鉸鏈底座沖壓工藝與模具設(shè)計

濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計PAGE34-1前言沖壓是靠壓力機(jī)和模具對板材、管材和型材等施加外力，使之產(chǎn)生塑性變形或分離，從而獲得所需形狀和尺寸的工件的成形加工方法。沖壓的坯料主要是熱軋和冷軋的鋼板和鋼帶。冷沖壓工藝大致可區(qū)分為分離工序和成形工序兩大類。五金件中鉸鏈占據(jù)重要位置。鉸鏈的質(zhì)量好壞直接關(guān)系到家具、門的使用。本設(shè)計所做的鉸鏈主要用于家具，屬于大批量生產(chǎn)件，要求精度不高。家具鉸鏈根據(jù)安裝組合的不同分為直插式和自卸式，此鉸鏈底座為自卸式鉸鏈底座。利用沖壓加工鉸鏈底座能夠得到較高精度的鉸鏈，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，模具技術(shù)得到了很大的發(fā)展，尤其是進(jìn)入21世紀(jì)以來，各種特種加工技術(shù)應(yīng)用到模具加工上，使模具的加工更加方便，精度變的更高?？紤]到經(jīng)濟(jì)以及工人的勞動強度等因素，設(shè)計的模具結(jié)構(gòu)要簡單，有利于裝夾和加工。本設(shè)計采樣大量的標(biāo)準(zhǔn)件和通用件，提高互換性，提高模具的生產(chǎn)周期，降低成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。本設(shè)計盡量采用現(xiàn)代加工方法、特種加工和計算機(jī)技術(shù)，以適應(yīng)時代的發(fā)展和要求。本人雖然查閱了大量的相關(guān)資料，但是肯定還會不少缺陷，望老師不吝賜教。1.1研究現(xiàn)狀本設(shè)計為鉸鏈底座的設(shè)計，鉸鏈底座為冷沖壓件，冷沖壓件一般不再經(jīng)切削加工或者僅需要少量的切削加工。熱沖壓件精度和表面狀態(tài)低于冷沖壓件，但是沖壓件容易出現(xiàn)一些缺陷，起皺和拉裂就是主要問題之一，可以利用有限元分析減少缺陷。改革開放以來，隨著國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，市場對模具的需求量不斷增長。近年來，模具工業(yè)一直以15%左右的速度快速發(fā)展和擴(kuò)張，模具工業(yè)企業(yè)的所有制成分也發(fā)生了空前的變化，除了國有專業(yè)的模具廠外，集體、合資和私營等性質(zhì)的所有制成分也得到了快速發(fā)展。近些年來許多模具企業(yè)加大了用于技術(shù)進(jìn)步的投資，將技術(shù)進(jìn)步視為企業(yè)發(fā)展的重要動力和源泉。大多數(shù)國內(nèi)模具企業(yè)已普及了二維CAD，并陸續(xù)開始使用UG、Pro/Engineer、I-DEAS、Euclid-IS等國際通用軟件，個別廠家還引進(jìn)了Moldflow、C-Flow、DYNAFORM、Optris和MAGMASOFT等CAE軟件，并成功應(yīng)用于沖壓模的設(shè)計中。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)展重點主要表現(xiàn)在：（1）汽車覆蓋件模具；（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）其他高技術(shù)含量的模具。在國外，沖壓的機(jī)械化、自動化程度已經(jīng)非常高。美國680多條沖壓線中有70%為多工位的壓力機(jī)，日本國內(nèi)250多條生產(chǎn)線有32%為多工位的壓力機(jī)。近年來,英、美等國在沖壓生產(chǎn)中不斷擴(kuò)大工業(yè)機(jī)器人的使用數(shù)目,進(jìn)一步提高了單機(jī)和沖壓生產(chǎn)線的自動化程度和效率，與配有自動送料的生產(chǎn)方式相比,也更具適應(yīng)性。據(jù)英國機(jī)器人協(xié)會統(tǒng)計,到2000年底為止,主要資本主義國家擁有的工業(yè)機(jī)器人臺數(shù)為:日本13000臺、美國6250臺、西德3500臺、瑞典1300臺、英國1152臺。其中,沖壓機(jī)器人尚屬少數(shù),如英國僅27臺、西德70臺等。