冷沖壓模具的計算機輔助設(shè)計案例摘要：本課題主要進行抽屜鎖擋片冷沖壓模具的計算機輔助設(shè)計。根據(jù)該零件的尺寸、材料、精度等要求進行工藝性分析，確定采用沖孔落料復(fù)合模以及L形彎曲模的冷沖壓工藝方案。依據(jù)沖壓模具設(shè)計理論，在計算的基礎(chǔ)上設(shè)計了排樣圖；在計算沖裁力、凸凹模刃口尺寸等沖壓工藝參數(shù)的基礎(chǔ)上，選用了合適的壓力機，完成了兩套模具零部件的設(shè)計，利用UG軟件完成了模具零件圖和裝配圖的繪制。關(guān)鍵詞：抽屜鎖擋片冷沖壓UG軟件模具設(shè)計目錄1 緒論 11.1冷沖壓概述 11.2冷沖壓技術(shù)的發(fā)展及趨勢 21.3計算機輔助技術(shù)在冷沖壓方面的應(yīng)用 21.4UG軟件介紹 32研究設(shè)計的方法 32.1課題研究內(nèi)容 32.2研究方法 43設(shè)計方案 43.1零件的工藝性分析 43.2工藝方案的確定 53.3模具結(jié)構(gòu)的確定 54沖孔落料復(fù)合模具的計算 64.1相關(guān)的工藝參數(shù)計算 64.2確定模具各個零部件結(jié)構(gòu)及其尺寸 104.3落料沖孔復(fù)合模具壓力機的校核 184.4裝配圖 185單工序彎曲模具的設(shè)計 195.1彎曲力的計算 195.2彎曲模工作部分的設(shè)計 205.3減少回彈的措施 215.4彎曲時的偏移及改進措施 215.5彎曲模結(jié)構(gòu)件的設(shè)計 225.6單工序彎曲模壓力機的校核 275.7裝配圖 27結(jié)論 29參考文獻(xiàn) 301緒論在當(dāng)今世界，機械制造業(yè)具有舉足輕重的地位。在現(xiàn)代機械制造中，產(chǎn)品在研發(fā)階段就與模具的設(shè)計和制造密不可分。在設(shè)計新產(chǎn)品時，必須在投入生產(chǎn)前確定工藝和處理程序。大多數(shù)工藝和工藝的設(shè)計都需要特定的模具,因此，模具的設(shè)計和制造直接影響新產(chǎn)品的開發(fā)和生產(chǎn)。不管一個產(chǎn)品設(shè)計的多么完美,沒有一個切實可行的加工制造方案和相應(yīng)的模具就不能轉(zhuǎn)化成實際收益。模具的合理設(shè)計和可靠質(zhì)量是大批量機械產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量的保證[1]。其它機械制造方法在高效率、低消耗和高生產(chǎn)一致性的方面與模具制造相差很多。正是由于這個原因，一些高科技產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)必須依靠模具制造業(yè)作為相互補充的產(chǎn)業(yè)鏈[2]。所以，機械制造業(yè)離不開模具行業(yè)，模具是制造業(yè)的基礎(chǔ)。模具能夠大量減少產(chǎn)品生產(chǎn)周期、確保產(chǎn)品的高精度、提高產(chǎn)品生產(chǎn)率、降低成本、可實現(xiàn)少切屑或無切屑加工、易于實現(xiàn)生產(chǎn)的自動化，這對于工業(yè)與經(jīng)濟的發(fā)展有很大的作用。近些年來，人們也逐漸意識到模具產(chǎn)業(yè)的重要性，但是對于傳統(tǒng)模具產(chǎn)業(yè)來說，人工設(shè)計及制造在一些過程中會相對復(fù)雜。而現(xiàn)代模具行業(yè)是技術(shù)密集型的行業(yè)，因此，模具生產(chǎn)必須采用一系列先進的技術(shù)。在模具設(shè)計與制造過程中，合理運用計算機輔助技術(shù)可以有效的提高模具設(shè)計與制造的精度并大大縮短生產(chǎn)周期，且更加方便快捷。在模具設(shè)計中采用的計算機輔助設(shè)計（CAD）/計算機輔助制造（CAE）技術(shù)能方便顯示模具的形狀和結(jié)構(gòu)，隨時發(fā)現(xiàn)設(shè)計的優(yōu)缺點并加以改進，有利于產(chǎn)品生產(chǎn)和自動化管理的形成，有效地縮短了生產(chǎn)周期，是有效改進傳統(tǒng)模具生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)，有利于優(yōu)化模具設(shè)計[3]。為了促進模具工業(yè)的發(fā)展和國民經(jīng)濟的發(fā)展，應(yīng)該將模具工業(yè)和計算機技術(shù)相結(jié)合，有力地推進經(jīng)濟發(fā)展和模具工業(yè)的高效發(fā)展。冷沖壓概述冷沖壓指的是在室溫下對材料施加壓力，使其產(chǎn)生分離或變形以獲得特定的形狀、尺寸和性能的加工工藝方法[4]。其工序主要分為變形工序和分離工序兩大類。變形工序是在材料不被破壞的前提下使毛坯發(fā)生塑性變形，分離工序是將沖壓件或毛坯按一定形狀分離。冷沖壓技術(shù)具有很多優(yōu)勢，能夠沖壓出形狀復(fù)雜的工件且精度較高、生產(chǎn)率高、材料利用率高等[5]。