角片套冷沖壓工藝及級進模設計-沖壓模具【含22張CAD圖紙+PDF圖】

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編 號 無錫太湖學院 畢 業(yè) 設 計 （ 論 文 ） 題目： 角片套冷沖壓工藝及級進模設計 信 機 系 機 械 工 程 及 自 動 化 專 業(yè) 學 號： 0923228 學生姓名： 劉強力 指導教師： 鐘建剛 （職稱：副教授） （職稱： ） 2013 年 5 月 25 日 無錫太湖學院本科畢業(yè)設計（論文） 誠 信 承 諾 書 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設計（論文） 角片套冷沖 壓工藝及級進模設計 是本人在導師的指導下獨立進行研究所 取得的成果，其內容除了在畢業(yè)設計（論文）中特別加以標注 引用，表示致謝的內容外，本畢業(yè)設計（論文）不包含任何其 他個人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。 班 級： 機械 95 學 號： 0923228 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 I 無 錫 太 湖 學 院 信 機 系 機 械 工 程 及 自 動 化 專 業(yè) 畢 業(yè) 設 計 論 文 任 務 書 一、題目及專題： 1、題目角片套冷沖壓工藝及級進模設計 2、專題 二、課題來源及選題依據(jù) 來源于無錫海諾有限公司，是電器產品上的一個零件。 模具是機械工程及其自動化專業(yè)的一個專業(yè)方向，選擇模具方 向的畢業(yè)設計題目完全符合本專業(yè)的要求，從應用性方面來說，模 具又是生產效率極高的工具之一，能有效保證產品一致性和可更換 性，具有很好的發(fā)展前途和應用前景。連續(xù)模在模具中技術含量高， 制造、裝配難度大，因此本課題研究連續(xù)模的沖壓工藝、排樣方案、 模具結構分析等方面，同時要求學生要有良好的心理素質和仔細認 真的作風，對學生也是一次很好的練習機會。 三、本設計（論文或其他）應達到的要求： 綜合應用各種所學的專業(yè)知識，在規(guī)定的時間內對產品進行冷 沖壓工藝分析，制訂完整的沖壓工藝方案，并完成整副模具設計、 數(shù)據(jù)計算和圖紙（所有圖紙折合 A0 不少于 2.5 張）繪制，具體內容 如下： II 1完成模具裝配圖：1 張（A0 或 A1） ； 2零件圖：主要是非標準件零件圖（不少于 5 張） ； 3冷沖壓工藝卡片：1 張 ； 4設計說明書：1 份（15000 字以上，其中參考文獻不少于 10 篇， 外文不少于 5 篇） ； 5翻譯 8000 以上外文印刷字符，折合中文字數(shù)約 5000 字的有關技 術資料或專業(yè)文獻，內容要盡量結合課題。 四、接受任務學生： 機械 95 班 姓名 劉強力 五、開始及完成日期： 自 2012 年 11 月 12 日 至 2013 年 5 月 25 日 六、設計（論文）指導（或顧問）： 指導教師簽名 簽名 簽名 教 研 室 主 任 學科組組長研究所 所長簽名 系主任 簽名 2012 年 11 月 12 日 III 摘 要 本模具采用切廢料方式進行沖壓，模具結構采用切口、拉深、沖導正孔、導正再拉 深、切廢料、彎曲、切斷的工序設計，排樣采用單排橫排排列。并采用正裝方式設計模 具結構，即凹模裝在下模部分，同時為了正確控制送料步距采用單側側刃定距，在主要 位置采用導正銷導正精確定位。由于料較薄，沖壓速度較快，卸料可采用彈性卸料結構， 建議彈性材料采用彈簧。廢料采用在凹模（下模）向下推出，最后產品也是在下模向下 推出。帶料采用自動左右有側壓的送料裝置。同時為了正確控制送料步距采用側刃定距。 由于料不是很厚，沖壓速度適中，故卸料采用彈性卸料結構，彈性材料采用矩形截面彈 簧。廢料和產品均采用向下推出。帶料采用自右向左的自動送料裝置。 沖壓工藝分析主要考慮產品的沖壓成形工藝，最主要的是包括技術和經濟兩方面內 容。在技術方面，根據(jù)產品圖紙，主要分析零件的形狀特點、尺寸大小、精度要求和材 料性能等因素是否符合沖壓工藝的要求；在經濟方面，主要根據(jù)沖壓件的生產批量，分 析產品成本，闡明采用沖壓生產可以取得的經濟效益。因此工藝分析，主要是討論在不 影響零件使用的前提下，以最簡單最經濟的方法沖壓出來。 關鍵詞：角 片 套 ； 沖 壓 工 藝 ； 排 樣 ； 級 進 模 IV Abstract The die by cutting waste stamping, die structure incision, drawing, red pilot hole, drawing guide, cut waste, bending, the cut process design, arranged in a single row of horizontal nesting.And dress design the die structure, the die attached to the lower die part, in order to properly control the feeding step unilateral side of the blade fixed pitch, in the main location pilots to precise positioning.As the material is thin, stamping speed, the discharge may be used in the elastic unloading structure, it is recommended that the elastic material with spring. Waste using the die (down die) launched down the final product is lower die down soon.Strip automatic feeding device left and right