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1、 卡箍零件沖壓工藝分析及模具設(shè)計 STAMPING PROCESS ANALYSIS AND DIE DESIGN OF CLAMP PARTS 全套圖 紙加扣 3346389411或3012250582 摘要 本次設(shè)計是根據(jù)老師給定的零件圖來進行沖壓分析和模具設(shè)計，主要是將材料為Q235的鋼材通過落料、沖孔和彎曲三個工藝方法最終形成所需要的零件。通過查閱相關(guān)資料和考慮零件的外形和生產(chǎn)品量來確定合理的制造工藝方法。經(jīng)過老師的指導，分析出該零件的制造需要通過兩套復合模具，根據(jù)零件的工藝性，這兩套模具分為落料沖孔模和彎曲模。零件的外形尺寸決定了沖裁模沖壓力的大小，而壓

2、力機的選擇又與沖壓力有關(guān)。計算出模具主要零件的尺寸，選擇合適的模架，最終利用畫圖軟件畫出模具裝配圖達到本次設(shè)計的意義。彎曲模具設(shè)計要考慮到零件彎曲的工藝性比如回彈現(xiàn)象，計算材料彎曲半徑索爾設(shè)計彎曲模內(nèi)的凹模和凸模尺寸結(jié)構(gòu)。進過多次修改和核驗沖壓力和彎曲力大小是否滿足材料所需要的強度，最終確定沖裁模具和彎曲模具。本文中還提及沖壓零件和其它零部件的選擇依據(jù)和要求。通過本次設(shè)計讓我對這大學四年里所學的知識進行了更深一步的了解，認識到理論和實際應(yīng)用相結(jié)合的重要性，提高了獨立解決問題的能力。 關(guān)鍵詞：沖壓；彎曲；沖壓工序；彎曲工藝性 Abstract The desig

3、n is based on the part drawing of the teacher to carry out stamping analysis and die design, the main material is Q235 of steel through blanking, punching and bending of three process methods to form the required parts. By consulting the relevant information and considering the shape of the parts an

4、d the amount of production to determine the reasonable manufacturing process. Through the teacher's guidance, the analysis of the parts of the manufacturing needs through two sets of composite mold, according to the parts of the process, the two sets of mold is divided into blanking punching die and

5、 bending die. The shape and size of the part determines the size of punching die, and the choice of the press is related to the punching pressure. To calculate the size of the main parts of the die, choose the suitable mold. Finally, the software for drawing die assembly drawings to the significance

6、 of the design. Design of the bending die to considering the bending part of the process such as springback, computational materials bending radius sol design bending die concave die and punch size structure. In several modification and verification of the impact pressure and bending force size meet

7、s the strength of the materials needed, ultimately determine the punching blanking die and bending die. In this paper, the selection of stamping parts and other parts are also mentioned. This design allows me to learn more about the university four years of knowledge, a deeper understanding of the t

8、heoretical and practical application of the combination of the importance of improving the ability to solve problems independently. key words bending stamping stamping process bending process 目 錄 1.緒論 5 1.1選題的背景及意義 5 1.2模具在工業(yè)生產(chǎn)和國民中的作用 5 1.3模具工業(yè)的研究現(xiàn)狀 6 1.4模具工業(yè)技術(shù)的發(fā)展趨勢 8 2. 零件工藝設(shè)計

9、10 2.1 零件草圖和三維圖 10 2.2材料成型性能 11 2.3 卡箍零件的工藝闡述 11 2.3.1 毛坯展開尺寸的運算 12 2.3.2 沖裁件的工藝性闡述 14 2.3.3 彎曲件的結(jié)構(gòu)工藝性的闡述 14 2.4 工藝方案的確定 14 3.沖壓模具的設(shè)計與計算 15 3.1排樣 15 3.2 搭邊 16 3.3 材料使用率的運算 17 3.4 沖壓力的運算和沖壓設(shè)備的選取 18 3.4 .1 沖孔力的運算 18 3.4 .2 落料力的運算 19 3.4 .3 卸下凸模上的材料所需力的計算 19 3.4 .4 推出凹模上的材料所需力的計算 20 3.

10、 4.5 沖壓設(shè)備壓力機噸位的選取 20 3.4.6 沖壓設(shè)備壓力中心的計算 21 3.5 沖裁間隙及刃口尺寸的計算 22 3.5.1 沖裁間隙 22 3.5.2 凹模和凸模刃口尺寸的運算 23 4.沖裁模具結(jié)構(gòu)和主要零部件的計算 26 4.1 主要零部件運算 26 4.2 模具總體結(jié)構(gòu) 30 4.3 沖裁模具總體裝配圖 32 5.彎曲模的設(shè)計、計算 33 5.1彎曲的工藝性 33 5.2彎曲件的回彈現(xiàn)象 33 5.3 彎曲力的計算 33 5.4 推件力和壓料力的計算 35 5.5 彎曲壓力機的選取 35 5.6 彎曲凹、凸模之間的間隙值和寬度大小的計算 36

11、5.7 彎曲主要部件 38 5.8 彎曲模具總裝配圖 40 結(jié)論 41 謝辭 42 參考文獻 43 1.緒論 1.1選題的背景及意義 沖壓加工是機械制造中比較普遍的零件制造方法，它利用壓力機通過模具對板料持續(xù)加壓，使板料發(fā)生形變或者斷裂，從而得到具有一定外形、大小和性能的零件。板料可以通過冷加工來成型，因而也被稱為板料沖壓。由于沖壓加工在電子信息產(chǎn)業(yè)中被廣泛的使用，它已成為零件生產(chǎn)必不可少的一部分。根據(jù)粗略的統(tǒng)計，沖壓件的數(shù)量在電子信息產(chǎn)品的零件總數(shù)量上占據(jù)很大的成分。另外，沖壓加工在汽車、收割機、電子儀器儀表等機械制造

