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編號(hào) 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 后懸置左支架的沖壓工藝及模具設(shè)計(jì) Stamping Process and Die Design of Rear Suspension Left Bracket 學(xué) 生 姓 名 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué) 號(hào) 指 導(dǎo) 教 師 分 院 2013 年 6 月 長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 0 摘 要 本文主要以后懸置左支架為研究對(duì)象，根據(jù)產(chǎn)品的特點(diǎn)以及其沖壓模具設(shè)計(jì)的要 求，制定了沖壓加工工藝并進(jìn)行了模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 通過(guò)對(duì)后懸置左支架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的分析，制定了其沖壓加工工藝。依據(jù)工藝分析確 定需要三套沖壓模具共同完成后懸置左支架的成形，分別是落料沖孔復(fù)合模具、第一 次彎曲成型模具以及第二次彎曲成型模具。按照加工工藝，分別進(jìn)行了毛胚尺寸的計(jì) 算和沖裁模、彎曲工藝的計(jì)算，最終完成本次設(shè)計(jì)。 本文在模具設(shè)計(jì)中的設(shè)計(jì)方法可以有效地運(yùn)用到其它沖模設(shè)計(jì)過(guò)程之中，可以大 大降低設(shè)計(jì)和生產(chǎn)成本從而指導(dǎo)生產(chǎn)，為以后的沖壓產(chǎn)品的生產(chǎn)找到了很好方法和手 段。 關(guān)鍵詞：模具設(shè)計(jì) 落料沖孔 Z 型彎曲模 壓彎成型模 長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 ABSTRACT In this paper, the rear suspension left bracket is studied, and according to the characteristics of the left bracket and requirements of die design, the stamping process and die structure is given. Through the analysis on the structure characteristics of the rear suspension left bracket, the stamping process is designed. Based on the process analysis the paper identifies three sets of stamping die together to form rear suspension left bracket, namely composite blanking punching mold, the first bending mold and the second bending mold. Based on the stamping forming process the blank size and bending force is calculated. The analysis and design method used in the paper can be put into the other die design process. It can significantly reduce production costs so as to guide the design and production of stamping products, and found ways and means for the production in the future. Keyword: Mold Design Blanking punch Z-Bending Die Bending molding 長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 目 錄 第一章 緒 論 .........................................................1 1.1 沖壓的概念、特點(diǎn)及應(yīng)用 ..........................................1 1.2 沖壓加工的基本工序及模具類型 ....................................2 1.2.1 沖壓的基本工序 ..............................................2 1.2.2 沖壓模具的類型 ..............................................2 1.3 沖壓技術(shù)和模具制造技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展方向 ..........................3 1.4 本文的研究目的及意義 ............................................5 第二章 后懸置左支架沖壓成型工藝制定 ..................................7 2.1 沖壓工藝的分析 ..................................................7 2.2 沖壓工序的確定 ..................................................7 2.3 工藝方案的編制 ..................................................8 第三章 沖壓模具的設(shè)計(jì)與計(jì)算 .........................................10 3.1 落料沖孔模的設(shè)計(jì)與計(jì)算 .........................................10 3.1.1 板料排樣設(shè)計(jì)與計(jì)算 .........................................10 3.1.2 沖裁力的計(jì)算 ...............................................12 3.1.3 壓力中心的計(jì)算 .............................................14 3.1.4 沖壓設(shè)備的選用 .............................................15 3.1.5 凸凹模刃口尺寸計(jì)算 .........................................16 3.1.6 凸模、凹模、凸凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ...............................18 3.2 彎曲模的設(shè)計(jì)與計(jì)算 .............................................22 3.2.1 Z 型彎曲模的相關(guān)計(jì)算及模具設(shè)計(jì) ............................23 3.2.2 壓彎成型模的相關(guān)計(jì)算及模具設(shè)計(jì) .............................26 第四章 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的校核 ...........................................31 4.1 凸模強(qiáng)度的校核 .................................................31 4.2 螺栓強(qiáng)度的校核 .................................................32 4.3 壓力機(jī)閉合高度的校核 ...........................................33 總 結(jié) ..............................................................34 致 謝 ..............................................................35 參 考 文 獻(xiàn) .........................................................36 長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 0 第一章 緒 論 1.1 沖壓的概念、特點(diǎn)及應(yīng)用 沖壓是指利用安裝在沖壓加工設(shè)備(主要是壓力機(jī))上的模具對(duì)所要加工的板料 進(jìn)行施壓，從而使毛坯產(chǎn)生變形或者使其分離，最后得到我們要加工的零件(俗 稱沖壓件) 的一種壓力加工的方法。通常情況下沖壓加工是在室溫(25 攝氏度)下進(jìn)行的， 且主要使用板料來(lái)加工從而得到所需零件，所以又稱冷沖壓。沖壓是塑性加工或 材料壓力加工的主要加工方法之一，隸屬于材料成形工程技術(shù)。沖壓加工所使用的模 具稱為沖壓模具，簡(jiǎn)稱沖模。沖模是使材料批量加工成所需要沖壓件的專用工具。沖 壓模具在沖壓加工中特別重要，如果沒(méi)有滿足要求的沖模，批量沖壓生產(chǎn)就很難進(jìn)行; 如果沒(méi)有先進(jìn)的沖模，那么先進(jìn)的沖壓工藝也就無(wú)法實(shí)現(xiàn)。 隨著沖壓模具技術(shù)水平的不斷提高，沖壓加工在工業(yè)生產(chǎn)中的地位也在逐漸攀升， 應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。無(wú)論是金屬材料還是非金屬材料都可以利用沖壓加工來(lái)得到我們 所需要的產(chǎn)品。從大眾生活中的日用品、小孩玩具等輕工業(yè)產(chǎn)品到生產(chǎn)上用的儀器、 設(shè)備等重工業(yè)產(chǎn)品都可以由沖壓加工生產(chǎn)得到。此外，在國(guó)防上沖壓加工也占有十分 重要的地位。 自上世紀(jì)中葉汽車行業(yè)的飛速發(fā)展，在美國(guó)、日本等許多發(fā)達(dá)國(guó)家以及像中國(guó)、 印度等發(fā)展中國(guó)家，對(duì)冷沖壓加工生產(chǎn)的發(fā)展都給予高度的重視?？梢?jiàn)沖壓生產(chǎn)的重 要性，據(jù)近些年來(lái)的統(tǒng)計(jì)表明，在美、日、德等許多工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)于在工業(yè)生產(chǎn)中 占重要地位的機(jī)床工業(yè)的年生產(chǎn)量己經(jīng)被發(fā)展迅速的模具工業(yè)超出了 60k 一 120/0。 冷沖壓模具的應(yīng)用范圍之廣、生產(chǎn)技術(shù)之高、應(yīng)用歷史之久是其它模具行業(yè)無(wú)法比擬 的。現(xiàn)今，在各模具行業(yè)中冷沖壓模具所占比例居于首位，大約 60%的模具市場(chǎng)都被 其占據(jù)。 所以冷沖壓工藝對(duì)我國(guó)的社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)的作用非常大而且其發(fā)展前景也非 常廣闊。 當(dāng)前我國(guó)沖壓加工的優(yōu)缺點(diǎn)如下： (1)沖壓能生產(chǎn)鋸、剪、車、刨、鉆、磨等加工工藝加工不出來(lái)的產(chǎn)品，無(wú)論是 家電產(chǎn)品的小型零件還是汽車側(cè)圍、車門等大型零件，通過(guò)沖壓加工均能實(shí)現(xiàn)。 (2)沖壓加工所得的產(chǎn)品精度高，性能穩(wěn)定。因?yàn)槠涫窃谀＞呃镏苯邮艿阶冃瘟?而得到所需的產(chǎn)品，因此沖壓模具制作精度以及其壽命的長(zhǎng)短直接決定沖壓件的質(zhì)量， 長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 所以高精度、高壽命的模具是生產(chǎn)出高質(zhì)量、高穩(wěn)定性沖壓件的一個(gè)前提。沖壓所得 產(chǎn)品的尺寸精度通常可以達(dá)到工 T10 至 IT14 級(jí)甚至能獲得更高精度的產(chǎn)品。 (3)沖壓加工所得到產(chǎn)品還具有高剛度、輕質(zhì)量和低表面粗糙度等優(yōu)點(diǎn)。 (4)高生產(chǎn)率又是沖壓加工的一大優(yōu)點(diǎn)。即便是汽車車門或側(cè)圍等大型零件利用沖 壓加工每分鐘也能生產(chǎn)數(shù)件;對(duì)于像汽車壓縮機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)接口的支架這樣的小型零件， 每分鐘甚至可生產(chǎn)數(shù)十件。 (5)沖壓加工材料很少浪費(fèi)。通常情況下材料的 650k 一 800k 都可以充分利用到生 產(chǎn)中，甚至加工大型零件的廢料還可以被用來(lái)加工某些小型制件。 (6)對(duì)于操作人員的技能要求不高。 (7)沖壓加工所使用的機(jī)械設(shè)備大多都是半自動(dòng)化甚至是全自動(dòng)化。因此自動(dòng)化程 度非常高，為大批量生產(chǎn)提供了保障。 (8)雖然冷沖壓加工的優(yōu)點(diǎn)很多，但其也有不足之處。首先，模具的設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)進(jìn) 而造成生產(chǎn)成本提高，對(duì)于小批量生產(chǎn)就會(huì)感到力不從心。另外，如果是半自動(dòng)化生 產(chǎn)就會(huì)造成操作人員體力消耗過(guò)大，容易造成生產(chǎn)事故，所以在這種情況下要特別重 視安全生產(chǎn)避免操作人員疲勞工作。 1.2 沖壓加工的基本工序及模具類型 1.2.1 沖壓的基本工序 由于沖壓加工的零件種類特別多，而且各類零件的形狀、尺寸和精度要求又不盡 相同，因而在生產(chǎn)中所采用的沖壓加工工藝方法也是多種多樣的?？偨Y(jié)起來(lái)可分為成 型工序和分離工序兩大類。成形工序指的是能使坯料在不破裂的條件下產(chǎn)生塑性變形 從而獲得我們所需要的一定形狀和尺寸的沖壓件的工序。成形工序又可進(jìn)一步分為彎 曲、翻邊、拉延、翻孔、擴(kuò)孔、脹形、旋壓和縮口等。分離工序是指能使坯料沿一定 的輪廓線分離從而獲得一定的形狀和尺寸以及很好斷面質(zhì)量的沖壓件。其中落料、沖 孔、切斷、切邊、切口、剖切和剪切都屬分離工序的分支。 1.2.2 沖壓模具的類型 沖壓模具的結(jié)構(gòu)類型特別多，通常按工序的不同性質(zhì)可分為沖裁模、拉伸模、彎 曲模和成型模等;按工序不同的組合方式可分為單工序模、級(jí)進(jìn)模和復(fù)合模等?？墒遣?論哪種類型的沖模，都可以看成是由上模和下模兩部分組成。其中，上模緊固在壓力 機(jī)的滑塊上，它可隨滑塊上、下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，是沖壓模具的活動(dòng)部分;下模被固定在壓力 機(jī)墊板或工作臺(tái)上，是沖壓模具的固定部分。