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編 號 無錫太湖學(xué)院 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ） 題目： 鎖芯套冷沖壓工藝及級進模設(shè)計 信 機 系 機 械 工 程 及 自 動 化 專 業(yè) 學(xué) 號： 0923215 學(xué)生姓名： 王 吉 指導(dǎo)教師： 鐘建剛（職稱：副教授 ） （職稱： ） 2013 年 5 月 25 日 無錫太湖學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 誠 信 承 諾 書 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文） 鎖芯套冷沖壓工藝及 級進模設(shè)計 是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進行研究所取得的成果， 其內(nèi)容除了在畢業(yè)設(shè)計（論文）中特別加以標(biāo)注引用，表示致謝的內(nèi)容 外，本畢業(yè)設(shè)計（論文）不包含任何其他個人、集體已發(fā)表或撰寫的成 果作品。 班 級： 機械 95 學(xué) 號： 0923215 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 I 無 錫 太 湖 學(xué) 院 信 機 系 機 械 工 程 及 自 動 化 專 業(yè) 畢 業(yè) 設(shè) 計 論 文 任 務(wù) 書 一、題目及專題： 1、題目鎖芯套冷沖壓工藝及級進模設(shè)計 2、專題 二、課題來源及選題依據(jù) 來源于無錫明達電器有限公司，是電器產(chǎn)品上的一個零件。 模具是機械工程及其自動化專業(yè)的一個專業(yè)方向，選擇模具方 向的畢業(yè)設(shè)計題目完全符合本專業(yè)的要求，從應(yīng)用性方面來說，模 具又是生產(chǎn)效率極高的工具之一，能有效保證產(chǎn)品一致性和可更換 性，具有很好的發(fā)展前途和應(yīng)用前景。連續(xù)模在模具中技術(shù)含量高， 制造、裝配難度大，因此本課題研究連續(xù)模的沖壓工藝、排樣方案、 模具結(jié)構(gòu)分析等方面，同時要求學(xué)生要有良好的心理素質(zhì)和仔細認 真的作風(fēng)，對學(xué)生也是一次很好的練習(xí)機會。 三、本設(shè)計（論文或其他）應(yīng)達到的要求： 綜合應(yīng)用各種所學(xué)的專業(yè)知識，在規(guī)定的時間內(nèi)對產(chǎn)品進行冷沖壓 工藝分析，制訂完整的沖壓工藝方案，并完成整副模具設(shè)計、數(shù)據(jù) 計算和圖紙（所有圖紙折合 A0 不少于 2.5 張）繪制，具體內(nèi)容如下： II 1完成模具裝配圖：1 張（A0 或 A1） ； 2零件圖：主要是非標(biāo)準(zhǔn)件零件圖（不少于 5 張） ； 3冷沖壓工藝卡片：1 張 ； 4設(shè)計說明書：1 份（15000 字以上，其中參考文獻不少于 10 篇， 外文不少于 5 篇） ； 5翻譯 8000 以上外文印刷字符，折合中文字數(shù)約 5000 字的有關(guān)技 術(shù)資料或?qū)I(yè)文獻，內(nèi)容要盡量結(jié)合課題。 四、接受任務(wù)學(xué)生： 機械 95 班 姓名 王 吉 五、開始及完成日期： 自 2012 年 11 月 12 日 至 2013 年 5 月 25 日 六、設(shè)計（論文）指導(dǎo)（或顧問）： 指導(dǎo)教師簽名 簽名 簽名 教 研 室 主 任 學(xué)科組組長研究所 所長簽名 系主任 簽名 III 2012 年 11 月 12 日 IV 摘 要 沖壓模具的工作原理主要是根據(jù)零件的外形及工藝要求選用合適的凸模和凹模將板 料分離或成形而得到所需制件。因為模具主要用于工件的大批量生產(chǎn)，而且模具需要保 證沖壓產(chǎn)品的尺寸精度和產(chǎn)品質(zhì)量，所以要考慮模具的設(shè)計能否滿足工件的工藝性，能 否加工出合格的零件，以及后來的維修和存放是否合理等。本次設(shè)計中不僅要確保設(shè)計 的模具做出的零件能滿足工作要求、模具要有足夠的使用壽命，還要考慮到它的實際工 作環(huán)境和必須完成的設(shè)計任務(wù)。根據(jù)一系列的分析、設(shè)計、查表、計算，最終確定模具 的模架采用對角型模架，凸模凹模采用分別加工法，這樣可以采用線切割等數(shù)控設(shè)備來 一次完成全部的工序加工。卸料方式采用彈性卸料，排樣方式采用有廢料斜排的方式以 及采用級進沖壓。 關(guān)鍵詞：落料；翻邊；沖孔；級進模 V Abstract This is a lock core sleeve plate punching flange, blanking Progressive die mould design. The principle of punching mould is to choose the suitable mould to separate sheet metal to get parts needed according to the shape of the parts and technological requirements . Because the mould major to produce a lot of parts , and mould need to ensure the precision and quality of products, so the design and manufacture of the mould need to consider the mould design could meet with the technology of the design, can work out qualified parts, and maintenance and storage whether reasonable, etc. This design not only need to make sure