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摘 要
此次我的畢業(yè)設(shè)計(jì)題目是自動(dòng)鉛筆卡簧生產(chǎn)連續(xù)模的設(shè)計(jì)，通過(guò)對(duì)卡簧零件的工藝分析，確定采用高效可靠的級(jí)進(jìn)模生產(chǎn)，利用夾持送料機(jī)構(gòu)成功的解決了條料的送進(jìn)問(wèn)題，雙側(cè)刃控制步距，排樣方式采用單排樣，成功的解決了工件彎曲回彈，并對(duì)送料機(jī)構(gòu)進(jìn)行了力學(xué)分析，并推導(dǎo)出了拉簧和扭簧的設(shè)計(jì)公式，對(duì)拉簧做了可靠性分析，保證了送料的可靠性。此課題主要詳細(xì)介紹了在自動(dòng)鉛筆卡簧生產(chǎn)連續(xù)模模具設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)各個(gè)工序的設(shè)計(jì)構(gòu)想及具體實(shí)施方案，并且主要講述模具設(shè)計(jì)工藝方案及工藝過(guò)程。在對(duì)沖壓件工藝分析后我進(jìn)行了方案比較與確定，然后以我自己的課題估算了模具各主要零件（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。我設(shè)計(jì)的這副落料模的特點(diǎn)及原則是：該模具采用彈性卸料，并保證產(chǎn)品質(zhì)量節(jié)約材料，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，降低成本，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，最后達(dá)到產(chǎn)品的要求。
關(guān)鍵詞：多工位級(jí)進(jìn)模，自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)，卡簧，側(cè)刃，拉簧，扭簧，可靠性。
Abstract
The topic of my graduation project pencil retainer continuous mode of production design,through to presses the reed components the craft analysis, determined uses the highly effective reliable level to enter the mold production, the solution strip material which the use pull feed organization succeeds delivers the question, a double side edge control step of distance, arranged the type way to use the single line type , the success solution work piece curving snapping back, and has carried on mechanics analysis to the feed mechanism, and inferred the extension spring and the snap spring design formula, Has made the fail-safe analysis to the extension spring, has guaranteed the feeding reliability. This topic was introduced mainly in the production of continuous automatic pencil retainer mold design process, The design concept of each process and the specific implementation plan and the main program about the mold design and process technology.
In the stamping process analysis, comparison and I were the program to determine, Then the subject of my own estimate the main components of die dimensions.( Die, punch retainers, plate punch) And determine the standard mold, and discharging the freedom of rubber or spring height. I designed a pair of blanking die characteristics and principles: Elastic unloading of the mold, And ensure product quality conservation materials, Reduce the labor intensity, Reduce costs, Improving labor productivity, Meet the requirements of the final product.
Key words: The multi-locations level enters the mold; Feed control organization; Presses the reed; Side edge; Extension spring; Torsional spring ; Reliability.
II
目 錄
引言 1
1 緒論 2
1.1 課題的來(lái)源及背景 2
1.2 卡簧級(jí)進(jìn)模具的設(shè)計(jì)現(xiàn)狀 2
1.2.l多工位級(jí)進(jìn)模及一般沖模 2
1.3 沖壓生產(chǎn)自動(dòng)送料發(fā)展概況 4
1.3.1普通壓力機(jī)的送料機(jī)構(gòu) 4
1.3.2多工位壓力機(jī)的自動(dòng)化送料機(jī)構(gòu) 5
1.4 沖壓生產(chǎn)自動(dòng)送料發(fā)展趨勢(shì) 5
1.4.1多工位壓力機(jī)取代單機(jī)聯(lián)線沖壓生產(chǎn) 5
1.4.2柔性自動(dòng)化送料機(jī)構(gòu) 6
1.4.3交流伺服系統(tǒng)自動(dòng)送料機(jī)構(gòu) 7
2 卡簧級(jí)進(jìn)自動(dòng)模設(shè)計(jì) 8
2.1 卡簧片零件工藝分析 8
2.2 進(jìn)行工藝計(jì)算 9
2.3 排樣及排樣圖設(shè)計(jì) 9
2.3.1材料利用率計(jì)算 10
2.3.2條料寬度的確定 11
2.3.3導(dǎo)料板間距離 13
2.4 沖裁力的計(jì)算 13
2.5 彎曲力計(jì)算 15
2.5.1校正彎曲力 15
2.5.2彎曲回彈量的確定 16
2.5.3頂件力和壓料力的計(jì)算 17
2.6 總沖壓力和選擇壓力機(jī) 17
2.6.1沖壓設(shè)備類(lèi)型的選擇 17
2.6.2 確定設(shè)備的規(guī)格 17
2.7 計(jì)算模具的壓力中心 18
2.8 沖裁模具間隙及凹模、凸模工作部分尺寸計(jì)算 19
2.9 凸模和凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 21
2.9.1凹模設(shè)計(jì) 21
2.9.2凹模的刃口形式 21
2.9.3模架選擇 22
2.9.4凸模設(shè)計(jì) 23
2.9.5凸模強(qiáng)度校核 26
2.9.6壓應(yīng)力校核 28
2.9.7凸模墊板承壓計(jì)算 29
2.9.8定距側(cè)刃 30
2.9.9導(dǎo)柱、導(dǎo)套 30
2.9.10卸料螺釘 30
2.9.11導(dǎo)正銷(xiāo)的設(shè)計(jì) 31
2.9.12模柄的選擇 31
2.10 彈簧和橡膠零件的設(shè)計(jì) 31
2.11 模具的工作原理 34
3 自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 36
