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沖壓模具設(shè)計(jì)中側(cè)壁起皺的分析
F.-k. Chen and Y.-C. Liao
臺(tái)灣 臺(tái)北市國(guó)立臺(tái)灣大學(xué)機(jī)械工程部門
在沖壓過(guò)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(shí)。這兩種起皺類型的共同特征是起皺都發(fā)生在相對(duì)沒(méi)有支撐的側(cè)壁。在沖壓一個(gè)有錐度的方形杯子時(shí)，當(dāng)發(fā)生起皺時(shí)，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(guò)有限元模擬方法被檢查到。模擬結(jié)果顯示沖模間隙越大，起皺的就越明顯，而且起皺不能通過(guò)增加沖壓力來(lái)被抑制。在研究帶有階梯的矩形杯子沖壓過(guò)程的起皺時(shí)，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)有相似幾何類型的實(shí)際部分。在側(cè)壁被發(fā)現(xiàn)的起皺是因?yàn)榻橛跊_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(gè)最適宜的沖模設(shè)計(jì)方法就是利用有限元分析法。在無(wú)起皺產(chǎn)品中介于模擬結(jié)果和實(shí)測(cè)結(jié)果的好協(xié)議使有限元分析法生效，而且證實(shí)了利用有限元分析法去設(shè)計(jì)沖模的優(yōu)勢(shì)。
關(guān)鍵詞：側(cè)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(guò)程中，有三種形式的起皺頻繁的發(fā)生：邊緣起皺，側(cè)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(gè)復(fù)雜形狀零件的操作時(shí)，側(cè)壁起皺意味著沖模腔中的起皺。由于側(cè)壁區(qū)域的金屬板料相對(duì)于其它區(qū)域的金屬板料不被工具所保征質(zhì)量，側(cè)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(cè)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(shí)際操作中也可以通過(guò)增加沖壓力來(lái)防止起皺，但是過(guò)度的拉力會(huì)通過(guò)裂痕導(dǎo)致失敗。因此，沖壓力必須處于一個(gè)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(jì)算。對(duì)于沖壓一個(gè)復(fù)雜形狀的零件，當(dāng)起皺發(fā)生在中心區(qū)域時(shí)，有意義的沖壓力范圍甚至不存在。
為了檢查起皺的形成結(jié)構(gòu)，Yoshida et al.發(fā)明了一種測(cè)試，在這種測(cè)試?yán)?，一塊薄板料不是均勻的沿著它的斜度被拉伸。他們也計(jì)劃一個(gè)近似的理論模型，在這種模型里面，起皺的開(kāi)始取決于在壓力不均勻區(qū)域中有壓縮的側(cè)部力的彈性灣曲。Yu et al.從實(shí)驗(yàn)性和分析性上研究起皺問(wèn)題，通過(guò)理論分析，他發(fā)現(xiàn)帶有兩個(gè)圓周波的起皺可能發(fā)生，然而，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示是四到六個(gè)。當(dāng)通過(guò)一個(gè)有錐度的模具畫出金屬板料時(shí)，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(jiǎn)單形狀零件關(guān)聯(lián)的起皺問(wèn)題上，例如：一個(gè)圓形的杯子。在90年代早期，金屬板料成形中三維動(dòng)態(tài)軟件和有限元方法的成功運(yùn)用使得分析包括在沖壓一個(gè)復(fù)雜形狀零件的起皺問(wèn)題成為可能。在當(dāng)前的研究中，三維有限元分析法被用來(lái)分析在沖壓一個(gè)帶有階梯的矩形部分的過(guò)程中，產(chǎn)生起皺的金屬流動(dòng)制造參數(shù)上。
一個(gè)帶有階梯的方形杯子，在杯子的每一邊都有一個(gè)傾斜的側(cè)壁，在帶有錐度的杯子也相應(yīng)的存在傾斜的側(cè)壁。在沖壓過(guò)程中，側(cè)壁上的金屬板料相對(duì)沒(méi)被支撐，因此，這個(gè)部位更容易起皺。在當(dāng)前的研究中，起皺過(guò)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(gè)帶有階梯的方形杯子時(shí)，就像圖1B顯示的一樣，可以觀測(cè)到另一種形式的起皺。為了評(píng)估分析的效力，在當(dāng)前的研究中，一個(gè)確切階梯幾何形狀的物體被檢測(cè)。通過(guò)使用有限元分析法和用適宜的模具設(shè)計(jì)來(lái)減少起皺，起皺的原因被確定。在觀測(cè)一個(gè)實(shí)際產(chǎn)品成形時(shí)，通過(guò)有限元分析法得到的模具設(shè)計(jì)方法得到證實(shí)。
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(xué)是用CAD或PRO/E軟件來(lái)設(shè)計(jì)的。同樣用CAD軟件，三節(jié)點(diǎn)和四節(jié)點(diǎn)的外形元素被采用用來(lái)為以上工具生產(chǎn)網(wǎng)眼系統(tǒng)。對(duì)于有限元模擬來(lái)說(shuō)，工具被認(rèn)為是剛硬的，而且對(duì)應(yīng)的網(wǎng)眼被用來(lái)定義工具幾何學(xué)而不是壓力分析。同樣CAD軟件使用四節(jié)點(diǎn)外形元素來(lái)為板形壞料構(gòu)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(lái)沖壓帶有階梯方形杯子的板形壞料。由于對(duì)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(jī)上，沖模向下移動(dòng)，逆著壓力機(jī)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(gè)精確的有限元分析法，金屬板料的真實(shí)應(yīng)力應(yīng)變曲線被要求是輸入數(shù)據(jù)的一部分。在當(dāng)前的研究中，拉深成形的金屬板料也被用來(lái)模擬。為在飛機(jī)上切割下的樣本測(cè)試被進(jìn)行，它們依次從0度的旋轉(zhuǎn)方向到45度的旋轉(zhuǎn)方向，再到90度的旋轉(zhuǎn)方向進(jìn)行著。平均的流動(dòng)力σ，計(jì)算方程為σ=（σ0+2σ45+σ90）/4，因?yàn)槊恳粋€(gè)方法真實(shí)應(yīng)變通常用來(lái)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(dāng)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(shè)置，沖頭的速度一般設(shè)置在10m/s，庫(kù)侖摩擦系數(shù)設(shè)置在0.1。
圖3 金屬板料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)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(guān)錐度方形杯子的尺寸，方形沖頭每一面的長(zhǎng)度（2WP）、模腔的尺寸（2Wd）和高度(H)被認(rèn)為是影響起皺的至關(guān)重要尺寸。在當(dāng)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(guān)的在側(cè)壁沒(méi)被支撐的金屬板料的寬度取決于沖模間隙，起皺假想通過(guò)增加沖壓力來(lái)被抑制。相對(duì)于沖壓一個(gè)錐度方形杯子，沖模間隙和沖壓力兩方面的影響在接下來(lái)的部分被研究。
3.1沖模間隙的影響
為了檢查沖模間隙對(duì)起皺的影響，在沖壓一個(gè)錐度方形杯子時(shí)，分別用20mm，30mm，50mm大小的沖模間隙進(jìn)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(yīng)力應(yīng)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(jié)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(lái)的杯子模擬形狀如圖4。從圖4中可以看出，起皺分布在側(cè)壁，側(cè)壁拐角尤其明顯。這就說(shuō)明在沖壓過(guò)程中，起皺是由于在側(cè)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(zhǎng)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(lái)越不牢固。在壓縮下，側(cè)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(lái)的產(chǎn)品，兩個(gè)主要的應(yīng)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(yīng)變。Hosford和Caddell已經(jīng)展示了β的實(shí)際值比β的評(píng)論值大，假設(shè)當(dāng)起皺發(fā)生時(shí)，β的實(shí)際值越大，起皺的可能性就越大。
在三個(gè)沖模間隙不同的沖壓中，同一側(cè)壁高度，沿著橫截面M-N的β值在圖4中標(biāo)記出，在圖5中畫出。圖5中說(shuō)明嚴(yán)重的起皺一般發(fā)生在拐角處，而對(duì)三個(gè)沖模間隙不同的沖壓，在側(cè)壁中心很少發(fā)生起皺。還說(shuō)明了沖模間隙越大，β的實(shí)際值就越大。因此，增加沖模間隙將增加在錐度方形杯子側(cè)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(guò)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(guān)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(lái)模擬了。沖壓從100KN增加到600KN，這兩個(gè)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(lái)模擬。
模擬結(jié)果顯示沖壓力的增加并沒(méi)有幫助消除發(fā)生在側(cè)壁的起皺。在圖4中已標(biāo)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(jié)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(biāo)出的那樣，側(cè)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(gè)外殼的波浪形橫截面是相似的。這就說(shuō)明在沖壓帶有錐度的方形杯子時(shí)，沖壓力不影響起皺的發(fā)生，這是因?yàn)槠鸢櫟脑蛑饕怯捎谠谟袡M向壓力存在的側(cè)壁處有大面積區(qū)域不被支撐。沖壓力對(duì)沖頭和模腔之間材料不穩(wěn)定的模式并沒(méi)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(gè)階梯矩形杯子時(shí)，起皺發(fā)生在側(cè)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(cè)壁C沿臺(tái)階D-E而行。在近期的研究中，在一個(gè)實(shí)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(cè)試中獲得的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系如圖3所示。
