彎曲件的沖壓成形工藝及模具設(shè)計(jì)【凸形件】【U形】【說明書+CAD】
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河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書
1緒 論
目前，我國沖壓技術(shù)與工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比還相當(dāng)?shù)穆浜?，主要原因是我國在沖壓基礎(chǔ)理論及成形工藝、模具標(biāo)準(zhǔn)化、模具設(shè)計(jì)、模具制造工藝及設(shè)備等方面與工業(yè)發(fā)達(dá)的國家尚有相當(dāng)大的差距，導(dǎo)致我國模具在壽命、效率、加工精度、生產(chǎn)周期等方面與工業(yè)發(fā)達(dá)國家的模具相比距離相當(dāng)大。
1.1國內(nèi)模具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢
1.1.1國內(nèi)模具的現(xiàn)狀
近幾年來，我國模具技術(shù)有了很大發(fā)展，模具設(shè)計(jì)與制造水平有了較大提高，大型、精密、復(fù)雜高效和長壽命模具的需求量大幅度增加，模具質(zhì)量、模具壽命明顯提高，模具交貨期較前縮短，模具CAD/CAM技術(shù)也得到了相當(dāng)廣泛的應(yīng)用。
在眾多家生產(chǎn)廠點(diǎn)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(biāo)準(zhǔn)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。
雖然說我國模具業(yè)發(fā)展迅速，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。我國尚存在以下幾方面的不足:
第一，體制不順，基礎(chǔ)薄弱。“三資”企業(yè)雖然已經(jīng)對(duì)中國模具工業(yè)的發(fā)展起了積極的推動(dòng)作用，私營企業(yè)近年來發(fā)展較快，國企改革也在進(jìn)行之中，但總體來看，體制和機(jī)制尚不適應(yīng)市場經(jīng)濟(jì)，再加上國內(nèi)模具工業(yè)基礎(chǔ)薄弱，因此，行業(yè)發(fā)展還不盡如人意，特別是總體水平和高新技術(shù)方面。
??? 第二，開發(fā)能力較差，經(jīng)濟(jì)效益欠佳.我國模具企業(yè)技術(shù)人員比例低，水平較低，且不重視產(chǎn)品開發(fā)，在市場中經(jīng)常處于被動(dòng)地位。我國每個(gè)模具職工平均年創(chuàng)造產(chǎn)值約合1萬美元，國外模具工業(yè)發(fā)達(dá)國家大多是15～20萬美元，有的高達(dá)25～30萬美元，與之相對(duì)的是我國相當(dāng)一部分模具企業(yè)還沿用過去作坊式管理，真正實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化企業(yè)管理的企業(yè)較少。
?? 第三，工藝裝備水平低，且配套性不好，利用率低．雖然國內(nèi)許多企業(yè)采用了先進(jìn)的加工設(shè)備，但總的來看裝備水平仍比國外企業(yè)落后許多，特別是設(shè)備數(shù)控化率和CAD/CAM應(yīng)用覆蓋率要比國外企業(yè)低得多。由于體制和資金等原因，引進(jìn)設(shè)備不配套，設(shè)備與附配件不配套現(xiàn)象十分普遍，設(shè)備利用率低的問題長期得不到較好解決。裝備水平低，帶來中國模具企業(yè)鉗工比例過高等問題。
? 第四，專業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化、商品化的程度低、協(xié)作差． 由于長期以來受“大而全”“小而全”影響，許多模具企業(yè)觀念落后，模具企業(yè)專業(yè)化生產(chǎn)水平低，專業(yè)化分工不細(xì)，商品化程度也低。目前國內(nèi)每年生產(chǎn)的模具，商品模具只占45%左右，其余為自產(chǎn)自用。模具企業(yè)之間協(xié)作不好，難以完成較大規(guī)模的模具成套任務(wù)，與國際水平相比要落后許多。模具標(biāo)準(zhǔn)化水平低，標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率低也對(duì)模具質(zhì)量、成本有較大影響，對(duì)模具制造周期影響尤甚。
第五，模具材料及模具相關(guān)技術(shù)落后．模具材料性能、質(zhì)量和品種往往會(huì)影響模具質(zhì)量、壽命及成本，國產(chǎn)模具鋼與國外進(jìn)口鋼相比，無論是質(zhì)量還是品種規(guī)格，都有較大差距。塑料、板材、設(shè)備等性能差，也直接影響模具水平的提高。
1.1.2國內(nèi)模具的發(fā)展趨勢
巨大的市場需求將推動(dòng)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(dá)國家相比仍存在較大差距，尚不能完全滿足國民經(jīng)濟(jì)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(jì)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提高模具標(biāo)準(zhǔn)化水平和模具標(biāo)準(zhǔn)件的使用率；
5發(fā)展優(yōu)質(zhì)模具材料和先進(jìn)的表面處理技術(shù)；
6模具的精度將越來越高；
7模具研磨拋光將自動(dòng)化、智能化；
8研究和應(yīng)用模具的高速測量技術(shù)與逆向工程；
9開發(fā)新的成形工藝和模具。
1.2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(jī)、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(gè)國家制造業(yè)水平高低的重要標(biāo)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。?
