[精品資料]畢業(yè)資料 連接支架的沖壓模具設計

摘要 I 摘摘 要要 本文主要介紹了連接支架的沖壓設計過程。連接支架用于高架箱的連接， 屬于比較典型的沖壓件，其工序主要分為落料沖孔、壓彎以及沖豁。這次設計 的主要目的在于使學生能夠更加熟悉的理解和掌握沖壓設計的過程，并運用所 學的知識進行沖壓模具的設計，選取相應的標準件將模具安裝起來，并選用相 應的壓力機進行生產(chǎn)。在設計過程中可以熟悉模具的設計流程，掌握如何按照 國家標準進行模具設計并選擇標準件進行安裝，提高學生將所學專業(yè)知識運用 到生產(chǎn)實際中的能力。 本文詳細介紹了落料沖孔工序的設計過程。根據(jù)對沖壓件的分析選用倒裝復 合模具，設計了非標準件如沖孔凸模、凸凹模、卸料板、凹模、推件器等，設 計并選用墊板和一些標準件將模具安裝。 關鍵詞 沖壓 落料沖孔 復合模 目目 錄錄 中文摘要 Abstract 第一章第一章 緒論 1 第一節(jié) 概述1 第二節(jié) 沖壓技術的進步1 第三節(jié) 模具的發(fā)展與現(xiàn)狀2 第四節(jié) 模具 CAD/CAE/CAM 技術2 第五節(jié) 課題的主要特點與意 目錄 ii 義4 第二章第二章 沖壓模具設計過程與要點5 第一節(jié) 沖壓模具5 1.1 沖壓模具簡介5 1.2 沖壓模具分類5 1.3 單工序模5 第二節(jié) 沖壓模具設計程序6 2.1 沖壓模具的一般設計過程6 2.2 沖模設計原始資料7 2.3 沖壓模具設計應注意的問題7 2.4 成本分析與結構方案8 第三章第三章 沖壓工藝方案的確定9 第一節(jié) 落料沖孔工序9 第二節(jié) 壓彎工序 10 第三節(jié) 沖豁工序11 第四章第四章 落料沖孔工序模具的設計12 第一節(jié) 復合模具的比較12 第二節(jié) 模具總體結構設計12 2.1 模具類型的選擇12 2.2 操作與定位方式12 2.3 卸料、出件方式12 目錄 iii 2.4 確定送料方式13 2.5 確定導向方式13 第三節(jié) 模具設計計算14 3.1 工藝分析14 3.2 排樣圖設計15 3.3 沖壓力計算17 3.4 模具壓力中心的確定20 3.5 工作零件刃口尺寸計算20 第四節(jié) 主要零部件的確定24 4.1 工作零件的結構設計24 4.2 凹模的設計24 4.3 沖孔凸模的設計26 4.4 凸凹模的設計29 4.5 模板的設計30 4.6 模架及其它零部件的選用36 第五節(jié) 校核模具閉合高度及壓力及有關參數(shù)39 第六節(jié) 設計并繪制模具總裝圖、選取標準件39 第七節(jié) 繪制非標準件零件圖41 第五章第五章 壓彎工序簡介42 第六章第六章 沖豁工序簡介42 總結43 目錄 iv 致謝44 參考文獻45 第一章第一章 緒論緒論 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 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，是一種其他加工方 法所不能相比和不可替代的先進制造技術，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，結合現(xiàn)代先進技術的應用，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。 第二節(jié)第二節(jié) 沖壓技術的進步?jīng)_壓技術的進步 近幾十年來，沖壓技術有了飛速的發(fā)展。它不僅表現(xiàn)在許多新工藝與新技術 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 是人們對沖壓技術的認識與掌握的程度有了質(zhì)的飛躍。 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，并且正在向自動化、集成化方向發(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。 吉林大學學士學位論文 1 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。結合現(xiàn)代技術信 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) CIMS（Computer Integrated Manufacturing System)。把產(chǎn)品概念形成、設計、開發(fā)、生產(chǎn)、銷售、售后服務全過程通過計 算機等技術融為一體，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 術水平提高到一個新的高度。 第三節(jié)第三節(jié) 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)中的基礎工藝設備，是一種高附加值的高技術密集型產(chǎn)品也 是高新技術產(chǎn)業(yè)的重要領域，其技術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)品技術的不斷發(fā)展，各行各業(yè)對模具 的需求量越來越大，技術要求也越來越高。