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畢業(yè)設(shè)計(論文)外文資料翻譯
系 別 機電信息系
專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化
班 級 B070203
姓 名 張瑞
學(xué) 號 B07020336
外文出處
附 件 1. 原文； 2. 譯文
2011年3月
熱沖壓模具冷卻系統(tǒng)的設(shè)計
摘要：
熱沖壓和高強度鋼材在汽車行業(yè)正越來越受歡迎。熱沖壓是通過加熱和按下推進器水冷工具來實現(xiàn)鋼板高強度的一種工藝，冷卻系統(tǒng)對該工藝的影響很大。本文提出了一種對冷卻管道系統(tǒng)進行優(yōu)化的設(shè)計過程,介紹一種在冷卻系統(tǒng)上進行有限元分析與一個特定的進化算法的優(yōu)化程序。通過對每個單獨程序組件進行了優(yōu)化設(shè)計,然后讓熱沖壓工藝和thermo-mechanically熱模擬相結(jié)合的優(yōu)化方案。
關(guān)鍵詞:
熱沖壓、有限元法(FEM),優(yōu)化
1概述
近年來,在不降低安全標(biāo)準(zhǔn)的前提下減輕重量已成為汽車工業(yè)的研究重點。熱沖壓、高強度鋼對此提供了可能性,不但降低重量而且提高了乘車的安全系數(shù)。為了達到高強度，利用熱沖壓將高強度鋼加熱奧氏體溫度范圍，然后對其進行迅速冷卻，馬氏體轉(zhuǎn)變發(fā)生。在熱沖壓工藝中,工件的溫度必須保持在200°C以上，實現(xiàn)高強度。到目前為止,很少有對冷卻系統(tǒng)進行研究的熱沖壓模具。
本文介紹了一種系統(tǒng)化的設(shè)計方法,熱沖壓工具與冷卻系統(tǒng)達到最佳而快速。在這個例子中,冷卻系統(tǒng)進行了優(yōu)化幫助進行有限元分析與一個特定的進化算法，隨后一系列的熱成形過程的數(shù)值thermo-mechanically熱模擬以及觀察傳熱和冷卻速率來優(yōu)化冷卻系統(tǒng)，在高溫的沖壓工刀具運動需要的時間相對整個過程的時間較短。因此,熱沖壓過程必須有足夠的工具、合理的準(zhǔn)確性計算與短時間的快速設(shè)計。
模具的冷卻系統(tǒng)分析了包括這項議案的一項形成過程是很有必要的,可以提高預(yù)測精度。在本文中，第2章介紹了一輛汽車和其相應(yīng)的熱沖壓原件，第3章中介紹了優(yōu)化有限元分析的程序及進化算法。隨后,結(jié)果通過熱分析與熱、光的優(yōu)化為熱沖壓模具設(shè)計提供了科學(xué)依據(jù)。
2熱沖壓模具的冷卻
2.1動機
提高了工藝流程的經(jīng)濟性和優(yōu)化了成形零件的特點、熱沖壓才能達到設(shè)計最佳狀況。因此,本研究的主要目的是優(yōu)化設(shè)計一種在經(jīng)濟冷卻系統(tǒng)熱沖壓工具才能獲得有效的冷卻速率的工具。到目前為止,只有很少數(shù)的人進行了有關(guān)冷卻系統(tǒng)在熱沖壓工具的應(yīng)用。因此,先進的設(shè)計方法配以適當(dāng)?shù)姆抡婺Ｐ屯瓿梢蟮膬?yōu)化調(diào)查，達到工具和產(chǎn)品的快速完成和盡可能的精確。
2.2熱沖壓和模具冷卻的工藝特點
在直接熱成形工藝中,quenchable boronmanganese合金鋼熱沖壓和模具冷卻是常用。同時,熱沖壓和模具冷卻是其中的一個具有代表意義的材料超高強度鋼。因此,在此研究中,熱沖壓和模具冷卻的鋁預(yù)表(阿塞洛USIBOR)被認為是空白的材料。材料熱沖壓和模具冷卻的拉伸強度600MPa在臨界狀態(tài),材料的拉伸強度通過熱沖壓工藝顯著增加。更高的抗拉強度達到了熱沖壓工藝是通過快速冷卻至少27°的速度C / s[2]。作為在奧氏體冷卻淬火過程非?？祚R氏體相變將發(fā)生。該微結(jié)構(gòu)提供與馬氏體與硬化的最終產(chǎn)品較高的抗拉強度達到1500兆帕。
2.3工具組件和檢驗
原型的組成及其熱沖壓工具運動學(xué)是如圖1所示,最初的空白，該試驗的一部分,在圖2。最初的空白的430mm尺寸x 1.75mm x 170mm和抽簽儀式提出了一種深度的檢驗的一部分是30毫米。
2.4沖壓模具冷卻系統(tǒng)
該工具設(shè)計必須考慮能夠達到的最大的降溫速率和熱沖壓零件的溫度分布均勻性。因此,冷卻系統(tǒng)需要被整合到工具。這冷卻系統(tǒng)冷卻管靠近工具輪廓目前認為是一種有效的解決方案。然而,冷卻管的幾何形狀限制因在鉆井和約束也應(yīng)放置導(dǎo)管盡可能在盡可能的靠近但足以有效的冷卻遠離工具輪廓,以避免任何塑性變形在熱成形工藝的工具。保證滿意繪制部分的特點,整個活躍部位，該工具(沖壓、模具、壓邊及解決沖床)需要設(shè)計冷卻充分。
3冷卻系統(tǒng)的設(shè)計
3.1優(yōu)化的進化算法
