油底殼拉伸成形工藝與模具設計【沖壓模具設計稿】

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畢業(yè)設計（論文） 題 目： 柴油機油箱拉深模具設計 學 生： 盧志運 指導教師： 郭占斌 學 院： 工程學院 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 班 級： 07 級二班 2011 年 6 月 本科畢業(yè)設計(論文) 作者承諾保證書 本人鄭重承諾：本篇畢業(yè)設計(論文)的內容真實、可靠。如果存在弄虛 作假、抄襲的情況，本人愿承擔全部責任。 學生簽名： 年 月 日 本 科 畢 業(yè) 設 計 (論 文 )指 導 教 師 承 諾 保 證 書 本人鄭重承諾：我已按有關規(guī)定對本篇畢業(yè)設計(論文) 的選題與內容進 行了指導和審核，該同學的畢業(yè)設計（論文）中未發(fā)現弄虛作假、抄襲的 現象，本人愿承擔指導教師的相關責任。 指導教師簽名： 年 月 日 目 錄 摘 要 .............................................................................................................................................I 1.概論 ...........................................................................................................................................1 1.1 課題的背景及意義 .......................................................................................................1 1.2 國內外現狀及發(fā)展趨勢 ..............................................................................................1 1.2.1 發(fā)展現狀...........................................................................................................1 1.2.2 發(fā)展趨勢...........................................................................................................2 2. 工件的工藝性分析 ................................................................................................................3 2.1 工藝分析 ......................................................................................................................3 2.2 工藝方案確定 ..............................................................................................................3 3 拉伸工藝及拉伸模設計 .........................................................................................................3 3.1 設計要點 ......................................................................................................................3 3.2 工藝計算 .......................................................................................................................4 3.2.1 毛坯尺寸的計算...............................................................................................5 3.3 拉伸力的計算 ...............................................................................................................6 3.4 壓邊力計算 ...................................................................................................................7 3.5 壓力機的選擇 ...............................................................................................................8 3.6 拉深凸、凹模工作部分設計 ......................................................................................9 3.6.1 凸、凹模的結構...............................................................................................9 3.6.2 凸、凹模的圓角半徑.......................................................................................9 3.6.3 凸、凹模間隙 Z 的確定 ................................................................................10 3.6.4 凸、凹模工作部分尺寸及公差.....................................................................11 3.7 其他零件的設計 .........................................................................................................13 3.7.1 導向裝置的確定.............................................................................................13 3.7.2 壓邊圈的設計.................................................................................................13 3.7.3 壓料筋的設計 ................................................................................................13 3.7.4 定位機構的設計 ............................................................................................14 3.7.5 調整塊的設計 ................................................................................................14 3.7.6 緊固零件的選用.............................................................................................14 3.8 拉深?？傃b圖 .............................................................................................................14 4. 沖孔切邊模的設計 ................................................................................................................15 4.1 沖裁力及壓力中心計算 ............................................................................................15 4.1.1 沖裁力的計算.................................................................................................15 4.1.2 壓力中心的計算.............................................................................................16 4.2 壓力機的選擇 ............................................................................................................16 4.2.1 卸料力的計算 ................................................................................................16 4.2.2 壓力機公稱壓力的計算 ................................................................................17 4.3 凸凹模確定 .................................................................................................................18 4.3.1 切邊凸凹模設計.............................................................................................18 4.3.2 沖孔凸凹模設計.............................................................................................19 4.4 凸凹模尺寸計算 .........................................................................................................19 4.4.1 凸、凹刃口尺寸的計算原則.........................................................................19 4.5 模板確定 ....................................................................................................................24 4.6 定位導向零件 ............................................................................................................24 4.7 卸料裝置 ...................................................................................................................24 4.7.1 彈性卸料裝置.................................................................................................24 4.7.2 廢料切刀裝置.................................................................................................25 4.8 導向裝置 ....................................................................................................................25 4.10 沖孔切邊模裝配總圖 ..............................................................................................26 5 總結 .......................................................................................................................................27 謝 辭 ...........................................................................................................................................28 參考文獻 ....................................................................................................................................29 I 汽油發(fā)電機油箱下殼體沖壓成型工藝分析及模具設計 摘 要 本次設計的零件為凸緣盒形件拉深件汽油發(fā)電機油箱下殼體。下殼體采用的材料 ST16 號鋼及 1.5mm 厚度保證了足夠的強度和剛度。該零件外形基本對稱，材料是適于 制造高變形性能，深拉延產品及形狀較復雜產品的鋼材。 首先對零件進行了工藝性分析，有拉深、沖孔、切邊等一系列工序。而且生產批量 大，各工位有相互的尺寸關系，經過計算分析采用一次拉伸與沖孔切邊的工藝生產方案， 可提高材料的利用率。經過計算分析完成該模具的主要設計計算，凸、凹模工作部分的 設計計算，還有工位布置和主要零部件的結構設計，選擇合適的模具材料。拉伸又稱拉 延、壓延或引伸。它是利用拉伸模具在壓力機的壓力作用下，將預先剪裁或沖裁成一定 形狀的平板毛坯，拉制成立體空心件的加工方法。拉伸成型是板材立體成形的最重要方 法，以拉伸成形為主體的沖壓件非常多，在很多工業(yè)及生活用品中都又拉伸成形的制品， 是沖模發(fā)展方向之一。在模具設計前必須對工件進行全面分析，然后合理確定工件的沖 壓成形工藝方案，正確設計模具結構和模具零件的加工工藝規(guī)程，以獲得最佳的技術經 濟效益。 關 鍵 詞：拉伸模，拉深，切邊，沖孔，設計。 Gasoline Generator Fuel Tank Shell Under the Stamping Forming Process and Die Design Abstract The design of box-shaped flange parts for deep drawing parts - gasoline generator under the tank shell. Shell material used under No. ST16 steel and 1.5mm thickness to ensure sufficient strength and stiffness. This deformation of material is suitable for manufacturing high-performance and deep-drawing products and more complex products shape. We carried out the parts of analysis, there is deep drawing, punching, cutting-edge series of processes. And production volume, and