11 緒 論目前,我國沖壓技術(shù)與工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比還相當(dāng)?shù)穆浜?,主要原因是我國在沖壓基礎(chǔ)理論及成形工藝、模具標(biāo)準(zhǔn)化、模具設(shè)計(jì)、模具制造工藝及設(shè)備等方面與工業(yè)發(fā)達(dá)的國家尚有相當(dāng)大的差距,導(dǎo)致我國模具在壽命、效率、加工精度、生產(chǎn)周期等方面與工業(yè)發(fā)達(dá)國家的模具相比差距相當(dāng)大。1.1 國內(nèi)模具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)1.1.1 國內(nèi)模具的現(xiàn)狀我國模具近年來發(fā)展很快,據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),2003 年我國模具生產(chǎn)廠點(diǎn)約有 2 萬多家,從業(yè)人員約 50 多萬人,2004 年模具行業(yè)的發(fā)展保持良好勢(shì)頭,模具企業(yè)總體上訂單充足,任務(wù)飽滿,2004 年模具產(chǎn)值 530 億元。進(jìn)口模具 18.13 億 美元,出口模具4.91 億美元,分別比 2003 年增長(zhǎng) 18%、32.4%和 45.9%。進(jìn)出口之比 2004 年為3.69:1,進(jìn)出口相抵后的進(jìn)凈口達(dá) 13.2 億美元,為凈進(jìn)口量較大的國家。在 2 萬多家生產(chǎn)廠點(diǎn)中,有一半以上是自產(chǎn)自用的。在模具企業(yè)中,產(chǎn)值過億元的模具企業(yè)只有 20 多家,中型企業(yè)幾十家,其余都是小型企業(yè)。 近年來, 模具行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和體制改革步伐加快,主要表現(xiàn)為:大型、精密、復(fù)雜、長(zhǎng)壽命中高檔模具及模具標(biāo)準(zhǔn)件發(fā)展速度快于一般模具產(chǎn)品;專業(yè)模具廠數(shù)量增加,能力提高較快;“三資“及私營企業(yè)發(fā)展迅速;國企股份制改造步伐加快等。雖然說我國模具業(yè)發(fā)展迅速,但遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。我國尚存在以下幾方面的不足:第一,體制不順,基礎(chǔ)薄弱。 “三資”企業(yè)雖然已經(jīng)對(duì)中國模具工業(yè)的發(fā)展起了積極的推動(dòng)作用,私營企業(yè)近年來發(fā)展較快,國企改革也在進(jìn)行之中,但總體來看,體制和機(jī)制尚不適應(yīng)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì),再加上國內(nèi)模具工業(yè)基礎(chǔ)薄弱,因此,行業(yè)發(fā)展還不盡如人意,特別是總體水平和高新技術(shù)方面。 第二,開發(fā)能力較差,經(jīng)濟(jì)效益欠佳.我國模具企業(yè)技術(shù)人員比例低,水平較低,且不重視產(chǎn)品開發(fā),在市場(chǎng)中經(jīng)常處于被動(dòng)地位。我國每個(gè)模具職工平均年創(chuàng)造產(chǎn)值約合 1 萬美元,國外模具工業(yè)發(fā)達(dá)國家大多是 15~20 萬美元,有的高達(dá) 25~30 萬美元,與之相對(duì)的是我國相當(dāng)一部分模具企業(yè)還沿用過去作坊式管理,真正實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化企業(yè)管理的企業(yè)較少。 2第三,工藝裝備水平低,且配套性不好,利用率低.雖然國內(nèi)許多企業(yè)采用了先進(jìn)的加工設(shè)備,但總的來看裝備水平仍比國外企業(yè)落后許多,特別是設(shè)備數(shù)控化率和CAD/CAM 應(yīng)用覆蓋率要比國外企業(yè)低得多。由于體制和資金等原因,引進(jìn)設(shè)備不配套,設(shè)備與附配件不配套現(xiàn)象十分普遍,設(shè)備利用率低的問題長(zhǎng)期得不到較好解決。裝備水平低,帶來中國模具企業(yè)鉗工比例過高等問題。第四,專業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化、商品化的程度低、協(xié)作差. 由于長(zhǎng)期以來受“大而全”“小而全”影響,許多模具企業(yè)觀念落后,模具企業(yè)專業(yè)化生產(chǎn)水平低,專業(yè)化分工不細(xì),商品化程度也低。目前國內(nèi)每年生產(chǎn)的模具,商品模具只占 45%左右,其馀為自產(chǎn)自用。