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普通簧片沖孔彎曲級(jí)進(jìn)模具設(shè)計(jì) 摘 要 設(shè)計(jì)是對(duì)我們大學(xué)學(xué)習(xí)的一個(gè)重要的總結(jié)。在本設(shè)計(jì)中，我的題目是彎曲 片的沖壓模具設(shè)計(jì)。通過(guò)分析我們發(fā)現(xiàn)，彎曲片是一個(gè)落料沖孔彎曲相結(jié)合的 彎曲件，上面有 1 個(gè)圓孔孔和窄形槽孔。外形依靠落料完成，沖孔依靠沖孔工 序來(lái)完成，還有 1 次彎曲工序。通過(guò)這個(gè)模具的設(shè)計(jì)，將是對(duì)我大學(xué)學(xué)習(xí)的一 個(gè)重要的考核。 設(shè)計(jì)過(guò)程中，首先我們要對(duì)彎曲片的結(jié)構(gòu)性、材料進(jìn)行分析，選擇合適的 方式進(jìn)行生產(chǎn)。材料的分析來(lái)確定工件是否適合生產(chǎn)。之后要通過(guò)工件的厚度 來(lái)確定工件排樣圖的搭邊，然后計(jì)算排樣圖的材料利用率。 接下來(lái)就是進(jìn)行沖壓力的計(jì)算，通過(guò)計(jì)算沖壓力選擇合適的沖壓設(shè)備。模 具刃口的計(jì)算也有其的重要，只有選擇合適的刃口才能夠確保模具的壽命，提 高模具的使用率。 模具刃口計(jì)算后，就是模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，先進(jìn)行凹模外形尺寸的計(jì)算的通 過(guò)凹模的外形尺寸來(lái)得到模具中其他固定板 卸料板等的尺寸，最后選擇模架等 一系列標(biāo)準(zhǔn)件，最終完成模具的設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞：級(jí)進(jìn)模，沖壓工藝，模具設(shè) I 目 錄 1 緒論 ............................................................................................................................1 1.1 沖壓工藝與模具的發(fā)展方向 .............................................................................1 1.2 我國(guó)模具技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) .................................................................................1 2 彎曲片工藝分析 ........................................................................................................5 2.1 材料分析 .............................................................................................................5 2.2 零件結(jié)構(gòu) .............................................................................................................5 2.3 尺寸精度 .............................................................................................................6 2.4 毛坯尺寸展開(kāi) .....................................................................................................6 3 沖裁方案的確定 ........................................................................................................8 3.1 沖裁工藝方案的確定 .........................................................................................8 3.2 沖裁工藝方法的選擇 .........................................................................................8 4 模具總體結(jié)構(gòu)的確定 ..............................................................................................10 4.1 模具類型的選擇 .............................................................................................10 4.2 送料方式的選擇 .............................................................................................10 4.3 定位方式的選擇 .............................................................................................10 4.4 卸料、出件方式的選擇 .................................................................................10 4.5 導(dǎo)向方式的選擇 ...............................................................................................11 5 工藝參數(shù)計(jì)算 ..........................................................................................................12 5.1 排樣方式的選擇 ...............................................................................................12 5.1.1 排樣及搭邊值的計(jì)算 ...............................................................................13 