窗簾軌道支架的沖壓級進(jìn)模具設(shè)計【沖壓模具設(shè)計稿】

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摘要 I 摘 要 沖壓模具在實際工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。沖壓模具的自動送料技術(shù)也投入到實際的生產(chǎn) 中，沖壓模具可以大大的提高勞動生產(chǎn)效率，減輕工人負(fù)擔(dān)，具有重要的技術(shù)進(jìn)步意義 和經(jīng)濟(jì)價值。在這次設(shè)計中，首先運用 PRO/E 軟件的三維造型功能，對零件進(jìn)行三維造 型。對零件進(jìn)行工藝性分析，大大簡化計算并得到精確結(jié)果，在此基礎(chǔ)上應(yīng)用 AutoCAD 繪制零件的二維圖紙，以加深對沖裁件、拉深件和成形件結(jié)構(gòu)的工藝性的理解。設(shè)定零 件的工藝方案，比較工藝方案并確定工藝方案。計算毛坯的尺寸，計算沖裁次數(shù)，設(shè)定 各步半成品的尺寸并繪出工序簡圖。計算各個工序的工作壓力，設(shè)計并繪出模具簡圖， 選取各個合適的零件。了解落料模、拉深模、整形模、切邊模和沖孔模的特點和需要注 意的問題，在模具簡圖的基礎(chǔ)上進(jìn)行模具結(jié)構(gòu)工藝性分析，進(jìn)行模具結(jié)構(gòu)設(shè)計并選擇沖 壓設(shè)備。 關(guān)鍵詞：級進(jìn)模、模具設(shè)計、工藝、結(jié)構(gòu)設(shè)計 ABSTRACT II ABSTRACT Punching die has been widely used in industry. More Self-acting feed technology of punching die is also used in production, punching die could increase the efficiencies of production and could alleviate the work burden，so it has significant meaning in technologic progress and economic value. In this design, first we use the 3D software function of PRO/E to create 3D model of the part. During the procedure, the work pieces craftwork character is analyzed, and the work pieces 2D drawings are made by AutoCAD, so that the work piece can be better comprehended. Learn the structural craftwork character of the work piece, so does the drawing and forming craftwork character. Make sure the work pieces craft project, compare them and make the final decision. Calculate the size of the roughcast and select its shape. Calculate the times of the drawings, make sure the size of the semi-manufactured work piece of every steps, and draw the working procedures sketch. Calculate the every working pressure, design and draw dies sketch, select every appropriate parts. Comprehend every needed dies character and the issues that is needed to be played more attention. On the base of the dies sketch ，the dies structure is analyzed, and then go on designing their structures and selecting punch equipments. Keywords: progressive die、Craft project 、manufacture 、structure design III 目 錄 摘 要 ..........................................................................................................................I ABSTRACT .............................................................................................................II 1 緒論 .......................................................................................................................1 1.1 沖壓技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用 ....................................................................................1 1.2 模具發(fā)展現(xiàn)狀 ....................................................................................................2 1.3 本課題的主要內(nèi)容與意義 ................................................................................3 2 工藝分析及沖壓方案確定 ...................................................................................5 2.1 沖壓件的工藝分析 ............................................................................................6 2.2 工藝方案的分析和確定 ....................................................................................6 2.2.1 工藝方案分析 ...............................................................................................6 2.2.2 沖壓工藝方案的確定 ...................................................................................7 2.3 沖壓排樣圖設(shè)計 ...............................................................................................8 2.3.1 排樣原則 ........................................................................................................8 2.3.2 排樣圖 ..........................................................................................................11 2.3.3 壓力中心計算 ..............................................................................................12 3 模具主要工藝參數(shù)計算 .....................................................................................13 3.1 模具沖裁間隙選擇 .........................................................................................13 3.2 模具刃口尺寸計算 .........................................................................................13 3.2.1 刃口尺寸計算的基本原則 .........................................................................13 3.2.2 刃口尺寸的計算 .........................................................................................14 4 模具總體設(shè)計 .....................................................................................................18 4.1 送料方式的選擇 .............................................................................................18 4.2 卸料方式的選擇 .............................................................................................19 IV 4.3 模具定位與緊固件的選擇 .............................................................................19 4.4 模具導(dǎo)向零件的選擇 .....................................................................................20 5 模具主要零部件設(shè)計 .........................................................................................22 5.1 主要模板的設(shè)計 .............................................................................................22 5.2 凸模設(shè)計 .........................................................................................................22 5.2.1 凸模設(shè)計原則 .............................................................................................22 5.2.2 凸模固定方式 .............................................................................................23 5.2.3 凸模長度的計算 .........................................................................................23 5.2.4 凸模結(jié)構(gòu)設(shè)計 .............................................................................................23 5.2.5 凸模的材料和技術(shù)要求 .............................................................................26 5.3 凹模結(jié)構(gòu)設(shè)計 .................................................................................................26 5.3.1 凹模設(shè)計原則 .............................................................................................26 5.3.2 凹模結(jié)構(gòu)形式 .............................................................................................26 5.3.3 凹模刃口形式確定 .....................................................................................27 5.3.4 凹模外形尺寸的確定 .................................................................................27 5.3.5 凹模的材料和技術(shù)要求 .............................................................................28 5.4 模具材料的選用 .............................................................................................29 6 模具裝配 .............................................................................................................30 6.1 模具裝配精度要求 .........................................................................................30 6.2 級進(jìn)模裝配 .....................................................................................................30 6.2.1 連續(xù)沖裁模裝配精度要點 .........................................................................30 6.2.2 組件裝配 .....................................................................................................30 6.2.3 總裝配 .........................................................................................................31 6.2.4 檢驗及試模 .................................................................................................31 6.3 模具工作過程 ..................................................................................................32 V 6.4 模具更換安裝操作流程 ..................................................................................33 6.4.1 卸模操作流程 .............................................................................................33 6.4.2 裝模操作流程 .............................................................................................33 7 沖壓設(shè)備的選擇 .................................................................................................35 7.1 沖裁力的計算 .................................................................................................35 7.2 壓力機(jī)選用 .....................................................................................................35 7.2.1 沖壓設(shè)備規(guī)格的選擇 .................................................................................35 7.2.2 公稱壓力（噸位） .....................................................................................35 7.2.3 滑塊行程和行程次數(shù) .................................................................................36 7.2.4 裝模高度 .....................................................................................................36 7.2.5 模具沖壓設(shè)備的選擇及參數(shù) .....................................................................36 結(jié)論 .........................................................................................................................38 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................39 致 謝 .....................................................................................................................40 窗簾軌道支架多工位級進(jìn)模設(shè)計 1 1 緒論 1.1 沖壓技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用 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(chǎn)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(qiáng)度高、互換性好、成本低、生產(chǎn)過程 便于實現(xiàn)機(jī)械自動化及生產(chǎn)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(jìn)制造技術(shù)，在制造業(yè)中具有很強(qiáng)的競爭力，被廣泛應(yīng)用于汽車、能源、機(jī)械、信 息、航空航天、國防工業(yè)和日常生活的生產(chǎn)之中。 