在工作時(shí)，坯料通過(guò)定位零件使其定位 在下模面上，上模在壓力機(jī)滑塊帶動(dòng)下向下運(yùn)動(dòng)，在模具工作零件的作用下使坯料產(chǎn) 長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 生分離或者塑性變形，從而獲得我們所想要的形狀與尺寸的沖壓件。當(dāng)上?；厣龝r(shí)， 通過(guò)模具的卸料裝置與出件裝置使沖件或者廢料從凸、凹模上卸下或推頂出來(lái)，以便 繼續(xù)進(jìn)行下一次沖壓循環(huán)。 1.3 沖壓技術(shù)和模具制造技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展方向 自從中國(guó)加入世貿(mào)組織以來(lái)，世界經(jīng)濟(jì)己經(jīng)從孤立封閉走向國(guó)際社會(huì)，經(jīng)濟(jì)全球 化勢(shì)在必行。全球的制造業(yè)在這種形勢(shì)下的突出作用越加明顯，許多發(fā)達(dá)國(guó)家都把生 產(chǎn)基地轉(zhuǎn)移到了發(fā)展中國(guó)家，當(dāng)然作為擁有勞動(dòng)力最多的國(guó)家—中國(guó)自然成為各發(fā) 發(fā)達(dá)國(guó)家都在我國(guó)建立了許多生產(chǎn)基地?，F(xiàn)在我國(guó)己經(jīng)成為世界上第一制造大國(guó)。 改革開(kāi)放以來(lái)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅猛，對(duì)模具和機(jī)床市場(chǎng)起了很大的促進(jìn)作用，所以對(duì)模 具工業(yè)和機(jī)床工業(yè)各方面的要求也越來(lái)越高，同時(shí)國(guó)家為了改觀我國(guó)各地經(jīng)濟(jì)發(fā)展不 平衡的現(xiàn)狀，實(shí)施“振興東北老工業(yè)基地”與“西部大開(kāi)發(fā)”戰(zhàn)略又使模具行業(yè)有了 用武之地。為模具行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展帶來(lái)了新的機(jī)遇。面對(duì)當(dāng)今的國(guó)際經(jīng)濟(jì)新形勢(shì)， 中國(guó)的模具行業(yè)將在世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的戰(zhàn)場(chǎng)上與其他國(guó)家展開(kāi)激烈的爭(zhēng)斗，當(dāng)然我們也 有堅(jiān)定的信心取得最后的勝利。在制造中起著重要作用同時(shí)又是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)工業(yè) 之一的模具工業(yè)將帶領(lǐng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)再一次讓世界刮目相看。 在第十五規(guī)劃中，模具的重要地位已經(jīng)被明確提出，并把其譽(yù)為“工業(yè)生產(chǎn)的基 礎(chǔ)工藝裝備” ，而其國(guó)民經(jīng)濟(jì)一些產(chǎn)業(yè)支柱都離不開(kāi)模具工業(yè)并且必需要與模具工業(yè) 的發(fā)展相適應(yīng)。 模具之所以在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的非常多是由于其產(chǎn)品生產(chǎn)率高、材料的利用率高、 產(chǎn)品質(zhì)量可以得到保證，更重要的是價(jià)格比較便宜。目前，在世界經(jīng)濟(jì)全球化商品市 場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)如此激勵(lì)的形勢(shì)下，各行各業(yè)產(chǎn)品無(wú)論是品種上還是數(shù)量上的需求都在迅速增 加，但對(duì)模具的質(zhì)量也提出了更高的要求，我國(guó)的模具行業(yè)又迎來(lái)了新的挑戰(zhàn)。無(wú)論 是從前期的模具的設(shè)計(jì)還是到模具的后期生產(chǎn)都將直接影響制造業(yè)的改進(jìn)和發(fā)展、產(chǎn) 品的不斷更新以及產(chǎn)品在世界市場(chǎng)的優(yōu)勢(shì)地位，因此，當(dāng)前最要緊的是加速提高模具 的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的技術(shù)水平。之所以美國(guó)、日本、德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家的汽車、家電以及計(jì) 算機(jī)等產(chǎn)品，無(wú)論是從產(chǎn)品的種類、數(shù)量，還是在產(chǎn)品質(zhì)量上在國(guó)際市場(chǎng)上都處在世 界前列，歸根到底就是他們模具技術(shù)己經(jīng)是世界最先進(jìn)的水平。 當(dāng)前，我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)的特點(diǎn)是產(chǎn)品品種多、更新快和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈。在這種情況 下， 用戶對(duì)模具制造的要求是交貨期短、精度高、質(zhì)量好、價(jià)格低。因此，模具工 業(yè)的發(fā)展的趨勢(shì)是非常明顯的。 (1) 模具產(chǎn)品發(fā)展將大型化精密化 模具產(chǎn)品成形零件的日漸大型化，以及由于高效率生產(chǎn)要求的一模多腔(如塑封 模已達(dá)到一模幾百腔)使模具日趨大型化。隨著零件微型化，以及模具結(jié)構(gòu)發(fā)展的要 長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 求(如多工位級(jí)進(jìn)模工位數(shù)的增加，其步距精 度的提高)精密模具精度已由原來(lái)的 5μm 提高到 2～3μm，今后有些模具加工精度公差要求在 1μm 以下，這就要求發(fā) 展超精加工[1]。 (2) 多功能復(fù)合模具將進(jìn)一步發(fā)展 新型多功能復(fù)合模具是在多工位級(jí)進(jìn)模基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出來(lái)的。一套多功能模具除了 沖壓成 形零件外，還可擔(dān)負(fù)轉(zhuǎn)位、疊壓、攻絲、鉚接、鎖緊等組裝任務(wù)。通過(guò)這種 多勸能模具生產(chǎn)出來(lái)的不再是單個(gè)零件，而是成批的組件。如觸頭與支座的組件，各 種小型電機(jī)、電器及儀表的鐵芯組件等。 (3) 快速經(jīng)濟(jì)模具的前景十分廣闊 現(xiàn)在是多品種、少批量生產(chǎn)的時(shí)代，到下一個(gè)世紀(jì)，這種生產(chǎn)方式占工業(yè)生產(chǎn)的 比例將達(dá) 75%以上 [2]。一方面是制品使用周期短，品種更新快，另一方面制品的花樣 變化頻繁，均要求模具的生產(chǎn)周期越快越好。因此，開(kāi)發(fā)快速經(jīng)濟(jì)具越來(lái)越引起人們 的重視。例如，研制各種超塑性材料(環(huán)氧、聚脂等)制作或其中填充金屬粉末、玻璃 纖維等的簡(jiǎn)易模具：中、低 熔點(diǎn)合金模具、噴涂成型模具、快速電鑄模、陶瓷型精 鑄模、陶瓷型吸塑模、疊層模及快速原型制造模具等快速經(jīng)濟(jì)模具將進(jìn)一步發(fā)展?？?換模架、快換沖頭等也將日益發(fā)展。另外，采用計(jì)算機(jī)控制和機(jī)械手操作的快速換模 裝置、快速試模技術(shù)也會(huì)得到發(fā)展和提高。 (4) 模具標(biāo)準(zhǔn)件的應(yīng)用將日漸廣泛 使用模具標(biāo)準(zhǔn)件不但能縮短模具制造周期，而且能提高模具質(zhì)量和降低模具制造 成本。