5.1.2 步距的計(jì)算 ...............................................................................................14 5.1.3 條料寬度的確定 .......................................................................................14 5.1.4 材料利用率的計(jì)算 ...................................................................................14 5.2 沖壓力的計(jì)算 ...................................................................................................15 5.2.1 沖裁力的計(jì)算 ............................................................................................15 5.2.2 彎曲力的計(jì)算 ...........................................................................................16 5.2.3 卸料力與推件力的計(jì)算 ...........................................................................16 5.2.4 總沖壓力的計(jì)算 .......................................................................................17 II 5.3 壓力機(jī)噸位選擇 ...............................................................................................17 6 刃口尺寸計(jì)算 ..........................................................................................................18 6.1 沖裁間隙的確定 ...............................................................................................18 6.2 刃口尺寸的計(jì)算及依據(jù)與法則 .......................................................................18 6.3 彎曲刃口尺寸計(jì)算 ............................................................................................19 7 模具主要零部件設(shè)計(jì) ..............................................................................................21 7.1 凹模設(shè)計(jì) ...........................................................................................................21 7.1.1 凹模外形 的確定 .......................................................................................21 7.1.2 凹模刃口結(jié)構(gòu)形式的選擇 .......................................................................22 7.1.3 凹模精度與材料的確定 ...........................................................................22 7.2 凸模的設(shè)計(jì) .......................................................................................................23 7.2.1 凸模結(jié)構(gòu)的確定 .......................................................................................23 7.2.2 凸模高度的確定 .......................................................................................23 7.2.3 凸模材料的確定 .......................................................................................23 7.2.4 凸模精度的確定 .......................................................................................23 7.2.5 凸模的強(qiáng)度校核 .......................................................................................25 7.3 卸料板的設(shè)計(jì) ...................................................................................................26 7.3.1 卸料板外型設(shè)計(jì) .......................................................................................26 7.3.2 卸料板材料的選擇 ...................................................................................27 7.3.3 卸料板整體精度的確定 ...........................................................................27 7.4 固定板的設(shè)計(jì) ...................................................................................................27 7.5 