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机械毕业设计全套
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MJC01-202@门窗紧固件模具设计,机械毕业设计全套
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门窗紧固件模具设计 1 序 言 毕业设计是检验大学毕业生应用所学知识的能力的重要手段，可以说是我们在大学期间的“最后一次考试”。作为一名行将毕业的模具专业的学生，我们通过这次全面的设计，将所学的理论知识运用于实践，独立完成模具设计及用 Pro/E 对典型模具进行三维造型。在此过程中，加深了对模具结构及相关的设计、制造、利用 Pro/E 等方面知识的理解。同时，毕业设计又具有联系理论和实际的纽带功能，在设计的过程中，我们初步尝试着将所学的知识联系起来。譬如，在设计中充分考虑到诸如零件制造难易程度和装配的可行性，前后几副模具的关联性等 问题，而不是将他们相互孤立，努力做到知识的融会贯通。毕业设计强化了我们做为一个模具从业者的基本功，为今后走上工作岗位打下了坚实的基础。 在本次毕业设计中，我选择了金属冲压件的模具设计和用 Pro/E 软件设计典型模具零部件并装配成整体模型的全过程。 第一次做一个完整过程的制件模具设计，由于所学有限，且无实际生产经验，所以设计中错误和不足在所难免，望各位老师、同学给予批评指正。 冷冲压是在常温下利用冲模在压力机上对材料施加压力，使其产生分离或变形，从而获得一定形状，尺寸和性能的零件加工方法，是一种先进的金属加工方 法。由于冷冲压加工的零件形状，尺寸，精度要求，批量大小，原材料性能等的不同，其方法多种多样。但概括起来可分为分离工序和变形工序两大类。分离工序是将冲压件或毛坯沿一定的轮廓相互分离；变形工序是在材料不产生破坏的情形下是毛坯产生塑性变形，成为所需形状及尺寸的制件。 冷冲压可以分为五个基本工序： （ 1）冲裁 使板料实现分离的冲压工序。 （ 2）弯曲 将金属材料沿弯曲线完成一定的角度和形状的冲压工序。 （ 3）拉深 将平面板料变成各种开口空心件，或者将空心件的尺寸进一步改变的冲压工序 . （ 4） 成形 用各种不同性质的局部变形来改变毛坯形状的冲压工序。 （ 5）立体压制 将金属材料体积重新分布的冲压工序。 冷冲压与其他加工方法相比，有以下特点： a.用冷冲压加工方法可以得到形状复杂，用其他加工方法难以加工的nts门窗紧固件模具设计 2 工件，如薄壳零件等。 b.冷冲压件的尺寸精度石油模具保证的，因为，尺寸稳定，互换性好。 c.材料利用率高，工件重量轻，刚性好，强度高，冲压过程耗能少，因此工件的成本比较低。 d.操作简单，劳动强度低，易于实现机械化和自动化，生产率高。 e.冲压加工中所用的模具结构一般比较复杂，生产周期较长， 成本高。因此，单件，小批量生产采用冲压工艺受到一定限制，冲压工亦多用于成批，大量生产的情况。近年来发展的简易冲模，组合冲模，锌基合金冲模等为单件，小批量生产采用冲压工艺创造了条件。 由于冷冲压有许多突出的优点，在机械制造，电子电器等各行各业中，冷冲压都得到了广泛的应用。大到汽车的覆盖件，小到钟表及仪器仪表元件，大多是由冷冲压方法制成的。目前采用冷冲压工艺得到的冲压制品，在现代汽车，拖拉机，电机电器，仪表仪器及各种电子产品和人们日常生活中，都占有十分重要的地位。据粗略统计，在汽车制造业中有 60%-70%的零件 是采用冲压工艺制成的，冷冲压生产所占的劳动量为整个汽车行业劳动量的 25%-30%。在机电机仪表生产中有 60%-70%的零件是采用冷冲压工艺来完成的。在电子产品中，冲压件的数量约占零件总数的 85%以上。在飞机，导弹，各种枪支与炮弹的生产中冲压件所占的比例也相当大。因此研究和发展冷冲压技术，对发展我国国民经济和加速工业建设，尽快实现四个现代化具有重要意义。 随着科学技术的不断进步和工业生产的迅速发展，冷冲压技术也在不断革新和发展，主要表现在以下几个方面： (1)工艺分析计算方法的现代化。例如，生产汽车覆盖件的冲 压工艺，传统方法系根据已有的设计资料和设计者的经验，进行对比分析，确定工艺方案和有关参数，然后设计试验模具，进行试冲，经过反复试验和修改，才能转入批量生产。近几年来，国外（如美国福特汽车公司中心研究室）已开始采用有限变形的弹塑性有限元法，对覆盖件成形过程进行应力应变分析和计算机模拟，以预测某一工艺方案对零件的成型可能性和将会发生的问题，将结果显示在图形终端上，供设计人员进行修改和选择。这样，不仅可以节省昂贵的模具试验费用，缩短新产品的试制周期，而且可以逐步建立一套能紧密结合实际的先进设计方法，既促进了冷冲压 工艺的发展，也将是塑性成型理论逐步达到对生产实际的指导作用。 (2)模具设计制造技术现代化。