the works are of the size of the mutual relationship between the calculated and II analyzed through the use of a stretching and punching the production of cutting-edge technology options to improve the utilization of materials. After completion of the analysis of the mold design，convex and concave die part of the design work，there are the major components of layout and design of the structure， choose a suitable mold material. Also known as tensile drawing, rolling or extended. It is stretching the use of molds in the press under pressure, will be pre-cut or blanking plate into the shape of a certain rough, three-dimensional drawing made of hollow pieces of processing methods. It is stretching the use of molds in the press under pressure, will be pre-cut or blanking plate into the shape of a certain rough, three-dimensional drawing made of hollow pieces of processing methods. Prior the design of the die, the work-piece should be fully analysis. A correctly designed die structure and works process specifications can obtain the best economical benefit. Keywords：Pushing die，Drawing, Trimming, Punching, Desig 1 1.概論 1.1 課題的背景及意義 設計的主要目的：通過對發(fā)電機油箱下殼體的分析設計合理的模具，使該模具能滿 足發(fā)電機油箱下殼體生產的要求。油箱下殼體屬拉深件系列，需采用拉深，沖孔切邊等 一系列的工序，而且生產批量很大，經過分析可采用普通的拉伸單工序模和沖孔切邊復 合模。設計的主要意義是：通過此次設計了解設計沖壓模的一般程序，了解相關的理論 知識并加以應用和鞏固；熟練的運用有關技術資料，如冷沖模國家標準 、 多工位級 進模與沖壓自動化 、 冷沖壓技術及其他有關規(guī)范等；初步的掌握設計冷沖壓模具的 能力，也是檢驗對所學相關課程理論、技能的理解程度；培養(yǎng)理論聯系實際的良好作風， 為將來的工作打下初步的基礎。 1.2 國內外現狀及發(fā)展趨勢 1.2.1 發(fā)展現狀 模具是機械制造業(yè)中技術先進、影響深遠的重要工藝裝備,具有生產效率高、材料利 用率高、制件質量優(yōu)良、工藝適應性好等特點,被廣泛應用于汽車、機械、航天、航空、 輕工、電子、電器、儀表等行業(yè)。用模具成型的制件所表現出來的高精度、高復雜性、 高一致性、高生產率和低消耗，是其他加工制造方法所無法比擬。我國模具行業(yè)將向大 型、精密、復雜、高效、長壽命和多功能方向發(fā)展。模具在很大沖壓生產靠模具與設備 完成其加工過程，生產率高，操作簡便，易于實現機械化和自動化，可以獲得其他加工 方法所不能或難以制造的、形狀復雜的零件。沖壓產品一般不需要再經過機械加工便可 使用，沖壓加工過程一般也無需加熱毛坯。所以，沖壓生產不但節(jié)約金屬材料，而且節(jié) 約能源，沖壓產品一般還具有重量輕和剛性好的特點。 雖然近年來我國模具行業(yè)發(fā)展迅速，但是離國內的需要和國際水平還有很大的差距。 制造產業(yè)是一個國家的綜合國力及技術水平的體現，而模具行業(yè)的發(fā)展是制造產業(yè)的關 鍵。針對這種情況，國家出臺了相應的政策，正積極發(fā)展模具制造產業(yè)。 2 1.2.2 發(fā)展趨勢 （1）制造沖壓件用的傳統(tǒng)金屬材料，正逐步被高強鋼板、涂敷鍍層鋼板、塑料夾層 鋼板和其他復合材料或高分子材料替代。隨著材料科學的發(fā)展，加強研究各種新材料的 沖壓成形性能，不斷發(fā)展和改善沖壓成形技術。 （2）精沖與半精沖、液壓成形、旋壓成形、爆炸成形、電水成形、電磁成形、超塑 成形等技術得到不斷發(fā)展和應用，某些傳統(tǒng)的沖壓加工方法將被它們所取代，產品的沖 壓加工趨于更合理、更經濟。其中精密沖裁技術得到了較快發(fā)展，精密沖裁是一種先進 制造技術，可取代某些零件的切削加工，具有優(yōu)質、高效、低耗、應用廣的特點。以齒 圈壓板精沖而論，在普通液壓機上進行精沖，工藝裝備簡單而工件精密 3。它以金屬板 材為原料，采用少無切削的塑性加工方法，一次成形即可得到尺寸精度高、剪切面粗糙 度低的零件，采用精沖技術生產的零件稱為精沖件。 (3) 隨著計算機圖形技術的發(fā)展成熟，近年來在沖壓成形領域興起了計算機輔助設 計(CAD)、計算機輔助工程(CAE)和計算機輔助制造(CAM)技術。該技術的出現對傳統(tǒng) 沖壓技術的變革產生了重要的影響。