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畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)外文資料翻譯
系 別 機(jī)電信息系
專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班 級(jí) B070203
姓 名 張瑞
學(xué) 號(hào) B07020336
外文出處
附 件 1. 原文； 2. 譯文
2011年3月
熱沖壓模具冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
摘要：
熱沖壓和高強(qiáng)度鋼材在汽車行業(yè)正越來越受歡迎。熱沖壓是通過加熱和按下推進(jìn)器水冷工具來實(shí)現(xiàn)鋼板高強(qiáng)度的一種工藝，冷卻系統(tǒng)對(duì)該工藝的影響很大。本文提出了一種對(duì)冷卻管道系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化的設(shè)計(jì)過程,介紹一種在冷卻系統(tǒng)上進(jìn)行有限元分析與一個(gè)特定的進(jìn)化算法的優(yōu)化程序。通過對(duì)每個(gè)單獨(dú)程序組件進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì),然后讓熱沖壓工藝和thermo-mechanically熱模擬相結(jié)合的優(yōu)化方案。
關(guān)鍵詞:
熱沖壓、有限元法(FEM),優(yōu)化
1概述
近年來,在不降低安全標(biāo)準(zhǔn)的前提下減輕重量已成為汽車工業(yè)的研究重點(diǎn)。熱沖壓、高強(qiáng)度鋼對(duì)此提供了可能性,不但降低重量而且提高了乘車的安全系數(shù)。為了達(dá)到高強(qiáng)度，利用熱沖壓將高強(qiáng)度鋼加熱奧氏體溫度范圍，然后對(duì)其進(jìn)行迅速冷卻，馬氏體轉(zhuǎn)變發(fā)生。在熱沖壓工藝中,工件的溫度必須保持在200°C以上，實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度。到目前為止,很少有對(duì)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行研究的熱沖壓模具。
本文介紹了一種系統(tǒng)化的設(shè)計(jì)方法,熱沖壓工具與冷卻系統(tǒng)達(dá)到最佳而快速。在這個(gè)例子中,冷卻系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化幫助進(jìn)行有限元分析與一個(gè)特定的進(jìn)化算法，隨后一系列的熱成形過程的數(shù)值thermo-mechanically熱模擬以及觀察傳熱和冷卻速率來優(yōu)化冷卻系統(tǒng)，在高溫的沖壓工刀具運(yùn)動(dòng)需要的時(shí)間相對(duì)整個(gè)過程的時(shí)間較短。因此,熱沖壓過程必須有足夠的工具、合理的準(zhǔn)確性計(jì)算與短時(shí)間的快速設(shè)計(jì)。
模具的冷卻系統(tǒng)分析了包括這項(xiàng)議案的一項(xiàng)形成過程是很有必要的,可以提高預(yù)測(cè)精度。在本文中，第2章介紹了一輛汽車和其相應(yīng)的熱沖壓原件，第3章中介紹了優(yōu)化有限元分析的程序及進(jìn)化算法。隨后,結(jié)果通過熱分析與熱、光的優(yōu)化為熱沖壓模具設(shè)計(jì)提供了科學(xué)依據(jù)。
2熱沖壓模具的冷卻
2.1動(dòng)機(jī)
提高了工藝流程的經(jīng)濟(jì)性和優(yōu)化了成形零件的特點(diǎn)、熱沖壓才能達(dá)到設(shè)計(jì)最佳狀況。因此,本研究的主要目的是優(yōu)化設(shè)計(jì)一種在經(jīng)濟(jì)冷卻系統(tǒng)熱沖壓工具才能獲得有效的冷卻速率的工具。到目前為止,只有很少數(shù)的人進(jìn)行了有關(guān)冷卻系統(tǒng)在熱沖壓工具的應(yīng)用。因此,先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法配以適當(dāng)?shù)姆抡婺Ｐ屯瓿梢蟮膬?yōu)化調(diào)查，達(dá)到工具和產(chǎn)品的快速完成和盡可能的精確。
2.2熱沖壓和模具冷卻的工藝特點(diǎn)
在直接熱成形工藝中,quenchable boronmanganese合金鋼熱沖壓和模具冷卻是常用。同時(shí),熱沖壓和模具冷卻是其中的一個(gè)具有代表意義的材料超高強(qiáng)度鋼。因此,在此研究中,熱沖壓和模具冷卻的鋁預(yù)表(阿塞洛USIBOR)被認(rèn)為是空白的材料。材料熱沖壓和模具冷卻的拉伸強(qiáng)度600MPa在臨界狀態(tài),材料的拉伸強(qiáng)度通過熱沖壓工藝顯著增加。更高的抗拉強(qiáng)度達(dá)到了熱沖壓工藝是通過快速冷卻至少27°的速度C / s[2]。作為在奧氏體冷卻淬火過程非常快馬氏體相變將發(fā)生。該微結(jié)構(gòu)提供與馬氏體與硬化的最終產(chǎn)品較高的抗拉強(qiáng)度達(dá)到1500兆帕。
2.3工具組件和檢驗(yàn)
原型的組成及其熱沖壓工具運(yùn)動(dòng)學(xué)是如圖1所示,最初的空白，該試驗(yàn)的一部分,在圖2。最初的空白的430mm尺寸x 1.75mm x 170mm和抽簽儀式提出了一種深度的檢驗(yàn)的一部分是30毫米。
2.4沖壓模具冷卻系統(tǒng)
該工具設(shè)計(jì)必須考慮能夠達(dá)到的最大的降溫速率和熱沖壓零件的溫度分布均勻性。因此,冷卻系統(tǒng)需要被整合到工具。這冷卻系統(tǒng)冷卻管靠近工具輪廓目前認(rèn)為是一種有效的解決方案。然而,冷卻管的幾何形狀限制因在鉆井和約束也應(yīng)放置導(dǎo)管盡可能在盡可能的靠近但足以有效的冷卻遠(yuǎn)離工具輪廓,以避免任何塑性變形在熱成形工藝的工具。保證滿意繪制部分的特點(diǎn),整個(gè)活躍部位，該工具(沖壓、模具、壓邊及解決沖床)需要設(shè)計(jì)冷卻充分。
3冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
3.1優(yōu)化的進(jìn)化算法
圖3為每個(gè)工具的優(yōu)化程序。為優(yōu)化程序設(shè)計(jì)的冷卻系統(tǒng)呈現(xiàn)在圖3。在這個(gè)過程中,冷卻在每個(gè)通道可優(yōu)化工具通過具體的進(jìn)化算法(EA),這是在發(fā)達(dá)的ISF(Institut Fertigung皮毛Spannende多特蒙德,大學(xué)德國(guó)),為優(yōu)化注塑工具適用于設(shè)計(jì)和冷卻系統(tǒng)在熱沖壓件工具[3、4]。作為約束條件進(jìn)行優(yōu)化,可得到的大小的連接器和插座,最低的墻以及nonintersection厚度的鉆孔因素也被考慮在內(nèi)。反推最小距離冷卻風(fēng)管和卸之間/裝載工具輪廓(a / x)和最小距離冷卻管(s)通過有限元分析確定。參數(shù)的冷卻系統(tǒng)如通道的數(shù)量(一根鏈條上的序貫孔),鉆孔每通道和直徑的孔洞每個(gè)工具組件也提供作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入?yún)?shù)的優(yōu)化。這些輸入?yún)?shù)可從現(xiàn)有的設(shè)計(jì)通過有限元模擬指南或?；谳斎氤跏冀馍呻S機(jī)參數(shù)通過EA或手動(dòng),由用戶。從初始解,EA創(chuàng)造新的解決方案經(jīng)過重組的電流修改他們的解決方案和隨機(jī)的。定義了隨后被用于約束的校正生成的解決方案和消除作廢的解決方案。所有的生成方案最優(yōu)標(biāo)準(zhǔn)等進(jìn)行有效的冷卻率和均勻冷卻。最后,最好的解決辦法為優(yōu)化冷卻通道選擇對(duì)選定的工具組件
3.2冷卻通道的優(yōu)化
在我們的研究,選定的管的直徑對(duì)8毫米和12mm 8毫米,12mm沖床、毫米到16毫米之間死亡,8毫米和10毫米反凸模和8毫米為空白持有人。EA是用于儲(chǔ)放冷卻通道根據(jù)給定的輸入翻案和約束條件每個(gè)工具組件。優(yōu)化后的型材的8毫米直徑的渠道,為管道在圖4。
4最佳冷卻系統(tǒng)的評(píng)價(jià)
冷卻通道的渠道設(shè)計(jì)產(chǎn)生EA每個(gè)工具組件以不同的孔直徑和其冷卻性能進(jìn)行了評(píng)估,采用鐵模擬。
4.1熱學(xué)分析
在設(shè)計(jì)和開發(fā)階段的熱沖壓件工具,這是很重要的,估計(jì)熱沖壓工藝定性和定量地在很短的時(shí)間經(jīng)濟(jì)制造的工具。為了這個(gè)目的,兩個(gè)瞬態(tài)熱模擬的基礎(chǔ)上進(jìn)行利用ABAQUS /標(biāo)準(zhǔn),一個(gè)隱式方法。在這個(gè)分析1.2379曾被選為鋼的刀具材料。這仿真模型包含4工具組件:沖床,死亡,壓邊和反拳。如表1所,選擇與優(yōu)化組合的零件冷卻通道的方法。V1是這種變體組合優(yōu)化工具和小冷卻風(fēng)管直徑大,而變種冷卻風(fēng)管。V2直徑。表1:設(shè)計(jì)工具的組合進(jìn)行有限元分析。摘要為了代表一系列生產(chǎn)流程,一個(gè)循環(huán)數(shù)的熱沖壓的過程模擬為一個(gè)周期傳熱分析。圖5的表明有限元模型包括邊界conditionsFigure 5:有限元模型和邊界條件。這種熱成形工藝的部分的樣機(jī)這樣的設(shè)計(jì)周期時(shí)間是30秒。在一個(gè)周期內(nèi),沖壓運(yùn)動(dòng)的形成需要3秒,這種工具關(guān)閉了17秒的空白,它可以使淬火另一個(gè)10秒開發(fā)工具和定位的下一步空白的工具。然而,在這種熱分析運(yùn)動(dòng)和變形工具坯料的卻沒有考慮到減少了計(jì)算量。因此,只有進(jìn)行了傳熱分析是在一個(gè)封閉的工具。在熱分析、淬火過程耗時(shí)的地方2017秒秒來代替,因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)沖壓不考慮。假定空白有一個(gè)最初的穩(wěn)態(tài)溫度(Tb,0°C)由于850從950°C冷卻免費(fèi)在轉(zhuǎn)運(yùn)環(huán)境。最初的工具的溫度(Tt,0)假設(shè)為20°C在第一個(gè)周期和變化周期周期。冷卻介質(zhì)的溫度(Tc)假設(shè)為室溫。邊界的旁邊條件、材料性能的熱沖壓和模具冷卻的工藝要求從熱拉伸試驗(yàn),獲得了LFT舉辦(Lehrstuhl皮毛Fertigungstechnologie,大學(xué)Erlangen-Nurnberg、德國(guó)),和他在一起共同研究在熱沖壓被帶領(lǐng)[2]。在分析中,對(duì)流從空白和工具的環(huán)境(他),辦理在每一個(gè)工具,對(duì)流從工具融入到冷卻通道(hc)和傳熱熱空白是considered. c)工具(Here,??c,是the(CHTC接觸傳熱系數(shù)),描述了熱通量的數(shù)量從毛坯到工具。這通常取決于系數(shù)之間的差距的工具和d空白和接觸壓力p .它增加通常是作為接觸壓力的增加而增加。然而,在熱分析了CHTC壓力是無效的,依賴但是差距是使用相關(guān)系數(shù)。CHTC是假設(shè)為5000W°C / m2在零距離之間的空白和工具(缺口)和保持常數(shù),直到差距的增加而增加超越批判價(jià)值。
4.2 機(jī)械分析