that the parts can meet the job requirements, to make sure it have enough service life, to consider its actual work environment and design task must be completed. According to a series of analysis, designing, watch checking, calculation, and finally determined that the mode of the mould frame with diagonal type formwork, the punch concave die processing method was used respectively ,so can the linear incision and other numerical control equipment to a complete all of the process.Unloading way using elastic and discharging Layout means uses the waste inclined row of style and the stamping means uses level into stamping. Key words:Blanking ; Flanging ;Punching ; Progressive die VI V 目 錄 摘 要 ...........................................................................................................................................III ABSTRACT ..................................................................................................................................IV 目 錄 ............................................................................................................................................V 1 緒論 .............................................................................................................................................1 1.1 本課題的研究內(nèi)容和意義 ...................................................................................................1 1.2 國內(nèi)外的發(fā)展概況 ...............................................................................................................1 1.3 本課題應(yīng)達到的要求 ...........................................................................................................1 2 工藝性分析和工藝方案的確定 .................................................................................................3 2.1 零件圖 ....................................................................................................................................3 2.2 零件的工藝性分析 ................................................................................................................3 2.3 模具材料的選用 ....................................................................................................................4 2.3.1 冷沖模材料的選用要求 .................................................................................................4 2.3.2 材料的選擇原則 .............................................................................................................4 2.4 沖裁工藝方案的確定 ............................................................................................................4 2.5 排樣 ........................................................................................................................................5 2.5.1 排樣方法 .........................................................................................................................5 