尤其是板料成形數值模擬技術的出現，使板料沖壓 成形技術徹底擺脫了“ 經驗 ”和“定性”的水平，進入了 “科學”和“ 定量”的發(fā)展階段。采用 這一技術進行板材沖壓成形工藝過程的模擬，可以預知沖壓成形過程中金屬的流動、應 力應變及厚度場的分布、模具受力及皺曲、破裂、沖擊線等可能的缺陷及失效形式。這 為優(yōu)化工藝參數和模具結構提供了極為有效的工具，在減少甚至取消試模過程，縮短產 品開發(fā)周期，降低產品開發(fā)成本方面發(fā)揮著越來越重要的作用，已逐漸成為指導模具設 計和優(yōu)化的重要手段。 (4)高速銑削加工，國外近年來發(fā)展的高速銑削加工，大幅度提高了加工效率，并可 獲得極高的表面光潔度。另外，還可加工高硬度模塊，還具有溫升低、熱變形小等優(yōu)點。 高速銑削加工技術的發(fā)展，對汽車、家電行業(yè)中大型型腔模具制造注入了新的活力。目 前它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向發(fā)展。 (5)模具掃描及數字化系統(tǒng)，高速掃描機和模具掃描系統(tǒng)提供了從模型或實物掃描到 加工出期望的模型所需的諸多功能，大大縮短了模具的在研制制造周期。有些快速掃描 系統(tǒng)，可快速安裝在已有的數控銑床及加工中心上，實現快速數據采集、自動生成各種 不同數控系統(tǒng)的加工程序、不同格式的 CAD 數據，用于模具制造業(yè)的“逆向工程” 。模 具掃描系統(tǒng)已在汽車、摩托車、家電等行業(yè)得到成功應用，相信在“十五” 期間將發(fā)揮更 3 大的作用。 (6)優(yōu)質材料及先進表面處理技術，選用優(yōu)質鋼材和應用相應的表面處理技術來提高 模具的壽命就顯得十分必要。模具熱處理和表面處理是否能充分發(fā)揮模具鋼材料性能的 關鍵環(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應發(fā)展工藝 先進的氣相沉積、等離子噴涂等技術。 2. 工件的工藝性分析 2.1 工藝分析 拉深件的工藝性是指拉深件對拉深工藝的適應性。在一般情況下，對拉深件工藝 性影響最大的是幾何形狀尺寸和精度要求。良好的拉深工藝性應能滿足材料較省、工序 較少、模具加工較容易、壽命較高、操作方便及產品質量穩(wěn)定等要求。本次畢業(yè)設計的 沖壓件是發(fā)電機外殼沖壓件的生產過程的設計。該沖壓件屬于盒形件的拉伸，屬于大批 量生產。由參考文獻5選用 ST16 號鋼，厚度為 1.5mm， 厚度保證了足夠的強度和剛 度，該材料是適于制造高變形性能，深拉延產品及形狀較復雜產品的鋼材，故此工件的 形狀滿足拉深工件的要求，可用拉深工序加工。從以上對發(fā)電機油箱下殼體的形狀分析 當中不難看出工件除了拉深工序外還有沖孔、切邊工序，各工序間有相互尺寸關系。 2.2 工藝方案確定 油箱下殼體為尺寸較大的盒形件，材料較薄，表面質量要求高。下殼體成形時的變 形性質不單是拉深，而且還有局部脹形，隨零件形狀尺寸不同而差別很大，很難進行典 型的工藝分析計算。經過分析計算該盒形件可一次性拉伸成型，坯料要在拉深成形工序 后進行沖孔和切邊。 工序安排為：（1）油箱下殼體的拉深；（2）油箱下殼體沖孔切邊 3 拉伸工藝及拉伸模設計 由于該沖壓件精度要求不高，且制件尺寸大，故采用導滑塊單工序拉伸模。 拉伸是利用專用模具將平板毛坯制成開口空心零件的一種沖壓工藝方法。 3.1 設計要點 設計確定拉深模結構時為充分保證制件的質量及尺寸的精度，應注意以下幾點： （1）拉深高度應計算準確，且在模具結構上要留有安全余量，以便工件稍高時仍能適 4 應。 （2）拉深凸模上必須設有出氣孔，并注意出氣孔不能被工件包住而失去作用。 （3）有凸緣拉深件的高度取決勝于上模行程，模具中要設計有限程器，以便于模具調 整。 （4）彈性壓料設備必須有限位器，防止壓料力過大。 （5）模具結構及材料要和制件批量相適應。 （6）模架和模具零件，要盡是使用標準化。 (7）放入和取出工件，必須方便安全。 3.2 工藝計算 圖 3-1 拉伸件二維圖 產品外形尺寸：320mm X 320mm X 150mm 材料：st16 鋼 鋼板及鋼帶在室溫下儲存，保證使用時不出現拉伸應變痕 用途：超深沖壓用。 取屈服強度 ：150Mpa 抗拉強度 ：260Mpa pb 材料厚度：1.5mm 5 技術要求： 1.油箱殼體表面不得出現波浪紋等拉深缺陷。 2.拉深變薄最小處不得小于 0.6mm。 3.沖裁毛刺不得大于 0.1mm，法蘭邊不平度應不小于 0.2mm。 性能：St16 鋼在室溫下的機械強度與其基材的機械強度一致。在同樣的高溫下, st16 鋼板的強度是鋁板強度的 10 倍因此鋼板厚度可至少減少 30%。由于在熱浸鍍加工 過程中,熔融的鋁立即與空氣中的氧反應形成一層 Al2O3 保護層,使鋼板表面立即鈍化。 這個保護層非常穩(wěn)定且不溶于水，即使后來鋼板表面被劃傷，這個保護層也具有自愈功 能。因此，st16 對化學腐蝕有極強的耐蝕性。St16 鋼強度低,塑性好,適用于制造受力不 大的沖壓件和拉深件,并有利于沖壓成形和制件質量的提高,還具有良好的沖壓成形性能, 即有良好的抗破裂性,良好的貼模和定形性,所以具有良好的沖壓性能。 表 3-1 沖壓工藝方案 3.2.1 毛坯尺寸的計算 確定能否一次拉伸成形： 如果盒形件的相對高度 H/r 不超過下表中所列的極限值，則盒形件可以用一道拉深工序 成形，不然應采用多道工序拉深成形。 表 3-2 盒形件首次拉深成形的最大相對高度 相對圓角半徑 r/B 0.4 0.3 0.2 0.1 0.05 相對高度 H/r 23 2.84 46 812 1015 r/B=30/295=0.102 H/r=70/30=2.333 所以該盒形件可以一次拉深成形 毛坯外形尺寸：由于該盒形件結構復雜且發(fā)電機油箱下殼體沖壓件要求的尺寸不高， 6 所以采用估算法求毛坯外形尺寸。 