圖3為每個工具的優(yōu)化程序。為優(yōu)化程序設(shè)計的冷卻系統(tǒng)呈現(xiàn)在圖3。在這個過程中,冷卻在每個通道可優(yōu)化工具通過具體的進化算法(EA),這是在發(fā)達的ISF(Institut Fertigung皮毛Spannende多特蒙德,大學(xué)德國),為優(yōu)化注塑工具適用于設(shè)計和冷卻系統(tǒng)在熱沖壓件工具[3、4]。作為約束條件進行優(yōu)化,可得到的大小的連接器和插座,最低的墻以及nonintersection厚度的鉆孔因素也被考慮在內(nèi)。反推最小距離冷卻風(fēng)管和卸之間/裝載工具輪廓(a / x)和最小距離冷卻管(s)通過有限元分析確定。參數(shù)的冷卻系統(tǒng)如通道的數(shù)量(一根鏈條上的序貫孔),鉆孔每通道和直徑的孔洞每個工具組件也提供作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入?yún)?shù)的優(yōu)化。這些輸入?yún)?shù)可從現(xiàn)有的設(shè)計通過有限元模擬指南或?；谳斎氤跏冀馍呻S機參數(shù)通過EA或手動,由用戶。從初始解,EA創(chuàng)造新的解決方案經(jīng)過重組的電流修改他們的解決方案和隨機的。定義了隨后被用于約束的校正生成的解決方案和消除作廢的解決方案。所有的生成方案最優(yōu)標(biāo)準(zhǔn)等進行有效的冷卻率和均勻冷卻。最后,最好的解決辦法為優(yōu)化冷卻通道選擇對選定的工具組件
3.2冷卻通道的優(yōu)化
在我們的研究,選定的管的直徑對8毫米和12mm 8毫米,12mm沖床、毫米到16毫米之間死亡,8毫米和10毫米反凸模和8毫米為空白持有人。EA是用于儲放冷卻通道根據(jù)給定的輸入翻案和約束條件每個工具組件。優(yōu)化后的型材的8毫米直徑的渠道,為管道在圖4。
4最佳冷卻系統(tǒng)的評價
冷卻通道的渠道設(shè)計產(chǎn)生EA每個工具組件以不同的孔直徑和其冷卻性能進行了評估,采用鐵模擬。
4.1熱學(xué)分析
在設(shè)計和開發(fā)階段的熱沖壓件工具,這是很重要的,估計熱沖壓工藝定性和定量地在很短的時間經(jīng)濟制造的工具。為了這個目的,兩個瞬態(tài)熱模擬的基礎(chǔ)上進行利用ABAQUS /標(biāo)準(zhǔn),一個隱式方法。在這個分析1.2379曾被選為鋼的刀具材料。這仿真模型包含4工具組件:沖床,死亡,壓邊和反拳。如表1所,選擇與優(yōu)化組合的零件冷卻通道的方法。V1是這種變體組合優(yōu)化工具和小冷卻風(fēng)管直徑大,而變種冷卻風(fēng)管。V2直徑。表1:設(shè)計工具的組合進行有限元分析。摘要為了代表一系列生產(chǎn)流程,一個循環(huán)數(shù)的熱沖壓的過程模擬為一個周期傳熱分析。圖5的表明有限元模型包括邊界conditionsFigure 5:有限元模型和邊界條件。這種熱成形工藝的部分的樣機這樣的設(shè)計周期時間是30秒。在一個周期內(nèi),沖壓運動的形成需要3秒,這種工具關(guān)閉了17秒的空白,它可以使淬火另一個10秒開發(fā)工具和定位的下一步空白的工具。然而,在這種熱分析運動和變形工具坯料的卻沒有考慮到減少了計算量。因此,只有進行了傳熱分析是在一個封閉的工具。在熱分析、淬火過程耗時的地方2017秒秒來代替,因為運動沖壓不考慮。假定空白有一個最初的穩(wěn)態(tài)溫度(Tb,0°C)由于850從950°C冷卻免費在轉(zhuǎn)運環(huán)境。最初的工具的溫度(Tt,0)假設(shè)為20°C在第一個周期和變化周期周期。冷卻介質(zhì)的溫度(Tc)假設(shè)為室溫。邊界的旁邊條件、材料性能的熱沖壓和模具冷卻的工藝要求從熱拉伸試驗,獲得了LFT舉辦(Lehrstuhl皮毛Fertigungstechnologie,大學(xué)Erlangen-Nurnberg、德國),和他在一起共同研究在熱沖壓被帶領(lǐng)[2]。在分析中,對流從空白和工具的環(huán)境(他),辦理在每一個工具,對流從工具融入到冷卻通道(hc)和傳熱熱空白是considered. c)工具(Here,??c,是the(CHTC接觸傳熱系數(shù)),描述了熱通量的數(shù)量從毛坯到工具。這通常取決于系數(shù)之間的差距的工具和d空白和接觸壓力p .它增加通常是作為接觸壓力的增加而增加。然而,在熱分析了CHTC壓力是無效的,依賴但是差距是使用相關(guān)系數(shù)。CHTC是假設(shè)為5000W°C / m2在零距離之間的空白和工具(缺口)和保持常數(shù),直到差距的增加而增加超越批判價值。
4.2 機械分析
仿真與傳統(tǒng)熱成形是不同的板料成形過程模擬,其中的分布規(guī)律在溫度或壓力的工具被忽視。為快速又簡單的方法去分析熱成形工藝的工具與空白被建成有殼單元在其他的研究[5,6]。在這些研究中,研究溫度可能是分布式沿厚度的殼元素和用戶自定義函數(shù)的溫度,但這件工具是內(nèi)溫度不考慮。同時,在仿真模型的加熱,在一系列的工具熱沖壓過程不被考慮。此外,殼模型,對接觸熱的問題只是足夠于相對較短的接觸時間[6]。因此,我們在研究工具和空白與體積元模擬仿制的順序的在一系列的傳熱過程。熱力的進行仿真是ABAQUS /顯性。在熱分析、比較,整個形成和淬火工藝是仿制,而動態(tài)溫度和應(yīng)力響應(yīng)的工具進行了模擬接觸熱利用空白time-temperature依賴流動應(yīng)力曲線。熱更準(zhǔn)確地表達了轉(zhuǎn)會應(yīng)該使用在接觸壓力CHTC場所依賴改變在形成過程。此外,氣溫依賴的熱導(dǎo)率和比熱也會考慮。然而,在通過熱分析,為號元素的增加,鐵的復(fù)雜性問題顯著的增加。在傳統(tǒng)的成形有限元模擬提出了一種自適應(yīng)網(wǎng)格可以通常用來閑了仿真時間,來獲得更多的精確解接觸面積。然而,自適應(yīng)網(wǎng)格細化在計算在熱力不穩(wěn)定的原因分析。因此,一個雅致的網(wǎng)格更高的沖壓速度被認為是減少模擬時間。傳熱系數(shù)的結(jié)垢因此,獲得相同的熱通量[7]。