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)展重點主要表現(xiàn)在： （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)其它高技術含量的模具。 目前我國模具年生產(chǎn)總量已位居世界第三，其中，沖壓模占模具總量的 40% 以上，但在整個模具設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。在設計制造方法、手段上已基本達到國際水平，模具 結構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，與國外相比還存在一定差距。標志沖 模技術先進水平的多工位級進模和多功能復合模具，是我國重點發(fā)展的精密模 吉林大學學士學位論文 2 具品種，在制造精度、使用壽命、模具結構和功能上，與國外多功能級進模和 多功能復合模具相比，存在一定差距。 第四節(jié)第四節(jié) 模具模具 CAD/CAE/CAM 技術技術 沖壓技術的進步首先通過模具技術的進步來體現(xiàn)出來。對沖模技術性能的研 究已經(jīng)成為發(fā)展沖壓成形技術的中心和關鍵。 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計 與制造中的應用。通過以計算機為主要計算手段，以數(shù)學模型為中心，采用人 機互相結合、各盡所長的方式，把模具的設計、分析、計算、制造、檢驗、生 產(chǎn)過程連成一個有機整體，使模具技術進入到綜合應用計算機進行設計、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)方式的關鍵技術，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， 使工程技術人員借助于計算機對產(chǎn)品性能、模具結構、成形工藝、數(shù)控加工及 生產(chǎn)管理進行設計和優(yōu)化。模具 CAD/CAE/CAM 技術能顯著縮短模具設計與制造 周期，降低生產(chǎn)成本與提高產(chǎn)品質(zhì)量已成為模具界的共識。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 技術發(fā)展速度更快，應用范圍更廣。 汽車覆蓋件模具作為模具領域的一個重要組成部分，得到了業(yè)界的普遍關注， 代表了模具技術的進步。 國際上最早開展汽車覆蓋件模 CAD/CAM 系統(tǒng)研究與開發(fā)的是各個大汽車制造 公司。早在 1965 年日本豐田汽車公司已將數(shù)控技術用于汽車覆蓋件的模具加工， 取得了很好的經(jīng)濟效果。上世紀 80 年代豐田汽車公司所采用的汽車覆蓋件 CAD/CAM 系統(tǒng)包括了 NTDFB 和 CADETT 兩個設計軟件及加工凸、凹模的 TINCA 軟 件，可完成車身外形設計、車身結構設計、沖模 CAD、主模型與沖模加工和夾 具加工等任務。據(jù)報道，該系統(tǒng)投入使用后可使豐田公司的汽車覆蓋件成形模 設計與制造時間減少 50%，本世紀之初豐田汽車公司又采用了美國 PDC 公司基 于 Pro/E 軟件平臺開發(fā)的面向拉延模設計的專業(yè)化軟件 Pro/Dieface。 美國通用汽車公司依托美國 UGS 公 吉林大學學士學位論文 3 司在 UG-II 軟件平臺上也開發(fā)了用于汽車覆蓋件模具設計的專用模塊，如鈑金 件設計、車身設計、復蓋件沖壓工藝設計（包括沖壓方向選擇、工藝余量補充、 壓邊面形狀設計和修邊線確定）和模具結構設計等，目前該系統(tǒng)正處于試運行 階段。與此同時，美國福特汽車公司、英國 PSF 公司、日本獲原鐵工所、富士 鐵工所等國外生產(chǎn)汽車覆蓋件模具的公司也開發(fā)了各自公司專用的汽車覆蓋件 模 CAD/CAM 系統(tǒng)。目前這些系統(tǒng)尚不對外出售。 國內(nèi)如湖南大學、吉林大學和華中科技大學等單位近幾年來對汽車覆蓋件模 CAD/CAE/CAM 技術進行了系統(tǒng)而深入的研究，取得了許多可喜的成果。 如華中科技大學模具技術國家重點實驗室最新推出的汽車覆蓋件沖壓成形快 速分析軟件 FASTAMP，基于改進的有限元逆算法和板殼單元，綜合考慮了摩擦、 壓邊力和拉深筋等工藝條件，將產(chǎn)品設計、材料選擇和工藝設計緊密聯(lián)系起來， 能夠快速模擬汽車覆蓋件成形后的起皺、破裂和成形不足等缺陷，優(yōu)化壓邊力、 拉深筋和摩擦等工藝參數(shù)、校核壓料面和工藝補充面的合理性、提供最優(yōu)的毛 坯形狀，從而可以為汽車覆蓋件工藝設計和模具設計提供全面的解決方案。 展望國內(nèi)外 CAD/CAE/CAM 技術的發(fā)展，本世紀的科學技術正處于日新月異的 變革之中，通過與計算機技術的緊密結合，人工智能技術、并行工程、面向裝 配、參數(shù)化特征建模以及關聯(lián)設計等一系列與模具工業(yè)相關的技術發(fā)展之快， 學科領域交叉之廣前所未見，今后十年新一代模具 CAD/CAE/CAM 系統(tǒng)必然是當 今最好的設計理念、最新的成形理論和最高水平的成形方法相結合的產(chǎn)物，其 特點將反映在專業(yè)化、網(wǎng)絡化、集成化、智能化四個方面。