为了加快机电产品的更新换代，缩短工装设计，制造周期，许多工业先进国家正在大力发展模具计算机辅助设计和制造（ CAD/CAM）的研发，并在生产中开始应用。模具 CAD/CAM 技术应用较早的领域就是冷冲模。根据国外经验，采用这一技术，一般可提高模具nts门窗紧固件模具设计 3 设计制造效率 2-3 倍，模具生产周期可缩短 1223:，发展这一技术的最终目标，要达到模具 CAD/CAM 一体化，而模具图纸将只用于检验模具之 用。采用模具 CAD/CAM 还可以提高模具质量，大大减少设计和制造人员的重复劳动，是设计者有可能把精力用于创新开发上。 (3)冷冲压生产的机械化和自动化。为了满足大量生产的需要，冲压设备已有弹弓为低速压力机发展到多工位高速自动压力机。一般中小形冷冲件即可在多工位压力机上生产，也可在高速压力机上采用多工位级进模加工，使冷冲压生产达到高度自动化。大型冲压件（如汽车覆盖件）可在多工位压力机上利用自动送料，取件装置，进行机械化流水线生产，从而减轻劳动强度和提高生产率。 (4)为了满足生产更新换代和生产批量小的发展趋势 ，发展了一批新的成型法工艺（如高能成型和旋压等），简易模具（如软模和低熔点合金模等），通用组合模具，数控冲压设备和冲压柔性制造系统（ FMS）等。这样，就是冷冲压生产既适合大量生产，也同样适合于小批量生产。 综上所述，冷冲模是冲压加工中所用得最重要的工艺装备。没有先进的冷冲模具技术，先进的冷冲压工艺就无法实现。 在现代化生产中，模具是生产各种工业产品的重要工艺装备 ,用模具进行各种材料的成型，可实现高速度的大批量生产，并能在大量生产条件下稳定的保证制件的质量，节约原材料。因此在现代工艺生产中，模具的应用日益广泛 ，是当代工业省的重要手段和工艺发展方向。许多现代工业的发展和技术水平的提高，在很大程度上取决于模具工业的发展水平。模具技术已成为衡量一个国家产品制造业水平的重要标志之一。模具成型具有优质、高产、省料和低成本等特点，现已在国民经济各个部门，特别是汽车、航空航天、仪器仪表、机械制造、家电、轻工日用品等工业部门得到了极其广泛的应用。据统计，用模具制造出来的产品零件，在机电类占 6070 ，在仪表、照相机等电子工业中占 80 以上，在自行车、洗衣机、电冰箱等轻工业产品中占 85 以上。模具工业极大地促进了工业产品生产的发展和质量的提高，获的了巨大的经济效益。 模具在生产加工过程中，主要有以下特点 : (1) 模具是典型的单件生产的产品，故在生产工艺，管理方式，所制定的模具制造工艺过程都应具有独特的规律于其适应。 (2) 模具 生产一 般都是 按照与 用户签 订的 提供模 具的合 同来安 排生产计划的。 (3) 模具在制造过程中，同一工序的加工往往内容较多，故生产效率一般较低。 nts门窗紧固件模具设计 4 (4) 模具在加工中，某些工作部分的尺寸及位置，往往是经过试验后来确定的。 (5) 装配后的模具，均需经过试磨合调整，方能交付使用。 (6) 模具生产周期一般较长，故成本较高。 (7) 模具的加工与制造，对工人的技术等 级要求较高。 随着工业技术的发展，产品对模具的要求愈来愈高，传统的模具设计与制造方法不能适应工业产品及时更新换代和提高质量的要求。因此对模具的设计与制造提出了以下几个要求： (1） 合理选择模具材料 ,研究发展模具新材料。 根据模具的工作条件、生产批量以及材料本身的强韧性能来选择模具用材，应尽可能选用品质好的钢材。据有关资料介绍，模具的制造费较高，而材料费用一般仅是模具价格的 6% 20%。 对模具材料要进行质量检测，模块要符合供货协议要求，模块的化学成份要符合国际上的有关规定。只有在确信模块 合格的情况下，才能锻造。大型模块 (100kg 以上 )采用电渣重熔钢 H13 时要确保内部质量，避免可能出现的成份偏析、杂质超标等内部缺陷。要采用超声波探伤等无损检测技术检查，确保每件锻件内部质量良好，避免可能出现的冶金缺陷，将废品及早剔除。 (2)合理制定模具钢的锻造规范 根据碳化物偏析对模具寿命的影响，必须限制碳化物的不均匀度，对精密模具和负荷大的细长凸模，必须选用韧性好强度高的模具钢，碳化物不均匀度应控制为不大于 3 级。 Cr12 钢碳化物不均匀度 3 级要比 5 级耐用度提高 1 倍以上。如果碳化物偏析严重，可能引 起过热、过烧、开裂、崩刃、塌陷、拉断等早期失效现象。带状、网状、大颗粒和大块堆集的碳化物使制成的模具性能呈各向异性，横向的强度低，塑性也差。根据显微硬度测量结果，碳化物正常分布处为 740 760HV，碳化物集中处为 920940HV，碳化物稀少处为 610 670HV，在碳化物稀少处易回火过度，使硬度和强度降低，碳化物富集区往往因回火不足，脆性大，而导致模具镦粗或断裂。 通过锻造能有效改善工具钢的碳化物偏析，一般锻造后可降低碳化物偏析 2 级，最多为 3 级。最好采用轴向、径向反复镦拔 (十字镦拔法 )，它是将 原材料镦粗后沿断面中两个相互垂直的方向反复镦拔，最后再沿轴向或横向锻成，重复一次这一过程就叫做双十字镦拔，重复多次即为多次十字镦拔。 