2.5.2 搭邊值與條料寬度及工位的確定 .................................................................................6 3 設(shè)計計算 .....................................................................................................................................9 3.1 翻邊力的計算 .......................................................................................................................9 3.1.1 預(yù)沖孔大小的確定 ........................................................................................................9 3.1.2 翻邊系數(shù) ........................................................................................................................9 3.2 沖裁力的計算 .....................................................................................................................10 3.3 卸料力、推件力、頂出力的計算 .....................................................................................11 3.4 沖壓力的計算 .....................................................................................................................12 3.5 沖模壓力中心的確定 .........................................................................................................12 3.6 沖壓設(shè)備的確定 .................................................................................................................14 4 結(jié)構(gòu)設(shè)計 ...................................................................................................................................16 4.1 凹模凸模設(shè)計 ......................................................................................................................16 4.1.1 凸、凹模分別加工時的計算法 ..................................................................................16 4.1.2 凸、凹模配作加工時的計算方法 ............................................................................21 4.2 定位方式的選擇 ..................................................................................................................24 4.2.1 浮升兩用銷 ..................................................................................................................24 4.2.2 引導(dǎo)銷 ..........................................................................................................................25 4.3 卸料、出件方式的選擇 ......................................................................................................27 4.4 模架及零件 .........................................................................................................................27 4.5 其余零部件的選擇與尺寸的確定 ......................................................................................29 5 總結(jié)和展望 ...............................................................................................................................33 VI 5.1 結(jié)論 .....................................................................................................................................33 5.2 不足之處及未來展望 .........................................................................................................33 致 謝 ...........................................................................................................................................34 參考文獻 .......................................................................................................................................35 鎖芯套冷沖壓工藝及級進模設(shè)計 1 1 緒論 1.1 本課題的研究內(nèi)容和意義 本課題研究對鎖芯套零件的連續(xù)模設(shè)計，其中包括沖壓工藝、排樣方案、模具結(jié)構(gòu) 分析等方面，通過平時的學(xué)習(xí)和專業(yè)老師的精心指導(dǎo)以及查閱大量資料，從而進行的模 具設(shè)計。 首先，要對零件的工藝進行分析，課題的鎖芯套零件的方按，采用先沖孔、再預(yù)剪、 之后翻邊，最后落料的工藝。其次，是對零件的排樣方按的設(shè)定，通過計算，選擇最優(yōu) 的排樣方按。之后，則是對沖壓凹凸模的設(shè)計計算，合理的沖裁間隙關(guān)系著沖裁模的沖 裁質(zhì)量和沖裁模具本身的壽命，也是模具設(shè)計中較為重要的一個環(huán)節(jié)。最后是模架和壓 力機的選用。 模具是機械工程及其自動化專業(yè)的一個專業(yè)方向，選擇模具方向的畢業(yè)設(shè)計題目完 全符合本專業(yè)的要求，從應(yīng)用性方面來說，模具又是生產(chǎn)效率極高的工具之一，能有效 保證產(chǎn)品一致性和可更換性，具有很好的發(fā)展前途和應(yīng)用前景。連續(xù)模在模具中技術(shù)含 量高，制造、裝配難度大，因此本課題研究連續(xù)模的沖壓工藝、排樣方案、模具結(jié)構(gòu)分 析等方面，同時要求學(xué)生要有良好的心理素質(zhì)和仔細認真的作風(fēng)，對學(xué)生也是一次很好 的鍛煉機會。 1.2 國內(nèi)外的發(fā)展概況 隨著電子、信息等高新技術(shù)的不斷發(fā)展，模具 CAD/CAE/CAM 正向集成化、三維化、 智能化和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。模具 CAD/CAE/CAM 技術(shù)是模具設(shè)計、制造技術(shù)的發(fā)展方向， 模具和工件的檢測數(shù)字、模具軟件功能集成化、模具設(shè)計、分析及制造的三維化、模具 產(chǎn)業(yè)的逆向工程以及模具軟件應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)化是主趨勢。 模具發(fā)展日新月異，今后其發(fā)展趨勢大致包括以下方面： 1.發(fā)展高效模具 對于大批量生產(chǎn)用模具，應(yīng)向高效率發(fā)展。如為了適應(yīng)當(dāng)前高速壓 力機的使用，應(yīng)發(fā)展多工位級進模以提高生產(chǎn)效率。 2.發(fā)展簡易模具 對于小批量生產(chǎn)用模具，為降低成本，縮短模具制造周期，盡量發(fā) 展薄板沖模，鋅合金、低熔點合金，環(huán)氧樹脂等簡易模。 3.發(fā)展多功能模具 為了提高效率和保證制品的質(zhì)量，要采用多工位級進模及具有組 合功能的雙色，多色塑料注射模等。 4.發(fā)展高壽命模具 高效率必然需要高壽命，為了達到高壽命，除模具本身結(jié)構(gòu)優(yōu)化 外，還要對材料的選用和熱處理，表面強化技術(shù)予以開發(fā)和創(chuàng)新。 5.發(fā)展高精度模具 要實現(xiàn)模具的高精度，在模具的設(shè)計與加工中必然要使用高精度 加工設(shè)備和高技術(shù)加工工藝。要進一步發(fā)展數(shù)控機床和加工中心的使用，要發(fā)展 CAD/CAE/CIM 等高新技術(shù)。 目前，我國的模具工業(yè)與國外發(fā)達國家相比，精密加工設(shè)備在模具加工設(shè)備中的比 重還比較低，CAD/CAE/CAM 技術(shù)的普及度不高，許多先進技術(shù)應(yīng)用還不夠廣泛，特別 是在大型，精密，復(fù)雜和長壽命模具技術(shù)上存在著明顯的差距。 1.3 本課題應(yīng)達到的要求 綜合應(yīng)用各種所學(xué)的專業(yè)知識，在規(guī)定的時間內(nèi)對產(chǎn)品進行冷沖壓工藝分析，制訂 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 完整的沖壓工藝方案，并完成整副模具設(shè)計、數(shù)據(jù)計算和圖紙（所有圖紙折合 A0 不少于 2.5 張）繪制，具體內(nèi)容如下： 1完成模具裝配圖：1 張（A0 或 A1） ； 2零件圖：主要是非標(biāo)準(zhǔn)件零件圖（不少于 5 張） ； 3冷沖壓工藝卡片：1 張 ； 4設(shè)計說明書：1 份（15000 字以上，其中參考文獻不少于 10 篇，外文不少于 5 篇） ； 5翻譯 8000 以上外文印刷字符，折合中文字數(shù)約 5000 字的有關(guān)技術(shù)資料或?qū)I(yè)文 獻，內(nèi)容要盡量結(jié)合課題。 鎖芯套冷沖壓工藝及級進模設(shè)計 3 2 工藝性分析和工藝方案的確定 2.1 零件圖 工件名稱 ：鎖芯套 生產(chǎn)批量 ：大批量 材 料 ：08F ，厚 0.5mm 圖 2.1 零件圖 2.2 零件的工藝性分析 此零件的外形、兩個 1.5m的和一個 4.0m的孔可通過落料，沖孔加工出來。