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鉸鏈落料沖孔復(fù)合模具設(shè)計 第一章 概述 1.1 課題的來源與選題依據(jù) 1.課題來源：企業(yè)開發(fā)研制產(chǎn)品需要。 選題依據(jù)：根據(jù)學(xué)生所學(xué)專業(yè)及教學(xué)大綱要求，結(jié)合相關(guān)企業(yè)實際生產(chǎn)需要及設(shè)計模式，促使學(xué)生將所學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)知識及專業(yè)知識具體應(yīng)用到實踐中，培養(yǎng)其理論聯(lián)系實際的能力。 1.1.1 課題的意義及目的 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，沖壓及模具技術(shù)也在不斷革新與發(fā)展，主要表現(xiàn)在以下幾個方面： 1）工藝分析計算方法現(xiàn)代化 近幾年來，國外開始采用有限變形的彈塑性有限方法，對復(fù)雜成型件的成型過程進(jìn)行應(yīng)力，應(yīng)變分析的計算機(jī)模擬，只預(yù)測某一工藝方案對零件成型的可能性和會發(fā)生的問題，將結(jié)果顯示在圖形的終端上，供設(shè)計人員進(jìn)行修改和選擇。 2）模具設(shè)計制造現(xiàn)代化 為了加快產(chǎn)品的更新?lián)Q代，縮短模具設(shè)計周期，工業(yè)發(fā)達(dá)國家正在大力開展模具計算機(jī)輔助設(shè)計和制造的研究，并已在生產(chǎn)中運(yùn)用。 3）冷沖壓生產(chǎn)機(jī)械化與自動化 為了大量生產(chǎn)的需要，沖壓設(shè)備由低速壓力機(jī)發(fā)展到高速自動壓力機(jī)。 4）發(fā)展新的成型工藝 為了滿足產(chǎn)品更新?lián)Q代和小批量生產(chǎn)的需要，發(fā)展了一些新的成型工藝，簡易模具，數(shù)控沖壓設(shè)備和沖壓柔性制造技術(shù)等。 5）不斷改進(jìn)板料的沖壓性能 目前世界各先進(jìn)工業(yè)國不斷研制出沖壓性能良好的板料，只提高沖壓成型能力和使用效果。 設(shè)計目的： 1）掌握冷沖壓模具的設(shè)計方法，要求我們將理論與實際密切聯(lián)系起來力求所學(xué)知識更完備。 2）培養(yǎng)綜合運(yùn)用所學(xué)知識，獨立解決實際問題的能力，并提高模具的設(shè)計與制造水平。 3）熟悉查閱有關(guān)資料的手冊的方法，了解成型模具的工藝要求及結(jié)構(gòu)特點。 4）為了使我們?yōu)橐院蟮墓ぷ鞔蛳铝己玫幕A(chǔ)。 第二章 沖壓工藝過程設(shè)計 2.1 沖壓件的工藝分析 2.1.1 根據(jù)零件的使用條件和技術(shù)要求進(jìn)行工藝分析 該零件(鉸鏈)主要用于電信設(shè)備上零部件的安裝固定以及用于其它地方，可以說用途甚為廣泛。有兩個該零件通過銷一樣的東西將其結(jié)合就形成了鉸鏈，但問題的關(guān)鍵是要注意卷圓部分以及八字孔，而其它部分要求并不是十分嚴(yán)格，只要能達(dá)到產(chǎn)品使用目的就可以。 2.1.2 根據(jù)零件的形狀、尺寸精度和材料進(jìn)行工藝分析 1 沖裁件的形狀和尺寸 a.該沖裁件形狀簡單、對稱、可采用少廢料直排，提高材料利用率，并且該沖裁件的外形4處交角處采用了圓角過渡，而八字形孔要保證其尖角不允許圓角過渡，但卷圓端部的兩個90°尖角不符合沖裁工藝要求，故需要設(shè)工藝圓角，其圓角值可查《沖壓工藝與模具設(shè)計》 表2.6.1 Rmin=0.35t=0.35×2.5=0.875mm，取Rmin=1mm。 b.因該沖裁件本身就沒有懸臂與狹槽，故不需考慮其最小寬度b。 c.因受模具強(qiáng)度和零件質(zhì)量的限制，沖裁件中孔與孔之間以及孔與零件邊緣之間的壁厚值不能太小，若是太小零件質(zhì)量不易保證。