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沖壓模具設(shè)計(jì)中側(cè)壁起皺的分析 F.-k. Chen and Y.-C. Liao 臺(tái)灣 臺(tái)北市國(guó)立臺(tái)灣大學(xué)機(jī)械工程部門 在沖壓過程中，起皺一般發(fā)生在有錐度的方形杯子和帶有階梯的矩形杯子成形時(shí)。這兩種起皺類型的共同特征是起皺都發(fā)生在相對(duì)沒有支撐的側(cè)壁。在沖壓一個(gè)有錐度的方形杯子時(shí)，當(dāng)發(fā)生起皺時(shí)，比如沖模間隙和沖壓毛壞的壓力大小等參數(shù)的影響通過有限元模擬方法被檢查到。模擬結(jié)果顯示沖模間隙越大，起皺的就越明顯，而且起皺不能通過增加沖壓力來被抑制。在研究帶有階梯的矩形杯子沖壓過程的起皺時(shí)，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)有相似幾何類型的實(shí)際部分。在側(cè)壁被發(fā)現(xiàn)的起皺是因?yàn)榻橛跊_頭和階梯邊緣的金屬板料不平衡伸展造成的。為減少起皺，一個(gè)最適宜的沖模設(shè)計(jì)方法就是利用有限元分析法。在無起皺產(chǎn)品中介于模擬結(jié)果和實(shí)測(cè)結(jié)果的好協(xié)議使有限元分析法生效，而且證實(shí)了利用有限元分析法去設(shè)計(jì)沖模的優(yōu)勢(shì)。 關(guān)鍵詞：側(cè)壁起皺；沖模；階梯的矩形杯子；帶有錐度的主形杯子 1． 介紹 起皺是在金屬板料成形中主要的缺陷之一。由于性能和視察的原因，在產(chǎn)品中起皺往往不能被接受。在金屬板料成形過程中，有三種形式的起皺頻繁的發(fā)生：邊緣起皺，側(cè)壁起皺和由于殘余的彈性壓力引起的未變形區(qū)域的彈性彎曲。在沖壓一個(gè)復(fù)雜形狀零件的操作時(shí)，側(cè)壁起皺意味著沖模腔中的起皺。由于側(cè)壁區(qū)域的金屬板料相對(duì)于其它區(qū)域的金屬板料不被工具所保征質(zhì)量，側(cè)壁起皺的消除比邊緣起皺的抑制更難。很明顯，在未被加固的側(cè)壁區(qū)域中的金屬材料的額外拉伸可能防止起皺，而且在實(shí)際操作中也可以通過增加沖壓力來防止起皺，但是過度的拉力會(huì)通過裂痕導(dǎo)致失敗。因此，沖壓力必須處于一個(gè)狹小的范圍，一方面，要高于抑制起皺的力，另一方面，要低于產(chǎn)生破裂的力。沖壓力的狹小范圍很難計(jì)算。對(duì)于沖壓一個(gè)復(fù)雜形狀的零件，當(dāng)起皺發(fā)生在中心區(qū)域時(shí)，有意義的沖壓力范圍甚至不存在。 為了檢查起皺的形成結(jié)構(gòu)，Yoshida et al.發(fā)明了一種測(cè)試，在這種測(cè)試?yán)?，一塊薄板料不是均勻的沿著它的斜度被拉伸。他們也計(jì)劃一個(gè)近似的理論模型，在這種模型里面，起皺的開始取決于在壓力不均勻區(qū)域中有壓縮的側(cè)部力的彈性灣曲。Yu et al.從實(shí)驗(yàn)性和分析性上研究起皺問題，通過理論分析，他發(fā)現(xiàn)帶有兩個(gè)圓周波的起皺可能發(fā)生，然而，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示是四到六個(gè)。當(dāng)通過一個(gè)有錐度的模具畫出金屬板料時(shí)，Narayanasamy和sowerby用平底的沖頭和半球狀的沖頭檢查金屬板料的起皺。他們也試圖去把可以抑制起皺的道具分類。 那些努力都被聚中于和簡(jiǎn)單形狀零件關(guān)聯(lián)的起皺問題上，例如：一個(gè)圓形的杯子。在90年代早期，金屬板料成形中三維動(dòng)態(tài)軟件和有限元方法的成功運(yùn)用使得分析包括在沖壓一個(gè)復(fù)雜形狀零件的起皺問題成為可能。在當(dāng)前的研究中，三維有限元分析法被用來分析在沖壓一個(gè)帶有階梯的矩形部分的過程中，產(chǎn)生起皺的金屬流動(dòng)制造參數(shù)上。 一個(gè)帶有階梯的方形杯子，在杯子的每一邊都有一個(gè)傾斜的側(cè)壁，在帶有錐度的杯子也相應(yīng)的存在傾斜的側(cè)壁。在沖壓過程中，側(cè)壁上的金屬板料相對(duì)沒被支撐，因此，這個(gè)部位更容易起皺。在當(dāng)前的研究中，起皺過程中的各種不同的制造參數(shù)的影響都在被研究。在沖壓一個(gè)帶有階梯的方形杯子時(shí)，就像圖1B顯示的一樣，可以觀測(cè)到另一種形式的起皺。為了評(píng)估分析的效力，在當(dāng)前的研究中，一個(gè)確切階梯幾何形狀的物體被檢測(cè)。通過使用有限元分析法和用適宜的模具設(shè)計(jì)來減少起皺，起皺的原因被確定。在觀測(cè)一個(gè)實(shí)際產(chǎn)品成形時(shí)，通過有限元分析法得到的模具設(shè)計(jì)方法得到證實(shí)。 圖1帶有錐度方形杯子的拉伸（a）和帶有階梯的矩形杯子的拉伸（b） 2有限元模型 包括沖頭、模具和毛壞固定器等工具幾何學(xué)是用CAD或PRO/E軟件來設(shè)計(jì)的。同樣用CAD軟件，三節(jié)點(diǎn)和四節(jié)點(diǎn)的外形元素被采用用來為以上工具生產(chǎn)網(wǎng)眼系統(tǒng)。對(duì)于有限元模擬來說，工具被認(rèn)為是剛硬的，而且對(duì)應(yīng)的網(wǎng)眼被用來定義工具幾何學(xué)而不是壓力分析。同樣CAD軟件使用四節(jié)點(diǎn)外形元素來為板形壞料構(gòu)造網(wǎng)眼。圖2顯示工具的完整布置的網(wǎng)眼系統(tǒng)和用來沖壓帶有階梯方形杯子的板形壞料。由于對(duì)稱條件，方形杯子的四分之一被分析。在模擬中，板形壞料放在壓力機(jī)上，沖模向下移動(dòng)，逆著壓力機(jī)夾緊板形壞料。然后沖模上升使得板形壞料按著模腔成形。 圖2 有限元網(wǎng)眼 為了表演一個(gè)精確的有限元分析法，金屬板料的真實(shí)應(yīng)力應(yīng)變曲線被要求是輸入數(shù)據(jù)的一部分。在當(dāng)前的研究中，拉深成形的金屬板料也被用來模擬。為在飛機(jī)上切割下的樣本測(cè)試被進(jìn)行，它們依次從0度的旋轉(zhuǎn)方向到45度的旋轉(zhuǎn)方向，再到90度的旋轉(zhuǎn)方向進(jìn)行著。平均的流動(dòng)力σ，計(jì)算方程為σ=（σ0+2σ45+σ90）/4，因?yàn)槊恳粋€(gè)方法真實(shí)應(yīng)變通常用來模擬帶錐度方形杯子和帶階梯矩形的沖壓，就如圖3顯示的那樣。 當(dāng)前研究中所有的模擬利用有限元程序PAM-STAMP涉及SGI Indigo2工作站。為了完成模似所需輸入數(shù)據(jù)的設(shè)置，沖頭的速度一般設(shè)置在10m/s，庫侖摩擦系數(shù)設(shè)置在0.1。 圖3 金屬板料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系 3 錐度方形杯中的起皺 正像圖1a顯示的那樣，草圖暗示著一些有關(guān)錐度方形杯子的尺寸，方形沖頭每一面的長(zhǎng)度（2WP）、模腔的尺寸（2Wd）和高度(H)被認(rèn)為是影響起皺的至關(guān)重要尺寸。在當(dāng)前研究中，模腔尺寸和沖頭尺寸的差距的一半稱作沖模間隙（記作G），G= Wd- WP。相關(guān)的在側(cè)壁沒被支撐的金屬板料的寬度取決于沖模間隙，起皺假想通過增加沖壓力來被抑制。相對(duì)于沖壓一個(gè)錐度方形杯子，沖模間隙和沖壓力兩方面的影響在接下來的部分被研究。 3.1沖模間隙的影響 為了檢查沖模間隙對(duì)起皺的影響，在沖壓一個(gè)錐度方形杯子時(shí)，分別用20mm，30mm，50mm大小的沖模間隙進(jìn)行模擬沖壓。在每次模擬沖壓中，模腔的尺寸都是固定在200mm，而且杯子拉深的高度都是100mm。三次模擬中使用的金屬板料都是380X380的方形尺寸，厚度也都是0.7mm，金屬的應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖3所示。 圖4 G=50mm的帶有錐度的方形杯子 模擬結(jié)果顯示三次模擬中都發(fā)生起皺現(xiàn)象，沖模間隙為50mm沖壓出來的杯子模擬形狀如圖4。從圖4中可以看出，起皺分布在側(cè)壁，側(cè)壁拐角尤其明顯。這就說明在沖壓過程中，起皺是由于在側(cè)壁有大面積區(qū)域不被支撐，同樣，由于沖模間隙不一樣，沖頭各邊的長(zhǎng)度和模腔尺寸也不一樣。由于橫向壓力的存大，在沖頭和模腔中拉深成形的金屬板料越來越不牢固。在壓縮下，側(cè)壁金屬板料不受限制的拉伸是起皺的主要原因。為了比較三種不同間隙沖壓出來的產(chǎn)品，兩個(gè)主要的應(yīng)變比率β被介紹，β=εmin/εmax，這里的εmin和εmax分別是主要的和次要的應(yīng)變。