而对于直径小于或等于 50mm 的高合金钢，其碳化物不均匀性一般在 4 级以内，可满足一般模具使用要求。 (3） 合理选择热处理工艺 模具热处理包括锻造后的退火，粗加工以后高温回火或低温回火，精加工后的淬火与回火，电火花、线切割以后的去应力低温回火。只有冷热加工很好相互配合，才能保证良好的模具寿命。 模具型腔大而壁薄时需要采用正常淬火温度的上限，以使残留奥nts门窗紧固件模具设计 5 氏体量 增加，使模具不致胀大。快速加热法由于加热时间短，氧化脱碳倾向减少，晶粒细小，对碳素工具钢大型模具淬火变形小。对高速钢采用低淬、高回工艺比较好，淬火温度低，回火温度偏高，可大大提高韧性，尽管硬度有所降低，但对提高因折断或疲劳破坏的模具寿命极为有效。通常Cr12MoV 钢淬火加热温度为 1000 ，油冷，然后 220 回火。如能在这种热处理以前先行热处理一次，即加热至 1100 保温，油冷， 700 高温回火，则模具寿命能大幅度提高。我们在 70 年代初期对 3Cr2W8V 钢施行高淬、高回工艺热处理钢丝钳热锻模具也取得良好效果 ，寿命提高 2 倍多。采用低温氮碳共渗工艺，表面硬度可达 1200HV，也能大大提高模具寿命。低温电解渗硫可降低金属变形时的摩擦力，提高抗咬粘性能。使用 6W6Mo5Cr4V钢制作冷挤压凸模，经低温氮碳共渗后，使用寿命平均提高 1 倍以上，再经低温电解渗硫处理可以进一步提高寿命 50%。模具淬火后存在很大的残留应力，它往往引起模具变形甚至开裂。为了减少残留应力，模具淬火后应趁热进行回火，回火应充分，回火不充分易产生磨前裂纹。对碳素工具钢， 200 回火 1h，残留应力能消除约 50%，回火 2h 残留应力能消除约 75%80%，而 如果 500 600 回火 1h，则残留应力能消除达 90%。 回火后一般为空冷，在回火冷却过程中，材料内部可能会出现新的拉应力，应缓冷到 100 120 以后再出炉，或在高温回火后再加一次低温回火。 表面覆层硬化技术中的 PVD、 CVD 近年来获得较大的进展，在 PVD中常用的真空蒸镀、真空溅射镀和离子镀，其中离子镀层具有附着力强、浇镀性好，沉积速度快，无公害等优点。离子镀工艺可在模具表面镀上 TiC、TiN，其使用寿命可延长几倍到几十倍。离子镀是真空蒸膜与气体放电相结合的一种沉积技术。空心阴极放电法 (HCD 法 )是先用真空泵抽真空，再向真空泵通入反应气体，并使真空度保持在 10-5 10-2Pa 范围内，利用低压大电流 HCD 电子枪使蒸发的金属或化合物离子化，从而在工作表面堆积成一层防护膜。为提高镀敷效率，一般在工件上施加负电压。 (4） 合理确定 模具 机械加工制造工艺和加工精度 。 采用先进设备和技术确保每副模具具有高精度和互换性以保证 冲模所要求的高精度和重复精度。制造工艺首先要解决加工后的加工变形与残留应力不能太大。粗加工时最好不要使表面粗糙度 Ra 3.2m ，特别应注意在模具工作部分转角处要光滑过渡，减少 热处理产生的热应力。 模腔表面加工时留下的刀痕、磨痕都是应力集中的部位，也是早期裂纹和疲劳裂纹源，因此在 冲 模加工时一定要刃磨好刀具。平面刀具两端一定要刃磨好圆角 R，圆弧刀具刃磨时要用 R 规测量，绝不允许出现尖点。 模具电加工表面有硬化层，厚 10m 左右，硬化层脆而有残留应力，直接使用往往引起早期开裂，这种硬化层在对其进行 180 左右的低温回火时可消除其残留应力。 模腔的粗糙度直接影响模 具 寿命，粗糙度高会使 制 件不易脱模，特别是中间带凸起部位， 制 件越深，抱得越紧，最后只能卸下模 具 用机加工或气割的 方法破坏 制 件。由于粗糙度值高会使金属流动阻力增加，严重时模 具生产 若干件以后会将模壁磨损成沟槽，既影响 制 件成形，也易使 冲模早期失效。工作表面粗糙度值低的模具不但摩擦阻力小，而且抗咬合和抗疲劳能力强，表面粗糙度一般要求 Ra=0.4 0.8m 。 nts门窗紧固件模具设计 6 模具的制造装配精度对模具寿命的影响也很大，装配精度高，底面平直，平行度好，凸模与凹模垂直度高，间隙均匀，亦可获得相当高的寿命 (5) 充分利用 CAD/CAM/CAE ,发展高精度模具。 要实现模具的高精度，在模具设计与加工中一定要采用高精度加工设备和高技术加工工 艺。因此，在今后的模具加工中，除了进一步发展数控机床和加工机床外，还要发展模具计算机辅助设计（ CAD） ,计算机辅助制造（ CAM） ,计算机集成制造（ CIM）等高新技术。这些技术是提高模具设计与制造精度，提高效率，科学管理得最有效措施之一。 第一， 设计模具时应充分利用 CAD 系统功能对产品进行二维和三维设计，保证产品原始信息的统一性和精确性，避免人为因素造成的错误，提高模具的设计质量。产品三维立体的造型过程以在锻造前全面反映出产品的外部形状，及时发现原始设计中可能存在的问题，同时根据产品信息，用 计算机 设计出加工模 具型腔的电极，为后续模具加工做好准备。 