但冷沖壓技術(shù)也有許多缺點，如冷沖壓工藝一般使用機械壓力機，比較危險，勞動強度大，不利于安全生產(chǎn)管理；模具制造的復(fù)雜性使得制造成本高、制造時間長，因此，從經(jīng)濟方面考慮冷沖壓工藝更適合采用批量生產(chǎn)[6]。1.2冷沖壓技術(shù)的發(fā)展及趨勢中國的冷沖壓技術(shù)至今已發(fā)展了很長時間。據(jù)文獻(xiàn)記載，中國人民在戰(zhàn)國時代就已學(xué)會練劍淬火。在漫長的封建社會中，中國工人在裝飾品和必需品的生產(chǎn)中表現(xiàn)出了出色的技術(shù)和工藝。自1920年開始，一些生產(chǎn)行業(yè)已經(jīng)開始使用簡單的模具加工產(chǎn)品。當(dāng)時的模具加工主要采用手工操作，因此勞動量較高、模具的精度不高，損壞率大。1940年后，國內(nèi)引進了水壓機冷沖模具。1950年后，又增加了磨床、銑床和鋸床等大型設(shè)備。到上世紀(jì)六七十年代，模具已經(jīng)從單工序沖孔、單工序落料發(fā)展為沖孔落料復(fù)合模。再后來模具的精度不斷上升，工藝不斷簡化，冷沖壓技術(shù)發(fā)展十分迅速[7]。當(dāng)前，中國冷沖壓模具制造技術(shù)的進步是非常顯著的，特別是在汽車覆蓋件方面的發(fā)展大大縮小了與西方先進國家的差距。同時在模具設(shè)計中采用了計算機輔助設(shè)計，并且逐步實現(xiàn)了計算機輔助設(shè)計和實驗一體化，這大大縮短了中國的模具設(shè)計和生產(chǎn)周期[8]。模具制造技術(shù)在很大程度上影響著國家的制造水平。因此，必須加快模具制造業(yè)的發(fā)展，使其向大規(guī)模、高精度方向發(fā)展，滿足社會發(fā)展的實際需要。對零件制定統(tǒng)一的國家標(biāo)準(zhǔn)便于企業(yè)生產(chǎn)，如果企業(yè)能夠合理的應(yīng)用模具的標(biāo)準(zhǔn)件，可以提高模具的生產(chǎn)效率，降低成本。因此，加強對標(biāo)準(zhǔn)件的使用是十分有必要的。好的模具材料可以提高制件的質(zhì)量、增加模具的壽命。因此，必須要注意模具材料的質(zhì)量[9]。隨著計算機輔助技術(shù)與冷沖壓技術(shù)的融合應(yīng)用，成形工藝將朝著高精度、高生產(chǎn)率、高利用率的方向不斷發(fā)展，隨著中國制造業(yè)的不斷發(fā)展，冷沖壓技術(shù)會不斷向智能化、綠色化方向發(fā)展[10]。計算機輔助技術(shù)在冷沖壓方面的應(yīng)用在傳統(tǒng)的模具生產(chǎn)中，設(shè)計過程與制造過程是相對獨立的，設(shè)計與制造之間在加工工藝性、裝配線等方面容易出現(xiàn)問題。而計算機輔助技術(shù)的引入為并行工程的實施提供了技術(shù)保證，讓設(shè)計師在整個設(shè)計過程中能夠及時發(fā)現(xiàn)并修改設(shè)計的缺陷、有效地預(yù)測模具性能、成本等。模具CAD/CAM技術(shù)是一種在CAD和CAM的基礎(chǔ)上開發(fā)的具有完備性能的計算機模具生產(chǎn)技術(shù)。CAD模具設(shè)計包括確定模具結(jié)構(gòu)的類型、確定模架、分析成形過程等。通過計算機輔助技術(shù)可以使用諸如UGLL之類的高級特征建模軟件來生成上下模架以及進行材料的定位，也可以通過使用如CFLOW之類的模具分析軟件來分析板材各部分的應(yīng)力變化等[11]。模具生產(chǎn)可以使用計算機軟件作為模具設(shè)計和制造的有效輔助工具，并確保設(shè)計人員能夠通過計算機比較產(chǎn)品、結(jié)構(gòu)和形態(tài)，并提供適當(dāng)優(yōu)化和設(shè)計。近幾年來，計算機技術(shù)不斷發(fā)展，各種CAD/CAM/CAE技術(shù)在模具設(shè)計、制造加工、裝配和生產(chǎn)模擬中的應(yīng)用越來越完善，計算機輔助設(shè)計技術(shù)在生產(chǎn)中的巨大優(yōu)勢，使越來越多的企業(yè)將其引入生產(chǎn)，在CAD/CAM/CAE技術(shù)上普及的條件已經(jīng)基本成熟，提高了整個模具開發(fā)過程的效率和質(zhì)量[12]。計算機輔助技術(shù)可以有效地模擬模具生產(chǎn)的設(shè)計過程，達(dá)到預(yù)測結(jié)果并幫助設(shè)計人員及時修改設(shè)計數(shù)據(jù)，以實現(xiàn)優(yōu)化和創(chuàng)新的目的；并且，可以利用計算機輔助技術(shù)來模擬和分析產(chǎn)品的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的成型缺陷，優(yōu)化模具結(jié)構(gòu)，提高工作效率，降低成本[13]。1.4UG軟件介紹UG軟件被廣泛應(yīng)用機械、電子等行業(yè)尤其是汽車和汽車的產(chǎn)品開發(fā)中[14]。