2237 安裝板沖壓成形工藝與模具設(shè)計(jì)

2237 安裝板沖壓成形工藝與模具設(shè)計(jì),安裝,沖壓,成形,工藝,模具設(shè)計(jì) 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書- 1 -1 緒論進(jìn)入 21 世紀(jì)，制造技術(shù)發(fā)展迅猛，模具技術(shù)作為現(xiàn)代制造技術(shù)的一個(gè)重要組成部分，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起著越來越重要的作用。模具作為重要的生產(chǎn)裝備和工藝發(fā)展方向，在現(xiàn)代工業(yè)的規(guī)模生產(chǎn)中日益發(fā)揮著重大作用。通過模具進(jìn)行產(chǎn)品生產(chǎn)具有優(yōu)質(zhì)、高效、節(jié)能、節(jié)材、成本低等顯著特點(diǎn)，因而在機(jī)械、電子、輕工、家電、通信、軍事和航空航天等領(lǐng)域的產(chǎn)品生產(chǎn)中獲得了廣泛應(yīng)用，作用不可替代，模具被贊為“金鑰匙” 、 “制造業(yè)之母” 、 “進(jìn)入富裕社會(huì)的原動(dòng)力”等。利用模具成形零件的方法，實(shí)質(zhì)上是一種少無切削、多工序重合的生產(chǎn)方法。采用模具成形加工零件代替?zhèn)鹘y(tǒng)的切削加工工藝，可以提高生產(chǎn)率，保證零件質(zhì)量，節(jié)約原材料，降低生產(chǎn)成本，從而獲得很高的經(jīng)濟(jì)效益。據(jù)粗略統(tǒng)計(jì)，70%以上的汽車、拖拉機(jī)、電機(jī)電器、儀器儀表零件，80%以上的塑料制品，85%以上的計(jì)算機(jī)、電子行業(yè)產(chǎn)品的零件，都是采用模具成形的方法來生產(chǎn)。因此，利用模具生產(chǎn)零件的方法已經(jīng)成為工業(yè)上進(jìn)行成批或大量生產(chǎn)的主要技術(shù)手段，它對(duì)于保證制品的質(zhì)量、縮短產(chǎn)品研發(fā)周期、加速產(chǎn)品的更新?lián)Q代等都具有重要意義。在我國(guó)，隨著生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是 20 世紀(jì) 80 年代以來，產(chǎn)品的更新?lián)Q代迅速加快，品種數(shù)量迅速增加。這使模具的需求量相應(yīng)增加，質(zhì)量要求也越來越高，從而使模具技術(shù)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位和作用日趨重要。顯然，模具技術(shù)落后，制造周期長(zhǎng)，質(zhì)量低劣，必將影響生產(chǎn)發(fā)展和產(chǎn)品的更新?lián)Q代，使產(chǎn)品喪失競(jìng)爭(zhēng)力。1.1 國(guó)內(nèi)模具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)1.1.1 國(guó)內(nèi)模具的現(xiàn)狀我國(guó)的模具制造技術(shù)是隨著現(xiàn)代化工業(yè)建設(shè)的發(fā)展而發(fā)展起來的。20 世紀(jì) 50 年代以前，我國(guó)的工業(yè)基礎(chǔ)非常薄弱，大部分工業(yè)品不能自行生產(chǎn)，因而所需要的模具很少，也談不上模具工業(yè)和模具技術(shù)，國(guó)內(nèi)只能仿制一些簡(jiǎn)單的模具，且主要依靠鉗工個(gè)人技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。解放后，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各種工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)所需要的模具日益增多，模具制造水平處于參照外國(guó)模具圖樣進(jìn)行加工，并且多為單工序模具、簡(jiǎn)單的復(fù)合模具、少工序和較低精度的級(jí)進(jìn)模具和機(jī)外脫模的塑料壓縮模具。隨著國(guó)際經(jīng)濟(jì)技術(shù)合作交流的發(fā)展，國(guó)外的模具技術(shù)書刊、模具設(shè)計(jì)手冊(cè)、模具制造資料等相繼介紹到我國(guó)，河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書- 2 -對(duì)指導(dǎo)和促進(jìn)模具技術(shù)的發(fā)展起到了重要作用，同時(shí)制造模具的一些專用加工設(shè)備如大型仿形銑床、坐標(biāo)鏜床等的引進(jìn)，為制造大型模具打下了物質(zhì)基礎(chǔ)。到 1956 年，制造模具開始采用成形磨削加工，模具結(jié)構(gòu)采用拼塊方式，初步解決了模具鉗工手工作業(yè)和熱處理變形問題。這對(duì)于提高模具質(zhì)量和精度、縮短制造周期起到了重要作用。20 世紀(jì) 50 年代末，電火花加工技術(shù)開始應(yīng)用于模具生產(chǎn)，這種方法可以把模具型腔、型面的精加工放在熱處理之后，避免了熱處理變形對(duì)精度的影響，使模具制造技術(shù)水平又有一個(gè)較大的提高。尤其是 1963 年，國(guó)內(nèi)研制成功電火花線切割加工機(jī)床，從而可以加工更為復(fù)雜、精密的沖裁模等，大大減少了模具鉗工的手工作業(yè)，并應(yīng)用于塑料模、壓鑄模和其他成形模具的型孔加工。這一技術(shù)的應(yīng)用和普及是我國(guó)模具制造技術(shù)發(fā)展的又一重要里程碑。