查書《沖壓工藝與模具設(shè)計》圖2.6.2 知必須滿足c≥t ，即c≥2.5，而該沖裁件上Cmin=9-5.2=3.8>c 故滿足要求。 d.沖裁件的孔徑由于受沖孔凸模強(qiáng)度和剛度的限制而不宜太小，否則凸模易折斷和壓彎。該沖裁件的材料為SS400 ，τ =400～510Mpa，查書《沖壓工藝與模具設(shè)計》表2.6.2知自由凸模最小沖孔孔徑d≥1.3t=1.3×2.5=3.25mm，而該零件的最小孔徑d=Φ8.4＞3.25mm 故滿足要求。 e.該零件上尺寸90、70，20、40等都是自由公差按IT14取，尺寸趨近IT14級，而尺寸Φ8.5±0.3、Φ10.4±0.2、Φ8.4±0.2均在IT14級以下，普通沖裁加工可獲得的零件尺寸公差等級可以查《冷沖壓模具設(shè)計指導(dǎo)》表8-19，當(dāng)t=2.5mm時，內(nèi)孔、孔中心距和孔邊距高于IT14，故該沖裁件可以用普通沖裁完成。 2 彎曲工藝性分析 a.彎曲件的最大彎曲圓角半徑可以不加限制，只要措施得當(dāng)控制其回彈量即可，查書《沖壓工藝與模具設(shè)計》表3.3.1 最小相對彎曲半徑Rmin/t的實驗數(shù)值： 當(dāng)彎曲線與板料軋紋方向垂直時Rmin=0.6×2.5=1.5mm； 當(dāng)彎曲線與板料軋紋方向水平時Rmin=1.2×2.5=3mm；而R=5≥Rmin 故滿足要求。 b.由后面尺寸展開計算知直邊L2=18.42mm， 即H=L2=18.42mm＞2t=2×2.5=5mm，故彎曲件的直邊高度也滿足要求。 c.孔邊至彎曲半徑中心的距離L 查《沖壓工藝與模具設(shè)計》P120 圖3.3.14知 L≥2t 而L=26.44-9-8.5-4.2=4.74≤2t=2×2.5=5mm。故不能滿足要求，應(yīng)先彎曲后沖孔。但尺寸相差不大，且考慮該八字形孔是固定螺栓讓孔，形狀和尺寸要求并不是很高，允許有少量的變形，如果重新做模具其成本大大增加，所以綜合考慮仍然采用沖孔落料復(fù)合模。 2.1.3 材料分析 SS400材料分析 寶鋼鋼鐵股份有限公司廠標(biāo) 國家標(biāo)準(zhǔn) Q/BQB 321-2003 GB912-89/GB 3274-88（GB710-91/GB711-88） SS400 Q235、Q245 化學(xué)成分 牌號 公稱厚度 化學(xué)成分 SS400 ≤22.0 C Si Mn P S ≤0.21 ≤0.30 ≤1.40 ≤0.035 ≤0.035 力學(xué)性能 牌號 下屈服強(qiáng)度/MPa （） 抗拉強(qiáng)度/Mpa （） 斷后伸長率 180°彎曲試驗 V型沖擊試驗 Lo=50mm Lo=20mm b=25mm B=40mm b≥35彎心直徑 公稱厚度/mm 公稱厚度/mm 溫度試驗 沖擊功率 ≤16 ＞16 ≤5 ＞ 5～16 ＞16 ≥245 ≥235 400～510 ≥21 ≥17 ≥21 3a — — — — 注： a.拉伸試驗取橫向試樣；屈服現(xiàn)象不明顯，采用Rpa2；對拉伸試驗取Lo=50mm，b=25mm的試樣，即為GB/T228中P14試樣。 b.彎曲試驗取橫向試樣。沖裁試驗時試驗寬度為35mm。 c.沖擊試驗取縱向試樣，沖擊試驗僅適用于厚度不小于12.0mm的產(chǎn)品。 d.WEL-TENS90RE的拉伸試樣取Lo=50mm，b=25mm。 根據(jù)材料分析SS400韌性較好，塑性較好，彈性模量較大（E=206GPa）適宜冷沖壓成形加工。 2.2 確定工藝方案 2.2.1 沖壓工序類型和工序數(shù)量的確定 該零件為電信設(shè)備上零部件的安裝固定，故該零件為中批量生產(chǎn)，工藝性較好，可以從零件圖上直觀確定該沖裁件所需的基本工序有：落料、沖孔、預(yù)彎、卷圓、彎曲。 2.2.2 工序組合及方案比較 方案一：落料→沖Φ8.4孔→沖Φ10.4孔→預(yù)彎→卷圓→彎曲。 方案二：復(fù)合模沖孔落料（落料與沖Φ8.4孔）→沖Φ10.4孔→預(yù)彎→卷圓→彎曲。 方案三：落料與沖8字形孔的級進(jìn)?！A(yù)彎→卷圓→彎曲。 方案比較： 方案一：此方案需要6副模具，工作量較大，較煩瑣，成本較高，生產(chǎn)率低。 