自行車前掛架(支撐件)級進(jìn)模設(shè)計【說明書+CAD】

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無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)械加工工藝過程卡片 產(chǎn)品型號 零（部）件圖號 LCM-06 產(chǎn)品名稱 自行車支撐架 零（部）件名稱 沖孔凸模 共 9 頁 第6 頁 材料牌號 硬質(zhì)合金 毛胚種類 矩形料 毛胚外形尺寸 26mmX8mmX62mm 每毛胚可制件數(shù) 1 每臺件數(shù) 2 備注 工序號 工序名稱 工序內(nèi)容 車間 工段 設(shè)備 工藝裝備 工時 準(zhǔn)終 單件 1 備料 將毛坯鍛成24mmX6mmX60mm 鍛造車間 鍛壓機(jī) 2 熱處理 熱處理退火 熱處理車間 熱處理爐 3 銑平面 銑各平面，厚度留磨削余量0.6㎜，側(cè)面留磨削余量0.4㎜ 模具車間 銑床 平行夾頭 4 銑 銑四周面，保證尺寸 模具車間 銑床 平行夾頭 5 熱處理 熱處理保證硬度183-235HB 熱處理車間 6 線切割 線切割加工型孔，保證尺寸要求 快走絲機(jī)床 7 倒角 倒未注倒角C 0.5 模具車間 8 檢驗 符合圖紙要求 檢驗室 編制（日期） 審核（日期） 標(biāo)準(zhǔn)化（日期） 會簽（日期） 標(biāo)記 處數(shù) 更改文件號 簽字 日期 標(biāo)記 處數(shù) 更改文件號 簽字 日期 無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)械加工工藝過程卡片 產(chǎn)品型號 零（部）件圖號 LCM-07 產(chǎn)品名稱 自行車支撐架 零（部）件名稱 沖孔凸模 共 9 頁 第7 頁 材料牌號 硬質(zhì)合金 毛胚種類 矩形料 毛胚外形尺寸 31mmX41mmX62mm 每毛胚可制件數(shù) 1 每臺件數(shù) 4 備注 工序號 工序名稱 工序內(nèi)容 車間 工段 設(shè)備 工藝裝備 工時 準(zhǔn)終 單件 1 備料 將毛坯鍛成29mmX39mmX60mm 鍛造車間 鍛壓機(jī) 2 熱處理 熱處理退火 熱處理車間 熱處理爐 3 銑平面 銑各平面，厚度留磨削余量0.6㎜，側(cè)面留磨削余量0.4㎜ 模具車間 銑床 平行夾頭 4 銑 銑四周面，保證尺寸 模具車間 銑床 平行夾頭 5 熱處理 熱處理保證硬度183-235HB 熱處理車間 6 線切割 線切割加工型孔，保證尺寸要求 快走絲機(jī)床 7 倒角 倒未注倒角C 0.5 模具車間 8 檢驗 符合圖紙要求 檢驗室 編制（日期） 審核（日期） 標(biāo)準(zhǔn)化（日期） 會簽（日期） 標(biāo)記 處數(shù) 更改文件號 簽字 日期 標(biāo)記 處數(shù) 更改文件號 簽字 日期 無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)械加工工藝過程卡片 產(chǎn)品型號 零（部）件圖號 LCM-08 產(chǎn)品名稱 自行車支撐架 零（部）件名稱 沖孔凸模 共 9 頁 第8頁 材料牌號 硬質(zhì)合金 毛胚種類 矩形料 毛胚外形尺寸 78mmX29mmX62mm 每毛胚可制件數(shù) 1 每臺件數(shù) 2 備注 工序號 工序名稱 工序內(nèi)容 車間 工段 設(shè)備 工藝裝備 工時 準(zhǔn)終 單件 1 備料 將毛坯鍛成76mmX27mmX60mm 鍛造車間 鍛壓機(jī) 2 熱處理 熱處理退火 熱處理車間 熱處理爐 3 銑平面 銑各平面，厚度留磨削余量0.6㎜，側(cè)面留磨削余量0.4㎜ 模具車間 銑床 平行夾頭 4 銑 銑四周面，保證尺寸 模具車間 銑床 平行夾頭 5 熱處理 熱處理保證硬度183-235HB 熱處理車間 6 線切割 線切割加工型孔，保證尺寸要求 快走絲機(jī)床 7 倒角 倒未注倒角C 0.5 模具車間 8 檢驗 符合圖紙要求 檢驗室 編制（日期） 審核（日期） 標(biāo)準(zhǔn)化（日期） 會簽（日期） 標(biāo)記 處數(shù) 更改文件號 簽字 日期 標(biāo)記 處數(shù) 更改文件號 簽字 日期 無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)械加工工藝過程卡片 產(chǎn)品型號 零（部）件圖號 LCM-09 產(chǎn)品名稱 自行車支撐架 零（部）件名稱 沖孔凸模 共 9 頁 第9頁 材料牌號 硬質(zhì)合金 毛胚種類 矩形料 毛胚外形尺寸 21mmX32mmX62mm 每毛胚可制件數(shù) 1 每臺件數(shù) 2 備注 工序號 工序名稱 工序內(nèi)容 車間 工段 設(shè)備 工藝裝備 工時 準(zhǔn)終 單件 1 備料 將毛坯鍛成19mmX30mmX60mm 鍛造車間 鍛壓機(jī) 2 熱處理 熱處理退火 熱處理車間 熱處理爐 3 銑平面 銑各平面，厚度留磨削余量0.6㎜，側(cè)面留磨削余量0.4㎜ 模具車間 銑床 平行夾頭 4 銑 銑四周面，保證尺寸 模具車間 銑床 平行夾頭 5 熱處理 熱處理保證硬度183-235HB 熱處理車間 6 線切割 線切割加工型孔，保證尺寸要求 快走絲機(jī)床 7 倒角 倒未注倒角C 0.5 模具車間 8 檢驗 符合圖紙要求 檢驗室 編制（日期） 審核（日期） 標(biāo)準(zhǔn)化（日期） 會簽（日期） 標(biāo)記 處數(shù) 更改文件號 簽字 日期 標(biāo)記 處數(shù) 更改文件號 簽字 日期 1 目錄 外文翻譯 ..........................................................................2 緒論 ..............................................................................7 自行車支撐架的設(shè)計 ...............................................................10 1.1 沖裁件的工藝性分析 ...........................................................................................................................10 1.1.1 沖裁件的材料 .............................................................................................................................10 1.1.2 沖裁件的尺寸精度和表面粗糙度 .............................................................................................11 1.1.3 沖裁件的形狀和尺寸 .................................................................................................................11 