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河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書
1 緒論
目前，我國沖壓技術(shù)與工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比還相當(dāng)?shù)穆浜螅饕蚴俏覈跊_壓基礎(chǔ)理論及成形工藝、模具標(biāo)準(zhǔn)化、模具設(shè)計(jì)快速化等程度不高的原因。
1.1國內(nèi)外發(fā)展概況
改革開放20多年來，我國的模具工業(yè)獲得了飛速的發(fā)展，設(shè)計(jì)、制造加工能力和水平、都有一了很大的提高。據(jù)中國模具工業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，1995年中國模具總產(chǎn)值為145億元，而2003年已達(dá)450億元左了，年均增長14%。另據(jù)統(tǒng)計(jì)2004年中國（不包括臺(tái)灣、香港、澳門地區(qū)）共有模具專業(yè)生產(chǎn)廠、產(chǎn)品廠配套的模具車問（分廠）近20000家，約60萬從業(yè)人員，年模具總產(chǎn)值達(dá)1億元人民幣以上的有十多家。但是，我國模具工業(yè)現(xiàn)有能力只能滿足需求最的60%左右，還不能適應(yīng)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計(jì)，1997年進(jìn)口模具價(jià)值6-3億美元，這還不包括隨設(shè)備一起進(jìn)口的模具；1997年出口模具僅為7800萬美元。目前我國模具工業(yè)的技術(shù)水平和制造能力，是我國國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的薄弱環(huán)節(jié)和制約經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的瓶頸。國內(nèi)已經(jīng)認(rèn)識(shí)到了模具在制造業(yè)中的重要基礎(chǔ)地位，許多模具企業(yè)十分重視技術(shù)發(fā)展，增大了用于模具技術(shù)進(jìn)步的投資。
1.2我國未來模具的研發(fā)探討
——模具設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、三維化、集成化?
1、標(biāo)準(zhǔn)化
標(biāo)準(zhǔn)化是實(shí)現(xiàn)模具專業(yè)化生產(chǎn)的基本前提，是系統(tǒng)提高整個(gè)模具行業(yè)技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)效益的重要手段，是機(jī)械制造業(yè)向深層次發(fā)展必由之路。國際上工業(yè)發(fā)達(dá)的國家和公司都極為重視模具的標(biāo)準(zhǔn)化，我國的模具標(biāo)準(zhǔn)化程度不足30%，而且標(biāo)準(zhǔn)品種少、質(zhì)量低、交貨期長，嚴(yán)重阻礙模具的合理流向和效能發(fā)揮。
CAD/CAM系統(tǒng)可建立標(biāo)準(zhǔn)零件數(shù)據(jù)庫，非標(biāo)準(zhǔn)零件數(shù)據(jù)庫和模具參數(shù)數(shù)據(jù)庫。標(biāo)準(zhǔn)零件庫中的零件在CAD設(shè)計(jì)中可以隨時(shí)調(diào)用，并采用GT（成組技術(shù)）生產(chǎn)。非標(biāo)準(zhǔn)零件庫中存放的零件，雖然與設(shè)計(jì)所需結(jié)構(gòu)不盡相同，但利用系統(tǒng)自身的建模技術(shù)部可以方便地進(jìn)行修改，從而加快設(shè)計(jì)過程，典型模具結(jié)構(gòu)庫是在參數(shù)化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的，按用戶要求對(duì)相似模具結(jié)構(gòu)進(jìn)行修改，即可生成所需結(jié)構(gòu)。
2、集成化
