【正文】 南昌航空大學(xué) 科技學(xué)院 學(xué)士學(xué)位論文 1 1 引言 模具是工業(yè)生產(chǎn)中使用最為廣泛的基礎(chǔ)性工藝裝備 ,被廣泛用于制造業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域。模具生產(chǎn)的制件所表現(xiàn)出來的高精度、高復(fù)雜性、高一致性、高生產(chǎn)率和低消耗是其他加工制造方法所不能比擬的。在汽車、電機(jī)、儀表、電器、電子、通訊、家電和輕工業(yè)等行業(yè)中， 60%～ 80%的零件都要靠模具成形，隨著近幾年來這些行業(yè)的迅速發(fā)展，對(duì)模具的要求越來越迫切，精度要求也越高，結(jié)構(gòu)也越來越復(fù)雜。模具技術(shù)水平的高低已經(jīng)成為衡量一個(gè)國(guó)家制造業(yè)水平高低的重要標(biāo)準(zhǔn)，并在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。 目前，國(guó)內(nèi)外模具 工業(yè)迅猛發(fā)展，其產(chǎn)值已超過機(jī)床工業(yè)的產(chǎn)值。而我國(guó)的模具工業(yè)起步晚，底子薄，但是我國(guó)模具工業(yè)作為一個(gè)獨(dú)立、新型的工業(yè)，正處于其自身的飛速發(fā)展階段，已經(jīng)成為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)工業(yè)之一，其發(fā)展前景是十分廣闊的。社會(huì)主義經(jīng)濟(jì)體制的一基本原則就是一切的改變都是根據(jù)市場(chǎng)的需要來定，市場(chǎng)的需要就是我們所隨之改變的?，F(xiàn)代工業(yè)需要的高精度、高效率的模具產(chǎn)品。而板料沖壓加工具有生產(chǎn)效率高、生產(chǎn)成本低、尺寸精度好、易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，使其在模具制造業(yè)中占據(jù)十分重要的地位?，F(xiàn)代工業(yè)需要先進(jìn)的模具設(shè)備，更需要大批掌握模具技 術(shù)的專業(yè)人才。 我校的材料與工程系在畢業(yè)設(shè)計(jì)的環(huán)節(jié)開設(shè)了模具設(shè)計(jì)方面的課題供學(xué)生選擇，旨在加強(qiáng)學(xué)生對(duì)模具行業(yè)以及對(duì)模具制造全過程的一個(gè)了解跟認(rèn)識(shí)。作為一名大四機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)的學(xué)生來說，選擇模具作為畢業(yè)設(shè)計(jì)的課題，是一個(gè)很好鍛煉的機(jī)會(huì)，它將我四年所學(xué)的一些基礎(chǔ)課程和專業(yè)課程更加綜合的運(yùn)用，更是為我提供了一個(gè)良好的平臺(tái)，為我將來走進(jìn)工廠打下了一個(gè)良好的開局。 本論文闡述的是托板的落料沖孔復(fù)合 模及彎曲模設(shè)計(jì)。復(fù)合模是在壓力機(jī)的一次行程中，在同一工位上完成兩種或兩種以上的沖壓工序，其機(jī)構(gòu)形式分為正裝和倒裝兩種。而此次的托板的落料沖孔復(fù)合模的結(jié)構(gòu)形式采用的是倒裝結(jié)構(gòu)，凹模安裝在模具上模座，而增加了一個(gè)凸凹模安裝在模具的下模座上。這樣，倒裝復(fù)合模廢料清理無須二次清理，生產(chǎn)效率較高，操作方便安全。復(fù)合模的結(jié)構(gòu)緊湊，生產(chǎn)效率高，沖壓件的精度高，適合大批量的生產(chǎn)，符合此次設(shè)計(jì)的基本技術(shù)要求。但復(fù)合模的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造時(shí)相對(duì)困難。彎曲模的設(shè)計(jì)過程與復(fù)合模的設(shè)計(jì)大致相同，但彎曲模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較復(fù)合模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更為簡(jiǎn) 單些。