第二， 采用 CAM 技术可以将设计的电极精确地按指定方式生产。采用数控铣床 (或加工中心 )加工电极，可保证电极的加工精度，减小试模时间，减少模具的废品率和返修率，减少钳工劳动量。对于一些外形复杂，精度要求高的 制 件，靠模具钳工采用常规模具制造方法保证某些外形尺寸而采用 CAD/CAM 技术可以对这些复杂的锻件进行精确的尺寸描述，确定合理的分模面，保证合模精度，从模具制造这一环节确保产品精度。 第三， CAD/CAM/CAE 技术可以进行有限元分析，对关键部位的尺寸设计 是否合理可以提供修改依据，从而在为客户提供高质量 制 件的同时，也为客户的设计提供了依据，加强了与客户的合作。 第四， CAD/CAM/CAE 在大量节省时间，提高生产率的同时，也较大幅度的降低了成本。 (6）发展高效模具。 对于大批量生产用模具，应向高效率发展。如为了适应当前高速压力机的使用，应发展多工位级进模以提高生产效率。 (7）发展简易模具。对于小批量生产用模具，为了降低成本，缩短模具制造周期，应尽量发展薄板冲模，聚氨酯模具，锌基合金，低熔点合金，环氧树脂等简易模具。 (8）发展多功能模具。为了提高效率和保 证制品的质量，要发展多工位级进模及具有组合功能的双色，多色塑料注射模等。 (9）发展高寿命模具。高效率的模具必然需要高寿命，否则将必然造成频繁的模具拆装和整修或需要更多的备模。为了达到高寿命的要求，除模具本身结构优化外，还要对材料的选用和热处理，表面强化技术予以开nts门窗紧固件模具设计 7 发和创新。 第一章 制件工艺性分析及工艺方案的确定 1.1 工艺性分析 制件如图 1-1 所示，材料为 20 号钢，料厚 1.5 ，制件尺寸精度为IT14 级，年产量比较大。 图 1-1 该制件形状简单，尺寸较小，厚度适中，属于普通冲压件，但有几点需要注意： (1) 制件上存在两个 方向的弯曲工 序，须注意 处理好各工 序的先后问 题。 (2) 制件较小，从安全考虑，要采取适当的取件方式。 (3) 有一定批量，应 重视模具材料 和结构的选 择，保证一 定的模具寿 命。 (4) 制件不是完全对称，对于其中的弯曲工序应充分考虑这一点。 (5) 各工序凸，凹模动作形成的确定应保证各工序动作稳定，连贯。 1.2 工艺方案的确定 根据制件工 艺性分析，其基本工序包括有冲孔，落料和弯曲三种。考nts门窗紧固件模具设计 8 虑以上因素，完成该制件存在以下几种可能的工艺方案： (1) 冲孔 落料 弯曲， 单工序冲压。（单件）。 (2) 落料冲孔 弯曲 a,c,d 三处 弯曲 b,e 两处（单件）。 (3) 落料冲孔 弯曲 切断。（两件有废料）。 (4) 落料冲孔 弯曲 b,c,d,e 四处 弯曲 a 处。（两件无废料）。 (5) 落料冲孔 弯曲 b,c,d,e 四处 弯曲 a 处和切断。（两件有 废料）。 方 案 （ 1） 属 于 单 工 序 冲 压 。 由 于 此 制 件 生 产 批 量 较 大 ， 尺 寸又 较 小 ， 这 种 方 案 生 产 率 低 ， 操 作 也 不 安 全 ， 故 不 宜 采 用 。 方案 （ 2） 采 用 单 件 生 产 ，因 为 弯 曲 力 的 不 对 称 ，容 易 使 制 件在 弯 曲 过 程 中 出 现 滑 移 ， 不 能 保 证 精 度 。 方 案 （ 3 ），（ 4 ） 采 用 两 件 一 起 冲 压 的 方 法 ， 解 决 了 弯 曲 力 不对 称 的 问 题 ，但 是 方 案 （ 3）中 由 于 两 件 之 间 的 废 料 位 于 弯 曲 的 底端 ， 存 在 弯 曲 角 ， 而 使 得 最 后 的 切 断 并 不 能 切 得 彻 底 ， 方 案 （ 4）中 因 为 制 件 厚 度 为 1.5 ， 需 要 的 切 断 力 较 大 ， 容 易 使 得 制 件 滑移 。 即 这 两 个 方 案 中 又 出 现 了 新 的 问 题 ， 因 此 使 用 价 值 不 大 ， 也不 宜 采 用 。 方案 (5)既 解 决 了 方 案 (1)(2)的 问 题 ，又 不 存 在 方 案（ 4） （ 5）的 问 题 ， 故 此 方 案 最 为 合 适 。 1.3 确定冲模类型及结构 形式 根 据 上 面 确 定 的 冲 压 工 艺 方 案 ， 确 定 各 工 序 的 模 具 类 型 和 结构 形 式 。 经 过 各 项 比 较 ， 决 定 采 用 以 下 三 幅 模 具 结 构 ： (1) 落料冲孔复合模。比较正装复合模和倒装复合模的优缺点 ， 由 于 倒 装 复 合 模 能 使 废 料 从 压 力 机 台 面 落 下 ， 而 冲 压 件 从 上模 推 下 比 较 容 易 引 出 去 ，因 此 操 作 方 便 安 全 ，适 合 本 设 计 的 制 件 。再 加 上 倒 装 复 合 模 易 于 安 装 送 料 装 置 ， 生 产 效 率 较 高 ， 所 以 决 定采 用 倒 装 式 复 合 模 。 (2) 弯 曲 模 。