支架級進(jìn)模具設(shè)計【沖孔、落料、彎曲級進(jìn)模】【說明書+CAD】

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沖壓模具設(shè)計中側(cè)壁起皺的分析 F.-k. Chen and Y.-C. Liao 臺灣 臺北市國立臺灣大學(xué)機(jī)械工程部門 在沖壓過程中，起皺一般發(fā)生在有錐度的方形杯子和帶有階梯的矩形杯子成形時。這兩種起皺類型的共同特征是起皺都發(fā)生在相對沒有支撐的側(cè)壁。在沖壓一個有錐度的方形杯子時，當(dāng)發(fā)生起皺時，比如沖模間隙和沖壓毛壞的壓力大小等參數(shù)的影響通過有限元模擬方法被檢查到。模擬結(jié)果顯示沖模間隙越大，起皺的就越明顯，而且起皺不能通過增加沖壓力來被抑制。在研究帶有階梯的矩形杯子沖壓過程的起皺時，發(fā)現(xiàn)了一個有相似幾何類型的實(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，一個最適宜的沖模設(shè)計方法就是利用有限元分析法。在無起皺產(chǎn)品中介于模擬結(jié)果和實(shí)測結(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)計沖模的優(yōu)勢。 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。在沖壓一個復(fù)雜形狀零件的操作時，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增加沖壓力來防止起皺，但是過度的拉力會通過裂痕導(dǎo)致失敗。因此，沖壓力必須處于一個狹小的范圍，一方面，要高于抑制起皺的力，另一方面，要低于產(chǎn)生破裂的力。沖壓力的狹小范圍很難計算。對于沖壓一個復(fù)雜形狀的零件，當(dāng)起皺發(fā)生在中心區(qū)域時，有意義的沖壓力范圍甚至不存在。 為了檢查起皺的形成結(jié)構(gòu)，Yoshida et al.發(fā)明了一種測試，在這種測試?yán)?，一塊薄板料不是均勻的沿著它的斜度被拉伸。他們也計劃一個近似的理論模型，在這種模型里面，起皺的開始取決于在壓力不均勻區(qū)域中有壓縮的側(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題，通過理論分析，他發(fā)現(xiàn)帶有兩個圓周波的起皺可能發(fā)生，然而，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示是四到六個。當(dāng)通過一個有錐度的模具畫出金屬板料時，Narayanasamy和sowerby用平底的沖頭和半球狀的沖頭檢查金屬板料的起皺。他們也試圖去把可以抑制起皺的道具分類。 那些努力都被聚中于和簡單形狀零件關(guān)聯(lián)的起皺問題上，例如：一個圓形的杯子。在90年代早期，金屬板料成形中三維動態(tài)軟件和有限元方法的成功運(yùn)用使得分析包括在沖壓一個復(fù)雜形狀零件的起皺問題成為可能。在當(dāng)前的研究中，三維有限元分析法被用來分析在沖壓一個帶有階梯的矩形部分的過程中，產(chǎn)生起皺的金屬流動制造參數(shù)上。 一個帶有階梯的方形杯子，在杯子的每一邊都有一個傾斜的側(cè)壁，在帶有錐度的杯子也相應(yīng)的存在傾斜的側(cè)壁。在沖壓過程中，側(cè)壁上的金屬板料相對沒被支撐，因此，這個部位更容易起皺。在當(dāng)前的研究中，起皺過程中的各種不同的制造參數(shù)的影響都在被研究。在沖壓一個帶有階梯的方形杯子時，就像圖1B顯示的一樣，可以觀測到另一種形式的起皺。為了評估分析的效力，在當(dāng)前的研究中，一個確切階梯幾何形狀的物體被檢測。通過使用有限元分析法和用適宜的模具設(shè)計來減少起皺，起皺的原因被確定。在觀測一個實(shí)際產(chǎn)品成形時，通過有限元分析法得到的模具設(shè)計方法得到證實(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軟件來設(shè)計的。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為以上工具生產(chǎn)網(wǎng)眼系統(tǒng)。對于有限元模擬來說，工具被認(rèn)為是剛硬的，而且對應(yīng)的網(wǎng)眼被用來定義工具幾何學(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)和用來沖壓帶有階梯方形杯子的板形壞料。由于對稱條件，方形杯子的四分之一被分析。在模擬中，板形壞料放在壓力機(jī)上，沖模向下移動，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模擬。為在飛機(jī)上切割下的樣本測試被進(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。平均的流動力σ，計算方程為σ=（σ0+2σ45+σ90）/4，因?yàn)槊恳粋€方法真實(shí)應(yīng)變通常用來模擬帶錐度方形杯子和帶階梯矩形的沖壓，就如圖3顯示的那樣。 當(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)壁沒被支撐的金屬板料的寬度取決于沖模間隙，起皺假想通過增加沖壓力來被抑制。相對于沖壓一個錐度方形杯子，沖模間隙和沖壓力兩方面的影響在接下來的部分被研究。 3.1沖模間隙的影響 為了檢查沖模間隙對起皺的影響，在沖壓一個錐度方形杯子時，分別用20mm，30mm，50mm大小的沖模間隙進(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。這就說明在沖壓過程中，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，沖頭各邊的長度和模腔尺寸也不一樣。由于橫向壓力的存大，在沖頭和模腔中拉深成形的金屬板料越來越不牢固。在壓縮下，側(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的產(chǎn)品，兩個主要的應(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的評論值大，假設(shè)當(dāng)起皺發(fā)生時，β的實(shí)際值越大，起皺的可能性就越大。 在三個沖模間隙不同的沖壓中，同一側(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中說明嚴(yán)重的起皺一般發(fā)生在拐角處，而對三個沖模間隙不同的沖壓，在側(cè)壁中心很少發(fā)生起皺。還說明了沖模間隙越大，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模擬了。沖壓從100KN增加到600KN，這兩個力分別產(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也被用來模擬。 模擬結(jié)果顯示沖壓力的增加并沒有幫助消除發(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，兩個外殼的波浪形橫截面是相似的。這就說明在沖壓帶有錐度的方形杯子時，沖壓力不影響起皺的發(fā)生，這是因?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。沖壓力對沖頭和模腔之間材料不穩(wěn)定的模式并沒有影響。 圖5 沿著橫截面M-N不同沖模間隙的β值 4階梯矩形杯子 在沖壓一個階梯矩形杯子時，起皺發(fā)生在側(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沿臺階D-E而行。