1 緒論1.1 概述沖壓成形作為現(xiàn)代工業(yè)中一種十分重要的加工方法，用以生產(chǎn)各種板料零件,具有很多獨(dú)特的優(yōu)勢，其成形件具有自重輕、剛度大、強(qiáng)度高、互換性好、成本低、生產(chǎn)過程便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械自動(dòng)化及生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)，是一種其它加工方法所不能相比和不可替代的先進(jìn)制造技術(shù)，在制造業(yè)中具有很強(qiáng)的競爭力，被廣泛應(yīng)用于汽車、能源、機(jī)械、信息、航空航天、國防工業(yè)和日常生活的生產(chǎn)之中。在吸收了力學(xué)、數(shù)學(xué)、金屬材料學(xué)、機(jī)械科學(xué)以及控制、計(jì)算機(jī)技術(shù)等方面的知識后，已經(jīng)形成了沖壓學(xué)科的成形基本理論。以沖壓產(chǎn)品為龍頭，以模具為中心，結(jié)合現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用，在產(chǎn)品的巨大市場需求刺激和推動(dòng)下，沖壓成形技術(shù)在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展、實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化和提高人民生活水平方面發(fā)揮著越來越重要的作用。1.2 沖壓技術(shù)的進(jìn)步進(jìn)幾十年來，沖壓技術(shù)有了飛速的發(fā)展，它不僅表現(xiàn)在許多新工藝與新技術(shù)在生產(chǎn)的廣泛應(yīng)用上，如：旋壓成形、軟模具成形、高能率成形等，更重要的是人們對沖壓技術(shù)的認(rèn)識與掌握的程度有了質(zhì)的飛躍1。現(xiàn)代沖壓生產(chǎn)是一種大規(guī)模繼續(xù)作業(yè)的制造方式，由于高新技術(shù)的參與和介入，沖壓生產(chǎn)方式由初期的手工操作逐步進(jìn)化為集成制造（圖1-1）。生產(chǎn)過程逐步實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化、并且正在向智能化、集成化的方向發(fā)展。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化沖壓作業(yè)，體現(xiàn)安全、高效、節(jié)材等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)是沖壓生產(chǎn)的發(fā)展方向。 圖1-1 沖壓作業(yè)方式的進(jìn)化沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)的實(shí)現(xiàn)使沖壓制造的概念有了本質(zhì)的飛躍。結(jié)合現(xiàn)代技術(shù)信息系統(tǒng)和現(xiàn)代化管理信息系統(tǒng)的成果，由這三方面組合又形成現(xiàn)代沖壓新的生產(chǎn)模式計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIMS（Computer Integrated Manufacturing System）。把產(chǎn)品概念形成、設(shè)計(jì)、開發(fā)、生產(chǎn)、銷售、售后服務(wù)全過程通過計(jì)算機(jī)等技術(shù)融為一體，將會給沖壓制造業(yè)帶來更好的經(jīng)濟(jì)效益，使現(xiàn)代沖壓技術(shù)水平提高到一個(gè)新的高度。1.3 模具的發(fā)展與現(xiàn)狀模具是工業(yè)生產(chǎn)中的基礎(chǔ)工藝裝備，是一種高附加值的高技術(shù)密集型產(chǎn)品，也是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的重要領(lǐng)域，其技術(shù)水平的高低已成為衡量一個(gè)國家制造水平的重要標(biāo)志。隨著國民經(jīng)濟(jì)總量和工業(yè)產(chǎn)品技術(shù)的不斷發(fā)展，各行各業(yè)對模具的需求量越來越大，技術(shù)要求也越來越高。目前我國模具工業(yè)的發(fā)展步伐日益加快，“十一五期間”產(chǎn)品發(fā)展重點(diǎn)主要應(yīng)表現(xiàn)在 2：（1）汽車覆蓋件模；（2）精密沖模；（3）大型及精密塑料模；（4）主要模具標(biāo)準(zhǔn)件；（5）其它高技術(shù)含量的模具。目前我國模具年生產(chǎn)總量雖然已位居世界第三，其中，沖壓模占模具總量的40%以上2，但在整個(gè)模具設(shè)計(jì)制造水平和標(biāo)準(zhǔn)化程度上，與德國、美國、日本等發(fā)達(dá)國家相比還存在相當(dāng)大的差距。以大型覆蓋件沖模為代表，我國已能生產(chǎn)部分轎車覆蓋件模具。轎車覆蓋件模具設(shè)計(jì)和制造難度大，質(zhì)量和精度要求高，代表覆蓋件模具的水平。在設(shè)計(jì)制造方法、手段上已基本達(dá)到了國際水平，模具結(jié)構(gòu)功能方面也接近國際水平，在轎車模具國產(chǎn)化進(jìn)程中前進(jìn)了一大步。但在制造質(zhì)量、精度、制造周期和成本方面，以國外相比還存在一定的差距。