新賽歐轉向管柱右側后支架沖壓模具設計-級進?！竞S工件圖】【沖壓模具設計稿】

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分 類 號 密 級 寧寧波大紅鷹學院 畢業(yè)設計(論文) 新賽歐轉向管柱右側后支架沖壓模具設計 所在學院 機械與電氣工程學院 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 班 級 12機自x班 姓 名 學 號 指導老師 2016 年 3 月 31 日 誠 信 承 諾 我謹在此承諾：本人所寫的畢業(yè)設計（論文）《新賽歐轉向管柱右側后支架沖壓模具設計》均系本人獨立完成，沒有抄襲行為，凡涉及其他作者的觀點和材料，均作了注釋，若有不實，后果由本人承擔。 承諾人（簽名）： (手簽) (手簽) 2016 年 3 月 31 日 摘 要 本設計利用AutoCAD 2008作為繪圖軟件，進行了新賽歐轉向管柱右側后支架及其加工沖壓模具的設計。新賽歐轉向管柱右側后支架連續(xù)折彎沖孔模中包含了折彎模與沖孔模，它是一種在一次行程中可以完成多個工序的模具結構。此模具將折彎、沖孔兩個工序結合在一起，簡化了加工過程，提高生產(chǎn)效率。論文首先簡要概述了設計的背景與意義，接著闡述了產(chǎn)品的工藝分析和工藝方案的確定，模具主要工作部分的尺寸設計計算，計算并設計了本套模具上的主要零部件，如：凸模、凹模、凸模固定板、墊板、卸料板、拉簧、擋料銷、導正銷等。最后，對本課題設計進行了歸納和總結。 關鍵詞：新賽歐轉向管柱右側后支架；級進模；沖孔；折彎；AutoCAD 2008 III Abstract This design using AutoCAD 2008 as the drawing software, the sail steering pipe column right after stent and stamping mould design. Sail steering pipe column on the right side of the bracket for bending and punching die contains bending die and punching die, it is a trip can complete the die structure of the procedure. The die will be bending, punching two processes together, simplifying the process, improve production efficiency. The background and significance of the thesis begins with a brief overview of the design, and then describes the product process analysis and process to determine the size of the main die parts design calculation, calculation and design of the main components of the sets of molds, such as: convex and concave die, punch plate, plate and dump plate, coil, retaining pin, guide pin etc.. In the end, the design of this topic is summarized and summarized. Keywords: car steering column right after stent; progressive die; bending; punching; AutoCAD 2008 目 錄 摘 要 I Abstract II 目 錄 III 第1章 緒論 1 1.1 設計的背景和意義 1 1.2 沖壓模具市場情況 1 1.3 沖壓模具水平狀況 2 1.4 沖壓模具未來的發(fā)展重點與展望 4 1.5 設計的內(nèi)容和思路 5 1.6 解決的主要問題 5 第2章 沖壓件工藝分析 6 2.1 沖壓件材料分析 6 2.2 沖壓件結構工藝性及分析 7 2.3 模具結構形式和選材 8 2.3.1 模具結構形式 8 2.3.2 模具材料選擇 8 第3章 工藝計算 11 3.1 拉伸件展開尺寸計算 11 3.2 沖壓工藝力的計算 11 3.2.1 沖孔力的計算 11 3.2.2 卸料力及推件力的計算 12 3.2.3 折彎力的近似計算 12 3.2.4 壓邊力的計算 12 3.2.5 總沖裁力 13 3.3 沖壓設備的選擇 13 第4章 模具主要工作部分的尺寸設計計算 14 4.1 沖孔刃口尺寸計算 14 4.2 折彎的工作部分尺寸確定 14 4.3 材料的規(guī)格的選擇： 14 4.4 排樣圖的設計與材料利用率的計算 15 4.4.1排樣圖的設計 15 4.4.2 材料利用率的計算 18 4.5 壓力中心的計算： 18 第5章 模具主要零件設計與選擇 21 5.1 沖孔凸模設計 21 5.1.1凸模承壓力校核： 21 5.1.2 抗縱向彎曲應力的校核： 21 5.1.3 沖孔凸模固定端面的壓力 22 5.2 沖孔凹?？