足專業(yè)化分工生產(chǎn)，市場競爭力 弱；摩托車沖壓行業(yè)面臨激烈的市場競爭，處于“優(yōu)而不勝，劣而不汰”的狀態(tài)；封 頭制造企業(yè)小而散，集中度僅 39.2%。 突破點：走專業(yè)化道路 迅速改變目前“大而全”、“散亂差”的格局，盡快從汽車集團中把沖壓零部件 分離出來，按沖壓件的大、中、小分門別類，成立幾個大型的沖壓零部件制造供應中 心及幾十個小而專的零部件工廠。通過專業(yè)化道路，才能把沖壓零部件做大做強，成 為國際上有競爭實力的沖壓零部件供應商。 阻力三：沖壓板材自給率不足，品種規(guī)格不配套 目前，我國汽車薄板只能滿足 60%左右，而高檔轎車用鋼板，如高強度板、合金化 鍍鋅板、超寬板(1650mm 以上)等都依賴進口。 突破點：所用的材料應與行業(yè)協(xié)調發(fā)展 汽車用鋼板的品種應更趨向合理，朝著高強、高耐蝕和各種規(guī)格的薄鋼板方向發(fā) 展，并改善沖壓性能。鋁、鎂合金已成為汽車輕量化的理性材料，擴大應用已勢在必 行。 河南機電高等專科學校畢業(yè)設計說明書 - 5 - 阻力四：科技成果轉化慢先進工藝推廣慢 在我國，許多沖壓新技術起步并不晚，有些還達到了國際先進水平，但常常很難 形成生產(chǎn)力。先進沖壓工藝應用不多，有的僅處于試用階段，吸收、轉化、推廣速度 慢。技術開發(fā)費用投入少，導致企業(yè)對先進技術的掌握應用慢，開發(fā)創(chuàng)新能力不足， 中小企業(yè)在這方面的差距更甚。目前，國內企業(yè)大部分仍采用傳統(tǒng)沖壓技術，對下一 代輕量化汽車結構和用材所需的成形技術缺少研究與技術儲備。 突破點：走產(chǎn)、學、研聯(lián)合之路 我國與歐、美、日等相比，存在的最大的差距就是還沒有一個產(chǎn)、學研聯(lián)合體， 科研難以做大，成果不能盡快轉化為生產(chǎn)力。所以應圍繞大型開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化項目，以 高校和科研單位為技術支持，企業(yè)為應用基地，形成產(chǎn)品、設備、材料、技術的企業(yè) 聯(lián)合實體，形成既能開發(fā)創(chuàng)新，又能迅速產(chǎn)業(yè)化的良性循環(huán)。 阻力五：大、精模具依賴進口 當前，沖壓模具的材料、設計、制作均滿足不了國內汽車發(fā)展的需要，而且標準 化程度尚低，大約為 40%~45%，而國際上一般在 70%左右。 突破點：提升信息化、標準化水平 必須用信息化技術改造模具企業(yè)，發(fā)展重點在于大力推廣 CAD/CAM/CAE 一體化技術， 特別是成形過程的計算機模擬分析和優(yōu)化技術(CAE)。加速我國模具標準化進程，提高 精度和互換率。力爭 2005 年模具標準件使用覆蓋率達到 60%，2010 年達到 70%以上基 本滿足市場需求。 阻力六：專業(yè)人才缺乏 業(yè)內掌握先進設計分析技術和數(shù)字化技術的高素質人才遠遠不能滿足沖壓行業(yè)飛 速發(fā)展的需要，尤其是摩托車行業(yè)中具備沖壓知識和技術和技能的專業(yè)人才更為缺乏 且大量外流。另外，眾多合資公司由外方進行工程設計，掌握設計權、投資權，我方 沖壓技術人員難以真正掌握沖壓工藝的真諦。 突破點：提高行業(yè)人員素質 這是一項迫在眉睫的任務，又是一項長期而系統(tǒng)的任務。振興我國沖壓行業(yè)需要大批 高水平的科技人才，大批熟悉國內外市場、具有現(xiàn)代管理知識和能力的企業(yè)家，大批 掌握先進技術、工藝的高級技能人才。要舍得花大力氣，有計劃、分層次地培養(yǎng)。 河南機電高等專科學校畢業(yè)設計說明書 6 2：焊片的模具設計 2.1 焊片設計任務書 沖裁件，材料為 H62,厚度為 0.7mm，大批量生產(chǎn)。 