設計任務及工藝分析摘 要本文通過對制件的工藝性、模具的可行性以及保證生產效率的分析，將沖壓工序設計了六個工位級進沖模形式：側刃定距、沖孔、壓凸、彎曲、切斷和一個空工位。級進沖裁得到的工件尺寸公差等級較高，避免了多副模具、多次沖壓的定位累積誤差，并且在沖裁過程中可以進行壓料，工件較平整；同時能在一副模具中完成全部工序，提高了生產效率。解決了在沖件同時包含多種工藝特征時，單工序沖模精度差、效率低，復合模一次成型困難的問題。結合定距、沖孔、折彎、壓凸的特點，具體解決了彎曲零件尺寸分析、排樣方法和方案的選擇、凸模和凹模刃口尺寸計算及結構設計、定位方案設計、卸料方式的設計、壓力機的選擇與校核、標準零件的選用、等一系列的設計工作。這些設計可為類似的零件模具設計提供現實的指導意義。關鍵詞： 連接支架 級進模 多工位 排樣 彎曲 壓凸全套圖紙加扣3012250582 III目 錄目 錄摘 要I目 錄III第一章 緒 論1第二章 設計任務及工藝分析32.1 設計任務32.2 沖裁件工藝分析32.2.1 材料工藝性32.2.2 結構工藝性42.3工藝方案及模具結構類型的確定5第三章 毛坯尺寸計算和排樣設計73.1 彎曲部分毛坯尺寸計算73.1.1彎曲中性層位置的確定73.1.2彎曲件毛坯尺寸計算73.2 搭邊值、條料寬度和導料板間距離的確定83.2.1基準選擇83.2.2 搭邊值和步距83.2.3 條料寬度與導料板間距離的計算93.2.4 材料利用率93.3 排樣方案設計103.3.1總工位數的確定和空工位的合理設置103.3.2載體及沖件沖切過程中連接形式的選擇113.3.3排樣方案12第四章 沖模主要工藝參數134.1 沖模沖裁部分工藝參數134.1.1 沖裁間隙值的確定134.1.2 整體式凹模輪廓尺寸的確定134.2 沖模彎曲部分工藝參數134.2.1 彎曲模結構設計應注意的問題134.2.2彎曲模工作部分尺寸設計134.3 沖壓力的計算144.3.1 沖裁工藝沖壓力144.3.2 彎曲工藝沖壓力154.3.3 壓凸部分沖壓力164.3.4 沖壓力F總164.4 沖模壓力中心的確定174.4.1 多種沖壓工藝級進沖模壓力中心的分析174.4.2 壓力中心的計算18第五章 模具主要工作部分結構設計195.1 沖裁部分結構設計195.1.1 凸、凹模刃口尺寸計算原則及部分參數確定195.1.2 沖裁部分凸、凹模結構設計195.2 彎曲部分結構設計225.3 壓凸部分結構設計23第六章 沖模的總體設計256.1 沖模基本尺寸的確定256.1.1 沖模中模板外形尺寸的確定256.1.2 模架的選擇及校核266.2 壓力機的選擇266.3其他零件參數確定276.3.1沖模零件材料276.3.2 凸凹模結構確定276.3.3 導向零件296.3.4 壓料、卸料零件296.3.5 定位裝置306.3.6 連接與固定零件31第七章 總結與展望33致 謝35參考文獻37第一章 緒 論37第一章 緒 論2011年11月，通過學校組織的招聘活動，我應聘進入徐工機械建設機械分公司的進行頂崗實習工作。在實習期間，不僅有機會實踐在學校學習的知識，還學到了許多關于機械設計和加工的新興前沿知識。并且在實習過程中，憑借在學校學習的關于模具設計的專業知識，完成了車間“關于在金融危機環境下，大力簡化生產，提高生產力”的生產改進項目。由于金融危機和市場競爭的影響，越來越要求制造業的參與者簡化自身生產，降低能源消耗，降低工人的體力勞動，提高機器的利用率。從而提高生產力，增加生產效益。所以，在日常生產中應盡量減少工人的不增值勞動，做到工藝集中，提高生產率。但是在我所實習的公司，很有產品仍然普遍都采用單工序模或復合模來進行生產。一些具有多種沖壓工藝的沖壓件，必須用多副沖模相繼完成，同時需要多名工人操作，生產效率比較低，且工件精度在多次裝夾后無法保證。2012年年初，公司為了應對金融危機的影響，簡化生產，提高效益，車間決定改進現有模具的生產狀況，把工序集中起來，設計并制造能連續加工的級進沖模。但由于公司本身是機械制造企業，相關模具設計的人才不具備，只能從近期招聘的大學生中挑選具有模具專業學生。由于本人在實習的過程中，做到了認真學習，積極實踐，勇于提問。并在實習過程中，由于表現突出，公司安排參與驗收新購機床工作，并對使用機床的員工進行的培訓，圓滿的完成了機床驗收及培訓工作。所以，公司領導希望我能將車間中使用最多的連接支架產品進行生產工藝改進，把現有通過多副沖模加工完成，設計成一副級進沖模來完成。在拿到工件圖之后，發現所需沖裁件具有多種沖裁形式，包含：沖孔、落料、彎曲、壓凸等沖裁工藝。形狀較為復雜，其需要較多工位來完成，模具結構比較復雜。模具設計的難度比較大。雖然在學校進行沖裁模具課程設計時，也接觸和設計過級進沖模，但難度遠沒有達到類似的條件。