機械畢業(yè)設(shè)計論文Z形件級進模設(shè)計沖壓模具類含全套圖紙

目 錄摘要······································································································1關(guān)鍵詞···································································································11 前言···································································································21.1 本設(shè)計的目的與意義····································································21.2 本課題在國內(nèi)外發(fā)展概況及存在的問題··········································21.3 應(yīng)該解決的主要問題及應(yīng)達到的技術(shù)要求·······································42 零件的加工方法··················································································42.1 零件工藝性分析········································································42.2 工藝方案的制定·········································································52.2.1 模具的類型·······································································52.2.2 模具的零件········································································62.2.3 模具的形式········································································62.2.4 Z形件彎曲方案···································································93 工藝及排樣圖設(shè)計··············································································103.1 排樣的注意事項·······································································113.2 沖壓順序·················································································123.3 排樣方案·················································································134 材料利用率及方案比較·······································································154.1 材料利用率·············································································154.2 方案比較和選擇·······································································165 工序計算···························································································175.1 總壓力····················································································175.1.1 方案的各種力的計算·························································175.1.2 方案4總壓力的計算··························································195.2 壓力中心的計算·······································································206 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計····················································································236.1 沖裁間隙·················································································236.2凸凹模刃口尺寸計算·································································246.3 沖孔凸、凹模及導(dǎo)正、導(dǎo)向裝置設(shè)計·············································256.4 各切斷、彎模設(shè)計·····································································266.5 