圍板零件彎曲沖孔復合模具設(shè)計【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機械工程部門 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際部分。在側(cè)壁被發(fā)現(xiàn)的起皺是因為介于沖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)果和實測結(jié)果的好協(xié)議使有限元分析法生效，而且證實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。對于沖壓一個復雜形狀的零件，當起皺發(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，在這種測試里，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.從實驗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，實驗結(jié)果顯示是四到六個。當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用使得分析包括在沖壓一個復雜形狀零件的起皺問題成為可能。在當前的研究中，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。 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是用CAD或PRO/E軟件來設(shè)計的。同樣用CAD軟件，三節(jié)點和四節(jié)點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，工具被認為是剛硬的，而且對應的網(wǎng)眼被用來定義工具幾何學而不是壓力分析。同樣CAD軟件使用四節(jié)點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上，沖模向下移動，逆著壓力機夾緊板形壞料。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，金屬板料的真實應力應變曲線被要求是輸入數(shù)據(jù)的一部分。在當前的研究中，拉深成形的金屬板料也被用來模擬。為在飛機上切割下的樣本測試被進行，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)方向進行著。平均的流動力σ，計算方程為σ=（σ0+2σ45+σ90）/4，因為每一個方法真實應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 金屬板料的應力應變關(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)被認為是影響起皺的至關(guān)重要尺寸。在當前研究中，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，金屬的應力應變曲線如圖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變。Hosford和Caddell已經(jīng)展示了β的實際值比β的評論值大，假設(shè)當起皺發(fā)生時，β的實際值越大，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中標記出，在圖5中畫出。圖5中說明嚴重的起皺一般發(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，這是因為起皺的原因主要是由于在有橫向壓力存在的側(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力應變關(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)實產(chǎn)品中通過增加半徑得到證實。 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，往往會因為大量的金屬流動而起皺，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，掛鉤應該平衡的加在起皺位置。基于這種理念，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)計的改進提供了有價值的信息。 圖10 當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用到如圖11所示，從而使得模具設(shè)計的改進得到發(fā)展。但是，杯子側(cè)壁處仍然有起皺，這就意味著起皺是因為整個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。為了證實這種說法，兩種改進過了的模具設(shè)計被用來實驗：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，如果相應的順序被應用，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，因為金屬不容易通過較低的階梯進入模具型腔。 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，由于額外的模具費用和操作費用，兩個操作的制造費用是很高的。為了保持較低的制造費用，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，產(chǎn)品真實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。 為了進一步驗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為沖模間隙過大（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確性，還證實了用有限元分析法代替真實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委員會授于NSC-86-2212-E002-028編號才使得這個項目得到發(fā)展。他們也希望感謝KYM提供了產(chǎn)品零件。 