在近期的研究中，在一個實(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)品的程序包括通過清理焊縫的深拉。在這種深拉過程中，沒有焊縫被用在沖模表面來幫助幫助金屬的流動。但是，由于沖頭拐角處的半徑過小和其復(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，拉裂可以通過增加以半徑來避免。這種理念在現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品中通過增加半徑得到證實(shí)。 個別的嘗試也被用來消除起皺。第一，沖壓力加到原來的2倍。但是，就像在拉深帶有錐度的杯子中得到的結(jié)果一樣，沖壓力對消除起皺現(xiàn)象沒有起有很大的效果。通過增加摩擦和毛坯尺寸也得到同樣的結(jié)論。于是我們推測，這種起皺不能通過增加沖壓力來得到抑制。 由于在金屬屈服于過大壓力的區(qū)域，往往會因?yàn)榇罅康慕饘倭鲃佣鸢?，一種通過在起皺區(qū)域增加掛鉤用于消除起皺的簡單方法被用來吸收多余的材料。為了多余的金屬能有效的被吸收，掛鉤應(yīng)該平衡的加在起皺位置?；谶@種理念，兩個掛鉤被加在鄰近在壁上吸收多余的材料，如圖9如示。模擬結(jié)果顯示，階梯拐角處的起皺正如想象的那樣被吸收，但是，一些起皺仍然沒被吸收。這說明在側(cè)壁處需要更多的掛鉤來吸收所有過量的材料，但是這在模具設(shè)計中是不允許的。 利用有限元分析法分析沖壓工序的一個優(yōu)勢是沖壓過程中板料的變形形狀可以被監(jiān)測，而這在真實(shí)的產(chǎn)品沖壓過程中是不可能的。對沖壓過程中金屬流動的精密監(jiān)測顯示板料最開始通過沖頭的力按模腔的形狀成形，直到板料接觸到如圖1（b）階梯D-E邊緣才形成起皺。起皺的形狀如 圖9 加到側(cè)壁的起皺 圖10顯示的那樣。這就為模具設(shè)計的改進(jìn)提供了有價值的信息。 圖10 當(dāng)板料接觸臺階邊緣的起皺形成 圖11 切除了的臺階拐角 對于起皺的發(fā)生，最初的一個猜想是沖頭拐角處范圍A和階梯拐角處范圍D之間的金屬板料處于不平坦的拉深，就如圖1（b）所示。階梯拐角處被切主要是為了改善拉深條件，這樣就允許通過增加階梯邊緣有更多的拉伸被應(yīng)用到如圖11所示，從而使得模具設(shè)計的改進(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€沖頭邊緣和整個階梯邊緣的不平坦引起的，不僅僅是沖頭拐角處和階梯拐角處之間的不平坦。為了證實(shí)這種說法，兩種改進(jìn)過了的模具設(shè)計被用來實(shí)驗(yàn)：為了描述想象中的形狀用兩種拉深操作，一種是切去整個階梯，而另一種是增加更多的拉深操作。前一個方法的模擬形狀所圖12所示。自從更低的階梯被切去后，拉深工序與圖12中的矩形杯子拉深工序性很相似。從圖12中可以看出起皺現(xiàn)象已被消除。 在這兩種操作的拉深工序中，板料最初是被拉到很深的階梯處，如圖13（a）所示，然后，較低的階梯在第二步拉深操作中成形，同是，如圖13（b）所示的想象形狀也得到了。從圖13（b）可以清晰的看出，通過兩步拉深工序可以造出沒有起皺的階梯矩形杯子，同時也說明在兩步拉深工序中，如果相應(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^較低的階梯進(jìn)入模具型腔。 圖12改善模具設(shè)計的模擬形狀 圖13 兩個操作步驟中的a第一步操作 b第二步操作 有限元分析法說明用簡單的拉深操作來設(shè)計理想產(chǎn)品的沖壓模具設(shè)計是很難完成的。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)計師對形狀做出了合適的改變，而且通過有限元模擬分析法結(jié)果去切除較低的臺階來改善模具設(shè)計，如圖12所示。隨著設(shè)計方法的改進(jìn)，產(chǎn)品真實(shí)的沖壓模具被制造出來，而且零件還沒有起皺，如圖14所示。通過有限元模擬分析法得到的零件也沒有起皺。 為了進(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 無缺陷產(chǎn)品零件 圖15 G-H處模擬和測量厚度 5概要和結(jié)束語 通過有限元模擬分析法研究了兩種在沖壓過程中的起皺，而且還檢查了其起皺的原因和消除起皺的方法。 第一種形式的起皺發(fā)生在沖壓帶有錐度的方形杯子的側(cè)壁上，這種起皺的原因是因?yàn)闆_模間隙過大（沖模間隙就是模腔的尺寸和沖頭的尺寸的差距）。當(dāng)金屬被拉至模腔中，在沖頭和型腔中有一有害的拉深時，大的沖模間隙導(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增加沖壓力的方法來得到抑制。 另一種形式的起皺發(fā)生在有階梯矩形的幾何形狀物體沖壓過程中。起皺往往發(fā)生在臺階以上的側(cè)壁，甚至沖模的間隙不是足夠的大。通過有限元模擬法得知，這種起皺主要是由于在沖頭和臺階邊緣存在不平坦的拉伸。在模具設(shè)計過程中，通過有限元模擬分析法單獨(dú)的嘗試被用來消除起皺，切除了臺階的模具被建立。通過無缺陷的零件證實(shí)了這種模具設(shè)計方法對消除起皺的作用。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 作者希望感謝中國人民共和國民族科學(xué)委員會授于NSC-86-2212-E002-028編號才使得這個項(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（論文）中期檢查表 學(xué)生姓名 學(xué) 號 指導(dǎo)教師 選題情況 課題名稱 支架級進(jìn)模設(shè)計 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 開題報告 有 無 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 按計劃進(jìn)行 慢 中期工作匯報及解答問題情況 優(yōu) 良 中 差 中期成績評定： 所在專業(yè)意見： 負(fù)責(zé)人： 年 月 日 畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）任 務(wù) 書 1．本畢業(yè)設(shè)計（論文）課題來源及應(yīng)達(dá)到的目的： 本題目來自工廠一連接片零件,通過對本模具的設(shè)計學(xué)生應(yīng)能熟練掌握模具設(shè)計的基本步驟、方法、并且對模具工業(yè)的現(xiàn)狀和發(fā)展有一定的了解，從而加強(qiáng)學(xué)生對本專業(yè)的了解、使學(xué)生對三年來所學(xué)的知識系統(tǒng)的掌握。 2．本畢業(yè)設(shè)計（論文）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）： 機(jī)械加工工藝過程卡 7.1在此僅對沖缺凸模、凹模鑲塊的加工工藝進(jìn)行分析。 7.1.1沖缺凸模鑲塊 沖缺凸模鑲塊加工工藝過程見表7-1所示。 表7-1 沖缺凸模加工工藝過程 序號 工序名稱 工序內(nèi)容 1 下料 切割鋼板至尺寸64㎜×22㎜×14㎜ 2 車床 車六面至尺寸60.5㎜×19㎜×12㎜ 3 熱處理 調(diào)質(zhì)至尺寸58—62HRC。 4 磨床 磨六個面，要求平面度，并且留有1㎜的加工余量 5 銑床 銑槽使其與圖紙形狀、尺寸符合，并且留1.5的加工余量，以便為下道精加工。 6 磨 按照圖紙磨沖缺刃口，并且保證平面度為1.6 7 鉗 把沖缺凸模壓入固定板 7.1.2 凹模鑲塊沖缺凸模鑲塊 沖缺凸模鑲塊加工工藝過程見表7-1所示。 