支撐板的沖裁工藝及模具設(shè)計(jì)【連續(xù)轉(zhuǎn)位多孔直角扇形板沖孔落料沖壓沖裁倒裝復(fù)合模含11張CAD圖帶卡片】
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1緒論近十多年來,隨著對發(fā)展先進(jìn)制造技術(shù)的重要性獲得前所未有的共識,沖壓成形技術(shù)無論在深度和廣度上都取得了前所未有的進(jìn)展,其特征是與高新技術(shù)結(jié)合,在方法和體系上開始發(fā)生很大變化。計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、現(xiàn)代測控技術(shù)等向沖壓領(lǐng)域的滲透與交叉融合,推動(dòng)了先進(jìn)沖壓成形技術(shù)的形成和發(fā)展。國內(nèi)模具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢近年來，我國沖壓模具水平已有很大提高。大型沖壓模具已能生產(chǎn)單套重量達(dá)50多噸的模具。為中檔轎車配套的覆蓋件模具內(nèi)也能生產(chǎn)了。精度達(dá)到1~2μm，壽命2億次左右的多工位級進(jìn)模國內(nèi)已有多家企業(yè)能夠生產(chǎn)。表面粗糙度達(dá)到Ra≤1.5μm的精沖模，大尺寸（φ≥300mm）精沖模及中厚板精沖模國內(nèi)也已達(dá)到相當(dāng)高的水平。隨著與國際接軌的腳步不斷加快，市場競爭的日益加劇，人們已經(jīng)越來越認(rèn)識到產(chǎn)品質(zhì)量、成本和新產(chǎn)品的開發(fā)能力的重要性。近年許多模具企業(yè)加大了用于技術(shù)進(jìn)步的投資力度，將技術(shù)進(jìn)步視為企業(yè)發(fā)展的重要?jiǎng)恿?。一些國?nèi)模具企業(yè)已普及了二維CAD，并陸續(xù)開始使用UG、Pro/Engineer、I-DEAS、Euclid-IS等國際通用軟件，個(gè)別廠家還引進(jìn)了Moldflow、C-Flow、DYNAFORM、Optris和MAGMASOFT等CAE軟件，并成功應(yīng)用于沖壓模的設(shè)計(jì)中。國外模具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢電子計(jì)算機(jī)的普遍應(yīng)用給模具設(shè)計(jì)和制造開辟了新的前景。計(jì)算機(jī)輔助模具設(shè)計(jì)在不少國家得到了一定程度的應(yīng)用,節(jié)約了設(shè)計(jì)工時(shí),使模具結(jié)構(gòu)更加合理。各類模具加工設(shè)備也大量采用電子計(jì)算機(jī)控制,提高了加工效率和精度。用電子計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)拉伸件的展開尺寸,可以根據(jù)各部位金屬流動(dòng)的情況更精確的得出毛坯形狀和尺寸。沖裁模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)沖裁模具是沖裁工序所用的模具。沖裁模的結(jié)構(gòu)型式很多，沖裁模可按不同的特征進(jìn)行分類。 1．按工序性質(zhì)可分為落料模、沖孔模、切斷模、切口模、切邊模、剖切模等；2．按工序組合方式可分為單工序模、復(fù)合模和級進(jìn)模； 3．按上、下模的導(dǎo)向方式可分為無導(dǎo)向的開式模和有導(dǎo)向的導(dǎo)板模、導(dǎo)柱模、導(dǎo)筒模等。 4．按凸、凹模的材料可分為硬質(zhì)合金沖模、鋼皮沖模、鋅基合金沖模、聚氨脂沖模等；5．按凸、凹模的結(jié)構(gòu)和布置方法可分為整體模和鑲拼模，正裝模和倒裝模。 6．按自動(dòng)化程度可分為手工操作模、半自動(dòng)模、自動(dòng)模。 7. 分類的方法還比較多，上述的各種分類方法從不同的角度反映了模具結(jié)構(gòu)的不同特點(diǎn)。下面以工序組合方式，分別分析各類沖裁模具的結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)。 沖裁模具設(shè)計(jì)的進(jìn)度 21.了解目前國內(nèi)外沖壓模具的發(fā)展現(xiàn)狀，所用時(shí)間 15 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。 3第1章 工件的工藝性分析工件名稱：支撐板生產(chǎn)批量：中小批量零件要求：配套產(chǎn)品更新?lián)Q代很快材料：Q235厚度：1.5mm工件簡圖見圖1圖 1 支撐板設(shè)計(jì)步驟： 41.1 工藝性分析圖示零件材料為 Q235，能夠進(jìn)行一般的沖壓加工，市場上也容易得到這種材料，價(jià)格適中。