我的心里壓力比較大，對于能否完成該任務心里沒有底，但是考慮到一旦生產工藝改進后，可以幫助公司生產節約大量的人力、物力，使生產簡化、科學。并能給自己爭取一個檢驗所學專業知識的機會，同時提高自己關于模具特別是多工位級進沖模設計能力。所以，我接受了這個設計任務。在任務開始后，我得到了來自車間領導，指導教師和同學的很多幫助。2月份，整整用了一個月時間，認真學習了級進模相關知識，3月份開始進行設計，邊設計邊學習，設計期間也遇到很多問題，第一關就是排樣設計，確定需要多少多少工位來完成，通過查閱相關資料，最終解決了第一個難題，第二關，就是凸凹模尺寸設計，級進模凸凹模尺寸設計與復合模設計相差較大，但是最終在看書和在指導老師的指導下，順利的解決了，還有卸料問題，由于該模具有彎曲部分，所以如何解決卸料問題也是關健，最終通過查閱相關資料，也解決了相關問題，這副模具終于在5月中旬完成，交給生產部門生產，在生產過程中，作為設計者，也積極參與其中，學到了很多制造方面的知識，目前，這副模具正在裝配中，預計，7月初會進行試模。這次畢業設計，在感受到壓力的同時，也學到了許多知識，首先是級進模具方面知識，另外還有模具加工、裝配方面知識，感謝我實習的公司能給我這次設計機會，總之，這次畢業設計讓我受益匪淺。第二章 設計任務及工藝分析第二章 設計任務及工藝分析2.1 設計任務零件名稱：連接支架 材料：Q235B板厚：1.0mm 厚度偏差：0.09mm工件精度：IT12 生產批量：大批量生產工件簡圖：如圖2-1所示圖2-1 沖件零件圖本次設計的產品是一種連接支架。這種連接支架比較便宜，是一種經濟的產品，但非常實用。本產品用薄鋼板作為材料，用落料、沖孔、彎曲、壓凸、切斷等制造工藝生產。這種連接件適合現代產品輕巧的要求，使零部件運作效果更好。2.2 沖裁件工藝分析2.2.1 材料工藝性該沖裁件的材料為Q235B，查冷沖壓模具設計指導表8-1，其力學性能如下：抗剪強度()：350Mpa抗拉強度(b)：420Mpa屈服強度(s)：235Mpa伸長率()：28%該沖裁件的材料為Q235B鋼，屬于軟鋼，從尺寸標注來看，材料厚度t=1.0mm。 零件標注公差為IT11，未注公差為為IT12，所以精度較低。對應的行業標準（JB）為B精度等級。零件外形最大尺寸為45mm31.6mm，屬于小型零件；且該零件外觀特征基本對稱；從材料的力學性能看出材料的屈服極限和屈服比較小，變形抗力小，變形后回彈小。故沖裁工藝性好，邊上孔的直徑不大，為小孔，直徑為47mm。經校驗其承載能力和抗縱向彎曲能力都已能保證凸模的安全在其沖裁過程中不需要特殊考慮。各工序凸、凹模動作行程的確定應保證各工序動作穩妥、連貫，重視模具材料和結構的選擇，保證一定的模具壽命。2.2.2 結構工藝性 最小圓角半徑此零件本身尺寸要求和設計優化尺寸時，會帶有一些輪廓的連接圓弧角。在實際設計中，為順利完成沖裁，需要對最小圓弧角半徑進行限制。根據沖裁件的材質、尺寸和具體沖裁方法，最小圓角半徑r允許值查冷沖壓模具設計指導表2-1，可知，在落料，連接角度90時，r0.25t=0.25mm；90時，r0.5t=0.5mm。在沖孔，連接角度90時，r0.3t=0.3mm；90時，r0.6t=0.6mm。所以，該沖裁件要求圓角可以沖裁成形。 沖裁件孔的最小尺寸由于沖裁件上孔的尺寸受到凸模強度的限制，不能太小。根據沖裁件的材質、尺寸和具體沖裁方法，沖孔的最小尺寸查冷沖壓模具設計指導表2-2，可知，圓孔半徑 r0.35t=0.35mm；矩形孔邊長 L0.3t=0.3mm。所以，該沖裁件要求孔徑可以沖裁成形。 沖裁件的精度和斷面粗糙度此沖裁件標注公差為IT11，未注公差為為IT12，沖裁加工可以達到要求。沖裁件為連接件，對斷面粗糙度無特殊要求。所以，該沖裁件要求精度可以滿足。 最小彎曲半徑材料在彎曲時，相對彎曲半徑r/t越小，彎曲時切向變形越大。當r/t小于一定值時，則板料的外面將超過材料的最大許可變形而產生裂紋。在板料不產生破壞的條件下，所能彎成零件內表面的最小圓角半徑稱為最小彎曲半徑rmin，并用它來表示彎曲時的成形極限。影響最小彎曲半徑的因素：材料的力學性能；材料表面和側面的質量；彎曲線的方向；彎曲中心角。由于上述各種因素的影響十分復雜，所以最小彎曲半徑rmin的值一般用試驗方法確定。各種金屬材料在不同狀態下的最小彎曲半徑rmin的值不同，查沖壓模具設計與制造表3.2.2，可知，材料Q235B的最小彎曲半徑rmin=0.5t。由于零件板厚t=1mm，零件中彎曲部分最小半徑r=0.8mm0.5mm=0.5t。所以，零件可以彎曲成形。 回彈值的確定由于影響回彈值的因素很多（與材料的力學性能、板材的厚度、彎曲半徑的大小、以及彎曲時校正力的大小等因素有關），因此，要在理論上計算回彈值是有困難的，通常在模具設計時，按試驗總結的數據來選用，經試沖后再對模具工作部分加以修正。