模具企業(yè)之間協(xié)作不好,難以完成較大規(guī)模的模具成套任務(wù),與國際水平相比要落后許多。模具標(biāo)準(zhǔn)化水平低,標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率低也對(duì)模具質(zhì)量、成本有較大影響,對(duì)模具制造周期影響尤甚。 第五,模具材料及模具相關(guān)技術(shù)落后.模具材料性能、質(zhì)量和品種往往會(huì)影響模具質(zhì)量、壽命及成本,國產(chǎn)模具鋼與國外進(jìn)口鋼相比,無論是質(zhì)量還是品種規(guī)格,都有較大差距。塑料、板材、設(shè)備等性能差,也直接影響模具水平的提高。1.1.2 國內(nèi)模具的發(fā)展趨勢(shì)巨大的市場(chǎng)需求將推動(dòng)中國模具的工業(yè)調(diào)整發(fā)展。雖然我國的模具工業(yè)和技術(shù)在過去的十多年得到了快速發(fā)展,但與國外工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比仍存在較大差距,尚不能完全滿足國民經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的需求。未來的十年,中國模具工業(yè)和技術(shù)的主要發(fā)展方向包括以下幾方面: 1) 模具日趨大型化; 2)在模具設(shè)計(jì)制造中廣泛應(yīng)用 CAD/CAE/CAM 技術(shù); 3)模具掃描及數(shù)字化系統(tǒng); 4)在塑料模具中推廣應(yīng)用熱流道技術(shù)、氣輔注射成型和高壓注射成型技術(shù); 5)提高模具標(biāo)準(zhǔn)化水平和模具標(biāo)準(zhǔn)件的使用率; 6)發(fā)展優(yōu)質(zhì)模具材料和先進(jìn)的表面處理技術(shù); 7)模具的精度將越來越高; 8)模具研磨拋光將自動(dòng)化、智能化; 39)研究和應(yīng)用模具的高速測(cè)量技術(shù)與逆向工程; 10)開發(fā)新的成形工藝和模具。1.2 國外模具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)模具是工業(yè)生產(chǎn)關(guān)鍵的工藝裝備,在電子、建材、汽車、電機(jī)、電器、儀器儀表、家電和通訊器材等產(chǎn)品中,60%-80%的零部件都要依靠模具成型。用模具生產(chǎn)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(chǎn)技術(shù)水平的高低,已成為衡量一個(gè)國家制造業(yè)水平高低的重要標(biāo)志,并在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。近幾年,全球模具市場(chǎng)呈現(xiàn)供不應(yīng)求的局面,世界模具市場(chǎng)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(chǎn)值的三分之一。 國外模具總量中,大型、精密、復(fù)雜、長(zhǎng)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?!?、“大而精“。2004 年中國模協(xié)在德國訪問時(shí),從德國工、模具行業(yè)組織--德國機(jī)械制造商聯(lián)合會(huì)(VDMA)工模具協(xié)會(huì)了解到,德國有模具企業(yè)約 5000 家。2003 年德國模具產(chǎn)值達(dá) 48 億歐元。其中(VDMA)會(huì)員模具企業(yè)有 90 家,這 90 家骨干模具企業(yè)的產(chǎn)值就占德國模具產(chǎn)值的 90%,可見其規(guī)模效益。 隨著時(shí)代的進(jìn)步和技術(shù)的發(fā)展,國外的一些掌握和能運(yùn)用新技術(shù)的人才如模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、模具工藝設(shè)計(jì)、高級(jí)鉗工及企業(yè)管理人才,他們的技術(shù)水平比較高.故人均產(chǎn)值也較高.我國每個(gè)職工平均每年創(chuàng)造模具產(chǎn)值約合 1 萬美元左右,而國外模具工業(yè)發(fā)達(dá)國家大多 15~20 萬美元,有的達(dá)到 25~30 萬美元。國外先進(jìn)國家模具標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率達(dá) 70%以上,而我國才達(dá)到 45%.1.3 限位板落料級(jí)進(jìn)模具設(shè)計(jì)與制造方面1.3.1 限位板沖孔落料級(jí)進(jìn)模具設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)思路沖裁是沖壓工藝的最基本工序之一,它是利用模具使板料沿著一定的輪廓形狀產(chǎn)生分離的一種沖壓工序。