I目錄TOC\o"1-3"\h\u18937第一章緒論 3254891.1沖壓模具的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 3160681.1.1模具行業(yè)現(xiàn)狀 3255741.1.2模具工業(yè)的發(fā)展趨勢 410851.2沖壓模具注意事項 56197第二章U型托板零件工藝分析 6206762.1U型托板零件結構分析 639412.2沖壓件材料特性 624382.3模具沖裁方案的對比與選擇 727722第三章U型托板沖壓模具設計 9140743.1U型托板毛坯尺寸的展開計算 927273.2排樣設計 1036693.2.1排樣設計的原則 10310643.2.2搭邊的定義及選取 11162843.2.3載體的設計 12231943.2.4條料的寬度與步距 1330006第四章U型托板級進模的工藝計算 159734.1沖壓力的計算 1564524.1.1沖裁力的計算 15164304.1.2彎曲力的計算 17219234.1.3模具的總沖壓力 18302854.2壓力中心計算 18124524.3沖壓設備的選取 19118564.4刃口尺寸的計算 20271734.4.1沖裁間隙 20100574.4.2沖裁凸、凹模刃口的尺寸 20123914.4.3彎曲尺寸的計算 2123580第五章模具及零件設計與選用 24106845.1模具凸、凹模的設計 2473795.2模架和模座的選擇 2713075.3墊板的選用 29182545.4卸料機構的設計 3042255.5導料及定位機構的設計 31170725.5.1導料機構的設計 3128765.5.2定位機構的設計 31150985.6彈性元件的選用 32234345.7卸料板 3218095第六章壓力機的校核 34189956.1壓力機公稱力的校核 34119026.2壓力機滑塊行程的校核 34153746.3壓力機滑塊模柄孔的校核 3438986.4壓力機閉合高度的校核 3424719第七章模具總裝圖繪制 364276總結 3717865致謝 3843參考文獻 39第一章緒論1.1沖壓模具的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢1.1.1模具行業(yè)現(xiàn)狀模具設計與制造是一門對現(xiàn)代社會產品制造的專業(yè)性技術，模具技術能夠對產品的設計和制造實現(xiàn)高質量、高生產率、高安全性的生產。冷具考古發(fā)現(xiàn)，模具技術在人類發(fā)展的早期就已經初具模型，在現(xiàn)代人類文化還未成型的時代，人們就會利用簡單的模具進行食物的造型，并且在青銅器時代，我國的能人巧匠更是利用模具制造了一系列的兵器、樂器等，可以說，模具技術從古至今就作為推動社會進步，滿足社會生產生活需求的必需品，現(xiàn)如今模具產品遍布各行各業(yè)，飛機、輪船、汽車、電子產品等等[1]。自改革開放以來，模具作為工業(yè)之母，得到了飛速的并且可持續(xù)性的發(fā)展，模具的需求量大量提升的同時，預示著我們人民的生活水平也在得到提高。特別是在沿海一帶，珠江三角洲常年以穩(wěn)定百分之十五的增幅穩(wěn)坐國內模具行業(yè)龍頭位置，近年來，在珠江三角洲的帶領之下，國內的各中小型企業(yè)不斷的孕育而生，各企業(yè)的誕生，在滿足了社會的大量需求的同時，還能夠增加各企業(yè)之間的良性競爭，使得我國的模具專業(yè)技術得到進步[2]，為了滿足競爭需求，各企業(yè)向著精密化，大型化不斷發(fā)展。