side pressure. In order to properly control the feeding step away from the side of the blade fixed pitch. As the material is not very thick, stamping moderate speed, the discharge elastic unloading structure, elastic material with rectangular cross-section spring.The waste products are used down soon.Automatic feeding device with material from right to left. Stamping process analysis consider the stamping process, most notably including the technical and economic aspects.On the technical side, according to the product drawings, mainly analyzes the characteristics of the shape of parts, size, accuracy requirements and material properties and other factors meets the requirements of the stamping process;In economic terms, mainly based on the production volume of the stampings, analyze the cost of the product, and clarify the use of the stamping production can be achieved economic benefits.Process analysis, mainly to discuss stamping out does not affect the part of the premise, the simplest and most economical way. Key words: Angle piece sets; Atamping process; Nesting;Progressive die V 目 錄 摘 要 .III ABSTRACT .IV 目 錄 .V 1 緒 論 .1 1.1 課題研究的目的和意義 .1 1.2 課題國內外研究概況 .1 1.2.1 國外模具發(fā)展概況 .1 1.2.2 國內模具發(fā)展概況 .2 1.3 課題研究的主要內容 .3 2 沖壓工藝設計 .4 2.1 沖壓件簡介 .4 2.2 沖壓的工藝性分析 .5 2.3 沖壓工藝方案的確定 .7 2.3.1 沖壓模具類型 .7 2.3.2 沖壓工藝分析和計算 .8 2.3.3 工序匯總 .14 3 角片套連續(xù)模設計 .15 3.1 模具結構 .15 3.2 確定其搭邊值 .16 3.3 確定排樣圖 .16 3.3.1 送料步距與帶料寬度 .16 3.3.2 排樣方案 .18 3.4 材料利用率計算 .18 3.5 凸、凹模等刃口尺寸的確定 .19 3.5.1 側刃、側刃凹模刃口尺寸計算 .19 3.5.2 切口凸、凹模刃口尺寸計算 .20 3.5.3 第 1 次拉深凸、凹模工作部分尺寸及其公差 .21 3.5.4 第 2 次拉深凸、凹模工作部分尺寸及其公差 .22 3.5.5 第 3 次拉深凸、凹模工作部分尺寸及其公差 .22 3.5.6 拉深整形凸、凹模工作部分尺寸及其公差 .23 3.5.7 導正孔凸、凹模刃口尺寸及其公差 .23 3.5.8 沖圓孔凸、凹模刃口尺寸及其公差 .24 3.5.9 切廢料凸、凹模刃口尺寸及其公差 .25 3.5.10 切斷凸、凹模刃口尺寸及其公差 .26 3.5.11 彎曲凸、凹模工作部分尺寸計算 .27 3.6 沖壓力計算 .29 3.6.1 側刃沖壓力 .29 VI 3.6.2 沖切口部分沖壓力 .29 3.6.3 拉深部分沖壓力 .30 3.6.4 沖導正孔沖壓力 .31 3.6.5 整形部分沖壓力 .32 3.6.6 沖圓孔沖壓力 .32 3.6.7 切廢料部分沖壓力 .32 3.6.8 切斷部分沖壓力 .33 3.6.9 彎曲部分沖壓力 .33 3.6.10 總沖壓力 .34 3.7 壓力機選用 .34 3.8 壓力中心計算 .35 3.9 模具主要零部件的結構設計 .35 3.9.1 凹模結構及設計 .35 3.9.2 卸料板設計 .37 3.9.3 凸模固定板設計 .38 3.9.4 凸模墊板設計 .39 3.9.5 切口凸模的結構設計 .39 3.9.6 第 1 次拉深凸模設計 .40 3.9.7 第 2 次拉深凸模設計 .40 3.9.8 第 3 次拉深凸模設計 .41 3.9.9 整形凸模設計 .42 3.9.10 側刃設計 .42 3.9.11 側刃擋塊設計 .43 3.9.12 導正沖孔凸模設計 .44 3.9.13 切廢料凸模的結構設計 .44 3.9.14 切斷彎曲凸模的結構設計 .45 3.9.15 導正釘設計 .46 3.10 標準件確定 .46 3.10.1 模架確定 .46 3.10.2 上模螺釘確定 .47 3.10.3 上模銷確定 .47 3.10.4 下模螺釘確定 .48 3.10.5 下模銷確定 .48 3.10.6 卸料螺釘確定 .48 3.10.7 卸料彈簧設計 .48 3.10.8 拉深頂件彈簧設計 .48 3.10.9 抬料銷確定 .49 3.10.10 抬料銷彈簧設計 .49 3.10.11 凸模固定螺釘確定 .49 VII 3.10.12 擋塊固定螺釘確定 .49 3.10.13 擋塊銷確定 .49 3.11 模具閉合高度、校驗壓力機 .49 4 結論與展望 .51 致 謝 .52 參考文獻 .53 角片套冷沖壓工藝及級進模設計 1 1 緒 論 1.1 課題研究的目的和意義 1針對題目得到機械原理、機械設計、模具設計、CAD 等課程的綜合訓練。