墊板的設(shè)計(jì) .......................................................................................................28 7.6 上下模座、模柄的選用 ...................................................................................29 7.6.1 上下模座的選用 .......................................................................................29 7.6.2 模柄的選用 ...................................................................................................30 8 沖壓設(shè)備的校核與選定 ..........................................................................................31 8.1 沖壓設(shè)備的校核 ...............................................................................................31 8.2 沖壓設(shè)備的選用 ...............................................................................................31 結(jié)論 ..............................................................................................................................32 參考文獻(xiàn) ......................................................................................................................33 III 致謝 ..............................................................................................................................34 1 1 緒論 1.1 沖壓工藝與模具的發(fā)展方向 (1) 成形工藝與理論的研究 近年來(lái)，沖壓成形工藝有很多新的進(jìn)展，特別是精密沖裁、精密成形、精 密剪切、復(fù)合材料成形、超塑性成形、軟模成形以及電磁成形等新工藝日新月 異，沖壓件的精度日趨精確，生產(chǎn)率也有極大提高，正在把沖壓加工提高到高 品質(zhì)的、新的發(fā)展水平。前幾年的精密沖壓主要市是指對(duì)平板零件進(jìn)行精密沖 裁，而現(xiàn)在，除了精密沖裁外還可兼有精密彎曲、拉深、壓印等，可以進(jìn)行復(fù) 雜零件的立體精密成形。過(guò)去的精密沖裁只能對(duì)厚度為 58mm 以下的中板或薄 板進(jìn)行加工，而現(xiàn)在可以對(duì)厚度達(dá) 25mm 的厚板實(shí)現(xiàn)精密沖裁，并可對(duì) b 900MPa 的高強(qiáng)度合金材料進(jìn)行精沖。 由于引入了 CAE，沖壓成形已從原來(lái)的對(duì)應(yīng)力應(yīng)變進(jìn)行有限元等分析而逐 步發(fā)展到采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行工藝過(guò)程的模擬與分析，以實(shí)現(xiàn)沖壓過(guò)程的優(yōu)化設(shè)計(jì)。 在沖壓毛坯設(shè)計(jì)方面也開(kāi)展了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，可以對(duì)排樣或拉深毛坯進(jìn)行優(yōu) 化設(shè)計(jì)。 此外，對(duì)沖壓成形性能和成形極限的研究，沖壓件成形難度的判定以及成 形預(yù)報(bào)等技術(shù)的發(fā)展，均標(biāo)志著沖壓成形以從原來(lái)的經(jīng)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)分析階段開(kāi)始 走上由沖壓理論指導(dǎo)的科學(xué)階段，使沖壓成形走向計(jì)算機(jī)輔助工程化和智能化 的發(fā)展道路。 (2) 為了滿足制件更新?lián)Q代快和生產(chǎn)批量小的發(fā)展趨勢(shì) 發(fā)展了一些新的成形工藝(如高能成形和旋壓等)、簡(jiǎn)易模具（如軟模和低熔 點(diǎn)合金模等） 、通用組合模具和數(shù)控沖壓設(shè)備等。這樣，就使沖壓生產(chǎn)既適合大 量生產(chǎn)，也同樣適用于小批生產(chǎn)。不斷改進(jìn)板料性能，以提高其成形能力和使 用效果，例如研制高強(qiáng)度鋼板，用來(lái)生產(chǎn)汽車覆蓋件，以減輕零件重量和提高 其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。 1.2 我國(guó)模具技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 當(dāng)前，我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)的特點(diǎn)是產(chǎn)品品種多、更新快和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈。在這 種情況下， 用戶對(duì)模具制造的要求是交貨期短、精度高、質(zhì)理好、價(jià)格低。因 此，模具工業(yè)的發(fā)展的趨勢(shì)是非常明顯的。 (1) 模具產(chǎn)品將日趨高精度化、大型化、復(fù)雜化 2 模具產(chǎn)品成形零件的日漸大型化，以及由于高效率生產(chǎn)要求的一模多腔(塑 封模已達(dá)到一模幾百腔)使模具日趨大型化。 隨著零件微型化，以及模具結(jié)構(gòu)發(fā)展的要求(如多工位復(fù)合模工位數(shù)的增加， 其步距精度的提高)精密模具精度已由原來(lái)的 5m 提高到 23m ，今后有些 模具加工精度公差要求在 1m 以下，這就要求發(fā)展超精加工。 (2) 多功能復(fù)合模具將進(jìn)一步發(fā)展 新型多功能復(fù)合具是在多工位復(fù)合模基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出來(lái)的。一套多功能模具 除了沖壓成形零件外，還可擔(dān)負(fù)轉(zhuǎn)位、疊壓、攻絲、鉚接、鎖緊等組裝任務(wù)。 通過(guò)這種多勸能模具生產(chǎn)出來(lái)的不再是單個(gè)零件，而是成批的組件。