這種沖壓部分產(chǎn)品的程序包括通過(guò)清理焊縫的深拉。在這種深拉過(guò)程中，沒(méi)有焊縫被用在沖模表面來(lái)幫助幫助金屬的流動(dòng)。但是，由于沖頭拐角處的半徑過(guò)小和其復(fù)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(shí)產(chǎn)品的側(cè)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(cè)壁上，但是在階梯邊緣拐角處最為嚴(yán)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(jìn)一步的了解沖壓過(guò)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(shè)計(jì)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(cè)壁上，類似真實(shí)零件中的那樣。
圖6 從圖a的100KN到圖b的600KN不同側(cè)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(rèn)為是拉裂的最主要原因。但是，根據(jù)有限元分析的結(jié)果，拉裂可以通過(guò)增加以半徑來(lái)避免。這種理念在現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品中通過(guò)增加半徑得到證實(shí)。
個(gè)別的嘗試也被用來(lái)消除起皺。第一，沖壓力加到原來(lái)的2倍。但是，就像在拉深帶有錐度的杯子中得到的結(jié)果一樣，沖壓力對(duì)消除起皺現(xiàn)象沒(méi)有起有很大的效果。通過(guò)增加摩擦和毛坯尺寸也得到同樣的結(jié)論。于是我們推測(cè)，這種起皺不能通過(guò)增加沖壓力來(lái)得到抑制。
由于在金屬屈服于過(guò)大壓力的區(qū)域，往往會(huì)因?yàn)榇罅康慕饘倭鲃?dòng)而起皺，一種通過(guò)在起皺區(qū)域增加掛鉤用于消除起皺的簡(jiǎn)單方法被用來(lái)吸收多余的材料。為了多余的金屬能有效的被吸收，掛鉤應(yīng)該平衡的加在起皺位置?；谶@種理念，兩個(gè)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(jié)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(méi)被吸收。這說(shuō)明在側(cè)壁處需要更多的掛鉤來(lái)吸收所有過(guò)量的材料，但是這在模具設(shè)計(jì)中是不允許的。
利用有限元分析法分析沖壓工序的一個(gè)優(yōu)勢(shì)是沖壓過(guò)程中板料的變形形狀可以被監(jiān)測(cè)，而這在真實(shí)的產(chǎn)品沖壓過(guò)程中是不可能的。對(duì)沖壓過(guò)程中金屬流動(dòng)的精密監(jiān)測(cè)顯示板料最開(kāi)始通過(guò)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(cè)壁的起皺
圖10顯示的那樣。這就為模具設(shè)計(jì)的改進(jìn)提供了有價(jià)值的信息。
圖10 當(dāng)板料接觸臺(tái)階邊緣的起皺形成
圖11 切除了的臺(tái)階拐角
對(duì)于起皺的發(fā)生，最初的一個(gè)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(guò)增加階梯邊緣有更多的拉伸被應(yīng)用到如圖11所示，從而使得模具設(shè)計(jì)的改進(jìn)得到發(fā)展。但是，杯子側(cè)壁處仍然有起皺，這就意味著起皺是因?yàn)檎麄€(gè)沖頭邊緣和整個(gè)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(shí)這種說(shuō)法，兩種改進(jìn)過(guò)了的模具設(shè)計(jì)被用來(lái)實(shí)驗(yàn)：為了描述想象中的形狀用兩種拉深操作，一種是切去整個(gè)階梯，而另一種是增加更多的拉深操作。前一個(gè)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(guò)兩步拉深工序可以造出沒(méi)有起皺的階梯矩形杯子，同時(shí)也說(shuō)明在兩步拉深工序中，如果相應(yīng)的順序被應(yīng)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?yàn)榻饘俨蝗菀淄ㄟ^(guò)較低的階梯進(jìn)入模具型腔。
圖12改善模具設(shè)計(jì)的模擬形狀
圖13 兩個(gè)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(shuō)明用簡(jiǎn)單的拉深操作來(lái)設(shè)計(jì)理想產(chǎn)品的沖壓模具設(shè)計(jì)是很難完成的。但是，由于額外的模具費(fèi)用和操作費(fèi)用，兩個(gè)操作的制造費(fèi)用是很高的。為了保持較低的制造費(fèi)用，零件的設(shè)計(jì)師對(duì)形狀做出了合適的改變，而且通過(guò)有限元模擬分析法結(jié)果去切除較低的臺(tái)階來(lái)改善模具設(shè)計(jì)，如圖12所示。隨著設(shè)計(jì)方法的改進(jìn)，產(chǎn)品真實(shí)的沖壓模具被制造出來(lái)，而且零件還沒(méi)有起皺，如圖14所示。通過(guò)有限元模擬分析法得到的零件也沒(méi)有起皺。
為了進(jìn)一步驗(yàn)證有限元模擬分析法的結(jié)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(jié)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(yù)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(shí)了有限元模擬分析法的效率。
圖14 無(wú)缺陷產(chǎn)品零件
圖15 G-H處模擬和測(cè)量厚度
5概要和結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)有限元模擬分析法研究了兩種在沖壓過(guò)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(cè)壁上，這種起皺的原因是因?yàn)闆_模間隙過(guò)大（沖模間隙就是模腔的尺寸和沖頭的尺寸的差距）。當(dāng)金屬被拉至模腔中，在沖頭和型腔中有一有害的拉深時(shí)，大的沖模間隙導(dǎo)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(dǎo)致起皺。有限元模擬分析法顯示這種起皺不能通過(guò)增加沖壓力的方法來(lái)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(guò)程中。起皺往往發(fā)生在臺(tái)階以上的側(cè)壁，甚至沖模的間隙不是足夠的大。通過(guò)有限元模擬法得知，這種起皺主要是由于在沖頭和臺(tái)階邊緣存在不平坦的拉伸。在模具設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)有限元模擬分析法單獨(dú)的嘗試被用來(lái)消除起皺，切除了臺(tái)階的模具被建立。通過(guò)無(wú)缺陷的零件證實(shí)了這種模具設(shè)計(jì)方法對(duì)消除起皺的作用。有限元模擬分析法得到的結(jié)果和真實(shí)產(chǎn)品中看到的結(jié)果相吻合說(shuō)明了有限元模擬分析法的準(zhǔn)確性，還證實(shí)了用有限元分析法代替真實(shí)的模具制造方法的效力。
感謝
作者希望感謝中國(guó)人民共和國(guó)民族科學(xué)委員會(huì)授于NSC-86-2212-E002-028編號(hào)才使得這個(gè)項(xiàng)目得到發(fā)展。他們也希望感謝KYM提供了產(chǎn)品零件。
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東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） Abstract
Abstract
This article introduced the superposable die design processing method, processes the mold spare part meets the specification completely. Falls the material punching die, its principle of work is as follows, direct or asked that meets fixes on top die's composition mold's top die, it joins through the die shank and the punch press slide. Fixed has composed mold's stamping die on stamping die's zero, and fixed using the clamp on punch press's work table. The top die and the stamping die through lead, lead the guidance. When work, the strip material closes right up against keeps off the material to feed in the localization, when top die along with slide drop, the ex-denning suppresses the sheet first, then raised flushes falls the concave above material to obtain the work piece. By now the work piece card with went against hearing of the block in the plunger, the waste material also tight band on the plunger. When the top die rises again, the work piece by goes against the block to go against depending on the roof taking advantage of spring's tension from lower die Dongkou; Simultaneously bind rounds on the plunger the waste material, by unloads the yard lumber to download depending on spring's tension, takes the work piece again, hence completes entire falls the material process. Feeds in again the strip material a step pitch, carries on the next blanking to fall the material process, so moves back and forth carries on. The superposable die is in a press traveling schedule, completes two or the more working procedure ramming molds in the identical location.
