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摘 要
隨著工業(yè)的發(fā)展，沖壓成型工藝在機(jī)械工業(yè)、電子工業(yè)、航天航空工業(yè)、生物領(lǐng)域及日用品的生產(chǎn)中占的比例越來(lái)越大。而Auto CAD 2002和PRO/ENGINEER2001自問(wèn)世以來(lái)，多年來(lái)已成為全世界最普及的CAD/CAM系統(tǒng)。廣泛應(yīng)用與機(jī)械、電子、模具等行業(yè)。根據(jù)連接板產(chǎn)品的特點(diǎn)和實(shí)際生產(chǎn)的產(chǎn)量，設(shè)計(jì)成由沖孔、切邊、彎曲所組成的一副復(fù)合模，該級(jí)進(jìn)模具能夠自動(dòng)送料，并自動(dòng)切斷導(dǎo)料錯(cuò)誤時(shí)壓力機(jī)的主電路。
關(guān)鍵詞：沖壓成型、復(fù)合模具、CAD、CAM。
Abstract
With the development of industry, The Mould holddown shapings covers more and more in mechanical industy, electronics industry, spaceflight industry, biological field and production of daily necessities. For many years, the Auto CAD 2002 and PRO/ENGINEER2001 has been becoming the most common 3 D CAD/CAM systems since it come out. And it extensively use in machinery, election and mould fields.The very die stamping what I designed is made from a concatenation-mould considered the feature and the number of the product ,with self-acting-feeding attachment.It can stop the running of the machine when the self-acting-feeding attachment break out something wrong and has six procedures such as: punching, edge trimming, bending, rolling-over-the-bore, blanking-lack, falling-product .
Keyword: mould holddown shaping, concatenation-mould, CAD,CAM
前 言
振興和發(fā)展我國(guó)的模具工業(yè)，日益受到人們的重視和關(guān)注?！澳＞呤枪I(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)工藝裝備”也已經(jīng)取得了共識(shí)。在電子、汽車、電機(jī)、電器、儀器、儀表、家電和通信等產(chǎn)品中，60%～80%的零部件都要依靠模具成形。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，是其他加工制造方法所不能比擬的。模具又是“效益放大器”，用模具生產(chǎn)的最終產(chǎn)品的價(jià)值，往往是模具自身價(jià)值的幾十倍、上百倍。目前全世界模具年產(chǎn)值約為600億美元，日、美等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的模具工業(yè)產(chǎn)值已超過(guò)機(jī)床工業(yè)，從1997年開始，我國(guó)模具工業(yè)產(chǎn)值也超過(guò)了機(jī)床工業(yè)產(chǎn)值。
模具生產(chǎn)技術(shù)水平的高低，已成為衡量一個(gè)國(guó)家產(chǎn)品制造水平高低的重要標(biāo)志，因?yàn)槟＞咴诤艽蟪潭壬蠜Q定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。鑒于模具工業(yè)的重要性，在1989年3月國(guó)務(wù)院頒布的《關(guān)于當(dāng)前產(chǎn)業(yè)政策要點(diǎn)的決定》中，把模具列為機(jī)械工業(yè)技術(shù)改造序列的第一位、生產(chǎn)和基本建設(shè)序列的第二位。1997年以來(lái)，又相繼把模具及其加工技術(shù)和設(shè)備列入了《當(dāng)前國(guó)家重點(diǎn)鼓勵(lì)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)、產(chǎn)品和技術(shù)目錄》和《鼓勵(lì)外商投資產(chǎn)業(yè)目錄》。經(jīng)國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)，從1997年到2000年，對(duì)80多家國(guó)有專業(yè)模具廠實(shí)行增值稅返還70%的優(yōu)惠政策，以扶植模具工業(yè)的發(fā)展。
現(xiàn)在，應(yīng)該引起我們特別注意的是，1999年8月20日黨中央和國(guó)務(wù)院發(fā)布的《關(guān)于加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展高科技實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的決定》中，明確提出了高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域?！稕Q定》指出：要在電子信息特別是集成電路設(shè)計(jì)與制造、網(wǎng)絡(luò)及通信、計(jì)算機(jī)及軟件、數(shù)字化電子產(chǎn)品等方面，加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新，形成一大批擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)?！