彎板沖壓成型工藝及模具設(shè)計(jì)【沖孔落料彎曲復(fù)合?！俊菊f(shuō)明書+CAD】

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沖壓模具設(shè)計(jì)中側(cè)壁起皺的分析 F.-k. Chen and Y.-C. Liao 臺(tái)灣 臺(tái)北市國(guó)立臺(tái)灣大學(xué)機(jī)械工程部門 在沖壓過(guò)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(shí)。這兩種起皺類型的共同特征是起皺都發(fā)生在相對(duì)沒(méi)有支撐的側(cè)壁。在沖壓一個(gè)有錐度的方形杯子時(shí)，當(dāng)發(fā)生起皺時(shí)，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(guò)有限元模擬方法被檢查到。模擬結(jié)果顯示沖模間隙越大，起皺的就越明顯，而且起皺不能通過(guò)增加沖壓力來(lái)被抑制。在研究帶有階梯的矩形杯子沖壓過(guò)程的起皺時(shí)，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)有相似幾何類型的實(shí)際部分。在側(cè)壁被發(fā)現(xiàn)的起皺是因?yàn)榻橛跊_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(gè)最適宜的沖模設(shè)計(jì)方法就是利用有限元分析法。在無(wú)起皺產(chǎn)品中介于模擬結(jié)果和實(shí)測(cè)結(jié)果的好協(xié)議使有限元分析法生效，而且證實(shí)了利用有限元分析法去設(shè)計(jì)沖模的優(yōu)勢(shì)。 關(guān)鍵詞：側(cè)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(chǎn)品中起皺往往不能被接受。在金屬板料成形過(guò)程中，有三種形式的起皺頻繁的發(fā)生：邊緣起皺，側(cè)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(gè)復(fù)雜形狀零件的操作時(shí)，側(cè)壁起皺意味著沖模腔中的起皺。由于側(cè)壁區(qū)域的金屬板料相對(duì)于其它區(qū)域的金屬板料不被工具所保征質(zhì)量，側(cè)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(cè)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(shí)際操作中也可以通過(guò)增加沖壓力來(lái)防止起皺，但是過(guò)度的拉力會(huì)通過(guò)裂痕導(dǎo)致失敗。因此，沖壓力必須處于一個(gè)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(chǎn)生破裂的力。沖壓力的狹小范圍很難計(jì)算。對(duì)于沖壓一個(gè)復(fù)雜形狀的零件，當(dāng)起皺發(fā)生在中心區(qū)域時(shí)，有意義的沖壓力范圍甚至不存在。 為了檢查起皺的形成結(jié)構(gòu)，Yoshida et al.發(fā)明了一種測(cè)試，在這種測(cè)試?yán)铮粔K薄板料不是均勻的沿著它的斜度被拉伸。他們也計(jì)劃一個(gè)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(cè)部力的彈性灣曲。Yu et al.從實(shí)驗(yàn)性和分析性上研究起皺問(wèn)題，通過(guò)理論分析，他發(fā)現(xiàn)帶有兩個(gè)圓周波的起皺可能發(fā)生，然而，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示是四到六個(gè)。當(dāng)通過(guò)一個(gè)有錐度的模具畫出金屬板料時(shí)，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(jiǎn)單形狀零件關(guān)聯(lián)的起皺問(wèn)題上，例如：一個(gè)圓形的杯子。在90年代早期，金屬板料成形中三維動(dòng)態(tài)軟件和有限元方法的成功運(yùn)用使得分析包括在沖壓一個(gè)復(fù)雜形狀零件的起皺問(wèn)題成為可能。在當(dāng)前的研究中，三維有限元分析法被用來(lái)分析在沖壓一個(gè)帶有階梯的矩形部分的過(guò)程中，產(chǎn)生起皺的金屬流動(dòng)制造參數(shù)上。 一個(gè)帶有階梯的方形杯子，在杯子的每一邊都有一個(gè)傾斜的側(cè)壁，在帶有錐度的杯子也相應(yīng)的存在傾斜的側(cè)壁。在沖壓過(guò)程中，側(cè)壁上的金屬板料相對(duì)沒(méi)被支撐，因此，這個(gè)部位更容易起皺。在當(dāng)前的研究中，起皺過(guò)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(gè)帶有階梯的方形杯子時(shí)，就像圖1B顯示的一樣，可以觀測(cè)到另一種形式的起皺。為了評(píng)估分析的效力，在當(dāng)前的研究中，一個(gè)確切階梯幾何形狀的物體被檢測(cè)。通過(guò)使用有限元分析法和用適宜的模具設(shè)計(jì)來(lái)減少起皺，起皺的原因被確定。在觀測(cè)一個(gè)實(shí)際產(chǎn)品成形時(shí)，通過(guò)有限元分析法得到的模具設(shè)計(jì)方法得到證實(shí)。 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(xué)是用CAD或PRO/E軟件來(lái)設(shè)計(jì)的。同樣用CAD軟件，三節(jié)點(diǎn)和四節(jié)點(diǎn)的外形元素被采用用來(lái)為以上工具生產(chǎn)網(wǎng)眼系統(tǒng)。對(duì)于有限元模擬來(lái)說(shuō)，工具被認(rèn)為是剛硬的，而且對(duì)應(yīng)的網(wǎng)眼被用來(lái)定義工具幾何學(xué)而不是壓力分析。同樣CAD軟件使用四節(jié)點(diǎn)外形元素來(lái)為板形壞料構(gòu)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(lái)沖壓帶有階梯方形杯子的板形壞料。由于對(duì)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(jī)上，沖模向下移動(dòng)，逆著壓力機(jī)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(gè)精確的有限元分析法，金屬板料的真實(shí)應(yīng)力應(yīng)變曲線被要求是輸入數(shù)據(jù)的一部分。在當(dāng)前的研究中，拉深成形的金屬板料也被用來(lái)模擬。為在飛機(jī)上切割下的樣本測(cè)試被進(jìn)行，它們依次從0度的旋轉(zhuǎn)方向到45度的旋轉(zhuǎn)方向，再到90度的旋轉(zhuǎn)方向進(jìn)行著。平均的流動(dòng)力σ，計(jì)算方程為σ=（σ0+2σ45+σ90）/4，因?yàn)槊恳粋€(gè)方法真實(shí)應(yīng)變通常用來(lái)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(dāng)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(shè)置，沖頭的速度一般設(shè)置在10m/s，庫(kù)侖摩擦系數(shù)設(shè)置在0.1。 