ZL50裝載機(jī)總體及工作裝置設(shè)計(jì)

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編 號 無錫太湖學(xué)院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文 題目 基于 CAD CAM 的復(fù)合沖壓模具設(shè) 計(jì) 信 機(jī) 系 模 具 設(shè) 計(jì) 與 制 造 專 業(yè) 學(xué) 號 0923284 學(xué)生姓名 胡曉明 指導(dǎo)教師 過金超 職稱 副教授 職稱 2013 年 5 月 25 日 0 無錫太湖學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 誠 信 承 諾 書 本人鄭重聲明 所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 基于 CAD CAM 的復(fù)合沖壓模具設(shè)計(jì) 是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立 進(jìn)行研究所取得的成果 其內(nèi)容除了在畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 中特 別加以標(biāo)注引用 表示致謝的內(nèi)容外 本畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 不 包含任何其他個人 集體已發(fā)表或撰寫的成果作品 班 級 機(jī)械 96 學(xué) 號 0923284 作者姓名 2013 年 5 月 25 日 I 無 錫 太 湖 學(xué) 院 信 機(jī) 系 模 具 設(shè) 計(jì) 與 制 造 專 業(yè) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文 任 務(wù) 書 一 題目及專題 1 題目 基于 CAD CAM 的復(fù)合沖壓模具設(shè)計(jì) 2 專題 二 課題來源及選題依據(jù) 本課題來源于實(shí)驗(yàn)室課題 復(fù)合沖壓模在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中 尤其是大批 量生產(chǎn)中應(yīng)用十分廣泛 沖壓加工的生產(chǎn)效率高 且操作方便 易于實(shí)現(xiàn)機(jī) 械化與自動化 沖壓時由于模具 沖壓的質(zhì)量穩(wěn)定 互換性好 沖壓模具加 工還可以加工出尺寸范圍較大 形狀較復(fù)雜的零件 保證沖壓件的尺寸與形 狀精度 沖壓模具材料利用率高 所以相對成本低 復(fù)合沖壓是沖壓式塑性 加工的基本方法之一 它主要用于加工板料零件 所以有時也叫板料沖壓 沖壓加工時 板料在模具的作用下 于其內(nèi)部產(chǎn)生使之變形的內(nèi)力 當(dāng)內(nèi)力 的作用達(dá)到一定程度時 板料的某一部分便會產(chǎn)生與內(nèi)力的作用性質(zhì)相對應(yīng) 的變形 從而獲得一定的形狀 尺寸和性能的零件 沖壓工藝的材料利用率 高 便于自動化生產(chǎn) 適應(yīng)于新時代的要求 因而其具有很強(qiáng)的生命力 三 本設(shè)計(jì) 論文或其他 應(yīng)達(dá)到的要求 1 具體運(yùn)用和鞏固沖壓模具設(shè)計(jì)課程及相關(guān)課程的理論知識 掌握沖壓模 具設(shè)計(jì)的方法和步驟 II 2 掌握沖壓模具設(shè)計(jì)的基本技能 查閱有關(guān)技術(shù)資料和手冊 熟悉標(biāo)準(zhǔn)和 規(guī)范等 3 綜合運(yùn)用所學(xué)課程的理論和生產(chǎn)實(shí)際知識 進(jìn)行一次沖壓模具設(shè)計(jì)工作 的實(shí)際訓(xùn)練 具有初步設(shè)計(jì)模具的能力 4 樹立正確的設(shè)計(jì)思想 培養(yǎng)嚴(yán)肅的工作態(tài)度 為今后的工作奠定良好的 基礎(chǔ) 5 能夠熟練使用 CAD Pro E Solidworks 等專業(yè)繪圖軟件 四 接受任務(wù)學(xué)生 機(jī)械 96 班 姓名 胡 曉 明 五 開始及完成日期 自 2012 年 11 月 12 日 至 2013 年 5 月 25 日 六 設(shè)計(jì) 論文 指導(dǎo) 或顧問 指導(dǎo)教師 簽名 簽名 簽名 教 研 室 主 任 學(xué)科組組長研究所所長 簽名 系主任 簽名 2012 年 11 月 12 日 III 摘 要 該論文主要研究了復(fù)合沖壓模具設(shè)計(jì) 通過對三個零件的工藝分析 制定出了模具 設(shè)計(jì)方案 通過比較最終擇優(yōu)選出了復(fù)合沖壓模具 其中包括兩套沖孔落料復(fù)合模和一 套拉深復(fù)合模以及一套單工序拉深模 通過對零件的分析 制定了合適的沖壓模設(shè)計(jì)工 藝 該論文對每一副模具 經(jīng)過工藝分析 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 論證了其可能性 最終保證了制 品的質(zhì)量 本論文具體分析了每副模具的總體結(jié)構(gòu)以及工作過程 對模具中的各個工作 零件的設(shè)計(jì)原則 尺寸確定以及公差等做了具體的敘述 通過應(yīng)用三維軟件和 CAD 軟件進(jìn)行復(fù)合沖壓模具的數(shù)字化設(shè)計(jì) 了解機(jī)械行業(yè)的先進(jìn) 設(shè)計(jì)制造技術(shù) 掌握先進(jìn)的設(shè)計(jì)制造理念 此外 該論文還涉及了模具行業(yè)當(dāng)今的發(fā)展 狀況 發(fā)展水平 存在問題以及今后的發(fā)展前景等 由于模具的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣 其 需求也越來越大 因此通過模具設(shè)計(jì) 可以更加熟悉模具的生產(chǎn)工藝 關(guān)鍵詞 復(fù)合沖壓模 工藝分析 三維軟件 IV ABSTRACT The paper mainly studied the compound stamping die design Through the analysis of three parts to develop a mold design then select the final selection of the best compound stamping dies by comparing including two sets of punching blanking composite modulus and a set of drawing composite modulus and a single process drawing die Develop a suitable stamping die design process by the analysis of the parts The papers analyses each mold include structure design demonstrates the possibility of the ultimate guarantee of the quality of the products In this thesis a detailed analysis of the overall structure and work process per mold for determining the dimensions and tolerances and so do a specific description