表7-2凹模鑲塊加工工藝過程 序號 工序名稱 工序內(nèi)容 1 下料 33㎜×18㎜×13㎜ 2 熱處理 退火至58~62HRC 3 平磨 磨鑲塊六個平面，并保證各個平面平面度達(dá)到R6.4 4 成型銑 銑成型槽，并且保證兩直邊的夾角為90度、平面的要求R1.8 5 鉗 研光成型刃口使其光滑。 6 鉗 將成型鑲塊裝如凹模固定板中。 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校 畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告 學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 專 業(yè)： 模具設(shè)計與制造 設(shè)計(論文)題目： 支架級進(jìn)模具設(shè)計 指導(dǎo)教師： 2006年 4 月10 日  畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）開 題 報 告 1．結(jié)合畢業(yè)設(shè)計（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，撰寫1500字左右（本科生200字左右）的文獻(xiàn)綜述(包括目前該課題在國內(nèi)外的研究狀況、發(fā)展趨勢以及對本人研究課題的啟發(fā))： 文 獻(xiàn) 綜 述 在設(shè)計之前首先應(yīng)該對國內(nèi)外的模具發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢有所了解，以便在設(shè)計過程中能夠正確、合理地設(shè)計出一套模具。下面就先分析一下國內(nèi)外的模具發(fā)展現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢以及我國的模具發(fā)展現(xiàn)狀。 1.隨著工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量的不斷提高，沖壓產(chǎn)品的生產(chǎn)正呈現(xiàn)出多品種、少批量，復(fù)雜、大型、精密，更新?lián)Q代速度快等變化特點(diǎn)，沖壓模具也正向高效、精密、長壽命、大型化方向發(fā)展。為適應(yīng)市場的變化，隨著計算機(jī)技術(shù)和制造技術(shù)的迅速發(fā)展，沖壓模具設(shè)計與制造技術(shù)正在由手工設(shè)計、依靠工人的經(jīng)驗(yàn)和常規(guī)的機(jī)械加工技術(shù)向計算機(jī)輔助設(shè)計（CAD）、數(shù)控加工中心進(jìn)行切削加工、數(shù)控線切割、數(shù)控電火花等為核心的計算機(jī)輔助設(shè)計與制造（CAD/CAM）技術(shù)方面轉(zhuǎn)變。模具的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢如下詳述： 1）.模具標(biāo)準(zhǔn)件：模具的標(biāo)準(zhǔn)化對縮短模具制造周期、提高質(zhì)量、降低成本起到很大的作用。我國的模具標(biāo)準(zhǔn)化程度達(dá)到30%以下，而國外先進(jìn)國家達(dá)到70%—80%左右。這樣，不僅有利于國內(nèi)的模具制造的發(fā)展，也有利于模具的國際化發(fā)展。 2）.模具的制造精度：國外的制造水平能夠是制造公差達(dá)到0.003—0.005 mm，表面的粗糙度達(dá)到Ra 0.0002 mm以下（花10以上）；我國的制造水平可以是制造公差達(dá)到0.01—0.02 mm,模具表面的粗糙度達(dá)到Ra0.00160.0008 mm（花7—8）。由此可見，如今模具技術(shù)的發(fā)展水平還是很高的，但也可以看出我國在這方面的技術(shù)與國外先進(jìn)國家還有很大的差距。 3）.模具的使用壽命：國外的沖壓模具的使用壽命，（合金鋼制模）500—1000萬次，（硬質(zhì)合金制模）2億次；我國的沖壓模具的使用壽命分別為：100—400萬次，6000—1億次。模具的使用壽命的加長就意味著模具的制造成本降低，從而提高了生產(chǎn)效益。 4）.模具的加工制造設(shè)備：國外已經(jīng)廣泛地使用了數(shù)控加工中心，線切割，電火花，化學(xué)腐蝕等先進(jìn)的設(shè)備，大大地提高了模具的制造周期。 2.我國的模具業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀：進(jìn)入21世紀(jì)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我國的工業(yè)化程度也有了很大地提高，特別是在模具行業(yè)有了很大地發(fā)展。如：在模具設(shè)計與制造上，不但自己可以制造一些大型，精密，復(fù)雜，高效，長壽命的模具，并且能夠出口到國外，打開國外的市場。但是，目前我國的沖壓技術(shù)與工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比還相當(dāng)落后，主要原因是我國在沖壓基礎(chǔ)理論及成型工藝，模具標(biāo)準(zhǔn)化，模具設(shè)計，模具制造工藝及設(shè)備等方面與工業(yè)發(fā)達(dá)國家尚有相當(dāng)大的差距，導(dǎo)致我國的模具在壽命，效率，加工精度，生產(chǎn)周期等方面與工業(yè)發(fā)達(dá)國家的模具相比差距相當(dāng)大。因此這就需要我們努力去研究，推動我國模具業(yè)的發(fā)展。 3.在查閱、收集有關(guān)資料的時候，不僅使我對模具業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢、模具的設(shè)計與制造技術(shù)等有了更多，更全面地了解；而且收集到了許多有關(guān)本課題的研究，與本課題相關(guān)、相似的東西，查找各種有關(guān)模具設(shè)計與制造方面的經(jīng)驗(yàn)公式，和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)；通過查閱資料和文獻(xiàn)能夠?qū)⒄n堂上所學(xué)習(xí)到的理論知識，與實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中的實(shí)例相結(jié)合去更好地成設(shè)計任務(wù)；并且使我在課程設(shè)計上有了更多的設(shè)計思路，也有了更多的考慮空間，同時也使我在設(shè)計的過程中能夠從多方面地去考慮問題——模具設(shè)計的合理性及對設(shè)計好的模具在工作過程中可能會出現(xiàn)的問題及解決辦法。  畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）開 題 報 告 ２．本課題的研究思路（包括要研究或解決的問題和擬采用的研究方法、手段（途徑）及進(jìn)度安排等）： 1. 根據(jù)工件的結(jié)構(gòu)簡圖，對工件進(jìn)行結(jié)構(gòu)形狀、尺寸精度、加工工藝性等方面作出詳細(xì)地分析，并查閱相關(guān)資料看是否符合常規(guī)零件結(jié)構(gòu)設(shè)計（一個星期）。 2. 經(jīng)過對工件的結(jié)構(gòu)工藝性分析，擬訂可行的沖壓工藝方案，并經(jīng)過分析，研究、比較，選擇一種最為合理的沖壓工藝作為生產(chǎn)應(yīng)用（需要一個星期）。 3. 進(jìn)行主要的設(shè)計計算，利用各種經(jīng)驗(yàn)公式或者經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)對沖壓力（沖裁力、卸料力、總沖壓工藝力），校核零件的強(qiáng)度（凸模、凹模），壓力中心的位置，工作零部件的刃口尺寸的設(shè)計計算以及彈性卸料元件橡膠的設(shè)計（需要兩個星期）。 