沖壓工藝與模具設計畢業(yè)論文

1、<p><b>　　緒論</b></p><p><b>　　1.1 概述</b></p><p>　　沖壓成形作為現(xiàn)代工業(yè)中一種十分重要的加工方法，用以生產各種板料零件,具有很多獨特的優(yōu)勢，其成形件具有自重輕、剛度大、強度高、互換性好、成本低、生產過程便于實現(xiàn)機械自動化及生產效率高等優(yōu)點，是一種其它加工方法所不能相比和不可替代的先進制

2、造技術，在制造業(yè)中具有很強的競爭力，被廣泛應用于汽車、能源、機械、信息、航空航天、國防工業(yè)和日常生活的生產之中。</p><p>　　在吸收了力學、數(shù)學、金屬材料學、機械科學以及控制、計算機技術等方面的知識后，已經形成了沖壓學科的成形基本理論。以沖壓產品為龍頭，以模具為中心，結合現(xiàn)代先進技術的應用，在產品的巨大市場需求刺激和推動下，沖壓成形技術在國民經濟發(fā)展、實現(xiàn)現(xiàn)代化和提高人民生活水平方面發(fā)揮著越來越重要的作用

3、。</p><p>　　1.2 沖壓技術的進步</p><p>　　進幾十年來，沖壓技術有了飛速的發(fā)展，它不僅表現(xiàn)在許多新工藝與新技術在生產的廣泛應用上，如：旋壓成形、軟模具成形、高能率成形等，更重要的是人們對沖壓技術的認識與掌握的程度有了質的飛躍[1]。</p><p>　　現(xiàn)代沖壓生產是一種大規(guī)模繼續(xù)作業(yè)的制造方式，由于高新技術的參與和介入，沖壓生產方式由初期的

4、手工操作逐步進化為集成制造（圖1-1）。生產過程逐步實現(xiàn)機械化、自動化、并且正在向智能化、集成化的方向發(fā)展。實現(xiàn)自動化沖壓作業(yè)，體現(xiàn)安全、高效、節(jié)材等優(yōu)點，已經是沖壓生產的發(fā)展方向。</p><p>　　沖壓自動化生產的實現(xiàn)使沖壓制造的概念有了本質的飛躍。結合現(xiàn)代技術信息系統(tǒng)和現(xiàn)代化管理信息系統(tǒng)的成果，由這三方面組合又形成現(xiàn)代沖壓新的生產模式—計算機集成制造系統(tǒng)CIMS（Computer Integrated M

5、anufacturing System）。把產品概念形成、設計、開發(fā)、生產、銷售、售后服務全過程通過計算機等技術融為一體，將會給沖壓制造業(yè)帶來更好的經濟效益，使現(xiàn)代沖壓技術水平提高到一個新的高度。</p><p>　　1.3 模具的發(fā)展與現(xiàn)狀</p><p>　　模具是工業(yè)生產中的基礎工藝裝備，是一種高附加值的高技術密集型產品，也是高新技術產業(yè)的重要領域，其技術水平的高低已成為衡量一個國家

6、制造水平的重要標志。隨著國民經濟總量和工業(yè)產品技術的不斷發(fā)展，各行各業(yè)對模具的需求量越來越大，技術要求也越來越高。目前我國模具工業(yè)的發(fā)展步伐日益加快，“十一五期間”產品發(fā)展重點主要應表現(xiàn)在 [2]：（1）汽車覆蓋件模；</p><p><b>　?。?）精密沖模；</b></p><p>　?。?）大型及精密塑料模；</p><p>　?。?）

7、主要模具標準件；</p><p>　?。?）其它高技術含量的模具。</p><p>　　目前我國模具年生產總量雖然已位居世界第三，其中，沖壓模占模具總量的40%以上[2]，但在整個模具設計制造水平和標準化程度上，與德國、美國、日本等發(fā)達國家相比還存在相當大的差距。以大型覆蓋件沖模為代表，我國已能生產部分轎車覆蓋件模具。轎車覆蓋件模具設計和制造難度大，質量和精度要求高，代表覆蓋件模具的水平。

8、在設計制造方法、手段上已基本達到了國際水平，模具結構功能方面也接近國際水平，在轎車模具國產化進程中前進了一大步。但在制造質量、精度、制造周期和成本方面，以國外相比還存在一定的差距。標志沖模技術先進水平的多工位級進模和多功能模具，是我國重點發(fā)展的精密模具品種，在制造精度、使用壽命、模具結構和功能上，與國外多工位級進模和多功能模具相比，存在一定差距[2-3]。</p><p>　　1.4 模具CAD/CAE/CAM技

9、術</p><p>　　沖壓技術的進步首先通過模具技術的進步來體現(xiàn)出來。對沖模技術性能的研究已經成為發(fā)展沖壓成形技術的中心和關鍵。</p><p>　　20世紀60年代初期，國外飛機、汽車制造公司開始研究計算機在模具設計與制造中的應用。通過以計算機為主要技術手段，以數(shù)學模型為中心，采用人機互相結合、各盡所長的方式，把模具的設計、分析、計算、制造、檢驗、生產過程連成一個有機整體，使模具技術進

10、入到綜合應用計算機進行設計、制造的新階段。模具的高精度、高壽命、高效率成為模具技術進步的特征。</p><p>　　模具CAD/CAE/CAM是改造傳統(tǒng)模具生產方式的關鍵技術，是一項高科技、高效益的系統(tǒng)工程。它以計算機軟件的形式，為企業(yè)提供一種有效的輔助工具，使工程技術人員借助于計算機對產品性能、模具結構、成形工藝、數(shù)控加工及生產管理進行設計和優(yōu)化[4]。模具CAD/CAE/CAM技術能顯著縮短模具設計與制造周期