針對題 目使自己在沖壓模具工藝分析、模具總體結構方案論證與設計，模具零件結構設計與計 算、編寫技術文件、查閱文獻和三維設計軟件應用能力方面受到一次綜合訓練。培養(yǎng)學 自己獨立調查研究、科技檢索、方案論證、規(guī)范化科技寫作等方面的能力。 意義：模具在汽車、飛機、工程機械、動力機械、冶金、機床、輕工、日用五金等 制造業(yè)中起著極為重要的作用。采用模具生產毛坯或成品零件，是材料成型的一種重要 方法，與切削加工相比，具有材料利用率高、能耗低、產品性能好、生產效率高和成本 低等顯著特點。 2課題中的工件為形狀較為簡單的殼形件，有落料、彎曲、拉深等成型工藝，做起 來有一定的難度。但可以較全面的綜合運用和鞏固沖壓模具設計與制造等課程的基礎知 識和專業(yè)知識，培養(yǎng)從事沖壓模具設計與制造的初步能力。通過該設計可以培養(yǎng)我分析 問題和解決問題的能力，了解和熟悉沖壓模具設計與制造的一般步驟，更深入的認識沖 壓模具零件的設計和加工過程，達到“知己知彼”的效果。通過該設計可以培養(yǎng)我在模 具設計過程中認真負責、踏實細致的工作作風和嚴謹?shù)目茖W態(tài)度，強化質量意識和時間 觀念，養(yǎng)成良好的職業(yè)習慣。設計過程中還將用到 CAD 制圖軟件來完成模具圖形的繪制 ，無形中又讓自己對 CAD 有更深入了解和掌握。 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，對于提高設計 者的創(chuàng)新能力、協(xié)調能力，開闊設計思路等方面為作者提供了一個良好的平臺 1.2 課題國內外研究概況 1.2.1 國外模具發(fā)展概況 1高新技術在模具企業(yè)中得到廣泛應用 廣泛應用 CAD/CAE/CAM 技術，超越了甩掉圖板、二維繪圖的初級階段，3D 設計已 達到了 7080%。PRO/E、UG、CIMATRON 等軟件普遍應用。數(shù)控機床的普遍應用，保 證了模具零件的加工精度和質量。CAE 技術已逐漸成熟（意大利 COMAU 公司應用 CAE 技術后，試模時間減少了 50%以上） 。 普遍采用高速切削加工技術普遍采用高速切削加工技術普遍采用高速切削加工技術 普遍采用高速切削加工技術。特征：以高切削速度、高進給速度、高加工質量。加工效 率：比傳統(tǒng)的切削工藝要高幾倍，甚至十幾倍。轉速：1500030000r/min。效益：大大 縮短制模時間。 普遍應用快速成型技術與快速制模技術。塑料模具：有專門提供原型制造服務的機 構和公司塑料模具廠家利用快速原型澆制硅膠模具，用于少量翻制塑料件。汽車模具： 多為鋅基合金快速制模和使用環(huán)氧樹脂制作金屬成型模。 2國外，特別是歐美和日韓等發(fā)達地區(qū)的模具工業(yè)起步較早，擁有比較先進的生產 管理技術及經驗，值得我們國內模具行業(yè)學習和借鑒。在歐美，許多模具企業(yè)將高新技 術應用于模具的設計和制造，主要體現(xiàn)在充分發(fā)揮了信息技術帶動和提升模具工業(yè)的優(yōu) 越性；高速切削、五軸高速加工技術基本普及，大大縮減制模周期，提高企業(yè)的市場競 無錫太湖學院學士學位論文 2 爭力；快速成形技術和快速制模技術得到普遍應用；從事模具行業(yè)的人員精簡，一專多 能，一人多職，精益生產；模具產品專業(yè)化，市場定位準確；采用先進的管理信息系統(tǒng) ，實現(xiàn)集成化管理；工藝管理先進、標準化程度高。日本模具加工的未來發(fā)展方向主要 表現(xiàn)為無人手修模、無放電加工、加工時間縮短、五軸加工等方面。 1.2.2 國內模具發(fā)展概況 1我國正處于從模具制造大國向模具制造強國轉變的進程中未來 1015 年是模具 行業(yè)發(fā)展的極為重要的時期。信息化是模具企業(yè)發(fā)展的助推器充分利用信息化技術是實 現(xiàn)模具產業(yè)提升的關鍵環(huán)節(jié)因此信息化建設是當前我們面臨的一個重要任務。 “以信息化 帶動工業(yè)化以工業(yè)化促進信息化走新型工業(yè)化道路”是促進我國模具行業(yè)結構轉型升級 和跨越發(fā)展的有效途徑。 2模具企業(yè)技術系統(tǒng)的信息化模具企業(yè)信息化的應用包括兩個主要方面即技術系統(tǒng) 的信息化和管理系統(tǒng)的信息化。技術系統(tǒng)的信息化主要是模具 CAD/CAE/CAM 技術的應 用實現(xiàn)模具設計制造過程的信息化或數(shù)字化。在過去很長一段時間內大多數(shù)的 CAD/CAM 系統(tǒng)都是面向機械行業(yè)的通用型系統(tǒng)。對于模具企業(yè)而言這些系統(tǒng)的專業(yè)性不夠強設計 制造的效率還不夠高,針對模具行業(yè)的這一需求國際軟件廠商紛紛針對各類模具的特點推 出了功能完善、操作方便的專用 CAD/CAM 系統(tǒng)。 3隨著與國際接軌的腳步不斷加快，市場競爭的日益加劇，人們已經越來越認識到 產品質量、成本和新產品的開發(fā)能力的重要性。近年來許多模具企業(yè)因此加大了用于技 術進步的投資力度，一些國內模具企業(yè)已普及了二維 CAD，并陸續(xù)開始使用 UG、Pro/En gineer、 I-DEAS 等國際通用軟件，并成功應用于多工位級進模的設計中。個別廠家還引 進了 Moldflow 隨著與國際接軌的腳步不斷加快，市場競爭的日益加劇，人們已經越來越 認識到產品質量、成本和新產品的開發(fā)能力的重要性。目前，以汽車覆蓋件模具為代表 的大型沖壓模具的制造技術已取得很大進步，東風汽車公司模具廠、一汽模具中心等模 具廠家已能生產部分轎車覆蓋件模具。此外，許多研究機構和大專院校開展模具技術的 研究和開發(fā)，在模具 CAD/CAE/CAM 技術方面取得了顯著進步。例如，吉林大學汽車覆 蓋件成型技術所獨立研制的汽車覆蓋件沖壓成型分析 KMAS 軟件，華中理工大學模具技 術國家重點實驗室開發(fā)的注塑模、汽車覆蓋件模具和級進模 CAD/CAE/CAM 軟件，上海 交通大學模具 CAD 國家工程研究中心開發(fā)的冷沖模和精沖研究中心開發(fā)的冷沖模和精沖 模 CAD 軟件等。