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摘 要 隨著工業(yè)的發(fā)展，沖壓成型工藝在機械工業(yè)、電子工業(yè)、航天航空工業(yè)、生物領域及日用品的生產(chǎn)中占的比例越來越大。而Auto CAD 2002和PRO/ENGINEER2001自問世以來，多年來已成為全世界最普及的CAD/CAM系統(tǒng)。廣泛應用與機械、電子、模具等行業(yè)。根據(jù)連接板產(chǎn)品的特點和實際生產(chǎn)的產(chǎn)量，設計成由沖孔、切邊、彎曲所組成的一副復合模，該級進模具能夠自動送料，并自動切斷導料錯誤時壓力機的主電路。 關(guān)鍵詞：沖壓成型、復合模具、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)的基礎工藝裝備”也已經(jīng)取得了共識。在電子、汽車、電機、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)品的價值，往往是模具自身價值的幾十倍、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)達國家的模具工業(yè)產(chǎn)值已超過機床工業(yè)，從1997年開始，我國模具工業(yè)產(chǎn)值也超過了機床工業(yè)產(chǎn)值。 模具生產(chǎn)技術(shù)水平的高低，已成為衡量一個國家產(chǎn)品制造水平高低的重要標志，因為模具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。鑒于模具工業(yè)的重要性，在1989年3月國務院頒布的《關(guān)于當前產(chǎn)業(yè)政策要點的決定》中，把模具列為機械工業(yè)技術(shù)改造序列的第一位、生產(chǎn)和基本建設序列的第二位。1997年以來，又相繼把模具及其加工技術(shù)和設備列入了《當前國家重點鼓勵發(fā)展的產(chǎn)業(yè)、產(chǎn)品和技術(shù)目錄》和《鼓勵外商投資產(chǎn)業(yè)目錄》。經(jīng)國務院批準，從1997年到2000年，對80多家國有專業(yè)模具廠實行增值稅返還70%的優(yōu)惠政策，以扶植模具工業(yè)的發(fā)展。 現(xiàn)在，應該引起我們特別注意的是，1999年8月20日黨中央和國務院發(fā)布的《關(guān)于加強技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展高科技實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的決定》中，明確提出了高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)領域?！稕Q定》指出：要在電子信息特別是集成電路設計與制造、網(wǎng)絡及通信、計算機及軟件、數(shù)字化電子產(chǎn)品等方面，加強技術(shù)創(chuàng)新，形成一大批擁有自主知識產(chǎn)權(quán)、具有競爭優(yōu)勢的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)?！稕Q定》還指出：要加強傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)升級，注重電子信息等技術(shù)與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的嫁接，大幅度提高國產(chǎn)技術(shù)裝備的水平。1999年7月，國家計委和科學技術(shù)部發(fā)布了《當前國家優(yōu)先發(fā)展的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化重點領域指南(目錄)》，《指南》中列入了電子專用工模具、塑料成形新技術(shù)與新設備、快速原型制造工藝及成套設備、激光加工技術(shù)及成套設備、汽車關(guān)鍵零部件等。例如，采用快速原型制造技術(shù)和設備，用分層實體堆積等方法，可以將復雜的CAD模型轉(zhuǎn)化為實物，使模具和產(chǎn)品的設計、評價與制造周期大大縮短，企業(yè)就能快速搶占市場，取得競爭優(yōu)勢。 我國沖壓模具企業(yè)技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 一、現(xiàn)狀 改革開放以來，隨著國民經(jīng)濟的高速發(fā)展，市場對模具的需求量不斷增長。近年來，模具工業(yè)一直以15%左右的增長速度快速發(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，除了國有專業(yè)模具廠外，集體、合資、獨資和私營也得到了快速發(fā)展。浙江寧波和黃巖地區(qū)的“模具之鄉(xiāng)”，廣東一些大集團公司和迅速崛起的鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)，科龍、美的、康家等集團紛紛建立了自己的模具制造中心；中外合資和外商獨資的模具企業(yè)已有幾千家。 隨著與國際接軌的腳步不斷加快，市場競爭的日益加劇，人們已經(jīng)越來越認識到產(chǎn)品質(zhì)量、成本和新產(chǎn)品的開發(fā)能力的重要性。