在現(xiàn)如今各國密切交流的前景之下，我國憑借人力的價格以及模具制造的高性價比優(yōu)勢，也在不斷的吸引其他國家優(yōu)秀的企業(yè)進入國內融資，合資企業(yè)的誕生，毫無疑問能夠極大的提升我國的模具制造水平，現(xiàn)如今模具制造行業(yè)普遍應用的CAD技術，已經得到了普及，但是國外先進并且較為成熟的moldflow，dynaform等等CAE模擬分析軟件在我國的普及率并不高[3]，但是CAE軟件作為實用性非常高的軟件，在模具行業(yè)之中十分高效，利用CAE模擬分析軟件，能夠在電腦上模擬模具塑料件的成形性，溫度變化，以及金屬的形變程度等等，能夠大大提升模具制造的產品質量，而如果不進行cae軟件的分析，則需要在實際的試模過程之中，不斷的調試，這就會導致模具的制造周期大大加長，并且模具的制造成本大大增加，因此，cae模擬軟件分析的普及將成為我國模具行業(yè)發(fā)展的必經之路，而作為高級模擬分析軟件，需要高技能的人才，今后在各大高校的學習中，需要引起高校及同學足夠的重視[5]。模具技術可分為沖壓模具，注塑模具，以及壓鑄模具等等，本次設計所涉及的沖壓模具即為冷沖壓模具技術，即一般情況下在不對工件產生溫度變化的前提下，對工件進行塑性的沖裁或成型，具資料顯示，從上世紀初期的前蘇聯(lián)開始，沖壓模具技術以及具有了科學的成型技術分析教材，并且在前蘇聯(lián)地區(qū)開設了大量的沖壓技術學習場所，而模具也極大的推動了前蘇聯(lián)的工業(yè)發(fā)展，使其成為了當時全球最強大工業(yè)國家之一。不僅僅是前蘇聯(lián)，時至今日，德國和日本也在模具技術的研究上傲視全球，可以說，模具技術是衡量一個國家工業(yè)水平的標桿。1.1.2模具工業(yè)的發(fā)展趨勢沖壓模具可簡單分為五金模具、汽車模具、精密模具等，五金模具大多數為我們日常生活中的小型金屬工件[6]，此類型的工件相對來說精度要求不高，能夠滿足日常的需求即可，但是需求量相對較大，在我國的絕大多數中小型企業(yè)中，五金沖壓件占據了絕大多數的市場，也解決了大部分的沖壓模具從業(yè)人員的就業(yè)問題。精密模具現(xiàn)如今對于我國來說是一塊弱勢項目，我國很大一部分的精密模具還依賴進口，因此對于從業(yè)人員來說，精密性模具的研發(fā)十分嚴峻。汽車模具作為大型模具，具有高技術性，高嚴格性以及高產量性的特點，隨著當今時代汽車的普及，以及中國國內汽車市場的需求，大型汽車覆蓋件是現(xiàn)如今模具行業(yè)的發(fā)展大前景，具資料顯示，我國的汽車年銷量穩(wěn)居世界第一，越來越多的汽車合資品牌入駐中國，并且近年來，在全球范圍內席卷電動汽車風潮，我國的政策也在大力扶持新能源汽車，并且中國現(xiàn)如今已經在電動汽車領域處于領先定位[7]，因此汽車覆蓋件的需求量處于首位，在此前提之下，就需要國內的大型覆蓋件模具技術過硬，汽車的更新?lián)Q代為我們整個沖壓模具行業(yè)帶來了巨大的市場和機遇，也正是由于新能源汽車對于傳統(tǒng)燃油車的沖擊，傳統(tǒng)燃油車對于汽車的造型有了更大的要求，但是總體來說，我國的汽車模具行業(yè)相比于全球模具行業(yè)頂尖國家還具有一定的差距，特別是在出口量方面，近年來，對于一般的國產以及合資車型來說，新款車型的推出縮短了接近半年時間，這些都是我們從業(yè)人員面臨的機遇，直接帶動了整個模具行業(yè)的發(fā)展[8]。1.2沖壓模具注意事項在模具的設計以及加工過程中需要注意一下幾個方面的要求：嚴格按照產品質量要求，保證模具精度，在正常情況下，需要模具生產出的工件能夠嚴格按照圖紙的規(guī)劃，制造出高精度的工件。嚴格保證模具的產品制造時間，在預期規(guī)定的時間內完成整套模具的設計、制造、以及一整套的試模、調試、出件。因此，在設計以及制造模具時，需要充分考慮到制造周期，在現(xiàn)如今的模具設計制造環(huán)境下，從業(yè)人員大量的使用沖壓模具標準件，正是由于沖壓模具標準件的使用，大大縮短了設計以及制造周期，同時還能夠增加模具的精度。需要保證模具的使用壽命，模具使用壽命指的是模具生產的壽命，反應了模具的耐用程度，模具的使用壽命直接影響到企業(yè)生產開發(fā)模具的利潤，模具使用壽命與模具結構的設計、模具材料的選用以及模具熱處理等等有關，因此需要從業(yè)人員在設計時結合模具壽命優(yōu)化模具結構以及材料等等方面的問題，在生產時也需要制定工藝流程，提高模具使用壽命。