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摘要 本論文應(yīng)用本專業(yè)所學(xué)課程的理論和生產(chǎn)實(shí)際知識(shí)進(jìn)行一次冷沖壓模具設(shè) 計(jì)工作的實(shí)際訓(xùn)練從而培養(yǎng)和提高了我的獨(dú)立工作能力 本設(shè)計(jì)通過(guò)對(duì)門(mén)閂的 復(fù)合模設(shè)計(jì)的工藝性分析 確定了正確的工藝方案 從而對(duì)模具設(shè)計(jì)方案 以 及沖壓設(shè)備作出了分析與選擇 通過(guò)分析決定采用復(fù)合模形式 然后參考其他 模具結(jié)構(gòu)以及查手冊(cè)和計(jì)算設(shè)計(jì) 當(dāng)所有的參數(shù)計(jì)算完后 對(duì)模具的裝配方案 對(duì)主要零件的設(shè)計(jì)和裝配要求技術(shù)要求都進(jìn)行了分析 在設(shè)計(jì)過(guò)程中除了設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)外 還包括模具的裝配圖 非標(biāo)準(zhǔn)零件的零件圖 工件的加工工藝卡片 工藝規(guī)程卡片 非標(biāo)準(zhǔn)零件的加工工藝過(guò)程卡片 關(guān)鍵詞 冷沖壓 復(fù)合模 設(shè)計(jì) 目 錄 第一章 緒 論 1 1 沖壓模具的現(xiàn)狀 1 1 1 模具工業(yè)現(xiàn)狀 由于歷史原因形成的封閉式 大而全 的企業(yè)特征 我國(guó)大部分企業(yè)均設(shè)有模具車(chē)間 處于本廠的配套地位 自 70 年代末才有了模具工業(yè)化和生產(chǎn)專業(yè)化這個(gè)概念 模具工業(yè)主 要生產(chǎn)能力分散在各部門(mén)主要產(chǎn)品廠內(nèi)的工模具車(chē)間 所生產(chǎn)的模具基本自產(chǎn)自用 據(jù)粗 略估計(jì) 產(chǎn)品廠的模具生產(chǎn)能力占全國(guó)模具生產(chǎn)能力的 75 他們的裝備水平較好 技術(shù) 力量較強(qiáng) 生產(chǎn)潛力較大 但主要為本廠產(chǎn)品服務(wù) 與市場(chǎng)聯(lián)系較少 經(jīng)營(yíng)機(jī)制不靈活 不能發(fā)揮人力物力的潛力 模具專業(yè)廠全國(guó)只有二百家左右 商品模具只占總數(shù)的 20 左 右 模具標(biāo)準(zhǔn)件的商品率也不到 20 由于受舊管理體制的影響較深 缺乏統(tǒng)籌規(guī)劃和組 織協(xié)調(diào) 存在著 中而全 小而全 的結(jié)構(gòu)缺陷 生產(chǎn)效率不高 經(jīng)濟(jì)效益較差 模具行業(yè)的生產(chǎn)小而散亂 跨行業(yè) 投資密集 專業(yè)化 商品化和技術(shù)管理水平 都比較低 現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展要求各行各業(yè)產(chǎn)品更新?lián)Q代快 對(duì)模具的需求量加大 一般模 具國(guó)內(nèi)可以自行制造 但很多大型復(fù)雜 精密和長(zhǎng)壽命的多工位級(jí)進(jìn)模大型精密塑料模復(fù) 雜壓鑄模和汽車(chē)覆蓋件模等仍需依靠進(jìn)口 近年來(lái)模具進(jìn)口量已超過(guò)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的商品模具 的總銷(xiāo)售量 為了推進(jìn)社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè) 適應(yīng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)發(fā)展的需要 模具工業(yè) 面臨著進(jìn)一步技術(shù)結(jié)構(gòu)調(diào)整和加速國(guó)產(chǎn)化的繁重任務(wù) 改革開(kāi)放 20 多年來(lái) 我國(guó) 除港臺(tái) 地區(qū)外 下同 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 產(chǎn)品檔次都有 了很大的提高 據(jù)不完全統(tǒng)計(jì) 全國(guó)現(xiàn)有模具專業(yè)生產(chǎn)廠 產(chǎn)品廠配套的模具車(chē)間 分廠 近 17000 家 約 60 萬(wàn)從業(yè)人員 年模具總產(chǎn)值達(dá) 200 億元人民幣 但是 我國(guó)模具工業(yè)現(xiàn) 