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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)北市國立臺(tái)灣大學(xué)機(jī)械工程部門 在沖壓過程中，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，而且起皺不能通過增加沖壓力來被抑制。在研究帶有階梯的矩形杯子沖壓過程的起皺時(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。在無起皺產(chǎn)品中介于模擬結(jié)果和實(shí)測結(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增加沖壓力來防止起皺，但是過度的拉力會(huì)通過裂痕導(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)明了一種測試，在這種測試?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題，通過理論分析，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單形狀零件關(guān)聯(lián)的起皺問題上，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題成為可能。在當(dāng)前的研究中，三維有限元分析法被用來分析在沖壓一個(gè)帶有階梯的矩形部分的過程中，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。在沖壓過程中，側(cè)壁上的金屬板料相對(duì)沒被支撐，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。通過使用有限元分析法和用適宜的模具設(shè)計(jì)來減少起皺，起皺的原因被確定。在觀測一個(gè)實(shí)際產(chǎn)品成形時(shí)，通過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為以上工具生產(chǎn)網(wǎng)眼系統(tǒng)。對(duì)于有限元模擬來說，工具被認(rèn)為是剛硬的，而且對(duì)應(yīng)的網(wǎng)眼被用來定義工具幾何學(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模擬。為在飛機(jī)上切割下的樣本測試被進(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)壁沒被支撐的金屬板料的寬度取決于沖模間隙，起皺假想通過增加沖壓力來被抑制。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。這就說明在沖壓過程中，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也被用來模擬。 模擬結(jié)果顯示沖壓力的增加并沒有幫助消除發(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)品的程序包括通過清理焊縫的深拉。在這種深拉過程中，沒有焊縫被用在沖模表面來幫助幫助金屬的流動(dòng)。但是，由于沖頭拐角處的半徑過小和其復(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，拉裂可以通過增加以半徑來避免。這種理念在現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品中通過增加半徑得到證實(shí)。 個(gè)別的嘗試也被用來消除起皺。第一，沖壓力加到原來的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)象沒有起有很大的效果。通過增加摩擦和毛坯尺寸也得到同樣的結(jié)論。于是我們推測，這種起皺不能通過增加沖壓力來得到抑制。 由于在金屬屈服于過大壓力的區(qū)域，往往會(huì)因?yàn)榇罅康慕饘倭鲃?dòng)而起皺，一種通過在起皺區(qū)域增加掛鉤用于消除起皺的簡單方法被用來吸收多余的材料。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，一些起皺仍然沒被吸收。這說明在側(cè)壁處需要更多的掛鉤來吸收所有過量的材料，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)是沖壓過程中板料的變形形狀可以被監(jiān)測，而這在真實(shí)的產(chǎn)品沖壓過程中是不可能的。對(duì)沖壓過程中金屬流動(dòng)的精密監(jiān)測顯示板料最開始通過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)這種說法，兩種改進(jìn)過了的模具設(shè)計(jì)被用來實(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，通過兩步拉深工序可以造出沒有起皺的階梯矩形杯子，同時(shí)也說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^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 有限元分析法說明用簡單的拉深操作來設(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，而且通過有限元模擬分析法結(jié)果去切除較低的臺(tái)階來改善模具設(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，而且零件還沒有起皺，如圖14所示。通過有限元模擬分析法得到的零件也沒有起皺。 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 無缺陷產(chǎn)品零件 圖15 G-H處模擬和測量厚度 5概要和結(jié)束語 通過有限元模擬分析法研究了兩種在沖壓過程中的起皺，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增加沖壓力的方法來得到抑制。 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)過程中，通過有限元模擬分析法單獨(dú)的嘗試被用來消除起皺，切除了臺(tái)階的模具被建立。