汽車前燈反光碗的沖壓模具設(shè)計(jì)【落料拉深沖孔復(fù)合模】【翻孔?！俊?套】

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本文首先分析了復(fù)合模具的工藝結(jié)構(gòu)，介紹了復(fù)合模具的設(shè)計(jì)，重點(diǎn)介紹了模具的結(jié)構(gòu)、凹凸模的設(shè)計(jì)、沖裁力的計(jì)算以及沖壓機(jī)的選型。其次詳細(xì)闡述了落料拉深沖孔復(fù)合模的工藝設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程、對(duì)拉深凸模、落料凹模、落料拉深凹凸等模具主要的成型零件以及各種標(biāo)準(zhǔn)零件進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算和選擇，基本上確定了落料拉深沖孔復(fù)合模的整體結(jié)構(gòu)框架。本文設(shè)計(jì)的復(fù)合模具適用于加工幾何尺寸較大、形狀復(fù)雜、精度要求較高的沖壓類零件，通過理論分析和大量的工程實(shí)踐探索，在模具上采用了一些特殊機(jī)構(gòu)，可使操作簡單，提高生產(chǎn)效率,對(duì)提高企業(yè)的市場競爭力有著現(xiàn)實(shí)的意義。通過了復(fù)合模具的設(shè)計(jì)，可以將傳統(tǒng)的分模加工合二為一，使落料、拉深、沖孔一次成形，避免了分模加工中定位誤差的生產(chǎn)，從而保證了質(zhì)量，降低了成本，提高了生產(chǎn)效率。 目 錄 前 言 Ⅰ 目 錄 Ⅱ 第1章 緒 論 1 1.1沖壓模具簡介 2 1.1.1 沖壓成形與沖壓模具的概念 2 1.1.2 沖壓模具的分類 2 1.2 本課題主要研究的內(nèi)容及意義 3 第2章模具總體方案的分析與確定 5 2.1 工藝方案分析 5 2.1.1 工件的分析 5 2.1.2 落料拉深工藝分析 5 2.2工藝方案的確定 6 第3章 主要的工藝參數(shù)計(jì)算 7 3.1 毛坯尺寸的計(jì)算 7 3.2 排樣 7 3.3 工序壓力計(jì)算 8 3.4 沖壓設(shè)備的選擇 9 第4章 主要工作部分尺寸計(jì)算 11 4.1 落料刃口尺寸計(jì)算 11 4.2 沖孔刃口尺寸計(jì)算 11 4.3模具主要零件的設(shè)計(jì) 12 第5章 模具裝配 18 5.1 沖壓模具裝配的技術(shù)要求 18 5.2 模具裝配的特點(diǎn) 19 5.3模具的總體設(shè)計(jì) 19 5.4模具總裝配 19 總結(jié)與展望 24 參考文獻(xiàn) 25 致 謝 26 - 2- 第1章 緒 論 在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，模具是生產(chǎn)各種產(chǎn)品的重要工藝裝備。它是以其特定的形狀通過一定方式將原材料加工成為零件。采用模具成形方法生產(chǎn)零件，具有優(yōu)質(zhì)、高效、省料、低成本等優(yōu)點(diǎn)，因此在國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門，尤其是在機(jī)械制造、汽車、家用電器、儀器儀表、石油化工、輕工產(chǎn)品等工業(yè)部門得到了極其廣泛的應(yīng)用[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，利用模具制造的零件，在汽車、飛機(jī)、電機(jī)電器、儀器儀表等機(jī)電產(chǎn)品中占70%；在電視機(jī)、錄音機(jī)、計(jì)算機(jī)等電子產(chǎn)品中占80%以上；在手表、洗衣機(jī)、電冰箱等輕工產(chǎn)品中占85%以上。經(jīng)過幾十年的發(fā)展 ,我國的沖壓模具總量位居世界第三位 ,加工技術(shù)裝備基本已與世界先進(jìn)水平同步。以汽車覆蓋件為代表的大型、復(fù)雜、精密沖壓模[2]。用 CAD/CAM /CAE軟件進(jìn)行三維設(shè)計(jì)和模擬，靠高速、精密的加工設(shè)備生產(chǎn) ,用新型研磨或拋光代替?zhèn)鹘y(tǒng)的手工研磨拋光，提高模具質(zhì)量。這些都代表了沖壓模具發(fā)展的趨勢[3]。中國塑料模工業(yè)從起步到現(xiàn)在，歷經(jīng)半個(gè)多世紀(jì)，有了很大發(fā)展，模具水平有了較大提高。在大型模具方面已能生產(chǎn)大屏幕彩電塑殼注射模具、大容量洗衣機(jī)全套塑料模具以及汽車保險(xiǎn)杠和整體儀表板等塑料模具，精密塑料模具方面，已能生產(chǎn)照相機(jī)塑料件模具、多型腔小模數(shù)齒輪模具及塑封模具。經(jīng)過多年的努力，在模具CAD/ CAE/CAM技術(shù)、模具的電加工和數(shù)控加工技術(shù)、快速成型與快速制模技術(shù)、新型模具材料等方面取得了顯著進(jìn)步；在提高模具質(zhì)量和縮短模具設(shè)計(jì)制造周期等方面作出了貢獻(xiàn)。進(jìn)入21世紀(jì)，在經(jīng)濟(jì)全球化的新形勢下，隨著資本、技術(shù)和勞動(dòng)力市場的重新整合，中國裝備制造業(yè)在加入WTO以后，將成為世界裝備制造業(yè)的基地。而在現(xiàn)代制造業(yè)中，無論哪一行業(yè)的工程裝備，都越來越多采用由模具工業(yè)提供的產(chǎn)品。為了適應(yīng)用戶對(duì)模具制造的高精度、短交貨期、低成本的迫切要求。 