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變壓器墊板沖壓工藝及模具設計 1 1 緒 論 目前 我國沖壓技術與工業(yè)發(fā)達國家相比還相當的落后 主要原因是我國在沖壓 基礎理論及成形工藝 模具標準化 模具設計 模具制造工藝及設備等方面與工業(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 1沖壓的概念 特點及應用 壓力 使其產生分離或塑性變形 從而獲得所需零件 俗稱沖壓或沖壓件 的一 種壓力加工方法 沖壓通常是在常溫下對材料進行冷變形加工 且主要采用板料來加 工成所需零件 所以也叫冷沖壓或板料沖壓 沖壓是材料壓力加工或塑性加工的主要 方法之一 隸屬于材料成型工程術 沖壓所使用的模具稱為沖壓模具 簡稱沖模 沖模是將材料 金屬或非金屬 批 量加工成所需沖件的專用工具 沖模在沖壓中至關重要 沒有符合要求的沖模 沖壓 是利用安裝在沖壓設備 主要是壓力機 上的模具對材料施加批量沖壓生產就難以進 行 沒有先進的沖模 先進的沖壓工藝就無法實現(xiàn) 沖壓工藝與模具 沖壓設備和沖 壓材料構成沖壓加工的三要素 只有它們相互結合才能得出沖壓件 與機械加工及塑性加工的其它方法相比 沖壓加工無論在技術方面還是經濟方面 都具有許多獨特的優(yōu)點 主要表現(xiàn)如下 1 沖壓加工的生產效率高 且操作方便 易于實現(xiàn)機械化與自動化 這是因為沖 壓是依靠沖模和沖壓設備來完成加工 普通壓力機的行程次數為每分鐘可達幾十次 高速壓力要每分鐘可達數百次甚至千次以上 而且每次沖壓行程就可能得到一個沖件 2 沖壓時由于模具保證了沖壓件的尺寸與形狀精度 且一般不破壞沖壓件的表 面質量 而模具的壽命一般較長 所以沖壓的質量穩(wěn)定 互換性好 具有 一模一樣 的特征 3 沖壓可加工出尺寸范圍較大 形狀較復雜的零件 如小到鐘表的秒表 大到 汽車縱梁 覆蓋件等 加上沖壓時材料的冷變形硬化效應 沖壓的強度和剛度均較高 4 沖壓一般沒有切屑碎料生成 材料的消耗較少 且不需其它加熱設備 因而 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計說明書 2 是一種省料 節(jié)能的加工方法 沖壓件的成本較低 沖壓地 在現(xiàn)代工業(yè)生產中 尤其是大批量生產中應用十分廣泛 相當多的工業(yè) 部門越來越多地采用沖壓法加工產品零部件 如汽車 農機 儀器 儀表 電子 航 空 航天 家電及輕工等行業(yè) 在這些工業(yè)部門中 沖壓件所占的比重都相當的大 少則 60 以上 多則 90 以上 不少過去用鍛造 鑄造和切削加工方法制造的零件 現(xiàn) 在大多數也被質量輕 剛度好的沖壓件所代替 因此可以說 如果生產中不諒采用沖 壓工藝 許多工業(yè)部門要提高生產效率和產品質量 降低生產成本 快速進行產品更 新?lián)Q代等都是難以實現(xiàn)的 1 2 國內模具發(fā)展現(xiàn)狀方向以及沖壓技術的現(xiàn)狀及發(fā)展方向 1 2 1 國內模具的現(xiàn)狀 我國模具近年來發(fā)展很快 據不完全統(tǒng)計 2003 年我國模具生產廠點約有 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 萬多家生產廠點中 有一半以上是自產自用的 在模具企業(yè)中 產值過億元 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) 結構調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品 專業(yè)模具廠數量增加 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 基礎薄弱 三資 企業(yè)雖然已經對中國模具工業(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濟 再加上國內模具工業(yè)基礎薄弱 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方面 第二 開發(fā)能力較差 經濟效益欠佳 我國模具企業(yè)技術人員比例低 水平較低 且不重視產品開發(fā) 在市場中經常處于被動地位 我國每個模具職工平均年創(chuàng)造產值 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 變壓器墊板沖壓工藝及模具設計 3 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 