常州紡織服裝職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 設(shè)計（論文）題目夾子沖壓件設(shè)計 系 專 業(yè) 班 級 姓 名 學(xué) 號 指 導(dǎo) 老 師 2008年5月31日 目錄 第一章、課題簡介…………………………………………3 第二章、工藝分析…………………………………………4 一、零件工藝分析………………………………………………4 二、工藝方案的確定……………………………………………4 三、工藝參數(shù)的確定……………………………………………5 第三章、工作力的計算及壓力機的選擇…………………10 一、沖壓力的計算………………………………………………10 二、粗選壓力機…………………………………………………12 三、機床壓力中心………………………………………………12 第四章、填寫沖壓工序卡……………………………………14 第五章、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計………………………………………15 一、模具結(jié)構(gòu)形式的選擇………………………………………15 二、模具結(jié)構(gòu)的分析與說明……………………………………15 三、模具工作部分的尺寸和公差的確定………………………16 四、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計………………………………………………20 五、校核壓力機安裝尺寸………………………………………23 第六章、 彎曲模具的設(shè)計…………………………………24 一、制件彎曲工藝分析…………………………………………24 二、沖壓工藝參數(shù)的確定………………………………………25 第七章、彎曲模的結(jié)構(gòu)設(shè)計………………………………27 一、模具結(jié)構(gòu)的分析說明…………………………………………27 二、彎曲模的卸料裝置的設(shè)計說明………………………………28 第八章、彎曲模的工作尺寸計算…………………………29 畢業(yè)設(shè)計小結(jié)…………………………………………………………33 參考文獻………………………………………………………………35 第一章 課題簡介 零件分析說明 1 零件形狀及其一般要求 制件如圖1-1所示，材料為不銹鋼，材料厚度為0.5mm，制件尺寸精度 按圖紙要求，未注按IT12級，生產(chǎn)綱領(lǐng)年產(chǎn)10萬件。 圖1-1 第二章 工藝分析 1、 零件工藝分析 本制件形狀簡單、尺寸、厚度適中，一般批量生產(chǎn)，屬于普通沖 壓件，但在設(shè)計冷沖壓模具時要注意以下幾點： 2 制件的外形輪廓、結(jié)構(gòu)都算簡單，但是要考慮幾個孔的加工 A、 兩個2的孔的位置要求，B、 由于要裝配，C、 兩孔必 須有一定的同D、 軸度要求，E、 其值為0.15mm。 3 此制件的加工難點主要在孔2的中心距的定位。 4 由于幾個孔的直徑都較小，并且有一定的批量，在設(shè)計時要重視 模具的材料和結(jié)構(gòu)的選擇，保證一定的模具壽命。 二、工藝方案的確定 根據(jù)制件的工藝的分析，其基本工序有落料、沖孔、彎曲三種。按其 先后順序組合以及合理的加工方案有以下幾種： 1、落料-沖孔-彎曲，單工序沖壓。 2、落料-彎曲-沖孔，單工序沖壓。 3、落料沖孔-彎曲壓筋，復(fù)合沖壓。 方案1)為單工序沖壓模具。由于此制件有一定的生產(chǎn)批量，過多的 工序，降低產(chǎn)品的精度，而且此方案生產(chǎn)效率底，不宜批量生產(chǎn)，故 不宜采用此方案。 方案2)也為單工序沖壓模具。它除有方案1的毛病外，還有孔的位 置精度難以保證，在并且在彎曲時也缺少定位精度難保證，故不宜采 用此方案。 方案3)復(fù)合沖壓模具。由于制件的結(jié)構(gòu)，材料的厚度較薄，沖孔與 落料一次沖壓完成。故最宜采用此方案 具體方案示意如下： A、零件的排樣方案圖2-1 圖2-1 三、工藝參數(shù)的確定 1 毛坯尺寸的計算 ? 外形尺寸的長度計算 零件相對彎曲半徑為： R/t=2/0.5=4>0.5 式中 R??彎曲半徑； T??料厚。 可見，制件屬于圓角半徑較大的彎曲件，應(yīng)現(xiàn)求彎曲變形區(qū)的 中性層曲率半徑ρ。 由課本p145中性層位置計算公式 ρ=R+Xt 式中 X——由實驗測定的應(yīng)變中性層位移系數(shù) 由課本p145 表4-5查出X取0.42 所以： ρ=R+Xt =2+0.42×0.5 =2.21mm 圓角半徑較大（R>0.5t）的彎曲件毛坯長度計算公式 L=∑L直+∑L彎 L彎=［（180-a）/180］*πρ ABCDEFGHIJKL 圖2-2 所以制件長度為如圖2-2 L=LAB+LBC+LCD+LDE+LEF+LFG+LGH+LHI+LIJ+LJK+LKL L=3+3.0342+8.54+14+1+1+1.8028+13+1.8028+1+2 L=50.1798 DE段屬于工藝設(shè)置,目的是為了減少彎曲回彈,其半徑很大,可看成是直 線，所以DE段長度按直線計算。 