,,,,,導師：,,,,工藝分析一 沖壓件工藝分析 1.沖壓件精度分析及確定零件形狀尺寸如圖1.0-1所示，查公差與配合技術手冊/方昆凡—北京：北京出版社續(xù)表1-2得該零件的精度等級為IT10級；查表1-2確定各尺寸的公差值，φ47對應公差為+0.10mm，φ36對應公差為+0.10mm，φ100對應公差為-0.14mm。,材料：08鋼 料厚：t=1mm 大批量生產(chǎn)圖1.0-1工件圖,,,2.沖壓件結(jié)構(gòu)分析此零件材料為08鋼，料厚為1mm，且零件為軸對稱旋轉(zhuǎn)體，沖裁性能較好；h/d較小，拉深工藝性較好，因此初步分析該零件的沖壓基本工序有：落料、正拉深、反拉深、沖孔、修邊 三 工藝方案 1.計算毛坯尺寸外緣拉伸后得到?jīng)_壓件如圖1.0-2所示圖1.0-2 外緣拉深后的沖壓件,,,外緣拉深屬于帶凸緣圓筒不變薄拉深，雖然材料厚度有變化，但是平均值與毛坯原始厚度十分接近。因此，毛坯展開尺寸可根據(jù)毛坯面積等于拉深件面積的原則來確定。由于材料的各向異性以及拉深時金屬流動條件的差異，為了保證零件的尺寸，必須保留出修邊余量，在計算毛坯尺寸時必須計入修邊余量。d f/d=100/89=1.12,根據(jù)d f/d數(shù)值查沖壓成形工藝與模具設計（第二版）P137中表5-2得修邊余量為3.5mm，所以d f修正為d f=100+3.5×2=107（mm）（注：d為中徑）。 （1）毛坯直徑 由表5-3當r≠R時，毛坯直徑為：已知代入D≈159mm,,,（2）是否使用壓邊圈 毛坯的相對厚度t／D×100=1／159×100=0.63，零件拉深系數(shù)m 1=d／D=90／159=0.57，查沖壓成形工藝與模具設計（第二版）P144中表5-7可知，0.63小于1.5,0.57小于0.6故需采用壓邊圈。表5-7 采用/不采用壓料裝置的判別條件（3）計算拉深次數(shù) 按下列數(shù)據(jù)d f／d=1.12，t／D=1／159≈0.63％，查實用沖壓模具設計手冊p91表3-36得首次拉深允許的最大相對高度為：h 1／d 1=0.50～0.60。工件的相對高度h／d 2=33／88≈0.375，得出拉深次數(shù)n=1。,（4）驗證拉深系數(shù)是否超出極限 查沖壓成形工藝與模具設計（第二版）表5-10得m t=0.53，所以m 1＞m t，拉深系數(shù)符合要求。表5-10有凸圓筒件的首次拉伸系數(shù),2.落料工序落料工序需沖裁出直徑D=159mm的板料。 3.正拉伸由以上計算可知，正拉深為首次拉深，且可一次拉深成所需的形狀，拉深過程中需使用壓邊裝置，拉深后工件的形狀如圖1.0-3所示。圖1.0-3 首次拉深件,四 確定排樣裁板方案以及材料利用率計算根據(jù)上述計算，毛坯直徑已經(jīng)確定，可以進行排樣設計。 1.排樣方式的確定根據(jù)工件的結(jié)構(gòu)和材料利用率情況有三種排樣方式，即有廢料排樣、無廢料排樣和少廢料排樣。由于毛坯直徑比較大，采用少廢料排樣；考慮操作方便，排樣采用直排單排。 2.搭邊值確定查沖壓成形工藝與模設計（第二版）p49表3-8可得：橫搭邊a 1=1.0，步距S=159；條料寬度B=D+2a1=159+2×1.0=161。,3.材料利用率 一個步距的材料利用率：η=A／SB×100％=77.5％,排樣圖如圖1.0-7所示。圖1.0-7排樣圖,五 沖壓力計算 1.落料 查冷沖模具設計典型實例詳解p138得落料力公式 F落料=Ltσb=（π×159×1×295）N=147356.4N，σb為板料抗拉強度，08鋼的σb≥295MPa，取295MPa。 2.