試制定工件沖壓工藝規(guī)程、設計其模具、編制模具零件的加工工藝規(guī)程. 零件名稱:止動件 生產(chǎn)批量:大批 材料:H62 t=0.7mm 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計說明書 7 2.2 沖壓件工藝性分析 沖壓件結構分析 該零件形狀簡單、對稱。是由圓弧和直線組成的，沖裁件內外形所能達到的經(jīng)濟精 度為 IT12~IT13?？字行呐c邊緣距離尺寸公差為 ±0.5。將以上精度與零件的精度要求 相以較比，可以為該零件的精度要求能夠在沖裁加工中得到保證，其他尺寸標注，生 產(chǎn)批量等情況，也均符合沖裁的工藝要求，故決定采用沖壓方式進行加工該零件的圓 角半徑 R=0.6≥0.18t=0.18×0.7=0.175 符合要求。 沖裁件的材料分析 查模具設計手冊可得，H62 抗剪強度 τ=255Mpa。斷后伸長率 35%，此材料具有 良好的塑性及較高的彈性，沖裁性較好，可以沖裁加工。 2.3 確定工藝方案 該零件的沖壓工序為落料和沖孔，可以擬定出以下三種工藝方案： 方案一：用簡單模分兩次加工，即落料——沖孔。 方案二：沖孔、落料復合模。 方案三：沖孔、落料級進模具。 采用方案一，生產(chǎn)率低、工件的累計誤差大，操作不方便。由該工件為大批量生產(chǎn)。 方案二和方案三更具有優(yōu)越性。 該零件也與外緣之間的最小距離為 1.25mm，大于些零件要求的最小壁厚 0.7，可以采 用沖孔、落料復合模具或沖孔、落料級進模具，復合模具的形位精度和尺寸精度容易 保證。且生產(chǎn)率也高，盡管模具結構比較復雜但，由于零件的幾何形狀簡單對稱，模 具制造并不困難。級進模具生產(chǎn)率也高，但零件的沖裁精度稍差，欲保證沖壓件的形 位精度，需要在模具上設置導正銷導正，故模具制造、案裝較復合模具復雜，通過對 上述三種方案的分析比較，該零件才用第二種方案，復合模具。 2. 模具結構形式的確定 復合模有兩種結構形式，正裝式復合模和倒裝式復合模。分析該工件成形后脫模方 便性，正裝式復合模成形后工件留在下模，需向上推出工件，取工件不方便，倒裝式 復合模成形后工件留在上模，只需在上模裝一副推件裝置，故采用倒裝式復合模具。 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計說明書 8 2.4 排樣設計 設計復合模時，首先要設計條料排樣圖。該零件具有 T 形的特點，直排列時材料 的利用率較低，采用直對排的排樣方安可以提高材料的利用率，減少廢料。 查最小搭邊值表，得工件間 a=1，側面為 a1=1.2 經(jīng)邊綜合考慮取 a=1 a1=1.2 計算條料寬度：B= （24+2*1+1.2+12）mm=39.2mm 步距：S=12+1=13mm 計算沖壓件毛壞的面積：A=[π*6 2+π*(2.25) 2+4.5*9.75] =172.8mm. 一個步距內的材料利用率 η 為. 裁單件材料的利用率按式計算,即 =(2*172.8)÷(39.2*13)×100%=67.8% %10bhn??A? 式中 A—沖裁面積(包括內形結構廢料)； n— 一個沖距內沖沖裁件數(shù)目； b—條料寬度； h—進距。 排樣圖如(2.1)下： 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計說明書 9 (2.1) 2.5 沖裁力的計算 沖壓力 落料力 F 總= F 1=1.3Lt ? =1.3× 60.35× 0.7×255 =14.005(KN) 式中：F 落 —落料力（N） ； L—工件外輪廓周長，L＝60.35mm； t—材料厚度； —材料的搞剪強度（Mpa） ，查得 [2] ＝255Mpa。? ? 沖孔力 F 沖= F 1=1.3Lt? =1.3×28.075×0.7×255 =6.52(KN) 河南機電高等專科學校畢業(yè)設計說明書 10 卸料力 F 卸 ＝K 卸 F 落 式中：K 卸 —卸料力因數(shù)，其值由手冊查得 K 卸 ＝0.03。 