3.1 自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)的分類(lèi)和選擇 36
3.2滑塊的設(shè)計(jì) 36
3.2.1滑塊的受力分析 36
3.2.2滑塊的設(shè)計(jì) 38
3.3 拉簧設(shè)計(jì) 39
3.4 拉簧可靠性計(jì)算 43
4 繪制模具總裝圖 45
5 專題論述 46
5.1 拉伸彈簧的設(shè)計(jì)公式的推導(dǎo) 46
5.2 彈簧性能校核 50
5.3 拉伸彈簧的模糊可靠性模型 51
5.3.1模糊可靠度 51
5.3.2剪切應(yīng)力分布 52
結(jié)論 55
參考文獻(xiàn) 57
引言
畢業(yè)設(shè)計(jì)是本科教學(xué)計(jì)劃的最后一個(gè)重要環(huán)節(jié)，是本科教育最后的成果的體現(xiàn)，其主要目的是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)，實(shí)現(xiàn)理論聯(lián)系實(shí)際的橋梁，培養(yǎng)獨(dú)立分析，解決實(shí)際問(wèn)題的的能力。并培養(yǎng)學(xué)生在科研、文獻(xiàn)檢索、使用文獻(xiàn)、綜合分析、實(shí)驗(yàn)及設(shè)計(jì)、計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、文字表達(dá)、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)使用等方面的綜合能力訓(xùn)練，進(jìn)而鞏固所學(xué)專業(yè)知識(shí) ，為學(xué)生以后工作做好準(zhǔn)備。
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，產(chǎn)品的需求越來(lái)越大，針對(duì)市場(chǎng)對(duì)卡簧的大量需求，根據(jù)我國(guó)工廠的加工能力和現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)大批量生產(chǎn)的卡簧級(jí)進(jìn)自動(dòng)模是必須的，也是經(jīng)濟(jì)的。這樣不僅提高的企業(yè)的生產(chǎn)效率，也降低了卡簧的生產(chǎn)成本。
本說(shuō)明書(shū)共分五章。第一章，詳細(xì)介紹了級(jí)進(jìn)模具在當(dāng)前模具行業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r、主要成果及今后的發(fā)展趨勢(shì)，同時(shí)也介紹了自動(dòng)化生產(chǎn)線的發(fā)展?fàn)顩r及發(fā)展。第二章主要介紹了級(jí)進(jìn)模具設(shè)計(jì)的步驟，對(duì)工件進(jìn)行工藝分析，工藝計(jì)算，壓力機(jī)的選擇方法，主要零部件的設(shè)計(jì)及模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。第三章主要介紹了模具送料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的步驟、機(jī)構(gòu)的受力分析、彈簧的設(shè)計(jì)方法及其可靠性設(shè)計(jì)的理論和方法。第四章主要進(jìn)行模具總裝配圖的繪制。第五章專題論述，主要推導(dǎo)了拉伸彈簧的設(shè)計(jì)公式及其可靠性設(shè)計(jì)的公式。最后為全文總結(jié)，概括說(shuō)明了這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容。說(shuō)明書(shū)最后主要附有彈簧設(shè)計(jì)的基本幾何尺寸計(jì)算的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。在本次設(shè)計(jì)中得到了龍老師和同學(xué)的大力支持和幫助，并參考了國(guó)內(nèi)學(xué)多的書(shū)籍和資料，引用了一些專家的科研成果，在次表示衷心的感謝。
由于時(shí)間的倉(cāng)促，加上本人的水平有限，說(shuō)明書(shū)中存在許多不足之處，懇請(qǐng)老師和專家的不吝賜教。
1 緒論
1.1 課題的來(lái)源及背景
隨雖著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，產(chǎn)品的需求越來(lái)越大，針對(duì)市場(chǎng)對(duì)卡簧的大量需求，根據(jù)我國(guó)工廠的加工能力和現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)大批量生產(chǎn)的卡簧級(jí)進(jìn)自動(dòng)模是必須的，也是經(jīng)濟(jì)的。這樣不僅提高的企業(yè)的生產(chǎn)效率，也降低了卡簧的生產(chǎn)成本。
1.2 卡簧級(jí)進(jìn)模具的設(shè)計(jì)現(xiàn)狀
1.2.l多工位級(jí)進(jìn)模及一般沖模
體現(xiàn)高水平制造技術(shù)的多工位級(jí)進(jìn)模。從沖壓件種類(lèi)來(lái)看,有電機(jī)鐵芯片、空調(diào)器散熱片、接插件、電子槍零件、電腦零件、IC 框架零件、電機(jī)機(jī)殼拉伸件等, 覆蓋面大增。
我國(guó)自行設(shè)計(jì)制造, 集機(jī)電氣一體化的鐵芯自動(dòng)疊片硬質(zhì)合金多功能級(jí)進(jìn)模, 如常州日新精密機(jī)械公司展出的YSK 空調(diào)器電機(jī)定轉(zhuǎn)子帶扭轉(zhuǎn)自動(dòng)疊片硬質(zhì)合金級(jí)進(jìn)模, 主要性能包括沖槽(84 槽) 、轉(zhuǎn)子鐵芯片落料、扭轉(zhuǎn)、定子鐵芯片落料、疊鉚、計(jì)數(shù)、分組和安全保護(hù)等, 達(dá)到國(guó)際上同類(lèi)模具水平。模具采用6 大12 小精密滾珠導(dǎo)柱、分級(jí)多板式導(dǎo)向和子模組合式結(jié)構(gòu), 導(dǎo)向精度高, 能保證大批量生產(chǎn)中模具高速運(yùn)行的穩(wěn)定性。模具主要零件制造精度達(dá)2μm , 步距精度2～3μm , 回轉(zhuǎn)精度l′, 刃口及主要零件的表面粗糙度達(dá)R a = 0. 10～0. 4μm ,總壽命可達(dá)1 億次以上。模具外形尺寸1 400mm ×60mm ×438mm ,重1. 5t ,屬大型、精密模具。進(jìn)口這樣1 副模具需30 萬(wàn)美元,現(xiàn)僅售80 萬(wàn)元人民幣,為進(jìn)口價(jià)的1/ 3。此外,該公司展出的步進(jìn)電機(jī)定轉(zhuǎn)子鐵芯帶雙回轉(zhuǎn)疊片硬質(zhì)合金級(jí)進(jìn)模和南京長(zhǎng)江機(jī)器集團(tuán)工模具公司展出的汽車(chē)電機(jī)鐵芯硬質(zhì)合金自扣模等均達(dá)到國(guó)際水平。其他種類(lèi)的多工位級(jí)進(jìn)模, 亦是異彩紛呈, 陜西咸陽(yáng)彩虹零件廠展出的彩色顯像管電子槍G5 底改進(jìn)型25 工位級(jí)進(jìn)模, 結(jié)構(gòu)上采用子模式組合, 主模架采用精密滾珠四導(dǎo)柱, 子模架采用獨(dú)立的滑動(dòng)式導(dǎo)向, 不同工位卸料采用彈壓和固定式、沖廢料及落料工位設(shè)置氣動(dòng)排出結(jié)構(gòu)等; 凸、凹模材料選用高強(qiáng)度耐磨損、耐腐蝕硬質(zhì)合金, 翻孔變薄拉伸凸模進(jìn)行表面氮化鈦沉積處理, 提高了使用壽命和產(chǎn)品質(zhì)量; 主要零件制造精度達(dá)2μm ,并經(jīng)深冷處理,達(dá)到尺寸穩(wěn)定,確保變薄拉伸孔徑公差達(dá)±0. 010mm ,外觀無(wú)拉痕、起皺、毛刺等缺陷的制品要求。上海柏斯高微電子工程有限公司展出的LA17 集成電路散熱板硬質(zhì)合金級(jí)進(jìn)模, 凸、凹模材料選用進(jìn)口硬質(zhì)合金, 凹模采用拼塊式結(jié)構(gòu), 凸、凹模成形加工采用光曲磨, 主要零件制造精度達(dá)微米級(jí),制品為集成電路散熱板,用于大功率管產(chǎn)品,其特點(diǎn)是:引線腳彎曲細(xì)長(zhǎng)、間距小,形狀復(fù)雜, 還需在引線框架上鉚接銅散熱片, 技術(shù)難度大, 制品要求高。