稕Q定》還指出：要加強(qiáng)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)升級(jí)，注重電子信息等技術(shù)與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的嫁接，大幅度提高國(guó)產(chǎn)技術(shù)裝備的水平。1999年7月，國(guó)家計(jì)委和科學(xué)技術(shù)部發(fā)布了《當(dāng)前國(guó)家優(yōu)先發(fā)展的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化重點(diǎn)領(lǐng)域指南(目錄)》，《指南》中列入了電子專用工模具、塑料成形新技術(shù)與新設(shè)備、快速原型制造工藝及成套設(shè)備、激光加工技術(shù)及成套設(shè)備、汽車關(guān)鍵零部件等。例如，采用快速原型制造技術(shù)和設(shè)備，用分層實(shí)體堆積等方法，可以將復(fù)雜的CAD模型轉(zhuǎn)化為實(shí)物，使模具和產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、評(píng)價(jià)與制造周期大大縮短，企業(yè)就能快速搶占市場(chǎng)，取得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。
我國(guó)沖壓模具企業(yè)技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)
一、現(xiàn)狀
改革開放以來(lái)，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)模具的需求量不斷增長(zhǎng)。近年來(lái)，模具工業(yè)一直以15%左右的增長(zhǎng)速度快速發(fā)展，模具工業(yè)企業(yè)的所有制成分也發(fā)生了巨大變化，除了國(guó)有專業(yè)模具廠外，集體、合資、獨(dú)資和私營(yíng)也得到了快速發(fā)展。浙江寧波和黃巖地區(qū)的“模具之鄉(xiāng)”，廣東一些大集團(tuán)公司和迅速崛起的鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)，科龍、美的、康家等集團(tuán)紛紛建立了自己的模具制造中心；中外合資和外商獨(dú)資的模具企業(yè)已有幾千家。
隨著與國(guó)際接軌的腳步不斷加快，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益加劇，人們已經(jīng)越來(lái)越認(rèn)識(shí)到產(chǎn)品質(zhì)量、成本和新產(chǎn)品的開發(fā)能力的重要性。而模具制造是整個(gè)鏈條中最基礎(chǔ)的要素之一，模具制造技術(shù)現(xiàn)已成為衡量一個(gè)國(guó)家制造水平高低的重要標(biāo)志，并在很大程度上決定企業(yè)的生存空間。
近年許多模具企業(yè)加大了用于技術(shù)進(jìn)步的投資力量，將技術(shù)進(jìn)步視為企業(yè)發(fā)展的重要?jiǎng)恿ΑＲ恍﹪?guó)內(nèi)模具企業(yè)已普及了二維CAD，并陸續(xù)開始使用UG、Pro/engineer、I-DEAS等國(guó)際通用軟件，個(gè)別廠家還引進(jìn)了Moldflow、C-Flow、DYNAFORM、等CAE軟件，并成功用于模的設(shè)計(jì)中。
雖然中國(guó)模具工業(yè)在過(guò)去10多年中取得了令人矚目的發(fā)展，但許多方面與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍有較大的差距。例如：精密加工設(shè)備在模具加工設(shè)備中的比重比較低；CAD/CAE/CAM技術(shù)的普及率不高；許多先進(jìn)的模具技術(shù)應(yīng)用不夠廣泛等等，致使相當(dāng)一部分大型、精密、復(fù)雜和長(zhǎng)壽命模具依賴進(jìn)口。我國(guó)模具工業(yè)目前技術(shù)水平參差不齊，懸殊較大。從總體上來(lái)講，與發(fā)達(dá)工業(yè)國(guó)家及港臺(tái)地區(qū)先進(jìn)水平相比，還有較大的差距。在采用CAD/CAM/CAE/CAPP等技術(shù)設(shè)計(jì)與制造模具方面，無(wú)論是應(yīng)用的廣泛性，還是技術(shù)水平上都存在很大的差距。在應(yīng)用CAD技術(shù)設(shè)計(jì)模具方面，僅有約10%的模具在設(shè)計(jì)中采用了CAD，距拋開繪圖板還有漫長(zhǎng)的一段路要走；在應(yīng)用CAE進(jìn)行模具方案設(shè)計(jì)和分析計(jì)算方面，也才剛剛起步，大多還處于試用和動(dòng)畫游戲階段；在應(yīng)用CAM技術(shù)制造模具方面，一是缺乏先進(jìn)適用的制造裝備，二是現(xiàn)有的工藝設(shè)備（包括近10多年來(lái)引進(jìn)的先進(jìn)設(shè)備）或因計(jì)算機(jī)制式（IBM微機(jī)及其兼容機(jī)、HP工作站等）不同，或因字節(jié)差異、運(yùn)算速度差異、抗電磁干擾能力差異等，聯(lián)網(wǎng)率較低，只有5%左右的模具制造設(shè)備近年來(lái)才開展這項(xiàng)工作；在應(yīng)用CAPP技術(shù)進(jìn)行工藝規(guī)劃方面，基本上處于空白狀態(tài)，需要進(jìn)行大量的標(biāo)準(zhǔn)化基礎(chǔ)工作；在模具共性工藝技術(shù)，如模具快速成型技術(shù)、拋光技術(shù)、電鑄成型技術(shù)、表面處理技術(shù)等方面的CAD/CAM技術(shù)應(yīng)用在我國(guó)才剛起步。計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的軟件開發(fā)，尚處于較低水平，需要知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的積累。我國(guó)大部分模具廠、車間的模具加工設(shè)備陳舊，在役期長(zhǎng)、精度差、效率低，至今仍在使用普通的鍛、車、銑、刨、鉆、磨設(shè)備加工模具，熱處理加工仍在使用鹽浴、箱式爐，操作憑工人的經(jīng)驗(yàn)，設(shè)備簡(jiǎn)陋，能耗高。設(shè)備更新速度緩慢，技術(shù)改造，技術(shù)進(jìn)步力度不大。雖然近年來(lái)也引進(jìn)了不少先進(jìn)的模具加工設(shè)備，但過(guò)于分散，或不配套，利用率一般僅有25%左右，設(shè)備的一些先進(jìn)功能也未能得到充分發(fā)揮。