Key word Compound mold Falls the material Drills a hole
東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 摘要
摘 要
本文介紹了復(fù)合模設(shè)計(jì)加工方法，加工出來(lái)的模具零部件完全符合技術(shù)要求。落料沖裁模,其工作原理如下,直接或問(wèn)接固定在上模上的組成模具的上模,它通過(guò)模柄與沖床滑塊相聯(lián)結(jié)。固定在下模上的零組成了模具的下模,并利用壓板固定在沖床的工作臺(tái)上。上模與下模通過(guò)導(dǎo)柱，導(dǎo)套導(dǎo)向。工作時(shí),條料靠著擋料送進(jìn)定位,當(dāng)上模隨滑塊下降時(shí),卸料先壓住板料,接著凸沖落凹上面的材料獲得工件。這時(shí)工件卡在凸模與頂塊之聞,廢料也緊緊箍在凸模上。同時(shí)箍在凸凹模上的廢料,由卸料板靠彈簧的彈力卸掉,再取走工件,至此完成整個(gè)落料過(guò)程。再將條料送進(jìn)一個(gè)步距，進(jìn)行下一次沖裁落料過(guò)程,如此往復(fù)進(jìn)行。復(fù)合模是在壓力機(jī)一次行程中，在同一工位上完成兩道或更多工序的沖壓模具。
關(guān)鍵詞 復(fù)合模 落料 沖孔
摘 要
隨著生產(chǎn)力水平的發(fā)展，數(shù)控技術(shù)越來(lái)越廣泛的應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。數(shù)控機(jī)車是數(shù)控技術(shù)最普遍的應(yīng)用。而數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)是一種可以實(shí)現(xiàn)圓周進(jìn)給和分度運(yùn)動(dòng)的工作臺(tái)，它常被使用于臥式的鏜床和加工中心上，可提高加工效率，完成更多的工藝，它主要由原動(dòng)力、齒輪傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)、工作臺(tái)等部分組成，并可進(jìn)行間隙消除和蝸輪加緊，是一種很實(shí)用的加工工具。本課題主要介紹了它的原理和機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。本課題主要介紹了它的原理和機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，并對(duì)以上部分運(yùn)用AtuoCAD做圖,最后是對(duì)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)提出的一點(diǎn)建議。
關(guān)鍵詞：數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái) 齒輪傳動(dòng) 蝸桿傳動(dòng) 間隙消除 蝸輪加緊
Abstract
Along with the development of productivity, the numerical control technology is widely used in various fields. CNC locomotive is the most common numerical control technology application. CNC rotary worktable and can realize the circle is a kind of degree movement and went to the bench, it is often used in the horizontal boring and milling center, can improve the efficiency of the machining process, complete more, it mainly consists of impulsion, gear, worm transmission, workbench components, and can eliminate gear up, and the gap is a very practical machining tools. This subject mainly introduces its principle and mechanical structure design. This subject mainly introduces its principle and mechanical structure design, and to make more use AutoCAD, CNC rotary worktable is finally proposed some Suggestions.
Keyword：Numerical control rotary table； Gear drive；Worm drive；Gap elimination； The worm gear steps up.
目 錄
引 言 1
第一章 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的原理與應(yīng)用 2
1.1 臺(tái)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作 2
1.2 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 3
1.3 主要技術(shù)參數(shù) 3
1.4 本章小結(jié) 3
第二章：數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4
2.1 傳動(dòng)方案的確定 4
2.1.1 步進(jìn)電機(jī)的原理 4
2.1.2 傳動(dòng)方案?jìng)鲃?dòng)時(shí)應(yīng)滿足的要求 5
2.1.3 傳動(dòng)方案及其分析 5
2.2 步進(jìn)電機(jī)的選擇及運(yùn)動(dòng)參數(shù)的計(jì)算 6
2.3 齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 7
2.3.1 選擇齒輪傳動(dòng)的類型 7
2.3.2 選擇材料 7
2.3.3 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 7
2.3.4 確定齒輪的主要參數(shù)與主要尺寸 7
2.3.5 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 8
2.3.6 確定齒輪傳動(dòng)精度 8
2.3.7 齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 8
2.4 蝸輪及蝸桿的選用與校核 8
2.4.1 選擇蝸桿傳動(dòng)類型 8
2.4.2 選擇材料 9
2.4.3 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 9
2.5 蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸 10
2.5.1 蝸桿 10
2.5.2 蝸輪 10
2.5.3 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 10
2.6 軸的校核與計(jì)算 11
2.6.1 畫出受力簡(jiǎn)圖 11
2.6.2 畫出扭矩圖 12
2.6.3 彎矩圖 12
2.7 彎矩組合圖 12
2.8 根據(jù)最大危險(xiǎn)截面處的扭矩確定最小軸徑 13
2.9 齒輪上鍵的選取與校核 13
2.10 軸承的選用 13
2.10.1 軸承的類型 13
2.10.2 軸承的游隙及軸上零件的調(diào)配 14
2.10.3 滾動(dòng)軸承的配合 14
2.10.4 滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑 14
2.10.5 滾動(dòng)軸承的密封裝置 14
2.11 本章小結(jié) 14
第三章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 15
3.1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)構(gòu)成 15
3.1.1 單片機(jī) 15
3.1.2 光電耦合 17
3.1.3 環(huán)形分配器 17
3.1.4 功率放大器 19
3.1.5 程序 20
第四章：結(jié)語(yǔ) 25
參考文獻(xiàn) 26
法蘭零件落料沖孔復(fù)合模具設(shè)計(jì)
緒論
模具主要類型有：沖模，鍛模，塑料模，壓鑄模，粉末冶金模，玻璃模，橡膠模，陶瓷模等。除部分沖模以外的的上述各種模具都屬于腔型模，因?yàn)樗麄円话愣际且揽咳S的模具形腔是材料成型。
