碟形彈簧片零件級進模具設計-沖壓模具【含三維UG】【沖壓模具設計稿】

喜歡就充值下載吧。資源目錄里展示的全都有，下載后全都有，CAD圖紙均為可自行編輯，有疑問咨詢QQ:1304139763=喜歡就充值下載吧。資源目錄里展示的全都有，下載后全都有，CAD圖紙均為可自行編輯，有疑問咨詢QQ:1304139763= 目 錄第一章 前 言11.1 課題研究的背景1 1.2 沖壓模具行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢1 1.3級進模的特點 4 1.4課題研究的主要內容 5 第二章 沖壓工藝分析.62.1沖壓工藝分析 6 2.1.1沖壓件的工藝分析 6 2.1.2結構分析72.1.3 加工順序決定的的毛坯原則 7 2.1.4 沖壓方案設計 7 2.2 確定排樣圖82.2.1 排樣圖的設計與計算 8 2.2.2 排樣圖設計原則 8 2.2.3 排樣圖9 第三章 計算各工序沖壓力和選擇沖壓設備.11 3.1 落料、沖壓級進模的沖壓力計算和設備選擇 113.1.1沖壓力的計算113.1.2選用沖壓設備 13 3.1.3沖模壓力中心的確定133.1.4模具閉合高度的確定13 3.2凸、凹模設計14 3.2.1沖裁凸凹模的設計原則 14 3.2.2確定凸、凹模間隙 15 3.2.3凸、凹模刃口尺寸確定 16 3.3 沖裁模具的設計和設備的選擇 17 3.3.1 沖裁模的分類17 3.3.2 凸模、凹模的結構設計 183.3.6彎曲質量分析20 3.4彎曲工藝計算 26-iii-第四章 模具的設計與裝配 29 4.1 定位零件的設計 294.2卸料及壓料零件設計與標準 294.3卸料螺釘及其它零件的的選擇30 4.4 模架及導套、導柱選擇 31 4.5 模具設計 34 4.5.1 側刃凸模 34 4.6.1 沖壓設備的選用原則36 4.6.2 壓力機噸位和型號的選擇37 4.6.3 壓力機的可用性分析37 4.7模具總裝圖的繪制38 4.8模具的裝配40 4.8.1 裝配技術要求.40 4.8.2 沖模裝配的工藝要點.40 4.8.3 沖模裝配的順序確定.41 4.8.4 落料、沖孔、彎曲級進模的裝配.41 第五章 結論.43參考文獻44 致 謝45-iv-第一章 前 言1.1 課題研究的背景 沖壓模具產(chǎn)業(yè)是我國經(jīng)濟的基礎工業(yè)， 沖壓模具工業(yè)的發(fā)展水平從某種意義上來說代表著一個國家的工業(yè)中制造業(yè)發(fā)展水平。我國重點發(fā)展的汽車、電子、通訊、航空航天等行業(yè)的產(chǎn)品的零部件是80%由模具加工成型的。由于沖壓模具自身的特點，現(xiàn)代沖壓模具企業(yè)大多體現(xiàn)出技術密集、資金密集和高素質勞動力密集以及高社會效益的特點，沖壓模具制造業(yè)已成為高新技術制造產(chǎn)業(yè)的一部分。在當今制造業(yè)快速發(fā)展的前提下， 隨著中國成為制造大國， 成為模具制造大國，國內模具業(yè)得到迅猛發(fā)展。中國模具產(chǎn)業(yè)已接近 1000 億元的大關，其中沖壓模具所占比例很高，表明沖壓模具生產(chǎn)已經(jīng)形成了巨大的規(guī)模。沖壓模具加工作為模具加工的一大分類，在我國經(jīng)濟的加工工業(yè)中同時占有重要的地位。沖壓件在形狀和尺寸精度方面的互換性較好，所以具有質量輕、剛度好、精度高和外表光滑、美觀等特點。而且沖壓加工是一種商生產(chǎn)率、高材料利用率的加工方法。隨著與國際接軌的腳步不斷加快，市場競爭的日益加劇，為了適應我國制造業(yè)迅速發(fā)展的需要，必須發(fā)展先進的模具設計制造技術，提高從業(yè)人員的素質和能力。CAD/CAE/CAM技術作為一種現(xiàn)代設計制造方法，把它引入模具生產(chǎn)實際中，可以大大縮短產(chǎn)品開發(fā)周期， 提高生產(chǎn)效率和市場競爭力。1.2 沖壓模具行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢隨著科學技術的不斷進步和工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，許多新技術、新工藝、新設備、新材料不斷涌現(xiàn)，因而促進了沖壓技術的不斷革新和發(fā)展。其主要表現(xiàn)和發(fā)展方向如下。(1).沖壓成形理論及沖壓工藝方面沖壓成形理論的研究是提高沖壓技術的基礎。目前，國內外對沖壓成形理論的研究非常重視，在材料沖壓性能研究、沖壓成形過程應力應變分析、板料變形規(guī)律研究及坯料與模具之間的相互作用研究等方面均取得了較大的進展。特別是隨著計算機技術的飛躍發(fā)展和塑性變形理論的進一步完善，近年來國內外已開始應用塑性成形過程的計算機模擬技術，即利用有限元（）等有值分析方法模擬金屬的塑性成形過程，根據(jù)分析結果，設計人員可預測某一工藝方案成形的可行性及可能出現(xiàn)的質量問題，并通過在計算機上選擇修改相關參數(shù)，可實現(xiàn)工藝及模具的優(yōu)化設計。這樣既節(jié)省了昂貴的試模費用，也縮短了制模具周期。研究推廣能提高生產(chǎn)率及產(chǎn)品質量、降低成本和擴大沖壓工藝應用范圍的各種壓新工藝，也是沖壓技術的發(fā)展方向之一。