沖壓模具設(shè)計畢業(yè)論文.pdf

三門峽職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)論文 第- 1 -頁 共 25 頁 編號：SMXP-7.5.1-P60-R002日期：2010 年 12 月 5 日 三門峽職業(yè)技術(shù)學院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 題題目：目： 沖壓模具設(shè)計沖壓模具設(shè)計 指導教師：指導教師：陳陳濤濤 系系部：部：機電工程系機電工程系 專專業(yè)：業(yè)：08 數(shù)字設(shè)計與制造數(shù)字設(shè)計與制造 姓姓名：名：劉劉 克克 貴貴 學學號：號：0801150605 2010 年 12 月 5 日 保存期限：三年保存部門：模具專業(yè)教研室 三門峽職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)論文 第- 2 -頁 共 25 頁 摘要在沖壓過程中，機械運動貫穿始終。各種沖壓工藝的實現(xiàn)都有其基本運動機 理，這種運動是與模具密切相關(guān)的，各種模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計和力學設(shè)計最終都是為了 滿足其能夠?qū)崿F(xiàn)特定運動的要求。設(shè)計的模具能否嚴格完成實現(xiàn)沖壓工藝所需的運 動，直接影響到?jīng)_壓件的品質(zhì)，所以在模具設(shè)計中應對機械運動進行控制。同時為 了達到產(chǎn)品形狀尺寸的要求，不能夠拘泥或局限于各種工藝基本運動模式中，而應 不斷發(fā)展和創(chuàng)新，在模具設(shè)計中對機械運動靈活運用。 關(guān)鍵詞沖壓模具機械運動控制靈活運用 三門峽職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)論文 第- 3 -頁 共 25 頁 目錄 1、前言1 2、沖壓過程中機械運動的概述2 3、沖裁模具中機械運動的控制和運用2 4、彎曲模具中機械運動的控制和運用3 5、拉深模具中機械運動的控制和運用3 6、連續(xù)模具中機械運動的控制和運用4 7、結(jié)論5 8、參考文獻6 9、致謝7 三門峽職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)論文 共 25 頁第 4頁 前言 本論文是以沖壓工藝學基本理論為依據(jù)，通過對各種沖壓工藝基本運動的 分析，提出了對沖壓模具設(shè)計的要求。首先闡述沖壓過程中，機械運動的基本概 念，然后逐項分析了沖裁、彎曲、拉深工藝的基本運動機理，指出模具設(shè)計中應 著重控制到的內(nèi)容， 并介紹了在模具設(shè)計中對機械運動靈活運用的方法和一些實 例。 最后總結(jié)了根據(jù)具體情況進行產(chǎn)品工藝運動分析的方法，并強調(diào)在模具設(shè)計 中，對機械運動的控制和靈活運用對提高設(shè)計水平和保證沖壓件品質(zhì)的重要意 義。 1 1 緒論緒論 1.11.1 概述概述 沖壓沖壓成形作為現(xiàn)代工業(yè)中一種十分重要的加工方法，用以生產(chǎn)各種板料零件,具有很多獨特 的優(yōu)勢，其成形件具有自重輕、剛度大、強度高、互換性好、成本低、生產(chǎn)過程便于實現(xiàn)機 械自動化及生產(chǎn)效率高等優(yōu)點，是一種其它加工方法所不能相比和不可替代的先進制造技 術(shù)，在制造業(yè)中具有很強的競爭力，被廣泛應用于汽車、能源、機械、信息、航空航天、國 防工業(yè)和日常生活的生產(chǎn)之中。 在吸收了力學、數(shù)學、金屬材料學、機械科學以及控制、計算機技術(shù)等方面的知識后，已經(jīng) 形成了沖壓學科的成形基本理論。以沖壓產(chǎn)品為龍頭，以模具為中心，結(jié)合現(xiàn)代先進技術(shù)的 應用，在產(chǎn)品的巨大市場需求刺激和推動下，沖壓成形技術(shù)在國民經(jīng)濟發(fā)展、實現(xiàn)現(xiàn)代化和 提高人民生活水平方面發(fā)揮著越來越重要的作用。 1.21.2 沖壓技術(shù)的進步?jīng)_壓技術(shù)的進步 進幾十年來， 沖壓技術(shù)有了飛速的發(fā)展， 它不僅表現(xiàn)在許多新工藝與新技術(shù)在生產(chǎn)的廣泛應 用上，如：旋壓成形、軟模具成形、高能率成形等，更重要的是人們對沖壓技術(shù)的認識與掌 握的程度有了質(zhì)的飛躍 1。 現(xiàn)代沖壓生產(chǎn)是一種大規(guī)模繼續(xù)作業(yè)的制造方式， 由于高新技術(shù)的參與和介入， 沖壓生產(chǎn)方 式由初期的手工操作逐步進化為集成制造（圖 1-1）。生產(chǎn)過程逐步實現(xiàn)機械化、自動化、 并且正在向智能化、集成化的方向發(fā)展。