機床中心軸托架模具及其彎曲工藝設(shè)計【含全套CAD圖紙和文檔全套】

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第一章 緒論 1 一、沖壓成形工藝于理論研究 1 二、沖壓加工自動化和柔性化 2 三、沖模CAD/CAM 2 第二章 軟件介紹 3 一、UG NX的技術(shù) 3 二、UG NX的優(yōu)勢 4 三、UG NX主要功能 4 第三章 工藝分析 6 一、工件分析 6 二、確定工藝方案 8 三、工藝方案的比較 9 四、毛坯展開尺寸計算 10 五、彎外角的計算 10 六、彎內(nèi)角的計算 11 七、凸凹模寬度尺寸的計算 12 八、排樣方案及其計算 12 九、各工序沖壓力的計算和設(shè)備的選取 13 十、制定工藝卡片 14 第四章 彎外角模具結(jié)構(gòu)件的選擇 15 一、模架設(shè)計 15 二、沖模閉合高度計算 16 三、模柄 17 四、壓力中心的計算 17 五、凸凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計 18 六、卸料裝置 18 七、卸料彈簧的選擇和安裝 20 八、定位裝置 22 九、模具的總裝圖及爆炸圖 26 第五章 彎內(nèi)角模具結(jié)構(gòu)設(shè)計 27 一、模架 27 二、模柄 27 三、凸凹模結(jié)構(gòu)設(shè)計 27 四、推件裝置 29 五、定位裝置 30 六、凹模固定板 31 七、螺釘和螺銷 31 八、模具總裝圖及爆炸圖 32 第六章 總結(jié) 33 參考文獻 34 致謝 36 附頁 37 第一章 緒論 沖壓是通過模具對板材施加壓力或拉力，使板材發(fā)生塑性變形，同時對板料施加剪切力使板材分離，從而獲得一定尺寸、形狀和性能零件的加工方法。由于沖壓加工經(jīng)常在材料冷狀態(tài)下進行，因此也稱為冷沖壓。沖壓加工的原材料一般是板材或帶材，故也稱為板材沖壓。 沖壓加工需要研究沖壓工藝和模具兩個方面的問題。根據(jù)通用的分類方法：沖壓工藝可以分為分離工序和成形工序兩大類。沖壓加工有其自身的優(yōu)勢，其缺點在于沖模的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，模具制造價格較高。因此沖壓加工一般只適用于大批量、單一品種的生產(chǎn)。目前為了解決這方面的問題，正在努力發(fā)展某些簡易沖模，如聚氨酯橡膠沖模、低合金沖模以及采用通用組合沖模、鋼皮模等，同時也在進行沖壓加工中心等新型設(shè)備和工藝的研究。 一、沖壓成形工藝于理論研究 由于引入了計算機輔助工程（CAE），沖壓成形已從原來對應(yīng)力應(yīng)變進行有限元分析，逐步發(fā)展到采用計算機進行工藝過程的的模擬和分析以實現(xiàn)沖壓過程的優(yōu)化設(shè)計。在沖壓毛坯設(shè)計方面也開展了計算機輔助設(shè)計，可以對排樣或拉伸毛坯進行優(yōu)化設(shè)計。 在現(xiàn)階段，沖壓成形已走向計算機輔助工程化和智能化的發(fā)展道路，沖壓成形已從原來的經(jīng)驗、實驗分析階段開始進入有沖壓理論指導(dǎo)的科學階段。很多研究機構(gòu)已經(jīng)開始進行沖壓成形性能和成形極限、沖壓件成型難度的判定以及成行預(yù)測等技術(shù)的預(yù)測。 二、沖壓加工自動化和柔性化 為適應(yīng)大批量、高效生產(chǎn)的需要，在沖壓模具和設(shè)備上廣泛應(yīng)用了各種自動化的進、出料機構(gòu)。對于大型沖壓件，例如汽車覆蓋件，專門配置了機械手或機器人，這不僅大大提高了沖壓件的生產(chǎn)品質(zhì)和生產(chǎn)率，而且也增加了沖壓工作和沖壓工人的安全性。在中小件的大批生產(chǎn)方面，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用多工位級進模、多工位壓力機或高速壓力機。在小批量多品種生產(chǎn)方面，正在發(fā)展柔性制造系統(tǒng)（FMS），為了適應(yīng)多品種生產(chǎn)時不斷更換模具的需要，已成功的發(fā)展了一種快速轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，現(xiàn)在，換一副大型沖壓模具，僅需要6～8min即可完成。此外，近年來，集成制造系統(tǒng)（CIMS）也正被引入沖壓加工系統(tǒng)，出現(xiàn)了沖壓加工中心，并且使設(shè)計、沖壓生產(chǎn)、零件運輸、倉儲、品質(zhì)檢驗以及生產(chǎn)管理等全面實現(xiàn)自動化。 三、沖模CAD/CAM 沖模CAD/CAM系統(tǒng)的發(fā)展是隨著CAD/CAM技術(shù)以及現(xiàn)代設(shè)計理論與方法的發(fā)展而不斷發(fā)展的，從最初以二維圖形技術(shù)為基礎(chǔ)的系統(tǒng)發(fā)展到了目前的以三維圖形技術(shù)及特征構(gòu)形為主要特點的階段。 (1) 國外沖模CAD/CAM的發(fā)展概況 國外于20世紀60年代末開始模具CAD/CAM研究，20世紀70年代已投入生產(chǎn)使用。如美國的Diecomp公司于1973年研制成功計算機輔助設(shè)計級進模的PDDC系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括產(chǎn)品圖形于材料特性的輸入；在輸入的基礎(chǔ)上，再進行模具結(jié)構(gòu)類型選擇、凹模排樣、凸模和其他嵌件設(shè)計，最后繪制模具總裝圖和零件圖及NC編程。 汽車覆蓋件模具CAD/CAM的研究在世界各大汽車公司均取得成效。其中日本豐田汽車公司于1965年將數(shù)控技術(shù)用于模具加工，1980年開始采用模具CAD/CAM系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括NTDFE和CADEETT兩個設(shè)計軟件及加工凸凹模的TINCA軟件，可完成車身外形設(shè)計、車身結(jié)構(gòu)設(shè)計、沖模CAD、主模型及沖模加工、夾具加工等。沖模CAD主要應(yīng)用三維幾何構(gòu)形與圖形變換的功能，其中有關(guān)工藝成型性能的評價，應(yīng)用有限元分析方法和幾何模擬方法。該系統(tǒng)投入使用后?？墒垢采w件成型模的設(shè)計與加工時間縮短50%。 美國通用汽車公司、福特汽車公司和英國PSF公司均已建立覆蓋件拉延成型模CAD/CAM系統(tǒng)，特別是福特汽車公司在覆蓋件塑性成形方面取得很大成就，應(yīng)用大應(yīng)變彈塑性有限元方法，模擬覆蓋件的成型過程，預(yù)測其中的應(yīng)力、應(yīng)變分布，失穩(wěn)破裂及回彈的計算等。 （2）國內(nèi)沖模CAD發(fā)展概況 由于我國計算機技術(shù)發(fā)展較晚，于20世紀80年代才開始模具CAD/CAM的研究。到目前為止，先后通過國家有關(guān)部門鑒定的有：1984年華中科技大學建成的精沖模CAD/CAM系統(tǒng)，1985年機電研究院建成的沖裁模CAD/CAM系統(tǒng)。1986華中科技大學、上海交通大學建成的沖裁模CAD/CAM系統(tǒng)，隨后相繼又有西安交通大學、華中科技大學、上海交通大學等開展了拉延模、彎曲級進模CAD/CAM以及精沖級進模CAD/CAM的研究。 從20世紀90年代中期開始，華中科技大學模具技術(shù)國家重點實驗室在深入分析級進模設(shè)計特點的基礎(chǔ)上，將基于特征的特征的設(shè)計方法應(yīng)用于級進模CAD/CAM系統(tǒng)的開發(fā)上，于1999年在AutoCAD軟件平臺上建成了基于基于特征的級進模CAD/CAM集成系統(tǒng)（HMJC系統(tǒng)）。系統(tǒng)共分：鈑金零件的特征造型，基于特征的沖壓工藝設(shè)計（條料排樣），模具結(jié)構(gòu)及零件設(shè)計，級進模標準設(shè)件和典型結(jié)構(gòu)建庫工具，線切割自動編程共5大模塊。其中，鈑金零件的特征造型模塊主要用于將鈑金零件的產(chǎn)品信息輸入計算機，建立鈑金零件的特征模型，為后續(xù)的工藝及模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計提供信息?；谔卣鞯臎_壓工藝設(shè)計模塊可實現(xiàn)鈑金零件自動展開、毛坯排樣及沖壓工序設(shè)計、工位布置、工藝參數(shù)設(shè)計等。由于在沖壓工藝設(shè)計時需考慮眾多因素，所以該模塊提供進行交互設(shè)計的各種操作命令，以便用戶快速確定設(shè)計結(jié)果。模具結(jié)構(gòu)及零件設(shè)計模塊則為用戶提供設(shè)計模具總裝結(jié)構(gòu)及模具零件的相關(guān)功能，使用戶可方便的設(shè)計出級進模，并輸出符合用戶要求的總裝圖與模具零件圖。級進模標準件和典型結(jié)構(gòu)建庫工具用于建立用戶的標準件庫和典型結(jié)構(gòu)庫，它面向用戶開放，可按需要進行添加刪除和修改。 第二章 軟件介紹 一、UG NX的技術(shù) 　　UG是Unigraphics的縮寫，這是一個交互式CAD/CAM(計算機輔助設(shè)計與計算機輔助制造)系統(tǒng)，它功能強大，可以輕松實現(xiàn)各種復(fù)雜實體及造型的建構(gòu)。它在誕生之初主要基于工作站，但隨著PC硬件的發(fā)展和個人用戶的迅速增長，在PC上的應(yīng)用取得了迅猛的增長，目前已經(jīng)成為模具行業(yè)三維設(shè)計的一個主流應(yīng)用。UG的開發(fā)始于1990年7月，它是基于C語言開發(fā)實現(xiàn)的。UG NX是一個在二和三維空間無結(jié)構(gòu)網(wǎng)格上使用自適應(yīng)多重網(wǎng)格方法開發(fā)的一個靈活的數(shù)值求解偏微分方程的軟件工具。