如彎曲件的相對彎曲半徑r/t58時，在彎曲變形后，彎曲半徑變化不大，只考慮角度的回彈。利用查表法，由于彎曲件材料Q235B，查冷沖壓模具設計指導表3-1， r/t=0.81,t=1mm。所以，零件90單角自由彎曲時的回彈角=2。2.3工藝方案及模具結構類型的確定確定工藝方案就是確定沖壓件的工藝路線，主要包括沖壓件工序數、工序的組合和順序等，工藝方案中的一個主要內容就是用什么類型的模具，用單工序沖模還是用連續沖模或復合沖模。單工序模、級進模、復合模的比較，見表2.1。表2.1 各種沖裁模的對比關系比較項目單工序模級進模復合模沖壓精度一般可達IT13至IT10級可達IT10至IT8級零件特點中小型尺寸厚度較厚小型件厚度較厚、可加工復雜零件、形狀及尺寸受模具結構與形狀的限制、尺寸可以較大、厚度可達3mm零件平面度一般中小型件不平直、高質量工件需較平沖裁件平直、且有較好的剪切斷面生產效率較低工序間自動送料、生產效率高沖件被頂到模具工作面上必須用手工或機械排除、生產效率稍低制造工作量及成本低沖裁較簡單的工件時、比復合模低沖裁復雜工件時、比級進模低在確定沖壓工藝規程時，可以根據確定的沖壓工藝方案和沖壓件的生產批量、形狀特點、尺寸精度以及模具的制造能力、現有沖壓設備、操作安全方便的要求等，來選擇模具的結構形式。如果工件的生產批量小，可以考慮采用單工的序簡單模具，按沖壓工序逐步地完成，以降低生產成本。若工件的生產批量很大，應當盡量考慮將幾道工序合并在一起，采用一次可以完成多道工序的復合沖模或級進沖模結構。由于沖件同時有落料、沖孔、彎曲、壓凸等結構特征，用一般普通沖壓工藝加工多副模具，且因沖件在加工中重復定位，質量不穩定，效率低，生產成本高，而難以適應大批量、多品種沖壓零件的生產。復合沖模雖然也可在一副模具中完成兩個或兩個以上的工序。但如果工序過多，或所含工序較復雜。就會造成模具的復雜程度急劇增加，進而提高模具制造難度和成本。甚至決定了復合沖模無法完成沖裁。級進沖模則是在一副模具上完成一個工件的全部沖壓加工。沖件無論其形狀的復雜程度，只要科學、合理的進行工藝分析與工藝組合，均可用一副模具沖壓出來。綜上所述，該沖件應設計為級進沖模結構。第三章 毛坯尺寸計算和排樣設計第三章 毛坯尺寸計算和排樣設計3.1 彎曲部分毛坯尺寸計算在該級進沖模設計中，由于模具中同時包含落料、沖孔、彎曲、壓凸等工藝過程。在進行排樣設計之前，應先對沖件的彎曲部分進行平面化處理。3.1.1彎曲中性層位置的確定彎曲件毛坯尺寸計算是按彎曲中性層長度不變的原則進行的。根據中性層的定義，彎曲件的坯料長度應等于中性層的展開長度。中性層位置以曲率半徑表示，通常用下面經驗公式確定，查沖壓模具設計與制造公式3.4.1，可知，=r+xt式中：r零件的內彎曲半徑；t材料厚度；x 中性層位移系數。中性層位移系數，查沖壓模具設計與制造表3.4.1，由于r/t=0.8，查得x=0.3。將r=0.8mm代入公式，可知，= r+xt=0.8+0.31=1.1所以，沖件坯料中性層位移系數x=0.3，曲率半徑=1.1。3.1.2彎曲件毛坯尺寸計算彎曲件彎曲形狀比較簡單，彎曲部分尺寸精度要求不高，由于零件的內彎曲半徑r=0.8mm，板厚t=1mm，而r0.5t的彎曲件變薄不嚴重，按中性層展開的原理，坯料長度應等于彎曲件直線部分和圓弧部分長度之和，即，Lz=l1+l2+= l1+l2+(r+xt)式中：Lz坯料展開總長度；彎曲中心角，( )。有已知的沖件尺寸進行計算，Lz1=14.2+14.2+28.8+(0.8+0.31)2=60.656mmLz2=2.2+2.2+28.8+(0.8+0.31)2=36.656mm所以，沖件的毛坯圖及尺寸如圖3-1所示。圖3-1 毛坯圖3.2 搭邊值、條料寬度和導料板間距離的確定3.2.1基準選擇在排樣設計方案選擇時，首先應遵循級進沖模的尺寸標注基準與沖壓零件基準重合的原則，以防止因基準變化而影響尺寸精度和造成加工中可能產生的累積誤差。該模具中，選擇零件基準作為沖模各工位的定位基準，如圖3-2所示。圖3-2 基準關系示意圖3.2.2 搭邊值和步距排樣時，沖裁件之間以及沖裁件與條料側邊之間余下的工藝廢料叫搭邊。搭邊值對沖裁過程及沖裁件質量有很大影響，因此一定要合理確定搭邊值。搭邊值過大，材料利用率低；搭邊過小時，搭邊的強度和剛度不夠，沖裁時容易翹曲或被拉斷，不僅會增大沖裁件的毛刺，有時甚至單邊拉入模具間隙，造成沖裁力不均，損壞模具刃口。所以，應結合材料的力學性能、厚度、沖裁件的形狀尺寸及送料擋料方式等因素合理選擇搭邊值。且設計級進模設計中，為保證料帶有足夠的強度，應將工件間距離合理安排。搭邊值是有經驗確定的，查沖壓模具設計與制造表2.5.2。所以，零件排樣時工件間a1=5mm，側面a=1.8mm，步距S=50mm。