圖3 金屬板料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)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(guān)錐度方形杯子的尺寸，方形沖頭每一面的長(zhǎng)度（2WP）、模腔的尺寸（2Wd）和高度(H)被認(rèn)為是影響起皺的至關(guān)重要尺寸。在當(dāng)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(guān)的在側(cè)壁沒(méi)被支撐的金屬板料的寬度取決于沖模間隙，起皺假想通過(guò)增加沖壓力來(lái)被抑制。相對(duì)于沖壓一個(gè)錐度方形杯子，沖模間隙和沖壓力兩方面的影響在接下來(lái)的部分被研究。 3.1沖模間隙的影響 為了檢查沖模間隙對(duì)起皺的影響，在沖壓一個(gè)錐度方形杯子時(shí)，分別用20mm，30mm，50mm大小的沖模間隙進(jìn)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(yīng)力應(yīng)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(jié)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(lái)的杯子模擬形狀如圖4。從圖4中可以看出，起皺分布在側(cè)壁，側(cè)壁拐角尤其明顯。這就說(shuō)明在沖壓過(guò)程中，起皺是由于在側(cè)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(zhǎng)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(lái)越不牢固。在壓縮下，側(cè)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(lái)的產(chǎn)品，兩個(gè)主要的應(yīng)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(yīng)變。Hosford和Caddell已經(jīng)展示了β的實(shí)際值比β的評(píng)論值大，假設(shè)當(dāng)起皺發(fā)生時(shí)，β的實(shí)際值越大，起皺的可能性就越大。 在三個(gè)沖模間隙不同的沖壓中，同一側(cè)壁高度，沿著橫截面M-N的β值在圖4中標(biāo)記出，在圖5中畫出。圖5中說(shuō)明嚴(yán)重的起皺一般發(fā)生在拐角處，而對(duì)三個(gè)沖模間隙不同的沖壓，在側(cè)壁中心很少發(fā)生起皺。還說(shuō)明了沖模間隙越大，β的實(shí)際值就越大。因此，增加沖模間隙將增加在錐度方形杯子側(cè)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(guò)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(guān)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(lái)模擬了。沖壓從100KN增加到600KN，這兩個(gè)力分別產(chǎn)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(lái)模擬。 模擬結(jié)果顯示沖壓力的增加并沒(méi)有幫助消除發(fā)生在側(cè)壁的起皺。在圖4中已標(biāo)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(jié)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(biāo)出的那樣，側(cè)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(gè)外殼的波浪形橫截面是相似的。這就說(shuō)明在沖壓帶有錐度的方形杯子時(shí)，沖壓力不影響起皺的發(fā)生，這是因?yàn)槠鸢櫟脑蛑饕怯捎谠谟袡M向壓力存在的側(cè)壁處有大面積區(qū)域不被支撐。沖壓力對(duì)沖頭和模腔之間材料不穩(wěn)定的模式并沒(méi)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(gè)階梯矩形杯子時(shí)，起皺發(fā)生在側(cè)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(cè)壁C沿臺(tái)階D-E而行。在近期的研究中，在一個(gè)實(shí)際的產(chǎn)品中檢查到了這種幾何形狀。這種產(chǎn)品使用的原材料的厚度是0.7mm，從拉力測(cè)試中獲得的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系如圖3所示。 這種沖壓部分產(chǎn)品的程序包括通過(guò)清理焊縫的深拉。在這種深拉過(guò)程中，沒(méi)有焊縫被用在沖模表面來(lái)幫助幫助金屬的流動(dòng)。但是，由于沖頭拐角處的半徑過(guò)小和其復(fù)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(shí)產(chǎn)品的側(cè)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(cè)壁上，但是在階梯邊緣拐角處最為嚴(yán)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(jìn)一步的了解沖壓過(guò)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(shè)計(jì)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(cè)壁上，類似真實(shí)零件中的那樣。 圖6 從圖a的100KN到圖b的600KN不同側(cè)壁高度的橫截面線條 圖7 產(chǎn)品零件中的拉裂和起皺 圖8 產(chǎn)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(rèn)為是拉裂的最主要原因。但是，根據(jù)有限元分析的結(jié)果，拉裂可以通過(guò)增加以半徑來(lái)避免。這種理念在現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品中通過(guò)增加半徑得到證實(shí)。 個(gè)別的嘗試也被用來(lái)消除起皺。第一，沖壓力加到原來(lái)的2倍。但是，就像在拉深帶有錐度的杯子中得到的結(jié)果一樣，沖壓力對(duì)消除起皺現(xiàn)象沒(méi)有起有很大的效果。通過(guò)增加摩擦和毛坯尺寸也得到同樣的結(jié)論。于是我們推測(cè)，這種起皺不能通過(guò)增加沖壓力來(lái)得到抑制。 由于在金屬屈服于過(guò)大壓力的區(qū)域，往往會(huì)因?yàn)榇罅康慕饘倭鲃?dòng)而起皺，一種通過(guò)在起皺區(qū)域增加掛鉤用于消除起皺的簡(jiǎn)單方法被用來(lái)吸收多余的材料。為了多余的金屬能有效的被吸收，掛鉤應(yīng)該平衡的加在起皺位置?；谶@種理念，兩個(gè)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(jié)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(méi)被吸收。這說(shuō)明在側(cè)壁處需要更多的掛鉤來(lái)吸收所有過(guò)量的材料，但是這在模具設(shè)計(jì)中是不允許的。 