【文章內(nèi)容簡介】 現(xiàn)翹曲和不平，此外，塑性彎曲時，外緣表層的切向拉應(yīng)力最大，當外層的合成力超過板料抗拉強 σb 度時，就會沿著板料折彎線方向。相對彎曲半徑 r/t 愈小，最外層纖維的切向拉裂的可能性 課題研究的主要內(nèi)容 1）查閱相關(guān)資料，進行調(diào)研，熟悉課題。 2）查閱與課題相關(guān)的外文文獻，翻譯英文資料，要求 3000 字以上。 3) 撰寫開題報告，要求 3000 字以上，主要介紹課題的目的意義、沖壓模具的發(fā)展概況、課題研究內(nèi)容、關(guān)鍵問題及解決思路、預(yù)期成果、進度安排等。 4) 分析彈簧鋼片的圖樣和技術(shù)條件及其工藝性，確定沖壓工藝方案。 5) 模具結(jié)構(gòu)形式論證，確定模具總體結(jié)構(gòu)方案。 6) 具體結(jié)構(gòu)及零部件的工藝設(shè)計計算。 7) 合理選擇沖壓設(shè)備確定壓力機的技術(shù)參數(shù)。 8) 繪制裝配圖及零件圖，并對關(guān)鍵零件進行必要的剛度和強度校核。 9) 編寫 15000 字以上的畢業(yè)設(shè)計的說明書。 北華大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 7 第二章 連續(xù)模設(shè)計 沖壓模具的分 類和結(jié)構(gòu)型式 模具是沖壓生產(chǎn)中主要的工藝裝備。沖壓件的表面質(zhì)量、尺寸精度、生產(chǎn)率以及經(jīng)濟效益等與模具結(jié)構(gòu)及其合理設(shè)計的關(guān)系很大。因此，了解模具結(jié)構(gòu)的各項技術(shù)指標，對于模具的設(shè)計是十分必要的。 沖壓工序大致分為兩大類：第一類是分離工序，如：板料的剪裂、剪截、沖孔、落料、切口、整修、裁切、沖口等；第二類是變形工序，如：彎曲、縮口、卷邊、扭轉(zhuǎn)、拉伸、起伏成形、體積沖壓等。 沖模的結(jié)構(gòu)形式很多，可以根據(jù)以下特征進行分類： 1) 按沖壓的性質(zhì)分，有落料模、沖孔模、切邊模、彎曲模、成形模和翻邊模等。 2) 按沖壓工序的組合方式分，有 單工序的簡單模和多工序的復(fù)合模，連續(xù)模等 3) 按模具的結(jié)構(gòu)型式，根據(jù)上、下模導(dǎo)向方式，有無導(dǎo)向模和導(dǎo)板模、導(dǎo)柱模等。根據(jù)卸料裝置，可分為固定卸料板和彈性卸料板沖模 [15]。根據(jù)擋料形式，可分為因定擋料釘、活動擋料釘、活動擋料銷、導(dǎo)正銷和側(cè)刃定距沖模。 沖模的典型結(jié)構(gòu)和特點 1）單工序沖模（亦稱單沖模） 這種沖模是在壓力機的一次行程中只完成一個沖壓工藝工序。一般均以其完成的沖壓工藝工序的名稱來命名：如只進行沖孔的稱之為沖孔模；只進行一次彎曲的稱為彎曲模。 2）復(fù)合模 該類模具僅一個工位，在壓力機的一次行程中能完成 兩個或兩個以上沖壓工步，根據(jù)這類模具完成的沖壓工步的類別，可將其分為：沖裁式復(fù)合模、綜合式復(fù)合模兩種 [18]。只完成沖裁作業(yè)的復(fù)合模，最常見的是沖孔 —落料復(fù)合模。如果連續(xù)模諸工位中 ,除了沖裁作業(yè)外，還有拉伸或彎曲、成形任意一個或一個以上變形工步的復(fù)合模，通稱其為綜合式復(fù)合模、多工位連續(xù)式復(fù)合模。 3）級進（連續(xù)）模（亦稱多工序級進模）這種模具是在壓力機一次行程中，在模具的不同工位上，能同時完成兩個或兩個以上沖壓工序。根據(jù)連續(xù)完成的沖壓工序的工藝作業(yè)類別又將級進（連續(xù)）模分為：多工位級進（連續(xù)）沖裁模、多工位 復(fù)合式級進（連續(xù)）模兩種。