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沖壓模具設(shè)計(jì)中側(cè)壁起皺的分析
F.-k. Chen and Y.-C. Liao
臺(tái)灣 臺(tái)北市國(guó)立臺(tái)灣大學(xué)機(jī)械工程部門
在沖壓過(guò)程中，起皺一般發(fā)生在有錐度的方形杯子和帶有階梯的矩形杯子成形時(shí)。這兩種起皺類型的共同特征是起皺都發(fā)生在相對(duì)沒(méi)有支撐的側(cè)壁。在沖壓一個(gè)有錐度的方形杯子時(shí)，當(dāng)發(fā)生起皺時(shí)，比如沖模間隙和沖壓毛壞的壓力大小等參數(shù)的影響通過(guò)有限元模擬方法被檢查到。模擬結(jié)果顯示沖模間隙越大，起皺的就越明顯，而且起皺不能通過(guò)增加沖壓力來(lái)被抑制。在研究帶有階梯的矩形杯子沖壓過(guò)程的起皺時(shí)，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)有相似幾何類型的實(shí)際部分。在側(cè)壁被發(fā)現(xiàn)的起皺是因?yàn)榻橛跊_頭和階梯邊緣的金屬板料不平衡伸展造成的。為減少起皺，一個(gè)最適宜的沖模設(shè)計(jì)方法就是利用有限元分析法。在無(wú)起皺產(chǎn)品中介于模擬結(jié)果和實(shí)測(cè)結(jié)果的好協(xié)議使有限元分析法生效，而且證實(shí)了利用有限元分析法去設(shè)計(jì)沖模的優(yōu)勢(shì)。
關(guān)鍵詞：側(cè)壁起皺；沖模；階梯的矩形杯子；帶有錐度的主形杯子
1． 介紹
起皺是在金屬板料成形中主要的缺陷之一。由于性能和視察的原因，在產(chǎn)品中起皺往往不能被接受。在金屬板料成形過(guò)程中，有三種形式的起皺頻繁的發(fā)生：邊緣起皺，側(cè)壁起皺和由于殘余的彈性壓力引起的未變形區(qū)域的彈性彎曲。在沖壓一個(gè)復(fù)雜形狀零件的操作時(shí)，側(cè)壁起皺意味著沖模腔中的起皺。由于側(cè)壁區(qū)域的金屬板料相對(duì)于其它區(qū)域的金屬板料不被工具所保征質(zhì)量，側(cè)壁起皺的消除比邊緣起皺的抑制更難。很明顯，在未被加固的側(cè)壁區(qū)域中的金屬材料的額外拉伸可能防止起皺，而且在實(shí)際操作中也可以通過(guò)增加沖壓力來(lái)防止起皺，但是過(guò)度的拉力會(huì)通過(guò)裂痕導(dǎo)致失敗。因此，沖壓力必須處于一個(gè)狹小的范圍，一方面，要高于抑制起皺的力，另一方面，要低于產(chǎn)生破裂的力。沖壓力的狹小范圍很難計(jì)算。對(duì)于沖壓一個(gè)復(fù)雜形狀的零件，當(dāng)起皺發(fā)生在中心區(qū)域時(shí)，有意義的沖壓力范圍甚至不存在。
為了檢查起皺的形成結(jié)構(gòu)，Yoshida et al.發(fā)明了一種測(cè)試，在這種測(cè)試?yán)?，一塊薄板料不是均勻的沿著它的斜度被拉伸。他們也計(jì)劃一個(gè)近似的理論模型，在這種模型里面，起皺的開(kāi)始取決于在壓力不均勻區(qū)域中有壓縮的側(cè)部力的彈性灣曲。Yu et al.從實(shí)驗(yàn)性和分析性上研究起皺問(wèn)題，通過(guò)理論分析，他發(fā)現(xiàn)帶有兩個(gè)圓周波的起皺可能發(fā)生，然而，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示是四到六個(gè)。當(dāng)通過(guò)一個(gè)有錐度的模具畫出金屬板料時(shí)，Narayanasamy和sowerby用平底的沖頭和半球狀的沖頭檢查金屬板料的起皺。他們也試圖去把可以抑制起皺的道具分類。
那些努力都被聚中于和簡(jiǎn)單形狀零件關(guān)聯(lián)的起皺問(wèn)題上，例如：一個(gè)圓形的杯子。在90年代早期，金屬板料成形中三維動(dòng)態(tài)軟件和有限元方法的成功運(yùn)用使得分析包括在沖壓一個(gè)復(fù)雜形狀零件的起皺問(wèn)題成為可能。在當(dāng)前的研究中，三維有限元分析法被用來(lái)分析在沖壓一個(gè)帶有階梯的矩形部分的過(guò)程中，產(chǎn)生起皺的金屬流動(dòng)制造參數(shù)上。
一個(gè)帶有階梯的方形杯子，在杯子的每一邊都有一個(gè)傾斜的側(cè)壁，在帶有錐度的杯子也相應(yīng)的存在傾斜的側(cè)壁。在沖壓過(guò)程中，側(cè)壁上的金屬板料相對(duì)沒(méi)被支撐，因此，這個(gè)部位更容易起皺。在當(dāng)前的研究中，起皺過(guò)程中的各種不同的制造參數(shù)的影響都在被研究。在沖壓一個(gè)帶有階梯的方形杯子時(shí)，就像圖1B顯示的一樣，可以觀測(cè)到另一種形式的起皺。為了評(píng)估分析的效力，在當(dāng)前的研究中，一個(gè)確切階梯幾何形狀的物體被檢測(cè)。通過(guò)使用有限元分析法和用適宜的模具設(shè)計(jì)來(lái)減少起皺，起皺的原因被確定。在觀測(cè)一個(gè)實(shí)際產(chǎn)品成形時(shí)，通過(guò)有限元分析法得到的模具設(shè)計(jì)方法得到證實(shí)。
圖1帶有錐度方形杯子的拉伸（a）和帶有階梯的矩形杯子的拉伸（b）
2有限元模型
包括沖頭、模具和毛壞固定器等工具幾何學(xué)是用CAD或PRO/E軟件來(lái)設(shè)計(jì)的。同樣用CAD軟件，三節(jié)點(diǎn)和四節(jié)點(diǎn)的外形元素被采用用來(lái)為以上工具生產(chǎn)網(wǎng)眼系統(tǒng)。對(duì)于有限元模擬來(lái)說(shuō)，工具被認(rèn)為是剛硬的，而且對(duì)應(yīng)的網(wǎng)眼被用來(lái)定義工具幾何學(xué)而不是壓力分析。同樣CAD軟件使用四節(jié)點(diǎn)外形元素來(lái)為板形壞料構(gòu)造網(wǎng)眼。圖2顯示工具的完整布置的網(wǎng)眼系統(tǒng)和用來(lái)沖壓帶有階梯方形杯子的板形壞料。由于對(duì)稱條件，方形杯子的四分之一被分析。在模擬中，板形壞料放在壓力機(jī)上，沖模向下移動(dòng)，逆著壓力機(jī)夾緊板形壞料。然后沖模上升使得板形壞料按著模腔成形。
圖2 有限元網(wǎng)眼
為了表演一個(gè)精確的有限元分析法，金屬板料的真實(shí)應(yīng)力應(yīng)變曲線被要求是輸入數(shù)據(jù)的一部分。在當(dāng)前的研究中，拉深成形的金屬板料也被用來(lái)模擬。為在飛機(jī)上切割下的樣本測(cè)試被進(jìn)行，它們依次從0度的旋轉(zhuǎn)方向到45度的旋轉(zhuǎn)方向，再到90度的旋轉(zhuǎn)方向進(jìn)行著。平均的流動(dòng)力σ，計(jì)算方程為σ=（σ0+2σ45+σ90）/4，因?yàn)槊恳粋€(gè)方法真實(shí)應(yīng)變通常用來(lái)模擬帶錐度方形杯子和帶階梯矩形的沖壓，就如圖3顯示的那樣。
當(dāng)前研究中所有的模擬利用有限元程序PAM-STAMP涉及SGI Indigo2工作站。為了完成模似所需輸入數(shù)據(jù)的設(shè)置，沖頭的速度一般設(shè)置在10m/s，庫(kù)侖摩擦系數(shù)設(shè)置在0.1。
圖3 金屬板料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系
3 錐度方形杯中的起皺
正像圖1a顯示的那樣，草圖暗示著一些有關(guān)錐度方形杯子的尺寸，方形沖頭每一面的長(zhǎng)度（2WP）、模腔的尺寸（2Wd）和高度(H)被認(rèn)為是影響起皺的至關(guān)重要尺寸。在當(dāng)前研究中，模腔尺寸和沖頭尺寸的差距的一半稱作沖模間隙（記作G），G= Wd- WP。相關(guān)的在側(cè)壁沒(méi)被支撐的金屬板料的寬度取決于沖模間隙，起皺假想通過(guò)增加沖壓力來(lái)被抑制。相對(duì)于沖壓一個(gè)錐度方形杯子，沖模間隙和沖壓力兩方面的影響在接下來(lái)的部分被研究。