其設(shè)計思想足夠靈活地支持多種離散方案。因此軟件可對許多不同的應(yīng)用再利用。一個給定過程的有效模擬需要來自于應(yīng)用領(lǐng)域(自然科學或工程)、數(shù)學(分析和數(shù)值數(shù)學)及計算機科學的知識。然而，所有這些技術(shù)在復(fù)雜應(yīng)用中的使用并不是太容易。這是因為組合所有這些方法需要巨大的復(fù)雜性及交叉學科的知識。最終軟件的實現(xiàn)變得越來越復(fù)雜，以致于超出了一個人能夠管理的范圍。一些非常成功的解偏微分方程的技術(shù)，特別是自適應(yīng)網(wǎng)格加密（adaptivemeshrefinement）和多重網(wǎng)格方法在過去的十年中已被數(shù)學家研究，同時隨著計算機技術(shù)的巨大進展，特別是大型并行計算機的開發(fā)帶來了許多新的可能。UG的目標是用最新的數(shù)學技術(shù)，即自適應(yīng)局部網(wǎng)格加密、多重網(wǎng)格和并行計算，為復(fù)雜應(yīng)用問題的求解提供一個靈活的可再使用的軟件基礎(chǔ)。UG NX的結(jié)構(gòu)一個如UG NX這樣的大型軟件系統(tǒng)通常需要有不同層次抽象的描述。UG具有三個設(shè)計層次，即結(jié)構(gòu)設(shè)計(architecturaldesign)、子系統(tǒng)設(shè)計(subsystemdesign)和組件設(shè)計(componentdesign)。至少在結(jié)構(gòu)和子系統(tǒng)層次上，UG是用模塊方法設(shè)計的并且信息隱藏原則被廣泛地使用。所有陳述的信息被分布于各子系統(tǒng)之間。 二、UG NX的優(yōu)勢 　　來自Siemens PLM 的 NX 使企業(yè)能夠通過新一代數(shù)字化產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)實現(xiàn)向產(chǎn)品全生命周期管理轉(zhuǎn)型的目標。 NX 包含了企業(yè)中應(yīng)用最廣泛的集成應(yīng)用套件，用于產(chǎn)皮設(shè)計、工程和制造全范圍的開發(fā)過程。 　　 ug設(shè)計圖 如今制造業(yè)所面臨的挑戰(zhàn)是，通過產(chǎn)品開發(fā)的技術(shù)創(chuàng)新，在持續(xù)的成本縮減以及收入和利潤的逐漸增加的要求之間取得平衡。為了真正地支持革新，必須評審更多的可選設(shè)計方案，而且在開發(fā)過程中必須根據(jù)以往經(jīng)驗中所獲得的知識更早地做出關(guān)鍵性的決策。NX 是 UGS PLM 新一代數(shù)字化產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)，它可以通過過程變更來驅(qū)動產(chǎn)品革新。 NX 獨特之處是其知識管理基礎(chǔ)，它使得工程專業(yè)人員能夠推動革新以創(chuàng)造出更大的利潤。 NX 可以管理生產(chǎn)和系統(tǒng)性能知識，根據(jù)已知準則來確認每一設(shè)計決策。NX 建立在為客戶提供無與倫比的解決方案的成功經(jīng)驗基礎(chǔ)之上，這些解決方案可以全面地改善設(shè)計過程的效率，削減成本，并縮短進入市場的時間。通過再一次將注意力集中于跨越整個產(chǎn)品生命周期的技術(shù)創(chuàng)新， NX 的成功已經(jīng)得到了充分的證實。這些目標使得 NX 通過無可匹敵的全范圍產(chǎn)品檢驗應(yīng)用和過程自動化工具，把產(chǎn)品制造早期的從概念到生產(chǎn)的過程都集成到一個實現(xiàn)數(shù)字化管理和協(xié)同的框架中。 三、UG NX主要功能 （1）工業(yè)設(shè)計和風格造型 　NX 為那些培養(yǎng)創(chuàng)造性和產(chǎn)品技術(shù)革新的工業(yè)設(shè)計和風格提供了強有力的解決方案。利用 NX 建模，工業(yè)設(shè)計師能夠迅速地建立和改進復(fù)雜的產(chǎn)品形狀， 并且使用先進的渲染和可視化工具來最大限度地滿足設(shè)計概念的審美要求。 產(chǎn)品設(shè)計 NX 包括了世界上最強大、最廣泛的產(chǎn)品設(shè)計應(yīng)用模塊。 NX 具有高性能的機械設(shè)計和制圖功能，為制造設(shè)計提供了高性能和靈活性，以滿足客戶設(shè)計任何復(fù)雜產(chǎn)品的需要。 NX 優(yōu)于通用的設(shè)計工具，具有專業(yè)的管路和線路設(shè)計系統(tǒng)、鈑金模塊、專用塑料件設(shè)計模塊和其他行業(yè)設(shè)計所需的專業(yè)應(yīng)用程序。 （2）仿真、確認和優(yōu)化 　　NX 允許制造商以數(shù)字化的方式仿真、確認和優(yōu)化產(chǎn)品及其開發(fā)過程。