連接片模具設計.doc

目錄緒論3任務書6第一章零件工藝性分析61.1材料分析71.2結構分析71.3 精度分析7第二章沖裁工藝方案的確定7第三章零件工藝計算83.1刃口尺寸計算83.1.1沖孔尺寸83.1.2落料尺寸83.1.3中心距：93.2排樣計算93.3沖壓力計算103.3.1落料力103.3.2沖孔力103.3.3落料時的卸料力113.3.4沖孔時的推件力113.3.5總壓力113.4壓力中心計算11第四章沖壓設備的選用124.1壓力機的選用12第五章模具結構的確定125.1模具整體結構125.1.1模具結構的選擇125.1.2凸模的裝配配合125.1.3模柄的選擇125.1.4螺釘?shù)倪x擇125.1.5模架的選擇135.1.6模具的閉合高度135.2凹模145.3凸模145.4凸凹模165.5卸料裝置165.6凸模固定板175.7墊板175.8卸料裝置中彈性元件的計算17參考文獻1818緒論沖壓是利用安裝在沖壓設備（主要是壓力機）上的模具對材料施加壓力，使其產生分離或塑性變形，從而獲得所需零件（俗稱沖壓或沖壓件）的一種壓力加工方法。沖壓通常是在常溫下對材料進行冷變形加工，且主要采用板料來加工成所需零件，所以也叫冷沖壓或板料沖壓。沖壓是材料壓力加工或塑性加工的主要方法之一，隸屬于材料成型工程術。沖壓所使用的模具稱為沖壓模具，簡稱沖模。沖模是將材料（金屬或非金屬）批量加工成所需沖件的專用工具。沖模在沖壓中至關重要，沒有符合要求的沖模，批量沖壓生產就難以進行；沒有先進的沖模，先進的沖壓工藝就無法實現(xiàn)。沖壓工藝與模具、沖壓設備和沖壓材料構成沖壓加工的三要素，只有它們相互結合才能得出沖壓件。與機械加工及塑性加工的其它方法相比，沖壓加工無論在技術方面還是經濟方面都具有許多獨特的優(yōu)點。主要表現(xiàn)如下。（1）沖壓加工的生產效率高，且操作方便，易于實現(xiàn)機械化與自動化。這是因為沖壓是依靠沖模和沖壓設備來完成加工，普通壓力機的行程次數(shù)為每分鐘可達幾十次，高速壓力要每分鐘可達數(shù)百次甚至千次以上，而且每次沖壓行程就可能得到一個沖件。（2）沖壓時由于模具保證了沖壓件的尺寸與形狀精度，且一般不破壞沖壓件的表面質量,而模具的壽命一般較長,所以沖壓的質量穩(wěn)定,互換性好,具有“一模一樣”的特征。（3）沖壓可加工出尺寸范圍較大、形狀較復雜的零件，如小到鐘表的秒表，大到汽車縱梁、覆蓋件等，加上沖壓時材料的冷變形硬化效應，沖壓的強度和剛度均較高。（4）沖壓一般沒有切屑碎料生成，材料的消耗較少，且不需其它加熱設備，因而是一種省料，節(jié)能的加工方法，沖壓件的成本較低。但是，沖壓加工所使用的模具一般具有專用性，有時一個復雜零件需要數(shù)套模具才能加工成形，且模具制造的精度高，技術要求高，是技術密集形產品。所以，只有在沖壓件生產批量較大的情況下，沖壓加工的優(yōu)點才能充分體現(xiàn)，從而獲得較好的經濟效益。沖壓在現(xiàn)代工業(yè)生產中，尤其是大批量生產中應用十分廣泛。相當多的工業(yè)部門越來越多地采用沖壓法加工產品零部件，如汽車、農機、儀器、儀表、電子、航空、航天、家電及輕工等行業(yè)。在這些工業(yè)部門中，沖壓件所占的比重都相當?shù)拇螅賱t60%以上，多則90%以上。不少過去用鍛造=鑄造和切削加工方法制造的零件，現(xiàn)在大多數(shù)也被質量輕、剛度好的沖壓件所代替。