of the design principles of the various parts in the mold Compound stamping dies through the application of 3D software and CAD software digital design advanced design and manufacturing technology of the machinery industry to master the advanced design and manufacturing philosophy In addition the paper also involves the development of mold industry in today s level of development there are problems and future development prospects Increasingly wide areas of application of the mold its demand is also increasing so the mold design mold production process can become more familiar with Keywords Compound stamping die Process Analysis 3D software V 目 錄 摘 要 III ABSTRACT IV 1 緒論 1 1 1 模具行業(yè)的現(xiàn)狀和發(fā)展 1 1 1 1 模具行業(yè)的現(xiàn)狀 1 1 1 2 中國模具技術(shù)的進(jìn)步 1 1 1 3 中國模具工業(yè)的發(fā)展方向 3 1 2 課題的來源與意義 5 1 2 1 課題的來源 5 1 2 2 課題的意義 5 2 沖孔落料復(fù)合模 6 2 1 沖裁件的工藝分析 6 2 1 1 材料 6 2 1 2 生產(chǎn)批量 6 2 1 3 精度等級 6 2 1 4 結(jié)構(gòu)形狀 6 2 2 制訂生產(chǎn)方案 6 2 3 零件的工藝計(jì)算 7 2 3 1 工作零件刃口尺寸的計(jì)算 7 2 3 2 排樣 9 2 3 3 沖裁力 11 2 3 4 卸料力 推件力 12 2 3 5 壓力機(jī)公稱壓力的確定 13 2 3 6 壓力中心的計(jì)算 13 2 4 沖裁模設(shè)計(jì)與制造 13 2 4 1 工作零件 13 2 4 2 定位零件 16 2 4 3 卸料與推料零件 18 2 4 4 模架及零件 20 3 落料 拉深 沖孔復(fù)合模 22 3 1 零件工藝分析 22 3 2 零件工藝方案的確定 23 3 3 分析零件的沖壓工藝性并確定工藝方案 23 3 4 工藝計(jì)算 24 3 4 1 沖裁力 卸料力 推件力 拉深力的計(jì)算及選出壓力機(jī) 24 3 4 2 排樣 沖裁模間隙及凹模 凸模刃口尺寸公差計(jì)算 26 3 4 3 首次無凸緣拉深的有關(guān)計(jì)算 29 VI 3 5 有關(guān)模具零件結(jié)構(gòu)的計(jì)算 30 3 5 1 沖孔凸模 30 3 5 2 落料凹模 30 3 5 3 拉深凸模 沖孔凹模 30 3 5 4 拉深凹模 落料凸模 31 3 5 5 卸料裝置 31 3 5 6 定位零件 32 3 5 7 固定板 墊板 32 3 5 8 模架 導(dǎo)柱 導(dǎo)套 32 4 拉深模 33 4 1 工藝分析 33 4 2 工藝計(jì)算 33 4 2 1 拉深直徑 33 4 2 2 拉深力的計(jì)算 33 4 2 3 圓角半徑 34 4 2 4 拉深模具的間隙 34 4 2 5 拉深高度 34 4 2 6 拉深凹模和凸模的尺寸 34 4 3 有關(guān)模具零件結(jié)構(gòu)的計(jì)算 34 4 3 1 拉深凸模 34 4 3 2 拉深凹模 35 4 3 3 模架及其他 35 5 復(fù)合沖壓模具 37 5 1 沖裁件的工藝分析 37 5 1 1 材料 37 5 1 2 生產(chǎn)批量 37 5 1 3 精度等級 37 5 1 4 結(jié)構(gòu)形狀 37 5 2 制訂生產(chǎn)方案 37 5 3 零件的工藝計(jì)算 37 5 3 1 工作零件刃口尺寸的計(jì)算 37 5 3 2 排樣 39 5 3 3 沖裁力 39 5 3 4 卸料力 推件力 40 5 3 5 壓力機(jī)公稱壓力的確定 40 5 4 沖裁模設(shè)計(jì)與制造 40 5 4 1 工作零件 41 5 4 3 卸料與推料零件 42 5 4 4 模架及零件 43 VII 6 結(jié)論 45 致 謝 46 參考資料 47 復(fù)合沖壓模具設(shè)計(jì) 1 1 緒論 1 1 模具行業(yè)的現(xiàn)狀和發(fā)展 1 1 1 模具行業(yè)的現(xiàn)狀 在當(dāng)今社會 模具生產(chǎn)技術(shù)水平的高低已經(jīng)成為衡量一個國家產(chǎn)品制造水平高低的 重要標(biāo)志 因?yàn)槟＞咴诤艽蟪潭壬蠜Q定著產(chǎn)品的質(zhì)量 效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力 隨著 我國加入 WTO 我國模具工業(yè)的發(fā)展將面臨著新的機(jī)遇和挑戰(zhàn) 也日益受到人們的重視 和關(guān)注 日前對 模具是工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)工藝裝備 這一觀念也已經(jīng)取得了共識 在電子 汽車 電機(jī) 電器 儀器 儀表 家電和通信等產(chǎn)品中 60 80 的零部件都要依靠 模具成型 用模具生產(chǎn)制件所具備的高精度 高復(fù)雜程度 高一致性 高生產(chǎn)率和低消 耗 是其它加工制造方法所不能比擬的 模具又是 效益放大器 用模具生產(chǎn)的最終產(chǎn)品 的價值 往往是模具自身價值的幾十倍 甚至上百倍 近幾年來 我國模具工業(yè)一直以 每年 15 左右的增長速度迅速發(fā)展 目前我國模具工業(yè)的發(fā)展步伐日益加快 但在整個模具設(shè)計(jì)制造水平和標(biāo)準(zhǔn)化程度 上 與德國 美國 日本的發(fā)達(dá)國家相比還存在相當(dāng)大的差距 在經(jīng)濟(jì)全球化的新形勢 下 隨著資本 技術(shù)和勞動力后市場的重新整合 我國裝備制造業(yè)在加入 WTO 以后 將 成為世界裝備制造業(yè)的基地 而在現(xiàn)代制造業(yè)中 無論哪一行業(yè)的工程裝備 都越來越 多地采用由模具工業(yè)提供的產(chǎn)品 為了適應(yīng)用戶對模具制造的高精度 短交貨期 低成 本的迫切要求 模具工業(yè)應(yīng)廣泛應(yīng)用現(xiàn)代先進(jìn)制造技術(shù)來加速模具工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步 滿 足各行各業(yè)對模具這一基礎(chǔ)工藝裝備的迫切需求 以實(shí)現(xiàn)我國模具工業(yè)的跨越式發(fā)展 1 1 2 中國模具技術(shù)的進(jìn)步 我國模具工業(yè)的技術(shù)水平近年來也取得了長足的進(jìn)步 大型 精密 復(fù)雜 高效和 長壽命模具上了一個新臺階 大型復(fù)雜沖模以汽車覆蓋件模具為代表 已能生產(chǎn)部分新 型轎車的覆蓋件模具 體現(xiàn)高水平制造技術(shù)的多工位級進(jìn)模的覆蓋面 已從電機(jī) 電器 鐵芯片模具 擴(kuò)展到接插件 電子槍零件 空調(diào)器散熱片等家電零件模具 在大型塑料 模具方面 已能生產(chǎn) 48 英寸電視的塑殼模具 