（1）沖模：沖模是對(duì)金屬板材進(jìn)行沖壓加工獲得合格產(chǎn)品的工具。沖模占模具總數(shù)的50％以上。按工藝性質(zhì)的不同，沖模可分為落料模，沖孔模，切口模，切邊模，彎曲模，卷邊模，拉深模，校平模，翻孔模，翻邊模，縮口模，壓印模，脹形模。按組合工序不同，沖模分為單工序模，復(fù)合模，連續(xù)模。
（2）鍛模：鍛模是金屬在熱態(tài)或冷態(tài)下進(jìn)行體積成型是所用模具的總稱。按鍛壓設(shè)備不同，鍛模分為錘用鍛模，螺旋壓力機(jī)鍛模，熱模鍛壓力鍛模，平鍛機(jī)用鍛模，水壓機(jī)用鍛模，高速錘用鍛模，擺動(dòng)碾壓機(jī)用鍛模，輥鍛機(jī)用鍛模，楔橫軋機(jī)用鍛模等。按工藝用途不同，鍛模可分為預(yù)鍛模具，擠壓模具，精鍛模具，等溫模具，超塑性模具等。
（3）塑料模：塑料模是塑料成型的工藝裝備。塑料模約占模具總數(shù)的35％，而且有繼續(xù)上升的趨勢(shì)。塑料模主要包括壓塑模，擠塑模，注射模，此外還有擠出成型模，泡沫塑料的發(fā)泡成型模，低發(fā)泡注射成型模，吹塑模等。
（4）壓鑄模：壓鑄模是壓力鑄造工藝裝備，壓力鑄造是使液態(tài)金屬在高溫和高速下充填鑄型，在高壓下成型和結(jié)晶的一種特殊制造方法。壓鑄模約占模具總數(shù)的6％。
（5）粉末冶金模：粉末冶金模用于粉末成型，按成型工藝分類粉末冶金模有：壓模，精整模，復(fù)壓模，熱壓模，粉漿澆注模，松裝燒結(jié)模等。
目前，我國(guó)17000多個(gè)模具生產(chǎn)廠點(diǎn)，從業(yè)人數(shù)五十多萬(wàn)。除了國(guó)有的專業(yè)模具廠外，其他所有制形式的模具廠家，包括集體企業(yè)，合資企業(yè)，獨(dú)資企業(yè)和私營(yíng)企業(yè)等，都得到了快速發(fā)展。研究和發(fā)展模具技術(shù)，對(duì)于促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有特別重要的意義，模具技術(shù)已成為衡量一個(gè)國(guó)家產(chǎn)品制造技術(shù)的重要標(biāo)志之一，隨著工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，模具工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位日益提高，并在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中發(fā)揮越來(lái)越大的作用。
《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)》
機(jī)電工程系： 材料成型 專業(yè) 學(xué)生姓名： 學(xué)號(hào)：
設(shè)計(jì)題目 柴油機(jī)排氣管法蘭
設(shè)計(jì)內(nèi)容要求：
1. 材料： Q235, t3
2．中批量生產(chǎn)
3．表面涂漆
4．去毛刺
一、 沖壓工藝分析及模具結(jié)構(gòu)類型
該沖裁件的材料為Q235鋼，料厚t=3mm，該沖裁件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，比較適合沖裁。技術(shù)要求，該零件尺寸圖上所有未標(biāo)注公差為IT14級(jí)確定工件尺寸公差，屬自由尺寸，因此，尺寸精度要求較低。
1 工藝分析：
（1） 結(jié)構(gòu)；由圖（1—1）可知該制件包括；沖孔、落料等工序。 從整體上看主要由沖孔、落料完成。
（2） 尺寸精度；該零件尺寸圖上所有未標(biāo)注公差為IT14級(jí)確定工件尺寸公差，屬自由尺寸，因此，尺寸精度要求較低。
（3） 合理性；由于該制件要求中批量生產(chǎn)，因此可以初步斷定采用復(fù)合模具設(shè)計(jì)，可采用，沖孔、落料復(fù)合模具，這樣模具結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單。
（4） 材料采用Q235鋼
2 方案選取
方案一：采用復(fù)合模加工。復(fù)合模的特點(diǎn)是生產(chǎn)率高，沖裁件的內(nèi)孔與外緣的相對(duì)位置精度高，適合重量生產(chǎn)。
方案二：級(jí)進(jìn)模比單工序生產(chǎn)率高，減少了模具和設(shè)備數(shù)量，便于生產(chǎn)自動(dòng)化對(duì)于孔邊距較小的有利，適合大批量生產(chǎn)
方案三：?jiǎn)螞_模結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本低，易于加工和模具的維修，適用于小批量或試制件
比較三個(gè)方案，第一由于小孔于邊緣距離太近，所以不適合連續(xù)沖孔，容易變形。適合選用級(jí)進(jìn)模，但由于精度要求低，成本上不適合。第二生產(chǎn)批量上本制件是中批量生產(chǎn)，優(yōu)先適合于復(fù)合模。所以最后決定用1套復(fù)合模落料加沖孔，然后單工序模沖2小孔，完成制件。
二 排樣設(shè)計(jì)
在沖壓零件的成本中，材料費(fèi)用約占60%以上，因此材料的經(jīng)濟(jì)利用具有非常重要的意義。沖壓件在條料或板料上的布置方法稱為排樣。排樣合理與否不但影響材料的經(jīng)濟(jì)利用，還影響到制件的質(zhì)量、模具的結(jié)構(gòu)與壽命、制件的生產(chǎn)率和模具的成本等技術(shù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。因此，排樣時(shí)應(yīng)考慮如下原則：
１．提高材料利用率 (不影響制件使用性能前提下，還可適當(dāng)改變制件形狀)。
２．排樣方法使應(yīng)操作方便，勞動(dòng)強(qiáng)度小且安全。
３．模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、壽命高。
４．保證制件質(zhì)量和制件對(duì)板料纖維方向的要求。
根據(jù)零件實(shí)際情況，采用有廢料排樣法：如，沿制件的全部外形輪廓沖壓，在制件之間及制件與條料側(cè) 邊之間 ，都有工藝余料 (稱搭邊)存在。因留有搭邊，所以制件質(zhì)量和模具壽命較高，但材料利用率降低。
排樣方式的確定：
排樣方式
概念
優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍
有廢料
排樣
沿零件的全部外形沖壓四周有一定的余量
這樣排樣材料利用率較低，但制件質(zhì)量和精度均能得到保證，沖模的壽命相應(yīng)提高，多用于形狀復(fù)雜制件精度要求較高的制品沖壓
少?gòu)U料
排樣
沿制件部分外形沖壓，也就是只能有一個(gè)。
這種排樣材料利用率較高，具有一次能沖壓多個(gè)制件和簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu) 降低沖壓力等優(yōu)點(diǎn)。
但只能保證一個(gè)方向的制件精度。
無(wú)廢料
排樣
在整個(gè)沖壓過(guò)程中只有料頭料尾和結(jié)構(gòu)廢料。
這種排樣材料利用率最高但制件的沖壓精度差，多用于沖壓精度要求不高，且比較貴重的材料沖壓。
表 1搭邊a和a1數(shù)值(低碳鋼)
材料
厚度t
圓件及r>2t的圓角
矩形件邊長(zhǎng)l<50mm
矩形件邊長(zhǎng)l>50mm或圓角r<2t
工件間a1
側(cè)面a
工件間a1
側(cè)面a
工件間a1
側(cè)面a
0.25
1.8
2.0
2.2
2.5
2.8
3.0
0.25
1.2
1.5
1.8
2.0
2.2
2.5
0.5
1.0
1.2
1.5
1.8
1.8
2.0
0.8
0.8
1.0
1.2
1.5
1.5
1.8
1.2
1.0
1.2
1.5
1.8
1.8
2.0
1.6
1.2
1.5
1.8
2.0
2.0
2.2
2.0
1.5
1.8
2.0
2.2
2.2
2.5
2.5
1.8
2.2
2.2
2.5
2.5
2.8
3.0
2.2
2.5
2.5
2.8
2.8
3.2
3.5
2.5
2.8
2.8
3.2
3.2
3.5
4.0
3.0
3.5
3.5
4.0
4.0
4.5
5.0~10
0.6t
0.7t
0.7t
0.8t
0.8t
0.9t
表4-2 各材料搭邊系數(shù)
材料
系數(shù)
材料
系數(shù)
中等硬度的鋼
硬鋼
青銅及硬黃銅
硬鋁
0.9
0.8
1～1.1
1～1.2
軟黃銅
鋁
非金屬（皮革、硬紙板）
1.2
1.3～1.4
1.5～2
查表1得：
兩工件間的搭邊:a1=2.2mm
工件邊緣搭邊：a=2.5mm
條料寬度B=（D+2a）MM
式中：
B——毛坯寬度的基本尺寸(mm)；
D——毛坯寬度方向零件輪廓的最大尺寸(mm)；
a——側(cè)面搭邊，查表1 (mm)；
毛坯寬度B=74+2.5*2=79(mm)
步距=32+2.2=34.2mm
三、材料利用率
?? 在沖壓零件的成本中，材料費(fèi)用約占60%以上，因此材料的經(jīng)濟(jì)利用具有非常重要的意義。沖壓件在條料或板料上的布置方法稱為排樣。不合理的排樣會(huì)浪費(fèi)材料，衡量排樣經(jīng)濟(jì)性的指標(biāo)是材料的利用率，可用下式計(jì)算：
η＝Ｆ/Ｆ0×１００％＝F/ＡＢ×１００％ ?