因此，模具標(biāo)準(zhǔn)件的應(yīng)用必將日漸廣泛。為此，首先要制訂統(tǒng)一的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)， 并嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)；其次要逐步形成規(guī)模生產(chǎn)，提高標(biāo)準(zhǔn)件質(zhì)量、降低成本；再次是 要進(jìn)一步增加標(biāo)準(zhǔn)件規(guī)格品種，發(fā)展和完善聯(lián)銷網(wǎng)，保證供貨迅速。 (5) 模具使用優(yōu)質(zhì)材料及應(yīng)用先進(jìn)的表面處理技術(shù)將進(jìn)一步受重視 在整個(gè)模具價(jià)格構(gòu)成中，材料所占比重不大，一般在 20%～30%之間，因此選用 優(yōu)質(zhì)鋼材和應(yīng)用的表面處理技術(shù)來(lái)提高模具的壽命就顯得十分必要。對(duì)于模具鋼來(lái)說(shuō)， 要采用電渣重熔工藝，努力提高鋼的純凈度、等向性、致密度和均勻性及研制更高性 能或有特殊性能的模具鋼。如采用粉末冶金工藝制作的粉末高速鋼等。粉末高速鋼解 決了原來(lái)高速鋼冶煉過(guò)程中產(chǎn)生的一次碳化物粗大和偏析，從而影響材質(zhì)的問(wèn)題。其 碳化物微細(xì)，組織均勻，沒(méi)有材料方向性，因此它具有韌性高、磨削工藝性好、耐磨 性高、長(zhǎng)年使用尺寸穩(wěn)定等特點(diǎn)，是一種很有發(fā)展前途的鋼材。特別對(duì)形狀復(fù)雜的沖 件及高速?zèng)_壓的模具，其優(yōu)越性更加突出。這種鋼材還適用于注射成型漆加玻璃纖維 或金屬粉末的增強(qiáng)塑料的模具，如型腔、形芯、澆口等主要部件。另外，模具鋼品種 規(guī)格多樣化、產(chǎn)品精料化、制品化，盡量縮短供貨時(shí)間亦是重要方向。 模具熱處理和表面處理是能否充分發(fā)揮模具鋼材性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。模具熱處理的 長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 發(fā)展方向是采用真空熱處理。模具表面處理除完善普及常用表面處理方法，即擴(kuò)滲如： 滲碳、滲氮、滲硼、滲鉻、滲釩外，應(yīng)發(fā)展設(shè)備昴貴、工藝先進(jìn)的氣相沉積 (TiN、TiC 等) 、等離子噴涂等技術(shù) [3]。 (6) 在模具設(shè)計(jì)制造中將全面推廣 CAD/CAM/CAE 技術(shù) 模具 CAD/CAM/CAE 技術(shù)是模具技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要里程碑。實(shí)踐證明，模具 CAD/CAM/CAE 技術(shù)是模具設(shè)計(jì)制造的發(fā)展方向?，F(xiàn)在，全面普及 CAD/CAM/CAE 技術(shù)已基本成熟。由于模具 CAD/CAM 技術(shù)已發(fā)展成為一項(xiàng)比較成熟的共性技術(shù)，近 年來(lái)模具 CAD/CAM 技術(shù)的硬件與軟件價(jià)格已降低到中小企業(yè)普遍可以接受的程度， 特別是微機(jī)的普及應(yīng)用，更為廣大模具企業(yè)普及模具 CAD/CAM 技術(shù)創(chuàng)造了良好的條 伯。隨著微機(jī)軟件的發(fā)展和進(jìn)步，技術(shù)培訓(xùn)工作也日趨簡(jiǎn)化。在普及推廣模具 CAD/CAM 技術(shù)的過(guò)程中，應(yīng)抓住機(jī)遇，重點(diǎn)扶持國(guó)產(chǎn)模具軟件的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。 加大技術(shù)培訓(xùn)和技術(shù)服務(wù)的力度。應(yīng)時(shí)一步擴(kuò)大 CAE 技術(shù)的應(yīng)用范圍。對(duì)于已 普及了模具 CAD/CAM 技術(shù)的一批以家電行業(yè)代表的企業(yè)來(lái)說(shuō)，應(yīng)積極做好模具 CAD/CAM 技術(shù)的深化應(yīng)用工作，即開(kāi)展企業(yè)信息化工程，可從 CAPP、 PDM、CIMS、VR ，逐步深化和提高。 (7) 模具高速掃描及數(shù)字化系統(tǒng)將發(fā)揮更大的作用 英國(guó)雷尼紹公司的模具掃描系統(tǒng)，已在我國(guó) 200 多家模具廠點(diǎn)得到應(yīng)用，取得良 好效果。該系統(tǒng)提供了從模型或?qū)嵨飹呙璧郊庸こ銎谕牡哪Ｐ退璧闹T多功能，大 大縮短的研制制造周期。如 RENSCAN200 快速掃描系統(tǒng)，可快速安裝在已有的數(shù)控 銑床及加工中心上， 用雷尼紹的 SP2-1 掃描測(cè)頭實(shí)現(xiàn)快速數(shù)據(jù)采集，控制核心是雷 尼紹 TRACECUT 軟件，可自動(dòng)生成各種不同數(shù)控系統(tǒng)的加工等程序及不同格式的 CAD 數(shù)據(jù)。用于模具制造業(yè)的“逆向工程” [4]。該公司又推出了 CYCLON 高速掃描 機(jī)，這是一臺(tái)獨(dú)立工作的專門用來(lái)掃描的設(shè)備，不占用加工機(jī)床的工作時(shí)間。其掃描 速度最高可達(dá) 3m/min，大大縮短了模具制造周期，另外，其數(shù)據(jù)采集速度比 RENSCAN200 快，定時(shí)探針接觸力小，因此可以用非常細(xì)的探針，用來(lái)掃描細(xì)小的 模具和細(xì)微的特征表面，擴(kuò)大模具生產(chǎn)的品種范圍。 由于模具掃描系統(tǒng)已在汽車、摩托車、定電等行業(yè)得到成功應(yīng)用，相信在“十五” 期間將發(fā)揮更大作用 [5]。 1.4 本文的研究目的及意義 冷沖模具的設(shè)計(jì) CAD/CAM 正在改變傳統(tǒng)工藝試制模具的方式，尤其是沖壓模擬 分析軟件的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，使沖壓模具設(shè)計(jì)和加工定量化，能夠預(yù)先對(duì)沖壓工藝方案進(jìn) 行分析最終得到理想的沖壓參數(shù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的自動(dòng)化，節(jié)省資源并減少對(duì)經(jīng)驗(yàn)的依賴， 降低對(duì)技術(shù)工人的要求。以 CAE 軟件 Deform 為工具通過(guò)模擬仿真的手段對(duì)工件沖壓 長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 過(guò)程進(jìn)行模擬分析，可以很方便快捷地找出模具設(shè)計(jì)中存在的錯(cuò)誤，并及時(shí)進(jìn)行重新 設(shè)計(jì)，從而得出合理的模具設(shè)計(jì)結(jié)果。 作為一個(gè)即將畢業(yè)的模具專業(yè)學(xué)生來(lái)說(shuō)，４年專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)，為以后從事模具 設(shè)計(jì)打下很好的基礎(chǔ)，同時(shí)在校時(shí)了解模具行業(yè)的發(fā)展方向也是很有必要的,它有助于 我們把握自己的學(xué)習(xí)方向，不斷提高自己的專業(yè)素養(yǎng)。 長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 第二章 后懸置左支架沖壓成型工藝制定 2.1 沖壓工藝的分析 此沖壓件名稱為后懸置左支架，是大批量生產(chǎn)。