11、，降低生產成本和提高產品質量已成為模具界的共識。</p><p>　　模具CAD/CAE/CAM在近20年中經歷了從簡單到復雜，從試點到普及的過程。進入本世紀以來，模具CAD/CAE/CAM技術發(fā)展速度更快，應用范圍更廣。</p><p>　　在級進模CAD/CAE/CAM發(fā)展應用方面，本世紀初，美國UGS公司與我國華中科技大學合作在UG-II（現(xiàn)為NX）軟件平臺上開發(fā)出基于三維幾何模型的

12、級進模CAD/CAM軟件NX-PDW。該軟件包括工程初始化、工藝預定義、毛坯展開、毛坯排樣、廢料設計、條料排樣、壓力計算和模具結構設計等模塊。具有特征識別與重構、全三維結構關聯(lián)等顯著特色，已在2003年作為商品化產品投入市場。與此同時，新加波、馬來西亞、印度及我國臺灣、香港有關機構和公司也在開發(fā)和試用新一代級進模CAD/CAM系統(tǒng)。</p><p>　　我國從上世紀90年代開始，華中科技大學、上海交通大學、西安交

13、通大學和北京機電研究院等相繼開展了級進模CAD/CAM系統(tǒng)的研究和開發(fā)。如華中科技大學模具技術國家重點實驗室在AutoCAD軟件平臺上開發(fā)出基于特征的級進模CAD/CAM系統(tǒng)HMJC，包括板金零件特征造型、基于特征的沖壓工藝設計、模具結構設計、標準件及典型結構建庫工具和線切割自動編程5個模塊。上海交通大學為瑞士法因托（Finetool）精沖公司開發(fā)成功精密沖裁級進模CAC/CAM系統(tǒng)。西安交通大學開發(fā)出多工位彎曲級進模CAD系統(tǒng)等。近年

14、來，國內一些軟件公司也競相加入了級進模CAD/CAM系統(tǒng)的開發(fā)行列，如深圳雅明軟件制作室開發(fā)的級進模系統(tǒng)CmCAD、富士康公司開發(fā)的用于單沖模與復合模的CAD系統(tǒng)Fox-CAD等[4]。</p><p>　　展望國內外模具CAD/CAE/CAM技術的發(fā)展，本世紀的科學技術正處于日新月異的變革之中，通過與計算機技術的緊密結合，人工智能技術、并行工程、面向裝配、參數(shù)化特征建模以及關聯(lián)設計等一系列與模具工業(yè)相關的技術發(fā)

15、展之快，學科領域交叉之廣前所未見。今后10年新一代模具CAD/CAE/CAM系統(tǒng)必然是當今最好的設計理念、最新的成形理論和最高水平的制造方法相結合的產物，其特點將反映在專業(yè)化、網絡化、集成化、智能化四個方面。主要表現(xiàn)在[4]：</p><p>　?。?）模具CAD/CAM的專業(yè)化程度不斷提高；</p><p>　?。?）基于網絡的CAD/CAE/CAM一體化系統(tǒng)結構初見端倪；</p&

16、gt;<p>　　（3）模具CAD/CAE/CAM的智能化引人注目；</p><p>　?。?）與先進制造技術的結合日益緊密。</p><p>　　1.5 課題的主要特點及意義</p><p>　　該課題主要針對電器開關過電片零件，在對過電片沖孔、落料和壓彎等成形工藝分析的基礎上，提出了該零件采用多工位級進模的沖壓方案；根據(jù)零件的形狀、尺寸精度要求，設

17、計過程中綜合考慮采用“雙列直對排法”排樣，成形側刃定位，保證工件的尺寸和形狀位置精度要求的同時，提高了材料的利用率和勞動生產率。</p><p>　　本課題涉及的知識面廣，綜合性較強，在鞏固大學所學知識的同時，對于提高設計者的創(chuàng)新能力、協(xié)調能力，開闊設計思路等方面為作者提供了一個良好的平臺。</p><p>　　2 沖壓工藝方案的制定</p><p>　　該零件為某

18、電器開關過電片，是一家電器生產企業(yè)產品中的一個主要零件，如圖2-1所示,其作用是通過開關扳手的運動由過電片讓電流通或斷。該零件生產屬于大批量生產，零件結構緊湊，沖裁壁厚很?。ㄗ钚√帪?.75mm），成形過程相互干涉，在復合模中難于實現(xiàn)；若用簡單的落料、沖孔、彎曲模等單工序模也可達到沖壓要求，這樣模具雖然簡單了，但是沖壓所用的設備和人員較多，沖壓工序中的定位也較麻煩，加上零件較小，裝料時易產生不安全的現(xiàn)象，而且工序較多效率較低故不被推廣。

19、為減少零件在生產中的多次定位對其精度和生產率的影響，一要產品批量較大，對零件的一致性要求較高，二是具有H68良好的彎曲和沖裁性能，經過反復比較，適宜采用較為復雜的多工位級進模制造。</p><p><b>　　2.1 工藝分析</b></p><p>　　本電器開關過電片從總體上看是一個帶雙孔的“”形彎曲件，該零件需要控制的尺寸有，，，，分別為公差等級IT11，IT1

20、2級，其余尺寸均為未注公差，可以按IT12級取公差。該零件材料為H68普通黃銅，料厚為0.5mm，因而從尺寸精度和材料方</p><p>　　面分析比較適合用沖壓加工。經計算得零件毛坯展開尺寸，如圖2-2所示，最長處為22.86mm，最寬處為6.8mm，屬于小型沖壓件。由于“”形彎曲件兩直邊折彎方向相反，故彎曲模必須有兩個方向的彎曲動作?，F(xiàn)改為“”形彎曲件，它是“”形件的成對彎曲，然后再切斷為二個“”形件，這樣使