隨著工業(yè)發(fā)展，工業(yè)產(chǎn)品的品種、數(shù)量越來越多；對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和外觀的要求，更是日趨精美。由于每副模具是特定產(chǎn)品零件生產(chǎn)用的專用工裝，因此，模具設(shè)計(jì)是隨工業(yè)產(chǎn)品零件的形狀、尺寸及其精度，表面質(zhì)量要求及成型工藝條件的變化而變化的。所以每副模具都必須進(jìn)行創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)，工業(yè)生產(chǎn)中普遍采用模具成形工藝方法，以提高產(chǎn)品的生產(chǎn)率和質(zhì)量。一般壓力機(jī)加工，一臺(tái)普通壓力機(jī)設(shè)計(jì)每分鐘可生產(chǎn)零件幾件到幾十件，高速壓力機(jī)的生產(chǎn)率已達(dá)到每分鐘數(shù)百件甚至上千件。顯而易見，模具作為一種專用的工藝裝備，在生產(chǎn)中的決定性作用和重要地位逐漸為人們所共識(shí)。 1.1沖壓模具簡介 1.1.1 沖壓成形與沖壓模具的概念 沖壓成形是指利用安裝在壓力機(jī)上的模具，對(duì)模具里的板料施加壓力，使其生產(chǎn)分離或變形，從而獲得一定形狀、尺寸和性能的零件加工方法。沖壓加工的對(duì)象一般為金屬板料、薄壁管、薄型材等，板厚方向變形一般不側(cè)重考慮，因此也稱為板料沖壓，并且通常是在室溫狀態(tài)下進(jìn)行，所以也稱為冷沖壓[8]。 沖壓模具是指在沖壓加工中，將材料（金屬或非金屬）加工成零件（或半成品）的一種特殊工藝裝備，俗稱沖模 在沖壓零件的生產(chǎn)中，合理的沖壓成形工藝、先進(jìn)的模具，高效的沖壓設(shè)備是必不可少的三要素。如圖1-1所示。 圖 1-1 沖壓零件的影響因素 1.1.2 沖壓模具的分類 1.根據(jù)工藝性質(zhì)分類 （1）沖裁模 沿封閉或敞開的輪廓線使材料產(chǎn)生分離的模具。如落料模、沖孔模、切斷模、切口模、切邊模、剖切模等。 （2）彎曲模 使板料毛坯或其它坯料沿著直線產(chǎn)品彎曲變形，從而獲得一定角度和姓張的工件模具。 （3）拉深模 是把板料毛坯制成開口空心件，或使空心件進(jìn)一步改變形狀和尺寸的模具。 （4）成形模 是將毛坯或半成品工件按照凸、凹模的形狀直接復(fù)制成形，而材料本身僅產(chǎn)生局部塑性變形的模具。如脹形模、縮口模、擴(kuò)口模、起伏成形模、翻邊模、整形模等[9]。 2、根據(jù)工序合程度分類 （1）單工序模 在壓力機(jī)的一次行程中，只完成一道沖壓工序的模具。 （2）復(fù)合模 只有一個(gè)工位，在壓力機(jī)的一次行程中，在同一工位上同時(shí)完成兩道或兩道以上沖壓工序的模具。 （3）級(jí)進(jìn)模（也稱為連續(xù)模） 在毛坯的送進(jìn)方向上，具有兩個(gè)或更多的工位，在壓力機(jī)的一次行程中，在不同的工位上逐次完成兩道或兩道以上沖壓工序的模具。 1.2 本課題主要研究的內(nèi)容及意義 本課題的研究對(duì)象是汽車前反光碗零件的落料拉深沖孔復(fù)合模具，做出工藝分析案，計(jì)算出工藝參數(shù)，設(shè)計(jì)模具的總體裝配圖，從而提高了理論分析能力和解決實(shí)際問題的獨(dú)立工作能力。主要內(nèi)容具體可以分為以下幾個(gè)部分： 1、對(duì)落料拉深沖孔復(fù)合模進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[10]。 2、主要工作部分尺寸的計(jì)算。 3、主要工藝參數(shù)的計(jì)算。 4、模具的工作總體設(shè)計(jì)及裝配。 5、設(shè)計(jì)出模具總裝配圖。 隨著科學(xué)的飛速發(fā)展，沖壓模具在各行業(yè)中有著較廣泛的應(yīng)用，其組成零件中標(biāo)準(zhǔn)件占有很大比重。而很多沖壓制件都是系列化產(chǎn)品，它們的模具節(jié)哦故相同或相似而尺寸不僅相同，在設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員需要反復(fù)查閱手冊以確定模具零部件的標(biāo)準(zhǔn)外形與尺寸，重復(fù)設(shè)計(jì)的工作量很大。由于產(chǎn)品的功能、結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，新產(chǎn)品的更新?lián)Q代周期不斷縮短，設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)在產(chǎn)品的整個(gè)生命周期中占據(jù)了越來越重要的地位。國外的模具制造企業(yè)，廣泛使用先進(jìn)的高精度、高速度、專業(yè)化加工裝備，如日本豐田汽車模具公司擁有構(gòu)造面加工數(shù)控銑床39臺(tái)套、型面加工高速五軸五面銑床15臺(tái)套、其它新型一體化專門加工設(shè)備6臺(tái)套。加工工藝方法包括等高線加工、最大長度順向走刀加工等，精加工走刀移行密度僅有0.3mm。同時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)內(nèi)凹圓角清根、外凸圓角加工到位等，因而可以控制模具配合的不等距間隙、最大可能的縮小型面誤差，實(shí)現(xiàn)模面的精細(xì)加工。