通過無缺陷的零件證實(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 作者希望感謝中國人民共和國民族科學(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。 參考文獻(xiàn) 1. K. Yoshida， H. Hayashi， K. Miyauchi， Y. Yamato， K. Abe， M. Usuda， R. Ishida and Y. Oike，在金屬板料，皺紋機(jī)械工具的效果取決于不均勻的拉深 2. T.X.Yu，W.Johnson 和 W.J.Stronge， “圓形碟子在半球形模具中的沖壓成形”，機(jī)械學(xué)雜志，26，pp.131-148，1984 3. W.J.stronge，M.P.F.Sutcliffe和T.X.Yu，在沖壓期間，圓形碟子的塑性起皺。實(shí)驗(yàn)的技巧，pp.345-353，1986. 4. R.Narayanasamy和R.Sowerby，“當(dāng)用一種圓錐形的沖模成形時(shí)的金屬板料起皺”，材料處理技術(shù)雜志，41，pp.275-290，1994. 5. W.F.Hosford 和 R.M.Caddell，金屬成形:機(jī)械和冶金，1993年第二季。 加油口支座沖孔落料模具設(shè)計(jì) 江西農(nóng)大工學(xué)院(系)本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))完成情況登記卡 姓 名 于軍超 性別 男 學(xué)號(hào) 20050461 院(系) 工學(xué)院 專業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班級(jí) 機(jī)制052 論文(設(shè)計(jì))題 目 完成情況 完成提綱時(shí)間 完成初稿時(shí)間 成二稿時(shí)間 定 稿 時(shí) 間 所 用 主 要 參 考 資 料 索 引 畢 業(yè) 論 文 、 設(shè) 計(jì) 指 導(dǎo) 情 況 指導(dǎo)次數(shù) 指導(dǎo)日期 求教事項(xiàng) 指導(dǎo)內(nèi)容 指導(dǎo)教師簽名 學(xué)校代碼：10410 序 號(hào)：20050461 本 科 畢 業(yè) 論 文 題目： 加油口支座沖孔落料模具設(shè)計(jì) 學(xué) 院： 工 學(xué) 院 姓 名： 于軍超 學(xué) 號(hào)： 20050461 專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 年 級(jí)： 2005級(jí) 指導(dǎo)教師： 曾一凡 二OO九年 五 月 3 目 錄 前 言 .............................................................1 一. 工藝設(shè)計(jì) .......................................................4 1.1． 零件的工藝分析 ...............................................4 1.2.確定沖裁的工藝方案及模具的結(jié)構(gòu)形式 .............................5 二. 模具設(shè)計(jì) .......................................................7 2.1 毛坯尺寸計(jì)算 ...................................................7 2.2 合理排樣和條件寬度 .............................................7 2.3 主要工藝參數(shù)計(jì)算 ...............................................8 2.3.1．各工序沖壓力的計(jì)算 ........................................8 2.3.2．凹模,凸模工作尺寸的計(jì)算 ..................................10 三．橡皮的設(shè)計(jì)和選用 ...............................................13 四．確定各個(gè)主要零件的外型尺寸 .....................................15 4.1．凹模外型尺寸的確定: ..........................................15 4.2．凸模固定板和凹凸模外形尺寸的確定: ............................15 4.3．凹,凸凹模退料板外形尺寸的確定: ...............................15 4.4 模架．模柄和墊板的外形尺寸的確定: .............................15 4.5．計(jì)算模具的閉合高度: ..........................................16 4.6．確定所用沖床: ................................................16 4.7．卸料螺釘．緊錐螺釘和銷釘?shù)倪x用 ...............................16 4.8．模具工作過程描述 .............................................17 4.9．模具圖樣設(shè)計(jì) .................................................17 五. 模具的改進(jìn) .....................................................18 總結(jié) ...............................................................19 參考文獻(xiàn) ...........................................................20 致 謝 ...........................................................21 機(jī)制 052 班 于軍超:加油口支座沖孔落料模具設(shè)計(jì)說明 書 2 【中文摘要】： 本次設(shè)計(jì)的課題是加油口支座沖孔落料模具的設(shè)計(jì)， 此次設(shè)計(jì)主要針對(duì)沖壓工藝和沖模設(shè)計(jì)兩方面展開。