PAGEPAGE30緒論模具工業(yè)作為一種新興工業(yè)，它有節(jié)約原材料、節(jié)約能源、較高的生產(chǎn)效率，以及保證較高的加工精度等特點(diǎn)，在國民經(jīng)濟(jì)中越來越重要。模具技術(shù)成為衡量一個(gè)國家制造水平的重要依據(jù)之一，其中沖載模具在模具工業(yè)中舉足輕重的地位。沖壓技術(shù)廣泛應(yīng)用于航空、汽車、電機(jī)、家電、通信等行業(yè)的零部件的成形的加工。據(jù)國際生產(chǎn)技術(shù)協(xié)會預(yù)測，到本世紀(jì)中，機(jī)械零部件中60%的粗加工、80%的精加工要有模具來完成加工。因此，沖壓技術(shù)對發(fā)展生產(chǎn)、增加效益、更新產(chǎn)品等方面具有重要作用。目前，我國沖壓技術(shù)與先進(jìn)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)理論及成形工藝、模具標(biāo)準(zhǔn)化、模具設(shè)計(jì)、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)致我國模具在壽命、效率、加工精度、生產(chǎn)周期等方面與先進(jìn)工業(yè)發(fā)達(dá)國家的模具相比差距相當(dāng)大。隨著工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量的不斷提高，沖壓產(chǎn)品生產(chǎn)正呈現(xiàn)多品種、少批量，復(fù)雜、大型、精密，更新?lián)Q代速度快的變化特點(diǎn)，沖壓模具正向高效、精密、長壽命、大型化方向發(fā)展。為適應(yīng)市場變化，隨著計(jì)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(jì)與制造技術(shù)正由手工設(shè)計(jì)、依靠人工經(jīng)驗(yàn)和常規(guī)機(jī)械加工技術(shù)向以計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、數(shù)控切削加工、數(shù)控電加工為核心的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造（CAD/CAM）技術(shù)轉(zhuǎn)變。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的是對所學(xué)知識的全面總結(jié)和運(yùn)用，鞏固和加深各種理論知識靈活運(yùn)用。目標(biāo)是通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，可以很好的培養(yǎng)獨(dú)立思考，獨(dú)立工作的能力，為走上工作崗位從事技術(shù)工作打下良好的基礎(chǔ)。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)課題為片裝彈簧沖壓級進(jìn)模。首先對墊板的沖壓工藝進(jìn)行了分析，介紹了落料沖孔模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)，同時(shí)編制了落料沖孔復(fù)合模的制造工藝和裝配工藝。設(shè)計(jì)題目：片狀彈簧沖壓級進(jìn)模如圖1-1材料：黃銅H68（半硬）生產(chǎn)批量：20萬件/年料厚：1mm圖1-1片狀彈簧1沖壓工藝分析及工藝方案的定1.1工藝分析該制件形狀簡單，尺寸較小，厚度適中，一般批量，屬普通沖壓件，制件尺寸精度為IT14級。由制件圖分析可知：（1）2-∮3.5㎜兩孔壁距及周邊距僅2.25～2.5㎜。（2）制件頭部有15的非對稱彎曲，控制回彈是關(guān)鍵。（3）制件較小，從安全考慮要采用適當(dāng)?shù)娜〖绞健＃?）有一定的批量，應(yīng)重視模具材料和結(jié)構(gòu)的選擇，保證一定的模具壽命。