缺乏技術(shù)素質(zhì)較高的模具設(shè)計(jì)、制造工藝技術(shù)人員和技術(shù)工人，尤其缺乏知識(shí)面寬、知識(shí)結(jié)構(gòu)層次高的復(fù)合型人才。中國(guó)模具行業(yè)中的技術(shù)人員，只占從業(yè)人員的8%~12%左右，且技術(shù)人員和技術(shù)工人的總體技術(shù)水平也較低。1980年以前從業(yè)的技術(shù)人員和技術(shù)工人知識(shí)老化，知識(shí)結(jié)構(gòu)不能適應(yīng)現(xiàn)在的需要；而80年代以后從業(yè)的人員，專業(yè)知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)匱乏，動(dòng)手能力差，不安心，不愿學(xué)技術(shù)。近年來(lái)人才外流不僅造成人才數(shù)量與素質(zhì)水平下降，而且人才結(jié)構(gòu)也出現(xiàn)了新的斷層，青黃不接，使得模具設(shè)計(jì)、制造的技術(shù)水平難以提高。
二、未來(lái)沖壓模具制造技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)
模具技術(shù)的發(fā)展應(yīng)該為適應(yīng)模具產(chǎn)品“交貨期短”、“精度高”、“質(zhì)量好”、“價(jià)格低”的要求服務(wù)。達(dá)到這一要求急需發(fā)展如下幾項(xiàng)：
（1） 全面推廣CAD/CAM/CAE技術(shù)
模具CAD/CAM/CAE技術(shù)是模具設(shè)計(jì)制造的發(fā)展方向。隨著微機(jī)軟件的發(fā)展和進(jìn)步，普及CAD/CAM/CAE技術(shù)的條件已基本成熟，各企業(yè)將加大CAD/CAM/CAE培訓(xùn)的技術(shù)服務(wù)的力度；進(jìn)一步擴(kuò)大CAE技術(shù)的應(yīng)用范圍。計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展正使CAD/CAM/CAE技術(shù)跨地區(qū)、跨企業(yè)、跨院所地在整個(gè)行業(yè)中推廣成為可能，實(shí)現(xiàn)技術(shù)資源的重新整合，使虛擬成為可能。
（2） 高速銑削加工
國(guó)外近年來(lái)發(fā)展的高速銑削加工，大幅度提高了加工效率，并可獲得極高的表面光潔度。另外，還可加工高硬度模塊，還具有溫升低、熱變形小的優(yōu)點(diǎn)。高速銑削加工技術(shù)的發(fā)展，對(duì)汽車、家電行業(yè)中大型型腔模具制造注入了新的活力。目前它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向發(fā)展。
(3)模具掃描及數(shù)字化系統(tǒng)
高速掃描機(jī)和模具掃描系統(tǒng)提供了從模型或?qū)嵨飹呙璧郊庸こ銎谕哪Ｐ退璧闹T多功能，大大縮短了模具的在研制制造周期。有些快速掃描系統(tǒng)，可快速安裝在已有的數(shù)控銑床及加工中心上，實(shí)現(xiàn)快速數(shù)據(jù)采集、自動(dòng)生成各種不同數(shù)控系統(tǒng)的加工程序、不同格式的CAD數(shù)據(jù)，用于模具制造業(yè)的“逆向工程”。模具掃描系統(tǒng)已在汽車、摩托車、家電等行業(yè)得到成功應(yīng)用，相信在“十五”期間將發(fā)揮更大的作用。
(4)電火花銑削加工
電火花銑削加工技術(shù)也稱為電火花創(chuàng)成加工技術(shù)，這是一種替代傳統(tǒng)的用成型電極加工型腔的新技術(shù)，它是有高速旋轉(zhuǎn)的簡(jiǎn)單的管狀電極作三維或二維輪廓加工(像數(shù)控銑一樣)，因此不再需要制造復(fù)雜的成型電極，這顯然是電火花成形加工領(lǐng)域的重大發(fā)展。國(guó)外已有使用這種技術(shù)的機(jī)床在模具加工中應(yīng)用。預(yù)計(jì)這一技術(shù)將得到發(fā)展。
(5)提高模具標(biāo)準(zhǔn)化程度
我國(guó)模具標(biāo)準(zhǔn)化程度正在不斷提高，估計(jì)目前我國(guó)模具標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率已達(dá)到30%左右。國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家一般為80%左右。
(6)優(yōu)質(zhì)材料及先進(jìn)表面處理技術(shù)
選用優(yōu)質(zhì)鋼材和應(yīng)用相應(yīng)的表面處理技術(shù)來(lái)提高模具的壽命就顯得十分必要。模具熱處理和表面處理是否能充分發(fā)揮模具鋼材料性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。模具熱處理的發(fā)展方向是采用真空熱處理。模具表面處理除完善應(yīng)發(fā)展工藝先進(jìn)的氣相沉積(TiN、TiC等)、等離子噴涂等技術(shù)。
(7)模具研磨拋光將自動(dòng)化、智能化
模具表面的質(zhì)量對(duì)模具使用壽命、制件外觀質(zhì)量等方面均有較大的影響，研究自動(dòng)化、智能化的研磨與拋光方法替代現(xiàn)有手工操作，以提高模具表面質(zhì)量是重要的發(fā)展趨勢(shì)。
(8)模具自動(dòng)加工系統(tǒng)的發(fā)展
這是我國(guó)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的目標(biāo)。模具自動(dòng)加工系統(tǒng)應(yīng)有多臺(tái)機(jī)床合理組合；配有隨行定位夾具或定位盤；有完整的機(jī)具、刀具數(shù)控庫(kù)；有完整的數(shù)控柔性同步系統(tǒng)；有質(zhì)量監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)。
目 錄
第1章 沖壓工件的工藝分析
第2章 工藝方案的確定
第3章 模具結(jié)構(gòu)形式的確定
第4章 模具工藝設(shè)計(jì)
4.1計(jì)算毛胚尺寸
