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文檔簡(jiǎn)介
1、<p><b> 概論</b></p><p><b> 1.1引言</b></p><p> 日常生產(chǎn)、生活中所使用到的各種工具和產(chǎn)品,大到機(jī)床的底座、機(jī)身外殼,小到一個(gè)胚頭螺絲、紐扣以及各種家用電器的外殼,無(wú)不與模具有著密切的關(guān)系。模具的形狀決定著這些產(chǎn)品的外形,模具的加工質(zhì)量與精度也就決定著這些產(chǎn)品的質(zhì)量。因?yàn)楦鞣N產(chǎn)品的材質(zhì)
2、、外觀、規(guī)格及用途的不同,模具分為了鑄造模、鍛造模、壓鑄模、沖壓模等非塑膠模具,以及塑膠模具。</p><p> 隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展,沖壓加工技術(shù)的應(yīng)用愈來(lái)愈廣泛,模具成形已成為當(dāng)代工業(yè)生產(chǎn)的重要手段。</p><p> 1.2沖壓模地位及我國(guó)沖壓技術(shù) </p><p> 1.2.1沖壓模相關(guān)介紹</p><p>
3、 冷沖壓:是在常溫下利用沖模在壓力機(jī)上對(duì)材料施加壓力,使其產(chǎn)生分離或變形,從而獲得一定形狀、尺寸和性能的零件的加工方法。</p><p> 沖壓可分為五個(gè)基本工序:沖裁、彎曲、拉深、成形和立體壓制。</p><p> 沖壓模具:在冷沖壓加工中,將材料(金屬或非金屬)加工成零件(或半成品)的一種特殊工藝裝備,稱(chēng)為冷沖壓模具(俗稱(chēng)冷沖模)。</p><p> 沖
4、壓模按照工序組合分為三類(lèi):?jiǎn)喂ば蚰?、?fù)合模和級(jí)進(jìn)模。</p><p> 復(fù)合模與單工序模相比減少了沖壓工藝,其結(jié)構(gòu)緊湊,面積較??;沖出的制件精度高,工件表面較平直,特別是孔與制件的外形同步精度容易保證;適于沖薄料,可充分利用短料和邊角余料;適合大批量生產(chǎn),生產(chǎn)率高,所以得到廣泛應(yīng)用,但模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜,制造困難。</p><p> 沖壓模具是沖壓生產(chǎn)必不可少的工藝裝備,是技術(shù)密集型產(chǎn)品。沖
5、壓件的質(zhì)量、生產(chǎn)效率以及生產(chǎn)成本等,與模具設(shè)計(jì)和制造有直接關(guān)系。模具設(shè)計(jì)與制造技術(shù)水平的高低,是衡量一個(gè)國(guó)家產(chǎn)品制造水平高低的重要標(biāo)志之一,在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)能力。 </p><p> 1.2.2沖模在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的地位</p><p> 在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中,沖模約占模具工業(yè)的50%,,在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門(mén),特別是汽車(chē)、航空航天、儀器儀表、機(jī)械制造、家用電器
6、、石油化工、輕工日用品等工業(yè)部門(mén)得到極其廣泛的應(yīng)用。據(jù)統(tǒng)計(jì),利用沖模制造的零件,在飛機(jī)、汽車(chē)、電機(jī)電器、儀器儀表等機(jī)電產(chǎn)品中占60%~70%,在電視機(jī)、錄音機(jī)、計(jì)算機(jī)等電子產(chǎn)品中占80%以上,在自行車(chē)、手表、洗衣機(jī)、電冰箱、電風(fēng)扇等輕工產(chǎn)品中占85%以上。在各種類(lèi)型的汽車(chē)中,平均一個(gè)車(chē)型需要沖壓模具2000套,其中大中型覆蓋件模具300套。</p><p> 1.2.3我國(guó)沖壓模具市場(chǎng)情況 </p>
7、<p> 我國(guó)沖壓模具無(wú)論在數(shù)量上,還是在質(zhì)量、技術(shù)和能力等方面都已有了很大發(fā)展,但與國(guó)發(fā)經(jīng)濟(jì)需求和世界先進(jìn)水平相比,差距仍很大,一些大型、精度、復(fù)雜、長(zhǎng)壽命的高檔模具每年仍大量進(jìn)口,特別是中高檔轎車(chē)的覆蓋件模具,目前仍主要依靠進(jìn)口。一些低檔次的簡(jiǎn)單沖模,已趨供過(guò)于求,市場(chǎng)竟?fàn)幖ち摇?</p><p> 據(jù)中國(guó)模具工業(yè)協(xié)會(huì)發(fā)布的統(tǒng)計(jì)材料,2004年我國(guó)沖壓模具總產(chǎn)出約為220億元,其中出口0.7
8、5億美元,約合6.2億元. </p><p> 根據(jù)我國(guó)海關(guān)統(tǒng)計(jì)資料,2004年我國(guó)共進(jìn)口沖壓模具5.61億美聯(lián)社元,約合46.6億元.從上述數(shù)字可以得出2004年我國(guó)沖壓模具市場(chǎng)總規(guī)模約為266.6億元.其中國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求為260.4億元,總供應(yīng)約為213.8億元,市場(chǎng)滿足率為82%.在上述供求總體情況中,有幾個(gè)具體情況必須說(shuō)明:一是進(jìn)口模具大部分是技術(shù)含量高的大型精密模具,而出口模具大部分是技術(shù)含量較低中的中
9、低檔模具,因此技術(shù)含量高的中高檔模具市場(chǎng)滿足率低于沖壓模具總體滿足率,這些模具的發(fā)展已滯后于沖壓件生產(chǎn),而技術(shù)含量低的中低檔模具市場(chǎng)滿足率要高于沖壓模具市場(chǎng)總體滿足率;二是由于我國(guó)的模具價(jià)格要比國(guó)際市場(chǎng)低格低許多,具有一定的竟?fàn)幜?因此其在國(guó)際市場(chǎng)前景看好,2005年沖壓模具出口達(dá)到1.46億美元,比2004年增長(zhǎng)94.7%就可說(shuō)明這一點(diǎn);三是近年來(lái)港資、臺(tái)資、外資企業(yè)在我國(guó)發(fā)展迅速,這些企業(yè)中大量的自產(chǎn)自用的沖壓模具無(wú)確切的統(tǒng)計(jì)資料,
10、因此未能計(jì)入上述數(shù)字之中。 </p><p> 我國(guó)沖模工業(yè)不能滿足國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)需要的原因主要有:</p><p> 1.專(zhuān)業(yè)化和標(biāo)準(zhǔn)化程度低。</p><p> 2.模具品種少,效率低,經(jīng)濟(jì)效益也差。</p><p> 3.制造周期長(zhǎng),模具精度不高,制造技術(shù)較落后。</p><p> 4.模具壽命短,新材料使用
11、量不到10%。</p><p> 力量分散,管理落后。</p><p> 但改革開(kāi)放以來(lái),在國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策和與之配套的一系列國(guó)家經(jīng)濟(jì)政策的支持和引導(dǎo)下,尤其是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,大大地提高了模具的商品化程度,推動(dòng)了模具技術(shù)和模具工業(yè)的迅速發(fā)展,在CAD/CAM/CAE的運(yùn)用、加工工藝手段、沖壓件質(zhì)量及模具性能方面,均已達(dá)到或接近國(guó)際水平。</p><p> 1.
