畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-大型U形件彎曲成形工藝和模具設(shè)計(jì).doc

畢業(yè)設(shè)計(jì)大型U形件彎曲成形工藝和模具設(shè)計(jì)學(xué)生姓名： 王之勝 學(xué)號(hào)： 102018136 系 部： 機(jī)械工程系 專 業(yè)： 材料成型及控制工程 指導(dǎo)教師： 佘銀柱 二一四 年 六 月誠(chéng)信聲明 本人鄭重聲明：本論文及其研究工作是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下獨(dú)立完成的，在完成論文時(shí)所利用的一切資料均已在參考文獻(xiàn)中列出。本人簽名： 年 月 日大型U形件彎曲成形工藝和模具設(shè)計(jì) 摘要：本設(shè)計(jì)為大型U形件彎曲成形工藝和模具設(shè)計(jì)。需要注意的是設(shè)計(jì)彎曲模的時(shí)候是兩次V形彎曲，還要考慮回彈。根據(jù)設(shè)計(jì)零件的尺寸、材料、批量生產(chǎn)等要求，首先分析零件的工藝性，確定沖裁工藝方案及模具結(jié)構(gòu)方案，該工件需要單工序模完成，即落料模和彎曲模。然后通過(guò)工藝設(shè)計(jì)計(jì)算，確定排樣方式。計(jì)算沖裁力和壓力中心，初選壓力機(jī)，計(jì)算凸、凹模刃口尺寸和公差，最后設(shè)計(jì)、選用零部件，其中在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，主要對(duì)凸模、凹模、凸凹模、定位零件、卸料與出件裝置、模架、沖壓設(shè)備、緊固件等進(jìn)行了設(shè)計(jì)或選取，對(duì)模具主要零件的加工工藝規(guī)程進(jìn)行編制，對(duì)壓力機(jī)進(jìn)行校核，繪制模具總裝圖及零件圖，最終完成模具設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：U形件,彎曲模,落料模,單工序模,回彈 The bending forming process and mold design of large U-shaped Abstract：The design is about the bending forming process and mold design of large U-shaped and mold design. Note that when designing the bending V type bending,and need to consider the rebound.According to the size, materials, mass production of the product , the first part is to analysis the process of the part . so the program of blanking process and die structure has been confirmed. As a results, the workpiece need single operation dies to accomplish , just like punching die and bending mould are used to produce the parts. Then based on the process design calculations, the stock layout design can be ensured. It is needed to carry on the blanking force and the center of pressure computation, according to which the press can be choosed. Calculating the punch and die cutting edge size and tolerances, then design and selection the parts of die. During the structural design, it is mainly about the design of the punch, die, punch and die, positioning parts, unloading and ejecting devices, mold, pressing equipment, fasteners, and so on. Press need to be checked, then draw the drawings and assembly drawings of parts, finally the design has been completed. Key words：U-shaped par, punching die, bending die，single operation dies, rebound 目 錄1 前言11.1沖壓模具概況與分類11.2 