沖壓模具畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

1、沖壓模具畢業(yè)設(shè)計(jì)論文1緒論1.1概述沖壓成形作為現(xiàn)代工業(yè)中一種十分重要的加工方法，用以生產(chǎn)各種板料零件，具有很多獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，其成形件具有自重輕、剛度大、強(qiáng)度高、互換性好、成本低、生產(chǎn)過(guò)程便于實(shí)現(xiàn)機(jī) 械自動(dòng)化及生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)，是一種其它加工方法所不能相比和不可替代的先進(jìn)制造技 術(shù)，在制造業(yè)中具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力，被廣泛應(yīng)用于汽車、能源、機(jī)械、信息、航空航天、國(guó) 防工業(yè)和日常生活的生產(chǎn)之中。在吸收了力學(xué)、數(shù)學(xué)、金屬材料學(xué)、機(jī)械科學(xué)以及控制、計(jì)算機(jī)技術(shù)等方面的知識(shí)后，已經(jīng)形成了沖壓學(xué)科的成形基本理論。 以沖壓產(chǎn)品為龍頭， 以模具為中心，結(jié)合現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)的 應(yīng)用，在產(chǎn)品的巨大市場(chǎng)需求刺激和推動(dòng)下， 沖壓

2、成形技術(shù)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展、 實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化和 提高人民生活水平方面發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。1.2沖壓技術(shù)的進(jìn)步進(jìn)幾十年來(lái)，沖壓技術(shù)有了飛速的發(fā)展，它不僅表現(xiàn)在許多新工藝與新技術(shù)在生產(chǎn)的廣泛應(yīng) 用上，如：旋壓成形、 軟模具成形、 高能率成形等， 更重要的是人們對(duì)沖壓技術(shù)的認(rèn)識(shí)與掌 握的程度有了質(zhì)的飛躍1?，F(xiàn)代沖壓生產(chǎn)是一種大規(guī)模繼續(xù)作業(yè)的制造方式，由于高新技術(shù)的參與和介入，沖壓生產(chǎn)方式由初期的手工操作逐步進(jìn)化為集成制造(圖1-1)。生產(chǎn)過(guò)程逐步實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化、并且正在向智能化、集成化的方向發(fā)展。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化沖壓作業(yè)，體現(xiàn)安全、高效、節(jié)材等優(yōu) 點(diǎn)，已經(jīng)是沖壓生產(chǎn)的發(fā)展方向。手工酣- -柔郵適-圖 1-

3、1 沖壓作業(yè)方式的進(jìn)化沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)的實(shí)現(xiàn)使沖壓制造的概念有了本質(zhì)的飛躍。結(jié)合現(xiàn)代技術(shù)信息系統(tǒng)和現(xiàn)代化管理信息系統(tǒng)的成果，由這三方面組合又形成現(xiàn)代沖壓新的生產(chǎn)模式一計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng) CIMS(Computer Integrated Manufacturing System)。把產(chǎn)品概念形成、設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、生 產(chǎn)、銷售、售后服務(wù)全過(guò)程通過(guò)計(jì)算機(jī)等技術(shù)融為一體，將會(huì)給沖壓制造業(yè)帶來(lái)更好的經(jīng)濟(jì)效益，使現(xiàn)代沖壓技術(shù)水平提高到一個(gè)新的高度。1.3模具的發(fā)展與現(xiàn)狀模具是工業(yè)生產(chǎn)中的基礎(chǔ)工藝裝備， 是一種高附加值的高技術(shù)密集型產(chǎn)品， 也是高新技術(shù)產(chǎn) 業(yè)的重要領(lǐng)域，其技術(shù)水平的高低已成為衡量一個(gè)國(guó)家制造水平的

4、重要標(biāo)志。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)總量和工業(yè)產(chǎn)品技術(shù)的不斷發(fā)展，各行各業(yè)對(duì)模具的需求量越來(lái)越大，技術(shù)要求也越來(lái)越高。目前我國(guó)模具工業(yè)的發(fā)展步伐日益加快，“十一五期間”產(chǎn)品發(fā)展重點(diǎn)主要應(yīng)表現(xiàn)在2(1) 汽車覆蓋件模；(2)精密沖模；(3)大型及精密塑料模；(4)主要模具標(biāo)準(zhǔn)件；(5)其它高技術(shù)含量的模具。目前我國(guó)模具年生產(chǎn)總量雖然已位居世界第三，其中，沖壓模占模具總量的40帥上2,但在整個(gè)模具設(shè)計(jì)制造水平和標(biāo)準(zhǔn)化程度上，與德國(guó)、美國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家相比還存在相當(dāng)大的差距。以大型覆蓋件沖模為代表，我國(guó)已能生產(chǎn)部分轎車覆蓋件模具。轎車覆蓋件模具設(shè)計(jì)和制造難度大，質(zhì)量和精度要求高，代表覆蓋件模具的水平。在設(shè)計(jì)制造

5、方法、手段上已基本達(dá)到了國(guó)際水平， 模具結(jié)構(gòu)功能方面也接近國(guó)際水平，在轎車模具國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程中前進(jìn)了一大步。但在制造質(zhì)量、精度、制造周期和成本方面，以國(guó)外相比還存在一定的差距。標(biāo) 志沖模技術(shù)先進(jìn)水平的多工位級(jí)進(jìn)模和多功能模具，是我國(guó)重點(diǎn)發(fā)展的精密模具品種， 在制造精度、使用壽命、模具結(jié)構(gòu)和功能上，與國(guó)外多工位級(jí)進(jìn)模和多功能模具相比，存在一定差距2-3。1.4 模具 CAD/CAE/CA啾術(shù)沖壓技術(shù)的進(jìn)步首先通過(guò)模具技術(shù)的進(jìn)步來(lái)體現(xiàn)出來(lái)。對(duì)沖模技術(shù)性能的研究已經(jīng)成為發(fā)展沖壓成形技術(shù)的中心和關(guān)鍵。 20世紀(jì) 60年代初期，國(guó)外飛機(jī)、汽車制造公司開(kāi)始研究計(jì)算機(jī)在模具設(shè)計(jì)與制造中的應(yīng)用。 通過(guò)以計(jì)算機(jī)為主