利用有限元分析法分析沖壓工序的一個(gè)優(yōu)勢(shì)是沖壓過(guò)程中板料的變形形狀可以被監(jiān)測(cè)，而這在真實(shí)的產(chǎn)品沖壓過(guò)程中是不可能的。對(duì)沖壓過(guò)程中金屬流動(dòng)的精密監(jiān)測(cè)顯示板料最開始通過(guò)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(cè)壁的起皺 圖10顯示的那樣。這就為模具設(shè)計(jì)的改進(jìn)提供了有價(jià)值的信息。 圖10 當(dāng)板料接觸臺(tái)階邊緣的起皺形成 圖11 切除了的臺(tái)階拐角 對(duì)于起皺的發(fā)生，最初的一個(gè)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(guò)增加階梯邊緣有更多的拉伸被應(yīng)用到如圖11所示，從而使得模具設(shè)計(jì)的改進(jìn)得到發(fā)展。但是，杯子側(cè)壁處仍然有起皺，這就意味著起皺是因?yàn)檎麄€(gè)沖頭邊緣和整個(gè)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(shí)這種說(shuō)法，兩種改進(jìn)過(guò)了的模具設(shè)計(jì)被用來(lái)實(shí)驗(yàn)：為了描述想象中的形狀用兩種拉深操作，一種是切去整個(gè)階梯，而另一種是增加更多的拉深操作。前一個(gè)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(guò)兩步拉深工序可以造出沒(méi)有起皺的階梯矩形杯子，同時(shí)也說(shuō)明在兩步拉深工序中，如果相應(yīng)的順序被應(yīng)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?yàn)榻饘俨蝗菀淄ㄟ^(guò)較低的階梯進(jìn)入模具型腔。 圖12改善模具設(shè)計(jì)的模擬形狀 圖13 兩個(gè)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(shuō)明用簡(jiǎn)單的拉深操作來(lái)設(shè)計(jì)理想產(chǎn)品的沖壓模具設(shè)計(jì)是很難完成的。但是，由于額外的模具費(fèi)用和操作費(fèi)用，兩個(gè)操作的制造費(fèi)用是很高的。為了保持較低的制造費(fèi)用，零件的設(shè)計(jì)師對(duì)形狀做出了合適的改變，而且通過(guò)有限元模擬分析法結(jié)果去切除較低的臺(tái)階來(lái)改善模具設(shè)計(jì)，如圖12所示。隨著設(shè)計(jì)方法的改進(jìn)，產(chǎn)品真實(shí)的沖壓模具被制造出來(lái)，而且零件還沒(méi)有起皺，如圖14所示。通過(guò)有限元模擬分析法得到的零件也沒(méi)有起皺。 為了進(jìn)一步驗(yàn)證有限元模擬分析法的結(jié)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(chǎn)品的尺寸做了比較，比較的結(jié)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(yù)想的厚度分布和產(chǎn)品得到的厚度分布是相符合的。這種吻合證實(shí)了有限元模擬分析法的效率。 圖14 無(wú)缺陷產(chǎn)品零件 圖15 G-H處模擬和測(cè)量厚度 5概要和結(jié)束語(yǔ) 通過(guò)有限元模擬分析法研究了兩種在沖壓過(guò)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(cè)壁上，這種起皺的原因是因?yàn)闆_模間隙過(guò)大（沖模間隙就是模腔的尺寸和沖頭的尺寸的差距）。當(dāng)金屬被拉至模腔中，在沖頭和型腔中有一有害的拉深時(shí)，大的沖模間隙導(dǎo)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(dǎo)致起皺。有限元模擬分析法顯示這種起皺不能通過(guò)增加沖壓力的方法來(lái)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(guò)程中。起皺往往發(fā)生在臺(tái)階以上的側(cè)壁，甚至沖模的間隙不是足夠的大。通過(guò)有限元模擬法得知，這種起皺主要是由于在沖頭和臺(tái)階邊緣存在不平坦的拉伸。在模具設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)有限元模擬分析法單獨(dú)的嘗試被用來(lái)消除起皺，切除了臺(tái)階的模具被建立。通過(guò)無(wú)缺陷的零件證實(shí)了這種模具設(shè)計(jì)方法對(duì)消除起皺的作用。有限元模擬分析法得到的結(jié)果和真實(shí)產(chǎn)品中看到的結(jié)果相吻合說(shuō)明了有限元模擬分析法的準(zhǔn)確性，還證實(shí)了用有限元分析法代替真實(shí)的模具制造方法的效力。 感謝 作者希望感謝中國(guó)人民共和國(guó)民族科學(xué)委員會(huì)授于NSC-86-2212-E002-028編號(hào)才使得這個(gè)項(xiàng)目得到發(fā)展。他們也希望感謝KYM提供了產(chǎn)品零件。 參考文獻(xiàn) 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(jī)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(jī)械學(xué)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(shí)驗(yàn)的技巧，pp.345-353，1986. 4. R.Narayanasamy和R.Sowerby，“當(dāng)用一種圓錐形的沖模成形時(shí)的金屬板料起皺”，材料處理技術(shù)雜志，41，pp.275-290，1994. 5. W.F.Hosford 和 R.M.Caddell，金屬成形:機(jī)械和冶金，1993年第二季。 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校 學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)中期檢查表 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 選題情況 課題名稱 彎板沖壓成型工藝及模具設(shè)計(jì) 難易程度 偏難 適中 偏易 工作量 較大 合理 較小 符合規(guī)范化的要求 任務(wù)書 有 無(wú) 開題報(bào)告 有 無(wú) 外文翻譯質(zhì)量 優(yōu) 良 中 差 學(xué)習(xí)態(tài)度、出勤情況 好 一般 差 工作進(jìn)度 快 按計(jì)劃進(jìn)行 慢 中期工作匯報(bào)及解答問(wèn)題情況 優(yōu) 良 中 差 中期成績(jī)?cè)u(píng)定： 所在專業(yè)意見： 負(fù)責(zé)人： 年 月 日 河南機(jī)電高等專科學(xué)校 畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書 系 部： 材料工程系 專 業(yè)： 模具設(shè)計(jì)與制造 學(xué)生姓名: 學(xué) 號(hào): 設(shè)計(jì)題目： 彎板沖壓成型工藝及模具設(shè)計(jì) 起 迄 日 期: 2009年 3月11 日 ~ 5 月20 日 指 導(dǎo) 教 師: 2009年3月11日 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)任 務(wù) 書 1．