南汽WQ14電阻支架沖壓工藝及模具設計【含CAD圖紙+三維UG+文檔】

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The installation requires the two straight edges perpendicular to the part of the U-shaped higher.Resistance stent stamping forming through punching and bending two molds.Die flip-composite mode, bending mode uses a bend forming a composite mold, at first forming a U-shaped part, and then forming a Z-shaped portion.The mold is reasonably structured, easy to operate, and reaches the U-shaped straight edge perpendicularity requirements. Key Words: stamping bending composite mode U-shaped Z-shaped II 目 錄 摘要 I ABSTRACT II 第1章 緒論 1 1.1 引言 1 1.2 本課題的意義 1 1.3 冷沖壓模具的發(fā)展及前景 2 1.4 本課題可能會遇到的問題及解決措施 3 1.4.1回彈現(xiàn)象 3 1.4.2影響回彈的因素 3 1.4.3減小回彈的措施 4 1.4.4 其他問題 4 第2 章 成型方案的確定 6 2.1零件的工藝分析 6 2.1.1 沖壓件的工藝分析 6 2.1.2彎曲件的工藝分析 7 2.2工藝方案的分析 8 2.2.1 沖孔落料部分的方案分析 8 2.2.2彎曲部分分析 8 第3章 工藝計算 9 3.1 沖裁件毛坯尺寸 9 3.2　排樣 10 3.2.1排樣圖的搭邊尺寸 10 3.2.3排樣及材料利用率 11 3.3　沖壓力計算 13 3.3.1 沖裁力計算 13 3.3.2彎曲力計算 14 3.4　沖孔落料模壓力中心確定 15 3.5　沖床噸位選擇 16 3.5.1 沖裁模沖床噸位選擇 16 3.5.2彎曲模沖床噸位選擇 16 3.6 模具工作部分尺寸計算 16 3.6.1 沖裁模刃口尺寸計算 16 3.6.2 彎曲模尺寸計算 18 3.7　彈性元件的選用 21 3.7.1 沖裁模彈性元件選用 21 3.7.2 彎曲模彈性元件選用 22 3.8　沖孔凸模強度與剛度校核 23 第4章　模具工作零件結構設計 25 4.1 沖裁模工作零件結構設計 25 4.1.1 落料凹模結構設計 25 4.1.2 沖孔凸模結構設計 27 4.1.3 落料沖孔凸凹模結構設計 27 4.2 彎曲模工作零件結構設計 28 第5章　模具結構件的設計 29 5.1沖裁模結構件的設計 29 5.1.1沖裁模模架 29 5.1.2 沖裁模模柄 30 5.1.3 沖裁模導向裝置 31 5.1.4 沖裁模卸料裝置 31 5.1.5沖裁模定位裝置 31 5.1.6 其他板的尺寸 32 5.2彎曲模結構件的設計 32 5.2.1 彎曲模模架 32 5.2.2 彎曲模模柄 32 5.2.3 彎曲模頂件裝置 33 5.2.4 彎曲模定位裝置 33 5.3 模具閉合高度 33 5.4 壓力機的校核 33 第6章 落料凹模制造工藝 35 第7章 沖裁模裝配和調試 37 結束語 39 參考文獻 40 致謝 41 附錄 42 III 第1章 緒論 1.1 引言 隨著與國際接軌的腳步不斷加快，市場競爭的日益加劇，人們已經(jīng)越來越認識到產(chǎn)品質量、成本和新產(chǎn)品的開發(fā)能力的重要性。而模具制造是整個鏈條中最基礎的要素之一，模具制造技術現(xiàn)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企業(yè)的生存空間。用模具生產(chǎn)制件所具備的高精度、高復雜程度、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。有了模具，企業(yè)有可能向社會提供品種繁多、質優(yōu)價廉的商品，滿足人們日益增長的多方面的消費需求。有了模具，人們的衣、食、住、行，可直接或間接的變得豐富多彩。說的據(jù)圖一點，人們日常接觸到的如：汽車、手表、手機、電話、電腦、空調器、傳真機、復印機、彩電、冰箱、照相機、兒童玩具等可以說一切用品，大到飛機、輪船、火車、火箭，小到一根縫衣針，都離不開用模具加工或生產(chǎn)其中某個零件。同時，模具水平的高低，關系到現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展與進步，關系到經(jīng)濟建設的速度。 冷沖壓生產(chǎn)過程的主要特征是依靠沖模和沖壓設備完成加工，便于實現(xiàn)自動化，生產(chǎn)率很高，操作簡單。所獲得的零件一般無需進行切削加工，因而是一種節(jié)能節(jié)原的無切削加工方法。冷沖壓與其他加工方法相比，具有獨到的特點，所以在工業(yè)生產(chǎn)中，尤其在大批量生產(chǎn)中應用十分廣泛。