卓谛问郊爸饕獏?shù) 22 5.3 彎曲凹模設計與校核 22 5.3.1凹模設計 23 5.3.2 凹模強度校核 23 5.4 拉簧的設計 24 5.4.1 設計彈簧的一般步驟： 24 5.4.2 拉簧類型的選擇 24 5.4.3 彈簧材料及許用應力 25 5.4.4 拉簧相關幾何尺寸的計算 27 5.4.5 拉伸彈簧鉤環(huán)強度驗算 28 第6章 模具結構設計 29 6.1 卸料裝置的設計 29 6.1.1 卸料板的設計 29 6.1.2 彈性卸料裝置計算 30 6.2 模架的選擇 30 6.3 模具的動作過程及特點 30 總 結 32 參考文獻 33 致 謝 35 第1章 緒論 第1章 緒論 1.1 設計的背景和意義 沖壓模具是機械制造業(yè)中重要的工藝裝備，沖壓生產(chǎn)具有效率高、材料利用率高、制件質量優(yōu)良、工藝適應性好等特點,被廣泛應用于汽車、機械、航天、航空、輕工、電子、電器、儀表等行業(yè)。冷沖壓是在常溫下，利用沖模在壓力機上對板料或坯料施加壓力，使其產(chǎn)生塑性變形或分離，從而獲得零件所需的形狀、尺寸的一種壓力加工的方法。利用沖壓模具生產(chǎn)可以保證產(chǎn)品的尺寸精度，使產(chǎn)品質量穩(wěn)定，而且在加工中不破壞產(chǎn)品表面。用冷沖壓模具生產(chǎn)零部件在生產(chǎn)中不需要加熱，具有生產(chǎn)效率高、質量好、重量輕、成本低且節(jié)約能源和材料等一系列優(yōu)點。本課題以新賽歐轉向管柱右側后支架的生產(chǎn)過程為案例，以AutoCAD 2008為畫圖工具，進行連續(xù)折彎沖孔模的設計研究工作。以冷沖壓技術結合先進的CAD/CAM技術，減輕勞動強度和縮短模具的設計制造周期，進行新賽歐轉向管柱右側后支架折彎沖孔模設計。具備了如下優(yōu)點： （1）冷沖壓技術與其他加工方法相比具有：冷沖壓操作工藝方便，便于組織生產(chǎn)，是一種高效低耗的加工方法，適合大批量生產(chǎn)。而且沖壓出的零件制品一般不需要進一步機械加工，互換性好，在耗費不大的情況下能獲得強度高、剛度大而重量輕的零件。 （2）課題結合模具CAD/CAM技術，產(chǎn)品的設計過程中直接由三維模型轉為二維圖，可大大縮短設計時間，提高設計效率和設計質量，且能夠較好地完成研制設計任務。同傳統(tǒng)的模具設計相比，它在提高生產(chǎn)率、保證產(chǎn)品質量，還是在降低成本、減輕勞動強度等方面，都具有很大優(yōu)越性。 （3）隨著計算機技術的發(fā)展，計算機不再僅僅是設計過程中的繪圖工具，也是設計者進行空間思維的輔助工具。 1.2 沖壓模具市場情況 中國沖壓模具在數(shù)量上還是在質量，技術和能力等方面有了長足的發(fā)展，但與國民經(jīng)濟需求和世界先進水平，還是有很大的差距，一些大型，精密，復雜，高壽命長模具每年仍需大量進口，特別是高檔車罩模具還主要依靠進口。一些低年級簡單模具，已趨供過于求，市場競爭激烈。 現(xiàn)摘錄中國模具工業(yè)協(xié)會發(fā)布的統(tǒng)計材料《2004年我國沖壓模具市場情況簡介》如下：2004年我國沖壓模具總產(chǎn)出約為220億元，其中出口0.75億美元,約合6.2億元.根據(jù)我國海關統(tǒng)計資料,2004年我國共進口沖壓模具5.61億美聯(lián)社元,約合46.6億元。從上述數(shù)字可以得出2004年我國沖壓模具市場總規(guī)模約為266.6億元.其中國內(nèi)市場需求為260.4億元,總供應約為213.8億元,市場滿足率為82%.在上述供求總體情況中,有幾個具體情況必須說明:一個是最重要的模具是一個技術含量高的大型精密模具，大多數(shù)是低技術含量的出口模具的市場低，所以技術含量高，滿足總體滿意度較低，高檔模具的沖壓模具，模具的發(fā)展落后的沖壓生產(chǎn)，和技術含量低的中低端市場滿足率高于模具沖壓模具市場總體滿意率；二是由于中國的模具價格要比國際市場價格低得多，具有一定的競爭力，因此在國際市場前景的價值，2005沖壓模具出口達到146000000美元94.7%，相比2004的增長可以說明這一點；三，近年來，香港，臺灣獨資，外資企業(yè)在中國的快速發(fā)展，這些企業(yè)在大量使用沖壓模具自沒有確切統(tǒng)計，因此未能計入上述數(shù)字之中。 1.3 沖壓模具水平狀況 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50多噸的模具。為中檔車配套的覆蓋件模具國內(nèi)可以生產(chǎn)。精度達到12米，約200000000倍多工位級進模的國內(nèi)企業(yè)可以生產(chǎn)更多的生活比國內(nèi)多。表面粗糙度可達Ra小于或等于1.5μm的精沖模，大尺寸（Φ≥300 mm）精沖模具和板精沖模具國內(nèi)已達到相當高的水平 1）.模具CAD/CAM技術狀況 中國模具CAD／CAM技術的發(fā)展已經(jīng)有20多年的歷史。從工程和武漢733廠1984原中央中國所完成的模具CAD／CAM系統(tǒng)是中國第一個自行開發(fā)的模具CAD／CAM系統(tǒng)。模具CAD／CAM系統(tǒng)，它是由中國工程院和中央北京模具廠，是模具CAD／CAM系統(tǒng)第一次在中國的開發(fā)。對冷沖模CAD／CAM系統(tǒng)上海交通大學發(fā)展也在同一年完成。自第二十世紀90年代，CAD／CAM技術已應用在模具設計和制造國內(nèi)汽車行業(yè)設計制造..國家科委863計劃將東風汽車公司作為CIMS應用示范工廠，由華中科技大學技術作為技術支持單位，對車身覆蓋件模具CAD／CAPP／CAM集成系統(tǒng)于1996年初通過鑒定的發(fā)展。 