需要嚴格控制模具設計以及制造的成本，企業(yè)開發(fā)模具的利潤和模具設計制造的成本也息息相關，在一副模具能夠同樣制造出高質量工件，模具的使用壽命也同樣能夠達到要求時，盡量選用低成本的材料能夠有效的控制模具制造成本。第二章U型托板零件工藝分析2.1U型托板零件結構分析本次設計工件需要的工序有彎曲、沖孔、落料工序，從工件CAD二維圖可知，該工件的最大邊尺寸為70mm，最大高度為5mm，厚度為1mm，材料為Q235。工件屬于較薄型的工件，并且分析零件的整體結構，無銳角尖角，無異形的曲面，沒有較難成型的部分，工件整體并不算復雜，因此不需要對工件進行優(yōu)化。圖2-1U型托板工件圖查參考文獻[9]尺寸以及精度分析：通過上圖可知，U型托板零件的整體尺寸不大，可采用普通結構的普通沖裁即可，并且根據任務書要求，該工件對于沖裁以及成型的精度沒有特殊要求，因此在設計時，采用IT9加工精度即可。2.2沖壓件材料特性根據任務書要求該工件采用了Q235材料，查參考文獻[10]是一種生活中常見的碳素結構鋼，因為屬于一種低碳鋼，因此該材料的綜合性能都比較好，能夠擁有優(yōu)良的焊接、塑性以及強度，在生活中廣泛應用，多用于各種支撐梁的設計，大到輪船以及橋梁，小到各種U型托板以及角碼連接片中都可見其身影。Q235的抗剪強度：Q235的抗拉強度：2.3模具沖裁方案的對比與選擇沖壓模具即為冷沖壓模具，一般情況下是指在對零件不通過溫度變化實現(xiàn)沖裁以及成型，沖壓模具根據沖壓工序的不同可以簡單分為沖裁模以及成型模，根據模具類型的不同可以分為單工序模具、復合模具以及級進模具。其中，單工序模具指一副模具中只存在一個單獨的工序，比如單工序落料模具，單工序彎曲模具等；復合模具指一副模具中存在兩個或者兩個以上的工序，比如落料沖孔復合模，落料拉深復合模等；級進模和復合模一樣能夠在一副中完成對兩個以及兩個以上工序的沖裁以及成型。各種類型模具具有各自的優(yōu)缺點，單工序模具由于只加工單個工序，因此模具的結構最簡單，成本最低，精度也能夠有所保證，在一個工件只需要一個工序時，單工序模具即為首選，但是，在對復雜零件模具的設計時，如果要加工完所有工序，則需要多副的單工序模具，如此一來，單工序模具的低成本優(yōu)勢消失，并且由于每套模具加工出的半成品需要送入新一副模具生產，因此各模具之間的定位偏差在所難免，因此單工序模具在對復雜工件生產時，精度也不高。由于復合模和級進模能夠處理多個工序的工件，但是在級進模中，由于條料的遞進，同樣存在精度問題，需要在級進模中設置定位銷用于條料的精準定位，針對能夠一副模具進行復合模設計的工件，通常將直接采用復合模設計，針對工序繁雜，工件的結構復雜的情況，將采用級進模設計。本次設計有彎曲、落料、沖孔工序，因此可選用的模具沖裁方案查參考文獻[11]有三種：單工序模具，復合模具以及模具。①采用單工序模具對所有工序進行沖裁和成型，即設計U型托板零件所需要的模具有：落料單工序模具，沖孔單工序模具，以及彎曲單工序模具。雖然單個模具的結構簡單，制造成本低，但是需一共需要三幅模具，在每一次的半成品定位中，容易產生工件的定位偏差，因此產品的精度低，并且三幅模具的制造成本相加相比于復合模以及級進模更高，效率最低，因此本次設計將不采用單工序模具設計方案；②采用復合模具和單工序同時加工的形式，將落料沖孔工序組成一幅落料沖孔復合模，再通過落料沖孔復合模生產出的半成品進行彎曲單工序模具的生產。該種方案相比于單工序來說，減少了一幅模具的定位偏差，精度較高，但是同樣需要兩幅模具，模具的制造成本同樣偏高，并且不能夠一次對所有工序進行沖裁和成型，效率較低，因此本次設計同樣不采用復合模具加單工序的方案；③采用級進模形式，直接利用一副級進模對所有工序進行沖裁和成型，級進模的模具形式對于多個工序的復雜型工件來說，不管是效率還是制造成本，相比于單工序模具以及復合模具都為最高，雖然級進模中由于條料的送進，同樣會出現(xiàn)多次定位，但是在設計級進模時，會在條料中均勻布置導正銷，以對條料起到精確定位的作用，因此，不管是從生產的效率，還是制造的成本等方面來看，級進模都是本次設計U型托板工件的最佳方案。