則卸料力： F 卸 =7×0.03 ×14.04 =420.2(N) 推件力 推件力計算按下式： F 推 =nK 推 F 沖 式中：K 推 —推件力因數(shù)，其值由 [2]表 2-15 查得Ｋ 推 ＝0.05； n—卡在凹內的工件數(shù)， n=7。 推件力則為： F 推 ＝7×0.05×6512.9 =2280.2(N) 模具總沖壓力為： F 總 ＝ F 落 ＋F 卸 ＋F 壓 ＝14004.9+6514.9+2280.2+420.2 =23220.2(N) 為了保證沖壓力足夠，一般沖裁的壓機噸位應比計算的沖壓力大 30%左右， 所以：F 0 總 =1.3×23220.2N=30186.26N 2.6 壓力中心的計算 模具壓力中心是指沖壓時諸沖壓力合力的作用點位置。為了確保壓力機和模具正常 工作，應使沖模的壓力中心與壓力機滑快的中心相重合。否則，會使沖模和壓力機滑 河南機電高等專科學校畢業(yè)設計說明書 11 塊產(chǎn)生偏心載荷，使滑塊和導軌間產(chǎn)生過大的磨損，模具導向零件加速磨損，減低模 具和壓力機的使用壽命。沖模的壓力中心，的按下述原則確定： （1）對稱形狀的單個沖裁件，沖模的壓力中心就是沖裁件的幾何中心。 （2）工件形狀相同且分布位置對稱時，沖模的壓力中心與零件的對稱中心相重合。 （3）形狀復雜的零件，多孔沖模，級進模的壓力中心可用解析法求出沖模壓力中心。 如(2.2)圖所表示： (2.2) 由于工件 x 方向對稱， 由于工件 y 方向對稱， 故壓力中心 X0=0mm 故只需計算 Y，將工件沖裁圖邊分成 L1、L 2、 L3、 L4 L5 L6 L7 。 yc＝ = 3219 L Y??? ＝(L1Y1+L2Y2+L3Y3+L4Y4+L5Y5+L6Y6+L7Y7)/(L1+L2+L3+L4+L5+L6+L7) =976.3462/87.072 =11.21mm 其中：L1=32.34mm Y1=6mm L2=19.59mm Y2=16.85mm 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計說明書 12 L3=7.07mm Y3=22.47mm L4=3.14mm Y4=21mm L5=2mm Y5=21.25mm L6=3.14mm Y6=21.07mm L7=19.792mm Y7=6mm 所以壓力中心 G（0，11.21） 2.7 工作零件刃口尺寸計算 落料部分以落料凹模為基準計算，落料凸模按間隙值配制;沖孔部分明中孔凸模為基準 計算，沖孔凹模按間隙值配制。既以落料凹模、沖孔凸模為基準，凸凹模按間隙值配 制。 查有關手冊得間隙值，Z MIN=0.035mm Zmax=0.049mm 沖孔 φ6.3mm 的孔凸、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別加工的方法制作凸、凹模 其中凸、凹模刃口尺寸計算如下： 查手冊得凸、凹模制造公差 δ 凸 =0.02mm δ 凹 =0.02mm 校核：Z MIN-Zmax =0.014mm，而 δ 凸 + δ 凹 =0.04mm δ 凸 +δ 凹 > ZMIN-Zmax故而只能用配作法制造模具刃口。 沖孔件的以凸模為其準模。 查表取，磨損系數(shù)：X=0.75mm。 工件圖中未標注公差的尺寸，查相關文獻得出其極限偏差為：φ6.3 0+0.025 R1 102.?02.? 按公式：B 凸 =(B+X△) 0凸S? 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計說明書 13 求得：B 凸 1=(6.3+0.75*0.025) =6.32 mm02.?02.? B 凸 2=(1+0.75*0.02) =1.01 mm02.?02.? 