彎曲過程是對(duì)復(fù)合模沖裁后的落料件進(jìn)行彎曲，而且彎曲后的彎曲件是最后所需要的標(biāo)準(zhǔn)零件，故在設(shè)計(jì)的時(shí)候我們需要對(duì)其精南昌航空大學(xué) 科技學(xué)院 學(xué)士學(xué)位論文 2 度進(jìn)行必要的控制，以達(dá)到零件所需達(dá)到的要求。 根據(jù)模具的特點(diǎn)，此次托板復(fù)合模具設(shè)計(jì)中主要是對(duì)凸模、凹模和凸凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及尺寸計(jì)算，其中主要是對(duì)各自工作部分的尺寸設(shè)計(jì)及其標(biāo)準(zhǔn)的選用，用以保證托板的精度和質(zhì)量要求。而彎曲模具設(shè)計(jì)中主要是對(duì)凸模、凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、彎曲半徑計(jì)算和工作部分尺寸的設(shè)計(jì)，由于模具許多零件大多已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，如模架、模座、導(dǎo)柱、導(dǎo)套、螺釘、銷釘?shù)龋@為我們?cè)谠O(shè)計(jì)中，提供了許 多的標(biāo)準(zhǔn)選用。這樣一來，在此次托板設(shè)計(jì)中就不需要對(duì)這些標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行設(shè)計(jì)，只要根據(jù)模具的整體設(shè)計(jì)及生產(chǎn)需要進(jìn)行選用，為設(shè)計(jì)的過程提供不小的方便。而彎曲模具設(shè)計(jì)中主要是對(duì)凸模、凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及工作部分尺寸的設(shè)計(jì)， 由于本人水平有限，加之初次接觸模具方面的設(shè)計(jì)，故在設(shè)計(jì)中不免存在不少紕漏及錯(cuò)誤之處，敬請(qǐng)?jiān)u閱老師批評(píng)指正。 南昌航空大學(xué) 科技學(xué)院 學(xué)士學(xué)位論文 3 2 托板落料沖孔復(fù)合模設(shè)計(jì) 沖裁是利用模具使板料在凸、凹模刃口剪切作用下，沿一定輪廓形狀分離的一種沖壓工序。從廣義上說，沖裁是分離工序的總稱，它包括落料、沖孔、切斷、修邊等多種工序， 其中用的最多的是落料和沖孔。從板料上沖下所需的零件（或毛坯）稱為落料；在工件上沖出所需形狀的孔稱為沖孔。 此次設(shè)計(jì)采用的是落料沖孔復(fù)合模，這種模具能在壓力機(jī)的一次行程中，完成落料、沖孔兩道工序，所沖壓出的工件精度較高，不受送料誤差的影響，內(nèi)外形的相對(duì)位置重復(fù)性好，表面較為平直。 本設(shè)計(jì)是托板落料沖孔復(fù)合模及彎曲模，托板零件簡(jiǎn)圖如圖 2－ 1 所示。 南昌航空大學(xué) 科技學(xué)院 學(xué)士學(xué)位論文 4 圖 21 托板零件圖 設(shè)計(jì)使用的數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)技術(shù)要求如下： 生產(chǎn)綱領(lǐng)：大批量； 材料： 08F； 材料厚度： ； 零件制造精度： IT10。 沖壓之前應(yīng)對(duì)沖裁件進(jìn)行必要的工藝性分析。所謂沖裁件的工藝性是指沖裁件對(duì)沖壓工藝的適應(yīng)性，即沖裁件的結(jié)構(gòu)、形狀、尺寸及公差等技術(shù)要求，是否符合沖裁加工的要求。良好的沖裁工藝性可以保證材料消耗少、工序數(shù)目少、模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且壽命長(zhǎng)、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、操作安全方便等優(yōu)點(diǎn)。因此，沖裁件的工藝性是否好，對(duì)沖裁件質(zhì)量、生產(chǎn)效率及沖裁模的使用壽命均有影響。