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沖壓模具畢業(yè)設(shè)計
1.緒論
1.1沖壓的概念、特點及應(yīng)用
沖壓是利用安裝在沖壓設(shè)備（主要是壓力機）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（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(jìn)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(shù)。
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(guān)重要，沒有符合要求的沖模，批量沖壓生產(chǎn)就難以進(jìn)行；沒有先進(jìn)的沖模，先進(jìn)的沖壓工藝就無法實現(xiàn)。沖壓工藝與模具、沖壓設(shè)備和沖壓材料構(gòu)成沖壓加工的三要素，只有它們相互結(jié)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(shù)方面還是經(jīng)濟(jì)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(chǎn)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(shè)備來完成加工，普通壓力機的行程次數(shù)為每分鐘可達(dá)幾十次，高速壓力要每分鐘可達(dá)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(zhì)量,而模具的壽命一般較長,所以沖壓的質(zhì)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(fù)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(yīng)，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(shè)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(fù)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(shù)要求高，是技術(shù)密集形產(chǎn)品。所以，只有在沖壓件生產(chǎn)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(jīng)濟(jì)效益。
沖壓地、在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，尤其是大批量生產(chǎn)中應(yīng)用十分廣泛。相當(dāng)多的工業(yè)部門越來越多地采用沖壓法加工產(chǎn)品零部件，如汽車、農(nóng)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(dāng)?shù)拇?，少則60%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(zhì)量輕、剛度好的沖壓件所代替。因此可以說，如果生產(chǎn)中不諒采用沖壓工藝，許多工業(yè)部門要提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本、快速進(jìn)行產(chǎn)品更新?lián)Q代等都是難以實現(xiàn) 的。
1.2 沖壓的基本工序及模具
由于沖壓加工的零件種類繁多，各類零件的形狀、尺寸和精度要求又各不相同，因而生產(chǎn)中采用的沖壓工藝方法也是多種多樣的。概括起來，可分為分離工序和成形工序兩大類；分離工序是指使坯料沿一定的輪廓線分離而獲得一定形狀、尺寸和斷面質(zhì)量的沖壓（俗稱沖裁件）的工序；成形工序是指使坯料在不破裂的條件下產(chǎn)生塑性變形而獲得一定形狀和尺寸的沖壓件的工序。
上述兩類工序，按基本變形方式不同又可分為沖裁、彎曲、拉深和成形四種基本工序，每種基本工序還包含有多種單一工序。
在實際生產(chǎn)中，當(dāng)沖壓件的生產(chǎn)批量較大、尺寸較少而公差要求較小時，若用分散的單一工序來沖壓是不經(jīng)濟(jì)甚至難于達(dá)到要求。這時在工藝上多采用集中的方案，即把兩種或兩種以上的單一工序集中在一副模具內(nèi)完成，稱為組合的方法不同，又可將其分為復(fù)合-級進(jìn)和復(fù)合-級進(jìn)三種組合方式。
復(fù)合沖壓——在壓力機的一次工作行程中，在模具的同一工位上同時完成兩種或兩種以上不同單一工序的一種組合方法式。
級進(jìn)沖壓——在壓力機上的一次工作行程中，按照一定的順序在同一模具的不同工位上完面兩種或兩種以上不同單一工序的一種組合方式。
復(fù)合-級進(jìn)——在一副沖模上包含復(fù)合和級進(jìn)兩種方式的組合工序。
沖模的結(jié)構(gòu)類型也很多。通常按工序性質(zhì)可分為沖裁模、彎曲模、拉深模和成形模等；按工序的組合方式可分為單工序模、復(fù)合模和級進(jìn)模等。但不論何種類型的沖模，都可看成是由上模和下模兩部分
組成，上模被固定在壓力機工作臺或墊板上，是沖模的固定部分。工作時，坯料在下模面上通過定位零件定位，壓力機滑塊帶動上模下壓，在模具工作零件（即凸模、凹模）的作用下坯料便產(chǎn)生分離或塑性變形，從而獲得所需形狀與尺寸的沖件。上?；厣龝r，模具的卸料與出件裝置將沖件或廢料從凸、凹模上卸下或推、頂出來，以便進(jìn)行下一次沖壓循環(huán)。
1.3 沖壓技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展方向