如觸頭與 支座的組件，各種小型電機(jī)、電器及儀表的鐵芯組件等。 (3) 熱流道模具在塑料模具中的比重將逐步提高 由于采用熱流道技術(shù)的模具可提高制作的生產(chǎn)率和質(zhì)量，并能大幅度節(jié)省 制作的原材料和節(jié)約能源，所以廣泛應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)是塑料模具的一大變革。國(guó) 外熱流道模具已有一半用上了熱流道技術(shù)，有的廠甚至已達(dá) 80%以上，效果十 分明顯。國(guó)內(nèi)近幾年已開(kāi)始推廣應(yīng)用，但總體 還達(dá)不到 10%，個(gè)別企業(yè)已達(dá)到 20%-30%。制訂熱流道元器件的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，積極生產(chǎn)價(jià)廉高 質(zhì)量的元器件，是 發(fā)展熱流道模具的關(guān)鍵。 (4) 模具標(biāo)準(zhǔn)件的應(yīng)用將日漸廣泛 使用模具標(biāo)準(zhǔn)件不但能縮短模具制造周期，而且能提高模具質(zhì)量和降低模 具制造成本。 因此，模具標(biāo)準(zhǔn)件的應(yīng)用必將日漸廣泛。為此，首先要制訂統(tǒng)一 的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，并嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)；其次要逐步形成規(guī)模生產(chǎn)，提高標(biāo)準(zhǔn)件質(zhì)量、 降低成本；再次是要進(jìn)一步增加標(biāo)準(zhǔn)件規(guī)格品種，發(fā)展和完善聯(lián)銷網(wǎng)，保證供 貨迅速。 (5) 模具使用優(yōu)質(zhì)材料及應(yīng)用先進(jìn)的表面處理技術(shù)將進(jìn)一步受重視 在整個(gè)模具價(jià)格構(gòu)成中，材料所占比重不大，一般在 20%30%之間，因 此選用優(yōu)質(zhì)鋼材和應(yīng)用的表面處理技術(shù)來(lái)提高模具的壽命就顯得十分必要。對(duì) 于模具鋼來(lái)說(shuō)，要采用電渣 重熔工藝，努力提高鋼的純凈度、等向性、致密度 和均勻性及研制更高性能或有特殊性能的模具鋼。如采用粉末冶金工藝制作的 粉末高速鋼等。粉末高速鋼解決了原來(lái)高速鋼冶煉過(guò)程 中產(chǎn)生的一次碳化物粗 大和偏析，從而影響材質(zhì)的問(wèn)題。其碳化物微細(xì)，組織均勻，沒(méi)有材料方向性， 3 因此它具有韌性高、磨削工藝性好、耐磨性高、長(zhǎng)年使用尺寸穩(wěn)定等特點(diǎn)，是 一種很有發(fā)展前途的鋼材。特別對(duì)形狀復(fù)雜的沖件及高速?zèng)_壓的模具，其優(yōu)越 性更加突出。這種鋼材還適用于注射成型漆加玻璃纖維或金屬粉末的增強(qiáng)塑料 的模具，如型腔、形芯、澆口等主要部件。另外，模具鋼品種規(guī)格多樣化、產(chǎn) 品精料化、制品化，盡量縮短供貨時(shí)間亦是重要方向。 模具熱處理和表面處理是能否充分發(fā)揮模具鋼材性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。模具熱 處理的發(fā)展 方向是采用真空熱處理。模具表面處理除完善普及常用表面處理方 法，即擴(kuò)滲如：滲碳、滲 氮、滲硼、滲鉻、滲釩外，應(yīng)發(fā)展設(shè)備昴貴、工藝先 進(jìn)的氣相沉積(TiN、TiC 等)、等離子噴涂等技術(shù)。 (6) 在模具設(shè)計(jì)制造中將全面推廣 CAD/CAM/CAE 技術(shù) 模具 CAD/CAM/CAE 技術(shù)是模具技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要里程碑。實(shí)踐證明， 模具 CAD/CAM/CAE 技術(shù)是模具設(shè)計(jì)制造的發(fā)展方向?，F(xiàn)在，全面普及 CAD/CAM/CAE 技術(shù)已基本成熟。由于模具 CAD/CAM 技術(shù)已發(fā)展成為一項(xiàng)比較 成熟的共性技術(shù)，近年來(lái)模具 CAD/CAM 技術(shù)的硬件與軟件 價(jià)格已降低到中 小企業(yè)普遍可以接受的程度，特別是微機(jī)的普及應(yīng)用，更為廣大模具企業(yè)普 及 模具 CAD/CAM 技術(shù)創(chuàng)造了良好的條伯。隨著微機(jī)軟件的發(fā)展和進(jìn)步，技術(shù)培 訓(xùn)工作也日趨 簡(jiǎn)化。在普及推廣模具 CAD/CAM 技術(shù)的過(guò)程中，應(yīng)抓住機(jī)遇， 重點(diǎn)扶持國(guó)產(chǎn)模具軟件的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。 加大技術(shù)培訓(xùn)和技術(shù)服務(wù)的力度。應(yīng)時(shí)一步擴(kuò)大 CAE 技術(shù)的應(yīng)用范圍。對(duì) 于已普及了 模具 CAD/CAM 技術(shù)的一批以家電行業(yè)代表的企業(yè)來(lái)說(shuō)，應(yīng)積極做好 模具 CAD/CAM 技術(shù)的深化 應(yīng)用工作，即開(kāi)展企業(yè)信息化工程，可從 CAPP,PDM、CIMS,VR，逐步深化和提高。 (7) 快速原型制造 (RPM)技術(shù)得到更好的發(fā)展 快速原型制造(RPM)技術(shù)是美國(guó)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(dòng)完成復(fù)雜 的三維實(shí)體(原型)制造。RPM 技術(shù)是集精密機(jī)械制造、計(jì)算機(jī)、NC 技術(shù)、激光 成形技術(shù)和材料科學(xué)最新發(fā)展的高科技技術(shù)，被公認(rèn)為是繼 NC 技術(shù)之后的一次 技術(shù)革命。 RPM 技術(shù)可直接或間接用于模具制造。首先是通過(guò)立體光固化(SLA )疊層 4 實(shí)體制造(LOM) 激光選區(qū)燒結(jié)(SLS)、三維打印 (3D-P)熔融沉積成形(FDM )等 不同方法得到制件原型。然后通過(guò)一些傳統(tǒng)的快速制模方法，獲得長(zhǎng)壽命的金 屬模具或非金屬的低壽命模具。主要有精密鑄造、粉末冶金、電鑄和熔射(熱噴 涂)等方法。這種方法制模，具有技術(shù)先進(jìn)、成本較低、設(shè)計(jì)制造周期短、精度 適中等特點(diǎn)。從模具的概念設(shè)計(jì)到制造完成僅為傳統(tǒng)加工方法所需時(shí)間的 1/3 和成本的 1/4 左右。因此，快速制模技術(shù)與快速原型制造技術(shù)的結(jié)合，將是傳 統(tǒng)快速制模技術(shù)，進(jìn)一步深入發(fā)展的方向。 