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大連交通大學(xué)2017屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）調(diào)研報(bào)告
實(shí)習(xí)(調(diào)研)報(bào)告
一.級(jí)進(jìn)模的來(lái)源及意義
由于采用模具進(jìn)行生產(chǎn)能提高生產(chǎn)率、節(jié)約原材料、降低生產(chǎn)成本，在一定的尺寸精度范圍內(nèi)能夠保證產(chǎn)品零件的互換性，因此在我國(guó)各行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。模具是機(jī)械、電子、輕工、國(guó)防等行業(yè)生產(chǎn)的重要工藝裝備。由此可見(jiàn)，模具設(shè)計(jì)與制造技術(shù)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位十分重要。隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的迅速發(fā)展，對(duì)模具的使用壽命、尺寸精度和表面質(zhì)量等不斷提出新的更高的要求。
模具是工業(yè)生產(chǎn)中的重要工藝裝備，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)發(fā)展的重要基礎(chǔ)，是衡量一個(gè)國(guó)家生產(chǎn)力發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一，模具已成為當(dāng)代工業(yè)生產(chǎn)的重要手段和工藝發(fā)展方向。
隨著改革開(kāi)放和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，推動(dòng)了模具技術(shù)和模具工業(yè)的新發(fā)展，在儀器儀表、家用電器、交通、通訊等各行業(yè)中，有70%以上的產(chǎn)品是使用模具加工成型，模具設(shè)計(jì)水平的高低、模具制造能力強(qiáng)弱以及模具質(zhì)量的優(yōu)劣，直接影響各種產(chǎn)品的質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)效益的增長(zhǎng)及整體工業(yè)水平的提高，現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品的品種發(fā)展和生產(chǎn)效益的提高，在很大程度上取決于模具的發(fā)展和技術(shù)經(jīng)濟(jì)水平。模具工業(yè)已成為高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的一個(gè)重要組成部分，現(xiàn)代模具是高技術(shù)背景下的工藝密集型工業(yè)。模具技術(shù)水平的高低，在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)能力，因此已成為衡量一個(gè)國(guó)家產(chǎn)品制造水平高低的重要標(biāo)志。
現(xiàn)代的模具工業(yè)已經(jīng)從傳統(tǒng)的模具工業(yè)發(fā)展到了現(xiàn)代模具工業(yè)的新階段，這個(gè)階段的標(biāo)志就是從一個(gè)傳統(tǒng)的、基本上是勞動(dòng)密集型的一個(gè)產(chǎn)業(yè)，發(fā)展到技術(shù)密集型和資金密集型的產(chǎn)業(yè)?，F(xiàn)在要生產(chǎn)模具，再用手工的方法不行了，必須要用先進(jìn)的軟件來(lái)設(shè)計(jì)，必須要有更高精度的數(shù)控設(shè)備來(lái)加工。我覺(jué)得這是現(xiàn)代模具工業(yè)的一個(gè)特點(diǎn)。這個(gè)特點(diǎn)決定了它的投入大，它對(duì)人才的要求就更高。
同時(shí)，模具產(chǎn)業(yè)帶動(dòng)作用很強(qiáng)。現(xiàn)在很多地方開(kāi)始重視模具行業(yè)的發(fā)展了，他們認(rèn)識(shí)到當(dāng)?shù)氐漠a(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)如果要發(fā)展，不發(fā)展相應(yīng)的模具產(chǎn)業(yè)就沒(méi)有后勁。模具是效益放大器，模具是供給制品產(chǎn)業(yè)的，可以使相關(guān)工業(yè)的效益比自身增加約一百倍，因此它的帶動(dòng)作用就大。模具的發(fā)展，不光是帶動(dòng)了自己行業(yè)的發(fā)展，而且向全國(guó)各地方提供模具，實(shí)際上是支持了全國(guó)相關(guān)行業(yè)的發(fā)展。
目前，信息(IT)產(chǎn)品的需求量與日俱增，并向“輕，薄，短，小”發(fā)展，IT制件的精密級(jí)進(jìn)沖模的開(kāi)發(fā)，有很大的難度。IT制件具有材料厚度超薄(材料厚度為0.02mm-0.6mm)，形狀微小，性狀和位置精度高，成形工藝復(fù)雜，生產(chǎn)批量大等特點(diǎn)。材料薄，因此沖裁間隙很小，接近無(wú)間隙沖裁，沖模刃口的設(shè)計(jì)和加工難度很大，沖裁間隙的均勻性和工藝穩(wěn)定性很難保證，模具壽命也難保證；由于材料超薄，在級(jí)進(jìn)模的高速?zèng)_壓成形過(guò)程中，條料送進(jìn)的平穩(wěn)度、送進(jìn)步距的精度、模具的精確導(dǎo)向都難以保證；在條料送進(jìn)過(guò)程中，由于材料太薄，還容易引起疊片、真空吸附、跳屑等問(wèn)題；由于彎曲部位的形狀精度要求很高，如電腦類(lèi)產(chǎn)品上的連接器的接觸零件，在高速?zèng)_壓的卸載過(guò)程中容易產(chǎn)生彎曲回彈，彎曲部位形狀精度難以保證。這些都對(duì)精密高速冷壓模的成形工藝的制定，模具的設(shè)計(jì)和加工，高速?zèng)_壓條件提出了極高的要求，給超薄，超微，高精度IT制件的高速冷壓模具的開(kāi)發(fā)帶來(lái)了很大的困難。
模具是制造業(yè)的重要基礎(chǔ)工藝裝備，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)發(fā)展的重要基礎(chǔ)之一。級(jí)進(jìn)模是一種精密、復(fù)雜的沖壓模具，它具有高效率、高精度和高壽命等優(yōu)越性，適應(yīng)于沖壓行業(yè)的自動(dòng)化生產(chǎn)。級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)涉及沖壓成形理論、沖壓工藝、排樣設(shè)計(jì)、產(chǎn)品展開(kāi)尺寸計(jì)算、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、產(chǎn)品的成形仿真以及模具材料選擇等許多關(guān)鍵技術(shù)。因此，對(duì)級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)進(jìn)行研究是十分有意義的。
二.國(guó)內(nèi)外級(jí)進(jìn)模發(fā)展?fàn)顩r
我國(guó)考古發(fā)現(xiàn)，早在2000多年前，我國(guó)已有沖壓模具被用于制造銅器，證明了中國(guó)古代沖壓成型和沖壓模具方面的成就就在世界領(lǐng)先。1953年，長(zhǎng)春第一汽車(chē)制造廠在中國(guó)首次建立了沖模車(chē)間，該廠于1958年開(kāi)始制造汽車(chē)覆蓋件模具。我國(guó)于20世紀(jì)60 年代開(kāi)始生產(chǎn)精沖模具。我國(guó)沖壓模具無(wú)論在數(shù)量上，還是在質(zhì)量、技術(shù)和能力等方面都已有了很大發(fā)展，但與國(guó)家發(fā)展的經(jīng)濟(jì)需求和世界先進(jìn)水平相比，差距仍很大，一些大型、精度、復(fù)雜、長(zhǎng)壽命的高檔模具每年仍大量進(jìn)口，特別是中高檔轎車(chē)的覆蓋件模具，目前仍主要依靠進(jìn)口。一些低檔次的簡(jiǎn)單沖模，已趨供過(guò)于求，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈。
現(xiàn)代模具行業(yè)是技術(shù)、資金密集型的行業(yè)。它作為重要的生產(chǎn)裝備行業(yè)在為各行各業(yè)服務(wù)的同時(shí)，也直接為高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)服務(wù)。由于模具生產(chǎn)要采用一系列高新技術(shù)，如 CAD/CAE/CAM/CAPP 等技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、激光技術(shù)、逆向工程和并行工程、快速成型技術(shù)及敏捷制造技術(shù)、高速加工及超精加工技術(shù)等等。因此，模具工業(yè)已成為高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的一個(gè)重要組成部分，現(xiàn)代模具是高技術(shù)背景下的工藝密集型工業(yè)。模具技術(shù)水平的高低，在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)能力，因此已成為衡量一個(gè)國(guó)家產(chǎn)品制造水平高低的重要標(biāo)志。
國(guó)外級(jí)進(jìn)模CAD/CAE/CAM的研究始于上世紀(jì)60年代末，70年代便有初步應(yīng)用，但僅限于二維圖形的簡(jiǎn)單沖裁級(jí)進(jìn)模，其主要功能如條料排樣、凹模布置、工藝計(jì)算和NC 編程等。彎曲級(jí)進(jìn)模CAD/CAM系統(tǒng)出現(xiàn)在80年代，如日本日立公司和富士通公司的彎曲級(jí)進(jìn)模系統(tǒng)等。為了能夠適應(yīng)復(fù)雜模具的設(shè)計(jì)，富士通系統(tǒng)采用了自動(dòng)設(shè)計(jì)和交互設(shè)計(jì)相結(jié)合的方法。
我國(guó)是進(jìn)入80年代后才開(kāi)始研制級(jí)進(jìn)模的，盡管經(jīng)歷了近二十年的努力，從無(wú)到有，有了較大的發(fā)展。與國(guó)外工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家比較，我國(guó)的多任務(wù)位級(jí)進(jìn)模技術(shù)仍然存在較大的差距，主要表現(xiàn)在:①?zèng)_壓工序比較單一，多數(shù)以沖裁級(jí)進(jìn)模為主，少部分為沖裁拉深級(jí)進(jìn)模，模具結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單、功能性不強(qiáng)。②模具模板幅面尺寸比較小，屬中小型級(jí)進(jìn)模。③模具精度不高，沖裁間隙誤差在0.0l5mm以上，制件產(chǎn)品易產(chǎn)生毛刺。④模具使用壽命相對(duì)較短，一般一次刃磨在50萬(wàn)次以?xún)?nèi)，模具材料主要以普通模具鋼為主或采用硬質(zhì)合金。