目前已成為三維圖形設(shè)計中使用最廣泛的軟件之一，并且在數(shù)控加工、模具設(shè)計、機械制造等領(lǐng)域起著重要的作用，利用UG能夠在工業(yè)設(shè)計中更快、更準(zhǔn)確地構(gòu)建復(fù)雜的產(chǎn)品模型，并且通過渲染工具和可視化工具進一步美化模型設(shè)計，來滿足設(shè)計中的審美要求[15]。UG是一款三維集成功能非常強大的參數(shù)化軟件，例如，可以使用UG設(shè)計軟件進行計算機輔助工程的設(shè)計、計算機輔助制造和工程分析,其優(yōu)點是易于觀察，可以結(jié)合不同部分的特點選擇不同的設(shè)計方法。這種設(shè)計不僅方便易學(xué)，而且設(shè)計者可以根據(jù)實際的要求通過在不同的工具欄選擇不同的命令來確定最合適的設(shè)計方法，來完成零件的設(shè)計。并且使用UG軟件的參數(shù)化設(shè)計方法，可以對不同工具欄間的相關(guān)命令可以進行一定的修改設(shè)計，具有方便、可靠的優(yōu)點。在更改零件設(shè)計模塊時，可以快速響應(yīng)裝配圖且相關(guān)模塊也會隨之自動修改，不需要像使用二維CAD圖時對零件進行修改也要在裝配圖中進行更改，容易出現(xiàn)誤差、錯誤等問題。利用UG軟件，設(shè)計人員可以將工作重點放在結(jié)構(gòu)設(shè)計上，方便修改和設(shè)計。而且眾多設(shè)計人員在實踐中不斷收集反饋信息并運用一些先進的技術(shù)，使UG的版本不斷升級，實際應(yīng)用的性能有了很大的提高，相關(guān)功能也得到了提高，完全能夠滿足現(xiàn)代模具行業(yè)的設(shè)計要求。2研究設(shè)計的方法2.1課題研究內(nèi)容本課題以抽屜鎖擋片為設(shè)計對象，主要對其冷沖壓成形的模具進行計算機輔助設(shè)計。首先，根據(jù)零件的尺寸、性能、精度等級等特征，對零件進行工藝分析，確定零件冷沖壓成型工藝方案；然后，根據(jù)冷沖壓工藝方案確定模具結(jié)構(gòu)；最后，設(shè)計出模具的各個零件并使用UG軟件繪制模具的零件圖和裝配圖。2.2研究方法（1）通過使用測繪工具測出產(chǎn)品的尺寸，并使用UG軟件繪制產(chǎn)品的三維圖和二維圖。（2）根據(jù)產(chǎn)品材料的性能以及尺寸、結(jié)構(gòu)等特征，確定該零件能否采用冷沖壓工藝成型。（3）根據(jù)材料利用率、零件結(jié)構(gòu)尺寸等因素確定適合該零件的冷沖壓成型工藝方案。（4）通過工藝參數(shù)的理論計算以及查閱資料，進行模具凸模、凹模以及其它零部件的設(shè)計。（5）使用UG軟件繪制模具各個零部件以及裝配圖。3設(shè)計方案3.1零件的工藝性分析圖3-1所示為抽屜鎖擋片的三維圖，圖3-2所示為抽屜鎖擋片的二維圖。擋片厚度為1.2mm，要求大批量生產(chǎn)，精度要求較低，制造精度選IT13，所用的材料為1Cr18Ni9Ti，屬于不銹鋼，其抗拉強度為569~628MPa，屈服強度為196MPa，該不銹鋼耐腐蝕和耐磨性較好，滿足抽屜鎖擋片的性能要求。該制件形狀簡單，尺寸較小，厚度較薄，屬于普通沖壓件。該產(chǎn)品精度要求不高，適合采用冷沖壓方式獲得制件。圖3-1抽屜鎖擋片的三維圖圖3-2抽屜鎖擋片的二維圖及尺寸（單位：mm）3.2工藝方案的確定該制件形狀簡單，通過工藝分析，擬定出兩種不同的加工方案。方案1：采用落料、沖孔、彎曲三套不同的單工序模分別進行加工。方案2：采用一套落料沖孔復(fù)合模和一套彎曲模進行加工。方案1中每一道工序都需要設(shè)計一套模具，再加上對于工人以及沖壓設(shè)備的需求等因素，會大大提高生產(chǎn)成本，并且工件在模具上的位置可能出現(xiàn)偏差使精度降低。方案2中雖然復(fù)合模具結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，制作難度高，但對比單工序模具，復(fù)合模工件同軸度好、生產(chǎn)效率較高、能夠保證精度要求，適合進行實際的大批量生產(chǎn)。由于沖裁件需要進行大批量生產(chǎn)，綜合生產(chǎn)成本及精度等因素的影響，在以上兩種方案中，選用方案2所述復(fù)合模來進行沖裁件的沖孔、落孔，然后再進行單工序的彎曲。3.3模具結(jié)構(gòu)的確定第一套模具是落料沖孔復(fù)合模，因為倒裝復(fù)合模中廢料能夠方便的從下邊落下，生產(chǎn)的零件能夠從上模推下，卸料方便，并且，由于對沖裁件的精度要求不高且凸凹模壁厚較大，滿足倒裝復(fù)合模的要求，所以采用倒裝復(fù)合模。第二套模具是單工序彎曲模，從擋片的結(jié)構(gòu)尺寸分析，第二套單工序彎曲模應(yīng)采用正裝L形彎曲模。4沖孔落料復(fù)合模具的計算4.1相關(guān)的工藝參數(shù)計算4.1.1毛坯尺寸計算因為擋片要進行彎曲，則需要先計算毛坯展開尺寸。擋片的內(nèi)彎曲半徑r為2mm，板料厚度為1.2mm，而當(dāng)彎曲件的r/t>0.5時彎曲件有圓角半徑，r/t<0.5時則無圓角半徑，所以抽屜鎖擋片為有圓角半徑的彎曲件。