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南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文
1 前言
1.1 機(jī)械與模具制造業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中的地位
機(jī)械制造工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)中一個十分重要的產(chǎn)業(yè)，它為國民經(jīng)濟(jì)個部門科學(xué)研究、國防建設(shè)和人民生活提供各種技術(shù)裝備，在社會主義建設(shè)事業(yè)中起著中流砥柱的作用。從農(nóng)業(yè)機(jī)械到工業(yè)機(jī)械，從輕工業(yè)機(jī)械到重工業(yè)機(jī)械，從航空航天設(shè)備到機(jī)車車輛、汽車、船舶等設(shè)備，從機(jī)械產(chǎn)品到電子電器、儀表產(chǎn)品等，都必須有機(jī)械及其制造。在工業(yè)高度發(fā)達(dá)的國家中，機(jī)械工業(yè)的產(chǎn)值常常占整個國民生產(chǎn)總值的40%或更多。
在機(jī)械制造中，機(jī)車夾具、模具都是不可缺少的工藝裝備，尤其是模具以其特定的形狀通過一定的方式是材料成形。根據(jù)國際生產(chǎn)技術(shù)協(xié)會提供的資料顯示，機(jī)械零件粗加工的75%和精加工的50%都將有模具成形來完成。因此模具被譽(yù)為“金屬加工中的帝王”，是“進(jìn)入富裕社會的原動力” 、“模具就是黃金” 。
1.2 當(dāng)前國際模具發(fā)展現(xiàn)狀及其特點(diǎn)
現(xiàn)代模具行業(yè)是技術(shù)、資金密集的行業(yè)。它作為重要的生產(chǎn)裝備行業(yè)在為各行各業(yè)服務(wù)的同時，也直接為高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)服務(wù)。
由于模具生產(chǎn)采用一系列高科技，CAD/CAM/CAPP等技術(shù)，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、激光技術(shù)、逆向工程和并行工程、快速成型技術(shù)及敏捷制造技術(shù)、高速加工及超精度加工技術(shù)等等，因此，模具工業(yè)以成為高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的一個重要組成部分，有人說，現(xiàn)代模具是高技術(shù)背景下的工藝密集型工業(yè)。模具技術(shù)水平的高低，在很大的程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力，因此已成為衡量一個 國家產(chǎn)品制造水平高低的重要標(biāo)志。
模具工業(yè)是無以倫比的“效益放大器”。用模具加工產(chǎn)品大大提高了生產(chǎn)的效率，而且還具有節(jié)約原材料、降低能耗和成本、保持產(chǎn)品高一稱為“金鑰匙”。從另個角度看，模具是人性化、時代化、個性化、創(chuàng)造化的產(chǎn)品。更重要致性等特點(diǎn)。因此模具被稱為“效益的放大器”。在國外，模具被是模具發(fā)展了，使用模具的產(chǎn)業(yè)其產(chǎn)品的國際化競爭力也提高了。
模具不是批量生產(chǎn)的產(chǎn)品。它具有單見生產(chǎn)和對特定用戶的依賴性。就模具行業(yè)來說，引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)，不能采用通常的引進(jìn)產(chǎn)品許可證和技術(shù)轉(zhuǎn)讓等方式，而主要是引進(jìn)商品化了的CAD/CAM/CAE軟件和精密加工設(shè)備等。模具的CAD/CAE/CAM涉及面廣、及多種學(xué)科與工業(yè)技術(shù)于一體，是綜合型、技術(shù)密集型產(chǎn)品。模具設(shè)計是一種經(jīng)驗性較強(qiáng)的設(shè)計，設(shè)計人員在長期的工作積累的經(jīng)驗和知識對模具設(shè)計起著十分重要的影響。盡管模具CAD技術(shù)應(yīng)用越來越廣泛，是目前廣為使用的模具CAD技術(shù)大都停留在計算機(jī)輔助繪圖層次，難以勝任對模具開發(fā)的高質(zhì)量、短周期、低成本要求。為此，本設(shè)計在重點(diǎn)利用計算機(jī)輔助進(jìn)行工藝分析的過程，將轉(zhuǎn)化為傳統(tǒng)的模具CAD從計算機(jī)輔助繪圖提升到計算機(jī)輔助設(shè)計層次。
1.3 我國模具發(fā)展現(xiàn)狀及其特點(diǎn)
國內(nèi)的模具工業(yè)起步較晚，但在過去的十多年中也取得了一些進(jìn)步。例如沖壓模具方面，國內(nèi)設(shè)計制造的部分轎車覆蓋件模、空調(diào)器散熱片級進(jìn)模、電機(jī)定轉(zhuǎn)子雙回轉(zhuǎn)疊片高精度硬質(zhì)合金級進(jìn)模、集成電路引線框架多工位級進(jìn)模，以及帶自動沖切、疊壓、鉚合、計數(shù)、分組、扭斜和安全保護(hù)等功能的鐵心精密多功能模，都已達(dá)到較高的水平。但從總體上看，我國與工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比仍有較大差距。例如，精密加工設(shè)備在模具加工設(shè)備中的比重還比較低，CAD/CAE/CAM技術(shù)的普及率尚待提高，許多先進(jìn)的模具技術(shù)應(yīng)用還不夠廣泛等等。特別是在大型，精密，復(fù)雜和長壽命模具上，一方面技術(shù)差距明顯；另一方面產(chǎn)能也不能滿足國內(nèi)的需求，因而仍大量從國外進(jìn)口。所以，為了改變這種被動狀態(tài)，盡快適應(yīng)社會主義工業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)對沖壓工藝生產(chǎn)水平提高的需求，全方位大力做好模具基礎(chǔ)、研發(fā)和推廣工作，是至關(guān)重要的。