这 套 模 具 用 于 弯 曲 b,c,d,e 四 处 ，应 着 重 处 理 好几 道 弯 曲 工 序 的 先 后 问 题 。 (3) 切 断 弯 曲 复 合 模 。因 制 件 较 小 ，应 避 免 另 外 增 加 卸 料 装 置 ，故 仍 然 采 用 倒 装 式 复 合 模 。 重 点 在 于 切 断 工 序 和 弯 曲 工 序 的 先 后问 题 要 处 理 好 。 nts门窗紧固件模具设计 9 第二章 工 艺 计 算 及 模 具 结 构 设 计 2.1 落料冲孔复合模 2.1.1 制 件 工 艺 计 算 及 设 计 1. 毛 坯 尺 寸 计 算 。 毛 坯 展 开 图 如 图 2-1。 图 2-1 由弯曲 a,c,d,e 得： 2l= （ l直+ l圆 弧） = l直+2(r+xt) =13.5+12+6.5+20+6.5+23*4+(0.35+0.35+0.38+0.39)*1.5 =63.36 由弯曲 a,b 处得 nts门窗紧固件模具设计 10 3l= （ l直+ l圆 弧） = l直+2(r+xt) =13.5+12+7+23*2+(0.35+0.35)*1.5 =33.05 由弯曲 a 处得 4l= （ l直+ l圆 弧） = l直+2(r+xt) =13.5+12+2(3+0.35*1.5) =23.53 根 据 工 艺 方 案 ， 确 定 如 下 图 2-2 的 毛 坯 尺 寸 ： 图 2-2 2. 设 计 排 样 图 。 见 图 2-3。 根 据 文 献 1表 3-10 确 定 搭 边 值 为 工 件 间 距 a=1.8 ， 侧 面 矩1a=1.8 nts门窗紧固件模具设计 11 故 由 文 献 1式 3-24， 冲 裁 步 距 可 通 过 计 算 公 式 A = D + a 图 2-3 式中 D 平 行 于 送 料 方 向 的 冲 裁 件 宽 度 。 a 冲 裁 件 之 间 的 搭 边 值 。 故 A=42+1.8=43.8 根据式 3-25 计 算 条 料 宽 度 的 公 式 为 012D a 式中 B 条 料 宽 度 。 D 冲 裁 件 与 送 料 方 向 垂 直 的 最 大 尺 寸 ； 1a 冲 裁 件 与 条 料 侧 边 之 间 的 搭 边 ； 板 料 裁 剪 时 的 下 偏差 （ 由 表 3-11 查 得 为 1.0 ） 故 B= （ 131.72+2 1.8+1.0） 01.0mm 3 材 料 利 用 率 。 根 据 文 献 1式 3-27， 材 料 利 用 率 通 过 计 算 公 式 ： = 0AA 100% nts门窗紧固件模具设计 12 式中 0A 得 到 制 件 的 总 面 积 （ 2mm ） A 一 个 步 距 的 条 料 面 积 （ L B） ( ) 得 = 21 3 1 . 7 2 1 2 4 2 1 2 7 1 . 1 0 2 6 4 6 7 1 . 1 0 5 2 . 0 6 4 2 1 2 9 21 3 1 . 7 2 1 . 8 2 1 . 0 4 3 . 83 =62.3% 4. 计 算 冲 裁 力 。 完 成 本 制 件 冲 压 工 序 所 需 的 冲 压 力 有 冲 孔 力 ， 落 料 力 及 卸 料力 ， 推 料 力 。 （ 1）冲 孔力 F冲孔由文献 1得 冲孔力 F冲孔的 计 算 公 式 F冲孔=Ltb式中 L 冲 裁 件 周 边 尺 寸 （ ）； t 冲 裁 件 厚 度 （ ）； b 材 料 的 抗 拉 强 度 ( ) 有文献 4表 4-12 得 b=400 F冲 孔 =400 1.5（ 2 8+23 4） =54816N. (2) 落料力 F落料由文献 1得 落料力 F落料的 计 算 公 式 F落料=Ltb式中 L 冲 裁 件 周 边 尺 寸 （ ）； t 冲 裁 件 厚 度 （ ）； b 材 料 的 抗 拉 强 度 ( ) nts门窗紧固件模具设计 13 有文献 4表 4-12 得 b=400 F落料= 4 0 0 1 . 5 7 1 . 1 0 2 9 4 7 1 . 1 0 5 2 . 0 6 2 1 3 1 . 7 2 5 2 . 0 6 2 1 2 2 （ ） （ ） 4 3 =262368N （ 3） 卸 料 力 F卸 料,推 料 力 F推 料和 顶 件 力 F顶 件由文献 1 卸料力 F卸料,推 料 力 F推 料和 顶 件 力 F顶 件的 计 算 公 式 F卸料= k卸 F落 料F推料=nk推 F冲 孔= ht k推 F冲 孔F顶件= k顶（ F落 料+ F冲 孔） 式中 k卸 卸 料 力 系 数 ； k推 推 料 力 系 数 ； k顶 顶 料 力 系 数 ； h 凹 模 直 壁 洞 口 的 高 度 ； t 板 料 厚 度 ； n 梗 塞 在 凹 模 内 的 冲 件 数 。 k卸 ， k推 ， k顶 可 分 别 由 文 献 1表 3-8 查 取 为 k卸=0.04, k推=0.05， k顶=0.06。 又有 h 取为 3.0 ， 所 以 n=3.0/1.5=2。 