成都宏明電子實(shí)業(yè)總公司模具中心展出的空調(diào)器連桿級(jí)進(jìn)模, 凸、凹模材料選用W6Mo5Cr4V2 高速鋼, 凹模采用鑲拼結(jié)構(gòu), 該模具設(shè)置自動(dòng)攻絲機(jī)構(gòu), 成功地解決了制品M 3mm、M 2. 4mm 螺孔的自動(dòng)攻絲技術(shù)難題,在1 副模具中自動(dòng)完成沖槽孔、螺紋底孔、自動(dòng)攻絲、彎曲、成形、落料工序,很有特色。展出的電腦25 工位馬口鐵級(jí)進(jìn)模, 凸、凹模材料選用高硬度耐磨損的YG6X 硬質(zhì)合金, 模具采用子模式組合分段結(jié)構(gòu), 凸、凹模快換式;在同1副模具上更換不同的子模,即可沖制兩種不同尺寸要求的制品,并采用多次異形拉伸工位,能解決拉伸高度32mm 特高的技術(shù)難題。天津津榮天和機(jī)電有限公司展出的EG- 530 微電機(jī)機(jī)殼多工位級(jí)進(jìn)模,凸、凹模材料選用日本大同SKD11 ,主模架采用四滾珠導(dǎo)柱導(dǎo)向, 12 道沖壓工序采用子模式、壓板快換結(jié)構(gòu), 拉伸凹模設(shè)計(jì)成11°錐度, 可解決制品尺寸小、材料流動(dòng)性差、局部冷作硬化影響質(zhì)量的難題, 并應(yīng)用環(huán)切結(jié)構(gòu)和氮?dú)飧讖椈伞Ｕ钩龅母咧懿ㄕ{(diào)節(jié)器多工位級(jí)進(jìn)模, 10 工位, 制品沖孔多、彎曲多,是一個(gè)彎曲封閉型零件,能在一個(gè)工步內(nèi)完成切斷、彎曲、鉚接等工序。湖南鉆石硬質(zhì)合金工具有限公司展出的空調(diào)器翅片多工位級(jí)進(jìn)模, 主模架及分段模架采用精密滾珠導(dǎo)柱導(dǎo)向, 采用子模式組合和拼塊結(jié)構(gòu);應(yīng)用雙跳步工序排數(shù)任意可調(diào)、快速換型, 靈活簡(jiǎn)便; 凸、凹模材料選用瑞典一勝百粉末高速鋼和株洲硬質(zhì)合金廠過(guò)壓燒結(jié)細(xì)顆粒硬質(zhì)合金, 具有高強(qiáng)度、高耐磨特性; 大模板采用萬(wàn)噸水壓機(jī)開(kāi)坯,經(jīng)10 次以上熱處理,達(dá)到材料性能穩(wěn)定、抗沖擊性強(qiáng)、內(nèi)應(yīng)力極小, 保證模扳的高壽命, 拼塊制造精度達(dá)2μm , 并可互換, 壽命6 千萬(wàn)次以上, 曾榮獲國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。國(guó)內(nèi)空調(diào)器翅片多工位級(jí)進(jìn)模制造單位較多,如天水長(zhǎng)城精密模具廠、上海星火模具總廠、無(wú)錫微研有限公司等均有較強(qiáng)的實(shí)力和較高水平。桂林電器科學(xué)研究所展出的接插件多工位級(jí)進(jìn)模,亦達(dá)到較高的水平。
總之, 我國(guó)自行設(shè)計(jì)制造的精密多工位級(jí)進(jìn)模和多功能模具,與國(guó)外同類(lèi)模具水平相比,從模具結(jié)構(gòu)、制造精度、制造周期、使用壽命等指標(biāo)來(lái)衡量,水平相當(dāng)或接近,完全可以替代進(jìn)口,而價(jià)格則為進(jìn)口模具的l / 2～1/ 4 ,具有很強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
展出的其他沖壓模, 如上海恒通機(jī)械模具公司生產(chǎn)的84cm 彩色顯像管框架模, 1 套4 副, 現(xiàn)在上海永新彩色顯像管廠的流水線上正常運(yùn)轉(zhuǎn), 質(zhì)量穩(wěn)定, 產(chǎn)量高。由于框架材料很特殊, 成形困難, 以往一直以40 萬(wàn)美元的高價(jià)從國(guó)外進(jìn)口模具, 經(jīng)恒通公司努力攻關(guān), 成形凹模采用硬質(zhì)合金鑲拼結(jié)構(gòu),并成功解決了拉伸中圓弧光滑聯(lián)接的難題, 終于實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化,屬國(guó)內(nèi)首創(chuàng)。國(guó)外參展的精密多工位級(jí)進(jìn)模和多功能模具,代表了當(dāng)代國(guó)際先進(jìn)水平, 如美國(guó)奧伯格、寶捷麗鋼等的電機(jī)定轉(zhuǎn)子鐵芯2～4 排疊片硬質(zhì)合金模,采用全鑲拼、全磨削、雙回轉(zhuǎn)等技術(shù), 結(jié)構(gòu)先進(jìn), 高速運(yùn)行時(shí),穩(wěn)定可靠,制造精度2μm 以內(nèi),壽命2 億次。韓國(guó)模具界組團(tuán)參展, 比上屆首次參展的規(guī)模還大, 展品更豐富。參展的展品中最引人注目的是韓國(guó)金星社L G 公司和泰和企業(yè)的各種類(lèi)型規(guī)格的電機(jī)鐵芯疊片多功能模、殼體多工位級(jí)進(jìn)模、多工位傳遞模等, 其制品精度和表面質(zhì)量均達(dá)到國(guó)際較高水平。尤其值得一提的是大規(guī)格鐵芯, 采用分段自動(dòng)疊片后, 再組合連接成整體鐵芯制品, 其高技術(shù)和高難度, 反映了韓國(guó)模具的先進(jìn)水平。德國(guó)吉伯樂(lè)、韓國(guó)技星、漢城精密等展出的各種接插件多工位級(jí)進(jìn)模的制品, 也以其技術(shù)難度和高水平, 博得參觀者的贊賞。
1.3 沖壓生產(chǎn)自動(dòng)送料發(fā)展概況
1.3.1普通壓力機(jī)的送料機(jī)構(gòu)
普通壓力機(jī)上的送料機(jī)構(gòu)根據(jù)送料動(dòng)力的不同可分為機(jī)械、液壓、氣動(dòng)三大類(lèi).。在沖壓加工中以機(jī)械與氣動(dòng)二類(lèi)應(yīng)用較多。氣動(dòng)送料機(jī)構(gòu)具有靈巧輕便、通用性強(qiáng)、其送料長(zhǎng)度和材料厚度可調(diào)整、機(jī)構(gòu)反應(yīng)迅速的優(yōu)點(diǎn)。但是由于氣動(dòng)送料機(jī)構(gòu)是采用壓差式氣動(dòng)原理工作。故機(jī)構(gòu)工作噪聲較大，影響沖壓工作環(huán)境，主要用于沖壓的前期送料和小批量、多品種的生產(chǎn)。機(jī)械送料機(jī)構(gòu)盡管調(diào)整相對(duì)困難且機(jī)構(gòu)較大，但具有送料準(zhǔn)確可靠、機(jī)構(gòu)沖擊與振動(dòng)少、噪聲低、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，仍是目前沖壓加工中最常用的自動(dòng)送料方式。目前沖壓生產(chǎn)線的配置中應(yīng)用較為廣泛的是開(kāi)式單點(diǎn)壓力機(jī)加裝輥輪送料機(jī)（或氣動(dòng)送料機(jī)），這種生產(chǎn)線可以做單工序或多工序的連續(xù)沖壓，操作性良好；另一種開(kāi)式雙點(diǎn)壓力機(jī)加裝多工位送料裝置，搭配開(kāi)卷裝置、校平裝置等組成的用于多工位連續(xù)沖壓的生產(chǎn)線，由于占地面積和工序間的搬運(yùn)都明顯減少，在生產(chǎn)中應(yīng)用呈現(xiàn)逐漸增多的趨勢(shì)；而電機(jī)廠應(yīng)用最多的專門(mén)沖制電機(jī)硅鋼片的生產(chǎn)線則是由高速壓力機(jī)加裝凸輪分割型送料機(jī)，配裝開(kāi)卷機(jī)、校平裝置等組成。由此可見(jiàn)，送料機(jī)構(gòu)的性能高低直接影響著生產(chǎn)線的推廣應(yīng)用，因此，針對(duì)沖壓制件的工藝要求、生產(chǎn)的實(shí)際情況等的不同來(lái)選擇不同的送料機(jī)構(gòu)是十分必要的。
機(jī)械手加穿梭小車(chē)式自動(dòng)化輸送系統(tǒng)