12、工業(yè)以及日常生活所需產(chǎn)品的生產(chǎn)方面，也有著非常高的地位。沖壓加工擁有非常的優(yōu)點[1]，舉例說明，比如能夠得到質(zhì)量好、外形復雜、互換性好的的零件，同時材料利用率高，從而節(jié)約成本，操作方便簡單便于組織生產(chǎn)，生產(chǎn)效率高易于實現(xiàn)機械化、自動化生產(chǎn)，對建設(shè)社會的現(xiàn)代化具有顯著的效果并且未來具有很好的發(fā)展前景。但沒有任何事情都是完美的，沖壓同樣具有缺點，例如模具設(shè)計制造周期較長，費用昂貴，因此沖壓加工只適宜于大批量零件的生產(chǎn)。本課題研究的卡箍零件也是沖壓件，大批量的生產(chǎn)。所以采用沖壓加工的機械制造方法。 通過對該課題的研究，我學到了更多的知識： 1． 能夠綜合運用沖壓工藝的知識和模具設(shè)計課程的理論知識

13、，兩者相結(jié)合更有利于我對卡箍零件的分析，并且能夠運用CAD、Pro/e等繪圖軟件去進行卡箍零件的模具繪圖設(shè)計，還能夠進一步鞏固自己在課堂上所學到的知識。 2． 進一步掌握模具設(shè)計的過程及方法和熟悉零件產(chǎn)品的制造工藝和方法，培養(yǎng)正確的設(shè)計思路以及鍛煉分析解決問題的能力，使我能夠更進一步的掌握設(shè)計過程。 3. 學會繪圖軟件的使用，不但能夠減少設(shè)計的時間，而且還可以降低產(chǎn)品設(shè)計的成本。提高工作效率。 1.2模具在工業(yè)生產(chǎn)和國民中的作用 模具在工業(yè)制造上是必不可少的基礎(chǔ)裝備，【更多成品畢業(yè)設(shè)計，QQ380615448，介紹成功有報酬】卡車、儀器、儀表和電話中絕大部分的零部件的生產(chǎn)都需要通過模

14、具的作用來成型。如果沒有模具的加工標準的零部件就無法做到大批量的生產(chǎn)，從而影響工作效率。并且，塑料模具加工、冶金、合金鑄造等工藝也都需要通過模具來實現(xiàn)大批量的生產(chǎn)。因此可以看出，模具不僅是材料成型不可缺少的主要工具之一，也是在工業(yè)設(shè)備的生產(chǎn)中被廣泛運用的工藝設(shè)備。利用模具制造零件能夠降低工作所需時間，使材料的利用率大大的提升，更加有易于實現(xiàn)零件的大量生產(chǎn)。通過模具生產(chǎn)的制件，其精確程度、外形復雜、工作效率和材料損耗遠遠比別的生產(chǎn)方式所生產(chǎn)的零件要好很多。通過模具制造的產(chǎn)品，其價值往往高于模具的自身價值，隨著時代的發(fā)展與進步，模具的制造工業(yè)發(fā)展快與慢已經(jīng)變成一個國家制造水平高和低的標志，在很大程

15、度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量和效益。在工業(yè)生產(chǎn)中，產(chǎn)品的更新都是隨著模具的發(fā)展而改變。比如，假設(shè)模具的制造精度沒有達到設(shè)計要求，那么生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量就不高，從而利益也不能夠保障。隨著現(xiàn)代化工業(yè)的發(fā)展和產(chǎn)品快速的更新，模具的使用需求越來越大，因而模具設(shè)計與制造水平要求不斷的提高。 模具雖然只是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的一部分，但在其中卻占據(jù)很重要的地位。例如，計算機的外殼及眾多的元器件的生產(chǎn)都需要高精度的模具?？梢酝ㄟ^信息化技術(shù)的快速發(fā)展來提高制造模具水平能力，這也是模具制造工業(yè)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。隨著技術(shù)在模具中的廣泛應(yīng)用，使得模具的設(shè)計與制造水平得到很大的提高。模具工業(yè)不僅需要依賴先進的制造技術(shù)，還要與電子信息等高

16、新技術(shù)相結(jié)合，從而使模具工業(yè)向智能化方向發(fā)展。推動國民經(jīng)濟的增長和提高工作效率。 1.3模具工業(yè)的研究現(xiàn)狀 我國模具工業(yè)發(fā)展較為快速，改革開放后，人民生活水平提高，經(jīng)濟的迅速發(fā)張，導致模具的市場需求量日益增長，據(jù)概略統(tǒng)計，我國擁有18000家模具生產(chǎn)企業(yè)單位，年產(chǎn)值大于350億元，模具工業(yè)已趨見成型，在加入后，隨著地區(qū)的轉(zhuǎn)移，中國已變成上世界上較大的制造國家。從而推動了模具制造業(yè)在中國的快速發(fā)展和對其更高的需求。模具工業(yè)的快速發(fā)展也導致模具工業(yè)企業(yè)所有制出現(xiàn)重大的變革，除了國有企業(yè)之外，集體制、私營制和獨資這些體制的企業(yè)也紛紛出現(xiàn)和快速發(fā)展。例如廣東的大集團公司；浙江的“模具之鄉(xiāng)”。 隨

