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沖壓模具設(shè)計(jì)中側(cè)壁起皺的分析
F.-k. Chen and Y.-C. Liao
臺灣 臺北市國立臺灣大學(xué)機(jī)械工程部門
在沖壓過程中，起皺一般發(fā)生在有錐度的方形杯子和帶有階梯的矩形杯子成形時(shí)。這兩種起皺類型的共同特征是起皺都發(fā)生在相對沒有支撐的側(cè)壁。在沖壓一個(gè)有錐度的方形杯子時(shí)，當(dāng)發(fā)生起皺時(shí)，比如沖模間隙和沖壓毛壞的壓力大小等參數(shù)的影響通過有限元模擬方法被檢查到。模擬結(jié)果顯示沖模間隙越大，起皺的就越明顯，而且起皺不能通過增加沖壓力來被抑制。在研究帶有階梯的矩形杯子沖壓過程的起皺時(shí)，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)有相似幾何類型的實(shí)際部分。在側(cè)壁被發(fā)現(xiàn)的起皺是因?yàn)榻橛跊_頭和階梯邊緣的金屬板料不平衡伸展造成的。為減少起皺，一個(gè)最適宜的沖模設(shè)計(jì)方法就是利用有限元分析法。在無起皺產(chǎn)品中介于模擬結(jié)果和實(shí)測結(jié)果的好協(xié)議使有限元分析法生效，而且證實(shí)了利用有限元分析法去設(shè)計(jì)沖模的優(yōu)勢。
關(guān)鍵詞：側(cè)壁起皺；沖模；階梯的矩形杯子；帶有錐度的主形杯子
1． 介紹
起皺是在金屬板料成形中主要的缺陷之一。由于性能和視察的原因，在產(chǎn)品中起皺往往不能被接受。在金屬板料成形過程中，有三種形式的起皺頻繁的發(fā)生：邊緣起皺，側(cè)壁起皺和由于殘余的彈性壓力引起的未變形區(qū)域的彈性彎曲。在沖壓一個(gè)復(fù)雜形狀零件的操作時(shí)，側(cè)壁起皺意味著沖模腔中的起皺。由于側(cè)壁區(qū)域的金屬板料相對于其它區(qū)域的金屬板料不被工具所保征質(zhì)量，側(cè)壁起皺的消除比邊緣起皺的抑制更難。很明顯，在未被加固的側(cè)壁區(qū)域中的金屬材料的額外拉伸可能防止起皺，而且在實(shí)際操作中也可以通過增加沖壓力來防止起皺，但是過度的拉力會通過裂痕導(dǎo)致失敗。因此，沖壓力必須處于一個(gè)狹小的范圍，一方面，要高于抑制起皺的力，另一方面，要低于產(chǎn)生破裂的力。沖壓力的狹小范圍很難計(jì)算。對于沖壓一個(gè)復(fù)雜形狀的零件，當(dāng)起皺發(fā)生在中心區(qū)域時(shí)，有意義的沖壓力范圍甚至不存在。
為了檢查起皺的形成結(jié)構(gòu)，Yoshida et al.發(fā)明了一種測試，在這種測試?yán)铮粔K薄板料不是均勻的沿著它的斜度被拉伸。他們也計(jì)劃一個(gè)近似的理論模型，在這種模型里面，起皺的開始取決于在壓力不均勻區(qū)域中有壓縮的側(cè)部力的彈性灣曲。Yu et al.從實(shí)驗(yàn)性和分析性上研究起皺問題，通過理論分析，他發(fā)現(xiàn)帶有兩個(gè)圓周波的起皺可能發(fā)生，然而，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示是四到六個(gè)。當(dāng)通過一個(gè)有錐度的模具畫出金屬板料時(shí)，Narayanasamy和sowerby用平底的沖頭和半球狀的沖頭檢查金屬板料的起皺。他們也試圖去把可以抑制起皺的道具分類。
那些努力都被聚中于和簡單形狀零件關(guān)聯(lián)的起皺問題上，例如：一個(gè)圓形的杯子。在90年代早期，金屬板料成形中三維動(dòng)態(tài)軟件和有限元方法的成功運(yùn)用使得分析包括在沖壓一個(gè)復(fù)雜形狀零件的起皺問題成為可能。在當(dāng)前的研究中，三維有限元分析法被用來分析在沖壓一個(gè)帶有階梯的矩形部分的過程中，產(chǎn)生起皺的金屬流動(dòng)制造參數(shù)上。
一個(gè)帶有階梯的方形杯子，在杯子的每一邊都有一個(gè)傾斜的側(cè)壁，在帶有錐度的杯子也相應(yīng)的存在傾斜的側(cè)壁。在沖壓過程中，側(cè)壁上的金屬板料相對沒被支撐，因此，這個(gè)部位更容易起皺。在當(dāng)前的研究中，起皺過程中的各種不同的制造參數(shù)的影響都在被研究。在沖壓一個(gè)帶有階梯的方形杯子時(shí)，就像圖1B顯示的一樣，可以觀測到另一種形式的起皺。為了評估分析的效力，在當(dāng)前的研究中，一個(gè)確切階梯幾何形狀的物體被檢測。通過使用有限元分析法和用適宜的模具設(shè)計(jì)來減少起皺，起皺的原因被確定。在觀測一個(gè)實(shí)際產(chǎn)品成形時(shí)，通過有限元分析法得到的模具設(shè)計(jì)方法得到證實(shí)。
圖1帶有錐度方形杯子的拉伸（a）和帶有階梯的矩形杯子的拉伸（b）
2有限元模型
包括沖頭、模具和毛壞固定器等工具幾何學(xué)是用CAD或PRO/E軟件來設(shè)計(jì)的。同樣用CAD軟件，三節(jié)點(diǎn)和四節(jié)點(diǎn)的外形元素被采用用來為以上工具生產(chǎn)網(wǎng)眼系統(tǒng)。對于有限元模擬來說，工具被認(rèn)為是剛硬的，而且對應(yīng)的網(wǎng)眼被用來定義工具幾何學(xué)而不是壓力分析。同樣CAD軟件使用四節(jié)點(diǎn)外形元素來為板形壞料構(gòu)造網(wǎng)眼。圖2顯示工具的完整布置的網(wǎng)眼系統(tǒng)和用來沖壓帶有階梯方形杯子的板形壞料。由于對稱條件，方形杯子的四分之一被分析。在模擬中，板形壞料放在壓力機(jī)上，沖模向下移動(dòng)，逆著壓力機(jī)夾緊板形壞料。然后沖模上升使得板形壞料按著模腔成形。
圖2 有限元網(wǎng)眼
為了表演一個(gè)精確的有限元分析法，金屬板料的真實(shí)應(yīng)力應(yīng)變曲線被要求是輸入數(shù)據(jù)的一部分。在當(dāng)前的研究中，拉深成形的金屬板料也被用來模擬。為在飛機(jī)上切割下的樣本測試被進(jìn)行，它們依次從0度的旋轉(zhuǎn)方向到45度的旋轉(zhuǎn)方向，再到90度的旋轉(zhuǎn)方向進(jìn)行著。平均的流動(dòng)力σ，計(jì)算方程為σ=（σ0+2σ45+σ90）/4，因?yàn)槊恳粋€(gè)方法真實(shí)應(yīng)變通常用來模擬帶錐度方形杯子和帶階梯矩形的沖壓，就如圖3顯示的那樣。
當(dāng)前研究中所有的模擬利用有限元程序PAM-STAMP涉及SGI Indigo2工作站。為了完成模似所需輸入數(shù)據(jù)的設(shè)置，沖頭的速度一般設(shè)置在10m/s，庫侖摩擦系數(shù)設(shè)置在0.1。
圖3 金屬板料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系
3 錐度方形杯中的起皺
正像圖1a顯示的那樣，草圖暗示著一些有關(guān)錐度方形杯子的尺寸，方形沖頭每一面的長度（2WP）、模腔的尺寸（2Wd）和高度(H)被認(rèn)為是影響起皺的至關(guān)重要尺寸。在當(dāng)前研究中，模腔尺寸和沖頭尺寸的差距的一半稱作沖模間隙（記作G），G= Wd- WP。相關(guān)的在側(cè)壁沒被支撐的金屬板料的寬度取決于沖模間隙，起皺假想通過增加沖壓力來被抑制。相對于沖壓一個(gè)錐度方形杯子，沖模間隙和沖壓力兩方面的影響在接下來的部分被研究。
3.1沖模間隙的影響
為了檢查沖模間隙對起皺的影響，在沖壓一個(gè)錐度方形杯子時(shí)，分別用20mm，30mm，50mm大小的沖模間隙進(jìn)行模擬沖壓。在每次模擬沖壓中，模腔的尺寸都是固定在200mm，而且杯子拉深的高度都是100mm。三次模擬中使用的金屬板料都是380X380的方形尺寸，厚度也都是0.7mm，金屬的應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖3所示。