而多工位級進模技術的發(fā)展應該為適應模具產品“交貨期短” 、 “精度高 ”、 “質量好” 、 “價格低”的要求服務。 4我國模具技術的發(fā)展進步主要表現(xiàn)在 1)研究開發(fā)了模具新鋼種及硬質合金、鋼結硬質合金等新材料，并采用了一些新的熱 處理工藝，延長了模具的使用壽命。比如沖模廣泛使用合金工具鋼代替碳素工具鋼，提 高模具壽命，減少模具熱處理變形。 2)開發(fā)了多工位級進模和硬質合金模等新產品，并根據(jù)國內生產需要研制了精密塑料 注射模。 3)研究開發(fā)了一些模具加工新技術和新工藝。如三維曲面數(shù)控加工；模具表面拋光、 表面皮紋加工及皮紋輥制造技術；模具鋼的超塑性成型技術和各種快速成型技術等。 4)模具加工設備已得到較大發(fā)展，已廣泛使用精密坐標磨床、數(shù)控(CNC)銑床、CNC 角片套冷沖壓工藝及級進模設計 3 電火花線切割機床和高精度電火花成型機床等。模具零件的精度由數(shù)控機床保證，解決 了以前傳統(tǒng)切削加工生產模具零件，靠鉗工技藝保證質量，質量難保證的問題。 5)模具計算機輔助設計和制造(模具 CAD/CAM/CAE)已在國內得到了廣泛的開發(fā)應用 。三維造型軟件和仿真軟件的廣泛應用，不僅能自動編程，還能進行干涉檢查，保證設 計和工藝的合理性。 5中國模具工業(yè)存在的問題 精密加工設備還很少大型、精密、復雜和長壽命模具的產需矛盾十分突出許多先進 的技術如 CADCAECAM 技術的普及率還不高。 1984 年成立了中國模具工業(yè)協(xié)會，987 年模具首次被列入機電產品目錄，當時全國 共有生產模具的廠點約 6000 家?？偖a值約 30 億元。隨著中國改革開放的日益深入，市 場經濟進程的加快，模具及其標準件、配套件作為產品，制造生產的企業(yè)大量出現(xiàn)，模 具產業(yè)得到快速發(fā)展。在市場競爭中，企業(yè)的模具生產技術提高很快，規(guī)模不斷發(fā)展， 提高很快。20 世紀 90 年代以來，中國在汽車行業(yè)的模具設計制造中開始采用 CAD CAM 技術。國家科委 863 計劃將東風汽車公司作為 CIMS 應用示范點，由華中理 工大學作為技術依托單位，開發(fā)了汽車車身與覆蓋件模具 CADCAM 軟件系統(tǒng)，在模具 和設計制造中得到了實際應用，取得顯著效益。現(xiàn)在，吉林大學和湖南大學也成功地開 發(fā)出了汽車覆蓋件模具的 CADCAE 系統(tǒng)，并達到了較高水平，在生產中得到應用，收 到了良好的效果。 1.3 課題研究的主要內容 1制件工藝分析和工藝方案制定 a）沖裁件的工藝分析：本次畢業(yè)設計的零件對沖裁工藝有良好的適應性，故采用沖 裁工藝。 b）工藝方案制定：根據(jù)畢業(yè)設計任務書的要求，本次沖裁工藝方案采用落料沖孔復 合模。 2必要的工藝計算 對沖裁件的尺寸大小，精度要求進行相關計算。 3模具結構分析與設計； 模具的結構分析與設計包括工作部分，模架，沖模的輔助裝置與輔助機構，橫向沖 壓機構。 4模具主要零件設計及有關尺寸計算； 模具主要零件設計計算包括工作零件，定位零件，壓料、卸料及出件零件，導向零 件，固定零件，緊固及其他零件。 無錫太湖學院學士學位論文 4 2 沖壓工藝設計 2.1 沖壓件簡介 形狀和尺寸如下圖所示。材料為 H62M，板材厚度 0.8mm。 零件圖如下： 圖 2.1 零件圖 從圖中可見，主要是拉深、彎曲和沖裁。 表 2-1 沖裁和拉深件未注公差尺寸的偏差 1 尺寸的類型基本尺寸 包容表面 被包容表面 暴露表面及中心距 3 +0.25 -0.25 36 +0.30 -0.30 0.15 610 +0.36 -0.36 1018 +0.43 -0.43 0.215 1830 +0.52 -0.52 3050 +0.62 -0.62 0.31 5080 +0.74 -0.74 80120 +0.87 -0.87 0.435 120180 +1.00 -1.00 180250 +1.15 -1.15 0.575 250315 +1.30 -1.30 315400 +1.40 -1.40 0.70 400500 +1.55 -1.55 500630 +1.75 -1.75 0.875 630800 +2.00 -2.00 8001000 +2.30 -2.30 1.15 10001250 +2.60 -2.60 1.15 角片套冷沖壓工藝及級進模設計 5 從零件圖中可知全部是未注公差尺寸，分別為：11，R1，2 個 R2， 9，4， 6，4，2，9，18，15，3，R3.5，查表 2-1 沖裁和拉深件未注公差尺寸 的偏差（即參考文獻1， P217 頁，表 8-18 沖裁和拉深件未注公差尺寸的偏差），得各 尺寸的偏差分別為：0.215，0.15，0.15，-0.36，-0.30，0.15，+0.30，0.15，- 0.36，-0.43 ， -0.43，+0.25，0.15。因此帶偏差的各尺寸為： ， ，215.0.0R ， ， ， ， ， ， ， ， ， ，15.02R0 .36-9 .0-415.30. 4.1520 .36-9 .43-8 .43-25 。3 圖 2.2 帶偏差的產品圖 2.2 沖壓的工藝性分析 沖壓工藝分析主要考慮產品的沖壓成形工藝，最主要的是包括技術和經濟兩方面內 容。在技術方面，根據(jù)產品圖紙，主要分析零件的形狀特點、尺寸大小、精度要求和材 料性能等因素是否符合沖壓工藝的要求；在經濟方面，主要根據(jù)沖壓件的生產批量，分 析產品成本，闡明采用沖壓生產可以取得的經濟效益。因此工藝分析，主要是討論在不 影響零件使用的前提下，能否以最簡單最經濟的方法沖壓出來。 （1）影響沖壓件工藝性的因素很多，從技術和經濟方面考慮，主要因素： 材料為銅 H62M，是常見的沖壓材料。 工件主要是彎曲、拉深和沖孔等。 工件展開后外形為平復雜的多邊形，適宜沖裁工件。 工件沒有懸壁。 工件存在孔與邊緣之間的距離。