墊板冷沖壓工藝模具設計【說明書+CAD】

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沖壓模具設計中側壁起皺的分析 F.-k. Chen and Y.-C. Liao 臺灣 臺北市國立臺灣大學機械工程部門 在沖壓過程中，起皺一般發(fā)生在有錐度的方形杯子和帶有階梯的矩形杯子成形時。這兩種起皺類型的共同特征是起皺都發(fā)生在相對沒有支撐的側壁。在沖壓一個有錐度的方形杯子時，當發(fā)生起皺時，比如沖模間隙和沖壓毛壞的壓力大小等參數(shù)的影響通過有限元模擬方法被檢查到。模擬結果顯示沖模間隙越大，起皺的就越明顯，而且起皺不能通過增加沖壓力來被抑制。在研究帶有階梯的矩形杯子沖壓過程的起皺時，發(fā)現(xiàn)了一個有相似幾何類型的實際部分。在側壁被發(fā)現(xiàn)的起皺是因為介于沖頭和階梯邊緣的金屬板料不平衡伸展造成的。為減少起皺，一個最適宜的沖模設計方法就是利用有限元分析法。在無起皺產品中介于模擬結果和實測結果的好協(xié)議使有限元分析法生效，而且證實了利用有限元分析法去設計沖模的優(yōu)勢。 關鍵詞：側壁起皺；沖模；階梯的矩形杯子；帶有錐度的主形杯子 1． 介紹 起皺是在金屬板料成形中主要的缺陷之一。由于性能和視察的原因，在產品中起皺往往不能被接受。在金屬板料成形過程中，有三種形式的起皺頻繁的發(fā)生：邊緣起皺，側壁起皺和由于殘余的彈性壓力引起的未變形區(qū)域的彈性彎曲。在沖壓一個復雜形狀零件的操作時，側壁起皺意味著沖模腔中的起皺。由于側壁區(qū)域的金屬板料相對于其它區(qū)域的金屬板料不被工具所保征質量，側壁起皺的消除比邊緣起皺的抑制更難。很明顯，在未被加固的側壁區(qū)域中的金屬材料的額外拉伸可能防止起皺，而且在實際操作中也可以通過增加沖壓力來防止起皺，但是過度的拉力會通過裂痕導致失敗。因此，沖壓力必須處于一個狹小的范圍，一方面，要高于抑制起皺的力，另一方面，要低于產生破裂的力。沖壓力的狹小范圍很難計算。對于沖壓一個復雜形狀的零件，當起皺發(fā)生在中心區(qū)域時，有意義的沖壓力范圍甚至不存在。 為了檢查起皺的形成結構，Yoshida et al.發(fā)明了一種測試，在這種測試里，一塊薄板料不是均勻的沿著它的斜度被拉伸。他們也計劃一個近似的理論模型，在這種模型里面，起皺的開始取決于在壓力不均勻區(qū)域中有壓縮的側部力的彈性灣曲。Yu et al.從實驗性和分析性上研究起皺問題，通過理論分析，他發(fā)現(xiàn)帶有兩個圓周波的起皺可能發(fā)生，然而，實驗結果顯示是四到六個。當通過一個有錐度的模具畫出金屬板料時，Narayanasamy和sowerby用平底的沖頭和半球狀的沖頭檢查金屬板料的起皺。他們也試圖去把可以抑制起皺的道具分類。 那些努力都被聚中于和簡單形狀零件關聯(lián)的起皺問題上，例如：一個圓形的杯子。在90年代早期，金屬板料成形中三維動態(tài)軟件和有限元方法的成功運用使得分析包括在沖壓一個復雜形狀零件的起皺問題成為可能。在當前的研究中，三維有限元分析法被用來分析在沖壓一個帶有階梯的矩形部分的過程中，產生起皺的金屬流動制造參數(shù)上。 一個帶有階梯的方形杯子，在杯子的每一邊都有一個傾斜的側壁，在帶有錐度的杯子也相應的存在傾斜的側壁。在沖壓過程中，側壁上的金屬板料相對沒被支撐，因此，這個部位更容易起皺。在當前的研究中，起皺過程中的各種不同的制造參數(shù)的影響都在被研究。在沖壓一個帶有階梯的方形杯子時，就像圖1B顯示的一樣，可以觀測到另一種形式的起皺。為了評估分析的效力，在當前的研究中，一個確切階梯幾何形狀的物體被檢測。通過使用有限元分析法和用適宜的模具設計來減少起皺，起皺的原因被確定。在觀測一個實際產品成形時，通過有限元分析法得到的模具設計方法得到證實。 圖1帶有錐度方形杯子的拉伸（a）和帶有階梯的矩形杯子的拉伸（b） 2有限元模型 包括沖頭、模具和毛壞固定器等工具幾何學是用CAD或PRO/E軟件來設計的。同樣用CAD軟件，三節(jié)點和四節(jié)點的外形元素被采用用來為以上工具生產網(wǎng)眼系統(tǒng)。對于有限元模擬來說，工具被認為是剛硬的，而且對應的網(wǎng)眼被用來定義工具幾何學而不是壓力分析。同樣CAD軟件使用四節(jié)點外形元素來為板形壞料構造網(wǎng)眼。圖2顯示工具的完整布置的網(wǎng)眼系統(tǒng)和用來沖壓帶有階梯方形杯子的板形壞料。由于對稱條件，方形杯子的四分之一被分析。在模擬中，板形壞料放在壓力機上，沖模向下移動，逆著壓力機夾緊板形壞料。然后沖模上升使得板形壞料按著模腔成形。 圖2 有限元網(wǎng)眼 為了表演一個精確的有限元分析法，金屬板料的真實應力應變曲線被要求是輸入數(shù)據(jù)的一部分。在當前的研究中，拉深成形的金屬板料也被用來模擬。為在飛機上切割下的樣本測試被進行，它們依次從0度的旋轉方向到45度的旋轉方向，再到90度的旋轉方向進行著。平均的流動力σ，計算方程為σ=（σ0+2σ45+σ90）/4，因為每一個方法真實應變通常用來模擬帶錐度方形杯子和帶階梯矩形的沖壓，就如圖3顯示的那樣。 當前研究中所有的模擬利用有限元程序PAM-STAMP涉及SGI Indigo2工作站。為了完成模似所需輸入數(shù)據(jù)的設置，沖頭的速度一般設置在10m/s，庫侖摩擦系數(shù)設置在0.1。 