連續(xù)模只有沖裁工位的，即只進行沖孔、切口、沖槽、落料等屬于沖裁作業(yè)的工位，稱為多工位級進（連續(xù)）沖裁模。如果級進（連續(xù)）模諸工位中，除了沖裁作業(yè)外，還有拉伸或彎曲、成形：包括翻邊、北華大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 8 沖擠、壓印等屬于多工位復(fù)合式級進（連續(xù)）模。 沖壓模具設(shè)計的步驟和內(nèi)容 根據(jù)沖壓件圖和以此圖編制的全部工藝文件、現(xiàn)場沖壓設(shè)備使用說明書等進行沖模設(shè)計，需要經(jīng)歷的步驟和完成的工作內(nèi)容如下： 1）模具設(shè)計與從制造的角度出發(fā)。在確保沖件質(zhì)量的基礎(chǔ)上，從改善制模工藝性、提高模具壽命出發(fā)、分析研究沖件的沖壓結(jié) 構(gòu)工藝性，熟悉沖件圖結(jié)構(gòu)、尺寸與形位精度、其他技術(shù)要求等。 2）提供沖模設(shè)計的有關(guān)工藝文件是否齊全，包括：沖壓件圖、全套沖壓工藝文件、沖模設(shè)計任務(wù)書等。 3）分析沖壓工藝的合理性。排樣圖、變形過程圖及沖模結(jié)構(gòu)選型是否先進、恰當、經(jīng)濟合理。 4）核算沖壓力，含沖壓附加壓力，諸如：卸料力、頂件力、卸件力、廢料切斷刀、拉深壓邊力、彈壓卸料板壓料力、彈性元件的彈力等。根據(jù)計算總壓力選用設(shè)備的合理性、沖模裝夾是否困難，壓力機的形程、閉合高度、壓力行程曲線能否滿足工藝施工要求，排樣圖中搭邊與沿邊值以及排樣方法是否合理， 工步順序及工位布置是否合適等。 若沖裁力過大，或超過現(xiàn)在壓力機的噸位，就必須采取措施降低沖裁力。一般采用如下幾中方法： （ 1）材料加熱紅沖 材料加熱后，抗剪強度大大地降低，比而降低沖裁力。但材料加后產(chǎn)生氧化到，故此法一般只適用于厚板或工件表面質(zhì)量及精度要不高的零件 [19]。 （ 2）在多凸模沖模中將凸模作階梯形布置 即將凸模制成不同高度，便各凸模沖裁力的最大值不同時出現(xiàn)，這樣就能降低總的沖裁力。特別是在幾個凸模直徑相差懸殊、彼此距離又很近的情況下，采用階梯形布置還能避免小直徑凸模由于承受材料流動的擠壓力而產(chǎn) 生折斷或傾斜的。凸模間的高度差取決于材料厚度。 （ 3） 用斜刃口模具沖裁 用普通的平刃口模具沖裁時，其整個刃口平面都同時接觸板料，幫在沖裁大型或厚板工件時，沖裁力往往很大。若將尺平面做成與軸線成一個角度，沖裁時刃口就不是同時切入，而是逐步?jīng)_切材料，這就等于減少了剪切斷面面積，因而能降低沖裁力 。 5） 最后按確定的沖模類型，規(guī)定沖模總體結(jié)構(gòu)，提出采用典型設(shè)計組合、沖模零部件標準及有關(guān)設(shè)計要求。就沖裁模而言，對單工序模、沖裁復(fù)合模、多北華大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 9 工位連續(xù)式?jīng)_裁模，應(yīng)采用 GB2851—2875—81《冷沖?！芬约?1990 年修訂本的國家標準中規(guī)定的典型組合標準規(guī)格，并按其規(guī)定選配成套冷沖模標準零部件、模板等標準件。對于含有拉深、彎曲、內(nèi)外緣翻邊等也盡量考慮使用上述標準，以利于制模。 6）沖模的設(shè)計與計算 （ 1）送出料裝置的配置及操作方式的確定。 （ 2）壓料與卸料系統(tǒng)的設(shè)計。 （ 3）頂件系統(tǒng)與卸料裝置的設(shè)計。 （ 4）進位限位裝置設(shè)計。根據(jù)排樣圖確定擋料銷的位置及尺寸。 （ 5）選定沖模制造精度等級，主要依據(jù)沖件圖要求的沖壓精度，一般要提高 1—2 級精度，作為沖模制造精度的等級。 （ 6）計算并確定沖模的壓力中心。 零件的工藝性分析 工藝分析包括技術(shù)和經(jīng)濟兩方面內(nèi)容。在技術(shù)方面，根據(jù)產(chǎn)品圖紙，主要分析零件的形狀特點、尺寸大小、精度要求和材料性能等因素是否符合沖壓工藝的要求；在經(jīng)濟方面，主要根據(jù)沖壓件的生產(chǎn)批量，分析產(chǎn)品成本，闡明采用沖壓生產(chǎn)可以取得的經(jīng)濟效益。因此工藝分析，主要是討論在不影響零件使用的前擔(dān)下，能否以最簡單最經(jīng)濟的方法沖壓出來。 影響沖壓件工藝性的因素很多，從技術(shù)和經(jīng)濟方面考慮，主要因素： 1）沖壓件形狀和尺寸 不同的形狀和尺寸的沖壓件，有不同的工藝要求。對于沖裁件，要求外形簡單對稱，應(yīng)該避免沖裁件上過長的懸臂，其寬度要大 于料厚的兩倍。 一般情況下，沖裁件外形不能有尖角，應(yīng)采用 r＞ 2t 有圓角，這有利于模具制造和提高模具壽命。 2）零件精度 沖壓件精度與模具結(jié)構(gòu)形式及其制造精度等因素有關(guān)。因此在設(shè)計沖壓模具時，模具的材料、凸凹模間隙、拉深系數(shù)、拉深深度、擴口變形程度、排樣的搭邊距等都要經(jīng)過相關(guān)的公式或表格查得，以此確保零件的精度。 3）生產(chǎn)批量 模具制造費用很高，約占沖壓件總成本的百分之十到百分之三十，因此，生產(chǎn)量小時，采用共他加工方法可能比沖壓方法更為經(jīng)濟。只有在大批量生產(chǎn)件下，沖壓加工才能表現(xiàn)出明顯的經(jīng)濟效益。一般來說，大 批量生產(chǎn)時，可選用連續(xù)和高效沖壓設(shè)備，以提高生產(chǎn)效率；中小批量生產(chǎn)時，常采用簡單?；驈?fù)合模，以北華大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 10 降低模具制造費用。 本設(shè)計工件結(jié)構(gòu)如圖所示，工件形狀較簡單，要求精度較高，主要工序有 落料， 沖孔，成形彎曲，考慮到條料的連續(xù)加工，還需要有切斷的工序。若采用單工序模，工序很多，工件小，手工操作，定位難達到精度，質(zhì)量難保證；若設(shè)計成復(fù)合模，模具制造難度大，且該工件批量生產(chǎn)，因此，采用多工位級進模制造更為合理。 圖 零件圖 此零件的材料是彈簧鋼 Q235，其有關(guān)參數(shù)查《模具設(shè)計手冊》知 ： 抗剪強度： τ＝ 310— 380MPa 抗拉強度： σ b＝ 440— 470 MPa 延伸率： δ＝ 21— 25％ 屈服點 ： s? ＝ 240MPa 沖壓工藝方案的擬定 選定設(shè)計方案 假設(shè)給出三個備選方案： 方案一：落料，沖孔，彎曲單工序模； 方案二：沖孔、落料復(fù)合模 ,彎曲單工序模； 方案三：沖孔、落料、彎曲級進模； 一般來說，小批量生產(chǎn)，常選用單工序簡單模。但對于尺寸過小的沖壓件，考慮到單工序模上料不方便和生產(chǎn)率低，也常選用復(fù)合模或級進模生產(chǎn) 。當選用的幾個單工序模制造費用比復(fù)合模還高，生產(chǎn)批量又不大時，也可以考慮將工序組合起來，選用復(fù)合?；蚣夁M模生產(chǎn)。對于有精度要求的零件，為了避免多次沖壓的定位誤差，也應(yīng)選用復(fù)合模或級進模沖壓。 雖然復(fù)合模的沖壓精度比連續(xù)模高，但是，該工件的生產(chǎn)工序較多，若采用復(fù)合模組合比較復(fù)雜，同時，與復(fù)合模相比級進模的生產(chǎn)率高，操作安全。