3.1沖模間隙的影響
為了檢查沖模間隙對(duì)起皺的影響，在沖壓一個(gè)錐度方形杯子時(shí)，分別用20mm，30mm，50mm大小的沖模間隙進(jìn)行模擬沖壓。在每次模擬沖壓中，模腔的尺寸都是固定在200mm，而且杯子拉深的高度都是100mm。三次模擬中使用的金屬板料都是380X380的方形尺寸，厚度也都是0.7mm，金屬的應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖3所示。
圖4 G=50mm的帶有錐度的方形杯子
模擬結(jié)果顯示三次模擬中都發(fā)生起皺現(xiàn)象，沖模間隙為50mm沖壓出來(lái)的杯子模擬形狀如圖4。從圖4中可以看出，起皺分布在側(cè)壁，側(cè)壁拐角尤其明顯。這就說(shuō)明在沖壓過(guò)程中，起皺是由于在側(cè)壁有大面積區(qū)域不被支撐，同樣，由于沖模間隙不一樣，沖頭各邊的長(zhǎng)度和模腔尺寸也不一樣。由于橫向壓力的存大，在沖頭和模腔中拉深成形的金屬板料越來(lái)越不牢固。在壓縮下，側(cè)壁金屬板料不受限制的拉伸是起皺的主要原因。為了比較三種不同間隙沖壓出來(lái)的產(chǎn)品，兩個(gè)主要的應(yīng)變比率β被介紹，β=εmin/εmax，這里的εmin和εmax分別是主要的和次要的應(yīng)變。Hosford和Caddell已經(jīng)展示了β的實(shí)際值比β的評(píng)論值大，假設(shè)當(dāng)起皺發(fā)生時(shí)，β的實(shí)際值越大，起皺的可能性就越大。
在三個(gè)沖模間隙不同的沖壓中，同一側(cè)壁高度，沿著橫截面M-N的β值在圖4中標(biāo)記出，在圖5中畫出。圖5中說(shuō)明嚴(yán)重的起皺一般發(fā)生在拐角處，而對(duì)三個(gè)沖模間隙不同的沖壓，在側(cè)壁中心很少發(fā)生起皺。還說(shuō)明了沖模間隙越大，β的實(shí)際值就越大。因此，增加沖模間隙將增加在錐度方形杯子側(cè)壁處發(fā)生起皺的可能性。
3.2沖壓力的影響
眾所周知，在沖壓過(guò)程中，增加沖壓力可以幫助排除起皺。為了研究增加沖壓力的影響，沖模間隙為50mm與起皺是有關(guān)聯(lián)的，用沖模間隙為50mm的模具沖壓帶有錐度方形杯子被用不同的沖壓力來(lái)模擬了。沖壓從100KN增加到600KN，這兩個(gè)力分別產(chǎn)生0.33Mpa和1.98Mpa。在上述部分，剩下的模擬條件與給定的是一樣的。處于中間的300KN也被用來(lái)模擬。
模擬結(jié)果顯示沖壓力的增加并沒(méi)有幫助消除發(fā)生在側(cè)壁的起皺。在圖4中已標(biāo)出沿著橫截面M-N的β值與沖壓力為100KN和600KN的β值作比較。模擬結(jié)果指出兩種情況下，沿著橫截面M-N的β值是一樣的。為了檢查兩種不同沖壓力的起皺形狀，正如圖4和圖6標(biāo)出的那樣，側(cè)壁上從底部向上有五處不同位置的橫截面。從圖6可以看出，兩個(gè)外殼的波浪形橫截面是相似的。這就說(shuō)明在沖壓帶有錐度的方形杯子時(shí)，沖壓力不影響起皺的發(fā)生，這是因?yàn)槠鸢櫟脑蛑饕怯捎谠谟袡M向壓力存在的側(cè)壁處有大面積區(qū)域不被支撐。沖壓力對(duì)沖頭和模腔之間材料不穩(wěn)定的模式并沒(méi)有影響。
圖5 沿著橫截面M-N不同沖模間隙的β值
4階梯矩形杯子
在沖壓一個(gè)階梯矩形杯子時(shí)，起皺發(fā)生在側(cè)壁即使沖模間隙并不是那么重要。輪廓1顯示沖壓階梯矩形杯子的沖頭草圖，在這張草圖中，側(cè)壁C沿臺(tái)階D-E而行。在近期的研究中，在一個(gè)實(shí)際的產(chǎn)品中檢查到了這種幾何形狀。這種產(chǎn)品使用的原材料的厚度是0.7mm，從拉力測(cè)試中獲得的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系如圖3所示。
這種沖壓部分產(chǎn)品的程序包括通過(guò)清理焊縫的深拉。在這種深拉過(guò)程中，沒(méi)有焊縫被用在沖模表面來(lái)幫助幫助金屬的流動(dòng)。但是，由于沖頭拐角處的半徑過(guò)小和其復(fù)雜的幾何形狀，如圖7顯示的那樣，在沖頭邊緣上部經(jīng)常發(fā)生拉裂，在真實(shí)產(chǎn)品的側(cè)壁處經(jīng)常發(fā)生起皺。從圖7中可以看出，皺紋發(fā)分布在側(cè)壁上，但是在階梯邊緣拐角處最為嚴(yán)重，就像圖1（b）中A-D，B-E顯示的那樣。在沖頭的上部邊緣，金屬往往被拉裂，就像圖7所示。
為了進(jìn)一步的了解沖壓過(guò)程中板料的變形，誕生了一種有限元的方法。這種有限元模擬方法被在最初的設(shè)計(jì)中。部分的模擬形狀如圖8所示。從圖8中可以看出，零件上部邊緣的網(wǎng)眼被拉深，皺紋分布在側(cè)壁上，類似真實(shí)零件中的那樣。
圖6 從圖a的100KN到圖b的600KN不同側(cè)壁高度的橫截面線條
圖7 產(chǎn)品零件中的拉裂和起皺
圖8 產(chǎn)品拉裂和起皺的模擬形狀
如圖1（b）就像A-B邊緣半徑和沖孔拐角處A的半徑一樣，沖孔的半徑也很小，這被認(rèn)為是拉裂的最主要原因。但是，根據(jù)有限元分析的結(jié)果，拉裂可以通過(guò)增加以半徑來(lái)避免。這種理念在現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品中通過(guò)增加半徑得到證實(shí)。
個(gè)別的嘗試也被用來(lái)消除起皺。第一，沖壓力加到原來(lái)的2倍。但是，就像在拉深帶有錐度的杯子中得到的結(jié)果一樣，沖壓力對(duì)消除起皺現(xiàn)象沒(méi)有起有很大的效果。通過(guò)增加摩擦和毛坯尺寸也得到同樣的結(jié)論。于是我們推測(cè)，這種起皺不能通過(guò)增加沖壓力來(lái)得到抑制。
由于在金屬屈服于過(guò)大壓力的區(qū)域，往往會(huì)因?yàn)榇罅康慕饘倭鲃?dòng)而起皺，一種通過(guò)在起皺區(qū)域增加掛鉤用于消除起皺的簡(jiǎn)單方法被用來(lái)吸收多余的材料。為了多余的金屬能有效的被吸收，掛鉤應(yīng)該平衡的加在起皺位置?；谶@種理念，兩個(gè)掛鉤被加在鄰近在壁上吸收多余的材料，如圖9如示。模擬結(jié)果顯示，階梯拐角處的起皺正如想象的那樣被吸收，但是，一些起皺仍然沒(méi)被吸收。這說(shuō)明在側(cè)壁處需要更多的掛鉤來(lái)吸收所有過(guò)量的材料，但是這在模具設(shè)計(jì)中是不允許的。
利用有限元分析法分析沖壓工序的一個(gè)優(yōu)勢(shì)是沖壓過(guò)程中板料的變形形狀可以被監(jiān)測(cè)，而這在真實(shí)的產(chǎn)品沖壓過(guò)程中是不可能的。對(duì)沖壓過(guò)程中金屬流動(dòng)的精密監(jiān)測(cè)顯示板料最開(kāi)始通過(guò)沖頭的力按模腔的形狀成形，直到板料接觸到如圖1（b）階梯D-E邊緣才形成起皺。起皺的形狀如
圖9 加到側(cè)壁的起皺
圖10顯示的那樣。這就為模具設(shè)計(jì)的改進(jìn)提供了有價(jià)值的信息。
圖10 當(dāng)板料接觸臺(tái)階邊緣的起皺形成
圖11 切除了的臺(tái)階拐角
