【文章內(nèi)容簡介】 安徽工程大學機電學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 第 2 章 零件的工藝性分析和工藝方案的確定 零件的工藝性分析 本工件的外形有 兩個 ? 的孔 ,屬于落料 沖孔工序 ,中間帶有凸臺的孔 ,可以采用兩種方法沖壓 .第一種是先作淺拉深 ,然后從底部沖孔 ,在進行拉深時 ,圓錐部位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 ,而后者若材料流動留有余量 ,就要增 加工件排樣的步距 ,從而造成材料消耗增加 .第二種是先沖預定孔 ,在進行沖壓 .此則屬于翻邊工序 .翻邊時材料流動的特點是預孔周圍的材料沿著圓周方向伸長 ,使材料變薄 。而在徑向材料長度幾乎沒有變化 ,既材料在徑向沒有伸長 ,因而不會引起主板上的材料流動 ,在排樣時按正常沖裁設(shè)計的搭邊值即可 ,可節(jié)省材料 ,該零件長年生產(chǎn) ,若采用單工序模制造工序多且生產(chǎn)率低 ,故采用級進模。 級進模是具有兩個或兩個以上的工位，在壓力機的一次行程內(nèi)，在模具的不同工位上完成多道沖壓工序，條料在逐次送進過程中逐步成形。 沖壓件的工藝性是指沖壓件對沖壓工藝 的適應性在一般情況下，對沖壓件工藝性影響最大的幾何形狀尺寸和精度要求，沖裁件的形狀應能符合材料合理排樣，減少廢料。沖裁的工藝性要求有： (1) 沖裁各直線或曲線的連接處，宜有適當?shù)膱A角； (2) 沖裁件凸出或凹入部分寬度不宜太小，并應避免過長的懸臂與窄槽； (3) 腰圓形件，圓弧半徑 R 應大于料寬的一半，即能采用少廢料排樣，如圓弧半徑等于工件寬度之半，就不能采用少廢料排樣，否則會有臺肩產(chǎn)生； (4) 沖孔時，由于受到凸模強度的限制，孔的尺寸不宜過??； (5) 沖裁件的孔與孔之間，孔與邊緣之間的距離不宜太短。 沖裁工藝方案的確定 該工件包括沖孔、翻邊、落料三個基本工序，可有以下三種工藝方案。 方案一：先沖孔，后翻邊和落料，采用單工序模生產(chǎn)； 方案二：先沖孔翻邊后落料復合沖壓，采用復合模生產(chǎn)； 方案三：沖孔 — 翻邊落料級進沖壓，采用級進模生產(chǎn)。 結(jié)合本零件的特點，經(jīng)過對模具的分析 以及要求零件的大批量生產(chǎn) 可以得出，采用級進模生產(chǎn)比較適合本零件的生產(chǎn)。 梁超帝：自行車腳蹬內(nèi)板零件的沖壓工藝及模具設(shè)計 4 排樣方案的確定及計算 設(shè)計級進模時，首先要考慮條料的排樣圖。本工件的形狀是兩頭小中間大，直接排樣時材料利用率低，應采用斜隊排樣示的排樣方法，設(shè)計成隔位沖壓，可 顯著地減少廢料， 常用的排樣方法有三種： (1) 有廢料排樣：指沿工件全部外形沖裁，工件與工件、工件與條料邊緣都留有搭邊，此種排樣的缺點是材料利用率低，但有了搭邊就能保證沖裁件的質(zhì)量，模具壽命也高； (2) 少廢料排樣：指模具只沿著工件部分外形輪廓沖裁，只有局部搭邊的在； (3) 無廢料排樣：指工件與工件之間及工件與條料側(cè)邊之間均無搭邊的存在，模具刃口沿條料順序切下，直接獲得工件。 少廢料、無廢料排樣的缺點是工件質(zhì)量差，模具壽命不高，但這兩種排樣可以節(jié)省材料，還具有簡化模具結(jié)構(gòu)、降低沖裁力和提高生產(chǎn)率等優(yōu)點。 并且工件須具有一定的形狀才能采用少、無廢料排樣。上述三類排樣方法，按工件的外形特征主要分為直排、斜排、直對排、斜對排、混合排、多行排等形式。 根據(jù)本零件的特點，適合采用有廢料斜排的方式 ,這樣不僅使沖出的零件達到要求，有可以盡可能大的提高材料的利用率。 查表 21 可得最小搭邊值： a= a1= 表 21 最小搭邊值表 條料厚度 t/mm 搭邊值 /mm 圓形工件 矩形件 L＜ 50 矩形件 L50 a a1 a a1 a a1 ～ 本模具采用無側(cè)壓裝置，條料與導料板間間隙最小值為 1mm。 條料寬度 B： ? ?02 ????? ZaDB 其中 ???D 垂直送料方向上零件尺寸 ???Z 條料與條料板間間隙 安徽工程大學機電學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 ???? 