RPM 技術(shù)還可以解決石墨電極壓力振動(dòng) (研磨)成形法中母模(電極研具)制造 困難問(wèn)題，使該法獲得新生。青島海爾模具有限公司還構(gòu)建了基于 RE(逆向工 程技術(shù))/RPM 的模具并行開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，具有開(kāi)發(fā)質(zhì)量高、開(kāi)發(fā)成本低及開(kāi)發(fā)周期 短等優(yōu)點(diǎn)。 5 2 彎曲片工藝分析 圖 2-1 零件簡(jiǎn)圖 生產(chǎn)批量：大批量； 材料：Q235； 材料厚度：1mm； 未注公差：IT14。 2.1 材料分析 工件材料碳素鋼 Q235，q235 有良好的焊接性，可經(jīng)冷、熱塑性加工制成各 種半成品和成品。沖壓性能良好，即使沖壓要求比較高的零件，也能夠滿足生 產(chǎn)的需要，通過(guò)綜合分析，該工件的沖裁性能良好。 2.2 零件結(jié)構(gòu) 彎曲片的結(jié)構(gòu)相對(duì)比較簡(jiǎn)化，外形為直線和曲線結(jié)合，主要有落料工序、 沖孔工序以及彎曲工序組成。其中彎曲屬于起伏彎曲，孔的直徑的最小尺寸為 4 毫米，孔距離板料的邊緣的的最小距離約為 2mm。通過(guò)綜合的分析，該零件進(jìn) 行沖裁生產(chǎn)能夠滿足實(shí)際的需要。 6 2.3 尺寸精度 該零件大部分的尺寸都屬于未注公差，在計(jì)算的時(shí)候，我們需要按實(shí)際的 表格進(jìn)行查表選取，所以尺寸公差由公差等級(jí)表查得：關(guān)于未注公差尺寸，屬 于自由尺寸，按 IT14 查表 2-1 獲得。 落料尺寸： 、 、0.62450.25R0.368 沖孔尺寸： .3 距離尺寸： 1 表 2-1 常見(jiàn)零件公差等級(jí)表 公差等級(jí) IT4 IT5 IT6 IT7 IT8 IT9 IT10 IT11 IT12 IT13 IT14 基本尺寸 /mm /m /mm 3 36 610 1018 1830 3050 5080 80120 120180 180250 250315 315400 400500 3 4 4 5 6 7 8 10 12 14 16 18 20 4 5 6 8 9 11 13 15 18 20 23 25 27 6 8 9 9 13 16 19 22 25 29 32 36 40 10 12 15 18 21 25 30 35 40 46 52 57 63 14 18 22 27 33 39 46 54 63 72 81 89 97 25 30 36 43 52 62 74 87 100 115 130 140 155 40 48 58 70 84 100 120 140 160 185 210 230 250 60 75 90 110 130 160 190 220 250 290 320 360 400 0.10 0.12 0.15 0.18 0.21 0.25 0.30 0.35 0.40 0.46 0.52 0.57 0.63 0.14 0.18 0.22 0.27 0.33 0.39 0.46 0.54 0.63 0.72 0.81 0.89 0.97 0.25 0.30 0.36 0.43 0.52 0.62 0.74 0.87 1.00 1.15 1.30 1.40 1.55 2.4 毛坯尺寸展開(kāi) 彎曲部分的尺寸計(jì)算分析如圖 2-2，由于工件未注彎曲部分的倒角，在此 確定為彎曲部分的內(nèi)倒角為 R=0.5mm。 7 圖 2-2 中性層 由表可知中性層的位以系數(shù)為 0.35。 可知中中性層的倒角為 0.53.67R 如圖 2-2 中，中間的雙點(diǎn)劃線為中性層，中性層的長(zhǎng)度即為工件的展開(kāi)長(zhǎng) 度。 利用 cad 中測(cè)量工件，測(cè)得中性層的長(zhǎng)度為 49， 即：工件的展開(kāi)長(zhǎng)度：L=49mm。 毛坯圖如 2-3 所示： 圖 2-3 毛坯展開(kāi)圖 8 3 沖裁方案的確定 3.1 沖裁工藝方案的確定 在沖裁工藝分析和技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)沖裁件的特點(diǎn)確定工藝方 案。工藝方案分為沖裁工序的組合和沖裁順序的安排。 3.2 沖裁工藝方法的選擇 沖裁工序分為單工序沖裁、復(fù)合沖裁和級(jí)進(jìn)沖裁三種。 方案一：先落料，后沖孔。單工序沖裁是在壓力機(jī)一次行程內(nèi)只完成一個(gè) 沖壓工序的沖裁模。 方案二：落料沖孔復(fù)合沖壓，采用復(fù)合模生產(chǎn)。復(fù)合沖裁是在壓力機(jī)一次 行程內(nèi)，在模具的同一位置同時(shí)完成兩個(gè)或兩個(gè)以上的沖壓工序。 方案三：級(jí)進(jìn)沖裁是把沖裁件的若干個(gè)沖壓工序，排列成一定的順序，在 壓力機(jī)的一次行程中條料在沖模的不同位置上，分別完成工件所要求的工序。 其三種工序的性能見(jiàn)表 3-1。 表 3-1 單工序沖裁、級(jí)進(jìn)沖裁和復(fù)合沖裁性能 1 比較項(xiàng)目 單工序模 復(fù)合模 級(jí)進(jìn)模 生產(chǎn)批量 小批量 中批量和大批量 中批量和大批量 沖壓精度 較低 較高 較高 沖壓生產(chǎn)率 低，壓力機(jī)一次行程內(nèi)只能完成一個(gè)工序 較高，壓力機(jī)一次 行程內(nèi)可完成二個(gè) 以上工序 高，壓力機(jī)在一次行 程內(nèi)能完成多個(gè)工序 實(shí)現(xiàn)操作機(jī)械化 自動(dòng)化的可能性 較易，尤其適合于多 工位壓力機(jī)上實(shí)現(xiàn)自 動(dòng)化 制件和廢料排除較 復(fù)雜，只能在單機(jī) 上實(shí)現(xiàn)部分機(jī)械操 作 容易，尤其適應(yīng)于單 機(jī)上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化 生產(chǎn)通用性 通用性好，適合于中 小批量生產(chǎn)及大型零 件的大量生產(chǎn) 通用性較差，僅適 合于大批量生產(chǎn) 通用性較差，僅適合 于中小型零件的大批 量生產(chǎn) 沖模制造的復(fù)雜 性和價(jià)格 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造周期 短，價(jià)格低 沖裁較復(fù)雜零件時(shí)， 比級(jí)進(jìn)模低 沖裁較簡(jiǎn)單零件時(shí)低 于復(fù)合模 通過(guò)對(duì)工件的分析，發(fā)現(xiàn)工件具有落料、沖孔、彎曲三個(gè)主要工序，其中 彎曲又多次彎曲，所以我們制定了一下三個(gè)生產(chǎn)方案。 9 方案一：采用單工序模，首先進(jìn)行落料，然后沖孔，最后彎曲，彎曲又分 為多處彎曲，需要三個(gè)彎曲模具完成。 方案二：工件中的落料和沖孔工序依靠沖孔落料復(fù)合膜來(lái)完成，后面的彎 曲工序需要采用三個(gè)單工序的彎曲模來(lái)完成。 