模架的確定·············································································266.6 凸模固定板、墊板、卸料板的設(shè)計················································276.7 壓料、托料裝置的設(shè)計·······························································286.8 小凸模強度校核·······································································287 壓力機的選擇·····················································································317.1 壓力機的類型的選擇·································································317.2 壓力機的規(guī)格的確定·································································328 零件圖的繪制····················································································338.1 零件裝配總圖··········································································338.2 繪制主要零件部件圖································································349結(jié)論··································································································34參考文獻······························································································35致謝·····································································································36附錄·····································································································36Z形件級進模設(shè)計學(xué) 生：指導(dǎo)老師：科技學(xué)院 ，長沙 410128）摘 要 本文介紹兩種Z形件級進模設(shè)計方法。根據(jù)本Z形件的特點，設(shè)計出兩種不同的材料排樣方案，直排、橫排。由于排樣方案和工位順序，明確零件的具體沖制過程，計算零件所受沖壓加工力，分別計算出沖裁力和彎曲力。用級進模可直接從條料模成形沖制出各種類型、形狀復(fù)雜的板料彎曲件，具有操作安全、機械化與自動化程度高、可實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)低成本等一系列優(yōu)點，適于在成批與大量生產(chǎn)種推廣應(yīng)用，也是現(xiàn)代沖壓生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展方向。關(guān)鍵詞 Z形件級進模 設(shè)計 工藝分析排樣Design Of Progressive Die Components On Z-ShapedStudent:Liu HuayiTutor:Li Ming(College of Orient ScienceTechnology, Hunan Agricultural University, Changsha 410128)Abstract This article mainly introduces two designs of Z-shape parts.According to the feature of this Z-shape parts,I scheme out two different projects about blank layout,including the straight row,the horizontal row.Basing on the arranged projectsand wording orders,to make sure the concrete blanking process of the elements and calculate the punching pressure .One progressive die can be diretly used to produce all kinds of sheet bending part,which has many advantages,such as safe operation,high automation,high production and locosts,etc.Therefore,it is suitable in batch process.Key words Z-shape parts progressive die design technological analysis Layout1 前言Z形件是一 種常見沖壓件，課題來源于生產(chǎn)實際。本次設(shè)計選用級進模來生產(chǎn)此沖壓件。多工位級進模和多功能模具是我國重點發(fā)展的精密磨具品種。我國精密多工位級進模還為數(shù)不多，模具平均壽命不足100萬次，模具最高壽命達到1億次以上，機密度達到35um，有50個以上的級進工位，與國際上最高模具壽命6億次，平均模具壽命5000萬次相比，處于80你代中期國際先進水平。目前，國內(nèi)已能生產(chǎn)精度達到2微米的精密多工位級進模，工位數(shù)最多已達160個，壽命達到12億次。