目前，國(guó)內(nèi)汽車(chē)工業(yè)中生產(chǎn)轎車(chē)外覆蓋件和大型內(nèi)襯件的自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)線，由于還沒(méi)有大型多工位壓力機(jī)的投入，所以自動(dòng)化生產(chǎn)主要還是以配備常規(guī)的機(jī)械手加穿梭小車(chē)或機(jī)器人輸送系統(tǒng)的串列式?jīng)_壓線為主，它主要由CNC 上料、取料機(jī)械手和穿梭小車(chē)組成。其相鄰兩個(gè)壓力機(jī)的輸送單元主要有以下機(jī)構(gòu)組成"（一個(gè)取料機(jī)械手，帶有中置并按工件形狀排部的真空吸盤(pán)式端拾器，負(fù)責(zé)將工件從上一臺(tái)壓力機(jī)取出放置在穿梭小車(chē)上。
（1）一個(gè)在壓力機(jī)之間固定軌道上移動(dòng)的穿梭小車(chē)，負(fù)責(zé)將工件由取料機(jī)械手的放料位置移送到上料機(jī)械手的取料位置。
（2）一個(gè)上料機(jī)械手，帶有和取料機(jī)械手相同的端拾器，負(fù)責(zé)將工件由穿梭小車(chē)拾起并送入下一臺(tái)壓力機(jī)工位。
采用該系統(tǒng)的工件將通過(guò)機(jī)械手簡(jiǎn)單的“拾取”和“擺放”動(dòng)作從前一臺(tái)壓力機(jī)輸送到后一臺(tái)壓力機(jī)，其穿梭小車(chē)的主要功用就是通過(guò)它的穿梭運(yùn)動(dòng)縮短取料和上料之間的輸送行程，從而提高整線的生產(chǎn)節(jié)拍。但是在該沖壓線中由于存在工件換向和雙動(dòng)拉深的問(wèn)題，因此，必須配有同步翻轉(zhuǎn)裝置，最高生產(chǎn)節(jié)拍達(dá)而且設(shè)備的維修量很大。
1.3.2多工位壓力機(jī)的自動(dòng)化送料機(jī)構(gòu)
多工位送料系統(tǒng)是一個(gè)類(lèi)似移動(dòng)臂的裝置，主要作用是把沖壓件從一個(gè)工位移到另一個(gè)工位。一組模具內(nèi)的每一副模具的沖壓工作都在同一臺(tái)壓力機(jī)內(nèi)完成。多工位送料移動(dòng)桿沿著模區(qū)移動(dòng)，它們是主要結(jié)構(gòu)件，移動(dòng)沖壓件的端拾器就安裝在這些結(jié)構(gòu)件上。在汽車(chē)車(chē)身沖壓廠，根據(jù)送料的傳動(dòng)方式，多工位送料系統(tǒng)主要有：機(jī)械送料、電子送料和組合式送料。
機(jī)械式送料是通過(guò)與壓力機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的直接聯(lián)接完成沖壓件從一個(gè)工位移動(dòng)到另一個(gè)工位。壓力機(jī)橫梁上的動(dòng)力輸出裝置把能量從壓力機(jī)的頂部輸送到地面，由隨動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的大型機(jī)械凸輪安裝在送料機(jī)構(gòu)上，旋轉(zhuǎn)凸輪帶動(dòng)機(jī)械送料動(dòng)作。其主要缺點(diǎn)：機(jī)構(gòu)磨損及能量積累易影響送料精度、速度和產(chǎn)量；機(jī)械傳送設(shè)計(jì)規(guī)格參數(shù)一旦確定，不能更改；隨著加工零件尺寸增大，傳送機(jī)構(gòu)也將增大，機(jī)構(gòu)零件的預(yù)期壽命就會(huì)縮短。
電子伺服送料是用單獨(dú)伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)+ 借助齒輪箱和傳動(dòng)軸，伺服電機(jī)與送料系統(tǒng)相聯(lián)并在計(jì)算機(jī)的控制下工作。與壓力機(jī)的動(dòng)作協(xié)調(diào)是由壓力機(jī)和控制器之間所交換的電子信號(hào)完成的。其運(yùn)動(dòng)軌跡由計(jì)算機(jī)程序完成+柔性較好+根據(jù)工件的需要可以提供任意的送料距離、夾緊行程、閉合行程和抬起行程。與機(jī)械送料相比較具有無(wú)需使用壓力機(jī)的動(dòng)力輸出裝置；各軸（包括行程長(zhǎng)度和時(shí)間曲線）可以實(shí)現(xiàn)行程軌跡編程；在無(wú)需調(diào)整滑塊的情況下，可以對(duì)送料裝置進(jìn)行微動(dòng)調(diào)整，加減速度快；機(jī)械部件數(shù)目少，故障率降低等優(yōu)點(diǎn)。組合式送料裝置的某些動(dòng)作由機(jī)械系統(tǒng)完成，而另一些動(dòng)作則由電子系統(tǒng)完成，結(jié)構(gòu)隨廠家的不同而異，這種送料方式在汽車(chē)覆蓋件生產(chǎn)中應(yīng)用有限。
根據(jù)工件的傳送方式又有：三座標(biāo)式和真空吸盤(pán)式。近年來(lái)，由于在多工位壓力機(jī)上“一次多件”沖壓工藝的發(fā)展以及人們個(gè)性化需求的突出，真空吸盤(pán)式傳送裝置得到越來(lái)越多的應(yīng)用。例如日本小松公司的新型多工位壓力機(jī)就較多的采用了真空吸盤(pán)式傳送裝置。
1.4 沖壓生產(chǎn)自動(dòng)送料發(fā)展趨勢(shì)
隨著我國(guó)沖壓行業(yè)的發(fā)展，沖壓設(shè)備性能與世界的接軌，沖壓生產(chǎn)自動(dòng)化程度的進(jìn)一步提高，對(duì)沖壓生產(chǎn)的送料技術(shù)也提出了越來(lái)越高的要求，以滿足與沖壓設(shè)備的配套。
1.4.1多工位壓力機(jī)取代單機(jī)聯(lián)線沖壓生產(chǎn)
目前，沖壓生產(chǎn)主要朝兩個(gè)方向發(fā)展：一是單機(jī)聯(lián)線自動(dòng)化生產(chǎn)；一是大型多工位壓力機(jī)，單機(jī)聯(lián)線生產(chǎn)通用性較好，適合柔性生產(chǎn)，占用資金少，完全可以滿足我國(guó)生產(chǎn)中高檔轎車(chē)所需要的零件質(zhì)量要求；與單機(jī)聯(lián)線的沖壓生產(chǎn)線相比較，大型多工位壓力機(jī)除了占地面積少外，還有生產(chǎn)效率高，生產(chǎn)節(jié)拍可達(dá)，為手工送料流水線的倍，單機(jī)聯(lián)線自動(dòng)生產(chǎn)線的倍等優(yōu)點(diǎn)。大型多工位壓力機(jī)集機(jī)械、電子、控制和檢測(cè)技術(shù)為一體，全自動(dòng)化、智能化，整個(gè)系統(tǒng)只需人進(jìn)行監(jiān)控。當(dāng)模具更換時(shí)，只需輸入需要更換模具的編號(hào)，其余工作自動(dòng)完成，整個(gè)換模時(shí)間只需5min，換
模的同時(shí)可以對(duì)多工位壓力機(jī)的運(yùn)行特性作智能化調(diào)整。當(dāng)兩者生產(chǎn)規(guī)模相同時(shí)，多工位壓力機(jī)設(shè)備投資可減少,能量消耗減少，沖壓件綜合成本可節(jié)約。據(jù)美國(guó)精密鍛壓學(xué)會(huì)1990年前后統(tǒng)計(jì)，美國(guó)三大汽車(chē)公司680條沖壓線中,70%多工位壓力機(jī)，日本為美國(guó)建造的35 條生產(chǎn)線中69%為多工位壓機(jī)，日本國(guó)內(nèi)250條生產(chǎn)線有32%為多工位壓力機(jī)。美國(guó)的克萊斯勒與日本三菱公司合資的Diamond Star汽車(chē)廠、通用汽車(chē)公司的Satum工廠已經(jīng)實(shí)現(xiàn)只用多工位壓力機(jī)來(lái)進(jìn)行沖壓生產(chǎn)。由此可見(jiàn)，大型多工位壓力機(jī)取代單機(jī)聯(lián)線沖壓生產(chǎn)線的來(lái)勢(shì)迅猛，但是大型多工位壓力機(jī)不能完全取代沖壓生產(chǎn)線，因?yàn)槟承┨卮笮停ㄈ畿?chē)身側(cè)板、擋泥板等）和特殊形狀的工件仍然需要在單機(jī)聯(lián)線的自動(dòng)沖壓線上來(lái)完成。另外，在中小型沖壓件生產(chǎn)方面以多工位傳送裝置來(lái)改裝原有的壓力機(jī)和生產(chǎn)線的工作也在廣泛進(jìn)行。
高速高精度的自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)