圖4 G=50mm的帶有錐度的方形杯子
模擬結(jié)果顯示三次模擬中都發(fā)生起皺現(xiàn)象，沖模間隙為50mm沖壓出來的杯子模擬形狀如圖4。從圖4中可以看出，起皺分布在側(cè)壁，側(cè)壁拐角尤其明顯。這就說明在沖壓過程中，起皺是由于在側(cè)壁有大面積區(qū)域不被支撐，同樣，由于沖模間隙不一樣，沖頭各邊的長度和模腔尺寸也不一樣。由于橫向壓力的存大，在沖頭和模腔中拉深成形的金屬板料越來越不牢固。在壓縮下，側(cè)壁金屬板料不受限制的拉伸是起皺的主要原因。為了比較三種不同間隙沖壓出來的產(chǎn)品，兩個(gè)主要的應(yīng)變比率β被介紹，β=εmin/εmax，這里的εmin和εmax分別是主要的和次要的應(yīng)變。Hosford和Caddell已經(jīng)展示了β的實(shí)際值比β的評論值大，假設(shè)當(dāng)起皺發(fā)生時(shí)，β的實(shí)際值越大，起皺的可能性就越大。
在三個(gè)沖模間隙不同的沖壓中，同一側(cè)壁高度，沿著橫截面M-N的β值在圖4中標(biāo)記出，在圖5中畫出。圖5中說明嚴(yán)重的起皺一般發(fā)生在拐角處，而對三個(gè)沖模間隙不同的沖壓，在側(cè)壁中心很少發(fā)生起皺。還說明了沖模間隙越大，β的實(shí)際值就越大。因此，增加沖模間隙將增加在錐度方形杯子側(cè)壁處發(fā)生起皺的可能性。
3.2沖壓力的影響
眾所周知，在沖壓過程中，增加沖壓力可以幫助排除起皺。為了研究增加沖壓力的影響，沖模間隙為50mm與起皺是有關(guān)聯(lián)的，用沖模間隙為50mm的模具沖壓帶有錐度方形杯子被用不同的沖壓力來模擬了。沖壓從100KN增加到600KN，這兩個(gè)力分別產(chǎn)生0.33Mpa和1.98Mpa。在上述部分，剩下的模擬條件與給定的是一樣的。處于中間的300KN也被用來模擬。
模擬結(jié)果顯示沖壓力的增加并沒有幫助消除發(fā)生在側(cè)壁的起皺。在圖4中已標(biāo)出沿著橫截面M-N的β值與沖壓力為100KN和600KN的β值作比較。模擬結(jié)果指出兩種情況下，沿著橫截面M-N的β值是一樣的。為了檢查兩種不同沖壓力的起皺形狀，正如圖4和圖6標(biāo)出的那樣，側(cè)壁上從底部向上有五處不同位置的橫截面。從圖6可以看出，兩個(gè)外殼的波浪形橫截面是相似的。這就說明在沖壓帶有錐度的方形杯子時(shí)，沖壓力不影響起皺的發(fā)生，這是因?yàn)槠鸢櫟脑蛑饕怯捎谠谟袡M向壓力存在的側(cè)壁處有大面積區(qū)域不被支撐。沖壓力對沖頭和模腔之間材料不穩(wěn)定的模式并沒有影響。
圖5 沿著橫截面M-N不同沖模間隙的β值
4階梯矩形杯子
在沖壓一個(gè)階梯矩形杯子時(shí)，起皺發(fā)生在側(cè)壁即使沖模間隙并不是那么重要。輪廓1顯示沖壓階梯矩形杯子的沖頭草圖，在這張草圖中，側(cè)壁C沿臺階D-E而行。在近期的研究中，在一個(gè)實(shí)際的產(chǎn)品中檢查到了這種幾何形狀。這種產(chǎn)品使用的原材料的厚度是0.7mm，從拉力測試中獲得的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系如圖3所示。
這種沖壓部分產(chǎn)品的程序包括通過清理焊縫的深拉。在這種深拉過程中，沒有焊縫被用在沖模表面來幫助幫助金屬的流動(dòng)。但是，由于沖頭拐角處的半徑過小和其復(fù)雜的幾何形狀，如圖7顯示的那樣，在沖頭邊緣上部經(jīng)常發(fā)生拉裂，在真實(shí)產(chǎn)品的側(cè)壁處經(jīng)常發(fā)生起皺。從圖7中可以看出，皺紋發(fā)分布在側(cè)壁上，但是在階梯邊緣拐角處最為嚴(yán)重，就像圖1（b）中A-D，B-E顯示的那樣。在沖頭的上部邊緣，金屬往往被拉裂，就像圖7所示。
為了進(jìn)一步的了解沖壓過程中板料的變形，誕生了一種有限元的方法。這種有限元模擬方法被在最初的設(shè)計(jì)中。部分的模擬形狀如圖8所示。從圖8中可以看出，零件上部邊緣的網(wǎng)眼被拉深，皺紋分布在側(cè)壁上，類似真實(shí)零件中的那樣。
圖6 從圖a的100KN到圖b的600KN不同側(cè)壁高度的橫截面線條
圖7 產(chǎn)品零件中的拉裂和起皺
圖8 產(chǎn)品拉裂和起皺的模擬形狀
如圖1（b）就像A-B邊緣半徑和沖孔拐角處A的半徑一樣，沖孔的半徑也很小，這被認(rèn)為是拉裂的最主要原因。但是，根據(jù)有限元分析的結(jié)果，拉裂可以通過增加以半徑來避免。這種理念在現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品中通過增加半徑得到證實(shí)。
個(gè)別的嘗試也被用來消除起皺。第一，沖壓力加到原來的2倍。但是，就像在拉深帶有錐度的杯子中得到的結(jié)果一樣，沖壓力對消除起皺現(xiàn)象沒有起有很大的效果。通過增加摩擦和毛坯尺寸也得到同樣的結(jié)論。于是我們推測，這種起皺不能通過增加沖壓力來得到抑制。
由于在金屬屈服于過大壓力的區(qū)域，往往會因?yàn)榇罅康慕饘倭鲃?dòng)而起皺，一種通過在起皺區(qū)域增加掛鉤用于消除起皺的簡單方法被用來吸收多余的材料。為了多余的金屬能有效的被吸收，掛鉤應(yīng)該平衡的加在起皺位置。基于這種理念，兩個(gè)掛鉤被加在鄰近在壁上吸收多余的材料，如圖9如示。模擬結(jié)果顯示，階梯拐角處的起皺正如想象的那樣被吸收，但是，一些起皺仍然沒被吸收。這說明在側(cè)壁處需要更多的掛鉤來吸收所有過量的材料，但是這在模具設(shè)計(jì)中是不允許的。
利用有限元分析法分析沖壓工序的一個(gè)優(yōu)勢是沖壓過程中板料的變形形狀可以被監(jiān)測，而這在真實(shí)的產(chǎn)品沖壓過程中是不可能的。對沖壓過程中金屬流動(dòng)的精密監(jiān)測顯示板料最開始通過沖頭的力按模腔的形狀成形，直到板料接觸到如圖1（b）階梯D-E邊緣才形成起皺。起皺的形狀如
圖9 加到側(cè)壁的起皺
圖10顯示的那樣。這就為模具設(shè)計(jì)的改進(jìn)提供了有價(jià)值的信息。
圖10 當(dāng)板料接觸臺階邊緣的起皺形成
圖11 切除了的臺階拐角
對于起皺的發(fā)生，最初的一個(gè)猜想是沖頭拐角處范圍A和階梯拐角處范圍D之間的金屬板料處于不平坦的拉深，就如圖1（b）所示。階梯拐角處被切主要是為了改善拉深條件，這樣就允許通過增加階梯邊緣有更多的拉伸被應(yīng)用到如圖11所示，從而使得模具設(shè)計(jì)的改進(jìn)得到發(fā)展。但是，杯子側(cè)壁處仍然有起皺，這就意味著起皺是因?yàn)檎麄€(gè)沖頭邊緣和整個(gè)階梯邊緣的不平坦引起的，不僅僅是沖頭拐角處和階梯拐角處之間的不平坦。為了證實(shí)這種說法，兩種改進(jìn)過了的模具設(shè)計(jì)被用來實(shí)驗(yàn)：為了描述想象中的形狀用兩種拉深操作，一種是切去整個(gè)階梯，而另一種是增加更多的拉深操作。前一個(gè)方法的模擬形狀所圖12所示。自從更低的階梯被切去后，拉深工序與圖12中的矩形杯子拉深工序性很相似。從圖12中可以看出起皺現(xiàn)象已被消除。
在這兩種操作的拉深工序中，板料最初是被拉到很深的階梯處，如圖13（a）所示，然后，較低的階梯在第二步拉深操作中成形，同是，如圖13（b）所示的想象形狀也得到了。從圖13（b）可以清晰的看出，通過兩步拉深工序可以造出沒有起皺的階梯矩形杯子，同時(shí)也說明在兩步拉深工序中，如果相應(yīng)的順序被應(yīng)用，則更低一些的階梯處的成形是伴隨更深階梯處成形和最深階梯邊緣處成形的最早成形，如圖1(b)中的A-B，因?yàn)榻饘俨蝗菀淄ㄟ^較低的階梯進(jìn)入模具型腔。
圖12改善模具設(shè)計(jì)的模擬形狀
圖13 兩個(gè)操作步驟中的a第一步操作 b第二步操作