長度方向上： L1=18+ +28.5+54.5+203+ +43+32 21241624 =455.76mm 寬度方向上： L2=60 2+ 2+190+20124 =367.68 mm 表 3-3 盒形件的修邊余量 h 所需拉深工序數目 1 2 3 4 修邊余量 h(0.030.05)H (0.040.06) )H (0.050.08) )H (0.060.1) )H 盒型件的拉深高度為 H=h+ h 其中彎曲部分的展開長度為 l=H+0.57 pr 式中 H 盒形件高度（包括修邊余量 ） ； -盒形件底部圓角半徑。pr 圓角拉深部分展開后的毛坯半徑 R 為 )16.0(8.2pprrR 取拉伸高度 H=h+ =66+0.04*66=68.64mmh L=H+0.57 =68.64+0.57*30=85.74mmp =)16.0(8.2pprrHr 2rH = =64.17mm64*30 3.3 拉伸力的計算 計算拉深力的目的，是為了合理地選用壓力機和設計拉深模具。在整個拉深過程中， 除了需要使用毛坯變形的拉深力外，還有壓邊力。所以，總的拉深力為拉深力與壓邊力 之和。拉深力根據拉深件危險斷面上的拉力必須小于材料的強度極限為原則進行計算。 盒形件拉深力： bnbKLtP 式中 L 盒形件周邊長（mm）; 7 材料的抗拉強度（N/ ） ；b2m t 材料厚度（mm） ； K系數， K=0.50.8 . L=134 2+228 2+2 3.14 30=912.4mm =0.6 912.4 1.5 260=142.334KNbLtP 3.4 壓邊力計算 拉伸時，壓邊力過大，會增大拉伸力，引起拉伸時制件破裂；壓力過小，制件在拉 伸時會出現邊壁或凸緣起皺。因此，控制適當的壓邊力是很重要的。但壓邊力的計算只 是為了確定壓邊裝置，而在生產中則是通過試模調整確定壓邊力的大小。壓邊力 Q 可按 表 所列公式計算，拉伸時單位壓邊力 q 值可按表 3-5 查得 表 3-4 壓邊力 Q 的計算公式（N） 拉伸情況 公式 拉伸任何形狀的制件 Q= F q 圓筒形件首次拉伸 Q= q.)2(412凹rdD 圓筒形件以后各次拉伸 .21凹nQ 式中： F-在壓邊圈下毛坯投影面積（ ）2m q-單位壓邊力（N/ ）2 D-毛坯直徑（ mm） -第一次第 n 次拉伸1dn 直徑（mm） -拉伸凹模圓角半徑（mm）凹r 表 3-5 拉伸時單位壓邊力 q 的數值 材料名 稱 鋁 紫銅、硬鋁 （退火的或 剛淬火的） 黃銅 壓軋青銅 20；08 鋼 鍍錫鋼板 軟化狀態(tài) 的耐熱鋼 高合金鋼、 高錳鋼、 不銹鋼 單位壓 力 q N/ 2m0.81.2 1.21.8 1.52 22.5 2.53 2.83.5 34.5 8 盒形件的壓邊力 Q= F q （取 q=3.5 N/ ）2m 估算在壓邊圈下毛坯投影面積 F=216 366-195 295=215312 Q= F q=21531 3.5=75358.5N 總的拉伸力 F=P+Q=142.334KN+75.359KN=217.693KN 3.5 壓力機的選擇 采用液壓機，液壓機的公稱壓力應大于 F = P+Q=217.693KN YQ27-160 液壓機參數查參考文獻1如表 3-6 所示，公稱壓力及頂出力均符合要求。模 具閉合高度為 236mm 液壓機最小閉合高度 1000-700=300mm，可在凹模上部加墊座， 墊板高度 204mm，則模具最終閉合高度為 440mm。 下底板尺寸 780mm480mm 小于工作臺尺寸 960mm800mm 該設備可用于本道工序的成型。 表 3-6 液壓機參數 9 3.6 拉深凸、凹模工作部分設計 3.6.1 凸、凹模的結構 設計拉伸模時，凸模與凹模的結構是否合理，將直接關系到拉伸件的質量 盒拉伸過程中材料的變形程度。根據該沖壓件的拉伸工藝特點，該沖壓件的外 尺寸大，所需的拉伸力大，所以采用壓邊圈的拉伸凸凹模結構。凹模采用整體式 如圖 3-1，凸模也采用整體式如圖 3-2。 圖 3-1 凹模結構 圖 3-2 凸模結構 3.6.2 凸、凹模的圓角半徑 拉伸模的圓角半徑，應盡量可能設計的大些。大的圓角半徑可以降低拉伸 系數，而且可提高拉伸件的質量。但圓角半徑太大，會降低壓邊圈的作用，引起 拉伸件起皺，不利于拉伸。首次拉伸凹模圓角半徑，可采用查表所列數值，毛 坯材料較薄應取大值，毛坯材料較厚取小值；拉伸鋼件取大值，拉伸有色金屬取 小值。矩形件的拉伸凹模圓角半徑，考慮到角部的變形量較大，為便于金屬的流 動，角部的凹模圓角半徑可略大于直邊的凹模圓角半徑。 表 3-7 拉伸凹模圓角半徑 毛坯相對厚度（t/D ）x100拉伸形式 <0.10.3 <0.31.0 100材料厚度 dpdpdp 0.5 0.51.5 1.5 0.02 0.04 0.06 0.01 0.02 0.04 0.03 0.05 0.08 0.02 0.03 0.05 - 0.08 0.10 - 0.05 0.06 由表得尺寸 295、196 的 =0.08、 =0.05；dp = mm；05.1p2175.029）（d05.89 = mm；83）（D4 = mm；05.2p.6）（ 05. = mm8d1.79）（ 8379 尺寸 60、66 的 =0.05、 =0.03dp = mm03.1p325.06）（ 03.56 = mm5d74.）（D9 = mm03.1p41.）（ 03.8 = mm5d.06）（ 56 圖 3-3 圖 3-3 凸模 13 3.7 其他零件的設計 3.7.1 導向裝置的確定 凹模和壓邊圈采用下模背靠導向塊式導向；導向機構應 對稱布置，導向尺寸應根據模具的工作形成和輪廓尺寸而 定，導向間隙一般為 0.10.02mm。結構如圖 3-4 3.7.2 壓邊圈的設計 在拉深模中，壓邊圈的作用是用來防止在拉深過程中 產品邊壁或凸緣起皺。影響起皺的因素有毛坯的厚度、拉深系數和凹模工作部分的形狀。 相對厚度愈小，毛坯抵抗失穩(wěn)的能力就愈差，就愈容易起皺；拉深系數愈小，變形程度 大，也就容易起皺；平端面凹模比錐形凹模拉伸時容易起皺。