結(jié)構(gòu)為左右對(duì)稱形式；材料為 08 鋼，為普通碳素鋼，具有較好的可沖壓性能；厚度為 6mm；成型工藝包括落料沖孔、 彎曲兩部分。該連接件上的八道的彎曲工藝由兩次彎曲成型[8]。由于該連接件是 V 型彎曲和 U 型彎曲，經(jīng)計(jì)算滿足沖壓工藝要求。此制件要求精度不高，不需較高的公 差等級(jí)，屬于一般沖裁彎曲精度。模具為普通沖裁彎曲模具即可達(dá)到之生產(chǎn)要求。 沖孔的工藝性：該沖壓件上有 17 個(gè)圓孔，均大于 1.3t（t 為板料厚） ，其中有三個(gè) 孔滿足孔邊到彎曲內(nèi)角距離 L≥2t，在落料時(shí)直接沖孔。 彎曲的工藝性：圖示零件包含八個(gè)彎曲部位。 在此連接件設(shè)計(jì)當(dāng)中主要解決好以下幾個(gè)問(wèn)題： (1)對(duì)沖壓件進(jìn)行工藝分析，設(shè)計(jì)出的模具結(jié)構(gòu)能保證工件的正常生產(chǎn)； (2)通過(guò)分析比較，確定最佳工藝方案。設(shè)計(jì)出的沖裁模結(jié)構(gòu)必須有足夠的強(qiáng)度保 證生產(chǎn)的正常運(yùn)行； (3)解決根據(jù)沖裁力和彎曲力選擇壓力機(jī)和根據(jù)模架最大閉合高度選擇壓力機(jī)間的 矛盾； (4)合理選擇沖壓設(shè)備； (5)表面粗糙度，由于該件形狀不太復(fù)雜，精度要求也不是很高，所以一般可要求 Ra=0.4um 以上，特別是圓角半徑要求更高； (6)彎曲時(shí)如何控制回彈的影響； (7)合理排樣，最大限度的提高材料利用率。 2.2 沖壓工序的確定 由于沖壓加工的零件形狀、尺寸、精度要求、批量大小、原材料性能等的不同， 其沖壓方法多種多樣。但概括起來(lái)可分為分離工序和變形工序兩大類。分離工序是將 沖壓件和毛胚沿一定的輪廓相互分離；變形工序是在材料不產(chǎn)生破壞的前提下使毛胚 發(fā)生塑性變形，成為所需要的形狀和尺寸的制件。 冷沖壓可分為三個(gè)基本工序： (1) 沖裁：落料及沖孔 長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 (2) 彎曲：壓彎 (3) 整形 經(jīng)過(guò)分析，本零件需要通過(guò)以下工序完成: (1) 落料 (2) 沖孔 (3)壓彎 2.3 工藝方案的編制 由于沖壓加工的零件形狀、尺寸、精度要求、批量大小、原材料性能等的不同， 其加工的方式多種多樣，一個(gè)沖壓件往往需要經(jīng)過(guò)多道工序才能完成[9]，因此，編 制工藝方案時(shí)，必須考慮是采用單工序模分散沖壓呢？還是將工序組合起來(lái)，選用復(fù) 合?；蜻B續(xù)模生產(chǎn)。一般來(lái)說(shuō)，這主要取決與沖壓件的生產(chǎn)批量、尺寸大小和精度等 因素。生產(chǎn)批量大，沖壓工序應(yīng)盡可能地組合在一起，進(jìn)行復(fù)合?；蜻B續(xù)模沖壓；小 批量生產(chǎn)，常選用單工序簡(jiǎn)單模。但對(duì)于尺寸過(guò)小的沖壓件，考慮到單工序模上料不 方便和生產(chǎn)率低，也常選用復(fù)合模或連續(xù)模生產(chǎn)。對(duì)與有精度要求的零件，為了避免 多次沖壓的定位誤差，也應(yīng)選用復(fù)合模沖壓。所以為其選擇正確的模具加工形式，在 滿足沖壓件質(zhì)量要求的前提下，最大限度的降低沖壓件的生產(chǎn)成本。確定模具的結(jié)構(gòu) 形式，必須解決好以下的問(wèn)題。 (1) 模具類型的確定 是簡(jiǎn)單模、復(fù)合模、還是級(jí)進(jìn)模。 (2) 進(jìn)出料方式的確定 根據(jù)原材料的形式，確定進(jìn)料方法、取出和整理零件的 方法、原材料的定位方法。 (3) 壓料和卸料方式的確定 壓料或不壓料 彈性或剛性卸料等。 (4) 模具精度的確定 根據(jù)沖壓件的精度確定合理的模具加工精度，選擇合理的 導(dǎo)向方式和固定方式。 根據(jù)以上幾點(diǎn)制定后懸置左支架生產(chǎn)方案如下： (1) 設(shè)計(jì)多套模具，使用簡(jiǎn)單模一套加工一個(gè)步驟的工序，第一模具進(jìn)行落料加 工，裁出工件的最基本外形。第二套模具進(jìn)行沖孔加工，在第一套模具加工完的材料 上進(jìn)行沖幾個(gè)圓孔的工藝。再用八套模具進(jìn)行彎曲變形加工，分別壓制八個(gè)彎曲邊。 (2) 設(shè)計(jì)三套模具，使用倒裝結(jié)構(gòu)的復(fù)合模進(jìn)行加工，第一套模具進(jìn)行落料沖孔 同時(shí)加工一道工序完成。由于最小孔徑ｄ≥1.3ｔ，而且孔壁到彎曲邊的距離較大 L≥2t，不會(huì)產(chǎn)生變形，可以一次沖出三個(gè)圓孔。第二套模具進(jìn)行彎曲變形的加工， 第三套模具再次進(jìn)行彎曲成型加工，達(dá)到零件要求。 對(duì)兩個(gè)方案進(jìn)行比較，首先兩套模具都能加工出合格的制件，雖然使用簡(jiǎn)單模加 工會(huì)產(chǎn)生一些誤差，但此制件要求的精度并不高，所以不太影響制件的加工，不過(guò)增 加一套模具生產(chǎn)成本就會(huì)大大提高，此類一套模具的成本也在千元左右，而且隨著模 具的增加，也增加裝卸的次數(shù)，降低了生產(chǎn)的安全性 [10]。因此我選擇了第二套方案。 長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 對(duì)于沖裁復(fù)合模是采用典型的倒裝結(jié)構(gòu)，加工廢料可以從下模座孔落下，制件采用彈 性推件裝置推出，卸料板采用彈性卸料板，由于制件較大，采用三導(dǎo)柱模架。對(duì)于彎 曲模，采用通過(guò)兩套模具，分別以一步彎曲成型的方法實(shí)現(xiàn)兩道彎曲工序，使其滿足 彎曲要求。 長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 第三章 沖壓模具的設(shè)計(jì)與計(jì)算 3.1 落料沖孔模的設(shè)計(jì)與計(jì)算 3.1.1 板料排樣設(shè)計(jì)與計(jì)算 沖裁件在板、條等材料的布置方法稱為排樣。排樣的合理與否，影響到材料的經(jīng) 濟(jì)利用率，而且能提高模具質(zhì)量和降低模具制造成本。在企業(yè)中能節(jié)省企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程 中的成本。因此，排樣是沖裁工藝與模具設(shè)計(jì)中一項(xiàng)很重要的工作。 毛坯排樣，以確定毛坯在條料上的截取方式，設(shè)計(jì)搭邊，載體等．并定出步距。 沖裁件大批量生產(chǎn)成本中，毛坯材料費(fèi)用占 60%以上，排樣的目的就在于合理利用原 材料。衡量排樣經(jīng)濟(jì)性、合理性的指標(biāo)材料的利用率。其計(jì)算公式如下： 一個(gè)單位進(jìn)距內(nèi)的材料的利用率為： (3-1) %10??BSA? 式中:A—沖裁件面積； N—一個(gè)進(jìn)距內(nèi)沖件實(shí)際面積； B—條料寬度； S—進(jìn)距。 一張板料上總的材料的利用率為： (3-2) %10???BLNA? 式中:B—板料寬度； N—一張板料沖件總數(shù)目； L—板材長(zhǎng)度。 條料、帶料和板料的利用率 比一個(gè)進(jìn)距內(nèi)的利用率 低。其原因是條料和帶??? 料有料頭和料尾的影響，另外用板材剪成條料還有料邊的影響[11]。 要提高材料的利用率就必須減少?gòu)U料面積。沖裁過(guò)程中分為兩種廢料即結(jié)構(gòu)廢料 和工藝廢料。結(jié)構(gòu)廢料一般不能改變，而工藝廢料卻可改變，它主要取決于沖壓方式 和排樣方式。 排樣的方法通常有： (1) 有廢料排樣 沿沖件全部外形沖裁，沖件與沖件之間、沖件與條料之間都存 長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 在有搭邊廢料。