沖壓模具 畢業(yè)論文

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1、1 緒論 1.1 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，是一種其它加工方法所不能相比和不可替代的先進制造技術(shù)，在制造業(yè)中具有很強的競爭力，被廣泛應(yīng)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(xué)、數(shù)學(xué)、金屬材料學(xué)、機械科學(xué)以及控制、計算機技術(shù)等方面的知識后，已經(jīng)形成了沖壓學(xué)科的成形基本理論。以沖壓產(chǎn)品為龍頭，以模具為中心，結(jié)合現(xiàn)代先進技術(shù)的應(yīng)用，在產(chǎn)品的巨大市場需求刺激和推動下，沖壓成形技術(shù)在國民經(jīng)濟

2、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。 1.2 沖壓技術(shù)的進步 進幾十年來，沖壓技術(shù)有了飛速的發(fā)展，它不僅表現(xiàn)在許多新工藝與新技術(shù)在生產(chǎn)的廣泛應(yīng)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(shù)的認識與掌握的程度有了質(zhì)的飛躍[1]。 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(shù)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、并且正在向智能化、集成化的方向發(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。

3、 圖1-1 沖壓作業(yè)方式的進化 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(jié)合現(xiàn)代技術(shù)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(shè)計、開發(fā)、生產(chǎn)、銷售、售后服務(wù)全過程通過計算機等技術(shù)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(shù)水平提高到一個新的高度。 1.3 模具的發(fā)展與現(xiàn)狀 模具是工業(yè)生產(chǎn)中的基礎(chǔ)工藝裝備，是一種高附加值的高技術(shù)密集型產(chǎn)品，也是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的重要領(lǐng)域，其技術(shù)水平的高低已成為衡量一個國

4、家制造水平的重要標(biāo)志。隨著國民經(jīng)濟總量和工業(yè)產(chǎn)品技術(shù)的不斷發(fā)展，各行各業(yè)對模具的需求量越來越大，技術(shù)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)展重點主要應(yīng)表現(xiàn)在 [2]： （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(biāo)準(zhǔn)件； （5）其它高技術(shù)含量的模具。 目前我國模具年生產(chǎn)總量雖然已位居世界第三，其中，沖壓模占模具總量的40%以上[2]，但在整個模具設(shè)計制造水平和標(biāo)準(zhǔn)化程度上，與德國、美國、日本等發(fā)達國家相比還存在相當(dāng)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(shè)計和制造難度大，質(zhì)

5、量和精度要求高，代表覆蓋件模具的水平。在設(shè)計制造方法、手段上已基本達到了國際水平，模具結(jié)構(gòu)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，以國外相比還存在一定的差距。標(biāo)志沖模技術(shù)先進水平的多工位級進模和多功能模具，是我國重點發(fā)展的精密模具品種，在制造精度、使用壽命、模具結(jié)構(gòu)和功能上，與國外多工位級進模和多功能模具相比，存在一定差距[2-3]。 1.4 模具CAD/CAE/CAM技術(shù) 沖壓技術(shù)的進步首先通過模具技術(shù)的進步來體現(xiàn)出來。對沖模技術(shù)性能的研究已經(jīng)成為發(fā)展沖壓成形技術(shù)的中心和關(guān)鍵。 20世紀(jì)60年代初期，國外飛機、汽車制造公司開始

6、研究計算機在模具設(shè)計與制造中的應(yīng)用。通過以計算機為主要技術(shù)手段，以數(shù)學(xué)模型為中心，采用人機互相結(jié)合、各盡所長的方式，把模具的設(shè)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(shù)進入到綜合應(yīng)用計算機進行設(shè)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(shù)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(guān)鍵技術(shù)，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(shù)人員借助于計算機對產(chǎn)品性能、模具結(jié)構(gòu)、成形工藝、數(shù)控加工及生產(chǎn)管理進行設(shè)計和優(yōu)化[4]。模具CAD/CAE/CAM技術(shù)能顯著縮短模具設(shè)計與制造周期，降低生產(chǎn)

7、成本和提高產(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(fù)雜，從試點到普及的過程。進入本世紀(jì)以來，模具CAD/CAE/CAM技術(shù)發(fā)展速度更快，應(yīng)用范圍更廣。 在級進模CAD/CAE/CAM發(fā)展應(yīng)用方面，本世紀(jì)初，美國UGS公司與我國華中科技大學(xué)合作在UG-II（現(xiàn)為NX）軟件平臺上開發(fā)出基于三維幾何模型的級進模CAD/CAM軟件NX-PDW。該軟件包括工程初始化、工藝預(yù)定義、毛坯展開、毛坯排樣、廢料設(shè)計、條料排樣、壓力計算和模具結(jié)構(gòu)設(shè)計等模塊。具有特征識別與重構(gòu)、全三維結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)等顯著特色，已在2003年作為商品化產(chǎn)品投入市場。與此同時，新加波、馬來西亞、