我國的工業(yè)經(jīng)濟(jì)，已進(jìn)入大批量規(guī)模經(jīng)濟(jì)和小批量多品種經(jīng)濟(jì)并行的時期，兩者對模具存在趨同的依賴性。因為在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，產(chǎn)品暢銷時期，自然要求模具能及時供應(yīng)；而在經(jīng)濟(jì)停滯，產(chǎn)品不暢銷時期，企業(yè)必然會想方設(shè)法開發(fā)新產(chǎn)品，也同樣會對模具帶來強(qiáng)勁的需求。這說明，模具市場的總體趨勢將是一直平穩(wěn)向上的。也有人說，模具工業(yè)是永不衰退的工業(yè)，正是基于這樣的分析。另外，從另一個角度看，兩者對模具結(jié)構(gòu)的要求是各不相同的，大批量生產(chǎn)用的模具應(yīng)著眼于高效率和長壽命，而小批量生產(chǎn)用的模具則應(yīng)著眼于結(jié)果簡單、制?？焖俸统杀镜土?。因此，對不同要求的模具要求，應(yīng)相應(yīng)的制定不同的設(shè)計方案。
1.4 汽車鎖座零件的簡單介紹
本設(shè)計是GJ750B汽車鎖座零件，材料是Q235，在設(shè)計過程中必須考慮成本，配合整體汽車設(shè)計減少成本，同時運(yùn)用當(dāng)前較先進(jìn)的技術(shù)手段提高效率，例如：本次設(shè)計采用AUTO CAD輔助設(shè)計，大大縮短了模具設(shè)計過程的分析工作周期，迅速提高模具設(shè)計的效率。
由于本人水平有限，本論文中還存在不少的錯誤和不足之處，敬請評閱老師批閱和糾正。
2 鎖座零件沖壓工藝分析
2.1 零件結(jié)構(gòu)的分析
本設(shè)計的零件是鎖座零件，材料為Q235，厚度為2mm。如圖2-1.1所視。該零件進(jìn)行沖壓加工的基本為沖孔、落料。
圖 2-1.1 鎖座零件圖
2.2 確定工藝方案
三個孔的邊緣與彎曲中心的距離分別為：
1.5mm<2.0t(4mm)
18.5mm>2.0t(4mm)
6.5mm>2.0t(4mm)
彎曲時會引起b邊上小孔的變形,可以在彎曲后修正，所以可以先沖孔在彎曲.
方案一：落料與沖孔復(fù)合。
方案二：先落料再沖孔。
分析沖壓工藝方案：
方案一：模具結(jié)構(gòu)簡單，模具壽命長、制造周期短、投產(chǎn)快。能利用一個側(cè)面定位，操作比較簡單方便。
方案二：模具結(jié)構(gòu)簡單，投產(chǎn)快壽命長，尺寸和形狀不精確。
綜上所述，考慮到該零件的批量為中批量，作為保證各項技術(shù)要求，選用方案一。
工序如下：1. 下料。
2. 落料和沖孔。
3 沖壓模的設(shè)計
3.1 零件工藝計算
3.1.1 計算毛坯長度:
該零件的毛坯展開尺寸按圖3-1.1所示計算:
圖3-1.1
由于彎曲半徑:r(1.5mm)>0.5t(1mm),所以
毛坯總長度L=L1+L2+L3+∏(r+xt)
式中:L1=32.5mm,L2=18mm,L3=32.5mm
查表得:X=0.27
L=32.5+18+32.5+3.14×(1.5+0.27×2)=89.4056mm
考慮材料的收縮,經(jīng)過修正,取實(shí)際毛坯尺寸L=90mm
3.1.2 排樣及材料利用率：
排樣是指沖裁零件（毛坯）在條料，帶料或板料上布置的方法。合理有效的排樣在于保證在最低的材料消耗和高生產(chǎn)率的條件下，得到符合設(shè)計要求的工件。在沖壓生產(chǎn)過程中，保證很低的廢料百分率是現(xiàn)代沖壓生產(chǎn)最重要的技術(shù)指標(biāo)之一。在沖壓生產(chǎn)過程中，沖壓件材料消耗費(fèi)用可達(dá)總成本的60%～75%，每降低1%的沖壓廢料，將會使成本降低0.4%～0.5%。合理的利用材料是降低成本的有效措施，尤其是在成批和大量生產(chǎn)中，沖壓件的年產(chǎn)量達(dá)數(shù)十萬件，甚至數(shù)百萬件，材料合理利用的經(jīng)濟(jì)效率更為突出。
排樣方法的選擇原則：
①沖裁小工件或某種工件需要窄條（帶）料時，應(yīng)沿板料順長方向進(jìn)行排樣，符合材料規(guī)格及工藝要求。
②沖裁彎曲毛坯時，應(yīng)考慮板料軋制方向
③沖件在條（帶）料上的排樣，應(yīng)考慮沖壓生產(chǎn)率、沖模耐用度、沖模結(jié)構(gòu)是否簡單和操作的方便與安全等。
④條料寬度選擇與在板料上的排樣應(yīng)優(yōu)先選擇條料寬度較大而步距較小的方案，以便經(jīng)濟(jì)地裁切板料，并減少沖壓用時間。
⑤在可能情況下，要求產(chǎn)品設(shè)計時修正產(chǎn)品零件的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸，以減少或消除設(shè)計廢料的形成，并有可能采取少、無廢料排樣方法。
由于毛坯的形狀，考慮操作的方便與模具結(jié)構(gòu)尺寸，初步選用對排。搭邊值要合理確定。搭邊值過大，材料利用率低。搭邊值過小，在沖裁過程中會被拉斷，防礙順利送料，零件會產(chǎn)生毛刺，有時會拉入凸、凹模間隙中，損壞模具的刃口，降低模具的壽命。所以搭邊值的選取一般由經(jīng)驗確定，取值可參考資料[3] 。
圖3-1.2
選取搭邊值：模具選用固定卸料板
由表可得搭邊值：a=2.0×1.1=2.2 a1=2.2×1.1=2.4
采用有側(cè)壓板的沖壓時條料寬度B=D+2a
毛坯面積：S=10×36+(22-4/∏×22)×4+2×10+18×14+8×5+4/∏×52×4+26×26+16×5+18×2=1545.94 ≈1546(mm2)
方案一：雙行對排(圖3-1.2)
條料寬度：B=90+33+4×2.4=132.6（mm）
進(jìn)距： h=2/1(26+2.2)=14.1(mm)
一個進(jìn)距的材料利用率：
η=nS/Bh × 100%
=1×1546/（132.6×14.1）×100%
=82.7%
圖3-1.3