它包括落料、沖孔、切邊、修邊、切舌、剖切等工序,其中落料和沖孔是最常見的兩種工序。沖裁在沖壓加工中應(yīng)用極廣。它既可直接沖出成品零件,還可以對(duì)已成形的工件進(jìn)行再加工。普通沖裁加工出來的制件的精度不高,一般情況下,沖裁件的尺寸精度應(yīng)在 IT12 級(jí)以下,不宜高于 IT10 級(jí)。只有加強(qiáng)沖裁變形基礎(chǔ)理論的研究,才能提供更加準(zhǔn)確、實(shí)用、方便的計(jì)算方法,才能正確地確定沖裁工藝參數(shù)和模具工作部分的幾何形狀與尺寸,解決沖裁變形中出4圖(1)制件圖現(xiàn)的各種實(shí)際問題,從而,進(jìn)一步提高制件質(zhì)量。限位板是典型的沖壓件,該模具工作過程很簡(jiǎn)單就是沖孔和落料,根據(jù)零件圖的結(jié)構(gòu)和尺寸精度以及材料的性能確定完成該沖件所需要的模具類型.因此,綜合考慮各種因素后采用復(fù)合模。根據(jù)計(jì)算的結(jié)果和選用的標(biāo)準(zhǔn)模架,判斷此次沖裁能不能采用標(biāo)準(zhǔn)的模架。為了保證制件的順利加工和順利取件,模具必須有足夠高度。要改變模具的高度,只有從改變導(dǎo)柱和導(dǎo)套的高度,改變導(dǎo)柱和導(dǎo)套的高度的同時(shí),還要注意保證導(dǎo)柱和導(dǎo)套的強(qiáng)度. 導(dǎo)柱和導(dǎo)套的高度可根據(jù)沖裁凸凹模與落料凹模工作配合長(zhǎng)度決定.設(shè)計(jì)時(shí)可能高度出現(xiàn)誤差,應(yīng)當(dāng)邊試沖邊修改高度。1.3.2 限位板模具設(shè)計(jì)的進(jìn)度1.了解目前國內(nèi)外沖壓模具的發(fā)展現(xiàn)狀,所用時(shí)間 10 天;2.確定加工方案,所用時(shí)間 5 天;3.模具的設(shè)計(jì),所用時(shí)間 30 天;4.模具的調(diào)試.所用時(shí)間 5 天2 沖壓件工藝分析設(shè)計(jì)內(nèi)容:工件名稱:限位板 生產(chǎn)批量:大批量 材料:A3厚度:6mm工件簡(jiǎn)圖:如下圖圖(1)所示 5A3 鋼是普通質(zhì)量碳鋼,在生產(chǎn)過程中不需要特別控制質(zhì)量要求,并且具有良好的沖壓性能,因此適合限位板的大量生產(chǎn)。圖示零件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,形狀對(duì)稱,是由圓、圓弧和直線段組成的。根據(jù)沖裁件尺寸查有關(guān)數(shù)據(jù),得出其外形所能達(dá)到的經(jīng)濟(jì)精度為 IT11—IT13,中間孔中心與邊緣距離尺寸公差為±0.5mm。將以上精度與零件的精度要求相比較,可認(rèn)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(biāo)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(jìn)行加工。該沖裁件拐角處的圓角半徑為 R4,沖裁件所要求的最小圓角半徑為,故沖裁半徑能夠滿足要求。)( m5.162.0t5.Rmin???63 工藝方案的確定3.1 方案的擬定該零件的生產(chǎn)工序落料、沖孔,完成此工序可由一下三種方案:方案一:采用單工序模分兩次加工,先進(jìn)行沖孔,然后落料完成零件的生產(chǎn)過程。方案二:采用沖孔、落料復(fù)合模具。方案三:采用沖孔、落料級(jí)進(jìn)模具。3.2 方案比較方案一模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,制造方便,但應(yīng)用于生產(chǎn)時(shí)需要兩道工序、兩副模具完成降低了生產(chǎn)效率。并且生產(chǎn)出的工件累計(jì)誤差較大,操作時(shí)不方便。由于該零件為大批量生產(chǎn),相比較而言,方案二和方案三更具有優(yōu)越性。查有關(guān)數(shù)據(jù),零件所要求的最小模具壁厚大于 10mm,由零件圖可知,沖孔部分的孔中心與外緣之間的最小距離是 7mm,小于復(fù)合模具的最小壁厚,模具的強(qiáng)度不能達(dá)到要求;并且沖壓后成品件留在模具上,在清理模具上的物料時(shí)會(huì)影響沖壓速度,7操作不方便,因此不可以采用沖孔、落料復(fù)合模。從中考慮沖孔、落料級(jí)進(jìn)模具,級(jí)進(jìn)模是由單副模具完成沖孔、落料生產(chǎn),生產(chǎn)效率高,操作方便,但欲保證沖壓件的形位精度,需要在模具上設(shè)置導(dǎo)正銷進(jìn)行導(dǎo)正。