【正文】 深度 90mm 主電動(dòng)機(jī)功率 22kW 模具成型零件設(shè)計(jì) 本套模具為連續(xù)模，成 型零件有沖孔凸凹模，落料凸凹模，彎曲凸凹模。壓力機(jī)臺(tái)面的漏料孔尺寸必須大于工件（或廢料）的尺寸。沖壓生產(chǎn)中常用的沖壓設(shè) 備種類很多，選擇沖壓設(shè)備時(shí)主要考慮下述因素： 1）沖壓設(shè)備的類型和工作方式是否適用于應(yīng)完成的工序；是否符合安全生產(chǎn)和環(huán)保的要求； 2）沖壓設(shè)備的壓力和功率是否滿足應(yīng)完成工序的需要； 3）沖壓設(shè)備的裝模高度、工作臺(tái)面尺寸、行程等是否適合應(yīng)完成工序所用的模具； 4）沖壓設(shè)備的行程次數(shù)是否滿足生產(chǎn)率的要求等。故只需計(jì)算 x 方向的壓力中心。 L1 為 不規(guī)則圖形 ，其力在 x 方向的作用點(diǎn)可 按單凸模沖裁時(shí)壓力中心單獨(dú)算 出，位于距 半圓 圓心處；L L5是直線，力作用點(diǎn)位于直線中間； L2和 L3由圓組成，力的作用點(diǎn)位于圓心。 計(jì)算壓力中心時(shí)，應(yīng)先畫出凹模型口圖，如圖所示 ： 圖 凹模型口圖 為簡(jiǎn)化計(jì)算，將坐標(biāo)原點(diǎn)設(shè)在條料中心線上，即將 xoy 坐標(biāo)建在圖示的對(duì)稱中心線上。所以 壓力機(jī)的公稱壓力 應(yīng)該大于 ＝ 。 彎曲力的計(jì)算 此處的彎曲屬于自由彎曲，彎曲力用下式計(jì)算： F自 ＝ trKbt b? ? （ ） 式中 F自 ——最大自由彎曲力（ N） σb——材料的抗拉強(qiáng)度，即屈服極限（ MPa） K——安全系數(shù)，一般 K 取 b——彎曲件的板料寬度（ mm） r——圓角半徑（ mm） 對(duì)于此零件，查《模具設(shè)計(jì)手冊(cè)》知 σ b＝ 450MPa，安全系數(shù) K＝ ，圓角半徑 r＝ 16mm，板料寬度 b＝ 60mm，板料 厚度 t＝ 2mm。 落料力為： F 落 =＝ 2 320==。 則沖孔力為： F 孔 ＝ ＝ 2 320＝ 83599N＝ 。 L 落 = 2=。 用一般平刃口的凸模和凹模進(jìn)行沖孔時(shí)，其沖裁力按下式計(jì)算： 北華大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 14 F沖 ＝ （ ） 式中 F沖 —— 沖裁力（ N） t—— 板料的厚度 （ mm） τ——材料的抗剪強(qiáng)度（ MPa） L—— 沖壓件的輪廓尺寸（ mm） 對(duì)于此零件，查《金屬牌號(hào)性能手冊(cè)》知τ =320MPa,板料厚度已知 t＝ 2mm，經(jīng) 計(jì) 算 得出 L 孔 ＝ πd 2 ＝ 2 16 ＝ 。此零件的沖裁力由沖孔力， 側(cè)刃沖裁力，落料力， 彎曲力和 切斷 力組成。上模部分共用 4 個(gè)凸模，如裝配圖所示。1 ? 單步距材料利用率 ? 的計(jì)算：經(jīng)軟件計(jì)算零件展開面積 20 mms ? % ??????? SB sn? 擬定模具的總體結(jié)構(gòu) 由零件的結(jié)構(gòu)和以上的計(jì)算，估計(jì)整體模具的結(jié)構(gòu)應(yīng)該是：模具采用后側(cè)滑動(dòng)導(dǎo)柱模架，模具上模部 分主要由上模板，墊板，凸模固定板，擋料板等組成 ,下模部分主要由下模板，凹模等裝置組成。1B — 導(dǎo)尺間側(cè)刃沖裁后距離； 本設(shè)計(jì)中取 n=2 b= y= a=2 z= 經(jīng)計(jì)算得： B= mmB 39。 （ ） 導(dǎo)尺間側(cè)刃沖裁后距離： yaLB ??? 39。 條料及導(dǎo)尺間距的計(jì)算： 步距 S的確定： S=L+a=60+=62mm 條料寬度： nbaLnbaLB ?????? 39。 第三步：彎曲。本設(shè)計(jì)排樣如下： 圖 排樣圖 第一步：側(cè)刃沖裁→沖導(dǎo)正銷孔。廢料分為工藝廢料和結(jié)構(gòu)廢料兩種。即工件的面 積 A0與板料面積 A 的比值。 沖裁件在條料或板料上的布置方法叫做排樣。） R——彎曲半徑（ mm） t——板料 厚度 （ mm） x——系數(shù)，查《模具設(shè)計(jì)手冊(cè)》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(jì)及材料的利用率 在沖壓零件的成本中，材料的費(fèi)用占 60％以上，因此材料的有效利用是一個(gè)重要的問(wèn)題。 