在吸收了力學(xué)、數(shù)學(xué)、金屬材料學(xué)、機(jī)械科學(xué)以及控制、計算機(jī)技術(shù)等方面的知識后， 已經(jīng)形成了沖壓學(xué)科的成形基本理論。以沖壓產(chǎn)品為龍頭，以模具為中心，結(jié)合現(xiàn)代先 進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用，在產(chǎn)品的巨大市場需求刺激和推動下，沖壓成形技術(shù)在國民經(jīng)濟(jì)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。 進(jìn)幾十年來，沖壓技術(shù)有了飛速的發(fā)展，它不僅表現(xiàn)在許多新工藝與新技術(shù)在生產(chǎn)的 廣泛應(yīng)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(shù) 的認(rèn)識與掌握的程度有了質(zhì)的飛躍。 現(xiàn)代沖壓生產(chǎn)是一種大規(guī)模繼續(xù)作業(yè)的制造方式，由于高新技術(shù)的參與和介入，沖壓 生產(chǎn)方式由初期的手工操作逐步進(jìn)化為集成制造。生產(chǎn)過程逐步實現(xiàn)機(jī)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(jīng)是沖壓生產(chǎn)的發(fā)展方向其主要表現(xiàn)和發(fā)展方向如下: (1) 沖壓成形理論及沖壓工藝方面 沖壓成形理論的研究是提高沖壓技術(shù)的基礎(chǔ)。目前，國內(nèi)外對沖壓成形理論的研究非 常重視，在材料沖壓性能研究、沖壓成形過程應(yīng)力應(yīng)變分析、板料變形規(guī)律研究及坯料 與模具之間的相互作用研究等方面均取得了較大的進(jìn)展。特別是隨著計算機(jī)技術(shù)的飛躍 發(fā)展和塑性變形理論的進(jìn)一步完善，近年來國內(nèi)外已開始應(yīng)用塑性成形過程的計算機(jī)模 擬技術(shù)，即利用有限元（FEM）等有值分析方法模擬金屬的塑性成形過程，根據(jù)分析結(jié)果， 設(shè)計人員可預(yù)測某一工藝方案成形的可行性及可能出現(xiàn)的質(zhì)量問題，并通過在計算機(jī)上 選擇修改相關(guān)參數(shù)，可實現(xiàn)工藝及模具的優(yōu)化設(shè)計。這樣既節(jié)省了昂貴的試模費用，也 縮短了制模具周期。 (2) 沖模是實現(xiàn)沖壓生產(chǎn)的基本條件. 在沖模的設(shè)計制造上,目前正朝著以下兩方面發(fā)展:一方面,為了適應(yīng)高速、自動、精 密、安全等大批量現(xiàn)代生產(chǎn)的需要，沖模正向高效率、高精度、高壽命及多工位、多功 能方向發(fā)展，與此相比適應(yīng)的新型模具材料及其熱處理技術(shù)，各種高效、精密、數(shù)控自 動化的模具加工機(jī)床和檢測設(shè)備以及模具 CAD/CAM 技術(shù)也在迅速發(fā)展；另一方面，為了 適應(yīng)產(chǎn)品更新?lián)Q代和試制或小批量生產(chǎn)的需要，鋅基合金沖模、聚氨酯橡膠沖模、薄板 沖模、鋼帶沖模、組合沖模等各種簡易沖模及其制造技術(shù)也得到了迅速發(fā)展。 精密、高效的多工位及多功能級進(jìn)模和大型復(fù)雜的汽車覆蓋件沖模代表了現(xiàn)代沖模的 學(xué)士學(xué)位論文 2 技術(shù)水平。目前，50 個工位以上的級進(jìn)模進(jìn)距精度可達(dá)到 2 微米，多功能級進(jìn)模不僅可 以完成沖壓全過程，還可完成焊接、裝配等工序。我國已能自行設(shè)計制造出達(dá)到國際水 平的精度達(dá) 25 微米，進(jìn)距精度 23 微米，總壽命達(dá) 1 億次。我國主要汽車模具企業(yè)， 已能生產(chǎn)成套轎車覆蓋件模具，在設(shè)計制造方法、手段方面已基本達(dá)到了國際水平，但 在制造方法手段方面已基本達(dá)到了國際水平，模具結(jié)構(gòu)、功能方面也接近國際水平，但 在制造質(zhì)量、精度、制造周期和成本方面與國外相比還存在一定差距。 模具制造技術(shù)現(xiàn)代化是模具工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)。計算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、自動化技術(shù)等 先進(jìn)技術(shù)正在不斷向傳統(tǒng)制造技術(shù)滲透、交叉、融合形成了現(xiàn)代模具制造技術(shù)。其中高 速銑削加工、電火花銑削加工、慢走絲切割加工、精密磨削及拋光技術(shù)、數(shù)控測量等代 表了現(xiàn)代沖模制造的技術(shù)水平。高速銑削加工不但具有加工速度高以及良好的加工精度 和表面質(zhì)量（主軸轉(zhuǎn)速一般為 15000 到 40000r/min）,加工精度一般可達(dá) 10 微米，最好 的表面粗糙度 Ra1 微米） ，而且與傳統(tǒng)切削加工相比具有溫升低、切削力小，因而可加 工熱敏材料和剛性差的零件，合理選擇刀具和切削用量還可實現(xiàn)硬材料（60HRC）加工； 電火花銑削加工（又稱電火花創(chuàng)成加工）是以高速旋轉(zhuǎn)的簡單管狀電極作三維或二維輪 廓加工（像數(shù)控銑一樣） ，因此不再需要制造昂貴的成形電極，模具加工過程中的檢測技 術(shù)也取得了很大的發(fā)展,現(xiàn)在三坐標(biāo)測量機(jī)除了能高精度地測量復(fù)雜曲面的數(shù)據(jù)外,其良 好的溫度補(bǔ)償裝置、可靠的抗振保護(hù)能力、嚴(yán)密的除塵措施及簡單操作步驟，使得現(xiàn)場 自動化檢測成為可能。此外，激光快速成形技術(shù)（RPM）與樹脂澆注技術(shù)在快速經(jīng)濟(jì)制模 技術(shù)中得到了成功的應(yīng)用。利用 RPM 技術(shù)快速成形三維原型后，通過陶瓷精鑄、電弧涂 噴、消失模、熔模等技術(shù)可快速制造各種成形模。 (3) 沖壓設(shè)備和沖壓生產(chǎn)自動化方面 性能良好的沖壓設(shè)備是提高沖壓生產(chǎn)技術(shù)水平的基本條件，高精度、高壽命、高效率 的沖模需要高精度、高自動化的沖壓設(shè)備相匹配。