式中
η——材料利用率；
Ｆ——工件的實(shí)際面積；
F0——所用材料面積，包括工件面積與廢料面積；
A—— 送料進(jìn)距 (相鄰兩個(gè)制件對(duì)應(yīng)點(diǎn)的距離)；
B——條料寬度。
材料利用率η＝Ｆ/Ｆ0×１００％＝F/ＡＢ×１００％
η=1240.7/2701.8*100%
=45.9%
四、沖裁力與壓力中心計(jì)算
1、沖裁力
計(jì)算沖裁力的目的是為了選用合適的壓力機(jī)、設(shè)計(jì)模具和檢驗(yàn)?zāi)＞叩膹?qiáng)度。壓力機(jī)的噸位必須大于所計(jì)算的沖裁力，以適應(yīng)沖裁的需求。普通平刃沖裁模 ，其沖裁力 P一般可按下式計(jì)算：
FP＝KptLτ
?? ?式中τ—— 材料抗剪強(qiáng)度
?? ? L——沖裁周邊總長(zhǎng)(mm)；
?? ? t——材料厚度(mm)
?? ?系數(shù) Kp是考慮到?jīng)_裁模刃口的磨損、 凸模與 凹模間隙之波動(dòng)(數(shù)值的變化或分布不均)、潤(rùn)滑情況 、材料力學(xué)性能與厚度公差的變化等因素而設(shè)置的安全系數(shù)，一般取 1.3。 當(dāng)查不到抗剪強(qiáng)度 τ時(shí)，可用抗拉強(qiáng)度σ b代替τ，而取Kp＝1的近似計(jì)算法計(jì)算。當(dāng)上模完成 一次沖裁后，沖入凹模內(nèi)的制件或廢料因彈性擴(kuò)張而梗塞在凹模內(nèi)，模面上的材料因彈性 收縮而緊箍在 凸模上 。為了使沖裁工作繼續(xù)進(jìn)行，必須將箍在凸模上的材料料刮下 ,將梗塞在凹模內(nèi)的制件或廢料向下推出或向上頂出。從凸模上刮下材料所需的力，稱為卸料力 ；從凹模內(nèi)向下推出制件或廢料所需的力，稱為推件力。影響卸料力、推件力 的因素很多，要精確地計(jì)算是困難的。在實(shí)際生產(chǎn)中常采用經(jīng)驗(yàn) 公式計(jì)算：
卸料力F卸=K卸*F落
推件力 F推＝nK推 *F落
式中 P——沖裁力(N)；
K——卸料力系數(shù)，其值為0.02～0.06(薄料取大值， 厚料取小值)；
K１——推料力系數(shù)，其值為0.03～0.07(薄料取大值， 厚料取小值)；
K2—— 頂件力系數(shù)，其值為0.04～0.08(薄料取大值， 厚料取小值)；
n——梗塞在凹模內(nèi)的制件或廢料數(shù)量(n＝h/t);
h——直刃口部分的高(mm)；t——材料厚度(mm)。卸料力和 頂件力還是 設(shè)計(jì)卸料裝置和彈頂裝置中彈性元件的依據(jù)。
落料力 F落＝KptLτ=1.3*169.4*3*250=165.2KN
卸料力F卸=0.04*165.2=6.6KN
推件力 F推＝nK推 *F落=2*0.05*165.2=16.5KN
沖孔力F沖= KptLτ=1.3*56.55*3*250=55.14KN
總沖壓力= F落+F卸+F推+F沖=165.2+6.6+16.5+55.14=243.44KN
2、壓力中心計(jì)算
模具壓力中心是指沖壓時(shí)諸沖壓力合力的作用點(diǎn)位置。為了確保壓力機(jī)和模具正常工作，應(yīng)使沖模的壓力中心與壓力機(jī)滑塊的中心相重合。對(duì)于帶有模柄的沖壓模，壓力中心應(yīng)通過(guò)模柄的軸心線。否則會(huì)使沖模和壓力機(jī)滑塊產(chǎn)生偏心載荷，使滑塊和導(dǎo)軌之間產(chǎn)生過(guò)大的磨損，模具導(dǎo)向零件加速磨損，降低模具和壓力機(jī)的使用壽命。
沖模的壓力中心，可按下述原則來(lái)確定：
（1）對(duì)稱形狀的單個(gè)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(duì)稱時(shí)，沖模的壓力中心與零件的對(duì)稱中心相重合。
（3）形狀復(fù)雜的零件、多凸模的壓力中心可用解析計(jì)算法求出沖模壓力中心
工件圖如下：
由此工件可知壓力中心為模具中心。
五、凸模與凹模刃口尺寸的計(jì)算
1、沖裁模刃口尺寸計(jì)算的基本原則
?? ?沖裁件的尺寸精度主要決定于模具刃口的尺寸精度，模具的合理間隙值也要靠模具刃口尺寸及制造精度來(lái)保證。正確確定模具刃口尺寸及其制造公差，是設(shè)計(jì)沖裁模主要任務(wù)之一。從生產(chǎn)實(shí)踐中可以發(fā)現(xiàn)：
（1）由于凸模、凹模之間存在間隙(沖裁間隙，即指沖裁凸模合凹模刃口之間的距離，也就是凸模工作部分和凹模工作部分之間的尺寸差)，使落下的料或沖出的孔都帶有錐度，且落料件的大端尺寸等于凹模尺寸，沖孔件的小端尺寸等于凸模尺寸。
（2）在測(cè)量與使用中，落料件是以大端尺寸為基準(zhǔn)，沖孔孔徑是以小端尺寸為基準(zhǔn)。
（3）沖裁時(shí)，凸模、凹模要與沖裁件或廢料發(fā)生摩擦，凸模愈磨愈小，凹模愈磨愈大，結(jié)果使間隙越來(lái)越大。
由此在決定模具刃口尺寸及其制造公差時(shí)需考慮下述原則：
（1）落料件尺寸由凹模尺寸決定，沖孔時(shí)孔的尺寸由凸模尺寸決定。故設(shè)計(jì)落料模時(shí)，以凹模為基準(zhǔn)，間隙取在凸模上；設(shè)計(jì)沖孔模時(shí)，以凸模為基準(zhǔn)，間隙取在凹模上。
（2）考慮到?jīng)_裁中凸模、凹模的磨損，設(shè)計(jì)落料模時(shí)，凹?；境叽鐟?yīng)取尺寸公差范圍的較小尺寸；設(shè)計(jì)沖孔模時(shí)，凸?；境叽鐒t應(yīng)取工件孔尺寸公差范圍內(nèi)的較大尺寸。這樣，在凸模、凹模磨損到一定程度的情況下，仍能沖出合格制件。凸模、凹模間隙則取最小合理間隙值。
（3）確定沖模刃口制造公差時(shí)，應(yīng)考慮制件的公差要求。如果對(duì)刃口精度要求過(guò)高( 即制造公差過(guò)小)，會(huì)使模具制造困難，增加成本，延長(zhǎng)生產(chǎn)周期；如果對(duì)刃口精度要求過(guò)低(即制造公差過(guò)大)，則生產(chǎn)出來(lái)的制件可能不合格，會(huì)使模具的壽命降低。制件精度與模具制造精度的關(guān)系見(jiàn)表2.2.1。若制件沒(méi)有標(biāo)注公差，則對(duì)于非圓形件按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)“非配合尺寸的公差數(shù)值”IT14級(jí)處理，沖模則可按IT11級(jí)制造；對(duì)于圓形件，一般可按IT7～I(xiàn)T6級(jí)制造模具。沖壓件的尺寸公差應(yīng)按“入體”原則標(biāo)注，落料件上偏差為零，下偏差為負(fù)；沖孔件下偏差為零，上偏差為正。