Hosford和Caddell已經(jīng)展示了β的實(shí)際值比β的評(píng)論值大，假設(shè)當(dāng)起皺發(fā)生時(shí)，β的實(shí)際值越大，起皺的可能性就越大。 在三個(gè)沖模間隙不同的沖壓中，同一側(cè)壁高度，沿著橫截面M-N的β值在圖4中標(biāo)記出，在圖5中畫出。圖5中說明嚴(yán)重的起皺一般發(fā)生在拐角處，而對(duì)三個(gè)沖模間隙不同的沖壓，在側(cè)壁中心很少發(fā)生起皺。還說明了沖模間隙越大，β的實(shí)際值就越大。因此，增加沖模間隙將增加在錐度方形杯子側(cè)壁處發(fā)生起皺的可能性。 3.2沖壓力的影響 眾所周知，在沖壓過程中，增加沖壓力可以幫助排除起皺。為了研究增加沖壓力的影響，沖模間隙為50mm與起皺是有關(guān)聯(lián)的，用沖模間隙為50mm的模具沖壓帶有錐度方形杯子被用不同的沖壓力來模擬了。沖壓從100KN增加到600KN，這兩個(gè)力分別產(chǎn)生0.33Mpa和1.98Mpa。在上述部分，剩下的模擬條件與給定的是一樣的。處于中間的300KN也被用來模擬。 模擬結(jié)果顯示沖壓力的增加并沒有幫助消除發(fā)生在側(cè)壁的起皺。在圖4中已標(biāo)出沿著橫截面M-N的β值與沖壓力為100KN和600KN的β值作比較。模擬結(jié)果指出兩種情況下，沿著橫截面M-N的β值是一樣的。為了檢查兩種不同沖壓力的起皺形狀，正如圖4和圖6標(biāo)出的那樣，側(cè)壁上從底部向上有五處不同位置的橫截面。從圖6可以看出，兩個(gè)外殼的波浪形橫截面是相似的。這就說明在沖壓帶有錐度的方形杯子時(shí)，沖壓力不影響起皺的發(fā)生，這是因?yàn)槠鸢櫟脑蛑饕怯捎谠谟袡M向壓力存在的側(cè)壁處有大面積區(qū)域不被支撐。沖壓力對(duì)沖頭和模腔之間材料不穩(wěn)定的模式并沒有影響。 圖5 沿著橫截面M-N不同沖模間隙的β值 4階梯矩形杯子 在沖壓一個(gè)階梯矩形杯子時(shí)，起皺發(fā)生在側(cè)壁即使沖模間隙并不是那么重要。輪廓1顯示沖壓階梯矩形杯子的沖頭草圖，在這張草圖中，側(cè)壁C沿臺(tái)階D-E而行。在近期的研究中，在一個(gè)實(shí)際的產(chǎn)品中檢查到了這種幾何形狀。這種產(chǎn)品使用的原材料的厚度是0.7mm，從拉力測(cè)試中獲得的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系如圖3所示。 這種沖壓部分產(chǎn)品的程序包括通過清理焊縫的深拉。在這種深拉過程中，沒有焊縫被用在沖模表面來幫助幫助金屬的流動(dòng)。但是，由于沖頭拐角處的半徑過小和其復(fù)雜的幾何形狀，如圖7顯示的那樣，在沖頭邊緣上部經(jīng)常發(fā)生拉裂，在真實(shí)產(chǎn)品的側(cè)壁處經(jīng)常發(fā)生起皺。從圖7中可以看出，皺紋發(fā)分布在側(cè)壁上，但是在階梯邊緣拐角處最為嚴(yán)重，就像圖1（b）中A-D，B-E顯示的那樣。在沖頭的上部邊緣，金屬往往被拉裂，就像圖7所示。 為了進(jìn)一步的了解沖壓過程中板料的變形，誕生了一種有限元的方法。這種有限元模擬方法被在最初的設(shè)計(jì)中。部分的模擬形狀如圖8所示。從圖8中可以看出，零件上部邊緣的網(wǎng)眼被拉深，皺紋分布在側(cè)壁上，類似真實(shí)零件中的那樣。 圖6 從圖a的100KN到圖b的600KN不同側(cè)壁高度的橫截面線條 圖7 產(chǎn)品零件中的拉裂和起皺 圖8 產(chǎn)品拉裂和起皺的模擬形狀 如圖1（b）就像A-B邊緣半徑和沖孔拐角處A的半徑一樣，沖孔的半徑也很小，這被認(rèn)為是拉裂的最主要原因。但是，根據(jù)有限元分析的結(jié)果，拉裂可以通過增加以半徑來避免。這種理念在現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品中通過增加半徑得到證實(shí)。 個(gè)別的嘗試也被用來消除起皺。第一，沖壓力加到原來的2倍。但是，就像在拉深帶有錐度的杯子中得到的結(jié)果一樣，沖壓力對(duì)消除起皺現(xiàn)象沒有起有很大的效果。通過增加摩擦和毛坯尺寸也得到同樣的結(jié)論。于是我們推測(cè)，這種起皺不能通過增加沖壓力來得到抑制。 由于在金屬屈服于過大壓力的區(qū)域，往往會(huì)因?yàn)榇罅康慕饘倭鲃?dòng)而起皺，一種通過在起皺區(qū)域增加掛鉤用于消除起皺的簡(jiǎn)單方法被用來吸收多余的材料。為了多余的金屬能有效的被吸收，掛鉤應(yīng)該平衡的加在起皺位置?；谶@種理念，兩個(gè)掛鉤被加在鄰近在壁上吸收多余的材料，如圖9如示。模擬結(jié)果顯示，階梯拐角處的起皺正如想象的那樣被吸收，但是，一些起皺仍然沒被吸收。這說明在側(cè)壁處需要更多的掛鉤來吸收所有過量的材料，但是這在模具設(shè)計(jì)中是不允許的。 利用有限元分析法分析沖壓工序的一個(gè)優(yōu)勢(shì)是沖壓過程中板料的變形形狀可以被監(jiān)測(cè)，而這在真實(shí)的產(chǎn)品沖壓過程中是不可能的。對(duì)沖壓過程中金屬流動(dòng)的精密監(jiān)測(cè)顯示板料最開始通過沖頭的力按模腔的形狀成形，直到板料接觸到如圖1（b）階梯D-E邊緣才形成起皺。起皺的形狀如 圖9 加到側(cè)壁的起皺 圖10顯示的那樣。這就為模具設(shè)計(jì)的改進(jìn)提供了有價(jià)值的信息。 圖10 當(dāng)板料接觸臺(tái)階邊緣的起皺形成 圖11 切除了的臺(tái)階拐角 對(duì)于起皺的發(fā)生，最初的一個(gè)猜想是沖頭拐角處范圍A和階梯拐角處范圍D之間的金屬板料處于不平坦的拉深，就如圖1（b）所示。階梯拐角處被切主要是為了改善拉深條件，這樣就允許通過增加階梯邊緣有更多的拉伸被應(yīng)用到如圖11所示，從而使得模具設(shè)計(jì)的改進(jìn)得到發(fā)展。但是，杯子側(cè)壁處仍然有起皺，這就意味著起皺是因?yàn)檎麄€(gè)沖頭邊緣和整個(gè)階梯邊緣的不平坦引起的，不僅僅是沖頭拐角處和階梯拐角處之間的不平坦。為了證實(shí)這種說法，兩種改進(jìn)過了的模具設(shè)計(jì)被用來實(shí)驗(yàn)：為了描述想象中的形狀用兩種拉深操作，一種是切去整個(gè)階梯，而另一種是增加更多的拉深操作。前一個(gè)方法的模擬形狀所圖12所示。自從更低的階梯被切去后，拉深工序與圖12中的矩形杯子拉深工序性很相似。從圖12中可以看出起皺現(xiàn)象已被消除。 在這兩種操作的拉深工序中，板料最初是被拉到很深的階梯處，如圖13（a）所示，然后，較低的階梯在第二步拉深操作中成形，同是，如圖13（b）所示的想象形狀也得到了。從圖13（b）可以清晰的看出，通過兩步拉深工序可以造出沒有起皺的階梯矩形杯子，同時(shí)也說明在兩步拉深工序中，如果相應(yīng)的順序被應(yīng)用，則更低一些的階梯處的成形是伴隨更深階梯處成形和最深階梯邊緣處成形的最早成形，如圖1(b)中的A-B，因?yàn)榻饘俨蝗菀淄ㄟ^較低的階梯進(jìn)入模具型腔。 圖12改善模具設(shè)計(jì)的模擬形狀 圖13 兩個(gè)操作步驟中的a第一步操作 b第二步操作 有限元分析法說明用簡(jiǎn)單的拉深操作來設(shè)計(jì)理想產(chǎn)品的沖壓模具設(shè)計(jì)是很難完成的。但是，由于額外的模具費(fèi)用和操作費(fèi)用，兩個(gè)操作的制造費(fèi)用是很高的。為了保持較低的制造費(fèi)用，零件的設(shè)計(jì)師對(duì)形狀做出了合適的改變，而且通過有限元模擬分析法結(jié)果去切除較低的臺(tái)階來改善模具設(shè)計(jì)，如圖12所示。隨著設(shè)計(jì)方法的改進(jìn)，產(chǎn)品真實(shí)的沖壓模具被制造出來，而且零件還沒有起皺，如圖14所示。通過有限元模擬分析法得到的零件也沒有起皺。 為了進(jìn)一步驗(yàn)證有限元模擬分析法的結(jié)果，有限元模擬分析法得到的沿橫截面G-H的厚度分布如圖14所示，這與產(chǎn)品的尺寸做了比較，比較的結(jié)果顯示在圖15。從圖15可以看出有限元模擬分析法得到的預(yù)想的厚度分布和產(chǎn)品得到的厚度分布是相符合的。這種吻合證實(shí)了有限元模擬分析法的效率。 圖14 無缺陷產(chǎn)品零件 圖15 G-H處模擬和測(cè)量厚度 5概要和結(jié)束語 通過有限元模擬分析法研究了兩種在沖壓過程中的起皺，而且還檢查了其起皺的原因和消除起皺的方法。 第一種形式的起皺發(fā)生在沖壓帶有錐度的方形杯子的側(cè)壁上，這種起皺的原因是因?yàn)闆_模間隙過大（沖模間隙就是模腔的尺寸和沖頭的尺寸的差距）。當(dāng)金屬被拉至模腔中，在沖頭和型腔中有一有害的拉深時(shí)，大的沖模間隙導(dǎo)致金屬板料的大面積區(qū)域不被支撐，因此大面積區(qū)域不被支撐導(dǎo)致起皺。有限元模擬分析法顯示這種起皺不能通過增加沖壓力的方法來得到抑制。 另一種形式的起皺發(fā)生在有階梯矩形的幾何形狀物體沖壓過程中。