沖壓模具技術集合了機械、電子、化學、光學、材料、計算機、精密監(jiān)測和信息網(wǎng)絡等諸多學科，是一個綜合性多學科的系統(tǒng)工程。沖壓模具技術的發(fā)展趨勢主要是模具產(chǎn)品向著更大型、更精密、更復雜及更經(jīng)濟的方向發(fā)展，模具產(chǎn)品的技術含量不斷提高，模具制造周期不斷縮短，沖壓模具生產(chǎn)朝著信息化、無圖化、精細化、自動化的方向發(fā)展，沖壓模具企業(yè)向著技術集成化、設備精良化、產(chǎn)批品牌化、管理信息化、經(jīng)營國際化的方向發(fā)展[1]。 1.2 本課題的意義 本課題主要研究連接支架的成型工藝及模具設計。本產(chǎn)品屬于小型沖壓件，工序簡單，適合快速成型大批量生產(chǎn)。冷沖壓工藝在工業(yè)生產(chǎn)中，尤其在大批量生產(chǎn)中應用十分廣泛，材料利用率高，生產(chǎn)率高，能耗小，設備結構簡單，操作方便，產(chǎn)品質量穩(wěn)定，互換性好，同時也適合加工一些復雜形狀的零件。然而，隨著產(chǎn)品的不斷更新?lián)Q代，中小型沖壓件種類增加，不同類型的產(chǎn)品，沖壓件互換性低，單個零部件的生命周期較短，對模具設計與制造也提出了更高的要求，同時也意味著成本的增加。在這樣的社會背景下，就需要設計者從根本上找到解決方法，革新產(chǎn)品的設計，縮短新產(chǎn)品的開發(fā)投產(chǎn)周期，適應多變的市場需求。總上所述，研究本課題具有重要的意義。 同時，通過本課題的研究，還能很好的鞏固所學的專業(yè)知識，聯(lián)系實際生產(chǎn)，系統(tǒng)地把理論知識正確地運用到設計中去，樹立正確的模具設計思想。本課題通過對連接支架的成型工藝及模具設計的研究，培養(yǎng)與開拓正確、合理的設計思路，掌握鈑金件成型工藝以模具設計的一般規(guī)律、方法和步驟，掌握模具設計方法和步驟，培養(yǎng)運用國標、手冊、行業(yè)規(guī)范等相關技術資料以及能聯(lián)系生產(chǎn)實際進行產(chǎn)品成型工藝與模具設計的綜合能力，為我們即將走向工作崗位打下了良好的基礎。 1.3 冷沖壓模具的發(fā)展及前景 “十一五”期間，我國模具市場總體趨勢平穩(wěn)向上。目前，國內市場對中高檔家電、汽車、塑料制品模具的需求量很大，但要求國產(chǎn)模具必須在質量、交貨期等方面滿足用戶的需求。我國加入WTO后，伴隨著世界經(jīng)濟的一體化浪潮，全球制造業(yè)加速向中國大陸地區(qū)轉移已是大勢所趨，中國也將逐步發(fā)展成為世界級的制造業(yè)基地。中低檔的模具國際市場潛力十分巨大，只要國產(chǎn)模具的質量能夠有提高，交貨期能夠保證，模具出口的前景是十分樂觀的。優(yōu)勢明顯的廣東特別是珠三角地區(qū)，將在十年之內發(fā)展成為世界模具生產(chǎn)中心。同時，由于近年來我國每年用近10億美元進口模具，其中精密、大型、復雜、長壽命模具占多數(shù)，所以從減少進口角度出發(fā)，這類高檔模具在市場的分額比例也將逐步增大?，F(xiàn)代模具其高技術、人才密集、高技術背景下的工藝密集型工業(yè)的特點，是在新型工業(yè)化道路上走在前面的產(chǎn)業(yè)，模具作為重要的制造裝備行業(yè)在為各行各業(yè)服務的同時，也直接為高新技術產(chǎn)業(yè)服務，模具在制造業(yè)產(chǎn)品研發(fā)、創(chuàng)新和生產(chǎn)中所具有的獨特的重要地位，使得模具制造能力和水平的高低也成為國家創(chuàng)新能力的重要標志。 模具應用領域的不斷擴大、已應用領域對模具提出的更多和更高要求，使模具工業(yè)發(fā)展速度快于其他制造業(yè)的發(fā)展速度已成為普遍規(guī)律，目前世界模具市場供不應求，近幾年，市場總量一直在600～650億美元之間，而我國模具出口尚不到8％，“十一五”期間完全可以擴大這個份額，同時隨著經(jīng)濟全球化發(fā)展趨勢日趨明顯，模具制造業(yè)逐漸向我國轉移以及跨國集團到我國進行模具采購趨向日趨明顯，外資和民營資本繼續(xù)看好我國模具行業(yè)，我國模具行業(yè)機遇大于挑戰(zhàn)，未來國際模具市場前景廣闊，我國模具仍有較大發(fā)展空間。 模具產(chǎn)品市場競爭力不斷提升。當前，我國面臨發(fā)達國家的技術優(yōu)勢和發(fā)展中國家價格優(yōu)勢的雙重壓力。工業(yè)發(fā)達國家模具企業(yè)憑借其技術優(yōu)勢和實力，在中高檔模具方面具有競爭優(yōu)勢，隨著他們逐步進入我國，對我國的模具工業(yè)形成了巨大挑戰(zhàn)；印度、泰國及東歐一些國家，近年來模具工業(yè)發(fā)展也很快，而且其模具的價格也具有很強的競爭優(yōu)勢，我國模具行業(yè)的成本和價格優(yōu)勢會逐步削弱并最終消失。羅百輝指出，中國模具企業(yè)必須在技術、管理和人才培訓方面下功夫，積極引進國外先進的模具制造技術，提升高端模具產(chǎn)品開發(fā)能力，調整模具產(chǎn)品結構，不斷提高我國模具產(chǎn)品的國際競爭力。 