2797 焊片沖壓成形工藝與模具設計,沖壓,成形,工藝,模具設計
河 南 機 電 高 等 專 科 學 校 畢 業(yè) 設 計 說 明 書1 1 緒 論大學三年的學習即將結束，畢業(yè)設計是其中最后一個實踐環(huán)節(jié)，是對以前所學的知識及所掌握的技能的綜合運用和檢驗。隨著我國經(jīng)濟的迅速發(fā)展，采用模具的生產(chǎn)技術得到愈來愈廣泛的應用。隨著工業(yè)的發(fā)展，工業(yè)產(chǎn)品的品種和數(shù)量不斷增加。換型不斷加快，使模具的需要不斷增加，而對模具的質(zhì)量要求越來越高。模具技術在國民經(jīng)濟中的作用越來越顯得更為重要。模具是一種特殊的模型，用來塑造(制造)產(chǎn)品；從工藝的角度，模具是一種成型制品的特殊工藝裝備。模具是工業(yè)生產(chǎn)的基礎工藝裝備，在電子、汽車、電機、電器、儀表、家電和通訊等產(chǎn)品中，60％—80％的零部件都依靠模具成形，模具質(zhì)量的高低決定著產(chǎn)品質(zhì)量的高低，因此，模具被稱之為“工業(yè)之母” 。模具又是“效益放大器” ，用模具生產(chǎn)的最終產(chǎn)品的價值，往往是模具自身價值的幾十倍、上百倍。 目前，我國沖壓技術與工業(yè)發(fā)達國家相比還比較的落后，主要原因是我國在沖壓基礎理論及成形工藝、模具標準化、模具設計、模具制造工藝及設備等方面與工業(yè)發(fā)達的國家尚有相當大的差距，導致我國模具在壽命、效率、加工精度、生產(chǎn)周期等方面與工業(yè)發(fā)達國家的模具相比差距相當大。隨著國民經(jīng)濟總量和工業(yè)產(chǎn)品技術的不斷發(fā)展，各行各業(yè)對模具的需求量越來越大，技術要求也越來越高。雖然模具種類繁多，但其發(fā)展重點應該是既能滿足大量需要，又有較高技術含量，特別是目前國內(nèi)尚不能自給，需大量進口的模具和能代表發(fā)展方向的大型、精密、復雜、長壽命模具。模具標準件的種類、數(shù)量、水平、生產(chǎn)集中度等對整個模具行業(yè)的發(fā)展有重大影響。因此，一些重要的模具標準件也必須重點發(fā)展，而且其發(fā)展速度應快于模具的發(fā)展速度，這樣才能不斷提高我國模具標準化水平，從而提高模具質(zhì)量，縮短模具生產(chǎn)周期，降低成本。由于我國的模具產(chǎn)品在國際市場上占有較大的價格優(yōu)勢，因此對于出口前景好的模具產(chǎn)品也應作為重點來發(fā)展。根據(jù)上述需要量大、技術含量高、代表發(fā)展方向、出口前景好的原則選擇重點發(fā)展產(chǎn)品，而且所選產(chǎn)品必須目前已有一定技術基礎，屬于有條件、有可能發(fā)展起來的產(chǎn)品。沖壓是一種先進的少無切削加工方法，具有節(jié)能省材、效率高、產(chǎn)品質(zhì)量好、重量輕、加工成本低等一系列優(yōu)點,在汽車、航空航天、儀器儀表、家電、電子、通訊、軍工、日常用品等產(chǎn)品的生產(chǎn)中得到了廣泛的應用.據(jù)統(tǒng)計，薄板成型后，制造了相當于原材料的12倍的附加值,在國民經(jīng)濟生產(chǎn)總值中，與其相關的產(chǎn)品占四分之一，在現(xiàn)河 南 機 電 高 等 專 科 學 校 畢 業(yè) 設 計 說 明 書2 代汽車工業(yè)中，沖壓件的產(chǎn)值占總產(chǎn)值的59%。隨著我國經(jīng)濟的迅速發(fā)展，采用模具的生產(chǎn)技術得到愈來愈廣泛的應用。在完成大學三年的課程學習、生產(chǎn)實習，我熟練地掌握了機械制圖、機械設計、機械原理等專業(yè)基礎課和專業(yè)課方面的知識，對機械制造、加工的工藝有了一個系統(tǒng)、全面的理解，達到了學習的目的。對于模具設計這個實踐性非常強的設計課題，我們進行了大量的實習。