參考文獻 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”，機械學雜志，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。實驗的技巧，pp.345-353，1986. 4. R.Narayanasamy和R.Sowerby，“當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:機械和冶金，1993年第二季。 河南機電高等?？茖W校 學生畢業(yè)設(shè)計（論文）中期檢查表 學生姓名 學 號 指導教師 選題情況 課題名稱 彎曲沖孔復合模具設(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 任務書 有 無 開題報告 有 無 外文翻譯質(zhì)量 優(yōu) 良 中 差 學習態(tài)度、出勤情況 好 一般 差 工作進度 快 按計劃進行 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： 負責人： 年 月 日 河南機電高等?？茖W校 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務書 系 部： 專 業(yè)： 模具設(shè)計與制造 學生姓名: 學 號: 設(shè)計(論文)題目： 彎曲沖孔復合模具設(shè)計 起 迄 日 期: 2007 年 3月30日~6月18日 指 導 教 師: 發(fā)任務書日期: 2007 年 3 月20 日  畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）任 務 書 1．本畢業(yè)設(shè)計（論文）課題來源及應達到的目的： 所示圖形為圍板零件零件，材料為10鋼，厚度0.8mm.設(shè)計一套沖壓模具，要求能適應大批量生產(chǎn)。 2．本畢業(yè)設(shè)計（論文）課題任務的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）： 1、了解目前國內(nèi)外沖壓模具的發(fā)展現(xiàn)狀 2、分析圍板零件的沖壓成形工藝并確定其工藝方案 3、圍板零件的沖壓模設(shè)計 4、繪制模具總裝圖，并繪制零件圖 5、圍板零件的模具安裝與調(diào)整 6、得出設(shè)計結(jié)論 所在專業(yè)審查意見： 負責人： 年 月 日 系部意見： 系領(lǐng)導： 年 月 日 河南機電高等?？茖W校 畢業(yè)設(shè)計（論文）評語 學生姓名：班級: 學號：題 目： 圍板復合模設(shè)計 綜合成績： 指導者評語： 指導者(簽字)： 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計（論文）評語 評閱者評語： 評閱者(簽字)： 年 月 日 答辯委員會（小組）評語： 答辯委員會（小組）負責人(簽字)： 年 月 日 河南機電高等?？茖W校 畢業(yè)設(shè)計說明書 畢業(yè)設(shè)計題目 彎曲沖孔復合模具設(shè)計 系 部 材料工程系 專 業(yè) 模具設(shè)計與制造 班 級 模 學生姓名 學 號 指導教師 2007年6月 15日 圍板沖壓復合模設(shè)計 摘要 本模具為喂板沖孔彎曲復合模, 在設(shè)計時:1 、接受任務書；2 、調(diào)研消化原始資料；3 、選擇成形設(shè)備；4 、擬定模具結(jié)構(gòu)方案；5 、方案的討論與論證；7 、繪制模具裝配圖；8 、繪制零件圖；9 、編寫設(shè)計說明書；10 、模具制造試模與圖紙修改。正確的確定模具成形零件的尺寸。沖孔凸模、落料凹模、凸凹模等零件是確定制件形狀、尺寸和表面質(zhì)量的直接因素，關(guān)系甚大，要特別注意。模具的設(shè)計應制造方便, 盡量做道使設(shè)計的模具制造容易、造價便宜。特別是比較復雜的成形零件，必須考慮是采用一般的機械加工方法加工還是采用特殊的加工方法加工。模具的設(shè)計應當效率高、安全、可靠。模具零件應耐磨耐用。 關(guān)鍵詞：模具、成形、沖孔凸模、落料凹模、凸凹模。 Piercing and Blanking Characteristic of Compound Die of Conditioner Shim This molding tool is a piercing and blanking characteristic of compound die of conditioner shim, while designing:1, accept the mission book.2 , the investigation digests the primitive data.3 , choose to the forming equipments.4 , draft the molding tool construction project.5 , the discussion of the project and argument.7 , drawing the molding tool assembles the diagram.8 , draw the spare parts diagram.9 , weave to write to design the manual.10 , the molding tool manufacturing tries the mold and diagram paper modification.The exactitude really settles size of the forming spare parts. piercing punch , blanking die, piercing punch & blanking die etc spare parts that molding tool forming spare parts is a direct factor that certain system a shape, size relate to with the surface quantity very big, want to be specially attention.The design of the molding tool should make the convenience, doing a molding tool manufacturing that make design easy and build the price cheapness to the best.Model the spare parts especially more complicatedly, must consider is to adopt the general machine process the method processes to adopt still to process specially the method processes.The design of the molding tool shoulds the efficiency high, safety, dependable.The molding tool spare parts should bear to whet enduring. Key Words: Molding tool, forming, piercing punch , blanking die ，piercing punch & blanking die . 