8、印度及我國臺灣、香港有關(guān)機構(gòu)和公司也在開發(fā)和試用新一代級進模CAD/CAM系統(tǒng)。 我國從上世紀(jì)90年代開始，華中科技大學(xué)、上海交通大學(xué)、西安交通大學(xué)和北京機電研究院等相繼開展了級進模CAD/CAM系統(tǒng)的研究和開發(fā)。如華中科技大學(xué)模具技術(shù)國家重點實驗室在AutoCAD軟件平臺上開發(fā)出基于特征的級進模CAD/CAM系統(tǒng)HMJC，包括板金零件特征造型、基于特征的沖壓工藝設(shè)計、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計、標(biāo)準(zhǔn)件及典型結(jié)構(gòu)建庫工具和線切割自動編程5個模塊。上海交通大學(xué)為瑞士法因托（Finetool）精沖公司開發(fā)成功精密沖裁級進模CAC/CAM系統(tǒng)。西安交通大學(xué)開發(fā)出多工位彎曲級進模CAD系統(tǒng)等。近年來，國內(nèi)一些軟件

9、公司也競相加入了級進模CAD/CAM系統(tǒng)的開發(fā)行列，如深圳雅明軟件制作室開發(fā)的級進模系統(tǒng)CmCAD、富士康公司開發(fā)的用于單沖模與復(fù)合模的CAD系統(tǒng)Fox-CAD等[4]。 展望國內(nèi)外模具CAD/CAE/CAM技術(shù)的發(fā)展，本世紀(jì)的科學(xué)技術(shù)正處于日新月異的變革之中，通過與計算機技術(shù)的緊密結(jié)合，人工智能技術(shù)、并行工程、面向裝配、參數(shù)化特征建模以及關(guān)聯(lián)設(shè)計等一系列與模具工業(yè)相關(guān)的技術(shù)發(fā)展之快，學(xué)科領(lǐng)域交叉之廣前所未見。今后10年新一代模具CAD/CAE/CAM系統(tǒng)必然是當(dāng)今最好的設(shè)計理念、最新的成形理論和最高水平的制造方法相結(jié)合的產(chǎn)物，其特點將反映在專業(yè)化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化、智能化四個方面。主要表現(xiàn)在

10、[4]： （1）模具CAD/CAM的專業(yè)化程度不斷提高； （2）基于網(wǎng)絡(luò)的CAD/CAE/CAM一體化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(shù)的結(jié)合日益緊密。 1.5 課題的主要特點及意義 該課題主要針對電器開關(guān)過電片零件，在對過電片沖孔、落料和壓彎等成形工藝分析的基礎(chǔ)上，提出了該零件采用多工位級進模的沖壓方案；根據(jù)零件的形狀、尺寸精度要求，設(shè)計過程中綜合考慮采用“雙列直對排法”排樣，成形側(cè)刃定位，保證工件的尺寸和形狀位置精度要求的同時，提高了材料的利用率和勞動生產(chǎn)率。 本課題涉及的知識面廣，綜合性較強，在鞏固大學(xué)所學(xué)知識的同時

11、，對于提高設(shè)計者的創(chuàng)新能力、協(xié)調(diào)能力，開闊設(shè)計思路等方面為作者提供了一個良好的平臺。 2 沖壓工藝方案的制定 圖2-1 零件圖 材料：H68普通黃銅 料厚：0.5mm 該零件為某電器開關(guān)過電片，是一家電器生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)品中的一個主要零件，如圖2-1所示,其作用是通過開關(guān)扳手的運動由過電片讓電流通或斷。該零件生產(chǎn)屬于大批量生產(chǎn)，零件結(jié)構(gòu)緊湊，沖裁壁厚很?。ㄗ钚√帪?.75mm），成形過程相互干涉，在復(fù)合模中難于實現(xiàn)；若用簡單的落料、沖孔、彎曲模等單工序模也可達到?jīng)_壓要求，這樣模具雖然簡單了，但是沖壓所用的設(shè)備和人員較多，沖壓工序中的定位也較麻煩，加上零件較小，裝料時易產(chǎn)生不安全的現(xiàn)象

12、，而且工序較多效率較低故不被推廣。為減少零件在生產(chǎn)中的多次定位對其精度和生產(chǎn)率的影響，一要產(chǎn)品批量較大，對零件的一致性要求較高，二是具有H68良好的彎曲和沖裁性能，經(jīng)過反復(fù)比較，適宜采用較為復(fù)雜的多工位級進模制造。 2.1 工藝分析 本電器開關(guān)過電片從總體上看是一個帶雙孔的“”形彎曲件，該零件需要控制的尺寸有，，，，分別為公差等級IT11，IT12級，其余尺寸均為未注公差，可以按IT12級取公差。該零件材料為H68普通黃銅，料厚為0.5mm，因而從尺寸精度和材料方 圖2-2 零件展開圖 面分析比較適合用沖壓加工。經(jīng)計算得零件毛坯展開尺寸，如圖2-2所示，最長處為22.86mm，最寬

13、處為6.8mm，屬于小型沖壓件。由于“”形彎曲件兩直邊折彎方向相反，故彎曲模必須有兩個方向的彎曲動作?，F(xiàn)改為“”形彎曲件，它是“”形件的成對彎曲，然后再切斷為二個“”形件，這樣使兩邊的彎曲力相互平衡，同時也減少了彎曲時的毛坯移動。 2.2 排樣圖設(shè)計 排樣圖是多工位級進模設(shè)計的關(guān)鍵，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及與相鄰毛坯的關(guān)系，而且對材料的利用率、沖壓加工的工藝性以及模具的結(jié)構(gòu)和壽命等有著顯著的影響[5]故應(yīng)針對零件和零件展開后的工藝特點，并綜合考慮工藝分析各個因素后，設(shè)計合理的排樣圖及具體工位安排。該過電片零件形狀一頭大一頭小，若采用單列排樣則材料的