3.3 方案選定通過對(duì)上述三種方案的綜合分析比較,該零件的沖壓生產(chǎn)工藝采用方案方案三級(jí)進(jìn)模具為最佳。4 必要的工藝計(jì)算4.1 排樣設(shè)計(jì)4.1.1 排樣方案擬定考慮到生產(chǎn)成本等因素,在設(shè)計(jì)復(fù)合模具之前,首先要設(shè)計(jì)板料的排樣圖。由零件圖可知,該零件的外形具有 T 形特點(diǎn),排樣設(shè)計(jì)可以為直排、直對(duì)排的排樣方案。4.1.2 排樣方案比較根據(jù)市場(chǎng)上提供的材料,原材料選用 6×1000×2000 的 A3 鋼板。根據(jù)沖裁件的外型尺寸查《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)》表 2.9 得:搭邊值為 2mm 和1.5mm。直排時(shí)材料的利用率:直排時(shí)的排樣圖如圖(2)所示8圖(2)排樣一條料的寬度:B= 75 + 2×5 = 85(mm)計(jì)算步距:S =74 + 4 = 78(mm )材料利用率的計(jì)算:根據(jù)一般市場(chǎng)供應(yīng)情況,為提高材料利用率選擇適當(dāng)規(guī)格的原材料。一個(gè)步距的材料利用率:計(jì)算沖壓件毛坯面積計(jì)算時(shí)可以將沖裁件分為三部分如圖(3)所示 :圖(3)面積劃分其中沖裁件中的圓孔沖下的廢料屬于結(jié)構(gòu)廢料,在生產(chǎn)中不可以避免,計(jì)算時(shí)應(yīng)包括在沖裁件總面積之內(nèi)。分別計(jì)算三部分的面積: )( 22m14314A?????)( 225.9B)( 2210646C?????9沖裁件的總面積為: )m3581206.5421CBA2(總 ????利用公式 計(jì)算一個(gè)步距材料利用率Sn?式中 n——一個(gè)步局里沖裁件的個(gè)數(shù);A——沖裁件毛坯面積( ) ;2mB——條料寬度(mm) ;S——排樣步距(mm) 。%54107853????直對(duì)排材料利用率:直對(duì)排時(shí)的排樣圖如圖(4)所示:為了提高材料利用率,排樣圖中限位板頂部與限位板底部間距設(shè)計(jì)為 2mm 即可滿足沖裁搭邊要求。圖(4)排樣二計(jì)算步距:S =2×44 + 2×4 = 96 (mm)條料寬度:B =75 + 2×5 + 2 + 18 = 105 (mm) 10沖壓件的毛坯面積為:3585 2m一個(gè)步距材料利用率:(其中 n = 2)BSA??%1.709615382??4.1.3、方案選定在考慮綜合因素情況下,選擇適當(dāng)?shù)牟牧弦?guī)格,減少在材料下料時(shí)的浪費(fèi),通過上面的計(jì)算比較直排與直對(duì)排單個(gè)步距的利用率,選擇直對(duì)排為沖裁時(shí)的排樣方案。4.2 計(jì)算凸、凹模工作部分的尺寸凸、凹模工作部分的尺寸影響到模具的間隙,而模具的間隙有直接影響的沖裁件的質(zhì)量,合理的模具間隙不僅能夠得到良好質(zhì)量的沖裁件,而且能夠延長(zhǎng)模具的壽命。因此,凸、凹模工作部分尺寸的計(jì)算是非常重要的。該沖裁件所用的材料是 A3,板料的厚度是 6mm,由此查《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)》表 2.4 得到模具初始時(shí)的雙面間隙:=1.44mm =1.08mmmaxZminZ4.2.1 沖孔 凸、凹刃口尺寸的計(jì)算30?由于沖裁件中 的孔在圖形上的精度相對(duì)要求較高,采用配作法制作凸、凹模。其刃口尺寸計(jì)算如下:查《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)》表 2.6 得沖孔時(shí)的磨損系數(shù):x=0.75按照公式 計(jì)算凸)(凸 ?0maxA???式中 A——凸模最大尺寸(mm) ;X——沖孔時(shí)磨損系數(shù);——沖裁件的磨損系數(shù);?11——凸模制造偏差(mm) ,一般取 = /4。凸A凸A?038. 038.15157.26?????)(凸沖孔凹模尺寸與凸模的基本尺寸相同為 30.15mm,不必標(biāo)注公差。但在技術(shù)要求里需注明,凹模實(shí)際刃口尺寸與凸模配制,保證最小雙面合理間隙值 =1.08mm。minZ4.2.2 外形落料凸、凹模刃口尺寸計(jì)算按照 IT14 級(jí)査取沖裁件中未標(biāo)注的尺寸公差:043.R2?074.5?043.18?074.56?03.R?查《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)》表 2.6 得磨損系數(shù)為:當(dāng) ≥0.50 時(shí),x= 0.5;?當(dāng) <0.50 時(shí),x= 0.75.