沖壓模具的發(fā)展現(xiàn)狀22 沖裁彎曲件的工藝分析及方案的確定42.1 工藝分析43 模具設(shè)計(jì)工藝計(jì)算63.1 落料工序的毛坯尺寸計(jì)算63.2 確定排樣方案73.2.1 排樣方案的確定73.2.2 確定搭邊值，確定條料步距、條料利用率73.2.3 送料步距83.2.4 條料寬度93.3 材料利用率的計(jì)算104 沖壓工藝的計(jì)算124.1 沖壓力的計(jì)算124.2 沖裁力的計(jì)算124.2.1 平刃口沖裁力的計(jì)算124.3 壓力機(jī)所需總沖壓力的計(jì)算134.4 壓力中心計(jì)算134.5 壓力機(jī)公稱壓力的確定144.6 壓力機(jī)的校核145 沖裁模間隙的確定156 模具工作部分尺寸計(jì)算176.1 刃口尺寸計(jì)算的基本原則176.2 刃口尺寸的計(jì)算176.3 計(jì)算凸、凹模刃口尺寸186.4 沖裁刃口高度197 主要零部件的設(shè)計(jì)207.1 凹模的設(shè)計(jì)207.2 模架及零件設(shè)計(jì)217.3 其他零件結(jié)構(gòu)227.3.1 橡膠墊的選用與校核227.4 落料凸模的設(shè)計(jì)248 彎曲模的設(shè)計(jì)278.1 彎曲力F的計(jì)算278.1.1 校正彎曲時(shí)的彎曲力278.2 壓力機(jī)公稱壓力的確定288.3 壓力機(jī)的校核288.4 彎曲部分工作尺寸計(jì)算298.4.1 回彈值298.4.2 影響回彈的因素298.4.3 控制回彈措施298.4.4 凸，凹模圓角半徑及凹模深度的確定298.4.5 彎曲凸模和凹模的寬度尺寸計(jì)算308.4.5 彎曲制件的定位方式318.5 其他零件結(jié)構(gòu)328.6 彎曲模裝配圖33結(jié)束語(yǔ)34參考文獻(xiàn)36致謝37太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)1前言1.1 沖壓模具概況與分類 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，冷沖壓工藝和模具技術(shù)也不斷創(chuàng)新與發(fā)展，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： 第一，工藝分析計(jì)算方法現(xiàn)代化。采用有限變形的彈塑性有限元法，對(duì)復(fù)雜成形件成形過(guò)程進(jìn)行應(yīng)變分析的計(jì)算機(jī)模擬，可以預(yù)測(cè)某一工藝方案對(duì)零件成形的可能形和會(huì)發(fā)生的問(wèn)題，將結(jié)果顯示在圖形終端上，共設(shè)計(jì)人員進(jìn)行修改和選擇。這樣，不但可節(jié)省模具試制費(fèi)用，縮短新產(chǎn)品的試制周期，而且可以逐步建立一套能結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際的先進(jìn)設(shè)計(jì)方法，既促進(jìn)了冷沖壓工藝的發(fā)展，也使塑性成形理論逐步達(dá)到對(duì)生產(chǎn)實(shí)際的指導(dǎo)作用。這一工作國(guó)內(nèi)已開(kāi)始研究和應(yīng)用。 第二，模具設(shè)計(jì)與制造技術(shù)現(xiàn)代化。為了產(chǎn)品的更新?lián)Q代，縮短模具設(shè)計(jì)與制造周期，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家正在大力發(fā)展模具計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造（CAD/CAM）的研究，并已在生產(chǎn)中應(yīng)用。采用這一技術(shù)，一般可提高模具設(shè)計(jì)制造效率23倍。發(fā)展這一技術(shù)，最終是實(shí)現(xiàn)模具CAD/CAM一體化。當(dāng)前國(guó)內(nèi)部分企業(yè)對(duì)引進(jìn)的軟件經(jīng)過(guò)二次開(kāi)發(fā)，已逐步應(yīng)用到模具生產(chǎn)中。應(yīng)用這一技術(shù)，不僅可以縮短模具制造周期，還可以提高模具質(zhì)量，減少設(shè)計(jì)和制造人員的重復(fù)勞動(dòng)，使設(shè)計(jì)者可以把精力用在創(chuàng)新開(kāi)發(fā)上。 第三，沖壓生產(chǎn)機(jī)械化與自動(dòng)化。為了滿足大量生產(chǎn)的需要，沖壓設(shè)備由低速壓力及發(fā)展到高速自動(dòng)壓力機(jī)。國(guó)外還加強(qiáng)了由計(jì)算機(jī)控制的現(xiàn)代化全自動(dòng)沖壓加工系統(tǒng)的研究與應(yīng)用，使沖壓生產(chǎn)達(dá)到高度自動(dòng)化，從而減輕勞動(dòng)強(qiáng)度和提高生產(chǎn)效率。 第四，為了滿足產(chǎn)品更新?lián)Q代和小批量生產(chǎn)的需要，發(fā)展了一些新的成形工藝、簡(jiǎn)易模具、數(shù)控沖壓設(shè)備和沖壓柔性制造技術(shù)等。