751 鎖殼冷沖壓模具設計（有cad圖+文獻翻譯）,751,鎖殼冷沖壓模具設計（有cad圖+文獻翻譯）,鎖殼冷,沖壓,模具設計,cad,文獻,翻譯 1 鎖殼冷沖壓模具設計 2 摘 要 近年來，我國家電工業(yè)的高速發(fā)展對模具工業(yè)，尤其是冷沖模具提出了越 來越高的要求，近些年，冷沖模具在整個模具行業(yè)中所占比例已上升到 50%左 右，據(jù)有關專家預測，在未來幾年中，中國冷沖模具工業(yè)還將持續(xù)保持年均增 長速度達到 10%以上的較高速度的發(fā)展。國內冷沖模具市場以冷沖模具需求量 最大，其中發(fā)展重點為工程冷沖模具。 沖裁成型是冷沖成型的一種重要方法，它主要適用于金屬材料的成型，可 以一次成型形狀復雜的精密零件。本課題就是將鎖殼冷沖壓模作為設計模型， 將沖裁模具的相關知識作為依據(jù)，闡述冷沖壓模具的設計過程。 本設計對鎖殼冷沖壓模進行的冷沖壓模的設計，對工件結構進行了工藝分析。 明確了設計思路，確定了沖壓成型工藝過程并對各個具體部分進行了詳細的計 算和校核。如此設計出的結構可確保模具工作運用可靠，保證了與其他部件的 配合。最后用 autoCAD 繪制了一套模具裝配圖和零件圖。 本課題通過對鎖殼冷沖壓模的冷沖壓模具設計，鞏固和深化了所學知識， 取得了比較滿意的效果，達到了預期的設計意圖。 關鍵詞:沖壓模具；沖裁成型；模具設計 Abstract In recent years, China's household electrical appliance industry in the development of high-speed tooling industry, in particular, have raised Die growing demands in recent years, the entire Die in a proportion of trade has risen to around 50 percent, according to the relevant Experts predict that in the next few years, China will continue to Die with industry to maintain an average annual growth rate reached over 10 percent of high speed development. Die with the domestic market to Die with the greatest demand, which focus on the development of a project Die. Blanking is forming a cold-forming an important method, which apply mainly to the forming of metal materials, forming a complex shape of the precision components. The issue is to lock shell cold stamping die as a design model, will be punching die of 3 related knowledge as the basis on cold stamping die design process. The design of the lock shell of the cold stamping die of cold stamping die design, the structure of the workpiece Technology Analysis. Defined the design, determine the process of stamping and forming part of the specific details of the calculation and verification. So the structure can be designed to ensure that the use of reliable mold work to ensure that the co-ordination with other components. Finally, autoCAD drawing a mold assembly and parts plans. The subject of the lock through the shell cold stamping die of cold stamping die design, consolidated and deepened by knowledge, has been relatively satisfied with the results, achieved the expected design intent. Keywords :stamping die; blanking molding; die design 4 目 錄 前 言 .............................................................15 1 工藝分析工藝方案的確定 ..........................................19 1.1 沖裁件的工藝性分析 .........................................19 1.2 綜合技術經濟效益觀念 .......................................19 1.3 零件材料性能分析及工件工藝性分析 ............................19 1.4 零件工藝性的分析 ............................................21 1.5 重視模具材料和結構的選擇，保證有一定的模具壽命。 ............21 1.6 確定工藝方案及模具結構形式 ..................................22 2 工藝計算及排樣方案 ..............................................24 2.1 尺寸的確定 ..................................................24 2.2 確定排樣方式和計算材料利用率 ................................27 2.3 搭邊值的確定 ................................................28 2.4 沖壓設備的選擇 ..............................................29 3 工作零件設計 ....................................................31 3.1 凹模的設計 ..................................................31 3.2 凸模的設計 ..................................................33 3.3 凸凹模具的設計 ..............................................34 3.4 卸料板的設計 ................................................35 3.5 打桿的長度 ..................................................35 3.6 壓邊裝置的設計 ..............................................36 3.7 頂桿的長度 ..................................................36 3.8 根據(jù)國標選用導向機構 ........................................36 3.9 導柱加工工藝過程卡 ..........................................38 3.10 橡皮墊的設計 ...............................................39 3.11 模具的選擇 .................................................40 4 工作原理及裝配圖 ................................................41 5 參考文獻 ...........................................................42 致謝 ...............................................................44 6 前 言 模具在現(xiàn)代生產中，是生產各種工業(yè)產品的重要工藝裝備，它以其特定的 形狀通過一定的方式使原材料成形。例如，沖壓件和鍛件是通過沖壓和鍛造方 式使金屬材料在模具內發(fā)生塑性變形而獲得的；金屬壓鑄件、粉末冶金零件以 及塑件、陶瓷、橡膠、玻璃等非金屬制件，絕大多數(shù)也是通過模具成形的。由 于模具成形具有優(yōu)質、高產、省料、低成本等特點，現(xiàn)已在國民經濟各部門， 特別是汽車、拖拉機、航空航天、儀器儀表、機械制造、家用電器、石油化工、 輕工日用品等工業(yè)部門得到極其廣泛的應用。 現(xiàn)在，模具技術已成為衡量一個國家產品制造水平的重要標志之一，研究 和發(fā)展模具技術，對于促進國民經濟的發(fā)展有著特別重要的意義。模具工業(yè)能 促進工業(yè)產品生產的發(fā)展和質量的提高，并能獲得極大的經濟效益，因此引起 各個國家的高度重視和贊賞。在日本，模具被譽為“進入富裕社會的原動力” ， 在德國則冠以“金屬加工業(yè)中的帝王” ，在羅馬尼亞視為“模具就是黃金” 。因 此可以斷言，隨著工業(yè)生產的迅速發(fā)展，模具工業(yè)在國民經濟中的地位將日益 提高，模具技術也會不斷發(fā)展，并在國民經濟發(fā)展過程中發(fā)揮越來越重要的作 用。 模具是高科技含量的產品，是專門為工業(yè)生產服務，并用于特定產品生 產而被特殊制作的工藝裝備，隨著工業(yè)產品向多樣化發(fā)展，模具生產從形狀、 尺寸、數(shù)量、材料、結構、精度、使用條件及壽命等方面，向著多樣化發(fā)展的 傾向也日趨明顯。模具基本上是按訂貨合同單件生產，因此，模具產品的多樣 性及單件生產的技術特點十分突出。所以，工廠的設計、工藝、工藝裝備和管 理等，都要適應這個技術特點。大部分精密復雜模具都需要高精度機床加工， 檢測設備要求精密度更高。模具加工技術集中了機械、電子乃至化學和光學等 工業(yè)技術的精華。同時，模具對熟練技工的依賴程度遠比其他加工業(yè)要大。因 此，技術的先進性及對熟練技巧的依靠性也是模具產品的技術特點。隨著技術 的快速發(fā)展，特別是信息技術等高新技術在模具設計制造上的應用日漸廣泛和 高新技術對模具提出的要求越來越高，模具的高新技術特點將日益明顯，而對 熟練技巧的依靠性將逐步淡化。 