方案二：單行對排（圖3-1.3）
B=90+2×2.4=94.8(mm)
H=2/26+2/10+2.2=25.2(mm)
一個進(jìn)距的材料利用率：
η=nS/Bh × 100%
=1×1546/(94.8×25.2) ×100%
=64.7%
從上述兩種排樣可以分析得：采用雙行對排，材料的利用率更高。
故決定采用雙行對排。
3.1.3 計算壓力機(jī)及初選沖床
1.沖裁力的計算
平刃模具沖裁時的沖裁力：
P = Ltζ
實(shí)際所需的沖裁力還需增加30%，即
P =1.3Ltζ
工件毛坯周長L0：L0=232
工件孔總周長 L： L =2×3.14×3×2+3.14×15.5=86.35mm
由Q235-A的δ=304～373mpa
故：落料力為：F1= 1.3×232×2×343
= 207KN
沖孔力為 :F2=1.3×86.35×2×343=77KN
F沖= F1+ F2=284KN
查表得：K卸=0.05，K頂=0.06 所以：
落料時的卸料力為：F卸= 0.05×207 = 10.35 KN
沖孔時的頂料力為：F頂= 0.06×77 = 4.62 KN
總沖壓力:P總 = F沖+F卸+F頂 = 284+10.35+4.62+
=298.97KN
根據(jù)《中國模具設(shè)計大典》選用400 KN沖床。
3.1.4 確定壓力中心
圖3-1.4
根據(jù)圖3-1.4的分析:
L1=26mm X1=0 Y1=0
L2=52mm X2=0 Y2=13mm
L3=15.7mm X3=0 Y3=28mm
L4=6.28mm X4=0 Y4=31.57mm
L5=28mm X5=0 Y5=40mm
L6=15.7mm X6=0 Y6=49mm
L7=6.28mm X7=0 Y7=52.57mm
L8=72mm X8=0 Y8=72mm
L9=10mm X9=0 Y9=90mm
L10=118.84mm X10=-8mm Y10=28mm
L11=18.84mm X11=8mm Y11=23mm
L12=48.67mm X12=0mm Y12=11mm
由公式X=(∑Li×Xi)/(∑Li) ; Y=(∑Li×Yi)/(∑Li)
得壓力中心的坐標(biāo)值為：X=0 ，Y=34.91mm
3.1.5 沖裁間隙的計算
沖裁間隙是指沖裁模的凸模和凹模刃口之間的間隙。間隙值的大小對沖裁件的質(zhì)量、模具壽命、沖裁力的影響很大，是沖裁工藝與模具設(shè)計中的一個極其重要的工藝參數(shù)。
籠統(tǒng)的說,選用中等或偏大的間隙,會收到省力節(jié)能的效果．這是因為在一定范圍內(nèi)增大間隙，剪切區(qū)內(nèi)的壓應(yīng)力降低，而拉應(yīng)力增加，容易產(chǎn)生裂紋，從而抗剪強(qiáng)度變小，使沖裁力下降．同樣，由于增大間隙，沖出的工件尺寸會因拉伸變形產(chǎn)生回彈而縮小，因而不至于再堵塞在凹模孔內(nèi)，使推件力明顯變小．間隙過小或過大時，沖裁功都會有所增加，只有間隙合適時，沖裁斷裂時的上，下裂紋才會相遇匯合，使沖裁功最?。?
材料為Q235，厚度為2mm，可查參考資料[8]表3-3沖裁模初始雙面間隙Zmin=0.246mm Zmax=0.360mm .
3.1.6 沖裁模刃口尺寸的計算
模具刃口如圖3-1.5所示，尺寸計算：
圖3-1.5
(1) 落料
計算公式： Dd=（Dmax-x△）+δd0
Dp=（D凹-Zmin）-δp0=（D-x△-Zmin）-δp0
查表得： Zmin=0.22mm Zmax=0.26mm
X1=1 δ1p=-0.020 δ1d=+0.025
X2=1 δ2p=-0.020 δ2d=+0.020
X3=1 δ3p=-0.020 δ3d=+0.020
所以可得：
D1d=（26-1×0.13）+0.0250 =25.87+0.0250
D1p=（26-1×0.13-0.22）-0.0200=25.65-0.0200
D2d=（18-1×0.11）+0.0200 =17.89+0.0200
D2p=（18-1×0.11-0.22）-0.0200=17.67-0.0200
D3d=（10-1×0.15）+0.0200 =9.85+0.0200
D3p=（10-1×0.15-0.22）-0.0200=9.63-0.0200
（2） 沖孔
計算公式： dp=（dmin+x△）-δp0
dd=（dp+Zmin）+δd0=（dmin+ x△+Zmin）+δd0
查表得： x1=0.7 δ1p=-0.020 δ1d=+0.020
X2=0.7 δ2p=-0.020 δ2d=+0.020
所以得: d1p=(6+0.7×0.12)-0.0200=6.08-0.0200
d1d=(6+0.7×0.12+0.22)+0.0200=6.3+0.0200
d2p=(15.5+0.7×0.18)-0.0200=15.63-0.0200
d2d=(15.5+0.7×0.18+0.22)+0.0200=15.85+0.0200
(3) 孔心距:
計算公式: Ld=(Lmin+0.5△)±0.125△
可得: L1d=(15.88+0.5×0.24) ±0.125×0.24=16±0.03
L2d=(4.88+0.5×0.24) ±0.125×0.24=5±0.03
L3d=(11.88+0.5×0.24) ±0.125×0.24=12±0.03
3.2 設(shè)計各主要零件結(jié)構(gòu)尺寸
3.2.1 凹模外形尺寸的設(shè)計：
凹模高度H的確定：H=KB=0.28×90=25.2mm
取 H=30 mm
凹模壁厚C的確定：C=（1.5~2）H,取
C=1.5×30=45
凹模的長度L的確定:L=b＋2C=180mm
凹模的寬度B的確定:B=a+2C=116mm
根據(jù)參考資料3確定凹模外形尺寸為:200mm×125mm×30mm。
根據(jù)參考資料3凹模螺孔選用d=M6
根據(jù)參考資料3 查得，凹模螺孔間距為25mm--70mm
凹模上螺孔到凹模外緣的最小距離a1=1.25d=1.25×6=7.5mm
選用a1=12mm
螺孔到凹?？住N孔距離的最小尺寸為bmin=1.3d=1.6×6=7.8mm
凹模具體尺寸如下圖（圖3-2.1）所示：
圖3-2.1
計算出凹模的尺寸后便可以確定模架的選取.