1.2工藝方案的確定根據(jù)制件工藝性分析，其基本工序有落料，沖孔和彎曲三種。按其先后順序組合，可得如下五種方案：落料-彎曲-沖孔，單工序沖壓落料-沖孔-彎曲，單工序沖壓沖孔-切口-彎曲-落料，單件復(fù)合沖壓沖孔-切口-彎曲-切斷-落料，兩件連沖復(fù)合沖孔-切口-彎曲-切斷，兩件連沖級進(jìn)沖壓方案（1），（2）屬于單工序沖壓，由于此制件生產(chǎn)批量較大，尺寸又較小，這兩種方案生產(chǎn)率較低，操作也不安全，故不宜采用。方案（3），（4）屬于復(fù)合式?jīng)_壓，由于制件結(jié)構(gòu)尺寸小，壁厚小，復(fù)合模裝配較困難，強(qiáng)度也會受到影響，壽命不高，又因沖孔在前，落料在后，以凸模插入材料和凹模內(nèi)進(jìn)行落料，必然受到材料的切向流動壓力，有可能使∮3.5㎜，凸模縱向變形因此采用復(fù)合沖壓，除解決了操作安全性和生產(chǎn)率等問題外，又有新的難題。因此使用價(jià)值不高也不采用。方案（5）屬于級進(jìn)沖壓，既解決了方案（1），（2）的問題又不存在方案（3），（4）的難點(diǎn)，故此方案最為合適。1.3模具結(jié)構(gòu)形式的確定因制件材料較薄，為保證制件平整，采用彈壓卸料裝置。它還可對沖孔小凸模起導(dǎo)向作用和保護(hù)作用。為方便操作和取件，選用雙柱可傾壓力機(jī)縱向送料，因制件薄而窄采用側(cè)刃定位，生產(chǎn)率高，材料消耗也不大。綜上所述，由《冷沖模設(shè)計(jì)指導(dǎo)》表4-2，4-7應(yīng)選用彈壓卸料縱向送料典型組合結(jié)構(gòu)形式，對角導(dǎo)柱滑動導(dǎo)向模架。2沖壓工藝計(jì)算及設(shè)計(jì)2.1計(jì)算毛坯尺寸相對彎曲半徑為R/t=2/1=2﹥0.5式中R——彎曲半徑（mm）t——料厚（mm）可見，制件屬于圓角半徑較大的彎曲件，應(yīng)先求彎曲變形區(qū)中性層曲率半徑（mm）=r+xt式中r——零件的內(nèi)彎曲半徑t——材料厚度x——中性層位移系數(shù)見《冷沖壓技術(shù)》表4-5由《冷沖壓技術(shù)》表4-5應(yīng)變中性層位移系數(shù)x值查出x=0.38=（2+0.38x1）mm=2.38mm由圓角半徑較大（r﹥0.5t）的彎曲件毛料長度計(jì)算公式l=∑l+∑l；l=式中l(wèi)——彎曲件毛料展開長度（mm）∑l——彎曲件各直線段長度之和（mm）∑l——彎曲件各彎曲部分中性層展開長度之和（mm）由圖1-2可知∑l=AB+BC；∑l=CE+EF式中AB=20mmBG=36-20=16mmOD=2+1+2=3mmOC==4mmBO==16.56mmBC=BO-OC=16.56-4=12.56mm=arccos=36.87=90-36.87=53.13圖1-2幾何關(guān)系圖∑l=（20+12.56）mm=32.56mm∑l=（+）=8.14mml=（32.56+8.14）mm=41mm畫排樣圖因2-∮3.5mm的孔壁距較小，考慮到凹模強(qiáng)度，將兩個(gè)孔分兩步?jīng)_出，沖孔與切口工步之間留一空位工步，故該制件需六個(gè)工步完成。由參考文獻(xiàn)1表2-9切斷工序中工藝廢料帶的標(biāo)準(zhǔn)值，表2-10切口工序中工藝廢料的標(biāo)準(zhǔn)值，表2-13條料寬度公差，表2-14側(cè)刃裁切的條料的切口寬F得F=1.5mmS=3.5mm=0.5mmC=3mm（考慮到凸模強(qiáng)度實(shí)取C=5mm）由側(cè)刃條料寬度尺寸B（mm）的確定公式B=（L+1.5a+nF）-得條料寬度BB=（2l+C+2F）=（41x2+5+2x1.5）mm=90mm如圖1-3所示，畫排樣圖查表3-8，選板料規(guī)格為1500mmx600mmx1mm，每塊可剪600mmx90mm規(guī)格條料16條，材料剪裁利用率達(dá)96%。