彎曲沖孔復合模具設(shè)計 緒 論 目前，我國沖壓技術(shù)與工業(yè)發(fā)達國家相比還相當?shù)穆浜?，主要原因是我國在沖壓基礎(chǔ)理論及成形工藝、模具標準化、模具設(shè)計、模具制造工藝及設(shè)備等方面與工業(yè)發(fā)達的國家尚有相當大的差距，導致我國模具在壽命、效率、加工精度、生產(chǎn)周期等方面與工業(yè)發(fā)達國家的模具相比差距相當大。 1． 國內(nèi)模具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 1.1 國內(nèi)模具的現(xiàn)狀 我國模具近年來發(fā)展很快，據(jù)不完全統(tǒng)計，2003年我國模具生產(chǎn)廠點約有2萬多家，從業(yè)人員約50多萬人，2004年模具行業(yè)的發(fā)展保持良好勢頭，模具企業(yè)總體上訂單充足，任務飽滿，2004年模具產(chǎn)值530億元。進口模具18.13億?美元，出口模具4.91億美元，分別比2003年增長18%、32.4%和45.9%。進出口之比2004年為3.69:1，進出口相抵后的進凈口達13.2億美元，為凈進口量較大的國家。 在2萬多家生產(chǎn)廠點中，有一半以上是自產(chǎn)自用的。在模具企業(yè)中，產(chǎn)值過億元的模具企業(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，?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、復雜、長壽命中高檔模具及模具標準件發(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"及私營企業(yè)發(fā)展迅速；國企股份制改造步伐加快等。 雖然說我國模具業(yè)發(fā)展迅速，但遠遠不能適應國民經(jīng)濟發(fā)展的需要。我國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)對中國模具工業(yè)的發(fā)展起了積極的推動作用，私營企業(yè)近年來發(fā)展較快，國企改革也在進行之中，但總體來看，體制和機制尚不適應市場經(jīng)濟，再加上國內(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)濟效益欠佳.我國模具企業(yè)技術(shù)人員比例低，水平較低，且不重視產(chǎn)品開發(fā)，在市場中經(jīng)常處于被動地位。我國每個模具職工平均年創(chuàng)造產(chǎn)值約合1萬美元，國外模具工業(yè)發(fā)達國家大多是15～20萬美元，有的高達25～30萬美元，與之相對的是我國相當一部分模具企業(yè)還沿用過去作坊式管理，真正實現(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．雖然國內(nèi)許多企業(yè)采用了先進的加工設(shè)備，但總的來看裝備水平仍比國外企業(yè)落后許多，特別是設(shè)備數(shù)控化率和CAD/CAM應用覆蓋率要比國外企業(yè)低得多。由于體制和資金等原因，引進設(shè)備不配套，設(shè)備與附配件不配套現(xiàn)象十分普遍，設(shè)備利用率低的問題長期得不到較好解決。裝備水平低，帶來中國模具企業(yè)鉗工比例過高等問題。 ? 第四，專業(yè)化、標準化、商品化的程度低、協(xié)作差． 由于長期以來受“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，商品化程度也低。目前國內(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，與國際水平相比要落后許多。模具標準化水平低，標準件使用覆蓋率低也對模具質(zhì)量、成本有較大影響，對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)量和品種往往會影響模具質(zhì)量、壽命及成本，國產(chǎn)模具鋼與國外進口鋼相比，無論是質(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。 1.2　國內(nèi)模具的發(fā)展趨勢 巨大的市場需求將推動中國模具的工業(yè)調(diào)整發(fā)展。雖然我國的模具工業(yè)和技術(shù)在過去的十多年得到了快速發(fā)展，但與國外工業(yè)發(fā)達國家相比仍存在較大差距，尚不能完全滿足國民經(jīng)濟高速發(fā)展的需求。未來的十年，中國模具工業(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)計制造中廣泛應用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）提高模具標準化水平和模具標準件的使用率；??? 6）發(fā)展優(yōu)質(zhì)模具材料和先進的表面處理技術(shù)；??? 7）模具的精度將越來越高；? ? 8）模具研磨拋光將自動化、智能化；?? ?? 9）研究和應用模具的高速測量技術(shù)與逆向工程；?? ?10）開發(fā)新的成形工藝和模具。 2．　國外模具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 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、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法替代的。