3.2.2 凸凹模外形尺寸設(shè)計
圖3-2.2
在復(fù)合模中，必定有一個凸凹模。凸凹模的內(nèi)外緣均為刃口，內(nèi)外緣之間的壁厚決定與沖裁件的尺寸。從強(qiáng)度的考慮，壁厚受最小值的限制。凸凹模的最小壁厚與沖模結(jié)構(gòu)有關(guān)，對于正裝復(fù)合模，由于凸凹模裝于上模，孔內(nèi)不會有積存廢料，脹力小，最小壁厚可以小些；對于倒裝復(fù)合模，因為孔內(nèi)會積存廢料，所以最小壁厚要大些。
凸凹模的外形尺寸根據(jù)凹模來配做，總高度的設(shè)計H=50mm。詳細(xì)尺寸和技術(shù)要求參見凸凹模的設(shè)計圖。形狀見圖3-2.2。
3.2.3 凸模外形尺寸的設(shè)計：
一般的凸模組件結(jié)構(gòu)包括凸模和凸模固定板、墊板和防轉(zhuǎn)銷等，并用螺釘銷釘固定在上模座上。凸模刃口要有高的耐磨性，并能承受沖裁時的沖擊力。因此應(yīng)有高的硬度與適當(dāng)?shù)娜涡浴Ｐ螤詈唵蔚耐鼓３＿x用T8A、T10A等制造。
凸模長度 L=l1+l2+l3+l
其中：l1—卸料板的厚度；
l2--凸模固定板厚度；
l3--導(dǎo)尺厚度
l --附加長度，一般取l=15~20mm
參考資料可得，凸模尺寸如圖3-2.3：
圖3-2.3
3.2.4 其他主要部件的選?。?
凸模固定板，用于固定凸模。固定板的外行尺寸一般與凹模大小一樣，可由標(biāo)準(zhǔn)中查得。固定凸模用的形孔與凸模固定部分相適應(yīng)。型孔位置應(yīng)與凹模型孔位置協(xié)調(diào)一致。
凸模固定板內(nèi)凸模的固定方法通常是將凸模壓入固定板內(nèi)，其配合用H7/m6，對于大尺寸的凸模，也可以直接用螺釘、銷釘固定到模座上而不用固定板。對于小模具還可以用粘結(jié)固定。
個模具主要零件標(biāo)準(zhǔn)如下：
上模座 L/mm×B/mm×H/mm=250mm×200mm×45mm
下模座 L/mm×B/mm×H/mm=250mm×200mm×50mm
導(dǎo)柱 d/mm×L/mm=35mm×160mm
導(dǎo)套 d/mm×L/mm×D/mm=35mm×105mm×43mm
模架閉合高度： 170mm～210mm
墊片厚度： 10mm
凸模固定板厚度： 18mm
卸料板厚度： 28mm
3.2.5壓力機(jī)的選取：
開式雙柱可傾壓力機(jī) J23-40 ， 公稱壓力： 400KN
滑塊行程： 100mm
最大閉合高度： 330mm
連桿調(diào)節(jié)量： 65mm
工作臺尺寸： 460mm×700mm
墊板尺寸：（厚度×孔徑） 65mm×200mm
模柄孔尺寸：（直徑×深度）φ50mm×70mm
最大傾斜角度: 30°
3.3沖裁模裝配圖
圖3.9
圖3-2.4沖裁模裝配圖
1.導(dǎo)料銷 2.固定擋料銷 3.上模座 4.螺釘5.螺釘6.推桿 7.推板 8.推板9.推銷 10.墊板11.螺栓12.導(dǎo)套13.凸模固定板14.推件板15.落料凹模模16.凸模 17.卸料板18.導(dǎo)柱 19.下模座 20.彈簧 21.凸凹模22.螺釘23.銷釘 24.卸料螺釘
4 彎曲模的設(shè)計
4.1 彎曲件的工藝分析
4.1.1 最小彎曲半徑 rmin
工件在彎曲彎曲時候，外層纖維受拉應(yīng)力最大，內(nèi)層受壓應(yīng)力最大，彎曲毛坯變形區(qū)外表面金屬在切應(yīng)力作用下，產(chǎn)生切向伸長變形ε可用下式表示：
ε= t/2ρ = 1/（2r/t+1）
彎曲半徑與材料厚度的比值稱相對彎曲半徑（r/t）。r/t越小，變相程度越大。但當(dāng)減小到一定程度時，材料外層纖維可能因受應(yīng)力過大而被拉裂。因此最小彎曲半徑不能太小，應(yīng)受到一定的限制。
影響最小彎曲半徑有如下因素：
（1） 材料的機(jī)械性能
塑性越好的材料，塑性變形的穩(wěn)定性越好，所永許的最小完全半徑就越小。但是在生產(chǎn)中，由于受到冷作硬化的影響而塑性有所降低。可進(jìn)行退火處理。對塑性不好的材料可進(jìn)行熱加工以提高其塑性變形能力。
（2） 板料彎曲方向性
實(shí)際的板料中，纖維層是有一定方向的，平行于纖維方向的塑性指標(biāo)比垂直的要好，因此在彎曲時，應(yīng)盡量使彎曲線與纖維方向垂直，最小彎曲半徑可去小些。如圖4-1.1，圖4-1.2所示：
合理 不合理
圖4-1.1 圖4-1.2
（3） 板寬
板寬是以相對板寬B/t來表示的。B/t〈3時，彎曲時在板料寬度方向的應(yīng)力為0，板寬方向的材料可以自由移動緩解了板寬方向的受力狀況，因此可以使最小彎曲半徑減 小。板寬增加，rmin/t增大。
（4） 彎曲中心角
rmin/t較小時，在直邊部分也產(chǎn)生一定的切向應(yīng)力，使圓角區(qū)變形得到緩解，從而使rmin/t減小。
（5） 板料厚度
板料厚度t減小時，則外表面的切向應(yīng)變ε減小，即開裂的危險性減小。但是另方面，變形區(qū)在厚度方向的應(yīng)變是按線性規(guī)律變化的，對于薄板料切向應(yīng)變很快由外層的最大值衰減到中性層的零。從而rmin/t可盡量小些。
4.1.2 彎曲件直邊高度H