查文獻2，P1-45 ，表 3-22 孔與孔之間、孔與邊 緣之間距離的許可值得，孔與邊緣之間的距離 C1.2t=0.96mm，圖中孔與邊緣之間的最 小距離為 3mm，0.96mm3mm，故可以沖孔。 工件有沖孔，查文獻2，P1-45，表 3-20 用自由凸模沖孔的最小尺寸，因 400MPa，沖孔的最小尺寸 d0.9t=0.72mm，本產品最小孔為 3mm，3mm0.72mm，故可以沖裁。 無錫太湖學院學士學位論文 6 工件尺寸要求不是很高，尺寸未注公差按 IT14 級處理。 生產批量，一般來說，大批量生產時，可選用連續(xù)和高效沖壓設備，以提高生產 效率；中小批量生產時，常采用簡單?；驈秃夏?，以降低模具制造費用。 綜上所述，此工件適宜沖裁。 （2）本沖壓件工藝分析如下： 1圖形分析形狀較復雜，展開后相對不是很復雜，主要是落料、沖孔、彎曲。 2尺寸分析尺寸公差要求一般，未注公差尺寸均取 IT14 級。 3材料 H62M，是常見的沖裁材料。 零件用的是厚 0.8mm 的黃銅 H62M。 力學性能：抗拉強度 b (MPa)：380（查表 2-1 即查參考文獻3 ，P411 頁，表 7- 1） 抗剪強度 (MPa)：300 伸長率 10 ()：20 屈服點 s (MPa)：200 表 2.1 黑色金屬的力學性能 2 材料名稱 牌號 材料狀態(tài) 抗剪強度/（Mpa） 抗拉強度 b/(Mpa） 伸長率 10/(%） 屈服強度 s/(Mpa） Q195 260320 320400 2833 200 Q235 310380 440470 2125 240普通碳素鋼 Q275 未退火 400500 580620 1519 280 08F 220310 280390 32 180 08 260360 330450 32 200 10 260340 300440 29 210 20 280400 360510 25 250 45 440560 550700 16 360 優(yōu)質碳素結 構鋼 65Mn 已退火 600 750 12 400 1Cr13 已退火 320380 400470 21 不銹鋼 1Cr18Ni9Ti 熱處理退軟 430550 540700 40 200 軟態(tài) 260 300 35 380 H62 半硬態(tài) 300 380 20 200 軟態(tài) 240 300 40 100 黃銅 H68 半硬態(tài) 280 350 25 軟 260 300 38 140 硬 480 550 35錫磷青銅錫鋅青銅 QSn6.5-2.5QSn4-3 特硬 500 650 12 550 由于零件可以展開成一個平面形狀，內部有 1 個圓孔，外部是長方形彎曲。關鍵是 展開、沖孔、彎曲、拉深和落料。 角片套冷沖壓工藝及級進模設計 7 4批量一年生產 200 萬件是批量生產。 5沖壓工序落料、沖孔、彎曲、拉深。 6沖裁間隙 根據(jù)料厚 t=0.8，查表 2-2 沖裁模初始雙面間隙（即參考文獻 4，P19 頁，表 2-9） ， 得：雙面間隙 Z0.0400.056mm。 表 2-2 沖裁模初始雙面間隙 Z4 （單位:mm） 軟鋁 純鋼、軟鋁、黃 銅 0.080.2 C 杜拉鋁、中等硬 鋼 0.3 0.4C 硬鋼 0.50.6C材料厚度 t Zmin Zmax Zmin Zmax Zmin Zmax Zmin Zmax 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.2 1.5 1.8 2.0 2.2 2.5 2.8 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0 0.008 0.012 0.016 0.020 0.024 0.028 0.032 0.036 0.040 0.050 0.075 0.090 0.100 0.132 0.150 0.168 0.180 0.245 0.280 0.315 0.350 0.480 0.560 0.720 0.870 0.900 0.012 0.018 0.024 0.030 0.036 0.042 0.048 0.054 0.060 0.084 0.105 0.126 0.140 0.176 0.200 0.224 0.240 0.315 0.360 0.405 0.450 0.600 0.700 0.880 0.990 1.100 0.010 0.015 0.020 0.025 0.030 0.035 0.040 0.045 0.050 0.072 0.090 0.108 0.120 0.154 0.175 0.196 0.210 0.280 0.320 0.360 0.400 0.540 0.630 0.800 0.900 1.000 0.014 0.021 0.028 0.035 0.042 0.049 0.056 0.063 0.070 0.096 0.120 0.144 0.160 0.198 0.225 0.252 0.270 0.350 0.400 0.450 0.500 0.660 0.770 0.960 1.080 1.200 0.012 0.018 0.024 0.030 0.036 0.042 0.048 0.054 0.060 0.084 0.105 0.126 0.140 0.176 0.200 0.224 0.240 0.315 0.360 0.405 0.450 0.600 0.700 0.880 0.990 1.100 0.016 0.024 0.032 0.040 0.048 0.056 0.064 0.072 0.080 0.108 0.135 0.162 0.180 0.220 0.250 0.280 0.300 0.385 0.440 0.490 0.550 0.720 0.840 1.040 1.170 1.300 0.014 0.021 0.028 0.035 0.042 0.049 0.056 0.063 0.070 0.096 0.120 0.144 0.160 0.198 0.225 0.252 0.270 0.350 0.400 0.450 0.500 0.660 0.770 0.960 1.080 1.200 0.018 0.027 0.036 0.045 0.054 0.063 0.072 0.081 0.090 0.120 0.150 0.180 0.200 0.242 0.275 0.308 0.330 0.420 0.480 0.540 0.600 0.780 0.910 1.120 1.260 1.400 注：初始間隙值的最小值相當于間隙的公稱數(shù)值。 