日本、韓國、新加坡、德國、荷蘭、美國及我國臺(tái)灣、香港地區(qū)的獨(dú)資、合資企業(yè)很多，民營模具企業(yè)很不少；蘇州蘭佩鑄造、遠(yuǎn)輕模具等企業(yè)主要生產(chǎn)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)及輪轂等部件壓鑄模和鑄模，昆山中大模架等企業(yè)專業(yè)生產(chǎn)各種大型模架、模具導(dǎo)向件、模具彈簧等標(biāo)準(zhǔn)件[11]。 國內(nèi)的許多模具企業(yè)通過引進(jìn)先進(jìn)的加工裝備，硬件上與國際水平的差距正在快速縮小：上海的汽車模具企業(yè)，近年來通過大量購置先進(jìn)的五軸高速加工機(jī)床、大型龍門加工中心和五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控高速銑床、數(shù)控車或復(fù)合加工機(jī)床、先進(jìn)的大型測量和調(diào)試設(shè)備及多軸數(shù)控激光切割機(jī)等。一汽模具公司已經(jīng)擁有五軸高速數(shù)控銑床等大型高速加工設(shè)備；東風(fēng)汽車模具公司擁有高速的數(shù)控銑床。目前，資產(chǎn)過億，擁有龍門加工中心10臺(tái)以上的大型汽車模具企業(yè)已經(jīng)達(dá)到10多家。外國人都驚呼：怎么兩年之間中國大陸的汽車模具規(guī)模、數(shù)量和制造能力會(huì)有如此大的變化。我國沖壓模具產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)工藝水平，總體上比國際先進(jìn)水平低許多，而模具生產(chǎn)周期卻要比國際先進(jìn)水平長許多。產(chǎn)品質(zhì)量水平低主要表現(xiàn)在精度、表面粗糙度、壽命及模具的復(fù)雜程度上；生產(chǎn)工藝水平低則主要表現(xiàn)在加工工藝，加工裝備等方面。沖壓模具加工工藝和裝備對(duì)提高加工效率、確保模具精度、縮短交貨周期有重要影響[12]。過去的中國沖壓模具行業(yè)，車、刨、銑、磨等傳統(tǒng)普通機(jī)床和電火花線切割機(jī)床，曾經(jīng)在絕大數(shù)沖壓模具企業(yè)使用。采用加工沖壓模具時(shí)，通常需要對(duì)模具零件反復(fù)裝夾和定位，因而加工生產(chǎn)效率低。模具產(chǎn)品質(zhì)量差。模具是機(jī)械制造業(yè)中技術(shù)先進(jìn)、影響深遠(yuǎn)的重要工藝裝備、具有生產(chǎn)效率高、材料利用率高、制件質(zhì)量優(yōu)良、工藝適應(yīng)性好等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用與汽車，機(jī)械、航天、航空、輕共、電子、電器、儀表等行業(yè)。2005年中國模具工業(yè)產(chǎn)值達(dá)到610億元，增長率保持在25%的高水平，行業(yè)的生產(chǎn)能力約占世界總量的10%，僅次于日本、美國而位列世界第三。目前我國大部分模具企業(yè)采用的仍然是傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，特別四中小型模具企業(yè)，設(shè)計(jì)人員進(jìn)行著大量的重復(fù)性勞動(dòng)，在通用零件和標(biāo)準(zhǔn)件的設(shè)計(jì)過程中，不得不多次重復(fù)查閱設(shè)計(jì)手冊，造成模具設(shè)計(jì)周期長、效率低、耗資大的現(xiàn)狀，這也就影響了企業(yè)的市場競爭力[13]。 本課題汽車前反光碗，沖壓該零件時(shí)，普遍采用落料、拉深、沖孔，翻孔四道工序，生產(chǎn)效率低，成本也高，為此，設(shè)計(jì)了沖壓該零件的落料拉深、拉伸;沖孔;最后翻孔， 14]。 第2章模具總體方案的分析與確定 本課題的研究對(duì)象是汽車前反光碗，材料為H62，料厚為0.5mm，是形狀規(guī)則的旋轉(zhuǎn)體零件大批量生產(chǎn)。汽車前反光碗如圖2-1所示。 2.1 工藝方案分析 2.1.1 工件的分析 工件圖:如圖所示 生產(chǎn)批量:大批量 材料:H62 料厚:0.5mm 圖2-1 工件的簡圖 圖2-1所示為汽車前反光碗，材料為H62，料厚為0.5mm，是形狀規(guī)則的旋轉(zhuǎn)體零件，大批量生產(chǎn)。 2.1.2 落料拉深工藝分析 由圖2-1可見，該工件的加工涉及到落料、拉伸，翻孔，沖孔四種工序內(nèi)容。 (1)落料拉深工藝分析 此工件為有凸緣圓筒形，工件,要求內(nèi)形尺寸，沒有厚度不變的要求。此工件的形狀滿足拉深的工藝要求，可用拉深工序加工件底部圓角半徑r=5.5mm，大于拉深凸模圓角半徑r凸=3~6mm,滿足拉深對(duì)圓角半徑的要求。尺寸Φ63mm，按公差表查得為IT14級(jí)，滿足拉深工序?qū)ぜ畹燃?jí)的要求。 表6毛料計(jì)算附表（mm） 序 號(hào) l r lr 序 號(hào) l r lr 1 17 79.25 1374.25 6 13.75 31.17 428.59 2 6.67 77.71 518.33 7 2 28 56 3 10.428 70.184 731.88 8 5.89 26.64 156.67 4 28.37 55.104 1563.3 9 24.25 12.13 293.43 5 5.25 39.375 206.72 ∑lr=91.5mm 根據(jù)公式計(jì)算得毛坯直徑： 計(jì)算相對(duì)厚度：δ/D*100=0.5/91.5*100=0.54 確定拉深次數(shù)： 根據(jù)h/dn=13.35/74=0.18 δ/D*100=1.4 查相關(guān)表得拉深次數(shù)為1，故一次能拉成。 