6、要技術(shù)手段，以數(shù)學(xué)模型為中心，采用人機(jī)互相結(jié)合、各盡所長(zhǎng)的方式， 把模具的設(shè)計(jì)、分析、計(jì)算、制造、檢驗(yàn)、生產(chǎn)過(guò)程連成一個(gè)有機(jī)整體，使模具技術(shù)進(jìn)入到 綜合應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造的新階段。模具的高精度、高壽命、高效率成為模具技術(shù)進(jìn) 步的特征。模具 CAD/CAE/CAha改造傳統(tǒng)模具生產(chǎn)方式的關(guān)鍵技術(shù)，是一項(xiàng)高科技、高效益的系統(tǒng)工程。它以計(jì)算機(jī)軟件的形式，為企業(yè)提供一種有效的輔助工具，使工程技術(shù)人員借助于計(jì)算機(jī)對(duì)產(chǎn)品性能、模具結(jié)構(gòu)、成形工藝、數(shù)控加工及生產(chǎn)管理進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化4。模具 CAD/CAE/CAM技術(shù)能顯著縮短模具設(shè)計(jì)與制造周期，降低生產(chǎn)成本和提高產(chǎn)品質(zhì)量已成為模具界的共識(shí)。模具 CAD

7、/CAE/CA 琳近 20年中經(jīng)歷了從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，從試點(diǎn)到普及的過(guò)程。進(jìn)入本世紀(jì)以 來(lái)，模具CAD/CAE/CAM術(shù)發(fā)展速度更快，應(yīng)用范圍更廣。在級(jí)進(jìn)模 CAD/CAE/CAM展應(yīng)用方面，本世紀(jì)初，美國(guó) UG必司與我國(guó)華中科技大學(xué)合作在 UG-II (現(xiàn)為 N*軟件平臺(tái)上開(kāi)發(fā)出基于三維幾何模型的級(jí)進(jìn)模CAD/CA 瞰件 NX-PDW 該軟件包括工程初始化、工藝預(yù)定義、毛坯展開(kāi)、毛坯排樣、廢料設(shè)計(jì)、條料排樣、壓力計(jì)算和 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等模塊。具有特征識(shí)別與重構(gòu)、全三維結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)等顯著特色，已在2003年作為商品化產(chǎn)品投入市場(chǎng)。與此同時(shí)，新加波、馬來(lái)西亞、印度及我國(guó)臺(tái)灣、香港有關(guān)機(jī)構(gòu)和 公司也在開(kāi)發(fā)和

8、試用新一代級(jí)進(jìn)模CAD/CAMK統(tǒng)。我國(guó)從上世紀(jì) 90年代開(kāi)始，華中科技大學(xué)、上海交通大學(xué)、西安交通大學(xué)和北京機(jī)電研究院等相繼開(kāi)展了級(jí)進(jìn)模 CAD/CA曜統(tǒng)的研究和開(kāi)發(fā)。如華中科技大學(xué)模具技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在 AutoCAD 軟件平臺(tái)上開(kāi)發(fā)出基于特征的級(jí)進(jìn)模CAD/CA嶙統(tǒng) HMJC 包括板金零件特征造型、基于特征的沖壓工藝設(shè)計(jì)、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)件及典型結(jié)構(gòu)建庫(kù)工具和線切割自動(dòng)編程 5 個(gè)模塊。上海交通大學(xué)為瑞士法因托 (Finetool )精沖公司開(kāi)發(fā)成功精密沖裁級(jí)進(jìn)模 CAC/CA 曜統(tǒng)。西安交通大學(xué)開(kāi)發(fā)出多工位彎曲級(jí)進(jìn)模CAD 系統(tǒng)等。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)一些軟件公司也競(jìng)相加入了級(jí)進(jìn)模 CAD

9、/CA 曜統(tǒng)的開(kāi)發(fā)行列，如深圳雅明軟件制作室開(kāi)發(fā)的級(jí)進(jìn)模系 統(tǒng) CmCAD富士康公司開(kāi)發(fā)的用于單沖模與復(fù)合模的CAD系統(tǒng) Fox-CAD 等4。展望國(guó)內(nèi)外模具 CAD/CAE/CA 嗷術(shù)的發(fā)展，本世紀(jì)的科學(xué)技術(shù)正處于日新月異的變革之中， 通過(guò)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的緊密結(jié)合，人工智能技術(shù)、并行工程、面向裝配、參數(shù)化特征建模以及關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)等一系列與模具工業(yè)相關(guān)的技術(shù)發(fā)展之快，學(xué)科領(lǐng)域交叉之廣前所未見(jiàn)。今后10年新一代模具 CAD/CAE/CAhM統(tǒng)必然是當(dāng)今最好的設(shè)計(jì)理念、最新的成形理論和最高水平的 制造方法相結(jié)合的產(chǎn)物，其特點(diǎn)將反映在專業(yè)化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化、智能化四個(gè)方面。主要表現(xiàn)在4:(1)模具 CAD

10、/CAM 勺專業(yè)化程度不斷提高；(2)基于網(wǎng)絡(luò)的 CAD/CAE/CA體化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)初見(jiàn)端倪；(3)模具 CAD/CAE/CAM勺智能化引人注目；(4)與先進(jìn)制造技術(shù)的結(jié)合日益緊密。1.5課題的主要特點(diǎn)及意義該課題主要針對(duì)電器開(kāi)關(guān)過(guò)電片零件，在對(duì)過(guò)電片沖孔、落料和壓彎等成形工藝分析的基礎(chǔ)上，提出了該零件采用多工位級(jí)進(jìn)模的沖壓方案；根據(jù)零件的形狀、尺寸精度要求，設(shè)計(jì)過(guò)程中綜合考慮采用“雙列直對(duì)排法”排樣，成形側(cè)刃定位，保證工件的尺寸和形狀位置精度要求的同時(shí)，提高了材料的利用率和勞動(dòng)生產(chǎn)率。本課題涉及的知識(shí)面廣，綜合性較強(qiáng)，在鞏固大學(xué)所學(xué)知識(shí)的同時(shí)，對(duì)于提高設(shè)計(jì)者的創(chuàng)新能力、協(xié)調(diào)能力，開(kāi)闊設(shè)計(jì)思路等