目前，國內外相繼涌現(xiàn)出精密沖壓工藝、軟模成形工藝、高能高速成形工藝及無模多點成形工藝等精密、高效、經(jīng)濟的沖壓新工藝。其中，精密沖裁是提高沖裁件質量的有效方法，它擴大了沖壓加工范圍，目前精密沖裁加工零件的厚度可達25mm，精度可達IT1617級；用液體、橡膠、聚氨酯等作柔性凸模或凹模的軟模成形工藝，能加工出用普通加工方法難以加工的材料和復雜形狀的零件，在特定生產(chǎn)條件下具有明顯的經(jīng)濟效果；采用爆炸等高能效成形方法對于加工各種尺寸在、形狀復雜、批量小、強度高和精度要求較高的板料零件，具有很重要的實用意義；利用金屬材料的超塑性進行超塑成形，可以用一次成形代替多道普通的沖壓成形工序，這對于加工形狀復雜和大型板料零件具有突出的優(yōu)越性；無模多點成形工序是用高度可調的凸模群體代替?zhèn)鹘y(tǒng)模具進行板料曲面成形的一種先進技術，我國已自主設計制造了具有國際領先水平的無模多點成形設備，解決了多點壓機成形法，從而可隨意改變變形路徑與受力狀態(tài)，提高了材料的成形極限，同時利用反復成形技術可消除材料內殘余應力，實現(xiàn)無回彈成形。無模多點成形系統(tǒng)以技術為主要手段，能快速經(jīng)濟地實現(xiàn)三維曲面的自動化成形。(2) 沖模是實現(xiàn)沖壓生產(chǎn)的基本條件.在沖模的設計制造上,目前正朝著以下兩方面發(fā)展:一方面,為了適應高速、自動、精密、安全等大批量現(xiàn)代生產(chǎn)的需要，沖模正向高效率、高精度、高壽命及多工位、多功能方向發(fā)展，與此相比適應的新型模具材料及其熱處理技術，各種高效、精密、數(shù)控自動化的模具加工機床和檢測設備以及模具技術也在迅速發(fā)展；另一方面，為了適應產(chǎn)品更新?lián)Q代和試制或小批量生產(chǎn)的需要，鋅基合金沖模、聚氨酯橡膠沖模、薄板沖模、鋼帶沖模、組合沖模等各種簡易沖模及其制造技術也得到了迅速發(fā)展。 精密、高效的多工位及多功能級進模和大型復雜的汽車覆蓋件沖模代表了現(xiàn)代沖模的技術水平。目前，50個工位以上的級進模進距精度可達到2微米，多功能級進模不僅可以完成沖壓全過程，還可完成焊接、裝配等工序。我國已能自行設計制造出達到國際水平的精度達25微米，進距精度23微米，總壽命達1億次。我國主要汽車模具企業(yè)，已能生產(chǎn)成套轎車覆蓋件模具，在設計制造方法、手段方面已基本達到了國際水平，但在制造方法手段方面已基本達到了國際水平，模具結構、功能方面也接近國際水平，但在制造質量、精度、制造周期和成本方面與國外相比還存在一定差距。模具制造技術現(xiàn)代化是模具工業(yè)發(fā)展的基礎。計算機技術、信息技術、自動化技術等先進技術正在不斷向傳統(tǒng)制造技術滲透、交叉、融合形成了現(xiàn)代模具制造技術。其中高速銑削加工、電火花銑削加工、慢走絲切割加工、精密磨削及拋光技術、數(shù)控測量等代表了現(xiàn)代沖模制造的技術水平。高速銑削加工不但具有加工速度高以及良好的加工精度和表面質量（主軸轉速一般為1500040000r/min）,加工精度一般可達10微米，最好的表面粗糙度Ra1微米），而且與傳統(tǒng)切削加工相比具有溫升低（工件只升高3攝氏度）、切削力小，因而可加工熱敏材料和剛性差的零件，合理選擇刀具和切削用量還可實現(xiàn)硬材料（60HRC）加工；電火花銑削加工（又稱電火花創(chuàng)成加工）是以高速旋轉的簡單管狀電極作三維或二維輪廓加工（像數(shù)控銑一樣），因此不再需要制造昂貴的成形電極，如日本三菱公司生產(chǎn)的EDSCAN8E電火花銑削加工機床，配置有電極損耗自動補償系統(tǒng)、 集成系統(tǒng)、在線自動測量系統(tǒng)和動態(tài)仿真系統(tǒng)，體現(xiàn)了當今電火花加工機床的技術水平；慢走絲線切割技術的發(fā)展水平已相當高，功能也相當完善，自動化程度已達到無人看管運行的程度，目前切割速度已達到300mm/min,加工精度可達1.5微米，表面粗糙度達Ra=010.2微米;精度磨削及拋光已開始使用數(shù)控成形磨床、數(shù)控光學曲線磨床、數(shù)控連續(xù)軌跡坐標磨床及自動拋光等先進設備和技術;模具加工過程中的檢測技術也取得了很大的發(fā)展,現(xiàn)在三坐標測量機除了能高精度地測量復雜曲面的數(shù)據(jù)外,其良好的溫度補償裝置、可靠的抗振保護能力、嚴密的除塵措施及簡單操作步驟，使得現(xiàn)場自動化檢測成為可能。此外，激光快速成形技術（RPM）與樹脂澆注技術在快速經(jīng)濟制模技術中得到了成功的應用。利用RPM技術快速成形三維原型后，通過陶瓷精鑄、電弧涂噴、消失模、熔模等技術可快速制造各種成形模。如清華大學開發(fā)研制的“型多功能快速原型制造系統(tǒng)”是我國自主知識產(chǎn)權的世界惟一擁有兩種快速成形工藝（分層實體制造和熔融擠壓成形）的系統(tǒng)，它基于“模塊化技術集成”之概念而設計和制造，具有較好的價格性能比。一汽模具制造公司在以加工的主模型為基礎，采用瑞士汽巴精化的高強度樹脂澆注成形的樹脂沖模應用在國產(chǎn)轎車試制和小批量生產(chǎn)開辟了新的途徑。