多工位級進模大設(shè)計說明書

前言1.1研究背景模具是用來成型各種工業(yè)產(chǎn)品的一種重要工藝裝備，是機械制造工業(yè)成型毛坯或零件的一種手段?，F(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品的開展和技術(shù)水平的提高，在很大程度上取決于模具工業(yè)的開展水平，模具工業(yè)對國民經(jīng)濟和社會的開展將會起越來越大的作用，因而我們對模具的要求也在不斷提高。為沖壓工藝效勞的沖模約占模具總量的40%。以沖壓方法為主制造的零件，比擬有代表性且與人們?nèi)粘Ｉ蠲芮邢嚓P(guān)的有汽車覆蓋件、搪瓷與不銹鋼器皿、各種家用電器的外殼〔罩〕等，它們帶來了產(chǎn)品層出不窮的外觀變化。從經(jīng)濟合理性方面看，通過合理設(shè)計、優(yōu)化排樣，沖壓工藝可以獲得很高的材料利用率。一般的沖壓工藝，生產(chǎn)效率為幾件/分至幾十件/分，自動化生產(chǎn)可達千件/分以上。從技術(shù)先進性方面看，沖壓是通過模具對板材施加壓力或拉力，使板材塑性成型，從而獲得一定尺寸、形狀和性能的一種零件加工方法。由于沖壓加工經(jīng)常在材料冷狀態(tài)下進行，因此成為冷沖壓。沖壓加工作為一個行業(yè)，在國民經(jīng)濟的加工工業(yè)中占有重要的地位。根據(jù)統(tǒng)計，沖壓件在各個行業(yè)中均占有相當大的比重，尤其在汽車、電機、儀表、軍工、家用電器等方面所占比重更大。沖壓加工的應用范圍極廣，從精細的電子元件、儀表指針到重型汽車的覆蓋件和大梁、高壓容器封頭以及航空航天器的機身等均需沖壓加工。我國模具行業(yè)從起步到飛躍開展，經(jīng)歷了半個多世紀，近代以來，我國模具技術(shù)有了很大的開展，模具水平有了較大的提高，模具國產(chǎn)化取得了可喜的成就。大型、精密、復雜、高效和長壽模具又上了一個新的臺階。大型復雜沖模以汽車覆蓋件模具為代表，有了長足的進步。模具CAD/CAM/CAE技術(shù)相當廣泛地得到應用，并開發(fā)出了自主版權(quán)的模具CAD/CAE軟件。電加工、數(shù)控加工在模具制造技術(shù)開展上發(fā)揮了重要作用。我國已成為使用各類模具的大國，目前，國內(nèi)已能生產(chǎn)精度達2微米的精密多工位級進模，工位數(shù)最多已達160個，壽命1～2億次。在大型塑料模具方面，現(xiàn)在已能生產(chǎn)48英寸電視的塑殼模具、6.5Kｇ大容量洗衣機的塑料模具，以及汽車保險杠、整體儀表板等模具。在精密塑料模具方面，國內(nèi)已能生產(chǎn)照相機塑料模具、多型腔小模數(shù)齒輪模具及塑封模具等。在大型精密復雜壓鑄模方面，國內(nèi)已能生產(chǎn)自動扶梯整體踏板壓鑄模及汽車后橋齒輪箱壓鑄模。在汽車模具方面，現(xiàn)已能制造新轎車的局部覆蓋件模具。雖然中國模具工業(yè)在過去十多年中取得了令人矚目的開展，但許多方面與工業(yè)興旺國家相比仍有較大的差距。例如，精密加工設(shè)備在模具加工設(shè)備中的比重還比擬低，CAD/CAE/CAM技術(shù)的普及率不高，許多先進的模具技術(shù)應用還不夠廣泛等等。特別在大型、精密、復雜和長壽命模具技術(shù)上存在明顯差距，這些類型模具的生產(chǎn)能力也不能滿足國內(nèi)需求，因而需要大量從國外進口。因此，學習外國模具工業(yè)建設(shè)和模具設(shè)計生產(chǎn)的經(jīng)驗，結(jié)合我國的具體情況，推行合理化的模具生產(chǎn)過程，是我國模具工業(yè)中的重要任務。主要有一下幾個開展方向：提高大型、精密、復雜、長壽命模具的設(shè)計制造水平、在模具設(shè)計制造中廣泛應用CAD/CAE/CAM技術(shù)、大力開展快速制造成形和快速制造模具技術(shù)、提高模具標準化水平和模具標準件的使用率等[1]。課題內(nèi)容及意義本課題主要的內(nèi)容如下：擬定開口卡圈級進模設(shè)計成型工藝。合理選擇模具結(jié)構(gòu)，正確選用成型設(shè)備。擬定自動送料系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，完成CAD設(shè)計。近年來我國模具工業(yè)飛速開展，沖裁模和塑料成型模的需求量越來越大。這就需要一大批專業(yè)的模具人才。高等院校作為向社會輸入高質(zhì)量人才的機構(gòu)，必須加強這類技能的培養(yǎng)。綜上所述，開口卡圈級進模及自動送料系統(tǒng)設(shè)計這一課題的目的和意義是：①綜合運用塑料模具設(shè)計、機械制圖、公差與技術(shù)測量、機械原理及零件、模具材料及熱處理、模具制造工藝等先修課程的知識，分析和解決塑料模具設(shè)計問題，進一步穩(wěn)固、加深和拓展所學的知識。②通過設(shè)計實踐，掌握注塑模具CAD-CAE-CAM過程，增強創(chuàng)新意識和競爭意識，根本掌握塑料模具設(shè)計的一般規(guī)律，培養(yǎng)分析問題和解決問題的能力。