焊片模具設(shè)計

1、1.2 零件分析如圖所示的制件為大批量生產(chǎn),材料為黃銅帶 H68,材料厚度為 0.5mm 。圖 1-1 工件圖Fig.1-1 Work plans1.3 零件工藝性分析(1材料分析材料名稱 :H68普通黃銅 有極為良好的塑性 (是黃銅中最佳者 和較高的強度 , 可切削 加工性能好,易焊接,對一般腐蝕非常安定 , 但易產(chǎn)生腐蝕開裂。為普通黃銅中應(yīng)用最為廣 泛的一個品種?？估瓘姸萣(MPa:392MPa伸長率 10 (% : 13硬度 :105175HV屈服強度:245MPa彈性模量:113x1000MPa結(jié)構(gòu)分析: 零件結(jié)構(gòu)簡單對稱,無尖角,對沖裁加工較為有利。零件兩端有異形孔,孔的最小尺 寸為

2、 1mm ,滿足沖裁最小孔徑 m in d m m 5. 00. 1=t 的要求。另外,經(jīng)計算異形孔距零件外 形之間的最小孔邊距為 2.5mm ,滿足沖裁件最小孔邊距 min l m m 75. 05. 1=t 的要求。所以, 該零件的結(jié)構(gòu)滿足沖裁的要求。零件結(jié)構(gòu)簡單,左右對稱,對彎曲成形較為有利?？刹榈么瞬牧纤试S的最小彎半徑 mm 25. 05. 0m in =t r ,而零件彎曲半徑 m m 25. 0m m 1>=r ,故不會彎裂。另外零件上的孔 位于彎曲變形區(qū)之外,所以彎曲時孔不會變形,可以先沖孔后彎曲。在進行直角彎曲時,若彎曲的直邊高度過短,彎曲過程中不能產(chǎn)生足夠的彎矩,將無

3、 法保證彎曲件的直邊平直。 所以必須使彎曲件的直邊高度 H>2t, 最好 H>3t>1.5mm,制件的 直邊高度達到了 7.5mm ,異型孔距離也滿足要求。(2精度分析:零件上有 4個尺寸標注了公差要求,由公差表查得其公差要求都屬 IT13,所以普通沖 壓可以達到零件的精度要求。對于未注公差尺寸按 IT14精度等級查補。2 沖裁工藝方案的確定2.1 沖壓工藝方案的確定沖壓工藝性是指沖裁件在形狀結(jié)構(gòu)上對沖壓的適應(yīng)性在滿足沖裁件使用的前提下,應(yīng) 對結(jié)構(gòu)工藝性不好的沖裁件提出修改意見。(1沖裁件的形狀應(yīng)力要求簡單、對稱,有利于材料的合理利用。(2沖裁件內(nèi)形及外形的轉(zhuǎn)角處要盡量避免尖

4、角,用圓弧過渡,以便于模具加工, 減少熱處理開裂,減少沖裁時尖角處的崩刃和過快磨損。(3為避免制件變形和保證模具強度,孔間距和孔邊距不能過小。(4盡量避免沖裁件上過窄凸出懸臂和凹槽,否則會降低模具壽命和沖裁件質(zhì)量。(5在彎曲或拉深件上沖孔是,孔邊與直壁之間應(yīng)保持一定距離,以免凸模受水平 推力而折斷。(6沖孔時,孔的尺寸不應(yīng)太小,否則凸模易折斷。由零件圖和沖壓工藝性分析可知,該零件的基本工序為落料、拉深 -沖孔 -翻孔、沖孔、 切邊、彎曲六道工序?？刹捎靡韵聝煞N方案:方案一:落料、拉深、切邊、沖孔、翻孔、彎曲六道工序分別采用單工序模生產(chǎn)。 方案二:落料沖孔復合模,拉深 -沖孔 -翻孔采用復合模生

5、產(chǎn),然后切邊、彎曲分別采 用單工序模生產(chǎn)。方案三:翻孔 -沖孔 -切口 -彎曲 -落料級進模生產(chǎn)。方案比較:方案一:需要多個模具進行加工, 生產(chǎn)率較低, 加工成本高。 不適合多工序工件生產(chǎn)。 且工件小,加工繁瑣。方案二:方案二采用復合模具, 沖壓件的形位精度和尺寸精度易保證, 且生產(chǎn)效率高。 盡管模具結(jié)構(gòu)較方案一復雜,但由于零件的幾何形狀較簡單,模具制造并不困難。但由于 經(jīng)計算先落料 -沖孔后拉深 -沖孔 -翻孔會使壁薄,不保證沖壓件質(zhì)量,不予才去。方案三:只采用一套模具,生產(chǎn)效率也很高,但與方案二比生產(chǎn)的零件精度稍差(該 工件要求精度不高 。綜合比較上述的三種方案,方案三為本零件的最佳加工方

6、案。2.2 模具整體結(jié)構(gòu)的確定工藝分析之后,要確定零件的沖壓工藝方案,就要選擇沖裁模具的類型及總體結(jié)構(gòu)形 式。因此,首先要了解沖裁模具的結(jié)構(gòu)組成與功能。(1沖裁模的分類按工序性質(zhì)分:落料模、沖孔模、切斷模、切邊模等。按工序組合程度分:單工序模、級進模、復合模等。按導向方式分:開式模、導板模、導柱模等。按專業(yè)化程度分:通用模、專用模、自動模、組合模、簡易模等。(2沖裁模的組成任何一副沖裁模都是由上模和下模兩部分組成。上模一般通過模柄固定在壓力機的滑 塊上,并隨滑塊作上、下往復運動;下模同坐下模座固定在壓力機的工作臺或墊板上。 由沖壓件工藝性分析可知,采用級進沖壓,所以模具類型為級進模。a. 確定