H不應(yīng)該去得太小，最好H 〉3t ，否則不能得到足夠的。如果不能做到H 〉2t ，可在彎曲部位預(yù)先壓糟在彎曲，或者當(dāng)增長直邊部分，彎曲成形后在切去多余部分。如圖4-1.3所示：
圖4-1.3
4.1.3 孔邊距L
孔邊距必須使孔位于非變形區(qū)，以免產(chǎn)生變形，孔邊到彎曲半徑中心的距離L應(yīng)滿足：
t 〈2mm 時， L 〉t ；
t 〈2mm 時， L 〉2t 。
4.1.4 彎曲回彈
彎曲回彈是彈性變形過度到塑性變形，在塑性變形中伴有彈性變形的存在。彈性恢復(fù)往往表現(xiàn)為彎曲部分曲率半徑和角度在外力卸去后發(fā)生變化。彎曲回彈的程度以Δα和ΔK表示，則
ΔK = 1/ρ0 - 1/ρ0′
Δα= α- α0
回彈角Δα大于0時，稱正回彈，反之稱為負(fù)回彈。
（1）回彈量的確定
當(dāng)r/t〈 5～8時，此零件的相對彎曲半徑為r/t = 1.5/2 = 0.75 ，在彎曲變形后，彎曲半徑變化不大，只考慮角度的回彈，在板料全塑性彎曲時，
Δα = 3σsρ0α/Et
ΔK = 3σs/Et
其中 α為彎曲時候的彎曲角度。
（2） 影響彎曲回彈的因素
① 材料的機(jī)械性能
回彈的大小與材料的屈服極限成σs正比，與彈性模量E成反比。材料越硬，塑性越差，彎曲后回彈就越大。
② 相對彎曲半徑
當(dāng)r/t越小時，彎曲板料的切向變形程度就越大，總變形中塑性變形比例大，回彈值越小，當(dāng)r/t〈 0.2～0.3 時，回彈可能為負(fù)值。
③ 彎曲方式
板料彎曲方式有自由彎曲和校對彎曲，自由彎曲的回彈大，校對彎曲的回彈小。因為校對彎曲的彎曲力大，增加了圓角處的塑性變形程度。
④ 摩擦與間隙
摩擦可以改變彎曲毛坯各部分的應(yīng)力狀態(tài)，一般認(rèn)為在大多數(shù)情況下摩擦可以增大彎曲變形區(qū)的拉應(yīng)力，使零件更接近模具的形狀。
在彎曲U形件時，間隙越小，摩擦力越大，由于模具對板料有擠薄作用，可是回彈減小，相反，回彈值增大。
（3）減小回彈的措施
① 從彎曲件的設(shè)計方面
在彎曲件的某些結(jié)構(gòu)上，如在變形區(qū)壓制加強(qiáng)頸回成邊形翼不僅可以增加彎曲件的剛度，也使彎曲件的回彈困難。在滿足使用要求的前提下，采用彈性模數(shù)大，屈服極限小，機(jī)械性能穩(wěn)定的板料。
② 從工藝方面
從工藝方面，可以增加彎曲力，采用校對彎曲，對于冷硬化材料，在彎曲前先退火，以降低屈服強(qiáng)度，或者采取熱加工，并盡量選取較小的相對彎曲半徑。
③ 從磨具的結(jié)構(gòu)上采取措施
可以采取回彈補(bǔ)償，在凸模的底端開一小圓窩，減小凸模角度值，或者在凸模的圓角附近開圓鑿，一補(bǔ)償彎曲回彈或者采用錐形凸模。
也可以改變應(yīng)力狀態(tài)，在材料的厚度上0.8mm 以上，彎曲半徑部分增大。如圖4-1.4，圖4-1.5，圖4-1.6所示：
圖4-1.4 凸模角度修整到α-Δα 圖4-1.5 錐形凸模
圖4-1.6 凹底凸模
4.2 制定彎曲方案
確定彎曲件的制造工藝時，先結(jié)合具體情況，即板料的形狀，尺寸，精度，生產(chǎn)批量等進(jìn)行綜合分析，研究從毛坯到成品需要幾道工序。合理的工序安排，對彎曲件的質(zhì)量，生產(chǎn)效率，彎曲難易程度，經(jīng)濟(jì)效益都有重要意義。
4.2.1 工序安排原則
對二次彎曲件，先彎曲外角后彎內(nèi)角，后次彎曲不能破壞前次彎曲，前次彎曲不能干擾以后的彎曲，切有定位基準(zhǔn)。并在比較不同彎曲方案時，盡量選取模具結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，生產(chǎn)效率高的方案。
4.2.2 工序安排方法
（1） 對于U形件，可以才用一次彎曲成型方案。
（2） 采用對稱彎曲。
（3） 當(dāng)彎曲件的沿邊有部位缺口時，若直接彎曲容易發(fā)生叉口現(xiàn)象。應(yīng)加連連接帶將缺口連成一體，等彎曲后將多余部分切去。
（4） 對于大批量，尺寸小的彎曲件，為提高生產(chǎn)率，可以采取連續(xù)彎曲工藝。對于此次彎曲件，由于采用已經(jīng)沖裁的單個零件進(jìn)行彎曲，因此不采取連續(xù)彎曲工藝。
4.3 確定毛坯彎曲部分尺寸L彎，下料方式
要確定毛坯的長度尺寸，需先求出毛坯的中性層曲率半徑 一般取ρ0= r+t/2
當(dāng)變形程度比較大時，應(yīng)變中性層會向內(nèi)側(cè)移動，根據(jù)體積不邊定律，可以計算。在實(shí)際使用中用經(jīng)驗公式：
ρ0 = r + kt
其中k為中性層位移系數(shù)，根據(jù)r/t=0.75可以查表得到k = 0.33 。
對于彎邊部分 L彎 = pi*α*ρ0/180o = pi*90o*（1.5+0.33*2）/180o =3.3912 mm 。
4.4 確定彎曲模結(jié)構(gòu)形式
4.4.1 凸模的圓角半徑rp
彎曲件相對彎曲半徑較小時，一般去凸模圓角半徑為彎曲件的內(nèi)側(cè)半徑，即rp = r ，但是不能小于彎曲件的最小彎曲半徑，在工件要求的彎曲半徑小于最小彎曲半徑時，即r 〈 rmin ， 先取rp 〉rmin ，然后在加工序修整。當(dāng)彎曲件相對彎曲半徑r/t 較大時，凸模圓角半徑應(yīng)該根據(jù)回彈進(jìn)行修正。
此處，取 rp = 1.5mm