級進模中的很多零件已經(jīng)標準化，如：導(dǎo)柱、導(dǎo)套、導(dǎo)正釘、擋料銷等，在本課題中，充分采用標準件。1.1 本設(shè)計的目的與意義加工的沖壓件的形狀、尺寸和表面質(zhì)量是由模具保證的，所以在大量生產(chǎn)中可以獲得穩(wěn)定的加工質(zhì)量，可以滿足一般的裝配和使用要求。沖壓加工可通過使材料產(chǎn)生塑性變形制造復(fù)雜形狀的工作，這是其他工藝方法難以實現(xiàn)的。沖壓加工工具由很高的生產(chǎn)率。一般在一臺沖壓設(shè)備上每分鐘可以生產(chǎn)小尺寸工件幾件到幾十件，高速沖床可達幾百件，這是其它任何方法都無法實現(xiàn)的。此外，沖壓加工所用胚料是板材或卷料，通常又是在常溫下加工，故易于實現(xiàn)機械化與自動化，可大幅度的提高生產(chǎn)率。沖壓工藝具有生產(chǎn)率高、生產(chǎn)成本低、材料利用率高、能成型復(fù)雜零件、適合大批量生產(chǎn)的優(yōu)點，在某些領(lǐng)域已取代機械加工，并逐漸擴大其工藝范圍。因此，研究沖壓工藝技術(shù)對發(fā)展生產(chǎn)、增強效益、更新產(chǎn)品等方面具有重要作用。大學(xué)四年所學(xué)知識來一個很好的綜合，查漏補缺。更重要的親身經(jīng)歷整個設(shè)計過程，認真分析設(shè)計的每一部分，更或觸類旁通，在精神上、思想上有一個明悟，為將來的工作、生活打下良好的基礎(chǔ)。1.2 本課題在國內(nèi)外發(fā)展概況及存在的問題 多工位級進模和多功能模具是我國重點發(fā)展的精密模具品種。目前，國內(nèi)已可制造具有自動沖切、疊壓、鉚合、計數(shù)、分組、轉(zhuǎn)子鐵芯扭斜和安全保護等功能的安全保護功能的鐵芯精密自動疊片多功能模具。生產(chǎn)的電機定轉(zhuǎn)子雙回轉(zhuǎn)疊片硬質(zhì)合金級進模的步距精度可達20µm，壽命達到1億次以上。其他的多工位級進模，如用于集成電路引線框架的2030工位的級進模，用于電子槍零件的硬質(zhì)合金級進模和空調(diào)器散熱片的級進模，也已達到較高水平。 我國精密多工位級進模還為數(shù)不多，模具平均壽命不足100萬次，模具最高壽命達到1億次以上，精度達到35um，有50個以上的級進工位，與國際上最高模具壽命6億次，平均模具壽命5000萬次相比，處于80年代中期國際先進水平。目前，國內(nèi)已能生產(chǎn)精度達2微米的精密國工位級進模，工位最多已達160個，壽命達到12億次。有代表的是集機電一體化的鐵芯精密自動疊片多功能模具，已達到國際水平。如南京長江機器制造廠的電機鐵芯自動疊鉚硬質(zhì)合金多工位級進模具有自動沖切、疊壓、鉚合、計數(shù)、分組、轉(zhuǎn)子鐵芯扭斜，安全保護功能，凹模采用拼塊式，零備件可互換。常州寶馬集團公司的步進電機定轉(zhuǎn)子帶雙回疊片硬質(zhì)合金級進模。具有轉(zhuǎn)子沖片落料、旋轉(zhuǎn)72º再疊片，定子沖片落料、回轉(zhuǎn)90º再疊片等功能。這兩項模具極度達到2ºµ m，步距精度2-3µ m，雙回轉(zhuǎn)精度1¹，壽命達到1億次以上，制造周期5-6個月，而價格僅為同類進口模具的1/2-1/3，已達到國際先進水平，完全可以替代進口。而其他如48、54、68條腿集成電路柜架多工位級進模、電子槍硬質(zhì)合金多工位級進模、別克轎車安全帶座式工位級進模、空調(diào)器散熱片多工位級進模，均達到國外同類產(chǎn)品水平。單總體上和國外多國外級進模相比，在制造精度、使用壽命、模具結(jié)構(gòu)和功能上，仍存在一定差距。體現(xiàn)高水平制造技術(shù)的多工位級進模具覆蓋面大增,已從電機、電器鐵芯模具擴大到接插件、電子元器件、汽車零件、空調(diào)器散熱片等家用電器零件模具上。模具質(zhì)量、模具壽命明顯提高，模具交貨期較前縮短。模具CAD/CAM技術(shù)相當(dāng)廣泛地得到應(yīng)用，并開發(fā)出了自主版權(quán)的模具CAD/CAMA軟件。電加工。數(shù)控加工在模具制造技術(shù)得到了進已步發(fā)展，尤其是這一領(lǐng)域的高新技術(shù)快速原型制造技術(shù)（RPM）進展很快，國內(nèi)有多家企業(yè)已自行開發(fā)出達到國際水平的相關(guān)設(shè)備。在“八五”、“九五”期間。我國已有一大批模具企業(yè)推廣普及了計算機繪圖技術(shù)，數(shù)控加工的使用率越來越高，特別是以生產(chǎn)家用電器的企業(yè)為代表，陸續(xù)引進了相當(dāng)數(shù)量的CAD/CAM系統(tǒng)。我國自主開發(fā)的CAD/CAM系統(tǒng)也有很大發(fā)展。我國整個模具工業(yè)的發(fā)展趨勢來看，雖然經(jīng)過改革開放20年來的努力，在飛速縮小與先進國家的差距，但這個差距還是明顯的，不論是設(shè)計水平還是制造工藝水平方面，都還需要急起直追，例如我國目前模具產(chǎn)品的自給率僅為70% ，產(chǎn)品的專業(yè)化、標準化程度低，先進制造技術(shù)NC、CNC加工設(shè)備層次低、數(shù)量少，開發(fā)利用率低，CAD/CAM技術(shù)采用不普遍，其他如大型化、精密化模具、多功能復(fù)合模具、熱流道塑料模具、氣體輔助注射模具、高壓注射成型模具以及快速經(jīng)濟模具產(chǎn)品以待開發(fā)。另外，模具設(shè)計與制造先進工藝的引進和普及也勢在必行，如模具優(yōu)質(zhì)材料的應(yīng)用及先進的表面處理和智能化、自動化拋光技術(shù)、快速原型制造技術(shù)(RPM)、模具高速掃描及數(shù)字化系統(tǒng)、模具加工柔性同步系統(tǒng)等。近些年來，級進組合沖裁模在車身制造中開始得到越來越廣泛的應(yīng)用，用級進模直接把卷材加工成型零件和拉伸件，加工的零件也越來越大，省去了用多工位壓力機和成套模具生產(chǎn)所必需串接的板材剪切、涂油、板坯運輸?shù)群罄m(xù)工序。級進組合沖模已在美國汽車工業(yè)中普遍應(yīng)用，其優(yōu)點是生產(chǎn)率高，模具成本低，不需要板料剪切，與多工位壓力機上使用的階梯模相比，節(jié)約30%，但是，級進組合沖模技術(shù)的應(yīng)用受拉伸深度、導(dǎo)向和傳輸?shù)膸Р谋砻嬗不南拗浦饕糜诶焐疃缺容^淺的簡單零件，因此不能完全代替多工位壓力機，絕大多數(shù)零件應(yīng)優(yōu)先考慮在多工位壓力機上加工。 