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25 河南機電高等專科學校畢業(yè)設(shè)計說明書 1 緒論 1.1國內(nèi)模具的現(xiàn)狀 我國模具近年來發(fā)展很快，據(jù)不完全統(tǒng)計，2003年我國模具生產(chǎn)廠點約有2萬多家，從業(yè)人員約50多萬人，2004年模具行業(yè)的發(fā)展保持良好勢頭，模具企業(yè)總體上訂單充足，任務(wù)飽滿，2004年模具產(chǎn)值530億元。進口模具18.13億?美元，出口模具4.91億美元，分別比2003年增長18%、32.4%和45.9%。進出口之比2004年為3.69:1，進出口相抵后的進凈口達13.2億美元，為凈進口量較大的國家。 在2萬多家生產(chǎn)廠點中，有一半以上是自產(chǎn)自用的。在模具企業(yè)中，產(chǎn)值過億元的模具企業(yè)只有20多家，中型企業(yè)幾十家，其余都是小型企業(yè)。?近年來，?模具行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和體制改革步伐加快，主要表現(xiàn)為：大型、精密、復(fù)雜、長壽命中高檔模具及模具標準件發(fā)展速度快于一般模具產(chǎn)品；專業(yè)模具廠數(shù)量增加，能力提高較快；"三資"及私營企業(yè)發(fā)展迅速；國企股份制改造步伐加快等。 1.2　國內(nèi)模具的發(fā)展趨勢 巨大的市場需求將推動中國模具的工業(yè)調(diào)整發(fā)展。雖然我國的模具工業(yè)和技術(shù)在過去的十多年得到了快速發(fā)展，但與國外工業(yè)發(fā)達國家相比仍存在較大差距，尚不能完全滿足國民經(jīng)濟高速發(fā)展的需求。未來的十年，中國模具工業(yè)和技術(shù)的主要發(fā)展方向包括以下幾方面:???? 1） 模具日趨大型化；??? ? 2）在模具設(shè)計制造中廣泛應(yīng)用CAD/CAE/CAM技術(shù)；?? ? 3）模具掃描及數(shù)字化系統(tǒng)；??? ? 4）在塑料模具中推廣應(yīng)用熱流道技術(shù)、氣輔注射成型和高壓注射成型技術(shù)；? ??5）提高模具標準化水平和模具標準件的使用率；??? 6）發(fā)展優(yōu)質(zhì)模具材料和先進的表面處理技術(shù)；??? 7）模具的精度將越來越高；? ? 8）模具研磨拋光將自動化、智能化；?? ??9）研究和應(yīng)用模具的高速測量技術(shù)與逆向工程；?? ?10）開發(fā)新的成形工藝和模具。 1.3國外模具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 模具是工業(yè)生產(chǎn)關(guān)鍵的工藝裝備，在電子、建材、汽車、電機、電器、儀器儀表、家電和通訊器材等產(chǎn)品中，60％－80％的零部件都要依靠模具成型。用模具生產(chǎn)制作表現(xiàn)出的高效率、低成本、高精度、高一致性和清潔環(huán)保的特性，是其他加工制造方法所無法替代的。模具生產(chǎn)技術(shù)水平的高低，已成為衡量一個國家制造業(yè)水平高低的重要標志，并在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。近幾年，全球模具市場呈現(xiàn)供不應(yīng)求的局面，世界模具市場年交易總額為600～650億美元左右。美國、日本、法國、瑞士等國家年出口模具量約占本國模具年總產(chǎn)值的三分之一。? 國外模具總量中,大型、精密、復(fù)雜、長壽命模具的比例占到50%以上；國外模具企業(yè)的組織形式是"大而專"、"大而精"。