而模具制造是整個鏈條中最基礎的要素之一，模具制造技術(shù)現(xiàn)已成為衡量一個國家制造水平高低的重要標志，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)進步的投資力量，將技術(shù)進步視為企業(yè)發(fā)展的重要動力。一些國內(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等國際通用軟件，個別廠家還引進了Moldflow、C-Flow、DYNAFORM、等CAE軟件，并成功用于模的設計中。 雖然中國模具工業(yè)在過去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)達國家相比仍有較大的差距。例如：精密加工設備在模具加工設備中的比重比較低；CAD/CAE/CAM技術(shù)的普及率不高；許多先進的模具技術(shù)應用不夠廣泛等等，致使相當一部分大型、精密、復雜和長壽命模具依賴進口。我國模具工業(yè)目前技術(shù)水平參差不齊，懸殊較大。從總體上來講，與發(fā)達工業(yè)國家及港臺地區(qū)先進水平相比，還有較大的差距。在采用CAD/CAM/CAE/CAPP等技術(shù)設計與制造模具方面，無論是應用的廣泛性，還是技術(shù)水平上都存在很大的差距。在應用CAD技術(shù)設計模具方面，僅有約10%的模具在設計中采用了CAD，距拋開繪圖板還有漫長的一段路要走；在應用CAE進行模具方案設計和分析計算方面，也才剛剛起步，大多還處于試用和動畫游戲階段；在應用CAM技術(shù)制造模具方面，一是缺乏先進適用的制造裝備，二是現(xiàn)有的工藝設備（包括近10多年來引進的先進設備）或因計算機制式（IBM微機及其兼容機、HP工作站等）不同，或因字節(jié)差異、運算速度差異、抗電磁干擾能力差異等，聯(lián)網(wǎng)率較低，只有5%左右的模具制造設備近年來才開展這項工作；在應用CAPP技術(shù)進行工藝規(guī)劃方面，基本上處于空白狀態(tài)，需要進行大量的標準化基礎工作；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)應用在我國才剛起步。計算機輔助技術(shù)的軟件開發(fā)，尚處于較低水平，需要知識和經(jīng)驗的積累。我國大部分模具廠、車間的模具加工設備陳舊，在役期長、精度差、效率低，至今仍在使用普通的鍛、車、銑、刨、鉆、磨設備加工模具，熱處理加工仍在使用鹽浴、箱式爐，操作憑工人的經(jīng)驗，設備簡陋，能耗高。設備更新速度緩慢，技術(shù)改造，技術(shù)進步力度不大。雖然近年來也引進了不少先進的模具加工設備，但過于分散，或不配套，利用率一般僅有25%左右，設備的一些先進功能也未能得到充分發(fā)揮。 缺乏技術(shù)素質(zhì)較高的模具設計、制造工藝技術(shù)人員和技術(shù)工人，尤其缺乏知識面寬、知識結(jié)構(gòu)層次高的復合型人才。中國模具行業(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)工人知識老化，知識結(jié)構(gòu)不能適應現(xiàn)在的需要；而80年代以后從業(yè)的人員，專業(yè)知識、經(jīng)驗匱乏，動手能力差，不安心，不愿學技術(shù)。近年來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，使得模具設計、制造的技術(shù)水平難以提高。 二、未來沖壓模具制造技術(shù)發(fā)展趨勢 模具技術(shù)的發(fā)展應該為適應模具產(chǎn)品“交貨期短”、“精度高”、“質(zhì)量好”、“價格低”的要求服務。達到這一要求急需發(fā)展如下幾項： （1） 全面推廣CAD/CAM/CAE技術(shù) 模具CAD/CAM/CAE技術(shù)是模具設計制造的發(fā)展方向。隨著微機軟件的發(fā)展和進步，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培訓的技術(shù)服務的力度；進一步擴大CAE技術(shù)的應用范圍。計算機和網(wǎng)絡的發(fā)展正使CAD/CAM/CAE技術(shù)跨地區(qū)、跨企業(yè)、跨院所地在整個行業(yè)中推廣成為可能，實現(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 國外近年來發(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。高速銑削加工技術(shù)的發(fā)展，對汽車、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，實現(xiàn)快速數(shù)據(jù)采集、自動生成各種不同數(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雜的成型電極，這顯然是電火花成形加工領域的重大發(fā)展。國外已有使用這種技術(shù)的機床在模具加工中應用。預計這一技術(shù)將得到發(fā)展。 (5)提高模具標準化程度 　　我國模具標準化程度正在不斷提高，估計目前我國模具標準件使用覆蓋率已達到30%左右。