③通過計算、繪圖和運用技術(shù)標準、標準、設(shè)計手冊等有關(guān)設(shè)計資料，進行塑料模具設(shè)計全面的根本技能訓練，為從事模具設(shè)計打下一個良好的實踐根底。文獻綜述2.1沖裁模的分類沖裁模分類的方法很多，常用的見表2.1。表2.1沖裁模分類分類方法模具名稱板料別離狀態(tài)及模具特點按工序性質(zhì)分類落料模沿封閉輪廓將沖件與板料別離，沖下來的局部為沖件沖孔模沿封閉輪廓將沖件與板料別離，沖下來的局部為廢料切邊模將沖件多余的邊緣切掉切口模沿敞開的輪廓將沖件沖出切口，但沖件不完全別離整修模切除沖裁件的粗糙邊緣，獲得光潔垂直的工件斷面精沖模利用帶齒的壓料板，在工作時強行壓入材料，造成材料的徑向壓力，通過將沖件與條料別離的沖壓行程獲得精度高、斷面質(zhì)量好的沖件的模具按工序組合分類單工序模在一副模具中只完成一個工序的沖模級進模在一副模具中的不同位置上完成兩個或兩個以上工序，最后將沖件與條料別離的沖模復合模在一副模具中的同一位置上，完成幾個不同工序的沖模2.2級進模同一副模具上具有按一定次序排列的多個等距離工位，在壓機的一次行程中，不同工位完成各自的沖壓工序，然后坯料按固定步距向同一方向移動并依次經(jīng)歷模具上所有工位的沖制，最后得到成型的零件或半成品，這種模具習慣上稱為級進模，或連續(xù)模、跳步模。當工序較多時，就叫“多工位級進模〞。與復合模相比，級進模的優(yōu)勢是一副模具可以安排多個工序，便于實現(xiàn)自動化，但由于工作時存在定位誤差，不同工位加工的零件的相對位置精度不易保證；復合模的優(yōu)勢是一次復合加工出的各尺寸的相對精度高，但復合模一次復合的工序數(shù)有限，一般只能2～3個工序。歸納起來，多工位級進模的沖壓具有以下特點。①生產(chǎn)效率高。在一副模具中可完成沖裁、彎曲、拉深、成型等多道次和多種類工序，適合批量很大而厚度較薄的中、小型沖壓件加工。②自動化程度高。一般采用自動送料機構(gòu)。特別是一些超小沖壓件的大批量生產(chǎn)，還要配合高速沖床及各種輔助設(shè)備，可實現(xiàn)4000次/min的高速沖壓。③操作平安。自動送料時，操作人員的手不必進入危險區(qū)域。同時，模具內(nèi)還裝有平安檢測裝置，可防止加工時發(fā)生誤送進或意外。④模具壽命長。多工位級進模沖壓的零件，一般尺寸較小且材料薄；另外工序不必集中在一個工位，不存在“最小壁厚〞問題，凸、凹模受力條件好?？蓽p少半制品運輸、倉庫及廠房的面積。采用多工位級進模沖壓，一臺沖床可完成坯料到成品的各種沖壓過程，免去用單工序模時制件的周轉(zhuǎn)和儲存環(huán)節(jié)[2]。沖壓生產(chǎn)的自動化與自動模沖壓生產(chǎn)的自動化，按照自動化范圍和自動化程度不同，可分為沖壓全過程自動化、自動壓力機和沖壓自動生產(chǎn)線、自動模。從沖壓自動化技術(shù)開展的情況來看，目前沖壓加工自動化主要是把加工材料自動送到?jīng)_模的作業(yè)點〔工作位置〕上，并把沖壓件自動取出為主的自動化。這里包括三種情況：〔1〕采用自動壓力機；〔2〕在普通壓力機上安裝通用的自動送料裝置、自動卸件、自動出件裝置以及檢測裝置；〔3〕沖模本身帶有自動送料、卸件、出件、檢測等裝置的自動模。隨著近代工業(yè)的開展，以沖模為中心的電子計算機控制全自動沖壓加工系統(tǒng)的研制十分重要?，F(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)了全自動沖壓加工生產(chǎn)線、沖壓加工中心、全自動落料沖床、自己備有薄板上料和卸料的電子計算機數(shù)控轉(zhuǎn)塔式?jīng)_床以及其它自動沖壓系統(tǒng)。而這些系統(tǒng)必須配備高質(zhì)量、高效率的沖模，這便要求我們提高制模能力?，F(xiàn)今市場競爭劇烈，客觀要求產(chǎn)品的生產(chǎn)周期要越短越好。在現(xiàn)代化的機械加工過程中，消耗于送料的時間損失是組成零件單件加工時間的一局部，它屬于輔助時間。要想提高效率，減少生產(chǎn)中的輔助時間將是非常重要的一個環(huán)節(jié)。而要想減少輔助時間，就必須提高生產(chǎn)的自動化程度。自動送料機構(gòu)就是為了實現(xiàn)生產(chǎn)中送料工序自動化而設(shè)計的一種專用機構(gòu)。自動送料機適用于軸承行業(yè)、小五金行業(yè)、標準件行業(yè)的沖壓加工，用機械代替人工送料，將工件送至模具中心，自動裝料和卸料，提高了生產(chǎn)效率，保證了產(chǎn)品質(zhì)量，改善了工人的勞動強度，使操作工人雙手脫離沖床的沖切區(qū)、保證操作工人的人身平安，同時提高送料質(zhì)量，改善了勞動條件，使操作工人從緊張的勞動中解放出來，生產(chǎn)率比人工操作提高2～3倍以上。自動送料機構(gòu)可將沖壓料或沖壓件經(jīng)過定向機構(gòu)，實現(xiàn)定向排列，然后順序地送到機床或工作地點。這在自動化成批大量的生產(chǎn)中顯然是實用的，不但可以把操作人員從復雜而繁重的勞動中解脫出來，而且對保證平安生產(chǎn)也是一種行之有效的方法。