1.2 零件沖裁工藝方案分析確定 ...............................................................................................................11 1.3 排樣的設(shè)計與計算 ...............................................................................................................................12 1.3.1 沖裁件展開尺寸的計算 .............................................................................................................12 1.3.2 沖裁件的排樣 .............................................................................................................................13 1.3.3 排樣圖的設(shè)計 .............................................................................................................................13 1.3.4 材料的利用率 .............................................................................................................................18 1.4 沖裁力和彎曲力的計算 .......................................................................................................................19 1.4.1 沖裁力計算 .................................................................................................................................19 1.4.2 彎曲力的計算 .............................................................................................................................20 1.5 壓力機(jī)設(shè)備的選用 ...............................................................................................................................20 1.6 主要工作部分尺寸計算 .......................................................................................................................21 1.6.1 凸、凹模間隙值的確定 .............................................................................................................21 1.6.2 凸、凹模刃口尺寸計算 .............................................................................................................21 1.7 模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計 ...................................................................................................................................22 1.7.1 凸模、凹模結(jié)構(gòu)的設(shè)計 .............................................................................................................22 1.7.2 卸料裝置的設(shè)計 .........................................................................................................................25 1.8 導(dǎo)料系統(tǒng)的設(shè)計 ...................................................................................................................................27 1.8.1 導(dǎo)正釘 .........................................................................................................................................28 1.8.2 托料裝置 .....................................................................................................................................29 1.9 限位裝置 ...............................................................................................................................................29 設(shè)計小結(jié) .........................................................................30 參考文獻(xiàn) .........................................................................32 2 外文翻譯 冷沖模具使用壽命的影響 冷沖模具的使用壽命是以沖制出的工件數(shù)量來計算的。影響冷沖模 壽命的因素很多。主要有模具結(jié)構(gòu)設(shè)計、制造模具所用凸模和凹模的材 料、模具的熱處理質(zhì)量與表面強(qiáng)化、沖模零件的制造精度和冷沖壓材料 的選取。