【正文】 水箱支架落料沖孔復(fù)合模設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)任務(wù)圖51 1水箱支架為大宇客車的水箱支架，材料為Q215，料厚t=3mm，大批量生產(chǎn)。要求設(shè)計(jì)該零件的沖壓模具，沖壓出來的零件滿足途中的公差和技術(shù)要求。圖51 1水箱支架 沖壓工藝分析該水箱支架既有沖孔，又有落料，共需兩個(gè)工序。材料為Q23t=3mm的碳素鋼，具有良好的沖壓性能，適合沖裁，工件結(jié)構(gòu)中等復(fù)雜，有一個(gè)直徑ф44mm的圓孔，一個(gè)60mmX26mm、圓角半徑為R6mm的長(zhǎng)方形孔和兩個(gè)直徑13mm的橢圓孔。此工件滿足沖裁的加工要求，孔與孔、孔與工件邊緣之間的最小壁厚大于8mm。工件的尺寸落料按IT11級(jí)，沖孔按IT10級(jí)計(jì)算。尺寸精度一般，普通沖裁完全滿足要求。 沖裁工藝方案的確定方案種類 按工件包括落料、沖孔兩個(gè)基本工序，可有一下三種工藝方案。方案一：先沖孔，后落料。采用單工序模生產(chǎn)。方案二：沖孔落料級(jí)進(jìn)沖壓。采用級(jí)進(jìn)模生產(chǎn)。方案三：采用落料沖孔同時(shí)進(jìn)行的復(fù)合膜生產(chǎn)。方案的比較 各方案的特點(diǎn)及比較如下。方案一：模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，但需要兩道工序，兩副模具，成本相對(duì)較高，生產(chǎn)效率低，且更重要的是在第一道工序完成后，進(jìn)入第二道工序必然會(huì)增大誤差，使工件精度、質(zhì)量大打折扣，達(dá)不到所需的要求，難以滿足生產(chǎn)需要。故而不選此方案。方案二：級(jí)進(jìn)模式一種多工位、效率高的加工方法。但級(jí)進(jìn)模輪廓尺寸較大，制造復(fù)雜，成本較高，一般適用于大批量、小型沖壓件。而本工件尺寸輪廓較大，采用此方案，勢(shì)必會(huì)增大模具尺寸，使加工難度提高，因而也排除此方案。方案三：只需要一套模具，工件的精度及生產(chǎn)效率要求都能滿足，模具輪廓尺寸較小，模具的制造成本不高。故本方案用先沖孔后落料的方法。方案的確定 綜上所述，本套模具采用沖孔落料復(fù)合模。 模具結(jié)構(gòu)形式的確定 復(fù)合模具有兩種結(jié)構(gòu)形式，正裝式復(fù)合模和倒裝式復(fù)合模。分析該工件成形后脫模方便性，正裝式復(fù)合模成形后工件留在下模，需向上推出工件，取件不方便。倒裝式復(fù)合模成形后工件留在上模，只需在上模裝一副推件裝置，故采用倒裝式復(fù)合模。 工藝尺寸計(jì)算排樣設(shè)計(jì)(1) 排樣方法的確定 根據(jù)工件的形狀，確定采用無廢料排樣的方法不可能做到，但能采用有廢料和少?gòu)U料的排樣方法。經(jīng)多次排樣計(jì)算決定采用直對(duì)排法，粗畫排樣圖如圖51 2所示。圖51 2 粗畫的排樣圖(2) 確定搭邊值 查表，取最小搭邊值：工件間。=，側(cè)面=?？紤]到工件的尺寸比較大，在沖壓過程中須在兩邊設(shè)置壓邊值，則應(yīng)取=5；為了方便計(jì)算取=3.(3) 確定條料步距 步距：，寬度：5820+5+5=260mm。(4) 條料的利用率 (5) 畫出排樣圖 根據(jù)以上資料畫出排樣圖，如圖51 3所示。圖51 3 排樣圖沖裁力計(jì)算(1) 沖裁力F查表，取材料Q235的抗拉強(qiáng)度由 已知：所以 (2) 卸料力從相關(guān)手冊(cè)上可知，卸料力、推件力相關(guān)的系數(shù)如表511所示。表511 不同材料的卸料力、推件力系數(shù)由，查表511，；則(3) 推件力由，查表511，知 則 (4) 頂件力由，查表511，知?jiǎng)t 壓力機(jī)公稱壓力得確定 本模具采用剛性卸料裝置和下出料方式，所以根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，沖壓設(shè)備擬選JA21160.