(3) 沖壓設備和沖壓生產(chǎn)自動化方面 性能良好的沖壓設備是提高沖壓生產(chǎn)技術水平的基本條件，高精度、高壽命、高效率的沖模需要高精度、高自動化的沖壓設備相匹配。為了滿足大批量高速生產(chǎn)的需要，目前沖壓設備也由單工位、單功能、低速壓力機朝著多工位、多功能、高速和數(shù)控方向發(fā)展，加之機械乃至機器人的大量使用，使沖壓生產(chǎn)效率得到大幅度提高，各式各樣的沖壓自動線和高速自動壓力機紛紛投入使用。如在數(shù)控四邊折彎機中送入板料毛坯后，在計算機程序控制下便可依次完成四邊彎曲，從而大幅度提高精度和生產(chǎn)率；在高速自動壓力機上沖壓電機定轉子沖片時，一分鐘可沖幾百片，并能自動疊成定、轉子鐵芯，生產(chǎn)效率比普通壓力機提高幾十倍，材料利用率高達；公稱壓力為的高速壓力機的滑塊行程次數(shù)已達2000次/min以上。在多功能壓力機方面，日本田公司生產(chǎn)的2000KN“沖壓中心”采用CNC控制，只需5min時間就可完成自動換模、換料和調整工藝參數(shù)等工作；美國惠特尼公司生產(chǎn)的CNC金屬板材加工中心，在相同的時間內，加工沖壓件的數(shù)量為普通壓力機的410倍，并能進行沖孔、分段沖裁、彎曲和拉深等多種作業(yè)。 近年來，為了適應市場的激烈競爭，對產(chǎn)品質量的要求越來越高，且其更新?lián)Q代的周期大為縮短。沖壓生產(chǎn)為適應這一新的要求，開發(fā)了多種適合不同批量生產(chǎn)的工藝、設備和模具。其中，無需設計專用模具、性能先進的轉塔數(shù)控多工位壓力機、激光切割和成形機、CNC萬能折彎機等新設備已投入使用。特別是近幾年來在國外已經(jīng)發(fā)展起來、國內亦開始使用的沖壓柔性制造單元（FMC）和沖壓柔性制造系統(tǒng)（FMS）代表了沖壓生產(chǎn)新的發(fā)展趨勢。FMS系統(tǒng)以數(shù)控沖壓設備為主體，包括板料、模具、沖壓件分類存放系統(tǒng)、自動上料與下料系統(tǒng)，生產(chǎn)過程完全由計算機控制，車間實現(xiàn)24小時無人控制生產(chǎn)。同時，根據(jù)不同使用要求，可以完成各種沖壓工序，甚至焊接、裝配等工序，更換新產(chǎn)品方便迅速，沖壓件精度也高。(4)沖壓標準化及專業(yè)化生產(chǎn)方面 模具的標準化及專業(yè)化生產(chǎn)，已得到模具行業(yè)和廣泛重視。因為沖模屬單件小批量生產(chǎn)，沖模零件既具的一定的復雜性和精密性，又具有一定的結構典型性。因此，只有實現(xiàn)了沖模的標準化，才能使沖模和沖模零件的生產(chǎn)實現(xiàn)專業(yè)化、商品化，從而降低模具的成本，提高模具的質量和縮短制造周期。目前，國外先進工業(yè)國家模具標準化生產(chǎn)程度已達70%80%，模具廠只需設計制造工作零件，大部分模具零件均從標準件廠購買，使生產(chǎn)率大幅度提高。模具制造廠專業(yè)化程度越不定期越高，分工越來越細，如目前有模架廠、頂桿廠、熱處理廠等，甚至某些模具廠僅專業(yè)化制造某類產(chǎn)品的沖裁?；驈澢＃@樣更有利于制造水平的提高和制造周期的縮短。我國沖模標準化與專業(yè)化生產(chǎn)近年來也有較大發(fā)展，除反映在標準件專業(yè)化生產(chǎn)廠家有較多增加外，標準件品種也有擴展，精度亦有提高。但總體情況還滿足不了模具工業(yè)發(fā)展的要求，主要體現(xiàn)在標準化程度還不高（一般在40%以下），標準件的品種和規(guī)格較少，大多數(shù)標準件廠家未形成規(guī)模化生產(chǎn)，標準件質量也還存在較多問題。另外，標準件生產(chǎn)的銷售、供貨、服務等都還有待于進一步提高。1.3級進模的特點級進沖裁模是在壓力機滑塊的一次行程、在模具的不同工位分別進行工件的內形和外形沖裁，而在最后工位才制成工件。級進模具有以下優(yōu)點：1. 級進模是多工序沖模，在一副模具中，可以包括沖裁、彎曲、成形和拉深等多種多道工序，具有比復合模更高的勞動生產(chǎn)率，也能生產(chǎn)相當復雜的沖件；2. 級進模操作安全，因為人手不必進入危險區(qū)域；級進模設計時，工序可以分散。不必集中在一個工位，不存在復合模中“最小壁厚”問題。因此模具強度相對較高，壽命較長。3. 級進模易于自動化，即容易實現(xiàn)自動送料，自動出件，自動疊片；4. 級進?？梢圆捎酶咚賶毫C生產(chǎn)，因為工件和廢料可以直接往下漏；5. 使用級進?？梢詼p少壓力機，減少半成品的運輸。車間面積和倉庫面積可大大減小。級進模的缺點是結構復雜，制造精度高，周期長，成本高。因為級進模是將工件的內、外形逐漸沖出的，每次沖出都有定位誤差，較難穩(wěn)定保持工件內、外形相對位置的一致性。但精度高的零件，并非全部輪廓的所有內、外形相對位置要求都高，可以在沖內形的同一工位上，把相對位置要求高的這部分輪廓同時沖出，從而保證零件的精度要求。1.4課題研究的主要內容 1.收集大量資料進行調研，熟悉課題，為畢業(yè)設計做準備。 2.擬定零件沖壓工藝方案及模具總體設計方案。 3.繪制模具裝配圖及主要零件圖，總量不少于2.5張A0圖紙。 4.根據(jù)設計流程，編寫40頁以上的畢業(yè)設計說明書。第2章 沖壓工藝分析2.1沖壓工藝分析2.1.1沖壓件的工藝分析零件名稱：彈簧片零件，材料如圖2-1所示：圖2.1 零件圖彈簧片零件，材料，料厚1.5mm，大批量生產(chǎn)，尺寸精度要求不高。