1768_螺母盒零件沖壓工藝與沖模設(shè)計

1768_螺母盒零件沖壓工藝與沖模設(shè)計,螺母,零件,沖壓,工藝,沖模,設(shè)計 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第 1 頁目 錄1 緒 論................................................................................................................31.1 模具行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及市場前景 ......................................31.2 沖壓工藝介紹 ......................................................31.3 沖壓工藝的種類 ....................................................41.4 沖壓行業(yè)阻力和障礙與突破 ..........................................52 沖裁件的工藝分析 .......................................................................................72.1 工件尺寸精度 ......................................................82.2 工件展開長度計算 ..................................................83 沖裁工藝方案的確定 ...................................104 模具結(jié)構(gòu)形式的確定 ...................................115 模具總體設(shè)計 ..............................................................................................125.1 模具類型的選擇 ...................................................125.2 操作方式 .........................................................125.3 卸料、出件方式 ...................................................125.4 確定送料方式 ................................................................................................135.5 確定導(dǎo)向方式 ................................................................................................136 模具設(shè)計計算 ..............................................................................................146.1 排樣、計算條料寬度、確定步距、材料利用率 ..............................................146.2 沖壓力的計算 ................................................................................................186.3 壓力中心的確定 ............................................................................................206.4 模具刃口尺寸的計算 .....................................................................................216.5 模具彎曲部分工作尺寸計算 ..........................................................................237 主要零部件設(shè)計 ..........................................................................................277.1 工作零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 ..................................................................................278 校核模具閉合高度及壓力機有關(guān)參數(shù) .................................................338.1 校核模具閉合高度 .........................................................................................338.2 沖壓設(shè)備的選定 ............................................................................................339 設(shè)計并繪制模具總裝圖及選取標(biāo)準(zhǔn)件 ....................................................3410 模具的安裝調(diào)試 ..........................................................................................3510.1 模具的安裝調(diào)試 ...........................................................................................35南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第 2 頁參考文獻 ..............................................................................................................36南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第 3 頁緒 論1.1 模具行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及市場前景現(xiàn)代模具工業(yè)有“不衰亡工業(yè)”之稱。世界模具市場總體上供不應(yīng)求，市場需求量維持在600億至650億美元，同時，我國的模具產(chǎn)業(yè)也迎來了新一輪的發(fā)展機遇。近幾年，我國模具產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值保持13%的年增長率（據(jù)不完全統(tǒng)計，2004年國內(nèi)模具進口總值達到600多億，同時，有近200個億的出口），到2005年模具產(chǎn)值預(yù)計為600億元，模具及模具標(biāo)準(zhǔn)件出口將從現(xiàn)在的每年9000多萬美元增長到2005年的2億美元左右。單就汽車產(chǎn)業(yè)而言，一個型號的汽車所需模具達幾千副，價值上億元，而當(dāng)汽車更換車型時約有80%的模具需要更換。2003年我國汽車產(chǎn)銷量均突破400萬輛，預(yù)計2004年產(chǎn)銷量各突破500萬輛，轎車產(chǎn)量將達到260萬輛。另外，電子和通訊產(chǎn)品對模具的需求也非常大，在發(fā)達國家往往占到模具市場總量的20%之多。目前，中國17000多個模具生產(chǎn)廠點，從業(yè)人數(shù)約50多萬。1999年中國模具工業(yè)總產(chǎn)值已達245億元人民幣。工業(yè)總產(chǎn)值中企業(yè)自產(chǎn)自用的約占三分之二，作為商品銷售的約占三分之一。在模具工業(yè)的總產(chǎn)值中，沖壓模具約占50%，塑料模具約占33%，壓鑄模具約占6%，其它各類模具約占11%。1.2 沖壓工藝介紹沖壓是靠壓力機和模具對板材、帶材、管材和型材等施加外力，使之產(chǎn)生塑性變形或分離，從而獲得所需形狀和尺寸的工件(沖壓件)的成形加工方法。沖壓和鍛造同屬塑性加工(或稱壓力加工)，合稱鍛壓。沖壓的坯料主要是熱軋和冷軋的鋼板和鋼帶。全世界的鋼材中，有 60～70%是板材，其中大部分是經(jīng)過沖壓制成成品。汽車的車身、底盤、油箱、散熱器片，鍋爐的汽包、容器的殼體、電機、電器的鐵芯硅鋼片等都是沖壓加工的。儀器儀表、家用電器、自行車、辦公機械、生活器皿等產(chǎn)品中，也有大量沖壓件。沖壓件與鑄件、鍛件相比，具有薄、勻、輕、強的特點。沖壓可制出其他方法南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第 4 頁難于制造的帶有加強筋、肋、起伏或翻邊的工件，以提高其剛性。由于采用精密模具，工件精度可達微米級，且重復(fù)精度高、規(guī)格一致，可以沖壓出孔、凸臺等。冷沖壓件一般不再經(jīng)切削加工，或僅需要少量的切削加工。熱沖壓件精度和表面狀態(tài)低于冷沖壓件，但仍優(yōu)于鑄件、鍛件，切削加工量少。沖壓是高效的生產(chǎn)方法，采用復(fù)合模，尤其是多工位級進模，可在一臺壓力機上完成多道沖壓工序，實現(xiàn)由帶料開卷、矯平、沖裁到成形、精整的全自動生產(chǎn)。生產(chǎn)效率高，勞動條件好，生產(chǎn)成本低，一般每分鐘可生產(chǎn)數(shù)百件。1.3 沖壓工藝的種類沖壓主要是按工藝分類，可分為分離工序和成形工序兩大類。分離工序也稱沖裁，其目的是使沖壓件沿一定輪廓線從板料上分離，同時保證分離斷面的質(zhì)量要求。成形工序的目的是使板料在不破坯的條件下發(fā)生塑性變形，制成所需形狀和尺寸的工件。在實際生產(chǎn)中，常常是多種工序綜合應(yīng)用于一個工件。沖裁、彎曲、剪切、拉深、脹形、旋壓、矯正是幾種主要的沖壓工藝。 沖壓用板料的表面和內(nèi)在性能對沖壓成品的質(zhì)量影響很大，要求沖壓材料厚度精確、均勻；表面光潔，無斑、無疤、無擦傷、無表面裂紋等；屈服強度均勻，無明顯方向性；均勻延伸率高；屈強比低；加工硬化性低。 在實際生產(chǎn)中，常用與沖壓過程近似的工藝性試驗，如拉深性能試驗、脹形性能試驗等檢驗材料的沖壓性能，以保證成品質(zhì)量和高的合格率。模具的精度和結(jié)構(gòu)直接影響沖壓件的成形和精度。模具制造成本和壽命則是影響沖壓件成本和質(zhì)量的重要因素。模具設(shè)計和制造需要較多的時間，這就延長了新沖壓件的生產(chǎn)準(zhǔn)備時間。模座、模架、導(dǎo)向件的標(biāo)準(zhǔn)化和發(fā)展簡易模具(供小批量生產(chǎn))、復(fù)合模、多工位級進模(供大量生產(chǎn))，以及研制快速換模裝置，可減少沖壓生產(chǎn)準(zhǔn)備工作量和縮短準(zhǔn)備時間，能使適用于減少沖壓生產(chǎn)準(zhǔn)備工作量和縮短準(zhǔn)備時間，能使適用于大批量生產(chǎn)的先進沖壓技術(shù)合理地應(yīng)用于小批量多品種生產(chǎn)。沖壓設(shè)備除了厚板用水壓機成形外，一般都采用機械壓力機。以現(xiàn)代高速多工位機械壓力機為中心，配置開卷、矯平、成品收集、輸送等機械以及模具庫和快速換模裝置，并利用計算機程序控制，可組成高生產(chǎn)率的自動沖壓生產(chǎn)線。