11、方面為作者提供了一個(gè)良好的平臺(tái)。2沖壓工藝方案的制定該零件為某電器開(kāi)關(guān)過(guò)電片，是一家電器 生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)品中的一個(gè)主要零件，如圖 2-1 所示，其作用是通過(guò)開(kāi)關(guān)扳手的運(yùn)動(dòng) 由過(guò)電片讓電流通或斷。該零件生產(chǎn)屬于 大批量生產(chǎn)，零件結(jié)構(gòu)緊湊，沖裁壁厚很 小(最小處為 0.75mm),成形過(guò)程相互干 涉，在復(fù)合模中難于實(shí)現(xiàn)；若用簡(jiǎn)單的落 料、沖孔、彎曲模等單工序模也可達(dá)到?jīng)_ 壓要求，這樣模具雖然簡(jiǎn)單了，但是沖壓 所用的設(shè)備和人員較多，沖壓工序中的定位也較麻煩，加上零件較小，裝料時(shí)易產(chǎn)生不安全的現(xiàn)象，A-A圖 2-1 零件圖材料：H68 普通黃銅料厚：0.5mm廣。為減少零件在生產(chǎn)中的多次定位對(duì)其精度和生產(chǎn)

12、率的影響，一要產(chǎn)品批量較大， 對(duì)零件的一致性要求較高，二是具有 H68良好的彎曲和沖裁性能，經(jīng)過(guò)反復(fù)比較，適宜采用較為復(fù) 雜的多工位級(jí)進(jìn)模制造。2.1工藝分析本電器開(kāi)關(guān)過(guò)電片從總體上看是一個(gè)帶雙孔的“L ”形彎曲件，該零件需要控制的尺寸有，分別為公差等級(jí) IT11 , IT12級(jí)，其余尺寸均為未注公差，可以按 IT12級(jí)取公差。該零件材料為 H68 普通黃銅，料厚為 0.5mm 因而從尺寸精度和材料方面分析比較適合用沖壓加工。 經(jīng)計(jì)算得零件毛坯展開(kāi)尺寸，如圖 2-2所示，最長(zhǎng)處為22.86mm,最寬處為 6.8mm,屬于小型沖壓件。由于“”形彎曲件兩直邊折彎方向相反，故彎曲模必須有兩個(gè)方向的彎

13、曲動(dòng)作?，F(xiàn)改為“”形彎曲件，它是“ 1 ”形件的成對(duì)彎曲，然后再切斷為二個(gè)“ L ”形件，這樣使兩邊的彎曲力相互平衡，同時(shí)也減少了彎曲時(shí)的毛坯移動(dòng)。2.2排樣圖設(shè)計(jì)排樣圖是多工位級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，它具體反映了零件在整個(gè)沖壓成形過(guò)程中，毛坯外形在條料上的截取方式及與相鄰毛坯的關(guān)系，而且對(duì)材料的利用率、沖壓加工的工藝性以及模具件在沖壓 時(shí)的移動(dòng)和抵 消彎曲 力，綜合考慮采用“雙列 直對(duì)排法”，由于制 件較小，采用“雙列 直對(duì)排 法”排 樣的模具體積 也不會(huì)很大，同時(shí)按“雙 列直對(duì) 排法” 排樣為的搭邊連接最小寬度取 1.8mm=故應(yīng)針對(duì)零件和零件展開(kāi)后的工藝特點(diǎn)，并綜合考慮工藝分析各個(gè)因素后，設(shè)計(jì)

14、合理的排樣圖及具體工位安排。故：條料寬度 b=22.86mr2 + 1.2mn2 + 1.8mm =49.92mm，取 b=50mm沖壓進(jìn)距 h=6.8mm + 5mm + 1.2mn2 =14.2mm毛坯排樣圖如圖 2-3所示:的結(jié)構(gòu)和壽命等有著顯著的影響5該過(guò)電片 零件形狀一頭大一頭小，若 采用單列排樣 則材料 的利用 率較低,故采用 雙列 排樣；又 為了減 少制模四件”生產(chǎn)，大大提 高了生 產(chǎn)效率，因此 這樣的 排樣比 較科學(xué) 合理。6表 2-13取搭邊值 a=1.2mm 沖切外形時(shí)工件間根據(jù)以上分析，沖壓如圖 2-1所示的零件的級(jí)進(jìn)模分為四個(gè)工位。第一工位：定距沖外形；第二工位：沖圓孔

15、和腰形孔；第三工位：“形彎曲，由導(dǎo)正銷在圓孔中定位；第四工位：切斷“ -二”形件，分離得四個(gè)“ 1 ”形制件。計(jì)算材料的利用率，一個(gè)進(jìn)距內(nèi)的沖裁面積A:A=92.5mm2+19.6mn2x4+15.9m宿X4+51.8 mm2=286.3 mm2其中，A包括一個(gè)進(jìn)距內(nèi)沖出的小孔面積142mm故一個(gè)進(jìn)距的材料利用率為：若沖出的小孔材料可以加以利用，則由本排樣方案計(jì)算一個(gè)進(jìn)距的材料利用率為:7/ = 50 K14 2一（286,3-142）* 川跳二L3模具總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 模具總體結(jié)構(gòu)如圖 3-1所示，該模具采用后側(cè)導(dǎo)柱模架，沖圓孔凸模 19,沖腰形孔凸模 18,切斷凸模 15,切邊凸模 20,壓彎