作為工業(yè)生產基礎工藝裝備，模具在國民經濟中占有重要的地位，模具技 術也已成為衡量一個國家產品制造水平的重要標志之一。80 年代以來，我國模 具工業(yè)發(fā)展十分迅速。國民經濟的高速發(fā)展對模具工業(yè)提出了越來越高的要求， 也為其發(fā)展提供了巨大的動力。這些年來，中國模具工業(yè)一直以 15%左右的增 7 長速度快速發(fā)展。 目前，中國 17000 多個模具生產廠點，從業(yè)人數(shù)約 50 多萬。 1999 年中國模具工業(yè)總產值已達 245 億元人民幣。工業(yè)總產值中企業(yè)自產自用 的約占三分之二，作為商品銷售的約占三分之一。 在模具工業(yè)的總產值中，沖壓模具約占 50%，塑料模具約占 33%，壓鑄模具 約占 6%，其它各類模具約占 11%。 改革開放以來，中國模具工業(yè)企業(yè)的所有 制成分也發(fā)生了巨大變化。除了國有專業(yè)模具廠外，其他所有制形式的模具廠 家，包括集體企業(yè)、合資企業(yè)、獨資企業(yè)和私營企業(yè)，都得到了快速發(fā)展，集 體 和私營的模具企業(yè)在廣東和浙江等省發(fā)展得最為迅速。例如，浙江寧波和黃巖 地區(qū)，從事模具制造的集體企業(yè)和私營企業(yè)多達數(shù)千家，成為國內知名的“模 具之鄉(xiāng)”和最具發(fā)展活力的地區(qū)之一。在廣東，一些大集團公司和迅速崛起的 鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)，為了提高其產品的市場競爭能力，紛紛加入了對模具制造的投入， 例如科龍、美的、康佳和威力等集團都建立了自己的模具制造中心。中外合資 和外商獨資的模具企業(yè)多集中于沿海工業(yè)發(fā)達地區(qū)，現(xiàn)已有幾千家。例如，江 蘇無錫的微研有限公司為一日本獨資企業(yè)，員工有 200 余人，擁有精密數(shù)控模 具加工設備 60 余臺，1998 年其模具產值超過 2 億元。 中國模具工業(yè)的技術水平近年來也取得了長足的進步。目前，國內已能生 產精度達 2 微米的精密多工位級進模，工位數(shù)最多已達 160 個，壽命 1～2 億次。 在大型塑料模具方面，現(xiàn)在已能生產 48 英寸電視的塑殼模具、6.5Kｇ大容量洗 衣機的塑料模具，以及汽車保險杠、整體儀表板等模具。在精密塑料模具方面， 國內已能生產照相機塑料模具、多型腔小模數(shù)齒輪模具及塑封模具等。在大型 精密復雜壓鑄模方面，國內已能生產自動扶梯整體踏板壓鑄模及汽車后橋齒輪 箱壓鑄模。在汽車模具方面，現(xiàn)已能制造新轎車的部分覆蓋件模具。其他類型 的模具，例如子午線輪胎活絡模具、鋁合金和塑料門窗異型材擠出模等，也都 達到了較高的水平，并可替代進口模具。 雖然中國模具工業(yè)在過去十多年中取得了令人矚目的發(fā)展，但許多方面 與工業(yè)發(fā)達國家相比仍有較大的差距。例如，精密加工設備在模具加工設備中 的 比重還比較低，CAD/CAE/CAM 技術的普及率不高，許多先進的模具技術應 用還不夠廣泛等等。特別在大型、精密、復雜和長壽命模具技術上存在明顯差 距，這些類型模具的生產能力也不能滿足國內需求，因而需要大量從國外進口。  但是，由于我國的模具行業(yè)起步較晚，與國外相比，仍存在不小的差距， 主要體現(xiàn)在： 8 產需矛盾：隨著工業(yè)發(fā)展水平的不斷提高，工業(yè)產品更新速度的加快，對 模具的需求越來越大。無論是數(shù)量還是質量都無法滿足國內市場的需要，只達 到 70％左右。造成矛盾突出的原因是模具企業(yè)的專業(yè)化、標準化程度低，生產 周期長。另外，設計和制造工藝水平還不能完全適應發(fā)展的需要。 企業(yè)結構不合理：我國很多模具生產能力集中在各主機廠的模具分廠或車 間內，模具的商品化程度低，而國外 70％以上都是專業(yè)模具廠，且走的是“小 而精”的道路，因此生產效率和經濟效益俱佳。 產品水平 ：衡量模具的產品水平，主要有模具加工的制造精度和表面粗糙 度，加工模具的復雜程度，以及模具的制造周期和使用壽命。而這幾項指標與 國外相比的差距都十分明顯。 此外，模具工業(yè)的整體裝備水平也存在相對落后，利用率低的現(xiàn)象。高素 質的模具技術人才缺乏，產品的綜合開發(fā)能力還急需加強。 針對不足和模具市場巨大的潛力，根據(jù)我國模具工業(yè)的現(xiàn)狀，并聯(lián)系國際 先進水平，中國模具工業(yè)協(xié)會協(xié)助政府制定了我國模具行業(yè)“十五”發(fā)展規(guī)劃， 確定模具工業(yè)重點發(fā)展領域有三方面：一是對整個模具行業(yè)發(fā)展有重要影響的 主要模具標準件；二是技術含量高，反映模具制造水平和發(fā)展方向的模具；三 是目前大量進口的中高檔模具。重點發(fā)展的模具產品主要有：模架，包括冷沖 模架、塑料模架和壓鑄模架等；模具導向件，包括導柱、導套、導板及無油潤 滑 導向件等；推桿、推管，包括塑料模用及壓鑄模用的異型推桿等；熱流道元件， 包括內熱式、外熱式、閥式和管式等；彈性元件，包括矩形彈簧、聚氨酯彈性 體和氮氣缸等；小型標準件，包括標準凸凹模、澆口套、定位圈和拉鉤等；汽 車覆蓋件模具，特別是轎車所需的覆蓋件模；精密沖壓模，包括多工位級進模、 厚板精沖模和硬質合金多功能復合模等；大型塑料模，包括汽車飾件模和家電 塑殼模等；精密塑料模，包括塑封模和多層多腔、多材質、多色精密塑料模； 大型薄壁精密復雜壓鑄模，包括用于鋁、鎂、鋅、銅及其合金壓鑄的模具；大 型、精密鍛模；子午線輪胎橡膠模；長壽命玻璃、陶瓷模；快速經濟模具；多 工位冷鐓模及擠壓模；塑料型材及塑料管路模具。希望在模具企業(yè)的整體實力 有進一步提升，重點、骨干企業(yè)可以達到 50%。