綜合以上的要求，對(duì)于本設(shè)計(jì)的工序安排為：沖孔 ——落料 ——彎曲 ——切斷 。 2. 對(duì)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(jìn)行彎曲成形，最后落料。 多工位級(jí)進(jìn)模是指模具上沿被沖原材料的直線送進(jìn)方向，具有至少兩個(gè)或兩個(gè)以上工位，并在壓力機(jī)的一次行程中在不同的工位上完成兩個(gè)或兩個(gè)以上沖壓工序的沖模。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(zhǎng)加工周期，在實(shí)際生產(chǎn)中是不經(jīng)濟(jì)的。對(duì)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?；蚣?jí)進(jìn)模沖壓。但對(duì)于尺寸過(guò)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(jí)進(jìn)模生產(chǎn) 。若采用單工序模，工序很多，工件小，手工操作，定位難達(dá)到精度，質(zhì)量難保證；若設(shè)計(jì)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(jí)進(jìn)模制造更為合理。一般來(lái)說(shuō)，大 批量生產(chǎn)時(shí)，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(shí)，常采用簡(jiǎn)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(fèi)用。 3）生產(chǎn)批量 模具制造費(fèi)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(shí)，采用共他加工方法可能比沖壓方法更為經(jīng)濟(jì)。 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)。對(duì)于沖裁件，要求外形簡(jiǎn)單對(duì)稱，應(yīng)該避免沖裁件上過(guò)長(zhǎng)的懸臂，其寬度要大 于料厚的兩倍。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(jiǎn)單最經(jīng)濟(jì)的方法沖壓出來(lái)。 零件的工藝性分析 工藝分析包括技術(shù)和經(jīng)濟(jì)兩方面內(nèi)容。 （ 5）選定沖模制造精度等級(jí)，主要依據(jù)沖件圖要求的沖壓精度，一般要提高 1—2 級(jí)精度，作為沖模制造精度的等級(jí)。 （ 4）進(jìn)位限位裝置設(shè)計(jì)。 （ 2）壓料與卸料系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。對(duì)于含有拉深、彎曲、內(nèi)外緣翻邊等也盡量考慮使用上述標(biāo)準(zhǔn)，以利于制模。 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(jì)組合、沖模零部件標(biāo)準(zhǔn)及有關(guān)設(shè)計(jì)要求。 （ 3） 用斜刃口模具沖裁 用普通的平刃口模具沖裁時(shí)，其整個(gè)刃口平面都同時(shí)接觸板料，幫在沖裁大型或厚板工件時(shí)，沖裁力往往很大。特別是在幾個(gè)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(dòng)的擠壓力而產(chǎn) 生折斷或傾斜的。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]。 若沖裁力過(guò)大，或超過(guò)現(xiàn)在壓力機(jī)的噸位，就必須采取措施降低沖裁力。 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。 3）分析沖壓工藝的合理性。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。如果級(jí)進(jìn)（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(jí)進(jìn)（連續(xù)）模。