目前，國內(nèi)擁有大量的沖壓機床，如果能把它們改造成半自動或自動機床，將會充分發(fā)揮機床的潛在能力，這是一個具有重大意義的事情，而在機床上安裝自動送料機構(gòu)便是其中的一個主要方向。通過這些資料的整合分析，對我完成沖裁件的工藝分析與設(shè)計的方案確定提供了很大的理論支持和幫助，使我可以順利的完成該課題的開頭工作?？傮w方案選擇及結(jié)構(gòu)設(shè)計該設(shè)計可分為三個局部：一、沖孔－落料級進模設(shè)計；二、自動送料機構(gòu)設(shè)計；三、分別完成獨立的部件設(shè)計后，在所選用的壓力機上進行模具及自動送料系統(tǒng)的設(shè)計。3.1零件結(jié)構(gòu)工藝性分析3.1.1本設(shè)計是要做一個開口卡圈級進模及自動送料系統(tǒng)，開口卡圈是由08鋼生產(chǎn)，熱處理，外表光亮。其立體圖如圖3-1所示。該開口卡圈外徑定為40mm，內(nèi)徑24mm，厚度為1mm。沒有任何窄槽和其余小孔結(jié)構(gòu)。整體形狀、結(jié)構(gòu)相對簡單，料薄、尺寸小。整個工藝過程只有沖孔、落料兩道工序。圖3-1開口卡圈立體圖圖3-2開口卡圈平面圖3.1.2沖裁件的工藝性，是指沖裁件對沖裁工藝的適應性。一般情況下，對沖裁件工藝性影響最大的是制件的結(jié)構(gòu)形狀、精度要求、形位公差及技術(shù)要求等。沖裁件的工藝性合理與否，影響到?jīng)_裁件的質(zhì)量、模具壽命、材料消耗、生產(chǎn)率等，設(shè)計中應盡可能提高其工藝性[3]。沖裁件的形狀應盡可能簡單、對稱、防止復雜形狀的曲線，在許可的情況下，把沖裁件設(shè)計成少、無廢料排樣的形狀，以減少廢料。矩形孔兩端宜用圓弧連接，以利于模具加工。沖裁件各直線或曲線的連接處，盡量防止銳角，嚴禁尖角。除在少、無廢料排樣或采用鑲拼模結(jié)構(gòu)時，都應用適當?shù)膱A角相連。沖裁件凸出或凹入局部不能太窄，盡可能防止過長的懸臂和窄槽。沖裁件的孔徑因受沖孔凸模強度和剛度的限制，不宜太小，否那么容易折斷或壓彎，沖孔的最小尺寸取決于沖壓材料的力學性能、凸模強度和模具結(jié)構(gòu)。沖孔件上孔與孔、孔與邊緣之間的距離不能過小，以防止工件變形、模壁過薄或因材料易被拉入凹模而影響模具壽命。此工件只有落料和沖孔兩個工序。材料為08鋼，具有良好的沖壓性能，適合沖裁。工件結(jié)構(gòu)相對簡單，，工件的尺寸為自由公差，可看作IT14級，尺寸精度較低，普通沖裁完全能滿足要求。3.2模具方案選擇模具結(jié)構(gòu)形式的選擇沖壓模按工序的組合程度可分為單工序模、復合模、和級進模。復合模是在壓力機的一次行程中，在同一位置同時完成兩個或兩個以上的工序的模具；級進模是把一個沖壓件的幾個工序，排列成一定順序，在壓力機的一次行程中，在不同位置同時完成兩個或兩個以上的工序的模具。選擇何種模具，要根據(jù)沖壓件的生產(chǎn)批量、尺寸精度、形狀復雜程度、模具本錢等多方面的因素來考慮。由于模具費用在制件本錢中占很大的比例，所以，沖裁件的生產(chǎn)批量在很大程度上決定了沖裁工序的組合程度，即決定所用的模具結(jié)構(gòu)。一般說來，新產(chǎn)品試制與小批量生產(chǎn)，模具結(jié)構(gòu)簡單，力求制造快，本錢低，采用單工序沖裁，對于中批和大批量生產(chǎn)，模具結(jié)構(gòu)力求完善，要求效率高、壽命長，采用復合沖裁或級進模沖裁。復合沖裁所得工件公差等級高，內(nèi)、外形同軸度一般可達±0.02～±0.04mm，因為它防止了屢次沖壓的定位誤差，并且在沖裁過程中可以進行壓料，工件較平整，不翹曲。級進沖裁所得工件得尺寸公差等級較復合沖裁低，工件由拱彎、不夠平整，單工序沖裁的工件精度最低。復合沖裁可用于各種尺寸的工件。材料厚度一般在3mm以下。但工件上孔與孔之間和孔與邊緣之間的距離不能太小?？走吘嘈∮谧钚『侠碇禃r，假設(shè)采用復合沖裁，那么該部位的凸凹模的壁厚因小于最小極限值，易因強度缺乏而破裂。此時也不宜采用單工序沖裁，因孔邊距過小，落料后沖孔時，這些部位會發(fā)生外脹和歪扭變形，得不到合格的產(chǎn)品，這時宜采用級進沖裁，這樣可防止這些缺陷。級進模沖裁可以加工形狀復雜、寬度很小的異形零件，而可沖裁的材料厚度比復合沖裁要大。但級進沖裁受壓力機臺面尺寸的限制，沖裁工件一般為中、小型件。為提高生產(chǎn)效率與材料利用率，常采用多排沖壓。級進沖裁時廣泛采用多排沖壓，但復合沖裁那么很少采用。對復雜形狀的工件，采用復合沖裁與采用連續(xù)沖裁相比，模具制造，安裝調(diào)整較易，本錢較低。尺寸中等的工件，由于制造多副單工序模的費用比復合模昂貴，也宜采用復合沖裁。對簡單形狀、精度不高的零件，采用級進模沖裁，模具結(jié)構(gòu)較之復合模簡單，易于制造。復合沖裁工件不能漏下，出件或去除廢料較困難，工作平安性較差，級進沖裁較平安[4]。本設(shè)計中，該工件包括落料、沖孔兩個根本工序，綜上所述可得以下三種工藝方案：方案一：采用單工序模生產(chǎn)。方案二：落料-沖孔復合沖壓。采用復合模生產(chǎn)。方案三：沖孔-落料級進沖壓。