4.2確定排樣方案
4.3計(jì)算材料利用率
4.4計(jì)算沖壓力
4.4.1沖裁力F沖
4.4.2彎曲力F彎
4.4.3御料力F御和推料力F推
4.5初選壓力機(jī)
4.6計(jì)算壓力中心
4.7計(jì)算沖裁模凸、凹模刃口尺寸
4.7.1沖孔刃口尺寸
4.7.2切邊和切斷刃口尺寸
4.8計(jì)算彎曲模工作部分尺寸
4.8.1彎曲時(shí)凸模與凹模之間的間隙
4.8.2彎曲時(shí)凸模與凹模的寬度尺寸
4.8.3彎曲時(shí)模具圓角半徑與凹模深度
第5章 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
5.1沖裁模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
5.1.1凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
5.1.2凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
5.1.3凸凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
5.1.4定位零件的設(shè)計(jì)
5.1.5導(dǎo)向零件的設(shè)計(jì)
5.1.6卸料與推件裝置的設(shè)計(jì)
第6章總結(jié)體會(huì)參考文獻(xiàn)
第1章 沖壓工件的工藝分析
工件名稱： 汽車備輪架加固板
生產(chǎn)批量： 大批量
材 料： 08A
材料碳素結(jié)構(gòu)鋼08A的力學(xué)性能見(jiàn)下表
材料名稱
牌號(hào)
材料狀態(tài)
抗剪強(qiáng)度
τ/MPa
抗拉強(qiáng)度
σ/MPa
延伸率
δ/％
屈服強(qiáng)度
σ/MPa
碳素結(jié)構(gòu)鋼
08A
退火
255～333
275～410
32
196
制件如下圖所示：
從上圖看，主要存在以下幾點(diǎn)要注意的問(wèn)題：
1. 零件內(nèi)、外形轉(zhuǎn)角部都以圓角過(guò)渡，便于模具加工；
2. 零件最小孔徑φ11滿足最小孔徑條件；
3. 加固板上頂板中兩個(gè)φ11孔與左邊距僅相距3.5mm，在設(shè)計(jì)模具結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)加以注意；
4. 沖裁時(shí)可滿足φ21的公差要求；
5. 各孔中心距之間無(wú)公差要求，孔中心與邊緣距離尺寸也無(wú)公差要求；
6. 彎曲角為90°，無(wú)公差要求。
通過(guò)上述工藝分析可知，該零件為普通厚板彎曲件，尺寸精度不高，主要是輪廓成形問(wèn)題，屬大量生產(chǎn)，因此可用沖壓方法生產(chǎn)。
第2章 工藝方案的確定
根據(jù)制件工藝性分析，其基本工序有落料、沖孔、彎曲三種。組合起來(lái)有以下幾種方案：
（1） 落料—彎曲—沖孔，單工序沖壓。
（2） 落料—沖孔—彎曲，單工序沖壓。
（3） 切邊—彎曲—沖孔，單件復(fù)合沖壓。
（4） 切邊（落料）—沖孔—彎曲，單件復(fù)合沖壓。
沖孔時(shí)：沖底部?jī)蓚€(gè)直徑11孔、一個(gè)直徑21孔和兩個(gè)腰形孔，其余六個(gè)直徑11孔轉(zhuǎn)削加工。
方案（1）、（2）屬于單工序沖壓，由于此制件生產(chǎn)批量較大，生產(chǎn)效率低，不宜采用。
方案（3）由于先彎曲，造成沖孔時(shí)非常不方便，增加了模具的制造難度，故不宜采用。
方案（4）加工零件時(shí)較為容易，且效率較高，故此方案最為合適。
第3章 模具結(jié)構(gòu)形式的確定
模具結(jié)構(gòu)主要包括定位零件、導(dǎo)向零件、御料與推（頂）件裝置和連接與固定零件。
因本制件形狀較大，且材料較厚，故采用固定擋料銷定位，利用擋料銷的定位面抵住板料的前搭邊。利用導(dǎo)料銷縱向送料，板料沿著導(dǎo)料銷的一側(cè)導(dǎo)向送進(jìn)，以免送偏。
考慮到材料的厚度，采用剛性御料裝置和剛性推件裝置。
本制件為大批量生產(chǎn)，同時(shí)，為保證沖裁件精度，采用對(duì)角導(dǎo)柱滑動(dòng)導(dǎo)向模架。以保證精確定位，提高沖壓件質(zhì)量及模具壽命。
第4章 工藝設(shè)計(jì)
4.1 計(jì)算毛胚尺寸
板料彎曲時(shí)，中性層長(zhǎng)度是不變的，因此根據(jù)變形前后中性層長(zhǎng)度不變的原則來(lái)確定彎曲件毛胚展開的長(zhǎng)度和尺寸。由于彎曲變形程度、彎曲方法、彎曲件形狀及標(biāo)注方法等不同，故計(jì)算方法略有不同，主要有概算法、外側(cè)尺寸加算法和內(nèi)側(cè)尺寸加算法三種。
本設(shè)計(jì)中采用概算法，彎曲件分為直邊和彎曲兩部分，以其中性層長(zhǎng)度之和可求得彎曲件展開長(zhǎng)度，但彎曲部分的中性層要考慮位移。
查文獻(xiàn)【1】可知該零件的毛胚展開尺寸可按下式計(jì)算：
式中: ——彎曲件展開長(zhǎng)度，mm;
，——彎曲件直邊長(zhǎng)，mm；
r——彎曲件彎曲半徑，mm；
——層位移系數(shù)，查文獻(xiàn)【1】表5-6得=0.33；
——彎曲件的彎曲帶中心角，為90°；
t——板料厚度，mm，t=4mm。
求寬度方向展開尺寸時(shí)，由上面制件零件圖可知：
=116-（r+t）=116-（5+4）=107mm
=140-2（r+t）=122mm
=2++
=214+122+1.576.22
=355.8mm
考慮到彎曲是板料纖維的伸長(zhǎng)，經(jīng)過(guò)試壓修正，實(shí)際毛胚尺寸取=355mm。
同理，可計(jì)算出其他部位尺寸，最后得出如下圖所示的彎曲毛胚的形狀和尺寸。
加固板毛胚尺寸圖
4.2 確定排樣方案
排樣是指沖裁件在條料、帶料或板料上的布置方法。合理的排樣和選擇適當(dāng)?shù)拇钸呏担墙档统杀竞捅ＷC制件質(zhì)量及模具壽命的有效措施。
從本制件零件圖上分析可知，該零件形狀比較復(fù)雜，孔、槽較多，只能采用有廢料排料，由此形成的設(shè)計(jì)廢料占了很大的比例，要控制和提高材料的利用率，唯有從降低工藝廢料百分比入手，采用合理的排樣方法才能降低廢料的比例?？紤]到此為大批量生產(chǎn)，結(jié)合沖壓生產(chǎn)率，沖模耐用度，沖模結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量簡(jiǎn)單和操作方便，安全等因素，提出以下幾種方案：