14、利用率較低，故采用雙列排樣；又為了減少制件在沖壓時的移動和抵消彎曲力，綜合考慮采用“雙列直對排法”，由于制件較小，采用“雙列直對排法”排樣的模具體積也不會很大，同時按“雙列直對排法”排樣為“一模四件”生產(chǎn)，大大提高了生產(chǎn)效率，因此這樣的排樣比較科學(xué)合理。查文獻[6]表2-13取搭邊值a=1.2mm，沖切外形時工件間的搭邊連接最小寬度取1.8mm。 故：條料寬度 b=22.86mm2 + 1.2mm2 + 1.8mm =49.92mm，取b=50mm； 沖壓進距 h=6.8mm + 5mm + 1.2mm2 =14.2mm 毛坯排樣圖如圖2-3所示： 圖2-3 排樣圖 根據(jù)以上分析

15、，沖壓如圖2-1所示的零件的級進模分為四個工位。 第一工位：定距沖外形； 第二工位：沖圓孔和腰形孔； 第三工位：“”形彎曲，由導(dǎo)正銷在圓孔中定位； 第四工位：切斷“”形件，分離得四個“”形制件。 計算材料的利用率，一個進距內(nèi)的沖裁面積A： A=92.5mm2+19.6mm24+15.9mm24+51.8 mm2=286.3 mm2 其中，A包括一個進距內(nèi)沖出的小孔面積142mm 故一個進距的材料利用率為： ==59.7% 若沖出的小孔材料可以加以利用，則由本排樣方案計算一個進距的材料利用率為： 3 模具總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 模具總體結(jié)構(gòu)如圖3-1所示，該模具采用后側(cè)導(dǎo)柱

16、模架，沖圓孔凸模19，沖腰形孔凸模18，切斷凸模15，切邊凸模20，壓彎凸模（成形側(cè)刃）16，導(dǎo)正銷29分別和凸模固定板5采用壓入式裝配，用圓柱銷23在上模座上定位，與墊板4一起固定在上模座上；凹模11采用整體加工而成，為了便于制造、試模和維修，壓彎凹模鑲塊17兩件采用鑲拼結(jié)構(gòu)，嵌入沖裁凹模槽孔內(nèi)，并用螺釘加以固定；條料送進步距由成形側(cè)刃定位控制，制件彎曲由導(dǎo)正削精定位，所有凸模卸料由彈性卸料板7完成，沖孔、切邊和切斷廢料由凹模下面的漏料孔逐步排出，制件從料頭分離，由模具終端沿凹模斜面自動落下。 3.1 條料定位裝置 由于側(cè)刃定距方式使沖壓時材料送進準(zhǔn)確可靠，但增加了材料的消耗，也使模具的

17、制造維修趨于復(fù)雜。側(cè)刃的成形沖切即發(fā)揮了側(cè)刃定距的優(yōu)點，又使得有搭邊排樣的有廢料沖壓變?yōu)闊o廢料、少廢料沖壓。 成形側(cè)刃沖壓是將擬選用的側(cè)刃與工件某部分的沖裁結(jié)合，利用沖切出條（帶）料的缺口代替普通側(cè)刃的切邊缺口實現(xiàn)送料限位定距，省去普通側(cè)刃沖切后仍需留出落料沖切的搭邊，實現(xiàn)少無廢料排樣的沖裁[7]。資料表明：在級進模上使用成形側(cè)刃與使用普通側(cè)刃相比，不僅可以節(jié)省沖壓材料6%-10%，成本降低2%-6%，而且可以使連續(xù)沖壓保持較高的勞動生產(chǎn)率的同時，保證工件具有較高的尺寸和形狀位置精度。 圖3-1 模具結(jié)構(gòu)示意圖 1-模柄 2-上模板 3-圓柱頭內(nèi)六角卸料螺釘 4-墊板 5-凸模固定板

18、 6-彈簧 7-卸料板 8-導(dǎo)套 9-導(dǎo)柱 10-下模板 11-凹模 12-墊板 13-內(nèi)六角圓柱頭螺釘 14-圓柱銷 15-切斷凸模 16-壓彎凸模 17-凹模鑲塊 18-沖腰形孔凸模 19-沖圓孔凸模20-切邊凸模（成形側(cè)刃） 21-開槽圓柱頭螺釘22-承料板 23-圓柱銷24-內(nèi)六角圓柱頭螺釘25-圓柱銷26-圓柱銷27-開槽沉頭螺釘 28-導(dǎo)料板 29-導(dǎo)正銷 30-開槽沉頭螺釘 31-螺塞 32-彈簧 本設(shè)計在送料

19、前進方向的兩側(cè)采用雙成形側(cè)刃定距，如圖2-3所示，即為使用成形側(cè)刃的排樣圖，側(cè)刃長度稍大于送料進距，以便導(dǎo)正銷伸入預(yù)沖孔時導(dǎo)料略后退。成形側(cè)刃尺寸按式（3-1）計算： L=h+（0.05～0.10） （3-1） 式中，L—成形側(cè)刃斷面沿送料方向的長度（mm），這里； h—步距（mm） 精確定位由導(dǎo)正銷29與條料上的導(dǎo)正孔φ5來實現(xiàn)，該模具裝有2件導(dǎo)正銷，結(jié)構(gòu)形式如圖3-1所示，條料寬度方向由左、右導(dǎo)料板28導(dǎo)向，承料板22承料。 3.2 出料裝置 采用彈性卸料板7卸料，彈性卸料板由彈簧6產(chǎn)生的彈性實現(xiàn)卸料，并穿過卸料螺釘3桿部安裝在凸