高速化和精密化一直是沖壓生產(chǎn)追求的目標(biāo)。日本DIMAC公司生產(chǎn)的NC伺服輥輪送料機(jī)，生產(chǎn)性能高，能實(shí)現(xiàn)連續(xù)高速送料，最高速度可以達(dá)到，送料步距和送料厚度調(diào)節(jié)方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)實(shí)用；送料精度隨送料次數(shù)及送料長(zhǎng)度不同而有所不同，最高精度在0.01mm 左右。而且可以設(shè)定夾緊和松開(kāi)時(shí)間，動(dòng)作方式為輥柱作圓周運(yùn)動(dòng)，不會(huì)有咬死現(xiàn)象。該公司AB 系列輥輪送料機(jī)，它采用直流伺服電機(jī)，機(jī)體和控制器相結(jié)合大大節(jié)省了場(chǎng)地空間，由于送料裝置與主機(jī)之間沒(méi)有直接連接，其送料精度與主機(jī)運(yùn)動(dòng)偏差無(wú)關(guān)。利用數(shù)字控制送料速度、加速度、送料干涉角、夾緊力的大小及時(shí)間等。在我國(guó)也有多家生產(chǎn)這種輥輪送料機(jī)的廠家（如深圳力豪等），但是核心技術(shù)一般是由國(guó)外引進(jìn)，
因此，自主開(kāi)發(fā)更高精度更高速度的送料機(jī)將會(huì)是我們今后的發(fā)展目標(biāo)。
1.4.2柔性自動(dòng)化送料機(jī)構(gòu)
隨著汽車(chē)工業(yè)的強(qiáng)勢(shì)發(fā)展，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益激烈，利用最少的設(shè)備來(lái)生產(chǎn)盡可能多的沖壓制件，間接的降低生產(chǎn)成本成為各個(gè)廠家競(jìng)相追求的目標(biāo)之一。德國(guó)米勒萬(wàn)家頓公司在最新一代用于擺桿式多工位壓力機(jī)上的擺動(dòng)橫桿式輸送機(jī)（Swingarm-Transfer） 的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出快速橫桿式輸送系統(tǒng)（SpeedBAR）。這種輸送系統(tǒng)介于常規(guī)機(jī)械手系統(tǒng)Feeder）和多工位壓力機(jī)橫桿式輸送系統(tǒng)之間，既靈活簡(jiǎn)便又快速高效，適用于串列式?jīng)_壓生產(chǎn)線。提高了與歐美國(guó)家的多工位壓力機(jī)生產(chǎn)模具的匹配能力，從而實(shí)現(xiàn)了模具和端拾器在多工位壓力機(jī)和串列式?jīng)_壓線兩種設(shè)備之間的互換，為國(guó)內(nèi)的沖壓生產(chǎn)與歐美汽車(chē)工業(yè)接軌奠定了基礎(chǔ)。
1.4.3交流伺服系統(tǒng)自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)
近20多年來(lái)，由于電力電子技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)以及現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用，交流伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)飛速發(fā)展。交流伺服自動(dòng)送料的動(dòng)力來(lái)自交流伺服電動(dòng)機(jī)，具有柔性化、智能化的特點(diǎn)，工作性能和工藝適應(yīng)性很強(qiáng)。在我國(guó)，較先進(jìn)的自動(dòng)送料裝置是深圳力豪公司的NCHF系列三合一伺服系統(tǒng)送料機(jī)，它適合于各種五金、電子、電器、玩具及汽車(chē)零件之連續(xù)沖壓加工，送料矯正，準(zhǔn)確耐用；可任意設(shè)定送料長(zhǎng)度， 操作容易， 安全及穩(wěn)定性高。但是，在該送料機(jī)中所用的伺服馬達(dá)、電器箱電子元件和控制器等都是從日本引進(jìn)的，國(guó)內(nèi)在這方面的技術(shù)還比較落后，因此，我們必須給予這方面技術(shù)充分的重視，加快研究開(kāi)發(fā)，以較快的速度追趕發(fā)達(dá)國(guó)家的研究步伐。
59
2 卡簧級(jí)進(jìn)自動(dòng)模設(shè)計(jì)
2.1 卡簧片零件工藝分析
卡簧片是典型的沖裁，成型件。其特點(diǎn)是工件尺寸小，材料薄。如圖1所示，零件的所有尺寸均為自由公差，按IT14級(jí)精度處理。因此從零件的尺寸精度分析可知，卡簧片零件尺寸精度要求不高。
卡簧片零件的基本沖壓工序?yàn)闆_孔、落料、彎曲復(fù)合。若采用沖孔、落料、彎曲復(fù)合模，凸模制造和修模困難，而且零件取出困難，但是可以設(shè)計(jì)自動(dòng)出件機(jī)構(gòu)，雖然這樣減小了模具的長(zhǎng)度，但是自動(dòng)出件機(jī)構(gòu)，增加了制造成本。方案二，采用側(cè)刃切邊和沖孔、切廢料、彎曲成型、空步、側(cè)刃切邊、沖斷。成型后孔型尺寸變化對(duì)卡簧零件使用性能沒(méi)有影響，這樣凸模刃磨都很容易，出件也很容易，不需要另設(shè)機(jī)構(gòu)。
由于卡簧為小尺寸零件，若采用單工序模生產(chǎn)、工序多、生產(chǎn)效率低、定位精度低。若采用連續(xù)模生產(chǎn)，在保證零件精度要求的同時(shí)具有效率高、操作方便、成本低等優(yōu)點(diǎn)。因此設(shè)計(jì)了一套沖孔，彎曲成型、落料的多工位連續(xù)模來(lái)生產(chǎn)卡簧片零件。
卡簧的形狀、尺寸如下圖所示，欲用沖壓生產(chǎn)，材料QSn6.5—0.4錫青銅帶，材料厚度0.5mm,大批量生產(chǎn)。
圖2.1 卡簧零件圖
2.2 進(jìn)行工藝計(jì)算
（1）、計(jì)算毛坯尺寸，合理排樣，繪排樣圖，計(jì)算材料利用率。
卡簧是一個(gè)彎曲件,故需要進(jìn)行毛坯長(zhǎng)度計(jì)算彎曲件的毛坯長(zhǎng)度,是根據(jù)應(yīng)變中性層在彎曲前后長(zhǎng)度不變的原則來(lái)計(jì)算的.該件屬于r>0.5t的彎曲件,這類(lèi)零件變薄不嚴(yán)重且斷面畸變較輕,可以按應(yīng)變中性層長(zhǎng)度等于毛坯長(zhǎng)度的原則來(lái)計(jì)算.毛坯長(zhǎng)度等于零件直線長(zhǎng)度和彎曲部分應(yīng)變中性層長(zhǎng)度之和,即
L=∑li+ （2—1）
計(jì)算：=8/0.5=16
查表1-2-4得：=0.5,
計(jì)算：=1.5/0.5=3；=0；；
故：
mm
2.3 排樣及排樣圖設(shè)計(jì)
排樣是沖裁件在板條料上的布置方法。排樣的合理與否，影響到材料的經(jīng)濟(jì)利用率，還會(huì)影響到模具的結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)率、制件質(zhì)量、生產(chǎn)操作方便與安全等。依次，排樣是沖裁工藝與模具設(shè)計(jì)中一項(xiàng)非常重要的工作。沖壓件大批量生產(chǎn)成本中，毛坯材料費(fèi)用占60%以上，因此，排樣的目的就在于合理利用原材料。
多工位連續(xù)模條料排樣圖對(duì)模具設(shè)計(jì)的影響很大，它決定工位分布是否合理，條料能否在連續(xù)沖壓過(guò)程中暢通無(wú)阻，是否便于使用制造維修和刃磨。該卡簧零件的排樣方式和材料利用率如下：
繪制排樣圖如下:
排樣方案一：
圖2-2
排樣方案二：
圖2-3
若采用方案一，則不能保證模具足夠的強(qiáng)度，連續(xù)沖裁過(guò)程中，零件容易卡在凹模處，不容易被帶出模具外。
采用方案二，則正好克服方案一的缺點(diǎn)。
最終的排樣圖如下圖所示：
圖 2-4 沖壓工藝圖
工位如圖2.4標(biāo)示，第1工步為側(cè)刃及沖兩方孔和孔，第2、3工步為切廢料，第4工步?jīng)_彎成型，第5步為空步，第6工步為側(cè)刃切邊，第7工步為沖斷，成品由廢邊料推進(jìn)再通過(guò)凹模33的斜面滑下，在第二工步中增加導(dǎo)釘10定位，使條料在沖裁時(shí)不致移位。
2.3.1材料利用率計(jì)算
衡量排樣經(jīng)濟(jì)性、合理性的指標(biāo)是材料的利用率。其計(jì)算公式如下：一個(gè)進(jìn)距內(nèi)的材料利用率為:
=100% （2—2）
試中:A-沖裁件面積（包括沖出的小孔在內(nèi)）（）；
