一種I型軟管夾裝配工藝及模具設(shè)計.doc

編碼2017-JXSJ專業(yè)代碼080202-164本科畢業(yè)設(shè)計一種I型軟管夾裝配工藝及模具設(shè)計學(xué) 院商丘工學(xué)院專 業(yè)機械設(shè)計制造及其自動化學(xué) 號4113010503學(xué)生姓名霍俊豪指導(dǎo)教師管紅艷提交日期2017年 5 月 18 日I誠 信 承 諾 書本人鄭重承諾和聲明:我承諾在畢業(yè)論文撰寫過程中遵守學(xué)校有關(guān)規(guī)定,恪守學(xué)術(shù)規(guī)范,此畢業(yè)論文(設(shè)計)中均系本人在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下獨立完成,沒有剽竊、抄襲他人的學(xué)術(shù)觀點、思想和成果,沒有篡改研究數(shù)據(jù),凡涉及其他作者的觀點和材料,均作了注釋,如有違規(guī)行為發(fā)生,我愿承擔(dān)一切責(zé)任,接受學(xué)校的處理,并承擔(dān)相應(yīng)的法律責(zé)任。畢業(yè)論文（設(shè)計）作者簽名： 年 月 日摘要本課題的主要研究內(nèi)容是對I型軟管夾沖壓模具的設(shè)計，設(shè)計包括沖裁件工藝分析、沖壓工藝方案的設(shè)計以及排樣方案的確定和沖壓力的計算，同時可以熟悉沖壓模的基本結(jié)構(gòu)。這個課題的設(shè)計形狀相對還是比較簡單的，同時也需要從材料、精度、尺寸等方面考慮設(shè)計出不同的方案，然后找出一套最適合的方案。我在綜合自己今后的工作和發(fā)展方向的因素考慮后，在這次畢業(yè)設(shè)計中我選擇了預(yù)斷、沖孔、折彎這一典型級進模結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，運用了CAD / CAE / CAM等一系列軟件來完成工作，以此來鞏固自己的專業(yè)知識。根據(jù)模具設(shè)計的基本步驟，分別進行了分析工藝、計算工藝、設(shè)計與計算主要零部件和選擇沖壓設(shè)備，最后對裝配圖和零件圖進行了討論。關(guān)鍵詞：級進模；材料；精度；I型軟管夾；工藝方案ABSTRACTThe main content of this project is the design of the stamping die for I-type hose clamps, design including process analysis for blanking, stamping process design and layout scheme and the calculation of blanking force, can also become familiar with the basic structure of stamping die. The subject design shape is quite simple, also from the material, accuracy, size and other considerations to design different scenarios and identify the most appropriate solution.I have integrated in their future work and development direction of consideration, I chose to prejudge at this graduation, punching, bending the typical progressive die structure design, using a range of software such as CAD/CAE/cam to work, in order to consolidate their knowledge.According to the design of the basic steps, analyzes technology, computing technology, design and calculation of main components and selection of stamping equipment, and finally to discuss the Assembly and part drawingsKeywords: progressive die; material; precision; Type I hose clamp; process Plan目 錄1 引 言11.1沖壓的基本概念11.2模具工業(yè)在當(dāng)今市場的發(fā)展?fàn)顩r和前景11.3沖壓工藝的基本種類12 