7、模架類型及導向方式采用對角導柱模架,這種模架的導柱在模具對角位置,沖壓時可防止由于偏心力矩而 引起的模具歪斜。導柱導向可以提高模具壽命和工作質(zhì)量,方便安裝調(diào)整。b. 定位方式的選擇該沖件采用的坯料是條料,控制條料的送進方向采用導料板,無側(cè)壓裝置;控制條料 的送進步距采用側(cè)刃粗定距;用導正銷精定位保證內(nèi)外形相對位置精度。c. 卸料、出件方式的選擇因為該工件料厚 0.5mm ,尺寸較小,所以卸料力也較小,擬選擇彈性卸料、上出件方 式。3 各工序尺寸和力的設(shè)計與計算3.1 排樣設(shè)計與計算在批量生產(chǎn)中,材料費用約占沖壓零件成本的 60%以上,因此材料的經(jīng)濟利用具有重 要意義。合理的排樣可以提高材料的利

8、用率,降低零件成本。衡量排樣經(jīng)濟利用具有重要 意義。合理的排樣可以提高材料的利用率,降低零件成本。衡量排樣經(jīng)濟性的指標是材料 利用率。一個步距內(nèi)的材料利用率可用下式計算:0=100%100%F F F AB = (3.1-1式中:材料利用率; F 一個步距內(nèi)沖裁件的實際面積 , 2mm ;F 0一個步距內(nèi)所用材料面積,包括沖裁件面積與廢料面積 , 2mm ;A 步距(相鄰兩個制件對應(yīng)點之間的距離 , mm ;B 條料寬度, mm ;排樣原則:提高材料利用率排樣方法應(yīng)使工人操作方便、安全,減輕工人的勞動強度。使模具結(jié)構(gòu)簡單,壽命高。保證制件質(zhì)量。對于彎曲件的落料,在排樣時還應(yīng)考慮板料的纖維方向。

9、根據(jù)材料利用程度,排樣方法分為有廢料、少廢料、無廢料 3種。根據(jù)制件在條料上 的布置形式,分為直排、斜排、對排、混合排、多排等形式。(1 有廢料排樣法有廢料排樣留有搭邊,所以制件質(zhì)量和模具壽命較高,但材料利用率降低。有廢料排 樣法常用語制件形狀復雜,尺寸精度要求較高的零件。(2 少廢料排樣法少廢料排樣的材料利用率有所提高。少廢料排樣法常用于某些尺寸要求不太高的零 件。(3 無廢料排樣法無廢料排樣就是無工藝搭邊的排樣,制件有切斷供需獲得。這種排樣方法,材料利用 率最高,用于尺寸要求不高的零件,它對制件形狀結(jié)構(gòu)要求嚴格。采用少、無廢料排樣時,材料利用率高,模具結(jié)構(gòu)簡單,降低了沖裁力。但是,因條 料

10、本身的公差以及條料導向與定位所產(chǎn)生的誤差的影響,沖裁件公差等級較低。同時,因 模具單邊受力,會加劇模具的磨損,降低模具壽命。分析工件的結(jié)構(gòu)性質(zhì),選擇有廢料直排形式。零件展開圖如圖所示 圖 3-1 零件展開圖Fig.3-1 parts the spreading查沖壓工藝與模具設(shè)計表 2-7,搭邊值取a=1.21.8=2.16mm1a =1.51.2=1.8mm' a 0.75a=0.752.16=1.62mm=由經(jīng)驗算法求彎曲件的展開尺寸' 12=l+l+r+xt180Z L (3.1-2 式中:Z L 坯料展開總長度, (mm ;中性層曲率半徑, (mm;彎曲中心角, (&#

11、176; ;X 中性層位移系數(shù),見沖壓工藝與模具設(shè)計表 3-8;算得:1=1240.516.5l mm -=20.2511.753l mm=+=' 906.53(10.380.5180Z L =+' max 222.74z l l mm = 即為工件展開尺寸條料寬度 22.742.161.621.828.32B mm =+= 步距 51. 86. 8A m m =+= 計算求得沖裁件面積 280.52F mm 材料利用率:一個步距的材料利用率 100%42%FAB= 排樣圖如圖所示: 圖 3-2 排樣圖 Fig.3-2 layout plan3.2 計算沖壓力沖壓力是選擇沖壓設(shè)

12、備的重要依據(jù),也是設(shè)計模具所必須的數(shù)據(jù)。在沖壓過程中,沖 壓力是沖裁力、卸料力、推件力和頂件力的總稱。該模具采用級進模,擬選擇彈性卸料,上出件結(jié)構(gòu)。 沖壓力: 沖裁力的計算沖裁力是沖裁過程中凸模對板料施加的壓力,它是隨凸模切入材料的深度而變化的。 沖裁力求得沖裁件周長 L 為6.81.82(221 8021.54124.52L mm =+= 124.520.530018678b F L t N=沖 (3.2-1式中:L 沖裁周邊總長, mm ; t 材料厚度, mm ;b 材料抗拉強度, MPa 。 圖 3-3 沖裁力周長計算Fig.3-3 Cutting force perimeter ca

13、lculation卸料力板料經(jīng)沖裁后,從凸模上刮下材料所需的力,稱為卸料力。0.06186781120.68F K F N =卸 卸 沖 (3.2-2式中:K 卸 卸料力系數(shù)查沖壓工藝與模具設(shè)計表 2-18取 =0.06K 卸 , 0.09K =推 , 0.09K =頂 推件力板料從凹模內(nèi)向下推出制件或廢料所需的力,稱為推件力。30.09186783362.04F n K F N =推 推 沖 (3.2-3式中:K 推 推件力系數(shù)n 積聚在凹模內(nèi)的制件或廢料數(shù)量(/n h t = ; h 為直壁刃口部分的高, mm ; t 為 材料的厚度, mm 。頂件力板料從凹模內(nèi)向上頂出制件所需的力,稱為