為了滿足大批量高速生產(chǎn)的需要，目 前沖壓設(shè)備也由單工位、單功能、低速壓力機(jī)朝著多工位、多功能、高速和數(shù)控方向發(fā) 展，加之機(jī)械乃至機(jī)器人的大量使用，使沖壓生產(chǎn)效率得到大幅度提高，各式各樣的沖 壓自動線和高速自動壓力機(jī)紛紛投入使用。如在數(shù)控四邊折彎機(jī)中送入板料毛坯后，在 計算機(jī)程序控制下便可依次完成四邊彎曲，從而大幅度提高精度和生產(chǎn)率；在高速自動 壓力機(jī)上沖壓電機(jī)定轉(zhuǎn)子沖片時，一分鐘可沖幾百片，并能自動疊成定、轉(zhuǎn)子鐵芯，生 產(chǎn)效率比普通壓力機(jī)提高幾十倍，材料利用率高達(dá) 97%；公稱壓力為 250KN 的高速壓力機(jī) 的滑塊行程次數(shù)已達(dá) 2000 次/min 以上。 1.2 模具發(fā)展現(xiàn)狀 現(xiàn)代模具工業(yè)有“不衰亡工業(yè)”之稱。世界模具市場總體上供不應(yīng)求，市場需求量維 持在 600 億至 650 億美元，同時，我國的模具產(chǎn)業(yè)也迎來了新一輪的發(fā)展機(jī)遇。近幾年， 我國模具產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值保持 13%的年增長率（據(jù)不完全統(tǒng)計，2004 年國內(nèi)模具進(jìn)口總值達(dá) 到 600 多億，同時，有近 200 個億的出口） ，到 2005 年模具產(chǎn)值預(yù)計為 600 億元，模具 窗簾軌道支架多工位級進(jìn)模設(shè)計 3 及模具標(biāo)準(zhǔn)件出口將從現(xiàn)在的每年 9000 多萬美元增長到 2005 年的 2 億美元左右。單就 汽車產(chǎn)業(yè)而言，一個型號的汽車所需模具達(dá)幾千副，價值上億元，而當(dāng)汽車更換車型時 約有 80%的模具需要更換。2003 年我國汽車產(chǎn)銷量均突破 400 萬輛，預(yù)激 2004 年產(chǎn)銷量 各突破 500 萬輛，轎車產(chǎn)量將達(dá)到 260 萬輛。另外，電子和通訊產(chǎn)品對模具的需求也非 常大，在發(fā)達(dá)國家往往占到模具市場總量的 20%之多。目前，中國 17000 多個模具生產(chǎn)廠 點，從業(yè)人數(shù)約 50 多萬。1999 年中國模具工業(yè)總產(chǎn)值已達(dá) 245 億元人民幣。工業(yè)總產(chǎn)值 中企業(yè)自產(chǎn)自用的約占三分之二，作為商品銷售的約占三分之一。在模具工業(yè)的總產(chǎn)值 中，沖壓模具約占 50%，塑料模具約占 33%，壓鑄模具約占 6%，其它各類模具約占 11%。 模具是工業(yè)生產(chǎn)中的基礎(chǔ)工藝裝備，是一種高附加值的高技術(shù)密集型產(chǎn)品，也是高新 技術(shù)產(chǎn)業(yè)的重要領(lǐng)域，其技術(shù)水平的高低已成為衡量一個國家制造水平的重要標(biāo)志。隨 著國民經(jīng)濟(jì)總量和工業(yè)產(chǎn)品技術(shù)的不斷發(fā)展，各行各業(yè)對模具的需求量越來越大，技術(shù) 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(chǎn)品發(fā)展重點 主要應(yīng)表現(xiàn)在 2： （1）汽車覆蓋件模； （2）精密沖模； （3）大型及精密塑料模； （4）主要模具標(biāo)準(zhǔn)件； （5）其它高技術(shù)含量的模具。 目前我國模具年生產(chǎn)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， 但在整個模具設(shè)計制造水平和標(biāo)準(zhǔn)化程度上，與德國、美國、日本等發(fā)達(dá)國家相比還存 在相當(dāng)大的差距。以大型覆蓋件沖模為代表，我國已能生產(chǎn)部分轎車覆蓋件模具。轎車 覆蓋件模具設(shè)計和制造難度大，質(zhì)量和精度要求高，代表覆蓋件模具的水平。在設(shè)計制 造方法、手段上已基本達(dá)到了國際水平，模具結(jié)構(gòu)功能方面也接近國際水平，在轎車模 具國產(chǎn)化進(jìn)程中前進(jìn)了一大步。但在制造質(zhì)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(biāo)志沖模技術(shù)先進(jìn)水平的多工位級進(jìn)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(jié)構(gòu)和功能上，與國外多工位級 進(jìn)模和多功能模具相比，存在一定差距。 1.3 本課題的主要內(nèi)容與意義 本課題主要研究的是級進(jìn)模的設(shè)計。級進(jìn)模是在壓力機(jī)一次沖程中，在有規(guī)律排列的 幾個工位上分別完成一部分沖裁工序，在最后工序沖出完整工件。因為級進(jìn)模是連續(xù)沖 壓，生產(chǎn)過程中相當(dāng)于每次沖程沖制一個工件，故生產(chǎn)效率高。級進(jìn)模沖裁可以減少模 具數(shù)量，操作方便安全，便于實現(xiàn)沖壓生產(chǎn)自動化。但它在定位中產(chǎn)生的累計誤差會影 響工件精度，因此級進(jìn)模多用于生產(chǎn)批量大，精度要求不高，需要多工序沖裁的小零件 加工。 根據(jù)零件圖的設(shè)計要求，進(jìn)行沖壓工藝分析，制定工藝方案，編制零件的加工工藝過 學(xué)士學(xué)位論文 4 程卡。設(shè)計內(nèi)容還包括：排樣圖設(shè)計，總的沖壓力計算機(jī)壓力中心計算，刃口尺寸計算， 彈簧、橡膠件的計算和選用，凸、凹?；蛲?、凹模結(jié)構(gòu)設(shè)計以及其他沖模零件的設(shè)計， 繪制模具裝配圖和工作零件圖。編寫畢業(yè)設(shè)計說明書。 主要內(nèi)容如下： 1 到模具制造相關(guān)企業(yè)調(diào)研，了解模具生產(chǎn)，制造，加工情況。結(jié)合本設(shè)計課題，查 閱相關(guān)資料。并完成基本參數(shù)的計算及沖壓機(jī)的選用； 2 確定模具類型及結(jié)構(gòu)，分析設(shè)計已知工件級進(jìn)模具。充分分析工件結(jié)構(gòu)，工藝性， 了解級進(jìn)模機(jī)構(gòu)及工作原理完； 3 運用 CAD,PRO/E 等工具軟件輔助設(shè)計完成模具整體結(jié)構(gòu)； 4 對模具工作部分尺寸及公差進(jìn)行設(shè)計計算； 5 對模具典型零件需進(jìn)行選材及工藝路線分析； 6 繪制模具零件圖及裝配圖； 7 編寫設(shè)計說明書。 該課題是來源于生產(chǎn)實際，零件結(jié)構(gòu)典型，使用量大，難度適中。本課題在分析零件 結(jié)構(gòu)特征的基礎(chǔ)上，優(yōu)化設(shè)計模具，采用多工序級進(jìn)模。