在每分鐘生產(chǎn)數(shù)十、數(shù)百件沖壓件的情況下，在短暫時間內(nèi)完成送料、沖壓、南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第 5 頁出件、排廢料等工序，常常發(fā)生人身、設(shè)備和質(zhì)量事故。因此，沖壓中的安全生產(chǎn)是一個非常重要的問題。 1.4 沖壓行業(yè)阻力和障礙與突破 阻力一：機械化、自動化程度低美國 680 條沖壓線中有 70%為多工位壓力機，日本國內(nèi) 250 條生產(chǎn)線有 32%為多工位壓力機，而這種代表當(dāng)今國際水平的大型多工位壓力機在我國的應(yīng)用卻為數(shù)不多；中小企業(yè)設(shè)備普遍較落后，耗能耗材高，環(huán)境污染嚴重；封頭成形設(shè)備簡陋，手工操作比重大；精沖機價格昂貴，是普通壓力機的 5~10 倍，多數(shù)企業(yè)無力投資阻礙了精沖技術(shù)在我國的推廣應(yīng)用；液壓成形，尤其是內(nèi)高壓成形，設(shè)備投資大，國內(nèi)難以起步。突破點：加速技術(shù)改造要改變當(dāng)前大部分還是手工上下料的落后局面，結(jié)合具體情況，采取新工藝，提高機械化、自動化程度。汽車車身覆蓋件沖壓應(yīng)向單機連線自動化、機器人沖壓生產(chǎn)線，特別是大型多工位壓力機方向發(fā)展。爭取加大投資力度，加速沖壓生產(chǎn)線的技術(shù)改造，使盡早達到當(dāng)今國際水平。而隨著微電子技術(shù)和通訊技術(shù)的發(fā)展使板材成形裝備自動化、柔性化有了技術(shù)基礎(chǔ)。應(yīng)加速發(fā)展數(shù)字化柔性成形技術(shù)、液壓成形技術(shù)、高精度復(fù)合化成形技術(shù)以及適應(yīng)新一代輕量化車身結(jié)構(gòu)的型材彎曲成形技術(shù)及相關(guān)設(shè)備。同時改造國內(nèi)舊設(shè)備，使其發(fā)揮新的生產(chǎn)能力。阻力二：生產(chǎn)集中度低許多汽車集團大而全，形成封閉內(nèi)部配套，導(dǎo)致各企業(yè)的沖壓件種類多，生產(chǎn)集中度低，規(guī)模小，易造成低水平的重復(fù)建設(shè)，難以滿足專業(yè)化分工生產(chǎn)，市場競爭力弱；摩托車沖壓行業(yè)面臨激烈的市場競爭，處于“優(yōu)而不勝，劣而不汰”的狀態(tài)；封頭制造企業(yè)小而散，集中度僅 39.2%。突破點：走專業(yè)化道路迅速改變目前“大而全”、“散亂差”的格局，盡快從汽車集團中把沖壓零部件分離出來，按沖壓件的大、中、小分門別類，成立幾個大型的沖壓零部件制造供應(yīng)中心及幾十個小而專的零部件工廠。通過專業(yè)化道路，才能把沖壓零部件做大做強，成為國際上有競爭實力的沖壓零部件供應(yīng)商。阻力三：沖壓板材自給率不足，品種規(guī)格不配套南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第 6 頁目前，我國汽車薄板只能滿足 60%左右，而高檔轎車用鋼板，如高強度板、合金化鍍鋅板、超寬板(1650mm 以上)等都依賴進口。突破點：所用的材料應(yīng)與行業(yè)協(xié)調(diào)發(fā)展汽車用鋼板的品種應(yīng)更趨向合理，朝著高強、高耐蝕和各種規(guī)格的薄鋼板方向發(fā)展，并改善沖壓性能。鋁、鎂合金已成為汽車輕量化的理性材料，擴大應(yīng)用已勢在必行。阻力四：科技成果轉(zhuǎn)化慢先進工藝推廣慢在我國，許多沖壓新技術(shù)起步并不晚，有些還達到了國際先進水平，但常常很難形成生產(chǎn)力。先進沖壓工藝應(yīng)用不多，有的僅處于試用階段，吸收、轉(zhuǎn)化、推廣速度慢。技術(shù)開發(fā)費用投入少，導(dǎo)致企業(yè)對先進技術(shù)的掌握應(yīng)用慢，開發(fā)創(chuàng)新能力不足，中小企業(yè)在這方面的差距更甚。目前，國內(nèi)企業(yè)大部分仍采用傳統(tǒng)沖壓技術(shù)，對下一代輕量化汽車結(jié)構(gòu)和用材所需的成形技術(shù)缺少研究與技術(shù)儲備。突破點：走產(chǎn)、學(xué)、研聯(lián)合之路我國與歐、美、日等相比，存在的最大的差距就是還沒有一個產(chǎn)、學(xué)研聯(lián)合體，科研難以做大，成果不能盡快轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。所以應(yīng)圍繞大型開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化項目，以高校和科研單位為技術(shù)支持，企業(yè)為應(yīng)用基地，形成產(chǎn)品、設(shè)備、材料、技術(shù)的企業(yè)聯(lián)合實體，形成既能開發(fā)創(chuàng)新，又能迅速產(chǎn)業(yè)化的良性循環(huán)。阻力五：大、精模具依賴進口當(dāng)前，沖壓模具的材料、設(shè)計、制作均滿足不了國內(nèi)汽車發(fā)展的需要，而且標(biāo)準(zhǔn)化程度尚低，大約為 40%~45%，而國際上一般在 70%左右。突破點：提升信息化、標(biāo)準(zhǔn)化水平必須用信息化技術(shù)改造模具企業(yè)，發(fā)展重點在于大力推廣 CAD/CAM/CAE 一體化技術(shù)，特別是成形過程的計算機模擬分析和優(yōu)化技術(shù)(CAE)。加速我國模具標(biāo)準(zhǔn)化進程，提高精度和互換率。力爭 2005 年模具標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率達到 60%，2010 年達到70%以上基本滿足市場需求。 