隨著時(shí)代的進(jìn)步和技術(shù)的發(fā)展，國外的一些掌握和能運(yùn)用新技術(shù)的人才如模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、模具工藝設(shè)計(jì)、高級(jí)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(gè)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(dá)國家大多15～20萬美元，有的達(dá)到 25～30萬美元。
國外先進(jìn)國家模具標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率達(dá)70%以上，而我國才達(dá)到45％。
2 彎曲件工藝性分析及方案的確定
2.1 彎曲件工藝性分析
此工件為典型彎曲件。材料為08鋼，具有良好的彎曲性能適合彎曲成型加工。工件結(jié)構(gòu)簡單，除了裝配尺寸，公差等級(jí)IT14級(jí)有嚴(yán)格要求外其余尺寸均為自由公差，工件整體上看，尺寸精度較低，普通彎曲成型完全能滿足要求。
2.2 彎曲工藝方案的確定
該工件彎曲成型，可以一次彎曲成型，也可以二次彎曲成型如今有以下三種方案供選擇：
方案一：采用一次彎曲成型，單工序生產(chǎn)。如下圖所示：
圖1
方案二：采用兩次彎曲成型，先彎U型再彎成型件，采用兩套單工序模生產(chǎn)。
具體如下圖所示：
圖a 為首次彎曲模具結(jié)構(gòu)圖；圖b為第二次彎曲模具結(jié)構(gòu)圖。
a)首次彎曲 b)二次彎曲
圖2
方案三：采用在一套模具上成型，復(fù)合模生產(chǎn)。具體如下圖所示：
圖3
2.3 彎曲件工藝方案分析
方案一、模具結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)制造成本低，但工件尺寸精度低，尤其是四個(gè)直角的精度難以得到保證。另外，在彎曲過程中，由于凸模肩部妨礙了坯料的轉(zhuǎn)動(dòng)，加大了坯料通過凹模圓角的摩擦力，使彎曲件側(cè)壁容易擦傷和變薄，成型后彎曲件兩肩部與底面不平行。
方案二、模具結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單，生產(chǎn)成本較高，由于采用兩副模具進(jìn)行彎曲成形，從而可以避免了方案一中的缺陷，提高了彎曲件的質(zhì)量，但由于采用兩副模具進(jìn)行生產(chǎn)，生產(chǎn)效率較低，另外，凹模的強(qiáng)度不易保證。
方案三、模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，生產(chǎn)制造成本與方案二差不多，但是工件尺寸精度，位置精度容易保證，生產(chǎn)效率也高。
綜上所述，經(jīng)過對(duì)三種方案的比較分析可見，該工件的彎曲成型生產(chǎn)采用方案三比較合理。
3 主要設(shè)計(jì)計(jì)算
3.1沖裁件主要設(shè)計(jì)計(jì)算
3.1.1排樣方式的確定及其計(jì)算
設(shè)計(jì)模具時(shí)，首先要設(shè)計(jì)條料的排樣圖，該零件具有T形的特點(diǎn)，可采用直對(duì)排的排樣方法。參考《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)》表2-8確定其排樣方式。其排樣圖如圖所示：
排 樣 圖
查最小搭邊值表可知：最小工藝搭邊值a(沿邊)=1.5mm a1(工件間)=1.2mm。
計(jì)算條料的寬度：
B=62+2×1.5=65（mm）
步距：S=62+1.2=63.2(mm)
材料利用率的計(jì)算：
根據(jù)一般市場的供應(yīng)情況，原材料選用350mm×70mm×1mm的08鋼板。
計(jì)算沖壓件毛坯的面積：A=62×11+23×10=912(mm) 2
一個(gè)步距的材料利用率：η==≈65﹪
3.1.2計(jì)算凸、凹模刃口尺寸
查《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)》書中表2.4得間隙值Zmin=0.100mm，Zmax=0.140mm。
由于外形形狀簡單，精度要求不高，所以采用凸模和凹模分開加工的方法制作凸、凹模。
其凸、凹模刃口尺寸計(jì)算如下：
查《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)》書中表2.5得凸、凹模制作公差
δT =0.020mm δA =0.030mm
校核：Zmax-Zmin =0.140-0.246=0.100mm
而δT+δA =0.050mm
滿足 Zmax-Zmin≥δT+δA的條件
查《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)》書中表2.6得：IT14級(jí)時(shí)磨損系數(shù)X=1,
按式（2.5） dT==mm
dA==mm
3.1.3沖壓力的計(jì)算
落料力 F落 = Ltτb=（912×1×382）N=348.384KN
落料時(shí)的卸料力 F卸=K卸F落
查《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)》書中表2.7取K卸=0.03
故 F卸=K卸F落=0.03×348.384=10.45KN
總沖壓力為：
F總=F落+ F卸=（348.384+10.45）KN=358.834KN
為了保證沖壓力足夠，一般沖裁時(shí)壓力機(jī)噸位應(yīng)比計(jì)算的沖壓力大30﹪左右，即
F總′=1.3×F總=1.3×358.384=466KN
3.1.4壓力中心的計(jì)算
用解析法求模具的壓力中心的坐標(biāo)，建立如下圖所示的坐標(biāo)系XOY.