首先針對(duì)模具的發(fā)展進(jìn)行 了一定得分析和詮釋，以及解釋此次的設(shè)計(jì)內(nèi)容；然后是工藝設(shè)計(jì)主要內(nèi)容是 對(duì)零件的分析和模具的選擇方法；其次是模具的設(shè)計(jì)；然后是橡皮的設(shè)計(jì)和選 用；緊接著是確定各個(gè)主要零件的尺寸；然后對(duì)模具的改進(jìn)進(jìn)行了分析；最后 總結(jié)了此次設(shè)計(jì)過程。 關(guān)鍵詞： 模具、模具選擇、橡皮、工藝設(shè)計(jì)、模具改進(jìn)。 機(jī)制 052 班 于軍超:加油口支座沖孔落料模具設(shè)計(jì)說明 書 3 【Abstract】: The project's name is the design of oil filler bracket piercing and blanking die. This design is mainly about two aspects, namely sheet metal forming technology and punch die design. It analyses and interprets the development of mold,as well as explains the contents of this project; The main body of the technological design is about the analysis of parts and the selection method of mold; Becides it concerns the mold design and the design and selection of rubber;moreover it is about the determination of every parts' sizes and analysis of the improvement of mold; finally it summarizes the process of this design.’ key words: mold, mold selection, rubber, technological design, mold improvement 機(jī)制 052 班 于軍超:加油口支座沖孔落料模具設(shè)計(jì)說明 書 1 前 言 沖壓是機(jī)械制造中先進(jìn)的加工方法這一，它利用壓力機(jī)通過對(duì)模具板料的 加工，使其產(chǎn)塑性變形或分離。從而獲的一定的形狀，尺寸和性能的零件。 沖壓是通過模具對(duì)板材施加壓力或拉力，使板材塑性成形。有時(shí)對(duì)板料施 加剪切力，而使板材分離，從而獲得一定尺寸、形狀和性能的一種零件加工方法， 由于沖壓加工經(jīng)常在室溫狀態(tài)下進(jìn)行，因此也稱冷沖壓；沖壓加工的材料一般為 板材或帶材，故也稱為板材沖壓。 沖壓加工需研究沖壓工藝和模具兩個(gè)方面的問題，根據(jù)通用的分類方法， 沖壓工藝可以分成分離工序和成形工序兩大類。 沖壓加工作為一個(gè)行業(yè)，在國民經(jīng)濟(jì)的機(jī)械加工工業(yè)中占有重要的地位。 根據(jù)統(tǒng)計(jì)，沖壓零件在各個(gè)行業(yè)中均占有相當(dāng)大的比重，尤其在汽車、電機(jī)、儀 表、軍工、家用電器等方面所占比重更大。沖壓加工的應(yīng)用范圍較大，從精細(xì)的 電子元件、儀表指針到重型汽車的覆蓋件和大梁、高壓容器封頭以及航空、航天 器的蒙皮、機(jī)身等均需沖壓加工。 沖壓件在形狀和尺寸精度方面的互換性較好，一般情況下，可以直接滿足 裝配和使用要求。此外在沖壓加工過程中由于材料經(jīng)過塑性變形，金屬內(nèi)部組織 得到改善，機(jī)械強(qiáng)度有所提高。所以，沖壓件具有質(zhì)量輕、剛性好、精度高和外 表光滑、美觀等特點(diǎn)。 沖壓加工是一種高生產(chǎn)率的加工方法，由于沖壓加工的毛坯是板材或卷材， 一般又在室溫狀態(tài)下加工，因此較易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化，比較適宜配置機(jī)器人 而實(shí)現(xiàn)無人化生產(chǎn)。 沖壓加工的材料利用率較高，一般可達(dá) 70%——85%。沖壓加工的能耗也較 底，由于沖壓生產(chǎn)具有節(jié)材、節(jié)能和高生產(chǎn)率等特點(diǎn)，所以沖壓件可批量生產(chǎn)其 成本比較底，經(jīng)濟(jì)效益較高。 當(dāng)然，沖壓加工與其它加工方法一樣，也有其自身的局限性。例如，沖壓 模具的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，模具的價(jià)格又偏高。因此，對(duì)小批量、多品種生產(chǎn)時(shí)采用 昂貴的沖模，經(jīng)濟(jì)上不 合算，目前為了解決這一問題，正在努力發(fā)展一些簡易 沖模， 機(jī)制 052 班 于軍超:加油口支座沖孔落料模具設(shè)計(jì)說明 書 2 如聚氫酯、橡膠沖模，低合金沖模以及采用組合沖模、鋼皮模等。同時(shí)也在進(jìn)行 沖壓加工中心等新型設(shè)備與工藝的研究。 采用沖壓與焊接或膠接等復(fù)合工藝，可以使零件結(jié)構(gòu)更趨合理，加工更為 方便，成本更易降低。這是制造復(fù)雜形狀結(jié)構(gòu)件的發(fā)展方向之一。 沖壓工藝，模具以及沖壓設(shè)備等正在隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而不斷發(fā)展，從 總體來看，現(xiàn)代沖壓與模具的主要方向可以歸納為以下幾個(gè)方面 近年來，沖壓成形工藝有很多新的發(fā)展，特別是緊密沖裁、緊密成形、精 密剪切、復(fù)合材料成形、超塑性成形、軟模成形以及電磁成形等新工藝日新月異。 沖壓件的成形精度日趨精確，生產(chǎn)率也有極大的提高，正在把沖壓加工提到高品 質(zhì)的新的發(fā)展水平。前幾年的精密沖壓主要是指對(duì)平扳零件進(jìn)行精密沖裁，而現(xiàn) 在除了精密沖裁外還可兼有精密彎曲、精密拉深、壓印等，可以進(jìn)行復(fù)雜零件的 立體精密成形，過去的精密沖裁只能對(duì)厚度 5——8mm 的薄扳或中扳進(jìn)行加工， 現(xiàn)在可以對(duì)厚度達(dá) 25mm 的厚扳實(shí)現(xiàn)精密沖裁，并可對(duì) ?