對(duì)于起皺的發(fā)生，最初的一個(gè)猜想是沖頭拐角處范圍A和階梯拐角處范圍D之間的金屬板料處于不平坦的拉深，就如圖1（b）所示。階梯拐角處被切主要是為了改善拉深條件，這樣就允許通過(guò)增加階梯邊緣有更多的拉伸被應(yīng)用到如圖11所示，從而使得模具設(shè)計(jì)的改進(jìn)得到發(fā)展。但是，杯子側(cè)壁處仍然有起皺，這就意味著起皺是因?yàn)檎麄€(gè)沖頭邊緣和整個(gè)階梯邊緣的不平坦引起的，不僅僅是沖頭拐角處和階梯拐角處之間的不平坦。為了證實(shí)這種說(shuō)法，兩種改進(jìn)過(guò)了的模具設(shè)計(jì)被用來(lái)實(shí)驗(yàn)：為了描述想象中的形狀用兩種拉深操作，一種是切去整個(gè)階梯，而另一種是增加更多的拉深操作。前一個(gè)方法的模擬形狀所圖12所示。自從更低的階梯被切去后，拉深工序與圖12中的矩形杯子拉深工序性很相似。從圖12中可以看出起皺現(xiàn)象已被消除。
在這兩種操作的拉深工序中，板料最初是被拉到很深的階梯處，如圖13（a）所示，然后，較低的階梯在第二步拉深操作中成形，同是，如圖13（b）所示的想象形狀也得到了。從圖13（b）可以清晰的看出，通過(guò)兩步拉深工序可以造出沒(méi)有起皺的階梯矩形杯子，同時(shí)也說(shuō)明在兩步拉深工序中，如果相應(yīng)的順序被應(yīng)用，則更低一些的階梯處的成形是伴隨更深階梯處成形和最深階梯邊緣處成形的最早成形，如圖1(b)中的A-B，因?yàn)榻饘俨蝗菀淄ㄟ^(guò)較低的階梯進(jìn)入模具型腔。
圖12改善模具設(shè)計(jì)的模擬形狀
圖13 兩個(gè)操作步驟中的a第一步操作 b第二步操作
有限元分析法說(shuō)明用簡(jiǎn)單的拉深操作來(lái)設(shè)計(jì)理想產(chǎn)品的沖壓模具設(shè)計(jì)是很難完成的。但是，由于額外的模具費(fèi)用和操作費(fèi)用，兩個(gè)操作的制造費(fèi)用是很高的。為了保持較低的制造費(fèi)用，零件的設(shè)計(jì)師對(duì)形狀做出了合適的改變，而且通過(guò)有限元模擬分析法結(jié)果去切除較低的臺(tái)階來(lái)改善模具設(shè)計(jì)，如圖12所示。隨著設(shè)計(jì)方法的改進(jìn)，產(chǎn)品真實(shí)的沖壓模具被制造出來(lái)，而且零件還沒(méi)有起皺，如圖14所示。通過(guò)有限元模擬分析法得到的零件也沒(méi)有起皺。
為了進(jìn)一步驗(yàn)證有限元模擬分析法的結(jié)果，有限元模擬分析法得到的沿橫截面G-H的厚度分布如圖14所示，這與產(chǎn)品的尺寸做了比較，比較的結(jié)果顯示在圖15。從圖15可以看出有限元模擬分析法得到的預(yù)想的厚度分布和產(chǎn)品得到的厚度分布是相符合的。這種吻合證實(shí)了有限元模擬分析法的效率。
圖14 無(wú)缺陷產(chǎn)品零件
圖15 G-H處模擬和測(cè)量厚度
5概要和結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)有限元模擬分析法研究了兩種在沖壓過(guò)程中的起皺，而且還檢查了其起皺的原因和消除起皺的方法。
第一種形式的起皺發(fā)生在沖壓帶有錐度的方形杯子的側(cè)壁上，這種起皺的原因是因?yàn)闆_模間隙過(guò)大（沖模間隙就是模腔的尺寸和沖頭的尺寸的差距）。當(dāng)金屬被拉至模腔中，在沖頭和型腔中有一有害的拉深時(shí)，大的沖模間隙導(dǎo)致金屬板料的大面積區(qū)域不被支撐，因此大面積區(qū)域不被支撐導(dǎo)致起皺。有限元模擬分析法顯示這種起皺不能通過(guò)增加沖壓力的方法來(lái)得到抑制。
另一種形式的起皺發(fā)生在有階梯矩形的幾何形狀物體沖壓過(guò)程中。起皺往往發(fā)生在臺(tái)階以上的側(cè)壁，甚至沖模的間隙不是足夠的大。通過(guò)有限元模擬法得知，這種起皺主要是由于在沖頭和臺(tái)階邊緣存在不平坦的拉伸。在模具設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)有限元模擬分析法單獨(dú)的嘗試被用來(lái)消除起皺，切除了臺(tái)階的模具被建立。通過(guò)無(wú)缺陷的零件證實(shí)了這種模具設(shè)計(jì)方法對(duì)消除起皺的作用。有限元模擬分析法得到的結(jié)果和真實(shí)產(chǎn)品中看到的結(jié)果相吻合說(shuō)明了有限元模擬分析法的準(zhǔn)確性，還證實(shí)了用有限元分析法代替真實(shí)的模具制造方法的效力。
感謝
作者希望感謝中國(guó)人民共和國(guó)民族科學(xué)委員會(huì)授于NSC-86-2212-E002-028編號(hào)才使得這個(gè)項(xiàng)目得到發(fā)展。他們也希望感謝KYM提供了產(chǎn)品零件。
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河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書
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[11] 高軍 李熹平 修大鵬等 編著. 沖壓模具標(biāo)準(zhǔn)件選用與設(shè)計(jì)指南.化學(xué)工業(yè)出版社，2007
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河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校
畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書
畢業(yè)設(shè)計(jì)題目：彎板沖壓成型工藝與模具的設(shè)計(jì)
系 部
專 業(yè)
班 級(jí)
學(xué)生姓名
學(xué) 號(hào)
指導(dǎo)教師
2009年 5月15日
河南機(jī)電高等專科學(xué)校
畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書
系 部：
專 業(yè)： 模具設(shè)計(jì)與制造專業(yè)
學(xué)生姓名: 學(xué) 號(hào):
設(shè)計(jì)(論文)題目： 彎板沖壓成型工藝及模具的設(shè)計(jì)
起 迄 日 期: 2009 年3 月 11 日~ 5月 20 日
指 導(dǎo) 教 師:
2009 年 3 月 11 日
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）任 務(wù) 書
1．本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題來(lái)源及應(yīng)達(dá)到的目的：
本畢業(yè)設(shè)計(jì)來(lái)源于沖壓模具設(shè)計(jì)圖冊(cè)。本設(shè)計(jì)主要的目的是讓學(xué)生熟練掌握沖壓模具的基本原理和構(gòu)成。讓學(xué)生在較短的時(shí)間內(nèi)對(duì)沖壓工藝及模具知識(shí)進(jìn)行必要的整合，重點(diǎn)鍛煉對(duì)沖壓工藝及模具知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用，達(dá)到把學(xué)生培養(yǎng)成技能型人才的要求。
2．本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題任務(wù)的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）：
08冷軋鋼 厚度2mm
大批量生產(chǎn) 公差I(lǐng)T14級(jí)
本畢業(yè)設(shè)計(jì)課題任務(wù)的內(nèi)容： （1）設(shè)計(jì)說(shuō)明書一份
（2）裝配圖一份（按1：1打?。?