由圖可知工件左右對(duì)稱，將工件
沖裁周邊的對(duì)稱部分分成L1、L2、
L3、L4、L5基本線段，求出各段
長度的重心位置：
L1=11mm L2=19.5mm L3=10mm
L4=11.5mm L5=31mm
各段長度的重心坐標(biāo)L1為（31,5.5）L2為（21.25，11）L3為（14，16）
L4為（11.5，21） L5為（15.5，0）
將以上數(shù)據(jù)分別代入壓力中心坐標(biāo)公式
X=(L1 X1 +L2 X2+…+ Ln Xn )/ L1+ L2+…+ Ln
Y=(L1 Y1 +L2 Y2+…+ Ln Yn )/ L1+ L2+…+ Ln
將以上個(gè)數(shù)據(jù)帶入此公式得：
X=0
Y=(11×5.5+19.5×11+10×16+11.5×21) ×2/ (11+19.5+10+11.5+31) ×2
=676.5/83=8.15mm
3.2彎曲件毛坯坯料尺寸的計(jì)算
L=
式中: L—彎曲件毛坯長度（mm）；
—彎曲件各直線段長度之和（mm）；
—彎曲件各部分（圓弧部分）應(yīng)變中性層展開長度之和（mm）；
圖4
3.3彎曲應(yīng)力的計(jì)算
該模具工件屬于自由彎曲成型，所以U形件彎曲力：
=
式中： — 自由彎曲在沖壓行程結(jié)束時(shí)的彎曲力(N)；
B — 彎曲件的寬度,B=35mm；
t — 彎曲材料的厚度(mm)；
r — 彎曲件的內(nèi)彎曲半徑(mm)；
— 材料的抗拉強(qiáng)度(MPa)；
K — 安全系數(shù),一般取K=1.3；
=
＝4055.575 N
3.4 壓料力的計(jì)算
根據(jù)《沖壓模具設(shè)計(jì)與制造》公式(3.14),如果彎曲模設(shè)有頂出裝置或壓料裝置時(shí),其頂出力可以近似取自由彎曲力的30%～80%即:
=(0.3～0.8)
在此取: =0.6
=0.6×4055.575
=2433.345 N
3.5 壓力機(jī)公稱壓力的確定
根據(jù)《沖壓模具設(shè)計(jì)與制造》公式(3.15)即:
(1.2 ～ 1.3)×(+)
考慮到彎曲工件板料較厚,而且板寬也較大,壓力機(jī)公稱壓力應(yīng)取值偏大為宜。
在此取: 1.3(+)
=1.3×(4055.575 +2433.345)
=8435.596N
根據(jù)計(jì)算結(jié)果,查《模具實(shí)用技術(shù)手冊(cè)》表2-3初選壓力機(jī)為：J11—5。
3.6 彎曲模工作部分尺寸的設(shè)計(jì)
由方案三可知,所設(shè)計(jì)的復(fù)合模整個(gè)工作原理可分為兩部分: U型彎曲和在U 型彎曲基礎(chǔ)上的成型彎曲。歸根到底,其設(shè)計(jì)為U 型彎曲種類,所以其設(shè)計(jì)可按U 型件設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)。
3.6.1 凸模圓角半徑的設(shè)計(jì)
因?yàn)?0.5, 值較小,所以取=r=0.5 mm
3.6.2 凹模圓角半徑
根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)可知: 當(dāng)t = 1 mm 時(shí), =(2 ～ 3) t
從保證制件精度要求考慮,特別是所設(shè)計(jì)的彎曲復(fù)合模值不宜取大值。在此取：＝2 t
＝2 ×1
＝2 mm
3.6.3 凹模深度
圖5
凹模深度過小,則坯料兩端受壓部分太多,工件回彈大,而且不平直,影響工件質(zhì)量。如果過大,則浪費(fèi)模具鋼材,且需沖床有較大的工作行程。
由前面計(jì)算可知彎曲件邊長L=++
=27+11+13
=51 mm
據(jù)邊長L=51 mm 查《中國模具設(shè)計(jì)大典3》表19.3-18得:
= 20 mm
3.6.4 凹凸模間隙計(jì)算
查《沖壓模具設(shè)計(jì)與制造》的U 型件彎曲的凸凹模單邊間隙可按下式計(jì)算:
C = +xt=t++xt
式中: C—彎曲凹、凸模單邊間隙(mm)；
t—工件材料厚度(基本尺寸)(mm)；
—工件材料厚度的正偏差(mm)；
X—間隙系數(shù),查《中國模具設(shè)計(jì)大典3》表19.3-19得X=0.1；