20、模固定板與卸料板之間。導(dǎo)正銷與導(dǎo)正孔之間存在一定的間隙，一般可以避免導(dǎo)正銷卡在導(dǎo)正孔內(nèi)，若為了防止導(dǎo)正銷卡在導(dǎo)正孔內(nèi)，可以采用在局部設(shè)計卸料塊與彈簧，靠彈簧產(chǎn)生的彈性實現(xiàn)卸料。沖孔、切邊廢料和切斷廢料由凹模下方的漏料孔逐步排出，制件由模具終端沿斜面自動落下。 3.3 模具結(jié)構(gòu)特點 采用雙成形側(cè)刃對稱布置，切邊定距，沖出工件部分外形，充分利用料頭和料尾。為了便于送料，在沖切外形時工件之間留有一定的搭邊連接，在沖彎后再切去，工件成形后由凹模11終端的斜面滑出。 3.4 模具工作過程 將裁剪好的寬度為50mm的條料放在下模上，并依靠成形側(cè)刃定位。 第一步：上模下行卸料板在彈簧作用下

21、壓住坯料，切邊凸、凹模完成切廢料工序； 第二步：上模上行條料靠手動向前送一步，上模下行沖孔凸、凹模完成沖孔工序，廢料從下模的下漏料孔排出； 第三步：上模上行條料靠手動向前送一步，上模下行由導(dǎo)正銷精確定位，彎曲凸、凹模完成彎曲工序； 第四步：上模上行條料靠手動繼續(xù)向前送一步，上模下行由切斷凸、凹模完成切斷工序，廢料從下模的下漏料孔排出，同時有四個制件從模具終端落下，完成整個沖壓過程。 4 模具零件的設(shè)計與計算 4.1 凸、凹模刃口尺寸的計算 4.1.1 凸、凹模間隙的選擇 凸、凹模間隙值的大小對沖壓制件質(zhì)量、模具壽命、沖壓力的影響很大，是沖壓工藝

22、與模具設(shè)計中的一個極其重要的工藝參數(shù)。根據(jù)零件材料及料厚，查文獻[8]表2-10，確定沖裁刃口始用雙面間隙值：Zmin=0.025 mm， Zmax=0.045 mm。至于壓彎時凸模與凹模之間的間隙，按材料的性能、厚度以及彎曲件的高度和寬度（彎曲線的長度），取單邊間隙C=（1.0～1.1）t，這里取C=0.5 mm。另外，設(shè)計中考慮在合模時使毛坯完全壓靠，以保證彎曲件的質(zhì)量和尺寸精度。 4.1.2 凸、凹模刃口尺寸計算 沖壓制件的尺寸精度主要決定于模具刃口的尺寸精度，合理間隙的數(shù)值也必須靠模具的刃口尺寸來保證。因此，正確確定模具刃口尺寸極其公差，是設(shè)計沖模的主要任務(wù)之一。 （1）切邊凸

23、、凹模刃口尺寸計算 由于該零件切邊形狀比較復(fù)雜，且為薄材料，為了保證凸、凹模之間的間隙值，擬采用凸、凹模配合加工的方法。先做凸模，然后配做凹模，具體可采用成形磨削加工刃口。 圖4-1 零件切邊尺寸 根據(jù)零件切邊形狀，如圖4-1所示，其中未標(biāo)注公差的尺寸，按IT12級取公差。凸模磨損后尺寸變小的記為A類，有A1=, A2=, A3=，A4=，A5= 尺寸變大的記為B類，有B1=, B2=,B3= ① 對于A類尺寸： 查文獻[6]表2-11得：磨損系數(shù)x1=0.75, x2=1, x3=0.75, x4=1, x5=1 A類尺寸按式(4-1)計算：

24、 （4-1） 式中，—凸模制造公差， 圖4-2 切邊凸模尺寸 ② 對于B類尺寸： 查文獻[6]表2-11得：x1=1, x2=1, x3=1 B類尺寸按式(4-2)計算： （4-2） 該零件切邊凹模刃口各部分尺寸按上述切邊凸模的相應(yīng)部分尺寸配制，保證雙面間隙值Zmin～Zmax=0.025～0.045mm。切邊凸模尺寸標(biāo)注如圖4-2所示。 （2）沖圓孔凸、凹模刃口尺寸計算 圖4-4 沖圓孔凸模尺寸 圓孔形狀簡單，為制造方便，凸、凹模擬采用分開加工。 圖4-3 圓孔尺寸 圓孔尺寸如圖4-3，未注公差按IT12級處理

25、有，按一般要求：模具精度較工件精度高2～3級，查文獻[6]表2-10得，，這樣將不滿足分開加工條件：。 考慮到圓孔容易加工，可以適當(dāng)?shù)奶岣咄?、凹模制造精度，?， 取，，這樣就滿足分開加工條件： 先確定凸模刃口尺寸，查文獻[6]表2-11得：x=0.75，按（4-3）式計算： (4-3) 則： 凹模刃口尺寸，按（4-4）式計算： （4-4） 則：,沖圓孔凸模尺寸標(biāo)注如圖4-4所示 （3）沖腰形孔凸、凹模刃口尺寸計算 腰形孔尺寸如圖4-5，未注公差按IT12級處理有，孔心距。 圖4-5 腰形孔尺寸 腰形孔和圓孔同樣，比