模具CAD/CAM技術(shù)與GT、CE(Concurrent Engineering)、CAE、CAPP(Computer Aided Process Program-ming)等技術(shù)密切相連，組成一個(gè)有機(jī)的整體，其關(guān)鍵在于建立一個(gè)統(tǒng)一的全局模具產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型，在產(chǎn)品開發(fā)，模具設(shè)計(jì)中，提供全部的信息，使信息共享，交換處理和反饋，它綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)，系統(tǒng)集成技術(shù)，并行技術(shù)和管理技術(shù)，體現(xiàn)了系統(tǒng)化思想直至發(fā)展為CIMS(Computer Integrated Manufacture System，計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)) 。
模具軟件功能的集成化要求軟件的功能模塊比較齊全，同時(shí)各功能模塊采用同一數(shù)據(jù)模型，以實(shí)現(xiàn)信息的綜合管理與共享，從而支持模具設(shè)計(jì)、制造、裝配、檢驗(yàn)、測試及生產(chǎn)管理的全過程，達(dá)到實(shí)現(xiàn)最佳效益的日的。如英國Delcam公司的系列化軟件就包括了曲面/實(shí)體幾何造型、復(fù)雜形體工程制圖、工業(yè)設(shè)計(jì)高級(jí)渲染、塑料模設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)、復(fù)雜形體CAM、藝術(shù)造型及雕刻自動(dòng)編程系統(tǒng)、逆向工程系統(tǒng)及復(fù)雜形體在線測量系統(tǒng)等。集成化程度較高的軟件還包括：Pro/E、UG和CAT1A等。
3、模具設(shè)計(jì)、分析及制造的三維化。
傳統(tǒng)的二維模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已越來越不適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)和集成化技術(shù)要求。模具設(shè)計(jì)、分析、制造的三維化、無紙化要求新一代模具軟件以立體的、直觀的感覺來設(shè)計(jì)模具，所采用的三維數(shù)字化模型能方便地用于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的CAE分析、模具可制造性評(píng)價(jià)和數(shù)控加工、成形過程模擬及信息的管理與共享。如Pro/E、U G和CAT1A等軟件具備參數(shù)化、基于特征、全相關(guān)等特點(diǎn)，從而使模具并行工程成為可能面向制造、基于知識(shí)的智能化功能是衡量模具軟件先進(jìn)性和實(shí)用性的重要標(biāo)志之一。如Cimatron公司的注射模專家軟件能根據(jù)脫模力向自動(dòng)產(chǎn)生分型線和分型面，生成與制品相對(duì)應(yīng)的型芯和型腔，實(shí)現(xiàn)模架零件的全相關(guān)，自動(dòng)產(chǎn)生材料明細(xì)表和供NC加工的鉆孔表格，并能進(jìn)行智能化加工參數(shù)設(shè)定、加工結(jié)果校驗(yàn)等。
4、網(wǎng)絡(luò)化與協(xié)同設(shè)計(jì)
隨著模具工業(yè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，要做到資源信息共享、交換等，網(wǎng)絡(luò)化設(shè)計(jì)的發(fā)展是必然的，將以微機(jī)為中心的智能工作站達(dá)成了分布式系統(tǒng)構(gòu)成CAD/CAM/CAE/CAPP微機(jī)局域網(wǎng)絡(luò)，結(jié)構(gòu)靈活，功能愈加強(qiáng)大，并伴隨著Internet/Intranet網(wǎng)的進(jìn)一步拓展，系統(tǒng)提供了異地設(shè)計(jì)人員在同一時(shí)間對(duì)同一個(gè)參數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)和修改，實(shí)現(xiàn)異地操作與數(shù)據(jù)交換，使一個(gè)項(xiàng)目在多臺(tái)計(jì)算機(jī)上協(xié)作完成，以適應(yīng)不同地區(qū)的現(xiàn)有資源和生產(chǎn)設(shè)備資源的要求和利用。這種基于Internet下的協(xié)同設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了企業(yè)間的“集成化”，它將成為模具制造業(yè)全球化的發(fā)展趨勢。