雖然國內許多企業(yè)采用了先 進的加工設備 但總的來看裝備水平仍比國外企業(yè)落后許多 特別是設備數控化率和 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 引進設備不配 套 設備與附配件不配套現(xiàn)象十分普遍 設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)化生產水平低 專業(yè)化分工不 細 商品化程度也低 目前國內每年生產的模具 商品模具只占 45 左右 其馀為自 產自用 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技術落后 模具材料性能 質量和品種往往會影響模 具質量 壽命及成本 國產模具鋼與國外進口鋼相比 無論是質量還是品種規(guī)格 都 有較大差距 塑料 板材 設備等性能差 也直接影響模具水平的提高 1 2 2 國內模具的發(fā)展趨勢 巨大的市場需求將推動中國模具的工業(yè)調整發(fā)展 雖然我國的模具工業(yè)和技術在 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 完全滿足國民經濟高速發(fā)展的需求 未來的十年 中國模具工業(yè)和技術的主要發(fā)展方 向包括以下幾方面 1 模具日趨大型化 2 在模具設計制造中廣泛應用 CAD CAE CAM 技術 3 模具掃描及數字化系統(tǒng) 4 在塑料模具中推廣應用熱流道技術 氣輔注射成型和高壓注射成型技術 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)質模具材料和先進的表面處理技術 7 模具的精度將越來越高 河南機電高等專科學校畢業(yè)設計說明書 4 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與逆向工程 10 開發(fā)新的成形工藝和模具 1 2 3 沖壓標準化及專業(yè)化生產方面 模具的標準化及專業(yè)化生產 已得到模具行業(yè)和廣泛重視 因為沖模屬單件小批 量生產 沖模零件既具的一定的復雜性和精密性 又具有一定的結構典型性 因此 只有實現(xiàn)了沖模的標準化 才能使沖模和沖模零件的生產實現(xiàn)專業(yè)化 商品化 從而 降低模具的成本 提高模具的質量和縮短制造周期 目前 國外先進工業(yè)國家模具標 準化生產程度已達 70 80 模具廠只需設計制造工作零件 大部分模具零件均從標 準件廠購買 使生產率大幅度提高 模具制造廠專業(yè)化程度越不定期越高 分工越來 越細 如目前有模架廠 頂桿廠 熱處理廠等 甚至某些模具廠僅專業(yè)化制造某類產 品的沖裁?；驈澢?這樣更有利于制造水平的提高和制造周期的縮短 我國沖模標 準化與專業(yè)化生產近年來也有較大發(fā)展 除反映在標準件專業(yè)化生產廠家有較多增加 外 標準件品種也有擴展 精度亦有提高 但總體情況還滿足不了模具工業(yè)發(fā)展的要 求 主要體現(xiàn)在標準化程度還不高 一般在 40 以下 標準件的品種和規(guī)格較少 大 多數標準件廠家未形成規(guī)模化生產 標準件質量也還存在較多問題 另外 標準件生 產的銷售 供貨 服務等都還有待于進一步提高 1 3 變壓器墊片沖孔落料模具設計與制造方面 1 3 1 變壓器墊片沖孔落料模具設計的設計思路 沖裁是沖壓工藝的最基本工序之一 它是利用模具使板料沿著一定的輪廓形狀產 生分離的一種沖壓工序 它包括落料 沖孔 切邊 修邊 切舌 剖切等工序 其中 落料和沖孔是最常見的兩種工序 沖裁在沖壓加工中應用極廣 它既可直接沖出成品 零件 還可以對已成形的工件進行再加工 普通沖裁加工出來的制件的精度不高 一 般情況下 沖裁件的尺寸精度應在 IT12 級以下 不宜高于 IT10 級 只有加強沖裁變形基礎理論的研究 才能提供更加準確 實用 方便的計算方法 才能正確地確定沖裁工藝參數和模具工作部分的幾何形狀與尺寸 解決沖裁變形中出 現(xiàn)的各種實際問題 變壓器墊片是典型的沖壓件 該模具工作過程很簡單就是沖孔和落料 根據零件 圖的結構和尺寸精度以及材料的性能確定完成該沖件所需要的模具類型 綜合考慮各種 變壓器墊板沖壓工藝及模具設計 5 因素后采用復合模 根據計算的結果和選用的標準模架 判斷此次沖裁能不能采用標 準的模架 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 只有從改變導柱和導套的高度 改變導柱和導套的高度的同時 還要注意保證導 柱和導套的強度 