3.2.3 條料寬度與導料板間距離的計算導料板是對條料或帶料的側向進行導向，以免送偏的的定位零件。在排樣方案和搭邊值確定之后，就可以確定條料的寬度，進而確定導料板間的距離。由于在確定側面搭邊值時已經考慮了減料公差所引起的減小值，所以條料寬度的計算一般采用簡化公式。由于此模具設計考慮采用帶有側刃定距的級進沖模，材料的送進步距用側刃定位時，材料寬度必須考慮側刃切去的部分，故查沖壓模具設計與制造公式2.5.7/8/9，條料寬度： B=(Lmax+nb1) 導料板間距離： B=B+CB1= Lmax +y式中：Lmax條料寬度方向沖裁件的最大尺寸；條料寬度的單向偏差；n側刃數；b1側刃沖切的料邊寬度；C沖切前條料寬度與導料板間間隙，查沖壓模具設計與制造表2.5.5；y沖切后條料寬度與導料板間間隙，查沖壓模具設計與制造表2.5.6。查表得：C=0.5mm，y=0.1mm，計算得B=64.256mmB=64.756mmB1=60.756mm所以，沖模條料寬度與導料板間距離如圖3-3所示。圖3-3 有側刃的沖裁3.2.4 材料利用率材料利用率是衡量合理利用材料的經濟性指標。一個步距內的材料利用率查沖壓模具設計與制造公式2.5.1，=100式中：A條料寬度方向沖裁件的最大尺寸；B條料寬度的單向偏差；s側刃數；所以，=613.3 排樣方案設計作為級進沖模設計中的關鍵要素，排樣圖的設計最為重要。排樣圖設計的正確性、合理性確定了級進沖模加工的正確性、合理性。在沖壓生產中，節約金屬和減少廢料具有非常重要的意義，特別是在大批量生產中，較好的確定沖件形狀尺寸和合理排樣是降低成本的有效措施之一。在一般冷沖模設計中，各種沖壓工序的排列順序已經形成一定規律。由于級進模是個工序組合后的連續送料沖裁加工，因而與普通沖壓加工的順序要求不同，在設計排樣圖時，應考慮各類級進沖模的特點和內在關系，保證能順利的沖制出符合質量要求的沖壓件。根據級進沖模設計與模具結構實例第一章，第二節中，關于“各種沖壓工序在排樣設計中的排樣原則”敘述：帶有沖裁、彎曲類型的級進沖模，在排樣設計時，應先沖制導正釘孔和沖切出型孔及需要彎曲、成型部位的局部外形，再進行彎曲成型。后面工位再分步逐個切割出余下的局部外形和型孔，沖切靠近彎曲邊緣的孔或側壁孔。最后工位為載體與沖裁連接部分的局部外形沖切分離。3.3.1總工位數的確定和空工位的合理設置 設計排樣圖時，在全面考慮了各個沖壓工序在排樣中的順序后，應確定被沖制零件在全部沖壓過程中共需多少個加工工位，要設置幾個空工位，以及每個工位具體的沖加工內容，各工位與坐標基準間的定距尺寸和主要沖壓加工部位的尺寸精度。由于沖件形狀和工序要求不同，工位數的多少和各工位的作業內容應按具體沖壓生產的技術要求靈活決定，但在具體設計排樣圖時還應遵循一些基本原則。 工位數的確定 應保證沖件的尺寸和形狀精度。 對復雜型孔和外形的切割沖制，在不影響精度要求和模具外形尺寸的情況下，應盡量簡化各工位型孔或局部外形的沖制切割形狀。 對于使用在普通低速沖壓設備上的級進沖模，為使模具簡單、實用、操作方便，應盡可能簡化工序內容。 對于許多次拉伸的級進沖模，因需連續沖壓，其拉伸工序的安排和拉深系數的選取應以安全、穩定、可靠為原則。 對于有復雜彎曲成型工序的級進沖模，為保證沖件的彎曲角度和尺寸精度，并便于模具制造，應分工位逐個彎曲成型，切不可強行一次彎曲成型。所以，沖模設計5個有效工位，分別為：側刃定位、沖孔、沖外形、彎形及壓凸、切斷。 空工位的合理設置在設計排樣圖時，設置空工位的目的，一是防止沖壓模具工作零件間干涉現象的產生；二是保證模具有足夠的強度和剛度。因沖裁、彎曲、整形等工藝編排順序結合帶料連接強度的需要，或因沖裁工藝要求需在模具設計中設置倒沖、側向沖壓等特殊結構裝置時，必須設置相應的空工位。在級進模中大多有空工位設置的情況。在排樣設計時應慎重選用有效工位和空工位的組合配置，絕不能無原則的增設空工位而增大工作間距，產生累計誤差的可能。這樣也會增大模具的工作周界，為此，空工位的設置原則有： 在側刃為精定距的級進沖模中，條料的送進誤差是隨工位數的增多而逐漸增大的，所以此類級進沖模在排樣設計時盡可能不設或少設空工位。 在以導正釘為精定距的級進沖模中，帶料送進后，由導正釘在不同工位上同時對帶料進行導正，這樣可以抵消工位間的送進誤差，因而帶料送進的累積誤差小，此類級進沖模在排樣設計時可適當的多設空工位。 當模具的工位間距較大時（15mm以上），不宜多設空工位。 針對各沖壓零件的形狀、尺寸精度和形位公差等不同的技術要求，應具體分析，靈活掌握，以判斷是否可少設置或不設置空工位。由于模具設計中第3工位（沖外形）與第4工位（彎形）之間存在位置干涉。所以，模具結構在第3工位后設置一個空工位，總工位6個。3.3.2載體及沖件沖切過程中連接形式的選擇級進沖模中帶料運載連接沖壓零件向前送進的那部分材料稱為載體。