沖壓件工藝分析32.1沖壓件材料分析32.2沖壓件結(jié)構(gòu)工藝性分析32.3模具結(jié)構(gòu)形式和選材42.3.1模具結(jié)構(gòu)形式42.3.2模具原材料選擇53 確定沖壓工藝方案73.1設(shè)計排樣圖與材料利用率的計算73.11排樣分析73.12搭邊數(shù)值的選取73.2確定排樣圖93.3材料的規(guī)格的選擇：93.4材料利用率的計算94 工藝計算104.1沖壓工藝力的計算104.1.1沖裁力104.1.2成型部分的成型力計算104.2壓力中心的計算：115 凸、凹模間隙的確定及工作部分尺寸的計算125.1沖裁間隙值的確定125.2計算沖裁模刃口的尺寸125.3凸模的設(shè)計135.3.1凸模長度計算135.3.2承壓應(yīng)力校驗145.3.3抗縱向成型應(yīng)力的校核145.4成型凸模設(shè)計155.4.1確定成型凸、凹模圓角半徑及工作部分深度155.4.2落料口大小的確定165.5凹模的設(shè)計165.5.1凹?？卓诘男问郊捌渲饕獏?shù)165.5.2確定整體式凹模外形尺寸165.5.3凹模強度校核175.6 卸料裝置的設(shè)計175.6.1卸料板的設(shè)計175.6.2卸料彈簧的設(shè)計185.6.3卸料彈簧的有關(guān)尺寸計算186 沖壓設(shè)備的選擇196.1沖壓設(shè)備類型的選196.2確定設(shè)備的規(guī)格196.3 其它196.4 裝配圖19結(jié)論22致 謝23參考文獻2425商丘工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計1 引 言1.1沖壓的基本概念沖壓加工是利用專用的沖壓設(shè)備和已經(jīng)設(shè)計好的模具，對毛坯進行加工的一種方法。沖模是沖壓生產(chǎn)的必要條件，與沖壓件是相對應(yīng)的關(guān)系，沖壓加工有三個元素：金屬板、沖模和壓力機。沖壓出來的零件尺寸大小是由模具來保證的，所以生產(chǎn)的零件尺寸精度比較高、兼容性好、成本低、生產(chǎn)效率高，是其它處理方法不能相比的。1.2模具工業(yè)在當(dāng)今市場的發(fā)展?fàn)顩r和前景沖壓是21世紀的新型技術(shù)將持續(xù)快速發(fā)展，發(fā)展方向也將更加明顯，該技術(shù)將更加智能化。這將更具有通用性和靈活性，以滿足幾種類型的生產(chǎn)系統(tǒng)的組合。為了應(yīng)對市場多樣化，個性化需求的發(fā)展趨勢，以增強對市場變化做出快速反應(yīng)。由于模具制造的部件的高度復(fù)雜性，高度一致性，高生產(chǎn)率和低消耗和能量消耗不是其它制造方法可以相比的。今天，我們的人在電腦，手機，手表，汽車，電子設(shè)備上的質(zhì)量要求越來越高。但是，我國的生產(chǎn)水平還比較低，不能滿足產(chǎn)品的質(zhì)量要求，也就是說模具制造水平還比較低。然而，隨著計算機軟件技術(shù)的發(fā)展，CAD / CAE / CAM技術(shù)也慢慢成熟，這是目前模具制造業(yè)是一個非常重要的變化?？梢韵胂?，在不久的將來，在機械制造業(yè)的發(fā)展中，也將進一步推動模具制造技術(shù)朝著科學(xué)化，數(shù)字化，控制化發(fā)展的方向發(fā)展。從單一成型到復(fù)雜零件的整個制造過程的開發(fā)。1.3沖壓工藝的基本種類根據(jù)材料的變形性能，沖壓工藝可分為分離工藝和成型工藝兩大類。分離工序也叫沖裁，是指材料受力后，應(yīng)力超過材料的極限強度，使材料發(fā)生剪裂而分離，如落料、沖孔、切邊、切斷、切口等。成形工藝是指在非壓碎條件下，材料受力后，應(yīng)力超過材料的屈服點，然后獲得塑性變形，從而獲得所需形狀和尺寸的沖壓件的步驟；如拉深、翻邊、彎曲、脹形、縮口、卷圓、起伏、整形等。通常，沖壓材料的厚度是精確和均勻的。材料表面平滑和沒有缺陷等。具有良好的塑性，和較高的伸長率和收縮率，這樣當(dāng)材料變形時才能保持較大的變形程度，有利于變形的穩(wěn)定性和均勻性，提高模具壽命。模具的制造也與沖壓部件的成形，精度，成本和壽命有關(guān)。模具越精確，結(jié)構(gòu)越滿足要求，模具的壽命越長，制造零件的成本越低。因此，模具的設(shè)計和制造必須準(zhǔn)確，以保持零件加工的高效率。降低制造成本?，F(xiàn)在有一些模具零件的設(shè)計，如模具底座，模具，導(dǎo)套，導(dǎo)柱等越來越標(biāo)準(zhǔn)化和簡單，可以設(shè)計一個簡單的模具，復(fù)合模具，多工位級進模具，快速模具更改設(shè)備，減少沖壓生產(chǎn)的準(zhǔn)備時間和工作量。不同的沖壓設(shè)備型號其剛度、精度、使用方法也不同，應(yīng)根據(jù)沖壓工藝要求，正確選擇合適的沖壓機。