導柱和導套的高度可根據沖裁凸凹模與落料凹模工作配合長度決 定 設計時可能高度出現(xiàn)誤差 應當邊試沖邊修改高度 1 3 2 變壓器墊片沖壓模具設計的進度 1 了解目前國內外沖壓模具的發(fā)展現(xiàn)狀 所用時間 10 天 2 確定加工方案 所用時間 5 天 3 模具的設計 所用時間 30 天 4 模具的調試 所用時間 5 天 2 變壓器墊片沖壓工藝性的分析 工件名稱 變壓器墊片 生產批量 大批量 材料 硅鋼片 材料厚度 0 35mm 工件圖 如圖 1 圖 1 零件圖 圖 1 零件圖 該零件是襯板 該零件對材料的性能要求不是很高 硅鋼片該零件的材料滿足使 用要求 外形落料的工藝性 變壓器墊片料厚 0 35mm 外形復雜程度一般 尺寸精度要求 一般 因此 可采用落料工藝獲得 沖孔工藝性 兩個直徑 4 的圓 這類孔的形狀較規(guī)則 尺寸精度要求一般 可采 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計說明書 6 用沖孔獲得 此工件只有外形落料和沖孔兩個工序 圖 1 所示零件尺寸均為未標注公差的一般 尺寸 按 GB1804 79 規(guī)定取 IT14 級 符合一般復合模的經濟精度要求 綜上分析可知 圖 1 零件具有較好的沖壓工藝性 適合沖壓生產 3 分析比較和確定工藝方案 墊片零件所需的基本沖壓工序為沖孔和落料 可擬定以下三種工藝方案 方案一 采用單工序模分兩次工序進行沖壓 工序 1 沖出墊片的外形輪廓 工序 2 沖出直徑 4 的圓孔 方案二 采用沖孔落料復合模 方案三 采用沖孔落料級進模 各個方案優(yōu)缺點的分析比較 方案一的特點是化整為零 將原先很復雜的工件形狀分解成兩類形狀規(guī)則的內孔 和一個外形輪廓 三個形狀較簡單的單元從而簡化了模具刃口形狀 使模具制造簡便 另外 各次工序所需的沖壓力小了 可以解決沖壓設備噸位不夠的問題 這個方案的缺點是需要兩次沖壓工序 多工序沖裁時 生產效率低累積誤差大 與本零件生產批量大相矛盾 此外 該方案在完成沖壓生產過程中 增大沖壓工人的 勞動強度 方案二的優(yōu)點是沖壓件內外形相對位置及零件尺寸和一致性非常好 制件精度高 變壓器墊板沖壓工藝及模具設計 7 制件表面平直 適宜沖制薄料 模具結構緊湊 要求壓力機工作臺面的面積較小 缺 點是凸凹模壁厚受到限制 尺寸不能太小 方案三的特點是構成連續(xù)模的零件數量多 結構復雜 模具制造與裝配難度大 精度要求高 步距控制精確 準修方便 剛性大 對有關模具零件材料及熱處理要求 高 僅適合中小型零件的大批量生產 襯板零件的空間距離和孔邊距離遠大于零件要求的最小壁厚 1mm 該沖壓件的料 厚為 0 35mm 屬于薄料 切尺寸較大 綜合考慮模具結構和模具生產經濟性等因素 該沖壓件采用方案二較為合理 4 模具結構型式的選擇 4 1 模具結構型式 根據上述分析 該零件采用復合模 若采用倒裝式復合模 沖孔廢料可以通過凸 凹模 從壓力機工作臺孔中漏出 工件由上面的凹模帶上后 由推件裝置推出 板料 由下模的卸料裝置脫出 這樣操作方便而且安全能保證較高的生產率 而正裝式復合 模 沖孔廢料推件裝置向上推出 板料由上模卸料裝置脫出三者混雜在一起 如果萬 一來不及排除廢料或工件而進行下一次沖壓 就統(tǒng)一崩裂模具刃口 因此 該襯板沖件復合模采用倒裝結構 4 2 推件裝置 在倒裝式復合模中 沖裁后工件在上部分的落料凹模內 需由剛性或彈性推件裝 置推出 根據生產實際經驗 該工件是厚度大于 0 3mm 的板料 故這副模具采用剛性推件裝 置 4 3 卸料裝置 倒裝復合模沖裁時 板料將卡在凸凹模外緣 因此 需要在下模座裝卸料裝置 河南機電高等專科學校畢業(yè)設計說明書 8 在下模的彈性卸料裝置有三種形式 一種是將彈性零件 裝設在卸料板與凸凹模 固定板之間 另一種是將彈性零件裝設在下模座板下面 由于 墊片的板料卸料力不 大 故采用前一種結構 并且使用橡皮作為彈性零件 4 4 導向裝置 為確保零件的質量及穩(wěn)定性 選用導柱導套導向 4 5 定位裝置 為限定毛坯 條料或塊料 送進步距和和送入沖模的毛坯有正確的位置 以保證 沖出合格的工件 條料或毛坯在模具中的定位 一是送料方向上的定位 用來控制送 料的進距 即通常所說的擋料 二是在與送料方向垂直方向的定位 通常稱為導料 因此 必須根據不同的條料 毛坯 和模具結構 采用相應型式的定位裝置 定位零 件的定位至少應有三個支承點 即兩個導向點和一個定距點 定位的支承點 面 之 間應有足夠的距離 保證條料或毛坯定位穩(wěn)定 結合本副模具 采用導料銷導料 由于該沖裁件條料的寬度公差不大 條料厚度 相對較薄 因此 不需要在導尺一側上裝側壓裝置 即采用無側壓裝置 該模具是倒 