帶孔L形件板材手柄的沖孔落料彎曲正裝連續(xù)級進模設(shè)計【沖壓模含14張CAD圖帶卡片】
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11 緒 論目前，我國沖壓技術(shù)與工業(yè)發(fā)達國家相比還相當?shù)穆浜螅饕蚴俏覈跊_壓基礎(chǔ)理論及成形工藝、模具標準化、模具設(shè)計、模具制造工藝及設(shè)備等方面與工業(yè)發(fā)達的國家尚有相當大的差距，導(dǎo)致我國模具在壽命、效率、加工精度、生產(chǎn)周期等方面與工業(yè)發(fā)達國家的模具相比差距相當大。1.1 國內(nèi)模具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢國內(nèi)模具的現(xiàn)狀我國模具近年來發(fā)展很快，據(jù)不完全統(tǒng)計，2003 年我國模具生產(chǎn)廠點約有2 萬多家，從業(yè)人員約 50 多萬人，2004 年模具行業(yè)的發(fā)展保持良好勢頭，模具企業(yè)總體上訂單充足，任務(wù)飽滿，2004 年模具產(chǎn)值 530 億元。進口模具 18.13 億美元，出口模具 4.91 億美元，分別比 2003 年增長 18%、32.4%和 45.9%。進出口之比 2004 年為 3.69:1，進出口相抵后的進凈口達 13.2 億美元，為凈進口量較大的國家。在 2 萬多家生產(chǎn)廠點中，有一半以上是自產(chǎn)自用的。在模具企業(yè)中，產(chǎn)值過億元的模具企業(yè)只有 20 多家，中型企業(yè)幾十家，其余都是小型企業(yè)。 近年來，模具行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和體制改革步伐加快，主要表現(xiàn)為：大型、精密、復(fù)雜、長壽命中高檔模具及模具標準件發(fā)展速度快于一般模具產(chǎn)品；專業(yè)模具廠數(shù)量增加，能力提高較快；"三資"及私營企業(yè)發(fā)展迅速；國企股份制改造步伐加快等。雖然說我國模具業(yè)發(fā)展迅速，但遠遠不能適應(yīng)國民經(jīng)濟發(fā)展的需要。我國尚存在以下幾方面的不足:第一，體制不順，基礎(chǔ)薄弱。 “三資”企業(yè)雖然已經(jīng)對中國模具工業(yè)的發(fā)展起了積極的推動作用，私營企業(yè)近年來發(fā)展較快，國企改革也在進行之中，但總體來看，體制和機制尚不適應(yīng)市場經(jīng)濟，再加上國內(nèi)模具工業(yè)基礎(chǔ)薄弱，因此，行業(yè)發(fā)展還不盡如人意，特別是總體水平和高新技術(shù)方面。 第二，開發(fā)能力較差，經(jīng)濟效益欠佳.我國模具企業(yè)技術(shù)人員比例低，水平較低，且不重視產(chǎn)品開發(fā)，在市場中經(jīng)常處于被動地位。我國每個模具職工平均年2創(chuàng)造產(chǎn)值約合 1 萬美元，國外模具工業(yè)發(fā)達國家大多是 15～20 萬美元，有的高達 25～30 萬美元，與之相對的是我國相當一部分模具企業(yè)還沿用過去作坊式管理，真正實現(xiàn)現(xiàn)代化企業(yè)管理的企業(yè)較少。 第三，工藝裝備水平低，且配套性不好，利用率低．雖然國內(nèi)許多企業(yè)采用了先進的加工設(shè)備，但總的來看裝備水平仍比國外企業(yè)落后許多，特別是設(shè)備數(shù)控化率和 CAD/CAM 應(yīng)用覆蓋率要比國外企業(yè)低得多。由于體制和資金等原因，引進設(shè)備不配套，設(shè)備與附配件不配套現(xiàn)象十分普遍，設(shè)備利用率低的問題長期得不到較好解決。裝備水平低，帶來中國模具企業(yè)鉗工比例過高等問題。第四，專業(yè)化、標準化、商品化的程度低、協(xié)作差． 由于長期以來受“大而全”“小而全”影響，許多模具企業(yè)觀念落后，模具企業(yè)專業(yè)化生產(chǎn)水平低，專業(yè)化分工不細，商品化程度也低。