五金沖壓就是利用沖床及模具將鐵、鋁、銅等板材及異性材使其變形或斷裂，達(dá)到具有一定形狀和尺寸的一種工藝。沖壓工具可以在允許的范圍內(nèi)調(diào)整，呈現(xiàn)一個更加均勻材料的變形，并導(dǎo)致更高的品質(zhì)零部件的生產(chǎn)。鉸鏈底座屬于五金件，五金沖壓有時也稱為板材成形,但是又略有不同。板材成型是指利用用板材、薄壁管、薄型材等作為原材料進(jìn)行。利用塑性加工的成形方法統(tǒng)稱為板材成形，此時厚板方向的變形一般不著重考慮。五金件在生活中得到了大量的應(yīng)用，模具的發(fā)展促使五金件的質(zhì)量和結(jié)構(gòu)更快的發(fā)展，從而促使家具、門等生活用品的質(zhì)量和機(jī)構(gòu)更快的發(fā)展。1.2設(shè)計的目的和意義隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，沖壓及模具技術(shù)也在不斷革新與發(fā)展，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：1)工藝分析計算方法現(xiàn)代化；2)模具設(shè)計制造現(xiàn)代化；3)冷沖壓生產(chǎn)機(jī)械化與自動化；4）發(fā)展新的成型工藝；5）不斷改進(jìn)板料的沖壓性能。鉸鏈的沖壓工藝及模具設(shè)計也在不斷革新與發(fā)展，鉸鏈廣泛的應(yīng)用促使其工藝不斷優(yōu)化以達(dá)到大批量生產(chǎn)和降低成本的目的。沖壓件的工藝是否合理，對沖壓件的質(zhì)量、模具壽命和生產(chǎn)率有很大影響。鉸鏈底座沖壓工藝及模具設(shè)計的目的和意義是通過對鉸鏈底座測繪，分析零件的沖壓工藝性，設(shè)計最優(yōu)的工藝方案。使之不僅達(dá)到產(chǎn)品的使用要求，同時也能夠用最簡單、最經(jīng)濟(jì)和最快的方法生產(chǎn)出來。

2工藝方案的確定2.1工藝分析首先查閱關(guān)于鉸鏈底座沖壓工藝及模具設(shè)計的相關(guān)資料。包括書籍、期刊、論文、設(shè)計手冊和設(shè)備技術(shù)參數(shù)等。通過查閱資料，對沖壓行業(yè)及國內(nèi)外的現(xiàn)狀和未來發(fā)展方向、研究水平有了一定的了解；對鉸鏈底座的沖壓工藝和模具的設(shè)計有了一個初步的構(gòu)思。沖裁件的工藝性，是指沖裁件對沖壓工藝的適應(yīng)性，即沖裁件的結(jié)構(gòu)、形狀、尺寸及公差技術(shù)要求是否符合沖裁加工的工藝要求。沖裁件的工藝性是否合理，對沖裁件的質(zhì)量、模具壽命和生產(chǎn)率有很大的影響。工件要有一個好的工藝性必須滿足以下幾點：(1)對于沖裁件的形狀要盡可能的簡單、對稱、排樣的廢料要少；而對于拉深件來說，要盡量避免非常復(fù)雜的和非對稱的拉深，同時盡量減少其高度，使其可能用一次或兩次拉深工序來成。（2）沖裁件的外形或內(nèi)孔交角處，拉深件的底與壁、凸緣與壁、盒形件的四壁間都應(yīng)采用圓角過渡，避免產(chǎn)生清角。(3)沖裁件要盡可能避免產(chǎn)生過長的懸臂與狹槽，孔的孔徑不能太小。(4)設(shè)計拉深件時，應(yīng)明確表明是必須保證件的外形還是內(nèi)形，不能同時標(biāo)注內(nèi)外形尺寸。制定鉸鏈的沖壓工藝方案時，應(yīng)該考慮兩個重要原則：（1）確保模具的使用壽命確定適宜的預(yù)備形狀，經(jīng)濟(jì)合理的加工方法，工序數(shù)目和加工程序，確保模具的使用壽命和滿足生產(chǎn)要求。（2）確保產(chǎn)品質(zhì)量要求確定最理想的變形條件，以獲得滿足力學(xué)性能的要求，高質(zhì)量、高精度的沖壓件。2.2模具設(shè)計步驟鉸鏈底座的沖壓模具設(shè)計過程大體包括：（1）毛坯形狀及尺寸的確定；（2）拉深次數(shù)的確定；（3）工藝方案的確定；（4）裝配圖及零件圖的繪制；（5）標(biāo)注有關(guān)尺寸并確定技術(shù)要求；（6）零件校核。3工藝方案的確定根據(jù)產(chǎn)品樣件進(jìn)行測繪，設(shè)計符合國家標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品的零件圖之后，可對零件的沖壓工藝進(jìn)行分析。