機(jī)架框沖壓模具設(shè)計(jì)論文(本科畢業(yè)設(shè)計(jì))

本科畢業(yè)論文摘要在激烈的市場競爭中,產(chǎn)品投入市場的快慢往往是成敗的關(guān)鍵。模具是高質(zhì)量、高效率的生產(chǎn)工具,其開發(fā)周期占整個(gè)產(chǎn)品開發(fā)周期很大的比重,能否縮短開發(fā)周期就成為了產(chǎn)品成敗的關(guān)鍵,而在工業(yè)工程應(yīng)用日益廣泛的今天,縮短模具開發(fā)的周期就成為一種必然趨勢。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù)是設(shè)計(jì)一套機(jī)架框冷沖模具。一方面，通過利用各種國家標(biāo)準(zhǔn)和力學(xué)分析設(shè)計(jì)出一套實(shí)用性強(qiáng)的模具；另一方面，通過利用Pro/E、CAD等電腦軟件技術(shù)來縮短產(chǎn)品開發(fā)周期。這樣可以加快產(chǎn)品整個(gè)流程進(jìn)度，占領(lǐng)消費(fèi)者心智市場，為以后同產(chǎn)品之間的價(jià)格競爭積累資源。關(guān)鍵詞：機(jī)架框冷沖模具落料模沖孔模彎曲模凸模凹模落料力沖孔力卸料力彎曲力頂件力AbstractInthefiercemarketcompetition,productspeedtomarketisoftenthekeytosuccess.Moldishighquality,highefficiencyofproduction,Thedevelopmentcycletakeslargeshareofthewholeproductdevelopmentcycle，shortentheproductdevelopmentcycleornothasbecomethekeytosuccess，butusedwidelyinindustrialengineeringtoday,toshortenthedevelopmentcycleofmoldhasbecomeaninevitabletrend.Thecontentofthisgraduationprojectistodesignasetofthecolddietomaketherackframe.Ontheonehand,throughtheuseofnationalstandardsandmechanicalanalysistodesignapracticalmold;Ontheotherhand,throughtheuseofCAD,Pro/Eandothercomputersoftwaretechnologytoshortentheproductdevelopmentcycle.Thiscanacceleratetheprogressoftheentireprocess,ocupiedtheconsumermindmarket,andaccumulateresourcesforthesubsequentpricecompetitionbetweenthesameproducts.Keywords:DieforRackframeBlankingdiePiercingdieBendingdieProtrudingdieConcavedieBlankingforcePunchingforceUnloadingforceBendingforceToppiecesforce目錄TOC\o"1-3"\h\z第一章前言 11.1選題的目的 11.2題目的意義 1第二章沖壓的基本知識(shí) 22.1沖壓的基本工序 22.2沖壓加工的特點(diǎn)及應(yīng)用 42.2.1沖壓加工的特點(diǎn) 42.2.2沖壓加工的應(yīng)用 42.3沖壓模具 52.3.1沖模的要求 52.3.2沖模的種類 52.3.3沖模結(jié)構(gòu)組成 52.3.4國內(nèi)外現(xiàn)狀綜述 6第三章沖裁工藝及模具設(shè)計(jì) 83.1沖裁 83.1.1沖裁過程分析 83.1.2影響沖裁件斷面質(zhì)量的因素 93.2沖裁間隙 103.2.1間隙對沖裁的影響 103.2.2間隙值的確定 123.3凸模與凹模刃口尺寸的確定 143.3.1刃口尺寸計(jì)算原則 143.3.2刃口尺寸計(jì)算方法 16第四章沖壓工藝分析與方案論證 174.1沖壓工藝分析 174.2沖壓方案論證 18第五章落料模設(shè)計(jì) 195.1落料模的工作原理 195.2沖壓工藝分析，確定沖壓工藝方案 195.3排樣 195.4進(jìn)行必要的工藝計(jì)算 205.4.1落料力 205.4.2卸料力 215.4.3推件力 215.4.4選擇沖床時(shí)的總壓力 225.5確定模具的壓力中心 225.6計(jì)算凸、凹模刃口尺寸 235.7模具各主要零件設(shè)計(jì) 255.7.1凹模的厚度、壁厚及材料 255.7.2墊板的采用與厚度 265.7.3卸料橡膠的自由高度 275.7.4上下模座的外形尺寸和厚度 285.7.5上下模座的材料 285.7.6模具的總體設(shè)計(jì) 285.8選擇沖壓設(shè)備 30第六章沖孔模的設(shè)計(jì) 316.1沖孔模的工作原理 316.2沖壓件的工藝分析 316.3計(jì)算沖壓力 316.3.1沖孔力 316.3.2沖孔時(shí)的卸料力 326.3.3推件力計(jì)算 326.3.4選擇沖床時(shí)的總壓力 326.4確定模具壓力中心 336.5計(jì)算凸模、凹模設(shè)計(jì)尺寸 336.5.1刃口尺寸 336.5.2沖孔位置公差 356.6模具總體設(shè)計(jì)主要零部件設(shè)計(jì) 366.6.1模具主要零部件的設(shè)計(jì) 366.6.2模具總體設(shè)計(jì) 396.6.3模具的工作原理 396.7凸模校核 406.7.1圓形凸模的校核 416.7.2非圓形凸模的強(qiáng)度校核 416.8壓力機(jī)的選擇 42第七章彎曲模的設(shè)計(jì) 437.1彎曲模的工作原理 437.2彎曲件的工藝性 437.2.1彎曲件的工藝性 437.2.2彎曲件的彎曲圓角半徑 437.2.3彎曲件的孔與彎曲處的最小距離 437.2.4彎曲件的精度 447.3彎曲件工序的確定原則 447.4彎曲力的計(jì)算 457.4.1自由彎曲力的計(jì)算 457.4.2頂件力和卸料力的計(jì)算 457.4.3彎曲時(shí)壓力機(jī)壓力的確定 467.5彎曲模工作部分的尺寸 467.5.1凸凹模的圓角半徑及凹模深度 467.5.2彎曲模的間隙 487.5.3壓力機(jī)的選擇 497.5.4零件的選型 497.6模具總體設(shè)計(jì) 50第八章結(jié)論 51致謝 52參考文獻(xiàn) 53附錄： 54外文資料和中文翻譯 54本科畢業(yè)論文第一章前言1.1選題的目的１、通過調(diào)研目前市場上的各種冷沖模具，設(shè)計(jì)出性價(jià)比更高更合理的冷沖模結(jié)構(gòu)，更好的解決目前零件加工的問題。