14、頂件力。=0.0918678=1681.02F K F N 頂 頂 沖 (3.2-4式中:K 頂 頂件力系數(shù)彎曲力, U 型件彎曲力的經(jīng)驗公式 20.7=265.4bKBt F N r t+自(3.2-5 式中:F 自 自由彎曲在沖壓行程結(jié)束時的彎曲力, N ; B 彎曲件的寬度, mm ; r 彎曲件的內(nèi)彎曲半徑, mm ; t 彎曲件的材料厚度, mm ;b 材料的抗拉強度, MPa ;K 安全系數(shù),一般取 K=1.3;翻孔力, =1.1(D-dts F 翻 (3.2-6 式中:s 材料屈服強度, MPa ;t 材料厚度, mm 。1.10.51003.3570.2F N =翻沖壓工藝總力

15、:+F F F F F F F =翻 頂 沖 卸 推 彎=18678+1120.68+3362.04+1681.02+159.25+570.2=25571.2N為保證沖裁力足夠,一般沖裁、彎曲時壓力機的噸位應(yīng)比計算得沖壓力大 30%左右, 拉深時壓力機的噸位應(yīng)比計算出的拉深力大 60%100%。故 1. 333242. 56F N = 根據(jù)計算結(jié)果,擬選用標稱壓力為 160KN 的壓力機。3.3 計算模具壓力中心計算壓力中心時,先運用 CAXA 畫出凸模刃口圖,如圖所示。在圖中將 xOy 坐標系 建立在圖示的對稱中心線上,將沖裁輪廓線按幾何圖形分解成 17,共 7組圖形,圖中尺 寸直接標注得到

16、用解析法切得該模具的壓力中心 O 點的坐標(17.53, 0.82 。 (模具壓力中 心相關(guān)計算詳見表圖 3-4 壓力中心計算Fig.3-4Pressure center calculation表 3-1壓力中心數(shù)據(jù)表Tab.3-1 Pressure center data tables 0713.682.1627.214.28347.8540.86.839.91.843.317.5313.627.23440.839.943.3x +=+019.2507082.16014.2807.8506.8131.813.90.8219.25782.1614.287.856.81.8y +=+3.4 計算

17、凸凹模工作部分尺寸并確定其制造公差采用分開加工法計算凸凹模刃口尺寸及公差。適宜采用線切割機床加工凸模、凹模、 凸模固定板及卸料板。 查表 2-19, 沖壓模具出事雙面間隙推薦值 min 0.025Z =, max 0.035Z =。 工作零件刃口尺寸計算如下沖孔尺寸 3mm ,尺寸轉(zhuǎn)換為 0.2503+000min 0.020.02( (30.50.25 3.125p p d d x -=+=+=0.020.02min 000( (3.1250.025 3.15d d p d d Z +=+=+=尺寸 1mm ,尺寸轉(zhuǎn)換為 0.2501+000min 0.020.02( (10.50.25 1

18、.125p p d d x -=+=+=0.020.02min 000( (1.1250.025 1.15d d p d d Z +=+=+=切口尺寸 3.5mm ,尺寸轉(zhuǎn)換為 00.33.5-0.020.02max 000( (3.50.50.3 3.35d d D D x +=-=-= 000min 0.020.02( (3.350.025 3.325p p d D D Z -=-=-=尺寸 22.74mm ,尺寸轉(zhuǎn)換為 00.5222.74-0.020.02max 000( (22.740.50.52 22.48d d D D x +=-=-=000min 0.020.02( (22.4

19、80.025 22.455p p d D D Z -=-=-=尺寸 23.74mm ,尺寸轉(zhuǎn)換為 0.52023.74+000min 0.020.02( (23.740.50.52 24p p d d x -=+=+=0.020.02min 000( (240.025 24.025d d p d d Z +=+=+=尺寸 9mm ,尺寸轉(zhuǎn)換為 0.3609+0.020.02max 000( (90.50.36 8.82d d D D x +=-=-= 000min 0.020.02( (8.820.025 8.795p p d D D Z -=-=-=落料尺寸 5mm ,尺寸轉(zhuǎn)換為 00.30

20、5-0.020.02max 000( (50.50.3 4.85d d D D x +=-=-= 000min 0.020.02( (4.850.025 4.825p p d D D Z -=-=-=尺寸 3.5mm ,尺寸轉(zhuǎn)換為 00.303.5-0.020.02max 000( (3.50.50.3 3.35d d D D x +=-=-= 000min 0.020.02( (3.350.025 3.325p p d D D Z -=-=-=尺寸 6mm ,尺寸轉(zhuǎn)換為 00.306-000min 0.020.02( (5.850.025 5.825p p d D D Z -=-=-=校核

21、max min p d Z Z +-,即 0. 020. 020. 0350. 025+>-,不滿足間隙公差條件, 只有縮小 p d ,提高制造精度,才能保證間隙在合理范圍內(nèi),此時可取max min max min 0.4( 0.40.010.0040.6( 0.60.010.006p d Z Z mm Z Z mm =-=-=彎曲參考教材 145頁,由于彎曲件的相對半徑 /1/0.5258r t =< ,且不小于 min /r t (查 表 3-5 ,則凸模的圓角半徑取彎曲件的圓角半徑 1r mm =。在生產(chǎn)中,凹模圓角半徑dr 通常根據(jù)材料厚度選取,工件材料厚度 0.52mm