方案一：
方案二：
從節(jié)約材料，減少模具制造難度方面考慮，采用方案一。
由文獻(xiàn)【1】表3-12可查得該零件沖裁時(shí)的最小搭邊值如下：
工件間a=3mm， 側(cè)面b=3.5mm。
考慮到實(shí)際情況，取a=b=5mm。
由此可知，條料寬B=355+2b=365mm，單件制件所需材料長(zhǎng)L=253+a=258mm。
查文獻(xiàn)【2】表4-1，選板料規(guī)格為1600mm 1500mm4mm，每塊可剪365mm258mm4mm規(guī)格條料24塊，材料剪裁利用率達(dá)94.2%。
4.3 計(jì)算材料利用率
排樣的目的是為了在保證制件質(zhì)量的前提下，合理利用原材料。衡量排樣經(jīng)濟(jì)性、合理性的指標(biāo)是材料的利用率。
由文獻(xiàn)【1】可查得材料利用率計(jì)算公式如下：
式中: ——得到制件的總面積,mm2；
——一個(gè)步距地條料面積（LB），mm2。
由制件毛胚圖等參考資料可計(jì)算出：
4.4計(jì)算沖壓力
完成本制件所需的沖壓力由沖裁力、彎曲力、推料力和御料力組成。
4.4.1 沖裁力F沖
沖裁力是選擇壓力機(jī)的主要依據(jù)，也是設(shè)計(jì)模具所必須得數(shù)據(jù)。在沖裁過(guò)程中，沖裁力的大小是不斷變化的，沖裁力是指板料作用在凸模上的最大抗力。
此制件的沖裁力由沖孔力、切邊力、切斷力三部分組成。采用普通平刃刀口沖裁：
由文獻(xiàn)【1】可知沖裁力的計(jì)算公式如下：
F沖 =
式中: ——系數(shù)，取1.3；
——沖裁件周長(zhǎng)，mm；
——材料抗剪強(qiáng)度，MPa，查文獻(xiàn)【2】表4-12取=300MPa；
——材料厚度，mm，=4mm。
制件周長(zhǎng)由外周長(zhǎng)和內(nèi)孔周長(zhǎng)組成：
mm
由上述數(shù)據(jù)可求得制件沖裁力如下：
F沖 = =3120KN
4.4.2 彎曲力F彎
彎曲力是指彎曲工件完成預(yù)定形狀時(shí)需要壓力機(jī)施加的壓力，是設(shè)計(jì)沖壓工藝和選擇設(shè)備的依據(jù)之一。彎曲力不僅與板料材質(zhì)、板料厚度、彎曲幾何參數(shù)和凸、凹模間隙有關(guān)，而且與彎曲方式關(guān)系密切。由于影響因數(shù)眾多而難以精確計(jì)算，故常采用經(jīng)驗(yàn)公式或簡(jiǎn)化公式計(jì)算，總的來(lái)說(shuō)，分為自由彎曲力計(jì)算和校正彎曲力計(jì)算兩類。
本設(shè)計(jì)中完成此制件的加工，一共需要兩次彎曲：
（1）壓彎加固板的頂部和底部；
（2）壓彎加固板的兩側(cè)部。
為保證制件彎曲質(zhì)量，有效控制回彈，采用校正彎曲。由文獻(xiàn)【1】查得校正彎曲力的計(jì)算公為式如下：
F彎 =AP
式中：A——工件被校正部分在垂直于凸模運(yùn)動(dòng)方向上的投影面積，mm2；
P——單位校正力，MPa，查文獻(xiàn)【1】表5-9取P=60MPa。
由上式和制件零件圖可求得：
F彎1=
KN
F彎2=
KN
F彎3=
KN
F彎= F彎1+ F彎2+ F彎3=3646.86 KN
4.4.3 御料力F御和推料力F推
由于沖裁時(shí)材料的彈性變形及摩擦，在一般沖裁條件下，沖裁后材料將發(fā)生彈性恢復(fù)，使落料件或沖孔廢料梗塞在凹模上，而板料則緊箍在凸模上，為了使沖裁工作繼續(xù)進(jìn)行，需要一定的御料力和推料力將工件或廢料頂出。
由文獻(xiàn)【1】可得御料力和推料力計(jì)算公式如下：
御料力： F御=K御F沖
推料力：F推= K推F沖
式中：K御、K推——系數(shù)，查文獻(xiàn)【1】表3-13得K推=0.045、K御=0.035；
——同時(shí)卡在凸模洞孔的件數(shù)，一般卡3-5件，本設(shè)計(jì)中取3。
解得：
F御= =109.2kN
F推= =421.2KN
由上述數(shù)據(jù)可求得總的公稱壓力F為：
F= F沖 + F彎+F御+F推=7297.26 KN
4.5 初選壓力機(jī)
查文獻(xiàn)【3】表1-83閉式單點(diǎn)壓力機(jī)技術(shù)規(guī)格（部分）參數(shù)，初選公稱壓力為8000KN的壓力機(jī)，型號(hào)為JA31-630B。
4.6計(jì)算壓力中心
沖壓力合力的作用點(diǎn)稱為壓力中心。為了保證壓力機(jī)和沖模正常平穩(wěn)地工作、必須使沖模的壓力中心通過(guò)模柄軸線與壓力機(jī)滑塊中心重合，從而保證模具的使用壽命和制件的加工質(zhì)量。
本設(shè)計(jì)中，制件采用單件沖壓，沖壓件圖形本身左右對(duì)稱，故采用解釋法求壓力中心較為方便。建立坐標(biāo)系如下圖所示：
因?yàn)樽笥覍?duì)稱，所以=0，只需求。
由文獻(xiàn)【1】可查得壓力中心計(jì)算公式如下：
=133.16≈133mm
4.7計(jì)算沖裁模凸、凹模刃口尺寸
沖裁模凸、凹模刃口尺寸的計(jì)算與加工方法有關(guān)，加工方法基本分為凸模與凹模分開加工和凸模與凹模配作加工兩類。本制件形狀較為復(fù)雜，材料較厚，所以采用配作加工法加工凸、凹模。
4.7.1沖孔刃口尺寸
加工凸、凹模時(shí)，以沖21孔的凸模為基準(zhǔn)件，圖樣上只需標(biāo)注基準(zhǔn)件的尺寸及公差，配作件僅標(biāo)注基本尺寸，注明與基準(zhǔn)件配作及應(yīng)保證的間隙值。
由文獻(xiàn)【1】表3-17可得沖孔時(shí)凸模與凹模配作加工工作部分尺寸和公差計(jì)算公式如下：
式中：、——沖孔凸、凹模基本尺寸，mm；
——基準(zhǔn)件基本尺寸，mm；為21mm；
——制件制造公差，mm；查文獻(xiàn)【1】表3-15取=0.30mm；
——最小合理間隙，mm；查文獻(xiàn)【4】表2-12取=0.640mm；
——因數(shù)；查文獻(xiàn)【1】表3-15取=0.5；
、——凸、凹模的制造公差，查文獻(xiàn)【1】表3-16取=0.020；
=0.025。
由上述數(shù)據(jù)可求得：
4.7.2切邊和切斷刃口尺寸
在切邊和切斷工序中，凸、凹模在四個(gè)方向與板料作用并使之分離，從制件毛胚圖可知，該工序?yàn)槁淞瞎ば?，尺寸a、b為落料尺寸。為使計(jì)算簡(jiǎn)單，直接取a和b為凸?；境叽?。
(1)切斷刃口尺寸：
（2）切邊刃口尺寸：
4.8計(jì)算彎曲模工作部分尺寸
彎曲模工作部分的尺寸主要指凸、凹間隙、圓角半徑、凹模深度及凸、凹模橫向?qū)挾瘸叽绲取?