21、兩邊的彎曲力相互平衡，同時也減少了彎曲時的毛坯移動。</p><p><b>　　2.2 排樣圖設計</b></p><p>　　排樣圖是多工位級進模設計的關鍵，它具體反映了零件在整個沖壓成形過程中，毛坯外形在條料上的截取方式及與相鄰毛坯的關系，而且對材料的利用率、沖壓加工的工藝性以及模具的結構和壽命等有著顯著的影響[5]該過電片零件形狀一頭大一頭小，若采用單列排樣則

22、材料的利用率較低，故采用雙列排樣；又為了減少制件在沖壓時的移動和抵消彎曲力，綜合考慮采用“雙列直對排法”，由于制件較小，采用“雙列直對排法”排樣的模具體積也不會很大，同時按“雙列直對排法”排樣為“一模四件”生產，大大提高了生產效率，因此這樣的排樣比較科學合理。查文獻[6]表2-13取搭邊值a=1.2mm，沖切外形時工件間的搭邊連接最小寬度取1.8mm。故應針對零件和零件展開后的工藝特點，并綜合考慮工藝分析各個因素后，設計合理的排樣圖及具

23、體工位安排。</p><p>　　故：條料寬度 b=22.86mm×2 + 1.2mm×2 + 1.8mm =49.92mm，取b=50mm；</p><p>　　沖壓進距 h=6.8mm + 5mm + 1.2mm×2 =14.2mm</p><p>　　毛坯排樣圖如圖2-3所示：</p><p>　　根據(jù)以上

24、分析，沖壓如圖2-1所示的零件的級進模分為四個工位。</p><p>　　第一工位：定距沖外形；</p><p>　　第二工位：沖圓孔和腰形孔；</p><p>　　第三工位：“”形彎曲，由導正銷在圓孔中定位；</p><p>　　第四工位：切斷“”形件，分離得四個“”形制件。</p><p>　　計算材料的利用率，一

25、個進距內的沖裁面積A：</p><p>　　A=92.5mm2+19.6mm2×4+15.9mm2×4+51.8 mm2=286.3 mm2</p><p>　　其中，A包括一個進距內沖出的小孔面積142mm</p><p>　　故一個進距的材料利用率為：</p><p><b>　　==59.7%</b&

26、gt;</p><p>　　若沖出的小孔材料可以加以利用，則由本排樣方案計算一個進距的材料利用率為：</p><p>　　3 模具總體結構設計</p><p>　　模具總體結構如圖3-1所示，該模具采用后側導柱模架，沖圓孔凸模19，沖腰形孔凸模18，切斷凸模15，切邊凸模20，壓彎凸模（成形側刃）16，導正銷29分別和凸模固定板5采用壓入式裝配，用圓柱銷23在上模座

27、上定位，與墊板4一起固定在上模座上；凹模11采用整體加工而成，為了便于制造、試模和維修，壓彎凹模鑲塊17兩件采用鑲拼結構，嵌入沖裁凹模槽孔內，并用螺釘加以固定；條料送進步距由成形側刃定位控制，制件彎曲由導正削精定位，所有凸模卸料由彈性卸料板7完成，沖孔、切邊和切斷廢料由凹模下面的漏料孔逐步排出，制件從料頭分離，由模具終端沿凹模斜面自動落下。</p><p>　　3.1 條料定位裝置</p><

28、p>　　由于側刃定距方式使沖壓時材料送進準確可靠，但增加了材料的消耗，也使模具的制造維修趨于復雜。側刃的成形沖切即發(fā)揮了側刃定距的優(yōu)點，又使得有搭邊排樣的有廢料沖壓變?yōu)闊o廢料、少廢料沖壓。</p><p>　　成形側刃沖壓是將擬選用的側刃與工件某部分的沖裁結合，利用沖切出條（帶）料的缺口代替普通側刃的切邊缺口實現(xiàn)送料限位定距，省去普通側刃沖切后仍需留出落料沖切的搭邊，實現(xiàn)少無廢料排樣的沖裁[7]。資料表明：

29、在級進模上使用成形側刃與使用普通側刃相比，不僅可以節(jié)省沖壓材料6%-10%，成本降低2%-6%，而且可以使連續(xù)沖壓保持較高的勞動生產率的同時，保證工件具有較高的尺寸和形狀位置精度。</p><p>　　本設計在送料前進方向的兩側采用雙成形側刃定距，如圖2-3所示，即為使用成形側刃的排樣圖，側刃長度稍大于送料進距，以便導正銷伸入預沖孔時導料略后退。成形側刃尺寸按式（3-1）計算：</p><p&

30、gt;　　L=h+（0.05～0.10）                   （3-1）</p><p>　　式中，L—成形側刃斷面沿送料方向的長度（mm），這里；</p><p><b>　　h—步距

31、（mm）</b></p><p>　　精確定位由導正銷29與條料上的導正孔φ5來實現(xiàn)，該模具裝有2件導正銷，結構形式如圖3-1所示，條料寬度方向由左、右導料板28導向，承料板22承料。</p><p><b>　　3.2 出料裝置</b></p><p>　　采用彈性卸料板7卸料，彈性卸料板由彈簧6產生的彈性實現(xiàn)卸料，并穿過卸料螺釘

32、3桿部安裝在凸模固定板與卸料板之間。導正銷與導正孔之間存在一定的間隙，一般可以避免導正銷卡在導正孔內，若為了防止導正銷卡在導正孔內，可以采用在局部設計卸料塊與彈簧，靠彈簧產生的彈性實現(xiàn)卸料。沖孔、切邊廢料和切斷廢料由凹模下方的漏料孔逐步排出，制件由模具終端沿斜面自動落下。</p><p>　　3.3 模具結構特點 </p><p>　　采用雙成形側刃對稱布置，切邊定距，沖出工件部