阻力六：專業(yè)人才缺乏業(yè)內(nèi)掌握先進設(shè)計分析技術(shù)和數(shù)字化技術(shù)的高素質(zhì)人才遠遠不能滿足沖壓行業(yè)飛速發(fā)展的需要，尤其是摩托車行業(yè)中具備沖壓知識和技術(shù)和技能的專業(yè)人才更為缺乏且大量外流。另外，眾多合資公司由外方進行工程設(shè)計，掌握設(shè)計權(quán)、投資權(quán)，南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第 7 頁我方?jīng)_壓技術(shù)人員難以真正掌握沖壓工藝的真諦。突破點：提高行業(yè)人員素質(zhì)這是一項迫在眉睫的任務(wù)，又是一項長期而系統(tǒng)的任務(wù)。振興我國沖壓行業(yè)需要大批高水平的科技人才，大批熟悉國內(nèi)外市場、具有現(xiàn)代管理知識和能力的企業(yè)家，大批掌握先進技術(shù)、工藝的高級技能人才。要舍得花大力氣，有計劃、分層次地培養(yǎng)。2 沖裁件的工藝分析本次設(shè)計沖壓工件如下圖：圖 2-1 工件圖南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第 8 頁2.1 工件材料由圖1-1分析知：工件材料采用08AL。08AL 是優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的一種，一般用作冷沖壓薄板鋼中的 Al 脫氧鎮(zhèn)靜鋼冷軋板,其命名規(guī)則類同碳素結(jié)構(gòu)鋼，其兩位數(shù)字表示鋼中平均碳質(zhì)量分數(shù)的萬倍，即“08”表示鋼中平均碳質(zhì)量分數(shù)為0.08%， “A”表示質(zhì)量等級， “L”為“拉”字的漢語拼音首字母，表示其拉伸性能好。主要力學(xué)性能(試件尺寸25mm)：正火930℃、σs=185 MPa、σb=325Mpa、σ5/%≥33、硬度(未熱處理)131HB。主要用于制造4mm 以下的各種冷沖壓構(gòu)件，如車身、駕駛室、各種儀表及機器外殼等。2.2 工件結(jié)構(gòu)形狀工件結(jié)構(gòu)形狀相對簡單，2 個彎曲，有 2 個異形孔，孔與邊緣之間的距離滿足要求，料厚為 1.2mm 滿足許用壁厚要求（孔與孔之間、孔與邊緣之間的壁厚） ，可以沖裁加工。2.3 工件尺寸精度根據(jù)零件圖上所注尺寸，工件要求不高，尺寸精度要求較低，采用 IT14 級精度，普通沖裁完全可以滿足要求。根據(jù)以上分析：該零件沖裁工藝性較好，綜合評比適宜沖裁加工。2.4 工件展開長度計算中性層的確定由于中性層的長度在彎曲變形前后不變，其長度就是彎曲件坯料展開尺寸的長度。而欲求中性層長度就必須找到其位置，用曲率半徑 表示。中性層位置與板料0?厚度 t、彎曲半徑 r、變薄系數(shù) 等因素有關(guān)，在實際生產(chǎn)中為了使用方便，通常采?用下面的經(jīng)驗公式來確定中性層的位置： 0rxt???南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第 9 頁式中： ——中性層半徑；r——彎曲件內(nèi)彎半徑；0?x 為中性層位移系數(shù)，其值件下表：表-2r/t 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 1 1.2x 0.21 0.22 0.23 0.24 0.25 0.26 0.28 0.3 0.32 0.33r/t 1.3 1.5 2 2.5 3 4 5 6 7 ≥8x 0.34 0.36 0.38 0.39 0.4 0.42 0.44 0.46 0.48 0.5從彎曲件圖可以看到：圓角半徑都為 r=2mm，板料厚度 t=1.2mm，查表-2 得x=0.36，則中性層半徑為： mxtr632.1 2.160.ρ0=×+2、毛坯展開尺寸的計算由于圓角半徑 r>0.5t，所以毛坯展開長度等于彎曲件直線部分長度與彎曲部分中性層展開長度的總和，即 。彎曲件有 2 個彎曲，分別為 L10()18ii iLlrxt?????和 L2，分別計算為：mL263.π2.863.1×+×==102.45mm.2+=47.12mm所以工件展開長度 L1 取 102.5，L2 取 47.1mm。畫出工件展開圖如圖 1.4：南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第 10 頁圖 2.4 工件展開圖3 沖裁工藝方案的確定方案一：先沖孔，再彎曲，后落料。單工序模生產(chǎn)。方案二：沖孔-彎曲-落料級進沖壓。級進模生產(chǎn)。方案三：落料-彎曲-沖孔復(fù)合模沖壓。復(fù)合模生產(chǎn)。表 3-1 各類模具結(jié)構(gòu)及特點比較模具種類比較項目單工序模（無導(dǎo)向） （有導(dǎo)向）級進模 復(fù)合模零件公差等級 低 一般 可達 IT13～IT10 級 可達 IT10～IT8 級零件特點尺寸不受限制厚度不受限制中小型尺寸厚度較厚小零件厚度 0.2～6mm可加工復(fù)雜零件，如寬度極小的異形件形狀與尺寸受模具結(jié)構(gòu)與強度限制，尺寸可以較大，厚度可達 3mm零件平面度 低 一般中小型件不平直，高質(zhì)量制件需較平由于壓料沖件的同時得到了較平，制件平直度好且具有良好的剪切斷面生產(chǎn)效率 低 較低工序間自動送料，可以自動排除制件，生產(chǎn)效率高沖件被頂?shù)侥＞吖ぷ鞅砻嫔希仨毷謩踊驒C械排除，生產(chǎn)效率較低安全性不安全，需采取安全措施比較安全不安全，需采取安全措施模具制造工作量和成本低比無導(dǎo)向的稍高沖裁簡單的零件時，比復(fù)合模低沖裁較復(fù)雜零件時，比級進模低南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第 11 頁適用場合料厚精度要求低的小批量沖件的生產(chǎn)大批量小型沖壓件的生產(chǎn)形狀復(fù)雜，精度要求較高，平直度要求高的中小型制件的大批量生產(chǎn)根據(jù)分析結(jié)合表分析：方案一模具結(jié)構(gòu)簡單，制造周期短，制造簡單，但需要兩副模具，成本高而生產(chǎn)效率低，難以滿足大批量生產(chǎn)的要求。