標(biāo)志沖模技術(shù)先進(jìn)水平的多工位級進(jìn)模和多功能模具，是我國重點(diǎn)發(fā)展的精密模具品種，在制造精度、使用壽命、模具結(jié)構(gòu)和功能上，與國外多工位級進(jìn)模和多功能模具相比，存在一定差距2-3。1.4 模具CAD/CAE/CAM技術(shù)沖壓技術(shù)的進(jìn)步首先通過模具技術(shù)的進(jìn)步來體現(xiàn)出來。對沖模技術(shù)性能的研究已經(jīng)成為發(fā)展沖壓成形技術(shù)的中心和關(guān)鍵。20世紀(jì)60年代初期，國外飛機(jī)、汽車制造公司開始研究計(jì)算機(jī)在模具設(shè)計(jì)與制造中的應(yīng)用。通過以計(jì)算機(jī)為主要技術(shù)手段，以數(shù)學(xué)模型為中心，采用人機(jī)互相結(jié)合、各盡所長的方式，把模具的設(shè)計(jì)、分析、計(jì)算、制造、檢驗(yàn)、生產(chǎn)過程連成一個(gè)有機(jī)整體，使模具技術(shù)進(jìn)入到綜合應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造的新階段。模具的高精度、高壽命、高效率成為模具技術(shù)進(jìn)步的特征。模具CAD/CAE/CAM是改造傳統(tǒng)模具生產(chǎn)方式的關(guān)鍵技術(shù)，是一項(xiàng)高科技、高效益的系統(tǒng)工程。它以計(jì)算機(jī)軟件的形式，為企業(yè)提供一種有效的輔助工具，使工程技術(shù)人員借助于計(jì)算機(jī)對產(chǎn)品性能、模具結(jié)構(gòu)、成形工藝、數(shù)控加工及生產(chǎn)管理進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化4。模具CAD/CAE/CAM技術(shù)能顯著縮短模具設(shè)計(jì)與制造周期，降低生產(chǎn)成本和提高產(chǎn)品質(zhì)量已成為模具界的共識。模具CAD/CAE/CAM在近20年中經(jīng)歷了從簡單到復(fù)雜，從試點(diǎn)到普及的過程。進(jìn)入本世紀(jì)以來，模具CAD/CAE/CAM技術(shù)發(fā)展速度更快，應(yīng)用范圍更廣。在級進(jìn)模CAD/CAE/CAM發(fā)展應(yīng)用方面，本世紀(jì)初，美國UGS公司與我國華中科技大學(xué)合作在UG-II（現(xiàn)為NX）軟件平臺上開發(fā)出基于三維幾何模型的級進(jìn)模CAD/CAM軟件NX-PDW。該軟件包括工程初始化、工藝預(yù)定義、毛坯展開、毛坯排樣、廢料設(shè)計(jì)、條料排樣、壓力計(jì)算和模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等模塊。具有特征識別與重構(gòu)、全三維結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)等顯著特色，已在2003年作為商品化產(chǎn)品投入市場。與此同時(shí)，新加波、馬來西亞、印度及我國臺灣、香港有關(guān)機(jī)構(gòu)和公司也在開發(fā)和試用新一代級進(jìn)模CAD/CAM系統(tǒng)。我國從上世紀(jì)90年代開始，華中科技大學(xué)、上海交通大學(xué)、西安交通大學(xué)和北京機(jī)電研究院等相繼開展了級進(jìn)模CAD/CAM系統(tǒng)的研究和開發(fā)。如華中科技大學(xué)模具技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在AutoCAD軟件平臺上開發(fā)出基于特征的級進(jìn)模CAD/CAM系統(tǒng)HMJC，包括板金零件特征造型、基于特征的沖壓工藝設(shè)計(jì)、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)件及典型結(jié)構(gòu)建庫工具和線切割自動(dòng)編程5個(gè)模塊。上海交通大學(xué)為瑞士法因托（Finetool）精沖公司開發(fā)成功精密沖裁級進(jìn)模CAC/CAM系統(tǒng)。西安交通大學(xué)開發(fā)出多工位彎曲級進(jìn)模CAD系統(tǒng)等。近年來，國內(nèi)一些軟件公司也競相加入了級進(jìn)模CAD/CAM系統(tǒng)的開發(fā)行列，如深圳雅明軟件制作室開發(fā)的級進(jìn)模系統(tǒng)CmCAD、富士康公司開發(fā)的用于單沖模與復(fù)合模的CAD系統(tǒng)Fox-CAD等4。展望國內(nèi)外模具CAD/CAE/CAM技術(shù)的發(fā)展，本世紀(jì)的科學(xué)技術(shù)正處于日新月異的變革之中，通過與計(jì)算機(jī)技術(shù)的緊密結(jié)合，人工智能技術(shù)、并行工程、面向裝配、參數(shù)化特征建模以及關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)等一系列與模具工業(yè)相關(guān)的技術(shù)發(fā)展之快，學(xué)科領(lǐng)域交叉之廣前所未見。今后10年新一代模具CAD/CAE/CAM系統(tǒng)必然是當(dāng)今最好的設(shè)計(jì)理念、最新的成形理論和最高水平的制造方法相結(jié)合的產(chǎn)物，其特點(diǎn)將反映在專業(yè)化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化、智能化四個(gè)方面。