所以該零件為非對稱的彎曲件。材料力學性能：抗拉強度： 屈服強度： 伸長率： 斷面收縮率： 硬度 ：熱軋,;冷拉+熱處理根據(jù)零件圖上所注尺寸，工件精度要求不高，采用 IT14 級精度，普通沖裁完全可以滿足要求。根據(jù)以上分析，該工件沖裁工藝較好，適合沖裁。除此之外，模具的設計與 制造還要考慮的是結構要合理，制造加工要經(jīng)濟方便。2.1.2結構分析根據(jù)零件圖上所注尺寸，工件精度要求不高，采用 IT14 級精度，普通沖裁完全可以滿足要求。根據(jù)以上分析，該工件沖裁工藝較好，適合沖裁。除此之外，模具的設計與 制造還要考慮的是結構要合理，制造加工要經(jīng)濟方便。彎曲工序安排是否合理對零件質量、難易程度有較大影響。由于工件彎曲形狀、尺寸不對稱，高度相差較大，彎曲時受力不均勻，毛坯易偏移，尺寸不易保證，模具設計時考慮增設壓料板、定位孔等定位零件，使工件彎曲前已處于彈性壓緊狀態(tài)，然后再進行彎曲。2.1.3 加工順序決定的的毛坯原則 有的孔，只要其形狀和尺寸不受后續(xù)工序的影響，都應該在平板毛坯上沖出，因為在成型后沖孔模具結構復雜，定位困難，操作也不便，沖出的孔有時不能作為后續(xù)工序的定位孔使用。 凡是在位置會受到以后某工作變形影響的孔（拉深件的底部孔徑要求不高和變形減輕孔除外）都應在有關的成型工序后再沖出。 兩孔靠近或者孔距邊緣很小時，如果模具強度足夠，最好同時沖出，否則應先沖大孔和一般情況孔，后沖小孔和高精度孔，或者先落料后沖孔，力求把可能產(chǎn)生的畸變限制在最小范圍內。 多角彎曲件主要從材料變形和彎曲的材料移動兩方面安排彎曲的先后順序，一般情況下，先彎曲外部角，后彎曲內部角。 整形或較平工序，應在沖壓件基本成型后進行。2.1.4 沖壓方案設計根據(jù)制件工藝分析，該模具為成形、沖孔、切斷和彎曲4個工位的級進模結構，按其先后順序組合，可以得到如下3 種方案：（1）成形沖孔彎曲及切斷沖切兩側外形，單工序沖壓。（2）沖孔沖切兩側外形完全及切斷成形，單工序沖壓。（3）沖切兩側外形成形沖孔彎曲及切斷，復合沖壓。方案（1）、（2）屬于單工序沖壓，由于制件生產(chǎn)批量較大，尺寸又較小，這種方案，生產(chǎn)效率低，操作不安全，故不宜采用。方案（3）級進模比單工序模生產(chǎn)率高，生產(chǎn)批量大，操作方便，通過合理設計可以達到較好的零件質量和避免模具強度不夠的問題，解決了（1）、（2）的問題，故此方案最為適合。最終該零件具體加工方案為：工位沖切側刃工位成形工位沖孔工位彎曲及切斷，級進模生產(chǎn)。為了保證壓力機和模具正常地工作，特別是保持壓力機導軌的均勻磨損，應該使模具的壓力中心與壓力機的滑塊中心基本重合。否則會產(chǎn)生一個附加力矩，使模具產(chǎn)生偏斜，間隙不均勻，并使壓力機和模具的導向機構產(chǎn)生不均勻磨損，刃口迅速變鈍。絕大多數(shù)沖裁件沿沖裁輪廓的斷面厚度不變，而沖裁力與輪廓線的長度成正比且沿輪廓均勻分布。所以側刃凸模在條料上沖切出步距，由定位塊3做步距定位。沖孔、切斷廢料落入壓力機工作臺孔內工件沿下模板1的斜面滑出。2.2 確定排樣圖2.2.1 排樣圖的設計與計算設計級進模首先要設計排樣圖。這是設計級進模的重要依據(jù)。排樣的要求是切除廢料，將零件留在條料上，以分步完成各個工序，最后根據(jù)需要將零件從條料上分離下來。多工位級進模排樣設計的內容包括：確定模具的工位數(shù)目，各工位加工的內容及各工位沖壓工序順序的安排；確定被沖工件在條料上的排列方式；確定條料載體的形式；確定條料寬度和步距尺寸，從而確定了材料利用率。排樣圖的好壞對模具設計的影響很大，需要設計出多種方案加以分析、比較、綜合與歸納，以確定一個經(jīng)濟、技術效果相對較合理的方案，衡量排樣設計的好壞主要是看其工序安排是否合理，能否保證沖件的質量并使沖壓過程正常、穩(wěn)定的進行，模具結構是否簡單、制造維修是否方便，能否得到較高的材料利用率，是否符合制造和使用單位的習慣和實際條件等等。2.2.2 排樣圖設計原則1. 先沖孔，后沖外形。2. 復雜型孔可分解為若干簡單型孔，分步進行沖裁。3. 工序要分散，以確保凹模有足夠的強度。所有的孔不應在同一工位上沖切，最好分開。布置在同一工位及相鄰工位上的沖切輪廓（包括孔）的間距不應小于凹模最小壁厚。4. 尺寸與形狀要求高的輪廓應布置在較后的工位上沖切。5. 有孔位精度要求的孔應在同一工位上沖，若無法安排在同一工位上時，可安排在相近的工位上沖。6. 孔精度有要求并與輪廓靠近，沖外輪廓時孔可能會變形，應先沖外形后沖孔。7. 外形薄弱部分的沖切應安排在較前的工位上。8. 輪廓周界較大的沖切工藝，盡量安排在中間工位，以使壓力中心與模具幾何中心重合。2.2.3 排樣圖排樣圖見圖2.1；排樣采取對稱布置，這樣可以提高生產(chǎn)效率，并且在彎曲是可以避免因為受力不均而產(chǎn)生的材料流動。具體工位為：工位沖切側刃工位成形工位沖孔工位彎曲及切斷。所以綜合上述，經(jīng)過計算，得到排樣圖如下所示： 圖2.2排樣圖2.2.4材料的利用率沖裁件的實際面積與所用板料面積的百分比叫材料的利用率， 它是衡量合理利用材料的重要指標。一個步距內的材料利用率：/BS100%.式（2.1）式中 A一個步距內沖裁件的實際面積；B條料寬度；S步距；由此可之，值越大，材料的利用率就越高，廢料越少。