4.8.1彎曲時(shí)凸模與凹模之間的間隙
彎曲V形工件時(shí)，凸、凹模間隙時(shí)靠調(diào)整壓力機(jī)閉合高度來(lái)控制的，不需要在模具結(jié)構(gòu)上確定間隙。U形工件的彎曲，則必須選擇適當(dāng)?shù)拈g隙。間隙的大小對(duì)于工件質(zhì)量和彎曲力有很大影響。間隙越小，彎曲力越大。間隙過(guò)小，則會(huì)使工件壁變薄，并降低凸模壽命。間隙過(guò)大，則回彈較大，還會(huì)降低工件精度。
本制件彎曲工序中，第二、三次彎曲都屬于U形彎曲，故需計(jì)算凸模與凹模之間的間隙。U形件彎曲的凸、凹模間隙，根據(jù)材料的厚度、彎曲件的高度和厚度而定。
查文獻(xiàn)【1】得凸、凹模單邊間隙可按下式計(jì)算：
式中：——彎曲時(shí)凸模與凹模之間的間隙，mm；
——材料的公稱厚度，4mm；
——間隙關(guān)系，查文獻(xiàn)【1】表5-10取=0.07；
——板料厚度的正偏差，本設(shè)計(jì)中取=0。
由上述數(shù)據(jù)可求得：
4.8.2彎曲時(shí)凸模與凹模的寬度尺寸
凸模與凹模的寬度尺寸（見(jiàn)下圖）與工件的尺寸有關(guān)：
第1次彎曲凹模
第1次彎曲凸模
第2次彎曲凹模
第2次彎曲凸模
彎曲模尺寸簡(jiǎn)圖
根據(jù)工件尺寸的標(biāo)注樣式不同，凸模與凹模的寬度尺寸可按下表所列公式進(jìn)行計(jì)算：
工件尺寸標(biāo)注方式
凸模尺寸
凹模尺寸
用外形尺寸標(biāo)注
以凸模為基準(zhǔn)件
L凹=
L凸按凹模尺寸配制，
L凸=（L凹
用內(nèi)形尺寸標(biāo)注
L凹按凸模尺寸配制，
L凹=（L凸
以凸模為基準(zhǔn)件
L凸=
注: L凸、 L凹——彎曲凸模和凹模寬度尺寸，mm；
L——彎曲件外形或內(nèi)形公稱尺寸，mm；
——彎曲件尺寸公差，mm；
——凸模與凹模的單面間隙，mm，=4.28mm;
、——凸、凹模的制造公差，=0.020；=0.025。
從本制件零件圖可知，該制件是以外形尺寸標(biāo)注，且無(wú)尺寸公差。故凸模與凹模寬度計(jì)算公式如下：
L凹=L
L凸=（L凹
第二次彎曲時(shí)：
L凹=
L凸=
第二次彎曲時(shí)：
L凹=
L凸=
4.8.3彎曲時(shí)模具圓角半徑與凹模深度
（1）凸模圓角半徑。
如工件內(nèi)側(cè)的圓角半徑為r，通常=r，但不能小于材料允許的最小彎曲半徑。當(dāng)工件彎曲半徑r小于時(shí)，則應(yīng)取，然后在利用隨后的整形工序滿足制件的要求，此時(shí)，整形模的圓角半徑=r。對(duì)于工件圓角半徑較大，而且精度要求較高時(shí)，應(yīng)考慮回彈的影響，將凸模圓角半徑根據(jù)回彈角的大小作相應(yīng)的調(diào)整，以補(bǔ)償彎曲的回彈量。
本設(shè)計(jì)中取=r=5mm。
（2）凸模圓角半徑。
工件在壓彎過(guò)程中，凸模將工件壓入凹模而成形，凸模口部的圓角半徑對(duì)于零件質(zhì)量有明顯的影響。如過(guò)小，彎曲板料表面出現(xiàn)劃痕；如凸模兩邊圓角半徑不一致，則毛胚會(huì)產(chǎn)生偏移。凸模圓角半徑的大小與彎曲高度和材料厚度有關(guān)，查文獻(xiàn)【1】表5-12可知：
第二次彎曲時(shí)：=15mm；
第三次彎曲時(shí)；=20mm。
（3）凸模深度。
凸模深度尺寸要適中，若過(guò)小，毛胚兩邊自由部分太多，彎曲件彈復(fù)大又不平直，彎曲件質(zhì)量下降；若過(guò)大，凸模增大，則模具耗材也增多，且壓力機(jī)需要有較大的工作行程。查文獻(xiàn)【1】表5-12可得凸模的深度L：
第二次彎曲時(shí)：L=40mm；
第二次彎曲時(shí)：L=55mm。
第5章 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
本制件加工過(guò)程中需要沖裁模和彎曲模兩類模具。
5.1沖裁模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
沖裁模是沖壓生產(chǎn)所用的主要工藝裝備。沖裁模結(jié)構(gòu)的合理性和先進(jìn)性，對(duì)沖裁件的質(zhì)量與精度、沖裁加工的生產(chǎn)率與經(jīng)濟(jì)效應(yīng)、模具的使用壽命與操作安全等都有著密切的關(guān)系。
沖模的工作零件（包括凸模、凹模及凸凹模）又稱成形零件，是直接完成沖裁工序的關(guān)鍵零件。
5.1.1凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
凸模又稱沖頭，是沖模的關(guān)鍵零件之一，凸模本身按其作用又可分為工作部分（即刃口）和固定部分。