主要表現(xiàn)在： （1）模具 CAD/CAM 的專業(yè)化程度不斷提高； （2）基于網(wǎng)絡的 CAD/CAE/CAM 一體化系統(tǒng)結構初見端倪； （3）模具 CAD/CAE/CAM 的智能化引人注目； (4)與先進制造技術的結合日益緊密。 第五節(jié)第五節(jié) 課題的主要特點及意義課題的主要特點及意義 本課題主要針對中連接支架實例，在對支架零件落料、沖孔、壓彎和沖豁等 成形工藝分析的基礎上，提出該零件采用復合模的沖壓方案，根據(jù)零件的形狀、 尺寸精度等要求，設計過程采用“單列 吉林大學學士學位論文 4 直排”的排樣方法，提高材料的利用率和生產(chǎn)率。 本課題設計的知識面廣，綜合性較強，在鞏固大學所學的知識的同時，對于 提高設計者的創(chuàng)新能力、協(xié)調(diào)能力、開拓設計思路等方面為作者提供一個良好 的平臺。 第二章第二章 沖壓模具設計過程與要點沖壓模具設計過程與要點 第一節(jié)第一節(jié) 沖壓模具沖壓模具 1.1 沖壓模具簡介沖壓模具簡介 沖壓模具-在冷沖壓加工中，將材料（金屬或非金屬）加工成零件（或半 成品）的一種特殊工藝裝備，稱為冷沖壓模具（俗稱冷沖模） 。沖壓-是在室溫 下，利用安裝在壓力機上的模具對材料施加壓力，使其產(chǎn)生分離或塑性變形， 從而獲得所需零件的一種壓力加工方法。沖壓模具是沖壓生產(chǎn)必不可少的工藝 裝備，是技術密集型產(chǎn)品。沖壓件的質(zhì)量、生產(chǎn)效率以及生產(chǎn)成本等，與模具 設計和制造有直接關系。模具設計與制造技術水平的高低，是衡量一個國家產(chǎn) 品制造水平高低的重要標志之一，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。 1.2 沖壓模具分類沖壓模具分類 沖模的結構形式很多，可以根據(jù)以下特征進行分類： 按沖壓工序性質(zhì)分有沖裁模、彎曲模、拉深模、成形模、翻邊模、脹形模 等20。按工序組合分有：單工序模(又稱簡單模)、復合模、連續(xù)模（級進模） 等。按導向方式分有：無導向模、導柱模、導板模、導筒模等。按機械化程度 分有：手工操作模、半自動化模、自動化模等。按生產(chǎn)適應性分有：通用模、 專用模等。按沖模材料分有：鋼模、鑄鐵模、鋅基合金模、聚氨酯橡膠模、木 材模、水泥模等。按沖模尺寸大小分有：大型沖模、中型沖模、小型沖模。 吉林大學學士學位論文 5 1.3 單工序模單工序模 單工序模是指壓力機一次行程中，完成一道沖壓工序的模具。如落料、沖 孔、切邊、剖切等。單工序?？梢酝瑫r有多個凸模，但其完成的工序類型相同。 設計單工序沖裁模需要考慮下列問題：（1）為何采用單工序模而不用符合?；?級進模；（2）模具結構與模具材料是否與沖裁件批量相適應；（3）非標準模 架或模具零件能否改用標準件；（4）模架的平面尺寸不僅應與模塊平面尺寸相 適應，還應與壓力機臺面或墊板開孔大小相適應；（5）在模具上安裝閉合高度 限位塊，便于校模和存放模具工作時限位塊不應受壓；（6）對稱工件的沖模模 架應保證上、下模的正確裝配；（7）彎曲件的落料模，排料時應考慮材料碾紋 方向；（8）刃口尖角處宜用拼塊，這樣既便于加工，也可防止應力集中導致開 裂；（9）拼塊不能依靠定位銷承受側向力，要將拼塊嵌入模座內(nèi)；（10）卸料 螺釘裝配時，必須確保卸料版與有關模板保持平衡；（11）安裝于模具內(nèi)的彈 簧，在結構上應能保證彈簧斷裂時不致蹦出傷人；（12）沖模應考慮放入和取 出沖件方便安全；（13）多凸模沖孔，臨近大凸模的細小凸模，應比大凸模在 長度上短一沖件料厚，若做成相同長度則容易折斷。 第二節(jié)第二節(jié) 沖壓模具設計程序沖壓模具設計程序 2.1 沖壓模具的一般設計過程沖壓模具的一般設計過程 依據(jù)沖壓件的產(chǎn)品圖樣進行沖壓工藝過程設計并確定工藝方案后，可進行 沖模的設計。在模具設計時，要收集、準備有關的設計參考資料;經(jīng)過充分理解、 研究和確定內(nèi)容之后，便可著手繪制模具的草圖;在繪制草圖階段，要召開討論 會，以防發(fā)生設計上的重大錯誤;然后，再繪正式圖。 （1）分析冷沖壓件的工藝性。根據(jù)設計題目的要求，分析沖壓件成形的 結構工藝性，分析沖壓件的形狀特點、尺寸大小、精度要求及所用材料是否符 合沖壓工藝要求。如果發(fā)現(xiàn)沖壓件工藝性差，則需要對沖壓件產(chǎn)品提出修改意 見，經(jīng)產(chǎn)品設計者同意后方可修改。 （2）制定沖壓件工藝方案。在分析了沖壓件的工藝性之后，通?？梢粤?吉林大學學士學位論文 6 出幾種不同的沖壓工藝方案（包括工序性質(zhì)、工序數(shù)目、工序順序及組合方式） ， 從產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率、設備占用情況、模具制造的難易程度和模具壽命高低、 工藝成本、操作方便和安全程度等方面，進行綜合分析、比較，然后確定適合 于工廠具體生產(chǎn)條件的最經(jīng)濟最合理的方案。 （3）確定毛坯形狀、尺寸和下料方式。在最經(jīng)濟的原則下，決定毛坯的形 狀、尺寸和下料方式，并確定材料的消耗量。 （4）確定沖模類型及結構型式。