廢料分為工藝廢料和結構廢料，結構廢料是由本身形狀決定的，一般是固定不變的，工藝廢料的多少決定于搭邊和余量的大小，也決定于排樣的形式和沖壓方式。因此，要提高材料利用率，就要合理排樣，減少工藝廢料。所以材料利用率 =A/BS100% =( 24 8 + 216 35) /（24 82） 100%=66.77%考慮料頭 、尾料和邊角余料消耗，一張板材上的總利用率為 = NnA1LB100% .式（2.2）式中 N 一 一張板料可以裁剪的條料數(shù)n 一 一張板料上沖裁件的總數(shù)目；A1 一個沖裁件的實際面積；L 板料長度；B 板料寬度。查板材標準5宜選用 750mm1500 mm 的鋼板，每張鋼板可剪裁為 9 張條料（82mm1800 mm）,每張條料可以沖 124 個工件，所以每張鋼板的材料利用率: = NnA1/LB100%= 9124656/7501500100%=65.07 %所以，從材料的利用率上來看，排樣滿足要求。 第三章 計算各工序沖壓力和選擇沖壓設備3.1 落料、沖壓級進模的沖壓力計算和設備選擇3.1.1沖壓力的計算在沖裁過程中，沖壓力是指沖裁力、卸料力、推件力和頂件力的總稱。沖裁力是沖裁過程中凸模對板料施加的壓力，它是隨凸模進人材料的深度(凸模行程)而變化的。通常說的沖裁力是指沖裁力的最大值，它是選用壓力機和設計模具的重要依據(jù)之一。用普通平刃口模具沖裁時，其落料力F一般按下式計算： 式（3.1）式中: 沖裁力，N； 沖件周邊長度，； 材料厚度，； 材料抗剪強度，。系數(shù)K是考慮到實際生產(chǎn)中，模具間隙值的波動和不均勻、刃口的磨損、板料力學性能和厚度波動等因素的影響而給出的修正系數(shù)。一般取K1.3。對于同一種材料，其抗拉強度與抗剪強度的關系為。故沖裁力也可按下式計算： 式（3.2）將L=118.5mm，厚度t=1.5mm，以及材料的抗抗剪強度代入公式中得：F1=KLttb=1.3118.51.5600=138645N其沖孔力公式也是公式（3.1），將數(shù)值代入，得：F2=KLttb=1.34.91.5600=5733N F=F1+F2=144378N當沖裁結束時，由于材料的彈性回復及摩擦的存在，從板料上沖裁下的部分會梗塞在凹?？卓趦龋鴽_裁剩下的材料則會緊箍在凸模上。為使沖裁工作繼續(xù)進行，必須將箍在凸模上和卡在凹模內的材料（沖件、或廢料）卸下或推出。從凸模上卸下箍著的料所需要的力稱為卸料力，用表示；將卡在凹模內的料順沖裁方向推出所需要的力稱為推件力，用表示；逆沖裁方向將料從凹模內頂出所需要的力稱為頂件力，用表示。卸料力、推件力和頂件力是從壓力機和模具的卸料、推件和頂件裝置中獲得的，所以在選擇壓力機的公稱壓力和設計沖模以上裝置時，應分別予以計算。影響這些力的因素較多，主要有材料的力學性能與厚度、沖件形狀與尺寸、沖模間隙與凹模孔口結構、排樣的搭邊大小及潤滑情況等。在實際計算時，常用下列計算公式： 式（3.3） 式（3.4） 式（3.5）式中： 分別為卸料力系數(shù)、推件力系數(shù)和頂件力系數(shù)，其值可查表； 沖裁力，N； 同時卡在凹?？變鹊臎_件（或廢料）數(shù)，由于材料厚度t=1.5mm查表可得取，則=0.05144378=7218N=0.065144378=9385N =0.08144378=11550N總沖壓力 F=144378N+7218N+9385N+11550N=172531N其中 n = 1，KX 、KD 為卸料力系數(shù)，其值查表2.1 可得。表 3.1 卸料力、推件力和頂件力系數(shù) 料厚 t/mm KX KT KD 鋼 0.10.10.05 0.52.5 2.56.5 6.5 0.060.075 0.0450.055 0.040.05 0.030.04 0.020.03 0.1 0.063 0.050 0.045 0.025 0.14 0.08 0.06 0.05 0.03 鋁，鋁合金0.0250.08 0.030.07純銅，黃銅0.020.06 0.030.093.1.2選用沖壓設備這一工序需要的總壓力 F=172531N，從總壓力來說我們選擇的是250KN的壓力機，其具體的型號要等后面的計算來決定。3.1.3沖模壓力中心的確定一副模具的壓力中心就是這幅沖模各個壓力的合力作用點，一般都指平面投影。沖模的壓力中心，應盡可能與壓力機滑塊的中心在同一垂直線上。否則沖壓時會產(chǎn)生偏心載荷，導致模具以及壓力機滑塊與導軌的急劇磨損，這不僅降低模具和壓力機的使用壽命，而且也影響沖壓件的質量，因此必須計算其壓力中心。對于對稱形狀的壓力中心就是其幾何中心，對于復雜形狀工件或多凸模沖壓的模具，其壓力機中心的計算，是采用平行力系合力作用線的求解方法，即某點“合力對某軸的力矩之和”的力學原理求得。沖模的壓力中心，可按下述原則來確定：1. 對稱形狀的單個沖裁件，沖模的壓力中心就是沖裁件的幾何中心；沖裁直線段時，其壓力中心位于直線段的中心。2. 工件形狀相同且分布位置對稱時，沖模的壓力中心與零件的對稱中心相重合。3. 形狀復雜的零件、多凸模的壓力中心可用解析計算法求出沖模壓力中心。本文中加工零件為對稱形狀沖裁件，所以該模具壓力中心為零件的幾何對稱中心。3.1.4模具閉合高度的確定模具的閉合高度是指模具在最低工作位置時，上模板的上平面與下模板的下平面之間的距離，以H模表示。