落料時(shí)凸、凹模計(jì)算公式為: 凸)( ?0maxjA???落料時(shí)以落料凹模為基模,所以 應(yīng)為凹模尺寸。jA將數(shù)據(jù)代入以上公式得: 1.01.06824375.12R??????)(凹 9.09.035)(凹 1.1.7.8??)(凹 9.09.0635)456(????凹 75.07.083.R4??)(凹落料凸模尺寸與凹模相配作,基本尺寸相同分別為21.68、52.63、17.68、55.63、3.78,不必標(biāo)注公差。在落料凸模的零件圖中技術(shù)要求要注明,凸模的實(shí)際尺寸與落料凹模配制,保證最小雙面間隙值為 =1.08mm。minZ124.3 沖壓力的計(jì)算4.3.1 沖孔力、落料力的計(jì)算落料力和沖孔力計(jì)算公式如下:bLtF??落 bLtF??孔式中 L——沖裁周邊長(zhǎng)度;t——材料厚度;——材料的抗拉強(qiáng)度。b?查有關(guān)數(shù)據(jù),A3 的抗拉強(qiáng)度為 450MPa。落料力的計(jì)算:落料件的外形是由三個(gè)半圓與若干直線段組成,其周邊長(zhǎng)度為: 213249256L????????=260.2(mm)沖裁件的板料厚度為 6mm。所以 KN54.7024562.0F???)(落沖孔力的計(jì)算: )m.915L(?所以 KN469.254062.F???(孔4.3.2 沖孔、落料時(shí)的推件力、卸料力計(jì)算沖孔時(shí),由于沖下的廢料卡在凹模洞中,將廢料順著沖裁方向從凹模洞中推出,需要壓力機(jī)為其傳遞一定大小的力,計(jì)算公式如下: 孔推推 FnK?13式中 n——同時(shí)卡在凹模內(nèi)的沖裁件個(gè)數(shù), ;thn?——推件力系數(shù);推K——沖孔力。孔F沖孔凹模壁取直筒形凹模刃口形式,由《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)》表 2.21 查得,h=12mm,則 。個(gè)26m1thn?查表 2.7 得 =0.045。推K所以 )(孔推推 KN9.246.5.02Fn???落料時(shí)可以將落料凹模設(shè)計(jì)成斜壁式凹模,不必計(jì)算落料時(shí)的卸料力。4.3.3 總的沖壓力計(jì)算:沖裁時(shí),總的沖壓力為 卸推孔落總 FF??以上計(jì)算已經(jīng)得出各個(gè)力的大小,將數(shù)據(jù)帶入上面公式得,979.9(KN)??9.246.5.702F總一般在沖裁工作中,為了保證壓力機(jī)能夠提供足夠的壓力,通常所選用的壓力機(jī)的噸位要比實(shí)際計(jì)算出的沖壓力要大 30%左右,即:)(總’總 %301F???=979.9×1.3=1273.9(KN)4.4 壓力中心的計(jì)算由于沖壓件外形不是中心對(duì)稱圖形,所以需要找出其壓力中心,并在沖裁時(shí)候使模柄軸線與壓力機(jī)滑塊中心線保持重合,這樣才能保證滑塊不會(huì)承受偏心載荷;否則,會(huì)導(dǎo)致滑塊導(dǎo)軌和模具導(dǎo)向部分不正常磨損,還會(huì)使合理間隙得不到保證,從而影響之間質(zhì)量和降低模具壽命甚至損壞模具。采用解析法求模具的壓力中心坐標(biāo)。14按照一定的比例畫出工件圖形,如圖(5)所示。以限位板底邊上中點(diǎn)為原點(diǎn),建立 xoy 坐標(biāo)系,如圖中所示。圖(5) 壓力中心坐標(biāo)系沖裁件的外形是由圓、圓弧和直線段組成,將其周邊分成 、 、 、1L23、 、 、 七個(gè)基本線段,如圖中所示。 4L567L圖中尺寸為圖(1)中所給出的數(shù)據(jù)。求各個(gè)線段的中心位置:從工件圖形中可以看出,工件為左右對(duì)稱圖形。所以,壓力中心在 x 方向的坐標(biāo)為:=0;Cx在 y 軸方向上,沖裁件左右對(duì)稱,求算線段壓力中心坐標(biāo)時(shí)主要是求出圓弧 、2L、 的坐標(biāo) 、 、 ,利用公式:4L624y6計(jì)算LRbsin180???式中 R——圓弧半徑(mm) ;——圓弧中心角的一半;15b——圓弧對(duì)應(yīng)弦長(zhǎng)(mm) ;L——弧長(zhǎng)(mm) 。將相關(guān)的數(shù)據(jù)帶入上面公式,得:=5.73 =3.6 =692y4y6最終求得各個(gè)基本線段長(zhǎng)度和重心在 y 軸方向上的坐標(biāo)為:=56mm =0;1L1=56.55mm =-0.174;2 2=4mm =10.8;3 3y=12.56mm =12;4L4=62mm =10.8。5 5=69.12mm =696 6y=94.25mm =557L7壓力中心在 y 軸方向上的坐標(biāo)利用下面的公式計(jì)算得出:;????n1iiin21C LyL? ?