沖件尺寸完全由沖模來(lái)保證，因此精度高，模具壽命也高，但材料利 用率低。 (2) 少?gòu)U料排樣 沿沖件部分外形切斷或沖裁，只在沖件與沖件之間或沖件與條 料側(cè)邊之間留有搭邊。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(shí)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(jiǎn)單。 (3) 無(wú)廢料排樣 沖件與沖件之間或沖件與條料側(cè)邊之間均無(wú)搭邊，沿直線或曲 線切斷條料而獲得沖件。沖件的質(zhì)量和模具壽命更差，但材料利用率最高。當(dāng)送進(jìn)步 距為兩倍零件寬度時(shí)，一次切斷便能獲得兩個(gè)沖件，有利于提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。 采用少、無(wú)廢料的排樣可以簡(jiǎn)化沖裁模結(jié)構(gòu)，減小沖裁力，提高材料利用率。但 是，因條料本身的公差以及條料導(dǎo)向與定位所產(chǎn)生的誤差影響，沖裁件公差等級(jí)低。 同時(shí)，由于模具單邊受力（單邊切斷時(shí)） ，不但會(huì)加劇模具磨損，降低模具壽命，而 且也直接影響沖裁件的斷面質(zhì)量。為此，排樣時(shí)必須統(tǒng)籌兼顧、全面考慮。 在此設(shè)計(jì)中，采用有廢料直排排樣方式。 （1）搭邊 分段搭接點(diǎn)應(yīng)盡量少，搭接點(diǎn)位置要避開(kāi)產(chǎn)品零件的薄弱部位和外形的重要位， 放在不注目的位置[12]。排樣中相鄰兩工件之間的余料或工件與條料邊緣間的余料稱 為搭邊。有公差要求的邊和使用過(guò)程中有滑動(dòng)配合要求的邊應(yīng)一次沖切，不宜分段， 以免誤差積累。外輪廓各段毛刺方向有不同要求時(shí)應(yīng)分解。刃口分解應(yīng)考慮加工設(shè)備 條件和加工方法，便于加工。 條料排樣的搭邊值一般與工件形狀、工件厚度 t 等有關(guān)，多工位連續(xù)模的搭邊比 單工序模的搭邊稍微大一些。列出最小的搭邊值的經(jīng)驗(yàn)數(shù)表，可查表確定最小撘邊值。 搭邊的作用是補(bǔ)償定位誤差，防止由于條料的寬度誤差、送料步距誤差、送料歪 斜誤差等原因而沖裁出殘缺的廢品。此外，還應(yīng)保持條料與一定的強(qiáng)度和剛度，保證 送料的順利進(jìn)行，從而提高制件質(zhì)量，使凸、凹模刃口沿整個(gè)封閉輪廓線進(jìn)行，使受 力平衡，提高模具壽命和工件斷面質(zhì)量。 搭邊值要合理選擇，如果過(guò)大，材料利用率低；過(guò)小，利用率雖高，卻很難起到 搭邊的作用，在沖裁中會(huì)被拉斷，造成送料困難，使工件產(chǎn)生毛刺，有時(shí)還會(huì)被拉入 模具間隙中，損毀模具刃口，降低模具壽命。 影響搭邊值大小的因素主要有：材料的力學(xué)性能，材料的厚度，工件形狀和尺寸， 排樣的方式以及送料和擋料方式。 （2） 條料寬度 排樣方式和搭邊值確定后，即確定條料或?qū)捔系膶挾燃斑M(jìn)距。 條料寬度的確定原則是：最小條料寬度要保證沖裁時(shí)工件周邊有足夠的搭邊值， 最大條料寬度要能在沖裁時(shí)順利地在導(dǎo)料板間送進(jìn)，并于導(dǎo)板間有一定的間隙。因此 長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 在確定料寬時(shí)，要考慮到模具的結(jié)構(gòu)中，是否采用側(cè)壓裝置和側(cè)刃，根據(jù)不同結(jié) 構(gòu)確定不同的料寬。 為此，確定裁體形式與毛坯定位方式，并設(shè)計(jì)定位銷直徑，數(shù)量及布置。根據(jù)經(jīng) 驗(yàn)以及《沖壓成型工藝與模具設(shè)計(jì)》P58，表 3-12 可確定搭邊值和料寬具體尺寸 [13]。 本設(shè)計(jì)中排樣相關(guān)設(shè)計(jì): 根據(jù)零件形狀，采取直排樣，并確定搭邊值。 兩工件間搭邊：a ＝5.16mm 工件側(cè)邊搭邊：a ＝5.4mm 1 進(jìn) 距：h ＝322.76mm 條料寬度：b ＝519.35mm 沖裁件的面積：Ａ≈12456.4mm2 一個(gè)進(jìn)距內(nèi)的材料的利用率：74.3% 通過(guò)對(duì)制件的分析，最終的排樣設(shè)計(jì)如圖 3-1 所示。 圖 3-1 排樣圖 3.1.2 沖裁力的計(jì)算 計(jì)算沖裁力的目的是為了合理的選用沖床和設(shè)計(jì)模具,沖床的噸位必須大于所計(jì) 算的沖裁力,以適應(yīng)沖裁的要求.沖裁力的大小主要與材料力學(xué)性能、厚度和沖裁件的 55 55 長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 輪廓長(zhǎng)度有關(guān)。 用普通平刃口模具沖裁時(shí)，其沖裁力 F0 一般按下式計(jì)算： F=K L t τ (3- 1) 式中：K—系數(shù)； F—沖裁力 N； L—沖裁周邊長(zhǎng)度 mm； t—材料厚度 mm； τ—材料抗剪強(qiáng)度 Mpa。 考慮沖裁模刃口的磨損、凸模與凹模間隙之波動(dòng)（數(shù)值的變化或分布不均） 、潤(rùn) 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[14]。 一般情況下，沖裁件從板料切下后，徑向因彈性變形而擴(kuò)張，板料上的孔則沿徑 向發(fā)生彈性收縮。同時(shí)，沖下的零件與余料還要試圖恢復(fù)彈性彎曲。這兩種彈性恢復(fù) 的結(jié)果，會(huì)使落料梗塞在凹模內(nèi)，而沖裁后剩下的板料則箍緊在凸模上。因此，須要 計(jì)算卸料力和推件力。 卸料力： (3-2)FK卸卸 ＝ 頂件力： (3-3)?頂 頂 其中： F—沖裁力； K 、 —卸料力、頂件力系數(shù)。卸 頂 由表 1 查得： K =0.04卸 =0.05頂 表 3-1 卸料力、推件力和頂件力系數(shù) 料厚（mm） K 卸 K 推 K 頂 鋼 ≤0.1 >0.1～0.5 >0.5～2.5 >2.5～6.5 >6.5 0.06～0.09 0.04～0.07 0.025～0.06 0.02～0.05 0.015～0.04 0.1 0.065 0.055 0.045 0.025 0.14 0.08 0.06 0.05 0.03 鋁、鋁合金 0.03～0.08 0.03～0.07 長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 紫銅、黃銅 0.02～0.06 0.03～0.09 計(jì)算： (1) 落料力： KN (3-4)1.340.FLt??落 料 其中 L1＝1435.3 mm 取 304MPa? (2) 沖孔力： KN (3-5)21.38t??孔 其中 L2=34.6 mm KN31.6.FLt?孔 2. 其中 L3=53.4 mm KN12.378.F???孔 孔落 料 (3) 卸料力： KN (3-6)1495K卸 卸 (4) 推件力: KN (3-7)6.頂 頂 (5) 總壓力： (3-8)378.149.586.4075F KN?????總 頂 卸 3.1.3 壓力中心的計(jì)算 根據(jù)力學(xué)原理，諸分力對(duì)某力矩之和等于其合力對(duì)同軸之矩，沖裁時(shí)的合力作用 點(diǎn)或多工序模各工序沖壓力的合力作用點(diǎn)，稱為模具的壓力中心[15]。設(shè)計(jì)時(shí)模具壓 力中心應(yīng)與壓力機(jī)滑塊中心一致，如果不一致，沖壓時(shí)會(huì)產(chǎn)生偏載，導(dǎo)致模具以及滑 塊與導(dǎo)軌的急劇磨損，減低模具與壓力機(jī)的使用壽命。所以在落料模、多凸模沖孔模 和多工位連續(xù)模等模具設(shè)計(jì)時(shí)，必須確定模具壓力中心。通常利用求平行力系合力作 用點(diǎn)的方法來(lái)確定模具的壓力中心。 