圖1-3排樣圖2.2計(jì)算材料利用率=x100%式中A——一個(gè)步矩內(nèi)沖裁件的實(shí)際面積B——條料寬度S——步矩=ｘ100%=65%2.3計(jì)算沖壓力完成本制件所需的沖壓力由沖裁力，彎曲力及卸料力，推料力組成（1）沖裁力F（N）的計(jì)算公式F=KLt或F=Lt式中K——系數(shù)，K=1.3L——沖裁周邊長度（mm）——材料的抗剪強(qiáng)度（MPa）——材料的抗拉強(qiáng)度（MPa）t——材料厚度（mm）由冷沖模設(shè)計(jì)指導(dǎo)表3-12得=343MPa(取350MPa)F=350ｘ1x﹛４ｘ3.5x3.14+2x（3.5+41x2）+2x（12+1.5）+2x8.5+5﹜=93.1kN(2)彎曲力F——為有效控制回彈采用校正彎曲F=AP式中Ａ——變形區(qū)投影面積（㎜）Ｐ——單位面積校正力（MPa）查表４-８可取單位面積校正力P=60MPaF=2AP=2x8.5x39x60N=39.8kN（3）卸料力F和推料力F由計(jì)算公式F=KFF=KFn式中K，K——系數(shù)。查《冷沖壓技術(shù)》表3-19卸料力，推料力和頂件力的系數(shù)得K=K=0.05n——卡在凹模直壁洞口內(nèi)的制件（或廢料）件數(shù)，一般卡3~5件，取n=5F=0.05x93.1kN=4.7kNF=5x0.05x93.1=23.3kNF=F+F+F+F=93.1+39.8+4.7+23.3=160.9kN2.4設(shè)備類型的選擇設(shè)備類型的主要依據(jù)是所完成的沖壓工序性質(zhì)，生產(chǎn)批量，沖壓件的尺寸及精度要求，現(xiàn)有設(shè)備條件等。中小型沖壓件主要選用開式單柱（或雙柱）的機(jī)械壓力機(jī)；大中型沖壓件多選用雙柱閉式機(jī)械壓力機(jī)。根據(jù)沖壓工序可分別選用通用壓力機(jī)，專用壓力機(jī)（擠壓壓力機(jī)，精壓機(jī)，雙動拉深壓力機(jī)）。大批量生產(chǎn)時(shí)，可選用高速壓力機(jī)或多工位自動壓力機(jī)；小批量生產(chǎn)尤其大型厚板零件的成型時(shí)，可采用液壓機(jī)。摩擦壓力機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低，在沖壓時(shí)不會因?yàn)榘辶虾穸炔▌拥仍蚨鹪O(shè)備或模具的損壞，因而在小批量生產(chǎn)中常用于彎曲，成型，校平，整形等工序。對板料沖裁，精密沖裁，應(yīng)注意選擇剛度和精度高的壓力機(jī)；對于擠壓，整形等工序應(yīng)選擇剛度好的壓力機(jī)以提高沖壓件尺寸精度。壓力機(jī)技術(shù)參數(shù)選擇主要依據(jù)沖壓件尺寸，變形力大小及模具尺寸，并進(jìn)行必要的校核。對于該制件查參考文獻(xiàn)表1-8開式雙柱可傾壓力機(jī)（部分）參數(shù)，可初選壓力機(jī)型號規(guī)格為J23-252.5計(jì)算壓力中心該制件的圖形規(guī)則，兩件對排，左右對稱，故采用解析法求壓力中心較為方便。如圖1-4所示圖1-4計(jì)算壓力中心因?yàn)樽笥覍ΨQ所以X=0只需求Y根據(jù)合力矩定理有Y===36.7mm≈37mm說明：計(jì)算中尺寸41.5比制件毛坯尺寸大0.5mm，目的是避免在切口工序時(shí)模具或條料的誤差引起制件邊緣毛刺的增大。2.6計(jì)算凸、凹模刃口尺寸本制件形狀簡單，可按分別加工法計(jì)算刃口尺寸查表，材料抗剪強(qiáng)度與間隙值的關(guān)系和規(guī)則形狀（圓形，方形）沖裁凸，凹模的制造公差Z=0.12mmZ=0.20mm=0.02mm=0.02mm+=（0.02+0.02）mm=0.04mmZ-Z=（0.20-0.12）=0.08mm滿足+≤Z-Z所以可用分注尺寸法計(jì)算公式及表3-7磨損系數(shù)，查出X=0.5沖孔∮3.5刃口尺寸d=（3.5+0.5x0.30）mm=3.65mmd=（3.65+0.12）mm=3.77mm（2）切口和切斷刃口尺寸由于在切口和切斷口工序中，凸，凹模均只在三個(gè)方向與板料作用并使之分離，并由圖2-3可知，尺寸C和S既不是沖孔尺寸也不是落料尺寸，要正確控制C和S兩個(gè)尺寸才能間接保證制件外形尺寸，為使計(jì)算簡便，直接取C和S值為凸模基本尺寸，間隙取在凹模上。