壓邊圈由液壓機液壓墊頂 出，其壓邊力的大小不會隨凸模行程而產生大的變化，不會造成拉深后期壓邊力陡升， 筒壁拉力增大。結構圖如圖 3-5 圖 3-5 壓邊圈 3.7.3 壓料筋的設計 拉伸寬凸緣的矩形件時，為防止凸緣平面與圓角半徑處起皺， 可在壓邊圈上鑲嵌拉伸凸筋，并在拉伸凸筋相對應的拉伸凹模上 應作出凹槽。 為了增加進料阻力，使拉伸件表面承受足夠的拉應力，減少由 于回彈而產生的凹面、扭曲、松弛和波紋等缺陷，還常在凹模上采 用拉伸筋。在拉伸筋的作用下，板料在拉伸使還可增大徑向拉應力，減少切向壓應力， 以防止起皺現象的發(fā)生。如圖 3-6 該拉伸筋用螺釘固定在壓邊圈的鑲件上。 圖 3-4 導向塊 圖 3-6 壓料筋 圖 3-6 14 3.7.4 定位機構的設計 在壓邊圈上加工定位塊滑槽，定位塊在上面能夠根據坯料的尺寸進行調節(jié)。在縱軸 方向上布置兩個定位塊，橫軸方向上布置一個定位塊，便于沖壓作業(yè)。 3.7.5 調整塊的設計 調整塊的作用主要是通過調整塊的高度來調節(jié)壓邊圈對坯料的壓力，若壓邊力過大使制 件拉裂或變薄，過小時凸緣易起皺。調整塊的高度可在試模時視拉深情況調整，但調整 塊上表面與壓邊圈表面距離不能大于板厚 3.7.6 緊固零件的選用 模具中緊固零件主要包括螺釘、銷釘。其中螺釘主要起拉緊、連接沖模各類零件， 使其成為一體。而銷釘則起定位作用。選用時一般選用內六角螺釘。其特點是緊固牢靠， 由于螺釘頭埋在模板內，則模具的外型比較美觀。螺釘一般擁 35 鋼制作，其頭部淬火 硬度為 3540HRC；銷釘可以用 T7、T8 及 45 鋼制成，淬火硬度為 4852HRC。銷釘 的外表面粗糙度 Ra 要求較高，一般在 1.60m 以上。 3.8 拉深?？傃b圖 圖 3-7 拉深模主視圖 15 圖 3-8 拉伸模俯視圖 4. 沖孔切邊模的設計 4.1 沖裁力及壓力中心計算 4.1.1 沖裁力的計算 沖裁力是指沖裁時凸模所承受的最大壓力，包括施加給板料的正壓力和摩 阻力。 平刃口沖裁模的沖裁力 F 一般按下式計算： bKLt 式中 沖裁力 ；)(N 沖裁周邊長度 ；Lm 材料厚度 ；t)( 材料抗剪強度 ；b2 系數。K 系數 是考慮到實際生產中，模具間隙值的波動和不均勻、刃口的磨損、板料力學K 性能和厚度波動等因素的影響而給出的修正系數，一般取 。3.1K 為計算簡便，也可以按下式估算沖裁力： 16 bLtF 式中 材料抗拉強度b)(2mN 切邊周長 L1=308 2+138 2+2 100 1/12 4 1101mm 沖孔周長 L2=15 4+10.5 221.37mm 沖裁周邊長 L=L1+L2 1322mm 代入公式得，F 1322 1 260 343720N 4.1.2 壓力中心的計算 沖壓力合力的作用點稱為模具的壓力中心。對于有模柄 的沖模來說，須使壓力中 心通過模柄的中心線。否則，沖壓時滑塊就會承受偏心載荷，導致滑塊導軌和模具導向 部分不正常的磨損，還會使合理間隙得不到保證，從而影響產品質量和降低模具壽命甚 至損壞模具。確定壓力中心，主要對復雜制件的落料模、多凸模沖孔模以及級進模與意 義。 在實際生產中，可能出現沖模壓力中心在沖壓過程中發(fā)生變化的情況，或者由于沖件的 形狀特殊從模具結構考慮，不宜于使壓力中心與模柄中心線相重合的情況，這時應注意 使壓力中心的偏離不致超出所選用壓力機允許的范圍。 由于該沖壓件的沖裁形狀幾乎是對稱的，只有一小部分是在偏心位置上，對壓力中 心的影響不大。所以可以以產品的幾何中心為壓力中心，進行切邊沖孔。 4.2 壓力機的選擇 4.2.1 卸料力的計算 卸料力是從壓力機或卸料裝置中獲得的。所以在選擇設備的公稱壓力或設計 沖模時，應分別予以考慮。影響卸料力的因素較多，主要有材料的力學性能、材料的厚 度、模具間隙、凹模洞口的結構、搭邊大小、潤滑情況等，實際工作中通常采用經驗公 式： FKX 式中 為卸料力 ；XF)(N 為沖裁力 ； 17 為卸料力系數，見表 4-1 這里取 0.045。XK 表 4-1 卸料力系數 料厚 t/mm XK 鋼 0.1 0.10.5 0.52.5 2.56.5 6.5 0.0650.075 0.0450.055 0.040.05 0.030.04 0.020.03 鋁、鋁合金 純銅、黃銅 0.0250.08 0.020.06 注：卸料力系數 ，在沖多孔、大搭邊和輪廓復雜制件時取上限值。XK =0.045 343720N=15467NFX 4.2.2 壓力機公稱壓力的計算 壓力機的公稱壓力必須大于或等于沖壓力。計算總沖壓力 ，原則上只計算同時發(fā)ZF 生的力，并應根據不同的模具結構分別對侍。 FXZ 式中 卸料力 ；)(N 沖裁力 。 代入，得 kFZ 36059187463720 表 4-2 壓力機參數 型號 參數 J21M-80 公稱力 kN 800 公稱力行程 mm 4.0 滑塊行程 mm 150 每分鐘行程次數 spm 4075 最大裝模高度 mm 330 裝模高度調節(jié)量 mm 80 喉深 mm 310 18 立柱間距 mm 614 工作臺板厚度 mm 100 工作臺板尺寸(L1xW1xD1)mm 1000600180 滑塊底面尺寸(L2xW2)mm 740 x420 模柄孔尺寸 (D2)mm 50 J21M-80 壓力機參數查參考文獻4得表 4-2 所示， 公稱壓力 F=800KN沖壓力 FZ =360KN。 模具閉合高度為 198mm 壓力機最大裝模高度 330mm。 模具下底板尺寸 630mm380mm 工作臺尺寸 1000mm600mm 公稱力行程 4.0mm板厚+凸、凹模刃模量。 該設備可用于本道工序的成型。 4.3 凸凹模確定 4.3.1 切邊凸凹模設計 圖 4-1 切邊凸模 圖 4-2 切邊凹模 凸模沖裁處留出一條切口，深度大概 2-5 左右，沖裁時就不至于被切斷。該切邊凸 凹模采用倒裝式結構，凸模用螺釘固定在下模座上。