1.3 應(yīng)解決的主要問題及應(yīng)達到的技術(shù)要求1）成型設(shè)備選擇：根據(jù)沖壓工藝的性質(zhì)、生產(chǎn)和批量大小=制件的幾何形狀、尺寸及精度要求，以及安全操作等因素來確定；2）排樣設(shè)計：通過幾種排樣方案的設(shè)計，確定最佳的排樣方案;3)卸料裝置設(shè)計：工作穩(wěn)定，并能確保凸模與板料順利分離； 4）定位裝置設(shè)計、托料裝置設(shè)計：確保板料順利送進，準確定位； 5）凸、凹模設(shè)計：凸、凹模結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，強度足夠，刃口尺寸精確，確保能生產(chǎn)出合格制件。2 零件的加工方法2.1 零件工藝分析如圖所示Z形件 圖 1 Z形件Figure 1 Z-ShapedZ形件是汽車、家電、五金等許多產(chǎn)品中極為常見的一種沖壓件。本設(shè)計的Z形件的零件材料為鋼10，厚度1.2mm，尺寸如圖所示。零件尺寸公差無特殊要求，按照模具精度與沖裁精度的關(guān)系（見模具設(shè)計大典第三卷116頁），取模具的精度為IT7，零件的精度為IT10。該零件形狀簡單，有兩個5的孔和兩個90度的彎曲，可用單工序模完成，通常的工藝為：落料、沖孔、彎曲，需要三副模具。為了簡化生產(chǎn)過程，提高生產(chǎn)效率，本設(shè)計采用級進模制造該零件。對于一般的Z形件可以一次彎曲成形，但考慮到這個Z形件的彎曲高度較大，一次成形有些困難，但分多次彎曲又不方便連續(xù)送料，因此其排樣設(shè)計將是本設(shè)計的重點。 2.2 工藝方案的制定2.2.1 模具的類型每個沖壓產(chǎn)品的制備都有相應(yīng)的模具。模具設(shè)計是否合理，直接影響到?jīng)_件品質(zhì)、生產(chǎn)效益。按所完成的沖壓工序可分為沖裁模、拉深模、翻邊模、脹形模、彎曲模等；按完成沖壓工序的數(shù)量及組合程度可分為簡單模、級進模、復(fù)合模；按有無導(dǎo)向裝置形式可分為無導(dǎo)向的開式模、有導(dǎo)向的導(dǎo)板模、導(dǎo)筒模、導(dǎo)柱等；按進料、出件及排除廢料的方式可分為手動模、半自動模、自動模；按模具零件組合通用程度可分為專用模和組合模；按模具輪廓尺寸可分為大型模、中型模和小型模。2.2.2 模具的零件 一般來說沖模都是由固定部分和活動部分組合成的。固定部分用壓板、螺栓等緊固在壓力機的工作臺上；活動部分一般緊固在壓力機的滑塊上。通常緊固部分為下模，活動部分為上模。上模隨著滑塊上下往復(fù)運動，從而進行沖壓工作。 沖模上的零件根據(jù)作用可以分成五種類型：（1）工作零件：直接使被加工材料變形、分離，從而加工成工件，如凸模、凹模，凸凹模；（2）定位零件：控制條料的送進方向和送料進距，確保條料在沖模中的正確位置，如擋料銷、導(dǎo)正銷、定位銷、定位板、導(dǎo)料板、側(cè)壓板和側(cè)刃等；（3）壓料、卸料與頂料零件：保證在沖壓完成后將工件和廢料從模具中排去，以使下次沖壓工序順利進行，如沖裁的卸料板、頂出器、廢料切刀、拉伸模中的壓邊圈等；（4）導(dǎo)向零件：保證上模對下模相對運動精確導(dǎo)向，使凸模與凹模之間保持均勻的間隙，提高沖壓件的品質(zhì)，如導(dǎo)柱、導(dǎo)套、導(dǎo)筒等；（5）固定零件：使各類零件固定在一起構(gòu)成整體，保證各零件的相互位置，并使沖模能安裝在壓力機上，如上模板、下模板、模柄、凸模和凹模的固定板、墊板、彈性元件、銷釘、螺釘?shù)取?.2.3 模具形式 要正確選用模具的結(jié)構(gòu)形式，必須根據(jù)沖壓件的形狀、尺寸、精度要求，要料性能、生產(chǎn)批量、沖壓設(shè)備、模具加工等多方面因素進行考慮。在滿足沖壓件質(zhì)量的前提下，最大限度的降低沖壓件的生產(chǎn)成本。確定模具的結(jié)構(gòu)形式時，必須解決以下幾個方面的問題：（1）模具類型的確定：簡單模、級進模、復(fù)合模；（2）操作方式的確定：手工操作、自動化操作、半自動化操作；（3）進出料方式的確定：根據(jù)原材料的形式確定進料方法、取出和整理零件的方 （4）法、原材料的定位方法；（5）壓料和卸料方式的確定：壓料式不壓料、彈性或剛性卸料等；（6）模具的精度的確定：根據(jù)沖壓件的精度要求確定合理的模具加工精度、選取合理的導(dǎo)向方式或模具固定方式等。在設(shè)計沖模時還必須對其維護性能=操作方便、安全性等方面予以充分的注意。例如：（1）模具結(jié)構(gòu)應(yīng)保證磨損后修磨方面，盡量作到不拆卸可修磨工作零件；影響修磨而必須去掉的零件可做成易拆卸的結(jié)構(gòu)等。（2）沖模的工作零件較多，而且使用壽命相差較大，應(yīng)將易磨損的工作零件做成快結(jié)構(gòu)形式，而且應(yīng)盡量做到可以分制調(diào)整和補償易磨損件的尺寸。（3）須經(jīng)常修磨的零件和調(diào)整的部分盡量放在模具的下方。（4）較大的模具應(yīng)有方便的起重鉤式起重孔。（5）模具的結(jié)構(gòu)應(yīng)保證操作者手不必進入危險區(qū)，而且每個活動零件的結(jié)構(gòu)尺寸，在其運動的范圍內(nèi)不致壓傷操作者的手指等。表1Table 1比較項目單工序模復(fù)合模級進模1.工件尺寸精度2.工件行位公差3.沖壓生產(chǎn)率4.實現(xiàn)操作機械化，自動化的可能性5.對材料的要求6.生產(chǎn)安全性7.模具制造的難易程度8.