12、2.4 沖壓模具水平狀況 </p><p> 近年來(lái),我國(guó)沖壓模具水平已有很大提高。大型沖壓模具已能生產(chǎn)單套重量達(dá)50多噸的模具。為中檔轎車(chē)配套的覆蓋件模具內(nèi)也能生產(chǎn)了。精度達(dá)到1~2μm,壽命2億次左右的多工位級(jí)進(jìn)模國(guó)內(nèi)已有多家企業(yè)能夠生產(chǎn)。表面粗糙度達(dá)到Ra≤1.5μm的精沖模,大尺寸(φ≥300mm)精沖模及中厚板精沖模國(guó)內(nèi)也已達(dá)到相當(dāng)高的水平。 </p><p> 1. 模具C
13、AD/CAM技術(shù)狀況 </p><p> 我國(guó)模具CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展已有20多年歷史。由原華中工學(xué)院和武漢733廠于1984年共同完成的精神模CAD/CAM系統(tǒng)是我國(guó)第一個(gè)自行開(kāi)發(fā)的模具CAD/CAM系統(tǒng)。由華中工學(xué)院和北京模具廠等于1986年共同完成的冷沖模CAD/CAM系統(tǒng)是我國(guó)自行開(kāi)發(fā)的第一個(gè)沖裁模CAD/CAM系統(tǒng)。上海交通大學(xué)開(kāi)發(fā)的冷沖模CAD/CAM系統(tǒng)也于同年完成。20世紀(jì)90年代以來(lái),國(guó)內(nèi)
14、汽車(chē)行業(yè)的模具設(shè)計(jì)制造中開(kāi)始采用CAD/CAM技術(shù)。國(guó)家科委863計(jì)劃將東風(fēng)汽車(chē)公司作為CIMS應(yīng)用示范工廠,由華中理工大學(xué)作為技術(shù)依托單位,開(kāi)發(fā)的汽車(chē)車(chē)身與覆蓋模具CAD/CAPP/CAM集成系統(tǒng)于1996年初通過(guò)鑒定。在此期間,一汽和成飛汽車(chē)模具中心引進(jìn)了工作站和CAD/CAM軟件系統(tǒng),并在模具設(shè)計(jì)制造中實(shí)際應(yīng)用,取得了顯著效益。1997年一汽引進(jìn)了板料成型過(guò)程計(jì)算機(jī)模擬CAE軟件并開(kāi)始用于生產(chǎn)。 </p><p
15、> 21世紀(jì)開(kāi)始CAD/CAM技術(shù)逐漸普及,現(xiàn)在具有一定生產(chǎn)能力的沖壓模具企業(yè)基本都有了CAD/CAM技術(shù)。其中部分骨干重點(diǎn)企業(yè)還具備各CAE能力。 </p><p> 模具CAD/CAM技術(shù)能顯著縮短模具設(shè)計(jì)與制造周期,降低生產(chǎn)成本,提高產(chǎn)品質(zhì)量,已成為人們的共識(shí)。在“八五”、九五“期間,已有一大批模具企業(yè)推廣普及了計(jì)算機(jī)繪圖技術(shù),數(shù)控加工的使用率也越來(lái)越高,并陸續(xù)引進(jìn)了相當(dāng)數(shù)量CAD/CAM系統(tǒng)。如
16、美國(guó)EDS的UG,美國(guó)Parametric Technology公司 Pro/Engineer,美國(guó)CV公司的CADSS,英國(guó)DELCAM公司的DOCT5,日本HZS公司的CRADE及space-E, 以色列公司的Cimatron 還引進(jìn)了AutoCAD CATIA 等軟件及法國(guó)Marta-Daravision公司用于汽車(chē)及覆蓋件模具的Euclid-IS等專(zhuān)用軟件。國(guó)內(nèi)汽車(chē)覆蓋件模具生產(chǎn)企業(yè)普遍采用了CAD/CAM技術(shù)/DL圖的設(shè)計(jì)和模
17、具結(jié)構(gòu)圖的設(shè)計(jì)均已實(shí)現(xiàn)二維CAD,多數(shù)企業(yè)已經(jīng)向三維過(guò)渡,總圖生產(chǎn)逐步代替零件圖生產(chǎn)。且模具的參數(shù)化設(shè)計(jì)也開(kāi)始走向少數(shù)模具廠家技術(shù)開(kāi)發(fā)的領(lǐng)域。 </p><p> 在沖壓成型CAE軟件方面,除了引進(jìn)的軟件外,華中科技術(shù)大學(xué)、吉林大學(xué)、湖南大學(xué)等都已研發(fā)了較高水平的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的軟件,并已在生實(shí)踐中得到成功應(yīng)用,產(chǎn)生了良好的效益。 </p><p> 快速原型(RP)傳統(tǒng)的快速經(jīng)濟(jì)模
18、具相結(jié)合,快速制造大型汽車(chē)覆蓋件模具,解決了原來(lái)低熔點(diǎn)合金模具靠樣件澆鑄模具,模具精度低、制件精度低,樣樣制作難等問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)了以三維CAD模型作為制模依據(jù)的快速模具制造,它標(biāo)志著RPM應(yīng)用于汽車(chē)身大型覆蓋件試制模具已取得了成功。 </p><p> 圍繞著汽車(chē)車(chē)身試制、大型覆蓋件模具的快速制造,近年來(lái)也涌現(xiàn)出一些新的快速成型方法,例如目前已開(kāi)始在生產(chǎn)中應(yīng)用的無(wú)模多點(diǎn)成型及激光沖擊和電磁成型等技術(shù)。它們都表現(xiàn)出了
19、降低成本、提高效率等優(yōu)點(diǎn)。 </p><p> 2. 模具設(shè)計(jì)與制造能力狀況 </p><p> 在國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策的正確引導(dǎo)下,經(jīng)過(guò)幾十年努力,現(xiàn)在我國(guó)沖壓模具的設(shè)計(jì)與制造能力已達(dá)到較高水平,包括信息工程和虛擬技術(shù)等許多現(xiàn)代設(shè)計(jì)制造技術(shù)已在很多模具企業(yè)得到應(yīng)用。 </p><p> 雖然如此,我國(guó)的沖壓模具設(shè)計(jì)制造能力與市場(chǎng)需要和國(guó)際先進(jìn)水平相比仍有較大差距。這