主要表現(xiàn)在4：（1）模具CAD/CAM的專業(yè)化程度不斷提高；（2）基于網(wǎng)絡(luò)的CAD/CAE/CAM一體化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)初見端倪；（3）模具CAD/CAE/CAM的智能化引人注目；（4）與先進(jìn)制造技術(shù)的結(jié)合日益緊密。1.5 課題的主要特點(diǎn)及意義該課題主要針對電器開關(guān)過電片零件，在對過電片沖孔、落料和壓彎等成形工藝分析的基礎(chǔ)上，提出了該零件采用多工位級進(jìn)模的沖壓方案；根據(jù)零件的形狀、尺寸精度要求，設(shè)計(jì)過程中綜合考慮采用“雙列直對排法”排樣，成形側(cè)刃定位，保證工件的尺寸和形狀位置精度要求的同時(shí)，提高了材料的利用率和勞動(dòng)生產(chǎn)率。本課題涉及的知識面廣，綜合性較強(qiáng)，在鞏固大學(xué)所學(xué)知識的同時(shí)，對于提高設(shè)計(jì)者的創(chuàng)新能力、協(xié)調(diào)能力，開闊設(shè)計(jì)思路等方面為作者提供了一個(gè)良好的平臺。2 沖壓工藝方案的制定圖2-1 零件圖材料：H68普通黃銅 料厚：0.5mm該零件為某電器開關(guān)過電片，是一家電器生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)品中的一個(gè)主要零件，如圖2-1所示,其作用是通過開關(guān)扳手的運(yùn)動(dòng)由過電片讓電流通或斷。該零件生產(chǎn)屬于大批量生產(chǎn)，零件結(jié)構(gòu)緊湊，沖裁壁厚很?。ㄗ钚√帪?.75mm），成形過程相互干涉，在復(fù)合模中難于實(shí)現(xiàn)；若用簡單的落料、沖孔、彎曲模等單工序模也可達(dá)到?jīng)_壓要求，這樣模具雖然簡單了，但是沖壓所用的設(shè)備和人員較多，沖壓工序中的定位也較麻煩，加上零件較小，裝料時(shí)易產(chǎn)生不安全的現(xiàn)象，而且工序較多效率較低故不被推廣。為減少零件在生產(chǎn)中的多次定位對其精度和生產(chǎn)率的影響，一要產(chǎn)品批量較大，對零件的一致性要求較高，二是具有H68良好的彎曲和沖裁性能，經(jīng)過反復(fù)比較，適宜采用較為復(fù)雜的多工位級進(jìn)模制造。2.1 工藝分析本電器開關(guān)過電片從總體上看是一個(gè)帶雙孔的“”形彎曲件，該零件需要控制的尺寸有，分別為公差等級IT11，IT12級，其余尺寸均為未注公差，可以按IT12級取公差。該零件材料為H68普通黃銅，料厚為0.5mm，因而從尺寸精度和材料方圖2-2 零件展開圖面分析比較適合用沖壓加工。經(jīng)計(jì)算得零件毛坯展開尺寸，如圖2-2所示，最長處為22.86mm，最寬處為6.8mm，屬于小型沖壓件。由于“”形彎曲件兩直邊折彎方向相反，故彎曲模必須有兩個(gè)方向的彎曲動(dòng)作?，F(xiàn)改為“”形彎曲件，它是“”形件的成對彎曲，然后再切斷為二個(gè)“”形件，這樣使兩邊的彎曲力相互平衡，同時(shí)也減少了彎曲時(shí)的毛坯移動(dòng)。2.2 排樣圖設(shè)計(jì)排樣圖是多工位級進(jìn)模設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，它具體反映了零件在整個(gè)沖壓成形過程中，毛坯外形在條料上的截取方式及與相鄰毛坯的關(guān)系，而且對材料的利用率、沖壓加工的工藝性以及模具的結(jié)構(gòu)和壽命等有著顯著的影響5故應(yīng)針對零件和零件展開后的工藝特點(diǎn)，并綜合考慮工藝分析各個(gè)因素后，設(shè)計(jì)合理的排樣圖及具體工位安排。該過電片零件形狀一頭大一頭小，若采用單列排樣則材料的利用率較低，故采用雙列排樣；又為了減少制件在沖壓時(shí)的移動(dòng)和抵消彎曲力，綜合考慮采用“雙列直對排法”，由于制件較小，采用“雙列直對排法”排樣的模具體積也不會很大，同時(shí)按“雙列直對排法”排樣為“一模四件”生產(chǎn)，大大提高了生產(chǎn)效率，因此這樣的排樣比較科學(xué)合理。查文獻(xiàn)6表2-13取搭邊值a=1.2mm，沖切外形時(shí)工件間的搭邊連接最小寬度取1.8mm。故：條料寬度 b=22.86mm2 + 1.2mm2 + 1.8mm =49.92mm，取b=50mm；沖壓進(jìn)距 h=6.8mm + 5mm + 1.2mm2 =14.2mm毛坯排樣圖如圖2-3所示：圖2-3 排樣圖根據(jù)以上分析，沖壓如圖2-1所示的零件的級進(jìn)模分為四個(gè)工位。第一工位：定距沖外形；第二工位：沖圓孔和腰形孔；第三工位：“”形彎曲，由導(dǎo)正銷在圓孔中定位；第四工位：切斷“”形件，分離得四個(gè)“”形制件。