緊密結(jié)合生產(chǎn)實際的課題，對 學(xué)生了解和掌握沖壓模具制品生產(chǎn)過程、模具設(shè)計，提高工程設(shè)計和解決實際問題的能 力，具有很重要的意義。學(xué)生經(jīng)過本模具的設(shè)計后，能較好的掌握沖壓模具的設(shè)計流程 和方法，使其具備一定的沖壓模具設(shè)計能力，為以后走入工廠打下良好的基礎(chǔ)。 窗簾軌道支架多工位級進(jìn)模設(shè)計 5 2 工藝分析及沖壓方案確定 課題設(shè)計： 本次設(shè)計題目是窗簾軌道支架級進(jìn)模設(shè)計。零件結(jié)構(gòu)如圖 2-1 圖 2-1 窗簾軌道支架結(jié)構(gòu)圖 零件實體如圖 2-2 圖 2-2 窗簾軌道支架實體圖 材料屬性見表 2-1 表 2-1 材料屬性 材料 厚度 （mm） 生產(chǎn)批量 抗剪強(qiáng)度 )/(MPa抗拉強(qiáng)度 )/(ab伸長率 %)/(屈服點 )/(MPas 學(xué)士學(xué)位論文 6 Q235 1 大批量 310350 380430 2125 240 2.1 沖壓件的工藝分析 由零件圖，對沖壓件的形狀、尺寸、精度要求、材料性能進(jìn)行分析。工藝分析就是對 產(chǎn)品的的沖壓工藝方案進(jìn)行技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上的可行性論證，確定沖壓工藝性的好壞。凡沖 壓工藝性不好的，可會產(chǎn)品設(shè)計人員，在保證產(chǎn)品使用要求的前提下，對沖壓件的形狀、 尺寸、精度要求及原材料做必要的修改。 本零件采用 1mm 的 Q235 料帶沖壓而成。工件由圖 2-1 可以看出,該零件外形尺寸不 大,但外形復(fù)雜，掛鉤處外形小且精度要求較高 ,屬于中小型沖壓件。零件沖裁成形的難 點在于沖壓出精度要求較高的掛鉤,一次沖裁很難完成,因此工序的合理分布和沖模結(jié)構(gòu) 設(shè)計,將成為零件能否順利成形的關(guān)鍵。由于該零件有 1 個 4mm和 1 個 4.3mm 的孔， 而且有直線組成的不規(guī)則輪廓外形，因而模具包含有沖孔、多次沖裁及落料等工序。對 于 2 小孔，由于孔徑大于或者等于料厚，不屬于深孔沖裁，因此在模具設(shè)計時沒有必要 對沖孔小凸模采取適當(dāng)保護(hù)措施加以保護(hù)，也沒有必要對凸模進(jìn)行強(qiáng)度校驗。從材質(zhì)上 看，沖裁材料較薄，有利于成型，總體來說，該零件沖壓工藝性較好。 2.2 工藝方案的分析和確定 2.2.1 工藝方案分析 沖裁工序可分為單工序沖裁、復(fù)合工序沖裁和連續(xù)沖裁。 (1) 單工序模在一副模具中完成只完成一種工序的沖模，如落料模，沖孔模，拉深模 等結(jié)構(gòu)較為簡單，生產(chǎn)效率不高，一般適用于小批量生產(chǎn)。 (2) 復(fù)合模是在單工序模的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種較先進(jìn)的模，在一副沖模中一次定 位可以同時完成幾個工序。復(fù)合模結(jié)構(gòu)緊湊，一套模具能完成若干工序，大大減少了模 具和占用的沖壓設(shè)備的數(shù)量，減少了操作人員和周轉(zhuǎn)時間，勞動生產(chǎn)效率高。 (3) 連續(xù)模是把完成一個沖件的幾個工序，排列成一定的順序，組成連續(xù)模，在沖裁 過程中，條料在模具中依次在不同的工序位置上，分別完成沖件所要求的工序，除最初 幾次沖程外，以后每次沖程都可以完成一個(或幾個)沖裁件。 在一副模具中，可以完成 包括沖裁，彎曲，拉深和成形等多道沖壓工序；減少了使用多副模具的周轉(zhuǎn)和重復(fù)定位 過程，顯著提高了勞動生產(chǎn)率和設(shè)備利用率。由于在級進(jìn)模中工序可以分散在不同的工 位上，故不存在復(fù)合模的“最小壁厚”問題，設(shè)計時還可根據(jù)模具強(qiáng)度和模具的裝配需 要留出空工位，從而保證模具的強(qiáng)度和裝配空間。 多工位級進(jìn)模通常具有高精度的內(nèi)、 外導(dǎo)向（除模架導(dǎo)向精度要求高外，還必須對細(xì)小凸模實施內(nèi)導(dǎo)向保護(hù)）和準(zhǔn)確的定距 系統(tǒng)，以保證產(chǎn)品零件的加工精度和模具壽命。 多工位級進(jìn)模常采用高速沖床生產(chǎn)沖壓 件，模具采用了自動送料、自動出件、安全檢測等自動化裝置，操作安全，具有較高的 生產(chǎn)效率。目前，世界上最先進(jìn)的多工位級進(jìn)模工位數(shù)多達(dá) 50 多個，沖壓速度達(dá) 1000 次分以上。多工位級進(jìn)模結(jié)構(gòu)復(fù)雜，鑲塊較多，模具制造精度要求很高，給模具的制 造、調(diào)試及維修帶來一定的難度。同時要求模具零件具有互換性，在模具零件磨損或損 窗簾軌道支架多工位級進(jìn)模設(shè)計 7 壞后要求更換迅速，方便，可靠。所以模具工作零件選材必須好（常采用高強(qiáng)度的高合 金工具鋼、高速鋼或硬質(zhì)合金等材料） ，必須應(yīng)用慢走絲線切割加工、成型磨削、坐標(biāo)鏜、 坐標(biāo)磨等先進(jìn)加工方法制造模具。 多工位級進(jìn)模主要用于沖制厚度較薄（一般不超過 2mm） 、產(chǎn)量大，形狀復(fù)雜、精度要求較高的中、小型零件 從零件圖可看出，該零件包括沖孔、多次沖裁外形和落料等基本工序，可以采用以下 三種工藝方案： (1) 先落料，再沖孔，再沖外形采用三副單工序模生產(chǎn)。 (2) 落料沖外形復(fù)合沖壓，再沖孔采用一復(fù)合模一單工序生產(chǎn)。 (3) 沖孔、沖外形和落料連續(xù)沖壓，采用級進(jìn)模生產(chǎn)。 對以上三種工藝方案進(jìn)行分析比較： 方案一：模具結(jié)構(gòu)簡單，但需要三道工序、三套模具才能完成零件的加工，生產(chǎn)效率 較低，難以滿足零件大批量生產(chǎn)的需求。由于零件結(jié)構(gòu)簡單，為提高生產(chǎn)效率，主要應(yīng) 采用復(fù)合沖裁?；蚣夁M(jìn)沖裁模方式。 方案二：復(fù)合模定位精度高并且滿足大批量生產(chǎn)的要求，仍然需要一副復(fù)合模和一副 單工序模，成本較高。同時需要考慮提高勞動效率和節(jié)約人力成本，該工件并不適合用 復(fù)合模加工。 方案三：級進(jìn)模本身能滿足大批量生產(chǎn)，而且生產(chǎn)效率最高，也能夠自動進(jìn)料，節(jié)約 人力。由于工件精度為 IT12 級，符合級進(jìn)模加工工件的精度要求。 綜上所述，最后確定用級進(jìn)沖裁方式進(jìn)行生產(chǎn)。 2.2.2 沖壓工藝方案的確定 根據(jù)上述原則，對上面的各道基本工序做不同的組合，排出順序，得出具體的工 藝方案： 工件由十道工序沖壓成形，由于要實現(xiàn)自動進(jìn)料，要先在第一工序安排沖定位孔。 