【正文】 沖壓模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(級進模設(shè)計)畢業(yè)設(shè)計論文第一章 緒論板料成形一般稱為沖壓，它是對厚度較小的板料，利用專門的模具，使金屬板料通過一定?？锥a(chǎn)生塑性變形，從而獲得所需的形狀、尺寸的零件或坯料。沖壓這類塑性加工方法可進一步分為分離工序和成形工序兩類。分離工序用于使沖裁件與板料沿一定的輪廓線相互分離，如沖裁、剪切等工序；成形工序用來使坯料在不破壞的條件下發(fā)生塑性變形，成為具有要求形狀和尺寸的零件，如彎曲、拉深等工序。隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，還不斷產(chǎn)生新的塑性加工方法，例如連鑄連軋、液態(tài)模鍛、等溫鍛造和超塑性成形等，這些都進一步擴大了塑性成形的應(yīng)用范圍。塑性加工按成形時工件的溫度還可以分為熱成形、冷成形和溫成形三類。熱成形是充分進行再結(jié)晶的溫度以上所完成的加工，如熱軋、熱鍛、熱擠壓等；冷成形是在不產(chǎn)生回復(fù)和再結(jié)晶的溫度以下進行的加工，如冷軋、冷沖壓、冷擠壓、冷鍛等；溫成形是在介于冷、熱成形之間的溫度下進行的加工，如溫鍛、溫擠壓等。本工件的成形屬于冷成形。雖金屬塑性成形的方法多種多樣，具有各自的特點。但它們具有共同的特點，即都要利用金屬的塑性，并都要借助于一定的外力使其產(chǎn)生塑性變形，這就是所謂的金屬塑性加工。金屬的塑性加工是以塑性為前提條件。塑性越好，則預(yù)示著金屬具有更好的塑性成形適應(yīng)能力，允許產(chǎn)生更大的變形量；反之，如果金屬一受力即行斷裂，則塑性加工也就無從進行，因而，從工藝角度出發(fā)，人們總是希望變形金屬具有良好的塑性。因而對金屬塑性成形工藝應(yīng)提出相應(yīng)的要求：1）使金屬具有良好的塑性；2）使變形抗力小；3）保證塑性成形件質(zhì)量，即使成形件組織均勻、晶粒細小、強度高、殘余應(yīng)力小等；4）能了解變形力，以便為選擇成形設(shè)備、設(shè)計模具提供理論依據(jù)。 第2章 沖壓件工藝分析 沖壓件的工藝性，是指沖壓件對沖壓工藝的適應(yīng)性，即沖裁件的形狀結(jié)構(gòu)、尺寸大小、尺寸偏差、形位公差與尺寸基準(zhǔn)等是否符合沖壓工藝要求。本次設(shè)計的工件形狀如圖21，現(xiàn)對該工件沖壓工藝性進行分析：工件中對標(biāo)有尺寸精度的尺寸按照零件圖的精度進行設(shè)計，對其他未標(biāo)尺寸按一般精度設(shè)計，即按國標(biāo)對非圓形工件精度等級取IT14級設(shè)計，對圓形工件精度等級取IT10級設(shè)計。 沖裁件的尺寸基準(zhǔn)應(yīng)盡可能和制模時的定位基準(zhǔn)重合，以避免產(chǎn)生基準(zhǔn)不重合誤差。孔位尺寸基準(zhǔn)應(yīng)盡量選擇在沖裁過程中始終不參加變形的面或線上，切不要與參加變形的部分聯(lián)系起來。如圖12所示：原設(shè)計尺寸的標(biāo)注圖（a），對沖裁圖樣是不合理的，因為這樣的標(biāo)注，尺寸LL2必須考慮到模具的磨損而相應(yīng)給以較寬的公差，造成孔心距的不穩(wěn)定，孔心距公差會隨著模具磨損而增大。改用圖（b）的標(biāo)注，兩孔的孔心距才不會受模具磨損的影響，比較合理。