經(jīng)過在新飛電器有限公司、在洛陽中國一拖的生產(chǎn)實習，我對于冷沖模具、塑料模具的設計步驟有了一個全新的認識，豐富和加深了對各種模具的結構和動作過程方面的知識，而對于模具的制造工藝更是有了全新的理解。在指導老師的細心指導下和在工廠師傅的講解下，我們對于模具的設計和制造工藝有了系統(tǒng)而深刻的認識。同時在實習現(xiàn)場親手拆裝了一些典型的模具實體并查閱了很多相關資料，通過這些實踐，我們熟練掌握了模具的一般工作原理、制造、加工工藝。通過在圖書館借閱相關手冊和書籍，更系統(tǒng)而全面了細節(jié)問題。鍛煉了縝密的思維和使我們初步具備了設計工作者應有的素質(zhì)。設計中，將充分利用和查閱各種資料，并與同學進行充分討論，盡最大努力搞好本次畢業(yè)設計。在設計的過程中，將有一定的困難，但有指導老師的悉心指導和自己的努力，相信會完滿的完成畢業(yè)設計任務。由于學生水平有限，而且缺乏經(jīng)驗，設計中難免有不妥之處，肯請各位老師指正。2 零件的工藝性分析工件名稱：焊片生產(chǎn)批量：大批量河 南 機 電 高 等 專 科 學 校 畢 業(yè) 設 計 說 明 書3 材料：H62 厚度：0.7mm圖 1 零件圖(焊片 材料 H62)2.1 零件的總體分析圖示零件材料為 H62，適合一般的沖壓加工。此工件只有落料和沖孔兩個工序，結構相對比較簡單，具有良好的塑性、韌性、冷沖壓性能，能夠進行一般的沖壓加工。零件形狀較為簡單，采用圓弧過渡，但零件對稱分布，有沖孔、落料兩個工序特征。2.1.1 外形落料的工藝性此焊屬于中等尺寸零件，料厚 0.7mm，外形較為簡單，采用圓弧過渡，以便于模具加工，減少熱處理開裂，減少沖裁時尖角處的崩刃和過快磨損，尺寸精度要求一般。2.1.2 沖孔的工藝性此焊片只有一個 φ6.3 與一個寬 4.5 長 3 的孔。圖示零件的尺寸全部為未注公差的一般尺寸，一般按 IT14 級取，尺寸精度較低，普通沖裁完全可以滿足要求。2.1.3 沖裁件的孔邊距和孔間距河 南 機 電 高 等 專 科 學 校 畢 業(yè) 設 計 說 明 書4 為避免工件變形和保證模具強度，孔邊距和孔間距不能過小。 【1】 其最小許可值當?。?。根據(jù)工件的尺寸可得 ，所以工件的尺寸符合要求。??1.5ct?:4.5C?1t沖孔時因凸模強度限制孔的尺寸不應太小，否則凸模易折斷，查表 2.7.3【1】 知，工件上孔的直徑大于或等于 0.35 倍的料度即 。由任務書零件圖易于看出工件0.3dt?的尺寸符合要求。2.1.4 尺寸精度圖示零件的尺寸均未注公差的一般尺寸，按慣例取 IT14 級，尺寸精度較低，符合一般沖壓的經(jīng)濟精度要求。3 工藝方案的確定該零件所需的基本沖壓工序為落料和沖孔，可擬訂出以下三種工藝方案。方案一：單工序模生產(chǎn)。方案二：落料沖孔復合模。方案三：沖孔落料級進模。 采用方案一，生產(chǎn)率低，工件的累計誤差大，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 φ6.3mm 的孔與外圓之間的最小距離為 2.85mm，大于此凸凹模允許的最小壁厚 ） ，可以采用沖孔、落料復合?；驔_孔、落料連續(xù)模。但復合模模具的形位精度和河 南 機 電 高 等 專 科 學 校 畢 業(yè) 設 計 說 明 書5 尺寸精度容易保證，且生產(chǎn)率也高。盡管模具結構比較復雜但由于零件的幾何形狀簡單對稱，模具制造并不困難。級進模雖生產(chǎn)率也高，但零件的沖裁精度稍差。欲保證沖壓件的形位精度，需要在模具上設置導正銷導正，故模具制造、安裝較復合模復雜。通過對上述三種方按的分析比較，該零件的沖壓生產(chǎn)采用方按二的復合模為佳。4 排樣設計與計算設計復合模時，首先要設計條料排樣圖。根據(jù)工件的形狀選擇有廢料排樣，且為直對排的形式，雖然材料的利用率低于少廢料和無廢料排樣，但工件的精度高，且易于保證工件外形的圓角。