查閱查考文獻(xiàn)選擇如下圖所示的凸模結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖：
中型圓孔凸模
參閱文獻(xiàn)【1】可得凸模長(zhǎng)度計(jì)算公式如下：
式中：——凸模長(zhǎng)度，mm；
——凸模固定板厚度，mm；查文獻(xiàn)【1】表1-300取=30mm；
——卸料板厚度，mm；查文獻(xiàn)【1】表1-300取=30mm；
——導(dǎo)板厚度，mm；查文獻(xiàn)【1】表1-300取=12mm；
——附加長(zhǎng)度，包括凸模的修磨量，凸模進(jìn)入凹模的深度，凸模固定板與卸料板的安全距離等。一般取15mm～20mm，本設(shè)計(jì)取=20mm。
mm
在一般情況下，凸模的強(qiáng)度是足夠的，所以不用進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。但本制件板料厚度較大，應(yīng)進(jìn)行壓應(yīng)力和彎曲應(yīng)力的校核，檢查其危險(xiǎn)斷面尺寸和自由長(zhǎng)度是否滿足強(qiáng)度要求。
（1）壓應(yīng)力的校核
查文獻(xiàn)【1】可知圓形凸模按下式進(jìn)行壓應(yīng)力校核：
式中：——凸模最小直徑，mm；
——料厚，mm；=4mm；
——材料的抗剪強(qiáng)度，MPa；255 MPa～333 MPa；
——凸模材料的許用壓應(yīng)力，MPa；1800MPa～2000 MPa
解得：2.96mm
該制件最小的孔為?11，顯然圓凸凸模壓應(yīng)力強(qiáng)度符合條件。
（2）穩(wěn)定性校核
凸模的抗失穩(wěn)定能力，根據(jù)模具結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可分為無(wú)導(dǎo)向裝置和有導(dǎo)向裝置凸模兩種情況，本設(shè)計(jì)中為有導(dǎo)向裝置凸模。
查文獻(xiàn)【1】可知其計(jì)算公式如下：
式中：——允許的凸模最大自由長(zhǎng)度，mm
——凸模最小直徑，mm；11mm；
——沖裁力，N。=53882N。
解得：140.8mm。
顯然，凸模的長(zhǎng)度符合穩(wěn)定性要求。
5.1.2凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
凹模的結(jié)構(gòu)形式較多,按外形可分為標(biāo)準(zhǔn)圓凹模和板狀凹模，按結(jié)構(gòu)分為整體式和鑲拼式，按刃口形式也有平刃和斜刃。幾種常見(jiàn)的凹模刃口形式如下圖所示：
圖a為錐形刃口凹模，沖裁件或廢料容易通過(guò)，凹模磨損后的修摸量較小。但刃口強(qiáng)度較低，刃口尺寸在修磨后略有增大。適用于形狀簡(jiǎn)單，精度要求不高，材料厚度較薄工件的沖裁。當(dāng)t＜2.5mm時(shí)，a=15`；當(dāng)t=2.5～6mm時(shí)a=30`；當(dāng)采用電火花加工凹模時(shí)，a=4`～20`。
圖b、c為圓柱刃口筒形或錐形凹模。刃口強(qiáng)度較高，修磨后刃口尺寸不變。但孔口容易積存工件或廢料，推件力大且磨損大。適用于形狀復(fù)雜或精度要求較高工件的沖裁。當(dāng)t＜0.5mm時(shí)，h=3～5mm;當(dāng)t=0.5～5mm時(shí)，h=5～8mm;當(dāng)t=5～10mm時(shí)，h=10～15mm,a=3°～5°。
本設(shè)計(jì)中凹模采用b圖所示結(jié)構(gòu)形式。
沖裁時(shí)凹模承受沖裁力和側(cè)向力的作用，由于凸模的結(jié)構(gòu)形式不一，受力狀態(tài)又比較復(fù)雜，目前還不可能用理論計(jì)算法確定凸模尺寸，在生產(chǎn)中大都采用經(jīng)驗(yàn)公式概略地計(jì)算凹模尺寸，查文獻(xiàn)【1】可得其計(jì)算公式如下：
凹模厚度
凹模壁厚 （1.5～2）
式中：b——沖裁件最大外形尺寸，mm；取b=355mm；
K——因數(shù)，見(jiàn)下表；
因數(shù)K的數(shù)值
b/mm
料厚
0.5
1
2
3
＞3
＜50
0.3
0.35
0.42
0.50
0.60
＞50～100
0.2
0.22
0.28
0.35
0.42
＞100～200
0.15
0.18
0.20
0.24
0.30
＞200
0.10
0.12
0.15
0.18
0.22
解得：；
75mm。
凹模板長(zhǎng)度L為：
L=355（步進(jìn)距）+2c=505mm。
凹模板寬度B為：
B=258（料寬）+2c=408mm。
查文獻(xiàn)【2】表5-7選L*B=500*500規(guī)格滑動(dòng)導(dǎo)向?qū)悄＞吣＜堋?