應(yīng)用較低工件不平整，同軸度，對稱度及位置度誤差大低，沖床一次行程內(nèi)只能完成一個工序較易，尤其適于多工位沖床上實現(xiàn)自動化對條料寬度要求不嚴，可用邊角料安全性較差較易，結(jié)構(gòu)簡單，制造周期短，價格低通用性好，適于小批量生產(chǎn)和大型件的大量生產(chǎn)較高IT9級以下工件平整，同軸度，對稱度及位置度誤差小較高，沖床一次行程內(nèi)可完成兩個以上工序難，工件與廢料排除較復(fù)雜，只能在單機上實現(xiàn)部分機械化操作對條料寬度要求不嚴，可用邊角料安全性較差形狀復(fù)雜件，比用級進模的難度低通用性較差，適于形狀復(fù)雜，尺寸不大，精度要求較高的大批量生產(chǎn)一般IT11級以下工件不太平整，有時要校平，同軸度，對稱度及位置度誤差較大高，沖床一次行程內(nèi)完成的多個一個工序容易，尤其適于單機上實現(xiàn)自動化對條料寬度要求嚴格比較安全形狀簡單件，比用復(fù)合模難度低通用性較差，適于形狀簡單尺寸不大，精度要求不高的大批量生產(chǎn)2.2.4 Z形件彎曲方案 圖2 折彎式彎曲模Figure 2 Bending type bending die如圖2為Z形件折彎式彎曲模。這種模具，結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計制造方便，可方便的控制沖件材料厚度的誤差所引起的回彈，并很方便地加工出回彈修正角，較好地控制了Z形件的回彈。但此類模具的彎曲定位比較粗糙，Z形件彎曲線的位置精度不易保證，這是由于此種結(jié)構(gòu)的模具不便于利用沖件上的孔進行定位，未完全過程中沖件容易走位，對于工件精度要求較高時不能滿足要求。而且彎曲時有材料的延伸率的不確定造成展開長度計算不夠準確，加上材料的回彈問題，往往需要反復(fù)試模才能得出較為準確的展開尺寸 圖3 壓彎式彎曲模Figure 3 Bending type bending die圖3所示，是一種壓彎式彎曲模，先把板料彎成U形切料成為兩個Z形件，可以一次出兩個工件。此類模具的特點是：設(shè)計、制造比較簡單，沖件的走位（可利用沖件上的孔）較為準確、可靠、方便，能夠較好地保證彎曲線的位置精度。但是，當(dāng)沖件為直角Z形件時，由于模具結(jié)構(gòu)所限，以及材料厚度較差的影響沖件的回彈無法控制，一般用于彎曲材料厚度較薄，且材料較軟的零件。鑒于壓彎式Z形彎曲模的特點，只要其彎曲高度較小，彎曲角度為直角或鈍角，均可采用這種模具進行彎曲。但對彎角精度要求較高、彎曲高度太大的直角零件，則不宜采用此模具。3 工序及排樣圖設(shè)計級進模的排樣是指制件在條料上分幾個工步?jīng)_制的布置方法。排樣不同，材料的利用率、制件的尺寸精度、生產(chǎn)率、模具制造的難易程度、模具使用壽命等都不同。因此，排樣不僅對設(shè)計者來講非常重要，對于模具制造者來講同樣重要，從排樣中可以掌握如下情況：1）知道制件經(jīng)過多少工步?jīng)_制而成。也就是從中了解到每個工步所完成的內(nèi)容是什么，即先沖哪些，后沖哪些，從排樣中十分清楚；2）知道被沖件的排樣形式（單排、雙排、多排、正排、斜排），從而可以計算出材料利用率的高低；3）知道料寬、步距定位方式；4）確定了供料形式、材料的纖維方向與送料方向的高低，以及送料形式和該模具沖壓自動化程度的高低。3.1 排樣的注意事項 排樣是設(shè)計級進模首先要做的工作，必須全面綜合考慮如下因素。例如：生產(chǎn)批量與生產(chǎn)力、供料方式與供料條件之間的關(guān)系；制件的形狀尺寸與精度；被加工材料的力學(xué)性能、料厚與沖壓變形的關(guān)系；材料利用率與模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度；模具結(jié)構(gòu)的實用性與模具制造工藝性關(guān)系；各類不同沖壓工藝之間變形關(guān)系等。同一制件可以設(shè)計出若干不同的排樣，但是最佳方案必須經(jīng)過綜合考慮，分析，比較歸納后確定下來。在排樣的具體過程中還需要注意如下事項：1）步數(shù)目不宜太多，否則會增加步距的累及誤差，影響制件精度；2）對于難加工或影響到凸凹模強度的復(fù)雜型孔，可分解為若干簡單的孔型，分 步進行沖裁；3）當(dāng)沖孔凸?；虬寄？卓谶吘夐g距離太近時，這些空應(yīng)該方步在幾個工位上沖出；4）為了提高凹模強度和避免模具局部應(yīng)力集中，在工位的排列中，可以設(shè)置空步，空步的設(shè)置對于拉深模而言，也是為了沖孔工藝上的需要而考慮的。如可用它來增加拉深次數(shù)，改善拉深材料的變形程度；5）帶一切口、沖孔、壓印、拉深等工序的級進模，落料工序一般放在最后完成。其他工序的先后順序應(yīng)按復(fù)雜程度而定，一般以有利于下道工序的進行為準。 6）并且先易后難，先沖平面形狀，后沖立體形狀；7）為了使一些制件容易成型，排樣時可以設(shè)工藝孔，如沖方孔前先在某些位置 上沖個圓孔作為工藝孔進行定位；彎曲前先沖一條切口，拉深前先沖去一條廢料或切幾個切口等，以便與材料變形成型；8）制件上同一尺寸或位置精度要求高的部位應(yīng)盡量在同一工步上沖出；同一孔型應(yīng)盡量在同一工步上沖出，以免經(jīng)過數(shù)次沖裁而出現(xiàn)接頭不好和不應(yīng)有的毛刺、塌角的現(xiàn)象。但是對上述2的情況例外；9）沖裁精度件，應(yīng)預(yù)先考慮好導(dǎo)正孔。最好應(yīng)用制件上已有的孔，導(dǎo)正孔在兩個以上，并且對稱設(shè)置。人工制件上無孔，應(yīng)該在搭邊上設(shè)置導(dǎo)正孔，且應(yīng)排列在兩個制件之間，搭邊尺寸應(yīng)該適當(dāng)放大，以加強搭邊的強度；10) 細小沖模在首先沖裁時，必須沖全孔，以免損壞模具；11）用側(cè)刃初定位或用自動定位送料時，均應(yīng)增大步距0.020.05mm，然后用導(dǎo)正銷導(dǎo)向，并將材料拉回到原來的位置；12) 對于要求平整的細長件或外形邊棱要求清角的制件，如麥針和集成電路引線柜之類制件，應(yīng)按切料和搭邊的方式排樣；13）盡可能使模具的壓力中心與壓力機的壓力中心相一致；14）制件應(yīng)有足夠的強度，且應(yīng)盡量可能對稱布置排樣，必要時可以做成單面載體，但單面載體確定要足夠，否則將切開的一邊暫時保留相連，待沖壓工序完成后，再切去連體，使其分開；15）對于高速沖壓的級進模，在排樣上除應(yīng)多設(shè)導(dǎo)正孔外，還應(yīng)增設(shè)檢測用的導(dǎo)正孔，以保證制件的質(zhì)量和模具的安全使用。