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，許多新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備、新材料不斷涌現(xiàn)，因而促進(jìn)了沖壓技術(shù)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(shù)的基礎(chǔ)。目前，國內(nèi)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(yīng)力應(yīng)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(jìn)展。特別是隨著計算機技術(shù)的飛躍發(fā)展和塑性變形理論的進(jìn)一步完善，近年來國內(nèi)外已開始應(yīng)用塑性成形過程的計算機模擬技術(shù)，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(jié)果，設(shè)計人員可預(yù)測某一工藝方案成形的可行性及可能出現(xiàn)的質(zhì)量問題，并通過在計算機上選擇修改相關(guān)參數(shù)，可實現(xiàn)工藝及模具的優(yōu)化設(shè)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(chǎn)率及產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本和擴大沖壓工藝應(yīng)用范圍的各種壓新工藝，也是沖壓技術(shù)的發(fā)展方向之一。目前，國內(nèi)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(jīng)濟(jì)的沖壓新工藝。其中，精密沖裁是提高沖裁件質(zhì)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(dá)25mm，精度可達(dá)IT16~17級；用液體、橡膠、聚氨酯等作柔性凸?；虬寄５能浤３尚喂に嚕芗庸こ鲇闷胀庸し椒y以加工的材料和復(fù)雜形狀的零件，在特定生產(chǎn)條件下具有明顯的經(jīng)濟(jì)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(fù)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(jìn)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(fù)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(diào)的凸模群體代替?zhèn)鹘y(tǒng)模具進(jìn)行板料曲面成形的一種先進(jìn)技術(shù)，我國已自主設(shè)計制造了具有國際領(lǐng)先水平的無模多點成形設(shè)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(fù)成形技術(shù)可消除材料內(nèi)殘余應(yīng)力，實現(xiàn)無回彈成形。無模多點成形系統(tǒng)以CAD/CAM/CAE技術(shù)為主要手段，能快速經(jīng)濟(jì)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(chǎn)的基本條件.在沖模的設(shè)計制造上,目前正朝著以下兩方面發(fā)展:一方面,為了適應(yīng)高速、自動、精密、安全等大批量現(xiàn)代生產(chǎn)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(yīng)的新型模具材料及其熱處理技術(shù)，各種高效、精密、數(shù)控自動化的模具加工機床和檢測設(shè)備以及模具CAD/CAM技術(shù)也在迅速發(fā)展；另一方面，為了適應(yīng)產(chǎn)品更新?lián)Q代和試制或小批量生產(chǎn)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(shù)也得到了迅速發(fā)展。
精密、高效的多工位及多功能級進(jìn)模和大型復(fù)雜的汽車覆蓋件沖模代表了現(xiàn)代沖模的技術(shù)水平。目前，50個工位以上的級進(jìn)模進(jìn)距精度可達(dá)到2微米，多功能級進(jìn)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(shè)計制造出達(dá)到國際水平的精度達(dá)2?~5微米，進(jìn)距精度2~3微米，總壽命達(dá)1億次。我國主要汽車模具企業(yè)，已能生產(chǎn)成套轎車覆蓋件模具，在設(shè)計制造方法、手段方面已基本達(dá)到了國際水平，但在制造方法手段方面已基本達(dá)到了國際水平，模具結(jié)構(gòu)、功能方面也接近國際水平，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。
模具制造技術(shù)現(xiàn)代化是模具工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)。計算機技術(shù)、信息技術(shù)、自動化技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)正在不斷向傳統(tǒng)制造技術(shù)滲透、交叉、融合形成了現(xiàn)代模具制造技術(shù)。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(shù)、數(shù)控測量等代表了現(xiàn)代沖模制造的技術(shù)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(zhì)量（主軸轉(zhuǎn)速一般為15000~40000r/min）,加工精度一般可達(dá)10微米，最好的表面粗糙度Ra≤1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(zhuǎn)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(chǎn)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(dāng)今電火花加工機床的技術(shù)水平；慢走絲線切割技術(shù)的發(fā)展水平已相當(dāng)高，功能也相當(dāng)完善，自動化程度已達(dá)到無人看管運行的程度，目前切割速度已達(dá)到300mm/min,加工精度可達(dá)±1.5微米，表面粗糙度達(dá)Ra=01~0.2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(xué)曲線磨床、數(shù)控連續(xù)軌跡坐標(biāo)磨床及自動拋光等先進(jìn)設(shè)備和技術(shù);模具加工過程中的檢測技術(shù)也取得了很大的發(fā)展,現(xiàn)在三坐標(biāo)測量機除了能高精度地測量復(fù)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(hù)能力、嚴(yán)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(shù)（RPM）與樹脂澆注技術(shù)在快速經(jīng)濟(jì)制模技術(shù)中得到了成功的應(yīng)用。