22、mm ,(36 d r t = ,取 42d r t mm =查教材表 3-15,得 03h mm =凸凹模間隙:彎曲 U 形件時,應(yīng)當合理確定凸、凹模間隙值。間隙過小會使彎曲件直邊料厚減薄或出現(xiàn)劃痕,同時還會降低凹模壽命,增大彎曲力;間隙過大,則回彈增大, 從而降低了彎曲件的精度。 在生產(chǎn)中, U 形件的彎曲模的凸、 凹模單邊間隙一般按公式 (有 色金屬確定:min 0.50.050.50.525Z t ct mm =+=+=。U 形件彎曲凸凹模橫向尺寸及公差:彎曲件為雙向?qū)ΨQ偏差凸模尺寸:0000.0180.018(0.5 (80.50.9 8.45p p L L mm -=+=+=凹模尺

23、寸:0.030.0300(2 (8.4520.525 9.5d d p L L Z mm +=+=+= 翻孔根據(jù) 2( 0.430.72H D d r t =-+ 求 20lim 0.430.722.29d H D r t mm =+=222222222( ( 0.793.72( ( 3V mm =-=-, 求得 3.2x mm =設(shè)加工 00.33.5-的凸、凹模尺寸分別采用 IT6與 IT7級則凸模尺寸為 00.0083.2mm -,凹模尺寸為 0.0123.5mm + 整理出沖孔、切口、落料各凸凹模刃口尺寸如下表表 3-2 工作零件刃口尺寸數(shù)據(jù) Tab.3-2 Working parts

24、 of the blade size data 圖 3-5 沖孔凸模 翻孔凸模 彎曲凹模 Fig.3-5 piercing punchburring punch Bending concave die圖 3-6 分別是落料凸模、切口凸模Fig.3-6 Blanking the punch Incision of the punch 圖 3-7 分別是彎曲凸模、切口凹模 Fig.3-7 Bending punch Incision concave die3.5 卸料彈簧的設(shè)計選用彈簧個數(shù)為 4個,則每個彈簧的預壓力為/1120.68/4280.17y F F n mm=卸粗選彈簧規(guī)格,按 222

25、80.17560.34y F N =查標準 GB2089-80,粗選彈簧規(guī)格為 203.51850d D h mm mm mm =557, 16.2j j F N h mm=計算所選彈簧預壓量 yh/280.1716.2/5579y y j j h F h F mm=校核所選彈簧是否合格,卸料板工作行程 0.511.5x h mm =+= 取凹模刃口磨量 4m h mm =,則彈簧工作時的總壓縮量為91.5414.5y x m h h h h mm=+=+=因為 j h h ,因此所選彈簧合格 所選彈簧的主要參數(shù)為表 3-3 彈簧主要參數(shù) Tab.3-3 Spring main paramet

26、ers 彈簧的標記為:3.51850 GB2089-1980。 彈簧的安裝高度為:050941a y h h h mm =-=-=。3.6 工作零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計凹模0.347.614.28(15, 20mm (1.52 22.530, 26mm l+2c=47.6+226=99.6mmB=b+2c=28.32+22680.32mmb mm mm c H =厚 H=K取 凹模壁厚 取 凹模長度 L 凹模寬度取標準后凹模尺寸,長 寬 高 =1408020mm 導料板查表 2-15,獲取導料板厚度 H 4.5mm =(插值法 卸料板該模具選用 T 型卸料板,凸臺高度 4.50.50.30.54.15h

27、 H t k mm =-+=-+= 卸料板厚度 =12h mm 卸墊板厚度 4mm ,墊板 140mm ×80mm ×4mm 凸模固定板:140mm ×80mm ×118mm各凸模長度:結(jié)合工件外形并考慮加工,采用線切割機床加工, ,凸模總長 L 可參 考公式 12L h h t h =+(彈壓卸料裝置 (3.6-1式中:L 凸模長度, mm ;1h 凸模固定板厚度, mm ; 2h 卸料板厚度, mm ;t 材料厚度, mm ;h 附加長度, mm ,包括凸模的修磨量、凸模進入凹模的深度 0.51mm、凸模固定板與卸料板之間的安全距離等。并考慮橡膠安裝

28、高度進行計算:沖孔凸模 18120.541273.5L mm =+=孔切口凸模 =73.5L mm 切翻孔凸模 =78.6L mm 翻落料凸模 =73.5L mm 落 彎曲凸模 =18+12+0.5+41+8.7=80.2L mm 彎31.5d r t mm =, 1p r r mm =3.7 定位零件的設(shè)計導料板的設(shè)計導料板的內(nèi)側(cè)與條料接觸,外側(cè)與凹模平齊,導料板與條料之間的間隙取 0.5mm (查 表 2-10 ,這樣就可確定導料板的寬度;導料板的厚度按表 2-15選擇。導料板材料為 45鋼,熱處理硬度為 4045HRC,用螺釘和銷釘固定在凹模上。圖 3-8 導料板Fig.3-8 stoc

29、k guide導正銷的設(shè)計:用工件上直徑 3.5mm 的翻孔作為導正孔,導正銷結(jié)構(gòu)如圖所示,導正應(yīng)在卸料板壓緊 板料之前完成,考慮料厚 0.5mm 和裝配后卸料板下平面超出凹模斷面 7mm ,所以導正銷高 出凹模端面直線部分長度為 7.5mm 。 圖 3-9 導正銷Fig.3-9 pilot pin 3.8 卸料零件的設(shè)計(1卸料板的設(shè)計卸料板的周界尺寸與凹模的周界尺寸相同,選用 T 形卸料板,凸臺高度4.50.50.30.54.15h H t k mm =-+=-+= (3.8-1 式中 H 導尺厚度(mm ;t 材料厚度(mm ;K 系數(shù),薄料取 0.3,厚料(t>1mm取 0.1。