通過在開發(fā)周期中較早地運用數(shù)字化仿真性能，制造商可以改善產(chǎn)品質(zhì)量，同時減少或消除對于物理樣機的昂貴耗時的設(shè)計、構(gòu)建，以及對變更周期的依賴。 NC加工 　　UG NX加工基礎(chǔ)模塊提供聯(lián)接UG所有加工模塊的基礎(chǔ)框架，它為UG NX所有加工模塊提供一個相同的、界面友好的圖形化窗口環(huán)境，用戶可以在圖形方式下觀測刀具沿軌跡運動的情況并可對其進行圖形化修改：如對刀具軌跡進行延伸、縮短或修改等。該模塊同時提供通用的點位加工編程功能，可用于鉆孔、攻絲和鏜孔等加工編程。該模塊交互界面可按用戶需求進行靈活的用戶化修改和剪裁，并可定義標準化刀具庫、加工工藝參數(shù)樣板庫使初加工、半精加工、精加工等操作常用參數(shù)標準化，以減少使用培訓時間并優(yōu)化加工工藝。UG軟件所有模塊都可在實體模型上直接生成加工程序，并保持與實體模型全相關(guān)。 　　UG NX的加工后置處理模塊使用戶可方便地建立自己的加工后置處理程序，該模塊適用于目前世界上幾乎所有主流 NC機床和加工中心，該模塊在多年的應(yīng)用實踐中已被證明適用于２～５軸或更多軸的銑削加工、２～４軸的車削加工和電火花切割線。 （3）模具設(shè)計 UG是當今較為流行的一種模具設(shè)計軟件，主要是因為其功能強大。模具設(shè)計的流程很多，其中分模就是其中關(guān)建的一步。分模有兩種：一種是自動的，另一種是手動的，當能也不是純粹的手動，也要用到自動分模工具條的命令，即模具導(dǎo)向。 自動分模的過程 1. 分析產(chǎn)品，定位坐標，使Z軸方向和脫模方向一致。 　　 2.塑模部件驗證，設(shè)置顏色面。 　　 3.補靠破孔 　　 4.拉出分型面 　　 5.抽取顏色面，將其與分型面和補孔的片體縫合，使之成為一個片體。 　　 6.做箱體包裹整個產(chǎn)品，用5縫好的片體分割。 　　 7.分出上下模具后，看是那個與產(chǎn)品重合，重合的那邊用產(chǎn)品求差就可以了。 　　 手動分模的步驟就大概就這樣，手動分模具有很大的優(yōu)勢，是利用MOLDWIZARD分模所達不到的，在現(xiàn)場自動分?；旧鲜切胁煌?。但是里面的命令是比較的好用的，我們可以用的有關(guān)命令來提高我們的工作效率。 開發(fā)解決方案 　　NX 產(chǎn)品開發(fā)解決方案完全支持制造商所需的各種工具，可用于管理過程并與擴展的企業(yè)共享產(chǎn)品信息。 NX 與 UGS PLM 的其他解決方案的完整套件無縫結(jié)合。這些對于 CAD 、 CAM 和 CAE 在可控環(huán)境下的協(xié)同、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)字化實體模型和可視化都是一個補充。 　　UG主要客戶包括，通用汽車，通用電氣，福特，波音麥道，洛克希德，勞斯萊斯，普惠發(fā)動機，日產(chǎn)，克萊斯勒，以及美國軍方。幾乎所有飛機發(fā)動機和大部分汽車發(fā)動機都采用UG進行設(shè)計，充分體現(xiàn)UG在高端工程領(lǐng)域，特別是軍工領(lǐng)域的強大實力。在高端領(lǐng)域與CATIA并駕齊驅(qū)。 第三章 工藝分析 加工工藝的確定需要考慮多種因素，最重要的是要兼顧質(zhì)量與效率。下面將對托架的加工工藝選擇做詳細闡述。 1、 工件分析 此模具用于加工下圖所示的機床中心軸托架，材料為08鋼。 圖3-1 工件二維圖 根據(jù)所給出的的零件二維圖，首先在UG中運用參數(shù)化建模技術(shù)實現(xiàn)零件的三維建模，如右圖所示 圖3-2 工件三維圖 該工件是中心軸托架工件，φ10mm孔內(nèi)裝有心軸，托架通過4個φ5孔與機身連接，為保證良好的裝配工件，5個孔的公差等級均為IT9級，表面不允許有嚴重的劃傷，該零件選用08鋼，其彎曲半徑均大于該種材料的最小彎曲半徑，且工件精度要求不高，不需要校形，所有的孔可用高精度沖模沖出。因此，該零件還可以用冷沖壓加工成形。 本設(shè)計只考慮工件的彎曲。彎曲件的工藝性主要考慮以下幾個方面。 （1） 彎曲半徑 彎曲件的彎曲半徑不宜過大和過小。過大因受回彈的影響，彎曲件的精度不宜保證；過小時會產(chǎn)生拉裂。彎曲半徑應(yīng)大于材料的許可最小半徑，否則應(yīng)采用多次彎曲并增加中間退火的的工藝，或者是先在彎曲角內(nèi)側(cè)壓槽后再進行彎曲。 （2）直邊高度 保證彎曲件直邊平直的直邊高度H不應(yīng)小于2t(t為彎曲件厚度)，否則需先壓槽或加高直邊（彎曲后再切掉），如圖3-3所示。 （3） 孔邊距 如果彎曲毛坯上有預(yù)先沖制的孔，為使孔不發(fā)生變化，必需使孔置于變形區(qū)之外，即孔邊距L（圖3-4）應(yīng)符合以下關(guān)系。 當彎曲件厚度t<2mm時，L≥t；t≥2mm時，L≥2t。 圖3-3 彎曲直邊高度要求 圖3-4 孔邊距 圖中工件兩邊的孔邊距為11mm（>1.5mm）,中心孔φ10mm孔邊距為7.5mm（>1.5mm）,均滿足要求。 （4）形狀與尺寸的對成性 彎曲件的形狀與尺寸應(yīng)盡可能對稱，高度也不應(yīng)相差太大。當沖壓不對稱彎曲件時，因受力不均勻，毛坯容易偏移，尺寸不易保證。為防止毛坯的偏移，在設(shè)計模具時應(yīng)考慮增設(shè)壓料板、定位銷等定位零件。如圖3-1所示，本次設(shè)計的工件形狀完全對稱。 （5）部分邊緣彎曲 當局部彎曲某一段邊緣時，為了防止在交界處由于應(yīng)力集中而產(chǎn)生斷裂，可預(yù)先沖裁卸荷孔或切槽，也可以將彎曲線移動一段距離，以遠離尺寸突變處。 二、確定工藝方案 根據(jù)給出的工件結(jié)構(gòu)進行詳細分析得出：沖壓該零件所需的基本孔為沖孔、落料及彎曲，其彎曲工藝方案有三種，因此，沖壓工藝方案可以有以下幾種。 方案一：首先為沖孔（φ10mm）和落料的復(fù)合，然后為彎曲外部兩角并使中間預(yù)彎45°，然后彎曲中間兩角，最后沖4個孔（φ5mm），彎曲部分如圖3-5所示。 方案二：首先為沖孔（φ10mm）和落料的復(fù)合（同方案一），然后彎外部兩角，然后壓彎中間兩角，最后沖4個孔（φ5mm，同方案一），如圖3-6所示。 圖3-5 方案一工件變形路線圖 圖3-6 方案二工件變形路線圖 方案三：首先沖孔（φ10mm）和落料的復(fù)合（同方案一）直接壓彎四角，最后沖4個孔（φ5mm，同方案一）如下圖 圖3-7 方案三工件變形路線圖 方案四：沖孔（φ10mm），切斷，彎外角，再彎內(nèi)角，最后沖4個φ5mm孔（同方案一）。 方案五：沖孔（φ10mm），切斷，彎四角，沖4個φ5mm孔（同方案一） 方案六：全部工序合并，采用帶料級進沖壓成形。 三、工藝方案的比較 綜合運用彎曲模成型原理和模具設(shè)計技術(shù)對上述六個方案進行比較，可以得出如下結(jié)論。 ①方案一的優(yōu)點是：模具結(jié)構(gòu)簡單，壽命長，模具的制造周期短；工件的回彈容易控制，尺寸和形狀準確，表面質(zhì)量高；除工序一外，各工序都能用φ10mm孔和一個側(cè)面定位，定位基準一致且與設(shè)計基準重合，操作也比較方便。缺點是：工序分散，所用模具、壓力機和操作人員較多，工作量較大。 ②方案二和方案一相比，零件的回彈難以控制，尺寸和形狀不明確，且同樣存在工序分散、勞動量大、占用設(shè)備的缺點。 ③方案三的工序比較集中，占用設(shè)備和人員少，但是模具壽命低，工件表面有劃傷，厚度變薄，回彈不易控制，尺寸的控制不夠精確。 ④方案四的成形過程本質(zhì)與方案三相似。 ⑤方案五本質(zhì)上業(yè)也與方案三相同，只是采用了結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的級進復(fù)合模。 ⑥方案六的特點是采用高度集中的連續(xù)模完成方案一中分散的各工序。其生產(chǎn)率很高，但模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，安裝、調(diào)試、維修比較困難，制造周期長。 通過比較可以得出，當進行小批量生產(chǎn)時宜選擇方案一。但是進行大量生產(chǎn)時應(yīng)采用方案六，即級進模生產(chǎn)的方式。本次設(shè)計針對單件、小批量生產(chǎn)，故綜合各種因素，采用方案一。 四、毛坯展開尺寸計算 首先根據(jù)工件結(jié)構(gòu)圖進行毛坯展開尺寸的計算，工件尺寸如圖3-8所示 由《沖壓工藝與模具設(shè)計》式（3-12）可得 式中：Li--------直邊長度； ri----------彎曲半徑； x0----------應(yīng)變中性層位移系數(shù)。 圖3-8 工件尺寸 考慮到彎曲時板料纖維的伸長，實際毛坯取L=107mm。 五、彎外角的計算 按照工藝方案一，首先應(yīng)彎兩45°外角，故對其進行工藝計算。 凸模圓角半徑：R/t =1.5/1.5 =1,大于其最小圓角半徑，則r凸=1.5mm。 由《沖壓工藝與模具設(shè)計》圓角半徑選用原則可知，t=1.5mm<2mm時， r凹=（3～6）t,故取 彎曲件凹模深度L0的計算如圖5-9所示 凹模深度L0要適當。若L0過小，則彎曲件兩端的自由部分長，回彈大且不平直；如果L0過大，則凹模用料過多，且需要較大行程的沖床。因此，L0的大小要根據(jù)彎曲件的要求確定。如彎曲件直邊的平直度要求高且沖床行程足夠大時，可采用較大的凹模深度。彎曲時，彎曲件全部被壓入凹模中。 圖3-9 首次彎曲尺寸 通過粗略的幾何計算可得 考慮到下一次彎曲會是工件變薄伸長，故L0取15mm。 此時由于內(nèi)角的彎曲角度不大，故凸凹模的圓角半徑粗略設(shè)為r凸=10mm， r凹=20mm。 如果彎曲零件的角度不等于90°時，凸凹模的尺寸差值x與角度α有一正切關(guān)系，其尺寸為 式中 A----正切差值， 。 此處，x=0.621mm。 此x對以后的凸凹模建模有用。 由于V形零件彎曲時，凸模與凹模之間的間隙是靠調(diào)整壓力機的閉合高 度來控制的，因此不需要在設(shè)計制造 模具時確定間隙。 