初始間隙的最大值是考慮到凸模和凹模的制造公差所增加的數(shù)值。 在使用過程中，由于模具工作部分的磨損，間隙將有所增加，因而間隙的使用最大數(shù)值要 超過表列數(shù)值。 本表適用于尺寸精度和斷面粗糙度質量要求較高的沖裁件。 無錫太湖學院學士學位論文 8 2.3 沖壓工藝方案的確定 2.3.1 沖壓模具類型 經過對沖壓件的工藝分析后，結合產品進行必要的工藝計算，并在分析沖壓工藝， 工序順序組合方式的基礎上，提出各種可能的沖壓分析方案。 方案一：單工序模。模具結構簡單，落料和沖孔可以生產出工件，需要兩副模具， 由于一年需生產 100 萬件工件，數(shù)量大，生產效率低于實際生產需求，同時彎曲位于落 料之后位置尺寸不易保證。故不能采用單工序模。 方案二：復合模。本產品式序較多，故不能采用一副復合模完成。 方案三：連續(xù)模。連續(xù)模的優(yōu)點：能實現(xiàn)沖壓自動化，日產量非常高，滿足一年生 產 100 萬件的生產要求?？晒?jié)省勞動力成本，能保證工件沖孔位于落料的位置精度和工 件的質量；連續(xù)模的缺點：模具結構復雜，制造成本高，模具調試難度大，制造周期長， 通常材料率很低，必須批量非常大，否則產品成本很高。 因此綜合考慮工藝和模具設計的可行性，產品質量，生產周期，產品批量，節(jié)省成 本等因素，采用方案三。 2.3.2 沖壓工藝分析和計算 分析產品可知主要沖壓工藝有：彎曲、拉深、沖孔和落料。沖孔比較簡單不需作特 別分析，落料必須在最后，由于前面要進行拉深、彎曲，故落料不可行，改為切廢料方 式，最后再切斷，因此變剩下彎曲和拉深，下對這兩部分重點進行分析。 一、彎曲分析 共有兩處彎曲，彎曲處的內側圓角半徑為 R1mm，查參考文獻4，P81 頁，表達式 3-1 最小彎曲圓角半徑的數(shù)值，得：垂直碾壓方向為 0.1t，平行碾壓方向為 0.35t。 0.35t=0.350.8=0.28，0.1t=0.08，所以，均小于 1。 故，各彎曲處彎曲半徑都合理。 1展開尺寸計算 查參考文獻4，P87 頁，得中性層半徑計算公式： （2-1）xtr0 式中： 為中性層半徑 r為彎曲內側半徑，mm 為中性層位移系數(shù) t為材料厚度，mm 已知：r=1，t=0.8，r/t=1.25。 查表 2-3 中性層位移系數(shù) 的值（參考文獻4，P88 頁，表 3-3 中性層位移系數(shù) 的值） ，得：=0.33。 中性層 90角展開公式： （2-2）)(5.0.xtrl 圓 弧 9.1)803.1(45926.3)( t圓 弧 表 2-3 中性層位移系數(shù) 的值 4tr 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 1 1.2 角片套冷沖壓工藝及級進模設計 9 x0.21 0.22 0.23 0.24 0.25 0.26 0.28 0.3 0.32 0.33tr 1.3 1.5 2 2.5 3 4 5 6 7 8 0.34 0.36 0.38 0.39 0.4 0.42 0.44 0.46 0.48 0.5 2展開后形狀和尺寸如下圖所示。 圖 2.3 彎曲展開圖 3簡化產品外形 做成如圖 2.3 所示形狀，拉深時很難控制外沿不變形，因此在拉深時先將外形簡化為 圓形，等拉深結束后再沖孔、切去多余的廢料，這樣就能保證外沿的形狀和尺寸，因此 簡化后外沿形狀和尺寸如下圖示。 圖 2.4 簡化后外形圖 二、拉深工藝分析 可以看成此工件是帶凸緣的零件。由于材料厚度 t=0.8，比較薄，可以按外形或內形 進行拉深分析和計算。由于產品要求的是外形尺寸，因此將產品尺寸轉化為外形尺寸， 將外形尺寸近似為中性層尺寸，結果如下圖所示： 無錫太湖學院學士學位論文 10 圖 2.5 外形尺寸 1.修邊余量 凸緣直徑 di=33.78，d=9 ，相對凸緣直徑 di/d=33.78/9=3.75 查表 2-6 有凸緣拉深件的修邊余量（即查參考文獻4，P116 頁，表 4-2）得： 修邊余量 =1.2mm 因此工件的外沿直徑為 di=33.78+21.236.2mm 表 2-4 有凸緣拉深件的修邊余量 4 拉深相對高度 di/d（或 Bi/B）凸緣直徑 di（或 Bi） 1.5 1.52.0 2.02.5 2.53.0 25 1.8 1.6 1.4 1.2 2550 2.5 2.0 1.8 1.6 50100 3.5 3.0 2.5 2.2 故含修邊余量中性層圖形和尺寸如下圖所示。 圖 2.6 含修邊余量中性層尺寸 2.毛坯尺寸計算 由于工件是凸字型回轉體形狀，因此工件展開后是一個圓形片，可以直接計算工件 的實際尺寸，利用拉深前后體積（929.9054mm 3）不變的原則，采用三維軟件計算可得毛 坯直徑：D=38.47mm 值得注意的是，在確定復雜拉深件的毛坯尺寸和形狀時，由于實際情況比較復雜， 影響因素很多，如板材的厚度變化、模具的間距大小、模具的尺寸公差等，所以一般是 根據(jù)上述公式進行初步計算，然后在通過試驗加以修正確定，由于條件有限不能通過試 驗進行修正，根據(jù)拉深件質量要求材料不能變薄，毛坯只能大不能小，同時考慮拉深回 彈，需多拉一些，故毛坯直徑選大一些，即 D=38.6mm，總體積為：936.1695mm 3。 3.是否采用壓邊圈 t/D=0.8/38.6=2.07%，查表 2-7 采用或不采用壓邊圈的條件（即查參考文獻 4，P121 頁，表 4-7）得，第一次拉深時如果第 1 次拉深系數(shù) m10.6 要采用壓邊圈，否則不用壓 邊圈，以后各次拉深，如果 t/(dn-1)1.0%或拉深系數(shù) mn0.8，仍要用壓邊圈。 