有限元分析法說明用簡單的拉深操作來設(shè)計(jì)理想產(chǎn)品的沖壓模具設(shè)計(jì)是很難完成的。但是，由于額外的模具費(fèi)用和操作費(fèi)用，兩個(gè)操作的制造費(fèi)用是很高的。為了保持較低的制造費(fèi)用，零件的設(shè)計(jì)師對形狀做出了合適的改變，而且通過有限元模擬分析法結(jié)果去切除較低的臺階來改善模具設(shè)計(jì)，如圖12所示。隨著設(shè)計(jì)方法的改進(jìn)，產(chǎn)品真實(shí)的沖壓模具被制造出來，而且零件還沒有起皺，如圖14所示。通過有限元模擬分析法得到的零件也沒有起皺。
為了進(jìn)一步驗(yàn)證有限元模擬分析法的結(jié)果，有限元模擬分析法得到的沿橫截面G-H的厚度分布如圖14所示，這與產(chǎn)品的尺寸做了比較，比較的結(jié)果顯示在圖15。從圖15可以看出有限元模擬分析法得到的預(yù)想的厚度分布和產(chǎn)品得到的厚度分布是相符合的。這種吻合證實(shí)了有限元模擬分析法的效率。
圖14 無缺陷產(chǎn)品零件
圖15 G-H處模擬和測量厚度
5概要和結(jié)束語
通過有限元模擬分析法研究了兩種在沖壓過程中的起皺，而且還檢查了其起皺的原因和消除起皺的方法。
第一種形式的起皺發(fā)生在沖壓帶有錐度的方形杯子的側(cè)壁上，這種起皺的原因是因?yàn)闆_模間隙過大（沖模間隙就是模腔的尺寸和沖頭的尺寸的差距）。當(dāng)金屬被拉至模腔中，在沖頭和型腔中有一有害的拉深時(shí)，大的沖模間隙導(dǎo)致金屬板料的大面積區(qū)域不被支撐，因此大面積區(qū)域不被支撐導(dǎo)致起皺。有限元模擬分析法顯示這種起皺不能通過增加沖壓力的方法來得到抑制。
另一種形式的起皺發(fā)生在有階梯矩形的幾何形狀物體沖壓過程中。起皺往往發(fā)生在臺階以上的側(cè)壁，甚至沖模的間隙不是足夠的大。通過有限元模擬法得知，這種起皺主要是由于在沖頭和臺階邊緣存在不平坦的拉伸。在模具設(shè)計(jì)過程中，通過有限元模擬分析法單獨(dú)的嘗試被用來消除起皺，切除了臺階的模具被建立。通過無缺陷的零件證實(shí)了這種模具設(shè)計(jì)方法對消除起皺的作用。有限元模擬分析法得到的結(jié)果和真實(shí)產(chǎn)品中看到的結(jié)果相吻合說明了有限元模擬分析法的準(zhǔn)確性，還證實(shí)了用有限元分析法代替真實(shí)的模具制造方法的效力。
感謝
作者希望感謝中國人民共和國民族科學(xué)委員會授于NSC-86-2212-E002-028編號才使得這個(gè)項(xiàng)目得到發(fā)展。他們也希望感謝KYM提供了產(chǎn)品零件。
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河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校
學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中期檢查表
學(xué)生姓名
劉俊
學(xué) 號
061304109
指導(dǎo)教師
原紅玲
選題情況
課題名稱
焊片沖壓成形工藝與模具設(shè)計(jì)
難易程度
偏難
適中
偏易
工作量
較大
合理
較小
符合規(guī)范化的要求
任務(wù)書
有
無
開題報(bào)告
有
無
外文翻譯質(zhì)量
優(yōu)
良
中
差
學(xué)習(xí)態(tài)度、出勤情況
好
一般
差
工作進(jìn)度
快
按計(jì)劃進(jìn)行
慢
中期工作匯報(bào)及解答問題情況
優(yōu)
良
中
差
中期成績評定：
負(fù)責(zé)人：
2009年4月10日
焊片沖壓成形工藝與模具設(shè)計(jì)
摘要
本設(shè)計(jì)題目為焊片沖壓成形工藝與模具設(shè)計(jì)，體現(xiàn)了板類沖壓零件的設(shè)計(jì)要求、內(nèi)容及方向，有一定的設(shè)計(jì)意義。通過對該零件模具的設(shè)計(jì)，進(jìn)一步加強(qiáng)了設(shè)計(jì)者沖壓模具設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識，為設(shè)計(jì)更復(fù)雜的沖壓模具做好了鋪墊并吸取了更深刻的經(jīng)驗(yàn)。
本設(shè)計(jì)運(yùn)用沖壓成型工藝及模具設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識，首先分析了工件的成形工藝及模具成形結(jié)構(gòu)對制件質(zhì)量的影響。介紹了焊片沖壓模具設(shè)計(jì)時(shí)要注意的要點(diǎn)，通過對制件進(jìn)行工藝分析，可確定制件的成形加工用一套復(fù)合模即可。從控制制件尺寸精度出發(fā)，對焊片沖壓模具的各主要尺寸進(jìn)行了理論計(jì)算，以確定各工作零件的尺寸，從模具設(shè)計(jì)到零部件的加工工藝以及裝配工藝等進(jìn)行詳細(xì)的闡述，并應(yīng)用CAD進(jìn)行各重要零件的設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵詞：復(fù)合模；工藝分析；模具零部件的加工工藝。
Welding slice stamping process and mold design
Abstract
The topic of this design is Solder pieces forming handicraft and design for die.The requirement，content and direction of the design of the stamps forming plate parts are embodied on this stamping die design. The designer’s foundation knowledge of the stamping die design is reinforced and is able to design more complex stamping die through the design.
This design the elementary knowledge which designs using the stamping formation craft and the die, first has analyzed the work piece formed craft and the die forming structure to the workpiece quality influence. Introduced Solder pieces stamping die design when must pay attention to the main point, through carries on the craft analysis to the workpiece, may determine the workpiece the formed processing uses set of superposable dies. Embarks from the control workpiece size precision, counter Solder pieces stamping die each main dimension has carried on the theoretical calculation, by determined each work components the size, designs from the die to the spare part processing craft as well as the assembly craft and so on carries on the detailed elaboration, and carries on each important components using CAD the design.