實現(xiàn)自動化沖壓作業(yè)，體現(xiàn)安全、高效、節(jié)材等優(yōu) 點，已經(jīng)是沖壓生產(chǎn)的發(fā)展方向。 圖 1-1 沖壓作業(yè)方式的進化 沖壓自動化生產(chǎn)的實現(xiàn)使沖壓制造的概念有了本質(zhì)的飛躍。 結(jié)合現(xiàn)代技術(shù)信息系統(tǒng)和現(xiàn)代化 管理信息系統(tǒng)的成果， 由這三方面組合又形成現(xiàn)代沖壓新的生產(chǎn)模式計算機集成制造系統(tǒng) 三門峽職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)論文 共 25 頁第 5頁 CIMS（Computer Integrated Manufacturing System）。把產(chǎn)品概念形成、設(shè)計、開發(fā)、生 產(chǎn)、銷售、售后服務(wù)全過程通過計算機等技術(shù)融為一體，將會給沖壓制造業(yè)帶來更好的經(jīng)濟 效益，使現(xiàn)代沖壓技術(shù)水平提高到一個新的高度。 1.31.3 模具的發(fā)展與現(xiàn)狀模具的發(fā)展與現(xiàn)狀 模具是工業(yè)生產(chǎn)中的基礎(chǔ)工藝裝備， 是一種高附加值的高技術(shù)密集型產(chǎn)品， 也是高新技術(shù)產(chǎn) 業(yè)的重要領(lǐng)域， 其技術(shù)水平的高低已成為衡量一個國家制造水平的重要標志。 隨著國民經(jīng)濟 總量和工業(yè)產(chǎn)品技術(shù)的不斷發(fā)展， 各行各業(yè)對模具的需求量越來越大， 技術(shù)要求也越來越高。 目前我國模具工業(yè)的發(fā)展步伐日益加快，“十一五期間”產(chǎn)品發(fā)展重點主要應表現(xiàn)在 2： （1）汽車覆蓋件模； （2）精密沖模； （3）大型及精密塑料模； （4）主要模具標準件； （5）其它高技術(shù)含量的模具。 目前我國模具年生產(chǎn)總量雖然已位居世界第三，其中，沖壓模占模具總量的 40%以上 2，但 在整個模具設(shè)計制造水平和標準化程度上，與德國、美國、日本等發(fā)達國家相比還存在相當 大的差距。以大型覆蓋件沖模為代表，我國已能生產(chǎn)部分轎車覆蓋件模具。轎車覆蓋件模具 設(shè)計和制造難度大，質(zhì)量和精度要求高，代表覆蓋件模具的水平。在設(shè)計制造方法、手段上 已基本達到了國際水平， 模具結(jié)構(gòu)功能方面也接近國際水平， 在轎車模具國產(chǎn)化進程中前進 了一大步。但在制造質(zhì)量、精度、制造周期和成本方面，以國外相比還存在一定的差距。標 志沖模技術(shù)先進水平的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， 在制 造精度、使用壽命、模具結(jié)構(gòu)和功能上，與國外多工位級進模和多功能模具相比，存在一定 差距 2-3。 1.41.4 模具模具 CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM 技術(shù)技術(shù) 沖壓技術(shù)的進步首先通過模具技術(shù)的進步來體現(xiàn)出來。 對沖模技術(shù)性能的研究已經(jīng)成為發(fā)展 沖壓成形技術(shù)的中心和關(guān)鍵。 20 世紀 60 年代初期， 國外飛機、 汽車制造公司開始研究計算機在模具設(shè)計與制造中的應用。 通過以計算機為主要技術(shù)手段，以數(shù)學模型為中心，采用人機互相結(jié)合、各盡所長的方式， 把模具的設(shè)計、分析、計算、制造、檢驗、生產(chǎn)過程連成一個有機整體，使模具技術(shù)進入到 綜合應用計算機進行設(shè)計、制造的新階段。模具的高精度、高壽命、高效率成為模具技術(shù)進 步的特征。 模具 CAD/CAE/CAM 是改造傳統(tǒng)模具生產(chǎn)方式的關(guān)鍵技術(shù)， 是一項高科技、 高效益的系統(tǒng)工程。 它以計算機軟件的形式， 為企業(yè)提供一種有效的輔助工具， 使工程技術(shù)人員借助于計算機對 產(chǎn)品性能、 模具結(jié)構(gòu)、 成形工藝、 數(shù)控加工及生產(chǎn)管理進行設(shè)計和優(yōu)化 4。 模具 CAD/CAE/CAM 技術(shù)能顯著縮短模具設(shè)計與制造周期，降低生產(chǎn)成本和提高產(chǎn)品質(zhì)量已成為模具界的共識。 三門峽職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)論文 共 25 頁第 6頁 模具 CAD/CAE/CAM 在近 20 年中經(jīng)歷了從簡單到復雜，從試點到普及的過程。進入本世紀以 來，模具 CAD/CAE/CAM 技術(shù)發(fā)展速度更快，應用范圍更廣。 