角片套冷沖壓工藝及級進模設計 11 表 2-5 采用或不采用壓邊圈的條件 3 第一次拉深 以后各次拉深 拉深方法 (t/D)100 m1 (t/D)100 mn 用壓邊圈 1.5 0.6 1.0 2.0 0.6 1.5 0.8 4.能否一次拉出 用拉深系數(shù)分析能否上次拉出。下面采用查表法。中心層尺寸如圖 2.6 所示。 已知：t=0.8 ， d=9，高度 h=6，D=38.6 ，d f=36.2 所以： t/d=0.8/9=8.89%，d f/d=36.2/9=4.02，d/D=9/38.6=0.23 ，d/d f=9/36.2=0.249，t/D=2.07% 相對高度：h/d=6/9=0.67 總拉深系數(shù)：m=d/D 0.23 查表 2-6 凸緣件第一次拉深系數(shù)（即查參考文獻4 ，P136 頁，表 4-14）得，拉深極 限系數(shù)為 0.30 左右，因本工序拉深系數(shù)為 0.23，故不能一次拉出來。 表 2-6 凸緣件第一次拉深系數(shù) 4 毛壞相對厚度(t/D100)凸緣相對直徑 df/d 0.060.2 0.20.5 0.5 1 11.5 1.5 1.31.5 0.52 0.51 0.50 0.49 0.47 1.51.8 0.48 0.48 0.47 0.46 0.45 1.82.0 0.45 0.45 0.44 0.43 0.42 2.02.2 0.42 0.42 0.42 0.41 0.40 2.22.5 0.38 0.38 0.38 0.38 0.37 2.52.8 0.35 0.35 0.34 0.34 0.33 2.83.0 0.33 0.33 0.32 0.32 0.31 查表 2-7 凸緣件第一次拉深的最大相對高度 h/d（即查參考文獻 4，P136 頁，表 4- 15）得，拉深最大相對高度為 0.20，本工序相對高度為 0.67，故不能一次拉出來。 表 2-7 凸緣件第一次拉深的最大相對高度 h/d4 材料的相對厚度 t/D100凸緣相對直徑 df/d1 0.060.2 0.20.5 0.5 1 11.5 1.5 11.3 0.400.47 0.450.53 0.500.60 0.560.72 0.650.80 1.31.5 0.350.42 0.400.48 0.450.53 0.500.63 0.580.70 1.51.8 0.290.35 0.340.39 0.370.44 0.420.53 0.480.58 1.82.0 0.250.30 0.290.34 0.320.38 0.360.46 0.420.51 2.02.2 0.220.26 0.250.29 0.270.33 0.310.40 0.350.45 2.22.5 0.170.21 0.200.23 0.220.27 0.250.32 0.280.35 2.52.8 0.160.18 0.150.18 0.170.21 0.190.24 0.220.27 無錫太湖學院學士學位論文 12 2.83.0 0.100.13 0.120.15 0.140.17 0.160.20 0.180.22 綜上所述，由于拉深系數(shù)太小，高度太高，故不能一次拉出，需多次拉深。 5.第 1 次拉深計算 為保證拉深能順利進行，第 1 次拉深計算時，不僅要考慮第 1 次拉深系數(shù)，還要考 慮第 1 次拉深的高度極限，以后各次拉深按照拉深系數(shù)逐漸增大的原則設計。 1）第 1 次拉深凹模圓角半徑的確定 查參考文獻4，P126，首次拉深凹模圓角半徑公式 4-26： （2-1）tdDrd)(8.01 式中： D毛坯直徑，mm； d 本道拉深后的直徑，mm； t 工件厚度，mm。 已知：D=38.6mm ，d=9 ，t=0.8， 所以 mm49.380)6.3(8.0)(8.01 tdrd 又根據(jù)表 2-8 首次拉深的凹模圓角半徑 rd（即查參考文獻4，P126 頁，表 4-11）得2.m=6)t(1dr 綜合考慮取 。rd41 表 2-8 首次拉深的凹模圓角半徑 rd4 t/mm 2.01.5 1.51.0 1.00.6 0.60.3 0.30.1 無凸緣拉深 (47)t (58)t (69)t (710)t (813)t 有凸緣拉深 (610)t (813)t (1016)t (1218)t (1522)t 2）第 1 次拉深凸模圓角半徑的確定 查參考文獻4，P127，首次拉深凸模圓角半徑： （2-2）11)0.7(dprr 得： 482. 所以?。?。531p 3）按第 1 次拉深極限系數(shù)計算 第 1 次拉深后直徑為：d 1=Dm1=38.60.3011.6mm 第 1 次拉深高度計算 按照毛坯直徑 38.6，可計算出總體積 V=936.1695mm3，利用三維 CAD/CAM 軟件， 依據(jù)體積不變的原則，可計算出制件高度為：7.68mm。 df/d1=38.6/11.6=3.3，查表 2-7 得，拉深相對高度極限約為 0.20，所以： h1=38.60.20=7.727.68 因此第一次按直徑 11.6 拉深 7.68 的高度，是一定能實現(xiàn)的。 6.以后各次拉深計算 拉深次數(shù)和各次拉深系數(shù)確定 角片套冷沖壓工藝及級進模設計 13 按上述分析第 1 次拉深系數(shù)為：m 1=11.6/38.60.30 已知 t/D=2.07%，查表 2-9 帶凸緣圓筒形件第二次以后各道拉深系數(shù)的極限值（即查 參考文獻3， P74 頁，表 2-23 帶凸緣圓筒形件第二次以后各道拉深系數(shù)的極限值） ，近 似得：m 2=0.73，m 3=0.75，m 4=0.78，m 4=0.80。 表 2-9 帶凸緣圓筒形件第二次以后各道拉深系數(shù)的極限值 4 材料的相對厚度 t/D100 拉深系數(shù) 2.01.5 1.51.0 1.00.6 0.60.3 0.30.15 m2 0.73 0.75 0.76 0.78 0.80 m3 0.75 0.78 0.79 0.80 0.82 m4 0.78 0.80 0.82 0.83 0.84 m5 0.80 0.82 0.84 0.85 0.86 所以：d 1=11.6 d2=m2d1=0.7311.6=8.59 從上述知，第 2 次小于 9，故拉深總次數(shù)為 2 次，但由于是連續(xù)拉深，且中間不宜加 熱回火，為了保險還是采用 3 次拉深，再加 1 次整形。 