沖裁壓力中心的確定(1) 按比例畫出每一個(gè)凸模刃口輪廓得位置，并確定坐標(biāo)系，標(biāo)注各段壓力中心坐標(biāo)點(diǎn)，如圖51 4所示。圖51 4 壓力中心計(jì)算圖(2) 畫出坐標(biāo)軸x、y。(3) 分別計(jì)算出各段壓力中心及各段壓力中心的坐標(biāo)值，并標(biāo)注如圖514所示。沖裁直線段是，其壓力中心位于各段直線段的中心。沖裁圓弧線段時(shí)，其壓力中心得位置見如圖515，按下式計(jì)算 則 所以，根據(jù)圖51 5求出H點(diǎn)的坐標(biāo)為：H（，）。圖51 5 壓力中心的位置(4) 分別計(jì)算出凸模刃口輪廓的周長(zhǎng)。沖裁壓力中心計(jì)算數(shù)據(jù)見表512 壓力中心數(shù)據(jù)表.表512 壓力中心數(shù)據(jù)表(5) 根據(jù)力學(xué)原理，分力對(duì)某軸的力矩等于各分力對(duì)同軸力矩的代數(shù)和，則可求得壓力中心坐標(biāo)（，） ，得：， 綜上所述，沖裁力的壓力中心坐標(biāo)為（，）。刃口尺寸的計(jì)算(1) 加工方法的確定。結(jié)合模具及工件得形狀特點(diǎn)，此模具制造宜采用配作法，落料時(shí)，先凹模為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)件，只需要計(jì)算落料凹模刃口尺寸及制造公差，凸模刃口尺寸由凹模實(shí)際尺寸按要求配作；沖孔時(shí)，則只需在配作時(shí)保證最小雙面合理間隙值。凹凸模刃口尺寸由凸模配作尺寸和凹模配作尺寸結(jié)合完成。(2) 采用配做法，先判斷模具各個(gè)尺寸在模具磨損后的變化情況，分三種情況，分別統(tǒng)計(jì)如下。 第一種尺寸（增大）：181，171，，，179，113，56，27，51，75。 第二種尺寸（減少）：142，13，26，60，44，6。 第三種尺寸（不變）：10，5，60，40。(3) 按入體原則，查手冊(cè)后確定沖裁件內(nèi)形與內(nèi)形尺寸公差，工作零件刃口尺寸計(jì)算見表553。表553 工作零件刃口尺寸的計(jì)算(4) 繪出落料凹模、凸模的尺寸，如圖51 6所示。圖51 6 工作零件尺寸(5) 卸料裝置的設(shè)計(jì)。采用如圖517，Error! Reference source not ，已知沖裁板厚t=3mm，沖裁卸料力 。根據(jù)模具安裝位置擬選6個(gè)彈簧，每個(gè)彈簧的頂壓力為 查附錄的圓柱螺旋壓縮彈簧，初選彈簧規(guī)格為（使所選彈簧得工作極限負(fù)荷）d=6mm，D=30mm，，n=7，f=188mm.，t=其中，d為材料直徑，D為彈簧大徑，為工作極限負(fù)荷，為自由高度，為工作極限負(fù)荷下變形量，n為有效圈數(shù)，t為節(jié)距。彈簧的總壓縮量為 模具總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模具類型的選擇 由沖壓工藝分析可知，采用復(fù)合模沖壓，所以本套模具類型為復(fù)合模。定位方式得選擇 因?yàn)樵撃＞卟捎玫脳l料，控制條料得送進(jìn)方向采用導(dǎo)料銷；控制條料的送進(jìn)步距。而第一件得沖壓位置因?yàn)闂l料有一定的余量，可以靠操作工人目測(cè)來確定。卸料、出件方式的選擇 根據(jù)模具沖裁的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，該模具采用剛性卸料方式比較方便。因?yàn)楣ぜ虾駷?mm，推件力比較大，用彈性裝置取出工件不太容易，且對(duì)彈力要求很高，不易使用。而采用推件塊，利用模具得開模力來推出工件，既安全又可靠。故采用剛性裝置取出工件，結(jié)構(gòu)如圖51 7所示。