主要的發(fā)展趨勢可概括為一下幾點：1）模具市場全球化，模具生產(chǎn)周期進一步縮短；2)模具CAD/CAM向集成化、智能化和網(wǎng)絡化發(fā)展；3)模具技術向高速加工、硬銑削和復合加工方向發(fā)展；4)模具產(chǎn)品將向大型、精密、標準化方向發(fā)展；5)模具種類向熱流道、氣輔模具及適應高壓注塑成型工藝方向發(fā)展；6)快速經(jīng)濟模具前景十分廣闊；7)優(yōu)質模具材料及先進表面處理技術受到重視；8)汽車、IT電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展影響模具市場景氣；9)模具產(chǎn)業(yè)結構還需進一步調整。 1.4 本課題可能會遇到的問題及解決措施 1.4.1回彈現(xiàn)象 當彎曲結束，外力去除后，塑性變形留存下來，而彈性變形則完全消失。彎曲變形區(qū)外側因彈性恢復而縮短，內側因彈性恢復而伸長，產(chǎn)生了彎曲件的彎曲角度和彎曲半徑與模具相應尺寸不一致的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象稱為彎曲件的回彈。 1.4.2影響回彈的因素 （1） 材料的力學性能：材料的屈服點越高，彈性模量E越小，彎曲彈性回跳越大； （2） 相對彎曲半徑：相對彎曲變徑越大，則回彈也越大； （3） 彎曲中心角：彎曲中心角越大，表明變形區(qū)的長度越長，故回彈的積累值越大，其回彈角越大。但對彎曲半徑的回彈影響不大； （4） 彎曲方式及彎曲模具結構：采用校正彎曲時，工件的回彈?。? （5） 彎曲件形狀：工件的形狀越復雜，一次彎曲所成形的角度數(shù)量越多,使回彈困難，因而回彈角減??； （6） 模具間隙: 在壓彎U形件時，間隙大，材料處于松動狀態(tài)，回彈就大；間隙小，材料被擠壓，回彈就小； （7） 非變形區(qū)的影響。 1.4.3減小回彈的措施 （1） 材料選擇:應盡可能選用彈性模數(shù)大的，屈服極限小機械性比較穩(wěn)定的材料。 （2） 改進彎曲件的結構設計:設計彎曲件時改進一些結構，加強彎曲件的剛度以減小回彈。比如：在變形區(qū)壓加強肋或壓成形邊翼，增加彎曲件的剛性，使彎曲件回彈困難。 （3） 從工藝上采取措施 ① 采用熱處理工藝：對一些硬材料和已經(jīng)冷作硬化的材料，彎曲前先進行退火處理，降低其硬度以減少彎曲時的回彈，待彎曲后再淬硬。在條件允許的情況下，甚至可使用加熱彎曲。 ② 增加校正工序：運用校正彎曲工序，對彎曲件施加較大的校正壓力，可以改變其變形區(qū)的應力應變狀態(tài)，以減少回彈量。 ③ 采用拉彎工藝：對于相對彎曲半徑很大的彎曲件，由于變形區(qū)大部分處于彈性變形狀態(tài)，彎曲回彈量很大。這時可以采用拉彎工藝。 （4） 從模具結構采取措施 ① 補償法：利用彎曲件不同部位回彈方向相反的特點，按預先估算或試驗所得的回彈量，修正凸模和凹模工作部分的尺寸和幾何形狀，以相反方向的回彈來補償工件的回彈量。 ② 校正法：可以改變凸模結構，使校正力集中在彎曲變形區(qū)，加大變形區(qū)應力應變狀態(tài)的改變程度（迫使材料內外側同為切向壓應力、切向拉應變 ）。 ③ 縱向加壓法：在彎曲過程完成后，利用模具的突肩在彎曲件的端部縱向加壓, 使彎曲變形區(qū)橫斷面上都受到壓應力，卸載時工件內外側的回彈趨勢相反，使回彈大為降低。利用這種方法可獲得較精確的彎邊尺寸，但對毛坯精度要求較高。 ④ 采用聚氨酯彎曲模：利用聚氨酯凹模代替剛性金屬凹模進行彎曲。彎曲時金屬板料隨著凸模逐漸進入聚氨酯凹模，激增的彎曲力將會改變圓角變形區(qū)材料的應力應變狀態(tài)，達到類似校正彎曲的效果，從而減少回彈。 1.4.4 其他問題 （1）防止滑移的措施 盡可能采用對稱凹模，邊緣圓角相等，間隙均勻；采用彈性頂件裝置的模具結構；采用定位銷的模具結構。 （2）控制彎裂的措施 經(jīng)過冷變形硬化的材料，可采取熱處理方法恢復塑性。對于剪切斷面的硬化層，還可以采取先取出然后再進行彎曲的方法；取出坯料剪切面的毛刺，采用整修、擠光、滾光等方法降低剪切面的表面粗糙度；彎曲時將切斷面上的毛面一側處于彎曲受壓的內緣（即朝向彎曲凸模）；對于低塑性材料或厚料，可采用加熱彎曲；采取多次彎曲的工藝方法；對于較厚板料的彎曲，如果結構允許，采取先在內側開工藝槽再彎曲的工藝。 第2 章 成型方案的確定 2.1零件的工藝分析 2.1.1 沖壓件的工藝分析 工藝分析從沖壓件的原材料、沖壓件的形狀尺寸及其要求的精度、技術要求三方面分析。成型零件的零件圖及三維模型如圖2.1、圖2.2所示： 圖2.1 電阻支架的二維零件圖 圖2.2電阻支架的三維圖 （1）該零件的原材料 本課題零件材料為黃銅H62，厚度為1mm，具有良好的綜合力學性能抗拉強度：410~630MPa 剪切強度343~392MPa，屈服強度160MPa，彈性模量90Gpa~123.5Gpa。 （2）該零件的形狀、尺寸及其要求的精度 電阻支架屬于大批量生產(chǎn)的中小型沖壓件，板料厚度1mm，除特殊標注外，其零件尺寸公差等級為IT13級，特殊標注公差等級不高于IT9級，從該零件外形來看，成型該零件需要沖裁、彎曲兩種成型工藝。 該零件沖裁件外形簡單，表面有一個Φ2小孔，查表2-1可得，該孔大小大于最小自由沖裁半徑1.3mm，孔與邊緣之間的距離a受模具強度和沖裁件質量的限制，其值不能過小，宜取a≥2,并不得小于3～4mm。