16、凸模（成形側(cè)刃）16,導(dǎo)正銷 29分別和凸模固定板 5采用 壓入式裝配，用圓柱銷 23在上模座上定位， 與墊板 4 一起固定在上模座上； 凹模 11采用整 體加工而成，為了便于制造、試模和維修，壓彎凹模鑲塊17兩件采用鑲拼結(jié)構(gòu)，嵌入沖裁凹模槽孔內(nèi)，并用螺釘加以固定； 條料送進(jìn)步距由成形側(cè)刃定位控制，制件彎曲由導(dǎo)正削精定位，所有凸模卸料由彈性卸料板7完成，沖孔、切邊和切斷廢料由凹模下面的漏料孔逐步排出，制件從料頭分離，由模具終端沿凹模斜面自動(dòng)落下。3.1條料定位裝置由于側(cè)刃定距方式使沖壓時(shí)材料送進(jìn)準(zhǔn)確可靠，但增加了材料的消耗， 也使模具的制造維修趨于復(fù)雜。側(cè)刃的成形沖切即發(fā)揮了側(cè)刃定距的優(yōu)點(diǎn)，又

17、使得有搭邊排樣的有廢料沖壓變?yōu)闊o(wú)廢料、少?gòu)U料沖壓。成形側(cè)刃沖壓是將擬選用的側(cè)刃與工件某部分的沖裁結(jié)合，利用沖切出條（帶）料的缺口代30 x142-286 350 x14.2xlOO%=59.7%50 x14 2替普通側(cè)刃的切邊缺口實(shí)現(xiàn)送料限位定距，省去普通側(cè)刃沖切后仍需留出落料沖切的搭邊， 實(shí)現(xiàn)少無(wú)廢料排樣的沖裁7。資料表明：在級(jí)進(jìn)模上使用成形側(cè)刃與使用普通側(cè)刃相比，不僅可以節(jié)省沖壓材料 6%-10%成本降低 2%-6%而且可以使連續(xù)沖壓保持較高的勞動(dòng)生產(chǎn)率 的同時(shí)，保證工件具有較高的尺寸和形狀位置精度。圖 3-1 模具結(jié)構(gòu)示意圖1-模柄 2-上模板 3-圓柱頭內(nèi)六角卸料螺釘 4-墊板 5-凸

18、模固定板 6-彈簧7-卸料板 8-導(dǎo)套 9-導(dǎo)柱 10-下模板 11-凹模 12-墊板 13-內(nèi)六角圓柱頭螺釘14- 圓柱銷 15-切斷凸模 16-壓彎凸模 17-凹模鑲塊 18-沖腰形孔凸模19-沖圓孔凸模 20-切邊凸模(成形側(cè)刃) 21-開(kāi)槽圓柱頭螺釘 22-承料板23-圓柱銷 24-內(nèi)六角圓柱頭螺釘 25-圓柱銷 26-圓柱銷 27-開(kāi)槽沉頭螺釘28-導(dǎo)料板 29-導(dǎo)正銷 30-開(kāi)槽沉頭螺釘 31-螺塞 32-彈簧本設(shè)計(jì)在送料前進(jìn)方向的兩側(cè)采用雙成形側(cè)刃定距，如圖 2-3所示，即為使用成形側(cè)刃的排樣圖，側(cè)刃長(zhǎng)度稍大于送料進(jìn)距，以便導(dǎo)正銷伸入預(yù)沖孔時(shí)導(dǎo)料略后退。成形側(cè)刃尺寸按式(3-1

19、)計(jì)算:L=h+ (0.05 0.10 )(3-1 )式中，L一成形側(cè)刃斷面沿送料方向的長(zhǎng)度( mm ,這里 1 二 14.2 推攜；步距（mm精確定位由導(dǎo)正銷 29與條料上的導(dǎo)正孔 e5 來(lái)實(shí)現(xiàn)，該模具裝有 2件導(dǎo)正銷，結(jié)構(gòu)形式如 圖 3-1所示，條料寬度方向由左、右導(dǎo)料板28導(dǎo)向，承料板 22承料。3.2出料裝置采用彈性卸料板 7 卸料，彈性卸料板由彈簧 6 產(chǎn)生的彈性實(shí)現(xiàn)卸料， 并穿過(guò)卸料螺釘 3 桿部 安裝在凸模固定板與卸料板之間。導(dǎo)正銷與導(dǎo)正孔之間存在一定的間隙，一般可以避免導(dǎo)正銷卡在導(dǎo)正孔內(nèi)，若為了防止導(dǎo)正銷卡在導(dǎo)正孔內(nèi)，可以采用在局部設(shè)計(jì)卸料塊與彈簧，靠彈簧產(chǎn)生的彈性實(shí)現(xiàn)卸料。沖

20、孔、切邊廢料和切斷廢料由凹模下方的漏料孔逐步排出，制件由模具終端沿斜面自動(dòng)落下。3.3模具結(jié)構(gòu)特點(diǎn)采用雙成形側(cè)刃對(duì)稱布置，切邊定距，沖出工件部分外形， 充分利用料頭和料尾。為了便于送料，在沖切外形時(shí)工件之間留有一定的搭邊連接，在沖彎后再切去，工件成形后由凹模 11終端的斜面滑出。3.4模具工作過(guò)程將裁剪好的寬度為 50mmB 勺條料放在下模上，并依靠成形側(cè)刃定位。第一步：上模下行卸料板在彈簧作用下壓住坯料，切邊凸、凹模完成切廢料工序；第二步：上模上行條料靠手動(dòng)向前送一步，上模下行沖孔凸、凹模完成沖孔工序， 廢料從下模的下漏料孔排出；第三步：上模上行條料靠手動(dòng)向前送一步，上模下行由導(dǎo)正銷精確定位

21、，彎曲凸、凹模完成彎曲工序；第四步：上模上行條料靠手動(dòng)繼續(xù)向前送一步，上模下行由切斷凸、 凹模完成切斷工序， 廢料從下模的下漏料孔排出，同時(shí)有四個(gè)制件從模具終端落下，完成整個(gè)沖壓過(guò)程。4模具零件的設(shè)計(jì)與計(jì)算4.1凸、凹模刃口尺寸的計(jì)算4.1.1 凸、凹模間隙的選擇凸、凹模間隙值的大小對(duì)沖壓制件質(zhì)量、模具壽命、沖壓力的影響很大， 是沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)中的一個(gè)極其重要的工藝參數(shù)。根據(jù)零件材料及料厚，查文獻(xiàn)8表 2-10,確定沖裁刃口始用雙面間隙值： Zmin=0.025 mm Zmax=0.045 mm 至于壓彎時(shí)凸模與凹模之間的間隙，按材料的性能、厚度以及彎曲件的高度和寬度(彎曲線的長(zhǎng)度)，取單