21世紀開始CAD/CAM技術逐漸普及，現(xiàn)在具有一定生產(chǎn)能力的沖壓模具企業(yè)基本都有了CAD/CAM技術。其中部分骨干重點企業(yè)還具備各CAE能力。 模具CAD／CAM技術能顯著縮短模具設計與制造周期，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質量，已成為共識?！暗诎宋迥辍焙汀暗诰艂€五年計劃”期間，有大量的模具企業(yè)推廣流行的計算機圖形技術，數(shù)控加工的使用率越來越高，并陸續(xù)引進了相當數(shù)量的CAD／CAM系統(tǒng)。如美國EDS的UG，Pro/E參數(shù)化與美國的公司，美國簡歷CADS5，英國DELCAM公司的DOCT5，日本HZS公司CRADE及space-E，以色列Cimatron公司，也推出了AutoCAD，汽車和歐氏蓋模具等專用軟件CATIA等軟件和法國馬爾塔Daravision公司。國內(nèi)汽車覆蓋件模具生產(chǎn)企業(yè)普遍采用CAD／CAM技術。DL圖設計，模具結構設計是實現(xiàn)二維CAD，多數(shù)企業(yè)已經(jīng)向三維過渡，一般生產(chǎn)逐步取代部分生產(chǎn)。和模具的參數(shù)化設計也開始對一些模具制造領域的技術發(fā)展.. 在沖壓成型CAE軟件方面，除了引進的軟件外，華中科技大學、吉林大學、湖南大學等都已研發(fā)了較高水平的具有自主知識產(chǎn)權的軟件，并已在生產(chǎn)實踐中得到成功應用，產(chǎn)生了良好的效益。 快速成型（RP）結合傳統(tǒng)的快速經(jīng)濟模具，快速制造大型汽車覆蓋件模具，解決了原來的低熔點合金模具的問題樣品鑄造模具，模具精度低，工件精度低，樣品制作，實現(xiàn)三維CAD模型作為工具的快速模具制造的基礎，為了保證零件的精度 新的汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展，身體的快速發(fā)展提供了保障的覆蓋件，它標志著轉的應用 大型汽車覆蓋件模具了.. 在汽車車身試制，大型覆蓋件模具的快速制造，近年來也出現(xiàn)了一些新的方法，快速成型，例如，已被用于無模多點成形和激光沖擊和電磁成形技術生產(chǎn)。他們都表現(xiàn)出降低成本、提高效率的優(yōu)點.. 2）.模具設計與制造能力狀況 在國家產(chǎn)業(yè)政策的正確引導下，經(jīng)過幾十年努力，目前，我國沖壓模具的設計制造能力已達到較高水平，包括許多現(xiàn)代設計與制造技術包括信息工程、虛擬技術，等等。 然而，我國沖壓模具仍然與國際先進水平相比有很大差距，設計和制造能力這些主要是中高檔轎車和大中型汽車覆蓋件模具和精密沖壓，無論在設計或過程和能力，有很大的差距。汽車覆蓋件模具，具有設計和制造難度大，質量和精度要求高的特點，可以代表覆蓋件模具的水平。雖然與制造方法和手段方面已基本達到了國際水平的設計，模具的結構和功能接近國際水平，在轎車模具國產(chǎn)化進程中前進了一大步，但在制造質量，精度，制造周期等方面，與國外相比，仍有一定的差距。以汽車模具的大型沖壓模具的制造技術的代表，已經(jīng)取得了很大的進步，東風汽車公司模具廠，一汽模具中心和制造模具已能生產(chǎn)的汽車覆蓋件模具。 多工位級進模和多功能模具的沖壓模具先進水平先進水平是我國精密模具品種。對核心精密自動閥片多功能模具機電一體化的代表，已基本達到國際水平。然而，整體外多工位級進模的制造精度，使用壽命，模具的結構和功能，還有一定的差距。 汽車覆蓋件模具制造技術的不斷完善和提高，高精度的使用，高效率的加工設備越來越廣泛。高性能的五軸高速銑床和三軸的高速銑削機床越來越。數(shù)控機床的DNC技術越來越成熟的應用，可用于傾角和超精密加工的。所有這些提高模具表面的加工精度，提高模具質量，縮短模具的制造周期.. 模具表面強化技術也得到廣泛的應用。成熟的技術，無污染，成本適中的離子滲氮技術越來越被認可和硬質合金涂層處理（TD）和一些鍍（涂）技術在沖壓模具的使用越來越。真空處理技術，真正的鑄造工藝，刃口堆焊技術，等等。激光切割和激光焊接技術也被應用。 3.專業(yè)化程度及分布狀況 我國的模具行業(yè)專業(yè)化程度還比較低，模具自產(chǎn)自配比例高。國外模具比自生產(chǎn)和分配一般是30%，沖壓模具從中國自比為60%。這有很多專業(yè)化的不利影響現(xiàn)在，技術要求高，投資，其專業(yè)化程度高，如覆蓋件模具，多工位級進模等。一般的模具專業(yè)化程度較低。由于汽車的分布比例高，對沖壓模具生產(chǎn)能力的分布基本遵循的沖壓件生產(chǎn)能力的分布。但專業(yè)化程度較高的汽車覆蓋件模具、多工位、多功能精密模具的專業(yè)生產(chǎn)企業(yè)分布，許多不遵循沖壓能力分布而分布，而往往取決于主要投資者的決策。例如，四川有較大的汽車覆蓋件模具的能力，江蘇有一個強大的精密模具，而用戶大多是非本地模具。 1.4 沖壓模具未來的發(fā)展重點與展望 1，沖壓模具產(chǎn)品發(fā)展重點。 有7個小類沖壓模具，以及各種的對象稱為服務對象。目前，它是發(fā)展汽車覆蓋件模具，多功能緊急，多工位級進模和模。這些模具，生產(chǎn)和需求之間的巨大矛盾，良好的發(fā)展前景。 汽車覆蓋件模具的發(fā)展是中等高中等大小的大小的大小的大小的覆蓋件模具，尤其是外覆蓋件模具..高強度鋼板和厚鋼板沖壓模具和大型多工位級進模，連續(xù)模在未來將會有更快的發(fā)展。多工位級進模的發(fā)展多功能、多工位級進模是高精度，高效率，高壽命的模具。對精沖模具的發(fā)展重點是厚鋼板的大型精沖模具，不斷提高其精度。 