工序一：沖定位孔，側(cè)刃，矩形方孔，用于自動進(jìn)料定位； 工序二：沖異型孔； 工序三：沖切下方長條矩形孔； 工序四：沖舌中間異形孔 工序五：第一次彎曲成型 工序六：第二次彎曲成型 工序七：切斷單邊載體 工序八：第三次側(cè)面彎曲成型 工序九：空工位 工序十：切斷載體落料 學(xué)士學(xué)位論文 8 2.3 沖壓排樣圖設(shè)計 2.3.1 排樣原則 在一幅級進(jìn)模里，因沖的制件不同，各工位就有不同的沖壓工序，每個工位的沖壓性 質(zhì)都須遵循一定的規(guī)則，如果違背就沖不出合格的制件，所以必須設(shè)計好。排樣是模具 結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要依據(jù)，排樣圖的好壞，直接關(guān)系到模具的設(shè)計。 級進(jìn)彎曲是指彎曲件采用級進(jìn)模在多個工位上分步彎曲成形的一種沖壓方 法。由于 在沖壓過程中，毛坯始終在長長的條料上進(jìn)行，所以級進(jìn)彎曲除了遵守多道單工序模彎 曲變形規(guī)律之外，其萬曲工序往往比單工序模要增多一些，使級進(jìn)模結(jié)構(gòu)變得較為復(fù)雜。 級進(jìn)彎曲模一般由沖裁工序和彎曲工序組成。沖裁工序在開始的幾個工位二合最后， 彎曲工序后面工位。沖裁工序在級進(jìn)沖壓過程中，擔(dān)當(dāng)切除彎曲件展開外形之外的多余 部分料、加工出必要載體和供定距用導(dǎo)正銷孔、彎曲后沖孔和分離制件等。 在繪制排樣圖的過程中，應(yīng)注意提高沖壓原材料的利用率。但提高原材料的利用率， 不能以大幅提高沖裁模結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度為代價。 排樣工作雖然比較簡單，但很有講究，而且非常重要。排樣原則如下： 提高材料的利用率： 對沖裁件來說，由于產(chǎn)量大、沖壓的生產(chǎn)率高，所以材料費用常會占沖件成本的 60以上。材料利用率是一項很重要的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。要提高材料利用率，就必須減少廢料 面積。沖裁過程中所產(chǎn)生的廢料可分為結(jié)構(gòu)廢料與工藝廢料兩種。結(jié)構(gòu)廢料是由工件的 形狀決定的，而工藝廢料則是由沖方式和排樣方式所決定的。因此要提高材料的利用率 只要應(yīng)從減少工藝廢料著手，設(shè)計處合理的排樣方案。有時，在不影響沖件使用性能的 前提下，頁可適當(dāng)改變沖裁件的形狀。 A 使工人操作方便、安全、減輕工人的勞動強(qiáng)度。條料在沖裁過程中翻動要少，在 材料利用率相同或相近時，應(yīng)盡可能選條料寬、進(jìn)距小的排樣方法。它還可減少板料裁 切次數(shù)，節(jié)省剪裁備料時間。 B 使模具結(jié)構(gòu)簡單、模具壽命較高。 C 排樣應(yīng)保證沖裁件的質(zhì)量。對于彎曲件的落料，在排樣時還應(yīng)考慮板料的纖維方 向。 排樣設(shè)計的內(nèi)容包括選擇排樣方法；確定搭邊的數(shù)值；計算條料寬度及送料步距；畫 出排樣圖。有必要時還應(yīng)核算材料的利用率。 排樣方法： 根據(jù)材料經(jīng)濟(jì)利用的程度，排樣方法可以分為： A 有廢料排樣法 有廢料排樣法是在沖裁件與沖裁件之間以及沖裁件與條料側(cè)邊之間，都有工藝余料 （稱搭邊）存在，沖裁是閑著沖裁件的封閉輪廓進(jìn)行，所以沖裁件質(zhì)量較好，模具壽命 較長，但材料利用率較低。 窗簾軌道支架多工位級進(jìn)模設(shè)計 9 B 少廢料排樣法 少廢料排樣法是只有在沖裁件與沖裁件之間或只有在沖裁件與條料側(cè)邊之間留有搭邊， 而在沖裁件與條料側(cè)邊或在沖裁件與沖裁件之間無搭邊存在。這種排樣方法的沖裁只沿 著沖裁件的部分外輪廓進(jìn)行，材料利用率可達(dá) 7090 C 無廢料排樣法 無廢料排樣法是在沖裁件與沖裁件之間以及沖裁件與條料側(cè)邊之間均無搭邊存在。這 種排樣方法的沖裁件實際上是直接由切斷條料獲得，所以材料利用率可達(dá) 8595。 采用少、無廢料的排樣法，材料利用率高，不但有利于一模獲得多個沖裁件，而且可以 簡化模具結(jié)構(gòu)、降低沖裁件。但少、無廢料排樣的應(yīng)用范圍有一定的局限性，受到工件 形狀、結(jié)構(gòu)的限制、且由于條料本身的寬度公差以及條料導(dǎo)向與定位所產(chǎn)生的誤差會直 接影響沖裁件尺寸二使沖裁件的精度降低。同時，往往因模具單面受力而加快磨損，降 低模具壽命，也會直接影響沖裁件的斷面質(zhì)量。因此，排樣時必須全面權(quán)衡利弊。 無論時采用有廢料或少、無廢料的排樣，根據(jù)沖裁件在條料上的不同布置方法，排樣 方法又有直排，斜排，對排。可以根據(jù)不同的沖裁件形狀加以選用。 搭邊： 排樣時沖裁件與沖裁件之間以及沖裁件與條料之間留下的工藝余料稱為搭邊。 A 搭邊的作用 1. 起起補(bǔ)償條料的剪裁誤差、送料步距誤差，以及補(bǔ)償由于條料與導(dǎo)料板之間有間 隙所造成的松遼歪斜誤差的作用 2. 使凸、凹模刃口雙邊受力。由于搭邊的存在，使凸、凹模刃口沿整個封閉輪廓線 沖裁。受力平衡，合理間隙不易破壞，模具壽命與工作斷面質(zhì)量都能提高 3. 對于利用搭邊拉條料的自動送料模具，搭邊使條料有一定的剛度，以保證條料的 連續(xù)送進(jìn)。 B 搭邊的數(shù)值 搭邊過大，浪費材料。搭邊過小，起不到上述應(yīng)有的作用，過小的搭邊還可能被拉入 凸模和凹模的間隙，使模具容易磨損，甚至損壞模具刃口。 搭邊的合理數(shù)值就是保證沖裁件質(zhì)量，保證模具較長壽命、保證自動送料時步被拉彎 拉斷條件下允許的最小值。 。 搭邊值通常由經(jīng)驗確定，表 2-1 所列搭邊值為普通沖裁時經(jīng)驗數(shù)據(jù)之一。 學(xué)士學(xué)位論文 10 表 2-1 搭邊 a 和 a1 數(shù)值 圓件及 r2t 的工件 矩形工件邊長 L50mm 矩形工件邊長 L50mm 或 r2t 的工件 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 0.250.5 0.50.8 0.81.2 1.21.6 1.62.0 2.02.5 2.53.0 3.03.5 3.54.0 4.05.0 5.012 1.8 1.2 1.0 0.8 1.0 1.2 1.5 1.8 2.2 2.5 3.0 0.6t 2.0 1.5 1.2 1.0 1.2 1.5 1.8 2.2 2.5 2.8 3.5 0.7t 2.2 1.8 1.5 1.2 1.5 1.8 2.0 2.2 2.5 2.5 3.5 0.7t 2.5 2.0 1.8 1.5 1.8 2.0 2.2 2.5 2.8 3.2 4.0 0.8t 2.8 2.2 1.8 1.5 1.8 2.0 2.2 2.5 2.8 3.2 4.0 0.8t 3.0 2.5 2.0 1.8 2.0 2.2 2.5 2.8 3.2 3.5 4.5 0.9t 搭邊值是廢料，所以應(yīng)盡量取小，但過小的搭邊值容易擠進(jìn)凹模，增加刃口磨損表 2-1 給出了鋼（WC0.05%0.25%）的搭邊值。 