圖3 金屬板料的應力應變關系 3 錐度方形杯中的起皺 正像圖1a顯示的那樣，草圖暗示著一些有關錐度方形杯子的尺寸，方形沖頭每一面的長度（2WP）、模腔的尺寸（2Wd）和高度(H)被認為是影響起皺的至關重要尺寸。在當前研究中，模腔尺寸和沖頭尺寸的差距的一半稱作沖模間隙（記作G），G= Wd- WP。相關的在側壁沒被支撐的金屬板料的寬度取決于沖模間隙，起皺假想通過增加沖壓力來被抑制。相對于沖壓一個錐度方形杯子，沖模間隙和沖壓力兩方面的影響在接下來的部分被研究。 3.1沖模間隙的影響 為了檢查沖模間隙對起皺的影響，在沖壓一個錐度方形杯子時，分別用20mm，30mm，50mm大小的沖模間隙進行模擬沖壓。在每次模擬沖壓中，模腔的尺寸都是固定在200mm，而且杯子拉深的高度都是100mm。三次模擬中使用的金屬板料都是380X380的方形尺寸，厚度也都是0.7mm，金屬的應力應變曲線如圖3所示。 圖4 G=50mm的帶有錐度的方形杯子 模擬結果顯示三次模擬中都發(fā)生起皺現(xiàn)象，沖模間隙為50mm沖壓出來的杯子模擬形狀如圖4。從圖4中可以看出，起皺分布在側壁，側壁拐角尤其明顯。這就說明在沖壓過程中，起皺是由于在側壁有大面積區(qū)域不被支撐，同樣，由于沖模間隙不一樣，沖頭各邊的長度和模腔尺寸也不一樣。由于橫向壓力的存大，在沖頭和模腔中拉深成形的金屬板料越來越不牢固。在壓縮下，側壁金屬板料不受限制的拉伸是起皺的主要原因。為了比較三種不同間隙沖壓出來的產品，兩個主要的應變比率β被介紹，β=εmin/εmax，這里的εmin和εmax分別是主要的和次要的應變。Hosford和Caddell已經(jīng)展示了β的實際值比β的評論值大，假設當起皺發(fā)生時，β的實際值越大，起皺的可能性就越大。 在三個沖模間隙不同的沖壓中，同一側壁高度，沿著橫截面M-N的β值在圖4中標記出，在圖5中畫出。圖5中說明嚴重的起皺一般發(fā)生在拐角處，而對三個沖模間隙不同的沖壓，在側壁中心很少發(fā)生起皺。還說明了沖模間隙越大，β的實際值就越大。因此，增加沖模間隙將增加在錐度方形杯子側壁處發(fā)生起皺的可能性。 3.2沖壓力的影響 眾所周知，在沖壓過程中，增加沖壓力可以幫助排除起皺。為了研究增加沖壓力的影響，沖模間隙為50mm與起皺是有關聯(lián)的，用沖模間隙為50mm的模具沖壓帶有錐度方形杯子被用不同的沖壓力來模擬了。沖壓從100KN增加到600KN，這兩個力分別產生0.33Mpa和1.98Mpa。在上述部分，剩下的模擬條件與給定的是一樣的。處于中間的300KN也被用來模擬。 模擬結果顯示沖壓力的增加并沒有幫助消除發(fā)生在側壁的起皺。在圖4中已標出沿著橫截面M-N的β值與沖壓力為100KN和600KN的β值作比較。模擬結果指出兩種情況下，沿著橫截面M-N的β值是一樣的。為了檢查兩種不同沖壓力的起皺形狀，正如圖4和圖6標出的那樣，側壁上從底部向上有五處不同位置的橫截面。從圖6可以看出，兩個外殼的波浪形橫截面是相似的。這就說明在沖壓帶有錐度的方形杯子時，沖壓力不影響起皺的發(fā)生，這是因為起皺的原因主要是由于在有橫向壓力存在的側壁處有大面積區(qū)域不被支撐。沖壓力對沖頭和模腔之間材料不穩(wěn)定的模式并沒有影響。 圖5 沿著橫截面M-N不同沖模間隙的β值 4階梯矩形杯子 在沖壓一個階梯矩形杯子時，起皺發(fā)生在側壁即使沖模間隙并不是那么重要。輪廓1顯示沖壓階梯矩形杯子的沖頭草圖，在這張草圖中，側壁C沿臺階D-E而行。在近期的研究中，在一個實際的產品中檢查到了這種幾何形狀。這種產品使用的原材料的厚度是0.7mm，從拉力測試中獲得的應力應變關系如圖3所示。 這種沖壓部分產品的程序包括通過清理焊縫的深拉。在這種深拉過程中，沒有焊縫被用在沖模表面來幫助幫助金屬的流動。但是，由于沖頭拐角處的半徑過小和其復雜的幾何形狀，如圖7顯示的那樣，在沖頭邊緣上部經(jīng)常發(fā)生拉裂，在真實產品的側壁處經(jīng)常發(fā)生起皺。從圖7中可以看出，皺紋發(fā)分布在側壁上，但是在階梯邊緣拐角處最為嚴重，就像圖1（b）中A-D，B-E顯示的那樣。在沖頭的上部邊緣，金屬往往被拉裂，就像圖7所示。 為了進一步的了解沖壓過程中板料的變形，誕生了一種有限元的方法。這種有限元模擬方法被在最初的設計中。部分的模擬形狀如圖8所示。從圖8中可以看出，零件上部邊緣的網(wǎng)眼被拉深，皺紋分布在側壁上，類似真實零件中的那樣。 圖6 從圖a的100KN到圖b的600KN不同側壁高度的橫截面線條 圖7 產品零件中的拉裂和起皺 圖8 產品拉裂和起皺的模擬形狀 如圖1（b）就像A-B邊緣半徑和沖孔拐角處A的半徑一樣，沖孔的半徑也很小，這被認為是拉裂的最主要原因。但是，根據(jù)有限元分析的結果，拉裂可以通過增加以半徑來避免。這種理念在現(xiàn)實產品中通過增加半徑得到證實。 個別的嘗試也被用來消除起皺。第一，沖壓力加到原來的2倍。但是，就像在拉深帶有錐度的杯子中得到的結果一樣，沖壓力對消除起皺現(xiàn)象沒有起有很大的效果。通過增加摩擦和毛坯尺寸也得到同樣的結論。于是我們推測，這種起皺不能通過增加沖壓力來得到抑制。 由于在金屬屈服于過大壓力的區(qū)域，往往會因為大量的金屬流動而起皺，一種通過在起皺區(qū)域增加掛鉤用于消除起皺的簡單方法被用來吸收多余的材料。為了多余的金屬能有效的被吸收，掛鉤應該平衡的加在起皺位置?；谶@種理念，兩個掛鉤被加在鄰近在壁上吸收多余的材料，如圖9如示。模擬結果顯示，階梯拐角處的起皺正如想象的那樣被吸收，但是，一些起皺仍然沒被吸收。