26、較容易加工，按上述沖圓孔凸、凹模刃口計算方法，適當(dāng)提高模具制造精度，以滿足分開加工的條件，取，。 ① 確定凸模刃口尺寸，查文獻[6]表2-11得：x=1，根據(jù)（4-3）式有： 沖腰形孔凸模尺寸標(biāo)注如圖4-6所示。 圖4-6 沖腰形孔凸模尺寸 由式（4-4）得，凹模刃口尺寸為： ② 孔心距 （4-5） 式中 、—凸、凹?？仔木嗟臉?biāo)稱尺寸（mm）； —工件孔心距的標(biāo)稱尺寸（mm）； —工件孔心距的公差（mm） 則： 圖4-7 切斷搭邊尺寸 （4）切斷凸模刃口尺寸計算 零件切斷搭邊廢料形狀尺寸如圖4-7所

27、示，其中未標(biāo)注公差的尺寸，按IT12級取公差。按上述切邊凸、凹模刃口尺寸計算方法，凸、凹模采用配合加工，先加工凸模，然后配做凹模。 同樣，凸模磨損后尺寸變小的記為 A類，有A1=, A2=, A3=, A4=； 尺寸變大的記為B類，有B1=。 ① 對于A類尺寸： 查文獻[6]表2-11得：x1=0.75, x2=1, x3=1, x4=1，由式（4-1）得： 圖4-8 切斷凸模尺寸 ② 對于B類尺寸： 查文獻[6]表2-11得：x=1 由式（4-2）得： 該零件搭邊廢料切斷凹模刃口各部分尺寸按上述切斷凸模的相應(yīng)部分尺寸配制，保證雙面間隙值Zmin

28、～Zmax=0.025～0.045mm，切斷凸模尺寸標(biāo)注如圖4-8所示。 （5）壓彎凸、凹模刃口尺寸計算 圖4-9 壓彎型槽相對位置 壓彎型槽相對位置關(guān)系，如圖4-9所示，相對寬度尺寸標(biāo)注在內(nèi)側(cè)，故應(yīng)以凸臺（相當(dāng)于凸模）為基準(zhǔn)，先計算凸臺尺寸?？紤]到模具磨損和彎曲件的回彈，凸臺尺寸按（4-6）計算： （4-6） 式中，—彎曲件基本尺寸(mm)； —彎曲件制造公差(mm)； —凸臺制造公差，按IT8級選取 則： 兩個壓彎凸模刃邊相對位置尺寸（相當(dāng)于凹模）按凸臺尺寸控制，保證單邊間隙C, 即：

29、 （4-7） 故： 4.2 凸、凹模的設(shè)計 4.2.1 凸模的結(jié)構(gòu)和固定形式 由于沖件的形狀和尺寸的不同，沖模的加工以及裝配工藝等實際條件亦有所不同，所以在實際生產(chǎn)中使用的凸模結(jié)構(gòu)形式也就有很多種形式。一般沖裁凸模的形狀是由產(chǎn)品的形狀決定的，它可以采用直身結(jié)構(gòu)也可采用加強型結(jié)構(gòu)。主要的固定方式有：臺肩固定、鉚接、螺釘和銷釘固定以及粘結(jié)劑澆注法固定等[9]。 圖4-10 凸模固定方式 本設(shè)計中采用用圓形和方形兩種形式的凸模，材料選用T10A鋼，淬火硬度HRC56-60 必要時表面可進行滲氮處理。圓凸模可采用高精度外圓磨床

30、加工，異形凸?？梢圆捎寐呓z線切割加工或成形磨削加工（成形磨削是模具零件成形表面精加工的一種方法，可以獲得高尺寸精度、高表面加工質(zhì)量[7]。 凸模固定方式如圖4-10所示：凸模以過渡配合（K6）固緊在凸模固定板上，頂端形成臺肩，以便固定，并保證在工作時不被拉出，安全可靠。 4.2.2 凸模長度的確定 凸模工作部分的長度應(yīng)根據(jù)模具的結(jié)構(gòu)來確定。一般不宜過長，否則往往因縱向彎曲而使凸模工作時失穩(wěn)。致使模具間隙出現(xiàn)不均勻，從而使沖件的質(zhì)量及精度有所下降，嚴(yán)重時甚至?xí)雇鼓Ｕ蹟唷? 根據(jù)模具設(shè)計結(jié)構(gòu)形式，凸模的長度為 （4-8）

31、 式中，—凸模的長度（mm）； —凸模固定板的厚度（mm），它取決于沖件的厚度t，一般在沖制t<1.5mm的板料時，取15～20mm；當(dāng)t=1.5～2.5mm時，取20～25mm；這里??； —卸料板的厚度（mm），?。? —導(dǎo)料板的厚度（mm），?。? —附加長度（mm）。主要考慮凸模進入凹模的深度（對于沖裁凸模取1mm，對于壓彎凸模根據(jù)零件彎曲高度取5.2mm）以及模具閉合狀態(tài)下卸料板的到凸模固定板間的安全距離（取20mm） 將各數(shù)據(jù)代入式（4-8）中得： 沖裁凸模長度 壓彎凸模長度 4.2.3 凸模的強度計算