本畢業(yè)設(shè)計(jì)課題來(lái)源及應(yīng)達(dá)到的目的： 本設(shè)計(jì)題目為彎板沖孔落料模和彎曲模設(shè)計(jì)，通過(guò)設(shè)計(jì)，應(yīng)對(duì)沖壓工藝生產(chǎn)較為熟悉，能熟練使用相關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)，獨(dú)立完成一套模具的設(shè)計(jì)及模具工作零件加工工藝的編制。并且能夠運(yùn)用模具設(shè)計(jì)軟件完成模具裝配圖及零件圖的繪制。 2．本畢業(yè)設(shè)計(jì)課題任務(wù)的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）： （1）了解目前國(guó)內(nèi)外沖壓模具的發(fā)展現(xiàn)狀； （2）分析彎板的成形工藝并確定其工藝方案； （3）模具主要設(shè)計(jì)計(jì)算； （4）繪制模具總裝圖，并繪制零件圖； （5）模具的裝配及調(diào)試； （6）得出設(shè)計(jì)結(jié)論。 設(shè)計(jì)題目：彎板沖壓成形工藝及模具設(shè)計(jì) 所在專業(yè)審查意見： 負(fù)責(zé)人： 年 月 日 系部意見： 系領(lǐng)導(dǎo)： 年 月 日 河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 1 緒論 目前，我國(guó)沖壓技術(shù)與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比還相當(dāng)?shù)穆浜螅饕蚴俏覈?guó)在沖壓基礎(chǔ)理論及成形工藝、模具標(biāo)準(zhǔn)化、模具設(shè)計(jì)、模具制造工藝及設(shè)備等方面與工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家尚有相當(dāng)大的差距，導(dǎo)致我國(guó)模具在壽命、效率、加工精度、生產(chǎn)周期等方面與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的模具相比差距相當(dāng)大。 1.1國(guó)內(nèi)模具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 1.1.1國(guó)內(nèi)模具的現(xiàn)狀 我國(guó)模具近年來(lái)發(fā)展很快，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2003年我國(guó)模具生產(chǎn)廠點(diǎn)約有2萬(wàn)多家，從業(yè)人員約50多萬(wàn)人，2004年模具行業(yè)的發(fā)展保持良好勢(shì)頭，模具企業(yè)總體上訂單充足，任務(wù)飽滿，2004年模具產(chǎn)值530億元。進(jìn)口模具18.13億?美元，出口模具4.91億美元，分別比2003年增長(zhǎng)18%、32.4%和45.9%。進(jìn)出口之比2004年為3.69:1，進(jìn)出口相抵后的進(jìn)凈口達(dá)13.2億美元，為凈進(jìn)口量較大的國(guó)家。 在2萬(wàn)多家生產(chǎn)廠點(diǎn)中，有一半以上是自產(chǎn)自用的。在模具企業(yè)中，產(chǎn)值過(guò)億元的模具企業(yè)只有20多家，中型企業(yè)幾十家，其余都是小型企業(yè)。?近年來(lái)，?模具行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和體制改革步伐加快，主要表現(xiàn)為：大型、精密、復(fù)雜、長(zhǎng)壽命中高檔模具及模具標(biāo)準(zhǔn)件發(fā)展速度快于一般模具產(chǎn)品；專業(yè)模具廠數(shù)量增加，能力提高較快；"三資"及私營(yíng)企業(yè)發(fā)展迅速；國(guó)企股份制改造步伐加快等。 雖然說(shuō)我國(guó)模具業(yè)發(fā)展迅速，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。我國(guó)尚存在以下幾方面的不足: 第一，體制不順，基礎(chǔ)薄弱。 “三資”企業(yè)雖然已經(jīng)對(duì)中國(guó)模具工業(yè)的發(fā)展起了積極的推動(dòng)作用，私營(yíng)企業(yè)近年來(lái)發(fā)展較快，國(guó)企改革也在進(jìn)行之中，但總體來(lái)看，體制和機(jī)制尚不適應(yīng)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)，再加上國(guó)內(nèi)模具工業(yè)基礎(chǔ)薄弱，因此，行業(yè)發(fā)展還不盡如人意，特別是總體水平和高新技術(shù)方面。 第二，開發(fā)能力較差，經(jīng)濟(jì)效益欠佳.我國(guó)模具企業(yè)技術(shù)人員比例低，水平較低，且不重視產(chǎn)品開發(fā)，在市場(chǎng)中經(jīng)常處于被動(dòng)地位。我國(guó)每個(gè)模具職工平均年創(chuàng)造產(chǎn)值約合1萬(wàn)美元，國(guó)外模具工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家大多是15～20萬(wàn)美元，有的高達(dá)25～30萬(wàn)美元，與之相對(duì)的是我國(guó)相當(dāng)一部分模具企業(yè)還沿用過(guò)去作坊式管理，真正實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化企業(yè)管理的企業(yè)較少。 第三，工藝裝備水平低，且配套性不好，利用率低．雖然國(guó)內(nèi)許多企業(yè)采用了先進(jìn)的加工設(shè)備，但總的來(lái)看裝備水平仍比國(guó)外企業(yè)落后許多，特別是設(shè)備數(shù)控化率和CAD/CAM應(yīng)用覆蓋率要比國(guó)外企業(yè)低得多。由于體制和資金等原因，引進(jìn)設(shè)備不配套，設(shè)備與附配件不配套現(xiàn)象十分普遍，設(shè)備利用率低的問(wèn)題長(zhǎng)期得不到較好解決。裝備水平低，帶來(lái)中國(guó)模具企業(yè)鉗工比例過(guò)高等問(wèn)題。 第四，專業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化、商品化的程度低、協(xié)作差． 由于長(zhǎng)期以來(lái)受“大而全”“小而全”影響，許多模具企業(yè)觀念落后，模具企業(yè)專業(yè)化生產(chǎn)水平低，專業(yè)化分工不細(xì)，商品化程度也低。目前國(guó)內(nèi)每年生產(chǎn)的模具，商品模具只占45%左右，其馀為自產(chǎn)自用。模具企業(yè)之間協(xié)作不好，難以完成較大規(guī)模的模具成套任務(wù)，與國(guó)際水平相比要落后許多。模具標(biāo)準(zhǔn)化水平低，標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率低也對(duì)模具質(zhì)量、成本有較大影響，對(duì)模具制造周期影響尤甚。 第五，模具材料及模具相關(guān)技術(shù)落后．模具材料性能、質(zhì)量和品種往往會(huì)影響模具質(zhì)量、壽命及成本，國(guó)產(chǎn)模具鋼與國(guó)外進(jìn)口鋼相比，無(wú)論是質(zhì)量還是品種規(guī)格，都有較大差距。