1、翻孔工序概念 翻孔是沿內(nèi)孔周圍將材料側(cè)立凸緣的沖壓工序。 2、翻孔的形式 常見的翻孔形式，如圖1。圖1a是在材料平整未變形部分翻孔；圖1b是在拉 深件上翻孔，可以向外翻，也可以向內(nèi)翻。如果高度超過一次翻孔的允許值，可以先拉深， 再預(yù)沖孔，然后外翻成形，如圖1c所示。 圖1a 圖1b 圖1c 3、 翻孔系數(shù) 翻孔變形程度常用翻孔系數(shù)來表示： K值越大，變形程度越?。籏值越小變形程度越大。影響翻孔系數(shù)的主要因素有： 1）、材料的性能，塑性越好，K值越小 3）、孔的加工方法，如果是鉆出的孔，由于無撕裂面，翻孔時(shí)不易出現(xiàn)裂紋。沖出的孔有部 分撕裂面，翻孔易開裂，故K值較大。如果沖孔后對(duì)材料進(jìn)行退火或?qū)⒖渍?，可得到與鉆孔 相接近的翻孔比。此外，還可以將沖孔的方向和翻孔的方向相反，使毛刺位于翻孔內(nèi)側(cè)可減 少開裂。 4）、翻孔凸模的形式，球面凸模能使K值減小，增加變形程度。 各種材料的翻孔系數(shù) 材料（退火） 翻孔系數(shù) K Kmin 白鐵皮 0.70 0.65 軟銅t=0.25~2mm 0.72 0.68 軟銅t=3~6mm 0.78 0.75 黃銅H62 t=0.5~6mm 0.68 0.62 鋁t=0.5~5mm 0.70 0.64 硬鋁 0.89 0.80 鈦合金TA1（冷態(tài)） 0.68 0.55 TA1加熱（300~400℃） 0.50 0.40 TA5（冷態(tài)） 0.90 0.75 TA5（加熱500~600℃） 0.75 0.65 D=14.55mm 2.2工藝方案的確定 根據(jù)制件的工藝性分析，其基本工序有落料、拉深和切邊?，F(xiàn)擬定以下幾種工藝方案： 方案一：先落料，后拉深，沖孔，翻孔，切邊，采用單工序模生產(chǎn)。 方案二：落料拉深沖孔復(fù)合沖壓拉伸，翻孔，采用復(fù)合模和單工序配合 方案三：拉伸、沖孔，翻孔，拉伸，斷料級(jí)進(jìn)沖壓，采用級(jí)進(jìn)模生產(chǎn)。 方案分析：方案一模具結(jié)構(gòu)較為簡單，但需要5副模具，成本高，生產(chǎn)效率低，難以滿足大量生產(chǎn)的生產(chǎn)要求。 方案二只需要兩副模具，減少了工序數(shù)量，工件的精度及生產(chǎn)效率都比較高，但模具制造時(shí)有一定的困難。 方案三也只需要一副模具，生產(chǎn)的制件精度不如復(fù)合模生產(chǎn)精度高，模具本身制造也有一定的難度，生產(chǎn)效率不如復(fù)合模高，并且生產(chǎn)過程中需要克服工件的精確定位問題。 通過對(duì)上述三種方案的綜合比較，并且考慮模具的制造精度及制件的精度，該沖壓工藝方案選用方案二較優(yōu)。 本工件首先需要落料，制成直徑D=91.5mm的圓片，然后D=91.5mm的原板料為毛坯進(jìn)行拉深，拉深成為內(nèi)徑為Φ74mm、內(nèi)圓角r為5mm的凸緣圓筒。根據(jù)以上工藝分析，為了提高生產(chǎn)效率，該零件的加工采用落料、拉深沖孔復(fù)合模具然后翻孔成型的方式 - 10 - 第3章 主要的工藝參數(shù)計(jì)算 3.1 毛坯尺寸的計(jì)算 表3-1圓筒行拉深件的修邊余量 （mm） 工件高度h 工件的相對(duì)高度h/d >0.5-0.8 >0.8-1.6 >1.6-2.5 >2.5-4 ≤10 >10-20 >20-50 >50-100 >100-150 >150-200 >200-250 >250 1.0 1.2 2 3 4 5 6 7 1.2 1.6 2.5 3.8 5 6.3 7.5 8.5 1.5 2 3.3 5 6.5 8 9 10 2 2.5 4 6 8 10 11 12 圓筒形拉深工件的毛坯尺寸計(jì)算公式為： D=(d2 +4dH-1.72rd-0.56r2 )1/2 （3-1） 將d=74mm，H=h+ Δh=13.5mm+1mm=14.5mm，r=（5+0.75）mm=5.75mm代入上式，即得毛坯的直徑為： D=91.5mm （3-2） 3.2 排樣 排樣：沖裁件在條料、帶料或板料上的布置方法。合理的排樣是提高材料利用率、降低成本，保證沖件質(zhì)量及模具壽命的有效措施。在排樣時(shí)應(yīng)考慮如下原則。沖裁件在條料、帶料或板料上的布置方法叫排樣。同一零件可以采用不同的排樣形式，排樣方式不同，材料利用率不同。大批量生產(chǎn)時(shí)，在沖裁件的成本中，材料費(fèi)用一般占60%以上，因此，材料的經(jīng)濟(jì)利用是一個(gè)重要問題，特別對(duì)貴重的有色金屬。同時(shí)排樣要考慮方便生產(chǎn)操作、沖模結(jié)構(gòu)簡單、壽命長以及車間生產(chǎn)條件和原材料狀況等[16]。 要提高材料利用率，主要應(yīng)從減少工藝廢料著手。減少工藝廢料的措施有：設(shè)計(jì)合理的排樣方案，選擇合適的板料規(guī)格和合理的裁板法（減少料頭、料尾和邊余料），或利用廢料作小零件。對(duì)一定形狀的沖件，結(jié)構(gòu)廢料是不可避免的，但充分利用結(jié)構(gòu)廢料是可能的。當(dāng)兩個(gè)不同沖件的材料和厚度相同時(shí)，較小尺寸的沖件可在較大尺寸沖件的廢料中沖制出來。例如，電機(jī)轉(zhuǎn)子硅銅片，就是利用定子硅剛片的廢料沖出的[17]。 （1） 提高材料利用率。 （2） 使工人操作方便、安全，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。