由于沖件兩側有彎曲成型工藝要求，在模具設計中，宜采用中間載體結構連接。這樣不僅可以節約材料，提高材料利用率。還有利于抵消兩側同時成型時產生的側向壓力。根據分析，在選擇中間載體結構時，沖模宜采用切除廢料級進沖模結構形式進行設計。切除廢料級進沖模：是將沖件的全部外形分解成若干個簡單型孔，與沖件中的其它型孔一起，分設在不同工位，經逐個工位的連續沖切、沖壓（即將沖壓工序中的結構廢料與工藝廢料全部切入凹模），最后獲得留在凹模平面上的成品或工序件。所以，沖模設計選擇具有中間載體的切除廢料級進沖模結構形式。3.3.3排樣方案根據以上對沖模排樣方式的分析，確定模具排樣方案為：包含6個工位（一個空工位）的具有中間載體的切除廢料級進沖模結構形式，排樣圖如圖3-4所示。圖3-4 排樣圖如圖，沖件由兩次沖孔、兩次沖外形、一次彎形和壓凸、最后切開等六個工位沖壓成形。工位1：成型側刃沖外形并定距，沖孔并作導正孔；工位2：沖2處型孔，2處導正孔；工位3：沖外形，留載體；工位4：空工位；工位5：壓彎，壓凸；工位6：切斷。第四章 沖模主要工藝參數第四章 沖模主要工藝參數4.1 沖模沖裁部分工藝參數4.1.1 沖裁間隙值的確定凸、凹模間隙對沖裁件斷面質量、尺寸精度、模具壽命以及沖裁力、卸料力、推件力等有較大影響，所以必須選擇合理的間隙。沖裁間隙數值主要按制件質量要求，根據經驗數值來選用。電子、電器、儀表等行業對制件斷面質量和尺寸精度要求較高，可選用較小間隙值。本次設計中，制件便屬于此類零件。沖件材料為Q235B，板厚t=1mm的板材，查冷沖壓模具設計指導表2-8。所以，沖模初始雙邊間隙Zmax=0.140mm，Zmin=0.100mm。4.1.2 整體式凹模輪廓尺寸的確定沖裁時凹模承受沖裁力和側向擠壓力的作用。在生產中，通常根據沖裁的板料厚度和沖裁的輪廓尺寸，或凹模孔口刃壁間距離，按經驗公式來確定，查沖壓模具設計與制造公式2.9.3/4，可知，凹模厚度 H=kb(15mm)凹模壁厚 C=(1.52)H(3040mm)式中：b凹模刃口的最大尺寸(mm)；k系數，考慮板料厚度的影響。其中，查沖壓模具設計與制造表2.9.5得，凹模厚度系數k=0.300.40。所以，Hkb=0.440=16mmC(1.52)H=1.516=24mm4.2 沖模彎曲部分工藝參數4.2.1 彎曲模結構設計應注意的問題 模具結構應能保證坯料在彎曲時不發生偏移。為了防止坯料偏移，應盡量利用零件上的孔，用定料銷釘定位。 模具結構不能妨礙坯料在合模過程中應有的轉動和移動。 模具結構應能保證彎曲時產生的水平方向的錯移力得到平衡。4.2.2彎曲模工作部分尺寸設計 凸模圓角半徑rT當工件的相對彎曲半徑r/t較小時，凸模圓角半徑rT取等于工件的彎曲半徑，但不應小于最小彎曲半徑rmin=0.5mm。所以，rminrT = r =0.8mm。 凹模圓角半徑rA凹模圓角半徑rA不能過小，以免擦傷工件表面，影響模具壽命。凹模兩邊的圓角半徑應一致，否則在彎曲時坯料會發生偏移。rA值通常根據材料厚度選取：t2mm時，rA=(36)t。所以，rA=3mm。 凹模深度l0凹模深度l0過小，則坯料兩端為受壓部分較多，工件回彈大且不平直，影響工件質量。若過大，則浪費模具鋼材。且需沖床有較大的行程。本沖模設計的彎曲部分屬于U形件彎曲模結構。凹模深度l0值查沖壓模具設計與制造表2.9.5，所以，l0=10mm。 凸、凹模間隙U形件彎曲模的凸、凹模單邊間隙一般可按經驗公式計算，查沖壓模具設計與制造公式3.9.1，Z/2= t+Ct+式中：Z/2彎曲模凸、凹模單邊間隙；t工件材料厚度；C間隙系數，查沖壓模具設計與制造公式3.9.4，C=0.05；材料厚度的正偏差；=0.045mm。所以，Z/2=1+0.051+0.045=1.095mm4.3 沖壓力的計算沖壓模設計時，為了合理地設計模具及選用設備，必須計算沖壓力，壓力機的噸位必須大于所計算的沖壓力，以適應沖壓的需求。4.3.1 沖裁工藝沖壓力 沖裁力F該級進沖模選擇平刃口結構，模具沖裁時，其沖裁力F查沖壓模具設計與制造公式2.6.1可知，F=KLtb式中：F沖裁力；L沖裁周邊長度；t材料厚度；b材料的抗剪強度；K系數，一般取1.3。其中，沖件沖裁周邊長度L=552+4+16+5+(4.7+5.3+1+8.7+27.3) 2+31=110+4+50.24+15.7+94+31=304.94mm則F=1.3304.941350=138747.7N所以，F138.7KN 推件力、卸料力和頂件力推件力、卸料力和頂件力是有壓力機和模具卸料裝置或頂件裝置傳遞的。所以在選擇設備的公稱壓力或設計沖模時，應分別予以考慮。由于本模具采用級進沖模結構設計，沖裁均屬于沖孔范疇，所以推件力在本模具中不予考慮。查沖壓模具設計與制造公式2.6.3/4/5可知，卸料力 FX=KXF頂件力 FD=KDF式中：F沖裁力；KD、Kx頂件力、卸料力系數。