根據(jù)所確定的工藝方案和沖壓件的形狀特 點、精度要求、生產(chǎn)批量、模具制造條件、操作方便及安全的要求，以及利用 現(xiàn)有通用機械化、自動化裝置的可能，選定沖模類型及結構型式。 （5）進行必要的工藝計算。計算毛坯尺寸、沖壓力、模具壓力中心、計算 或估算各模具的外形尺寸、凸凹模的間隙等。 （6）選擇壓力機。壓力機的選擇是模具設計的主要內(nèi)容，壓力機型號的確 定主要取決于沖壓工藝的要求和沖模結構情況。 （7）繪制模具總圖和非標準零件圖，編寫設計計算說明書。 2.2 沖模設計原始資料沖模設計原始資料 在進行沖模設計之前。需要掌握以下原始資料： (1)沖壓件圖樣及技術要求：了解被沖零件的形狀、尺寸大小、表面粗糙度、 材質(zhì)與厚度、有無后續(xù)熱處理及人由處理等信息。 (2)零件的批量大?。耗＞呓Y構的確定、模具材料的選取、沖壓設備的選擇 及操作送料方式等都應由零件批量決定。 (3)產(chǎn)品工藝文件：如工藝規(guī)程卡等。 (4)掌握車間現(xiàn)有的沖壓設備資料：如設備的噸位、臺面、行程、送料方式、 模具安裝固定方式竿。新設計的模具應盡量能夠在現(xiàn)有設備上安裝使用。 (5)有關沖模標準化的資料 ，如 GB28512875.81 等。 2.3 沖壓模具設計應注意的問題沖壓模具設計應注意的問題 沖壓模具設計的整個過程是從分析總體方案開始到完成全部技術設計，計 算、繪圖、修改等步驟。在設計過程中 應注意以下問題。 吉林大學學士學位論文 7 1.合理選擇模具結構：根據(jù)零件圖樣及技術要求，結合生產(chǎn)實際情況，提 出模具結構方案，分析、比較、選擇。 2.采用標準零部件：應盡量選用國家標準件及工廠沖模標準件。使模具設 計典型化及制造簡單化，縮短設計制造周期，降低成本。 3.其它 1）定位銷的用法：沖模中的定位銷常選用圓柱銷，其直徑與螺釘直徑相近， 不能太細，每個模具上只須兩個銷釘，其長度不要太長，其進入模體長度是直 徑的 22.5 倍。 2）螺釘用法：固定螺釘擰入模體的深度不要太深。 3）打標記：鑄件模板要設計出加工、定位及打印編號的凸臺。 4）對導住、導套的要求：模具完全對稱時兩導柱的導向直徑不易設計得相 等，避免合模時誤裝方向而損壞模具刃口。導套長度的選取應保證開始工作時 導柱進入導套 1015mm。 2.4 成本分析與結構方案成本分析與結構方案 在選擇沖模結構方案時，除了考慮沖壓件的質(zhì)量、技術要求外，還要結合 批量大小與現(xiàn)有沖壓設備類型，對沖壓件成本進行綜合分析。一般情況下，簡 單模造價低于復合模，復合模造價低于連續(xù)模。 當沖壓產(chǎn)品的質(zhì)量要求較高、批量又比較大時，應盡量選用連續(xù)模。連續(xù)模易 于實現(xiàn)自動化送料操作，而且生產(chǎn)過程穩(wěn)定，產(chǎn)品一致性較好。對于質(zhì)量要求 高、批量小的沖壓件，可選用復合模來生產(chǎn)。對于形狀簡單、精度要求低的沖 壓件，應當選用簡單模。 吉林大學學士學位論文 8 第第 3 章章 沖壓件的工藝分析沖壓件的工藝分析 第一節(jié)第一節(jié) 落料沖孔工序落料沖孔工序 該零件為固定高架箱的連接支架，如圖 3-1 所示。該零件用于零件的連接。 有以下三種沖裁方案可供選擇： 方案一：先沖孔，后落料。單工序模生產(chǎn)。 方案二：沖孔落料復合沖壓。復合模生產(chǎn)。 方案三：沖孔落料級進沖壓。級進模生產(chǎn)。 圖 3-1 表表 3-1 各類模具結構及特點比較各類模具結構及特點比較 單工序模模具種類 比較項目無導向有導向 級進模復合模 零件公差等級低一般可達 IT13IT10 級可達 IT10IT8 級 零件特點 尺寸不受 限制厚度 不受限制 中小型尺 寸厚度較 厚 小零件厚度 0.26mm 可加工復雜零件，如寬 度極小的異形件 形狀與尺寸受模具結構與 強度限制，尺寸可以較大， 厚度可達 3mm 零件平面度低一般 中小型件不平直，高質(zhì) 量制件需較平 由于壓料沖件的同時得到 了較平，制件平直度好且 吉林大學學士學位論文 9 具有良好的剪切斷面 生產(chǎn)效率低較低 工序間自動送料，可以 自動排除制件，生產(chǎn)效 率高 沖件被頂?shù)侥＞吖ぷ鞅砻?上，必須手動或機械排除， 生產(chǎn)效率較低 安全性 不安全，需采取安全措 施 比較安全不安全，需采取安全措施 模具制造工作量 和成本 低 比無導向 的稍高 沖裁簡單的零件時，比 復合模低 沖裁較復雜零件時，比級 進模低 適用場合 料厚精度要求低的小批 量沖件的生產(chǎn) 大批量小型沖壓件的生 產(chǎn) 形狀復雜，精度要求較高， 平直度要求高的中小型制 件的大批量生產(chǎn) 結合表 2-1 分析知： 方案一模具結構簡單，制造周期短，制造簡單，但需要兩副模具，成本高 而生產(chǎn)效率低，難以滿足大批量生產(chǎn)的要求。 方案三只需一副模具，生產(chǎn)效率高，操作方便，精度也能滿足要求，但模 具輪廓尺寸較大，制造復雜，成本較高。 方案二也只需一副模具，制件精度和生產(chǎn)效率都較高，且工件最小壁厚大 于凸凹模許用最小壁厚模具強度也能滿足要求。沖裁件的內(nèi)孔與邊緣的相對位 置精度較高，板料的定位精度比方案三低，模具輪廓尺寸較小，制造比方案三 簡單。 通過對上述三種方案的分析比較，該工件的沖壓生產(chǎn)采用方案二為佳。 