33、分外形，充分利用料頭和料尾。為了便于送料，在沖切外形時工件之間留有一定的搭邊連接，在沖彎后再切去，工件成形后由凹模11終端的斜面滑出。</p><p>　　3.4 模具工作過程 </p><p>　　將裁剪好的寬度為50mm的條料放在下模上，并依靠成形側刃定位。</p><p>　　第一步：上模下行卸料板在彈簧作用下壓住坯料，切邊凸、凹模完成切廢料工序；&

34、lt;/p><p>　　第二步：上模上行條料靠手動向前送一步，上模下行沖孔凸、凹模完成沖孔工序，廢料從下模的下漏料孔排出；</p><p>　　第三步：上模上行條料靠手動向前送一步，上模下行由導正銷精確定位，彎曲凸、凹模完成彎曲工序；</p><p>　　第四步：上模上行條料靠手動繼續(xù)向前送一步，上模下行由切斷凸、凹模完成切斷工序，廢料從下模的下漏料孔排出，同時有四個制

35、件從模具終端落下，完成整個沖壓過程。</p><p>　　4 模具零件的設計與計算</p><p>　　4.1 凸、凹模刃口尺寸的計算</p><p>　　4.1.1 凸、凹模間隙的選擇</p><p>　　凸、凹模間隙值的大小對沖壓制件質量、模具壽命、沖壓力的影響很大，是沖壓工藝與模具設計中的一個極其重要的工藝參數(shù)。根據(jù)零件材料及料厚，查文

36、獻[8]表2-10，確定沖裁刃口始用雙面間隙值：Zmin=0.025 mm， Zmax=0.045 mm。至于壓彎時凸模與凹模之間的間隙，按材料的性能、厚度以及彎曲件的高度和寬度（彎曲線的長度），取單邊間隙C=（1.0～1.1）t，這里取C=0.5 mm。另外，設計中考慮在合模時使毛坯完全壓靠，以保證彎曲件的質量和尺寸精度。</p><p>　　4.1.2 凸、凹模刃口尺寸計算</p><p&

37、gt;　　沖壓制件的尺寸精度主要決定于模具刃口的尺寸精度，合理間隙的數(shù)值也必須靠模具的刃口尺寸來保證。因此，正確確定模具刃口尺寸極其公差，是設計沖模的主要任務之一。</p><p>　?。?）切邊凸、凹模刃口尺寸計算</p><p>　　由于該零件切邊形狀比較復雜，且為薄材料，為了保證凸、凹模之間的間隙值，擬采用凸、凹模配合加工的方法。先做凸模，然后配做凹模，具體可采用成形磨削加工刃口。&

38、lt;/p><p>　　根據(jù)零件切邊形狀，如圖4-1所示，其中未標注公差的尺寸，按IT12級取公差。凸模磨損后尺寸變小的記為A類，有A1=, A2=, A3=，A4=，A5=</p><p>　　尺寸變大的記為B類，有B1=, B2=,B3=</p><p><b>　　① 對于A類尺寸：</b></p><p>　　查文獻

39、[6]表2-11得：磨損系數(shù)x1=0.75, x2=1, x3=0.75, x4=1, x5=1</p><p>　　A類尺寸按式(4-1)計算：</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　式中，—凸模制造公差，</p><p><b>　　② 對于B類尺寸：</b><

40、;/p><p>　　查文獻[6]表2-11得：x1=1, x2=1, x3=1</p><p>　　B類尺寸按式(4-2)計算：</p><p><b>　　（4-2）</b></p><p>　　該零件切邊凹模刃口各部分尺寸按上述切邊凸模的相應部分尺寸配制，保證雙面間隙值Zmin～Zmax=0.025～0.045mm。切邊

41、凸模尺寸標注如圖4-2所示。</p><p>　　（2）沖圓孔凸、凹模刃口尺寸計算</p><p>　　圓孔形狀簡單，為制造方便，凸、凹模擬采用分開加工。</p><p>　　圓孔尺寸如圖4-3，未注公差按IT12級處理有，按一般要求：模具精度較工件精度高2～3級，查文獻[6]表2-10得，，這樣將不滿足分開加工條件：。</p><p>　　

42、考慮到圓孔容易加工，可以適當?shù)奶岣咄?、凹模制造精度，?，</p><p>　　取，，這樣就滿足分開加工條件：</p><p>　　先確定凸模刃口尺寸，查文獻[6]表2-11得：x=0.75，按（4-3）式計算：</p><p><b>　　(4-3)</b></p><p><b>　　則：</b>

43、;</p><p>　　凹模刃口尺寸，按（4-4）式計算：</p><p><b>　　（4-4）</b></p><p>　　則：,沖圓孔凸模尺寸標注如圖4-4所示</p><p>　?。?）沖腰形孔凸、凹模刃口尺寸計算</p><p>　　腰形孔尺寸如圖4-5，未注公差按IT12級處理有，孔心

44、距。</p><p>　　腰形孔和圓孔同樣，比較容易加工，按上述沖圓孔凸、凹模刃口計算方法，適當提高模具制造精度，以滿足分開加工的條件，取，。</p><p>　　①    確定凸模刃口尺寸，查文獻[6]表2-11得：x=1，根據(jù)（4-3）式有：</p><p>　　沖腰形孔凸模尺寸標注如圖4-6所示。</p><p

45、>　　由式（4-4）得，凹模刃口尺寸為：</p><p><b>　?、?孔心距   </b></p><p><b>　?。?-5）</b></p><p>　　式中 、—凸、凹模孔心距的標稱尺寸（mm）；</p><p>　　—工件孔心距的標稱尺寸（mm）；</p

46、><p>　　—工件孔心距的公差（mm）</p><p><b>　　則：</b></p><p>　?。?）切斷凸模刃口尺寸計算</p><p>　　零件切斷搭邊廢料形狀尺寸如圖4-7所示，其中未標注公差的尺寸，按IT12級取公差。按上述切邊凸、凹模刃口尺寸計算方法，凸、凹模采用配合加工，先加工凸模，然后配做凹模。<