這說明在側壁處需要更多的掛鉤來吸收所有過量的材料，但是這在模具設計中是不允許的。 利用有限元分析法分析沖壓工序的一個優(yōu)勢是沖壓過程中板料的變形形狀可以被監(jiān)測，而這在真實的產品沖壓過程中是不可能的。對沖壓過程中金屬流動的精密監(jiān)測顯示板料最開始通過沖頭的力按模腔的形狀成形，直到板料接觸到如圖1（b）階梯D-E邊緣才形成起皺。起皺的形狀如 圖9 加到側壁的起皺 圖10顯示的那樣。這就為模具設計的改進提供了有價值的信息。 圖10 當板料接觸臺階邊緣的起皺形成 圖11 切除了的臺階拐角 對于起皺的發(fā)生，最初的一個猜想是沖頭拐角處范圍A和階梯拐角處范圍D之間的金屬板料處于不平坦的拉深，就如圖1（b）所示。階梯拐角處被切主要是為了改善拉深條件，這樣就允許通過增加階梯邊緣有更多的拉伸被應用到如圖11所示，從而使得模具設計的改進得到發(fā)展。但是，杯子側壁處仍然有起皺，這就意味著起皺是因為整個沖頭邊緣和整個階梯邊緣的不平坦引起的，不僅僅是沖頭拐角處和階梯拐角處之間的不平坦。為了證實這種說法，兩種改進過了的模具設計被用來實驗：為了描述想象中的形狀用兩種拉深操作，一種是切去整個階梯，而另一種是增加更多的拉深操作。前一個方法的模擬形狀所圖12所示。自從更低的階梯被切去后，拉深工序與圖12中的矩形杯子拉深工序性很相似。從圖12中可以看出起皺現(xiàn)象已被消除。 在這兩種操作的拉深工序中，板料最初是被拉到很深的階梯處，如圖13（a）所示，然后，較低的階梯在第二步拉深操作中成形，同是，如圖13（b）所示的想象形狀也得到了。從圖13（b）可以清晰的看出，通過兩步拉深工序可以造出沒有起皺的階梯矩形杯子，同時也說明在兩步拉深工序中，如果相應的順序被應用，則更低一些的階梯處的成形是伴隨更深階梯處成形和最深階梯邊緣處成形的最早成形，如圖1(b)中的A-B，因為金屬不容易通過較低的階梯進入模具型腔。 圖12改善模具設計的模擬形狀 圖13 兩個操作步驟中的a第一步操作 b第二步操作 有限元分析法說明用簡單的拉深操作來設計理想產品的沖壓模具設計是很難完成的。但是，由于額外的模具費用和操作費用，兩個操作的制造費用是很高的。為了保持較低的制造費用，零件的設計師對形狀做出了合適的改變，而且通過有限元模擬分析法結果去切除較低的臺階來改善模具設計，如圖12所示。隨著設計方法的改進，產品真實的沖壓模具被制造出來，而且零件還沒有起皺，如圖14所示。通過有限元模擬分析法得到的零件也沒有起皺。 為了進一步驗證有限元模擬分析法的結果，有限元模擬分析法得到的沿橫截面G-H的厚度分布如圖14所示，這與產品的尺寸做了比較，比較的結果顯示在圖15。從圖15可以看出有限元模擬分析法得到的預想的厚度分布和產品得到的厚度分布是相符合的。這種吻合證實了有限元模擬分析法的效率。 圖14 無缺陷產品零件 圖15 G-H處模擬和測量厚度 5概要和結束語 通過有限元模擬分析法研究了兩種在沖壓過程中的起皺，而且還檢查了其起皺的原因和消除起皺的方法。 第一種形式的起皺發(fā)生在沖壓帶有錐度的方形杯子的側壁上，這種起皺的原因是因為沖模間隙過大（沖模間隙就是模腔的尺寸和沖頭的尺寸的差距）。當金屬被拉至模腔中，在沖頭和型腔中有一有害的拉深時，大的沖模間隙導致金屬板料的大面積區(qū)域不被支撐，因此大面積區(qū)域不被支撐導致起皺。有限元模擬分析法顯示這種起皺不能通過增加沖壓力的方法來得到抑制。 另一種形式的起皺發(fā)生在有階梯矩形的幾何形狀物體沖壓過程中。起皺往往發(fā)生在臺階以上的側壁，甚至沖模的間隙不是足夠的大。通過有限元模擬法得知，這種起皺主要是由于在沖頭和臺階邊緣存在不平坦的拉伸。在模具設計過程中，通過有限元模擬分析法單獨的嘗試被用來消除起皺，切除了臺階的模具被建立。通過無缺陷的零件證實了這種模具設計方法對消除起皺的作用。有限元模擬分析法得到的結果和真實產品中看到的結果相吻合說明了有限元模擬分析法的準確性，還證實了用有限元分析法代替真實的模具制造方法的效力。 感謝 作者希望感謝中國人民共和國民族科學委員會授于NSC-86-2212-E002-028編號才使得這個項目得到發(fā)展。他們也希望感謝KYM提供了產品零件。 參考文獻 1. K. Yoshida， H. Hayashi， K. Miyauchi， Y. Yamato， K. Abe， M. Usuda， R. Ishida and Y. Oike，在金屬板料，皺紋機械工具的效果取決于不均勻的拉深 2. T.X.Yu，W.Johnson 和 W.J.Stronge， “圓形碟子在半球形模具中的沖壓成形”，機械學雜志，26，pp.131-148，1984 3. W.J.stronge，M.P.F.Sutcliffe和T.X.Yu，在沖壓期間，圓形碟子的塑性起皺。實驗的技巧，pp.345-353，1986. 4. R.Narayanasamy和R.Sowerby，“當用一種圓錐形的沖模成形時的金屬板料起皺”，材料處理技術雜志，41，pp.275-290，1994. 5. W.F.Hosford 和 R.M.Caddell，金屬成形:機械和冶金，1993年第二季。 沖壓模具 學校代碼：10410 序 號：0398 本 科 畢 業(yè) 設 計 題目： 沖壓模具 學 院： 工 學 院 姓 名： 黃 旭 學 號： 20050398 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 年 級： 機制051 指導教師： 胡淑芬 二OO九年 五 月 33 沖壓模具畢業(yè)設計 材 料：10鋼 板料厚度：t=0.8mm 生產批量：大批量 任 務：編制沖壓工藝方案、設計模具結構 圖 8 · 摘 要 本次畢業(yè)設計是完成墊板冷沖壓工藝模具設計，采用落料；沖孔工藝。