將以上數(shù)據(jù)代入公式得:25.941.625.14.56 5.637873.560yC ????????=29即如圖建立的坐標(biāo)系,工件的壓力中心坐標(biāo)為(0,29) 。165 模具的總體設(shè)計(jì)通過以上的分析,此零件的沖壓包括沖孔和落料兩個(gè)工序,選用級(jí)進(jìn)模具,為方便小孔廢料和成形工件的落下,采用正裝結(jié)構(gòu),即沖孔凹模和落料凹模都安排在下模。因是大批量生產(chǎn),但工件簡(jiǎn)單,所以采用手動(dòng)從右往左送料方式比較好,能夠使模具制造簡(jiǎn)單。本工件在生產(chǎn)過程中是大批量生產(chǎn),沖時(shí)第一個(gè)工位采用始用擋料銷定位,第二個(gè)工位采用固定擋料銷定位。送料時(shí)始用擋料銷與固定擋料銷作為粗定距,為保證沖裁件的尺寸精度,需要在凸模上安裝一個(gè)導(dǎo)正銷,利用條料上先沖下的 φ30mm 的孔做導(dǎo)正銷孔進(jìn)行導(dǎo)正,依此作為條料送進(jìn)的精確定距。由于板料厚度較厚,不需要采用壓料裝置。模具采用正裝結(jié)構(gòu),沖孔廢料和工件留在凹??锥粗?,為了簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu),可以在下模座中開有通槽,使廢料和工件從孔洞中落下。工件厚度為 6 mm,料厚比較厚,為了簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu)和達(dá)到可靠的卸料力,選用剛性卸料板來卸下條料廢料。為確保零件的質(zhì)量及穩(wěn)定性,選用導(dǎo)柱、導(dǎo)套、導(dǎo)向,由于該零件導(dǎo)向尺寸較小,且精度要求不是太高,所以宜采用后側(cè)導(dǎo)柱模架。模具的動(dòng)作過程如下:模具工作時(shí),條料由導(dǎo)料板導(dǎo)向,人工送入工作臺(tái)面,采用始用擋料銷手動(dòng)進(jìn)行首次定位。上模部分隨壓力機(jī)滑塊下行,進(jìn)行沖裁,導(dǎo)柱、導(dǎo)套對(duì)上下模的運(yùn)動(dòng)起到可靠的導(dǎo)向,完成 φ30mm 的沖孔動(dòng)作,落料凸模進(jìn)行一次空行程。始用擋料銷在彈簧作用下回到原來位置,上?;爻蹋却乱淮螞_裁。上模回程后,條料由導(dǎo)料板導(dǎo)向繼續(xù)送進(jìn),固定擋料銷對(duì)條料進(jìn)行初定位。上模下行,第一次沖出的 φ30mm 的孔作為導(dǎo)正孔與導(dǎo)正銷配合對(duì)板料進(jìn)行精確定位。沖孔凸模與落料凸模同時(shí)完成沖裁,沖裁件與沖孔廢料分別從落料凹模沖孔凹模的凹模洞中落下,落料件的廢料由固定卸料板卸下。上?;爻?,準(zhǔn)備下一次的沖裁。在沖裁過程中,始用擋料銷只在首次沖裁時(shí)使用,以后各次沖裁時(shí)都由固定擋料銷控制送料步距作為初定位,導(dǎo)正銷進(jìn)行精確定位進(jìn)行沖裁。176 模具主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)6.1 凸模、凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)6.1.1 沖孔凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。沖裁件中的孔為圓形結(jié)構(gòu),為了方便凸模的加工和工作過程中的凸模替換,將凸模設(shè)計(jì)成階梯形狀,根據(jù) JB/T5826 標(biāo)準(zhǔn)選擇凸模。沖孔凸模的結(jié)構(gòu)與尺寸如圖(6)18所示:圖(6)沖孔凸模6.1.2 落料凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)落料件外形較沖孔復(fù)雜,是一個(gè)不規(guī)則的輪廓,考慮選用直通式凸模,但由于直通式凸模不便于固定,在凸模的端面加工時(shí)留出一個(gè)高為 5mm 的凸臺(tái)用于凸模的固定。模具工作時(shí),沖孔凸模與落料凸模同時(shí)進(jìn)行沖裁,將它們?cè)O(shè)計(jì)為同等長(zhǎng)度。該凸模要與導(dǎo)正銷配合對(duì)板料精確定位,因此在凸模 R22mm 圓弧中心處鉆出一個(gè) φ26mm 的通孔。由于落料時(shí)是以凹模為基刃,凸模的尺寸按照落料凹模尺寸進(jìn)行配作,要求的不是過于嚴(yán)格,其結(jié)構(gòu)如圖(7)所示:19圖(7)落料凸模6.1.3 凹模板的設(shè)計(jì)如將沖孔凹模與落料凹模分別設(shè)計(jì)制造,在滿足最小壁厚的前提下,會(huì)使模具結(jié)構(gòu)尺寸大大增加,制造不方便,并且增加了模具制造時(shí)的經(jīng)濟(jì)成本。所以考慮將兩個(gè)凹模設(shè)計(jì)在同一個(gè)板料上作為一個(gè)整體。