采用級進模生產(chǎn)。方案一模具結(jié)構(gòu)簡單，但需兩道工序兩副模具，本錢高而生產(chǎn)效率低，難以滿足中批量生產(chǎn)要求。方案二只需一副模具，工件的精度及生產(chǎn)效率都較高，但工件最小壁厚較小，模具強度較差，制造難度大，并且沖壓后成品件留在模具上，在清理模具上的物料時會影響沖壓速度，操作不方便。方案三也只需一副模具，生產(chǎn)效率高，操作方便，工件精度也能滿足要求。通過對上述三種方案的分析比擬，該件的沖壓生產(chǎn)采用方案三為佳。即對于所給零件，采用沖孔落料級進模加工，因為工件料厚為1mm，相對較薄，卸料力也比擬小，故可采用彈性卸料，又因為是級進模生產(chǎn)，所以采用下出件比擬便于操作與提高生產(chǎn)效率。工藝順序的選擇級進沖裁時的工序順序安排可參考以下原那么：(1)先沖孔〔缺口或零件的結(jié)構(gòu)廢料〕，最后落料或切斷，將工件與條料別離。首先沖出的孔一般作后續(xù)工序定位用。假設(shè)定位要求較高，要沖出專供定位用的工藝孔〔一般為兩個，見圖4-1〕。(2)采用定距側(cè)刃時，側(cè)刃切邊工序一般安排在前，與首次沖孔同時進行，以便控制送料進距，采用兩個定距側(cè)刃時，也可安排成一前一后。(3)套料級進沖裁按由里向外的順序，先沖內(nèi)輪廓，后沖外輪廓。各沖壓工序的先后順序，主要根據(jù)沖壓件的形狀、工序性質(zhì)、材料的變形規(guī)律及沖壓件的精度和定位要求來安排。安排的一般原那么為：①所有的孔，只要其形狀和尺寸不受后續(xù)工序的變形影響，都應在平板坯料上沖出。因為在立體沖壓件上沖孔時操作不方便，定位困難，模具結(jié)構(gòu)復雜。另外，先沖的孔還可以作為后續(xù)工序的定位孔。②對于帶孔〔缺〕的平板沖裁件，如果采用單工序模，一般先落料再沖孔〔缺〕；假設(shè)選用級進工序，那么先沖孔(缺)后落料[5]。對于如下圖的開口卡圈，結(jié)合以上的兩條原那么，我們采用先沖孔后落料的方案。自動送料機構(gòu)的方案選擇參考《使用機械圖冊》相關(guān)內(nèi)容，可得以下六種送料機構(gòu)方案可供選擇：①由杠桿傳動的鉤式送料機構(gòu)；②由杠桿斜面?zhèn)鲃拥乃土蠙C構(gòu)；③凸輪鉗式送料機構(gòu)；④杠桿送料機構(gòu)；⑤夾持送料機構(gòu)；⑥輥軸送料機構(gòu)。前四種方案所適用的板料厚度分別為：5mm以上、10mm以上、0.3mm以下和較厚的板料，而本設(shè)計中所用的毛坯件厚度為1mm，不在前面四種送料方案所適用的材料厚度范圍內(nèi)，所以只有第五種和第六種適用。因此將第五種和第六種方案進行比擬，前者需要由沖頭帶動斜楔運動，從而使加料爪和滑板運動，完成送料過程，此過程中振動可能會比擬大，從而影響送料精度；而后者是使用輥軸送料，過程更為平穩(wěn)，因此，送料精度得到保障。所以，采用輥軸送料機構(gòu)。輥軸自動送料機構(gòu)的方案選擇輥軸自動送料機構(gòu)的驅(qū)動方案有兩種：一、由壓力機的滑塊驅(qū)動，二、由壓力機的軸帶動完成送料過程。假設(shè)采用前一個驅(qū)動方案，一般采用滑塊搖桿機構(gòu)傳動；假設(shè)采用后者，那么通常采用曲柄搖桿機構(gòu)傳動。以下是兩種可行的輥軸送料機構(gòu)的簡圖：圖3-3搖桿滑塊式送料機構(gòu)圖3-4曲柄搖桿式送料機構(gòu)兩種方案優(yōu)缺點的比擬：滑塊搖桿機構(gòu)：結(jié)構(gòu)簡單，送料周期調(diào)節(jié)比擬容易，但是滑動摩擦損失較大，而且在送料傳動過程中因為是壓力機滑塊直接帶動，沖擊會比擬大，從而影響送料精度。曲柄搖桿機構(gòu)：結(jié)構(gòu)較復雜，需要調(diào)節(jié)曲柄、連桿、搖桿以及曲柄與壓力機聯(lián)接的偏心盤上的偏心距，以使送料周期和布局滿足沖壓生產(chǎn)的要求，但是由于是由壓力機的軸帶動送料機構(gòu)運動，所以沖擊比擬小，送料精度比擬高。比擬以后，本設(shè)計采用圖3-4中所示的曲柄搖桿機構(gòu)。輥軸自動送料機構(gòu)工作過程描述輥軸自動送料裝置是通過一對輥軸定向間歇轉(zhuǎn)動而進行間歇送料的。在送料之前，先用手柄抬起工件，以便在上下輥軸之間形成空隙，將薄板料從間隙穿過，然后按下手柄壓緊入料，通過搖桿帶動旋轉(zhuǎn)，從而帶動主動輥和從動輥同時旋轉(zhuǎn)完成送料工作。當下行時，對坯料完成沖孔落料工作，輥軸停止不動。當再次上行，又重復上述動作，照此循環(huán)動作，到達間歇送料的目的。需要注意的是，將模具裝配到壓力機上：上模座用模柄裝入壓力機滑塊，下模座用T型槽和螺栓螺母壓緊。壓力機工作臺的中心線與模具的中心線要保證同心度。在壓力機的送料側(cè)安裝一個三角架，外表低于工作臺面以下，以放置輥軸自動送料機構(gòu)，用螺釘固定。送料機構(gòu)的送料中心線要與模具的中心線保證直線度。4級進模設(shè)計4.1主要設(shè)計計算〔1〕排樣方式確實定及其計算沖裁件在條料、帶料或板料上的布置方法稱為排樣。排樣設(shè)計工作的主要內(nèi)容包括選擇排樣方法、確定搭邊數(shù)值、計算條料寬度及步距、畫出排樣圖[6]。