圖51 7 卸料裝置1—打桿 2——推板 3—連接推桿 4—推件塊導(dǎo)柱、導(dǎo)套位置的確定 為了提高模具得壽命和工件質(zhì)量，方便安裝、調(diào)整、維修模具，該復(fù)合模采用中間導(dǎo)柱模架。 主要零部件的設(shè)計(jì)工作零部件得結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(1) 落料凹模 凹模采用整體凹模，輪廓全部采用數(shù)控線切割機(jī)床即可一次成形，安排凹模在模架上的位置時(shí)，要依據(jù)壓力中心的數(shù)據(jù)，盡量保證壓力中心與模柄中心重合。其輪廓尺寸的計(jì)算如下：凹模厚度，凹模壁厚取凹模厚度 H=60mm，壁厚C取60mm.凹模寬度 B=b+2c=179+2X60=299mm（送料方向）凹模長(zhǎng)度 L=181+2X60=301根據(jù)工件圖樣，在分析受力情況及保證壁厚強(qiáng)度的前提下，取凹模長(zhǎng)度為315mm。寬度為315mm，所以凹模輪廓尺寸為315mm315mm60mm。(2) 沖孔凸模 根據(jù)圖樣：工件中有4個(gè)孔，其中有2格孔大小相等。因此需設(shè)計(jì)3支凸模。為了方便固定，都采用階梯式，長(zhǎng)度為L(zhǎng)=凹模+固定板+t=60+30+=。(3) 凸凹模 當(dāng)采用倒裝復(fù)合模時(shí)，凸凹模尺寸計(jì)算如下 式中，為卸料板厚度，取20mm；為凸凹模固定板厚度，取30mm；t為材料得厚度，取3mm；h為卸料板與固定板之間得安全高度，所以應(yīng)保證與沖孔凸模和落料凹模的雙邊合理間隙。定位零件的設(shè)計(jì) 結(jié)合本套模具的具體結(jié)構(gòu)，考慮到工件得形狀，設(shè)置一個(gè)ф8的活動(dòng)導(dǎo)料銷。擋料銷和導(dǎo)料銷得下面分別采用壓縮彈簧，在開模時(shí)，彈簧恢復(fù)彈力把擋料銷頂起，使它處于工作狀態(tài)，旁邊的導(dǎo)料銷也一起工作，具體結(jié)構(gòu)如圖51 8所示。圖51 8 活動(dòng)的擋料銷(1) 卸料板設(shè)計(jì) 卸料板得周界尺寸與凹模周界尺寸相同，厚度為20mm，材料為45鋼，淬火硬度為40~45HRC。(2) 卸料螺釘?shù)倪x用 卸料板采用6格M8得螺釘固定，長(zhǎng)度 （其中為彈簧的安裝高度；為卸料板工作行程；a為凸凹模固定板厚度）。模架及其他零部件的設(shè)計(jì) 該模具采用中間導(dǎo)柱模架，這種模架的導(dǎo)柱在模具中間位置，沖壓時(shí)可以防止由于偏心力矩而引起的模具歪斜。以凹模周界尺寸為依據(jù)，查附錄中的標(biāo)準(zhǔn)模架數(shù)據(jù)，選擇模架規(guī)格如下，導(dǎo)柱：d (mm) L（mm）分別為ф452ф50230。導(dǎo)套：d (mm) L（mm）D（mm）分別為ф451254ф4512548。上模座厚度 取50mm，下模座厚度 取60mm，上墊板厚度 取10mm，則該模具的閉合高度 為 式中 L ——凸模高度，mm； H ——凸凹模高度，mm； h——凸模沖裁后進(jìn)入凸凹模的深度，mm.。可見該模具得閉合高度小于所選壓力機(jī)JA21160的最大裝模高度450mm，因此該壓力機(jī)可以滿足使用要求。 模具工程圖通過以上設(shè)計(jì)，可得到如圖51 9所示的總裝圖。模具上模部分主要由上模座、墊板、沖孔凸模、沖孔凸模固定板、凹模板等組成。下模由下模座板、固定板、卸料板等組成。出件是由在開模時(shí)，彈簧恢復(fù)彈力，推動(dòng)卸料板向上運(yùn)動(dòng)，從而推出條料。在這中間沖出的廢料由漏料孔直接漏出。條料送進(jìn)時(shí)利用活動(dòng)擋料銷定步距，側(cè)邊得兩個(gè)導(dǎo)料銷來定條料的寬度位置。