故 F卸料=0.04 262368=10494.7N; F推 料 =2 0.05 54816=5481.6N; F顶 件 =0.06（ 262368+54816） =19031.04N; nts门窗紧固件模具设计 14 所以， F=F落 料+ F冲 孔+ F卸 料+ F顶 件+ F推 料=262368+54816+10494.7+19031.04+5481.6 =352191.34N 5.初 选 压 力 机 。 查 文 献 4表 8-1 开 式 双 柱 可 倾 式 压 力 机 （ 部 分 ） 参 数 ， 初 选压 力 机 型 号 规 格 为 J23-63 公 称 压 力 ： 630KN 滑 块 行 程 ： 120 最 大 闭 合 高 度 ： 360 连 杆 调 节 量 ： 90 工 作 台 尺 寸 （ 前 后 左 右 ）： 480 710 模 柄 孔 尺 寸 （ 直 径 深 度 ）： 50 70 最 大 倾 斜 角 度 ： 30o 6. 计 算 压 力 中 心 。 本 制 件 由 于 采 用 两 件 对 排 ， 左 右 对 称 ， 所 以 其 压 力 中 心 就 是 其几 何 对 称 中 心 。 7. 计算凸， 凹 模 工 作 部 分 尺 寸 。 本 制 件 形 状 简 单 ， 可 按 分 别 加 工 法 计 算 工 作 部 分 尺 寸 。 如 图2-4。 由文献 4表 3-3 查 得 ： minZ=0.132 ， maxZ=0.240 maxZ-minZ=0.240-0.132=0.108 。 由文献 4表 3-6 查 得 各 尺 寸 制 造 偏 差 ： 落料： 11110 . 0 2 0 m m , 0 . 0 2 0 m m 0 . 0 4 0 m m 凹 凸凹 凸22220 . 0 4 0 m m , 0 . 0 3 0 m m 0 . 0 7 0 m m 凹 凸凹 凸33110 . 0 3 0 m m , 0 . 0 2 0 m m 0 . 0 5 0 m m 凹 凸凹 凸nts门窗紧固件模具设计 15 图 2-4 44440 . 0 3 0 m m , 0 . 0 2 0 m m 0 . 0 5 0 m m 凹 凸凹 凸55550 . 0 3 0 m m , 0 . 0 2 0 m m 0 . 0 5 0 m m 凹 凸凹 凸冲孔： 66660 . 0 2 5 m m , 0 . 0 2 0 m m 0 . 0 4 5 m m 凹 凸凹 凸77770 . 0 2 0 m m , 0 . 0 2 0 m m 0 . 0 4 5 m m 凹 凸凹 凸88880 . 0 2 5 m m , 0 . 0 2 0 m m 0 . 0 4 5 m m 凹 凸凹 凸99990 . 0 2 0 m m , 0 . 0 2 0 m m 0 . 0 4 0 m m 凹 凸凹 凸均 能 满 足 m a x m i nnn ZZ 凸 凹的 要 求 。 由式 3-5， 3-6 知 凸 ， 凹 模 尺 寸 的 计 算 公 式 ： nts门窗紧固件模具设计 16 落料： m a x 00m i nxm a x m i nLLxL L Z L Z 凹凸凹凸 凹冲孔： 0m i n 0m i nm i n m i nxllxl l Z l Z 凸凹凸凹 凸式中 LL凹 凸， 分 别 为 落 料 凹 ， 凸 模 的 基 本 尺 寸 ； ll凹 凸， 分 别 为 冲 孔 凹 ， 凸 模 的 基 本 尺 寸 ； maxL 落 料 件 的 最 大 极 限 尺 寸 ； minl 冲 空 件 的 最 小 极 限 尺 寸 ； 冲 裁 件 公 差 ； X 磨 损 系 数 ， 其 值 应 在 0.5 1 之 间 ， 与 冲 裁件 精 度 有 关 。 由文献 1表 3-5 查 得 ： 1 2 3 4 5 6 8 9= 0 . 5x x x x x x x x ， 7 0.75x。 所以： （ 1） 0 . 0 2 0 0 . 0 2 01 00 mm1 2 0 . 5 0 . 4 3 1 1 . 7 9L 凹 0 01 0 . 0 2 00 . 0 2 01 1 . 7 9 0 . 1 3 2 1 1 . 6 6L 凸 （ 2） 0 . 0 4 0 0 . 0 4 02 001 3 1 . 7 2 0 . 5 1 1 3 1 . 2 2L 凹 0 02 0 . 0 3 00 . 0 3 01 3 1 . 2 2 0 . 1 3 2 1 3 1 . 0 9L 凸（ 3） 0 . 0 3 0 0 . 0 3 03 007 1 . 1 0 0 . 5 0 . 7 4 7 0 . 7 3L 凹 0 03 0 . 0 2 00 . 0 2 07 0 . 7 3 0 . 1 3 2 7 0 . 6 0L 凸（ 4） 415 2 . 0 6 2 0 . 4 3 5 5 2 . 0 6 0 . 1 0 9 m m8L 凹nts门窗紧固件模具设计 17 （ 5） 0 . 0 3 0 0 . 