因此： 北華大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 11 方案一和方案二：復(fù)合模極大地增加了制造加工難度，增加生產(chǎn)成本，延長加工周期，在實際生產(chǎn)中是不經(jīng)濟的。 方案三：多工位級進模能相應(yīng)地降低生產(chǎn)成本和加工難度，提高加工精度，提高生產(chǎn)效率 ，縮短生產(chǎn)周期，占用的操作人員少，適合大批量生產(chǎn)，因此如果可行，選擇方案三相對合理。 多工位級進模是指模具上沿被沖原材料的直線送進方向，具有至少兩個或兩個以上工位，并在壓力機的一次行程中在不同的工位上完成兩個或兩個以上沖壓工序的沖模。 工序的先后安排 1. 對帶孔的沖裁件：一般先沖孔后落料，若孔到邊緣距離較小而孔精度高時，排樣應(yīng)考慮先沖外形，再在導(dǎo)正銷導(dǎo)正的情況下沖孔，以避免先沖孔后落料時，造成孔變形，達不到孔的精度要求。 2. 對于有彎曲的零件：應(yīng)在沖裁掉彎曲件周邊（指彎曲件展開后）以外廢料后 再進行彎曲成形，最后落料。 3. 對于帶壓筋壓印的制件：對于這類制件，一般先壓筋和壓印，后沖孔，再落料。 綜合以上的要求，對于本設(shè)計的工序安排為：沖孔 ——落料 ——彎曲 ——切斷 。 毛坯尺寸的計算 根據(jù)《模具設(shè)計手冊》中，已知切點尺寸的單角彎曲的計算公式： ? ? 2180 ????? txRbaL ?? （ ） 式中 L——毛坯的長度（ mm） a， b——標注的切點尺寸（ mm） α——彎曲角（ 176。） R——彎曲半徑（ mm） t——板料 厚度 （ mm） x——系數(shù)，查《模具設(shè)計手冊》知，此處取 所以，毛坯件的尺寸為： L＝ 112++2π （ 16+2） 2 ＝ 112++ ＝ 北華大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 12 排樣圖設(shè)計及材料的利用率 在沖壓零件的成本中，材料的費用占 60％以上，因此材料的有效利用是一個重要的問題。設(shè)計多工位級進模首先要設(shè)計條料排樣圖。 沖裁件在條料或板料上的布置方法叫做排樣。排樣不合理就會造成浪費，衡量排樣經(jīng)濟性的標準是材料的利用率。即工件的面 積 A0與板料面積 A 的比值。即： η＝ AA0 100% （ ） 式中 η——材料的利用率 A0——工件的實際面積（ mm2） A——條料的使用面積（ mm2） 從上式可以看出，若能減少廢料面積，則材料利用率大大上升。廢料分為工藝廢料和結(jié)構(gòu)廢料兩種。排樣有三種方式：有廢料排樣，少廢料排樣和無廢料排樣。本設(shè)計排樣如下： 圖 排樣圖 第一步：側(cè)刃沖裁→沖導(dǎo)正銷孔。 第二步：落料。 第三步：彎曲。 第四步：切斷制件。 條料及導(dǎo)尺間距的計算： 步距 S的確定： S=L+a=60+=62mm 條料寬度： nbaLnbaLB ?????? 39。 （ ） 導(dǎo)尺間距離： 北華大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 13 znbaLB ???? 39。 （ ） 導(dǎo)尺間側(cè)刃沖裁后距離： yaLB ??? 39。1 （ ） 式中 L— 沖件垂直于送料方向尺寸； n— 側(cè)刃數(shù)； b— 側(cè)刃沖裁的條邊寬度； y— 沖切后條料寬度與導(dǎo)尺間間隙； a— 側(cè)搭邊的最小值； z— 導(dǎo)尺與條料間隙； B— 條料寬度； B— 導(dǎo)尺間起始距離； 39。1B — 導(dǎo)尺間側(cè)刃沖裁后距離； 本設(shè)計中取 n=2 b= y= a=2 z= 經(jīng)計算得： B= mmB 39。 ? mmB 39。1 ? 單步距材料利用率 ? 的計算：經(jīng)軟件計算零件展開面積 20 mms ?