正拉深 查沖壓工藝模具學（第三版）經(jīng)驗公式為： F 1=πd 1tσbk 1=π×90×1×295×0.93≈77570.6（N） 查冷沖模具設計典型實例詳解p139表5-1得k 1=0.93 由于正拉深時采用了壓邊圈，需計算壓邊力，由實用沖壓模具設計手冊p121表3-65查得壓邊力F Q(N)的計算公式為：F Q=π／4[D2-(d 1-2t+2rd) 2q]=3.14／4×[1592-（90-2+2×2）2×2.5]=3235.0N 式中單位壓力q由實用沖壓模具設計手冊p122表3-66查得，q=2.5MPa。 3.反拉深 因為反拉深一定是再拉深，所以在計算反拉深力時可根據(jù)再拉深的拉深力計算公式求得：F 2=πd 2tσbk 2=π×（47+2）×1×295×1.3≈59005.3（N） 式中k 2由實用沖壓模具設計手冊P123中表3-70經(jīng)差值法求得。 4.沖孔 沖孔直徑為φ36mm，F(xiàn)沖孔=Ltσb=π×36×1×295=33346.8（N）,六 工作零件刃口尺寸的計算 1.落料 落料凹模、落料凸模采用分別加工法加工。落料件尺寸為159 0 -0.16mm。根據(jù)t=1mm，查沖壓成形工藝與模設計（第二版）p41表3-5得：Zmin=0.100，Zmax=0.140。因為落料件的尺寸精度為IT10級，由沖壓成形工藝與模設計（第二版）p37表3-2得，所以落料凹模尺寸精度為IT8級，落料凸模尺寸精度為IT7級。查公差與配合合技術手冊表1-2得凹模尺寸上偏差δd=+0.063，凸模尺寸下偏差δp=-0.040，因為尺寸精度為IT10以上所以x=1。 |δp|+|δd|=0.103＞Zmax－Zmin=0.140-0.100=0.040﹙mm﹚ 說明所取凸凹模公差不能滿足|δp|+|δd|≤Zmax－Zmin的條件，可調(diào)整如下： δp=0.4﹙Zmax－Zmin﹚=0.4×0.040=0.016﹙mm﹚ δd=0.6﹙Zmax－Zmin﹚=0.6×0.040=0.024﹙mm﹚ 落料凹模刃口尺寸Dd=（Zmax-xΔ）+δd 0 =（159-1×0.16）+0.024 0=158.84+0.024 0（mm） 落料凸模刃口尺寸Dp=（Dd-Zmin） 0 –δp =（158.84-0.100） 0 -0.016=158.74 0 -0.016（mm）,表3-5沖裁模初始間隙值,2.正拉深 正拉深的尺寸為φ90 0 -0.14mm （1）圓角半徑 拉深凹模的圓角半徑可按沖壓成形工藝與模設計（第二版）p164中經(jīng)驗公式確定： r=0.8[（D-d）t] ?=0.8×[﹙159-90﹚×1.0] ?≈6.65mm，取7mm。 一次拉深成型中，凸模的圓角半徑r p應與工件的圓角半徑相等。但對于厚度小于6mm的材料，其數(shù)值不得小于2t。驗證r=2mm=2t，符合要求，不需要再加入整形工序，所以凸模的圓角半徑r p=2mm。 （2）間隙 拉深模的凸模及凹模的單邊間隙,由于正拉深采用了壓邊圈,這時間隙數(shù)值可以按沖壓成形工藝與模設計（第二版）p166中表5-19取值，取值為單邊間隙Z=(1～1.1)t取Z=1.05mm （3）拉深凸凹模工作部分尺寸的確定 由沖壓成形工藝與模設計（第二版）p166得拉深凹模尺寸 所以D d=（90-0.75×0.14）+0.035 0=89.895+0.035 0 拉深凸模尺寸按凹模實際尺寸配作，保證單面間隙為1.05mm。,七 沖壓設備的選擇 由于零件屬于中小型沖壓件，且需要拉深工序，所以沖壓設備類型初步選為開式壓力機。下面進行規(guī)格選擇。 1.