22、邊間隙 0=( 1.01.1)t ,這里取 0=0.5 mm 另外，設(shè)計(jì)中考慮在合模時(shí)使毛坯完全壓靠，以保證彎曲件的質(zhì)量和 尺寸精度。4.1.2 凸、凹模刃口尺寸計(jì)算沖壓制件的尺寸精度主要決定于模具刃口的尺寸精度，合理間隙的數(shù)值也必須靠模具的刃 口尺寸來(lái)保證。因此，正確確定模具刃口尺寸極其公差，是設(shè)計(jì)沖模的主要任務(wù)之一。(1) 切邊凸、凹模刃口尺寸計(jì)算由于該零件切邊形狀比較復(fù)雜，且為薄材料，為了保證凸、凹模之間的間隙值，擬采用凸、 凹模配合加工的方法。先做凸模，然后配做凹模，具體可采用成形磨削加工刃口。根據(jù)零件切邊形狀，如圖4-1所示，其中未標(biāo)注公差的尺寸，按 IT12級(jí)取公差。凸模磨損后尺寸

23、變小的記為A類，有A1=142f*顧A2=2%瀕A3=214鏟瀕J2J3A=；“ 二,A5=-尺寸變大的記為B類，有B=6,8*I5燃地，歆二- *f,B3=.L八對(duì)于 A類尺寸：查文獻(xiàn)6表 2-11 得：磨損系數(shù) X1=0.75, X2=1, X3=0.75, X4=1,X5=18S=A/4式中，一凸模制造公差，H=(14.2 + 0-75x 0幻以叫.18=1434頊必咐8% 二(2 + lx 0,1)_頃網(wǎng)1二2,1頸必也A類尺寸按式(4-1)計(jì)算:4S+財(cái).(4-1 )圖 4-1 零件切邊尺寸4廣（2L46 + 0 0,2此伸偵二21.62%EA=。4+1乂0.1玖卜阿755*例礎(chǔ) 心

24、二（92+lx0.1功頓廣9.35牌對(duì)于 B類尺寸：查文獻(xiàn)6表 2-11 得：xi=1, x2=1, x3=1B類尺寸按式（4-2）計(jì)算：R 廣 m _迅）“-2）% 二（6.8-0掰心恥二65mm&二（5-lx（M2）g%4 88嚴(yán)產(chǎn)（34-1x0嚴(yán)呻二 32*F該零件切邊凹模刃口各部分尺寸按上述切邊凸模的相應(yīng)部分尺寸配制，保證雙面間隙值ZminZmax=0.0250.045mni 切邊凸模尺寸標(biāo)注如圖4-2所示。（2）沖圓孔凸、凹模刃口尺寸計(jì)算圓孔形狀簡(jiǎn)單，為制造方便，凸、凹模擬采用分開(kāi)加工。圓孔尺寸如圖 4-3 ,未注公差按 IT12級(jí)處理有S5j0 nM ,按一般要求：模具精度

25、較工件精度高 23級(jí)，查文獻(xiàn)6表 2-10得 4 二。伽徹奶 M2 施這樣將不滿足分開(kāi)加工條件：4+加弓Zmax-Znun?？紤]到圓孔容易加工，可以適當(dāng)?shù)奶岣咄埂寄Ｖ圃炀?，?amp; = 0.6（2 max-Zmin）取q=o.oi做，布=0。1附?，這樣就滿足分開(kāi)加工條件:先確定凸模刃口尺寸，查文獻(xiàn)6表 2-11得：x=0.75，按（4-3）式計(jì)算:-（4-3）則： = （5 + 0.75x012） = 5.09凹模刃口尺寸，按（4-4）式計(jì)算：_7土一 但.招庭 .4-2切邊凸模尺寸圖J，京II勿或（4-4）則：d=（5.09+0.029。=5.12g海擋，沖圓孑L凸模尺寸標(biāo)注如圖

26、4-4所示（3）沖腰形孔凸、凹模刃口尺寸計(jì)算腰形孔尺寸如圖 4-5，未注公差按 IT12級(jí)處理有艮，15?1 飾,孔 心距 120,仍沖。腰形孔和圓孔同樣，比較容易加工，按上述沖圓孔凸、凹模刃口計(jì)算方法，適當(dāng)提高模具制造精度，以滿足分開(kāi)加工的條件，取= 0,01?確定凸模刃口尺寸， 查文獻(xiàn)6表 2-11得：x=1，根據(jù)（4-3）式有：勺二（1,75+1x0,1）%。二1.85*。1法決沖腰形孔凸模尺寸標(biāo)注如圖 4-6所示。由式（4-4）得，凹模刃口尺寸為：d廣（1費(fèi)+0,02咪，1,88鑿枷孔心距4（4）=顯飩（4-5）式中、L一凸、凹?？仔木嗟臉?biāo)稱尺寸（mm ;L工件孔心距的標(biāo)稱尺寸（ mm

27、 ；A 工件孔心距的公差（mm則：一,（4）切斷凸模刃口尺寸計(jì)算零件切斷搭邊廢料形狀尺寸如圖4-7所示，其中未標(biāo)注公差的尺寸，按 IT12級(jí)取公差。按上述切邊凸、凹模 刃口尺寸計(jì)算方法，凸、凹模采用配合加工，先加工凸 模，然后配做凹模。同樣，凸模磨損后尺寸變小的記為A類，有 A1=14W牌梆,A2=9Wg?,& = 0,0mm圖 4-5 腰形孔尺寸A3=8 6件獅,A4=1鏟沏;尺寸變大的記為 B類，有 B頊3.4*,的推。1對(duì)于 A類尺寸：查文獻(xiàn)6表 2-11 得：xi=0.75, x2=1, x3=1, x4=1,由式（4-1）得:&廣（142+。7公0,18）%10 =

