ZL50裝載機總體及工作裝置設計
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第 33 頁
第1章 汽車前燈罩成形工藝分析
1.1 分析制件的沖壓工藝性
1.1.1 材料
08鋼 材料厚度 t=1mm
由《沖壓模具設計與制造技術》P19，表1-8：
抗拉бb 335—450（N/㎜2）
抗剪τ 260—360（N/mm2）
彈性模數(shù) E 190000 (N/mm2)
屈服點бs 200 （N/mm2）
δ（%） 32%
1.1.2 結(jié)構(gòu)分析
該零件是汽車前燈的殼罩，形狀特征包括彎曲面，拉深面，壓凸包，加強筋，外沿邊等，并且是非對稱結(jié)構(gòu)，較為復雜。產(chǎn)品零件需要經(jīng)過多道工序才能完成，基本工序應包括拉深、沖孔、彎曲、脹形、翻邊等。且制件水平方向有不同層次的水平面，都是通過拉深、彎曲、脹形工序制成，表明成形工序較為復雜。拉深底部沖出一大孔，尺寸精度相對比較高。制件應注意尺寸之間的影響，以及工序之間相互的影響。
1.1.3 尺寸精度與表面粗糙度
尺寸精度按IT12級精度；
表面粗糙度Rn=12.5
1.2 確定沖壓工藝方案
根據(jù)產(chǎn)品零件的外形結(jié)構(gòu)和尺寸精度要求，首先確定是不能用級進模工作，因為如果用級進模，工作零件會發(fā)生相互的干涉現(xiàn)象，模具結(jié)構(gòu)也相當復雜，并且不能保證零件的尺寸精度和位置精度。那么將其成形過程分為單工序完成。每工序可以設計為復合?；騿喂ば蚰９ぷ?，以確保能夠生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品零件。
該零件成形的基本工序包括落料、拉深、沖孔、脹形、彎曲、修邊、翻邊。比較如下三個方案：
方案一：先落料沖孔，后拉深，再脹形，最后彎曲翻邊；
方案二：先落料拉深，后沖孔，再脹形，再沖孔，最后彎曲翻邊；
方案三：先落料拉深，再脹形沖孔，再脹形沖孔，最后彎曲翻邊。
方案一如果先沖孔后拉深，肯定會影響拉深的質(zhì)量和孔之間的定位尺寸，并且會影響其后的成形工序，提高了經(jīng)濟成本。那么對于此件上的孔應該分開沖，比如脹形上的孔，拉深底部的大孔。為了保證零件的質(zhì)量，方案一的成形工序還不足。
方案二單從模具結(jié)構(gòu)來看過于簡單，中間三步都是簡單的單工序模。而且方案也不完善，從零件的結(jié)構(gòu)來看，脹形部分不能一步完成。需要從兩個方向分別脹形，才能保證零件的質(zhì)量
方案三解決了前兩個方案的缺點，但所生產(chǎn)的零件的尺寸精度不高。
總結(jié)以上三種方案，得出方案四：
落料、拉深——脹形、沖孔——脹形、沖孔——修邊、沖孔——彎曲——沖大孔、翻邊
方案四雖然分六步工序完成，簡單的說需要六套模具。對于模具制造工作比較繁重，成本也比較高。但是由于是批量生產(chǎn)，而且根據(jù)零件外形和尺寸精度來說，這是優(yōu)佳的方案。
1.3 模具形式
成形過程分六步完成，即需六套模具。
第一套：落料、拉深倒裝復合模；
第二套：脹形、沖孔復合模；
第三套：脹形、沖孔復合模；
第四套：修邊、沖孔復合模；
第五套: 彎曲單工序模；
第六套：沖孔、翻邊復合模；
（由于工作量的原因，主要設計前兩套模具）
1.4 毛坯展開計算
1.4.1 拉深部分
（1-1)
=3.14×25.78×（85+74）=3.14×25.78×159 =12870.92 mm2
（1-2）
=1/2×25.78×150.84=1/2×3888.6mm2
=1/2×3465.18mm2
（1-3）
=12870.82-3888.66+3465.18=12447.44mm2
故：拉深部分面積A01=12447.44mm2