>900Mpa 的高強(qiáng)度合金材 料進(jìn)行精沖。 由于引入了計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE） ，沖壓成形已從原來的對(duì)應(yīng)力應(yīng)變進(jìn)行 有限元等分析而逐步發(fā)展到采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行工藝過程的模擬與分析，以實(shí)現(xiàn)沖壓 過程的優(yōu)化設(shè)計(jì)，在沖壓毛坯設(shè)計(jì)方面也開展了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）,可以對(duì) 排料成拉深毛坯進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。 此外，對(duì)沖壓成形性能和成形極限的研究，沖壓件成形難度的判定以及成 形預(yù)測等技術(shù)的發(fā)展，均標(biāo)志著沖壓成形已由原來經(jīng)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)分析階段開始走上 由沖壓理論指導(dǎo)的科學(xué)階段，使沖壓成形走向計(jì)算機(jī)輔助工程化和智能化的發(fā)展 道路。 沖壓工藝在機(jī)電產(chǎn)品，汽車零件等制造中應(yīng)用都非常廣泛。其中沖模是沖 壓工藝中必不可少的設(shè)備，沖壓工藝可以分成分離工序和成型工藝兩大類，而本 小組所研究的課題——加油口支座沖孔落料模具設(shè)計(jì)。主要針對(duì)沖壓工藝和沖模 設(shè)計(jì)這兩方面展開。其中沖孔落料模是沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)是非常重要是應(yīng)用廣 泛的一種。 為了圓滿完成任務(wù)設(shè)計(jì)，我與同學(xué)幾人到江西緊固件廠實(shí)習(xí)參觀，通過這 機(jī)制 052 班 于軍超:加油口支座沖孔落料模具設(shè)計(jì)說明 書 3 些天的努力，我了解到加油口支座的性能。工藝過程及技術(shù)條件（無毛刺、表面 平整）等等。 從中我們了解到此沖孔落料復(fù)合模結(jié)構(gòu)產(chǎn)實(shí)際。支座材料為 Q195 鋼，料較 薄 e=1.4，尺寸精度要求不高，但該零件為非對(duì)稱的多向彎曲件，需多次彎曲才 能成形，工序安排是否合理對(duì)零件質(zhì)量難易程度有較大影響。同時(shí)不同工序需設(shè) 計(jì)不同模具以滿足生產(chǎn)需求。本人設(shè)計(jì)著重介紹沖孔落料模的設(shè)計(jì)步驟，結(jié)構(gòu)特 點(diǎn)及工作過程，同時(shí)，考慮到在生產(chǎn)實(shí)際中，可能碰到的問題，不切生產(chǎn)實(shí)際， 所以對(duì)模具的工作過程及裝模、試模、修模工藝過程亦有所分析。 通過查閱技術(shù)文獻(xiàn)，參加生產(chǎn)現(xiàn)場，我們了解了沖壓件的生產(chǎn)工藝過程及 一些設(shè)備。 機(jī)制 052 班 于軍超:加油口支座沖孔落料模具設(shè)計(jì)說明 書 4 一. 工 藝 設(shè) 計(jì) 1.1． 零件的工藝分析 工件名稱：加油口支座 材料；Q195 e=1．4 工件簡圖：如圖 加工這樣的工件，傳統(tǒng)的工藝方法是采用二個(gè)工序來完成，即第一個(gè)工序是 沖孔、落料，第二個(gè)工序在翻孔成形。采用這種工藝方法須兩套模具，生產(chǎn)率低； 在第二步工序中操作者需將手伸入模具，安全性差；翻孔與外緣的同心度不易保 證。采用復(fù)合模一次完成落料、沖孔、翻孔工序，這樣能大大提高生產(chǎn)效率，避 免了傳統(tǒng)方法難以解決的手進(jìn)入模具的問題，操作方便、安全，沖出制件質(zhì)量較 好。 ① 該零件左右基本對(duì)稱，但兩端并不對(duì)稱，即為部分對(duì)稱，且材料叫薄為 1．4mm，少廢料排樣。 ② 該零件過度光滑，無尖角或其它突出形狀，且轉(zhuǎn)角半徑滿足要求。 ③ 該零件彎曲處轉(zhuǎn)寬，設(shè)有細(xì)長的懸臂和狹長的槽。 ④ 該零件有孔，沖孔尺寸大于沖孔極限尺寸，翻邊高度較低。 ⑤ 該零件的外型尺寸無公共要求，內(nèi)型尺寸，也公差要求，只有孔距他、 機(jī)制 052 班 于軍超:加油口支座沖孔落料模具設(shè)計(jì)說明 書 5 有精度要求，但精度要求也不變，其他尺寸都無精度要求。 通過以上的工藝分析，我們可以看出該零件為普通的板料沖壓件，且尺寸精 度要求不高。 結(jié)論，該零件可以采用沖壓方法生產(chǎn)，其沖裁性能較好，且能進(jìn)行中等批量 的生產(chǎn)。 1.2.確定沖裁的工藝方案及模具的結(jié)構(gòu)形式 ① 模具具體結(jié)構(gòu)形式的確定 通過我向技術(shù)員了解到，如果把凸模表在下模很難保證工件在沖壓工序中不 會(huì)起皺，這樣的話我把凸模表在下模部分---倒裝式。又為了提高生產(chǎn)效率，并 保證沖孔的位置精度 和沖壓件和形狀公差，根據(jù)材料的厚度，結(jié)論：我采用有 定位銷的倒裝式?jīng)_壓復(fù)合模，即沖孔落料一步到位。 ② 工序組合及方案比較選用 根據(jù)該原件的尺寸和形狀工藝性能和以上上述分析。我和同組成員討論后作 出以下方案組合。 方案一： （1）沖孔，落料 （2）沖缺同時(shí)沖余孔 方案二： （1）落料 （2）沖孔 （3）沖缺同時(shí)沖余孔 方案三： （1）沖所用孔同時(shí)落料 （2）沖缺 方案二：本工序較多，生產(chǎn)率更低，增加了模具的數(shù)量，且落料放在沖孔之 前，本來沖頭在完成沖孔后落料時(shí)能起到定位作用，從而提高加工的精度。這樣 的話它的沖壓精度更低，但它的模具更簡單，裝的更容易。方案三，從生產(chǎn)效率 看它最高。它將沖所有孔和落料一起進(jìn)行，還有成型和沖側(cè)也放在一起，這樣就 減少了沖壓工藝，減少了模具數(shù)量，提高了生產(chǎn)效率，同時(shí)它把沖工藝孔和其它 在一起，減少了孔間距的公差，提了沖孔的精度。但沖缺時(shí)沒有定位孔，僅僅靠 定位銷無法保證加工精度。 