裝復合模 為了模具的工作方便 提高生產效率 所以 采用活動擋料銷來限定條料 送進距離 該活動擋料銷的特點是 擋料銷的后端帶有彈簧 沖壓時擋料銷被壓入孔 內 模具開起時 又抬起為送料定位 工作很方便 綜上 本副模具采用導料銷和活動擋料銷對毛坯進行定位 變壓器墊板沖壓工藝及模具設計 9 5 工藝計算 5 1 排樣設計及毛坯尺寸計算 5 1 1 確定零件的排樣方案 設計模具時 條料的排樣方案很重要 合理的排樣應是在保證制件質量 有利于 簡化模具結構的前提下 以最少的材料消耗 沖出最多的合格制件 為提高模具的使 用壽命 保證沖裁件的質量 降低生產成本 該襯板零件 采用有廢料直排的排樣方 法 排樣方案如圖 2 所示 圖 2 排樣圖 5 1 2 條料寬度 導尺間寬度的計算 查表 2 9 得沖裁件與沖裁件之間的搭邊值 a 2 2mm a1 2 5mm 查表 2 10 得條料寬度的極限下偏差 0 08mm 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計說明書 10 查表 2 12 得送料最小間隙 C 0 5mm 采用無側壓裝置 由模具結構型式可知 該副模具采用無側壓裝置 導料板和擋料銷進行定位的結 構形式 故條料的寬度和導尺間距離可由下列公式 2 計算 條料寬度 B 0 Dmax 2a C 0 導尺間的距離 A B C Dmax 2a 2C 式中 B 條料寬度的基本尺寸 mm Dmax 垂直于送料方向的工件最大尺寸 mm a 側搭邊最小值 mm 可參考表 2 9 C 條料與導尺間的最小間隙 mm 條料寬度的單向極限偏差 mm 代入數據得 條料寬度 B 0 64 90 0 08mm 導料板間距離 A 65 4mm 5 1 3 材料利用率的計算 材料利用率是衡量合理利用材料的指標 材料的利用率通常是以一個步距內零件的 實際面積與所用毛坯面積的百分率來表示 條料的利用率由公式 110 0SSAB 式中 S1 一個步距內零件的實際面積 mm2 S0 一個步距內毛坯的實際面積 mm A 送料步距 mm B 條料寬度 代入數據得 60 5 5 2 沖裁工序總力的計算 由工件結構和前面所確定的沖壓方案可知 本工件的沖裁力包括以下部分 變壓器墊板沖壓工藝及模具設計 11 沖兩個直徑 4 的圓孔的力 F1 沖外形輪廓的力 F2 采用彈性卸料裝置和下出料方 式的卸料力 FX 推件力 FT 考慮到模具刃部被磨損 凸凹模間隙不均勻和波動 材料力學性能及材料厚度偏 差等因素的影響 實際計算沖裁力時按下面公式 F KLt b 式中 F 沖裁力 kN L 沖裁件剪切周邊長度 mm t 沖裁件材料厚度 mm 被沖材料的抗剪強度 MPa K 系數 一般取 1 3 為方便計算 可由下面公式代替上式 F KLt b Lt b b 材料抗拉強度 MPa 查資料 得 b 490 Mpa F2 Lt b 80 38 2 490 78 78 KN F1 Lt b 53 4 2 490 52 33 KN 推件力 卸料力可由以下公式計算 FT n KT F3 FX kX F3 式中 Kt 推件力系數 查表 2 7 得 Kt 0 05 KX 卸料力系數 由手冊查得 KX 0 04 n 同時卡在凹模的工件 取 n 1 代入數據得 FT 1 0 05 197 64 9 88 KN 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計說明書 12 FX 0 04 197 64 7 91 KN 沖裁工序總力 FZ FI F2 F3 FX FZ 52 33 78 78 197 64 7 91 9 88 346 54KN 5 3 初選壓力機 根據模具的結構型式 綜合考慮模具的總體結構尺寸以及沖裁工序總力 查文獻 3 初選開式可傾壓力機 其型號為 JD23 35 JG23 40 見表一 5 4 壓力中心的計算 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與壓力機的中心滑塊中心線重合 否則 沖壓時滑塊就會承受偏 心載荷 導致滑塊導軌與模具的導向部分不正常的磨損 還會使合理的間隙得不到保 證 從而影響制件的質量和降低模具的壽命 甚至損壞模具 在實際的生產中 可能會出現(xiàn)由于工件的形狀特殊或排樣特殊 從模具設計與制 造考慮不宜使壓力中心與模柄中心線相重合 這時應注意使壓力中心的偏離不致超出 所選壓力機允許的范圍 變壓器墊板零件屬于對稱的零件 型號 公稱壓力 kN 滑塊行程 mm 最大封閉高度 mm 工作臺尺寸 mm 滑塊底面尺寸 mm 封閉高度調節(jié)量 mm JD23 35 350 100 250 400 6 10 210 255 75 JG23 40 400 