壓力機的裝模高度是指滑塊在下止點位置時，滑塊底平面至工作臺墊板上平面之間的距離。一般壓力機的連桿都具有一定的調節(jié)量，當連桿調至最短時，成為壓力機的最大裝模高度，以表示，當連桿調至最長時，稱為壓力機的最小裝模高度，以表示，模具閉合高度必須與壓力機的閉合高度相適應，由于壓力機的連桿長度可調整，故模具閉合高度分為最大閉合。壓力機的閉合高度與模具閉合高度的關系一般為： （h1）5H(h)+10 式（3.6）式中： 壓力機最大的閉合高度（）； 壓力機最小的閉合高度（）； 壓力機墊板厚度（）； 模具的閉合高度（）。當模具的閉合高度大于壓力機的最大閉合高度時，模具無法在壓力機上安裝，沖模不能在該機床上使用，必須選取其他壓力機。當模具的閉合高度小于壓力機的最小閉合高度時，可以在壓力機的墊板上再加墊板來使用。本次設計中各零件厚度如下 下模座厚度為45； 下墊板厚度為15； 凸凹模固定板厚度為32； 卸料板厚度為10； 上模座厚度為45； 上墊板厚度為15； 凸模固定板厚度為20； 落料凹模厚度為30； 墊塊厚度為20； 頂件塊厚度為30； 凸凹模厚度為50。落料、沖孔復合模具的閉合高度為：H模=312。另外，模具的其他結構尺寸也必須與壓力機配合。3.2凸、凹模設計3.2.1沖裁凸凹模的設計原則由于凸、凹模之間存在著間隙，所以沖裁件斷面都帶有錐度。但在沖裁件尺寸的測量和使用中，則是以光亮帶的尺寸為基準。落料件的光亮帶處于大端尺寸，其光亮帶是因凹模刃口擠切材料產(chǎn)生的，且落料件的大端（光面）尺寸等于凹模尺寸，沖孔件的光亮帶處于小端尺寸，其光亮帶是凸模刃口擠切材料產(chǎn)生的，且沖孔件的小端（光面）尺寸等于凸模尺寸。沖裁過程中，凸、凹模要與沖裁零件或廢料發(fā)生摩擦，凸模輪廓越磨越小，凹模輪廓越磨越大，結果使間隙越用越大。因此，確定凸、凹模刃口尺寸應區(qū)分落料和沖孔工序，并遵循如下原則：1）設計落料模先確定凹模刃口尺寸。以凹模為基準，間隙取在凸模上，即沖裁間隙通過減小凸模刃口尺寸來取得。設計沖孔模先確定凸模刃口尺寸。以凸模為基準，間隙取在凹模上，沖裁間隙通過增大凹模刃口尺寸來取得。2）根據(jù)沖模在使用過程中的磨損規(guī)律，設計落料模時，凹模基本尺寸應取接近或等于工件的最小極限尺寸；設計沖孔模時，凸模基本尺寸則取接近或等于工件孔的最大極限尺寸。這樣，凸、凹在磨損到一定程度時，仍能沖出合格的零件。模具磨損預留量與工件制造精度有關。用、表示，其中為工件的公差值，為磨損系數(shù)，其值在之間，根據(jù)工件制造精度進行選?。簂 工件精度IT10以上 X=1l 工件精度IT11IT13 X=0.75l 工件精度IT14 X=0.53）不管落料還是沖孔，沖裁間隙一般選用最小合理間隙值（）。4）選擇模具刃口制造公差時，要考慮工件精度與模具精度的關系，即要保證工件的精度要求，又要保證有合理的間隙值。一般沖模精度較工件精度高24級。對于形狀簡單的圓形、方形刃口，其制造偏差值可按級來選??；對于形狀復雜的刃口制造偏差可按工件相應部位公差值的1/4來選?。粚τ谌锌诔叽缒p后無變化的制造偏差值可取工件相應部位公差值的1/8并冠以（）。5）工件尺寸公差與沖模刃口尺寸的制造偏差原則上都應按“入體”原則標注為單向公差，所謂“入體”原則是指標注工件尺寸公差時應向材料實體方向單向標注。但對于磨損后無變化的尺寸，一般標注雙向偏差。3.2.2確定凸、凹模間隙沖裁間隙是指沖裁模中凸、凹模刃口之間的空隙。凸模與凹模間每側的間隙稱為單面間隙，用Z/2表示；兩側間隙之和稱為雙面間隙，用Z表示。如無特殊說明，沖裁間隙是指雙邊間隙。沖裁間隙的數(shù)值等于凹、凸模刃口尺寸的差值,如圖3-1所示，即： 圖3-1沖裁間隙 式（3.7）式中 凹模刃口尺寸； 凸模刃口尺寸。在沖壓實際生產(chǎn)中，為了獲得合格的沖裁件、較小的沖壓力和保證模具有一定的壽命，我們給間隙值規(guī)定一個范圍，這個間隙范圍就稱為合理間隙，這個范圍的最小值稱為最小合理間隙（），最大值稱為最大合理間隙（）?？紤]到?jīng)_模在使用過程中會逐漸磨損，間隙會增大，故在設計和制造新模具時，應采用最小合理間隙。確定合理間隙的方法有理論確定法和經(jīng)驗確定法兩種。我所用的是經(jīng)驗確定法，經(jīng)驗確定法是根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)來確定間隙值。有關間隙值的經(jīng)驗數(shù)值，可在一般沖壓手冊中查到，選用時結合沖裁件的質量要求和實際生產(chǎn)條件考慮。按材料的性能和厚度來選擇該零件沖壓間隙，則 =0.08 =0.103.2.3凸、凹模刃口尺寸確定1. 落料凸、凹模刃口尺寸確定由于工件形狀復雜，為保證凸、凹模間一定的間隙值，必須嚴格限制沖模制造公差，因此，造成沖模制造困難。對于沖制薄材料（因與的差值很小）的沖模，或沖制復雜形狀工件的沖模，或單件生產(chǎn)的沖模，常常采用凸模與凹模配合的加工方法。配作法就是先按設計尺寸制出一個基準件（凸模或凹模），然后根據(jù)基準件的實際尺寸再按最小合理間隙配制另一件。這種加工方法的特點是模具的間隙由配制保證，工藝比較簡單，并且還可放大基準件的制造公差，使制造容易。設計時，基準件的刃口尺寸及制造公差應詳細標注，而配作件上只標注公稱尺寸，不注公差，但在圖紙上注明：“凸（凹）模刃口按凹（凸）模實際刃口尺寸配制，保證最小雙面合理間隙值”。