4.4.2 凹模圓角半徑 rd
凹模圓角半徑不能太小，否則會增加彎曲力和擦傷工件，對稱彎曲工件，凹模兩側(cè)圓角半徑應(yīng)該一致，以免造成坯料的滑移。
凹模圓角半徑通常根據(jù)材料厚度t 來選取：
當(dāng)t 〈 2 時，rd = （3～6）t ；
當(dāng)t = （2～4）時，rd= （2～3）t ；
當(dāng)t 〉4 時，rd = 2t 。
據(jù)此， 取 rd = 2t = 6mm 。
4.4.3 凹模工作深度l
凹模工作深度l 應(yīng)適當(dāng)，l 過小，工件兩端自由部分多，彎曲件回彈大，工件不平直，影響精簡精度；l 過大，凹模消耗的材料多，且需要的壓力機(jī)行程大。根據(jù)彎曲邊長L = 34mm ， 板料厚度 t = 2mm ，查表可取 l =20 mm 。如圖4-4.1所示：
圖4-4.1 彎曲模工作深度
4.4.4 凸模凹模的單邊間隙 Z/2
凸模凹模的單邊間隙應(yīng)考慮到板料寬度，板料的機(jī)械性能，相對彎曲半徑，彎曲件的尺寸精度和板料厚度偏差等因素。U形件的單邊間隙可以按照下式 取值：
Z/2 = tmax + nt
其中 tmax 為板料的最大厚度， n 為間隙系數(shù)， t 為板厚基本尺寸 。
此處， 取 t = tmax = 2mm ，根據(jù)彎曲見的彎曲高度 H = 36 – 2 = 34， 寬21.021度與高度的比值 B/H = 26/34 ， 查表得 n = 0.05 ， 所以 Z/2 = t = 2.1 mm 。
4.4.5 凸凹模的寬度尺寸 L凸和L凹
凸凹模的寬度尺寸和工件的尺寸標(biāo)注形式有關(guān)。一般原則是：當(dāng)工件標(biāo)注外形尺寸時，以凹模為基準(zhǔn)計算，間隙取在凸模上；當(dāng)工件標(biāo)注內(nèi)形尺寸時，以凸模為基準(zhǔn)計算，間隙去在凹模上，并采用配制法制模。
此零件為標(biāo)注的是內(nèi)形尺寸 基本尺寸為21mm ， 一般沖裁所得的毛坯尺寸精度為IT10～I(xiàn)T14 級，此處取IT10級，則公差Δ =0.5 mm ，并作為對稱公差標(biāo)注。
可以確定標(biāo)注對稱公差 ，L凸 = （L-0.5Δ）0-σp = （21-0.5*0.5）0-0.021 mm 。
=20.750-0.021 mm 。如圖4-4.2所示：
圖4-4.2 對內(nèi)形有要求的尺寸，不同的偏差對凸模的寬度不同。
4.4.6 計算毛坯尺寸L
已經(jīng)得到中性層的半徑ρ0 = r + kt = 1.5+0.33*2 =2.16 mm 。
毛坯整長度為 L = L直 + L彎 = 21+（36-2）*2 + 2*pi*90o*ρ0/180o =95.7824mm 。
4.4.7 計算彎曲力F彎，卸料力F卸，推件力F推和壓力中心（x0 ，y0）
（1）彎曲力是設(shè)計彎曲工藝過程和選擇設(shè)備的重要依據(jù)之一。彎曲力的大小和毛坯尺寸，彎曲件形狀，材料性能，彎曲方法和模具結(jié)構(gòu)等多種因素相關(guān)，實(shí)際應(yīng)用中常用經(jīng)驗公式粗略估算。
對于U形件，彎曲力為：
F彎 = 0.7kBt2σb/（r+t） = 0.7*1.3*26*22*450/（1.5+2）=12168 N 。
其中k為安全系數(shù)，一般取k = 1.3 。
（2）卸料力和推件力一般可以去為彎曲力的30﹪～80﹪ ，此處取為50﹪ ，即得到： F卸 = F推 = 0.5*F彎 =6084 N 。
（3）確定壓力中心
圖4-4.3
根據(jù)圖4-4.3的分析:
L1=26mm X1=0 Y1=0
L2=52mm X2=0 Y2=13mm
L3=15.7mm X3=0 Y3=28mm
L4=6.28mm X4=0 Y4=31.57mm
L5=28mm X5=0 Y5=40mm
L6=15.7mm X6=0 Y6=49mm
L7=6.28mm X7=0 Y7=52.57mm
L8=72mm X8=0 Y8=72mm
L9=10mm X9=0 Y9=90mm
L10=118.84mm X10=-8mm Y10=28mm
L11=18.84mm X11=8mm Y11=23mm
L12=48.67mm X12=0mm Y12=11mm
由公式X=(∑Li×Xi)/(∑Li);
Y=(∑Li×Yi)/(∑Li)
得壓力中心的坐標(biāo)值為：X=0 ，Y=34.91mm
4.4.8 選擇壓力機(jī)
對于有壓料裝置的自由彎曲所需要的彎曲力F彎有：
F壓 = F彎 + F卸 = 18252 N
為了確保壓力機(jī)的安全，使壓力機(jī)不至于長時間在過載狀態(tài)下工作，自由彎曲選擇壓力機(jī)噸位時，按照計算彎曲力是壓力機(jī)公稱壓力的75%～80%確定壓力機(jī)的公稱壓力 即： F壓力機(jī)公稱 = F壓/（0.75～0.8）
對于有校正彎曲時，因為下止點(diǎn)位置和板料板厚對F壓影響很大，為考慮設(shè)備安全，按下式確定彎曲壓力機(jī)的公稱壓力：
F壓力機(jī)公稱 = （1.5～2）F壓
此零件不采取校對彎曲，系數(shù)取到0.8，因此
F壓力機(jī)公稱 = F壓/0.8 =18252 /0.8 = 22815N 。
根據(jù)沖裁力，由表參考資料[5]表3-3選取開式壓力機(jī)JH21-25。具體參數(shù)如下：