這樣，就使沖壓生產(chǎn)既適合大量生產(chǎn)，也適合小批生產(chǎn)。 第五，不斷改進(jìn)板料的沖壓性能。目前世界個(gè)先進(jìn)工業(yè)國(guó)不斷研制出沖壓性能良好的板料，以提高沖壓成形能力和使用效果。 根據(jù)工藝性質(zhì)沖壓模具可分為：沖裁模、彎曲模、拉深模、成型模。沖裁模是指沿封閉或長(zhǎng)空的輪廓線使材料產(chǎn)生分離的模具，如落料模、沖孔模、切斷模、切口模、切邊模、剖切模等；彎曲模是指板料毛坯或其他坯料沿著直線或彎曲線產(chǎn)生彎曲變形，從而獲得一定角度或形狀的工件的模具；拉深模是把板料毛坯制成開(kāi)口空心件進(jìn)一步改變形狀和尺寸的模具；成型模具是指將毛坯或半成品工件按凸凹模的形狀直接復(fù)制成形，而材料本身僅產(chǎn)生局部塑性變形的模具。根據(jù)工序組合程度分，可分為單工序模、復(fù)合模和級(jí)進(jìn)模。單工序模是指在壓力機(jī)的一次行程中，只完成一道沖壓工序的模具；復(fù)合模是指只有一個(gè)工位，在壓力機(jī)的一次行程中，在同一工位上同時(shí)完成兩道或兩道以上沖壓工序的模具；級(jí)進(jìn)模又稱連續(xù)模，是指在毛坯的送進(jìn)方向上，具有兩個(gè)或更多的工位，在壓力機(jī)的一次行程中，在不同的工位上逐次完成兩道或兩道以上沖壓工序的模具1。1.2 沖壓模具的發(fā)展現(xiàn)狀 第一，精密沖裁：普通沖裁件斷面粗糙、精度低，而精密沖裁可以使零件有光潔的斷面和高的精度。目前已有的相當(dāng)一部分過(guò)去用切割加工的零件改為精密沖裁，精密沖裁工件的厚度可達(dá)到2mm。因此，精密沖裁以無(wú)切屑加工代替了大量切削加工，從而大大降低了生產(chǎn)成本。 第二，應(yīng)用先進(jìn)工藝：氣體、液體、橡膠、超塑性成型等先進(jìn)工藝，對(duì)某些復(fù)雜零件的成型有明顯的效果，要深入研究其變形機(jī)理，確定合理工藝參數(shù)，提高成型效能和實(shí)用性。 第三，沖壓生產(chǎn)機(jī)械化、自動(dòng)化：研制自動(dòng)送、退料裝置，多工位自動(dòng)壓力機(jī)，自動(dòng)生產(chǎn)線，帶自動(dòng)保護(hù)的監(jiān)視和檢測(cè)裝置等，這是提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度和保證操作安全的有效措施。 第四，模具標(biāo)準(zhǔn)化：不僅要有各種規(guī)格和精度的模架標(biāo)準(zhǔn)，還要發(fā)展典型模具結(jié)構(gòu)和零部件的標(biāo)準(zhǔn)化工作，降低模具設(shè)計(jì)復(fù)雜程度，降低模具制造技術(shù)，縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期。 第五，發(fā)展模具的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與輔助制造：計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，就是用電子計(jì)算機(jī)作為信息處理手段，進(jìn)行最佳判斷、計(jì)算，實(shí)現(xiàn)綜合設(shè)計(jì)。計(jì)算機(jī)輔助制造，就是生產(chǎn)人員借助計(jì)算機(jī)對(duì)模具制造實(shí)行監(jiān)督、控制和管理。將模具設(shè)計(jì)與制造聯(lián)成一個(gè)統(tǒng)一的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，是向自動(dòng)化發(fā)展的有效途徑，對(duì)提高模具設(shè)計(jì)與制造質(zhì)量、簡(jiǎn)化模具設(shè)計(jì)和生產(chǎn)管理將起巨大的作用。改革開(kāi)放以來(lái)，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)模具的需求量不斷增長(zhǎng)。近年來(lái)，模具工業(yè)一直以15%左右的增長(zhǎng)速度快速發(fā)展，模具工業(yè)企業(yè)的所有制成分也發(fā)生了巨大變化，除了國(guó)有專業(yè)模具廠外，集體、合資、獨(dú)資和私營(yíng)也得到了快速發(fā)展。浙江寧波和黃巖地區(qū)的“模具之鄉(xiāng)”；廣東一些大集團(tuán)公司和迅速崛起的鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)，科龍、美的、康佳等集團(tuán)紛紛建立了自己的模具制造中心；中外合資和外商獨(dú)資的模具企業(yè)現(xiàn)已有幾千家。 隨著與國(guó)際接軌的腳步不斷加快，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益加劇，人們已經(jīng)越來(lái)越認(rèn)識(shí)到產(chǎn)品質(zhì)量、成本和新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)能力的重要性。