2003 年是“十五”關鍵的一年， 如果做不到 60%任務的完成，那么計劃就會失敗，而模具失敗了，對整個工業(yè) 都會有影響。 近年來，外企進入中國, 加劇了競爭，也出現(xiàn)一些價格方面的惡性競爭。 為了避免因為暫時的利益而損失長遠和整體的發(fā)展，未來一年中，行業(yè)協(xié)會也 將加強模具企業(yè)間的組織和協(xié)調，制定合理的價格水平。同時，研究國際模具 9 價格水平，以對行業(yè)進行指導和信息溝通。 在中國，人們已經越來越認識到模具在制造中的重要基礎地位，認識到模 具技術水平的高低，已成為衡量一個國家制造業(yè)水平高低的重要標志，并在很 大程度上決定著產品質量、效益和新產品的開發(fā)能力。 許多模具企業(yè)十分重視技術發(fā)展，加大了用于技術進步的投資力度，將技 術進步視為企業(yè)發(fā)展的重要動力。此外，許多研究機構和大專院校開展模具技 術的研究和開發(fā)。目前，從事模具技術研究的機構和院校已達 30 余家，從事模 具技術教育的培訓的院校已超過 50 余家。其中，獲得國家重點資助建設的有華 中理工大學模具技術國家重點實驗室，上海交通大學 CAD 國家工程研究中心、 北京機電研究所精沖技術國家工程研究中心和鄭州工業(yè)大學橡塑模具國家工程。 在現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的進程中，模具的地位及其重要性日益被人們所認識。模 具工業(yè)作為進入富裕社會的原動力之一，正推動著整個工業(yè)技術向前邁進！模 具就是“高效益” ，模具就是“現(xiàn)代化”之深刻含意，也正在為人們所理解和掌 握。當塑料品種入其成型加工設備被確定之后，塑料制品質量的優(yōu)劣及生產效 率的高低，模具因素約占 80％。由此可知，推動模具技術的進步應刻不容緩！ 培養(yǎng)了我綜合運用多學科理論、知識和技能，以解決較復雜的工程實際問題的 能力，主要包括設計、實驗研究方案的分析論證，原理綜述，方案方法的擬定 及依據(jù)材料的確定等。它培養(yǎng)了我樹立正確的設計思想，勇于實踐、勇于探索 和開拓創(chuàng)新的精神，掌握現(xiàn)代設計方法，適應社會對人才培養(yǎng)的需要。 此次畢業(yè)設計除了對知識和能力培養(yǎng)的收獲感受外，還得到思想道德方面的 鍛煉。通過這次畢業(yè)設計，讓我感受到了作為一名工程技術人員應該具備的基 本精神，需要強化的工程實踐意識，以及對設計工作的質量要負責，具有高度 的責任感，樹立實事求是的科學作風，并嚴格遵守規(guī)章制度。 10 1 工藝分析工藝方案的確定 1.1 沖裁件的工藝性分析 沖裁件的工藝性是指從沖壓工藝方面來衡量其設計是否合理。一般的講， 在滿足使用的要求的條件下，能以最簡單最經濟的方法將工件沖制出來，就說 明該件的沖壓工藝性好，否則，該件的工藝性就差。工藝性的好壞是相對的， 它直接受到工廠的沖壓技術的水平和設備條件等因素的影響。 1.2 綜合技術經濟效益觀念 改革開放以前，我國企業(yè)，特別是在軍工生產中，只要產品，不講經濟效 益是很普通的。那時，模具技術工作者在確定工藝方案，設計模具時，主要考 慮的是滿足產品質量和數(shù)量的要求，很少考慮經濟效益。今天，在現(xiàn)代工業(yè)生 產與市場經濟的條件下，常常需要他們參與對生產的預測與決策。因此，必須 具有現(xiàn)代技術經濟效益觀念。在工藝設計過程中，還應考慮節(jié)省能源、減少材 料消耗、降低生產成本，實施安全生產，保證獲得利潤等等。在保證產品質量 的條件下，充分發(fā)揮企業(yè)技術與設備的優(yōu)勢，爭取獲得最佳技術經濟效益。 1.3 零件材料性能分析及工件工藝性分析 該產品的基本工序為落料、沖孔。它對零件尺寸公差特殊要求，采用 IT12 級，利用普通加工方式可達到圖樣要求。鎖殼零件圖如下： 11 圖 1 鎖殼 1.3.1 零件材料性能分析 冷沖壓模具包括沖裁、彎曲、拉深、成形等各種單工序模和由這些基本工 序組成的復合模、級進模等各種模具。設計這些模具時，首先要了解被加工材 料的力學性能。材料的力學性能是進行模具設計時各種計算的主要依據(jù)。故在 分析零件沖壓成形工藝，設計沖壓模具前，必須要了解和掌握材料的一些力學 性能，以便設計。現(xiàn)將摩擦片零件材料為 8 號鋼的力學性能主要參數(shù)及其概念 敘述如下： 1.3.2 應力分析 材料單位面積上所受的內力，單位是 N/mm ，用 Pa 表示。10 Pa=1MPa； 2 6 1MPa = 1N/mm ；10 Pa = 1GPa。 2 9 1.3.3 屈服點 σs 材料開始產生塑性變形時的應力值，單位是 N/mm 。彎曲、拉深、成形等 2 工序中，材料都是在達到屈服強度時進行塑性變形而完成該工序的成形的。經 查表取 σs = 206 MPa。 1.3.4 抗拉強度 σb 材料受到拉深作用，開始產生斷裂時的應力值，單位是 MPa。σb = 294～432MPa。 1.3.5 抗剪強度 τb 材料受到剪切作用，開始產生斷裂時的應力值，單位是 MPa。取 τb = 255～333MPa。 12 1.3.6 彈性模量 E 材料在彈性范圍內，表示受力與變形的指標，彈性模量大，表示材料受力 后變形較小，或者說，產生一定的變形需要較大的力。E = 194 x 10 MPa。 3 1.3.7 屈服比 σs/σb 是材料的屈服強度與抗拉強度之比，其值越小，表示材料允許的塑性變形 區(qū)越大，在拉深工序中，材料的屈服比較小時，所需的壓邊力和所需克服的摩 擦力相應的減小，有利于提高成形極限。 