標(biāo)準(zhǔn)壓力為250KN
最大閉合高度為 250mm
工作臺尺寸 左右 450mm ， 前后 300mm
工作臺墊板高度 70mm
模柄孔尺寸 ?40 X 65
4.4.9 模架的選擇：
上模座 160X160X40 （GB/T 2855.5）
下模座 160X160X45 （GB/T 2855.6）
導(dǎo)柱 28X150 （GB/T 2861.1）
導(dǎo)套 28X100X38 （GB/T 2861.6）
閉合高度 160—200mm
4.5 彎曲模裝配圖
圖4-5.1 彎曲裝配圖
1.下模座2.凹模3.頂件塊4.螺釘5.導(dǎo)正銷6.導(dǎo)料板7.凸模8凸模固定板9上模座
10.固定螺釘11.壓入式模柄接頭12.推桿13.銷釘14.導(dǎo)套15.導(dǎo)柱16.固定螺釘
17.銷釘18.彈簧
5 冷沖模零件的制造工藝
5.1 傳統(tǒng)模具制造向現(xiàn)代模具制造的過渡
傳統(tǒng)模具技術(shù)主要是根據(jù)設(shè)計圖樣，用仿形加工、成形磨削以及電火花加工方法來制造模具。近年來，隨著計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的高速發(fā)展，引起了一場信息技術(shù)革命，并構(gòu)造了一個全球范圍的虛擬環(huán)境，極大地縮短了人與人之間的距離。計算機(jī)技術(shù)、自動化技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，這三者的有機(jī)結(jié)合給現(xiàn)代技術(shù)準(zhǔn)備了技術(shù)條件和奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)?，F(xiàn)代模具制造伴隨這些技術(shù)的發(fā)展而提出并得到實(shí)質(zhì)性的應(yīng)用?，F(xiàn)代模具制造能夠利用CAD/CAE/CAPP/CAM技術(shù)和數(shù)控加工技術(shù)有效地對整個設(shè)計制造過程進(jìn)行預(yù)測評估，迅速獲得樣本，有利于爭取訂單、贏得客戶，同時節(jié)省大量的模具試制材料、費(fèi)用，減少模具返修率，縮短生產(chǎn)周期，大大降低了模具成本。在此期間，人們還可針對新的技術(shù)環(huán)境進(jìn)行深入探討研究，甚至可以利用網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，在世界范圍里組織最精良的動態(tài)聯(lián)盟隊伍來完成每個項目，快速解決各種問題?？梢姼呒夹g(shù)的發(fā)展給模具制造業(yè)帶來了新的生機(jī)，模具制造現(xiàn)代化正成為國際模具業(yè)的發(fā)展趨勢。國內(nèi)模具業(yè)也正從傳統(tǒng)模具制造模式向現(xiàn)代化模具制造模式。
5.2 編制冷沖模零件工藝的整體思路
隨著加工技術(shù)的迅速發(fā)展，模具制造工藝更新很快，整體上來講，模具的制造工藝要充分考慮模具零件的材料、結(jié)構(gòu)形狀、尺寸、精度和使用壽命等方面的不同要求，采用合理的加工方法和工藝路線來保證模具的加工質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、降低成本。要特別注意在設(shè)計和制造模具時，既要保證必要的零件精度和質(zhì)量，也不能盲目追求模具的加工精度和壽命，否則就會使制造費(fèi)用增加，經(jīng)濟(jì)效益下降。而沖裁模具中的凸凹模往往結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，受力情況相對惡劣，精度要求又比較高，是制定模具工藝過程中一份比較重要的零件工藝。
5.3 零件立體圖和凸凹模立體圖
圖5-3.1 零件立體圖
圖5-3.2 凸凹模立體圖
5.4 凸凹模的加工工藝
5.4.1 凸凹模的工藝說明與方案比較
冷沖模的凸凹模是完成條料沖壓成形的最主要的工作零件，往往結(jié)構(gòu)復(fù)雜，受力情況惡劣，精度要求又比較高。
在凸凹模的加工工藝中，工序安排一般是：下料——鍛造——退火——粗加工各面——粗磨基準(zhǔn)面——劃線——型孔半精加工——劃線——工作型面半精加工——淬火、低溫回火——精磨基準(zhǔn)面——成形磨削——修研。也可采用線切割加工代替，其工序為：下料——鍛造——退火——粗加工各面——粗磨基準(zhǔn)面——劃線——鉆穿絲孔——電火花線切割型孔—— 劃線——工作型面半精加工——淬火低溫回火——精磨基準(zhǔn)面——成型磨削——研磨，一般來說，線切割加工更容易保證加工精度，但有些地區(qū)線切割加工的成本明顯高于銑削加工，故在本次加工中仍然采用銑削加工。在裝夾工程中，應(yīng)盡量一次裝夾完成。其材料一般是CrWMn、Cr12、Cr12MoV及硬質(zhì)合金。零件的預(yù)備熱處理常采用退火，正火工藝，其目的主要是消除內(nèi)應(yīng)力，降低硬度以改善切削加工性能，為最終熱處理作準(zhǔn)備，而最終熱處理則是在精加工前進(jìn)行淬火、低溫回火處理，以提高其硬度和耐磨性，按圖5.4.1凸凹模零件的技術(shù)要求制定其具體工藝規(guī)程.