28、1434工瀕% =（9 2+1X 0= 9 35回必明&二（8 6+1x0,二8.75*映二（1.8 +lx。，玖ugi T 9*仍郴用2對(duì)于 B類尺寸：查文獻(xiàn)6表 2-11 得：x=1由式（4-2 ）得：勺二（34 - 075x 0 12）嚴(yán)呻二3 31嚴(yán)沖該零件搭邊廢料切斷凹模刃口各部分尺寸按上述切斷凸模的相應(yīng)部分尺寸配制，保證雙面間隙值 ZminZmax=0.0250.045mm,切斷凸模尺寸標(biāo)注如圖 4-8所示。（5）壓彎凸、凹模刃口尺寸計(jì)算壓彎型槽相對(duì)位置關(guān)系，如圖4-9所示，相對(duì)寬度尺寸標(biāo)注在內(nèi)側(cè)，故應(yīng)以凸臺(tái)（相當(dāng)于凸模）為基準(zhǔn)，先計(jì)算凸臺(tái)尺寸。考慮到模具磨損和彎曲件的回彈

29、，凸臺(tái)尺寸按（4-6 ）計(jì)算：S =（5 + 0.254）,夕 f（4-6）式中，8 彎曲件基本尺寸（mm）;A 一彎曲件制造公差（mm）;4一凸臺(tái)制造公差，按 IT8 級(jí)選取4 =0,03 狀牌 r則：.，. 一項(xiàng)-兩個(gè)壓彎凸模刃邊相對(duì)位置尺寸（相當(dāng)于凹模）按凸臺(tái)尺寸控制，保證單邊間隙C,即:ET+2C故：(4-7)圖 4-8 切斷凸模尺寸4.2凸、凹模的設(shè)計(jì)4.2.1 凸模的結(jié)構(gòu)和固定形式由于沖件的形狀和尺寸的不同，沖模的加工以及裝配工藝等實(shí)際條件亦有所不同，所以在實(shí)際生產(chǎn)中使用的凸模結(jié)構(gòu)形式也就有很多種形式。一般沖裁凸模的形狀是由產(chǎn)品的形狀決定的，它可以采用直身結(jié)構(gòu)也可采用加強(qiáng)型結(jié)構(gòu)。主

30、要的固定方式有：臺(tái)肩固定、釧接、螺釘 和銷釘固定以及粘結(jié)劑澆注法固定等9。本設(shè)計(jì)中采用用圓形和方形兩種形式的凸模，材料選用T10A鋼，淬火硬度 HRC56-60必要時(shí)表面可進(jìn)行滲氮處 理。圓凸?？刹捎酶呔韧鈭A磨床加工，異形凸?？梢?采用慢走絲線切割加工或成形磨削加工（成形磨削是模 具零件成形表面精加工的一種方法，可以獲得高尺寸精 度、高表面加工質(zhì)量7。凸模固定方式如圖 4-10所示：凸模以過(guò)渡配合（K6）固 緊在凸模固定板上，頂端形成臺(tái)肩，以便固定，并保證 在工作時(shí)不被拉出，安全可靠。4.2.2 凸模長(zhǎng)度的確定壓彎凸模長(zhǎng)度Z = 17+12 + 3+20+5.2 = 57.24.2.3 凸模

31、的強(qiáng)度計(jì)算沖裁時(shí)凸模因承受了全部的壓力，所以它承受了相當(dāng)大的壓應(yīng)力。而在卸料時(shí)，又承受有拉應(yīng)力。因此，在一次沖裁的過(guò)程中，其應(yīng)力為拉伸和壓縮交變反復(fù)作用。在一般情況下，凸模的強(qiáng)度是足夠的，因此沒(méi)有必要作強(qiáng)度的校核片零件特點(diǎn)，其中有的凸模斷面尺寸很小，因此必須對(duì)相應(yīng)凸模的強(qiáng)度一包括凸模的最小斷面（危險(xiǎn)斷面）的承壓能力和抗彎能力進(jìn)行校核。（1）凸模承受能力的校核對(duì)凸模最小斷面上的承受能力進(jìn)行計(jì)算時(shí)，必須使沖裁力小于或等于危險(xiǎn)斷面所允許的最大壓應(yīng)力。由9表 2-9查得，對(duì)于材料為黃銅的沖件，最小的允許凸模相對(duì)直徑（凸模工作部分的長(zhǎng)度應(yīng)根據(jù)模具的結(jié)構(gòu)來(lái)確定。般不宜過(guò)長(zhǎng)，否則往往因縱向彎曲而使凸模工作時(shí)

32、失穩(wěn)。致使模具間隙出現(xiàn)不均勻，從而使沖件的質(zhì)量及精度有所下降，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)雇鼓Ｕ蹟?。根?jù)模具設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)形式，凸模的長(zhǎng)度為L(zhǎng) = Hi+ H,+H.+H(4-8 )式中，L 一凸模的長(zhǎng)度（mm ;*1凸模固定板的厚度（mm ,它取決于沖件的厚度t , 一般在沖制 t40-50 mm),料厚 0.5 mm ( 0.8 mm),由文獻(xiàn)10表 14-5 取 b=30mm(2)凹模厚度：凹模厚度 h根據(jù)沖裁力 F 按文獻(xiàn)10圖 14-15選擇。 先算沖裁力：FKLtT(4-10 )式中，L沖裁件周邊長(zhǎng)度(mm ；t 材料厚度(mm , t=0.5mm； t 一 材料抗剪強(qiáng)度(MPa ,T=240MPaK

33、一系數(shù)?？紤]到模具刃口的磨損，模具間隙的波動(dòng)，材料力學(xué)性能的變化及材料厚度偏差等因素，一般取 K=1.3。算得整個(gè)沖壓工序中沖裁周邊長(zhǎng)度L=388mm 代入式(4-10)得：F=1.3 X 388X 240X 0.5 60KN由文獻(xiàn)10圖 14-15中取凹模厚度 h=20mm圖 4-11 壓彎凹模鑲塊般可以使用電火花穿孔加圖 4-12 N 模刃魅*式(3)凹模外形尺寸根據(jù)排樣圖 2-3所注尺寸和上述凹模厚度 h與壁厚 b,可以得出：凹模長(zhǎng) L=124 mm；凹模寬 B=110 mm；故初步有了凹模外形尺寸 LX BX h=124X 112X 20 mm=根據(jù)要求，上述凹模外形尺寸須向國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)靠

