【正文】 模具 制造工藝學(xué)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 題目 : “墊圈沖裁?！?零件的機(jī)械加工工藝規(guī)則及工藝裝備 內(nèi)容： 1 張 1 張 3. 機(jī)械加工工藝過程綜合卡片 1 張 4. 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)裝配圖 1 張 5. 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)零件圖 1 張 6. 課程設(shè)計(jì)說明書 1 份 2020 年 06 月 08 日 第一章 前 言 模具是現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的重要工藝裝備 ,是利用其特定形狀去成型具有一定形狀和尺寸的制品的工具。 模具作為一種生產(chǎn)工具已經(jīng)廣泛的地應(yīng)用于各行各業(yè)，其發(fā)展之快，模具需求量之多，是前所未有的，今天，在國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)工業(yè)部門都越來越多地依靠模具來進(jìn)行生產(chǎn)加工，模具已成為國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)工業(yè)，已成為當(dāng)代工業(yè)的重要手段和工藝發(fā)展方向之一。現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品的品種和生產(chǎn)效益的提高，在很大程度上取決 于模具的發(fā)展和技術(shù)經(jīng)濟(jì)水平。 為了更進(jìn)一步加強(qiáng)我們的設(shè)計(jì)能力，鞏固所學(xué)的專業(yè)知識(shí)，在畢業(yè)之際，特安排了此次的畢業(yè)設(shè)計(jì)。畢業(yè)設(shè)計(jì)也是我們?cè)趯W(xué)完基礎(chǔ)理論課，技術(shù)基礎(chǔ)課和專業(yè)課的基礎(chǔ)上，所設(shè)置的一個(gè)重要的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。 本次設(shè)計(jì)的目的： 一、 綜合運(yùn)用本專業(yè)所學(xué)的理論與生產(chǎn)實(shí)際知識(shí)，進(jìn)行一次冷沖壓模設(shè)計(jì)的實(shí)際訓(xùn)練，從而提高我們的獨(dú)立工作能力。 二、 鞏固復(fù)習(xí)三年以來所學(xué)的各門學(xué)科的知識(shí)，以致能融會(huì)貫通，進(jìn)一步了解從模具設(shè)計(jì)到模具制造的整個(gè)工藝流程。 三、 掌握模具設(shè)計(jì)的基本技能，如計(jì)算、繪圖、查閱設(shè)計(jì)資料和手冊(cè)，熟悉標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范等 。 在這次設(shè)計(jì)過程中我得到了羅老師的悉心指導(dǎo)和同學(xué)們的熱情幫助，在此表示衷心的感謝！ 由于本人設(shè)計(jì)水平有限，經(jīng)驗(yàn)不足，設(shè)計(jì)過程中錯(cuò)誤難免，敬請(qǐng)老師批評(píng)、指正，不勝感激。 學(xué) 生：李鄭強(qiáng) 2020 年 6 月 08 日 第 2 章 沖裁工藝及沖裁模具設(shè)計(jì) 沖裁是指利用模具在壓力機(jī)上使板料產(chǎn)生分離的沖壓工藝。沖裁可直接沖出所需形狀的零件，也可為其它工序制備毛坯。沖裁時(shí)所使用的模具稱為沖裁模。 沖裁工藝的種類很多，常用的有落料、沖孔、切斷、切邊、切口等，其中落料和沖孔應(yīng)用最多。