20、一些主要表現(xiàn)在高檔轎車(chē)和大中型汽車(chē)覆蓋件模具及高精度沖模方面,無(wú)論在設(shè)計(jì)還是加工工藝和能力方面,都有較大差距。轎車(chē)覆蓋件模具,具有設(shè)計(jì)和制造難度大,質(zhì)量和精度要求高的特點(diǎn),可代表覆蓋件模具的水平。雖然在設(shè)計(jì)制造方法和手段方面基本達(dá)到了國(guó)際水平,模具結(jié)構(gòu)周期等方面,與國(guó)外相比還存在一定的差距。 </p><p> 標(biāo)志沖模技術(shù)先進(jìn)水平的多工位級(jí)進(jìn)模和多功能模具,是我國(guó)重點(diǎn)發(fā)展的精密模具品種。有代表性的是集機(jī)電一體
21、化的鐵芯精密自動(dòng)閥片多功能模具,已基本達(dá)到國(guó)際水平。 </p><p> 但總體上和國(guó)外多工位級(jí)進(jìn)模相比,在制造精度、使用壽命、模具結(jié)構(gòu)和功能上,仍存在一定差距。 </p><p> 汽車(chē)覆蓋件模具制造技術(shù)正在不斷地提高和完美,高精度、高效益加工設(shè)備的使用越來(lái)越廣泛。高性能的五軸高速銑床和三軸的高速銑床的應(yīng)用已越來(lái)越多。NC、DNC技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越成熟,可以進(jìn)行傾角加工超精加工。這些都
22、提高了模具面加工精度,提高了模具的質(zhì)量,縮短了模具的制造周期。 </p><p> 模具表面強(qiáng)化技術(shù)也得到廣泛應(yīng)用。工藝成熟、無(wú)污染、成本適中的離子滲氮技術(shù)越來(lái)越被認(rèn)可,碳化物被覆處理(TD處理)及許多鍍(涂)層技術(shù)在沖壓模具上的應(yīng)用日益增多。真空處理技術(shù)、實(shí)型鑄造技術(shù)、刃口堆焊技術(shù)等日趨成熟。激光切割和激光焊技術(shù)也得到了應(yīng)用。</p><p> 1.2.5我國(guó)沖模今后發(fā)展趨勢(shì)<
23、/p><p> 根據(jù)我國(guó)沖模技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題,今后應(yīng)朝著如下幾個(gè)方面發(fā)展:</p><p> 1.開(kāi)發(fā)、發(fā)展精密、復(fù)雜、大型、長(zhǎng)壽命模具。</p><p> 2.加速模具標(biāo)準(zhǔn)化和商品化,以提高模具質(zhì)量,縮短模具制造周期。</p><p> 3.大力開(kāi)發(fā)和推廣應(yīng)用模具CAD/CAM技術(shù),提高模具制造過(guò)程的自動(dòng)化程度。</p&
24、gt;<p> 4.積極開(kāi)發(fā)模具新品種、新工藝、新技術(shù)和新材料。</p><p> 5.發(fā)展模具加工成套設(shè)備,以滿足高速發(fā)展的模具工業(yè)需要。 </p><p><b> 1.3總結(jié)</b></p><p> 沖壓加工作為一個(gè)行業(yè),在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的加工工業(yè)中占有重要的地
25、位。近年來(lái),沖壓成型工藝有了很多新的進(jìn)展,特別是精密沖裁、精密成形、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)率有了極大的提高,正把沖壓加工提高到高品質(zhì)、新的發(fā)展水平。由于引入了計(jì)算機(jī)輔助工程(CAE)沖壓成形已從原來(lái)對(duì)應(yīng)力應(yīng)變進(jìn)行有限元分析而逐步發(fā)展到采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行工藝過(guò)程的模擬與分析,以實(shí)現(xiàn)沖壓過(guò)程的優(yōu)化分析設(shè)計(jì)。計(jì)算機(jī)在模具領(lǐng)域,包括設(shè)計(jì)、制造、管理等領(lǐng)域發(fā)揮著越來(lái)越重
26、要的作用。 </p><p> 第二章 工件工藝性分析及方案確定</p><p> 2.1工件工藝性分析</p><p> 2.1.1沖裁工藝性</p><p><b> 圖2-1 零件圖</b></p><p> 由零件簡(jiǎn)圖2-1可見(jiàn),該
27、工件的加工涉及到落料、沖孔、翻邊或拉深等工序成形。</p><p> 該零件的外徑為Φ54mm,屬于小制件,形狀簡(jiǎn)單且對(duì)稱(chēng),適于沖裁加工。</p><p> 查《冷沖壓模具設(shè)計(jì)與制造》表2.3沖壓件內(nèi)、外形所能達(dá)到的經(jīng)濟(jì)精度,因制件形狀簡(jiǎn)單、對(duì)稱(chēng),沖裁件內(nèi)外形所能達(dá)到的經(jīng)濟(jì)精度為IT12-IT13。</p><p> 查表2.5孔中心與邊緣距離尺寸公差為
28、77;0.5mm。</p><p> 查表2.7一般剪切斷面表面粗糙度為3.2µm.</p><p> 查《冷沖模設(shè)計(jì)》表2—3,得材料10號(hào)鋼的力學(xué)性能如下表:</p><p> 表2-1 10號(hào)鋼的性能</p><p> 材料10鋼,其沖壓性能較好,孔與外緣的壁厚較大,復(fù)合模中的凸凹模壁厚部分具有足夠的強(qiáng)度。</
29、p><p> 2.1.2翻邊工藝性</p><p> 翻邊工件邊緣與平面的圓角半徑r=(2~3)t</p><p> 翻邊的高度h=8≥1.5r=1.5</p><p> 翻邊的相對(duì)厚度d/t=15.16>(1.7~2),所以翻邊后有良好的圓筒壁</p><p> 沖孔毛刺面與翻邊方向相反,翻邊后工件質(zhì)量沒(méi)
30、大影響。</p><p> 查《中國(guó)模具設(shè)計(jì)大典》第3卷,第35頁(yè),K.W.I擴(kuò)孔實(shí)驗(yàn),預(yù)加工孔Φ15.16可擴(kuò)孔到Φ45左右,而制件為Φ28,即滿足翻邊性能。 </p><p> 總體看來(lái):該制件均滿足沖裁工藝性和翻邊工藝性,適于沖裁加工。</p><p> 2.1.3判斷能否一次性翻邊成形</p><p> 由預(yù)沖孔公式