條料在沖裁過程中翻動(dòng)要少，在材料利用率相同或相近時(shí)，應(yīng)盡可能選條料寬、進(jìn)距小的排樣方法。這樣還可以板料裁切次數(shù)，節(jié)省裁備料時(shí)間。 （3） 使模具結(jié)構(gòu)簡單、模具壽命長。 （4） 保證沖件的質(zhì)量。 （5） 對(duì)于彎曲件的落料，在排樣時(shí)還要考慮板料的纖維方向。 該工件排樣根據(jù)落料工序設(shè)計(jì)，考慮操作方便及模具結(jié)構(gòu)單， 故采用單排排樣設(shè)計(jì)。搭邊值為a1=2，a=2，采用單擋料銷擋料。則： 條料寬為 b=91.5mm+2a=95.5mm 條料的進(jìn)距為 h=91.5mm+ a1 =93.5mm 圖3-1 排樣圖 3.3 工序壓力計(jì)算 （1）落料力計(jì)算 按式（3-3） F落=1.3L tτ （3-3） 式中F落　　——　落料力（Ｎ） 　　　　?。獭　」ぜ廨喞荛L，Ｌ＝πD＝287.5mm； t —— 材料厚度，t=0.5mm； τ —— 材料的抗剪強(qiáng)度（MPa），由書末附錄A1查得τ=400MPa。 落料力則為： F落=1.3×287.5mm×0.5mm×400MPa≈74.8kN （3-4） （2）卸料力 按公式 F卸=K卸 × F落 （3-5） 式中 K卸 —— 卸料力因數(shù)，其值K卸=0.03 卸料力則為： F卸=0.03×74.8N≈2.4kN （3-6） （3）沖孔力計(jì)算 按式（3-7） F沖=1.3Ltτ （3-7） 式中 L —— 工件內(nèi)輪廓周長（mm）。L=45.7mm 沖孔力則為： F沖=1.3×45.7mm×0.5mm×400MPa≈12kN （3-8） （4） 拉深力計(jì)算 由于零件為淺拉深，故可按有壓邊圈的圓筒形近似計(jì)算。按公式： F拉=Kπdtσb （3-9） 式中 F拉 —— 拉深力（N）； d —— 拉深件的直徑，d=56mm； t —— 材料厚度； σb —— 材料的強(qiáng)度極限（MPa），σb=380MPa； K —— 修正因數(shù)。由表查得修正因數(shù) K=0.93； 拉深力1則為： F拉=0.93×3.14×74.5×0.5×380≈41.3kN （3-11） P=1.1X3.14X0.5X(20-14.55)=9.4KN 3.4 沖壓設(shè)備的選擇 沖壓設(shè)備選用是沖壓工藝設(shè)計(jì)過程中的一項(xiàng)重要內(nèi)容。模具的設(shè)計(jì)要與沖壓設(shè)備的類型和主要規(guī)格相匹配，否則不能工作。正確選擇沖壓設(shè)備，關(guān)系到設(shè)備的安全使用、沖壓工藝的順利實(shí)施及沖壓件質(zhì)量、生產(chǎn)效率、模具壽命等一系列問題。沖壓設(shè)備屬鍛壓機(jī)械[18]。常見冷沖壓設(shè)備有機(jī)械壓力機(jī)（以Jxx表示其型號(hào)）和液壓機(jī)（以Yxx表示其型號(hào)）。主要根據(jù)所要完成的沖壓工藝性質(zhì)、生產(chǎn)批量、沖壓件的尺寸大小和精度要求來選擇。 對(duì)于中小型沖裁件、彎曲件或拉伸件等，主要選用開式機(jī)機(jī)械壓力機(jī)。開式壓力機(jī)雖然剛度不高，在較大沖壓力的作用下床身的變形會(huì)改變沖模間隙分布，降低模具壽命和沖壓件表面質(zhì)量，但是由于它提供了極為方便的操作條件和易于安裝機(jī)械化附屬裝置的特或工作點(diǎn)，所以目前仍是中小型沖壓件生產(chǎn)的主要設(shè)備。另外，在中小型沖壓件生產(chǎn)中，若采用導(dǎo)板?；蚬ぷ鲿r(shí)要求導(dǎo)柱導(dǎo)套不脫離的模具，應(yīng)選用行程較小的偏心軸壓力機(jī)。對(duì)于大中型沖壓件，多選用閉式機(jī)械壓力機(jī)，包括一般用途的通用壓力機(jī)和專用的精密壓力機(jī)、雙動(dòng)或三動(dòng)拉伸壓力機(jī)等。其中薄板沖裁或精密沖裁時(shí)，選用精度和剛度較高的精密壓力機(jī)；大型復(fù)雜拉深件生產(chǎn)中，應(yīng)盡量選用雙動(dòng)或三動(dòng)拉深壓力機(jī)，因其可使所用模具結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整方便[19]。 在小批量生產(chǎn)中，多采用液壓機(jī)或摩擦壓力機(jī)。液壓機(jī)沒有固定的行程，不會(huì)因?yàn)榘辶虾穸茸兓d，而且在需要很大的施力行程加工時(shí)，與機(jī)械壓力機(jī)相比具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，特別適合大型厚板沖壓件的生產(chǎn)。但液壓機(jī)的速度低，生產(chǎn)效率不高，而沖壓件的尺寸精度有時(shí)受到操作因素的影響而不十分穩(wěn)定。摩擦壓力機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低廉，不易發(fā)生超載破壞等特點(diǎn)，在小批量生產(chǎn)中常用來彎曲件，尤其適用校平、整形、壓印等成形工序。但摩擦壓力機(jī)的行程次數(shù)小，生產(chǎn)效率低，而操作也不太方便。在大批量生產(chǎn)或形狀復(fù)雜件的大量生產(chǎn)中，應(yīng)盡量選用高速壓力機(jī)或多工位自動(dòng)壓力機(jī)[20]。 ??? 沖壓設(shè)備分類： 1.機(jī)械壓力機(jī)按驅(qū)動(dòng)滑塊機(jī)構(gòu)的種類可分為曲柄式和摩擦式； 2.