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廠 沖壓工藝卡片 標記 產(chǎn)品名稱 文件代號 車間 零件名稱 U型卡槽 共 頁 材料 名稱牌號 Q215 剪后毛坯 每條件數(shù) 形狀尺寸 每張件數(shù) 消耗定額 零件送來部門 每條工料 工種 沖 鉗 總計 零件送往部門 裝配工段 每產(chǎn)品零件數(shù) 工時 工序 工序說明 加工草圖 設備 模具 工具量具 每小時生產(chǎn)量 單件定額（分） 工人數(shù)量 備注 型號名稱 名稱圖號 名稱編號 1) 鋸床下料 2) 落料沖孔 Y23-16 落料沖孔模具 A1 3) 沖小孔 J23-6.3 沖小孔模具 A1 4） 翻邊 J23-6.3 翻邊模具 A1 5） 彎曲 Y23-10 彎曲模具 A1 6） 檢驗 設計：李超 校對： 審核： 批準： 更改標記 處數(shù) 文件號 簽字 日期 山東建筑大學畢業(yè)論文開題報告表 班級：成型053 姓名：李超 論文題目 U形卡槽的沖壓工藝及模具設計 一、選題背景和意義 隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，服務于汽車生產(chǎn)的模具近年來也快速發(fā)展。服務于汽車生產(chǎn)的模具和塑料模具使用量最大的兩大類。此外，還有鑄造模具、鍛造模具、橡膠模具、粉末冶金模具及拉絲模具和無機材料成型模具等。在汽車工業(yè)十分發(fā)達的國家，為汽車服務的模具往往要占到全部模具生產(chǎn)量的40%以上。經(jīng)過多年發(fā)展，我國目前為汽車服務的模具約已占到了全部模具產(chǎn)量的1/3左右。在這些模具中，沖壓模具在模具行業(yè)和汽車覆蓋件模具，直接關系到汽車車型，因此其地位尤為重要。要生產(chǎn)出大量的各式各樣的汽車，先進技術裝備必不可少，而模具就是汽車先進技術裝備中的重要裝備?！艾F(xiàn)代工業(yè)，模具先行”、“沒有高水平的模具，就沒有高水平的產(chǎn)品”，這已成為人們的共識。不管是汽車還是模具，雖然近年來發(fā)展迅速，我國已成為生產(chǎn)大國，但離生產(chǎn)強國的距離還很遠。然而，要成為制造業(yè)強國，要成為汽車、模具等的制造強國是我們的目標。為了向汽車行業(yè)提供更為先進的技術裝備，必須不斷提高汽車沖壓模具的沖壓模具的水平與能力。 金屬薄板沖壓成形是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中一種非常重要的制造技術 ,金屬薄板及其制品在沖壓成形過程中所表現(xiàn)出的成形性能或成形性,是橫跨薄板冶金制造和沖壓成形生產(chǎn)兩大行業(yè)之間的交叉性工程技術 ,即沖壓成形性能及其應用。沖壓加工是靠沖壓設備和模具實現(xiàn)對板料毛坯的塑性加工過程。沖壓加工具有許多十分明顯的優(yōu)點，它利用沖壓設備與沖模的簡單的運動完成相當復雜形狀零件的制造過程，而且并不需要操作工人的過多參與，所以沖壓加工的生產(chǎn)效率很高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，一般情況下，沖壓加工的生產(chǎn)效率為每分鐘數(shù)十件。又由于沖壓加工的操作十分簡單，為操作過程的機械化與自動化提供了十分有利的條件。因此，對某些工藝成熟的沖壓件，生產(chǎn)效率可達每分鐘數(shù)百件，甚至超過一千件以上。 沖壓加工用的原材料多為冷軋板料和冷軋帶材。原材料的良好表面質(zhì)量使用大量生產(chǎn)方式、高效而廉價的方法獲得的。在沖壓加工中這些良好的表面質(zhì)量又不容易遭到破壞，所以沖壓件的表面質(zhì)量又不致遭到破壞，所以沖壓件的表面質(zhì)量好，而成本都很低廉。這個特點，在汽車覆蓋件的生產(chǎn)上表現(xiàn)得十分明顯。 利用沖壓加工方法，可以制造形狀十分復雜的零件，能夠把強度好、剛度大、重量輕等相互矛盾的特點融為一體，形成十分合理的結(jié)構(gòu)形式。沖壓加工時，一般不需要對毛坯加熱，而且也不像切削加工那樣把一部分金屬切成切屑，造成原材料的損耗，所以它是一種節(jié)約能源和資源的具有環(huán)保意義的加工方法。 沖壓產(chǎn)品的質(zhì)量與尺寸精度都是由沖模保證的，基本上不受操作人員的素質(zhì)與其他偶然因素的影響，所以沖壓產(chǎn)品的質(zhì)量管理簡單，也容易實現(xiàn)自動化與智能化生產(chǎn)。沖壓件的尺寸精度與表面質(zhì)量好，通常都不需要后續(xù)的加工而直接裝配或作為成品零件直接使用。由于沖壓加工方法具有前述的許多優(yōu)點，現(xiàn)在他已經(jīng)成為金屬加工中的一種非常重要的制造方法。正是基于此，本課題所要設計的U型卡槽生產(chǎn)就需要先后用到四套沖壓模具，而且每一套模具在設計之前都需要經(jīng)過仔細的計算和分析。 二、課題關鍵問題及難點 模具總體結(jié)構(gòu)形式設計的確定是設計時必須首先解決的問題，也是沖模設計的關鍵，它直接影響沖壓件的質(zhì)量、成本和沖壓生產(chǎn)的水平。模具類型的選定應以合理的沖壓工藝過程為基礎，根據(jù)沖壓件的形狀、尺寸、精度要求、材料性能、生產(chǎn)批量、沖壓設備、模具加工條件等多方面的因素，做綜合的分析研究并比較其綜合經(jīng)濟效果，以期在滿足沖壓件質(zhì)量要求的前提下，達到最大限度的降低沖壓件的生產(chǎn)成本。確定模具的結(jié)構(gòu)形式時，必須解決模具類型（簡單模，連續(xù)模，復合模等）、操作方式、進出料方式、壓料與卸料方式、模具精度等方面的問題。另外壓力中心的計算、沖模封閉高度的確定都是模具能否正常的安裝和工作的關鍵問題，最后應選擇合適的模具材料和沖壓設備。當然在設計每套模具的時候也有很多需要知道模具設計的基本原則，以免范不應該有的的錯誤。 本課題的關鍵問題是如何對U型卡槽制定合適的沖壓工藝分析并制定合適的沖壓工藝方案。針對這個零件，分別要經(jīng)過落料、沖孔，翻邊，折彎、U形彎曲等幾個工序才能完成。在設計每套模具的時候又有很多難點和需要注意的問題。現(xiàn)在就這幾套模具在設計時的問題加以說明。 （1）落料、沖孔 首先，凸凹模間隙對沖裁件質(zhì)量、沖裁力、模具壽命的影響很大，是沖裁工藝與模具設計中的一個極其重要的問題。其次，模具刃口尺寸精度是影響沖裁件尺寸精度的首要因素，模具的合理間隙值也要靠模具刃口尺寸及其公差來保證。再次，在排樣時盡量采用少、無廢料排樣對節(jié)省材料具有十分重要的意義，且有利于一次沖裁多個工件，故可以提高生產(chǎn)率。 （2）沖小孔 由于零件上有一個Φ1.8的小孔，且與另外一個孔距離太近，無法在第一套模具沖出，所以只能單獨用一套模具來對其進行加工。在設計模具的時候用特別注意沖孔凸模應由保護套來進行保護，否則凸模的使用壽命會大大降低，另外在零件的定位及導向上也許特別注意。 （3）翻邊 根據(jù)我所設計的U型卡槽零件圖，可知此為內(nèi)孔翻邊，是伸長類翻邊的一種，其特點是：變形區(qū)材料受拉應力、切向伸長、厚度減薄、易發(fā)生破裂。翻邊時的主要危險是邊緣破裂，邊緣是否破裂與翻邊變形程度有關。應當進行嚴謹?shù)墓に囉嬎恪? （4）彎曲 在進行彎曲設計時，首先要對彎曲件進行應力、應變狀態(tài)進行分析，，然后確定材料的最小彎曲半徑并進行彎曲力的計算和選擇設備，再對彎曲模的工作部分進行尺寸包括凸凹模的圓角半徑、凹模深度、凸凹模間隙、凸凹模工作部分的尺寸與公差等進行計算，這些也是設計彎曲模的關鍵。最后進行彎曲模的設計。當然在彎曲過程中會可能出現(xiàn)回彈，在外力作用下毛皮產(chǎn)生的變形有塑性變形和彈性變形兩部分組成。當外力去除后彈性變形會完全消失，而塑性變形會保留下來。