而模具制造是整個(gè)鏈條中最基礎(chǔ)的要素之一1。 2 沖裁彎曲件的工藝分析及方案的確定 工件圖如圖2.1所示： 工件圖2.1 2.1 工藝分析 該工件所采用材料為10鋼，10鋼表示平均Wc=0.1%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，正火后，該材料冷塑性變形能力好，常用來(lái)制作受力不大，韌性要求高的沖壓件，較利于彎曲，從制件圖可以看出，內(nèi)側(cè)中間板結(jié)構(gòu)尺寸較大，尺寸精度要求較高，是典型的大型U形彎曲件。由于是大圓角90彎曲，圓角部分的相對(duì)彎曲半徑較大，彎曲后回彈量也較大，所以該制件的U形寬度和圓角尺寸精度很難控制1。 經(jīng)過(guò)分析，有以下3種工藝方案： 第一種工藝方案：雙角一次彎曲成形。此方案是將胚料一次彎曲成型，制件的回彈量不易于控制，生產(chǎn)效率高，由于受到模具結(jié)構(gòu)的限制，凸凹模無(wú)法預(yù)先給出較大的補(bǔ)償回彈值，成型后制件回彈大，工件淌口約10-20mm，成型后須靠人工進(jìn)行調(diào)修。 第二種工藝方案：?jiǎn)谓莾纱螐澢尚?。此方案是用同一套模具，?duì)同一個(gè)工件進(jìn)行兩次單角彎曲，能有效地控制工件回彈，生產(chǎn)效率較高。凸凹?？梢灶A(yù)先給出較大補(bǔ)償回彈值，并且還可以通過(guò)調(diào)節(jié)壓力機(jī)的壓力模具的閉合高度來(lái)控制工件回彈。 第三種工藝方案：折彎?rùn)C(jī)折彎，因?yàn)槭谴髨A角90彎曲，在折彎?rùn)C(jī)上需要單角多次折彎，生產(chǎn)效率較低，制件的回彈量易于控制。由于制件需要多次移動(dòng)，反復(fù)定位，其尺寸精度較難保證。通過(guò)對(duì)3種工藝方案和模具結(jié)構(gòu)分析與比較，并經(jīng)過(guò)反復(fù)的工藝試驗(yàn)，綜合考慮各種因素最后采取了第二種方案即單角兩次彎曲成形。確定該制件采用單工序模沖壓，確定其基本工序?yàn)槁淞?、彎曲兩道工?。 2.2 模具整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 由沖壓工藝分析可知，考慮的一種方法是用剪板機(jī)剪料，但是查的剪板機(jī)規(guī)格型號(hào)里的精度不符合工件的精度要求，所以不能選剪板機(jī)直接剪料這種方法，只能采用單工序模。用限位銷確定左右位置，無(wú)側(cè)壓裝置?？刂茥l料的送進(jìn)步距采用固定擋料銷定距。因?yàn)楣ぜ虾駷?2m，相對(duì)較厚，卸料力不大，故可采用彈性卸料裝置，采用模具的頂桿卸料。 為了提高模具壽命和工件質(zhì)量，方便安裝調(diào)整和送料，該單工序模采用四導(dǎo)柱的導(dǎo)向方式3。 3 模具設(shè)計(jì)工藝計(jì)算3.1 落料工序的毛坯尺寸計(jì)算 相對(duì)彎曲半徑：R/t=150/12=12.50.5 式中：R彎曲半徑 (mm) t材料厚度（mm） 由于相對(duì)彎曲半徑大于0.5，可見(jiàn)制件屬于圓角半徑較大的彎曲件，應(yīng)先求變形區(qū)中性層曲率半徑=r+kt 式中：r-彎曲件內(nèi)層的彎曲半徑 t-材料厚度 k-中性層系數(shù)表3.1 板料彎曲中性層系數(shù)r/t0.10.20.250.30.40.50.60.81.0 k10.300.330.350.360.370.380.390.410.42k20.230.290.310.320.350.370.380.400.41r/t1.21.51.822.533.7544.5k10.430.450.460.460.4580.4640.4700.4720.474k20.420.440.450.450.4600.4730.4750.4760.478注：k1適用于有頂板V形件或U件彎曲,k2適用于無(wú)頂板V形件彎曲。當(dāng)r/t大于4.5以上時(shí)K可取0.5。 所以=150+0.512=156mm 毛坯展開(kāi)：毛坯總長(zhǎng)度等于各直邊長(zhǎng)度加上各圓角展開(kāi)長(zhǎng)度即： 可得：=258-150-12=96mm =/2156=245mm =680-1502=380mm于是可得=296+2245+380=1062mm 毛坯展開(kāi)尺寸圖3.13.2 確定排樣方案 排樣時(shí)需考慮如下原則： 第一，提高材料利用率 第二，合理排樣方法使操作方便，勞動(dòng)強(qiáng)度低且安全 第三，模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，壽命長(zhǎng)3.2.1 排樣方案的確定 根據(jù)材料經(jīng)濟(jì)利用程度，排樣方法可以分為有廢料、少?gòu)U料和無(wú)廢料排樣三種，根據(jù)制件在條料上的布置形式，排樣有可以分為直排、斜排、對(duì)排、混合排、多排和沖裁搭邊法等多種形式。 