2004年中國模協(xié)在德國訪問時，從德國工、模具行業(yè)組織--德國機械制造商聯(lián)合會（VDMA）工模具協(xié)會了解到，德國有模具企業(yè)約5000家。2003年德國模具產(chǎn)值達48億歐元。其中（VDMA）會員模具企業(yè)有90家，這90家骨干模具企業(yè)的產(chǎn)值就占德國模具產(chǎn)值的90%，可見其規(guī)模效益。 隨著時代的進步和技術(shù)的發(fā)展，國外的一些掌握和能運用新技術(shù)的人才如模具結(jié)構(gòu)設(shè)計、模具工藝設(shè)計、高級鉗工及企業(yè)管理人才，他們的技術(shù)水平比較高．故人均產(chǎn)值也較高．我國每個職工平均每年創(chuàng)造模具產(chǎn)值約合1萬美元左右，而國外模具工業(yè)發(fā)達國家大多15～20萬美元，有的達到 25～30萬美元。 2 沖孔落料模具設(shè)計 2.2 工藝分析 2.2.1沖裁件工藝分析 制件如圖所示 材 料：Q215 厚 度： 2mm 為避免工件變形和保證模具強度孔邊距和孔間距不能過小，其要求為 c≥(1-1.5)t 在這里c=4.65㎜＞1×2㎜,所以，該制件的模具可以設(shè)計成沖孔落料復(fù)合模。 零件圖上兩孔的精度為IT13級，其余尺寸未注公差按IT14級確定工件公差，一般沖裁均能滿足其尺寸精度要求。 2.3 沖裁工藝方案的確定 該工件包括落料，沖孔這兩個基本工序，可以采用以下幾種工藝方案： 方案一：先落料，最后沖孔。采用單工序模具生產(chǎn)。 方案二：用落料-沖孔復(fù)合沖壓。采用復(fù)合模具生產(chǎn)。 方案三：用沖孔-落料級進沖壓。采用級進模具生產(chǎn)。 方案一模具結(jié)構(gòu)簡單，但是需要兩個基本工序，兩套模具，這樣成本高生產(chǎn)效率又低，不能滿足題目的批量生產(chǎn)的要求。 方案二需要一副模具，工件的精度和生產(chǎn)效率都很高。沖壓后模具的清理容易，速度快，所以方案二事最佳的。 方案三級進模不容易制造和操作。 經(jīng)過分析模具結(jié)構(gòu)采用倒裝式復(fù)合模 2.4 主要設(shè)計計算 2.4.1排樣式方 該制件的排樣方式采用少廢料直排方式，如圖所示 沖材件的實際面積：A=75x44=3256㎜2 搭邊值 經(jīng)查表料厚為2㎜的落料搭邊值如下： 工件間a1=1.5 mm 側(cè)面a=2.5mm 步距 A=D+a =44+1.5=45.5mm 條料寬度 B0-△=（Dmax+2a） =71.254+2×1.5 =74.254㎜ 取B=75㎜ 2.5.沖壓力計算 F=KLtτb 經(jīng)查表τb=300MP 式中：F-沖材力 L-沖材周邊長度 t-材料厚度 τb-材料的抗剪強度 K-系數(shù) 通常取K＝1.3 F1=1.3×（44+74）×2×300 =92820N F2=1.3×лd×4×300=1.3×3.14×5×4×300 =24492N 則F= F1+ 2F2=117312N 項目分類 項 目 公 式 結(jié) 果 備 注 排 樣 沖材件面積A A=74*44 3256㎜2 L=75mm d=5mm 條料寬度B B0-△=（Dmax+2a）0- 75mm 搭邊值 工件間a1=1.5 mm 側(cè)面a=2.5mm 步距 S=44+ 1.5 45.5mm 沖 壓 力 沖栽力 F= F1+ 2F2 117312N τb=300MP K＝1.3 KX取0.05; KD取0.06 沖壓力總力 FZ=F+ FX+ FD 122282N 2.51 初選壓力機 壓力機的公稱壓力必須大于或等于工序總力。 查手冊【2】初選開式可傾壓力機參數(shù)初選壓力機型號為J23-80和J23-100，見表一。 表一 所選擇壓力機的相關(guān)參數(shù) 型號 公稱壓力/kN 滑塊行程/mm 最大封閉高度/mm 工作臺尺寸/mm 可傾斜角/。 