隨著模具在企業(yè)競爭、合作、生產(chǎn)和管理等力一面的全球化、國際化，以及計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的迅速發(fā)展，模具軟件應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展趨勢是使CAD/CAE/CAM技術(shù)跨地區(qū)、跨企業(yè)、跨院所在整個(gè)行業(yè)中推廣，實(shí)現(xiàn)技術(shù)資源的重新整合，使虛擬設(shè)計(jì)、敏捷制造技術(shù)成為可能。美國在其《21世紀(jì)制造企業(yè)戰(zhàn)略》中指出，到2006年要實(shí)現(xiàn)汽車工業(yè)敏捷生產(chǎn)/虛擬工程方案，使汽車開發(fā)周期從40個(gè)月縮短到4個(gè)月。
5、智能化
CAD/CAM系統(tǒng)智能化主要表現(xiàn)在專家系統(tǒng)思想的引入，通過虛擬專家來處理模具設(shè)計(jì)制造中的問題，專家系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)模塊知識(shí)庫模塊和控制模塊，專家系統(tǒng)可以解決知識(shí)表示，特征統(tǒng)計(jì)，推理力法，概念設(shè)計(jì)等問題，具有啟發(fā)性、靈活性等特點(diǎn)，整個(gè)系統(tǒng)具備人上智能(AI)理想的智能模具CAD/CAM系統(tǒng)響應(yīng)，自動(dòng)產(chǎn)生設(shè)計(jì)方案，對(duì)方案進(jìn)行最優(yōu)評(píng)價(jià)和選擇，并對(duì)模具設(shè)計(jì)制造提供全方位的過程響應(yīng)和處理。
1.3 彎曲模模具設(shè)計(jì)與制造方面
1.3.1 彎曲沖孔連續(xù)模模具設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)思路
彎曲和沖孔是沖壓基本工序，它是利用凸模模在壓力機(jī)作用下，將平板坯料彎曲成型或沖裁出凸模的形狀的加工方法。但是，加工出來的制件的精度都很底。一般情況下，彎曲件的尺寸精度應(yīng)在IT11級(jí)以下，不宜高于IT9級(jí)。
1.3.2彎曲沖孔連續(xù)模模具設(shè)計(jì)的進(jìn)度
1.了解目前國內(nèi)外沖壓模具的發(fā)展現(xiàn)狀，所用時(shí)間20天；
2. 確定加工方案，所用時(shí)間5天；
3. 模具的設(shè)計(jì)，所用時(shí)間30天；
4．模具的調(diào)試．所用時(shí)間5天；
2石英表鐵芯的工藝分析
工件名稱：石英表鐵芯
生產(chǎn)批量：大批量
材料：Q235
厚度：2mm
工件簡圖：如圖所示
2.1彎曲沖孔的工藝分析
為此工件典型的U形件，零件圖中的尺寸公差為未注公差，在處理此類公差等級(jí)時(shí)常采用IT14級(jí)要求。彎曲圓角半徑R為2.5mm，大于最小彎曲半徑(Rmin=0.6t=0.6×2mm=1.2mm)，故此彎曲件的形狀、尺寸、精度均滿足彎曲工藝的要求，可用彎曲工序加工。
此彎曲件上有2個(gè)孔，需采用沖孔的方式加工，孔的直徑為6mm，形狀簡單，且對(duì)稱。沖裁件所能達(dá)到精度為IT11~IT14級(jí)。故該零件的精度要求能夠在沖裁加工中得到滿足。
2.2工藝方案的確定
該零件所需要的加工工序?yàn)闆_孔、彎曲、切斷?？蓴M定出以下幾種方案：
方案一：用簡單的模具分開加工，即沖孔——彎曲。
方案二：采用斜鍥式側(cè)面沖孔復(fù)合模。
方案三: 采用沖孔-落料-彎曲級(jí)進(jìn)模。
方案一生產(chǎn)效率低，工件累計(jì)誤差大，操作不方便，由于該工件是大批量生產(chǎn)，方案二和方案三具有很大的優(yōu)越性，而且也與此次設(shè)計(jì)的精神相一致。
該零件φ6的孔與邊緣之間的最小距離是3mm，大于此零件要求的最小的壁厚。可以采用采用斜鍥式側(cè)面沖孔復(fù)合?；虿捎脹_孔-落料-彎曲級(jí)進(jìn)模。復(fù)合模模具的形位精度和尺寸精度容易保證，且生產(chǎn)效率較高，但模具較復(fù)雜，模具制造較困難。級(jí)進(jìn)模不僅生產(chǎn)效率高，而且同時(shí)也能保證制件的精度，通過對(duì)上述三種方案的分析比較，該零件的制作生產(chǎn)采用方案三的級(jí)進(jìn)模比較合適。