n—個(gè)進(jìn)距內(nèi)沖件數(shù)目；
B—條料寬度（mm）；
h-進(jìn)距（mm）；
一張板料上的總的材料利用率：∑＝
式中：N-一張板料上沖件數(shù)目；L-板料長(zhǎng)度；
方案一：
根據(jù)以上公式，由圖2.1、圖2.2知，n=1mm，B=33.1mm，L=12mm
面積mm
式中：—工件垂直于送料方向的寬度（mm）。
—工件外圓半徑，。
—工件沿送料方向的最小長(zhǎng)度（mm）
B=44.6mm，h=23mm,n=1
因此材料的利用率為：
方案二：
根據(jù)以上公式，由圖2.1、圖2.3知，n=1，B=32，L=26.53
面積mm
式中—工件沿送料方向的長(zhǎng)度（mm）。
—工件外圓半徑，。
—工件垂直于送料方向的最小寬度（mm）
下面算得B=32mm，h=25.61mm,n=1
因此材料的利用率為：
雖然方案一的材料利用率高于方案二，但是方案一不利于級(jí)進(jìn)模的設(shè)計(jì)，在工件彎曲后送料和落件困難。因此仍選方案一。
2.3.2條料寬度的確定
排樣方案和搭邊數(shù)值確定后，即可確定條料和帶料的寬度及進(jìn)距。
條料寬度的確定原則：最小條料寬度要保證沖裁時(shí)周邊有足夠的搭邊值，最大條料寬度要能在沖裁時(shí)順利地在條料之間送進(jìn)，并與條料之間有一定的間隙。因此在確定條料必須考慮到模具的結(jié)構(gòu)中是否采用側(cè)壓裝置和側(cè)刃，根據(jù)不同結(jié)構(gòu)
分別進(jìn)行計(jì)算。
卡簧零件模具采用側(cè)刃定距，條料寬度圖形如下，條料寬度應(yīng)按下式計(jì)算
圖2-5 雙側(cè)刃時(shí)條料寬度的計(jì)算
（2—3）
式中：B—條料標(biāo)稱寬度（mm）；
D—工件垂直于送料方向的最大尺寸（mm）；
n—側(cè)刃數(shù)；
C—側(cè)刃沖切的料邊寬度（mm）；
—條料寬度公差（mm）；
—側(cè)搭邊（mm）。
查文獻(xiàn)[2]的 73頁(yè)表2—14 剪切條料寬度差知=0.4，查表2—16知側(cè)刃沖切的料邊寬度C=1.5,沖切后條料寬度與導(dǎo)料板間的間隙;該模具采用雙側(cè)刃定距，故側(cè)刃數(shù)n=2；表2—15得條料與導(dǎo)料板之間的間隙。
工件垂直于送料方向的最大尺寸D=10mm
考慮到通過(guò)沖廢料來(lái)實(shí)現(xiàn)落料凸模的結(jié)構(gòu)復(fù)雜以及凸模的磨損后修模，凸模的強(qiáng)度等材料的寬度在工件的兩邊各加2mm
因此，工件垂直于送料方向的最大尺寸=D+4=14mm。搭邊值查文獻(xiàn)四得a=2mm，考慮凸模強(qiáng)度和磨損等取a=3mm，=3mm
mm
2.3.3導(dǎo)料板間距離
其計(jì)算公式為：或 （2—4）
式中，同上?！獥l料與條料板間的間隙（mm）；
側(cè)刃定位前導(dǎo)料板間距離：mm
側(cè)刃切邊后導(dǎo)料板間距離： mm
步距精度：
步距精度直接影響沖件精度，由于步距誤差，不僅影響分段切割余料，導(dǎo)致外形尺寸誤差，還影響沖件內(nèi)外形的相對(duì)位置。影響步距精度的因素很多，歸納起來(lái)主要有：沖件的精度等級(jí)、形狀的復(fù)雜程度、沖件材料與厚度、模具共位數(shù)、沖制時(shí)條料的送進(jìn)方式和定距形式等。
該排樣圖的進(jìn)距為：A=B+a=22.63+3=25.63mm.
其中：B---平行于送料方向工件的寬度；
a---沖件之間的搭邊值。
定距方式：
連續(xù)模的定距方式一般來(lái)說(shuō)有定位釘定距、側(cè)刃定距、側(cè)刃導(dǎo)正釘定距和自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)定距等四種。其中定位釘多用于料厚加工送料的普通連續(xù)模，單純采用側(cè)刃定距的多工位連續(xù)模，由于側(cè)刃凸模有制造誤差以及側(cè)刃刃口鈍化而影響側(cè)刃的步距精度。故本模具采用側(cè)刃導(dǎo)正銷(xiāo)定距方式。由側(cè)刃初定距，導(dǎo)正銷(xiāo)做精定距，采用自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)送料。
2.4 沖裁力的計(jì)算
計(jì)算沖裁力的目的是為了合理的選擇壓力機(jī)和設(shè)計(jì)模具,壓力機(jī)的噸位必須大于所計(jì)算的沖壓力,以適應(yīng)沖裁的要求。
沖裁力的大小主要與材料力學(xué)的性能\厚度及沖裁件的分離的棱廓長(zhǎng)度有關(guān)。
該工件的材料厚度：t=0.5mm
材料的抗剪強(qiáng)度查表得：=460MPa
系數(shù)K.考慮到模具刃口的磨損,模具間隙的波動(dòng),材料力學(xué)性能的變化及材料厚度偏差系數(shù),一般去K=1.3。
查表得材料QSn6.5-0.4抗拉強(qiáng)度為：
表2-1 材料QSn6.5-0.4抗拉強(qiáng)度
材料狀態(tài)
抗拉強(qiáng)度(MPa)
軟
硬
特硬
對(duì)于該零件,要求有較高的硬度,故材料的抗拉強(qiáng)度選為600MPa,材料的抗拉強(qiáng)度,為計(jì)算方便,也可用下式計(jì)算沖裁F(N)
F=Lt （2—5）
式中：L---為沖裁件周邊長(zhǎng)度（mm）；
t---材料厚度（mm）；
---材料抗拉強(qiáng)度（MPa）。
計(jì)算周長(zhǎng)L：
該零件有兩個(gè)方型小孔,其周長(zhǎng)L1=mm
中心圓孔的直徑為6mm,其周長(zhǎng)為L(zhǎng)2==3.146=18.84mm
大圓直徑為10mm,其圓弧的夾角為240度,故L3=mm
延伸部分的邊長(zhǎng)為， 其周長(zhǎng)為L(zhǎng)4=42.66+210=30.4mm
沖廢料的凸模周長(zhǎng)mm
落件凸模周長(zhǎng)為L(zhǎng)6=23=6mm
總周長(zhǎng)為L(zhǎng)=L1+L2+L3+L4+L5+L6=24+31.4+41.87+50.56+53.26+6=207.09mm
F=Lt=207.090.5600=62127N62.127KN
側(cè)刃沖裁力
F1=
F2=
2.4.1卸料力及推件力的計(jì)算
無(wú)論采用何種刃口沖模，當(dāng)沖裁完成后，由于彈性變形，在板材上沖裁出的廢料或工件孔徑沿著徑向發(fā)生彈性收縮，會(huì)緊箍在凸模上。而沖裁下來(lái)的工件或廢料徑向會(huì)擴(kuò)張，并因要力圖恢復(fù)彈性穹彎，所以會(huì)卡在凹模內(nèi)。為了使沖裁過(guò)程連續(xù)，操作方便，就需要把套在凸模上的料卸下，把卡在凹模內(nèi)的沖件和廢料推出。從凸模上將零件或者廢料卸下來(lái)所需的力稱為卸料力，順著沖裁方向?qū)⒘慵驈U料從凹模型腔推出的力稱為推件力，逆著沖裁方向?qū)⒘慵驈U料從凹模腔頂出的力稱頂件力。
、、 是由壓力機(jī)和模具的卸料、頂件裝置獲得。影響這些力的因素有材料力學(xué)的性能、材料厚度、模具間隙、凸、凹模表面粗糙度、零件形狀和尺寸以及潤(rùn)滑情況等。
用實(shí)際生產(chǎn)中的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。
查文獻(xiàn)[2]的52頁(yè)表2-2，卸料力、推件力和頂件力系數(shù)。取0.055，取0.063
由公式得： N
由公式得：N
該模具采用彈性卸料裝置和下出料方式的總沖壓力為
=62127+3416.985+3914.001+7689+7689=84835.986N
2.5 彎曲力計(jì)算
彎曲力的數(shù)值與毛坯尺寸(B,t),材料力學(xué)性能,凹模支點(diǎn)距離l等因數(shù)有關(guān),同時(shí)還與彎曲形式和模具結(jié)構(gòu)等多中因數(shù)有關(guān).因此生產(chǎn)中經(jīng)常采用經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)計(jì)算彎曲力.最大自由彎曲力(N)為
（2—6）
式中 ：C-與彎曲有關(guān)的系數(shù),對(duì)與V形件C取0.6;對(duì)于U形件C取0.7;
K-安裝系數(shù),一般取1.3;
B-料寬(mm);
t-料厚(mm);
r-彎曲半徑(mm);
-材料強(qiáng)度極限(MPa).