a，切斷刃口尺寸d=5mmd=（5+0.12）mm=5.12mmb，切口刃口尺寸d=3.5mmd=（3.5+0.12）mm=3.62mm（3）側(cè)刃尺寸側(cè)刃為標(biāo)準(zhǔn)件，根據(jù)送料步矩和修邊值查側(cè)刃值表，按標(biāo)準(zhǔn)件側(cè)刃尺寸。由參考文獻(xiàn)表2-11側(cè)面切口尺寸得側(cè)刃寬度B=6mm，側(cè)刃長度L=12mm間隙取在凹模上，故側(cè)刃孔口尺寸為B=6.12mmL=12.12mm2.7凹模各孔口位置尺寸由于該制件尺寸較多，包括兩側(cè)刃孔位置尺寸，四個(gè)小孔位置尺寸，兩切口模孔位置及切斷孔口位置尺寸。其基本尺寸可按排樣圖確定，其制造公差按參考文獻(xiàn)表2-2沖裁件，精度應(yīng)為IT9級，但該制件送進(jìn)工步數(shù)較多，累積誤差過大，會造成凸凹模間隙不均，影響沖裁質(zhì)量和模具壽命，故而應(yīng)將模具制造精度提高。考慮到加工經(jīng)濟(jì)性，在送料方向的尺寸按IT7級制造，其它位置尺寸按IT8~IT9級制造，凸模固定板與凹模配制。如圖1-5凹模孔口到凹模周界尺寸凹模孔口具體尺寸如圖1-6所示圖1-62.8卸料板各孔口尺寸卸料板各型孔應(yīng)與凸模保持0.5Z間隙，這樣有利于保護(hù)凸，凹模刃口不被“啃”傷，椐此原則確定具體尺寸。見圖1-7圖1-72.9凸模固定板各孔口尺寸凸模固定板各孔與凸模配合，通常按H7/n6或H7/m6選取，該制件選H7/n6配合，查冷沖模設(shè)計(jì)指導(dǎo)表3-19可得各型孔尺寸公差。如圖1-8圖1-82.10回彈值的確定與所有塑性變形一樣，塑性變形時(shí)伴有彈性變形，當(dāng)外載荷去除后，塑性變形保留下來，而彈性變形會完全消失，使彎曲件的形狀和尺寸發(fā)生變化而與模具尺寸不一至，這種現(xiàn)象叫回彈。影響回彈的因素包括：材料的力學(xué)性能變形程度彎曲中心角彎曲方式及彎曲模工件的形狀為了得到一定形狀與尺寸精度的工件，應(yīng)當(dāng)確定回彈值。由于影響回彈的因素很多，用理論計(jì)算方法很復(fù)雜，而且也不準(zhǔn)確。通常在設(shè)計(jì)及制造模具時(shí)，往往先根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)值和簡單的計(jì)算來初步確定模具工作部分尺寸，然后在試模時(shí)進(jìn)行修正。由工藝分析可知，本制件彎曲回彈影響最大的部位是在15角處，相對彎曲半徑R/t=2〈5，卸載后彎曲件圓角半徑的變化是很小的。此處屬小圓角V形彎曲所以只考慮回彈值，由參考文獻(xiàn)圖4-15彎曲的回彈值可知15角處由于回彈可能小于15，但回彈值不會很大，所以彎曲凸凹模均可按制件基本尺寸標(biāo)注，在試模后稍加修模即可。3沖模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1凹模設(shè)計(jì)因制件形狀簡單，雖有六個(gè)工步但總體尺寸并不大，選用整體式矩形凹模較為合理，因生產(chǎn)批量較大，由冷沖模設(shè)計(jì)指導(dǎo)表3-16選用Cr12MoV為凹模材料。a，確定凹模厚度H值由公式H===21mmb，確定凹模周界尺寸LxB由文獻(xiàn)凹模孔壁厚的確定公式，凹模孔口輪廓線為直線時(shí)：W=1.5H，由圖1-6和參考文獻(xiàn)圖3-13得W=1.5H=1.5x21mm=32mmL=150~160mmB=130~140mm由表4-43矩形凹模標(biāo)準(zhǔn)可查到較為靠近的凹模周界尺寸為160mmx140mmx20mm，據(jù)此值查表4-2可得典型組合160x140x140~170（單位為mm）（GB2872.1-8）。凹模寬度140mm這個(gè)尺寸雖然不是優(yōu)先選用參數(shù)但根據(jù)圖2-5計(jì)算出B值與之最接近，而且當(dāng)B=140mm時(shí)，壓力中心與凹模幾何中心重合，故選定此尺寸。