利用RPM技術(shù)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(shù)可快速制造各種成形模。如清華大學(xué)開發(fā)研制的“M-RPMS-Ⅱ型多功能快速原型制造系統(tǒng)”是我國自主知識產(chǎn)權(quán)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(shù)集成”之概念而設(shè)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(chǔ)，采用瑞士汽巴精化的高強度樹脂澆注成形的樹脂沖模應(yīng)用在國產(chǎn)轎車試制和小批量生產(chǎn)開辟了新的途徑。
(3) 沖壓設(shè)備和沖壓生產(chǎn)自動化方面
性能良好的沖壓設(shè)備是提高沖壓生產(chǎn)技術(shù)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(shè)備相匹配。為了滿足大批量高速生產(chǎn)的需要，目前沖壓設(shè)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(chǎn)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(chǎn)率；在高速自動壓力機上沖壓電機定轉(zhuǎn)子沖片時，一分鐘可沖幾百片，并能自動疊成定、轉(zhuǎn)子鐵芯，生產(chǎn)效率比普通壓力機提高幾十倍，材料利用率高達(dá)97%；公稱壓力為250KN的高速壓力機的滑塊行程次數(shù)已達(dá)2000次/min以上。在多功能壓力機方面，日本田公司生產(chǎn)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(diào)整工藝參數(shù)等工作；美國惠特尼公司生產(chǎn)的CNC金屬板材加工中心，在相同的時間內(nèi)，加工沖壓件的數(shù)量為普通壓力機的4~10倍，并能進(jìn)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(yīng)市場的激烈競爭，對產(chǎn)品質(zhì)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(chǎn)為適應(yīng)這一新的要求，開發(fā)了多種適合不同批量生產(chǎn)的工藝、設(shè)備和模具。其中，無需設(shè)計專用模具、性能先進(jìn)的轉(zhuǎn)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(shè)備已投入使用。特別是近幾年來在國外已經(jīng)發(fā)展起來、國內(nèi)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(chǎn)新的發(fā)展趨勢。FMS系統(tǒng)以數(shù)控沖壓設(shè)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(chǎn)過程完全由計算機控制，車間實現(xiàn)24小時無人控制生產(chǎn)。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(chǎn)品方便迅速，沖壓件精度也高。
(4)沖壓標(biāo)準(zhǔn)化及專業(yè)化生產(chǎn)方面
模具的標(biāo)準(zhǔn)化及專業(yè)化生產(chǎn)，已得到模具行業(yè)和廣泛重視。因為沖模屬單件小批量生產(chǎn)，沖模零件既具的一定的復(fù)雜性和精密性，又具有一定的結(jié)構(gòu)典型性。因此，只有實現(xiàn)了沖模的標(biāo)準(zhǔn)化，才能使沖模和沖模零件的生產(chǎn)實現(xiàn)專業(yè)化、商品化，從而降低模具的成本，提高模具的質(zhì)量和縮短制造周期。目前，國外先進(jìn)工業(yè)國家模具標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)程度已達(dá)70%~80%，模具廠只需設(shè)計制造工作零件，大部分模具零件均從標(biāo)準(zhǔn)件廠購買，使生產(chǎn)率大幅度提高。模具制造廠專業(yè)化程度越不定期越高，分工越來越細(xì)，如目前有模架廠、頂桿廠、熱處理廠等，甚至某些模具廠僅專業(yè)化制造某類產(chǎn)品的沖裁?；驈澢?，這樣更有利于制造水平的提高和制造周期的縮短。我國沖模標(biāo)準(zhǔn)化與專業(yè)化生產(chǎn)近年來也有較大發(fā)展，除反映在標(biāo)準(zhǔn)件專業(yè)化生產(chǎn)廠家有較多增加外，標(biāo)準(zhǔn)件品種也有擴展，精度亦有提高。但總體情況還滿足不了模具工業(yè)發(fā)展的要求，主要體現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)化程度還不高（一般在40%以下），標(biāo)準(zhǔn)件的品種和規(guī)格較少，大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)件廠家未形成規(guī)?；a(chǎn)，標(biāo)準(zhǔn)件質(zhì)量也還存在較多問題。另外，標(biāo)準(zhǔn)件生產(chǎn)的銷售、供貨、服務(wù)等都還有待于進(jìn)一步提高。
設(shè)計要求:設(shè)計該零件的沖裁模
沖壓件圖如下圖所示:
沖壓技術(shù)要求:
1. 材料:H62
2. 材料厚度:4mm
3. 生產(chǎn)批量:中批量
4. 未注公差:按IT14級確定.
2 .零件的工藝性分析.