綜上，本次U型托板工件采用了第③種方案的級進模具形式設計。第三章U型托板沖壓模具設計3.1U型托板毛坯尺寸的展開計算設計彎曲工件時，需要首先將該工件展開，獲得展開尺寸后才能進行后續(xù)的跟進，中性層指的是，材料在產生形變時，不管是伸長還是縮短的部分，其內存在一層不變的材料長度，這一層材料就被叫做中性層，而工件毛坯尺寸的展開采用了這一中性層的原則，中性層是本次計算工件展開的重要依據，因此本次計算工件的毛坯展開尺寸需要通過計算中性層獲取，圖3-1彎曲件的中性層示意圖查參考文獻[13]列出彎曲工件按照中性層進行計算的公式為：（3-1）式中：查參考文獻[12]下表3-1，通過計算r/t=0.5,計算得出本次設計U型托板零件的彎曲中性層位移系數x取值為：x=0.25，因此將中性層位移系數x帶入上述公式計算：最后經計算，將彎曲部分展開尺寸帶入工件圖L=（14.5+2+18.5+1.2+1.2）x2=74.8mm，繪制出U型托板零件的毛坯展開圖，如圖3-2所示：圖3-2工件毛坯展開圖3.2排樣設計排樣設計是指對排樣圖的繪制，排樣圖指的是工件在條料上的有規(guī)律的排列，優(yōu)秀的排樣圖能夠使模具結構簡單緊湊，提高模具的整體利潤和效率，降低模具制造成本，提高模具的使用壽命等等作用。3.2.1排樣設計的原則在級進模的排樣設計中，排樣圖更能夠體現(xiàn)模具的結構性，經濟性，在進行排樣圖的設計時，需要注意一下幾個方面：如果不是沖裁需要，那么在進行工件排樣時，需要在同一方向對工件進行排樣，即工件的沖裁方向需要保持一致，因為在沖裁時，會產生斷裂帶，不管沖裁工藝如何這是不能避免的，是由沖裁工藝決定的，因此，我們在進行如雙排，對排的排列樣式時，盡量選擇旋轉而不是鏡像。為了節(jié)約模具成本，在設計排樣圖時，盡量在滿足沖裁條件下，減少工位的排列，排樣工位越多，會導致模具結構越大，進而導致模具成本越高。并且排樣工位越多，條料需要移動的距離越大，移動的距離越大就有可能導致最終沖裁的工件精度降低。在進行復雜工件的排樣時，比如工件自身帶有銳角尖角或者較多異形輪廓時，沖裁刃口的形狀復雜，此時就需要在設計沖裁刃口時，將沖裁刃口分解、以此達到簡化模具結構，提高模具壽命，減小加工難度的作用。如果需要沖裁的工件帶有細小的孔位，那么需要對沖裁的凸模進行加強或者增加保護套。在級進模的排樣設計時，由于級進模的工作原理是工位與工位之間互相遞進，一步一步成型工件，因此工位與工位之間的排列十分緊湊，為了使模具壽命增加，提高模具的強度，并且避免出現(xiàn)模具各零部件之間的干涉，需要在設計時，適當的增加一些空工位?？展の坏脑O置也有利于模具后期的調試以及維修。在彎曲工件級進模的排樣設計中還需要考慮到工件的彎曲部分能否順利遞進，需要在彎曲工序之后的凹?；蛘咝读习逯g開設避讓孔，并且避讓孔的開設不能夠影響到工件的成型，排樣圖能夠直接反映出工件在模具中的彎曲位置關系，這些都需要在排樣圖進行設計時就設計完成。設計排樣圖時，需要計算材料利用率，材料利用率反映出模具成本，材料利用率越高，條料的廢料的越少，因此，在設計時，不僅僅需要對比最合適工件結構的排列方式，還需要結合材料利用率選擇較高的方式。3.2.2搭邊的定義及選取搭邊指的是在排樣條料上工件與工件之間或者工件與條料之間的值，根據搭邊值的大小一般分為無搭邊，少搭邊以及有搭邊三種。無搭邊的意思是一工位與下一工位，一工位與條料之間沒有任何的搭邊值，無搭邊排樣的優(yōu)點是由于各工件之間無搭邊緊密排列，因此排樣的材料利用率非常高，常用與簡單的，并且沖裁精度不高的矩形工件使用。但是無搭邊排樣的缺點也很明顯，正是由于工件間沒有搭邊值，一旦沖裁凸?；蛘甙寄３霈F(xiàn)磨損，工件定位出現(xiàn)偏差，將會直接影響后續(xù)的所有工件精度。少搭邊指只有工位之間沒有搭邊值，工件與和條料存在搭邊值，少搭邊排樣的材料利用率相比于無廢料排樣較低，但是相比于有廢料排樣低，少搭邊排樣同樣存在無廢料排樣的精度問題。有廢料排樣指工件間和條料件都存在搭邊值，雖然有廢料排樣的材料利用率在三種搭邊方式中最低，但是沖裁精度最高。