34、攏，對(duì)照文獻(xiàn)10表 14-6 (摘自 GB2858-81),將上述尺寸改為 125X 125X 20 mm=(4)刃壁高度垂直于凹模平面的刃壁，其高度h可以按下列規(guī)則計(jì)算10:沖件料厚 t 3 mm , h0=t ;所以，這里取 h0=3 mm=(5)凹模鑲塊尺寸設(shè)計(jì)對(duì)于凹模鑲塊的尺寸，可以參見(jiàn)相關(guān)零件圖紙。4.3 模板的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的級(jí)進(jìn)模模板包括：卸料板、固定板、凹模板、墊板、上模板、下模板，其中卸料板、固定板、凹模板是關(guān)鍵的三塊模板，也是級(jí)進(jìn)模比不可少的11。該模具中固定板起著固定凸模的作用，卸料板主要起卸料、壓料同時(shí)還具有一定的導(dǎo)向作用；凹模板前面已經(jīng)提到，既充當(dāng)凹模刃口，又可以在其上鑲拼

35、凹模鑲塊。另外，在進(jìn)行級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)時(shí)， 有一項(xiàng)很重要，就是設(shè)計(jì)讓位，一般彎曲或成形等工位的所有 后續(xù)工位都需要讓位，而且要充分讓位，不但需要考慮靜態(tài)讓位，還要考慮動(dòng)態(tài)讓位11。本設(shè)計(jì)中在凹模板上直接開(kāi)槽讓位，工件成形后由凹模終端的斜面滑出，保證了送料的順暢。 凹模外形尺寸前面已述，該級(jí)進(jìn)模其它模板的外形尺寸設(shè)計(jì)如下：凸模固定板ZxEx腥125x125x17砌；上墊板Zx5xft = 125xl25xlQfflwe；下墊板Zxj?xft = 125x125x8；導(dǎo)料板lx月履二165x40 x3做；卸料板IxEx力二125x125x12砌 2 ；卸料板凸臺(tái)高度根據(jù)導(dǎo)向裝置導(dǎo)料板厚度來(lái)確定，取 h

36、=H-(0.10. 3)t=3- 0.2 x 0.5=2.9 mm 所以卸料板整體高度為 14.9 mm；上模板 方乂二125x125x30伽(標(biāo)準(zhǔn)件)；下模板1x8乂二125x125x3初玳(標(biāo)準(zhǔn)件)；故：模具閉合高度H 版-，+3+2。+8+%另WK4.4 卸料彈簧的選用先算卸料力，查文獻(xiàn)8表 2-15得卸料力系數(shù)K 崎=0.02 ,貝 U：&二4緯二0.02x80切T200AT(1) 根據(jù)模具的結(jié)構(gòu)初定 8 根彈簧，每根彈簧分擔(dān)的卸料力為：晶二七=1200陽(yáng)8T50M(2) 查文獻(xiàn)12表 10-1,并考慮到模具結(jié)構(gòu)尺寸， 初選彈簧參數(shù)為：彈簧鋼絲直徑 d=2mm 彈簧中徑D2=1

37、2mm 節(jié)距 t=4.28mm,工作極限負(fù)荷 Fj=188N,自由高度 h=40mm 有效圈數(shù) n=8.5 , 工作極限負(fù)荷下變形量 hj=17.3mnx 展開(kāi)長(zhǎng)度 L=396mm 規(guī)格標(biāo)記為：彈簧 2X 12X40(3)彈 簧 預(yù)壓量。由 Fj=188N, hj=17.3mm 考慮卸料的可靠性，取彈簧在預(yù)壓量為九 時(shí) 就應(yīng)有 150N的壓力，故：九=4/ = 173x150/188 = 14 4礎(chǔ)(4)檢查彈簧最大壓縮量是否滿足上述條件：沖裁時(shí)卸料板的工作行程h2=6.2mm;考慮凸模的修模量 h3=4mm 彈簧的預(yù)壓量為 h1=14.4mm；故彈簧總壓縮量為h1+h2+h3=14.4mm+

38、6.2mm+4mm=24.6mmhj=17.3mm17.2mm 所以該規(guī)格的彈簧滿足要求。4.5 其它零件的設(shè)計(jì)在級(jí)進(jìn)模中，一些輔助零件對(duì)模具的順利工作也起著重要的作用。針對(duì)該級(jí)進(jìn)模，這里主要介紹導(dǎo)正銷的設(shè)計(jì)。本級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)當(dāng)中，通過(guò)導(dǎo)正削與在前一個(gè)工位上沖了的兩個(gè)的孔實(shí)現(xiàn)精確定位，保證產(chǎn)品的精度。進(jìn)行導(dǎo)正銷設(shè)計(jì)時(shí)注意到控制導(dǎo)正銷的長(zhǎng)度，保證當(dāng)模具在自由狀態(tài)時(shí)導(dǎo)正銷的直壁部分伸出卸料板的長(zhǎng)度要小于產(chǎn)品的一個(gè)料厚，這樣就可以有效地避免帶料現(xiàn)象。模具在自由狀態(tài)時(shí)導(dǎo)正銷的直壁部分伸出卸料板的長(zhǎng)度為0.3mmo5 沖壓設(shè)備的選用根據(jù)所要完成的沖壓工藝性質(zhì)、生產(chǎn)批量的大小、沖壓件的幾何尺寸和精度要求來(lái)選定