有能力只能滿足需求量的 60 左右 還不能適應(yīng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要 目前 國(guó)內(nèi)需要的 大型 精密 復(fù)雜和長(zhǎng)壽命的模具還主要依靠進(jìn)口 據(jù)海關(guān)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 1997 年中國(guó)模具工業(yè)協(xié)會(huì)對(duì)下屬的 209 家骨干企業(yè) 含產(chǎn)品廠的模具車(chē)間 的統(tǒng)計(jì)資料表明 其模具總產(chǎn)值 13 7 億元人民幣 進(jìn)口模具大約為 336 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 1 模具 工業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀 按照中國(guó)模具工業(yè)協(xié)會(huì)的劃分 我國(guó)模具基本分為 10 大類(lèi) 其中 沖壓模和塑料成 型模兩大類(lèi)占主要部分 按產(chǎn)值計(jì)算 目前我國(guó)沖壓模占 50 左右 塑料成形模約占 20 拉絲模 工具 約占 10 而世界上發(fā)達(dá)工業(yè)國(guó)家和地區(qū)的塑料成形模比例一般占 全部模具產(chǎn)值的 40 以上 我國(guó)沖壓模大多為簡(jiǎn)單模 單工序模和符合模等 精沖模 精密多工位級(jí)進(jìn)模還 為數(shù)不多 模具平均壽命不足 100 萬(wàn)次 模具最高壽命達(dá)到 1 億次以上 精度達(dá)到 3 5um 有 50 個(gè)以上的級(jí)進(jìn)工位 與國(guó)際上最高模具壽命 6 億次 平均模具壽命 5000 萬(wàn) 次相比 處于 80 年代中期國(guó)際先進(jìn)水平 我國(guó)的塑料成形模具設(shè)計(jì) 制作技術(shù)起步較晚 整體水平還較低 目前單型腔 簡(jiǎn)單型腔的模具達(dá) 70 以上 仍占主導(dǎo)地位 一模多腔精密復(fù)雜的塑料注射模 多色塑料 注射模已經(jīng)能初步設(shè)計(jì)和制造 模具平均壽命約為 80 萬(wàn)次左右 主要差距是模具零件變形 大 溢邊毛刺大 表面質(zhì)量差 模具型腔沖蝕和腐蝕嚴(yán)重 模具排氣不暢和型腔易損等 注射模精度已達(dá)到 5um 以下 最高壽命已突破 2000 萬(wàn)次 型腔數(shù)量已超過(guò) 100 腔 達(dá)到 了 80 年代中期至 90 年代初期的國(guó)際先進(jìn)水平 1 1 2 模具工業(yè)技術(shù)結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀 我國(guó)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(lái)講 與發(fā)達(dá)工業(yè)國(guó)家及 港臺(tái)地區(qū)先進(jìn)水平相比 還有較大的差距 在采用 CAD CAM CAE CAPP 等技術(shù)設(shè)計(jì)與制造模具方面 無(wú)論是應(yīng)用的廣泛 性 還是技術(shù)水平上都存在很大的差距 在應(yīng)用 CAD 技術(shù)設(shè)計(jì)模具方面 僅有約 10 的 模具在設(shè)計(jì)中采用了 CAD 距拋開(kāi)繪圖板還有漫長(zhǎng)的一段路要走 在應(yīng)用 CAE 進(jìn)行模具 方案設(shè)計(jì)和分析計(jì)算方面 也才剛剛起步 大多還處于試用和動(dòng)畫(huà)游戲階段 在應(yīng)用 CAM 技術(shù)制造模具方面 一是缺乏先進(jìn)適用的制造裝備 二是現(xiàn)有的工藝設(shè)備 包括近 10 多年 來(lái)引進(jìn)的先進(jìn)設(shè)備 或因計(jì)算機(jī)制式 IBM 微機(jī)及其兼容機(jī) HP 工作站等 不同 或因 字節(jié)差異 運(yùn)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(shè)備近年來(lái)才開(kāi)展這項(xiàng)工作 在應(yīng)用 CAPP 技術(shù)進(jìn)行工藝規(guī)劃方面 基本上處于空白狀 態(tài) 需要進(jìn)行大量的標(biāo)準(zhǔn)化基礎(chǔ)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(yīng)用在我國(guó)才剛起步 