對于開口卡圈這樣幾何形狀簡單的制件〔圓形〕，我們采用直排排樣法。由于板料厚度為1mm，查表得搭邊a1值取2mm，a值取2.5mm。再由步距A的計算式：A=D+a1=42mm條料寬度B的計算式：B=D+2a=40+5=45mm結(jié)合以上計算結(jié)果，我們繪出排樣圖如圖4-1所示，先沖的工藝孔的直徑設(shè)為2mm。落料沖孔定位孔圖4-1級進沖裁排樣〔2〕沖壓力的計算沖壓過程中，沖裁力是不斷變化的。而由于沖裁加工的復雜性和變形過程的瞬間性，使得建立十分精確的沖裁力理論計算公式相當困難。通常所說到的沖裁力是指作用于凸模上的最大抗力。如果視沖裁為純剪切變形，沖裁力可按下式計算：沖裁力可按下式計算：P=Ltσ1=πRtσ1=π×40×1×55≈6.91噸其中：P—沖裁力L—沖裁件周邊長度t—板料厚度σ1—不銹鋼的強度極限〔查表，為55kg/mm2〕該模具采用級進模，選擇彈性卸料、下出件。卸料力P卸=K卸P=0.02×6.91=0.14噸推件力P推=P推P=0.045×6.91=0.31噸所以總沖壓力P總=P+P卸+P推=7.36噸根據(jù)計算結(jié)果，沖壓設(shè)備擬選J23－10型開式可傾壓力機，其具體參數(shù)如下表。表4.1J23-10型開式可傾壓力機的相關(guān)參數(shù)滑塊公稱力〔KN〕100滑塊行程〔mm〕50行程次數(shù)〔次/min〕145封閉高度〔mm〕150連桿調(diào)節(jié)量〔mm〕40滑塊中心線至機身距離(mm)130滑塊底面尺寸〔mm〕左右170前后150模柄孔尺寸〔mm〕直徑30深度50工作臺板厚度〔mm〕65最大傾斜角度〔°〕30工作臺離地面高度〔mm〕800外形尺寸〔mm〕前后1345左右950高2180地腳螺栓距離〔mm〕前后920左右600電動機功率〔kW〕3機床重量〔kg〕2040〔3〕工作局部尺寸計算在確定工作零件刃口尺寸計算方法之前，首先要考慮工作零件的加工方法及模具裝配方法。結(jié)合該模具的特點，工作零件的形狀相對較簡單，適宜采用線切割機床分別加工落料凸模、凹模、凸模固定板以及卸料板，這種加工方法可以保證這些零件各個孔的同軸度，使裝配工作簡化。因此工作零件刃口尺寸計算就按分別加工的方法來計算，具體計算如下：查表得，沖裁雙面間隙Zmax＝0.140mm，Zmin＝0.100mm模具按IT8級制造。Zmax－Zmin＝〔0.140－0.100〕mm＝0.04mm沖兩個工藝孔時：查表得δ凸=-0.020δ凹=+0.020故能滿足分別加工法的要求查表得X=0.5落料時：查表得δ凸＝-0.020mmδ凹＝+0.030mm查表得X=0.5沖大孔時：查表得X=0.5以半徑R=15mm處計算查表得δ凸＝-0.020mmδ凹＝+0.025mm以半徑R=20mm處計算查表得δ凸＝-0.020mmδ凹＝+0.030mm〔4〕卸料裝置設(shè)計卸料裝置是用于將條料、廢料從凸模上卸下的裝置，一般分為剛性和彈性兩種。剛性卸料板固定在凹模上面，卸料力大，但無壓料作用，多用于厚料沖裁模，凸模與卸料板單面有0.2～0.5mm的間隙。彈性卸料板是利用彈簧或橡皮的彈壓力進行卸料，另外還對毛坯有壓料作用，適用于薄料沖裁，卸料板型孔與凸模的單面間隙一般為0.05～0.1mm。剛性和彈性相結(jié)合的卸料裝置，用于卸料力要求較大且又要求卸料板與凹模之間有較大的空間位置的模具結(jié)構(gòu)[7]。此次設(shè)計中，采用彈性卸料板。平面外形尺寸與凹模相同，單邊間隙值取0.1～0.5mm。直徑為￠220mm，厚度為15mm。h=h導-t-kt=3-1+0.3×1=2.3mm彈簧：采用四個彈簧，與卸料螺釘配套使用，中徑取16mm。卸料螺釘：四個螺釘均布，規(guī)格為M10×120(GB2867.6-81)〔5〕導向裝置設(shè)計導向裝置用于沖裁模上、下模之間的定位連接和運動導向。導向零件可以消除壓力機滑塊運動誤差對模具運動精度的影響，保證凸、凹模間隙分布均勻，同時便于模具安裝和調(diào)整，因而提高模具的使用壽命和沖裁件精度。因此，在實際生產(chǎn)中對設(shè)計大批大量生產(chǎn)的沖裁件的沖模時，一般均采用導向裝置，以保證上、下模的精確導向。常用的導向裝置有導柱導套式、滾柱導套式?；瑒邮綄е鶎?，結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，是模具設(shè)計中應用最廣泛的一種。該種導向元件，導柱尺寸一般在16～60mm之間，長度在100～320mm之間；選擇導柱長度2，應考慮模具閉合高度的要求。即使模具在最低工作位置時，導柱的上端面與模具上模板的上外表不小于10～15mm。當導柱導套分別壓入下模板與上模板中，一般采用過盈配合，其配合H7/r6。導柱導套一般用20鋼或20Cr制造，要求外表有足夠的硬度，芯部要有足夠的韌性。熱處理方法為：外表滲碳處理，滲碳層0.8～1.2mm，淬硬58～62HRC。滾珠導向裝置是一種無間隙導向，它具有精度高、使用壽命長等優(yōu)點。常用于高速沖裁的硬質(zhì)合金沖模和精密沖裁場合。