查《中國模具設(shè)計大典》[16]表19.3-43可得毛坯展開長度的公式為：L=l直+l彎=l1+l2+l彎=7+11.5+3.85=22.4mm（4-1）式中，L——毛坯展開的長度（mm）；l直——彎曲件各直線段長度之和（mm）；l彎——彎曲件各彎曲部分應(yīng)變中性層展開長度之和（mm）；l1——左側(cè)直線段長度（mm），這里l2=7mm；l2——下側(cè)直線段長度（mm），這里l2=11.5mm；l彎——工件彎曲部分中性層長度(mm)，根據(jù)擋片內(nèi)彎曲半徑為2mm、厚度為1.2mm查《中國模具設(shè)計大典》[16]表19.3-6得圓角部分中性層弧長l4.1.2沖裁件的排樣設(shè)計（1）排樣方法排樣是沖裁件在條料上的布置方法。綜合考慮材料利用率、模具壽命、產(chǎn)品質(zhì)量等方面，選用有廢料排樣。（2）搭邊值的確定搭邊是指排樣中相鄰兩制品之間的余料或工件與板料之間的余料。擋片選用材料為不銹鋼1Cr18Ni9Ti，料厚為1.2mm，查《沖壓手冊》[18]表2-12得搭邊值數(shù)值，相鄰工件間的搭邊值a=1.5mm，工件與條料之間的搭邊值a1QUOTE工件與條料之間的搭邊值a1=1.8mm。（3）送料步距與條料寬度的計算（a）送料步距A送料步距A的計算公式為：A=D+a=22.4+1.5=23.9mm（4-2）式中，D——工件在送料方向上的長度（mm），這里D=22.4mm；a——工件之間的搭邊值（mm），這里a=1.5mm。（b）條料寬度B條料寬度的計算分為兩種情況：當(dāng)模具結(jié)構(gòu)中有側(cè)壓裝置時，計算公式為：B=（L+2a1+△）0-△（4-3）當(dāng)模具結(jié)構(gòu)中無側(cè)壓裝置時，計算公式為：B=（L+2a1+2△+b0）0-△（4-4）式中，L——工件垂直于送料方向的長度（mm），這里L(fēng)=27.5mm；a1——工件與條料邊緣之間的搭邊（mm），這里a1=1.8mm；△——板料剪裁時的下偏差（mm），查《冷沖模設(shè)計》[17]表3-11得△=0.5mm。由于在本次模具設(shè)計中有側(cè)壓裝置，采用式(4-3)計算為：B=（27.5+2×1.8+0.5)?0.50=31.6?0.50QUOTE32.9?0.50mm（4）材料的利用率計算本工件為大批量生產(chǎn)，為了能夠節(jié)約材料應(yīng)該盡量提高材料利用率，采用合理的剪裁方法，使生產(chǎn)更加經(jīng)濟。材料利用率的計算公式為：η0=nSLB×100％（4-6）式中，n——板料可以加工出的零件數(shù)量；L——板料長度（mm）；B——板料寬度（mm）；S——一個零件的面積（mm2）。一個零件的面積為：S=27.5×22.4-2×π×2.152-（4×4-π×22）=583.53mm2（4-7）選取板料規(guī)格為1.2mm×2000mm×1500mm時材料的利用率為：采用縱裁法：η0=nSLB×100％=η0=83×47×583.53采用橫裁法：η0=nSLB×100％=η0=63×61×583.53綜上所述，規(guī)格為2000mm×1500mm的板料采用縱裁的材料利用率最高。（5）排樣圖根據(jù)所選排樣方法可以得到排樣圖如圖4-1所示。圖4-1排樣圖（單位：mm）4.1.3沖壓力的計算分析落料沖孔復(fù)合模結(jié)構(gòu)可知需要計算沖裁力、卸料力、推件力。落料力的計算：F1=Ltσb=96.4×1.2×480=55.5kN（4-8）沖孔力的計算：F2=Ltσb=27.0×1.2×480=15.6kN（4-9）式中，L——沖裁件周長（mm），對于落料力的計算L=2×18.4+2×23.5+2×π×2=96.4mm，對于沖孔力的計算L=2×π×4.3=27.0mm；t——板料厚度（mm），這里t=1.2mm；σb——材料抗拉強度（MPa），查《冷沖模設(shè)計》[17]表2-3得σb=628MPa。零件需要沖兩個孔，則沖裁力為：F=F1+2F2=55.5+2×15.6=86.7kN（4-10）卸料力的計算：F卸=k卸F=0.04×86.7=3.5kN（4-11）式中，k卸——卸料力系數(shù)，查《冷沖模設(shè)計》[17]表3-8得k卸=0.04。推件力的計算：F推=nk推F=4.2×0.05×86.7=18.2kN（4-12）式中，k推——推件力系數(shù)，查《冷沖模設(shè)計》[17]表3-8得k推=0.05；n——梗塞在凹模內(nèi)的沖件數(shù)，查《冷沖模設(shè)計》[17]得n=ht,其中h為刃口部分高度查《冷沖模設(shè)計》[7]表4-2得h=5，可以得出這里n=4.2。總沖壓力的計算：F總=F+F卸+F推=86.7+3.5+18.2=108.4kN（4-13）4.1.4壓力機的選取在選取壓力機時標(biāo)稱壓力的值需要比壓力值的1.3倍大，查《冷沖模設(shè)計》[17]表1-3，初步選取壓力機型號為J23-16，壓力機的部分參數(shù)見表4-1所示。