設計有廢料排樣時，在滿足沖裁條件下，盡可能的選擇較小的搭邊，以增加模具材料利用率，但是如果選擇的搭邊值過小，將會導致模具的強度低，沖裁精度降低。因此，排樣搭邊值的選擇通常情況下會查表獲得。查參考文獻[14]本次設計工件的材料厚度為1mm，查下表3-2，得出工件件搭邊a=1.5mm，側搭邊a1=1.8mm，但是考慮到載體強度，工件件搭邊取值增加到4和2.1mm。表3-2最小工藝搭邊值3.2.3載體的設計載體即為級進模排樣中連接工件與工件之間遞進的部分，常見的載體根據載體的連接位置分為中間載體，雙邊載體，單邊載體等。中間載體指的是載體位置在工件與工件的中間，雙邊載體指的是載體連接位置在工件的兩段，單邊載體指的是載體在工件的一側，載體的選擇是根據工件的輪廓結構決定，載體在條料的送進過程中盡量避免發(fā)生形變，因為載體直接連接工件，載體的形變會導致工件的形變，直接影響工件精度，因此載體的放置位置需要避開工件的彎曲以及成型部分。由此，結合以上分析，最終設計出U型托板零件的排樣圖，采用直排，中間載體。一共分為8工位，如圖3-3所示，具體工序為：①沖出側刃以及用于導正銷導正的導正孔；②切廢料；③空工位；④沖孔；⑤空工位；⑥彎曲；⑦空工位；⑧切斷；圖3-3U型托板排樣圖3.2.4條料的寬度與步距查參考文獻[15]（3-2）式中；。A=20+4=24mm。條料寬度（3-3）=(74.8+2x2.1)-0.4=79-0.4mm因此，得出結論，本次設計中，條料的寬度為79-0.4mm。材料利用率是模具生產成本最為直接的體現(xiàn)，排樣圖的合理設計能夠有效的增加模具的材料利用率，從而減少模具的生產成本。單個步距的材料利用率是由步距內的工件面積除以送料步距和條料寬度計算得出，計算公式如下：=(3-4)式中：；B——條料寬度（mm）；第四章U型托板級進模的工藝計算4.1沖壓力的計算4.1.1沖裁力的計算沖裁指的是分離工序的一種，包括落料工序和沖孔工序等，會產生材料分離，而沖裁力就是指模具中分離工序所需的力，本次設計模具所包含的沖裁力有落料和沖孔，由于模具的結構形式為級進模，因此沖裁力還包含模具的卸料力和推件力，計算沖裁力是為了選擇壓力機，模具設計完成之后，需要針對沖壓力選擇稍大于此力的壓力機，保證其模具的產品質量。在遇到工件較大，沖裁力大的模具時，由于沖裁力越小，需要預制匹配的壓力機型號也就越小，能夠有效的降低制造成本，而減少沖裁力有以下幾種方式：在級進模中，將沖裁凸模設置成不同高度的階梯形式，利用不同的高度分散沖裁力，以此降低總沖裁力，具體設置時，可將稍小的凸模設置短一點，將稍大的凸模設置長一點。在進行沖裁時，可將凸?；蛘甙寄Ｈ锌谠O置成卸刃口，同樣能夠起到降低沖裁力的作用，但是需要注意的是，在設置卸刃口時，必須要能夠保證工件的平直度，并且不能夠影響產品的精度。查參考文獻[16]沖裁力通過下列公式計算：（4.1）式中：F——沖裁力；K——系數，由于實際生產中與計算不同，會產生不可估計的變動，比如磨損、厚度的變化等等，因此需要對計算進行一定程度的預估，K即系數，取K=1.3；因為沖裁部分的結構形式較復雜，直接通過CAD軟件對沖裁周長進行測量，經過測量本次設計模具所需計算的沖裁周長為：沖裁力的計算：卸料力是指經過沖裁后，工件會附著在凸模上，利用卸料板將工件卸下的一種力，卸料力必須要克服摩擦力以及材料的形變緊固在凸模上的力，同樣在凹模內，沖裁的廢料也會附著在凹模，而將廢料從凹模內排出的力叫做推件力。卸料部分力的計算：（4.2）推件部分的力的計算：（4.3）式中：、所以本次設計的模具的沖裁部分所需總沖裁力為：表4-1卸料力、推件力和頂出力因數4.1.2彎曲力的計算查參考文獻[16]彎曲力的計算和沖裁力的計算同樣是為了選擇壓力機，彎曲力是計算彎曲部分的沖壓力，彎曲力分為U型和V型，彎曲力的大小和材料的工藝性、凸模和凹模的成型方式以及模具的彎曲結構等等相關，所以在計算彎曲力時不能夠進行精確的計算，在計算彎曲力時，通常利用公式來進行估算。