所以: C = 1+0.006+0.1×1
=1.006mm
3.6.5 U 形彎曲凸凹模橫向尺寸的設(shè)計(jì)
圖6
由工件圖上可知:工件是內(nèi)形標(biāo)注的彎曲件,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該以凸模為基準(zhǔn)先確定凹模尺寸。再利用凸凹間隙求出凹模的尺寸。
根據(jù)《沖壓模具設(shè)計(jì)與制造》教程公式(3.21)與(3.22)得:
凹模尺寸為:
式中:—凹模橫向尺寸(mm)；
Z—凹凸模雙面間隙(mm)；
—凹模的制造公差,取IT8級(jí)得；
—彎曲橫向尺寸公差，對(duì)稱偏差時(shí)=2；
=(29-0.75*0.025=28.80
凸模尺寸為:
式中:—凸模橫向尺寸(mm)；
—彎曲件橫向的最小極限尺寸(mm)；
—彎曲件的尺寸公差(mm)；
—凸模的制造公差,采用IT7級(jí)；
所以:=(28.80-0.02
=28.78
查《公差與配合手冊(cè)》表1-6標(biāo)準(zhǔn)公差數(shù)值IT7級(jí)得:
= mm
查《公差與配合手冊(cè)》表1-6標(biāo)準(zhǔn)公差值IT 8級(jí)得:
=mm
3.6.6 彈簧的設(shè)計(jì)
1)根據(jù)模具安裝位置,選定4個(gè)彈簧,每個(gè)彈簧的彈頂力為:
/N
式中:—彈簧復(fù)位的彈頂力(N),在此=22354.3 N ；
—彈簧的預(yù)頂力(N)；
N—彈簧數(shù)量；
/N
= 22354.3/4
= 5588.58N
2)查《中國機(jī)械工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)匯編彈簧卷》GB/T2089-94表有關(guān)彈簧規(guī)格,初選規(guī)格為25mm×3.5mm×80mm,具體參數(shù)是D=25mm,d=3.5mm,t=7.0mm ,=80mm，=80.
3)計(jì)算彈簧預(yù)壓縮量
=
式中:—彈簧預(yù)壓縮量(mm)；
—彈簧最大允許負(fù)荷(N)；
所以:=×80
=20.0mm
4) 彈簧較核
彈簧實(shí)際工作總壓縮量:=+
式中:—彈簧工作行程(mm)；
=+
式中:—凸模進(jìn)入凹模深度11mm；
—擺塊進(jìn)行二次彎曲工作時(shí),凸模下滑行程25 mm 。
所以: =11+25=36mm
=+
=20+36
=56mm
顯然, < = 56 mm ,所以所選的彈簧是合適的,可用。
4 模具類型的選擇
4.1 具體結(jié)構(gòu)選擇
由彎曲工藝分析可知,采用復(fù)合模,所以模具類型為復(fù)合模。具體結(jié)構(gòu)如下圖所示:
圖7 八字?jǐn)[塊復(fù)合模結(jié)構(gòu)
模具上模部分主要由: 凹模、打桿、壓板組成，卸料方式采用剛性打件裝置卸件。
工作原理:上?；爻?壓力機(jī)限位裝置迫使打桿推動(dòng)壓板把彎曲件從凹模腔中推出。下模部分由凸模,限位釘(2個(gè)),擺塊(一對(duì)),銷軸(2個(gè)),導(dǎo)板,銷釘(2個(gè)),內(nèi)六方螺釘(4個(gè)),下模座,限位塊(2個(gè)),螺釘(2個(gè)),上墊板,下墊板,彈簧等零件組成。
彎曲坯料由前一沖裁工序準(zhǔn)備尺寸為:65 mm×21 mm ,坯料由前方送進(jìn),送料方向定位由限位釘限位,左右方向由限位塊定位。坯料定位后,上模下行,凸模壓入凹模同時(shí)把坯料拉入模腔內(nèi),進(jìn)行首次U型彎曲動(dòng)作；當(dāng)凸模壓入凹模深度11mm時(shí),首次U型彎曲完成,進(jìn)入二次彎曲動(dòng)作,這時(shí),在上模下行力的驅(qū)使下,擺塊被迫向左右擺動(dòng),同時(shí)板料發(fā)生二次彎曲動(dòng)作,最后工件成型。由于彎曲回彈力的作用下,工件被卡在凹模腔內(nèi),隨著上?；爻?。當(dāng)上模的打桿觸動(dòng)壓力機(jī)的限位裝置時(shí),打桿推動(dòng)壓板迫使工件從凹模中頂出,卸下工件。在上?；爻掏瑫r(shí),下模的彈簧彈性勢能釋放,驅(qū)使凸?；爻?從而完成整個(gè)工件的彎曲動(dòng)作。
4.2 定位方式的選擇