1 外形輪廓寬度的計算 : 由于考考慮到板料的利用率和排樣的方便，此制件由CAD生成的 工藝尺寸為：外形輪廓寬度為L=53.74mm 2 排樣尺寸的計算 3 搭邊值的確定： 由課本上P46表3-14查得L>50的工件間a1的值為2.2*0.8=1.76 側(cè)邊a的值為2.5*0.8=2 3 條料寬度的計算 在設(shè)計模具是為了方便，采用無側(cè)壓裝置送料方式條料寬度計算 公式如下： B=(D+2a +Z) 0-δ 式中 B——為條料寬度的基本尺寸； D——為條料寬度方向零件輪廓的最大尺寸 a——側(cè)面搭邊 Z——導(dǎo)料板與最寬條料之間的間隙 δ——條料寬度的負向偏差 搭邊距a如上所示 間隙δ、剪切公差Z查課本p47表3-17查得δ=0.5mm、Z=0.5mm 由上面公式計算得B=(53.74+2*2+0.5〉 0-0.5=56.240-0.5mm 2 步距的計算 由制件的展開圖（見右圖2-3） 所生成的橫向有效尺寸為Ls=53.74mm 圖2-3 步間距計算公式為： L=Ls+a1 式中L——為步間距 Ls——為橫向有效尺寸 a1——搭邊距 L=53.74+2=55.74mm 由此可得模具排樣圖如下： 圖 2-4 根據(jù)要求查《模具設(shè)計指導(dǎo)》史鐵梁主編 表4-1，選板的規(guī)格 1500×800×0.5每塊板可剪1500×56規(guī)格條料14塊，材料利用率達80% 以上。 3 計算材料利用率 由課本p43式子3-19 η=nA/BL×100% η——為材料利用率； A——一個步距內(nèi)沖裁件的實際面積； B——條料的寬度 L——條料的長度 n——一張板料上沖裁件的總數(shù)目 η=28*1932.765/（56*1500 ）=65% 第三章 工作力的計算及壓力機的選擇 工作力的計算以落料沖孔模具為例計算： 一、沖壓力的計算 完成本制件所需的沖壓力由沖裁力、彎曲力、及卸料力、推料力、 頂料力和壓料力組成 1. 沖裁力F 沖 的計算 由本課本p49式子3-28 F沖 =KtLτ 式中： τ——為材料的抗剪強度（MPa） F沖 ——沖裁力（N） L——沖裁周邊總邊長（mm） t——材料厚度（mm） 說明：系數(shù)K是考慮到?jīng)_裁刃口的磨損、凸模與凹模的波動（數(shù)值 的變化或分布不均） 、潤滑情況、材料力學(xué)性能與厚度公差的變化等因 素而設(shè)置的安全系數(shù)，一般取1.3。當(dāng)查不到抗剪強度τ時，可用抗拉 強度σ b代替τ，而取Kp=1的近似計算法計算。 τ查《模具設(shè)計指導(dǎo)》p90表4-12取τ=350 MPa 所以沖裁力F 沖 =1.3×0.5×211.059×350=48016 N =48.016KN 2. 卸料力F x 、 推料力FT 、 頂料力FD的計算 在實際生產(chǎn)中影響卸料力、推料力、頂料力的因素很多，要精確計算 很困難。在實際生產(chǎn)中常采用經(jīng)驗公式計算：（查課本p50公式3-30 3-31 3-32） 卸料力： F x=KxF 推料力： FT = nKTF 頂料力： FD =KDF 式中： F沖裁力（N） Kx卸料力系數(shù)，其值為0.045--0.055(薄料取大值、厚料取 小值） ； KT——推件力系數(shù)，其值為0.063 KD——頂件力系數(shù)，其值為0.08 n——時卡在凹模內(nèi)的沖裁件數(shù)(或廢料)數(shù) n=h/t h——凹模洞口的直刃壁高度 t——板料厚度 卸料力和頂料力是設(shè)計卸料裝置和彈頂裝置的依據(jù)。 因此： Fx =0.045×48.016=2.17 KN FT=0.063×48.016=3.025008 KN FD=0.08×48.016=3.84128 KN 總壓力F總的計算 F總= F 沖 ＋F x＋FD=54.02728 KN 二、粗選壓力機 由于該制件是一普通制件，且精度要求不高，因此選用開式可傾 壓力機。它具有工作臺三面敞開，操作方便，成本低廉的優(yōu)點。由于 沖孔落料復(fù)合模的壓力行程的特點是在開始階段即 需要很大的壓力， 而在后面階段所需要的反倒要小的多。因此若按總的壓力來選取壓力 機，很可能出現(xiàn)雖然總的壓力滿足要求，但是在初始階段沖裁時已經(jīng) 超載。同時，選用拉深壓力機還應(yīng)該對沖裁功進行核算，否則會出現(xiàn) 壓力機在力的大小滿足要求，但是功率有可能過載，飛輪轉(zhuǎn)速降低， 從而引起電動機轉(zhuǎn)速降低過大，損壞電動機。因此精確確定壓力機壓 力應(yīng)當(dāng)根據(jù)壓力機說明書中給出的允許工作負荷曲線，并校核功率。 但是在一般條件下，可以根據(jù)生產(chǎn)車間的實際條件，在現(xiàn)有壓力機中 選取。在這里根據(jù)總壓力為54.02728KN,從《模具設(shè)計指導(dǎo)》史鐵梁主 編一書中表4-33提供的壓力機公稱壓力序列中選取100KN的壓力機，型 號為J23-10.由此可知，電動機的功率遠遠大于拉深所需壓力機的電動 機功率。故可以選用此電動機。 三、計算壓力中心 由于制件圖形規(guī)則，上下對稱，所以其壓力中心必在中心線上，用 實驗法測的該制件的壓力中心坐標(biāo)為X24，Y0如下圖： 第四章、填寫沖壓工序卡 由上可知該制件共有兩道工序：即落料沖孔，彎曲壓筋。 冷沖壓工藝卡片如下圖 產(chǎn)品型號 零（部）件 名稱 共 頁常州紡織 服裝職業(yè) 技術(shù)學(xué)院 沖壓工藝卡片 產(chǎn)品名稱 夾子 零（部）件 型號 第 頁 材料牌號及規(guī)格 材料技術(shù)要求 毛坯尺寸 每毛坯可制件數(shù) 毛坯質(zhì)量 輔助材料 1CrB 條料1500*800 29 工序 號 工序 名稱 工序內(nèi)容 加工簡圖 設(shè)備 工藝設(shè)備 工時 0 下料 剪床上撬板 1500*800 11-6° 2500 1 落料 沖孔 落料與沖孔 J23-250 落料沖孔 復(fù)合模 2 彎曲 壓筋 彎曲制件并 壓筋 J23-250 彎曲模 3 檢查 4 5 6 7 8 9 第五章、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計 根據(jù)確定的沖壓工藝方案和制件的形狀、特點、要求等因素確定沖 模的類型及結(jié)構(gòu)形式。 