國外發(fā)達國家一般為80%左右。 (6)優(yōu)質(zhì)材料及先進表面處理技術(shù) 　　選用優(yōu)質(zhì)鋼材和應用相應的表面處理技術(shù)來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發(fā)展工藝先進的氣相沉積(TiN、TiC等)、等離子噴涂等技術(shù)。 (7)模具研磨拋光將自動化、智能化 　　模具表面的質(zhì)量對模具使用壽命、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。 (8)模具自動加工系統(tǒng)的發(fā)展 　　這是我國長遠發(fā)展的目標。模具自動加工系統(tǒng)應有多臺機床合理組合；配有隨行定位夾具或定位盤；有完整的機具、刀具數(shù)控庫；有完整的數(shù)控柔性同步系統(tǒng)；有質(zhì)量監(jiān)測控制系統(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 模具工藝設計 4.1計算毛胚尺寸 4.2確定排樣方案 4.3計算材料利用率 4.4計算沖壓力 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 4.6計算壓力中心 4.7計算沖裁模凸、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計算彎曲模工作部分尺寸 4.8.1彎曲時凸模與凹模之間的間隙 4.8.2彎曲時凸模與凹模的寬度尺寸 4.8.3彎曲時模具圓角半徑與凹模深度 第5章 模具結(jié)構(gòu)設計 5.1沖裁模結(jié)構(gòu)設計 5.1.1凸模的結(jié)構(gòu)設計 5.1.2凹模的結(jié)構(gòu)設計 5.1.3凸凹模的結(jié)構(gòu)設計 5.1.4定位零件的設計 5.1.5導向零件的設計 5.1.6卸料與推件裝置的設計 第6章總結(jié)體會參考文獻 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的力學性能見下表 材料名稱 牌號 材料狀態(tài) 抗剪強度 τ/MPa 抗拉強度 σ/MPa 延伸率 δ/％ 屈服強度 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，主要存在以下幾點要注意的問題： 1. 零件內(nèi)、外形轉(zhuǎn)角部都以圓角過渡，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φ11孔與左邊距僅相距3.5mm，在設計模具結(jié)構(gòu)時應加以注意； 4. 沖裁時可滿足φ21的公差要求； 5. 各孔中心距之間無公差要求，孔中心與邊緣距離尺寸也無公差要求； 6. 彎曲角為90°，無公差要求。 通過上述工藝分析可知，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，單件復合沖壓。 （4） 切邊（落料）—沖孔—彎曲，單件復合沖壓。 沖孔時：沖底部兩個直徑11孔、一個直徑21孔和兩個腰形孔，其余六個直徑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。利用導料銷縱向送料，板料沿著導料銷的一側(cè)導向送進，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，為保證沖裁件精度，采用對角導柱滑動導向模架。以保證精確定位，提高沖壓件質(zhì)量及模具壽命。 第4章 工藝設計 4.1 計算毛胚尺寸 板料彎曲時，中性層長度是不變的，因此根據(jù)變形前后中性層長度不變的原則來確定彎曲件毛胚展開的長度和尺寸。由于彎曲變形程度、彎曲方法、彎曲件形狀及標注方法等不同，故計算方法略有不同，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。 本設計中采用概算法，彎曲件分為直邊和彎曲兩部分，以其中性層長度之和可求得彎曲件展開長度，但彎曲部分的中性層要考慮位移。 查文獻【1】可知該零件的毛胚展開尺寸可按下式計算： 式中: ——彎曲件展開長度，mm; ，——彎曲件直邊長，mm； r——彎曲件彎曲半徑，mm； ——層位移系數(shù)，查文獻【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，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，經(jīng)過試壓修正，實際毛胚尺寸取=355mm。 同理，可計算出其他部位尺寸，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?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，該零件形狀比較復雜，孔、槽較多，只能采用有廢料排料，由此形成的設計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)應盡量簡單和操作方便，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【1】表3-12可查得該零件沖裁時的最小搭邊值如下： 工件間a=3mm， 側(cè)面b=3.5mm。 考慮到實際情況，取a=b=5mm。 