因此可以說，如果生產中不諒采用沖壓工藝，許多工業(yè)部門要提高生產效率和產品質量、降低生產成本、快速進行產品更新?lián)Q代等都是難以實現(xiàn) 的。隨著科學技術的不斷進步和工業(yè)生產的迅速發(fā)展，許多新技術、新工藝、新設備、新材料不斷涌現(xiàn)，因而促進了沖壓技術的不斷革新和發(fā)展。其主要表現(xiàn)和發(fā)展方向如下。（1）沖壓成形理論及沖壓工藝方面沖壓成形理論的研究是提高沖壓技術的基礎。目前，國內外對沖壓成形理論的研究非常重視，在材料沖壓性能研究、沖壓成形過程應力應變分析、板料變形規(guī)律研究及坯料與模具之間的相互作用研究等方面均取得了較大的進展。特別是隨著計算機技術的飛躍發(fā)展和塑性變形理論的進一步完善，近年來國內外已開始應用塑性成形過程的計算機模擬技術，即利用有限元（FEM）等有值分析方法模擬金屬的塑性成形過程，根據(jù)分析結果，設計人員可預測某一工藝方案成形的可行性及可能出現(xiàn)的質量問題，并通過在計算機上選擇修改相關參數(shù)，可實現(xiàn)工藝及模具的優(yōu)化設計。這樣既節(jié)省了昂貴的試模費用，也縮短了制模具周期。研究推廣能提高生產率及產品質量、降低成本和擴大沖壓工藝應用范圍的各種壓新工藝，也是沖壓技術的發(fā)展方向之一。目前，國內外相繼涌現(xiàn)出精密沖壓工藝、軟模成形工藝、高能高速成形工藝及無模多點成形工藝等精密、高效、經濟的沖壓新工藝。其中，精密沖裁是提高沖裁件質量的有效方法，它擴大了沖壓加工范圍，目前精密沖裁加工零件的厚度可達25mm，精度可達IT1617級；用液體、橡膠、聚氨酯等作柔性凸模或凹模的軟模成形工藝，能加工出用普通加工方法難以加工的材料和復雜形狀的零件，在特定生產條件下具有明顯的經濟效果；采用爆炸等高能效成形方法對于加工各種尺寸在、形狀復雜、批量小、強度高和精度要求較高的板料零件，具有很重要的實用意義；利用金屬材料的超塑性進行超塑成形，可以用一次成形代替多道普通的沖壓成形工序，這對于加工形狀復雜和大型板料零件具有突出的優(yōu)越性；無模多點成形工序是用高度可調的凸模群體代替?zhèn)鹘y(tǒng)模具進行板料曲面成形的一種先進技術，我國已自主設計制造了具有國際領先水平的無模多點成形設備，解決了多點壓機成形法，從而可隨意改變變形路徑與受力狀態(tài)，提高了材料的成形極限，同時利用反復成形技術可消除材料內殘余應力，實現(xiàn)無回彈成形。無模多點成形系統(tǒng)以CAD/CAM/CAE技術為主要手段，能快速經濟地實現(xiàn)三維曲面的自動化成形。（2）沖模是實現(xiàn)沖壓生產的基本條件在沖模的設計制造上,目前正朝著以下兩方面發(fā)展:一方面,為了適應高速、自動、精密、安全等大批量現(xiàn)代生產的需要，沖模正向高效率、高精度、高壽命及多工位、多功能方向發(fā)展，與此相比適應的新型模具材料及其熱處理技術，各種高效、精密、數(shù)控自動化的模具加工機床和檢測設備以及模具CAD/CAM技術也在迅速發(fā)展；另一方面，為了適應產品更新?lián)Q代和試制或小批量生產的需要，鋅基合金沖模、聚氨酯橡膠沖模、薄板沖模、鋼帶沖模、組合沖模等各種簡易沖模及其制造技術也得到了迅速發(fā)展。精密、高效的多工位及多功能級進模和大型復雜的汽車覆蓋件沖模代表了現(xiàn)代沖模的技術水平。目前，50個工位以上的級進模進距精度可達到2微米，多功能級進模不僅可以完成沖壓全過程，還可完成焊接、裝配等工序。我國已能自行設計制造出達到國際水平的精度達25微米，進距精度23微米，總壽命達1億次。