2、樹立正確的設(shè)計(jì)思想，為以后在工作中遇到相關(guān)問題提供解決依據(jù)，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的基礎(chǔ)理論、基本知識(shí)和基本技能，提高分析解決實(shí)際問題的能力，領(lǐng)會(huì)基本理論和深化理論知識(shí)，檢驗(yàn)學(xué)生綜合素質(zhì)與實(shí)踐能力。3、接受工程師必須的綜合訓(xùn)練，提高實(shí)際工作能力。如調(diào)查研究、查閱文獻(xiàn)和收集資料并進(jìn)行分析的能力；制訂設(shè)計(jì)或試驗(yàn)方案的能力；設(shè)計(jì)、計(jì)算和CAD軟件繪圖能力；總結(jié)提高撰寫論文的能力。1.2題目的意義模具工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)工業(yè)之一。作為工業(yè)生產(chǎn)中的基礎(chǔ)工藝裝備，模具以其利用率高、耗能低、產(chǎn)品性能好、生產(chǎn)效率高和成本低等顯著特點(diǎn)在汽車、飛機(jī)、工程機(jī)械、動(dòng)力機(jī)械、輕工、日用五金等制造業(yè)中作用極為重要,其技術(shù)水平的高低已經(jīng)成為衡量一個(gè)國家制造業(yè)水平的重要標(biāo)志。選擇該題目進(jìn)行設(shè)計(jì)能讓學(xué)生到材料成型加工的又一種重要方法——模具加工,由于它具有很強(qiáng)的實(shí)用性，因而對于畢業(yè)大學(xué)生將來從事機(jī)械制造工作定會(huì)益處多多。第二章沖壓的基本知識(shí)2.1沖壓的基本工序冷沖壓是機(jī)械中常見的一種金屬加工方法。它是利用安裝在壓力機(jī)上的沖模對板料施加壓力，使其產(chǎn)生分離或變形，以獲得一定的幾何精度的機(jī)械零件或制品，通常是在室溫下進(jìn)行加工的，所以稱為冷沖壓或板料沖壓。冷沖壓可既可以加工金屬材料，也可以加工非金屬材料。冷沖壓與金屬切削加工相比有如下優(yōu)點(diǎn)：a.金屬材料經(jīng)沖壓變形后，其強(qiáng)度和剛度都得到提高。它能使較薄金屬材料沖制成尺寸大、質(zhì)量小、強(qiáng)度及剛度都較高的金屬制件。盡管越來越多的汽車零件被塑料件所代替，但迄今為止，汽車覆蓋件主要仍是沖壓件，世界上各大汽車廠研制的新型汽車亦采用沖壓件為覆蓋件?？梢哉f冷沖壓是一種不能用其他加工方法替代的加工方法。b.冷沖壓利用金屬塑性，使金屬材料在外力作用下發(fā)生塑性變形以達(dá)到制件形狀和尺寸要求。冷沖壓既不同于鍛壓加工，不需要對金屬材料加熱，也不同于常見的金屬切削，它是一種節(jié)能、無切屑的加工方法。由于在變形過程中未切斷金屬纖維，因而制件具有較合理的流線分布，這也是冷沖壓制件強(qiáng)度和剛度好的重要原因之一。c.冷沖壓最重要的工藝裝備是冷沖模，用冷沖模使金屬材料變形，因此，沖壓件基本上保持了模具工作部分的形狀和尺寸精度。由于制模水平的提高，目前模具精度已達(dá)到微米級，制件精度可以達(dá)到IT7～I(xiàn)T6級。d.冷沖壓生產(chǎn)操作簡單，因而易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化，生產(chǎn)率高。如一條由4～6大型壓力機(jī)組成的沖壓生產(chǎn)線，一分鐘可以制造大尺寸汽車覆蓋件數(shù)十件。e.盡管制造冷沖模的技術(shù)要求高、難度大千上萬乃至上億個(gè)制件，加之沖壓生產(chǎn)率高，因而在大批量生產(chǎn)的條件下，沖壓成本及低。由于沖壓件的形狀、尺寸和精度要求不同，因此，沖壓加工的方法是多種多樣的。根據(jù)材料的變形特點(diǎn)及工廠現(xiàn)行的習(xí)慣，沖壓的基本工序可分為分離工序與塑性變形工序兩大類。所謂分離工序，就是沖壓過程中使沖壓零件與板料沿一定的輪廓線相互分離，并獲得一定斷面質(zhì)量的沖壓加工方法。主要沖壓工序的分類及特征可見下表2.1。表2.1主要沖壓工序的分類類別工序名稱工序特征分離工序切斷用剪刀或模具切斷板料，切斷線不是封閉的落料沖孔用模具沿封閉線沖切板料，沖下的部分為工件用模具沿封閉線沖切板料，沖下的部分為廢料切口用模具將板料局部切開而不全分離,切口部分材料發(fā)生彎曲切邊用模具將工件邊緣多余的材料沖切下來變形工序彎曲用模具使板料彎成一定角度或一定形狀拉深用模具將板料壓成任意形狀的空心件壓肋用模具將板料局部拉伸成凸起和凹進(jìn)的形狀翻邊用模具將板料上的孔或外緣翻成直壁縮口用模具對空心件口部加由外向內(nèi)的徑向壓力,使局部直徑縮小脹形用模具對空心件加向外的徑向力,使局部直徑擴(kuò)張2.2沖壓加工的特點(diǎn)及應(yīng)用2.2.1沖壓加工的特點(diǎn)沖壓加工不需要加熱，也不像金屬切削加工時(shí)切掉大量的碎屑，因而它是一種節(jié)能省材的加工方法；很多沖壓制件所用的毛坯是冶金廠大量生產(chǎn)的軋制鋼板和鋼帶，原材料來源途徑廣且價(jià)格低；沖壓件的質(zhì)且主要靠模具保證，容易獲得質(zhì)量好且穩(wěn)定的沖壓制品。和其他加工方法相比，沖壓加工概括起來有如下特點(diǎn)：(1)在設(shè)備和模具的作用下能得到其他加工方法不易得到的形狀復(fù)雜、精度一致的制件。(2)操作簡便，生產(chǎn)效率高，適合批量生產(chǎn)，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化。(3)沖斥生產(chǎn)的材料利用率高，模具壽命較長，故而極大地降低了沖壓件的生產(chǎn)成本。(4)沖壓件的尺寸穩(wěn)定、精度高、互換性好。但是，沖壓加丁在生產(chǎn)中也有其局限性。一方面，在沖壓加工時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲；另一方面，沖壓加工所使用的模具往往具有專一性，有時(shí)一個(gè)復(fù)雜零件需要數(shù)套模具才能加工成形，且模具精度高，導(dǎo)致模具制造費(fèi)用較高，只有在大批且生產(chǎn)時(shí)，沖壓加工的優(yōu)越性才能得到充分體現(xiàn)。2.2.2沖壓加工的應(yīng)用由于沖壓加工具有效率高、成本低、質(zhì)且穩(wěn)定等一系列優(yōu)點(diǎn)，因此在汽車、拖拉機(jī)、電機(jī)、電器、國防工業(yè)以及日常生活用品等行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用，如在飛機(jī)、導(dǎo)彈、各種槍彈的生產(chǎn)中，沖壓件占有相當(dāng)大的比例。隨著工業(yè)產(chǎn)品的不斷發(fā)展和生產(chǎn)技術(shù)水平的不斷提高，沖壓加工將起到越來超重要的作用。2.3沖壓模具2.3.1沖模的要求沖壓模具（簡稱沖模）是對金屬板材進(jìn)行沖壓加工以獲得合格產(chǎn)品的工具。在沖壓加工過程中，沖模的凸模與凹模直接接觸被加工材料并相對作用使其產(chǎn)生塑性變形達(dá)到預(yù)期的零件。