30、厚度查實用模具設(shè)計與制造手冊 89頁表 2-95卸料板厚度得 12mm 。卸料板采用 45鋼制造,淬火硬度為 4045HRC,采用線切割機床加工。 圖 3-10 卸料板Fig.3-10 stripper plate(2卸料螺釘?shù)倪x用卸料板上設(shè)置 4個卸料螺釘,公稱直徑為 8mm ,螺紋部分為 66M mm 。卸料螺釘尾 部留有足夠的行程空間。卸料螺釘擰緊后,應(yīng)使卸料板超出凸模端面 0.5mm ,有誤差是可 以在螺釘與卸料板制件安裝墊片來調(diào)整。卸料螺釘選用的計算過程:min 12a d =,使用墊板時 a =墊板厚度,求得 18d mm =查閱實用模具設(shè)計與制造手冊 89頁表 2-117卸料螺釘

31、孔的尺寸,選用型號 M6, 18d mm=, 28.5d mm =, 12D mm =, 16h mm =。 圖 3-11 卸料螺釘Fig.3-11 stripper bolt3.9 模架及其他零部件設(shè)計以凹模周界尺寸為依據(jù),選擇模架規(guī)格。 (查模具設(shè)計與制造簡明手冊 231頁得 到上模座厚度 30mm ,下模座厚度 35mm ,閉合高度 140170mm。該模具閉合高度:2H H H L H H h =+-閉 墊 上模 下模 (3.9-1 =30+4+83.5+20+5-11.15=161.35mm,取 H 閉 =162mm式中:L 凹模長度, mm ;H 凹模厚度, mm ;2h 凸模沖裁

32、后進入凹模的深度。4 選擇壓力機型號選擇開式可傾雙柱壓力機 JC23-16,能滿足使用要求,其參數(shù)如下表所示 表 5-1 壓力機參數(shù)Tab.5-1 Press parameters 5 模具經(jīng)濟性分析模具的經(jīng)濟性涉及到成本的高低供應(yīng)是否充分,加工過程是否復雜、成品率的高低以 及同一產(chǎn)品中使用金屬或鋼材型號的多少等。在我國當前情況下,考慮以鐵代鋼和以鑄代 鍛還是符合經(jīng)濟性要求的,故選擇一般碳鋼和鑄鐵能滿足要求的,就不要選用合金鋼。對 一些只要求表面性能高的零件,可選用廉價鋼種,然后進行表面強化處理來達到。另外, 在考慮材料經(jīng)濟性時,切記不宜單純以單價來比較材料的好壞,而應(yīng)以綜合效益來評價材 料的

33、經(jīng)濟性高低。冷沖壓的優(yōu)點很多,冷沖壓也稱板料沖壓,是塑性加工的一種基本方法。冷沖壓有許 多優(yōu)點,技術(shù)上a. 在材料消耗不大的情況的前提下,制造出的零件重量輕、剛度好、精度高。由于在 沖壓過程中材料的表面不受破壞,使得制件的表面質(zhì)量較好,外觀光滑美觀。并且經(jīng)過塑 性變形后,金屬內(nèi)部的組織得到改善,機械強度有所提高。b. 在壓力機的簡單沖擊作用下,一次工序即可完成由其他加工方法所不能或難以制造 完成的較復雜形狀零件的加工。c. 制件的精度較高,且能保證零件尺寸的均一性和互換性。不需進一步的機械加工即 可滿足一般的裝配和使用要求。同樣,在經(jīng)濟上更有其它加工方式不能比擬的優(yōu)勢:a. 原材料是冶金廠大量

34、生產(chǎn)的廉價的軋制板材或帶材。b. 采用適當?shù)臎_壓工藝后,可大量節(jié)約金屬材料,可以實現(xiàn)少切屑和無切屑的加工方 法。材料利用率一般可達 75%-85%,因而制件成本相應(yīng)的比較低。c. 節(jié)約能源。沖壓時可不需加熱,也不像切削加工那樣將金屬切成碎屑而需要消耗很 大的能量。d. 生產(chǎn)率高。每一分鐘一臺沖壓設(shè)備可以生產(chǎn)零件從幾件到幾十件。目前的高速沖床 生產(chǎn)率則沒分鐘高達數(shù)百件甚至一千件以上。此套模具材料多采用碳鋼和鑄鐵,碳鋼和碳鋼為工業(yè)廣泛應(yīng)用材料,性能優(yōu)秀且成本 不高,因此此套模具有很好的經(jīng)濟性。適用于大批量生產(chǎn),效率高,可滿足工藝性。6 結(jié)論本文設(shè)計了一套包含翻孔、沖孔、切口、彎曲、落料工序的級進模

35、,經(jīng)過查閱資料, 首先要對零件進行工藝分析,經(jīng)過工藝分析和對比,采用翻孔、沖孔、切口、彎曲、落料 工序,通過沖裁力等計算,確定壓力機的型號。再分析對沖壓件加工的模具適用類型選擇 所需設(shè)計的模具。得出將設(shè)計的模具類型后將模具的各工作零部件設(shè)計過程表達出來。 工作過程: 圖 4-1裝配圖Fig.4-1 assembly drawing1-模柄; 2、 15、 22-圓柱銷; 3-上模座; 4-切口凸模; 5-沖孔凸模; 6-導正銷; 7-翻孔凸模8-凸模固定板; 9-彈簧; 10-導套; 11-卸料板; 12-導柱; 13、 20、 27-內(nèi)六角頭螺釘 14-凹模板16-下模座; 17-橡膠; 1