從 板料上沖下所需形狀的零件 (或毛坯 )稱為落料；在零件 (或毛坯 )上沖出所需形狀的孔 (沖去部分為廢料 )稱為沖孔。落料與沖孔的變形性質(zhì)完全相同，但在進(jìn)行模具設(shè)計(jì)時(shí)，模具尺寸的確定方法不同，因此，工藝上必須作為兩個(gè)工序加以區(qū)分。沖制外形 D的沖裁工序?yàn)槁淞?，如圖 (a)所示；沖制內(nèi)孔 d的工序?yàn)闆_孔，如圖 (b)所示。 根據(jù)沖裁的變形機(jī)理不同，沖裁工藝可以分為普通沖裁和精密沖裁兩大類。精密沖裁斷面較光潔，精度較高，但需專門的精沖設(shè)備與模具。 沖裁過程分析 沖裁 原理 沖裁變形過程，如 圖 ，大致可分為三個(gè)階段： 如圖 (a)所示，當(dāng)凸模下壓接觸板料時(shí)，材料將產(chǎn)生短暫的、輕微的彈性變形。此時(shí)如果提升凸模，變形將完全消失。 如圖 (b)所示，凸模繼續(xù)下壓，板料變形區(qū)的應(yīng)力將繼續(xù)增大。當(dāng)應(yīng)力狀態(tài)滿足屈服極限時(shí)，材料便進(jìn)入塑性變形階段。這一階段突出的特點(diǎn)是材料只發(fā)生塑性流動(dòng)，而不產(chǎn)生任何裂紋，凸模繼續(xù)切人板料，同時(shí)將板料的下部擠入凹模孔內(nèi)。 圖 墊圈沖裁中的落料與沖孔 圖 (c)、 (d)、 (e)表示了斷裂分離的全過程，其中圖 (c)表示當(dāng)凸模切入板料達(dá)到一定深度時(shí)， 在凹模側(cè)壁靠近刃口處的材料首先出現(xiàn)裂紋。這表明塑性剪切變形的終止和斷裂分離的開始。圖(d)表示裂紋發(fā)展與貫通的情形。圖 (e)表示沖裁結(jié)束時(shí)板料被完全分裂分離的情形。被沖入孔的一塊料在落料時(shí)為工件，沖孔時(shí)為廢料。留在凹模面上的材料在沖孔時(shí)為工件，落料時(shí)為廢料。普 圖 沖裁變形過程及沖裁件剪切斷面 (a) 彈性變形 (b)塑性變形 (c)出現(xiàn)裂紋 (d)裂紋貫 通 (e)板料完全斷裂分離 (f)剪切斷面 l一凸模 2一板料 3一凹模 4一沖孔為工件，落料為廢料 5一落料為工件，沖孔為廢料 通沖裁件的剪切斷面狀況如圖 (f)所示，其精度一般在 IT10級(jí)以下，表面粗糙度 Ra可達(dá) ~50181。m。 如圖 (f)所示，斷面明顯分 4個(gè)特征區(qū) ： a為圓角區(qū)，即塌角； b為光亮帶，表面光滑，表面質(zhì)量最好； c為剪裂帶，表面粗糙并略帶斜度，不與板面垂直； d為毛刺。在 4個(gè)特征區(qū)中，光亮帶越寬，斷面質(zhì)量越好。但 4個(gè)特征區(qū)在其整個(gè)斷面上所占比例大小隨材料種類、狀態(tài)、板厚、沖裁條件 (沖裁間隙、刃口形狀、沖裁速度 )等不同而變化。 沖裁件的質(zhì)量 及其影響因素 沖裁件質(zhì)量是指斷面狀況、尺寸精度和形狀誤差。斷面狀況盡可能垂直、光潔、毛刺小。尺寸精度應(yīng)該保證在圖樣規(guī)定的公差范圍之內(nèi)。零件外形應(yīng)該滿足圖樣要求；表面盡可能平直，即拱彎小。 沖裁模的制造精度對(duì)沖裁件尺寸精度的影響最直接，沖裁模的制造精度愈高，沖裁件的精度愈高。 由于在沖裁過程中材料產(chǎn)生一定的彈性變形，沖裁結(jié)束后發(fā)生“回彈”現(xiàn)象，使落料件尺寸與凹模尺寸不符，沖孔的尺寸與凸模尺寸不符，從而影響其精度。對(duì)于比較軟 的材料，彈性變形量較小，沖裁后的回彈值也較小，因而零件精度較高。硬的材料，情況正好相反。 材料相對(duì)厚度 t／ D(t─ 板厚， D─ 沖裁件直徑 )越大，彈性變形量越小，因而沖裁零件尺寸精度就高。 沖裁間隙對(duì)沖裁件的精度影響很大。落料時(shí)，如間隙過大，材料除受剪切外還產(chǎn)生拉伸彈性變形，沖裁后由于“回彈”將使沖裁件尺寸有所減小，減小的程度也隨著間隙的增大而增加。