模具生產(chǎn)技術(shù)水平的高低，已成為衡量一個國家制造業(yè)水平高低的重要標志，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，全球模具市場呈現(xiàn)供不應求的局面，世界模具市場年交易總額為600～650億美元左右。美國、日本、法國、瑞士等國家年出口模具量約占本國模具年總產(chǎn)值的三分之一。? 國外模具總量中,大型、精密、復雜、長壽命模具的比例占到50%以上；國外模具企業(yè)的組織形式是"大而專"、"大而精"。2004年中國模協(xié)在德國訪問時，從德國工、模具行業(yè)組織--德國機械制造商聯(lián)合會（VDMA）工模具協(xié)會了解到，德國有模具企業(yè)約5000家。2003年德國模具產(chǎn)值達48億歐元。其中（VDMA）會員模具企業(yè)有90家，這90家骨干模具企業(yè)的產(chǎn)值就占德國模具產(chǎn)值的90%，可見其規(guī)模效益。 隨著時代的進步和技術(shù)的發(fā)展，國外的一些掌握和能運用新技術(shù)的人才如模具結(jié)構(gòu)設(shè)計、模具工藝設(shè)計、高級鉗工及企業(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．我國每個職工平均每年創(chuàng)造模具產(chǎn)值約合1萬美元左右，而國外模具工業(yè)發(fā)達國家大多15～20萬美元，有的達到 25～30萬美元。國外先進國家模具標準件使用覆蓋率達70%以上，而我國才達到45％． 制件的工藝性分析 圖1 制件圖 第一章 沖裁件工藝分析及排樣 1.1制件的總體分析 該制件為圍板。所用材料等級很高為A 級。05鋼。制件形較為簡單。但需要多道工序才能完成。制件形狀為U形，圓孔分布比較均勻。形狀簡單，對精度要求不高，材料的利用率高。 從制件圖上可以看出，必須先通過落料和沖工藝孔，然后再進行彎曲，需要兩套模具，很明顯彎曲決定了零件的總體形狀和尺寸，所以在此先主要對彎曲工藝進行分析。包括彎曲件的精度、圓角半徑、板料的纖維方向與彎曲線夾角、彎曲的直邊高度、其他工藝性等。 制件的材料為優(yōu)質(zhì)08鋼。具有足夠的塑性，屈強比小，回彈小，有利于彎曲成形和工具質(zhì)量的提高 。 1.1.1彎曲的直邊高度 一般彎曲件為了避免穩(wěn)定性不好，要求直立部分高度H>r+2t=0.5+2*0.8=2.1,很顯然此藝性要求零件. 1.1.2孔邊距 為防止孔彎曲時發(fā)生變形，應使孔位于變形區(qū)之外。即： L≥2t=2*0.8=1.6mm. 所以，此 零件完全符合要求。 1.1.3最小彎曲半徑 根據(jù)所用材料，查表3.2.2可知最小彎曲半徑為0.4t. 1≥0.32 所用該彎曲件符合要求. 1. 2制件的外形分析 1.2.1 沖裁件的外形轉(zhuǎn)角： 沖裁件的外形無尖銳角，均圓弧過渡，查表2.7.1沖裁最小圓角半徑R， 而知此圓角過度有利于模具加工，不會引起熱處理開裂和沖裁時尖角處的崩刃和過快磨損的現(xiàn)象。 1.2.2 沖裁件的孔邊距與孔間距： 為避免工件變形和保證模具強度，孔邊距和孔間距不能過小，其最小許可值當?。篊≥(1～1.5) t根據(jù)已知工件的尺寸可得：C1=21，C2=26 t=0.8， 所以工件的尺寸符合上述要求 。 沖孔時因受凸模強度限制孔的尺寸不應太小，否則凸模易折斷或壓彎，查表2.7.3而知工件上孔的直徑當大于或等于0.35倍的料厚，即d≥0.35t，由任務書零件圖易于看出工件尺寸符合要求。 1.3 沖裁件的尺寸精度和表面粗糙度 沖裁件上的未注公差等級定為IT14級，查表確定工件尺寸如下： 圖2 零件展開簡圖 沖裁件的斷面粗糙度值與材料塑性、厚度，沖裁間隙，刃口銳鈍及沖模結(jié)構(gòu)相關(guān)，工件厚度為0.8mm，其斷面粗糙度值為12.5μm 第2章 工藝方案的確定 該零件包括：沖孔、落料和彎曲三個基本工序，可有以下三種工藝方案供選擇： 方案一、先落料后沖孔再彎曲，采用單工序模生產(chǎn)。 方案二、落料-沖孔復合沖壓再彎曲，采用一副復合模和一副彎曲模生產(chǎn)。 方案三、沖孔-落料-彎曲連續(xù)沖壓，采用級進模生產(chǎn)。 對各種方案的分析 方案一、模具結(jié)構(gòu)簡單，但需要三道工序，三副模具，生產(chǎn)效率低，難以滿足該零件的年產(chǎn)量要求。 方案二、只需二副模具，沖壓件的幾何形位精度和尺寸精度容易保證，且生產(chǎn)率也高，盡管模具結(jié)構(gòu)較模具一復雜，但由于零件的幾何形狀簡單對稱，模具制造并不困難， 方案三、只需要一副模具，生產(chǎn)率也很高，但零件的沖壓精度稍差，模具制造困難，需要在模具上設(shè)置導正銷導正，故模具制造安裝較復合模復雜。 通過以上三種方案的分析比較，并根據(jù)設(shè)計要求確定該工件的沖壓生產(chǎn)采用方案二為佳，并選擇反裝復合模。 第3章 主要工藝參數(shù)計算 3.1 沖裁的工藝計算 3.1.1制件尺寸的確定 從制件圖上可以看出，必須先通過落料沖工藝孔，然后再進行彎曲，需要兩套模具，很明顯彎曲決定了零件的總體形狀和尺寸，所以在此主要對彎曲工藝進行分析。該制件為沖孔落料彎曲件，圓角半徑R=1，材料的料厚為t=0.8，R＞0.5t。這種彎曲件由于變形不嚴重，所以按中性層展開的原理，彎曲前制件的總長度應等于彎曲件直線部分和圓弧部分長度之和。 根據(jù)彎曲制件圖可知： L= L+L+πα（r+χt）/180 =2*79+2*57.344+4*4+8+1.656 =298.344 式中：L————坯料展開總長度 α————彎曲中心角 χ————中性層位移系數(shù)（取0.32） 因為有少許偏移以及修整余量，取L為299 mm。 3.2排樣的設(shè)計與計算 根據(jù)工件的形狀選擇有廢料排樣，且為直排的形式，雖然材料的利用率低于少廢料和無廢料排樣，但工件的精度高，且易于保證工件外形的的圓角。 3.2.1 確定搭邊與搭肩值 搭邊和搭肩值一般是由經(jīng)驗確定的查表2.5.2而取最小搭邊值為a1=2.5㎜ 最小搭肩值為a2=2.2㎜ 繪制草圖如左： 圖 （1） 分析制件形狀可知，由于孔較多。根據(jù)(1) 排樣草圖：條料從前方送進。這樣沖孔凸模的沖壓力比較均勻。制件形狀精度容易保證。 分析排樣草圖2：條料從側(cè)面送進，沖孔凸模受力不均。制件精度不容易保證。 圖4 排樣草圖(2) 選擇第一種排列方式。 3.2.2 計算送料步距和條料的寬度 按如上排樣方式，并根據(jù)工件的尺寸確定送料步距為搭肩值與工件寬度之和。