（1）樣件的圖片及三維造型如圖1，零件圖如圖2。AB圖1A樣件照片B三維造型圖2樣件零件圖該零件壁厚不厚，且精度要求不高，主要用于家具門的連接，強度要求不高，主要保證外表面的質(zhì)量。根據(jù)以上的分析計算，進(jìn)一步確定該零件的沖壓加工需包括以下基本工序：落料、首次拉深、二次拉深、沖方形孔、沖兩錐形孔、沖側(cè)邊四個小孔、沖前側(cè)孔、切邊、翻邊（淺拉深）。根據(jù)這些基本工序，擬出最佳工藝方案：落料和首次拉深復(fù)合，其余按基本工序。材料選擇為Q235鋼帶。其加工過程如圖6所示，圖3加工工序圖確定工藝方案后，然后進(jìn)行各道工序模具的設(shè)計，模具材料的選擇，沖壓設(shè)備的選擇等4落料拉深復(fù)合模具設(shè)計在一套模具中，若能一次完成沖孔、落料、拉深、彎曲等工序中的兩個或者多個工序，這樣的模具成為復(fù)合模具。復(fù)合模的特點主要有：1）生產(chǎn)效率高。因為在一套模具中能完成多道工序，所以能夠大大減少沖壓設(shè)備的占用，減少操作人員數(shù)量，減少周轉(zhuǎn)時間，從而提高生產(chǎn)效率。2）提高沖壓件的質(zhì)量。在復(fù)合模具中幾道工序是在同一個工位上完成，不用再次定位，可以減少重復(fù)定位的誤差，從而保證沖壓件的位置精度，提高沖壓件的質(zhì)量。3）對模具的制造要求高。復(fù)合模具的結(jié)構(gòu)比簡單模具的結(jié)構(gòu)要復(fù)雜，要求模具制造要有較高的精度，制造周期相對較長，因此模具成本顯著提高。4.1毛坯尺寸和形狀的確定由于該零件的拉深形狀為不規(guī)則的形狀（如圖4），為了方便計算毛坯，將其看作等長等寬的長方形（即盒形件，如圖5）進(jìn)行毛坯的計算。由于變形區(qū)的周邊上應(yīng)力應(yīng)變分布不均勻，再者零件的幾何參數(shù)、材料性能、模具結(jié)構(gòu)等因素對這種不均勻變形的影響極其復(fù)雜，因此不能精確計算出毛坯的形狀和尺寸，只能對不同的幾何參數(shù)范圍給出相應(yīng)的較為合理的毛坯形狀。圖4拉深不規(guī)則形狀圖5拉深形狀確定毛坯尺寸的原則是變形前后毛坯的面積等于零件的表面積。但是毛坯的形狀必須保證材料在整個周邊上的分布符合于零件周邊每個點上都形成等高側(cè)壁的需要。根據(jù)零件特殊的形狀分析：零件長度方向上的最大凸緣長度為4.4mm,而寬度上有錐形孔的存在的部分凸緣大一些，沒有的部分凸緣小一些?？紤]到此特征，為節(jié)約材料，計算毛坯以長度方向上的最大凸緣為基準(zhǔn)來計算。經(jīng)計算得毛坯如圖6所示。圖6毛坯形狀其中毛坯圓角R=4.7mm。4.2拉深次數(shù)的確定盒形件的高度H和寬度B的比值稱為相對高度，H/B＜0.5時是低矩形件，H/B＞0.5時是高矩形件。低矩形件只需要一次拉深，而高矩形件要多次拉深。由于該拉深件的最小寬度B=16.3mm，拉深的深度為H=12.4mm。H/B=0.849＞0.5，所以為髙矩拉深。根據(jù)第一次拉深因數(shù)來判斷拉深次數(shù)。m=r/R(1)式（1）中：r為工件圓角半徑，R為毛坯圓角的假想半徑。則m=r/R=3/8.81=0.34；而r/B=3/16.3=0.21。由參考文獻(xiàn)得，m=0.36，因為m<m故不能一次拉深出來，需要多次拉深。拉深因數(shù)也可以用拉深高度h與圓角半徑r表示：m=1/(2)若取m=0.4，則用式（2）計算拉深高度h,得h=9.37mm如果取第一次的拉深深度為h=8.6mm；而工件的總高度為12.4mm，則第二次拉深的高度為3.8mm。m=1/=1/=0.59根據(jù)r/B=0.21，由參考文獻(xiàn)得m=0.54<0.59,因此可以進(jìn)行兩次拉深完成。4.3排樣沖壓過程產(chǎn)生的廢料包括兩個方面：工藝廢料：包括搭邊、料頭和料尾。損失在搭邊方面的廢料一般約占8%至10%；沖裁過程中出現(xiàn)的料頭和料尾在條料上不夠一個整個沖件的條料約占0.5%至10%；設(shè)計廢料:由于零件的結(jié)構(gòu)形狀特點所造成的廢料損失。其中約有6%損失在不合理的幾何形狀方面；而損失在不能利用的廢料上（如沖孔）約占20%。