改革開放以來，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展及相關(guān)學(xué)科的技術(shù)進(jìn)步，推動(dòng)了模具制造技術(shù)及模具工業(yè)的迅猛發(fā)展，模具無論是從品種、數(shù)量還是精度方面，都有了大幅度的發(fā)展，模具對(duì)工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)的影響也越來越大，模具制造業(yè)也成了現(xiàn)代工業(yè)中一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的重要分支。模具標(biāo)準(zhǔn)化工作是代表模具工業(yè)和模具技術(shù)發(fā)展的重要標(biāo)志。到目前為止，已經(jīng)制定了沖壓模、塑料模、壓鑄模和模具基礎(chǔ)技術(shù)等 50 多項(xiàng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、近 300 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)號(hào)，基本滿足了國(guó)內(nèi)模具生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展的需要。模具的商品化程度也大大提高，從“八五”期間的 20%提高到目前的 40%左右。一些先進(jìn)、精密和高自動(dòng)化程度的模具加工設(shè)備，如數(shù)控仿形銑床、數(shù)控加工中心、精密坐標(biāo)磨床、連續(xù)軌跡數(shù)控坐標(biāo)磨床、高精度低損耗數(shù)控電火花成型加工機(jī)床、慢走絲精密電火花線切割機(jī)床、精密電解加工機(jī)床、三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x、擠壓研磨機(jī)等模具加工和檢測(cè)用的精密高效設(shè)備，由過去依靠進(jìn)口到逐步自行設(shè)計(jì)制造，使模具加工工藝手段登上了一個(gè)新臺(tái)階，同時(shí)為先進(jìn)加工工藝的推廣奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。特別是模具成型表面的特種加工工藝的研究和發(fā)展，使模具加工的精度和表面粗糙度都有很大的改善。特種加工工藝設(shè)備的改進(jìn)和提高，使模具加工自動(dòng)化程度和效率都大大提高。模具新材料的應(yīng)用，以及熱處理和表面處理技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用，使模具壽命大幅度提高?？焖俪尚图夹g(shù)在模具制造上的應(yīng)用，是近 20 年以來模具制造技術(shù)的又一重大發(fā)展?？焖俪尚图夹g(shù)是綜合了機(jī)械工程、CAD、數(shù)控機(jī)床激光技術(shù)和材料科學(xué)技術(shù)的一種全新的制造工藝，應(yīng)用于模具制造，可以使模具設(shè)計(jì)和制造更加快速、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用，對(duì)于多品種、小批量產(chǎn)品的生產(chǎn)及新產(chǎn)品敏捷開發(fā)具有重要意義。我國(guó)模具制造技術(shù)水平，從過去只能制造簡(jiǎn)單模具發(fā)展到了可以制造大型、精密、復(fù)雜、長(zhǎng)壽命模具。例如在沖壓模具方面，我國(guó)設(shè)計(jì)和制造的電機(jī)定轉(zhuǎn)子硅鋼片硬質(zhì)合金多工位自動(dòng)級(jí)進(jìn)模和電子、電氣行業(yè)用的 50 余工位的硬質(zhì)合金多工位自動(dòng)級(jí)進(jìn)模，河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書- 3 -都達(dá)到了國(guó)際同類模具產(chǎn)品的技術(shù)水平。凹模鑲件重復(fù)定位精度＜0.005mm,步距精度＜0.005mm,模具成型表面粗糙度為 Ra0.4~0.1μm，零件可以互換，模具壽命達(dá) 1 億沖次。級(jí)進(jìn)沖裁技術(shù)和疊鉚原理相結(jié)合，在高速?zèng)_床上使用，具有自動(dòng)沖切、疊壓、鉚合、扭角、計(jì)數(shù)分組和安全保護(hù)功能。在塑料模具方面，能設(shè)計(jì)和制造汽車保險(xiǎn)杠及整體儀表盤大型注射模，大型彩色電視機(jī)、洗衣機(jī)和電冰箱等多種精密、大型注射模。例如天津市通信廣播公司模具廠設(shè)計(jì)和制造的汽車保險(xiǎn)杠模具重達(dá) 10 余噸、模具尺寸精度可達(dá) 10μm、型腔表面粗糙度為 Ra0.1μm，型芯表面粗糙度為 Ra3.2μm、模具壽命達(dá) 30 萬次以上，達(dá)到國(guó)際同類模具產(chǎn)品的技術(shù)水平。我國(guó)模具制造行業(yè)近十余年來的年工業(yè)產(chǎn)值，持續(xù)以 15%的增長(zhǎng)速度在迅速遞增，已經(jīng)成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)中一個(gè)舉足輕重的工業(yè)分支。1.1.2 國(guó)內(nèi)模具的發(fā)展趨勢(shì)隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，許多新技術(shù)、新工藝、新材料、新設(shè)備不斷涌現(xiàn)，因而，促成了沖壓技術(shù)的不斷革新和發(fā)展。（1）沖壓成形理論及沖壓工藝沖壓成形理論的研究是提高沖壓技術(shù)的基礎(chǔ)。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)沖壓成形理論的研究非常重視，在材料沖壓性能研究、沖壓成形過程應(yīng)力應(yīng)變分析、板料變形規(guī)律研究及配料與模具之間的相互作用研究等方面均取得了較大的發(fā)展，特別是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛躍發(fā)展和塑性變形理論的進(jìn)一步完善，近年來我國(guó)已開始應(yīng)用塑性成形過程的計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)，即利用有限元等數(shù)值分析方法模擬金屬的塑性成形過程。