落料凹模刃口處加工成斜壁式,沖孔凹模刃口處為直臂式。計(jì)算凹模板的外形尺寸,以便后面的模架選擇。根據(jù)沖裁件的排樣圖查《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)》表 2.22 得,凹模板的厚度系數(shù)為:k=0.35所以,凹模板的高度 H= k×b =0.35×75 = 26.25(mm)凹模板的厚度 C= 1.5H =1.5×26.25 = 39.4(mm)凹模板外形尺寸的確定:20凹模外形長(zhǎng)度 L=96+37+15+2×39.4 = 226.8(mm)凹模外形寬度 B=75+2×39.4 = 153.8(mm)依據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù),將凹模整體尺寸標(biāo)準(zhǔn)化 315×200×28凹模結(jié)構(gòu)及尺寸如圖(8)所示:圖(8)凹模板6.1.4 導(dǎo)正銷的設(shè)計(jì)導(dǎo)正銷能夠在標(biāo)準(zhǔn)件中查詢得到,但從沖裁件尺寸標(biāo)注可以看出,第一次沖下的孔邊沿到落料件邊緣距離為 7mm。如選用標(biāo)準(zhǔn)的導(dǎo)正銷,其尾部直徑尺寸過大,落料凸模上也應(yīng)鉆出相同尺寸的孔與之配合從而會(huì)導(dǎo)致落料凸模的強(qiáng)度不夠,因此導(dǎo)正銷在設(shè)計(jì)過程中單獨(dú)制造出來。設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)與尺寸如圖(9)所示:21圖(9)倒正銷6.1.5 固定擋料銷位置的確定選用固定擋料銷來對(duì)板料進(jìn)行初定位,必須確定擋料銷在模具上正確位置,擋料銷位置如圖(10)其確定如下:圖(10)固定擋料銷位置由圖形(2)和圖形(10)中可以得 出:22擋料銷與沖裁件的直邊部分接觸進(jìn)行初定位,有幾何關(guān)系得:條料每前進(jìn)一個(gè)步距,等于直邊到擋料銷的距離。即 )( 429DLS???L=74mm所以固定擋料銷應(yīng)在距落料件中心 74mm 處。6.1.6 導(dǎo)料板的設(shè)計(jì)導(dǎo)料板的內(nèi)側(cè)與條料接觸,外側(cè)與凹模平齊,導(dǎo)料板與條料之間的間隙取 1mm,這樣就可確定了導(dǎo)料板的寬度,導(dǎo)料板的厚度查表取 8~10mm。導(dǎo)料板采用 Q235 鋼制作,熱處理硬度為 40~48HRC,用螺釘和銷釘固定在凹模上。經(jīng)查表分析得,導(dǎo)料板長(zhǎng)度 L=315mm,寬度 B=45.5mm ,厚度 h=10mm6.1.7 卸料板的設(shè)計(jì)卸料板的周界尺寸與凹模的周界尺寸相同,厚度為 20mm。在前面已確定了采用剛性卸料板,設(shè)計(jì)卸料板為一整體板。卸料板采用 45 鋼制造,淬火硬度為 40~48HRC。6.1.8 始用擋料銷位置確定根據(jù)步距要求,模具上需要兩個(gè)始用擋料銷。其位置確定如圖(11):圖(11)始用擋料銷位置)( m42537L1??23根據(jù)選擇的板料尺寸,與搭邊值大小, m80L2?6.2 模架的選擇根據(jù)以上設(shè)計(jì)要求,所選擇模架尺寸如下:上模座:315×200×45下模座:315×200×55 導(dǎo)柱:35×180導(dǎo)套:35×115×43墊板:315×200×10卸料板:315×200×20凸模固定板:315×200×326.3 模具的閉合高度選擇模架時(shí),選用兩塊 315×45.5×10 的導(dǎo)料板;模柄選用旋入式模柄,螺紋部分的尺寸為 M36×2.5,與壓力機(jī)配合部分的高度為 73mm。所以模具閉合高度可以根據(jù)裝配關(guān)系計(jì)算為:H 下 模 座凸 模凹 模 板模 柄墊 板上 模 座高 )( hhh????1=45+10+73+28+(100-1)+55=310(mm)247 沖壓設(shè)備的選擇選擇型號(hào)為 JA21-160 的開式雙柱固定臺(tái)壓力機(jī)能夠滿足使用要求。型號(hào)為 JA21-160 的壓力機(jī)主要技術(shù)參數(shù)如下:公稱壓力:1600KN滑塊行程:160mm最大閉合高度:450mm封閉高度調(diào)節(jié)量:130mm工作臺(tái)尺寸:(前后×左右)710mm×1120mm工作臺(tái)板厚度:130mm模柄孔尺寸: 70×80mm?258 模具總裝圖的繪制圖(12)裝配圖1-下模座 2-緊固螺釘 3-凹模板 4-導(dǎo)料銷 5-固定擋料銷 6-導(dǎo)正銷 7-落料凸模 8-凸模固定板 9-墊板 10-上模座 11-定位銷 12-模柄13-止動(dòng)銷 14-沖孔凸模 15-緊固螺釘 16-導(dǎo)柱 17-卸料板18-導(dǎo)套 19-托料板 20-螺釘 21-定位銷模具總裝圖如上圖(12)所示。