0 3 05 004 2 0 . 5 0 . 6 2 4 1 . 6 9L 凹 0 05 0 . 0 2 00 . 0 2 04 1 . 6 9 0 . 1 3 2 4 1 . 5 6L 凸（ 6） 611 9 2 0 . 2 1 5 1 9 0 . 0 5 4 m m8L 凹（ 7） 712 2 0 . 1 5 2 0 . 0 3 8 m m8L 凹（ 8） 812 3 2 0 . 2 1 5 2 3 0 . 0 5 4 m m8L 凹（ 9） 0 00 . 0 2 00 . 0 2 00 . 0 2 0 0 . 0 2 0003 . 1 33 0 . 5 0 . 2 5l3 . 1 3 0 . 0 2 0 0 . 1 3 2 0 . 5 0 . 2 5 3 . 3 7l 凸凹2.1.2 模 具 结 构 计 算 1. 凹 模 板 设 计 。 因 为 制 件 形 状 简 单 ， 并 且 尺 寸 也 不 大 ， 选 用 整 体 式 凹 模 较 为合理 .由 文 献 4表 3-5， 选 用 T10A0 为 凹 模 材 料 。 (1)确 定 凹 模 厚 度 H 值 ：由 文 献 3图 14-15 按 冲 裁 力 选 凹 模 厚度为 H=28mm. (2)由表 14-5， 从 冲 件 料 宽 （ 120 150mm） 及 料 厚 （ 0.81.5mm） 取壁厚 b=50mm. 凹模长 L=131.72+2 50=231.72mm 凹模宽 B=42+2 50=142mm L B H=231.72 142 28 对照表 14-6， 将 上 述 尺 寸 改 为 250 160 28mm (3)凹 模 刃 壁 高 度 。 由文献 3， 垂 直 于 凹 模 平 面 的 刃 壁 ， 其 高 度 选 为 h=3mm. 2. 确 定 卸 料 橡 胶 尺 寸 。 根 据 文 献 2橡 胶 的 自 由 高 度 为 3 . 5 4SH :自 由 工 作nts门窗紧固件模具设计 18 其中 t 1 1 . 5 1 5 . 5 8 m mS 工 作 修 模 量故 2 8 3 2 m mH :自 由橡 胶 的 装 配 高 度 为 2 0 . 8 5 0 . 9 0 2 5 m mHH: 自 由3.确 定 卸 料 板 尺 寸 。 根 据 文 献 3表 14-10 可 以 确 定 卸 料 板 厚 度 为 h=18mm. 卸 料 板 孔 每 侧 与 凸 模 应 保 持 一 定 间 隙 ， c=0.1 0.2t, t 为 冲 压 材 料 厚 度 。 本 设 计 中 t=1.5mm,所 以 取 c=0.25mm. 故 卸 料 板 尺 寸 为 L B H=250 160 18mm. 4.冲 孔 凸 模 固 定 板 。 根 据 文 献 2图 2-19 来 确 定 冲 孔 凸 模 固 定 板 厚 度 。 0 . 6 0 . 8HH :固 凹又 冲 孔 冲 裁 力 推 出 理 论 上 冲 孔 凹 模 的 厚 度 应 为 15mm.而 在 本 设 计中 凸 凹 模 中 的 冲 孔 凸 模 的 厚 度 为 20mm15mm。 所 以 有 ： 0 . 6 0 . 8 1 5 1 2 m m .H :固5.凸 凹 模 设 计 。 在 复 合 模 中 ，必 定 有 一 个 凸 凹 模 。凸 凹 模 的 内 外 缘 均 为 刃 口 ，内 外 缘 之 间 的 壁 厚 取 决 于 冲 裁 件 的 尺 寸 。 从 强 度 考 虑 ， 壁 厚 受 最小 限 制 。 凸 凹 模 的 最 小 壁 厚 受 冲 模 结 构 影 响 ， 对 于 正 装 复 合 模 ，由 于 凸 凹 模 装 于 上 模 ， 内 孔 不 会 积 存 废 料 ， 胀 力 小 ， 最 小 壁 厚 可以 小 些 ； 对 于 倒 装 复 合 模 ， 因 为 孔 内 会 积 存 废 料 ， 所 以 最 小 壁 厚要 大 些 。 本 模 具 为 倒 装 复 合 模 ， 孔 内 会 积 存 废 料 ， 所 以 要 取 大 些 。 根据文献 1表 4-4 可 以 确 定 本 模 具 的 最 小 壁 厚 为 3.8mm,最 小 直 径为 21mm,从 以 上 计 算 来 看 ， 本 模 具 均 符 合 要 求 。 但 是 由 于 制 件 为 不 规 则 体 ， 所 以 凸 凹 模 也 为 异 型 体 ， 再 加 上最 小 侧 宽 度 只 有 12mm,可 选 用 固 定 件 有 限 ， 不 容 易 固 定 。 所 以 ，本 模 具 中 将 下 模 垫 板 设 置 为 中 心 有 似 凸 凹 模 形 状 的 凸 起 ， 减 小 凸凹 模 的 高 度 ， 以 利 于 固 定 。 确 定 凸 凹 模 高 度 为 20mm,所 以 垫 板 的 凸 起 高 度 即 为 nts门窗紧固件模具设计 19 H H H H 垫 凸 橡 胶 装 卸 凸 凹=25+18-20=23mm. 6.上 下 垫 板 设 计 。 根 据 文 献 4表 5-48 来 确 定 上 下 垫 板 尺 寸 。 