除此之外，還有沖模的安裝、調(diào)整、使用以及維修等。 1．模具設(shè)計對壽命的影響 (1)排樣設(shè)計的影響排樣方法與搭邊值對模具壽命的影響很大，過 小的搭邊值，往往是造成模具急劇磨損和凸、凹?？袀闹匾?。從 節(jié)約材料出發(fā)，搭邊值愈小愈好，但搭邊值小于一定數(shù)值后，對模具壽 命和剪切表面質(zhì)量不利。在沖裁中有可能被拉人模具問隙中，使零件產(chǎn) 生毛刺，甚至損壞模具刃口，降低模具壽命。因此，在考慮提高材料利 用率的同時，必須根據(jù)零件產(chǎn)量、質(zhì)量和壽命，確定排樣方法和搭邊值。 (2)凹模結(jié)構(gòu)的影響對容易產(chǎn)生應(yīng)力集中而開裂的凹模結(jié)構(gòu)，可以 采用組合結(jié)構(gòu)或鑲拼結(jié)構(gòu)，以及預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，從而提高模具使用壽命。 (3)間隙的影響當(dāng)間隙過小時，壓縮擠壓利害，摩擦力增大，磨損 增大，側(cè)面的磨損加劇，沖裁后卸料和推件時，材料與凸、凹模之間的 摩擦還將造成刃口側(cè)面的磨損比端面的磨大大，同時也容易造成凸、凹 模溫度很高，把金屬碎屑吸附在刃口側(cè)面，形成金屬瘤，使凸、凹模出 現(xiàn)崩刃或脹裂現(xiàn)象。因此，過小的間隙對模具壽命極為不利。間隙太大， 3 會增加凸模與凹模端面邊緣的集中應(yīng)力，致使壓應(yīng)力急劇增加，于是刃 口邊很快屈服變形而失去棱角。因此又增加了沖裁力，進(jìn)而使刃口邊更 快磨損，降低模具壽命。但為了減小凸、凹模的磨損，延長模具使用壽 命，在保證沖裁件質(zhì)量的前提下，設(shè)計時適當(dāng)采用較大間隙是十分必要 的。 (4)模具導(dǎo)向結(jié)構(gòu)對壽命的影響可靠的導(dǎo)向?qū)τ跍p小工作零件的磨 損，避免凸、凹?？袀欠浅Ｓ行У?。特別對無問隙或小問隙沖裁模、 復(fù)合模和多工位級進(jìn)模更為重要。為提高模具壽命，必須根據(jù)工序和零 件精度要求，正確選擇導(dǎo)向形式和導(dǎo)向精度，所選擇導(dǎo)向精度應(yīng)高于凸、 凹模的配合精度。 (5)冷沖壓材料選取的影響冷沖壓材料應(yīng)滿足制件的設(shè)計要求和沖 壓工藝要求，否則容易損傷模具，降低模具使用壽命。冷沖壓材料表面 質(zhì)量不好，沖壓時制件易破裂，也易擦傷模具。冷沖壓材料塑性不好， 變形量小，沖壓時制件易破裂，也易擦傷模具。另外，材料的厚度公差 應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)。因為一副沖模適用于一定材料的厚度，成形、彎曲、 翻邊、引伸模具的凸、凹模結(jié)構(gòu)間隙是直接根據(jù)材料厚度來確定的。所 以材料厚度不均勻，會導(dǎo)致廢品產(chǎn)生和模具損壞。 2．模具材料對模具壽命的影響 模具材料對模具壽命的影響是模具材料性質(zhì)、化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)、 硬度和冶金質(zhì)量等的綜合反映。其中，材料性質(zhì)和熱處理質(zhì)量影響最為 明顯。模具材料性質(zhì)對模具壽命的影響是很大的。如將同一種工件，使 用不同的模具材料做彎曲試驗，試驗結(jié)果：用 9Mn2V 材料，其壽命為 5 4 萬次；用 Crl2MoV 滲氮，其壽命可達(dá) 40 萬次。因此，在選用材料時， 應(yīng)根據(jù)制件的批量大小，合理選用模具材料。模具工作零件的硬度對模 具壽命的影響也很大。但并不是硬度愈高、模具壽命愈長。這是因為硬 度與強(qiáng)度、韌性及耐磨性等有密切的關(guān)系。有的沖模要求硬度高，壽命 長。如采用 T10 鋼制造沖模，硬度為 54～58HRC，只沖幾千次，制件毛 刺就很大。如果將硬度提高到 60～64HRC，則刃磨壽命可達(dá) 2～3 萬次。 但如果繼續(xù)提高硬度，則會出現(xiàn)早期斷裂。有的沖模硬度不宜過高，如 采用 Crl2MoV 制造凹模硬度為 58～62HRC 時，一般壽命為 2—3 萬件， 失效形式是崩刃和開裂以及如果將硬度降到 54～58HRC，壽命提高到 5～6 萬件，但硬度降低到 50～53HRC 會出現(xiàn)凹模刃口易磨鈍現(xiàn)象。由此 可見，模具硬度必須根據(jù)材料性質(zhì)和失效形式而定。應(yīng)使硬度、強(qiáng)度、 韌性及耐磨性、耐疲勞強(qiáng)度等達(dá)到特定沖壓工序所需要的最佳配合。 3．模具的熱處理質(zhì)量與表面強(qiáng)化對壽命的影響 模具的熱處理質(zhì)量對模具的性質(zhì)與使用壽命影響很大。實踐證明， 模具工作零件的淬火變形與開裂，使用過程中早期斷裂，雖然與材料的 冶金質(zhì)量、鍛造質(zhì)量、模具結(jié)構(gòu)及加工有關(guān)，但與模具的熱處理關(guān)系更 大。根據(jù)模具失效原因的分析統(tǒng)計，熱處理不當(dāng)引起的失效占 50％ 以 上。實踐證明，高級的模具材料必須配以正確的熱處理工藝，才能真正 發(fā)揮材料的潛力。模具工作零件表面強(qiáng)化處理的目的，是獲得外硬內(nèi)韌 的效果，從而得到硬度、耐磨性、韌性、耐疲勞強(qiáng)度的良好配合。模具 表面強(qiáng)化處理方法很多，表面處理的新技術(shù)工藝發(fā)展很快。除氮碳共滲 和離子氮化、滲硼、滲鈮、滲釩、表面鍍硬鉻和電火花強(qiáng)化外，化學(xué)氣 5 相沉積(CVD)和物理氣相沉積(PVD)已逐步采用。經(jīng) CVD 和 PVD 處理后， 模具表面覆蓋一層超硬物質(zhì)，如 TiC、TiN 等。硬度極高、耐磨性、耐 蝕性、抗黏合性很好，可提高模具壽命幾倍到幾十倍。 Die Life of cold stamping die and influence Die with the life of the workpiece by punching out the number of terms. Many factors affect the life Die. There are die structure design, manufacture molds used in the punch and die materials, die quality and surface hardening heat treatment, precision die manufacturing parts and cold stamping materials selection. In addition, there are die installation, adjustment, use and maintenance. 