設計中分析了工件的沖壓工藝性，計算了毛坯排樣；沖壓力，刃口尺寸計算等。進行了模具總體結構；主要零部件的設計，繪制了落料；沖孔復合模的模具裝配圖和零部件圖。 關鍵詞： 沖壓工藝 模具設計 裝配圖 一 引 言 隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，模具對于現(xiàn)代工業(yè)來說是十分重要的，尤其是沖壓技術的應用。在各個經(jīng)濟部門中，幾乎都要沖壓加工生產，它不僅與整個機械行業(yè)密切相關，而且與人們的生活息息相關。 模具，是工業(yè)生產的基礎工藝裝備，在電子、汽車、電機、電器、儀表、家電和通訊等產品中，60%-80%的零部件都依靠模具成形，模具質量的高低決定著產品質量的高低，因此，模具被稱之為“百業(yè)之母”。模具又是“效益放大器”，用模具生產的最終產品的價值，往往是模具自身價值的幾十倍、上百倍。 　　模具生產的工藝水平及科技含量的高低，已成為衡量一個國家科技與產品制造水平的重要標志，它在很大程度上決定著產品的質量、效益、新產品的開發(fā)能力，決定著一個國家制造業(yè)的國際競爭力。 　　改革開放以來，我國模具工業(yè)發(fā)展迅猛。1996至2001年間，我國模具工業(yè)的產值年平均增長14%左右。目前，全國共有模具生產廠點1.7萬個，從業(yè)人員50多萬人。2001年全國模具工業(yè)總產值達300億元人民幣，我國模具年產值已位居世界第四。 　　我國模具工業(yè)的技術水平近年來也取得了長足的進步。大型、精密、復雜、高效和長壽命模具上了一個新臺階。大型復雜沖模以汽車覆蓋件模具為代表，已能生產部分新型轎車的覆蓋件模具。體現(xiàn)高水平制造技術的多工位級進模的覆蓋面，已從電機、電器鐵芯片模具，擴展到接插件、電子槍零件、空調器散熱片等家電零件模具。在大型塑料模具方面，已能生產48英寸電視的塑殼模具、6.5Kg大容量洗衣機全套塑料模具，以及汽車保險杠、整體儀表板等模具。在精密塑料模具方面，已能生產照相機塑料模具、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，國內已能生產自動扶梯整體踏板壓鑄模及汽車后橋齒輪箱壓鑄模。其他類型的模具，例如子午線輪胎活絡模具、鋁合金和塑料門窗異型材擠出模等，也都達到了較高的水平，并可替代進口模具。 目 錄 一 引言………………………………………………………………………………3 二 沖壓工藝分析……………………………………………………………………5 2.1 產品結構形狀分析…………………………………………………………5 2.2 產品尺寸，精度，粗糙度，斷面質量分析………………………………5 三 沖壓方案的確定…………………………………………………………………5 四 墊板沖模結構的確定……………………………………………………………7 4.1 模具的形式…………………………………………………………………7 4.2 定位裝置……………………………………………………………………7 4.3 卸料裝置……………………………………………………………………8 4.4 導向裝置……………………………………………………………………8 4.5 模架…………………………………………………………………………8 五 沖壓工藝的計算…………………………………………………………………8 5.1 排樣…………………………………………………………………………8 5.2 計算沖壓力…………………………………………………………………9 5.3 計算模具的壓力中心………………………………………………………10 5.4 計算模具的刃口尺寸………………………………………………………11 六 墊板復合模主要零件的設計計算………………………………………………16 6.1 落料凹模……………………………………………………………………16 6.2 沖孔凸模長度及強度校核…………………………………………………18 6.3 卸料裝置……………………………………………………………………19 6.4凸凹模長度確定，壁厚的校核 ……………………………………………20 七 模座的設計………………………………………………………………………21 7.1 模座的材料…………………………………………………………………21 7.2 上模座………………………………………………………………………21 7.3 下模座………………………………………………………………………21 八 其他零件的選用…………………………………………………………………22 8.1 導柱模架的選用……………………………………………………………22 8.2 導柱導套的選擇……………………………………………………………23 8.3 定位元件的選擇……………………………………………………………24 8.4 模柄的選擇…………………………………………………………………25 8.5 螺釘?shù)倪x擇…………………………………………………………………26 8.6 推桿的選擇…………………………………………………………………27 8.7 頂桿的選擇…………………………………………………………………27 九 沖壓模具的安全技術……………………………………………………………28 十 沖模的安裝………………………………………………………………………28 十一 模具的分析……………………………………………………………………29 十二 心得體會………………………………………………………………………30 參考文獻 ……………………………………………………………………………31 二 沖壓工藝分析： 2.1 產品結構形狀分析 由零件圖可知，產品為長條板型落料，圓片及其他沖孔，對稱，有尖角?？