39、設(shè)備類型。開(kāi)式曲柄壓力機(jī)雖然剛度差，但它成本低，且有三個(gè)方向可以操作的優(yōu)點(diǎn)，故廣泛應(yīng)用于中小型沖裁件、彎曲件、拉深件的生產(chǎn)中。閉式曲柄壓力機(jī)剛度好、精度高，只能靠?jī)蓚€(gè)方向操作，適用于大中型件的生產(chǎn)。 雙動(dòng)曲柄壓力機(jī)有兩個(gè)滑塊，壓邊可靠易調(diào)，適用于較復(fù)雜的大中型拉深件的生產(chǎn)。 綜合考慮，采用開(kāi)式曲柄壓力機(jī)。5.1 沖壓力的計(jì)算 該級(jí)進(jìn)模采用彈性卸料和下出料方式。由 4.2節(jié)及 4.4節(jié)計(jì)算知：0劇;&=頤必1瀏計(jì)算推件力，查文獻(xiàn)8表 2-15得推件力系數(shù)則：您=忒注沖(5-1)式中，一卡在凹?？卓谥械墓ぜ€(gè)數(shù)，取n = 3/0.5= 6,故0 =6x0.05x60 = 18計(jì)算彎曲力，應(yīng)

40、該是自由彎曲力與校正彎曲力之和。即& %由+腿(5-2 )由于校正彎曲時(shí)，校正彎曲力比自由彎曲力大得多，故%由可以忽略，而 &正的大小取決于壓力即的調(diào)整，根據(jù)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)計(jì)算初定為1所以，L 所選壓力機(jī)的公稱壓力F必須大于孔。5.2 選擇壓力機(jī)根據(jù)上述沖壓力的計(jì)算，初步選用型號(hào)為J23-16開(kāi)式雙柱可傾壓力機(jī)。該型號(hào)壓力機(jī)主要技術(shù)規(guī)格如下8:公稱壓力 160KN;滑塊行程 55mm;最大閉合高度 220mm;最大裝模tWj度 180mm;連桿調(diào)節(jié)量 45mm;工作臺(tái)尺寸（前后 mm左右 mm墊板尺寸（厚度 mm孔徑 mm:II；模柄孔尺寸（直徑 mm：深度 mm 例 60；滑塊中心

41、至床身中心距離 160mm;最大傾斜角 35由 4.3節(jié)計(jì)算知：模具閉合高度 %T55 砌故，所選壓力機(jī)裝模高度與模具閉合高度滿足下式娘-5砌2臨M啞+10瀕還可以看出”屈牌洗取在：片國(guó)28響+乙國(guó)異3,這樣可以避免連桿調(diào)節(jié)過(guò)長(zhǎng)，螺 紋接觸面積過(guò)小而被壓壞。6 壓力中心的計(jì)算沖裁時(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)，稱為模具壓力中心。如果模具壓力中心與壓力機(jī)滑塊中心不一致，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，降低模具和壓力機(jī)的壽命。 因此，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該正確算出沖裁時(shí)的壓力中心，并使壓力中心和模柄軸心線重合；若因沖件的形狀特殊，從模具結(jié)構(gòu)方面考慮不宜使壓力中心與模柄軸

42、心線相重合，也應(yīng)注意盡量使壓力中心的偏離不超過(guò)所選壓力機(jī)模柄孔投影面積的范圍，以下通過(guò)解析法確定模具的壓力中心。6.1 計(jì)算步驟（1）建立平面直角坐標(biāo)系XOY；（2）計(jì)算出各單一圖形的壓力中心到坐標(biāo)軸的距離XI、X2、X3、,xn和 yi、V 2、y3、，yn；（3）將計(jì)算數(shù)據(jù)分別代入式（6-1a ）和（6-1b），即可求得壓力中心坐標(biāo)(xo, y)。(6-1a )*勃+馳+，+恥菱Vft =- 一6.2計(jì)算壓力中心根據(jù)排樣圖設(shè)計(jì)及各工位在模具上的相對(duì)位置，建立直角坐標(biāo)系,如圖 6-1所示：由對(duì)稱性可知，各工序沖壓力的合力作用點(diǎn)落在x軸上，即坐標(biāo)0 = ,將所計(jì)算的各工位上的沖壓力及圖 6-1

43、中所標(biāo)注的 x 坐標(biāo)值代入式（6-1 ）中得：坐標(biāo)瓦二，故在此坐標(biāo) 系中模具壓力中心坐標(biāo)為（7, 0）。所以該模具壓力中心（機(jī)床滑塊中心）與模具中心左右 偏移 10.5mm（可供模具安裝時(shí)參考）。7總結(jié)設(shè)計(jì)是源頭，設(shè)計(jì)雖然只占模具成本的 10%右，卻決定了整個(gè)模具成本的 70粉 80%所以, 作者在設(shè)計(jì)時(shí)詳盡地考慮了模具結(jié)構(gòu)， 考慮提高生產(chǎn)率，如何方便維修。但是，又不能完全 依賴于設(shè)計(jì)，在實(shí)際生產(chǎn)中要具體問(wèn)題具體分析，根據(jù)實(shí)際狀況進(jìn)行模具調(diào)整也是必需的。在生產(chǎn)中模具的維修、保養(yǎng)也是很重要的。在模具維修時(shí)，應(yīng)該多注意細(xì)節(jié)，找出根本原因， 針對(duì)其維修。在拆裝模具時(shí)，要認(rèn)真仔細(xì)，以防損傷模具。定期的維護(hù)、保養(yǎng)也可以大大提 高模具壽命。從整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程來(lái)看，該電器開(kāi)關(guān)過(guò)電片采用多工位級(jí)進(jìn)模，模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，加工簡(jiǎn)單,操作方便，通過(guò)連續(xù)沖裁、彎曲等幾道工序一次成形，工作效高，零件成形質(zhì)量好，大大提高了生產(chǎn)率，降低了生產(chǎn)成本，滿足了生產(chǎn)需求，而且該設(shè)計(jì)思路可擴(kuò)展推廣到其它類似零 件的產(chǎn)品1-1(6-1b )圖 6-1 壓力中心計(jì)算圖模具設(shè)計(jì)中。當(dāng)然，由于作者知識(shí)水平有限，對(duì)實(shí)踐的缺乏，當(dāng)中不乏有不足之處,