查沖壓模具設計與制造表2.6.1可知，KD=0.06，Kx=0.04。所以，FX=138.70.045.55KNFD=138.70.068.32 KN 沖裁工藝沖壓力Fc壓力機的公稱壓力必須大于或等于各種沖壓工藝力的總合。FC的計算應根據不同的模具結構分別對待。查沖壓模具設計與制造公式2.6.7，采用彈性卸料裝置的沖裁模時FC= F+FX+FD所以，FC=138.7+5.55+8.32152.6KN4.3.2 彎曲工藝沖壓力彎曲力是選擇壓力機和設計模具的重要依據之一。由于彎曲力受材料性能、零件形狀、彎曲方法、模具結構等多種因素的影響，很難用理論分析的方法進行準確計算，所以在生產中常采用經驗公式計算。 自由彎曲時的彎曲力F自由于彎曲件受力屬于U形件彎曲力，查沖壓模具設計與制造公式3.5.2可知，F自=式中：F自自由彎曲在沖壓行程結束時的彎曲力；B彎曲件的寬度；t彎曲材料的厚度；r零件的內彎曲半徑；b材料的抗拉強度；K安全系數，一般取K=1.3。該沖件彎曲部分對稱，B=32mm；零件的內彎曲半徑r=0.8mm；板厚t=1mm；材料的抗拉強度b =420Mpa。所以，F自=6795N 推件力或頂件力此模具彎曲部分設有頂件裝置，其頂件力FD可近似取自由彎曲的30%80%，查沖壓模具設計與制造公式3.5.4可知，FD=(0.30.8) F自所以，FD=0.367952718N 彎曲工藝沖壓力F彎對于有壓料的彎曲，查沖壓模具設計與制造公式3.5.5可知，F彎(1.21.3)( F自+FD) 所以，F彎11400N4.3.3 壓凸部分沖壓力由于壓凸成型過程與壓制加強筋類似，所以壓凸的壓力按照加強筋的計算方法計算。查沖壓模具設計與制造公式5.2.2可知，F壓凸=KLtb式中：K系數，一般取K=0.71，且筋寬而淺時取小值；L加強筋截面長度；t材料厚度；b材料的抗拉強度。所以，F壓凸=0.7181420=5292N4.3.4 沖壓力F總模具總沖壓力是模具工作中所有工藝壓力的合力。即，F總=Fc+F彎+F壓凸所以，F總170KN4.4 沖模壓力中心的確定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，應是模具的壓力中心與壓力機滑塊的中心線相重合。由于級進沖模的壓力中心大多不在模具的工作中心上（存在一定的差異，這是由其加工特征所決定的），在實際生產中級進沖模的壓力中心應保證在（或調整到）其模柄的投影面內，以保證沖壓的正常進行和模具的使用壽命，如圖4-1所示。圖4-1 級進沖模壓力中心與壓力機中心關系示意圖4.4.1 多種沖壓工藝級進沖模壓力中心的分析由于本設計中沖模包含多種沖壓工藝類型，顯然在判斷壓力中心時就不能單一的考慮沖孔輪廓的位置。查沖壓模具設計與制造公式2.6.1、3.5.2、5.2.2，級進沖模設計中沖裁力、彎曲力、壓凸力的計算公式分別為，F=KLtbF自=F壓凸=0.7Ltb零件材料t=1mm、b=350Mpa、b=420Mpa、r=0.8mm，設計過程中三種沖壓力不應簡單的通過各自輪廓長度及坐標計算。通過對公式的觀察比較，可以發現，在沖裁長度L、彎曲寬度B、壓凸長度L相同時，有，0.47F= F自，0.63F=F壓凸結合沖模的排樣圖，壓凸部分和彎曲部分在模具中的位置關系，如圖4-2所示。圖4-2 彎曲和壓凸工位示意圖由于彎曲、壓凸部分各自關于送料軸線對稱，并且此處的彎曲力和壓凸力的合力，可以近似等效為一個作用在O點的沖裁力，作用長度L=50mm。4.4.2 壓力中心的計算確定多凸模模具的壓力中心，是將各個凸模的壓力中心確定后，再計算模具的壓力中心。先畫出凹模刃口圖所示，在圖中將XOY坐標系建立在圖示的對稱中心線，圖形分解成L1L7組基本線段，用解析法求得該模具的壓力中心。由排樣圖可知，模具所受沖壓力基本沿X軸對稱，則模具壓力中心應在X軸中心線上，如圖4-3所示。圖4-3 壓力中心示意圖X0=-89mmY0=0mm由計算可知，壓力中心在圖示坐標系中的坐標為（-89，0），如圖4-3中P。O1為模具中心，P與O1沒有重合。但P在模柄投影面內，則可以視為排樣是合理的。第五章 模具主要主要工作部分結構設計第五章 模具主要工作部分結構設計5.1 沖裁部分結構設計5.1.1 凸、凹模刃口尺寸計算原則及部分參數確定由于凸、凹模之間存在間隙，所以沖裁件斷面都帶有錐度。且落料件的大端尺寸等于凹模尺寸，沖孔件的小端尺寸等于凸模尺寸。沖裁過程中，凸、凹模與沖裁零件或廢料發生摩擦，凸模輪廓越磨越小，凹模輪廓越磨越大，結果使間隙越用越大。因此，確定凸、凹模刃口尺寸應區分落料和沖孔，并遵循如下原則： 設計落料模先確定凹模刃口尺寸，以凹模為基準，間隙取在凸模上。設計沖孔模先確定凸模刃口尺寸，以凸模為基準，間隙取在凹模上。 