3.2 沖壓順序 沖壓順序是指個沖壓工序的先后順序，主要根據(jù)工序的變形特點和零件的質(zhì)量要求等安排的，一邊可按下列原則進行：1）所有的孔，只要其形狀和尺寸不受后續(xù)工序變形的影響，都應(yīng)該在平板毛坯上沖出，因為在成型后沖孔模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，定位困難，操作也不方便，先沖出的孔有時還能夠作為后續(xù)工序的定位孔使用；2）凡所在位置會受到以后工序變形影響的孔都應(yīng)在一關(guān)的成型工序完成后沖出；3）兩孔靠近或者孔距邊緣較小時，如果模具強度不夠，最好同時沖出，否則應(yīng)沖大孔和一般精度孔，后沖小孔和高精度孔，或者先落料后沖孔，力求把可能產(chǎn)生的畸變形限制在小的范圍內(nèi)；4） 多角彎曲件主要從材料變形和彎曲時材料移動兩方面安排彎曲的先后順序，一般情況下，先彎曲外部彎角，后彎內(nèi)部彎角；5）對于復(fù)雜的拉深件，為便于材料變形和流動，應(yīng)先成型內(nèi)部形狀，再拉深外部形狀；6）整形或較平工序，應(yīng)在沖壓件基本成型后進行。3.3 排樣方案根據(jù)上述三種基本的Z形件的彎曲模結(jié)構(gòu)，設(shè)計出以下幾個零件排樣方案： 圖5 方案1Figure 5 scheme 1第一工位：沖 兩個孔。第二工位：用復(fù)合模完成切斷、折彎。 圖6 方案2Figure 6 scheme 2第一工位：沖 兩個孔。第二工位：用沖出的孔定位，完成第一個彎曲（此時，第三工位的切斷應(yīng)先完成）。第三工位：切斷、彎曲。 圖7 方案3Figure 7 scheme 3第一工位：沖 兩個孔。第二工位：用其中兩個孔定位，沖出U形。第三工位：切斷（把U形切斷成兩個Z形件）。 圖8 方案4Figure 8 scheme 4第一工位：沖 兩個孔。第二工位：切槽。第三工位：第一彎曲（兩邊同時向上彎曲）。第四工位：切槽。第五工位：第二彎曲（兩邊同時向下彎曲）。第六工位：切斷。4 材料利用率及方案比較4.1 材料利用率Z形件展開長度： 在沖壓零件的成本中，材料的費用占60%以上，因此，材料的經(jīng)濟利用是一個重要問題，而材料的經(jīng)濟利用又與排樣方式有關(guān)，排樣是指站載件在條料或板料上的布置方法，衡量排樣經(jīng)濟的標準是材料利用率，也就是工件的實際面積的比值。從=nS/LB %可以看出減少材料利用率高，廢料分為工藝廢料和結(jié)構(gòu)廢料。搭邊和余料屬工藝廢料，結(jié)構(gòu)廢料有工件形狀特點決定，設(shè)計合理的排樣方案，才能提高材料的利用率。材料的利用率計算時，通?？紤]到整塊材料的利用率，其中計算公式為：= =%式中 n 一塊材料上實際沖裁工件數(shù)目；L 材料長度，單位：mm;S 一個工件實際面積，單位：mm ；B 板料寬度，單位：mm 。 前三種方案的材料利用率為：= =%第四種方案的材料利用率為：= =%(切槽寬為2) 4.2 方案的比較和選擇方案1是用已個工序完成切斷彎曲。此方案工序少，模具簡單，但此彎曲模不太適于連續(xù)沖壓，彎曲線的位置不易保證，不能用制件的孔定位，級進模中不宜用此種彎曲方法。方案2用沖孔定位，彎曲線較方案1容易控制，最后用切斷、彎曲模完成該制件。此方案喲喲材料利用率高，可連續(xù)沖壓。為了防止零件因切斷工序而造成定位不精確。需要使用彈性壓料裝置。方案3是先沖孔，用沖出的孔定位，再沖出U形，最后把U形切斷成為兩個Z形件，可以一次出兩件。但是由于該Z形件的尺寸所限，沖出的U形將會很深，要選用大行程的壓力機，且需把材料頂起較大高度，不方便送料和連續(xù)生產(chǎn)。此種方案會由于沖U形而使條料向U形內(nèi)快速縮進，影響前后各工序的進行。方案4也是一次出兩件，可用沖孔定位，定位精度高。該方案需要沖窄槽，材料利用率比前幾種方案低。但是此方案更適用與實際生產(chǎn)。本設(shè)計選用第4種方案作為主要設(shè)計對象。根據(jù)不同材料利用率的需要，本設(shè)計選用方案2作為備用方案。如果要求高精度，可選用方案4；如果要求材料利用率高，可選用方案2.。 5 工序計算5.1 總壓力5.1.1 方案2總壓力的計算總載力：沖裁力是指沖壓時材料對凸模的最大抵抗力。沖裁力的大小，主要與材料的性質(zhì)、厚度和沖件分離的輪廓長度有關(guān)。沖裁力的計算公式：F = KLt= Lt式中：L 沖裁件周邊長度（mm）;T 材料厚度（mm）;； 材料抗剪強度（MPa）;K 系數(shù)。考慮到模具刃口的磨損，模具間隙的波動，材料力學(xué)性能的變化及材料厚度偏差等因素，一般取K=1.3; 材料抗強度（MPa）。查表知：鋼10的=360；F = KLt= Lt=121.2360=5184NF= KLt= Lt=251.2360=1357.7N彎曲力：彎曲是使材料產(chǎn)生塑性變形，形成有一定角度形狀零件的沖壓工序。彎曲工序可以用模具在變普通壓力機上進行，也可以在專用的彎曲機或彎曲設(shè)備上進行。彎曲是模具設(shè)計和選用壓力的重要依據(jù)。彎曲力的大小與制件形狀、尺寸、板料厚度、材料機械性能、彎曲半徑、模具間隙和彎曲方式等因素有關(guān)，因此很難用理論分析方法進行精確計算。在實際生產(chǎn)中，主要依據(jù)板料厚度、寬度及其機械性能，按照經(jīng)驗公式進行大體計算。從試驗得知，彎曲時隨著凸模行程的增大，彎曲力曲線平穩(wěn)上升。當(dāng)凸模行程到達某一位置時，彎曲力急劇上升，只表示彎曲由自由彎曲轉(zhuǎn)化為校正彎曲。由此可以看出，自由彎曲與校正彎曲力兩者差別很大，必須分開計算。自由彎曲力計算公式：F= 式中：F 自由彎曲力（沖壓行程結(jié)束，尚未F=進行校正的彎曲力）（N）;B 彎曲件寬度（mm）;t 彎曲件材料厚度（mm）;r 彎曲內(nèi)半徑（mm）; 材料抗拉強度（MPa）;K 安全系數(shù)，一般取K=1.3。F=3594.24N校正彎曲力：為了提高彎曲件的精度，減少回彈，在板材自由彎曲的終了階段，凸模繼續(xù)下行將彎曲件壓靠在凹模上，其實質(zhì)是對彎曲件的圓角和直邊進行精壓，此為校正彎曲。此時，彎曲件受到凸凹模的擠壓，彎曲力急劇增大。校正彎曲力可用下式計算：F=fA式中: F 校正彎曲力（N）;f 單位面積上的校正力（MPa）,可按模具設(shè)計大典第三卷174頁表19.3-4選取;A 校正面垂直投影面積（mm ）按該Z形件的特點，取校正面垂直投影面積為它的中間部分的長度30mm。