目前國內(nèi)每年生產(chǎn)的模具，商品模具只占 45%左右，其馀為自產(chǎn)自用。模具企業(yè)之間協(xié)作不好，難以完成較大規(guī)模的模具成套任務(wù)，與國際水平相比要落后許多。模具標準化水平低，標準件使用覆蓋率低也對模具質(zhì)量、成本有較大影響，對模具制造周期影響尤甚。 第五，模具材料及模具相關(guān)技術(shù)落后．模具材料性能、質(zhì)量和品種往往會影響模具質(zhì)量、壽命及成本，國產(chǎn)模具鋼與國外進口鋼相比，無論是質(zhì)量還是品種規(guī)格，都有較大差距。塑料、板材、設(shè)備等性能差，也直接影響模具水平的提高。國內(nèi)模具的發(fā)展趨勢巨大的市場需求將推動中國模具的工業(yè)調(diào)整發(fā)展。雖然我國的模具工業(yè)和技術(shù)在過去的十多年得到了快速發(fā)展，但與國外工業(yè)發(fā)達國家相比仍存在較大差距，尚不能完全滿足國民經(jīng)濟高速發(fā)展的需求。未來的十年，中國模具工業(yè)和技術(shù)的主要發(fā)展方向包括以下幾方面: 1） 模具日趨大型化； 2）在模具設(shè)計制造中廣泛應(yīng)用 CAD/CAE/CAM 技術(shù)； 3）模具掃描及數(shù)字化系統(tǒng)； 4）在塑料模具中推廣應(yīng)用熱流道技術(shù)、氣輔注射成型和高壓注射成型技術(shù)；5）提高模具標準化水平和模具標準件的使用率； 36）發(fā)展優(yōu)質(zhì)模具材料和先進的表面處理技術(shù)； 7）模具的精度將越來越高； 8）模具研磨拋光將自動化、智能化； 9）研究和應(yīng)用模具的高速測量技術(shù)與逆向工程； 10）開發(fā)新的成形工藝和模具。1.2 國外模具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢模具是工業(yè)生產(chǎn)關(guān)鍵的工藝裝備，在電子、建材、汽車、電機、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。用模具生產(chǎn)制作表現(xiàn)出的高效率、低成本、高精度、高一致性和清潔環(huán)保的特性，是其他加工制造方法所無法替代的。模具生產(chǎn)技術(shù)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(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。近幾年，全球模具市場呈現(xiàn)供不應(yīng)求的局面，世界模具市場年交易總額為 600～650 億美元左右。美國、日本、法國、瑞士等國家年出口模具量約占本國模具年總產(chǎn)值的三分之一。 國外模具總量中,大型、精密、復(fù)雜、長壽命模具的比例占到 50%以上；國外模具企業(yè)的組織形式是"大而專"、"大而精"。2004 年中國模協(xié)在德國訪問時，從德國工、模具行業(yè)組織--德國機械制造商聯(lián)合會（VDMA）工模具協(xié)會了解到，德國有模具企業(yè)約 5000 家。2003 年德國模具產(chǎn)值達 48 億歐元。其中（VDMA）會員模具企業(yè)有 90 家，這 90 家骨干模具企業(yè)的產(chǎn)值就占德國模具產(chǎn)值的 90%，可見其規(guī)模效益。隨著時代的進步和技術(shù)的發(fā)展，國外的一些掌握和能運用新技術(shù)的人才如模具結(jié)構(gòu)設(shè)計、模具工藝設(shè)計、高級鉗工及企業(yè)管理人才，他們的技術(shù)水平比較高．故人均產(chǎn)值也較高．我國每個職工平均每年創(chuàng)造模具產(chǎn)值約合 1 萬美元左右，而國外模具工業(yè)發(fā)達國家大多 15～20 萬美元，有的達到 25～30 萬美元。國外先進國家模具標準件使用覆蓋率達 70%以上，而我國才達到 45％．1.3 手柄沖孔落料彎曲件模具設(shè)計與制造方面手柄沖孔落料彎曲件模具設(shè)計的設(shè)計思路4沖孔落料是沖壓基本工序之一，它是利用沖裁模在壓力機作用下，將平板坯料進行沖孔或落料的加工方法。