條料寬度公差值 由 公式得： ? ?mmB ???? ? 布距 S： ? ?mmS ??? ? 材料利用率： %100????? S? 其中 ???N 一個 步距內(nèi)沖裁件的數(shù)目 ???A 沖裁件的面積 由公式得： %% 12981?????? 應 該采用下圖的排樣方式 ,共分 5 個工位 第一工位 ： 沖 15? 的工藝孔 第二工位 ： 翻邊 第三工位 ： 沖 mm19? 底孔 。整形 第四工位 ： 沖 2 個 ? 孔 第五工位：落料 ,工件從底孔中漏出。 由以上分析可以得知，該模具的動作過程為：先沖出翻邊時用的 工藝孔，然后翻邊，沖孔、整形和落料，模具的動作需要在不同的工位上完成不同的動作，所以模具的定位要絕對正確，只有這樣才能保證送進步距的精確，沖制出合格的產(chǎn)品，所以在級進模中最重要的設(shè)計工作就是送料裝置的設(shè)計和制造。通過上面的計算可以得出該工件的排樣圖如圖 21 所示。 梁超帝：自行車腳蹬內(nèi)板零件的沖壓工藝及模具設(shè)計 6 步距３４ 圖 21 排樣圖 翻邊凸模必須有圓角，工件 ? 的部位有公差要求 ,而且不允許有圓角 ,因此該工位要有整形工序，整形和 mm19? 孔的沖裁兩道工序在一個工位上完成。 模具使用條料 ,用手工送進 ,沒有設(shè)置定位裝置。第二個翻邊以后 ,板料下面形成明顯凸包。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)有導正銷進行精確定位，在第一和第二工位個設(shè)置一個始用擋料銷、供條料開始送進的第一、第二工位使用。 安徽工程大學機電學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 第 3 章 主要工序力的計算 翻邊力的計算 翻邊的計算有： ① 計算翻邊前的毛坯孔徑； ② 變形程度計算； ③ 翻邊力的計算 。根據(jù)工件圖計算翻邊前毛坯孔徑，稱為底孔孔徑，底孔周邊材料在翻邊時材料沒有徑向流動。在分析它的橫截面時，可把它看作彎曲。既如圖 21 紅線所示的部位。翻邊后移動到實線位置，而其長度不變，前后兩部分中心線長度相等。這與彎曲材料展開的計算是相同的。計算時應按點劃線的圓弧和直線，通過幾何關(guān)系計算其長度，先計算 BC 段長，先用做圖法求出點劃線上的 B 點、 C 點的位置。在直角三角形 BDC 中，用勾股定理計算 BC 長。具體計算可以參照圖 31。 圖 31 工藝孔的確定圖 mmBD 2? mmDC ??? mmBC 22 ??? mmAB ??? 有以上分析， EC 應是 AB 和 BC 的和。 ? mmBCABEC ????? 因此，計算出底孔所需的直徑為： mmd ???? 梁超帝：自行車腳蹬內(nèi)板零件的沖壓工藝及模具設(shè)計 8 考慮到翻邊后還有沖裁 19? 孔，故留有余量，將工藝孔定為 15? .校核變形程度。材料翻邊過程是底孔沿著圓周方向被拉伸長的過程，其變形量不應超過材料的伸長率，否則會出現(xiàn)裂紋。用變形前、后圓周長之比，表示變形程度。在翻邊計算中稱其為翻邊系數(shù) m，即： 78 ???? mmmmDdDdm ?? 式中 d —————— 翻邊前的孔徑（ mm）； D —————— 翻邊后的孔徑（ mm）。 按表 31 可知允許的 m 值為 ，因此計算出的值比 m 大，即設(shè)計合理。翻邊時不會出現(xiàn)裂紋。 表 31 一些材料的翻邊系數(shù) 退火材料 翻邊系數(shù) K Kmin 白鐵皮 黃銅 t＝ 鋁 t＝ 硬鋁 軟鋼 t＝ 翻邊力的計算采用以下公式： ? ?dDtF S ?? ?? 式中， F —— 翻邊力（ N）； t—— 板料厚度， t=； d—— 翻邊前孔徑（ mm）； D —— 翻邊后孔徑（ mm）； s? —— 材料屈服點。 在計算翻邊力時，翻邊孔徑取實際孔徑值 15? 與翻邊所需孔徑相比縮小 ，則 19? 也應縮小 ，翻邊后的實際孔徑應為 。故將 d=15mm， D=代入上式中，則： ? ? NmmM P ammF ?????? ? 