1 模具結(jié)構(gòu)形式的選擇 在模具設(shè)計中雖然單工序模具比較簡單也比較容易制造,但是制件 孔離制件邊緣尺寸較小在落料后沖孔勢必會影響模具的精度。且， 兩孔在單工序模具中很難保證兩孔的位置精度。所以考慮到用落料 沖孔復(fù)合模具來加工第一工序。又因為沖孔在前，落料在后，以凸 模插入材料和凹模內(nèi)進行落料，必然材料的切向流動的壓力，有可 能使φ4的凸模變形，因此考慮采用彈壓卸料裝置的復(fù)合沖壓。這 樣既提高了工作效率又提高了模具的壽命，這樣一來提高了模具的 使用價值。因為制件精度不是多高，采用兩副模具，一副是沖孔落 料復(fù)合模、一副是彎曲模。這樣就降低了模具的制造難度，且適合 生產(chǎn)條件不是很好的企業(yè)生產(chǎn)模具，給模具生產(chǎn)帶來一定的廣度。 給生產(chǎn)降低了成本，帶來了更大的經(jīng)濟利益。 二、模具結(jié)構(gòu)的分析與說明 1、沖孔落料模結(jié)構(gòu)的分析與說明 本道模具主要用來完成落料沖孔，目的明確簡單，看似易設(shè)計。但 對于本制件來說它是一個上下對稱的制件并且有兩個Φ4的小孔， 為了保證兩孔在彎曲后的精度，所以要在本工序中做到兩孔的精度。 在本制件考慮到形狀有一定的復(fù)雜，且較?。?.5mm） ，為了保證制 件有較高的平直度本，故采用正裝式復(fù)合模。制件制造時還要考慮 到制件的定位，根據(jù)制件的特征，為了保證凹模的強度，故采用鉤 形當(dāng)料銷、和采用外形定位的定位銷。 2、彎曲模結(jié)構(gòu)的分析與說明 為了保證坯料在彎曲時不發(fā)生偏移，在設(shè)計時用Φ5的孔為定位孔， 用定料銷定位。為了防止坯料轉(zhuǎn)動，采用左右定位銷定位。 三、模具工作部分的尺寸和公差的確定 沖裁件的尺寸精度主要決定于模具刃口尺寸精度，模具的合 理間隙值也主要靠刃口尺寸及制造精度來保證。正確決定模具刃口 尺寸及制造公差，是設(shè)計沖裁模具的主要任務(wù)之一。 在決定模具刃口尺寸及其制造公差時需考慮下列原則： 8 落料件尺寸由凹模尺寸決定。故設(shè)計落料精度時，以凹模為 基準(zhǔn)，間隙取在凸模上；設(shè)計沖孔模時，以凸模為基準(zhǔn)，間 隙在凹模上。 9 考慮到?jīng)_裁中凸、凹模的磨損，設(shè)計時，凹?；境叽鐟?yīng)取 制件尺寸公差范圍的較小尺寸；設(shè)計沖孔時，凸模基本尺寸 則應(yīng)取工件孔尺寸公差范圍的較大尺寸。這樣，在凸、凹磨 損到一定的程度的情況下，仍能沖出合格的制件。凸凹模間 隙則取最小合理間隙值。 10 確定沖模刃口制造公差時，應(yīng)考慮制件的公差要求。如果對 刃口尺寸精度要求過高（即制造公差過?。?，會使模具制造 困難，增加成本，延長生產(chǎn)周期；如果對刃口尺寸精度要求 過低（即制造精度公差過大） ，則生產(chǎn)出來的制件可能不合 格，會使模具的壽命降低。若制件沒有標(biāo)注公差，則對于非 圓形件按國家標(biāo)準(zhǔn)“非配合尺寸的公差數(shù)值” IT14級處理，沖 模則可按IT11級制造；對于圓形件，一般可按IT7~IT6級制 造模具。沖壓件的尺寸公差應(yīng)按“入體”原則標(biāo)注為單向公差， 落料件上偏差為零，下偏差為負；沖孔件上偏差為正，下偏 差為零。 1） 、 計算落料凸、凹模的刃口尺寸： 本制件為簡單的軸對稱圖形，故按配作法計算凸、凹模刃口尺寸。 根據(jù)凸、凹模刃口尺寸計算公式，先計算出落料凹模刃口尺寸 課本p35式子3-3,3-4（落料） A0maxA)( ?????D ????mina 0inT TZ?? ?Zp DA——落料凹模的基本尺寸mm DT——落料凸模的基本尺寸mm Dmax——落料件最大極限尺寸mm Zmin——凸凹模最小初始雙面間隙mm δT——凸模制造下偏差，可查表3-6,或取δT≤0.4(Zmax－Zmin) δA——凹模制造上偏差，可查表3-6,或取δA≤0.6(Zmax－Zmin) △——沖裁件制造公差 x——系數(shù)，為了避免沖裁件尺寸偏向極限尺寸(落料時偏向最 小尺寸，沖孔時偏向最大尺寸),X值在0.5—1之間,與工件精度有關(guān)。 可查課本p36表3-7或按下列關(guān)系取值： 當(dāng)制件公差為IT10以上時，取x=1； 當(dāng)制件公差為IT11~IT13時，取x=0.75； 當(dāng)制件公差為IT14以下時，取x=0.5。 由課本p33表3-4 3-6 3-7得 Zmin=0.035mm,Zmax=0.045mm, δT=0.02mm ，δ A=0.03mm X=0.75mm 則Z max-Zmin=(0.045--0.035)=0.01mm ｜δT｜＋ ｜δ A｜=(0.02+0.03) =0.05mm＞0.01mm 說明所取凸凹模公差不滿足｜δT｜＋ ｜δ A｜≤Z max-Zmin條 件,此時可調(diào)整如下: δT=0.4(Zmax-Zmin)=0.4×0.01=0.004 δA =0.6(Zmax-Zmin)=0.6×0.01=0.006 校核： 0.004+0.006=0.01mm 由此可得該尺寸能保證間隙在合理的范圍內(nèi)，故可取 故有： =(50-0.75×0.1) A0maxA)( ?????D =49.925 mm 06.? =(49.925-0.035)????minmax 0inAT TZ?? ???Zp = 49.89 mm 04.? 