（3）零件圖12張（所有非標(biāo)零件）
（4）工藝卡、工序卡各一份
本畢業(yè)設(shè)計(jì)要求：認(rèn)真查閱相關(guān)資料，要求學(xué)生獨(dú)立完成。
所在專業(yè)審查意見(jiàn)：
負(fù)責(zé)人：
年 月 日
系部意見(jiàn)：
系領(lǐng)導(dǎo)：
年 月 日
河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書
1 緒論
目前，我國(guó)沖壓技術(shù)與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比還相當(dāng)?shù)穆浜?，主要原因是我?guó)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)快速化等程度不高的原因。
1.1國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況
改革開(kāi)放20多年來(lái)，我國(guó)的模具工業(yè)獲得了飛速的發(fā)展，設(shè)計(jì)、制造加工能力和水平、都有一了很大的提高。據(jù)中國(guó)模具工業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，1995年中國(guó)模具總產(chǎn)值為145億元，而2003年已達(dá)450億元左了，年均增長(zhǎng)14%。另?yè)?jù)統(tǒng)計(jì)2004年中國(guó)（不包括臺(tái)灣、香港、澳門地區(qū)）共有模具專業(yè)生產(chǎn)廠、產(chǎn)品廠配套的模具車問(wèn)（分廠）近20000家，約60萬(wàn)從業(yè)人員，年模具總產(chǎn)值達(dá)1億元人民幣以上的有十多家。但是，我國(guó)模具工業(yè)現(xiàn)有能力只能滿足需求最的60%左右，還不能適應(yīng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計(jì)，1997年進(jìn)口模具價(jià)值6-3億美元，這還不包括隨設(shè)備一起進(jìn)口的模具；1997年出口模具僅為7800萬(wàn)美元。目前我國(guó)模具工業(yè)的技術(shù)水平和制造能力，是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的薄弱環(huán)節(jié)和制約經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的瓶頸。國(guó)內(nèi)已經(jīng)認(rèn)識(shí)到了模具在制造業(yè)中的重要基礎(chǔ)地位，許多模具企業(yè)十分重視技術(shù)發(fā)展，增大了用于模具技術(shù)進(jìn)步的投資。
1.2我國(guó)未來(lái)模具的研發(fā)探討
——模具設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、三維化、集成化?
1、標(biāo)準(zhǔn)化
標(biāo)準(zhǔn)化是實(shí)現(xiàn)模具專業(yè)化生產(chǎn)的基本前提，是系統(tǒng)提高整個(gè)模具行業(yè)技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)效益的重要手段，是機(jī)械制造業(yè)向深層次發(fā)展必由之路。國(guó)際上工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家和公司都極為重視模具的標(biāo)準(zhǔn)化，我國(guó)的模具標(biāo)準(zhǔn)化程度不足30%，而且標(biāo)準(zhǔn)品種少、質(zhì)量低、交貨期長(zhǎng)，嚴(yán)重阻礙模具的合理流向和效能發(fā)揮。
CAD/CAM系統(tǒng)可建立標(biāo)準(zhǔn)零件數(shù)據(jù)庫(kù)，非標(biāo)準(zhǔn)零件數(shù)據(jù)庫(kù)和模具參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)。標(biāo)準(zhǔn)零件庫(kù)中的零件在CAD設(shè)計(jì)中可以隨時(shí)調(diào)用，并采用GT（成組技術(shù)）生產(chǎn)。非標(biāo)準(zhǔn)零件庫(kù)中存放的零件，雖然與設(shè)計(jì)所需結(jié)構(gòu)不盡相同，但利用系統(tǒng)自身的建模技術(shù)部可以方便地進(jìn)行修改，從而加快設(shè)計(jì)過(guò)程，典型模具結(jié)構(gòu)庫(kù)是在參數(shù)化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的，按用戶要求對(duì)相似模具結(jié)構(gòu)進(jìn)行修改，即可生成所需結(jié)構(gòu)。
2、集成化
模具CAD/CAM技術(shù)與GT、CE(Concurrent Engineering)、CAE、CAPP(Computer Aided Process Program-ming)等技術(shù)密切相連，組成一個(gè)有機(jī)的整體，其關(guān)鍵在于建立一個(gè)統(tǒng)一的全局模具產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型，在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，模具設(shè)計(jì)中，提供全部的信息，使信息共享，交換處理和反饋，它綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)，系統(tǒng)集成技術(shù)，并行技術(shù)和管理技術(shù)，體現(xiàn)了系統(tǒng)化思想直至發(fā)展為CIMS(Computer Integrated Manufacture System，計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)) 。
模具軟件功能的集成化要求軟件的功能模塊比較齊全，同時(shí)各功能模塊采用同一數(shù)據(jù)模型，以實(shí)現(xiàn)信息的綜合管理與共享，從而支持模具設(shè)計(jì)、制造、裝配、檢驗(yàn)、測(cè)試及生產(chǎn)管理的全過(guò)程，達(dá)到實(shí)現(xiàn)最佳效益的日的。如英國(guó)Delcam公司的系列化軟件就包括了曲面/實(shí)體幾何造型、復(fù)雜形體工程制圖、工業(yè)設(shè)計(jì)高級(jí)渲染、塑料模設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)、復(fù)雜形體CAM、藝術(shù)造型及雕刻自動(dòng)編程系統(tǒng)、逆向工程系統(tǒng)及復(fù)雜形體在線測(cè)量系統(tǒng)等。集成化程度較高的軟件還包括：Pro/E、UG和CAT1A等。
3、模具設(shè)計(jì)、分析及制造的三維化。