（一）排樣方法1如圖7所示，選擇板厚為0.8mm，寬為65mm的Q235的帶，搭邊值a=2mm圖7排樣方法1利用率的計算：η=×100%（3）=×100%式中η——材料利用率，F(xiàn)——沖件的有用面積，F(xiàn)——材料的總面積，F(xiàn)——沖裁該件時所產(chǎn)生的廢料的面積F=6370mmF=4338.9mmη=×100%=68.11%（二）排樣方法2如圖8所示選擇板厚0.8mm,寬度為100mm的鋼帶，搭邊值a=2mm。圖8排樣方法2利用率的計算：F=9800mmF=8677.8mm代入公式（3）得η=×100%=×100%=88.5%（三）排樣方法3如圖9所示選擇厚為0.8mm，寬為100mm的鋼帶,搭邊a=2mm。圖9排樣方法3利用率的計算：F=6230mmF=4338.9mm代入公式（3）得：η=69.65%綜上，本零件的原料為Q235的鋼帶，所以采用自動送料裝置，故送料方向最好只有一個。再考慮到利用率等因素，所以選擇排樣方法3。4.4模具結(jié)構(gòu)形式的選定在工藝分析中已經(jīng)選擇了模具的類型：落料拉深復(fù)合模、二次拉深模、沖方形孔模、沖兩錐形孔模、沖側(cè)面四個小孔模、切邊模和翻邊（淺拉深）模。工藝方案確定以后，模具結(jié)構(gòu)形式的選定也是一項相當(dāng)關(guān)鍵的內(nèi)容。它直接關(guān)系到?jīng)_壓過程的生產(chǎn)效率、沖件的生產(chǎn)成本、沖件的質(zhì)量和尺寸精度以及模具的壽命高低。本次的沖件厚度為0.88mm，大批量生產(chǎn)且沖裁力不大，故對模具工作零件、定位零件、卸料及壓料零件導(dǎo)向零件等可以按照一般的模具設(shè)計進(jìn)行選定。4.4.1凹凸模配置位置復(fù)合模根據(jù)凹凸模的配置位置不同，可以分為倒裝式和順裝式，凹凸模在下的為倒裝式，反之為順裝式。本設(shè)計選用倒裝式，倒裝可以使大部分質(zhì)量集中到下部，重心下降。工件卡在凸凹模上，利用推件桿推出。在上模上安裝卸料板，保證帶料能夠順利脫離上模。這樣裝置操作方便安全，而且可以保證較高的生產(chǎn)率。4.5模具的具體設(shè)計4.5.1沖裁的壓力中心沖裁模的壓力中心就是沖裁力合力的作用點。沖壓時模具的壓力中心一定要與沖床滑塊的中心重合。否則滑塊就會受到偏心載荷，使模具傾斜，間隙不均，從而導(dǎo)致沖床滑塊與導(dǎo)軌以及模具的不正常磨損，降低沖床和模具的壽命。建立如圖10所示的坐標(biāo)：圖10毛坯坐標(biāo)由于毛坯關(guān)于y軸對稱，故壓力中心一定在y軸上，即x=0。沖裁模壓力中心的計算公式為：y=s1y1+sS1=96mm,S2=S6=33.7mm,S3=S5=21.4mm,S4=83.57mmY1=0mm,Y2=Y6=16.85mm,Y3=Y5=33.7mm,Y5=26.6mm代入公式（4）得：y=19.35mm所以壓力中心坐標(biāo)為(0,19.35)4.5.2凸、凹模間隙落料時的沖裁間隙的大小對斷面的質(zhì)量、沖裁力、模具壽命等的影響很大，所以沖裁間隙是沖裁模具設(shè)計中的一個重要工藝參數(shù)。由文獻(xiàn)[14]查的Zmin=0.07mm,Zmax拉深凸凹模間隙同樣影響著拉深件的質(zhì)量，拉深確定間隙的原則是：既要考慮板料公差的影響，又要考慮毛坯口部增厚的現(xiàn)象，故間隙一般應(yīng)比毛坯厚度略大些。由文獻(xiàn)[14]查的首次拉深的間隙為：Z=1.92mm4.5.3凸、凹模工作部分尺寸和公差對于復(fù)合模具來說，工作部分包括凸凹模、凹模和凸模三個部分，本模具為落料拉深復(fù)合模具所以應(yīng)分別確定工作部分的工作尺寸。（一）落料部分的工作部分的尺寸計算按工件成形后的精度為IT10級來計算，由于落料為不規(guī)則形狀，故計算時將分為圓弧部分和矩形部分。1）圓弧部分落料以凹模為準(zhǔn)，凸、凹模的制造公差應(yīng)滿足：δ凸+δ凹≤Z式中δ凸δ凹查文獻(xiàn)[14]表3-11得：δ凸=0.01mm,δ則工件尺寸為D-?D凹D凸=（D凹-Z其中，x=0.5，?=0.07mm，Zmin=0.07mm，δ凸=0.01mm,代入公式（6）得：D凹D凸2）矩形部分a長度方向，工件尺寸為96-0.070mm，則利用公式（L凹=95.965b寬度方向，工件尺寸為33.7-0.070mm，利用公式（L凹=4.5.5力的計算沖裁力是選擇沖壓設(shè)備噸位和檢驗?zāi)＞邚姸鹊囊粋€重要的依據(jù)。