目前，隨著科技的發(fā)展，我們可以利用計算機程序控制，組成自動沖壓生產(chǎn)線，可以提高生產(chǎn)效率。然而，由于生產(chǎn)的特殊性，往往會出現(xiàn)一些安全事故。所以應(yīng)該在保證安全性的前提下提高生產(chǎn)效率。2 沖壓件工藝分析2.1沖壓件材料分析沖壓工藝的加工是對待加工工件特性的延展。主要體現(xiàn)在工件的結(jié)構(gòu)變化、尺寸、形狀以及沖裁的整個過程的控制。沖裁的加工對整個設(shè)備的加工質(zhì)量、材料使用率以及對模具使用的影響等。在一般的沖裁過程中，主要需要考慮的是工件成型的尺寸以及精度方面的影響。選擇合理優(yōu)秀的沖壓工藝，能夠節(jié)省材料、節(jié)省時間、獲得穩(wěn)定的高質(zhì)量的產(chǎn)品等。采用Q235高速鋼，是一種不銹鋼，加工性能良好但強度較低，屈服強度為195Mpa。性能如表2.1所示:表2.1 Q235的性能材料名稱牌號材料狀態(tài)抗剪（N/mm2）抗拉強度（N/mm2）屈服點s（N/mm2）普通碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235已退火304370375500235所選擇的鋼材質(zhì)優(yōu)缺點較為顯著，一般都能夠應(yīng)用到開關(guān)、包裝、管夾等設(shè)備處。2.2沖壓件結(jié)構(gòu)工藝性分析對于沖壓的結(jié)構(gòu)設(shè)計來說，在結(jié)構(gòu)方面需要盡可能的簡單，并且避免較復(fù)雜的曲線，以防止對工件精度等方面有影響。同時在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，應(yīng)當(dāng)盡可能的少或者沒有廢料，提高原材料的利用率，盡最大可能減少浪費。本次設(shè)計的工件采用的是兩個圓孔并且中間有一段圓弧，結(jié)構(gòu)如圖2.1，這種結(jié)構(gòu)非常適合模具的加工以及沖壓工藝。根據(jù)圖示的結(jié)構(gòu)，在工件的邊緣以及轉(zhuǎn)彎的地方，需要盡可能的避免過大的角度，最好能夠采用圓形進行變化，能夠提高模具使用時間，改善加工性能，本次研究的工件如圖2.1所示。根據(jù)工件圖進行分析可以看到，工件的最大寬度是15mm，最高高度是15mm，總體長度是60mm，通過對工件要求達到的特點進行分析，首先需要進行沖壓控制然后采用沖孔工序，完成兩個直徑為6mm孔的加工，最后切斷并完成加工。在模具的設(shè)計中，在兩個孔之間，相對位置不能過短，不然會影響到工件的變形同時導(dǎo)致精度不夠。在加工的時候，模具或者邊緣的材料會被拉進模具內(nèi)，從而進一步影響了模具的是用壽命。在精度方面，一般形狀和尺寸方面的精度應(yīng)當(dāng)?shù)陀贗T10，表面的粗糙度需要達到3.2m以上。對于一些要求不高的地方，可以達到6.3m。圖2.1工件圖2.3模具結(jié)構(gòu)形式和選材2.3.1模具結(jié)構(gòu)形式本次畢業(yè)設(shè)計所考慮的工藝主要有成型、沖孔、切斷等。在加工的時候，根據(jù)零部件的結(jié)構(gòu)特點以及綜合成本方面的考慮，采用了級進模，它的特點如表2.2所示。表2.2 各類模具結(jié)構(gòu)及特點比較比較項目單工序模復(fù)合模級進模模具種類無導(dǎo)向有導(dǎo)向零件公差等級低一般等級達到IT10-IT18級等級達到IT10-IT13級零件特點尺寸和厚度不受限制零件尺寸屬于中小型、材料較厚尺寸與形狀受到模具的強度限制，加工的零件尺寸可以較大，厚度可以達到3mm可以加工形狀復(fù)雜的零件，零件的厚度在0.2-6mm零件平面度低一般壓料沖件的同時可以把工件毛皮整平而且具有良好的剪切斷面加工中小型的零件表面平行度不高，高質(zhì)量的工件需要校準(zhǔn)平行度生產(chǎn)效率低較低工件需要手動或機械排除、生產(chǎn)效率比級進模低工序之間可以自動送料，可以機械化排除工件，生產(chǎn)效率高安全性需要采取安全措施需要安全措施比較安全模具制造工作量和成本低比無導(dǎo)向的高一點點沖裁較復(fù)雜的零件時比級進模低沖裁簡單的零件比復(fù)合模低2.3.2模具原材料選擇在模具原材料的選擇中，需要綜合考慮的是成本問題，以及模具本身的組成等，通過最低的經(jīng)濟成本，完成所需要精度要求和質(zhì)量要求的工件。在沖壓生產(chǎn)中，還需要確保整個工件的質(zhì)量、效率等等，尋求一個最優(yōu)化的生產(chǎn)方案和材料選擇。在模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，需要考慮的關(guān)鍵問題就是如何減少生產(chǎn)的成本。