計(jì)算 機(jī)輔助技術(shù)的軟件開(kāi)發(fā) 尚處于較低水平 需要知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的積累 我國(guó)大部分模具廠 車(chē)間的模具加工設(shè)備陳舊 在役期長(zhǎng) 精度差 效率低 至今仍在使用普通的鍛 車(chē) 銑 刨 鉆 磨設(shè)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(yàn) 設(shè)備 簡(jiǎn)陋 能耗高 設(shè)備更新速度緩慢 技術(shù)改造 技術(shù)進(jìn)步力度不大 雖然近年來(lái)也引進(jìn)了 不少先進(jìn)的模具加工設(shè)備 但過(guò)于分散 或不配套 利用率一般僅有 25 左右 設(shè)備的一 些先進(jìn)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(shè)計(jì) 制造工藝技術(shù)人員和技術(shù)工人 尤其缺乏知識(shí)面寬 知識(shí)結(jié)構(gòu)層次高的復(fù)合型人才 中國(guó)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(shí)老化 知識(shí)結(jié)構(gòu)不能適應(yīng)現(xiàn)在的需要 而 80 年代以后從業(yè)的人員 專業(yè)知識(shí) 經(jīng)驗(yàn) 匱乏 動(dòng)手能力差 不安心 不愿學(xué)技術(shù) 近年來(lái)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(shè)計(jì) 制造的技術(shù)水平難以 提高 1 1 3 模具工業(yè)配套材料 標(biāo)準(zhǔn)間結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀 近 10 多年來(lái) 特別是 八五 以來(lái) 國(guó)家有關(guān)部委已多次組織有關(guān)材料研究所 大專 院校和鋼鐵企業(yè) 研究和開(kāi)發(fā)模具專用系列鋼種 模具專用硬質(zhì)合金及其他模具加工的專 用工具 輔助材料等 并有所推廣 但因材料的質(zhì)量不夠穩(wěn)定 缺乏必要的試驗(yàn)條件和試 驗(yàn)數(shù)據(jù) 規(guī)格品種較少 大型模具和特種模具所需的鋼材及規(guī)格還有缺口 在鋼材供應(yīng)上 解決用戶的零星用量與鋼廠的批量生產(chǎn)的供需矛盾 尚未得到有效的解決 另外 國(guó)外模 具鋼材近年來(lái)相繼在國(guó)內(nèi)建立了銷(xiāo)售網(wǎng)點(diǎn) 但因渠道不暢 技術(shù)服務(wù)支撐薄弱及價(jià)格偏高 外匯結(jié)算制度等因素的影響 目前推廣應(yīng)用不多 模具加工的輔助材料和專用技術(shù)近年來(lái) 雖有所推廣應(yīng)用 但未形成成熟的生產(chǎn)技術(shù) 大多仍還處于試驗(yàn)摸索階段 如模具表面涂 層技術(shù) 模具表面熱處理技術(shù) 模具導(dǎo)向副潤(rùn)滑技術(shù) 模具型腔傳感技術(shù)及潤(rùn)滑技術(shù) 模 具去應(yīng)力技術(shù) 模具抗疲勞及防腐技術(shù)等尚未完全形成生產(chǎn)力 走向商品化 一些關(guān)鍵 重要的技術(shù)也還缺少知識(shí)產(chǎn)權(quán)的保護(hù) 我國(guó)的模具標(biāo)準(zhǔn)件生產(chǎn) 80 年代初才形成小規(guī)模生產(chǎn) 模具標(biāo)準(zhǔn)化程度及標(biāo)準(zhǔn) 件的使用覆蓋面約占 20 從市場(chǎng)上能配到的也只有約 30 個(gè)品種 且僅限于中小規(guī)格 標(biāo)準(zhǔn)凸凹模 熱流道元件等剛剛開(kāi)始供應(yīng) 模架及零件生產(chǎn)供應(yīng)渠道不暢 精度和質(zhì)量也 較差 1 1 4 模具工業(yè)產(chǎn)業(yè)組織結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀 我國(guó)的模具工業(yè)相對(duì)較落后 至今仍不能稱其為一個(gè)獨(dú)立的行業(yè) 我國(guó)目前的模具生 產(chǎn)企業(yè)可劃分為四大類(lèi) 專業(yè)模具廠 專業(yè)生產(chǎn)外供模具 產(chǎn)品廠的模具分廠或車(chē)間 以 供給本產(chǎn)品廠所需的模具為主要任務(wù) 三資企業(yè)的模具分廠 其組織模式與專業(yè)模具廠相 