平刃口凸模沖裁力的計算公式為：P=kLtτ（7）式中P——沖裁力（N）L——沖件的周邊長度（mm）t——板料厚度（mm）τ——材料的抗沖裁強度（MPa）k——修正系數(shù)。1)落料(1)沖裁力k=1.3L=248.07mmt=0.8mmτ=320MPa代入公式（7）得：P=63.5KN(2)卸料力F卸=K卸P=0.06(3)推件力F推=nK推P=0.052)拉深此拉深部分為不規(guī)則形狀，近似看作矩形盒狀的拉深，拉深力的近似計算公式為：P=(2A+2B-1.72r)tσbK(8A=32.5mm,B=26.4mm,t=0.8mm,σ代入公式(6)得：P=7.88KN則F總4.5.6壓力機(jī)的選用和模具閉合高度的確定沖壓設(shè)備的選擇是沖壓工藝過程設(shè)計的一項重要內(nèi)容。它直接關(guān)系到設(shè)備的安全和合理的使用，同時也關(guān)系到?jīng)_壓工藝過程能否順利的完成以及模具的壽命、產(chǎn)品的質(zhì)量、生產(chǎn)的效率、成本的高低等一系列重要問題。鉸鏈底座為小型沖壓件，但是要大批量生產(chǎn)，形狀較復(fù)雜。常用的沖壓設(shè)備有單柱固定臺壓力機(jī)（J11）、開式雙柱可傾式壓力機(jī)（J23）、閉式單點壓力機(jī)（J31），以及多工位自動壓力機(jī)、萬能液壓機(jī)、摩擦壓力機(jī)等。各工序所需總力為F總=78.365KN，所選壓力機(jī)的公稱壓力應(yīng)在所需壓力的1.3倍以上。F公稱=1.3F總=1.3由此選擇JA31-160B型壓力機(jī)。沖模的閉合高度h模h查文獻(xiàn)[14]得：hmax=205mm則

150mm≤所以選擇h模4.5.7凹模設(shè)計（1）凹模外形尺寸的確定a.按經(jīng)驗公式計算凹模的高度：h=kb公式中k——系數(shù)，查的k=0.5b——最大尺寸，b=60.3mm則h=30.15mm圓整取h=30mm。4.5.8拉深凸模設(shè)計根據(jù)加工的零件確定凸模的結(jié)構(gòu)形式。凸模的長度根據(jù)加工零件初步確定凸模長度l=73mm，材料為Cr12MoV。（2）強度校核沖裁時凸模因承受了全部的壓力，所以承受了相當(dāng)大的壓應(yīng)力，在一般情況下，凸模的強度是足夠的，但是在凸模特別細(xì)長或者凸模的截面尺寸很小時，就必須校核，包括凸模最小截面的承受能力和抗縱向彎曲能力的校核。a.凸模承受能力的校核對凸模最小斷面上的承受能力進(jìn)行校核時，必須使沖裁力P小于或等于危險斷面所允許的最大壓力。即σ=PAmin≤[σ其中P=7.88KN，Amin=753.02mm2，查的材料Cr12MoV的[σ代入公式(7)得：σ=0.01×103Mpa合格b.失穩(wěn)彎曲應(yīng)力的校核由于凸模沒有導(dǎo)向裝置，其應(yīng)力情況近似于一端固定、另一端自由的壓桿。這時凸模不發(fā)生失穩(wěn)的最大沖裁力P可以用歐拉極限力公式確定。經(jīng)運算，其凸模的自由長度l為：l≤π2EJ4nP其中l(wèi)——凸模的自由長度（mm）;E——彈性模量，對于工具鋼，其值為2.15~2.2×10J——凸模斷面的軸慣性矩（mm4）n——安全系數(shù)，對于淬火鋼，n=2~3;未淬火鋼，n=4~5;P——沖裁力（ N）。其中P=7.88KN,E=2.2×105MPa,J=3.47代入公式（10）中得：l≤250mm凸模的實際長度為73mm,小于250mm。合格4.5.9凸凹模設(shè)計在落料拉深復(fù)合模具中，復(fù)合模具很重要。它既關(guān)系到落料的質(zhì)量又關(guān)系到拉深的質(zhì)量。主要根據(jù)落料凹模和拉深凸模設(shè)計。其工作部分尺寸即是落料凸模尺寸和拉深凹模尺寸。4.5.10推件及壓邊裝置設(shè)計本套復(fù)合模具采用倒裝式，拉深件容易卡在凸凹模內(nèi)，故設(shè)計推件桿將加工件從凸凹模內(nèi)推出。推件桿為剛性的，剛性推件裝置的推理較大、工作可靠。本模具采用彈性壓邊圈，彈性壓邊圈有兩種形式：彈簧和聚氨酯橡膠。后者能夠承受較大載荷，接觸面積大，考慮到模具的閉合高度，采用聚氨酯橡膠的串聯(lián)形式。4.5.11卸料裝置設(shè)計本模具在沖壓完成后，帶料會卡在凸凹模上面，本套模具采用彈簧卸料裝置，彈簧能產(chǎn)生較大的力，而且卸料板起到承料的作用。