起皺往往發(fā)生在臺(tái)階以上的側(cè)壁，甚至沖模的間隙不是足夠的大。通過有限元模擬法得知，這種起皺主要是由于在沖頭和臺(tái)階邊緣存在不平坦的拉伸。在模具設(shè)計(jì)過程中，通過有限元模擬分析法單獨(dú)的嘗試被用來消除起皺，切除了臺(tái)階的模具被建立。通過無缺陷的零件證實(shí)了這種模具設(shè)計(jì)方法對(duì)消除起皺的作用。有限元模擬分析法得到的結(jié)果和真實(shí)產(chǎn)品中看到的結(jié)果相吻合說明了有限元模擬分析法的準(zhǔn)確性，還證實(shí)了用有限元分析法代替真實(shí)的模具制造方法的效力。 感謝 作者希望感謝中國(guó)人民共和國(guó)民族科學(xué)委員會(huì)授于NSC-86-2212-E002-028編號(hào)才使得這個(gè)項(xiàng)目得到發(fā)展。他們也希望感謝KYM提供了產(chǎn)品零件。 參考文獻(xiàn) 1. 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W.F.Hosford 和 R.M.Caddell，金屬成形:機(jī)械和冶金，1993年第二季。 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校 學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)中期檢查表 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 選題情況 課題名稱 防塵罩注塑工藝與模具設(shè)計(jì) 難易程度 偏難 適中 偏易 工作量 較大 合理 較小 符合規(guī)范化的要求 任務(wù)書 有 無 開題報(bào)告 有 無 外文翻譯質(zhì)量 優(yōu) 良 中 差 學(xué)習(xí)態(tài)度、出勤情況 好 一般 差 工作進(jìn)度 快 按計(jì)劃進(jìn)行 慢 中期工作匯報(bào)及解答問題情況 優(yōu) 良 中 差 中期成績(jī)?cè)u(píng)定： 所在專業(yè)意見： 負(fù)責(zé)人： 年 月 日 焊片沖孔落料彎曲模設(shè)計(jì) 摘 要 本設(shè)計(jì)題目為中焊片沖孔落料彎曲模設(shè)計(jì)。通過對(duì)該零件模具的設(shè)計(jì)，進(jìn)一步加強(qiáng)了設(shè)計(jì)者沖孔落料彎曲模設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)，為設(shè)計(jì)更復(fù)雜的沖壓模具做好了鋪墊和吸取了更深刻的經(jīng)驗(yàn)。 本設(shè)計(jì)運(yùn)用沖壓成型工藝及模具設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)，介紹了模具設(shè)計(jì)時(shí)要注意的要點(diǎn)，并較多的考慮了模具結(jié)構(gòu)的調(diào)整性、易更換性及模具成本。從控制制件尺寸精度出發(fā)，對(duì)外殼沖孔切邊模的各主要尺寸進(jìn)行了理論計(jì)算，以確定各工作零件的尺寸，從模具設(shè)計(jì)到零部件的加工工藝以及裝配工藝等進(jìn)行詳細(xì)的闡述，并應(yīng)用CAD進(jìn)行各重要零件的設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞：沖孔，落料，彎曲模 工藝分析 模具結(jié)構(gòu) The design of punching，bending and blanking die of Soldering Flake Abstract The design the topic for the Design of the Trimming Die punching shell. The designer’s foundation knowledge is reinforced and is able to design more complex press die through the design. The design of the use of punch forming process and die design of the basic knowledge on the mold design to the main points of attention and more consideration of the mold structure, and easy to replace and the cost of mold. Size precision parts from the control point on the shell punching die trimming the size of all the major theoretical calculations carried out to determine the size of the working parts, the parts from the mold design process and the assembly process in detail, etc., and the application of CAD for the design of the important parts. Key words: Punch holes, Falls the material ，Bending die， process analysis , die structure 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校 畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書 系 部： 專 業(yè)： 學(xué)生姓名: 學(xué) 號(hào): 設(shè)計(jì)題目： 焊片沖壓成型工藝及模具設(shè)計(jì) 起 迄 日 期: 2009年 3月11 日 ~ 5 月20 日 指 導(dǎo) 教 師: 2009年3月11日 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書 1．本畢業(yè)設(shè)計(jì)課題來源及應(yīng)達(dá)到的目的： 本設(shè)計(jì)題目為沖孔落料彎曲級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)，通過設(shè)計(jì)，應(yīng)對(duì)沖壓工藝生產(chǎn)較為熟悉，能熟練使用相關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)，獨(dú)立完成一套模具的設(shè)計(jì)及模具工作零件加工工藝的編制。并且能夠運(yùn)用模具設(shè)計(jì)軟件完成模具裝配圖及零件圖的繪制。 2．本畢業(yè)設(shè)計(jì)課題任務(wù)的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）： （1）了解目前國(guó)內(nèi)外沖壓模具的發(fā)展現(xiàn)狀； （2）分析鋼板的成形工藝并確定其工藝方案； （3）模具主要設(shè)計(jì)計(jì)算； （4）繪制模具總裝圖，并繪制零件圖； （5）模具的裝配及調(diào)試； （6）得出設(shè)計(jì)結(jié)論。 設(shè)計(jì)題目：沖孔落料彎曲級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì) 材料：H62 料厚：1.2mm 產(chǎn)量：大批量 所在專業(yè)審查意見： 負(fù)責(zé)人： 年 月 日 系部意見： 系領(lǐng)導(dǎo)： 年 月 日 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 畢業(yè)設(shè)計(jì)題目：焊片沖壓工藝及模具設(shè)計(jì) 系 部 專 業(yè) 班 級(jí) 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 2009年5 月 4 日 插圖清單 圖1 焊片制件圖 ……………………………………………………………4 圖2展開件圖及其尺寸………………………………………………………5 圖3落料凸模 ………………………………………………………………8 圖4落料彎曲凸凹?！? 