我國主要汽車模具企業(yè)，已能生產成套轎車覆蓋件模具，在設計制造方法、手段方面已基本達到了國際水平，但在制造方法手段方面已基本達到了國際水平，模具結構、功能方面也接近國際水平，但在制造質量、精度、制造周期和成本方面與國外相比還存在一定差距。模具制造技術現(xiàn)代化是模具工業(yè)發(fā)展的基礎。計算機技術、信息技術、自動化技術等先進技術正在不斷向傳統(tǒng)制造技術滲透、交叉、融合形成了現(xiàn)代模具制造技術。其中高速銑削加工、電火花銑削加工、慢走絲切割加工、精密磨削及拋光技術、數(shù)控測量等代表了現(xiàn)代沖模制造的技術水平。高速銑削加工不但具有加工速度高以及良好的加工精度和表面質量（主軸轉速一般為1500040000r/min）,加工精度一般可達10微米，最好的表面粗糙度Ra1微米），而且與傳統(tǒng)切削加工相比具有溫升低（工件只升高3攝氏度）、切削力小，因而可加工熱敏材料和剛性差的零件，合理選擇刀具和切削用量還可實現(xiàn)硬材料（60HRC）加工；電火花銑削加工（又稱電火花創(chuàng)成加工）是以高速旋轉的簡單管狀電極作三維或二維輪廓加工（像數(shù)控銑一樣），因此不再需要制造昂貴的成形電極，如日本三菱公司生產的EDSCAN8E電火花銑削加工機床，配置有電極損耗自動補償系統(tǒng)、CAD/CAM集成系統(tǒng)、在線自動測量系統(tǒng)和動態(tài)仿真系統(tǒng)，體現(xiàn)了當今電火花加工機床的技術水平；慢走絲線切割技術的發(fā)展水平已相當高，功能也相當完善，自動化程度已達到無人看管運行的程度，目前切割速度已達到300mm/min,加工精度可達1.5微米，表面粗糙度達Ra=010.2微米;精度磨削及拋光已開始使用數(shù)控成形磨床、數(shù)控光學曲線磨床、數(shù)控連續(xù)軌跡坐標磨床及自動拋光等先進設備和技術;模具加工過程中的檢測技術也取得了很大的發(fā)展,現(xiàn)在三坐標測量機除了能高精度地測量復雜曲面的數(shù)據(jù)外,其良好的溫度補償裝置、可靠的抗振保護能力、嚴密的除塵措施及簡單操作步驟，使得現(xiàn)場自動化檢測成為可能。此外，激光快速成形技術（RPM）與樹脂澆注技術在快速經濟制模技術中得到了成功的應用。利用RPM技術快速成形三維原型后，通過陶瓷精鑄、電弧涂噴、消失模、熔模等技術可快速制造各種成形模。如清華大學開發(fā)研制的“M-RPMS-型多功能快速原型制造系統(tǒng)”是我國自主知識產權的世界惟一擁有兩種快速成形工藝（分層實體制造SSM和熔融擠壓成形MEM）的系統(tǒng)，它基于“模塊化技術集成”之概念而設計和制造，具有較好的價格性能比。一汽模具制造公司在以CAD/CAM加工的主模型為基礎，采用瑞士汽巴精化的高強度樹脂澆注成形的樹脂沖模應用在國產轎車試制和小批量生產開辟了新的途徑。（3）沖壓設備和沖壓生產自動化方面性能良好的沖壓設備是提高沖壓生產技術水平的基本條件，高精度、高壽命、高效率的沖模需要高精度、高自動化的沖壓設備相匹配。為了滿足大批量高速生產的需要，目前沖壓設備也由單工位、單功能、低速壓力機朝著多工位、多功能、高速和數(shù)控方向發(fā)展，加之機械乃至機器人的大量使用，使沖壓生產效率得到大幅度提高，各式各樣的沖壓自動線和高速自動壓力機紛紛投入使用。