31、可以得到翻邊高度H的表達(dá)式:</p><p> H=+0.43r+0.72t (2-1)</p><p> 或H=(1-)+0.43r+0.72t</p><p> = +0.43r+0.72t</p><p> 若將Kmin帶入上
32、式,則可得到許可的最大翻邊高度Hmax</p><p> Hmax=(1-Kmin)+0.43r+0.72t </p><p> 其中 D—翻邊后的中經(jīng)(mm) </p><p> Kmin—極限翻邊系數(shù) &
33、lt;/p><p> r—翻邊圓角半徑(mm)</p><p> t—材料厚度(mm)</p><p> 查《冷沖模設(shè)計(jì)》,表7-1低碳鋼圓孔極限翻邊系數(shù) </p><p> 這里凸模采用圓柱形平底型式 孔的加工方式為沖孔 </p><p> 因 相對(duì)厚度d/t=15.16 得K
34、min= 0.55 </p><p> 于是Hmax=(1-0.55)+0.43×2+0.72×1</p><p><b> =8.0(mm)</b></p><p> 因工件高度H=Hmax,所以在平板上能一次性翻邊成形</p><p> 2.2 工藝方案確定</p><
35、p> 根據(jù)工件形狀,初步確定采用落料、沖孔和翻邊等工序,現(xiàn)確定以下方案:</p><p> 方案一:一套落料、沖孔、翻邊復(fù)合模</p><p> 方案二:一套落料、沖孔、翻邊單工序模</p><p> 方案三:一套落料、沖孔、翻邊連續(xù)模</p><p> 單工序模、連續(xù)模和復(fù)合模的相互比較見(jiàn)表2-2</p>&l
36、t;p> 表2-2單工序模、連續(xù)模和復(fù)合模的性能比較 </p><p> 總的看來(lái):方案一:生產(chǎn)效率高,因?yàn)榛瑝K下行一次既完成落料、沖孔和翻邊等工序,不存在定位誤差,同軸度高,因此沖壓出來(lái)的制件精度也較高;但模具結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,因此模具制造難度大。</p><p> 方案二:生產(chǎn)效率不高,由于要多機(jī)床或多道工序完成,致使生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益都降低;但模具制造周期短。</p>
37、;<p> 方案三:生產(chǎn)效率較高,完成落料、沖孔的連續(xù)模生產(chǎn)效率較高,和方案二一樣,由于第二道翻邊單工序的存在,降低了生產(chǎn)效率不說(shuō),精度也難保證。</p><p> 因此綜合考慮采用方案一,再來(lái)確定采用正裝復(fù)合模還是采用倒裝復(fù)合模。</p><p> 正裝復(fù)合模和倒裝復(fù)合模的比較見(jiàn)下表2-3</p><p> 表2-3正裝復(fù)合模和倒裝復(fù)合模的比
38、較</p><p> 從表2-3中可以看出:正裝對(duì)于薄沖件能達(dá)到平整要求,且廢料不會(huì)在凸凹模孔內(nèi)積聚,有利于凸凹模減少最小壁厚。而倒裝不能達(dá)到平整要求,而且廢料在凸凹模孔內(nèi)積聚,凸凹模要求有較大的壁厚以增加強(qiáng)度。</p><p> 從保證沖裁件質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)性和安全性前提下,綜合考慮采用正裝復(fù)合模,即模具結(jié)構(gòu)為落料、沖孔、翻邊正裝復(fù)合模。</p><p> 第三章
39、 排樣及計(jì)算材料利用率</p><p> 3.1計(jì)算預(yù)沖孔大小</p><p><b> 圖3-1 零件圖</b></p><p> 該制件是在沖孔后的平板毛坯上翻邊成形,在翻邊時(shí),同心圓之間的距離變化不顯著,預(yù)制孔直徑可以用彎曲展開(kāi)的方法近似計(jì)算:</p><p> 查《冷沖模設(shè)計(jì)》第215頁(yè)</p>
40、;<p> 預(yù)沖孔直徑公式d=D1-2[ (3-1)</p><p> 因 D1=D+t+2r h=H-r-t 代入上式,并簡(jiǎn)化得:</p><p> d=D-2(H-0.43r-0.72t) </p><p>
41、 式中 D—翻邊后的中經(jīng)(mm) H—翻邊高度(mm)</p><p> r—翻邊圓角半徑(mm)</p><p> t—材料厚度(mm)</p><p> 這里D=28mm H=8mm r=2mm t=1mm</p>
42、<p> 所以d=28-2(8-0.43×2-0.72×1)</p><p> =15.16(mm)</p><p> 同可得:相對(duì)厚度d/t=15.16/1=15.16</p><p> 翻邊系數(shù)d/D=15.16/28=0.54</p><p><b> 3.2確定排樣方式</b&g
43、t;</p><p> 采用有廢料和少?gòu)U料排樣,排樣圖分別如圖3-2和圖3-3</p><p> 圖3-2 有廢料排樣</p><p><b> 圖3-3無(wú)廢料排樣</b></p><p> 少?gòu)U料排樣雖然材料利用率有所提高,但由于條料本身的寬度公差,以及條料導(dǎo)向與定位所產(chǎn)生的誤差會(huì)直接影響沖裁件尺寸而使沖裁件的
44、精度降低,也降低了模具壽命,結(jié)合各自的優(yōu)缺點(diǎn),綜合考慮采用有廢料排樣法。</p><p> 3.3計(jì)算材料利用率</p><p> 1.計(jì)算制件的面積A</p><p> 制件面積A的計(jì)算公式:</p><p> A=(D2-d2)
45、 (3-2)</p><p> = (542 -15.162) </p><p> =2108.6469(mm2) </p><p> 式中 D—毛坯外徑(mm) <
46、/p><p> d—沖孔直徑(mm)</p><p> 2.確定搭邊a與a1的值</p><p> 查《冷沖模設(shè)計(jì)》表3-10搭邊a與a1數(shù)值</p><p> 取a=0.8mm a1=1.0mm</p><p> 于是條料寬度:b=54+2a1=56mm</p><p> 進(jìn)距:
47、l=54+a=54.8mm </p><p><b> 3.材料利用率計(jì)算</b></p><p> 查《中國(guó)模具設(shè)計(jì)大典》第3卷沖壓模具設(shè)計(jì)。</p><p> 表18.3-24軋制薄鋼板的尺寸(GB/T708-1988)</p><p> 板料規(guī)格選用 1.0mm×750mm×1500
48、mm(tmm×Bmm×Lmm)</p><p><b> 1)若采用縱裁:</b></p><p> 裁板條數(shù) n1=B/b=750/56=13條余22mm</p><p> 每條個(gè)數(shù)n2===27個(gè)余19.6mm</p><p> 每板總個(gè)數(shù)n總=n1×n2</p>
49、<p><b> =13×27</b></p><p><b> =351(個(gè))</b></p><p> 材料利用率 η總= ×100% (3-3) </p><p> =×100%
50、 </p><p><b> = 65.79%</b></p><p><b> 2)若采用橫裁:</b></p><p> 裁板條數(shù) n1=L/b=1500/56=26條余44mm</p><p> 每條個(gè)數(shù) n2===13個(gè)余36.8mm<
51、/p><p> 每板總個(gè)數(shù)n總=n1×n2</p><p><b> =26×13</b></p><p><b> =338(個(gè))</b></p><p> 材料利用率 η總=×100%
52、 (3-4) </p><p><b> =×100%</b></p><p><b> = 63.35%</b></p><p> 顯然縱裁的材料利用率要高些,因此選用縱裁。</p><p> 4.計(jì)算零件的凈重G</p><p> G=F
53、.t.ρ (3-5) </p><p> 式中 G—工件重量(g) </p><p> F—工件面積(cm2)</p><p> t—材料厚度(cm)
54、</p><p> ρ—材料密度(g/cm3)</p><p> 10號(hào)鋼屬于低炭鋼,在這里密度取ρ=7.85 g/cm3</p><p> 則 G=F.t.ρ </p><p> =2108.6469×10-
55、2×1.0×10-1× 7.85</p><p><b> =16.55 g</b></p><p> 第四章 沖裁力及壓力中心計(jì)算</p><p><b> 4.1.落料力F落</b></p><p> 查《冷沖模設(shè)計(jì)》第54頁(yè),落料力F落公式為</p&
56、gt;<p> F落=KLtτ (4-1)式中 F落—落料力(N)</p><p> L—沖裁件周長(zhǎng)(mm)</p><p> t—材料厚度(mm)</p><p> τ—材料的抗剪強(qiáng)度(MPa)</p>
57、<p> K—系數(shù),常取K=1.3</p><p> 這里L(fēng)=π×54mm t=1mm 取τ=300MPa</p><p> 則 F落=1.3×π×54×1×300</p><p> =66128.4(N)</p><p><b> 4.2卸料力F
58、卸</b></p><p> 查《冷沖模設(shè)計(jì)》表3-8卸料力、推件力和頂件力系數(shù)</p><p> 取K卸 =0.035 </p><p> F卸 = K卸 . F落 (4-2)</p><p> =0.035
59、215;66128.4</p><p> =2314.494(N) </p><p><b> 4.3沖孔力F沖</b></p><p> 查《冷沖模設(shè)計(jì)》第54頁(yè),落料力F沖公式為</p><p> F沖=KLtτ
60、 (4-3)</p><p> 式中 F沖—落料力(N)</p><p> L—沖裁件周長(zhǎng)(mm)</p><p> t—材料厚度(mm)</p><p> τ—材料的抗剪強(qiáng)度(MPa)</p><p> K—系數(shù),常取K=1.3</p><p> 這里L(fēng)
61、=π×27mm t=1mm 取τ=300MPa</p><p> 于是F沖=1.3×π×27×1×300</p><p> =33064.2(N)</p><p> 4.4頂件力F頂 </p><p> 查《冷沖模設(shè)計(jì)》表3
62、-8卸料力、推件力和頂件力系數(shù)</p><p> 取K頂 =0.06 </p><p> F頂 = K頂.F沖 (4-4)</p><p> = 0.06×33064.2</p><p> =1983.852(
63、N)</p><p><b> 4.5翻邊力F翻</b></p><p> 查《冷沖模設(shè)計(jì)》,第216頁(yè),翻邊力公式為</p><p> F翻=1.1π(D-d)tσs (4-5)</p><p> 其中 F
64、翻—翻邊力(N)</p><p> D—翻邊后中經(jīng)(mm)</p><p> d—翻邊預(yù)沖孔直徑(mm)</p><p> t—材料厚度(mm)</p><p> σs —材料的屈服點(diǎn)(MPa)</p><p> 這里D=28mm,d=15.16mm, t=1mm, σs=206MPa</p>
65、<p> 于是F翻=1.1×3.14(28-15.16)×1×206</p><p> =9135.9682(N)</p><p><b> 4.6總沖壓力F總</b></p><p> F總=F落+F沖+F卸+F頂+F翻
66、 (4-6)</p><p> =66128.4+33064.2+2314.494+1157.247+1983.852+9135.9682</p><p> =112626.91(N)</p><p><b> 4.7計(jì)算壓力中心</b></p><p> 計(jì)算壓
67、力中心的目的是使模柄軸線和壓力機(jī)滑塊的中心線重合,避免滑塊受偏心載荷的影響而導(dǎo)致滑塊軌道和模具的不正常磨損,降低模具壽命甚至損壞模具。</p><p> 從制件的形狀可以看出,該制件是回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu),形狀對(duì)稱(chēng),故模具壓力中心就在圓心部位,即無(wú)須再來(lái)計(jì)算了。</p><p> 第五章 主要工作部分尺寸計(jì)算</p><p><b> 5.1落料刃口尺寸<