1. Die Design on Life (1) Layout design of layout methods and take the boundary value a great impact on the die life, too small to take the boundary value, often causing rapid wear and convex mold, die bite wounds on the. Starting from material savings, take the boundary value smaller the better, but take the edge is less than some value, the cut surface of the mold and the quality of life adversely. There will be left behind in the blanking die Q-gap were to produce spare parts glitch, or even damage the die edge, reduce die life. Therefore, consider increasing the material utilization of the same time, parts must yield, quality and life expectancy to determine the layout methods and take the boundary. (2) die structure prone to stress concentration on the cracking of the die structure, composite structure can be used or mosaic structure, and prestressed structure to enhance the mold life. (3) the impact of clearance when the gap is too small, compressed extrusion of interest, increased friction, increased wear, the wear side of aggravated discharge and push pieces after blanking time, materials and convex, the friction between die will cause wear and tear than the end edge on the side of the grinding much, but also easily lead to convex, concave mold temperature is high, the adsorption of metal debris in the side edge to form a metal tumor, so that male and female die chipping or expansion occurs crack phenomenon. Therefore, the gap is too small to Die Life very bad. Gap is too large will increase the punch and the die face the edge of the concentration of stress, resulting in a sharp increase in stress, so blade edge quickly lose angular yield deformation. Therefore, addition of blanking force, thereby enabling faster edge edge wear, reduce die life. But in order to reduce the male and female die wear, extending mold life, while ensuring quality of stamping pieces under the premise that larger space designed properly it is necessary. (4) Die-oriented structure of the life of a reliable guide for the 6 working parts reduce wear, prevent male and female die bite wound is very effective. In particular, non-small-Q gap Q gap or Die, compound die and multi-position progressive die even more important. To improve the die life, must be based on processes and the demand of precision, the correct choice-oriented form and orientation accuracy, the choice should be higher than the accuracy-oriented convex, concave mold with precision. (5) the impact of cold stamping materials, cold stamping materials selected should meet the design requirements of workpieces and stamping process requirements, or easy to mold damage and reduce mold life. Poor surface quality of cold stamping, punching, cracking when the workpiece is also easy to scratch mold. Bad cold stamping plastic materials, deformation is small, easy to press when the workpiece rupture, but also easy to scratch mold. In addition, the material thickness tolerances shall comply with national standards. Die because of a certain thickness of material suitable for forming, bending, flanging, drawing die of the male and female die structure gap is directly determined by the thickness of the material. Therefore, uneven thickness, will result in waste generation and mold damage. 