1.4.2 彎曲部分
（1-4）
=（2.16+57.5+17.53）×113=8722.47mm2
（1-5）
=（2.7+77+11.69）=3929.77 mm2
1.4.3 其它部分 （直接由CAD得出）
mm2
總面積： （1-6）
=12447.44+8722.47+3929.77+23640.35 =49920.03 mm2
考慮到修邊情況，以及工序之間產(chǎn)生的尺寸影響，取A=50000 mm2
第2章 落料拉深復合模設計
2.1 排樣
由《中國模具設計大典》P50
選用軋制薄鋼板 1㎜×500㎜×1500㎜
單行直排
a=1.2㎜ a1=1.5㎜
輪廓尺寸：
Amax×Bmax=404㎜×209.95㎜
條料寬：B=Amax+2a+毛坯修邊量
=473.28㎜
進距：L0=Bmax+2a1=2111.15㎜
條數(shù)：n1=500/473.28=1（余26.72㎜）
每條個數(shù)：n2=1500/211.15=7(余21.95㎜)
總個數(shù)： N=n1×n2=7
利用率：η=（7×62117）/（500×1500）=57.80%
2.2 確定沖壓方向和沖壓中心
2.2.1 確定沖壓方向
確定沖壓方向應考慮的問題
①保證凸模能夠進入凹模；
②開始拉深時凸模與拉深毛坯接觸面積要大；
③開始拉深時凸模與拉深毛坯的接觸面應靠近中間；
④開始拉深時凸模與拉深毛坯的接觸面要大，要分散；
⑤壓料面各部分進料阻力力求均勻。
根據(jù)零件的形狀特征和上述的要求，確定為反向拉深，水平放置。
2.2.2 確定壓力中心
圖2.1
根據(jù)零件形狀的復雜性，利用解析法求出壓力中心
如圖2.1所示，是按1：1的比例畫出凸模工作部分剖面的輪廓圖，取了21個重心點，其各坐標（x,y）和長度L分別為：
01（228.31，181.25）L1=521.90 02（323.09，98.29）L2=316.46
03（137.31，93.29）L3=63.70 04（108.42, 157.32）L4=101.10
05（118.27, 216.29）L5=25.88 06（134.43，224.41）L6=17.47
07（138.31，262.74）L7=56.14 08（154.60，293.24）L8=32.56
09（180.68，278.76）L9=34.96 010（195.59，264.29）L10=10.22
011（228.31，268.11）L11=61.24 012（348.86，264.29）L12=185.86
013（463.80，270.80）L13=45.91 014（498.16，267.17）L14=42.70
015（479.69，267.17）L15=74.34 016（452.55，179.80）L16=32.09
017（462.76，168.09）L17=15.11 018（470.31，165.69）L18=12
019（474.31，172.29）L19=8 020（478.31，148.62）L20=46
021（486.01，112.01）L21=46.96
由： （2-1）
=(119154.99+102323.60+8746.65+10961.26+3060.83+2348.49+7764.72+5033.78+6316.57+1998.93+13981.70+64839.12+21293.06+21271.43+35660.15+14522.32+6992.30+5648.28+3794.48+22002.26+22823.03)/1756.60
=500537.95/1756.60 =284.95
再由： （2-2）