方案二：雖然此方案要5副模具才能完成，但相對方案一6套模具來說已經(jīng)減輕工作量，并且每副模具都較簡單，而且加工質(zhì)量比較好，成本也較低。 方案三：雖然此方案只需要4副模具，但第一副模具是涉及級進(jìn)模，此副模具結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，而且制造成本較高，同時沖孔時沖孔的質(zhì)量比較差，沒有方案二的沖孔質(zhì)量好；八字孔一次成型，孔與孔連接處應(yīng)力較集中，影響模具強(qiáng)度。 綜合考慮：采用方案二 2.2.3 各工序模具結(jié)構(gòu)形式的確定 工序Ⅰ 沖孔落料復(fù)合模，采用倒裝式。 工序Ⅱ 沖孔模，采用順裝，鑲套式凹模，下漏料。 工序Ⅲ 彎曲預(yù)彎R圓角，順裝，帶頂板校正彎曲。 工序Ⅳ 彎曲模卷圓R圓角，立式卷圓模。 工序Ⅴ 彎曲模成形彎曲，順裝，帶頂板校正彎曲。 2.2.4 計算并確定每個工序的形狀和尺寸，繪制各工序圖、排樣圖，并且計算材料利用率 1.復(fù)合模（沖外形及2-?8.4±0.2孔） 1) 計算彎曲件毛坯展開尺寸 該零件圓角半徑為R=5mm 查書《沖壓工藝與模具設(shè)計》知道 R=5＞0.5t=0.5×0.25=1.25mm 故選單向彎曲件的毛坯展開長度計算公式為： 因 查書《沖壓工藝與模具設(shè)計》表3.3.3知道 x=0.38 因r / t =4.25/2.5 =1.7 查書《沖壓工藝與模具設(shè)計》表3.3.5知道 k=0.61 則卷圓部分 圖2-1-1 毛坯彎曲圖 圖2-1-2 彎曲角度 可得L1=26.44mm L2=18.42mm 所以毛坯展開尺寸為L=L1+L2+L3+L4=26.44+18.42+4.67+30.24=79.77mm 因零件彎曲成形時材料伸長趨勢影響故取L=79.8mm。 圖2-2 毛坯展開圖 2) 確定排樣方案 搭邊和條料寬度的確定 查書《沖壓工藝與模具設(shè)計》表2.5.2因工件材料t=2.5mm且為矩形工件 L＞50mm,知a1=2.5,a2=2.8考慮補(bǔ)償定位誤差，保持條料有一定的剛度可取 a1=3mm ,a=3mm 條料寬度的確定。 δ、c查表2.5.3知 δ=0.8 c=0.4 此處為無側(cè)壓裝置則＝＝ 取。 按制件在材料上的排列來看排樣方案取為直排,詳見排樣圖 圖2-3 排樣圖 3）計算材料利用率 2.沖孔模（工序圖） 3.預(yù)彎（工序圖） 由前面尺寸展開計算知L1=26.44mm，L2=19.42mm，L3=4.67mm 設(shè)L5(225°圓弧長)，查書《沖壓工藝與模具設(shè)計》表3.3.5知道 k=0.61 4．卷圓（工序圖） 5.零件圖 2.2.5 計算各工序的沖壓力，初選壓力機(jī) 1）復(fù)合模沖孔落料 沖裁力計算 該零件材料為SS400 取 落料 查書《沖壓模具設(shè)計指導(dǎo)》表2-20知 =0.04 = F落料=89775+3591=93366 沖Φ8.4孔 查書《沖壓模具設(shè)計指導(dǎo)》表2-20知 =0.04 = 初選壓力機(jī) J23-16 2）沖Φ10.4孔 查書《沖壓模具設(shè)計指導(dǎo)》表2-20知 =0.04 = 初選壓力機(jī) J23-10 3）預(yù)彎 按校正彎曲時的彎曲力計算 查書《沖壓模具設(shè)計指導(dǎo)》表3.3.6知 q=40～60 MPa取q=60MPa A≤6.25×63=393.75（彎曲件被校正部分的投影面積） =q×A=60×393.75=23625N 初選壓力機(jī) J23-10 4）卷圓 按自由彎曲時的V形彎曲件彎曲力計算 查書《沖壓模具設(shè)計指導(dǎo)》（3.3.14）知k=1.3 ===20475N 式中b為彎曲件的寬度（mm）；t為彎曲件的厚度（mm）；r為內(nèi)圓彎曲半徑（mm）；為彎曲件的抗拉強(qiáng)度（MPa）；K為安全系數(shù)，一般取1.3。 