機(jī)制 052 班 于軍超:加油口支座沖孔落料模具設(shè)計(jì)說明 書 6 方案一，具有方案三的各項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，卻沒有方案三的欠定位問題，為最佳方案 我的設(shè)計(jì)任務(wù)：方案一的第一道工序即沖孔落料復(fù)合模設(shè)計(jì)。 二. 模 具 設(shè) 計(jì) 2.1毛坯尺寸計(jì)算 根據(jù)毛坯外形尺寸+搭邊尺寸=毛坯尺寸 2.2合理排樣和條件寬度 2.2.1．省料：/搭邊是廢料，從節(jié)省材料出發(fā)，搭邊值愈小愈好，但過小 的搭邊，易增加刃口磨損，降低模具壽命，影響沖裁件的剪切表面質(zhì)量。 2.2.2．排樣：/用工件只須內(nèi)孔翻邊，則落料件的尺寸與工件的外徑相等。 2.2.3．確定搭邊值和條件寬度： 由于該工件可按矩形來計(jì)算搭邊值，且該工件厚度 δ=1．4mm;它的搭邊值可 查表得：a=1．8mm,工件距離 a1=2．0mm 排樣方式和搭邊值確定之后，就可以確定條料寬度，為了保證送料順利，必 須考慮條料的單向（負(fù)向）公差，計(jì)算公式：B=D+2a+△; 式中 B—條料寬度的基本尺寸(mm) D—工件在寬度方向的尺寸(mm) a—c 側(cè) 搭邊的最小值(mm) △---條料寬度的單向（負(fù)向）公差(mm),可查表 于是 B=D+2a+△=81+2×2+(-0．6)=84．4mm 排樣圖如下: 機(jī)制 052 班 于軍超:加油口支座沖孔落料模具設(shè)計(jì)說明 書 7 由上可直接在剪板機(jī)上剪出 84．4×76．6mm 板料 2.3 主要工藝參數(shù)計(jì)算 2.3.1．各工序沖壓力的計(jì)算 這里我只計(jì)算我的第一道工序的各個(gè)沖壓力,至于其他工序的沖壓力另外同學(xué)會(huì)在他 的設(shè)計(jì)中詳細(xì)的介紹． 總沖壓力等于沖裁力與推料力之和． F2 = F + Ft ; F = F1 + F2 F1—落料時(shí)沖裁力; F2—沖孔時(shí)沖裁力 先計(jì)算沖裁件的周長 L = ∑L1 + ∑L2 εL1 為各直線的總長度, εL2 為該零件各圓弧長度的總和． 既 L = ∑L1 + ∑πθn·Rn/180°(其中 θn 為第 n 個(gè)圓弧對(duì)應(yīng)的角度) 通過計(jì)算可得: L = 2 × 24 + 47 + 48 + 3.14 × 1.4 – 2 ×1.4 + (81 - 65) × 3.14 × 2/2 + (65 - 24) × 4/2 + 2 × 3.14 × 1.5 = 194.8 + 82 + 9.4 = 286.2mm 機(jī)制 052 班 于軍超:加油口支座沖孔落料模具設(shè)計(jì)說明 書 8 該工件厚度為 1．4mm,其抗剪強(qiáng)度 τ=260~320Mpa 取 τ=300Mpa 各部分工藝力計(jì)算 ⑴ 落料力計(jì)算 F 落 = 1.3 L t τ 式中 F 落---落料力(N); L---工件外輪廓周長(mm); t---材料厚度(mm),t = 1．4mm; τ—材料的抗剪強(qiáng)度(Mpa)．由表查的 τ = 260∽320Mpa,取 τ = 300Mpa． L = 2 × 24 + 47 + 48 + 3.14 × 1.4 + 2 × 3.14 ×1.5 – 2 ×1.4 + ((81 - 65)/2) × 3.14 × 2 +（65 - 24）×2 = 194.8 + 9.4 + 82 = 286.2mm F 落 = 1.3 × L × 1.4mm × 300 Mpa ≈ 156.3kN (2)卸料力 F 卸 = K 卸 F 落 式中 K 卸---卸料力因數(shù),其值查表得 K 卸 = 0.045 則 F 卸 = 0.045 × F 落 = 7KN L = 286.2 落料力 F1=KtLτ = 1.3 × L × 1.4 mm × 300 Mpa = 156.3KN F 卸 = K 卸 F 1= 0.045F1 = 7KN F 頂 = K 頂 F1 = 0.06F1 = 9.45KN F 推 = nK 推 F1 = 0.055F1 = 8.6KN 又 4-R10 的周長為:4×6π=75.4mm 經(jīng)分析計(jì)算: 81 - 48.7 = 16.15 ; 16.15 – 2.5 = 13．65 ; 11 – 2.5 = 8.5; 2.5 – 1.4\2 = 1.8 ; 1.8 × 3.14 = 2.82 2.82 + 8.5 = 11.32 直徑為:81 - (13.65 + 11.32) × 2 = 31 所以內(nèi)空周長為:31 × 3.14 = 97.5 機(jī)制 052 班 于軍超:加油口支座沖孔落料模具設(shè)計(jì)說明 書 9 故沖孔力 F2 = KLtτ = （97.5 + 75.4）×1.4×1.3×300=94.4KN 所以 F 總 = F 落 + F 卸 + F 頂 + F 沖 = 156.3 + 7 + 9.45 + 94.4 = 267.15KN 2.3.2．凹模,凸模工作尺寸的計(jì)算 在工作尺寸計(jì)算前,我們先了解下列原則． ①如果屬于落料,則先確定凹?？诔叽纾⒁园寄５某叽鐬榛鶞?zhǔn)，沖裁間隙 通過減小凸模尺寸來滿足；若是沖孔，則先確定凸模刃口尺寸，沖裁間隙 通過增大凹模尺寸來滿足． ②對(duì)于落料件,凹模刃口尺寸的基本尺寸取工件的最小尺寸;對(duì)于沖孔件,凹 模刃口尺寸取工件的最大極限尺寸．且計(jì)算時(shí),還需用參數(shù) x=0.5-1 進(jìn)行修 正． ③不論落料還是沖孔，沖模刃口間隙一律采用最小合理間隙值(Zmin) ④對(duì)于凹模內(nèi)表面刃口尺寸制造偏差方向(+δp)；對(duì)于凸模外表面刃口尺 寸制造偏差方向(-δd)； ⑤沖模刃口尺寸制造偏差為：對(duì)于形狀簡單的圓形，方形刃口，制造偏差可 按 IT6-IT7 級(jí)(GB2-3 級(jí))來取或查表;對(duì)于復(fù)雜形狀刃口的制造偏差可按工 件相應(yīng)部位公差值的 1/4 選取． 