在級進模 CAD/CAE/CAM 發(fā)展應用方面， 本世紀初， 美國 UGS 公司與我國華中科技大學合作在 UG-II（現(xiàn)為 NX）軟件平臺上開發(fā)出基于三維幾何模型的級進模 CAD/CAM 軟件 NX-PDW。該軟 件包括工程初始化、工藝預定義、毛坯展開、毛坯排樣、廢料設(shè)計、條料排樣、壓力計算和 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計等模塊。具有特征識別與重構(gòu)、全三維結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)等顯著特色，已在 2003 年作 為商品化產(chǎn)品投入市場。與此同時，新加波、馬來西亞、印度及我國臺灣、香港有關(guān)機構(gòu)和 公司也在開發(fā)和試用新一代級進模 CAD/CAM 系統(tǒng)。 我國從上世紀 90 年代開始，華中科技大學、上海交通大學、西安交通大學和北京機電研究 院等相繼開展了級進模 CAD/CAM 系統(tǒng)的研究和開發(fā)。 如華中科技大學模具技術(shù)國家重點實驗 室在 AutoCAD 軟件平臺上開發(fā)出基于特征的級進模 CAD/CAM 系統(tǒng) HMJC，包括板金零件特征 造型、基于特征的沖壓工藝設(shè)計、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計、標準件及典型結(jié)構(gòu)建庫工具和線切割自動 編程 5 個模塊。上海交通大學為瑞士法因托（Finetool）精沖公司開發(fā)成功精密沖裁級進模 CAC/CAM 系統(tǒng)。西安交通大學開發(fā)出多工位彎曲級進模 CAD 系統(tǒng)等。近年來，國內(nèi)一些軟件 公司也競相加入了級進模 CAD/CAM 系統(tǒng)的開發(fā)行列， 如深圳雅明軟件制作室開發(fā)的級進模系 統(tǒng) CmCAD、富士康公司開發(fā)的用于單沖模與復合模的 CAD 系統(tǒng) Fox-CAD 等 4。 展望國內(nèi)外模具 CAD/CAE/CAM 技術(shù)的發(fā)展，本世紀的科學技術(shù)正處于日新月異的變革之中， 通過與計算機技術(shù)的緊密結(jié)合，人工智能技術(shù)、并行工程、面向裝配、參數(shù)化特征建模以及 關(guān)聯(lián)設(shè)計等一系列與模具工業(yè)相關(guān)的技術(shù)發(fā)展之快，學科領(lǐng)域交叉之廣前所未見。今后 10 年新一代模具 CAD/CAE/CAM 系統(tǒng)必然是當今最好的設(shè)計理念、 最新的成形理論和最高水平的 制造方法相結(jié)合的產(chǎn)物，其特點將反映在專業(yè)化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化、智能化四個方面。主要 表現(xiàn)在 4： （1）模具 CAD/CAM 的專業(yè)化程度不斷提高； （2）基于網(wǎng)絡(luò)的 CAD/CAE/CAM 一體化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)初見端倪； （3）模具 CAD/CAE/CAM 的智能化引人注目； （4）與先進制造技術(shù)的結(jié)合日益緊密。 1.51.5 課題的主要特點及意義課題的主要特點及意義 該課題主要針對電器開關(guān)過電片零件， 在對過電片沖孔、 落料和壓彎等成形工藝分析的基礎(chǔ) 上，提出了該零件采用多工位級進模的沖壓方案；根據(jù)零件的形狀、尺寸精度要求，設(shè)計過 程中綜合考慮采用“雙列直對排法”排樣， 成形側(cè)刃定位， 保證工件的尺寸和形狀位置精度 要求的同時，提高了材料的利用率和勞動生產(chǎn)率。 本課題涉及的知識面廣，綜合性較強，在鞏固大學所學知識的同時，對于提高設(shè)計者的創(chuàng)新 能力、協(xié)調(diào)能力，開闊設(shè)計思路等方面為作者提供了一個良好的平臺。 2 2 沖壓工藝方案的制定沖壓工藝方案的制定 三門峽職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)論文 共 25 頁第 7頁 該零件為某電器開關(guān)過電片，是一家電器 生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)品中的一個主要零件，如圖 2-1 所示,其作用是通過開關(guān)扳手的運動 由過電片讓電流通或斷。該零件生產(chǎn)屬于 大批量生產(chǎn)，零件結(jié)構(gòu)緊湊，沖裁壁厚很 ?。ㄗ钚√帪?0.75mm），成形過程相互干 涉，在復合模中難于實現(xiàn)；若用簡單的落 料、沖孔、彎曲模等單工序模也可達到?jīng)_ 壓要求，這樣模具雖然簡單了，但是沖壓 所用的設(shè)備和人員較多，沖壓工序中的定 位也較麻煩，加上零件較小，裝料時易產(chǎn)生不安全的現(xiàn)象，而且工序較多效率較低故不被推 廣。