4.1 確定搭邊與搭肩值搭邊和搭肩值一般是由經(jīng)驗確定的，查表 2.5.2【1】 。取最小搭邊值為 ，1.5am?最小搭肩值 。ma1?4.2 確定零件的排樣方案設計模具時，條料的排樣很重要。分析零件形狀可知，確定排樣方案：條料從右至左送進，落料凸模的沖壓力比較均勻，零件形狀精度容易保證。條料的排樣如圖 2所示。河 南 機 電 高 等 專 科 學 校 畢 業(yè) 設 計 說 明 書6 圖 2 排樣方案4.3 計算送料步距和條料的寬度按如上排樣方式：由公式計算如下： . mXB275.124??所以確定條料的寬度 B 為 27mm步距 S.865.16??所以步距為 18.5mm。4.4 計算材料的利用率根據(jù)一般的市場供應情況，原材料選用 200X400X0.7 的 H62 的銅板。每塊可剪27X200 規(guī)格條料 10 條，材料剪切利用率達 96％。材料利用率通用公式 【1】 10%nABS???式中 A—一個沖裁剪的面積 。2m河 南 機 電 高 等 專 科 學 校 畢 業(yè) 設 計 說 明 書7 n— 一個步距內(nèi)的沖裁件數(shù)量。B—條料寬度 2mS—步距 。 材料利用率： =? %16.705.1827/6.4/ ????BsnA5 計算沖壓力和初選壓力機5.1 沖裁工序總力的計算由工件結構和前面所定的沖壓方案可知，本模具采用彈性卸料裝置和下出料方式的沖裁模?？紤]到模具刃部被磨損、凸凹模不均勻和波動、材料力學性能及材料厚度偏差等因素的影響。本模具采用普通平刃口模具沖裁，其沖裁力 P 按下式計算：bPKLt??式中 P—沖裁力（KN） 。K—系數(shù)，一般取 1.3 L—沖裁件剪切周邊長度（mm） 。t—沖裁件材料厚度（mm）—被沖材料的抗剪強度 。???aMP上式中抗剪強度 與材料種類和坯料的原始狀態(tài)有關，可在手冊中查詢，為方便河 南 機 電 高 等 專 科 學 校 畢 業(yè) 設 計 說 明 書8 計算，可取材料的 ，故沖裁力表達式又可表示為：b0.8???b1.3tPL?查手冊 【3】 H62 的 取極限值 σ b=450MPaba375MP:＝所以落料力 F=Ltσ b = KN97.2840192.??沖孔力 F=Ltσ b =6沖孔時的推件力 F =nK F推 推 孔取直筒形刃口形式，由表 2.21 查的，h=5mm，則 n=h/t=5/0.7=7 個n—同時卡在凹模的工件(或廢料)數(shù),其中 n=h/th—凹模刃部直壁洞口高度（mm） ，t—料厚( mm) 查表 2.7 得，K=0.05 所以推件力 F =nK F = 落推 推 孔 KN23.681705.??料時的卸料力 F =K F卸 卸 落查表 2.7 得，K=0.03卸料力 F =K F =卸 卸 落 87.09.23.0??所以總沖壓力 F=F +F +F +F = 為保證落 孔 推 卸 KN87.53.026.1??沖壓力足夠，一般沖裁壓力機噸位應比計算的沖壓力大 30%，即 F =，KNX03.78.531?5.2 初選壓力機壓力機的公稱壓力必須大于或等于工序總力。查手冊 【2】 初選開式可傾壓力機參數(shù)初選壓力機型號為 J23-16 和 J23-25，見表一。表一 所選擇壓力機的相關參數(shù)河 南 機 電 高 等 專 科 學 校 畢 業(yè) 設 計 說 明 書9 型號 公稱壓力/kN滑塊行程/mm最大封閉高度/mm工作臺尺寸/mm可傾斜角/。封閉高度調(diào)節(jié)量/mmJ23-16 160 55 220 300×450 35 45J23-25 250 65 270 370×560 30 555.3 確定壓力中心 用解析法求模具的壓力中心的坐標。按比例畫出零件尺寸，選用坐標系 XOY。如下圖 3 所示。因零件左右對稱，即 xc＝0。故只需計算 yc。