計(jì)算材料的利用率，一個(gè)進(jìn)距內(nèi)的沖裁面積A：A=92.5mm2+19.6mm24+15.9mm24+51.8 mm2=286.3 mm2其中，A包括一個(gè)進(jìn)距內(nèi)沖出的小孔面積142mm故一個(gè)進(jìn)距的材料利用率為：=59.7%若沖出的小孔材料可以加以利用，則由本排樣方案計(jì)算一個(gè)進(jìn)距的材料利用率為：3 模具總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模具總體結(jié)構(gòu)如圖3-1所示，該模具采用后側(cè)導(dǎo)柱模架，沖圓孔凸模19，沖腰形孔凸模18，切斷凸模15，切邊凸模20，壓彎凸模（成形側(cè)刃）16，導(dǎo)正銷29分別和凸模固定板5采用壓入式裝配，用圓柱銷23在上模座上定位，與墊板4一起固定在上模座上；凹模11采用整體加工而成，為了便于制造、試模和維修，壓彎凹模鑲塊17兩件采用鑲拼結(jié)構(gòu)，嵌入沖裁凹模槽孔內(nèi)，并用螺釘加以固定；條料送進(jìn)步距由成形側(cè)刃定位控制，制件彎曲由導(dǎo)正削精定位，所有凸模卸料由彈性卸料板7完成，沖孔、切邊和切斷廢料由凹模下面的漏料孔逐步排出，制件從料頭分離，由模具終端沿凹模斜面自動(dòng)落下。3.1 條料定位裝置由于側(cè)刃定距方式使沖壓時(shí)材料送進(jìn)準(zhǔn)確可靠，但增加了材料的消耗，也使模具的制造維修趨于復(fù)雜。側(cè)刃的成形沖切即發(fā)揮了側(cè)刃定距的優(yōu)點(diǎn)，又使得有搭邊排樣的有廢料沖壓變?yōu)闊o廢料、少廢料沖壓。成形側(cè)刃沖壓是將擬選用的側(cè)刃與工件某部分的沖裁結(jié)合，利用沖切出條（帶）料的缺口代替普通側(cè)刃的切邊缺口實(shí)現(xiàn)送料限位定距，省去普通側(cè)刃沖切后仍需留出落料沖切的搭邊，實(shí)現(xiàn)少無廢料排樣的沖裁7。資料表明：在級進(jìn)模上使用成形側(cè)刃與使用普通側(cè)刃相比，不僅可以節(jié)省沖壓材料6%-10%，成本降低2%-6%，而且可以使連續(xù)沖壓保持較高的勞動(dòng)生產(chǎn)率的同時(shí)，保證工件具有較高的尺寸和形狀位置精度。圖3-1 模具結(jié)構(gòu)示意圖1-模柄 2-上模板 3-圓柱頭內(nèi)六角卸料螺釘 4-墊板 5-凸模固定板 6-彈簧 7-卸料板 8-導(dǎo)套 9-導(dǎo)柱 10-下模板 11-凹模 12-墊板 13-內(nèi)六角圓柱頭螺釘 14-圓柱銷 15-切斷凸模 16-壓彎凸模 17-凹模鑲塊 18-沖腰形孔凸模 19-沖圓孔凸模20-切邊凸模（成形側(cè)刃） 21-開槽圓柱頭螺釘22-承料板 23-圓柱銷24-內(nèi)六角圓柱頭螺釘25-圓柱銷26-圓柱銷27-開槽沉頭螺釘 28-導(dǎo)料板 29-導(dǎo)正銷 30-開槽沉頭螺釘 31-螺塞 32-彈簧本設(shè)計(jì)在送料前進(jìn)方向的兩側(cè)采用雙成形側(cè)刃定距，如圖2-3所示，即為使用成形側(cè)刃的排樣圖，側(cè)刃長度稍大于送料進(jìn)距，以便導(dǎo)正銷伸入預(yù)沖孔時(shí)導(dǎo)料略后退。成形側(cè)刃尺寸按式（3-1）計(jì)算：L=h+（0.050.10） （3-1）式中，L成形側(cè)刃斷面沿送料方向的長度（mm），這里； h步距（mm）精確定位由導(dǎo)正銷29與條料上的導(dǎo)正孔5來實(shí)現(xiàn)，該模具裝有2件導(dǎo)正銷，結(jié)構(gòu)形式如圖3-1所示，條料寬度方向由左、右導(dǎo)料板28導(dǎo)向，承料板22承料。3.2 出料裝置采用彈性卸料板7卸料，彈性卸料板由彈簧6產(chǎn)生的彈性實(shí)現(xiàn)卸料，并穿過卸料螺釘3桿部安裝在凸模固定板與卸料板之間。導(dǎo)正銷與導(dǎo)正孔之間存在一定的間隙，一般可以避免導(dǎo)正銷卡在導(dǎo)正孔內(nèi)，若為了防止導(dǎo)正銷卡在導(dǎo)正孔內(nèi)，可以采用在局部設(shè)計(jì)卸料塊與彈簧，靠彈簧產(chǎn)生的彈性實(shí)現(xiàn)卸料。沖孔、切邊廢料和切斷廢料由凹模下方的漏料孔逐步排出，制件由模具終端沿斜面自動(dòng)落下。3.3 模具結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 采用雙成形側(cè)刃對稱布置，切邊定距，沖出工件部分外形，充分利用料頭和料尾。為了便于送料，在沖切外形時(shí)工件之間留有一定的搭邊連接，在沖彎后再切去，工件成形后由凹模11終端的斜面滑出。3.4 模具工作過程 將裁剪好的寬度為50mm的條料放在下模上，并依靠成形側(cè)刃定位。第一步：上模下行卸料板在彈簧作用下壓住坯料，切邊凸、凹模完成切廢料工序；第二步：上模上行條料靠手動(dòng)向前送一步，上模下行沖孔凸、凹模完成沖孔工序，廢料從下模的下漏料孔排出；第三步：上模上行條料靠手動(dòng)向前送一步，上模下行由導(dǎo)正銷精確定位，彎曲凸、凹模完成彎曲工序；第四步：上模上行條料靠手動(dòng)繼續(xù)向前送一步，上模下行由切斷凸、凹模完成切斷工序，廢料從下模的下漏料孔排出，同時(shí)有四個(gè)制件從模具終端落下，完成整個(gè)沖壓過程。4 模具零件的設(shè)計(jì)與計(jì)算4.1 凸、凹模刃口尺寸的計(jì)算4.1.1 凸、凹模間隙的選擇凸、凹模間隙值的大小對沖壓制件質(zhì)量、模具壽命、沖壓力的影響很大，是沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)中的一個(gè)極其重要的工藝參數(shù)。根據(jù)零件材料及料厚，查文獻(xiàn)8表2-10，確定沖裁刃口始用雙面間隙值：Zmin=0.025 mm， Zmax=0.045 mm。至于壓彎時(shí)凸模與凹模之間的間隙，按材料的性能、厚度以及彎曲件的高度和寬度（彎曲線的長度），取單邊間隙C=（1.01.1）t，這里取C=0.5 mm。另外，設(shè)計(jì)中考慮在合模時(shí)使毛坯完全壓靠，以保證彎曲件的質(zhì)量和尺寸精度。