第第 2 2 節(jié)節(jié) 壓彎工序壓彎工序 該壓彎件的特點是工件尺寸大，形狀呈對稱分布。外形尺寸無公差要求， 按 IT14 等級精度計算，利用普通壓彎方式可達到要求。各圓角大于壓彎件允許 的最小圓角半徑。壁部圓角半徑 R3.5，相對圓角半徑 R/T=3.5/1.5=2.35-8， 且大于允許的最小彎曲半徑值，因此可以彎曲成型。 吉林大學學士學位論文 10 圖 3-2 彎曲是將板料彎成一定形狀和角度的零件的成型方法，是板料沖壓中常見 的加工工序之一，該零件結構簡單可一次成型。從生產(chǎn)效率、模具結構和壽命 方面考慮，在一定生產(chǎn)批量的情況下，采用一次彎曲成形的工序比較合適。 第第 3 3 節(jié)節(jié) 沖豁工序沖豁工序 沖孔件屬于內(nèi)形部分的上偏差為正，下偏差為零（相當于基孔制標注，只 大不?。?。屬于外形部分的上偏差為零，下偏差為負（相當于基軸制標注，只小 不大） 。 孔心距或距離的尺寸，按 標注。 補注公差后的零件如圖 3-3 所示： 圖 3-3 沖豁內(nèi)形部分尺寸公差等級取 IT12 級。由上圖可知，此零件的工藝結構簡單， 模壁強度足夠，孔徑也遠超過所要求的最小孔徑，所以符合沖裁的條件，故可 選用沖裁的方法進行生產(chǎn)。 15 7.6 23 12 11 39 25 95 124 30 吉林大學學士學位論文 11 第第 4 章章 落料沖孔工序模具的設計落料沖孔工序模具的設計 第一節(jié)第一節(jié) 復合模具的比較復合模具的比較 正裝式復合模和倒裝式結構比較： 正裝式復合模適用于沖制材質(zhì)較軟或板料較薄的平直度要求較高的沖裁件， 還可以沖制孔邊距較小的沖裁件。 倒裝式復合模不宜沖制孔邊距較小的沖裁件，但倒裝式復合模結構簡單， 又可以直接利用壓力機的打桿裝置進行推件卸件可靠，便于操作，并為機械化 出件提供了有利條件，所以應用十分廣泛。 根據(jù)零件分析，制件的精度要求較低，孔邊距較大，為提高經(jīng)濟效益和簡 化模具結構，適宜 采用倒裝復合模生產(chǎn)。 根據(jù)以上分析確定該制件的生產(chǎn)采用倒裝式復合模具生產(chǎn)。 第二節(jié)第二節(jié) 模具總體結構設計模具總體結構設計 2.1 模具類型的選擇模具類型的選擇 經(jīng)分析，工件尺寸精度要求不高，形狀較簡單，但工件產(chǎn)量較大，根據(jù)材料 厚度，為保證沖模有較高的生產(chǎn)率，通過比較，決定實行工序集中的工藝方案， 彈性卸料裝置，自然漏料的倒裝復合結構方式。 2.2 操作與定位方式操作與定位方式 2.2.1 操作方式 零件的生產(chǎn)批量較大，但合理安排生產(chǎn)可用手工送料方式，提高經(jīng)濟效益。 2.2.2 定位方式 因為導料銷和固定擋料銷結構簡單，制造方便。且該模具采用的是條料，根 據(jù)模具具體結構兼顧經(jīng)濟效益，控制條料的送進方向采用導料銷，控制送料步 距采用固定擋料銷。 2.3 卸料、出件方式卸料、出件方式 2.3.1 卸料方式 吉林大學學士學位論文 12 剛性卸料與彈性卸料的比較： 剛性卸料是采用固定卸料板結構。常用于較硬、較厚且精度要求不高的工 件沖裁后卸料。當卸料板只起卸料作用時與凸模的間隙隨材料厚度的增加而增 大，單邊間隙?。?.20.5）t。當固定卸料板還要起到對凸模的導向作用時卸 料板與 凸模的配合間隙應該小于沖裁間隙。此時要求凸模卸料時不能完全脫離 卸料板。主要用于卸料力較大、材料厚度大于 2mm 且模具結構為倒裝的場合。 彈壓卸料板具有卸料和壓料的雙重作用，主要用于料厚小于或等于 2mm 的 板料由于有壓料作用，沖件比較平整。卸料板與凸模之間的單邊間隙選擇 （0.10.2）t,若彈壓卸料板還要起對凸模導向作用時，二者的配合間隙應小 于沖裁間隙。常用作落料模、沖孔模。 工件平直度較高，料厚為 1.5mm 相對較薄，卸料力不大，由于彈壓卸料模具 比剛性卸料模具方便，操作者可以看見條料在模具中的送進動態(tài)，且彈性卸料 板對工件施加的是柔性力，不會損傷工件表面，故可采用彈性卸料。 2.3.2 出件方式 因采用倒裝復合模生產(chǎn)，故采用下出件為佳。 出件方式設計圖如圖 4-1 所示，上部分為圓孔， 保證沖孔凸模沖裁下來的廢料可以落下。下部分為 一矩形槽，用于接收落下來的廢料，在下方安裝一 個矩形蓋板，由六個小螺釘進行固定。 2.4 確定送料方式 因選用的沖壓設備為開式壓力機，采用縱向送料 方式，即由前向后送料。 2.5 確定導向方式 圖 4-1 方案一：采用對角導柱模架。由于導柱安裝在模具壓力中心對稱的對角線上， 所以上模座在導柱上滑動平穩(wěn)。常用于橫向送料級進?；蚩v向送料的落料模、 復合模。 方案二：采用后側導柱模架。由于前面和左、右不受限制，送料和操作比較 方便。因為導柱安裝在后側，工作時，偏心距會造成導套導柱單邊磨損，嚴重 影響模具使用壽命，且不能使用浮動模柄。 吉林大學學士學位論文 13 方案三：四導柱模架。具有導向平穩(wěn)、導向準確可靠、剛性好等優(yōu)點。常用 于沖壓件尺寸較大或精度要求較高的沖壓零件，以及大量生產(chǎn)用的自動沖壓模 架。 方案四：中間導柱模架。導柱安裝在模具的對稱線上，導向平穩(wěn)、準確。單 只能一個方向送料。 