6 5K g 大容量洗衣機(jī)全套塑料模具 以及 汽車保險杠 整體儀表板等模具 在精密塑料模具方面 已能生產(chǎn)照相機(jī)塑料模具 多 型腔小模數(shù)齒輪模具及塑封模具等 在大型精密復(fù)雜壓鑄模方面 國內(nèi)已能生產(chǎn)自動扶 梯整體踏板壓鑄模及汽車后橋齒輪箱壓鑄模 其他類型的模具 例如子午線輪胎活絡(luò)模 具 鋁合金和塑料門窗異型材擠出模等 也都達(dá)到了較高的水平 并可替代進(jìn)口模具 具體表現(xiàn)在以下模具領(lǐng)域中 1 沖模 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 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 與國外相比還存在一定的 差距 標(biāo)志模具技術(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 仍存在一定差距 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 2 塑料模 近年來 我國塑料模有很大進(jìn)步 在大型塑料模方面 已能生產(chǎn) 34 英寸大屏幕彩電 塑殼模具 6kg 大容量洗衣機(jī)全套塑料模具及汽車保險杠和整體儀表板等塑料模具 在精 密塑料模具方面 已能生產(chǎn)多型腔小模數(shù)齒輪模具和 600 腔塑封模具 還能生產(chǎn)厚度僅 為 0 08mm 的一模兩腔的航空杯模具和難度較高的塑封門窗擠出模等 內(nèi)熱式或外熱式熱 流道裝置得以采用 少數(shù)單位采用了具有世界先進(jìn)水平的高難度針閥式熱流道模具 完 全消除了制件的澆口痕跡 氣體輔助注射技術(shù)已成功得到應(yīng)用 在精度方面 塑料模型 腔精度可達(dá) 國外可達(dá) 分型面接觸間隙為 0 02mm 模板0 2 5m 0 5 1m 的彈性變形為 0 05mm 型面的表面粗糙度值為 塑料模壽命已達(dá) 100 萬次0 2Rau 國外可達(dá) 300 萬次 模具制造周期仍比國外長 倍 這些標(biāo)志著模具總體水平的參4 數(shù)指標(biāo)與國外相比尚有較大差距 3 壓鑄模 汽車和摩托車工業(yè)的快速發(fā)展 推動了壓鑄模技術(shù)的發(fā)展 汽車發(fā)動機(jī)缸罩 蓋板 變速器殼體和摩托車發(fā)動機(jī)缸體 齒輪箱殼體 制動器 輪轂等鋁合金鑄件模具以及自 動扶梯級壓鑄模等 我國均已能生產(chǎn) 技術(shù)水平有所提高 使汽車 摩托車上配套的鋁 合金壓鑄模大部分實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化 在模具設(shè)計(jì)時 注意解決熱平衡問題 合理確定澆注 系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng) 并根據(jù)制造要求 采用了液壓抽芯和二次增壓結(jié)構(gòu) 總體水平有了較 大提高 壓鑄模制造精度可達(dá) 國外 型腔表面粗糙度值為0 2 5m 0 1 3m 國外為 模具制造周期為中小型模具為 3 4 個月 中0 42Raum 1Rau 等復(fù)雜模具為 個月 大型模具為 個月 約為國外的 2 倍 模具壽命 鋁合金鑄88 件模具一般為 萬次 個別可超過 10 萬次 國外可達(dá) 萬次以上 85 4 模具 CAD CAE CAM 技術(shù) 模具 CAD CAE CAM 技術(shù)是改造傳統(tǒng)模具生產(chǎn)方式的關(guān)鍵技術(shù) 能顯著縮短模具設(shè) 計(jì)與制造周期 降低生產(chǎn)成本 提高產(chǎn)品質(zhì)量 它使技術(shù)人員能借助于計(jì)算機(jī)對產(chǎn)品 模具結(jié)構(gòu) 成型工藝 數(shù)控加工及成本等進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化 以生產(chǎn)家用電器的企業(yè)為代 表 陸續(xù)引進(jìn)了相當(dāng)數(shù)量的 CAD CAM 系統(tǒng) 實(shí)現(xiàn)了 CAD CAM 的集成 并采用 CAE 技 術(shù)對成型過程進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬等 數(shù)控加工的使用率也越來越高 取得了一定的經(jīng)濟(jì)效 益 促進(jìn)和推動了我國模具 CAD CAE CAM 技術(shù)的發(fā)展 今年來 我國自開發(fā)的有上海交大的沖裁模 CAD CAM 系統(tǒng) 北京北航海爾軟件有 限公司的 CAXA 系列軟件 吉林金網(wǎng)格模具工程研究中心的沖壓 CAD CAE CAM 系統(tǒng)等 為進(jìn)一步普及模具 CAD CAM 技術(shù)創(chuàng)造了良好條件 目前我國計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的軟件開 發(fā) 尚處于較低水平 需要知識和經(jīng)驗(yàn)的積累 5 模具標(biāo)準(zhǔn)件 模具標(biāo)準(zhǔn)件對縮短模具制造周期 提高質(zhì)量 降低成本 能起很大作用 因此 模 具標(biāo)準(zhǔn)件越來越廣泛地得到采用 模具標(biāo)準(zhǔn)件主要有冷沖模架 塑料模架 推桿和彈簧 等 新型彈性元件和氮?dú)鈴椈梢嘁言谕茝V應(yīng)用中 6 模具材料和熱處理 模具材料的質(zhì)量 性能 品種和供貨是否及時 對模具的質(zhì)量和使用壽命以及經(jīng)濟(jì) 效益有著直接的重大影響 近年來 國內(nèi)一些模具鋼生產(chǎn)企業(yè)已相繼建成和引進(jìn)了一些 復(fù)合沖壓模具設(shè)計(jì) 3 先進(jìn)工藝設(shè)備 使國內(nèi)模具鋼品種規(guī)格不合理狀況有所改善 模具鋼質(zhì)量有較大程度的 提高 但國產(chǎn)模具鋼鋼種不全 不成系列 多品種 精料化 制品化等方面尚待解決 另外 還需要研究適應(yīng)玻璃 陶瓷 耐火磚和地轉(zhuǎn)等成型模具用材料系列 模具熱處理是關(guān)系能否充分保證模具鋼性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié) 國內(nèi)大部分企業(yè)在模具淬 火時仍采用鹽熔爐或電爐加熱 由于模具熱處理工藝執(zhí)行不嚴(yán) 處理質(zhì)量不高 而且不 穩(wěn)定 直接影響模具使用壽命和質(zhì)量 近年來 真空熱處理爐開始廣泛應(yīng)用于模具制造 7 快速原型制造 RPM 技術(shù)得到更好的發(fā)展 該技術(shù)是由美國首先推出的 它是 伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù) 激光成形技術(shù)和新材料技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的 是一種全新的制造技 術(shù) 是基于新穎的離散 堆積 即材料累加 成形思想 根據(jù)零件 CAD 模型 快速自動完 成復(fù)雜的三維實(shí)體 原型 制造 被公認(rèn)為是繼 NC 技術(shù)之后的又一次技術(shù)革命 8 高速銑削加工將得到更廣泛的應(yīng)用 國外近年來發(fā)展的高速銑削加工 主軸 轉(zhuǎn)速可達(dá)到 40000 100000r min 快速進(jìn)給速度可達(dá)到 30 40m min 可獲得 Ra 10um 的 加工表面粗糙度 形狀精度可達(dá) 10um 可以加工硬度達(dá) 60HRC 的模塊 9 模具高速掃描及數(shù)字化系統(tǒng)將發(fā)揮更大的作用 英國雷尼紹公司的模具掃描系 統(tǒng) 已在我國多家模具廠點(diǎn)得到應(yīng)用 效果好 該系統(tǒng)提供了從模型或?qū)嵨飹呙璧郊庸?