圖5凹模形狀尺寸 …………………………………………………………10 圖6 沖孔凸模示意圖 ……………………………………………………13 圖6模具整體裝配 …………………………………………………………15 圖7彈性橡皮插圖 …………………………………………………………18 圖8模架 ……………………………………………………………………20 插表清單 表1 模具材料的選用……………………………………………………22 表2 沖大孔凸模的加工工藝過程………………………………………23 表3 落料凹模的加工工藝過程…………………………………………23 表4 沖裁模試沖時(shí)出現(xiàn)的問題及調(diào)整方法……………………………25 機(jī) 械 加 工 工 序 卡 工序名稱 精車 工序號(hào) 03 零件名稱 沖大孔凸模 零件號(hào) 00-08 零件重量 同時(shí)加工零件數(shù) 1 材 料 毛 坯 牌 號(hào) 硬 度 型 號(hào) 重 量 Cr12 設(shè) 備 夾 具 名 稱 輔 助 工 具 名 稱 型 號(hào) 車床 CA6140 三爪卡盤 游標(biāo)卡尺、千分尺 安 裝 工 步 安裝及工步說明 刀 具 量 具 走 刀 長(zhǎng) 度 走 刀 次 數(shù) 切 削 深 度 進(jìn)給量 主 軸 轉(zhuǎn) 速 切 削 速 度 基 本 工 時(shí) 一次 1 車外圓 外圓車刀 游標(biāo)卡尺、千分尺 65mm 1 1mm 0.05㎜/ min 820r/min 一次 1 車外圓 外圓車刀 游標(biāo)卡尺、千分尺 58mm 2 1mm 0.05㎜/ min 820r/min 一次 1 車外圓 外圓車刀` 游標(biāo)卡尺、千分尺 35mm 1 1mm 0.05㎜/ min 820r/min 設(shè) 計(jì) 者 王吉平 指 導(dǎo) 教 師 共 1 頁 第 1 頁 機(jī) 械 加 工 工 藝 過 程 卡 零件號(hào) 零 件 名 稱 06 沖孔凹模 工序號(hào) 工 序 名 稱 工序內(nèi)容 車間 設(shè)備 量 具 工 時(shí) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 下料 鍛造 熱處理 銑削 平磨 鉗 工具銑 熱處理 平磨 線切割 研磨 鋸床下料Φ56㎜×95㎜ 鍛成105㎜×100㎜×18mm 退火,硬度≤229HBS 銑外型尺寸125㎜×80㎜×16mm 光上下表面，磨兩對(duì)側(cè) 劃線，去毛刺，做螺紋孔及銷釘孔 銑個(gè)型孔，線切割穿絲孔 淬火，回火，60～64HRC 磨光表面，及基準(zhǔn)面 找正切割各型孔 研磨各型孔 下料車間 鍛造車間 熱處理車間 模具車間 模具車間 模具車間 模具車間 熱處理車間 模具車間 模具車間 模具車間 鋸床 空氣錘 熱處理爐 銑床 磨床 銑床 熱處理爐 磨床 線切割 鋼尺 鋼尺 硬度測(cè)量?jī)x 游標(biāo)卡尺 游標(biāo)卡尺 游標(biāo)卡尺 硬度測(cè)量?jī)x 0.5 2 10 5 2 2 5 12 2 2 2 編制 王吉平 校對(duì) 審核 批準(zhǔn) 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校模具專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 1緒論 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，許多新技術(shù)新工藝，新材料新設(shè)備的不斷涌現(xiàn)，因而促進(jìn)了沖壓技術(shù)的不斷更新和發(fā)展。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)沖壓理論的發(fā)展非常重視，但我國(guó)的沖壓生產(chǎn)技術(shù)與發(fā)達(dá)國(guó)家相比之下仍有一定的距離。 1.1國(guó)內(nèi)沖壓模具的沖壓現(xiàn)狀個(gè)發(fā)展趨勢(shì) 1.1.1國(guó)內(nèi)沖壓模具的發(fā)展現(xiàn)狀 我國(guó)模具近年來發(fā)展很快，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2003年我國(guó)模具生產(chǎn)廠點(diǎn)約有2萬多家，從業(yè)人員約50多萬人。但總體來說我國(guó)模具行業(yè)的發(fā)展仍有以下方面的不足之處： 1.沖壓行業(yè)的自動(dòng)化、機(jī)械化程度低，成產(chǎn)集中度較低，沖壓行業(yè)大多數(shù)企業(yè)設(shè)備比較落后，能耗高，材料利用率低，環(huán)境污染嚴(yán)重。工藝裝備落后，組織協(xié)調(diào)能力較差。 2.大型，精密模具仍依賴進(jìn)口，模具標(biāo)準(zhǔn)化程度較低。 3.科技成果轉(zhuǎn)化慢，先進(jìn)工藝應(yīng)用緩慢。 4.專業(yè)人才缺乏嚴(yán)重缺乏，業(yè)內(nèi)掌握先進(jìn)設(shè)計(jì)技和數(shù)字化技術(shù)的高素質(zhì)人才遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足沖壓行業(yè)飛速發(fā)展的需要。 5.模具精度不高且壽命低。 6.原材料，能源和人工等成本持續(xù)上升，而模具價(jià)格卻持續(xù)下降，模具企業(yè)的總體利潤(rùn)不斷下降。為了發(fā)展，模具企業(yè)必須從以前的經(jīng)驗(yàn)型和模仿型設(shè)計(jì)向自主創(chuàng)新設(shè)計(jì)方向發(fā)展，積極采用高新技術(shù)已成為一種發(fā)展趨勢(shì)。 1.1.2國(guó)內(nèi)沖壓模具的發(fā)展趨勢(shì) 巨大的市場(chǎng)需求將推動(dòng)中國(guó)模具的工業(yè)調(diào)整發(fā)展。雖然我國(guó)的模具工業(yè)和技術(shù)在過去的十多年得到了快速發(fā)展，但和發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)的模具發(fā)展仍有很大的發(fā)展空間。隨著社會(huì)的飛速發(fā)展，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的戰(zhàn)略性調(diào)整更為重要，使結(jié)構(gòu)復(fù)雜，精密度高的高檔模具得到了更好的發(fā)展。模具行業(yè)應(yīng)緊緊跟隨著市場(chǎng)的需求來不斷的提高和發(fā)展，并上規(guī)模上檔次。開發(fā)和應(yīng)用模具CAD/CAM/CAE技術(shù)，縮短模具的設(shè)計(jì)和制造周期。 1.2國(guó)外沖壓模具行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 模具是工業(yè)生產(chǎn)關(guān)鍵的工藝裝備，在電子、建材、汽車、電機(jī)、電器、儀器儀表、家電和通訊器材等產(chǎn)品中，60％－80％的零部件都要依靠模具成型。因此，模具行業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r已經(jīng)成為衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)發(fā)展速度的標(biāo)尺。目前國(guó)外的模具行業(yè)出現(xiàn)了較快的發(fā)展，國(guó)外的沖壓模具具有生產(chǎn)效率高，生產(chǎn)工期短，人均產(chǎn)值高的特點(diǎn)。其企業(yè)分工較細(xì)，技術(shù)精益求精，客戶相對(duì)穩(wěn)定，CAD/CAM/CAE和高速切削加工技術(shù)應(yīng)用廣泛。模具的設(shè)計(jì)、加工及各種管理向數(shù)字化方向發(fā)展。告訴、高精度已經(jīng)智能化的各種模具加工設(shè)備得到了進(jìn)一步的發(fā)展和推廣應(yīng)用。但目前發(fā)達(dá)國(guó)家的模具正向發(fā)展中國(guó)家加速轉(zhuǎn)移。其表現(xiàn)方式為：一是建廠。而是投資，三是采購(gòu)，近年來這一趨勢(shì)更加明顯。因此我國(guó)的模具企業(yè)應(yīng)抓住機(jī)遇，借助并學(xué)習(xí)國(guó)外先進(jìn)的技術(shù)，加快自己的發(fā)展步伐。 1.3級(jí)進(jìn)模具設(shè)計(jì)與制造方面 級(jí)進(jìn)模具使在普通模具的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種高精度、高效率、高壽命的模具，是技術(shù)密集型模具的重要代表，是沖模的發(fā)展方向之一。這種模具除進(jìn)行沖孔落料工作之外還可以根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)個(gè)成型性質(zhì)來完成壓筋，沖窩，彎曲和拉深等成型工序沖壓時(shí)，將帶料或條料由模具的入口端送入后，在嚴(yán)格控制步距精度的條件下按照成型工藝安排的順序，通過各工位的連續(xù)沖壓，在最后工位經(jīng)沖或切斷后，便可沖制出符合產(chǎn)品要求的沖壓件。