對于其他材料的應(yīng)將表中的數(shù)值乘以下列數(shù)： 鋼（WC0.3% 0.45%） 0.9 鋼（WC0.5% 0.65%） 0.8 硬黃銅 11.1 硬鋁 11.2 軟黃銅，純銅 1.2 搭邊值由查表得：最小工件間搭邊 a=1.5mm，側(cè)面搭邊 =1.8mm1a 為保證工件質(zhì)量，這里取搭邊值：工件間搭邊 a=4mm，側(cè)面搭邊 =2.9mm1 計算步距、條料寬度和材料利用率： 選定排樣方法和確定搭邊值之后，就要計算送料步距和條料寬度，這樣才能畫出排樣 圖。 (1) 送料步距 A 條料在模具上每次送進(jìn)的距離成為送料步距（簡稱步距或進(jìn)距） 。每個步距可以沖出 一個零件，也可以沖出幾個零件。送料步距的大小應(yīng)為條料上兩個對應(yīng)沖裁件的對應(yīng)點 之間的距離。 (2) 條料寬度 B 條料式由板料剪裁下料而得，為保證送料順利，剪裁時得公差帶分布規(guī)定上偏差為零， 下偏差為負(fù)值。條料在模具上送進(jìn)時一般都有導(dǎo)向，當(dāng)是使用導(dǎo)料板導(dǎo)向而無測壓裝置 時，在寬度方向也會產(chǎn)生送料誤差。條料寬度 B 得計算應(yīng)保證在這二種誤差得影響下， 仍能保證在沖裁件與條料側(cè)邊之間有一定得搭邊值。當(dāng)用手將條料緊貼搭邊導(dǎo)料板時， 條料寬度按下式計算： 零件展開后彎曲尺寸件長 1234Lllc 窗簾軌道支架多工位級進(jìn)模設(shè)計 11 、 、 、 為標(biāo)注在外側(cè)的彎曲件尺寸1l23l4 C 為彎曲時纖維伸長的修正系數(shù)在此取 c=1.5 15.07BLa長 124.0BLa寬 式中： L沖裁件與送料方向垂直得最大尺寸 沖裁件與條料側(cè)邊之間的搭邊1 板料剪裁時得下偏差 考慮到料帶兩邊需沖定位孔，應(yīng)選取寬度為 56mm 料帶。 (3) 材料的利用率 0156.39%ABS 式中: -材料的利用率 A-一個步距內(nèi)的工件的實際面積 S-送料步距 B-條料寬度 經(jīng)由 PEO/E 對材料，排樣分析可得如圖結(jié)果： 圖 2-2 材料利用率分析 2.3.2 排樣圖 根據(jù)上面所述，得出下面的排樣圖 圖 2-3 排樣圖 學(xué)士學(xué)位論文 12 2.3.3 壓力中心計算 沖裁力合力的作用點稱為沖裁的壓力中心。為了保證壓力機(jī)和模具平穩(wěn)的工作，中小 型模具就是要使其壓力中心與模柄軸線相垂合。計算壓力中心時，畫出圖。在圖 3-33 中 將 XOY 坐標(biāo)建立在圖的對稱中心線上。根據(jù)圖分析，因為工件圖形對稱，故落料時 F1 的 壓力中心在 O1 點上；沖孔時 F2 的壓力中心在 O2 上。 求合力壓力中心按式 nlllx.210 nlly.210 經(jīng)過 PRO/E 條料壓力中心分析計算可得如圖 2-4 結(jié)果 圖 2-4 壓力中心 窗簾軌道支架多工位級進(jìn)模設(shè)計 13 3 模具主要工藝參數(shù)計算 3.1 模具沖裁間隙選擇 沖裁間隙值的選取對工件質(zhì)量、沖裁力的大小、模具壽命都有顯著的影響： 1.沖裁間隙對總裁件的質(zhì)量的影響： 當(dāng)間隙大時，材料所受拉伸作用增大，沖裁完畢后，因材料的彈性恢復(fù)，沖裁件尺寸 向?qū)嶓w方向收縮，使落料件尺寸小于凹模尺寸，而沖孔件的孔徑則大于凸模尺寸；當(dāng)間 隙小時，凸模壓入板料接近于擠壓狀態(tài)，材料受凸、凹模擠壓力大，壓縮變形大，沖裁 完畢后，材料的彈性恢復(fù)使落料件尺寸增大，而沖孔件的孔徑則變小。 2.沖裁間隙對模具壽命的影響： 因為總裁過程中，模具端面受到很大的垂直壓力與側(cè)壓力，而模具表面與材料的接觸 面限在刃口附近的狹小區(qū)域，這就意味即使整個模具和板材的接觸面之間產(chǎn)生局部附著 現(xiàn)象，當(dāng)接觸面發(fā)生相對滑動時，附著部分便發(fā)生剪切而引起磨損-附著磨損，這是模 具磨損的主要形式。當(dāng)模具間隙減小時，接觸壓力會隨之增大，摩擦距離也隨之增長， 摩擦發(fā)熱嚴(yán)重，因此模具磨損加劇，甚至使模具與材料之間產(chǎn)生粘著現(xiàn)象。而接觸壓力 的增大，還會引起刃口的壓縮疲勞破壞，使之崩刀。小間隙還會產(chǎn)生凹模脹裂，小凸模 折斷，凸、凹模相互啃刃等民常損壞，這些都是導(dǎo)致模具壽命大大降低。因此，適當(dāng)增 大模具間隙，可使凸、凹模側(cè)面與材料間摩擦減小，并減緩間隙不均勻的不利因素，從 而提高模具壽命。但間隙過大時，板料的彎曲拉伸相應(yīng)境大，使模具刃品商面上的下面 上在正壓力增大，容易產(chǎn)生崩刃或產(chǎn)生塑性變形加劇，降低模具壽命。同時，間隙過大， 卸料力會隨之增大，也會加劇模具的磨損。所以選用合理的總裁間隙對于提高總裁制品 的精度、模具壽命、減小沖裁力是至關(guān)重要的。 本沖壓件電器小鉤片，并無較高尺寸精度要求，但應(yīng)盡量少毛刺，選用較小的間隙。 根據(jù)我國沖裁隙指導(dǎo)性技術(shù)文件 ，對不銹鋼在沖裁件斷面質(zhì)量、尺寸精度要求較高時， t=1mm，初始雙面間隙 Z=0.0280.036mm。 沖切：各處凸模均為切邊型凸模，類似于簡單模中的沖孔，以凸模為基準(zhǔn)設(shè)計按級 進(jìn)模刃口設(shè)計原則，凸?；境叽缫韵鄳?yīng)部分的名義尺寸為準(zhǔn)凹模尺寸以各相應(yīng)部分 單邊放大一沖裁間隙 c：0.035mm 沖裁間隙較大時會出現(xiàn)廢料穿過板料而隨凸模上升的現(xiàn)象，也會使脆性材料從凹?？?中高速穿過，以致危及操作者的安全。本套模具所使用的是不銹鋼 310S 料帶，厚度 1mm。沖裁間隙根據(jù)資料取 Z=0.032mm 3.2 模具刃口尺寸計算 3.2.1 刃口尺寸計算的基本原則 沖裁件的尺寸精度主要取決與模具刃口的尺寸的精度，模具的合理間隙也要靠模 具刃口尺寸及制造精度來保證。正確確定模具刃口尺寸及制造公差，是設(shè)計沖裁模主要 學(xué)士學(xué)位論文 14 任務(wù)之一。從生產(chǎn)實踐中可以發(fā)現(xiàn)： 1、由于凸、凹模之間存在間隙，使落下的料和沖出的孔都帶有錐度，且落料件的大 端尺寸等于凹模尺寸，沖孔件的小端尺寸等于凸模的尺寸。 2、在尺量與使用中，落料件是以大端尺寸為基準(zhǔn)，沖孔孔徑是以小端尺寸為基準(zhǔn)。 3、沖裁時，凸、凹模要與沖裁件或廢料發(fā)生摩擦，凸模越磨愈小，凹模越磨愈大， 結(jié)果使間隙越來越大。 由此在決定模具刃口尺寸及其制造公差時需要考慮以下原則： 1、落料件尺寸由凹模尺寸決定，沖孔時的尺寸由凸模