着c孔之間，孔與邊緣之間的最小距離C滿足C>1.5t的要求（C>1.2） 2.2 產品尺寸，精度，粗超度，斷面質量分析 1：尺寸精度 查《磨具設計手冊》得：由于沖裁件的厚度為0.8mm 取 TT8到IT9 2：產品材料分析： 對于沖壓材料一般要求的力學性能是強度低；塑性高；表面質量和厚度公差符合國家標準。本設計是10號鋼，屬于優(yōu)質碳素結構鋼，是低碳鋼。其力學性能是強度，硬度低；塑性，韌性好。經(jīng)退火后，沖裁的加工方法是完全可是成形的。另外，產品對于表面質量沒有嚴格要求，所以盡量選用國家標準板材，其沖裁出餓表面質量就可以保證。 3：產量 要求能夠大批量生產，很適合采用沖壓加工的方法。最好采用復合模或級進模。 三 沖壓工藝方案的確定 完成此工件需要沖孔，落料兩道工序。其加工 工藝方案可分為以下三種。 （一）: 第一種方案：采用單工序逐步加工 1：沖孔，落料單工序模。工序簡圖見1-1 2: 落料，沖孔單工序模。工序簡圖見1-2 特點：由于采用單工序模，模具制造簡單，維修方便，但生產率低，工件精度低，不適合大批量生產。 圖1-1 1 沖孔 2 落料 圖2-2 1 落料 2 沖孔 （二） 第二種方案：采用復合模加工成形，工序圖見圖1-3 圖1-3 特點： 生產率高，工件精度高，但模具制造較復雜，調整維修較麻煩，使用壽命低。 （三） 第三種方案： 采用連續(xù)模加工成形，工序圖見圖1—4 圖1—4 第二工位 第一工位 特點： 生產率高，便于實現(xiàn)機械化，自動化，但模具制造復雜，調整維修麻煩，工件精度低。 根據(jù)本零件的設計要求，以及各種方案的特點，決定采用第二種方案較合理。 四 墊板沖模結構的確定 4.1 模具的形式 復合模又可以分為正裝式復合模和倒裝式復合模。 （1） 正裝式復合模的特點：工件和沖孔的廢料的將落在凹模的表面上。必須加以清除后才能進行下一次沖裁。因此，操作不方便，也不安全，對多孔工件不宜采用。但沖出的零件平直度較高，適合沖裁材質較軟，板料較薄的沖裁件，還可以沖裁孔邊距較小的沖裁件。 （2） 倒裝式復合模的特點:沖孔廢料由沖孔凸模沖入凹模洞中積聚到一定數(shù)量，由下模漏料孔排出，不必清楚廢料。操作方便，應用很廣，并為機械化出件提供了有利條件。但工件表面平直度較差。凸凹模承受的張力較大。 經(jīng)分析，此工件為多孔沖裁件，若采用倒裝復合模，由于孔與孔之間的間距過小，采用倒裝復合模則模具去剛度不夠。因此本設計決定采用正裝復合模。 4.2 定位裝置 采用固定擋料銷擋料，在上模座卸料板上給出讓位孔。 采用導料螺栓橫向定位。因為它的結構簡單，使用方便，對模具強度削弱小。 4.3卸料裝置 1：條料的卸除 采用固定卸料板，因為是正裝復合模，卸料板安裝在上模座。 2：工件的卸除 采用彈性頂件裝置將工件從下模座中頂出 3：沖孔廢料的卸除 采用打桿推件將上模座中廢料沖出 4.4導向零件 導向零件有許多種，如用導板導向，則模具安裝不方便，而且阻擋操作者的視線，所以不用。若用滾珠式導柱導套進行導向，則雖然導向精度高，壽命長，但結構比較復雜，也不采用。針對本零件精度要求不是很高（ IT8到IT9），采用滑動式導柱導套進行導向即可。而且模具在壓力機上的安裝比較簡單，操作又方便，還可以降低成本。 4.5模架 若采用中間模架，則導柱對稱分布滑動平穩(wěn)，但只能向一個方向送料，阻擋操作者的視線，操作不便，適用于單工序模和工位少的級進模。若采用后側導柱，則操作方便，結構緊湊，適用于大件邊緣沖裁，但其平穩(wěn)性不夠，常用于小型沖模。四導柱模架剛性很好，導向平穩(wěn)可靠，但其價格較高，一般用于精密沖裁模。對角導柱模架即可橫向送料，又可縱向送料，適合各種沖裁模使用。 綜合上述特點和零件特點，本設計決定采用對角導柱模架，但為避免上下模座的方向裝錯，兩導柱直徑制成一大一小。 五 沖壓工藝的計算 5.1 排樣 1 搭邊 查《冷沖壓模具設計》 確定搭邊值a,b 當t=0.8mm 時 a=1.8 b=1.5 2 條料的寬度 采用無側壓裝置，所以= ——條料寬度的單向偏差，mm 查表的—— -0.5 == 3 材料的利用率 = 式中 n——板料上實際沖裁的零件數(shù)量 ——零件的實際面積 L——板料長度，mm B——板料寬度，mm 若取工件數(shù)量n=10, 則料長為 L=10D+9b+2b=1018+91.5+21.5=196.5 取L=197 條料的規(guī)格為 19755.60.8 材料的利用率為===85.7% 5.2 計算沖壓力 沖裁力公式 F= 式中 F——沖裁力 ——沖孔沖裁力 ——落料沖裁力 1：沖孔沖裁力 =K 式中K——系數(shù) 查表去K=1.3 —沖孔周長 ==122+6.5+5.2+6 =75.6 t——材料厚度 t=0.8mm —材料抗剪強度，Mpa 查《模具設計與制造簡明手冊》 