凹模采用矩形板狀結構裝在凹模固 定板，在實際生產中，由于沖裁件的形狀和尺寸千變萬化，因而大量使用外形為圓形或 矩形的凹模板，在其上面開設所需要的凹模洞口，用螺釘和銷釘直接固定在模板上。 凹模采用螺釘和銷釘定位固定時，要保證螺孔（或沉孔）間、螺孔與銷孔間及螺 孔、銷孔與凹模刃壁間的距離不能太近，否則會影響模具壽命。 19 切邊凸、凹模結構如圖 4-1、圖 4-2 4.3.2 沖孔凸凹模設計 圖 4-3 沖孔凸模 圖 4-4 沖孔凹模 由于需要沖的孔尺寸較小，選用臺階式凸模鑲在凸模固定板里面，通過凸模固定板 與上模座用螺釘連接。凸模固定板要為工件讓位，模具閉合沖孔完后通過推件塊把工件 頂出。沖孔凸、凹模結構如圖 4-3、圖 4-4 4.4 凸凹模尺寸計算 4.4.1 凸、凹刃口尺寸的計算原則 沖裁件的尺寸精度主要決定于模具刃口的尺寸精度。模具的合理間隙也要靠模具刃 口尺寸制造精度來保證。正確確定模具刃口尺寸及其制造公差，是設計沖裁模的主要任 務之一。從生產實踐可發(fā)現：由于凸凹模之間存在間隙，使落下的料或伸出的孔卻帶有 錐度，且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，應先確定凹模刃口 尺寸，即以凹模刃口尺寸為基礎。又因落料件尺寸會隨凹模刃口的磨損而增大，故凹模 基本尺寸應取落料件尺寸公差范圍內的較小尺寸。 沖孔時因孔的光潔表面尺寸與凹模刃口尺寸相等或基本一致，應先確定凸模刃口尺 寸，即以凸模刃口尺寸為基準。又沖孔的尺寸會隨凸模刃口的磨損而減小，故凸?；?尺寸應取沖件孔尺寸公差范圍內的較大尺寸。 20 凸、凹模分別加工法： 由于加工模具的方法不同，凸模與凹模刃口部分尺寸的計算公式與制造公差的標注 也不同，刃口尺寸的計算方法可分為以下兩種情況：凹模與凸模分開加工，凸模和凹模 配合加工，從此工件的結構上分析，選擇凸模與凹模分開加工的制造方法：采用這種方 法，凸模和凹模分別按圖紙加工至尺寸，要分別標注凸模和凹模的刃口尺寸及制造公差 （凸模 p、凹模 d） ，適用于圓形或簡單形狀的制件。為了保證初始間隙值小于最大合 理間隙 2Cmax，必須滿足下列條件： minax2Cdp 或?。?)(4.0i6cd 也就是說，新制造模具應該是 ，否則制造的模具部隙已超過允許max2ip 變動范圍 2Cmin2Cmax,影響模具的使作壽命。 此法是指凸、凹模分別按各自圖樣上標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。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)則形狀的沖件。在這種情 況下需要分別計算和標注凸模和凹模的尺寸和公差。落料時間隙取在凸模上，則凹模尺 寸： ddxD0ma)( 凸模尺寸： ppZ0inax)( 沖孔時，間隙取在凹模上，則凸模尺寸： 0minppd 凹模尺寸： ddZx0minin)( 孔心距 ： 式中 Dd、 Dp 分別為落料凹模和凸模的刃口尺寸（mm） ； dd 、 dp 分別為沖孔凹模和凸模的刃口尺寸（mm） ； D、 d 分別為落料件外徑和沖孔件孔徑的基本尺寸（ mm） ； d、 p 分別為凹模和凸模的制造公差（mm） ； X 系數； 8)2)2(mimin LL 21 公件的公差（mm） ； 最小合理間隙。minZ 表 4-3 沖裁時凸、凹模的制造公差 基本尺寸 凸模偏差 p 凹模偏差 d 18 -0.020 0.020 1830 -0.020 +0.025 3080 -0.020 +0.030 80120 -0.025 +0.035 120180 -0.030 +0.040 180260 -0.030 +0.045 260360 -0.035 +0.050 360500 -0.040 +0.060 表 4-4 沖裁模初始雙邊間隙 08、10、35、Q 235 Q345 40、50 65Mn材料 厚度 t/mm Zmin Zmax Zmin Zmax Zmin Zmax Zmin Zmax 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 0.8 0.072 0.104 0.072 0.104 0.072 0.104 0.064 0.092 1.2 0.126 0.180 0.132 0.180 0.132 0.180 1.5 0.132 0.024 0.170 0.240 0.170 0.240 1.7 5 0.220 0.320 0.220 0.320 0.220 0.320 工件無特殊要求，工件內外形公差均為 IT14。 22 圖 4-5 制件圖 分析如上尺寸得：切邊尺寸 366、213 為落料尺寸； 15、 10 為沖孔尺寸； 342、110 為孔心距； 切邊尺寸 366 查參考文獻3表 6-12 得 為 1.40 =-0.040 =+0.060 ， 213 查pd 公差表得 為 1.15 =-0.030 =+0.045 .Zmin=0.060，Zmax=0.080，系數 x=0.5.pd 尺寸 366：、 =0.10Zmax-Zmin=0.02d 但相差不大，可調整如下： d =0.4（Zmax-Zmin ）=0.4 0.02=0.008 p =0.6（Zmax-Zmin ）=0.6 0.02=0.012ddxD0ma)( 08.415.3608ppZx0mina)( = 012.6.415.36 = 02. 尺寸：213：、 =0.75Zmax-Zmin=0.02dpdxD0ma)( 08.15.23 23 08.4251ppZxDmina)( = 012.6..03 = 12.65 沖孔尺寸： 15 查參考文獻2表 5-6 得 為 0.43、同樣查得 10 的 為 0.36 =-0.02 =+0.02 Zmin=0.060，Zmax=0.080，系數 x=0.5.pd 沖孔尺寸： =0.04Zmax-Zmin=0.0215d