此次設(shè)計，我們采用滑動式導柱導套，導柱尺寸為40mm，長度為150mm。4.2級進模模具設(shè)計計算級進模的裝配圖見圖4-2。模架選擇根據(jù)沖壓模標準模架，我們采用后側(cè)導柱模架形式，查表得以下規(guī)格參數(shù)：L=400mm，B=100mm；H=260mm，h1=50mm，h2=60mm；S=380mm，R=55mm，L1=440mm，A2=140mm。1-限位柱；2-下模座；3-凹模固定板；4-凹模；5-板料；6-卸料板；7-導柱；8-導套；9-上模座；10-彈簧；11-卸料螺釘；12-墊板；13-落料凸模；14-內(nèi)六角螺釘；15-模柄；16-沖孔凸模；17-螺釘；18-凸模固定板；19-沖孔凸模；20-螺釘；21-圓柱銷；22-圓柱銷圖4-2開口卡圈級進模裝配圖(2)凹模高度及壁厚凹模采用整體凹模，各沖裁的凹?？拙捎镁€切割機床加工，安排凹模在模架上的位置時，要依據(jù)計算壓力中心的數(shù)據(jù)，將壓力中心與模柄中心重合。查表，取h=40mm，壁厚c＝14mm(3)凸模高度具體高度隨固定板、卸料板高度而定，另外加上附加值10～20mm。此次設(shè)計中，凸模高度H=100mm。(4)定位零件由于該模具結(jié)構(gòu)中無測壓裝置，條料寬度B為45mm。查表知，導料尺與條料寬度件的送料最小間隙C為1mm。導料板：間距B0＝B＋C＝45+2＝47mm高度h導＝3mm(5)固定與緊固零件固定板：固定板主要用于固定凸模、凹模和凸凹模，固定板的總體尺寸應與相應的整體凹模一致，固定板得厚度一般為凸模長度的40%左右，凹模固定板的厚度由凹模厚度確定。此處我們確定厚度H=40mm，長度L=284mm，寬度B=70mm。凸模與凹模鑲塊與固定板的配合一般選用H7/m6，裝配時壓入后尾部磨平。固定板制造的材料選用45號鋼，外表粗糙度Ra=1.6～3.2μm[8]。模柄：采用A型凸緣式模柄，Q235A號鋼，d取30mm，D取70mm；h為16mm，H為76mm。螺釘、圓柱銷：參照GB70－85，GB119－86選取，具體見裝配圖。4.3主要零件的材料選擇目前，用于模具工作零件的材料有普通碳素鋼、工具鋼、硬質(zhì)合金、鋼結(jié)硬質(zhì)合金以及鑄鐵、鑄鋼、鋅基合金、低熔點合金、聚氨酯、合成樹脂等。其中各種工具鋼是模具工作零件的主要材料。材料的種類繁多，使用性能又各有所異，在所選用工作零件的材料時，那么應根據(jù)材料的根本特性和沖件的具體要求和模具的結(jié)構(gòu)特點來作不同的選擇。模具工作局部材料對模具壽命及沖件的質(zhì)量影響都非常大。對于材料的選用，應根據(jù)不同的使用要求，考慮其經(jīng)濟性。并充分利用材料的特性，選擇相應的模具材料。有關(guān)模具材料的選擇，可按不同情況來分別考慮。本設(shè)計，我們做出選擇如下：凸模、凹模：選用T10A鋼，其特點是含碳量較高，有過剩的二次滲碳體，經(jīng)淬火、回火后硬度較高，耐磨性較好，但用于小截面零件韌性缺乏，常規(guī)淬火型腔收縮較明顯；模柄：45號鋼；螺母、墊片：Q235；固定板、卸料板等：45鋼；頂桿、打桿：45鋼，43－48HRC；銷、螺釘、螺栓：45鋼，43－48HRC；上、下模座：HT200，時效處理28－32HRC；導柱、導套：20鋼，滲碳淬火，提高外表硬度、耐磨性、疲勞強度，并保持原來材料的高塑性和韌性；彈簧：60Si2Mn，熱軋彈簧鋼，有較高的疲勞強度，廣泛用于各種機械、交通工具等。5自動送料機構(gòu)的設(shè)計5.1工作原理及結(jié)構(gòu)特性工作原理自動送料機構(gòu)與壓力機之間采用曲柄搖桿機構(gòu)聯(lián)接，搖桿通過定向離合器驅(qū)動主動輥，以實現(xiàn)間歇運動。曲柄搖桿機構(gòu)中，桿的長度均為可調(diào)，另外曲柄聯(lián)接處有偏心調(diào)劑盤可調(diào)偏心距。桿的聯(lián)接處用萬向聯(lián)軸聯(lián)接。送料機構(gòu)的運動極限位置與一般位置的圖解大致如圖5-1所示[9]。圖5-1送進步距與輥軸直徑及其轉(zhuǎn)角的關(guān)系送進步距大小按下式計算式中，S送進步距；d1主動輥直徑；主動輥轉(zhuǎn)角。由上式可知，當送進步距一定時，就要協(xié)調(diào)主動輥直徑d1和轉(zhuǎn)角，以滿足送進步距的需要。設(shè)計時主動輥直徑不宜取太大，以免送料機構(gòu)尺寸過大。這樣，如果送進步距較大時，就要增大角，但對于曲柄搖桿機構(gòu)，搖桿擺角一般不宜超過100度，最好在45度以內(nèi)。因此，設(shè)計時應全面考慮和正確選擇傳動方式和機構(gòu)的幾何參數(shù)。對于曲柄搖桿機構(gòu)可調(diào)節(jié)桿的長度和偏心盤上偏心軸銷的位置來到達需要的步距。圖5-3所示為輥軸自動送料機構(gòu)，坯料通過輥子送進。為了傳送不同厚度的坯料，下輥軸的位置可以在垂直方向小量調(diào)節(jié)。輥子旁設(shè)有相互嚙合的齒輪，下輥軸旋轉(zhuǎn)時同時帶動上輥軸反方向轉(zhuǎn)動。沖壓與送料過程時間上的配合關(guān)系可由工作周期圖來表示，如圖5-2所示。