傳統(tǒng)的二維模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已越來(lái)越不適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)和集成化技術(shù)要求。模具設(shè)計(jì)、分析、制造的三維化、無(wú)紙化要求新一代模具軟件以立體的、直觀的感覺(jué)來(lái)設(shè)計(jì)模具，所采用的三維數(shù)字化模型能方便地用于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的CAE分析、模具可制造性評(píng)價(jià)和數(shù)控加工、成形過(guò)程模擬及信息的管理與共享。如Pro/E、U G和CAT1A等軟件具備參數(shù)化、基于特征、全相關(guān)等特點(diǎn)，從而使模具并行工程成為可能面向制造、基于知識(shí)的智能化功能是衡量模具軟件先進(jìn)性和實(shí)用性的重要標(biāo)志之一。如Cimatron公司的注射模專家軟件能根據(jù)脫模力向自動(dòng)產(chǎn)生分型線和分型面，生成與制品相對(duì)應(yīng)的型芯和型腔，實(shí)現(xiàn)模架零件的全相關(guān)，自動(dòng)產(chǎn)生材料明細(xì)表和供NC加工的鉆孔表格，并能進(jìn)行智能化加工參數(shù)設(shè)定、加工結(jié)果校驗(yàn)等。
4、網(wǎng)絡(luò)化與協(xié)同設(shè)計(jì)
隨著模具工業(yè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，要做到資源信息共享、交換等，網(wǎng)絡(luò)化設(shè)計(jì)的發(fā)展是必然的，將以微機(jī)為中心的智能工作站達(dá)成了分布式系統(tǒng)構(gòu)成CAD/CAM/CAE/CAPP微機(jī)局域網(wǎng)絡(luò)，結(jié)構(gòu)靈活，功能愈加強(qiáng)大，并伴隨著Internet/Intranet網(wǎng)的進(jìn)一步拓展，系統(tǒng)提供了異地設(shè)計(jì)人員在同一時(shí)間對(duì)同一個(gè)參數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)和修改，實(shí)現(xiàn)異地操作與數(shù)據(jù)交換，使一個(gè)項(xiàng)目在多臺(tái)計(jì)算機(jī)上協(xié)作完成，以適應(yīng)不同地區(qū)的現(xiàn)有資源和生產(chǎn)設(shè)備資源的要求和利用。這種基于Internet下的協(xié)同設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了企業(yè)間的“集成化”，它將成為模具制造業(yè)全球化的發(fā)展趨勢(shì)。
隨著模具在企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)、合作、生產(chǎn)和管理等力一面的全球化、國(guó)際化，以及計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的迅速發(fā)展，模具軟件應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展趨勢(shì)是使CAD/CAE/CAM技術(shù)跨地區(qū)、跨企業(yè)、跨院所在整個(gè)行業(yè)中推廣，實(shí)現(xiàn)技術(shù)資源的重新整合，使虛擬設(shè)計(jì)、敏捷制造技術(shù)成為可能。美國(guó)在其《21世紀(jì)制造企業(yè)戰(zhàn)略》中指出，到2006年要實(shí)現(xiàn)汽車工業(yè)敏捷生產(chǎn)/虛擬工程方案，使汽車開(kāi)發(fā)周期從40個(gè)月縮短到4個(gè)月。
5、智能化
CAD/CAM系統(tǒng)智能化主要表現(xiàn)在專家系統(tǒng)思想的引入，通過(guò)虛擬專家來(lái)處理模具設(shè)計(jì)制造中的問(wèn)題，專家系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)模塊知識(shí)庫(kù)模塊和控制模塊，專家系統(tǒng)可以解決知識(shí)表示，特征統(tǒng)計(jì)，推理力法，概念設(shè)計(jì)等問(wèn)題，具有啟發(fā)性、靈活性等特點(diǎn)，整個(gè)系統(tǒng)具備人上智能(AI)理想的智能模具CAD/CAM系統(tǒng)響應(yīng)，自動(dòng)產(chǎn)生設(shè)計(jì)方案，對(duì)方案進(jìn)行最優(yōu)評(píng)價(jià)和選擇，并對(duì)模具設(shè)計(jì)制造提供全方位的過(guò)程響應(yīng)和處理。
1.3 彎曲模模具設(shè)計(jì)與制造方面
1.3.1 彎曲沖孔連續(xù)模模具設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)思路
彎曲和沖孔是沖壓基本工序，它是利用凸模模在壓力機(jī)作用下，將平板坯料彎曲成型或沖裁出凸模的形狀的加工方法。但是，加工出來(lái)的制件的精度都很底。一般情況下，彎曲件的尺寸精度應(yīng)在IT11級(jí)以下，不宜高于IT9級(jí)。
1.3.2彎曲沖孔連續(xù)模模具設(shè)計(jì)的進(jìn)度
1.了解目前國(guó)內(nèi)外沖壓模具的發(fā)展現(xiàn)狀，所用時(shí)間20天；
2. 確定加工方案，所用時(shí)間5天；
3. 模具的設(shè)計(jì)，所用時(shí)間30天；
4．模具的調(diào)試．所用時(shí)間5天；
2彎板的工藝分析
工件名稱：彎板
生產(chǎn)批量：大批量
材料：08鋼
厚度：2mm
工件簡(jiǎn)圖：如圖所示
2.1彎曲沖孔的工藝分析
為此工件典型的U形件，零件圖中的尺寸公差為未注公差，在處理此類公差等級(jí)時(shí)常采用IT14級(jí)要求。彎曲圓角半徑R為2mm，大于最小彎曲半徑(rmin=0.6t=0.6×2mm=1.2mm)，故此彎曲件的形狀、尺寸、精度均滿足彎曲工藝的要求，可用彎曲工序加工。
此彎曲件上有2個(gè)孔，需采用沖孔的方式加工，孔的直徑為4.5mm，形狀簡(jiǎn)單，且對(duì)稱。沖裁件所能達(dá)到精度為IT11~IT14級(jí)。故該零件的精度要求能夠在沖裁加工中得到滿足。
2.2工藝方案的確定
該零件所需要的加工工序?yàn)闆_孔、彎曲、切斷?？蓴M定出以下幾種方案：
方案一：用簡(jiǎn)單的模具分開(kāi)加工，即沖孔——彎曲。
方案二：采用斜鍥式側(cè)面沖孔復(fù)合模。
方案三: 采用沖孔-切斷-彎曲級(jí)進(jìn)模。
方案一生產(chǎn)效率低，工件累計(jì)誤差大，操作不方便，由于該工件是大批量生產(chǎn)，方案二和方案三具有很大的優(yōu)越性，而且也與此次設(shè)計(jì)的精神相一致。
該零件φ4.5的孔與邊緣之間的最小距離是7.75mm，大于此零件要求的最小的壁厚。可以采用采用斜鍥式側(cè)面沖孔復(fù)合?；虿捎脹_孔-切斷-彎曲級(jí)進(jìn)模。復(fù)合模模具的形位精度和尺寸精度容易保證，且生產(chǎn)效率較高，但模具較復(fù)雜，模具制造較困難。級(jí)進(jìn)模不僅生產(chǎn)效率高，而且同時(shí)也能保證制件的精度，通過(guò)對(duì)上述三種方案的分析比較，該零件的制作生產(chǎn)采用方案三的級(jí)進(jìn)模比較合適。
3排樣設(shè)計(jì)
多工位級(jí)進(jìn)模的排樣，除了遵守普通沖壓模具的排樣原則外，還應(yīng)遵守級(jí)進(jìn)模的排樣原則。
1.第一工位一般安排沖孔和沖工藝導(dǎo)正孔。
2.沖壓件上孔的數(shù)量較多，且孔的位置太近時(shí)，可分布在不同公位沖出。