2.1 零件的工藝性分析 該零件材料為H62(黃銅)結(jié)構(gòu)簡單,形狀對稱,凹模寬度B=12≥1.2t(t為材料厚度) ,沖孔時有尺寸為
φ6.5 >φ5.2 根據(jù)課本 P86頁知沖孔時,因受凸模強度的限制,孔的尺寸不應(yīng)太小.沖孔的最小尺寸取決于材料性能,凸模的強度和模具結(jié)構(gòu)等.根據(jù)表3-3可查得圓形孔最小值得
d=0.9t=0.9X4=3.6mm<φ5.2所以滿足工藝性要求.
沖裁件孔與孔之間:孔與邊緣之間的距離受模具的強度和沖裁件質(zhì)量的制約,其值不應(yīng)過小,一般要求C≥(1～1.5)t,C′>(1.5～2)t所以由沖件圖可知
C1=12-5.2/2-6.5/2=6.15>1X4=4,
C2=88.9-21-29.4-31.5-2-2.5=2.5<1X4=4,
C′=18/2-6=3<1.5X4=6.
由以上可知孔與孔之間距離C1滿足工藝性要求, C2至少增加1.5才能滿足工藝性要求,而孔到邊緣的距離至少增加3才能滿足工藝性要求,因此必須在總長88.9加上1.5,即總長為90.4才能滿足工藝性要求,總寬18加上3X2,即總寬為24才能滿足工藝性要求.
由以上分析可得,沖件的長改為90.4 ,寬改為24 才能滿足工藝性要求,如圖2—1所示,如果征得有關(guān)同意,我們才能繼續(xù)做下一步的設(shè)計.
圖2-1 工件圖
2.2 沖裁件的精度與粗糙度
沖裁件的經(jīng)濟(jì)公差等級不高于IT14級,一般落料公差等級最好低于IT10級,沖孔件公差等級最好低于IT9級,由表3-5可得落料公差,沖孔公差分別為0.40,0.08.而沖件落料公差,最高精度沖孔公差分別為0.5,0.15由表3-6得孔中心距公差 ±0.15而沖件孔中心距最高精度公差為±0.25,因此可用于一般精度的沖裁,普通沖裁可以達(dá)到要求.
由于沖裁件沒有斷面粗糙度的要求,我們不必考慮.
2.3 沖裁件的材料
由表1-3可得,H62(黃銅),抗剪強度τ=255Mpa,斷后伸長率35%,此材料具有良好的塑性級較高的彈性,沖裁性較好,可以沖裁加工.
2.4 確定工藝方案.
該沖裁件包括落料和沖孔兩個基本工序,可采用的沖裁方案有單工序沖裁,復(fù)合沖裁和級進(jìn)沖裁三種.零件屬于中批量生產(chǎn),因此采用單工序須要模具數(shù)量較多,生產(chǎn)率低,所用費用也高,不合理;若采用復(fù)合沖,可以得出沖件的精度和平直度較好,生產(chǎn)率較高,但因零件的孔邊距太小,模具強度不能保證;用用級進(jìn)模沖裁時,生產(chǎn)率高,操作方便,通過合理設(shè)計可以達(dá)到較好的零件質(zhì)量和避免模具強度不夠的問題,根據(jù)以上分析,該零件采用級進(jìn)沖裁工藝方案.
3. 沖壓模具總體結(jié)構(gòu)設(shè)計
3.1模具類型
根據(jù)零件的沖裁工藝方案,采用級進(jìn)沖裁模.
3.2 操作與定位方式
零件中批量生產(chǎn),安排生產(chǎn)可采用手工送料方式能夠達(dá)到批量生產(chǎn),且能降低模具成本,因此采用手工送料方式.零件尺寸較大，厚度較高，保證孔的精度及較好的定位，宜采用導(dǎo)料板導(dǎo)向，導(dǎo)正銷導(dǎo)正，為了提高材料利用率采用始用擋料銷和固定擋料銷。
3．3 卸料與出件方式
考慮零件尺寸較大，厚度較高，采用固定卸料方式，為了便于操作，提高生產(chǎn)率，沖件和廢料采用凸模直接從凹模洞口推下的下出件方式。
3．4 模架類型及精度
由于零件材料較厚，尺寸較大，沖裁間隙較小，又是級進(jìn)模因此采用導(dǎo)向平穩(wěn)的中間導(dǎo)柱模架，考慮零件精度要求不是很高，沖裁間隙較小，因此采用Ⅰ級模架精度。
4． 沖壓模具工藝與設(shè)計計算
4．1 排樣設(shè)計與計算
該沖裁件材料厚度較厚，尺寸大，近似方形，因此可采用橫排和直排比較合理,如圖4-11，4-12所示。
圖4-1（橫排）
圖4-2（直排）
對圖4-12有：
查表3-18，表3-19，表3-20，取a=3.5X1.2=4.2mm,
a1=3.2X1.2=3.84mm, △=1.0mm Z=0.5mm.