出期望的模型所需的諸多功能 大大縮短的研制制造周期 10 模具研磨拋光將向自動化 智能化方向發(fā)展 模具表面的精加工是模具加工 中未能很好解決的難題之一 模具表面的質(zhì)量對模具使用壽命 制件外觀質(zhì)量等方面均 有較大的影響 我國目前仍以手工研磨拋光為主 不僅效率低 且工人勞動強(qiáng)度大 質(zhì) 量不穩(wěn)定 因此 研究拋光的自動化 智能化顯得尤為重要 1 1 3 中國模具工業(yè)的發(fā)展方向 現(xiàn)代模具與傳統(tǒng)模具不同 它不僅形狀與結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜 而且技術(shù)要求更高 用傳 統(tǒng)的模具制造方法顯然難于制造 必須借助于現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的發(fā)展 采用先進(jìn)制造技 術(shù) 才能達(dá)到技術(shù)要求 當(dāng)前整個工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展特點(diǎn)是產(chǎn)品品種多 更新快 市場競 爭激烈 為適應(yīng)市場對模具制造的短交貨期 高精度 低成本的迫切要求 模具將有如 下發(fā)展趨勢 1 愈來愈高的模具精度 10 年前 精密模具一般為 5 m 現(xiàn)在已達(dá) 不久 1 m 精度的模具即將上市 23um 隨著零件微型化及精度要求的提高 有些模具的加工精度要求在 1 m 以內(nèi) 這就要求發(fā) 展超精加工 2 日趨大型化的模具 這一方面是由于用模具成形的零件日漸大型化 另一方面也是由于高生產(chǎn)率要求的 一模多腔 現(xiàn)在有的已達(dá)一模幾百腔 所致 3 擴(kuò)大應(yīng)用熱流道技術(shù) 由于采用熱流道技術(shù)的模具可提高制件的生產(chǎn)效率和質(zhì)量 并能大幅度節(jié)約制件的 原材料 因此 熱流道技術(shù)的應(yīng)用在國外發(fā)展較快 許多塑料模具廠所生產(chǎn)的模具 50 以上采用的熱流道技術(shù) 甚至 80 以上 效果十分明顯 熱流道在國內(nèi)也已用于生產(chǎn) 有些企業(yè)使用率達(dá)到 20 30 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 4 4 進(jìn)一步發(fā)展多功能復(fù)合模具 一副多功能模具除了沖壓成形零件外 還擔(dān)負(fù)著疊壓 攻絲 鉚接和鎖緊等組裝任 務(wù) 這種多功能復(fù)合生產(chǎn)出來的不再是單個零件 而是成批組件 可大大縮短產(chǎn)品的生 產(chǎn)及裝配周期 對模具材料的性能要求也越來越高 5 日益增多高檔次模具 一是用于汽車 飛機(jī) 精密機(jī)械的納米級 m 精密加工 二是用于磁盤 磁鼓制造 的亞微米級 0 01 m 精密加工 三是用于超精密電子器件的毫微米級 0 001 m 精密加 工 6 進(jìn)一步增多氣輔模具及高壓注射成型模具 隨著塑料成形工藝的不斷改進(jìn)和發(fā)展 為了提高注塑質(zhì)量 氣輔模具及高壓注射成 型模具也隨之發(fā)展 7 增大塑料模具比例 隨著塑料原材料的性能不斷提高 各行業(yè)的零件將以塑代鋼 以塑代木的進(jìn)程進(jìn)一 步加快 使用塑料模具的比例日趨增大 8 增多擠壓模及粉末鍛模 由于汽車 車輛和電機(jī)等產(chǎn)品向輕量化發(fā)展 如以鋁代鋼 非全密度成形 高分子 材料 復(fù)全材料 工程陶瓷 超硬材料成形和加工 新型材料的采用 不僅改變產(chǎn)品結(jié) 構(gòu)和性能而且使生產(chǎn)工藝發(fā)生了根本變革 相應(yīng)地出現(xiàn)了液態(tài) 半固態(tài) 擠壓模具及粉 末鍛模 對這些模具的制造精度要求是高的 9 日漸廣泛應(yīng)用模具標(biāo)準(zhǔn)件 模具標(biāo)準(zhǔn)化及模具標(biāo)準(zhǔn)件的應(yīng)用將極大地影響模具制造周期 且還能提高模具的質(zhì) 量和降低模具制造成本 10 大力發(fā)展快速制造模具 目前是多品種小批量生產(chǎn)時代 一方面是產(chǎn)品使用周期縮短 另一方面品種更新快 這就要求模具生產(chǎn)周期越短越好 因此快速成型模具將越來越引起人們的重視和關(guān)注 本次設(shè)計(jì)我研究的項(xiàng)目是復(fù)合沖壓模具設(shè)計(jì) 為此 我在進(jìn)行設(shè)計(jì)之前 查閱了相 關(guān)資料了解了一些關(guān)于沖壓件的知識 沖壓件在形狀和尺寸精度方面的互換性較好 一 般情況下 可以直接滿足裝配和使用要求 此外 在沖壓加工過程中由于材料經(jīng)過塑性 變形 金屬內(nèi)部組織得到改善 機(jī)械強(qiáng)度有所提高 所以 沖壓件具有質(zhì)量輕 剛度好 精度高和外表光滑 美觀等特點(diǎn) 沖壓加工是一種高生產(chǎn)率的加工方法 如汽車車身等大型零件每分鐘可生產(chǎn)幾件 而零件的高速加工則每分鐘可生產(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 因此較容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動化 比較適宜配置機(jī)器人而實(shí)現(xiàn)無人 化生產(chǎn) 多工位沖壓加工在生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)多工位沖壓具有如下優(yōu)點(diǎn) 減少了沖壓設(shè)備和占地面 積 減少了半成品的運(yùn)輸和存放環(huán)節(jié)以及操作人員 有利于提高生產(chǎn)效率 產(chǎn)品質(zhì)量及 降低沖壓件成本 事實(shí)上 使用多工位沖壓是實(shí)現(xiàn)沖壓自動化的主要途徑之一 該技術(shù) 當(dāng)今在世界各先進(jìn)國家被廣泛采用 目前在國內(nèi)引進(jìn)的成套設(shè)備中 也能看到多工位沖壓 機(jī)和配套模具 多工位沖壓工藝一般在多工位壓力機(jī)上實(shí)現(xiàn) 所謂多工位壓力機(jī)通常是 復(fù)合沖壓模具設(shè)計(jì) 5 一臺閉式雙點(diǎn)式壓力機(jī) 關(guān)鍵在于它是一臺有夾持機(jī)構(gòu) 機(jī)械手 的壓力機(jī) 該夾持機(jī)構(gòu)可保 證在每次沖壓動作完成后將沖壓件從模具中向上拉出 再向前移動一個工位 由于該夾持 機(jī)構(gòu)能完成 向上 向前 這一復(fù)合動作 所以可完成壓印加工 目前在國外多工位沖壓工藝 的應(yīng)用相當(dāng)普遍 除了他們有精良的多工位壓力機(jī)外 更重要的是因?yàn)閲獾哪＞呱a(chǎn) 社會化程度很高 模具零件制造實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化 通用化 系列化 非常適合于多工位沖壓模 這種拼裝式 結(jié)構(gòu)復(fù)雜的模具生產(chǎn) 由于模具零件都是標(biāo)準(zhǔn)件 所以易于模具的維修保養(yǎng) 當(dāng)然 沖壓加工與其他加工方法一樣 也有其自身的局限性 例如 沖模的結(jié)構(gòu)比 較復(fù)雜 模具價格又偏高 因此 對小批量 多品種生產(chǎn)時采用昂貴的沖模 經(jīng)濟(jì)上不 合算 