10號鋼，=260~340 取=300Mpa =K=1.375.60.8300=23587 取=23.6KN 2: 落料沖裁力 = 式中 ——落料周長 =（18+52）2=140 = =1.31400.8300=43680取=43.7KN 3：卸料力 = 式中 ——卸料系數(shù) 查表得為0.04到0.05 取=0.05 ==0.0543.7 =2.185KN 4: 推料力 =n 式中 ——推料系數(shù) 查表取=0.055 n——同時卡在凹模內的件數(shù) n=3 =n=0.05523.63=3.9KN 5: 頂件力 =（+） 式中 ——頂件系數(shù) 查表去=0.06 =（+）=0.06（23.6+43.7）=4.038KN 6：模具總壓力 沖裁時，壓力機的壓力值必須大于或等于沖裁各工藝的總和，即大于總的沖裁力。根據(jù)模具不同，計算公式不同。 當采用彈性卸料裝置和下出料方式的沖裁模為 =+++=23.6+43.7+2.185+3.9=77.285KN 7: 初選壓力機 根據(jù)=77.285KN 選公稱壓力為100KN的壓力機 5.3 計算模具的壓力中心 由于零件在垂直于進料方向左右對稱，因此壓力中心在進料方向的中心線上。 沖孔所需的沖裁力為 、 F= 根據(jù)理論力學知道，合力對某軸之力矩等于各分力對同軸力矩之和。由此苛求出壓力中心坐標（ ） = 1.3（24+6.5）0.830038+1.35.20.830022+ 1.363000.830012= 2.4 計算得=29.54 得出壓力中心為（29.54 0） 5.3 計算模具刃口尺寸 尺寸計算原則： 在確定沖模凹模和凸模刃口尺寸時，必須遵循以下原則： 1） 根據(jù)落料和沖孔的特點：落料件的尺寸取決于凹模尺寸，因此落料模應先決定凹模尺寸。故沖孔模應先決定凸模尺寸，用增大凹模尺寸來保證合理間隙。 2） 根據(jù)凹凸模刃口的磨損規(guī)律。凹模刃口磨損后使落料件尺寸變大，其刃口的基本尺寸應取接近或等于工件的最小極限尺寸，凸模刃口磨損后使沖孔孔徑減小，故應使尺寸接近或等于工件的最大極限尺寸 3） 考慮工件精度與模具精度間的關系，在確定模具制造公差時，既要保證工件的精度要求，又要保證有合理的間隙數(shù)值，一般沖模精度較工件精度高2到3級 1：沖孔凸模 = = 以上各式中 ——沖孔凸模的刃口尺寸 ——沖孔凹模的刃口尺寸 ——沖孔件的最小極限尺寸，mm ——系數(shù) ——工件孔徑公差，mm ——凸模刃口尺寸制造偏差，mm ——凹模刃口尺寸制造偏差，mm ——凸凹模最小初始雙面間隙，mm 查表 =0.072 由于本零件沖孔數(shù)量為3個 且大小不一 ，因此要求計算3個凸模的刃口尺寸 1） 孔1 1： =2.5 查表 =0.75 =0.25 =0.072 = = 由于此凸模非標準件 根據(jù)===0.06 =2.5 == === =mm =mm 2: =12 查表 =0.5 =0.5 =0.072 = = 由于此凸模非標準件 根據(jù)===0.125 =12 == === =mm =mm 3：=4 查表 =0.75 =0.3 =0.072 = = 由于此凸模非標準件 根據(jù)===0.075 =4 == === =mm =mm 2）孔2 同上 ： = = =5.2 查表得 =0.15 =0.072 =0.02 =0.02 = = == 校核 查表得 =0.104 +=0.02+0.02 =0.04 —=0.104—0.072=0.032 +<—不能滿足 但相差不大 可調整 =mm =m =0.4（—）=0.40.032=0.0128 =0.6（—）=0.60.032=0.0192 代入 = mm =mm 3）孔3 同上： = = =6 查表得 =0.2 =0.072 =0.02 =0.02 同樣校核不符，得 =0.4（—）=0.40.032=0.0128 =0.6（—）=0.60.032=0.0192 = =mm ==mm 2：落料凹模 = = 式中: ——落料凹模刃口尺寸，mm ——落料凸模刃口尺寸，mm ——落料件的最大極限尺寸，mm —— 落料件外徑公差，mm ——凸模刃口尺寸制造偏差，mm ——凹模刃口尺寸制造偏差，mm ——凸凹模最小初始雙面間隙，mm 1 垂直于進料方向 =18 =0.5 =0.43 根據(jù)===0.108 === === 2 平行于送料方向 =52 =0.5 =0.5 根據(jù)===0.125 === === 六 墊板復合模主要零件的設計計算 6.1 落料凹模 1：厚度H H=kb k——修正系數(shù) k為0.3到0.4 取k=0.4 H=kb=0.4 18=7.2mm 然而H應該大于或等于15 取H=15mm 2：長度和寬度 L,B L=D+2W 式中W——送料方向的凹模型孔壁間的最大距離 根據(jù)經(jīng)驗公式 W=(1.5~2.0)H 取W=2H=215=30 D——送料方向的凹模刃壁間的最大距離 L=51.75+230=111.75mm 垂直于送料方向： B=d+2W d——垂直于送料方向的凹模型孔壁間的最大距離 B=17.785+220=57.785mm 3：凸模刃口高度h 查《簡明沖壓手冊》得 h=5mm 6.2 沖孔凸模長度及強度校核 本設計采用60度錐頭圓凸模 硬度HRC58~62 技術條件ISO6752規(guī)定 1:沖孔的凸模長度 L=h1+h2+h+H L——凸模長度，mm h1——凸模固定板的厚度，mm h1=10 h2——卸料板的厚度，mm h2=8 h——凸模進入凹模深度（0.5-1）mm 取h=1mm H——附加長度，一般取15—20mm 針對本零件有3個凸模的設計，由于孔較多且大小不規(guī)則，凸模采用階梯布置。 