外形落料凸、凹模刃口尺寸的計算 對于外輪廓的落料，由于形狀較復雜，故采用配作法加工法，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，其凸、凹模刃口部分尺寸計算如 下： 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。工 件圖中未標注公差的尺寸，查相關文獻得出其極限偏差為： Φ12 -0.030 24-0.060 R2.5-0.030 查表得磨損系數(shù) X 為：1 按公式：A j=(Amax-X△) 0+△/4 Aj1=(12-1*0。03) 0+0.0075=11.970+0.0075 Aj2=(24-1*0.06)0+0.015=23.940+0.015 Aj3=(2.25-1*0。03) 0+0.0075=2.220+0.0075 2.8 模具總體設計 根據(jù)上述分析，零件的沖壓包括沖壓和落料兩個工序，且孔邊距較大，可采用倒裝復 合模具，可直接利用壓力機的打桿裝置進行推件，卸料可靠，便于操作。工件留在落 料凹?？锥粗?，應在凹?？自O置推件塊；卡于凸凹模上的廢料可由卸料板推出；而沖 孔廢料則可以在下模座中開設通槽，使廢料從孔洞中落下。由于在該模具中壓料是由 落料凸模與卸料板一起配合工作來實現(xiàn)，所以卸料板還應具有壓料的作用，應選用彈 性卸料板來卸下條料廢料。 因是大批量生產(chǎn)，采用手動送料方式，從前往后送料。 因該制件采用的是倒裝復合模具，所以直接用擋料銷和導料銷就可。為確保零件的質 量及穩(wěn)定性，選用導柱、導套導向。由于該零件導向尺寸較小，且精度要求不是太高， 所以宜采用后側導術模架。 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計說明書 14 2.9 模具主要零部件的結構設計 落料凸、凹模的結構設計 在落料凹模內部，由于要設置推件塊，所以凹模刃口應采用直筒形刃口。并查表，取 得刃口高度 h=5mm，該凹模的結構簡單，宜采用整體式。 凹模高度 H= =13.25mm310 F? 凹模壁厚 C=1.5H=1.5*13.25=19.88mm 凹模的外形尺寸的確定：凹模外形長度 L=（24+2*19.88）=63.76mm 凹模的外形寬度 B=(12+2*19.88)=51.76mm 凹模整體尺寸標準化，取為 65mmX55mmX20mm。 沖孔凸模設計 1>、￠6.3 的孔凸模設計 為了增加凸模的強度與剛度，凸模非工作部分直徑應制成逐漸增大的多級形式，且它 的外形尺寸較小，所以選用 A 形圓凸模，凸模固定板厚度取 18mm。 所以凸模的長度 L=h1+h1+h1=15.7+13=28.7mm。 2> 非圓形凸模設計 為了使凸模加工方便，選直通式凸模，其固定方式采用 N7/h6，鉚接固定。 長度 L=28.8mm。 凸凹模具的結構設計 本模具的復合沖裁模，除了沖孔凸模和落料凹模外還有一個凸凹模具；根據(jù)整體模具 的結構設計需要，凸凹模的結構簡圖如右： 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。 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計說明書 15 校核凸凹的強度：查表得凸凹模的最小壁厚為 1mm ，而實際最小壁厚 為 1.5mm。故符合強度要求。凸凹模的刃品尺寸按落料凹模尺寸配制，并保證雙面隙為 0.036mm-0.049mm。 導料螺釘?shù)脑O計 導料螺釘是對條料或帶料的側向進行導向，以免送偏的定位零件。導料螺釘一般設有 兩個，并位于條料的同側，從右向左送料時，導料銷裝在后側，從前向后送料時，導 料銷裝在左側。導料螺釘有固定式的和活動式的，本副模具采用固定式導料螺釘，其 標準結構由文獻[6]得，導料螺釘材料一般用 T7、T8，熱處理硬度為 46～52HRC，粗糙 度 1.6μm 下，裝配時采用 H7/s6，本副模具的導料螺釘材料用 T8。 