據(jù)分析結(jié)果，設(shè)計(jì)人員可預(yù)測(cè)某一工藝方案成形的工藝性及可能出現(xiàn)的工藝問題，并通過在計(jì)算機(jī)上有選擇的修改有關(guān)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)工藝及模具的優(yōu)化設(shè)計(jì)。（2）沖壓模具的設(shè)計(jì)與制造沖壓模具是實(shí)現(xiàn)沖壓生產(chǎn)的基本條件。在沖壓模具的設(shè)計(jì)與制造上，目前正朝著以下兩方面發(fā)展：一方面，為了適應(yīng)高速、自動(dòng)、精密、安全等現(xiàn)代化生產(chǎn)需要，沖壓模具正向高效率、高精度、高壽命、自動(dòng)化及多工位方向發(fā)展。在我國(guó)，工位數(shù)達(dá)50 甚至更多的級(jí)進(jìn)模、壽命達(dá)億次的硬質(zhì)合金模、精度和自動(dòng)化程度相當(dāng)高的沖壓模具都已經(jīng)應(yīng)用在生產(chǎn)中，同時(shí)，由于這樣的沖壓模具對(duì)加工、裝配、調(diào)整、維修要求很高，因此，各種高效、精密，數(shù)控、自動(dòng)化的模具加工機(jī)床和檢測(cè)設(shè)備也正在迅速發(fā)展；另一方面，為了產(chǎn)品更新?lián)Q代和試制小批量生產(chǎn)的需要，鋅合金沖壓模具、聚氨酯橡皮沖壓模具、薄板沖壓模具、鋼帶沖壓模具、組合沖壓模具等各種簡(jiǎn)易沖壓模具及其制造工藝也得到了迅速發(fā)展。河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書- 4 -（3）模具材料模具材料及熱處理與表面處理工藝對(duì)模具加工質(zhì)量和壽命的影響很大，世界各主要工業(yè)國(guó)在此方面的研究取得了較大的進(jìn)步，并開發(fā)了許多新的鋼種，其硬度可達(dá)HRC58～70,而變形只有普通鋼的 1/2～1/5。如火焰淬火鋼可局部硬化，且無脫碳；我國(guó)研制的 65Hb、LD 和 CD 等新鋼種，具有熱加工性能好、熱處理變形小、抗沖擊性能佳等特點(diǎn)。與此同時(shí)，還發(fā)展了一些新的熱處理和表面處理工藝，主要有：氣體軟氮化、離子氮化、滲硼、表面涂金、化學(xué)氣象沉積、物理跡象沉積、激光表面處理等。這些方法能提高模具工作表面的耐磨性、硬度和耐腐蝕性，使模具壽命大大延長(zhǎng)。（4）沖壓模具的標(biāo)準(zhǔn)化和專業(yè)化模具的標(biāo)準(zhǔn)化和專業(yè)化生產(chǎn)，已得到模具行業(yè)的高度重視，這是由于模具標(biāo)準(zhǔn)化是組織模具專業(yè)化生產(chǎn)的前提，而模具的專業(yè)化生產(chǎn)是提高模具質(zhì)量、縮短模具制造周期、低成本的關(guān)鍵。我國(guó)已頒布了冷沖壓術(shù)語(yǔ)、冷沖模零部件的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，沖壓模具的專業(yè)化正處在積極組織和實(shí)施中，但總的來說，我國(guó)沖壓模具的標(biāo)準(zhǔn)化和專業(yè)化水平還處于較低水平。（5）沖壓模具 CAD/CAE/CAM 技術(shù)模具 CAD/CAE/CAM 技術(shù)是改造傳統(tǒng)模具生產(chǎn)方式的關(guān)鍵技術(shù)，它以計(jì)算機(jī)軟件的形式為用戶提供一種有效的輔助工具，使工程技術(shù)人員能借助計(jì)算機(jī)對(duì)產(chǎn)品、模具結(jié)構(gòu)、成形工藝、數(shù)控加工及成本等進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)從而顯著縮短模具設(shè)計(jì)與制造周期，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量。隨著功能強(qiáng)大的專業(yè)軟件和高效集成制造設(shè)備的出現(xiàn)，以三維造型為基礎(chǔ)、基于并行工程的模具 CAD/CAE/CAM 技術(shù)正成為發(fā)展方向，它能實(shí)現(xiàn)制造和裝配的設(shè)計(jì)、成形過程的模擬和數(shù)控加工過程的防真，還可對(duì)模具可制造性進(jìn)行評(píng)價(jià)，使模具設(shè)計(jì)與制造一體化、智能化。(6)沖壓設(shè)備和沖壓生產(chǎn)自動(dòng)化性能良好的沖壓設(shè)備是提高沖壓生產(chǎn)技術(shù)水平的基本條件。高精度、高壽命、高效率的沖模需要高精度、高自動(dòng)化的壓力機(jī)與之匹配。為了滿足大批量高速生產(chǎn)的需要，目前沖壓設(shè)備也由單工序、單功能、低速朝著多工位、多功能、高速和數(shù)控方面發(fā)展，加之機(jī)械手乃至機(jī)器人的大量使用，使沖壓生產(chǎn)效率得到了大幅度的提高。沖壓生產(chǎn)的自動(dòng)化是提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和改善勞動(dòng)條件的有效措施。由于冷沖壓操作簡(jiǎn)單，坯料和工序件形狀比較規(guī)則， ，一致性好，因此，容易實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的自動(dòng)化。沖壓生產(chǎn)的自動(dòng)化包括：原材料的運(yùn)輸、沖壓工藝過程及檢測(cè)、沖模的更換與安裝、廢料處理等各個(gè)環(huán)節(jié)，但最基本的是壓力機(jī)自動(dòng)化和沖壓模具自動(dòng)化。