本工件的標(biāo)注也屬于圖（b）類型的標(biāo)注，它的孔位尺寸基準(zhǔn)在沖裁過程中不參加變形，因而能保證工件上兩孔的孔心距不受模具磨損的影響，比較合理。 通過分析零件圖，該零件的主要形位公差精度是中心凸臺處中心孔的位置公差。其他未表注形位公差精度按一般的精度要求處理即可滿足工藝要求。該工件為標(biāo)有表面質(zhì)量精度要求按照一般要求處理即可滿足工藝要求，即表面粗糙度。 工件材料Q215F，為碳素結(jié)構(gòu)鋼。其化學(xué)成分（查文獻[2]第105頁表81）及影響如下：%～%，為低碳鋼，碳對碳鋼性能的影響最大，碳能固溶于鐵，形成鐵素體和奧氏體，它們都具有良好的塑性。當(dāng)碳的含量超過鐵的溶碳能力時，多余的碳便與鐵形成化合物Fe3C,稱為滲碳體。滲碳體具有很高的硬度，而塑性幾乎為零，對基體的塑性變形起阻礙作用，而使碳鋼的塑性降低，隨著含碳量的增加，滲碳體的數(shù)量亦增多，塑性的降低也越大。圖13為退火狀態(tài)下，含碳量對碳鋼的塑性和強度指標(biāo)的影響曲線。因而，對于冷成形用的碳鋼，含碳量應(yīng)低。%~%，為鋼中的雜質(zhì)元素，元素會與鋼中的碳形成硬而脆的碳化物，使鋼的強度提高，而塑性下降，但碳化物的影響還與它的形狀、大小和分布狀態(tài)有密切關(guān)系。因而在該工件的材料中含量不宜過高。%，%，%，一般來說、都是鋼中有害雜質(zhì)，它們在鐵中會形成各種化合物，使鋼的強度、硬度提高，而使塑性降低，因而、應(yīng)盡量減少其含量。氧在鐵中的溶解度很小，主要是以氧化物的形式存在于鋼中，它們多以雜亂、零散的點狀分布于晶界處。氧在鋼中無論以固溶液還是氧化物形式存在都使鋼的塑性降低，以氧化物形式存在時尤為嚴重，因為它在鋼中起空穴和微裂紋的作用。氧化物還會與其他夾雜物形成易熔共晶體分布于晶界處，造成鋼的熱脆性，因而氧元素在鋼中也不宜太高，因而脫氧方法采用沸騰處理，以減少氧在鋼中的含量，提高鋼的塑性。Q215F的機械性能的技術(shù)數(shù)據(jù)如下（查文獻[2]第106頁表82）：屈服強度（鋼材厚度（直徑））,抗拉強度，伸長率（鋼材厚度（直徑））. 板料的機械性能對沖壓成形性能也有影響：板料的強度指標(biāo)越高，產(chǎn)生相同變形量的力越大；塑性指標(biāo)越高，成形時所承受的極限變形量就越大；剛性指標(biāo)越高，成形時抵抗失穩(wěn)的能力就越大。對沖壓成形性能的要求，即屈強比要小。Q215F的屈強比，較小，塑性指標(biāo)也較高適宜沖壓成形。綜上所述，本工件采用Q215F較為合理，可滿足該工件的生產(chǎn)工藝要求。 此工件為彈簧支架，工件體積不大。主要工序為沖孔、落料、翻邊。所示工件部分要采用沖孔工序。沖裁件的形狀應(yīng)盡可能簡單、對稱、避免復(fù)雜形狀的曲線，在許可的情況下，把沖裁件設(shè)計成少、無廢料排樣的形狀，以減少廢料。矩形孔兩端宜用原弧連接，以利于模具加工。沖裁件各直線或曲線的連接處，盡量避免銳角，嚴禁尖角。除在少、無廢料排樣或采用鑲拼模結(jié)構(gòu)時，都應(yīng)有適當(dāng)?shù)膱A角相連，以利于模具制造和提高模具壽命，圓角半徑R的最小值可參考文獻[4]第75頁表217選取。沖裁件凸出或凹入部分不能太窄，盡可能避免過長的懸臂和窄槽，見圖16。最小寬度一般不小于，若沖裁件為高碳鋼時，,當(dāng)材料厚度時，按計算。沖裁件的孔徑受沖孔凸模強度和剛度的限制，不宜太小，否則容易折斷或壓彎，沖孔的最小尺寸可參考文獻[4]第75頁表218。