100 300 460 700 270 320 80 變壓器墊板沖壓工藝及模具設計 13 對稱沖件的壓力中心均位于其輪廓的幾何中心上 在生產中 常用懸掛法確定復雜沖 件的壓力中心 其具體做法 用勻質金屬絲沿沖裁輪廓彎制成模擬件 然后用裁縫線 講模擬件懸掛起來 并從吊點做鉛垂線 在取模擬件的另一點 以同樣的方法做另一 鉛垂線 兩垂線的交點即為壓力中點 5 5 確定凸凹模間隙 計算凸凹刃口尺寸 5 5 1 凸凹模刃口尺寸的計算基本原則 凸凹模間隙的存在是使沖裁件斷面都有帶錐度 多以沖裁件尺寸的測量和使用中 都是以光亮帶的尺寸為基準 落料件的光亮帶是因為凹模刃口擠切材料產生的 沖孔 件的光亮帶是由于凸模刃口擠切材料產生的 一次設計凸凹模刃口應區(qū)別沖孔和落料 并遵循以下原則 1 先確定基準模刃口尺寸 設計落料模先確定凹模刃口尺寸 間隙取在凸模上 沖裁間隙通過減小凸模尺寸 而獲得 設計沖孔模先確定凹模尺寸 間隙取在凹模上 沖裁間隙通過增大凹模間隙 獲得 2 遵循沖模在使用過程中的磨損規(guī)律 沖裁過程中 凸凹模與沖裁零件或廢料發(fā)生摩擦 凸模輪廓越磨越小 凹模輪廓 越磨越大 凸凹模間隙越磨越大 設計落料模具時 凹?；境叽鐟〗咏虻扔诠?件的最小尺寸 設計沖孔模具時 凸?；境叽缵A取接近或等于工件孔的最大極限尺 寸 不管沖孔還是落料 沖裁間隙一般選取最小合理間隙值 3 考慮工件精度與模具精度的關系 選擇模具刃口制造公差時 要考慮工件精度與模具精度的關系 既要保證工件的 精度要求 也要保證有合理的間隙值 一般取沖模精度較工件精度高 2 4 級 4 公差標注遵循 入體 原則 工件尺寸公差與沖模刃口尺寸的制造偏差原則上都要按入體原則標注單向公差 5 5 2 凸凹模間隙的確定 沖裁間隙對沖裁件質量 沖裁力 具壽命等都有很大的影響 設計模具時 應選 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計說明書 14 用合理間隙值 生產中 通常是選擇一個適當的范圍作為合理間隙 這個范圍的最小 值稱為最小合理間隙 Zmin 最大值稱為最大合理間隙 Zmax 考慮到生產過程中 的磨損使間隙變大 故設計與制造模具時 通常采用最小合理間隙 Zmin 在保證沖裁件斷面質量和尺寸精度的前提下 使模具壽命最高 選用較大間隙的模 具 查表 2 4 得 沖裁模刃口最大雙面間隙 Zmax 0 060mm 最小雙面合理間隙 Zmin 0 040mm 5 5 3 落料凸凹模刃口尺寸的計算 沖孔時應以凸模為基準來配作凹模 分三種情況分別計算 第一種 凸模磨損后 沖裁件尺寸變大 其凸凹模刃口尺寸計算公式如下 A 凸 A x 0 A 凹 A x Zmin 第二種 凸模磨損后 沖裁件尺寸變小 其凸凹模刃口尺寸計算公式如下 B 凸 B x 0 B 凹 B x Zmin 第三種 凸模磨損后 尺寸沒有發(fā)生變化 其凸凹模刃口尺寸計算公式如下 C 凸 C 凹 C 凸 以上各式中 A 凸 B 凸 C 凸 凸模尺寸 A 凹 B 凹 C 凹 凹模尺寸 A B C 相對應的沖裁件基本尺寸 沖裁件的公差 凸 凹 凸凹模制造偏差根據經驗一般取 4 查表 2 4 而知 Zmin 0 040 Zmax 0 060 Zma Zmin 0 020 因為模具的精度等級為 IT14 級 取 X 0 5 變壓器墊板沖壓工藝及模具設計 15 經查表得 凸 0 020 凹 0 020 由于沖裁時凸模磨損后沖裁件的尺寸變小 所以才用第二種方法 則有公式計算 沖孔時凸凹模的尺寸 B 凸 B x 0 B 凹 B x Zmin 可以算得沖圓孔時 B 凸 4 020 0 040 B 凹 4 060 0 040 圖 3沖圓孔凸模尺寸圖 5 5 4 落料凸凹模尺寸計算 落料時以落料凹模為基準配作凸模 并按照凹模磨損后尺寸變化的大小 或不變 的規(guī)律分三種情況計算 第一種 凹模磨損后 沖裁件尺寸變大 其凸凹模刃口尺寸計算公式如下 A 凹 A x 0 A 凸 A x Zmin 第二種 凹模磨損后 沖裁件尺寸變小 其凸凹模刃口尺寸計算公式如下 B 凹 B x 0 B 凸 B x Zmin 第三種 凹模磨損后 沖裁件尺寸不變 其凸凹模刃口尺寸計算公式如下 C 凸 C 凹 C 凹 以上各式中 A 凸 B 凸 C 凸 凸模尺寸 A 凹 B 凹 C 凹 凹模尺寸 A B C 相對應的沖裁件基本尺寸 沖裁件的公差 凸 凹 凸凹模制造偏差根據經驗一般取 4 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計說明書 16 根據圖紙 我們得知 凹模磨損后 尺寸變大 我們查表得 x1 x2 x3 0 5 凸 0 020 凹 0 030 圖 4 落料凹模 