另外，我國(guó)模具行業(yè)專(zhuān)業(yè)化程度還比較低，模具自產(chǎn)自配比例過(guò)高。國(guó)外模具自產(chǎn)自配比例一般為30%，我國(guó)沖壓模具自產(chǎn)自配比例為60%。這對(duì)專(zhuān)業(yè)化產(chǎn)生了很多不利影響?，F(xiàn)在，技術(shù)要求高、投入大的模具，其專(zhuān)業(yè)化程度較高，例如覆蓋件模具、多任務(wù)位級(jí)進(jìn)模和精沖模等。而一般沖模專(zhuān)業(yè)化程度就較低。
20年來(lái)我國(guó)模具制造水平有了很大的提高，模具的CAD/CAM已經(jīng)很普遍，CAM/CAPP也在積極推廣。如今我國(guó)生產(chǎn)的模具精度已達(dá)到微米級(jí)，與20年前相比，模具壽命提高了幾十倍，模具生產(chǎn)周期縮短了約3/4，模具的標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率從幾乎是零達(dá)到45%左右。我國(guó)的沖壓模具將呈現(xiàn)的發(fā)展趨勢(shì)：(1).模具日趨大型化。這是由于模具成型的零件日漸大型化和高生產(chǎn)效率要求而發(fā)展的一模多腔所造成的。(2).模具的精度越來(lái)越高。10年前，精密模具的精度一般為5微米，現(xiàn)在已達(dá)到2~3微米，不久1微米精度的模具將上市。這要求超精加工。(3).多功能復(fù)合模具將進(jìn)一步發(fā)展。新型多功能復(fù)合模具除了沖壓成型零件外，還擔(dān)負(fù)疊壓、攻絲、鉚接和鎖緊等組裝任務(wù)，對(duì)鋼材的性能要求也越來(lái)越高。
我國(guó)模具總量雖然已位居日、美、德之后，但設(shè)計(jì)制造水平在總體上要比德、美、日、法、意等發(fā)達(dá)國(guó)家落后許多，也要比英國(guó)、加拿大、西班牙、葡萄牙、韓國(guó)、新加坡等有差距。
近年來(lái)，人們也意識(shí)到模具技術(shù)是與被加工材料、模具加工設(shè)備和模具材料密切相關(guān)的，因此，不能完全照搬國(guó)外的模具結(jié)構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)，必須有適用于本國(guó)國(guó)情的模具設(shè)計(jì)思想和理論。國(guó)內(nèi)級(jí)進(jìn)模技術(shù)面臨如何在消化吸收國(guó)外先進(jìn)模具技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合本國(guó)的國(guó)情來(lái)設(shè)計(jì)制造自己的模具產(chǎn)品這一重大課題。隨著我國(guó)工業(yè)化進(jìn)程的加速，高精度多任務(wù)位級(jí)進(jìn)模的需求將會(huì)越來(lái)越大，在模具設(shè)計(jì)、制造方面，國(guó)內(nèi)迫切需要有自己的理論指導(dǎo)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)模具國(guó)產(chǎn)化。
目前，世界上高速?zèng)_床的行程速度可達(dá)4000次/min，在日本，IC引腳框架的實(shí)用沖壓速度為300次/min~500次/min,接插件端子的實(shí)用沖壓速度為800次/min~1000次/min，金屬薄片的實(shí)用沖壓速度為1500次/min~2500次/min，而我國(guó)目前生產(chǎn)的接插件模具用于實(shí)際生產(chǎn)的最高速度在500次/min左右。我們廠所引進(jìn)的沖床有30%為高速精密沖床，目前均投入大量生產(chǎn)。實(shí)用沖壓速度可達(dá)800次/min~1000次/min。
高速加工技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，為高速?zèng)_壓模具的制造提供了技術(shù)支持，自20世紀(jì)30年代德國(guó)Carl Salomon博士首次提出高速切削概念以來(lái)，經(jīng)過(guò)50年代的機(jī)理與可行性研究，70年代的工藝技術(shù)研究，80年代全面系統(tǒng)的高速切削技術(shù)研究，到90年代初，高速切削技術(shù)開(kāi)始進(jìn)入實(shí)用化，到90年代后期，商品化高速切削機(jī)床大量涌現(xiàn)，21世紀(jì)初，高速切削技術(shù)在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家得到普遍應(yīng)用，正成為切削加工的主流技術(shù)。高速加工技術(shù)的出現(xiàn)，為模具制造技術(shù)開(kāi)辟了一條嶄新的道路。盡可能用高速加工來(lái)代替電加工，是加快模具開(kāi)發(fā)速度、提高模具制造質(zhì)量的必然趨勢(shì)。高速加工的加工精度高、表面質(zhì)量好，生產(chǎn)效率很高，在模具工業(yè)中的應(yīng)用效果非常好，傳統(tǒng)的電加工工藝無(wú)法與之匹敵，完全符合現(xiàn)代制造技術(shù)“高效率、高精度和高度自動(dòng)化”的發(fā)展方向，有廣闊的應(yīng)用前景。
信息技術(shù)(IT)制件,如集成電路引線框架、混合集成電路端子、液晶顯示屏端子、電腦端子、通信類(lèi)(如手機(jī))端子、數(shù)碼相機(jī)支承件等等，都是信息產(chǎn)品上的重要載體,在信息產(chǎn)品中起著連接、支承、互聯(lián)導(dǎo)電與轉(zhuǎn)換等作用,這些IT制件的設(shè)計(jì)與制造對(duì)于信息產(chǎn)品使用性能的發(fā)揮和集成化程度的提高至關(guān)重要。
精密高速級(jí)進(jìn)模被廣泛應(yīng)用于精密IT制件的生產(chǎn)制造中?，F(xiàn)在,IT制件的需求量與日俱增,并向“輕、薄、短、小”的方向發(fā)展,這給設(shè)計(jì)、制造精密級(jí)進(jìn)模以及高速?zèng)_壓成形帶來(lái)了很大的困難。解決這些關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)IT制件的產(chǎn)業(yè)化,是目前精密級(jí)進(jìn)模行業(yè)和企業(yè)的迫切需要。
關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題研究分析
1.超薄、微型、精密IT制件的級(jí)進(jìn)沖模開(kāi)發(fā)技術(shù)
IT制件具有材料厚度超薄(材料厚度為0.02mm～0.6mm)、形狀微小、形狀和位置精度高、成形工藝復(fù)雜等特點(diǎn)。由于沖裁間隙很小,接近無(wú)間隙沖裁,因此沖模刃口的設(shè)計(jì)和加工難度很大,沖裁間隙的均勻性和工藝穩(wěn)定性很難保證，模具壽命也難以保證;由于材料超薄,在級(jí)進(jìn)模的高速?zèng)_壓成形過(guò)程中,條料送進(jìn)的平穩(wěn)度、送進(jìn)步距的精度、模具的精確導(dǎo)向都難以保證;在條料送進(jìn)過(guò)程中,由于材料太薄,還容易引起疊片、真空吸附、跳屑等問(wèn)題;由于彎曲部位的形狀精度要求很高,如手機(jī)充電接口處的彈片連接器,在高速?zèng)_壓的卸載過(guò)程中容易產(chǎn)生彎曲回彈,彎曲部位形狀精度難以保證。這些都對(duì)精密高速級(jí)進(jìn)沖模的成形工藝的制定、凸凹模的設(shè)計(jì)和加工、高速?zèng)_壓條件提出了極高的要求,給超薄、微型、精密IT制件的高速級(jí)進(jìn)模的開(kāi)發(fā)帶來(lái)了很大的困難。
2.窄間距制件的精密級(jí)進(jìn)沖模技術(shù)
窄間距制件的生產(chǎn)是精密沖壓領(lǐng)域中特別困難的技術(shù),所能達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)目前還遠(yuǎn)低于其他的IT制件。由于間距小,制件自身的剛度低,其形狀容易在后續(xù)的工步中受到影響,并且在水平方向上的偏移很難修正,工步安排不合理將導(dǎo)致整個(gè)模具設(shè)計(jì)的失敗,如果制件具有彎曲特征,彎曲角度的不穩(wěn)定還會(huì)造成制件報(bào)廢。間距小不僅導(dǎo)致了工步數(shù)目和排樣難度增加,而且會(huì)使凸凹模間隙穩(wěn)定性和凸模強(qiáng)度難以保證,使凸模刃口的設(shè)計(jì)、制造更加困難。多引腳集成電路(IC) 引線架就是最典型的窄間距制件,其材料厚度很薄,各引線腳之間的距離很窄,且各引線腳腳數(shù)越多,引腳之間的間距就越窄,其精密級(jí)進(jìn)模的設(shè)計(jì)、制造以及沖壓成形的技術(shù)難度越大,引線腳數(shù)目是判斷IC引線架制造水平的標(biāo)志。目前,中國(guó)臺(tái)灣生產(chǎn)的引線腳數(shù)目在128腳以上,日本及歐美達(dá)生產(chǎn)的引線腳數(shù)目250腳以上,在我國(guó)內(nèi)地,某些廠家已經(jīng)達(dá)到一次沖64引線腳以上的水平,128線以上的多引腳集成電路引線架(或線間距0.12mm)生產(chǎn)用的級(jí)進(jìn)沖模,目前國(guó)內(nèi)仍然不能生產(chǎn),進(jìn)口價(jià)格也非常昂貴。
3.精密IT制件級(jí)進(jìn)模的高速?zèng)_壓技術(shù)
提高精密級(jí)進(jìn)模的沖壓速度可以大大提高IT制件的生產(chǎn)率。目前,世界上高速?zèng)_床的行程可達(dá)4000次/min。在日本,IC引腳框架的實(shí)用沖壓速度為300次/min～50次/min,接插件端子為800次/min～1300次/min,金屬薄片沖裁為1500次/min～250次/min。我國(guó)目前生產(chǎn)的接插件模具用于實(shí)際生產(chǎn)最高沖壓速度在500次/min左右。IT制件的產(chǎn)量都是以?xún)|為單位來(lái)計(jì)算,其巨大的產(chǎn)量和高效的生產(chǎn)率需要沖壓速度來(lái)保證。但是在提高沖壓速度的同時(shí),首先必須面對(duì)和解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題:
(1)高速?zèng)_床的穩(wěn)定性和精度問(wèn)題 目前,國(guó)內(nèi)擁有的精密高速?zèng)_床多為曲軸式,這類(lèi)機(jī)床生產(chǎn)時(shí)振動(dòng)較大,正常生產(chǎn)時(shí)只能用到最高沖壓速度的60%左右, 而且由于機(jī)床平行度等精度不夠,使得沖壓精度也難以提高。
(2)送料問(wèn)題 由于材料厚度超薄、沖壓速度很高,在送料過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)疊片、跳屑、條料彎曲等問(wèn)題。這都給精密級(jí)高速級(jí)進(jìn)模的沖壓速度的提高帶來(lái)了很大的阻礙。