將工件沖裁周邊分成L1、L 2、L 3、L 4、…L 10、L 11基本線段，求出各段長度的重心位置:L1＝3mm Y 1=0L2＝6mm Y 2=11.3mmL3＝2.85mm Y 3=11.6mm 河 南 機 電 高 等 專 科 學 校 畢 業(yè) 設 計 說 明 書10 L4＝2.25mm Y 4=15.97mm L5＝2.25mm Y5=22.68m 圖 3 壓力中心的計算 97.1425..85.263 2068.9711.160346532 ??????????lylylylY河 南 機 電 高 等 專 科 學 校 畢 業(yè) 設 計 說 明 書11 6 模具結構形式的選擇與確定6.1 模具類型的選擇由沖壓工藝分析可知，采用倒裝復合沖壓，所以模具類型為倒裝復合模。6.2 定位方式的選擇因為該模具采用的是條料，所以選用導料銷和擋料銷來實現(xiàn)對沖裁條料的定位。6.3 導向方式的選擇為了提高模具壽命和工作質(zhì)量，方便安裝調(diào)整，該復合模采用后側導柱的導向方式。6.4 卸料方式河 南 機 電 高 等 專 科 學 校 畢 業(yè) 設 計 說 明 書12 該模具采用倒裝結構，沖孔廢料直接由沖孔凸模從凸凹模內(nèi)孔推下。工件厚度為0.7mm，料厚相對較厚，卸料力也比較小，故可采用彈性卸料。6.5 送料方式采用手動送料。7 模具工作零部件刃口尺寸的計算該零件屬于無特殊要求的一般沖孔落料件，外形尺寸由落料獲得，小孔尺寸則由沖孔得到。查表 2.3.3 可 035.min?Z049.ax?Z沖孔 φ6.3 的孔凸凹模刃口尺寸的計算；由于制作簡單，精度要求不高，所以采用凸模和凹模分開加工方法制作凸凹模。其凸凹模刃口尺寸計算如下：查表 2.5 得凸凹模制造公差： 02.?凸?m02.?凹?校核 - =0.014，而 + =0.0449.maxZ35inZ02.凸?m02.?凹?滿足 的條件凹凸 ??i查表 2.6 得模具的精度等級為 IT14 級。查表 2.2【4】 取 0.5X?7.1 沖裁 φ6.3 孔的凸、凹模刃口尺寸的計算凸模尺寸 02.02.0min 486)35.6()( ??? ?????????txdt ?河 南 機 電 高 等 專 科 學 校 畢 業(yè) 設 計 說 明 書13 凹模尺寸 02.02.02.min 836)35.48.6()( ??? ?????Zdtaφ6.3 凸緣強度的校核：經(jīng)查有關文獻得：黃銅的抗疲勞強度 。凸模mpa6??材料選用優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼淬火，其直徑 d=6.3.凸模材料許用應力[ ].y18?根據(jù)式（2.45） 得：][4minyd????27.0186.4min??dd=6.3 0.27.故計算合理?7.2 外形落料凸模、凹模刃口尺寸的計算此落料件為形狀較為復雜的零件，所以利用凸凹模配作法，這種方法有利于獲得最小的合理間隙，放寬對模具的加工設備的精度要求。以落料凹模為基準件，由公差表查得工件個尺寸的公差等，確定 x采用配作法，計算凹模的刃口尺寸，首先是根據(jù)凹模磨損后輪廓變化情況正確判斷出模具刃口各個尺寸在磨損過程中是變大還是變小，還是不變這三種情況，然后分別按不同的計算公式計算。a、凹模磨損后會增大的尺寸-------第一類尺寸 A第一類尺寸： 14max0()jA????b、凹模磨損后會減小的尺寸-------第二類尺寸 B第二類尺寸： 0max14()jB????c、凹模磨損后會保持不變的尺寸 第三類尺寸 C第三類尺寸： min1(0.5)8jC????其落料凹模的基本尺寸計算如下：第一類尺寸：磨損后增大的尺寸：河 南 機 電 高 等 專 科 學 校 畢 業(yè) 設 計 說 明 書14 13.052.01 74).024( ?????A625.0.075.?1.6.253).( ????