36、8-雙頭螺柱; 19-頂桿; 20-彎曲凸模; 23-導料板; 24-切口凹模;25卸料螺釘; 26-墊板如圖所示為本設(shè)計裝配圖,條料采用矩形側(cè)刃粗定位,條料自右向左送入模具。該模具工作過程為:在壓力機的作用下上模下行,條料經(jīng)過級進模內(nèi) 5個工序分別完成翻孔、 沖孔、切口、彎曲、落料。在第 2道工序沖孔同時采用導正銷導正。每道工序完成時進行 下一道工序前,開模同時,彈頂裝置頂桿將凹模中條料頂出。最后一道落料工序直接將工 件從條料切斷。致 謝首先感謝母校, 是她給我一個難得的學習機會, 讓我在即將畢業(yè)之際學到了很多知識, 經(jīng)過這幾個月的緊張的畢業(yè)設(shè)計,使我在理論和動手能力上都有了進一步的提高。我

37、的畢業(yè)設(shè)計主要在馬修泉老師指導下 , 讓我對所學的知識進行系統(tǒng)性的復習 , 并根據(jù) 設(shè)計要求查閱有關(guān)資料。在設(shè)計過程中受到馬老師無微不至的關(guān)心與耐心指導,使我的畢 業(yè)設(shè)計得以順利的進展。 在馬老師幫助下我解決了很多以前解決不了的問題 , 在此我向您表 示衷心的感謝!同時也要感謝各位老師和同學,是你們讓我的學習和生活充滿樂趣,感謝 你們!謝謝 !作為一名即將完成學業(yè),離開學校生活的我,我要感謝母校,是她給我創(chuàng)造了一個學 習的機會,創(chuàng)造了美好的學習生活環(huán)境,讓我在這里學到了很多知識;感謝各位老師,是 他們傳授給我的知識;感謝各位同學和朋友,是他們讓我的學習和生活充滿樂趣,感謝你 們!經(jīng)過這次設(shè)計,

38、提高了我很多的能力,比如實驗水平、分析問題的能力、合作精神、 嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L等。在這期間凝結(jié)了很多人的心血,在此表示衷心的感謝。沒有他們的幫 助,我將無法順利完成這次設(shè)計。在設(shè)計期間馬老師幫助我收集文獻資料,理清設(shè)計思路,指導實驗方法,提出有效的 改進方案。導師淵博的知識、嚴謹?shù)慕田L、誨人不倦的態(tài)度和學術(shù)上精益求精的精神使我 受益終生。由于本人的基礎(chǔ)知識和設(shè)計能力有限,在設(shè)計過程中難免出現(xiàn)錯誤,懇請老師們多多 指教,讓我避免在未來的學習、工作中犯同樣的錯誤,本人將萬分感謝。參考文獻1張 華 . 沖 壓 工 藝 與 模 具 設(shè) 計 M.北 京 :清 華 大 學 出 版 社 ,2009.82王 樹

39、 勛 . 模 具 實 用 技 術(shù) 設(shè) 計 綜 合 手 冊 M.廣 州 :華 南 理 工 大 學 出 版 社 ,1997.9 3許 發(fā) 樾 . 實 用 模 具 設(shè) 計 與 制 造 M.北 京 :機 械 工 業(yè) 出 版 社 , 2001.24中 國 模 具 設(shè) 計 大 典 M.江 西 科 學 技 術(shù) 出 版 社 ,20035楊 占 堯 . 機 械 圖 學 M.沈 陽 :東 北 大 學 出 版 社 , 2003.96 韓正銅 . 機 械 精 度 設(shè) 計 與 檢 測 M.江蘇:中國礦業(yè)大學出版社 ,2009.17黃 義 俊 . 模 具 專 業(yè) 英 語 M.北京:清華大學出版社, 2007.18 邱永成

40、 . 多工位級進模設(shè)計 M . 北京 :國防工業(yè)出版社 ,1987.9 田嘉生 . 沖模設(shè)計基礎(chǔ) M . 北京 :航空工業(yè)出版社 ,1994.10 許樹勤,王文平 . 模具設(shè)計與制造 M.第 1版 . 北京 :北京大學出版社 ,2005.11 王孝培 . 沖壓手冊 K . 北京 :機械工業(yè)出版社 ,1998.12ASTME.Die Design Handbook.McGRAW-HILL Book Co,195513 John A.Waller.Press Tools and Presswork,1978.附錄 A沖壓中多工件的最佳排樣摘要:在沖壓生產(chǎn)中,生產(chǎn)成本受材料利用率影響最大,材料支出占

41、整個生產(chǎn)成本的 75%。本文將介紹一種新的計算方法用于實現(xiàn)雙工件在沖壓排樣設(shè)計中的最佳規(guī)劃方法, 以便提高材料利用率。這種計算方法可以預示在帶料中結(jié)構(gòu)廢料的位置及形狀,以及工藝 廢料的位置和最佳寬度。 例如將兩個相同的工件中的其中一個旋轉(zhuǎn) 180°,或是將兩個不同 的工件嵌套在一起。這種計算方法適合與沖模設(shè)計 CAE 系統(tǒng)結(jié)合使用。關(guān)鍵字:沖壓,模具設(shè)計,最佳化,材料利用率,明可夫斯基和,設(shè)計工具緒論在沖壓生產(chǎn)中,能夠快速生產(chǎn)不同復雜程度的薄片金屬零件,特別是在大產(chǎn)量的情況 下,能夠高強度生產(chǎn)。生產(chǎn)過程效率高,其中材料成本占據(jù)整個沖壓生產(chǎn)成本的 75% 1。 但材料不能被完全利用到零