初選壓力機(jī) J23-10 5）彎曲 按校正彎曲時的彎曲力計算 查書《沖壓模具設(shè)計指導(dǎo)》表3.3.6知 q=40～60 MPa取q=60MPa A≤4.36×63=274.68N（彎曲件被校正部分的投影面積） =q×A=60×274.68=16480.8N 初選壓力機(jī) J23-10 沖壓工藝過程卡見附錄 第三章 沖壓模具設(shè)計 3.1 模具結(jié)構(gòu)形式的確定 我所設(shè)計的是鉸鏈落料沖孔（Φ8.4）復(fù)合模具，經(jīng)分析：我采用倒裝復(fù)合模，它的定位方式可以采用一個固定擋料釘做步擋釘定距，兩個活動擋料釘做側(cè)擋釘導(dǎo)料，卸料方式可以采用彈壓卸料，剛性打料推件，詳情見模具工裝設(shè)計圖。 3.2 計算模具壓力中心，確定模具受力中心的位置 落料工序圖中考慮到倒圓角，由于計算較復(fù)雜且要求并不是太嚴(yán)格，所以我們將其近似看成是直線，以直線計算較方便，圖見工序圖 圖3-1 零件圖 各點坐標(biāo)： A（0，22.5） B（13.015，0） C（32.78，38.25） D（60.29，31.5） E（79.8，15.75） 零件關(guān)于X軸對稱 所以模具的壓力中心為 （33.8 , 0） 該零件左右對稱中心坐標(biāo)為（39.9，0）與（33.8 , 0）相差不大，在模柄范圍內(nèi)，為使模具結(jié)構(gòu)對稱，降低模具材料成本，選模具的壓力中心為（39.9，0）。 3.3 計算或估算模具各主要零件（凹模、凸模固定板、墊板，凸模）的外形尺寸，并確定標(biāo)準(zhǔn)模架以及卸料橡膠或彈簧的自由高度等。 1．設(shè)計凹模的外形尺寸 查書《沖壓工藝與模具設(shè)計》表2.8.2知系數(shù)k=0.35 凹模外形尺寸 綜合考慮并查冷沖模國家標(biāo)準(zhǔn) 取 即凹模尺寸 （—） 凹模材料可以選用W6Mo5Cr4V2。 2．設(shè)計主要零部件外形尺寸 1）墊板 墊板的作用是承受凸模或凹模的壓力，防止過大的沖壓力在上、下模座上壓出凹坑，影響模具正常工作，墊板厚度根據(jù)壓力機(jī)大小選擇，一般取。而此副模具上墊板需考慮打板活動量，故取 而下墊板可按冷沖模國家標(biāo)準(zhǔn)查取 ，而墊板的外形尺寸與凹模輪廓尺寸基本一致 則，材料為45鋼，熱處理后硬度為。 則 上墊板尺寸 下墊板尺寸 （—） 2）固定板 固定板主要用于小型凸?；蛲拱寄５裙ぷ髁慵墓潭ǎ潭ò宓耐庑闻c凹模輪廓尺寸一致，厚度取即 取，材料可選Q235或45鋼。則上、下固定板尺寸 （—） 3）卸料板 卸料板外形尺寸考慮安裝條料縱向送料的擋料釘，寬度尺寸需放大，并且根據(jù)排樣圖上擋料釘位置尺寸取其寬度 ，長度仍與凹模一致，即 ， 厚度按冷沖模國家標(biāo)準(zhǔn)取 ，則卸料板的尺寸 4）卸料橡皮的自由高度 根據(jù)工件材料厚度，沖裁時凸模進(jìn)入凹模深度取2mm考慮模具維修時刃磨量再考慮開啟時卸料板高出凸模，則總的工作行程 ，取，模具在組裝時橡皮的預(yù)壓量為 取 5）模架的選擇 查中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB2851～2875-81冷沖模.1984-01-01實施.國家標(biāo)準(zhǔn)總局 批準(zhǔn) 選冷沖?；瑒訉?dǎo)向模架中間導(dǎo)柱模架 250×200×220～265 GB2851.5-81 3.4 確定凸、凹模的間隙，計算凸凹模工作部分尺寸 1）查書《沖壓工藝與模具設(shè)計》表2.2.3 知 沖裁件精度在IT14時 也可以查書《沖壓工藝與模具設(shè)計》表2.3.1 設(shè)凸、凹模分別按IT6，IT7級加工制造，則 落料 展開尺寸試模修正 沖孔 孔距尺寸 = 落料凸凹模的基本尺寸與凹模相同，分別是62.7mm，89.6mm，79.8mm,8.4mm，不必標(biāo)注公差，但要注明以0.36～0.5mm的雙面間隙與落料凹模配做。 3.5 校核壓力機(jī) 初選壓力機(jī)型號為J23-16，該壓力機(jī)最大閉合高度為220mm，而模具的總閉合高度為250mm，由這一條就可以說明：初選型號為 J23-16的壓力機(jī)不能滿足要求，故改選型號為 JH21-60的壓力機(jī)。 