圖3-10 彎外角計算示意圖 六、彎內(nèi)角的計算 與彎角的工藝分析計算相同，彎內(nèi)角的工藝計算如下： R/t =1.5/1.5 =1,大于其最小圓角半徑，則r凸=1.5mm。 由《沖壓工藝與模具設(shè)計》凸凹模的圓角半徑選取規(guī)則，t=1.5mm<2mm時，r凹=（3～6）t,故取 由《沖壓工藝與模具設(shè)計》彎曲凹模工作部分的幾何尺寸表可知，L0 =20mm。 由《實用沖壓技術(shù)手冊》關(guān)于V形和U形彎曲凸凹模間隙論述知：對于V形件彎曲，間隙過大則制件精度低，間隙過小則彎曲力增大，制件直邊薄且模具壽命降低。合理的U形件彎曲凸凹模單邊間隙可按下式計算： C=t+Δ+kt 式中 C———彎曲凸凹模單邊間隙； t———材料厚度 Δ———材料厚度正偏差 k———根據(jù)彎曲件高度h和彎曲線長度b確定的系數(shù)，可查《實用沖壓技術(shù)手冊》系數(shù)k值表。 t=1.5mm，設(shè)材料厚度無偏差，則Δ=0mm，k-0.05，可知 七、凸凹模寬度尺寸的計算 因為工件標注內(nèi)形尺寸 式中 B-----彎曲件基本尺寸； Δ-----彎曲件制造公差； δp、δd -----凸凹模制造公差，按IT6～IT8級公差選取。 查《機械設(shè)計課程設(shè)計》制造公差表，GB/T 1804, Δ=0.21mm。 查《機械設(shè)計課程設(shè)計》標準公差I(lǐng)T值表，選取凸凹模的制造偏差I(lǐng)T8，則δp = δd =0.033mm，有 在制造過程中，其尺寸需按生產(chǎn)實踐的經(jīng)驗進行修正，所以?。? ,。 八、排樣方案及其計算 為了保證零件的精確、條料的強度和剛度， 便于手工送料，采用單排有廢料排樣，據(jù)《沖壓工藝與模具設(shè)計》搭邊a和α1 數(shù)值表查得：a=1.0mm，α1=1.2mm。 由《沖壓工藝與模具設(shè)計》表2-14查得：Δ=0.5mm,計算出條料標稱寬度 式中 B——條料標稱寬度，mm； D——工件垂直送料方向的最大尺寸，mm； α1——側(cè)邊寬，mm； Δ——條料寬度公差，mm。 進距 A=B+a=30+1.0=31.0（mm） 選擇板料規(guī)格為：900mm1800mm 先將板料剪切成17張900mm105.88mm的條料，再利用此條料進行沖裁，通過公式 可計算出此條料可沖裁的工件數(shù)n1=28.82個，即可沖裁28個工件。 則在整個板料上可沖裁的工件為 n=n117=2817=476（個） 材料的利用率為 可見此種排法的材料利用率很高，方案可行。 九、各工序沖壓力的計算和設(shè)備的選取 由于本設(shè)計著重彎曲的設(shè)計計算，故對落料和沖孔工序以及沖4個φ5mm孔的工序不作討論，只討論兩個彎曲工序。 （1） 彎45°角 最大自由彎曲力為 式中C——與彎曲形式有關(guān)的系數(shù)，對于V形件C取0.6，對于U形件C取0.7； B——料寬，mm； k——安裝系數(shù)，一般取1.3； t——料厚，mm； σb——材料強度極限，Mpa。 其中，08鋼，σb=300Mpa，C取0.6，k=1.3，B=30mm，t=1.5mm，R=1.5mm，則 F自=5265N。 校正力計算公式為 F校=pA 其中，A=1683mm2，取p=90Mpa，則 F校=pA=151470（N） 頂件力的計算公式為 Fq=(0.3~0.8)F自 系數(shù)取為0.5，則Fq=0.5F自=2632.5（N） 根據(jù)F機≥F校和F機≥F自+Fq得F機≥151470N。 查《沖壓模具簡明手冊》開式可傾工作臺壓力機主要參數(shù)表，選用壓力機型號為J23-25，其公稱壓力250kN （2）彎內(nèi)角 最大自由彎曲力計算公式為 其中，C=0.7,k=1.3,B=30mm,t=1.5mm,R=1.5mm,σb=300Mpa則 =6142.5（N） 校正力的公式為 F校=pA 其中，A=750mm2 取p=90Mpa，則 F校=pA=67500（N） 頂件力的計算公式為 Fq=(0.3~0.8) 系數(shù)取為0.5，則Fq=0.5=3071.25（N） 根據(jù)F機≥F校和F機≥F自+Fq得F機≥67500N。 查《沖壓模具簡明手冊》開式可傾工作臺壓力機主要參數(shù)表，選用壓力機型號為J23-16，其公稱壓力160kN。 十、制定工藝卡片 對所確定的工藝方案一進行細化，得到本次設(shè)計冷沖工藝路線，見附表。 第四章 彎外角模具結(jié)構(gòu)件的選擇 按照加工工藝的的流程，首先彎外角，因此需要設(shè)計相應(yīng)的彎外角模具。本節(jié)將對彎外角模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計進行詳細闡述。 一、模架設(shè)計 模架包括上模座、下模座、導(dǎo)柱和導(dǎo)套。 因為凸凹模及其固定板和墊板，是通過螺釘、銷釘?shù)扰c上模座、下模座連接在一起的，模架是模具和壓力機的連接件，所以，模架具有重要的作用。 