塑料、板材、設(shè)備等性能差，也直接影響模具水平的提高。 1.1.2　國(guó)內(nèi)模具的發(fā)展趨勢(shì) 巨大的市場(chǎng)需求將推動(dòng)中國(guó)模具的工業(yè)調(diào)整發(fā)展。雖然我國(guó)的模具工業(yè)和技術(shù)在過(guò)去的十多年得到了快速發(fā)展，但與國(guó)外工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍存在較大差距，尚不能完全滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的需求。未來(lái)的十年，中國(guó)模具工業(yè)和技術(shù)的主要發(fā)展方向包括以下幾方面:???? 1） 模具日趨大型化；??? ? 2）在模具設(shè)計(jì)制造中廣泛應(yīng)用CAD/CAE/CAM技術(shù)；?? ? 3）模具掃描及數(shù)字化系統(tǒng)；??? ? 4）在塑料模具中推廣應(yīng)用熱流道技術(shù)、氣輔注射成型和高壓注射成型技術(shù)；? ?? 5）提高模具標(biāo)準(zhǔn)化水平和模具標(biāo)準(zhǔn)件的使用率；??? 6）發(fā)展優(yōu)質(zhì)模具材料和先進(jìn)的表面處理技術(shù)；??? 7）模具的精度將越來(lái)越高；? ? 8）模具研磨拋光將自動(dòng)化、智能化；?? ?? 9）研究和應(yīng)用模具的高速測(cè)量技術(shù)與逆向工程；?? ?10）開發(fā)新的成形工藝和模具。 1.2　國(guó)外模具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 模具是工業(yè)生產(chǎn)關(guān)鍵的工藝裝備，在電子、建材、汽車、電機(jī)、電器、儀器儀表、家電和通訊器材等產(chǎn)品中，60％－80％的零部件都要依靠模具成型。用模具生產(chǎn)制作表現(xiàn)出的高效率、低成本、高精度、高一致性和清潔環(huán)保的特性，是其他加工制造方法所無(wú)法替代的。模具生產(chǎn)技術(shù)水平的高低，已成為衡量一個(gè)國(guó)家制造業(yè)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。近幾年，全球模具市場(chǎng)呈現(xiàn)供不應(yīng)求的局面，世界模具市場(chǎng)年交易總額為600～650億美元左右。美國(guó)、日本、法國(guó)、瑞士等國(guó)家年出口模具量約占本國(guó)模具年總產(chǎn)值的三分之一。? 國(guó)外模具總量中,大型、精密、復(fù)雜、長(zhǎng)壽命模具的比例占到50%以上；國(guó)外模具企業(yè)的組織形式是"大而專"、"大而精"。2004年中國(guó)模協(xié)在德國(guó)訪問(wèn)時(shí)，從德國(guó)工、模具行業(yè)組織--德國(guó)機(jī)械制造商聯(lián)合會(huì)（VDMA）工模具協(xié)會(huì)了解到，德國(guó)有模具企業(yè)約5000家。2003年德國(guó)模具產(chǎn)值達(dá)48億歐元。其中（VDMA）會(huì)員模具企業(yè)有90家，這90家骨干模具企業(yè)的產(chǎn)值就占德國(guó)模具產(chǎn)值的90%，可見其規(guī)模效益。 隨著時(shí)代的進(jìn)步和技術(shù)的發(fā)展，國(guó)外的一些掌握和能運(yùn)用新技術(shù)的人才如模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、模具工藝設(shè)計(jì)、高級(jí)鉗工及企業(yè)管理人才，他們的技術(shù)水平比較高．故人均產(chǎn)值也較高．我國(guó)每個(gè)職工平均每年創(chuàng)造模具產(chǎn)值約合1萬(wàn)美元左右，而國(guó)外模具工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家大多15～20萬(wàn)美元，有的達(dá)到 25～30萬(wàn)美元。國(guó)外先進(jìn)國(guó)家模具標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率達(dá)70%以上，而我國(guó)才達(dá)到45％． 1.3　彎板模具設(shè)計(jì)與制造方面 1.3.1 彎板模具設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)思路 沖孔落料是沖壓基本工序之一，它是利用沖裁模在壓力機(jī)作用下，將平板坯料進(jìn)行沖孔或落料的加工方法。一般情況下，一般精度的工件IT8～I(xiàn)T7級(jí)精度的普通沖裁模；較高精度的工件采用IT7～I(xiàn)T6級(jí)精度的高級(jí)沖裁模。 只有加強(qiáng)沖裁件基礎(chǔ)理論的研究，才能提供更加準(zhǔn)確、實(shí)用、方便的計(jì)算方法，才能正確地確定沖裁工藝參數(shù)和模具工作部分的幾何形狀與尺寸，解決沖裁中出現(xiàn)的各種實(shí)際問(wèn)題，從而，進(jìn)一步提高制件質(zhì)量。 支撐件沖孔落料件是最典型的沖裁件，其工作過(guò)程很簡(jiǎn)單就沖孔落料，可采用單工序模、復(fù)合模具或級(jí)進(jìn)模具，根據(jù)計(jì)算的結(jié)果和選用的標(biāo)準(zhǔn)模架。為了保證制件的順利加工和順利取件，模具必須有足夠高度。要改變模具的高度，只有從改變導(dǎo)柱和導(dǎo)套的高度。導(dǎo)柱和導(dǎo)套的高度可根據(jù)凸模與凹模工作配合長(zhǎng)度決定．設(shè)計(jì)時(shí)可能高度出現(xiàn)誤差，應(yīng)當(dāng)邊試沖邊修改高度。 1.3.2彎板沖孔落料彎曲件模具設(shè)計(jì)的進(jìn)度 1.了解目前國(guó)內(nèi)外沖壓模具的發(fā)展現(xiàn)狀，所用時(shí)間20天； 2.確定加工方案，所用時(shí)間5天； 3.模具的設(shè)計(jì)，所用時(shí)間30天； 4．模具的調(diào)試．所用時(shí)間5天。 在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，將有一定的困難，但有指導(dǎo)老師的悉心指導(dǎo)和自己的努力，相信會(huì)完滿的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)。由于學(xué)生水平有限，而且缺乏經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)中難免有不妥之處，肯請(qǐng)各位老師指正。 2零件的工藝性分析 由零件圖可知，該零件名稱為彎板，材料為08鋼，厚度t = 2mm。經(jīng)過(guò)零件圖分析可知，該零件主要經(jīng)過(guò)落料，沖孔，彎曲三個(gè)工序。零件的材料08鋼為碳素鋼，具有良好的沖壓性能，適合沖裁，工件結(jié)構(gòu)中等復(fù)雜，有兩個(gè)直徑為4.5的小圓孔，沖裁工藝性良好，零件的精度要求不高。 2.1彎曲沖孔的工藝分析 為此工件典型的U形件，零件圖中的尺寸公差為未注公差，在處理此類公差等級(jí)時(shí)常采用IT14級(jí)要求。彎曲圓角半徑R為2mm，大于最小彎曲半徑(rmin=0.6t=0.6×2mm=1.2mm)，故此彎曲件的形狀、尺寸、精度均滿足彎曲工藝的要求，可用彎曲工序加工。 此彎曲件上有2個(gè)孔，需采用沖孔的方式加工，孔的直徑為4.5mm，形狀簡(jiǎn)單，且對(duì)稱。沖裁件所能達(dá)到精度為IT11~IT14級(jí)。故該零件的精度要求能夠在沖裁加工中得到滿足。 