4. 根據(jù)工件的結(jié)構(gòu)，材料，生產(chǎn)批量來進(jìn)行模具的總體設(shè)計，包括模具的類型，定位方式，卸料方式，導(dǎo)向方式等方面的設(shè)計；在設(shè)計中，應(yīng)該綜合考慮模具的安裝，維修，生產(chǎn)效率等（需要三個星期）。 5. 對模具的主要零部件進(jìn)行設(shè)計，主要有凸模、凹模、定位板、卸料板、模架和導(dǎo)柱導(dǎo)套等零件，根據(jù)工作需要的強(qiáng)度來設(shè)計尺寸，包括各零件的圖紙（需要一個月）。 6. 模具的總裝圖和工作原理（有裝配簡圖）要總體審核（需要兩個星期）。 7. 模具主要零部件的加工工藝過程（凸模、凹模、定位板、卸料板）分析與設(shè)計，編制加工工藝卡（需要一個月）。 8. 模具的裝配與調(diào)試，改正修護(hù)（需要一個星期）。 結(jié)論 經(jīng)過了一段時間的學(xué)習(xí)和工作,我完成了連接片級進(jìn)模的設(shè)計.從開始接到設(shè)計題目到設(shè)計的實(shí)現(xiàn),再到論文文章的完成,每走一步對我來說都是新的經(jīng)歷和挑戰(zhàn).這也是我在大學(xué)三年來完成的最大的項(xiàng)目.在這段時間里,我學(xué)到了很多知識,也感受很多.我從一個對模具設(shè)計毫無經(jīng)驗(yàn)、毫無頭緒，經(jīng)過這次的學(xué)習(xí)與實(shí)踐我已掌握了設(shè)計模具的基本知識，在模具設(shè)計上不再是無頭緒了，知道了該從什么地方下手，該怎么樣做。在對冷沖模設(shè)計相關(guān)技術(shù)很不了解的狀態(tài)下，我開始了獨(dú)立的學(xué)習(xí)，查看相關(guān)的資料和書籍，讓自己頭腦中模糊的概念逐漸清晰，使自己的設(shè)計一步步完善起來，條理逐步的清晰，每一次的改進(jìn)都是我學(xué)習(xí)的收獲。 通過這次設(shè)計使我樹立了良好的項(xiàng)目設(shè)計思路：看到項(xiàng)目，首先要分析項(xiàng)目的可行性，如果項(xiàng)目可行，則可進(jìn)行項(xiàng)目的方案論證，從中找出最優(yōu)的設(shè)計方案，在列好設(shè)計提綱，并逐一對其進(jìn)行設(shè)計與論證，最后進(jìn)行全局的匯總和優(yōu)化。在內(nèi)容設(shè)計方面，比較深入的學(xué)習(xí)了冷沖壓模具結(jié)構(gòu)與設(shè)計方面的知識，補(bǔ)充了自己知識上的不足，更重要的是給自己找到了一個發(fā)展的方向。 由于水平有限，在設(shè)計中難免出現(xiàn)這樣或那樣的問題，懇請各位老師能一一指正。同時我自己以后也會勤于學(xué)習(xí)和鉆研行業(yè)和專業(yè)知識，努力提高專業(yè)技術(shù)水平。 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計論文 插圖清單 1. 產(chǎn)品零件圖 1……………………………………………………4 2. 零件毛坯展開圖2………………………………………………5 3. 零件毛坯排樣圖 3………………………………………………6 4. 外形沖缺刃口設(shè)計圖 4………………………………………7 5. 凸模和凹模刃口形狀圖 5……………………………………8 6. 工序排樣圖 6……………………………………………………9 7. 圖 7………………………………………………………………14 8. 圖 8………………………………………………………………17 支架級進(jìn)模設(shè)計 摘要 本設(shè)計的題目是支架的級進(jìn)模具，本設(shè)計從零件入手，通過對方案的選擇、排樣的計算、沖壓力的計算和壓力中心確定的計算以及凸凹模刃口的計算等最終確定本副模具采用沖孔、落料、彎曲級進(jìn)模具。 由于零件要求精度不是太高，因此采用側(cè)刃定距，導(dǎo)料槽與側(cè)刃配合控制，滿載零件的精度要求。本模具包含九個工序：沖孔、沖缺、彎曲、彎曲、彎曲、彎曲、空位、切邊、切邊。由于本模具采用級進(jìn)模進(jìn)行設(shè)計的，從而使本模具的操作簡單易行，提高了生產(chǎn)率。 關(guān)鍵詞：級進(jìn)模、側(cè)刃、彎曲、切邊。 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計說明書 目 錄 緒論 ……………………………………………………………1 第一章 確定零件的基本沖壓工序 1.1 零件的形狀和工藝分析 …………………………………………4 1.2 確定零件的沖壓方案 ………………………………………………4 第二章 沖壓力的計算 2.1 沖裁力的計算 ………………………………………………………10 2.2 彎曲力的計算 ………………………………………………………11 2.3 卸料力的計算 ………………………………………………………11 2.4 總壓力的計算 ……………………………………………………… 11 第三章 模具結(jié)構(gòu)總體設(shè)計 3.1 模具結(jié)構(gòu)方案確定 …………………………………………………13 3.2 模具結(jié)構(gòu)尺寸的確定 …………………………………………………13 3.3 模架的選擇 ……………………………………………………………14 3.4 壓力機(jī)的選擇 …………………………………………………………14 3.5 模柄的選擇 ……………………………………………………………14 第四章 模具結(jié)構(gòu)詳細(xì)設(shè)計 4.1 凸模結(jié)構(gòu)的設(shè)計 …………………………………………………16 4.2 送料步距確定 …………………………………………………16 4.3 條料槽的結(jié)構(gòu)設(shè)計 …………………………………………………16 4.4 模具零件的固定 ………………………………………………………16 4.5 送料與出件方式 ………………………………………………………16 4.6 安全裝置…………………………………………………………………17 4.7 模具零件選材 …………………………………………………17 4.8 模具裝配圖 ……………………………………………………17 第五章 模具零件設(shè)計 5.1 工作零件設(shè)計 ………………………………………………………18 5.1.1 沖缺凸凹模設(shè)計 …………………………………………………18 5.1.2 沖孔的凸凹模設(shè)計…………………………………………19 5.1.3 切邊凸凹模設(shè)計 ………………………………………………20 5.2 凸模零件高度設(shè)計 …………………………………………………24 5.3 模具零件強(qiáng)度校核 …………………………………………………24 第六章 模具的制造工藝設(shè)計 6.1 典型凸模加工工藝過程 ………………………………………………26 6.2 典型凹模加工工藝過程 ………………………………………………24 6.3 卸料板的加工工藝過程………………………………………………24 結(jié)論 ………………………………………………………………………………27致謝 ………………………………………………………………………………28 參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………………29 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計說明書 緒論 模具是以特定形狀通過一定的方式使原材料成型的專用工藝裝備。