因此根據(jù)式3-13，條料的寬度為
B=（Dmax+2a+z）== mm
進(jìn)距為:s=24+a1=24+3.84=27.84mm
根據(jù)3-14，導(dǎo)板間距為：
B0=B+Z= Dmax+2a+2z=99.3+0.5=99.8mm
由零件圖在CAD用計算機算得一個零件的面積為1807.58mm
一個進(jìn)距內(nèi)的坯料面積:
BXS=99.3X27.84=2764.51mm,
因此材料利用率為:
η=(A/BS)X100%
=(1807.58/2764.51)X100%
=65.39%
同理可算得圖4-11的材料利用率為60%.
由利用率可知,圖4-12的排樣合理.
4.2 設(shè)計沖壓力與壓力中心,初選壓力機.
(1).沖裁力 根據(jù)零件圖,用CAD可計算出沖一次零件內(nèi)外周邊之和L=355.96mm(首次沖裁除外),又因為τ=255Mpa,t=4mm,取K=1.3,則根據(jù)式3-18,F=KLtτ=1.3X355.96X4X255=471.99 KN
卸料力:查表3-22,取Kx=0.06,則
Fx=KxF=0.06X471.99=28.32 KN
推件力:由表3-28,根據(jù)材料厚度取凹模刃口直壁高度h≥8mm,為了修模時能保證模具仍具有足夠的強度,所以直壁高度取h=8+6=14mm,故n=h/t=14/4=3.5,查表3-22,取KT=0.09則
FT=n KT F=3.5X0.09X471.99=148.68 KN
由于采用固定卸料和下出件方式,所以
F∑= F+ FT=148.68+471.99=620.67 KN
由式3-23應(yīng)選取的壓力機公稱壓力為:
P0≥(1.1～1.3)F∑=(1.1～1.3)X620.67=682.74KN
因此可選壓力機型號為JD21-80.
(2)壓力中心
根據(jù)排樣,我們可以在CAD里使用查詢便能得出沖孔的壓力中心,如圖5-2所示先取原點在O處,則它的壓力中心為A(48.76,-39.84),
而落料各邊的壓力中心分別為B(0,-3);C(0,-21);D(45.2,0);
E(45.2,-24);F(90.4,-12).由式3-31得:
X0=(L1X1+L2X2+L3X3+L4X4+L5X5+L6X6)/(L1+L2+L3+L4+L5+L6)
=(139.15X48.76+6X0+6X0+90.4X45.2+90.4X45.2+24X90.4/139.15+6+6+90.4+90.4+24
=48.211
Y0=(L1Y1+L2Y2+L3Y3+L4Y4+L5Y5+L6Y6)/(L1+L2+L3+L4+L5+L6)
=-(139.15X39.84+6X3+6X21+90.4X0+90.4X24+24X12)/
139.15+6+6+90.4+90.4+24
=-22.88
所以由以上可以算得壓力中心為G(48.11,-22.88)
具體如下圖4-3所示:
圖4-3壓力中心
(3).計算凸凹模刃口尺寸及公差
由于材料較厚,模具間隙較小,模具的間隙由配作保證,工藝比較簡單,并且還可以放大基準(zhǔn)件的制造公差,(一般可取沖件公差的1/4),使制造容易,因此采用配作加工為宜.
由落料尺寸得,凹模會變小,所以得下圖4-4以凹模為基準(zhǔn),配作凸模. 如圖4-4刃口尺寸
由沖孔尺寸得,凸模尺寸變小,所以有圖4-4以凸模為基準(zhǔn),配作凹
模.如圖4-4刃口尺寸
圖4-4刃口尺寸
根據(jù)表3-9,由材料厚度可得Zmin=0.320mm, Zmax=0.400mm.
如圖4-22,由落料,凹模磨損后變大,有A1=24 ,A2=90.4 .由表3-14,表3-15可得磨損系數(shù)X1=0.75,X2=0.5所以:
Ad1=(A1max-x△)=(24-0.75X0.43) =23.68
Ad2=(A2max-x△)=(90.4-0.5X0.5) =90.15
由于Ad1, Ad2為落料尺寸,故以凹模為基準(zhǔn),配作凸模，所以落料凸模刃口尺寸按凹模實際尺寸配作，保證雙面間隙值為0.32～0.400mm.