中 間帶有凸臺的孔可用兩種方法沖壓：一種是先拉深，然后從底部沖孔。此種方法在進行 拉伸時，圓錐部位的材料一部分是從底面流動而來，另一部分是從主板上流動而來，而 后者若材料流動留有余量，就要增加工件排樣的步距，從而增加材料的消耗。第二種方 法是先沖孔再沖壓，此則屬于翻邊工序，翻邊時材料流動的特點是預(yù)孔周圍的材料沿著 圓周方向伸長，使材料變薄，而徑向材料長度幾乎不變，因而不會引起主板上的材料流 動，排樣時按正規(guī)沖裁設(shè)計的搭邊值即可，可以節(jié)省材料，因此采用第二種方法。 沖壓件的工藝性是指沖壓件對沖壓工藝的適應(yīng)性，在一般情況下，對沖壓件工藝性 影響最大的是幾何形狀尺寸和精度要求，沖裁件的形狀應(yīng)能符合材料合理排樣，減少廢 料。下面是沖壓需滿足的工件的工藝性： （1）沖裁各直線或曲線的連接處，宜有適當(dāng)圓角； （2）沖裁件凸出或凹入部分寬度不宜太小，并應(yīng)避免過長的懸臂與窄槽； （3）腰圓形件，圓弧半徑應(yīng)大于料寬的一半，及能采用少廢料排樣，如圓弧半徑等 于工 件寬度一半，就不能采用少廢料排樣，否則會有臺肩產(chǎn)生； （4）沖孔時，由于受到凸模強度的限制，孔的尺寸不宜過??； 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 4 （5）沖裁件的孔與孔之間，孔與邊緣之間的距離不宜太短。 2.3 模具材料的選用 2.3.1 冷沖模材料的選用要求 冷沖模包括沖裁模、彎曲模、拉深模、成形模和冷擠壓模等。冷沖模在工作中承受 沖擊、拉深、壓縮彎曲、疲勞磨擦等機械的作用。模具常常發(fā)生脆斷、堆塌、磨損、啃 傷和軟化等形成的失效。因此，作為冷沖模主要材料的鋼材，應(yīng)具有的性能有： （1）應(yīng)具有較高的變形抗力。主要抗力指標(biāo)包括淬火、回火抗壓強度、抗彎強度等。 其中硬度是模具重要的抗力指標(biāo)，高的硬度是保持模具耐磨性的必要條件。工作零件熱 處理后的硬度達到 60HRC 才能保證模具具有較高的抗變形能力。 （2）應(yīng)具有較高的斷裂抗力。主要抗力指標(biāo)有材料的抗沖擊性能、抗壓強度、抗彎 強度。沖擊載荷下抵抗模具產(chǎn)生裂紋的能力，也是作為防止斷裂的一個重要依據(jù)。一般 情況下，韌性越高的材料斷裂抗力越大，而材料基體中碳含量越高沖擊韌性越高，所以 載荷較大的冷沖鐓、易受偏心彎曲載荷的剪切模、細長凸?；蛴袘?yīng)力集中的模具，都需 要有較高的韌性，基體中含碳量要高。 （3） 應(yīng)具有較高的耐磨性和抗疲勞性能。模具在交變應(yīng)力條件下易產(chǎn)生疲勞破壞， 表面易形成刮痕凹槽等，因此對于在一定條件下工作的模具鋼，為了提高耐磨性和抗疲 勞性能，需要在硬度高的基體上均勻分布大量細小的碳化物。 （4） 應(yīng)具有較好的冷、熱加工工藝性。鋼材的加工性能包括可鍛性、可加工性、 淬透性、淬硬性、脫碳敏感性和較小變形傾向等，以方便模具的加工，易于成形及防止 熱處理后變形等。 2.3.2 材料的選擇原則 （1）鋼材的失效是影響模具壽命的主要因素。要針對模具的失效形式選用鋼材： 為防模具開裂，要選用韌性好的材料； 為防磨損，應(yīng)選用合金元素高的材料； 對于大型沖模應(yīng)選用淬透性好的材料； 為保持鋼材硬度，要選用耐回火性高的含鉻、鉬合金鋼； 為防熱處理變形，對于形狀復(fù)雜的零件應(yīng)選用含碳量高、淬透性好的合金材料。 （2）要根據(jù)制品批量大小選用材料。對于制品批量大的模具，一般采用優(yōu)質(zhì)合金鋼， 而批量小的模具則采用碳素鋼，以降低成本。本模具用于制品的大批量生產(chǎn)，所以選用 優(yōu)質(zhì)合金鋼。 （3）要根據(jù)沖模零件的作用選擇。凸模凹?？刹捎糜猩饘倩蚝谏饘伲鴮τ谥?撐板、卸料零件、導(dǎo)向件應(yīng)選用一般鋼材。最終選擇凸模凹模用 9SiGr，支撐板、卸料零 件、導(dǎo)向件等用 45#。 2.4 沖裁工藝方案的確定 該零件的加工包括沖孔、翻邊、落料三個工序，有以下三種工藝方案： （1）先沖孔，后翻邊和落料，采用單工序模生產(chǎn)； （2）先沖孔翻邊后落料復(fù)合沖壓，采用復(fù)合模生產(chǎn)； （3）沖孔翻邊落料級進沖壓，采用級進模生產(chǎn)。 鎖芯套冷沖壓工藝及級進模設(shè)計 5 根據(jù)零件的特點，經(jīng)過對模具的分析可知采用級進模生產(chǎn)比較合適，工作效率也高。 2.5 排樣 2.5.1 排樣方法 目前，在我國沖壓生產(chǎn)中，沖裁件的坯料形狀多數(shù)是條料和帶料，而條料多數(shù)是由 大張板料裁剪而成的。合理的排樣對提高材料的利用率，降低材料的消耗，提高沖裁件 的精度和蟲牙模具的壽命有著極大的影響。 常用的排樣方法有三種： （1）有廢料排樣：沿工件全部外形沖裁，在沖件周邊都留有搭邊因此材料利用率低， 但沖件尺寸完全由沖模來保證，因此精度高，模具壽命也高，生產(chǎn)中絕大多數(shù)沖裁件都 是采用有廢料排樣。 （2）少廢料排樣：沿著工件部分外形切斷或沖裁，只在沖件之間或沖件與條料側(cè)邊 之間留有搭邊。因受剪裁條料質(zhì)量和定位誤差的影響，其沖件質(zhì)量稍差，同時邊緣毛刺 被凸模帶入間隙也影響模具壽命，但材料利用率稍高，沖模結(jié)構(gòu)簡單。 （3）無廢料排樣：沿直線或曲線切斷條料而獲得沖件，無任何搭邊。沖件的質(zhì)量和 模具壽命更差一些，但材料利用率最高，勞動生產(chǎn)率也高。 少廢料、無廢料排樣的缺點是工件質(zhì)量差，模具壽命不高，但這兩種排樣可以節(jié)省 材料，還有簡化模具結(jié)構(gòu)、降低沖裁力和提高生產(chǎn)率等優(yōu)點，并且工件須具有一定的形 狀才能采用。上述三類排樣方法，按工件的外形特征主要分為直排、斜排、直對排、斜 對排、混合排、多行排等形式。 圖 2-2 為此制件的三種排樣方案，現(xiàn)就這三種方案進行比較分析：方案為斜排，方 案為直排，方案為對排。三種方案從制件精度、沖模結(jié)構(gòu)及模具壽命相比都差不多， 但從材料利用率考慮，方案的材料利用率最高，方按次之，方案的材料利用率最 差。但方按沖裁時材料需要調(diào)頭，較為麻煩。綜合考慮，方案為最合理的排樣方案。 根據(jù)以上分析，最終確定采用有廢料斜排的方式。