即：L=a2+54=58.2㎜ 查表2.5.3而知條料寬度單向偏差值為0.6，由公式計算如下： =(D+2a) =54+（2×2.2） =55 所以確定條料的寬度B為：55㎜ 導料板間距離 A=B+C =55+4.4（無側(cè)壓裝置） =59.4 3.2.3計算材料的利用率： 一個步距內(nèi)的材料的利用率μ=A/BS×100% =（3176.4-758.31）/3743.562×100% =67% 所以在不考慮料頭、料尾和邊余料等材料消耗的情況下材料的利用率為67%，而在考慮以上因素計算一張板料總的利用率時則需要根據(jù)證章板的長寬尺寸而定，在此省略不述。 2. 3沖壓力的計算并初步選取壓力機的噸位 3.3.1沖裁力的計算 沖裁力的大小隨凸模進入材料的深度（凸模行程）而變化，本模具采用普通平刃口模具沖裁，其沖裁力F按下式計算： F=KLtΓb 由查表而知工件材料的抗剪強度極限值Γb為335N/㎜2 K值取1.3 材料厚度t為0.8㎜ 沖裁周邊長度L=4*14.13+2*12+2*4.5 =89.52㎜ 所以沖裁力F=1.3*89.52*0.8*335=31.188KN 隨凹模進入材料的深度而變化，沖裁力F=298.344*1.3*0.8*335=103.943KN 所以總沖裁力F=103.943+31.188=135.131KN 3.3.2 卸料力、推件力及頂件了力的計算： 卸料力是將廢料或工件從凸凹模上刮下的力。而推件力是將梗塞在凹模內(nèi)的料順沖裁方向推出所需的力。頂件力逆沖裁方向?qū)⒘蠌陌寄?nèi)頂出所需的力。卸料力、推件力和頂件力是由壓力機和模具卸料裝置或頂件裝置傳遞的，所以在選擇設(shè)備公稱壓力或設(shè)計沖裁的時候應分別予以考慮，影響這些力的因素較多，主要有材料的力學性能、厚度、模具間隙、凹模洞口結(jié)構(gòu)、搭邊大小、潤滑情況、制件的形狀和尺寸等?，F(xiàn)在按照下面的經(jīng)驗公式計算： 查表2.6.1而卸料力、推件力和頂件力系數(shù)分別為： Kx = 0.075 Kt = 0.1 Kd = 0.14 則：卸料力： Fx = Kx * F = 0.075 * 135.131 =10.14KN 推件力： Ft = n Kt F =6/0.8*0.1*135.131=101.348KN h:凹模洞口的直刃壁高度 取h=6（表2.9.4 ） n:同時卡在凹模內(nèi)的沖裁件（或廢料）數(shù)。 頂件力： Fd = Kd F = 0.14 * 135.131 =18.91KN 3.4 壓力機的公稱壓力的確定： 壓力機的公稱壓力必須大于或等于各種沖壓工藝力的總和Fz，由于本模具采用的是彈性卸料裝置和上出料方式： 所以：Fz = F + Fx + Fd =135.131+10.14+18.91=164.181KN 查手冊選擇壓力機的公稱壓力為：630KN。 滑塊固定行100mm (最大閉合高度)250 mm 固定臺和可傾400mm 閉合高度調(diào)節(jié)量80mm (標準型)工作臺尺寸(左右×前后)570×860mm (標準型)工作臺孔尺寸(左右×前后) 310×450mm (標準型)工作臺孔尺寸(直徑) 400mm (標準型)立柱間距離(不小于) 420mm 模柄孔尺寸(直徑×深度) Ф50×70mm 3.5 壓力中心的確定及相關(guān)計算： 模具的壓力中心就是沖壓力合力的作用點。為了保證壓力機和模具的正常工作，應使模具的壓力中心和壓力機滑塊的中心線相重合。否則沖壓時滑塊會承受偏心載荷，導致滑塊的滑軌和模具的導向部分不正常磨損，還會使合理間隙得不到保證，從而影響制件的質(zhì)量降低模具壽命甚至損壞模具。而本模具所沖裁的制件形狀較對稱，分析工件外形尺寸易知其壓力中心在彎曲線附近即Y =51.08 mm具體計算如下：L=54 Y=0 L= 79 Y=45 L=8 Y= 82 L=59.66 Y= 62 L=17.27 Y=34 L=17.27 Y= 34 L=17.27 Y=6 L =17.27 Y=6 Y= L Y+ L Y+ L Y+……. L Y / L+ L+ L +L+ L+ L +L+ L =51.08 mm 3.6 工作部分的尺寸計算 3.6.1計算凸凹模工作部分的尺寸（沖孔）并確定其公差： 該零件在彎曲前屬于無特殊要求的一般沖孔落料件，外形尺寸由落料獲得，而中間的小孔尺寸則是由沖孔得到。 查表2.3.3而知：Zmin = 0.072 Zmax = 0.104 Zmax –Zmin = 0.104-0.072=0.032 因為模具的精度等級為IT14級 取 X = 0.5 設(shè)凸、凹模分別按IT9、IT10級精度制造，分別計算Dt、Da如下： 3.6..1.1 沖?4.5小孔： d=(d+χ△) =(4.5+0.5×0.30) =4.65 d=( d+ Zmin) =(4.65+0.072) =4.722 校核：|δT|+|δA| ≤Zmax-Zmin 0.4（Zmax-Zmin ）+0.6（Zmax-Zmin）≤Zmax-Zmin 0.032=0.032，滿足公差間隙條件 3.6.1.4? 5.5小孔的孔距尺寸： Ld1=L1±1/8Δ=26±0.125 ×2×0.15=26±0.0375 Ld2=L2±1/8Δ=37±0.125 ×2× 0.15=37±0.0375 3.6.2 落料計算： 落料時采用凸模與凹模配做法。以落料凹模為基準件。此制件屬于A類尺寸。A=(A+χ△) 圖（2）凸凹模尺寸 B=（D max-χ△） =（63-0.5×0.3） = 62.85 B=（B- Zmin） =（62.85-0.072） =62.922 校核：|δT|+|δA|≤校核：|δT|+|δA|≤ Zmax-Zmin 0.032≤0.032滿足公差間隙條件 C=（D max-χ△） = （54-0.5×0.3） =53.85 C=（C- Zmin） =（53.85-0.072） =53.778 校核：|δT|+|δA|≤ Zmax-Zmin 0.032≤0.032 滿足公差間隙條件 A=（D max-χ△） =（8-0.5×0.3） =7.85 A=（A- Zmin） =(7.85-0.072) =7.778 校核：|δT|+|δA|≤ Zmax-Zmin 0.032≤0.032 滿足公差間隙條件 第4章 模具總體設(shè)計 4.1 模具類型的選擇 由沖壓工藝分析可知，采用反裝復合沖壓，所以模具類型為反裝復合模。 4.2 定位方式的選擇 在本模具中采用的是條料，所以選用導料銷和擋料銷來實現(xiàn)對沖裁條料的定位。 4.3 導向方式的選擇 為了提高模具壽命和工件質(zhì)量，方便安裝調(diào)整，該模具采用中間導柱的導向方式。 