32、 沖裁時凸模因承受了全部的壓力，所以它承受了相當(dāng)大的壓應(yīng)力。而 在卸料時，又承受有拉應(yīng)力。因此，在一次沖裁的過程中，其應(yīng)力為拉伸和壓縮交變反復(fù)作用。在一般情況下，凸模的強度是足夠的，因此沒有必要作強度的校核[9]。但針對本過電片零件特點，其中有的凸模斷面尺寸很小，因此必須對相應(yīng)凸模的強度—包括凸模的最小斷面（危險斷面）的承壓能力和抗彎能力進行校核。 （1）凸模承受能力的校核 對凸模最小斷面上的承受能力進行計算時，必須使沖裁力小于或等于危險斷面所允許的最大壓應(yīng)力。由[9]表2-9查得，對于材料為黃銅的沖件，最小的允許凸模相對直徑（）為0.61～0.85，而該模具中凸模刃口最小壁厚1.2mm

33、，,故凸模承受能力滿足要求。 （2）失穩(wěn)彎曲應(yīng)力的校核 凸模在中心軸向壓力的作用下，保持穩(wěn)定（不產(chǎn)生彎曲）的最大長度與導(dǎo)向方式有關(guān)，由卸料板導(dǎo)向凸模最大允許長度按式（4-9）計算： （4-9） 式中，—凸模最大允許長度（mm）； —凸模材料彈性模量，對于鋼材可??； —凸?；驔_孔直徑（mm）； —沖件材料厚度（mm）； —沖件材料抗剪強度（），這里對于H68普通黃銅 現(xiàn)今對最小凸模直徑進行校核計算，將各數(shù)據(jù)代入式（4-9）中得： 所以大于凸模長度，故滿足要求。顯然，其它凸模也滿足彎曲校核要求。 4.2.4 凹模

34、結(jié)構(gòu)形式設(shè)計 圖4-11 壓彎凹模鑲塊 圖4-12 凹模刃壁形式 凹模在設(shè)計中采用整體加工而成，為了便于設(shè)計、制造、維修，壓彎凹模兩件采用鑲拼結(jié)構(gòu)，嵌入沖裁凹模孔內(nèi)，并用螺絲固定，凸、凹之間的間隙為一個料厚。壓彎凸模頭部設(shè)計為圓弧角（R=1），以避免壓彎時擦傷產(chǎn)品。在直角彎曲的壓彎凹?？拷蹚澗€處，設(shè)計一條校正筋，如圖4-11所示，使壓彎時在產(chǎn)品根部產(chǎn)生塑性變形，減小回彈，保證彎曲角。凹模材料與凸模相同，選用T10A鋼，淬火硬度HRC58-62。 如圖4-12所示，為沖裁凹模刃壁形式，適用于薄料沖裁模[10]。一般可以使用電火花穿孔加工凹模[7]。 4.2.5 凹模結(jié)構(gòu)尺寸的

35、確定 凹模設(shè)計應(yīng)考慮的事項是關(guān)于凹模強度、制造方法及其加工精度等。特別是凹?？椎某叽?，在實用上是和制件尺寸一起來考慮的。它關(guān)系到制件質(zhì)量的好壞，因此對其加工表面質(zhì)量亦必須予以充分的考慮。 凹模的厚度和外形尺寸，對于其承受的沖裁力，必須具有不引起破損和變形的足夠強度。沖裁時，凹模承受沖裁力和水平方向的作用，由于凹模的結(jié)構(gòu)形式不一，受力狀態(tài)又比較復(fù)雜，特別是對于復(fù)雜形狀的沖件，其凹模的強度計算就相當(dāng)?shù)膹?fù)雜。因而，在目前一般的生產(chǎn)實際情況下，通常都是根據(jù)沖裁件的輪廓尺寸和板料厚度、沖裁力的大小等來進行概略的估算及經(jīng)驗修正的[9]。結(jié)構(gòu)尺寸計算如下： （1）凹模壁厚 凹模壁厚b按文獻[10]

36、表14-5選擇。 從排樣圖2-3知沖件料寬50 mm（>40-50 mm），料厚0.5 mm（≤0.8 mm），由文獻[10]表14-5取b=30mm。 （2）凹模厚度：凹模厚度h根據(jù)沖裁力F按文獻[10]圖14-15選擇。 先算沖裁力： （4-10） 式中，L— 沖裁件周邊長度（mm）； t— 材料厚度（mm），t=0.5mm； t— 材料抗剪強度（MPa），τ=240MPa； K— 系數(shù)。考慮到模具刃口的磨損，模具間隙的波動，材料力學(xué)性能的變化及材料厚度偏差等因素，一般取K=1.3。 算得整個沖壓工序中沖裁

37、周邊長度L=388mm，代入式（4-10）得： F=1.33882400.5≈60KN 由文獻[10]圖14-15中取凹模厚度h=20mm。 （3）凹模外形尺寸 根據(jù)排樣圖2-3所注尺寸和上述凹模厚度h與壁厚b，可以得出： 凹模長L=124 mm； 凹模寬B=110 mm； 故初步有了凹模外形尺寸LBh=12411220 mm。 根據(jù)要求，上述凹模外形尺寸須向國家標(biāo)準(zhǔn)靠攏，對照文獻[10]表14-6（摘自GB2858-81），將上述尺寸改為12512520 mm。 （4） 刃壁高度 垂直于凹模平面的刃壁，其高度h0可以按下列規(guī)則計算[10]： 沖件料厚t≤3 mm，h0