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 6 圖 2.2 排樣方案 2.5.2 搭邊值與條料寬度及工位的確定 （1）搭邊值的確定 排樣時沖裁件之間以及沖裁件與條料側(cè)邊之間留下的工藝廢料叫搭邊。搭邊的作用 一是補償定位誤差和剪板誤差，確保沖出合格零件；二是增加條料剛度，方便條料送進， 提高勞動生產(chǎn)率，同時，搭邊還可以避免沖裁時條料邊緣的毛刺被拉人模具間隙，從而 提高模具壽命。 搭邊值對沖裁過程及沖裁件質(zhì)量有很大的影響，因此一定要合理確定搭邊數(shù)值。搭 邊過大，材料利用率低；搭邊過小時，搭邊的強度和剛度不夠，沖裁時容易翹曲或被拉 斷，不僅會增大沖裁件毛刺，有時甚至單邊拉入模具間隙，造成沖裁力不均，損壞模具 刃口。根據(jù)生產(chǎn)的統(tǒng)計，正常搭邊比無搭邊沖裁時的模具壽命高 50以上。 搭邊值是由經(jīng)驗確定的，查表 2-1 可得排樣時選用的最小搭邊值： 3a 12.0 (a為工件與工件搭邊， 1a為工件與條料邊緣之間的搭邊) 1 表 2-1 最小搭邊值經(jīng)驗表 手工送料 圓形 非圓形 往復(fù)送料 自動送料 條料寬度 a1a1a1a1 1 1.5 1.5 2 1.5 3 2 3 2 12 2 1.5 2.5 2 3.5 2.5 3 2 23 2.5 2 3 2.5 4 3.5 3 2 34 3 2.5 3.5 3 5 4 4 3 45 4 3 5 4 6 5 5 4 56 5 4 6 5 7 6 6 5 68 6 5 7 6 8 7 7 6 8 7 6 8 7 9 8 8 7 （2）條料寬度的確定 在排樣方式和搭邊值確定之后，就可以確定條料的寬度。 零件精度要求不高，為了簡化模具，采用無測壓裝置，由表 2-2，查得條料與導(dǎo)料板 間間隙最小值為 z0.5m。 表 2-2 導(dǎo)料板與條料之間的最小間隙 Zmin 無側(cè)壓裝置 有側(cè)壓裝置 條料寬度 B 條料寬度 B材料厚度 t 100 以下 100200 200300 100 以下 100 以上 約 1 0.5 0.5 1 5 8 15 0.5 1 1 5 8 條料寬度 B： 鎖芯套冷沖壓工藝及級進模設(shè)計 7 1BD+2 a 式子 B條料寬度尺寸(mm) D工件在條料寬度方向上的尺寸(mm)1 工件與條料邊緣之間的搭邊值(mm) 由公式得： 40.52 4.5m 導(dǎo)料板之間的距離 A：1A2a z.0.4.5 圖 2.3 料寬步距圖 （3）步距的確定 步距 SD a 式子 S步距 (mm) D工件在送料方向上的尺寸(mm)1a 工件與工件之間的搭邊值(mm) 由公式得： 21.9834.m （4）零件加工工位的確定 零件加工分為 5 個工位，如圖 2-4： 第一工位：沖 2 個 .孔 第二工位：沖 1 個 4孔和翻邊預(yù)沖工藝孔 第三工位：部分落料 第四工位：翻邊 第五工位：最后落料，工件從底孔中漏出。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 8 圖 2.4 加工工位圖 由以上分析可知，該模具的動作過程為：先沖出翻邊時用的工藝孔和 3 個沖裁孔， 然后預(yù)剪，之后是翻邊，最后完全落料。原因是翻邊時的拉扯力會導(dǎo)致相臨工件變形， 預(yù)剪以減少工件變形。模具的動作需要在不同的工位上完成，所以模具的定位要絕對正 確，才能沖制出合格的產(chǎn)品。 鎖芯套冷沖壓工藝及級進模設(shè)計 9 3 設(shè)計計算 3.1 翻邊力的計算 翻邊的計算有：1.計算翻邊前的毛坯孔徑；2.變形程度計算；3.翻邊力的計算。根據(jù) 工件圖計算翻邊前毛坯孔徑，稱為底孔孔徑，底孔周邊材料在翻邊時材料沒有徑向流動。 3.1.1 預(yù)沖孔大小的確定 圖 3.1 翻邊圖 毛坯的計算 （如圖 3-1） 2 預(yù)沖孔直徑： 11dDrt/2h9.80.35/21.7468（ ） 這里取孔的直徑為 4.7m 翻邊后的厚度： 10t sqrtd/.5sqrt4.7/.9 這里取 1t0.38 翻邊后直邊的平均直徑： 1 t/ 28.03/28.m 這里取 D.4 3.1.2 翻邊系數(shù) Kd/ （3.1 ） 式中 K系數(shù) d預(yù)沖孔直徑 D翻邊后直邊的平均直徑 K 值愈大，變形程度愈?。篕 值愈小，變形程度愈大。 由公式(3.1 ）得 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 10 K3 /7.8 0.5 根據(jù)表 3-1，符合要求 表 3-1 低碳鋼的極限翻孔系數(shù) 比值 do/t 翻邊方法 孔的加工方法 100 50 35 20 10 8 6.5 5 3 1 0.70 0.60 0.52 0.45 0.36 0.33 0.31 0.30 0.25 0.20 球形凸模 鉆后去毛刺沖 孔 0.75 0.65 0.57 0.52 0.45 0.44 0.43 0.42 0.42 - 0.80 0.70 0.60 0.50 0.42 0.40 0.37 0.35 0.30 0.25 圓柱形凸模 鉆后去毛刺沖 孔 0.85 0.75 0.65 0.60 0.52 0.50 0.50 0.48 0.47 - 表 3-2 材料力學(xué)性能 材料名稱 材料牌號 材料狀態(tài) 抗剪強度 /Mpa 抗拉強度 /Mpa 伸長率 屈服點 /Mpa 彈性模量 /Mpa 08F 220310- 280390- 32 180 10F 260360- 330450- 32 200 190000 15F 220340- 280420- 30 190 8 260340- 300440- 29 210 198000 10 250370- 320460- 28 普通碳素鋼 155 已退火的 270380- 340480- 26 280 202000 3.1.3 翻邊力的計算采用以下公式： F1.tDd (3.2) 式中 F翻邊里，單位為 N 材料的屈服強度，單位為 Mpa D翻邊直徑，單位為 mm d毛坯的預(yù)沖孔，單位為 mm t毛坯厚度，單位為 mm 由公式(3.2)得：F1.0.58.47150 N（ ） 3.2 沖裁力的計算 該模具采用平刃口模具進行沖裁，其理論沖裁力 F（N ）可按下式計算：KLt (3.3) 式中：K系數(shù) L沖裁件周長 mm t材料厚度 mm 材料抗剪強度 Mpa 選擇設(shè)備時，需要考慮刃口磨損和材料厚度及力學(xué)性能波動等因素，實際沖裁力可 鎖芯套冷沖壓工藝及級進模設(shè)計 11 能增大，所以一般取 。