該沖裁件的孔邊距為3mm，其中為板料厚度，符合沖裁件的要求。 表2-1沖孔的最小尺寸 材 料 自由凸模沖孔 精密導向凸模沖孔 圓孔直徑d 長方孔寬b 圓孔直徑d 長方孔寬b 硬 鋼 1.3 1.0 0.5 0.4 軟鋼及黃銅 1.0 0.7 0.35 0.3 鋁 0.8 0.5 0.3 0.28 酚醛層壓布板 0.4 0.35 0.3 0.25 2.1.2彎曲件的工藝分析 該零件上共有兩種彎曲，一個是U型對稱彎曲，另一個是Z型彎曲，需要在最少兩個不同的工位上進行成形。其中最小彎曲過度圓半徑0.5mm查表2.2可得，該彎曲半徑大于黃銅的最小彎曲半徑0.35mm，彎曲角度公差為±2°。符合冷沖模彎曲要求。 表2-2最小彎曲半徑 材 料 退火狀態(tài) 冷作硬化狀態(tài) 彎曲線的位置 垂直纖維 平行纖維 垂直纖維 平行纖維 純 銅 0.1 0.35 1.0 2.0 軟黃銅 0.1 0.35 0.35 0.8 黃銅（半硬） 0.1 0.35 0.5 1.2 2.2工藝方案的分析 2.2.1 沖孔落料部分的方案分析 （1）方案一，單工序模：利用簡單工序模具生產(chǎn)，先落料—沖孔 （2）方案二，沖孔落料復合模，倒裝復合模： （3）方案三，沖孔落料復合模，正裝復合模： （4）方案四，級進模：采用級進?？梢詫⒘慵谝惶准夁M模具中完成，第一步?jīng)_孔，第二步落料。 各方案的比較 方案一：采用單工序模，其結構簡單，可是采用單工序模需要制造2套模具來進行生產(chǎn)，增加了制造成本，同時所用的壓力機臺數(shù)增多或者延長了生產(chǎn)時間，造成成本增加或競爭下降，而且采用單工序模具增加了工人的勞動強度，同時生產(chǎn)效率低，安全性差。 方案二：采用倒裝復合模時，其優(yōu)點和正裝復合模相似，凹模在上模，而且采用彈性卸料裝置比較容易取料，下出件，安全性高。 方案三：采用正裝復合模時，凸模在上模，彎曲凹模在下模，結構簡單，工作效率較高，下出件，安全性較較差。 方案四：采用級進模，安全性好，工作效率高，但是考慮到級進模結構復雜，加工難度較大，而且裝配位置精度要求高。按照實際生產(chǎn)，級進模成本也高。 綜上所述，對比四個工藝方案的比較結果，沖孔落料部分適合采用倒裝裝復合模即第三工藝方案。 2.2.2彎曲部分分析 （1）方案一，單工序模：利用簡單工序模具生產(chǎn)，彎曲—彎曲—彎曲 （2）方案二，彎曲復合模（對稱部分用一副模具）： （3）方案三，級進模：采用級進模可以將零件在一套級進模具中完成，第一步U型，第二步Z型。 各方案的比較 考慮方法與沖孔落料部分相同； 綜上所述，對比三個工藝方案的比較結果，彎曲部分適合采用彎曲復合模即第二種工藝方案。 第3章 工藝計算 3.1 沖裁件毛坯尺寸 當材料彎曲時，外層材料受拉而伸長，內層材料受壓而縮短，在伸長和縮短之間存在一個長度保持不變的中性層。一般將r＞0.5t的彎曲稱為有圓角半徑的彎曲，而將r≤0.5t的彎曲稱為無圓角半徑的彎曲。 r＞0.5t的彎曲件由于變形區(qū)變薄不嚴重，且斷面畸變小，按中性層長度等于毛坯長度的原則計算。 公式為： 　　　 (3-1) 式中　　L—彎曲件毛坯展開長度(mm)； 　　 —直線部分各段長度(mm)； 式中　 —圓弧部分各段長度（mm）； Ｋ—應變中性層位移系數(shù)，見表3-1。 　　　　r—彎曲件內彎曲半徑(mm)； 　　　　t—板厚(mm)； —彎曲帶中心角（°）。 r≤0.5t的彎曲件由于彎曲變形區(qū)變薄嚴重，斷面畸變大，只能采用彎曲前后等體積相等原則進行計算。采用修正公式L=l1+l2+kt（k為修正系數(shù)，一般取k=0.4～0.6）進行初步計算。 表3-１應變中性層位移系數(shù) r/t 0.5 0.6 0.7 0.8 1 1.2 1.3 1.5 2 K 0.25 0.26 0.28 0.3 0.32 0.33 0.34 0.36 0.38 如表4-1 r=2.5時，r/t=2.5 K=0.39 r=0.5時，r/t=0.5 K=0.25 L=8×2+π×（2.5+0.39×1）×2+34-2.5×2-0.5×2+0.5×1×2=60mm B=7-0.5+9-1-0.5×2+12-7-1-0.5+5+0.5×1×2=25mm 3.2　排樣 3.2.1排樣圖的搭邊尺寸 本課題沖壓件彎曲前的毛坯尺寸圖3-1所示。本課題中沖裁件的形狀由圓形和矩形組成，沖裁件的搭邊可查表3-2。 3.2.2條料寬度 電阻支架沖裁模采用無側壓裝置的模具，應考慮在送料過程中因條料的擺動 而使側面搭邊減少。為補償側面搭邊的減少，條料寬度應增加一個條料可能的擺動量，連接支架沖壓件零件彎曲前毛坯的條料寬度故按下式計算： 圖 3.1 圖3.2 條料寬度 B-Δ0=（Dmax+2a）-Δ0 (3-2) 導料板之間的距離 　　　　　 　　(3-3) 式中　　Dmax—條料寬度方向沖裁件的最大尺寸(mm)； a—側搭邊值(mm)； △—板料剪裁時的下偏差(mm)； Z—擋料板與最寬條料之間的間隙(mm)。根據(jù)t=1mm的黃銅沖裁時無側壓裝置。查表3-2可得搭邊值，查表3-3可知Z=0.5mm，查表3-4可知△=0.5mm。 