仿真與傳統(tǒng)熱成形是不同的板料成形過程模擬,其中的分布規(guī)律在溫度或壓力的工具被忽視。為快速又簡(jiǎn)單的方法去分析熱成形工藝的工具與空白被建成有殼單元在其他的研究[5,6]。在這些研究中,研究溫度可能是分布式沿厚度的殼元素和用戶自定義函數(shù)的溫度,但這件工具是內(nèi)溫度不考慮。同時(shí),在仿真模型的加熱,在一系列的工具熱沖壓過程不被考慮。此外,殼模型,對(duì)接觸熱的問題只是足夠于相對(duì)較短的接觸時(shí)間[6]。因此,我們?cè)谘芯抗ぞ吆涂瞻着c體積元模擬仿制的順序的在一系列的傳熱過程。熱力的進(jìn)行仿真是ABAQUS /顯性。在熱分析、比較,整個(gè)形成和淬火工藝是仿制,而動(dòng)態(tài)溫度和應(yīng)力響應(yīng)的工具進(jìn)行了模擬接觸熱利用空白time-temperature依賴流動(dòng)應(yīng)力曲線。熱更準(zhǔn)確地表達(dá)了轉(zhuǎn)會(huì)應(yīng)該使用在接觸壓力CHTC場(chǎng)所依賴改變?cè)谛纬蛇^程。此外,氣溫依賴的熱導(dǎo)率和比熱也會(huì)考慮。然而,在通過熱分析,為號(hào)元素的增加,鐵的復(fù)雜性問題顯著的增加。在傳統(tǒng)的成形有限元模擬提出了一種自適應(yīng)網(wǎng)格可以通常用來閑了仿真時(shí)間,來獲得更多的精確解接觸面積。然而,自適應(yīng)網(wǎng)格細(xì)化在計(jì)算在熱力不穩(wěn)定的原因分析。因此,一個(gè)雅致的網(wǎng)格更高的沖壓速度被認(rèn)為是減少模擬時(shí)間。傳熱系數(shù)的結(jié)垢因此,獲得相同的熱通量[7]。
冷沖壓工藝規(guī)程卡片
產(chǎn)品名稱
工件名稱
封閉板
產(chǎn)量
第1 頁(yè)
產(chǎn)品圖號(hào)
工件圖號(hào)
Ch01-00-00
中 批 量
共1 頁(yè)
材料牌號(hào)及
技術(shù)規(guī)格
08AL
毛料形狀及尺寸
選用板料 縱裁成
1800×850×1 1800×104.6×1
工序
號(hào)
工序
名稱
工 序 草 圖
工裝名稱
設(shè)備
檢驗(yàn)
要求
工種
備注
0
下料
1800×104.6×1
剪床
1
落料
落料模
J23-25
壓力機(jī)
按草圖
檢驗(yàn)
2
雙向彎曲(翻邊)成形
雙向彎曲(翻邊)成形模
J23-63
壓力機(jī)
按草圖檢驗(yàn)
3
去毛刺
滾 筒
4
檢驗(yàn)
按沖壓
件圖檢驗(yàn)
設(shè) 計(jì)
日 期
年 月 日
參考文獻(xiàn)
參考文獻(xiàn)
1 葉偉昌編.刀量模具設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999年5月
2 鐘毓斌主編.沖壓工藝與模具設(shè)計(jì).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000年5月
3 模具實(shí)用技術(shù)叢書編委會(huì)編.沖模設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)例.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999年6月
4許發(fā)樾主編.實(shí)用模具設(shè)計(jì)與制造手冊(cè).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000年10月
5 許發(fā)樾主編.模具標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用手冊(cè).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1994年10月
6 王新華編.沖模設(shè)計(jì)與制造實(shí)用計(jì)算手冊(cè).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003年3月
7李奇涵等.基于AutoCAD2000的沖模壓力中心確定方法.模具工業(yè).2003年，第2期
8 “沖模設(shè)計(jì)手冊(cè)”編寫組編著.沖模設(shè)計(jì)手冊(cè).北京：機(jī)械工業(yè)出版社1988年
42
畢業(yè)課題名稱：封閉板成形模及沖壓工藝數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)
一、選題的依據(jù)及課題的意義
隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化的深入，模具工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中所發(fā)揮的作用越來越明顯，模具技術(shù)水平的高低，已成為衡量一個(gè)國(guó)家制造水平高低的重要標(biāo)志，并在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。
近年來，模具CAD/CAM技術(shù)已成功應(yīng)用于模具工業(yè)，有效提高了模具設(shè)計(jì)與制造水平。
模具設(shè)計(jì)是一種相對(duì)來講經(jīng)驗(yàn)性較強(qiáng)的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)人員在長(zhǎng)期的工作中積累的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)對(duì)模具設(shè)計(jì)起著十分重要的影響。盡管模具CAD技術(shù)應(yīng)用越來越廣泛，但目前廣為使用的模具CAD技術(shù)大都停留在計(jì)算機(jī)輔助繪圖層次，難以勝任對(duì)模具開發(fā)的高質(zhì)量、短周期、低成本要求。因此人們希望借助計(jì)算機(jī)的信息技術(shù)——數(shù)據(jù)庫(kù)將這些經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)有效地管理起來，在節(jié)省存儲(chǔ)空間和人力資源的同時(shí)，能夠在用戶需要時(shí)方便、快捷地所需的工藝圖文等技術(shù)資料。為此本人選擇了“封閉板成型模及沖壓工藝數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)”作為畢業(yè)課題。
二、國(guó)內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢(shì)
目前，隨著汽車及輕工業(yè)的迅速發(fā)展，模具設(shè)計(jì)制造日益受到人們的廣泛關(guān)注，已成為一個(gè)行業(yè)。將高新技術(shù)應(yīng)用于模具設(shè)計(jì)與制造，已成為快速制造優(yōu)質(zhì)模具的有力保證：1、CAD/DAE/CAM的廣泛應(yīng)用，顯示了用信息技術(shù)帶動(dòng)和提升模具工業(yè)的優(yōu)越性。在歐美，CAD/DAE/CAM已成為模具企業(yè)普遍應(yīng)用的技術(shù)。在CAD的應(yīng)用方面，已經(jīng)超越了甩掉圖板、二維繪圖的初級(jí)階段，目前3D設(shè)計(jì)已達(dá)到了70℅--89℅，PRO/E、UG、CIMATRON等軟件的應(yīng)用很普遍。2、為了縮短制造周期，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，普遍采用高速切削加工技術(shù)。3、快速成型技術(shù)與快速制模技術(shù)獲得普遍應(yīng)用。CAD/CAM技術(shù)在模具生產(chǎn)中的應(yīng)用無疑占有很重要的地位。它被認(rèn)為是現(xiàn)代模具技術(shù)的核心和重要發(fā)展方向。但隨著CAD/CAM技術(shù)的深入應(yīng)用，產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（PDM）成為模具制造企業(yè)進(jìn)一步提升數(shù)據(jù)管理能力的關(guān)鍵技術(shù)。21世紀(jì)模具制造業(yè)的基本特征是高度集成化、智能化、柔性化和網(wǎng)絡(luò)化，追求的目標(biāo)是提高模具質(zhì)量及生產(chǎn)效率，縮短設(shè)計(jì)及制造周期，降低生產(chǎn)成本，最大限度地提高模具制造行業(yè)的應(yīng)變能力，滿足用戶需求。
三、實(shí)驗(yàn)方案
本課題要研究的是某車型中一個(gè)支柱端頭上的封閉板成型模的設(shè)計(jì)。該零件左右對(duì)稱，生產(chǎn)中要求左、右件數(shù)量相等，生產(chǎn)綱領(lǐng)為中等批量。
由于該零件存在著雙向彎曲（翻邊），因此初步擬訂如下兩種工藝方案：
方案一：落料→外緣彎曲（翻邊）→彎曲成形
方案二：落料→雙向彎曲（翻邊）
以上兩種工藝方案中，前一種方案需要三副模具，若定位不好的話，很容易造成零件的不一致，影響零件質(zhì)量，且工作效率低，后一種方案，成形模結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，但沖壓質(zhì)量好，生產(chǎn)效率較高，故決定采用后一種沖壓工藝方案。
在設(shè)計(jì)落料模之前，首先要確定落料毛坯形狀和尺寸，其中既有理論計(jì)算，也涉及到定性地估算，最終通過實(shí)驗(yàn)確定。該零件雖說是左右對(duì)稱件，但展開后的形狀卻是相同的，因此只需設(shè)計(jì)一副落料模即可，該模具采用下出料彈壓卸料結(jié)構(gòu)。
雙向彎曲（翻邊）成形模結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其關(guān)鍵之處在于為了保證成形的可靠，要求成形動(dòng)作按設(shè)計(jì)意圖順序動(dòng)作，其中上下模彈簧規(guī)格的選擇起著決定性的作用。該模具每一個(gè)沖壓過程完成左、右各一件封閉板零件的成形加工，坯料靠定位板定位，這樣不僅能消除橫向不平衡力，同時(shí)，也提高了沖件質(zhì)量和生產(chǎn)效率。
在選擇壓力機(jī)時(shí)，涉及到壓力中心的確定，擬訂采用一種基于AutoCAD中“工具”的壓力中心確定方法，快速直接，簡(jiǎn)單方便，精度較高。
參考文獻(xiàn)
1 葉偉昌編.刀量模具設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999年5月
2 鐘毓斌主編.沖壓工藝與模具設(shè)計(jì).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000年5月
3 模具實(shí)用技術(shù)叢書編委會(huì)編.沖模設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)例.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999年6月
4許發(fā)樾主編.實(shí)用模具設(shè)計(jì)與制造手冊(cè).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000年10月
5 許發(fā)樾主編.模具標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用手冊(cè).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1994年10月
6 王新華編.沖模設(shè)計(jì)與制造實(shí)用計(jì)算手冊(cè).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003年3月
7李奇涵等.基于AutoCAD2000的沖模壓力中心確定方法.模具工業(yè).2003年，第2期
8 “沖模設(shè)計(jì)手冊(cè)”編寫組編著.沖模設(shè)計(jì)手冊(cè).北京：機(jī)械工業(yè)出版社1988年
關(guān)鍵詞：沖壓工藝 毛坯展開 雙向彎曲成形模
封閉板成形模及沖壓工藝數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì) 1 引言
1 引言