封閉高度調(diào)節(jié)量/mm J23-100 1000 130 480 710×1080 30 100 J23-80 800 130 380 540×800 30 90 2.6壓力中心計算 計算壓力中心的時候，應(yīng)該先畫出凹模型口圖，如下圖所示： 在圖中將xOy坐標系建立在圖示的對稱中心線上．根據(jù)力學定理，合力對某軸的力矩等于各分力對同軸力矩的代數(shù)和，可以得到壓力中心的坐標Ａ（XA ，YA）,有關(guān)計算如下所示： XA =(Ｆ1*0+2F2*13.6)/F1+2F2 因為坐標系建立在對稱中心線上，易知道YA ＝０ 由F1=92820N ;F2 =9062N得XA ＝2.66mm 由以上的計算可以看出，該工件的沖材力不大，壓力中心偏移坐標原點O較小，為了便于木的加工和裝配，模具中心應(yīng)該選在A點．根據(jù)壓力機的選取標準，應(yīng)該選用J23-16型壓力機． 2.7沖孔落料復(fù)合模結(jié)構(gòu)設(shè)計 2.7.1凸凹模間隙 ?5的公差等級為IT12，磨損系數(shù)x=0.75，其余未注公差為IT14，磨損系數(shù)x=0.5。 查表Q215沖材模初始雙面間隙最小值為0.12，最大值為0.16。 對于簡單的圓形、方形刃口，其制造偏差值可按IT6～IT7級來選取，此處凸、凹模分別IT6和IT7級加工制造． 2.7.2凸凹模刃口尺寸設(shè)計 落料: 設(shè)工件的尺寸為D0　-Δ,并根據(jù)計算原則，落料時以凹模為設(shè)計基準．首先確定凹模尺寸，使凹模的基本尺寸接近或等于工件的最小極限尺寸；將凹模尺寸減去最小合理間隙值即得到凸模尺寸． DA=( Dmax -xΔ) DT=(DA-Zmin) =( Dmax- xΔ- Zmin) 查表得：工件制造公差I(lǐng)T14的74公差Δ＝0.74㎜,44的公差Δ＝0.62㎜, 磨損系數(shù)x=0.5. 模具制造公差I(lǐng)T7的74公差＝0.03㎜,44的公差δA2＝0.025㎜ IT6的74公差δA１＝0.019㎜,44的公差δA2＝0.016㎜ Da1=(70.4-0.5*0.74)+0.03 0=70.4+0.3 0 Da2 =(44-0.5*0.62)+0.025 0=44+0.25 0 Dt1=(70.4-0.5*0.74-0.12)0 -0.019=70.150 -0.3 Dt2=(44-0.5*0.62-0.12)0 -0.016=43.750 -0.25 沖孔: 設(shè)沖孔尺寸為，并根據(jù)計算原則，沖孔時以凸模為設(shè)計基準．首先確定凸模尺寸，使凸模的基本尺寸接近或等于工件孔的最大極限尺寸；將凸模尺寸增大最小合理間隙值即得到凹模尺寸． dT=（dmin+ x△）0 -δT dA=(dmin +Zmin)=(dmin +x△+Zmin) 查表：模具制造公差I(lǐng)T6的?3.7的公差δA =0.008,IT7δA=0.012 dT=(5+0.75*0.1)0 -0.008=5.0750 -0.048 dA=(5+0.75*0.1+0.012)+0.012 0=5.348+0.048 0 孔心距:Ld=l+1/8*△=30±1/8*0.26=30±0.0325 2.8模具零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 2.8.1 凸凹模 結(jié)合工件的外形并考慮加工，將凸凹模設(shè)計成帶肩的形式，用線切割獲得。凹模輪廓圖如下所示：取凹模的高度為L=50mm 2.8.2 沖孔凸模 由于工件孔徑較小，使得凸模直徑較小，易折斷．為了增加其強度，將其設(shè)計成臺階式，可以采用線切割加工獲得。