因此工件的彎曲較與內(nèi)彎曲半徑與沖模工作部分的角度和圓角半徑不完全一致，這種現(xiàn)象就叫回彈，應當盡量減小其對設計的影響。本課題所需設計的U型卡槽在彎曲時受翻邊那部分的影響，零件的固定需要特別的注意，這也是本設計課題的最大難點。 三、調(diào)研報告（或文獻綜述） 以下是與我所要制作的零件相近的三個零件的模具設計方案。對我的設計有一些幫助。 1、U 型彎曲支撐件 ①技術要求 下圖所示零件圖為U型彎曲支撐件，材料為Q235，厚度為 1.5mm，要求制造精度為 IT12，表面質(zhì)量無要求，大批量生產(chǎn)。根據(jù)圖樣分析沖孔與落料間最小壁厚為 2.5mm。 ②零件工藝性分析及工藝方案的確定 根據(jù)圖樣進行分析，初步擬定需進行沖孔－落料－翻孔（或拉深沖孔）－彎曲4道工序，且沖孔時需沖制2個異型圓孔，其余為圓孔，要求孔與孔之間定位精確，落料時要求形狀精確，并保證制件在長度方向上左右對稱。彎曲為U型彎曲，要求左右對稱，且要保證內(nèi)形尺寸，彎曲角為90°，彎曲半徑很小，初步估算很難一次彎曲成形，故要考慮在一次彎曲成形后再進行一次校正彎曲。 工藝方案：方案一：簡單模（沖孔模、落料模、翻孔模、彎曲模、校正彎曲模）如采用簡單模：（1）需要制造 5 套模具，成本高；（2）制件需要大批量生產(chǎn)，而簡單模生產(chǎn)效率低；（3）工件尺寸較小，進行翻孔彎曲時操作不安全。方案二：復合模如采用復合模：（1）正裝復合模要求1.5mm× 1.5 ＝2.25mm 的最小壁厚，而制件的最小壁厚為2.5mm，稍有制造誤差凸凹模就達不到最小壁厚的要求，強度不夠，模具易受損；（2）即使勉強采用沖孔、落料、翻孔復合模，彎曲和校正彎曲還要制造至少兩套模具，模具成本提高，且彎曲時制件尺寸不大，操作不安全。（3）倒裝復合模要求 3 ～ 4.5mm 的最小壁厚，而制件的最小壁厚為 2.5mm。方案三：級進模如采用級進模：（1）級進模沒有最小壁厚的要求，級進模操作方便安全，且可實現(xiàn)自動化的大批量生產(chǎn)，符合制件生產(chǎn)的要求；（2）只需制造一套模具。綜上所述，該零件適宜采用沖孔－翻孔－彎曲－校正彎曲多工位級進模。先一次沖出所有的孔，保證了它們之間的相互位置精度，然后在保 留連接帶的情況下，用倒正銷定位沖出工件外形，接著進行翻孔、彎曲和校正彎曲的工作。 ③排樣設計 為了保證翻孔凹模強度，在彎曲與翻孔之間加一步空位，排樣圖下圖所示。 　　 ④模具設計 該 U 型彎曲支撐件級進模結(jié)構(gòu)下圖所示。 （1）該模具采用對角導柱模架，上下模座采用HT200，選用凸緣式模柄，通過螺釘與上模座固定。 （2）凸凹模均采用配合加工。固定板、墊板采用45＃鋼。切斷凹模與彎曲凸模、切斷凸模與彎曲凹模、翻孔凸凹模、沖孔凸凹模均采用Cr12鋼材料，各凸模與固定板間均采用H7/n6過盈配合，壓入固定板后將其底面與固定板磨平。 （3）第一工位凸模設計時，無導向裝置凸模的卸料板僅起卸料作用，對凸模自由端無約束作用。這種結(jié)構(gòu)的受力情況近似于一端固定而另一端自由的壓桿，需進行凸?？箟菏Х€(wěn)校核。此外，還需對異形凸模的強度進行校核。經(jīng)過計算，均符合要求。 （4）翻孔凸模設計時，凸模端部先進入預孔，導正工件位置后，然后進行翻孔，翻孔凸模入口圓角與材料厚度有關，此處取為3mm。為了保證凸緣挺直，凸模與凹模之間的間隙z/2一般略小于材料厚度t。 （5）彎曲模工作部分，凸模圓角半徑取為2mm，凹模圓角半徑的大小直接影響毛坯的成形，若取得過小，彎曲時材料表面會出現(xiàn)劃痕，甚至出現(xiàn)壓痕，此處取為 6mm，彎曲凹模深度取為 20mm。凸凹模間隙經(jīng)過計算可取為1.87mm。 （6）精整彎曲模的彎曲凸模r為0.5mm，彎曲凹模 r 為 2mm。為了使模具簡單且安裝方便，可將彎曲凹模與沖孔凸模作成一體，其相應的沖孔凸模與彎曲凹模也作成一體。 2、支架 ①技術要求 沖壓彎曲件如下圖所示，該零件材料為1Cr18Ni9Ti不銹鋼，中間形孔與兩條0.8mm寬的槽的作用是調(diào)節(jié)螺釘旋入M2螺孔后不會產(chǎn)生松動。尺寸2．4mm的U形彎角要求小于90°,M2螺孔中線至彎曲邊緣距離為 。 ②零件工藝性分析及工藝方案的確定 應從以下幾個方面考慮：首先應減少工序數(shù)，盡量減少各工序間的積累誤差。 其次沖槽模具要著重考慮凸模的強度和穩(wěn)定性。再次彎曲成形應改為一次成形，以保證零件的尺寸精度。鑒于上述情況，根據(jù)材料最小沖孔值及沖裁件最小孔邊距的驗算，決定把原來的8道工序改為3道成形工序：采用落料沖孔復合模、彎曲壓筋沖槽復合模、U形件橫向彎曲模。 ③模具設計 1）落料沖孔復合模 該模為倒裝式復合模。上模采用推桿卸料，沖孔廢料由凸凹模具于下模板孔內(nèi)漏下，工作原理與普通模具相同。在設計中因考慮凸模16、19的強度及穩(wěn)定性，在結(jié)構(gòu)上采取3點措施： 提高頂件器與凹模15、凸模16的配合精度，選擇小間隙配合，使頂件器不但起頂件作用還起凸模護套和導向作用。 為達到加工精度，頂件器14臺階采用鑲拼鉚合結(jié)構(gòu)，可用線切割加工。 凸模16采用高速鋼方形刀片直接線切割加工而成，其固定方法圖所示。 2）彎曲壓筋沖槽復合模 模具結(jié)構(gòu)及工作過程 該復合模上模不同于一般的四柱彈壓卸料形式，設計了以圓柱體導向的彈壓卸料結(jié)構(gòu)。導套卸料板15與彈簧墊14用圓柱銷13聯(lián)接，在上模墊板12上加工圓長孔，凸模固定板16用螺釘與上模墊板聯(lián)接。凹模固定板3高于凹模2，既能固定下模，又起工件的定位作用。工作時上模下行，采用線切割加工成形，采用直通式，由于結(jié)構(gòu)尺寸小或形狀不規(guī)則，用鉚接方式固定于凸模固定板4上。采用導料尺17側(cè)向定位，手工送料，利用浮動導料銷11來抬料和浮動送料。模具的初始定位由操作工用眼定位，條料送進后，以后的工位由圓柱銷12來定位。全部凸模與卸料板7成滑動配合，以保護凸模，防止折斷。由于制件要在第4工位完成彎曲及圓孔翻邊，為保證條料送進時的順利、通暢，除了在模具中設置多處浮動導料銷外，特別在翻孔及彎曲復合工位4的相應下模處設計翻孔卸料塊--及彎曲卸料塊22，以使壓機彈性緩沖器通過頂桿20、21先將翻孔及彎曲好的部位推出模具型腔，從而避免條料送進時，由于浮動導料銷11頂料力不足而出現(xiàn)卡滯。凸模固定板4、卸料板7、凹模15等主要零件均采用線切割加工。 3)U形件橫向彎曲模 設計構(gòu)思 形件一次要彎兩個彎角，常采用的U形彎曲模適宜于坯料左右對稱，否則工件在彎曲中易向長端滑移。而該件是頭部U形彎曲，且彎角小于90°，尺寸精度較高。按產(chǎn)品形狀最好是將面積大的一端夾緊在凸模與頂板之間，然后一次彎曲成形。 模具結(jié)構(gòu)及工作過程 該模上模采用浮動式，方形凸模12用彈簧6緊壓固定圈11方孔內(nèi)，并用頂桿螺栓8吊裝在模柄內(nèi)，保證上模的正確位置和上下移動。下模采用設有頂板的L形彎曲模，增加了活動壓板3。上下模之間設有自動推件裝置13，該裝置隨著滑塊上下移動，而傾斜度始終保持不變。工作時將工件放入頂桿18槽內(nèi)定位，壓力機滑塊下行，上模接觸并壓緊工件，上模繼續(xù)下行，由于彈簧6彈力大于彈簧17彈力與彎曲變形力之和，迫使頂桿下壓將工件初彎成L形，直到頂桿接觸下模固定板后，滑塊再繼續(xù)下行而上模緊壓工件不動，固定圈接觸活動壓板端部，使活動壓板內(nèi)擺動，直到使工件包在上模內(nèi)成形，同時螺釘4接觸頂桿螺栓8，迫使工件能平整地壓實在方形凸模12內(nèi)。滑塊上行，活動壓板在彈簧17的作用下復位。而工件在快到上死點時由自動推件器13強行將包在凸模上的制件推出模外。 3、 支撐板 ① 技術要求 生產(chǎn)批量較大，采用2mm厚的碳素鋼Q235A鋼板制成，其外形形狀如下圖所示。一般來講，對該類零件的加工需要沖孔—落料復合模和彎曲模兩套模具完成。 ②工藝分析 該沖壓件為沖孔、落料、彎曲的復合件，形狀較為簡單且對稱，尺寸精度要求不高，材料Q235A沖壓性能較好，零件彎曲直邊為15mm（計算：20－t－r=20－3－5=15），大于資料要求的最小直邊2t=2×2mm=4mm，故彎曲工藝性較好；而各孔與零件外形邊緣的距離均大于復模中凸凹模的最小壁厚4.9的要求，因此，沖孔及落料復合時，凸凹模的強度足夠加之零件彎曲直邊有15mm，在模具上設置活動凸模結(jié)構(gòu)也較易實現(xiàn)。綜合上述分析可選用沖孔、落料、彎曲復合模。 有以下兩種不同的工藝方案：① 先落料，然后沖孔和彎曲在同一工步。 ②落料、沖孔為同一工步首先完成，然后進行彎曲。采用方案1加工工件，不易保證長度尺寸（40±0.2）mm的精度要求，而且易使內(nèi)孔沖頭磨損，降低模具壽命。經(jīng)分析、比較，確定采用方案2，即設計一套沖孔—落料—彎曲復合模，該模具劃分兩個工步完成上述三道工序，在壓力機上一次性實現(xiàn)零件的加工成形。 ③模具設計 模具結(jié)構(gòu)及工作原理 經(jīng)對零件加工性能進行充分分析，并考慮到模具與沖床的特點，決定利用雙斜楔及滑塊機構(gòu)實現(xiàn)零件的加工。為此，設計了如下圖所示的沖孔—落料—彎曲復合模。 四、方案論證 根據(jù)調(diào)研報告，我所設計的U型卡槽可以用簡單模、復合模和級進模來進行制作。 方案一：簡單模（沖孔模、落料模、翻邊模、折彎模、彎曲模、校正彎曲模） 如采用簡單模：（1）需要制造 6套模具，成本高；（2）制件需要大批量生產(chǎn)，而簡單模生產(chǎn)效率低；（3）工件尺寸較小，進行翻邊彎曲時操作不安全。 方案二：復合模 如采用復合模：（1）正裝復合模和倒裝復合模在設計時都需要考慮凸凹模最小壁厚的影響，稍有制造誤差凸凹模就達不到最小壁厚的要求，強度不夠，模具易受損；（2）若采用沖孔、落料、翻邊復合模，折彎模、彎曲和校正彎曲還要制造至少兩套模具，也就是說總共需要至少四套模具模具，成本相比簡單模有所降低，但比級進模高，且彎曲時制件尺寸不大，操作不安全。 方案三：級進模 如采用級進模：（1）級進模沒有最小壁厚的要求，級進模操作方便安全，且可實現(xiàn)自動化的大批量生產(chǎn)，符合制件生產(chǎn)的要求；（2）只需制造一套模具。 綜上所述，該零件適宜采用沖孔－落料－翻邊－折彎－彎曲－校正彎曲多工位級進模。先一次沖出所有的孔，保證了它們之間的相互位置精度，然后在保留連接帶的情況下，用倒正銷定位沖出工件外形，接著進行翻邊、折彎、彎曲和校正彎曲的工作。 五、進度安排 1～2周 查閱資料，完成開題報告及文獻綜述 3～4周 畢業(yè)設計實習 5～6周 查閱相關畢業(yè)設計相關資料，進行設計前的準備工作 7～8周 進行相關計算，設計第一套模具 9～10周 進行相關計算，設計第二套模具 11～12周 進行相關計算，設計第三套模具 13～14周 進行相關計算，設計第四套模具 15～16周 整理相關資料，進行畢業(yè)設計說明書的編寫 17周 準備答辯 六、指導教師意見 簽字： 年 月 日 七、教研室（或開題審查小組）意見 簽字： 年 月 日 山東建筑大學畢業(yè)設計說明書 目 錄 摘 要 IV ABSTRACT V １前 言 1 1.1 模具加工及金屬薄板沖壓加工的特點及優(yōu)勢 1 1.2 課題討論及難點分析 2 1.3 課題總體設計思路 3 2工藝分析及工藝方案確定 5 2.1零件三維造型圖 5 2.2工件的零件圖 5 2.3工藝分析 5 2.3.1翻邊高度計算 6 2.3.2沖小孔工藝分析 6 2.3.3彎曲部分工藝分析 6 2.4工藝方案的確定 6 3落料沖孔模的設計 9 3.1毛坯尺寸計算 9 3.2 排樣 9 3.3 確定模具壓力中心 10 3.4 沖壓力的計算 10 3.4.1 落料力 10 3.4.2沖孔力 11 3.4.3卸料力 11 3.4.4推件力 11 3.4.5總沖壓力 11 3.5沖壓設備的選擇 11 3.6工作部分尺寸計算 12 3.6.1落料凸、凹模刃口的尺寸計算 12 3.6.2沖孔凸、凹模的刃口尺寸 13 3.7沖孔落料復合模的設計 14 3.7.1落料沖孔復合模結(jié)構(gòu)的設計 14 3.1.2 落料沖孔復合模主要零件的設計 15 4沖小孔模的設計 21 4.1確定模具壓力中心 21 4.2沖孔力的計算 21 4.3沖壓設備的選擇 21 4.4沖孔凸、凹模刃口尺寸計算 21 4.5沖小孔模的設計 22 4.5.1沖小孔模結(jié)構(gòu)的設計 22 4.5.2沖小孔模主要零件的設計 22 5翻邊模的設計 26 5.1確定模具壓力中心 26 5.2翻邊力的計算 26 5.3沖壓設備的選擇 26 5.4翻邊模刃口尺寸計算 26 5.5翻邊模的設計 27 5.5.1翻邊模結(jié)構(gòu)的設計 27 5.5.2翻邊模主要零件的設計 27 6彎曲模的設計 30 6.1確定模具壓力中心 30 6.2彎曲力的計算 30 6.3沖壓設備的選擇 30 6.4翻邊模刃口尺寸計算 30 6.5彎曲模的設計 31 6.5.1彎曲模結(jié)構(gòu)的設計 31 6.5.2彎曲模主要零件的設計 32 7結(jié) 論 36 謝 辭 37 參考文獻 38 III 山東建筑大學畢業(yè)設計說明書 摘 要 本課題所設計的零件是較為典型的U型彎曲件。工件一側(cè)有一個直徑為1.8mm的小圓孔和翻邊，另一側(cè)有三個孔，且在U型卡槽底部有三道褶邊。通過對零件各部分進行計算分析后最終確定加工工序。經(jīng)計算得翻邊可以一次成型，工件整個成型過程所涉及的工序有：落料、沖孔、沖小孔、翻邊、彎曲五步。在對零件進行工藝分析后，確定最終工藝方案為：落料沖孔復合，沖小孔、翻邊、彎曲順次進行。在確定工藝方案的基礎上對主要模具進行設計，分析工件成型過程，并畫出模具裝配圖及零件圖。在本次設計中主要對落料復合模以及沖小孔模、翻邊模、彎曲模進行設計。 關鍵詞：落料沖孔；沖小孔；翻邊；彎曲 Punching Process Analyzed and Die Design of the U Shape Groove ABSTRACT Typical bended workpiece of U shape with three folds was designed in this graduation project. Two hoes are flanged on one side with a Φ1.8 mm hole. There are three holes on the other side. The process was determined by calculating and analyzing. Flanging can be shaped by one step after calculating. Five steps as blanking, punching, punching a small hole, flanging and bending were included. Analyzed the technics of parts, the final process was determined as four steps: blanking-punching compound, punching a small hole, flanging and bending. Besides, the main dies were designed, the process was analyzed, and the die assembly and workpiece pictures were drawed. In this graduation project, blanking-punching compound die, punching a small hole die, flanging