生產(chǎn)的成本包括了材料的費用、模具的費用以及加工的成本等，一般由于模具的特殊性和唯一性，不具有通用性和互換性，所以成本普遍較高。這就需要從其他方面采取措施來降低成本。所以模具的制造價格也是組成整個工件生產(chǎn)中的一個重要部分。對于一些生產(chǎn)量較小以及結(jié)構(gòu)較為簡單的模具，為了降低成本，所以一般常見的方法就是通過簡化模具的機構(gòu)以及降低模具的使用壽命和組成材質(zhì)等方面降低成本。而對于一些大批量的生產(chǎn)，則可以通過使用質(zhì)量較好的模具，比如合金鋼材質(zhì)等提高模具的使用壽命，雖然一次成本較高，但是由于是大批量的應(yīng)用，所以成本均攤較低。在模具的選擇中，對于其中的部件比如凸模、凹模等都需要根據(jù)設(shè)計要求進行選擇，一般需要考慮如下要求：1、 根據(jù)批量的大小選擇零部件，對于大批量來說，則需要考慮模具的質(zhì)量以及使用壽命和工作中所承受的力，能夠達到批量或者要求的強度和耐磨性能，常用的材料有Cr12MoV以及YG15等。2、 根據(jù)被沖壓的原材料以及加工的工藝順序等選擇相關(guān)的模具材質(zhì)，需要考慮硬度、韌性等的差別。3、 需要考慮所需工件是在何種溫度下進行沖壓工作的。4、 模具的設(shè)計以及選擇還需要綜合考慮目前我國模具的實際情況以及生產(chǎn)狀態(tài)等。在本次畢業(yè)設(shè)計中，所研究的工件加工工藝主要是成型然后沖孔、切費邊等，并且要求大規(guī)模生產(chǎn)，所以模具應(yīng)該選擇較好的材質(zhì)，確保形狀的穩(wěn)定性，在本次設(shè)計中材質(zhì)選擇的就是Cr12MoV，模具經(jīng)過熱處理后硬度能夠達到60HRC。3 確定沖壓工藝方案3.1設(shè)計排樣圖與材料利用率的計算3.11排樣分析排樣是工件加工中工序的一種體現(xiàn)，對于板材或者工件的上下料的布置等都影響著整個統(tǒng)一的效率以及生產(chǎn)率。布局的合理性直接影響著模具的設(shè)計以及產(chǎn)品的質(zhì)量等，對生產(chǎn)操作的順序是否方便得當(dāng)有著決定性的影響。所以它是一個非常重要的工作。沖壓件的生產(chǎn)成本在整個生產(chǎn)工藝中占比較大，達到了六成以上所以通過合理的安排排樣能夠有效的減少材料的使用量，降低成本。在生產(chǎn)中，成本最直接的體現(xiàn)就是原材料的利用率。所以都需要綜合考慮如何提高原料的利用率，減少廢邊廢料的產(chǎn)量。在生產(chǎn)的過程中，產(chǎn)生廢料的情況主要分為兩種。1、 由于工件的形狀構(gòu)成，以及形狀和加工的需要，有時候必須會留有一定的廢料，這部分廢料稱之為結(jié)構(gòu)廢料，這是由工件材料等決定的，是必須存在和不可避免的。2、 兩個工件之間，在加工工藝以及相互之間的帶邊和變位的需求的時候，需要對定位孔和邊緣進行修復(fù)，所以不可避免的都會帶來一定的廢料。這和沖壓的工序結(jié)構(gòu)和整體布局是有關(guān)系的。所以在加工效率的提高以及成本的降低方面，對于同一種工件來說，可以從結(jié)構(gòu)、工藝以及排樣等多方面綜合考慮。根據(jù)加工工件的結(jié)構(gòu)以及實際的生產(chǎn)情況，排樣的方法主要有以下幾種：1、 有廢料的排樣。這種方法就是根據(jù)工件的形狀進行切割，在工件之間以及側(cè)邊由于工藝的原因都會存在邊料，通過裁邊變成了廢料。2、 少廢料排樣。沿著工件的部分輪廓線進行沖壓以及切割之后，在工件之間或者工件和側(cè)面會存在一小部分的搭邊現(xiàn)象。這種搭邊的現(xiàn)象能夠存在少許的廢料。3、 無廢料排樣。在工件之間和邊線之間，通過曲線的切割或者直線的裁邊，所產(chǎn)生的廢料的利用率非常低，同時能夠生產(chǎn)較高質(zhì)量的產(chǎn)品，對模具來說使用的壽命也比較高。所以這是目前常用的一種方式。對于結(jié)構(gòu)形狀都比較簡單的工件來說，比較容易選擇布局。但是對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零部件來說，確實比較不容易的，一般在設(shè)計的時候，都是利用樣板把幾個比較重點考慮的方案盡心模擬一下，然后根據(jù)實際的情況選擇較為合理的方案。3.12搭邊數(shù)值的選取在排樣的時候，兩個相鄰的工件之間以及工件和原料的邊緣所預(yù)留出來的量叫做搭邊。它能夠利用這些搭邊的作用對定位所產(chǎn)生的微小變化進行補償，確保能夠生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品。同時通過搭邊的作用，能夠確保料條具有一定的剛度，有利于持續(xù)送料。對于搭邊數(shù)值的計算和選擇，需要考慮一下幾點原因。