2，沖壓模具技術發(fā)展的重點。 在未來的模具技術的發(fā)展趨勢主要是信息化的發(fā)展，高速生產(chǎn)和高精度。因此，對設計技術的發(fā)展是對CAD / CAE / CAM技術應用的重點，不斷提高效率，特別是板材成型過程模擬分析技術。模具CAM，CAD技術應該是愉快的，集成，智能化、網(wǎng)絡化方向發(fā)展，并提高模具CAM，CAD系統(tǒng)的專業(yè)化程度。 為了提高CAD應用水平，CAE和CAM，完整的模具數(shù)據(jù)庫的建立和開發(fā)專家系統(tǒng)和提高軟件的實用性是非常重要的。從加工技術的發(fā)展，重點是對高速加工和高精度加工。高速切削加工的高速銑削的主要發(fā)展，高速磨削和拋光、高速加工、快速模具技術。高精度加工是目前精密模具配件1米及各種精密加工的表面粗糙度Ra以下主要發(fā)展是小于或等于0.1米提高模具的標準化，提高模具標準件的生產(chǎn)量是一個關鍵的沖壓模具技術的發(fā)展。為了提高沖壓模具壽命，模具表面硬化和硬化技術也是發(fā)展重點。模具數(shù)字化制造，系統(tǒng)集成，逆向工程，快速成型/模具制造及計算機輔助應用技術，如形成一個全方位的解決方案，提供模具開發(fā)與工程服務，全面提高企業(yè)的水平和質量，模具，沖壓模具技術發(fā)展的重點。 1.5 設計的內(nèi)容和思路 本課題主要內(nèi)容是冷沖壓模具的設計，根據(jù)新賽歐轉向管柱右側后支架的制造及工藝設計其折彎沖孔成形復合模。首先應該深入學習機械設計、機械CAD/CAM、冷沖壓技術等相關在課題研究中需要掌握的理論知識，理論的掌握是實踐的基礎。同時對所設計的新賽歐轉向管柱右側后支架折彎沖孔模的結構和生產(chǎn)制造工藝進行全面的了解。再運用AutoCAD 2008畫二維裝配圖及零件圖。 1.6 解決的主要問題 1. 根據(jù)新賽歐轉向管柱右側后支架產(chǎn)品圖對其工藝性進行分析。 2．根據(jù)工件的批量、形狀、尺寸等多方面的因素，全面考慮、綜合分析，選取一個較為合理沖壓工藝方案。 3．工藝的計算。 4. 模具主要零部件的設計與選擇。 5. 模具的結構設計。 35 第2章 沖壓件工藝分析 沖裁件的工藝性，是指沖裁件對沖裁工藝的適應性,即沖裁件的形狀結構、尺寸大小、尺寸偏差、形位公差與尺寸基準等是否符合沖裁工藝的要求。沖裁件的工藝性對沖裁工件的質量、材料利用率、生產(chǎn)率、模具制造難易、模具壽命、操作方式及沖壓設備的選用等都有很大的影響。一般情況下，對沖裁件工藝性影響最大是幾何形狀、尺寸、精度要求。良好的沖裁件工藝性能滿足材料省、工序少、產(chǎn)品質量穩(wěn)定、模具較易加工、操作方便且壽命較高等要求，從而顯著降低沖裁件的制造成本。 2.1 沖壓件材料分析 Q235號鋼，含碳量為0.2%，屬于低碳鋼。鋼中可分為低碳鋼、中碳鋼和高碳鋼。 碳含量：低碳鋼一般小于0.25%；中碳鋼一般在0.25～0.60%之間；高碳鋼一般大于0.60%。 鋼中除含有碳(C)元素和為脫氧而含有一定量硅(Si)(一般不超過0.40%),錳(Mn)(一般不超過0.80%,較高可到1.20%)合金元素外,不含其他合金元素(殘余元素除外)。 區(qū)分鋼和鐵：含碳量低于2.11%為鋼，含碳量高于2.11%為鐵；鋼中含碳量越高其韌性越差，鐵中含碳量越高其韌性越好。 特性 （1）特性 該鋼屬于優(yōu)質低碳碳素鋼，冷擠壓、滲碳淬硬鋼。該鋼強度低，韌性、塑性和焊接性均好。抗拉強度為253-500MPa，伸長率≥24%。 用途：適用于制造汽車、拖拉機及一般機械制造業(yè)中建造不太重要的中小型滲碳碳氮共滲等零件，如汽車上的手剎蹄片、杠桿軸、變速箱速叉、傳動被動齒輪及拖拉機上凸輪軸、懸掛均衡器軸、均衡器內(nèi)外襯套等；在熱軋或正火狀態(tài)下用于制造受力不大，而要求韌性高的各種機械零件；在重、中型機械制造業(yè)中，如鍛制或壓制的拉桿、鉤環(huán)、杠桿、套筒、夾具等。在汽輪機和鍋爐制造業(yè)中多用于壓力≤6N/平方，溫度≤450℃的非腐化介質中工作的管子、法蘭、聯(lián)箱及各種緊固件；在鐵路、機車車輛上用于制造十字頭、活塞等鑄件。 正火可促進該鋼球化，細化大塊狀先共析鐵素體，改進小于160HBS毛坯的切削性能。 該鋼模具零件工藝路線為：下料→鍛造模坯→退火→機械粗加工→冷擠壓成型→再結晶退火→機械精加工→滲碳→淬火、回火→研磨拋光→裝配。 （2）供貨狀態(tài)及硬度 未熱處理態(tài)，硬度≤156HBS。 力學性能 （5）相變點溫度（近似值）Ac1=735℃，Ac3=855℃，Ar3=835℃，Ar1=680℃ （6）正火規(guī)范 溫度920~950℃，出爐空冷。硬度131~156HBS。 （7）冷壓毛坯軟化處理規(guī)范 溫度700~720℃，保溫時間8~15h，再以50~100℃/h的冷速，隨爐降至溫度≤550~600℃，出爐空冷。 處理前硬度≤143HBS，軟化后硬度≤131HBS。 （8）淬火規(guī)范 溫度910℃±10℃，10%NaCl鹽水冷卻。 (9)實測屈服強度fy=245Mpa，彈性模量E=206Gpa，泊松比ν=0.3。 （10）抗剪強度275~392MPa,抗拉強度為253~500MPa，屈服強度為275MPa，延伸率為25%。 （11）退火溫度只要600-650度，保溫時間在1-2h。 2.2 沖壓件結構工藝性及分析 沖裁件的結構形狀應盡可能簡單、對稱，避免復雜形狀的曲線，在許可的情況下，把沖裁件設計成少、無廢料排樣的形狀，以減少廢料，矩形孔兩端宜用圓弧連接，以利于模具加工。沖裁件各直線或曲線的連接處，盡量避免銳角。