因為在該模具中需要沖壓的部位主要有外形，兩個直徑為K1.3 1.5 的孔、直徑為 4 的孔、直徑為 8.2 的孔和直徑為 4.7 的工藝孔，計算其周長分別為： 、 、 、 、 。 材料厚度 。材料抗剪強度9m.72.6m5.814.mt 0.5m 310Mpa 由公式(3.3)得： FKLt.390.948. N外1.5147517054 t.26.32. 8.284.7F Lt.30.98. 沖裁力： 1.548.24.7P F 外 951.2. 36. N 3.3 卸料力、推件力、頂出力的計算 在沖裁過程結(jié)束后，由于材料的彈性恢復(fù)，會使沖孔件箍在沖孔頭上，落料件卡在 凹模洞口內(nèi)，為了使沖裁工作能夠順利，連續(xù)的進行下去，在沖裁過程完成以后，必須 迅速的由卸料機構(gòu)和頂出機構(gòu)完成卸料推件（或頂件）工作，由于卸料推件（或頂件） 會使 沖壓設(shè)備負荷增加，因此在選擇沖床噸位和設(shè)計沖模的卸料機構(gòu)及頂出機構(gòu)之前， 先要計算出卸料力，推件力和頂件力。 卸料力是將箍在凸模上的板料卸下時所需要的力；推件力是將落料件順著沖裁凹模 洞口推出時所需的力；頂件力是將落料件逆著沖裁方向頂出凹模刃口時所需的力，如下 圖 圖 3.2 卸料力、推件力、頂件力示意圖 由于影響卸料力、推件力和頂件力的因素很復(fù)雜，所以實際上都是采用經(jīng)驗公式來 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 12 計算。 PKNX （3.4）PKNttn d 式中, X、 t、 Pd------分別為卸料力、推件力和頂件力，K 為系數(shù),其值見下表 3-2 P------沖裁力 n------同時卡在凹模洞口內(nèi)的落料件數(shù)， nH/t，H 為凹模刃壁垂直部分高度，t 為 料厚，這里采用錐形洞口，因無落料件卡在洞口內(nèi)，故不計推件力。 表 3-3 材料系數(shù) 材料種類及厚度(mm) KxKt Kd 0.1 0.0650.075 0.1 0.14 0.10.5 0.0450.055 0.063 0.08 0.50.25 0.040.05 0.055 0.06 2.56.5 0.030.04 0.045 0.05 鋼 6.5 0.020.03 0.025 0.03 鋁及鋁合金 0.0250.08 0.030.07 0.0030.07 紫銅、黃銅 0.020.06 0.030.09 0.030.09 由表查得 K 0.45X， 0.8d 由公式（3.4）得： PN.316.42.69Nx 5 d 3.4 沖壓力的計算 模具采用彈性卸料裝置和彈性頂件裝置沖裁，沖床要同時克服卸料裝置和頂件裝置 的彈力和沖裁力及翻邊力；故沖壓力按下式計算： xdPF沖 （3.5） 式中： 沖 沖床應(yīng)具有的最小沖壓力 P沖裁力 x和 d分別為卸料力，頂件力 F翻邊力 由公式（3.5）得： 沖壓力 P3165.42.695.2810367.28 N沖 3.5 沖模壓力中心的確定 沖壓力合力的作用點稱為壓力中心。為了保證壓力機和沖模正常、平穩(wěn)地工作，必 鎖芯套冷沖壓工藝及級進模設(shè)計 13 須使沖模的壓力中心與壓力機滑塊中心重合，對于帶模柄的中小型沖模就是要使其壓力 中心與模柄軸心線重合。否則，沖裁過程中壓力機滑塊和沖模將會承受偏心載荷，使滑 塊導(dǎo)軌和沖模導(dǎo)向部分產(chǎn)生不正常磨損，合理間隙得不到保證，刃口迅速變鈍，從而降 低沖裁件質(zhì)量和模具壽命。甚至損壞模具。因此，設(shè)計沖模時，應(yīng)正確計算出沖裁時的 壓力中心，并使壓力中心與模柄軸心線重合，若因沖裁件的形狀特殊，從模具結(jié)構(gòu)方面 考慮不宜使壓力中心與模柄軸心線相重合，也應(yīng)注意盡量使壓力中心的偏離不超出所選 壓力機模柄孔投影面積的范圍。 對于形狀復(fù)雜的沖裁件，可先將組成圖形的輪廓劃分為若干簡單的直線段及圓弧段， 分別計算其沖裁力，這些即為分力，由各分力之和算出合力。然后任意選定直角坐標(biāo)軸 XY，并算出各線段的壓力中心至 X 軸和 Y 軸的距離。最后根據(jù)“合力對某軸之矩等于各 分力對同軸力矩之和”的力學(xué)原理，即可求出壓力中心坐標(biāo)。 由于線段的沖裁力與線段的長度成正比，所以可以用各線段的長度 1L、2L 、 3、、 nL代替公式中各線段的沖裁力 1F、 2、 3、、 nF,故壓力中心坐標(biāo) 的計算公式又可表示為 3 niinLxLLxx 1210. （3.6） 按比例畫出零件形狀，選定坐標(biāo)系 xoy，如圖 3-3 圖 3.3 壓力中心圖 該零件上下坐標(biāo)對稱，即 0Y，故只需計算 X 即可。將工件沖裁周邊分成 0L、 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 14 1L、 2、 3、 4L、 5、 6、 7L、 8、 9、 10L、 、 12基本線段，求出各段長度及各 段中心位置。 08.9 0X16 12.24.7L 53 3.49. 47X5 52.6.L 607 7819 81.X5.2 9210L 10.5.6 412 12X 根據(jù)壓力中心公式（3.6）得： 0112+8.LYLYX 3.6 沖壓設(shè)備的確定 沖壓設(shè)備作為模具工作的動力機構(gòu)，是沖壓生產(chǎn)的重要組成部分，同時也是沖壓工 藝方案設(shè)計和模具設(shè)計的主要依據(jù)。 沖壓設(shè)備的選擇包括兩部分內(nèi)容，一是選擇設(shè)備的類型；二是選用該設(shè)備的規(guī)格。 這兩部分內(nèi)容對于訂制沖壓工藝和設(shè)計模具都很重要。 設(shè)備類型的選擇要依據(jù)沖壓零件的生產(chǎn)批量、零件尺寸的規(guī)格，沖壓工藝特點和生 產(chǎn)效率、安全操作等因素來確定。 