外形落料的工藝性：制件屬于中等尺寸零件，料厚 1.5mm，外形簡單，尺寸精度要求一般，因此第一步?jīng)_中心孔可采用落料工藝獲得。沖孔的工藝性：所沖圓形孔，尺寸精度要求一般，可采用沖孔。沖中心孔只有外形落料和沖孔兩個(gè)工序。按要求零件尺寸取 IT12-13 級，符合一般復(fù)合沖壓的經(jīng)濟(jì)精度要求。1.2 排樣設(shè)計(jì)(1) 確定零件的排樣方案設(shè)計(jì)模具時(shí)，條料的排樣很重要。壓圈外形簡單,可以采用單向排列. 5圖 2 條料的排樣(2) 條料寬度、導(dǎo)尺間寬度和材料利用率的計(jì)算查表取得搭邊值為 1.2mm 和 1mm。條料寬度的計(jì)算：擬采用無側(cè)壓裝置的送料方式，由BΔ =〔D+2a+c 1〕 - Δ ﹝2﹞D—條料寬度方向沖裁件的最大尺寸a—側(cè)搭邊值c1—導(dǎo)料板與最寬條料之間的間隙代入數(shù)據(jù)計(jì)算，取得條料寬度為 227.4mm.導(dǎo)尺間距離的計(jì)算：由 s=D+2(a+c1),代入數(shù)據(jù)計(jì)算得導(dǎo)尺間距離為 228.4mm.材料利用率的計(jì)算：根據(jù)一般的市場供應(yīng)情況，原材料選用 500mm×1000mm×1.5mm 的冷軋薄鋼板。每塊可剪 1000m ×225mm 條料 7 條，材料利用率通用計(jì)算公式 = ?nA×0%Bs式中 A—一個(gè)沖裁件的面積，mm 2;n—一個(gè)進(jìn)距內(nèi)的沖裁件數(shù)量；B—條料寬度，mm; s—進(jìn)距， mm得 = =76.81%?%104.2756391?1.3 工藝方案的確定支撐板所需的基本沖壓工序?yàn)闆_孔和落料，可擬訂出以下三種工藝方案。方案一：單工序模，即先落料后沖孔. 6方案二：沖孔落料復(fù)合模。方案三：沖孔落料級進(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。支撐板的孔之間的距離為 12.5mm，大于此零件要求的最小壁厚（1.5mm） （1） ，可以采用沖孔、落料復(fù)合模或沖孔、落料連續(xù)模。復(fù)合模模具能易保證沖裁精度,由于壓料沖裁的同時(shí)得到了較平,沖件平直且有較好的剪切斷面.制造成本比級進(jìn)模低。正裝復(fù)合模較適用于沖制材料質(zhì)較軟的或板料較薄的平直度要求較高的沖裁件,由于 Q235 屬于較硬一些的材料益采用倒裝復(fù)合模較好.倒裝復(fù)合模結(jié)構(gòu)簡單,又可以直接利用壓力機(jī)的打桿裝置進(jìn)行推件,卸料可靠,操作方便,并為機(jī)械化出件提供了有利條件,正適合我們此處的中小批量生產(chǎn)。所以，我們采用倒裝復(fù)合模。1.4 模具結(jié)構(gòu)形式的選擇與確定1）倒裝結(jié)構(gòu)：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，為方便小孔廢料和成形工件的落下，采用倒裝結(jié)構(gòu)，即凸，凹模裝在下模，落料凹模和沖孔凸模裝在上模。2）送料方式：采用自動(dòng)送料方式以減少勞動(dòng)強(qiáng)度.3）定位裝置：本工件在復(fù)合模中尺寸是較大，在帶導(dǎo)正銷的復(fù)合模中常采用活動(dòng)擋料裝置.3）導(dǎo)向方式：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。由于已經(jīng)采用了自動(dòng)送料方式，采用后側(cè)導(dǎo)柱模架.4）卸料方式：本模具采用倒裝結(jié)構(gòu)，沖孔廢料和工件留在凹模孔洞中，為了簡化模具結(jié)構(gòu)，可以在下模座中開有通槽，使廢料和工件從孔洞中落下。工件厚度為 1.5mm，料厚比較厚，為了簡化模具結(jié)構(gòu)和達(dá)到可靠的卸料力，選用剛性卸料板來卸下條料廢料。 7第 2 章 沖壓力與壓力中心的計(jì)算及初選壓力機(jī)2.1 沖裁工序總力的計(jì)算由工件結(jié)構(gòu)和前面所定的沖壓方案可知，本工件的沖裁力包括以下部分。沖圓形孔的力 P1，落外型料的力 P2，向下推出孔廢料的力 P3，向下推出工件的力P4。由剛性卸料板卸條料的廢料的力不是壓力機(jī)提供的，故不用計(jì)算在內(nèi)。考慮到模具刃部被磨損、凸凹模間隙不均勻和波動(dòng)、材料力學(xué)性能及材料厚度偏差等因素的影響，實(shí)際計(jì)算沖裁力時(shí)按下面公式：P=KLtτ ﹝3﹞式中 P—沖裁力（kN）L—沖裁件剪切周邊長度（mm）t—沖裁件材料厚度（mm）τ—被沖材料的抗剪強(qiáng)度(MPa)K—系數(shù)，一般取 1.3。上式中抗剪強(qiáng)度 τ 與材料種類和坯料的原始狀態(tài)有關(guān)，可在手冊中查詢。