適用與各種條件下自動(dòng)操作的通用裝置和檢測(cè)裝置有：帶料、條料或工序件的自動(dòng)送料裝置，自動(dòng)出河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書- 5 -件與理件裝置，送料位置和加工檢測(cè)裝置，安全保護(hù)裝置等，都是實(shí)現(xiàn)普通壓力機(jī)和沖壓模具子自動(dòng)化的基本裝置。（7）快速模具制造技術(shù)由于傳統(tǒng)模具制作過程復(fù)雜、耗時(shí)長(zhǎng)、費(fèi)用高，因此，目前基于快速成型技術(shù)的快速模具制造技術(shù)已經(jīng)成為一個(gè)新的發(fā)展方向和研究熱點(diǎn)。目前，快速經(jīng)濟(jì)制模技術(shù)主要有低熔點(diǎn)合金制模技術(shù)、鋅基合金制模技術(shù)、噴涂成形制模技術(shù)等。采用快速模具制造技術(shù)，能簡(jiǎn)化模具制造工藝，縮短制模周期，降低模具生產(chǎn)成本，在工業(yè)生產(chǎn)中取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。1.2 國(guó)外模具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要和產(chǎn)品更新?lián)Q代不斷加快，對(duì)模具制造提出了越來越高的要求，模具制造質(zhì)量提高、生產(chǎn)周期縮短已經(jīng)成為該行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)?？v觀模具制造業(yè)近十余年來的發(fā)展道路，其主要發(fā)展方向可以歸納為如下幾個(gè)方面。1.2.1 模具生產(chǎn)的專業(yè)化和標(biāo)準(zhǔn)化程度不斷提高多年來的模具制造實(shí)踐表明，要使模具技術(shù)高速發(fā)展，實(shí)現(xiàn)專業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)是關(guān)鍵，目前美國(guó)模具專業(yè)化程度已超過 90%，日本也超過了 75%。而我國(guó)模具專業(yè)化程度還處在 25%左右。實(shí)現(xiàn)模具專業(yè)化生產(chǎn)，前提是要模具標(biāo)準(zhǔn)化，這樣可使專業(yè)模具生產(chǎn)廠減少30%～50%的制造工作量，降低成本 50%。有了模具的各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，才可能采用專用的先進(jìn)生產(chǎn)設(shè)備和技術(shù)，建立專門的機(jī)械化和自動(dòng)化生產(chǎn)線，才可能采用高精度的、專用的質(zhì)量檢測(cè)手段，從而實(shí)現(xiàn)提高模具質(zhì)量、縮短生產(chǎn)周期、降低制造成本的目標(biāo)。1.2.2 模具粗加工技術(shù)向高速加工發(fā)展以高速銑削為代表的高速切血加工技術(shù)代表了模具零件外形表面粗加工發(fā)展的方向。高速銑削可以大大改善模具表面的質(zhì)量狀況，并大大提高加工效率和降低加工成本。例如 IN-GERSOLL 公司生產(chǎn)的 VHM 型超高速加工中心的切削進(jìn)給速度為 76m∕min;主軸轉(zhuǎn)速為 45000r∕min；瑞士 SIP 公司生產(chǎn)的 AFX 立式精密坐標(biāo)鏜床的主軸轉(zhuǎn)速為30000r∕min；日本森鐵工廠生產(chǎn)的 MV-40 型立式加工中心，其轉(zhuǎn)速達(dá) 40000r∕min。另外，毛坯下料設(shè)備出現(xiàn)了高速鋸床、陽(yáng)極切割和激光切割等高速、高效率加工設(shè)備，還出現(xiàn)了高速磨削設(shè)備和強(qiáng)力磨削設(shè)備等。河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書- 6 -1.2.3 成形表面的加工向精度、自動(dòng)化方向發(fā)展成形表面的加工向計(jì)算機(jī)控制和高精度加工方向發(fā)展。數(shù)控加工中心、數(shù)控電火花成形加工設(shè)備、計(jì)算機(jī)控制連續(xù)軌跡坐標(biāo)磨床和配有 CNC 裝修設(shè)備與精密測(cè)量裝置的成形磨削加工設(shè)備等的推廣使用，是提高模具制造技術(shù)水平的關(guān)鍵。1.2.4 光整加工技術(shù)向自動(dòng)化方向發(fā)展當(dāng)前模具成形表面的研磨、拋光等光整加工仍然以手工業(yè)為主，不僅花費(fèi)工時(shí)多，而且勞動(dòng)強(qiáng)度大、表面質(zhì)量低。工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家正在研制有計(jì)算機(jī)控制、帶有磨料磨損自動(dòng)補(bǔ)償裝置的光整加工設(shè)備，可以對(duì)復(fù)雜型面的三維曲面進(jìn)行光整加工，并開始在模具加工上使用，大大提高了光整加工的質(zhì)量和效率。1.2.5 反響制造工程制模技術(shù)的發(fā)展以三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)和快速成型制造技術(shù)為代表的的反向制造工程制模技術(shù)是一種以復(fù)制為原理的制造技術(shù)。它是模具制造技術(shù)上的又一重大發(fā)展，對(duì)模具制造具有重要影響。這種技術(shù)特別適用于多品種、少批量、形狀復(fù)雜的模具制造，對(duì)縮短模具制造周期，進(jìn)而提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力有重要意義。1.2.6 模具 CAD/CAM 技術(shù)將有更快的發(fā)展模具 CAD/CAM 技術(shù)在模具設(shè)計(jì)和制造上的優(yōu)勢(shì)越來越明顯，它是模具技術(shù)的又一次革命，普及和提高模具 CAD/CAM 技術(shù)的應(yīng)用是模具制造業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。