(3)模具發(fā)熱問(wèn)題 當(dāng)精密級(jí)進(jìn)模的沖壓速度提高時(shí),模具溫度也會(huì)顯著提高,進(jìn)而造成模具材料變軟和模具變形等問(wèn)題,模具發(fā)熱嚴(yán)重制約了沖壓速度和生產(chǎn)效率的提高。
4.模具壽命的提高技術(shù)
精密級(jí)進(jìn)模的連續(xù)沖壓過(guò)程中,模具與材料接觸次數(shù)往往在幾千萬(wàn)甚至幾億次以上,沖壓速度達(dá)到每分鐘幾百次甚至幾千次,在長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)沖擊力的作用下,沖裁凸模易受沖擊載荷以及壓力機(jī)引起的振動(dòng)而啃傷刃口;容易產(chǎn)生金屬疲勞,進(jìn)而使模具失效;沖壓速度的提高也將引起模具的發(fā)熱,使模具材料變軟和變形;高速?zèng)_模目前所使用的模具沖切部位大多為含鈷的硬質(zhì)合金,在沖壓過(guò)程中使用潤(rùn)滑油容易引起刃口材料失鈷,使模具刃口磨損加劇;全面提高模具的耐摩、 耐熱、抗疲勞、抗沖擊、抗腐蝕等性能,才能達(dá)到提高模具壽命的目的。
5.模具設(shè)計(jì)與制造的柔性化技術(shù)
級(jí)進(jìn)模是計(jì)算機(jī)、通信、汽車(chē)、家電等行業(yè)的重要生產(chǎn)工裝。然而級(jí)進(jìn)模專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)人才的匱乏和級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)方法的總體滯后,嚴(yán)重制約了模具產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和提高,因此級(jí)進(jìn)模CAD系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)工作十分重要。世界各主要工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家也正在大力發(fā)展精密高速級(jí)進(jìn)沖模柔性化和智能化的設(shè)計(jì)與制造技術(shù)。目前我國(guó)設(shè)計(jì)人員大部分還是憑借設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行排樣設(shè)計(jì)和確定模具結(jié)構(gòu);即使部分采用了計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的設(shè)計(jì)部門(mén),真正能利用大型CAE軟件進(jìn)行沖壓仿真來(lái)指導(dǎo)設(shè)計(jì)的還為數(shù)很少。
關(guān)鍵技術(shù)解決方案
解決IT制件的精密級(jí)進(jìn)模的關(guān)鍵技術(shù),必須從系統(tǒng)工程的角度出發(fā),綜合地考慮各種影響因素,針對(duì)模具設(shè)計(jì)、模具材料選用、模具制造、工藝處理、高速?zèng)_壓等過(guò)程,全方位的提高模具質(zhì)量、產(chǎn)品質(zhì)量、沖壓速度、模具壽命等。
(1)優(yōu)化模具設(shè)計(jì) 運(yùn)用數(shù)值模擬技術(shù)分析精密級(jí)進(jìn)模的高速?zèng)_壓過(guò)程中的彎曲回彈、熱效應(yīng)、速度效應(yīng)、金屬的塑性變形等,分析整個(gè)模具在生產(chǎn)過(guò)程中的穩(wěn)定性并找出最危險(xiǎn)的部位,采用確保成品具有最大剛度的排樣方式、最優(yōu)化的沖壓工序、模具刃口、模具結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化的模具設(shè)計(jì)。
(2)采用新型模具材料 目前,國(guó)外高速?zèng)_壓的模具材料已經(jīng)采用陶瓷材料和納米級(jí)的硬質(zhì)合金,但是我國(guó)還沒(méi)有使用這些材料的相關(guān)經(jīng)驗(yàn),這需要通過(guò)大量試驗(yàn)獲得各類(lèi)不同的材料和模具性能數(shù)據(jù)。
(3)應(yīng)用超精密加工手段 綜合日本和歐美先進(jìn)加工手段和工藝的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),通過(guò)線切割與磨削工藝的交叉運(yùn)用,減少模具加工過(guò)程的變形,以保證模具加工精度。
(4)特殊處理工藝的應(yīng)用 對(duì)模具刃口進(jìn)行超深冷處理工藝,通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的高低溫循環(huán)過(guò)程實(shí)現(xiàn)馬氏體向奧式體的接近完全轉(zhuǎn)化,并使這種轉(zhuǎn)化達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài);在表面處理技術(shù)方面,可以運(yùn)用新的噴涂技術(shù),來(lái)提高模具表面性能。
(5)解決高速?zèng)_壓過(guò)程中的難題,提高沖壓速度 雙向送拉條料、控制氣壓和氣密性等方式是解決高速?zèng)_壓過(guò)程中超薄材料送料難、跳屑、真空吸附等問(wèn)題的有效措施;另外,數(shù)控送料系統(tǒng)和高精檢測(cè)系統(tǒng)也是保證條料順利送進(jìn)的重要保證。可以采用具有降低模具溫度功能的潤(rùn)滑劑、采用吹冷技術(shù)等措施以降低模具溫度。
(6)合理運(yùn)用沖壓潤(rùn)滑劑和潤(rùn)滑方式 結(jié)合高速?zèng)_壓和材料金相分析試驗(yàn), 研究沖壓潤(rùn)滑劑與沖模材料的化學(xué)匹配關(guān)系,合理、科學(xué)的采用潤(rùn)滑劑和潤(rùn)滑方式,可以大幅降低因摩擦和潤(rùn)滑劑腐蝕等原因?qū)δ＞邏勖斐傻挠绊憽?
(7)采用高精度、高性能的加工設(shè)備和沖壓設(shè)備 高精度、高性能的加工設(shè)備和沖壓設(shè)備是提高模具質(zhì)量和沖壓速度的基本保證。目前我國(guó)的這些設(shè)備幾乎全部依賴(lài)進(jìn)口,盡快提高我國(guó)精密裝備的制造水平,這是我國(guó)裝備制造業(yè)面臨的艱巨任務(wù)。
三.級(jí)進(jìn)模研究目標(biāo)、研究?jī)?nèi)容、研究方法、研究手段
針對(duì)級(jí)進(jìn)模關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，立足于我國(guó)模具技術(shù)現(xiàn)狀，在級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域開(kāi)展研究工作，結(jié)合研制一套多工位精密復(fù)雜零件的級(jí)進(jìn)模的具體實(shí)例，說(shuō)明級(jí)進(jìn)模的設(shè)計(jì)流程，并對(duì)研究成果進(jìn)行驗(yàn)證。具體包括：
(1)從沖壓成形理論入手，探討了金屬在塑性狀態(tài)下的力學(xué)行為和特征，包括塑性變形的力學(xué)基礎(chǔ)、板料沖壓成形的力學(xué)特點(diǎn)及求解方法和沖壓成形極限，從中找出板料沖壓變形的基本規(guī)律。
(2)對(duì)典型級(jí)進(jìn)模中包含的沖裁、彎曲、翻邊、局部成形和整形等工序變形特征進(jìn)行了分析：推導(dǎo)了各沖壓工序的應(yīng)力應(yīng)變求解關(guān)系式，這些工作將為級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)和計(jì)算提供理論依據(jù)。
(3)以系統(tǒng)的觀念看待級(jí)進(jìn)模的設(shè)計(jì)過(guò)程，給出設(shè)計(jì)流程圖：探討了排樣設(shè)計(jì)的一般原則：并總結(jié)出級(jí)進(jìn)模常用工序的展開(kāi)尺寸計(jì)算公式、典型工序的成形方法及主要零部件的設(shè)計(jì)方法。
(4)通過(guò)對(duì)典型級(jí)進(jìn)模的詳細(xì)設(shè)計(jì)、計(jì)算以及對(duì)產(chǎn)品重要部位的成形仿真，建立一種多工位精密復(fù)雜級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)方法體系，驗(yàn)證其研究成果。設(shè)計(jì)部分包括模具排樣圖設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及各模具零件的設(shè)計(jì)：計(jì)算部分包括帶料精度計(jì)算，產(chǎn)品展開(kāi)尺寸計(jì)算和模具壓力中心計(jì)算等；考慮到產(chǎn)品在仿真軟件中建模的復(fù)雜性，以及應(yīng)盡量縮短模具的開(kāi)發(fā)周期，且產(chǎn)品中重要、復(fù)雜(有尺寸、形狀精度要求)部位的成形仿真結(jié)果即可代表整個(gè)產(chǎn)品的成形仿真結(jié)果，故僅對(duì)產(chǎn)品的重要、復(fù)雜部位進(jìn)行成形仿真。
沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)是進(jìn)行沖壓生產(chǎn)的重要技術(shù)準(zhǔn)備工作。沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)結(jié)合工廠的設(shè)備、人員等實(shí)際情況，從零件的質(zhì)量、生產(chǎn)效率、生產(chǎn)成本、勞動(dòng)強(qiáng)度、環(huán)境及生產(chǎn)的安全性各個(gè)方面綜合考慮，選擇和設(shè)計(jì)出技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)上合理、使用安全的方案和模具結(jié)構(gòu)以使沖壓件的生產(chǎn)在保證達(dá)到設(shè)計(jì)圖樣上所提出的各項(xiàng)技術(shù)要求外，盡可能降低沖壓的工藝成本和保證安全生產(chǎn)。一般來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容及步驟包括：
(1)工藝設(shè)計(jì)
①零件及其沖壓工藝分析 根據(jù)沖壓件產(chǎn)品圖，分析沖壓件的形狀特點(diǎn)、精度要求、原材料尺寸規(guī)格和力學(xué)性能，并結(jié)合可供選用的沖壓設(shè)備規(guī)格以及模具的產(chǎn)批量等因素，分析零件的沖壓工藝性。良好的沖壓工藝性應(yīng)保證材料消耗少、工序數(shù)目少、占用設(shè)備數(shù)量少、模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而壽命高、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、操作簡(jiǎn)單。