圖5-2沖壓與送料過程中的工作周期圖結(jié)構(gòu)輥軸送料機構(gòu)裝配圖如圖5-3所示：1-底座；2-下輥；3-軸；4-滾動軸承；5-氈圈油封；6-定向離合器；7-螺母；8-鍵；9-齒輪；10-氈圈油封；11-銅套；12-軸；13-彈簧；14-導柱；15-蓋板；16-上輥；17-起吊螺釘；18-滾動軸承；19-螺釘；20-氈圈油封；21-緊定螺釘；22-鍵；23-撞柄；24-軸端擋蓋；25-壓板；26-連桿；27-搖桿；28-螺釘；29-圓柱銷圖5-3輥軸送料機構(gòu)裝配圖工作過程輥軸自動送料裝置是通過一對輥軸定向間歇轉(zhuǎn)動而進行間歇送料的,其工作過程如下：開始使用時，先將偏心手柄抬起，通過吊桿把上輥軸抬起，使上、下輥軸之間形成空隙，將條料從間隙穿過，然后按下偏心手柄，在彈簧的作用下，上輥軸將材料壓緊。拉桿上端與偏心調(diào)節(jié)盤連接。當上?；爻虝r，在偏心調(diào)節(jié)盤的作用下，拉桿向上運動，通過搖桿帶動定向離合器反時針旋轉(zhuǎn)，從而帶動下輥軸〔主動輥〕和上輥軸〔從動輥〕同時旋轉(zhuǎn)完成送料工作。當上模下行時，輥軸停止不動，到了一定位置〔沖壓工作之前〕，調(diào)節(jié)螺桿撞擊橫梁，通過翹板將銅套提起，使上輥軸松開材料，以便讓模具中的導正銷導正材料后再沖壓。當上模再次回程時，又重復上述動作。依次循環(huán)動作，到達自動間歇送料的目的。主要結(jié)構(gòu)特性〔1〕輥子輥子是輥軸送料機構(gòu)的主要工作零件。在送料過程中，輥子直接與配料接觸，其外表應具有較高的耐磨性和良好的幾何形狀及尺寸精度。另外，根據(jù)送進步距，計算得出的輥軸直徑大于本設(shè)計的主動輥為下輥，其直徑=163mmS――送料進距〔mm〕――下輥轉(zhuǎn)角〔°〕，即搖桿擺角，一般<100°。從動輥直徑d2可設(shè)計的稍小些。從推薦的中心距系列中暫選a＝160m=157mm0.96n1――下輥轉(zhuǎn)速〔r/min〕；n2――上輥轉(zhuǎn)速〔r/min〕；Z1――下輥傳動齒輪齒數(shù)；Z2――上輥傳動齒輪齒數(shù)。輥子長度一般取208mm〔2〕壓緊裝置輥式送料借助于輥子和坯料之間的摩擦力實現(xiàn)，為了防止在送料過程中輥子于坯料產(chǎn)生相對滑動，影響送料精度，應設(shè)置壓緊裝置?？刹捎玫膲壕o裝置有螺旋彈簧式、板簧式和彈簧杠桿式，本設(shè)計采用彈簧式，如圖5-4所示。圖5-4彈簧式壓緊裝置〔3〕抬輥裝置輥軸送料裝置在使用過程中需要兩種抬輥動作：一種是開始裝料時臨時抬輥，使上、下輥間有一間隙，以便材料通過；第二種抬輥動作是每次送進結(jié)束后，沖壓工作前，是材料處于自由狀態(tài)，以便導正。實現(xiàn)第一種抬輥動作可以用手動；參考《鍛壓手冊》，實現(xiàn)第二種抬輥動作，常見的方式有五種：撞桿式、氣動式、偏心式、斜楔式和凸輪式、本設(shè)計采用撞桿式，原理如圖5－5所示。圖5-5撞桿式抬輥裝置〔4〕驅(qū)動機構(gòu)本設(shè)計采用的驅(qū)動方式為壓力機曲軸驅(qū)動，驅(qū)動機構(gòu)用曲柄搖桿傳動。其他常用的驅(qū)動機構(gòu)有拉桿杠桿傳動、斜楔傳動、齒輪齒條傳動、螺旋齒輪傳動、鏈條傳動及氣動液壓傳動。根據(jù)壓力機尺寸，暫取曲柄搖桿機構(gòu)的長度尺寸如下：曲柄連桿搖桿計算得，曲柄轉(zhuǎn)動中心與下輥中心距∴該機構(gòu)滿足傳動條件?！?〕送料進距調(diào)節(jié)裝置前面已經(jīng)提到過，自動送料機構(gòu)與壓力機之間所用的曲柄搖桿機構(gòu)，桿的長度均為可調(diào)，另外曲柄聯(lián)接處有偏心調(diào)劑盤可調(diào)偏心距。偏心距e與輥子轉(zhuǎn)角的關(guān)系如下：其中，，〔6〕間歇運動機構(gòu)輥式送料機構(gòu)由壓力機的曲軸驅(qū)動，間歇運動機構(gòu)設(shè)在二者之間，起的作用是將曲軸的連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為送料輥軸的間歇運動。本設(shè)計采用普通定向離合器來實現(xiàn)間歇運動，與下輥即主動輥聯(lián)接。其他常用的間歇運動機構(gòu)有棘輪機構(gòu)和蝸桿凸輪機構(gòu)等[10]。〔7〕其它輥軸送料裝置與其他送料裝置一樣，必須保證沖壓工作與送料動作有節(jié)奏的配合。當沖壓工作行程開始時，送料裝置已完成送料工作，料停在沖壓區(qū)等待沖壓。沖壓工作完成后，上?；氐揭欢ǜ叨?，即上、下模工作零件脫離時才能送料。這種配合關(guān)系可用送料周期圖表示。抬輥的開始點和結(jié)束點對稱于滑塊的下止點，而且抬輥的開始點稍大于壓力機的公稱壓力角，但不宜過早抬輥，以免引起板料位移而產(chǎn)生廢品。如果不設(shè)抬輥裝置，送料開始點也不一定從270°附近開始，只要避開沖壓區(qū)，就可以實現(xiàn)送料。以上送料周期是通過正確設(shè)計和調(diào)節(jié)傳動機構(gòu)來實現(xiàn)的。