表 3-4 開式可傾式曲柄壓力機的主要技術(shù)參數(shù) 5 型號 J23-6.3 J23-16 J23-25 J23-40 J23-63 J23-80 J23-100 公稱壓力/kN 63 160 250 400 630 800 1000 達到公稱壓力時滑塊距 下止點的距離 /mm 3.5 5 6 7 8 9 10 滑塊行程 /mm 50 70 80 100 120 130 140 行程次數(shù)/( 次/分鐘) 160 115 100 80 70 60 60 最大封閉高度 /mm 170 220 250 300 360 380 400 封閉高度調(diào)節(jié)量 /mm 40 60 70 80 90 100 110 滑塊中心到床身 距離/mm 110 160 190 220 260 290 320 工作臺 前后 315 450 560 630 710 800 900 鎖芯套冷沖壓工藝及級進模設(shè)計 15 尺寸 /mm 左右 200 300 360 420 480 540 600 前后 150 220 260 300 340 380 420 左右 70 110 130 150 180 210 230工作臺孔尺寸 /mm 直徑 110 160 180 200 230 260 300 立柱間距離 /mm 150 220 260 300 340 380 420 模柄孔尺寸 (直徑深度 )mm2 30 50 50 70 50 70 50 70 50 70 60 75 607 5 工作臺板厚度 /mm 40 60 70 80 90 100 110 傾角/( ) 30 30 30 30 30 25 25 根據(jù)以上計算結(jié)果沖壓設(shè)備選 J23-40 來進行沖壓生產(chǎn)，其主要技術(shù)參數(shù)如下所示： 型號 J23-40 公稱壓力（KN） 400 公稱壓力行程（mm） 4 滑塊行程（mm） 100 行程次數(shù)（min-1） 50 最大模塊高度（mm） 250/320 裝模高度調(diào)節(jié)量（mm） 80 滑塊中心至機身距離（mm） 230/500 工作臺板尺寸（前后左右孔直徑）mm 43064080 工作臺板厚度（mm） 70 滑塊底面尺寸（前后左右）mm 43064080 工作臺板厚度（mm） 70 滑塊底面尺寸（前后左右）mm 215245 模柄孔尺寸（直徑尺寸）mm 5070 機身最大可傾斜角度 30 立柱間距離（mm） 250 電動機（功率） KW 4 外形尺寸（長寬高）mm 160011802410 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 16 4 結(jié)構(gòu)設(shè)計 4.1 凹模凸模設(shè)計 沖裁件的尺寸精度主要決定于凸、凹模刃口尺寸及公差，模具的合理間隙值也是靠 凸、凹模刃口尺寸及其公差來保證的。因此，準(zhǔn)確確定凸、凹模刃口尺寸及其公差，是 沖裁模設(shè)計中的一項重要工作。 在沖裁件尺寸的測量和使用中，都是以光面的尺寸為基準(zhǔn)。由前述沖裁過程可知， 落料件的光面是因凹模刃口擠切材料產(chǎn)生，而孔的光面是凸模刃口擠切材料產(chǎn)生的。所 以，在計算刃口尺寸時，應(yīng)按落料和沖孔兩種情況分別考慮，其原則如下。 落料時，因落料件光面尺寸與凹模刃口尺寸相等或基本一致，應(yīng)先確定凹模刃口尺 寸，即以凹模刃口尺寸為基準(zhǔn)。又因落料件尺寸會隨凹模刃口的磨損而增加，為保證凹 模磨損到一定程度仍能沖出合格零件，故凹模基本尺寸應(yīng)取落料件尺寸公差范圍內(nèi)的較 小尺寸。落料凸模的基本尺寸則是在凹?；境叽缟蠝p去最小合理間隙。 沖孔時，因孔的光面尺寸與凸模刃口尺寸相等或基本一致，應(yīng)先確定凸模刃口尺寸， 即以凸模刃口尺寸為基準(zhǔn)。又因沖孔的尺寸會隨凸模刃口的磨損而減少，故凸?；境?寸應(yīng)取沖裁孔尺寸公差范圍內(nèi)的較大尺寸。沖孔凹模的基本尺寸則是在凸?；境叽缟?加上最小合理間隙。 凸、凹模刃口的制造公差應(yīng)根據(jù)沖裁件的尺寸公差和凸、凹模加工方法確定，既要 保證沖裁間隙要求和沖出合格零件，又要便于模具加工。 凸、凹模刃口尺寸的計算與加工方法有關(guān)，基本上可以分為兩類。 4.1.1 凸、凹模分別加工時的計算法 凸、凹模分別加工是指凸模與凹模分別按各自圖樣上標(biāo)注的尺寸及公差進行加工， 沖裁間隙由凸、凹模刃口尺寸及公差保證。這種方法要求分別計算出凸模和凹模的刃口 尺寸及公差，并標(biāo)注在凸、凹模設(shè)計圖樣上。其優(yōu)點是凸、凹模具有互換性，便于成批 制造。但受沖裁間隙的限制，要求凸、凹模的制造公差較小，主要適用于簡單規(guī)則形狀 （圓形、方形或矩形）的沖裁件。 1 表 4-1 沖裁凸、凹模工作部分尺寸的計算公式 表中： PdD、 分別為落料凸、凹模的刃口尺寸（mm）p、 分別為沖孔凸、凹模的刃口尺寸（mm） 工序性質(zhì) 沖件尺寸 凸模尺寸 凹模尺寸 落料 0 0minppdZD（4.1） 0dZdDx（4.2） 沖孔 px（4.3） minp（4.4） 鎖芯套冷沖壓工藝及級進模設(shè)計 17 dpZ、 分別為凸、凹模的制造公差 制件的制造公差（mm） min 最小合理間隙值（mm） x 磨損系數(shù) 凸模長度按下式計算： 12Lh 式中 1h卸料背板厚度（mm） 2卸料板厚度（mm） ； 增加長度（mm） ，一般取 1020mm。 根據(jù)后面部分對各板料厚度的選擇計算出凸模長度為 150=6mL 表 4-2 初始雙面間隙值表 厚度 t/mm 材料 08、10、35 09M2、Q235 Q345 40、50 65Mn Zmax Zmin Zmax Zmin Zmax Zmin Zmax Zmin 0.5 0.040 0.060 0.040 0.060 0.040 0.060 0.040 0.060 0.6 0.048 0.072 0.048 0.072 0.048 0.072 0.048 0.072 0.7 0.064 0.092 0.064 0.092 0.064 0.092 0.064 0.092 0.8 0.072 0.104 0.072 0.104 0.072 0.104 0.064 0.092 0.9 0.090 0.126 0.090 0.126 0.090 0.126 0.090 0.126 1.0 0.100 0.140 0.100 0.140 0.100 0.140 0.090 0.126 1.2 0.126 0.180 0.132 0.180 0