目前為了解決這方面的問題 正努力發(fā)展某些簡易沖模 如聚氨酯橡膠沖模 低 合金沖模以及采用通用組合沖模 鋼皮模等 同時也在進(jìn)行沖壓加工中心等新型設(shè)備與 工藝的研究 在模具工業(yè)這個領(lǐng)域中起主導(dǎo)地位的還是人 只有更多的人掌握了這方面的技術(shù)我 國的模具工業(yè)才會發(fā)展得更好 更快 1 2 課題的來源與意義 1 2 1 課題的來源 課題來源于工程生產(chǎn)實(shí)際 沖模結(jié)構(gòu)是沖模的靈魂 它是決定沖模的生產(chǎn)效率 使 用壽命 制造成本和制造周期的關(guān)鍵因素 本課題的重要內(nèi)容是復(fù)合沖壓模具的工作原 理分析和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 當(dāng)前 應(yīng)用 CAD CAM 技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品的數(shù)字化設(shè)計(jì)制造是產(chǎn)品研發(fā) 的一個熱點(diǎn)問題 本課題通過應(yīng)用三維軟件和 CAD 軟件進(jìn)行復(fù)合沖壓模具的數(shù)字化設(shè)計(jì) 可以使學(xué)生了解機(jī)械行業(yè)的先進(jìn)設(shè)計(jì)制造技術(shù) 掌握先進(jìn)的設(shè)計(jì)制造理念 1 2 2 課題的意義 運(yùn)用三維 CAD 的數(shù)字化設(shè)計(jì) 對產(chǎn)品進(jìn)行造型設(shè)計(jì) 在設(shè)計(jì)階段完成傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法 要在產(chǎn)品制造出來后才能解決的問題 進(jìn)而縮短設(shè)計(jì)周期 用三維軟件對產(chǎn)品進(jìn)行三維 造型后 通過運(yùn)動仿真 在設(shè)計(jì)階段就能檢查零部件外觀的特征以及裝配的干涉性 在 實(shí)物制造出來前就能對產(chǎn)品有一個詳細(xì)的了解 很容易發(fā)現(xiàn)弱點(diǎn) 改進(jìn)設(shè)計(jì) 縮短設(shè)計(jì) 周期 由于不用將成品生產(chǎn)出來后再進(jìn)行檢測 可以節(jié)約原料 降低成本 掌握市場先 機(jī) 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 6 2 沖孔落料復(fù)合模 2 1沖裁件的工藝分析 沖裁件的形狀應(yīng)力求簡單 對稱 有利于材料的合理利用 內(nèi)形及外形的轉(zhuǎn)角處要 盡量避免尖角 應(yīng)以圓弧過渡 以便于模具加工 孔邊距和孔間距不能過小 如圖 2 1 所 示 厚度為 1mm 材料為 Q235A 生產(chǎn)綱領(lǐng)為大批量 精度為 IT11 下面將對其沖裁工藝 性進(jìn)行分析 圖 2 1 沖孔落料加工零件圖 2 1 1 材料 該零件材料為 Q235A 普通碳素結(jié)構(gòu)鋼 有一定的強(qiáng)度 塑性較好 適于沖壓生產(chǎn) 2 1 2 生產(chǎn)批量 該零件的生產(chǎn)批量為大批量 因此在制訂生產(chǎn)方案時 應(yīng)充分考慮采用連續(xù)?；蛘?復(fù)合模以提高生產(chǎn)效率 2 1 3 精度等級 該零件的精度等級為 IT11 級 因此 模具的制造精度等級為 IT7 級 2 1 4 結(jié)構(gòu)形狀 1 形狀 該零件形狀簡單對稱 無尖角 懸臂和凹槽 沖裁時受力均勻 2 孔邊距 1 65 0tC 邊 27 1 5248邊 符合最小孔邊距要求 3 孔間距 1 7 5t 間 0 1 548C間 2 符合最小孔間距要求 通過上述分析 該零件可以采用沖壓工序進(jìn)行生產(chǎn) 2 2 制訂生產(chǎn)方案 沖壓生產(chǎn)方案制訂是在對沖壓的工藝分析之后的重要環(huán)節(jié) 制訂生產(chǎn)方案就是制訂 各次沖壓加工的工序性質(zhì) 工序數(shù)量 工序順序 工序的組合方式等 沖壓生產(chǎn)方案的 復(fù)合沖壓模具設(shè)計(jì) 7 制訂要考慮多方面的因素 有時還要進(jìn)行必要的工藝計(jì)算 因此實(shí)際生產(chǎn)中通常要提出 可能的方案 進(jìn)行分析比較后制訂最佳方案 下面對該零件的各種沖壓方案進(jìn)行比較分 析 方案一 單工序模 單工序模 又稱簡單模 是指壓力機(jī)在一次行程中只完成一道工序的沖裁模 采用 單工序模沖制該零件時 要先用一副模具進(jìn)行落料 后用一副模具進(jìn)行沖孔 這樣至少 需要兩副模具進(jìn)行生產(chǎn) 生產(chǎn)效率低 不符合大批量生產(chǎn)的要求 方案二 連續(xù)模 連續(xù)模 又稱級進(jìn)模 跳步模 是指壓力機(jī)在一次行程中 依次在幾個不同的位置 同時完成多道工序的沖裁 即按一定順序安排了多個沖壓工序 在連續(xù)模中成為工位 進(jìn)行連續(xù)沖壓 采用連續(xù)模沖制該零件 要先沖零件內(nèi)部的五個孔 然后落料 由于該 零件精度要求為 IT11 級 為滿足精度要求 有必要增加兩個導(dǎo)正銷 這樣又使得模具結(jié) 構(gòu)變得復(fù)雜 方案三 正裝復(fù)合模 復(fù)合模是指壓力機(jī)的一次行程中 在模具同一工位同時完成數(shù)道沖壓工序的沖裁模 正裝復(fù)合模是指將落料凹模裝在下模上的復(fù)合模 采用正裝復(fù)合模沖制該零件時 每沖 裁一次 沖孔廢料被推出一次 凸凹模內(nèi)不積存廢料 脹力小 不易破碎 正裝復(fù)合模 工作時 條料是在壓緊狀態(tài)下沖裁的 沖出的沖裁件平直度高 但是沖孔廢料落在下模 工作面上 尤其孔較多 清除廢料困難 由于采用固定擋料銷和導(dǎo)料銷定位 在卸料版 上需鉆出讓位孔 由于彈壓器和彈壓卸料裝置的作用 分離后的沖裁件容易被嵌入條料 中影響操作 從而影響了生產(chǎn)效率 方案四 倒裝復(fù)合模 倒裝復(fù)合模是指將落料凹模裝在上模座上的復(fù)合模 該零件最小壁厚 7 5mm 大于倒 裝復(fù)合模所要求的最小壁厚 4 9mm 故可以采用倒裝復(fù)合模 采用倒裝復(fù)合模沖制該零件 時 凸凹模內(nèi)有積存廢料 脹力較大 但是凸凹模壁厚較大 所以不會導(dǎo)致凸凹模破裂 由于采用彈頂擋料銷裝置 所以凹模上不必鉆出相應(yīng)的讓位孔 零件厚度 1mm 該結(jié)構(gòu) 適用于沖裁較硬的或厚度大于 0 3mm 的條料 生產(chǎn)效率高 沖裁件的內(nèi)孔和外緣的相對 位置精度高 條料的定位精度要求比連續(xù)模低 沖模的輪廓尺寸小 這樣既可以提高生 產(chǎn)效率 又可以借模具精度來保證零件精度 根據(jù)上述分析 采用倒裝復(fù)合模進(jìn)行生產(chǎn) 2 3 零件的工藝計(jì)算 沖裁件的工藝計(jì)算包括工作零件刃口尺寸計(jì)算 排樣及材料利用率的計(jì)算 沖裁力 卸料力 壓力中心的計(jì)算和設(shè)備選型 2 3 1 工作零件刃口尺寸的計(jì)算 由于凸凹模直接存在間隙 故沖裁件的斷面都帶有錐度 因而在沖裁件尺寸的測量 和使用中 都以光面的尺寸為基準(zhǔn) 落料件的光面因凹模刃口擠切材料而產(chǎn)生 故落料 件的光面尺寸與凹模的刃口尺寸相等或基本一致 而沖孔件的光面是凸模刃口擠切材料 而產(chǎn)生的 故沖孔件的光面尺寸與凸模的刃口尺寸相等或基本一致 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 8 計(jì)算方法 1 凸模與凹模分別加工法 凸模與凹模分別按圖樣加工至要求的尺寸 并分別標(biāo) 注凸模和凹模的刃口尺寸與制造公差 適于圓形和簡單形狀的制件 2 凸模與凹模配作法 就是先按零件尺寸制出一個基準(zhǔn)模 凸?