方案二只需一副模具，生產(chǎn)效率高，操作方便，精度也能滿足要求，模具制造工作量和成本比較高。適合大批量生產(chǎn)。方案三只需一副模具，制件精度和生產(chǎn)效率都較高，且工件最小壁厚大于凸凹模許用最小壁厚模具強度也能滿足要求。沖裁件的內(nèi)孔與邊緣的相對位置精度較高，板料的定位精度比方案三低，模具輪廓尺寸較小。通過對上述三種方案的分析比較，該工件的沖壓生產(chǎn)采用方案二最佳。4 模具結(jié)構(gòu)形式的確定級進模是指在條料的送料方向上，具有兩個以上的工位，并在壓力機的一次行程中，在不同的工位上同時完成兩道或兩道以上的沖壓工序的沖模。級進模的定距方式有兩種：擋料銷定距和側(cè)刃定距。本模具采用側(cè)刃定距。側(cè)刃代替了擋料銷控制條料送進距離（步距） ，側(cè)刃是特殊功用的凸模，其作用是在壓力機每次沖壓行程中，沿條料邊緣切下一塊長度等于送料近距的料邊。在條料送進過程中，切下的缺口向前送進被側(cè)刃擋塊擋住，送進的距離即等于步距。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第 12 頁5 模具總體設(shè)計5.1 模具類型的選擇由沖壓工藝分析可知，采用級進模方式?jīng)_壓，所以模具類型為級進模。5.2 操作方式零件的生產(chǎn)批量為大批量，但合理安排生產(chǎn)可用手動送料方式，既能滿足生產(chǎn)要求，又可以降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟效益。5.3 卸料、出件方式5.3.1 卸料方式剛性卸料與彈性卸料的比較：剛性卸料是采用固定卸料板結(jié)構(gòu)。常用于較硬、較厚且精度要求不高的工件沖裁后卸料。當(dāng)卸料板只起卸料作用時與凸模的間隙隨材料厚度的增加而增大，單邊間隙?。?.2～0.5）t。當(dāng)固定卸料板還要起到對凸模的導(dǎo)向作用時卸料板與 凸模的配合間隙應(yīng)該小于沖裁間隙。此時要求凸模卸料時不能完全脫離卸料板。主要用于卸料力較大、材料厚度大于 2mm 且模具結(jié)構(gòu)為倒裝的場合。彈壓卸料板具有卸料和壓料的雙重作用，主要用于料厚小于或等于 2mm 的板料由于有壓料作用，沖件比較平整。卸料板與凸模之間的單邊間隙選擇（0.1～0.2）t,若彈壓卸料板還要起對凸模導(dǎo)向作用時，二者的配合間隙應(yīng)小于沖裁間隙。常用作落料模、沖孔模、正裝復(fù)合模的卸料裝置。 工件平直度較高，料厚為 1.2mm 相對較薄，卸料力較大，雖然彈壓卸料模具比剛性卸料模具方便，操作者可以看見條料在模具中的送進動態(tài)，且彈性卸料板對工件施加的是柔性力，不會損傷工件表面，但設(shè)計力求簡單，可采用剛性卸料。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第 13 頁5.3.2 出件方式因采用連續(xù)模生產(chǎn)，故采用向下落料出件。5.4 確定送料方式因選用的沖壓設(shè)備為開式壓力機且垂直于送料方向的凹模寬度 B 小于送料方向的凹模長度 L 故采用橫向送料方式，即由右向左（或由左向右）送料。5.5 確定導(dǎo)向方式方案一：采用對角導(dǎo)柱模架。由于導(dǎo)柱安裝在模具壓力中心對稱的對角線上，所以上模座在導(dǎo)柱上滑動平穩(wěn)。常用于橫向送料級進?；蚩v向送料的落料模、復(fù)合模。方案二：采用后側(cè)導(dǎo)柱模架。由于前面和左、右不受限制，送料和操作比較方便。因為導(dǎo)柱安裝在后側(cè)，工作時，偏心距會造成導(dǎo)套導(dǎo)柱單邊磨損，嚴重影響模具使用壽命，且不能使用浮動模柄。方案三：四導(dǎo)柱模架。具有導(dǎo)向平穩(wěn)、導(dǎo)向準(zhǔn)確可靠、剛性好等優(yōu)點。常用于沖壓件尺寸較大或精度要求較高的沖壓零件，以及大量生產(chǎn)用的自動沖壓模架。方案四：中間導(dǎo)柱模架。導(dǎo)柱安裝在模具的對稱線上，導(dǎo)向平穩(wěn)、準(zhǔn)確。但只能一個方向送料。根據(jù)以上方案比較并結(jié)合模具結(jié)構(gòu)形式和送料方式，為提高模具壽命和工件質(zhì)量，該級復(fù)合模采用對角側(cè)導(dǎo)柱模架的導(dǎo)向方式，即方案一最佳。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第 14 頁6 模具設(shè)計計算6.1 排樣、計算條料寬度、確定步距、材料利用率6.1.1 排樣方式的選擇方案一：有廢料排樣 沿沖件外形沖裁，在沖件周邊都留有搭邊。沖件尺寸完全由沖模來保證，因此沖件精度高，模具壽命高，但材料利用率低。方案二：少廢料排樣 因受剪切條料和定位誤差的影響，沖件質(zhì)量差，模具壽命較方案一低，但材料利用率稍高，沖模結(jié)構(gòu)簡單。方案三：無廢料排樣 沖件的質(zhì)量和模具壽命更低一些，但材料利用率最高。通過上述三種方案的分析比較，綜合考慮模具壽命和沖件質(zhì)量，該沖件的排樣方式選擇方案一為佳?？紤]模具結(jié)構(gòu)和制造成本有廢料排樣的具體形式選擇直排最佳。6.1.2 計算條料寬度搭邊的作用是補償定位誤差，保持條料有一定的剛度，以保證零件質(zhì)量和送料方便。搭邊過大，浪費材料。搭邊過小，沖裁時容易翹曲或被拉斷，不僅會增大沖件毛刺，有時還有拉入凸、凹模間隙中損壞模具刃口，降低模具壽命。搭邊值通常由表 4 所列搭邊值和側(cè)搭邊值確定。根據(jù)零件形狀，查表 4，并考慮到工件的切邊，工件之間搭邊值 a=3mm, 由于采用側(cè)刃定距，工件之間的橋連接放在工件中間，所以工件與側(cè)邊之間不取搭邊值。條料是有板料裁剪下料而得，為保證送料順利，規(guī)定其上偏差為零，下偏差為負值—△B0△ =（Dmax＋2b 1） 0△ 公式（5-1）式中 Dmax—條料寬度方向沖裁件的最大尺寸；a1---沖裁件之間的搭邊值；南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第 15 頁b1---側(cè)刃沖切得料邊定距寬度；（其值查表 6）可得△=1.0mm。