翻邊凸凹模間隙的計算：在平面毛坯上沖孔的翻邊和先拉深后沖孔后沖孔的翻邊所用的凸、凹模間隙值可按表 32 選取。 安徽工程大學機電學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 表 32 翻邊時的凸、凹模間隙值表 材料厚度 平毛坯翻邊 拉深后翻邊 當翻邊時內(nèi)孔有尺寸精度要求時，尺寸精度有凸模保證，此時應按下式來計算凸、凹模的尺寸： ? ?0POP DD ????? ? ? ???? dZDD pd 02 式中， dp DD、 ———————— 凸、凹模直徑 ?P ?d ———————— 凸、凹模公差 ? ————————— 豎孔內(nèi)徑公差 如果對翻邊豎孔的外徑精度要求較高時，凸、凹模之間應取小間隙，以便凹模對直壁外側(cè)產(chǎn)生擠壓作用，從而控制其外形尺寸。 在該模具中 ?? ?p? ?d? ? ?00 ? PDDp ???? ? ?0 0 ??? ?? ? ? ???? dZDD pd 0 ? ?????? 沖裁力的計算 該模具采用平刃口模具進行沖裁，其理論沖裁力 F（ N） 可按下式計算： ?LtF? 式中： ???L 沖裁件周長 mm ???t 材料厚度 mm 梁超帝：自行車腳蹬內(nèi)板零件的沖壓工藝及模具設(shè)計 10 ???? 材料抗剪強度 Mpa 但選擇設(shè)備時，需要考慮刃口磨損和材料厚度及力學性能波動等因素，實際沖裁力可能增大，所以應?。??LtF ? 因為在該模具中 需要沖壓的部位主要有外形，兩個直徑為 ? 的孔、直徑為 19? 的孔和直徑為 15? 的工藝孔，因此可到其周長分別為： 、 、 、 材料厚度 ?t mm 材料抗剪強度 Mpa340?? 故 ： ?LtF ?外 ? ? ? ???? ?LtF ?? ?? ???? ?LtF ?? ?? ???? 9 5 5 4 4 ?LtF ?? 0 8 1 8 3 4 ? ???? 抗剪強度取 ? =340MPa 。沖裁共有四個部位，分別是第一工位 15? 孔和第三工位 19?孔、第四工位兩個 ? 孔、第五工位落料。前三個部位都是圓孔，沖裁圓周容易計算。落料沖裁邊長通過幾何計算可求出，其值為 。計算出各工位的沖裁力，分別是： 19? 孔沖裁力為 30430N，兩個 ? 孔 沖裁力為 17612N， 15? 孔的沖裁力為24034N，落料時的沖裁力是 82994N 。 整形壓力的計算與校正壓力相同，采用下式計算： pAF? 式中， F —— 整形力（ N）； 安徽工程大學機電學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 P —— 單位整形力（ Mpa）； A —— 工件整形面積 (mm2)。 關(guān)于單位整形力的選擇與彎曲校正以及校平工藝的校平力不同，整形力是使整形局部的壓強超過材料的抗壓強度，而產(chǎn)生變形，但是最后作用在校平面上的壓強必須低于材料的抗壓強 度。綜合以上因素， p 值取 150Mpa。事實上，校平力的大小取決于模具在壓力機上安裝時對壓力機的調(diào)整，而調(diào)整壓力機的依據(jù)是否符合要求。 故得該工件的整形壓力為： NF 982 0 ???? ? 。 模具中主要尺寸的計算 在確定工件零件刃口尺寸計算方法之前，首先要考慮工作零件的加工方法及模具裝配方法。結(jié)合該模具的特點，工作零件的形狀相對比較簡單，適宜采用線切割機床分別加工落料凸模、凹模、凸模固定板以及卸料板，這種加工方法可以保證這些零件各孔的同軸度，使裝配工作簡化。因此工作零件刃口尺寸計算就 分開加工的方法計算。 由工件圖可知，該工件屬于無特殊要求的一般沖裁件。有兩個 ? 的圓和 19? 的孔組成可由沖孔來獲得，有關(guān)沖孔獲得查 表 33 得 。 表 33 初始雙面間隙值表 材料厚度t/mm 0 35 09M Q235 Q345 50 65Mn Zmax Zmin Zmax Zmin Zmax Zmin Zmax Zmin 最小合理間隙值 由于所有尺寸都未表注公差，查沖裁件外徑與內(nèi)孔尺寸公差表 35 得 : 基本尺寸 、和、 ?? ， 梁超帝：自行車腳蹬內(nèi)板零件的