1.3.8 伸長率 δ 在材料性能實驗時，試件由拉伸試驗機拉斷后，對接起來測量長度，其伸 長量與原長度之比稱為伸長率，其數(shù)值用“％”表示，其數(shù)值越大表示材料的 塑性越好。經查表可得，材料為 8 號鋼的伸長率 δ=29％。 綜上所述，對鎖殼零件材料 8 號鋼的力學性能分析，主要是為了便于模具設計 中各參數(shù)的計算，故在后序的模具設計中各參數(shù)的計算均以上面所取的數(shù)值進 行計算。 1.4 零件工藝性的分析 該零件為鎖殼，結構簡單，對稱，是典型的拉深件。在拉深過程中要注意 控制拉深程度，加工時，根據(jù)零件的結構，形狀等一些技術要求，應考慮以下 幾點： 1.4.1 拉深件圓角半徑 拉深件的圓角半徑要適合，應盡量大些，以便于成形和減少拉深次數(shù)，避 免在拉深過程中出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象即拉裂。拉深件底與壁的圓角半徑應滿足 r1≥t。 而在此設計中圓角半徑 R3＞t，故滿足設計要求。 1.4.2 拉深過程分析 考慮拉深件厚度不均勻的現(xiàn)象：在拉深過程中，一般為不變薄拉深，從理 論分析上說是不符合的，在拉深過程中壁厚應有少量的變化，如果在拉深件精 度要求不高時，一般可以忽略不計，而在此設計當中我們應該考慮壁厚不均勻 現(xiàn)象問題，加工出符合圖樣要求的零件。 1.4.3 拉深件的孔位布置 拉深件的孔位布置,根據(jù)示圖所示，該零件的孔位布置合理，處于中心部 位。在沖孔時，要注意孔與拉深件的同心度的問題，孔到拉深底部邊緣的距離 d≤d1-2r1-t。 根據(jù)零件圖，初步分析可以知道鎖殼零件的沖壓成形需要多道工序才能完 13 成，首先進行一次正拉深，形成外形尺寸形狀。其次進行反拉深。底部還要沖 小孔。 1.4.4 初步工序的分析 鎖殼由平板毛坯沖壓成形應包括的基本工序有：(1) 落料+拉深 (2)修邊 (3) 沖孔 (4)翻邊. 由于是多道工序，多套模具成形，還要特別注意各工序間 的定位。 1.5 重視模具材料和結構的選擇，保證有一定的模具壽命。 查表 1 可知: 表 1 規(guī)則形狀（圓形、方形）件沖裁時凸模、凹模的制造公差 基本尺寸 /mm 凸模公差 mP/?凹模公差 /mmd?基本尺寸 m/凸模公差 p/?凹模公差 md/?18? 0.020 0.020 >180~260 0.030 0.045 >18~30 0.020 0.025 >260~360 0.035 0.050 >30~80 0.020 0.030 >360~500 0.040 0.060 >80~120 0.025 0.035 >500 0.050 0.070 工藝毛坯的極限偏差： 尺寸 凸模偏差 凹模偏差 58 -0.020 +0.030 88 -0.025 +0.035 1.6 確定工藝方案及模具結構形式 根據(jù)制件工藝分析，其基本工序有:落料,拉深,沖孔。完成鎖殼的設計,根 據(jù)所需基本工序可,得到如下幾種方案: 1.6.1 方案一 1）落料 2）拉深 3）修邊 4）沖孔 φ2 14 5）沖 φ11.8 的翻邊孔 1 個 6）翻邊 7）沖 φ6 的孔 2 個 8）沖不規(guī)則形狀的孔 1 個 1.6.2 方案二 1）翻邊 2）修邊 3）沖側孔 4）修邊 5）沖側孔 1.6.3 方案三 1）落料+拉深+非翻邊孔+沖 φ2 2）翻邊 3）修邊 4）沖側孔 綜合以上三種方案，方案一最合理。采用三種模具即可解決一些問題，第 一種方案,工藝好,精度高;第二種方案，是先沖孔后翻邊,會造成尺寸偏差,精度 減低.第三種方案會造成尺寸偏差,精度減低，工序不易操作.故選擇的是方案一。 15 2 工藝計算及排樣方案 2.1 尺寸的確定 由零件圖可知： b1=88 b=58 t=1.2 rp =7.2 r 底 ＝r p-t=6 r0 =5 r1= r0-t=3.8 h0=28 r2= r3-t=6.8 16 圖 2 盒形件毛坯確定的原則是：保證毛坯的面積應等于加上修邊余量后的零件 表面積。另外，由于盒形件拉深時周邊的變形不均勻，且圓角部分材料在變形 中要轉移到直邊的特點，應按面積相等的原則，把毛坯形狀和尺寸進行修正， 使毛坯輪廓成光滑的曲線，在拉深以后盡可能保證零件口部高度的一致性。 毛坯的形狀和尺寸應根據(jù)零件的相對圓角半徑 r/B 和相對高度 H/B 的值來 進行設計，因這兩個參數(shù)決定了圓角部分材料向直邊部分轉移的程度和直邊高 度的增加量。 r1/b=3.8/58=0.066 h0/b=28/58=0.483 2.1.1 選取修邊余量 h，確定矩形件的計算高度 當 h0/r1=28/3.8=7.368 ……………………………………………………………（11/5.ro?? ） =0.5x7.368=3.684(mm) ………………………………………………………………(2)ho??? =28+3.684=31.684(mm) 2.1.2 假想毛坯尺寸直徑 D=1.13 …………(3))18.0.(4)5.0(72.1)43.0(2 rrhrhb ???? 底底底 =112.418mm 2.1.3 毛坯長度 17 r=D+(b1-b) ………………………………………………………(4) =112.418+(88-58)=142.418(mm) 圖 3 2.1.4 毛坯寬度 …………………………(5))2/()]4.0(2[)( 111 rbxrhbrDK????? =112.418x(58-2x3.8)+【58+2x（31.684-0.43X6） 】 （88-58）/ （88-2x3.8） =113.832mm 2.1.5 毛坯直徑 ……………………………………………………………(6).KR5.0? =0.5x113.832=56.916(mm) 圓整毛坯直徑為 112.5mm。毛坯長度為 142.5mm,毛坯寬度為 114mm。