卡簧片屬于V形彎曲,參數(shù)C取0.6,K=1.3,大圓的寬度=6mm,=10mm,t=0.5mm,
=1.5mm,=12mm。代入以上參數(shù)入上式得：
總的自由彎曲力為
2.5.1校正彎曲力
為了提高彎曲件的精度，減小回彈，在板材自由彎曲的終了階段，凸模繼續(xù)下行將彎曲件壓靠在凹模上，其實(shí)質(zhì)就是對(duì)彎曲件的圓角和直邊進(jìn)行精壓，此為校正彎曲。此時(shí)，彎曲件受到凸模的擠壓，彎曲力急劇增大。校正彎曲力的計(jì)算公式如下：
（2—7）
式中：p-單位面積上的校正力（MPa）；
A-校正面垂直投影面積（）
查表3-2得，p=60MPa
圓形部分的面積
伸出部分的面積
兩小孔的面積
則：
校正彎曲力為
2.5.2彎曲回彈量的確定
由于影響回彈數(shù)值的因數(shù)很多，而且各種因數(shù)往往又相互影響，故難以進(jìn)行精確的計(jì)算或分析。在一般情況下，設(shè)計(jì)模具時(shí)對(duì)回彈量的確定大多按照經(jīng)驗(yàn)數(shù)值或計(jì)算后在實(shí)際試模中再進(jìn)行修正。
只有彎曲工件的圓角半徑R（58）t時(shí)，計(jì)算才近似正確。當(dāng)要求工件的彎曲圓角半徑為R時(shí)，則可根據(jù)材料的相關(guān)參數(shù)，用下列公式計(jì)算回彈補(bǔ)償時(shí)彎曲凸模的圓角半徑。
（2—8）
其中: 、R—彎曲凸模、彎曲件的圓角半徑（mm）；
—材料屈服點(diǎn)（MPa）；
E—材料彈性模量（MPa）；
t—材料厚度（mm）；
當(dāng)R<(58)t時(shí)，工件的彎曲半徑一般變化不大，只考慮角度回彈。故該件兩個(gè)半徑為1.5mm的圓弧只需考慮角度回彈，查文獻(xiàn)[8]表3—4的到其彎曲角度回彈量為。
卡簧零件的彎曲半徑為8mm，板料厚度0.5mm，其，的圓弧用如下公式計(jì)算：
板料采用錫青銅。查文獻(xiàn)[3]知，屈服點(diǎn)，彈性模數(shù)，將有關(guān)數(shù)據(jù)代入上式，得mm。即圓弧形凸模直徑為13.76mm，沖壓回彈后工件的內(nèi)徑為所需要的8mm。
彎曲角度回彈量用下式計(jì)算：
式中：—工件要求的圓角半徑（mm）；
—工件要求的角度
2.5.3頂件力和壓料力的計(jì)算
頂件力和壓料力的值近似去自由彎曲力的。在該模具中取彎曲力的60%。
=795.630%=238.68N
795.630%=238.68N
2.6 總沖壓力和選擇壓力機(jī)
2.6.1沖壓設(shè)備類(lèi)型的選擇
根據(jù)所要完成的沖壓工藝的性質(zhì)、生產(chǎn)批量的大小、沖壓件的幾何尺寸和精度要求等來(lái)選定設(shè)備類(lèi)型：
開(kāi)式曲柄壓力機(jī)雖然剛度差，降低了模具壽命和沖件的質(zhì)量。但是它成本低，且有三個(gè)方向可以操作的特點(diǎn)，故廣泛用于中小型沖裁件、彎曲件或拉深件的生產(chǎn)中。
閉式曲柄壓力機(jī)剛度好、精度高，只能兩個(gè)方向操作，適于大小型沖壓件的生產(chǎn)。
雙動(dòng)曲柄壓力機(jī)有兩個(gè)滑塊，壓邊可靠易調(diào)，適用于較復(fù)雜的大中型拉深件的生產(chǎn)。
高速壓力機(jī)或多工位自動(dòng)壓力機(jī)適于大批量生產(chǎn)。
液壓機(jī)沒(méi)有固定的行程，不會(huì)因板材厚度超差而過(guò)載，全行程中壓力恒定，但壓力機(jī)的速度低、生產(chǎn)效率低。適中小批量，尤其是大型厚板沖壓件的生產(chǎn)。
摩擦壓力機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低、不易發(fā)生超負(fù)荷損壞。在小批量生產(chǎn)中用來(lái)完成彎曲、成形等沖壓工作。
肘桿式精壓機(jī)剛度大、滑決行程小，在行程末端停留時(shí)間長(zhǎng)，適用于校正、校平和整形等類(lèi)沖壓工序。
2.6.2 確定設(shè)備的規(guī)格
(1)壓力機(jī)的行程大小，應(yīng)該能保證成形零件的取出與毛坯的放進(jìn)，例如拉深所壓力機(jī)的行程，至少應(yīng)大于成品零件高度的兩倍以上。
(2)壓力機(jī)工作臺(tái)面的尺寸應(yīng)大于沖模的平面尺，且還需留有安裝固定的余地，但過(guò)大的工作面上安裝小尺寸的沖模時(shí)，工作臺(tái)的受力條件也是不利的。
(3)所選的壓力機(jī)封閉高度應(yīng)與沖模封閉高度相適應(yīng)。
沖壓力與壓力機(jī)力能的配合關(guān)系，當(dāng)進(jìn)行沖裁等沖壓加工時(shí)，由于其施力行程較小，近于板材的厚度，所以可按沖壓過(guò)程中作用于壓力機(jī)滑塊上所有力的總和選取壓力機(jī)。通常取壓力機(jī)的名義噸位比大10%20%。
選擇單柱固定臺(tái)壓力機(jī)J11-50。其技術(shù)規(guī)格如下表：
表2-2 固定臺(tái)壓力機(jī)J11-50技術(shù)參數(shù)
型號(hào)
公稱壓力（牛）
滑塊行程（mm）
滑塊行程次數(shù)（）
最大封閉高度（mm）
封閉高度調(diào)節(jié)量（mm）
滑塊中心線至床身距離（mm）
工作臺(tái)尺寸
墊板厚度
模柄孔尺寸
前后
左右
直徑
深度
J11-50
50
1090
65
270
75
235
440
650
70
50
80
2.7 計(jì)算模具的壓力中心
沖裁時(shí)的合力作用點(diǎn)或多工序模各工序沖壓力的合理作用點(diǎn)，稱為模具壓力中心。如果模具壓力中心與壓力機(jī)滑塊中心不一致，沖壓時(shí)會(huì)產(chǎn)生偏載，導(dǎo)致模具以及滑快與導(dǎo)軌的急劇磨損，降低模具和壓力機(jī)的使用壽命。通常利用求平行力系合理作用點(diǎn)的方法（解析法或圖解法）確定模具的壓力中心。
在實(shí)際生產(chǎn)中，可能出現(xiàn)沖模壓力中心在加工過(guò)程中發(fā)生變化的情況，或者由于零件的形狀特殊，從模具結(jié)構(gòu)考慮不宜使壓力中心與壓力機(jī)滑塊中心一致的情況，這時(shí)應(yīng)注意使壓力中心的偏差不致超出所選壓力機(jī)允許的范圍。