表3-2 沖裁金屬材料的搭邊值 材料厚度t 手工送料 自動送料 圓形 非圓形 往復送料 a a1 a a1 a a1 a a1 ~1 1.5 1.5 2 1.5 3 2 大于1~2 2 1.5 2.5 2 2.5 2.5 3 2 大于2~3 2.5 2 3 2.5 4 3.5 大于3~4 3 2.5 3.5 3 5 4 4 3 大于4~5 4 3 5 4 6 5 5 4 大于5~6 5 4 6 5 7 6 6 5 大于6~8 6 6 7 6 8 7 7 6 8以上 7 6 8 7 9 8 8 7 表3-3擋料板與最寬條料之間的間隙Z (mm) 條料厚度 條料寬度 無側壓裝置 有側壓裝置 ≤100 ＞100～200 ＞200～300 ≤100 ＞100 ≤1 0.5 0.5 1 5 8 ＞1～5 0.8 1 1 5 8 表3-4板料剪裁時的下偏差△ (mm) 條料厚度 條料寬度 ≤50 ＞50～100 ＞100～200 ＞200～400 ≤1 0.5 0.5 0.5 1.0 1～3 0.5 1.0 1.0 1.0 3.2.3排樣及材料利用率 為保證沖裁件的精度要求、提高沖裁模具的使用壽命，電阻連接支架沖壓零件的排樣方法采用有廢料排樣。根據(jù)沖壓件的結構特點有以下幾種排樣方案：直排、斜排、直對排和斜對排如下圖所示。 圖3.3 圖3.4 圖3.5 圖3.6 材料利用率　　　　　　　　　　　 　　(3-4) 式中　　A—一個步距內沖裁的實際面積(mm2)； B—條料寬度(mm)； S—步距(mm)； 若考慮到料頭、料尾和邊余料的消耗，則一張板上總的材料利用率為 　　　　　　　　 (3-5) 式中　　n—一張板料上的沖裁剪總數(shù)目； A1—一個沖裁件的實際面積(mm2)； B—板料寬度(mm)； 　　　　L—板料長度(mm) [4]。 查《沖壓手冊（第2版）》表2-17，最小搭邊值是： 工件間1.6、側邊2mm 工件面積由caxa得：585.34mm2 直排排樣一：圓邊取搭邊值a1=1.5mm，非圓邊取搭邊值a=2,圓邊a' =1.5。條料寬度B=26.5mm，步距L=64.65mm； 材料利用率：η=585.34/（26.5×64.65）=34.2% 直排排樣二：條料寬度B=67.15mm，步距L=24.5mm 材料利用率：η=585.34/（67.15×24.5）=35.6% 對排排樣三：取搭邊值a=3， a1=2。條料寬度B=38mm，步距L=65.15mm； 材料利用率：η=585.34/（38×65.15）×2=47.3% 斜排排樣四：取搭邊值a=3, a1=2。條料寬度B=42.43mm，步距L=86mm； 材料利用率：η=585.34/（42.43×86）=16.1% 排樣三材料利用率高，所以本題就采用對排排樣三設計模具， 根據(jù)《新編沖壓工計算手冊》提供的黃銅板H62規(guī)格尺寸為200～3000mm，在本課題中選擇用10001500mm的板料。按照寬度方向裁成條料時： N=100038=26　 N1= 1500-2 65.15×2=44 n=N×N1=26×44=1144 按照長度方向裁成條料時： 直對排N=150038=39　N1=1000-265.15×2=30 n=N×N1=39×30=1170 一個電阻支架沖裁件件的實際面積Ａ１=585.34mm2，以長度為沖裁條料寬度能夠沖裁的件數(shù)多于以寬度為沖裁條料寬度的件數(shù)，材料利用率高。 以寬度裁剪條料總的材料利用率：η=585.34×11701000×1500=45.6% 3.3　沖壓力計算 3.3.1 沖裁力計算 沖裁力： F≈Ltσb (3-6) 式中　　F—沖裁力(N)； L—沖裁周長(mm)； t—材料厚度(mm)； σb—材料抗拉強度(MPa)； 沖孔力：F沖≈Ltσb=6.281420=2637.6N 落料力：F落≈Ltσb=173.15×1×420=72723N 卸料力：　 (3-7) 推件力：　 (3-8) 頂件力：　　(3-9) 式中　　 n—同時梗塞在凹模內的工件數(shù): n=h/t (3-10) h—凹模洞口的直壁高度(mm)； t—材料厚度(mm)； KX、KT、KD—卸料力、推件力、頂件力系數(shù)，見表3-5[4]。 表3-5 卸料力、推件力、和頂件力系數(shù) 材料厚度t/mm KX KT KD 鋼 ≤0.1 ＞0.1～0.5＞0.5～2.5 0.065～0.075 0.045～0.055 0.04～0.05 0.1 0.063 0.045 0.14 0.08 0.06 鋁、鋁合金 純銅、黃銅 0.025～0.08 0.02～0.06 0.03～0.07 0.03～0.09 注：卸料系數(shù)KX，在沖多孔、大搭邊和輪廓復雜制件時取上值。 FX =0.0372723N=2.18 kN FT =60.042637.6N=0.63 kN 倒裝復合模，F(xiàn)D=0 本課題中的復合模具采用彈性卸料和上出件方式，則總的沖裁力： FZ= F沖+ F落+FX+FD+FT =2.64+72.7+2.18+0+0.63=78.15 kN 3.3.2彎曲力計算 1）自由彎曲力的計算公式： (1)V形件彎曲 (3-11) (2)U形件彎曲 　　　　　　　　 (3-12) 式中　　F—自由彎曲力（N）； b—彎曲件寬度（mm）； r—彎曲件內彎曲半徑（mm）； σb—材料抗拉強度（MPa）； k—系數(shù)，一般取k=1-1.3； t—材料厚度（mm）。 