彎曲力的計算公式為：（4.4）；（4.5）式中：；；2）校正彎曲力公式（4.6）式中：3）計算本次設計的U型托板零件的彎曲力的計算為：v形彎曲的彎曲力：所選擇的Q235材料的抗拉強度為：根據查表可得，通過計算可知A=90；因此校正彎曲力為：自由彎曲時的彎曲力與校正彎曲力之和為：4.1.3模具的總沖壓力模具的總沖壓力為模具沖裁部分的沖壓力與彎曲部分的沖壓力之和，即：4.2壓力中心計算由于模具中凸模的分布不均勻，如果單單只以條料的中點為中心，會導致模具的沖壓力不平衡，導致模具的磨損加快，壽命減少，并且工件的質量和精度無法保證。因此，需要求出所有沖壓力的平均值，得出一個平衡點，這個平衡點就叫做壓力中心。壓力中心的計算方式是通過分解各個凸模的坐標點得出，但是在實際生產過程中，模具結構有時會出現(xiàn)結構偏差嚴重，此時只需要保證壓力中心在壓力機的偏差范圍之內即可。對于規(guī)則的對稱工件來說，則不需要通過計算獲得。壓力中心的計算公式為：=（4.7）=（4.8）將排樣圖中的各凸模繪出，在所有刃口的基礎上建立一個坐標系，繪出所有凸模的X和Y軸的坐標系，再將各值帶入壓力中心的求解公式，求出X0以及Y0即為本次設計模具的壓力中心。經計算：。圖4.3壓力中心4.3沖壓設備的選取在沖壓模具中，沖壓設備指壓力機的選擇，在模具設計及制造完成之后，將模具下模固定在壓力機的工作平臺，將模柄通過壓力機的滑塊固定，因此壓力機的選取需要考慮工作平臺的尺寸、壓力機滑塊模柄孔的尺寸、開模行程、以及壓力機公稱力的大小等等。壓力機的工作平臺和壓力機滑塊孔尺寸必須等于或者大于模具。壓力機公稱力的大小直接決定模具是否能夠成型，如果壓力機公稱力小于模具沖壓力，將會直接影響產品精度，所以壓力機的公稱力大小必須要大于等于模具沖壓力，并且為使精度有所保證，公稱力必須大于模具的1.3倍，以確保壓力機的公稱力足夠。最終選取下列的開式雙柱可傾壓力機型號為：表4-2開式雙柱可傾式（J23-25型）壓力機的技術參數型號J23-25公稱力KN250滑塊行程mm65行程次數min-1105最大封閉高度mm220封閉高度調節(jié)量mm55工作臺尺寸前后mm370左右mm560模柄孔尺寸直徑mm40深度mm604.4刃口尺寸的計算4.4.1沖裁間隙在模具的工作過程中，凸模和凹模會產生不可避免的磨損，模具的磨損會導致產品精度不夠，因此，在設計模具的凸模和凹模時直接將磨損考慮進去，取值一定的沖裁間隙，即確定好凸模和凹模之間的間隙。沖裁間隙有小、中、大間隙三種，影響三種間隙的因素有模具的材料、模具的結構等等，當工件材料比較薄并且材料比較軟的情況下，采用小間隙計算，當工件材料比較厚并且材料較硬的情況下，采用大間隙計算。分析工件的材料和厚度，查閱相關資料選取沖裁間隙=0.14mm，=0.1mm。4.4.2沖裁凸、凹模刃口的尺寸沖裁凸模和凹模的計算有分開計算法和配做法兩種，分開計算法是指單獨分開計算凸模和凹模的尺寸，配做法是指利用凹模或者凸模為基準，通過沖裁間隙的聯(lián)系，配做凸?；蛘甙寄５某叽纭７珠_計算法和配做法各有優(yōu)勢，其中分開計算法由于計算較為復雜，所以常常用于工件的刃口尺寸和結構形式簡單的情況，在復雜情況下，常用配做法進行計算。本次設計的凸模凹模刃口較為簡單，因此本次設計中直接采用分開計算法計算即可。在利用分開計算法進行計算時，需要首先滿足凸模和凹模的刃口公差和沖裁間隙的關系式：查《沖壓手冊》得出本次設計U型托板零件的凸模凹模公差選擇：，因此凸模和凹模的刃口公差能夠滿足分開加工法的沖裁間隙關系:｜｜+｜｜≤條件將落料和沖孔尺寸各值帶入凸、凹模刃口尺寸計算公式為：1.落料尺寸24mm2.落料尺寸4mm3.落料尺寸30mm4.沖孔尺寸6mm5.沖孔尺寸8mm4.4.3彎曲尺寸的計算彎曲零件的凸模以及凹模間的間隙可以通過下面的公式來進行計算：；式中：，其值按表4-3選取。表4-3間隙系數C值（單位mm）當工件精度要求較高時，間隙值應適當減小，可以取Z/2=t。查《沖壓手冊》板料厚度的正偏差為由公式可得：凸、凹模工作部分尺寸主要是指彎曲件的凸、凹模的橫向尺寸。下面對凸凹模的尺寸進行計算。1）彎曲件標注外形尺寸凹模尺寸為凸模尺寸為2)彎曲件標注內形尺寸凸模尺寸為凹模尺寸為式中：；、；；、，選用IT7~IT9級精度，mm；。由零件圖可知彎曲的外形尺寸為40mm公差IT9級選取，凹模制造公差，選用，凸模制造公差，選用。