第3章 主要工藝參數(shù)計(jì)算
3.1.彎曲工藝尺寸的計(jì)算
3.1.1彎曲件展開長度的計(jì)算
當(dāng)彎曲圓角半徑較小 （r<０.５ｔ）時(shí)，根據(jù)毛坯與制件等體積法計(jì)算；當(dāng)彎曲圓角半徑較大(r>0.5t)時(shí)，可以根據(jù)中性層長度不變的原理計(jì)算。
因?yàn)镽=2.5>0.5×2，屬于圓角半徑較大的彎曲件。所以彎曲件展開長度按直邊區(qū)與圓邊區(qū)分段進(jìn)行計(jì)算。將直邊區(qū)視為彎曲前后長度沒有發(fā)生變化，將圓角區(qū)展開長度按彎曲前后中性層長度沒有發(fā)生變化進(jìn)行計(jì)算。
1.由于R/t=2.5/2=1.25，查表得出，中性層位移系數(shù)x=0.42
變形區(qū)中性層曲率半徑ρ按公式計(jì)算
ρ=r+xt=2.5+0.42×2=3.34mm
2.中性層的長度
L總=Σ L直+ ΣL弧
L弧=ρ=×3.34=5.25mm
式中L總——坯料展開總長度；
L弧——彎曲件彎曲圓角部分的長度；
α——彎曲中心角；
該毛坯展開長度為
L總=[（32-2-2.5）×2+（75.5-2×2-2.5×2）+5.25×2]
=26.5×2+66.5+10.5mm
=130mm
3.2排樣的設(shè)計(jì)與計(jì)算
設(shè)計(jì)模具時(shí)，首先要設(shè)計(jì)條料排樣圖。排樣是指沖裁件在條料，帶料或板料的布置方式。合理的排樣應(yīng)在保證制件的質(zhì)量，有利于簡化模具的前提下，以最少的材料消耗，沖出最多數(shù)量的合格工序件。
排樣的原則：a提高材料利用率；b便于工人操作，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度；c使模具結(jié)構(gòu)簡單，模具壽命提高；d排樣應(yīng)保證沖裁件質(zhì)量，不能只考慮材料的利用率，而不考慮沖裁件的性能。
多工位級(jí)進(jìn)模的排樣，除了遵守普通的沖壓排樣原則外，還應(yīng)遵守級(jí)進(jìn)模的排樣原則：
1.第一工位一般安排沖孔和沖工藝導(dǎo)正孔。
2.沖壓件上孔的數(shù)量較多，且孔的位置太近時(shí)，可分布在不同公位沖出。
3.為提高凹模鑲塊、卸料板和固定板的強(qiáng)度，保證各零件安裝位置不發(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)模具的結(jié)構(gòu)要求而定。
4.當(dāng)局部有壓筋時(shí)，一般安排在沖壓前，防止由于壓筋造成孔的變形。
5.成型方向的選擇要有利于模具的設(shè)計(jì)和制造，有利于送料的順暢。若成型方向與沖壓方向不同，可采用斜滑塊，杠桿和擺塊等機(jī)構(gòu)來轉(zhuǎn)換成型方向。
該零件兩頭大中間細(xì)，直排時(shí)材料的利用率較低，采用直對(duì)排的排樣方案可以提高材料的利用率，減少廢料，但是直對(duì)排模具制造復(fù)雜，模具生產(chǎn)周期增加，生產(chǎn)成本提高而且制件的精度也難以得到保證。綜上所述，支架的排樣采用有廢料排樣的直排。制件的排樣圖如圖3所示：
圖3 排樣圖
3.2.1 確定搭邊與搭肩值
搭邊的作用和影響因素
作用：a補(bǔ)償誤差；b是凸凹模雙邊受力；c增加條料剛度，方便條料送進(jìn)。
影響因素：a材料的力學(xué)性能；b材料厚度；c沖裁件的形狀和尺寸；d送料及擋料方式；e卸料方式。
搭邊和搭肩值一般是由經(jīng)驗(yàn)確定的。查表2.9取最小搭邊值為a=1.5mm和b=1.2mm
3.2.2 計(jì)算送料步距和條料的寬度
選擇側(cè)刃的長度24mm為送料步距
條料寬度的計(jì)算：擬采用有側(cè)刃定距的送料方式，則條料的寬度必須增加側(cè)刃切去的部分，由公式
B=〔Lmax+2a＋nb〕
Lmax—工作垂直于送料方向的最大尺寸
a—側(cè)搭邊值
n—側(cè)刃數(shù)
b—側(cè)刃沖切的料邊寬度，查表取3
代入數(shù)據(jù)計(jì)算： B=〔130+2×1.5+2+1×3〕 =136mm
3.3計(jì)算沖裁工藝尺寸計(jì)算
3.3.1計(jì)算凸凹模工作部分尺寸
（1） 沖孔6凸、凹模刃口尺寸的計(jì)算 由于制件結(jié)構(gòu)簡單，精度等級(jí)要求不高，所以采用凸模和凹模分開加工的方法來制作凸凹模。其凸凹模計(jì)算尺寸如下：
查閱相關(guān)手冊得出凸、凹模制造公差：