Key words: compound die；process analysis；processing of die parts.
河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書
系 部： 材料工程系
專 業(yè)： 模具設(shè)計(jì)與制造
學(xué)生姓名: 學(xué) 號:
設(shè)計(jì)(論文)題目：焊片沖壓成形工藝與模具設(shè)計(jì)
起 迄 日 期: 2009年3月11日-5月20日
指 導(dǎo) 教 師:
2009年3月11日
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）任 務(wù) 書
1．本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題來源及應(yīng)達(dá)到的目的：
本設(shè)計(jì)題目為焊片沖壓成形工藝與模具設(shè)計(jì)，通過設(shè)計(jì)，應(yīng)對沖壓工藝生產(chǎn)較為熟悉，能熟練使用相關(guān)設(shè)計(jì)手冊，獨(dú)立完成一套模具的設(shè)計(jì)及模具工作零件加工工藝的編制。并且能夠運(yùn)用模具設(shè)計(jì)軟件完成模具裝配圖及零件圖的繪制。
2．本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題任務(wù)的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）：
（1）了解目前國內(nèi)外沖壓模具的發(fā)展現(xiàn)狀；
（2）分析焊片的成形工藝并確定其工藝方案；
（3）模具主要設(shè)計(jì)計(jì)算；
（4）繪制模具總裝圖，并繪制零件圖；
（5）得出設(shè)計(jì)結(jié)論。
設(shè)計(jì)題目：焊片沖壓成形工藝與模具設(shè)計(jì)
材料：H62
厚度：0.7mm 生產(chǎn)批量：大批量
所在專業(yè)審查意見：
負(fù)責(zé)人：
年 月 日
系部意見：
系領(lǐng)導(dǎo)：
年 月 日
機(jī) 械 加 工 工 藝 過 程 卡
零件號
零 件 名 稱
00-01
凸凹模
工序號
工 序 名 稱
工序內(nèi)容
車間
設(shè)備
量 具
工 時(shí)
1
2
3
4
5
6
7
8
下料
粗銑六面
平磨
鉗工劃線
熱處理
鉆
配作
研磨
下料105㎜×105㎜×75mm
留單邊余量0.5mm
磨基準(zhǔn)面，使基準(zhǔn)面互相垂直
去毛刺，劃出各孔的位置
淬火，回火硬度52—58HRC
鉆螺紋孔及銷釘孔
按凹模配作刃口部分
研磨刃口部分
下料車間
模具車間
模具車間
模具車間
熱處理車間
模具車間
模具車間
模具車間
空氣錘
磨床
熱處理爐
鉆床
鋼尺
鋼尺
游標(biāo)卡尺
游標(biāo)卡尺
硬度測量儀
游標(biāo)卡尺
千分尺
編制 劉俊 校對 審核 批準(zhǔn)
機(jī) 械 加 工 工 藝 過 程 卡
零件號
零 件 名 稱
00-07
凸模
工序號
工 序 名 稱
工序內(nèi)容
車間
設(shè)備
量 具
工 時(shí)
1
2
3
4
5
6
7
下料
鍛造
熱處理
車削
熱處理
外圓磨
鉗工
鋸床下料Φ16㎜×20㎜
鍛成Φ12㎜×22㎜
退火,消除內(nèi)應(yīng)力
按圖樣要求車削，留單邊余量0.3mm
淬火，回火，52～58HRC
磨外緣，達(dá)尺寸要求
研磨凸模刃口部分
下料車間
鍛造車間
熱處理車間
模具車間
熱處理車間
模具車間
模具車間
鋸床
空氣錘
熱處理爐
車床
熱處理爐
磨床
銑床
鋼尺
鋼尺
硬度測量儀
游標(biāo)卡尺
硬度測量儀
游標(biāo)卡尺
千分尺
編制 劉俊 校對 審核 批準(zhǔn)
機(jī) 械 加 工 工 藝 過 程 卡
零件號
零 件 名 稱
00-03
凹模
工序號
工 序 名 稱
工序內(nèi)容
車間
設(shè)備
量 具
工 時(shí)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
下料
刨削
平磨
鉗工
銑削
熱處理
平磨
線切割
鉗工
鋸床下料105㎜×105mm×60㎜
刨削六面留單邊余量0.5mm
磨六方，側(cè)面達(dá)尺寸，上下平面留0.2mm
劃線，鉆螺孔，銷孔，穿絲孔磨六方
銑出凹模板上的非刃口孔
淬火，回火，52～58HRC
磨光上下平面
切出凹模刃口部分
研磨凹模刃口
模具車間
模具車間
模具車間
模具車間
熱處理車間
模具車間
模具車間
模具車間
鋸床
刨床
磨床
銑床
熱處理爐
磨床
線切割
鋼尺
游標(biāo)卡尺
游標(biāo)卡尺
游標(biāo)卡尺
游標(biāo)卡尺
硬度測量儀
游標(biāo)卡尺
編制 劉俊 校對 審核 批準(zhǔn)
河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校
畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書
畢業(yè)設(shè)計(jì)題目：焊片沖壓成形
工藝與模具設(shè)計(jì)
系 部 材 料 工 程 系
專 業(yè) 模具設(shè)計(jì)與制造
班 級 模具061班
學(xué)生姓名 劉俊
學(xué) 號 061304109
指導(dǎo)教師 原紅玲
2009年5月 8日
]
插圖清單
圖1 零件圖 3
圖2 排樣方案圖 6
圖3 壓力中心計(jì)算圖 10
圖4 落料凹模刃口部分尺寸圖 15
圖5 凸凹模部分尺寸圖 16
圖6 沖孔凸模的結(jié)構(gòu)形式圖 18
圖7 擋料銷的位置圖 21
圖8 模具裝配圖圖 27
附表清單
表1 所選擇壓力機(jī)的相關(guān)參數(shù) 9
河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書
1 緒 論
大學(xué)三年的學(xué)習(xí)即將結(jié)束，畢業(yè)設(shè)計(jì)是其中最后一個(gè)實(shí)踐環(huán)節(jié)，是對以前所學(xué)的知識及所掌握的技能的綜合運(yùn)用和檢驗(yàn)。隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，采用模具的生產(chǎn)技術(shù)得到愈來愈廣泛的應(yīng)用。隨著工業(yè)的發(fā)展，工業(yè)產(chǎn)品的品種和數(shù)量不斷增加。換型不斷加快，使模具的需要不斷增加，而對模具的質(zhì)量要求越來越高。模具技術(shù)在國民經(jīng)濟(jì)中的作用越來越顯得更為重要。
模具是一種特殊的模型，用來塑造(制造)產(chǎn)品；從工藝的角度，模具是一種成型制品的特殊工藝裝備。模具是工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)工藝裝備，在電子、汽車、電機(jī)、電器、儀表、家電和通訊等產(chǎn)品中，60％—80％的零部件都依靠模具成形，模具質(zhì)量的高低決定著產(chǎn)品質(zhì)量的高低，因此，模具被稱之為“工業(yè)之母”。模具又是“效益放大器”，用模具生產(chǎn)的最終產(chǎn)品的價(jià)值，往往是模具自身價(jià)值的幾十倍、上百倍。 目前，我國沖壓技術(shù)與工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比還比較的落后，主要原因是我國在沖壓基礎(chǔ)理論及成形工藝、模具標(biāo)準(zhǔn)化、模具設(shè)計(jì)、模具制造工藝及設(shè)備等方面與工業(yè)發(fā)達(dá)的國家尚有相當(dāng)大的差距，導(dǎo)致我國模具在壽命、效率、加工精度、生產(chǎn)周期等方面與工業(yè)發(fā)達(dá)國家的模具相比差距相當(dāng)大。