其總長L可按下面的公式計算： L=h1+h2=25+20=45mm 其中： h1-凸模固定板的厚度； h3-凹模厚度 具體結(jié)構(gòu)可參見下圖所示。 2.8.3 落料凹模 凹模采用整體直通式，其強度高，修磨后刃口尺寸不變．凹模刃口采用整體直通式，安裝凹模時要依據(jù)計算的壓力中心，將壓力中心和模柄中心重合。其輪廓尺寸的計算公式如下： 凹模厚度 H=kb 凹模壁厚 c=(1.5-2)H 查表： k取0.4 所以H=kb=0.4×74=29.6mm 取整數(shù)H=25mm c=(1.5-2)H=60mm 凹模寬度 B=b+2c=145mm 凹模長度 L=170mm 所以凹模的輪廓尺寸為145mm×170mm×25mm,其結(jié)構(gòu)如下圖所示： 2.9 模架選取、確定閉合高度及總體尺寸 由于凹模外形尺寸較大，為了工作過程穩(wěn)定，選用中間導(dǎo)柱圓形模架。再按其標準選擇具體結(jié)構(gòu)尺寸見表3-1。 表3-1 模架規(guī)格選用 名稱 尺寸 材料 熱處理 上模座 300×270×40 HT200 下模座 300×270×40 HT200 導(dǎo)柱 40×350、40×350 45 滲碳58～62 導(dǎo)套 40×160×63、40×160×63 20 滲碳58～62 Hmin=200mm,Hmax=360mm 模具的閉合高度H閉=40+10+20+25+10+50+40=250mm 由此可見模具的實際閉合高度適合所采用模架的閉合高度。所以此制件能采用標準模架。 2.10 壓力機的選用 由前面壓力機公稱壓力計算初選的壓力機型號：J23-16，查《模具實用技術(shù)手冊》表2-3得壓力機主要技術(shù)參數(shù)如下： 公稱壓力：160 KN ； 滑塊行程：70 mm ； 最大閉合高度：350 mm ； 最大裝模高度：200mm ； 連桿調(diào)節(jié)長度：55 mm ； 工作臺尺寸（前后x左右）：450mm x300 mm ； 墊板尺寸（厚度）：60 mm ； 模柄孔尺寸：40 mm x 50 mm ； 最大傾斜角度： 由上述技術(shù)參數(shù)可知，所選壓力機J23-16型號可用。 2.11 導(dǎo)向裝置 對于生產(chǎn)批量大、要求模具壽命高的模具，一般采用導(dǎo)柱、導(dǎo)套來保證上、下模的導(dǎo)向精度。導(dǎo)柱、導(dǎo)套在模具中主要起導(dǎo)向作用。導(dǎo)柱與導(dǎo)套之間采用間隙配合。根據(jù)沖壓工序性質(zhì)、沖壓的精度及材料厚度等的不同，其配合間隙也稍微不同。因為本制件的厚度為2mm，所以采用H7/f7。 2.12 卸料部件的設(shè)計 2.12.1卸料板的設(shè)計 卸料板的周界尺寸應(yīng)該與凹模的周界尺寸相同，厚度是10mm，卸料板用 45鋼制造，淬火硬度為40～45HRC 。具體結(jié)構(gòu)如下圖： 2.12.2卸料螺釘?shù)倪x用 卸料板上設(shè)置四個卸料螺釘，公稱直徑為12mm，螺紋部分為M10×10㎜,卸料釘尾部應(yīng)有足夠的行程空間。卸料螺釘擰緊后，應(yīng)使卸料板超出凸模端面1mm,有誤差的時候通過在螺釘和卸料板之間安裝墊片來調(diào)整。 2.13 材料的分析 模具其他零件的選用見表3-2．表3-2 模具其他零件的選用 序號 名稱 數(shù)量 材料 熱處理 1 模柄 1 45 2 打桿 1 20 3 上模座 1 HT200 4 銷釘 2 45 5 螺釘 ４ 45 6 推板 1 20 7 推桿 2 20 40～45HRC 8 凸凹模 1 Cr12 60～62HRC 9 凸凹模固定板 1 45 11 卸料板 1 20 40～45HRC 12 卸料螺釘 2 45 13 凹模 1 Cr12 60～62HRC 14 擋料銷 1 20 15 導(dǎo)料銷 2 20 40～45HRC 16 推件塊 1 45 18 凸模 2 Cr12 60～62HRC 19 凸模固定板 1 45 20 凸模墊板 1 45 22 緊固螺釘 4 45 24 導(dǎo)套 2 20 滲碳58～62HRC 25 導(dǎo)柱 2 20 滲碳58～62HRC 26 下模座 1 HT200 3 彎曲模的設(shè)計 3.1 零件結(jié)構(gòu)工藝性分析 此零件為一個簡單的90°的支撐件，其彎曲圓角半徑r為0.8mm,材料選擇Q235鋼,板厚為2mm。