類(lèi)似 以小而專為主 鄉(xiāng)鎮(zhèn)模具企業(yè) 與專業(yè)模具廠相類(lèi)似 其中以第一類(lèi)數(shù)量最多 模 具產(chǎn)量約占總產(chǎn)量的 70 以上 我國(guó)的模具行業(yè)管理體制分散 目前有 19 個(gè)大行業(yè)部門(mén) 制造和使用模具 沒(méi)有統(tǒng)一管理的部門(mén) 僅靠中國(guó)模具工業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)籌規(guī)劃 集中攻關(guān) 跨 行業(yè) 跨部門(mén)管理困難很多 模具適宜于中小型企業(yè)組織生產(chǎn) 而我國(guó)技術(shù)改造投資向大中型企業(yè)傾斜時(shí) 中 小型模具企業(yè)的投資得不到保證 包括產(chǎn)品廠的模具車(chē)間 分廠在內(nèi) 技術(shù)改造后不能很 快收回其投資 甚至負(fù)債累累 影響發(fā)展 雖然大多數(shù)產(chǎn)品廠的模具車(chē)間 分廠技術(shù)力量 強(qiáng) 設(shè)備條件較好 生產(chǎn)的模具水平也較高 但設(shè)備利用率低 我國(guó)模具價(jià)格長(zhǎng)期以 來(lái)同其價(jià)值不協(xié)調(diào) 造成模具行業(yè) 自身經(jīng)濟(jì)效益小 社會(huì)效益大 的現(xiàn)象 干模具的不 如干模具標(biāo)準(zhǔn)件的 干標(biāo)準(zhǔn)件的不如干模具帶件生產(chǎn)的 干帶件生產(chǎn)的不如用模具加工產(chǎn) 品的 之類(lèi)不正?，F(xiàn)象存在 極大地挫傷了模具企業(yè) 包括模具車(chē)間和分廠 職工的積極 性 這也是模具行業(yè)留不住人才 青年技術(shù)人員和青年工人不愿學(xué)技術(shù)的原因之一 1 2 模具的發(fā)展趨勢(shì) 1 2 1 模具 CAD CAE CAM 正向集成化 三維化 智能化和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展 1 模具軟件功能集成化 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)最佳效益的目的 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 ENGINEER UG 和 CATIA 等 國(guó)內(nèi)有上海交通大學(xué) 金屬塑性成型有限元分析系統(tǒng)和沖裁模 CAD CAM 系統(tǒng) 北京北航海爾軟件有限公司的 CAXA 系列軟件 吉林金網(wǎng)格模具工程研究中心的沖壓模 CAD CAE CAM 系統(tǒng)等 2 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 ENGINEER UG 和 CATIA 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 另外 Cimatran 公司的 Moldexpert Delcam 公司的 Ps mold 及日立造船的 Space E mold 均是 3D 專業(yè)注塑模設(shè)計(jì) 軟件 可進(jìn)行交互式 3D 型腔 型芯設(shè)計(jì) 模架配置及典型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 澳大利亞 Moldflow 公司的三維真實(shí)感流動(dòng)模擬軟件 MoldflowAdvisers 已經(jīng)受到用戶廣泛的好評(píng)和應(yīng)用 國(guó)內(nèi) 有華中理工大學(xué)研制的同類(lèi)軟件 HSC3D4 5F 及鄭州工業(yè)大學(xué)的 Z mold 軟件 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 的注塑模專家軟件能根據(jù)脫模方向自動(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 3 模具軟件應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)化趨勢(shì) 隨著模具在企業(yè)競(jìng)爭(zhēng) 合作 生產(chǎn)和管理等方面的全球化 國(guó)際化 以及計(jì)算機(jī) 軟硬件技術(shù)的迅速發(fā)展 網(wǎng)絡(luò)使得在模具行業(yè)應(yīng)用虛擬設(shè)計(jì) 敏捷制造技術(shù)既有必要 也 有可能 