如間隙過小，材料除受剪切外還產(chǎn)生壓縮彈性變形，沖裁后由于“回彈”而使沖裁件尺寸有所增大，增大的程度隨著間隙的減小而增加。沖孔時(shí)，情況與落料時(shí)正好相反， 即間隙過大，使沖孔尺寸增大，間隙過小，使沖孔尺寸減小。 沖裁件尺寸越小，形狀越簡(jiǎn)單其精度越高。 對(duì)于斷面質(zhì)量起決定作用的是沖裁間隙。如間隙選的合理，沖裁時(shí)上、下刃口處所產(chǎn)生的裂紋就能重合， 如 圖 。所得工件斷面雖不很光滑，且?guī)в幸欢ㄥF度，但已滿足要求。 當(dāng)間隙值過小或過大時(shí)，就會(huì)使上，下裂紋不能重合。間隙過小時(shí)，凸模刃口附近的裂紋比合理間隙時(shí)向外錯(cuò)開一段距離。上、下兩裂紋中間的一部分材料，隨著沖裁的進(jìn)行，將被第二次剪切，在斷面上形成第二光亮帶。間隙過大時(shí)，凸模刃口 附近的裂紋較合理間隙時(shí)向里錯(cuò)開一段距離，材料受很大拉伸，使斷面光亮帶減小，毛刺，圓角和錐度都會(huì)增大。 凸?；虬寄Ｄモg后，其刃口處形成圓角。在沖裁時(shí)，沖裁件的邊緣就會(huì)出現(xiàn)毛刺。在沖裁工作中，產(chǎn)生很大的毛刺是不允許的，應(yīng)查明原因加以解決。如有不可避免的微小的毛刺出現(xiàn)，應(yīng)在沖裁后設(shè)法消除。一般生產(chǎn)中允許的毛刺高度，可查相關(guān)資料。 排樣設(shè)計(jì) 排樣 沖裁件在條料或板料上的布置方式稱為排樣。排樣方案對(duì)材料利用率、沖裁件質(zhì)量、生產(chǎn)率、生產(chǎn)成本和模具結(jié)構(gòu)形式都有重要影響。 (1)提高材料利用率 沖裁件生產(chǎn)批量大，生產(chǎn)效率高，材料費(fèi)用一般會(huì)占總成本的 60%以上，所以材料利用率是衡量排樣經(jīng)濟(jì)性的一項(xiàng)重要指標(biāo)。在不影響零件性能的前提下，應(yīng)合理設(shè)計(jì)零件外形及排樣，提高材料利用率。 (2)改善操作性 沖裁件排樣應(yīng)使工人操作方便、安全、勞動(dòng)強(qiáng)度低。一般說來，在沖裁生產(chǎn)時(shí)應(yīng)盡量減少條料的翻動(dòng)次數(shù)，在材料利用率相同或相近時(shí)，應(yīng)選用條料寬度及進(jìn)距小的排樣方式。 (3)使模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理，使用壽命高。 (4)保證沖裁件質(zhì)量。 按照材料的利用率，排樣可分為有廢料排 樣、少廢料排樣和無廢料排樣三種，如圖 。廢料是指沖裁中除零件以外的其它板料，包括工藝廢料和結(jié)構(gòu)廢料。 (a) (b) (c) 圖 排樣方式 (1)有廢料排樣 有廢料排樣是指在沖裁件與沖裁件之間、沖裁件與條料側(cè)邊之間均有工藝廢料，沖裁是沿沖裁件的封閉輪廓進(jìn)行的 ， 如圖 (a)所示。 (2)少廢料排樣 少廢料排樣是指只在沖裁件之間或只在沖裁件與條 料側(cè)邊之間留有搭邊，如圖 (b)所示。沖裁只沿沖裁件的部分輪廓進(jìn)行，材料利用率可達(dá) 70%~90%。 (3)無廢料排樣 無廢料排樣是指在沖裁件與沖裁件之間、沖裁件與條料側(cè)邊之間均無搭邊存在，沖裁件實(shí)際 上是直接由切斷條料獲得的，如圖 (c)所示。材料利用率可高達(dá) 85%~90%。 采用少廢料、無廢料排樣時(shí)，材料利用率高，不但有利于一次行程獲得多個(gè)沖裁件，還可以 簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu)、降低沖裁力，但受條料寬度誤差及條料導(dǎo)向誤差的影響，沖裁件尺寸及精度不易保證，另外，在有些無廢料排樣中，沖裁時(shí)模具會(huì)單面受力， 影響模具使用壽命。有廢料抖樣時(shí)沖裁件質(zhì)量和模具壽命較高，但材料利用率較低。