2.2工藝方案的確定 該工件包括落料，沖孔，彎曲三個(gè)基本工序?？捎幸韵氯N工藝方案。 工藝方案一 先落料 后沖孔 再?gòu)澢?采用單項(xiàng)工序模生產(chǎn) 工藝方案二 落料 沖孔 彎曲 級(jí)進(jìn)沖壓 采用級(jí)進(jìn)模生產(chǎn) 工藝方案三 沖孔落料符合沖壓 再?gòu)澢?采用復(fù)合模生產(chǎn) 各方案特點(diǎn)及比較如下： 方案一 模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，但需要三道工序，三副模具，成本相對(duì)較高，生產(chǎn)效率低，且更重要的是在第一道工序完成后進(jìn)入第二道工序必然會(huì)增大誤差，使工件精度質(zhì)量大打折扣，達(dá)不到所需要求，難以滿足生產(chǎn)要求。 方案二 級(jí)進(jìn)模是一種多工位，效率高的加工方法，但級(jí)進(jìn)模輪廓尺寸較大制造復(fù)雜 成本較高，一般適用于大批量小型沖壓件，而本工件精度要求不高，采用此方案則模具加工復(fù)雜。 方案三 此方案需要兩套模具，工件精度及生產(chǎn)效率都能滿足，模具制造方便，成本不高，故采用落料沖孔復(fù)合沖壓，再進(jìn)行彎曲的兩套模具生產(chǎn)。 結(jié)論：采用方案三為最佳。 2.3 沖裁排樣方案的確定 排樣和裁板方案，坯料 形狀為矩形，采用單排 最合適，由于零件結(jié)構(gòu) 不對(duì)稱，所以為使沖孔 落料時(shí)受力對(duì)稱，可一 次落料兩個(gè)制件然后從 中間切斷在進(jìn)行彎曲。 取搭邊a=2.5㎝ a1=1.8㎝ 側(cè)條料跨度B=112.46×2+2×2.5=229.92㎜ 步距S=30+1.8=31.8㎜ 板料選用規(guī)格2㎜×900㎜×2000㎜ 采用直排法 每板條料數(shù) n1==3條 余210.24㎜ 每條制件數(shù) n2==62件 210.24×2000 余料利用件數(shù) n3==8件 n=n1×n2＋n3=62×3+8=194件 材料利用率==0.7366 采用橫排法 每板條料數(shù)n1==8條 余160.64㎜ 每條制件數(shù) n2==28件 45.68×900 余料利用件數(shù) n3==3件 n=n1×n2＋n3=8×28+3=227件 材料利用率==0.8618 可見橫排材料利用率高且橫排時(shí)彎曲線與纖維方向垂直彎曲性能好 3.主要工藝參數(shù)的計(jì)算 3.1 沖裁工藝計(jì)算 3.1.1 沖孔落料復(fù)合 （1）毛坯長(zhǎng)度計(jì)算 L彎= 2 L+ L+π（r+xt） L=35-r-t=31mm L=50-r-t=46mm 查表3.4得 X=0.41 L彎=2×31+46+（2+0.42×2） =108+4.46 =112.46 （2）沖2-孔 沖裁力 F=KLT F-沖裁力 L-仲裁周邊長(zhǎng)度 t-材料厚度 -材料抗剪強(qiáng)度 K 多數(shù)取K=1.3 F=1.3×π×4.5×2×350 =1.29KN 卸料力，推件力和頂件力的計(jì)算。 F卸=K卸F F推=nK推F F頂=K頂F F-沖裁力 K卸K推K頂—卸料力 推件力 頂件力系數(shù) n—同時(shí)在凹模內(nèi)的沖裁件（或廢料）數(shù) n= h—凹模洞口的直刃壁高度 t—板料厚度 F卸=0.05×1.29=0.065KN F推=n×0.05×1.29=0.325 （n取5） F頂=0.06×1.29=0.077KN F總=F+F卸+F推=1.29+0.065+0.325=1.68KN（采用彈性卸料裝置） （3）落料部分 112.46㎜×30㎜=3373.8㎜2 沖裁力F=KLt F-沖裁力 L-仲裁周邊長(zhǎng)度 t-材料厚度 -材料抗剪強(qiáng)度 K 多數(shù)取K=1.3 F=1.3×（112.46+30）×2×2×350 =259.28KN F卸=K卸F=0.04×259.28=10.4KN F推=nK推F=5×0.05＞×259.28=64.8KN F頂=K頂F0.03×259.28=15.6KN 采用彈壓卸料裝置和上出料方式的模具 F總=F+F卸+F頂 =259.28+10.4+15.6KN =285.28KN 由于一次有兩個(gè)制件所以F壓＞2F總=2×285.28=570.56KN 故選用JB23-63壓力機(jī) 計(jì)算凸凹模工作部件尺寸 沖4--φ4.5孔 落料件 229.92㎜×30㎜ 沖裁件為簡(jiǎn)單形狀：如圖所示 由表2.4查得Z=0.246㎜ Z=0.360㎜ Zmax-Zmin=0.114㎜ 由表2.5查得凸凹模的制造偏差 沖孔部分 =0.020㎜ 凹=0.020㎜ ∣∣+∣凹∣=0.040㎜＜0.114㎜ 落料部分1 =0.020㎜ 凹1=0.025㎜ ∣1 ∣+∣凹1∣=0.045＜0.114㎜ 凸2=0.030㎜ 凹2=0.040㎜ ∣凸2∣+∣凹2∣=0.070㎜＜0.114㎜ 所以都能滿足分別時(shí) ∣凸∣+∣凹∣≤Zmax-Zmin的要求 沖孔部分 d凸=dmin+x△-凸 d凹=（d凸+Zmin）=（dmin+x△+Zmin） d凸=（4.5+0.75×0.18） =4.64㎜ d凹=（4.5+0.75×0.18+0.246） =4.88 落料部分 D凹=（Dmax-x△） D凸=（D凹-Zmin） ∴ D凹1=(30-1×0.033) =29.967㎜ D凸1=(30-1×0.033-0.246) =29.72㎜ D凹2=(229.92-0.5×0.72) =229.56㎜ D凸2=(229.92-0.5×0.72-0.246) =229.31㎜ 3.2 U形彎曲件的工藝計(jì)算 （1）凸模的圓角半徑 ==1＞ 所以取r凸等于或略小于彎曲件 內(nèi)側(cè)的圓角半徑 則 r凸=2㎜ （2）凹模圓角半徑 當(dāng)t=（2～4）㎜時(shí) r凹=（2～3）t ∴取r凹=5㎜ （3） 凹模深度 凹模深度要適當(dāng) 若過(guò)小 則彎曲件兩端自由部分太長(zhǎng) 工件回彈大 不平直 若深度過(guò)大 則凹模增高 多耗模具材料 并需要較大的壓力機(jī)行程 由于彎曲直邊高度不大 要求兩邊平直 則凹模深度應(yīng)大于工件的深度 ∴ 由表3.12得U形件凹模底部最小厚度h0=4㎜ 則 L凹=35+4=39㎜ （4） 凸凹模間隙 對(duì)于U形件彎曲 必須合理確定凸 凹模之間的間隙 間隙過(guò)大 則回彈大 工件的形狀和尺寸不易保證 間隙過(guò)小 會(huì)加大彎曲力 使工件厚度減薄 增大摩擦 檫傷工件并降低模具壽命 U形件凸 凹模的單面間隙值一般可按下式計(jì)算 彎曲有色金屬 =tmin+C*t 式中C—間隙系數(shù) 查表得C=0.05 則 =tmin+C*t=2+0.05×2=2.1㎜ （5） U形彎曲件凸凹模橫向尺寸及公差 彎曲件標(biāo)注外形尺寸 應(yīng)以凹模為基準(zhǔn)件 先確定凹模尺寸 然后在減去間隙值確定凸模尺寸 彎曲件為單項(xiàng)偏差時(shí) 凹模尺寸為 L凹=（L-0.75△） L凸=（L凹-Z） L凹=（50-0.75×0.39） =49.707㎜ L凸=（50-0.75×0.39-4.2） =45.508 ㎜ 彎曲力的計(jì)算 U形件彎曲力 （1）自由彎曲力F= L彎=σb =18200N=18.2KN （取K=1.3） （2）校正彎曲力 F=AP A——校正部分投影面積（mm） P——單位面積校正 A=50×30=1500mm2 F校=1500×50=75000N=75KN （3）F頂=KF自=0.2×18000=3600N F壓=KF自=0.5×18000=9000N F壓機(jī)≥（1.2～1.3）F校 ≥（1.2～1.3）×75KF =90～97.5KF F壓機(jī)≥97.5KF 壓力機(jī)選用J23—10 4 模具主要零部件的設(shè)計(jì) 4.1工作零部件的設(shè)計(jì) （1）沖孔凸模 ㎜ 凸模長(zhǎng)度的計(jì)算 凸模長(zhǎng)度的確定 