(2).由沖孔尺寸凸模磨損后變小有:
b1=2.5, b2=5.5, b3=5.2,
b4=6.5, b5=6, b6=12, b7=2
而b5 , b7為自由尺寸,其公差為IT14,所以查表可得△5=0.3,△7=0.25
由表3-14,表3-16可得,磨損系數(shù)X1=X1=X5=0.5, X3=X4=X7=0.75
因圓弧R6與尺寸12相切,故bp6不需采用刃口尺寸公式計算,而直接取bp6=2bp5.所以:
bp1=(b1min+X1△1)=(2.5+0.5X0.25)=2.625
bp2=(b2min+X2△2)=(5.5+0.5X0.3)=5.65
bp3=(b3min+X3△3)=(5.2+0.75X0.15)=5.313
bp4=(b4min+X4△4)=(6.5+0.75X0.2)=6.65
bp5=(b5min+X5△5)=(6+0.5X0.3)=6.15
bp6=2bp5= 12.3
bp7=(b7min+X7△7)=(2+0.75X0.25)=2.188
(3).凸,凹模磨損后不變的尺寸Cp1=210.52, Cp2=29.4, Cp3=120.25, Cp4= 31.50.25 .未注公差為IT14,所以29.4的公差為0.52,
由表3-16得:Cp=(Cmin+0.5△),所以:
Cp1=(Cmin+0.5△)=(21-0.52+0.5X1.04)0.13=210.13
Cp2=(Cmin+0.5△)=(29.4-0.26+0.5X0.52)0.065=29.40.065
Cp3=(Cmin+0.5△)=(12-0.25+0.5X0.5)0.063=120.063
Cp4=(Cmin+0.5△)=(31.5-0.25+0.5X0.5)0.063=31.50.063
5. 模具的總張圖與零件圖
5.1 根據(jù)前面的設(shè)計與分析,我們可以得出如級進(jìn)模具的總張圖
如圖5-1所示:
圖5-1 級進(jìn)?？傃b圖
1. 墊板;2.凸模固定板;3.銷釘;4.卸料板;5.凸模;6.導(dǎo)板;7.凹模;
8.導(dǎo)正銷;9.始用擋料銷;10.模柄;11.上模座;12.導(dǎo)套;13.導(dǎo)柱;
14.下模座;15.螺釘;16.定位銷;17.螺釘;18.承料板;19.導(dǎo)料板.
5.2 沖壓模具的零件圖
(1).凹模設(shè)計
凹模采用矩形板狀結(jié)構(gòu)和直接通過螺釘,銷針與下模座固定的固定方式.考慮凹模的磨損和保證沖件的質(zhì)量根據(jù)表3-28,凹模刃口采用直筒形刃口壁結(jié)構(gòu),刃口高度根據(jù)前面“4.2”計算沖裁力時所取h=14mm,漏料部分刃口輪廓適當(dāng)擴大根據(jù)表3-28可以擴大0.5～1mm,取1mm,(為便于加工,落料凹模漏料孔可設(shè)計成近似于刃口輪廓的簡化形狀,如圖5-21所示),凹模輪廓尺寸計算如下:
凹模輪廓尺寸的確定 凹模輪廓輪廓尺寸包括凹模板的平面尺寸LXB(長X寬)及厚度尺寸H.從凹模外邊緣的最短距離稱為凹模壁厚C.對于簡單對稱形狀刃口凹模,由于壓力中心即對 稱中心,所以凹模和平面尺寸即可沿刃口型孔向四周擴大一個凹模壁厚來確定,所以:
L=l+2C=90.4+2X54=198.4 B=l+2C=27.8+12+6+2X54=153.8
C值可根據(jù)表3-29查得.
整體式凹模板的厚度可按如下經(jīng)驗公式估算:
H=K1K2=1X1.5=55mm, K1取1,K2根據(jù)表3-30取1.5.
由以上算得凹模輪廓尺寸LXBXH=198.4X153.8X55,查有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn),并無厚度合適,因此我選LXB為標(biāo)準(zhǔn)尺寸,得LXBXH=250X200X56.
凹材料的選用:根據(jù)表8-3,材料選用Cr4WmoV孔與孔的校核:由表3-27校核最小A值為29,最小B值為29,最小C值為19,最小D值為6.84,以上都能達(dá)到要求,因此得以校核.凹模刃口尺寸及其它具體見零件圖5-21.或后面所附的零件圖.設(shè)計中,因為壓力中心與凹模板的幾何中心相差不太,由壓力機根據(jù)模柄孔尺寸為φ60,壓力中心仍在模柄投影面積,可設(shè)他們在同軸線上.