為保證多工位級(jí)進(jìn)模的正常工作，模具必須具有高精度的導(dǎo)向各準(zhǔn)確的定距系統(tǒng)，配有自動(dòng)送料、自動(dòng)出件、安全檢測(cè)等裝置。所以級(jí)進(jìn)模與普通模具相比要復(fù)雜。其具有如下特點(diǎn)： （1）生產(chǎn)效率高 在一副模具中可以完成包括沖裁，彎曲，拉深，和成型等多道沖壓工藝，減少了使用多副模具的周轉(zhuǎn)和重復(fù)定位的過程，顯著提高了生產(chǎn)效率和設(shè)備的利用率。 （2）模具使用壽命長(zhǎng) 由于在級(jí)進(jìn)模中工序可以分散在不同的工位上，故不存在復(fù)合膜的最小壁厚問題，設(shè)計(jì)時(shí)還可以根據(jù)模具強(qiáng)度和模具的裝配需要流出空工位，從而保證模具的強(qiáng)度和裝配空間。 （3）沖件的精度高 級(jí)進(jìn)模通常具有精度高的內(nèi)外導(dǎo)向（除模架的導(dǎo)向精度要求高外還必須對(duì)小凸模實(shí)施內(nèi)導(dǎo)向保護(hù)）和準(zhǔn)確的定距系統(tǒng)，以保證產(chǎn)品零件的加工精度和模具壽命。級(jí)進(jìn)模主要用于沖制厚度較薄（一般不超過2mm）、產(chǎn)量大、形狀復(fù)雜、精度要求高的中、小型零件。用這種模具沖制的零件其精度可達(dá)IT10級(jí)。 （4）自動(dòng)化程度高 操作安全 級(jí)進(jìn)模常采用告訴沖床成產(chǎn)沖壓件，模具采用了自動(dòng)送料、自動(dòng)出件、安全檢測(cè)等裝置，具有較高的生產(chǎn)效率。 （5）設(shè)計(jì)制造難度大 級(jí)進(jìn)模的結(jié)構(gòu)相對(duì)較復(fù)雜，鑲塊多，模具制造精度要求很高給模具的制造，調(diào)試級(jí)維修帶來了一定的難度。同時(shí)，要求模具零件具有互換性，在模具零件磨損后要求更換迅速、方便、可靠，所以模具工作零件必須選材好（常采用高強(qiáng)度的高合金模具鋼、高速鋼、硬質(zhì)合金等材料），必須用應(yīng)慢走絲線切割加工，成型磨削，坐標(biāo)鏜，坐標(biāo)磨等先進(jìn)加工方法制造模具。 綜上所述，級(jí)進(jìn)模的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，模具設(shè)計(jì)各制造的技術(shù)要求較高，同時(shí)對(duì)沖壓設(shè)備、原材料也又相應(yīng)的要求，模具的成本較高，因此，在模具設(shè)計(jì)前必須對(duì)共建進(jìn)行全面的分析，然后合理的確定該共建的沖壓成型工藝方案，正確設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)各模具零件的加工工藝過程，以獲得最佳的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。 2制件的總體分析 制件圖1 該制件為焊片。形狀簡(jiǎn)單、對(duì)稱是由圓弧，直線組成。沖孔件內(nèi)外形所能達(dá)到的經(jīng)濟(jì)精度為IT11-IT14,可以認(rèn)為該零件的精度要求 能夠在沖裁加工中得到保證，其他尺寸標(biāo)注，等情況也均符合沖裁件的工藝要求，故決定采用沖壓方式進(jìn)行加工。制件形狀為u形，圓孔分布比較均勻。形狀簡(jiǎn)單，對(duì)精度要求不高，材料的利用率高。 從制件圖上可以看出，必須先通過落料和沖工藝孔，然后再進(jìn)行彎曲，需要組合模具，很明顯彎曲決定了零件的總體形狀和尺寸，所以在此先主要對(duì)彎曲工藝進(jìn)行分析。包括彎曲件的精度、圓角半徑、板料的纖維方向與彎曲線夾角、彎曲的直邊高度、其他工藝性等。 制件的材料為優(yōu)質(zhì)H62。H62 普通黃銅；有良好的力學(xué)性能，熱態(tài)下塑性好，冷態(tài)下塑性也可以，切削性好，易釬焊和焊接，耐蝕，但易產(chǎn)生腐蝕破裂。此外價(jià)格便宜，是應(yīng)用慣犯的一個(gè)普通黃銅品種。用于各種深引伸和彎折制造的受禮零件，如銷釘、鉚釘、墊圈、螺母、導(dǎo)管、氣壓表彈簧、篩網(wǎng)、散熱器零件等。 將彎曲部分展開的尺寸及其現(xiàn)狀如圖所 示: 圖2.展開件圖及其尺寸 該工件未標(biāo)出沖裁件拐角處的圓角，可得到工件的最小圓角半徑R≥0.25t＝0.25×1.2＝0.3mm,因?yàn)楣ぜ]有明顯的要求，為了使模具設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，本工件取R=1mm 3工藝方案的確定 該零件所需的沖壓工序是落料，沖孔，彎曲，可以擬定以下三種工藝方案： 方案一：用簡(jiǎn)單的模具分三次加工，即落料——沖孔——拉伸 方案二：分兩步，即沖孔落料——拉伸 方案三：用沖孔、落料拉伸級(jí)進(jìn)模 方案一，生產(chǎn)效率低，工件的累計(jì)誤差大，操作部方便，由于該工件為大批量生產(chǎn)，方案二，方案三更具有優(yōu)越性。綜合考慮模具的形位精度和尺寸精度，以及生產(chǎn)效率，以及模具的復(fù)雜程度，第三種方案比較優(yōu)越，零件是形狀簡(jiǎn)單，對(duì)稱，容易保證精度。該零件的沖壓生產(chǎn)采用方案三的級(jí)進(jìn)模為佳。 排樣計(jì)算 3.1排樣設(shè)計(jì) 零件的形狀簡(jiǎn)單對(duì)稱，沒大的變化，選用直排的方式?？梢蕴岣卟牧系睦寐?，減少?gòu)U料。查表2.9取得的搭邊值為1.0，1.2。 計(jì)算條料寬度： B=14.5+2×1.2=16.9mm，取17mm 步距；S=30+1=31mm 材料利用率的計(jì)算： 根據(jù)一般的市場(chǎng)供應(yīng)情況，原材料選用1000mm×2000mm×1.2mm銅板，每塊可以剪切成200mm×1000mm規(guī)格的條料10條，材料的利用率可達(dá)99.5%。 計(jì)算沖壓件毛胚的面積：A=10×11+5×5.5+（14.5/2）×π=302.05mm一個(gè)步距的材料利用率η=nA/BS×100% =1×305.05/17×31×100% =57.88% 3.2計(jì)算凸，凹模刃口尺寸 查表模具大典表18.3-24得間隙值Zmin=-0.14mm Zmax=0mm 3.2.1沖孔φ8.5凸凹模刃口尺寸的計(jì)算 由于制件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，精度要求不高，所以才用凸模凹模分開加工的方法制作凸凹模，凹模刃口尺寸計(jì)算如下： 查表2.5得凸，凹模制造公差： δ凸=0.020mm δ凹=0.020mm 校核：Zmax-Zmin=0.14，而δ凸+δ凹=0.04mm 滿足Zmax-Zmin≥δ凸+δ凹的條件 查表2.6得：磨損系數(shù)x=0.5. 按式2.5 d =（dmin+xΔ）=(8.5+0.5×0.14)=8.57mm d=( d+Zmin)=(8.57+0.04)=8.61mm 3.2.2外形凸凹模刃口尺寸的計(jì)算 對(duì)外輪廓的落料，由于形狀較復(fù)雜，故采用配合加工法，這種方法有利于獲得最小的合理間隙，放寬對(duì)模具的加工設(shè)備的精度要求，其凸凹模刃口部分的尺寸計(jì)算如下： 當(dāng)以凹模為基準(zhǔn)件時(shí)，凹模磨損后刃口尺寸都增大，因此都屬于A類尺寸。 工件圖中未標(biāo)注公差的尺寸。查相關(guān)文獻(xiàn)得出其極限偏差：10,9.4,5,14.5,30,R2. 查表2.6得磨損系數(shù)X為：當(dāng)Δ=0.26時(shí)，X=0.75； 當(dāng)Δ=0.20時(shí),X=1； 當(dāng)Δ=0.3時(shí)X=0.75。 按式子A=（A-XΔ） 10=（10-0.75×0.26）=9.805 R2=（2-0.5×0.3）=1.85 5=（5-1×0.2）=4.8 14.5=（14.5-0.75×0.26）=14.305 30=（30-0.75×0.3）=29.775 9.4=（9.4-0.75×0.26）=9.20 落料凸模的基本尺寸與凹模相同，分別是：9.805，9.2，1.85，4.8，14.305，29.775不必標(biāo)注公差，但是在技術(shù)條件中注明，凸模實(shí)際刃口尺寸與凹模配制，保證最小雙面合理間隙值Z=0.14mm。其形狀尺寸如圖 所示： 圖3.沖孔凸模 圖4.沖孔彎曲凸凹模 圖5.凹模尺寸 4彎曲工藝計(jì)算 視中性層長(zhǎng)度不變條件計(jì)算R／t=2.6／1.2=2.33 查表取X=0.45 ρ=r+kt=（2+1.2×0.45）＝2.54 毛坯尺寸L=L+L =7.9756+1.46 =9.4356 4.1凸模圓角半徑 由于此工件的R／t=2／1.2=1.7較小，且R為2mm，大于彎曲半徑（r=0.6t=0.6×1.2=0.72mm）。