17、著交通的便捷，國與國之間的貿(mào)易頻繁，市場的需求和競爭越來越激烈，產(chǎn)品質(zhì)量和新產(chǎn)品的開發(fā)變得尤為重要。而模具制造的水平是衡量產(chǎn)品質(zhì)量和成本重要要素之一，因為模具的“效益放大作用”使得模具制造技術(shù)水平的高低決定企業(yè)的發(fā)展狀況占據(jù)很多的成分。 現(xiàn)在許多模具制造企業(yè)更加注重于模具技術(shù)的創(chuàng)新和投入更多的資源去培養(yǎng)技術(shù)人員，把技術(shù)的開發(fā)和研究作為企業(yè)進步的標準。隨著模具制造技術(shù)的革新和通信技術(shù)的發(fā)展，二維在國內(nèi)已普遍被使用，并逐漸使用、、、等通用軟件，一些企業(yè)與國際接軌，引進更加先進的技術(shù)，例如、、、和等軟件，并且成功的使用它們進行精度更高模具的制造，使中國模具設(shè)制造水平大幅度的提高。但由于人才的缺乏

18、，引進的軟件未能充分發(fā)揮其效益。此外，國家在全國組織了許多研究機構(gòu)對模具制造技術(shù)的進行創(chuàng)新和測試。經(jīng)過多年的努力，取得豐厚的成果，模具制造的進步提高了產(chǎn)品質(zhì)量和減少設(shè)計模具的時間。 隨著中國經(jīng)濟的快速發(fā)展，對模具產(chǎn)業(yè)的技術(shù)要求越來越嚴格，同時也為其發(fā)展起到助推的作用。我國模具工業(yè)與其他國相比起步比較晚，雖然后來有較大的提升。但在模具設(shè)計與制造的總體水平上與德、美、日、法等發(fā)達的國家相比較仍有較大的距離。精密儀器的加工設(shè)備在模具設(shè)備中占據(jù)比例較低，由于人才短缺，技術(shù)[1]不能夠被普遍使用和引進的先進模具制造工業(yè)技術(shù)不能夠被廣泛運用。特別是在精密模具和外形復雜模具的制造上落后很多，一是技術(shù)水平

19、落后，二是國內(nèi)市場供給不足，一些企業(yè)只能自產(chǎn)自足，只能從國外進口模具來滿足市場的需求。造成這種供給不足的情況的主要原因是：國內(nèi)模具商品化比較低，專業(yè)人才缺少，【代做畢業(yè)設(shè)計，QQ380615448，介紹成功有報酬】企業(yè)新產(chǎn)品的更新速度較慢滿足不了市場的需求，模具制造技術(shù)相對落后，模具使用年限短，企業(yè)管理落后。 近十幾年以來，隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，“三資”及民營企業(yè)規(guī)模逐漸擴大。中國模具工業(yè)速度快速發(fā)展?，F(xiàn)在，中國大概有18000多家模具生產(chǎn)企業(yè)，員工接近有五十幾萬人，一年生產(chǎn)總值靠近達534億元。這幾年模具生產(chǎn)結(jié)構(gòu)變革越來越快，體現(xiàn)在行業(yè)的總體發(fā)展速度低于精密、復雜模具和模具標準件的發(fā)展速度；

20、塑料模和合金壓鑄模所占比例逐漸增大；面對市場的巨大需求，專業(yè)模具廠家數(shù)量越來越多。 由于地域差異，中國模具工業(yè)的發(fā)展存在不平衡性，沿海地區(qū)發(fā)展比內(nèi)陸地區(qū)發(fā)展迅速，南方的經(jīng)濟水平領(lǐng)先于北方地區(qū)，其模具產(chǎn)業(yè)發(fā)展也遠遠快于北方。 改革開放后，隨著深圳和長江地區(qū)與國際快速的接軌，引進先進的資源，從而模具工業(yè)主要集中在這片地區(qū)。當前我國模具企業(yè)只能生產(chǎn)小型模具，而大型精密模具只能從國外引進。 從過去到現(xiàn)在，雖然我國模具技術(shù)和其他工業(yè)發(fā)達國相比較落后，但經(jīng)過許多人的努力，模具技術(shù)還是進步很多，主要體現(xiàn)在以下幾方面： （1）對合金材料和模具鋼的研究和開發(fā)，并對材料處理方法進行改進，從而提高模具的使

21、用年限。 （2）對模具結(jié)構(gòu)進行研究，開發(fā)新的多工位模具，并且獨立研究精密的生產(chǎn)模具來滿足國內(nèi)的市場需求，減少進口量。 （3）開發(fā)新的技術(shù)和工藝來促進模具產(chǎn)品的更新速度。 （4）模具設(shè)備的類型越來越多，更能很好的加工復雜零件。 （5）已經(jīng)在全國范圍內(nèi)被廣泛的使用。 早在20世紀中期，根據(jù)市場需求，美、日等工業(yè)發(fā)達國家就投入大量資源，將模具視為一個新興產(chǎn)業(yè)來統(tǒng)一發(fā)展，因而取得了顯著地進步。根據(jù)市場的需求，在對模具技術(shù)進行更深入的研究和開發(fā)，模具的精確程度和可靠性得到很大的進步，更是為以后實現(xiàn)模具的快速制作打下很好的基礎(chǔ)。美國走在世界的前端，不僅經(jīng)濟領(lǐng)先，在模具制造技術(shù)的方面也是遙

22、遙領(lǐng)先。在1989年美國進過粗略的統(tǒng)計，模具企業(yè)有13970多個，員工達21.68萬人之多。 1.4模具工業(yè)技術(shù)的發(fā)展趨勢 沖壓模具制造技術(shù)發(fā)展應(yīng)滿足模具制造的以下四個基本要求[3]：（1）“制造進度高”、（2）“使用壽命長”、（3）“制造周期短”、（4）“模具成本低”。滿足其要求應(yīng)該發(fā)展如下技術(shù)： (1)模具的發(fā)展 模具技術(shù)在模具設(shè)計和制造上具有很大的優(yōu)勢，它是模具設(shè)計制造的向集成化、智能化方向的發(fā)展。計算機的普及和發(fā)展，技術(shù)的普及和應(yīng)用將會越來越有利，各個模具企業(yè)將會投入更多的資源進行員工對技術(shù)培訓和技術(shù)服務(wù)，對技術(shù)進行更大的推廣和使用。國際的網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展能夠?qū)崿F(xiàn)技術(shù)在整個模具行業(yè)中