根據沖模的磨損規律，在設計落料模時，凹模基本尺寸應取接近或等于工件的最小極限尺寸；設計沖孔模時，凸模基本尺寸應取接近或等于工件孔的最大極限尺寸。沖模磨損預留量與工件制造精度有關，用x表示，其中為工件的公差值，x為磨損系數，數值根據工件精度選取。 設計中，沖裁間隙一般選用最小合理間隙值（Zmin）。 一般沖模制造精度較工件精度高24級。 工件尺寸公差與沖模刃口尺寸公差應遵循“入體”原則。綜上所述，工件標注精度為IT11級，未標注精度為IT12級。設計中統一按IT11級考慮。則，x=0.75。模具制造精度取IT7IT8級。5.1.2 沖裁部分凸、凹模結構設計由于模具結構屬于切出廢料級進模，所以模具中沖裁均屬于沖孔范疇。即設計時以凸模為基準。并按凸模與凹模分別加工法設計。查沖壓模具設計與制造公式2.4.3/4/5，計算方法為： 沖孔dT=(dmin+ x) dA=(dT+ Zmin) 孔心距Ld=L式中：dT、dA沖孔凸、凹模尺寸；dmin沖孔件孔的最小極限尺寸；L、Ld工件孔心距和凹模孔心距的公稱尺寸；工件制造公差；Zmin最小合理間隙；x磨損系數；T、A凸、凹模的制造公差，T按IT7級，A按IT8級選取。 定距側刃及沖孔結構設計如圖5-1是定距側刃及沖孔結構的排樣圖，計算模具刃口尺寸見表5.1。圖5-1 定距側刃和沖孔工位示意圖成型側刃凸模及凹模可根據沖孔模的設計原則，孔按側刃凸模配制，去單面間隙。側刃長度一般為：S側=步距公稱尺寸+0.050.1mm側刃寬度B為610mm，側刃制造公差取負值，一般為0.02mm。所以，側刃長度 S側=50.05側刃凹模長度 S1=50.10表5.1 定距側刃及沖孔結構尺寸計算結構名稱零件尺寸計算公式凸模尺寸標注凹模尺寸標注成型側刃R3.5dT=(dmin+ x) dA=(dT+ Zmin) R3.556R3.60622.0452.09588.0688.168沖孔55.0565.15644.0564.156 沖外形結構設計如圖5-2所示，該工位目的是切除工件頭部兩側廢料。其中，沖外形凸模頭部設置導正銷與第二工位產生的兩個導正孔配合，精確的沖出零件外形。圖5-2 成型沖裁工位示意圖所以，模具刃口尺寸計算結果見表5.2。表5.2 沖外形結構尺寸計算結構名稱零件尺寸計算公式凸模尺寸標注凹模尺寸標注沖外形結構R9dT=(dmin+ x) dA=(dT+ Zmin) R8.883 R8.9331818.08318.18320.11520.21120.31127.81727.91528.0151313.08313.133 切斷沖模結構設計切斷工位如圖5-3所示，其作用是將沖裁剩余的載體切斷，從而最終得到完整的制件。次工位通過卸料導正銷將條料定位完成沖裁。圖5-3 切斷沖模工位示意圖所以，切斷沖模刃口尺寸計算結果見表5.3。表5.3 切斷沖模結構尺寸計算結構名稱零件尺寸計算公式凸模尺寸標注凹模尺寸標注切斷工位結構R9dT=(dmin+ x) dA=(dT+ Zmin) R8.883 R8.9331818.08318.1836.56.5686.6182.52.5452.5955.2 彎曲部分結構設計U形彎曲件標注內形尺寸時，應以凸模為基準件，間隙取在凹模上。而凸、凹模的尺寸和公差則應根據工件的尺寸、公差、回彈系數以及模具磨損規律而定。如圖5-4所示。圖5-4 彎曲結構示意圖查沖壓模具設計與制造公式3.9.4/5，尺寸標注在內形上的彎曲件凸、凹模尺寸分別為，LT=(Lmin+0.75) LA=( LT+C) 式中：LA 、LT凸、凹模橫向尺寸；Lmin彎曲件橫向的最小極限尺寸；彎曲件橫向的尺寸公差；A、T凹、凸模的制造公差，可采用IT7IT9級精度，一般取凸模的精度比凹模精度高一級。由于Lmin=29.6mm，=0.1mm。所以，LT=(Lmin+0.75) =(29.6+0.750.1) =29.675LA=( LT+Z) =(29.675+2.19) =31.8655.3 壓凸部分結構設計實際設計和生產中，壓凸與壓印過程均屬于平板毛坯的局部脹形工藝范疇。此類結構特點是不僅可以在設計中滿足零件局部的空間位移，又能使沖件的局部結構強度增加。且不要求較高的尺寸精度。所以，在設計壓凸沖模結構時，直接套用沖件相應尺寸即可。如圖5-5所示。圖5-5 壓凸區域示意圖第六章 沖模的總體設計第六章 沖模的總體設計6.1 沖模基本尺寸的確定6.1.1 沖模中模板外形尺寸的確定 凹模板尺寸確定凹模的外形一般有矩形與圓形兩種，凹模的外形尺寸應保證凹模有足夠的強度與剛度，凹模的厚度還應包括使用期內的修磨量，凹模的外形尺寸一般是根據材料厚度和沖裁件的最大外形尺寸來確定。第四章中得出的凹模板厚應大于16mm，凹模壁厚應大于24mm。且由零件排樣圖可知沖模工作區域約為340mm80mm。模具所采用的M8內六角螺栓，要求的最小壁厚為15mm。