可得： 對于此凸模 L=10+8+1+17=36mm 此凸模非標準件，直徑自定義 對于另外2個凸模則比上個凸模稍短可得: L=20+15+1+16=35mm 這兩個凸模是標準件，直徑可查表 得 凸模 的 D2=6.5 凸模 的 D2=8 6.3 卸料裝置 零件的厚度較厚（0.8mm），在上模座上采用固定卸料裝置，固定卸料板。 橡膠具有重量輕，彈性大，變形不受限制，較高的內阻，可吸收沖擊和高頻振動能量，工作平穩(wěn)，噪音小，安裝和調試方便，便于維護和保養(yǎng)等特點。另外，橡膠彈簧可同時承受多向載荷，可簡化系統(tǒng)。 在本設計中，由于正裝復合模下模座的彈性頂件裝置需要用彈性橡膠頂出板料。 橡膠的選用和計算原則： 1：保證橡膠正常工作應使橡膠在預壓縮狀態(tài)下的預壓力滿足 式中 ——橡膠在預壓縮狀態(tài)下的壓力 ——卸料力 2.185KN 取=3KN 2：為保證橡膠不過早失效，其允許最大壓縮量不超過其自由高的45%，一般取 =(0.34~0.45) 式中 ——橡膠允許的總壓縮量 ——橡膠的自由高度 所選橡膠彈簧必須滿足+ 式中 = =t+1mm=1.8mm 一般取5~10mm 取 =5mm 則 =6.87mm 取=4=28mm 設=30mm =0.1=3mm 式中： A——橡膠橫截面積，, A= P——橡膠產生的單位面積壓力，Mpa 取彈簧的壓縮量為35%， 查表得P=2.1Mpa 得 a===37.838mm 校核： ==0.74 符合0.51.5 設計合理。 橡膠彈簧的安裝高度=-=30-3=27mm 6.4 凸凹模長度確定，壁厚的校核 1：凸凹模長度H的確定 H=h1--2+h 式中 h1——橡膠墊的自由高度，mm ——壓縮值，mm h——固定板的厚度，mm H=27-3-2+20=42mm 2：凸凹模壁厚校核 查表，倒裝復合模凸凹模最小壁厚=2.3mm 當t=0.8mm。 本設計中n=(51.75-12-2.5-10-10-10) 0.5=3.625>2.3mm 滿足最小壁厚 n>的要求，設計合理。 七 模座的設計 7.1 模座的材料 一般選用鑄鐵HT200 HT250， 也可以選用A3,A5結構鋼，本設計中從降低模具成本考慮，選用鑄鐵HT250材料。查《沖壓模具標準件選用與設計指南》，選用標準結構。 7.2上模座 采用滑動導向模架 上模座做選用“1008025 GB/T2855.5” 7.3 下模座 下模座選用“1008032 GB/T2855.6” 八 其他零件的選用 8.1 導柱模架的選用 標準件的規(guī)格，1)導柱“20150 GB/T2861.1” 導套“3280 GB/T2861.6” 2)導柱“18150 GB/T2861.1” 導套“2880 GB/T2861.6” 后側導柱模架 技術條件：按GB/T8050—1999的規(guī)定 模架220160I GB/T2851.3 I級精度的后導柱模架 1 上模座 2 導套 3 導柱 4 下模座 8.2 導柱導套的選擇 選用A型直導柱結構，材料20鋼，熱處理要求；滲碳深度0.8-1.2mm, 硬度58-62HRC。 技術標準 ISO9182—2 本設計取直徑d=20mm和d=18mm，公差帶h6，長度L=140mm。 選用A型直滑動導套結構，材料，熱處理同上，技術標準ISO9448-2。 如圖所示： 導柱 導 套 8.3 定位元件的選擇 為了保證模具正常工作，必須保證坯料或工件對模具處于正確的相對位置，即必須定位。 1） 在本設計中采用A型固定擋料銷， 如圖： 直徑d=6mm，長度L=8mm的彈簧彈頂擋料裝置A10JB/T7649.10 材料:45號鋼，熱處理43~48HRC 技術條件：按JB/T7653—1994的規(guī)定 2） 采用側邊導料銷進去送料方向的定位，保證垂直進料方向的精度。 本設計采用A型導料銷。 長度d=6mm , L=22mm的 A型導料銷 622GB/T7648.7 材料 T8A, 熱處理硬度52~56HRC 技術條件按JB/T7653—1994的規(guī)定 8.4 模柄的選擇 中小型模具一般是通過模柄將上模固定在壓力機滑塊上。模柄是作為上模與壓力機滑塊連接的零件。對它的基本要求是:一要與壓力機滑塊上的模柄正確配合，安全可靠；二是與上模正確而可靠連接。 在本設計中采用壓入式的模柄。 如圖：采用A型壓入式模柄 材料：Q235—AF 技術條件：按GB/T7653—1994的規(guī)定 直徑D=20的A型壓入式模柄 模柄A3280GB/T7646.2 8.5 螺釘?shù)倪x擇 本設計選用圓柱頭內六角螺釘 材料 45 熱處理硬度 35-40HRC 技術條件按JB/T3098.3——2000的規(guī)定 8.6 推桿的選擇 本設計采用A型帶肩推桿 材料 45 熱處理硬度 43-48HRC 技術條件按JB/T7653——1994的規(guī)定 8.7 頂桿的選擇 頂桿655JB/T7650.3 材料 45 熱處理硬度 43-48HRC 技術條件按JB/T7653——1994的規(guī)定 九 沖壓模具的安全技術 在設計沖壓模具時，必須滿足下列要求： 1. 模具結構應能保證操作方便，安全可靠，操作者勿需手，臂，頭伸入危險區(qū)即可順利完成沖壓工作。 