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(chē)工業(yè)敏捷生產(chǎn) 虛擬工程方案 使汽車(chē)開(kāi)發(fā)周期從 40 個(gè)月縮短到 4 個(gè)月 1 2 2 模具檢測(cè) 加工設(shè)備向精密 高效和多功能方向發(fā)展 1 模具檢測(cè)設(shè)備的日益精密 高效 精密 復(fù)雜 大型模具的發(fā)展 對(duì)檢測(cè)設(shè)備的要求越來(lái)越高 現(xiàn)在精密模具的精 度已達(dá) 2 3 m 目前國(guó)內(nèi)廠家使用較多的有意大利 美國(guó) 日本等國(guó)的高精度三坐標(biāo)測(cè) 量機(jī) 并具有數(shù)字化掃描功能 如東風(fēng)汽車(chē)模具廠不僅擁有意大利產(chǎn) 3250mm 3250mm 三坐標(biāo)測(cè)量機(jī) 還擁有數(shù)碼攝影光學(xué)掃描儀 率先在國(guó)內(nèi)采用數(shù)碼攝影 光學(xué)掃描作為空 間三維信息的獲得手段 從而實(shí)現(xiàn)了從測(cè)量實(shí)物 建立數(shù)學(xué)模型 輸出工程圖紙 模具制 造全過(guò)程 成功實(shí)現(xiàn)了逆向工程技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用 這方面的設(shè)備還包括 英國(guó)雷尼紹公 司第二代高速掃描儀 CYCLON SERIES2 可實(shí)現(xiàn)激光測(cè)頭和接觸式測(cè)頭優(yōu)勢(shì)互補(bǔ) 激光掃 描精度為 0 05mm 接觸式測(cè)頭掃描精度達(dá) 0 02mm 另外德國(guó) GOM 公司的 ATOS 便攜式 掃描儀 日本羅蘭公司的 PIX 30 PIX 4 臺(tái)式掃描儀和英國(guó)泰勒 霍普森公司的 TALYSCAN150 多傳感三維掃描儀分別具有高速化 廉價(jià)化和功能復(fù)合化等特點(diǎn) 2 數(shù)控電火花加工機(jī)床 日本沙迪克公司采用直線電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)的 AQ325L AQ550LLS WEDM 具有驅(qū) 動(dòng)反應(yīng)快 傳動(dòng)及定位精度高 熱變形小等優(yōu)點(diǎn) 瑞士夏米爾公司的 NCEDM 具有 P E3 自適應(yīng)控制 PCE 能量控制及自動(dòng)編程專家系統(tǒng) 另外有些 EDM 還采用了混粉加工工藝 微精加工脈沖電源及模糊控制 FC 等技術(shù) 3 高速銑削機(jī)床 HSM 銑削加工是型腔模具加工的重要手段 而高速銑削具有工件溫升低 切削力小 加工平穩(wěn) 加工質(zhì)量好 加工效率高 為普通銑削加工的 5 10 倍 及可加工硬材料 0 5 最小相對(duì)彎曲半徑 rmin t 式中 R 彎曲半徑 m t 材料厚度 由于相對(duì)彎曲半徑大于 0 5 可見(jiàn)制件屬于圓角半徑較大的彎曲件 應(yīng)該先 求變形區(qū)中性層曲率半徑 r0 xt 公式 2 1 式中 r 0 零件的內(nèi)彎曲半徑 t 板料的厚度 x 中性層位移系數(shù) 表 2 1 板料彎曲時(shí)中性層位移系數(shù) x r0 t 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 1 0 1 2 x 0 21 0 22 0 23 0 24 0 25 0 26 0 28 0 3 0 32 0 33 r0 t 1 3 1 5 2 2 5 3 4 5 6 7 8 X 0 34 0 36 0 38 0 39 0 4 0 42 0 44 0 46 0 48 0 5 查表 2 2 x 1 0 32 x2 0 42 根據(jù)公式 2 1 1 r1 x1t 1 0 32 1 1 32 m 2 r2 x2t 4 0 42 1 4 42 圖 2 2 計(jì)算展開(kāi)尺寸示意圖 根據(jù)零件圖上得知 圓角半徑較大 R 0 5t 彎曲件毛坯的長(zhǎng)度 公式為 L L 直 L 圓弧 公式 2 2 式中 L 彎曲件毛坯張開(kāi)長(zhǎng)度 m L 直 彎曲件各直線部分的長(zhǎng)度 L 圓弧 彎曲件各彎曲部分中性層長(zhǎng)度之和 在圖 2 2 中 RA 1 0 32 1 32 RC 4 0 42 4 42 A 1 mm 根據(jù)公式 2 2 L L 直 L 圓弧 42 3 12143021 38 取 L 38 m 根據(jù)計(jì)算得 工件的展開(kāi)尺寸為 10 38 如圖 2 3 所示 m 圖 2 3 尺寸展開(kāi)圖 2 4 排樣 計(jì)算條料寬度及步距的確定 