；虬寄?然后 根據(jù)基準(zhǔn)刃口的實(shí)際尺寸再按最小合理間隙制作另一模 使用配作法 模具的間隙由配作保證 工藝比較簡單 不必校核沖裁間隙條件 并 且還可以放大基準(zhǔn)件的制造公差 使制造容易 但是該方法加工成本高 加工周期長 主要適用于形狀復(fù)雜的制件 綜上分析 選擇凸模與凹模分別加工的方法 具體尺寸計(jì) 算如下 由零件圖可知 該零件屬于無特殊要求的一般沖孔落料 外形尺寸 由65m 0 19 落料獲得 孔心距 孔 孔 和孔20 65m 210m 9 28 由沖孔獲得 查 沖壓工藝與沖模設(shè)計(jì) 表 2 7 沖裁模初始雙面間隙 Z 得 15m 0 沖裁厚度為 1mm 的 Q235A 的沖裁模初始間隙 則Z 10in Z0 14ax 因?yàn)槟＞呔纫攘慵雀?4 5 個精度等Z 140 4axin 級 所以凸模 凹模和凸凹模都按照 IT6 級精度加工制造 1 沖孔 2m 9 為 IT11 級 取 0 75 則 校核 0 0 9 0 9mTA 即 滿足間隙axinZTA 0 9 14 4 18 m 公差條件 所以 mm 0 759 0 7 9midTT mm AZ1 1 in 2 沖孔 8 0 9 為 IT11 級 取 0 75 則 校核 0 9 0 9mTA 即 滿足間隙maxinZTA 0 9 14 4 18 m 公差條件 所以 mm 8 7509 07 9idTT mm AZ 181 0 in 3 沖孔 15m 0 為 IT11 級 取 0 75 則 校核 0 0 mTA 即 滿足間axinZTA 10 14 2 4 m 復(fù)合沖壓模具設(shè)計(jì) 9 隙公差條件 所以 mm 0 0 0 15 71 5 8 1mindTT mm AZ 8A i 4 落料 65 0 19 為 IT11 級 取 0 75 則 校核 0 19 0 19mTA 即 滿足間maxinZT 0 19 4 38 4 m 隙公差條件 所以 mm 0 190 19 65 7 6a ADA mm 0 Z 48 4 7T in 5 孔心距尺寸 2 m mm 1L52 60 16d8 式中 落料凹 凸模刃口尺寸 mm DTA 沖孔凹 凸模刃口尺寸 mm 落料件的最大 最小極限尺寸 mm maxin 沖孔件最大 最小極限尺寸 mm id 工件中心距和凹?？仔木嗟墓Q尺寸 mm L 最小 最大合理間隙 mm Zaxin 系數(shù) mm 凸 凹模制造偏差 mm TA 2 3 2 排樣 排樣就是沖裁件在條料 帶料或板料上的布置方法 合理的排樣方式有利于提高材 料的利用率 節(jié)約成本 材料利用率 是指沖裁件的實(shí)際面積與所用板材面積的百分比 的值越大 材料的利用率越高 沖裁所產(chǎn)生的廢料可分為兩類 即結(jié)構(gòu)廢料和工藝廢料 結(jié)構(gòu)廢料 由沖裁件的形 狀特點(diǎn)產(chǎn)生的廢料 工藝廢料 由于沖裁件之間 沖裁件與條料側(cè)邊之間的搭邊 以及 料頭 料尾和余邊料而產(chǎn)生的廢料 要提高材料利用率 主要應(yīng)從減少工藝廢料開始 可以通過設(shè)計(jì)合理排樣方案 選擇合適的板材規(guī)格 改變零件的結(jié)構(gòu)形狀來提高利用率 搭邊是排樣時沖裁件之間以及沖裁件與條料側(cè)邊之間留下的工藝廢料 搭邊雖然是 工藝廢料 但在沖裁工藝中卻有很大的作用 1 搭邊補(bǔ)償了定位誤差和剪板誤差 確 保沖出合格零件 2 搭邊可以增加條料剛度 方便條料送進(jìn) 提高勞動生產(chǎn)率 3 搭邊還可以避免沖裁時條料邊緣的毛刺被拉入模具間隙 從而提高了模具的使用壽 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 10 命 搭邊值的大小對沖裁過程及沖裁件的質(zhì)量有很大的影響 因此一定要合理確定搭邊 值 搭邊值過大 材料利用率低 搭邊值過小時 搭邊的強(qiáng)度和剛度不夠 容易造成沖 裁不均勻 損壞模具刃口 就該零件圖紙 查 沖壓工藝與模具設(shè)計(jì) 表 2 13 最小搭邊值 料厚 1mm 圓形工件 的工件間最小搭邊值為 1 2mm 工件與側(cè)邊最小搭邊值為 1 5mm 考慮到板材寬度為 70mm 以及零件材料屬性 取工件間搭邊值為 1 5mm 工件與側(cè)邊搭邊值為 2 5mm 排樣方案一 如圖 2 2 所示 沿沖裁件全部外形沖裁 沖裁件與沖裁件之間 沖裁件與條料之間都 存在工藝廢料 搭邊的存在增加了條料剛度 方便條料送進(jìn) 提高勞動生產(chǎn)率 沖裁件 尺寸完全由沖模來保證 因此沖裁精度高 模具壽命長 但材料利用率較低 排樣方案二 如圖 2 3 所示 沖裁件與條料側(cè)邊有搭邊 沖裁件之間無搭邊 這種排樣一定程度上 提高了材料利用率 但是受剪條料質(zhì)量和定位誤差的影響 其沖裁件質(zhì)量稍差 同時邊 緣毛刺容易被凸模帶入間隙 影響模具的使用壽命 排樣方案三 圖 2 2 排樣圖 1 圖 2 3 排樣圖 2 復(fù)合沖壓模具設(shè)計(jì) 11 如圖 2 4 所示 沖裁件與條料側(cè)邊以及沖裁件之間均無搭邊 材料利用率較高 但是 沖裁件的質(zhì)量和模具壽命更差一些 綜上所述 雖然排樣方案二和排樣方案三的材料利用率高 但是無法保證沖裁件的 尺寸精度和沖裁質(zhì)量 所以選擇排樣方案一 因?yàn)榱慵g搭邊值為 1 5mm 所以送料步距 S 65 1 5 66 5mm 選擇條料尺寸為 1mm 70mm 1000mm 則一張條料上沖裁件總數(shù)量 10n56 零件實(shí)際面積 2221 3 5745 A 8m 材料利用率為 1 0 106 7 nLB 總 式中 n 一張條料上沖裁件的總數(shù)量 一個沖裁件的實(shí)際面積 1A2 L 條料長度 mm B 條料寬度 mm 2 3 3 沖裁力 沖裁力是指沖裁過程中 凸模對材料施加的最大壓力 材料受到凸模的擠壓 產(chǎn)生 變形 最終零件與材料分離 沖裁變形過程大致可以分成三個階段 1 彈性變形階段 在凸模壓力下 條料產(chǎn)生彈性壓縮 拉伸和彎曲變形 凹模上 的條料則向上翹曲 材料越硬 間隙越大 彎曲和上翹越嚴(yán)重 同時 凸模稍許擠入條 料上部 條料下部則稍許擠入凹模洞口內(nèi) 但條料內(nèi)的應(yīng)力分量還不滿足塑性條件 所 以壓力去掉后 條料會立即恢復(fù)原狀 2 塑性變形階段 因?yàn)闂l料發(fā)生彎曲 凸模繼續(xù)下壓 當(dāng)應(yīng)力分量滿足塑性條件 時 條料便開始進(jìn)入塑性變形階段 凸模擠入條料上部 同時條料下部擠入凹模洞口內(nèi) 形成光亮的塑性剪切面 隨著凸模繼續(xù)下行 塑性變形程度增大 變性區(qū)的材料加工硬 化加劇 沖裁變形抗力不斷增大 直到刃口附近側(cè)面的條料由于拉應(yīng)力的作用出現(xiàn)微裂 紋時 塑性變形階段才結(jié)束 3 斷裂分離階段 條料內(nèi)裂紋首先在凹模刃口附近的側(cè)面產(chǎn)生 緊接著才在凸模 刃口附近的側(cè)面產(chǎn)生 已形成的上 下裂紋隨凸模的繼續(xù)壓入沿最大切應(yīng)力方向不斷向 圖 2 4 排樣圖 3 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 12 條料內(nèi)部擴(kuò)展 當(dāng)上下裂紋相遇時 條料便被剪斷分離 根據(jù)零件圖紙 計(jì)算沖裁 所需要的沖裁力 65 1 3653491FKlt NKb 沖裁 所需要的沖裁力 15 22lt 沖裁 2 所需要的沖裁力 8 1 3843 3FKlt NKb 沖裁 2 所需要的沖裁力 10 42 028blt 式中 F 沖裁力 KN L 沖裁周邊長度 mm t 沖裁厚度 mm 材料剪切強(qiáng)度 MPa b K 修正系數(shù) 考慮到實(shí)際生產(chǎn)中 模具間隙值的波動和不均勻 刃口 的磨損 材料力學(xué)性能和厚度波動等因素的影響而給出的修正系數(shù) 一般 K 1 3 分析沖裁力的計(jì)算公式可知 當(dāng)材料厚度 t 一定時 沖裁力的大小主要與零件的周邊 長度和材料的強(qiáng)度成正比 因此降低沖裁力主要考慮這兩個因素 采用一定的工藝措施 和改變沖模的結(jié)構(gòu) 完全可以達(dá)到降低沖裁力的目的 同時 還可以減小沖擊 震動和 噪聲 對改善沖壓環(huán)境也有積極意義 方案一 斜刃沖裁 斜刃沖裁就是將沖模的凸?