如在數(shù)控四邊折彎機中送入板料毛坯后，在計算機程序控制下便可依次完成四邊彎曲，從而大幅度提高精度和生產率；在高速自動壓力機上沖壓電機定轉子沖片時，一分鐘可沖幾百片，并能自動疊成定、轉子鐵芯，生產效率比普通壓力機提高幾十倍，材料利用率高達97%；公稱壓力為250KN的高速壓力機的滑塊行程次數(shù)已達2000次/min以上。在多功能壓力機方面，日本田公司生產的2000KN“沖壓中心”采用CNC控制，只需5min時間就可完成自動換模、換料和調整工藝參數(shù)等工作；美國惠特尼公司生產的CNC金屬板材加工中心，在相同的時間內，加工沖壓件的數(shù)量為普通壓力機的410倍，并能進行沖孔、分段沖裁、彎曲和拉深等多種作業(yè)。近年來，為了適應市場的激烈競爭，對產品質量的要求越來越高，且其更新?lián)Q代的周期大為縮短。沖壓生產為適應這一新的要求，開發(fā)了多種適合不同批量生產的工藝、設備和模具。其中，無需設計專用模具、性能先進的轉塔數(shù)控多工位壓力機、激光切割和成形機、CNC萬能折彎機等新設備已投入使用。特別是近幾年來在國外已經發(fā)展起來、國內亦開始使用的沖壓柔性制造單元（FMC）和沖壓柔性制造系統(tǒng)（FMS）代表了沖壓生產新的發(fā)展趨勢。FMS系統(tǒng)以數(shù)控沖壓設備為主體，包括板料、模具、沖壓件分類存放系統(tǒng)、自動上料與下料系統(tǒng)，生產過程完全由計算機控制，車間實現(xiàn)24小時無人控制生產。同時，根據(jù)不同使用要求，可以完成各種沖壓工序，甚至焊接、裝配等工序，更換新產品方便迅速，沖壓件精度也高。任務書 設計題目：連接片沖裁模設計 設計要求：1.零件工藝性分析 2.工藝方案設計 3.繪制零件總裝圖 4.繪制零件圖5.編寫設計計算說明書 設計條件：材料：20鋼料厚：1mm 批量：中批生產 零件圖第一章零件工藝性分析工件為圖1所示的落料沖孔件，材料為20鋼，材料厚度1mm，生產批量為中批量。工藝性分析內容如下：1.1材料分析20為普通碳素結構鋼，具有較好的沖裁成形性能。1.2結構分析零件結構簡單，有尖角，但影響不大，對沖裁加工較為有利。零件中部有兩個孔和一個異形孔，孔的最小尺寸為1.5mm和異型孔最小寬尺寸1.5mm，滿足沖裁最小孔徑dmin1.0t=1mm的要求。所以，該零件的結構滿足沖裁的要求。圖1 零件圖1.3 精度分析零件上所有個尺寸都沒標注公差要求，對于未注公差尺寸按IT12精度等級查補。由以上分析可知，該零件可以用普通沖裁的加工方法制得。第二章沖裁工藝方案的確定零件為一落料沖孔件，可提出的加工方案如下：方案一：先落料，后沖孔。采用兩套單工序模生產；方案二：落料沖孔復合沖壓，采用復合模生產；方案三：沖孔落料連續(xù)沖壓，采用級進模生產；方案一模具結構簡單，但需兩道工序、兩副模具，生產效率低，零件精度較差，在生產批量較大的情況下不適用。方案二只需一副模具，沖壓件的形位精度和尺寸精度易保證，且生產效率高。盡管模具結構較方案一復雜，但由于零件的幾何形狀較簡單，模具制造并不困難。方案三也只需一副模具，生產效率也很高，但與方案二比生產的零件精度稍差。欲保證沖壓件的形位精度，需在模具上設置導正銷導正，模具制造、裝配較復合模略復雜。所以，比較三個方案欲采用方案二生產?，F(xiàn)對復合模中凸凹模壁厚進行校核，當材料厚度為1mm時，可查得凸凹模最小壁厚為3.7mm，現(xiàn)零件上的最小孔邊距為5mm，所以可以采用復合模生產，即采用方案二。