1、 工件自身的尺寸以及結(jié)構(gòu)形狀。2、 工件原材料的厚度以及材料的硬度。3、 所選擇的排樣的形式，具體根據(jù)直、斜或者對排進行決定。4、 送料的方式，對于條狀的工件來說，是否有側(cè)壓板。5、 擋料的形式，一般包括擋料、導(dǎo)料等。根據(jù)參考文獻16中表2.9選取搭邊值a=1.5mm，a1=1.8mm。在本次設(shè)計的時候，采用的是級進模沖壓的方式，在設(shè)計的時候首先考慮材料的利用率，然后還需要綜合考慮如下幾點：1、 參考工件的公差等級要求，對于要求等級較高的零部件，在排樣的時候要盡可能的縮短工序，減少誤差的積累，盡可能的向零誤差靠近。2、 對于孔的沖壓，如果離邊緣較近的話，可以考慮分幾步進行完成孔的沖壓，確保模具中孔的設(shè)計強度。3、 在孔距的設(shè)計中，如果對于公差的要求非常嚴格的話，可以通過一步?jīng)_壓或者連續(xù)的工序加工出來。4、 當(dāng)凹模的壁厚由于工件的原因較小的話，需要通過特殊的設(shè)計提高壁厚的強度，確保能夠持續(xù)穩(wěn)定的工作，而所采取的方法一般都是增加一個空的工序。5、 對于復(fù)雜的孔或者洞需要盡可能的避免，以免增加模具的復(fù)雜性，提高了成本。對于整體結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的零部件，可以通過多分幾個工序的設(shè)計降低模具的復(fù)雜程度，都可以降低成本。6、 對于一些小工件，如果結(jié)構(gòu)需求較大的時候，需要盡可能的采用級進模的方法，能夠確保工件的長度以及精度。7、 對于工件結(jié)構(gòu)尺寸較大的時候，為了減少模具的尺寸，一般采用復(fù)合的加工沖壓方法，能夠節(jié)省模具的尺寸。8、 對于精度、公差等要求都較高的工序，為了減少誤差，可以通過一些限位或者特殊的工藝進行定位。9、 在常見的級進模排樣中，對于工序的順序比如翹腳、翻邊等，需要通過合理工序的安排，達到對工件的要求精度等。10、 對于一些塑性延展性不好的材料進行沖壓的時候，需要通過連續(xù)成型的方式進行作業(yè)。3.2確定排樣圖通過對工件的結(jié)構(gòu)設(shè)計以及圖3.1所設(shè)計的工藝設(shè)計過程。采用單排樣方式，原材料的寬度采用64mm，同時為了確保沖頭的強度，減少設(shè)計的難度，設(shè)計值的尺寸是18mm。為了確?？拙嘀g的精度，在導(dǎo)向孔的地方就會被切斷，并通過成型的校準(zhǔn)。這樣的排樣設(shè)計，提高了整個板材原料的利用率，同時在同一個位置有不同的截面，能夠消除沖壓中所產(chǎn)生的力，整體的設(shè)計是合理的。3.1排樣圖3.3材料的規(guī)格的選擇：在沖壓材料的選擇上，一般都是比較常見的金屬或者韌性較好的非金屬材料，比如一些帶鋼、板材和高分子材料等。其中板料是應(yīng)用最為廣泛的材料，在成批量次的生產(chǎn)中應(yīng)用較多。板料的規(guī)格根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)進行規(guī)定的，在使用的時候可能會產(chǎn)生更多地廢料。對于批量生產(chǎn)的鋼帶，一般帶寬都較小，不大于300mm。根據(jù)各種材質(zhì)的不同寬度不相同，長度也根據(jù)厚度能夠達到幾十米甚至幾百米等。在沖壓的時候使用條料的較多，這是一種從板材上切割下來的，利用率更高。塊料一般應(yīng)用到單個產(chǎn)品的加工，應(yīng)用較多的就是有色金屬的沖壓，在應(yīng)用的過程中，根據(jù)材料、尺寸以及要求選擇排樣和料的種類。3.4材料利用率的計算首先計算在一個工序內(nèi)的材料的利用率，計算公式如下：=nABh100% （31）公式中A表示工件沖壓的面積，包括小孔的尺寸，單位是mm2，n表示在一個進距所完成沖壓件的數(shù)量，B表示所選擇的板料的寬度。h表示進距，單位是毫米，代入各個參數(shù)計算可得： =nABh100%=900（1864）100%=78.2%。4 工藝計算4.1沖壓工藝力的計算4.1.1沖裁力沖裁力是為了讓工件進行分離，在模具的兩個模之間產(chǎn)生分離的作用力，它需要克服板材之間的力。它的大小和工件的尺寸、材料的成分、厚度以及相關(guān)的力學(xué)性能有關(guān)系。對于模具設(shè)計，需要合理的設(shè)計選擇模具和相關(guān)的設(shè)備。而沖裁力是體現(xiàn)設(shè)備性能的最直接參數(shù)。所選擇的沖壓力必須大于理論計算的沖裁力，才能夠滿足沖壓的需要。在計算沖裁力的時候，需要緊密的聯(lián)系理論力學(xué)，因為它和材料的厚度、材質(zhì)以及沖壓的輪廓等都有關(guān)系，還和被加工件要求的精度等有關(guān)系。