；虬寄Ｈ锌?由平直刃口改制成具有一定傾斜角的斜刃 口 用平直刃口模具沖裁時 沿刃口整個周邊同時沖切材料 故沖裁力較大 用斜刃沖 裁時 刃口不是完全同時沖切材料 二是逐步地將材料切離 這樣就相當(dāng)于把沖裁件整 個周邊分成若干小段進(jìn)行剪切一樣 因而能顯著地降低沖裁力 但斜刃沖裁會使材料產(chǎn) 生彎曲 方案二 階梯沖裁 階梯沖裁法是在多凸模沖裁中 將凸模做成不同高度 使工作端面呈階梯式布置 沖裁時使各沖模沖裁力的最大值在不同時刻出現(xiàn) 從而達(dá)到降低沖裁力的目的 階梯凸 模沖裁不僅可以降低沖裁力 在直徑相差懸殊 距離很近的多孔沖裁中 還能避免小直 徑凸模由于受材料流動擠壓作用 而產(chǎn)生傾斜和或折斷現(xiàn)象 為此 一般將小直徑凸模 做短一些 方案三 加熱沖裁 金屬材料在常溫時其強(qiáng)度極限是一定的 但當(dāng)金屬材料加熱到一定溫度后 其強(qiáng)度 極限會大大降低 因而加熱沖裁可以降低沖裁力 但是采用加熱沖裁零件 端面塌角較 大 精度低 材料表面易產(chǎn)生氧化皮 而且工藝強(qiáng)度大 同時熱沖模要采用耐熱鋼 所 以加熱沖裁法目前應(yīng)用的不多 綜上所述 選擇方案二的階梯沖裁進(jìn)行沖裁 先沖裁 然后沖裁 的孔 接著65 15 復(fù)合沖壓模具設(shè)計(jì) 13 沖裁 2 的孔 最后沖裁 2 的孔 這樣不僅能降低沖裁力 而且能避免小直徑凸模10 8 由于受到材料流動擠壓的作用 從而避免凸模折斷的現(xiàn)象 因此 整個沖裁過程中 最 大沖裁力 F 91KN 2 3 4 卸料力 推件力 在沖裁結(jié)束時 從材料上沖裁下來的沖件 或廢料 由于徑向發(fā)生彈性變形而擴(kuò)張 會梗塞在凹模洞口內(nèi) 或者條料上的孔沿著徑向發(fā)生彈性收縮而緊箍在凸模上 為了使 沖裁工作繼續(xù)進(jìn)行 必須將工件或廢料與模具分離 卸料力是從凸模上卸下緊箍的材料所需要的力 用 表示 推件力是將梗塞在凹模K卸 內(nèi)的材料順沖裁力方向推出所需要的力 用 表示 卸料力和推件力分別由壓力機(jī)和模推 具的卸料 推件裝置傳遞的 所以在選擇壓力機(jī)公稱壓力和設(shè)計(jì)以上結(jié)構(gòu)時 都需要對 這兩個力進(jìn)行計(jì)算 查 沖壓工藝與模具設(shè)計(jì) 表 2 2 得 0 5 卸 05推 所以 卸料力 1 0 594 5FKNK 卸 卸 推件力 i234n0 510 52 0 52867FKN 推推 推 推 推 式中 F 參考前面沖孔的沖裁力 分別為卸料系數(shù)和推件系數(shù) 卸 推 n 塞在凹模孔內(nèi)的沖件數(shù) 2 3 5 壓力機(jī)公稱壓力的確定 沖裁時 壓力機(jī)的公稱壓力必須大于或等于沖壓力 為沖裁力和與沖裁力F總 總 同時發(fā)生的卸料力和推件力的總和 根據(jù)模具結(jié)構(gòu) 1 96 7 FKN 總 推 2 3 6 壓力中心的計(jì)算 由于該零件對稱 所以壓力中心位于沖裁件輪廓圖形的幾何中心上 2 4 沖裁模設(shè)計(jì)與制造 當(dāng)沖壓件的生產(chǎn)方案確定之后 應(yīng)根據(jù)所選用沖壓設(shè)備的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行模具零件的 設(shè)計(jì)和選用 如工作零件的結(jié)構(gòu) 尺寸 精度等技術(shù)要求 模架 定位零件 導(dǎo)向零件 及標(biāo)準(zhǔn)件的選用 卸料零件的設(shè)計(jì) 彈性元件的計(jì)算與選用等 2 4 1 工作零件 1 凸模 凸模是在沖壓時 沖模中被沖裁件或廢料所包容的工作零件 由于沖裁件的形狀和 尺寸不同 沖模的加工及裝配工藝等時機(jī)條件亦不同 所以在實(shí)際生產(chǎn)中使用的凸模結(jié) 構(gòu)形式很多 斷面形狀有圓形和非圓形 刃口形狀有平刃和斜刃 結(jié)構(gòu)有整體式 鑲拼 式 階梯式 直通式 和帶護(hù)套式等 凸模的固定方法有臺階固定 鉚接 螺釘和銷釘 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 14 固定 黏結(jié)劑澆注法固定等 由于沖裁件都是孔狀 所以都選用圓形凸模 以下為幾種常用圓凸模標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu) a b c d e 如圖 2 5 所示 a 為圓柱頭直桿圓凸模 b 為圓柱頭縮桿圓凸模 c 為沖模錐頭直 桿圓凸模 d 為沖模錐頭縮桿圓凸模 e 為球鎖緊圓凸模 c 和 d 都帶有錐頭 適于沖 裁孔徑較小的零件 一般需要與護(hù)套配合使用以增加其剛度 e 為快換式凸模 適用于 需要經(jīng)常更換凸模的場所 a 和 b 都是臺階式凸模 但是 b 的強(qiáng)度剛性較 a 好 裝配修 模方便 其工作部分的尺寸由計(jì)算得到 與凸模固定板配合部分按過渡配合 H7 m6 或 H7 n6 制造 最大直徑的作用是形成臺肩 以便固定 保證工作凸模不被拉出 所以選擇 b 所 示的凸模結(jié)構(gòu) 凸模的固定的方法有很多 主要有固定板式固定 帶護(hù)套固定 銷釘固定 鉚接固 定 澆注固定等 本套模具所用的階梯式由于尺寸較小 所以一般采用固定板式安裝方 式 首先將凸模放進(jìn)固定板中 上面用壓板壓緊來固定凸模 其結(jié)構(gòu)如圖 2 6 所示 凸模長度尺寸應(yīng)根據(jù)模具的具體結(jié)構(gòu) 并考慮修模量 固定板與卸料版直接的安全 距離 裝配等相關(guān)的需要來確定 根據(jù)該模具結(jié)構(gòu) 凸模長度計(jì)算公式為 12L h t02153m 考慮到標(biāo)準(zhǔn)件的長度系列 取 L 50mm 式中 L 凸模長度 mm 凸模固定板厚度 mm 1 推板厚度 mm 2h t 材料厚度 mm h 增加長度 包括凸模的修模量 凸模進(jìn)入凹模的深度 凸模固定板 圖 2 6 凸模固定結(jié)構(gòu) 圖 2 5 圓凸模標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu) 復(fù)合沖壓模具設(shè)計(jì) 15 與卸料版直接的安全距離等 一般取 10 20mm 一般情況下 凸模的強(qiáng)度和剛度是足夠的 沒有必要進(jìn)行校核 但是當(dāng)凸模的斷面 尺寸很小而沖裁的板較厚或根據(jù)結(jié)構(gòu)需要確定的凸模特別細(xì)長時 則應(yīng)進(jìn)行承壓能力和 抗縱彎曲能力的校核 即承壓能力的校核和失穩(wěn)彎曲應(yīng)力的校核 由于該沖裁所用的凸 模斷面尺寸較大 而且不細(xì)長 所以無需進(jìn)行強(qiáng)度和剛度校核 其三維模型如圖 2 7 所示 圖 2 7 凸模固定三維圖 2 凹模 凹模是在沖裁過程中 與凸模配合直接對沖裁件進(jìn)行分離或成形的工作零件 凹模 的類型有很多 主要包括凹模的外形有圓形和板形 結(jié)構(gòu)有整體式和鑲拼式 刃口也有 平刃和斜刃 鑲拼式凹模主要用于大 中型或形狀復(fù)雜 局部薄弱的零件 由于該零件為圓形簡 單沖件 外形簡單 所以采用整體式凹模 凹模的刃口形式主要有直筒形和錐形兩種 