23、的推廣。 (2)高速銑削機床[4]（）的發(fā)展 國外近年來發(fā)展的高速銑削加工是型腔模具加工的重要工具，具有切削力小、加工效率高、加工質(zhì)量好和大大改善模具表面的粗糙程度的優(yōu)點。另外，還可以加工硬材料。以后將會往機械化、多功能化和智能化方向去發(fā)展。 (3) 快速制模技術(shù)的發(fā)展 隨著市場經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展，縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期在市場競爭中變得至關(guān)重要?？焖僭椭圃欤ǎ┘夹g(shù)可直接用于模型制造，與傳統(tǒng)加工方法相比，零件生產(chǎn)周期和生產(chǎn)所需成本都要低?，F(xiàn)在市場需求量大，技術(shù)占工業(yè)生產(chǎn)的比例達到70%以上。因此，越來越受到歡迎。 (4)材料及表面處理技術(shù)的研究 因為選材不當而導致模具失效，在失效模具中占

24、據(jù)一半的比例。因此在實際生產(chǎn)中，選用高級模具材料和使用必要的表面處理工藝才能提高模具的使用年限。模具鋼材料性能能否充分發(fā)揮主要是靠熱處理和表面處理。 (5)模具研磨的自動化的研究 磨具表面質(zhì)量是影響模具使用的重要因素之一，我國目前扔在使用手工研磨的方式，這種方式不僅生產(chǎn)效率低，而且質(zhì)量不穩(wěn)定。阻礙了我國模具加工業(yè)的發(fā)展，所以模具研磨的自動化研究是我國模具加工技術(shù)發(fā)展的趨勢。 另外，從我國模具工業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀可以看出，往后可以朝著以下方面去發(fā)展： 1）隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，為滿足市場需求，應(yīng)發(fā)展大型精密和壽命較長的模具。 2）推動模具產(chǎn)品的商品化，減少模具設(shè)計與制造的周期，保障模具的質(zhì)量

25、。 3）提高模具設(shè)計技術(shù)和模具制造的自動化進程。 4）著重于新材料和新技術(shù)的研究和開發(fā)。 5）廣泛運用快速制模技術(shù)，滿足市場的需求。 2. 零件工藝設(shè)計 2.1 零件草圖和三維圖 零件CAD圖：如圖2.1所示 零件名稱：卡箍零件 圖2-1 零件圖 技術(shù)要求： 1.去毛刺；

26、 2.生產(chǎn)批量：大批量； 3.材料：Q235； 4.板厚：2.2mm。 圖2-2三維圖 2.2材料成型性能 卡箍零件是一個冷沖壓零件，選擇Q235鋼[5]作為加工材料，Q235鋼是碳素結(jié)構(gòu)鋼，其中Q表示的是這種材質(zhì)的屈服強度，其屈服值大小不超過235MPa，在235MPa左右，其屈服值與材料的板厚成反比。因為其碳含量不多不少，屈服條件好，彎曲

27、性能較好，所以被廣泛的使用。 2.3 卡箍零件的工藝闡述 由圖2.2-1所示，該課題研究的卡箍零件是左右對稱的零件，采用的材料是Q235鋼，板厚為2.2mm，中間經(jīng)過彎曲，底面有兩個φ8的小圓孔，零件外形規(guī)則，根據(jù)其形狀特點和生產(chǎn)要求，可以看出該零件可以經(jīng)過落料、沖孔和彎曲三道工序成型。 2.3.1 毛坯展開尺寸的運算 如圖2.-3所示 圖2-3零件圖 彎曲件展開總長度[1]： L= 直線 + 圓弧 圓弧展開長度查書（1）式（3.3-22）得： L= / 180° （2.3-1） 公式中 L——圓弧中性層所展開的長

28、度; ——圓周率; ——彎曲角; ——中性層曲率半徑。 查書（1）式（3.3-20）可得： = r + xh （2.3-2） r——零件內(nèi)圈圓半徑; x——圓弧中性層位移系數(shù); H——零件板厚。 查書（1）表3-5如下圖表2 - 4所示 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 1 1.2 x 0.21 0.22 0.23 0.24 0.25 0.26 0.28 0.3 0.32 0.33 1.3 1.5 2.0 2.5 3.0 4.0 5.0 6.0

29、7.0 ≥8.0 x 0.34 0.36 0.38 0.39 0.40 0.42 0.44 0.46 0.48 0.5 表2 - 4 中性層位移系數(shù)的值 R1圓：r / h =20/2.2=9.09查表可得x=0.5， 由零件圖2.3-1可看出彎曲角 = 180° 根據(jù)式（2.3-1）和式（2.3-2）可得： L= 180°(20+0.52.2)/ 180° =66.25 R2圓：r / h =2/2.2=0.909查表可得x=0.3， 由零件圖可看出 =90° 根據(jù)式（2.3-1）和式（2.3-2）可得： L= 90°(2+0.32.