第5章 模具主要零部件的設(shè)計 5.1工作零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 5.1.1 凹模的設(shè)計 在本模具中采用螺釘和銷釘將凹模直接固定在支撐件上,凹模刃口為直壁式 ,凹模采用銷釘和螺釘固定時要保證螺釘(或沉孔)間、螺孔與銷孔間及螺孔與凹模刃壁間的距離不能太近,否則會影響模具的壽命。壁厚40 查表2.9.4確定凹模厚度為20㎜。 凹模厚度 H=kb=0.25×39.69=9.92 mm取10 mm (查表2.9.5得k=0.25) 凹模壁厚 C=（1.5～2）H=15 mm～20 mm 取凹模厚度 H=10 mm ，凹模壁厚 C=20 mm 凹模寬度 B=b+2c=39.69+40=79.69 mm 取標準值B= 80 mm 凹模長度 L 取160mm（送料方向） 確定凹模尺寸為80 mm×120 mm ×20 mm 現(xiàn)制草圖如下： 圖（3）凹模草圖 5.1.2 沖孔凸模的設(shè)計： 在本模具中凸模用來成型四個?4.5的小孔和一個四方12x4.5的孔，由于直徑的不同現(xiàn)選擇二種不同的沖頭。 5.1.2.1設(shè)計?4.5小孔的沖頭： L=h+h+t+h =20+20+0.8+18 =58.8mm 凸模長度的校核計算: F=1.3×Т×t×L=135.131KN 經(jīng)校核計算凸模的強度足夠. 5.1.3落料凸模(凸凹模) 結(jié)合工件外形并考慮加工，將落料凸模設(shè)計成直通式。其總長L為： L=h+h+t+h =20+15+31+14 =80mm 長度的校核計算 L≤416 F=1.3×Т×t×L=135.131KN 經(jīng)校核計算凸模的強度足夠. 5.2定位零件的設(shè)計: 在本模具中采用的是條料，所以選用導料銷和擋料銷來實現(xiàn)對沖裁條料的定位。導料銷一般設(shè)兩個，并位于條料的同一側(cè)。從左向右送料時，導料銷裝在右側(cè)，從前先后送料時導料銷裝在左側(cè)。導料銷在本模具中直接 安裝在凹模板上。在裝配圖中很容易看到。 擋料銷同樣起定位的作用，用它擋住搭邊或沖件輪廓，以限定條料的送進距離。在本模具中試用固定擋料銷，其結(jié)構(gòu)簡單、制造容易，在中銷模具中廣泛應用作定距；但其存在著缺點：銷孔距離凹模刃壁較近，削弱了凹模的強度。所以在本模具中選用鉤型擋料銷。這種擋料銷銷孔距離凹模刃壁較遠不會削弱凹模的強度。但為了防止鉤頭在使用的過程中發(fā)生轉(zhuǎn)動，需考慮防轉(zhuǎn)。 5.3 導向裝置的設(shè)計： 導向裝置用來保證上模相對于下模正確的運動，對于生產(chǎn)批量較大，零件的要求較高，壽命要求較長的模具，一般都需要采用導向裝置，本模具中應用導柱導套裝置來完成導向. 5.4 打料裝置的設(shè)計: 在本模具中采用打桿推動連接推桿來完成打料動作，打桿穿過模柄凸露在模具的外面，當完成一次沖裁時壓力機滑塊回程，打桿與壓力機的打料橫桿相碰，打桿推動連接推桿將卡在凸凹模的凹?？變?nèi)的圓形廢料打下，當注意的是： 第一：需要保證打桿在模柄內(nèi)的順利滑動，須間隙配合。 第二：需要保證連接推桿在凸凹模內(nèi)的順利滑動，須間隙配合。 5.5 頂件裝置的設(shè)計: 頂件裝置一般是彈性的，在本模具中是由頂桿、頂件塊和裝在下模座下面的彈頂器組成，這種結(jié)構(gòu)的頂件力容易調(diào)節(jié)，工作可靠。 5.5.1 頂件塊的設(shè)計: 本模具采用頂件塊將制件從卡在凹模內(nèi)小凸模上刮下，頂件塊在沖裁的過程中實在凹模中運動的零件，對它有如下的要求：模具處于閉合狀態(tài)時其背后有一定的空間，以備修磨和調(diào)整的需要；模具處于開啟狀態(tài)時，必須順利復位，工作面高出凹模平面，以便繼續(xù)沖裁；它與凹模和凸模的配合應保證順利滑動，不發(fā)生干涉。為此頂件塊與凹模為間隙配合，其外形尺寸一般按公差與配合國家標準h8制造。頂件塊與凸模的配合一般呈較松的間隙配合。 5.5.2 頂桿的設(shè)計: 在本模具中選用四個頂桿與彈頂器上的托板相配合，四個頂桿均勻分布，傳送的橡皮的推件力較為平穩(wěn)，在此需要注意的是：頂桿、的直徑不能太小，以免在克服橡皮彈力時發(fā)生撓曲。還有頂桿與下模上的孔相配合，必需保證其在孔內(nèi)順利的滑動，所以頂件塊與凹模為間隙配合，其外形尺寸一般按公差與配合國家標準h8制造。 5.5.3 橡皮的設(shè)計： 橡膠允許承受的負荷較大，且產(chǎn)生的彈性較為平穩(wěn)，安裝調(diào)整靈活方便，是沖裁模具中常用的彈性元件。卸料橡膠的設(shè)計計算H=H-H。（計算參照表8.2.4）計算結(jié)果為：H=31mm 橡皮和托板組成頂件器，其具體的結(jié)構(gòu)形式如下圖所示： 圖（4）頂件器草圖 5.6 連接裝置的設(shè)計 5.6.1模柄的設(shè)計: 本模具屬于中型模具,采用模柄將上模固定在壓力機的滑塊上。模柄是作為上模與壓力機滑塊連接的零件。對它的基本要求是:一要與壓力機滑塊上的模柄孔正確配合,安裝可靠；二要與上模正確而可靠的連接。 在本模具中選用旋入式模柄，通過螺紋與上模座連接并加螺絲防止轉(zhuǎn)動。這種模柄可較好的保證軸線與上模座軸線垂直,適用與各種中、小型模具。 模柄材料通常采用Q235或Q275鋼,在此選用Q235鋼.其支撐面應垂直于模柄的軸線(垂直度不應超過0.02:100)。 模柄在本模具選用標準尺寸，并根據(jù)前文壓力機的參數(shù)確定模柄的直徑和長度。現(xiàn)制草圖如下并標明其具體尺寸： 5.7 固定板的設(shè)計: 將凸?；虬寄０匆欢ㄏ鄬Φ奈恢脡喝牍潭ê?，作為一個整體安裝在上模座或下模座上。在本模具中只有凸凹模需要由固定板來固定。 固定板的厚度一般取凹模厚度的0.6～0.8倍,其平面尺寸可與凹模、卸料板外形尺寸相同,需考慮緊固螺釘及銷釘?shù)奈恢?。固定板的凸凹模安裝孔與凸凹模采用過渡配合H7/m6、H7/n6，壓裝后將凸凹模端面和固定板一起磨平。現(xiàn)選用標準凸凹模固定板尺寸為: 80mm×120mm×20mm 5.7.1墊板的設(shè)計: 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15mm 5.7.2螺釘與銷釘?shù)脑O(shè)計: 螺釘和銷釘都是標準件，設(shè)計模具是按標準選用即可，螺釘用于固定模具零件，一般選用內(nèi)六角螺釘；銷釘起定位作用，常用圓柱銷釘，螺釘、銷釘規(guī)格根據(jù)沖壓力的大小、凹模厚度等確定。