所以彎曲的凸凹模尺寸為：凹模尺寸為凸模尺寸為查標準公差表表知=0.3第五章模具及零件設計與選用5.1模具凸、凹模的設計模具凸模和凹模直接決定了模具沖裁出的產品精度，合理的凸模和凹模結構能夠簡化模具結構、減少模具制造成本，提高產品精度。模具凹模的結構有整體式、鑲拼式等，整體式指的是凹模為整體，在裝配時，能夠有效地降低裝配時間，但是對于復雜模具來說，整體式凹模的加工較為困難，此時，就需要用到鑲拼式凹模，鑲拼式凹模是指凹模為幾部分的凹模鑲塊組合而成。鑲拼式凹模由于可以將復雜的刃口形式分解，因此凹模的加工較為簡單，但是相對裝配就較為困難，鑲拼式凹模還可以將凹模的刃口部分設置鑲套，將容易磨損和損壞的刃口部分只做鑲套便于維修和更換。分析本次設計模具，刃口以及結構形式較為簡單，沒有難以成型以及結構復雜的刃口出現(xiàn)，因此為使裝配方便，直接利用整體式凹模進行設計。凹模的具體數值可以通過計算獲得，首先由工件的最大尺寸乘以模具凹模系數，計算出凹模高度，再由凹模的高度計算得出凹模的邊界尺寸，從而得出凹模的長寬高尺寸。凹模的高度計算公式為：——為凹模刃口的最大尺寸()查參考文獻[17]表5.1選取系數表5.1凹模系數k由于本次設計模具有彎曲工序，是考慮到模具的送進，在凹模內開設有避讓孔，避讓孔會影響凹模的強度，并且考慮彎曲的高度，因此凹模的高度需要適當加高，本次設計采用H=25mm。凹模壁厚時滿足設計要求;設計時凹模外形尺寸為315x200mm。凸模與模具的凸模固定板之間采用臺階固定的形式對模具的凸模進行固定。凸模與凸模固定板時間的配合方式用的是過渡配合（H7/m6或H7/n7），材料選取,熱處理硬度為。圖5.1沖孔凸模示意圖圖5.2切斷凸模圖5.3彎曲凸模圖5.4凹模示意圖5.2模架和模座的選擇在模具設計中，為使模具制造成本降低，模具結構標準化，通常會采用大量的模具標準件，本次設計中，模架的選用也將采用模具標準件。沖壓模具模架通過材料的分類有鑄鐵模架和鋼板模架，鑄鐵模架成本較低，鋼板模架成本較高，鑄鐵模架的強度剛度不及鋼板模架，通常在中小型模具或者中小批量的模具中，采用鑄鐵模架即可。標準模架根據模架形式的不同分為中間導柱模架、后側導柱模架、四角導柱模架等等。其中中間導柱模架的導柱導套分布在模架中間的兩側，受力平衡均勻，通常用于中小型模具，在對于中大型模具的模架選擇時，通常選擇四角導柱模架最為穩(wěn)定，壽命最長。后側導柱模架的導柱導套分布在模架的后側，空間性最好，視野最為開闊，同樣在中小型模具中選用。本次設計為級進模，模具尺寸適中，為了保證模具的壽命以及產品質量，采用四角導柱模架，為了節(jié)約模具成本，同時結合模具的尺寸以及送料方向，采用了鑄鐵模架。上下模座尺寸分別為315mm200mm35mm、315mm200mm40mm，材質都為HT200。圖5.5上模座示意圖圖5.6下模座示意圖5.3墊板的選用模具墊板指在模具中起到提高模具強度的板類，通常有上墊板和下墊板之分，上墊板通常設置在上模座和上固定板之間，下墊板通常設置在下模座和凹模之間，用于增加整體模具強度。在有頂件裝置的模具情況下，墊板有時還能夠起到控制頂件行程的作用。本次設計模具的結構較為復雜，為了提高模具的壽命，采用了上下墊板，厚度H選取10mm。如圖5.7；5.8所示：圖5.7上模墊板圖5.8下模墊板5.4卸料機構的設計在級進模中，凸模在進行沖孔等沖裁工序后，條料真的沖裁部分會附著到凸模上，在開模時，上模上行，凸模會將條料帶離下模，造成下一次合模不能順利送進條料，造成卡料，嚴重影響連續(xù)沖裁，因此，在進行一個沖裁之后，需要一個把條料從凸模上卸下的機構，這個機構就叫做卸料機構。卸料機構根據運動的方式分為彈性卸料和剛性卸料，通常情況下彈性機構由彈性元件驅動，剛性卸料機構則直接規(guī)定在上?；蛘呦履?，彈性卸料機構通常作用于工件較薄，卸料力較小的情況，能夠有效的保證產品的平直度，剛性卸料則作用于較厚的工件，結構簡單。一般彈性機構由卸料板，卸料螺釘和彈性元件構成。本次設計工件的厚度較薄，整體卸料力不大，為了有效地保證產品質量和平直度，采用彈性卸料機構。