68、;/b></p><p> 查《冷沖模設(shè)計(jì)》表3-3沖裁模初始雙面間隙Z</p><p> 取Zmin=0.1mm Zmax=0.14mm</p><p> 對(duì)零件圖中未注公差的尺寸,沖壓件一般保證精度IT14,因制件形狀簡(jiǎn)單且對(duì)稱(chēng),在這里保證精度IT13。</p><p> 查《互換性與測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)》表3-6簡(jiǎn)單形狀沖裁時(shí)
69、凸凹模的制造偏差</p><p> δ凹=+0.03mm δ凸=-0.02mm </p><p> 因此:|δ凹|+|δ凸|=0.03+0.02 mm </p><p><b> =0.05mm</b></p><p> Zmax -Zmin=0.14-0.1mm<
70、;/p><p> =0.04mm </p><p> |δ凹|+|δ凸|> Zmax –Zmin</p><p> 因此在這里采用單配方法加工。</p><p> 對(duì)于落料,先做凹模,并以它作為基準(zhǔn)配做凸模</p><p> 查《互換性與測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)》表2-4查出其極
71、限偏差為:</p><p><b> mm</b></p><p> 查《冷沖模設(shè)計(jì)》表3-5磨損系數(shù) 取X=0.5</p><p> 則 D凹= (5-1)</p><p><b> =mm</b
72、></p><p><b> =mm</b></p><p> 落料凸模的尺寸按凹模尺寸配制,其雙面間隙為0.10~0.14mm </p><p><b> 5.2沖孔刃口尺寸</b></p><p> 沖孔部分:δ凹=+0.02mm δ凸=-0.02mm &
73、lt;/p><p> |δ凹|+|δ凸|=0.02+0.02mm</p><p><b> =0.04mm</b></p><p> |δ凹|+|δ凸|= Zmax –Zmin</p><p> 對(duì)于采用分別加工時(shí),應(yīng)保證下述關(guān)系:</p><p> |δ凹|+|δ凸|≤Zmax –Zmin
74、 (5-2)</p><p> 但對(duì)于形狀復(fù)雜或料薄的工件,為了保證凸、凹模間一定的隙值,必須采用配合加工。</p><p> 因此在這里采用還是采用單配方法加工</p><p> 對(duì)于沖孔,先做凸模,并以它作為基準(zhǔn)配做凹模</p><p> 查《
75、互換性與測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)》表2-4查出其極限偏差為:</p><p><b> mm </b></p><p> 查《冷沖模設(shè)計(jì)》表3-5磨損系數(shù) 取X=0.5</p><p> 則 d凸= (5-3)</p><p>
76、<b> =</b></p><p><b> = mm</b></p><p> 沖孔凹模的尺寸按凸模尺寸配制,其雙面間隙為0.10~0.14mm</p><p> 5.3翻邊工作刃口尺寸</p><p><b> 5.3.1翻邊間隙</b></p>
77、<p> 如圖5-1,由于在翻邊過(guò)程中,材料沿切向伸長(zhǎng),因此其端面的材料變薄非常嚴(yán)重,根據(jù)材料的統(tǒng)一變形情況,翻邊凹模與翻邊凸模之間的間隙應(yīng)小于原來(lái)的材料厚度。 </p><p><b> 圖5-1 翻邊間隙</b></p><p> 查《冷沖壓模具設(shè)計(jì)與制造》,表5-5平板毛坯翻邊時(shí)凸凹模之間的間隙</p><p> 得Z/
78、2=0.85mm</p><p> 5.3.2翻邊刃口尺寸</p><p> 1. 翻邊凸模的刃口尺寸計(jì)算</p><p> 查《互換性與測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)》表2-4查出其極限偏差為:</p><p><b> mm</b></p><p> 查《冷沖模設(shè)計(jì)》表3-5磨損系數(shù) 取X=
79、0.5</p><p> 則 d凸= (5-4)</p><p> 2.翻邊凹模的刃口尺寸計(jì)算</p><p> 根據(jù)翻邊間隙和翻邊凸模的刃口尺寸來(lái)確定翻邊凹模的刃口尺寸</p><p> D凹=
80、 (5-5)</p><p><b> =</b></p><p> =mm </p><p> 第六章 凸模、凹模及凸凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及校核</p><p> 6.1落料凹模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p><b&
81、gt; 6.1.1最小壁厚</b></p><p> 沖孔落料復(fù)合模的凸凹模.其刃口平面與工件尺寸相同,這就產(chǎn)生了復(fù)合模的“最小壁厚”問(wèn)題。</p><p> 沖孔落料復(fù)合模許用最小壁厚可按表6-1選取,形式如圖6-1表示,表值為經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。</p><p> 表6-1 凸凹模最小壁厚a數(shù)值 (單位:mm)部分如下</p>
82、<p><b> 圖6—1 最小壁厚</b></p><p> 為了增加凸凹模的強(qiáng)度和減少孔內(nèi)廢料的漲力,可以采用對(duì)凸凹模有效刃口以下增加壁厚或?qū)U料反向頂出的辦法.如圖6—1所示。 </p><p> 6.1.2模具材料的選擇</p><p> 從眾多模具材料中選出9
83、Mn2V鋼,該模具鋼是一種綜合力學(xué)性能比碳素工具鋼好的低合金工具鋼,它具有較高的硬度和耐磨性,淬火時(shí)變形較小,淬透性很好。由于鋼中含有一定量的釩,細(xì)化了晶粒,減小了鋼的過(guò)熱敏感性,同時(shí)碳化物較細(xì)小和分布較均勻。</p><p> 9Mn2V鋼的化學(xué)成分和物理性能分別如表6-2和表6-3所示</p><p> 表6-2 9Mn2V鋼化學(xué)成分(GB/T 1299—2000)W%</p
84、><p><b> 表6-3 臨界溫度</b></p><p><b> 表6-4 綜合性能</b></p><p> 所以這里不管是凸模、凹模還是凸凹模,材料都選用9Mn2V鋼</p><p> 這里的落料凹模的熱處理硬度為60~62HRC</p><p> 6.1.