所以螺釘?shù)囊?guī)格選用M5 5.7.3卸料板的設(shè)計: 卸料板的邊界尺寸和固定板相同，厚度為12mm. 5.8 模架及組成零件的確定: 5.8.1 模架的選用: 本模具選用由上模座,下模座,導柱,導套組成導柱模模架及其零件已經(jīng)標準化，在此選用中間導柱模架.沖壓時可以防止由于偏心力矩而引起的模具歪斜。 5.8.2 模座的確定: 本模中具選用標準模架，因在前述中確定了凹模尺寸為80㎜×120㎜ ×20㎜ ，根據(jù)標準確定下模座尺寸為: 250㎜×180㎜×45 ㎜. 上模座尺寸為: 250㎜×180㎜×40 ㎜.導柱d/mm×L/mm分別為?28×150，?32×150；導套d/mm×L/mm×Dmm分別為?28×100×38，?32×100×38 第6章 模具工作原理： 本模具屬于半加工，將半制品放到下模上，上模下行，折彎凸模2壓著半制品使沖孔凹模板1向下運動。此時頂桿3壓著托板使橡皮收縮。當1與墊板壓緊時，上模繼續(xù)下行，上模橡皮開始收縮，沖孔與折彎完成。壓力機行程一次，沖壓一次。沖裁完成。壓力機滑塊回程，帶動上模上行，彈性橡皮回彈，卡在模具上的制件卸下。廢料從下模落出。 圖（5） 模具總裝圖 第7章 模具的裝配 總裝時，首先應根據(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確定裝配基準件，例如復合模一般以凸凹模作為裝配基準件，級進模以凹模作為裝配基準件；其次，應確定裝配順序，根據(jù)各個零件與裝配基準件的依賴關(guān)系和遠近程度確定裝配順序。裝配結(jié)束后，要進行試沖，通過試沖發(fā)現(xiàn)問題，并及時調(diào)整和修理直至模具沖出合格零件為止。 7.1裝配前的準備 7.1.1 通讀設(shè)計圖樣，了解正裝式復合模的結(jié)構(gòu)特點。 本模具的裝配工藝要 點是：同時保證落料和沖孔用凸凹模間隙的均勻；打料機構(gòu)工作可靠，能及時推出工件。 7.1.2 查對各零件已完成裝配前的加工工序，并經(jīng)檢驗合格。 7.1.3確定裝配方法和裝配順序。 經(jīng)查對認定模具零件已加工完成，可采用直接裝配方法。 結(jié)合模具結(jié)構(gòu)特點，對凸凹模、凸模先進行分組裝配，再進行總裝配。選用以凸凹模為基準件，先裝配上模，再裝配下模及輔助零件。 7.2裝配模柄 將模柄壓入上模座后，鉆、鉸銷孔，打入止轉(zhuǎn)銷。 7.3裝配凸凹模 按照壓入法操作要求，將凸凹模壓入固定板中，檢查凸凹模相對固定板基準面的垂直度，并刃入凸模，用工藝定位器法檢查配合間隙的均勻性。待凸凹模全部壓入，認定間隙分布均勻后，磨平固定板支撐面和凸凹模刃口面。 7.4裝配凸模 將凸模壓入固定板中，按壓入法裝配要領(lǐng)，檢查其相對固定板基準面的垂直度，認定合格后，磨平固定板支撐面和刃口面。 7.5裝配下模 將組裝好的凸?！潭ò搴拖聣|板，按照設(shè)計要求位置，安裝在下模座上，緊固螺釘，鉆、鉸銷孔，裝入圓柱銷。 7.6裝配上模 將組裝好的凸凹?！潭ò搴蜕蠅|板，安裝在上模座上，緊上螺釘，用工藝定位器法控制上下模的配合間隙，使其均勻。認定均勻后，在上模相應部位鉆、鉸銷孔，打入圓銷。 7.7安裝凹模 將凹模安裝在下模相應部位，凹模和凸凹模間隙，用墊片法或直接安裝法控制其均勻性。 7.8試切 用紙試沖，觀察沖切紙邊的狀況，經(jīng)調(diào)整并認定均勻后， 鉆、鉸另一組銷孔，打入圓銷。 7.9裝配其他零件并試模 上模安裝頂桿，頂件塊，檢查打料機構(gòu)工作的可靠性。頂件塊在最低位置時，應突出凸凹模刃口0.2-0.5mm.安裝卸料板和彈簧，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)計指定的壓力機上，裝配好的模具進行試沖。 試模時重點檢查打料機構(gòu)和頂出機構(gòu)的動作是否及時、可靠。每一次沖壓后，上模隨壓力機上行到上死點時，條料和頂出的工件都應該出現(xiàn)在下模凹模工作面上，以便及時清除。 裝配后應保證間隙均勻，落料凹模刃口面應高出沖孔凸模工作端面2mm. 第二部分 彎曲模設(shè)計 第1章 零件結(jié)構(gòu)工藝性分析 此零件為一個簡單的90°的u形件，其彎曲圓角半徑r為1mm,材料選擇08鋼,板厚為0.8mm。其工藝性主要包括彎曲件的精度、圓角半徑、板料的纖維方向與彎曲線夾角、彎曲的直邊高度、其他工藝性等。 1. 1彎曲的直邊高度 一般彎曲件為了避免穩(wěn)定性不好，要求直立部分高度H>2.5t,很顯然此零件符合工藝性要求 1.2 孔邊距 為防止孔彎曲時發(fā)生變形，應使孔位于變形區(qū)之外。即： L≥2t 所以，此 零件完全符合要求。 1.3最小彎曲半徑 根據(jù)所用材料，查表3.2.2可知最小彎曲半徑為0.4t 1≥0.32 所以該彎曲件符合要求. 第2章 主要工藝參數(shù)計算 2.1彎曲力的計算 自由彎曲需要的力 經(jīng)計算得： F=35.392KN 校正彎曲時彎曲力的計算： F=qA =40×60.2 =96.32 KN 頂件力的計算 F=（0.3～0.8）F =10.6176～28.3136 =28KN 2.2 壓力機的壓力確定 F≥（1.2～1.3）F+ F ≥（42.4704～46.0096）+28 ≥ 74.0096 KN 2.3 回彈量的計算： 因為此工件的圓角半徑R〈 0.8t，工件的彎曲半徑一般變化不大，所以只考慮角度回彈。。查表取回彈角為2 第3章 彎曲模工作部分設(shè)計 3.1 凸、凹模間隙的計算 單面間隙為Z/2 Z/2=（1+n）t =(1+0.05) ×0.8 =0.84mm （ 查表得n=0.05） 3.2凸、凹模工作部分尺寸： 3.2.1凸、凹模寬度尺寸計算： L=(L-0.75) =(70-0.75×0.62) =69.535 L=( L-Z) =(69.535-2.1) =67.435 L≤77.435即，凹模的寬度應該不大于展開長度的0.8倍67.435≤84×0.8 所以之間符合要求。 3.2.2 凸、凹模的圓角半徑以及凹模的深度 一般情況下，凸模的圓角半徑r≤r.所以，取r=2mm。 查表可知：凹模的圓角半徑r=10mm. 凹模的深度L=20 mm V形凹模的底部可開退刀槽或取圓角半徑r為： r=（0.6～0.8）（r+ t） =（0.6～0.8）×2.8 取r=2.24 mm 第4章 模具總體設(shè)計 4.1 模具類型的選擇 由沖壓工藝性可知，采用單工序沖壓，模具類型為單工序模。 4.2 定位方式的選擇 為保證坯料在彎曲模內(nèi)準確定位，也為在彎曲過程中坯料的偏移，提高定位精度，采用定位板和定位銷。 