在計算的時候，首先計算出理論的沖裁力，計算公式如下：F=KLt （41）上述公式中的L表示被沖裁工件的邊緣長度，單位是毫米。t表示所選擇原板材的厚度，表示所選擇材料的抗剪切強度，單位是MPa，K表示一個沖裁系數(shù)，它的選擇需要考慮到間隙之間的變化，模具的磨損性能以及材料的尺寸變化等，本次設(shè)計根據(jù)所選擇的材料以及加工要求取值為1.3。在根據(jù)沖裁力選擇設(shè)備的時候，為了提高加工的安全性能以及對可能出現(xiàn)的加工工序的變化。所以應(yīng)當(dāng)取值計算如下;F=1.3LtLtb （42）公式中的F就表示計算的最大力，對于所選擇的材料Q235，它的屈服強度為195MPa，抗剪切強度為156MPa，對于加工直徑為6mm的圓孔，計算剪裁力如下： F1=1.3Lt=1.321mm0.6mm156Nmm2=764.15N 切邊的沖裁力的計算：F2=1.3Lt=1.352.55mm156Nmm2=10657.14N總沖裁力F總的計算：F總=F1+2F2=764.15+210657.14=22078.43N4.1.2成型部分的成型力計算自由成型階段所需要的力計算公式如下：F自=CKBt2r+tb （43）公式中的C表示一個成型的系數(shù)，它的值和工件的形狀等有關(guān)系，比如對于V型工件，取值為0.6，對于U型工件取值為0.7，本次設(shè)計取值為0.6。K表示工作的安全系數(shù)，取值為1.3，t表示原材料的厚度，r表示工件的成型的半徑，b則表示所選擇工件的極限強度，代入各個參數(shù)值計算可得：F自=0.61.320mm1.5mm21mm+1.5mm440Nmm2=6177.6N計算壓料力，對于壓料力的計算，沒有嚴格系統(tǒng)的公式，一般都是根據(jù)自由成型的力的30到80進行選取，如下：Q=0.30.8F自 （44）公式中代入0.8計算可得：0.8F自=0.86177.6N=4942.08N選擇壓力機所需要的沖壓力計算如下：F壓力機F自+Q+F總=4942.08+6177.6+22078.43=33198.11N4.2壓力中心的計算：模具在工作的時候，有的是一個工作點受力，有的是幾個工作點共同受力，這樣在沖壓的過程中，所有受力點共同作用的中心就是模具的壓力中心。在正常的工作情況下，需要確保壓力中心和模具的中心線在在一個配合中心，模具才能夠正常的工作。不然的話就會沖壓的過程中對模具產(chǎn)生彎矩，這就會導(dǎo)致模具受力不均勻而導(dǎo)致變形，邊緣的尺寸以及力等都會發(fā)生改變，凸模和凹模之間就會磨損不均勻，降低了精度等，對壓力機以及模具的使用都縮短了時間，增加了成本。因為工件是中心對稱的形狀，所以不需要計算其壓力中心。5 凸、凹模間隙的確定及工作部分尺寸的計算5.1沖裁間隙值的確定對于凸凹模之間的間隙來說，它對零部件的質(zhì)量、精度以及模具的使用壽命都有著很大的影響，同時對工作中的沖裁力、切削力等都會起到直接決定性的影響。凸凹模之間的間隙根據(jù)工件的精度以及質(zhì)量要求，查表5.1，選擇的最大間隙為0.06mm，最小間隙為0.03mm。表5.1 不同材料的間隙值表（mm）材料厚度08、10、09Mn、Q235杜拉鋁、含碳0.3%0.4%的中等硬鋼硬鋼含碳0.5%0.6%0.70.0640.0920.0420.0560.0490.0630.80.0720.1040.0480.0640.0560.0720.90.0900.1260.0540.0720.0630.0811.00.1000.1400.0600.0800.0700.0901.20.1260.1800.0840.1080.0960.1201.50.1320.2400.1050.1350.1200.1501.750.2200.3200.1260.1620.1140.1802.00.2460.3600.1400.1800.1600.2005.2計算沖裁模刃口的尺寸對于6mm的圓形孔來說，在沖壓的時候，通過兩個模的配合，在加工的時候應(yīng)該以凸模作為基準(zhǔn)，假定工件的尺寸為A 0+，則Ap=A+x-p0 （51）公式中Ap表示凸模的刃口尺寸，對于p則表示制造的公差。其數(shù)值的選擇根據(jù)表5.2可以得到。表5.2規(guī)則形狀(圓形、方形件)沖裁時凸模、凹模的制造公差(mm)公稱尺寸凸模凹模公稱尺寸凸模凹模180.0200.0201802600.030004518300.0200.0252603600.0350.05030800.0200.0303605000.0400.060801200.0250.0355000.0500.0701201800.0300.040在制造中，凹模的尺寸根據(jù)凸模進行配合加工，確保相互之間的間隙值范圍在0.06mm0.12mm。在工作中來確保間隙一直都是在合理的范圍之內(nèi)，所以需要滿足以下關(guān)系：p+pZmax-Zmin （52）或?。