為減少零件在生產(chǎn)中的多次定位對其精度和生產(chǎn)率的影響，一要產(chǎn)品批量較大，對零件 的一致性要求較高，二是具有 H68 良好的彎曲和沖裁性能，經(jīng)過反復比較，適宜采用較為復 雜的多工位級進模制造。 2.12.1 工藝分析工藝分析 本電器開關(guān)過電片從總體上看是一個帶雙孔的“”形彎曲件，該零件需要控制的尺寸 有，分別為公差等級 IT11，IT12 級，其 余尺寸均為未注公差，可以按 IT12 級取公差。該零件材料為 H68 普通黃銅，料厚為 0.5mm， 因而從尺寸精度和材料方 面分析比較適合用沖壓加工。經(jīng)計算得零 件毛坯展開尺寸，如圖 2-2 所示，最長處 為 22.86mm，最寬處為 6.8mm，屬于小型沖 壓件。由于“”形彎曲件兩直邊折彎 方向相反，故彎曲模必須有兩個方向的彎 曲動作。現(xiàn)改為“”形彎曲件，它是 “”形件的成對彎曲，然后再切斷為二個“”形件，這樣使兩邊的彎曲力相互平 衡，同時也減少了彎曲時的毛坯移動。 2.22.2 排樣圖設(shè)計排樣圖設(shè)計 排樣圖是多工位級進模設(shè)計的關(guān)鍵， 它具體反映了零件在整個沖壓成形過程中， 毛坯外形在 條料上的截取方式及與相鄰毛坯的關(guān)系， 而且對材料的利用率、 沖壓加工的工藝性以及模具 圖 2-1 零件圖 材料：H68 普通黃銅料厚：0.5mm 圖 2-2 零件展開圖 三門峽職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)論文 共 25 頁第 8頁 的結(jié)構(gòu)和壽命等有著顯著的影響 ,故應針對零件和零件展開后的工藝特點，并綜合考慮工藝 分析各個因素后，設(shè)計合理的排樣圖及具體工位安排。 故：條料寬度 b=22.86mm2 + 1.2mm2 + 1.8mm =49.92mm，取 b=50mm； 沖壓進距 h=6.8mm + 5mm + 1.2mm2 =14.2mm 毛坯排樣圖如圖 2-3 所示： 根據(jù)以上分析，沖壓如圖 2-1 所示的零件的級 進模分為四個工位。 第一工位：定距沖外形； 第二工位：沖圓孔和腰形孔； 第三工位：“”形彎曲，由導正銷在圓孔 中定位； 第四工位：切斷“”形件，分離得四個 “”形制件。 計算材料的利用率，一個進距內(nèi)的沖裁面積 A： A=92.5mm 2+19.6mm24+15.9mm24+51.8 mm2=286.3 mm2 其中，A 包括一個進距內(nèi)沖出的小孔面積 142mm 故一個進距的材料利用率為： =59.7% 若沖出的小孔材料可以加以利用，則由本排樣方案計算一個進距的材料利用率為： 3 3 模具總體結(jié)構(gòu)設(shè)計模具總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 模具總體結(jié)構(gòu)如圖 3-1 所示，該模具采用后側(cè)導柱模架，沖圓孔凸模 19，沖腰形孔凸模 18， 切斷凸模 15，切邊凸模 20，壓彎凸模（成形側(cè)刃）16，導正銷 29 分別和凸模固定板 5 采用 壓入式裝配，用圓柱銷 23 在上模座上定位，與墊板 4 一起固定在上模座上；凹模 11 采用整 體加工而成，為了便于制造、試模和維修，壓彎凹模鑲塊 17 兩件采用鑲拼結(jié)構(gòu)，嵌入沖裁 凹模槽孔內(nèi)，并用螺釘加以固定；條料送進步距由成形側(cè)刃定位控制，制件彎曲由導正削精 定位，所有凸模卸料由彈性卸料板 7 完成，沖孔、切邊和切斷廢料由凹模下面的漏料孔逐步 排出，制件從料頭分離，由模具終端沿凹模斜面自動落下。 3.13.1 條料定位裝置條料定位裝置 圖 2-3 排樣圖 三門峽職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)論文 共 25 頁第 9頁 由于側(cè)刃定距方式使沖壓時材料送進準確可靠， 但增加了材料的消耗， 也使模具的制造維修 趨于復雜。 側(cè)刃的成形沖切即發(fā)揮了側(cè)刃定距的優(yōu)點， 又使得有搭邊排樣的有廢料沖壓變?yōu)?無廢料、少廢料沖壓。 成形側(cè)刃沖壓是將擬選用的側(cè)刃與工件某部分的沖裁結(jié)合，利用沖切出條（帶）料的缺口代 替普通側(cè)刃的切邊缺口實現(xiàn)送料限位定距，省去普通側(cè)刃沖切后仍需留出落料沖切的搭邊， 實現(xiàn)少無廢料排樣的沖裁 7。資料表明：在級進模上使用成形側(cè)刃與使用普通側(cè)刃相比，不 僅可以節(jié)省沖壓材料 6%-10%， 成本降低 2%-6%， 而且可以使連續(xù)沖壓保持較高的勞動生產(chǎn)率 的同時，保證工件具有較高的尺寸和形狀位置精度。 