落料凸模的基本尺寸與凹模相同，分別是 23.74mm,2.063,11.7 不必標注公差，但要在技術條件中注明：凸模實際刃口尺寸與落料凹模配制，保證最小雙面合理間隙值Zmin=0.100（落料凸模、凹模刃口部分尺寸分別見圖 4、5）圖 4 落料凹模刃口部分尺寸7.3 凸凹模的結構設計。本模具為復合沖裁模，除了沖孔凸模和落料凹模外，還有一個凸凹模。根據(jù)整體模具的結構設計需要，凸凹模的結構簡圖如圖 6 所示。確定凸凹模安裝在模架上的位置時，需要依據(jù)計算的壓力中心的數(shù)據(jù)，使壓力中心與模柄中心重合。校核凸凹模的強度：查表 2.23 得凸凹模最小壁厚為 ，而實際最小壁厚。m3.2?故符合強度要求：凸凹模刃口尺寸按落料凹模尺寸配合，并保證雙面間隙為 0.010-0.014mm。凸凹模上的孔中心與邊緣尺寸的公差應比零件所標的精度高 3-4 級。即（）mm。15.06?河 南 機 電 高 等 專 科 學 校 畢 業(yè) 設 計 說 明 書15 圖 5 凸凹模設計河 南 機 電 高 等 專 科 學 校 畢 業(yè) 設 計 說 明 書16 8 模具主要零部件設計8.1 工作零部件的結構設計8.1.1 落料凹模的設計凹模采用整體式凹模，各沖裁的凹?？拙捎镁€切割加工。安排凹模在模架上的位置時，要依據(jù)計算的壓力中心的數(shù)據(jù)，使壓力中心與模柄中心重合。整體式凹模裝于下模座上, 凹模高度可按經(jīng)驗公式計算，即凹模高度 H=Kb凹模壁厚 C=(1.5～2)H式中 b----凹?？椎淖畲髮挾龋ǖ?B 不小于 15mm）C-----凹模壁厚， 指刃口至凹模外形邊緣的距離K=系數(shù)（查表 2－40 【5】 K=0.3）凹模高度 H=Kb=0.3X24=7.2mm 按表取標準值 H=10mm凹模壁厚 C= C=(1.5～2)H =15mm～20mm凹模壁厚取 15mm。凹模寬度 mb6.3)28.10(????凹模上螺孔到凹模外緣的距離一般取（1.7～2.0）d, 根據(jù)上述方法確定凹模外形尺寸須選用矩形凹模板 66×60×15（JB/T7643.1） 【6】8.1.2 沖孔凸模的設計因為所沖的孔均為圓形，而且都不屬于需要特別保護的小凸模，所以沖孔凸模采用臺階式。一方面加工簡單，另一方面便于裝配與更換。查表 1－214 【5】 沖一個 孔的圓形凸模可選用標準件 B 型式。如圖 7 所示。3.6?河 南 機 電 高 等 專 科 學 校 畢 業(yè) 設 計 說 明 書17 圖 6 沖孔凸模的結構形式凸模長度一般是根據(jù)結構上的需要而確定的，其凸模長度用下列公式計算：L=h1+h2+h3+h式中 L—凸模長度， mmh1—凸模固定板高度，mmh2—卸料板高度，mmh3—導料板高度，mmh—附加高度，一般取 15~20mm沖裁 6.3mm 孔凸模尺寸及其組件確定和標準化（包括外形尺寸和厚度）?凸模長度 L=12+8+2=22mm由小凸模刃口 d=11.15mm 查手冊 【2】 表 2.54 可知 h=5mm, D1=6mm, D=4mm, L=22㎜。小凸模強度校核 要使凸模正常工作，必須使凸模最小斷面的壓應力不超過凸模材料的許用壓應力，河 南 機 電 高 等 專 科 學 校 畢 業(yè) 設 計 說 明 書18 即對于圓形凸模 min4[]td???式中 —圓形凸模最小截面直徑，mmmindt—沖裁材料厚度，mm—沖裁材料的抗剪強度，取 254Mpa【3】?—凸模材料許用強度，取 800Mpa【3】???dmin≥ = =0.9mm 所以承壓能力足夠。][4?t802547.?抗縱向彎曲力校核 對于圓形凸模（有導向裝置） 2max70dLF?式中 Lmax ——允許的凸模最大自由長度，mmF ——沖模力,Nｄ——凸模最小截面的直徑，mm= =26.72mm 所以長度適宜。2max70dLF?709.2?凸模固定端面的壓力q =
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