因?yàn)槟＞卟捎玫氖乔耙还ば驔_裁好的坯料,坯料由模具前方送進(jìn),送進(jìn)方向在凸模的頂部設(shè)有兩個(gè)限位釘定位,左右方向采用一對(duì)定位塊定位。
4.3 出件方式的選擇
工件彎曲成型后由于彎曲回彈力的作用下,工件回卡在凹模腔內(nèi),為此,在這里采用了上出件的方式,利用壓力機(jī)的限位裝置迫使打桿推動(dòng)壓板頂出工件。
5 主要零件的設(shè)計(jì)
5.1 凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
5.1.1 凸模的結(jié)構(gòu)草圖如下所示
圖8
在凸模頂部鉆兩個(gè)的孔固定兩個(gè)限位釘,凸模與限位釘?shù)呐浜习碒7/n6 配合。在底部鉆一螺孔用來與上墊板連接,另外在兩側(cè)各鉆兩個(gè)銷孔用以安裝擺塊,其中銷軸與銷孔采用H7/m6 配合。
5.1.2 凸模主要尺寸的計(jì)算
長度方向:===35mm
式中:—擺塊的寬度(mm)；
—坯料寬度35mm；
L=+2t
式中:t—凸模長度方向上側(cè)壁厚度,綜合考慮到模具強(qiáng)度,剛度和生產(chǎn)成本,選t=5mm。
L=35+2×5
=45mm
寬度方向:
由前面凸模橫向尺寸計(jì)算可知:B==28.78mm；
=B—2P
式中: p—擺塊的厚度,由后面擺塊設(shè)計(jì)中可知,p=8mm。
所以: =28.78—2×8
=12.78mm
d=+p/2
=12.78+8/2
=16.78mm
從定位準(zhǔn)確和加工難易程度考慮,在此選R=2.5mm。
高度方向:==11mm
式中:—首次彎曲時(shí),凸模進(jìn)入凹模的深度11mm。
=+P/2
=11+4
=15mm
h=+++
式中: —首次彎曲,凸模進(jìn)入凹模的深度(mm)；
—擺塊高度,由后面擺塊設(shè)計(jì)中可知=58mm；
—導(dǎo)板的高度4 mm,由后面的設(shè)計(jì)可知；
—下模座的高度26 mm,由后面的設(shè)計(jì)可知；
所以: h =11 + 58 + 4 + 26 = 99 mm
凸模其余尺寸的設(shè)計(jì)和具體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)可參見后面的凸模零件圖所示。
5.2 凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
5.2.1 凹模的結(jié)構(gòu)草圖
考慮到凹模在彎曲時(shí)所受的彎曲力和左右張力都比較大,因此,對(duì)凹模的強(qiáng)度和剛度都要有較高的要求。為了保證凹模的強(qiáng)度和剛度,在此把凹模和模柄做成一個(gè)整體,其結(jié)構(gòu)草圖如下所示:
圖9
5.2.2 凹模主要尺寸的設(shè)計(jì)
長度方向的計(jì)算: = = 28.80 mm
L = + 2
式中: —— 凹模側(cè)壁厚度,因?yàn)楣ぜ诘诙螐澢尚褪窃诎寄Ｅc擺塊的共同作用下成型的,所以凹模壁厚度應(yīng)略大于工件的凸緣外伸部分尺寸,即:
> +
由前面彎曲件坯料尺寸計(jì)算可知, =27 mm , = 1 mm
所以: >27 +1
=28 mm
綜合考慮模具剛度和生產(chǎn)成本,在此取 = 30 mm 。
所以: L = 28.80 + 2 x 30
= 88.8 mm
在此取L = 90 mm 。
高度方向: = +
式中: —首次彎曲凸模進(jìn)入凹模的深度 = 11 mm ；
—壓板高度（mm），= 13 mm 。
所以： =11 +13 =24 mm
凹模其余尺寸的設(shè)計(jì)和凹模結(jié)構(gòu)的具體設(shè)計(jì)可參見后面的凹模結(jié)構(gòu)零件圖所示。
5.3 擺塊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
5.3.1 擺塊的結(jié)構(gòu)草圖如下所示
圖10
5.3.2 擺塊的主要尺寸的設(shè)計(jì)
圓角半徑R：R = / 2
式中： —— 擺塊的厚度（mm），根據(jù)擺塊的工作受力情況和生產(chǎn)成本考慮在此選 = 8mm
所以：R = 8/ 2
=4 mm
擺塊寬度B：B = =35mm
式中：—— 彎曲坯料的板寬35mm。