因此對沖模的要求：沖模應(yīng)該具有足夠的強(qiáng)度，剛度和相應(yīng)的形狀尺寸精度；沖模主要零件應(yīng)具有足夠的耐磨性和使用壽命；沖模的結(jié)構(gòu)應(yīng)該確保操作安全，方便，便于管理和維修；沖模應(yīng)有使材料方便送進(jìn)，工件方便取出，定位可靠的裝置，以保證生產(chǎn)的工件質(zhì)量穩(wěn)定；為使沖模上下運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確，需要有導(dǎo)向裝置；沖模零件的加工和裝配應(yīng)該盡可能簡單，盡量采用標(biāo)準(zhǔn)件，以縮短模具的制造周期，降低成本；沖模應(yīng)具有與壓力機(jī)連接的部位，以適應(yīng)安裝和管理的需要。2.3.2沖模的種類從工藝性質(zhì)分為沖裁模、彎曲模、拉深模、成形模等；從工序組合分為單工序模、復(fù)合模、連續(xù)模等；從材料送進(jìn)方式分為手動(dòng)送料模、半自動(dòng)送料模、自動(dòng)送料模等；從適用范圍分為通用模和專用模等；從導(dǎo)向方式分為無導(dǎo)向模、板式導(dǎo)向模、滑動(dòng)導(dǎo)向模等。2.3.3沖模結(jié)構(gòu)組成沖模結(jié)構(gòu)由五部分組成，即工作零件，輔助裝置，導(dǎo)向裝置，支撐零件，緊固零件。a.工作零件：沖模的工作零件是凸模和凹模，在復(fù)合模中還有凸凹模。它們成對互相配合，完成對坯料的成形。他們的形狀尺寸，尺寸精度，固定方法決定著沖模的性能，模具成本及使用壽命。b.輔助裝置：輔助裝置是協(xié)助凸模，凹模完成工藝成形不可缺少的裝置。c.導(dǎo)向裝置：它是保證上模，下模準(zhǔn)確運(yùn)動(dòng)的裝置，要求工作可靠，導(dǎo)向精度好，有一定的互換性。d.支承零件：在上模座和下模座上安裝著凸模，凹模及其它所有的零件。它們和壓力機(jī)連接，傳遞并承受著工作壓力。e.緊固零件：中大型模具大多采用沉頭螺栓和銷作可卸式連接。模具的連接可靠，拆卸方便也是沖模設(shè)計(jì)的一個(gè)基本要求。2.3.4國內(nèi)外現(xiàn)狀綜述模具朝著標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、專業(yè)化和商品化的方向發(fā)展。世界主要工業(yè)國模具標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)程度達(dá)80%，模具廠只需設(shè)計(jì)制造模具工作零件，大部分模具零件均從模具標(biāo)準(zhǔn)廠購買，使生產(chǎn)率大幅度提高。模具制造廠專業(yè)程度越來越高，分工越來越細(xì)，而規(guī)模變小。如目前有模架廠、頂桿廠、熱處理廠，甚至某些模具廠僅專業(yè)化生產(chǎn)某類產(chǎn)品的沖裁?；驈澢＃@樣更有利于制造水平的提高和制造周期的縮短。冷沖壓朝著使用CAD/CAM技術(shù)方向發(fā)展。自80年代初，世界模具行業(yè)采用CNC機(jī)床，開發(fā)和研究沖摸CAD/CAM技術(shù)，使沖摸設(shè)計(jì)和制造現(xiàn)代化。用計(jì)算機(jī)才用有限元模擬金屬板料變形情況，可以預(yù)測某一工藝方案對制件成形的可能性和將會(huì)發(fā)生的問題。計(jì)算機(jī)將結(jié)果顯示在終端上供設(shè)計(jì)人員選擇修改，這樣既節(jié)省了昂貴的試模費(fèi)用，也縮短了制模周期。采用CAD/CAM/CAE技術(shù)，可以使制模周期縮短1/2～2/3，精度提高1～2級。目前用CNC機(jī)床加工的模具精度已達(dá)μm級。世界各主要工業(yè)國已廣泛使用此技術(shù)，我國也正由實(shí)驗(yàn)研究轉(zhuǎn)入實(shí)用。隨著市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，商品競爭日趨激烈。為爭奪市場，如何提高冷沖壓模具設(shè)計(jì)及制造質(zhì)量和縮短周期，已成為沖壓工程技術(shù)人員所面臨的重大課題。除了采用簡易模具技術(shù)，解決產(chǎn)品試制及小批量生產(chǎn)外，目前國內(nèi)外廣泛應(yīng)用成組技術(shù)進(jìn)行組織產(chǎn)品工程設(shè)計(jì)、制造及生產(chǎn)。成組技術(shù)是將產(chǎn)品整體為研究對象，分析產(chǎn)品相似性，將形狀結(jié)構(gòu)、尺寸、精度等相似的產(chǎn)品分類成組，從而引導(dǎo)產(chǎn)品設(shè)計(jì)及生產(chǎn)達(dá)到成本低、周期短的目的。由于產(chǎn)品相似性使產(chǎn)品制造工藝也具有相似性，這就為冷沖壓模具設(shè)計(jì)應(yīng)用成組技術(shù)創(chuàng)造了條件。典型組合模具不僅能適應(yīng)小批量生產(chǎn)要求，作到一模多用，只要更換個(gè)別工藝件就能組合成新模具進(jìn)行新的品種生產(chǎn)，從而為小批量生產(chǎn)開辟了新的途徑。典型組合模也具能適應(yīng)中、大批量生產(chǎn)要求，工具制造部門可在、事先制造典型組合模具作為半成品庫存，設(shè)計(jì)部門能在短期內(nèi)補(bǔ)充設(shè)計(jì)所需工藝件，即可在較短時(shí)間內(nèi)制造組合成專用模具供中、大批量生產(chǎn)。此外，用鋅合金作為模具材料，設(shè)計(jì)簡單，制造容易，不需要專門的模具加工設(shè)備，省工、省料。模具用鋅合金的性能，相當(dāng)于低碳鋼，加工性質(zhì)類似于青銅鑄件。由于鋅合金的獨(dú)有的特點(diǎn)，必將在生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用，對提高沖壓生產(chǎn)的工藝技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)機(jī)電工業(yè)的發(fā)展，將起積極作用。第三章沖裁工藝及模具設(shè)計(jì)沖裁是利用模具使板料產(chǎn)生分離的一種沖壓工序。從廣義上講，沖裁是分離工序的總稱，它包括落料、沖孔、切斷、切口、修邊等多種分離工序。但一般來說，沖裁主要是指落料和沖孔工序。在沖壓工藝中，沖裁的用途最為廣泛，它既可以直接沖出所需形狀的成品工件，又可以為其他成形工序如拉深、彎曲、成形等制備毛坯。3.1沖裁3.1.1沖裁過程分析沖裁加工過程中的受力與變形是比較復(fù)雜的，若要深入掌握沖裁工藝，必須研究沖裁時(shí)板料分離的實(shí)質(zhì)及影響沖裁過程的因素，從而達(dá)到掌握沖裁過程、控制沖裁件質(zhì)量的目的。沖裁過程分析主要是從力與變形的角度出發(fā)，分析、研究沖裁過程。這對編制沖裁工藝、設(shè)計(jì)沖裁模、控制沖裁件質(zhì)量有著重要意義。沖裁是分離工序，從凸模接觸板料到板料相互分離的過程是在瞬間完成的：當(dāng)凸、凹模間隙正常時(shí)，沖裁變形過程大致可分為以下三個(gè)階段:彈性變形階段、塑性變形階段、斷裂分離階段，如圖3．1所示。圖3.1沖裁變形過程3.1.2影響沖裁件斷面質(zhì)量的因素在四個(gè)特征區(qū)中，光亮帶剪切面的質(zhì)量最佳。各區(qū)域部分在整個(gè)斷面上所占的比例，隨材料的性能、厚度、沖裁間隙、刀口狀態(tài)及摩擦等條件的不同而變化。1．材料性能對斷面質(zhì)量的影響對于塑性較好的杉料．