30、2)/180° =4.08 因為R3圓的半徑以及彎曲角度與R2圓一直，同理可得出： L=4.08 底邊直邊的長度： L=L=(80-40-2-2)/2=18 所以毛坯展開尺寸為： L= 直線 + 圓弧 =18+18+4.08+4.08+66.25 =110.41 2.3.2 沖裁件的工藝性闡述 沖裁件的零件圖如圖2-5所示： 圖2-5 沖裁件零件圖 該卡箍零件的材料屬于Q235鋼，含碳量適中，綜合性能較好，強度、塑性和彈性都適宜?？ü苛慵慕Y(jié)構(gòu)形狀簡單，沖壓模具設(shè)計盡量減少銳利的尖角的出現(xiàn)?？ü苛慵某叽鐭o多高精度的要

31、求，可采用普通的沖裁方法得到如圖2.3-3的零件圖，查標準公差表，制件的尺寸精度可按照IT14級[2]的標準。綜上所述，可得看出該零件的工藝性較好。 2.3.3 彎曲件的結(jié)構(gòu)工藝性的闡述 彎曲件如圖2.2-1所示，彎曲件的形狀左右對稱，彎曲半徑適宜，板料厚h=2.2，所以孔邊距≥2h。沖裁零件只需經(jīng)過一次彎曲加工就可得到最終零件，表面粗糙度精度要求不高，尺寸公差可以選用IT13-IT14級。所用材料為Q235鋼，屈服強度高，有利于彎曲成型并且提高零件質(zhì)量。 2.4 工藝方案的確定 從卡箍零件的三維圖（圖2-2）可以看出，該零件需要通過沖孔、落料和彎曲三個基本工序[1]來成型可以采取一下

32、方案： 第一個方案：落料—沖孔—彎曲，采用三個單工序模具來完成零件的制作； 第二個方案：設(shè)計一套級進模來一步完成落料、沖孔和彎曲； 第三個方案：步驟一采用落料沖孔復合模，步驟二采用彎曲復合摸； 第四個方案：采用先落料再彎曲沖孔的方法。 通過比較四個方案的差異，選擇最可行的方案： 第一個方案:雖然單工序模設(shè)計方便、制造簡單、生產(chǎn)成本低、周期短，并且該卡箍零件外形簡單，但是最終零件的成型需要進過三道工序，生產(chǎn)效率低，不滿足該卡箍零件的生產(chǎn)批量要求。 第二個方案:只需設(shè)計一個模具就能完成多個工序，級進模生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品質(zhì)量也高，自動化程度高，降低勞動力，節(jié)約生產(chǎn)成本。可是該模具設(shè)備

33、成本高，周期較長，材料利用率較低。 第三個方案:分離工序，設(shè)計兩套復合模具來加工零件，既簡化了模具設(shè)計要求，又降低了生產(chǎn)本，提高材料的利用率。并且，使零件的精度要求得到了大大的保障。 第四個方案:這個也是兩套模具落料模和彎曲沖孔模，雖然落料模結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單，可是彎曲沖孔模結(jié)構(gòu)復雜。不易設(shè)計和制造。 綜上所述，進過四個方案之間的對比，方案三比較合理。 3.沖壓模具的設(shè)計與計算 3.1排樣 在條料上放置制件的布局方向叫做排樣[8]。合理的排樣能夠提高材料的利用率并且提高產(chǎn)品的質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本。從而，排樣的合理性成為沖壓工藝必不可少的元素之一。再生

34、產(chǎn)沖壓零件的成本中，選取制件材料占據(jù)60%以上，所以排樣的存在意義就是提高材料的利用率。沖裁的過程會產(chǎn)生不必要的廢料，通過減少廢料的面積，就可以提高材料的利用率。廢料通常分為結(jié)構(gòu)廢料和工藝廢料，結(jié)構(gòu)廢料取決于制件的形狀，通常不能夠隨便改變。制件的沖壓方式和排樣決定著工藝廢料。所以，可以從工藝廢料方面著手提高材料的利用率。對于同一個制件，我們可以選取多種排樣方法，從中選擇最合理的排樣將工藝廢料降到最少。 排樣的方法有三種，如下所示： （1） 有廢料排樣 如圖3-1（a）所示，除工件之外，其余均為工藝廢料。 （a）

35、 （b） 圖3-1排樣方法 （2） 少廢料排樣 如圖3-1（b）所示，只有制件與材料邊距之間存在工藝廢料。 （3） 無廢料排樣 即工件與工件制件沒有廢料，工件與邊距之間也沒有廢料。 采用有廢料排樣能夠提高工件的尺寸精度，提高制件質(zhì)量和使用壽命。雖然少、無廢料排樣不需要多復雜的模具結(jié)構(gòu)，并且材料的使用率比較高。當從實際情況考慮，該卡箍零件的排樣使用有料排樣的方法。 3.2 搭邊 搭邊是排樣時制件之間和制件與邊距之間的材料距離。對于搭邊值，要合理的選擇。如果搭邊值太大時，材料不能夠被充

36、分利用，制件容易產(chǎn)生變形發(fā)生斷裂。如果搭邊值太小時，會使制件出現(xiàn)毛刺，并且有可能材料會被拉入凹凸模之間的間隙，造成模具的損壞。目前矩形件的搭邊值得大小有下表3-2確定。 表3-2搭邊a和a1的值 材料厚度t/mm 0.25以下 0.25 - 0.5 0.5 - 0.8 0.8 - 1.2 1.2 - 1.6 1.6 - 2.0 2.0 - 2.5 2.5 - 3.0 3.0 - 3.5 3.5 - 4.0 工件間a1 2.2 1.8 1.5 1.2 1.5 1.8 2.2 2.5 2.5 3.5 沿邊a 2.5

37、 2.0 1.8 1.5 1.8 2.5 2.5 2.8 3.2 4.0 因為板厚h=2.2mm，故選取a1=2.2mm；a=2.5mm。 因此，我們可以根據(jù)a，a1，毛坯展開尺寸畫出排樣圖，如下圖所示： 圖3-3 排樣圖 3.3 材料使用率的運算 材料的使用率是指在沖壓時，制件在一個進距內(nèi)面積與毛坯面積之比。是衡量材料被使用情況的指標。查書（1）式（2-16）得： = （3.3-1） 式（3.3-1）中： n —— 沖裁零件在一個進距內(nèi)的數(shù)量； M —— 一個進距內(nèi)沖裁件的大小