擺塊的工作原理圖如下所示：
圖11
由上面擺塊工作原理得L的計(jì)算公式如下：
L = + +
式中： —— 模側(cè)壁的厚度，=3.5 mm；
—— 坯料厚度，= 1 mm；
—— 擺塊厚度，= 8 mm。
L =3.5 +1 + 8 / 2
=8.5mm
擺塊的其余尺寸設(shè)計(jì)與及具體結(jié)構(gòu)可參見后面擺塊零件圖所示。
5.4定位零件的設(shè)計(jì)
坯料的定位采用限位釘前方定位和定位塊左右定位，限位釘與凸模頂孔采用H7 / n6配合固定,定位塊采用銷釘定位,螺桿固定在下模座上。
5.4.1 限位釘?shù)脑O(shè)計(jì)
限位釘?shù)慕Y(jié)構(gòu)草圖如下所示:
圖12
由于限位釘只起限位作用,基本上不受過大的力作用,所以限位釘尺寸設(shè)計(jì)如下即可滿足使用要求:
= 5 mm
D = 8 mm
h = 5 mm
其余尺寸設(shè)計(jì)見后面限位釘零件圖所示。
5.4.2 定位塊的設(shè)計(jì)
定位塊的結(jié)構(gòu)草圖如下所示:
圖13
定位塊主要工作尺寸H可按以下公式計(jì)算:
H = + t +
式中: H —— 定位塊主要工作尺寸(mm);
—— 凹模高度, = 24 mm ;
t —— 坯料厚度, t = 1 mm ;
——為定位可靠,設(shè)定的自由高度,在此選定= 5 mm。
所以: H = 24 + 1 + 5
=30 mm
定位塊的其余尺寸設(shè)計(jì)及具體結(jié)構(gòu)可參見后面定位塊零件圖所示。
5.5 彈頂部件的設(shè)計(jì)
由于工件彎曲受力較大，在此采用彈簧作彈性元件。彈簧具有彈壓力大，彈頂靈活等優(yōu)點(diǎn)。該模具采用4根彈簧，上下墊板和4螺桿組成彈頂部件
由模具結(jié)構(gòu)所限，上下墊板均是圓形結(jié)構(gòu)，主要設(shè)計(jì)如下：
上墊板： 直徑58 mm ,厚度6 mm ；
下墊板： 直徑58 mm ,厚度6 mm ；
上下墊板均采用45鋼制造，淬火硬度40 ～ 45 HRC 。其具體結(jié)構(gòu)見后面墊板零件圖所示。
5.6 導(dǎo)板的設(shè)計(jì)
導(dǎo)板主要起導(dǎo)向定位作用，選用材料T8A，淬火硬度40 ～ 58 HRC。制造尺寸：71 mm×58 mm×4 mm 。其具體結(jié)構(gòu)以及尺寸設(shè)計(jì)見后面導(dǎo)板零件圖所示。
6 壓力機(jī)的參數(shù)與校核
由前面壓力機(jī)公稱壓力計(jì)算初選的壓力機(jī)型號(hào)：J23-6.3，查《模具實(shí)用技術(shù)手冊(cè)》表2-3得壓力機(jī)主要技術(shù)參數(shù)如下：
公稱壓力：63 KN ；
滑塊行程：20 mm ；
最大閉合高度：100mm ；
最大裝模高度：110 mm ；
連桿調(diào)節(jié)長度：35 mm ；
工作臺(tái)尺寸（前后x左右）：200 mm x 310 mm ；
墊板尺寸（厚度）：30mm ；
模柄孔尺寸：30 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(jī)J23-6.3型號(hào)可用。
7 模具零件的加工工藝
7.1凸模的加工工藝過程
工序號(hào)
工序名稱
工序內(nèi)容
1
備料
鋸床下料40 mm x 65 mm
2
煅造
煅成47 mm x 29 mm x 60 mm
3
熱處理
退火，硬度 229 HBS
4
刨
刨六面，互為直角46 mm x 29 mm x 60 mm
5
平磨
磨六方45 mm x 23 mm x 56 mm
6
數(shù)控銑
銑出擺塊安裝槽
7
熱處理
淬火硬度58 60 HRC
8
磨
磨外形至圖紙要求尺寸，42.56 mm x 15 mm x 57 mm
磨安裝槽至圖紙要求尺寸，35 mm x 15.28 mm x 27.28 mm
9
鉗
倒角去毛刺。畫線、鉆孔、攻螺紋、精修等。研磨銷孔。精修全部達(dá)設(shè)計(jì)要求。
7.2 凹模的加工工藝過程
工序號(hào)
工序名稱
工序內(nèi)容
1
下料
鋸床下料42 mm x 60 mm
2
鍛造
煅成45 mm x 41 mm x 46 mm
3
熱處理
退火，硬度≤229 HBS