1.2.7 研制和發(fā)展模具用材料模具材料是影響模具壽命、質(zhì)量、生產(chǎn)效率和生產(chǎn)成本的重要方面。沒有充足的、高質(zhì)量的、品種系列齊全的模具用材料，模具工業(yè)要趕上世界先進(jìn)水平就只能是紙上談兵。加速研發(fā)急需的模具新鋼種，如高強(qiáng)韌、高耐磨新型優(yōu)質(zhì)模具鋼，大力發(fā)展硬質(zhì)合金模具材料已經(jīng)勢(shì)在必行。 1.3 安裝板模具設(shè)計(jì)與制造方面1.3.1 安裝板模具設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)思路此工件形狀、結(jié)構(gòu)都比較簡(jiǎn)單，而且上下對(duì)稱，生產(chǎn)批量為大批量，用簡(jiǎn)單模分兩次加工，就生產(chǎn)批量來說有些費(fèi)時(shí)，用級(jí)進(jìn)模加工要設(shè)導(dǎo)正銷，模具加工、安裝較復(fù)雜，用復(fù)合模加工既能保證精度，還能保證生產(chǎn)效率，所以采用復(fù)合模加工。設(shè)計(jì)河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書- 7 -此模具時(shí)，要設(shè)計(jì)好模具的工作零部件，其它的零件根據(jù)模具結(jié)構(gòu)的需要添加即可，但必須要保證模具工作時(shí)的正常運(yùn)行.加強(qiáng)板沖壓工藝的分析1.3.2 安裝板模具設(shè)計(jì)的進(jìn)度1.了解目前國(guó)內(nèi)外沖壓模具的發(fā)展現(xiàn)狀，所用時(shí)間 20 天；2.確定加工方案，所用時(shí)間 5 天；3.模具的設(shè)計(jì)，所用時(shí)間 30 天；4．模具的調(diào)試．所用時(shí)間 5 天．河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書- 8 -2 安裝板沖壓工藝分析2.1 沖壓件的工藝分析工件名稱：安裝板生產(chǎn)批量：大批量材料：Q235厚度：1.5mm工件簡(jiǎn)圖如左圖所示：圖 2-1 制件圖該零件形狀簡(jiǎn)單、對(duì)稱，是有圓弧和直線組成的。沖裁件內(nèi)外形所能達(dá)到的經(jīng)濟(jì)精度為 IT14 級(jí)，孔中心與邊緣距離尺寸公差為±0.5mm。將以上精度與零件的精度要求相比較，可認(rèn)為該零件的精度要求能夠在沖裁加工中得到保證，其他尺寸標(biāo)注、生產(chǎn)批量等情況，也均符合沖裁的工藝要求，故決定采用沖壓方式進(jìn)行加工。該工件未標(biāo)出沖裁件的拐角處圓角，可得到工件最小圓角半徑 R≥0.3t=0.3×1.5=0.45mmm2.2 沖壓工藝計(jì)算和工藝方案2.2.1 工藝方案的確定河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書- 9 -該零件所需的沖壓工序?yàn)槁淞虾蜎_孔，可擬定出以下三種工藝方案：方案一：用簡(jiǎn)單模分兩次加工，既落料—沖孔。方案二：沖孔、落料復(fù)合模。方案三：沖孔、落料級(jí)進(jìn)模。采用方案一，生產(chǎn)率低，工件的累計(jì)誤差大，操作不方便，由于該工件為大批量生產(chǎn)，方案二和方案三更具有優(yōu)越性。該零件 Φ3.5 的孔與外緣之間的最小距離大于此零件要求的最小壁厚，可以采用沖孔、落料復(fù)合?；驔_孔、落料級(jí)進(jìn)模。復(fù)合模具的形位精度和尺寸精度容易保證，且生產(chǎn)率也高，盡管模具結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，但由于零件的幾何形狀簡(jiǎn)單對(duì)稱，模具制造并不困難。級(jí)進(jìn)模雖生產(chǎn)率也高，但零件的沖裁精度稍差，欲保證沖壓件的行位精度，需要在模具上設(shè)置導(dǎo)正銷導(dǎo)正，故模具制造、安裝較復(fù)合模復(fù)雜。通過對(duì)上述三種方案的分析比較，該零件的沖壓生產(chǎn)采用方案二的復(fù)合模為佳。2.2.2 必要的工藝計(jì)算（1）排樣設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)復(fù)合模時(shí)，首先要設(shè)計(jì)條料排樣圖。該零件的形狀為矩形，形狀比較簡(jiǎn)單，采用只排的排樣方案既可以提高材料的利用率、減少?gòu)U料。查表 2.9 取得搭邊值為1.8mm 和 2.0mm。計(jì)算條料寬度：B=50mm+2×1.8mm=53.6mm步距：S=35mm+2mm=37mm河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書- 10 -材料利用率的計(jì)算： 圖 2-2根據(jù)一般的市場(chǎng)供應(yīng)情況，原材料選用 1000mm×2000mm×1.5mm 的冷軋薄鋼板，每塊可剪成 54mm×1000mm 規(guī)格的條料 37 條。計(jì)算沖壓件毛坯的面積：A=50×35=1750mm2一個(gè)步距的材料利用率：η= ×100%BsnA=（1×1750）/（53.6×37）×100%=88%（2）計(jì)算凸凹模尺寸查表 2.4 得間隙值 Zmin=0.132mm Zmax=0.240mm表 2.4 較大間隙的沖裁模具初始雙面間隙1）沖孔 4-Φ3.5mm 凸凹模刃口尺寸的計(jì)算。