凹模刃口高度一般取68mm，這里取6mm。所以，將凹模板尺寸定為390mm150mm20mm。 沖模中其余各板厚度的確定 墊板墊板的作用是直接承受凸模的壓力，以降低模座所承受的單位壓力。防止模座被局部壓陷，從而影響凸模的正常工作。查沖壓模具設計與制造表2.9.13得，單位壓力P大于模座材料的許用應力需要墊板。如果頭部端面上的單位壓力p大于模座材料的許用壓力時，就需要加墊板；反之則不需要加墊板。所以，選取墊板厚度為：H墊=15mm 導料板導料板的厚度一般由沖件的板厚決定，查沖壓模具設計與制造表2.9.7。所以，導料板厚度為：H導=8mm 凸模固定板凸模固定板將凸模固定在模座上，其平面輪廓尺寸除了應保證凸模安裝孔外，還要考慮螺釘與銷釘孔的位置。其形式有圓形和矩形兩種，厚度一般取凹模厚度的0.60.8倍，此零件所需凸模固定板厚度為：H固=15mm 卸料板卸料彈壓裝置是由卸料板、彈性元件、卸料螺釘等零件組成。該裝置既起卸料作用又起壓料作用，所得沖裁零件質量較好，平直度較高。因此質量要求較高的沖裁件或薄板沖裁宜用彈壓卸料裝置。 H卸=8+2+10=20mm 凹模固定板由于沖模的彎曲結構和切斷結構等需要鑲拼在模具中。就要求模具凹模板下應設置凹模固定板。為保證對鑲塊的有效固定，選擇凹模固定板的厚度為：H固1=20mm6.1.2 模架的選擇及校核 模架的選擇根據標準規定，模架主要有兩大類：一類是由上模座、下模座、導柱、導套組成的導柱模模架；另一類是由彈壓導板、下模座、導柱導套組成的導板模模架。導柱模模架按導向結構形式分為滑動導向和滾動導向兩種。滑動導向模架的精密等級分為I 級和II級。按導柱的位置不同，又分為對角導柱模架、中間導柱模架、四角導柱模架等結構。根據沖模的設計精度要求及沖裁方案的設計，該模具采用四導柱式滾動導向鋼板模架，這樣可以更好保證沖模的精度，提高模具壽命。查GB/T7182.41995選取L=400mm，B=160mm，H=195mm的0I級精度的標準模架一副。 模架閉合高度的校核壓力機的閉合高度可通過調節連桿長度在一定范圍內變化。當連桿調至最短（對偏心壓力機的行程應調到最小），滑塊底面到工作臺上平面之間的距離，為壓力機的最大閉合高度；當連桿調至最長（對偏心壓力機的行程應調到最大），滑塊處于下止點，滑塊底面到工作臺上平面之間的距離，為壓力機的最小閉合高度。壓力機的裝模高度是指壓力機的閉合高度減去墊板厚度的差值。沒有墊板的壓力機，其裝模高度等于壓力機的閉合高度。模具的閉合高度是指沖模在最低工作位置時，上模座上平面至下模座下平面之間的距離。根據以上的論述，結合模架及各沖模板的尺寸，此時模具閉合高度為：H閉=40+50+20+20+20+5+15+20=190mmHmin=195mm所以，模具閉合高度過低，應增大閉合高度。將凹模板、凸模固定板、凹模固定板的厚度均設為25mm.則，此時模具閉合高度為：H閉=40+50+25+25+25+5+15+20=205mmHmin=195mm所以，模具閉合高度符合要求。6.2 壓力機的選擇由于模具所需壓力F總170KN，并考慮經濟性因素。選擇250KN開式壓力機。其主要技術參數見表6.1。表6.1 250KN開式壓力機主要技術參數項目參數項目參數公稱壓力/KN250工作臺孔尺寸/mm左右260發生公稱壓力時滑塊距下止點的距離/mm6滑塊行程/mm80前后130行程的次數/（次.min-1）100直徑180最大閉合高度/mm固定臺和可傾式250立柱間距離/mm260活動臺位置最低360活動臺壓力機滑塊中心到床身緊固工作臺平面距離/mm180最高180閉合高度調節量/mm70模柄孔尺寸（直徑/mm 深度/mm）5070滑塊中心到床身距離/mm190工作臺板厚度/mm70工作臺尺寸/mm左右560傾斜角（可傾式）30前后3606.3其他零件參數確定6.3.1沖模零件材料模具刃口要有較高的耐磨性，并能承受沖裁時的沖擊力。因此凸模材料應該有較高的硬度與適當的韌性。形狀簡單的凸模常常采用T8A，T10A等制造。形狀復雜，淬火變形大，特別是用線切割方法加工時，應該選用合金工具鋼，比如Cr12，9Mn5V，Cr5Mo1V，Cr6WV等制造。其熱處理硬度取5862HRC。所以，設計中沖孔凸、凹模材料為Cr5Mo1V，壓凸凸凹模材料為T10A，固定板材料為45號鋼。6.3.2 凸凹模結構確定 凸模結構設計直通式凸模，其工作部分和固定部分的形狀與尺寸做成一樣。這類凸模可以采用成型磨削、線切割等方法進行加工，加工容易，但固定板型孔的加工較復雜。這種凸模的工作端應進行淬火，淬火長度約為全長的1/3。另一端處于軟狀態，便于與固定板鉚接。為了鉚接，其總長度應增加1mm。直通式凸模常用于非圓形斷面的凸模。本模具中對于轉子槽的沖制就是采用這種形式。臺階式凸模，工作部分和固定部分的形狀與尺寸不同。固定部分多做成圓形或矩形