U形彎曲時： FU=0.7×1.3×7×2×1×1×4203.5=5350.8N 　 ` Z形彎曲時： FZ=2FV=2×0.6×1.3×10×1×1×4201.5=3276N 彎曲件的自由彎曲力： F自=FU+FZ=5350.8+3276=8626.8N　 2）頂件力和壓料力： 頂件力和壓料力FQ值可近似取自由彎曲力的30%～80%[8]，即 FQ=（0.3～0.8）F自 （3-13） FQ=0.7 F自=0.78626.8N=6038.8 N 3）校正彎曲時彎曲力計算公式： F校=qA (3-14) 　式中　　F?！Ｕ龔澢Γ∟）； A—校正部分投影面積（mm2）； q—單位面積上的校正力（MPa）；q值可按表3-6[4]。 表3-6 單位校正彎曲力q值(MPa) 材料 板料厚度t/mm ＜1 1～3 3～6 6～10 鋁 15～20 20～30 30～40 40～50 黃銅 20～30 30～40 40～60 60～80 10-20鋼 40～50 50～70 70～100 100～120 校正彎曲力：F校=qA=40584.5=23.4kN 3.4　沖孔落料模壓力中心確定 在caxa中得出壓力中心為在（0，-7）處。 3.5　沖床噸位選擇 3.5.1 沖裁模沖床噸位選擇 總沖壓力Fz=78.15kN 機床壓力:F機床≧Fz=78.15kN 根據(jù)F機床≧Fz，參考《冷沖模設計》表1-3選取型號為J23-16開式雙柱可傾壓力機，其主要參數(shù)如下： 公稱壓力160kN； 滑塊行程55mm； 滑塊行程次數(shù)120次/min； 最大裝模高度220mm； 連桿調節(jié)長度45mm； 工作臺尺寸：左右450mm，前后300mm； 模柄孔尺寸Φ3050mm； 3.5.2彎曲模沖床噸位選擇 校正彎曲力F校=59.7kN F機床≥F校=23.4kN 根據(jù)F機床≥F校，參考《冷沖模設計》表1-3選取型號為J23-40開式雙柱可傾壓力機，其主要參數(shù)如下： 公稱壓力400kN； 滑塊行程80mm； 滑塊行程次數(shù)45/90次/min； 最大裝模高度330mm； 連桿調節(jié)長度65mm； 工作臺尺寸：左右700mm，前后450mm； 模柄孔尺寸Φ5070mm。 3.6 模具工作部分尺寸計算 3.6.1 沖裁模刃口尺寸計算 采用凸，凹模配合加工法。落料凸模根據(jù)凹模和最小間隙配做，沖孔以沖孔凸模為基準計算，沖孔凹模根據(jù)凸模和最小間隙配做。間隙查《沖壓工藝及模具設計》表3-4，Zmin=0.100 Zmax=0.14 （1） 落料部分 落料工件圖如圖3-6,落料時應以凹模為基準件來配作凸模。 落料凹模磨損后刃口尺寸都變大，按一般落料凹模尺寸公式計算，即 （3-17） 式中　　Ad—相應的凹模刃口尺寸； Amax—工件的最大極限尺寸； △—工件公差； 　　x—系數(shù)，x值在0.5～1之間，與沖裁件的精度等級有關，見表3-7。 落料凹模磨損后尺寸變大的A類尺寸有60-0.460、70+0.22 、20-0.270、5-0.0180凹模公差按Δ/4 磨損系數(shù)查《沖壓工藝及模具設計》表3-5 非圓類尺寸取x=0.5時 A1=（60-0.5×0.46）0+0.46/4=59.770+0.115 A2=(7.22-0.5×0.22)0+0.22/4=7.110+0.055 圓類尺寸取x=0.75時 A3=（5-0.22×0.75）0+0.22/4=4.840+0.055 尺寸變小的B類尺寸有 10+0.14、0.50+0.14 圓類變小的尺寸取x=0.75 B1=（0.5+0.75×0.14）-0.14/40=0.61-0.0350 非圓類變小的尺寸取x=1 B2=（1+1×0.14）-0.14/40=1.14-0.0350 落料凸模（凸模固定板）按凹模實際尺寸配做，保證間隙0.100~0.140 （2）沖孔部分 孔凸模尺寸公式計算，計算公式 　　　　　　　　　　　　 (3-18) 式中　　Bp—沖孔凸模尺寸； Bmin—沖孔0件的最小限尺寸； △—沖裁件制造公差； x—系數(shù)，x值在0.5～1之間，與沖裁件的精度等級有關，見表3-7。 沖孔凸模尺寸變小的B類尺寸為20+0.14屬于圓類尺寸取x=0.75 B1=（2+0.75×0.14）-0.14/40 =2.11-0.0350 尺寸變大的A類非圓尺寸x取0.5 A4=(20-0.5×0.33)0+0.33/4=19.840+0.0.083 沖孔凹模根據(jù)凸模和最小間隙配做 沖孔用的凹模刃口尺寸，按凸模實際尺寸配制，并保證雙面均勻間隙0.1～0.14mm。 表3-7 系數(shù)x 材厚t mm 非圓形 圓形 1 0.75 0.5 0.75 0.5 工件公差△/mm 1 1～2 2～4 >4 ＜0.16 ＜0.20 ＜0.24 ＜0.30 0.17～0.35 0.21～0.41 0.25～0.49 0.31～0.59 ≥0.36 ≥0.42 ≥0.50 ≥0.60 ＜0.16 ＜0.20 ＜0.24 ＜0.30 ≥0.16 ≥0.20 ≥0.24 ≥0.30 3.6.2 彎曲模尺寸計算 （1）凸、凹模圓角半徑和凹模深度 1) 凸模圓角半徑　彎曲件的彎曲半徑不小于rmin時，凸模的圓角半徑一般取彎曲件的圓角半徑.如因彎曲件的結構需要，出現(xiàn)彎曲件圓角半徑小于最小彎曲半徑時，則首次彎曲時凸模圓角半徑大于最小彎曲半徑，然后經(jīng)整形工序達到所需要的彎曲半徑，當彎曲件的彎曲半徑較大、精度要求較高時，還應考慮回彈，凸模的圓角半徑應作相應的修正。