die and flanging die were designed. Key words: blanking-punching compound; punching a small hole; flanging; bending 2 本科畢業(yè)設計說明書 題 目： U形卡槽的沖壓工藝及 模具設計 院 （部）： 材料科學與工程學院 專 業(yè)： 材料成型及控制工程 班 級： 成型053 姓 名： 李超 學 號： 2005101234 指導教師： 任國成 完成日期： 2009年6月2日 山東建筑大學畢業(yè)設計說明書 目 錄 摘 要 IV ABSTRACT V １前 言 1 1.1 模具加工及金屬薄板沖壓加工的特點及優(yōu)勢 1 1.2 課題討論及難點分析 2 1.3 課題總體設計思路 3 2工藝分析及工藝方案確定 5 2.1零件三維造型圖 5 2.2工件的零件圖 5 2.3工藝分析 5 2.3.1翻邊高度計算 6 2.3.2沖小孔工藝分析 6 2.3.3彎曲部分工藝分析 6 2.4工藝方案的確定 6 3落料沖孔模的設計 9 3.1毛坯尺寸計算 9 3.2 排樣 9 3.3 確定模具壓力中心 10 3.4 沖壓力的計算 10 3.4.1 落料力 10 3.4.2沖孔力 11 3.4.3卸料力 11 3.4.4推件力 11 3.4.5總沖壓力 11 3.5沖壓設備的選擇 11 3.6工作部分尺寸計算 12 3.6.1落料凸、凹模刃口的尺寸計算 12 3.6.2沖孔凸、凹模的刃口尺寸 13 3.7沖孔落料復合模的設計 14 3.7.1落料沖孔復合模結(jié)構(gòu)的設計 14 3.1.2 落料沖孔復合模主要零件的設計 15 4沖小孔模的設計 21 4.1確定模具壓力中心 21 4.2沖孔力的計算 21 4.3沖壓設備的選擇 21 4.4沖孔凸、凹模刃口尺寸計算 21 4.5沖小孔模的設計 22 4.5.1沖小孔模結(jié)構(gòu)的設計 22 4.5.2沖小孔模主要零件的設計 22 5翻邊模的設計 26 5.1確定模具壓力中心 26 5.2翻邊力的計算 26 5.3沖壓設備的選擇 26 5.4翻邊模刃口尺寸計算 26 5.5翻邊模的設計 27 5.5.1翻邊模結(jié)構(gòu)的設計 27 5.5.2翻邊模主要零件的設計 27 6彎曲模的設計 30 6.1確定模具壓力中心 30 6.2彎曲力的計算 30 6.3沖壓設備的選擇 30 6.4翻邊模刃口尺寸計算 30 6.5彎曲模的設計 31 6.5.1彎曲模結(jié)構(gòu)的設計 31 6.5.2彎曲模主要零件的設計 32 7結(jié) 論 36 謝 辭 37 參考文獻 38 V 摘 要 本課題所設計的零件是較為典型的U型彎曲件。工件一側(cè)有一個直徑為1.8mm的小圓孔和翻邊，另一側(cè)有三個孔，且在U型卡槽底部有三道褶邊。通過對零件各部分進行計算分析后最終確定加工工序。經(jīng)計算得翻邊可以一次成型，工件整個成型過程所涉及的工序有：落料、沖孔、沖小孔、翻邊、彎曲五步。在對零件進行工藝分析后，確定最終工藝方案為：落料沖孔復合，沖小孔、翻邊、彎曲順次進行。在確定工藝方案的基礎上對主要模具進行設計，分析工件成型過程，并畫出模具裝配圖及零件圖。在本次設計中主要對落料復合模以及沖小孔模、翻邊模、彎曲模進行設計。 關鍵詞：落料沖孔；沖小孔；翻邊；彎曲 Punching Process Analyzed and Die Design of the U Shape Groove ABSTRACT Typical bended workpiece of U shape with three folds was designed in this graduation project. Two hoes are flanged on one side with a Φ1.8 mm hole. There are three holes on the other side. The process was determined by calculating and analyzing. Flanging can be shaped by one step after calculating. Five steps as blanking, punching, punching a small hole, flanging and bending were included. Analyzed the technics of parts, the final process was determined as four steps: blanking-punching compound, punching a small hole, flanging and bending. Besides, the main dies were designed, the process was analyzed, and the die assembly and workpiece pictures were drawed. In this graduation project, blanking-punching compound die, punching a small hole die, flanging die and flanging die were designed. Key words: blanking-punching compound; punching a small hole; flanging; bending 山東建筑大學畢業(yè)設計說明書 １前 言 1.1 模具加工及金屬薄板沖壓加工的特點及優(yōu)勢 隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，服務于汽車生產(chǎn)的模具近年來也快速發(fā)展[1]。服務于汽車生產(chǎn)的模具和塑料模具使用量最大的兩大類。此外，還有鑄造模具、鍛造模具、橡膠模具、粉末冶金模具及拉絲模具和無機材料成型模具等。在汽車工業(yè)十分發(fā)達的國家，為汽車服務的模具往往要占到全部模具生產(chǎn)量的40%以上。經(jīng)過多年發(fā)展，我國目前為汽車服務的模具約已占到了全部模具產(chǎn)量的1/3左右[2]。在這些模具中，沖壓模具在模具行業(yè)和汽車覆蓋件模具，直接關系到汽車車型，因此其地位尤為重要。要生產(chǎn)出大量的各式各樣的汽車，先進技術裝備必不可少，而模具就是汽車先進技術裝備中的重要裝備?！艾F(xiàn)代工業(yè)，模具先行”、“沒有高水平的模具，就沒有高水平的產(chǎn)品”，這已成為人們的共識。不管是汽車還是模具，雖然近年來發(fā)展迅速，我國已成為生產(chǎn)大國，但離生產(chǎn)強國的距離還很遠。然而，要成為制造業(yè)強國，要成為汽車、模具等的制造強國是我們的目標。為了向汽車行業(yè)提供更為先進的技術裝備，必須不斷提高汽車沖壓模具的沖壓模具的水平與能力。 金屬薄板沖壓成形是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中一種非常重要的制造技術[3]，金屬薄板及其制品在沖壓成形過程中所表現(xiàn)出的成形性能或成形性，是橫跨薄板冶金制造和沖壓成形生產(chǎn)兩大行業(yè)之間的交叉性工程技術 ，即沖壓成形性能及其應用。沖壓加工是靠沖壓設備和模具實現(xiàn)對板料毛坯的塑性加工過程。沖壓加工具有許多十分明顯的優(yōu)點，它利用沖壓設備與沖模的簡單的運動完成相當復雜形狀零件的制造過程，而且并不需要操作工人的過多參與，所以沖壓加工的生產(chǎn)效率很高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，一般情況下，沖壓加工的生產(chǎn)效率為每分鐘數(shù)十件。