除在少、無廢料排樣或采用鑲拼模結構時，都應有適當?shù)膱A角相連，以利于模具制造和提高模具壽命。工件圖如圖2.1所示。 圖2.1 新賽歐轉向管柱右側后支架工件圖 本文設計的新賽歐轉向管柱右側后支架，由于制件展開毛坯最大尺寸181.49mm，屬中尺寸沖裁制件，基本形狀為矩形，多工位沖壓時采用單排方式可大大降低模具的制造成本，而且制件只有一個方向有彎曲線，而材料的性能方向性不明顯，采用直排方式不會影響兩個不同方向的彎曲質量，還使模具加工難度大大降低。另外，制件在1個方向有彎曲變形。為增強載體的剛性和強度，采用單排，單邊載體的排樣方案，將制件無彎曲變形的部位與載體相連，待彎曲成形完成后切斷。（參考文獻[5] ） 2.3 模具結構形式和選材 2.3.1 模具結構形式 該制件是新賽歐轉向管柱右側后支架零件。零件材料厚、精度高、形狀復雜是一個成形較困難的沖壓零件。沖壓工藝包括沖孔、落料、彎曲工序,以往采用多副模具在沖床上完成,即沖孔落料復合模、U形彎曲模。 在設計中,需著重考慮以下幾個問題: ①模具結構;②模具制造工藝性;③凸模、凹模的強度及剛性;④工位數(shù);⑤沖壓件接痕;⑥使用壽命;⑦導向精度;⑧落料、彎曲、切斷及模具的壓力中心位置;⑨型孔對稱沖裁.結合零件形狀分析在生產(chǎn)過程中的沖壓工序主要有沖孔，落料，彎曲。 2.3.2 模具材料選擇 冷沖壓模具的成本分析：在冷沖壓模具設計中，常常要提到模具成本問題，即經(jīng)濟性。所謂經(jīng)濟性，就是以最小的耗費取得最大的經(jīng)濟效果。在沖壓生產(chǎn)中，既要保證產(chǎn)品質量，完成所需的產(chǎn)品數(shù)量，又要降低模具的制造費用．這樣才能使整個冷沖壓的成本得到降低。 在模具設計中主要考慮的問題是如何降低模具的制造成本。因為產(chǎn)品的成本不僅與材料費(包括原材料費、外購件費)、加工費(包括工人工資、能源消耗、設備折舊費、車間經(jīng)費等)有關，而且與模具費有關。一副模具少則幾萬，多則上百萬。所以必須采取有效措施降低制造成本。 模具費在工件制造成本中占有一定比例。對于小批量生產(chǎn)，采用簡易模具。因 其結構簡單、制造快速、價廉，所以能降低模具費，從而降低工件制造成本。 在大批大量生產(chǎn)中．應盡量采用高效率、長壽命的級進沖模及發(fā)展硬質合金沖 模。硬質合金沖模的刀磨壽命和總壽命比鋼模具大得多?？倝勖鼮殇撃＞叩?040倍，而模具制造費用僅為鋼模具的24倍。 而對中批量生產(chǎn)，首先應盡量使沖模標準化，大力發(fā)展沖模標準件的品種，推廣沖模典型結構，最大限度地縮短沖模設計與制造周期。 制造中、小型冷沖壓模具的材料有鑄鐵、碳素工具鋼、合金工具鋼、硬質合金、鋼結硬質合金以及鋅合金、低熔點合金、環(huán)氧樹脂、聚氨脂橡等。沖模主要零件所使用的模具鋼有碳素工具 鋼、低合金工具鋼、高碳高鉻工具鋼、高碳中鉻工具鋼、硬質合金及鋼結硬質合金等。 凸模和凹模是在強壓、連續(xù)使用和有很大沖擊的條件下工作的，并伴隨有溫度的升高，工件條件極其惡劣。所以對凸模、凹模和材料要求有好的耐有溫度的升高，工件條件極其惡劣。所以對凸模、凹模和材料要求有好的耐磨性、耐沖擊性、淬透性和切削性，硬度很大，熱處理變形小，而且價格低廉。 設計模具時，合理選取模具材料是關系到模具壽命和成本的一項重要工作。沖模的主要零件——凸模、凹模和凸凹模等材料的選取尤應慎重．通常應考慮如下幾點： （1）根據(jù)沖壓件生產(chǎn)批量的大小來選取模具材料。當沖壓件的生產(chǎn)批量很大時，凸模、凹模和凸凹模應選取質量高、耐磨性好的模具鋼。例如Cr12MoV、Cr4W2MoV、YGl5等。 （2）根據(jù)被沖壓材料的性能、工序性質和沖模主要零件工作條件和作用來選取模具材料。 （3）應考慮模具材料的冷、熱加工性能和工廠現(xiàn)有條件。 （4）應考慮我國模具鋼的生產(chǎn)和使用情況。 對于該制件主要工序為：沖孔、折彎、切斷，且要求大批量生產(chǎn)，所以模具材料應采用質量較高，能保證耐用度的材料。故凹、凸?？梢赃x擇高碳高鉻工具鋼SLD，熱處理硬度：6568HRC。 第3章 工藝計算 3.1 拉伸件展開尺寸計算 1.毛坯的展開尺寸 折彎、沖孔工序的工件圖如圖3.1所示。 圖3.1 折彎、沖孔成形工件圖 3.2 沖壓工藝力的計算 3.2.1 沖孔力的計算 （3.1） 式中 L——工件外輪廓周長(mm)； t ——材料厚度(mm)； ——材料抗剪強度(MPa)；由書查得，=78Mpa。 K ——系數(shù)。考慮到模具刃口的磨損，模具間隙的波動，材料力學性能的變化及材料厚度偏差等因素，一般取K=1.3。 L＝463.98mm 則 =1.3463.982.578Mpa117.6kN 3.2.2 卸料力及推件力的計算 由于沖裁中材料的彈性變形及摩擦的存在，沖裁后帶孔部分的材料會緊箍在凸模上，而沖落的材料會緊卡在凹模洞口中。從凸模上卸下的板料、帶料的力稱為卸料力；把落入凹模洞口中的沖壓件或廢料順著沖裁方向推出的力稱為推件力。 卸料力的大小與凸模和凹模之間的間隙、工件形狀、材料的種類及材料上所涂的潤滑劑的質量等因素有關。要準確計算很困難，實際生產(chǎn)中常用下列經(jīng)驗公式計算： （3.2） 式中 ——沖裁力（N）； ——卸料力系數(shù)，插表取=0.03。 則 =0.03117.6kN=3.5kN (3.3) 式中 ——推件力系數(shù)，其值由表查得=0.03； n——卡在凹模內(nèi)的工件數(shù)目，取n=2。 則 =20.03117.6N7kN 3.2.3 折彎力的近似計算 由式 （3.4） 式中 ——折彎力（N）； L——橫截面周邊長度（mm） t——材料厚度（mm）； ——材料強度極限（Mpa），查得=74Mpa； K——修正因數(shù)，查得K=1。 