主要根據(jù)凸模結(jié)構(gòu) 修磨 操作安全 裝配等 因素的需要 采用固定卸料板和導(dǎo)料板時(shí) 凸模長(zhǎng)度按下式計(jì)算 L=h1+h2+h3+h h1—凸模固定板厚度 h2—卸料板厚度 h3—導(dǎo)料板厚度 h—附加長(zhǎng)度 h1+h2+h3+h h1取20㎜ h2取10㎜ h3取4㎜ 則L=20+4+10+20=54㎜ （2）凸模強(qiáng)度校核 a 壓應(yīng)力校對(duì) 對(duì)凸模斷面上的承受能力進(jìn)行計(jì)算時(shí) 必需使沖裁力為最小或等于最小斷面所允許的最大壓力 πdτT≤【σc】 即 ≥ σ--凸模內(nèi)的壓應(yīng)力 p—沖裁力 d --凹模直徑 t --板料厚度 τ—被沖材料的抗剪強(qiáng)度 【σc】--凸模材料的許永應(yīng)力 （3）凸凹模的選擇 對(duì)于復(fù)合模而言 凸凹模的內(nèi)外緣均為刃口 這時(shí)內(nèi)外緣之間的壁厚決定于沖裁件的尺寸 凸凹模的壁厚又受到?jīng)_裁結(jié)構(gòu)的影響 對(duì)于倒裝式復(fù)合模 因孔會(huì)積存廢料 其最小壁厚就應(yīng)該大些 倒裝式復(fù)合模的凸凹模最小壁厚均為1.5倍 但不小于0.7㎜ 所以該凸凹模最小壁厚不應(yīng)小于3㎜ （4）落料凸模的選擇 L=H1+H2 （5）落料凹模的選擇 1 ﹥ 凹模的厚度 H=Kb b——沖裁件的最大外形尺寸 K——系數(shù) 取K=0.15 H=0.15×229.92 =34.5㎜ 取H=35㎜ 2 ﹥ 凹模厚度 C=（1～2）H （C ≥30～40㎜） 取C=55㎜ 3 ﹥ 凹模上螺孔 銷孔位置尺寸和螺釘尺寸 a 從凹模外緣到螺孔的尺寸 用M12的螺釘 A=（1.7～2.0）d 取A=22㎜ 4 ﹥螺孔間距離 最小間距為80㎜ 最大間距為150㎜ 5 ﹥凹模強(qiáng)度的校核 σ彎=≤【σ彎】 σ彎==1.6Mpa＜【σ彎】 4.2 定位零件的設(shè)計(jì) 復(fù)合模采用固定擋料銷，它是一種比較簡(jiǎn)單的定位零件。用于限定條料的送進(jìn)距離。抵住條料的搭邊或工件的輪廓。使送入沖模的材料有正確的位置，起到定位作用。 選用臺(tái)肩式擋料銷 選D=10 d=6㎜ h=5㎜ L=14㎜ 彎曲模：采用定位板，以外緣定位。定位板高度 h=t+1=3㎜ 定位板一般有兩個(gè)銷 釘固定，以防止 定位板的移動(dòng)。定 位板與毛坯間的通 常所取的極限偏差 為h8和h9復(fù)合模導(dǎo)料板的選擇：采用分離式導(dǎo)料板 導(dǎo)料板厚度H=8㎜ （4）料零件 1>卸料螺釘?shù)倪x擇 d=10㎜ L=60㎜ d1=M8 l=8㎜ D=15㎜ H=6㎜ 2>打桿的選擇 H=h1+h2+C=120㎜ 3>卸料板壓料臺(tái)肩的高度h h=H-t+(0.1～0.3)t =8-2+0.5 =6.5㎜ （1） 導(dǎo)柱導(dǎo)套 d=45 L=260㎜ 導(dǎo)套 d=45 L=150㎜ H=55㎜ L=25㎜ 油槽數(shù)兩個(gè) 支撐零部件 模架的選擇，中間導(dǎo)柱模架： 上模座：400×60 下模座：400×75 導(dǎo)柱 45×260 導(dǎo)套： 45×150×58 （1）模柄的選擇 φ50×70 選用凸緣模柄 d=50㎜ D=100㎜ H=78㎜ h=18㎜ d1=17㎜ D1=72㎜ d3=11㎜ d2=18㎜ h1=11㎜ （1）墊板的選擇 墊板的作用是直接承受凸模的壓力，以降低模座承受的單位壓力，防止模座被局部壓陷，影響凸模的正常工作。墊板的外形尺寸和模板相同，厚度取10mm 用45鋼 裝配調(diào)試 總裝時(shí)，首先應(yīng)根據(jù)主要零件的相互依賴關(guān)系，以及裝配方便和易于保證裝配精度要求來(lái)確定裝配基準(zhǔn)件，例如復(fù)合模一般以凸凹模作為裝配基準(zhǔn)件，級(jí)進(jìn)模以凹模作為裝配基準(zhǔn)件；其次，應(yīng)確定裝配順序，根據(jù)各個(gè)零件與裝配基準(zhǔn)件的依賴關(guān)系和遠(yuǎn)近程度確定裝配順序。裝配結(jié)束后，要進(jìn)行試沖，通過(guò)試沖發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，并及時(shí)調(diào)整和修理直至模具沖出合格零件為止。 5模具的裝配調(diào)試 5.1沖裁模的裝配調(diào)試要點(diǎn) （1）裝配 模架選擇好以后，裝配時(shí)需要對(duì)模架進(jìn)行補(bǔ)充加工，然后進(jìn)行凸模、模柄、凹模等進(jìn)行裝配。 1.凸模與凹模的裝配 凸模、凹模與固定板的配合常采用H7/n6或H7/m6.總裝前應(yīng)先將凸模壓入固定板，并在平面磨床上將上平面磨平，使其固定端面與固定板的支撐面處于同一平面，凸模應(yīng)和固定板的支撐面垂直。 2.模柄的裝配 本模具選用旋入式模柄，通過(guò)螺紋與上模座板連接，并加螺釘加以固定。 3.沖裁模的總裝 沖壓模具上模部分是通過(guò)模柄安裝在壓力機(jī)的滑塊上的，是模具的活動(dòng)部分。下模部分被固定在壓力機(jī)的工作臺(tái)上，是模具的固定部分。 模具工作的時(shí)，上模部分和下模部分的工作零件必須保證正確的位置，才能使模具正常的工作。模具裝配時(shí)，為了方便地將上、下兩部分的工作零件調(diào)整到正確位置，并使凸模、凹模具有均勻的間隙，要正確安排上、下模的裝配順序。 裝配有模架的模具時(shí)，一般是先裝配模架，再進(jìn)行模具工作零件和其它結(jié)構(gòu)零件裝配。上、下模的裝配順序應(yīng)根據(jù)上模和下模上所安裝的模具零件在裝配和調(diào)整過(guò)程中所受限制的情況來(lái)決定。如果上模部分的模具零件在裝配和調(diào)整時(shí)所受限制最大，則應(yīng)先裝上模具的下模部分，并以它為基準(zhǔn)調(diào)整下模部分的零件，保證凸、凹模配合間隙均勻。反之，則應(yīng)先裝模具的下模部分，并以它為基準(zhǔn)調(diào)整上模部分的零件。 上、下模的裝配順序應(yīng)根據(jù)的結(jié)構(gòu)來(lái)決定。對(duì)于無(wú)導(dǎo)柱的模具，凸、凹模的配合間隙是在模具安排到壓力機(jī)上時(shí)才進(jìn)行調(diào)整，上、下模的裝配可以分別進(jìn)行。 （2）調(diào)試 1.模具閉合高度調(diào)整 模具應(yīng)與沖壓設(shè)備配合好，保證模具應(yīng)有的閉合高度和開啟高度。 2.凸、凹模刃口及間隙調(diào)整 刃口要鋒利，間隙均勻。 3.定位裝置的調(diào)試 定位要可靠、精確 4.導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的調(diào)試 導(dǎo)柱、導(dǎo)套要有好的配合精度，保證模具運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、可靠。 5.3沖裁模試沖試沖時(shí)出現(xiàn)的問(wèn)題及調(diào)整方法 存在的問(wèn)題 產(chǎn)生原因 調(diào)整方法 送料不暢通 或料被卡住 凸模與卸料板之間間間隙過(guò)大，使搭邊翻扭 兩導(dǎo)料板之間的尺寸過(guò)小或有斜度 減小凸模與卸料板之間的間隙 根據(jù)情況挫修或磨或重裝 制件不平 頂料桿和工件接觸面過(guò)小 凹模有倒錐度 導(dǎo)正銷與預(yù)沖孔配合過(guò)緊，將沖件壓出凹陷 更換頂料桿，增加與工件接觸面積 修正凹模 制件有毛刺 刃口不鋒利或淬火硬度低 配合間隙過(guò)小或過(guò)大 間隙不均勻使沖件一邊有帶斜角的毛刺 刃磨刃口，使其鋒利 調(diào)整凸、凹模之間間隙，使其均勻一致 刃口向肯 凸模、導(dǎo)柱等零件安裝不垂直 凸、凹模相對(duì)位置沒(méi)對(duì)正 卸料板的孔位不正確或彎斜使沖孔凸模位移 導(dǎo)柱、導(dǎo)套配合間隙過(guò)大，使導(dǎo)向不正 重裝凸模或?qū)е?