第三章零件工藝計算3.1刃口尺寸計算查表得 Zmin=0.05mm，Zmax=0.07mmZmax-Zmin=0.023.1.1沖孔尺寸對沖孔尺寸1.50+0.10，異型孔R0.750+0.001，采用凸凹模分開加工方法凸=0.02，凹 =0.02凸 +凹=0.04 Zmax-Zmin=0.02查表得磨損系數(shù)為0.75所以 p=0.4（Zmax-Zmin）=0.008d=0.6（Zmax-Zmin）=0.012dp=（d+x）0-pdd=( dp+Zmin) 0-p1.50+0.10d p=（1.5+0.750.10）=1.5750-0.008dd=（1.575+0.05）=1.6250+0.0120.750+0.25dp=(0.75+0.750.25）= 0.8250-0.008dd=(0.825+0.05)= 0.8750+0.0122.1340+0.10dp=（2.134+0.750.10）=2.2090-0.008dd=（2.209+0.05）=2.2590+0.0123.1.2落料尺寸落料尺寸，由于形狀比較復雜，采用并配合加工的方法，以凹模為基準，凹模磨損后，刃口部分尺寸增大，因此屬于A類尺寸。A=（Amax-x）0/4查表得磨損系數(shù)為0.75直線4-0.120 處凹模尺寸.Am1=(4-0.750.12) /40=3.81250+0.032-0.100處凹模尺寸Am2=（2-0.750.10）/40=1.81250+0.0253-0.100處凹模尺寸Am3=（3-0.750.10）/40=2.81250+0.02511.6-0.180處凹模尺寸Am4=(11.6-0.750.18) /40=11.41250+0.0457.5-0.150處凹模尺寸Am5 =（7.5-0.750.15）/40=7.31250+0.03753-0.100處凹模尺寸Am6=（3-0.750.10）/40=2.930+0.0254.1-0.120處凹模尺寸Am7=（4.1-0.750.10）/40=3.91250+0.031.85-0.100處凹模尺寸Am8=(1.85-0.750.10) /40=1.66250+0.0256-0.120處凹模尺寸Am9=(6-0.750.12) /40=5.81250+0.03圓弧R1-0.100處凹模尺寸Am1=(1-0.750.10) /40=0.81250+0.025 R5-0.120處凹模尺寸Am2=(5-0.750.12) /40=4.81250+0.03 R1.5-0.10處凹模尺寸Am3=(1.5-0.750.1) /40=1.31250+0.025該模具為復合沖裁模，因此除沖孔凸模和落料凹模外，肯定還有一個凸凹模。校核凸凹模的強度的校核，經校核滿足強度要求，凸凹模的外刃口按凹模尺寸配制，并保證雙邊間隙0.240.39mm。凸凹模上孔中心和邊緣距離尺寸5mm和5.6mm的公差應該比零件圖所標精度高34級。3.1.3中心距：尺寸7.850.12mm L=（7.850.12/4）=7.90.033.2排樣計算分析零件形狀，應采用對排的排樣方式，零件可能的排樣方式有圖3所示兩種。比較方案a和方案b，所以應采用方案b。比較以上兩種裁剪方法，應采用第2種裁剪方式，。其具體排樣圖如圖3所示。