固定板、墊板 （1）凸模固定板 將凸?；虬寄０匆欢ㄏ鄬ξ恢脡喝肽＞吖潭ê笞鳛橐粋€定位的零件安裝在上模座 或下模座的板件上。模具中最常見的凸模固定板，分為圓形固定板和矩形固定板兩種， 主要用于固定小型的凸模和凹模。固定板的設計應注意以下幾點內容： ①凸模固定板的厚度一般取凹模的0.6～0.8倍，其平面尺寸可與凹模、卸料板外 形尺寸相同，但還應考慮緊固螺釘及銷釘?shù)奈恢谩?②固定板上的凸模安裝孔與凸模采用過渡配合H7/m6，凸模壓裝后端面要與固定板 一起磨平。 ③固定板的上、下表面應磨平，并與凸模安裝孔的軸線垂直。固定板基面和壓裝 配合面的表面粗糙度為Ra=1.6～0.8μm，另一非基準面可適當降低要求。 ④固定板材料一般采用Q235或45鋼制造，無需熱處理淬硬。[4] 根據(jù)模具的工作的結構特點 以及滿足工作時的受力要求，這 里取凸模固定板的厚度為 14mm， ，采用45制作。 （2）墊板 如左邊的視圖： 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，保護模座一面 被凸模端面壓陷。模具中最為常 見的是凸模墊板，它被裝于凸模 河南機電高等專科學校畢業(yè)設計說明書 16 固定板與模座之間。墊板外形尺寸可與固定板相同，其厚度一般取 4～15mm，根據(jù)模具 結構特點這里取墊板的厚度為 H=4 mm。墊板材料為 45 鋼，淬火硬度為 43～48HRC。墊 板上、下表面應磨平，表面粗糙度為 Ra=1.6～0.8μm，以保證平行度要求。為了便于 模具裝配，墊板上銷釘通過孔直徑可比銷釘直徑增大 0.3～0.5mm。 模架的設計 模架各零件標記如下： 導柱標記：16?100 GB/T2861.1—90 導套標記：16?90?18 GB/T2861.6—90 上模座標記：63?63?20 GB/T2855.5—90 下模座標記：63?63?25 GB/T2855.2—90 模柄標記： A25?30 GB/T2855.1—81 模柄與上模座的聯(lián)接采用壓入式的結構如圖 17 所示。 圖 3.17 壓入式的模柄 固定擋料銷的設計根據(jù)標準件，選用此擋料銷如圖 圖 3.4 固定擋料銷的結構 選用直徑 φ4mm，h=2mm 材料為 45 鋼 A 型固定擋料銷（JB/T7649.10—94） (3.4) 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計說明書 17 2.10 橡膠的選用原則 橡膠允許承受的負荷較大，安裝調節(jié)靈活方便，是沖裁模中常用的彈性元件，其 選擇原則如下： ① 為保證橡膠正常工作，所選橡膠應滿足預壓力要求： F0 ≥ FX 式中：F 0——橡膠在預壓縮狀態(tài)下的壓力（ N） FX———卸料力（ N） ② 為保證橡膠不過早失效，其允許最大壓縮量不超過其自由高度的 45%，一般取 ?H1=（0.35~0.45）H 0 式中：?H 1——橡膠允許的總壓縮量（ mm）, H0——橡膠的自由高度（mm） 橡膠的預壓縮量一般取自由高度的 10%~15%，即 ?H0.=（0.10~0.15 ）H 0. 式中?H 0.為橡膠的預壓縮量（mm） 。 ③ 橡膠高度與直徑之比應按下試校核： 0.5≤H0./D≤1.5 ④ 根據(jù)卸料力求橡膠橫截面尺寸，橡膠產(chǎn)生的壓力按下式計算： FXY = AP 所以，橡膠橫截面面積為：A= F XY/P 式中：F XY——橡膠產(chǎn)生的壓力，在此取大于或等于卸料力（N） ； P——橡膠所產(chǎn)生的單位面積的壓力（N） ； A——橡膠橫截面面積（mm 2） 。 2.11.聯(lián)接件的選用與標準化 河南機電高等專科學校畢業(yè)設計說明書 18 本模具采用螺釘固定，銷釘定位。