δ凸=0.020mm δ凹=0.020mm
查閱相關(guān)手冊得間隙值Zmin=0.246mm Zmax=0.360mm
校核： Zmax-Zmin=0.114mm 而δ凸+δ凹=0.040mm
滿足： Zmax-Zmin≥δ凸+δ凹的條件
查相關(guān)手冊:IT14級(jí)時(shí)摩擦系數(shù)x=0.5
因?yàn)榇藳_裁為沖孔工序，所以以凸模為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，首先確定凸模尺寸，使凸模的基本尺寸接近或等于工件孔的最大極限尺寸;然后將凸模尺寸增加到最小合理間隙值即得到凹模尺寸。
按公式 d凸=(dmin+xΔ) =（6+0.5×0.30)=6.15mm
d凹=（d凸+ Zmin）=（6.15+0.246）mm=6.4mm
（2）沖方孔16×106凸、凹模刃口尺寸的計(jì)算 由于制件結(jié)構(gòu)簡單，精度等級(jí)要求不高，所以采用凸模和凹模分開加工的方法來制作凸凹模。其凸凹模計(jì)算尺寸如下：
a. 16的尺寸計(jì)算
查閱相關(guān)手冊得出凸、凹模制造公差：
δ凸=0.020mm δ凹=0.020mm
查閱相關(guān)手冊得間隙值Zmin=0.246mm Zmax=0.360mm
校核： Zmax-Zmin=0.114mm 而δ凸+δ凹=0.040mm
滿足： Zmax-Zmin≥δ凸+δ凹的條件
查相關(guān)手冊:IT14級(jí)時(shí)摩擦系數(shù)x=0.5
因?yàn)榇藳_裁為沖孔工序，所以以凸模為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，首先確定凸模尺寸，使凸模的基本尺寸接近或等于工件孔的最大極限尺寸;然后將凸模尺寸增加到最小合理間隙值即得到凹模尺寸。
按公式 d凸=(dmin+xΔ) =（16+0.5×0.43)=16.215mm
d凹=（d凸+ Zmin）=（16.215+0.246）mm=16.46mm
b. 106的尺寸計(jì)算
查閱相關(guān)手冊得出凸、凹模制造公差：
δ凸=0.025mm δ凹=0.035mm
查閱相關(guān)手冊得間隙值Zmin=0.246mm Zmax=0.350mm
校核： Zmax-Zmin=0.104mm 而δ凸+δ凹=0.060mm
滿足： Zmax-Zmin≥δ凸+δ凹的條件
查相關(guān)手冊:IT14級(jí)時(shí)摩擦系數(shù)x=0.5
因?yàn)榇藳_裁為沖孔工序，所以以凸模為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，首先確定凸模尺寸，使凸模的基本尺寸接近或等于工件孔的最大極限尺寸;然后將凸模尺寸增加到最小合理間隙值即得到凹模尺寸。
按公式 d凸=(dmin+xΔ) =（106+0.5×0.87)=106.44mm
d凹=（d凸+ Zmin）=（106.44+0.246）mm=106.68mm
(3)外形落料R12凸、凹模刃口尺寸的計(jì)算 由于制件結(jié)構(gòu)簡單，精度等級(jí)要求不高，所以采用凸模和凹模分開加工的方法來制作凸凹模。其凸凹模計(jì)算尺寸如下：
查閱相關(guān)手冊得出凸、凹模制造公差：
δ凸=0.020mm δ凹=0.020mm
查閱相關(guān)手冊得間隙值Zmin=0.246mm Zmax=0.360mm
校核： Zmax-Zmin=0.114mm 而δ凸+δ凹=0.040mm
滿足： Zmax-Zmin≥δ凸+δ凹的條件
查相關(guān)手冊:IT14級(jí)時(shí)摩擦系數(shù)x=0.5
因?yàn)榇藳_裁為沖孔工序，所以以凸模為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，首先確定凸模尺寸，使凸模的基本尺寸接近或等于工件孔的最大極限尺寸;然后將凸模尺寸增加到最小合理間隙值即得到凹模尺寸。
按公式 d凸=(dmin+xΔ) =（12+0.43×0.50)=12.22mm
d凹=（d凸+ Zmin）=（12.22+0.246）mm=12.46mm
3.3.2彎曲模工作部分尺寸的計(jì)算
1.凸模圓角半徑 由于此工件R/t=2.5/2=1.25mm較小，且R為2.5mm，大于最小彎曲半徑（rmin=0.6t=0.6×2=1.2mm），故凸模圓角半徑r凸=R=2.5mm。
2.凹模圓角半徑 凹模圓角半徑一般按材料厚度t來選取，因?yàn)椴牧虾穸葹?mm，所以r凹=（2～3）t，故凹模圓角半徑取r凹=4mm。