（1）卸料板彈壓卸料板不僅起到卸料的作用，同時還起到壓料的作用。卸料板與凸模的間隙大小以不致使沖件或者廢料被拉進(jìn)間隙為準(zhǔn)。對于彈壓卸料板，卸料孔每側(cè)的的間隙c=0.1~0.2t,t為沖壓件的厚度，此處t=0.8mm。則c=0.08~0.16mm。取c=0.16mm。此套模具凸凹模為不規(guī)則形狀，卸料孔的尺寸為凸凹模基礎(chǔ)上加上0.16mm。根據(jù)文獻(xiàn)[14]選擇卸料彈簧的材料為60Si2Mn，規(guī)格為：壓簧4×20×304.5.12導(dǎo)向零件設(shè)計導(dǎo)向零件用于提高模具的精度、減少沖床對模具精度的不良影響，同時還可以節(jié)約模具的調(diào)整時間，以及提高重建的精度及模具壽命。鉸鏈底座的厚度為t=0.8mm,不是很厚。精度要求較高，故采用四導(dǎo)柱高精度模架。4.5.13定位裝置設(shè)計模具的定位零件是用以保證在沖壓加工過程中材料和毛坯的正確送進(jìn)及正確地將工件安放到模具上，已完成下一步的沖壓工序。本套模具主要有擋料銷和定位銷。擋料銷用于限定條料的搭邊和左右的位移，擋料銷固定在凹模上面，使帶料只沿著進(jìn)給方向送進(jìn)。定位銷主要控制帶料的送進(jìn)距離?？傃b配如圖11圖11落料拉深復(fù)合模1，起重軸銷2，上模座3，導(dǎo)套4，導(dǎo)柱5，凹模6，內(nèi)六角螺釘7，彈性體8，凸模固定板9，凸模10，內(nèi)六角螺釘11，內(nèi)六角螺釘12，間隔盤13，壓邊圈14，卸料板15，凸凹模16，彈簧17，下模墊板18，下模座19，銷20，推件桿21，內(nèi)六角螺釘22，擋料銷23，內(nèi)六角螺釘4.5.14材料選擇模具零件材料的選擇對模具的壽命及沖壓件的質(zhì)量影響都非常大。對于材料的選用，應(yīng)根據(jù)不同的使用要求，考慮其經(jīng)濟(jì)性。并充分利用材料的特性，選擇相應(yīng)的模具材料。由《沖壓工藝與模具設(shè)計實用技術(shù)》表2-105及表2-106選擇材料如下：1）凹模、凸模、凹凸模均采用Cr12MoV；2）導(dǎo)柱、導(dǎo)套采用20鋼；3）起重軸銷、卸料板、壓邊圈采用Q235鋼；4）螺釘、定位銷、擋料銷、固定板、墊板均采用45鋼；5）上、下模座均采用HT250。綜述：本模具為落料拉深復(fù)合模具，毛坯為Q235的帶料，采用彈性壓邊圈壓邊，利用擋料銷和定位銷定位，保證定位精度。采用四導(dǎo)柱模架，且導(dǎo)柱導(dǎo)套要精磨。卸料板既能夠起到卸料作用，又能起到承料的作用。整套模具能夠順利完成此工序的工作，并且能夠得到復(fù)合條件的成形件。

5二次拉深模具設(shè)計由工藝分析知，此零件需要進(jìn)行兩次拉深才能完成。此模具主要根據(jù)第一套模具進(jìn)行設(shè)計，其中上、下模座和導(dǎo)柱、導(dǎo)套以及部分零件采用第一套的零件，這樣能夠提高互換性，并且在維修方面較容易，節(jié)約成本。5.1設(shè)計要點此套模具為二次拉深模具，所以除了應(yīng)考慮到與其他模具一樣的設(shè)計方法和步驟外，還需要考慮以下特點：（1）拉深工藝的計算要有較高的準(zhǔn)確性，從而拉深凸模長度的確定必須滿足工件拉深高度的要求，且在拉深凸模上必須有一定尺寸的通氣孔。（2）二次拉深的凸模較長，選用凸模材料時須考慮熱處理時的彎曲變形。同時凸模在板上的定位、緊固的可靠性。（3）壓邊圈與毛坯接觸的一面要平整。（4）對于形狀復(fù)雜或多次拉深的拉深件,一般很難確切計算出坯件形狀和尺寸,往往經(jīng)拉深后,才能設(shè)計和制造拉深模件。5.2凸模設(shè)計初選凸模的長度為77mm，凸模的斷面與第一套相同，由公式（9）（10）得此凸模的強度合格。5.3力的計算1）拉深力二次拉深仍然是不規(guī)則形狀的拉深，近似看作矩形盒狀的拉深。拉深力根據(jù)公式（6）得：P=7.88KN2）壓邊力壓邊力的大小對拉深件的質(zhì)量有一定的影響：如果壓邊力太小，則在沖件仍然會出現(xiàn)起皺。而當(dāng)壓邊力增大時，在壓邊圈與板料之間的摩擦力增大，側(cè)壁會出現(xiàn)變薄現(xiàn)象，甚至拉裂。由于此加工件為不規(guī)則形狀，則：FQ=APP其中AP——壓邊圈下的毛坯的投影面積（mm2P——單位壓邊力（MPa）。