2 4 1 搭邊值的確定 排樣時(shí)零件之間以及零件與條料側(cè)邊之間留下的工藝余料 稱為搭邊 搭 邊的作用是補(bǔ)償定位誤差 保持條料有一定的剛度 以保證零件質(zhì)量和送料方 便 搭邊過(guò)大 浪費(fèi)材料 搭邊過(guò)小 沖裁時(shí)容易翹曲或被拉斷 不僅會(huì)增大 沖件毛刺 有時(shí)還有拉入凸 凹模間隙中損壞模具刃口 降低模具壽命 或影 響送料工作 搭邊值通常由經(jīng)驗(yàn)確定 表所列搭邊值為普通沖裁時(shí)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)之一 表 2 2 搭邊 a 和 a1 數(shù)值 圓件或類(lèi)似圓件的工件 矩形工件邊長(zhǎng) L 50mm 矩形工件邊長(zhǎng) L 50mm材料厚度 工件間 a1 沿邊 a 工件間 a1 沿邊 a 工件間 a1 沿邊 a 0 25 0 25 0 5 0 5 1 0 1 0 1 5 1 5 2 0 2 0 2 5 1 0 0 8 0 8 1 0 1 2 1 5 1 2 1 0 1 0 1 3 1 5 1 8 1 2 1 8 1 5 1 2 1 5 2 0 1 5 2 0 1 8 1 5 1 8 2 2 1 5 2 5 2 2 1 8 1 5 1 8 2 2 1 8 2 6 2 5 2 0 1 8 2 0 2 5 2 5 3 0 3 0 3 5 3 5 4 0 4 0 5 0 5 0 12 1 8 2 2 2 5 3 0 0 6t 2 2 2 5 3 0 3 5 0 7t 2 2 2 5 2 5 3 5 0 7t 2 5 2 8 3 2 4 0 0 8t 2 5 2 8 3 2 4 0 0 8t 2 8 3 2 3 5 4 5 0 9t 搭邊值是廢料 所以應(yīng)盡量取小 但過(guò)小的搭邊值容易擠進(jìn)凹模 增加刃 口磨損表 2 2 給出了鋼 W C0 05 0 25 的搭邊值 對(duì)于其他材料的應(yīng)將表中的數(shù)值乘以下列數(shù) 鋼 W C0 3 0 45 0 9 鋼 W C0 5 0 65 0 8 硬黃銅 1 1 1 硬鋁 1 1 2 軟黃銅 純銅 1 2 該制件是矩形工件 根據(jù)尺寸從表 2 2 中查出 兩制件之間的搭邊值 a1 1 2 mm 側(cè)搭邊值 a 1 5 mm 由于該制件的材料是 20 鋼 所以兩制件之間的搭邊值為 a1 1 2 1 1 2 mm 取 a1 1 2 mm 側(cè)搭邊值 a 1 5 1 1 5 mm 取 a 1 5 mm 2 4 2 條料寬度的確定 計(jì)算條料寬度有三種情況需要考慮 有側(cè)壓裝置時(shí)條料的寬度 1 無(wú)側(cè)壓裝置時(shí)條料的寬度 2 有定距側(cè)刃時(shí)條料的寬度 有定距側(cè)刃時(shí)條料的寬度 3 有側(cè)壓裝置的模具 能使條料始終沿著導(dǎo)料板送進(jìn) 條料寬度公式 B0 D max 2a 公式 2 0 3 其中條料寬度偏差上偏差為 0 下偏差為 見(jiàn)表 2 3 條料寬度偏差 D 條料寬度方向沖裁件的最大尺寸 a 側(cè)搭邊值 查表 2 3 條料寬度偏差為 0 15 根據(jù)公式 2 3 B0 D max 2a 0 38 2 1 5 0 0 08 410 0 08 表 2 3 條料寬度公差 mm 材料厚度 t mm條料寬度 B mm 0 5 0 5 1 1 2 20 0 05 0 08 0 10 20 30 0 08 0 10 0 15 30 50 0 10 0 15 0 20 2 4 3 導(dǎo)板間間距的確定 導(dǎo)料板間距離公式 A B Z 公式 2 4 Z 導(dǎo)料板與條料之間的最小間隙 mm 查表 2 4 得 Z 5mm 根據(jù)公式 2 4 A B Z 41 5 46 mm 表 2 4 導(dǎo)料板與條料之間的最小間隙 Zmin mm 有 側(cè) 壓 裝 置 條 料 寬 度 B mm材料厚度 t mm 100 以下 100 以上 0 5 0 5 1 5 5 8 8 1 2 2 3 3 4 4 5 5 5 5 5 8 8 8 8 2 4 4 排樣 根據(jù)材料經(jīng)濟(jì)利用程度 排樣方法可以分為有廢料 少?gòu)U料和無(wú)廢料排樣 三種 根據(jù)制件在條料上的布置形式 排樣有可以分為直排 斜排 對(duì)排 混 合排 多排等多重形式 采用少 無(wú)廢料排樣法 材料利用率高 不但有利于一次沖程獲得多個(gè)制 件 而且可以簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu) 降低沖裁力 但是 因條料本身的公差以及條料 導(dǎo)向與定位所產(chǎn)生的誤差的影響 所以模具沖裁件的公差等級(jí)較低 同時(shí) 因 