3.凹模工作部分深度的設(shè)計(jì)計(jì)算 凹模工作部分的深度將決定板料的進(jìn)模深度，同時(shí)也影響到彎曲件直邊的平直度，對(duì)工件的尺寸精度造成一定的影響。此彎曲件：直邊長度為31mm，板料厚度2mm，查表得出凹模的底部最小厚度h=4mm，因此凹模工作部分最小深度為h凹=35mm。
4.凸凹模間隙 當(dāng)工件精度要求不高或校正彎曲時(shí)，生產(chǎn)中常采用調(diào)整凸凹模間隙的方法來解決工件回彈的問題。設(shè)計(jì)彎曲模時(shí)將凹模設(shè)計(jì)成可以調(diào)節(jié)的。由于凹模設(shè)計(jì)成可調(diào)式的，故將凸凹模的間隙 調(diào)整成材料的厚度t，即=2mm。
5.彎曲凸凹模橫向尺寸及公差 彎曲件標(biāo)注外形尺寸應(yīng)以凹模為基準(zhǔn)件，先確定凹模尺寸，然后減去間隙確定凸模尺寸。
彎曲件為雙向?qū)ΨQ偏差時(shí)，凹模尺寸為
L凹=（L-0.75Δ）mm
=(75.5-0.75×0.74)mm
=74.95mm
凸模尺寸為 L凸=（L凹-Z）mm
=（74.95-4）mm
=70.95mm
5.彎曲件回彈值的計(jì)算 小變形程度（r/t≥10）時(shí)，回彈大，先計(jì)算凹模圓角半徑，再計(jì)算凸模角度；大變形程度（r/t<5）時(shí)，卸載后圓角變化小，僅考慮彎曲中心角的變化。彎曲時(shí)，彎曲中心角為90°，因此，查相關(guān)手冊，取回彈角2°。
3.4沖壓力的計(jì)算并初步選取壓力機(jī)的噸位
3.4.1沖裁力的計(jì)算
沖裁模設(shè)計(jì)時(shí)，為了合理的設(shè)計(jì)模具和選用沖壓設(shè)備，必須合理的計(jì)算沖裁工藝力。壓力機(jī)的噸位必須大于所計(jì)算的沖裁工藝力，以適應(yīng)沖裁間隙的要求。沖裁工藝力主要包括沖裁力F、卸料力F、推件力F和頂件力F。
圖4 卸料力，推件力，和頂件力
裁力的大小隨凸模進(jìn)入材料的深度（凸模行程）而變化，本模具采用普通平刃口模具沖裁，其沖裁力F按下式計(jì)算：
F=KLt
式中F—沖裁力
K—系數(shù)
L—沖材周邊長度
t—材料厚度，t＝2mm
—材料抗剪強(qiáng)度，MPa，
系數(shù)K是考慮到實(shí)際生產(chǎn)中，模具間隙值的波動(dòng)和不均勻、刃口的磨損、板料力學(xué)性能和厚度波動(dòng)等因素的影響而給出的修正系數(shù)，一般取K=1.3.
在一般情況下，材料的抗拉強(qiáng)度=1.3，為了計(jì)算方便，也可按下式估算沖裁力
F=Lt
所以沖孔時(shí)
F=244×2×450=219600N
取F=219.6KN
落料時(shí)
F＝Lt＝24π×2×450＝67824N
取F＝67.82KN
3.4.2 卸料力、推件力及頂件力及總沖裁力的計(jì)算：
沖裁時(shí)，材料分離前存在著彈性變形，在沖裁結(jié)束時(shí)，由于材料的彈性回復(fù)及摩擦的存在，將落料件或沖孔廢料梗塞在凹模內(nèi)，而沖裁剩下的材料則緊箍在凸模上。為使沖裁工作繼續(xù)進(jìn)行，必須將箍在凸模上的料卸下，將梗塞在凹模內(nèi)的料推出。卸料力是將廢料或工件從凸凹模上刮下的力。而推件力是將梗塞在凹模內(nèi)的料順沖裁方向推出所需的力。頂件力逆沖裁方向?qū)⒘蠌陌寄?nèi)頂出所需的力。卸料力、推件力和頂件力是由壓力機(jī)和模具卸料裝置或頂件裝置傳遞的，所以在選擇設(shè)備公稱壓力或設(shè)計(jì)沖裁的時(shí)候應(yīng)分別予以考慮，影響這些力的因素較多，主要有材料的力學(xué)性能、厚度、模具間隙、凹模洞口結(jié)構(gòu)、搭邊大小、潤滑情況、制件的形狀和尺寸等。現(xiàn)在按照下面的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：
卸料力Px
F=nKF
式中F—沖裁力
K—推件力系數(shù)
n—同時(shí)卡在凹模內(nèi)的沖裁件（或廢料）數(shù)
取直筒形刃口的凹模刃口形式，由表2.21查得，h=6mm，則n=h/t=6mm/2=3個(gè)，查表得K=0.05
所以F=3×0.05×219.6=32.94KN
由于采用剛性卸料裝置和下出料方式，壓力機(jī)的壓力值必須大于或者等于沖裁各工藝力的總和,即大于總的沖壓力,總的沖壓力根據(jù)模具結(jié)構(gòu)不同計(jì)算公式不同,當(dāng)采用彈性卸料裝置和下出件的模具時(shí),總的沖壓力為
F=F+ K= F+ F+K=219.6+67.82+32.94=320.36KN