沖裁件的工藝性主要包括結(jié)構(gòu)工藝性和尺寸精度，以下就對(duì)這兩方面加以分析說明。 南昌航空大學(xué) 科技學(xué)院 學(xué)士學(xué)位論文 5 托板的結(jié)構(gòu)工藝性 1） 托板的外形 沖裁件的外形應(yīng)盡可能的簡(jiǎn)單、 對(duì)稱、規(guī)則，或由簡(jiǎn)單的幾何圖形組成的外形，避免有過長(zhǎng)的懸臂或狹槽，若有的話，則懸臂或狹槽的寬度應(yīng)滿足：寬度 b≥ ，并且沖孔的尺寸不能太小。由托板的零件圖 21 可得知，托板的外形滿足工藝性要求。 2） 托板的孔間距和孔邊距 沖裁件的孔間距和孔邊距不能太小，否則將影響模具強(qiáng)度和零件質(zhì)量。一般，取孔間距 b≥ ，孔邊距 b1≥ t。由托板的零件圖 21 得知，孔間距有兩個(gè)： 77mm 和 30mm，孔邊距有兩個(gè)： 25mm 和 15mm，均滿足工藝性要求。 托板的尺寸精度 普通沖裁件內(nèi)外形尺寸的經(jīng)濟(jì)精度等級(jí)一般 不高于 IT11，落料件的公差等級(jí)最好低于 IT10，沖孔件比落料件高一級(jí)，最好低于 IT9。普通沖裁件外形與內(nèi)孔尺寸公差、孔中心距公差、孔中心與邊緣尺寸公差見表 2－ 表 2－ 表 2－ 3。 表 21 沖裁件內(nèi)外形能達(dá)到的經(jīng)濟(jì)精度 ≤ 3 3～ 6 6～ 10 10～ 18 18～ 500 ≤ 1 IT12～ IT13 IT11 1～ 2 IT14 IT12～ IT13 IT11 2～ 3 IT14 IT12～ IT13 表 2－ 2 兩孔中心距公差 (mm) 料厚 t 普通沖裁模 高級(jí)沖裁模 孔 距 基 本 尺 寸 50 50～ 150 150～ 300 50 50～ 150 150～ 300 1 177。 177。 177。 177。 177。 177。 1～ 2 177。 177。 177。 177。 177。 177。 2～ 4 177。 177。 177。 177。 177。 177。 表 2－ 3 沖裁件孔中心與邊緣尺寸公差 (mm) 基 本 尺 寸 /mm 材 料 厚 度 t/mm 南昌航空大學(xué) 科技學(xué)院 學(xué)士學(xué)位論文 6 料厚 （ mm） 孔中心與 邊緣尺寸 ≤ 50 50～ 120 120～ 220 220～ 320 ≤ 2 177。 177。 177。 177。 2～ 4 177。 177。 177。 177。 根據(jù)上述的表格數(shù)據(jù)與零件圖 2－ 1上的尺寸及尺寸精 度要求相比較可以得知，托板的尺寸精度滿足沖裁的工藝性要求。 沖裁模凸模和凹模刃口之間的間隙稱為沖裁間隙，單面用間隙用 C 表示，雙面間隙用 Z 表示。如無特殊說明，沖裁間隙一般是指雙邊間隙。 沖裁間隙的數(shù)值等于凸、凹模刃口尺寸的差值，如圖 2－ 2所示，即 Z＝ D 凹 － D 凸 （ 2－ 1） 式中： Z —— 沖裁間隙（ mm）； D 凹 —— 沖裁模凹模直徑尺寸（ mm） D 凸 —— 沖裁模凹模直徑尺寸（ mm） 。 圖 2－ 2 沖裁間隙 沖裁間隙對(duì)沖裁工藝的影響 沖裁間隙是沖裁工藝與模具設(shè)計(jì)中一個(gè)很重要的工藝參數(shù)。間隙的大小不僅對(duì)沖裁斷面質(zhì)量及尺寸精 度有很重要影響，而且還對(duì)沖裁工藝力、模具壽命等也有極大的影響。 1）對(duì)沖裁斷面質(zhì)量的影響 間隙過小時(shí)，上、下裂紋不能相遇重合，板料將被第二次剪切，斷面產(chǎn)生兩個(gè)光亮帶，并造成夾層，毛刺被拉長(zhǎng)。 間隙合理時(shí)，上、下表面產(chǎn)生的初始裂紋相重合，光亮帶較大，塌角帶、斷裂帶、南昌航空大學(xué) 科技學(xué)院 學(xué)士學(xué)位論文 7 毛刺區(qū)都較小，錐度也較小。 間隙過大時(shí)，上、下裂紋仍不能相遇重合，因應(yīng)力狀態(tài)中的拉應(yīng)力增大，材料容易產(chǎn)生裂紋，使塑性變形較早結(jié)束。所以光亮帶變窄，毛刺相對(duì)較大，錐度也較大。 2）對(duì)沖裁件的尺寸精度的影響 所謂沖裁件的尺寸精度是指沖裁件實(shí)際尺寸與基本 尺寸的差值，它由兩方面組成：一是沖裁件相對(duì)凸、凹模尺寸的偏差；另一個(gè)是模具的制造偏差。所以說沖裁間隙的選取對(duì)沖裁件的尺寸精度的影響是相當(dāng)?shù)拇蟆? 