②確定工藝方案，主要工藝參數(shù)計(jì)算 在沖壓工藝性分析的基礎(chǔ)上，找出工藝與模具設(shè)計(jì)的特點(diǎn)與難點(diǎn)，根據(jù)實(shí)際情況提出各種可能的沖壓工藝方案，內(nèi)容包括工序性質(zhì)、工序數(shù)目、工序順序及組合方式等。有時(shí)同一種沖壓零件也可能存在多個(gè)可行的沖壓工藝方案，通常每種方案各有優(yōu)缺點(diǎn)，應(yīng)從產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率、設(shè)備占用情況、模具制造的難易程度和使用壽命高低、生產(chǎn)成本、操作方便與安全程度等方面進(jìn)行綜合分析、比較，確定出適合于現(xiàn)有生產(chǎn)條件的最佳方案。
此外，了解零件的作用及使用要求對(duì)零件沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)是有幫助的。
工藝參數(shù)指制定工藝方案所依據(jù)的數(shù)據(jù)，如各種成形系數(shù)，零件展開(kāi)尺寸以及沖裁力、成形力等。計(jì)算有兩種情況，第一種是工藝參數(shù)可以計(jì)算得比較準(zhǔn)確，如零件排樣的材料利用率、沖裁壓力中心、工件面積等；第二種是工藝參數(shù)只能作近似計(jì)算，如一般彎曲或拉深成形力、復(fù)雜零件坯料展開(kāi)尺寸等，確定這類(lèi)工藝參數(shù)一般是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式或圖表進(jìn)行粗略計(jì)算，有些需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)調(diào)整；有時(shí)甚至沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)公式可以應(yīng)用，或者因計(jì)算太繁雜以至于無(wú)法進(jìn)行，如復(fù)雜模具零件的剛性或強(qiáng)度校核、復(fù)雜沖壓零件成形力計(jì)算等，這種情況下一般只能憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行估計(jì)。
(2)選擇沖壓設(shè)備
根據(jù)要完成的沖壓工序性質(zhì)和各種沖壓設(shè)備的力能特點(diǎn)，考慮沖壓加工所需的變形力、變形功及模具閉合高度和輪廓尺寸的大小等主要因素，結(jié)合工廠現(xiàn)有設(shè)備情況來(lái)合理選定設(shè)備類(lèi)型和噸位。常用沖壓設(shè)備有曲柄壓力機(jī)、液壓機(jī)等，其中曲柄壓力機(jī)應(yīng)用最廣。沖裁類(lèi)沖壓工序多在曲柄壓力機(jī)上進(jìn)行，一般不用液壓機(jī)；而成形類(lèi)沖壓工序可在曲柄壓力機(jī)或液壓機(jī)上進(jìn)行。
(3)模具設(shè)計(jì)
模具設(shè)計(jì)包括模具結(jié)構(gòu)形式的選擇與設(shè)計(jì)、模具結(jié)構(gòu)參數(shù)計(jì)算、模具圖繪制等內(nèi)容。
模具圖由總裝圖和非標(biāo)準(zhǔn)件的零件圖組成。總裝配圖主要反映整個(gè)模具各個(gè)零件之間的裝配關(guān)系，應(yīng)該對(duì)應(yīng)繪制說(shuō)明模具構(gòu)造的投影圖，主要是主視圖和俯視圖及必要的剖面、剖視圖，并注明主要結(jié)構(gòu)尺寸，如閉合高度、輪廓尺寸等。習(xí)慣上俯視圖由下模部分投影而得，同時(shí)在圖紙的右上角繪出工件圖、排樣圖，右下方列出模具零件的明細(xì)表，寫(xiě)明技術(shù)要求等。零件圖一般根據(jù)模具總裝圖測(cè)繪，也應(yīng)該有足夠的投影和必要的剖面、剖視圖以將零件結(jié)構(gòu)表達(dá)清楚。此外，要標(biāo)注零件加工所需的所有結(jié)構(gòu)尺寸、公差、表面粗糙度、熱處理及其他技術(shù)要求。
參考文獻(xiàn)
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8
摘 要
沖壓制品的成型方法很多。其主要用于沖孔、落料、彎曲、拉深等。而沖壓模，約占成型總數(shù)的60%以上?？梢岳秒姎饪刂?，可實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)化或自動(dòng)化作業(yè)。冷沖沖裁模主要用于金屬制品的成型，它是沖壓制品生產(chǎn)中十分重要的工藝裝置。沖壓模的基本組成是：上下模座、下模墊板、下模固定板、凹模鑲塊、抬料釘、導(dǎo)料板、導(dǎo)柱導(dǎo)套、卸料板彈釘、卸料板等。在本次設(shè)計(jì)中首先要對(duì)排樣圖進(jìn)行分析，選擇出最優(yōu)方案。通過(guò)對(duì)最優(yōu)方案的排樣進(jìn)行分析，計(jì)算出壓力中心所處的位置。然后對(duì)模具結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要包括沖孔凸模、側(cè)刃凸模、凹模等。之后對(duì)所設(shè)計(jì)的模具工作零件的強(qiáng)度進(jìn)行校核。選取標(biāo)準(zhǔn)的輔助零件，最后對(duì)整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行組裝、調(diào)試。
關(guān)鍵詞：工藝裝置 沖孔 落料 沖裁模
ABSTRACT
There are many ways to form a stamping product. It is mainly used for punching, blanking, bending, drawing and so on. And stamping die, accounting for more than 60% of the total number of molding. Can use electrical control, can achieve semi-automatic or automated operations. Cold punching die is mainly used for the molding of metal products, it is stamping products in the production process is very important device. The basic composition of the stamping die is: the upper and lower mold base, the lower mold plate, the lower mold fixed plate, die inserts, carrying nails, guide plate, guide column guide sleeve, unloading plate nail, discharge plate. In this design, the first row of samples to be analyzed, select the optimal program. The position of the pressure center is calculated by analyzing the layout of the optimal scheme. And then the mold structure design, including punching punch, side blade punch, die and so on. After the design of the mold work parts of the strength of the check. Select the standard auxiliary parts, and finally the overall structure of the assembly, debugging.
Key words: Technology device punching Blanking Punching die
目 錄
第一章 緒論 1
第二章 零件的工藝性分析 2
2.1工件的形狀分析 2
2.2工件的材料分析 3
2.3工件的尺寸精度和表面粗糙度要求 3
2.4沖裁工藝方案的確定 3
第三章 排樣設(shè)計(jì)及工藝參數(shù)的計(jì)算 5
3.1排樣 5
3.1.1合理排樣并繪制排樣圖 5
3.1.2材料有效利用率的計(jì)算 7
3.1.3提高材料有效利用率的方法 7
3.2工藝參數(shù)的計(jì)算 8
3.2.1沖裁力的計(jì)算 8
3.2.2卸料力的計(jì)算 8
3.3壓力中心的確定 9
3.4凸模與凹模刃口尺寸的計(jì)算 10
第四章 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算 12
4.1凸模的設(shè)計(jì)及固定方式 12
4.1.1凸模的設(shè)計(jì) 12
4.1.2凸模的結(jié)構(gòu)形式及其固定方法 12
4.1.3凸模長(zhǎng)度的計(jì)算及強(qiáng)度校核 13
4.2凹模結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和校核 13
4.2.1凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 13
4.2.2凹模的強(qiáng)度校核 14
4.3定位零件的設(shè)計(jì) 14
4.3.1擋料銷(xiāo) 15
4.3.2導(dǎo)尺 15
4.3.3卸料零件的設(shè)計(jì) 15
4.4標(biāo)準(zhǔn)模架和導(dǎo)向零件的選擇 16
4.4.1模架的選擇 16
4.4.2導(dǎo)向零件的選擇 16
4.5橡膠元件的選擇 17
4.6固定零件的選擇 17
4.6.1模柄 17
4.6.2固定板 17
4.6.3墊板 17
4.6.4螺釘 18
4.7模具的安裝要求 18
第五章 壓力機(jī)的選擇 19
總 結(jié) 20
致 謝 21
參考文獻(xiàn) 22
大連交通大學(xué)2017屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
第一章 緒論
1.級(jí)進(jìn)模的來(lái)源及意義
在這個(gè)科技迅速發(fā)展的黃金時(shí)期，生產(chǎn)率如何，成為表征一個(gè)行業(yè)發(fā)展?fàn)顩r好壞的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。正因?yàn)椴捎媚＞哌M(jìn)行生產(chǎn)能在很大程度上提高生產(chǎn)率、節(jié)省原材料、降低生產(chǎn)成本，在要求的一定尺寸精度范圍內(nèi)能夠保證零件的互換性，因此在我國(guó)各行各業(yè)得到了迅速、廣泛的應(yīng)用。尤其是改革開(kāi)放以來(lái)，模具的發(fā)展和使用得到了空前的變化。模具是工業(yè)生產(chǎn)中的重要工藝裝備，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)，模具已成為衡量一個(gè)國(guó)家生產(chǎn)制造發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一，模具已成為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的重要手段之一，而且占比很大。