由課本p36式子3-5 3-6（沖孔） 0minT)(pxd????? ????AZ??0minin0iAAZ DA——沖孔凹模的基本尺寸mm DT——沖孔凸模的基本尺寸mm dmin——沖孔件最小極限尺寸mm Δ——沖裁件制造的公差mm Zmin——凸凹模最小初始雙面間隙mm δT——凸模下偏差，可查表3-6,或取δT≤0.4(Zmax－Zmin) δA——凹模上偏差，可查表3-6,或取δT≤0.6(Zmax－Zmin) x——系數(shù)，為了避免沖裁件尺寸偏向極限尺寸(落料時偏向最 小尺寸，沖孔時偏向最大尺寸),X值在0.5—1之間,與工件精度有關(guān)。 可查課本p36表3-7或按下列關(guān)系取值： 當(dāng)制件公差為IT10以上時，取x=1； 當(dāng)制件公差為IT11~IT13時，取x=0.75； 當(dāng)制件公差為IT14以下時，取x=0.5。 計算孔Φ4的凸、凹模尺寸 查課本p33表3-4得 Zmin=0.035mm,Zmax=0.045mm, δT=0.02mm ，δ A=0.02mm X=0.75mm 則Z max-Zmin=(0.045--0.035)=0.01mm ｜δT｜＋ ｜δ A｜=(0.02+0.02) =0.04mm＞0.01mm 說明所取凸凹模公差不滿足｜δT｜＋ ｜δ A｜≤Z max-Zmin條 件,此時可調(diào)整如下: δT=0.4(Zmax-Zmin)=0.4×0.01=0.004 δA =0.6(Zmax-Zmin)=0.6×0.01=0.006 校核： 0.004+0.006=0.01mm 由此可得該尺寸能保證間隙在合理的范圍內(nèi)，故可取 故 :d T=4+0.75×0.12= 04.9? DA=4.09+0.035= 6125? 四、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計 1、凹模周界尺寸計算: 因制件形狀簡單,尺寸不大,又是對稱零件?？紤]到為了便于加工，故 選用整體式凹模比較合理. 1 凹模厚度尺寸H的計算:由凹模的計算公式為 = =16mm 3沖FH?016.48 又因為沖裁輪廓線全長為211.059mm,超過了50mm,故應(yīng)乘以修正系數(shù)K. 由《模具設(shè)計指導(dǎo)》表4-21可得凹模厚度的修正系數(shù)K的值為k=1.37 則 H凹=1.37*16=21.92mm 將凹模厚度圓整成22mm 2 落料凹模周界尺寸L×B的計算:因為凹模孔口輪廓為直線和圓弧形組 成所以： B＝S＋（2.5—4）H＝53.74＋（55—88）≈109—142mm L＝S1＋2S2＝53.74＋2×28＝109.74≈110mm 2、選擇模架及確定其他沖模零件的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn):根據(jù)凹模周界尺寸 B＝109—142mm、L＝110mm, 查《模具設(shè)計指導(dǎo)》史鐵梁主編表5-8選 取典型結(jié)構(gòu)并結(jié)合實際125×125×150—190I（GB/T2851.3——1990）,并 選用滑動導(dǎo)向后側(cè)導(dǎo)柱模架. 3、落料凸模的強度和剛度校核 凸模承載能力的校核： 凸模最小斷面承受的壓應(yīng)力 ，必須小于凸模材料強度允許的壓應(yīng)力[]，? 即 ][minbcZAF??， --凸模的最小斷面面積（ ）inA2m --凸?？v向總壓力包括沖裁力和推件力（N），ZF [ bc]-凸模材料的許用抗彎強度? 對于一般工具鋼，凸模淬火硬度HRC為58～62時，取1000～1600MPa；如果有特 殊導(dǎo)向時，可取2000～3000 MPa ＝51.85728/50.265482457437＝1.032 MPa minA Z，? 由已知[ bc]＝450 MPa?bc? 即落料凸模承載壓力完全合格。 由于本產(chǎn)品的生產(chǎn)綱領(lǐng)為10萬件,即在沖裁過程中由于材料本身 屬于硬質(zhì)材料,為此需要經(jīng)常磨刃口,適當(dāng)給落料凸模適當(dāng)加厚。 3、卸料.壓邊彈性元件的確定 沖壓工藝中常見的彈性元件有彈簧和橡膠等,但是由于這副模具的 結(jié)構(gòu)和結(jié)合實際生產(chǎn),因此我們選用橡膠作為卸料的彈性元件. 1 確定卸料橡膠 確定橡膠的自由高度H自,有資料查《模具設(shè)計指導(dǎo)》史鐵梁主編表 3-9得: H自=L工/(0.25-0.30)+h修磨 式中的L工為模具的工作行程再加1-3mm.本模具的工作行程為沖孔落料, 故L工≥1mm,h修磨的取值范圍為4-6mm,在這里取中間值5mm. H自=(1/0.3+5)mm≥9mm 確定L預(yù)和H裝.由表3-9可得如下計算公式: L預(yù)=(0.1-0.15)H自=0.15*9=1.35mm H裝=H自-L預(yù)=(9-1.35)mm=7.65mm 確定橡膠橫截面積A A=F/q F由前可知為F=2.17KN,q=0.26-0.5MPa.在這里,由于該模具的工作行程 比較小,因此取q=0.4MPa 則 A=2170/0.4mm=5425mm 核算橡膠的安裝空間: 可以安裝橡膠的空間可按 凹模外形表面積與凸凹模底部面積之差 的80％估算.經(jīng)計算為S=13692.235mm,則可以安裝橡膠的面積 S=10953.788mm,大于所需的橡膠面積,因此滿足安裝橡膠的需要. 五、校核壓力機安裝尺寸 模座的外形尺寸為125×125,閉合高度為160mm,,由資料查《模具設(shè)計 指導(dǎo)》史鐵梁主編表4-33查得J23-10型壓力機的工作臺尺寸為 360mm×240mm,最大閉合高度為180mm,連桿調(diào)節(jié)長度為50mm,故符合安 裝要求. 