圖 3-1 模具結(jié)構(gòu)示意圖 1-模柄 2-上模板 3-圓柱頭內(nèi)六角卸料螺釘 4-墊板 5-凸模固定板 6-彈 簧7-卸料板8-導套9-導柱10-下模板11-凹 模12-墊板13-內(nèi)六角圓柱頭螺釘14-圓柱銷15-切斷凸模16- 壓彎凸模17-凹模鑲塊18-沖腰形孔凸模19-沖圓孔凸模20- 切邊凸模（成形側(cè)刃） 21-開槽圓柱頭螺釘 22-承料 板23-圓柱銷 24-內(nèi)六角圓柱頭螺釘 25-圓柱銷 26-圓 柱銷27-開槽沉頭螺釘28-導料板29-導正銷30- 三門峽職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)論文 共 25 頁第 10頁 開槽沉頭螺釘31-螺塞32-彈簧 本設(shè)計在送料前進方向的兩側(cè)采用雙成形側(cè)刃定距， 如圖 2-3 所示， 即為使用成形側(cè)刃的排 樣圖，側(cè)刃長度稍大于送料進距，以便導正銷伸入預沖孔時導料略后退。成形側(cè)刃尺寸按式 （3-1）計算： L=h+（0.050.10）（3-1） 式中，L成形側(cè)刃斷面沿送料方向的長度（mm），這里； h步距（mm） 精確定位由導正銷 29 與條料上的導正孔5 來實現(xiàn)，該模具裝有 2 件導正銷，結(jié)構(gòu)形式如 圖 3-1 所示，條料寬度方向由左、右導料板 28 導向，承料板 22 承料。 3.23.2 出料裝置出料裝置 采用彈性卸料板 7 卸料， 彈性卸料板由彈簧 6 產(chǎn)生的彈性實現(xiàn)卸料， 并穿過卸料螺釘 3 桿部 安裝在凸模固定板與卸料板之間。 導正銷與導正孔之間存在一定的間隙， 一般可以避免導正 銷卡在導正孔內(nèi)，若為了防止導正銷卡在導正孔內(nèi)，可以采用在局部設(shè)計卸料塊與彈簧，靠 彈簧產(chǎn)生的彈性實現(xiàn)卸料。沖孔、切邊廢料和切斷廢料由凹模下方的漏料孔逐步排出，制件 由模具終端沿斜面自動落下。 3.33.3 模具結(jié)構(gòu)特點模具結(jié)構(gòu)特點 采用雙成形側(cè)刃對稱布置，切邊定距，沖出工件部分外形，充分利用料頭和料尾。為了便于 送料，在沖切外形時工件之間留有一定的搭邊連接，在沖彎后再切去，工件成形后由凹模 11 終端的斜面滑出。 3.43.4 模具工作過程模具工作過程 將裁剪好的寬度為 50mm 的條料放在下模上，并依靠成形側(cè)刃定位。 第一步：上模下行卸料板在彈簧作用下壓住坯料，切邊凸、凹模完成切廢料工序； 第二步：上模上行條料靠手動向前送一步，上模下行沖孔凸、凹模完成沖孔工序，廢料從下 模的下漏料孔排出； 第三步：上模上行條料靠手動向前送一步，上模下行由導正銷精確定位，彎曲凸、凹模完成 彎曲工序； 第四步：上模上行條料靠手動繼續(xù)向前送一步，上模下行由切斷凸、凹模完成切斷工序，廢 料從下模的下漏料孔排出，同時有四個制件從模具終端落下，完成整個沖壓過程。 三門峽職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)論文 共 25 頁第 11頁 4 4 模具零件的設(shè)計與計算模具零件的設(shè)計與計算 4.14.1 凸、凹模刃口尺寸的計算凸、凹模刃口尺寸的計算 4.1.14.1.1 凸、凹模間隙的選擇凸、凹模間隙的選擇 凸、凹模間隙值的大小對沖壓制件質(zhì)量、模具壽命、沖壓力的影響很大，是沖壓工藝與模具 設(shè)計中的一個極其重要的工藝參數(shù)。根據(jù)零件材料及料厚，查文獻8表 2-10，確定沖裁刃 口始用雙面間隙值：Zmin=0.025 mm， Zmax=0.045 mm。至于壓彎時凸模與凹模之間的間隙， 按材料的性能、 厚度以及彎曲件的高度和寬度 （彎曲線的長度） ， 取單邊間隙 C= （1.01.1） t，這里取 C=0.5 mm。另外，設(shè)計中考慮在合模時使毛坯完全壓靠，以保證彎曲件的質(zhì)量和 尺寸精度。 4.1.24.1.2 凸、凹模刃口尺寸計算凸、凹模刃口尺寸計算 沖壓制件的尺寸精度主要決定于模具刃口的尺寸精度， 合理間隙的數(shù)值也必須靠模具的刃 口尺寸來保證。因此，正確確定模具刃口尺寸極其公差，是設(shè)計沖模的主要任務(wù)之一。 （1）切邊凸、凹模刃口尺寸計算 由于該零件切邊形狀比較復雜，且為薄材料，為了保證凸、凹模之間的間隙值，擬采用凸、 凹模配合加工的方法。先做凸模，然后配做凹模，具體可采用成形磨削加工刃口。 根據(jù)零件切邊形狀，如圖 4-1 所示，其中未標注公差的尺寸， 按 IT12 級取公差。凸模磨損后尺寸變小的記為 A 類，有 A1=, A2=, A3=， A4=，A5= 尺寸變大的記為 B 類，有 B1=, B2=,B3= 對于 A 類尺寸： 查文獻6表 2-11 得： 磨損系數(shù) x1=0.75, x2=1, x3=0.75, x4=1, x5=1 A 類尺寸按式(4-1)計算： 圖 4-1 零件切邊尺寸 三門峽職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)論文 共 25 頁第 12頁 （4-1） 式中，凸模制造公差， 對于 B 類尺寸： 查文獻6表 2-11 得：x1=1, x2=1, x3=1 B 類尺寸按式(4-2)計算： （4-2） 該零件切邊凹模刃口各部分尺寸按上述切邊凸模的相應部分尺寸配制，保證雙面間隙值 ZminZmax=0.0250.045mm。切邊凸模尺寸標注如圖 4-2 所示。 （2）沖圓孔凸、凹模刃口尺寸計算 圓孔形狀簡單，為制造方便，凸、凹模擬采用分開加工。 圓孔尺寸如圖 4-3，未注公差按 IT12 級處理有，按 一般要求： 模具精度較工件精度高 23 級， 查文獻6表 2-10 得，這樣將不滿足分開加工 條件：。 考慮到圓孔容易加工，可以適當?shù)奶岣咄埂寄Ｖ圃炀?，?， 取，這樣就滿足分開加工條件： 圖 4-2 切邊凸模尺寸 圖 4-4 沖圓孔凸模尺寸 圖 4-3 圓孔尺寸 三門峽職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)論文 共 25 頁第 13頁 先確定凸模刃口尺寸，查文獻6表 2-11 得：x=0.75，按（4-3）式計算： (4-3) 則： 凹模刃口尺寸，按（4-4）式計算： （4-4） 則：,沖圓孔凸模尺寸標注如圖 4-4 所示 （3）沖腰形孔凸、凹模刃口尺寸計算 腰形孔尺寸如圖 4-5，未注公差按 IT12 級處理有，孔心距。 腰形孔和圓孔同樣，比較容易加工，按上述沖圓孔凸、凹模刃口計 算方法，適當提高模具制造精度，以滿足分開加工的條件，取 ，。 確定凸模刃口尺寸， 查文獻6表2-11得： x=1， 根據(jù) （4-3） 式有： 沖腰形孔凸模尺寸標注如圖 4-6 所示。 由式（4-4）得，凹模刃口尺寸為： 孔心距 （4-5） 式中、凸、凹?？仔木嗟臉朔Q尺寸（mm）； 工件孔心距的標稱尺寸（mm）； 工件孔心距的公差（mm） 則： 圖 4-5 腰形孔尺寸 圖 4-6 沖腰形孔凸模尺寸 三門峽職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)論文 共 25 頁第 14頁 （4）切斷凸模刃口尺寸計算 零件切斷搭邊廢料形狀尺寸如圖 4-7 所示， 其中未標注 公差的尺寸，按 IT12 級取公差。按上述切邊凸、凹模 刃口尺寸計算方法，凸、凹模采用配合加工，先加工凸 模，然后配做凹模。 同樣，凸模磨損后尺寸變小的記為 A 類，有 A1=, A2=, A3=, A4=； 尺寸變大的記為 B 類，有 B1=。 對于 A 類尺寸： 查文獻6表 2-11 得：x1=0.75, x2=1, x3=1, x4=1，由式（4-1）得： 對于 B 類尺寸： 查文獻6表 2-11 得：x=1 由式（4-2）得： 該零件搭邊廢料切斷凹模刃口各部分尺寸按上述切斷凸模的相應部分尺寸配制，保證雙 面間隙值 ZminZmax=0.0250.045mm，切斷凸模尺寸標注如圖 4-8 所示。 （5）壓彎凸、凹模刃口尺寸計算 圖 4-7 切斷搭邊尺寸 圖 4-8 切斷凸模尺寸 三門峽職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)論文 共 25 頁第 15頁 壓彎型槽相對位置關(guān)系，如圖 4-9 所示，相對寬度尺寸標注 在內(nèi)側(cè)，故應以凸臺（相當于凸模）為基準，先計算凸臺尺 寸?？紤]到模具磨損和彎曲件的回彈，凸臺尺寸按（4-6）計 算： （4-6） 式中，彎曲件基本尺寸(mm)； 彎曲件制造公差(mm)； 凸臺制造公差，按 IT8 級選取 則： 兩個壓彎凸模刃邊相對位置尺寸（相當于凹模）按凸臺尺寸控制，保證單邊間隙 C, 即： （4-7） 故： 4.24.2 凸、凹模的設(shè)計凸、凹模的設(shè)計 4.2.14.2.1 凸模的結(jié)構(gòu)和固定形式凸模的結(jié)構(gòu)和固定形式 由于沖件的形狀和尺寸的不同， 沖模的加工以及裝配工藝等實際條件亦有所不同， 所以在實 際生產(chǎn)中使用的凸模結(jié)構(gòu)形式也就有很多種形式。 一般沖裁凸模的形狀是由產(chǎn)品的形狀決定 的，它可以采用直身結(jié)構(gòu)也可采用加強型結(jié)構(gòu)。主要的固定方式有：臺肩固定、鉚接、螺釘 和銷釘固定以及粘結(jié)劑澆注法固定等 9。 本設(shè)計中采用用圓形和方形兩種形式的凸模，材料選用 T10A 鋼，淬火硬度 HRC56-60 必要時表面可進行滲氮處 理。圓凸模可采用高精度外圓磨床加工，異形凸模可以 采用慢走絲線切割加工或成形磨削加工（成形磨削是模 具零件成形表面精加工的一種方法，可以獲得高尺寸精 度、高表面加工質(zhì)量 7。 凸模固定方式如圖 4-10 所示：凸模以過渡配合（K6）固 緊在凸模固定板上，頂端形成臺肩，以便固定，并保證 在工作時不被拉出，安全可靠。 4.2.24.2.2 凸模長度的確定凸模長度的確定 圖 4-9 壓彎型槽相對位置 圖 4-10 凸模固定方式 三門峽職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)論文 共 25 頁第 16頁 凸模工作部分的長度應根據(jù)模具的結(jié)構(gòu)來確定。 一般不宜過長， 否則往往因縱向彎曲而使凸 模工作時失穩(wěn)。致使模具間隙出現(xiàn)不均勻，從而使沖件的質(zhì)量及精度有所下降，嚴重時甚至 會使凸模折斷。 根據(jù)模具設(shè)計結(jié)構(gòu)形式，凸模的長度為 （4-8） 式中，凸模的長度（mm）； 凸模固定板的厚度（mm），它取決于沖件的厚度 t，一般在沖制 t40-50 mm），料厚 0.5 mm（0.8 mm），由文獻10表 14-5 取 b=30mm。 （2）凹模厚度：凹模厚度 h 根據(jù)沖裁力 F 按文獻10圖 14-15 選擇。 先算沖裁力： （4-10） 式中，L 沖裁件周邊長度（mm）； t 材料厚度（mm），t=0.5mm； t 材料抗剪強度（MPa），=240MPa； K 系數(shù)?？紤]到模具刃口的磨損，模具間隙的波動，材料力學性能的變化及材料厚度偏差 等因素，一般取 K=1.3。 算得整個沖壓工序中沖裁周邊長度 L=388mm，代入式（4-10）得： F=1.33882400.560KN 由文獻10圖 14-15 中取凹模厚度 h=20mm。 （3）凹模外形尺寸 根據(jù)排樣圖 2-3 所注尺寸和上述凹模厚度 h 與壁厚 b，可以得出： 凹模長 L=124 mm； 凹模寬 B=110 mm； 故初步有了凹模外形尺寸 LBh=12411220 mm。 根據(jù)要求，上述凹模外形尺寸須向國家標準靠攏，對照文獻10表 14-6（摘自 GB2858-81）， 將上述尺寸改為 12512520 mm。 （4） 刃壁高度 垂直于凹模平面的刃壁，其高度 h0可以按下列規(guī)則計算 10： 沖件料厚 t3 mm，h0=3 mm； 沖件料厚 t3 mm，h0=t； 三門峽職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)論文 共 25 頁第 19頁 所以，這里取 h0=3 mm。 （5） 凹模鑲塊尺寸設(shè)計 對于凹模鑲塊的尺寸，可以參見相關(guān)零件圖紙。 4.34.3 模板的設(shè)計模板的設(shè)計 標準的級進模模板包括：卸料板、固定板、凹模板、墊板、上模板、下模板，其中卸料板、 固定板、凹模板是關(guān)鍵的三塊模板，也是級進模比不可少的 11。該模具中固定板起著固定凸 模的作用，卸料板主要起卸料、壓料同時還具有一定的導向作用；凹模板前面已經(jīng)提到，既 充當凹模刃口，又可以在其上鑲拼凹模鑲塊。 另外，在進行級進模設(shè)計時，有一項很重要，就是設(shè)計讓位，一般彎曲或成形等工位的所有 后續(xù)工位都需要讓位，而且要充分讓位，不但需要考慮靜態(tài)讓位，還要考慮動態(tài)讓位 11。本 設(shè)計中在凹模板上直接開槽讓位，工件成形后由凹模終端的斜面滑出，保證了送料的順暢。 凹模外形尺寸前面已述，該級進模其它模板的外形尺寸設(shè)計如下： 凸模固定板； 上墊板； 下墊板； 導料板； 卸料板； 卸料板凸臺高度根據(jù)導向裝置導料板厚度 來確定，取 h =H-(0.10. 3)t=3-0.20.5=2.9 mm，所以卸料板整體高度為 14.9 mm； 上模板（標準件）； 下模板（標準件）； 故：模具閉合高度 4.44.4 卸料彈簧的選用卸料彈簧的選用 先算卸料力，查文獻8表 2-15 得卸料力系數(shù)，則： （1）根據(jù)模具的結(jié)構(gòu)初定 8 根彈簧，每根彈簧分擔的卸料力為： 三門峽職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)論文 共 25 頁第 20頁 （2）查文獻12表 10-1，并考慮到模具結(jié)構(gòu)尺寸，初選彈簧參數(shù)為：彈簧鋼絲直徑 d=2mm， 彈簧中徑D2=12mm， 節(jié)距t=4.28mm， 工作極限負荷Fj=188N， 自由高度h0=40mm， 有效圈數(shù)n=8.5， 工作極限負荷下變形量 hj=17.3mm，展開長度 L=396mm。規(guī)格標記為：彈簧 21240 （3）彈簧預壓量。由 Fj=188N，hj=17.3mm，考慮卸料的可靠性，取彈簧在預壓量為 h1時就 應有 150N 的壓力，故： （4） 檢查彈簧最大壓縮量是否滿足上述條件： 沖裁時卸料板的工作行程 h2=6.2mm;考慮凸模 的修模量 h3=4mm;彈簧的預壓量為 h1=14.4mm；故彈簧總壓縮量為 h1+h2+h3=14.4mm+6.2mm+4mm=24.6mm hj=17.3mm17.2mm，所以該規(guī)格的彈簧滿足要求。 4.54.5 其它零件的設(shè)計其它零件的設(shè)計 在級進模中，一些輔助零件對模具的順利工作也起著重要的作用。針對該級進模，這里主要 介紹導正銷的設(shè)計。 本級進模設(shè)計當中，通過導正削與在前一個工位上沖了的兩個的孔實現(xiàn)精確定位，保證 產(chǎn)品的精度。 進行導正銷設(shè)計時注意到控制導正銷的長度， 保證當模具在自由狀態(tài)時導正銷 的直壁部分伸出卸料板的長度要小于產(chǎn)品的一個料厚，這樣就可以有效地避免帶料現(xiàn)象 11。 模具在自由狀態(tài)時導正銷的直壁部分伸出卸料板的長度為 0.3mm。 5 5 沖壓設(shè)備的選用沖壓設(shè)備的選用 根據(jù)所要完成的沖壓工藝性質(zhì)、 生產(chǎn)批量的大小、 沖壓件的幾何尺寸和精度要求來選定設(shè)備 類型。 