沖裁時(shí)裂紋出現(xiàn)得較晚，因而材料被剪切的深度較大，所得到的斷面光亮帶所占比例大，闖角帶較寬，斷裂帶較窄。而塑性差的材料，當(dāng)剪切開始不久，材料便被拉裂，使斷面光亮帶所占比例小，圓角帶較窄，有斜度的粗糙斷裂帶所占的比例大。2．沖裁間隙對斷面質(zhì)量的影響沖裁間隙值的大小，影響上下裂紋的會(huì)合，也影響變形應(yīng)力的性質(zhì)和大小。①當(dāng)間隙過小時(shí)，上下裂紋延伸時(shí)互不重合，如圖3．2a所示。兩裂紋之間的材料，隨著沖裁的進(jìn)行將被第二次剪切，在斷面上形成第二光亮帶，該光亮帶中部有殘留的斷裂帶(夾層)。小間隙還會(huì)使庇力狀態(tài)中的拉應(yīng)力成分減小，擠壓作用增大，使材料塑性得到充分發(fā)揮，裂紋的產(chǎn)生受到抑制而推遲。所以，斷面光亮帶寬度增加，圓角、毛刺、斜度、翹曲、拱彎等缺陷都有所減小，制件質(zhì)量較好。但斷面的質(zhì)量也有缺陷，如中部的夾層等。②當(dāng)間隙過大時(shí)，上下裂紋延伸時(shí)仍然互不重合，如圖3.2c所示。這是因?yàn)樽冃尾牧蠎?yīng)力狀態(tài)中的拉應(yīng)力成分增大，材料的彎曲和拉仲也增大，容易產(chǎn)生微裂紋，使塑性變形較早結(jié)束。所以，斷面光亮帶變窄，圓角帶、斷裂帶增寬，毛刺增多，拱彎、翹曲現(xiàn)象嚴(yán)重，并且拉裂產(chǎn)生的斜度增大，有時(shí)斷面會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)斜度，沖裁件質(zhì)量下降。③當(dāng)間隙合適時(shí)，上下裂紋延伸后能會(huì)合成一條線，如圖3．2b所示。盡管斷面也有斜度，但零件比較平直，圓角、毛刺、斜度均不大，有較好的綜合斷面質(zhì)量。3．模具刃口狀念對斷面質(zhì)量的影響刃口狀態(tài)對沖裁過程中的應(yīng)力狀態(tài)有較大影響。當(dāng)模具刃口磨損成園角時(shí)，擠壓作用增大，沖裁件的圓角和光亮帶增大。但同時(shí)也使沖裁件的毛刺增大，凸模鈍，落料件上毛刺增大；凹模鈍，沖孔件上毛刺增大。圖3.2間隙大小對沖裁件斷面質(zhì)量的影響1.斷裂帶2.光亮帶3.圓角帶4.第二光亮帶3.2沖裁間隙沖裁間隙是指沖裁模中凸模與凹模刃口之間的間隙。凸模與凹模之間每側(cè)的間隙稱為單面間隙，用Z／2表示；兩側(cè)間隙之和稱為雙面間隙，用Z表示，如圖3．3所示。本章所討論的間隙，如無特殊說明，都是指雙面間隙。3.2.1間隙對沖裁的影響從上面的分析可知，凸模和凹模之間的間隙，對沖裁件斷面質(zhì)量有極其重要的影響。此外，沖裁間隙還影響模具壽命、卸料力、推件力、沖裁力和沖栽件的尺寸精度。因此，沖栽間隙是沖裁模設(shè)計(jì)中一個(gè)非常重要的工藝參數(shù)。1．間隙對沖裁件尺寸精度的影響沖裁件的尺寸精度，是指沖裁件的實(shí)際尺寸與設(shè)計(jì)的理想尺寸之間的差值。差值越小，則精度越高?？偟牟钪蛋ㄒ韵聝蓚€(gè)方面：(1)沖裁件相對于凸模或凹模尺寸的偏差。主要是指制件從凹模推出(落料件)或從凸模上卸下(沖孔件)時(shí)，因材料所受的擠壓、拉伸變形等產(chǎn)生回彈面造成的。偏差值可能是正的，也可能是負(fù)的c影響這個(gè)偏差值的因素食沖裁間隙、材料性質(zhì)、工件的形狀與尺寸等，其中主要因素是沖栽間隙。圖3.3沖裁間隙沖裁間隙過大時(shí)，材料所受拉伸作用增大。沖裁結(jié)束后，因材料的彈性恢復(fù)，沖裁件尺寸向?qū)嶓w方向收縮，從而使落料件尺寸小于凹模尺寸，沖孔尺寸(孔徑)大于凸模尺寸(直徑)。沖裁間隙過小時(shí)，材料受模具擠壓的作用增大c沖裁結(jié)束后，因材料的彈性恢復(fù)，使落料件尺寸增大，沖孔尺寸(孔徑)減小。尺寸變化量的大小與材料性質(zhì)、厚度等因素有關(guān)。材料性質(zhì)直接決定了其在沖裁過程中的彈性變形量。軟鋼的彈性變形量較小，沖裁后其彈性恢復(fù)也相應(yīng)較小，硬鋼的彈性恢復(fù)量就比較大。(2)模具本身的制造偏差。上述因素的影響，是在一定的模具制造精度這個(gè)前提下討論的。若模具刃口制造精度低，則沖裁件的制造精度也就無法保證。所以，凸、凹模刃口的制造公差一定要按工件尺寸的精度要求來決定。2．間隙對模具壽命的影響模具壽命受各種因素的綜合影響，沖裁間隙是主要影響因素之一。沖裁過程中，凸模與沖孔件孔的內(nèi)側(cè)面，凹模與落料件的外側(cè)面之間均有摩擦。間隙越小，摩按越嚴(yán)重，所以過小的沖裁間隙對模具壽命極為不利。較大的沖裁間隙可使模具與材料之間的摩擦減小，在一定程度上還可以減小間隙分布不均勻的不利影響，從面提高模具壽命。3．沖裁間隙對沖裁工藝力的影響隨著間隙的增大，材料所受的拉應(yīng)力增大，材料容易斷裂分離，因此沖裁力減小。通常沖裁力的降低并不’f—分顯著。試驗(yàn)結(jié)果表明．當(dāng)單面間隙介于材料厚度的5％—20％范圍內(nèi)時(shí)，沖裁力的降低不超過5％—10％。因此，在正常情況下，沖裁間隙對沖裁力的影響不是很大。沖裁間隙對卸料力、報(bào)件力的影響比較顯著。間隙增大后，從凸模上卸下零件和從凹模中推出零件都比較省力。當(dāng)單邊間隙達(dá)到厚度的15％—25％左右時(shí)，卸料力幾乎為0。但間隙太大，引起毛刺增加，反而又使卸料力和推件力增加。3.2.2間隙值的確定由以上分析可知，沖裁間隙對沖裁件精度、沖裁工藝力以及模具壽命都有很大影響，但影響的規(guī)律各不相同。因此，并不存在一個(gè)絕對合理的間隙值，能同時(shí)滿足沖裁件斷面質(zhì)量最佳、尺寸精度最高、模具壽命最長、沖裁工藝力最小等各方面的要求。在實(shí)際生產(chǎn)中，通常選擇一個(gè)合適的間隙范圍。只要模具間隙在這個(gè)范圍之內(nèi)，就可以滿足使用要求。這個(gè)范圍的最小值稱為最小合理間隙(Zmin)，最大值稱為最大合理間隙Zmax)?？紤]到模具使用中的磨損，設(shè)計(jì)和制造新模具時(shí)要選擇最小合理間隙。確定合理間隙值的方法有兩種；理論確定法和經(jīng)驗(yàn)確定法。1．理論確定法理論確定法的主要依據(jù)是保證上下裂紋重合，且正好相交于一條直線上，以獲得良好的斷面質(zhì)量。圖3．4所示為沖裁過程中產(chǎn)生裂紋的瞬時(shí)狀態(tài)，根據(jù)圖中的幾何關(guān)系可求得間隙Z值如下：Z=2(t-ho)tanβ=2t(1-ho/t)tanβ式中Z——雙面間隙值；t——板料厚度；h0——產(chǎn)生裂紋時(shí)凸模壓人材料的深度；h0／t——產(chǎn)生裂紋時(shí)凸模壓人材料的相對深度；β——剪裂紋與垂線間的夾角。圖3.4沖裁過程中產(chǎn)生裂紋的瞬時(shí)狀態(tài)從上式可以看出，合理間隙值Z與板料厚度t、相對壓入深度h0/t、剪裂紋方向(角度)等有關(guān)。面h0/t和β又與材料的性質(zhì)有關(guān)，因此影響間隙值的主要因素是材料的性質(zhì)和材料厚度。不同材料的h0/t與β值見表3.1。表3.1h0/t與β值板料厚度增大，間隙值應(yīng)相應(yīng)增大。比值h0/t與材料的性質(zhì)有關(guān)，塑性好的材料光亮帶占剪切斷面的比例大，合理間隙值就取得小一些。