毛坯半徑 為 57mm。 2.1.6 毛坯尺寸如下圖示 18 圖 4 毛坯 2.1.7 拉深次數(shù)的確定 毛坯相對厚度 t/Kx100=1.2/114x100=1.05 拉深系數(shù) m=b1/K=88/114=0.772 從《沖模設計手冊》表 4-8 中查得 m1=0.53 m>m1 所以屬于一次拉深成形。 2.2 確定排樣方式和計算材料利用率 2.2.1 排樣的目的與作用 沖裁件在板料、條料或帶料上的布置方法稱為排樣法，簡稱排樣。排樣的 結果要畫出排樣圖。排樣是否合理，直接影響到材料利用率，零件質量，生產 率，模具結構與壽命及生產操作方式與安全。因此，在沖壓工藝和模具設計中， 排樣是一項極為重要的，技術性很強的工作。 2.2.2 排樣的基本類型 按材料的經濟利用程度或廢料的多少，排樣可分為有廢料排樣與少，無廢 料排樣兩大類。按零件在條料上的布置形式，排樣又可分為直排、對排、對頭 斜排、多排、混合排等形式。 1 有廢料排樣 落料時沖裁輪廓是封閉的，在工件與工件之間以及工件與條料側邊之間， 都留出了作為剪切支撐面的工藝余料，簡稱搭邊。搭邊就是廢料，從降低材料 消耗考慮，希望搭邊小些。但搭邊值太小，支撐面剛度不足，將使工件質量變 19 壞、模具壽命降低。 有廢料排樣有如下幾種形式： （1）直排 排樣時，優(yōu)先選用直排，因為直排的模具最簡單。但對于三角 形、角尺形等工件，采用直排會造成較大的材料浪費，可考慮選取斜排或對排。 （2）斜排 斜排將使制模工作量增大，可達 15%。因此，如果節(jié)省材料不 超過 5%，采用斜排的意義不是很大的。 （3）對排 選取對排省料幅度較大，比直排省料可達 30%~50%。但需注意 如下問題：如果采取送一次料沖一件的方案，即用單凸模，模具結構與直排時 基本相同，模具費也相差不大，但只適用與條料，不能卷料，因為在沖完一次 后，需要調頭沖另一行。沖另一行時，條料的剛度很差，給送料造成困難，有 時根本無法送料，操作者普通不愿意采用這種方案。因此，只有在生產量不大， 且調頭沖時能保證足夠的剛度時才可考慮采用此方案。如果采取一次沖兩件的 方案，即用雙凸模，則模具結構復雜了，模具長度增大了，因而模具費用也增 加了?？梢酝ㄟ^盈虧平衡點，對各方案進行比較，并作出選擇。 （4）多排 采用多排是為了省料，但省料有限。對于圓形件，采用單排、 雙排、三排的材料利用率分別 78%、84%、86%。采用四排以上時，每增加一排， 材料利用率提高不到 2%。然而，增加排數(shù)，將使模具復雜化，由于受到凹模強 度的限制，相鄰兩件上不允許同時沖出的，必須設置空工位，結果使模具沿送 料方向增長長度，造成模具費用增加。所以，只有在大量生產圓形小件，并且 材料較貴重（主要是各種銅板）時，才能考慮采用多排。 （5）混合排 如果將一種零件落料后的廢料作為另一種工件的原材料， 當然也可以提高材料的利用率。但這種排樣對于小型件既不方便又不安全。 2．少廢料與無廢料排樣 就是使一個工件落料形狀的一邊或數(shù)個邊成為另一工件的邊緣，取消了工 件之間的搭邊，成為少廢料排樣。如果條料的邊緣能作為工件的邊緣，則可以 完全取消搭邊而成為無廢料排樣。少廢料和無廢料排樣，沖裁輪廓都是非封閉 的。能進行少廢料和無廢料排樣的工件是不多見的， 常常需要對工件的形狀作些修改才能實現(xiàn)。顯然，這種排樣材料的利用率 是很高的。但這種排樣也存在缺點，突出的一個問題是一個工件上的毛刺和塌 角可能處在不同的板的平面上，而毛刺和塌角在相反的方向上工件，在使用上 常常是不允許的，選用時要特別注意。另一個缺點是工件尺寸不容易準確，因 為一個工件的輪廓形狀可能分幾次才沖出，由于定位誤差較大，沖出的工件尺 寸和形狀就不如沖封閉輪廓的落料精確。但由于它具有省料的突出優(yōu)點，在工 20 件尺寸精度要求不高時，特別是大量生產時，還是應該優(yōu)先考慮的。 上圖的毛坯形狀和尺寸較大，為便于手工送料，選用單排沖壓，有兩種排 樣方式如圖示。 圖 5 經過分析計算：（a ）的排樣方式，材料利用率最高。 2.3 搭邊值的確定 由于工藝所采用的送料方式為手工送料，且為非圖形，由《沖模設計手冊》 表 2-11[3]查得最小搭邊值為 a=2mm a1=1.5mm 2.4 沖壓設備的選擇 由于本套模具為落料拉伸模，計算參數(shù)如下： 2.4.1 落料力 由《沖壓工藝與模具設計》公式 2-2： F 落 =1.3Lτz…………………………………………………(7) L——沖裁周長，[L] 為 302mm； t——材料厚度，[t]為 1.2mm； τ——材料抗剪強度， [τ]為 Mpa。 將 t=1.2mm 及由《沖模設計手冊》表 2-2-3 查取材料的抗剪強度得 τ=260Mpa 代入上式 F 落 =1.3 x 1.2 x260 x302=122849.99 2.4.2 卸料力 由《沖壓工藝與模具設計》公式 2-4： …………………………………………………………(8)LxK? ——卸料力系數(shù)； 21 ——落料力LF 由《沖模設計手冊》表 3-15 根據(jù)工件的 查取卸料力系數(shù) 。根據(jù)表 2-tZ2xK 10 查得 ，則 ，由表 3-15 查得：36.0,42.minmax?Z07.~6.?t5~015?xKK取 LF F 推 =1x122849.99x0.035 =4299.750N F 總 =F 落 +F 推 ……………………………………………………(9) =12284.99+4299.75 =127149.74N 根據(jù)壓力，可選用 160 的開式雙柱可傾壓力機。 