因此，對于精度要求較高、生產(chǎn)量大的沖壓件，必須使用帶有模架的模具。重要的模具，如復(fù)合模、連續(xù)模、沖裁模等都必須使用模架。成型模則要根據(jù)制件精度、模具間隙大小、壓力機導(dǎo)向精度等情況考慮是否需要模架。 選擇模架尺寸時要根據(jù)凹模的輪廓尺寸考慮，在長度、寬度上都應(yīng)該比凹模大30～40mm，模板厚度一般等于凹模厚度的1～1.5倍。選擇模架時還要注意到模架與壓力機的安裝關(guān)系。沖壓模具的閉合高度應(yīng)大于壓力機的最小裝模高度，小于壓力機的最大裝模高度。通常小型沖模常采用后側(cè)式、對角式或?qū)ΨQ式的導(dǎo)柱型模架。四角導(dǎo)柱式模架主要用于精度要求較高的沖壓件和大型沖壓件。 根據(jù)以上原則，選用后側(cè)式導(dǎo)柱模架，如圖4-1所示。 圖4-1 模架示意圖 1-上模座；2-下模座；3-導(dǎo)柱；4-導(dǎo)套 凹模尺寸：L=160mm，B=100mm，高度H=190～225mm。 Ⅰ級精度的后側(cè)導(dǎo)柱模架型號為 模架160100（19～0225） GB/T2581.3 后側(cè)導(dǎo)柱上模座型號為： 16010040 后側(cè)導(dǎo)柱下模座型號為： 16010050 導(dǎo)套型號： A25H69038 GB/T2581.6 導(dǎo)柱型號： A25h5180 GB/T2581.1 二、沖模閉合高度計算 沖模的閉合高度，是指沖模處于閉合狀態(tài)（工作行程最低點）時，上模板的上平面至下模板的下平面的高度。 沖模設(shè)計時，必需使沖模的閉合高度和壓力機的閉合高度相適應(yīng)，通常應(yīng)滿足 Hmax-5≥H≥Hmin+10 式中 Hmax——壓力機的最大閉合高 度，mm； Hmin——壓力機的最小閉合高 度，mm； H——沖模的閉合高度，mm。 在沖模結(jié)構(gòu)中，計算沖模的閉合高度時，要區(qū)分兩類不同的沖模： 對于沖裁累沖?！恍枰紤]沖裁料厚（與料厚無關(guān)），但要考慮刃口進入量Δ。 對于變形類沖模——則應(yīng)考慮 制件的料厚t，如圖4-2所示 H=h1+h2+h3+h4+t 式中 H——沖模的閉合厚度； t——制件的料厚； h1——下模板的厚度； h2——上模板的厚度； h3——凸模的高度； h4——凹模的高度。 由前面所選的彎外角壓力機的規(guī)格為J23-25，公稱壓力250kN。由《沖壓模具簡明手冊》開式可傾工作臺 壓力機主要參數(shù)表可知，壓力機的最大閉 圖4-2 沖模閉合高度 合高度Hmax=220mm最小閉合高度Hmin=160mm 所選沖模閉合高度H=210mm，在190~225范圍之內(nèi)，滿足條件 Hmax-5≥H≥Hmin+10 三、模柄 模柄對中小型模具用于固定上模，沖模的上模則通過模柄安裝在沖床滑塊上。常用的有：壓入式模柄、旋入式模柄、螺釘固定式模柄等。 模柄一般采用Q235-A或45鋼制成。其直徑大小必須根據(jù)選定壓力機孔直徑大小確定。 本設(shè)計采用標準的“壓入式模柄”，模柄規(guī)格為：A32*95 TB/T7646.1。 四、壓力中心的計算 沖壓力的合力的作用點稱為沖模的壓力中心。沖模的壓力中心應(yīng)與壓力機滑塊中心重合，否則沖壓時會產(chǎn)生偏斜，導(dǎo)致模具和壓力機急劇磨損。 對于簡單形狀沖裁及形狀簡單而對稱的工件，如圓形、正多邊形、矩形等，其沖裁時的壓力中心即工件的幾何中心。由于這里研究的工件為對稱形式，壓力中心就在φ10mm孔上。故不需考慮不規(guī)則形狀沖裁的壓力中心的求法。確定了壓力中心之后，在進行模具的裝配時必須使模柄和壓力中心在一條豎直線上，這樣才不會產(chǎn)生彎矩，使模具磨損。 五、凸凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計 凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計涉及兩大部分內(nèi)容：凸模工作部分和安裝部分。對于這兩部分，直接完成沖壓加工的是凸模工作部分，其形狀、尺寸應(yīng)根據(jù)沖壓件的形狀尺寸以及沖壓工序和特點進行設(shè)計。另一部分，即凸模的安裝部分，大多數(shù)情況下是與固定板結(jié)合后安裝在模座上。凸模的安裝形式有很多種，主要是由凸模沖壓時受力狀態(tài)、在模具中的安裝位置、模具對凸模的要求，以及凸模自身形狀及其工藝特性等因素所決定的。其主要安裝方式有以下幾種： ①背臺式固定法 此種方法是采用較多的一種安裝形式，多用于沖壓力比較大，要求穩(wěn)定性好的凸模安裝。 ②鉚接式固定法 凸模裝入固定板后，將凸模上端鉚出（1.5～2.5）mm 45°的斜面，以防止凸模脫落。 ③螺釘及銷釘緊固法 對于一些中型或大型凸模，其自身的安裝基面較大，一般可采用螺釘及銷釘將凸模直接固定在凸模固定板上。 本設(shè)計采用背臺式固定法。 