又由于沖壓加工的操作十分簡單，為操作過程的機械化與自動化提供了十分有利的條件。因此，對某些工藝成熟的沖壓件，生產(chǎn)效率可達每分鐘數(shù)百件，甚至超過一千件以上。 沖壓加工用的原材料多為冷軋板料和冷軋帶材[4]。原材料的良好表面質(zhì)量使用大量生產(chǎn)方式、高效而廉價的方法獲得的。在沖壓加工中這些良好的表面質(zhì)量又不容易遭到破壞，所以沖壓件的表面質(zhì)量又不致遭到破壞，所以沖壓件的表面質(zhì)量好，而成本都很低廉。這個特點，在汽車支撐件件的生產(chǎn)上表現(xiàn)得十分明顯[5]。 利用沖壓加工方法，可以制造形狀十分復雜的零件，能夠把強度好、剛度大、重量輕等相互矛盾的特點融為一體，形成十分合理的結(jié)構(gòu)形式。沖壓加工時，一般不需要對毛坯加熱，而且也不像切削加工那樣把一部分金屬切成切屑，造成原材料的損耗，所以它是一種節(jié)約能源和資源的具有環(huán)保意義的加工方法。 沖壓產(chǎn)品的質(zhì)量與尺寸精度都是由沖模保證的[6]，基本上不受操作人員的素質(zhì)與其他偶然因素的影響，所以沖壓產(chǎn)品的質(zhì)量管理簡單，也容易實現(xiàn)自動化與智能化生產(chǎn)。沖壓件的尺寸精度與表面質(zhì)量好，通常都不需要后續(xù)的加工而直接裝配或作為成品零件直接使用。 沖壓加工是一種高生產(chǎn)率的加工方法的，如汽車車身等大型零件每分鐘可生產(chǎn)幾件，而小零高速沖壓則每分鐘可生產(chǎn)千件以上。由于沖壓加工的毛坯是板材或卷材，一般又在冷狀態(tài)下加工，因此較易實現(xiàn)機械化和自動化，比較適合配置機器人而實現(xiàn)無人化生產(chǎn)[7]。 沖壓加工的材料利用率較高，一般可達70%～85%，沖壓加工的能耗也較低，由于沖壓生產(chǎn)具有節(jié)材、節(jié)能和高生產(chǎn)率等特點，所以沖壓件呈批量生產(chǎn)時，其成本比較低，經(jīng)濟效益高[8]。 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，且重復精度高、規(guī)格一致，可以沖壓出孔窩、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[9]，采用復合模，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[5]。由于沖壓加工方法具有前述的許多優(yōu)點，現(xiàn)在他已經(jīng)成為金屬加工中的一種非常重要的制造方法。 1.2 課題討論及難點分析 本課題所要設計的U型卡槽（其三為造型圖如圖1.1所示），它是凸包定位且焊接組合在車架的電氣元件支架類類零件，材料Q215鋼，厚度為1mm，年生產(chǎn)量5萬件，首先它是薄板類零件，形狀較為復雜，零件又需要翻邊，且生產(chǎn)批量較大，這些都是用沖壓加工較容易實現(xiàn)而其他加工方法所不具備的，所以用沖壓方法來加工該零件是非常理想的。針對這個零件，分別要經(jīng)過落料、沖孔、沖小孔、翻邊、折彎、U形彎曲等幾個工序才能完成。在設計每套模具的時候又有很多難點和需要注意的問題。例如在沖Φ1.8的小孔時，凸模的強度是否可以達到要求，是不是需要安裝一個凸模保護套，還有在翻邊的過程中邊緣是否會發(fā)生破裂，再比如若翻邊完成后，彎曲時如何固定板料。這些都是在設計時急需解決的問題。 圖1.1 U型卡槽示意圖 1.3 課題總體設計思路 （1）分析沖壓件的工藝性 根據(jù)設計題目的要求，分析沖壓件成型的結(jié)構(gòu)工藝性，分析沖壓件的形狀特點、尺寸、大小、精度要求及所用材料是否符合沖壓工藝要求。 （2）制定沖壓件工藝方案 在分析了沖壓件的工藝性后，通?？梢粤谐鰩追N不同的沖壓工藝方案（包括工序性質(zhì)、工序數(shù)目、工序順序及組合方式），從產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率、設備占用情況、模具制造難易程度和模具壽命高低、工藝成本、操作方便和安全程度等方面，進行綜合分析、比較，然后確定適合于具體生產(chǎn)條件的最經(jīng)濟合理的工藝方案。 （3）確定毛坯形狀、尺寸和下料方式 在最經(jīng)濟的原則下，決定毛坯的形狀、尺寸和下料方式，確定材料的消耗量。 （4）確定沖模類型及結(jié)構(gòu)形式 根據(jù)所確定的工藝方案和沖壓件的形狀特點、精度要求、生產(chǎn)批量、模具制造條件、操作方便及安全的要求，以及利用現(xiàn)有通用機械化、自動化裝置的可能，選定沖模類型及結(jié)構(gòu)形式，繪制模具結(jié)構(gòu)草圖。 （5）進行必要的工藝計算 ①計算毛坯尺寸，以便在最經(jīng)濟的原則下進行排樣和合理使用材料。 ②計算沖壓力（沖裁力、彎曲力、卸料力、推件力等）以便選擇壓力機。 ③計算模具壓力中心，防止模具因受偏心負荷作用影響模具壽命和精度。 ④計算模具各主要零件（凹模、凸模、凸模固定板、墊板）的外形尺寸，以及卸料彈簧的自由高度等。 ⑤確定凸、凹模的間隙，計算凸、凹模工作部分尺寸[9]。 （6）選擇壓力機 壓力機的選擇是模具設計的一項重要內(nèi)容，設計模具時必須把所選的壓力機的類型、型號、規(guī)格確定下來。壓力機的確定主要取決于沖壓工藝的要求和沖模結(jié)構(gòu)情況。 （7）繪制模具總圖和非標準零件圖 2工藝分析及工藝方案確定 2.1工件的零件圖 U型卡槽的零件圖如圖2.2 圖2.2 U型卡槽零件圖 2.2工藝分析 本課題所要設計的U型卡槽，是凸包定位且焊接組合在車架的電氣元件支架類類零件，該零件屬隱蔽件，外觀上要求不高，只需平整。材料Q215鋼，厚度為1mm，年生產(chǎn)量5萬件。此零件屬于較為典型的U型彎曲件，其兩側(cè)都有孔，其中一側(cè)有翻邊，且有一個直徑為1.8mm的小圓孔，另外在U型卡槽底部有三道90o的褶邊。根據(jù)零件的形狀，需要分別經(jīng)過落料、沖孔、沖小孔、翻邊、折彎、U形彎曲等幾個工序才能完成。如果翻邊無法成型出零件的形狀，就需要先拉深再翻邊?，F(xiàn)首先對翻邊部分進行計算，確定能否一次成形，然后對零件中Φ1.8的小孔進行工藝分析，最后對彎曲部分進行工藝討論。另外，零件圖中的尺寸公差為未注公差，在處理這類零件時按IT14級要求[10]。 2.2.1翻邊高度計算 （1）核算能否采用一次翻邊達到零件要求的高度 查表（6-1）[11]取極限翻邊系數(shù)Kmin=0.57 求最大翻邊高度[11]: Hmax=0.5D(1-Kmin)+0.43r+0.72t （2.2a） =0.5×9(1-0.57)+0.43×1+0.72×1.5 =3.445(mm) 零件實際翻邊高度H=3.2<3.445mm。所以，直接翻邊可以達到零件翻邊高度，無需再采用淺拉深工藝。 2.2.2沖小孔工藝分析 由于零件上有一個Φ1.8的小孔，且與另外一個孔距離太近，無法在第一套模具沖出，所以只能單獨用一套模具來對其進行加工。在設計模具的時候用特別注意沖孔凸模應由保護套來進行保護，否則凸模的使用壽命會大大降低，另外在零件的定位及導向上也許特別注意。 2.2.3彎曲部分工藝分析 本零件是典型的U型彎曲件，在彎曲過程中會可能出現(xiàn)回彈，但其對外性要求不高，可以忽略不計。彎曲圓角半徑為0.5大于最小彎曲半徑（rmin=0.4t=0.4×1=0.6mm），故此零件形狀、尺寸均滿足彎曲工藝的要求，可以彎曲工序進行加工。 2.3工藝方案的確定 通過工藝性分析，可得到以下幾種方案： （1）單工序落料、沖孔、沖小孔、翻邊、折彎、彎曲，采用單工序模具。每道工序分別設計一套模具，加工過程中按照工序一步步完成。 優(yōu)點：設計簡單明了，設備沖裁力不必很大就可完成工作。 缺點： ①每道工序都要制作一套模具。