表4-1J23-16壓力機部分參數(shù)型號公稱壓力/kN滑塊行程/mm行程次數(shù)/次/min最大閉合高度/mm高度調(diào)節(jié)量/mm工作臺尺寸mm×mm模柄孔尺寸直徑×深度/mm電動機功率/kWJ23—161605512022045300×450φ30×501.54.1.5模具壓力中心的計算模柄軸線和壓力機滑塊中心線需要與模具的壓力中心重合，不然會影響產(chǎn)品質(zhì)量以及模具壽命。其壓力中心計算圖如圖4-2所示。圖4-2工件的壓力中心計算圖此工件的壓力中心的計算公式為：x0=l=11.2=14.6（4-14）y0=l1y14.1.6計算凸、凹模工作部分尺寸在設(shè)計凸、凹模刃口尺寸時并不是單純以工件的尺寸來確定的，還應(yīng)考慮許多因素。在設(shè)計落料模時，以凹模為基準(zhǔn)，設(shè)計沖孔模時則應(yīng)該以凸模為基準(zhǔn)。并且，凸、凹模之間應(yīng)該有合理的間隙不然會影響模具壽命以及產(chǎn)品質(zhì)量。由于工件精度為IT13，厚度為1.2mm，查《中國模具設(shè)計大典》[16]表19.1-6得沖裁模初始雙面間隙最小值Zmin=0.072mm和沖裁模初始雙面間隙最大值Zmax=0.096mm。查《冷沖模設(shè)計》[17]表3-6得在本次設(shè)計中對于落料模凸模偏差ζ凸為-0.020mm，凹模偏差ζ凹為+0.025mm，對于沖孔模查凸模偏差ζ凸為-0.020mm，凹模偏差ζ凹為+0.020mm。則不滿足|ζ凸|+|ζ凹凸?；虬寄Ｔ谀p后增大的尺寸計算公式為：Aj=(Amax?x?)0+凸模或凹模磨損后會減小的尺寸計算公式為:Bj=(Bmin+x?式中，x——磨損系數(shù)，這里x=0.75；ζ——偏差。由（4-16）得落料凹模尺寸計算為：A1=Aj=(Amax?x?)0+ζA2=(Amax?x?)0+ζ=落料凸模的尺寸以0.072mm~0.096mm間隙與落料凹模配制。由（4-17）得沖孔凸模尺寸計算為：Bj=Bj=(Bmin+x?沖孔凹模的尺寸以0.072mm~0.096mm間隙與沖孔凸模配制。4.2確定模具各個零部件結(jié)構(gòu)及其尺寸4.2.1落料凹模（1）落料凹模結(jié)構(gòu)零件為大批量生產(chǎn)，考慮到模具壽命以及零件質(zhì)量，選用直壁式凹模。（2）落料凹模尺寸落料凹模形狀為矩形，如果壁厚太薄，容易發(fā)生開裂，為了保證凸凹模強度，可以通過計算求出凹模尺寸。凹模厚度的計算公式為：H=Kb=0.35×27.5=9.6mm（4-18）式中，K——系數(shù)，查《冷沖模設(shè)計》[17]表4-3可得K選為0.35；b——零件最大外形尺寸。H≥15mm則取H為20mm。凹模壁厚的計算公式為：c=（1.5~2）H=（1.5~2）×20=30~40mm（4-19）式中，H——凹模厚度。取凹模壁厚c為30mm。即，落料凹模的尺寸為87.5mm×82.5mm×20mm。查《沖壓手冊》[18]表14-1，確定凹模周界尺寸為100mm×100mm×20mm，其三維圖如圖4-3所示。圖4-3落料凹模（3）落料凹模固定方法采用內(nèi)六角緊固螺釘和銷釘將凹模固定在上模座上。（4）落料凹模選用材料落料凹模選用Cr12材料，刃口熱處理硬度為62~64HRC。4.2.2沖孔凸模（1）沖孔凸模結(jié)構(gòu)考慮到凸模穩(wěn)定性及模具壽命，選用臺階式?jīng)_孔凸模。（2）沖孔凸模長度查《模具設(shè)計與制造簡明手冊》表1-10-1，選取B型圓凸模，直徑d=4.3mm、高度L=32mm、h=3mm。沖孔凸模的三維圖如圖4-4所示。圖4-4沖孔凸模（3）沖孔凸模選用材料沖孔凸模選用Cr12材料，刃口熱處理硬度為62~64HRC。4.2.3彈性元件在落料沖孔倒裝復(fù)合模設(shè)計中，選用聚氨酯橡膠來彈頂卸料板以完成卸料運動。橡膠尺寸的計算如下：S工作=t+（4~6）+1=1.5+5+1=7.5（4-20）S工作=（25%~30%）×HH自由=S工作25%~30%=式中，t——板料厚度；S工作——橡膠的工作行程；H自由——橡膠的自由高度；S總——橡膠的最大壓縮量；則根據(jù)式（4-21）和（4-22）可以得出：S總=S預(yù)緊=橡膠的高度為：L橡膠=H自由?S預(yù)緊=24?3=21初步選用聚氨酯彈性元件的規(guī)格為D=30mm、H=21mm，數(shù)量為2，滿足0.5H<D<1.5H，因此橡膠滿足使用，橡膠的三維圖如圖4-5所示。圖4-5橡膠4.2.4凸凹模查《冷沖模設(shè)計》[17]表4-4得對于厚度為1.2mm的零件，凸凹模最小壁厚為3.2mm，而本次設(shè)計凸凹模符合最小壁厚要求。凸凹模高度的計算公式為：H=h1+h2+h3-t=16+21+5-1.2=41.8mm（4-24）式中，H——凸凹模高度（mm）；h1——凸凹模固定板厚度（mm），這里h1=16mm；h2——橡膠預(yù)壓縮高度（mm），這里h2=21mm；h3——卸料板高度（mm）,這里h3=5mm；t——材料厚度（mm），這里t=1.2mm。凸凹模的三維圖如圖4-6所示。