沖壓模具成型零件實(shí)質(zhì)上是一種少切削、無切削、多工序重合的生產(chǎn)方法。采用成型模具的工藝替代傳統(tǒng)的切削加工工藝，可以提高生產(chǎn)效率，保證零件質(zhì)量，節(jié)約材料，降低生產(chǎn)成本，因此取代很高的經(jīng)濟(jì)效益。 一、冷沖壓模具模具在工業(yè)生產(chǎn)中的地位 模具是大批量生產(chǎn)同形產(chǎn)品的工具，是工業(yè)生產(chǎn)的主要工藝裝備。模具工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)工業(yè)。 模具可保證沖壓產(chǎn)品的尺寸精度，使產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，而且在加工中不破壞產(chǎn)品表面。用模具生產(chǎn)零部件可以采用冶金廠大量生產(chǎn)的軋制鋼板或鋼帶為壞料，且在生產(chǎn)中不需要加熱，具有生產(chǎn)效率高、質(zhì)量好、質(zhì)量輕、成本低且節(jié)約能源和原材料等一系列優(yōu)點(diǎn)，是其它加工方法所不能比擬的。使用模具已成為當(dāng) 代工業(yè)生產(chǎn)的重要手段和工藝發(fā)展方向?，F(xiàn)代制造工業(yè)的發(fā)展的技術(shù)水平的提高，很大程度上取決于模具工業(yè)的發(fā)展。 目前，工業(yè)生產(chǎn)中普遍采用模具成形工藝方法，以提高產(chǎn)品的生產(chǎn)率的質(zhì)量。對于普通壓力機(jī)，每臺每分鐘可生產(chǎn)幾件到幾十件沖壓件，而高速沖床每分鐘可生產(chǎn)數(shù)百件甚至上千件以上沖壓件。冷沖壓所獲得的零件一般無需進(jìn)行切削加工，因而是一種節(jié)省能源、節(jié)省原材料的無切削加工方法。由于冷沖壓所用原材料多是表面質(zhì)量好的板料或帶料，沖件的尺寸公關(guān)由沖模來保證，所以產(chǎn)品尺寸穩(wěn)定、互換性好。冷沖壓產(chǎn)品壁薄、質(zhì)量輕、剛性好，可以加工成形狀復(fù)雜的零件，小到鐘表的秒針、大到汽車縱梁、覆蓋件等。顯而易見，模具作為一種專用的工藝裝備，在生產(chǎn)中的決定性作用和重要地位逐漸為人們所共識。 二、沖壓特點(diǎn)和應(yīng)用 冷沖壓是利用安裝在壓力機(jī)上的沖模對材料施加壓力，使其產(chǎn)生分離或塑性變形，從而獲得所需零件（俗稱沖壓件或沖件）的一種壓力加工方式。因?yàn)樗ǔＪ窃谑覝叵逻M(jìn)行加工，所以稱為冷沖壓。冷沖壓不但可以加工金屬材料，而且還可以加工非金屬材料和復(fù)合材料。 沖模是將材料加工成所需沖件的一種工藝裝備。沖模在冷沖壓中至關(guān)重要，一般來說，不具備符合要求的沖模，冷沖壓就無法進(jìn)行；先進(jìn)的沖壓工藝也必須依靠相應(yīng)的沖模來實(shí)現(xiàn)。 但由于沖模制造一般是單件小批量生產(chǎn)，精度高，技術(shù)要求高，是技術(shù)密集型產(chǎn)品，制造成本高。因而，冷沖壓生產(chǎn)只有在生產(chǎn)批量大的情況下才能獲得較高的經(jīng)濟(jì)效益。 綜上所述，冷沖壓與其它加工方法相比，具有獨(dú)到的特點(diǎn)，所以在工業(yè)生產(chǎn)中，尤其在大批量生產(chǎn)中應(yīng)用十分廣泛。相當(dāng)多的工業(yè)部門都越來越多地采用冷沖壓加工產(chǎn)品零部件，如機(jī)械制造、車輛生產(chǎn)、航空航天、電子、電器、輕工、儀表及日用品等行業(yè)。在這些工業(yè)部門中，沖壓件所占的比重都相當(dāng)大，不少過去用鑄造、鍛造、切削加工方法制造的零件，現(xiàn)在已被質(zhì)量輕、剛度好的沖壓件所代替。通過沖壓加工，大大提高的生產(chǎn)率，降低了成本?？梢哉f，如果在生產(chǎn)中不廣泛采用沖壓工藝，許多工業(yè)部門的產(chǎn)品要提高生產(chǎn)率、提高質(zhì)量、降低成本，進(jìn)行產(chǎn)品的更新?lián)Q代是難以實(shí)現(xiàn)的。 三、冷沖壓模具的歷史發(fā)展與現(xiàn)狀 模具的出現(xiàn)可以追溯到幾千年前的陶器燒制和青銅器鑄造，但其大規(guī)模應(yīng)用卻是隨著現(xiàn)代工業(yè)的崛起而發(fā)展起來的。19世紀(jì)，隨著軍火工業(yè)、鐘表工業(yè)、無線電工業(yè)的發(fā)展，模具開始得到廣泛使用。第二次世界大戰(zhàn)后，隨著世界經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，它又成了大量生產(chǎn)家用電、車、電子儀器、照相機(jī)、鐘表等零件的最佳方式。從世界范圍看，當(dāng)時美國的沖壓技術(shù)走在最前列，而瑞士的精沖、德國的冷擠壓技術(shù)，蘇聯(lián)對塑性加工的研究也處于世界先進(jìn)行列。20世紀(jì)50年代中期以前，模具設(shè)計多憑經(jīng)驗(yàn)，參考已有圖紙和感性認(rèn)識，根據(jù)用戶的要求，制作能滿足產(chǎn)品要求的模具，但對所設(shè)計模具零件的機(jī)械性能缺乏了解。從1955年到1965年，人們通過對模具主要零件的機(jī)械性能和受力狀況進(jìn)行數(shù)學(xué)分析，對金屬塑性加工工藝駐原理進(jìn)行深入探討，使得沖壓技術(shù)得到迅猛發(fā)展。在此期間歸納出的模具設(shè)計原則，使得壓力機(jī)械、沖壓材料、加工方法、模具結(jié)構(gòu)、模具材料、模具制造方法、自動化裝置等領(lǐng)域面貌一新，并向?qū)嵱没较蛲七M(jìn)。進(jìn)入20世紀(jì)70年代，不斷涌現(xiàn)出各種高效率、高精度、高壽命的多功能自動模具。其代表是五十多個工位的級進(jìn)模和十幾個工位的多工位傳遞模。在此期間日本以“模具加工精度進(jìn)入微米級”而站到世界工業(yè)的最先列。從20世紀(jì)70年代中期至今，計算機(jī)逐漸進(jìn)入模具生產(chǎn)的設(shè)計、制造、管理等各個領(lǐng)域；輔助進(jìn)行零件圖形輸入、毛坯展開、條料排樣、確定模座尺寸和標(biāo)準(zhǔn)、繪制裝配圖和零件圖、輸出NC程序（用于數(shù)控加工中心和線切割編程）等工作，使得模具設(shè)計、加工精度與復(fù)雜性不斷提高，模具制造周期不斷縮短。當(dāng)前國際上計算機(jī)輔助設(shè)計（CAD）和計算機(jī)輔助制造（CAM）的發(fā)展趨勢是：繼續(xù)發(fā)展幾何圖形系統(tǒng)，以滿足復(fù)雜零件的模具的要求；在CAD和CAM的基礎(chǔ)上建立生產(chǎn)集成系統(tǒng)（CIMS）；開展塑性成形模擬技術(shù)（包括物理模擬和數(shù)學(xué)模擬）的研究，以提高工藝分析和模具CAD的理論水平和實(shí)用性；開發(fā)智能數(shù)據(jù)庫和分布式數(shù)據(jù)庫，發(fā)展專家系統(tǒng)和智能CAD等。 由于錯過了世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的在浪潮，我國的模具業(yè)沒有跟上世界的步伐。20世紀(jì)80年代末，伴隨家電、輕工、汽車生產(chǎn)線模具的大量進(jìn)口和模具國產(chǎn)化的呼聲日益高漲，我國先后引進(jìn)了一批現(xiàn)代化的模具加工機(jī)床。在此基礎(chǔ)上，參照已有的進(jìn)口模具，我國成功地復(fù)制了一批替代品，如汽車覆蓋件模具等。模具的國產(chǎn)化雖然使我國模具制造水平逐漸趕上了國際先進(jìn)水平，但計算機(jī)應(yīng)用方面仍然存在很大差距。 