269 設(shè)計(jì)總結(jié)畢業(yè)設(shè)計(jì)是我進(jìn)行完了三年的模具設(shè)計(jì)與制造專業(yè)課程后的一次綜合性學(xué)習(xí)檢測(cè),它是對(duì)我們?nèi)陙硭鶎W(xué)課程的又一次深入、系統(tǒng)的綜合性的復(fù)習(xí),也是一次理論聯(lián)系實(shí)踐的訓(xùn)練。本次模具設(shè)計(jì)工件是限位板,限位板屬于典型的沖裁件,分析其工藝性,并確定工藝方案。根據(jù)計(jì)算確定該制件的沖裁力及模具刃口尺寸,然后選取相應(yīng)的壓力機(jī)。本設(shè)計(jì)主要是落料凸、凹模及沖孔凸、凹模的設(shè)計(jì),需要計(jì)算凸凹模的間隙、工作零件的尺寸和公差。此外,還需要確定模具工藝零件和結(jié)構(gòu)零件以及模具的總體尺寸,然后根據(jù)上面的設(shè)計(jì)繪出模具的總裝圖。由于在零件制造前進(jìn)行了預(yù)測(cè),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(yīng)的工藝措施。因此,模具在生產(chǎn)零件的時(shí)候才可以減少廢品的產(chǎn)生。限位板沖孔落料模具的設(shè)計(jì),是理論知識(shí)與實(shí)踐有機(jī)的結(jié)合,更加系統(tǒng)地對(duì)理論知識(shí)做了更深切貼實(shí)的闡述。也使我認(rèn)識(shí)到,要想做為一名合格的模具設(shè)計(jì)人員,必須要有扎實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ),并不斷學(xué)習(xí)新知識(shí)新技術(shù),樹立終身學(xué)習(xí)的觀念,把理論知識(shí)應(yīng)用到實(shí)踐中去,并堅(jiān)持科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)、求實(shí)的精神,大膽創(chuàng)新,突破新技術(shù),為國民經(jīng)濟(jì)的騰飛做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。致 謝本人交上的這份畢業(yè)設(shè)計(jì)雖然進(jìn)了我最大努力,但并不能稱之為完整或者完美。27但在我學(xué)習(xí)過程中老師和同學(xué)的幫助堪稱完美!首先感謝本人的導(dǎo)師原紅玲老師,她幫我仔細(xì)審閱了本文的全部?jī)?nèi)容并對(duì)我的畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容提出了許多建設(shè)性建議。原老師在模具行業(yè)里學(xué)識(shí)淵博,為人熱情,一絲不茍的作風(fēng)一直是我工作、學(xué)習(xí)中的榜樣;他們循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪,在她的指導(dǎo)下使我受益匪淺,在畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中,特別是遇到困難時(shí),她給了我鼓勵(lì)和幫助,在這里我向她表示真誠的感謝!同時(shí),我還要感謝材料工程系模具專業(yè)的所有老師,有了他們的敬業(yè)教導(dǎo),才有了我專業(yè)知識(shí)的積累和進(jìn)步。感謝母校——河南機(jī)電高等??茖W(xué)校的辛勤培育之恩!感謝材料工程系給我提供的良好學(xué)習(xí)及實(shí)踐環(huán)境,使我學(xué)到了許多新的知識(shí),掌握了一定的操作技能。最后,感謝我的同窗學(xué)友,因?yàn)槲覀冇泄餐睦硐肱c追求。在論文即將完成之際,我的心情無法平靜,從開始進(jìn)入課題到論文的順利完成,有多少可敬的師長(zhǎng)、同學(xué)、朋友給了我無言的幫助,在這里請(qǐng)接受我誠摯的謝意!雖然此文歷經(jīng)幾次修改,但由于筆者水平有限,文中仍會(huì)存在許多不足和缺陷,敬請(qǐng)諸位老師和學(xué)友不吝批評(píng)指正,以使我更加深入地研究和提高!參考文獻(xiàn)[1]陳錫棟、周小玉主編.實(shí)用模具技術(shù)手冊(cè)[ M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2001[2]李紹林、馬長(zhǎng)福主編.實(shí)用模具技術(shù)手冊(cè)[ M].上??茖W(xué)技術(shù)出版社,1998[3]許發(fā)樾主編.實(shí)用模具設(shè)計(jì)與制造手冊(cè)[ 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