圖5-2 凹模
(2).凸模設(shè)計
落料凸模刃口部分為方形,又在它里面開孔,裝配導(dǎo)正銷,為便于凸模和固定板的加工,可通這設(shè)計成鉚接方式與固定板固定.沖孔凸模由于相隔很近,不宜采用階梯結(jié)構(gòu),設(shè)計成鉚接方式.凸模的尺寸根據(jù)導(dǎo)料板尺寸、卸料板尺寸和安裝固定要求尺寸以及式3-33的h，取h15~20，因為這里的凹模刃口尺寸為14 mm,在范圍之內(nèi)取15mm所以凸模的尺寸為L=15+12+44+32+1=104mm.
凸模材料：參照沖壓模具設(shè)計與制造選用CrWMn.
考慮沖孔凸模的直徑很小，故需對最小凸模φ5.2進(jìn)行強度和鋼度校核：根據(jù)表3-26可得：
L≤90d/=(90X5.313X5.313)/=16.96 mm.
L為凸模的允許最大工作尺寸，而設(shè)計中，凸模的工作尺寸為
15＜16.96,所以鋼度得以校核.
強度校核:根據(jù)表3-26,凸模的最小直徑d應(yīng)滿足:
d≥5.2tτ/[б壓]=5.2X4X255/1200=4.42mm,所以5.313＞4.42,凸模強度得以校核.參照ISO 8020-1986 B型圓形沖孔凸模,設(shè)計如圖5-3,5-4所示. 余下凸模根據(jù)凸模長度及其加工可設(shè)計如圖5-5、5-6、5-7所示，具體零件圖如后面所附零件圖為準(zhǔn)，在這只是初步設(shè)計。
對圖5-3,5-4說明:
(1).反鉚反磨平是為了裝配的要求;
(2).裝配的尺寸為H7/m6,可得φ8, φ10的上下偏差;
(3).倒角13是參照ISO標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計;
(4).15是工作尺寸要求;
(5).圓形凸模要有同軸度的要求,參照ISO標(biāo)準(zhǔn)得出;
(6).刃口尺寸由前面計算可得;
(7).淬硬58~62HRC是為了提高模具的壽命;
(8).工件表面粗糙度要求較高,取0.8,其余的可取6.3;
(9).保持刃口鋒利,為了減小毛刺.(10). 材料為CrWMn.
對圖5-5,5-6,5-7說明.
(1).反鉚反磨平是為了裝配的要求;
(2).裝配的尺寸為H7/m6,可得裝配尺寸的上下偏差;
(3).倒角13是參照ISO標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計;
(4).15是工作尺寸要求;
(5).刃口尺寸由前面計算可得,圖5-6為配作尺寸按配作要求配作;
(6).淬硬58~62HRC是為了提高模具的壽命;
(7).工件表面粗糙度要求較高,取0.8,其余的可取6.3;
(8).保持刃口鋒利,為了減小毛刺. (9). 材料為CrWMn. (3).選擇堅固件及定位零件
螺釘規(guī)格的選用: 根據(jù)表3-36,由凹模板的厚度可選用M12,在根據(jù)實際要求,查標(biāo)準(zhǔn)選用GB 70-85 M12X70,這里要12個,承料板的螺釘選用GB 70-85 M5X20,這里要2個.根據(jù)表8-3,選取材料為45鋼.
銷釘規(guī)格的選用: 銷釘?shù)墓Q直徑可取與螺釘大徑相同或小一個規(guī)格,因此根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)選用GB 119-86 A10X70, 根據(jù)表8-3,選取材料為45鋼.根據(jù)定位方式及坯料的形狀與尺寸,選用合適的標(biāo)準(zhǔn)定位零件.
擋料銷: 固定擋料銷 由表3-32知,擋料銷高度h=5, 根據(jù)表8-3,選取材料為45鋼,數(shù)量為2,查標(biāo)準(zhǔn)GB2866.11-81,如圖5-8固定擋料銷所示:
始用擋料銷: 根據(jù)導(dǎo)料板間距99.8及凹模L=200,可得導(dǎo)料板寬度=(200-99.8)/2=50.1mm,在根據(jù)表3-32,由t=4mm,可得導(dǎo)料板厚度為12mm.根據(jù)GB2866.1-81選取始用擋料銷規(guī)格長L=70mm,厚度H=12的始用擋料銷裝置,規(guī)格為:
始用擋料銷: 塊—70X12 GB2866.1-81
彈簧—1.0X10X20 GB2089-81
彈簧芯柱—8X18 GB2866.2-81
材料:塊—根據(jù)表8-3,選取材料為45鋼,彈簧芯柱—根據(jù)GB700-79為A3. 熱處理: 塊—硬度HRC43~48.