3.5.彎曲力的計(jì)算
U型件校正彎曲時(shí)，在進(jìn)行校正彎曲前是自由彎曲，彎曲力FU自由彎曲力為
FU自由彎曲力===2.912KN
式中FU自由彎曲力——沖壓行程結(jié)束時(shí)自由彎曲的彎曲力（N）；
K——安全系數(shù)，一般取K=1.3;
b——彎曲件的寬度（mm）
t——彎曲件材料厚度（mm）
σb——彎曲件的抗拉強(qiáng)度（MP）
r——彎曲件的內(nèi)彎曲半徑（mm）
頂件力F頂可近似取自由彎曲力的30%～80%，即
F頂=（0.3～0.8）FU自由彎曲力=（0.3～0.8）×2.912KN=(0.874～2.33)KN
取F頂=2KN
校正彎曲時(shí)，校正彎曲力最大值在壓力機(jī)工作到下止的位置，且校正彎曲力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于自由彎曲力，而在彎曲過程中，二者不是同時(shí)存在，因此查表得P=70MP,所以校正力F較為
F較=AP=70×（75.5×31）=163.84KN
式中 F較——校正彎曲力 （ N）
A——校正部分投影面積 （mm）
P——單位校正彎曲力 （MP）
對(duì)于校正彎曲，由于校正彎曲力比頂件力大的多，故頂件力常常被忽略，但為了保險(xiǎn)起見，在計(jì)算壓力機(jī)工稱壓力時(shí)，應(yīng)將頂件力考慮進(jìn)來。
F= F較+F頂=163.84+2+165.84KN
4模具的總體設(shè)計(jì)
根據(jù)上述分析，本例將設(shè)計(jì)的模具是沖孔、落料、彎曲連續(xù)模。本模具先將制件上的兩個(gè)孔沖壓出來，其次將制件中間的多余的部分切去，再次落料，并進(jìn)行彎曲工序。
上模主要由模柄、上模座板、導(dǎo)套、固定板、凸模、卸件桿、凸凹模、側(cè)刃、上模座墊板和預(yù)壓打料裝置。下模由導(dǎo)板、沖孔凹模、彎曲凸模、下模座板、下模座墊板、導(dǎo)柱等。
模具工作過程：此模具采用的是單側(cè)刃定距、少廢料排樣的5工位的級(jí)進(jìn)模。條料沿導(dǎo)板導(dǎo)由前向后送進(jìn)，上模下行，先由單側(cè)刃進(jìn)行定距，然后沖圓孔凸模與沖孔凹模完成沖一對(duì)小孔的工序，側(cè)刃與沖孔廢料由凹模洞口落下。上?；爻?，剛性導(dǎo)料版起卸料作用，把箍在凸模上的條料卸下。條料再次送進(jìn)，沖出余料。第三次送進(jìn)，設(shè)一個(gè)空工位，以增加凹模強(qiáng)度。第四次送進(jìn)，凸凹模先沖出彎曲毛胚的展開式，緊接著由凸凹模和彎曲凸模完成彎曲工序，然后上模上行回程，制件由于回彈作用，會(huì)卡在凹模內(nèi)，這時(shí)卸件桿會(huì)把制件彈出，卸件桿還起到壓料的作用。
5模具主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
5.1沖孔凸模、凹模、彎曲凸模、彎曲凸凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
5.1.1沖孔凸模、凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
沖孔φ6的凸模設(shè)計(jì)，凸模設(shè)計(jì)成便于可以快速裝卸和更換的圓凸模。快換圓凸模強(qiáng)度和剛度都比較好，裝配修磨方便，其工作部分的尺寸由計(jì)算而得。與凸模固定板配合部分按過渡配合（H7/n6或H7/m6）制造。
快換圓凸模除了能使凸模折斷后迅速更換外，更主要的用途是可以組裝成通用沖孔模。
快換圓凸模材料一般選用T10A，要求硬度達(dá)到56～60HRC。
沖孔16×106凸模的設(shè)計(jì)，該凸模是沖零件中間的外形廢料，其凸模的長度一般是根據(jù)結(jié)構(gòu)上的需要而確定的。有下列公式計(jì)算得出：
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)料板厚度，mm
h—附加高度，一般取15～20mm
沖裁16×106孔凸模、凹模各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=28+15+11=54mmmm
5.1.2彎曲凸凹模的設(shè)計(jì)