47、/p><p>　　同樣，凸模磨損后尺寸變小的記為</p><p>　　A類，有A1=, A2=, A3=, A4=；</p><p>　　尺寸變大的記為B類，有B1=。</p><p><b>　?、?對于A類尺寸：</b></p><p>　　查文獻[6]表2-11得：x1=0.75, x2=1,

48、x3=1, x4=1，由式（4-1）得：</p><p><b>　　② 對于B類尺寸：</b></p><p>　　查文獻[6]表2-11得：x=1</p><p><b>　　由式（4-2）得：</b></p><p>　　該零件搭邊廢料切斷凹模刃口各部分尺寸按上述切斷凸模的相應部分尺寸配制，保

49、證雙面間隙值Zmin～Zmax=0.025～0.045mm，切斷凸模尺寸標注如圖4-8所示。</p><p>　?。?）壓彎凸、凹模刃口尺寸計算</p><p>　　壓彎型槽相對位置關系，如圖4-9所示，相對寬度尺寸標注在內側，故應以凸臺（相當于凸模）為基準，先計算凸臺尺寸。考慮到模具磨損和彎曲件的回彈，凸臺尺寸按（4-6）計算：</p><p><b>

50、　?。?-6）</b></p><p>　　式中，—彎曲件基本尺寸(mm)；</p><p>　　—彎曲件制造公差(mm)；</p><p>　　—凸臺制造公差，按IT8級選取</p><p><b>　　則：</b></p><p>　　兩個壓彎凸模刃邊相對位置尺寸（相當于凹模）按凸

51、臺尺寸控制，保證單邊間隙C, 即：</p><p><b>　?。?-7）</b></p><p><b>　　故：</b></p><p>　　4.2 凸、凹模的設計</p><p>　　4.2.1 凸模的結構和固定形式</p><p>　　由于沖件的形狀和尺寸的不同，沖模

52、的加工以及裝配工藝等實際條件亦有所不同，所以在實際生產中使用的凸模結構形式也就有很多種形式。一般沖裁凸模的形狀是由產品的形狀決定的，它可以采用直身結構也可采用加強型結構。主要的固定方式有：臺肩固定、鉚接、螺釘和銷釘固定以及粘結劑澆注法固定等[9]。</p><p>　　本設計中采用用圓形和方形兩種形式的凸模，材料選用T10A鋼，淬火硬度HRC56-60 必要時表面可進行滲氮處理。圓凸?？刹捎酶呔韧鈭A磨床加工，異

53、形凸?？梢圆捎寐呓z線切割加工或成形磨削加工（成形磨削是模具零件成形表面精加工的一種方法，可以獲得高尺寸精度、高表面加工質量[7]。</p><p>　　凸模固定方式如圖4-10所示：凸模以過渡配合（K6）固緊在凸模固定板上，頂端形成臺肩，以便固定，并保證在工作時不被拉出，安全可靠。</p><p>　　4.2.2 凸模長度的確定</p><p>　　凸模工作部分的

54、長度應根據(jù)模具的結構來確定。一般不宜過長，否則往往因縱向彎曲而使凸模工作時失穩(wěn)。致使模具間隙出現(xiàn)不均勻，從而使沖件的質量及精度有所下降，嚴重時甚至會使凸模折斷。</p><p>　　根據(jù)模具設計結構形式，凸模的長度為</p><p><b>　　（4-8）</b></p><p>　　式中，—凸模的長度（mm）；</p><

55、p>　　—凸模固定板的厚度（mm），它取決于沖件的厚度t，一般在沖制t<1.5mm的板料時，取15～20mm；當t=1.5～2.5mm時，取20～25mm；這里??；</p><p>　　—卸料板的厚度（mm），??；</p><p>　　—導料板的厚度（mm），??；</p><p>　　—附加長度（mm）。主要考慮凸模進入凹模的深度（對于沖裁凸模取1mm，

56、對于壓彎凸模根據(jù)零件彎曲高度取5.2mm）以及模具閉合狀態(tài)下卸料板的到凸模固定板間的安全距離（取20mm）</p><p>　　將各數(shù)據(jù)代入式（4-8）中得：</p><p><b>　　沖裁凸模長度 </b></p><p><b>　　壓彎凸模長度 </b></p><p>　　4.2.3 凸模

57、的強度計算</p><p>　　沖裁時凸模因承受了全部的壓力，所以它承受了相當大的壓應力。而</p><p>　　在卸料時，又承受有拉應力。因此，在一次沖裁的過程中，其應力為拉伸和壓縮交變反復作用。在一般情況下，凸模的強度是足夠的，因此沒有必要作強度的校核[9]。但針對本過電片零件特點，其中有的凸模斷面尺寸很小，因此必須對相應凸模的強度—包括凸模的最小斷面（危險斷面）的承壓能力和抗彎能力進

58、行校核。</p><p>　　（1）凸模承受能力的校核</p><p>　　對凸模最小斷面上的承受能力進行計算時，必須使沖裁力小于或等于危險斷面所允許的最大壓應力。由[9]表2-9查得，對于材料為黃銅的沖件，最小的允許凸模相對直徑（）為0.61～0.85，而該模具中凸模刃口最小壁厚1.2mm，,故凸模承受能力滿足要求。</p><p>　　（2）失穩(wěn)彎曲應力的校核&

59、lt;/p><p>　　凸模在中心軸向壓力的作用下，保持穩(wěn)定（不產生彎曲）的最大長度與導向方式有關，由卸料板導向凸模最大允許長度按式（4-9）計算：</p><p><b>　?。?-9）</b></p><p>　　式中，—凸模最大允許長度（mm）；</p><p>　　—凸模材料彈性模量，對于鋼材可?。?lt;/p>