模具是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛的優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、適應(yīng)性很強(qiáng)的生產(chǎn)技術(shù)，或稱成型工具、成型工裝產(chǎn)品，是技術(shù)含量高、附加值高、使用廣泛的新技術(shù)產(chǎn)品，是價(jià)值很高的社會(huì)財(cái)富。由于模具生產(chǎn)技術(shù)的現(xiàn)代化，在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，模具已廣泛應(yīng)用于電動(dòng)機(jī)和電器產(chǎn)品、電子計(jì)算機(jī)產(chǎn)品、儀表、家用電器產(chǎn)品與辦公設(shè)備、汽車、軍械、通用機(jī)械等產(chǎn)品的生產(chǎn)中。模具技術(shù)水平的高低，已成為衡量一個(gè)國(guó)家制造水平高低的重要標(biāo)志，并在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。
目前，隨著汽車及輕工業(yè)的迅速發(fā)展，模具設(shè)計(jì)制造日益受到人們的廣泛關(guān)注，已成為一個(gè)行業(yè)。將高新技術(shù)應(yīng)用于模具設(shè)計(jì)與制造，已成為快速制造優(yōu)質(zhì)模具的有力保證：1）、CAD/DAE/CAM的廣泛應(yīng)用，顯示了用信息技術(shù)帶動(dòng)和提升模具工業(yè)的優(yōu)越性。在歐美，CAD/DAE/CAM已成為模具企業(yè)普遍應(yīng)用的技術(shù)。在CAD的應(yīng)用方面，已經(jīng)超越了甩掉圖板、二維繪圖的初級(jí)階段，目前3D設(shè)計(jì)已達(dá)到了70℅--89℅，PRO/E、UG、CIMATRON等軟件的應(yīng)用很普遍。2）、為了縮短制造周期，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，普遍采用高速切削加工技術(shù)。3）、快速成型技術(shù)與快速制模技術(shù)獲得普遍應(yīng)用。有SLA、SLS、FDM、LOM等各種類型的快速成型設(shè)備。
國(guó)外工業(yè)先進(jìn)國(guó)家都擁有上萬(wàn)個(gè)模具企業(yè)與支持模具企業(yè)或?yàn)槟＞咂髽I(yè)提供生產(chǎn)裝備的企業(yè)相組成的強(qiáng)大的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)。這是為適應(yīng)社會(huì)產(chǎn)品工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)的重要條件和特點(diǎn)。如汽車的工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)需要一大批專業(yè)性模具企業(yè)為其提供模具，同時(shí)根據(jù)汽車零件的生產(chǎn)技術(shù)要求，這些模具企業(yè)還配有相應(yīng)的先進(jìn)技術(shù)裝備，包括數(shù)控和計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床、CAD/CAM系統(tǒng)，以及各種工藝裝備。
模具的社會(huì)效益很高，是高技術(shù)含量的社會(huì)產(chǎn)品，其價(jià)值和價(jià)格主要取決于模具材料、加工、外購(gòu)件的勞動(dòng)與消耗三項(xiàng)直接發(fā)生的費(fèi)用和模具設(shè)計(jì)與試模等技術(shù)費(fèi)用，后者，是模具價(jià)值和市場(chǎng)價(jià)格的主要組成部分，其中一部分技術(shù)價(jià)值計(jì)入了市場(chǎng)價(jià)格，而更大一部分價(jià)值，則是模具用戶和產(chǎn)品用戶受惠變?yōu)樯鐣?huì)效益。如電視機(jī)用模，其模具費(fèi)用僅為電視機(jī)產(chǎn)品價(jià)格的1/3000～1/5000，盡管模具的一次投資較大，但在大批量生產(chǎn)的每臺(tái)電視機(jī)的成本中僅占極小的部分，甚至可以忽略不計(jì)，而實(shí)際上，很高的模具價(jià)值為社會(huì)所擁有，變成了社會(huì)財(cái)富。所以設(shè)計(jì)本模具具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。
本模具設(shè)計(jì)是為制造某車型中一個(gè)支柱端頭上的封閉板，該零件左、右對(duì)稱，生產(chǎn)中要求左、右件數(shù)量相等。而且該零件本身屬不對(duì)稱的異形件，存在雙向的彎曲（翻邊）成形，單件沖壓時(shí)存在著橫向不平衡力，影響模具壽命和沖壓質(zhì)量，將左、右件合在一套模具上一次沖壓成形，就能消除橫向不平衡力，同時(shí)，也提高了沖件質(zhì)量和生產(chǎn)效率。據(jù)此，擬定該零件的沖壓工藝為“落料——雙向彎曲（翻邊）成形，并設(shè)計(jì)了落料和成形兩套模具。在使用AutoCAD進(jìn)行模具設(shè)計(jì)時(shí)，可以方便、快捷地調(diào)用工藝資料，達(dá)到了提高產(chǎn)品質(zhì)量，縮短周期，降低成本，增加經(jīng)濟(jì)效益的目的，具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。因此，模具廣泛應(yīng)用于汽車制造業(yè)，有助于推動(dòng)我國(guó)汽車行業(yè)的發(fā)展。
由于本人水平有限，本論文中必然存在不少紕漏及錯(cuò)誤之處，敬請(qǐng)?jiān)u閱老師批評(píng)指正。
2
封閉板成形模及沖壓工藝數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì) 3 結(jié)論
3 結(jié)論
該零件雖說是左、右對(duì)稱件，且存在著雙向彎曲成形，但合理安排沖壓工藝，仔細(xì)進(jìn)行模具設(shè)計(jì)后，其加工過程并不復(fù)雜。通過該零件的沖壓工藝和模具設(shè)計(jì)可以看出，形狀復(fù)雜的彎曲（翻邊）成形零件，在計(jì)算展開尺寸時(shí)，不僅需要根據(jù)書本知識(shí)進(jìn)行計(jì)算，適當(dāng)?shù)慕?jīng)驗(yàn)以及對(duì)沖件工藝性的改進(jìn)也是必要的另外，合理安排沖壓工藝，并進(jìn)行精心地設(shè)計(jì)，可最大限度地滿足沖件質(zhì)量和生產(chǎn)的要求。
在設(shè)計(jì)成形模時(shí)，要注意以下幾點(diǎn)：
（1） 凹模采用整體結(jié)構(gòu)，內(nèi)孔由線切割加工，使左、右對(duì)稱性好，沖件質(zhì)量高。
（2） 合理選擇上、下彈簧的彈力，保證模具順序動(dòng)作。
（3） 精確調(diào)整限位圈的高度，沖壓時(shí)靠其準(zhǔn)確、快速控制模具的閉合高度。
（4） 注意控制好彎曲模具與頂料板、彎曲凹模之間的間隙，并且頂料板的淬火硬度不能太高（43～48HRC），防止頂料板從中間斷裂。
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畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)(論文)
題 目 名 稱 封閉板成形模及沖壓工藝
題 目 類 別
學(xué) 院（系）
專 業(yè) 班 級(jí)
學(xué) 生 姓 名
指 導(dǎo) 教 師
開題報(bào)告日期
目錄
摘要： 3
第一章封閉板成形模及沖壓工藝 4
設(shè)計(jì)任務(wù)書 4
一、選題的依據(jù)及課題的意義 4
二、國(guó)內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢(shì) 5
三、實(shí)驗(yàn)方案 6
4.結(jié)論 7
第二章封閉板成形模及沖壓工藝設(shè)計(jì) 8
2.1 零件結(jié)構(gòu)及工藝分析 8
2.1.1 零件結(jié)構(gòu) 8
2.1.2 工藝分析 9
第三章 落料模設(shè)計(jì) 10
3.1落料毛坯形狀和尺寸的確定 10
3.2彎曲成形部分的毛坯形狀和尺寸的計(jì)算 11
3.2.1三處翻邊成形的毛坯尺寸的確定和計(jì)算 12
3.3排樣和裁板 14
3.3.1確定排樣方式并計(jì)算材料利用率 14
3.3.2裁板 15
3.4落料模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 16
3.4.1總體結(jié)構(gòu) 16
3.4.2導(dǎo)向裝置 17
3.4.3定位裝置 17
3.4.3卸料裝置 17
3.5 落料模工藝計(jì)算 17
3.5.1計(jì)算沖壓力 17
3.5.2確定壓力中心 18
3.5.3凸、凹模刃口尺寸及制造公差 19
3.6工作零件的設(shè)計(jì) 20
3.6.1 凹模設(shè)計(jì) 20
3.6.2凸模設(shè)計(jì) 21
3.7卸料元件的設(shè)計(jì) 21
3.7.1卸料橡膠的選用和設(shè)計(jì) 21
3.7.2卸料螺釘?shù)脑O(shè)計(jì) 23
3.8設(shè)計(jì)其它零件并校核壓力機(jī) 23
3.8.1其它零件的設(shè)計(jì)及選用 23
3.8.2校核壓力機(jī) 24
第四章 雙向彎曲（翻邊）成形模設(shè)計(jì) 25
4.1成形模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 25
4.1.1總體結(jié)構(gòu) 25
4.1.2工作原理 27
4.2 成型模工藝計(jì)算 27
4.2.1彎曲力的計(jì)算 27
4.2.2回彈量的確定 29
4.2.3 計(jì)算壓力中心 29
4.2.4工作部分尺寸計(jì)算 29
4.3關(guān)鍵零件的設(shè)計(jì) 30
4.3.1凹模設(shè)計(jì) 30
4.3.2翻邊凸模設(shè)計(jì) 31
4.3.3彈簧的設(shè)計(jì) 31
4.4 設(shè)計(jì)其它零部件并校和核壓力機(jī) 32
4.4.1 模座的選用 32
4.4.2 定位裝置的設(shè)計(jì) 33
4.4.3頂料板的設(shè)計(jì) 33
4.4.4彎曲凸模的設(shè)計(jì) 33
4.4.5計(jì)算閉合高度并校核壓力機(jī) 33
參考文獻(xiàn) 34
封閉板成形模及沖壓工藝
摘要：
隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化的深入，模具工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中所發(fā)揮的作用越來越明顯。模具設(shè)計(jì)水平的高低直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量及生產(chǎn)效率。
設(shè)計(jì)本模具是為了制造某車型中一個(gè)支柱端頭的封閉板。設(shè)計(jì)中分析了封閉板零件的結(jié)構(gòu)及工藝性，擬訂該零件的沖壓工藝為“落料——雙向彎曲（翻邊成形）”，討論了復(fù)雜彎曲（翻邊）零件毛坯展開形狀和尺寸的確定方法，設(shè)計(jì)了落料模和雙向彎曲（翻邊）成形模，對(duì)關(guān)鍵零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作了詳細(xì)闡述，并指出了模具設(shè)計(jì)時(shí)的注意事項(xiàng)。其中，雙向彎曲成形模是本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，將雙向彎曲（翻邊）成形集中于一套模具中，使得沖件的質(zhì)量和生產(chǎn)效率較高，滿足了生產(chǎn)需要。
由于模具設(shè)計(jì)是一種經(jīng)驗(yàn)性較強(qiáng)的設(shè)計(jì)，經(jīng)過長(zhǎng)期發(fā)展積累了大量豐富的沖壓工藝技術(shù)資料，在設(shè)計(jì)這兩套模具時(shí)必然要借鑒這些經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，含括了落料模、彎曲模、拉深模中常用的工藝數(shù)據(jù)以及模具材料的選取和壓力機(jī)基本參數(shù)等等.