一般情況下，一般精度的工件 IT8～IT7 級精度的普通沖裁模；較高精度的工件采用 IT7～IT6 級精度的高級沖裁模。只有加強沖裁件基礎(chǔ)理論的研究，才能提供更加準確、實用、方便的計算方法，才能正確地確定沖裁工藝參數(shù)和模具工作部分的幾何形狀與尺寸，解決沖裁中出現(xiàn)的各種實際問題，從而，進一步提高制件質(zhì)量。支撐件沖孔落料件是最典型的沖裁件，其工作過程很簡單就沖孔落料，可采用單工序模、復(fù)合模具或級進模具，根據(jù)計算的結(jié)果和選用的標準模架。為了保證制件的順利加工和順利取件，模具必須有足夠高度。要改變模具的高度，只有從改變導(dǎo)柱和導(dǎo)套的高度。導(dǎo)柱和導(dǎo)套的高度可根據(jù)凸模與凹模工作配合長度決定．設(shè)計時可能高度出現(xiàn)誤差，應(yīng)當邊試沖邊修改高度。1.4 手柄沖孔落料彎曲件模具設(shè)計的進度1.了解目前國內(nèi)外沖壓模具的發(fā)展現(xiàn)狀，所用時間 20 天；2.確定加工方案，所用時間 5 天；3.模具的設(shè)計，所用時間 30 天；4 模具的調(diào)試．所用時間 5 天．52 手柄沖壓工藝的分析2.1 手柄工藝分析原始資料：如圖所示 材 料： A3厚 度： 2mm 厚 42m778R132圖 1此工件有沖孔落料和彎曲三個工序，材料為 A3（Q235-A）具有良好的沖壓性能。工件結(jié)構(gòu)相對簡單，有一個個六邊形的孔，孔與孔、孔與邊緣之間的距離也滿足要求。最小壁厚為 4 毫米大于凸凹模最小壁厚 。零件公差無特m6.3??殊要求按 IT14 級選用。利用普通沖裁可達到圖樣要求。適合沖裁加工。。mpa0??62.2 沖壓工藝與工藝方案沖壓件的工藝計算是沖壓工藝設(shè)計中的一個環(huán)節(jié)，本制件的工藝計算屬于最簡單的。其主要的內(nèi)容包括計算沖壓力、凸模、凹模刃口尺寸等。2.3 工藝方案的確定手柄零件所需的基本沖壓工序為落料和沖孔，可擬訂出以下三種工藝方案。方案一：用簡單模分三次加工，即沖孔-落料-彎曲。方案二：沖孔落料彎曲復(fù)合模。方案三：沖孔落料彎曲級進模。 采用方案一，生產(chǎn)率低，工件的累計誤差大，操作不方便，由于該工件為批量生產(chǎn)，方案二和方案三更具有優(yōu)越性。有一個六邊形的孔，孔與邊緣之間的距離也滿足要求。最小壁厚為 4 毫米大于凸凹模最小壁厚 ，可以采用沖孔、落料彎曲復(fù)合模或沖孔、落料彎m6.3??曲連續(xù)模。復(fù)合模模具制造難度大，并且沖壓后產(chǎn)品留在模具上，在清理模具上的物料時會影響沖壓速度，因此選用級進模更好。73.主要設(shè)計計算3.1 毛坯尺寸的計算圖 2 毛坯毛坯的尺寸 L=L1+L2+L3L1=80+8+8=96L2=πa(r+xt)/180=3.14×90(1+0.5×2)/180=3.14L=96+3.14=99.14L4=16+8+3.14=27.14設(shè)計模具時，條料的排樣很重要。為了提高材料利用率和工件質(zhì)量。采用直排方案，如圖 3，由表 2.9（課本）查最小搭邊值工件間 a1=2.0mm，側(cè)面 a=2.2mm,進距 s=106.05mm.8? ?ùí?圖 3 條料的排樣計算沖壓件毛坯面積：=2877mm214.872168432?????A條料寬度：b =201.4mm導(dǎo)尺間距離的計算：由 s=D+2(a+c1),查課本表 2.12 得 C=0.5，D=97.14 代入數(shù)據(jù)計算得導(dǎo)尺間距離為 103.83mm。進距 h=D+a=103.83+2.22=106.05mm一個進距材料利用率： %=85%10??bhnA?3.2 沖壓力的計算及壓力機的選用該模具采用級進模，擬選用彈性卸料、下出件。