4.3 卸料出件方式的選擇 此工件為等于的U形件，成形后留在凹模上，隨凸模上行底部受壓的彈簧彈性恢復推動頂桿而頂出制件。 4.4 導向方式 模具屬于復合沖模，結(jié)構(gòu)復雜，導向精度導套導柱裝置。 綜上可設(shè)計此模具主要由，模柄，上模板，凸模，U形凹模，下模板等組成。 初步計算模具閉合高度 凹模座的外輪廓尺寸約計為 根據(jù)上述公稱壓力的計算，選用公稱壓力是40KN的壓力機就行了。但該工件凸、凹模長度較大，為了滿足閉合高度的要求選擇100KN的J23-100A壓力機。 4.5連接與固定零件 第5章 設(shè)備的選定 該零件所需的彎曲力 23.582 KN 模具閉合高度 H=205 mm 模具外廓尺寸 200 mm×300 mm 此時開式可傾壓力機，主要力學性能為： 公稱壓力 最大裝模高度 行程 臺面尺寸 380 mm×260 mm 根據(jù)模具閉合高度，彎曲力，外廓尺寸等數(shù)據(jù)選定此設(shè)備是合適的。 結(jié) 論 大學三年的學習即將結(jié)束，畢業(yè)設(shè)計是其中最后一個實踐環(huán)節(jié)，是對以前所學的知識及所掌握的技能的綜合運用和檢驗。隨著我國經(jīng)濟的迅速發(fā)展，采用模具的生產(chǎn)技術(shù)得到愈來愈廣泛的應用。在完成大學三年的課程學習和課程、生產(chǎn)實習，我熟練地掌握了機械制圖、機械設(shè)計、機械原理等專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課方面的知識，對機械制造、加工的工藝有了一個系統(tǒng)、全面的理解，達到了學習的目的。對于模具設(shè)計這個實踐性非常強的設(shè)計課題，我們進行了大量的實習。經(jīng)過在新飛電器有限公司、在洛陽中國一拖、中信重型礦山機械廠的生產(chǎn)實習，我對于冷沖模具、塑料模具的設(shè)計步驟有了一個全新的認識，豐富和加深了對各種模具的結(jié)構(gòu)和動作過程方面的知識，而對于模具的制造工藝更是有了全新的理解。在指導老師的細心指導下和在工廠師傅的講解下，我們對于模具的設(shè)計和制造工藝有了系統(tǒng)而深刻的認識。同時在實習現(xiàn)場親手拆裝了一些典型的模具實體并查閱了很多相關(guān)資料，通過這些實踐，我們熟練掌握了模具的一般工作原理、制造、加工工藝。通過在圖書館借閱相關(guān)手冊和書籍，更系統(tǒng)而全面了細節(jié)問題。鍛煉了縝密的思維和使我們初步具備了設(shè)計工作者應有的素質(zhì)。 設(shè)計中，將充分利用和查閱各種資料，并與同學進行充分討論，盡最大努力搞好本次畢業(yè)設(shè)計。 在設(shè)計的過程中，將有一定的困難，但有指導老師的悉心指導和自己的努力，相信會完滿的完成畢業(yè)設(shè)計任務。由于學生水平有限，而且乏經(jīng)驗，設(shè)計中不妥之處在所難免，肯請各位老師指正 致 謝 畢業(yè)設(shè)計是我們進行完了三年的模具設(shè)計與制造專業(yè)課程后進行的，它是對我們?nèi)陙硭鶎W課程的又一次深入、系統(tǒng)的綜合性的復習，也是一次理論聯(lián)系實踐的訓練。它在我們的學習中占有重要的地位。 通過這次畢業(yè)設(shè)計使我在溫習學過的知識的同時又學習了許多新知識，對一些原來一知半解的理論也有了進一步的的認識。特別是原來所學的一些專業(yè)基礎(chǔ)課：如機械制圖、模具材料、公差配合與技術(shù)測量、冷沖模具設(shè)計與制造等有了更深刻的理解，使我進一步的了解了怎樣將這些知識運用到實際的設(shè)計中。同時還使我更清楚了模具設(shè)計過程中要考慮的問題，如怎樣使制造的模具既能滿足使用要求又不浪費材料，保證工件的經(jīng)濟性，加工工藝的合理性。 在學校中，我們主要學的是理論性的知識，而實踐性很欠缺，而畢業(yè)設(shè)計就相當于實戰(zhàn)前的一次演練。通過畢業(yè)設(shè)計可是把我們以前學的專業(yè)知識系統(tǒng)的連貫起來，使我們在溫習舊知識的同時也可以學習到很多新的知識；這不但提高了我們解決問題的能力，開闊了我們的視野，在一定程度上彌補我們實踐經(jīng)驗的不足，為以后的工作打下堅實的基礎(chǔ)。 通過對支架拐件冷沖模的設(shè)計，我對沖裁模、彎曲模有了更為深刻的認識，特別是這種沖孔落料模具的設(shè)計。彎曲模的主要零件的加工一般比較復雜，多采用線切割進行加工，彎曲回彈的影響因素多，不容易從純理論的角度精確的計算出來，多需要在試模后再進行調(diào)整。在模具的設(shè)計過程中也遇到了一些難以處理的問題，雖然設(shè)計中對它們做出了解決 ，但還是感覺這些方案中還是不能盡如人意，如壓力計算時的公式的選用、凸凹模間隙的計算、卸件機構(gòu)選用、工作零件距離的調(diào)整，都可以進行進一步的完善，使生產(chǎn)效率提高。 歷經(jīng)近三個月的畢業(yè)設(shè)計即將結(jié)束，敬請各位老師對我的設(shè)計過 程作最后檢查。在這次畢業(yè)設(shè)計中通過參考、查閱各種有關(guān)模具方面的資料，請教各位老師有關(guān)模具方面的問題，并且和同學的探討，模具設(shè)計在實際中可能遇到的具體問題，使我在這短暫的時間里，對模具的認識有了一個質(zhì)的飛躍。 從陌生到開始接觸，從了解到熟悉，這是每個人學習事物所必經(jīng)的一般過程，我對模具的認識過程亦是如此。經(jīng)過近三個月的努力，我相信這次畢業(yè)設(shè)計一定能為三年的大學生涯劃上一個圓滿的句號，為將來的事業(yè)奠定堅實的基礎(chǔ)。 在這次設(shè)計過程中得到了老師以及許多同學的幫助，我受益匪淺。在此，再次感謝各位老師特別是我的指導老師原紅玲老師在這一段時間給予無私的幫助和指導，并向他們致于深深的敬意，對關(guān)心和指導過我各位老師表示衷心的感謝! 參 考 文 獻 1、 劉建超、張寶忠主編： 沖壓模具設(shè)計與制造， 高教社出版 2、 王孝培 主編： 沖壓手冊， 機械工業(yè)出版社 3、 李碩本 主編： 沖壓工藝學， 機械工業(yè)出版社 4、 丁松聚 主編： 冷沖模設(shè)計， 機械工業(yè)出版社 5、 付宏生 主編： 冷沖壓成型工藝與模具設(shè)計制造 6、 吳伯杰 主編 沖壓工藝與模具 7、 夏巨諶 李志剛主編 中國模具設(shè)計大典 8、 王秀鳳 萬良輝 主編 沖壓模具設(shè)計與制造 9、 羅益旋 主編 新沖壓新工藝新技術(shù)及模具設(shè)計實用手冊 10、王孝培 主編 沖 壓 手 冊 32