關(guān)鍵詞：沖壓工藝 毛坯展開 雙向彎曲成形模 CAD
第一章封閉板成形模及沖壓工藝
設(shè)計(jì)任務(wù)書
一、選題的依據(jù)及課題的意義
隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化的深入，模具工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中所發(fā)揮的作用越來越明顯，模具技術(shù)水平的高低，已成為衡量一個(gè)國(guó)家制造水平高低的重要標(biāo)志，并在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。
模具設(shè)計(jì)是一種相對(duì)來講經(jīng)驗(yàn)性較強(qiáng)的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)人員在長(zhǎng)期的工作中積累的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)對(duì)模具設(shè)計(jì)起著十分重要的影響。近年來，模具CAD/CAM技術(shù)已成功應(yīng)用于模具工業(yè)，有效提高了模具設(shè)計(jì)與制造水平。
模具是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛的優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、適應(yīng)性很強(qiáng)的生產(chǎn)技術(shù)，或稱成型工具、成型工裝產(chǎn)品，是技術(shù)含量高、附加值高、使用廣泛的新技術(shù)產(chǎn)品，是價(jià)值很高的社會(huì)財(cái)富。由于模具生產(chǎn)技術(shù)的現(xiàn)代化，在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，模具已廣泛應(yīng)用于電動(dòng)機(jī)和電器產(chǎn)品、電子計(jì)算機(jī)產(chǎn)品、儀表、家用電器產(chǎn)品與辦公設(shè)備、汽車、軍械、通用機(jī)械等產(chǎn)品的生產(chǎn)中。模具技術(shù)水平的高低，已成為衡量一個(gè)國(guó)家制造水平高低的重要標(biāo)志，并在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。為此本人選擇了“封閉板成型模及沖壓工藝設(shè)計(jì)”作為畢業(yè)課題。
二、國(guó)內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢(shì)
目前，隨著汽車及輕工業(yè)的迅速發(fā)展，模具設(shè)計(jì)制造日益受到人們的廣泛關(guān)注，已成為一個(gè)行業(yè)。將高新技術(shù)應(yīng)用于模具設(shè)計(jì)與制造，已成為快速制造優(yōu)質(zhì)模具的有力保證：1）、CAD/DAE/CAM的廣泛應(yīng)用，顯示了用信息技術(shù)帶動(dòng)和提升模具工業(yè)的優(yōu)越性。在歐美，CAD/DAE/CAM已成為模具企業(yè)普遍應(yīng)用的技術(shù)。在CAD的應(yīng)用方面，已經(jīng)超越了甩掉圖板、二維繪圖的初級(jí)階段，目前3D設(shè)計(jì)已達(dá)到了70℅--89℅，PRO/E、UG、CIMATRON等軟件的應(yīng)用很普遍。2）、為了縮短制造周期，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，普遍采用高速切削加工技術(shù)。3）、快速成型技術(shù)與快速制模技術(shù)獲得普遍應(yīng)用。有SLA、SLS、FDM、LOM等各種類型的快速成型設(shè)備。
國(guó)外工業(yè)先進(jìn)國(guó)家都擁有上萬(wàn)個(gè)模具企業(yè)與支持模具企業(yè)或?yàn)槟＞咂髽I(yè)提供生產(chǎn)裝備的企業(yè)相組成的強(qiáng)大的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)。這是為適應(yīng)社會(huì)產(chǎn)品工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)的重要條件和特點(diǎn)。如汽車的工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)需要一大批專業(yè)性模具企業(yè)為其提供模具，同時(shí)根據(jù)汽車零件的生產(chǎn)技術(shù)要求，這些模具企業(yè)還配有相應(yīng)的先進(jìn)技術(shù)裝備，包括數(shù)控和計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床、CAD/CAM系統(tǒng)，以及各種工藝裝備。
模具的社會(huì)效益很高，是高技術(shù)含量的社會(huì)產(chǎn)品，其價(jià)值和價(jià)格主要取決于模具材料、加工、外購(gòu)件的勞動(dòng)與消耗三項(xiàng)直接發(fā)生的費(fèi)用和模具設(shè)計(jì)與試模等技術(shù)費(fèi)用，后者，是模具價(jià)值和市場(chǎng)價(jià)格的主要組成部分，其中一部分技術(shù)價(jià)值計(jì)入了市場(chǎng)價(jià)格，而更大一部分價(jià)值，則是模具用戶和產(chǎn)品用戶受惠變?yōu)樯鐣?huì)效益。如電視機(jī)用模，其模具費(fèi)用僅為電視機(jī)產(chǎn)品價(jià)格的1/3000～1/5000，盡管模具的一次投資較大，但在大批量生產(chǎn)的每臺(tái)電視機(jī)的成本中僅占極小的部分，甚至可以忽略不計(jì)，而實(shí)際上，很高的模具價(jià)值為社會(huì)所擁有，變成了社會(huì)財(cái)富。所以設(shè)計(jì)本模具具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。
本模具設(shè)計(jì)是為制造某車型中一個(gè)支柱端頭上的封閉板，該零件左、右對(duì)稱，生產(chǎn)中要求左、右件數(shù)量相等。而且該零件本身屬不對(duì)稱的異形件，存在雙向的彎曲（翻邊）成形，單件沖壓時(shí)存在著橫向不平衡力，影響模具壽命和沖壓質(zhì)量，將左、右件合在一套模具上一次沖壓成形，就能消除橫向不平衡力，同時(shí)，也提高了沖件質(zhì)量和生產(chǎn)效率。據(jù)此，擬定該零件的沖壓工藝為“落料——雙向彎曲（翻邊）成形，并設(shè)計(jì)了落料和成形兩套模具。在使用AutoCAD進(jìn)行模具設(shè)計(jì)時(shí)，可以方便、快捷地調(diào)用工藝資料，達(dá)到了提高產(chǎn)品質(zhì)量，縮短周期，降低成本，增加經(jīng)濟(jì)效益的目的，具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。因此，模具廣泛應(yīng)用于汽車制造業(yè)，有助于推動(dòng)我國(guó)汽車行業(yè)的發(fā)展。
由于本人水平有限，本論文中必然存在不少紕漏及錯(cuò)誤之處，敬請(qǐng)?jiān)u閱老師批評(píng)指正。
三、實(shí)驗(yàn)方案
本課題要研究的是某車型中一個(gè)支柱端頭上的封閉板成型模的設(shè)計(jì)。該零件左右對(duì)稱，生產(chǎn)中要求左、右件數(shù)量相等，生產(chǎn)綱領(lǐng)為中等批量。
由于該零件存在著雙向彎曲（翻邊），因此初步擬訂如下兩種工藝方案：
方案一：落料→外緣彎曲（翻邊）→彎曲成形
方案二：落料→雙向彎曲（翻邊）
以上兩種工藝方案中，前一種方案需要三副模具，若定位不好的話，很容易造成零件的不一致，影響零件質(zhì)量，且工作效率低，后一種方案，成形模結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，但沖壓質(zhì)量好，生產(chǎn)效率較高，故決定采用后一種沖壓工藝方案。
在設(shè)計(jì)落料模之前，首先要確定落料毛坯形狀和尺寸，其中既有理論計(jì)算，也涉及到定性地估算，最終通過實(shí)驗(yàn)確定。該零件雖說是左右對(duì)稱件，但展開后的形狀卻是相同的，因此只需設(shè)計(jì)一副落料模即可，該模具采用下出料彈壓卸料結(jié)構(gòu)。
雙向彎曲（翻邊）成形模結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其關(guān)鍵之處在于為了保證成形的可靠，要求成形動(dòng)作按設(shè)計(jì)意圖順序動(dòng)作，其中上下模彈簧規(guī)格的選擇起著決定性的作用。該模具每一個(gè)沖壓過程完成左、右各一件封閉板零件的成形加工，坯料靠定位板定位，這樣不僅能消除橫向不平衡力，同時(shí)，也提高了沖件質(zhì)量和生產(chǎn)效率。
在選擇壓力機(jī)時(shí)，涉及到壓力中心的確定，擬訂采用一種基于AutoCAD中“工具”的壓力中心確定方法，快速直接，簡(jiǎn)單方便，精度較高。
4.結(jié)論
該零件雖說是左、右對(duì)稱件，且存在著雙向彎曲成形，但合理安排沖壓工藝，仔細(xì)進(jìn)行模具設(shè)計(jì)后，其加工過程并不復(fù)雜。通過該零件的沖壓工藝和模具設(shè)計(jì)可以看出，形狀復(fù)雜的彎曲（翻邊）成形零件，在計(jì)算展開尺寸時(shí)，不僅需要根據(jù)書本知識(shí)進(jìn)行計(jì)算，適當(dāng)?shù)慕?jīng)驗(yàn)以及對(duì)沖件工藝性的改進(jìn)也是必要的另外，合理安排沖壓工藝，并進(jìn)行精心地設(shè)計(jì)，可最大限度地滿足沖件質(zhì)量和生產(chǎn)的要求。
在設(shè)計(jì)成形模時(shí)，要注意以下幾點(diǎn)：
（1） 凹模采用整體結(jié)構(gòu)，內(nèi)孔由線切割加工，使左、右對(duì)稱性好，沖件質(zhì)量高。
（2） 合理選擇上、下彈簧的彈力，保證模具順序動(dòng)作。
（3） 精確調(diào)整限位圈的高度，沖壓時(shí)靠其準(zhǔn)確、快速控制模具的閉合高度。
（4） 注意控制好彎曲模具與頂料板、彎曲凹模之間的間隙，并且頂料板的淬火硬度不能太高（43～48HRC），防止頂料板從中間斷裂。
第二章封閉板成形模及沖壓工藝設(shè)計(jì)
2.1 零件結(jié)構(gòu)及工藝分析
2.1.1 零件結(jié)構(gòu)