由此可知，條料寬B=355+2b=365mm，單件制件所需材料長L=253+a=258mm。 查文獻【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94.2%。 4.3 計算材料利用率 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)濟性、合理性的指標是材料的利用率。 由文獻【1】可查得材料利用率計算公式如下： 式中: ——得到制件的總面積,mm2； ——一個步距地條料面積（LB），mm2。 由制件毛胚圖等參考資料可計算出： 4.4計算沖壓力 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的主要依據(jù)，也是設計模具所必須得數(shù)據(jù)。在沖裁過程中，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【1】可知沖裁力的計算公式如下： F沖 = 式中: ——系數(shù)，取1.3； ——沖裁件周長，mm； ——材料抗剪強度，MPa，查文獻【2】表4-12取=300MPa； ——材料厚度，mm，=4mm。 制件周長由外周長和內(nèi)孔周長組成： 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定形狀時需要壓力機施加的壓力，是設計沖壓工藝和選擇設備的依據(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)眾多而難以精確計算，故常采用經(jīng)驗公式或簡化公式計算，總的來說，分為自由彎曲力計算和校正彎曲力計算兩類。 本設計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【1】查得校正彎曲力的計算公為式如下： F彎 =AP 式中：A——工件被校正部分在垂直于凸模運動方向上的投影面積，mm2； P——單位校正力，MPa，查文獻【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，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)進行，需要一定的御料力和推料力將工件或廢料頂出。 由文獻【1】可得御料力和推料力計算公式如下： 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【1】表3-13得K推=0.045、K御=0.035； ——同時卡在凸模洞孔的件數(shù)，一般卡3-5件，本設計中取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 查文獻【3】表1-83閉式單點壓力機技術(shù)規(guī)格（部分）參數(shù)，初選公稱壓力為8000KN的壓力機，型號為JA31-630B。 4.6計算壓力中心 沖壓力合力的作用點稱為壓力中心。為了保證壓力機和沖模正常平穩(wěn)地工作、必須使沖模的壓力中心通過模柄軸線與壓力機滑塊中心重合，從而保證模具的使用壽命和制件的加工質(zhì)量。 本設計中，制件采用單件沖壓，沖壓件圖形本身左右對稱，故采用解釋法求壓力中心較為方便。建立坐標系如下圖所示： 因為左右對稱，所以=0，只需求。 由文獻【1】可查得壓力中心計算公式如下： =133.16≈133mm 4.7計算沖裁模凸、凹模刃口尺寸 沖裁模凸、凹模刃口尺寸的計算與加工方法有關(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，以沖21孔的凸模為基準件，圖樣上只需標注基準件的尺寸及公差，配作件僅標注基本尺寸，注明與基準件配作及應保證的間隙值。 由文獻【1】表3-17可得沖孔時凸模與凹模配作加工工作部分尺寸和公差計算公式如下： 式中：、——沖孔凸、凹?；境叽?，mm； ——基準件基本尺寸，mm；為21mm； ——制件制造公差，mm；查文獻【1】表3-15取=0.30mm； ——最小合理間隙，mm；查文獻【4】表2-12取=0.640mm； ——因數(shù)；查文獻【1】表3-15取=0.5； 、——凸、凹模的制造公差，查文獻【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、凹模在四個方向與板料作用并使之分離，從制件毛胚圖可知，該工序為落料工序，尺寸a、b為落料尺寸。為使計算簡單，直接取a和b為凸模基本尺寸。 (1)切斷刃口尺寸： （2）切邊刃口尺寸： 4.8計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彎曲時凸模與凹模之間的間隙 彎曲V形工件時，凸、凹模間隙時靠調(diào)整壓力機閉合高度來控制的，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?shù)拈g隙。間隙的大小對于工件質(zhì)量和彎曲力有很大影響。間隙越小，彎曲力越大。間隙過小，則會使工件壁變薄，并降低凸模壽命。間隙過大，則回彈較大，還會降低工件精度。 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【1】得凸、凹模單邊間隙可按下式計算： 式中：——彎曲時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【1】表5-10取=0.07； ——板料厚度的正偏差，本設計中取=0。 