模具單面受力 單邊切斷時(shí) 不但會(huì)加劇模具的磨損 降低模具的壽命 而且 也直接影響到?jīng)_裁件的斷面質(zhì)量 由于設(shè)計(jì)的零件是矩形零件 且兩個(gè)孔均有位置公差要求 所以采用有費(fèi) 料直排法 2 4 5 材料利用率的計(jì)算 沖裁零件的面積為 F 長(zhǎng) 寬 38 10 380 mm 2 毛坯規(guī)格為 500 1000 mm 送料步距為 h D a1 10 1 2 11 2 一個(gè)步距內(nèi)的材料利用率為 n11 nF Bh 100 n 為一個(gè)步距內(nèi)沖件的個(gè)數(shù) n11 nF Bh 100 1 380 41 11 2 100 82 75 橫裁時(shí)的條料數(shù)為 n1 1000 B 1000 41 24 39 可沖 24 條 每條件數(shù)為 n2 500 a h 500 1 5 11 2 44 50 可沖 44 件 板料可沖總件數(shù)為 n n1 n2 24 44 1056 件 板料利用率為 n12 nF 500 1000 1056 380 500 1000 100 80 256 縱裁時(shí)的條料數(shù)為 n1 500 B 500 41 12 195 可沖 12 條 每條件數(shù)為 n2 1000 a h 1000 1 5 11 2 89 152 可沖 89 件 板料可沖總件數(shù)為 n n1 n2 12 89 1068 件 板料的利用率為 n12 nF 500 1000 1068 380 500 1000 100 81 16 橫裁的材料利用率小于縱裁的材料利用率 該零件采用縱裁法 圖 2 4 排樣圖 第三章 沖裁力的計(jì)算 3 1 計(jì)算沖裁力的公式 計(jì)算沖裁力是為了選擇合適的壓力機(jī) 設(shè)計(jì)模具和檢驗(yàn)?zāi)＞叩膹?qiáng)度 壓力 機(jī)的噸位必須大于所計(jì)算的沖裁力 以適宜沖裁的要求 普通平刃沖裁模 其 沖裁力 F p 一般可以按下式計(jì)算 Fp KptL 公式 3 1 式中 材料抗剪強(qiáng)度 見(jiàn)附表 MPa L 沖裁周邊總長(zhǎng) mm t 材料厚度 mm 系數(shù) Kp 是考慮到?jīng)_裁模刃口的磨損 凸模與凹模間隙之波動(dòng) 數(shù)值的變 化或分布不均 潤(rùn)滑情況 材料力學(xué)性能與厚度公差的變化等因數(shù)而設(shè)置的安 全系數(shù) Kp 一般取 1 3 當(dāng)查不到抗剪強(qiáng)度 時(shí) 可以用抗拉強(qiáng)度 b 代替 而取 Kp 1 的近似計(jì)算法計(jì)算 根據(jù)常用金屬?zèng)_壓材料的力學(xué)性能查出 20 鋼的抗剪強(qiáng)度為 280 400 MPa 取 400 MPa 3 2 總沖裁力 卸料力 推料力 頂件力 彎曲力和總沖壓力 由于沖裁模具采用彈性卸料裝置和自然落料方式 總的沖裁力包括 F 總沖壓力 Fp 總沖裁力 FQ 卸料力 FQ1 推料力 FQ2 頂件力 FC 彎曲力 根據(jù)常用金屬?zèng)_壓材料的力學(xué)性能查出 20 鋼的抗剪強(qiáng)度為 280 400 MPa 3 2 1 總沖裁力 Fp F1 F2 公式 3 2 F1 落料時(shí)的沖裁力 F2 沖孔時(shí)的沖裁力 落料時(shí)的周邊長(zhǎng)度為 L1 2 38 10 96 mm 根據(jù)公式 5 1 F1 KptL 1 1 96 400 38 4 KN 沖孔時(shí)的周邊長(zhǎng)度為 L2 2 d 2 3 14 4 25 12 mm F2 KptL 1 1 25 12 400 10 048 KN 總沖裁力 Fp F1 F2 38 4 10 048 48 448 KN 表 3 1 卸料力 推件力和頂件力系數(shù) 料厚 t mm Kx Kt Kd 鋼 0 1 0 1 0 5 0 5 2 5 0 065 0 075 0 045 0 055 0 04 0 05 0 1 0 063 0 055 0 14 0 08 0 06 2 5 6 5 6 5 0 03 0 04 0 02 0 03 0 045 0 025 0 05 0 03 鋁 鋁合金 純銅 黃銅 0 025 0 08 0 02 0 06 0 03 0 07 0 03 0 09 對(duì)于表中的數(shù)據(jù) 厚的材料取小值 薄材料取大值 3 2 2 卸料力 Fx 的計(jì)算 Fx Kx Fp 公式 3 3 Kx 卸料力系數(shù) 查表 3 1 得 K 0 04 0 05 取 K 0 05 根據(jù)公式 3 3 Fx K Fp 0 05 48 448 2 4224 KN 3 2 3 推料力 Ft 的計(jì)算 Ft KtFp 公式 3 4 Kt 推料力系數(shù) 