上 述 中 已 经 确 定 凹 模 尺 寸 为 L B H=250 160 28mm 所 以 确 定 上 下 垫 板 高 度 均 为 10mm. 即 上 下 垫 板 尺 寸 均 为 ： L B H=250 160 10mm。 7.推 件 板 设 计 。 模 具 闭 合 后 ，凸 模 进 入 凹 模 约 为 1.0mm,所 以 推 件 板 厚 度 确 定为 1. 0 1. 5 2 5 . 5 m m .HH 推 凹圆整为 25mm. 8. 冲孔凸模设计。 (1)凸模形式。 由于冲 孔凸模工作部分尺寸较小，所以选用台阶式凸模结构。 (2)凸 模 长 度 。 凸 模 长 度 一 般 是 根 据 结 构 上 的 需 要 来 确 定 的 ， 本 设 计 中 凸 模底 部 与 凹 模 工 作 面 齐 平 ， 顶 端 与 固 定 板 上 面 齐 平 ， 所 以 ： L HH固 凹，即 L=28+12=40mm (3)凸 模 材 料 。 模 具 刃 口 要 有 较 高 的 耐 磨 性 ， 并 能 承 受 冲 裁 时 的 冲 击 力 ， 因此 应 该 有 较 高 的 硬 度 与 适 当 的 韧 性 。所 以 冲 孔 凸 模 材 料 选 为 T10A0.其 热 处 理 硬 度 取 为 58 62HRC. (4)其 他 要 求 。 凸 模 工 作 部 分 的 表 面 粗 糙 度aa0 . 8 0 . 4 m , 1 . 6 0 . 8 m .RR:固 定 部 分9.选 用 模 架 。 (1) 标 准 模 架 中 应 用 最 广 的 就 是 用 导 柱 ， 导 套 作 为 导 向 装 置 的模 架 。根 据 导 柱 导 套 配 置 的 不 同 有 四 种 基 本 形 式 ：后 侧 导 柱 模 架 ，中 间 导 柱 模 架 ， 对 角 导 柱 模 架 和 四 角 导 柱 模 架 。 本 模 具 选 用 对 角导 柱 模 架 。 对 角 导 柱 模 架 中 ， 导 柱 的 排 布 也 是 对 称 的 （ 对 称 于 中 心 ）， 而且 纵 横 都 能 送 料 。 从 安 全 角 度 考 虑 ， 在 操 作 者 右 手 一 边 的 那 个 导柱 应 设 在 后 边 ， 对 角 导 柱 模 架 的 两 个 导 柱 之 间 距 离 较 远 ， 在 导 柱导 套 件 同 样 间 隙 的 情 况 下 ， 这 种 模 架 的 导 向 精 度 较 高 。 nts门窗紧固件模具设计 20 由 上 面 计 算 可 以 得 出 模 具 闭 合 高 度 为 ： H=50+10+12+28+70.5-1+60=229.5mm. 所 以 由 文 献 4表 5-7（ 滑 动 导 向 对 角 导 柱 模 架 规 格 ） 选 取 ： 模架 250 160 200 245 GB/T 2851.1 1990 上模座 250 160 50 GB/T 2855.1 1990 下模座 250 160 60 GB/T 2855.2 1990 3 2 1 9 0G B / T 2 8 6 1 . 1 1 9 9 03 5 1 9 0导 柱 ?3 2 1 1 5 4 8G B / T 2 8 6 1 . 6 1 9 9 03 5 1 1 5 4 8导 套 ? (2)导 柱 与 导 套 。 导 柱 与 导 套 的 结 构 与 尺 寸 都 可 以 直 接 由 国 家 标 准 中 选 用 。 在选 用 时 应 注 意 ， 导 柱 的 长 度 应 保 证 冲 模 在 最 低 工 作 位 置 时 ， 导 柱上 端 面 于 上 模 座 顶 面 的 距 离 不 小 于 10 15mm(考 虑 到 模 具 修 模 后其 闭 合 高 度 将 减 小 )， 而 下 模 座 底 面 与 导 柱 地 面 的 距 离 应 为 0.51mm. 导 柱 与 导 套 之 间 的 配 合 根 据 冲 裁 模 的 间 隙 大 小 选 用 。 当 冲 裁板度在 0.8mm 以 下 的 间 隙 模 具 时 ， 选 用 H6/h5 配合的 I 级 精 度 模架 ； 当 冲 裁 板 厚 度 为 0.8 4mm 时 ， 选 用 H7/h6 配合的 II 级 精 度模架。 (3)模 柄 。 模 柄 有 刚 性 与 浮 动 两 大 类 。 常 见 的 刚 性 模 柄 有 四 种 形 式 ： a.与 模 座 整 体 式 模 柄 ， 常 用 于 小 型 模 具 ； b.压 入 式 模 柄 ， 应 用 较 广 ； c.旋 入 式 模 柄 ， 模 具 刃 口 要 修 模 时 装 拆 方 便 ； d.带 凸 缘 模 柄 ， 用 于 较 大 模 具 。 本 设 计 中 ， 选 用 带 凸 缘 模 柄 ： A 5 0 7 8 J B / T 7 6 4 6 . 3 1 9 9 4 Q 2 3 5 g. 10.导 料 销
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