壓力機噸位計算 F復合模=F落料+F正拉深+F壓邊=147356.4N+77570.6N+3235.0N=228162.0N=228.1620KN F反拉深模=F反拉深=59005.3N=59.0053KN F沖孔模=F沖孔=33346.8N=33.3468KN 但是，沖壓過程中最大作用力Pmax發(fā)生的時間很難與標定壓力機的名義壓力位置相重合。這時便不能單純地按最大作用力與壓力機名義壓力之間的關系來選擇設備的噸位，而應該以保證壓力機全部行程范圍內(nèi)，為完成加工所需的滑塊作用力都不能超出壓力機允許壓力與行程關系的范圍為條件來選擇。由于沒有壓力機容許負荷曲線，所以參照參考書中壓力機噸位選擇中相關計算公式得： F總壓力=（0.5～0.6）F壓力機,因此壓力機計算壓力為： F復合模壓力機=F復合模／（0.5～0.6）=228.1620／(0.5～0.6) =(456.3～380.2)KN F反拉深壓力機= F反拉深／（0.5～0.6）=59.0053／(0.5～0.6) =(118.0～98.3)KN F沖孔壓力機= F沖孔／（0.5～0.6）=33.3468／(0.5～0.6)=(66.7～55.6)KN 根據(jù)上述計算壓力，落料拉深復合模選定公稱壓力為630KN的壓力機，反拉深模選定公稱壓力為100KN的壓力機，沖孔模選定公稱壓力為63KN的壓力機。,2.滑塊行程 由沖壓成型工藝與模具設計（第二版）p8可知滑塊行程應能保證毛坯的順利放進與零件取出。在沖裁時，壓力機并不需要太大的滑塊行程，滑塊行程只要比凹模與卸料板上板料的距離大（2～3）mm即可。在進行拉深時，行程一般取拉深件高度的（2～2.5）倍。 3.裝模高度 由沖壓成型工藝與模具設計（第二版）p9可知模具閉合高度的值應小于壓力機連桿調(diào)節(jié)到最短距離時，由壓力機墊板上表面到滑塊底平面的距離，其關系為Hmax=Hm+5，式中Hm—模具的閉合高度（mm）。 綜合以上要求，落料拉深復合模選擇的壓力機型號為JB23-63開式雙柱可傾式壓力機；反拉深模選擇的壓力機型號為J23-10開式雙柱可傾式壓力機；沖孔模選擇的壓力機型號為J23-6.3開式雙柱可傾式壓力機。,4.壓力機功率的核算 （1）計算壓力機的有效功 在根據(jù)沖壓力選擇壓力機后，還必須核算該項壓力機的功率（功）是否適合。壓力機的一個行程所產(chǎn)生的有效功Wp應大于沖壓所需要的總變形功Wb及壓縮彈頂裝置所需的功W之和，即 Wp≥Wb+W 壓力機的功由飛輪的有效能量和電動機輸出的能量所組成。后者主要消耗在克服摩擦和床身彈性的能量等有害阻力以及恢復飛輪在沖壓后降低的速度上。在實際生產(chǎn)過程中，由于缺少具體數(shù)據(jù)，很難定量計算。根據(jù)壓力機型式→標準行程→壓力機行程數(shù)，試算得：壓力機行程數(shù) n=340／P?=340／800?=63.9(次／min) ≈64(次／min) 單行程有效功 Wp=0.14(P3)?=0.14(8003)?=3167.8(N.m),（2）每道沖壓工序有效沖壓功 ①落料沖壓功 W落料=F落料t=147356.4×0.001=147.4（N.m） ②φ90mm拉深功W拉深=F正拉深h外=77570.6×0.034=2637.4（N.m） ③φ47mm拉深功W反拉深=F反拉深h內(nèi)=59005.3×0.020=1180.1（N.m） ④φ36mm孔沖壓功 W沖孔=F沖孔t=33346.8×0.001=33.3（N.m） 有效沖壓功Wb=W落料+W拉深+W反拉深+W沖孔=3998.2（N.m）,八 模具結(jié)構(gòu)選擇 （1）沖模結(jié)構(gòu)形式。