根據(jù)連續(xù)完成的沖壓工序的工藝作業(yè)類別又將級(jí)進(jìn)（連續(xù)）模分為：多工位級(jí)進(jìn)（連續(xù)）沖裁模、多工位 復(fù)合式級(jí)進(jìn)（連續(xù)）模兩種。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(gè)或一個(gè)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。 2）復(fù)合模 該類模具僅一個(gè)工位，在壓力機(jī)的一次行程中能完成 兩個(gè)或兩個(gè)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]。 沖模的典型結(jié)構(gòu)和特點(diǎn) 1）單工序沖模（亦稱單沖模） 這種沖模是在壓力機(jī)的一次行程中只完成一個(gè)沖壓工藝工序。根據(jù)卸料裝置，可分為固定卸料板和彈性卸料板沖模 [15]。 沖模的結(jié)構(gòu)形式很多，可以根據(jù)以下特征進(jìn)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。因此，了解模具結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，對(duì)于模具的設(shè)計(jì)是十分必要的。 北華大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 7 第二章 連續(xù)模設(shè)計(jì) 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。 8) 繪制裝配圖及零件圖，并對(duì)關(guān)鍵零件進(jìn)行必要的剛度和強(qiáng)度校核。 6) 具體結(jié)構(gòu)及零部件的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算。 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。 2）查閱與課題相關(guān)的外文文獻(xiàn)，翻譯英文資料，要求 3000 字以上。相對(duì)寬度較大（ b/t﹥ 3）的板料彎曲，寬度方向的伸長(zhǎng)和壓縮受到限制，材料不易流動(dòng)，因此，橫截面形狀變化不大，仍為矩形，僅在端部可能出現(xiàn)翹曲和不平，此外，塑性彎曲時(shí)，外緣表層的切向拉應(yīng)力最大，當(dāng)外層的合成力超過(guò)板料抗拉強(qiáng) σb 度時(shí)，就會(huì)沿著板料折彎線方向。因此，對(duì)于 r/t 值較小的彎曲件，在計(jì)算彎曲件的毛坯長(zhǎng)度時(shí)，必須考慮彎曲后的板料增長(zhǎng)，并通過(guò)幾次試驗(yàn)，才能得出合理的毛坯展開尺寸。但是，由于板料彎曲時(shí)中性層位置的向內(nèi)移動(dòng)，出現(xiàn)了板厚的減薄，根據(jù)體積不變條件，減薄的結(jié)果使板料長(zhǎng)度 l 必然增加。因此，在擬定彎曲工藝和模具設(shè)計(jì)時(shí)，必須采取有效措施，才能彎制出合乎要求的零件。內(nèi)移結(jié)果：外層拉伸變薄區(qū)范圍逐步擴(kuò)大，內(nèi)層壓縮增厚區(qū)范圍不斷減小，外層的減薄量會(huì)大于內(nèi)層增厚量，從而使彎曲板料厚度變薄。 彎曲區(qū)板料厚度的變薄 板料彎曲時(shí)，以中性層為界，外層纖維受拉使厚度減薄，內(nèi)層纖維受壓使板料增厚。而彎曲后期的纖維的伸長(zhǎng)變形，一般來(lái)說(shuō)，僅發(fā)生在應(yīng)力中性層的外層纖維上。應(yīng)變中性層用于彎曲件毛坯長(zhǎng)度計(jì)算，應(yīng)力中性層用以計(jì)算彎曲應(yīng)力和應(yīng)力分析。 中性層位置的內(nèi)移 板料彎曲時(shí)，外層纖維受拉，內(nèi)層纖維受壓，在拉伸與壓縮之間存在著一個(gè)既不伸長(zhǎng)、也不 壓縮的纖維層，稱為應(yīng)變中性層?？梢?，板料彎曲后的彈性回跳現(xiàn)象總是存在的，只能采取措施盡量減少回跳量，提高彎曲件的質(zhì)量。板料在彎曲過(guò)程中隨著 r/t 的不斷減小，由彈性變形狀態(tài)發(fā)展到塑性變形狀態(tài)，最后使板料產(chǎn)生永久變形。生產(chǎn)實(shí)踐證明，彎曲件的彈性回跳值，與板料性質(zhì)、相對(duì)彎曲半徑 r/t（ t為板厚）和模具結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)。 