查表 3 1 得 Kt 0 055 取 Kt 0 055 根據(jù)公式 3 4 Ft KtFp 0 055 48 448 2 66 KN 3 2 4 頂件力 Fd 的計(jì)算 Fd KdFp 公式 3 5 Kd 頂件力系數(shù) 查表 3 1 得 Kd 0 06 取 Kt 0 06 根據(jù)公式 3 5 Fd KdFp 0 06 48 448 2 9 KN 3 2 5 彎曲力 FC 的計(jì)算 影響彎曲力大小的基本因素有變形材料的性能和質(zhì)量 彎曲件的形狀和尺 寸 模具結(jié)構(gòu)及凸凹模間隙 彎曲方式等 因此很難用理論的分析法進(jìn)行準(zhǔn)確 的計(jì)算 實(shí)際中常用經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行慨略計(jì)算 以作為彎曲工藝設(shè)計(jì)和選擇沖壓 設(shè)備的理論 形彎曲件的經(jīng)驗(yàn)公式為 Fu 0 7KBt2 b t 公式 3 6 Fu 沖壓行程結(jié)束時(shí)不校正時(shí)的彎曲力 B 彎曲件的寬度 mm t 彎曲件的厚度 mm 彎曲件的內(nèi)彎曲半徑 等于凸模圓角半徑 mm b 彎曲材料的抗拉強(qiáng)度 MPa 查機(jī)械手冊(cè) b 500 MPa K 安全系數(shù) 一般取 1 3 根據(jù)公式 3 6 Fu 0 7KBt2 b t 0 7 1 3 10 12 500 4 1 0 91 N 對(duì)于頂件或壓料裝置的彎曲模 頂件力或壓料力可近似取彎曲力的 30 80 F 壓 80 Fu 80 0 91 0 728 KN 彎曲力 FC Fu F 壓 0 91 0 728 1 638 KN 3 2 6 總的沖壓力的計(jì)算 根據(jù)模具結(jié)構(gòu)總的沖壓力 F Fp Fx Ft F d FC F Fp Fx Ft Fd FC 48 448 2 4224 2 66 2 9 1 638 58 07 KN 根據(jù)總的沖壓力 初選壓力機(jī)為 開(kāi)式雙柱可傾壓力機(jī) J23 10 第四章 模具壓力中心與計(jì)算 模具壓力中心是指諸沖壓合力的作用點(diǎn)位置 為了確保壓力機(jī)和模具正常 工作 應(yīng)使沖模的壓力中心與壓力機(jī)滑塊的中心相重合 否則 會(huì)使沖模和壓 力機(jī)滑塊產(chǎn)生偏心載荷 使滑塊和導(dǎo)軌間產(chǎn)生過(guò)大磨損 模具導(dǎo)向零件加速磨 損 降低了模具和壓力機(jī)的使用壽命 模具的壓力中心 可安以下原則來(lái)確定 1 對(duì)稱零件的單個(gè)沖裁件 沖模的壓力中心為沖裁件的幾何中心 2 工件形狀 相同且分布對(duì)稱時(shí) 沖模的壓力中心與零件的對(duì)稱中心相重 合 3 各分力對(duì)某坐標(biāo)軸的力矩之代數(shù)和等于諸力的合力對(duì)該軸的力矩 求出 合力作用點(diǎn)的坐標(biāo)位置 0 0 x 0 y 0 即為所求模具的壓力中心 Xo L1X1 L2X2 LnXn L1 L2 Ln Yo L1Y1 L2Y2 LnYn L1 L2 Ln 由于該零件是一個(gè)矩形圖形 屬于對(duì)稱中心零件 所以該零件的壓力中心 在圖形的幾何中心 O 處 如圖 4 1 所示 圖 4 1 壓力中心 2 2 確定工藝方案及模具的結(jié)構(gòu)形式 根據(jù)制件的工藝分析 其基本工序有落料 沖孔 彎曲三道基本工序 按其先后順序組合 可得如下幾種方案 5 落料 彎曲 沖孔 單工序模沖壓 6 落料 沖孔 彎曲 單工序模沖壓 7 沖孔 落料 彎曲 連續(xù)模沖壓 8 沖孔 落料 彎曲 復(fù)合模沖壓 方案 1 2 屬于單工序模沖裁工序沖裁模指在壓力機(jī)一次行程內(nèi) 完成一個(gè)沖壓工序的沖裁模 由于此制件生產(chǎn)批量大 尺寸又較這兩種方案生 產(chǎn)效率較低 操作也不安全 勞動(dòng)強(qiáng)度大 故不宜采用 方案 3 屬于連續(xù)模 是指壓力機(jī)在一次行程中 依次在模具幾個(gè)不同的 位置上同時(shí)完成多道沖壓工序的模具 于制件的結(jié)構(gòu)尺寸小 厚度小 連續(xù)模 結(jié)構(gòu)復(fù)雜 又因落料在前彎曲在后 必然使彎曲時(shí)產(chǎn)生很大的加工難度 因此 不宜采用該方案 方案 4 屬于復(fù)合沖裁模 復(fù)合沖裁模是指在一次工作行程中 在模具同 一部位同時(shí)完成數(shù)道沖壓工序的模具 采用復(fù)合模沖裁 其模具結(jié)構(gòu)沒(méi)有連續(xù) 模復(fù)雜 生產(chǎn)效率也很高 又降低的工人的勞動(dòng)強(qiáng)度 所以此方案最為合適 根據(jù)分析采用方案 4 復(fù)合沖裁