4
刨
刨外形與凹模腔，留2 mm 余量。
5
磨
磨外形與凹模腔，留0.5 mm 余量。
6
銑
數(shù)控銑，銑10孔與8孔，留0.5余量。
7
熱處理
淬火硬度58——60 HRC
8
磨
磨至圖紙要求
9
鉗
倒角、去毛刺、精修、研磨凹模腔，8孔。
8 模具的裝配
模具的裝配全過程如下表格所示：
序號(hào)
工序
工藝說明
1
凸凹模預(yù)配
1.裝配前仔細(xì)檢查凸模形狀、尺寸以及凹模的形狀與尺寸，是否符合圖紙要求尺寸精度，形狀精度。
2.將凸模與凹模相配，檢查加工是否均勻。不適合者，應(yīng)重新修磨或者更換。
2
凸模裝配
以凸模為基準(zhǔn)，安裝好限位釘，擺塊。
3
裝配下模
1.把導(dǎo)板與下模座安裝好。
2.把彈頂部件安裝到下模座上。
3.安裝凸模，由上端把已經(jīng)安裝好的凸模部件壓入導(dǎo)板孔至上墊板接觸，用螺釘把凸模與上墊板連接擰緊。
4.安裝定位塊，把定位塊安裝到下模座上。
4
上模安裝
把壓桿插入凹模后與壓板連接好，擰緊。
5
安裝模具
分別把上模部分，下模部分安裝到壓力機(jī)工作臺(tái)上，并調(diào)出合理的間隙。
6
試沖與調(diào)整
開機(jī)試沖并根據(jù)試沖的結(jié)果作出相應(yīng)的調(diào)整。
9模具試沖時(shí)常見的故障及原因和調(diào)整方法
下表分別列出了模具在試沖時(shí)常見的故障，原因和調(diào)整方法：
常見故障
產(chǎn)生原因
調(diào)整方法
彎曲角度不夠
1.凸凹模的回彈角制造過小
2.凸模進(jìn)入凹模的深度太淺
3.凸、凹模間隙過大
4.試模材料不對(duì)
5.彈頂器的彈力太小
1.加大回彈角
2.調(diào)整沖模閉合高度
3.調(diào)整間隙值
4.更換試沖材料
5.加大彈頂器的彈頂力
彎曲位置偏移
1.定位塊的位置不對(duì)
2.凹模兩側(cè)進(jìn)口圓角大小不等，材料滑動(dòng)不一致
3.沒有壓料裝置或者壓料裝置的壓力不足和壓板位置過低
4.凸模沒有對(duì)正凹模
1.調(diào)整定位板位移
2.修磨凹模圓角
3.加大壓料力
4.調(diào)整凸凹模位置
沖件的尺寸過長或者不足
1.凸凹模之間間隙過小，材料被拉長
2.壓料裝置壓力過大，將材料拉長
3.設(shè)計(jì)時(shí)計(jì)算錯(cuò)誤或不正確
1.調(diào)整凸凹模間隙
2.減小壓料力
3.改變坯料尺寸
沖件外部有光亮的凹陷
1.凹模的圓角半徑過小，沖件表面被劃痕
2.凸、凹模之間的間隙不均勻
3.凸、凹模表面粗糙度太大
1.加大圓角半徑
2.調(diào)整凸、凹模間隙
3.拋光凸、凹模表面
總 結(jié)
本課程設(shè)計(jì)是我們進(jìn)行完了三年的模具設(shè)計(jì)與制造專業(yè)課程后進(jìn)行的，它是對(duì)我們?nèi)陙硭鶎W(xué)課程的又一次深入、系統(tǒng)的綜合性的復(fù)習(xí)，也是一次理論聯(lián)系實(shí)踐的訓(xùn)練。它在我們的學(xué)習(xí)中占有重要的地位。
通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我從新系統(tǒng)的復(fù)習(xí)了所學(xué)專業(yè)知識(shí)同時(shí)也鞏固了先前學(xué)到了的知識(shí)，同時(shí)感觸最深刻的是：所學(xué)知識(shí)只有在應(yīng)用中才能在更深刻理解和長時(shí)間記憶。對(duì)一些原來一知半解的理論也有了進(jìn)一步的的認(rèn)識(shí)。特別是原來所學(xué)的一些專業(yè)基礎(chǔ)課：如機(jī)械制圖、模具材料、公差配合與技術(shù)測量、冷沖模具設(shè)計(jì)與制造等有了更深刻的理解，使我進(jìn)一步的了解了怎樣將這些知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際的設(shè)計(jì)中。同時(shí)還使我更清楚了模具設(shè)計(jì)過程中要考慮的問題，如怎樣使制造的模具既能滿足使用要求又不浪費(fèi)材料，保證工件的經(jīng)濟(jì)性，加工工藝的合理性。