3.為提高凹模鑲塊、卸料板和固定板的強(qiáng)度，保證各零件安裝位置不發(fā)生干涉，可在排樣中設(shè)置空工位，空工位的數(shù)量根據(jù)模具的結(jié)構(gòu)要求而定。
4.當(dāng)局部有壓筋時(shí)，一般安排在沖壓前，防止由于壓筋造成孔的變形。
5.成型方向的選擇要有利于模具的設(shè)計(jì)和制造，有利于送料的順暢。若成型方向與沖壓方向不同，可采用斜滑塊，杠桿和擺塊等機(jī)構(gòu)來(lái)轉(zhuǎn)換成型方向。 排樣圖
條料寬度B=30mm 步距S=112.85mm
4工藝尺寸的計(jì)算
4.1.彎曲工藝尺寸的計(jì)算
4.1.1彎曲件展開(kāi)長(zhǎng)度的計(jì)算
當(dāng)彎曲圓角半徑較小 （r<０.５ｔ）時(shí)，根據(jù)毛坯與制件等體積法計(jì)算；當(dāng)彎曲圓角半徑較大(r>0.5t)時(shí)，可以根據(jù)中性層長(zhǎng)度不變的原理計(jì)算。
因?yàn)镽=2>0.5×2，屬于圓角半徑較大的彎曲件。所以彎曲件展開(kāi)長(zhǎng)度按直邊區(qū)與圓邊區(qū)分段進(jìn)行計(jì)算。將直邊區(qū)視為彎曲前后長(zhǎng)度沒(méi)有發(fā)生變化，將圓角區(qū)展開(kāi)長(zhǎng)度按彎曲前后中性層長(zhǎng)度沒(méi)有發(fā)生變化進(jìn)行計(jì)算。
1.由于R/t=2/2=1，查表得出，中性層位移系數(shù)x=0.41
變形區(qū)中性層曲率半徑ρ按公式計(jì)算
ρ=r+xt=2+0.41×2=2.82mm
2.中性層的長(zhǎng)度
L總=Σ L直+ ΣL弧
L弧=ρ=×2.82=4.427mm
式中L總——坯料展開(kāi)總長(zhǎng)度；
L弧——彎曲件彎曲圓角部分的長(zhǎng)度；
α——彎曲中心角；
該毛坯展開(kāi)長(zhǎng)度為
L總=[（35-2-2）×2+（50-2×2-2×2）+4.427×2]
=（31×2+42+8.854）mm
=112.85mm
4.1.2彎曲模工作部分尺寸的計(jì)算
1.凸模圓角半徑 由于此工件R/t=2/2=1mm較小，且R為2mm，大于最小彎曲半徑（rmin=0.4t=0.4×2=0.8mm），故凸模圓角半徑r凸=R=2mm。
2.凹模圓角半徑 凹模圓角半徑一般按材料厚度t來(lái)選取，因?yàn)椴牧虾穸葹?mm，所以r凹=（2～3）t，故凹模圓角半徑取r凹=4mm。
3.凹模工作部分深度的設(shè)計(jì)計(jì)算 凹模工作部分的深度將決定板料的進(jìn)模深度，同時(shí)也影響到彎曲件直邊的平直度，對(duì)工件的尺寸精度造成一定的影響。此彎曲件：直邊長(zhǎng)度為35mm，板料厚度2mm，查表得出凹模的底部最小厚度h0=4mm，因此凹模工作部分最小深度為h凹=24mm。
4.凸凹模間隙 當(dāng)工件精度要求不高或校正彎曲時(shí)，生產(chǎn)中常采用調(diào)整凸凹模間隙的方法來(lái)解決工件回彈的問(wèn)題。設(shè)計(jì)彎曲模時(shí)將凹模設(shè)計(jì)成可以調(diào)節(jié)的。由于凹模設(shè)計(jì)成可調(diào)式的，故將凸凹模的間隙 調(diào)整成材料的厚度t，即=2mm。
5.彎曲件回彈值的計(jì)算 小變形程度（r/t≥10）時(shí)，回彈大，先計(jì)算凹模圓角半徑，再計(jì)算凸模角度；大變形程度（r/t<5）時(shí)，卸載后圓角變化小，僅考慮彎曲中心角的變化。彎曲時(shí)，彎曲中心角為90°，因此，查相關(guān)手冊(cè)，取回彈角2°。
6.彎曲力的計(jì)算 U型件校正彎曲時(shí)，在進(jìn)行校正彎曲前是自由彎曲，彎曲力FU自由彎曲力為
FU自由彎曲力===8.87KN
式中FU自由彎曲力——沖壓行程結(jié)束時(shí)自由彎曲的彎曲力（N）；
K——安全系數(shù)，一般取K=1.3;
b——彎曲件的寬度（mm）
t——彎曲件材料厚度（mm）
σb——彎曲件的抗拉強(qiáng)度（MP）
r——彎曲件的內(nèi)彎曲半徑（mm）
頂件力F頂可近似取自由彎曲力的30%～80%，即
F頂=（0.3～0.8）FU自由彎曲力=（0.3～0.8）×8.87KN=(2.66～7.09)KN
取F頂=5KN
校正彎曲時(shí)，校正彎曲力最大值在壓力機(jī)工作到下止的位置，且校正彎曲力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于自由彎曲力，而在彎曲過(guò)程中，二者不是同時(shí)存在，因此查表得P=60MP,所以校正力F較為
F較=AP=60×（30×50）=90KN
式中 F較——校正彎曲力 （ N）
A——校正部分投影面積 （mm）
P——單位校正彎曲力 （MP）
對(duì)于校正彎曲，由于校正彎曲力比頂件力大的多，故頂件力常常被忽略，但為了保險(xiǎn)起見(jiàn)，在計(jì)算壓力機(jī)工稱壓力時(shí)，應(yīng)將頂件力考慮進(jìn)來(lái)。
4.2計(jì)算沖裁工藝尺寸計(jì)算
4.2.1計(jì)算凸凹模工作部分尺寸
由于制件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，精度等級(jí)要求不高，所以采用凸模和凹模分開(kāi)加工的方法來(lái)制作凸凹模。其凸凹模計(jì)算尺寸如下：
查閱相關(guān)手冊(cè)得出凸、凹模制造公差：
δ凸=0.020mm δ凹=0.020mm
查閱相關(guān)手冊(cè)得間隙值Zmin=0.246mm Zmax=0.360mm
校核： Zmax-Zmin=0.114mm 而δ凸+δ凹=0.040mm
滿足： Zmax-Zmin≥δ凸+δ凹的條件
查相關(guān)手冊(cè):IT14級(jí)時(shí)摩擦系數(shù)x=0.5
因?yàn)榇藳_裁為沖孔工序，所以以凸模為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，首先確定涂膜尺寸，使凸模的基本尺寸接近或等于工件孔的最大極限尺寸;然后將凸模尺寸增加到最小合理間隙值即得到凹模尺寸。
d凸=(dmin+xΔ)=(4.5+0.5×0.30)=4.65
d凹=（d凸+ Zmin）=（4.65+0.246）mm=4.9mm
彎曲凸凹模橫向尺寸及公差 彎曲件標(biāo)注外形尺寸應(yīng)以凹模為基準(zhǔn)件，先確定凹模尺寸，然后減去間隙確定凸模尺寸。
彎曲件為雙向?qū)ΨQ偏差時(shí)，凹模尺寸為
L凹=（L-0.5Δ）mm
=50-（0.5×0.62）mm
=49.69mm
凸模尺寸為 L凸=（L凹-Z）mm
=（49.69-4）mm
=45.69mm
4.2.2沖壓力的計(jì)算
沖裁力是沖裁過(guò)程中凸模對(duì)板料施加壓力，它是選用壓力機(jī)和設(shè)計(jì)模具的重要依據(jù)之一。沖裁力是隨著凸模進(jìn)入材料的深度而變化的，通常說(shuō)的沖裁力就是沖裁力的最大值。對(duì)于普通平刃的沖裁，其沖裁力F可按下公式進(jìn)行計(jì)算。在一般情況下材料的抗拉強(qiáng)度δb=1.3
F沖=KLt
=Ltδb
=14.13×2×325
=9.18KN
式中 F沖——沖裁力
L——沖裁周邊長(zhǎng)度
t——材料厚度
——材料抗剪強(qiáng)度
K——系數(shù)
系數(shù)K是考慮到實(shí)際生產(chǎn)中，模具間隙值的波動(dòng)和不均勻、刃口的磨損、板料力學(xué)性能和厚度波動(dòng)等因素的影響給出的修正系數(shù)，一般取K=1.3.