如果采用帶保護套的凸模，穩(wěn)定性高，凸模不易折損，最小沖孔尺寸可以減小，參考文獻[4]第76頁表219。沖孔件上孔和孔、孔與邊緣之間的距離不能過小，以避免工件變形、模壁過薄或因材料易被拉入凹模而影響模具壽命。一般孔邊距取：對圓孔為（1～）t，對矩形孔為（～2）t（圖17）。孔距的最小尺寸可見文獻[4]第76頁表220。在彎曲件或拉深件上沖孔時，為避免凸模受水平推力而折斷，孔壁與工件直壁之間因保持一定的距離，使L≥R+。本工件基本符合上述各項要求，因而在結(jié)構(gòu)上是滿足工藝的，能夠進行沖孔落料加工。本工件屬于圓孔翻邊的中間階段，即凸模下面的材料尚未完全轉(zhuǎn)移到側(cè)面之前，如果停止變形，就會得到如圖18所示的成形，這種成形叫做擴孔成形，其變形區(qū)材料受拉應(yīng)力，切向伸長，厚度減薄，易發(fā)生破裂，屬伸長類翻邊。所以在圓孔翻邊時，應(yīng)保證毛坯孔邊緣的金屬伸長變形小于材料塑性伸長所允許的極限值。本工件翻邊高度較小，翻邊系數(shù)K（K=）較大滿足工藝要求。影響圓孔翻邊成形極限的因素如下：1．材料伸長率和硬化指數(shù)n大，Kl小，成形極限大。2．孔緣如無毛刺和無冷作硬化時，Kl較小，成形極限較大。為改善孔緣狀況，可采用鉆孔代替沖孔，或在沖孔后進行整修，有時還可在沖孔后退火，以消除孔緣表面硬化。3．用球形、錐形和拋物線形凸模翻邊時，變形條件比平底凸模優(yōu)越，Kl較小。在平底凸模中，其相對圓角半徑rp/t越大，極限翻邊系數(shù)可越小。4．板材相對厚度越大，Kl越小，成形極限越大。綜上所述，本工件結(jié)構(gòu)滿足工藝要求，可以采用模具進行加工。第3章 工藝方案確定根據(jù)本工件的外形尺寸及形狀，可確定本工件屬于落料沖孔工序，中間帶有孔的凸臺。凸臺的加工方法有兩種：1）凸臺采用翻邊的中間工序，擴孔成形，即先沖孔，再翻邊；2）先進行淺拉深，再采用沖孔的方法將孔沖出。根據(jù)上述的加工方法可提出以下幾種模具典型結(jié)構(gòu)所設(shè)計的模具加工方案：1）單工序模生產(chǎn) 單工序模結(jié)構(gòu)簡單，制作周期短，制作成本低廉，生產(chǎn)效率低，沖出的制件精度不高，且工人勞動強度大，不適合大批量的生產(chǎn)。2）復(fù)合模生產(chǎn) 復(fù)合模結(jié)構(gòu)緊湊，沖出的制件精度較高，適合大批量生產(chǎn)，特別是孔與制件外形的同心度容易保證。但模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，模具制造較困難，制造成本高，制造周期長等缺點。3）級進模生產(chǎn) 在一副級進模上可對形狀十分復(fù)雜的沖壓件進行沖裁、彎曲、拉深成形等工序，故生產(chǎn)率高，便于實現(xiàn)機械化和自動化，適于大批量生產(chǎn)。由于采用條料（或帶料）進行連續(xù)沖壓，所以操作方便安全。級進模的主要缺點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造精度高，周期較長，成本高。在生產(chǎn)本工件時若采用單工序模生產(chǎn)，制作本工件至少需要5個單工序，也就意味著需要5副以上的模具來進行生產(chǎn)，而且本工件需要長年大批大量生產(chǎn)，采用單工序不但所需的單工序模較多而且會造成產(chǎn)品精度無法保證，經(jīng)濟效益低等缺點，故不宜采用單工序模進行生產(chǎn)。