2. Die Die Life of Die Die Life of a mold material properties, chemical composition, structure, hardness and comprehensive reflection of metallurgical quality. Among them, the material properties and heat treatment affect the quality of the most obvious. Mold material properties on the impact of die life is great. If the same workpiece, using a different mold material of the bending test, the test results: The 9Mn2V material, the life of 5 million; with Crl2MoV nitriding, the life of up to 40 million. Therefore, the choice of materials, the batch size should be based on workpiece, rational use of mold materials. The hardness of the die parts to Die Life a great impact. But not the higher hardness, longer die life. This is because the hardness and strength, toughness and abrasion resistance are closely related. Some die demands of high hardness, long life. Such as the use of T10 steel dies, hardness 54 ~ 58HRC, only washed thousands of times a burr on the workpiece great. If the hardness to 60 ~ 64HRC, the grinding life of up to 2 to 3 million. However, if continue to improve hardness, fracture occurs earlier. Some die hardness should not be too high, as the die manufacturing using Crl2MoV 58 ~ 62HRC hardness, the general life of 2-3 million, invalid form of chipping and cracking, and if the hardness down to 54 ~ 58HRC, life expectancy increased to 5 ~ 60 000, but decreased to 50 ~ 53HRC hardness appears easy to blunt the die edge phenomenon. Thus, mold hardness must be based on material properties and failure modes may be. Should enable the hardness, strength, toughness and wear resistance, resistance to fatigue strength needed to achieve a particular stamping process the best match. 3. The surface of the mold heat treatment to strengthen the quality and 7 impact on life Mold heat treatment the nature and quality of life of the mold a great impact. Practice shows that the die parts of the quenching distortion and cracking, early fracture during use, while the metallurgical and materials quality, forging quality, mold structure and process related, but related more to die of heat treatment. According to statistical analysis of failure causes of mold, heat treatment failure due to improper accounting for more than 50%. Practice shows that the mold material must be accompanied by high heat treatment process properly, can really play a material's potential. Parts surface hardening mold work purpose is to obtain the effect of external hard tough inside, so be hardness, wear resistance, toughness, good resistance to fatigue with. Many ways to die surface hardening, surface treatment technology of new technologies developed rapidly. In addition to Nitrocarburizing and ion nitride, boride, seepage niobium, vanadium permeability, hard chrome plated and spark strengthening, the chemical vapor deposition (CVD) and physical vapor deposition (PVD) has been gradually adopted. By CVD and PVD treatment, the mold surface covered with super-hard material, such as TiC, TiN, etc.. High hardness, wear resistance, corrosion resistance, adhesion is very good, can improve the die life several times to several times. 8 緒論 （1）模具行業(yè)發(fā)展前景分析 模具作為產(chǎn)品制造的基礎(chǔ)工藝裝備，又是集精密制造、計算機(jī)技術(shù)、 智能控制和綠色制造等高新技術(shù)為一體的高新技術(shù)產(chǎn)品，以及在制造業(yè) 中的重要地位和作用，在全國人大通過的《國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十二 五個五年規(guī)劃綱要》的第三篇“轉(zhuǎn)型升級提高產(chǎn)業(yè)核心競爭力”中明確 “提升模具等基礎(chǔ)零部件水平”作為制造業(yè)發(fā)展重點方向。