查文獻(xiàn)[14]表5-29得：P=3.0MPaAP=1.77代入公式（11）得：FQ5.4壓力機(jī)的選擇壓力機(jī)的公稱壓力應(yīng)大于1.3倍的總壓力，即F>1.3（P+FQ代入數(shù)據(jù)得：F>54.4KN另外考慮到此次拉深系數(shù)為0.59，拉深深度為3.8mm，故選擇的壓力機(jī)的型號為JA31—160B。5.5模具閉合高度由第一套模具知所選壓力機(jī)裝模高度最大值為205mm,設(shè)計的模具的高度應(yīng)小于模具的最大閉合高度，即h確定模具閉合高度為162mm。5.6模具其他零件的設(shè)計此套模具的模架與第一套的模具相同，定位和壓邊以及推件裝置均和第一套相同。其總裝配圖如圖12所示：圖12二次拉深模具1，起重軸銷2，上模座3，導(dǎo)套4，導(dǎo)柱5，彈性體6，凸模固定板7，凸模8，內(nèi)六角螺釘9，內(nèi)六角螺釘10，間隔盤11，壓邊圈12，凹模13，下模墊板14，下模座15，銷16，推件桿17，內(nèi)六角螺釘5.7模具材料選擇此次拉深的高度不大，且拉深件的壁厚不厚，拉深力不大，沖擊較小。選擇的材料如下：1）凹模、凸模均采用Cr12MoV；2）導(dǎo)柱、導(dǎo)套采用20鋼；3）起重軸銷、壓邊圈采用Q235鋼；4）螺釘、定位銷、固定板、墊板均采用45鋼；5）上、下模座均采用HT250。綜述：此套模具是二次拉深模具，毛坯為落料拉深的成形件，凸模為不規(guī)則形狀。具有良好的導(dǎo)向性，嚴(yán)格保證模具零件的各部件的尺寸精度。合理的壓邊力能夠得到較好的表面，利用凹模本身定位，減少定位誤差。

6沖方孔模具設(shè)計6.1力的計算1）沖裁力的計算沖裁力是沖裁的重要數(shù)據(jù)。計算的公式為公式（7）。其中，L=46.4mmk=1.3t=0.8mmτ=320MPa代入公式（7）得：P=11.88KN2）卸料力F卸=K卸P=0.06×11.88=712.8（6.2壓力中心的確定方孔形狀是幾何對稱的，其壓力中心就是其幾何中心。6.3壓力機(jī)選擇及模具閉合高度的確定壓力機(jī)的公稱壓力應(yīng)大于1.3倍的總壓力，即F>1.3（P+F卸代入數(shù)據(jù)得：F>16.371KN所選壓力機(jī)為JA31—160B，閉合高度為162mm。6.4模具的具體設(shè)計6.4.1凸、凹模間隙由文獻(xiàn)[14]表3-17查得Zmin=0.07mm,Z6.4.2凸、凹模工作部分的尺寸及制造公差此為沖孔模具以凸模為準(zhǔn)。查文獻(xiàn)[14]表3-11得：δ凸=0.01mm,δ凹=0.02mm。滿足條件。工件為IT10，在長度方向尺寸為14.60+0.07則d凹=（d凸+Zmin式中d凸、d凹——沖孔凸、凹模尺寸（mm?——工件的制造公差；x——因數(shù)查得x=0.5，?=0.07mm，Zmin=0.07mm，δ凸=0.01mm,所以在長度方向上，L凸=14.635-0.010mm，L凹在寬度方向上，L凸=8.635-0.010mm，L6.4.3凸模設(shè)計初選凸模長度為80mm，材料：Cr12MoV，并采用階梯式增加凸模的強度。將P=11.88KN，Amin=125.56代入公式（9）中得：δ=95MPa<[δc失穩(wěn)彎曲應(yīng)力的校核：P=11.88KN，J=2.23×10代入公式（10）得：l<339.65mm，實際l=80mm，所以凸模合格。6.5模具其他主要零件的設(shè)計本套模具仍然采用第一套的模架，利用承料板和定位銷定位，壓邊、起重仍然使用第一套相同型號的零件，以提高互換性，節(jié)約成本。其裝配圖如圖13所示：圖13沖方孔模具1，起重軸銷2，上模座3，導(dǎo)套4，導(dǎo)柱5，彈性體6，凸模固定板7，凸模8，內(nèi)六角螺釘9，內(nèi)六角螺釘10，間隔盤11，壓邊圈12，凹模13，下模墊板14，下模座15，銷16，推件桿17，內(nèi)六角螺釘18，承料板6.6模具材料的選擇本套模具為工序中沖方孔工序的模具，沖裁力不大?，F(xiàn)選擇材料如下：1）凹模、凸模均采用Cr12MoV；2）導(dǎo)柱、導(dǎo)套采用20鋼；3）起重軸銷、卸料板采用Q235鋼；4）螺釘、定位銷、固定板、墊板、承料板均采用45鋼；5）上、下模座均采用HT250。綜述：當(dāng)壓力機(jī)滑塊下降時，模具閉合，壓邊圈與工件接觸并施加壓邊力。因為工件經(jīng)過拉深工序，需在凹模上添加承料板，并起到定位作用。沖孔廢料通過排料孔排出模具。