根據(jù)資料得其主要參數(shù)及大小如下： 最大沖壓力 160KN 滑塊行程 70mm 滑塊行程次數(shù) 120 次/min 封閉高度調節(jié)量 45mm 工作臺尺寸 300mmx450mm 模柄尺寸 Φ40 x60 2.4.3 落料拉深先后的確定 F0=127149.7 4 由公式 4-59[3]： ………………………………………(10)1Ktdb???拉 ——系數(shù)，可查表 4-9[3]；1K ——第一次拉深半成品直徑，[ ]為 mm；d1d t——材料厚度，[t]為 mm； ——抗拉強度，[ ]為 Mpa。b?b? 根據(jù) m=0.76 由表 4-9[3]查?。?=0.70；1 1K 材料的厚度 t=1.2mm， 的值取階梯拉深的大徑計算，取 =88mm1d1d 由“附錄 A1”[2]查取材料的抗拉強度得： =430Mpa；b 故： )(7.9806*7.0432.*81 NtFb ?????拉 所以 F 總 >F 拉 所以本復合模為先沖裁后拉深 22 3 工作零件設計 3.1 凹模的設計 3.1.1 凹模的選材 模的材料選 Cr12，凹模是在強壓連續(xù)使用和有很大沖壓力的條件下工作臺 的，且伴有溫度的升高，工作條件惡劣，要求凹模材料有好的耐磨性，耐沖擊 性，淬透性和耐切性。 3.1.2 凹模的材料工藝分析 凹模的硬度要求較高，一般應進行淬火熱處理，使其硬度達到期 HRC58- 62。 3.1.3 凹模設計的結構如下圖所示： 23 圖 6 凹模 3.1.4 刃口尺寸的確定 由下表查得 表 2 沖裁模初始雙邊間隙 08、10、35 09Mn、Q235 16Mn 40、50 65Mn材料厚度 Mm Z minZ maxZ inZ maxZ inZ maxZ inZ max 小于 初始間隙 1.2 0.126 0.180 0.260 0.380 0.260 0.380 — — 得： Zmax=0.180 Zmin=0.126 Zmax-Zmin=0.180-0.126=0.054 根據(jù)表 3 24 表 3 系 x 非圓形 圓形 1 075 0.5 0.75 0.5 材料厚度 /mm 工件公差 m/? 1 0.36 0.16 1~2 0.42 0.20 2~4 0.50 0.24 >4 0.60 0.30 >0.30 x=0.75 Δ=0.4 則： ………………………………………………………(11)dxDA?0)(??? A 凹 1=（58-0.75x0.4） 0+0.030=57.70+0.030 A 凹 2=（88-0.75x0.4） +00.035=87.70+0.035 3.1.5 強度的校核 凹模強度校核主要是栓查高度 h，因為凹模下面的模座或墊板一的洞口較 凹模洞口大，合凹模工作時彎曲，若凹高度不夠便會產生彎曲變形，以致?lián)p壞。 查表 2-45 得 δ 彎 =1.5F/h2 【δ 彎 】? ……………………………………………………………(12) h 最小 = ……………………………………………………………(13)]/[5.1彎?F 凹模厚度 H=K6 查表 2-24 得 K=0 .2 H=142.5x0.2=28.5mm 考慮到工件及凸凹模的影響取 H=32mm 【δ 彎 】=490Mpa δ 彎 =1.5X122849.99/322=179.956Mpa<【δ 彎 】 經校核，凹模強度足夠。 3.2 凸模的設計 3.2.1 凸模的選材 凸模的材料為 Cr12MoV 25 3.2.2 凸模材料的工藝分析 凸模硬度要求低于凹模硬度，但其硬度還是較高的，要經過回火的熱處理 方法，使其硬度達到 HRC56-60。該凸模為拉深模具，且凸模的長度，寬度應根 據(jù)拉深件具體結構確定。 3.2.3 凸模圓角半徑的確定 rd=8t rp=（0.6~1）r d………………………………………………………………(14) 所以該凸模圓角半徑 rp 為 rp=0.6x8t =0.6x8x1.2 =6mm 3.2.4 凸模刃口尺寸的確定 …………………………………………………………(15)0)(pZXB???? 查表 2-8 得 x=0.75 Δ=0.4 Z=（1.0~1.1）t B 凸 1=（58-0.75x0.4-1.2x2） 0-0.020 =5.30-0.020 B 凸 2=（88-0.75x0.4-1.2x2） 0-0.025 =85.30-0.025 3.2.5 拉深凸模出氣口尺寸的確定 查表 4-35 得： 通孔直徑 d d=6.5mm 3.2.6 凸模強度的校核 δp=F/A≤【δ p】 沖裁時，凸模承受的壓力，必須小于凸模材料強度允許的壓應力【δ p】 δp=F/A122849.99/55.3x85.3=260Mpa δp≤【δ p】=980~1569 所以凸模強度足夠 3.3 凸凹模具的設計 3.3.1 凸凹模的選材 材料選用 Cr12。 26 3.3.2 凸凹模工藝分析 熱處理硬度達到 HRC58-62，尾部回火 HRC40-45。 3.3.3 凸凹模的尺寸如圖所示 圖 7 凸凹模 3.3.4 凸凹模的一些技術要求 孔徑精度 孔徑的尺寸誤差和幾何形狀誤差會使導柱、導套與孔配合不良?？讖竭^大， 配合過松，使導柱的軸線不穩(wěn)定，并降低了支承剛度，易產生振動；孔徑過小， 使配合過緊，導柱將因導套變形而不能正常運動，縮短壽命。裝導套的孔不圓， 也使導套外環(huán)變形而引起導柱的徑向跳動。從以上的分析可以知道，對孔的精 度要求較高。 孔與孔的位置精度 同一軸線上各孔的同軸度誤差和孔端面對軸線垂直度誤差，會使導柱、導 套裝配到模座上后產生歪斜，致使導柱產生徑向跳動和軸向竄動，同時也使溫 度升高，加劇導柱、導套的磨損。 主要平面的精度 裝配基面的平面度誤差影響凸模與模座連接時的接觸剛度，若在加工過程 中作為定位基準時，還會影響孔的加工精度。因此底面和導向面必須平直和相 互垂直。 表面粗糙度 重要孔和主要表面的表面粗糙度會影響連接面的配合性質或接觸剛度，其 具體要求一般用 R 值來評定。