則有 (3-9)????? ??niiinniiinFyFxxy xFxFx1210 1210.. (3-9) 長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 由于沖裁力與周邊尺寸成正比關(guān)系，即 ， （ 為板??tlFtltlFn??,.,21 料厚度， 為板料抗剪強(qiáng)度） ，所以上式也可用周邊尺寸表示如下形式：? (3-11) ????niiinlxllxlx1210. (3-12)? ??niiinlyllxxy1210. 確定模具的壓力中心，按比例畫出零件的形狀，選定坐標(biāo)系 XOY，因?yàn)榱慵笥?對(duì)稱，既 ＝0，故只需要計(jì)算 。將工件沖裁周邊分成 N 個(gè)基本線段。求出各段長(zhǎng)x0y 度及各段的重心位置,則壓力中心位置為（0，237） 3.1.4 沖壓設(shè)備的選用 沖壓設(shè)備的選用原則 (1) 壓力機(jī)的行程大小，應(yīng)該能保證成行零件的取出與毛坯的放進(jìn)，例如拉深所 用壓力機(jī)的行程，至少應(yīng)大于成品零件高度的兩倍以上。 (2) 壓力機(jī)工作臺(tái)面的尺寸應(yīng)大于沖模的平面尺寸，且還須留有安裝固定的余地， 但是過(guò)大的工作平面上安裝小尺寸的沖模對(duì)工作臺(tái)的受力是不利的。壓力機(jī)工作臺(tái)面 的尺寸大于壓力機(jī)滑塊底面積, 壓力機(jī)滑塊底面積必須大于模具的尺寸,所以只須考 慮壓力機(jī)滑塊底面積的大小。 (3) 所選的壓力機(jī)的封閉高度應(yīng)與沖模的封閉高度相適用。模具的閉合高度 H0是 指上模在最低的工作位置時(shí)，下模板的底面到上模板的頂面的距離。壓力機(jī)的閉合高 度 H 是指滑塊在下死點(diǎn)時(shí)，工作臺(tái)面到滑塊下端面的距離。大多數(shù)壓力機(jī)，其連桿長(zhǎng) 短能調(diào)節(jié)，也即壓力機(jī)的閉合高度可以調(diào)整，故壓力機(jī)有最大閉合高度 Hmax 和最小 閉合高度 Hmin。設(shè)計(jì)模具時(shí)，模具閉合高度 H0得數(shù)值應(yīng)滿足下式： Hmax-5mm≥H 0≥Hmin+10mm 無(wú)特殊情況 H0應(yīng)取上限值，即最好取在：H 0≥Hmin+1/3L，這是為了連桿調(diào)節(jié)過(guò) 長(zhǎng)，羅紋接觸面積過(guò)小而被壓壞。如果模具閉合高度實(shí)在太小，可以在壓床臺(tái)面上加 墊板。 (4) 沖壓設(shè)備的噸位必須大于所計(jì)算的沖壓力。 根據(jù)以上原則選定 J31-800B 閉式壓力機(jī),相關(guān)參數(shù)如下： 公稱壓力 8000KN 長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 滑塊行程 500mm 滑塊行程次數(shù) 10/min 最大封閉高度 700mm 封閉高度調(diào)節(jié)量 315mm 工作臺(tái)尺寸（前后） 1700mm 工作臺(tái)尺寸（左右） 1900mm 導(dǎo)軌間距離 1600mm 3.1.5 凸凹模刃口尺寸計(jì)算 凸模和凹模的刃口尺寸和公差，直接影響沖裁件的尺寸精度。模具的合理間隙值 也靠凸、凹模刃口尺寸及其公差來(lái)保證。因此，正確確定凸、凹模刃口尺寸和公差， 是沖裁模設(shè)計(jì)中的一項(xiàng)重要工作。 由于凸、凹模之間存在著間隙，所以沖裁件斷面都帶有錐度。但在沖裁件尺寸的 測(cè)量和使用中，則是以光亮帶的尺寸為基準(zhǔn)。 落料件的光亮帶處于大端尺寸，其光亮帶是因凹模刃口擠切材料產(chǎn)生的，且落料 件的大端（光面）尺寸等于凹模尺寸。 沖孔件的光亮帶處于小端尺寸，其光亮帶是凸模刃口擠切材料產(chǎn)生的，且沖孔件 的小端（光面）尺寸等于凸模尺寸。 沖裁過(guò)程中，凸、凹模要與沖裁零件或廢料發(fā)生摩擦，凸模輪廓越磨越小，凹模 輪廓越磨越大，結(jié)果使間隙越用越大。因此，確定凸、凹模刃口尺寸應(yīng)區(qū)分落料和沖 孔工序，并遵循如下原則： (1) 設(shè)計(jì)落料模先確定凹模刃口尺寸。以凹模為基準(zhǔn)，間隙取在凸模上，即沖裁 間隙通過(guò)減小凸模刃口尺寸來(lái)取得。設(shè)計(jì)沖孔模先確定凸模刃口尺寸。以凸模為基準(zhǔn)， 間隙取在凹模上，沖裁間隙通過(guò)增大凹模刃口尺寸來(lái)取得。 (2) 根據(jù)沖模在使用過(guò)程中的磨損規(guī)律，設(shè)計(jì)落料模時(shí)，凹?；境叽鐟?yīng)取接近 或等于工件的最小極限尺寸；設(shè)計(jì)沖孔模時(shí)，凸?；境叽鐒t取接近或等于工件孔的 最大極限尺寸。這樣，凸、凹在磨損到一定程度時(shí)，仍能沖出合格的零件。 模具磨損預(yù)留量與工件制造精度有關(guān)。用 x、Δ 表示，其中 Δ 為工件的公差值， x 為磨損系數(shù)，其值在 0.5～1 之間，根據(jù)工件制造精度進(jìn)行選?。?工件精度 IT10 以上 X=1 工件精度 IT11～I(xiàn)T13 X=0.75 工件精度 IT14 X=0.5 (3) 不管落料還是沖孔，沖裁間隙一般選用最小合理間隙值（Zmin） 。 (4) 選擇模具刃口制造公差時(shí)，要考慮工件精度與模具精度的關(guān)系，即要保證工 件的精度要求，又要保證有合理的間隙值。一般沖模精度較工件精度高 2～4 級(jí)。對(duì) 長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 于形狀簡(jiǎn)單的圓形、方形刃口，其制造偏差值可按 IT6-IT7 級(jí)來(lái)選?。粚?duì)于形狀復(fù)雜 的刃口制造偏差可按工件相應(yīng)部位公差值的 1/4 來(lái)選??；對(duì)于刃口尺寸磨損后無(wú)變化 的制造偏差值可取工件相應(yīng)部位公差值的 1/8 并冠以±。 (5) 工件尺寸公差與沖模刃口尺寸的制造偏差原則上都應(yīng)按“入體”原則標(biāo)注為 單向公差，所謂“入體”原則是指標(biāo)注工件尺寸公差時(shí)應(yīng)向材料實(shí)體方向單向標(biāo)注。 但對(duì)于磨損后無(wú)變化的尺寸，一般標(biāo)注雙向偏差。 沖裁件的尺寸精度是影響沖裁件模具刃口的尺寸精度，模具的合理間隙的數(shù)值也 必須靠模具刃口尺寸及其公差來(lái)保證，因此，正確確定模具刃口尺寸及公差，是設(shè)計(jì) 沖裁的主要任務(wù)之一。 模具結(jié)構(gòu)本身不復(fù)雜，但由于材料比較厚，沖裁力較大，故需注意凸凹模的結(jié)構(gòu)， 合理采用線切割和電火花加工，確保刃口加工精度和強(qiáng)度。 料由于凸、凹模之間存在著間隙，所以沖裁件斷面一般都是帶有錐度的，且落料 件的大端尺寸等于凹模尺寸，沖空件的小端尺寸等于凸模尺寸。在測(cè)量與使用中，落 料是以大端尺寸為基準(zhǔn)，沖孔件是以小端尺寸為基準(zhǔn)。沖裁過(guò)程中，凸、凹模要與沖 裁零件或廢料發(fā)生摩擦，凸模越磨越小，凹模越磨越大，結(jié)果間隙越用越大。因此， 在確定凸、凹模刃口尺寸時(shí)，必須遵循以下原則: 落料制件尺寸由凹模尺寸決定，沖孔時(shí)候孔的尺寸由凸模尺寸決定。故設(shè)計(jì)落模 時(shí)，以凹模為基準(zhǔn)，間隙取在凸模上；設(shè)計(jì)沖孔模時(shí)，以凸模為基準(zhǔn)，間隙取在凹模 上。 考慮到?jīng)_裁中凸、凹模的磨損，設(shè)計(jì)落料模時(shí)，凹?；境叽鐟?yīng)取工件尺寸公差 范圍內(nèi)的較小尺寸；設(shè)計(jì)沖孔模時(shí)，凸?；境叽鐒t應(yīng)取工件孔的尺寸公差范圍內(nèi)的 較大尺寸。這樣，在凸、凹模磨損到一定程度的情況下，仍然能沖出合格的零件。凸、 凹模間隙則取最小合理間隙。 確定沖模刃口制造公差時(shí)，應(yīng)考慮制件的精度要求。