=(94594.38+31104.85+5942.57+15905.05+5597.59+3918.20+14750.22+9547.89+9745.45+2701.04+16419.06+49120.94+12432.43+11408.16+16577.82+5769.78+2539.84+1988.28+1378.32+6836.52+5273.14)/1756.60
=323551.53/1756.60 =184.19
故：確定出壓力中心為00（284.95，184.19） 如圖2.1 所示
2.3 確定拉深次數(shù)
1.修邊余量 h/d=24.3/170=0.14
d凸/d=156/150=1.04 得出：δ=5.0
2.毛坯直徑D的計算
（2-3）
=216 mm2
3.確定是否用壓邊圈
毛坯相對厚度t/d=1/200×100=0.5 h/d=0.14
所以應采用壓邊圈
4.拉深系數(shù)
t/D×100=1/200×100=0.5
d凸/d=156/150=1.04
查[2] P208 表4-20
h1/d1=0.50——0.62
而： h/d=23.4/150=0.156
顯然 h/d
3～6
18
30
>6～10
22
36
>10～18
27
43
>18～30
33
52
>30～50
39
62
>50～80
46
74
>80～120
54
87
>120～180
63
100
3.7 模具結(jié)構(gòu)設計
3.7.1 主要工作零件
1.沖孔凸模
沖孔凸模材料為T10A，硬度要求58—62HRC，臺階底面應壓入后磨平。凸模刃口部分設計成為方孔形，是因為成形孔是方孔。而把安裝部分設計成圓柱形，其主要目的是避免鉗工在安裝凸模時劃傷自己，便于安裝。
兩沖孔凸模都是依靠凸模固定板固定，采用過盈配合H7/m6穩(wěn)固。所以凸模固定板孔的配合尺寸是㎜。
（1）凸模長度尺寸計算
因為是選用非標準凸模，所長度尺寸由磨具結(jié)構(gòu)確定，需要考慮：凸模固定板厚度h1，壓料板厚度h2，凸模進入凹模的深度，以及由凸模修磨量和在模具閉合狀態(tài)下固定板與壓料板之間的安全距離等因素需要增加的高度h，即：
（3-9）
那么有： mm
（2）凸模強度校核
對于此類結(jié)構(gòu)的凸模，必須進行承壓力和穩(wěn)定能力的校核。
①承壓能力校核 沖裁時凸模承受的有平均壓應力б和刃口的接觸應力бk兩種。當此凸模斷面寬度B=7mm大于材料厚度t=mm時，接觸應力бk大于平均壓應力б，因而強度校核的條件是接觸應力бk小于或等于材料的許用壓應力бp：
由： （3-10）
式中： бk—凸模刃口接觸應力（MPa）；
L—沖件輪廓長度（mm）；
A—沖件平均面積（m㎡）；
бp—凸模材料的許用壓力（MPa）。
那么有：
∴復合條件
②穩(wěn)定能力校核 按確定壓桿臨界力的歐拉公式計算，把凸模的一端視作為固定端，另一端根據(jù)導向形式或視作為自由端，或視作為鉸支端或者是固定端的壓桿。
由公式： （3-11）
式中： Lmax—凸模允許的最大自由長度（mm）；
E—凸模材料彈性模量（MPa）；
τ—重建材料抗剪強度（MPa）。
那么有：
∴復合條件
2.脹形凸模
本模具設有四個脹形凸模，材料為T10A，硬度要求58—62HRC，都是整體式結(jié)構(gòu)。脹形凸模刃口處加工成零件所需脹形的外形，裝配處加工成矩形，這樣便于凸模和凸模固定板的加工。脹形凸模依靠凸模固定板固定，之間按H7/m6過盈配合加工。
3.7.2 其它零件設計
1.定位零件
此套模具設計定位零件的作用是用來確定毛坯零件在模具中準確位置，保證沖出合格的制件。根據(jù)定位零件的設計原則：定位至少應有三個支承點，即兩個導向點和一個定距點。根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)，零件內(nèi)部有一個拉深部分，上下對稱是直平面。那么可以在直平面處加兩塊定位塊，將零件的縱向定位，并且用螺釘和銷釘把定位塊穩(wěn)定在脹形凹模上，其結(jié)構(gòu)如3.8所示。橫向的定位用兩個固定的定位銷定位，定位銷靠過盈配合，固定在凹模上。