? 2、刃口尺寸的計(jì)算方法
?? ?由于模具加工方法不同，凸模與凹模刃口部分尺寸的計(jì)算公式與制造公差的標(biāo)注也不同，刃口尺寸的計(jì)算方法可分為二種情況。
凸模與凹模分別加工計(jì)算模具刃口尺寸
采用這種方法，是指凸模和凹模分別按圖紙標(biāo)注的尺寸和公差進(jìn)行加工。沖裁間隙由凸模、凹模刃口尺寸和公差來(lái)保證。要分別標(biāo)注凸模和凹模刃口尺寸與制造公差(凸模δp、凹模δd)，優(yōu)點(diǎn)是具有互換性，但受到?jīng)_裁間隙的限制，它適用于圓形或簡(jiǎn)單形狀的沖壓件。從圖2.3.1沖壓件與凸模、凹模刃口尺寸及公差的分布狀態(tài)可以看出，要保證初始間隙值小于最大合理間隙2cmax，必須滿足下列條件：
｜δ p｜＋｜δd｜≤２cmax－2cmin
也就是說(shuō)，新制造的模具應(yīng)該是｜δp｜＋｜δd｜＋２cmin≤2cmax。 否則制造的模具間隙已超過(guò)允許變動(dòng)范圍 2cmin～2cmax，影響模具的使用壽命。
若｜δ p｜＋｜δd｜>２cmax－2cmin，可取δp＝0.4(2cmax－2cmin)，δd＝0.6(2cmax－2cmin)作為模具的凸模、凹模的制造偏差。
常用凹模洞口類型為直筒式刃口凹模。其特點(diǎn)是制造方便，刃口強(qiáng)度高，刃磨后工作部分尺寸不變。廣泛用于沖裁公差要求較小，形狀復(fù)雜的精密制件。但因廢料或制件在洞壁內(nèi)的聚集而增大了推件力和凹模的漲裂力，給凸、凹模的強(qiáng)度都帶來(lái)了不利的影響。一般復(fù)合模和上出件的沖裁模用 a)、c)型，下出件的用b)或a)型。d)、e)型是錐筒式刃口，在凹模內(nèi)不聚集材料，側(cè)壁磨損小。但刃口強(qiáng)度差，刃磨后刃口徑向尺寸略有增大 (如α＝30o時(shí)，刃磨0.1mm，其尺寸增大0.0017mm)。
凹模錐角α、后角β和洞口高度 h，均隨制件材料厚度的增加而增大，一般取α＝15′～30′、β＝2°～３°、h＝４～10mm。
1．落料：
?? ? 設(shè)工件的尺寸為D０－△，根據(jù)計(jì)算原則，落料時(shí)以凹模為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)。首先確定凹模尺寸，使凹?；境叽缃咏虻扔谥萍喞淖钚O限尺寸，再減小凸模尺寸以保證最小合理間隙值2cmin。凹模制造偏差取正偏差，凸模偏差取負(fù)偏差，其計(jì)算公式如下：
?
?
凹模
凸凹模
凸模偏差?。荷掀?0.01，下偏差-0.02
凹模偏差?。荷掀?0.15，下偏差0.1
? 2.沖孔：
?? ?設(shè)沖孔尺寸為d＋△0，根據(jù)以上原則，沖孔時(shí)以凸模設(shè)計(jì)為基準(zhǔn)，首先確定凸模刃口尺寸，使凸模基本尺寸接近或等于工件孔的最大極限尺寸，再增大凹模尺寸以保證最小合理間隙 2cmin。凸模制造偏差取負(fù)偏差，凹模取正偏差。其計(jì)算公式如下：
???
在同一工步中沖出制件兩個(gè)以上孔時(shí)，凹模型孔中心距 Ld按下式確定 ：
?式中：Ｄd—落料凹?；境叽?mm)；
Ｄp—落料凸模基本尺寸(mm)；
Dmax—落料件最大極限尺寸(mm)；
dd—沖孔凹?；境叽?mm)；
dp—沖孔凸?；境叽?mm)；
dmin—沖孔件孔的最小極限尺寸(mm)；
Ld—同一工步中凹?？拙嗷境叽?mm)；
Lmin—制件孔距最小極限尺寸(mm)；
△—制件公差 (mm)；
2cmin—凸模、凹模最小初始雙面間隙(mm)；
δp—凸模下偏差，可按IT6選用(mm)；
δd—凹模上偏差，可按IT7選用(mm)；
x—系數(shù)，是為了使沖裁件的實(shí)際尺寸盡量接近沖裁件公差帶的中間尺寸，與工件制造精度有關(guān)，按下列關(guān)系取值，也可查表2.3.1：
當(dāng)制件公差為 IT10以上，取x＝１
當(dāng)制件公差為 IT11～I(xiàn)T13，取x＝0.75
當(dāng)制件公差為 IT14以下時(shí)，取x＝0.5。
系數(shù)x
材料厚度t(㎜)
非 圓 形
圓 形
1
0.75
0.5
0.75
0.5
工件公差Δ
< 1
1~2
2~4
> 4
≤0.16
≤0.20
≤0.24
≤0.30
0.17~0.35
0.21~0.41
0.25~0.44
0.31~0.59
≥0.36
≥0.42
≥0.50
≥0.60
<0.16
<0.20
<0.24
<0.30
≥0.16
≥0.20
≥0.24
≥0.30
沖孔凸模
六. 閉合高度
沖模的閉合高度Hm是指模具在最低工作位置時(shí),上模板的上平面與下模板的下平面間的距離。沖模的閉合高度應(yīng)與壓力機(jī)的裝模高度相適應(yīng)。
壓力機(jī)的裝模高度是指滑塊在下死點(diǎn)位置時(shí),滑塊底面到工作臺(tái)墊板之間的距離。壓力機(jī)的長(zhǎng)度一般是可以調(diào)節(jié)的,所以裝模高度也是可調(diào)的。當(dāng)連桿調(diào)至最短時(shí),壓力機(jī)的裝模高度稱最大裝模高度Hmax,連桿調(diào)至最長(zhǎng)時(shí)的裝模高度稱為最小裝模高度Hmin
所以H模=上模板厚度+凸模固定板厚度+彈簧壓縮長(zhǎng)度+卸料板厚度+凹模厚度+下模板厚度+材料厚度2-彈簧在固定板和卸料板間的距離182mm
七、定位零件的設(shè)計(jì)
為保證沖裁出外形完整的合格零件。毛坯在模具中應(yīng)該有正確的位置。正確位置是依靠定位零件來(lái)保證的。由于毛坯形式和模具結(jié)構(gòu)不同，所以定位零件的種類很多。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)毛坯形式、模具結(jié)構(gòu)、零件公差大小、生產(chǎn)效率等進(jìn)行選擇。定位包含控制送料進(jìn)距的擋料和垂直方向的導(dǎo)料等。 (一)擋料銷
? 國(guó)標(biāo)中常見(jiàn)的擋料銷有三種形式。固定擋料銷活動(dòng)擋料銷和始用擋料銷。固定擋料銷安裝在凹模上，用來(lái)控制條料的進(jìn)距。特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便。由于安裝在凹模上，安裝孔可造成凹模強(qiáng)度的削弱。常用的有圓形和鉤形擋料銷?；顒?dòng)擋料銷常用于倒裝復(fù)合模中。始用擋料銷用于定位
八、彈簧的選用