我們根據公式計算各個尺寸 A1 A x 28 0 5 0 020 0 0 030 27 990 0 030 0 B1 B x 60 0 5 0 020 0 0 030 59 990 0 030 C1 C x 10 0 5 0 020 0 0 030 9 990 0 030 0 D1 D x 14 0 5 0 020 0 0 030 13 990 0 030 E1 E x 16 0 5 0 020 0 0 030 15 990 0 030 0 凸模刃口尺寸按凸模刃口尺寸配作 保證間隙在 0 020 0 040 之間 通過計算 我們得到凸模的尺寸 A 凸 27 990 0 020 B 凸 59 990 0 020 C 凸 9 990 0 020 D 凸 13 990 0 020 E 凸 15 990 0 020 變壓器墊板沖壓工藝及模具設計 17 圖 5 落料凸模刃口尺寸圖 6 設計 選用模具零部件 6 1 沖孔凸模的設計 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計說明書 18 采用直通式 直接有線切割加工 一方面加工簡單 另一方面又便于裝配與更換 其結構由于所 l 沖的孔為圓形 且板料的厚度相對較薄 所以 沖孔凸模形式如圖 6 所 示 圖 6 沖圓形孔凸模 凸模長度的計算 凸模長度一般是根據模具結構的需要而確定的 其長度可由下列公式計算 L h1 h2 h3 h4 式中 h1 凸模固定板厚度 mm h2 固定卸料板厚度 mm h3 導料板厚度 mm h4 增加長度 它包括凸模的修模量 凸模進入凹模的深度 0 5 1 mm 凸模固定板與卸料板之間的安全距離等 一般取 10 20mm 如果是彈性 卸料裝置 則沒有導料板厚度這一項 其凸模長度應根據模具的具體結構而定 在滿足使用要求的前提下 綜合考慮個方面因素 為提高模具制造的經濟性 取 固定板厚度為 25mm 卸料板厚度為 15mm 附加長度取 20mm 代入數據得凸模的長度為 60mm 凸模強度的校核 承壓能力的校核 查表 3 1 9 2 得非圓形凸模承壓強度校核公式 k pAkLt 式中 t 沖件材料厚度 mm 變壓器墊板沖壓工藝及模具設計 19 L 沖件輪廓長度 mm Ak 接觸面積 mm2 沖件材料抗剪強度 Mpa k 凸模刃口接觸應力 Mpa p 凸模材料的許用應力 Mpa 取 1 0 1 6 103MPa 代入數據得 k 46 1Mpa 故 能滿足使用要求 穩(wěn)定能力校核 查表 3 1 10 2 得非圓形凸模穩(wěn)定能力校核公式 C1 FEI02 式中 Lmax 允許的凸模最大自由長度 mm F 沖模力 N E 凸模材料彈性模量 Mpa I0 凸模最大端斷面慣性矩 mm4 C1 系數查表 取 1 3 代入數據得 80 54mm 所以長度適宜 6 2 落料凹模的設計 6 2 1 落料凹模的刃口型式 該倒裝復合模的沖件是由彈性推件裝置推出且是上出料方式 所以 凹模的結構 形式如圖 6 所示 采用這種結構 推件力大 適用于沖件形狀復雜的模具 因此 比 較適合本副模具 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計說明書 20 圖 7 落料凹模的刃口型式 6 2 2 落料凹模外形尺寸的確定 落料凹模厚度 H 和壁厚 C 可由經驗公式計算 凹模高度 H KS 不小于 8 mm 垂直于送料方向的凹模寬度 B B S 2 5 4 0 H 送料方向上的凹模長度 L L S1 K S2 式中 B 垂直于送料方向的凹模最大寬度 mm 但 B 不小于 15mm S 垂直于送料方向上的凹模刃口間最大距離 S1 送料方向的凹模刃口間最大距離 S2 送料方向的凹模刃口至凹模邊緣的最小距離 K 厚度系數 考慮板料厚度的影響 查表可得 K 0 30 其中 S1 28 S2 10 5 代入數據得 H 8 4mm 取 H 8mm 落料凹模的外形尺寸為 100mm 60mm 30mm 6 2 3 落料凹模的結構形式及固定方式 凹模刃口的結構形式有整體式和鑲拼式兩種 而整體凹模刃口形狀分為直壁式 我們的工件由于結構比較簡單 精度要求不是很高 我們采用直壁式的刃口形式 變壓器墊板沖壓工藝及模具設計 21 圖 8 落料凹模圖 考慮到模具進行重磨的可能性 該模具的拼塊采用螺釘固定 同時采用銷釘定位 螺釘位置必須接近孔口工作部分并參差排列 即銷釘則應離孔口部分愈遠愈好 相對 距離盡量大 6 3 凸凹模的設計 凸凹模是復合沖裁中的一個特殊零件 其內形刃口其沖孔凹模的作用 其內形刃 口起沖孔凹模的作用 外形刃口起到落料凸模的作用 外形按一般凸模設計 設計的關鍵是 要保證內形與外形之間的壁厚強度 對于我們采用的倒裝復合模具 若采用直壁式刃口 下出件時 孔會聚積工件 所以最小壁厚要大一些 加強凸凹模強度的方法如下 1 增加有效刃口以外的壁厚 2 采用正裝式結構復合模 減少凸凹模?？