精品資料（2021-2022年收藏）模具設(shè)計(1)

1、引言 模具工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)工業(yè)之一。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精密集型產(chǎn)品，也是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的重要領(lǐng)域，其技術(shù)水平的高低已經(jīng)成為衡量一個國家制造業(yè)水平的重要標(biāo)志。 20世紀(jì)80年代以來，國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展對模具工業(yè)提出了越來越高的要求，同時為模具的發(fā)展提供了巨大的動力。這些年來，中國模具發(fā)展十分迅速，模具工業(yè)一直以15%左右的增長速度快速發(fā)展。振興和發(fā)展中國的模具工業(yè)，日益受到人們的重視和關(guān)注?！澳＞呤枪I(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)工藝裝備”已經(jīng)取得了共識。目前，中國有17000多個模具生產(chǎn)廠點(diǎn)，從業(yè)人數(shù)約50多萬。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%

2、，壓鑄模具約占6%，其他各類模具約占11%。近年來，中國模具工業(yè)企業(yè)的所有制成分也發(fā)生了變化。除了國有專業(yè)廠家外，還有集體企業(yè)、合資企業(yè)、獨(dú)資企業(yè)和私營企業(yè)，他們都得到了迅速的發(fā)展。許多模具企業(yè)十分重視技術(shù)發(fā)展。加大了用于技術(shù)進(jìn)步的投入力度，將技術(shù)進(jìn)步作為企業(yè)發(fā)展的重要動力。此外，許多研究機(jī)構(gòu)和大專院校也開展了模具技術(shù)的研究與開發(fā)。中國塑料模工業(yè)從起步到現(xiàn)在，歷經(jīng)半個多世紀(jì)，有了很大發(fā)展，模具水平有了較大提高。在大型模具方面已能生產(chǎn)48in（約122cm）大屏幕彩電塑殼注射模具、6.5kg大容量洗衣機(jī)全套塑料模具以及汽車保險杠和整體儀表板等塑料模具，精密塑料模具方面，已能生產(chǎn)照相機(jī)塑料件模具、

3、多型腔小模數(shù)齒輪模具及塑封模具。經(jīng)過多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技術(shù)、模具的電加工和數(shù)控加工技術(shù)、快速成型與快速制模技術(shù)、新型模具材料1等方面取得了顯著進(jìn)步；在提高模具質(zhì)量和縮短模具設(shè)計制造周期等方面作出了貢獻(xiàn)。進(jìn)入21世紀(jì)，在經(jīng)濟(jì)全球化的新形勢下，隨著資本、技術(shù)和勞動力市場的重新整合，中國裝備制造業(yè)在加入WTO以后，將成為世界裝備制造業(yè)的基地。而在現(xiàn)代制造業(yè)中，無論哪一行業(yè)的工程裝備，都越來越多地采用由模具工業(yè)提供的產(chǎn)品。為了適應(yīng)用戶對模具制造的高精度、短交貨期、低成本的迫切要求，模具工業(yè)正廣泛應(yīng)用現(xiàn)代先進(jìn)制造技術(shù)來加速模具工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，這是各行各業(yè)對模具這一基礎(chǔ)工藝裝備的迫切

4、需求。 隨著電子、信息等高新技術(shù)的不斷發(fā)展，模具CAD/CAE/CAM正向集成化、三維化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。模具CAD/CAE/CAM技術(shù)是模具設(shè)計、制造技術(shù)的發(fā)展方向，模具和工件的檢測數(shù)字、模具軟件功能集成化、模具設(shè)計、分析及制造的三維化、模具產(chǎn)業(yè)的逆向工程以及模具軟件應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)化是主趨勢。 “目前，歐洲模具已越來越感受到來自中國同行所帶來的影響和壓力,預(yù)計到2018年,中國將一躍成為全球最大的模具制造業(yè)基地之一。相信通過雙方的共同努力和合作,寧海模具必將在這個廣闊的舞臺上占有一席之地?！钡聡鴣嗚」I(yè)大學(xué)的亞力山大教授對寧海乃至中國的模具發(fā)展未來充滿信心。 據(jù)統(tǒng)計,前些年全球58%的模

5、具是由德國等西歐國家生產(chǎn),中國等亞洲國家的比例只占到1%,但今后東歐國家的模具將會有較大幅度的增長,而亞洲國家的生產(chǎn)比例將提高至22%左右。未來中國模具發(fā)展的前景十分廣闊。 1 工藝性分析1.1 毛坯展開圖圖1.11.2 工藝性分析 該零件是一個簡單支撐托架，通過孔10mm和5mm分別與心軸和機(jī)身相連，零件工作時受力不大對強(qiáng)度和剛度精度要求不高，零件形狀簡單對稱，大批量生產(chǎn)，沖裁彎曲即可成形。沖裁難點(diǎn)在于四角彎曲回彈較大，之間變形較大，可通過模具措施控制。該零件具體工藝性見表1.表1.1工藝性沖壓件工藝項(xiàng)目工藝允許值工藝性評價沖裁工藝性孔徑?jīng)_圓孔10和5最小孔徑d1.3t=1.95合理落料圓角