開式曲柄壓力機雖然剛度差，但它成本低，且有三個方向可以操作的優(yōu)點，故廣泛應用于中 小型沖裁件、彎曲件、拉深件的生產(chǎn)中。 閉式曲柄壓力機剛度好、精度高，只能靠兩個方向操作，適用于大中型件的生產(chǎn)。 雙動曲柄壓力機有兩個滑塊，壓邊可靠易調(diào)，適用于較復雜的大中型拉深件的生產(chǎn)。 三門峽職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)論文 共 25 頁第 21頁 綜合考慮，采用開式曲柄壓力機。 5.15.1 沖壓力的計算沖壓力的計算 該級進模采用彈性卸料和下出料方式。 由 4.2 節(jié)及 4.4 節(jié)計算知：； 計算推件力，查文獻8表 2-15 得推件力系數(shù)，則： （5-1） 式中，卡在凹?？卓谥械墓ぜ€數(shù)，取，故 計算彎曲力，應該是自由彎曲力與校正彎曲力之和。即 （5-2） 由于校正彎曲時，校正彎曲力比自由彎曲力大得多，故可以忽略，而的大小取決 于壓力即的調(diào)整，根據(jù)相關(guān)經(jīng)驗計算初定為 所以， 所選壓力機的公稱壓力必須大于。 5.25.2 選擇壓力機選擇壓力機 根據(jù)上述沖壓力的計算，初步選用型號為 J23-16 開式雙柱可傾壓力機。該型號壓力機主要 技術(shù)規(guī)格如下 8： 公稱壓力 160KN; 滑塊行程 55mm; 最大閉合高度 220mm; 最大裝模高度 180mm; 連桿調(diào)節(jié)量 45mm; 工作臺尺寸（前后 mm左右 mm）; 墊板尺寸（厚度 mm孔徑 mm）; 模柄孔尺寸（直徑 mm深度 mm）; 滑塊中心至床身中心距離 160mm; 三門峽職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)論文 共 25 頁第 22頁 最大傾斜角 35 由 4.3 節(jié)計算知：模具閉合高度 故，所選壓力機裝模高度與模具閉合高度滿足下式 還可以看出取在：，這樣可以避免連桿調(diào)節(jié)過長，螺 紋接觸面積過小而被壓壞。 6 6 壓力中心的計算壓力中心的計算 沖裁時的合力作用點或多工序模各工序沖壓力的合力作用點， 稱為模具壓力中心。 如果模具 壓力中心與壓力機滑塊中心不一致， 沖壓時會產(chǎn)生偏載， 導致模具以及滑塊與導軌的急劇磨 損，降低模具和壓力機的壽命。因此，設(shè)計時應該正確算出沖裁時的壓力中心，并使壓力中 心和模柄軸心線重合； 若因沖件的形狀特殊， 從模具結(jié)構(gòu)方面考慮不宜使壓力中心與模柄軸 心線相重合， 也應注意盡量使壓力中心的偏離不超過所選壓力機模柄孔投影面積的范圍， 以 下通過解析法確定模具的壓力中心。 6.16.1 計算步驟計算步驟 （1）建立平面直角坐標系； （2）計算出各單一圖形的壓力中心到坐標軸的距離 x1、x2、x3、xn和 y1、 y2、 y3、 yn； （3）將計算數(shù)據(jù)分別代入式（6-1a）和（6-1b），即可求得壓力中心坐標 （x0, y0）。 （6-1a） （6-1b） 6.26.2 計算壓力中心計算壓力中心 根據(jù)排樣圖設(shè)計及各工位在模具上的相對位置，建立直角坐標系， 如圖 6-1 所示： 三門峽職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)論文 共 25 頁第 23頁 圖 6-1 壓力中心計算圖 由對稱性可知，各工序沖壓力的合力作用點落在 x 軸上，即坐標，將所計算的各工 位上的沖壓力及圖 6-1 中所標注的 x 坐標值代入式（6-1）中得：坐標，故在此坐標 系中模具壓力中心坐標為（7，0）。所以該模具壓力中心（機床滑塊中心）與模具中心左右 偏移 10.5mm(可供模具安裝時參考)。 7 7 總結(jié)總結(jié) 設(shè)計是源頭， 設(shè)計雖然只占模具成本的 10%左右， 卻決定了整個模具成本的 70%80%。 所以， 作者在設(shè)計時詳盡地考慮了模具結(jié)構(gòu)，考慮提高生產(chǎn)率，如何方便維修。但是，又不能完全 依賴于設(shè)計，在實際生產(chǎn)中要具體問題具體分析，根據(jù)實際狀況進行模具調(diào)整也是必需的。 在生產(chǎn)中模具的維修、 保養(yǎng)也是很重要的。 在模具維修時， 應該多注意細節(jié)， 找出根本原因， 針對其維修。在拆裝模具時，要認真仔細，以防損傷模具。定期的維護、保養(yǎng)也可以大大提 高模具壽命。 從整個設(shè)計過程來看， 該電器開關(guān)過電片采用多工位級進模， 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計合理， 加工簡單， 操作方便，通過連續(xù)沖裁、彎曲等幾道工序一次成形，工作效高，零件成形質(zhì)量好，大大提 高了生產(chǎn)率，降低了生產(chǎn)成本，滿足了生產(chǎn)需求，而且該設(shè)計思路可擴展推廣到其它類似零 件的產(chǎn)品模具設(shè)計中。 當然， 由于作者知識水平有限， 對實踐的缺乏， 當中不乏