圖4-6凸凹模4.2.5推件板在本次設(shè)計中采用推桿推動推件板完成推件工作，推件板的形狀要根據(jù)被推下工件的形狀，其三維圖如圖4-7所示。圖4-7推件板4.2.6凸模固定板與凸凹模固定板查《沖壓手冊》[18]表14-117JB/T7643.2-2008選用凸模固定板尺寸為100mm×100mm×16mm，凸凹模固定板的尺寸為100mm×100mm×16mm。選用45鋼為材料，熱處理硬度為28~32HRC，其三維圖如圖4-8、圖4-9所示。圖4-8凸模固定板4-9凸凹模固定板4.2.7矩形墊板查《沖壓手冊》[18]JB/T7643.3-2008表14-115選用墊板的尺寸為100mm×100mm×6mm，材料為45鋼，熱處理硬度為28~32HRC，卸料螺釘通過下墊板而不通過上墊板，所以上下墊板不同，其三維圖如圖4-10、圖4-11所示。圖4-10上墊板圖4-11下墊板4.2.8卸料板卸料板的作用是沖裁后將條料從凸凹模上卸下、防止條料不平及翹曲以及保護導(dǎo)料銷以增加模具壽命。選用材料為45鋼，熱處理硬度為43~48HRC，卸料板的三維圖如圖4-12所示。圖4-12卸料板4.2.9模架的選用查《沖壓手冊》[18]，選取后側(cè)導(dǎo)柱模架，材料為HT250，模架的參數(shù)如表4-2所示。表4-2模架的參數(shù)（單位：mm）凹模周界上模座GB/T2855.9下模座GB/T2855.9導(dǎo)柱GB/T2861.1導(dǎo)套GB/T2861.6LB100100100×100×25100×100×3020×12020×65×23根據(jù)模架尺寸繪制出上模座、下模座、導(dǎo)柱、導(dǎo)套三維圖，分別如圖4-13、圖4-14、圖4-15、圖4-16所示。圖4-13上模座圖4-14下模座圖4-15導(dǎo)柱圖4-16導(dǎo)套4.2.10其它模具零部件的選取查閱《沖壓手冊》[18]，選取其它模具零部件適用的標(biāo)準(zhǔn)件，如表4-3所示。表4-3部分零部件的參數(shù)名稱尺寸材料數(shù)量硬度(HRC)查閱標(biāo)準(zhǔn)壓入式模柄B40×60Q235143~48JB/T7646.3-2008導(dǎo)料銷A6×1645鋼243~48JB/T7949.9-2008止轉(zhuǎn)銷A4×1045鋼143-48JB/T7949.9-2008圓柱頭卸料螺釘M8×4145鋼435~40JB/T7650.6-2008內(nèi)六角上緊固螺釘M8×5545鋼435~40GB/T70.1-2008內(nèi)六角下緊固螺釘M8×4045鋼435~40GB/T70.1-2008上模座定位銷釘M6×4545鋼443~48GB/T119.2-2000下模座定位銷釘M6×5545鋼443~48GB/T119.2-2000推桿M6×3045鋼243~48JB/T7650.3-2008帶肩推桿M6×8045鋼143~48JB/T7650.1-2008根據(jù)所查零部件參數(shù)繪制出各個零部件三維圖，如圖4-17所示。（a）模柄（b）活動導(dǎo)料銷（c）止轉(zhuǎn)銷（d）圓柱頭卸料螺釘（e）內(nèi)六角上緊固螺釘（f）內(nèi)六角上緊固螺釘（h）下模座定位銷釘（i）上模座定位銷釘（j）推桿（k）帶肩推桿圖4-17其它零部件的三維圖4.3落料沖孔復(fù)合模具壓力機的校核為了使模具能夠在壓力機上正常使用必須對其閉合高度以及壓力機進行校核。校核公式為：Hmin+10mm≤H模具≤Hmax-5mm（4-25）模具的閉合高度計算公式為：H模具=h1+2h2+h3+h4+h5+h6+h7+h8+t=25+2×8+32+20+10+21+32+30+1.2=187.2mm（4-26）式中，h1——上模座高度（mm），這里h1=25mm；h2——墊板厚度（mm），這里h2=8mm；h3——凸模固定板厚度（mm），這里h3=32mm；h4——落料凹模厚度（mm），這里h4=20mm；h5——卸料板厚度（mm），這里h5=10mm；h6——橡膠厚度（mm），這里h6=21mm；h7——凸凹模固定板厚度（mm），這里h7=32mm；h8——下模座的高度（mm），這里h8=30mm；t——工件的厚度（mm），這里t=1.2mm；查《冷沖模設(shè)計》[17]表1-3得，壓力機最大裝模高度為220mm，連桿調(diào)節(jié)長度為45mm，按式（4-25）計算得：(175+10)mm≤187.2mm≤(220-5)mm校核壓力機成功，滿足使用。4.4模具裝配圖在UG采用裝配模塊，將設(shè)計并繪出的模具各個零部件放入同一個裝配圖中，并利用約束裝配出完整的模具結(jié)構(gòu)，其裝配圖如圖4-18所示。圖4-18落料沖孔復(fù)合模裝配圖5單工序彎曲模具的設(shè)計5.1彎曲力的計算彎曲是指利用金屬的塑性變形將毛坯彎曲以得到所需形狀產(chǎn)品的沖壓工藝。從擋片的結(jié)構(gòu)尺寸分析，單工序彎曲模選用L形彎曲模。首先要根據(jù)模具結(jié)構(gòu)進行彎曲力的計算，并將彎曲力作為選擇壓力機的依據(jù)。