由于制件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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，其凸凹模刃口尺寸計(jì)算如下：查表 2.5 得凸凹模制造公差：δ 凸=0.020mm δ 凹=0.020mm表 2.5 簡(jiǎn)單形狀沖裁件沖裁時(shí)的 δ 凸、δ 凹值 （單位：mm）08、10、35、09Mn2、Q235材料厚度t/mm Zmin Zmax小于 0.5 極小間隙0.5 0.040 0.0600.6 0.048 0.0720.7 0.064 0.0920.8 0.072 0.1040.9 0.090 0.1261.0 0.100 0.1401.2 0.126 0.1801.5 0.132 0.240河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書- 11 -校 核： Zmax-Zmin=0.240mm-0.132mm=0.108mm而 δ 凸+δ 凹=0.020mm+0.020mm=0.040mm 滿足 Zmax-Zmin≥δ 凸+δ 凹的條件查表 2.6 得：IT14 級(jí)的磨損系數(shù) x=0.5按式（2.5） d 凸=（dmin+x△） 0δ Δ?d 凸=（3.5+0.5×0.25） =3.60 mm02.02.?d 凹=(d 凸+Zmin) =(3.60+0.132） =3.732 mmδ 凹?0 .?02.?2）12×8 矩形孔的凸凹模刃口尺寸計(jì)算。由于制件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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，其凸凹模刃口尺寸計(jì)算如下：查表 2.5 得凸凹模制造公差： δ 凸=-0.020mm δ 凹=0.020mm校核：Zmax-Zmin=0.240-0.132=0.108mm而 δ 凸+δ 凹=0.020+0.020=0.040mm滿足 Zmax-Zmin≥δ 凸+δ 凹的條件查表 2.6 得： IT14 級(jí)的磨損系數(shù) x=0.5按式 2.5 計(jì)算：d 凸=（12+0.5×0.43）=12.22 mm02.?基本尺寸凸模公差 δ 凸 凹模公差 δ 凹≤18 0.020 0.020＞18～30 0.020 0.025＞30～80 0.020 0.030＞80～120 0.025 0.035河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書- 12 -d 凹=（d 凸+Zmin） =（12.23+0.132） =12.352 mm02.? 02.?02.?d 凸=（8+0.5×0.36） =8.18 mm.?02.?d 凹=（d 凸+Zmin） =（8.18+0.132） =8.132 mm02?02.?02.?3）50×35 落料部分的凸凹模刃口尺寸計(jì)算。由于該部分結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、精度要求不高，故采用分別制造法制作凸凹模，其凸凹模刃口尺寸計(jì)算如下：查表 2.5 得凸凹模制造公差 δ 凸=-0.020mm δ 凹=+0.030mm校核：Zmax-Zmin=0.240-0.132=0.108mm而 δ 凸+δ 凹=0.020+0.030=0.050mm滿足 Zmax-Zmin≥δ 凸+δ 凹的條件查表 2.6 得：IT14 級(jí)的磨損系數(shù) x=0.5按式（2.3）計(jì)算：D 凹=（Dmax-x△） δ 凹?0D 凸=（D 凹-Zmin） δ 凸?D 凹=（50-0.5×0.62） =49.69 mm03.?03.?D 凸=（49.69-0.132） =49.558 mm02.?02.?D 凹=（35-0.5×0.62） =34.69 mm3.?3.?D 凸=（34.69-0.132） =34.558 mm02.?02.?D 凹=（2-0.5×0.25） =1.875 mm3.0?3.0?D 凸=（1.875-0.132） =1.743 mm2.?2.?4）沖壓力的計(jì)算：落料力：F 落=LtδbL=（50-2×2）×2+（35-2×2）×2+2×π×2=166.56mmF 落=166.56×1.5×450=112.428KN沖孔力：F 孔= Ltδb河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書- 13 -L=12×2+8×2+π×3.5×4=83.96mmF 孔=83.96×1.5×450=56.673KN沖孔時(shí)的推件力 F 推=nK 推 F 孔取直筒形刃口的凹模刃口形式 由表 2.21 查得 h=6mm則 n=h/t=6mm/1.5=4 個(gè)查表 2.7 得 K 推=0.05F 推=nK 推 F 孔=4×0.05×56.673KN=11.33KN落料時(shí)的卸料力 F 卸=K 卸 F 落查表 2.7 取 K 卸=0.04表 2.7 卸料力、推件力、頂件力系數(shù)料厚/mm K 卸 K 推 K 頂≤0.1 0.06～0.09 0.1 0.14＞0.1～0.5 0.04～0.07 0.065 0.08＞0.5～2.5 0.025～0.06 0.05 0.06＞2.5～6.5 0.02～0.05 0.045 0.05鋼＞6.5 0.015～0.04 0.025 0.03純銅、黃銅 0.02～0.06 0.03～0.09鋁、鋁合金 0.03～0.08 0.03～0.07故 F 卸=K 卸 F 落=0.04×112.42KN=4.50KN河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書- 14 -總沖壓力為： F 總=F 落+F 孔+F 推+F 卸=112.428+56.673+11.33+4.50=184.93KN為了保證沖壓力足夠，一般沖裁時(shí)壓力機(jī)噸位應(yīng)比計(jì)算的沖壓力大 30%，F(xiàn) 總=1.3×F 總=1.3×184.93=240.40KN5）壓力中心的計(jì)算。由于該零件上、下、左、右對(duì)稱，故壓力中心就是零件的中心。3 模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1.