具體講 內六角螺釘標記：35 鋼 M8?65 GB70—85 螺釘標記：35 鋼 M8?30 GB68—76 圓柱銷釘標記：35 鋼 6?65 GB 119—86 ? 止動圓柱銷標記：35 鋼 4?6GB119—86 2.12 沖床選用 2.12.1 沖壓設備的選擇依據(jù)： 1 所選壓力機的公稱壓力必須大于總沖壓力，即 F 壓＞F 總 2 壓力機的行程大小應適當。由于壓力機的行程影響到模具的張開高度，因此對于 沖裁，彎曲等模具，其行程不于過大，以免發(fā)生凸模與導板分離或滾珠導向裝 置脫開的不良后果。對于拉深模，壓力機的行程至少應大于成品零件高度的兩 倍以上，以保證毛坯的放進和成行零件的取出。 3 所選壓力機的最大高度應與沖模的閉合高度相適應。即滿足：沖模的閉合高度介 于壓力機的最大閉合高度和最小閉合高度之間的要求。 4 壓力機工作臺面的尺寸必須大于模具下模座的外形尺寸，并還要留有安裝固定 的余地。但在過大的工作臺面上安裝過小尺寸的沖模時，對工作臺的受里條件 也是不利的。 2.12.2 壓力機的選擇 根據(jù)總沖壓力 F 總=30.186KN,模具閉合高度,沖床工作臺面尺寸等,并結合現(xiàn)有設 備, 河南機電高等專科學校畢業(yè)設計說明書 19 用 J23-10 開式雙柱可傾沖床,并在工作臺面上備制墊塊。其主要工藝參數(shù)如下： 公稱壓力：100 KN 滑塊行程： 45mm 行程次數(shù)： 145 次 ∕分 根據(jù)總沖壓力 F 總=30.186KN,模具閉合高度, 沖床工作 臺面尺寸等,并結合現(xiàn)有設備,選用 J23-10 開式雙分 最大閉合高度： 180mm 連桿調節(jié)長度： 80mm 工作臺尺寸（前后×左右）： 240mm × 370mm 2.13 模具裝配圖： 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計說明書 20 3:模具零件加工工藝 主要零件的加藝工藝過程： 落料凹模加工工藝過程 材料：Gr12 硬度：60～64HRC 序號 工序號 工序內容 1 備料 鍛件（退火狀態(tài)）：65×60×18㎜ 2 粗銑 銑六面到尺寸 60.5×53.5×16.3，注意兩大平面與相鄰鄰側面用標準角尺測量達基本垂直 3 平面磨 磨光兩大平面厚度達 15.8㎜，并磨兩相鄰側面達四面垂直。垂直度 0.02㎜/100㎜ 4 鉗 ①劃線 劃出各孔徑中心線并劃出凹模洞口輪廓尺寸 ②鉆孔 鉆螺紋底孔，銷釘?shù)卓?，凹模洞口穿線孔 ③鉸孔 鉸銷釘孔到要求 ④攻絲 攻螺紋絲到要求 5 熱處理 淬火 使硬度達 60~64HRC 6 平面磨 磨光兩大平面，使厚度達 15.7㎜ 7 線切割 割凹模洞口，并留 0.01~0.02㎜研余量 8 鉗 ①研磨洞口內壁側面達 0.8um②配推件塊到要求 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計說明書 21 9 鉗 用墊片層保證凸凹模與凹模間隙均勻后，凹模與上模座配作銷釘孔 10 平磨 磨凹模板上平面厚度達要求 11 鉗 總裝配 凹凸模加工工藝過程 材料：Cr12Mov 硬度：60～64HRC 序號 工序名稱 工序內容 1 備料 鍛件（退火狀態(tài)）：25×15×25㎜ 2 仿形銑 銑出大體輪廓 3 平磨 磨高度兩平面到尺寸 24.3㎜ 4 鉗 ① 劃線 在長度方一側線切割夾位 6㎜后，分中劃凸模輪廓線并劃 兩凹模洞口中線 ② 鉆孔 按凹模洞口中心鉆線切割穿絲孔 ③锪擴凹模落料沉孔到要求，鉆螺紋底孔并攻絲到要求 5 熱處理 淬火 硬度達 60～64HRC 6 平磨 磨高度到 23.3㎜ 7 線切割 割凸模及兩凹模，并單邊留 0.01～0.02 研磨余量 8 鉗 ① 研配 研凸凹模并配入凸模固定板② 研 各側壁到 0.8um 9 平磨 磨高度到要求 10 鉗 總裝配 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計說明書 22 總結語 焊片件屬于簡單沖裁件，分析其工藝性，并確定工藝方案。