目前，隨著信息時(shí)代的到來(lái)，各種各樣的信息產(chǎn)品走進(jìn)我們的日常生活。而且電子產(chǎn)品向著“輕，薄，端，小”等方向發(fā)展，這就給IT制件的精密級(jí)進(jìn)模的開(kāi)發(fā)帶來(lái)很大的困難。IT制件大都是材料厚度為0.02mm~0.6mm的薄件，形狀微小，幾乎接近無(wú)間隙沖裁，對(duì)沖模刃口的設(shè)計(jì)和加工技術(shù)要求很高，沖裁間隙的均勻性和工藝穩(wěn)定性很難保證，模具壽命不能得到保障，這些條件都給級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)者提出了更高的要求。級(jí)進(jìn)模是一種精密、復(fù)雜的沖壓模具，其優(yōu)點(diǎn)在于高效率、高精度和高壽命等，適用于沖壓行業(yè)的自動(dòng)化生產(chǎn)。
2.級(jí)進(jìn)模在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r
早在我國(guó)古代，我國(guó)就已具備沖壓模具的技術(shù)生產(chǎn)，在考古發(fā)現(xiàn)中可以找到證據(jù)，這說(shuō)明在我國(guó)古代的模具技術(shù)領(lǐng)先世界。在新中國(guó)成立后，1953年，在長(zhǎng)春第一汽車(chē)廠我國(guó)首次建立了沖模車(chē)間，開(kāi)始制造汽車(chē)覆蓋件模具。進(jìn)入60年代后，我國(guó)開(kāi)始生產(chǎn)精沖模具。與世界先進(jìn)模具技術(shù)國(guó)家相比，不論在技術(shù)上還是在質(zhì)量上甚至在數(shù)量上，都有較大的差距。一些大型的、精密型的、壽命長(zhǎng)的模具還需要大量進(jìn)口。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)的模具數(shù)目總量已處在第四名，前三名分別是日本、美國(guó)、德國(guó)，雖然模具總數(shù)處在第四名，但在模具設(shè)計(jì)制造水平上要比日、德、美、法、意等發(fā)達(dá)國(guó)家落后許多。
3.現(xiàn)階段模具的關(guān)鍵技術(shù)解決方案
要想解決精密級(jí)進(jìn)模的關(guān)鍵技術(shù)，必須從系統(tǒng)工程的角度出發(fā)，全面分析各種各樣的影響因素，引入創(chuàng)新思想，結(jié)合模具本身的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)和制造新型模具。具體方法有優(yōu)化模具設(shè)計(jì)、采用新型的模具材料、應(yīng)用超精密加工手段、采用特殊的處理工藝等。
第二章 零件的工藝性分析
工件名稱(chēng)：變壓器鐵芯
生產(chǎn)批量：大批量
工件材料：硅鋼片，厚度0.35mm
圖1-1“山”和“一”字鐵
如上圖所示，此工件是標(biāo)準(zhǔn)的小容量變壓器的鐵芯片，材料是硅鋼片，厚度是0.35mm，生產(chǎn)批量是大批量的生產(chǎn)。在使用時(shí)將“山”字片和“一”字片組合為一層，在變壓器線圈上插裝時(shí)，相鄰的一層顛倒疊裝，直到所需的鐵芯厚度?！耙弧弊骤F和“山”字鐵使用數(shù)量相等。由于生產(chǎn)批量大，應(yīng)重點(diǎn)考慮節(jié)省材料、提高材料的利用率。
2.1工件的形狀分析
1)工件形狀相對(duì)簡(jiǎn)單，具有對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，這樣可以減少排樣廢料，由于工件是大批量生產(chǎn)，能很大程度的提高材料的利用率。
2)除在少、無(wú)廢料排樣或采用鑲拼模結(jié)構(gòu)時(shí)，允許工件有尖銳的清角外，沖裁件的外形或內(nèi)孔交角處應(yīng)采用圓角過(guò)渡，避免清角。
3)盡量避免沖裁件上過(guò)長(zhǎng)的懸臂與窄槽，此工件符合要求。
4)沖裁件孔與孔之間、孔與零件邊緣之間的壁厚，因受模具強(qiáng)度和零件質(zhì)量的限制，其值不能太小。一般要求c≥1.5t,此工件滿足要求。
5)沖裁件的孔徑因受沖孔凸模強(qiáng)度和剛度的限制，不宜太小，否則容易折斷和壓彎。
2.2工件的材料分析
硅鋼片，它是一種含碳極低的硅鐵軟磁合金，一般含硅量為0.5~4.5%。加入硅可提高鐵的電阻率和最大磁導(dǎo)率，降低矯頑力、鐵芯損耗(鐵損)和磁時(shí)效。硅鋼片的生產(chǎn)由于工藝復(fù)雜、工藝窗口窄，生產(chǎn)難度大，被譽(yù)為鋼鐵產(chǎn)品中的工藝品，特別是取向硅鋼片。硅鋼片主要用來(lái)制作各種變壓器、電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)的鐵芯。世界硅鋼片產(chǎn)量約占鋼材總產(chǎn)量的1%。
2.3工件的尺寸精度和表面粗糙度要求
1)沖裁件的尺寸精度要求，應(yīng)在經(jīng)濟(jì)精度范圍以?xún)?nèi)，對(duì)于普通沖裁件，其經(jīng)濟(jì)精度不高于IT11級(jí)，一般要求落料件公差等級(jí)最好低于IT10級(jí)，沖孔件最好低于IT9級(jí)。零件上所有未注工差的尺寸，屬自由尺寸可按照IT11級(jí)確定工件的工差。
外形尺寸：67-0.170mm，45.5-0.140mm，19-0.120mm，12-0.100mm；
內(nèi)部尺寸：33.50+0.11mm，?40+0.05mm，孔心距55±0.10mm；
2)沖裁件的斷面粗糙度與材料塑性、材料厚度、沖裁模間隙、刃口銳鈍以及沖模結(jié)構(gòu)等有關(guān)。當(dāng)沖裁厚度為2mm以下的金屬板料時(shí)，其斷面粗糙度Ra一般可達(dá)12.5~3.2um。
2.4沖裁工藝方案的確定
在沖裁工藝分析和技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析的基礎(chǔ)上根據(jù)沖裁件的特點(diǎn)確定沖裁工藝方案。沖裁工藝方案可分為單工序沖裁、復(fù)合沖裁和級(jí)進(jìn)沖裁。該工件主要包括落料、沖孔兩個(gè)基本工序，因此可以產(chǎn)生三種工藝方案；
方案一：先落料，后沖孔，采用單工序沖裁模生產(chǎn)。
方案二：落料-沖孔復(fù)合沖裁，采用復(fù)合沖裁模生產(chǎn)。
方案三：沖孔-落料連續(xù)沖壓，采用級(jí)進(jìn)沖裁模生產(chǎn)。
分析各工藝方案：
方案一：所需的模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是需要兩道工序兩副模架，這兩副模架分別是落料模和沖孔模，由于所需工序和模具設(shè)備比較多，生產(chǎn)效率較低，與工件所要求的大批量生產(chǎn)不符，因此不建議選擇此方案。
方案二：該方案只需一副模具，而且復(fù)合沖裁模結(jié)構(gòu)緊湊，生產(chǎn)率高，制件精度高，特別是制件孔對(duì)外形的位置度容易保證。但另一方面，復(fù)合沖裁模結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)模具零件精度要求較高，模具裝配精度也較高，材料的利用率不高，沖壓后的成品件留在模具上，嚴(yán)重影響了沖壓速度，而且操作人員的安全不能保證。
方案三：該方案只需一副級(jí)進(jìn)沖裁模，生產(chǎn)率較復(fù)合沖裁模高，操作方便，材料的利用率高，工件精度也能滿足要求。由于用級(jí)進(jìn)模沖壓時(shí)，沖壓件是依次在幾個(gè)不同位置上逐步成形的，因此要控制沖壓件的孔與外形的相對(duì)位置精度就必須嚴(yán)格控制送料步距。
通過(guò)以上分析，綜合考慮使用第三種方案最佳。
第三章 排樣設(shè)計(jì)及工藝參數(shù)的計(jì)算
3.1排樣
3.1.1合理排樣并繪制排樣圖
根據(jù)材料經(jīng)濟(jì)利用的程度大小，排樣方法可分為有廢料、少?gòu)U料和無(wú)廢料三種排樣方法，根據(jù)制件在條料上的布置形式，排樣又可分為直排、斜排、對(duì)排、混合排、多排等多種多樣的形式。
圖3-1排樣方法
(1)有廢料排樣法：如圖3-1所示，沿制件的全部外形輪廓沖裁，在制件之間及制件與條料側(cè)邊之間，都有工藝余料(稱(chēng)搭邊)存在。因留有搭邊，所以制件的質(zhì)量和模具使用壽命較高，但這樣使材料的利用率降低不少。
(2)少?gòu)U料排樣法：如圖3-1所示，沿制件的部分外形輪廓切斷或沖裁，只在制件之間留有搭邊，這樣使得材料的利用率有所提高。
(3)無(wú)廢料排樣法：無(wú)廢料排樣法就是無(wú)工藝搭邊的排樣法，制件直接由切斷條料獲得。就像圖3-1所示，幾乎無(wú)廢料產(chǎn)生。
采用少、無(wú)廢料排樣法，材料利用率高，有利于一次沖程獲得多個(gè)制件，且可以簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu)、降低沖裁力。但是，因條料本身的公差以及條料導(dǎo)向與定位所產(chǎn)生的誤差將直接的影響沖壓件，這使得沖裁件的尺寸精度降低。與此同時(shí)，因模具單面受力(單邊切斷時(shí))，不但會(huì)加劇模具的磨損，降低模具的使用壽命，而且也會(huì)直接影響到?jīng)_裁件的斷面質(zhì)量。為此，設(shè)計(jì)排樣時(shí)必須統(tǒng)籌兼顧、全面考慮。
經(jīng)分析工件形狀，其窗口寬度和兩側(cè)的寬度相等，均為12mm。利用這一特點(diǎn)，可以減少?gòu)U料，提高材料的利用率。排樣如圖3-2所示。
圖3-2級(jí)進(jìn)模排樣
圖中A、B、N、M區(qū)均為廢料，送料的步距為一個(gè)工件長(zhǎng)加上一個(gè)廢料寬度。按這樣的排樣方式，材料的利用率為89%，而一般的排樣方法僅鐵芯窗口廢料的損失就達(dá)到20.86%。
沖裁板料采用條料，條料寬度為81.5mm，誤差取0.02mm。分為兩個(gè)工位，第一工位沖出8個(gè)?4mm的孔和用側(cè)刃切出A、B兩區(qū)的廢料切口，第二工位沖裁C區(qū)的“山”字鐵。第二工位完成三個(gè)任務(wù)，第一是完成C區(qū)的“山”字鐵沖裁，并從凹?？字新涑?；第二是完成E區(qū)“一”字鐵的落料，并從凹模側(cè)面滑出；第三是完成H區(qū)“山”字鐵左半部的沖裁成形。這一工位沖出兩個(gè)“山”字鐵和兩個(gè)“一”字鐵，其中H區(qū)的“山”字鐵被留在凹模上，為此上模設(shè)置吹料管，在滑塊回程時(shí)將E、H、D的工件吹出凹模板。D區(qū)的落料由側(cè)刃凸模完成。