△—板料剪裁下的偏差；（其值查表 5）可得△=0.6mm。B0△ =102.5＋2×1=104.50-0.60mm故條料寬度為 104.5mm。表 6-1 搭邊值和側(cè)邊值的數(shù)值圓件及類似圓形制件矩形或類似矩形制件長度≤50矩形或類似矩形制件長度＞50材料厚度t（mm)工件間 a 側(cè)邊 a1 工件間 a 側(cè)邊 a1 工件間 a 側(cè)邊 a 1≤0.25 1.0 1.2 1.2 1.5 1.5~2.5 1.8~2.6＞0.25～0.50.8 1.0 1.0 1.2 1.2~2.2 1.5~2.5＞0.5～1.00.8 1.0 1.0 1.2 1.5~2.5 1.8~2.6＞1～1.5 1.0 1.3 1.2 1.5 1.8~2.8 2.2~3.2＞1.5～2.01.2 1.5 1.5 1.8 2.0~3.0 2.4~3.4＞2.0～2.51.5 1.9 1.8 2.2 2.2~3.2 2.7~3.7表 6-2 普通剪床用帶料寬度偏差△（mm）條料寬度 b(mm)條料厚度 t(mm)≤50 ＞50～100 ＞100～200 ＞200≤１ 0.4 0.5 0.6 0.7＞１～2 0.5 0.6 0.7 0.8＞2～3 0.7 0.8 0.9 1.0＞3～5　 0.9 1.0 1.1 1.2南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第 16 頁表 6-3 側(cè)刃沖切得料邊定距寬度 b1（mm）條料寬度 b(mm)條料厚度t(mm) 金屬材料 非金屬材料≤1.5 1.5 2.0＞1.5～2.5 2.0 3.0＞1.5～2.5 2.5 4.06.1.3 確定步距送料步距 S：條料在模具上每次送進的距離稱為送料步距，每個步距可沖一個或多個零件。進距與排樣方式有關(guān)，是決定側(cè)刃長度的依據(jù)。條料寬度的確定與模具的結(jié)構(gòu)有關(guān)。進距確定的原則是，最小條料寬度要保證沖裁時工件周邊有足夠的搭邊值；最大條料寬度能在沖裁時順利的在導(dǎo)料板之間送進條料，并有一定的間隙。級進模送料步距 SS=Dmax+a1 公式（5-2）Dmax零件橫向最大尺寸，a 1搭邊S＝47.1＋3＝50.1mm排樣圖如圖 5-1 所示。圖 6-1 排樣圖南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第 17 頁6.1.4 計算材料利用率沖裁件的實際面積與所用板料面積的百分比叫材料的利用率，它是衡量合理利用材料的重要指標(biāo)。一個步距內(nèi)的材料利用率η＝Ａ/BS×100% 公式（5-2）式中　 A—一個步距內(nèi)沖裁件的實際面積；B—條料寬度；S—步距；由此可之，η 值越大，材料的利用率就越高，廢料越少。廢料分為工藝廢料和結(jié)構(gòu)廢料，結(jié)構(gòu)廢料是由本身形狀決定的，一般是固定不變的，工藝廢料的多少決定于搭邊和余量的大小，也決定于排樣的形式和沖壓方式。因此，要提高材料利用率，就要合理排樣，減少工藝廢料。排樣合理與否不但影響材料的經(jīng)濟和利用，還影響到制件的質(zhì)量、模具的的結(jié)構(gòu)和壽命、制件的生產(chǎn)率和模具的成本等指標(biāo)。因此，排樣時應(yīng)考慮如下原則：1） 、提高材料利用率（不影響制件使用性能的前提下，還可以適當(dāng)改變制件的形狀）。2) 、排樣方法使應(yīng)操作方便，勞動強度小且安全。3) 、 模具結(jié)構(gòu)簡單、壽命高。4) 、保證制件質(zhì)量和制件對板料纖維方向的要求。一個步距內(nèi)沖裁件的實際面積，根據(jù) CAD 軟件-工具-查詢-面積：A=3408.5mm2所以一個步距內(nèi)的材料利用率Η= Ａ／BS×100% 公式（5-2）=3408.5／104.5×50.1×100%=65.1%根據(jù)計算結(jié)果知道選用直排材料利用率可達 65.1%，滿足要求。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第 18 頁6.2 沖壓力的計算6.2.1 沖裁力和彎曲力的計算在沖裁過程中，沖裁力是隨凸模進入凹模材料的深度而變化的。通常說的沖裁力是指沖裁力的最大值，它是選用壓力機和設(shè)計模具重要依據(jù)之一。用平刃沖裁時，其沖裁力Ｆ一般按下式計算：F=KLtτ b 公式（5-4）式中　　F—沖裁力；L—沖裁周邊長度；t—材料厚度；τ b—材料抗剪強度；Ｋ—系數(shù)；L=102.5×2+22.1×2=249.2mm系數(shù)Ｋ是考慮到實際生產(chǎn)中，模具間隙值的波動和不均勻，刃口磨損、板料力學(xué)性能和厚度波動等原因的影響而給出修正系數(shù)，一般?。?1.3。τ b的值查表 2 為 310~380Ｍpa,取 τ b=380Mpa所以F=KLtτ b=1.3×249.2×1.2×380=147725.76N根據(jù)計算，模具沖裁力為 147.8KN。彎曲力是指彎曲件在完成預(yù)定彎曲時所需要的壓力機施加的壓力，是設(shè)計沖壓工藝過程和選擇設(shè)備的重要依據(jù)之一。彎曲力的大小與毛坯尺寸、零件形狀、材料的機械性能、彎曲方法和模具結(jié)構(gòu)等多種因素有關(guān)，理論分析方法很難精確計算，在實際生產(chǎn)中常按經(jīng)驗公式進行計算。1）自由彎曲時的彎曲力公式南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第 19 頁V 形彎曲件： ； U 形彎曲件： ；20.6bVzKBtFr???20.7bUzKBtFr???式中： 、 ——自由彎曲力；B——彎曲件的寬度； t——彎曲件厚度；r—zUz—內(nèi)圓彎曲半徑； ——彎曲材料的抗拉強度；K——安全系數(shù)，一般取 1.3。b2） 、校正彎曲力公式JqFA?式中： ——校正力； ——單位面積上的校正力，Mpa，見表-3；A——彎曲JqF件被校正部分的投影面積，mm2。