方案三：使用級(jí)進(jìn)模生產(chǎn)，采用側(cè)刃定距可以保證工件的精度，首先完成 沖孔切邊，最后可以分別分步進(jìn)行沖壓彎曲。 方案對(duì)比： 方案一：模具結(jié)構(gòu)數(shù)量有多個(gè)，而且來(lái)回更換模具，導(dǎo)致工件的精度難易 保證。 方案二：和方案一一樣，由于彎曲需要分為多次，所以工件的精度和定位 都不太方便，而且模具數(shù)量較多，成本較高，也不能實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)。 方案三：采用一副模具完成，級(jí)進(jìn)?？梢园鄠€(gè)工序，能夠順利完成， 滿足工件的生產(chǎn)要求。 所以，綜上所述，使用級(jí)進(jìn)模的方案最好，不但可以滿足實(shí)際生產(chǎn)的需要， 同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)。初步確定工件的生產(chǎn)工序?yàn)椋簜?cè)刃定距沖孔、切邊、 切邊、彎曲、切斷。中間可以根據(jù)實(shí)際情況增加空工位。 10 4 模具總體結(jié)構(gòu)的確定 4.1 模具類型的選擇 通過(guò)工件的工藝分析，以及各個(gè)生產(chǎn)方案的對(duì)比，決定采用級(jí)進(jìn)模完成工 件的生產(chǎn)。 4.2 送料方式的選擇 為了實(shí)現(xiàn)工件的自動(dòng)化生產(chǎn)，工件的送料方式的選擇十分重要，在本次設(shè) 計(jì)中，采用自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)，能夠滿足工件的自動(dòng)化生產(chǎn)。 4.3 定位方式的選擇 模具采用的是帶料，我們?cè)O(shè)計(jì)中采用導(dǎo)料板來(lái)控制板料的送進(jìn)，沒(méi)有設(shè)置 無(wú)側(cè)壓，靠自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)壓緊?？刂泼鞑季值氖莻?cè)刃，并在送料過(guò)程中使用 導(dǎo)正銷來(lái)完成定位。 4.4 卸料、出件方式的選擇 剛性卸料是采用固定卸料板結(jié)構(gòu)，常用于較硬、較厚且精度要求不高的工 件沖裁后卸料。當(dāng)卸料版只起卸料作用時(shí)與凸模間隙隨材料厚度的增大而增加， 單邊間隙?。?.20.5）t。當(dāng)固定卸料板還要起到對(duì)凸模的導(dǎo)向作用時(shí)卸料板 與凸模的配合間隙應(yīng)該小于沖裁間隙，此時(shí)要求凸模卸料時(shí)不能完全脫離卸料 板。主要用于卸料力較大，材料厚度大于 2mm 的材料。 彈性卸料具有卸料與壓料的雙重作用，主要用在沖料厚在 2mm 及以下厚度 的板料，卸料板與凸模之間的單邊間隙選擇（0.10.2）t，若彈性卸料板還要 起對(duì)凸模導(dǎo)向作用時(shí)，二者的配合間隙性小于沖裁間隙，常用作落料模、沖孔 模、癥狀復(fù)合模的卸料裝置。由于有壓料作用，沖裁件比較平整。彈壓卸料板 與彈性元件、卸料螺釘組成彈壓裝置。 工件平直度較高，料厚為 1mm 相對(duì)較薄，卸料力不大，由于彈性卸料模具 比剛性卸料模具方便，操作者可以看見(jiàn)條料在模具中的送進(jìn)狀態(tài)，且彈性卸料 板對(duì)工件施加的柔性力，不會(huì)損傷工件表面，故可采用彈性卸料。 11 4.5 導(dǎo)向方式的選擇 （a） （b） （c） （d） 圖 4-1 導(dǎo)柱模架 （a）中間導(dǎo)柱 （b）后側(cè)導(dǎo)柱 （c）對(duì)角導(dǎo)柱 （d）四導(dǎo)柱 首先分析工件，由于工件尺寸適中，并且生產(chǎn)具有較高的要求，后側(cè)導(dǎo)柱 的尺寸能夠滿足尺寸的要求，所以在設(shè)計(jì)中我們采用導(dǎo)向精度滿足要求的后側(cè) 導(dǎo)柱導(dǎo)向模架。后側(cè)導(dǎo)柱主要采用左右送料，也可以采用前后送料，采用后側(cè) 導(dǎo)柱模架，不但能保證工件的正常生產(chǎn)，同時(shí)也能保證精度，所以選擇第 2 個(gè) 方案最佳。 12 5 工藝參數(shù)計(jì)算 5.1 排樣方式的選擇 排樣的合理與否，影響到材料的經(jīng)濟(jì)利用率，還會(huì)影響到模具結(jié)構(gòu)、生產(chǎn) 率、制件質(zhì)量、生產(chǎn)操作方便與安全等。因此，排樣是沖裁工藝與模具設(shè)計(jì)中 一項(xiàng)很重要的工作。 沖壓件大批量生產(chǎn)成本中，毛坯材料費(fèi)用占 60%以上，排樣的目的就在于 合理利用原材料。衡量排樣經(jīng)濟(jì)性、合理性的指標(biāo)是材料的利用率。其計(jì)算公 式如下： 一個(gè)進(jìn)距內(nèi)的材料利用率 為 10%nABh 式中：A沖裁件面積（包括沖出的小孔在內(nèi)） （mm2 ） ； n一個(gè)進(jìn)距內(nèi)沖件數(shù)目； B條料寬度（mm） ； h進(jìn)距（mm） ； 一張板料上總的材料利用率 為： 10%NABL 式中：N一張板料上沖件總數(shù)目； L板料長(zhǎng)度（mm） 。 （1）結(jié)構(gòu)廢料 由于工件結(jié)構(gòu)形狀的需要，如工件內(nèi)孔的存在而產(chǎn)生的廢 料，稱為結(jié)構(gòu)廢料，它決定于工件的形狀，一般不能改變。 （2）工藝廢料 工件之間和工件與條料邊緣之間存在的搭邊，定位需要切 去的料邊與定位孔，不可避免的料頭和料尾廢料，稱為工藝廢料，它決定于沖 壓方式和排樣方式，是可以改變的，我們提高材料的利用率，主要就是減少工 藝廢料，優(yōu)化排樣方式。 根據(jù)材料的利用情況，排樣的方法分三種： 13 圖 5-1 排樣方法 有廢料排樣 沿工件的全部外形沖裁工件與工件之間，工件與條料側(cè)邊之間都有工藝余 料（搭邊） 存在，沖裁后搭邊成為廢料，如圖 5-1（a）所示。 少?gòu)U料排樣 沿工件的部分外形輪廓切斷或沖裁，只在工件之間或是工件與條料側(cè)邊之 間有搭邊存在，如圖 5-1（b）所示。 無(wú)廢料排樣 工件與工件之間，工件與條料側(cè)邊之間均無(wú)搭邊存在，條料沿直線或曲線 切斷而得到工件。如圖 5-1（c）所示。 有廢料排樣法的材料利用率較低，但制件的質(zhì)量和沖模壽命較高，常用于 工件形狀復(fù)雜、尺寸精度要求較高的排樣。 少、無(wú)廢料排樣法的材料利用率較高，同時(shí)，少、無(wú)廢料排樣法有利于一 次沖裁多個(gè)工件，可以提高生產(chǎn)率。由于這兩種排樣法沖切周邊減少，所以還 可以簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu)，降低沖裁力。但它們的應(yīng)用范圍有一定局限性，受工件形 狀的限制，且由于條料本身的寬度公差，條料導(dǎo)向與定位所產(chǎn)生的誤差，會(huì)直 接影響工件尺寸而使工件精度降低。同時(shí)也會(huì)降低沖模的壽命，并會(huì)影響到工 件的斷面質(zhì)量，所以少、無(wú)廢料排樣常用于精度要求不高的工件排樣。 