當(dāng)間隙過小時(shí)，板料在沖裁過程中除受剪切作用外還受到較大的擠壓作用，這樣由于沖裁后的材料回彈的影響，使得沖裁件的尺寸向?qū)嶓w的反方向脹大，即落料件的尺寸將會(huì)小于凹模的尺寸，沖孔件的的尺寸將會(huì)小于凸模的尺寸，這樣使得需要的零件的尺寸達(dá)不到要求，造成零件的報(bào)廢。 當(dāng)間隙適當(dāng)時(shí)，沖裁過程中板料的變形區(qū)受到比較純的剪切作用下被分離，使得落料件的尺寸等于凹模尺寸，沖孔件的尺寸等于 凸模尺寸，保證了零件的尺寸精度要求。 當(dāng)間隙過大時(shí)，則板料在沖裁過程中除受剪切作用外還產(chǎn)生較大的拉伸與彎曲變形，這樣沖裁后由于材料回彈的影響，將使得沖裁件的尺寸向?qū)嶓w方向收縮，即落料件的尺寸將會(huì)小于凹模的尺寸，而沖孔件的尺寸將會(huì)大于凸模的尺寸。 3）對(duì)沖裁工藝力的影響 間隙愈小，沖裁變形區(qū)的壓應(yīng)力越大，拉應(yīng)力越小，材料變形抗力大，沖裁力越大；反之，沖裁力減小但不明顯。間隙對(duì)卸料力、推件力、頂件力的影響很顯著，隨著間隙的增大，從凸模上卸料和從凹模中頂出工件都很省力，這些力都明顯降低。 4）對(duì)模具壽命的影響 沖 裁時(shí)，凸、凹模上受到被沖材料的反作用力，由于材料與模具實(shí)際接觸面積很小，故接觸面上的單位壓力極高。在高壓的作用下，加上材料的塑性流動(dòng)和滑動(dòng)，刃口的端面和側(cè)面就會(huì)發(fā)生磨損。若間隙過小，則摩擦越嚴(yán)重，模具壽命越短。而較大的間隙，不僅可以減小磨損，也可以緩解間隙不均勻的影響。從而提高模具的壽命。 沖裁間隙的選取 由上述可知道：沖裁間隙對(duì)沖裁件質(zhì)量、沖壓力、模具壽命等都有很大的影響，所以，并不存在一個(gè)絕對(duì)合理的間隙值，能同時(shí)滿足沖裁件斷面質(zhì)量最佳、尺寸精度最高、沖模壽命最長(zhǎng)、沖壓力較小等各方面的要求。因 此 ,必須根據(jù)沖裁件的情況、模具結(jié)構(gòu)、沖壓方法以及模具加工方法等因素，酌情增減間隙值，如： 南昌航空大學(xué) 科技學(xué)院 學(xué)士學(xué)位論文 8 1）對(duì)于尺寸精度、斷面垂直要求高的沖裁件，應(yīng)選用較小的間隙值，反之對(duì)于尺寸精度和斷面垂直度要求不高的沖裁件，應(yīng)從降低沖裁力、提高模具壽命出發(fā)，選用大間隙值； 2）在同樣條件下，非圓形凸、凹模刃口形狀應(yīng)比圓形的間隙要取大些。沖孔比落料的間隙要大； 3）凹模為斜壁刃口時(shí)的間隙值比直壁刃口間隙要??； 4）高速?zèng)_裁時(shí)模具容易發(fā)熱，間隙應(yīng)增大； 由以上所述可以得知，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，沖裁間 隙有一個(gè)合理的范圍，稱為合理間隙，只要間隙取在在這個(gè)范圍內(nèi)，就可以沖出良好的零件。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 (Zmax)。同時(shí)考慮到?jīng)_模在使用時(shí)會(huì)逐漸磨損，間隙會(huì)增大，故在設(shè)計(jì)和制造新模具時(shí)，應(yīng)采用最小合理間隙值。由表 2－ 4可查得最大、最小間隙值。 表 2－ 4 沖裁模刃口始用間隙 材料 名稱 08F、 3 09Mn、 Q235 16Mn 4 T7 厚度 （ t） 初始間隙 Z Zmin Zmax Zmin Zmax Zmin Zmax 由上表可查得：托板的沖裁間隙可取 Z＝ Zmin＝ 。 托板凸、凹模刃口尺寸及制造公差的計(jì)算 在沖裁過程中， 凸、凹模刃口部分尺寸及制造公差將直接影響 沖裁件的尺寸精度，同時(shí)， 模具的合理間隙值也是靠凸、凹模刃口尺寸及其公差來實(shí)現(xiàn)和保證的。 因此，正確確定沖裁模凸、凹模刃口的尺寸及制造公差是相當(dāng)重要的。 凸、凹模刃口尺寸及制造公差計(jì)算的原則 生產(chǎn)實(shí)踐證明，由于凸、凹模刃口間隙的存在，落下的料和沖出的孔都帶有錐度，且落料件的尺寸接近于凹模刃口的尺寸，沖孔件的尺寸接近于凸模刃口的尺寸。所以，計(jì)算凸 、凹模刃口尺寸及制造公差時(shí)應(yīng)遵循的原則如下： 南昌航空大學(xué) 科技學(xué)