F=Fa=5018000N預(yù)件力和壓料力 對于設(shè)有頂件裝置或壓料裝置的彎曲模，其頂件力F 或壓料力F 可近似取自由彎曲力F自的30%80%，即：F（或）F= F式中：F 頂件力（N）；F 壓料力（N）；F 自由彎曲力（N）；K 系數(shù)，可查模具設(shè)計大典第三卷174頁表19.3-5。F=KF=0.23594.24=718.85NF=KF=0.43594.24=1437.70N總壓力： F= F+ F+ F+ F+ F+ F=30282.49N5.1.2 方案4總壓力的計算方案4是一次出兩件，壓力的計算與方案2類似，不過多了個切窄槽的力總裁力：F= KLt= Lt=F= Lt=t= 彎曲力：F= 校正彎曲力：F=pA= 頂件力和壓料力F=KF=F=KF=總壓力：F= F+ F+ F+ F+ F+ F=5.2 壓力中心的計算確定壓力中心的目的沖壓力合力的作用店稱為模具的壓力中心。確定壓力中心的目的在于確定模柄的位置，使設(shè)備和模具不受偏心載荷。壓力中心必須與模柄軸線重合或近似重合，否則沖裁時會產(chǎn)生偏心沖擊，形成偏心載荷，使沖裁間隙產(chǎn)生波動，沖模刃口磨損不均，影響沖件質(zhì)量和沖模的壽命。另外，偏心沖擊還會使沖模和設(shè)備的導(dǎo)向部分造成不均勻磨損。確定壓力中心，主要對復(fù)雜制件的落料模、多凸模沖孔以及級進模有意義。壓力中心計算方法求模具的壓力中心等同于求凹模工作刃口作用力合力的作用點。采用空間平行力系的合力作用線的方法，即根據(jù)諸分力對某軸的力矩之和等于其合力對同軸力矩的力學(xué)原理，可以求出壓力中心。又因沖壓力與工作刃口的工作周長或直徑 成正比，故對于簡單幾何形狀之刃口，如圓形、三角形及方形等，其合力中心即為圓心或形心，很容易確定。而對于形狀較為復(fù)雜的情況，壓力中心的計算與確定有計算方法與作圖法。解析法的計算公式如下： 式中: 各沖裁力；各沖裁力的X軸坐標； 各沖裁力的Y軸坐標；方案2的壓力中心的計算：由零件的形狀可知，它的壓力中心在進料方向的中心軸線（Y向）上，所以只需要計算一個方向的坐標（X向）。取原點在切斷彎曲模的切斷線上，按上述公式計算：=所以壓力中心在（1.56，0） 圖9 方案2的壓力中心Figure 9 Scheme 2 pressure center方案4的壓力中心的計算：如圖所示，零件的排樣是對稱的，所以壓力中心在對稱中心線（X軸）上，同樣也只需計算一個方向的坐標，取原點如圖所示。 =壓力中心位置在（39.59，0）。 圖10 方案4的壓力中心Figure 10 Scheme 4 pressure center6模具結(jié)構(gòu)設(shè)計6.1 沖裁間隙理論計算法：確定間隙時理計算的依據(jù)主要是：在合理間隙情況下沖裁時，材料在凸、凹模刃口處產(chǎn)生的裂紋成直線會合。 式中 產(chǎn)生裂紋時的凸模壓入深度（mm）; 料厚（mm）;最大切應(yīng)力方向與垂直夾角（即裂紋方向角）。查表，取查表選取法：查表得（汽車拖拉機行業(yè)用表）（電器儀表行業(yè)用表）（機電行業(yè)用表）%（按中等間隙，類別II取值）6.2 凸凹模刃口尺寸計算零件材料為鋼10，按汽車拖拉機行業(yè)用表取值 沖孔部分：落料部分： 沖孔、落料部分都滿足：<孔的直徑為5，又知零件的精度為IT10，所以=0.070mm,查得系數(shù)x=0.75（圓形）；x=1（非圓形）沖孔凸模： 沖孔凹模：落料凹模：落料凸模： 6.3 沖孔凸、凹模及導(dǎo)正、導(dǎo)向裝置設(shè)計凸模長度，凸模的長度一般根據(jù)結(jié)構(gòu)上需要確定。在采用固定卸料板和導(dǎo)尺時，其長度為 式中：凸模長度（mm）; 凸模固定板的厚度，一般取 ( 凸模壓入部分直徑)； 卸料板厚度（mm）。卸料板厚度或剛度不夠，易造成因卸料力過大而彎曲變形，影響生產(chǎn)，通常憑經(jīng)驗確定； 導(dǎo)尺長度（mm）； 附加長度（mm）。包括凸模的修磨量，凸模進入凹模的深度和凸模固定板與卸料板間的安全距離。凸模強度校核，凸模承受很大壓應(yīng)力，而在卸料時有承受拉應(yīng)力。對特別細長的凸模，應(yīng)進行承壓能力和抗縱向彎曲能力的校核。因此需要對第4方案中的切槽小凸模進行強度校核，而設(shè)計中都有沖 孔，可選用標準零件，不需校核。沖孔用凸模選用B型圓凸模，按d=5可查表得出各尺寸。凹模選用A型圓凹模，同樣可根據(jù)d=5可查出各尺寸。模具采用2塊導(dǎo)料板導(dǎo)向，導(dǎo)料板之間的距離略大于條料寬度，導(dǎo)料板材料選用45鋼，淬火后硬度2832HRC。為保證條料緊靠導(dǎo)料板一側(cè)正確送進，采用彈簧壓塊式側(cè)壓裝置，用初始擋料板進行初始定位。導(dǎo)正銷時定位零件，定位零件的作用是時條料或毛坯置于沖模中正確位置，以保證沖出合格的制件。沖裁時，導(dǎo)正銷先插入已沖好的孔中，以保證帶料送進位置和步距的準確性。條料采用導(dǎo)正銷導(dǎo)正，為便于進入孔內(nèi)，導(dǎo)正銷端部做成弧形，伸出在卸料板外面。導(dǎo)正銷孔應(yīng)在第一工位上沖出，在第二工位及以后每工位的對應(yīng)位置安裝導(dǎo)正銷，以便對條料進行導(dǎo)正。為避免送料不正確時損壞導(dǎo)正銷和模具，采用彈簧壓緊結(jié)構(gòu)。導(dǎo)正銷材料選用Cr12MoV，淬火后硬度5862HRC。導(dǎo)正銷工作部分直徑為5mm，導(dǎo)正銷制造偏差為。 。方案4的導(dǎo)正銷個數(shù)可取14個，方案2取一個。安裝固定板固定，導(dǎo)正銷的位置偏差不應(yīng)大于0.005mm。導(dǎo)柱導(dǎo)套是導(dǎo)向零件，導(dǎo)向零件是為了保證模具沖壓時，上、下模有易精確的位置關(guān)系。在中、小型模具中最廣泛采用的導(dǎo)向零件是導(dǎo)柱和導(dǎo)套。導(dǎo)柱常用兩個。對中型沖?；蛑萍纫蟾叩淖詣踊瘺_模，則采用四個導(dǎo)柱。在安裝圓形制件等一類無方向性的沖模時，為避免出錯，對對角模架和中間模架的兩導(dǎo)柱， 可做成直徑不等的各一個：對四導(dǎo)柱的模架，可做成前后導(dǎo)柱的間距不同的模座。對可能產(chǎn)生側(cè)向推力時，要設(shè)置止推塊，時導(dǎo)柱不承受彎曲力。