由沖壓工藝分析可知，采用一套復合模，兩套單工序模。 （2）定位方式。因為該模具采用的是條料，控制條料送進方向采用導料銷，控制條料的送進步距采用固定擋料銷定距。 （3）卸料、出件方式的選擇。根據(jù)零件的形狀和工藝方案，沖裁后的工藝廢料留在條料上，不需采用卸料裝置。工件由于采用了兩道拉深工序，所以采用頂件器頂出。 （4）導向裝置的選擇。選擇后側(cè)導柱模架，該模架可用于沖壓較寬條料，送料及操作方便，可縱向或橫向送料。凹模周界范圍為250mm×250mm。,九 落料拉深復合模主要零部件的設計 1.工作零件 a落料凹模尺寸 凹模設計時應該考慮凹模強度，制造方法和加工精度等。 落料凹模采用凹模板，凹模刃口孔型采用階梯式，刃口的強度好，刃口尺寸不隨修磨刃口而增大。 查課本表3-24，表3-25，得系數(shù)k=0.2，送料方向的凹模刃壁到凹模邊緣的最小距離161，送料方向的凹模刃壁間的最大距離161mm，垂直于送料方向的凹模刃壁間的最大距離161mm。根據(jù)課本Ⅱ公式（3-13）（3-32）（3-33），得 凹模厚度H=sk=161x0.2=32.2mm 凹模寬度s+2s=137+2x40=217 凹模長度s+2s+137+2x40=217 根據(jù)計算得出的長×寬×厚尺寸與凹模板的標準進行對照，為使模具結(jié)構(gòu)合理，選用凹模板L×B×H=250×250×40。,根據(jù)模具的總體輪廓和結(jié)構(gòu)，初選緊固螺釘和銷釘，凹模需要淬火，凹模上螺釘孔和銷釘孔的主要參數(shù)如下： 螺孔中心到凹模外緣等距，孔中心到外緣的距離為 L=2d=2×12=24； 查課本Ⅰ表2-19，得銷孔中心到凹模外緣最小距離，?。?螺孔中心刃口邊緣及銷孔邊緣的距離，標準尺寸： s2d=24； 查課本Ⅰ表2-20，得凹模板、凸模固定板上螺孔之間中心距 Smin=60，Smax=115 b拉深凸模和凸凹模 拉深凸模的結(jié)構(gòu)采用典型圓凸模結(jié)構(gòu)，下端為工作部分，中間的圓柱部分用來與凸模固定板配合，最上端的臺肩用于固定并承受卸料力等，各部分的直徑尺寸根據(jù)模具的結(jié)構(gòu)確定。,凸凹模的結(jié)構(gòu)也采用典型圓凸模的結(jié)構(gòu)，與拉深凸模相同。其中凸凹模的拉深部分根據(jù)模具的整體結(jié)構(gòu)設計延伸。 由以上工作零件的刃口尺寸計算，可知拉深凸模與拉深凹模的圓角半徑均為5mm，根據(jù)模具結(jié)構(gòu)及課本Ⅱ式（3-26），得 拉深凸模長度l=40+24-1=63mm 凸凹模長度l=24+36=60mm 凹模設計圖如圖1.0-8所示：由工作零件的刃口尺寸計算結(jié)果，可知 凸模的直徑都較大，凸模的剛度和強度 都足夠，可不用進行強度和剛度的校核。 圖1.0-8凹模,2.其他板類零件 根據(jù)經(jīng)驗，固定板的厚度取凹模厚度的0.6～0.8，所以H=40×0.8=32，查標準手冊，取固定板厚度H=24mm。 由以上計算，可知拉深凸模承受的總壓力Fz=F首次=33175.2N，凸模頭部端面直徑，根據(jù)課本Ⅱ公式（3-42），得凸模頭部端面直徑對模座的單位面積壓力查課本Ⅱ表3-34，可知，即拉深凸模與模座之間不需要加墊板。 對于凸凹模， 凸凹模與模座之間也不需要加墊板，但考慮到模柄的安裝，為了避免模柄對凸凹模的沖擊，應該加上墊板。 根據(jù)凹模板的外形尺寸及以上計算，查標準手冊，選定上固定板，下固定板，墊板。,上固定板設計圖如圖1.0-9所示： 3.