彎曲件的彈性回跳 彈性回跳是彎曲成形時(shí)常見的現(xiàn)象，彎曲件彈性回跳的結(jié)果，其彎曲半徑 r 和彎曲角與模具發(fā)生差異，與彎曲件要求的形狀和角度不一致。在彎曲過(guò)程中，板料的彎曲半徑 r 與支點(diǎn)距離 s 隨凸模下行逐漸減小，而在彎曲終了時(shí)，板料與凸、凹模完全貼合。這里采用第一種方法。 板料的彎曲 彎曲是將平直的毛坯或半成品，用模具或其他工具彎曲成具有一定角度或一定形狀制件的沖 壓方法。但分別從質(zhì)量、精度、沖裁力等方面的要求各自確定的合理間隙值不相同。凸、凹模間隙對(duì)沖裁件的質(zhì)量、沖裁力、模具壽命都有很大影響。而雙面間隙用 Z 來(lái)表示。這可以通過(guò)增加金屬塑性和減少刃口附近的變形與應(yīng)力集中來(lái)實(shí)現(xiàn)。要想提高沖裁件切斷面的光潔度與尺寸精度，可通過(guò)增加光亮帶的北華大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 4 高度或采用整個(gè)工序來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)切刃附近材料各層中達(dá)到極限應(yīng)變與應(yīng)力值時(shí)，便產(chǎn)生微裂，裂紋產(chǎn)生后，沿著大剪應(yīng)變速度方向發(fā)展，直至上、下裂紋會(huì)合，板料就完全分離。力矩將板料壓向整個(gè)厚度方向上產(chǎn)生塑性變形，板料的一部分相對(duì)于另一部分移動(dòng)。隨著凸模下壓，模具刃口壓入材料，內(nèi)應(yīng)力狀態(tài)滿足塑性條件時(shí)，產(chǎn)生塑性變形，不同的凸模行程，其變形程度不同，且凹模刃口附近變形大于凸模刃口附近的變形。 沖裁過(guò)程 沖裁即是分離工序， 沖裁即是分離工序，工件受力時(shí)必須從彈、塑性變形開始，以斷裂告終 [2]。因此，凸、凹模作用于板料的垂直壓力呈不均勻分布，隨著向模具刃口靠近而極具增大。由于凸、凹模之 間存在間隙，使凸、凹模施加于板料的力產(chǎn)生一個(gè)力矩 M，其值等于凸、凹模作用的合力與稍大于間隙的力臂 a 的乘積。 剪切區(qū)力態(tài)分析 當(dāng)凸模下降至與板料接觸時(shí)，板料就受到凸、凹模斷面的作用力。成形工序則可分為彎曲、拉深、脹形、擴(kuò)口、等。 課題研究的理論依據(jù) 沖壓大致可分為分離工序與成形工序兩個(gè)類。例如，精密加工設(shè)備還很少，許多先進(jìn)的技術(shù)如CAD/CAE/CAM 技術(shù)的普及率還不高，特別是大型、精密、復(fù)雜和長(zhǎng)壽命模具遠(yuǎn)遠(yuǎn)北華大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 3 不能滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)各行業(yè)的 發(fā)展需要。 2021 年我國(guó)模具總產(chǎn)值就已突破 300 多億元人民幣，排名躍居世界第四位。因此，在我國(guó)工業(yè)化快速推進(jìn)的同時(shí)，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位的模具工業(yè)也得到了迅速發(fā)展。用模具生產(chǎn)制件所具備的高精度、高復(fù)雜程度、高一致性、高生產(chǎn)率和低消耗，是其它加工制造方法所不能比擬的。 “模具是工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)工藝裝備 ”也已經(jīng)取得了共識(shí)。隨著我國(guó)加入WTO，我國(guó)模具工業(yè)的發(fā)展將面臨新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。由于模具對(duì)社會(huì)生產(chǎn)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的巨大推動(dòng)作用和自身的高附加值，世界模具市場(chǎng)發(fā)展較快，當(dāng)前全球模具工業(yè)的產(chǎn)值已經(jīng)達(dá)到600 億 650 億美元，是機(jī)床工業(yè)產(chǎn)值的兩倍。例如，江蘇無(wú)錫的微研有限公司為一日本獨(dú)資