采用少、無(wú)廢料排樣法，工件與工件之間，工件與條料之間存在較少或沒(méi)有搭邊，材料利用率高，不但有利于一次沖程獲得多個(gè)制件，而且可以簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu)，降低沖裁力。有廢料排樣時(shí)，工件與工件之間。工件與條料邊緣之間都有搭邊存在，沖裁件質(zhì)量較容易保證，并具有保護(hù)模具的作用，但材料利用率低。 因?yàn)閁形件沒(méi)有特殊的工藝要求并且沒(méi)有孔等，所以可以采用有廢料直排法1。3.2.2 確定搭邊值，確定條料步距、條料利用率 排樣時(shí)零件之間以及零件與條料側(cè)邊之間留下的工藝余料，稱為搭邊。搭邊的作用是補(bǔ)償定位誤差，保證沖出合格的制件；保證條料有一定的剛度，便于送料；能起到保護(hù)模具的作用，以免模具過(guò)早地磨損而報(bào)廢。搭邊過(guò)大，浪費(fèi)材料。搭邊過(guò)小，沖裁時(shí)容易翹曲或被拉斷，不僅會(huì)增大沖件毛刺，有時(shí)還有拉入凸、凹模間隙中損壞模具刃口，降低模具壽命，或影響送料工作5。 搭邊值通常由經(jīng)驗(yàn)確定，表所列搭邊值為普通沖裁時(shí)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)之一。表3.2 搭邊a和a1數(shù)值材料厚度圓件及圓角r2t的工件矩形工件邊長(zhǎng)L50mm矩形工件邊長(zhǎng)L50mm或r2t的工件工件間a1沿邊a工件間a1沿邊a工件間a1沿邊a0.250.250.50.50.80.81.21.21.61.62.02.02.52.53.03.03.53.54.04.05.05.0121.81.21.00.81.01.21.51.82.22.53.00.6t2.01.51.21.01.21.51.82.22.52.83.50.7t2.21.81.51.21.51.82.02.22.52.53.50.7t2.52.01.81.51.82.02.22.52.83.24.00.8t2.82.21.81.51.82.02.22.52.83.24.00.8t3.02.52.01.82.02.22.52.83.23.54.50.9t搭邊值是廢料，所以應(yīng)盡量取小，但過(guò)小的搭邊值容易擠進(jìn)凹模，經(jīng)過(guò)查3.2，取a=0.8t a1=0.9t 即a=9.6mm，a1=10.8mm3.2.3 送料步距 條料在模具上每次送進(jìn)的距離成為送料步距，每次只沖一個(gè)零件的步距A的計(jì)算公式為： A=D+a a-沖裁件之間的搭邊值 A=192+9.6=201.6mm3.2.4 條料寬度 計(jì)算條料寬度有三種情況需要考慮； 第一，有側(cè)壓裝置時(shí)條料的寬度。 第二，無(wú)側(cè)壓裝置時(shí)條料的寬度。 第三，有定距側(cè)刃時(shí)條料的寬度。有定距側(cè)刃時(shí)條料的寬度。為保證送料精度，選擇限位釘限位，無(wú)側(cè)壓裝置，條料寬度按下公式計(jì)算B=(D+2a1) 式中： D沖裁件送料方向垂直的最大尺寸 a1-沖裁件與條料側(cè)邊之間的搭邊 板料剪裁時(shí)的下偏差 D=1062mm a1=10.8mm 表3.3 條料寬度公差(mm)條料寬度B/mm材料厚度t/mm 1122346500.40.50.71.0501000.50.60.81.01002000.60.70.91.5查表3.3得=1.5B=（1062+210.8）=1083.6 排樣圖3.23.3 材料利用率的計(jì)算沖裁件的實(shí)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(biāo)。 一個(gè)步距內(nèi)的材料利用率 式中，一個(gè)步距內(nèi)零件的實(shí)際面積 一個(gè)步距內(nèi)所需的毛坯面積 送料步距 條料寬度 =203904 =201.61085.1=218756所以若考慮到料頭、料尾和邊余料的消耗，則每一張板料（或料帶、條料）上總的材料利用率式中，一張板料（或料帶、條料）上沖裁剪的總數(shù)目；一個(gè)沖裁件的實(shí)際面積（單位：mm2）；板料（或料帶、條料）寬度（單位：mm）；板料（或料帶、條料）的長(zhǎng)度（單位：mm）。 本套模具選擇的板材是冷軋鋼板，板料的長(zhǎng)度選1600mm,板料的寬度選600mm，則本套模具的材料利用率 4 沖壓工藝的計(jì)算4.1 沖壓力的計(jì)算 計(jì)算沖壓力是為了選擇合適的壓力機(jī)，設(shè)計(jì)模具和檢驗(yàn)?zāi)＞叩膹?qiáng)度，壓力機(jī)的噸位必須大于所計(jì)算的沖壓力，沖壓力是指沖裁力，卸料力，推件力和頂件力的關(guān)系6。