本課題設(shè)計(jì)的零件是某車型上支柱端頭的封閉板，材料為08Al，料厚1mm,如圖1所示。零件圖所示為封閉板左件，封閉板右件與其對(duì)稱，生產(chǎn)中要求左、右件數(shù)量相等,生產(chǎn)綱領(lǐng)為中等批量。該零件從圖紙要求的尺寸和使用情況看，尺寸精度要求并不太高，外形尺寸按IT14級(jí)即可，彎曲（翻邊）高度的尺寸公差還可適當(dāng)放大。
圖1 封閉板零件圖
2.1.2 工藝分析
該零件從形狀上看是不對(duì)稱的異形件，且存在雙向彎曲（或翻邊）成形，就其彎曲部分看，成形并不困難，但翻邊部分即三處帶圓弧的轉(zhuǎn)角處的成形存在一定的困難。
（1） 零件圖中R5mm處的翻邊成形可按矩形件轉(zhuǎn)角的拉深成形處理，由于底角半徑r=1.5mm,所以
……………………………（2.1）
式中 D——坯料直徑（mm）；
d——圓筒形工件直徑（mm），取5×2=10mm；
h——圓筒形工件高度（mm），取10+1=11mm。
將以上數(shù)據(jù)帶入（2.1）式得==23.4mm。因此最大相對(duì)高度h/D=11/23.4≈0.47，故成形并不困難，可一次拉深成形。
（2） 而圓角R3.5mm處的翻邊成形難度較大，屬孔的翻邊成形，由于其翻邊半徑R小于翻邊高度，因此成形后此處必然拉裂，必須對(duì)其進(jìn)行工藝處理，降低翻邊高度。
（3） R1mm處若按拉深模型進(jìn)行計(jì)算，則由于底角半徑r=1.5相對(duì)于轉(zhuǎn)角半徑1.5(中性層半徑)不可忽略，所以
………………（2.2）
式中 D——坯料直徑（mm）；
d——圓筒形工件直徑（mm），取（1+0.5）×2=3mm；
h——圓筒形工件高度（mm），取10+1=11mm；
r——底角半徑（mm）,取1.5mm。
將以上數(shù)據(jù)帶入（2.2）式得:
=
=11.5mm
因此相對(duì)高度h/D=11/11.5≈0.95，且毛坯的相對(duì)厚度t/D=1/11.5≈0.09又較大，故其一次成形有較大的困難。但從結(jié)構(gòu)上看，其圓弧部分并不多，夾角僅為52°左右，成形時(shí)多余三角形的材料并不太多，同時(shí)上部與其相鄰的直角彎曲成形部分較短，且另一邊是開放的，其對(duì)多余三角形所施加的切向力并不大，即圓角部分的多余三角形材料并不是完全按純拉深時(shí)的徑向流動(dòng)，相反，這里由于切向缺少材料約束而以橫向流動(dòng)為主，這就大大改善了材料變形情況，使其能夠一次翻邊成形。當(dāng)然，這使得此處的材料變形情況也變得較復(fù)雜，給毛坯展開計(jì)算帶來了一定的難度。但考慮到右上部相鄰的轉(zhuǎn)角開了工藝缺口，故直壁部分翻邊后有一定的誤差也是允許的，只要保證外形尺寸即可，這使得毛坯形狀的確定還是有可能的。
第三章 落料模設(shè)計(jì)
3.1落料毛坯形狀和尺寸的確定
圖2所示為落料毛坯展開圖，其彎曲成形部分按常規(guī)的彎曲件毛坯尺寸計(jì)算方法計(jì)算即可，見圖3所示。這里著重討論工藝分析中談到的3處翻邊成形的毛坯尺寸的確定和計(jì)算，即圖2的I、II、III處，圖4所示為這3處的計(jì)算簡(jiǎn)圖。
圖2毛坯展開圖
3.2彎曲成形部分的毛坯形狀和尺寸的計(jì)算
∵R/t=1.5/1=1.5,查表4-1[9]，得K=0.369。
∴ρ=R+Kt…………………………………(2.3)
式中 ρ——中性層半徑(mm)；
R——彎曲內(nèi)半徑，取1.5mm；
K——中性層位置系數(shù)，取0.369；
t——材料厚度，取1mm。
將以上數(shù)據(jù)帶入（2.3）式，得ρ=R+Kt=1.5+0.369×1=1.869mm
L=π/180×α×ρ……………………………（2.4）
式中 L——中性層展開長(zhǎng)度（mm）；
α——彎曲中心角度（o）；
ρ——中性層半徑（mm）。
將數(shù)據(jù)帶入(2.4)式，得：
L1=π/180×α1×ρ=π/180×74×1.869=2.414mm；
L2=π/180×α2×ρ=π/180×90×1.869=2.936mm；
S1=15-（1.5+1）×Sin37o=13.495mm；
S2=74.25-1.5×Sin37o-1.5=71.847mm；
S3=10-1.5=8.5mm。
∴彎曲直壁的展開高度H=S3+L2/2=8.5+2.9/2=9.9mm；
總體展開長(zhǎng)度
L= L1+L2+S1+S2+S3=2.414+2.936+13.495+71.847+8.5=99.192mm；
中間部分的展開長(zhǎng)度L中=99. 192-15-9.9=74.29mm。
圖3彎曲成形部分的展開計(jì)算簡(jiǎn)圖
3.2.1三處翻邊成形的毛坯尺寸的確定和計(jì)算
(1) 圖4a所示為圖3中Ⅰ處的展開尺寸簡(jiǎn)圖，該轉(zhuǎn)角具有R1mm的過渡圓弧，毛坯展開時(shí)通常是將其按盒形件轉(zhuǎn)角處的拉深成形處理。但此零件由于上段的直角彎曲段較短，且外側(cè)缺少材料的約束，使得圓弧部分拉深時(shí)的多余三角形材料并不像純拉深時(shí)那樣全部轉(zhuǎn)化為圓弧直壁，使直壁高度增加，而是在切向應(yīng)力的作用下橫向流動(dòng)。圖4a中這種橫向流動(dòng)遠(yuǎn)大于徑向流動(dòng)，這種材料的流動(dòng)導(dǎo)致此處的變形變得復(fù)雜，使毛坯展開的定量計(jì)算較困難，只能定性的估算，然后通過試驗(yàn)確定。具體做法是：將直角彎曲側(cè)壁的開放邊ac向右傾斜取邊長(zhǎng)為彎曲直壁的高度9.9mm，這是假設(shè)材料橫向流動(dòng)后a點(diǎn)流到了b點(diǎn)。ab段長(zhǎng)度的確定是假設(shè)R1mm對(duì)應(yīng)扇形部分的材料分為兩部分，一部分為寬1.37mm（按R1.5mm中性層弧長(zhǎng)，圓弧夾角為52.4o計(jì)算）的材料全部轉(zhuǎn)化為△abc部分，按面積相等原則，初步估算ab=3mm。當(dāng)然，若成形尺寸要求高的話，則ab的長(zhǎng)度要待試模后再行修整，由于本課題對(duì)此要求不高，所以不必再進(jìn)行修整。
圖4翻邊部分展開尺寸計(jì)算簡(jiǎn)圖
(2) 圖4b所示為圖2中Ⅱ處的展開尺寸簡(jiǎn)圖。該處的變形屬圓孔翻邊，對(duì)于圖中圓弧半徑為R3.5mm，翻邊高度為9.9mm的情況，翻邊成形時(shí)邊緣必然開裂，故需進(jìn)行工藝處理，降低該處的翻邊高度，改善成形性能。具體做法如下：
由圓孔翻邊系數(shù)公式K=d/D, 得：
d=KD……………………………(2.5)
式中 d——翻邊前毛坯孔的直徑（mm）；
D——翻邊后孔的中性層直徑,D=(3.5+0.5)×2=8mm；
K——翻邊系數(shù)，取K=0.47。
將以上數(shù)據(jù)代入（2.5）式，得d=KD=0.47×8=3.76mm。
故翻邊前毛坯的半徑r=d/2=1.88mm。
考慮到凹模的強(qiáng)度，將R1.88mm的圓弧按60°夾角（R3.5mm處的圓弧的圓心角）用兩條直線過渡到彎曲直邊，其交線處再用半徑值為9.9mm的圓弧光滑過渡，如此便確定了其展開尺寸。
(3) 圖4c所示為圖2.2-1中Ⅲ處的毛坯展開簡(jiǎn)圖。該處的變形屬盒形件拉深時(shí)轉(zhuǎn)角處的變形，其計(jì)算過程較為典型。即先按筒形件拉深變形計(jì)算出轉(zhuǎn)角的圓弧半徑R11.7mm，并畫出圓弧，如圖4c所示，然后過ab線段的中點(diǎn)向半徑R11.7mm的圓弧引切線，并反向延伸至彎曲邊的直線，交接處用R11.7mm的圓弧光滑過渡連接，即完成該處的毛坯展開。
上述毛坯展開只是初步估算，最終尺寸還要經(jīng)過試模確定。
3.3排樣和裁板
3.3.1確定排樣方式并計(jì)算材料利用率
計(jì)算沖裁件的面積A：充分利用AutoCAD2000計(jì)算物體質(zhì)量特性的功能，依次點(diǎn)取“工具”（Tools）菜單“查詢”（Inquiry）→“質(zhì)量特性”（Mass Properties）,得面積A=5685mm2。擬訂兩種排樣方案，如下：
方案一：直排，且無側(cè)壓裝置。(見圖5)
查表2—16[3]，得最小搭邊值a=2mm，a1=1.5mm。
條料寬度B-△=[D+2(a1+△)+b0]…………………………(2.6)
式中 B——條料公稱寬度（mm）；
D——垂直于送料方向的工件尺寸,取D=15+74.29+9.9=99.19mm；
a——側(cè)搭邊值（mm）；
b0——條料與導(dǎo)板之間的間隙，查表3—18[4]，得b0=0.2mm；
△ ——條料寬度的公差，查表3—18[4]得△=0.6mm。
將以上數(shù)據(jù)代入（2.6）式得
B-△=[D+2(a1+△)+b0]
=[99.19+2×（2+0.6）+0.2]=104.6mm
進(jìn)距h=57.5+9.9×2+1.5=78.8mm
∴一個(gè)進(jìn)距的材料利用率η=nA/Bh=(1×5685)/(104.6×78.8)=69.0%
圖5排樣方案一
方案二：對(duì)排，且無側(cè)壓裝置。（見圖6）
查表3—17[4]，得最小搭邊值a=a1=2.5mm，D=57.5+9.9×2=77.3mm。
查表3—18[4]，得b0=0.1mm，△=0.5mm。
圖6排樣方案二
將以上數(shù)據(jù)代入（2.6）式得：
B-△=[D+2(a1+△)+b0]
=[77.3+2×（2.5+0.5）+0.1]=83.4mm
進(jìn)距：h=(15+74.29+9.9)+(15+66.75-19+9.9)+2.5×2=176.84mm
∴一個(gè)進(jìn)距的材料利用率η=nA/Bh=(2×5685)/(83.4×176.84)=77.1%
比較上述兩方案，雖然對(duì)排比直排省料，但存在著下述問題：如果采取送一次料沖一件的方法，即用單凸模，模具結(jié)構(gòu)與直排時(shí)基本相同，模具費(fèi)用也相差不大，但在沖完一行后，需要到頭沖另一行，沖另一行時(shí)，條料的剛度很差，給送料造成很大的困難。如果采取一次沖兩件的方法，即用雙凸模，則模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜了，模具長(zhǎng)度增大了，因而模具費(fèi)用也增加了。而直排的模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且與對(duì)排相比，材料的利用率相差不多，所以決定選擇方案一，即有搭邊的直排。
3.3.2裁板
08Al厚度為1mm，由材料手冊(cè)查得規(guī)格為1×850×1800
若采用縱裁，則每板條數(shù)n1=850÷104.6=8條，余13.2mm；
每條個(gè)數(shù)n2=(1800-1.5)÷78.8=22個(gè)，余64.9mm；
每板個(gè)數(shù)n3=n1×n2=8×22=176個(gè)。
若采用橫裁，則每板條數(shù)n1=1800÷104.6=17條，余21.8mm；
每條個(gè)數(shù)n2=（850-1.5）÷78.8=10個(gè)，余60.5mm；