由于該零件的尺寸相對較大，根據(jù)以上方案比較并結合模具結構形式和送料 方式，為提高模具壽命和工件質(zhì)量，采用四導柱的導向方式，即方案三最佳。 第三節(jié)第三節(jié) 模具設計計算模具設計計算 3.1 工藝分析工藝分析 該零件從整體上看是一個帶中心孔的帶“”形零件，在落料沖孔工序 中主要控制零件的對稱性，由于零件尺寸均未表明公差，可按 IT12 級取公差。 該零件材料為 St13，料厚為 1.5mm，查表可知這種材料的屈服強度 ，抗拉強度，伸長率為 34，因而從材料精度和MPa s 240MPa b 370270 材料方面分析比較適合沖壓加工。圖 2-1 中標注尺寸為該零件的毛坯展開尺寸。 （表 4-1 ST13 材料成分與性能） 材料牌號ST13 標準DIN 國家與地區(qū)Germany 鋼組結構鋼 次級類別DIN 1623-1 Flat products of steel; Cold rolled strip and sheet of mild unalloyed steels 注釋Quality specifications; DIN 1623-1 was superseded by EN 10130 用途Cold rolled sheet for exacting deep drawing. 元素最小最大近似 C0.1000 化學成分 （%） N0.0070 最小最大近似的 吉林大學學士學位論文 14 薄板；鋼帶；冷軋 屈服強度 s (Mpa)250 抗拉強度 b（Mpa） 270370 32.0伸長率 (%) L0 = 80 mm 材料性能 硬度=57 HRB 另外有表 4-2 中數(shù)據(jù)可知，ST13 的機械性能于 08F 號鋼性能相當，有良好 的沖壓性能。 （ 表 4-2） 材料 機械性能 ST13低碳鋼 08F 硅鋼片 D41 抗拉強度錯誤！錯誤！ 未找到引用源。未找到引用源。 /MPa 270370255324490 抗剪強度 / MPa 250310216275422 延伸率 100 3244 3.2 排樣圖設計排樣圖設計 排樣圖在模具設計中有重要的作用，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和與相鄰毛坯的關系，而且對材料的利用 率、沖壓加工的工藝性以及模具的結構和壽命等有著顯著地影響。 排樣方式的選擇： 方案一：有廢料排樣 沿沖件外形沖裁，在沖件周邊都留有搭邊。沖件尺 寸完全由沖模來保證，因此沖件精度高，模具壽命高，但材料利用率低。 方案二：少廢料排樣 因受剪切條料和定位誤差的影響，沖件質(zhì)量差，模 具壽命較方案一低，但材料利用率稍高，沖模結構簡單。 方案三：無廢料排樣 沖件的質(zhì)量和模具壽命更低一些，但材料利用率最 高。 通過上述三種方案的分析比較， 吉林大學學士學位論文 15 由于該零件形狀對稱，綜合考慮模具壽命和沖件質(zhì)量，該沖件的排樣方式選擇 方案一為佳?？紤]模具結構和制造成本有廢料排樣的具體形式選擇直排最佳。 3.2.1 計算條料的寬度 搭邊的作用是補償定位誤差，保持條料有一定的剛度，以保證零件質(zhì)量和 送料方便。搭邊過大，浪費材料。搭邊過小，沖裁時容易翹曲或被拉斷，不僅 會增大沖件毛刺，有時還有拉入凸、凹模間隙中損壞模具刃口，降低模具壽命。 或影響送料工作。 根據(jù)零件形狀，查表 5-1 工件之間搭邊值 a=5.0mm, 工件與側邊之間搭邊 值 a1=3mm, 條料是有板料裁剪下料而得，為保證送料順利，規(guī)定其上偏差為零， 小偏差為負值 B=（Dmax2a）-0 （公式 4-1） 式中 Dmax條料寬度方向沖裁件的最大尺寸； a 沖裁件之間的搭邊值； 板料剪裁下的偏差（其值查表 4-3） ； B=（189.423） =195.40-0.5(mm) 所以條料寬度在 194.9195.4mm (表 4-3 搭邊值和側邊值的數(shù)值) 圓件及 r2t 圓角矩形邊長 l50矩形邊長 l50 或圓角 r2 材料厚度 t 工件間 a1側邊 a 工件間 a側邊 a1工件間 a1側邊 a 0.25 以下1.82.02.22.52.83.0 0.250.51.21.51.82.02.22.5 0.50.81.01.21.51.81.82.0 0.81.20.81.01.21.51.51.8 1.21.51.01.21.51.81.92.0 1.62.01.21.52.02.22.02.2 （表 4-4 剪裁下的下偏差（mm） ） 吉林大學學士學位論文 16 條料寬度(mm) 條料厚度(mm) 50 50100100200200 0.50.50.71.0 0.51.01.01.0 31.01.01.01.5 41.01.01.02.0 3.2.2 確定步距 送料步距 S：條料在模具上每次送進的距離稱為送料步距，每個步距可沖 一個或多個零件。進距與排樣方式有關，是決定擋料銷位置的依據(jù)。條料寬度 的確定與模具的結構有關。 進距確定的原則是，最小條料寬度要保證沖裁時工件周邊有足夠的搭邊值； 最大條料寬度能在沖裁時順利的在導料板之間送進條料，并有一定的間隙。 送料步距 S S 30+5=35mm 此排樣圖如 4-2 所示。 3.2.3 計算材料利用率 沖裁件的實際面積與所用板料面積 的百分比叫材料的利用率，它是衡量 合理利用材料的重要指標。由排樣圖 知計算材料的利用率可計算一個步距 內(nèi)的材料利用率即可。 