根據(jù)計算確定本制件 是兩次沖裁成的，然后相應選取各次沖裁時的壓力機。本設計主要是最后一次沖壓模 具設計，需要計算沖壓時的間隙、工作零件的圓角半徑、尺寸和公差，并且還需要確 定模具的總體尺寸和模具零件的結構，然后根據(jù)上面的設計繪出模具的總裝圖。 由于在零件制造前進行了預測，分析了制件在生產(chǎn)過程中可能出現(xiàn)的缺陷，采取 了相應的工藝措施。因此，模具在生產(chǎn)零件的時候才可以減少廢品的產(chǎn)生。 本焊片件的形狀結構較為簡單，高度不高適合選用標準模架。要保證零件的順利 加工和取件，必須有足夠的高度，因此需要改變導柱、導套的長度，以達到要求。模 具工作零件的結構也較為簡單，它可以相應的簡化了模具結構。便以以后的操作、調 整和維護。 焊片模具的設計，是理論知識與實踐有機的結合，更加系統(tǒng)地對理論知識做了更 深切貼實的闡述。也使我認識到，要想做為一名合理的模具設計人員，必須要有扎實 的專業(yè)基礎，并不斷學習新知識新技術，樹立終身學習的觀念，把理論知識應用到實 踐中去，并堅持科學、嚴謹、求實的精神，大膽創(chuàng)新，突破新技術，為國民經(jīng)濟的騰 飛做出應有的貢獻。 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計說明書 23 致 謝 時光如電，歲月如梭，大學三年一晃而過，而我也即將離開我們尊敬的老師、友 好的同學和熟悉的校園走進社會。在這畢業(yè)之際，作為一名工科的學生，畢業(yè)設計是 一件必不可少的事。 畢業(yè)設計涉及的知識廣泛，很多都是我門的教科書上沒有的，這就需要自己到圖 書館查找所需的資料。在設計中，涉及很多計算的問題，必須通過所學知識、相關的 資料及自己的不斷努力才能解決。 在學校中，我們所學的主要是理論性知識，實踐性比較欠缺，而畢業(yè)設計就相當 于實戰(zhàn)前的一次演練。通過畢業(yè)設計，可以把我們以前學的專業(yè)知識系統(tǒng)地聯(lián)系起來， 使我們既溫故又學到更多新的知識；這不但提高了我們解決問題的能力，開闊了我們 的視野，在一定程度上彌補我們實踐經(jīng)驗的不足，為以后的工作打下堅實的基礎。 由于資質有限，很多知識掌握的不是很牢固，在設計的過程中難免要遇到很多問 題，但經(jīng)過課程設計，使我們有了一定的餓設計的經(jīng)驗；同時在老師的悉心指導及同 學的熱心幫助下，我克服了一個又一個的困難，使我的畢業(yè)設計不斷完善。在此，我 在設計中不斷思考問題，研究問題，咨詢問題，汲取了更系統(tǒng)的專業(yè)知識，使自己的 能力得到很大程度的提高。 最后，再次感謝原老師、于老師等在這一段時間給予無私的指導和幫助，并向你 們致以深深的敬意！在以后的工作上，不辜負你們對我們寄予的厚望！ 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計說明書 24 參考文獻 [1]王芳主編.冷沖壓模具設計指導[ M]. 北京：機械工業(yè)出版社，1998 [2]肖祥芷、王孝培主編.中國模具設計大典 3. 江西：江西科學技術出版社，2003 [3]劉建超、張寶忠主編.冷沖壓模具設計與制造. 北京：高等教育出版社，2004 [4]薛彥成主編.公差配合與技術測量.北京：機械工業(yè)出版社，2005 [5]翟德梅、段維峰主編.模具制造技術.北京：化學工業(yè)出版社，2005 [6]楊占堯主編.沖壓模具圖冊. 北京：高等教育出版社，2004 [7]王樹勛、高廣升主編.冷沖模具結構圖冊大全.廣東：華南理工大學出版社，1994 [8]馮炳堯、韓泰榮、蔣文森主編.模具設計與制造簡明手冊.上海：上?？茖W技術出版 社，1998 [9]原紅玲 主編.沖壓工藝與模具設計. 北京：機械工業(yè)出版社，2008