5.1.1彎曲力的計算在此模具設(shè)計中采用壓料板及橡膠幫助出料，即擁有彈性壓料裝置，彎曲力計算公式為：F自=0.6Kbt2σbr+t=式中，K——安全系數(shù)，查《冷沖模設(shè)計》[17]取K=1.3；b——零件的寬度（mm），這里b=22.4mm；σb——材料的強度極限（MPa），這里σb=628MPa；r——彎曲件的內(nèi)彎曲半徑（mm），這里r=2mm；t——彎曲材料的厚度（mm），這里t=1.2mm。5.1.2壓料力的計算壓料力FQ可近似取彎曲力數(shù)值的30％~80％，其計算公式為：FQ=（0.3~0.8）F自=0.5F自5.1.3壓力機的選取此模具采用的是彈性壓料裝置，而對于有壓料裝置的彎曲，壓力機的公稱壓力F機≥F自+FQ=4.94+2.47=7.41kN，且標(biāo)稱壓力必須大于彎曲力的1.3倍。查《冷沖模設(shè)計》[17]表1-3選取壓力機型號為表5-1J23-10A壓力機部分參數(shù)型號公稱壓力/kN滑塊行程/mm行程次數(shù)/次/min最大閉合高度/mm高度調(diào)節(jié)量/mm工作臺尺寸mm×mm模柄孔尺寸直徑×深度/mm電動機功率/kWJ23—10A1006014518035240×360φ30×501.15.2彎曲模工作部分的設(shè)計5.2.1彎曲凸模的圓角半徑擋片內(nèi)彎曲半徑r=2mm，厚度為1.2mm，相對彎曲半徑r/t較小，則凸模圓角半徑可以等于工件的內(nèi)彎曲半徑，取r凸5.2.2彎曲凹模工作尺寸設(shè)計彎曲模具時，要設(shè)計合理的凹模圓角半徑，否則會影響模具的壽命以及產(chǎn)品的質(zhì)量。查《冷沖模設(shè)計》[17]得圓角半徑計算公式為：t≤2mm時，r凹模彎曲凹模需要設(shè)計適當(dāng)?shù)纳疃龋疃冗^小時彎曲件回彈大，深度過大則會浪費材料。查《冷沖模設(shè)計》[17]表5-7得凹模深度為(10~15)mm，取10mm，底部最小厚度為20mm。5.2.3彎曲凸模和凹模之間的間隙凸、凹模之間需要設(shè)計合理的間隙值。間隙太大影響彎曲尺寸且無法彎曲成需要的形狀；間隙太小容易擦傷產(chǎn)品表面，影響產(chǎn)品質(zhì)量，并且還會降低凹模壽命。計算凸模凹模之間的單邊間隙公式為：Z=t+△+ct=1.2+0+0.05×1.2=1.26mm（5-4）式中，Z——彎曲模凸模和凹模的單邊間隙（mm）；t——材料厚度基本尺寸（mm），這里t=1.2mm；c——間隙系數(shù)，查《冷沖模設(shè)計》[17]表5-10取c=0.05mm；△——材料厚度的上極限偏差（mm），這里△=0mm。5.2.4彎曲凸模和凹模寬度尺寸計算在計算彎曲凸模和凹模寬度尺寸時，若工件標(biāo)注外形尺寸時，應(yīng)該以凹模為基準(zhǔn)件，間隙取在凸模上；若工件標(biāo)注內(nèi)形尺寸時，應(yīng)該以凸模為基準(zhǔn)件，間隙取在凹模上。該工件要求外形尺寸，則彎曲模凹模和凸模的寬度尺寸計算公式為：L凹=(Lmax-0.75△）0+ζ凹=（27.5?0.75×0.80）0+0.080=L凸=（L凸?2Z）?ζ凸式中，Lmax——彎曲件最大寬度（mm），這里L(fēng)=27.5mm；△——彎曲件寬度的尺寸公差（mm），查《互換性與測量技術(shù)》[20]得△=0.80mm；ζ凸、ζ凹——凸凹模制造偏差，查《冷沖模設(shè)計》[17]得凸模和凹模的制造偏差，一般按IT9級選用，查《互換性與測量技術(shù)》[20]得ζ凸=ζ凹=0.080mm；Z——彎曲模凸模和凹模的單邊間隙邊間隙（mm），這里Z=1.26mm。5.2.5回彈角度在進行彎曲工序時，零件會發(fā)生塑性變形和彈性變形，當(dāng)施加在零件上的載荷取消時發(fā)生彈性變形的部分會回復(fù)到彈性變形之前的樣子，使得工件的彎曲半徑與凸模的彎曲半徑并不相同，這種現(xiàn)象稱為回彈。對于擋片，內(nèi)彎曲半徑r=2mm，材料厚度t=1.2mm，r/t<5，屬于大變形程度，回彈后只有彎曲中心角發(fā)生了變化，彎曲圓角半徑變化很小可以不予考慮。查《中國模具設(shè)計大典》[16]表19.3-12得90°單角自由彎曲時回彈角為5°。5.3減少回彈的措施為了盡量提高生產(chǎn)不銹鋼抽屜鎖擋片的精度，必須盡量減小回彈。減小回彈的措施有：改進工件結(jié)構(gòu)增加工件剛度、在產(chǎn)品允許條件下選用彈性模量大的材料、材料彎曲前進行退火熱處理降低硬度彎曲后再進行淬火、彎單角工件時可在凸模及頂板上做傾斜度以補償工件的彈性回跳等。在本次設(shè)計中將凸模角度減去一個回彈角來控制回彈。5.4彎曲時的偏移及改進措施彎曲過程中板料各邊摩擦力不同時會使毛坯在彎曲過程中移動，影響產(chǎn)品形狀，這種現(xiàn)象叫做偏移。產(chǎn)生偏移的原因有很多，而對于本次設(shè)計中不銹鋼抽屜鎖擋片工件主要是工件結(jié)構(gòu)不對稱造成的偏移?？朔频拇胧┯校翰捎脡毫涎b置、將定位銷插入孔內(nèi)再彎曲、將工件以對稱彎曲件彎曲再切開得到所需工件、合理設(shè)計模具。在本次設(shè)計中采用了壓料裝置以及將定位銷插入毛坯孔內(nèi)來克服偏移。