我按凹模和凸凹模分開時(shí)計(jì)算刃口尺寸,所采用以下公式： 沖孔時(shí)（設(shè)工件孔的尺寸為 d +△） dp = (d + x△) - δp …………………………………………(1) dd = (dp + Zmin) +δd = (d + x△ + Zmin) +δd ……………(2) 落料時(shí)（設(shè)工件尺寸為 d- △） Dd = (D - x△) +δd ……………………………………………(3) Dp = (Dd - Zmin) - δp=(D- x△ -Zmin) - δp ………………(4) |δp| + |δd| ≤ Zmax-Zmin …… (5) 上式中 dp,dd____分別為沖孔凸模和凹模刃口尺寸 Dd,Dp――分別為落料時(shí)凹模和凸模的刃口尺寸 d,D――分別為沖孔件的孔徑和落料件外徑的基本尺寸 △――工件制造公差值 機(jī)制 052 班 于軍超:加油口支座沖孔落料模具設(shè)計(jì)說明 書 10 Zmin――最小合理間隙 δp, δd—分別是凸模和凹模制造偏差 根據(jù)以上公式和原則： 沖孔時(shí) 查表：Zmax＝0.240 Zmin＝0.132 δp＝-0.020, δd＝0.030，x＝0.5（磨損因數(shù)） |δp|+|δd|＝0．05≤max-Zmin＝0.108 滿足要求 故凸凹模采取分別制造的方法 1．沖孔凸凹模 （1）要求將工件尺寸大孔 ф31±0.3mm 為單向公差：30.4+0.6mm dp = (d+x△) – δp ＝ （30.4 + 0.5 × 0.6）-0.02 = 31-0.02mm dd = (dp+Zmin) + δd = (31+0.132)+ δd = 31.132+0.03mm （2）沖四小孔時(shí)：查表：Zmax ＝ 0.240 Zmin ＝ 0.132 Δp ＝ -0.020, δd ＝ 0.020，x ＝ 0.75（磨損因數(shù)） △ = 0.15 |δp| + |δd| ＝ 0．04 ≤ max- Zmin ＝ 0.108 滿足要求 故凸凹模采取分別制造的方法 *未注公差都按 IT12 等級(jí)查表可得 所以：d p = (d + x△) – δp ＝（6 + 0.75 × 0.15）-0.02-=6.11 - 0.02mm dd = (dp + Zmin) + δd = (6.11 + 0.132) +δd = 6.242 +0.02mm 2.落料凸凹模 （1）根據(jù)以上公式和原則： 落料時(shí) 查表：Zmax ＝ 0.240 Zmin ＝ 0.132 δp1 ＝ -0.025, δd ＝ 0.035，x ＝ 0.75（磨損因數(shù)）△ = 0.35 |δp| + |δd| ＝ 0.06 ≤ max – Zmin ＝ 0.108 滿足要求 機(jī)制 052 班 于軍超:加油口支座沖孔落料模具設(shè)計(jì)說明 書 11 故凸凹模采取分別制造的方法 所以： Dd1 = (D1 - x1△1) +δd1 = （81 - 0.75 × 0.35） +0.35 = 80.74+0.35 Dp1 = (Dd1 - Zmin) –δp = (80.74 - 0.132) -0.025 = 80.608 - 0.025 (2)同理可得 δp2 ＝ -0.02, δd2 ＝ 0.03，x2 ＝ 0.75 , △2 = 0.3 Dd2=(D2-x2△2)+δd =(75-0.75×0.3)+0.03 =74.74 +0.03 Dp1=(Dd1-Zmin)–δp=(74.74-0.132)-0.02 =80.608 -0.02 (3) 同理可得 δp3 ＝-0.02, δd3 ＝0.02，x3 ＝ 0.75 , △3 = 0.15 Dd3 = (D3 - x3△3) +δd =(10-0.75 ×0.15) +0.02=9.89 +0.02 Dp3 =(Dd3 - Zmin)–δp=(9.89 - 0.132) -0.02 = 9.758 - 0.02 (4) 同理可得 δp4 ＝-0.025, δd4 ＝ 0.035，x4 ＝ 0.5 , △4 = 0.35 Dd4=(D4 - x4△4)+δd 4=(100- 0.5×0.35) +0.035=99.82 +0.035 Dp4=(Dd4 - Zmin)–δp4 =(99.82 - 0.132)-0.025 =99.688 - 0.025 (5) 同理可得 δp5 ＝ - 0.02, δd5 ＝ 0.02，x5 ＝ 0.75 , △5 = 0.1 Dd5 =(D5 - x5△5) +δd 5 =(2.8-0.75×0.1) +0.02 = 2.725 +0.02 Dp5=(Dd5 - Zmin)–δp5 = (2.75 - 0.132) -0.02 = 2.618 -0.02 (6) 同理可得 δp6 ＝ -0.02, δd6＝ 0.02，x6＝ 0.75 , △ 6 = 0.1 Dd6 =(D6 - x6△6) +δd 6 =(1.5-0.75 ×0.1)+0.02 =1.425 +0.02 Dp6 =(Dd6 - Zmin)–δp6 = (1.425-0.132)-0.02 = 1.293 - 0.02 機(jī)制 052 班 于軍超:加油口支座沖孔落料模具設(shè)計(jì)說明 書 12 3.孔心距 Ld = L ±△/8 式中 Ld----凹?？仔木嗟臉?biāo)稱尺寸（mm） ； L----工件孔心距的標(biāo)稱尺寸（mm） ； △----工件孔心距的公差。 所以 ① Ld = L ±△/8 = 65±0.2/8 = 65 ±0．025 ② Ld = L ±△/8 = 48±0．2/8 = 48 ±0．025 落料部分由于形狀比較復(fù)雜，所以采取凸凹模配合加工的方法來制造， 這里先加工凹模，凸模的尺寸按照凹木的尺寸來做，由于該零件的外型尺 寸設(shè)標(biāo)公差，該零件的外型尺寸的精度要低，用它的凹模尺寸工件的展開 尺寸的外型尺寸來做，它的落料凹模采取的是組合凹模的形式經(jīng)過查手冊(cè) 用它的具體尺寸可見零件圖，凸模則以凹模為基準(zhǔn)件按照配做，根據(jù)手冊(cè) 查的保證其間隙在 0．08mm～0．12mm 之間就可以了． 三．橡皮的設(shè)計(jì)和選用 我設(shè)計(jì)的沖裁復(fù)合摸采用橡皮為彈性元件,其優(yōu)點(diǎn)是承受負(fù)荷比彈性大, 且安裝調(diào)整方便,選用方法如下: 1．卸料和頂料裝置應(yīng)選擇較硬的橡皮,而拉深時(shí)壓邊所用的較軟 2．橡皮壓力按下式計(jì)算: F=s×q 式中 機(jī)制 052 班 于軍超:加油口支座沖孔落料模具設(shè)計(jì)說明 書 13 F---橡皮壓力(N) s---橡皮的橫截面積(cm2) q---單位壓力(F/cm2)可查表選取 3． 為了保證橡皮不致過早損壞而失去彈性，所選橡皮的最大壓縮量不應(yīng) 超過起自由高度的 35～45%。另外橡皮在安裝后，一般應(yīng)預(yù)先壓縮 10～25%，過橡皮工作壓縮量（工作行程）不應(yīng)大于起高度的 25～35%從而可 得到選擇橡皮自由高度的計(jì)算公式： Hz=Hg/(0．25～0．35);Hz---------橡皮自由高度; Hg-----橡皮工作壓縮量(工作行程) 橡皮高度與直徑之比按下式進(jìn)行計(jì)算: 0．5≥Hz/D≤1．