橫斷面平均周長L68mm 則 7.85kN 3.2.4 壓邊力的計算 （3.5） 式中 A——壓邊圈面積（）； A33.6 p——單位壓邊力，由表查得p=0.8Mpa。 則33.60.8Mpa=26.88kN 3.2.5 總沖裁力 總的沖裁力 （117.6+3.5+7+7.85+26.88）kN162.83kN 3.3 沖壓設備的選擇 在實際生產(chǎn)中，為了防止設備的超載，可按來估算壓力機的公稱壓力。參照有關資料選用YB32-63型四柱萬能液壓機，其主要技術參數(shù)為： 公稱壓力：360kN 滑塊行程：400mm 活動橫梁至工作臺面最大距離：1500mm 工作臺尺寸： 1000mm2500mm 頂出力：95kN 頂出活塞最大行程：150mm 第4章 模具主要工作部分的尺寸設計計算 沖孔凸模、沖孔、折彎凸凹模、折彎凹模的工作關系如圖4.1所示。 4.1 沖孔刃口尺寸計算 已知孔精度為IT14級，所以選取凸模、凹模制造精度分別為IT12級和IT13級。其制造公差查表得，。查得磨損因數(shù)=1。沖裁模的雙面間隙為，。 圖4.1 折彎、沖孔成形級進模 4.2 折彎的工作部分尺寸確定 折彎的單邊間隙可查得，Z/2=1.1t=1.11.2mm=1.32mm。折彎部分的未標注尺寸公差按IT14級精度計算。因此，凸、凹模的制造公差可選用IT10級精度，其值可查得。即為： 折彎凹模圓角半徑=0.9mm。 取凸模圓角半徑=0.5mm，=0.9mm。 4.3 材料的規(guī)格的選擇： 沖壓生產(chǎn)中使用的材料相當廣泛。有金屬材料和非金屬材料，大部分都是各種規(guī)格的板料、帶料、條料和塊料。 板料是沖壓生產(chǎn)中應用最廣的材料，適合于成批生產(chǎn)。其尺寸規(guī)格按國家標準 定，采用標準規(guī)格板料可能會增加余料，使材料利用率降低。 帶料（卷料）用于大批量生產(chǎn)。帶料的寬度一般在300mm以下，根據(jù)材料的不同，有不同的寬度尺寸，長度可達幾米到幾十米，有的薄材料可達數(shù)百米。 條料是根據(jù)沖壓件的需要，由板料剪切而成，用于中小型零件的沖壓。塊料適用于單件小批量生產(chǎn)和價值昂貴的有色金屬的沖壓。根據(jù)生產(chǎn)要求和工藝性，選擇切邊帶料。（參考文獻[4] ） 4.4 排樣圖的設計與材料利用率的計算 4.4.1排樣圖的設計 排樣設計是級進模設計的關鍵，具體反映了零件 在整個沖壓過程中的工位設置和各工位間的相互關系、定位方式、材料利用率以及模具結構設計的合理 性。針對零件的形狀及結構特點，排樣計中考慮的主 要問題有: 工步順序選擇、條料定位方式選擇、分步?jīng)_ 孔及排樣優(yōu)化設計等，要做到既要保證順利成型，又要 使模具工位數(shù)少，節(jié)約成本，保證模具強度。 （一）排樣分析 排樣指沖裁件在板料、條料或帶料上的布置方式。排樣是否合理，對材料利用率的大小有直接影響。還會影響到模具結構、生產(chǎn)率、制件質量、生產(chǎn)操作方便與安全等，因此，排樣是沖裁工藝與模具設計中一項很重要的工作。 沖壓件大批量生產(chǎn)成本中，毛坯材料費用占60%以上，排樣的目的就在于合理利用原材料。衡量排樣經(jīng)濟性、合理性的指標是材料利用率。要提高材料利用率，就必須減少廢料面積，沖裁過程中所產(chǎn)生的廢料，可分為兩種情況： （1）結構廢料 由于工件結構形狀的需要，如工件內(nèi)孔的存在而產(chǎn)生的廢料稱為結構廢料，它取決于工件的形狀，一般不能夠改變。 （2）工藝廢料 工件之間和工件與條料邊緣之間存在的搭邊，定位需要切去的料邊與定位孔，不可避免的料頭和料尾廢料稱為工藝廢料，它決定于沖壓方式和排樣方式。 因此，提高材料利用率要從減少工藝廢料著手，同一個工件，可以有幾種不同的排樣方法。 根據(jù)材料的利用情況，排樣的方法可以有三種： （1）有廢料排樣 沿工件的全部外形沖裁，工件與工件之間，工件與條料側邊之間都有工藝余料（搭邊）存在，沖裁后搭邊成為廢料，如圖3-3a所示。 （2）少廢料排樣 沿工件的部分外形輪廓切斷或沖裁，只在工件之間或是工件與條料側邊之間有搭邊存在，如圖3-3b所示。 （3）無廢料排樣 工件與工件之間。工件與條料側邊之間均無搭邊存在，條料沿直線或曲線切斷而得工件。示意圖如圖3-3c所示。 圖4-3排樣方法 a) 有廢料排樣 b) 少廢料排樣 c)無廢料排樣 有廢料的排樣法材料利用率較低，但制件的質量和沖模壽命較高，常用于工件形狀復雜、尺寸精度要求較高的排樣。 少、無廢料排樣法的材料利用率較高，在無廢料排樣時只有料頭、料尾損失，材料利用率可達85%～95%，少廢料排樣法也可達70%～90%。少、無廢料排樣法有利于一次沖裁多個工件，可以提高生產(chǎn)率。由于這種排樣法沖切周邊減少，所以還可以簡化模具結構，降低沖裁力。但是，少、無廢料排樣的應用范圍有一定的局限性，受到工件形狀結構的限制，且由于條料本身的寬度公差，條料導向與定位所產(chǎn)生的誤差，會直接影響工件尺寸而使工件的精度降低。在幾個工件的匯合點容易產(chǎn)生毛刺。由于采用單邊剪切，也會加快模具磨損而降低沖模壽命，并直接影響工件的斷面質量，所以少、無廢料排樣常用于精度要求不高的工件排樣。 有廢料、少廢料或無廢料排樣。按工件的外形特征、排樣的形式又可分為直排、斜排、對排、混合排、多排和裁搭邊等。 對于簡單形狀的工件，可以用就算方法選擇合理的排樣方式，而對于形狀復雜的工件要作出正確判斷則比較困難，通常用放樣的方法，即用厚紙片剪3～5個樣件，擺出各種可能的排樣方案，從中選擇一個比較合理的方案。 