5.4.2 根據(jù)零件圖編制工藝規(guī)程
圖5-4.1 凸凹模零件圖
工序1 下料
工序5 鍛造毛坯，按照外形尺寸，鍛出基本外形。
工序10 退火
工序15 銑削，銑各個平面，保證其垂直度為0.01mm。
工序20 平磨，磨上、下兩平面，保證劃線清晰同時留磨量。
工序25 鉗工，去毛刺，劃螺孔位置線，鉆螺紋底孔，攻絲，劃孔的位置線。
工序30 鏜削，按線鉆孔，然后鏜孔。
工序35 鉗工，去毛刺，同時劃出凸模外輪廓線。
工序40 銑削，外形銑削粗加工，留修挫磨量0.15～0.25mm。
工序45 鉗工，去毛刺，挫修三孔，留研磨量。
工序50 熱處理，淬火、低溫回火，硬度58～62HRC。
工序55 平磨，精磨上、下平面。
工序60 鉗工，去毛刺，研磨內(nèi)孔。
工序65 成形磨削，按一定得磨削程度精磨凸模外形。
工序70 鉗工，精修內(nèi)孔，按沖孔凸模修出間隙，凸模外形與凹模配間隙。
工序75 檢驗，轉(zhuǎn)模具裝配。
為了便于裝夾，一般都將毛坯鍛造成規(guī)范的外形，因為鍛造不但容易得到所需的尺寸，節(jié)約材料，減少加工余量，而且還可以細(xì)化晶粒，改善材料內(nèi)部組織，提高模具材料的綜合機(jī)械性能。鍛造的毛坯體積應(yīng)考慮到鍛造工序的氧化和脫碳，一般比所需體積大2%～3%，Cr12的加熱時間不易過長，防止嚴(yán)重脫碳和組織變粗，并嚴(yán)格控制始鍛溫度和終鍛溫度，防止鍛造內(nèi)裂。
Cr12為淬透性很好的模具用鋼，一般鍛造后在空氣中冷卻后會析出大量馬氏體而局部變硬，不利于后面加工，所以必須進(jìn)行退火處理。在銑削各面時，首先應(yīng)注意觀察兩大平面的質(zhì)量情況，選擇質(zhì)量較好的面作為刃口平面，加工量也應(yīng)大些，走刀時，切削速度不能過快，防止引起高溫使材料變硬。而磨平面的目的是為了保證劃線鉆孔清晰可靠，同時為了減少淬火后平面的磨削量，因為淬火后磨削困難些，磨削時應(yīng)保證一組直角的垂直度，以保證后續(xù)加工有可靠地基準(zhǔn)。磨削后常做退磁處理。在鉗工工序中，注意打樣沖眼的方法，在目視的同時要依靠手感。一般來說在銷孔和螺孔攻絲前，空口應(yīng)該倒角加工。
淬火時加熱應(yīng)該在鹽浴爐或真空爐中進(jìn)行。淬火后應(yīng)該增加低溫回火工序，以減少材料由于淬火 而引起的內(nèi)應(yīng)力。凸凹模熱處理時會出現(xiàn)少量變形和氧化，而鉗工加工也會留下劃線痕跡，常用平磨大平面加以消除，同時也可以提高刃口的銳利程度。
結(jié) 論
在本次畢業(yè)設(shè)計中通過參考、查閱各種有關(guān)模具方面的資料，使我在這短暫的時間里，對汽車鎖座有了比較全面的了解，熟悉了沖壓工藝分析及模具設(shè)計的理念。而且還對主要零件的設(shè)計，主要工藝參數(shù)的計算，模具的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計及零部件的設(shè)計等也都有了進(jìn)一步的理解和掌握。明確模具在當(dāng)今社會生活中運(yùn)用得非常廣泛，懂得模具設(shè)計的方法對我們以后的工作和發(fā)展有著十分重要的意義。
但在設(shè)計之初我也遇到了很多的困難，首先是無法入門，不知道從何下手，沖壓工藝分析等方面知識的匱乏，還有就是凹凸模的選取，許多理論知識在實(shí)際中應(yīng)該怎樣應(yīng)用等等，這些都使我在設(shè)計中一度陷入困境。其次，CAD的技巧運(yùn)用的不熟練，也曾使我的設(shè)計停滯不前。但在羅老師的精心指導(dǎo)和孜孜不倦的講解下，我不但明白了工作原理、工藝過程，而且還掌握了方法和技巧。
在本次畢業(yè)設(shè)計過程中，讓我了解了設(shè)計方法對我們學(xué)習(xí)的重要性，同時也發(fā)現(xiàn)了自己的很多不足之處。深有感觸：
1、 僅僅了解書本上的知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有結(jié)合自己的實(shí)際情況運(yùn)用于實(shí)踐，這樣才能更深地了解和學(xué)習(xí)好知識。
2、 我們要在工作中不斷的積累經(jīng)驗，學(xué)會用自己的知識解決實(shí)際問題。
3、 覺得自己學(xué)到的知識太有限，知識面太窄，以后還有待加強(qiáng)訓(xùn)練和實(shí)踐。
4、 我們要不斷地向別人學(xué)習(xí)，尤其要多想老師請教，他們可以讓我們少走很多的彎路，同時也讓我們知道很多優(yōu)秀的設(shè)計方法和與眾不同的設(shè)計理念。
5、 創(chuàng)新設(shè)計是我們未來生存的法寶，所以從現(xiàn)在開始一定要有意識的鍛煉和培養(yǎng)自己在這方面能力。
參考文獻(xiàn)
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致 謝
在這次畢業(yè)設(shè)計中，我要首先感謝羅海泉老師，同時還要感謝同組的各位同學(xué)，沒有羅老師的指導(dǎo)我想我就做不到今天這個程度，花費(fèi)了羅老師大量的時間和精力。由于同組，我們幾個同班同學(xué)時常集體討論，互相幫助，這也在一定程度上，大大提高了畢設(shè)質(zhì)量。此外，還要感謝各位答辯老師對論文的指導(dǎo)與批評。
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