4.2 沖裁力的計(jì)算4.2.1 平刃口沖裁力的計(jì)算F=KLt 式中： F沖裁力（N）； L沖裁件周邊長(zhǎng)度（mm）； 材料抗剪強(qiáng)度（MPa）； t材料厚度(mm)； K系數(shù)，通常K=1.3； 為方便計(jì)算，材料的b=300 F=Ltb=(10622+1922)12300=9028.8KN表4.1 卸料力、推件力和頂件力系數(shù)料厚t/mmK卸K 推K頂鋼0.10.10.50.52.52.56.56.50.0600.0900.0400.0700.0250.0600.020.0500.0150.0400.10.0650.0500.0450.0250.140.080.060.050.03鋁、鋁合金純銅，黃銅0.0300.0800.0200.0600.030.070.030.09 推件力： 查表4.1得推件力系數(shù)K推=0.025F推=nK推F=225.72KN 卸料力： 查表4.1得卸料力系數(shù)K卸=0.04F卸=K卸F=0.049028.8=361.15KN 頂件力： 查表4.1得頂件力系數(shù)K頂=0.03 F頂=K頂F=0.039028.8=270.86KN4.3 壓力機(jī)所需總沖壓力的計(jì)算 采用彈壓卸料裝置和上出件模具時(shí)： =F+F卸+F頂=9660.81KN4.4 壓力中心計(jì)算 模具壓力中心是指諸沖壓合力的作用點(diǎn)位置，為了確保壓力機(jī)和模具正常工作，應(yīng)使沖模的壓力中心與壓力機(jī)滑塊的中心相重合。否則，會(huì)使沖模和壓力機(jī)滑塊產(chǎn)生偏心載荷，使滑塊和導(dǎo)軌間產(chǎn)生過(guò)大磨損，模具導(dǎo)向零件加速磨損，降低了模具和壓力機(jī)的使用壽命。沖模的壓力中心，可按下述原則來(lái)確定： 第一，對(duì)稱形狀的單個(gè)沖裁件，沖模的壓力中心就是沖裁件的幾何中心。 第二，工件形狀相同且分布位置對(duì)稱時(shí)，沖模的壓力中心與零件的對(duì)稱中心 與零件的對(duì)稱中心相重合。 第三，形狀復(fù)雜零件、多凸模的壓力中心可用解析計(jì)算法求出。解析法的計(jì)算依據(jù)是：各分力對(duì)某坐標(biāo)軸的力矩之代數(shù)和等于諸力的合力對(duì)該坐標(biāo)軸的力矩。求出合力作用點(diǎn)的坐標(biāo)位置，即為所求模具的壓力中心3。 因?yàn)楸灸＞邲_裁件的形狀對(duì)稱，沖模的壓力中心就是沖裁件的幾何中心，壓力中心為O點(diǎn)。如下圖所示， 圖4.4 壓力中心圖4.5 壓力機(jī)公稱壓力的確定 選用閉式雙點(diǎn)壓力機(jī)，基本參數(shù)為： 公稱壓力 12500KN 滑塊行程 500mm 行程次數(shù) 10/min 最大裝模高度 950mm 閉合高度調(diào)節(jié)量 400/mm工作臺(tái)尺寸 左右4000mm 前后1800mm4.6 壓力機(jī)的校核 一、沖壓力公稱壓力為12500KN大于所需壓力9660.81KN。 二、閉合高度模具的閉合高度是指模具在最低工作位置時(shí)，上模座上平面至下模座下平面之間的距離。它與壓力機(jī)的配合應(yīng)該遵守下列關(guān)系： 設(shè)計(jì)中模具的閉合高度為354mm,比最大裝模高度小，所以壓力機(jī)滿足要求。5 沖裁模間隙的確定 設(shè)計(jì)模具時(shí)一定要選擇合理的間隙，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的合理間隙并不是同一個(gè)數(shù)值，只是彼此接近?？紤]到制造中的偏差及使用中的磨損，生產(chǎn)中通常只選擇一個(gè)適當(dāng)?shù)姆秶鳛楹侠黹g隙，只要間隙在這個(gè)范圍內(nèi)，就可以沖出良好的制件，這個(gè)范圍的最小值稱為最小合理間隙Zmin，最大值稱為最大合理間隙?？紤]到模具在使用過(guò)程中的磨損使間隙增大，故設(shè)計(jì)與制造新模具時(shí)要采用最小合理間隙值。 沖裁間隙的大小對(duì)沖裁件的斷面質(zhì)量有極其重要的影響，此外，沖裁間隙 影響模具壽命、卸料力、推件力、沖裁力和沖裁件的尺寸精度。沖裁過(guò)程中，凹模與落料件之間有摩擦，間隙越小，模具作用的壓應(yīng)力越大，摩擦也越嚴(yán)重，而降低了模具的壽命。較大的間隙可使凸模側(cè)面及材料間的摩擦減小，并延緩間隙由于受到制造和裝配精度的限制，雖然提高了模具壽命，但出現(xiàn)間隙不均勻。因此，沖裁間隙是沖裁工藝與模具設(shè)計(jì)中的一個(gè)非常重要的工藝參數(shù)7。 根據(jù)實(shí)用間隙表5.1查得材料10的最小雙面間隙=1.080mm，最大雙面間隙=1.400mm.