其工藝性主要包括彎曲件的精度、圓角半徑、板料的纖維方向與彎曲線夾角、彎曲的直邊高度、其他工藝性等。 （1）彎曲的直邊高度 一般彎曲件為了避免穩(wěn)定性不好，要求直立部分高度H>2.5t,如下圖所示很顯然此零件符合工藝性要求 （2） 孔邊距 為防止孔彎曲時發(fā)生變形，應(yīng)使孔位于變形區(qū)之外。如下圖所示， L≥2t 所以，此 零件完全符合要求。 （3）最小彎曲半徑 根據(jù)所用材料，查表3.1可知最小彎曲半徑為1t. 1.2≥0.48 所以該彎曲件符合要求. 3.2主要工藝參數(shù)計算 （1）彎曲力的計算 自由彎曲需要的力 ——沖壓行程結(jié)束時自由彎曲的彎曲力（N）； ——安全系數(shù)，一般K=1.3； ——彎曲件寬度（mm）； ——彎曲件材料厚度（mm）； ——彎曲件材料的抗拉強度（MPa） ——彎曲件的內(nèi)彎曲半徑（mm）。 經(jīng)計算得： F=1816.62N 校正彎曲彎曲力(N)的計算： F=qA= =94.87 N 頂件力的計算 F=（0.3～0.5） = 605.54N （ 2） 壓力機的壓力確定 F≥（1.2～1.3）F+ F ≥ 2706.472N （3） 回彈量的計算： 因為此工件的圓角半徑R〈 （5～8）t，工件的彎曲半徑一般變化不大，所以只考慮角度回彈。。查表取回彈角為2 3.3 彎曲模工作部分設(shè)計 （1） 凸、凹模間隙的計算 單面間隙為Z/2 Z/2=（1+n）t++Ct =0.9mm 查表得n=0.05,t為工件厚度，C為間隙系數(shù)，查得C=0.7，為材料厚度的上偏差。 （2） 凸、凹模工作部分尺寸 1）凸、凹模寬度尺寸計算 L=(L-0.75) =(60-0.75×0.62) =59.45 La2=39.53 L=( L-Z) =(59.45-0.9) =58.55 Lt2=38.63 凹模的寬度不大于展開長度的0.8倍符合要求。 2） 凸、凹模的圓角半徑以及凹模的深度 一般情況下，凸模的圓角半徑r≤r.所以，取r=1.5mm。 查表3.11可知：凹模的圓角半徑r=3.2mm. 凹模的深度L=20 mm 3.4 模具總體設(shè)計 （1） 模具類型的選擇 由沖壓工藝性可知，采用單工序沖壓，模具類型為單工序模。 （2） 定位方式的選擇 為保證坯料在彎曲模內(nèi)準確定位，也為在彎曲過程中坯料的偏移，提高定位精度，采用定位板。 （3） 卸料出件方式的選擇 此工件成形后留在凹模上，隨凸模上行底部受壓的彈簧彈性恢復(fù)推動頂桿而頂出制件。 （4） 導(dǎo)向方式 模具屬于單工序沖模，結(jié)構(gòu)簡單，導(dǎo)向精度通過凸、凹模就可以保證，所以采用無導(dǎo)向裝置。 綜上可設(shè)計此模具主要由，模柄，上模板，凸模，V形凹模，下模板等組成。 初步計算模具閉合高度 凹模座的外輪廓尺寸約計為 3.5 設(shè)備的選定 該零件所需的彎曲力 94.87 KN 模具閉合高度 H=155 mm 模具外廓尺寸 120 mm×100 mm 此時開式可傾壓力機，主要力學性能為： 公稱壓力 最大裝模高度 行程 臺面尺寸 300 mm×240 mm 根據(jù)模具閉合高度，彎曲力，外廓尺寸等數(shù)據(jù)選定此設(shè)備是合適的。 