在設(shè)計(jì)的過程中通過沖壓手冊(cè)、模具制造簡明手冊(cè)、模具標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用手冊(cè)等隊(duì)要設(shè)計(jì)的問題進(jìn)行查詢，我了解了通過更多的途徑去了解我要做的設(shè)計(jì)，使設(shè)計(jì)更具合理性。也使我學(xué)會(huì)了設(shè)計(jì)過程中對(duì)資料的查詢和運(yùn)用。通過這次設(shè)計(jì)，我更加深入地學(xué)習(xí)了冷沖壓技術(shù)工作設(shè)計(jì)的內(nèi)容。冷沖壓技術(shù)工作設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括冷沖壓工藝設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)及沖模制造三方面內(nèi)容，盡管三者的工作內(nèi)容不同，但三者之間存在著相互滲透、相互補(bǔ)充、相互依存的關(guān)系。
冷沖壓工藝設(shè)計(jì)是針對(duì)給定的產(chǎn)品圖樣，根據(jù)其生產(chǎn)批量的大小、沖壓設(shè)備的類型規(guī)格、模具制造能力及工人技術(shù)水平等具體生產(chǎn)條件，從對(duì)產(chǎn)品零件圖的沖壓工藝性分析入手經(jīng)過必要的工藝計(jì)算，制定出合理的工藝方案，最后編寫沖壓工藝卡的一個(gè)綜合分析、計(jì)算、設(shè)計(jì)過程。沖壓工藝方案的確定包括工序性質(zhì)、數(shù)量的確定，工序順序的安排，工序組合方式及工序定位方式的確定等內(nèi)容。
沖壓模具設(shè)計(jì)則是依據(jù)制定的沖壓工藝規(guī)程，在認(rèn)真考慮毛坯的定位、出件、廢料排出諸問題以及模具的制造維修方便、操作安全可靠等因素后，設(shè)計(jì)計(jì)算并構(gòu)思出與沖壓設(shè)備相適應(yīng)的模具總體結(jié)構(gòu)，然后繪制出模具總裝圖和所有非標(biāo)準(zhǔn)零件圖的整個(gè)設(shè)計(jì)繪圖過程。
歷經(jīng)近三個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)即將結(jié)束，在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中通過參考、查閱各種有關(guān)模具方面的資料，請(qǐng)教各位老師有關(guān)模具方面的問題，并且和同學(xué)的探討，模具設(shè)計(jì)在實(shí)際中可能遇到的具體問題，使我在這短暫的時(shí)間里，對(duì)模具的認(rèn)識(shí)有了一個(gè)質(zhì)的飛躍。
從陌生到開始接觸，從了解到熟悉，這是每個(gè)人學(xué)習(xí)事物所必經(jīng)的一般過程，我對(duì)模具的認(rèn)識(shí)過程亦是如此。經(jīng)過近三個(gè)月的努力，我相信這次畢業(yè)設(shè)計(jì)一定能為三年的大學(xué)生涯劃上一個(gè)圓滿的句號(hào)，為將來的事業(yè)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
致 謝
首先感謝本人的指導(dǎo)老師于智宏老師，她仔細(xì)審閱了本文的全部內(nèi)容并對(duì)我的畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容提出了許多建議。
感謝母校——河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校的辛勤培育之恩！感謝材料工程系給我提供的良好學(xué)習(xí)及實(shí)踐環(huán)境，使我學(xué)到了許多新的知識(shí)，掌握了一定的操作技能。
感謝和我在一起進(jìn)行課題研究的同學(xué)王懷彪、楊瓊潔同學(xué)，和他們?cè)谝黄鹩懻摗⒀芯渴刮沂芤娣菧\。
最后，我非常慶幸在三年的學(xué)習(xí)、生活中認(rèn)識(shí)了很多可敬的老師和可親的同學(xué)，并感激師友的教誨和幫助！
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