42、件上,因為零件不規(guī)則的外形必須被包含在帶料內(nèi)。沖壓生產(chǎn) 的排樣設(shè)計直接決定廢料的大小。很明顯,使用最理想的排樣設(shè)計對于提高公司的競爭力 是至關(guān)重要的。前期工作曾經(jīng) , 帶料排樣設(shè)計問題需要通過手工來解決。例如 , 通過紙板模擬沖裁來獲取一個 好的排樣方法。通過計算機介紹的設(shè)計過程所得出的步驟。也許首先要做出適合工件的矩 形,然后將矩形順序排放在帶料上 2。這種方法適合不相互重疊的矩形 3、拉深多邊形 4, 5、已知相互關(guān)聯(lián)的外形 6。這種原理的方法具有一定局限性,盡管如此,在這種 具有局限性下的設(shè)計中所產(chǎn)生較多的工藝廢料不能被避免,這些額外損失的材料導致了設(shè) 計方案無法達到最佳化。增量旋轉(zhuǎn)法是

43、一種流行的排樣設(shè)計方法 6-10, 16。具體實現(xiàn)方法為,將零件旋轉(zhuǎn)一 定的角度, 例如 2°, 7, 在設(shè)計中決定零件傾斜程度和帶料寬度以及合適的材料利用率。 在不斷重復這些步驟以后工件旋轉(zhuǎn)量達到 180º (由于對稱 ,然后從中選出最佳排樣方法。 這種方法的缺點是,在一般情況下,最佳材料定位將降低旋轉(zhuǎn)增量同時不能被找到。盡管 差別很小,但在大批量生產(chǎn)中每個零件所浪費的材料會累計進而導致較多材料損失。 梅塔 -啟發(fā)式優(yōu)化方法適用于排樣設(shè)計,包括模擬退火 11, 12和初步設(shè)計 13。當 解決較復雜設(shè)計問題時 (也就是在 2D 平面上將較多不同零件嵌套在一起 ,它不能保證最

44、 佳排樣方法,但是可以根據(jù)獲得的計算結(jié)果進而總結(jié)為一個較好的解決方法。開發(fā)出一種在設(shè)計過程 15中確定單一零件在帶料上的布局以及帶料的寬度的確定 14的精確的最佳的計算方法。這些計算方法基于建筑幾何學中一個外形從另外一個上 發(fā)展出來。相似的理論在這個學科中基于一個名叫無適合多邊形,障礙空間 和明可夫斯基和創(chuàng)建。從根本上來講, 它僅是一種解決位置關(guān)系的方法,這樣的外 形有缺陷,但不會重疊。通過這種方法的應(yīng)用 (本文中,特殊的譯文是指明可夫斯基和 , 能夠創(chuàng)建一種全球化的最佳的具有高效率的排樣布局的計算方法。對于排樣設(shè)計中零件間布局的特殊問題則根據(jù)問題報告采用增加旋轉(zhuǎn)計算方法 7, 16和模擬退火

45、 11, 但是迄今為止并沒有能夠被實際應(yīng)用的精確的計算方法。在下文 中,將簡要介紹明可夫斯基和,以及它在帶料排樣設(shè)計中的應(yīng)用,和它在成對零件間嵌套 問題的延伸的描述。明可夫斯基和零件的外形被近似嵌套在每個多邊形的 n 個頂點上, 在 CCW 方向上有限連續(xù)。 隨著頂 點數(shù)量的增加零件邊上的彎曲刃口能夠近似的得到任意想要達到的精確度。例如兩個多邊 形, A 和 B, 明可夫斯基和詳細說明了 A 和 B 上每一個頂點的總和。 (1表面上看 , 令人聯(lián)想到這種方法中的零件 A成長于零件 B ,或是變化后的零件 B (也就是零件 B 旋轉(zhuǎn) 180° , 零件 A 周圍和接著零件 B 周圍參考

46、點所連接而成的軌跡。 例 如,圖 1所示零件 A 。如果基于其中一個參考頂點 (0, 0 ,將旋轉(zhuǎn) 180°后的零件 A (也 就是 A 圍繞著零件 A , A 上的參考點以粗線描述出圖 2中所示輪廓。 這個輪廓即是麥克馬斯特和 。麥克馬斯特和計算所用的方法能夠被創(chuàng)建在計算出的幾何圖形中如17, 18。 (圖 1 示例零件 A 被嵌套 (圖 2 示例零件(虛線在麥克馬斯特和(粗線 中。 這個方法的意義在于如果 A 的參考頂點是在 的周界上, A 和 A 將會相接觸 但不會產(chǎn)生重疊。兩個零件將會盡可能的緊密貼合在一起,因而在設(shè)計時將一對零件其中 的一個旋轉(zhuǎn) 180°。定義了一

47、對零件間所有可行的位置關(guān)系。 這個性質(zhì)的一個推論是如果單一零件的麥克馬斯特和是合適的。那么該零件將被否 定,也就是 。 (麥克馬斯特和推出的一個完整的說明 15。 這些報告是根據(jù)帶料 上單一零件間的最佳嵌套計算方法得出。嵌套的成對零件太過復雜的情況時,不僅要作出零件的最佳定位和選定帶料寬度還要 設(shè)計成對零件間最佳的位置關(guān)系。為了解決這一問題,故提出一種重復運算方法:假設(shè):零件 A 和 B(B= A , A 即將 A 旋轉(zhuǎn) 180°5. 在不干涉 A 的情況下選擇 B 的位置關(guān)系麥克馬斯特和 定義了可行的位置 關(guān)系 (圖 2 。6. 在這個位置關(guān)系中 加入 A 和 B. 創(chuàng)建出新的組合