60、;<p>　　—凸模或沖孔直徑（mm）；</p><p>　　—沖件材料厚度（mm）；</p><p>　　—沖件材料抗剪強度（），這里對于H68普通黃銅</p><p>　　現(xiàn)今對最小凸模直徑進行校核計算，將各數(shù)據(jù)代入式（4-9）中得：</p><p>　　所以大于凸模長度，故滿足要求。顯然，其它凸模也滿足彎曲校核要求。<

61、;/p><p>　　4.2.4 凹模結構形式設計</p><p>　　凹模在設計中采用整體加工而成，為了便于設計、制造、維修，壓彎凹模兩件采用鑲拼結構，嵌入沖裁凹模孔內，并用螺絲固定，凸、凹之間的間隙為一個料厚。壓彎凸模頭部設計為圓弧角（R=1），以避免壓彎時擦傷產品。在直角彎曲的壓彎凹?？拷蹚澗€處，設計一條校正筋，如圖4-11所示，使壓彎時在產品根部產生塑性變形，減小回彈，保證彎曲角。凹模

62、材料與凸模相同，選用T10A鋼，淬火硬度HRC58-62。</p><p>　　如圖4-12所示，為沖裁凹模刃壁形式，適用于薄料沖裁模[10]。一般可以使用電火花穿孔加工凹模[7]。</p><p>　　4.2.5 凹模結構尺寸的確定</p><p>　　凹模設計應考慮的事項是關于凹模強度、制造方法及其加工精度等。特別是凹模孔的尺寸，在實用上是和制件尺寸一起來考慮的

63、。它關系到制件質量的好壞，因此對其加工表面質量亦必須予以充分的考慮。</p><p>　　凹模的厚度和外形尺寸，對于其承受的沖裁力，必須具有不引起破損和變形的足夠強度。沖裁時，凹模承受沖裁力和水平方向的作用，由于凹模的結構形式不一，受力狀態(tài)又比較復雜，特別是對于復雜形狀的沖件，其凹模的強度計算就相當?shù)膹碗s。因而，在目前一般的生產實際情況下，通常都是根據(jù)沖裁件的輪廓尺寸和板料厚度、沖裁力的大小等來進行概略的估算及經

64、驗修正的[9]。結構尺寸計算如下：</p><p><b>　?。?）凹模壁厚 </b></p><p>　　凹模壁厚b按文獻[10]表14-5選擇。</p><p>　　從排樣圖2-3知沖件料寬50 mm（>40-50 mm），料厚0.5 mm（≤0.8 mm），由文獻[10]表14-5取b=30mm。</p><p

65、>　?。?）凹模厚度：凹模厚度h根據(jù)沖裁力F按文獻[10]圖14-15選擇。</p><p><b>　　先算沖裁力：</b></p><p><b>　　（4-10）</b></p><p>　　式中，L— 沖裁件周邊長度（mm）；</p><p>　　t— 材料厚度（mm），t=0.5mm

66、；</p><p>　　t— 材料抗剪強度（MPa），τ=240MPa；</p><p>　　K— 系數(shù)。考慮到模具刃口的磨損，模具間隙的波動，材料力學性能的變化及材料厚度偏差等因素，一般取K=1.3。</p><p>　　算得整個沖壓工序中沖裁周邊長度L=388mm，代入式（4-10）得： </p><p>　　F=1.3×388

67、×240×0.5≈60KN</p><p>　　由文獻[10]圖14-15中取凹模厚度h=20mm。</p><p><b>　?。?）凹模外形尺寸</b></p><p>　　根據(jù)排樣圖2-3所注尺寸和上述凹模厚度h與壁厚b，可以得出：</p><p>　　凹模長L=124 mm；</p>

68、;<p>　　凹模寬B=110 mm；</p><p>　　故初步有了凹模外形尺寸L×B×h=124×112×20 mm。</p><p>　　根據(jù)要求，上述凹模外形尺寸須向國家標準靠攏，對照文獻[10]表14-6（摘自GB2858-81），將上述尺寸改為125×125×20 mm。</p><p

69、><b>　?。?） 刃壁高度</b></p><p>　　垂直于凹模平面的刃壁，其高度h0可以按下列規(guī)則計算[10]：</p><p>　　沖件料厚t≤3 mm，h0=3 mm；</p><p>　　沖件料厚t>3 mm，h0=t；</p><p>　　所以，這里取h0=3 mm。</p>&

70、lt;p>　?。?） 凹模鑲塊尺寸設計</p><p>　　對于凹模鑲塊的尺寸，可以參見相關零件圖紙。</p><p><b>　　4.3 模板的設計</b></p><p>　　標準的級進模模板包括：卸料板、固定板、凹模板、墊板、上模板、下模板，其中卸料板、固定板、凹模板是關鍵的三塊模板，也是級進模比不可少的[11]。該模具中固定板起著

71、固定凸模的作用，卸料板主要起卸料、壓料同時還具有一定的導向作用；凹模板前面已經提到，既充當凹模刃口，又可以在其上鑲拼凹模鑲塊。</p><p>　　另外，在進行級進模設計時，有一項很重要，就是設計讓位，一般彎曲或成形等工位的所有后續(xù)工位都需要讓位，而且要充分讓位，不但需要考慮靜態(tài)讓位，還要考慮動態(tài)讓位[11]。本設計中在凹模板上直接開槽讓位，工件成形后由凹模終端的斜面滑出，保證了送料的順暢。</p>

72、<p>　　凹模外形尺寸前面已述，該級進模其它模板的外形尺寸設計如下：</p><p><b>　　凸模固定板 ；</b></p><p><b>　　上墊板     ；</b></p><p><b>　　下墊板     