38、=3 mm； 沖件料厚t>3 mm，h0=t； 所以，這里取h0=3 mm。 （5） 凹模鑲塊尺寸設(shè)計 對于凹模鑲塊的尺寸，可以參見相關(guān)零件圖紙。 4.3 模板的設(shè)計 標(biāo)準(zhǔn)的級進模模板包括：卸料板、固定板、凹模板、墊板、上模板、下模板，其中卸料板、固定板、凹模板是關(guān)鍵的三塊模板，也是級進模比不可少的[11]。該模具中固定板起著固定凸模的作用，卸料板主要起卸料、壓料同時還具有一定的導(dǎo)向作用；凹模板前面已經(jīng)提到，既充當(dāng)凹模刃口，又可以在其上鑲拼凹模鑲塊。 另外，在進行級進模設(shè)計時，有一項很重要，就是設(shè)計讓位，一般彎曲或成形等工位的所有后續(xù)工位都需要讓位，而且要充分讓位，不但需要考慮靜

39、態(tài)讓位，還要考慮動態(tài)讓位[11]。本設(shè)計中在凹模板上直接開槽讓位，工件成形后由凹模終端的斜面滑出，保證了送料的順暢。 凹模外形尺寸前面已述，該級進模其它模板的外形尺寸設(shè)計如下： 凸模固定板 ； 上墊板 ； 下墊板 ； 導(dǎo)料板 ； 卸料板 ；卸料板凸臺高度根據(jù)導(dǎo)向裝置導(dǎo)料板厚度來確定，取h =H-(0.1～0. 3)t=3-0.20.5=2.9 mm，所以卸料板整體高度為14.9 mm； 上模板 （標(biāo)準(zhǔn)件）； 下模板 （標(biāo)準(zhǔn)件）； 故：模具閉合高度 4.4 卸料彈簧的選用 先算卸料力，查文獻[8]表2-15得卸料力系數(shù)，則：

40、 （1）根據(jù)模具的結(jié)構(gòu)初定8根彈簧，每根彈簧分擔(dān)的卸料力為： （2）查文獻[12]表10-1，并考慮到模具結(jié)構(gòu)尺寸，初選彈簧參數(shù)為：彈簧鋼絲直徑d=2mm，彈簧中徑D2=12mm，節(jié)距t=4.28mm，工作極限負荷Fj=188N，自由高度h0=40mm，有效圈數(shù)n=8.5，工作極限負荷下變形量hj=17.3mm，展開長度L=396mm。[規(guī)格標(biāo)記為：彈簧21240] （3）彈簧預(yù)壓量。由Fj=188N，hj=17.3mm，考慮卸料的可靠性，取彈簧在預(yù)壓量為h1時就應(yīng)有150N的壓力，故： （4）檢查彈簧最大壓縮量是否滿足上述條件：沖裁時卸料板的工作行程h2=6.2mm;考慮凸

41、模的修模量h3=4mm;彈簧的預(yù)壓量為h1=14.4mm；故彈簧總壓縮量為 h1+h2+h3=14.4mm+6.2mm+4mm=24.6mm hj=17.3mm<24.6mm ，故所選的彈簧不合適。 所以，改選彈簧鋼絲直徑d=3.0mm，彈簧中徑D2=18mm，節(jié)距t=6.13mm，工作極限負荷Fj=388N，自由高度h0=45mm，有效圈數(shù)n=6.5，工作極限負荷下變形量hj=18.2mm，展開長度L=481mm。[規(guī)格標(biāo)記為：彈簧31845] 計算彈簧預(yù)壓量： 故彈簧總壓縮量為：h1+h2+h3=7.0mm+6.2mm+4mm=17.2mm hj=18.2mm>17.2mm，所

42、以該規(guī)格的彈簧滿足要求。 4.5 其它零件的設(shè)計 在級進模中，一些輔助零件對模具的順利工作也起著重要的作用。針對該級進模，這里主要介紹導(dǎo)正銷的設(shè)計。 本級進模設(shè)計當(dāng)中，通過導(dǎo)正削與在前一個工位上沖了的兩個的孔實現(xiàn)精確定位，保證產(chǎn)品的精度。進行導(dǎo)正銷設(shè)計時注意到控制導(dǎo)正銷的長度，保證當(dāng)模具在自由狀態(tài)時導(dǎo)正銷的直壁部分伸出卸料板的長度要小于產(chǎn)品的一個料厚，這樣就可以有效地避免帶料現(xiàn)象[11]。模具在自由狀態(tài)時導(dǎo)正銷的直壁部分伸出卸料板的長度為0.3mm。 5 沖壓設(shè)備的選用 根據(jù)所要完成的沖壓工藝性質(zhì)、生產(chǎn)批量的大小、沖壓件的幾何尺寸和精度要求來選定設(shè)備類型。 開式曲柄壓力機雖

43、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(yīng)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(fù)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。 5.1 沖壓力的計算 該級進模采用彈性卸料和下出料方式。 由4.2節(jié)及4.4節(jié)計算知：； 計算推件力，查文獻[8]表2-15得推件力系數(shù)，則： （5-1） 式中，—卡在凹模孔口中的工件個數(shù)，取，故 計算彎曲力，應(yīng)該是自由彎曲力與校正彎曲力之和。即