隨著國民經(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)對模具的需求量越來越大，技術(shù)要求也越來越高。雖然模具種類繁多，但其發(fā)展重點(diǎn)應(yīng)該是既能滿足大量需要，又有較高技術(shù)含量，特別是目前國內(nèi)尚不能自給，需大量進(jìn)口的模具和能代表發(fā)展方向的大型、精密、復(fù)雜、長壽命模具。模具標(biāo)準(zhǔn)件的種類、數(shù)量、水平、生產(chǎn)集中度等對整個(gè)模具行業(yè)的發(fā)展有重大影響。因此，一些重要的模具標(biāo)準(zhǔn)件也必須重點(diǎn)發(fā)展，而且其發(fā)展速度應(yīng)快于模具的發(fā)展速度，這樣才能不斷提高我國模具標(biāo)準(zhǔn)化水平，從而提高模具質(zhì)量，縮短模具生產(chǎn)周期，降低成本。由于我國的模具產(chǎn)品在國際市場上占有較大的價(jià)格優(yōu)勢，因此對于出口前景好的模具產(chǎn)品也應(yīng)作為重點(diǎn)來發(fā)展。根據(jù)上述需要量大、技術(shù)含量高、代表發(fā)展方向、出口前景好的原則選擇重點(diǎn)發(fā)展產(chǎn)品，而且所選產(chǎn)品必須目前已有一定技術(shù)基礎(chǔ)，屬于有條件、有可能發(fā)展起來的產(chǎn)品。
沖壓是一種先進(jìn)的少無切削加工方法，具有節(jié)能省材、效率高、產(chǎn)品質(zhì)量好、重量輕、加工成本低等一系列優(yōu)點(diǎn),在汽車、航空航天、儀器儀表、家電、電子、通訊、軍工、日常用品等產(chǎn)品的生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用.據(jù)統(tǒng)計(jì)，薄板成型后，制造了相當(dāng)于原材料的12倍的附加值,在國民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)總值中，與其相關(guān)的產(chǎn)品占四分之一，在現(xiàn)代汽車工業(yè)中，沖壓件的產(chǎn)值占總產(chǎn)值的59%。隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，采用模具的生產(chǎn)技術(shù)得到愈來愈廣泛的應(yīng)用。
在完成大學(xué)三年的課程學(xué)習(xí)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)，我熟練地掌握了機(jī)械制圖、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械原理等專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課方面的知識，對機(jī)械制造、加工的工藝有了一個(gè)系統(tǒng)、全面的理解，達(dá)到了學(xué)習(xí)的目的。對于模具設(shè)計(jì)這個(gè)實(shí)踐性非常強(qiáng)的設(shè)計(jì)課題，我們進(jìn)行了大量的實(shí)習(xí)。經(jīng)過在新飛電器有限公司、在洛陽中國一拖的生產(chǎn)實(shí)習(xí)，我對于冷沖模具、塑料模具的設(shè)計(jì)步驟有了一個(gè)全新的認(rèn)識，豐富和加深了對各種模具的結(jié)構(gòu)和動(dòng)作過程方面的知識，而對于模具的制造工藝更是有了全新的理解。在指導(dǎo)老師的細(xì)心指導(dǎo)下和在工廠師傅的講解下，我們對于模具的設(shè)計(jì)和制造工藝有了系統(tǒng)而深刻的認(rèn)識。同時(shí)在實(shí)習(xí)現(xiàn)場親手拆裝了一些典型的模具實(shí)體并查閱了很多相關(guān)資料，通過這些實(shí)踐，我們熟練掌握了模具的一般工作原理、制造、加工工藝。通過在圖書館借閱相關(guān)手冊和書籍，更系統(tǒng)而全面了細(xì)節(jié)問題。鍛煉了縝密的思維和使我們初步具備了設(shè)計(jì)工作者應(yīng)有的素質(zhì)。設(shè)計(jì)中，將充分利用和查閱各種資料，并與同學(xué)進(jìn)行充分討論，盡最大努力搞好本次畢業(yè)設(shè)計(jì)。
在設(shè)計(jì)的過程中，將有一定的困難，但有指導(dǎo)老師的悉心指導(dǎo)和自己的努力，相信會完滿的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)。由于學(xué)生水平有限，而且缺乏經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)中難免有不妥之處，肯請各位老師指正。
2 零件的工藝性分析
工件名稱：焊片
生產(chǎn)批量：大批量
材料：H62
厚度：0.7mm
圖1 零件圖(焊片 材料H62)
2.1 零件的總體分析
圖示零件材料為H62，適合一般的沖壓加工。此工件只有落料和沖孔兩個(gè)工序，結(jié)構(gòu)相對比較簡單，具有良好的塑性、韌性、冷沖壓性能，能夠進(jìn)行一般的沖壓加工。零件形狀較為簡單，采用圓弧過渡，但零件對稱分布，有沖孔、落料兩個(gè)工序特征。
2.1.1外形落料的工藝性
此焊屬于中等尺寸零件，料厚0.7mm，外形較為簡單，采用圓弧過渡，以便于模具加工，減少熱處理開裂，減少?zèng)_裁時(shí)尖角處的崩刃和過快磨損，尺寸精度要求一般。
2.1.2沖孔的工藝性
此焊片只有一個(gè)φ6.3與一個(gè)寬4.5長3的孔。圖示零件的尺寸全部為未注公差的一般尺寸，一般按IT14級取，尺寸精度較低，普通沖裁完全可以滿足要求。
2.1.3沖裁件的孔邊距和孔間距
為避免工件變形和保證模具強(qiáng)度，孔邊距和孔間距不能過小?！?】其最小許可值當(dāng)?。?。根據(jù)工件的尺寸可得 ，所以工件的尺寸符合要求。
沖孔時(shí)因凸模強(qiáng)度限制孔的尺寸不應(yīng)太小，否則凸模易折斷，查表2.7.3【1】知，工件上孔的直徑大于或等于0.35倍的料度即。由任務(wù)書零件圖易于看出工件的尺寸符合要求。
2.1.4尺寸精度
圖示零件的尺寸均未注公差的一般尺寸，按慣例取IT14級，尺寸精度較低，符合一般沖壓的經(jīng)濟(jì)精度要求。
3 工藝方案的確定
該零件所需的基本沖壓工序?yàn)槁淞虾蜎_孔，可擬訂出以下三種工藝方案。
方案一：單工序模生產(chǎn)。
方案二：落料沖孔復(fù)合模。
方案三：沖孔落料級進(jìn)模。
采用方案一，生產(chǎn)率低，工件的累計(jì)誤差大，操作不方便，由于該工件為大批量生產(chǎn)，方案二和方案三更具有優(yōu)越性。
該零件φ6.3mm的孔與外圓之間的最小距離為2.85mm，大于此凸凹模允許的最小壁厚），可以采用沖孔、落料復(fù)合?；驔_孔、落料連續(xù)模。但復(fù)合模模具的形位精度和尺寸精度容易保證，且生產(chǎn)率也高。盡管模具結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜但由于零件的幾何形狀簡單對稱，模具制造并不困難。級進(jìn)模雖生產(chǎn)率也高，但零件的沖裁精度稍差。欲保證沖壓件的形位精度，需要在模具上設(shè)置導(dǎo)正銷導(dǎo)正，故模具制造、安裝較復(fù)合模復(fù)雜。通過對上述三種方按的分析比較，該零件的沖壓生產(chǎn)采用方按二的復(fù)合模為佳。
4 排樣設(shè)計(jì)與計(jì)算
設(shè)計(jì)復(fù)合模時(shí)，首先要設(shè)計(jì)條料排樣圖。根據(jù)工件的形狀選擇有廢料排樣，且為直對排的形式，雖然材料的利用率低于少廢料和無廢料排樣，但工件的精度高，且易于保證工件外形的圓角。
4.1確定搭邊與搭肩值
搭邊和搭肩值一般是由經(jīng)驗(yàn)確定的，查表2.5.2【1】。取最小搭邊值為，最小搭肩值。
4.2確定零件的排樣方案
設(shè)計(jì)模具時(shí)，條料的排樣很重要。分析零件形狀可知，確定排樣方案：條料從右至左送進(jìn)，落料凸模的沖壓力比較均勻，零件形狀精度容易保證。條料的排樣如圖2所示。
圖2 排樣方案
4.3計(jì)算送料步距和條料的寬度
按如上排樣方式：
由公式計(jì)算如下： .