若采用復(fù)合模生產(chǎn)，本工件因工件有帶孔凸臺，且為內(nèi)圓翻邊，若采用擴孔成形，則模具中間部分不但結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，而且加工非常困難，裝配也困難，故不采用擴孔成形加工帶孔凸臺，而采用先進行淺拉深再沖孔。在進行拉深時，圓錐部分的材料一部分是從底面流動得來的，另一部分要從主板上流動而來，而后者若為材料流動留有余量，就要增加工件排樣步距，從而造成材料消耗的增加。而且模具因為本工件較小而使其制作困難，成本增加。若采用級進模生產(chǎn)，則中間帶孔凸臺的加工，若采用先淺拉深再沖孔，也會造成材料的消耗增加。而采用先沖預(yù)孔，再進行擴孔成形，翻邊時材料流動的特點是預(yù)孔周圍的材料沿圓周方向伸長，使材料變??；而徑向材料長度幾乎沒有變化，即材料在徑向沒有伸長，因而不會引起主板上的材料流動。在排樣時，只要按正常沖裁搭邊值即可，可節(jié)省材料。綜合上述幾種方案的比較，應(yīng)選用級進模進行生產(chǎn)，既可實現(xiàn)大批量生產(chǎn)，也可以節(jié)約材料。因此選用級進模生產(chǎn)。 空工位的設(shè)置是為了保證模具具有足夠的強度，確保模具的壽命，或是為了便于設(shè)置特殊結(jié)構(gòu)。本模具因長度不是很大，有足夠的強度，且不需設(shè)置特殊結(jié)構(gòu)，因而可不設(shè)空工位。定位部分零件的作用是使毛胚（條料或塊料）送料時有準(zhǔn)確的位置，保證沖出合格制件，不致沖缺而造成浪費。因工件本身帶有一明顯的凸臺，故模具可不設(shè)側(cè)刃定位裝置，而利用凸臺對其定位。模具使用條料，用手工送料。第二工位翻邊以后，板料下面形成明顯的凸包。手工送料時，放在下一工位的凹模中即可。第二和第五工位的凸模設(shè)有導(dǎo)正銷進行精確定位。在第一和第二工位各設(shè)置一個始用擋料銷，供條料開始送進時的第一、第二工位使用。卸料裝置分為剛性（即固定卸料板）和彈性兩種，廢料切刀也是一種卸料的形式。固定卸料板的卸料力大，但無壓料作用。彈性卸料板的卸料力小，但有壓料作用，沖裁質(zhì)量較好，多用于薄料。因本工件中加工工程中有一翻邊工序，需要有壓料作用，且工件卸料力不大，故選用彈性卸料裝置。出料方式有上出料和下出料兩種方式，若采用上出料方式，則還需將廢料或工件鉤出，不利于級進模的連續(xù)生產(chǎn)；若采用下出料方式，廢料或工件可直接從凹?？字新┏觯Y(jié)構(gòu)簡單，且有利于連續(xù)大量生產(chǎn)。故出料方式選用下出料方式。 第4章 排樣設(shè)計 排樣的合理與否，影響到材料的經(jīng)濟利用率，還會影響到模具結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)率、制件質(zhì)量、生產(chǎn)操作方便與安全等。因此，排樣是沖裁工藝與模具設(shè)計中一項很重要的工作。沖壓件大批量生產(chǎn)成本中，毛坯材料費用占60%以上，排樣的目的就在于合理利用原材料。衡量排樣經(jīng)濟性、合理性的指標(biāo)是材料的利用率。其計算公式如下：一個進距內(nèi)的材料利用率η為 式中 A——沖裁件面積（包括沖出的小孔在內(nèi)）（mm2）； n——一個進距內(nèi)沖件數(shù)目； B——條料寬度（mm）； h——進距（mm）； 一張板料上總的材料利用率η∑為 式中 N——一張板料上沖件總數(shù)目； L——板料長度（mm）。要提高材料的利用率，就必須減少廢料面積