對于黃銅的最小彎曲半徑可由表3-8查得。本課題采用正火或退火的黃銅H62彎曲，其彎曲件上的半徑大于rmin。 表3-8 最小相對彎曲半徑rmin/t 材 料 正火或退火的 硬化的 彎曲線方向 與軋制方向平行 與軋制方向垂直 與軋制方向平行 與軋制方向垂直 鋁 0 0.3 0.3 0.8 退火純銅 0 0.3 1.0 2.0 黃銅H62 0 0.3 0.4 0.8 U形彎曲時： 彎曲件半徑R2.5mm，凸模半徑R凸=2.5mm； Z形彎曲時： 彎曲件半徑R0.5mm，凸模圓角半徑R凸=0.5mm。 2）凹模圓角半徑 凹模圓角半徑過小，坯料彎曲時進入凹模的阻力增大，工件表面產(chǎn)生察傷甚至壓痕；凹模圓角半徑過大，影響坯料定位的準確性。凹模兩邊的圓角半徑應一致，以免產(chǎn)生偏移。生產(chǎn)中，凹模圓角半徑一般取決于彎曲件材料的厚度[4]： 　當t≤2mm時，r凹=（3～6）t；　　　 (3-19) 　當t=2～4mm時，r凹=（2～3）t； (3-20) 當t＞4mm時，r凹=2t； (3-21) 本課題中的材料厚度為1mm，彎曲凹模圓角半徑取R凹=3mm。 3）凹模工作部分深度　彎曲U形時，若彎曲高度不大或要求兩邊平直，則凹模深度應大于零件高度， m值可查表3-9。 表3-9 彎曲U形件凹模m值 材料厚度t ≤1 ＞1～2 ＞2～3 ＞3～4 m 3 4 5 6 電阻支架彎曲件U形彎曲時，要保證U形件兩邊的垂直度要求，彎曲U形件凹模取m=3mm；Z形彎曲時，凹模工作部分深度L0根據(jù)實際情況取L0=10mm。 （2）凸模與凹模之間的間隙 凸、凹模之間的間隙對彎曲件的質量和彎曲力有很大影響。生產(chǎn)中可由下式來決定： 彎曲有色金屬工件 Z=tmin+nt (3-22) 式中　 Z—彎曲凸模與凹模的單面間隙（mm）； tmin—材料厚度的最小尺寸（mm）； n—間隙系數(shù)，如表3-10所示。 表3-10 U形件彎曲的間隙系數(shù)n值 彎曲件 高度H （mm） 材料厚度t/mm b/H≤2 b/H>2 ＜0.5 0.6～2 2.1～4 4.1～5 ＜0.5 0.6～2 2.1～4 4.1～5 10 20 35 50 0.05 0.05 0.07 0.10 0.05 0.05 0.05 0.07 0.04 0.04 0.04 0.05 0.03 0.03 0.04 0.10 0.10 0.15 0.20 0.10 0.10 0.10 0.15 0.08 0.08 0.08 0.10 0.06 0.06 0.06 表中　　H-彎曲件高度（mm）； t-材料厚度（mm）； b-彎曲件寬度（mm）； U形彎曲時b/H=2，n=0.05 凸凹模單邊間隙Z=0.91+0.05=0.96mm： Z形彎曲時b/H=1，n=0.05凸模與凹模之間的單面間隙Z=0.91+0.05=0.96mm。 （3)凸模與凹模橫向尺寸及制造公差 彎曲模凸模與凹模的橫向尺寸及制造公差與彎曲件的尺寸標注有關，電阻支架彎曲件尺寸標注如圖3-7所示。 圖3-7 尺寸標注在工件內形上，選擇凸模為設計基準件，配制凹模。 彎曲件為雙向對稱偏差時，凸模尺寸為： 　　　　　　　　　　　　　　　　 (3-23) 彎曲件為單向偏差時，凸模尺寸為： 　　　　　　　　　　　　　　　 (3-24) 凹模尺寸按凸模尺寸配制，保證雙面間隙或 　　　　　　　　　　　　　　　　 (3-25) 式中　　L—彎曲件基本尺寸（mm）； Lp，Ld—凸模、凹模工作部分尺寸（mm）； △—彎曲件尺寸偏差； δp , δd —彎曲凸、凹模制造公差，一般選用IT7～IT9級，這里凸模尺寸取IT7級； Z—彎曲凸、凹模單面間隙（mm）。 則凸模尺寸 L1=（39+3/4×0.39）-0.0250=39.30-0.0250 L2=(34+0.25×0.39)-0.0250=34.10-0.0250 凹模尺寸按凸模尺寸配制，保證雙面均勻間隙1.92mm。 3.7　彈性元件的選用 3.7.1 沖裁模彈性元件選用 （1）沖裁模卸料橡膠選用 橡膠允許承受的負荷較大，安裝調整靈活方便，是沖裁模中常用的彈性元件。在該設計中根據(jù)模具的結構選擇截面為5830mm的聚氨酯橡膠8290作為彈性元件具有硬度高、彈性好、高耐磨性、耐撕裂的特性。為保證橡膠不致過早失去彈性而損壞，其極限壓縮取其自由高度的35%～45%，即： H極=（0.35～0.45）h自 (3-27) 橡膠預壓縮量一般取自由高度的10%～15%，即： h預=（0.10～0.15）h自 (3-28) 故工作行程： h工作= h極- h預　 (3-29) 則 h工作= (0.20～0.35) h自 WQ14電阻支架沖裁模工作行程 h工作=4mm， 所以橡膠的自由高度 　h自= =40.20~0.35 =(11.4～20)mm 取 h自=20mm h預=0.1h自=0.1 20=2mm 預壓后，橡膠厚度H=20-2=18mm；H極= h工作+ h預=4+2=6＜0.45 h自，橡膠產(chǎn)生的壓力如下： F＝Ap　 (3-30)　　 橡膠的橫截面積為： A=F/p　 (3-31) 式中　　F—橡膠所產(chǎn)生的壓力，設計時取大于或等于卸料力（N）； p—橡膠所產(chǎn)生的單位面積壓力（N/mm2），與壓縮量有關，其值可查圖3-8，設計時取預壓量下的單位壓力； A—橡膠橫截面積（mm2）。 