彈簧屬標(biāo)準(zhǔn)件，在模具中應(yīng)用最多的是圓柱螺旋壓縮彈簧和碟形彈簧。這里是采用圓柱螺旋壓縮彈簧。
選擇原則：
??1.簧必須滿足預(yù)壓力的要求：
?2.裝置 頂件裝置一般是彈性的。其基本組成有頂桿、頂件塊和裝在下模底下的彈頂器，彈頂器可以做成通用的，其彈性元件是彈簧或橡膠，這種結(jié)構(gòu)的頂件力容易調(diào)節(jié)，工作可靠，沖件平直度較高。
????推件塊或頂件塊在沖壓過(guò)程中是在凹模中運(yùn)動(dòng)的零件，對(duì)它有如下要求：模具處于閉合狀態(tài)時(shí)，其背后有一定空間，以備修磨和調(diào)整的需要；模具處于開(kāi)啟狀態(tài)時(shí)，必須順利復(fù)位，工作面高出凹模平面，以便繼續(xù)沖壓；它與凹模和凸模 的配合應(yīng)保證順利滑動(dòng)，不發(fā)生互相干涉。為此，推件塊和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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)h8制造，也可以根據(jù)板料厚度取適當(dāng)間隙。推件塊和頂件塊與凸模的配合一般呈較松的間隙配合，也可以根據(jù)板料厚度取適當(dāng)間隙。
所選彈簧必須滿足預(yù)壓力要求：
所選彈簧必須滿足最大許可壓縮量的要求
卸料力F卸=0.04*165.2=6.6KN
查有關(guān)彈簧規(guī)格，選彈簧規(guī)格為TM20X9X30
九、模架及成型設(shè)備的選用
9.1 模架的選用
沖壓模具的模架可以選用標(biāo)準(zhǔn)模架也可自制模架，簡(jiǎn)單的和大型的模具一般采用自制模架，采用標(biāo)準(zhǔn)模架，可縮短生產(chǎn)周期，降低生產(chǎn)成本。國(guó)際模架有兩類：一類是由上模座.下模座.導(dǎo)柱 導(dǎo)套組成的導(dǎo)柱模架，另一類是彈壓導(dǎo)板 下模座 導(dǎo)柱 導(dǎo)套 組成的導(dǎo)板模架。根據(jù)上下模具的性質(zhì)分為鑄鐵模架，
與鋼板模架。其特點(diǎn)如下：
導(dǎo)柱模模架根據(jù)導(dǎo)套與導(dǎo)柱的摩擦性質(zhì)可分為，滑動(dòng)和滾動(dòng)導(dǎo)向兩種，為保證模架的一定精度國(guó)際上規(guī)定 導(dǎo)柱導(dǎo)套的配合精度 上模座上平面對(duì)下模座下平面的平行度。導(dǎo)柱軸心線下模座下平面的垂直度。
滑動(dòng)導(dǎo)向模座根據(jù)導(dǎo)柱安裝位置不同可以分以下幾種，其中對(duì)角導(dǎo)柱模架，中間導(dǎo)柱模架，四導(dǎo)柱模架，導(dǎo)向裝置都安裝在模架的對(duì)稱線上，傳動(dòng)平穩(wěn)，導(dǎo)向正確可靠，多用與精度較高的模具。后側(cè)導(dǎo)柱模架的導(dǎo)向裝置在后側(cè)送料比較方便。
滾動(dòng)導(dǎo)向模架；其特點(diǎn)是導(dǎo)向精度高 運(yùn)動(dòng)剛性好 使用壽命長(zhǎng)。
導(dǎo)板模模架 ：作為凸模導(dǎo)向用的彈壓導(dǎo)板與下模座以導(dǎo)柱導(dǎo)套為導(dǎo)向構(gòu)成整體結(jié)構(gòu)。凸模與固定板是間隙配合，因而凸模在固定板中有一定的浮動(dòng)量。
導(dǎo)柱 導(dǎo)套 應(yīng)注意導(dǎo)柱導(dǎo)套的配合間隙必須小于沖壓間隙
為送料方便：該模具采用后側(cè)導(dǎo)柱模架。
9.2 沖床的選用
根據(jù)總沖壓力與模具閉合高度,沖床工作臺(tái)面尺寸等,并結(jié)合現(xiàn)有設(shè)備,選用J21-200沖床,并在工作臺(tái)面上備制墊塊。
沖壓設(shè)備規(guī)格的選擇
在選擇沖壓設(shè)備的類型后，應(yīng)經(jīng)一部根據(jù)沖壓中所需要的沖壓力（包括卸料力、壓料力等），變形功以及模具的結(jié)構(gòu)形式和閉合高度，外形輪廓尺寸等選擇沖壓設(shè)備的規(guī)格。
(1)工稱壓力
壓力機(jī)的工稱壓力，是指壓力機(jī)滑塊下止點(diǎn)前某一特定距離，即壓力機(jī)的曲柄旋轉(zhuǎn)至離下止點(diǎn)前某一特定角度（稱為、公稱壓力角，約為30度）時(shí)，滑塊上所容許的最大工作壓力，根據(jù)曲柄連桿機(jī)構(gòu)的工作原理可知，壓力機(jī)滑塊的壓力在全行程中不是常數(shù)，而是隨曲柄轉(zhuǎn)角的變化而變化的。因此選用壓力機(jī)時(shí)，不僅要考慮工稱壓力的大小，而且還要保證完成沖壓件加工時(shí)的沖壓工藝曲線必須在壓力機(jī)滑塊的許用負(fù)荷曲線之下。
一般情況下，壓力機(jī)的工稱壓力應(yīng)大于或等于沖壓工藝的總工藝力的1.3倍。在開(kāi)式壓力機(jī)上進(jìn)行精密沖才時(shí)，壓力機(jī)的工稱壓力應(yīng)大于沖壓總工藝的2倍。
(2)滑塊的行程
壓力機(jī)的滑塊行程是指滑塊從上止點(diǎn)到下止點(diǎn)所經(jīng)過(guò)的距離，壓力機(jī)行程的大小應(yīng)能保證毛胚或半成品的放入一繼成型零件的取出。一般沖裁，精壓工序所需的行程較小，彎曲，拉深工序則需要較大的行程。拉深件所用的壓力機(jī)。其行程至少應(yīng)大于或這等于成品零件高度的2.5倍以上。
其主要工藝參數(shù)如下：
型號(hào) J21-200
計(jì)量單位 臺(tái)
重量 15800（kg）
主電機(jī)功率 18.5（kw）
公稱壓力 2000（kn）
滑塊行程 180（mm）
行程次數(shù) 40（次/min）
最大裝模高度 360（mm）
喉口深度 400（mm）
工作臺(tái)尺寸 1200×780×140（mm）
滑塊底面尺寸 700×500（mm）
模柄孔尺寸 φ70×80（φmm*mm）
十、模具的調(diào)試
模具在式?jīng)_過(guò)程中，常見(jiàn)的問(wèn)題 產(chǎn)生原因 及調(diào)整方法如下：
1. 送料不通暢或被卡死：其原因 是 導(dǎo)料銷之間尺寸過(guò)小 或凸模與卸料板之間間隙過(guò)大 使得搭邊翻鈕。調(diào)整方法有：修整或重裝導(dǎo)料板 根據(jù)情況采取措施減小凸模與導(dǎo)料板之間的距離。
2. 卸料不正?；蛲瞬幌铝希湓蛴?裝配不正常導(dǎo)致卸料裝置不能動(dòng)作，彈簧的彈力不足 ，卸料板行程不足，調(diào)整方法：修整卸料板或重新裝配，更換彈簧，加深卸料螺釘?shù)某量咨疃取?