材料塑性差，厚度大，其相應(yīng)的合理間隙值就要取得大一些。3.3凸模與凹模刃口尺寸的確定凸模與凹模刃口尺寸精度是影響沖裁件尺寸精度的重要因素。凸凹模的合理間隙值也要靠刃口尺寸及其公差來保證。因此，在設(shè)計(jì)沖裁模具時(shí)，正確計(jì)算凸模與凹模的刃口尺寸及其公差是十分必要的。3.3.1刃口尺寸計(jì)算原則在生產(chǎn)實(shí)踐中，不難發(fā)現(xiàn)沖裁生產(chǎn)具有如下特點(diǎn)：(1)由于凸、凹模之間存在間隙，使沖出的孔或落下的制件都帶有錐度，且落料件的大端尺寸等于凹模尺寸，沖孔件的小端尺小等于凸模尺寸。(2)在測量與使用中，落料件以大端尺寸為基推，沖孔孔徑以小端尺寸為基準(zhǔn)。(3)沖裁時(shí)，凸、凹模要與沖裁件或廢料發(fā)生摩擦，凸模尺寸越磨越小，凹模尺寸越磨越大，結(jié)果使凸、凹模之間的間隙逐漸增大。根據(jù)沖裁生產(chǎn)的特點(diǎn)，計(jì)算和確定凸、凹模刃口尺寸及其公差時(shí)．應(yīng)遵循以下原則。1、根據(jù)沖孔和落料的特點(diǎn)落料件的尺寸決定于凹模尺寸，故落料模應(yīng)以凹模為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)；先確定凹模的刃口尺寸，再據(jù)間隙值確定凸模的刃口尺寸。沖孔時(shí)孔徑的尺寸決定于凸模尺寸，所以沖孔模應(yīng)以凸模為設(shè)計(jì)基淮；先確定凸模的刃口尺寸，再按間隙值確定凹模的刃口尺寸。2、考慮凸模與凹模的磨損凸、凹模在沖裁過程中必然會(huì)出現(xiàn)磨損，凸模刃口尺寸磨損使沖孔尺寸減小，凹模刃口尺寸磨損使落料尺寸增大。為了保證沖裁件的尺寸精度，盡可能地提高模具壽命，設(shè)計(jì)落料模時(shí)，凹模刃口的基本尺寸應(yīng)取落料件尺寸公差范圍內(nèi)的較小尺寸。設(shè)計(jì)沖孔模時(shí)，凸模刀口的基本尺寸應(yīng)取工件尺寸公差范圍內(nèi)的較大尺寸。這樣就能保證凸、凹模磨損到一定秤度后仍能沖裁出合格的工件。不論落料還是沖孔，凸、凹模間隙都應(yīng)選取合理間隙范圍內(nèi)的最小值。3．把握好刃口制造精度與工件精度的關(guān)系凸、凹模刃口尺小精度的選擇，應(yīng)以能保證工件的精度要求為前提，保證合理的凸、凹模間隙值，從而保證模具的使用壽命。模具刃口制造精度與沖裁件精度的對應(yīng)關(guān)系見表3．2。一般情況下，也可技工件公差的1／4—l／3選取。對于圓形凸、凹模，由于制造容易，精度易保證，制造公差可按IT6—IT7級選取。表3.2模具刃口制造精度與沖裁件精度的對應(yīng)關(guān)系3.3.2刃口尺寸計(jì)算方法根據(jù)凸、凹模的加工工藝和測量方法的不同，凸模與凹模刃口部分尺寸的計(jì)算公式與制造公差的標(biāo)注也不同。刃口尺寸的計(jì)算方法分為下面兩種類型。1．凸模與凹模分別單獨(dú)加工這種加工方法，適用于圓形或矩形等規(guī)則形狀刃口的制造。加工模具時(shí)，凸模和凹模分別按圖紙加工至尺寸，并分別在圖樣上標(biāo)注凸模和凹模的刃口尺寸和制造公差。為了保證間隙值，應(yīng)滿足下列關(guān)系式：Tp+Td≤Zmax-Zmin(3.3)或取Tp=.0.4(Zmax-Zmin)(3.4)Td=0.6(Zmax-Zmin)(3.5)落料與沖孔時(shí)凸、凹模刃口尺寸、公差與沖裁件尺寸及其公差的關(guān)系如圖3．5所示。圖3.5沖模刃口尺寸的確定第四章沖壓工藝分析與方案論證4.1沖壓工藝分析圖4.1零件圖該零件為拖拉機(jī)機(jī)架框，如圖4.1所示。上面有2個(gè)Φ15的孔，一個(gè)Φ11的孔，一個(gè)Φ12的孔以及兩個(gè)11×125的鈑金槽?？字饕糜诮影宓难b配，故這幾個(gè)孔的位置是需要保證的重點(diǎn)。另外鈑金槽是用于定位的，位置度也需要得到一定的保證。a.該零件的厚度為3毫米。對于一般的沖壓來說，它的厚度是過厚了一點(diǎn)，所以在彎曲時(shí)若能有效地利用過彎曲和校正彎曲來控制回彈，則可以得到形狀和尺寸比較準(zhǔn)確的零件；b.鈑金槽邊緣和所有的孔邊緣至彎曲半徑R的中心距離都大于材料厚度的兩倍（6毫米），從而鈑金槽邊和所有的孔都位于變形區(qū)之外，彎曲時(shí)不會(huì)引起它們變形，故鈑金槽邊和所有的孔都可以在彎曲前沖出?？讻_好后，也可作為彎曲時(shí)的定位。由圖可知，該零件結(jié)構(gòu)形狀比較復(fù)雜，但并不對稱。是由圓弧直線組成，根據(jù)零件的具體情況，要完成全部的工序而生成該產(chǎn)品，需經(jīng)過以下三道工序，它們分別是：落料、沖孔和彎曲。4.2沖壓方案論證沖壓該零件需要的基本工序有落料、沖孔、彎曲。由于工件結(jié)構(gòu)不算復(fù)雜，為了減少模具的制造難易程度，這里選擇單工序簡單模。具體工序方案主要有有以下幾種：方案一：先落料、再彎曲、最后沖孔。工序較少且較集中，使用設(shè)備較少，生產(chǎn)效率較高。在每道工序中都存在著一定的誤差，這樣零件的精度很難保證。且沖孔模具的結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜。方案二：先落料、再?zèng)_孔、最后彎曲。工序較少且較集中，使用設(shè)備較少，生產(chǎn)效率較高。進(jìn)行彎曲時(shí)有較好的定位。加工精度得到很好的保證。模具結(jié)構(gòu)較簡單，制造成本較低，符合經(jīng)濟(jì)要求。方案三：先落料、然后沖孔、再彎曲、最后再?zèng)_孔。工序復(fù)雜，生產(chǎn)效率低，對于批量生產(chǎn)并不適易，在每道工序中都存在著一定的誤差，這樣零件的精度很難保證。方案四：先沖孔、再落料、最后彎曲。這種工序方案中，孔先沖出，給后面的工序提供了很好的定位。提高了產(chǎn)品的位置精度。但是這樣操作不方便，就增加了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，生產(chǎn)效率降低了。綜合考慮到零件的性能、產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)批量、生產(chǎn)效率使用設(shè)備、模具制造的難易程度及壽命高低、操作方便與安全等方面，經(jīng)過以上的方案比較，可知第二案比較好，所以選擇方案二。第五章落料模設(shè)計(jì)5.1落料模的工作原理在沖壓加工過程中，沖模的凸模與凹模直接接觸被加工材料并對材料施加壓力，使材料沿輪廓線分離，從而得到預(yù)期的零件。5.2沖壓工藝分析，確定沖壓工藝方案該零件形狀簡單，是由圓弧和直線組成的。沖裁件內(nèi)外形所能達(dá)到的經(jīng)濟(jì)精度為IT13，孔中心與邊緣距離尺寸公差相比較，可認(rèn)為該零件的精度要求能夠在沖裁加工中得到保證。其它尺寸標(biāo)注、生產(chǎn)批量等情況，也均符合沖裁的工藝要求，根據(jù)文獻(xiàn)1，故決定采用單工序落料模加工，且一次沖壓成形。5.3排樣在條料上沖裁時(shí)，工件之間以及工件和條料側(cè)邊之間的余料稱為搭邊。根據(jù)文獻(xiàn)[9，10]，采用斜排式的排樣方式，如圖5-1所示。