由于模具工業(yè)的重要性，模具成型工藝在各個部門得到了廣泛的發(fā)展應(yīng)用，使得模具行業(yè)的產(chǎn)值已經(jīng)大大超過了機(jī)床工業(yè)的產(chǎn)值。這一情況充分說明在國民經(jīng)濟(jì)蓬勃發(fā)展的過程中，在各個工業(yè)發(fā)達(dá)國家對世界市場經(jīng)濟(jì)激烈的競爭中，越來越多地采用模具來進(jìn)行生產(chǎn)，模具工業(yè)明顯地成為技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和國力發(fā)展的關(guān)鍵。 我國模具工業(yè)起步晚、基礎(chǔ)差、不總量來看，大型、精密、復(fù)雜、長壽命模具產(chǎn)需矛盾仍然十分突出。為了進(jìn)一步振興模具工業(yè)，國家有關(guān)部門進(jìn)一步部署：全面分析我國模具工業(yè)的現(xiàn)狀和差距提出發(fā)展思路以及政策措施。相信在下政府的大力支持下，通過本行業(yè)和相關(guān)行業(yè)企業(yè)以及廣大模具工作者的共同努力，我國模具工業(yè)水平必將大大提高，為國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)作出更大的貢獻(xiàn)。 第一章 確定零件基本沖壓工序 1.1零件的形狀和工藝分析 設(shè)計沖制圖A—1所示的零件的級進(jìn)模。材料為10號鋼板，厚度為0.8毫米，月產(chǎn)量為20萬件。 1.2 確定零件沖壓方案 1.2.1 制件分析 圖A—1所示零件為帶孔彎曲件，其沖壓工序主要包括 (1) 毛坯落料。 (2) 沖孔。 (3) 兩側(cè)彎曲。 1.2.2 毛坯展開 按照彎曲毛坯的原則進(jìn)行計算，根據(jù)表3.42，圖A—1所示零件展開毛坯外形如圖A—2所示。 1.2.3 分析零件沖壓工藝性 圖A—1所示零件尺寸均為未注公差的一般尺寸，按慣例取為IT14級，符合一般級進(jìn)沖壓模具的經(jīng)濟(jì)精度要求，根據(jù)表2.2.2模具精度取為IT9。 圖示零件材質(zhì)為10號鋼板，能夠進(jìn)行一般的沖壓加工，市場上也容易得到這種材料，價格適中。 外形落料的工藝性：零件屬中小尺寸零件，料厚0.8毫米，材料為10號優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼具有良好的沖壓性能，外形復(fù)雜程度一般，根據(jù)表2.9.5沖孔凸凹模允許的最小壁厚可得孔邊距遠(yuǎn)大于愈凹模壁厚，尺寸精度要求一般。因此，可用沖載落料工藝。 沖孔的工藝性：孔徑為3.05毫米，根據(jù)表2.7.3可以算得0.35mm遠(yuǎn)大于最小孔距，孔尺寸要求精度一般，可采用沖孔。 彎曲工藝性：圖示零件包括四個彎曲部位。各彎曲角處的彎曲圓角半徑均為1毫米，根據(jù)表3.2.2可知1毫米大于最小彎曲半徑。則各彎曲角均可一次彎曲成。 綜合以上幾個方面的情況可以為圖A-1所示零件主要沖壓工序的工藝性良好。 1.2.4 擬訂沖壓工藝方案 圖A-1所示零件的基本沖壓工序?yàn)槁淞?、沖孔和彎曲，可擬訂出如下方案。 方案一：用級進(jìn)模沖制。 方案二：用簡單模分四次加工，即落料—沖孔—二次彎曲。 采用方案二，生產(chǎn)率底，工件尺寸的積累誤差大，操作不方便。由于該零件屬于大批量的生產(chǎn)，現(xiàn)選用方案二。 根據(jù)給定的產(chǎn)量要求，按每月24天，每天8個小時，實(shí)行單班生產(chǎn)計算，則為每分鐘18件。因此，采用普通板料裁成條料后手工送料即可滿足生產(chǎn)要求。 根據(jù)一般市場供應(yīng)情況，原材料選1000mm×1500mm×0.8mm冷軋薄鋼板。 1.2.5 毛坯排樣 對圖A—2所示毛坯，典型毛坯排樣方案有三種，如圖A—3所示。 采用第一種方案：條料寬度小，模具寬度也小，但是模具長度會較長，而且采用這種凡案，不便于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜彎曲工序。 采用第二方案：模具寬度增加，但長度會縮短，便于彎曲，而且送料步距小，有利于提高生產(chǎn)率，但彎曲工序中工序件不便定位。 采用第三方案：模具寬度增加，長度縮短，送料步距減小，但是不便于彎曲。 這三種方案的材料利用率相當(dāng)，但是第一種方案的板料軋向符合零件圖要求而且模具寬度小，工件便于彎曲。所以從工件質(zhì)量和模具設(shè)計難易程度考慮，選定第一排樣方案。 查表3—12知，搭邊值為： 中央搭邊值1.5毫米，側(cè)搭邊值為1.8毫米，所以，步距初定為28.7毫米，條料寬度初定為17.6毫米，由此不難算得材料的利用 =53.4% 1.2.6 工序排樣 （1）工序排樣類型：根據(jù)零件的沖壓要求，由于含有彎曲工序，所以本零件的沖壓不適于選落料型工序排樣。由于中間存在彎曲工藝最后落料可能導(dǎo)致彎曲尺寸發(fā)生變化，所以選切邊型工序排樣。 （2）沖切刃口的設(shè)計： A 外形落料加工的刃口設(shè)計（圖A—4）； B 彎曲模具刃口設(shè)計（圖A—5）。 （3）載體設(shè)計： 為了保證彎曲過程中工序件的準(zhǔn)確位置，并且考慮在載體上沖導(dǎo)正孔，選擇雙載體。參考圖7—15取載體寬度為5毫米。 （4）條料定位方式 X向：由于產(chǎn)品零件精度要求一般，所以條料送進(jìn)方向的送進(jìn)步距控制用側(cè)刃。為了確保側(cè)刃定位精度，選型側(cè)刃。 Z向：由于工序零件在加工的過程中有彎曲工序，而且彎曲刃口在條料中部，所以應(yīng)采用雙側(cè)頂料銷將條料頂送至送進(jìn)線高度，以利送進(jìn)。 Y向：本零件涉及的彎曲工序多，采用的頂料機(jī)構(gòu)工作必須可靠協(xié)調(diào)，所以直接采用槽式頂料銷兼寬度方向的導(dǎo)料。 （5）導(dǎo)正方式：為了保證零件上孔的精度，采用間接導(dǎo)正。導(dǎo)正孔布置在兩側(cè)的載體上。參考表7—5導(dǎo)正孔直徑取3.0毫米。 （6）工序排樣圖：根據(jù)以上幾個方面的設(shè)計，經(jīng)綜合分析比較，可確定圖A—1所示零件的沖壓工序排樣圖如圖A—6，即零件的沖制用九工位級進(jìn)模。 工位一：沖工件孔及導(dǎo)正孔，側(cè)刃切邊。 工位二：沖槽。 工位三：彎曲。 工位四：彎曲。 工位五：彎曲。 工位六：彎曲。 工位七：空位。 工位八：切邊。 工位九：切邊。 （7）條料尺寸及步距精度； 考慮到載體尺寸取條料寬度24㎜； 步距29.2㎜； 步距精度的確定： 工位數(shù)n=9。 由輪廓尺寸精度查得。 根據(jù)沖裁間隙查表7—4[2]得k=1.06㎜。 計算步距精度㎜，取㎜。 （8）產(chǎn)品零件材料成本：由于鋼板尺寸規(guī)格1000㎜×1500㎜，考慮到零件對軋向的要求，可將板料按圖A—7所示方式裁成條料進(jìn)行沖壓。這樣每塊板可裁成40條長度為1500㎜的條料，每條可沖51個零件。每塊鋼板可沖的零件個數(shù)為2040個。由于每張鋼板約折合12.56㎏，每噸鋼材約3000元，每個零件折合0.0138元。 第二章 沖壓力計算 2.1 沖裁力的計算 按圖A—6所示工序排樣，本零件沖壓由多個部分構(gòu)成。 沖裁力由七部分組成，即P、P、P、P、P、P、P。 P沖中央孔的力。 P沖導(dǎo)正孔力。 P沖導(dǎo)正孔力。P= P。 P沖缺力。 P切邊力。 P切邊力。 P側(cè)刃切邊力。 根據(jù)表2-3查得 10號鋼的力學(xué)性能為=260-340MP，=295-430MP。根據(jù)公式3-26 則沖中央孔的沖壓力根據(jù)公式3-27得 P==3.14×3.05×0.5×350=2.6815×10N。 沖壓導(dǎo)正孔的沖壓力 P==3.14×3×0.8×350=2.6376×10N。 沖壓導(dǎo)正孔的沖壓力 P==3.14×3×0.8×350=2.6376×10N。 