6、R3落料件最小圓角半徑r0.25t=0.375合理孔邊距5孔邊距3mmlR+0.5t=2.25合理彎曲工藝性形狀U形件死角彎曲對稱合理彎曲半徑R1.5最小彎曲半徑rmin/t=0.1合理孔邊距10孔邊距5.5mmt<2mm時，Lt=1.5mm合理精度所有尺寸精度為IT15合理材料20鋼常用材料范圍合理彎曲高度h=28.5mm直邊高度h>r+2t=4.5mm合理（1） 零件精度符合一般級進(jìn)沖壓的經(jīng)濟(jì)要求，模具精度取IT9即可。（2） 材料為20鋼，能進(jìn)行一般的沖壓加工，市場上易得材料，價格適中。（3） 外形落料工藝性：零件屬于中小尺寸零件，料厚1.5mm，外形復(fù)雜程度一般，尺寸精度要

7、求一般，因此可用沖裁落料工藝。（4） 沖孔工藝性分析：孔徑為10和5mm，孔精度要求一般，可采用沖孔。（5） 彎曲工藝性：該零件包含兩個彎曲部位，彎角可以彎一次。綜合以上分析，零件主要沖壓工序的工藝性良好。2 沖壓方案的確定2.1 模具結(jié)構(gòu)形式的選擇 由于該零件屬于大批量生產(chǎn)所以選擇級進(jìn)模沖制。2.2 工藝方案確定 圖中零件所需基本工序?yàn)闆_孔、彎曲、落料，故可制定方案：方案一：沖孔10沖孔5彎曲落料方案二：沖孔10彎曲沖孔5落料分析：方案一有設(shè)計圖知兩5孔工序基準(zhǔn)為10孔軸線，且呈對稱分布。先沖孔后彎曲不能保證位置精度要求。方案二可保證孔的位置精度和形狀精度要求。故選擇方案二。3 工藝計算3.

8、1 排樣方案選擇（1） 提高材料利用率：沖裁間生產(chǎn)批量大，生產(chǎn)效率高，材料費(fèi)用一般會占總成本的60%以上，所以材料利用率是衡量排樣經(jīng)濟(jì)性的一項(xiàng)重要指標(biāo)。在不影響零件性能的前提下，應(yīng)合理設(shè)計零件外形及排樣，提高材料利用率。（2） 改善操作性：沖裁件排樣應(yīng)使工人操作方便、安全、勞動強(qiáng)度低。一般來說，在沖裁生產(chǎn)時，應(yīng)盡量減少條料的翻動次數(shù)，在材料利用率相同或相近時，應(yīng)選用調(diào)料寬度及步距小的排樣方式。（3） 使模具結(jié)構(gòu)簡單合理，使用壽命高。（4） 保證沖裁件質(zhì)量。3.1.1 排樣方案設(shè)計 圖3.1 方案一圖3.2方案二3.1.2搭邊、條料寬度及送進(jìn)步距的確定 (1)搭邊 由表查的a=2mm，a1=1.

9、8mm，但由于沖裁工藝設(shè)計要求應(yīng)盡量避免沖裁件上過長的 懸臂與窄槽，應(yīng)取a1.5t，所以取a1=2.25mm。 (2)條料寬度由于零件要求精度一般，所以條料在送進(jìn)方向上的送進(jìn)步距控制選用單側(cè)刃。 （3-1）方案一 方案二3.1.3方案分析及選擇 經(jīng)濟(jì)利用率 （3-2）方案一：方案二：方案一要求條料的寬度小，模具寬度也小，模具長度長，采用這種方案不便于彎曲加工；方案二雖然模具寬度增加但長度會縮短，便于彎曲，而且送進(jìn)步距，有利于提高生產(chǎn)率經(jīng)濟(jì)利用率高。綜合考慮應(yīng)選擇方案二。并由此確定導(dǎo)料板間距3.1.4工位順序安排圖3.3 工位順序安排如下： 第一工位：切槽 第二工位：沖孔10 第三工位：空工位

10、第四工位：彎曲 第五工位：沖孔5 第六工位：落料3.2沖壓力計算及壓力機(jī)選擇3.2.1 沖壓力計算 計算沖裁力的目的是為了合理選用沖壓設(shè)備、設(shè)計模具和檢驗(yàn)?zāi)＞叩膹?qiáng)度。壓力機(jī)的噸位必須大于所計算的沖裁力，以適應(yīng)沖裁的需求。平刃沖裁模，其沖裁力按下式計算： (3-3)式中，材料抗剪強(qiáng)度，當(dāng)查不到材料抗剪強(qiáng)度時，可用抗拉強(qiáng)度代替，MPa；L沖裁周邊總長，mm；t材料厚度，mm；KP安全系數(shù)，一般取1.3，當(dāng)式中抗剪強(qiáng)度用抗拉強(qiáng)度代替時，取Kp=1。卸料力： FQ =KFP (3-4)推料力： FQ1=nK1FP (3-5)式中，F(xiàn)P沖裁力，N；K卸料力系數(shù)，其值為0.02-0.06（薄料取大值，厚料