由上述數(shù)據(jù)可求得： 4.8.2彎曲時凸模與凹模的寬度尺寸 凸模與凹模的寬度尺寸（見下圖）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 彎曲模尺寸簡圖 根據(jù)工件尺寸的標注樣式不同，凸模與凹模的寬度尺寸可按下表所列公式進行計算： 工件尺寸標注方式 凸模尺寸 凹模尺寸 用外形尺寸標注 以凸模為基準件 L凹= L凸按凹模尺寸配制， L凸=（L凹 用內(nèi)形尺寸標注 L凹按凸模尺寸配制， L凹=（L凸 以凸模為基準件 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注，且無尺寸公差。故凸模與凹模寬度計算公式如下： L凹=L L凸=（L凹 第二次彎曲時： L凹= L凸= 第二次彎曲時： L凹= L凸= 4.8.3彎曲時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。當工件彎曲半徑r小于時，則應取，然后在利用隨后的整形工序滿足制件的要求，此時，整形模的圓角半徑=r。對于工件圓角半徑較大，而且精度要求較高時，應考慮回彈的影響，將凸模圓角半徑根據(jù)回彈角的大小作相應的調(diào)整，以補償彎曲的回彈量。 本設計中取=r=5mm。 （2）凸模圓角半徑。 工件在壓彎過程中，凸模將工件壓入凹模而成形，凸?？诓康膱A角半徑對于零件質(zhì)量有明顯的影響。如過小，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【1】表5-12可知： 第二次彎曲時：=15mm； 第三次彎曲時；=20mm。 （3）凸模深度。 凸模深度尺寸要適中，若過小，毛胚兩邊自由部分太多，彎曲件彈復大又不平直，彎曲件質(zhì)量下降；若過大，凸模增大，則模具耗材也增多，且壓力機需要有較大的工作行程。查文獻【1】表5-12可得凸模的深度L： 第二次彎曲時：L=40mm； 第二次彎曲時：L=55mm。 第5章 模具結(jié)構(gòu)設計 本制件加工過程中需要沖裁模和彎曲模兩類模具。 5.1沖裁模結(jié)構(gòu)設計 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)的合理性和先進性，對沖裁件的質(zhì)量與精度、沖裁加工的生產(chǎn)率與經(jīng)濟效應、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)設計 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。 查閱查考文獻選擇如下圖所示的凸模結(jié)構(gòu)簡圖： 中型圓孔凸模 參閱文獻【1】可得凸模長度計算公式如下： 式中：——凸模長度，mm； ——凸模固定板厚度，mm；查文獻【1】表1-300取=30mm； ——卸料板厚度，mm；查文獻【1】表1-300取=30mm； ——導板厚度，mm；查文獻【1】表1-300取=12mm； ——附加長度，包括凸模的修磨量，凸模進入凹模的深度，凸模固定板與卸料板的安全距離等。一般取15mm～20mm，本設計取=20mm。 mm 在一般情況下，凸模的強度是足夠的，所以不用進行強度計算。但本制件板料厚度較大，應進行壓應力和彎曲應力的校核，檢查其危險斷面尺寸和自由長度是否滿足強度要求。 （1）壓應力的校核 查文獻【1】可知圓形凸模按下式進行壓應力校核： 式中：——凸模最小直徑，mm； ——料厚，mm；=4mm； ——材料的抗剪強度，MPa；255 MPa～333 MPa； ——凸模材料的許用壓應力，MPa；1800MPa～2000 MPa 解得：2.96mm 該制件最小的孔為?11，顯然圓凸凸模壓應力強度符合條件。 （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，可分為無導向裝置和有導向裝置凸模兩種情況，本設計中為有導向裝置凸模。 查文獻【1】可知其計算公式如下： 式中：——允許的凸模最大自由長度，mm ——凸模最小直徑，mm；11mm； ——沖裁力，N。=53882N。 解得：140.8mm。 顯然，凸模的長度符合穩(wěn)定性要求。 5.1.2凹模的結(jié)構(gòu)設計 凹模的結(jié)構(gòu)形式較多,按外形可分為標準圓凹模和板狀凹模，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，凹模磨損后的修摸量較小。但刃口強度較低，刃口尺寸在修磨后略有增大。適用于形狀簡單，精度要求不高，材料厚度較薄工件的沖裁。當t＜2.5mm時，a=15`；當t=2.5～6mm時a=30`；當采用電火花加工凹模時，a=4`～20`。 圖b、c為圓柱刃口筒形或錐形凹模。刃口強度較高，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。適用于形狀復雜或精度要求較高工件的沖裁。當t＜0.5mm時，h=3～5mm;當t=0.5～5mm時，h=5～8mm;當t=5～10mm時，h=10～15mm,a=3°～5°。 本設計中凹模采用b圖所示結(jié)構(gòu)形式。 