本模具采用側(cè)刃定距。由排樣圖可以看出，送料的實(shí)際步距是86mm，該步距是E區(qū)“一”字鐵長(zhǎng)度67mm與N區(qū)廢料寬度19mm的和。故側(cè)刃沖裁也由兩部分組成：①B區(qū)的側(cè)刃切廢；②E區(qū)的沖裁。實(shí)際上E區(qū)并沒(méi)有沖裁凸模，C區(qū)的落料凸模起到了E區(qū)側(cè)刃沖裁的作用。
工件上的?4mm孔是用于穿的，要求孔的位置不能偏移，故在L和K兩孔處設(shè)置兩個(gè)導(dǎo)正銷(xiāo)。側(cè)刃作為粗定位，其步距應(yīng)大于實(shí)際步距0.04~0.12mm，沖裁時(shí)由導(dǎo)正銷(xiāo)將條料拉回，實(shí)現(xiàn)精確定位。
條料第一次沖裁時(shí)，假如沒(méi)有初始擋料，條料將被J區(qū)的側(cè)刃擋塊擋住，由于條料的M、N區(qū)尚未沖裁，所以E區(qū)和D區(qū)的“一”字鐵沖裁后不能脫離，而使后續(xù)的沖裁無(wú)法進(jìn)行。因此，必須利用始用擋料銷(xiāo)確定條料第一次沖裁的正確位置。第一次送進(jìn)條料時(shí)，用手按下始用擋料銷(xiāo)，條料被擋在N區(qū)的前方。第一次沖裁的是A、B兩個(gè)廢料區(qū)和8個(gè)?4mm的孔。第二次送料時(shí)，始用擋料銷(xiāo)由于彈簧的作用已隱在模具中不起作用，條料由J區(qū)側(cè)刃擋塊定位。第二次沖裁時(shí)，E、C兩區(qū)形成產(chǎn)品工件，H和D區(qū)由于工件不完整而形成廢料。第三次送料時(shí)即進(jìn)入正常定位方式，直至將條料沖完。
3.1.2材料有效利用率的計(jì)算
在沖壓零件的成本中，材料費(fèi)用約占60%以上，因此材料的經(jīng)濟(jì)利用具有非常重要的意義。沖壓件在條料或板料上的布置方法稱(chēng)為排樣。不合理的排樣會(huì)浪費(fèi)很多的材料，衡量排樣經(jīng)濟(jì)性的指標(biāo)是材料的有效利用率，計(jì)算公式如下：
η=SS0×100%=SAB×100%
式中，η—材料有效利用率；
S—工件的實(shí)際面積；
S0—所用材料面積，包括工件面積和廢料面積；
A—步距；
B—條料寬度。
若考慮料頭、料尾和邊余料的材料消耗，測(cè)一塊板料上總的材料有效利用率η總為：
η總=nSLB×100%
式中，n—一塊板料上沖裁件的總數(shù)目；
S—一個(gè)沖裁件的實(shí)際面積；
L—板料的長(zhǎng)度；
B—板料的寬度。
對(duì)于本課題的變壓器鐵芯，具體的材料有效利用率的計(jì)算過(guò)程如下：
一個(gè)步距內(nèi)的材料有效利用率計(jì)算過(guò)程如下：
η=SAB×100%
η=1-(24×19×2+π×22×8)67+19×81.5×100%=85.55%
查閱硅鋼板規(guī)格尺寸表，厚度為0.35mm的硅鋼板有以下規(guī)格；600mm×1200mm；650mm×1400mm；700mm×1420mm；710mm×1420mm；750mm×1500mm；800mm×1500mm；850mm×1700mm；900mm×1800mm；950mm×1900mm；1000mm×2000mm等規(guī)格。綜合考慮適合選擇1000mm×2000mm的板材，每張板材可以剪裁1000/81.5=12.27條取整為12條(81.5mm×2000mm),每根條料有2000/(67+19)=23.26個(gè)步距，取整為23個(gè)步距，則η總為：
η總=nSLB×100%=5996.52×12×231000×2000×100%=82.75%
所以，每塊板料的材料有效利用率為82.75%。
3.1.3提高材料有效利用率的方法
從材料有效利用率的計(jì)算公式可以看出，若能減少?gòu)U料的面積，則材料的利用率高。廢料可分為工藝廢料與結(jié)構(gòu)廢料兩種。結(jié)構(gòu)廢料由工件的形狀特點(diǎn)決定，一般不會(huì)改變；搭邊和余料屬工藝廢料，是與排樣形式及沖壓方式有關(guān)的廢料，設(shè)計(jì)合理的排樣方案，減少工藝廢料，才能提高材料利用率。
3.2工藝參數(shù)的計(jì)算
3.2.1沖裁力的計(jì)算
計(jì)算沖裁力的目的是為了合理地選用沖壓設(shè)備、設(shè)計(jì)模具和檢驗(yàn)?zāi)＞叩膹?qiáng)度。壓力機(jī)的噸位必須大于所計(jì)算的沖裁力，以適應(yīng)沖裁的需求。若采用平刃沖裁模，其沖裁力F按下式計(jì)算：
F=KtLτ
式中，τ—材料抗剪強(qiáng)度，MPa；
L—沖裁周邊總長(zhǎng)，mm；
t—材料厚度，mm；
K—安全系數(shù)。
系數(shù)K是考慮到?jīng)_裁模刃口的磨損、凸模與凹模間隙的波動(dòng)、潤(rùn)滑情況、材料力學(xué)性能與厚度公差的變化等因素而設(shè)置的安全系數(shù)，一般取1.3。當(dāng)查不到材料抗剪強(qiáng)度τ時(shí)，可用抗拉強(qiáng)度σb代替τ，此時(shí)K=1。按照上式計(jì)算。鐵芯材料是硅鋼片，可取τ=450MPa，材料厚度t=0.35mm，L值由全部沖裁線組成：
L=8×2π×2+24×2+19×2+67+67-19+33.5×6+67=617.48mm
則沖裁力F=1.3×0.35×617.48×450=126.43KN
3.2.2卸料力的計(jì)算
當(dāng)上模完成一次沖裁后，沖入凹模內(nèi)的制件或廢料因彈性擴(kuò)張而梗塞在凹模內(nèi)，模面上的材料因彈性收縮而緊箍在凸模上。為了使沖裁工作繼續(xù)進(jìn)行，必須將箍在凸模上的材料刮下；將梗塞在凹模內(nèi)的制件或廢料向下推出或向上頂出。從凸模上刮下材料所需的力，稱(chēng)為卸料力；從凹模內(nèi)向下推出制件或廢料所需的力，稱(chēng)為推料力；從凹模內(nèi)向上頂出制件所需的力，稱(chēng)為頂件力。
FQ=KF
式中，F(xiàn)Q—卸料力；
K—卸料力系數(shù)，其值為0.02~0.06(薄料取大值，厚料取小值)；
F—沖裁力。
FQ=0.05×126.43=6.32KN
3)壓力機(jī)公稱(chēng)壓力的選取
沖裁時(shí)，壓力機(jī)的公稱(chēng)壓力必須大于或等于沖裁時(shí)各工藝力的總和FZ。
FZ=F+FQ
則壓力機(jī)的壓力應(yīng)大于132.75KN。
3.3壓力中心的確定
模具壓力中心是指沖壓時(shí)諸沖壓力合力的作用點(diǎn)位置。為了確保壓力機(jī)和模具正常工作，應(yīng)使沖模的壓力中心與壓力機(jī)滑塊的中心相重合。對(duì)于帶有模柄的沖壓模，壓力中心應(yīng)通過(guò)模柄的軸心線，否則會(huì)使沖模和壓力機(jī)滑塊產(chǎn)生偏心載荷，使滑塊和導(dǎo)軌之間產(chǎn)生過(guò)大的磨損，模具導(dǎo)向零件加速磨損，降低模具和壓力機(jī)的使用壽命。
沖模的壓力中心，可按下述原則來(lái)確定：
(1)對(duì)稱(chēng)形狀的單個(gè)沖裁件，沖模的壓力中心就是沖裁件的幾何中心。
(2)工件形狀相同且分布位置對(duì)稱(chēng)時(shí)，沖模的壓力中心與零件的對(duì)稱(chēng)中心相重合。
(3)形狀復(fù)雜的零件、多凸模的壓力中心可用解析計(jì)算法求出。
解析法的計(jì)算依據(jù)是：各分力對(duì)某坐標(biāo)軸的力矩之代數(shù)和等于諸力的合力對(duì)該坐標(biāo)軸的力矩。求出合力作用點(diǎn)的坐標(biāo)位置O (x,y),即為所求模具的壓力中心。計(jì)算公式為：
x=F1x1+F2x2+?+FnxnF1+F2+?+Fn
y=F1y1+F2y2+?+FnynF1+F2+?+Fn
因沖裁力與沖裁周邊長(zhǎng)度成正比，所以上式中的沖裁力F1、F2、F3、?、Fn,可以分別用各沖裁周邊長(zhǎng)度L1、L2、L3、?、Ln代替，即：
x=L1x1+L2x2+?+LnxnL1+L2+?+Ln
y=L1x1+L2x2+?+LnxnL1+L2+?+Ln
坐標(biāo)系的建立是任意的，但坐標(biāo)系位置選擇適當(dāng)可使計(jì)算簡(jiǎn)單化。在選擇坐標(biāo)系時(shí)，應(yīng)盡量把坐標(biāo)原點(diǎn)設(shè)在壓力中心或幾個(gè)對(duì)稱(chēng)壓力中心的對(duì)稱(chēng)中心處，這樣會(huì)使計(jì)算過(guò)程變得簡(jiǎn)單，而且不易出錯(cuò)。從排樣圖可以看出，沖裁線在y方向上是對(duì)稱(chēng)的，因此y方向上的壓力中心坐標(biāo)值為零。只需要計(jì)算x軸方向上壓力中心的坐標(biāo)值即可。壓力中心計(jì)算過(guò)程如下：
x=LaXa+LbXb+LwXw+LpXp+LeXe+LdXdLa+Lb+Lw+Lp+Le+Ld
x=-67×86-67×129-16π×86-16π×43+0+67×4367+67+16π+16π+33.5×6+67+67+12×4
x=-29.16mm
即壓力中心的x軸坐標(biāo)值為-29.16。
壓力中心受力圖如下圖3-3所示：
圖3-3壓力中心
3.4凸模與凹模刃口尺寸的計(jì)算
沖裁件的尺寸精度主要決定于模具刃口的尺寸精度，模具的合理間隙值也要靠模具刃口尺寸及制造精度來(lái)保證。正確確定模具刃口尺寸及其制造公差，是設(shè)計(jì)沖裁模的主要任務(wù)之一。從生產(chǎn)實(shí)踐中可以發(fā)現(xiàn)：
(1)由于凸模、凹模之間存在間隙，使落下的料或沖出的孔都帶有錐度，且落料件的大端尺寸等于凹模尺寸，沖孔件的小端尺寸等于凹模尺寸。
(2)在測(cè)量與使用中，落料件是以大端尺寸為基準(zhǔn)，沖孔孔徑是以小端尺寸為基準(zhǔn)。
(3)沖裁時(shí)，凸模、凹模要與沖裁件或廢料發(fā)生摩擦，凸模愈磨愈小，凹模愈磨愈大，結(jié)果使間隙愈來(lái)愈大。
由此在決定模具刃口尺寸及其制造公差時(shí)需考慮下述原則：
(1)落料件尺寸由凹模尺寸決定，沖孔時(shí)孔的尺寸由凸模決定。故設(shè)計(jì)落料模時(shí)，以凹模為基準(zhǔn)，間隙取在凸模上；設(shè)計(jì)沖孔模時(shí)，以凸模為基準(zhǔn)，間隙取在凹模上。
(2)考慮到?jīng)_裁中凸模、凹模的磨損，設(shè)計(jì)落料模時(shí)，凹?；境叽鐟?yīng)取尺寸公差范圍的較小尺寸；設(shè)計(jì)沖孔模時(shí)，凸?；境叽鐒t應(yīng)取工件孔尺寸公差范圍內(nèi)的較大尺寸。這樣，在凸模、凹模磨損到一定程度的情況下，仍能沖出合格制件。凸模、凹模間隙則取最小合理間隙值。
(3)確定沖模刃口制造公差時(shí)，應(yīng)考慮制件的公差要求。如果對(duì)刃口精度要求過(guò)高(即制造公差過(guò)小)，會(huì)使模具制造困難，增加成本，延長(zhǎng)生產(chǎn)周期；如果對(duì)刃口精度要求過(guò)低(即制造公差過(guò)大)，則生產(chǎn)出來(lái)的制件可能不合格，會(huì)使模具的壽命降低。制件精度與模具制造精度的關(guān)系見(jiàn)表2.2.1。若制件沒(méi)有標(biāo)注公差，則對(duì)于非圓形件按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)“非配合尺寸的公差數(shù)值”IT14級(jí)處理，沖模則可按IT11級(jí)制造；對(duì)于圓形件，一般可按IT7~IT6級(jí)制造模具。沖壓件的尺寸公差應(yīng)按“入體”原則標(biāo)注，落料件上偏差為零，下偏差為負(fù)；沖孔件下偏差為零，上偏差為正。