所以確定條料的寬度B為27mm
步距
所以步距為18.5mm。
4.4計(jì)算材料的利用率
根據(jù)一般的市場供應(yīng)情況，原材料選用200X400X0.7的H62的銅板。每塊可剪27X200規(guī)格條料10條，材料剪切利用率達(dá)96％。
材料利用率通用公式【1】
式中A—一個(gè)沖裁剪的面積。
n— 一個(gè)步距內(nèi)的沖裁件數(shù)量。
B—條料寬度
S—步距。
材料利用率：=
5 計(jì)算沖壓力和初選壓力機(jī)
5.1沖裁工序總力的計(jì)算
由工件結(jié)構(gòu)和前面所定的沖壓方案可知，本模具采用彈性卸料裝置和下出料方式的沖裁模?？紤]到模具刃部被磨損、凸凹模不均勻和波動(dòng)、材料力學(xué)性能及材料厚度偏差等因素的影響。本模具采用普通平刃口模具沖裁，其沖裁力P按下式計(jì)算：
式中 P—沖裁力（KN）。
K—系數(shù)，一般取1.3
L—沖裁件剪切周邊長度（mm）。
t—沖裁件材料厚度（mm）
—被沖材料的抗剪強(qiáng)度。
上式中抗剪強(qiáng)度與材料種類和坯料的原始狀態(tài)有關(guān)，可在手冊中查詢，為方便計(jì)算，可取材料的，故沖裁力表達(dá)式又可表示為：
查手冊【3】H62的 取極限值σb=450MPa
所以落料力F=Ltσb =
沖孔力F=Ltσb =
沖孔時(shí)的推件力F=nKF
取直筒形刃口形式，由表2.21查的，h=5mm，則n=h/t=5/0.7=7個(gè)
n—同時(shí)卡在凹模的工件(或廢料)數(shù),其中n=h/t
h—凹模刃部直壁洞口高度（mm），
t—料厚( mm)
查表2.7得，K=0.05
所以推件力F=nKF= 落料時(shí)的卸料力F=KF
查表2.7得，K=0.03
卸料力F=KF=
所以總沖壓力F=F+F+F+F= 為保證沖壓力足夠，一般沖裁壓力機(jī)噸位應(yīng)比計(jì)算的沖壓力大30%，即F=
5.2初選壓力機(jī)
壓力機(jī)的公稱壓力必須大于或等于工序總力。
查手冊【2】初選開式可傾壓力機(jī)參數(shù)初選壓力機(jī)型號為J23-16和J23-25，見表一。
表一 所選擇壓力機(jī)的相關(guān)參數(shù)
型號
公稱壓力/kN
滑塊行程/mm
最大封閉高度/mm
工作臺尺寸/mm
可傾斜角/。
封閉高度調(diào)節(jié)量/mm
J23-16
160
55
220
300×450
35
45
J23-25
250
65
270
370×560
30
55
5.3 確定壓力中心
用解析法求模具的壓力中心的坐標(biāo)。按比例畫出零件尺寸，選用坐標(biāo)系XOY。如下圖3所示。因零件左右對稱，即xc＝0。故只需計(jì)算yc。將工件沖裁周邊分成L1、L2、L3、L4、…L10、L11基本線段，求出各段長度的重心位置:
L1＝3mm Y1=0
L2＝6mm Y2=11.3mm
L3＝2.85mm Y3=11.6mm
L4＝2.25mm Y4=15.97mm
L5＝2.25mm Y5=22.68m 圖3 壓力中心的計(jì)算
6 模具結(jié)構(gòu)形式的選擇與確定
6.1 模具類型的選擇
由沖壓工藝分析可知，采用倒裝復(fù)合沖壓，所以模具類型為倒裝復(fù)合模。
6.2定位方式的選擇
因?yàn)樵撃＞卟捎玫氖菞l料，所以選用導(dǎo)料銷和擋料銷來實(shí)現(xiàn)對沖裁條料的定位。
6.3導(dǎo)向方式的選擇
為了提高模具壽命和工作質(zhì)量，方便安裝調(diào)整，該復(fù)合模采用后側(cè)導(dǎo)柱的導(dǎo)向方式。
6.4 卸料方式
該模具采用倒裝結(jié)構(gòu)，沖孔廢料直接由沖孔凸模從凸凹模內(nèi)孔推下。工件厚度為0.7mm，料厚相對較厚，卸料力也比較小，故可采用彈性卸料。
6.5 送料方式
采用手動(dòng)送料。
7 模具工作零部件刃口尺寸的計(jì)算
該零件屬于無特殊要求的一般沖孔落料件，外形尺寸由落料獲得，小孔尺寸則由沖孔得到。
查表2.3.3可
沖孔φ6.3的孔凸凹模刃口尺寸的計(jì)算；由于制作簡單，精度要求不高，所以采用凸模和凹模分開加工方法制作凸凹模。其凸凹模刃口尺寸計(jì)算如下：查表2.5得凸凹模制造公差：
校核-=0.014，而+=0.04
滿足的條件
查表2.6得模具的精度等級為IT14級。
查表2.2【4】 取
7.1沖裁φ6.3孔的凸、凹模刃口尺寸的計(jì)算
凸模尺寸
凹模尺寸
φ6.3凸緣強(qiáng)度的校核：經(jīng)查有關(guān)文獻(xiàn)得：黃銅的抗疲勞強(qiáng)度。凸模材料選用優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼淬火，其直徑d=6.3.凸模材料許用應(yīng)力[].
根據(jù)式（2.45）得：
d=6.30.27.故計(jì)算合理
7.2外形落料凸模、凹模刃口尺寸的計(jì)算
此落料件為形狀較為復(fù)雜的零件，所以利用凸凹模配作法，這種方法有利于獲得最小的合理間隙，放寬對模具的加工設(shè)備的精度要求。
以落料凹模為基準(zhǔn)件，由公差表查得工件個(gè)尺寸的公差等，確定x
采用配作法，計(jì)算凹模的刃口尺寸，首先是根據(jù)凹模磨損后輪廓變化情況正確判斷出模具刃口各個(gè)尺寸在磨損過程中是變大還是變小，還是不變這三種情況，然后分別按不同的計(jì)算公式計(jì)算。
a、凹模磨損后會增大的尺寸-------第一類尺寸A
第一類尺寸：
b、凹模磨損后會減小的尺寸-------第二類尺寸B
第二類尺寸：
c、凹模磨損后會保持不變的尺寸 第三類尺寸C
第三類尺寸：
其落料凹模的基本尺寸計(jì)算如下：
第一類尺寸：磨損后增大的尺寸：
落料凸模的基本尺寸與凹模相同，分別是23.74mm,2.063,11.7不必標(biāo)注公差，但要在技術(shù)條件中注明：凸模實(shí)際刃口尺寸與落料凹模配制，保證最小雙面合理間隙值Zmin=0.100（落料凸模、凹模刃口部分尺寸分別見圖4、5）
圖4 落料凹模刃口部分尺寸
7.3凸凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
本模具為復(fù)合沖裁模，除了沖孔凸模和落料凹模外，還有一個(gè)凸凹模。根據(jù)整體模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要，凸凹模的結(jié)構(gòu)簡圖如圖6所示。確定凸凹模安裝在模架上的位置時(shí)，需要依據(jù)計(jì)算的壓力中心的數(shù)據(jù)，使壓力中心與模柄中心重合。