沖裁力計算 根據(jù)式 F= Ltσb …………（2.6.2）沖孔力 F1= KLtтb=1.3×32×2×235=19552N落料力 F2F2=Ltσb=257×2×235=120790NF3=0.7×1.3×4×4×235/(1+2)=1557N根據(jù)沖壓課本 2.20 F X=KXF由表 2.7 查得 K X=0.025～0.06KT=0.059KD=0.06故卸料力：F X=KX（F 1+F2+F3）=0.04×(19552+120790+2×1557)=5740 N由課本得推件力 FT=nktF………（2.2.3）n= thh=6 由表 2.21 查得。故 n=3FT1=nktF1=3×0.05×19552=2933NFT2=nkTf2=3×0.05×120790=18119NFt3=nktf3=3×0.05×1557=233.55NF=F1+F2+F3+FX+FT1+Ft3FT2=19552+120790+2×970+2933+18119+2×233.55=163794N 3.3 初選壓力機查文獻[4]開式可傾壓力機參數(shù)初選壓力機型號為 JH2-25 和 JH23-40，見表一。表一 所選擇壓力機的相關(guān)參數(shù)型號公稱壓力/kN滑塊行程 /mm最大封閉高度/mm工作臺尺寸/mm滑塊底面尺寸/mm可傾斜角/°封閉高度調(diào)節(jié)量/mmJH2-25 250 75 260 370×560 30 55JH23-40 400 80 330 460×700 30 65初選 JC23-633.4 壓力中心的確定及相關(guān)計算：計算壓力中心時，先畫出凹模型口圖，如圖 3 所示，在圖中將 xoy 坐標系建立在圖示的對稱中心線上，用解析法求壓力中心 C 點坐標。由于零件左右對稱所以 XC=0，故零件設(shè)計 YC 將工件沖裁周邊分成 4 條基本線段，求出各線段的長度及各段的重心位置。圖 3 10圖 4 壓力中心的計算計算其壓力中心的步驟 如下：①、按比例畫出凸模的工作部分剖面圖（見圖 4）②、在任意距離處作 x-x 軸 y-y 軸③、 分別計算出各線段和圓弧的重心到 x-x 軸的距離 y1, y2, y3, y4和到 y-y 軸的距離 x1, x2, x3, x4, ④、大凸模的壓力中心到坐標軸的距離下式確定：到 y-y 軸的距離x0= 4321llxl?= =-0.07mm2577538.6).8.(6???到 x-x 軸的距離y0= =0.67mm4321llyl?114、模具主要零件和主要工作機構(gòu)的設(shè)計與標準化4.1 工作零部件的設(shè)計與標準化（尺寸、位置、標準與示意圖）（1） 工作零部件的計算由于制件結(jié)構(gòu)簡單精度要求不高，所以采用凸模和凹模分開加工的方法制作凸凹模。這時需要分別計算和標注凸模和凹模的尺寸和公差。 沖孔時，間隙取在凹模上，則：凸模尺寸dap=（d+x△） -δp 0凹模尺寸dd=(d+x△+Z min)0+δ式中 D d Dp——落料凹模和凸模的刃口尺寸，mmdp dd——沖孔凹模和凸模的刃口尺寸，mmx——磨損系數(shù)，由手冊﹝1﹞查表 2-30 得：IT14 級時 x=0.5。Zmin——雙面間隙，由沖壓課本表 2.4 查得 Z=0.246mm△——工件公差，mmδ——凸模和凹模的制造公差，mm①、沖裁六邊形孔凸模、凹模刃口尺寸的計算凸模尺寸 由手冊表 2-10 查得△=0.20dap=（d+x△） -δp 0 =(8+0.5×0.20)0-0.02 =8.010-0.02凹模尺寸由表 2-4 得 Zmin=0.246dd=(d+x△+Z min)0+δ =(8+0.5×0.20+0.246)0+0.02 =8.3460+0.02②、外形落料凸模、凹模刃口尺寸的計算因此落料件為復(fù)雜的制件，所以利用凸凹模配合法，這種方法有利于獲得最小的合理間隙，放寬對模具的加工設(shè)備的精度要求。12采用配作法，計算凹模的刃口尺寸，首先是根據(jù)凹模磨損后輪廓變化情況正確判斷出模具刃口各個尺寸在磨損過程中是變大還是變小，還是不變這三種情況，然后分別按不同的計算公式計算。a、凹模磨損后會增大的尺寸-------第一類尺寸 A第一類尺寸：A j=(Amax-x△) 0+0.25△ b、凹模磨損后會減小的尺寸-------第二類尺寸 B第二類尺寸：B j=(Bmax+x△) 0-0.25△c、凹模磨損后會保持不變的尺寸 第三類尺寸 C第三類尺寸：C j=(Cmin+0.5△)? 