4.1.2 凸、凹模刃口尺寸計(jì)算 沖壓制件的尺寸精度主要決定于模具刃口的尺寸精度，合理間隙的數(shù)值也必須靠模具的刃口尺寸來保證。因此，正確確定模具刃口尺寸極其公差，是設(shè)計(jì)沖模的主要任務(wù)之一。（1）切邊凸、凹模刃口尺寸計(jì)算由于該零件切邊形狀比較復(fù)雜，且為薄材料，為了保證凸、凹模之間的間隙值，擬采用凸、凹模配合加工的方法。先做凸模，然后配做凹模，具體可采用成形磨削加工刃口。圖4-1 零件切邊尺寸根據(jù)零件切邊形狀，如圖4-1所示，其中未標(biāo)注公差的尺寸，按IT12級取公差。凸模磨損后尺寸變小的記為A類，有A1=, A2=, A3=，A4=，A5=尺寸變大的記為B類，有B1=, B2=,B3= 對于A類尺寸：查文獻(xiàn)6表2-11得：磨損系數(shù)x1=0.75, x2=1, x3=0.75, x4=1, x5=1A類尺寸按式(4-1)計(jì)算： （4-1）式中，凸模制造公差，圖4-2 切邊凸模尺寸 對于B類尺寸：查文獻(xiàn)6表2-11得：x1=1, x2=1, x3=1B類尺寸按式(4-2)計(jì)算： （4-2）該零件切邊凹模刃口各部分尺寸按上述切邊凸模的相應(yīng)部分尺寸配制，保證雙面間隙值ZminZmax=0.0250.045mm。切邊凸模尺寸標(biāo)注如圖4-2所示。（2）沖圓孔凸、凹模刃口尺寸計(jì)算圖4-4 沖圓孔凸模尺寸圓孔形狀簡單，為制造方便，凸、凹模擬采用分開加工。圖4-3 圓孔尺寸圓孔尺寸如圖4-3，未注公差按IT12級處理有，按一般要求：模具精度較工件精度高23級，查文獻(xiàn)6表2-10得，這樣將不滿足分開加工條件：?？紤]到圓孔容易加工，可以適當(dāng)?shù)奶岣咄?、凹模制造精度，?，取，這樣就滿足分開加工條件：先確定凸模刃口尺寸，查文獻(xiàn)6表2-11得：x=0.75，按（4-3）式計(jì)算： (4-3)則：凹模刃口尺寸，按（4-4）式計(jì)算： （4-4）則：,沖圓孔凸模尺寸標(biāo)注如圖4-4所示（3）沖腰形孔凸、凹模刃口尺寸計(jì)算腰形孔尺寸如圖4-5，未注公差按IT12級處理有，孔心距。圖4-5 腰形孔尺寸腰形孔和圓孔同樣，比較容易加工，按上述沖圓孔凸、凹模刃口計(jì)算方法，適當(dāng)提高模具制造精度，以滿足分開加工的條件，取，。 確定凸模刃口尺寸，查文獻(xiàn)6表2-11得：x=1，根據(jù)（4-3）式有：沖腰形孔凸模尺寸標(biāo)注如圖4-6所示。圖4-6 沖腰形孔凸模尺寸由式（4-4）得，凹模刃口尺寸為： 孔心距 （4-5）式中 、凸、凹模孔心距的標(biāo)稱尺寸（mm）； 工件孔心距的標(biāo)稱尺寸（mm）； 工件孔心距的公差（mm）則：圖4-7 切斷搭邊尺寸（4）切斷凸模刃口尺寸計(jì)算零件切斷搭邊廢料形狀尺寸如圖4-7所示，其中未標(biāo)注公差的尺寸，按IT12級取公差。按上述切邊凸、凹模刃口尺寸計(jì)算方法，凸、凹模采用配合加工，先加工凸模，然后配做凹模。同樣，凸模磨損后尺寸變小的記為A類，有A1=, A2=, A3=, A4=；尺寸變大的記為B類，有B1=。 對于A類尺寸：查文獻(xiàn)6表2-11得：x1=0.75, x2=1, x3=1, x4=1，由式（4-1）得：圖4-8 切斷凸模尺寸 對于B類尺寸：查文獻(xiàn)6表2-11得：x=1由式（4-2）得： 該零件搭邊廢料切斷凹模刃口各部分尺寸按上述切斷凸模的相應(yīng)部分尺寸配制，保證雙面間隙值ZminZmax=0.0250.045mm，切斷凸模尺寸標(biāo)注如圖4-8所示。（5）壓彎凸、凹模刃口尺寸計(jì)算圖4-9 壓彎型槽相對位置壓彎型槽相對位置關(guān)系，如圖4-9所示，相對寬度尺寸標(biāo)注在內(nèi)側(cè)，故應(yīng)以凸臺（相當(dāng)于凸模）為基準(zhǔn)，先計(jì)算凸臺尺寸?？紤]到模具磨損和彎曲件的回彈，凸臺尺寸按（4-6）計(jì)算： （4-6）式中，彎曲件基本尺寸(mm)； 彎曲件制造公差(mm)； 凸臺制造公差，按IT8級選取 則：兩個(gè)壓彎凸模刃邊相對位置尺寸（相當(dāng)于凹模）按凸臺尺寸控制，保證單邊間隙C, 即： （4-7）故：4.2 凸、凹模的設(shè)計(jì)4.2.1 凸模的結(jié)構(gòu)和固定形式由于沖件的形狀和尺寸的不同，沖模的加工以及裝配工藝等實(shí)際條件亦有所不同，所以在實(shí)際生產(chǎn)中使用的凸模結(jié)構(gòu)形式也就有很多種形式。一般沖裁凸模的形狀是由產(chǎn)品的形狀決定的，它可以采用直身結(jié)構(gòu)也可采用加強(qiáng)型結(jié)構(gòu)。主要的固定方式有：臺肩固定、鉚接、螺釘和銷釘固定以及粘結(jié)劑澆注法固定等9。圖4-10 凸模固定方式本設(shè)計(jì)中采用用圓形和方形兩種形式的凸模，材料選用T10A鋼，淬火硬度HRC56-60 必要時(shí)表面可進(jìn)行滲氮處理。圓凸?？刹捎酶呔韧鈭A磨床加工，異形凸?？梢圆捎寐呓z線切割加工或成形磨削加工（成形磨削是模具零件成形表面精加工的一種方法，可以獲得高尺寸精度、高表面加工質(zhì)量7。凸模固定方式如圖4-10所示：凸模以過渡配合（K6）固緊在凸模固定板上，頂端形成臺肩，以便固定，并保證在工作時(shí)不被拉出，安全可靠。4.2.2 凸模長度的確定凸模工作部分的長度應(yīng)根據(jù)模具的結(jié)構(gòu)來確定。一般不宜過長，否則往往因縱向彎曲而使凸模工作時(shí)失穩(wěn)。致使模具間隙出現(xiàn)不均勻，從而使沖件的質(zhì)量及精度有所下降，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)雇鼓Ｕ蹟?。