圖5-1零件圖和排樣圖由表2-13查得最小搭邊mm，mm；通過Pro/E的區(qū)域分析的功能得到該零件的毛坯的面積：A=97235mm；條料的寬度:=3+88.3+233+3+3=330mm進(jìn)距：h=629.7+2=635.7mm；根據(jù)公式：（5-1）計(jì)算得一個(gè)進(jìn)距的材料利用率為：5.4進(jìn)行必要的工藝計(jì)算該模具采用彈性卸料和下出件方式。Q235的抗拉強(qiáng)度為。5.4.1落料力根據(jù)文獻(xiàn)[11]公式：（5-2）其中：—落料力(N)；—抗拉強(qiáng)度(MPa)，取=400MPa；t—材料厚度(MPa)，t=3mm；—零件的毛坯的周長(mm)。通過Pro/E的面分析的功能得到該零件的毛坯的周長L=1548故=(1548×3×400)N=1858×10N5.4.2卸料力表5.1卸料力、推料力和頂料力系數(shù)鋼料厚（mm）KKK≤0.10.6～0.090.10.14>0.1～0.50.04～0.070.0650.08>0.5～2.50.025～0.060.050.06>2.5～6.00.015～0.040.0250.05>6.50.015～0.040.0250.03鋁、鋁合金0.03～0.080.03～0.07紫銅、黃銅0.02～0.060.03～0.09根據(jù)公式：（5-3）其中：F—落料力(N)；K—系數(shù)，取K=0.04。故=(0.04×1858×10)=74.32×10N5.4.3推件力根據(jù)公式：（5-4）其中：F—落料力(N)；K—系數(shù)，K=0.045；n—卡在凹模洞口的工件(或廢料)數(shù)目，。故=(3×0.045×1858×10)N=83.61×10N5.4.4選擇沖床時(shí)的總壓力選擇沖床時(shí)的總壓力為：F=F+F+F=2016KN5.5確定模具的壓力中心按比例畫出零件形狀，選定坐標(biāo)系XOY，如圖5.2所示。因零件不對稱，故Xc，Yc都需計(jì)算。根據(jù)文獻(xiàn)[11]，將工件沖裁周邊分成L1，L2，…，L7基本線段，求出各段的重心：L1=88.3X1=0Y1=188.85L2=629.7X2=－242.5Y2=233L3=122.047X3=－544.38Y3=218.95L4=83.93X4=－629.55Y4=175.2L5=99.85X5=－580.08Y5=103.57L6=88.13X6=-600.36Y6=17.26L7=580.69X7=--281.33Y7=72.92根據(jù)公式：（5-5）得mm根據(jù)公式：（5-6）得故壓力中心坐標(biāo)值為（-301.60，133.22）圖5.2壓力中心圖5.6計(jì)算凸、凹模刃口尺寸落料時(shí)，落料件的尺寸是由凹模決定的，因此應(yīng)以落料凹模作為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)。查文獻(xiàn)[8]，由表2-1得間隙值Z=0.46Z=0.64mm由于凹模結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，尺寸在生產(chǎn)過程中有變大和縮小，所以用配合加工計(jì)算法來計(jì)算凹模。第一類：凸?；虬寄Ｔ谀p后會(huì)增大的尺寸；第二類：凸?；虬寄Ｔ谀p后會(huì)減小的尺寸；第三類：凸?；虬寄Ｔ谀p后基本不便的尺寸。第一類尺寸：（沖裁件上該尺寸的最大極限尺寸-x）第二類尺寸：（沖裁件上該尺寸的最小極限尺寸+x）第三類尺寸：沖裁件上該尺寸的中間尺寸±（1/8）根據(jù)公式（5-5）其中：—凹模尺寸(mm)；—系數(shù)，按工件精度由文獻(xiàn)[12]表2-7查得：=0.75；—工件公差(mm)；則凹模各部分尺寸為：尺寸為88.3時(shí)，=（88.3-0.75×0.54）=87.9尺寸為485時(shí)，mm尺寸為R33.7時(shí)，mm尺寸為R51.3時(shí)，mm尺寸為629時(shí)，mm凸模工作部分尺寸按凹模配制，保證雙面均勻間隙為mm。5.7模具各主要零件設(shè)計(jì)5.7.1凹模的厚度、壁厚及材料根據(jù)文獻(xiàn)[11]經(jīng)驗(yàn)公式：（5-6）計(jì)算凹模厚度其中：b—工件最大外形尺寸,b=629.7mmK—系數(shù),查表5.2得K=0.18表5.2厚度系數(shù)料厚t/mmb/mm0.5123>3<500.300.350.420.500.6050～1000.200.220.280.350.42100～2000.150.180.200.240.30>2000.100.120.150.180.22故:mm，取mm。根據(jù)公式：（5-7）得凹模壁厚：C=2=228mm根據(jù)凹模厚度及工件尺寸,可以估算凹模的外形尺寸:長度、寬度和厚度:1086×689×114mm。由于在冷態(tài)下被加工材料的變形抗力較大且存在加工硬化效應(yīng)，故凹模和凸模承受很大的載荷及摩擦、沖擊作用。Cr12MoV具有優(yōu)良的熱處理性和耐磨性，且韌性較好，通過高溫淬火，還具有一定的熱硬性，所以凹模和凸模的材料選用Cr12MoV。5.7.2墊板的采用與厚度是否采用墊板,視模座所承受的應(yīng)力是否超過模座材料的許用應(yīng)力而定.當(dāng)壓應(yīng)力大于,則應(yīng)采用墊板;反之,可以不加墊板.該工件落料凸模承壓面尺寸如圖5.3所示。模板承受的壓應(yīng)力:圖5.3凸模承壓面根據(jù)公式：（5-8）得MPaQ235的=120～160MPa，所以?？梢圆患訅|板.但是考慮到模具的閉合高度,且墊板具有緩沖作用.故仍加墊板.其厚度取為12mm.5.7.3卸料橡膠的自由高度根據(jù)零件材料厚度為3mm,沖裁時(shí)凸模進(jìn)入凹模深度取1mm,維修時(shí)刃磨量為5mm,模具開啟時(shí)卸料板極高出凸模底面3mm.因此總的工作行程mm。根據(jù)文獻(xiàn)[11]公式：（5-9）橡膠的自由高度：考慮到模具的閉合高度及卸料具體情況，可取。模具組裝時(shí),橡膠的預(yù)壓量根據(jù)公式:（5-10）得mm橡膠的閉合高度mm取40mm橡膠的斷面面積根據(jù)公式：D=（5-11）其中F=74.32×10，P=2～3MPa,根據(jù)選定的卸料螺釘?shù)闹睆酱_定D=20mm，橡膠與螺釘?shù)呐浜蠟殚g隙配合，取。代入計(jì)算得，D=127mm5.7.4上下模座的外形尺寸和厚度根據(jù)凹模外形尺寸確定下模座尺寸為：長度、寬度和厚度：1156×819×130（mm）相應(yīng)確定上模座尺寸為：長度、寬度和厚度：1156×819×120（mm）卸料板的外形尺寸和厚度為：長度、寬度和厚度：1086×689×18（mm）5.7.5上下模座的材料因?yàn)樯舷履Ｗ诠ぷ髦惺艿捷^大的沖擊力，故選擇HT200，它能夠承受較大的載荷且，鑄造性能好，由于石墨有一定潤滑效果，HT200具有較好的減磨和耐磨性。5.7.6模具的總體設(shè)計(jì)根據(jù)上述確定的方案及各步計(jì)算結(jié)果設(shè)計(jì)模具草總圖，如圖5.4所示.本模具采用手工送料，由于凸模斷面比較復(fù)雜，考慮到加工方便，決定采用螺釘固定方式與模座和墊板相固定。