0.125△其落料凹模的基本尺寸計算如下：圖 5 落料凹模刃口部分尺寸第一類尺寸：磨損后增大的尺寸：A1=(Amax-x△) 0+0.020=(26-0.5×0.1) 0+0.020=25.950+0.020A2=(Amax-x△) 0+0.020=(18.14-0.5×0.10) 0+0.020=17.050+0.020A3=(Amax-x△) 0+0.035=(166.5-0.5×0.60) 0+0.0350=166.30+0.035A4=(Amax-x△) 0+0.25△ =(7-0.5×0.10) 0+0.020=6.650+0.020A5=(Amax-x△) 0+0.25△ =(14-0.5×0.10) 0+0.020=13.20+0.02013落料凸模的基本尺寸與凹模相同，分別是13.2mm，17.05mm，166.3mm,6.65mm,25.95mm，不必標注公差，但要在技術(shù)條件中注明：凸模實際刃口尺寸與落料凹模配制，保證最小雙面合理間隙值Zmin=0.30。 （落料凸模、凹模刃口部分尺寸分別見圖 4、5）圖 6 落料凸模刃口部分尺寸（2）工作零部件的設(shè)計與標準化沖六邊形孔的凸模，為了增加凸模的強度與剛度，凸模非工作部分直徑應(yīng)作成逐漸增大的多級形式如圖 7 所示：14?13圖 7 沖孔凸模的結(jié)構(gòu)形式凸模長度一般是根據(jù)結(jié)構(gòu)上的需要而確定的，其凸模長度用下列公式計算：L=h1+h2+h3+h式中 L—凸模長度， mmh1—凸模固定板高度，mmh2—卸料板高度，mmh3—導(dǎo)尺高度，mmh—附加高度，一般取 15~20mm170+.2-R498.5..26.5310圖 8 整體式凹模的局部結(jié)構(gòu) 整體式凹模如圖 8 裝于下模座上，由于下模座孔口較大因而使工作時承受彎曲15力矩，若凹模高度 H 及模壁厚度 C 不足時，會使凹模產(chǎn)生較大變形，甚至破壞。但由于凹模受力復(fù)雜，凹模高度可按經(jīng)驗公式計算，即凹模高度 H=KB凹模壁厚 C=(1.5~2)H式中 B----凹模孔的最大寬度，mm 但 B 不小于 15mmC-----凹模壁厚，mm 指刃口至凹模外形邊緣的距離；K=厚度系數(shù)，查表 2.22 取 0.40凹模高度 H=KB=0.40×98.84=39.54mm 按表取標準值 40mm凹模壁厚 C=1.5H = 1.5×39.54=59.31mm 凹模上螺孔到凹模外緣的距離一般?。?.7~2.0）d, 圖 9 凹模上的螺孔設(shè)計與選用d 為螺孔的距離，由于凹模厚度為 59.31mm，所以根據(jù)表 2.27 查得螺孔選用4×M10 的螺釘固定在下模座。故選用如圖 9： 螺孔到凹模外緣的最小距離 a2=1.5d=1.5×10=15mma3=1.13d=11.3mm凹模上螺孔間距由表 2.47 查得最小間距為 50mm，最大間距為 120mm。 螺孔到銷孔的距離一般取 b>2d,所以 b 應(yīng)大于 20。根據(jù)上述方法確定凹模外形尺寸須選用矩形凹模板 250×160×40（JB/T7643.1）16①沖裁六邊形孔凸模、凹模各尺寸及其組件確定和標準化（包括外形尺寸和厚度）小凸模長度 L=40+28=68mm由小凸模刃口 D=8mm 查手冊﹝2﹞ 表 2.54 可知 h=3mm, D1=11mm, D=8mm, L=58小凸模強度校核 要使凸模正常工作，必須使凸模最小斷面的壓應(yīng)力不超過凸模材料的許用壓應(yīng)力，即對于圓形凸模 A min≥ ][yF?式中 A min—圓形凸模最小截面最小值，mmt—沖裁材料厚度，mmF—沖裁力，N—凸模材料許用強度，取 1800MPa???Amin≥ = =1.08mm 所以承壓能力足夠。][y4108.952?抗縱向彎曲力校核 對于圓形凸模（有導(dǎo)向裝置）?。蹋恚幔?70d 2/ F式中 Lmax ——允許的凸模最大自由長度，mmF ——沖模力,NJ——凸模最小截面的慣性距，mm 4Lmax≤270d2/ =270×52/ =482mm 所以長度適宜。96.1凸模固定端面的壓力q =
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