11、取小值）；K1推料力系數(shù)，其值為0.03-0.07（薄料取大值，厚料取小值）；n梗塞在凹模內(nèi)的制件或廢料數(shù)量，n=h/t，h為直刃口部位的高，mm；t為材料厚度，mm。選擇凹模洞口類型為直筒式刃口凹模且h=4mm，則n=h/t=2.67。K取0.04，K1取0.05，b取410MPa。沖裁力計算如下：側(cè)刃 L=33.6mm FP刃 =1 ×1.5×33.6×410=20664N FQ刃 =0.04×20664=826.56N FQ1刃 =2.67×0.05×20664=2758.6N工位切槽L=237.485mm FP =1×

12、;1.5×237.485×410=146053.28N FQ =0.04×146053.28=5842.13N FQ1 =2.67×0.05×146053.28=19498.11N工位 沖孔10 L=31.4mm FP = 1×1.5×31.4×410=19311N FQ =0.04×19311=772.44N FQ1 =2.67×0.05×19311=2578N工位 空位工位 沖孔5 L=31.4mmFP =1×1.5×31.4×410=19311NFQ

13、 =0.04×19311=772.44NFQ1 =2.67×0.05×19311=2578N工位 落料L=44mm FP =1×1.5×44×410=27060N FQ =0.04×27060=1082.4N FQ1 =2.67×0.05×27060=3612.51N工位 彎曲U形彎曲件彎曲力 （3-6）壓料力 FQ=(0.30.8) F自 （3-7）式中，F(xiàn)自沖壓行程結(jié)束時的自由彎曲力，N；k安全系數(shù)，一般取1.3；b彎曲件的寬度，mm；t材料厚度，mm；r彎曲件的內(nèi)彎曲半徑，mm；材料的強(qiáng)度極限，MP

14、a。F自=（0.7×1.3×30×1.52×410）/(1.5+1.5)=8394.75NFQ=0.5F自=4197.38N3.2.2壓力機(jī)的選擇 采用彈壓卸料裝置和下出件的模具：Fp總=Fp+FQ+FQ1 （3-8）Fp總=285312.6N=286kN沖裁時，壓力機(jī)的公稱壓力必須大于或等于沖裁時各工藝力的總和Fp總。查表得壓力機(jī)型號為JG23-40。3.2.3壓力中心的計算 為了確保壓力機(jī)和模具正常工作，應(yīng)使沖模的壓力中心與壓力機(jī)滑塊的中心相重合。形狀復(fù)雜的零件、多凸模的壓力中心應(yīng)用解析法計算，其計算依據(jù)是：各分力 對某坐標(biāo)軸的力矩之代數(shù)和等于諸力的

15、合力對該坐標(biāo)軸的力矩求出合力作用點(diǎn)的位置即為所求模具的壓力中心。圖3.4工位坐標(biāo)表3-2側(cè)刃工位工位工位工位工位工位x/mm97.0548.3753225-32.25-64.5-81.75y/mm58.02700000Fp/N20664146053.28193118394.751931127060采用解析法計算壓力中心（3-9）（3-10）由上式計算得x0=24.77y 0=4.983.3凸凹模刃口尺寸計算 凸模與凹模分別加工計算模具刃口尺寸沖孔凸模尺寸 （3-11）沖孔凹模尺寸 （3-12）在同一工步中沖出制件兩個以上孔時，凹模孔中心距 （3-13）式中，dd沖孔凹模基本尺寸，mm；dp沖孔

16、凸莫基本尺寸，mm；dmin沖孔件最小極限尺寸，mm；Ld同一工步中凹?？拙嗷境叽?，mm；Lmin制件孔距最小極限尺寸，mm；制件公差，mm；2cmin凸模、凹模最小初始雙面間隙，mm；p凸模下偏差，可按IT6選用，mm；d凹模上偏差，可按IT7選用，mm；x系數(shù)。 該零件屬于無要求的一般沖裁件。10孔和2×5孔由沖孔獲得，查表得2cmin=0.132mm, 2cmax=0.24mm。10與5均為IT14，取x=0.5,工位：沖孔（10±0.18），查表得IT6=0.009mm，IT7=0.0015mm。 校核：|p|+|d|2cmax2cmin 0.009+0.0150

17、.24-0.132 0.0240.108（滿足間隙公差條件）工位：沖孔（5±0.015），查表得IT6=0.008mm，IT7=0.012mm。 校核：|p|+|d|2cmax2cmin 0.009+0.0120.24-0.132 0.020.108（滿足間隙公差條件）孔距尺寸（36±0.31） 工位：彎曲件標(biāo)注外形尺寸(25±0.5)查得IT6=0.013，IT7=0.021彎曲件為對稱偏差時，凹模尺寸： （3-14）凸模尺寸： （3-15）彎曲凸凹模單面間隙 c=t+nt ( 3-16 )式中t材料厚度，mm；n間隙系數(shù)，查表取0.05；則 c=1.5+0.5 1.5=1.575 凸模和凹模配制加工計算刃口尺寸 沖孔件凸模磨損后變大的尺寸 (3-17)凸模磨損后變小的尺寸 (3-18)凸模磨損后不變的尺寸