3.2凸模設(shè)計(jì)（1）凸模的長度其長度主要根據(jù)模具結(jié)構(gòu)，并考慮修磨，操作安全，裝配等的需要來確定。此制件采用固定卸料版和導(dǎo)料板沖模，其長度L可按公式L=h1+h2+h3+h計(jì)算：式中h1固定板厚18㎜；h2導(dǎo)料板厚8㎜；h3板材厚度1㎜；h增加長度12.5㎜L=18+8+1+12.5=39.5㎜沖孔凸模所謂小孔，一般系指孔徑小于被沖板料的厚度或直徑小于1mm的圓孔和面積小于1的異形孔。沖小孔的凸模強(qiáng)度和剛度差，容易彎曲和折斷，所以需利用導(dǎo)板模或彈壓卸料板對凸模進(jìn)行保護(hù)與導(dǎo)向。3.3模具總體設(shè)計(jì)模具類型的選擇由沖壓工藝分析可知，采用級進(jìn)沖壓，所以模具類型為級進(jìn)模。定位方式的選擇因?yàn)槟＞卟捎玫氖菞l料，控制條料的送進(jìn)方向采用導(dǎo)料板，無側(cè)壓裝置。控制條料的送進(jìn)步局采用定位銷。而第一見的沖壓位置使用始用導(dǎo)料板定位。卸料、出件方式的選擇因?yàn)楣ぜ虾駷?mm，相對較薄，卸料力也比較小，故采用彈性卸料。又因?yàn)槭羌夁M(jìn)模生產(chǎn)，所以采用下出件生產(chǎn)比較便于操作與提高生產(chǎn)效率。導(dǎo)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，該級進(jìn)模采用中間導(dǎo)柱的導(dǎo)向方式。3.4選擇模架及確定其它沖模零件尺寸由凹模周界尺寸及模架閉合高度在140~170mm之間查表4-7選用對角導(dǎo)柱模架，標(biāo)記為160x140x140~170I（GB/T2851.1-90）3.5校核壓力機(jī)安裝尺寸校核壓力機(jī)安裝尺寸要對沖模總體高度，模座閉合高度等有所查找。沖模總體結(jié)構(gòu)尺寸必須與選用的壓力機(jī)想適應(yīng)即模具的總體平面尺寸應(yīng)該與壓力機(jī)工作臺或墊板尺寸和滑塊下平面尺寸想適應(yīng)；模具的封閉高度應(yīng)與壓力機(jī)的裝模高度或封閉高度相適應(yīng)。沖模的封閉高度是指模具工作行程終了時(shí)上模座的上平面至下模座的下平面之間的距離。壓力機(jī)的封閉高度是指滑塊在下止點(diǎn)位置時(shí)，滑塊的下平面至工作臺上平面之間的距離。而壓力機(jī)裝模高度是指壓力機(jī)滑塊在下止點(diǎn)時(shí)，滑塊下平面至墊板上平面之間的距離。封閉高度和裝模高度相差一個(gè)墊板厚度。模座外形尺寸為250mmx230mm，閉合高度為160mm由于J23-25型壓力機(jī)工作臺尺寸為370mmx560mm，最大閉合高度為270mm，連桿調(diào)節(jié)長度為55mm所以在工作臺上需加一50~100mm的墊板即可安裝。第四章沖模零件加工工藝設(shè)計(jì)本副沖裁模，模具零件加工的關(guān)鍵在工作零件、固定板以及卸料板，若采用線切割加工技術(shù)，這些零件的加工就變得相對簡單。下表為凹模的加工工藝過程。設(shè)計(jì)是注意至少要設(shè)計(jì)出凸模和凹模的工藝過程。需寫清楚詳細(xì)的制定過程。沖壓工藝卡冷沖壓工藝卡片產(chǎn)品型號零件名稱片狀彈簧沖壓級進(jìn)模產(chǎn)品名稱零件型號毛坯尺寸材材料技術(shù)要求每毛坯可制件數(shù)料牌號及規(guī)格毛坯質(zhì)量輔助材料條料600x9050H68（半硬）1500x600x1工序號工序名稱工序內(nèi)容加工箭圖設(shè)備工藝裝備工時(shí)0下料剪床上載板600x90Q11-6x25001沖壓沖孔，切口彎曲，切斷連續(xù)沖壓（一次兩件）J23-25沖孔彎曲級進(jìn)模2檢驗(yàn)按產(chǎn)品圖紙檢驗(yàn)345678編制日期審核日期會簽日期標(biāo)記處數(shù)更改文件號簽字日期標(biāo)記更改文件號簽字日期凹模機(jī)械加工工藝過程卡沖模零件機(jī)械加工工藝過程卡模具名稱片狀彈簧沖壓級進(jìn)模零件名稱凹模材