85、3確定凹模外形尺寸</p><p> 確定凹模外形尺寸的方法有多種,通常都是根據(jù)零件的材料厚度和排樣圖所確定的凹模型孔壁間最大距離為依據(jù),來(lái)求凹模的外形尺寸。</p><p> 凹模的刃口形式,考慮到本例生產(chǎn)批量較大,所以采用刃口強(qiáng)度較高的凹模,故采用階梯形直壁式。</p><p> 凹模的外形一般有矩形與圓形兩種,凹模的外形尺寸應(yīng)保證凹模有足夠的強(qiáng)度與剛度,
86、凹模的厚度還應(yīng)考慮修模量。凹模的外形尺寸一般根據(jù)沖材料的厚度和沖裁件的最大外形尺寸來(lái)確定。</p><p> 查《冷沖模設(shè)計(jì)》,第101頁(yè),凹模厚度和壁厚公式為</p><p> 凹模厚度 H=Kb(≥15mm) (6-1)</p><p> 式中 K—系數(shù),
87、考慮板料厚度的影響</p><p> b—沖裁件的最大外形尺寸</p><p> 凹模壁厚 C=(1.5~2)H(≥30~40mm) (6-2) </p><p> 查《冷沖模設(shè)計(jì)》,表4-3 系數(shù)K值 </p><p> 因 b=54 mm
88、 取K=0.22</p><p> 故 H=0.22×54</p><p> =11.88mm </p><p> C=1.5×22 </p><p> =33mm </p><p>
89、 考慮到翻邊高度8mm 和保證H≥15mm,最后取H=22mm</p><p> 凹模形狀簡(jiǎn)圖如圖6-2</p><p><b> 圖6-2 落料凹模</b></p><p> 6.1.4凹模的強(qiáng)度校核</p><p> 查《中國(guó)模具設(shè)計(jì)大典》,第三卷,表20.1-18 凹模強(qiáng)度計(jì)算公式</p>
90、<p> Hmin= (6-3)</p><p> 式中 Hmin—凹模的最小厚度(mm)</p><p><b> F—沖壓力(N)</b></p><p> σwp—許用彎曲應(yīng)力(MPa)</p><
91、;p> d、do—凹模刃口與支承口直徑(mm)</p><p> 這里F= F落=66128.4(N) σwp= 500MPa d=53.77mm do=64mm</p><p><b> Hmin=</b></p><p><b> =9.34mm</b></p><
92、;p> 而真實(shí)的凹模厚度為22mm,所以凹模的強(qiáng)度滿足要求。</p><p> 6.2落料、翻邊凸凹模外形尺寸</p><p> 1.落料、翻邊凸凹模的高度</p><p> 落料、翻邊凸凹模的高度滿足翻邊高度和凸、凹模之間安全距離外,還考慮翻邊間隙,保證強(qiáng)度要求,即凸凹模壁厚大于最小壁厚。</p><p> 這里落料、翻邊凸
93、凹模的高度為30mm。</p><p> 2. 落料、翻邊凸凹模的強(qiáng)度校核</p><p> Lmax≤ (6-4)式中 Lmax—沖孔凸模許用的最大自由長(zhǎng)度(mm)</p><p> E—沖孔凸模材料的彈性模量(MPa)</p>
94、<p> d—凸?;驔_孔直徑(mm)</p><p> τ—沖件材料的抗剪強(qiáng)度(MPa)</p><p> t—沖件材料的厚度(mm)</p><p> 這里E=2.2× MPa d=53.77mm t=1mm τ=300 MPa</p><p> 于是Lmax ≤=×</p>
95、<p><b> =2095.4mm</b></p><p> 而實(shí)際的沖孔、翻邊凸凹模厚度為30mm,所以強(qiáng)度完全滿足要求。</p><p> 材料同樣選用9Mn2V鋼,其熱處理硬度為58~60HRC</p><p> 落料、翻邊凸凹模簡(jiǎn)圖如圖6-3</p><p> 圖6-3 落料、翻邊凸凹模&
96、lt;/p><p> 6.3沖孔、翻邊凸凹模外形尺寸</p><p> 沖孔、翻邊凸凹模的功能是完成沖孔、翻邊,重要性大,其熱處理硬度也相對(duì)比落料凸模大,其材料選用9Mn2V鋼,熱處理硬度為60~62HRC</p><p> 沖孔、翻邊凸凹模的高度</p><p> 沖孔、翻邊凸凹模的高度=沖孔、翻邊凸凹模固定板的厚度+落料凹模的厚度&l
97、t;/p><p> =12mm +22mm</p><p><b> =34mm</b></p><p> 2. 沖孔、翻邊凸凹模的強(qiáng)度校核</p><p> 1)沖孔凹模的強(qiáng)度校核</p><p> 查《中國(guó)模具設(shè)計(jì)大典》,第三卷,表20.1-18 凹模強(qiáng)度計(jì)算公式</p>
98、<p> Hmin= (6-5)</p><p> 式中 Hmin—沖孔、翻邊凸凹模的最小厚度(mm)</p><p><b> F—沖壓力(N)</b></p><p> σwp—許用彎曲應(yīng)力(MPa)</p&g
99、t;<p> d、do—沖孔、翻邊凸凹模刃口與支承口直徑(mm)</p><p> 這里F= F沖=33064.2 N σwp= 500MPa d=15.3mm do=16.3mm</p><p><b> Hmin=</b></p><p><b> =6.1mm</b><