44、 （5-2） 由于校正彎曲時，校正彎曲力比自由彎曲力大得多，故可以忽略，而的大小取決于壓力即的調(diào)整，根據(jù)相關(guān)經(jīng)驗計算初定為 所以， 所選壓力機的公稱壓力必須大于。 5.2 選擇壓力機 根據(jù)上述沖壓力的計算，初步選用型號為J23-16開式雙柱可傾壓力機。該型號壓力機主要技術(shù)規(guī)格如下[8]： 公稱壓力 160KN; 滑塊行程 55mm; 最大閉合高度 220mm; 最大裝模高度 180mm; 連桿調(diào)節(jié)量 45mm; 工作臺尺寸（前后mm左右mm） ; 墊板尺寸（厚度mm孔徑mm） ; 模柄孔尺寸（直徑mm深度mm） ; 滑塊中心至

45、床身中心距離 160mm; 最大傾斜角 35 由4.3節(jié)計算知：模具閉合高度 故，所選壓力機裝模高度與模具閉合高度滿足下式 還可以看出取在：，這樣可以避免連桿調(diào)節(jié)過長，螺紋接觸面積過小而被壓壞。 6 壓力中心的計算 沖裁時的合力作用點或多工序模各工序沖壓力的合力作用點，稱為模具壓力中心。如果模具壓力中心與壓力機滑塊中心不一致，沖壓時會產(chǎn)生偏載，導(dǎo)致模具以及滑塊與導(dǎo)軌的急劇磨損，降低模具和壓力機的壽命。因此，設(shè)計時應(yīng)該正確算出沖裁時的壓力中心，并使壓力中心和模柄軸心線重合；若因沖件的形狀特殊，從模具結(jié)構(gòu)方面考慮不宜使壓力中心與模柄軸心線相重合，也應(yīng)注意盡量使壓力中心的偏離

46、不超過所選壓力機模柄孔投影面積的范圍，以下通過解析法確定模具的壓力中心。 6.1 計算步驟 （1）建立平面直角坐標(biāo)系； （2）計算出各單一圖形的壓力中心到坐標(biāo)軸的距離x1、x2、x3、…xn和y1、 y2、 y3、… yn ； （3）將計算數(shù)據(jù)分別代入式（6-1a）和（6-1b），即可求得壓力中心坐標(biāo) （x0, y0）。 （6-1a） （6-1b） 6.2 計算壓力中心 根據(jù)排樣圖設(shè)計及各工位在模具上的相對位置，建立直角坐標(biāo)系， 如圖6-1所示： 圖6-1 壓力中心計算圖 由對稱性可知，各工序沖壓力的合力作

47、用點落在x軸上，即坐標(biāo)，將所計算的各工位上的沖壓力及圖6-1中所標(biāo)注的x坐標(biāo)值代入式（6-1）中得：坐標(biāo)，故在此坐標(biāo)系中模具壓力中心坐標(biāo)為（7，0）。所以該模具壓力中心（機床滑塊中心）與模具中心左右偏移10.5mm(可供模具安裝時參考)。 7 總結(jié) 設(shè)計是源頭，設(shè)計雖然只占模具成本的10%左右，卻決定了整個模具成本的70%～80%。所以，作者在設(shè)計時詳盡地考慮了模具結(jié)構(gòu)，考慮提高生產(chǎn)率，如何方便維修。但是，又不能完全依賴于設(shè)計，在實際生產(chǎn)中要具體問題具體分析，根據(jù)實際狀況進行模具調(diào)整也是必需的。在生產(chǎn)中模具的維修、保養(yǎng)也是很重要的。在模具維修時，應(yīng)該多注意細節(jié)，找出根本原因，針對其維修

48、。在拆裝模具時，要認真仔細，以防損傷模具。定期的維護、保養(yǎng)也可以大大提高模具壽命。 從整個設(shè)計過程來看，該電器開關(guān)過電片采用多工位級進模，模具結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，加工簡單，操作方便，通過連續(xù)沖裁、彎曲等幾道工序一次成形，工作效高，零件成形質(zhì)量好，大大提高了生產(chǎn)率，降低了生產(chǎn)成本，滿足了生產(chǎn)需求，而且該設(shè)計思路可擴展推廣到其它類似零件的產(chǎn)品模具設(shè)計中。當(dāng)然，由于作者知識水平有限，對實踐的缺乏，當(dāng)中不乏有不足之處，還有待在以后的工作實踐當(dāng)中不斷地完善和創(chuàng)新！ 致謝 本次設(shè)計是在指導(dǎo)老師博士的悉心指導(dǎo)下完成的，其間得到了老師的指導(dǎo)。導(dǎo)師敏銳的學(xué)術(shù)思想，嚴(yán)謹?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，認真

49、的工作作風(fēng)使學(xué)生受益非淺。值此成文之際，特向老師致以忠心的感謝和誠摯的敬意。 作者在設(shè)計過程當(dāng)中，得到同窗好友、、、、的支持以及在AutoCAD2004軟件應(yīng)用、參考資料提供等方面的具體性指導(dǎo)和幫助，在此作者向他們表示深深的謝意。非常感謝他們同我一起學(xué)習(xí)和生活，在美麗的昌航留下我們真摯的友誼。 特別感謝我的父母，是他們對我的支持和無私的奉獻，使得我能夠順利完成學(xué)業(yè)。 最后，謹以此文獻給所有關(guān)心和幫助過我的人們！ 作者： 年月于 參考文獻 [1] 李碩本等編著.沖壓工藝?yán)碚撆c新技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2002.11

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