凸凹模的最小壁厚一般由經驗數(shù)據(jù)確定，倒裝a 復合凸凹模最小壁厚：對于黑色金屬和硬材料約為工件的料厚的 1.5 倍，但不 小于 0.7mm；對于有色金屬用軟材料約等于工件壁厚，但不小于 0.5mm 27 3.4 卸料板的設計 3.4.1 卸料板的選材 材料為 45 號鋼。 3.4.2 卸料板的裝置形式如下圖所示 圖 8 卸料板 3.5 打桿的長度 考慮到墊板的高度是 10mm，推板的高度是 12mm，模柄的尺寸是 40 x100。 螺母的寬度為 8mm。且需 2 個螺母，還需留一定的余量。所以打桿的長度 L=10+12+100+2x8+10 =148mm 3.6 壓邊裝置的設計 在拉深過程中，壓邊圈的作用是用來防止工件邊壁或凸緣起皺的。隨著拉 深增加還需要減少的壓邊力應減少。 t/D=1.2/112.418=1.1% m1=0.050 查表 4-11 t/D<1.5% m1≤0.60 應采用壓邊圈裝置。 壓邊力 Fy=AP 查表 4-27 得 P=2.5-3MPa 根據(jù)設計時壓邊圈的面積為： A=πR2+30 x114=πx572+3420=13627(mm2) Fy=2.5x13627=34067.5N 固 定 卸 料 板 28 一般情況下采用彈簧墊或橡皮墊，本設計選擇橡皮墊。采用平面壓邊圈， 一般拉深模中采用平面壓邊圈。 3.7 頂桿的長度 頂桿的長度取決于工件的高度，在保證制件頂出的情況下，頂桿的長度為： L=32+45+10=87mm 取 L=90mm 3.8 根據(jù)國標選用導向機構 導柱、導套的選擇：模具導向有導板、導柱、導套等，最常見的是導柱和 導套導向。導柱、導套都是圓柱形，加工方便，容易裝配，是模具應用最廣的 導向裝置。導柱和導套的配合表面要求堅硬耐磨，而且具有一定的強韌性。導 柱、導套如圖 29 圖 9 導套 技術要求 1 熱處理滲碳深度 0.8-1.2mm。 2 硬度 HRC58-62。 圖 10 導柱 3.9 導柱加工工藝過程卡 表 4 導柱加工工藝過程卡 零件名稱 導柱 零件編號 16 零件簡圖 模具名稱 落料拉 伸復合 模 模具編號 Sk-12 材料牌號 20 件數(shù) 2 毛坯種類 型材 毛坯尺寸 見毛坯圖 工 序 號 工 序 名 稱 工 序 內 容 設 備 二 類 工 序 工 時 備 注 30 1 備料 下料:用軋制的 20 號鋼圓棒料在鋸床上鋸成 毛坯 Ф40×200 2 鍛造 鍛造 3 退火 退火:經鍛造后的毛坯必須進行退火,以消除 鍛造后的內應力,并改善其加工性能 4 車 車: a.夾毛坯，車 Ф35×170，車左端面 b.裝頂尖裝置,車 Ф30×170（留磨量） ， 倒圓角 R3 c.夾 Ф30，車右端面, 倒圓角 R5 車 床 5 熱處理 淬火:滲碳淬火深度為 0.8-1.2mm，檢查硬度 HRC58-62 6 磨 磨 013.28?? 外圓磨床 編制 彭游軍 5 月 22 日 審核 月 日 會簽 月 日 3.10 橡皮墊的設計 3.10.1 橡皮墊的選材原則 為保證橡皮不致于過早失去彈性損壞，其允許最大壓縮量應不超過其自由 高度的 45% 一般取 h 總 =（0.35-0.45）h 自由 故工作行程 h 工作 = h 總 - h 預 ………………………………………………(16). =（0.25-0.30）h 自由 3.10.2 橡皮墊高度的計算 h 自由 =h 工作 /0.25-0.30 3.10.3 橡皮的結構形式如下圖 31 圖 11 橡皮圈 D= ……………………………………………………………(17).PFl/)2.1(? =132mm 根據(jù)工件的厚度 1.2mm，拉深時凸模進入凸凹模深度為 35mm，考慮模具維 修時刃磨留量 2mm，則總的工作行程。 H 工作 =1.2+35+2=38.2mm H 自由 =38.2/0.25-0.30=127.3~152.8mm 取自由高度為 150 h 預期 =(10%~15%)h 自由 ……………………………………………………………(18). =15~22.5mm 取 h 預 =22mm 模具中橡皮高度為 128mm. 3.11 模具的選擇 根據(jù)制件的毛坯尺寸可選凹模周界 L 為 50mm,為 125mm，H 為 160~220mm，的后側導柱模深. 根據(jù)模架可知 上模座 250X125X40 GB2855.5-81 下模座 250X125X45 GB2855.6-81 導柱 28X150 GB2861.1-81 32 導套 28X100X38 GB2861.6-81 4 工作原理及裝配圖 本模具可完成落料,拉深兩個工序。條料送進時,由帶導尺的固定卸料板 14 導向,沖首件時以目測定位,待沖第二個工件時,用擋料銷 23 定位。模具工作時, 用壓力機的氣墊壓邊,可獲得較大的的壓邊力,壓力和行程的大小也容易調節(jié),另 外,可使模具結構簡單。氣墊壓力是通過頂桿 22 傳到壓邊圈 13 上進行壓邊的。 由壓力機帶動模柄 8，模柄再帶動上模座 1 下行，上模座帶著凸凹模 4 下行， 凸凹模與落料凹模 2 完成落料的動作，凸凹模繼續(xù)下行，拉深凸模 12 將條料拉 入凸凹模，完成拉深動作過程，工件制出后,上模上行,打桿 9 和打板 6 起作用, 把工件從凸凹模 4 中推出。 33 圖 12 參考文獻 [1]肖景容，姜奎華編的《沖壓工藝學》北京：機械加工出版社會性， 1999。 XiaoJingRong, JiangKuiHua compiled the stamping technology of Beijing: mechanical processing publishing sociality 1999. 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