錐形刃口強(qiáng)度較差 修磨后刃口尺寸有增大 凹模硬度較低 一般用于沖裁形狀簡單 精度不高的零件 直通式凸模強(qiáng)度高 修磨后刃口尺寸不變 適用于沖裁大型或精度要 求較高的零件 所以選用直通式凹模 凹模的外形尺寸主要包括凹模平面尺寸和厚度 凹模外形尺寸是否合理 將直接影 響到凹模的強(qiáng)度 剛度和耐用度 凹模的外形尺寸主要與制件外形尺寸及制件厚度有關(guān) 凹模高度 0 26514 3hkbm 取 h 15mm 凹模壁厚 1 2 C 取 C 23mm 式中 k 系數(shù) 查 沖壓工藝與模具設(shè)計(jì) 表 8 1 得 k 0 22 b 最大孔口直徑 凹模的固定方法與凸模的固定方法相似 有機(jī)械固定法 低熔點(diǎn)合金澆注固定法 粘結(jié)劑固定法等 考慮模具拆卸方便 采用傳統(tǒng)機(jī)械固定法 采用螺釘 銷釘固定 一般情況下 凹模只作結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 強(qiáng)度校核主要是檢查其高度 h 若高度不夠 將產(chǎn) 墊板 凸模固定板 凸模 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 16 生彎曲變形 以致?lián)p壞 其三維模型如圖 2 8 所示 圖 2 8 凹模三維圖 3 凸凹模 凸凹模是同時具有落料凸模和沖孔凹模作用的工作零件 它是復(fù)合模的主要特征 凸凹模工作端面的內(nèi)外緣均為刃口 內(nèi)外緣之間的壁厚取決于沖裁件的尺寸 從強(qiáng)度方 面考慮 其壁厚應(yīng)受最小限制 凸凹模的最小壁厚與模具結(jié)構(gòu)有關(guān) 當(dāng)模具為正裝結(jié)構(gòu) 時 內(nèi)孔不積存廢料 脹力小 最小壁厚可小些 當(dāng)模具為倒裝結(jié)構(gòu)時 若孔為直筒形 刃口形式 且采用下出料方式 則內(nèi)口積存廢料 脹力大 故最小壁厚應(yīng)大些 凸凹模的最小壁厚值一般按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定 查 沖壓模具設(shè)計(jì) 表 2 29 得倒裝復(fù)合 模的凸凹模最小壁厚 查得沖裁材料厚 1mm 的材料的倒裝復(fù)合模最小壁厚為 2 7mm 而 零件的最小壁厚為 7 5mm 大于 2 7mm 所以凸凹模壁厚可行 由于采用下出料方式 所以凸凹模內(nèi)部刃口采用直通式并有一部分有錐度 保證下出料更加容易 凸凹的固定采用壓板固定 并用銷釘和螺釘鎖緊 保證凸凹模的定位夾緊可靠 使 沖裁順利進(jìn)行 其三維模型如圖 2 9 所示 圖 2 9 凸凹模三維圖 2 4 2 定位零件 為了保證模具正常工作和沖出合格的沖裁件 必須保證坯料或工序件與模具的工作 刃口處于正確的相對位置 即必須對坯料或工序件定位 條料在模具送料平面必須有兩 個方向的限位 即送進(jìn)導(dǎo)向和送料定距 送進(jìn)導(dǎo)向是指在與送料方向垂直的方向上的限 位 保證條料沿正確的方向送進(jìn) 送料定距是指在送料方向上的限位 控制條料一次送 復(fù)合沖壓模具設(shè)計(jì) 17 進(jìn)的距離 步距 1 送進(jìn)導(dǎo)向 導(dǎo)料板是對條料或帶料的側(cè)向進(jìn)行導(dǎo)向 以免送偏的定位零件 具有導(dǎo)板或卸料板 的單工序?；蜻B續(xù)模 常采用這種送料導(dǎo)向結(jié)構(gòu) 如果條料的公差較大 為避免條料在 導(dǎo)料板中偏擺 使最小搭邊值得到保證 應(yīng)在送料方向的一側(cè)裝側(cè)壓裝置 迫使條料始 終緊靠另一側(cè)導(dǎo)料板送進(jìn) 由于有側(cè)壓裝置的模具 送料阻力比較大 因而具備有輥軸 自動送料裝置的模具也不宜設(shè)置側(cè)壓裝置 導(dǎo)料銷是對條料或帶料的側(cè)向進(jìn)行導(dǎo)向 以 免送偏的定位零件 導(dǎo)料銷可以設(shè)在固定板或下模座上 也可以設(shè)置在彈壓卸料板上 綜上所述 選擇導(dǎo)料銷作為送進(jìn)導(dǎo)向零件 這樣不僅使模具結(jié)構(gòu)簡單 而且選擇標(biāo) 注零件 縮短模具制造周期 降低模具加工費(fèi)用 根據(jù)倒裝式復(fù)合模結(jié)構(gòu) 若采用固定 式導(dǎo)料銷 要把擋料銷安裝在卸料板上 這樣的話 在上模向下沖壓的時候 凹模會與 固定導(dǎo)料銷接觸 影響加工過程 所以必須在凹模上鉆出相應(yīng)的孔來避免這個問題 但 是這不僅增加了制造周期 而且削弱了凹模的強(qiáng)度 所以采用活動式導(dǎo)料銷 當(dāng)凹模下 行進(jìn)行沖裁時 活動導(dǎo)料銷被壓進(jìn)卸料板 保證沖裁順利進(jìn)行 當(dāng)沖裁結(jié)束時 活動式 導(dǎo)料銷下面的彈簧將導(dǎo)料銷彈出 使導(dǎo)料銷繼續(xù)執(zhí)行倒料的任務(wù) 2 送料定距 常見限定條料送進(jìn)距離的方式有如下兩種 用擋料銷擋住搭邊或沖件輪廓以限定條 料送進(jìn)距離的擋料銷定距 用側(cè)刃在條料側(cè)邊沖切出不同形狀的缺口 限定條料送進(jìn)距 離的側(cè)刃定距 側(cè)刃是在連續(xù)模中 為了限定條料送進(jìn)距離 在條料的側(cè)邊沖切出一定形狀缺口的 特殊凸模 主要適用于送料精度和生產(chǎn)效率要求較高的場合 雖然側(cè)刃定位精度高 可 靠性好 保證了較好的送料精度額生產(chǎn)率 但是它同時增加了材料消耗和沖裁力 使模 具結(jié)構(gòu)變得更加復(fù)雜 導(dǎo)正銷的目的是消除送料導(dǎo)向 送料定距或定位板等粗定位的誤差 沖裁時 導(dǎo)正 銷先進(jìn)入已沖孔中 導(dǎo)正條料的位置 保證孔與外形相對位置的公差要求 但導(dǎo)正銷主 要用于連續(xù)模 也可用于單工序模 根據(jù)擋料銷的工作特點(diǎn)及作用 擋料銷可以分為固定擋料銷 活動擋料銷和始用擋 料銷 始用擋料銷是為了提高材料的利用率 它一般用于以導(dǎo)料板送料導(dǎo)向的連續(xù)模和 單工序模中 固定擋料銷結(jié)構(gòu)簡單 制造容易 廣泛用于沖制中 小型沖裁件的擋料定 距 但是根據(jù)倒裝式復(fù)合模結(jié)構(gòu) 若采用固定式擋料銷 要把擋料銷安裝在卸料板上 這樣的話 在上模向下沖壓的時候 凹模會與固定導(dǎo)料銷接觸 影響加工過程 所以必 須在凹模上鉆出相應(yīng)的孔來避免這個問題 但是這不僅增加了制造周期 而且削弱了凹 模的強(qiáng)度 所以采用活動式擋料銷 當(dāng)凹模下行進(jìn)行沖裁時 活動擋料銷被壓進(jìn)卸料板 保證沖裁順利進(jìn)行 當(dāng)沖裁結(jié)束時 活動式導(dǎo)料銷下面的彈簧將導(dǎo)料銷彈出 使導(dǎo)料銷 繼續(xù)執(zhí)行倒料的任務(wù) 根據(jù)結(jié)構(gòu) 選擇彈簧彈頂擋料銷 其三維圖如下圖 2 9 1 所示 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 18 圖 2 9 1 擋料結(jié)構(gòu)三維圖 2 4 3 卸料與推料零件 1 卸料 卸料裝置分為固定卸料裝置 彈壓卸料裝置和廢料切刀三種 卸料裝置用于卸掉卡 箍在凸模上或凸凹模上的沖裁件或廢料 廢料切刀在沖裁過程中將廢料切斷成數(shù)塊 避 免卡箍在凸模上 從而實(shí)現(xiàn)卸料的零件 方案一 固定卸料裝置 生產(chǎn)中常用的固定卸料裝置主要包括用于平板的沖裁卸料和用于成形后的工序件的 沖裁卸料 固定卸料板的卸料力大 卸料可靠 當(dāng)沖裁板厚較厚 卸料力較大 平直度 要求不很高的沖裁時 一般采用固定卸料裝置 固定卸料裝置一般用于單工序模和連續(xù) 模 不適