校核凸凹模的強(qiáng)度：查表2.23得凸凹模最小壁厚為，而實(shí)際最小壁厚。故符合強(qiáng)度要求：凸凹模刃口尺寸按落料凹模尺寸配合，并保證雙面間隙為0.010-0.014mm。凸凹模上的孔中心與邊緣尺寸的公差應(yīng)比零件所標(biāo)的精度高3-4級。即（）mm。
圖5 凸凹模設(shè)計(jì)
8 模具主要零部件設(shè)計(jì)
8.1工作零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
8.1.1落料凹模的設(shè)計(jì)
凹模采用整體式凹模，各沖裁的凹?？拙捎镁€切割加工。安排凹模在模架上的位置時(shí)，要依據(jù)計(jì)算的壓力中心的數(shù)據(jù)，使壓力中心與模柄中心重合。整體式凹模裝于下模座上, 凹模高度可按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，即
凹模高度H=Kb
凹模壁厚C=(1.5～2)H
式中b----凹?？椎淖畲髮挾龋ǖ獴不小于15mm）
C-----凹模壁厚， 指刃口至凹模外形邊緣的距離
K=系數(shù)（查表2－40【5】K=0.3）
凹模高度H=Kb=0.3X24=7.2mm
按表取標(biāo)準(zhǔn)值H=10mm
凹模壁厚C= C=(1.5～2)H =15mm～20mm
凹模壁厚取15mm。
凹模寬度
凹模上螺孔到凹模外緣的距離一般?。?.7～2.0）d,
根據(jù)上述方法確定凹模外形尺寸須選用矩形凹模板66×60×15（JB/T7643.1）【6】
8.1.2 沖孔凸模的設(shè)計(jì)
因?yàn)樗鶝_的孔均為圓形，而且都不屬于需要特別保護(hù)的小凸模，所以沖孔凸模采用臺階式。一方面加工簡單，另一方面便于裝配與更換。
查表1－214【5】沖一個(gè)孔的圓形凸?？蛇x用標(biāo)準(zhǔn)件B型式。如圖7所示。
圖6沖孔凸模的結(jié)構(gòu)形式
凸模長度一般是根據(jù)結(jié)構(gòu)上的需要而確定的，其凸模長度用下列公式計(jì)算：
L=h1+h2+h3+h
式中 L—凸模長度， mm
h1—凸模固定板高度，mm
h2—卸料板高度，mm
h3—導(dǎo)料板高度，mm
h—附加高度，一般取15~20mm
沖裁6.3mm孔凸模尺寸及其組件確定和標(biāo)準(zhǔn)化（包括外形尺寸和厚度）
凸模長度 L=12+8+2=22mm
由小凸模刃口d=11.15mm查手冊【2】表2.54可知 h=5mm, D1=6mm, D=4mm, L=22㎜。
小凸模強(qiáng)度校核
要使凸模正常工作，必須使凸模最小斷面的壓應(yīng)力不超過凸模材料的許用壓應(yīng)力，即
對于圓形凸模
式中 —圓形凸模最小截面直徑，mm
t—沖裁材料厚度，mm
—沖裁材料的抗剪強(qiáng)度，取254Mpa【3】
—凸模材料許用強(qiáng)度，取800Mpa【3】
dmin≥==0.9mm 所以承壓能力足夠。
抗縱向彎曲力校核
對于圓形凸模（有導(dǎo)向裝置）
式中 Lmax ——允許的凸模最大自由長度，mm
F ——沖模力,N
ｄ——凸模最小截面的直徑，mm
= =26.72mm 所以長度適宜。
凸模固定端面的壓力
q =<
式中 q—凸模固定端面的壓力，MPa
F—落料或沖孔的沖裁力，N
—模座材料許用壓應(yīng)力（查表得120～160Mpa【3】）
q ==2.19MPa
凸模固定板端面壓力小于120～160Mpa，凸模固定板承受的壓力合適。
8.1.3落料凸模（凸凹模）的設(shè)計(jì)
結(jié)合工件外形并考慮加工，外形凸模用線切割機(jī)床加工成直通式凸模，用兩個(gè)M8的螺釘固定在墊板上，凸模按下式計(jì)算：
L=h1+h2+h3+h
其中： h1為固定板厚度（7 mm），h2為卸料板厚度（5mm），h3為導(dǎo)料板厚度（6 mm）， h為附加長度，主要考慮凸模進(jìn)入凹模的深度（1mm）及模具閉合狀態(tài)下卸料板到凸模固定板間的安全距離（15mm～20mm）等因素。
所以：L=7+5+6+4=22 mm
凸模固定板材料可用45鋼，結(jié)構(gòu)形式和尺寸規(guī)格見手冊【5】表15.57可得66×61×7。
8.2定位裝置的設(shè)計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)化【6】
8.2.1擋料銷及導(dǎo)料銷的設(shè)計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)化
由設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)可得該套模具所用擋料銷與導(dǎo)料銷的規(guī)格尺寸一樣，根據(jù)手冊【4】選用。
型號：JB/T7649.9 6×25mm
材料為45鋼的圓柱擋料銷,硬度43～48HRC
擋料銷位置設(shè)計(jì)：根據(jù)排樣圖與搭邊值計(jì)算，當(dāng)所選毛坯板料的一邊完成沖裁之后。掉頭沖板料的另一側(cè)，板料余量恰好能沖出一個(gè)制件。所以擋料銷位置不變，也不用使用使用擋料銷。
8.2.2擋料銷與導(dǎo)料銷位置的確定
由模具整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，導(dǎo)料銷及導(dǎo)料銷都應(yīng)通過卸料板固定于模具的凸凹模上。且在模具閉合狀態(tài)下，應(yīng)高出卸料板3mm【1】。
根據(jù)分析選用廢料孔后端定位時(shí)擋料銷位置如圖8
圖7擋料銷的位置
8.2.3導(dǎo)料銷位置的確定
導(dǎo)料銷位于條料的同一側(cè)，采用從右向左的送料方式，送料的方向?qū)Я箱N應(yīng)裝在后側(cè)。
8.3卸料裝置的設(shè)計(jì)及標(biāo)準(zhǔn)化【7】
8.3.1彈性卸料板的結(jié)構(gòu)形式
模具采用倒裝結(jié)構(gòu)，選用手冊【6】圖7－7（b）的卸料板形式。由表7－8查得彈性卸料板厚度為5mm。裝模具時(shí)卸料板孔與凸凹模得單邊間隙為0.10mm，在模具開啟狀態(tài)，卸料板應(yīng)高出模具凸凹模工作刃口0.3～0.5mm，以便順利卸料，卸料板的工作行程為3.5mm。
8.3.2卸料螺釘?shù)倪x用
采用圓柱頭卸料螺釘45鋼，熱處理硬度35～45HRC
規(guī)格 M5×90 JB/T7650.5
8.3.3卸料彈簧的設(shè)計(jì)及選用
在滿足模具結(jié)構(gòu)要求的前提下,保證所選用的彈簧能夠滿足給出所要求的作用力和行程,所以本設(shè)計(jì)所選用的彈簧在裝模和試模過程中依據(jù)所需的力進(jìn)行選取.