在我國，重 工業(yè)發(fā)展是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一大組成部分，其中，模具產(chǎn)業(yè)又是重工業(yè)中的 重中之重，因此，模具產(chǎn)業(yè)的發(fā)展對我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有這非凡的意義。 9 由于各種產(chǎn)品的材質(zhì)、外觀、規(guī)格及用途的不同，模具分為鑄造模、 鍛造模、壓鑄模、沖壓模等非塑膠模具，以及塑膠模具等。我國工業(yè)的 迅速發(fā)展，特別是汽車制造業(yè)和 IT 制造業(yè)的發(fā)展，拉動了我國模具行 業(yè)的迅速壯大，模具檔次的提高，精良的模具制造裝備為我國模具行業(yè) 的技術(shù)水平提升提供了保障. 近年來，我國模具企業(yè)加工水平得到很大提高，出口創(chuàng)匯能力大大 增強(qiáng)，既在國內(nèi)市場抵抗住境外廠商的擠壓，又在國際市場上表現(xiàn)出較 強(qiáng)的競爭力。但與此同時，國內(nèi)模具企業(yè)在發(fā)展過程中也曝露出一些問 題，一是規(guī)模偏小，二是技術(shù)偏低，三是涉及領(lǐng)域狹窄，四是對相關(guān)行 業(yè)影響帶動能力不大。綜合以上因素，國內(nèi)模具制造業(yè)總體效益還沒有 發(fā)揮出最好水平，其在國名經(jīng)濟(jì)中的基礎(chǔ)性作用尚不明顯。為了扭轉(zhuǎn)以 上情況，國內(nèi)模具制造也要想在國際市場發(fā)揮更大影響，必須加強(qiáng). 專家分析，從 1997 年開始，隨著汽車、裝備制造業(yè)、家用電器的 高速增長，中國國內(nèi)模具市場的需求開始顯著增長。雖然到 2006 年中 國模具工業(yè)總產(chǎn)值已達(dá) 516 億元，但屬“大路貨”的沖壓模具、壓鑄模 具等約占總量的 80％。已經(jīng)進(jìn)入中國的少量外資模具企業(yè)開始生產(chǎn)各種 高精大多功能模具，但目前仍供不應(yīng)求。 目前中國汽車模具潛在市場十分巨大。質(zhì)量好的沖壓模具在汽車整 車等行業(yè)供不應(yīng)求；壓鑄模具在汽車零部件、裝備制造業(yè)等行業(yè)需求激 增；注塑模具在家用電器等行業(yè)發(fā)展?jié)摿σ埠艽?。另外，特種模具也有 較大的發(fā)展前景。 （2）發(fā)展趨勢分析 10 隨著新興學(xué)科的出現(xiàn)及材料加工學(xué)科與相關(guān)學(xué)科的交叉，必將促進(jìn) 板材成形技術(shù)更快的發(fā)展，對于板材，其總的發(fā)展趨勢如下 1．節(jié)能 節(jié)省能源已是新時期經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一個重要課題，也是板材成形的發(fā) 展方向。其主要途徑一個是在傳統(tǒng)能源利用中，通過減低拘束系數(shù)、降 低流動應(yīng)力和減少接觸面積等方法減少成形力；另一個途徑就是新能源 的開發(fā)利用。 2．精密 “近凈成形”技術(shù)可有效地減少后續(xù)加工，節(jié)省原材料，降低生產(chǎn) 成本，已成為材料加工中的重點發(fā)展方向。 3．柔性 為了滿足未來社會產(chǎn)品多樣化的需求和不確定的市場環(huán)境，柔性化 成形技術(shù)將是一個重要的發(fā)展方向。柔性成形技術(shù)對產(chǎn)品變化有很強(qiáng)的 適應(yīng)性，可高效、低耗地滿足多種產(chǎn)品的需求。 4．綠色 隨著制造業(yè)的發(fā)展，綠色環(huán)保將是材料成形技術(shù)面臨的重要課題。 減少和消除成形過程中對環(huán)境的污染是綠色制造的主要內(nèi)容之一。 5．信息化、智能化 現(xiàn)代計算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)不但促進(jìn)傳統(tǒng)成形技術(shù)的發(fā)展，而且不 斷產(chǎn)生新的特種成形技術(shù)。計算機(jī)模擬仿真技術(shù)、 CAD/CAM/CAE/CAPP/PDM 技術(shù)在成形技術(shù)中的大量應(yīng)用已經(jīng)使工藝設(shè)計、 模具設(shè)計與制造更加科學(xué)化、自動化。變形預(yù)測、組織預(yù)測已經(jīng)成為可 11 能。成形技術(shù)已從“經(jīng)驗型”逐漸走向科學(xué)化、信息化和智能化。 網(wǎng)上相關(guān)報道較少，由于影響板料彎曲的因素多而復(fù)雜，因素之間 還存在耦合關(guān)系，再加之產(chǎn)品品種繁多，因此理論解析十分困難，長期 依靠設(shè)計者的經(jīng)驗和反復(fù)試制。對板料彎曲的計算機(jī)輔助設(shè)計尚處于初 級階段，大多僅僅是經(jīng)驗公式計算機(jī)化的工作，可靠性低。而將有限元 法這種解決工程技術(shù)問題的可靠工具引入板料彎曲的研究，可以高效且 準(zhǔn)確的分析成型過程、檢驗工模具、設(shè)計結(jié)果，大大降低工模具設(shè)計成 本和風(fēng)險。因此，采用有限元法模擬板料彎曲成形過程，并與計算機(jī)輔 助工藝相結(jié)合構(gòu)筑基于理論、經(jīng)驗和數(shù)值模擬的穩(wěn)健計算機(jī)輔助專家系 統(tǒng)是板料彎曲研究發(fā)展的趨勢。 自行車支撐架的設(shè)計 12 1.1 沖裁件的工藝性分析 1.1.1 沖裁件的材料 該產(chǎn)品零件選用的材料為 Q235 碳素結(jié)構(gòu)鋼的一種，其價格低廉， 工藝性能（如焊接性和冷成形性）優(yōu)良，主要用于一般的工程結(jié)構(gòu)件和 普通的機(jī)械零件。 1.1.2 沖裁件的尺寸精度和表面粗糙度 從產(chǎn)品圖可以看出，所有尺寸及表面粗糙度均沒有特殊要求，故未 注公差為 IT14 級. 1.1.3 沖裁件的形狀和尺寸 零件外形對稱，結(jié)構(gòu)簡單，由圖可知，產(chǎn)品零件孔與孔之間的距離 c 大于 1.5t（3） ，孔與零件邊緣之間的壁厚 c1大于 t(2)皆滿足沖裁條 件。 1.2 零件沖裁工藝方案分析確定 該零件包括沖孔，彎曲和落料三個基本工序，從工序可能的集中與 分散，工序間的組合來看可以有以下幾種方案： ⑴先落料，再沖孔，后彎曲采用單工序模生產(chǎn) ⑵落料-沖孔復(fù)合沖壓，再彎曲采用復(fù)合模生產(chǎn) ⑶沖孔，彎曲再落料（或切斷）采用級進(jìn)模生產(chǎn) 13 方案⑴模具結(jié)構(gòu)簡單，但需要三道工序，三套模具才能完成零件的 加工，生產(chǎn)效率較低，難以滿足零件大批量生產(chǎn)的需求。如果使用單工 序模則會使模具制造周期增長，不利于提高生產(chǎn)效率；為了提高生產(chǎn)效 率，主要采用復(fù)合沖裁和級進(jìn)沖裁方式。由于該產(chǎn)品有折彎要求，方案 ⑵不能一次性保證孔與折彎邊緣的距離。因此，采用方案⑶既能滿足尺 寸精度又能高效生產(chǎn)。 