合理的排樣方法，應是將工藝廢料減到最少?？紤]到該工件的外形特征和材料的利用情況，可采用少廢料直排的排樣方式。（參考文獻[1] ） （二）搭邊數(shù)值的選取 排樣時，沖件之間以及沖件與條料側邊之間留下的余料叫搭邊。它的作用是補償定位誤差，保證沖出合格的沖件，以保證條料有一定剛度，便于送料。 搭邊數(shù)值取決于以下因素： (1)沖件的尺寸和形狀； (2)材料的硬度和厚度； (3)排樣的形式(直排、斜排、對排等)； (4)條料的送料方法(是否有側壓板)； (5)擋料裝置的形式(包括擋料銷、導料銷和定距側刃等的形式)。 當采用級進模沖壓時，排樣設計除了要考慮提高材料利用率以外，還必須注意以幾點： (1)公差要求較嚴的零件．排樣時工步不宜太多，否則累積誤差大，零件公差要求不易保證； (2)對孔壁較小的沖裁件，其孔可以分步?jīng)_出．以保證凹?？妆诘膹姸?； (3)零件孔距公差要求較嚴時，應盡量在同一工步?jīng)_出或在相鄰工步?jīng)_出； (4)當凹模壁厚太小時，應增設空步．以提高凹?？妆诘膹姸?； (5)盡量避免復雜型孔，對復雜外形零件的沖裁，可分步?jīng)_出，以減小模具制造難度； (6)當零件小而批量大時，應盡可能采用多工位級進模成形的排樣法； (7)在零件較大的大量生產(chǎn)中，為了縮短模具的長度．可采用連續(xù)—復合成形的排樣法； (8)對于要求較高或工步較多的沖件，為了減小定位誤差，排樣時可在條料兩側設置工藝，用導正銷定位； (9)在級進模的連續(xù)成形排樣中，如有切口翹腳、起伏成形、翻邊等成形工時，一般應安排在落料前完成； (10)當材料塑性較差時．在有彎曲工步的連續(xù)成形排樣中，必須使彎曲線與材料紋向成一定夾角。（參考文獻[1] ） 搭邊值根據(jù)工件寬和材料厚度，選工件間搭邊值a=3.0mm。 （參考文獻[5] ） 由以上分析，最終確定零件排樣圖如圖： 4.4.2 材料利用率的計算 一個進距內(nèi)的材料利用率為： （4-3） 式中：A——沖裁件面積（包括沖出的小孔在內(nèi)）（）； n—— 一個進距內(nèi)沖件數(shù)目； B——條料寬度（mm）； h——進距（mm）。 （參考文獻[1] ） 4.5 壓力中心的計算： 沖裁時的合力作用點或多工序模各工序沖壓力的合力作用點，被稱為模具的壓力中心。為了使沖壓模具的正常工作，其壓力中心與模具中心線可以重疊，使壓力中心與選定的沖壓裝置的中心重合否則在沖壓會產(chǎn)生彎矩，斜滑塊與模具、沖壓設備，采用凸、凹模間隙不均勻引起的切削刃變鈍，快速，和引導機制的沖壓設備和模具產(chǎn)生不均勻磨損，降低模具的使用壽命。 通常利用求平行力系合力作用點的方法（解析法和圖解法）確定模具壓力中心。由于用作圖法求壓力中心受作圖誤差影響很大，所以誤差也較大。故用解析法求壓力中心。 根據(jù)力學定理，分力對某軸力矩之等于其合力對同軸之矩，則有： （4-9） （4-10） 因為，，，，所以 （4-11） （4-12） 式中 、、、——各圖形沖裁力（N）； 、、、——各圖形沖裁力的x軸坐標（mm）； 、、、——各圖形沖裁力y軸坐標（mm）； 、、、——各圖形沖裁周邊長度（mm）； t ——材料厚度； ——材料抗拉強度(MPa)。 根據(jù)所建立的坐標系，假設壓力中心坐標（，）， 先找出不規(guī)則形狀圖的壓力中心（幾何中心），因圖形為中心對稱，只需算一半就行了，假設下圖4-6的壓力中心坐標為（，0） 圖4-6 =13.38mm = =10.5(mm) 故模具壓力中心坐標：（10.5mm，0） （參考文獻[1] ） 第5章 模具主要零件設計與選擇 5.1 沖孔凸模設計 此凸模為標準件，為保證沖裁質量，避免毛刺的產(chǎn)生，故模具寬度要比沖裁工件寬度寬一些，一般比沖裁材料寬。采用線切割或成形磨削加工，固定部分應和工作部分尺寸一致。 沖孔凸模高度設計為與圓形凸模一樣高。凸模固定方式也采用螺紋固定式，將凸模壓入固定板內(nèi)，采用H7/m6配合裝配后鎖緊。 5.1.1凸模承壓力校核： 沖裁時，凸模承受的最小斷面壓應力，必須小于凸模材料強度允許的壓應力[]。 即： 式中 ——凸模最小斷面壓應力（MPa）； ——凸模縱向總壓力（MPa）； ——凸模最小截面的面積（）。 = 149.5（MPa）〈 5.1.2 抗縱向彎曲應力的校核： 無導向裝置的一般形狀凸模 （5-7） 有導向裝置的一般形狀凸模 （5-8） 式中 ——凸模允許的最大自由長度（mm）； ——沖裁力（N）； I——凸模最小截面慣性矩（）。 從俯視圖可以看：凸模形狀類似為圓形，可按圓形截面求其近似慣性矩I，則 （5-9） 可以導出 式中 ——中性軸靜矩，=；（5-10） ——最大剪應力。 = =16177.2 故 =21mm==657.3mm 滿足要求。 5.1.3 沖孔凸模固定端面的壓力 切斷凸模固定端面的單位壓力按下式計算，即 q= 式中 q——凸模固定端面的壓力，MPa； A——凸模固定部分最大剖面積，； F——落料或沖孔的沖裁力，N； ——模座鑄鐵材料的許用壓應力，MPa。 q==149.5MPa>= 所以也需加墊板。 （5.2參考文獻[2] ） 5.2 沖孔凹?？卓谛问郊爸饕獏?shù) 因工件精度不高，形狀不復雜，可以采用直筒式刃口凹模。直筒式刃口凹模有如下特點：制造方便，刃口強度高，刃磨后工作部分尺寸不變；孔內(nèi)易積存沖件或廢料，脹力大，推件力大，刃磨層較厚。 沖下的廢料從凹模下面漏出時，應在沖模的下模座上做一個漏料孔，一般漏料孔比凹模孔大0.5~2mm。 5.3 彎曲凹模設計與校核 5.3.1凹模設計 凹模裝于下模座，由于下模座孔口較大而使凹模工作時承受彎曲力矩；若凹模高度H及模壁厚度C不足時，會使凹模產(chǎn)生較大的變形，甚至破壞。