模具總體設(shè)計(jì)根據(jù)上述分析，本零件的沖壓包括沖孔和落料兩個(gè)工序，且孔邊距較大，可采用倒裝復(fù)合模具，可直接利用壓力機(jī)的打桿裝置進(jìn)行推件、卸料可靠、便于操作，工件河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書- 15 -留在落料凹模空洞中，應(yīng)在凹?？自O(shè)置推件塊?？ㄓ诎寄Ｉ系膹U料可由卸料板推出，而沖孔廢料則可以在下模座中開設(shè)通槽，使廢料從空洞中落下，由于在該模具中壓料是由落料凸模與卸料板一起配合工作來實(shí)現(xiàn)的，所以卸料板還應(yīng)具有壓料的作用，應(yīng)選用彈性卸料板來卸下條料廢料。因?yàn)槭谴笈可a(chǎn)，采用手動(dòng)送料方式，從前向后送料，因該零件采用的是倒裝復(fù)合模，所以直接用擋料銷和導(dǎo)料銷即可。為確保零件的質(zhì)量及穩(wěn)定性，選用導(dǎo)柱、導(dǎo)套導(dǎo)向。由于該零件導(dǎo)向尺寸較小，且精度要求不是太高。所以宜采用后側(cè)導(dǎo)柱模架。3.2 模具主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.2.1 凸模、凹模、凸凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括以下幾方面：1）落料凸、凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 在落料凹模內(nèi)部，由于要設(shè)置推件塊，所以凹模刃口應(yīng)采用直筒形刃口，并查表2.21 取得刃口高度 h=6mm。該凹模的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，宜采用整體式 查表 2.22 得 k=0.40 既：凹模高度 H=kb=0.40×50mm=20mm凹模壁厚 C=1.5H=1.5×20mm=30mm凹模的外形尺寸的確定：凹模外形長(zhǎng)度 L=(50+2×30)mm=110mm凹模外形寬度 B=（35+2×30）mm=95mm凹模整體尺寸標(biāo)準(zhǔn)化： 取為 130mm×100mm×30mm2）沖孔 φ3.5 凸模設(shè)計(jì) 為了增加凸模的強(qiáng)度與剛度，凸模應(yīng)做成臺(tái)階式凸模。如下圖所示。所以選用 a形圓凸模，凸模固定板厚度取凹模厚度的 0.6—0.8 倍，故取凸模固定板厚度為 16mm。凸模長(zhǎng)度根據(jù)結(jié)構(gòu)上的需要來確定：L=h 凸模固定板+h 落料凹模=（16+20）mm=36mmφ3.5 凸模強(qiáng)度校核：經(jīng)查有關(guān)文獻(xiàn)得 Q235 板料的抗剪強(qiáng)度為 τ=425Mpa，凸模河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書- 16 -材料選用合金工具鋼（淬火） ，其直徑為 d=3.5mm。凸模材料的許用壓應(yīng)力【δy】=1800Mpa 根據(jù)公式（2.45）dmin≥ 得：】【 δ τ y4t= =1.42mm yt4δ τ 18025.?因?yàn)? d=3.5mm既 d≥ 故設(shè)計(jì)合理tδ τ由于此凸模長(zhǎng)度較短，無需對(duì)此凸模進(jìn)行彎曲應(yīng)力校核，強(qiáng)度足夠，沖裁時(shí)凸模進(jìn)入凹模刃口 1mm。圖 3-1 沖小孔凸模3）沖孔 12×8 凸模設(shè)計(jì) 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書- 17 -圖 3-2 異形凸模由于此凸模為異形凸模，為使凸模加工方便，將此凸模做成等斷面，稱為直通式凸模，其固定方式采用 N7/h6 鉚接固定。凸模固定板厚度取 16mm，凸模長(zhǎng)度根據(jù)結(jié)構(gòu)上的需要來確定：L=h 凸模固定板+h 落料凹模=（16+20）mm=36mm由于此凸模直徑較大，且長(zhǎng)度較短，剛度和強(qiáng)度足夠，所以無需對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度校核。沖裁時(shí)凸模進(jìn)入凹模刃口 1mm。4）凸凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 本模具為復(fù)合沖裁模，除了沖孔凸模和落料凹模外，還有一個(gè)凸凹模。根據(jù)整體模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要，凸凹模的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖應(yīng)如下圖所示。確定凸凹模安排在模架上的位置時(shí)，要依據(jù)計(jì)算的壓力中心的數(shù)據(jù)，使壓力中心與模柄中心重合。校核凸凹模的強(qiáng)度：查表 2.23 得凸凹模的最小壁厚為 3.6-4.0mm，而實(shí)際最小壁厚為 5mm，故符合強(qiáng)度要求。凸凹模的刃口尺寸按落料凹模尺寸配制，并保證雙面間隙為 0.090-0.120mm。凸凹模上孔中心與邊緣距離尺寸 5mm 的公差，應(yīng)比零件所標(biāo)注的精度高 3-4 級(jí)，既為（5±0.15）mm。河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書- 18 -圖 3-3 凸凹模3.2.2 卸料彈簧的設(shè)計(jì) 根據(jù)模具結(jié)構(gòu)初選 4 根彈簧，每根彈簧的預(yù)壓力為：Fo≥F 卸/n=（4.5×103/4）N=1125N根據(jù)預(yù)壓力和模具結(jié)構(gòu)尺寸，初選序號(hào)為 73-77 的彈簧，其最大工作負(fù)荷F1=2100N＞1125N。雖然彈簧的最大工作負(fù)荷符合要求，但其彈簧太長(zhǎng)，會(huì)使模具的高度增加，所以選用最大工作負(fù)荷為 2750N 范圍內(nèi)的彈簧。試選 78-83 號(hào)中的 79 號(hào)彈簧，檢驗(yàn)彈簧最大許可壓縮量 Lmax＞彈簧實(shí)際總壓縮量L 總。