48、零件外形 C 。7. 在帶料上使用麥克馬斯特和套入組合零件 C 以及 14或 15給出的運算 法則。 8. 重復步驟 1-3直到排列出所有 A 和 B 可能的位置關(guān)系。 在每個位置關(guān)系中找出最好 的位置關(guān)系,如果這樣,數(shù)字上最佳的位置關(guān)系即是最高的材料利用率。兩相同零件間最佳設(shè)計方法上述方法的第一步是選擇一個可行的 B 和 A 的位置關(guān)系。 上的一個平移矢 量 t 定義了這個位置,如(圖 3所示。當這個平移矢量 t 穿過的輪廓時為最佳 的方法。 (圖 3上關(guān)系零件的平移節(jié)點,顯示出平移矢量 t 。 最初,節(jié)點上不連續(xù)的數(shù)被放置在 中的每個邊界上。每個平移節(jié)點描述了 兩個零件臨時 加入 位置關(guān)系

49、,然后組合零件帶料寬度中的最佳位置上使用單件生產(chǎn)設(shè)計 程序 (例如在 14或 15中 。在此例中, 由 12條邊組成,每條邊包含 10個節(jié)點, 總共多達 120個平移節(jié)點。每個節(jié)點的位置是通過每條邊直線的插補創(chuàng)建,在麥 克馬斯特和上即頂點 I 的坐標是(, 。 定義一個位置參數(shù)中 s = 0和 中 s = 1,每個平移節(jié)點的坐標創(chuàng)建方式如下:(2 (3 如果點 m 放置在每條邊上,位置參數(shù)的值, 按如下公式創(chuàng)建: (4 利用圖 3所示 120個節(jié)點計算出的結(jié)果如圖 4所示。在此圖中,當每條邊移動時顯示了如何利用截線改變每條邊后平移矢量的線被打斷。當一些邊的截線上述單 一的變化,其他截線的則顯示

50、了 2到 3個局部截線。 從中找最合適的位置,這就是需要 許多節(jié)點的原因。 (圖 4零件 A 和 A 的最佳材料利用率根據(jù) 創(chuàng)建出的級數(shù),當局部最大利用率被顯示出時即可調(diào)用一個理論上最 佳的方法。在引出工作利用率之前不可用 (無附加計算結(jié)果 ,可以使用區(qū)間分半法 19。 節(jié)點最初組成的間距能夠顯示出局部最大的點。三個相同間距的點放置在上述間距間 (也 就是在 1/4, 1/2和 3/4 的位置 ,然后計算出每個點上的利用率。比較每個點上的利用 率之值, 能夠根據(jù)反復降低所得間隔的一半得出結(jié)果。 上述步驟直到得到想要的精度為止。應(yīng)用這種方法推導出最佳平移矢量點 (747.894, 250.884

51、 ,如(圖 5所示排樣圖材 料利用率達 92.02%。有趣的是,較好的設(shè)計看起來成對零件能夠更加的貼近,以便提高材料利用率。 (圖 5單一零件 A 的最佳排樣方法不同零件同一帶料上的最佳排樣方法生產(chǎn)中常遇到相同材料和相同產(chǎn)量的各類零件, 例如, 需要裝配在一起的左右兩部分零件。 將類似的零件組合在一起生產(chǎn)可以獲得更高的效率,還能提高材料的利用率。這種運算法 則的排樣設(shè)計同樣適合相同零件的排樣設(shè)計。例如(圖 6所示的零件 B 。決定平面位置 關(guān)系的相應(yīng)的麥克馬斯特和 ,如(圖 7所示。在此例中 , 包含 15條 邊,材料利用率的值如(圖 8所示。重復一次,通過 的邊精確顯示出多種局部 最大利用率

52、。 (圖 9所示即為最佳排樣平移矢量點坐標 (901.214, 130.314。材料利用率為 85.32%。此例中帶料寬度為 1229.74、步距為 1390.00。 (圖 6被嵌套的示例零件 B 的麥克馬斯特和(粗線 (圖 7示例零件 (細線和虛線 (圖 8示例零件 A 和 B 不同排樣方法的材料利用率 (圖 9示例零件 A 和 B 的最佳排樣方法 結(jié)論在沖壓工作中,材料成本占產(chǎn)品成本很大比重,所以即使每個零件上微小的節(jié)約,也 能累計成可觀的價值。本文介紹了一種新的創(chuàng)建零件間嵌套的最佳排樣計算方法。這種計 算方法利用了麥克馬斯特和計算出成對零件間所有可行的位置關(guān)系,和選取零件最佳位置 以及帶

53、料的寬度。做排樣設(shè)計時應(yīng)注意:所有的排列方式都應(yīng)該被考慮。例如,本文中示例零件的排樣 方法應(yīng)該考慮:零件 A 單獨排樣成對生產(chǎn), 零件 B 單獨排樣成對生產(chǎn) 以及 A 和 B 成對一 起生產(chǎn)。設(shè)計者應(yīng)該考慮原料成本,模具加工成本和操作成本以及沖出零件需要的工具盡 量降低生產(chǎn)成本。這種計算方法的應(yīng)用還可以拓展,其中一個顯而易見的拓展應(yīng)用即是零件間旋轉(zhuǎn)后的 最佳位置關(guān)系, 即改變零件 B 在帶料上相對于零件 A 的位置。 另一個拓展是可以更深入的 學習函數(shù)的運用。附錄 BStamping Die Strip Optimization for Paired Parts AbstractIn stam

54、ping, operating cost are dominated by raw material costs, which can typically reach 75% of total costs in a stamping facility. In this paper, a new algorithm is described that determines stamping strip layouts for pairs of parts such that the layout optimizes material utilization efficiency. This al

55、gorithm predicts the jointly-optimal blank orientation on the strip, relative positions of the paired blanks and the optimum width for the strip. Examples are given for pairing the same parts together with one rotated 180º, and for pairs of different parts nested together. This algorithm is ideally suited for incorporation into die design CAE systems.Keywords: Stamping, Die Design, Optimization, Material Utilization, Minkowski Sum, Design ToolsIntroductionIn stamping, sheet metal parts of various levels of complexity are produced rapidly, often in v