38、； L —— 進距大?。? B —— 料寬大小。 一張板料上材料的總使用率： = （3.3-2） N —— 沖裁件的總數(shù)量； L —— 板長。 沖裁件M的大?。篗 = （mm）； 料寬B ：B = 115.41（mm）； 進距L ：L =32.2（mm）； 所以 = 3.4 沖壓力的運算和沖壓設(shè)備的選取 3.4 .1 沖孔力的運算 在選擇模具沖壓設(shè)備和檢測模具質(zhì)量時，沖裁力是不可缺少的重要依

39、據(jù)。采用平刃沖壓時，查書（1）式（2-10）可以得到： F = KLt （3.4.1-1） 式 ： F —— 沖裁力大??； L —— 沖孔零件的周長大??； T —— 材料板件的厚度； —— 板料的抗剪強度； K —— 常度系數(shù),一般來說k的取值為1.3。 或者 F = （3.4.1-2） —— 板料的抗拉

40、伸強度 該零件的材料為Q235，查書（2）中表1.3-33如下表3-4所示。 表3-4 碳素鋼的結(jié)構(gòu)性能 牌號 等級 拉伸試驗 屈服點 抗拉強度 伸長率/% 鋼板厚度/mm 鋼板厚度/mm ≤16 16-40 40-60 60-100 100-150 ＞150 ≤16 16-40 40-60 60-100 100-150 ＞150 ≥ ≥ Q195 - -195 -185 - - - - 315-390 33 32 - - - - Q215 A 215 205 195 18

41、5 175 165 335-410 31 30 29 28 27 26 B Q235 A 235 225 215 205 195 185 375-460 26 25 24 23 22 21 B C D 從圖3-4中可以看出材料Q235的拉伸強度[2] = 375—460MPa，取 = 420MPa。 L = =23.148 = 50.24 mm ∴ == N 3.4 .2 落料力的運算 根據(jù)式（3.4.1-2）可以得到： 落料板件的周長 ： 所以 3.4 .3 卸下凸模上的

42、材料所需力的計算 查書（1）式（2-11）得： 式里 F —— 卸料力的大??； K —— 卸料常數(shù)。 查書（2）表2.1-12如下表3-5所示 表3-5推料、頂料、卸料系數(shù) 系數(shù)K 板厚/mm K推 K頂 K卸 鋼 ≤0.1 0.1 0.14 0.065-0.075 0.1-0.5 0.063 0.08 0.045-0.055 0.5-2.5 0.055 0.06 0.04-0.05 2.5-6.5 0.045 0.05 0.03-0.04 6.5 0.025 0

43、.03 0.02-0.03 鋁、鋁合金 0.03-0.07 0.025-0.08 純銅、黃銅 0.03-0.09 0.02-0.06 因為板厚t=2.2mm，所以=0.04-0.05，取=0.05。 3.4 .4 推出凹模上的材料所需力的計算 查書（1）式（2-12）所得： 式里 —— 推件力的大?。? —— 推件常數(shù)； n —— 凹模內(nèi)的零件個數(shù)。 其中 ，h表示凹模孔刃口高度大小，t為板

44、料厚度。 這里假設(shè)h 為5，所以n即為2個。查表4.3-1可以看出= 0.055， 按照式 3. 4.5 沖壓設(shè)備壓力機噸位的選取 總沖壓力 在選擇壓力機[11]的噸位大小時，必須考慮設(shè)備的安全性。所以壓力機噸位大小一般相當于總的沖壓力的1.8倍。故工程壓力 查書（2）表1.4-22開式壓力機的規(guī)格，可以選擇公稱壓力為630 KN的開式壓力機，其規(guī)格如下表3-6中所示： 表3 - 6壓力機規(guī)格 代號 J23-63 公稱壓力/KN 630 滑塊距下止點距離/mm 8

45、滑塊位移的距離/mm 120 位移次數(shù) 70 最大封閉高度/mm 360 封閉調(diào)節(jié)距離/mm 90 工作臺尺寸/mm 左右 710 前后 480 工作臺孔尺/mm 左右 340 前后 180 直徑 230 柱間距離/mm 340 滑塊到工作臺距離/mm 250 模柄孔尺寸 工作臺厚度/mm 90 傾斜角 30° 3.4.6 沖壓設(shè)備壓力中心的計算 模具設(shè)備的的壓力中心[9]必須要經(jīng)過模柄的軸線和滑塊的中心線的重合線，來保障模具在工作狀態(tài)下收到的力相均衡。否

46、則就會導致模具刃口損壞，工件的質(zhì)量就得不到相應(yīng)的保證。零件圖的形狀，選擇合適的坐標系，如下圖所示： 圖3-6工件壓力中心圖 根據(jù)上圖，可以看出該零件左右和上下對稱，所以壓力中心就是它的幾何中心。 3.5 沖裁間隙及刃口尺寸的計算 3.5.1 沖裁間隙 沖裁模具的凹模與凸模之間的距離被稱為沖裁間隙，是設(shè)計沖裁模的重要參數(shù)。間隙值的合理大小會對制件的尺寸精度、斷面的質(zhì)量和模具的使用壽命造成很大的影響。對于該沖裁件采用查表確定法來確定最小合理的間隙值。如下表所示： 表3-8沖裁模初始間隙值 板料厚度/m

47、m 08、10、35、09Mn Q235A /mm /mm ＜0.5 無間隙 0.5 0.04 0.06 0.6 0.048 0.072 0.7 0.064 0.092 0.8 0.072 0.104 0.9 0.09 0.126 1 0.1 0.14 1.2 0.126 0.18 1.5 0.132 0.24 1.75 0.22 0.32 2 0.246 0.36 2.1 0.26 0.38 2.5 0.36 0.5 2.75 0.4 0.56 3 0.46 0.64 查表3-8可