8.4推件裝置的設(shè)計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)化【5】
8.4.1剛性推件裝置的設(shè)計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)化
本套模具的推件裝置所需推件力大，且為了推件平穩(wěn)可靠，應(yīng)采用剛性推件裝置。其結(jié)構(gòu)形式見手冊【5】
8.4.2推件塊的設(shè)計(jì)
本推件塊的端面外形應(yīng)跟落料凹模的刃口形狀一致，整體外形應(yīng)設(shè)計(jì)成臺階式以便與凹模配合完成推件，而在沖裁時(shí)不致與把推件塊推出滑到模外。推件塊在自由狀態(tài)下應(yīng)高出凹模面0.2～0.5mm。
推件塊和凹模的配合：由于外形件的相對尺寸較大，外形形狀相對復(fù)雜，所以推件內(nèi)形與凹模為間隙配合H8/f8，推薦外形與凹模為非配合關(guān)系，屬內(nèi)導(dǎo)向。
8.4.3連接推桿的選用
為了使推件裝置推出平穩(wěn)采用3根推桿。每根推桿所承受的力為：
由手冊查取適合本裝置的推桿規(guī)格為：φ2×22mm
8.4.4推板的設(shè)計(jì)
由推出結(jié)構(gòu)需要，推板適宜選用圓形即手冊的A型。
8.4.5打桿的設(shè)計(jì)
打桿選用帶肩A型打桿與推板配合以起到平穩(wěn)推件作用。
其材料45鋼 熱處理硬度43～48HRC
規(guī)格： A11×55mm JB/T7650.1
8.5支撐固定零件的設(shè)計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)化【6】
由凹模周界L＝63mm,B=60mm，及卸料板的外形尺寸，材料選為HT200,0I級精度的后側(cè)導(dǎo)柱模架。技術(shù)要求按JB/T8050—1999的規(guī)定。
8.5.1模架的選用
上模座標(biāo)記：63×63×20 GB/T2855.5
下模座標(biāo)記：63×63×25 GB/T2855.6
8.5.2 凸模固定板的設(shè)計(jì)
因凸凹模的尺寸較大所以直接用螺釘緊固在下模座上。
凸模固定板的設(shè)計(jì):
為了保證安裝、固定牢靠，凸模固定板必須有一定的厚度，由經(jīng)驗(yàn)公式【6】計(jì)算凸模固定板厚度。
H=（1～1.5）D=（1～1.5）×11.215mm＝11.215mm～16.823mm
查手冊【6】表7-2本模具取H=7mm，其外形尺寸應(yīng)與凹模的外形尺寸一致規(guī)格為66mm×61mm×7mm
8.5.3墊板的設(shè)計(jì)【6】
在本模具采用的彈性卸料裝置中，上模座中設(shè)有推板等零件的裝置和讓位空間，會使的其厚度變薄，影響其抗壓強(qiáng)度，所以應(yīng)設(shè)一塊墊板。其規(guī)格根據(jù)凹模外形尺寸選取66mm×61mm×4mm。
8.6導(dǎo)向零件的設(shè)計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)化【6】
本組模具采用的是后側(cè)導(dǎo)柱模座只需兩對相同型號的導(dǎo)柱導(dǎo)套。本模具沖裁間隙小應(yīng)按H6/h5配合，材料選用20鋼熱處理要求滲碳深度0.8～1.2mm，硬度58～62HRC ，技術(shù)要求按JB/T8070—1995的規(guī)定。
導(dǎo)柱標(biāo)記： 16×90 GB/T2861.2
導(dǎo)套標(biāo)記： 16×60×18 GB/T2861.2
8.7 緊固零件的設(shè)計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)化【6】
本模具采用螺釘固定，銷釘定位。其具體數(shù)據(jù)如下：
內(nèi)六角圓柱頭螺釘標(biāo)記：GB/T70.1 M6×36
螺釘標(biāo)記：GB/T5782 M6×15
銷釘標(biāo)記：GB/T11.21 8m6×36
9 沖壓設(shè)備的的選用
通過前面的設(shè)計(jì)知道，上模座厚度為20mm，上模墊板厚度為4mm，固定板厚度為7mm，凸模長度為22mm，凹模厚度為15mm，下模座厚度為25mm，凸模沖裁后進(jìn)入凹模的深度為0.7mm。
該模具的閉合高度：
=
模具閉合高度90mm,根據(jù)前面初選的壓力機(jī)，選擇JC23—25型壓力機(jī)，其工作臺尺寸為370×560mm,最大閉合高度為270mm，連桿調(diào)節(jié)長度為55mm.最終經(jīng)過校核，選擇JC23—25型壓力機(jī)能滿足使用要求。
其主要技術(shù)參數(shù)如下：
工稱壓力：250KN
滑塊行程：55mm
最大閉合高度270mm
最大裝模高度：250mm
連桿調(diào)節(jié)長度：55mm
工作臺尺寸（前后×左右）：360mm×560mm
墊板尺寸（厚度×孔徑）：40mm×210mm
模柄孔尺寸:φ60×75mm
最大傾斜角度：300
10 模具總裝圖
由以上設(shè)計(jì)，可得到模具的總裝圖（裝配圖見附圖）。模具上模部分主要由上模板、墊板、凸模固定板、凹模板、推件塊等組成。推件方式由剛性推件裝置憑借壓力機(jī)的壓力來完成廢料的推出。下模部分由下模座、凸凹模、卸料板等組成。卸料方式采用彈性卸料，以彈簧為彈性元件。
其工作過程是：條料在送進(jìn)模具時(shí)由擋料銷限位，導(dǎo)料銷導(dǎo)向，使得條料精確定位。模具在工作時(shí)，上模部分隨壓力機(jī)下行，當(dāng)上模部分與條料接觸時(shí)，卸料板起壓料作用與凹模一起作用將條料壓緊隨上模下行，壓力機(jī)滑塊繼續(xù)下行沖孔凸模進(jìn)入凸凹模在壓力及刃口作用下完成沖裁。
壓力機(jī)滑塊回程，上模部分跟著一起上行，在打料桿等一系列推件裝置的作用下將制件推出凹模腔內(nèi)，沖孔廢料從凸凹模型孔內(nèi)落下，與此同時(shí)卸料板在彈簧恢復(fù)的作用下也將條料從凸凹模上撥落下來，完成卸料，卸料裝置復(fù)位。條料再送進(jìn)一個(gè)步距等待下一次回程沖裁。
圖8 模具裝配圖
1 下模座 2 導(dǎo)柱 3卸料螺釘 4 凸凹模5 卸料板 6 活動(dòng)擋料銷
7 凹模 8 導(dǎo)套 9 凸模固定板 10 連接打桿 11 上模座 12 螺釘
13 打桿 14 模柄 15 推板 16 墊板 17 銷釘 18 螺釘 19沖孔凸模
20 推件塊 21 彈簧 22 螺釘 23 銷釘
結(jié)束語
焊片屬于形狀較為簡單的沖壓件，分析其工藝性，并確定工藝方案。根據(jù)計(jì)算確定本制件的排樣方案及沖裁力，然后選取合適的壓力機(jī)。本設(shè)計(jì)主要的設(shè)計(jì)要點(diǎn)是工件為外形是圓弧過渡，工件為非對稱件，必須計(jì)算好壓力中心使壓力中心與壓力機(jī)的滑塊中心相重合。最后根據(jù)上面的設(shè)計(jì)繪出模具的總裝圖。
畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)三年學(xué)習(xí)中的最后一個(gè)實(shí)踐環(huán)節(jié)，是對以前所學(xué)的知識及所掌握的技能的綜合運(yùn)用和檢驗(yàn)。隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，采用模具的生產(chǎn)技術(shù)得到愈來愈廣泛的應(yīng)用。在完成大學(xué)三年的課程學(xué)習(xí)和課程、生產(chǎn)實(shí)習(xí)，我熟練地掌握了機(jī)械制圖、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械原理等專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課方面的知識，對機(jī)械制造、加工的工藝有了一個(gè)系統(tǒng)、全面的理解，達(dá)到了學(xué)習(xí)的目的。對于模具設(shè)計(jì)這個(gè)實(shí)踐性非常強(qiáng)的設(shè)計(jì)課題，我們進(jìn)行了大量的實(shí)習(xí)。經(jīng)過在新飛電器有限公司、洛陽中國一拖的生產(chǎn)實(shí)習(xí)，我對于模具特別是塑料模具的設(shè)計(jì)步驟有了一個(gè)全新的認(rèn)識，豐富了各種模具的結(jié)構(gòu)和動(dòng)作過程方面的知識，而對于模具的制造工藝更是實(shí)現(xiàn)了零的突破。在指導(dǎo)老師的協(xié)助下和在工廠師傅的講解下，同時(shí)在現(xiàn)場查閱了很多相關(guān)資料并親手拆裝了一些典型的模具實(shí)體，明確了模具的一般工作原理、制造、加工工藝。并在圖書館借閱了許多相關(guān)手冊和書籍，設(shè)計(jì)中，將充分利用和查閱各種資料，并與同學(xué)進(jìn)行充分討論，盡最大努力搞好本次畢業(yè)設(shè)計(jì)。
在設(shè)計(jì)的過程中，難免遇到了一定的困難，但在指導(dǎo)老師的悉心指導(dǎo)和自己的努力下，相信會完滿的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)。由于學(xué)生水平有限，而且缺乏經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)中不妥之處在所難免，肯請各位老師指正。
致 謝
首先感謝本人的導(dǎo)師原紅玲老師，她對我的仔細(xì)審閱了本文的全部內(nèi)容并對我的畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容提出了許多建設(shè)性建議。原紅玲老師淵博的知識，誠懇的為人，她我受益匪淺，在畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，特別是遇到困難時(shí)，她給了我鼓勵(lì)和幫助，在這里我向她表示真誠的感謝！
感謝母校——河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校的辛勤培育之恩！感謝材料工程系給我提供的良好學(xué)習(xí)及實(shí)踐環(huán)境，使我學(xué)到了許多新的知識，掌握了一定的操作技能。
感謝和我在一起進(jìn)行課題研究的同窗同學(xué)，和他們在一起討論、研究使我受益非淺。
最后，我非常慶幸在三年的的學(xué)習(xí)、生活中認(rèn)識了很多可敬的老師和可親的同學(xué)，并感激師友的教誨和幫助！
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