模具費用昂貴，這就增加了生產(chǎn)成本； ②生產(chǎn)過程中，坯料要經(jīng)過至少6道工序，工序繁雜，生產(chǎn)效率低； ③坯料每經(jīng)過一道工序就要重新定位以便于加工，這就增加了尺寸誤差，使產(chǎn)品精度下降； ④占用車間工位和設備，不方便操作[12]。 （2）采用復合模進行加工，即落料沖孔復合，沖小孔、翻邊、彎曲順次進行，在彎曲時順便加工出零件底部褶邊的形狀。 優(yōu)點：在完成這些工序過程中，沖壓坯料無需進給移動。生產(chǎn)效率高，結(jié)構(gòu)簡單，節(jié)省制造費用，且定位準確，生產(chǎn)精度高。 缺點：需要的沖裁力較大，模具制作復雜，生產(chǎn)過程中容易磨損。 （3）級進模：沖孔、落料、沖小孔、翻邊、折彎、彎曲遞進完成。 優(yōu)點：生產(chǎn)效率高且操作安全。 缺點：模具結(jié)構(gòu)復雜，制造周期長，生產(chǎn)成本高，因此只有在特大量生產(chǎn)中才比較適宜。定位不準確，尤其是在沖小孔時無法保證尺寸精度。 綜合考慮成本、效率生產(chǎn)批量和要生產(chǎn)的實際工件等方面因素，采用復合模加工比較合理。經(jīng)落料沖孔、沖小孔、翻邊后的坯料圖分別如圖2.3、圖2.4 、和圖2.5所示。 　 圖2.3 落料沖孔后的零件圖 圖2.4 沖小孔后的零件圖 圖2.5 翻邊后的零件圖 3落料沖孔模的設計 3.1毛坯尺寸計算 毛坯寬度計算： 因為r/t=0.5/1=0.5，參照《中國模具設計大典》[12]表19.3-1，得x=0.25 查表19.3-6得l彎=1.16mm l=2· l直1＋l直2＋2· l彎 （3.1a） =2×15＋7.2＋2×1.16 =39.52mm 則毛坯的外形尺寸為長L為63mm,寬為39.52mm的長方形板料。 3.2 排樣 工件排樣根據(jù)落料工序設計，考慮操作方便及模具結(jié)構(gòu)簡單，由于件展開尺寸大于65mm，因此采用單行排列，查表2-16[13]得 搭邊值a1=1.5mm,a=2mm,條料的排樣圖如圖3.1所示，則： 條料寬：b=63+2a=67mm 條料的進距為：h=39.52+a1=41.02mm 條料的利用率： η=s/（h??b）×100﹪ （3.2a） =2381.27/（67×41.52）×100﹪=85.6﹪ 圖3.1 條料排樣圖 3.3 確定模具壓力中心 由于零件形狀左右對稱，上下不對稱，故x0=31.5mm y0=Σliyi/Σli （3.3a） =47464.55/2381.27=19.93mm 3.4 沖壓力的計算 3.4.1 落料力 F落=KLt （3.4a） =1.3×200.74×1×0.7×215 ≈39274.78N 3.4.2沖孔力 F孔=KLt （3.4b） =1.3×（28.26＋22.61＋13.88＋34.04）×1×215 ≈27611.81N 3.4.3卸料力 F卸= K卸×F落 （3.4c） =0.06×39274.78N ≈2356.49N 3.4.4推件力 F推= K推×F孔 （3.4d） =0.05×27611.81N ≈1380.59N 3.4.5總沖壓力 F總 = F落＋F孔＋F卸＋F推 （3.4e） =70623.67N ≈70.6KN 3.5沖壓設備的選擇 為了保證安全，防止設備的過載，可按公稱壓力F壓≥(1.6～1.8)F總的原則選取壓力機[13]。 參照《沖壓工藝與模具設計》[14]，落料沖孔工步可選取公稱壓力160KN的J23-16型開式雙柱可傾壓力機，該壓力機與模具設計的有關參數(shù)為；公稱壓力：160KN；滑塊行程：70mm；最大閉合高度：220mm；封閉高度調(diào)節(jié)量：60mm ；工作臺尺寸：450mm×300mm；模柄孔尺寸：φ30mm×50mm。 3.6工作部分尺寸計算 3.6.1落料凸、凹模刃口的尺寸計算 落料時應先確定凹模的尺寸。由于工件尺寸屬于未注公差尺寸，在計算凸模與凹模尺寸時，沖壓件公差尺寸的極限偏差數(shù)值通常按GB1800-79IT14級。凸模尺寸按照凹模尺寸配做，保證其最小間隙值為零。 該零件材料為Q215鋼，料厚1mm，由《沖壓工藝與模具設計》，表2-5可查得： Zmax=0.20 Zmin=0.14 Zmax- Zmin=0.20－0.14=0.06 (3.6a) 由表2-10查得凸、凹模制造公差： 落料部分： d=+0.03 p=－0.02 d +p=│+0.03│+│－0.02│=0.05＜Zmax- Zmin=0.06 (3.6b) 由《實用沖壓工藝與模具設計》[15]表3-13可查得： 落料凹模長： x?=0.370 落料凹模寬： x?=0.310 落料凹模長： Ad1=(D1-x?) (3.6c) =(63-0.370)mm =62.63mm 式中：?—零件的制造偏差，x—系數(shù) 落料凹模寬： Ad2=(D2-x?) (3.6c) =(39.52-0.310)mm =39.21mm 落料凸模長： Ap1=( Ad1- Zmin) (3.6d) =(62.63-0.14) =62.49mm 落料凸模寬： A p2=( Ad2- Zmin) (3.6d) =(39.21-0.14) =39.07mm 3.6.2沖孔凸、凹模的刃口尺寸 沖孔時應先確定凸模的尺寸。由于工件尺寸屬于未注公差尺寸，在計算凸模與凹模尺寸時，沖壓件公差尺寸的極限偏差數(shù)值通常按GB1800-79IT14級[15]。凹模尺寸按照凸模尺寸配做，保證其最小間隙值為零。 由表2-10查得凸、凹模制造公差：d=+0.02 p=－0.02 d +p=│+0.02│+│－0.02│=0.04＜Zmax- Zmin=0.06 (3.6a) 對φ4.5孔： dp1=(d+x?) (3.6b) = (4.5+0.5×0.2) mm =4.6 mm dd1=( dp1+ Zmin) (3.6c) = (4.6＋0.14)mm 　　　　　　　　　　　　　　 =4.74 mm 對φ7.2孔： dp2=(d+x?) (3.6c) = (7.2+0.5×0.2) mm =7.3 mm dd2=( dp2+ Zmin) (3.6c) = (7.3＋0.14) mm 　　　　　　　　　　　　　　 =7.44mm　 對φ5.42孔： dp3=(d+x?) (3.6c) = (5.42+0.5×0.2) mm =5.52 mm dd3=( dp3+ Zmin) (3.6c) = (5.52＋0.14) 　　　　　　　　　　　　　　 =5.66 mm　 對5×3.4孔： dp4=(d+x?) (3.6c) = (3.4+0.5×0.2) mm =3.5 mm dd4=( dp4+ Zmin) (3.6c) = (3.5＋0.14) mm 　　　　　　　　　　　　　　 =3.64 mm 　　　　　　　　　　　　 dp5=(d+x?) (3.6c) = (5+0.5×0.2) mm =5.1 mm dd5=( dp5+ Zmin) (3.6c) = (5.1＋0.14) mm 　　　　　　　　　　　　　　 =5.24 mm 3.7沖孔落料復合模的設計 3.7.1落料沖孔復合模結(jié)構(gòu)的設計 (1) 模具總體設計 在確定采用復合模后，便要考慮采用正裝式還是倒裝式復合模。采用倒裝式復合模，拉深后工件嵌在上模部分的落料凹模內(nèi)，由推件裝置推出，再由壓力機上附加的接件裝置接走，條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(chǎn)率。而正裝式復合模，工件則由下模的推件裝置向上推出，條料由上模卸料裝置脫出，二者混雜在一起，如果萬一來不及排除廢料或工件而進行下一次沖壓，就容易崩裂模具刃口。因此，這副落料沖孔復合模采用倒裝結(jié)構(gòu)。 (2) 推件裝置 在倒裝式復合模中，沖裁后工件嵌在上模部分的落料凹模內(nèi)，需由剛性或彈性推件裝置推出。剛性推件裝置推件可靠，可以將工件穩(wěn)當?shù)赝瞥霭寄?