常用的工件的排樣的樣式式一般分為三種，第一種是有廢料的排樣，第二 種少?gòu)U料排樣，最后一種是無(wú)廢料排樣，但是因?yàn)槠囬W光器支架精度要求不 算低，根據(jù)實(shí)際的需要可以采用有廢料的排樣方式。采用級(jí)進(jìn)模生產(chǎn)的方式， 工件采用單直排樣方式。 5.1.1 排樣及搭邊值的計(jì)算 此次設(shè)計(jì)采用的是彈性卸料裝置，根據(jù)查表確定工件的最小搭邊值為 14 1.8mm、2mm。 5.1.2 步距的計(jì)算 沖壓過(guò)程中每次送料的時(shí)候，工件進(jìn)給的距離我們可以稱之為布局，步距 的大小計(jì)算方式，我們可以選擇汽車閃光器直接的一個(gè)標(biāo)記點(diǎn)，然后送一個(gè)布 局后，測(cè)量相鄰的工件之間的距離是多少。這個(gè)距離就是步距的數(shù)值。 步距可定義為： S=L+b (5-1) 式中：S沖裁步距； L先選擇送料的方向，工件在送料方向上的最大尺寸，毛坯尺寸的 最大值； b沿送進(jìn)方向的搭邊值 在和送料相同的方向上，工件板料的外形的最大距離約為 L=8 毫米, 有上 節(jié)可知，送料方向的搭邊可知 b=1.8 毫米，所以我們確定步距 S=L+b =8+1.8 =9.8mm 5.1.3 條料寬度的確定 寬度計(jì)算公式如下 ：5 (5-2)0)2(aDB 式中：B 彎曲片所需條料的寬度； D工件在寬度方向的尺寸； a側(cè)搭邊最小值。 寬度偏差 條料的寬度確定公式如下： 0.5(42)B = mm0.59 5.1.4 材料利用率的計(jì)算 材料利用率定義為： =A/BS100% (5-3) 式中：材料利用率 15 A工件的面積。 B條料寬度 S沖裁步距 25.1370%53.149.8m 按此排樣方式材料利用率為 74.2%。 圖 5-2 零件排樣圖 5.2 沖壓力的計(jì)算 5.2.1 沖裁力的計(jì)算 沖裁力公式： 或 (5-4)FKLtbt 式中： 彎曲片周邊長(zhǎng)度（mm） ；L 材料厚度（mm）;t 材料抗減強(qiáng)度（ ） ；MPa 系數(shù)。K 一般和模具刃口的磨損有關(guān)系，其他對(duì)這個(gè)因素有影響的因素還包括模具 16 間隙的波動(dòng)，材料力學(xué)性能等，在一般設(shè)計(jì)的過(guò)程中我們?nèi)?=1.3。K 材料的抗拉強(qiáng)度（ ） ，一般情況下，材料的 ，取bMPa1.3b 。470b 計(jì)算結(jié)果如下： 第一工位：側(cè)刃切邊（沖裁周長(zhǎng)為 22.8mm） 12.83509FmPaN 第二工位：沖圓孔和切口形（周長(zhǎng)位 L=7.85+30.8+42.4=81.5mm） 2.51483.75M 第四工位：切斷（周長(zhǎng) 18mm） 41830FPaN 總的沖裁力： 39.751234總 5.2.2 彎曲力的計(jì)算 由于零件的是起伏彎曲彎曲，計(jì)算的時(shí)候按照以下公式進(jìn)行。 U 形工件計(jì)算如下，帶入數(shù)據(jù)得出： (5-5) 2b10.6BtFrK2.381450.7.5N 5.2.3 卸料力與推件力的計(jì)算 選擇什么材料、以及毛坯的厚度和種類，沖裁時(shí)候選擇間隙的尺寸都會(huì)影 響卸料力、推件力以及頂出力的計(jì)算，另外還要考慮潤(rùn)滑等因素。我們正常都 是通過(guò)經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)計(jì)算，計(jì)算的時(shí)候選取如下公式計(jì)算： (5-6)FK卸 卸推 推 式中： 沖裁力（ ） ；FN 、 、 分別為卸料力、推件力、頂件力系數(shù)，其K卸 推 頂 值可參考文獻(xiàn) 4第 52 頁(yè)表 2-2。 該模具采用的是彈性卸料板，廢料通過(guò)下方的漏料孔落下，推件力計(jì)算的 17 時(shí)候按一次卡住 10 個(gè)工件，帶入數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算得： (5-7)F總 沖 卸 推 通過(guò)查表得 0.45K卸推 通過(guò)計(jì)算得出卸料力和退料力： 0.4521396041728FN卸推 5.2.4 總沖壓力的計(jì)算 各個(gè)工位的總沖壓力如下： 模具總沖壓力為模具各個(gè)工步的沖壓力總和； 21349601728.534890FNNN總 5.3 壓力機(jī)噸位選擇 本模具在沖裁過(guò)程中總的沖壓力 ，初步我們開(kāi)始選擇壓力機(jī)總 型號(hào)為 J23-10 壓力機(jī)，其技術(shù)參數(shù)主要如下： 表 5-1 開(kāi)式壓力機(jī)規(guī)格及參數(shù) 型號(hào) J23-10 J23-25 J23-35 J23-40 J23-63 公稱壓力 /KN 100 250 350 400 630 滑塊行程/mm 50 65 100 100 130 最大閉合高度 /mm 220 270 290 330 360 閉合高度調(diào)節(jié) /mm 45 55 60 65 80 滑塊中心線至床身 距離/mm 180 200 200 250 260 工作臺(tái)板厚度 /mm 40 50 55 65 80 直徑 30 40 40 50 50模柄孔尺 寸 /mm 深度 50 60 60 70 80 18 6 刃口尺寸計(jì)算 6.1 沖裁間隙的確定 根據(jù)實(shí)用間隙表 6-1 查得材料間隙為 0.04，0.06。 表 6-1 沖裁模初始雙邊間隙值 mm 材料 厚度 08、10、20、35 、 09Mn、Q235 16Mn 40、50 65Mn Zmin Zmax Zmin Zmax Zmin Zmax Zmin Zmax 小于 0.5 極小間隙（或無(wú)間隙） 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.2 1.5 1.75 2.0 2.1 2.5 2.75 3.0 0.040 0.048 0.064 0.072 0.092 0.100 0.126 0.132 0.220 0.246 0.260 0.260 0.400 0.460 0.060 0.072 0.092 0.104 0.126 0.140 0.180 0.240 0.320 0.360 0.380 0.500 0.560 0.640 0.040 0.048 0.064 0.072 0.090 0.100 0.132 0.170 0.220 0.260 0.280 0.380 0.420 0.480 0.060 0.072 0.092 0.104 0.126 0.140 0.180 0.240 0.320 0.380 0.400 0.540 0.600 0.660 0.040 0.048 0.064 0.072 0.090 0.100 0.132 0.170 0.220 0.260 0.280 0.380 0.420 0.480 0.060 0.072 0.092 0.104 0.126 0.140 0.180 0.240 0.320 0.380 0.400 0.540 0.600 0.660 0.040 0.048 0.064 0.064 0.090 0.090 0.060 0.072 0.092 0.092 0.126 0.126 6.2 刃口尺寸的計(jì)算及依據(jù)與法則 模具凸模和凹模一般容易磨損，所以我們要通過(guò)計(jì)算，還求出合理的凸凹 模的尺寸公差和偏差，有兩種計(jì)算方法，第一種計(jì)算方式是凸模與凹模圖樣分 別加工法計(jì)算；另一種方法，就是采用配合法，就是計(jì)算出一個(gè)凸模或者凹模 的尺寸，然后通過(guò)配合來(lái)加工另外的對(duì)應(yīng)的尺寸。 