F卸=2.18kN 橡膠壓縮量壓縮量a= 100%=30% 選擇c形狀的橡膠則 p=1.8Mpa A=F/p=2.18/1.8=1167mm2 ，在c形狀的橡膠上切八塊157的方形橡膠做彈性元件。所以橡膠規(guī)格：長 寬 自由高度15×7×30. a) b) c) d) 壓縮量（%） 圖3-8橡膠的形狀及特性曲線 3.7.2 彎曲模彈性元件選用 （1）U形彎曲壓件橡膠的選用 為了保證U形彎曲凸模運動的延續(xù)，則U形彎曲壓件選用4根彈簧。4F預壓≥FU=5350.8N F預壓≥1337.7N 工作行程：h工作=10mm； 彈簧的自由高度h自由= =100.20~0.35 =28~50mm； 取 h自=45mm 預壓10%～15%則h預=（10%～15%）45=4.5～6.75mm； 取 h預=5mm 由表3-11可查：壓縮量a=10+545100%=33.3%＜最大壓縮比。 簧選用如下： d=6 D2=32 h0=65的圓柱螺旋壓縮彈簧； 彈簧63265 GB2089-80 所以 h壓縮=15 F預,彈簧選擇合理。 表3-11 類別 顏 色 形狀號 壓 縮 比 最 大 壓縮比 使用壽命(30萬次) 使用壽命(50萬次) 輕小負荷 淺 深 大 小 50% 45% 58% 輕負荷 紅色 40% 36% 48% 中負荷 藍色 32% 28.8% 38% 重負荷 綠色?茶色 24% 21.6% 28% 極重負荷 咖啡色 20% 18% 24% （2）Z彎曲活動頂板復位彈簧選用 Z形彎曲活動頂板利用導軌在導滑槽中滑動，為保證Z形彎曲活動頂板能準確復位，復位彈簧的彈力要大于Z形彎曲活動頂板在導滑槽上的滑動摩擦力，即 F壓>F摩　 (3-32) F摩=μN　 (3-33) 式中　　F摩－滑動摩擦力； μ－滑動摩擦系數(shù)；鋼與鋼之間的滑動摩擦系數(shù)取0.15。 N－兩物體間的正壓力； 經(jīng)核算，F(xiàn)摩<2N，Z形彎曲活動凹?；瑒庸ぷ餍谐蘦工作=10mm，彈簧無預壓量。 彈簧選用如下： d=0.8 D2=8 h0=20的圓柱螺旋壓縮彈簧； 彈簧0.8820 GB2089-80 所以 h壓縮=10 F摩,彈簧選擇合理。 （3）頂料板復位彈簧的選用 選用圓鋼絲螺旋壓縮彈簧16×2×45,保證卸料螺釘復位即可。. 3.8　沖孔凸模強度與剛度校核 在一般情況下，凸模的強度和剛度是足夠的，沒必要進行校核，但當凸模的截面尺寸很小而沖裁的板料厚度較大或根據(jù)結構需要確定的凸模特別細長時，應進行承壓能力的校核和抗縱彎曲能力的校核。 1）沖孔凸模強度校核 　　　　 (3-34) 式中　　 dmin —凸模工作部分最小直徑（mm）； t—材料厚度（mm）； —沖裁材料的抗剪強度（MPa）；黃銅的剪切強度343~392MPa。 [壓]—凸模材料的許用抗壓強度（MPa）。 凸模材料的許用抗壓強度大小取決于凸模材料及熱處理，對于T8A、T10A、Cr12MoV、GCr15等工具鋼，淬火硬度為58～62HRC時可取[]=（1.0～1.6）103MPa；如果凸模有特殊導向時，可取[]=（2～3）103MPa。 本課題中的沖孔凸模選取Cr12材料，淬火硬度為58～62HRC，[壓]=1.6103MPa dmin≥4tτσ壓=4 1×3921600 =0.98mm； 而=2mm；故設計合理。 2）沖孔凸模剛度校核 根據(jù)凸模在沖裁過程中的受力情況，凸模無導向時，相當于一端固定，另一端自由的壓桿，凸模不發(fā)生失穩(wěn)縱彎的最大沖裁力可以用歐拉極限力公式確定。不發(fā)生失穩(wěn)的最大長度為 (3-35) 對于圓形凸模，，取n=3，代人上式可得最大允許長度為 Lmax≤95×222637.6=6.9mm L=6mm符合要求 第4章　模具工作零件結構設計 4.1 沖裁模工作零件結構設計 4.1.1 落料凹模結構設計 （1）落料凹?？卓谛问皆O計 落料凹模采用直壁式，制造方便，刃口強度高，刃磨后工作部分尺寸不變，適合上出件復合模。 圖4.1 （2）凹模輪廓尺寸的確定 凹模以整體式結構設計，孔口尺寸按照凸模的實際尺寸，保證均勻的雙面間隙0.1～0.14mm，凹模的厚度H按經(jīng)驗公式計算。 H=ks(不小于15mm)， （4-1） 式中　　s—垂直送料方向的凹模刃壁間最大距離（mm）； k—系數(shù)，考慮板料厚度的影響，查表4-1 表4-1 凹模厚度系數(shù)(mm) 距離S 材料厚度t ≤1 ＞1～3 ＞3～6 ≤50 ＞50～100 ＞100～200 ＞200 0.30～0.40 0.20～0.30 0.15～0.20 0.10～0.15 0.35～0.50 0.22～0.35 0.18～0.22 0.12～0.18 0.45～0.60 0.30～0.45 0.22～0.30 0.15～0.22 本課題設計的裁模凹模刃壁間最大距離s=60mm；查表取系數(shù)k=0.3。凹模高度：H=0.2×60=12，取凹模厚度H=14mm。 垂直送料方向的凹模寬度B B=s+（2.5～4.0）H (4-2) 由于s=60mm，H=14mm　 所以，B≥60+（35~56）=95~116mm 取B=125mm； 送料方向的凹模長度 L=s1+2s2