每板個(gè)數(shù)n3=n1×n2=17×10=170個(gè)。
顯然，縱裁時(shí)材料利用率高，所以決定采用縱裁。
3.4落料模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.4.1總體結(jié)構(gòu)
該零件雖說是左、右對(duì)稱件，但展開后的形狀卻是相同的。因此落料模只需設(shè)計(jì)1副模具即可。模具采用導(dǎo)柱導(dǎo)向下出料式彈壓卸料結(jié)構(gòu)，沖出的零件通過凹模的內(nèi)孔從沖床臺(tái)面孔漏下，見圖7。模具的上部分由上模座7、導(dǎo)套5、模柄11、凸模固定板6、凸模10、卸料板15、卸料橡膠14和螺釘、銷釘組成，下部分由凹模3、下模座2、導(dǎo)柱4以及螺釘、銷釘組成。
圖7落料模
3.4.2導(dǎo)向裝置
采用模架導(dǎo)向，不僅能保證上、下模的導(dǎo)向精度，而且能提高模具的剛性、延長(zhǎng)模具的使用壽命、使沖裁件的質(zhì)量比較穩(wěn)定、使模具的安裝調(diào)整比較容易，因此決定采用模架作為上、下模的導(dǎo)向裝置。
采用壓入式模柄，固定段與上模座孔采用H7/m6過渡，并加騎縫銷防止轉(zhuǎn)動(dòng)，裝配后模柄軸線與上模座垂直度較好。
3.4.3定位裝置
條料的送進(jìn)，由兩個(gè)定位銷控制其方向，由一個(gè)鉤形擋料銷控制其進(jìn)距，這種定位零件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便，裝在凹模上。為此，在卸料板上與單了定位銷和鉤形擋料銷相應(yīng)的位置上加工三個(gè)通孔，工作時(shí)，可使卸料板壓緊條料；為便于刃磨，在下模座上相應(yīng)的位置處也加工通孔，以便于拆擋料銷。
3.4.3卸料裝置
由于實(shí)現(xiàn)外形分離的凸模裝在上模，擬采用橡膠作為彈性元件的卸料裝置裝在上模，由卸料板、橡膠和卸料螺釘組成彈壓卸料裝置。沖程時(shí)，橡膠塊受壓縮而積蓄能量，并使卸料板產(chǎn)生壓力而起壓料作用，沖出的落料件通過凹模的內(nèi)孔從沖床臺(tái)面孔漏下?；爻虝r(shí)，橡膠塊釋放能量，使卸料板產(chǎn)生反向推力而將廢料從凸模上卸下。在沖壓時(shí)，還可壓緊條料，提高沖裁質(zhì)量。
3.5 落料模工藝計(jì)算
3.5.1計(jì)算沖壓力
由于該模具采用下出料彈壓卸料結(jié)構(gòu)，因此壓力機(jī)在本模具的沖壓過程中，除要克服沖裁力以外，還要克服卸料力、推件力。
（1） 沖裁力的計(jì)算
F=Ltбb…………………………………(2.7)
式中 F——沖裁力（N）；
L——沖裁輪廓的總長(zhǎng)度，
由AutoCAD“工具”→查詢→面積，查得L=327mm；
t——板料厚度，取1mm；
бb——板料的抗拉強(qiáng)度，由《材料手冊(cè)》查得бb=390MPa。
將以上數(shù)據(jù)代入（2.7）式，得F=Ltбb=327×1×390=127530N。
（2） 卸料力的計(jì)算
F卸=K卸F…………………………………（2.8）
式中 F卸——卸料力（N）；
K卸——卸料力系數(shù)，查表2-15[3]得K卸=0.06；
F——沖裁力，F(xiàn)=127530N。
將以上數(shù)據(jù)代入（2.8）式，得F卸=K卸F=0.06×127530=7651.8N。
（3） 推件力的計(jì)算
F推=nK推F…………………………………（2.9）
式中 F推——推件力（N）；
n——同時(shí)卡在凹?？變?nèi)的工件或廢料片數(shù)，n=h/t,
h為凹模直刃高度（取h=5mm），t為板料厚度(取t=1mm),
∴n=h/t=5/1=5
K推——推件力系數(shù)，查表2-15[3]，得K推=0.05；
F——沖裁力，F(xiàn)=127530N。
將以上數(shù)據(jù)代入（2.9）式，得F推=nK推F=5×0.05×127530=31882.5N。
綜上，選擇沖床時(shí)的總沖壓力
F總=F+F卸+F推=127530+7651.8+31882.5=167064.3N。
初步選擇開式雙柱可傾壓力機(jī)J23-25（查附錄B3[3]）。
3.5.2確定壓力中心
壓力中心是沖裁模各個(gè)沖裁力的合力作用點(diǎn)，在進(jìn)行沖裁模設(shè)計(jì)時(shí)，必須使模柄中心線與沖模壓力中心重合。如果二者偏移量超過允許范圍，滑塊將承受偏心載荷，在偏心彎矩的作用下，將導(dǎo)致：滑塊與導(dǎo)軌非正常磨損，影響壓力機(jī)精度和壽命；凸、模間隙不均勻，降低沖壓件質(zhì)量和加劇磨損，甚至碰撞和損壞零部件。因此，準(zhǔn)確求得壓力中心是沖裁工藝設(shè)計(jì)和沖模設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。
圖8壓力中心
本沖壓件輪廓形狀復(fù)雜，無法直接計(jì)算其壓力中心，故采用基于AutoCAD 2004的沖模壓力中心確定方法來求其壓力中心，具體做法如下：
第一步：用AutoCAD繪出刃口的輪廓線，選定坐標(biāo)系xoy如圖8所示，并用“快捷工具”→“修改（Modify）" →“段線合并(join)"定義為多段線；
第二步：用“偏移（Offset）”命令將輪廓線分別向兩側(cè)偏移極小的距離（0.05mm）,并刪除原輪廓；
第三步：用“繪圖（Draw）"下的“面域（Region）"分別創(chuàng)建以內(nèi)外多義線為邊界的兩個(gè)面域；
第四步：用“修改（Modify）"菜單下的“實(shí)體編輯”中的“差集（Subtract）"命令創(chuàng)建環(huán)形面域；
第五步：依次點(diǎn)取“工具（Tools）"菜單“查詢（Inquiry）"→“質(zhì)量特性（Mass Properties）",點(diǎn)選面域，然后回車，屏幕上的文本窗口將顯示面域的質(zhì)心：xc=44.3401,yc=30.3640。
3.5.3凸、凹模刃口尺寸及制造公差
查表2—10[3]，得間隙值Zmin=0.10mm，Zmax=0.13mm。
由于本沖裁件形狀比較復(fù)雜，為了保證凸、凹模之間的間隙值，必須采用凸、凹模配合加工的方法制模，現(xiàn)以凹模為基準(zhǔn)件，由于該零件的精度要求不高，外形尺寸按IT14級(jí)即可，彎曲（翻邊）高度的尺寸公差還可適當(dāng)放大，故凹模尺寸采用毛坯尺寸，凸模的刃口尺寸按凹模的實(shí)際尺寸配制，并保證雙面間隙為0.10mm～0.13mm
3.6工作零件的設(shè)計(jì)
3.6.1 凹模設(shè)計(jì)
（1） 凹模板的外形尺寸
圖9凹模外形尺寸的確定
因?yàn)橐话隳＞?，特別是標(biāo)準(zhǔn)模具，除去模架以外，前后左右都是對(duì)稱的，模柄中心線要通過凹模板的中心。沖裁過程中必須使沖壓力的合力作用線（壓力中心）與模柄中心線重合，使壓力機(jī)滑塊不受偏載，才能使模具平穩(wěn)工作，減小對(duì)壓力機(jī)滑塊與模具導(dǎo)向零件的磨損。
為了用簡(jiǎn)單的方法滿足上述要求，提出凹模有效面積一詞。在排樣圖上沿著送料方向與垂直送料方向從凹模孔之間最大距離處畫一矩形l×b,稱為凹模的有效面積。由于壓力中心O不與矩形l×b的中心重合，因此要對(duì)凹模有效面積進(jìn)行修正，取O點(diǎn)沿長(zhǎng)度方向到短邊的最大距離為l′的一半，沿寬度方向到長(zhǎng)邊的最大距離為b′的一半，則l′×b′即為修正后的凹模有效面積。自矩形l′×b′向四周擴(kuò)大一個(gè)允許的凹模壁厚C值，可得凹模外形尺寸L×B，就能保證壓力中心與凹模及模柄中心線重合。
其中，凹模壁厚C值主要考慮布置連接螺釘孔和銷釘孔的需要，同時(shí)也要保證凹模的強(qiáng)度和剛度，查表2-17[2]，取C=36mm（見圖9）。
查表3-39[1]，與凹模外形尺寸標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)照，取L×B=200×160。
（2） 凹模板的厚度
凹模板的厚度按如下經(jīng)驗(yàn)公式估算：
H=Kb…………………………………(2.10)
式中 H——凹模厚度（mm）；
K——因數(shù)，查表3-21[2]，得K=0.22；
b ——凹模孔的最大寬度，取b=15+74.29+9.9=99.19mm。
將以上數(shù)據(jù)代入（2.10）式，得H=Kb=0.22×99.19=21.8mm.圓整后取H=25mm。
（3） 凹模型孔側(cè)壁形狀
采用側(cè)壁與凹模面垂直的臺(tái)階形直壁型孔，其設(shè)計(jì)參數(shù)有兩個(gè)：一是直刃口有效高度h；二是漏料孔比型孔單邊擴(kuò)大值b。刃口高度按強(qiáng)度考慮應(yīng)隨沖裁的板料厚度增加而增大，并考慮刃磨量的需要，由于板料厚度為1mm，所以取h=5mm,漏料孔比型孔單邊擴(kuò)大值b,按凹模強(qiáng)度考慮取小些，為了保證落料件順利漏下又應(yīng)取大些。一般取b=0.5～1mm，由于本沖裁件形狀復(fù)雜，所以b取1mm。
（4） 凹模板上卸料螺釘?shù)陌惭b
查表3-31[1]，凹模刃口與擋料銷的最小距離C=5mm，本模具中，擋料銷的規(guī)格選用A15×8×3，送料方向搭邊值為1.5mm，擋料銷與凹模刃口的最小距離為5mm，凹模強(qiáng)度有保證。
（5） 凹模的選材及加工
選用T10A制造凹模，由于凹模沖裁輪廓較復(fù)雜，故其型孔采用線切割加工，漏料孔采用化學(xué)腐蝕的方法加工，這樣可有效保證加工精度和刃口強(qiáng)度。
3.6.2凸模設(shè)計(jì)
采用直通式凸模，便于成形磨削或線切割加工，且可以先淬火后精加工，但在工作中容易松動(dòng)，甚至拔出，因此，用螺釘?shù)跹b固定凸模，在固定板上不加工固定凸模的型孔，而增加兩個(gè)銷子對(duì)凸模進(jìn)行定位，這種方法減小了凸模長(zhǎng)度，為用線切割方法在一塊坯料上同時(shí)制取凹模和凸模創(chuàng)造了有利條件，不僅節(jié)約了貴重的工具鋼原材料，也使沖裁間隙容易均勻。
3.7卸料元件的設(shè)計(jì)
3.7.1卸料橡膠的選用和設(shè)計(jì)
橡膠塊作為彈性元件，具有承受負(fù)荷比彈簧大、安全及安裝調(diào)整方便等優(yōu)點(diǎn)，且此落料模的工作行程較小，所以選擇橡膠塊作為彈壓卸料裝置的彈性元件。
選用硬度為邵氏70～80A的聚氨酯橡膠，其性能比合成橡膠優(yōu)異，不僅可獲得較大的壓力，而且可延長(zhǎng)其使用壽命。
（1） 橡膠塊高度的確定
為了使橡膠塊不因多次反復(fù)壓縮而損壞其彈性，按下式限定其極限壓縮量hj:
hj=εjH…………………………（2.11）
式中 H——橡膠塊自由狀態(tài)下的高度（mm）；
εj——橡膠塊極限壓縮率（%），對(duì)于硬度為邵氏70～80A的聚氨酯橡
膠，則應(yīng)取εj≤35%。