表-3 單位校正彎曲力 單位（MPa）3）計算本彎曲件彎曲部分，2 處 U 形彎曲，2 處 V 形彎曲。08AL 鋼的 MPab325σ=V 形彎曲力：0.6bVzKBtFr???= ×22.13553.+×=5704NV 形彎曲力：20.7bUzKBtFr???F1= =3327N.132553.+××F1= =5323.5N.240.7所以總的彎曲力 F=14354.5N南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第 20 頁6.2.2 卸料力的計算在沖裁結(jié)束時，由于材料的彈性回復(fù)（包括徑向回復(fù)和彈性翹曲回復(fù)）及摩擦的存在，將使沖落的材料梗塞在凹模內(nèi)，而沖裁剩下的材料則緊箍在凸模上。為使沖裁工作繼續(xù)進行，必須將緊箍在凸模上的料卸下，將梗塞在凹模內(nèi)的材料推出。從凸模上卸下箍著的料稱卸料力；一般按以下公式計算：卸料力　　　 F X=KXF 公式（5-5）FX=KXF=0.04×147.8KN=5.9KN（K X 、 KD為卸料力系數(shù)，其值查表 7 可得）所以總沖壓力FZ=F+FX+FD=147.8KN+5.9KN+14.4N=168.1KN壓力機公稱壓力應(yīng)大于或等于沖壓力，根據(jù)沖壓力計算結(jié)果擬選壓力機為 J23—63。表 6-4 卸料力、推件力和頂件力系數(shù)料厚 t/mm KX KT KD鋼≤0.1＞0.1~0.5＞0.5~2.5＞2.5~6.5＞6.50.06~0.0750.045~0.0550.04~0.050.03~0.040.02~0.030.10.0630.0500.0450.0250.140.080.060.050.03鋁、鋁合金純銅，黃銅0.025~0.080.02~0.060.03~0.070.03~0.096.3 壓力中心的確定模具壓力中心是指沖壓時諸沖壓力合力的作用點位置。為了確保壓力機和模具正常工作，應(yīng)使模具的壓力中心與壓力機滑塊的中心相重合，否則，會使沖模和力機南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第 21 頁滑塊產(chǎn)生偏心載荷，使滑塊和導(dǎo)軌之間產(chǎn)生過大的摩擦，模具導(dǎo)向零件加速磨損，降低模具和壓力機的使用壽命。沖模的壓力中心，可以按下述原則來確定：1）.對稱形狀的單個沖裁件，沖模的壓力中心就是沖裁件的幾何中心。2）.工件形狀相同且分布位置對稱時，沖模的壓力中心與零件的對稱中心相重合。3）.形狀復(fù)雜的零件、多孔沖模、級進模的壓力中心可以用解析計算法求出沖模壓力中心。X0=（L 1x1＋ L2x2＋…L nxn）/(L 1＋L 2＋…L n) 公式（5-7）Y0=（L 1y1＋L 2y2＋……L nyn ）/（L 1＋L 2＋…＋Ln）公式（5-8）由于該工件在 X 和 Y 方向上高度對稱，所以壓力中心為（0，0） 。6.4 模具刃口尺寸的計算6.4.1 沖裁間隙分析根據(jù) JB/Z271——86 規(guī)定，沖裁間隙是指凸，凹模刃口間隙的距離，用符號 C表示，其值可為正也可為負，在普通沖裁模中均為正值。它對沖裁件的斷面質(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、沖裁力和沖裁件的尺寸精度。因此，沖裁間隙是沖裁工藝與模具設(shè)計中的一個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際尺寸與基本尺寸的差值，差值越小，則精度越高，這個差值包括兩方面的偏差，一是沖裁件相對于凸?；虬寄５钠睿悄＞弑旧淼闹圃炱?。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，間隙是也許模具壽命諸因數(shù)中最主要的因數(shù)之一，沖裁過程中，凸模與被沖的孔之間，凹模與落料件之間均有摩擦，而且間隙越小，模具作用的壓應(yīng)力越大，摩擦也越嚴重，所以過小的間隙對模具壽命極為不利。而較大的間隙可使凸模側(cè)面及材料間的摩擦減小，并延緩間隙由于受到制造和南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第 22 頁裝配精度的限制，出現(xiàn)間隙不均勻的不利影響，從而提高模具壽命。3） 、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顯著，當(dāng)單邊間隙在材料厚度的 5~20%左右時，沖裁力的降低不超過 5~10%。間隙對卸料力推料力的影響比較顯著。間隙增大后，從凸模里卸料和從凹模里推料都省力當(dāng)當(dāng)單邊間隙達到材料厚度的 15~25%左右時的卸料力幾乎為零。但間隙繼續(xù)增大，因為毛刺增大，又將引起卸料力、頂件力迅速增大。4） 、間隙值的確定由以上分析可見，凸、凹模間隙對沖裁件質(zhì)量、沖裁工藝力、模具壽命都有很大的影響。因此，設(shè)計模具時一定要選擇合理的間隙，以保證沖裁件的斷面質(zhì)量、尺寸精度滿足產(chǎn)品的要求，所需沖裁力小、模具壽命高，但分別從質(zhì)量，沖裁力、模具壽命等方面的要求確定的合理間隙并不是同一個數(shù)值，只是彼此接近?？紤]到模具制造中的偏差及使用中的磨損、生產(chǎn)中通常只選擇一個適當(dāng)?shù)姆秶鳛楹侠黹g隙，只要間隙在這個范圍內(nèi)，就可以沖出良好的制件，這個范圍的最小值稱為最小合理間隙 Cmin，最大值稱為最大合理間隙 Cmax?？紤]到模具在使用過程中的磨損使間隙增大，故設(shè)計與制造新模具時要采用最小合理間隙值 Cmin。確定合理間隙的方法有經(jīng)驗法、理論確定法和查表法。根據(jù)近年的研究與使用的經(jīng)驗，在確定間隙值時要按要求分類選用。對于尺寸精度，斷面垂直度要求高的制件應(yīng)選用較小的間隙值，對于垂直度與尺寸精度要求不高的制件，應(yīng)以降沖裁力、提高模具壽命為主，可采用較大的間隙值。