采用配作法，計算凸?；虬寄Ｈ锌诔叽?，首先是根據(jù)凸?；虬寄Ｄp后輪廓變化情況，正確判斷出模具刃口各個尺寸在磨損過程中是變大，變小還是不變這三種情況，然后分別按不同的公式計算。（1）凸模或凹模磨損后會增大的尺寸第一類尺寸A落料凹?；驔_孔凸模磨損后將會增大的尺寸，相當于簡單形狀的落料凹模尺寸，所以它的基本尺寸及制造公差的確定方法的公式。第一類尺寸： 式（3.8）（2）凸?；虬寄Ｄp后會減小的尺寸第二類尺寸B；沖孔凸?；蚵淞习寄Ｄp后將會減小的尺寸，相當于簡單形狀的沖孔凸模尺寸，所以它的基本尺寸及制造公差的確定方法與公式（3.9）相同。 第二類尺寸： 式（3.9） （3）凸?；虬寄Ｄp后會基本不變的尺寸第三類尺寸C；凸?；虬寄Ｔ谀p后基本不變的尺寸，不必考慮磨損的影響，相當于簡單形狀的孔心距尺寸，所以它的基本尺寸及制造公差的確定方法與公式（3.10）計算。 第三類尺寸： 式（3.10）式中： 基準件尺寸，單位為； 相應的工件極限尺寸，單位為； 工件公差，單位為； 基準件制造偏差，單位為，當刃口尺寸公差標注形式為（或）時，當標注形式為時，。 3.3 沖裁模具的設計和設備的選擇沖裁是沖壓生產(chǎn)所用的主要工藝裝備。沖裁模結構的合理性和先進性，對沖裁件的質量與精度，沖裁加工的生產(chǎn)率與效益、模具的使用壽命與操作安全等都有著密切的關系。3.3.1 沖裁模的分類沖裁件的品種、式樣繁多，因此沖裁模的種類很多，一般按下列的方法進行分類。1) 按工序的性質可分為落料模、沖孔模、切斷模、切口模、剖切模（、修邊模等。2) 按工序組合方式可分為單工序模、連續(xù)模、復合模等。單工序模：在沖床的一次行程內只能完成一個沖裁工序。連續(xù)模：又稱級進模、跳步模。它是指在沖床的一次行程中，在模具的不同位置同時完成兩個或兩個以上的沖裁工序。復合模：在一次沖裁行程內，在模具同一位置上完成兩個或兩個以上的沖裁工序。3) 按模具的導向方式可分為：無導向模、導向模、導柱模、導筒模等。4) 按凸凹模的材料可分為碳素工具鋼沖模，合金工具鋼沖模、硬質合金沖模、鋅基合金沖模、橡膠沖模、聚氨酯橡膠沖模。5) 按凸凹模的結構形式可分為整體模和拼塊模。按模具的卸料方法可分為：剛性卸料模和彈性卸料模。3.3.2 凸模、凹模的結構設計沖模的工作零件（包括凸模、凹模及凸凹模）又稱成形零件，是直接完成沖裁工序的關鍵零件。1. 凸模（punch）設計凸模又稱沖頭，是沖模的關鍵零件之一，凸模本身按其作用又可分為工作部分（即刃口）和固定部分。本文中生產(chǎn)零件沖孔直徑為R=7.5mm，為了增加凸模的強度與剛度，避免應力集中，凸模非工作不分做成逐漸增大的圓滑過渡的階梯形式，如圖3-2所示。 圖3.2凸模13.3.3凸凹模刃口尺寸的計算根據(jù)刃口尺寸的計算原則，計算公式如下：1.落料： Dd=（Dmax - x） Dp=（Dd - Zmin） =（Dmax - x - Zmin） 式（3.11）2.沖孔： dp =（dp + x）Dd=（dp + Zmin） 式（3.12）=（dmin + x + Zmin）式中 Dd、Dp 落料凹凸模尺寸； dp、dd 沖孔凸凹模尺寸； Dmax落料件的最大極限尺寸； dmin沖孔件孔的最小極限尺寸； 沖裁件制造公差； Zmin最小初始雙面間隙 p、d凸、凹模的制造公差，可查有關資料，或取p 0.4（Zmax-Zmin） 、d 0.6（Zmax+Zmin） ；x 系數(shù)，為了避免沖裁件尺寸都偏向極限尺寸，應使沖裁件的實際尺寸盡量接近沖裁件公差帶的中間尺寸。x 的值在 0.51 之間，與沖裁件的精度等級有關，見表 3.2料厚t/mm非圓形圓形1 0.75 0.50.75 0.5 工件公差/mm1 0.16 0.170.35 0.36 0.16 0.1612 0.20 0.210.41 0.420.20 0.2024 0.24 0.250.49 0.600.30 0.30表3.2 系數(shù) x3.3.4 沖孔凸模與凹模刃口尺寸的確定由于在給定零件圖上未標注尺寸公差，所以暫定為 IT14 級，所以孔的尺寸為60.15。 dp=（dp + x） 式（3.13） =（6 + 0.50.3）mm =6.15mm =（dp+Zmin） 式（3.14） =（dmin + x + Zmin） =6.2 mm其中系數(shù) x 由表 3.2 查得 0.5，查資料2p，d=0.02由于p+d=0.04 Zmax - Zmin = 0.02所以，p = 0.4(Zmax - Zmin ) = 0.008 ； d = 0.6(Zmax - Zmin ) = 0.012mm3.3.5彎曲變形過程碟形件彎曲是一種很普通的板料彎曲。在開始彎曲時，板料與凹凸模三點接觸，板料的彎曲內側半徑為。隨著凸模的下壓，板料的直邊與凹模V形表面逐漸靠緊，彎曲內側半徑逐漸減小變?yōu)?，同時彎曲力臂也逐漸減小，由變?yōu)?，指導板料與凸模三點接觸，彎曲內側半徑及彎曲力臂達到最小時，彎曲過程結束，得到所需的制件，其變化過程為，。由于板料在彎曲變形過程中，彎曲半徑逐漸減小，因此彎曲變形程度逐漸增加，又由于彎曲力臂逐漸減小，彎曲變形過程中板料與凹模之間產(chǎn)生相對滑移。凸模、板料與凹模三者完全壓緊后，如果對彎曲件繼續(xù)施壓，則稱為校正彎曲。在這之前的彎曲則稱為自由彎曲。