導(dǎo)料板: 根據(jù)凹模LXB=200X160,始用導(dǎo)料銷70X12查標(biāo)準(zhǔn)GB2865.5-81,選規(guī)格為:長度L=200,寬度B=50,厚度H=12,材料為A3的導(dǎo)料板,即導(dǎo)料板:200X50X12 GB2865.5-81/A3,熱處理HRC28~32.
如圖5-10所示:
導(dǎo)正銷: 使用導(dǎo)正銷的目的是消除送料時用擋料銷和導(dǎo)料板等定位零件作粗定位時的誤差,保證沖件在不同工位上沖出的內(nèi)形與外形之間的相對位置公差要求.導(dǎo)正銷主要用于級進(jìn)模,也可用于單工序模.導(dǎo)正銷通常設(shè)在落料凸模上,與擋料銷配合使用,因此我們采用導(dǎo)正銷,其中A型用于導(dǎo)正d=2~12mm的孔,安裝處按H7/n6配合查表3-33,3-34根據(jù)GB 2864.1-81A 型導(dǎo)正銷可得出導(dǎo)正銷,如圖5-11,5-12所示:
(4).設(shè)計和選用卸料與出件零件
卸料以固定板卸料,出件是以凸模往下沖即可,因此不用設(shè)計出件零件.固定卸料板的平面外形尺寸一般與凹模板相同,其厚度可取凹模厚度的0.8~1倍,所以卸料板的LXBXH=200X160X0.8X56=200X160X44,卸料板在此僅起卸料作用,凸模與卸料板間的雙邊間隙一般取0.2~0.5mm,這里取0.5mm,根據(jù)表8-3,材料為Q275.由以上根據(jù)凸模和凹?？稍O(shè)計出卸料板如圖5-13.
(5).選擇模架及其它模具零件
選擇模架:
根據(jù)GB/T 2851.5-90,由凹模周界200X160,及安裝要求,選取
凹模周界:LXB=250X200,閉合高度:H=220~265,上模座:250X200X50
下模座:250X200X60,導(dǎo)柱:32X210,35X210,
導(dǎo)套:32X115X48,35X115X48.
由以上可得模架及其零件如圖5-14所示.
圖5-14只是草圖,具體零件參閱《模具標(biāo)準(zhǔn)匯編(一)》
模柄: 由壓力機的型號JD21-80.可查得模柄孔的直徑為60,深度為80,由裝配要求,模柄與模柄孔配合為H7/m6并加銷釘防轉(zhuǎn),模柄長度比模柄孔深度小5~10mm,由于采用固定卸料，上模座回程時受力較大，因此選用壓入式模柄較合理，所以根據(jù)GB2862.1-81得圖5-15所示:
墊板: 墊板的作用是承受并擴散凸模傳遞的壓力,以防止模座被擠壓損傷,因此在與模座接觸面之間加上一塊淬硬磨平的墊板.墊板的外形尺寸與凸模固定板相同,厚度可取3~10mm,這里設(shè)計時,由于壓力較大,根據(jù)GB2865.2-81選取規(guī)格為LXBXH=200X160X8.
承料板: 根據(jù)GB2865.6-81,選取規(guī)格為LXBXH=200X40X4.
凸模固定板:
凸模固定板的外形尺寸與凹模的外形尺寸一致,厚度為凹模的0.6~0.8h,h為凹模的厚度,這里取0.6h,即0.6X56=33.6mm,根據(jù)核準(zhǔn)選取板的規(guī)格為LXBXH=200X160X32;凸模與凸模固定板的配合為H7/n6,裝配可通過2個銷釘定位,4個螺釘與上模座連接固定,各形孔的位置尺寸與凹模的保持一致,頂部與凸模鉚接,因此必須倒角,由以上可得凸模固定板的零件圖如圖5-16所示:
5.3壓力機的校核
(1).公稱壓力 根據(jù)公稱壓力的選取壓力機型號為JD21-80,它的壓力為800>682.74,所以壓力得以校核;
(2).滑塊行程 滑塊行程應(yīng)保證坯料能順利地放入模具和沖壓能順利地從模具中取出.這里只是材料的厚度t=4,導(dǎo)料板的厚度H=12及凸模沖入凹模的最大深度14,即S1=4+12+14=30
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