故凸模圓角半徑為r=R=2mm。 4.2凹模圓角半徑 凹模圓角半徑r一般按材料的厚度t計(jì)算選取，因?yàn)椴牧虾穸仁?.2mm，所以r=（2-3）t，故凹模圓角半徑取r=3.2mm。 4.3凹模工作部分的設(shè)計(jì)計(jì)算 凹模工作部分的深度將決定板料的進(jìn)模深度，同時(shí)也影響到彎曲件直邊的平直度，對(duì)工件的尺寸精度造成一定的影響，此彎曲件；直邊高度是1.46mm，板厚1.2mm，查表3.12得底部最小厚度h=4，因此，凹模工作部分深度h=6+4=10mm 4.4凸凹模間隙 當(dāng)工件精度要求不高或者校正彎曲時(shí)，生產(chǎn)中長(zhǎng)采用調(diào)整凸凹模間隙的辦法來解決回彈問題。設(shè)計(jì)彎曲模結(jié)構(gòu)時(shí)，把凹模做成可調(diào)式，由于凹模設(shè)計(jì)為可調(diào)式，故也可以將凹模間隙值Z／2初選為材料的厚度t，即Z／2=1.2mm。 4.5凸凹模模向尺寸及其公差 工件標(biāo)注外形尺寸時(shí)，以凹模為基準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算，間隙取在凸模上，查表2.5得，δ=0.02mm，δ=0.02mm.凹模模向尺寸：L=（L-0.75Δ） =（6.4-0.75×0.26） 凸模模向尺寸： L =（ L- Z）=（6.205-2.4）=3.805mm 4.6彎曲回彈值的計(jì)算 小變形程度（r／t≥10）時(shí)，回彈大，先計(jì)算凸模圓角半徑，在計(jì)算凸模的高度，大變形程度（r／t＜5）時(shí)，卸載后圓角半徑變化小，僅考慮彎曲中心角的回彈變化，彎曲時(shí)彎曲中心角為180°查模具大典，取回彈角3° 4.7彎曲力的計(jì)算 U形件校正彎曲時(shí)，在進(jìn)行校正彎曲前是自由彎曲，彎曲力F F=0.7kBtσ／（r+t）=0.7×1.3×9.4×1.2×340／（2.6+1.2）=1.1kN 頂件力F可以近似取彎曲力的30%-80%即F=（0.3-0.8）F=(0.33-0.88)kN取F=0.8kN 校正彎曲時(shí)，校正彎曲力的最大值在壓力機(jī)工作到下至點(diǎn)的位置，且校正力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于自由彎曲力，而在彎曲工作過程中二者是同時(shí)存在的，因此，查表3.7的P=40Mpa，所以校正力為F校=Ap=（6×6.4）×40=38.4×40=1.536kN 對(duì)于校正彎曲，由于校正彎曲力比頂件力大的多，故頂件力可以忽略但是這里為了保險(xiǎn)起見，在計(jì)算壓力機(jī)公稱壓力時(shí)還是要將頂件力考慮進(jìn)去。 F≥（1.2-1.3）（F+F）=（1.2-1.3）×（1.536+0.8）=（2.8-3.04）kN 4.8沖壓力的計(jì)算 落料力：F=Ltσ=100.6×1.2×340＝41.05kN 沖孔力：F=Ltσ=8.5π×1.2×340＝10.89 kN 沖孔時(shí)的推件力F=nk F 取直筒形刃口的凹模刃口形式，有表2.21查得h=6則n===5個(gè) 查表2.7得k=0.05 F=nk F=5×0.05×10.89＝2.723kN 落料時(shí)的卸料力 F=k F 查表2.7，取k=0.05 故F=k F=0.05×41.05=2.053kN 總的沖壓力為： F= F +F+ F +F+ F+ F=59.756kN 為了保證沖壓力足夠，一般沖裁時(shí)壓力機(jī)噸位應(yīng)比計(jì)算的沖壓力大30%左右，即F=1.3×59.756=77.6828kN 圖6.沖孔凸模 4.9壓力中心的計(jì)算 用解析求模具的壓力中心坐標(biāo)，按比例畫出工件的尺寸，選用xoy，如圖所示，因?yàn)楣ぜ笥覍?duì)稱，即X=0故只需計(jì)算Y將工件沖裁周邊分成若干段 L=9.4mm，Y=0； L=20mm, Y=5mm L=4.4mm, Y=10mm L=10mm, Y=12.5mm L=43.02mm ,Y=24.44mm L=26.69mm,Y=22.75mm Y=( L Y+ L Y+ L Y +L Y +L Y +L Y)／(L +L +L+ L +L +L) =16.982mm 5模具總體設(shè)計(jì) 根據(jù)上述分析，本零件包括沖孔，落料，彎曲三個(gè)工序，可以采用級(jí)進(jìn)模，板料以導(dǎo)料板導(dǎo)向，并從剛性卸料板下面送至擋塊右側(cè)定位上模下行時(shí)，板料背板料被切斷，并隨即將所切斷的毛坯料彎曲成形，與此同時(shí)，沖孔凸模在板料上沖出孔，上?；爻虝r(shí)，卸料板卸下板料廢料，推件銷在彈簧的作用下推出工件，U形彎曲件，如圖： 圖6.模具整體裝配 6模具主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 凸模，凹模，凸凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 包括以下幾個(gè)方面： 6.1落料凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 在落料凸模內(nèi)部，由于設(shè)置推件銷，所以凸模刃口設(shè)計(jì)用直通形刃口，刃口高度h=6mm，該模具的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易采用整體式 查表2.22得k=0.4 即 凹模高度H=kb=0.4×30=12mm，查看模具設(shè)計(jì)與制造，取整H=25mm 凹模壁厚C=1.5H=18mm 凹模的外形尺寸的確定：凹模的外形長(zhǎng)度L=b+2c=30+2×34=98mm 凹模的外形寬度B=步距+工件寬+2c?。翰骄?12 工件=9.4 凹模整體尺寸的確定： 凹模的外形長(zhǎng)度L=98mm 凹模的外形寬度B=12+9.4+2×34=89.4mm 凹模整體尺寸標(biāo)準(zhǔn)化，取為；125×100×25 6.2沖孔φ8.5凸模的設(shè)計(jì) 為了增加強(qiáng)度和剛度，凸模非工作部分的直徑應(yīng)該制成逐漸增大的多級(jí)形式，且它的外形尺寸較大，所以選用B形圓凸模，凸模固定板厚度取28mm。 6.3凸模的長(zhǎng)度根據(jù)結(jié)構(gòu)上的需要來確定。 L=h+h=28+28=53mm 6.4凸凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 本模具為復(fù)合沖裁模，除了沖孔凸模落料凹模，還有一堆凸凹模，根據(jù)結(jié)構(gòu)的需要，凸凹模的結(jié)構(gòu)如下圖所示，確定凸凹模安排在模架上的位置時(shí)，要依據(jù)計(jì)算的壓力中心的數(shù)據(jù)，使壓力中心與模柄中心重合。 7橡皮的選用和計(jì)算 橡皮允許承受的復(fù)合較彈簧大，且安裝調(diào)試方便，在沖裁模具中應(yīng)用很廣泛。 7.1橡皮的平面尺寸 平面尺寸按其所產(chǎn)生的壓力計(jì)算。 F=S×q 所以S=F/q有此公式可以求出D（F是所需要的卸料力或者頂件力） 式中D——橡皮直徑; S——橡皮的截面積； q——與 橡皮的壓縮量有關(guān)的單位壓力，按橡皮的壓縮彈性曲線選用。 7.2橡皮的高度 橡皮的高度必須滿足工藝要求與模具結(jié)構(gòu)空間要求，并考慮橡皮的壽命。 7.2.1橡皮最大壓縮量 橡皮最大壓縮量不宜超過自由高度H的35%—45%。 7.2.2橡皮安裝在模具上 一般應(yīng)預(yù)先壓縮（10%—15%）H，使預(yù)壓的壓力達(dá)到所需的卸料力。 7.2.3壓縮工作行程 為H1=（25%—30%）H1 橡皮的自由高度為： H=H1/（0.25——0.30） 式中H1——橡皮的壓縮工作行程，由模具結(jié)構(gòu)可知； H橡皮的自由高度。 上式算出的高度按下式校核 7.2.4高度校核 高度校核 0.5≤H/D≤1.5（D為橡皮的直徑 ）。 7.2.5高度范圍 若H＜0.5D，可適當(dāng)?shù)姆糯箢A(yù)壓量，再重新計(jì)算；如果H＞1.5D，則將高度分成若干塊，每段間墊宜2鋼墊圈，以免失穩(wěn)。 本模具有三處用到橡皮，它們分別如下圖所示： (1)彈性卸料板 (2)打料桿處彈頂橡皮 (3)落料凸模處彈頂橡皮 8模架的設(shè)計(jì) 模架的各個(gè)零件標(biāo)記如下： 后側(cè)導(dǎo)柱模架： 上模座：100×100×30 下模座：125×100×35 導(dǎo)柱：22×130 導(dǎo)套：2×80×28 圖7.