綜上所述，采用方案⑶一套級進(jìn)模生產(chǎn)，可連續(xù)完成切邊，沖孔， 彎曲等工序。生產(chǎn)效率高，易于實現(xiàn)自動化，操作安全方便，適宜大批 量生產(chǎn)，工件的精度也能滿足要求。同時，采用自動送料裝置，保證步 距準(zhǔn)確，提高效率。 1.3 排樣的設(shè)計與計算 1.3.1 沖裁件展開尺寸的計算 該沖裁件的展開圖如圖所示 14 按彎曲件毛坯展開長度計算公式 r>0.5t(1) 查《沖壓工藝與模具設(shè)計》表 3.3.3 得 x=0.42 12?tr??mxtrlL 5.16458.16??? ? 1.3.2 沖裁件的排樣 設(shè)計多工位級進(jìn)模時，首先要設(shè)計條料排樣圖，這是設(shè)計多工位級 進(jìn)模的主要依據(jù)。條料的排樣圖一旦確定了，也就確定了以下幾方面： ⑴被沖制零件各部分在模具中的沖制順序 ⑵模具的工位數(shù)，及其作業(yè)內(nèi)容 ⑶確定了被沖零件的式樣﹙單排、雙排、多排﹚方位﹙正排、斜排﹚ 等。并反應(yīng)出材料的利用率 ⑷確定了模具步距的公稱尺寸和定距方式 15 ⑸條料的寬度，條料紋向與送料方向的關(guān)系 ⑹條料載體的設(shè)計形式 ⑺基本上確定了模具的結(jié)構(gòu) 多工位級進(jìn)模條料設(shè)計得好壞，對模具設(shè)計的影響是很大的。排樣 圖設(shè)計錯誤，會導(dǎo)致制造出的模具無法沖制零件。 一般在設(shè)計多工位級進(jìn)模條料排樣圖時，要拿出多種排樣方案，加 以比較、歸納、綜合、最后得出一個最佳方案。多工位級進(jìn)模條料排樣 圖設(shè)計是否是最佳方案，首先要看工位分布是否合理；條料是否在連續(xù) 沖壓過程中暢通無阻；是否便于使用、制造、維修和刃磨；是否經(jīng)濟(jì)合 理。 1.3.3 排樣圖的設(shè)計 條料排樣圖直接關(guān)系到級進(jìn)模設(shè)計，因此在設(shè)計排樣圖時，主要需 考慮到以下幾個因素。 ⑴送料方式：高速沖壓的多工位級進(jìn)模，用自動送料機(jī)構(gòu)送料，用 導(dǎo)正釘精確定距；手工送料則多用側(cè)刃粗定距，用導(dǎo)正釘精確定距 ⑵沖壓零件形狀分析：每一個沖壓零件都有它的一些特點，因而在 設(shè)計條料排樣時，必須對這些特點加以分析、研究。 ⑶模具的具體結(jié)構(gòu)和加工工藝性：在設(shè)計條料排樣圖的同時，必須 考慮模具的具體結(jié)構(gòu)，要把每一個環(huán)節(jié)，每一個具體部分的裝配關(guān)系， 裝配順序，以至對每部分的加工方案等都要考慮全面。這樣，設(shè)計出來 的條料排樣圖才能夠指導(dǎo)模具設(shè)計。 16 ⑷被加工材料：多工位級進(jìn)模對被加工材料的要求都是很嚴(yán)格的。 在設(shè)計排樣圖時，對材料的供料狀態(tài)、被加工材料的機(jī)械性能、材料的 厚度、條料寬度與材料紋向、材料利用率等都要給予全面考慮。 ⑸正確安排側(cè)刃孔與導(dǎo)正釘孔：導(dǎo)正釘孔與導(dǎo)正釘?shù)奈恢玫陌才艑?于多工位級進(jìn)模的精確定位是很關(guān)鍵的。 ⑹分段沖切過程零件形狀連接方式的選擇：多工位級進(jìn)模的分段切 除的排樣圖，其連接方式基本上可以分為三種：即搭接、平接和切接。 搭接最有利于保證沖件的連接質(zhì)量，因此在分段切除過程中絕大部分都 采用搭接連接方式。 ⑺載體：條料載體是條料在送料過程中，經(jīng)過不斷的沖切余料，條 料內(nèi)連接沖壓零件運(yùn)載前進(jìn)的這部分材料稱為條料載體。條料載體分為： 雙側(cè)載體、單側(cè)載體和中間載體三個基本形式。 ⑻工位的確定與空位工位：在劃分工位時，對零件要求比較高的部 位，應(yīng)盡量集中在一個工位一次沖壓完成為好，以避免步距誤差影響精 度要求。對于一個零件的兩個彎曲部分有尺寸精度要求時，則彎曲部分 也應(yīng)當(dāng)在同一工位一次加工成形。這樣不僅保證了尺寸精度，并且能夠 準(zhǔn)確地保持成批零件加工后的一致性。在排樣圖中，增設(shè)空工位的目的 是為了保證模具有足夠的強(qiáng)度，確保模具的使用壽命，或是為了便于模 具設(shè)置特殊結(jié)構(gòu)。 ⑼各種沖壓工序在條料排樣圖設(shè)計中的順序原則：在一般冷沖模設(shè) 計中，各種沖壓工序之間的順序關(guān)系已形成一定規(guī)律。但是在多工位級 進(jìn)模連續(xù)沖壓時，常有一些不同之處，如果在設(shè)計條料排樣圖時，沒有 17 很好的掌握這些特點和內(nèi)在關(guān)系，會使模具的設(shè)計與制造走彎路，甚至 影響模具順利沖制和沖壓零件的質(zhì)量。在本設(shè)計屬于沖裁彎曲多工位級 進(jìn)模，應(yīng)先沖切掉孔和彎曲部分的外形余料，在進(jìn)行彎曲。 條料排樣的主要內(nèi)容： 1.將各工序內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化組合形成一系列工序組，并對工序組排序； 2.確定工位數(shù)和每一工位的加工工序內(nèi)容； 3.確定載體類型； 4.毛坯定位方式； 5.設(shè)計導(dǎo)正孔直徑和導(dǎo)正銷的數(shù)量； 6.繪制工序排樣圖。 排樣設(shè)計應(yīng)遵循的原則 多工位級進(jìn)模的排樣，除了遵守普通沖模的排樣原則外，還應(yīng)考慮 如下幾點： 1)可制作沖壓件展開毛坯樣板(3～5 個)，在圖面上反復(fù)試排，待初 步方案確定后，在排樣圖的開始端安排沖孔、切口、切廢料等分離工位， 再向另一端依次安排成形工位，最后安排制件和載體分離。在安排工位 時，要盡量避免沖小半孔，以防凸模受力不均而折斷。 2)第一工位一般安排沖孔和沖工藝導(dǎo)正孔。第二工位設(shè)置導(dǎo)正銷對 帶料導(dǎo)正，在以后的工位中，視其工位數(shù)和易發(fā)生竄動的工位設(shè)置導(dǎo)正 銷，也可在以后的工位中每隔 2～3 個工位設(shè)置導(dǎo)正銷。第三工位根據(jù) 沖壓條料的定位精度，可設(shè)置送料步距的誤送檢測裝置。 18 3)沖壓件上孔的數(shù)量較多，且孔的位置太近時，可分布在不同工位 上沖出孔，但孔不能因后續(xù)成形工序的影響而變形。對相對位置精度有 較高要求的多孔，應(yīng)考慮同步?jīng)_出，因模具強(qiáng)度的限制不能同步?jīng)_出時， 后續(xù)沖孔應(yīng)采取保證孔相對位置精度要求的措施。復(fù)雜的型孔，可分解 為若干簡單型孔分步?jīng)_出。 4)為提高凹模鑲塊、卸料板和固定板的強(qiáng)度和保證各成形零件安裝 位置不發(fā)生干涉，可在排樣中設(shè)置空工位，空工位的數(shù)量根據(jù)模具結(jié)構(gòu) 的要求而定。 5)成形方向的選擇(向上或向下)要有利于模具的設(shè)計和制造，有利 于送料的順暢。若有不同于沖床滑塊沖程方向的沖壓成形動作，可采用 斜滑塊、杠桿和擺塊等機(jī)構(gòu)來轉(zhuǎn)換成形方向。 6)對彎曲和拉深成形件，每一工位變形程度不宜過大，變形程度較 大的沖壓件可分幾次成形。這樣既有利于質(zhì)量的保證，又有利于模具的 調(diào)試修整。對精度要求較高的成形件，應(yīng)設(shè)置整形工位。 