所以，在排樣設(shè)計(jì)中，應(yīng)全面權(quán)衡利弊。 根據(jù)沖裁件在板料上的布置方式，排樣形式有直排、單行排、多行排、斜排、對(duì)頭直排和對(duì)排斜排等多種排列方式，見表 。 在排樣設(shè)計(jì)中，除選擇適當(dāng)?shù)呐艠臃椒ㄍ?，還包括確定搭邊值的大小，計(jì)算條料寬度及送料進(jìn)距，畫出排樣圖，必要時(shí)還需計(jì)算材料利用率。 表 排樣方式 搭邊 搭邊定義 沖裁件與沖裁件之間、沖裁件與條料側(cè)邊之間留下的工藝余料稱為搭 邊。搭邊的作用是避免因送料誤差發(fā)生零件缺角、缺邊或尺寸超差 ； 使凸、凹模刃口受力均衡，提高模具使用壽命及沖裁件斷面質(zhì)量；此外利用搭邊還可以實(shí)現(xiàn)模具的自動(dòng)送料。 沖裁時(shí)，搭邊過大，會(huì)造成材料浪費(fèi)，搭邊太小，則起不到搭邊應(yīng)有的作用，過小的搭邊還會(huì)導(dǎo)致板料被拉進(jìn)凸、凹模間隙，加劇模具的磨損，甚至?xí)p壞模具刃口。 搭邊的合理數(shù)值主要取決于沖裁件的板料厚度、材料性質(zhì)、外廓形狀及尺寸大小等。一般說 來，材料硬時(shí)，搭邊值可取小些；軟材料或脆性材料，搭邊值應(yīng)取大些；板料厚度大，需要的搭邊值大；沖裁件的形狀復(fù)雜，尺寸大 ，過渡圓角半徑小，需要的搭邊值大；手工送料或有側(cè)壓板導(dǎo)料時(shí)，搭邊值可取小些。搭邊值通常由經(jīng)驗(yàn)確定，表 ，常用的最小搭邊值。 送料進(jìn)距 模具每沖裁一次，條料在模具上前進(jìn)的距離稱為送料進(jìn)距或步距。當(dāng)單個(gè)進(jìn)距內(nèi)只沖裁一個(gè)零件時(shí)，送料進(jìn)距的大小等于條料上兩個(gè)零件對(duì)應(yīng)點(diǎn)之間的距離，如圖 。 A=D+al （ 2— 1） 式中 A── 送料進(jìn)距，單位 mm； D── 平行于送料方 向的沖裁件寬度，單位 mm； a1── 沖裁件之間的搭邊值，見表 ，單位 mm。 表 最小工藝搭邊值 mm 表 條料下料寬度偏差△ mm 條料寬度 的確定 沖裁前通常需按要求將板料裁剪為適當(dāng)寬度的條料。為保證送料順利，不因條料過寬而發(fā)生卡死現(xiàn)象 ，條料的下料公差規(guī)定為負(fù)偏差。條料在模具上送進(jìn)時(shí)，一般都有導(dǎo)料裝置，有時(shí)還要使用側(cè)壓裝置 (側(cè)壓裝置是指在條料送進(jìn)過程中，在條料側(cè)邊作用一橫向壓力，使條料緊貼導(dǎo)料板一側(cè)送進(jìn)的裝置 )。 當(dāng)條料在無側(cè)壓裝置的導(dǎo)料板之間送料時(shí)，條料寬度 B按下式計(jì)算 ： ? ? 0 02 ????? baLB (2— 2) 當(dāng)條料在有側(cè)壓裝置或要求手動(dòng)保持條料緊貼單側(cè)導(dǎo)料板送料時(shí)，條料寬度 B按下式計(jì)算： ? ? 0 2 ?????? aLB (2— 3) 式 (2— 2)、 (2— 3)中 B── 條料寬度，單位 mm； L── 沖裁件與送料方向垂直的最大尺寸，單位 mm； a── 沖裁件與條料側(cè)邊之間的搭邊，單位 mm； △ ── 條料下料時(shí)的下偏差值，見表 ，單位 mm； b0── 條料與導(dǎo)料板之間的間隙，見表 ，單位 mm。 材料利用率 材料利用率是沖壓工藝中一個(gè)非常重要的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。其計(jì)算可用一個(gè)進(jìn)距內(nèi)沖裁件的實(shí)際面積與毛坯面積的百分比表示 : (2— 4) 式中 S1── 一個(gè)進(jìn)距內(nèi)沖裁件的實(shí)際面積，單位 mm2； S0── 一 個(gè)進(jìn)距內(nèi)所需毛坯面積，單位 m