自由彎曲是凸模，板料與凹模間的先接觸，而校正彎曲是他們的面接觸。3.3.6彎曲質量分析1. 彎曲裂痕與最小相對彎曲半徑板料彎曲時外層受控，當拉伸應力超過材料的強度極限時，板料外層將出現(xiàn)彎曲裂紋。對于同一種材料的板料而言，能否出現(xiàn)裂紋取決于的大小。1) 最小相對半徑設彎曲件中性層的曲率半徑為，彎曲帶中心角為，所示，由此可得最外層的斷后伸長率為 式(3.15)設彎曲后中性層不發(fā)生內移且板厚保持不變，那么，將其帶入上式可得： = 式(3.16)由式(3-16)可得，對于一定厚度的材料，彎曲半徑越小，外層金屬的相對伸長量越大，當外層金屬的相對伸長量達到材料的斷后伸長率時，彎曲半徑達到最小值，班了就會產(chǎn)生彎曲裂紋。因此相對彎曲半徑反映了板料的彎曲變形程度，越小，彎曲變形程度越大?，F(xiàn)將材料的斷后伸長率代入，可求的與的關系； = 式(3.17) 因此，在保證毛胚最外層纖維不發(fā)生破裂的情況下，所能達到的內表面最小圓角半徑與厚度的比值稱為最小相對彎曲半徑。生產(chǎn)時用他表示彎曲時的成型極限。2) 影響最小相對彎曲半徑的因素 材料的力學性能。材料的塑性越好，其斷后伸長率值越大，由式可見，最小彎曲半徑越小。 彎曲帶中心角。彎曲帶中心角越小，最小彎曲半徑越小，這是因為實際彎曲過程中，毛胚的變形并不是僅局限在圓角變形區(qū)。由于材料的相互牽連，其變形擴展到圓角附近的直邊部分，擴大了彎曲變形區(qū)范圍，降低了圓角處應變的最大值。是最小相對半徑減小。越小，這種作用越明顯，因而允許的最小相對彎曲半徑越小。 板料的熱處理狀態(tài)。經(jīng)退火的板料塑性好，較小。冷作硬化的板材塑性降低，較大。 板料的邊緣及表面狀況，由于下料造成板料邊緣冷作硬化、產(chǎn)生毛刺以及板料表面被劃傷等缺陷，彎曲時容易造成應力集中而增加破裂傾向，因此最小相對彎曲半徑增大。為避免此種情況出現(xiàn)，可去除大毛刺，而將毛刺較小的一面朝向彎曲凸模。 板料的彎曲方向。板料經(jīng)過軋制后產(chǎn)生了纖維狀組織，這種纖維狀組織具有各向異性的性能。沿纖維方向的力學性能較好，抗拉強度較高，不宜拉裂。因此，當折彎線與纖維組織方向垂直時，應使折彎線與纖維組織方向成方向。影響板料最小彎曲半徑的因素較多，難以準確的建立最小相對彎曲半徑與其影響因素的關系。因此由試驗確定的常用材料的最小彎曲半徑數(shù)值見表3.3：表3.3最小彎曲半徑數(shù)值 材料 最小彎曲 半徑退火正火狀態(tài)冷作硬化狀態(tài)彎曲線位置垂直軋制紋向平行軋制紋向垂直軋制紋向平行軋制紋向08，10，Q195,Q2150.1t0.4t0.4t0.8t15,20,Q2350.1t0.5t0.5t1.0t25,30,Q2550.2t0.6t0.6t1.2t35,40,Q2750.3t0.8t0.8t1.5t45,500.5t1.0t1.0t1.7t55,600.7t1.3t1.3t2.0tCr18Ni91.0t2.0t3.0t4.0t磷銅0.35t1.0t3.0t半硬黃銅0.1t0.35t0.5t1.2t軟黃銅0.1t0.35t0.35t0.8t純銅0.1t0.35t1.0t2.0t鋁0.1t0.35t0.5t1.0t1. 彎曲回彈板料在常溫下的彎曲總是由塑性變形和彈性變形兩部分組成的，所以在卸載以后，彈性變形完全消失，塑性變形將完全保留下來，使彎曲件的彎曲半徑與彎曲角發(fā)生變化，這一現(xiàn)象稱為彎曲回彈，又稱回復，回跳。彎曲回彈是彎曲變形不可避免的想象，他將直接影響彎曲件的精度，必須加以控制。設彎曲件卸載后彎曲角為，彎曲半徑為；彎曲件卸載前彎曲角（凸模角度）為，彎曲半徑（凸模圓角半徑）為，則彎曲角變化量為，彎曲半徑變化量為。彎曲角變化量和彎曲半徑變化量又稱彎曲件的回彈量（回彈角和回彈半徑）。通常、為正直表示正回彈量，但校正回彈時也有負回彈。1) 影響回彈量的因素 材料的力學性能?；貜椀拇笮∨c材料的屈服強度成正比，與彈性模量E成反比，即越大，則回彈越大。在材料性能不穩(wěn)定時，回彈值也不確定。 相對彎曲半徑。當其他條件相同時，回彈隨的增大而增大。這是因為，當增大時，彎曲變形程度減小，其中塑性變形和彈性變形成分軍減小，但總變形中彈性變形所占比例增加。這也是大曲綠半徑的制件難以彎曲成型的原因。因此，可按值來確定回彈值的大小。見表3-2所示。 彎曲工件的形狀。一般U形工件由于各邊牽制比V形工件回彈要小。 模具間隙。U形彎曲模的凸、凹模單邊間隙Z/2越大，則回彈越大；時，板料處于擠壓狀態(tài)，則可能產(chǎn)生負回彈。 彎曲力。生產(chǎn)中多采用加大彎曲力的校正彎曲。彎曲力的增加可擴大彎曲件內部的塑性變形區(qū)，從而減小回彈。2) 回彈值的確定如前所述，由于影響回彈量的因素很多，而且各因素往往又互相影響，故難以進行精確的計算或分析。在一般情況下，設計模具時對回彈值的確定大多按經(jīng)驗數(shù)值，或計算后在實際試模中進行修正。(1) 大變形自由彎曲（）時，由于彎曲半徑的變化不大，可忽略不計，只考慮角度的回彈，但彎曲角度不為時，回彈角應做如下修改。式中：彎曲角為x的回彈角； 彎曲角為的回彈角（見表3.4）； 制件的彎曲角。單腳自由彎曲時的平均回彈角的數(shù)據(jù)表如下所示：表3.4 平均回彈角度材料 材料平均回彈角材料厚度軟鋼軟黃銅鋁、鋅 -中硬鋼硬黃剛硬青鋼 -硬鋼（2） 小變