73、;；</b></p><p><b>　　導料板     ；</b></p><p>　　卸料板     ；卸料板凸臺高度根據(jù)導向裝置導料板厚度來確定，取h =H-(0.1～0. 3)t=3-0.2×0.5=2.9 mm，所以卸料板整體高度為14.9 mm；</

74、p><p>　　上模板     （標準件）；</p><p>　　下模板     （標準件）；</p><p><b>　　故：模具閉合高度</b></p><p>　　4.4 卸料彈簧的選用</p><p>　　先算卸料

75、力，查文獻[8]表2-15得卸料力系數(shù)，則：</p><p>　　（1）根據(jù)模具的結構初定8根彈簧，每根彈簧分擔的卸料力為：</p><p>　?。?）查文獻[12]表10-1，并考慮到模具結構尺寸，初選彈簧參數(shù)為：彈簧鋼絲直徑d=2mm，彈簧中徑D2=12mm，節(jié)距t=4.28mm，工作極限負荷Fj=188N，自由高度h0=40mm，有效圈數(shù)n=8.5，工作極限負荷下變形量hj=17.3

76、mm，展開長度L=396mm。[規(guī)格標記為：彈簧2×12×40]</p><p>　?。?）彈簧預壓量。由Fj=188N，hj=17.3mm，考慮卸料的可靠性，取彈簧在預壓量為h1時就應有150N的壓力，故：</p><p>　?。?）檢查彈簧最大壓縮量是否滿足上述條件：沖裁時卸料板的工作行程h2=6.2mm;考慮凸模的修模量h3=4mm;彈簧的預壓量為h1=14.4m

77、m；故彈簧總壓縮量為</p><p>　　h1+h2+h3=14.4mm+6.2mm+4mm=24.6mm</p><p>　　hj=17.3mm<24.6mm ，故所選的彈簧不合適。</p><p>　　所以，改選彈簧鋼絲直徑d=3.0mm，彈簧中徑D2=18mm，節(jié)距t=6.13mm，工作極限負荷Fj=388N，自由高度h0=45mm，有效圈數(shù)n=6.5，

78、工作極限負荷下變形量hj=18.2mm，展開長度L=481mm。[規(guī)格標記為：彈簧3×18×45]</p><p><b>　　計算彈簧預壓量：</b></p><p>　　故彈簧總壓縮量為：h1+h2+h3=7.0mm+6.2mm+4mm=17.2mm</p><p>　　hj=18.2mm>17.2mm，所以該規(guī)格

79、的彈簧滿足要求。</p><p>　　4.5 其它零件的設計</p><p>　　在級進模中，一些輔助零件對模具的順利工作也起著重要的作用。針對該級進模，這里主要介紹導正銷的設計。</p><p>　　本級進模設計當中，通過導正削與在前一個工位上沖了的兩個的孔實現(xiàn)精確定位，保證產品的精度。進行導正銷設計時注意到控制導正銷的長度，保證當模具在自由狀態(tài)時導正銷的直壁部分

80、伸出卸料板的長度要小于產品的一個料厚，這樣就可以有效地避免帶料現(xiàn)象[11]。模具在自由狀態(tài)時導正銷的直壁部分伸出卸料板的長度為0.3mm。</p><p><b>　　5 沖壓設備的選用</b></p><p>　　根據(jù)所要完成的沖壓工藝性質、生產批量的大小、沖壓件的幾何尺寸和精度要求來選定設備類型。</p><p>　　開式曲柄壓力機雖然剛度

81、差，但它成本低，且有三個方向可以操作的優(yōu)點，故廣泛應用于中小型沖裁件、彎曲件、拉深件的生產中。</p><p>　　閉式曲柄壓力機剛度好、精度高，只能靠兩個方向操作，適用于大中型件的生產。</p><p>　　雙動曲柄壓力機有兩個滑塊，壓邊可靠易調，適用于較復雜的大中型拉深件的生產。</p><p>　　綜合考慮，采用開式曲柄壓力機。</p><

82、p>　　5.1 沖壓力的計算</p><p>　　該級進模采用彈性卸料和下出料方式。</p><p>　　由4.2節(jié)及4.4節(jié)計算知：；</p><p>　　計算推件力，查文獻[8]表2-15得推件力系數(shù)，則：</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　式中，—卡在

83、凹?？卓谥械墓ぜ€數(shù)，取，故</p><p>　　計算彎曲力，應該是自由彎曲力與校正彎曲力之和。即</p><p><b>　　（5-2）</b></p><p>　　由于校正彎曲時，校正彎曲力比自由彎曲力大得多，故可以忽略，而的大小取決于壓力即的調整，根據(jù)相關經驗計算初定為</p><p><b>　　所以，

84、</b></p><p>　　所選壓力機的公稱壓力必須大于。</p><p><b>　　5.2 選擇壓力機</b></p><p>　　根據(jù)上述沖壓力的計算，初步選用型號為J23-16開式雙柱可傾壓力機。該型號壓力機主要技術規(guī)格如下[8]：</p><p>　　公稱壓力 160KN;</p>

85、<p>　　滑塊行程 55mm;</p><p>　　最大閉合高度 220mm;</p><p>　　最大裝模高度 180mm;</p><p>　　連桿調節(jié)量 45mm;</p><p>　　工作臺尺寸（前后mm左右mm） ;</p><p>　　墊板尺寸（厚度mm孔徑mm） ;</p>&l

86、t;p>　　模柄孔尺寸（直徑mm深度mm） ;</p><p>　　滑塊中心至床身中心距離 160mm;</p><p><b>　　最大傾斜角 35°</b></p><p>　　由4.3節(jié)計算知：模具閉合高度</p><p>　　故，所選壓力機裝模高度與模具閉合高度滿足下式</p>&l