調整后各次拉深系數(shù)為：m 1=0.40，m 2=0.74，m 3=0.78。 各次拉深后直徑為： d1=m1D=0.438.615.5 d2=m2d1=0.7415.511.5 d3=m3d2=0.7811.5=9 各次拉深凸、凹是圓角半徑確定 首次拉深凸、凹模圓角半徑分別為：R3.5、R4。 查參考文獻4，P126，以后各次拉深凹模圓角半徑為： （2-3）1)8.06(dnndrr 因此，第 2 次拉深凹圓角半徑為：r d2=3，凸模圓角半徑為：r p2=3。 第 3 次拉深凹圓角半徑為：r d2=2.5，凸模圓角半徑為：r p2=2.5。 計算各次拉深件尺寸 第 1 次拉深后尺寸。利用三維 CAD/CAM 軟件進行計算，在總體積（936.1695mm 3） 不變的原則下，計算拉深后的尺寸。計算出拉深高度為：5.8，此時制件尺寸如下圖所示。 圖 2.7 第 1 次拉深件尺寸 第 2 次拉深計算。利用三維 CAD/CAM 軟件進行計算，在總體積（936.1695mm 3）不 無錫太湖學院學士學位論文 14 變的原則下，計算拉深后的尺寸。計算出拉深高度為：6.1，此時制件尺寸如下圖所示。 圖 2.8 第 2 次拉深件尺寸 第 3 次拉深計算。利用三維 CAD/CAM 軟件進行計算，在總體積（936.1695mm 3）不 變的原則下，計算拉深后的尺寸。計算出拉深高度為：6.5，此時制件尺寸如下圖所示。 圖 2.9 第 3 次拉深件尺寸 2.3.3 工序匯總 送料的初定距由側刃實現(xiàn)，故安排在第 1 步。 為了保證最后一次拉深及以后各工序的位置準確，必須設置工藝孔，以后各工序可 用此孔作為導正孔導正，導正孔在第 2 次拉深處沖出。 根據(jù)以上分析，可以總結出各工序順序為： 側刃切口第 1 次拉深第 2 次拉深第 3 次拉深整形切廢料彎曲切斷。 角片套冷沖壓工藝及級進模設計 15 3 角片套連續(xù)模設計 3.1 模具結構 本模具采用切廢料方式進行沖壓，故模具結構采用沖孔、導正、拉深、切廢料、彎 曲、切斷的工序設計，排樣采用單排橫排排列。并采用正裝方式設計模具結構，即凹模 裝在下模部分，同時為了正確控制送料步距采用單側側刃定距，在主要位置采用導正銷 導正精確定位。由于料較薄，沖壓速度較快，卸料可采用彈性卸料結構，建議彈性材料 采用彈簧。廢料采用在凹模（下模）向下推出，最后產品也是在下模向下推出。帶料采 用自動左右有側壓的送料裝置。模具結構如下圖所示。 圖 3.1 模具結構圖 無錫太湖學院學士學位論文 16 3.2 確定其搭邊值 考慮到成型范圍，應考慮以下因素： 材料的機械性能 軟件、脆件搭邊值取大一些，硬材料的搭邊值可取小一些。 沖件的形狀尺寸 沖件的形狀復雜或尺寸較大時，搭邊值大一些。 材料的厚度 厚材料的搭邊值要大一些。 材料及擋料方式 采用自動送料，有側刃裝置。 卸料方式 彈性卸料比剛性卸料大搭邊值小一些。 材料為：普通碳素鋼 H62M。 因料厚 t=0.8mm，采用自動送料，故查表 3-1 搭邊值 a 和 a1（即查參考文獻4，P31 頁，表 2-16 搭邊值 a 和 a1） ，確定其搭邊值為： 兩工件間的搭邊值：a 1=2mm 工件側面搭邊值：a=3mm 表 3.1 搭邊值 a 和 a14 手工送料 圓形 非圓形 往復送料 自動送料 材料厚度 a a1 a a1 a a1 a a1 8 7 6 8 7 9 8 8 7 3.3 確定排樣圖 在沖壓零件中，材料費用占 60%以上，排樣的目的就在于合理利用原材料，因此材 料的利用率是決定產品成本的重要因素，必須認真計算，確保排樣相對合理，以達到較 好的材料利用率。 排樣方法可分為三種：1有廢料排樣 2少廢料樣 3無廢料排樣 少廢料排樣的材料利用率也可達 70%90%。但采用少、無廢料排樣時也存在一些缺 點，就是由于條料本身的公差以及條料導向與定們所產生的誤差，使工作的質量和精度 較低。另外，由于采用單邊剪切，可影響斷面質量和模具壽命。 根據(jù)本工件的形狀和批量，對模壽命有一定要求，固采用有廢料排樣方法。 排樣時工件之間以及工件與帶料側邊之間留下的余料叫做搭邊。搭邊的作用是補償 定位誤差，保證沖出合格的工件。還可以使帶料有一定的剛度，便于送進。 3.3.1 送料步距與帶料寬度 本模具排樣采用單排排列，采用單側側刃粗定距，重要處再用導正銷精定位。 角片套冷沖壓工藝及級進模設計 17 送料步距：S=L 1+L2 （3- 1） 式中：L 1產品送料方向最大尺寸； L2產品送料方向切搭邊寬度，必須不小于 a1； a1送料方向搭邊。 已知：L 1=38.6mm，L 2=3mm（由于是先切廢料，凸模不能太薄，故取 3mm） 所以：S=38.6+3=41.6mm 。 根據(jù)本模具的特點帶料寬度： （3-2）01max)(nbDB 式中：D max產品送料方向最大尺寸； a 送料方向搭邊； n 側刃數(shù)目； b1側刃沖切的料邊寬度； 條料寬度偏差。 已知：D max=38.6mm，a=3mm ，n=1（單面?zhèn)热校?，t=0.8mm。 =0.15 （查表 3.2 條料寬度偏差 ，即查參考文獻4，P31 頁，表 2-17 條 料寬度偏差 ） b1=1.5（查參考文獻4 ， P32 頁，表 2-19 b1、y 值） 表 3-2 條料寬度偏差 3 條料厚度 t 條料寬度 B 0.5 0.5 1 12 23 35 20 0.05 0.08 0.10 2030 0.08 0.10 0.15 3050 0.10 0.15 0.20 表 3-3 b1、y 值 3 b1 材料厚度 t 金屬材料 非金屬材料 y 1.5 11.5 1.52 0.10 1.52.5 2.0 3 0.15 2.53 2.5 4 0.200 15.0 15.0 1max 6)326.8()2( nbDB 導料板間距離： （3-3）ZnbaDZBmx （3-4）yax1 式中：B 沖切前導料板間距離； B1 沖切后導料板間距離； Z沖切前的條料與導料板間的間隙，見表 3-4； y沖