3. 制件的毛刺較大，其原因是刃口不鋒利或翠火硬度低，凸凹模間隙過(guò)大或間隙不均，調(diào)整方法有修模工作部分的刃口，重新調(diào)整凸凹模間隙使其均勻。
4. 凸凹模刃口相碰，其原因可能是上下模座 固定板 凹模 墊板 安裝面不平行，凸凹模錯(cuò)位 凸模導(dǎo)柱等零件安裝不垂直
調(diào)整方法有 修整有關(guān)零件 ，重新裝上下模 ， 重新安裝凸凹模使之對(duì)正，
沖孔（開(kāi)試雙柱可傾沖床J23-63）
十一、沖壓工藝規(guī)程
在沖壓工藝分析和技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析的基礎(chǔ)上根據(jù)沖壓件的特點(diǎn)確定沖壓工藝方案。沖壓工藝方案可分為單工序沖壓、復(fù)合沖壓和級(jí)進(jìn)沖壓。
單工序沖壓是在壓機(jī)一次行程，在模具單一的工位中完成單一工序的沖壓；復(fù)合沖壓是在壓機(jī)一次行程中，在模具的同一工作位置同時(shí)完成兩個(gè)或兩個(gè)以上的沖壓工序；級(jí)進(jìn)沖壓是把沖壓件的若干個(gè)沖壓工序，排列成一定的順序，在壓機(jī)一次行程中條料在沖模的不同工序位置上，分別完成工件所要求的工序，在完成所有要求的工序后，以后每次沖程都可以得到一個(gè)完整的沖壓件。組合的沖壓工序比單工序沖壓生產(chǎn)效率高，獲得的制件精度等級(jí)高。
1. 沖壓工序的組合
沖壓組合方式的確定應(yīng)根據(jù)下列因素決定。
(1）生產(chǎn)批量 小批量與試制采用單工序沖壓，中批和大批量生產(chǎn)采用復(fù)合沖壓或級(jí)進(jìn)沖壓。
(2）工件尺寸公差等級(jí) 復(fù)合沖壓所得到的工件尺寸公差等級(jí)高，因?yàn)樗苊饬硕啻螞_壓的定位誤差，并且在沖壓過(guò)程中可以進(jìn)行壓料，工件較平整。級(jí)進(jìn)沖壓所得到的工件尺寸公差等級(jí)較復(fù)合沖壓低，在級(jí)進(jìn)沖壓中采用導(dǎo)正銷結(jié)構(gòu)，可提高沖壓件精度。
(3）模具制造、安裝調(diào)整和成本 對(duì)復(fù)雜形狀的工件，采用復(fù)合沖壓比采用級(jí)進(jìn)沖壓為宜。因模具制造、安裝調(diào)整較易，成本較低。
(4）操作方便與安全 復(fù)合沖壓出件或清除廢料較困難，工作安全性較差。級(jí)進(jìn)沖壓較安全。
綜合上述分析，對(duì)于一個(gè)工件，可以得出多種工藝方案。必須對(duì)這些方案進(jìn)行比較，選取在滿足工件質(zhì)量與生產(chǎn)率的要求下，模具制造成本低、壽命長(zhǎng)、操作方便又安全的工藝方案。
根據(jù)沖壓件確定工藝規(guī)程：
沖孔（開(kāi)試雙柱可傾沖床J23-63）
落料（開(kāi)試雙柱可傾沖床J23-63）
去毛刺 （銼刀）
綜合檢具 (游標(biāo)卡尺、千分尺)
十二、模具總裝配圖
（詳見(jiàn)：圖紙）
十三、模具零件圖
（詳見(jiàn)：圖紙）
十四、主要參考文獻(xiàn)：
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[4] 吳宗澤. 機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.
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[6] 夏國(guó)華，楊樹(shù)蓉．現(xiàn)代熱處理技術(shù)[M] ．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996
[7] 劉航. 模具技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.89-100.
[8] 沖壓工藝與模具設(shè)計(jì) 清華大學(xué)出版社
[9] 互換性與測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)第二版 王伯平 主編 機(jī)械工程出版社
結(jié) 論
隨著社會(huì)的發(fā)展，我國(guó)模具行業(yè)將向大型、精密、復(fù)雜、高效、長(zhǎng)壽命和多功能方向發(fā)展。
目前，電子、汽車、電機(jī)、電器、儀器、儀表、家電、通訊和軍工等產(chǎn)品中，60％－80％的零部件，都要依靠模具成型。用模具成型的制件所表現(xiàn)出來(lái)的高精度、高復(fù)雜性、高一致性、高生產(chǎn)率和低消耗，是其他加工制造方法所無(wú)法比擬。模具在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和開(kāi)發(fā)能力。
模具生產(chǎn)過(guò)程是一個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程，生產(chǎn)模具過(guò)程中可能用到的的機(jī)器有很多種類，如（電火花成型機(jī)、數(shù)控線切割、車床、銑床、刨床、磨床、鏜床等）。4年的學(xué)習(xí)中，我們也對(duì)其中的某些有了基本的了解，也發(fā)現(xiàn)模具行業(yè)的廣闊。
幾年的學(xué)習(xí)，我對(duì)模具設(shè)計(jì)與制造有了一定的認(rèn)識(shí)。面臨畢業(yè)期間，此次單獨(dú)設(shè)計(jì)一個(gè)模具，讓我了解了很多的模具結(jié)構(gòu)、模具加工工藝、模具的用途。并且學(xué)到不少的書本上沒(méi)有的知識(shí)，就拿沖壓模來(lái)說(shuō)，對(duì)于影響模具壽命的因素，主要是模具的加工精度和材料的剛度，還有模具的材料，模具生產(chǎn)批量，模具結(jié)構(gòu)等。影響模具的產(chǎn)品質(zhì)量的主要因素也是模具的制造精度。。
通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我從理論和實(shí)踐上又更進(jìn)一步的加深。模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的好壞直接影響產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)。中國(guó)面臨世界的挑戰(zhàn)，在模具行業(yè)這方面，我希望日后能在模具這一行有所貢獻(xiàn)。
！
致 謝
經(jīng)過(guò)半年的忙碌和工作，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲，作為一個(gè)本科生的畢業(yè)設(shè)計(jì)，由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒(méi)有導(dǎo)師的督促指導(dǎo)，以及一起工作的同學(xué)們的支持，想要完成這個(gè)設(shè)計(jì)是難以想象的。 在這里首先要感謝我的導(dǎo)師李云清老師。李老師平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設(shè)計(jì)的每個(gè)階段，從查閱資料到設(shè)計(jì)草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細(xì)設(shè)計(jì)，裝配草圖等整個(gè)過(guò)程中都給予了我悉心的指導(dǎo)。我的設(shè)計(jì)較為復(fù)雜煩瑣，但是李老師仍然細(xì)心地糾正圖紙中的錯(cuò)誤。除了敬佩李老師的專業(yè)水平外，他的治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)研究的精神也是我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的榜樣，并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。 其次要感謝我的同學(xué)對(duì)我無(wú)私的幫助，特別是在軟件的使用方面，正因?yàn)槿绱宋也拍茼樌耐瓿稍O(shè)計(jì)，我要感謝我的母?！獤|華理工大學(xué)，是母校給我們提供了優(yōu)良的學(xué)習(xí)環(huán)境；另外，我還要感謝那些曾給我授過(guò)課的每一位老師，是你們教會(huì)我專業(yè)知識(shí)。在此，我再說(shuō)一次謝謝！謝謝大家?。?！。
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