7)為避免 U 形彎曲件變形區(qū)材料的拉伸，應(yīng)考慮先彎成 45°，再彎 成 90°。 8)在級進(jìn)拉深排樣中，可應(yīng)用拉深前切口、切槽等技術(shù)，以便材料 的流動。 9)壓筋一般安排在沖孔前，在凸包的中央有孔時，可先沖一小孔， 壓凸后再沖到要求的孔徑，這樣有利于材料的流動。 10)當(dāng)級進(jìn)成形工位數(shù)不是很多，制件的精度要求較高時，可采用壓回 條料的技術(shù)，即將凸模切入料厚的 20～35%后，模具中的機(jī)構(gòu)將被切制 19 件反向壓入條料內(nèi)，再送到下一工位加工，但不能將制件完全脫離帶料 后再壓入。 查《沖壓工藝與模具設(shè)計》表 2.5.2 確定搭邊值： 兩工件間的搭邊 工件與邊緣的搭邊m0.2a1? m2.a? 為保證沖模剛度，工件間搭邊值 ，工件與邊緣的搭邊m4a1?0.3a? 則： 送料步距： H740?? 條料的寬度: mDB5.1a2 20 1.3.4 材料的利用率 在沖壓零件的成本中，材料的費(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為排樣。 不合理的排樣會浪費(fèi)材料，衡量排樣經(jīng)濟(jì)性的指標(biāo)是材料的利用率，可 用下式計算： 式中%1010??ABSS? —材料利用率? S—工件的實際面積 S0—所用材料面積，包括工件面積和廢料面積 一個步距內(nèi)材料的利用率是： %615.4723901%10????ABSS? 板料規(guī)格擬選用 2.0mm×900mm×1800mm 若用縱裁：裁板條數(shù) 每條個數(shù)247180b1??n ????65.1490a12 ????hBn 每板個數(shù) 若用橫裁：裁板條數(shù)1461??nz 每條個數(shù)5.41A????27a12 21 每板個數(shù) ，142212???nz 因為 ，所以材料的總利用率：1zn?%5.8108906.34%SAz ???? 1.4 沖裁力和彎曲力的計算 1.4.1 沖裁力計算 計算沖裁力的目的是為了合理的選用沖壓設(shè)備，設(shè)計模具和檢驗?zāi)?具的強(qiáng)度。壓力機(jī)的噸位必須大于所計算的沖裁力，以適應(yīng)沖裁的需求。 采用平刃沖裁模，其沖裁力 按下式計算 pF?tLKFp? 為材料抗剪切強(qiáng)度， ； 為沖裁周邊總長， ； 為材料厚?aMPLmt 度， ； 系數(shù) 是考慮到?jīng)_裁模刃口的磨損、凸模與凹模間隙的波mpK 動、潤滑情況、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)查不到材料抗剪切強(qiáng)度 時，可用抗拉強(qiáng)度 代替 ，?b?? 此時 1?pKKNtLF10364.7085.3???? 卸料力計算： K—卸料力系數(shù)，其值為 0.02-0.06（薄料取pQF 大值，厚料取小值） p2.012.0 1.4.2 彎曲力的計算 彎曲力是設(shè)計彎曲模和選擇壓力機(jī)噸位的重要依據(jù)，特別是在彎曲 板料較厚、彎曲變形程度較大，材料強(qiáng)度較大時，必須對彎曲力進(jìn)行計 22 算。由于影響彎曲力的因素較多，如材料的性能、零件形狀、彎曲方法、 模具結(jié)構(gòu)、模具間隙和模具工作表面質(zhì)量等。因此，用理論分析的方法 很難準(zhǔn)確計算彎曲力。生產(chǎn)中常用經(jīng)驗公式概略計算彎曲力，作為設(shè)計 彎曲工藝過程和選擇沖壓設(shè)備的依據(jù)。 trKBFbZ???27.0 Fz為沖壓行程結(jié)束時的自由彎曲力，N K 為安全系數(shù)，一般取 1.3; b 為彎曲件的寬度,mm; t 為彎曲材料的厚度,mm; r 為彎曲件的內(nèi)彎曲半 徑,mm; 為材料的強(qiáng)度極限，MPab?KNtrKFZ 2.185.137207.7.02 ???? 綜上所述，總的壓力為： tFZQP 1096.4.32.0?? 1.5 壓力機(jī)設(shè)備的選用 由于級進(jìn)模的特點，為防止設(shè)備超載，可按公稱壓力的原則選取壓 力機(jī)。根據(jù)以上數(shù)據(jù)，查《沖壓模具設(shè)計手冊》選定壓力機(jī)為： 壓力機(jī)的型號：JD21-100 公稱壓力/KN：1000 滑塊固定行程 /mm：10-120 工作臺尺寸 /mm：600×1000 行程次數(shù)﹙次/mm﹚：75 最大閉合高度/mm：400 封閉高度調(diào)節(jié)量/mm：75 1.6 主要工作部分尺寸計算 1.6.1 凸、凹模間隙值的確定 凸模、凹模間間隙對沖裁件質(zhì)量、沖裁工藝力、模具壽命都有很大 23 的影響。因此，設(shè)計模具時一定要選擇一個合理的間隙，以保證沖裁件 的斷面質(zhì)量、尺寸精度滿足產(chǎn)品的要求，所需沖裁力小，模具壽命高。 但分別從質(zhì)量、沖裁力、模具壽命等方面的要求確定合理的間隙并不是 同一個數(shù)值，只是彼此接近?？紤]到模具制造中的偏差及使用中的磨損， 生產(chǎn)中通常只選擇一個適當(dāng)?shù)姆秶鳛楹侠黹g隙，只要間隙在這個范圍 內(nèi)就可沖出良好制件，這個范圍的最小值為最小合理間隙 ，最大值minC 為最大合理間隙 ?？紤]到模具在使用過程中的磨損使間隙增大，故maxC 設(shè)計與制造新模具時要采用最小合理間隙值 。根據(jù)材料的厚度查表min 2.2.3 得，沖裁模初始雙面間隙 Z246.0min?Zax360.? 1.6.2 凸、凹模刃口尺寸計算 沖裁件的尺寸精度主要取決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保證。正確確定模具刃口尺寸及 其制造公差，是設(shè)計沖裁模的主要依據(jù)之一。 確定凸、凹模刃口尺寸的原則： ⑴考慮落料和沖孔的區(qū)別，落料件的尺寸取決于凹模，因此落料模 應(yīng)先決定凹模尺寸，用減小凸模尺寸來保證合理間隙；沖孔件的尺寸取 決于凸模，因此沖孔模應(yīng)先決定凸模尺寸，用增大凹模尺寸來保證合理 間隙。 ⑵考慮刃口的磨損對沖件尺寸的影響；刃口磨損后尺寸變大，其刃 口的基本尺寸應(yīng)接近或等于沖件的最小極限尺寸；刃口磨損后尺寸減小， 其刃口的基本尺寸應(yīng)接近或等于沖件的最大極限尺寸。 24 ⑶考慮沖件精度與模具精度間的關(guān)系，在選擇模具制造公差時，既 要保證沖件的精度要求，又要保證有合理的間隙值。 在本設(shè)計中，由于凸模除了標(biāo)準(zhǔn)的圓形凸模以外，均為直通式和臺 肩式的異形凸模。故為了設(shè)計的簡便起見，凸凹模的刃口尺寸計算部分 忽略。設(shè)計中的刃口尺寸按照：凸模尺寸按板料的各孔的尺寸來確定， 凹模尺寸按對應(yīng)凸模的尺寸加上一個單邊間隙 0.1mm 來確定。 1.7 模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計 1.7.1 凸模、凹模結(jié)構(gòu)的設(shè)計 凸模和凹模直接擔(dān)負(fù)著沖壓工作。由于加工性質(zhì)的不同，凸模與凹 模的形狀、結(jié)構(gòu)也不同。多工位級進(jìn)模一般含有兩種或兩種以上的沖壓 工藝，凸模和凹模數(shù)量之多是可想而知的。要使之能夠