根?jù)模具設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)形式，凸模的長度為 （4-8）式中，凸模的長度（mm）； 凸模固定板的厚度（mm），它取決于沖件的厚度t，一般在沖制t<1.5mm的板料時(shí)，取1520mm；當(dāng)t=1.52.5mm時(shí)，取2025mm；這里?。?卸料板的厚度（mm），??； 導(dǎo)料板的厚度（mm），??； 附加長度（mm）。主要考慮凸模進(jìn)入凹模的深度（對于沖裁凸模取1mm，對于壓彎凸模根據(jù)零件彎曲高度取5.2mm）以及模具閉合狀態(tài)下卸料板的到凸模固定板間的安全距離（取20mm）將各數(shù)據(jù)代入式（4-8）中得： 沖裁凸模長度 壓彎凸模長度 4.2.3 凸模的強(qiáng)度計(jì)算沖裁時(shí)凸模因承受了全部的壓力，所以它承受了相當(dāng)大的壓應(yīng)力。而在卸料時(shí)，又承受有拉應(yīng)力。因此，在一次沖裁的過程中，其應(yīng)力為拉伸和壓縮交變反復(fù)作用。在一般情況下，凸模的強(qiáng)度是足夠的，因此沒有必要作強(qiáng)度的校核9。但針對本過電片零件特點(diǎn)，其中有的凸模斷面尺寸很小，因此必須對相應(yīng)凸模的強(qiáng)度包括凸模的最小斷面（危險(xiǎn)斷面）的承壓能力和抗彎能力進(jìn)行校核。（1）凸模承受能力的校核對凸模最小斷面上的承受能力進(jìn)行計(jì)算時(shí)，必須使沖裁力小于或等于危險(xiǎn)斷面所允許的最大壓應(yīng)力。由9表2-9查得，對于材料為黃銅的沖件，最小的允許凸模相對直徑（）為0.610.85，而該模具中凸模刃口最小壁厚1.2mm，,故凸模承受能力滿足要求。（2）失穩(wěn)彎曲應(yīng)力的校核凸模在中心軸向壓力的作用下，保持穩(wěn)定（不產(chǎn)生彎曲）的最大長度與導(dǎo)向方式有關(guān)，由卸料板導(dǎo)向凸模最大允許長度按式（4-9）計(jì)算： （4-9）式中，凸模最大允許長度（mm）； 凸模材料彈性模量，對于鋼材可??； 凸模或沖孔直徑（mm）； 沖件材料厚度（mm）； 沖件材料抗剪強(qiáng)度（），這里對于H68普通黃銅現(xiàn)今對最小凸模直徑進(jìn)行校核計(jì)算，將各數(shù)據(jù)代入式（4-9）中得：所以大于凸模長度，故滿足要求。顯然，其它凸模也滿足彎曲校核要求。4.2.4 凹模結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)圖4-11 壓彎凹模鑲塊圖4-12 凹模刃壁形式凹模在設(shè)計(jì)中采用整體加工而成，為了便于設(shè)計(jì)、制造、維修，壓彎凹模兩件采用鑲拼結(jié)構(gòu)，嵌入沖裁凹模孔內(nèi)，并用螺絲固定，凸、凹之間的間隙為一個(gè)料厚。壓彎凸模頭部設(shè)計(jì)為圓弧角（R=1），以避免壓彎時(shí)擦傷產(chǎn)品。在直角彎曲的壓彎凹模靠近折彎線處，設(shè)計(jì)一條校正筋，如圖4-11所示，使壓彎時(shí)在產(chǎn)品根部產(chǎn)生塑性變形，減小回彈，保證彎曲角。凹模材料與凸模相同，選用T10A鋼，淬火硬度HRC58-62。如圖4-12所示，為沖裁凹模刃壁形式，適用于薄料沖裁模10。一般可以使用電火花穿孔加工凹模7。4.2.5 凹模結(jié)構(gòu)尺寸的確定凹模設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的事項(xiàng)是關(guān)于凹模強(qiáng)度、制造方法及其加工精度等。特別是凹?？椎某叽纾趯?shí)用上是和制件尺寸一起來考慮的。它關(guān)系到制件質(zhì)量的好壞，因此對其加工表面質(zhì)量亦必須予以充分的考慮。凹模的厚度和外形尺寸，對于其承受的沖裁力，必須具有不引起破損和變形的足夠強(qiáng)度。沖裁時(shí)，凹模承受沖裁力和水平方向的作用，由于凹模的結(jié)構(gòu)形式不一，受力狀態(tài)又比較復(fù)雜，特別是對于復(fù)雜形狀的沖件，其凹模的強(qiáng)度計(jì)算就相當(dāng)?shù)膹?fù)雜。因而，在目前一般的生產(chǎn)實(shí)際情況下，通常都是根據(jù)沖裁件的輪廓尺寸和板料厚度、沖裁力的大小等來進(jìn)行概略的估算及經(jīng)驗(yàn)修正的9。結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算如下：（1）凹模壁厚 凹模壁厚b按文獻(xiàn)10表14-5選擇。從排樣圖2-3知沖件料寬50 mm（>40-50 mm），料厚0.5 mm（0.8 mm），由文獻(xiàn)10表14-5取b=30mm。（2）凹模厚度：凹模厚度h根據(jù)沖裁力F按文獻(xiàn)10圖14-15選擇。先算沖裁力： （4-10）式中，L 沖裁件周邊長度（mm）；t 材料厚度（mm），t=0.5mm；t 材料抗剪強(qiáng)度（MPa），=240MPa；K 系數(shù)?？紤]到模具刃口的磨損，模具間隙的波動(dòng)，材料力學(xué)性能的變化及材料厚度偏差等因素，一般取K=1.3。算得整個(gè)沖壓工序中沖裁周邊長度L=388mm，代入式（4-10）得： F=1.33882400.560KN由文獻(xiàn)10圖14-15中取凹模厚度h=20mm。（3）凹模外形尺寸根據(jù)排樣圖2-3所注尺寸和上述凹模厚度h與壁厚b，可以得出：凹模長L=124 mm；凹模寬B=110 mm；故初步有了凹模外形尺寸LBh=12411220 mm。