2. 調試，安裝，修理，搬運和儲藏方便安全，不會因模具結構問題而引起意外事故 3. 模具零件要有足夠的強度，材料選擇合理，模具應避免有與機能無關的外部凸凹，外部應倒棱；倒柱倒套應遠離操作者，模具壓力中心應通過或靠近模柄中心線，導向定位等重要部件要使操作者能看清楚 4. 設計模具時應考慮安裝機械化裝置的位置，以便必要時機械化自動化裝置代替手工操作 5. 頂件器，推件器以及卸料板等結構必須可靠 6. 不使操作者有不安全的感覺 十 沖模的安裝 沖模的使用壽命，工作安全和沖件質量等對于沖模的正確安裝有著極大的關系： 1：沖模應正確安裝在壓力機上，使模具上下部分不發(fā)生偏斜和位移，這樣就可以保證模具有較高的準確性，避免產生廢品，而且可以保證模具壽命 2: 模具安裝時將帶有導向的模具上下應同時搬到工作臺面上。應先固定上模，然后根據(jù)上模的位置固定下模 3：在沖壓生產過程中，由于壓力機振動，可能引起固定沖模的緊固零件松動。操作者必須隨時注意和檢查各緊固零件的工作狀況 十一 模具的分析 模具的裝配圖： 1 下模座 2 墊板 3凸模固定板 4凸模墊塊 5頂件塊 6凹模 7卸料板 8彈性橡膠 9凸凹模固定板 10墊板 11模柄 12打桿 13上模座 14 推板 15 推桿 16導套 17卸料螺釘 18 凸凹模 19 導柱 20 凸模（1） 21 凸模（2） 22凸模（3） 23 頂桿 24 夾板 25 螺桿 26 螺母 27 圓柱頭螺釘 28 圓柱銷 29 導料銷 30 固定擋料銷 此正裝復合模設計工作時，板料以導料銷和擋料銷進行定位。上模下壓，凸凹模外形和凹模進行落料，落下的沖件卡在凹模中，同時沖孔凸模和凸凹模內孔進行沖孔，沖孔廢料卡在凸凹模孔內?？ㄔ诎寄Ｖ械臎_件由頂件裝置頂出，卡在凸凹模內孔中的沖孔廢料由推桿頂出。該模具采用裝置下模座底下的彈頂器推動頂桿和頂件塊，可獲得較大的頂件力。每沖裁一次，沖孔廢料被推出一次，凸凹模孔內不積存廢料。 十二 心得與體會 通過本次畢業(yè)設計，在理論知識的指導下，結合生產實習中所獲得的實踐經(jīng)驗，在老師和同學的幫助下，認真并獨立的完成了本次畢業(yè)設計。在本次設計的過程中，通過自己實際的操作計算，我對以前所學過的專業(yè)知識有了更進一步，更深刻的認識，同時也認識到了自己的不足。 本次畢業(yè)設計歷時1個月左右，從分析領會畢業(yè)設計的要求，到拿出自己的方案，然后對自己手上的沖壓件的性能進行分析計算，比如材料，形狀等。因此對要設計的沖壓件有了一個比較全面深刻的認識，并在此基礎上綜合考慮生產中的各種實際因素，最后確定本次畢業(yè)設計的工藝方案。然后進行排樣，沖壓力，壓力中心等的計算，直到模具總裝配圖的繪制，經(jīng)歷了大量的計算過程，查閱了很多相關的書籍資料。因此通過本次畢業(yè)設計的訓練，也培養(yǎng)和鍛煉了一種自己查閱資料，獲取有價值信息的能力。 總之，通過本次畢業(yè)設計的鍛煉，使我對模具設計與模具制造的相關過程有了比較深刻的認識和全面的掌握。認真嚴謹?shù)耐瓿闪吮敬萎厴I(yè)設計也是大學四年里最后也最重要的一次設計。但是由于水平有限，錯誤和不足之處在所難免，懇請各位老師批評指正，不勝感激。 參考文獻 1 翁其金，徐新成 《沖壓工藝及沖模設計》 機械工業(yè)出版社 2 于永泗 齊民 《機械工程材料》第五版 大連理工大學出版社 3 夏巨堪 李志剛 《中國模具設計大典》電子版 中國機械工程學會 4 中國磨具設計大典 第三卷 5 簡明冷沖壓手冊編寫租 《簡明冷沖壓手冊》 第三版 機械工業(yè)出版社 6 陳于萍 周兆元 《互換性與測量技術》 第二版 機械工業(yè)出版社 江西農業(yè)大學畢業(yè)設計(論文)任務書 設計（論文） 課題名稱 沖壓模具 學生姓名 黃旭 院（系） 工學院 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 指導教師 胡淑芬 職 稱 副教授 學 歷 本科 畢業(yè)設計（論文）要求： 1 設計說明書按工學院規(guī)定的格式要求編寫。 2 設計說明書編寫條理與順序清晰，并達到規(guī)定字數(shù)。 3 希望同學們能用proi等軟件制作模具裝配及工作動畫。 4 按院規(guī)定要求制作設計PP。 畢業(yè)設計（論文）內容與技術參數(shù)： 1. 裝配圖按國標要求繪制，左下角須是國標的明細欄。 2. 裝配圖的右上部繪制零件圖和排樣圖。 3. 零件圖要標注設計尺寸，下方須標注零件材料及厚度。 4. 排樣圖上須標注條料的寬度、搭邊值、步距。(另還須在設計說明書中說明選擇的條料的規(guī)格) 5. 裝配圖的中下處要用“技術要求”，字體及大小按國標。 6. 裝配圖上的每個零件必須按順序標號(相同零件可不標，但須在圖中及明細欄中標明數(shù)量。 7. 零件圖上的相關尺寸、形位公差及表面粗糙度必須標注清晰。 8. 如果該零件有熱處理要求及制作要求須在“技術要求”中說明。 9. 在明細欄中標明該零件的材料。 畢業(yè)設計（論文）工作計劃： 1．查閱資料 共1周 2．編寫設計計算說明書（畢業(yè)論文）一份 共2周 3．繪制主要零件圖若干張 共2周 4．繪制裝配圖一套 共5周 接受任務日期 2008 年 12 月 01 日 要求完成日期 2009 年 05 月 10 日 學 生 簽 名 年 月 日 指導教師簽名 年 月 日 院長（主任）簽名 年 月 日