4.2.3切斷力的計(jì)算
08號(hào)的冷軋鋼的抗剪強(qiáng)度使180MP。
F切= KLt
=Ltδb
=30×2×325
=19.5KN
式中 F沖——沖裁力
L——沖裁周邊長(zhǎng)度
t——材料厚度
——材料抗剪強(qiáng)度
K——系數(shù)
5模具的總體設(shè)計(jì)
根據(jù)上述分析，本例將設(shè)計(jì)的模具是沖孔、落料、彎曲連續(xù)模。本模具先將制件上的兩個(gè)孔沖壓出來(lái)，其次將制件從板料上切斷，并進(jìn)行彎曲工序。
上模主要由模柄、上模座板、固定板、凸模、打料桿、凸凹模、墊板和預(yù)壓打料裝置。下模由導(dǎo)板、沖孔凹模、彎曲凸模、下模座板、擋料塊等。
模具工作過(guò)程：條料沿導(dǎo)板導(dǎo)向并向前送進(jìn)，上模下行，由沖孔凸模和沖孔凹模完成沖孔工序。條料繼續(xù)向前送進(jìn)，在擋料塊的作用下定位，由凸凹模和沖孔凹模完成對(duì)條料的切斷工序，同時(shí)由凸凹模和彎曲凸模完成彎曲工序，然后上模上行回程，有打料桿進(jìn)行卸料，完成整個(gè)工作行程。
6模具主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
6.1沖孔凸模、凹模、彎曲凸模、彎曲凸凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
6.1.1沖孔凸模、凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
沖孔φ4.5的凸模設(shè)計(jì)，為了增加凸模的強(qiáng)度和剛度，凸模設(shè)計(jì)成階梯式凸模。階梯式凸模強(qiáng)度和剛度都比較好，裝配修磨方便，其工作部分的尺寸由計(jì)算而得。與凸模固定板配合部分按過(guò)渡配合（H7/n6或H7/m6）制造。
凸模長(zhǎng)度的計(jì)算主要考慮模具的結(jié)構(gòu)、修模、操作安全、裝配等因素的原因，采用固定板固定和導(dǎo)料板導(dǎo)料，凸模長(zhǎng)度按下式計(jì)算
L=h1+h2+h
=30+10+2
=42
式中 h1——凸模固定板的厚度（mm）
h2——導(dǎo)料板的厚度（mm）
h——附加長(zhǎng)度，主要考慮凸模進(jìn)入凹模的深度（1～2）mm。
沖孔凸模的材料及熱處理，模具刃口要有高耐磨性、高硬度與韌性。由于本設(shè)計(jì)的沖孔凸模直徑較小，故選用T10A，淬火硬度58～62HRC。沖孔凸模的強(qiáng)度和剛度的校核，因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)的小沖孔凸模徑高比較大，故在此不與校核。
沖孔凹模的設(shè)計(jì)，沖孔凹模結(jié)構(gòu)常分為整體式和相拼時(shí)兩種，這里用的是直壁式凹模，直壁式凹模刃口強(qiáng)度高，修模后刃口強(qiáng)度不變，制造方便。但是在廢料或沖裁件向下推的模具結(jié)構(gòu)中，廢料或沖裁件會(huì)積聚在凹?？卓谔?，凹模張力大，增加沖裁力和忍壁的磨損，磨損后每次修模量比較大。凹模采用螺釘和銷釘定位固定時(shí)，要保證螺釘間，螺孔和銷孔及螺孔、銷孔與凹模壁之間的距離不能太近。否則會(huì)影響磨具的壽命。
6.1.2彎曲凸凹模的設(shè)計(jì)
本模具為沖裁、切斷、彎曲級(jí)進(jìn)模。除了沖孔凸模、凹模以外，還有一個(gè)彎曲凸凹模，根據(jù)整體模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要，。確定彎曲凸凹模的位置是根據(jù)計(jì)算出的結(jié)果來(lái)確定的，保證計(jì)算壓力中心與模柄中心重合。校核凸凹模的強(qiáng)度：查表得凸凹模的最小壁厚為4.9mm，而最小壁厚是31.5mm，故符合強(qiáng)度要求。中間的孔φ36與打料塊進(jìn)行尺寸配作，采用H7/m6的配合
6.1.3卸料彈簧的設(shè)計(jì)
由于本設(shè)計(jì)選用的彈簧用于卸料和預(yù)壓的，卸料力比較大，預(yù)壓力忽略不計(jì)。彎曲件彎曲后留在了凹模內(nèi)，隨上模上行，需要打料塊卸料，卸料力一般選用自由彎曲力的10%～30%，即 F卸=kF自
=0.1×8.78
=0.87KN
根據(jù)卸料力和模具結(jié)構(gòu)尺寸，選用鋼絲直徑為φ2mm、中徑φ34mm，長(zhǎng)度為72mm圓柱螺旋壓縮彈簧。彈簧的預(yù)壓長(zhǎng)度為6mm。彈簧2×34×69 GB/T 2861.11. 技術(shù)要求按照J(rèn)B/T 8070—1995的規(guī)定。
6.2模架的設(shè)計(jì)
上模座：400mm×250mm×40mm
下模座：400mm×250mm×40mm
導(dǎo)柱：A50h5×200mm×35mm
導(dǎo)套：A50H6×150mm×30mm
模柄：φ40×68mm
墊板厚度：280mm×75mm×15mm
固定板厚度：280mm×75mm×30mm
7壓力機(jī)設(shè)備的選擇
沖壓設(shè)備的選擇是沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)中一項(xiàng)重要內(nèi)容，它直接關(guān)系到?jīng)_壓設(shè)備的安全使用、沖壓工藝能否順利實(shí)現(xiàn)和模具的壽命、產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率、成本高低的重要問(wèn)題。沖壓設(shè)備的選用包括選擇設(shè)備類型和確定設(shè)備規(guī)格兩項(xiàng)內(nèi)容。
F壓≥（1.2～1.3）（F較+F頂+F沖+F切）
=（1.2～1.3）×（90+5+9.18+0.87+19.5）
=(138.44～150)KN
選用沖壓設(shè)備型號(hào)為J23-16 F的開(kāi)式雙柱可傾壓力機(jī)，該壓力機(jī)滿足模具對(duì)壓力機(jī)的要求。
J23-16B的主要技術(shù)參數(shù)如下:
公稱壓力：160KN
滑塊行程：70mm
最大閉合高度：220mm
最大裝模高度：160mm
滑塊行程次數(shù)：120次/min
封閉高度調(diào)節(jié)量（連桿調(diào)節(jié)長(zhǎng)度）：45mm
壓力機(jī)工作臺(tái)尺寸（前后×左右）： 300mm×450mm
墊板尺寸(厚度×直徑)：40mm×Φ210mm
模柄孔尺寸：Φ40mm×60mm
最大傾斜角：35°
8繪制模具總裝圖
9彎板模具的裝配和調(diào)試
9.1.沖裁模模具的裝配技術(shù)要求
1.裝配好的沖模，其閉合高度應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。
2.模柄旋入上模座板后，其軸心對(duì)上模座板上平面的垂直度誤差，在全長(zhǎng)范圍內(nèi)不大于0.05mm。
3.裝入模架的每對(duì)導(dǎo)柱和導(dǎo)套的配合間隙（或過(guò)盈）應(yīng)符合手冊(cè)的相關(guān)規(guī)定。
4.導(dǎo)柱和導(dǎo)套裝配后，其軸心線應(yīng)分別垂直于下模座板的下平面和上模座板的上平面。
5.上模座板的上平面和下模座板的下平面平行。
6.裝配好的導(dǎo)柱，其固定端面與下模座板下平面應(yīng)保留1～2mm的距離。
7.裝配好的模架，其上模座沿導(dǎo)柱上下移動(dòng)應(yīng)平穩(wěn)，無(wú)阻滯。