根據(jù)要求，上述凹模外形尺寸須向國家標(biāo)準(zhǔn)靠攏，對照文獻(xiàn)10表14-6（摘自GB2858-81），將上述尺寸改為12512520 mm。（4） 刃壁高度垂直于凹模平面的刃壁，其高度h0可以按下列規(guī)則計(jì)算10：沖件料厚t3 mm，h0=3 mm；沖件料厚t>3 mm，h0=t；所以，這里取h0=3 mm。（5） 凹模鑲塊尺寸設(shè)計(jì)對于凹模鑲塊的尺寸，可以參見相關(guān)零件圖紙。4.3 模板的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的級進(jìn)模模板包括：卸料板、固定板、凹模板、墊板、上模板、下模板，其中卸料板、固定板、凹模板是關(guān)鍵的三塊模板，也是級進(jìn)模比不可少的11。該模具中固定板起著固定凸模的作用，卸料板主要起卸料、壓料同時(shí)還具有一定的導(dǎo)向作用；凹模板前面已經(jīng)提到，既充當(dāng)凹模刃口，又可以在其上鑲拼凹模鑲塊。另外，在進(jìn)行級進(jìn)模設(shè)計(jì)時(shí)，有一項(xiàng)很重要，就是設(shè)計(jì)讓位，一般彎曲或成形等工位的所有后續(xù)工位都需要讓位，而且要充分讓位，不但需要考慮靜態(tài)讓位，還要考慮動(dòng)態(tài)讓位11。本設(shè)計(jì)中在凹模板上直接開槽讓位，工件成形后由凹模終端的斜面滑出，保證了送料的順暢。凹模外形尺寸前面已述，該級進(jìn)模其它模板的外形尺寸設(shè)計(jì)如下：凸模固定板 ；上墊板 ；下墊板 ；導(dǎo)料板 ；卸料板 ；卸料板凸臺高度根據(jù)導(dǎo)向裝置導(dǎo)料板厚度來確定，取h =H-(0.10. 3)t=3-0.20.5=2.9 mm，所以卸料板整體高度為14.9 mm；上模板 （標(biāo)準(zhǔn)件）；下模板 （標(biāo)準(zhǔn)件）；故：模具閉合高度4.4 卸料彈簧的選用先算卸料力，查文獻(xiàn)8表2-15得卸料力系數(shù)，則：（1）根據(jù)模具的結(jié)構(gòu)初定8根彈簧，每根彈簧分擔(dān)的卸料力為：（2）查文獻(xiàn)12表10-1，并考慮到模具結(jié)構(gòu)尺寸，初選彈簧參數(shù)為：彈簧鋼絲直徑d=2mm，彈簧中徑D2=12mm，節(jié)距t=4.28mm，工作極限負(fù)荷Fj=188N，自由高度h0=40mm，有效圈數(shù)n=8.5，工作極限負(fù)荷下變形量hj=17.3mm，展開長度L=396mm。規(guī)格標(biāo)記為：彈簧21240（3）彈簧預(yù)壓量。由Fj=188N，hj=17.3mm，考慮卸料的可靠性，取彈簧在預(yù)壓量為h1時(shí)就應(yīng)有150N的壓力，故：（4）檢查彈簧最大壓縮量是否滿足上述條件：沖裁時(shí)卸料板的工作行程h2=6.2mm;考慮凸模的修模量h3=4mm;彈簧的預(yù)壓量為h1=14.4mm；故彈簧總壓縮量為h1+h2+h3=14.4mm+6.2mm+4mm=24.6mmhj=17.3mm<24.6mm ，故所選的彈簧不合適。所以，改選彈簧鋼絲直徑d=3.0mm，彈簧中徑D2=18mm，節(jié)距t=6.13mm，工作極限負(fù)荷Fj=388N，自由高度h0=45mm，有效圈數(shù)n=6.5，工作極限負(fù)荷下變形量hj=18.2mm，展開長度L=481mm。規(guī)格標(biāo)記為：彈簧31845計(jì)算彈簧預(yù)壓量：故彈簧總壓縮量為：h1+h2+h3=7.0mm+6.2mm+4mm=17.2mmhj=18.2mm>17.2mm，所以該規(guī)格的彈簧滿足要求。4.5 其它零件的設(shè)計(jì)在級進(jìn)模中，一些輔助零件對模具的順利工作也起著重要的作用。針對該級進(jìn)模，這里主要介紹導(dǎo)正銷的設(shè)計(jì)。本級進(jìn)模設(shè)計(jì)當(dāng)中，通過導(dǎo)正削與在前一個(gè)工位上沖了的兩個(gè)的孔實(shí)現(xiàn)精確定位，保證產(chǎn)品的精度。進(jìn)行導(dǎo)正銷設(shè)計(jì)時(shí)注意到控制導(dǎo)正銷的長度，保證當(dāng)模具在自由狀態(tài)時(shí)導(dǎo)正銷的直壁部分伸出卸料板的長度要小于產(chǎn)品的一個(gè)料厚，這樣就可以有效地避免帶料現(xiàn)象11。模具在自由狀態(tài)時(shí)導(dǎo)正銷的直壁部分伸出卸料板的長度為0.3mm。5 沖壓設(shè)備的選用根據(jù)所要完成的沖壓工藝性質(zhì)、生產(chǎn)批量的大小、沖壓件的幾何尺寸和精度要求來選定設(shè)備類型。開式曲柄壓力機(jī)雖然剛度差，但它成本低，且有三個(gè)方向可以操作的優(yōu)點(diǎn)，故廣泛應(yīng)用于中小型沖裁件、彎曲件、拉深件的生產(chǎn)中。閉式曲柄壓力機(jī)剛度好、精度高，只能靠兩個(gè)方向操作，適用于大中型件的生產(chǎn)。雙動(dòng)曲柄壓力機(jī)有兩個(gè)滑塊，壓邊可靠易調(diào)，適用于較復(fù)雜的大中型拉深件的生產(chǎn)。綜合考慮，采用開式曲柄壓力機(jī)。5.1 沖壓力的計(jì)算該級進(jìn)模采用彈性卸料和下出料方式。由4.2節(jié)及4.4節(jié)計(jì)算知：；計(jì)算推件力，查文獻(xiàn)8表2-15得推件力系數(shù)，則： （5-1）式中，卡在凹模孔口中的工件個(gè)數(shù)，取，故計(jì)算彎曲力，應(yīng)該是自由彎曲力與校正彎曲力之和。