由于模座周界尺寸比較大，所以選擇四導(dǎo)柱模架，選擇導(dǎo)柱直徑為，導(dǎo)柱導(dǎo)套按標(biāo)準(zhǔn)件選取，板材在凹模上依靠擋料銷而定位，凹模與下模座裝配時(shí)依靠定位銷定位，然后由六個(gè)均布螺釘緊固。模柄直徑選擇mm,.為標(biāo)準(zhǔn)件。卸料橡膠外徑為127，內(nèi)徑為20，查文獻(xiàn)[8]，選取d=20mm的卸料螺釘,螺釘于橡膠內(nèi)徑的配合為間隙配合,配合公差為。圖5.4落料模如果5-4所示，落料模的工作原理為：落料模由模柄、上模座、墊板、凸模、卸料板、凹模、下模座、導(dǎo)柱及銷釘、螺釘?shù)冗B接零件構(gòu)成。模具工作時(shí)，板材在落料凹模上緊靠擋料銷而定位，壓力機(jī)滑塊下行，卸料板壓緊板材，使其得到充分定位,同時(shí)帶動(dòng)凸模下行完成沖裁落料。上?；爻虝r(shí)，通過卸料橡膠的彈性回彈作用，使卸料板緊壓在落料后的廢料上，實(shí)現(xiàn)凸模與廢料的分離，完成卸料,最終完成落料工序。裝配時(shí)應(yīng)達(dá)到如下技術(shù)要求：1.裝配時(shí)應(yīng)保證凸凹模之間的間隙均勻一致，雙向間隙最小值為Zmin=0.46，最大值為Zmax=0.64，不允許采用使凸、凹模變形的方法來修正間隙；2.卸料機(jī)構(gòu)必須靈活，卸料板在沖模開啟狀態(tài)時(shí)，一般應(yīng)突出凸模表面0.5-1mm；3.各接合面保證密合，漏料孔應(yīng)保證暢通，一般應(yīng)比刃口大0.2-2mm;4.沖模所有活動(dòng)部分的移動(dòng)應(yīng)平穩(wěn)靈活，無滯止現(xiàn)象；5.各緊固用的螺釘不得松動(dòng)，并保證螺釘和銷訂的端面不突出上下模座的平面；6.工件毛刺高度不得大于0.05。5.8選擇沖壓設(shè)備由上面的計(jì)算結(jié)果可知：最大的沖壓力為：KN；模具的最大閉合高度為：H=406mm；模具外形尺寸為：1156×819（mm）；根據(jù)以上的資料根據(jù)文獻(xiàn)[8]選擇壓力機(jī)的型號J21-250（開式可傾壓力機(jī)），壓力機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)如下所示：公稱壓力/KN：2500滑塊行程/mm：200行程次數(shù)：30最大的閉合高度/mm：500封閉高度調(diào)節(jié)量：150工作臺(tái)板尺寸/mm：1200×800電動(dòng)機(jī)功率/KW：30第六章沖孔模的設(shè)計(jì)6.1沖孔模的工作原理因?yàn)榕c落料同為分離工序，所以工作原理相似，其工作原理為在沖壓加工過程中，沖模的凸模與凹模直接接觸被加工材料并對材料施加壓力，使材料沿輪廓線分離，從而在工件上得到預(yù)期的孔。6.2沖壓件的工藝分析該工序是在材料為Q235上進(jìn)行非圓形和圓形的沖孔加工，由于沖孔尺寸的工件外形尺寸均較簡單，且生產(chǎn)批量不大，為縮短模具的制造周期，降低模具成本，而采用單工序模進(jìn)行對零件的加工。6.3計(jì)算沖壓力該模具采用彈性卸料和下出件方式。Q235的抗拉強(qiáng)度為。6.3.1沖孔力根據(jù)文獻(xiàn)[11]公式：（6-1）其中：F—沖孔力(N)；—抗拉強(qiáng)度(MPa)，取=400MPa；t—材料厚度(MPa)，t=3mm；L—零件的沖孔毛坯的周長(mm)。所沖孔的總周長為L=2×2×3.14×7.5+2×3.14×6+2×3.14×5.5+[2×3.14×5.5×0.5×2+2×（125-11）]×2=691.5故N。6.3.2沖孔時(shí)的卸料力根據(jù)文獻(xiàn)[11]公式（6-2）其中：F—沖孔力(N)；K—系數(shù)。K=0.04。故F卸=KF=0.04×829.8×10=33.2×10N6.3.3推件力計(jì)算根據(jù)文獻(xiàn)[11]公式：（6-3）其中：F—沖孔力(N)；K—系數(shù)。K=0.045n—卡在凹模洞口的工件(或廢料)數(shù)目,取凹模刃口形式為上小下大的形式。故F=nKF=(5×0.045×829.8×10)N=186.7×10N6.3.4選擇沖床時(shí)的總壓力選擇沖床時(shí)的總壓力為：F=F+F+F=829.8+33.2+186.7=1049.7KN6.4確定模具壓力中心按比例畫出零件形狀，與落料模選定同一坐標(biāo)系XOY。因零件孔不對稱，故Xc與Yc都需計(jì)算。根據(jù)文獻(xiàn)[11]將工件沖裁周邊分成L1，L2，…，L6基本線段，求出各段的重心：L1=262.54X1=--92.5Y1=214L2=262.54X2=－377.5Y2=214L3=34.54X2=-470Y3=214L4=47.1X4=－-596Y4=172.1L5=47.1X5=-571Y5=33.8L6=37.68X6=－70Y6=144.7由公式：（6-4）由此可計(jì)算得mm由公式：（6-5）同理計(jì)算得mm故壓力中心坐標(biāo)值為（-285.22,185.1）6.5計(jì)算凸模、凹模設(shè)計(jì)尺寸6.5.1刃口尺寸沖孔時(shí)，尺寸是由凸模決定的，因此應(yīng)以沖孔凸模為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)。根據(jù)文獻(xiàn)[4]表2-1得間隙值Z=0.46Z=0.64mm.凸、凹模制造公差由表3-6查得：對于15的孔：=0.02對于12的孔：=0.02對于11的孔：=0.02用分別加工法計(jì)算凸模：根據(jù)公式：，（6-6）其中：—凸模尺寸(mm)；—工件基本尺寸(mm)；—系數(shù)，按工件精度查得：=0.75；當(dāng)工件公差為IT10以上時(shí)，取x=1當(dāng)工件公差為IT13～11時(shí)，取x=0.75當(dāng)工件公差為IT14以上時(shí)，取x=0.5—工件公差(mm)；—凸模制造公差(mm)。則各凸模各部分尺寸為：對于Φ15孔mm對于Φ11孔mm對于Φ12孔mm對于11×125鈑金槽R=（5.5+0.75×0.27）mm凹模工作部分尺寸按凸模配制，保證雙面均勻間隙為mm。6.5.2沖孔位置公差本沖裁件的經(jīng)濟(jì)精度不高，為IT13級，沖孔比落料精度高1級，沖裁件的尺寸公差、孔中心距的公差及孔對外輪廓邊緣的公差分別如表6-1—6-3所示表6-1沖裁件內(nèi)、外形所能達(dá)到的經(jīng)濟(jì)精度表6-2兩孔中心距公差表6-3孔中心與邊緣尺寸公差6.6模具總體設(shè)計(jì)主要零部件設(shè)計(jì)6.6.1模具主要零部件的設(shè)計(jì)a)凹模計(jì)算根據(jù)文獻(xiàn)[11]，mm，mm，根據(jù)公式：（6-7）（6-8）H=Kb=0.24×125=30，C=2H=60其中：H—凹模厚度(mm)；C—凹模壁度(mm)；b—最大外形尺寸(mm)；t—材料厚度(mm)。根據(jù)凹模厚度和壁厚及工件尺寸,可以計(jì)算凹模的外形尺寸:長度、寬度和厚度為mmb）凸模及相關(guān)組件的設(shè)計(jì)凸模組件有一般包括凸模、凸模固定板以及墊板等。