卸料機構如下圖5.9所示：圖5.9模具卸料機構5.5導料及定位機構的設計5.5.1導料機構的設計在模具設計中，條料送進模具時，需要對條料進行定位，在復合模和單工序模具中，為了簡化模具結構，通常直接采用導料銷和擋料銷，在模具左側設置兩顆導料銷進行送進，在模具前側設置一顆擋料銷實現(xiàn)擋料，從而完成定位。在級進模中，條料的送料機構有導料板或者導料式浮頂器，導料板通常會配合承料板使用，導料板安裝在凹模上兩側，條料沿著導料板送進。導料式浮頂器則是帶有導料槽的浮頂器，將條料直接沿著導料式浮頂器的導料槽送進，導料式浮頂器的優(yōu)點在于將導料板的作用整合到浮頂器，能夠極大的簡化模具結構，但是導料式浮頂器的局限性在只能夠應用于在條料前部成型工序較少的情況，便于條料的送進。本次設計工件帶有彎曲工序，為使條料順利送進，在凹模部分開設了避讓槽，只需要利用導料板送進，同時配合側刃完成定距，并且在后續(xù)工位設置導正銷進行精準定位。5.5.2定位機構的設計在級進模設計中，定位機構的選擇通常會將側刃以及導正銷結合的方式，在第一工位沖出側刃，利用側刃在條料兩側沖出缺口，利用條料上側刃沖出的缺口實現(xiàn)定距，同時，在利用后續(xù)工序均勻分布的導正銷對后續(xù)的工位實現(xiàn)精確定位。導正銷如圖5.10所示：圖5.10導正銷5.6彈性元件的選用由前文可知，本次設計采用了彈性卸料機構，由卸料板，彈性元件以及卸料力構成，彈性元件的選擇上，由于卸料力整體不大，直接選擇彈簧即可，考慮到模具尺寸，共設置了4個彈簧，彈簧的高度可以通過下面的公式計算：式中：由此，本次設計模具的彈簧高度取值45mm。5.7卸料板本次設計級進模采用了正裝的結構，即凹模在下模部分，因此，本次設計將卸料機構安裝在上模部分，在開模時，通過卸料板將條料卸下，卸料板的形式如下圖5.11：圖5.11卸料板示意圖第六章壓力機的校核6.1壓力機公稱力的校核壓力機公稱力的校核是指壓力的公稱力必須大于或等于模具總沖壓力的1.3倍，模具總沖壓力的1.3倍是一個安全數值，如果公稱力不滿足模具總沖壓力就會造成壓力不足，產品質量難以保證，有可能出現(xiàn)產品不成型，退料不充分以及卡料等等情況，由于彎曲力和沖裁力的計算由于材料、模具結構等因素的影響下，不能夠保證絕對精準，因此需要將模具沖壓力乘以1.3倍以保證公稱力的絕對滿足。由上文計算可知，模具總沖壓力。因此如要壓力機滿足要求，需要公稱力至少為：F=1.3*163.81=212.95KN。查上文本次選擇壓力機的公稱力為250KN，因此壓力機公稱力滿足校核。6.2壓力機滑塊行程的校核模具開合模時，上模下行的距離即為滑塊行程，壓力機的滑塊行程需要保證模具能夠完成沖裁和成型以及卸料、落料，取件等等?；瑝K行程S=1+5+3=9mm<S=55mm,所以本次選取滑壓力機塊行程滿足校核。6.3壓力機滑塊模柄孔的校核當模具制造完成后，需要將模具裝夾到壓力機上，下模直接固定在壓力機工作臺，而上模則需要通過壓力機的滑塊上模柄孔夾持住模柄，因此壓力機滑塊的模柄孔尺寸必須要大于或等于模具的模柄才能夠夾持，當滑塊的模柄孔大于模具模柄的情況時，只需在模柄上增加一個模柄套即可。本次設計模具的模柄尺寸為，壓力機滑塊模柄孔尺寸為，因此需要安裝時需要增加模柄套滿足校核。6.4壓力機閉合高度的校核壓力機最大閉合高度為Hmax=220mm，而模具和壓力機的閉合高度關系需要滿足：Hmin=Hmax–M=220-55=165即220-5≥H?！?65+10因為模具高度為171mm，模具高度低于最低安裝高度，因此需要在模具安裝時增加墊塊來滿足校核。第七章模具總裝圖繪制通過前幾章節(jié)的計算和零部件選擇，利用軟件繪制出本次設計U型托板零件的總裝圖如下圖7-1。圖7.1裝配圖總結本次設計查閱了大量的相關沖壓模具設計資料，從工件的工藝性分析開始，經過分析，選擇出最為本次設計U型托板零件適合的級進模的沖壓模具設計形式，再通過毛坯尺寸計算繪制出毛坯展開圖，進而設計出排樣圖，然后通過沖壓力的計算選取出與之匹配的沖壓模具壓力機，壓力機的選取保證了在實際沖壓模具工作情況下實現(xiàn)產品