5 D 為橡皮直徑． 由上述可知板料厚度為 1．4mm,推件力為 8．6KN,又因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)的上模有四 塊橡皮,則每個(gè)橡皮承擔(dān)的推件力即為該橡皮的預(yù)壓力為: F=8．6/4=2150N=50×0．25πD2×104×10-6 其中(D 取 mm,預(yù)壓縮量取 0．15 從而 q=50N/cm2) 求得 D=74 mm;同時(shí)工作行程 Hz 為 37mm,故橡皮的自由高度 Hg 為: Hz=Hg/(0．25～0．35) 所以 Hg=11．1mm 四．確定各個(gè)主要零件的外型尺寸 4.1．凹模外型尺寸的確定: 凹模的材料我選用 Cr12,熱處理硬度為 HRC58～62 凹模的厚度:H=Kb≥)15mm)………．(1) 機(jī)制 052 班 于軍超:加油口支座沖孔落料模具設(shè)計(jì)說明 書 14 凹模的壁厚 C=(1．5～2．0)H (≥30～40)……．(2) b—沖裁件最大外形尺寸; K—系數(shù),可查表． 根據(jù)以上(1),(2)公式和查表: 我得到凹模的厚度 H=28mm;壁厚 C=42mm; 凹模長度:La=b+2c=165mm 凹模寬度:Ba=步距+工件寬+2c=160 mm 4.2．凸模固定板和凹凸模外形尺寸的確定: (1)凸模固定板:因?yàn)槲也捎玫牡寡b式的沖裁復(fù)合模,所以凸模固定板在上模 固定沖頭,且沖頭與固定板采用過度配合,裝入后,端面進(jìn)行磨和．凸模固定 板的厚度可采用凹模厚度來確定．即 h 3=(0．6～0．8)Ha=20mm;材料選用 A3,且凸模固定板的上下表面應(yīng)磨平．并應(yīng)與形孔中心線相垂直．又因?yàn)橥?模固定板應(yīng)與凹模的外形尺寸相同,所以其長度和寬度我分別選 165mm,160mm (2)凸凹模:其長度 L 應(yīng)根據(jù)模具的具體外形來確定．本設(shè)計(jì)中凸凹模不包 括導(dǎo)尺和固定板,其 L=81 mm,寬度 b=74mm,厚度 d=26mm,且外形與凹模退料 板幾乎一樣． 4.3．凹,凸凹模退料板外形尺寸的確定: 因?yàn)榘寄Ｍ肆习宓耐庑纬叽缗c落料件的幾乎一樣(可見圖),且凹模退料板 與凹模的配合間隙 0．08~0．16mm,厚度我取 20mm,材料我選用 A3;同理,凸 凹模退料板外形尺寸與凹模的幾乎一樣(可見圖),且凸模與凸模退料板的 單邊配合間隙應(yīng)保證 0．01,材料選用 A3,厚度我取 20 mm 4.4 模架．模柄和墊板的外形尺寸的確定: 我們知道模架是有上模座．下模座．導(dǎo)柱,導(dǎo)套四部分組成．上模座的外 形尺寸我選 GB2581．7—8,材料選用 HT25—47．上．下模座的厚度按公式: Hs=Hx=(1～1．5)Ha; Hs___為上模座的厚度; Hx___為下模座的厚度; Ha____為凹模厚度; 機(jī)制 052 班 于軍超:加油口支座沖孔落料模具設(shè)計(jì)說明 書 15 與上述公式我得到:Hs=Hx=30mm． 導(dǎo)柱選用 GB2861．2__81,四根基本外形尺寸為 A50h3X220;導(dǎo)套同樣四個(gè)選 用 GB2861．6__81,基本外形尺寸 A50H6X140X56,且材料均為 20 號(hào)鋼． 模柄我采用旋入十式模柄 GB2862．1__81,基本尺寸為$76X120,所以用材料 A3,并通過模柄上的餓螺紋與模座連接． 墊板的選用:我用了兩塊墊板,上．下模各一塊,一塊在凸木固定板和上模座 之間,一塊在凸凹模和下模之間．所以材料為 A3． 因?yàn)樵谏夏＿@塊墊板其保護(hù)凸模固定板的作用,其外形尺寸應(yīng)與凸模固定板 一致,所以我取其長度 L=165mm,寬度 b=156 mm,厚度 d=20mm 同理,下模中的墊板也起保護(hù)作用同時(shí)還起加高作用,其外形尺寸與凸凹模 一致,其長度 L=81mm,寬度 b=74 mm 厚度 d=26 mm． 4.5．計(jì)算模具的閉合高度: 我們知道模具閉合高度 Hm 應(yīng)滿足:Hmax-5mm>=Hm>=Hmin+10mm;本設(shè)計(jì)的模 具閉合高度 Hm=上模座+凸模固定板+凹模+凸凹模+墊板+下模座;我們得到 Hm=30+20+28+26+26+30=169mm 4.6．確定所用沖床: 根據(jù)上面沖裁力的計(jì)算得到: F 總 = F1 + F2 + F 頂 + F 卸 = 156.3 + 94.4 + 9.45 + 7 = 267.15KN 所以根據(jù)按照壓力大小我選用 T30 沖床． 4.7．卸料螺釘．緊錐螺釘和銷釘?shù)倪x用 卸料螺釘．緊錐螺釘和銷釘我都是按照手冊(cè)提供的國際標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行選擇．起 吊螺栓根據(jù) GB225-80 選用 M16 的 8 個(gè),內(nèi)六角螺栓根據(jù) GB70-76 選用 M12 的 22 個(gè),圓柱銷 GB119-76 根據(jù)選用$12 的 6 個(gè),卸料螺栓根據(jù) GB2867.6-81 選用 M10 的 8 個(gè)根據(jù) GB2867.5-81 選用 M10 的 4 個(gè),止動(dòng)銷根據(jù) GB119-76 選用$81 個(gè) 4.8．模具工作過程描述 工作過程:首先由操作員將毛坯放在下模的表面上,由定位銷進(jìn)行定位．確 定放好后,按向下按紐,在模柄的作用下,上模沿著導(dǎo)柱緩慢下降,然后,凹模將板 機(jī)制 052 班 于軍超:加油口支座沖孔落料模具設(shè)計(jì)說明 書 16 料向上頂,同時(shí)由于橡皮的壓縮作用,部分板料發(fā)生變形,凸模將其向上頂入凹模 內(nèi),在此過程中,固定在上模凸模固定板的沖頭也進(jìn)行貢獻(xiàn),沖孔產(chǎn)生的廢料有下 模的凸凹木的?？茁湎?不積存廢料．上模繼續(xù)下移,直到下死點(diǎn),板料產(chǎn)生完全 分離．按上升按紐,上模慢慢回到原始最高點(diǎn),凹模退料板在橡皮的彈力作用下, 將陷入凹模中的板料彈出,操作員在將沖裁好的毛坯取出,一次完整的沖裁過程 結(jié)束． 4.9．模具圖樣設(shè)計(jì) 列出模具零件明細(xì)表和標(biāo)準(zhǔn)件清單,繪制模具零件圖,提出各項(xiàng)技 術(shù)要求． 1.下模座 2.卸料螺釘 3.導(dǎo)柱 4.固定板 5（17）.橡膠緩沖塊 6.導(dǎo)料銷 7.落料凹模 8.推件塊 9.固定板 10.導(dǎo)套 11 墊板 12（20）.