5.5彎曲模結(jié)構(gòu)件的設(shè)計5.5.1彎曲凹模查《冷沖模設(shè)計》[17]表5-7得彎曲凹模的深度L0=10mm，底部最小厚度為20mm，取彎曲凹模的高度H為32mm，則凹模壁厚計算公式為：c=（1.5~2）H（≥30~40mm）=（48~64）mm=48mm（5-7）查《沖壓手冊》[18]表14-1，確定凹模周界尺寸為125mm×125mm×32mm，凹模圓角半徑為6mm，彎曲凹模的三維圖如圖5-1所示。圖5-1彎曲凹模5.5.2彎曲凸模彎曲凸模的高度為60mm，長度為13.5mm，寬度為26.9mm，凸模圓角半徑為2mm，彎曲凸模三維圖如圖5-2所示。圖5-2彎曲凸模5.5.3凸模固定板凸模固定板可以根據(jù)凹模周界尺寸確定，查閱《沖壓手冊》[18]表14-117得凸模固定板尺寸為125mm×125mm×24mm，選用45鋼為材料，熱處理硬度為28~32HRC，凸模固定板三維圖如圖5-3所示。圖5-3凸模固定板5.5.4墊板查閱《沖壓手冊》[18]表14-115得矩形墊板規(guī)格為125mm×125mm×6mm，上下模結(jié)構(gòu)不同，所以墊板也有所不同。選用45鋼作為材料，熱處理硬度為43~48HRC，墊板三維圖如圖5-4、圖5-5所示。圖5-4上墊板圖5-5下墊板5.5.5壓料板本設(shè)計中，采用定位銷插在毛坯孔中來克服工件結(jié)構(gòu)不對稱造成的偏移，因此需要預(yù)留定位銷的孔，并且壓料板需要與凹模之間留有合適的間隙，以提高模具壽命。選用材料為45鋼，熱處理硬度為43~48HRC，壓料板的三維圖如圖5-6所示。圖5-6壓料板5.5.6橡膠橡膠是一種非常安全和穩(wěn)定的彈性元件，在彎曲模中選用橡膠與壓料板作為彈性壓料裝置，橡膠的計算如下：S工作=t+（4~6）+1=1.5+5+1=7.5mm（5-8）S工作=（25%~30%）×H自由H自由=S工作25%~30%=7.230%式中，t——板料厚度；S工作——橡膠的工作行程；H自由——橡膠的自由高度；S總——橡膠的最大壓縮量；則根據(jù)式（5-9）和（5-10）可以得出：S總=S預(yù)緊=橡膠的長度可以得到：L橡膠=H自由?S預(yù)緊=24?3=21m經(jīng)校核0.5<H/D<1.5，橡膠滿足使用。橡膠的三維圖如圖5-7所示。圖5-7橡膠元件5.5.7模架查《沖壓手冊》[18]，選取后側(cè)導(dǎo)柱模架，模架材料選用HT250，模架的參數(shù)如表5-2所示。表5-2模架的部分參數(shù)（單位：mm）凹模周界上模座GB/T2855.5下模座GB/T2855.10導(dǎo)柱GB/T2861.1導(dǎo)套GB/T2861.6LB125125125×125×30125×125×3522×13022×80×28根據(jù)模架參數(shù)，確定模座、導(dǎo)柱、導(dǎo)套尺寸并繪制出三維圖，上模座三維圖如圖5-8所示，下模座三維圖如圖5-9所示，導(dǎo)柱三維圖如5-10所示，導(dǎo)套三維圖如5-11所示。圖5-8上模座圖5-9下模座圖5-10導(dǎo)柱圖5-11導(dǎo)套5.5.8其它模具零部件的確定查閱《沖壓手冊》[18]選取模具其它零部件的參數(shù)如表5-3所示，其三維圖如圖5-12所示。表5-3其它零部件的參數(shù)序號名稱尺寸（mm）材料數(shù)量標(biāo)準(zhǔn)1壓入式模柄B30×50Q2351JB/T7646.3-20082止轉(zhuǎn)銷4×1045鋼1JB/T7949.9-20083定位銷M4×1045鋼2JB/T7949.9-20084銷釘M6×4545鋼4GB/T119.1-20005上模座緊固螺釘M8×5045鋼4GB/T70.1-20086下模座緊固螺釘M8×6045鋼4GB/T70.1-20087帶肩推桿M6×6845鋼2JB/T7650.1-20088帶螺紋推桿M6×11045鋼1JB/T7650.2-20089螺母M8×645鋼2GB/T16938-2008（a）模柄（b）止轉(zhuǎn)銷（c）定位銷（d）銷釘（e）上模座緊固螺釘（f）下模座緊固螺釘（g）帶肩推桿（h）帶螺紋推桿（i）螺母圖5-12部分結(jié)構(gòu)件的三維圖5.6單工序彎曲模壓力機的校核H模具=h1+h2+h3+h4+h5+h6+h7=30+6+24+32+6+35+30=163mm（5-12）式中，h1——上模座高度（mm），這里h1=30mm；h2——上墊板厚度（mm），這里h2=6mm；h3——凸模固定板的厚度（mm），這里h3=24mm；h4——凹模高度（mm），這里h4=32mm；h5——下墊板的厚度（mm），這里h5=6mm；h5——下模座的高度（mm），這里h6=35mm；h7——凸模未進入凹模的長度（mm），這里h7=30mm。查《冷沖模設(shè)計》[17]表1-3得，壓力機最大裝模高度為180mm，連桿調(diào)節(jié)長度為35mm，校核計算為：(145+10)mm≤163mm≤(180-5)mm（5-13）通過校核發(fā)現(xiàn)所選壓力機符合裝模要求。5.7裝配圖利用UG裝配