8.凸模和凹模的裝配間隙的配合間隙應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，沿整個(gè)刃口輪廓應(yīng)均勻一致。
9.模具應(yīng)在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行試模，沖出的制件符合設(shè)計(jì)要求。
9.2.沖裁模的裝配要點(diǎn)
模架選擇好以后，裝配時(shí)需要對(duì)模架進(jìn)行補(bǔ)充加工，然后進(jìn)行凸模、模柄、凹模等進(jìn)行裝配。
1.凸模與凹模的裝配 凸模、凹模與固定板的配合常采用H7/n6或H7/m6.總裝前應(yīng)先將凸模壓入固定板，并在平面磨床上將上平面磨平，使其固定端面與固定板的支撐面處于同一平面，凸模應(yīng)和固定板的支撐面垂直。
2.模柄的裝配 本模具選用旋入式模柄，通過(guò)螺紋與上模座板連接，并加螺釘加以固定。
3.沖裁模的總裝 沖壓模具上模部分是通過(guò)模柄安裝在壓力機(jī)的滑塊上的，是模具的活動(dòng)部分。下模部分被固定在壓力機(jī)的工作臺(tái)上，是模具的固定部分。
模具工作的時(shí)，上模部分和下模部分的工作零件必須保證正確的位置，才能使模具正常的工作。模具裝配時(shí)，為了方便地將上、下兩部分的工作零件調(diào)整到正確位置，并使凸模、凹模具有均勻的間隙，要正確安排上、下模的裝配順序。
裝配有模架的模具時(shí)，一般是先裝配模架，再進(jìn)行模具工作零件和其它結(jié)構(gòu)零件裝配。上、下模的裝配順序應(yīng)根據(jù)上模和下模上所安裝的模具零件在裝配和調(diào)整過(guò)程中所受限制的情況來(lái)決定。如果上模部分的模具零件在裝配和調(diào)整時(shí)所受限制最大，則應(yīng)先裝上模具的下模部分，并以它為基準(zhǔn)調(diào)整下模部分的零件，保證凸、凹模配合間隙均勻。反之，則應(yīng)先裝模具的下模部分，并以它為基準(zhǔn)調(diào)整上模部分的零件。
上、下模的裝配順序應(yīng)根據(jù)的結(jié)構(gòu)來(lái)決定。對(duì)于無(wú)導(dǎo)柱的模具，凸、凹模的配合間隙是在模具安排到壓力機(jī)上時(shí)才進(jìn)行調(diào)整，上、下模的裝配可以分別進(jìn)行。
9.3.沖裁模調(diào)整要點(diǎn)
1.模具閉合高度調(diào)整 模具應(yīng)與沖壓設(shè)備配合好，保證模具應(yīng)有的閉合高度和開(kāi)啟高度。
2.凸、凹模刃口及間隙調(diào)整 刃口要鋒利，間隙均勻。
3.定位裝置的調(diào)試 定位要可靠、精確
4.導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的調(diào)試 導(dǎo)柱、導(dǎo)套要有好的配合精度，保證模具運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、可靠。
9.4沖裁模試沖試沖時(shí)出現(xiàn)的問(wèn)題及調(diào)整方法
存在的問(wèn)題
產(chǎn)生原因
調(diào)整方法
送料不暢通
或料被卡住
凸模與卸料板之間間間隙過(guò)大，使搭邊翻扭
兩導(dǎo)料板之間的尺寸過(guò)小或有斜度
減小凸模與卸料板之間的間隙
根據(jù)情況挫修或磨或重裝
制件不平
頂料桿和工件接觸面過(guò)小
凹模有倒錐度
導(dǎo)正銷與預(yù)沖孔配合過(guò)緊，將沖件壓出凹陷
更換頂料桿，增加與工件接觸面積
修正凹模
制件有毛刺
刃口不鋒利或淬火硬度低
配合間隙過(guò)小或過(guò)大
間隙不均勻使沖件一邊有帶斜角的毛刺
刃磨刃口，使其鋒利
調(diào)整凸、凹模之間間隙，使其均勻一致
刃口向肯
凸模、導(dǎo)柱等零件安裝不垂直
凸、凹模相對(duì)位置沒(méi)對(duì)正
卸料板的孔位不正確或彎斜使沖孔凸模位移
導(dǎo)柱、導(dǎo)套配合間隙過(guò)大，使導(dǎo)向不正
重裝凸?；?qū)е?，保持垂?
調(diào)整凸凹模，使其對(duì)正并保證間隙均勻
修正或更換卸料板
更換導(dǎo)柱或?qū)?
卸料不正常
凹模與下模座的漏料孔沒(méi)有對(duì)正，料被堵死而排不出來(lái)
彈簧或橡皮的彈力不足
修正漏料孔
更換彈簧或橡皮
內(nèi)孔與外形位置不正或扁位位置
落料凸模上導(dǎo)正銷尺寸過(guò)小
導(dǎo)料板與凹模送料中心線不平行，使孔偏斜
擋料塊位置不正
更換導(dǎo)正銷
修正導(dǎo)料板
修正擋料塊
凹模被脹裂
凹?？子械瑰F現(xiàn)象，即上口大，下口小，或凹模刃口深度太長(zhǎng)，積存的件數(shù)太多，張力太大
修正凹模刃口，消除倒錐現(xiàn)象或減小凹模刃口長(zhǎng)度，使沖下的制件盡快漏下
制件產(chǎn)生回彈
彈性變形的存在
增加凹模型槽的深度
改變凸模的形狀和角度大小
減小凸、凹模之間的間隙
增加校正力或使校正力集中在角部變形區(qū)
制件表面有擦傷
凹模的內(nèi)壁和圓角處表面不光、太粗糙
板料被粘附在凹模表面
將凹模內(nèi)壁與圓角修光，在凹?；蛲鼓５墓ぷ鞅砻驽冇层t厚0.01-0.03mm.
將凹模進(jìn)行化學(xué)處理
制件不平
壓料力不足
增加壓料力，最好校正一下
彎曲角變形部分有裂紋
彎曲半徑太小
材料的紋向與彎曲線平行
材料的塑性差
加大彎曲半徑
將板料退火后再?gòu)澢冃位蚋淖兟淞系呐艠?
將板料進(jìn)行退火處理
U形件左右高度不一致
凹模的圓角半徑左、右兩邊加工不一致
定位不穩(wěn)定或定位位置不準(zhǔn)
壓料不牢
凹、凸模左右兩邊間隙不均勻
修正圓角半徑使左右一致
調(diào)整定位裝置
增加壓料力
調(diào)整凸、凹模之間的間隙
10結(jié)束語(yǔ)
彎板沖孔彎曲模具是屬于級(jí)進(jìn)模，本次設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)彎板的工藝分析，排樣設(shè)計(jì)分析，工藝尺寸的計(jì)算分析，模具的總體設(shè)計(jì)，壓力機(jī)設(shè)備的選擇，繪制模具總裝圖，彎板模具的裝配和調(diào)試等等。在設(shè)計(jì)的前期首先需要對(duì)所要進(jìn)行的設(shè)計(jì)的零件進(jìn)行全方位的分析如：零件的材料、零件的厚度、零件的尺寸精度、生產(chǎn)的批量要求等的分析；其次，還要對(duì)零件有一些基本的認(rèn)識(shí)，像沖裁件的經(jīng)濟(jì)公差等級(jí)不高于IT11級(jí)，一般要求落料件公差等級(jí)最好低于IT10級(jí)，沖孔件最好低于IT9級(jí)等等。另外，凡產(chǎn)品圖樣上沒(méi)有標(biāo)注公差等級(jí)或者公差的尺寸，其極限偏差數(shù)值通常按IT14級(jí)處理。再者，在繪制模具總裝圖時(shí)應(yīng)清楚地表達(dá)出各個(gè)零件之間的裝配關(guān)系以及固定連接的方式。還要能夠真正做到以最少、最簡(jiǎn)單的圖副來(lái)清楚表達(dá)。
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)需要我們運(yùn)用到所學(xué)沖壓工藝與模具制造的知識(shí)，又要查閱其它相關(guān)工具書資料，這都更好的鞏固了我們的專業(yè)知識(shí)，同時(shí)也是自我能力的又一次提高。
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