銷釘 13.上模座 14.模柄 15（21）.螺釘 16.沖孔凸模 18.凸凹模 19.卸料板 五. 模具的改進(jìn) 機(jī)制 052 班 于軍超:加油口支座沖孔落料模具設(shè)計(jì)說明 書 17 我改進(jìn)的目的的實(shí)現(xiàn)從手工操作到全自動(dòng)化的轉(zhuǎn)變，主要裝置有： (1)分料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和選用； (2)送料和卸裝聯(lián)體機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)選用； (3)說明：分料機(jī)構(gòu)由三個(gè)滾子組成，送料和卸裝聯(lián)體機(jī)構(gòu)主要由步進(jìn)電機(jī) 組成，近似地認(rèn)為上模的上下運(yùn)動(dòng)的周期Ｔ滿足正弦關(guān)系，并以此建立 模型來設(shè)計(jì)．并由步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)沖裁復(fù)合模進(jìn)料和卸裝的集中控制． 總結(jié) 機(jī)制 052 班 于軍超:加油口支座沖孔落料模具設(shè)計(jì)說明 書 18 古人云:”工欲善起事,必先利其器” ．這是我國歷史上勞動(dòng)人民在生產(chǎn)斗爭 和生活中對(duì)工具使用重要性所做的結(jié)論．在現(xiàn)代化大生產(chǎn)中,工具的作用更是至 關(guān)重要的． 正如我設(shè)計(jì)的沖壓復(fù)合模,設(shè)計(jì)制造模具并不是我們的最終目的,模具的設(shè) 計(jì)制造也只是我們的一種 手段, 一種工具而已．我們的最終目的是通過使用工 具,能完全實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品生產(chǎn)的自動(dòng)化,從而大幅度地提高生產(chǎn)效率,滿足人們的生活 需要,加快國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,所以我們要很好地學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)和使用工具． 我的設(shè)計(jì)-----加油口支座落料沖孔模的設(shè)計(jì),從三月份中旬就在廠里參觀, 得到了學(xué)多工程技術(shù)人員為我們悉心的講解,是我們的設(shè)計(jì)獲得了許多相關(guān)資 料． 回校后,我就工序進(jìn)行樣件分析,零件繪圖，查表，找資料，設(shè)計(jì)原理的可 行性分析，各項(xiàng)計(jì)算，模具的分析與演算，最后定稿。當(dāng)然，這期間也 得到了 同組成員的鼎立相助，特別是指導(dǎo)老師曾老師繁榮耐心指導(dǎo)。在此，特想關(guān)心 及幫助過我的老師和同學(xué)表示衷心的感謝。 通過這次設(shè)計(jì)增強(qiáng)了我分析和解決問題的能力，進(jìn)一步提高了對(duì)生產(chǎn)工藝 設(shè)計(jì)，工藝流程，設(shè)備性能，沖壓模設(shè)計(jì)的理論認(rèn)識(shí)，對(duì)我今后的工作大有裨 益。 由于實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)不足，知識(shí)水平有限，我在許多方面還有不足之處，甚至錯(cuò) 誤，有待進(jìn)一步的改進(jìn)，懇請(qǐng)各位老師提出寶貴意見。 參考文獻(xiàn) 機(jī)制 052 班 于軍超:加油口支座沖孔落料模具設(shè)計(jì)說明 書 19 1． 〈〈沖壓工藝學(xué)〉 〉 主編 李碩本 北京：機(jī)械工業(yè)出版社 2． 《機(jī)械設(shè)計(jì)》 主編邱宣懷 高等教育出版社 3． 〈〈沖壓手冊(cè)〉 〉 主編 王孝陪 北京：機(jī)械工業(yè)出版社 4． 〈〈模具制造工藝學(xué)〉 〉 主編 黃宏毅 北京：機(jī)械工業(yè)出版社 5． 《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》 主編王大康 北京工業(yè)大學(xué)出版社 6． 〈〈模具設(shè)計(jì)〉 〉 主編徐煒侗 北京：中國輕工業(yè)出版社 7． 〈〈模具設(shè)計(jì)與制造〉 〉 主編 黨根茂 西安：西安電子科技大學(xué) 8． 〈〈朔性成型工業(yè)與模具設(shè)計(jì)〉 〉 主編 高錦張 北京：機(jī)械工業(yè)出版社 9． 〈〈機(jī)械制造基礎(chǔ)〉 〉 主編 嚴(yán)霖元，夏如艇 南昌：江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 10． 《AutoCAD2000 自學(xué)通》 主編萬林 冶金工業(yè)出版社 11． 〈〈機(jī)械工程材料〉 〉 （第四版） 主編 王煥挺，李茅華，許善國 大連理工 出版社 12.〈〈模具設(shè)計(jì)與制造簡明手冊(cè)〉 〉 主編 馮柄堯 上海：科學(xué)技術(shù)出版 社 13.〈〈板料沖壓與沖模設(shè)計(jì)〉 〉 主編 迦木斯農(nóng)學(xué)院 北京：機(jī)械工業(yè)出版 社 14． 〈〈畫法幾何及工程制圖〉 〉 主編 中國紡織大學(xué)圖學(xué)教研室 上海：上海 科學(xué)技術(shù)出版社 機(jī)制 052 班 于軍超:加油口支座沖孔落料模具設(shè)計(jì)說明 書 20 致 謝 這次畢業(yè)設(shè)計(jì)可以圓滿的完成是在曾一凡老師細(xì)心的知道下完成的，在論 文期間，導(dǎo)師在論文研究方面和設(shè)計(jì)過程中給予全面的指導(dǎo)，在工作和生活方 面給予了大力支持和幫助,尤其是導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)研究精神，惜時(shí)如金的工作態(tài) 度深深地影響了本人，使我受益匪淺。在此衷心的表示感謝，并致以崇高的敬 意。 同時(shí)也感謝關(guān)心、支持和幫助我的各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)、老師、同學(xué)和朋友們。由于 本人水平有限，時(shí)間倉促，論文難免有不足和錯(cuò)誤之處，懇請(qǐng)各位專家、教授 批評(píng)、指正，再次表示衷心的感謝。