沖裁時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)又比較復雜，目前還不可能用理論計算法確定凸模尺寸，在生產(chǎn)中大都采用經(jīng)驗公式概略地計算凹模尺寸，查文獻【1】可得其計算公式如下： 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。 凹模板長度L為： L=355（步進距）+2c=505mm。 凹模板寬度B為： B=258（料寬）+2c=408mm。 查文獻【2】表5-7選L*B=500*500規(guī)格滑動導向?qū)悄＞吣＜堋? 5.1.3凸凹模的結(jié)構(gòu)設計 凸凹模式復合模中的關(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，所以當沖件孔邊距離較小時必須考慮凸凹模的強度。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)驗數(shù)據(jù)決定。不積聚廢料的凸凹模的最小壁厚；對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；對于有色材料與軟材料約等于工件料厚，但不小于0.5mm。本設計中，凸凹模尺寸滿足最小壁厚條件，具體形狀和尺寸見模具裝配圖。 5.1.4定位零件的設計 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，常見的定位零件有：擋料銷、定位板、導正銷、側(cè)刃和導料尺等。 本設計中采用圓頭固定擋料銷定位，導料板送料，具體形狀和尺寸見裝配圖。 5.1.5導向零件的設計 在大批量生產(chǎn)中為了便于裝?；蛟诰纫筝^高的情況下，模具都采用導向裝置，以保證精確定位，提高沖件質(zhì)量及模具壽命。 本設計中，采用滑動導柱、導套進行導向，具體尺寸見裝配圖。 5.1.6卸料與推件裝置的設計 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，但無壓料作用，毛坯材料厚度大于0.8mm以上時采用。 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，可采用剛彈性相結(jié)合的卸料裝置。 本設計中，采用剛性卸料裝置和剛性推件裝置。 卸料板的厚度h見小表： 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 通過論文設計可以看出，此設計對于改造一個廠的現(xiàn)有設備有一定的意義。在我國，絕大多數(shù)機械、電器制造廠商都擁有這種設備，隨著生產(chǎn)力的提高，舊的生產(chǎn)設備將會被新的生產(chǎn)設備所淘汰。而對于企業(yè)來說舊設備的淘汰將是一種損失。通過改造，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)沖壓模具在機械生產(chǎn)中占有及其重要的作用，它是機械學與材料學的統(tǒng)一。模具加工本身就是一種生產(chǎn)力較高的生產(chǎn)方式，加上自動化設備的模具加工更進一步地提高了它的生產(chǎn)力。 總結(jié)與體會 通過本次設計，我加強了沖壓模具方面知識的學習，作為本人的專業(yè)我知道沖壓模具在當今生產(chǎn)的重要意義。而經(jīng)過這一次設計，我加強了沖壓學、沖壓加工工藝以及材料學的理解。而更重要的是本人力求創(chuàng)新，把大學所學知識綜合起來，用計算機語言、傳感器技術(shù)、微機原理、微型計算機接口技術(shù)、電子電路、液壓氣動結(jié)合起來完成這一設計，這使得我的綜合能力素質(zhì)能力得以大大的提高，也是我大學所學知識的一種具體表現(xiàn)。 致 謝 本次設計是在云南航天工業(yè)總公司的呂昭莉老師及牛老師的悉心指導下完成的，他們嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、高深的學術(shù)水平使我受益匪淺，他們對本人在學習、工作、生活等方面的深切關(guān)心與幫助使我終生難忘。在此謹向呂老師、牛老師表示衷心的感謝和誠摯的敬意！ 最后感謝機械工程系慶華老師及其他領導、老師和同學在我學習期間的關(guān)心、支持和幫助！ 參考文獻 [1] 肖景容、姜奎華主編.《沖壓工藝學》P20公式2-8.機械工業(yè)出版社2004.1 [2] 鄭可鍠主編. 《實用沖壓模具設計手冊》P16表1-24.宇航出版社.1990.5 [3] 肖景容、姜奎華主編.《沖壓工藝學》P23表2-10.機械工業(yè)出版社2004.1 [4] 肖景容、姜奎華主編.《沖壓工藝學》P13表2-2.機械工業(yè)出版社2004.1 [5] 肖景容、姜奎華主編.《沖壓工藝學》P14表2-3.機械工業(yè)出版社2004.1 [6] 肖景容、姜奎華主編.《沖壓工藝學》P15表2-4.機械工業(yè)出版社2004.1 [7] 薛啟翔編著.《沖壓模具設計制造難點與竊門》P11表1-4 .機械工業(yè)出版社2003.9 [8] 杜東福、茍文熙編《冷沖壓模具設計》P284.湖南科學技術(shù)出版社1985.7 [9] 趙永康主編《IBM-PC微型計算機自動測控技術(shù)實驗入應用》 [10] 李泰良、楊家禾、李國鑫、王魯嘉、周冬明編《電子線路》云南大學出版社1996.7 [11] 姚新主編《液壓與氣動》高等教育出版社2003.7 [12] 譚浩強著《C程序設計（第二版）》清華大學出版社 [13] 《機械設計手冊軟件版R2.0》機械工業(yè)出版社