，保持垂? 調(diào)整凸凹模，使其對(duì)正并保證間隙均勻 修正或更換卸料板 更換導(dǎo)柱或?qū)? 卸料不正常 凹模與下模座的漏料孔沒(méi)有對(duì)正，料被堵死而排不出來(lái) 彈簧或橡皮的彈力不足 修正漏料孔 更換彈簧或橡皮 內(nèi)孔與外形位置不正或扁位位置 落料凸模上導(dǎo)正銷尺寸過(guò)小 導(dǎo)料板與凹模送料中心線不平行，使孔偏斜 擋料塊位置不正 更換導(dǎo)正銷 修正導(dǎo)料板 修正擋料塊 凹模被脹裂 凹?？子械瑰F現(xiàn)象，即上口大，下口小，或凹模刃口深度太長(zhǎng)，積存的件數(shù)太多，張力太大 修正凹模刃口，消除倒錐現(xiàn)象或減小凹模刃口長(zhǎng)度，使沖下的制件盡快漏下 制件產(chǎn)生回彈 彈性變形的存在 增加凹模型槽的深度 改變凸模的形狀和角度大小 減小凸、凹模之間的間隙 增加校正力或使校正力集中在角部變形區(qū) 制件表面有擦傷 凹模的內(nèi)壁和圓角處表面不光、太粗糙 板料被粘附在凹模表面 將凹模內(nèi)壁與圓角修光，在凹模或凸模的工作表面鍍硬鉻厚0.01-0.03mm. 將凹模進(jìn)行化學(xué)處理 制件不平 壓料力不足 增加壓料力，最好校正一下 彎曲角變形部分有裂紋 彎曲半徑太小 材料的紋向與彎曲線平行 材料的塑性差 加大彎曲半徑 將板料退火后再?gòu)澢冃位蚋淖兟淞系呐艠? 將板料進(jìn)行退火處理 U形件左右高度不一致 凹模的圓角半徑左、右兩邊加工不一致 定位不穩(wěn)定或定位位置不準(zhǔn) 壓料不牢 凹、凸模左右兩邊間隙不均勻 修正圓角半徑使左右一致 調(diào)整定位裝置 增加壓料力 調(diào)整凸、凹模之間的間隙 5.4裝配其他零件并試模 上模安裝頂桿，頂件塊，檢查打料機(jī)構(gòu)工作的可靠性。頂件塊在最低位置時(shí)，應(yīng)突出凸凹模刃口0.2-0.5mm.安裝卸料板，安裝后的卸料板下平面比凸凹模刃口面低0.2-0.5mm.在設(shè)計(jì)指定的壓力機(jī)上，裝配好的模具進(jìn)行試沖。 試模時(shí)重點(diǎn)檢查打料機(jī)構(gòu)和頂出機(jī)構(gòu)的動(dòng)作是否及時(shí)、可靠。每一次沖壓后，上模隨壓力機(jī)上行到上死點(diǎn)時(shí)，條料和頂出的工件都應(yīng)該出現(xiàn)在下模凹模工作面上，以便及時(shí)清除。 裝配后應(yīng)保證間隙均勻，落料凹模刃口面應(yīng)高出沖孔凸模工作端面2mm. 6彎板沖孔落料復(fù)合?？傃b圖 7 彎曲模裝配圖 8 結(jié)束語(yǔ) 彎板屬于典型的沖裁彎曲件，分析其工藝性，并確定工藝方案。根據(jù)計(jì)算確定該制件的沖裁力及模具刃口尺寸，然后選取相應(yīng)的壓力機(jī)。本設(shè)計(jì)主要是落料凸、凹模及沖孔凸、凹模的設(shè)計(jì)，需要計(jì)算凸凹模的間隙、工作零件的尺寸和公差。此外,還需要確定模具工藝零件和結(jié)構(gòu)零件以及模具的總體尺寸，然后根據(jù)上面的設(shè)計(jì)繪出模具的總裝圖。 由于在零件制造前進(jìn)行了預(yù)測(cè)，分析了制件在生產(chǎn)過(guò)程中可能出現(xiàn)的缺陷，采取了相應(yīng)的工藝措施。因此，模具在生產(chǎn)零件的時(shí)候才可以減少?gòu)U品的產(chǎn)生。 彎板沖裁件的形狀結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，但是其尺寸相對(duì)較大不適合選用標(biāo)準(zhǔn)模架。要保證零件的順利加工和取件，模具必須有足夠的長(zhǎng)度，因此需要改變上、下模座的長(zhǎng)度，以達(dá)到要求。模具工作零件的結(jié)構(gòu)也較為簡(jiǎn)單，它可以相應(yīng)的簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu)。便于以后的操作、調(diào)整和維護(hù)。 彎板沖孔落料模具的設(shè)計(jì)，是理論知識(shí)與實(shí)踐有機(jī)的結(jié)合，更加系統(tǒng)地對(duì)理論知識(shí)做了更深切貼實(shí)的闡述。也使我認(rèn)識(shí)到，要想做為一名合格的模具設(shè)計(jì)人員，必須要有扎實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)，并不斷學(xué)習(xí)新知識(shí)新技術(shù)，樹立終身學(xué)習(xí)的觀念，把理論知識(shí)應(yīng)用到實(shí)踐中去，并堅(jiān)持科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)、求實(shí)的精神，大膽創(chuàng)新，突破新技術(shù)，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的騰飛做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。 致 謝 首先我衷心地感謝本人的導(dǎo)師劉軼老師，她仔細(xì)審閱了我設(shè)計(jì)的全部?jī)?nèi)容并對(duì)我的畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容提出了許多寶貴的建設(shè)性建議。劉老師淵博的學(xué)識(shí)，誠(chéng)懇的為人，使我受益匪淺，在畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，特別是遇到困難時(shí)，他給了我極大的鼓勵(lì)和幫助，在這里我向她表示真誠(chéng)的感謝！ 感謝母?！幽蠙C(jī)電高等?？茖W(xué)校的辛勤培育之恩！感謝材料工程系給我提供的良好學(xué)習(xí)及實(shí)踐環(huán)境，使我學(xué)到了許多新的知識(shí)，掌握了一定的操作技能。 最后，我非常慶幸在三年的的學(xué)習(xí)、生活中認(rèn)識(shí)了很多可親可敬的老師和團(tuán)結(jié)友愛的同學(xué)，并感激師友的教誨和幫助！我殷切地希望我們模具專業(yè)能在全系師生的齊心協(xié)力下越辦越好！衷心祝愿我們的學(xué)校和我們所有的師生都能青春永駐！活力無(wú)限！步步登高！ 參 考 文 獻(xiàn) [1]劉建超、張寶忠主編.沖壓模具設(shè)計(jì)與制造[M].北京：高等教育出版社，2006 [2]王孝培主編.沖壓手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004 [3]許發(fā)樾主編.實(shí)用模具設(shè)計(jì)與制造手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000 [1]翟德梅、段維峰主編.模具制造技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版.2005 [5]翟德梅主編.金屬與塑料成型機(jī)械[M].河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校2005 [6楊占堯主編.沖壓模具圖冊(cè)[M].北京：高等教育出版社，2006 [7]寇世瑤主編.機(jī)械制圖[M].北京：高等教育出版社，2004 [8]王曉江主編. 模具設(shè)計(jì)與制造專業(yè)英語(yǔ)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006 第 23 頁(yè) 共 23 頁(yè)