使用第二種算法，是凸凹模的加工變的簡(jiǎn)單，降低模具的生產(chǎn)成本：所以 采用凸凹模配合加工的方法。 （1）凸凹?；蛘咄鼓Ｔ谀＞吖ぷ鬟^(guò)程中尺寸會(huì)不斷增大---第一類尺寸 A 19 Aj=(Amax-x) 410 （2）凹?；蛘咄鼓Ｔ谀＞吖ぷ鬟^(guò)程中尺寸會(huì)不斷減少---第一類尺寸 B Bj=(Bmin+x) 041 （3）凹?；蛘咄鼓Ｔ谀＞吖ぷ鬟^(guò)程中尺寸會(huì)不變化---第一類尺寸 C Cj=(Cmin+ )28 其中，x 為磨損系數(shù)。 查表得： 工件精度 IT10 級(jí)以上 x=1 工件精度 IT1-IT13 x=0.75 工件精度 IT14 x=0.5 因?yàn)楸竟ぜ叽缇鶠榛境叽?，故?IT14 級(jí)精度，x=0.5。 在所有的尺寸中， 落料尺寸： 、 、0.62450.25R0.368 沖孔尺寸： 、.13. 距離尺寸： 具體計(jì)算如表 6-2。 表 6-2 工作零件刃口尺寸計(jì)算 6.3 彎曲刃口尺寸計(jì)算 彎曲模的刃口尺寸計(jì)算 尺寸類型 公稱尺寸 公式 計(jì)算后尺寸0.6245 0.15469.R .38R 落料 0.368 )4/1(0max(Aj 0.972.15 .45 沖孔 0.3640)4/1(in(xBj 0.918 中心距離 12.Cj=(Cmin+ )282.6 20 彎曲時(shí)，V 形件的彎曲，確定間隙是個(gè)重要的問(wèn)題，因?yàn)槿绻x擇的間隙 太小，摩擦力比較大，就會(huì)導(dǎo)致彎曲力比較大，如果間隙過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致工件的 回彈比較明顯，而導(dǎo)致工件的精度得不到保障。 彎曲時(shí)，帶入數(shù)據(jù)得出間隙。 （6-1）)1(2ntZ 式中： 彎曲片彎曲模凸模和凹模的單面間隙；2Z t材料的公稱厚度； n系數(shù)，與彎曲片的彎曲高度以及彎曲線長(zhǎng)度來(lái)決定，查表， 取 0.05。 代入公式可得： 。(1)0.5=.22Ztn 有工件的尺寸可一直，彎曲件的尺寸為工件的外形尺寸，所以我們計(jì)算的 時(shí)候應(yīng)以凹模未注，然后凸模進(jìn)行配作。 取彎曲凸、凹模的制造公差為 IT17、IT18 ，查表得： 021.凸03.凹 21 7 模具主要零部件設(shè)計(jì) 7.1 凹模設(shè)計(jì) 7.1.1 凹模外形的確定 凹模的形狀一般和沖壓件的材質(zhì)以及厚度有關(guān)，其主要決定因素的為工件 的厚度。所以我們一般通過(guò)工件的厚度來(lái)計(jì)算凹模的外形尺寸。 凹模的外形計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)公式如下所示： 凹模板厚度尺寸 H=Kb1 （7- 1） 凹模板型孔和邊的距離尺寸 c1.5H （7- 2） 最終凹模的邊長(zhǎng) L=b1+2c （7- 3） 最終凹模的寬帶 B=b2+2c （7- 4） 式中：b 1-彎曲片的長(zhǎng)度方向的最大尺寸； b2-彎曲片件的寬帶方向最大外形尺寸； K-系數(shù)，主要受到彎曲片厚度的影響，查表7-1。 表 7-1 系數(shù) K 值 材料厚度 t/mm 材料料寬 s/mm 1 13 36 50 0.300.40 0.350.50 0.450.60 50100 0.200.30 0.220.35 0.300.45 100200 0.150.20 0.180.22 0.220.30 200 0.100.15 0.120.18 0.150.22 查表7-1得：K=0.3。 根據(jù)公式（7-1）可計(jì)算落料凹模板的尺寸： 凹模厚度： H=Kb2 =0.350 =15（mm） 22 根據(jù)公式（7-2）可計(jì)算凹模邊壁厚： c1.5H =1.515 =22.5（mm） 取凹模邊壁厚為23mm。 根據(jù)凹模厚度和邊壁厚可確定凹模板的長(zhǎng)、寬的尺寸。 結(jié)合模具結(jié)構(gòu)取整后取：LBH=100mm100mm25mm 凹模如圖7-1 所示。 圖7-1 凹模 7.1.2 凹模刃口結(jié)構(gòu)形式的選擇 該模具生產(chǎn)的工件尺寸精度比較高，工件的生產(chǎn)綱領(lǐng)為大批量生產(chǎn)，所以 23 我們選擇直通式的刃口最為合適。這種類型的刃口強(qiáng)度也十分的足夠，經(jīng)過(guò)修 模后仍然可以很好的工作。 7.1.3 凹模精度與材料的確定 凹模在模具設(shè)計(jì)中是模具設(shè)計(jì)的核心零件，而且也要靠凹模來(lái)保證工件的 精度和表面光滑度，所以它精度和表面粗糙度一定不能太低，否則會(huì)降低工件 的成品率，常用的材料我們可以使用選擇 Cr12，平行度一般選擇 0.02，內(nèi)型腔 的的精度為 IT7 級(jí)。 7.2 凸模的設(shè)計(jì) 7.2.1 凸模結(jié)構(gòu)的確定 凸模結(jié)構(gòu)我們?cè)O(shè)計(jì)為直柱形的，依靠臺(tái)階進(jìn)行固定。 7.2.2 凸模高度的確定 凸模高度的固定要根據(jù)模具的實(shí)際情況，凸模的結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算示意圖如下 所示，如圖7-2所示。 圖7-2 凸模高度尺寸 凸模高度為： L=h1+h2+H (7-5) 式中: h1-凸模固定板厚度，可得：h1=15mm； h2-卸料板厚度，橡膠或彈簧的高度， ，可得：h2=29mm； H-附加長(zhǎng)度。附加長(zhǎng)度包括凸模的修磨量，凸模進(jìn)入凸凹模的深度。 由公式(7-5)得： L=15+29+1.5=45.5(mm) 7.2.3 凸模材料的確定 本模具需要有比較高的耐磨性和較長(zhǎng)的壽命，并且在沖壓過(guò)程中，要持續(xù) 的受到?jīng)_壓力，所以我們需要選擇強(qiáng)度和韌性都比較好的材料。所以我們選擇 24 Cr12，能很好的滿足彎曲片生產(chǎn)的需要，模具材料熱處理為 HRC5862HRC。 7.2.4 凸模精度的確定 凸模作為工作零件，直接決定了工件的精度，根據(jù)實(shí)際需要，我們選擇使 用 IT7 級(jí)，表面粗糙度為 Ra1.6um。 沖孔凸模和切斷凸模如下圖 7-3、7-4 所示。 圖7-3 沖孔凸模 25 圖7-4 切斷凸模 7.2.5 凸模的強(qiáng)度校核 a)壓應(yīng)力校核計(jì)算 對(duì)于圓形凸模 (7-6)壓td5min 非圓形斷面凸模