篸=0.6Zmax-Zminp=0.4Zmax-Zmin落料：Dd=Dmax-x0+d （53）DP=D凹-Zmin-0=Dmax-x-Zmin-0上述公式中的Dd就表示凹模的基本尺寸，是配合的關(guān)鍵尺寸。Dmax表示基于間隙等所產(chǎn)生的落料件的最大尺寸。Zmin表示兩個模之間所產(chǎn)生的最小間隙，p和d表示凸凹模的上下偏差。X則表示兩個模之間的磨損系數(shù)，其中的DP表示凸模的基本尺寸，表示加工件的公差。代入計算可得：d=0.6Zmax-Zmin=0.60.04=0.024mmp=0.4Zmax-Zmin=0.40.04=0.016md=4d=0.096mm,P=4P=0.064mm 故： Dd=Dmax-x0+d=400+0.024（mm）DP=D凹-Zmin-0=Dmax-x-Zmin-0=19-0.0080（mm）5.3凸模的設(shè)計對于凸模來說，它的設(shè)計一般不需要全部進行計算，根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)備的特點，所取凸模的高度都一樣，所以只需要計算最小的凸模即可，而且如果最小的都能夠達到工作要求，那么所有的都能夠滿足使用要求了。凸模的材質(zhì)選擇Cr12MoV，刀口處經(jīng)熱處理后硬度能夠達到58HRC，即使尾部的硬度也能夠達到40HRC。凸模一般是通過臺階的形式進行固定，利用凸模將它壓入固定板材內(nèi)，通過基孔制配合方式配合后形成裝配的條件以及精度。5.3.1凸模長度計算凸模尺寸的設(shè)計和模具是具有直接關(guān)系的，是實際的設(shè)計計算中根據(jù)模具的尺寸進行計算，并且要適當(dāng)?shù)念A(yù)留好磨損的量以及配合的量。同時對于凸模的安裝尺寸和卸料板之間需要明確距離，避免工作之間的壓力干擾，凸模的長度計算公式如（54）所示：L=H1+H2+H3+a （54）上述公式中H1表示凸模固定裝置的厚度，H2表示卸料板的尺寸，H3則表示原板材料的尺寸，對于a則表示附加的長度，這個長度主要是考慮在模具工作閉合的時候所需要預(yù)留的一個安全控件，根據(jù)模具設(shè)計的基本參數(shù)，H1=20mm， H2=10mm， H3=20mm， a=1mm，凸模進入凹模應(yīng)取1mm，所以凸?？傞L度為：L=52mm。對于凸模來說一般所設(shè)計的強度都是明顯比要求的強度大，因為需要考慮多種工藝，平時只有針對一些特殊的，比如板材較厚的時候才會進行校核，已確認是否滿足使用需求。5.3.2承壓應(yīng)力校驗對凸模工作中所承受的應(yīng)力進行校核，低于最小的截面來說所承受的壓力必須小于許用應(yīng)力，計算公式如（55）所示：=FAmin （55）上述公式中，表示凸模截面所承受的壓力，F(xiàn)則表說所承受的總壓力，A表示凸模中最小的截面積。代入計算可得：=51250126=406.7MPamin5.3.3抗縱向成型應(yīng)力的校核對成型應(yīng)力的校核，分為無導(dǎo)向?qū)Ｂ毢陀袑?dǎo)向裝置兩種，計算公式分別為無導(dǎo)向裝置Lmax425IF有導(dǎo)向裝置Lmax1200IF上述公式中的Lmax表示凸模在工作中所能能夠運行的自由度，F(xiàn)則表示凸模所承受的沖裁力，I表示凸模的截面慣性矩。通過俯視可以看到凸模的基本機構(gòu)成型了工字的形狀，所以可以按照此計算截面慣性矩。max=FS*Ib0 （56）可以導(dǎo)出I=FS*maxb0式中S*中性軸靜矩，S*=b8h2-h02+b02h024max最大剪應(yīng)力I=FS*maxb0=51250N1.6103MPa26.78232-202+1.522024=161.77.2mm4 故Lmax=21mm1200IF=1200161.772mm451250N=657.3mm計算滿足要求。5.4成型凸模設(shè)計根據(jù)成型的特點以及形狀結(jié)構(gòu)尺寸等，可以得到成型凸模的基本尺寸的結(jié)構(gòu)，成型在最高處到最低處的時候成型的邊長為2.3mm。在本次設(shè)計中采用的是U型模，也就是呈現(xiàn)的對稱式結(jié)構(gòu)，通過彈性側(cè)板定做的方式進行定位，能夠防止原材料的移動。同時對于U型的結(jié)構(gòu)形狀，可以分為向下和向上兩種成型的方向。在實際的設(shè)計中，需要綜合考慮如下問題：1、 在凸模板上必須要安裝成型模，對于沖孔機的凸模，需要跟隨進行的時候進行定位，通過工序進行成膜。2、 對于向上成型的方式，需要作為一種成型的沖孔的設(shè)備，對于模具來說，如果是固定的則會出現(xiàn)壓力不足夠的情況，對成型的效果會有影響，最大的可能就是確保輸送能夠平穩(wěn)進行。在本次設(shè)計中，根據(jù)模具的特點以及加工的特點，選擇了向上性的結(jié)構(gòu)，對于凸模的圓角和凹模的圓角半徑是一樣的。