表5.1 沖裁模初始用間隙Z(mm)材料厚度08、10、35、09Mn、Q235 16Mn 40、50 65Mn小于0.5極小間隙0.50.60.70.80.91.01.21.51.752.02.12.5 2.753.03.54.04.55.56.00.0400.0480.0640.0720.0920.1000.1260.1320.2200.2460.2600.2600.400 0.4600.5400.6100.7200.9401.0800.0600.0720.0920.1040.1260.1400.1800.2400.3200.3600.3800.5000.5600.6400.7400.8801.0001.2801.4400.0400.0480.0640.0720.0900.1000.1320.1700.2200.2600.2800.3800.4200.4800.5800.6800.6800.7800.8400.0600.0720.0920.1040.1260.1400.1800.2400.3200.3800.4000.5400.6000.6600.7800.9200.9601.1001.2000.0400.0480.0640.0720.0900.1000.1320.1700.2200.2600.2800.3800.4200.4800.5800.6800.7800.9801.1400.0600.0720.0920.1040.1260.1400.1800.2400.3200.3800.4000.5400.6000.6600.7800.9201.0401.3201.5000.0400.0480.0640.0640.0900.0900.0600.0720.0920.0920.1260.126注：取08號(hào)鋼沖裁皮革、石棉和紙板時(shí)，間隙的25%。6 模具工作部分尺寸計(jì)算6.1 刃口尺寸計(jì)算的基本原則 沖裁件的尺寸精度主要取決與模具刃口的尺寸的精度，模具的合理間隙也要靠模具刃口尺寸及制造精度來(lái)保證。正確確定模具刃口尺寸及制造公差，是設(shè)計(jì)沖裁模主要任務(wù)之一。從生產(chǎn)實(shí)踐中可以發(fā)現(xiàn)： 第一、由于凸、凹模之間存在間隙，使落下的料帶有錐度，且落料件的大端尺寸等于凹模尺寸。 第二、在測(cè)量與使用中，落料件是以大端尺寸為基準(zhǔn)。 第三、沖裁時(shí)，凸、凹模要與沖裁件或廢料發(fā)生摩擦，凸模越磨愈小，凹模越磨愈大，結(jié)果使間隙越來(lái)越大。 由此在決定模具刃口尺寸及其制造公差時(shí)需要考慮以下原則： 第一、落料件尺寸由凹模尺寸決定。故設(shè)計(jì)落料模時(shí)，以凹模為基準(zhǔn)，間隙取在凸模上。 第二、考慮到?jīng)_裁中凸、凹模的磨損，設(shè)計(jì)落料凹模時(shí)，凹模基本尺寸應(yīng)取尺寸公差范圍的較小尺寸，這樣在凸凹模磨損到一定程度的情況下，仍能沖出合格的制件。凸凹模間隙則取最小合理間隙值。 第三、確定沖模刃口制造公差時(shí)，應(yīng)考慮制件的公差要求。如果對(duì)刃口精度要求過(guò)高（即制造公差過(guò)小），會(huì)使模具制造困能，增加成本，延長(zhǎng)生產(chǎn)周期；如果對(duì)刃口要求過(guò)低（即制造公差過(guò)大）則生產(chǎn)出來(lái)的制件有可能不合格，會(huì)使模具的壽命降低。若工件沒(méi)有標(biāo)注公差，則對(duì)于非圓形工件按國(guó)家“配合尺寸的公差數(shù)值”IT14級(jí)處理，對(duì)于圓形工件可按IT17IT9 級(jí)制 造 模 具8。6.2 刃口尺寸的計(jì)算 沖裁模凹、凸模刃口尺寸有兩種計(jì)算和標(biāo)注的方法，即分開(kāi)加工和單配加工兩種方法。前者用于沖件厚度較大和尺寸精度要求不高的場(chǎng)合，后者用于形狀復(fù)雜或波板工件的模具。對(duì)于該工件厚度有12mm屬于厚板零件，為了保證沖裁凸、凹模間有一定的間隙值，可以采用分別加工法。該方法的特點(diǎn)是分別規(guī)定凸模和凹模的尺寸和公差，分別進(jìn)行制造。用凸模和凹模的尺寸及制造公差來(lái)保證間隙要求。這種加工方法必須把模具的制造公差控制在間隙的變動(dòng)范圍之內(nèi)，使模具制造難度增加。用分別加工的凸模和凹模具有互換性，制造周期短，便于成批制造。此外，對(duì)于采用分別加工的凸模和凹模，應(yīng)保證下述關(guān)系： 6.3 計(jì)算凸、凹模刃口尺寸 =1.080， = 1.40 -=（1.40-1.08）=0.32mm 表6.1 簡(jiǎn)單形狀沖裁時(shí)凸、凹模的制造偏差 （mm） 公稱尺寸凸模偏差凹模偏差 公稱尺寸凸模偏差凹模偏差 18 -0.020 +0.020 180260 -0.030 +0.045 1830 -0.020 +0.025 260360 -0.035 +0.050 3080 -0.020 +0.030 360500 -0.040 +0.060 80120 -0.025 +0.035 500 -0.050 +0.070 120180 -0.030 +0.040 由表6.1查得凸模和凹模的制造公差 落料部分， 當(dāng)公稱尺寸是1062mm時(shí)， =+0.070mm , =-0.050mm =0.12mm0.32mm表6.2 磨損系數(shù)x 料厚t(mm)非圓形圓形10.750.50.750.5工件公差/mm1122440.160.200.240.300.170.350.210.410.250.490.310.590.360.420.500.600.160.200.240.300.160.200.240.30 由表6.2查表得x=0.50 =（1063-0.52）=1062 =（1062-1.080）=1060.92 當(dāng)公稱尺寸為192mm時(shí)， =+0.045mm , =-0.030mm =0.075mm0.32mm 查表6.1,表6.2得 =（192.5-0.51）=192 =（192-1.080）=190.926.4 沖裁刃口高度表6.3 刃口高度料厚t0.50.5112244刃口高度h668810101214 查表6.3，刃口高度為h14(mm),取h=14(mm)7 主要零部件的設(shè)計(jì)7.1 凹模的設(shè)計(jì) 模具厚度的確定公式為： H=Kb 式中：K系數(shù)值，考慮板料厚度的影響；b 沖裁件的最大外形尺寸；按上式計(jì)算后，選取的H值不應(yīng)小于（1520）mm;表7.1 系數(shù)值Ks/mm材料厚度t/mm1336501001002002000.300.400.200.300.150.200.100.150.350.500.220.350.180.220.120.180.450.600.300.450.220.300.150.22 查表7.1得： K=0.15 H=Kb=69.3mm 取H=70mm 模具壁厚的確定公式為： C=(34)H 由上式 C=(34)H =370470 =210280mm 凹模壁厚取C=240mm 凹模寬度的確定公式為： B=b+2C =192+2240 =672mm 凹模長(zhǎng)度的確定公式為： L=1062+2240 =1542mm凹模結(jié)構(gòu)示意圖如下，材料選用Cr12，熱處理5660HRC 圖7.1落料凹模圖7.2 模架及零件設(shè)計(jì) 模座分帶導(dǎo)柱和不帶導(dǎo)柱兩種，根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模和生產(chǎn)要求確定是否帶導(dǎo)柱的模座。標(biāo)準(zhǔn)模架的選用依舊為凹模的外形尺寸，所以因首先計(jì)算凹模周界的大小。 根據(jù)計(jì)算結(jié)果確定凹模的周界大小為1600mm550mm。為了節(jié)省材料，在不影響強(qiáng)度和剛度的情況下，在上下模座開(kāi)槽，以減輕模座的重量。本模具采用中間導(dǎo)柱模架，上模座：1800mm590mm55mm下模座：1800mm590mm80mm導(dǎo)柱：44mm300mm導(dǎo)套：44mm116mm62mm由于選用的壓力機(jī)沒(méi)有模柄孔，所以不需要設(shè)計(jì)模柄。7.3 其他零件結(jié)構(gòu) 墊板：此模具中需采用墊板，上墊板厚度h=15mm，下墊板厚度h=20mm。材料選用45鋼。熱處理4348HRC，上墊板和下墊板的尺寸為1600mm550mm。 凸模固定板：凸模固定板與凸模采用過(guò)度配合關(guān)系，平面尺寸與凹模外形尺寸相同。固定板的厚度為30mm，材料選用Q235號(hào)鋼。尺寸為1600mm550mm。 頂件板：頂件板尺寸與凹模孔相配合，平面尺寸與凹模內(nèi)形尺寸相同。材料選用45鋼。尺寸為1062mm192mm57mm。 卸料板：卸料板不僅有卸料作用，還具有用外形凸模導(dǎo)向，對(duì)內(nèi)孔凸模起保護(hù)作用，卸料板的邊界尺寸與凹模的邊界尺寸相同。尺寸為1600mm550mm。 螺釘：內(nèi)六角螺釘M20122，緊固螺釘M2268，M1260，頂件螺釘M1280，卸料螺釘M22122，材料選用35鋼。熱處理：硬度2838HRC表面氧化。銷釘：限位銷M1020，固定凸模定位銷M2078，M1483，M20153，材料選用35鋼，熱處理2838HRC。不經(jīng)表面處理的圓柱銷。7.3.1 橡膠墊的選用與校核由于該零件在成型過(guò)程中需卸料和頂件，所以模具采用彈性頂件裝置，彈性元件選用橡膠，卸料橡膠其尺寸計(jì)算如下橡皮墊收受壓后所產(chǎn)生的彈壓力為： F=Ap 式中：F橡皮墊受壓時(shí)產(chǎn)生的彈壓力, Np橡皮墊在一定壓縮比時(shí)所對(duì)應(yīng)的彈壓力，MpaA橡皮墊的實(shí)際受壓面積，cm2 橡膠墊的壓縮量不能過(guò)大否則會(huì)影響其壓力和壽命，為使橡皮墊耐久的工作，最大壓縮量不能超過(guò)其厚度的45%，預(yù)壓縮量為其厚度的10%-15%.橡膠高度H按下式計(jì)算; H=H工/（0.250.30）mm預(yù)測(cè)H=64/0.25=256mm，其單位壓力=2.10Mpa選擇橡皮壓縮35%，查下表7.2可知 表7.2 橡皮壓縮參數(shù)橡皮壓縮/%單位壓力p/Mpa橡皮壓縮/%單位壓力p/Mpa 10 0.26 25 1.06 15 0.50 30 1.52 20 0.70 35 2.10 （1）確定橡膠墊的自由高度 =245mm （2）確定橡膠墊的橫截面積 查得圓筒形橡膠墊在預(yù)壓量為10%15%時(shí)的單位壓力為2.1MPa，所以171976 （3）確定橡膠墊的平面尺寸根據(jù)零件的形狀特點(diǎn)，橡膠墊應(yīng)為圓筒形，中間開(kāi)有圓孔以避讓螺桿。結(jié)合零件的具體尺寸，則其直徑D為 （4）校核橡膠墊的自由高度 橡膠墊的高徑比在0.51.5之間，所以選用的橡膠墊規(guī)格合理。頂件橡膠的尺寸計(jì)算同卸料橡膠尺寸計(jì)算方法一樣， （1）確定橡膠墊的自由高度 =210mm （2）確定橡膠墊的橫截面積 查得圓筒形橡膠墊在預(yù)壓量為10%15%時(shí)