該壓力機(jī)的主要技術(shù)規(guī)格 公稱壓力/KN 600 公稱壓力行程/mm 4 滑塊行程/mm 140 行程次數(shù)/次 70 最大閉合高度/mm 300 閉合高度調(diào)節(jié)量/mm 70 滑塊中心線到機(jī)身距離/mm 270 工作臺尺寸/mm 870×520 (左右×前后) 工作臺孔尺寸/mm 150 模柄孔尺寸/mm 50×60 (直徑×深度) 電機(jī)功率/kw 5.5 1.是否滿足＞＞ 1.模具總閉合高度 由壓力機(jī) JH21-60 知道 由＞＞知 ＞＞ ＞＞ 所以滿足要求 2.公稱壓力是否大于沖壓計算的總壓力，即≥ ≥ 所以滿足要求 3.滑塊行程是否滿足沖壓件的成形要求 所選壓力機(jī)滑塊行程為140mm 而沖裁此零件的行程只需約6mm遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于140mm 所以滿足要求 4.工作臺尺寸是否大于模具尺寸 所選壓力機(jī)工作臺尺寸/mm 870×520 (左右×前后) 而模具為 480×280 所以工作臺尺寸每邊肯定大于70mm，并且工作臺墊板孔能保證廢料漏下。 因此滿足要求 根據(jù)上面計算綜合考慮課題設(shè)計（復(fù)合模落料、沖孔）等條件以及其他因素 壓力機(jī)選 JH21系列開式固定臺壓力機(jī) 選壓力機(jī)型號為 JH21-60 結(jié) 論 時光匆匆而逝，我的多年學(xué)習(xí)生活也即將結(jié)束，為了更好的適應(yīng)以后的工作，培養(yǎng)我們能運(yùn)用所學(xué)的專業(yè)知識獨立解決實際生產(chǎn)問題的能力，以及鞏固和擴(kuò)大課堂教學(xué)內(nèi)容提高工藝計算機(jī)械制圖的各科設(shè)計資料的能力，為今后工作崗位從事專業(yè)工作擬定出更為經(jīng)濟(jì)合理的制造工藝及設(shè)計模具打下良好的基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上我們進(jìn)行了兩個月的畢業(yè)設(shè)計。 通過此次冷沖模設(shè)計是我知道：冷沖模是建立在金屬塑性變形的基礎(chǔ)上，在常溫下利用安裝在壓力機(jī)上的模具對材料施加壓力，使其產(chǎn)生分離或塑性變形從而獲得一定形狀、尺寸和性能的零件的一種壓力加工方法。并且，通過這次冷沖模設(shè)計，使我重新溫習(xí)了以前所學(xué)過的有關(guān)機(jī)械方面的知識，并且通過查閱資料了解了一些新的知識，使我對模具設(shè)計有了初步的了解。 致 謝 時間過的真快，轉(zhuǎn)眼幾個星期過去了，我的畢業(yè)設(shè)計也將結(jié)束，仍清楚記得拿到畢業(yè)設(shè)計課題時，不知如何下手的尷尬場景。 在此，我首先要感謝這么多年來能讓我認(rèn)真學(xué)習(xí)的母校——無錫技師學(xué)院，要感謝我的指導(dǎo)老師柴俊在畢業(yè)設(shè)計選題以及研究方法上給予的悉心指導(dǎo)，老師的學(xué)識令我受益匪淺。同時也要感謝蔡昀老師對我畢業(yè)設(shè)計的幫助。最后再次感謝柴俊、蔡昀老師。 參考文獻(xiàn) [1] 成虹《沖壓工藝與模具設(shè)計》 北京 高等教育出版社 2002 [2] 王芳《冷沖壓模具設(shè)計指導(dǎo)》 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 1999 [3] 王之櫟《機(jī)械設(shè)計綜合課程設(shè)計》北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2003 [4] 李培根《機(jī)械工程基礎(chǔ)》北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2002 [5] 胡荊生《公差配合與技術(shù)測量基礎(chǔ)(第二版) 》北京 中國勞動社會保障出版社 2000 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