即 （5-2）由于校正彎曲時(shí)，校正彎曲力比自由彎曲力大得多，故可以忽略，而的大小取決于壓力即的調(diào)整，根據(jù)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)計(jì)算初定為所以，所選壓力機(jī)的公稱壓力必須大于。5.2 選擇壓力機(jī)根據(jù)上述沖壓力的計(jì)算，初步選用型號為J23-16開式雙柱可傾壓力機(jī)。該型號壓力機(jī)主要技術(shù)規(guī)格如下8：公稱壓力 160KN;滑塊行程 55mm;最大閉合高度 220mm;最大裝模高度 180mm;連桿調(diào)節(jié)量 45mm;工作臺尺寸（前后mm左右mm） ;墊板尺寸（厚度mm孔徑mm） ;模柄孔尺寸（直徑mm深度mm） ;滑塊中心至床身中心距離 160mm;最大傾斜角 35由4.3節(jié)計(jì)算知：模具閉合高度故，所選壓力機(jī)裝模高度與模具閉合高度滿足下式還可以看出取在：，這樣可以避免連桿調(diào)節(jié)過長，螺紋接觸面積過小而被壓壞。6 壓力中心的計(jì)算沖裁時(shí)的合力作用點(diǎn)或多工序模各工序沖壓力的合力作用點(diǎn)，稱為模具壓力中心。如果模具壓力中心與壓力機(jī)滑塊中心不一致，沖壓時(shí)會產(chǎn)生偏載，導(dǎo)致模具以及滑塊與導(dǎo)軌的急劇磨損，降低模具和壓力機(jī)的壽命。因此，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該正確算出沖裁時(shí)的壓力中心，并使壓力中心和模柄軸心線重合；若因沖件的形狀特殊，從模具結(jié)構(gòu)方面考慮不宜使壓力中心與模柄軸心線相重合，也應(yīng)注意盡量使壓力中心的偏離不超過所選壓力機(jī)模柄孔投影面積的范圍，以下通過解析法確定模具的壓力中心。6.1 計(jì)算步驟（1）建立平面直角坐標(biāo)系；（2）計(jì)算出各單一圖形的壓力中心到坐標(biāo)軸的距離x1、x2、x3、xn和y1、 y2、 y3、 yn ；（3）將計(jì)算數(shù)據(jù)分別代入式（6-1a）和（6-1b），即可求得壓力中心坐標(biāo)（x0, y0）。 （6-1a） （6-1b）6.2 計(jì)算壓力中心根據(jù)排樣圖設(shè)計(jì)及各工位在模具上的相對位置，建立直角坐標(biāo)系，如圖6-1所示：圖6-1 壓力中心計(jì)算圖由對稱性可知，各工序沖壓力的合力作用點(diǎn)落在x軸上，即坐標(biāo)，將所計(jì)算的各工位上的沖壓力及圖6-1中所標(biāo)注的x坐標(biāo)值代入式（6-1）中得：坐標(biāo)，故在此坐標(biāo)系中模具壓力中心坐標(biāo)為（7，0）。所以該模具壓力中心（機(jī)床滑塊中心）與模具中心左右偏移10.5mm(可供模具安裝時(shí)參考)。7 總結(jié)設(shè)計(jì)是源頭，設(shè)計(jì)雖然只占模具成本的10%左右，卻決定了整個(gè)模具成本的70%80%。所以，作者在設(shè)計(jì)時(shí)詳盡地考慮了模具結(jié)構(gòu)，考慮提高生產(chǎn)率，如何方便維修。但是，又不能完全依賴于設(shè)計(jì)，在實(shí)際生產(chǎn)中要具體問題具體分析，根據(jù)實(shí)際狀況進(jìn)行模具調(diào)整也是必需的。在生產(chǎn)中模具的維修、保養(yǎng)也是很重要的。在模具維修時(shí)，應(yīng)該多注意細(xì)節(jié)，找出根本原因，針對其維修。在拆裝模具時(shí)，要認(rèn)真仔細(xì)，以防損傷模具。定期的維護(hù)、保養(yǎng)也可以大大提高模具壽命。從整個(gè)設(shè)計(jì)過程來看，該電器開關(guān)過電片采用多工位級進(jìn)模，模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，加工簡單，操作方便，通過連續(xù)沖裁、彎曲等幾道工序一次成形，工作效高，零件成形質(zhì)量好，大大提高了生產(chǎn)率，降低了生產(chǎn)成本，滿足了生產(chǎn)需求，而且該設(shè)計(jì)思路可擴(kuò)展推廣到其它類似零件的產(chǎn)品模具設(shè)計(jì)中。當(dāng)然，由于作者知識水平有限，對實(shí)踐的缺乏，當(dāng)中不乏有不足之處，還有待在以后的工作實(shí)踐當(dāng)中不斷地完善和創(chuàng)新！致謝本次設(shè)計(jì)是在指導(dǎo)老師博士的悉心指導(dǎo)下完成的，其間得到了老師的指導(dǎo)。導(dǎo)師敏銳的學(xué)術(shù)思想，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，認(rèn)真的工作作風(fēng)使學(xué)生受益非淺。值此成文之際，特向老師致以忠心的感謝和誠摯的敬意。作者在設(shè)計(jì)過程當(dāng)中，得到同窗好友、的支持以及在AutoCAD2004軟件應(yīng)用、參考資料提供等方面的具體性指導(dǎo)和幫助，在此作者向他們表示深深的謝意。非常感謝他們同我一起學(xué)習(xí)和生活，在美麗的昌航留下我們真摯的友誼。特別感謝我的父母，是他們對我的支持和無私的奉獻(xiàn)，使得我能夠順利完成學(xué)業(yè)。最后，謹(jǐn)以此文獻(xiàn)給所有關(guān)心和幫助過我的人們！作者：年月于 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