但由于凹模受力復雜，很難按理論方法精確計算來確定，對于非標準尺寸凹模一般不作強度校核。設計模具時，凹模外形尺寸一般是根據(jù)被拉伸料的厚度和拉伸件的最大外形尺寸，按經(jīng)驗公式來確定其尺寸： 凹模高度：H=Kb (15mm)； 5.1） 凹模壁度：C=（1.5~2）H (30mm)； 5.2） 式中 b——凹模刃口間的最大寬度，mm； K——系數(shù)。 b/mm 料厚t/mm 0.5 1 2 3 ＞3 ＜50 0.3 0.35 0.42 0.5 0.6 50～100 0.2 0.22 0.28 0.35 0.42 100～200 0.15 0.18 0.2 0.24 0.3 ＞200 0.01 0.02 0.04 0.05 0.1 表5.1　系數(shù)K值 彎曲件最大刃口尺寸為切斷部分，尺寸為87.6mm。 查表5.1得，K=0.03 凹模高度：H=0.0387.6=2.6mm,可取H=20mm 則 凹模壁厚：C= (1.5~2) 20mm=(30~40)mm 當凹模刃口周長超過50mm 且材料為合金工具鋼時，凹模厚度應乘以修正系數(shù)。查表系數(shù)為1.25。 則 凹模高度H=1.2520=25mm 再根據(jù)排樣圖，可以基本了解凹模的外形結構。 5.3.2 凹模強度校核 凹模強度校核主要是檢查其高度。凹模在沖裁力的作用下會產(chǎn)生彎曲，如果凹模強度高度不夠，就會產(chǎn)生較大的彎曲變形甚至斷裂。 矩形凹模裝在有方形洞的板上，計算公式為： （5.3） 式中 ——凹模最小厚度，mm； P ——沖裁力，mm； ——許用彎曲應力。對于Cr12MoV，=（300~500）MPa = 19.1mm<25mm 所以取凹模厚度25滿足要求。 5.4 拉簧的設計 拉簧作用是在沖壓工作中使導料板與帶料壓緊，保證帶料不偏移；在非工作狀態(tài)下，使導料板與帶料分離，并擁有一定的間隙，保證帶料的送進。 5.4.1 設計彈簧的一般步驟： 設計彈簧時，當給出彈簧的工作條件、工作載荷F和對應的變形量f，其計算步驟大體是： （1）根據(jù)工作條件確定彈簧的載荷類型，選擇材料，并獲得許用切應力； （2）根據(jù)要求，初選旋繞比C； （3）計算材料直徑d，并計算出彈簧的中徑D； （4）計算有效圈數(shù)n； （5）最后進行彈簧性能校核。 5.4.2 拉簧類型的選擇 圓柱螺旋彈簧的型式、代號及參數(shù)系列。見下表5-5，選擇LIII型 表5-5　冷卷拉伸彈簧（L） 5.4.3 彈簧材料及許用應力 彈簧多數(shù)在變應力下工作，它的性能和使用壽命在很大程序上取決于材料的選擇。要求材料具有較高的疲勞極限、屈服點和足夠的沖出韌度。對熱成型的彈簧還要求材料有良好的淬透性、低的過熱敏感性和不易脫碳等性能。 （1）圓柱螺旋彈簧按所受載荷分類 圓柱螺旋彈簧按所受載荷的情況分為三類： Ⅰ類──受循環(huán)載荷作用次數(shù)在1×106次以上的彈簧； Ⅱ類──受循環(huán)載荷作用次數(shù)在1×103～1×106次范圍內(nèi)及受沖出載荷的彈簧； Ⅲ類──受靜載荷及受循環(huán)載荷作用次數(shù)在1×103次以下的彈簧； 三類彈簧的許用切應力和許用彎曲應力有的值，按表5-6選取 （2）對許用應力的修正 在選取材料和確定許用應力時，遇到下列情況應作適當?shù)男拚? a）重要的彈簧，對整個機器的損傷有著重大的影響，許用應力應適當降低； b）粉碎加工，可提高疲勞極限和提高負荷松弛效果明顯，適當增加壓力； c）還可以提高疲勞強度和疲勞壽命，其許用應力可提高20%； d）當工作溫度超過60，為剪切模量G的修正公式 表5-6　彈簧的許用應力（摘自GB/T1239.6－1992）（MPa） 鋼絲類型 或材料 碳素鋼絲琴鋼絲 不銹鋼絲 65Mn 55Si2Mn 55Si2MnB 60Si2Mn 60Si2MnA 50CrVA 55CrMnA 60CrMnA 拉伸彈簧許用切應力 Ⅲ類 （ ） 0.4 0.36 380 495 475 Ⅱ類 (0.30～0.36) (0.27～0.30) 325 420 405 Ⅰ類 (0.24～0.30) (0.22～0.27) 285 370 360 注：——試驗切應力；——試驗彎曲應力；——材料抗拉強度。 工件為大批量生產(chǎn)，選擇I型，材料65Mn。許用應力285MPa。 拉伸彈簧的結構及載荷－變形圖分別為圖5-8。 圖5-8 拉伸彈簧載荷－變形圖 圖5-8中：d──彈簧絲直徑（mm）。D、D1、D2──彈簧的中、內(nèi)、外徑（mm）。Fs──試驗載荷。F1、F2…Fn──彈簧的工作載荷（N）。為了保證指定高度時的載荷，彈簧變形量應在試驗載荷下變形量之間，即要求：，H0──自由高度（mm），F(xiàn)0──初拉力（N）。──在F1、F2、…、Fn、Fs作用下的彈簧變形量（mm）。H1、H2、…、Hn、Hs──在F1、F2、…、Fn、Fs作用下的彈簧高度（長度）（mm）。p──彈簧的節(jié)距（mm）。 5.4.4 拉簧相關幾何尺寸的計算 （1）計算彈簧直徑d及中徑D 計算公式 （5-15） 式中： K——曲度系數(shù)； C——彈簧指數(shù)； ——許用應力，MPa。 查文獻[6] 表22-6 取K=1.23，C=6.5 彈簧拉力F的計算：彈簧拉力F等于導料板與凹模之間的摩擦力。 又因 =mg，m= 式中：=0.1，45鋼 =，g= v2(2914010-5106.510)=222150 =0.1222150=1.7N 在乘以一個安全系數(shù)1.5，則=1.51.7N=2.55N 故 F=2.55N 所以 =0