查表得Zmin=0.028,Zmax=0.036；Zmax-Zmin=0.006；制造等級(jí)為：IT11級(jí)。
①落料凹模尺寸的計(jì)算
根據(jù)零件圖凹模磨損后變大的尺寸有Ad1(67-0.170)、Ad2(45.5-0.140)、Ad3(33.5-0.110)、Ad4(12-0.100)、Ad5(19-0.120)。其中Ad3(33.5-0.110)為半磨損尺寸，制造偏差δ=0.25△/2。
刃口尺寸計(jì)算公式： Aj=(Amax-x△)0+0.25△
由表2.3.1查得：對(duì)于以上要計(jì)算的尺寸，其磨損系數(shù)分別為xd1=0.75、xd2=1、xd3=1、xd4=1、xd5=1。
Ad1=(67-0.75×0.17)0+0.25×0.17=66.870+0.043mm
Ad2=(45.5-1×0.14)0+0.25×0.14=45.360+0.035mm
Ad3=(33.5-1×0.11)0+0.25×0.11÷2=33.390+0.014mm
Ad4=(12-1×0.10)0+0.25×0.10=11.900+0.025mm
Ad5=(19-1×0.12)0+0.25×0.12=18.880+0.03mm
②沖孔凸模尺寸的計(jì)算
dp=(dmin+x△)-δp0
dp=(4+0.75×0.05)-0.0190=4.04-0.0190 mm
③孔心距的尺寸計(jì)算
Ld=(Lmin+0.5△)±0.125△
Ld=54.9+0.5×0.2±0.125×0.2=55±0.025mm
凸模刃口尺寸按凹模相應(yīng)部位的尺寸配制，保證雙面最小間隙處在0.028～0.036之間。
第四章 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算
4.1凸模的設(shè)計(jì)及固定方式
4.1.1凸模的設(shè)計(jì)
A、B區(qū)的側(cè)刃凸模是由斷面為19mm×24mm的矩形長(zhǎng)方體制成的，根據(jù)各板的規(guī)格可以知道側(cè)刃凸模的高度，其高度適中且卸料力較小，因此采用螺釘?shù)跹b固定在墊板上，固定所采用的螺釘為模具中經(jīng)常使用的內(nèi)六角螺釘，其規(guī)格為M10。理論上尺寸19mm×24mm相交處為直角，但是考慮到凸模的使用壽命，因此將直角制成0.5mm的圓角。?4mm沖孔凸模根據(jù)其結(jié)構(gòu)采用臺(tái)階式固定。因凸模要穿過(guò)凸模固定板、橡膠彈性體及卸料板，長(zhǎng)度較大，容易折彎或折斷，故上部直徑取較大值，定為?10mm，進(jìn)入卸料板凸模直徑為4mm，用卸料板進(jìn)行保護(hù)。
C區(qū)的“山”字落料凸模采用直壁形結(jié)構(gòu)，其固定方式采用3個(gè)M8螺釘?shù)跹b在墊板上?！吧健弊骤F左右兩側(cè)的直線刃口，是兩次沖裁相接而成的。這種兩次沖裁一個(gè)直邊的情況稱(chēng)為平接，在級(jí)進(jìn)模中本應(yīng)該避免平接的出現(xiàn)，因?yàn)槿菀桩a(chǎn)生毛刺和相接痕跡。因此采用兩個(gè)措施，第一是增加定位精度，在凸模上安裝導(dǎo)正銷(xiāo)，第二是凸模上的尺寸67mm適當(dāng)大一點(diǎn)，在取沖裁間隙時(shí)采用加大凹模的方法形成間隙。
D區(qū)的切斷凸模屬于單面切斷，H區(qū)在沖裁的時(shí)候已由卸料板壓緊，而此時(shí)D區(qū)處于懸臂的狀態(tài)，切斷凸模沖裁時(shí)有兩種不利的趨勢(shì)，其一是懸臂的工件有側(cè)傾的趨勢(shì)，其二是凸模單邊受力被擠而使沖裁間隙有擴(kuò)大的趨勢(shì)。為阻止其轉(zhuǎn)動(dòng)和側(cè)傾，在下模部位設(shè)計(jì)出支承臺(tái)階。卸料板對(duì)凸模起到后支持的作用，在一定程度上可以消除第二個(gè)不利因素。
4.1.2凸模的結(jié)構(gòu)形式及其固定方法
凸模結(jié)構(gòu)通常分為兩大類(lèi)，一類(lèi)是鑲拼式，另一類(lèi)為整體式。整體式中，根據(jù)加工方法的不同，又可分為直通式和臺(tái)階式兩種。直通式凸模的工作部分和固定部分的形狀與尺寸做成一樣，這類(lèi)凸模一般采用線切割方法進(jìn)行加工。臺(tái)階式凸模一般采用機(jī)械加工，當(dāng)形狀復(fù)雜時(shí)成形部分常采用成形磨削。對(duì)于圓形凸模，GB2863-81的冷沖模標(biāo)準(zhǔn)已制定出這類(lèi)凸模的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)形式與尺寸規(guī)格。設(shè)計(jì)時(shí)可按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)選取。凸模的固定方法有臺(tái)肩固定、鉚接、螺釘和銷(xiāo)釘固定、粘結(jié)劑澆注法固定等。
4.1.3凸模長(zhǎng)度的計(jì)算及強(qiáng)度校核
本模具采用彈性卸料裝置進(jìn)行卸料，凸模長(zhǎng)度包括：凸模固定板、橡膠彈性體、卸料板等長(zhǎng)度，所以L=66mm。
在一般情況下，凸模的強(qiáng)度是足夠的，不必進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。但對(duì)于細(xì)長(zhǎng)的凸模，或凸模斷面尺寸較小而沖壓毛坯的厚度又比較大的情況下，必須進(jìn)行承壓能力和抗縱向彎曲能力兩方面的校驗(yàn)，以保證凸模設(shè)計(jì)的安全。通過(guò)比較在這里只對(duì)沖孔凸模進(jìn)行校核。
對(duì)于圓形凸模有dmin≥4tτσ
式中σ—凸模最小斷面的壓應(yīng)力，MPa；
t—沖裁材料厚度，mm；
τ—沖裁材料抗剪強(qiáng)度，MPa；
[σ]—凸模材料的許用壓應(yīng)力，MPa。
其中，dmin=4mm；t=0.35mm；τ=450MPa；[σ]=250MPa。代入上式成立，因此該沖孔凸模能滿足要求。
4.2凹模結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和校核
4.2.1凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
凹模采用鑲拼結(jié)構(gòu)，隨著技術(shù)的發(fā)展，近年來(lái)由于線切割機(jī)床的普及，采用整體凹模結(jié)構(gòu)具有制造簡(jiǎn)單、制作周期短的特點(diǎn)，并且由于凸模固定板、卸料板、凹?？梢杂猛怀绦蚨ㄎ?、切割，因而可以保證相對(duì)位置的精度，便于裝配。再者，本模具是純沖裁模，凹模是一個(gè)平面，磨損后便于刃磨。綜合以上因素，將凹模設(shè)計(jì)為整體凹模，所選材料為Cr12MoV，此材料淬透性好，利于刃磨。凹模結(jié)構(gòu)圖如下圖4-1所示。
圖4-1凹模結(jié)構(gòu)
4.2.2凹模的強(qiáng)度校核
凹模內(nèi)部的兩個(gè)矩形區(qū)，沖裁是處于懸臂狀態(tài)，因而凹模應(yīng)有足夠的厚度，否則由于受彎截面過(guò)小，會(huì)使此處凹模折斷，因此該處應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)度校核，由裁料力學(xué)可知，將其簡(jiǎn)化為懸臂梁，其載荷F1是作用在頭部寬度為12mm的沖裁力；F2是作用在長(zhǎng)邊沖裁力的和，其作用點(diǎn)在中心。
F1=L1tτ=12×10-3×0.35×10-3×450×106=1890N
F2=L2tτ=33.5×10-3×0.35×10-3×450×106×2=10552.5N
Mmax=M1+M2=F1L1+F2L2=240N?m
矩形截面的抗彎截面模量由材料力學(xué)可知：
W=bH26
由材料力學(xué)可知彎曲強(qiáng)度條件是：
MmaxW≤[σ]
代入數(shù)據(jù)后得H≥21.9mm。本模具所選凹模的厚度為30mm，因此滿足強(qiáng)度要求。
圖4-2危險(xiǎn)截面
4.3定位零件的設(shè)計(jì)
為了保證條料的正確送進(jìn)和毛坯在模具中的正確的位置，要想沖裁出外形完整的合格零件，模具設(shè)計(jì)時(shí)必須要考慮條料或毛坯的定位。正確位置是依靠定位零件來(lái)保證的。毛坯的形狀和模具的結(jié)構(gòu)不同，所選擇的定位零件多種多樣。設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)毛坯形狀、模具的結(jié)構(gòu)、零件的精度要求、生產(chǎn)率的高低等因素進(jìn)行選擇。定位包含控制送料步距的擋料和垂直方向上的導(dǎo)料等。
4.3.1擋料銷(xiāo)
擋料銷(xiāo)的作用是擋住條料搭邊或沖壓件輪廓以限制條料的送料距離。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中常見(jiàn)的擋料銷(xiāo)有三種形式：固定擋料銷(xiāo)、活動(dòng)擋料銷(xiāo)和始用擋料銷(xiāo)。固定擋料銷(xiāo)安裝在凹模上，用來(lái)控制條料的進(jìn)距，特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便。由于安裝在凹模上，安裝孔可能會(huì)造成凹模強(qiáng)度的消弱，常用的結(jié)構(gòu)有圓形和鉤形擋料銷(xiāo)?；顒?dòng)擋料銷(xiāo)常用于倒裝復(fù)合模中。始用擋料銷(xiāo)用于級(jí)進(jìn)模中開(kāi)始時(shí)候的定位。
在該級(jí)進(jìn)模上必須使用始用擋料銷(xiāo)。在條料第一次沖裁時(shí)，假如沒(méi)有初始擋料，條料將被J區(qū)的側(cè)刃擋塊擋住，由于條料的M、N區(qū)尚未沖裁，所以E區(qū)和D區(qū)的“一”字鐵沖裁后不能脫離，而使后續(xù)的沖裁無(wú)法進(jìn)行。因此，必須利用始用擋料銷(xiāo)確定條料第一次沖裁的正確位置。第一次送進(jìn)條料時(shí)，用手按下始用擋料銷(xiāo)，條料被擋在N區(qū)的前方。第一次沖裁的是A、B兩個(gè)廢料區(qū)和8個(gè)Φ4mm的孔。第二次送料時(shí)，始用擋料銷(xiāo)由于彈簧的作用已隱在模具中不起作用，條料由J區(qū)的側(cè)刃擋塊定位。第二次沖裁時(shí)，E、C兩區(qū)形成產(chǎn)品工件，H和D區(qū)由于工件不完整而形成廢料。第三次送料時(shí)即進(jìn)入正常定位方式，直至將條料沖完。
4.3.2導(dǎo)尺