定位塊材料為45，硬度要求43—48HRC，長×寬×厚度=40mm×20mm×30mm；
固定定位銷材料為45，硬度要求43—48HRC，D=8mm，d=4mm
3.壓料裝置及零件設計
壓力機下壓時，脹形凸模將工件壓入凹模內(nèi)，材料會發(fā)生起皺或者脹形的效果不是很好。因為脹形從局部來看就是變薄拉深工序，所以需要壓料裝置。當沖壓過程完成后，由于鋼板的回彈作用，壓料板還能起到把工件從凹模中帶出來，容易取件。
壓料裝置由壓料板、彈簧和壓料螺釘組成：
壓料板 長×寬×厚度=540mm×400mm×25mm，材料為45，硬度要求為43—48HRC；
彈簧 彈簧的選擇主要考慮能否將壓料板彈開的高度要大于脹形部分的最大深度，壓力機下壓時壓料板能壓住周邊，能很好的成形。
選用彈簧：d=8mm，t=13.5mm，F(xiàn)j=2200N，D2=45mm，h=55mm，n=3，L=707mm
材料為60Si2Mn，硬度要求43—48HRC。
壓料螺釘 材料為45，熱處理硬度35—40HRC。
4. 固定零件
（1）模柄
同樣，為了將固定上模座于壓力機滑塊上時，且使模具的壓力中心與壓力機的壓力中心保證一致，加設模柄。根據(jù)所選開式壓力機的模柄孔尺寸Φ65mm×75mm，選擇標準凸緣式模柄（GB2862.3—81），材料45。
（2）凸模固定板
凸模固定板采用材料為45，硬度要求為43—48HRC，長×寬×厚度=540mm×400×50mm。板內(nèi)加工帶臺階方孔，按H7/m6過盈配合加工。
（3）墊板
沖壓時，由于沖壓力作用在凸模和凹模上，為了避免磨傷了凸模和凹模，需要分別在上下加墊板。材料45，硬度要求43—48HRC，長×寬×厚度=540mm×400mm×10mm。
結(jié) 論
我的設計是汽車前燈罩沖壓模具設計。設計任務一到手，就開始對零件結(jié)構(gòu)進行分析，查閱有關專業(yè)書籍，完成了零件的二維圖，包括尺寸的測繪。然后對零件毛坯展開計算，確定出工藝方案。零件的成形包括拉深、脹形、彎曲、沖孔、翻邊等多道基本工序，考慮到成形工序的合理性和之間的相互影響，方案的確定在設計過程中要有所調(diào)整，使工作量增大；在設計第一套模具過程中，同樣遇到了一些困難，都在老師的指導和自己的努力下，一一解決。對于零件的加工，包括對工作零件的加工工序及方法的掌握不是很全面，表明還是缺乏專業(yè)知識，還需進一步學習總結(jié)；第一套模具設計完成后，開始設計第二套模具，由于有老師的指導，第二套模具順利完成；最后寫說明書，總結(jié)設計。當然設計中還存在不足處，希望在以后的工作實踐中加以學習改進。
通過畢業(yè)設計，是對大專課程的一個總結(jié)，也是對專業(yè)知識學習的檢驗。四個月的畢業(yè)設計就此結(jié)束，從中我收獲很多，而且得到很多快樂。為我大專學習畫上圓滿句號！
致謝
首先，真心感謝我的指導老師——仲威老師！在近幾個月的畢業(yè)設計過程中，仲老師無私、仔細、耐心地指導我，將設計順利完成。最重要的是在設計初期，在我因為遇到困難而使得我心慌意亂的時候，仲老師用行動鼓勵著我，幫我做思想工作。讓我重新樹立信心，這讓我由衷的感動。
同時，謝謝圖書館的各位老師，提供專業(yè)的書籍和資料。
最后，衷心感謝本專業(yè)所有老師給我的教導，以及所有幫助過我的人！
參考文獻
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南京工程學院繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計專用紙