其間隙暫取厚度的 12%，所以由公式：Zmin=厚度×12% 公式（5-9）取中間間隙可得：Zmin=1×12%=0.12mm由于工件形狀較簡單，所以可分別加工凹、凸模。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第 23 頁6.4.2 落料尺寸落料尺寸大小為：為保證沖出合格沖件。沖裁件精度 IT10 以上，X 取 1. 沖裁件精度 IT11~IT13,X取 0.75. 沖裁件精度 IT14，X 取 0.5。由于本產(chǎn)品采用 IT14 級精度，所以 X 取 0.5.460-0.24 DA=( Dmax－△x) +0.020=(46－0.24×0.5) +0.020=45.88 +0.020DT=( DA－Z min) 0-0.02=(45.88－0.24) 0-0.02=45.640-0.02400-0.24 DA=( Dmax－△x) +0.020=(40－0.24×0.5) +0.020=39.88 +0.020DT=( DA－Z min) 0-0.02=(39.88－0.24) 0-0.02=39.640-0.0233.50-0.24 DA=( Dmax－△x) +0.020=(33.5－0.24×0.5) +0.020=33.38 +0.020DT=( DA－Z min) 0-0.02=(33.38－0.24) 0-0.02=33.140-0.0225.10-0.12 DA=( Dmax－△x) +0.020=(25.1－0.12×0.5) +0.020=25.04 +0.020DT=( DA－Z min) 0-0.02=(25.04 －0.24) 0-0.02=24.8 0-0.0215.750-0.12 DA=( Dmax－△x) +0.020=(15.75－0.12×0.5) +0.020=15.69 +0.020DT=( DA－Z min) 0-0.02=(15.69 －0.24) 0-0.02=15.45 0-0.02140-0.12 DA=( Dmax－△x) +0.020=(14－0.1×0.5) +0.020=13.95 +0.020DT=( DA－Z min) 0-0.02=(13.95 －0.24) 0-0.02=13.71 0-0.0212.50-0.06 DA=( Dmax－△x) +0.020=(12.5－0.06×0.5) +0.020=12.47 +0.020DT=( DA－Z min) 0-0.02=(12.47 －0.24) 0-0.02=12.23 0-0.0290-0.06 DA=( Dmax－△x) +0.020=(9－0.06×0.5) +0.020=8.97 +0.020DT=( DA－Z min) 0-0.02=(8.97 －0.24) 0-0.02=8.73 0-0.0230-0.03 DA=( Dmax－△x) +0.020=(3－0.03×0.5) +0.020=2.98 +0.020DT=( DA－Z min) 0-0.02=(2.98－0.24) 0-0.02=2.76 0-0.02南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第 24 頁6.5 模具彎曲部分工作尺寸計算6.5.1 凸模圓角半徑當(dāng)彎曲件的相對彎曲半徑 r/t 較小時，取凸模圓角半徑等于或略小于工件內(nèi)側(cè)的圓角半徑 r，但不能小于材料所允許的最小彎曲半徑 rmin。由前面所述，該工件的相對彎曲半徑等于最小相對彎曲半徑，那么，凸模的圓角半徑應(yīng)等于工件內(nèi)側(cè)圓角半徑，即 =2mm。tR6.5.2 凹模圓角半徑凹模圓角半徑的大小不會直接影響到彎曲件的圓角半徑，但是過小的凹模圓角半徑會使彎矩的彎曲力臂減小，毛坯如凹模困難，會擦傷毛坯表面。另外，凹模兩側(cè)的圓角半徑必須相等，否則會引起板料偏移。在實際生產(chǎn)中通常根據(jù)材料厚度選取凹模圓角半徑：當(dāng) ； ；2,(3~6)atmRt??2~4,(2~3)atmRt??。由于采取級進模彎曲，且 r=3mm，因此，取 =3mm。4,atmR??6.5.3 凹模深度凹模深度要適當(dāng)，若過小則彎曲件兩端自由部分太長，工作回彈大，不平直；若深度過大則凹模過高，浪費模具材料并需要較大的壓力機工作行程。對于 U 型彎曲件，如果彎曲件直邊較長，凹模深度可以小于工件高度，凹模深度值見下表：表-4 彎曲 U 型件的凹模深度（mm）凹模的具體尺寸見凹模零件圖。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第 25 頁6.5.4 凸、凹模的間隙V 形件彎曲時，凸、凹模的間隙是靠調(diào)整壓力機的閉合高度來控制的。但在模具設(shè)計中，必須考慮到要使模具閉合時，模具的工作部分與工件能緊密貼合，以保證彎曲質(zhì)量。U 形件彎曲時必須合理確定凸、凹模之間的間隙，間隙過大則回彈大，工件的形狀和尺寸誤差增大。間隙過小會加大彎曲力，使工件厚度減薄，增加摩擦，擦傷工件并降低模具的壽命。U 形件凸、凹模的單面間隙值一般可按下式計算：；2ZtCt???式中：Z/2——凸、凹模的單面間隙；t——板料厚度的基本尺寸；△——板料厚度的正偏差；C——根據(jù)彎曲件的高度和寬度而決定的間隙系數(shù)，其值按表 4-16 選取。表-5 間隙系數(shù) C 值（單位 mm）當(dāng)工件精度要求較高時，間隙值應(yīng)適當(dāng)減小，可以取 Z/2=t。查有關(guān)資料板料厚度的正偏差為 0.15m??由公式可得： 36.22.Δ2=×+=+ktZ6.5.5 U 形彎曲處的凸、凹模工作部分尺寸及公差凸、凹模工作部分尺寸主要是指彎曲件的凸、凹模的橫向尺寸。當(dāng)工件標(biāo)注外形尺寸時，應(yīng)以凹模為基準(zhǔn)件，間隙取在凸模上；當(dāng)工件標(biāo)注內(nèi)形尺寸時，應(yīng)以凸模為基準(zhǔn)件，間隙取在凹模上。而凸、凹模的尺寸和公差應(yīng)根據(jù)工件尺寸、公差、回彈情況以及模具的磨損規(guī)律而定。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第 26 頁1