為方便計(jì)算，可取材料的 τ=0.8σ b,故沖裁力表達(dá)式又可表示為：P=1.3Ltτ≈Ltσ b式中 σ b—被沖材料抗拉強(qiáng)度(MPa)。查手冊﹝1﹞表 8—7 得 Q235 鋼的 σ b=273--520Mpa，在此取 σ b=400Mpa 。P1=10.5π×1.5×400=19.78kNP2=224π×1.5×400=422kN推件力 P t=nKtPKt—推件力系數(shù),由手冊查得 Kt=0.055n—同時(shí)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)查文獻(xiàn)[1]表 2.9.4 可得和 h=6mm,故 n=4P3=4×0.055×19.78=4.35kNP4=4×0.055×422=92.84kN工序總力 P 總 =P1+P2+P3+P4=19.78+422+4.35+92.84=538.97kN2.2 初選壓力機(jī)查文獻(xiàn)[4]開式可傾壓力機(jī)參數(shù)初選壓力機(jī)型號為 JG23-30 和ＪＣ23-35，見表一。表一 所選擇壓力機(jī)的相關(guān)參數(shù) 8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滑塊底面尺寸/mm可傾斜角/·封閉高度調(diào)節(jié)量/mmJC23-25 65 55 280 370×610 25 20 50JG23-30 300 75 200 500×320 160×200 25 502.3 壓力中心的計(jì)算模具的壓力中心就是沖壓力合力的作用點(diǎn)。為了保證壓力機(jī)和模具的正常工作，應(yīng)使模具的壓力中心與壓力機(jī)的中心滑塊中心線重合。否則，沖壓時(shí)滑塊就會承受偏心載荷，導(dǎo)致滑塊導(dǎo)軌與模具的導(dǎo)向部分不正常的磨損，還會使合理的間隙得不著保證，從而影響制件的質(zhì)量和降低模具的壽命，甚至損壞模具。此為多凸模模具的壓力中心，首先計(jì)算大凸模的壓力中心圖 3 壓力中心的計(jì)算（a）計(jì)算其壓力中心如下：（A）大凸模的壓力中心到坐標(biāo)軸的距離下式確定：到 y-y 軸的距離x0 = ＝5.25mm4321llxxl?到 x-x 軸的距離y0= ＝5.25mm4321llyl(B)由于其余三個(gè)凸模為規(guī)則的凸模 ，則總的壓力中心為 9圖 3 壓力中心的計(jì)算（b）到 y-y 軸的距離x0= 4321llxl?=112mm到 x-x 軸的距離y0= 4321llyl=112mm 10第 3 章 模具主要零件和主要工作機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)化3.1 工作零部件的設(shè)計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)化(1)工作零部件的計(jì)算由于制件結(jié)構(gòu)簡單精度要求不高，又由于所沖的孔是圓形孔，沖裁此類零件的凸凹模制造相對簡單，精度容易保證，所以采用按凸模與凹模圖樣分別加工的方法。要求公差 IT12-13 級時(shí)基本尺寸為： ， 。240.7?1.5027根據(jù)文獻(xiàn)[2]表 2.3.3 查得沖裁模初始雙面間隙為：Zmin=0.132mm, Zmax=0.24mmZmax-Zmin=(0.24-0.132)=0.108mm根據(jù)文獻(xiàn)[2]表 19.1-9 查得凸，凹模極限偏差：落料部分基本尺寸為 224mm，則：md045.???mp03.???｜ ｜+｜ ｜=（0.045+0.030）mm=0.075 mm2d,所以 b 應(yīng)大于１0。根據(jù)上述方法確定凹模外形尺寸須選用矩形凹模板 230×225×15（JB/T7643.1）① 沖裁圓形孔凸模、凹模各尺寸及其組件確定和標(biāo)準(zhǔn)化（包括外形尺寸和厚度） 123(0.6~8).715.934hmm???:小凸模長度 L=10.5+13.5+4+18=46mm小凸模刃口為異形的.小凸模強(qiáng)度校核 要使凸模正常工作，必須使凸模最小斷面的壓應(yīng)力不超過凸模材料的許用壓應(yīng)力，即對于圓形凸模 A min≥ []yF?式中 A min—凸模最狹小截處的面積，mm—凸模材料許用壓應(yīng)力(Mpa)??Amin≥ = =0.019mm []yF?319.780?min2.4.?所以承壓能力足夠?？箍v向彎曲力校核 對于圓形凸模（有導(dǎo)向裝置）?。蹋恚幔?70d 2/ F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，mmLmax≤270d 2/ =270×102/ =60.67mm 所以長度適宜。19.78凸模固定端面的壓力q =
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