對于該沖孔模采用的結(jié)構(gòu)形式為臺(tái)階的形式，11、12小孔孔為第一層，15、鈑金槽大孔層為第二層，大孔層比小孔層長約2mm。凸模的一般固定方式為銷釘和螺釘來固定。由于該沖孔零件的厚度比較大，所以對于該模具的材料要有較高的耐磨性能，并能夠承受較大的沖裁力。所以選用了Cr12MoV為凸模材料，凸模工作部分的表面粗糙度為0.8,其它的表面粗糙度為6.3。對于該模具而言，由于制件的尺寸比較大，所以采用凸模固定板的方式來固定凸模，凸模固定板的主要作用是在零件加工的過程中，對凸模起到一定的保護(hù)作用，并能夠?qū)崿F(xiàn)對凸模的固定作用。由凸模的主要尺寸及其結(jié)構(gòu)教室凸模固定板的尺寸如下：按文獻(xiàn)[11]經(jīng)驗(yàn)公式:（6-9）mm可取凸模固定板的厚度為：mmc）凸模和凹模的材料由于在冷態(tài)下被加工材料的變形抗力較大且存在加工硬化效應(yīng)，故凹模和凸模承受很大的載荷及摩擦、沖擊作用。Cr12MoV具有優(yōu)良的熱處理性和耐磨性，且韌性較好，通過高溫淬火，還具有一定的熱硬性，所以凹模和凸模的材料選用Cr12MoV。d）卸料橡膠的自由高度:根據(jù)零件材料厚度為3mm,沖裁時(shí)凸模進(jìn)入凹模深度取1mm,維修時(shí)刃磨量為5mm,模具開啟時(shí)卸料板底面高出凸模底面3mm.因此總的工作行程mm根據(jù)[11]公式:（6-10）橡膠的自由高度mm取mm模具組裝時(shí),橡膠的預(yù)壓量根據(jù)公式:（6-11）mm橡膠的裝配高度mm取40mm根據(jù)公式：（6-12）得=76mmD-橡膠外徑(mm)；d-橡膠內(nèi)徑(mm)；F-卸料力（N）；P-單位面積橡膠壓力（MPa）。e）上下模座的外形尺寸、厚度和材料根據(jù)凹模外形尺寸確定下模座尺寸為：長度、寬度和厚度：800×400×70(mm）相應(yīng)確定上模座尺寸為：長度、寬度和厚度：800×400×60（mm）因?yàn)樯舷履Ｗ诠ぷ髦惺艿捷^大的沖擊力，故選擇HT200，它能夠承受較大的載荷且，鑄造性能好，由于石墨有一定潤滑效果，HT200具有較好的減磨和耐磨性。卸料板的外形尺寸和厚度為：長度、寬度和厚度：710×315×18（mm）6.6.2模具總體設(shè)計(jì)根據(jù)以上分析和設(shè)計(jì)計(jì)算，設(shè)計(jì)出沖孔模，如圖6.1所示結(jié)構(gòu)。6.6.3模具的工作原理完成該工序時(shí)，零件的坯料在沖壓過程中極易滑動(dòng)，必須采取定位措施。具體的方法是采用固定銷的方式來達(dá)到定位的效果。在零件加工時(shí)，可直接將坯料放在凹模上進(jìn)行加工。這樣的定位方式既安全又可靠。模具的總體結(jié)構(gòu)如圖6.1所示。上模座采用帶柄的矩形模座，凸模采用固定板和螺釘和銷釘固定在模座。下模部分由凹模、下模座等組成，通過螺釘和銷釘固定。模具的工作過程：將落料后的坯料放在凹模上，與定位銷接觸，這樣起到定位的作用。當(dāng)模具下行時(shí)，凸模與坯料進(jìn)行接觸，使坯料充分的定位，繼續(xù)下行時(shí)，使零件的各部位成形。上?；爻虝r(shí)，通過橡膠回彈的作用，帶動(dòng)卸料螺釘，將工件彈出并完成該工序的加工。圖6.1沖孔模6.7凸模校核根據(jù)文獻(xiàn)[2]公式：凸模為圓形的公式：（6-13）凸模為非圓形的公式：（6-14）由于所選的凸模材料為Cr12MoV，根據(jù)文獻(xiàn)[8],查表得許用壓應(yīng)力的值為981～1569MPa.6.7.1圓形凸模的校核a）Φ11孔的凸模強(qiáng)度校核由上面的公式可知：則MPa由于小于標(biāo)準(zhǔn)的許用應(yīng)力，所以該凸模的強(qiáng)度符合條件。b）Φ12孔的凸模強(qiáng)度校核由上面的公式可得：則MPa由于小于標(biāo)準(zhǔn)的許用應(yīng)力，所以該凸模的強(qiáng)度符合條件c）Φ15孔的凸模強(qiáng)度校核由上面的公式可知可根據(jù)公式計(jì)算則MPa由于小于標(biāo)準(zhǔn)的許用應(yīng)力，所以該凸模的強(qiáng)度符合條件6.7.2非圓形凸模的強(qiáng)度校核鈑金槽的凸模是一個(gè)非圓形的凸模，所以它的強(qiáng)度校核可以用非圓形的凸模公式來校核。由公式：P==315×10F=3.14×5.5+11×114=1349可得MPa由于小于標(biāo)準(zhǔn)的許用應(yīng)力，所以該凸模的強(qiáng)度符合條件。6.8壓力機(jī)的選擇由計(jì)算結(jié)果可知最大的沖壓力為KN，模具的最大閉合高度為H=253mm，模具外形尺寸為860×483模柄的尺寸為Φ70×80根據(jù)以上的資料，根據(jù)文獻(xiàn)[8]選擇壓力機(jī)的型號JD21-160，壓力機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)如下所示：公稱壓力/KN：1600滑塊行程/mm：250行程次數(shù)：40最大的閉合高度/mm：450工作臺(tái)尺寸/mm：1120×710模柄孔的尺寸/mm：Φ70×80最大傾角度/o：25o工作臺(tái)厚度/mm：130電動(dòng)機(jī)功率/KW：11第七章彎曲模的設(shè)計(jì)7.1彎曲模的工作原理凸模與凹模直接接觸被加工材料并對材料施加壓力，使板料或沖裁后的坯料沿著一直線軸產(chǎn)生永久變形，形成一定的角度或形狀.7.2彎曲件的工藝性7.2.1彎曲件的工藝性具有良好工藝性的彎曲件，能簡化彎曲工藝過程和提高彎曲件的精度，并有利于模具的制造。彎曲件的工藝性內(nèi)容很多，主要的是彎曲半徑以及彎曲件的幾何形狀和尺寸精度等。7.2.2彎曲件的彎曲圓角半徑材料產(chǎn)生塑性變形才能形成所需要的形狀，為了實(shí)現(xiàn)彎曲件的形狀，彎曲圓角半徑最大值是沒有限制的。彎曲件的彎曲圓角半徑不應(yīng)過小或過大。彎曲半徑過小，彎曲時(shí)外層材料拉深變形量容易被彎裂；彎曲半徑過大，因受到回彈的影響，彎曲角度和圓角半徑的精度均不能保證。7.2.3彎曲件的孔與彎曲處的最小距離孔邊距彎曲半徑R的中心距離L與料厚有關(guān)，一般為：t<2mm時(shí)，取Lt；t>2mm時(shí)，取L2t。當(dāng)孔邊距彎曲半徑R中心距離過小，而彎曲件結(jié)構(gòu)又允許時(shí)，可先在彎曲線上沖出工藝孔，或切出月牙槽，以轉(zhuǎn)移變形區(qū)域，得到所需要孔的正確形狀。該制件對孔的要求不是很高，所以可以在沖孔后在進(jìn)行彎曲。7.2.4彎曲件的精度彎曲件的精度要求應(yīng)合理。影響彎曲件精度的因子很多，如材料厚度公差，材料性質(zhì)、回彈、偏移等。對于精度要求較高的彎曲件，必須減少材料的厚度公差，消除回彈。但這在某些情況下有一定困難，因此，彎曲件的尺寸精度一般在IT13以下。7.3彎曲件工序的確定原則除形狀簡單的彎曲件以外，許多彎曲件都需要經(jīng)過幾次彎曲成形才能達(dá)到最后要求。為此就必須確定工序的先后順序。彎曲件工序的確定，應(yīng)根據(jù)制件形狀的復(fù)雜程度，尺寸大小，精度高低，材料性質(zhì)，生產(chǎn)批量等因子綜合考慮。如果彎曲工序安排合理，可以減少工序，簡化模具。