用圖解法求壓力中心雖然比較簡(jiǎn)單，特別對(duì)形狀復(fù)雜或多凸模的情況尤其顯著。但是作圖法受作圖誤差的影響較大，因而誤差也較大，再考慮該模具也不是非常的復(fù)雜，故仍采用解析法進(jìn)行計(jì)算。
由于圖示坐標(biāo)系處凸模形狀復(fù)雜，故把坐標(biāo)系確定在此處，Y軸選在凸模對(duì)稱的中心線處。沖裁該零件的凸模在沿著送料方向的中心線處對(duì)稱，因此X軸選在中心線上，即yc=0。根據(jù)以上分析，確定其坐標(biāo)系的位置及各凸模壓力中心的坐標(biāo)值如下圖所示，
圖2-6 壓力中心計(jì)算圖
=-53.4
7200N
18840N
7200N
= (1+1+3+3.01)600=4806N
y6=-10.89
y7=16 F7=
y8=-16 F8=
=
=-18.756
yc=0
2.8 沖裁模具間隙及凹模、凸模工作部分尺寸計(jì)算
卡簧零件屬于薄壁零件，凸凹模采用配合加工。零件制造精度取IT14級(jí)。是沖裁件實(shí)際尺寸盡量接近沖裁件公差帶的中間尺寸與工件制造精度有關(guān)的系數(shù)=0.5，查文獻(xiàn)[6]的113頁(yè)表3。3標(biāo)準(zhǔn)公差數(shù)值表，得到工件公差如下表
表2-3 凸凹模工作部分尺寸
工件尺寸（mm）
工件公差（mm）
系數(shù)x
凸凹模尺寸計(jì)算結(jié)果
0.33
0.5
0.30
0.5
2
0.25
0.5
4
0.30
0.5
22.63
0.52
0.5
6
0.30
0.5
彎曲半徑8
4.36
圖 2-7 沖模計(jì)算標(biāo)示圖
根據(jù)零件形狀，凹模磨損后其尺寸變化有3中情況：
（1）、落料：以凹模為基準(zhǔn)件，然后配做凸模。
凹模磨損后尺寸變大，計(jì)算公式如下:
（2—9）
其中：A—為工件標(biāo)稱尺寸（mm）。
-凸模制造偏差（mm），
凹模磨損后尺寸、、變大，由上式得：
（2）、沖孔：應(yīng)以凸模為基準(zhǔn)件，然后配做凹模。
磨損后凸模變小的計(jì)算公式如下：
（2—10）
其中：A—為工件標(biāo)稱尺寸（mm）。
-凸模制造偏差（mm），。
凸模磨損后，尺寸、、變小，由上式得：
2.9 凸模和凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.9.1凹模設(shè)計(jì)
凹模采用整體式凹模，彎曲模單獨(dú)設(shè)計(jì)，嵌入在沖裁凹模上，個(gè)沖裁的凹?？拙捎镁€切割機(jī)床加工，安裝凹模在模架上位置 時(shí)，要依據(jù)計(jì)算壓力中心的數(shù)據(jù)，將壓力中心與模柄中心重合。選擇凹模壁厚67mm，凹模寬度是刃口外界距離與兩個(gè)凹模壁厚之和。刃口外界為26mm，則凹模寬度為160mm。凹模的長(zhǎng)度要考慮以下因數(shù)：
1、保證足夠安裝橡膠板的面積。
2、便于導(dǎo)尺發(fā)揮作用，保證送料初定位精度。
查文獻(xiàn)[5]164頁(yè)彈壓卸料橫向送料典型組合尺寸（mm）（GB2872。2—81），選取凹模邊界尺寸為250mm160mm。凹模材料選用制造。
2.9.2凹模的刃口形式
選用下圖所示的刃口形式，其特點(diǎn)是刃邊強(qiáng)度好，刃磨后工作部分尺寸不變，但洞口易積存廢料或工件，推件力大且磨損大，刃磨時(shí)磨去的尺寸較多。根據(jù)文獻(xiàn)4表1-1-39凹?？仔图皡?shù)，查得h5mm，故在該模具h(yuǎn)取5mm。
圖2-8 凹模刃口形式圖
2.9.3模架選擇
選擇A型對(duì)角導(dǎo)柱模架（GB2851。7-81）280160265mm如圖所示，其特點(diǎn)是可以承受一定偏心載荷，上下滑動(dòng)平穩(wěn)，常用于橫向送料的級(jí)進(jìn)?；蚩v向送料的各種模具，適合大件沖裁。
圖2-9 對(duì)角模架圖
上模座厚度為 45mm。
下模座厚度 50mm
凸模固定板厚度 22mm
卸料板厚度 20mm
導(dǎo)料板厚度 4mm
凹模厚度 22mm
墊板厚度 8mm
凸模的長(zhǎng)度 65mm
下模墊板厚度為 30mm
模具閉合高度
模具閉合高度是上模板、下模板、凸凹模、凹模、固定板、墊板等厚度的總和。
即:
所選壓力機(jī)的閉合高度，。滿足
2.9.4凸模設(shè)計(jì)
凸模的固定的固定方式，采用凸模與固定板用 配合，上面留臺(tái)階，其圖形如下。
圖2-10 凸模固定的方式
凸模固定的方式:
凸模長(zhǎng)度計(jì)算一般是根據(jù)結(jié)構(gòu)上的需要確定的，如圖下
所示凸模長(zhǎng)度: （2—11）
—固定板的厚度(mm)；
—卸料板的厚度(mm)；
—導(dǎo)尺厚度(mm)，
附加長(zhǎng)度，它包括凸模的修磨量、凸模進(jìn)入凹模的深度及凸模固定板與卸料板安全距離等。這一尺寸無(wú)特殊要求，可取10一20mm。
凸模由固定板固定，取其厚度為22mm，彈性元件的安裝高度為18.64mm，卸料板厚度為20mm，導(dǎo)料板厚度為4mm，考慮凸模修模余量5mm，故凸模全長(zhǎng)mm
圖2-11 凸模裝配高度圖
根據(jù)以上計(jì)算和分析設(shè)計(jì)的各凸模結(jié)構(gòu)如下：
圖2-12 外形凸模
圖2-13 方孔凸模
圖2-14 方凸模
圖2-15 彎曲凹模
圖2-16 圓凸模
圖2-17 彎曲凸模
2.9.5凸模強(qiáng)度校核
對(duì)于特別細(xì)長(zhǎng)的凸模，應(yīng)進(jìn)行壓應(yīng)力和彎曲力校核，檢查其危險(xiǎn)斷面尺寸和自由長(zhǎng)度是否滿足強(qiáng)度要求。
凸?？箯澞芰π：?，本模具凸模用卸料板導(dǎo)向，應(yīng)按下圖凸模有導(dǎo)向的情況進(jìn)行校核。
對(duì)于非圓形途模:
（2—12）
對(duì)于圓形凸模:
（2—13）
圖2-18 凸模強(qiáng)度校核圖
式中: —凸模允許的最大自由長(zhǎng)度（mm）；
F—該凸模的沖壓力（N）；
I—凸模最小斷面慣性矩（）；
d—凸模最小直徑（mm）。
沖中心小圓孔的凸模：
合格。
沖兩個(gè)小方孔的凸模
圖2-19 慣性矩計(jì)算圖
求其慣性矩公式如下
（2—14）
方孔的h=4，b=