為了使橡膠塊具有一定的預(yù)壓力，供卸料之用，必須使其在非工作行程就具有一定的預(yù)壓縮量hy:
hy=εyH…………………………(2.12)
式中 εy——橡膠塊預(yù)壓縮率（%），對(duì)于聚氨酯橡膠，εy=10%。
（2.11）式減去（2.12）式得橡膠塊高度H的計(jì)算公式：
H=（hj-hy）/(εj-εy)=hg/(εj-εy)(mm) ………………(2.13)
式中 hg——橡膠塊工作壓縮量，對(duì)于卸料橡膠塊，hg為彈壓卸料板的行程，一般取hg=t+1+修磨量，t為板料厚度，取1mm，修磨量取5mm。
將以上數(shù)據(jù)代入（2.13）式，得：
H=（hj-hy）/(εj-εy)=hg/(εj-εy)=（1+1+5）/（0.35-0.1）=28mm
將以上數(shù)據(jù)代入（2.12）式，得hy=εyH=0.1×28=2.8mm。
∴橡膠塊的裝配高度H0=28-2.8=25.2mm,取25mm。
（2） 橡膠塊截面尺寸的計(jì)算
考慮模具結(jié)構(gòu)，決定用6個(gè)厚壁筒形的聚氨酯彈性體，則每個(gè)彈性體的預(yù)壓力Fy=7651.8/6=1275.3N。
考慮橡膠塊的工作壓縮量較小，取預(yù)壓縮率εy=10%。并由表2—27[2]查得單位壓力Fq=1.1Mpa
A=Fy/Fq…………………………（2.14）
式中 A——橡膠塊截面面積（mm2）
Fy——每個(gè)彈性體的預(yù)壓力；
Fq——單位壓力。
將以上數(shù)據(jù)代入（2.14）式，得 A=Fy/Fq=1275.3/1.1≈1159.4 mm2取1159 mm2。
選用直徑為8mm的卸料螺釘，選取彈性體穿卸料螺釘孔的直徑d=Ф8.5mm。則彈性體的外徑D可按下式求得：
由 л（D2-d2）/4=A
得 ………………………（2.15）
將以上數(shù)據(jù)代入（2.15）式，得：
=≈39.35，取40mm。
（3） 橡膠塊高度的校核
校核條件：0.5≤H/D≤1.5，將數(shù)據(jù)代入，得H/D=28/40=0.7，滿足校核條件。
3.7.2卸料螺釘?shù)脑O(shè)計(jì)
采用圓柱頭內(nèi)六角卸料螺釘（GB2867.6—81），在上模座上加工通孔，容易保證卸料板與模座平行。
卸料螺釘長(zhǎng)度L按下式計(jì)算：
L=h1+H0………………………（2.16）
式中 h1——固定板厚度（mm）;
H0——預(yù)壓后彈性元件的高度（mm）。
將以上數(shù)據(jù)代入（2.16）式，得L=h1+H0=20+25=45mm。
注意：凸模經(jīng)刃磨后，在重新安裝彈性元件時(shí)，在螺釘頭部應(yīng)加墊圈，其厚度為刃磨量，以免預(yù)壓后過大損害壓力機(jī)。
3.8設(shè)計(jì)其它零件并校核壓力機(jī)
3.8.1其它零件的設(shè)計(jì)及選用
墊板主要用于直接承受和擴(kuò)散凸、凹模傳來的壓力，防止模座承受過大壓力而出現(xiàn)凹坑，影響模具正常工作，由于本模具的模座采用鋼板制造，且凸模截面面積不太小，故省去墊板。
根據(jù)凹模的最大外形輪廓尺寸L×B=200×160，從表3—39[1]中選?。和鼓９潭ò搴穸?0mm, 外形尺寸與凹模板相同；卸料板厚度16mm，外形與中間型孔的形狀和尺寸與凹模相同。
凸模的自由長(zhǎng)度為L(zhǎng)=（25+16+1+1+5）mm=48mm.其中，凸模進(jìn)入凹模的深度為1mm，凸模的修磨量為5mm。
根據(jù)凹模的外形尺寸，選擇模架： 本模具選用適合單個(gè)毛坯沖裁的中間導(dǎo)柱標(biāo)準(zhǔn)鋼板模架，這種模架的導(dǎo)柱分布在矩形凹模對(duì)稱中心線上，沖壓時(shí)可防止由于偏心力矩而引起的模具歪斜，且兩導(dǎo)柱的直徑不同，可避免上模與下模裝錯(cuò)而發(fā)生啃模事故。
上模座L/mm×B/mm×H/mm=200×160×40
下模座L/mm×B/mm×H/mm=200×160×50
導(dǎo)柱d/mm×L/mm=30×150（左）、32×150（右）
導(dǎo)柱d/mm×L/mm×D/mm=30×100×38（左）、32×100×38（右）
為了保證使用中的安全性與可靠性，應(yīng)注意：當(dāng)模具處于閉合位置時(shí)，導(dǎo)柱上端面與上模座的上平面留10～15mm的距離，導(dǎo)柱下端面與下模座下平面留2～5mm的距離。導(dǎo)套與上模座上平面留不小于3mm的距離，同時(shí)，上模座開橫槽，以便排氣。
3.8.2校核壓力機(jī)
模具的閉合高度為H閉合=（40+20+25+16+1+25+50）mm=177mm，下模座的外形尺寸為355mm×160mm。查附錄B3[3]得：J23-25壓力機(jī)的最大閉合高度為270mm，最小閉合高度為215mm,模具的閉合高度小于沖床的最小閉合高度，所以要采用墊板,
有： H最大-H1-5≥H?！軭最小-H1+10
式中H1——墊板厚度（mm）
代入數(shù)據(jù)：270-50-5≥177≥215-50+10
工作臺(tái)尺寸（370mm×560mm）≥下模座的外形尺寸（355mm×160mm）
且工作臺(tái)孔為Ф180mm，不會(huì)妨礙漏料。所以，確定采用J23—25型壓力機(jī)作為沖壓設(shè)備。
第四章 雙向彎曲（翻邊）成形模設(shè)計(jì)
4.1成形模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
4.1.1總體結(jié)構(gòu)
圖10封閉板雙向彎曲成形模
封閉板雙向彎曲（翻邊）成形模的結(jié)構(gòu)見圖10，該模具分上下兩部分，上部為常規(guī)的沖模結(jié)構(gòu)形式，下部通過支承板將下模固定在底座上。這種結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)點(diǎn)為：①上部設(shè)計(jì)可不考慮壓力機(jī)的閉合高度，使模具結(jié)構(gòu)緊湊、靈活；②適當(dāng)設(shè)計(jì)支承板的高度和底座的固定槽，控制模具的閉合高度在壓力機(jī)的閉合高度范圍內(nèi)，使得模具安裝時(shí)不用墊鐵和壓板等，可直接用螺釘固定，模具安裝快捷、安全、方便。
4.1.2工作原理
沖件在模具上采用外形定位，一次沖壓動(dòng)作能完成雙向彎曲（翻邊）成形，且同時(shí)完成左、右封閉板的成形。在導(dǎo)柱上設(shè)置了限位圈13，能快速調(diào)整模具的閉合高度。另外頂料板17兼有部分凹模的作用，翻邊凸模14兼起壓料板的作用。由于零件的特殊性，其成形過程存在著雙向彎曲（翻邊），為保證成形的可靠，要求成形動(dòng)作按設(shè)計(jì)意圖順序動(dòng)作，其下部彈簧21的彈力要大于上部彈簧彈力與中間15mm邊長(zhǎng)彎曲成形力之和。模具的 工作過程為：上模隨壓力機(jī)滑塊向下運(yùn)動(dòng)，首先翻邊凸模14壓住坯料，此時(shí)，頂料板17與凹模上平面平齊。上模繼續(xù)下行，壓縮彈簧6，在彎曲凸模15與頂料板上彎曲凹模槽作用下完成邊長(zhǎng)15mm的向下彎曲。當(dāng)翻邊凸模上平面碰到凸模固定板11后，再開始?jí)嚎s彈簧21，在翻邊凸模14與凹模16的作用下完成向上的彎曲（翻邊）成形。沖壓成形后，上?；爻?，在頂料板17的作用下，將沖件頂出凹模，完成一個(gè)沖壓過程。為使零件彎曲圓角成形清晰，上模需下行至頂料板的下平面碰到下模板，起到校正彎曲的作用。
4.2 成型模工藝計(jì)算
4.2.1彎曲力的計(jì)算
（1）邊長(zhǎng)15mm的彎曲力的計(jì)算
F1=0.6KBt2бb/(R+t)……………………(2.17)
式中 F1——自由彎曲力（沖壓行程結(jié)束，尚未進(jìn)行校正彎曲時(shí)的壓力）（N）；
B——彎曲件寬度（mm），取57.5-2-2=53.5mm；
t——彎曲件材料厚度（mm），取1mm；
R——彎曲內(nèi)半徑（mm），取1.5mm；
бb——材料抗拉強(qiáng)度（Mpa），取390Mpa；
K——安全因數(shù)，一般取K=1.3。
將以上數(shù)據(jù)代入（2.17）式,得：
F1=0.6KBt2бb/(R+t)
=0.6×1.3×53.5×12×390/（1.5+1）
=6509.88N
同時(shí)彎曲左、右兩對(duì)稱件的彎曲合力F=2F1cos37o=2×6509.88×cos37o=10398N,見圖（11）。
F2=qA……………………(2.18)
圖11 彎曲合力
式中 F2——校正力（N）；
q——單位校正力，查表3-3[3]，取
q=15MPa；
A——工件被校正部分的投影面積（mm2），
A=53.5×15×Sin16o≈221.19mm。
將以上數(shù)據(jù)代入（2.18）式，得F2=qA=15×221.19=3317.85N。
F3=(0.3～0.8)F……………………(2.19)
式中 F3——壓料力（N）；
F——自由彎曲力（N），取10398N。
將以上數(shù)據(jù)代入（2.19）式，得：
F3=(0.3～0.8)F
=(0.3～0.8)×10398=3119.4～8318.4，取8318.4N。
（2） 10mm的直角彎曲力的計(jì)算
高10mm的彎曲（翻邊）成形力按彎曲L形件的彎曲力公式計(jì)算，如下：FL=（0.65～0.8）Bt2бb /(R+t) ……………………（2.20）
式中 B——彎曲線長(zhǎng)度，
由AutoCAD的“工具”→“查詢”，得B=184.12mm；
t——板料厚度，取1mm。
бb——材料抗拉強(qiáng)度，取390MPa；
R——彎曲內(nèi)半徑（mm），取1.5mm；
將以上數(shù)據(jù)代入（2.20）式，得：
FL=（0.65～0.8）Bt2бb /(R+t)
=（0.65～0.8）×（184.12×12×390）/（1.5+1）
=18669.8～22978.2，取22978.2N。
F總=F+F2+F3+FL=10398+3317.85+8318.4+22978.2=45012.45N。
根據(jù)總沖壓力初步選擇J23-6.3壓力機(jī)（查附錄B3[3]）。
4.2.2回彈量的確定
由于R=1.5mm，t=1mm,R<(5～8)t,所以工件的彎曲半徑變化不大，只需考慮角度回彈，又由于采用施加校正力的方法消除回彈，所以回彈量很小，能滿足工件要求，不需作回彈計(jì)算。
4.2.3 計(jì)算壓力中心
由于零件左、右對(duì)稱，其壓力中心一定在對(duì)稱軸Y上，故Xc=0,采用基于
圖12 壓力中心
AutoCAD2000的沖模壓力中心確定方法，（具體作法見沖裁模壓力中心的計(jì)算），得Yc=-30.5mm。見
圖12。
4.2.4工作部分尺寸計(jì)算
（1） 凸、凹模的圓角半徑
彎曲件的相對(duì)彎曲半徑r/t=1.5/1=1.5較小，故彎曲（翻邊）凸模圓角半徑rp取彎曲件的內(nèi)彎曲半徑1.5mm。
凹模圓角半徑不能太小，以免增加彎曲力，擦傷工作表面，按材料厚度來選?。?