按滑塊個(gè)數(shù)可分為單動(dòng)和雙動(dòng)；??? 3.按床身結(jié)構(gòu)形式可分為開式（C型床身）和閉式（Ⅱ型床身）； 4.按自動(dòng)化程度可分為普通壓力機(jī)和高速壓力機(jī)等。 落料拉伸 對(duì)于淺拉深可按式 F壓≥（1.6～1.8）F總，估算公稱壓力來選擇壓力機(jī)。選用公稱壓力為450 kN的方式壓力機(jī)。其主要技術(shù)參數(shù)為： 公稱壓力：450 kN 滑塊行程：65 mm - 10 - 最大閉合高度：280 mm 封閉高度調(diào)節(jié)量：45 mm 工作臺(tái)尺寸：450mm×600mm 模柄孔尺寸：Φ50mm×80mm 沖孔翻孔 其主要技術(shù)參數(shù)為： 公稱壓力：400 kN 滑塊行程：55 mm 最大閉合高度：270 mm 封閉高度調(diào)節(jié)量：65 mm 工作臺(tái)尺寸：400mm×500mm 模柄孔尺寸：Φ40mm×80mm - 10 - 第4章 主要工作部分尺寸計(jì)算 4.1 落料刃口尺寸計(jì)算 由公差表查得Φ143為IT14級(jí)，取x=0.5mm。 則： 凹模 Dd =（Dmax-xΔ）0+δd =91.41 0+0.03 凸模 Dp =（Dd-2Cmin）0-δP =91.360-0.015 4.2 沖孔刃口尺寸計(jì)算 沖裁屬于分離工序，沖裁模凸、凹模帶有鋒利刃口，凸、凹模之間的間隙較小，其加工具有如下特點(diǎn)： 　 （1）凸、凹模材質(zhì)一般是工具銅或合金工具銅，熱處理后的硬度為58～60HRC，凹模比凸模稍硬一些； 　 （2）凸、凹模精度主要根據(jù)沖裁件精度決定，一般尺寸精度在IT6～I(xiàn)T9，工作表面粗糙度在Ra=1.6～0.4μm； 　 （3）凸、凹模工作端帶有鋒利刃口，刃口平直（斜刃除外），安裝固定部分要符合配合要求； 　 （4）凸、凹模裝配后應(yīng)保證均勻的最小合理間隙。 　 （5）凸模的加工主要是外形加工，凹模的加工主要是孔（系）加工。凹模型孔加工和直通式凸模加工常用線切割方法。 由公差表查得Φ14.55為IT12級(jí)，取x=0.75mm。 則： 凸模 dp =（dmin+xΔ）0-δP =Φ14.60-0.03 凹模 dd =（dp +2Cmin）0+δd =Φ14.650+0.05 采用凸、凹模分開加工法時(shí)，為了保證凸、凹模間一定的間隙值，必須嚴(yán)格限制沖模制造公差，因此，造成沖模制造困難。對(duì)于沖制薄材料（因Zmax與Zmin的差值很小）的沖模，或沖制復(fù)雜形狀工件的沖模，或單件生產(chǎn)的沖模，常常采用凸模與凹模配作的加工方法。?配作法就是先按設(shè)計(jì)尺寸制出一個(gè)基準(zhǔn)件（凸?；虬寄＃缓蟾鶕?jù)基準(zhǔn)件的實(shí)際尺寸再按最小合理間隙配制另一件。這種加工方法的特點(diǎn)是模具的間隙由配制保證，工藝比較簡單，不必校核 + ≤條件，并且還可放大基準(zhǔn)件的制造公差，使制造容易。設(shè)計(jì)時(shí)，基準(zhǔn)件的刃口尺寸及制造公差應(yīng)詳細(xì)標(biāo)注 ，而配作件上只標(biāo)注公稱尺寸，不注公差，但在圖紙上注明：“凸（凹）模刃口按凹（凸）模實(shí)際刃口尺寸配制，保證最小雙面合理間隙值Zmin”。 4.3 復(fù)合模具主要零件的設(shè)計(jì) 1、凸凹模的設(shè)計(jì) 凸凹模是復(fù)合模具中同時(shí)具有落料凸模和沖孔凹模作用的工作零件。它的內(nèi)外緣均為刃口，內(nèi)外緣之間的壁厚取決于沖裁件的尺寸。 圖4-1 凸凹模的實(shí)體圖 2、凸凹模的設(shè)計(jì) 圖4-2 凸模實(shí)體圖 3、落料凹模的設(shè)計(jì) 圖4-3 落料凹模的簡圖 4、模柄的選用 模柄的作用是將模具的上模座固定在壓力機(jī)的滑塊上。該模具采用凸緣式模柄，按照國家標(biāo)準(zhǔn)選取，標(biāo)準(zhǔn)件號(hào)為B40X85 GB2862.3-1981，材料為H62銅，如圖4-4。 圖4-4 模柄實(shí)體圖 7、卸料板的設(shè)計(jì) 圖4-7 卸料板的簡圖 8、中間固定板的設(shè)計(jì) 該模具的固定板為圓形固定板，一般固定板取凹模厚度的0.6～0.8倍，其平面尺寸可與凹模、卸料板外形尺寸相同、但還應(yīng)考慮緊固螺釘及銷釘?shù)奈恢?。固定板的凸模安裝孔與凸模采用過渡配合。固定板的材料采用45銅[21]。 圖4-8 中間固定板的簡圖 沖壓模具的組成零件可以分為工藝零件和結(jié)構(gòu)零件兩大類。如圖4-10所示。 圖4-10 沖壓模組成零件 1.工藝零件 工藝零件是指直接與完成沖壓工藝過程并和配料直接發(fā)生作用的零件。 工藝零件進(jìn)一步又可分為： （1）工作零件：是指實(shí)現(xiàn)沖壓變形，使材料正確分離或塑性變形，保證工件或廢料脫卸下來的零件。卸料零件包括卸料板、彈簧、橡皮等。出件零件包括推件塊、推桿、頂件塊、頂桿等[22]。 2.結(jié)構(gòu)零件 結(jié)構(gòu)零件是指不直接參與完成沖壓工藝過程，也不和坯料直接發(fā)生作用，只對(duì)模具完成工藝過程起保證作用或?qū)δ＞叩墓δ芷鹜晟谱饔玫牧慵? 結(jié)構(gòu)零件進(jìn)一步又可分為： （1）導(dǎo)向零件：是保證上模對(duì)下模正確位置和運(yùn)動(dòng)的零件，一般由導(dǎo)套和導(dǎo)柱組成。 （2）固定零件：是承裝模具零件或?qū)⒛＞甙惭b固定到壓力機(jī)上的零件，如上模座、下模座、凸凹模固定板、模柄等。 （3）緊固及其它零件。如螺釘、定位銷等。 壓件形狀的零件，包括凸模、凹模、凹凸模等。 （2）定位零件：是指保證條料或毛坯在模具中的正確位置的零件，包括導(dǎo)料板、導(dǎo)料銷、側(cè)壓板、導(dǎo)正銷、側(cè)刃、擋料銷等。 （3）壓料零件：是指在拉深工序中防止工件起皺的零件，包括壓料板、壓料圈等。 （4）卸料零件：是指將沖裁后由于彈性恢復(fù)而卡在凹?？變?nèi)或在凸模上的 - 16 - 第5章 模具裝配 模具裝配是整個(gè)模具制造過程的最后階段，模具裝配圖或驗(yàn)收技術(shù)條件是裝配的依據(jù)，構(gòu)成模具的所有復(fù)合技術(shù)要求的零件，包括標(biāo)準(zhǔn)件、通用件及成型零件等是模具裝配的基礎(chǔ)。但是有了合格的零件，還必須制定合理的裝配工藝，才能裝配符合設(shè)計(jì)要求的模具[23]。 在裝配過程中，即要保證配合零件的配合精度，又要保證零件之間的位置精度。對(duì)于具有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的零部件，還必須保證它們之間的運(yùn)動(dòng)精度。模具裝配的高低及質(zhì)量好壞，直接影響零件能否正常生產(chǎn)以及零件的尺寸、形狀精度和成本。所以說，模具的裝配是模具制造過程中重要環(huán)節(jié)。 沖壓模具裝配完成后，各模具零件組成模具的上模部分和下模部分。沖壓模具工作時(shí)，下模部分安裝在壓力機(jī)的工作臺(tái)上，是模具的固定部分；上模部分通過模柄安裝在壓力機(jī)滑塊上，是模具的活動(dòng)部分[24]。 5.1 沖壓模具裝配的技術(shù)要求 （1）模具各組成零件的材料、尺寸精度、幾何形狀精度、表面粗糙度和熱處理工藝以及相對(duì)位置精度等都要復(fù)合圖樣要求，零件的工作表面不允許有裂紋和機(jī)械傷痕等缺陷。 （2）模具裝配后，所有模具的活動(dòng)部位都應(yīng)該保證位置準(zhǔn)確、配合間隙適當(dāng)、動(dòng)作可靠、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。固定的零件應(yīng)牢固可靠，在使用過程中不得出現(xiàn)松動(dòng)和脫落。 （3）凸模和凹模的配合間隙應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，沿整個(gè)刃口輪廓間隙應(yīng)均勻一致。 （4）模柄裝入上模座后，其軸心線對(duì)上模座上平面的垂直度誤差，在全長范圍內(nèi)不大于0.05mm。 （5）上模座的上平面應(yīng)和下模座的底平面平行。導(dǎo)柱和導(dǎo)套裝配后，其軸心線應(yīng)分別垂直度于下模座的底平面和上模座的上平面。 （6）裝配好的模架，其上模座沿導(dǎo)柱上、下移動(dòng)應(yīng)平穩(wěn)，無阻滯現(xiàn)象。導(dǎo)柱和導(dǎo)套的配合精度應(yīng)符合規(guī)定要求。 （7）定位裝置要保證毛坯定位正確可靠。 （8）卸料裝置和頂件裝置應(yīng)靈活，正確，出料孔暢通無阻，保證制件及廢料不卡在沖模內(nèi)。 （9）模具應(yīng)在生產(chǎn)的條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，沖出的制件應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求[25]。 5.2模具裝配的特點(diǎn) 落料拉深復(fù)合模在結(jié)構(gòu)上分為上模部分和下模部分，所以裝配過程的總的思路是：將模具零件分別裝配成上模部分和下模部分，然后將上模部分和下模部分裝配成完整的模具。本模具的彈頂裝置屬于下模部分，包括橡膠、底板、聯(lián)接螺釘、螺母等零件，裝配時(shí)可以將這些零件先裝配成彈頂裝置，再作為一個(gè)整體裝入下模部分[26]。 5.3模具的總體設(shè)計(jì) 該件的模具結(jié)構(gòu)主要由上、下模座，落料凹模，凸凹模，上、下固定板，中間固定板，投料器，卸料板，墊板組成[27]。 落料拉伸 根據(jù)主要工作部分尺寸，結(jié)構(gòu)以及彈性元件的尺寸。即： 上模座：380mm×340mm×35mm HT200 下模座：380mm×340mm×45mm HT200 導(dǎo) 柱：28mm×170mm 20 銅 導(dǎo) 套：28mm×110mm×43mm 20 銅 導(dǎo)柱、導(dǎo)套滲碳深度為0.8～1.0.5mm，硬值為58～62HRC。落料凹模、凸凹模材料均采用Cr12，熱處理硬度58～62HRC。卸料板、墊板、固定板材料均采用45銅。 翻孔 根據(jù)主要工作部分尺寸，結(jié)構(gòu)以及彈性元件的尺寸。即： 上模座：320mm×280mm×35mm HT200 下模座：320mm×280mm×45mm HT200 導(dǎo) 柱：28mm×170mm 20 銅 導(dǎo) 套：28mm×110mm×43mm 20 銅 導(dǎo)柱、導(dǎo)套滲碳深度為0.8～1.0.5mm，硬值為58～62HRC。落料凹模、凸凹模材料均采用Cr12，熱處理硬度58～62HRC。卸料板、墊板、固定板材料均采用45銅。 5.4模具總裝配 通過以上的設(shè)計(jì)可以得到落料拉伸沖孔復(fù)合模具的總裝圖，如圖所示。模具的上模部分主要由上模座、落料拉伸凸凹模、卸料板、推件塊等組成。下模部分由下模座、落料凹模、拉深凸模、橡膠等組成[28]。 