87、t;p>　　還可以看出取在：，這樣可以避免連桿調節(jié)過長，螺紋接觸面積過小而被壓壞。</p><p><b>　　6 壓力中心的計算</b></p><p>　　沖裁時的合力作用點或多工序模各工序沖壓力的合力作用點，稱為模具壓力中心。如果模具壓力中心與壓力機滑塊中心不一致，沖壓時會產生偏載，導致模具以及滑塊與導軌的急劇磨損，降低模具和壓力機的壽命。因此，設計時應該

88、正確算出沖裁時的壓力中心，并使壓力中心和模柄軸心線重合；若因沖件的形狀特殊，從模具結構方面考慮不宜使壓力中心與模柄軸心線相重合，也應注意盡量使壓力中心的偏離不超過所選壓力機模柄孔投影面積的范圍，以下通過解析法確定模具的壓力中心。</p><p><b>　　6.1 計算步驟</b></p><p>　　（1）建立平面直角坐標系；</p><p>

89、;　?。?）計算出各單一圖形的壓力中心到坐標軸的距離x1、x2、x3、…xn和y1、 y2、 y3、… yn ；</p><p>　?。?）將計算數(shù)據(jù)分別代入式（6-1a）和（6-1b），即可求得壓力中心坐標</p><p>　?。▁0, y0）。  </p><p><b>　?。?-1a）</b></p><p

90、><b>　?。?-1b）</b></p><p>　　6.2 計算壓力中心</p><p>　　根據(jù)排樣圖設計及各工位在模具上的相對位置，建立直角坐標系，</p><p><b>　　如圖6-1所示：</b></p><p>　　由對稱性可知，各工序沖壓力的合力作用點落在x軸上，即坐標，將所

91、計算的各工位上的沖壓力及圖6-1中所標注的x坐標值代入式（6-1）中得：坐標，故在此坐標系中模具壓力中心坐標為（7，0）。所以該模具壓力中心（機床滑塊中心）與模具中心左右偏移10.5mm(可供模具安裝時參考)。</p><p><b>　　7 總結</b></p><p>　　設計是源頭，設計雖然只占模具成本的10%左右，卻決定了整個模具成本的70%～80%。所以，作

92、者在設計時詳盡地考慮了模具結構，考慮提高生產率，如何方便維修。但是，又不能完全依賴于設計，在實際生產中要具體問題具體分析，根據(jù)實際狀況進行模具調整也是必需的。在生產中模具的維修、保養(yǎng)也是很重要的。在模具維修時，應該多注意細節(jié)，找出根本原因，針對其維修。在拆裝模具時，要認真仔細，以防損傷模具。定期的維護、保養(yǎng)也可以大大提高模具壽命。</p><p>　　從整個設計過程來看，該電器開關過電片采用多工位級進模，模具結構

93、設計合理，加工簡單，操作方便，通過連續(xù)沖裁、彎曲等幾道工序一次成形，工作效高，零件成形質量好，大大提高了生產率，降低了生產成本，滿足了生產需求，而且該設計思路可擴展推廣到其它類似零件的產品模具設計中。當然，由于作者知識水平有限，對實踐的缺乏，當中不乏有不足之處，還有待在以后的工作實踐當中不斷地完善和創(chuàng)新！</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>

94、　　[1] 李碩本等編著.沖壓工藝理論與新技術[M].北京：機械工業(yè)出版社，2002.11</p><p>　　[2] 中國模具工業(yè)協(xié)會.模具行業(yè)“十一五”規(guī)劃[J].模具工業(yè)，2005（7）：3-8</p><p>　　[3] 李大鑫，張秀錦.模具技術現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢綜述[J].模具制造，2005 （2）：1-4</p><p>　　[4] 李德群，肖祥芷.模具CA

95、D/CAE/CAM的發(fā)展概況及趨勢[J].模具工業(yè)，2005（7）：9-12</p><p>　　[5] 杜繼濤，甘屹.支架精密多工位級進模設計[J].模具工業(yè)，2005（9）：15-17</p><p>　　[6] 姜奎華主編.沖壓工藝與模具設計[M].北京：機械工業(yè)出版社，1998.5</p><p>　　[7] 薛啓翔等編著.沖壓模具設計制造難點與竅門[M].

96、北京：機械工業(yè)出版社，2003.7</p><p>　　[8] 模具實用技術叢書編委會編.沖模設計應用實例[M].北京：機械工業(yè)出版社，1999.6</p><p>　　[9] 鄭家賢遍著.沖壓工藝與模具設計實用技術[M].北京：機械工業(yè)出版社，2005.1</p><p>　　[10] 《沖模設計手冊》編寫組編著.沖模設計手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，1999

97、.6</p><p>　　[11] 竇智.級進模設計中的要點及生產中的故障排除[J].沖模技術，2005（3）：    27-29</p><p>　　[12] 王孝培主編.沖壓手冊（修訂本）[M].北京：機械工業(yè)出版社，1990</p><p>　　[13] 周歲華.汽車沖壓材料的合理選擇[J].汽車工藝與材料，2005（12）：25

98、-28</p><p>　　[14] 劉占軍，張凌云.彈力支座多工位級進模設計[J].模具工業(yè)，2006（3）：42-43</p><p>　　[15] 謝建.側刃在級進模中的合理使用[J].模具工業(yè)，2005（7）：31-34</p><p>　　[16] 田福祥.引出腳彎曲擠扁切斷自動送料級進模設計[J].沖模技術，2005（5）：  17-19<

99、;/p><p>　　[17] 田福祥.自動送料壓扁切斷彎曲級進模[J].模具工業(yè)，2005（2）：27-29</p><p>　　[18] 丁鵬，王林紅.多工位傳遞式級進模設計[J].沖模技術，2005（6）：3-5</p><p>　　[19] 馮開平，左宗義主編. 畫法幾何與機械制圖[M].廣州：華南理工大學出版,2001.9</p><p>