48、知 =0.285 mm，=0.41 mm。 3.5.2 凹模和凸模刃口尺寸的運算 刃口計算的方法有兩種方式：一是采用凹、凸模分開加工，二是采用兩者配合加工。對于沖裁件上兩個8的圓孔的沖壓采用第一種方式。分開加工比較適用于圓形且結(jié)構(gòu)簡單的零件加工，為了保證合理的凹、凸模之間的間隙值，不僅需要分別標注公差，并且公差必須滿足下列條件： （3.5-1） 上式中 、——凸、凹模的制造偏差； 、——最大與最小雙面間隙值。 表3-9凹模與凸模的制造偏差 基本尺寸 凸模制造偏差 凹模制造偏

49、差 ≤18 -0.02 +0.02 ＞18 - 30 -0.02 +0.025 ＞30 - 80 -0.02 +0.03 ＞80 - 120 -0.025 +0.035 ＞120 - 180 -0.03 +0.04 由上表3-9可以知道凸、凹模的制造偏差為，。所以式（3.5-1）的條件成立。 凸、凹模的刃口尺寸的計算： （1） 沖孔 查書（1）式（2-3）和（2-4）得 （3.5-3） （3.5-4）

50、上式中 、——沖孔凸、凹模的尺寸； T——零件的制造偏差； X——磨損系數(shù)，X的取值按照以下的關(guān)系來取值： 制件精度 x IT10以上 1 IT11-IT13 0.75 IT14 0.5 制件的精度為IT14級，顯而易見x = 0.5。由公差表查得：的孔的制造偏差為0.36mm。 ∴ （2）

51、孔心距的計算 （3.5-5） 上式中 L——孔心距的大?。? ——凹模的孔心距大小。 查公差表可知沖裁件長度的公差為0.87mm，故 對于沖裁件的外形輪廓的加工，采取凸模與凹模的兩者相結(jié)合的加工方法。其是先確定一個凹模（凸模），再根據(jù)沖裁件的實際尺寸來制作剩下的模具，保持合理的間隙值。以凹模為標準件時，凹模的尺寸和公差磨損后會

52、出現(xiàn)三種情況，分為變大、變小和不變這三類。這里在凹模磨損之后，模具的部分刃口大小都會增大，因而屬于第一種情況，查（1）書式（2-7）得 （3.5-6） 上式中 ——凹模的刃口尺寸大?。? A——制件的標準尺寸大?。? ——凹模制作偏差，一般來說，如果標注是的時候， 。 查標準公差表可知，沖裁件寬度上的公差為0.52mm，長度上的公差為0.87mm。零件按照IT14級的標準。所以x得取值為0.5。故

53、 根據(jù)以上的計算我們能夠得到凹模相應(yīng)的尺寸，從而能夠設(shè)計相應(yīng)尺寸的凸模，但是必須保證凹模與凸模之間的間隙值在0.285-0.41mm之間。落料件的尺寸標注如下圖所示： 圖3-10 落料件圖 4.沖裁模具結(jié)構(gòu)和主要零部件的計算 4.1 主要零部件運算 （1）沖圓孔的凸模： 因為孔直徑為mm，在φ1mm-φ25mm之間，可以選取圓滑過渡的階梯型的凸模來沖孔，這樣既可以減少應(yīng)力的集中和提高模具的強度和硬度。凸模的長度大小一般按照模具的要求和具體結(jié)構(gòu)來選擇。查書（1）式（2-23）

54、來確定凸模長度為： L = （4-1） 上式中 H——固定模具板的厚度； H——卸料板的厚度； H——導料板的厚度； H——額外的長度，一般與進入凹模的深度有關(guān)。 按照式（4-1）的計算，該凸模的深度L = 56.7mm。其凸模的其他的尺寸標注如下圖所示： 圖4-2 沖孔凸模的尺寸標注 （2） 凹模整體外形尺寸的確定 凹模的高

55、度是影響模具使用性能的重要因素，而且凹模的長度和寬度的選取也與它有關(guān)。該模具的選取為矩形凹模。查書（1）式（2-19）得： 凹模高度 H = Kb （4-3） 凹模厚度 (4-4) 上式中 b——孔壁之間的最大距離； K——常數(shù)系數(shù)，與材料的板厚有關(guān)，它的大小可查下表可知： 表4-5 凹模系數(shù)k /mm 材料板厚t/mm ＜1 ＞1～3 ＞3～6 ≤50 0.3 -0.4

56、0.35-0.5 0.45-0.6 50 - 100 0.2 -0.3 0.22-0.35 0.3-0.45 100 - 200 0.15-0.2 0.18-0.22 0.22-0.3 ＞200 0.1-0.15 0.12-0.18 0.15-0.22 看表可以查出k = 0.208,所以按式（4-3）和（4-4）可以得出： 所以選取C = 40mm，其余的尺寸標注入住下圖所示：

57、 （3）凸凹模的設(shè)計 該沖壓模為落料沖孔復合摸，肯定存在凸凹模。凸凹模的壁厚與沖裁模的結(jié)構(gòu)有關(guān)可查表4-7得到其最小值。 表4-7凸凹模最小壁厚值a 板料厚度 最小厚度 最小直徑 0.5 1.6 15 0.6 1.8 0.7 2 0.8 2.3 0.9 2.5 18 1 2.7 1.2 3.2 1.5 3.8 21 1.75 4 2 4.9 2.1 5 25 2.5 5.8 由表4-7可以得到a = 5mm，而檢驗凸凹模強度的公式