一個步距內(nèi)的材料利用率 （圖 4-2） /BS100% (公式 4-2) 式中 A一個步距內(nèi)沖裁件的實際面積； B條料寬度； S步距； 吉林大學學士學位論文 17 =4704.73（35*195.4）100% =68.8%（實際面積 A 由 UG 模擬所得） 3.3 沖壓力的計算沖壓力的計算 3.3.1 沖裁力的計算 用平刃沖裁時，其沖裁力一般按下式計算： F=KLtb ( 公式 4-3) 式中 F沖裁力； L沖裁周邊長度； t材料厚度； b材料抗剪強度； K系數(shù)，系數(shù)是考慮到實際生產(chǎn)中，模具間隙值的波動和不均勻， 刃口磨損、板料力學性能和厚度波動等原因的影響而給出修正系數(shù)，一般取 =1.3。 計算沖裁件輪廓周長 L： 由于零件輪廓較復雜，用 UG 計算出 L=446.9+3.14*7mm=468.6mm。 查表知 b=270370Mpa，取 b=320Mpa 所以 F=KLtb=1.3*486.6*320*1.5=303638.4N 3.3.2 卸料力、推料力的計算 卸料力 FX FX=KXF （公式 4-4） 推料力 FT FT =nKTF （公式 4-5） 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)； 吉林大學學士學位論文 18 t 材料厚度(mm) FX=KXF =0.04303638.4 =12146(N) （KX、KT為卸料力、推件力系數(shù)，其值查表 4-4 可得） FT=nKTF =40.055303638.4 =66800(N) 所以總沖壓力 FZ=F+FX+FT =303638.4N+12146N+66800N =382630(N) （ 表 4-4 卸料力、推件力和頂件力系數(shù)） 料厚 t/mmKXKTKD 鋼 0.1 0.10.5 0.52.5 2.56.5 6.5 0.0650.075 0.0450.055 0.040.05 0.030.04 0.020.03 0.1 0.063 0.055 0.045 0.025 0.14 0.08 0.06 0.05 0.03 鋁、鋁合金 純銅，黃銅 0.0250.08 0.020.06 0.030.07 0.030.09 3.3.3 壓力機的選擇 沖壓設備的選擇: 在冷沖壓生產(chǎn)中，沖壓設備的選擇是一項非常重要的工作，它直接關系到設 備的安全和合理使用，同時也關系到?jīng)_壓工藝是否能順利進行和模具的壽命、 產(chǎn)品的質(zhì)量、生產(chǎn)效率以及成本的高低等一系列問題。 吉林大學學士學位論文 19 選擇設備，首先要清楚地了解被加工產(chǎn)品的特點（包括所采用的沖壓工藝性 質(zhì)、生產(chǎn)批量大小、沖壓件的幾何形狀及尺寸、精度要求、工序的分配、成品 取件方法、廢料處理等）和各類沖壓設備的特點（包括壓力及功率的大小，具 備哪些輔助裝置及功能，行程、速度大小，精度、裝?？臻g大小，操作空間大 小等)，然后，進行最適合兩者特點的組合。也就是說，使所選用設備的性能與 產(chǎn)品的加工對設備性能的要求相適應，盡量不造成欠缺或浪費。最后，確定出 設備的類型及其規(guī)格。 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)。 綜合考慮，采用開式曲柄壓力機。 根據(jù)上述沖壓力的計算，初步選用型號為 JA23-80 開式雙柱可傾壓力機。該 型號壓力機主要技術規(guī)格如下： 公稱壓力 800KN; 滑塊行程 130mm; 最大閉合高度 380mm; 最大裝模高度 240mm; 連桿調(diào)節(jié)量 45mm; 工作臺尺寸（前后 mm 左右 mm）; 540800 墊板尺寸（厚度 mm 孔徑 mm） ;100100 模柄孔尺寸（直徑 mm 深度 mm） ;7560 滑塊中心至床身中心距離 270mm; 最大傾斜角 30 根據(jù)對該型號壓力機的分析可以知道該壓力機適合產(chǎn)品的落料沖孔工序，因 此初選 JA23-80 開式雙柱可傾壓力機。 3.4 模具壓力中心的確定模具壓力中心的確定 模具壓力中心是指沖壓時諸沖壓力合力的作用點位置。為了確保壓力機和模 吉林大學學士學位論文 20 具正常工作，應使模具的壓力中心與壓力機滑塊的中心相重合，否則，會使沖 模和力機滑塊產(chǎn)生偏心載荷，使滑塊和導軌之間產(chǎn)生過大的摩擦，模具導向零 件加速磨損，降低模具和壓力機的使用壽命。 該零件為軸對稱圖形，其壓力中心為中間沖孔的孔心。 3.5 工作零件刃口尺寸計算工作零件刃口尺寸計算 3.5.1 沖裁間隙分析 （1）間隙對沖裁件尺寸精度的影響 沖裁件的尺寸精度是指沖裁件的實際尺寸與基本尺寸的差值，差值越小，則 精度越高，這個差值包括兩方面的偏差，一是沖裁件相對于凸?；虬寄５钠睿?二是模具本身的制造偏差。 （2）間隙對模具壽命的影響 模具壽命受各種因素的綜合影響，間隙是也許模具壽命諸因數(shù)中最主要的因 數(shù)之一，沖裁過程中，凸模與被沖的孔之間，凹模與落料件之間均有摩擦，而 且間隙越小，模具作用的壓應力越大，摩擦也越嚴重，所以過小的間隙對模具 壽命極為不利。 而較大的間隙可使凸模側面及材料間的摩擦減小，并延緩間隙由于受到制造 和裝配精度的限制，出現(xiàn)間隙不均勻的不利影響，從而提高模具壽命。 （3）間隙對沖裁工藝力的影響 隨著間隙的增大，材料所受的拉應力增大，材料容易斷裂分離，因此沖裁力 減小。通常沖裁力的降低并不顯著，當單邊間隙在材料厚度的 520%左右時， 沖裁力的降低不超過 510%。間隙對卸料力推料力的影響比較顯著。間隙增大 后，從凸模里卸料和從凹模里推料都省力當當單邊間隙達到材料厚度的 1525% 左右時的卸料力幾乎為零。但間隙繼續(xù)增大，因為毛刺增大，又將引起卸料力、 頂件力迅速增大。 （4）間隙值的確定 由以上分析可見，凸、凹模間隙對沖裁件質(zhì)量、沖裁工藝力、模具壽命都有 很大的影響。因此，設計模具時一定要選擇合理的間隙，以保證沖裁件的斷面 質(zhì)量、尺寸精度滿足產(chǎn)品的要求，所 吉林大學學士學位論文 21 需沖裁力小、模具壽命高，但分別從質(zhì)量，沖裁力、模具壽命等方面的要求確 定的合理間隙并不是同一個數(shù)值，只是彼此接近?？紤]到模具制造中的偏差及 使用中的磨損、生產(chǎn)中通常只選擇一個適當?shù)姆秶鳛楹侠黹g隙，只要間隙在 這個范圍內(nèi)，就可以沖出良好的制件，這個范圍的最小值稱為最小合理間隙 Cmin，最大值稱為最大合理間隙 Cmax?？紤]到模具在使用過程中的磨損使間隙 增大，故設計與制造新模具時要采用最小合理間隙值 Cmin。 確定合理間隙的方法有經(jīng)驗法、理論確定法和查表法。 根據(jù)近年的研究與使用的經(jīng)驗，在確定間隙值時要按要求分類選用。對于尺 寸精度，斷面垂直度要求高的制件應選用較小的間隙值，對于垂直度與尺寸精 度要求不高的制件，應以降沖裁力、提高模具壽命為主，可采用較大的間隙值。 由于理論法在生產(chǎn)中使用不方便，所以常采用查表法來確定間隙值。 經(jīng)驗公式； 軟材料： t1mm，C=(3%4%)t t=13mm，C=(5%8%)t t=35mm，C=(8%1%)t 硬材料： t1mm，C=(4%5%)t t=13mm，C=(6%8%)t t=38mm，C=(8%13%)t 因此選擇 C=1.5*（6%8%）=0.090.12mm。 3.5.2 凹模、凸凹模刃口尺寸 該制件外形為“”形，相對較復雜，適合采用凸凹模配作加工。配 作法加工的特點是模具的間隙由配做保證，工藝比較簡單，無需較核 TAZmaxZmin 的條件，并且還可以放大基準件的制造公差，使制 造容易，所以采用配作法加工。 凹模刃口磨損后，刃口尺寸只有一種變化，全部變大。其刃口尺寸一般按式 5-8 計算。 AA=（Amax-x）0+0.25 （式 4-6） 吉林大學學士學位論文 22 式中 Amax垂直于送料方向的凹模刃口間的最大距離； x 凹模磨損系數(shù)； 刃口制造公差； （1）凹模刃口尺寸計算 凹模刃口尺寸按零件展開圖，單邊間隙取 0.1。 （2）沖孔凸模刃口尺寸計算 制件精度不高，為 IT12 級，確定刃口間隙時主要考慮模具壽命，故應該取較 大間隙。查表得： Zmax=0.360mm Zmin=0.246mm 所以 Z=Z max=0.360m （表 4-5 系數(shù) X） 非圓形圓形 10.750.50.750.5 料厚 t(mm) 工件公差/mm 1 12 24 4 0.16 0.20 0.24 0.30 0.170.35 0.210.41 0.250.49 0.310.59 0.36 0.42 0.50 0.60 0.16 0.20 0.24 0.30 0.16 0.20 0.24 0.30 3.5.3 凸凹模的尺寸計算 該制件只有一個圓形的孔，適宜采用凸、凹模分開加工。其尺寸計算公式： dT=(dminx) 0-T （式 4-7） dA=( dTZmin)A0 （式 4-8） （表 4-6 規(guī)則形狀沖裁時凸、凹模制造偏差（mm)） 基本尺寸凸模偏差dT凹模偏差dA 18 0.0200.020 18300.0200.025 吉林大學學士學位論文 23 30800.0200.030 801200.0250.035 1201800.0300.040 1802600.0300.045 2603600.0350.050 3605000.0400.060 5000.0500.070 查表 4-5、4-6 得： A=0.020mm T=0.020mm X=0.75 校核：TA=0.040mmCmaxCmin，滿足TA CmaxCmin的條件。 將已知和查表所得的數(shù)據(jù)代入公式，即得： dT=(7+0.750.21）0-0.20=7.160-0.20mm dA=(7+0.246)0+0.20=7.250+0.20mm 第四節(jié)第四節(jié) 主要零部件的設計主要零部件的設計 4.1 工作零件的結構設計工作零件的結構設計 根據(jù)對模具的認識可知，沖模的主要工作零件主要包括凸模、凹模及凸凹模 等。沖壓工序分為分離工序和成形工序兩大類，工作零件在兩種工序中所承受 的力是不同的。分離工序在工作過程中，工作零件除了要承受使材料分離的沖 壓力外，還要承受著與材料端面的劇烈摩擦；在成形工序的工作過程中，沖模 除承受材料塑性變形所需的沖壓力外，其表面也受到材料的塑性流動而產(chǎn)生的 劇烈摩擦。所以，這就要求工作零件具備耐沖擊、耐磨損的高強度、高硬度性 能。正因為工作零件有這樣的要求，在設計工作零件時應當考慮周詳。 4.2 凹模的設計凹模的設計 凹模設計應考慮的事項是關于凹模強度、制造方法及其加工