讖U料的積存數目 減少推件力 3 凸凹模設計的關鍵在于保證內形與外形之間又一定的壁厚 是凸凹模又一定 的深度 4 對于不積聚廢料的凸凹模 其最小壁厚 m 為 沖裁硬材料時 m 1 5t 但不小 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計說明書 22 于 0 7mm 沖裁軟材料時 m t 但 不小于 0 5mm 凸凹模設計時經常采用鑲拼式的結構 鑲拼結構的設計原則 1 改善加工工藝性能 減小鉗工的工作量 提過模具的加工精度 2 便于裝配 調整和維修 拼塊之間能通過磨削或增減墊片的方法調整其間隙 或保證中心距公差 可以方便的定位 防止在沖壓過程發(fā)生相對運動 3 滿足沖壓工藝要求 提高沖壓件質量 為了滿足沖壓工藝要求 提高沖壓件質量凸凹模應以落料凹模為參考進行配做 經計算配做間隙為 0 01 0 02mm 凸凹?？偢呖捎上铝泄接嬎?L h1 h2 h 式中 h1 取 5mm 8mm h2 卸料板厚度 mm h 附加長度 一般取 15 20mm 代入數據得 L 35mm 圖 9 凸凹模 變壓器墊板沖壓工藝及模具設計 23 6 4 定位零件的設計與選用 6 4 1 擋料銷的選用 由上述可知 該模具采用的是固定擋料銷 查文獻 9 固定擋料銷選用 6 30 GB T7649 5 6 5 卸料與推件零件的選用 6 5 1 推桿和頂干的選用 查文獻 9 推桿選用 A16 100 GB T7650 1 頂桿選用 10 60 GB T7650 3 6 5 2 推件塊的設計 根據落料凹模的結構形式 推件塊可設計成如圖 12 所示 圖 10 推件塊 6 5 3 卸料螺釘的選用 查文獻 9 選用圓柱頭六角卸料螺釘 M10 80 GB T7650 6 6 5 4 卸料板的設計 根據凸凹模的結構形式 卸料板可 設計成如圖 13 所示 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計說明書 24 圖 11 卸料板 6 6 導向零件的選用 該沖裁件的形狀較為復雜 尺寸較大 若采用導板導向裝置 則導板孔加工困難 為了避免熱處理變形 時常不進行熱處理 所以 其耐磨性差 實際上很難達到和保 持穩(wěn)定的導向精度 因此 生產中廣泛地采用導柱導套導向 由于該沖裁件為一般的 沖壓加工 采用滑動導柱導套能夠保障導向精度 即該模具采用滑動導柱導套形式 查文獻 10 導柱選用 B60h5 320 90 GB T2861 2 查文獻 10 導套選用 A60H6 170 73 GB T2861 6 6 7 固定零件的選用 查文獻 9 固定板選用 80 40 10 墊板選用 80 40 5 變壓器墊板沖壓工藝及模具設計 25 螺釘選用 M10 50 GB70 銷釘選用 6 30 GB119 6 8 彈性元件的選用 查表 11 36 12 選用標準橡膠 D 20mm d 12 5mm H 25mm D1 58mm 6 9 模架的及模柄選用 查表 3 9 10 選用標準后側導柱模架 GB T2851 3 模柄 選旋入模柄 GB2862 1 81 d 40 d1 122 L 100 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計說明書 26 7 模具總裝圖 7 1 模具總裝圖 圖 12 模具總裝配圖 由以上設計 可得到模具的總裝圖 使用時條料沿著兩個導料銷從右向左送進 活動擋料銷控制其送料步距 上模下行 進行沖裁 導柱導套對上下模座的運動起到 可靠的導向 凹模接觸擋料銷時 擋料銷被壓下 上端面與板料平齊 所以凹模是哪 個不必設置讓位孔 沖裁完畢時 卡在凸凹模外的條料搭邊廢料由下模部分的彈性卸 料裝置卸下 沖孔廢料由下模部分的漏料孔落下 下模積聚廢料 易將凹模脹裂 沖 裁下的工件卡在上模內 隨上模一起回程 上行到一定位置時由剛性推件裝置將工件 推出 該模具的優(yōu)點是 沖孔廢料從下模引出 工件從上模推出 易引出工件和廢料 變壓器墊板沖壓工藝及模具設計 27 結構簡單 操作方便安全 缺點 凸凹模內積聚工件 脹力大 不易沖裁孔邊距離較 小的沖裁件 7 2 沖壓設備的確定 通過校核 選擇開式可傾壓力機 J23 40 能滿足使用要求 公稱壓力 400KN 滑塊行程 80 最大閉合高度 330 連桿調節(jié)長度 65 工作臺尺寸 前后 左右 460mm 700mm 墊板厚度尺寸 60 模柄孔尺寸 50 70mm 最大傾斜角度 35 8 結束語 變壓器墊板屬于典型的沖裁件 分析其工藝性 并確定工藝方案 根據計算確定 