第六章 彎曲模具的設(shè)計 彎曲是使材料產(chǎn)生塑性變形，形成有一定角度或一定曲率形狀零件 的沖壓工序。彎曲的材料可以是板材、型材，也可以是棒料、管料。 彎曲工序除了使用模具在普通壓力機上進行外，還可以使用其他專門 的彎曲設(shè)備進行，以下幾例可看出： 圖6-1 1 制件彎曲工藝分析 本制件彎曲為綜合的折彎，折彎角度為165度和90度，彎曲半 徑為2mm，并且制件為對稱件的，彎曲形狀為U和V形彎曲的綜合彎 曲。在彎曲過程中要考慮彎曲回彈。 最小彎曲半徑計算r/t=2/0.5=4<5~8，彎曲半徑變化一般很小， 可不考慮，而僅考慮彎曲角度的回彈變化?；貜椊且詮澢昂蠊ぜ?彎曲角度的變化量Δθ表示?；貜椊铅う?θ 0-θt，其中θ 0為工件彎 曲后的實際彎曲角度，θ t為回彈前的彎曲角度（即凸模的彎曲角） 。 可以運用相關(guān)手冊查取回彈角修正經(jīng)驗系數(shù)值。 本制件在彎曲時帶有壓筋，在減小回彈上有一定的作用，即 它在結(jié)構(gòu)上改良了彎曲，使制件更容易達到要求。 2 沖壓工藝參數(shù)的確定。 1、沖壓力的計算 (1)彎曲力的計算 為了選擇合適的壓力機需要對彎曲力進行計算，影響彎曲力的因 素很多，如材料的性能，工件的形狀尺寸，板料厚度，彎曲方式，模 具結(jié)構(gòu)等。此外模具間隙和模具的工作表面質(zhì)量也會影響彎曲力的大 小。因此，理論分析的方法很難精確計算彎曲力。在生產(chǎn)實際中，通 常根據(jù)板料的機械性能以及厚度和寬度，按照經(jīng)驗公式計算彎曲力 （查課本p147式子） 。 彎曲力的計算F彎 (為了有效控制回彈,采用校正彎曲) 由《模具設(shè)計指導(dǎo)》史鐵梁主編一書中文獻(2)知 F自=0.7Kbtσ b/（r+t） b——為彎曲件的寬度mm t——為彎曲件的厚度mm r——為內(nèi)圓彎曲半徑mm σb——為彎曲材料的抗拉強度MPa，查表 4-12得σb =450MPa K——為安全系數(shù)，一般取1.3 故有： F自=0.7×1.3×53.74×0.25×450/(2+0.5)= 2.200653KN 3 頂料力和壓料力的計算，計算公式： FQ =（0.3～0.8）F自 =0.6601959ＫＮ～1.7605224KN 4 總壓力F總 >F自+ FQ= 2.200653+1.7605224＝3.9605224653K N 5 F壓機>1.3F總=5.14867920489ＫＮ 根據(jù)F壓機可選壓力機類型為J23-4 第七章 彎曲模的結(jié)構(gòu)設(shè)計 彎曲模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計是在彎曲工序確定后的基礎(chǔ)上進行的，設(shè)計 時應(yīng)考慮彎曲件的形狀要求、材料性能以及生產(chǎn)批量等因素。 一、模具結(jié)構(gòu)的分析說明 本制件為U形彎曲和V形彎曲的綜合，并且在下面兩側(cè)還有加 強壓筋，假如把模具設(shè)計成整體的，凸凹模難以加工制造，而且也 會增加成本，即使能制造出來也會在以后的生產(chǎn)中修模也帶來了困 難，不易修理。故可以把模具設(shè)計成相拼的。在外面用一凹模框里 面用凹模鑲塊，這樣有利于模具的加工和修理。其結(jié)構(gòu)如圖7-1 注：鑲塊主要用于限位的作用，凹模主要用于成型作用。 壤 塊凹 模 圖7-1 上圖的結(jié)構(gòu)是模具工作時的部位是這副模具的核心，這樣的結(jié)構(gòu)可以 適用于批量生產(chǎn)，即使壞了也可以再制造一個新的重新加工，這大大 縮短了工作周期，提高了生產(chǎn)率，而且卸料方便。給生產(chǎn)產(chǎn)家?guī)砹?更好的經(jīng)濟利益。 二、彎曲模的卸料裝置的設(shè)計說明 本制件在彎曲后將包在凸模上，在模具開模時用采用剛性卸料，在 開模時利用卸料板把制件從凸模上卸下來。在此同時下面也有一個 彈性卸料裝置把料和凹模從壤塊中頂出來其結(jié)構(gòu)如圖6-3 圖7-2 圖中在卸料螺釘下面有個彈性裝置在合模時它處于壓縮狀態(tài)，在開模 時要恢復(fù)原狀而釋放力起了卸料作用。 第八章 彎曲模的工作尺寸計算 工作尺寸設(shè)計的幾點說明： 1、 凸模圓角半徑 當(dāng)彎曲件的相對彎曲半徑r/t較小時，取凸模圓角半徑等于或 略小于工件內(nèi)側(cè)的圓角半徑r，但不能小于材料允許的最小彎曲半 徑。若彎曲件的r/t小于最小相對彎曲半徑，則應(yīng)取凸模圓角半徑 rt>rmin，然后增加一道整形工序，使整形模圓角半徑rt=r0 當(dāng)彎曲件的相對彎曲半徑r/t較大時（大于10） ，并且精度要求 較高時，必須考慮回彈的影響，根據(jù)回彈值的大小對凸模圓角半 徑進行修正。 2、凹模圓角半徑 凹模入口處的圓角半徑的大小對彎曲力以及彎曲件的質(zhì)量均 有影響。過小的凹模圓角半徑會使彎距的彎曲力臂減小，毛坯沿 凹模圓角滑入時的阻力增大，彎曲力增加，并容易使工件表面擦 傷甚至出現(xiàn)壓痕。 在生產(chǎn)中，通常根據(jù)材料的厚度選擇凹模圓角半徑： 當(dāng)t≤2mm時，ra=（3～６）t 當(dāng)t＝２～４mm時，ra＝（２～３）t； 當(dāng)t〉４mm時，ra＝２t。 本制件凹模圓角半徑應(yīng)取ra=2.5mm ３、凹模的深度 凹模的深度要適當(dāng)，若過小則彎曲件的兩端自由部分太長，工 件回彈大，不平直；若深度過大則凹模增加高度，多耗材并需要較 大的壓力機工作行程。 對于Ｕ彎曲件，若直邊高度過大或要求兩邊平直，則凹模深度 應(yīng)大于工件深度。 ４、彎曲凸凹模的間隙 Ｕ行件的彎曲時必須合理確定凸、凹之間的間隙，間隙過大則 回彈，工件形狀和尺寸誤差增大。間隙過小會增加彎曲力，使工件 厚度減薄，增加摩擦，擦傷工件并降低模具的壽命。Ｕ形件的凸凹 模具的單面間隙值一般可按下式計算： c＝t+Δ+kt 式中： c——為凸凹模的單面間隙mm t——板料厚度的基本尺寸mm Δ——板料厚度的正偏差mm k——根據(jù)彎曲件的高度和寬度而決定的間 隙系數(shù) 當(dāng)工件精度高的時候，間隙值應(yīng)適當(dāng)減小，可以取c＝t ５、Ｕ形件彎曲模工作部分的尺寸計算 １） 、彎曲件外形尺寸的標(biāo)注應(yīng)以凹模為基準(zhǔn)，先確定凹模的尺寸， 然后再減去間隙值確定凸模尺寸。 當(dāng)彎曲為雙向?qū)ΨQ偏差時，凹模尺寸為： Ｌd＝（Ｌ－Δ/２） d??0 當(dāng)彎曲件為單向偏差時，凹模尺寸為： dLd?????0)43( 凸模尺寸為： )2(pcdp?? 或者凸模尺寸按凹模實際尺寸配制，保證單面間隙值c式中 δd、δp為凹模、凸模的制造公差。 ２） 、彎曲件內(nèi)形尺寸的標(biāo)注應(yīng)以凸模為基準(zhǔn)件，先確定凸模尺寸， 然后再增加間隙值確定凹模尺寸。 當(dāng)彎曲件為雙向?qū)ΨQ偏差時，凸模尺寸為： 0)21(pLp????? 當(dāng)彎曲件為單向偏差時，凸模尺寸為： 0)43(pp?? 凹模尺寸為： dcLd??0)2( 或者凹模尺寸按凸模實際尺寸配制，保證單面間隙值c ０ 式中 δ p、δ d為凸模、凹模的制造公差，選用IT7～IT9級精度mm。 經(jīng)過上述幾點說明可得凹凸模尺寸為如圖8-1 凸模 c 凹模 圖8-1 畢業(yè)設(shè)計小結(jié) 時光飛逝，轉(zhuǎn)眼間我們就要大學(xué)畢業(yè)了。剛結(jié)束畢業(yè)設(shè)計的我有 很多的感想要對大家說，在此我就利用這個機會來發(fā)表我的長篇大論 了。通過這次的畢業(yè)設(shè)計真的讓我學(xué)到了很多東西。以前在學(xué)理論的 時候，我以為自己學(xué)到了很多專業(yè)方面知識，曾經(jīng)還一度的認為自己 不錯，但是在實習(xí)的這段時間以后，我才發(fā)現(xiàn)自己的缺陷和不足，而 且還非常的缺乏經(jīng)驗，因為在學(xué)校的時候我們接觸的都是些純理論的 專業(yè)知識，并沒有與實踐聯(lián)系起來，所以我們對模具的認識只局限在 表面上的感性的認識，而沒有上升到理性認識的高度，換句話說就是 還沒有真正的認識模具這一名詞的真正含義。但是只有實踐還是不夠 的，經(jīng)驗才是最寶貴的。而對與我們這些剛剛走出大學(xué)校園的畢業(yè)生 來說最缺乏的就是經(jīng)驗了。所以在實習(xí)的這段時間我吃了不少苦頭。 這次我設(shè)計的是書夾，這個零件的形狀不是很復(fù)雜，是個軸對稱 零件，對于工廠來說，是個比較簡單的零件，不過對于我們這些剛要 畢業(yè)的學(xué)生來說還是比較困難的。 這個零件共分兩道工序，落料沖孔、彎曲壓筋，兩道工序中有一道 是復(fù)合的，特別是一道彎曲壓筋難度較大，難的不是彎曲而是壓筋這 樣來實現(xiàn)，我看到了廠的的設(shè)計他們設(shè)計了很巧妙。把彎曲外形和壓 筋鑲塊分開制造，這樣即省了錢又提高了效率，也在制造上降低了難 度是很可取的辦法。我開始是打算用個比較精密的沖側(cè)孔模具把之加 工出來，但是是師傅看到了問為什么這樣而不用金加工的方法加工出 來，我的回答另他們很不滿意。在后來我才發(fā)覺到我這樣加工太浪費 了不切合實際。理論就是理論要把它和實際結(jié)合起來才能算是真正的 有用理論。我那樣加工固然是個很不錯的加工方法，但是在生產(chǎn)是太 浪費達不到原有的經(jīng)濟利益，在制造模具時要浪費大量的錢，并且在 模具裝夾定位時也很困難，很難不易不讓它變形。最后不得不向?qū)嶋H 低頭采納師傅們的意見。確定了該制件的工藝方案以后，通過力的計 算，進行各套模具的壓力機的選擇；通過凸凹模尺寸的計算，選擇所 需要的模架和導(dǎo)柱導(dǎo)套，并對其進行校核；最后畫各套模具的零件圖 和裝配圖。 在設(shè)計的時候經(jīng)常會遇到問題，比如說，設(shè)計打桿的時候，由于不 知道打桿在模具中靠什么工作的，所以就不知道它的長度該怎么確定， 每次遇到這樣的問題時，都是師傅不厭其煩地教我，直到我懂為止。 這段時間師傅教了我很多在學(xué)校里沒學(xué)過的東西，使我對模具的認識 進一步加深了，對模具的興趣也越來越濃了。 通過這次畢業(yè)設(shè)計我的收獲很多，最主要的是實踐方面的收獲， 因為通過畢業(yè)設(shè)計，讓我了解了沖壓模具的主要結(jié)構(gòu)組成，同時還了 解了設(shè)計一套模具的主要流程。但學(xué)會這些還是不夠的，在以后的工 作學(xué)習(xí)中我將更加努力，從而彌補自己的不足。 由于水平所限，設(shè)計中的錯誤再所難免，懇請各位老師批評指正。 參考文獻 [1]王新華 袁聯(lián)富編.沖模結(jié)構(gòu)圖冊.北京：機械工業(yè)出版社.2003 [2]《機械設(shè)計手冊》 [3]《沖壓手冊》 [4]《模具設(shè)計手冊》 [5] 金滌塵，宋放之. 現(xiàn)代模具制造技術(shù)[M] ．機械工業(yè)出版社，2001． [6] 胡石玉.模具制造技術(shù)[M].東南大學(xué)出版社.1997. 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