當(dāng)t≤2mm時(shí)，rd=(3～6)t……………………（2.21）
式中 t——材料厚度，取1mm；
rd——凹模圓角半徑（mm）。
將數(shù)據(jù)代入（2.21）式，取 rd=3×1=3mm。
（2） 凹模深度
凹模的工作深度決定板料的進(jìn)模深度。凹模深度過大，不僅增加模具鋼的消耗，而且將增大壓力機(jī)的工作行程，使最大彎曲力提前出現(xiàn)，對(duì)壓力機(jī)很不利。凹模深度過小，可能造成彎曲件直邊不平直，降低其尺寸精度。因此，凹模深度要適當(dāng)。查表3—17[2]，得凹模深度增加值△L=3mm。
（3） 凸、凹模之間的間隙
Z=t+ct……………………（2.22）
式中 Z——凸、凹模之間的間隙（mm）；
t——板料厚度，取1mm；
c——間隙系數(shù)，查表3—18[2]，得c=0.1。
將以上數(shù)據(jù)代入（2.22）式，得Z=t+ct=1+0.1×1=1.1mm。
彎曲凸模與頂料板之間的間隙可適當(dāng)取大一些（≥1.1mm），以防止頂料板的彎曲變形或斷裂，故取1.15mm。
翻邊凸模與凹模之間的間隙則應(yīng)取小些，取1.1mm,以提高沖件彎曲（翻邊）的成形質(zhì)量。
4.3關(guān)鍵零件的設(shè)計(jì)
4.3.1凹模設(shè)計(jì)
圖13凹模
凹模用整體結(jié)構(gòu)，這樣可極大地提高凹模的剛性，防止沖壓時(shí)的變形，提高沖件的質(zhì)量。同時(shí)，整體結(jié)構(gòu)便于制造和裝配，能簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu)，提高加工精度。
凹模的中間型孔尺寸是這樣得來的：將工件尺寸向外偏移一個(gè)凸、凹模間隙1.1mm，（即將間隙取在凹模上），然后左、右件對(duì)稱布置，橫向距離取31mm，查表3—17[2]得凹模壁厚為40mm，則經(jīng)圓整得凹模的外形尺寸260mm ×138mm，凹模的結(jié)構(gòu)見圖13。
凹模材料選T10A，熱處理HRC56～60。中間型孔由線切割加工，使左、右件對(duì)稱性好，沖件質(zhì)量高。
4.3.2翻邊凸模設(shè)計(jì)
由于零件單獨(dú)成形時(shí)存在著橫向不平衡力，為使左、右件的橫向不平衡力相互抵消，將翻邊凸模設(shè)計(jì)成整體結(jié)構(gòu)，但中間要通過彎曲凸模，并通過彎曲凸模導(dǎo)向。
圖（14）
圖14翻邊凸模
所示為翻邊凸模的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，在設(shè)計(jì)和制造時(shí)均要保證外部翻邊凸模輪廓與中間矩形孔之間的位置精度和尺寸精度，其中外部翻邊凸模按凹模配作，保證單面
間隙1.1mm，內(nèi)孔按彎曲凸模配作，保證單面間隙0.25mm。
為了節(jié)約模具材料和安裝方便、安全，將翻邊凸模的非工作部分作成矩形，尺寸為180.5mm×97.5mm。
4.3.3彈簧的設(shè)計(jì)
為了保證按設(shè)計(jì)意圖順序動(dòng)作，上模彈簧的總彈力必須小于下模彈簧的總彈力與彎曲（翻邊）成形力之和，且下部彈簧的總彈力要大于上部彈簧彈力與中間15mm邊長(zhǎng)彎曲成形力之和。根據(jù)以上兩原則，上模選擇9號(hào)彈簧，下模選擇80號(hào)彈簧。
4.4 設(shè)計(jì)其它零部件并校和核壓力機(jī)
4.4.1 模座的選用
本模具選用中間導(dǎo)柱標(biāo)準(zhǔn)鋼板模架，這種模架的導(dǎo)柱分布在矩形凹模對(duì)稱中心線上，沖壓時(shí)可防止由于偏心力矩而引起的模具歪斜。
根據(jù)凹模的外形尺寸260mm ×138mm，選取如下：
上模座L/mm×B/mm×H/mm=250×200×40
下模座L/mm×B/mm×H/mm=250×200×50
導(dǎo)柱d/mm×L/mm=30×150（左）、32×150（右）
導(dǎo)柱d/mm×L/mm×D/mm=30×100×38（左）、32×100×38（右）
兩導(dǎo)柱的直徑不同，可避免上模與下模裝錯(cuò)而發(fā)生啃模事故。
為了保證使用中的安全性與可靠性，應(yīng)注意：當(dāng)模具處于閉合位置時(shí)，導(dǎo)柱上端面與上模座的上平面留10～15mm的距離，導(dǎo)柱下端面與下模座下平面留2～5mm的距離。導(dǎo)套與上模座上平面留不小于3mm的距離，同時(shí)，上模座開橫槽，以便排氣。
圖15 頂料板
4.4.2 定位裝置的設(shè)計(jì)
由于上道工序的落料件上無可以利用的定位孔，且沖件輪廓形狀復(fù)雜，因此利用零件的外形輪廓，用定位板對(duì)其進(jìn)行約束，使其定位準(zhǔn)確、可靠。
4.4.3頂料板的設(shè)計(jì)
頂料板圖(15)兼起彎曲凹模的作用，為了保證邊長(zhǎng)15mm的彎曲質(zhì)量，適當(dāng)增加工作部分長(zhǎng)度，取17mm。
為了防止頂料板從中間
斷裂，適當(dāng)加大中部的厚度，取10mm。頂料板的整體厚度為10+17×cos16o=26.34mm，圓整后取27mm。
其外型尺寸按凹模配作，保證間隙為1.1mm。
選擇45號(hào)鋼，熱處理48～52。
4.4.4彎曲凸模的設(shè)計(jì)
為了保證邊長(zhǎng)15mm彎曲邊的質(zhì)量，適當(dāng)增加彎曲凸模工作部分的長(zhǎng)度，取16mm。其總長(zhǎng)度為32+35+16.5×cos16o=82.86mm，圓整后取83mm。
4.4.5計(jì)算閉合高度并校核壓力機(jī)
墊板厚度取8mm；
凸模固定板厚度取32mm；
凹模厚度?。?7+10+3+3）mm=43mm，其中卸料板厚度為27mm，翻邊高度為10mm，凹模深度增加值△L=3mm，凹模圓角為3mm。
定位板厚度取4mm；
翻邊凸模厚度取35，其中工作部分厚度?。?0+3+3+4+3）=23mm,其中翻邊高度為10mm，凹模深度增加值△L=3mm，凹模圓角為3mm，定位板厚度取4mm，再留3mm的余量。
支承板厚度取40mm；
底座厚度取60mm。
閉合高度H=（50+8+32+35+1+27+40+40+60）mm=293mm，底座的外形尺寸為550×300。由附錄B3[3]可知J23-6.3壓力機(jī)的工作臺(tái)尺寸為200mm×310mm,故23-63壓力機(jī)不能適用，改選用J23-63壓力機(jī)，該壓力機(jī)的最大閉合高度為360，最小閉合高度為280mm,
有： H最大-5≥H?！軭最小+10
代入數(shù)據(jù)；360-5≥293≥280+10
工作臺(tái)尺寸（370mm×560mm）≥底座的外形尺寸（550mm×300mm）
所以，確定采用J23—63型壓力機(jī)作為沖壓設(shè)備。
雙向彎曲成形模由于需將雙向彎曲（翻邊）成形集中于一套模具，使得沖件的質(zhì)量和生產(chǎn)效率較高，滿足了生產(chǎn)需要。設(shè)計(jì)要求模具在閉合狀態(tài)下，能對(duì)零件進(jìn)行彎曲校正，因此，裝模過程中要嚴(yán)格控制模具的閉合高度（靠限位圈來完成），要求在閉合狀態(tài)時(shí)，限位圈上平面與導(dǎo)套下平面有0.5mm～1mm的間隙（試模時(shí)可在其中放入一段鉛絲，通過測(cè)量變形后鉛絲的厚度來嚴(yán)格控制模具的閉合高度。
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