該制件的沖裁力及模具刃口尺寸 然后選取相應的壓力機 本設計主要是落料凸 凹 模及沖孔凸 凹模的設計 需要計算凸 河南機電高等專科學校畢業(yè)設計說明書 28 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構零件以及 模具的總體尺寸 然后根據上面的設計繪出模具的總裝圖 由于在零件制造前進行了預測 分析了制件在生產過程中可能出現(xiàn)的缺陷 采取了相應的工藝措施 因此 模具在生產零件的時候才可以減少廢品的產生 變壓器墊板沖裁件的形狀結構較為簡單 但是其尺寸相對較大不適合選用標 準模架 要保證零件的順利加工和取件 模具必須有足夠的長度 因此需要改變上 下模座的長度 以達到要求 模具工作零件的結構也較為簡單 它可以相應的簡化模 具結構 便于以后的操作 調整和維護 變壓器墊板沖孔落料模具的設計 是理論知識與實踐有機的結合 更加系統(tǒng)地對 理論知識做了更深切貼實的闡述 也使我認識到 要想做為一名合格的模具設計人員 必須要有扎實的專業(yè)基礎 并不斷學習新知識新技術 樹立終身學習的觀念 把理論 知識應用到實踐中去 并堅持科學 嚴謹 求實的精神 大膽創(chuàng)新 突破新技術 為 國民經濟的騰飛做出應有的貢獻 致 謝 首先感謝本人的導師原國森老師 他幫我仔細審閱了本文的全部內容并對我的畢 業(yè)設計內容提出了許多建設性建議 原國森的知識 誠懇的為人 使我受益匪淺 在 畢業(yè)設計的過程中 特別是遇到困難時 他給了我鼓勵和幫助 在這里我向他表示真 誠的感謝 在具體設計的過程中 我遇到了更大的困難 我不斷地給自己提出新的問題 然 后去論證 推翻 再接著提出新的問題 變壓器墊板沖壓工藝及模具設計 29 在這個循環(huán)往復的過程中 我這篇稚嫩的設計日臻完善 每一次改進我都收獲良多 每一次修改后的成功我都能興奮好長一段時間 雖然我的設計作品不是很成熟 即使 借鑒前人的很多資料仍然還有很多不足之處 但我仍然心里有一種莫大的幸福感 因 為我實實在在地走過了一個完整的設計所應該走的每一個過程 并且享受了每一個過 程 畢業(yè)設計雖然很辛苦 但是在設計中不斷思考問題 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 立設計的能力 使我受益匪淺 我相信這些經驗對我以后的工作一定有很大的幫助 而且也鍛煉我的吃苦耐勞的精神 讓我在這個競爭的社會里有立足之地 三年的大學生活就快走入尾聲 我們的校園生活就要劃上句號 心中是無盡的難 舍與眷戀 從這里走出 對我的人生來說 將是踏上一個新的征程 要把所學的知識 應用到實際工作中去 回首三年 取得了些許成績 生活中有快樂也有艱辛 感謝老師三年來對我孜孜不 倦的教誨 對我成長的關心和愛護 在我的十幾年求學歷程里 離不開父母的鼓勵和 支持 是他們辛勤的勞作 無私的付出 為我創(chuàng)造良好的學習條件 我才能順利完成 完成學業(yè) 感激他們一直以來對我的撫養(yǎng)與培育 最后 我衷心感謝各位老師的尊尊教導特別是我的指導老師原國森老師在這一段 時間給予我無私的幫助和指導 并向你們致意崇高的敬意 以后到社會上我一定努力 工作 不辜負你們給予我的知識和對我寄予的厚望 參考文獻 1 中國機械工程協(xié)會 李春勝 黃德彬主編 金屬材料手冊 北京 化學工業(yè)出版社 2004 11 2 佳木斯農機學院 主編 板料沖壓與沖模設計 北京 機械工業(yè)出版社 1997 3 機械工業(yè)部編 機械產品目錄 1996 第 5 卷 北京 機械工業(yè)出版社 1996 4 王孝培主編 實用沖壓技術手冊 北京 機械工業(yè)出版社 2003 3 5 中國機械工程學會 中國模具設計大典編委會編 中國模具設計大典 第 3 卷 南昌 江西科學技術出版社 2003 1 6 任嘉卉主編 公差與配合手冊 北京 機械工業(yè)出版社 1997 4 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計說明書 30 7 王建中 李洪主編 公差與制圖技術手冊 沈陽 遼寧科學技術出版社 1999 1 8 付宏生主編 冷沖壓成形工藝與模具設計制造 化學工藝出版社 2004 10 9 中國標準出版社 全國模具標準化技術委員會編 中國機械工業(yè)標準匯編 沖壓 模具卷 下 北京 中國標準出版社 1998 12 10 許發(fā)越主編 模具標準應用手冊 北京 機械工業(yè)出版社 1994 10 11 林慧國等主編 模具材料應用手冊 北京 機械工業(yè)出版社 2004 7 12 陳錫東 周小玉主編 實用模具技術手冊 北京 機械工業(yè)出版社 2001 7