沖缺力 P==98.8×0.8×350=2.7664×10N。 由于切邊凸模上的圓弧較小則可以近似看做長方形計算。 則切邊力 P==80×0.8×350=2.24×10N。 由于切邊凸模上的圓弧較小及凸出部分也較小則可以近似看長方形計算，為保證沖壓力滿足要求在選擇壓力機(jī)的時間取較大的安全系數(shù)。 P=P==80×0.8×350=2.24×10N。 根據(jù)工序圖大概計算出側(cè)刃切邊力 P==62.4×0.8×350=1.7472×10N。 2.2 彎曲力的計算 彎曲力:本模具將產(chǎn)品零件的彎曲過程劃分為四步，每一步都為V形彎曲，由V形彎曲的彎曲力計算公式可計算出四個彎曲力。 根據(jù)公式4-8 V形件的彎曲力=。 P-P均為V形彎曲，彎曲內(nèi)徑都為1mm，彎曲寬度都為6mm。 則P= P= P= P===582.4N。 2.3 卸料力的計算 根據(jù)公式= 卸料系數(shù) 根據(jù)表3-16查得 =0.04～0.05 取=0.045 則 =0.045（P+P+P+P）=0.045（2681.56+1637.6+1637.6+27664）=1.513×10N 2.4總壓力的計算 總壓力P可近似為計算為 =2681.56+2637.6+2637.6+27664+22400+22400+17472+582.4+582.4+582.4+582.4+1513=10.1×10N 第三章 模具結(jié)構(gòu)總體設(shè)計 3.1 模具結(jié)構(gòu)方案確定 3.1.1模具組裝結(jié)構(gòu) 由于本模具存在九個工位、凸模數(shù)量較多，為了便于模具的裝配、固定緊湊和模具精度的提高，因此采用級進(jìn)模具、正裝式壓入式結(jié)構(gòu)。 3.1.2 導(dǎo)向方式 由于本零件的加工精度不高，而且是較大批量的生產(chǎn)，所以在條料的送進(jìn)結(jié)構(gòu)上采用側(cè)刃定距；導(dǎo)料槽控制條料在導(dǎo)料槽中的游動間隙不大于0.2毫米。 3.2 模具結(jié)構(gòu)尺寸確定 3.2.1 模板尺寸選擇 模板的尺寸要盡量與凹模的尺寸一致，以便于加工和安裝，由圖A—6所示工序排樣圖，凹模的工作區(qū)尺寸基本124㎜×290㎜左右。圓整后，取為150㎜×300㎜。其它模板的尺寸取為與凹模板平面尺寸一致。 3.2.2 工作行程 本零件沖壓的最大行程是第六工位的彎曲工序，其彎曲行程為4㎜。模具開啟狀態(tài)下，凸模下表面至凹模上表面的最小距離取為6㎜。 3.2.3模板厚度及沖孔凸模高度 參照表7-7及與圖7-39取如下尺寸： 凹模模板厚度30㎜。 卸料板厚度30㎜。 凸模固定板厚度20㎜。 墊板厚度15㎜。 凸模高度60㎜。 3.2.4模具工作區(qū)高度 模具工作區(qū)開啟高度大于260㎜。 工作區(qū)閉合高度約為220㎜。 3.3 模架的選擇 由于采用手工送料，考慮到開敞性和導(dǎo)向精度兩個方面的要求，選對角型滑動模架。根據(jù)模板平面尺寸和工作區(qū)高度要求。 查冷沖模國家標(biāo)準(zhǔn)，其規(guī)格為315mm×220mm×260mm I GB/2852.1-1996《沖模滾動導(dǎo)向模架對角導(dǎo)柱模架》ZG45。 上模座（GB/T2885.1—1990《沖模滾動導(dǎo)向模架 對角導(dǎo)柱上模座》）：315mm×200mm×45mm。 下模座（GB/T2885.1—1990《沖模滾動導(dǎo)向模架 對角導(dǎo)柱下模座》）：315mm×200mm×55mm。 導(dǎo)柱（GB/T2861.1—1990《沖模導(dǎo)向裝置 A型導(dǎo)柱》）：35mm×210mm；40mm×210mm。 導(dǎo)套（GB/T2861.1—1990《沖模導(dǎo)向裝置 A型導(dǎo)套》）：35mm×115mm×43mm；40mm×115mm×43mm。 模具的開啟高度為260㎜，閉合高度為220㎜。 3.4 選壓力機(jī) 由于采用了一般沖壓，故選可傾式壓力機(jī)。由前計算的沖壓力要求，初次選擇J23—25型壓力機(jī)。該型壓力機(jī)的工作臺尺寸為560㎜×370㎜，最大裝模高度為270㎜，最小裝模高度為215mm，滑塊行程為65mm。滿足本零件模具尺寸要求。據(jù)此選擇J23—25型壓力機(jī)。 3.5 選模柄 根據(jù)上述計算結(jié)果，該模具為中小模具，可采用上模用模柄固定，下模用壓板固定于壓力機(jī)下臺面的方法。 查J23—25型壓力機(jī)的規(guī)格，模柄安裝孔尺寸為40㎜，查冷沖模國標(biāo)，可選壓入式模柄，規(guī)格為A40×105 GB2862.1—1981 Q235。 第四章 模具結(jié)構(gòu)詳細(xì)設(shè)計 4.1 凸模結(jié)構(gòu)的設(shè)計 由于采用正裝式結(jié)構(gòu)，考慮到凸模的剛度、強(qiáng)度和加工成本經(jīng)濟(jì)性，最終采用階梯式凸模壓如固定方式結(jié)構(gòu)來滿足其剛度、強(qiáng)度的要求；凹模采用整體式的結(jié)構(gòu)，用緊固螺釘、銷釘來固定在下模座上。 4.2 送料步距的確定 由于零件的精度要求精度不高，因此采用側(cè)刃定距的方式，為了保證在生產(chǎn)中側(cè)刃的剛度和條料的送進(jìn)方便，選帶導(dǎo)向段的ⅡC型側(cè)刃，規(guī)格為ⅡC29.2×10×60 GB2865.1—81.T10A，側(cè)刃擋快固定于凹模面上。由側(cè)刃與導(dǎo)料槽來滿足零件的精度要求。 4.3導(dǎo)料槽的結(jié)構(gòu)設(shè)計 由于本模具存在九個工位，沖壓精度一般，所以采用導(dǎo)料尺進(jìn)行送料。導(dǎo)料槽采用螺釘固定，保證條料準(zhǔn)確定位，條料與導(dǎo)尺槽最大間隙控制在0.2毫米的范圍內(nèi)，來保證零件的精度。 4.4 模具零件的固定 模板采用螺釘固定銷釘定位。由于各凸模平面尺寸都比較小，所以用模板上的型孔配合定位，采用凸臺或柳開式結(jié)構(gòu)固定。 4.5 送料與出件方式 由于本模具采用正裝結(jié)構(gòu)，凸模采用壓入式壓板固定的方式來保證凸模的固定，壓板由螺釘固定在上模座上。手工送料，由排樣圖知，本模具最后工序?yàn)榍袛噍d體實(shí)現(xiàn)制件與條料分離，所以應(yīng)該在模具左側(cè)落下的零件。 4.6 安全裝置 該模具采用是手工送料，但工人在操作中比較安全，為使廢料順利落下，下模具座的漏料孔應(yīng)該比凹模落料孔大。 4.7 零件選材 該模用于大批量生產(chǎn)，故工作零件選用較好的材料。凸模和凹模選用Cr12MoV。卸料板選用T10A。 4.8 模具裝配圖見 A-9 模具裝配圖 第五章 模具零件設(shè)計 5.1 工作零件設(shè)計 5.1.1 沖缺凸凹模尺寸 尺寸12、10.5、7、6、1.5均為落料尺寸 查表3-8得 =0.104;-0.072。 由公差表查得 、、、、 取x=0.5根據(jù)表2-13取Δ≥0.36。 查表3-9凸凹模的制造公差都為=0.020，=0.025。 校核 =0.020+0.020=0.040＞c=0.032 凸凹模公差不滿足≤條件，但是公差不大可調(diào)整如下。 =0.4（）=0.4×0.032=0.0128。 =0.6（）=0.6×0.032=0.0192。 則===。 ==。 ==。 ==。 ==。 ==。 ==。 ==。 ==。 =。 5.1.2 沖Ф3.05mm的孔的凸凹模的設(shè)計 由于零件未注公差按IT14級處理由公差表2-4查的 查表3-8[2]得 =0.104;-0.072 則=0.104-0.072=0.032 取x=0.5，按照模具制造精度高于沖裁件精度3-4級原則，設(shè)凸凹按IT9制造查表3-9得 根據(jù)表2-13[5]△≥0.16。則 == == 校核。 =0.020+0.020=0.040＞c=0.032 凸凹模公差不滿足 ≤條件，但是公差不大可調(diào)整如下。 =0.4（）=0.4×0.032=0.0128。 =0.6（）=0.6×0.032=0.0192。 則== == 5.1.3切邊凸凹模設(shè)計 如圖所示 （1）凸模磨損后刃口變小的尺寸有、、其中屬于半磨損尺寸。 （1） 凸模磨損后刃口變大的尺寸有 （2） 凸模磨損后刃口不變的尺寸有 已知；；。 ??；；。由于制件屬于IT14，則x=0.5 所以 凸模磨損后刃口變小的尺寸 = = = = 凸模磨損后刃口變大的尺寸 =10 =0.36 取x=0.5 則 == 凸模磨損后刃口不變的尺寸 =10 =0.36 則 Φ14mm屬于半邊磨損尺寸，因?yàn)槭菆A弧曲線，為使與尺寸A相接，故其值取 == 如圖所示本凸模僅比上面一形狀多一減小尺寸2.07和一半磨損尺寸Φ2.07 則 = = = = == =10 =0.36 取x=0.5 則 == =10 =0.36 則 Φ14mm、Φ2.07mm屬于半邊磨損尺寸，因?yàn)槭菆A弧曲線，為使與尺寸A、相接，故其值取 == mm 5.2 凸模高度設(shè)計 以第六工位彎曲凸模高度60為基準(zhǔn)。 沖中央孔的凸模高度為H-3=57mm。 沖導(dǎo)正孔的凸模高度為H-3=57mm。 第三工位彎曲凸模高度為H=60mm。 第四工位彎曲凸模高度為H=60mm。 第五工位彎曲凸模高度為H-2.5=57.5mm。 第八工位切邊凸模高度為H-3=57mm。 第九工位切邊凸模高度為H-3=57mm。 5.３模具零件強(qiáng)度校核 級進(jìn)模設(shè)計的主要校核的對象是凸模的抗壓強(qiáng)度，抗彎強(qiáng)度，凹模的抗彎強(qiáng)度等。 壓應(yīng)力的校核 圓形;非圓形 查有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)08鋼的 =275-410 =196則對于圓形 凸模 =mm。 非圓形凸模 ==6.76。 圓形凸模的直徑分別為3.05mm和3.0mm都大于2.4mm合格。 非圓形凸模的最小截面面積為9大于極限尺寸合格。 抗彎強(qiáng)度校核 圓形 ==48.5mm。 非圓形 =135mm。 則抗彎強(qiáng)度符合要求。 第六章 模具的制造工藝設(shè)計 在完成設(shè)計后就應(yīng)該投入加工。模具的著早分裝配和零件的加工兩部分。 6.1 典型凸模加工工藝過程 6.1.1 圓形凸模加工 下料——車削粗加工——車削半精加工——熱處理——外圓磨 6.1.2 異型凸模加工 下料——粗銑平面——平面磨磨基準(zhǔn)面——劃線——外形輪廓粗銑加工——鉆孔——攻絲——熱處理——成型磨精加工——仿行磨。 6.2 典型凹模加工工藝過程 下料——模板外形粗加工——平面磨磨基準(zhǔn)面——鉆孔——劃線——銑異型孔——鉆孔——攻絲——邊緣倒角——檢驗(yàn)。 6.3 卸料板的加工工藝過程 模板外形精加工——劃線——銑異型孔——凸模導(dǎo)向部位精加工——鉆孔——攻絲——邊緣倒角——檢驗(yàn)。 結(jié)論 經(jīng)過了一段時間的學(xué)習(xí)和工作,我完成了連接片級進(jìn)模的設(shè)計.從開始接到設(shè)計題目到設(shè)計的實(shí)現(xiàn),再到論文文章的完成,每走一步對我來說都是新的經(jīng)歷和挑戰(zhàn).這也是我在大學(xué)三年來完成的最大的項(xiàng)目.在這段時間里,我學(xué)到了很多知識,也感受很多.我從一個對模具設(shè)計毫無經(jīng)驗(yàn)、毫無頭緒，經(jīng)過這次的學(xué)習(xí)與實(shí)踐我已掌握了設(shè)計模具的基本知識，在模具設(shè)計上不再是無頭緒了，知道了該從什么地方下手，該怎么樣做。在對冷沖模設(shè)計相關(guān)技術(shù)很不了解的狀態(tài)下，我開始了獨(dú)立的學(xué)習(xí)，查看相關(guān)的資料和書籍，讓自己頭腦中模糊的概念逐漸清晰，使自己的設(shè)計一步步完善起來，條理逐步的清晰，每一次的改進(jìn)都是我學(xué)習(xí)的收獲。 通過這次設(shè)計使我樹立了良好的項(xiàng)目設(shè)計思路：看到項(xiàng)目，首先要分析項(xiàng)目的可行性，如果項(xiàng)目可行，則可進(jìn)行項(xiàng)目的方案論證，從中找出最優(yōu)的設(shè)計方案，在列好設(shè)計提綱，并逐一對其進(jìn)行設(shè)計與論證，最后進(jìn)行全局的匯總和優(yōu)化。在內(nèi)容設(shè)計方面，比較深入的學(xué)習(xí)了冷沖壓模具結(jié)構(gòu)與設(shè)計方面的知識，補(bǔ)充了自己知識上的不足，更重要的是給自己找到了一個發(fā)展的方向。 由于水平有限，在設(shè)計中難免出現(xiàn)這樣或那樣的問題，懇請各位老師能一一指正。同時我自己以后也會勤于學(xué)習(xí)和鉆研行業(yè)和專業(yè)知識，努力提高專業(yè)技術(shù)水平。 致謝 時光似水，日月如梭，三年的大學(xué)生活一晃而過，而我也即將離開可敬的老師和熟悉的同學(xué)踏入不是很熟悉的社會中去。在這畢業(yè)之際，作為一名工科類學(xué)校的學(xué)生，做畢業(yè)設(shè)計是一件必不可少的事情。 畢業(yè)設(shè)計是一項(xiàng)非常繁雜的工作，它涉及的知識非常廣泛，很多都是書上沒有的東西，這就要靠自己去圖書館查找自己所需要的資料；還有很多設(shè)計計算，這些都要靠自己運(yùn)用自己的思維能力去解決，可以說，沒有一定的毅力和耐心是很難完成這樣復(fù)雜的工作。 在學(xué)校中，我們主要學(xué)的是理論性的知識，而實(shí)踐性很欠缺，而畢業(yè)設(shè)計就相當(dāng)于實(shí)戰(zhàn)前的一次演練。通過畢業(yè)設(shè)計可是把我們以前學(xué)的專業(yè)知識系統(tǒng)的連貫起來，使我們在溫習(xí)舊知識的同時也可以學(xué)習(xí)到很多新的知識；這不但提高了我們解決問題的能力，開闊了我們的視野，在一定程度上彌補(bǔ)我們實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的不足，為以后的工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 由于資質(zhì)有限，很多知識掌握的不是很牢固，因此在設(shè)計中難免要遇到很多難題，由于有了課程設(shè)計的經(jīng)驗(yàn)及老師的不時指導(dǎo)和同學(xué)的熱心幫助下，克服了一個又一個的困難，使我的畢業(yè)設(shè)計日趨完善。畢業(yè)設(shè)計雖然很辛苦，但是在設(shè)計中不斷思考問題，研究問題，咨詢問題，一步步提高了自己，一步步完善了自己。同時也汲取了更完整的專業(yè)知識，鍛煉了自己獨(dú)立設(shè)計的能力，使我受益匪淺，我相信這些經(jīng)驗(yàn)對我以后的工作一定大有益處。 最后，再次感謝各位老師特別是我的指導(dǎo)老師原紅玲老師在這一段時間給予無私的幫助和指導(dǎo)，并向他們致于深深的敬意，以后到社會上我一定努力工作，不辜負(fù)他們給予我的知識和對我們寄予的厚望！ 參考文獻(xiàn) [1] 楊占堯 沖壓模具圖冊 北京:高等教育出版社，2004年 [2] 許發(fā)樾 沖模設(shè)計應(yīng)用實(shí)例 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996年 [3] 王運(yùn)炎 葉尚川 機(jī)械工程材料 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社，2004年 [4] 翟德梅 模具制造技術(shù) 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