圖2圖33.3沖壓力計算可知沖裁力基本計算公式為：F=1.3Lt= Ltb此例中零件的周長為57.8mm厚度1m，20鋼抗剪強度取323 MPa，抗拉強度為420 MPa3.3.1落料力F落= Ltb=57.81420=24276N3.3.2沖孔力F1=Ltb=2420=2638.94NF2= Ltb=（2+2.1342）420=4430.16N3.3.3落料時的卸料力查表K卸=0.05 K推=0.055 F卸=0.0524276=1213.8 N3.3.4沖孔時的推件力F推=n K推F沖孔h=1mm n=h/t=1/1=1F推=10.055(2638.94+4430.16)=388.8 N3.3.5總壓力F總=F落+F沖孔+F卸+F推 =30.31kN初選設備為開式壓力機J23-10。3.4壓力中心計算零件外形為非對稱件，中間的異形孔雖然左右不對稱，但孔的尺寸很小，壓力中心在中心線上，現(xiàn)在只需計算一個方向的尺寸中心即可。該零件圖屬于多凸模沖裁，可將零件圖分為9段進行計算,又因為零件完全對稱，所以Xc=0。L1=4.115mm Y1=4.454mmL2=8.200mm Y2=2,.260mmL3=2.000mm Y3=4.100mmL4=6.000mm Y4=5.600mm L5=2.094mm Y5=8.203mmL6=4.268mm Y6=9.033mmL7=4.712mm Y7=13.28mmL8=9.425mm Y8=2.260mmL9=8.980mm Y9=9.033mmYc= (L1Y1+L2Y2+L3Y3+L19Y19)/ (L1+L2+L3+L19)計算得壓力中心為 Xc=0 Yc=6.013mm第四章沖壓設備的選用4.1壓力機的選用根據(jù)沖壓力的大小，選取開式雙柱可傾壓力機J23-10，其主要技術參數(shù)如下：公稱壓力：100kN滑塊行程：45mm行程次數(shù)：145次/min最大閉合高度：160mm閉合高度調節(jié)量：35 mm工作臺前后尺寸：240 mm工作臺左右尺寸：370mm工作臺孔徑尺寸：170 mm模柄孔尺寸：30 mm55mm電動機功率：1.1kW第五章模具結構的確定5.1模具整體結構5.1.1模具結構的選擇該模具為倒裝式下出料復合模。卸料采用彈性卸料板凸凹模。 5.1.2凸模的裝配配合凸模由凸模固定板固定，兩者采用過渡配合關系。5.1.3模柄的選擇模柄采用凸緣式模柄，根據(jù)設備上模柄孔尺寸，選用規(guī)格A3075的模柄。5.1.4螺釘?shù)倪x擇選擇M10的螺釘卸料螺釘4個固定緊固螺釘4個 5.1.5模架的選擇依據(jù)為凹模的外形尺寸，所以應首先計算凹模周界的大小。 模具采用后置導柱模架，根據(jù)以上計算結果，可查得模架規(guī)格為上模座125mm100mm30mm下模座125mm100mm35mm導柱28mm150mm導套28mm100mm38mm5.1.6模具的閉合高度墊板厚度： 7mm，凸模固定板厚度：16 mm，上模底板厚度：30 mm，下模板厚度：35 mm，卸料板厚度：15 mm，凹模厚度：17 mm，凸凹模厚度：40 mm ，模具的閉合高度：H=7+16+30+35+15+17+40=160mm。經校核滿足要求。5.2凹模由凹模高度和壁厚的計算公式得凹模高度 H=kb=0.18116=20.88mm凹模壁厚 C=（1.52）H=36mm所以，凹模的總長為L=（11.6+220）=51.6mm凹模的寬度為B=（4+220）=44mm，材料為T10A的矩形凹模板。5.3凸模凸模結構長度，參考手冊，選用直徑d=1.5mm和3.634mm，高度L=46mm，材料為T10A，頭部厚度為型的B型圓凸模。5.4凸凹模凸凹模的外刃口按凹模尺寸配制，并保證雙邊間隙0.240.39mm。5.5卸料裝置材料厚度為1mm，采用彈性卸料板卸料，厚度為15mm，取彈壓卸料板與凸模的雙面間隙為0.10.3mm。5