如果對(duì)刃口精度要求過(guò)高 （既制造公差過(guò)小） ，會(huì)使模具制造困難，增加成本，延長(zhǎng)生產(chǎn)周期；如果刃口精度 要求過(guò)低（既制造公差過(guò)的） ，則生產(chǎn)出來(lái)的零件可能不合格，或使模具的壽命降低。 零件精度與模具制造精度的關(guān)系，若零件沒(méi)有標(biāo)注公差，則對(duì)于非圓形件按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) “非配合尺寸的公差數(shù)值”IT14 精度來(lái)處理，沖模則可以按 IT12 精度制造；對(duì)于圓 形件，一般可按 IT6-IT7 精度制造模具 [16]。 落料凹?；驔_孔凸模磨損后將會(huì)增大的尺寸，相當(dāng)于簡(jiǎn)單形狀的落料凹模尺寸， 所以它的基本尺寸及制造公差的確定方式用下公式計(jì)算 (3-13) 14jmax0A????（ ） 因?yàn)楣ぜ畹燃?jí)為 IT12 級(jí)，所以取 X=0.75。 長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 （3- 10.40.1d a174.6573?????（ ） 14） （3- 10.570.1434(3.)2db?? 15） （3- 10.70.1754c(508.6)8d????? 16） 凸模的刃口尺寸按凹模的實(shí)際尺寸配制。 計(jì)算沖孔時(shí)，凸凹模刃口尺寸： 查《沖壓成形工藝與模具設(shè)計(jì)》P45，表 3-5 知：Zmin=1.08 mm. Zmax=1.44mm. Zmax- Zmin=0.36mm。制件精度為 IT12 級(jí)，凸模為 IT7 級(jí)，凹模為 IT8 級(jí)[17]。 孔 1 0min1.10.1()75.84ppdx???????11min0.180.8()42.(ddpZ???? 孔 2 0min2.10.1()7584ppdx???????22min0.180.18()74ddpZ???? 校核：經(jīng)檢驗(yàn)，滿足 。maxinpd?? 長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 3.1.6 凸模、凹模、凸凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) (1) 凸模:需沖 φ11, φ17 三個(gè)圓孔，設(shè)計(jì)為普通直柱式的圓形凸模；尺寸如圖 3-2 所示。 圖 3-2 圓形凸模 (2) 凹模：凹模的外形尺寸 凹模厚度 H =Kb =50mm 凹模壁厚 C =1.6H =80mm 式中：K—系數(shù)； b—沖裁件最大外形尺寸。 凹模要保證具有足夠的強(qiáng)度，為此需要進(jìn)行特殊處理。凹模刃口部分尺寸要準(zhǔn)確， 強(qiáng)度也要有保證。考慮凹模的刃口形式，由于生產(chǎn)批量較大，所以采用刃口強(qiáng)度較高 的凹模，故選擇柱形刃口筒形，該刃口強(qiáng)度較高，修磨后刃口尺寸不變。 尺寸如圖 3-3 所示。 本模具為復(fù)合沖裁模，因此除沖孔凸模和落料凹模外，必然有一個(gè)凸凹模。凸凹 模結(jié)構(gòu)如圖 3-4。校核凸凹模的強(qiáng)度，凸凹模的最小壁厚 M=1.2mm。而實(shí)際最小壁厚 為 2.4mm，符合強(qiáng)度要求 [18]。凸凹模的外刃口尺寸按凹模尺寸配制。 該復(fù)合沖裁模將凹模及凸模裝在上模上，是典型的倒裝結(jié)構(gòu)。擋料銷控制送料的 導(dǎo)向和進(jìn)距。卸料采用彈性卸料裝置，由卸料板、卸料螺釘和橡膠組成。沖制的工件 由、橡膠和推件塊組成的彈性性推件裝置推出。沖孔的廢料可通過(guò)凸凹模的內(nèi)孔從沖 床臺(tái)面孔漏下。 103R127R1170-..6A08?1A1 0-.60 長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 卸料橡膠的設(shè)計(jì)計(jì)算： 選用橡膠卸料或頂件時(shí)，與彈簧選用方法相似，也應(yīng)根據(jù)卸料力和要求的壓縮量 校核橡膠的工作壓力和許可的壓縮量，看能否滿足沖裁工藝的需要。 圖 3-3 落料凹模 50832-1686-M123974598174+0. 317+0.4 508+.17 2-R2-R650195 長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 圖 3-4 落料沖孔凸凹模 橡膠受壓后所產(chǎn)生的彈壓力為: (3-17)qPA? 式中：p—橡膠受壓時(shí)產(chǎn)生的彈壓力，N q—橡膠單位壓力，見(jiàn)書《沖壓成形工藝與模具設(shè)計(jì)》100 頁(yè)，表 3-29. A—橡膠的實(shí)際承壓面積， 。2m 由于橡膠的壓縮為非線性，故壓縮量不能過(guò)大，為使橡膠耐久地工作，最大壓縮 量時(shí)不能超過(guò)其厚度的 35%，預(yù)壓縮時(shí)為其厚度的 10%-15%[19]。橡膠高度 H 可按下 式計(jì)算： (3-18) c0.25~.3H? 式中： 所需的工作行程（壓縮量） 。CH 計(jì)算過(guò)程如下： (3-19)2.14.923.PKN??? (3-20) 模架選用中等精度四導(dǎo)柱模架，從前向后手動(dòng)送料，操作方便。 上模座：L×B×H＝1250mm×800mm×125mm c65m0..H 3013-122-8+0.1 1+0.8 40217394429143458168070 24172-R375086-68M1298 長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 下模座：L×B×H＝1250mm×800mm×100mm 導(dǎo) 柱：d×L＝70mm×350mm 導(dǎo) 套：d×L×D＝70mm×160mm×90mm 上墊板厚度：20mm 固定板厚度：100mm 模具閉合高度：416.5mm 落料沖孔復(fù)合模具如圖 3-5 所示的工作過(guò)程：當(dāng)制件材料被置于正常工作環(huán)境下 以后，上模在壓力機(jī)滑塊的帶動(dòng)作用下向下直線運(yùn)動(dòng)，凹模與凸模同時(shí)與板料接觸并 輕微受力，此時(shí)凹模與凸模繼續(xù)下行，使得板料受到的壓力越來(lái)越大，當(dāng)上模運(yùn)動(dòng)到 一定位置后，板料發(fā)生斷裂，此后再運(yùn)動(dòng)一小段距離后，分離工作完成。此時(shí)，成型 制件嵌于凹模行腔內(nèi)，沖孔廢料處于凸凹模的落料孔中，其余板料置于凸凹模的外圍； 上模在壓力機(jī)的帶動(dòng)作用下開(kāi)始上行，彈性推件裝置下行，將嵌于凹模之中的成型制 件推出，脫離凹模。與此同時(shí)，置于凸凹模上的板料在彈性卸料裝置作用下，也已完 成脫離工作。此時(shí)，全部的落料沖孔工序完成。 圖 3-5 落料沖孔裝配圖 4611251034567891012131456178202521324 9 6308 19 長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 3.2 彎曲模的設(shè)計(jì)與計(jì)算 彎曲是將板料、型材、管材或棒料等按設(shè)計(jì)要求彎成一定的角度和一定的曲率， 形成所需形狀零件的沖壓工序。它屬于成形工序，是沖壓基本工序之一，在沖壓零件 生產(chǎn)中應(yīng)用較普遍。根據(jù)所使用的工具與設(shè)備的不同，彎曲方法可分為在壓力機(jī)上利 用模具進(jìn)行的壓彎以及在專用彎曲設(shè)備上進(jìn)行的折彎、滾彎、拉彎等。各種彎曲方法 盡管所用設(shè)備與工具不同，但其變形過(guò)程及特點(diǎn)有共同規(guī)律。 彎曲所使用的模具叫 彎曲模，它是彎曲過(guò)程必不可少的工藝裝備。 (1) 彎曲零件工藝分析 彎曲是使材料產(chǎn)生塑料變形，形成有一定角度形狀零件的沖壓工序。彎曲