模架 9沖壓設(shè)備的選擇 參考模具大典選擇型號(hào)為：J23-10開式雙柱可傾液壓機(jī)可以滿足使用要求，其主要技術(shù)參數(shù)如下： 公稱壓力:100kN 滑塊行程：40mm 最大封閉高度：180mm 封閉高度調(diào)節(jié)量：35mm 立柱間距：180mm 工作臺(tái)尺寸：240×Φ370 墊塊尺寸：35×170 模柄尺寸：Φ30×55 最大傾角35° 10模具設(shè)計(jì)總結(jié) 我國(guó)考古發(fā)現(xiàn)，早在2000多年前，我國(guó)已有沖壓模具被用于制造銅器，證明了中國(guó)古代沖壓成型和沖壓模具方面的成就就在世界領(lǐng)先。1953年，長(zhǎng)春第一汽車制造廠在中國(guó)首次建立了沖模車間，該廠于1958年開始制造汽車覆蓋件模具。我國(guó)于20世紀(jì)60年代開始生產(chǎn)精沖模具。在走過了溫長(zhǎng)的發(fā)展道路之后，目前我國(guó)已形成了300多億元（未包括港、澳、臺(tái)的統(tǒng)計(jì)數(shù)字，下同。）各類沖壓模具的生產(chǎn)能力。 一、沖壓模具市場(chǎng)情況 我國(guó)沖壓模具無論在數(shù)量上，還是在質(zhì)量、技術(shù)和能力等方面都已有了很大發(fā)展，但與國(guó)發(fā)經(jīng)濟(jì)需求和世界先進(jìn)水平相比，差距仍很大，一些大型、精度、復(fù)雜、長(zhǎng)壽命的高檔模具每年仍大量進(jìn)口，特別是中高檔轎車的覆蓋件模具，目前仍主要依靠進(jìn)口。一些低檔次的簡(jiǎn)單沖模，已趨供過于求，市場(chǎng)竟?fàn)幖ち摇? 現(xiàn)將2004年我國(guó)沖壓模具市場(chǎng)情況簡(jiǎn)介如下： 據(jù)中國(guó)模具工業(yè)協(xié)會(huì)發(fā)布的統(tǒng)計(jì)材料，2004年我國(guó)沖壓模具總產(chǎn)出約為220億元，其中出口0.75億美元,約合6.2億元. 根據(jù)我國(guó)海關(guān)統(tǒng)計(jì)資料,2004年我國(guó)共進(jìn)口沖壓模具5.61億美聯(lián)社元,約合46.6億元.從上述數(shù)字可以得出2004年我國(guó)沖壓模具市場(chǎng)總規(guī)模約為266.6億元.其中國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求為260.4億元,總供應(yīng)約為213.8億元,市場(chǎng)滿足率為82%.在上述供求總體情況中,有幾個(gè)具體情況必須說明:一是進(jìn)口模具大部分是技術(shù)含量高的大型精密模具,而出口模具大部分是技術(shù)含量較低中的中低檔模具,因此技術(shù)含量高的中高檔模具市場(chǎng)滿足率低于沖壓模具總體滿足率,這些模具的發(fā)展已滯后于沖壓件生產(chǎn),而技術(shù)含量低的中低檔模具市場(chǎng)滿足率要高于沖壓模具市場(chǎng)總體滿足率;二是由于我國(guó)的模具價(jià)格要比國(guó)際市場(chǎng)低格低許多,具有一定的竟?fàn)幜?因此其在國(guó)際市場(chǎng)前景看好,2005年沖壓模具出口達(dá)到1.46億美元,比2004年增長(zhǎng)94.7%就可說明這一點(diǎn);三是近年來港資、臺(tái)資、外資企業(yè)在我國(guó)發(fā)展迅速，這些企業(yè)中大量的自產(chǎn)自用的沖壓模具無確切的統(tǒng)計(jì)資料，因此未能計(jì)入上述數(shù)字之中。 二、沖壓模具水平狀況 近年來，我國(guó)沖壓模具水平已有很大提高。大型沖壓模具已能生產(chǎn)單套重量達(dá)50多噸的模具。為中檔轎車配套的覆蓋件模具內(nèi)也能生產(chǎn)了。精度達(dá)到1~2μm，壽命2億次左右的多工位級(jí)進(jìn)模國(guó)內(nèi)已有多家企業(yè)能夠生產(chǎn)。表面粗糙度達(dá)到Ra≤1.5μm的精沖模，大尺寸（φ≥300mm）精沖模及中厚板精沖模國(guó)內(nèi)也已達(dá)到相當(dāng)高的水平。 1、 模具CAD/CAM技術(shù)狀況 我國(guó)模具CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展已有20多年歷史。由原華中工學(xué)院和武漢733廠于1984年共同完成的精神模CAD/CAM系統(tǒng)是我國(guó)第一個(gè)自行開發(fā)的模具CAD/CAM系統(tǒng)。由華中工學(xué)院和北京模具廠等于1986年共同完成的冷沖模CAD/CAM系統(tǒng)是我國(guó)自行開發(fā)的第一個(gè)沖裁模CAD/CAM系統(tǒng)。上海交通大學(xué)開發(fā)的冷沖模CAD/CAM系統(tǒng)也于同年完成。20世紀(jì)90年代以來，國(guó)內(nèi)汽車行業(yè)的模具設(shè)計(jì)制造中開始采用CAD/CAM技術(shù)。國(guó)家科委863計(jì)劃將東風(fēng)汽車公司作為CIMS應(yīng)用示范工廠，由華中理工大學(xué)作為技術(shù)依托單位，開發(fā)的汽車車身與覆蓋模具CAD/CAPP/CAM集成系統(tǒng)于1996年初通過鑒定。在此期間，一汽和成飛汽車模具中心引進(jìn)了工作站和CAD/CAM軟件系統(tǒng)，并在模具設(shè)計(jì)制造中實(shí)際應(yīng)用，取得了顯著效益。1997年一汽引進(jìn)了板料成型過程計(jì)算機(jī)模擬CAE軟件并開始用于生產(chǎn)。 21世紀(jì)開始CAD/CAM技術(shù)逐漸普及，現(xiàn)在具有一定生產(chǎn)能力的沖壓模具企業(yè)基本都有了CAD/CAM技術(shù)。其中部分骨干重點(diǎn)企業(yè)還具備各CAE能力。 模具CAD/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，提高產(chǎn)品質(zhì)量，已成為人們的共識(shí)。在“八五”、九五“期間，已有一大批模具企業(yè)推廣普及了計(jì)算機(jī)繪圖技術(shù)，數(shù)控加工的使用率也越來越高，并陸續(xù)引進(jìn)了相當(dāng)數(shù)量CAD/CAM系統(tǒng)。如美國(guó)EDS的UG，美國(guó)Parametric Technology公司 Pro/Engineer，美國(guó)CV公司的CADSS，英國(guó)DELCAM公司的DOCT5，日本HZS公司的CRADE及space-E, 以色列公司的Cimatron 還引進(jìn)了AutoCAD CATIA 等軟件及法國(guó)Marta-Daravision公司用于汽車及覆蓋件模具的Euclid-IS等專用軟件。國(guó)內(nèi)汽車覆蓋件模具生產(chǎn)企業(yè)普遍采用了CAD/CAM技術(shù)/DL圖的設(shè)計(jì)和模具結(jié)構(gòu)圖的設(shè)計(jì)均已實(shí)現(xiàn)二維CAD，多數(shù)企業(yè)已經(jīng)向三維過渡，總圖生產(chǎn)逐步代替零件圖生產(chǎn)。且模具的參數(shù)化設(shè)計(jì)也開始走向少數(shù)模具廠家技術(shù)開發(fā)的領(lǐng)域。 在沖壓成型CAE軟件方面，除了引進(jìn)的軟件外，華中科技術(shù)大學(xué)、吉林大學(xué)、湖南大學(xué)等都已研發(fā)了較高水平的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的軟件，并已在生實(shí)踐中得到成功應(yīng)用，產(chǎn)生了良好的效益。 快速原型（RP）傳統(tǒng)的快速經(jīng)濟(jì)模具相結(jié)合，快速制造大型汽車覆蓋件模具，解決了原來低熔點(diǎn)合金模具靠樣件澆鑄模具，模具精度低、制件精度低，樣樣制作難等問題，實(shí)現(xiàn)了以三維CAD模型作為制模依據(jù)的快速模具制造，它標(biāo)志著RPM應(yīng)用于汽車身大型覆蓋件試制模具已取得了成功。 圍繞著汽車車身試制、大型覆蓋件模具的快速制造，近年來也涌現(xiàn)出一些新的快速成型方法，例如目前已開始在生產(chǎn)中應(yīng)用的無模多點(diǎn)成型及激光沖擊和電磁成型等技術(shù)。它們都表現(xiàn)出了降低成本、提高效率等優(yōu)點(diǎn)。 2、模具設(shè)計(jì)與制造能力狀況 在國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策的正確引導(dǎo)下，經(jīng)過幾十年努力，現(xiàn)在我國(guó)沖壓模具的設(shè)計(jì)與制造能力已達(dá)到較高水平，包括信息工程和虛擬技術(shù)等許多現(xiàn)代設(shè)計(jì)制造技術(shù)已在很多模具企業(yè)得到應(yīng)用。 雖然如此，我國(guó)的沖壓模具設(shè)計(jì)制造能力與市場(chǎng)需要和國(guó)際先進(jìn)水平相比仍有較大差距。這一些主要表現(xiàn)在高檔轎車和大中型汽車覆蓋件模具及高精度沖模方面，無論在設(shè)計(jì)還是加工工藝和能力方面，都有較大差距。