〔8〕沖壓與送料動作的協(xié)調(diào)軸承、緊固零件等其他零件，均按手冊選取標準件，詳見裝配圖。需要說明的是，因為本設(shè)計所選用的壓力機滑塊行程次數(shù)為50次/min，為低速沖壓，所以不采用制動裝置。但是在高速送料的情況下，由于輥子、材料、傳動系統(tǒng)的慣性，會使材料在送料行程終點處的定位精度收到很大的影響，故應在輥軸端部裝設(shè)制動器。制動器的機構(gòu)形式以閘瓦式應用較為普遍，其結(jié)構(gòu)簡單，容易加工裝配。缺點是長期處于制動狀態(tài)，摩擦損失較大。常用的摩擦材料有石棉或鑄鐵，其他的制動器有帶式和氣動式[11]。5.2輥軸送料的特點及應用場合輥軸送料裝置通用性強，適用范圍廣，寬度為10～1300mm、厚度為0.1～8mm的條料、帶料、卷料一般都能適用。送進距誤差較小，一般的方法可達±0.05mm。凸輪驅(qū)動輥軸送料，即使是高速送料，誤差也可以很小。允許的壓力機每分鐘行程數(shù)和送進速度視驅(qū)動輥軸間歇運動的機構(gòu)而定，對于棘輪機構(gòu)傳動，壓力機轉(zhuǎn)速不宜太高；而對于凸輪傳動，壓力機轉(zhuǎn)速那么可以很高。5.3離合器的選用自動送料裝置中使用定向離合器，分為普通定向離合器和異型滾子定向離合器。本設(shè)計選用普通定向離合器。其根本結(jié)構(gòu)及原理是，當外輪向一個方向轉(zhuǎn)動時，由于摩擦力的作用使?jié)L柱楔緊，從而驅(qū)動星輪一起轉(zhuǎn)動，而星輪轉(zhuǎn)動帶動送料裝置的工作零件轉(zhuǎn)動。當外輪反向轉(zhuǎn)動時，帶動滾柱克服彈簧力而滾到楔形空間的寬敞處，離合器處于別離狀態(tài)，星輪停止不動。外輪的反復轉(zhuǎn)動是由搖桿來帶動的[14]。普通定向離合器常用于驅(qū)動輥軸送料機構(gòu)的輥軸，使之產(chǎn)生間歇運動，以到達按一定規(guī)律自動送料的目的。一般來說，它允許的壓力機滑塊行程數(shù)小于200次/min，送料速度小于30m/min。本設(shè)計選用的壓力機滑塊行程數(shù)為50次/min，送料速度V=50×127.8=6.39m/min，滿足要求。查手冊得,選用D=100mm的超越離合器,滾柱數(shù)Z=3，許用轉(zhuǎn)矩T=70N·m，允許總接合次數(shù)為5×106，允許最高接合次數(shù)為80次/min，極限轉(zhuǎn)速為1000r/min，接合式的最大空轉(zhuǎn)角度為1°。對于該離合器來說，同一離合器的滾柱直徑尺寸差允差為0.008；頂銷在孔中不應有咬柱現(xiàn)象，應保證頂銷和滾柱在任何位置上都能始終接觸；用手輕微沿軸向推動離合器星輪時，應感覺到滾柱和蓋板,蓋板和外環(huán)間有少量的間隙[12]。5.4軸與鍵的設(shè)計及校核5.4本設(shè)計的自動送料機構(gòu)中共有兩根軸，主動軸〔下軸〕和從動軸〔上軸〕。設(shè)計的結(jié)構(gòu)尺寸和公差等見軸的零件圖。這兩根軸之中，從動軸長度較短，且載荷較輕，所以只對主動軸做校核[13]。圖5-6主動軸的結(jié)構(gòu)圖圖5-7軸的受力圖a〕水平面b〕垂直面c〕合成圖圖5-8彎矩圖圖5-9扭矩圖圖5-10合成彎矩圖軸的材料選用45號鋼調(diào)質(zhì)，，計算與輥子聯(lián)接處受力：d1＝163mmT＝70000N·mm∴∴計算支反力：水平面∵，∴，垂直面∵，∴，應力校正系數(shù)α：用插入法查表，得：，∴計算當量彎矩：∵當量轉(zhuǎn)矩∴當量彎矩校核軸徑：∴該軸平安。5.4.2鍵的校核選用普通A型平鍵，材料45號鋼d1=26,b1=8,h1=7,l1=28,l＇1=l1-b1=20d2=40,b2=12,h2=8,l2=62,l＇2=l2-b2=50查表，許用擠壓應力聯(lián)接所能傳遞轉(zhuǎn)矩：鍵的強度足夠[14]。5.5主要零件的材料選擇輥子：45鋼，調(diào)質(zhì)后外表淬火，心部保持較高的綜合機械性能，而外表那么具有較高的硬度〔>HRC50〕和耐磨性；齒輪：選用45號鋼，調(diào)質(zhì)處理；軸：45鋼，調(diào)質(zhì)處理，具有較高的綜合機械性能；底座和頂蓋：HT200；鍵、銷、螺釘?shù)龋?5鋼；螺母、軸端擋蓋：Q235；撞柄、壓板：20鋼；彈簧：60Si2Mn，熱軋彈簧鋼，有較高的疲勞強度，廣泛用于各種機械、交通工具等[15]。5.6密封與潤滑軸承的摩擦狀態(tài)分為以下三種：干摩擦，兩外表直接接觸；邊界摩擦，極限狀態(tài)、邊界膜作用；液體摩擦，兩外表完全隔開；非液體摩擦〔混合摩擦〕，局部固體凸峰接觸。查表，薦用潤滑油粘度據(jù)GB5903-86,選用N460潤滑油，傾點，閃點滾動軸承采用圈密封，軸徑φ30mm，據(jù)FZ/T92023-91選用，密封處速度v<5m/s,滿足要求。設(shè)備安裝與調(diào)試在壓力機上安裝和調(diào)試模具，是一件很重要的工作，它將直接影響控件質(zhì)量和平安生產(chǎn)。因此，安裝和調(diào)試沖模不但要熟悉壓力機和模具的結(jié)構(gòu)性能，而且要嚴格執(zhí)行平安操作制度。模