一般導(dǎo)柱安裝在下模，導(dǎo)套安裝在上模座，分別采用過盈配合。小型模具的導(dǎo)柱、導(dǎo)套也有采用喚氧樹脂或厭氧膠等材料澆注固定的。導(dǎo)柱、導(dǎo)套還可用螺釘固定。高速沖裁、精密沖裁或硬質(zhì)合金沖裁模具，要求采用滾珠導(dǎo)向結(jié)構(gòu)。6.4 各切斷、彎曲模設(shè)計兩個方案中都有切斷部分，第二個方案中切斷彎曲是一個凸模上完成，第四個方案是兩次切槽和一次切斷，切槽較窄，設(shè)計出來的凸模要保證有足夠的剛度和強度，可以選用保護套。因此個凸模不相同，要分別設(shè)計。凸模零件見附錄。 第二方案中要考慮切斷和彎曲兩個動作之間的高度差，可考慮八凸模做成斜刀。第四方案要考慮切槽和切斷的寬度，太窄，則對凸模要求太高，太寬，則浪費材料。6.5 模架的確定模架由上、下模座及導(dǎo)向裝置組成。根據(jù)上、下模座材料性質(zhì)分為鑄鐵模架與鋼板模架兩種。根據(jù)導(dǎo)向裝置中導(dǎo)柱與導(dǎo)套間的摩擦性質(zhì)，模架又分為滑動與滾動導(dǎo)向模架兩大類。每類模架中又可由導(dǎo)柱的安裝位置及導(dǎo)柱數(shù)分為多種。模座是固定支承零件，上下模座要承受和傳遞沖壓力，所以應(yīng)有足夠度和剛度。剛度不夠，將影響沖模壽命。因此，模座應(yīng)有足夠的厚度，鑄造模座需經(jīng)實處理，下模座外形尺寸每邊應(yīng)至少超過壓力機臺面孔約50mm。模座分帶導(dǎo)柱和不帶導(dǎo)柱兩種。帶導(dǎo)柱一中已經(jīng)標準化。一般根據(jù)凹模、定位和卸料裝置等平面布置買來選擇模座的形狀和尺寸，模座形狀可選圓形或矩形。模座外形尺寸應(yīng)比凹模相應(yīng)尺寸大4070mm。模座厚度一般取凹模厚度的11.5倍。本設(shè)計選用的模架是滑動導(dǎo)向，對角導(dǎo)柱的鑄鐵模架。此種模架在凹模面積的對角線上，裝前、后導(dǎo)柱，其有效區(qū)在毛坯進給方向的導(dǎo)套間。受力平衡，上模座在導(dǎo)柱上運動平穩(wěn)。適用于縱向式橫向送料，使用面寬，適于級進模和復(fù)合模。6.6 凸模固定板、墊板、卸料板的設(shè)計固定板外形有圓形和矩形兩種，只要固定小型凸模和凹模。凸模固定板厚度約取凸模固定部分直徑的11.5倍。它與凸模采用過渡配合（H7/m6），壓裝后端面磨平，至于凹模固定板厚度，則根據(jù)沖模結(jié)構(gòu)來確定。墊板，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，避免壓出陷痕，此外，當(dāng)利用壓力機打桿推件時，因上模座局部被挖空，也需采用墊板支撐。確定沖裁凸模是否需要加墊板，可用下式進行核算壓應(yīng)力： 式中：沖裁力（N）； 凸模支承端面積（mm ） 許用壓應(yīng)力（MPa）,對鑄鐵HT25-47模板為90140（MPa）；對鑄鐵鋼ZG45模板為110150（MPa）；對A1、A2、A3鋼為120160（MPa）。如果不滿足上式，則需要加經(jīng)淬硬磨平的墊板。墊板厚度一般取412mm，但當(dāng)采用螺釘固定凸模時，應(yīng)適當(dāng)加厚。外形尺寸與固定板相同。材料選用45鋼、低碳鋼滲碳或T7A，硬度接受力情況設(shè)計時自定。模座選用鑄鐵材料，粗步估算，方案2支承面積為200mm ,方案4支承面積為500 mm 。 經(jīng)近似計算需要使用墊板。6.7 壓料、托料裝置的設(shè)計方案4不用特殊的壓料裝置，可用卸料板作為壓料裝置，如果需要進一步提高零件精度也可以彎曲的切斷關(guān)鍵部位加上專門的壓料裝置，對方案的影響不大。方案2為了保證切斷彎曲這一工序的精確進行，需要用專門彈性壓料裝置，此彈性壓料裝置兼有定位功能，要保證不與零件產(chǎn)生干涉，因此需單獨設(shè)計。見附錄。由于彎曲時材料高出下模平面，因此條料送進過程中，由托料裝置將條料托起，保證送料的平穩(wěn)性。6.8 小凸模強度校核細小凸模，在工作中很容易折斷，設(shè)計時要計算它的強度，并選擇合適的安裝方法。細小凸模的損壞形式主要是受壓失穩(wěn)而折斷，按安裝形式，凸模分為帶導(dǎo)向裝置的和無導(dǎo)向裝置兩種，如下圖：很顯然a比b更容易折斷。 1-墊板2-模固定板3-加料板 4-凹模 圖11 細小凸模的損壞形式Figure 11 Small protruding models damage form防止凸模失穩(wěn)破壞，主要計算出圖中所示失穩(wěn)長度L的值，得用如下公式進行計算：式中 凸模最小橫截面的慣性矩； 沖裁力。如下圖： 圖12 截面慣性距Figure 12 Section inertial distance所以可得：求出沖裁力所以可得： 細小凸模的安裝結(jié)構(gòu)可有如下圖幾種方法：1-墊板 2-固定板 3-卸料版 4-凸模護套 5-擊塊 6-擊板 7-橡膠8-凸模護套 9-凸模圖13 細小凸模具的安裝方法Figure 13 Small convex mould installation methoda結(jié)構(gòu)，凸模需要穿過橡膠板，凸模穿過橡膠板部分的長度屬于自由長度?？紤]到橡膠板彈性體的設(shè)計，其厚度不能太小。另外該結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差。b結(jié)構(gòu)，將卸料板的行程定位2.5mm，可以滿足各工序的工作需要，可以采用。上護套與凸模固定板采用H7/m6配合，矩形孔可采用電火花加工，凸模容易制造，折斷后更換較方便。c結(jié)構(gòu)，可滿足本模具的使用要求，但凸模制造較復(fù)雜不易更換。7 壓力機的選擇7.1 壓力機類型的選擇壓力機類型的選擇，主要是根據(jù)沖壓工藝的性質(zhì)、生產(chǎn)和批量大小、制件的幾何形狀、尺寸及精度要求，以及安全操作等因素來確定的。對于中小型沖壓件，主要選用開式曲柄壓力機。這種壓力機雖然剛度差，降低了模具壽命和制件質(zhì)量。但是它成本低，而且有三個方向都可以操作，操作方便，容易安裝機械化裝置，適宜與精度要求不太高的沖壓件生產(chǎn)。對于大中型沖壓件生產(chǎn)，多采用閉式曲柄壓力機，這類壓力機剛度好、精度高。但只能兩個方向操作，不如開式的方便。對于校平、整形