5.1.3凸凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
凸凹模式復(fù)合模中的關(guān)鍵零件，凸凹模工作端的內(nèi)外緣均為刃口，一般內(nèi)緣與凹模刃口結(jié)構(gòu)形式相同，外緣與凸模刃口結(jié)構(gòu)形式相同，內(nèi)外緣之間的壁厚取決于沖裁件的尺寸，所以當(dāng)沖件孔邊距離較小時(shí)必須考慮凸凹模的強(qiáng)度。凹凸模的最小壁厚與沖模的結(jié)構(gòu)有關(guān)，一般可由經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)決定。不積聚廢料的凸凹模的最小壁厚；對(duì)于黑色金屬和硬材料約為工件料厚的1.5倍，單但不小于0.7mm；對(duì)于有色材料與軟材料約等于工件料厚，但不小于0.5mm。本設(shè)計(jì)中，凸凹模尺寸滿足最小壁厚條件，具體形狀和尺寸見(jiàn)模具裝配圖。
5.1.4定位零件的設(shè)計(jì)
模具上定位零件的作用是使毛胚或半成品在模具上能夠正確定位。根據(jù)毛胚形狀、尺寸及模具的結(jié)構(gòu)形式，可以選用不同的定位方式，常見(jiàn)的定位零件有：擋料銷、定位板、導(dǎo)正銷、側(cè)刃和導(dǎo)料尺等。
本設(shè)計(jì)中采用圓頭固定擋料銷定位，導(dǎo)料板送料，具體形狀和尺寸見(jiàn)裝配圖。
5.1.5導(dǎo)向零件的設(shè)計(jì)
在大批量生產(chǎn)中為了便于裝模或在精度要求較高的情況下，模具都采用導(dǎo)向裝置，以保證精確定位，提高沖件質(zhì)量及模具壽命。
本設(shè)計(jì)中，采用滑動(dòng)導(dǎo)柱、導(dǎo)套進(jìn)行導(dǎo)向，具體尺寸見(jiàn)裝配圖。
5.1.6卸料與推件裝置的設(shè)計(jì)
卸料裝置和推件裝置有剛性（即固定卸料板）和彈性兩種形式。此外廢料切刀也是卸料的一種形式。
固定卸料板方式卸料力大，但無(wú)壓料作用，毛坯材料厚度大于0.8mm以上時(shí)采用。
彈性卸料板方式卸料力小，但有壓料作用，沖裁質(zhì)量較好，多用于薄板。對(duì)于卸料力要求較大，卸料板與凹模間又要求有較大的空間位置時(shí)，可采用剛彈性相結(jié)合的卸料裝置。
本設(shè)計(jì)中，采用剛性卸料裝置和剛性推件裝置。
卸料板的厚度h見(jiàn)小表：
卸料板的厚度
沖件料厚
t
卸料板寬度
≤50
＞50～80
＞80～125
＞125～200
＞200
H0
H0`
H0
H0`
H0
H0`
H0
H0`
H0
H0`
～0.8
6
8
6
10
8
12
10
14
12
16
0.8～1.5
6
10
8
12
10
14
12
16
14
18
＞1.5～3
8
-
10
-
12
-
14
-
16
-
＞3～4.5
10
-
12
-
14
-
16
-
18
-
＞4.5
12
-
14
-
16
-
18
-
20
-
H0固定卸料板厚度（mm）
故固定卸料板選擇500mm*500mm*18mm規(guī)格。
第八章 結(jié)論
通過(guò)論文設(shè)計(jì)可以看出，此設(shè)計(jì)對(duì)于改造一個(gè)廠的現(xiàn)有設(shè)備有一定的意義。在我國(guó)，絕大多數(shù)機(jī)械、電器制造廠商都擁有這種設(shè)備，隨著生產(chǎn)力的提高，舊的生產(chǎn)設(shè)備將會(huì)被新的生產(chǎn)設(shè)備所淘汰。而對(duì)于企業(yè)來(lái)說(shuō)舊設(shè)備的淘汰將是一種損失。通過(guò)改造，提高了生產(chǎn)力，也節(jié)約了生產(chǎn)成本。我們知道沖壓加工一般是大批量生產(chǎn)沖壓模具在機(jī)械生產(chǎn)中占有及其重要的作用，它是機(jī)械學(xué)與材料學(xué)的統(tǒng)一。模具加工本身就是一種生產(chǎn)力較高的生產(chǎn)方式，加上自動(dòng)化設(shè)備的模具加工更進(jìn)一步地提高了它的生產(chǎn)力。
總結(jié)與體會(huì)
通過(guò)本次設(shè)計(jì)，我加強(qiáng)了沖壓模具方面知識(shí)的學(xué)習(xí)，作為本人的專業(yè)我知道沖壓模具在當(dāng)今生產(chǎn)的重要意義。而經(jīng)過(guò)這一次設(shè)計(jì)，我加強(qiáng)了沖壓學(xué)、沖壓加工工藝以及材料學(xué)的理解。而更重要的是本人力求創(chuàng)新，把大學(xué)所學(xué)知識(shí)綜合起來(lái)，用計(jì)算機(jī)語(yǔ)言、傳感器技術(shù)、微機(jī)原理、微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù)、電子電路、液壓氣動(dòng)結(jié)合起來(lái)完成這一設(shè)計(jì)，這使得我的綜合能力素質(zhì)能力得以大大的提高，也是我大學(xué)所學(xué)知識(shí)的一種具體表現(xiàn)。
致 謝
本次設(shè)計(jì)是在云南航天工業(yè)總公司的呂昭莉老師及牛老師的悉心指導(dǎo)下完成的，他們嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、高深的學(xué)術(shù)水平使我受益匪淺，他們對(duì)本人在學(xué)習(xí)、工作、生活等方面的深切關(guān)心與幫助使我終生難忘。在此謹(jǐn)向呂老師、牛老師表示衷心的感謝和誠(chéng)摯的敬意！
最后感謝機(jī)械工程系慶華老師及其他領(lǐng)導(dǎo)、老師和同學(xué)在我學(xué)習(xí)期間的關(guān)心、支持和幫助！
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