79 號(hào)彈簧的具體參數(shù)是：彈簧外徑 D=55mm，材料直徑 d=9mm，自由高度Ho=120mm，節(jié)距 t=14.5mm，F(xiàn)1=2750N，極限載荷時(shí)彈簧高度 H1=88.4.彈簧最大許可壓縮量 Lmax=（120-88.4）mm=31.6mm彈簧預(yù)壓縮量 L1= Lmax= ×31.6mm=12.93mmFo1N12570校核： 卸料板工作行程 t+h1+h2=（1.5+1+0.5）mm=3mm凸模刃磨量和調(diào)節(jié)量 h3=6mm彈簧實(shí)際總壓縮量 L 總=L′+t+h1+h2+h3=（12.93+1.5+1+0.5+6）mm=21.93mm由于 31.6＞21.93 ，既 Lmax＞L 總，所以所選彈簧是合適的。河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書- 19 -79 號(hào)彈簧的規(guī)格為：外徑：D=55mm鋼絲直徑：d=9.0mm自由高度：Ho=120mm裝配高度：H2=Ho- L′=（120-12.93）mm=107.07mm彈簧的窩座深度：h=Ho-Lmax+h 卸料板+t+1-h 凸凹模-h 修模=（120-31.6+16+1.5+1-71-6）mm=29.9mm彈簧的外漏高度：H3=H2-h-h 卸料板窩深=（107.07-29.9-7）mm=70.1mm3.2.3 模架的設(shè)計(jì) 模各零件標(biāo)記如下：上模座： 240mm×185mm×40mm下模座： 240mm×185mm×40mm導(dǎo)柱： B35h5×210mm×55mm導(dǎo)套： B35H6×110mm×43mm模柄： φ50mm×70mm墊板厚度： 130mm×100mm×12mm卸料板厚度： 130mm×100mm×12mm凸模固定板厚度： 130mm×100mm×16mm模具的閉合高度： H 閉=h 上模座+h 墊板+h 凸模固定板+h 落料凹模+t+h 卸料板+h 彈簧外露+h 下模座=（40+12+16+30+12+70+40）=230mm河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書- 20 -4.沖壓設(shè)備的選擇選擇型號(hào)為 JH23-40 的開式雙柱可傾壓力機(jī)能滿足使用要求。其主要技術(shù)參數(shù)如下：公稱壓力：400KN滑塊行程：80mm最大閉合高度：330mm工作臺(tái)尺寸：（前后×左右）：460mm×700mm墊板尺寸：（厚度×孔徑）：65mm×Φ320mm模柄空尺寸：φ50mm×70mm最大傾斜角度：30°河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書- 21 -5.結(jié)束語(yǔ)通過本次沖壓模具的設(shè)計(jì)使我對(duì)所學(xué)的知識(shí)重新的串通了一遍，對(duì)于以前沒有掌握好的知識(shí)，通過此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，也得到了進(jìn)一步的鞏固，同時(shí)，通過本次模具設(shè)計(jì)，也是我考慮問題更加縝密、周全。由于本人知識(shí)有限、能力有限，此次設(shè)計(jì)的模具還存在許多不足，希望各位老師加以評(píng)正。河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書- 22 -致謝首先感謝本人的導(dǎo)師劉儀老師，她對(duì)我仔細(xì)審閱了本文的全部?jī)?nèi)容并對(duì)我的畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容提出了許多建設(shè)性建議。劉老師淵博的知識(shí)，誠(chéng)懇的為人，使我受益匪淺，在畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，特別是遇到困難時(shí)，她給了我鼓勵(lì)和幫助，在這里我向她表示真誠(chéng)的感謝！感謝母校—河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校的辛勤培育之恩！感謝材料工程系給我提供的良好學(xué)習(xí)及實(shí)踐環(huán)境，使我學(xué)到了許多知識(shí)，掌握了一定的操作技能。感謝和我一起進(jìn)行課題研究的同窗楊永平同學(xué)，和她一起研究，使我受益匪淺。最后我非常慶幸在三年的學(xué)習(xí)、生活中認(rèn)識(shí)了很多可敬的老師和可親的同學(xué)，并感謝師友的教誨和幫助！河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書- 23 -參考文獻(xiàn)[1] 趙志偉等.模具發(fā)展現(xiàn)狀［J］.模具制造，2007,6：2～4[2] 李紹林、馬長(zhǎng)福主編.實(shí)用模具技術(shù)手冊(cè)[ M].上?？茖W(xué)技術(shù)出版社,1998[3] 陳錫棟、周小玉主編.實(shí)用模具技術(shù)手冊(cè)[ M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001[4]劉建超、張寶忠主編.沖壓模具設(shè)計(jì)與制造[ M].高等教育出版社，2004[5]王孝培主編.中國(guó)模具設(shè)計(jì)大典之沖壓模具設(shè)計(jì)[ M].江西科學(xué)技術(shù)出版社，2003[6]虞蓮蓮、曾正明主編.實(shí)用鋼鐵材料手冊(cè)[ M].機(jī)械工業(yè)出版社，2001[7]寇世瑤主編.互換性與測(cè)量技術(shù)[ M].高等教育出版社，2004[8]馮炳堯、韓泰榮、殷振海、蔣文森編.模具設(shè)計(jì)與制造簡(jiǎn)明手冊(cè)[ 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