圖5-1a模具總裝配圖 圖5-1b模具總裝配圖 壓力機(jī)將力傳遞給頂桿，頂桿再通過打桿將力傳遞給凸凹模和沖孔凸模，當(dāng)凸凹模到達(dá)一定距離時(shí)，完成落料過程，當(dāng)凸凹模繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，（打桿將力傳遞給壓塊，將落料好的工件固定），同時(shí)完成拉伸和沖孔過程。卸料過程中，在工作過程中已將橡膠壓縮變形，當(dāng)工作完后橡膠將力釋放出來帶動(dòng)打桿向上運(yùn)動(dòng)，將工件向上頂出來。 - 20 - 圖5-2a 二維復(fù)合模具總裝配圖 圖5-2b 二維復(fù)合模具總裝配圖 - 26 - 總結(jié)與展望 全文總結(jié) 主要研究對(duì)象是汽車前反光碗零件的落料拉深翻孔卷圓模具，做出工藝分析案，計(jì)算出工藝參數(shù)，設(shè)計(jì)模具的總體裝配圖，從而提高了理論分析能力和解決實(shí)際問題的獨(dú)立工作能力[29]。主要內(nèi)容具體可以分為以下幾個(gè)部分： 1、完成了落料拉深翻孔模具的工藝設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程，對(duì)拉深凸模、落料凹模、落料拉伸凹凸模等主要成形零件以及各種標(biāo)準(zhǔn)零件進(jìn)行計(jì)算和選擇。 2、主要工作部分尺寸的計(jì)算。 3、主要工藝參數(shù)的計(jì)算。 4、模具的工作總體設(shè)計(jì)及裝配。 5、設(shè)計(jì)出模具總裝配圖，用CAD軟件完成了模具的二維圖，取得了一定的效果。 6、初步分析了研究了模具裝配技術(shù)，實(shí)現(xiàn)在CAD環(huán)境下落料拉伸沖孔模具完整的裝配過程。 未來展望 本文雖用CAD軟件設(shè)計(jì)出模具并進(jìn)行了一定的研究和探索，并在企業(yè)的模具設(shè)計(jì)中得到了一定程度的應(yīng)用，但是鑒于時(shí)間限制和本人知識(shí)的局限，還存在許多實(shí)際工作需要完善。在本文所做的研究工作的基礎(chǔ)上，提出進(jìn)一步的研究設(shè)想如下[30]： (1) 目前，本論文只是完成了模具各組成零件的設(shè)計(jì)，還可以進(jìn)一步的對(duì)模具各零件進(jìn)行簡單的改進(jìn)。即方便又經(jīng)濟(jì)。 (2) 本文的研究目前僅局限于CAD設(shè)計(jì)的領(lǐng)域，還可以擴(kuò)展到?CAM領(lǐng)域，根據(jù)本文的研究結(jié)論加工出模具實(shí)物，以驗(yàn)證本文CAD設(shè)計(jì)系統(tǒng)的可靠性與完備性。 (3) 本文設(shè)計(jì)的模具零件過于復(fù)雜，加工出的零件精度不高，未來的幾年，在成批量生產(chǎn)中可以改進(jìn)模具的結(jié)構(gòu)，提高模具的加工精度，從而提高模具的質(zhì)量和效率。 - 28 - 參考文獻(xiàn) [1] 郭立波，陳春煥，潘金芝．復(fù)合冷作模具銅基材的熱處理[J]．金屬熱處理，2010 [2] 樊新民．高速銅-H62 銅軋制復(fù)合板的組織與性能[J]．材料科學(xué)與工藝，2004，12(5):521-523　 [3] 楊金志，仇逸．市場信息[J]．模具商情，2005，70 (3) ：22 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在論文寫作過程中，得到了老師的親切關(guān)懷和耐心的指導(dǎo)。他嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染和激勵(lì)著我。從課題的選擇到項(xiàng)目的最終完成，老師都始終給予我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持。多少個(gè)日日夜夜，老師不僅在學(xué)業(yè)上給我以精心指導(dǎo)，同時(shí)還在思想、生活上給我以無微不至的關(guān)懷，除了敬佩老師的專業(yè)水平外，他的治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)研究的精神也是我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的榜樣，并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。在此謹(jǐn)向老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。在論文即將完成之際，我要感謝許多讓我分享他們寶貴經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)的同學(xué)們。通過一同的研究和探討，他們?yōu)槲艺撐牡耐瓿商岢隽嗽S多寶貴建議，我從中得到了很多有益的啟發(fā)。我還要衷心感謝父母多年來的撫養(yǎng)和教誨，正是他們的資助、鼓勵(lì)和支持，我才能得以完成大學(xué)學(xué)業(yè)和本論文。 老師淵博的學(xué)識(shí)，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，創(chuàng)新的精神，誠懇和平易近人的品格讓我受益匪淺，為我樹立了終身學(xué)習(xí)的榜樣。值此論文完稿之際，謹(jǐn)向辛勤培養(yǎng)和無私幫助自己的老師致以崇高的敬意和由衷的感謝 - 22 - - 18 - ！ - 16 - - 16 - - 8 - - 8 -