5.4.1確定成型凸、凹模圓角半徑及工作部分深度對于凸凹模的圓角半徑的問題，需要考慮成型件所能形成的最小的半徑以及對于原材料來說，所能形成的最小半徑，對于圓角半徑都不小于3mm，但是在模具的凸模和凹模中，圓角的尺寸最好是一致的。圓角的半徑一般也和加工尺寸的長度有關(guān)，在本次設(shè)計中凹模的深度值為14mm，所以選擇的圓角半徑為4mm。5.4.2落料口大小的確定落料口的尺寸一般都必須大于長型的長度，以方便能夠順利下落。所以根據(jù)成品的尺寸，本次設(shè)計選擇的長度為15mm。5.5凹模的設(shè)計5.5.1凹?？卓诘男问郊捌渲饕獏?shù)在本次設(shè)計中，由于所要求沖壓的工件精度不高，所以采用了直筒型凹模，這種結(jié)構(gòu)加工簡單、精度高，強度大。對于沖下來的廢料，需要從凹模出下料，所以需要做一個漏料孔，它的尺寸比凹模的孔需要大0.5mm以上，但是也不能超過2mm。5.5.2確定整體式凹模外形尺寸凹模的基本尺寸，需要綜合考慮到工作狀況以及工作中所承受的力矩，當(dāng)凹模的尺寸無法滿足生產(chǎn)需要的時候，會對模具產(chǎn)生較大的變形，導(dǎo)致加工精度變差甚至出現(xiàn)模具的損壞。所以在設(shè)計的時候，凹模的高度以及壁厚的計算公式如下：凹模高度：H=Kb=15mm （57）凹模壁度：C=1.52H30mm （58）上述公式中的b表示凹模所能開到的最大的寬度。對于k來說它的取值如表5.3所示。表5.3系數(shù)K值b/mm料厚t/mm0.5123500.30.350.420.5501000.20.220.280.351002000.150.180.20.242000.10.120.150.18根據(jù)參數(shù)可以查詢得到，最大的刃口的尺寸為36mm，則通過查表k值取0.39，則代入計算凹模的高度如下：H=0.3936=14.04mm可取H=25mm則：凹模壁厚：C=1.5220mm=3040mm對于刃口的長度較大，并且加工的原材料硬度較大的時候，為了確保安全以及生產(chǎn)穩(wěn)定性，一般會增加一個修改系數(shù)，本次設(shè)計系數(shù)取值為1.25，代入可得：H=1.2520=25mm在固定配合上，凹模是利用螺栓進行連接的，所以要求螺栓具有足夠的強度滿足使用要求。5.5.3凹模強度校核凹模的強度主要是指在切削力的作用下，凹模能夠抵擋形變以及出現(xiàn)斷裂的程度以及能夠承受的最大力，計算公式如下：Hmin=1.5PW （59）式中：Hmin凹模最小厚度，mm；P沖裁力，mm；W許用成型應(yīng)力。對于Cr12MoV，W=300500 MPaHmin=19.1mm138N序號67的彈簧滿足設(shè)計要求，考慮到卸料板到上模座的高度，選擇序號67彈簧。序號67彈簧規(guī)格：外徑D=18.5mm ,鋼絲直徑d=3.5mm，在自由狀態(tài)下彈簧高度H=70mm。由此可知，彈簧裝配高度為：H2=H-=70-17=53mm5.6.3卸料彈簧的有關(guān)尺寸計算（1）彈簧的中徑D1與內(nèi)徑D2D2=D-d=18.5-3.5=15mmD1=D+D22=16.75mm（2）有效圈數(shù)n：H=nP+n0-0.5d式中 n0支承圈數(shù)，一般取2.5。F總=33mm得出：n=7.3，P=10.7（3）總?cè)?shù)n1=n+=7.3+2.5=9.86 沖壓設(shè)備的選擇6.1沖壓設(shè)備類型的選沖壓設(shè)備的選擇需要根據(jù)加工工件結(jié)構(gòu)、沖壓力、生產(chǎn)量等綜合考慮，目前市面上沖壓設(shè)備也比較多，對其中典型的結(jié)構(gòu)進行分析對比。曲柄壓力機結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的沖壓設(shè)備易操作，適合小批量生產(chǎn)，成本價較低。雙作用曲柄拉力機，這是一種工作可靠性較高的設(shè)備，調(diào)整方便，比較適用于大型的工件生產(chǎn)。本次設(shè)計中，綜合多方面的考慮，選擇了開式曲柄壓力機。6.2確定設(shè)備的規(guī)格在模具的設(shè)計中，它的閉合高度必須能夠滿足一下公式：Hmax-5mmH0Hmin+10mm （61）在本次設(shè)計中，根據(jù)基礎(chǔ)參數(shù)和加工工件進行選擇，選擇它的最大高度為50mm，最小高度位180mm。由于閉合的高度比較小，所以可以通過增加墊板進行調(diào)節(jié)。沖壓力和壓力機的關(guān)系，一般壓力機的噸位要比沖壓力大1020，以確保能夠穩(wěn)定的工作。F壓力機F自+Q+F總=4942+6177.6+22078.43=33198.03N根據(jù)計算，本次設(shè)計選擇的壓力機參數(shù)如下：公稱壓力：45