58、為： （4-8） 上式中 a——最小壁厚值； T——板料厚度。 所以 滿足3.3＜5，所以凸凹模的強度符合要求。凸凹模的尺寸標注入下4-9圖所示： 圖4-9 凸凹模尺寸標注 4.2 模具總體結(jié)構(gòu) （1） 模架的選取 在實際的生產(chǎn)中，為了保障凸、凹模之間的間隙值的合理大小，并且簡便模具的安裝要求和提高生產(chǎn)安全，具有導向裝置的標準模架被廣泛的采用。該沖裁件的設(shè)計模具應(yīng)該

59、采用后側(cè)導柱模架，它的特點是可以對寬度較大的材料進行沖裁，可以雙向送料，操作簡便。由于重心不夠平穩(wěn)，只適用于中和小精度的模具。在國家標準中可以查到后側(cè)導柱式模架的標準值為： a. 上模座 ：長寬高 = 250mm 250mm 50mm； 選擇內(nèi)六角螺釘型號為來固定住上模座。 b. 下模座 ：長寬高 = 250mm 250mm 65mm； 同樣選擇型號一致的內(nèi)六角螺釘來固定位置。 c. 導柱 ：直徑為35mm，高度為210mm，公差帶為h5的B類型； d. 導套 ：直徑為35mm，高度為115mm，公差帶為h6的A類型。 （2）

60、模柄的選取 模柄是將壓力機和上模座相互連接的裝置。模柄與上模座的垂直度會影響模具的使用壽命，所以模柄的結(jié)構(gòu)式的選取變得尤為至關(guān)重要。根據(jù)該零件的特性，所以模柄為凸緣模柄，直徑為50mm，模柄的制作材料為Q235A. （3） 卸料零件 材料板厚t為2.2mm，采取彈簧卸料的方式來保障材料表面的整潔，通過計算算出卸料力為13KN，所以選擇卸料板的厚度為14mm。 （4） 固定板和墊板的大小 凹模固定板一般與輪廓外形尺寸相差無幾，按經(jīng)驗公式可知，凹模固定板厚為23mm，凸模固定板的厚度設(shè)計必須留有足夠的尺寸來放置螺釘和圓柱銷釘，而螺釘和圓柱銷釘都是標準件，所以

61、凸模具的固定板厚度為20mm。 墊板主要是用來防止沖裁壓力過大，造成模具的損壞，厚度為12mm。 （5） 定位零件 使用國標為的擋料銷，它的特點是制造簡單，可以直接作用于模具。 （5）沖裁模具的閉合高度 模具的設(shè)計高度必須滿足下式 4.3 沖裁模具總體裝配圖 主視圖和俯視圖 5.彎曲模的設(shè)計、計算 5.1彎曲的工藝性 彎曲模的設(shè)計不僅考慮是否滿足使用要求，還要符合工藝上的合理和可行性。零件的彎曲半徑和材

62、料以及外形輪廓對彎曲件的影響比較顯著。 （1） 彎曲半徑應(yīng)大于零件的最小彎曲半徑，以免造成材料的斷裂。 （2） 設(shè)計彎曲件的直邊高度不能過低。 （3） 彎曲中心最好在零件的幾何中心。 5.2彎曲件的回彈現(xiàn)象 彎曲的過程其實是材料從彈性階段到塑性階段的一個過程。零件在變形過程中還受到殘余的彈性變形力的作用使彎曲角度和半徑都與模具尺寸不同，這就是回彈?；貜椀挠嬎愎綖椋? （5-1） 上式中 r——制件的彎曲半徑； r——凸模的半徑大?。? T——材料厚度；

63、 ——材料的屈服強度； 故 19.59mm。 5.3 彎曲力的計算 彎曲力的大小取決了彎曲模壓力機的選擇和模具的設(shè)計。彎曲力的變化主要分為彈性彎曲、自由彎曲和校正彎曲這三個階段，其變化曲線如下圖所示： 上圖中 1 - 2階段為彈性彎曲階段； 2 - 3階段為自由彎曲階段； 3 - 5階段為校正彎曲階段。 （1） 自由段彎曲力的運算 查（1）書式（3-31）可以知道彎曲力的計算公式： （5-2） 上式中 ——自由彎曲力； M——彎

64、曲類型系數(shù)，當彎曲件類型為v型時M為0.6，當彎曲件類型為U型時M為0.7； B——材料寬的大?。? T——板料厚度； ——材料的極限強度； R——彎曲半徑； K——安全系數(shù)，通常其值為1.3。 根據(jù)圖3-4可以得到 = 375 - 460MPa，這里取 = 420MPa。所以彎曲件1的彎曲力為： 彎曲半徑R為2mm，彎曲件為v型所以M為0.6； 彎曲半徑R為20mm，彎曲部件為U型所以M為0.7；

65、 以為半徑R為2mm的部件需經(jīng)過兩次彎曲，所以F = 11326 + 2500 = 13826 N。 （2） 校正彎曲階段的彎曲力計算 查（1）書式（3-34）得： F = PS （5-3） 上式中 F——校正彎曲力的大?。? S——垂直于校正面的投影面積； P——一個單位面積上的校正力。 材料厚度 t/mm 鋁 黃銅

66、10-20鋼 25-35鋼 鈦合金 鈦合金 ＜3 30 - 40 60 - 80 80 -100 100 - 120 160 - 180 160 - 200 3 - 10 50 - 60 80 - 100 100 - 120 120 - 150 180 - 210 200 - 260 表5 - 4 單位面積校正力P 查單位校正力值P得表，可以得到P為80 — 100MPa之間，這里選擇P = 90MPa。 所以 5.4 推件力和壓料力的計算 查（1）書式（3-35）得： （5-5） 上式中 P——推件力或者壓料力； ——自由階段彎曲力。 所以 5.5 彎曲壓力機的選取 查（1）書式（3-36）得： F ≥F++P （5-6） 在自由彎曲