100、;/p><p> 2)翻邊凸模穩(wěn)定能力的校核</p><p> Lmax≤ (6-6)</p><p> 式中 Lmax—沖孔凸模許用的最大自由長(zhǎng)度(mm)</p><p> E—沖孔凸模材料的彈性模量(MPa)</
101、p><p> d—凸模或沖孔直徑(mm)</p><p> τ—沖件材料的抗剪強(qiáng)度(MPa)</p><p> t—沖件材料的厚度(mm)</p><p> 這里E=2.2× MPa d=27mm t=1mm τ=300 MPa</p><p> 于是Lmax ≤=×</p&g
102、t;<p><b> =745.6mm</b></p><p> 而實(shí)際的沖孔、翻邊凸凹模厚度為34mm,所以強(qiáng)度完全滿足要求。</p><p> 沖孔、翻邊凸凹模的簡(jiǎn)圖如圖6-4</p><p> 圖6-4 沖孔、翻邊凸凹模</p><p> 6.4沖孔凸模外形尺寸</p><
103、;p> 1.沖孔凸模的形式采用類(lèi)似直通式的形式,少了階梯形式的復(fù)雜,主要受上頂桿孔和凸??椎挠绊?,避免出現(xiàn)最小壁厚。</p><p><b> 2.沖孔凸模的長(zhǎng)度</b></p><p> 沖孔凸模的長(zhǎng)度=沖孔凸模固定板的厚度+落料、翻邊凸凹模的高度+超出落料、翻邊凸凹模的2mm</p><p> 則沖孔凸模的長(zhǎng)度=12mm +3
104、0mm +2mm</p><p> =44mm </p><p> 沖孔凸模簡(jiǎn)圖如圖6-5</p><p><b> 圖6-5 沖孔凸模</b></p><p><b> 3.強(qiáng)度校核</b></p><p> 1)凸模穩(wěn)定能力的校核</p>
105、<p> 查《中國(guó)模具設(shè)計(jì)大典》,第三卷,表20.1-10 凸模穩(wěn)定能力校核計(jì)算公式</p><p> Lmax≤ (6-7)式中 Lmax—沖孔凸模許用的最大自由長(zhǎng)度(mm)</p><p> E—沖孔凸模材料的彈性模量(MPa)</p>
106、<p> d—凸?;驔_孔直徑(mm)</p><p> τ—沖件材料的抗剪強(qiáng)度(MPa)</p><p> t—沖件材料的厚度(mm)</p><p> 這里E=2.2× MPa d=15.3mm t=1mm τ=300 MPa</p><p> 于是Lmax ≤=×</p>
107、<p><b> =318mm</b></p><p><b> 2)承壓能力的校核</b></p><p> σk=≤σp (6-8)式中 τ—沖件材料的抗剪強(qiáng)度(MPa)</p><p>
108、 t—沖件材料的厚度(mm)</p><p> d—凸?;驔_孔直徑(mm)</p><p> σk—凸模刃口的接觸應(yīng)力(MPa)</p><p> σp—凸模材料的許用壓應(yīng)力(MPa)</p><p> 這里τ=300 MPa t=1mm d=15.3mm σp=1500 MPa</p><p>&l
109、t;b> 則σk=</b></p><p><b> =</b></p><p> =600MPa≤σp=1500 MPa</p><p> 即凸模穩(wěn)定能力和承壓能力均滿足要求。</p><p> 第七章 主要零部件設(shè)計(jì)</p><p><b> 7.1模柄
110、的設(shè)計(jì)</b></p><p> 查《中國(guó)模具設(shè)計(jì)大典》第3卷,表22.5-24壓入式模柄(JB/T7646.1-1994)</p><p><b> 選擇B型</b></p><p><b> 材料:Q235</b></p><p> 熱處理硬度:43~48HRC</p&
111、gt;<p><b> 模柄簡(jiǎn)圖如圖7-1</b></p><p><b> 圖7-1 模柄</b></p><p> 7.2固定板和墊板的設(shè)計(jì)</p><p> 7.2.1沖孔、翻邊凸凹模固定板的設(shè)計(jì)</p><p> 查《中國(guó)模具設(shè)計(jì)大典》第3卷,表22.5-19圓形固定
112、板</p><p> 直徑D=120mm,厚度H=12mm</p><p> 材料:45 熱處理硬度43~48HRC</p><p> 沖孔、翻邊凸凹模固定板的簡(jiǎn)圖如圖7-2</p><p> 圖7-2 沖孔、翻邊凸凹模固定板</p><p> 7.2.2沖孔凸模固定板的設(shè)計(jì)</p>
113、<p> 沖孔凸模的固定方式有直接固定在模座、用固定板固定和快換式固定三種固定方式,這里選用固定板固定,且采用臺(tái)肩固定。</p><p> 將沖孔凸模壓入固定板內(nèi),裝配采用N7/h6 </p><p> 查《中國(guó)模具設(shè)計(jì)大典》第3卷,表22.5-19圓形固定板</p><p> 直徑D=120mm,厚度H=12mm</p><
114、;p> 材料:45 熱處理硬度43~48HRC</p><p> 沖孔固定板的簡(jiǎn)圖如圖7-3</p><p> 圖7-3 沖孔固定板</p><p> 7.2.3墊板的設(shè)計(jì)</p><p> 查《中國(guó)模具設(shè)計(jì)大典》第3卷,表22.5-20圓形墊板</p><p> 直徑D=120
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