導(dǎo)尺的作用是對(duì)條料進(jìn)行導(dǎo)向，安裝在凹模工作部位的兩側(cè)，并于模具中心線平行。在本模具中各工序均為沖裁，沖壓過(guò)程中材料沒(méi)有上、下運(yùn)動(dòng)，因此導(dǎo)尺工作側(cè)面制成直臂形，導(dǎo)尺與條料之間應(yīng)留有微小間隙。精度差時(shí)會(huì)出現(xiàn)送料困難的情況；而過(guò)大將會(huì)影響E區(qū)和D區(qū)成品件的尺寸。導(dǎo)尺的厚度結(jié)合始用擋料銷(xiāo)的厚度取6mm。在J區(qū)設(shè)置了側(cè)刃擋塊，導(dǎo)尺不起作用，因此導(dǎo)尺在側(cè)刃擋塊處終止。導(dǎo)尺用45鋼制作，其硬度為50~55HRC。導(dǎo)尺用螺釘固定在凹模的上表面。
4.3.3卸料零件的設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)卸料零件的目的，是將沖裁后卡箍在凸模上或凸凹模上的制件或廢料卸掉，保證下次沖裁能夠正常進(jìn)行。常用的卸料方式有剛性卸料、彈壓卸料等方式。在本模具中所使用的是彈壓卸料方式。
彈壓卸料板具有卸料和壓料的雙重作用，主要用于沖裁料厚在1.5mm以下的板料，由于有壓料的作用，沖裁件比較平整。彈壓卸料板與彈性元件(彈簧或橡膠)、卸料螺釘組成彈壓卸料裝置。為了達(dá)到好的卸料效果，在模具開(kāi)啟狀態(tài)時(shí)，卸料板應(yīng)高出模具工作零件刃口0.3~0.5mm，以利于卸料。
4.4標(biāo)準(zhǔn)模架和導(dǎo)向零件的選擇
4.4.1模架的選擇
常用的模架結(jié)構(gòu)有：滑動(dòng)式導(dǎo)柱導(dǎo)套模架和滾動(dòng)式導(dǎo)柱導(dǎo)套模架。根據(jù)導(dǎo)柱分布的不同又可分為對(duì)角導(dǎo)柱模架、中間導(dǎo)柱模架、后側(cè)導(dǎo)柱模架等。模架由上、下模座和導(dǎo)向零件組成，是整副模具的骨架，模具的全部零件都固定在它的上面，并承受沖壓過(guò)程的全部載荷。模具的上模座和下模座分別與沖壓設(shè)備的滑塊和工作臺(tái)固定。上、下模間的精確位置由導(dǎo)柱、導(dǎo)套的導(dǎo)向來(lái)實(shí)現(xiàn)。模架的選用規(guī)格，可根據(jù)凹模周界尺寸從標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè)選取。
4.4.2導(dǎo)向零件的選擇
導(dǎo)向零件是用來(lái)保證上模和下模的正確運(yùn)動(dòng)的。對(duì)于生產(chǎn)批量較大、零件公差要求較高、壽命要求較長(zhǎng)的模具，一般都采用導(dǎo)向裝置。在模具中應(yīng)用最廣泛的是導(dǎo)柱和導(dǎo)套。導(dǎo)柱、導(dǎo)套與模座的裝配方式及要求按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。但要注意，在選導(dǎo)向裝置及零件標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，要根據(jù)所設(shè)計(jì)模具的實(shí)際閉合高度。上下模的導(dǎo)向在凸模與凹模開(kāi)式作用前或壓料板接觸到制件前就應(yīng)該充分的合上，以確保導(dǎo)向在沖壓工作開(kāi)始時(shí)即以發(fā)揮正常作用，導(dǎo)柱的長(zhǎng)度應(yīng)保證沖模在最低位置時(shí)導(dǎo)柱的上端面與上模座頂面的距離不小于15mm，而下模座頂面與導(dǎo)柱底面的距離不小于5mm。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖4-3所示。
圖4-3導(dǎo)向裝置
4.5橡膠元件的選擇
橡膠是沖模中常用的彈性元件，其許用負(fù)荷比彈簧大，安裝調(diào)整也很方便。卸料、頂件常選用硬橡膠，拉壓邊多選用軟橡膠。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)可以選擇多種不同的橡膠，本模具所選擇的橡膠材料為聚氨酯橡膠，厚度為32mm，在模具中的橡膠要注意使用要求，第一是澆注型的聚氨酯橡膠的硬度為(邵氏)80，超過(guò)其硬度的會(huì)降低橡膠的使用壽命。第二是聚氨酯橡膠體的工作溫度應(yīng)控制在70攝氏度以下。第三是選用普通橡膠時(shí)要注意防油，橡膠周?chē)鷳?yīng)留有適當(dāng)?shù)目臻g使橡膠受力后能自由變形。
4.6固定零件的選擇
模具的連接與固定零件主要有模柄、固定板、墊板、銷(xiāo)釘、螺釘?shù)?。這些零件都可以從標(biāo)準(zhǔn)中查得。
4.6.1模柄
中、小型模具一般是通過(guò)模柄將上模固定在壓力機(jī)滑塊上。模柄是作為上模與壓力機(jī)滑塊連接的零件。對(duì)它的基本要求是：一要與壓力機(jī)滑塊上的模柄孔正確配合，安裝可靠；二要與上模正確而可靠連接。JB/T7646-2008《沖模模柄》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的沖模模柄有壓入式模柄、旋入式模柄、凸緣模柄、槽型模柄、浮動(dòng)模柄和推入式活動(dòng)模柄。本模具所采用的是凸緣模柄。
4.6.2固定板
凸、凹模固定板主要用于小型凸模、凹模或凸凹模等工作零件的固定。固定板的外形與凹模輪廓尺寸基本上一致，厚度取凹模厚度的0.6~0.8倍。材料可選用Q235或45鋼。
4.6.3墊板
墊板的作用是承受凸?；虬寄５妮S向壓力，防止過(guò)大的沖壓力在上、下模板上壓出凹坑，影響模具的正常使用。墊板厚度根據(jù)壓力大小選擇，一般區(qū)5~12mm,外形尺寸與固定板相同，材料為45鋼，熱處理后硬度為43~48HRC。
4.6.4螺釘
螺釘是標(biāo)準(zhǔn)件，可按標(biāo)準(zhǔn)選取合適的螺釘，在模具中經(jīng)常使用內(nèi)六角螺釘，其優(yōu)點(diǎn)是精度高、安裝方便、所占用的空間小等。
4.7模具的安裝要求
模具的裝配就是根據(jù)模具的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和技術(shù)條件，以一定的裝配順序和方法，將符合技術(shù)要求的零件，經(jīng)協(xié)調(diào)加工，組裝成滿足使用要求的模具。在裝配過(guò)程中，即要保證配合零件的配合精度，又要保證零件之間的位置精度，對(duì)于具有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的零件，還必須保證它們之間的運(yùn)動(dòng)精度。因此，模具裝配是最后實(shí)現(xiàn)沖模設(shè)計(jì)和沖壓工藝意圖的過(guò)程，是模具制造過(guò)程的關(guān)鍵工序。模具裝配的質(zhì)量直接影響制件的沖壓質(zhì)量、模具的使用和模具的壽命。沖壓模零件配合關(guān)系表如下：
表4-1模具裝配配合要求
相關(guān)配合零件
理論配合要求
相關(guān)配合零件
理論配合要求
凸模/凹模
相差一個(gè)間隙
上模座/導(dǎo)套
H7/r6或H7/s6
凸模/凸模固定板
H7/m6或H7/n6
下模座/導(dǎo)柱
H7/r6或H7/s6
上模座/模柄
H7/r6或H7/s6
導(dǎo)柱/導(dǎo)套
H6/h5或H7/h6
第五章 壓力機(jī)的選擇
根據(jù)要完成的沖壓工序性質(zhì)和各種沖壓設(shè)備的力能特點(diǎn)，考慮沖壓加工所需的變形力、變形功及模具閉合高度和輪廓尺寸的大小等主要因素，結(jié)合工廠現(xiàn)有設(shè)備情況來(lái)合理選定設(shè)備類(lèi)型和噸位。常用沖壓設(shè)備有曲柄壓力機(jī)、液壓機(jī)等，其中曲柄壓力機(jī)應(yīng)用最廣。沖裁類(lèi)沖壓工序多在曲柄壓力機(jī)上進(jìn)行，一般不用液壓機(jī)；而成形類(lèi)沖壓工序可在曲柄壓力機(jī)或液壓機(jī)上進(jìn)行。根據(jù)壓力機(jī)的設(shè)備規(guī)格，按照條件，適合本模具的壓力機(jī)為SP系列小型壓力機(jī)，型號(hào)為SP-15CS，其主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)下表：
表5-1壓力機(jī)規(guī)格參數(shù)
公稱(chēng)壓力/KN
150
封閉高度/mm
200~220
行程長(zhǎng)度/mm
50~10
主電動(dòng)機(jī)功率/KW
2.2
滑塊調(diào)節(jié)量/mm
30
機(jī)床質(zhì)量/KG
1400
墊板厚度/mm
80
機(jī)床高度H/mm
1900
工作臺(tái)孔尺寸/mm
250×120
機(jī)床外形尺寸/mm
910×1200
注：SP系列小型高速壓力機(jī)為小型C型機(jī)架的開(kāi)式壓力機(jī)，適用于工業(yè)用接插件、電位器、電容器等小型電子元件的制件生產(chǎn)。
總 結(jié)
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的課題題目是變壓器鐵心級(jí)進(jìn)模，提起變壓器，在日常生活中可能隨處可見(jiàn)。鐵心是組成變壓器重要的零件，其材料為硅鋼片，常見(jiàn)的形狀為“山”字形和“一”字形，也有其他形狀的鐵心。而生產(chǎn)出的鐵心零件精度要達(dá)到IT11~IT10級(jí)，在本設(shè)計(jì)中所采用的排樣方法為少?gòu)U料排樣法，條料在導(dǎo)料板之間運(yùn)動(dòng)，沖裁完成后，用卸料板進(jìn)行卸料。級(jí)進(jìn)模具有材料利用率高、生產(chǎn)效率快、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，但對(duì)于加工和安裝提出了更高的要求，以保證模具的使用壽命，對(duì)多工位精密級(jí)進(jìn)模更是如此。本次設(shè)計(jì)由于經(jīng)驗(yàn)不足，有很多不足之處，望指出。
致 謝
畢業(yè)設(shè)計(jì)是一次綜合性的考察，是對(duì)我們四年所學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的綜合考察，也是對(duì)我們進(jìn)行科學(xué)研究基本功的訓(xùn)練，通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，培養(yǎng)了我們綜合運(yùn)用知識(shí)、獨(dú)立分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，為我們?nèi)蘸蟮膶W(xué)習(xí)和工作開(kāi)了個(gè)好頭。通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)我們學(xué)會(huì)了一些解決問(wèn)題的方法，同時(shí)也學(xué)會(huì)了吃苦耐勞的精神。本此設(shè)計(jì)能夠順利完成，首先應(yīng)該感謝我的導(dǎo)師，在他的指導(dǎo)下，才使得這次設(shè)計(jì)能夠按時(shí)完成。他為我們提供了很多參考文獻(xiàn)和書(shū)籍，使得我們的畢業(yè)設(shè)計(jì)有了解決的途徑。他用自己的課余時(shí)間為我們解答難題，我們真的很感激。
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