操作時(shí)完成第一步后，把條料向上抬起向前移動(dòng)，移到剛沖過得料口里，再利用側(cè)邊得導(dǎo)料銷繼續(xù)下一個(gè)工件的沖裁。重復(fù)以上動(dòng)作來完成所需工件得沖裁。圖51 9 模具的裝配圖 沖壓設(shè)備的選取 通過校核，選擇開式雙柱固定臺(tái)式壓力機(jī)JA21160能滿足使用要求。其主要技術(shù)參數(shù)如下： 公稱壓力：1600kN 滑塊行程：160mm 滑塊行程次數(shù)：40次/min 最大封閉高度：450mm 封閉高度調(diào)節(jié)量：130mm 滑塊中心線至床身距離：380mm 立柱距離：530mm 工作臺(tái)尺寸（前后左右）：710mm1120mm 墊板尺寸（厚度）：460mm 模柄尺寸（直徑深度）70mm80mm 滑塊底面尺寸（前后左右）460mm650mm。 彎曲模設(shè)計(jì)實(shí)例——活接叉彎曲模的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)任務(wù)圖52 1為某電器上使用的活接叉彎曲件，材料45鋼，料厚3mm，大批量生產(chǎn)。要求設(shè)計(jì)該零件的成形模具，沖壓出來的零件滿足圖中的公差和技術(shù)要求。圖52 1 活接叉彎曲件 沖壓工藝分析 45鋼為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，具有良好的彎曲成形性能。零件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，左右對(duì)稱，對(duì)彎曲成形較為有利?？刹榈么瞬牧纤试S的最小彎曲半徑，而零件彎曲半徑，故不會(huì)彎裂。另外，零件上的孔位于彎曲變形區(qū)之外，所以彎曲時(shí)孔不會(huì)變形，可以先沖孔后彎曲。計(jì)算零件相對(duì)彎曲半徑，卸載后彎曲件圓角半徑的變化可以不予考慮，而彎曲中心角發(fā)生了變化，采用校正彎曲來控制角度回彈。零件上只有1個(gè)尺寸有公差要求，由公差表查得其公差要求屬于IT14，其余未注公差尺寸也均按IT14選取，所以普通彎曲和沖裁即可滿足零件的精度要求。：由以上分析可知，該零件沖壓工藝性良好，可以沖裁和彎曲。 工藝方案的確定零件為U形彎曲件，該零件的生產(chǎn)包括落料、沖孔和彎曲三個(gè)基本工序，可有以下三種工藝方案：方案一：先落料，后沖孔，再?gòu)澢２捎萌讍喂ば蚰Ｉa(chǎn)。方案二：落料—沖孔復(fù)合沖壓，再?gòu)澢?。采用?fù)合模和單工序彎曲模生產(chǎn)。方案三：沖孔—落料連續(xù)沖壓，再?gòu)澢?。采用連續(xù)模和單工序彎曲模生產(chǎn)。方案一模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但需三道工序三副模具，生產(chǎn)效率較低。方案二需兩副模具，且用復(fù)合模生產(chǎn)的沖壓件形位精度和尺寸精度易保證，生產(chǎn)效率較高。，故不宜采用復(fù)合沖壓工序。方案三也需兩副模具，生產(chǎn)效率也很高，但零件的沖壓精度稍差。欲保證沖壓件的形位精度，需在模具上設(shè)置導(dǎo)正銷導(dǎo)正，故其模具制造、安裝較復(fù)合模略復(fù)雜。通過對(duì)上述三種方案的綜合分析比較，該件的沖壓生產(chǎn)采用方案三為佳。 零件工藝計(jì)算（1）毛坯尺寸計(jì)算對(duì)于有圓角半徑的彎曲件，由于變薄不嚴(yán)重，按中性層展開的原理，坯料總長(zhǎng)度應(yīng)等于彎曲件直線部分和圓弧部分長(zhǎng)度之和，可查得中性層位移系數(shù)，所以坯料展開長(zhǎng)度為由于零件寬度尺寸為18mm，故毛坯尺寸應(yīng)為64mm18mm。彎曲件平面展開圖見圖52 2，兩孔中心距為46mm。圖52 2 坯料展開圖（2）彎曲力計(jì)算彎曲力是設(shè)計(jì)彎曲模和選擇壓力機(jī)的重要依據(jù)。該零件是校正彎曲，校正彎曲時(shí)的