壓料裝置 根據(jù)模具的總體結(jié)構(gòu)，該模具的壓料裝置援用 彈性壓料裝置，彈性元件為橡膠，這種壓料裝 置結(jié)構(gòu)簡單，在中小型壓力機上使用較為方便， 滿足模具使用的要求。壓料圈采用平面形，根 據(jù)零件及模具結(jié)構(gòu)設計為圓形。頂桿參照部標， 選用B10×130 QJ 717-82。 4.定位裝置 條料在送進過程中，采用導料銷控制送進方向， 采用固定擋料銷定位控制送進距離。選用1個擋 料銷和兩個導料銷固定在凹模上，查標準QJ702-82選取 圖1.0-9 的擋料銷，這種定位零件結(jié)構(gòu)簡單、制造、使用方便。,5.卸料裝置 根據(jù)排樣圖，為了使模具結(jié)構(gòu)簡單，廢料從凸凹模上卸下不需要卸料裝置。工件的推件動作由剛性推件裝置完成，根據(jù)工件形狀與模具結(jié)構(gòu)設計，由打桿、螺母、推板組成。參照標準手冊，打桿選用M16×186 GB 2867.1-81，螺母選用M16 GB/T41-2000。圖1.0-10壓邊圈,6.模架及其零件 該模具主要完成落料-首次拉深工序，該工序件的結(jié)構(gòu)簡單，精度沒有嚴格要求，所以采用對此要求不高、送料及操作方便的后側(cè)式導柱模架。根據(jù)凹模板的外形尺寸，查手冊選取凹模周界， 的后側(cè)導柱模架。 中間導柱上模座 250×250×45 GB/T 2855.6 中間導柱下模座 250×250×55 GB/T 2855.6 根據(jù)模具的結(jié)構(gòu)特點選用壓入式模柄，與上模座采用H7/m6的過渡配合，并加銷釘防轉(zhuǎn)，模柄工作段的直徑與所選壓力機滑塊模柄孔直徑相一致。 模柄 A50×45 GB/T2646.1 根據(jù)模架及模具的結(jié)構(gòu)特點選取導柱導套。 導柱 A35×180 GB/T 2861.1 導套 A35H6×115×43 GB/T 2861.1 根據(jù)模具的總體結(jié)構(gòu)輪廓，查手冊選用螺釘、銷釘如下： 螺釘 M12×65 GB70-76 M16×70 GB70-76 銷釘 φ12×80 GB119-86 φ16×80 GB119-86,7.繪制落料拉深復合模裝配圖 模具裝配圖如圖1.0-11所示圖1.0-11落料拉深復合模,8.壓力機閉合高度的校核 由模具總裝圖可知，模具的閉合剛度。 查課本Ⅱ附錄5，可知壓力機的最大閉合高度，連桿調(diào)節(jié)長度，所以壓力機的最小閉合高度,墊板厚度,根據(jù)課本Ⅱ公式（2-1），得所以，可知所選壓力機合適。,結(jié)論（總結(jié)） 這次畢業(yè)設計所面臨的任務是帶輪，通過各種計算還有分析，最終決定的工藝方案是落料、正拉深、反拉深、沖孔。于是選擇了三套模具來完成：落料拉深復合模，反拉深模，沖孔模。 通過這次帶輪的設計，我又一次體會到了在模具設計時必須具有嚴謹?shù)膽B(tài)度和足夠的耐心。因為模具設計是一個特別繁瑣的過程，我們設計的每一個零部件都要滿足零件的加工要求，所以每一個數(shù)據(jù)都要準確，都要經(jīng)過反復的琢磨。雖然這是一次畢業(yè)設計，是學校對我們的一種檢驗，但是我們卻不能只是抱著完成任務的這種心態(tài)，覺得差不多就行了，而應該盡全力把它做到最好。因為一旦我們畢業(yè)步入社會中就會面臨更大的壓力，我們設計的任何產(chǎn)品都要經(jīng)過社會的檢驗，不能出半點差錯，，因此我們從現(xiàn)在開始就要培養(yǎng)這種心態(tài)。另外，這次課程設計又讓我將三年以來所學的知識復習鞏固了一下，同時又有了一定程度的提高。因此我相信以后只要我們認真對待每一件事，一定會有或大或小的收獲。,,,,,,導師：李奇涵,李興興,,,