，但在沖裁時，剛性推件裝置對工件不起壓平作用，故工件平整度和尺寸精度比用彈性推件裝置時要低些。 根據(jù)生產(chǎn)實際經(jīng)驗，用剛性推件裝置已能保證零件所有尺寸精度，故這副模具采用剛性推件塊。 (3) 卸料裝置 復合模沖裁時，條料將卡在凸凹模外緣，因此需要在下模裝卸料裝置。卸料裝置有二種形式：一種是將卸料零件，裝在卸料板與凸凹模固定板之間；另一種是將卸料零件裝設在下模板下面。由于零件的條料卸料力大，故采用前一種結(jié)構(gòu)復雜，彈性卸料裝置。 (4) 導向裝置[15] 由于工件為彎曲件精度要求不高，而且材料不是很薄，模具間隙一般 ，故采用中間導柱模架。 (5) 工作過程 本沖模在一次行程中完成落料、沖孔兩個工序，生產(chǎn)效率高。沖壓時，條料從5-活動導料銷中通過，由3—凸凹模和18—落料凹模進行落料。11—頂板繼續(xù)下行，7—活動擋料銷擋住板料，3—凸凹模和12、13凸模完成工件沖孔工序。沖孔后，嵌在3—凸凹模內(nèi)的工件由9—推件器推出，廢料由4—卸料板卸下，整個過程完成。 落料沖孔復合模裝配圖如圖3.2所示： 3.1.2 落料沖孔復合模主要零件的設計 對于復合模來說，工作部分包括凸凹模、凸模和凹模三個零件。現(xiàn)在這副模具的凸凹模用電火花線切割一次割出，所以要將凸凹模的刃口尺寸全部算出，其外形按落料凹模計算，內(nèi)孔按沖孔凸模計算。凸模按凸凹模內(nèi)孔線切割，也需標出刃口尺寸[16]。凹模也用線切割加工，無論是光電跟蹤還是程序控制的線切割，在制作光電跟蹤圖或者計算輸入方程時，均以凹模刃口工作部分尺寸作為依據(jù)，故凹模刃口尺寸也需計算。 圖3.2 落料沖孔復合模裝配圖 1-下模座 2-卸料螺釘 3-凸凹模 4-導柱 5-導套 6-卸料板 7-活動擋料銷 8-凹模 9-凸模固定板 10-圓柱銷 11-推件器 12-φ4.5孔凸模 13-φ7.2孔凸模14-內(nèi)六角螺釘 15-模柄 16-推桿 17-頂板 18-頂桿 19-內(nèi)六角螺釘 20-墊板 21-上模座 22-內(nèi)六角螺釘 23圓柱銷 24-彈簧 25-彈簧 由于，凸凹模、凸模和凹模三個零件都需要進行線切割 ，而且三個之間的尺寸有一定的聯(lián)系，所以可以連續(xù)加工。首先，加工一塊凹模外形尺寸的模具板材，確定壓力中心，在板材上線切割出凹模的刃口，調(diào)節(jié)線切割設備選用合適的鉬絲使切割量小于凸、凹模間隙，在切下的廢料上切割出拉深凹模刃口，接下來在切下的廢料上切割出拉深凸模，然后在數(shù)控銑上銑出頭部曲面，完成模具工作零件的加工[17]。（1）落料凹模的設計[17] 材料：T10A； 外形尺寸：160×125×24； 由于大批量生產(chǎn)，對刃口強度要求較高，所以刃口采用直刃式，磨損后刃口尺寸變化小，凹模刃口厚度為14mm； 加工后進行熱處理：58—60HRC； 凹模采用M10銷釘定位，通過4個M10內(nèi)六角螺釘經(jīng)過凸模固定板與墊板緊固在上模座上，表面粗糙度為1.6。如圖2.4所示。 （2）凸凹模的設計 材料：T10A； 外形尺寸：如圖2.4所示 加工后進行熱處理：58-60 HRC； 凸凹模通過通過四個M10螺釘和兩個圓柱銷固定在下模座上，表面粗糙度為1.6。 （3）四個沖孔凸模的設計[18] 材料：T10A； 凸模圓角半徑為5mm； 加工后進行熱處理：58-60HRC； 凸模通過與固定板一起磨平后卡在一起；表面粗糙度為1.6，φ4.5孔凸模、φ7.2孔凸模、φ5.42孔凸模、5×3.4孔凸模分別如圖2.5、2.6、2.7、2.8所示。 圖2.3 落料凹模 圖2.4 凸凹模 圖2.5 φ4.5孔凸模 圖2.6 φ7.2孔凸模 圖2.7 φ5.42孔凸模 圖2.8 5×3.4孔凸模 （4）卸料板的設計 卸料裝置的形式比較多，它包括固定卸料板、活動卸料板、彈壓卸料板和廢料切刀等幾種。本制件較薄且要求平整，而且卸料板是用在復合模中，所以選用彈壓卸料板如圖2.9所示。 圖2.9 卸料板 （5）模柄的選擇[16] 中小型沖模通過模柄將上模固定在壓力機的滑塊上。通過對制件的分析，決定采用適合于較大模具上的凸緣模柄，如圖2.10所示。 （6）固定板與墊板的設計 固定板選用矩形，厚度是22mm，固定板選用規(guī)格是160×125×22。 墊板不需經(jīng)淬硬磨平，厚度取10mm，墊板選用規(guī)格是160×125×10。 圖2.10 凸緣模柄 4沖小孔模的設計 4.1確定模具壓力中心 由于零件形狀左右對稱，上下不對稱，故x0=31.5mm y0=Σliyi/Σli （4.1a） =47373.17/2378.72=19.92mm 4.2沖孔力的計算 沖孔力： F孔=KLt （4.2b） =1.3×5.65×1×215 ≈1579.18N 卸料力： F卸= K卸×F落 （3.4c） =0.06×1579.18N ≈94.75N F總= F孔＋F卸=1579.18+94.75=1673.93N 4.3沖壓設備的選擇 為了保證安全，防止設備的過載，可按公稱壓力F壓≥(1.6～1.8)F總的原則選取壓力機。 參照《沖壓工藝與模具設計》，沖小孔工步可選取公稱壓力63KN的J23-6.3型開式雙柱可傾壓力機，該壓力機與模具設計的有關參數(shù)為；公稱壓力：63KN；滑塊行程：50mm；最大閉合高度：170mm；封閉高度調(diào)節(jié)量：40mm ；工作臺尺寸：315mm×200mm；模柄孔尺寸：φ30mm×50mm。 4.4沖孔凸、凹模刃口尺寸計算 沖孔時應先確定凸模的尺寸。凹模尺寸按照凸模尺寸配做，保證最小間隙值為零。 該零件材料為Q215鋼，料厚1mm，由《沖壓工藝與模具設計》，表2-5可查得： Zmax=0.20 Zmin=0.14 Zmax- Zmin=0.06 (4.4a) 由表2-10查得凸、凹模制造公差：d=+0.02 p=－0.02 d +p=│+0.02│+│－0.02│=0.04＜Zmax- Zmin=0.06 (4.4b) 對φ1.8孔： dp=(d+x?) (4.4c) = (1.8+0.5×0. 04)mm =1.82 mm dd=( dp+ Zmin) (4.4d) = (1.82＋0.140)mm =1.96 mm 4.5沖小孔模的設計 4.5.1沖小孔模結(jié)構(gòu)的設計 （1）模具總體設計 模具采用中間導柱標準模架，模具上模部分主要由上模架、墊板、凸模固定板及卸料板組成，卸料方式為彈性卸料，以彈簧為彈性元件。凸模由保護套保護，以保證其強度和使用壽命。下模部分由下模座、凹模、固定擋料銷等組成。模具工作時由固定擋料銷和導正銷導向，保證工作平穩(wěn)。沖孔廢料由凹模漏料口漏出。 （2）模具工作過程 送料采用手工送料，模具工作時靠固定擋料銷導向和定位，滑塊下行。卸料板先把條料壓住，導正銷進入導向孔里導向，此時沖孔凸模開始工作，當其進入凹模2mm時，所有工作結(jié)束?；瑝K達到下死點，滑塊回程，卸料板首先工作，把包在凸模上的廢料卸掉，滑塊達到上死點，工作結(jié)束。其裝配圖如圖4.1所示。 4.5.2沖小孔模主要零件的設計 （1）凹模的設計[17] 材料：T10A； 外形尺寸：160×125×35； 由于大批量生產(chǎn)，對刃口強度要求較高，所以刃口采用直刃式。 加工后進行熱處理：58—60HRC； 凹模通過通過四個M10螺釘和兩個圓柱銷固定在下模座上，表面粗糙度為1.6。如圖4.2所示。 圖4.1 沖小孔模裝配圖 1-下模座 2-圓柱銷 3-凹模 4-導柱 5-導套 6-卸料板 7-固定擋料銷 8-凸模固定板9-彈簧10-墊板 11-上模座 12-內(nèi)六角螺釘13-導正銷14-保護套15-凸模 16-模柄17-圓柱銷 18-內(nèi)六角螺釘 19-內(nèi)六角螺釘 圖4.2沖孔凹模 （2）沖孔凸模的設計[18] 材料：T10A； 凸模圓角半徑為0.25mm； 加工后進行熱處理：58-60HRC； 凸模固定在凸模固定板與保護套之間；表面粗糙度為1.6，如圖4.3。 （3）導正銷的設計 材料：9Mn2V； 加工后進行熱處理：58-60HRC； 導正銷通過與固定板一起磨平后卡在一起；表面粗糙度為1.6，如圖4.4。 圖4.3 沖小孔凸模 圖4.4 導正銷 （4）保護套的設計 材料：45鋼； 加工后熱處理：56-58 HRC； 保護套通過與固定板一起磨平后卡在一起；表面粗糙度為1.6，如圖4.5。 （5）模柄的設計 材料：Q235； 加工后熱處理：45-50 HRC； 模柄的作用是將上模與壓力機的滑塊相連接。模柄的形式采用壓入式模柄結(jié)構(gòu)，如圖4.6所示。 圖4.5 保護套 圖4.6 壓入式模柄 5翻邊模的設計 5.1確定模具壓力中心 由于零件形狀左右對稱，上下不對稱，故x0=31.5mm y0=Σliyi/Σli （5.1a） =47373.17/2378.72=19.92mm 5.2翻邊力的計算 F=1.1π（D－d）tσs =1.1π（9－5.42）×1×215 =2659.9N 式中： D—翻邊后孔口的中徑 d—翻邊前毛坯預制直徑 t —材料厚度 σs—材料的屈服強度 5.3沖壓設備的選擇 為了保證安全，防止設備的過載，按公稱壓力F壓≥(1.6～1.8)F總的原則選取壓力機。 參照《沖壓工藝與模具設計》，落料沖孔工步可選取公稱壓力63KN的J23-6.3型開式雙柱可傾壓力機，該壓力機與模具設計的有關參數(shù)為；公稱壓力：63KN；滑塊行程：50mm；最大閉合高度：170mm；封閉高度調(diào)節(jié)量：40mm ；工作臺尺寸：315mm×200mm；模柄孔尺寸：φ30mm×50mm。 5.4翻邊模刃口尺寸計算 該零件材料為Q215鋼，料厚1mm，由《沖壓工藝與模具設計》，表2-5可查得： Zmax=0.20 Zmin=0.14 Zmax- Zmin=0.06 (5.4a) 由表2-10查得凸、凹模制造公差： d=+0.02 p=－0.02 d +p=│+0.02│+│－0.02│=0.04＜Zmax- Zmin=0.06 (5.4b) 翻邊凹模尺寸： dd=（D-x?） =（9－0.5×0.2） =8.9 翻邊凸模尺寸： dp=（D-x?-Zmin） =（8.9-0.14） =8.76 5.5翻邊模的設計 5.5.1翻邊模結(jié)構(gòu)的設計 （1）模具總體設計 模具采用中間導柱標準模架，模具上模部分主要由上模架、墊板、凸模固定板及卸料板組成，卸料方式為彈性卸料，以彈簧為彈性元件。下模部分由下模座、凹模、固定擋料銷等組成。模具工作時由固定擋料銷和導正銷導向，保證工作平穩(wěn)。其原理與沖小孔模相近。 （2）模具工作過程 送料采用手工送料，模具工作時靠固定擋料銷導向和定位，滑塊下行。卸料板先把條料壓住，導正銷進入導向孔里導向，此時翻邊凸模開始工作，當其進入凹模2mm時，所有工作結(jié)束?；瑝K達到下死點，滑塊回程，卸料板開始工作，將坯料彈出，滑塊達到上死點，工作結(jié)束。其裝配圖如圖5.1所示。 5.5.2翻邊模主要零件的設計 （1）凹模的設計[17] 材料：T10A； 外形尺寸：160×125×35； 由于大批量生產(chǎn)，對刃口強度要求較高，所以刃口采用直刃式。 加工后進行熱處理：58—60HRC； 凹模通過通過四個M10螺釘和兩個圓柱銷固定在下模座上，表面粗糙度為1.6。如圖5.2所示。 （2）翻邊凸模的設計[18] 材料：T10A； 凸模圓角半徑為5mm； 加工后進行熱處理：58-60HRC； 凸模通過與固定板一起磨平后卡在一起；表面粗糙度為1.6，如圖5.3。 圖5.1 翻邊模裝配圖 1-下模座 2-圓柱銷 3-凹模 4-導柱 5-導套 6-卸料板 7-固定擋料銷 8-凸模固定板9-彈簧10-墊板 11-上模座 12-內(nèi)六角螺釘13-翻邊凸模 14-導正銷 15-模柄16-圓柱銷17-內(nèi)六角螺釘18-內(nèi)六角螺釘 圖5.2 翻邊凹模 5.3翻邊凸模 6彎曲模的設計 6.1確定模具壓力中心 由于零件形狀左右對稱，上下不對稱，故x0=31.5mm y0=Σliyi/Σli （6.1a） =47373.17/2378.72=19.92mm 6.2彎曲力的計算 彎曲力： F彎= 0.7KBt2σb/（r＋t） （6.2a） =0.7×1.3×10×12×215/（0.5＋1） =1956.5N 壓料力： F壓=F頂=0.8 F彎=1565.2N F總= F彎＋F壓＋F頂 =1956.5+2×1565.2 =5086.9N 6.3沖壓設備的選擇 為了保證安全，防止設備的過載，可按公稱壓力F壓≥(1.6～1.8)F總的原則選取壓力機。 參照《沖壓工藝與模具設計》，落料沖孔工步可選取公稱壓力100KN的J23-10型開式雙柱可傾壓力機，該壓力機與模具設計的有關參數(shù)為；公稱壓力：100KN；滑塊行程：50mm；最大閉合高度：180mm；封閉高度調(diào)節(jié)量：50mm ；工作臺尺寸：360mm×240mm；模柄孔尺寸：φ30mm×50mm。 4.4 6.4翻邊模刃口尺寸計算 該零件材料為Q215鋼，料厚1mm，由《沖壓工藝與模具設計》，表2-5可查得： Zmax=0.20 Zmin=0.14 Zmax- Zmin=0.06 (5.4a) 由表2-10查得凸、凹模制造公差： d=+0.03 p=－0.02 d +p=│+0.03│+│－0.02│=0.05＜Zmax- Zmin=0.06 (5.4b) 翻邊凸模尺寸： Lp=(L+K?) (4.4c) = (8.2+0.5×0. 04)mm =8.22mm 翻邊凹模尺寸： Ld=( Lp+ Zmin) (4.4d) = (8.02＋2) mm =10.22 mm 6.5彎曲模的設計 6.5.1彎曲模結(jié)構(gòu)的設計 （1）模具總體設計 模具采用中間導柱標準模架，模具上模部分主要由上模架、墊板、凸模固定板組成，卸料方式為彈性卸料，以彈簧為彈性元件。下模部分由下模座、凹模、凹模墊板、頂件塊、定位板等組成。其裝配圖如圖6.1所示。 （2）模具的特點 該模具結(jié)構(gòu)簡單，在壓力機上安裝，調(diào)節(jié)方便。定件板在彎曲時與凸模將板料壓緊，并且背壓力可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)大小，始終能對工件底部施加較大的反頂件力，能使工件底部保持平整，能有效地防止彎曲件的滑移，由于彎曲結(jié)束時制件能得到可靠的校正，因而大大降低了制件的回彈量[17]。 （3）模具工作過程 工作中，先將板料放在固定板中，上模下行，凸模與頂件板將板料夾緊，凸模與凹模對板料進行彎曲直至頂件板與凹模墊板接觸，并將凸模和頂件板進行特殊加工，使其在彎曲的過程中可以使坯料彎出褶邊，彎曲結(jié)束后頂件板可以通過頂桿和彈簧將彎曲件頂出凹模。 圖6.1 彎曲模裝配圖 1-下模座 2-圓柱銷 3-凹模墊板 4-導柱 5-導套 6-凹模 7-定位板 8-內(nèi)六角螺釘9凸模固定板10-墊板 11-上模座 12-圓柱銷13-凸模14-模柄15-內(nèi)六角螺釘16-內(nèi)六角螺釘17-頂件板 18-彈簧 19-卸料螺釘 6.5.2彎曲模主要零件的設計 （1）凹模的設計[17] 材料：T10A； 外形尺寸：160×125×35； 由于大批量生產(chǎn)，對刃口強度要求較高，所以刃口采用直刃式。 加工后進行熱處理：58—60HRC； 凹模通過通過四個M10螺釘和兩個圓柱銷與凹模墊板一塊固定在下模座上，表面粗糙度為1.6。如圖6.2所示。 （2）翻邊凸模的設計[18] 材料：T10A； 凸模圓角半徑為5mm； 加工后進行熱處理：58-60HRC； 凸模通過與固定板一起磨平后卡在一起，其底部有三道凹入部分，可以和頂件塊一起加工出零件底部的褶邊。表面粗糙度為1.6，如圖6.3所示。 圖6.2 彎曲凹模 圖6.3 彎曲凸模 （3）頂件塊的設計 材料：T10A； 外形尺