3.6 模具主要零部件的設(shè)計 （1） 凸模部分 彎曲模沒有固定的結(jié)構(gòu)形式，此工件結(jié)構(gòu)簡單，精度要求不高，所以可以設(shè)計比較簡單一些，根據(jù)制件形狀可以將凸模設(shè)計為整體式凸模。取凸模高度為：L=h +h=45 所以確定凸模尺寸為40 mm×58.55 mm×45 mm 畫草圖如下： 圖9 凸模草圖 （2） 凹模部分 該工件只有相鄰的兩個邊彎曲，所以針對這兩邊設(shè)計兩個凹模，能保證強度且易加工， 凹模1尺寸： 凹模2尺寸為40×20 ×60 根據(jù)凹模尺寸選定上、下模座尺寸分別為100×80×30 和170×120×30 。 圖10 凹模 草圖 3.7 模具總裝配圖 由以上設(shè)計，可得到的模具總裝圖，祥見裝配圖。 模具工作過程： 工作時將第一道工序所得工件放入定位板內(nèi)，滑塊下行上模下降，對制件進行彎曲，當彎曲結(jié)束上?；厣龝r，制件有由頂件板頂出，完成一次沖壓。 結(jié)束語 由于在零件制造前進行了預(yù)測，分析了制件在生產(chǎn)過程中可能出現(xiàn)的缺陷，采取了相應(yīng)的工藝措施。因此，模具在生產(chǎn)零件的時候才可以減少廢品的產(chǎn)生。 該制件的形狀結(jié)構(gòu)較為簡單，適合選用標準模架。要保證零件的順利加工和取件，必須有足夠的高度，標準導(dǎo)柱、導(dǎo)套的長度，就可以達到要求。模具工作零件的結(jié)構(gòu)也較為簡單，它可以相應(yīng)的簡化了模具結(jié)構(gòu)。便以以后的操作、調(diào)整和維護。 復(fù)合模具的設(shè)計，是理論知識與實踐有機的結(jié)合，更加系統(tǒng)地對理論知識做了更深切貼實的闡述。也使我認識到，要想做為一名合理的模具設(shè)計人員，必須要有扎實的專業(yè)基礎(chǔ)，并不斷學習新知識新技術(shù)，樹立終身學習的觀念，把理論知識應(yīng)用到實踐中去，并堅持科學、嚴謹、求實的精神，大膽創(chuàng)新，突破新技術(shù)，為國民經(jīng)濟的騰飛做出應(yīng)有的貢獻。 致 謝 首先感謝我的指導(dǎo)老師于智宏老師，她仔細審閱了本文的全部內(nèi)容并對我的畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容提出了許多建設(shè)性建議。于智宏老師淵博的知識，誠懇的為人，使我受益匪淺，在畢業(yè)設(shè)計的過程中，特別是遇到困難時，她給了我鼓勵和幫助，在這里我向她表示真誠的感謝！ 感謝母?！幽蠙C電高等專科學校的辛勤培育之恩！感謝材料工程系給我提供的良好學習及實踐環(huán)境，使我學到了許多新的知識，掌握了一定的操作技能。 最后，我非常慶幸在三年的的學習、生活中認識了很多可敬的老師和可親的同學，并感激師友的教誨和幫助！ 參考文獻 [1]陳錫棟、周小玉主編.實用模具技術(shù)手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2001 [2]李紹林、馬長福主編.實用模具技術(shù)手冊[M].上?？茖W技術(shù)出版社，1998 [3]許發(fā)樾主編.實用模具設(shè)計與制造手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2000 [4]楊玉英主編.實用沖壓工藝及模具設(shè)計手冊[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2004 [5]模具實用技術(shù)叢書編委會.沖壓設(shè)計應(yīng)用實例[M].北京：機械工業(yè)出版社.1999 [6]翟德梅主編.模具制造技術(shù)[M].河南機電高等?？茖W校 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