凸模的三維設(shè)計如圖4-3所示，上端為安裝部分，下部是凸模工作部分。 圖4-3 凸模三維圖 固定凸模的固定板采用矩形固定板：125mm80mm20mm（GB/T7643.2）。 六、卸料裝置 （1） 卸料板 卸料板的主要作用是把材料從凸模上卸下，有時也可作壓料板用防止變形，并能幫助送料導(dǎo)向和保護凸模等。 設(shè)計時應(yīng)注意以下幾個方面。 ①卸料力一般取5%～20%沖裁力。 ②卸料板應(yīng)有足夠剛度，其厚度H可按下式計算，即 H=（0.8～1.0）Hd 式中 H——卸料板厚度，mm；Hd——凹版厚度，mm。 ③卸料板要求耐磨，材料一般選45鋼，淬火，磨削，表面粗造度Ra 為0.4～0.8μm。 卸料板安裝尺寸，計算中要考慮凸模有4～6mm的刃磨量。 卸料板可根據(jù)工件形狀制作成圓形或矩形，型孔與凸模的配合為H6/h7或H8/f7。 在本設(shè)計中，所用到的卸料板和上面提到的有所不同，凸模壓入凹模以后工件可能留在凹模內(nèi)，為了保證操作人員的人身安全，利用卸料板把工件推出，卸料板套在凹模上面。 （2）卸料裝置的尺寸計算 卸料板的形狀一般與凹模形狀相同，同時卸料板的成形孔形狀基本與凹?？紫嗤毿“寄？准疤厥庑涂壮猓?，因此在加工時一般與凹模配合加工。 卸料板分為固定卸料板和彈性卸料板。其中，固定卸料板又稱剛性卸料板，用于厚料或硬料。特點是卸料力大，使用安全，但送料操作受約束，常用于料厚大于0.5mm、平面度要求不高的工件，特別適用于卸料力較大的簡單沖模；彈性卸料板具有卸料和壓料的雙重作用，多用于沖制薄料，使工件的平面度提高。借助彈簧、橡膠或氣墊等彈性裝置卸料，常兼做壓邊。壓料裝置或凸模導(dǎo)向。 本設(shè)計的工件厚度為1.5mm，為薄料彎曲加工，故采用彈性卸料板。彈性卸 料板如圖4-4所示 圖4-4 彈性卸料板 1-卸料螺釘； 2-凸模； 3-卸料板； 4-彈簧 卸料板孔和凹模的單邊間隙Z'/2=（0.1～0.2）t，取0.1t，將t=1.5mm代入得單邊間隙Z'/2=0.15mm。 由《沖壓模具簡明手冊》表15.28可知h’ 0=14mm。 卸料板導(dǎo)向孔的高度h=3～5mm，取h=5mm。 卸料板底面高出凸模底面的尺寸k=0.20.8mm取k=0.5mm。 彈性卸料板凸臺高度h1=a-t+（0.1～0.3）t，a為導(dǎo)板厚度，t為料厚，則a=5mm，h1=3.53mm。 七、卸料彈簧的選擇和安裝 卸料用彈性元件有彈簧、橡膠及氣墊，他們的壓力特性不相同，要根據(jù)需要選用。 彈簧壓力隨行程增加而增加，呈一定線性增長。橡膠的壓力和行程呈曲線式增長，氣墊的壓力在行程中基本不變，所以采用氣墊最為理想。但目前國內(nèi)小型壓力機中安裝氣墊的較少，常采用的彈性元件仍是彈簧和橡膠。 與彈簧相比，橡膠的剛度要大些，因此對要求卸料力較大、行程較小的模具，選擇橡膠較好；反之則選擇彈簧。 通過分析對比，本設(shè)計中選擇彈簧作為彈性元件。 對于卸料行程不大的模具，彈簧或橡膠裝在模具中，彈簧與座孔的間隙值C應(yīng)根據(jù)彈簧外徑選定，彈簧外徑為φ10mm時，C=1mm；外徑每增加5mm，C值增大0.5mm；大于30mm的外徑，C=3.5mm。 (1) 彈簧的選擇 ①計算彈簧的頂壓力Py Py=Pz/n 式中Py——彈簧的頂壓力，N； Pz——彈簧承擔的工藝力，如卸料力或推件力等，N； n——彈簧個數(shù)，一般選26個。 ②卸料力 Pz=K卸F=0.056142.5=307.12（N） K卸由《沖壓工藝與模具設(shè)計》查得，n=2，則Py=153.5N ③彈簧選擇 確定彈簧的最大工作極限負荷平P2，可可根據(jù)有關(guān)手冊選擇彈簧，使P2Py，并記錄彈簧的參數(shù)，根據(jù)彈簧極限壓縮量作彈簧的特性曲線。 由《沖模設(shè)計與制造實用計算手冊》表2-15選P2=Pmax=196.8N>Py=153.5N 彈簧的參數(shù)為： 彈簧直徑d=2mm； 彈簧中徑D=14mm； 彈簧內(nèi)徑D1=D-d=12mm 彈簧外徑D2=D+d=16mm 有效圈數(shù)n、支承圈數(shù)n2和總?cè)?shù)n1 n1 =n2+n 由《機械工程師手冊》表4-42及《沖模設(shè)計與制造實用計算手冊》表2-11選n=6，n2=2，則n1=8。 由《沖模設(shè)計與制造實用計算手冊》表2-11可知： 取t=7mm，則 H0=nt+（n2-0.5）d=67+3=45(mm) ④計算彈簧總壓縮量 Hc=Hy+Hg+Hx 式中 Hy——彈簧預(yù)壓縮量，Hy=H2Py/P2，mm Hg——彈簧的工作行程，沖裁中Hg=t+1（t為料厚），mm Hx——凸?？傂弈Ａ浚话闳?～10mm。 彈簧變形量 式中 G——剪切彈性模量。 因Hg=2.5mm，Hx=4mm，則 Hc=23.579+6.5=30.07(mm) ⑤校核總壓縮量 若HcH2，則該彈簧需重新選擇。 由以上的計算可知Hc

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