轎車覆蓋件模具，具有設(shè)計(jì)和制造難度大，質(zhì)量和精度要求高的特點(diǎn)，可代表覆蓋件模具的水平。雖然在設(shè)計(jì)制造方法和手段方面基本達(dá)到了國(guó)際水平，模具結(jié)構(gòu)周期等方面，與國(guó)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(jí)進(jìn)模和多功能模具，是我國(guó)重點(diǎn)發(fā)展的精密模具品種。有代表性的是集機(jī)電一體化的鐵芯精密自動(dòng)閥片多功能模具，已基本達(dá)到國(guó)際水平。 但總體上和國(guó)外多工位級(jí)進(jìn)模相比，在制造精度、使用壽命、模具結(jié)構(gòu)和功能上，仍存在一定差距。 汽車覆蓋件模具制造技術(shù)正在不斷地提高和完美，高精度、高效益加工設(shè)備的使用越來越廣泛。高性能的五軸高速銑床和三軸的高速銑床的應(yīng)用已越來越多。NC、DNC技術(shù)的應(yīng)用越來越成熟，可以進(jìn)行傾角加工超精加工。這些都提高了模具面加工精度，提高了模具的質(zhì)量，縮短了模具的制造周期。 模具表面強(qiáng)化技術(shù)也得到廣泛應(yīng)用。工藝成熟、無污染、成本適中的離子滲氮技術(shù)越來越被認(rèn)可，碳化物被覆處理（TD處理）及許多鍍（涂）層技術(shù)在沖壓模具上的應(yīng)用日益增多。真空處理技術(shù)、實(shí)型鑄造技術(shù)、刃口堆焊技術(shù)等日趨成熟。激光切割和激光焊技術(shù)也得到了應(yīng)用。 模具工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)工業(yè),是工業(yè)生產(chǎn)的重要工藝裝備.先進(jìn)國(guó)家的模具工業(yè)已擺脫從屬地位,發(fā)展為獨(dú)立的行業(yè).日本工業(yè)界認(rèn)為: “模具工業(yè)是其它工業(yè)的先行工業(yè),是創(chuàng)造富裕社會(huì)的動(dòng)力”.美國(guó)工業(yè)界認(rèn)為:“模具工業(yè)是美國(guó)工業(yè)的基石”.在德國(guó)模具被冠以 “金屬加工業(yè)中的帝王”之稱. 在我國(guó).1998年3月在《國(guó)務(wù)院關(guān)于當(dāng)前產(chǎn)業(yè)政策要點(diǎn)的決定》模具被列為機(jī)械工業(yè)技術(shù)改造序列的第一位,生產(chǎn)和基本建設(shè)序列第二位,把發(fā)展模具工業(yè)擺在發(fā)展國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要位置.目前,我國(guó)沖壓模具在產(chǎn)值占模具總產(chǎn)值的40%以上,處于主導(dǎo)地位. 沖壓是一種先進(jìn)的少無切削加工方法,具有節(jié)能省材,效率高,產(chǎn)品質(zhì)量好,重量輕,加工成本低等一系列優(yōu)點(diǎn),在汽車,航空航天,儀器儀表,家電,電子,通訊,軍工,日用品等產(chǎn)品的生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用.據(jù)統(tǒng)計(jì),薄板成型后,制造了相當(dāng)于原材料的12倍的附加值,在國(guó)民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)總值中,與其相關(guān)的產(chǎn)品占四分之一,在現(xiàn)代汽車工業(yè)中,沖壓件的產(chǎn)值占總產(chǎn)值的59%.隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，采用模具的生產(chǎn)技術(shù)得到愈來愈廣泛的應(yīng)用。 在完成大學(xué)三年的課程學(xué)習(xí)和課程、生產(chǎn)實(shí)習(xí)，我熟練地掌握了機(jī)械制圖、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械原理等專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課方面的知識(shí)，對(duì)機(jī)械制造、加工的工藝有了一個(gè)系統(tǒng)、全面的理解，達(dá)到了學(xué)習(xí)的目的。對(duì)于模具設(shè)計(jì)這個(gè)實(shí)踐性非常強(qiáng)的設(shè)計(jì)課題，我們進(jìn)行了大量的實(shí)習(xí)。經(jīng)過在新飛電器有限公司、在洛陽中國(guó)一拖、中信重型礦山機(jī)械廠的生產(chǎn)實(shí)習(xí)，我對(duì)于冷沖模具、塑料模具的設(shè)計(jì)步驟有了一個(gè)全新的認(rèn)識(shí)，豐富和加深了對(duì)各種模具的結(jié)構(gòu)和動(dòng)作過程方面的知識(shí)，而對(duì)于模具的制造工藝更是有了全新的理解。在指導(dǎo)老師的細(xì)心指導(dǎo)下和在工廠師傅的講解下，我們對(duì)于模具的設(shè)計(jì)和制造工藝有了系統(tǒng)而深刻的認(rèn)識(shí)。同時(shí)在實(shí)習(xí)現(xiàn)場(chǎng)親手拆裝了一些典型的模具實(shí)體并查閱了很多相關(guān)資料，通過這些實(shí)踐，我們熟練掌握了模具的一般工作原理、制造、加工工藝。通過在圖書館借閱相關(guān)手冊(cè)和書籍，更系統(tǒng)而全面了細(xì)節(jié)問題。鍛煉了縝密的思維和使我們初步具備了設(shè)計(jì)工作者應(yīng)有的素質(zhì)。設(shè)計(jì)中，將充分利用和查閱各種資料，并與同學(xué)進(jìn)行充分討論，盡最大努力搞好本次畢業(yè)設(shè)計(jì)。 致謝 首先感謝本人的指導(dǎo)老師原紅玲老師，她仔細(xì)審閱了本文的全部?jī)?nèi)容，并對(duì)我的設(shè)計(jì)內(nèi)容提出了許多建設(shè)性意見。原紅玲老師淵博的專業(yè)知識(shí)，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，精益求精的工作作風(fēng)，誨人不倦的高尚師德，嚴(yán)于律己、寬以待人的崇高風(fēng)范，樸實(shí)無華、平易近人的人格魅力對(duì)我影響深遠(yuǎn)。在畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，特別是遇到困難時(shí)，她給了我鼓勵(lì)和幫助，在這里我向她表示真誠(chéng)的感謝！ 感謝母校—河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校的辛勤培育之恩！感謝材料工程系給我提供的良好學(xué)習(xí)及實(shí)踐環(huán)境，使我學(xué)到了許多新的知識(shí)，掌握了一定操作技能。 最后，我非常慶幸在三年的的學(xué)習(xí)、生活中認(rèn)識(shí)了很多可敬的老師和可親的同學(xué)，并感激師友的教誨和幫助！ 參考文獻(xiàn) 【1】中國(guó)機(jī)械工程協(xié)會(huì)、李春勝、黃德彬主編.金屬材料手冊(cè).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.11 【2】肖祥芷、王孝培主編.中國(guó)模具工程大典第4卷.北京：電子工業(yè)出版社，2007.3 【3】機(jī)械工業(yè)部編.機(jī)械產(chǎn)品目錄（1996）第5卷.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996 【4】王孝培主編.實(shí)用沖壓技術(shù)手冊(cè). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.3 【5】中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)、中國(guó)模具設(shè)計(jì)大典編委會(huì)編.中國(guó)模具設(shè)計(jì)大典（第3卷）.南昌：江西科學(xué)技術(shù)出版社，2003.1 【6】任嘉卉主編.公差與配合手冊(cè).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1997.4 【7】王建中、李洪主編.公差與制圖技術(shù)手冊(cè).沈陽：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，1999.1 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