本模具為沖裁、落料、彎曲級(jí)進(jìn)模。除了沖孔凸模、凹模以外，還有一個(gè)彎曲凸凹模，根據(jù)整體模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要，確定彎曲凸凹模的位置是根據(jù)計(jì)算出的結(jié)果來確定的，保證計(jì)算壓力中心與模柄中心重合。校核凸凹模的強(qiáng)度：查表得凸凹模的最小壁厚為4.9mm，而最小壁厚是31.5mm，故符合強(qiáng)度要求。中間的孔φ30與卸件塊進(jìn)行尺寸配作，采用H7/m6的配合。
5.1.3卸件彈簧的設(shè)計(jì)
由于本設(shè)計(jì)選用的彈簧用于卸件和預(yù)壓的，卸件力比較大，預(yù)壓力忽略不計(jì)。彎曲件彎曲后留在了凹模內(nèi)，隨上模上行，需要彈性卸件，卸件力一般選用自由彎曲力的10%～30%，即
F卸=kF自
=0.1×2.912
=0.29KN
根據(jù)卸料力和模具結(jié)構(gòu)尺寸，選用鋼絲直徑為φ2mm、中徑φ32mm，長度為80mm圓柱螺旋壓縮彈簧。彈簧的預(yù)壓長度為6mm。彈簧2×32×77 GB/T 2861.11. 技術(shù)要求按照J(rèn)B/T 8070—1995的規(guī)定。
5.2模架的設(shè)計(jì)
上模座：320mm×260mm×50mm
下模座：300mm×270mm×45mm
導(dǎo)柱：A30h5×160mm×30mm
導(dǎo)套：A30H6×100mm×30mm
模柄：φ60×62mm
墊板厚度：200mm×200mm×10mm
固定板厚度：200mm×200mm×28mm
6壓力機(jī)設(shè)備的選擇
沖壓設(shè)備的選擇是沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)中一項(xiàng)重要內(nèi)容，它直接關(guān)系到?jīng)_壓設(shè)備的安全使用、沖壓工藝能否順利實(shí)現(xiàn)和模具的壽命、產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率、成本高低的重要問題。沖壓設(shè)備的選用包括選擇設(shè)備類型和確定設(shè)備規(guī)格兩項(xiàng)內(nèi)容。
F壓≥（1.2～1.3）（F+ F）
=（1.2～1.3）×（320.36+165.84）
=(583.44～632.06)KN
選用沖壓設(shè)備型號(hào)為JB23-100的開式雙柱可傾壓力機(jī)，該壓力機(jī)滿足模具對(duì)壓力機(jī)的要求。
J23-16B的主要技術(shù)參數(shù)如下:
公稱壓力：1000KN
滑塊行程：130mm
最大閉合高度：480mm
最大裝模高度：380mm
滑塊行程次數(shù)：120次/min
封閉高度調(diào)節(jié)量（連桿調(diào)節(jié)長度）：100mm
壓力機(jī)工作臺(tái)尺寸（前后×左右）： 710mm×1080mm
墊板尺寸(厚度×直徑)：100mm×Φ250mm
模柄孔尺寸：Φ60mm×75mm
最大傾斜角：30°
7繪制模具總裝圖
8結(jié)束語
彎板沖孔彎曲模具是屬于級(jí)進(jìn)模，本次設(shè)計(jì)經(jīng)過彎板的工藝分析，排樣設(shè)計(jì)分析，工藝尺寸的計(jì)算分析，模具的總體設(shè)計(jì)，壓力機(jī)設(shè)備的選擇，繪制模具總裝圖，彎板模具的裝配和調(diào)試等等。在設(shè)計(jì)的前期首先需要對(duì)所要進(jìn)行的設(shè)計(jì)的零件進(jìn)行全方位的分析如：零件的材料、零件的厚度、零件的尺寸精度、生產(chǎn)的批量要求等的分析；其次，還要對(duì)零件有一些基本的認(rèn)識(shí)，像沖裁件的經(jīng)濟(jì)公差等級(jí)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)等等。另外，凡產(chǎn)品圖樣上沒有標(biāo)注公差等級(jí)或者公差的尺寸，其極限偏差數(shù)值通常按IT14級(jí)處理。再者，在繪制模具總裝圖時(shí)應(yīng)清楚地表達(dá)出各個(gè)零件之間的裝配關(guān)系以及固定連接的方式。還要能夠真正做到以最少、最簡單的圖副來清楚表達(dá)。
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)需要我們運(yùn)用到所學(xué)沖壓工藝與模具制造的知識(shí)，又要查閱其它相關(guān)工具書資料，這都更好的鞏固了我們的專業(yè)知識(shí)，同時(shí)也是自我能力的又一次提高。
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