7沖錐形孔模具設(shè)計7.1力的計算1）沖裁力此工序需要沖壓兩個錐形孔，沖裁力為兩個力的合力。R= 2.2mm，則L=27.65mmk=1.3t=0.8mmτ=320MPa。代入公式（7）得：P=7.08KN2）卸料力F卸=K卸P=0.06×7.08=0.4248（所以F總=P+F7.2壓力中心的確定本套模具沖壓的為兩個錐形孔，是規(guī)則幾何形狀，且兩個錐形孔對稱，所以壓力中心在兩個錐形孔的圓心連線的中點。7.3壓力機(jī)選擇及模具閉合高度的確定壓力機(jī)的公稱壓力應(yīng)大于1.3倍的總壓力，即F>1.3（P+F卸代入數(shù)據(jù)得：F>9.756KN所選壓力機(jī)為JA31—160B，閉合高度為162mm。7.4模具的具體設(shè)計7.4.1凸、凹模間隙由文獻(xiàn)[14]表3-17查得Zmin=0.07mm,Zmax7.4.2凸、凹模工作部分的尺寸及制造公差此為沖孔模具以凸模為準(zhǔn)，凸、凹模的制造公差應(yīng)滿足：δ凸式中δ凸δ凹查文獻(xiàn)[14]表3-11得：δ凸=0.01mm，δ工件為IT10，則d0=4.40+0.07mm。并查得x=0.5，?=0.07mm，Zmin=0.07mm，代入公式（12）得：d凸=4.435-0.010mm，d凹7.4.3凸模設(shè)計初選凸模長度為69mm，材料：Cr12MoV，并采用階梯式增加凸模的強度。將P=7.08/2=3.54KN，Amin=15.21代入公式（9）中得：δ=232.5MPa<[δc失穩(wěn)彎曲應(yīng)力的校核：P=7.08/2=3.54KN，J=1.4×10代入公式（10）得：l<8.459m，實際l=69mm，所以凸模合格。7.4.4模具其他主要零件的設(shè)計本套模具仍然利用第一套的模架，利用橡膠動力卸料，在橡膠之間用間隔板隔開。凹模上面開槽，使拉深部分能夠放進(jìn)去。其裝配圖如14所示。圖14沖錐形孔模具1，起重軸銷2，上模座3，導(dǎo)套4，導(dǎo)柱5，彈性體6，凸模固定板7，凸模8，內(nèi)六角螺釘9，內(nèi)六角螺釘10，間隔盤11，卸料板12，凹模13，下模墊板14，下模座15，銷16，內(nèi)六角螺釘7.5模具材料的選擇本套模具為工序中沖兩個錐形孔工序的模具，沖裁力不大?，F(xiàn)選擇材料如下：1）凹模、凸模均采用Cr12MoV；2）導(dǎo)柱、導(dǎo)套采用20鋼；3）起重軸銷、卸料板采用Q235鋼；4）螺釘、定位銷、固定板、墊板均采用45鋼；5）上、下模座均采用HT250。綜述，此套模具的特點是沖的孔有一定的錐度，沖頭有兩個。當(dāng)模具閉合時，沖頭同時下降，凹模刃口的上面有一定的錐度的凹槽，在沖孔之前先壓出一定錐度的凹坑，到達(dá)凹模刃口后，開始沖孔，沖孔廢料由廢料口排出，凹模、墊板和下模座上面開有兩個廢料通道。8沖側(cè)邊四個小孔模具設(shè)計由于小孔在側(cè)面，故需要采用斜楔式結(jié)構(gòu)，斜楔結(jié)構(gòu)是按照沖壓加工的需要將壓力機(jī)垂直方向的力轉(zhuǎn)化為水平方向的力。四個小孔同時沖出，需要四個沖頭，再者孔的精度要求不高，所以沖頭不需要非常精確的定位，由于孔很小，以及考慮待加工件的外形特征，此套模具沒有凹模。8.1力的計算1）沖裁力此處為直接用沖頭沖孔，無凹模。沖裁力為四個孔的合力。其中k=1，L總=50.27mm，t=0.8mm，代入公式（7）得：P=12.87KN2）卸料力F卸=K卸P=0.06×12.87=0.7722（所以F總=P+F卸8.2壓力中心的確定小孔為圓孔，幾何形狀對稱，而且沖孔凸模橫向運動，設(shè)左側(cè)兩個兩個孔的圓心連線的中點為A，右側(cè)兩個孔的圓心的連線的中點為B，則壓力中心為A、B連線的中點。8.3壓力機(jī)的選擇及模具閉合高度的確定壓力機(jī)的公稱壓力應(yīng)大于1.3倍的總壓力，即F>1.3（P+F卸代入數(shù)據(jù)得：F>17.735KN所選壓力機(jī)為JA31—160B。由所選壓力機(jī)知裝模高度最大值為205mm,設(shè)計的模具的高度應(yīng)小于模具的最大閉合高度，即h查文獻(xiàn)[14]得：hmax=205mm由于沖側(cè)孔模具的閉合高度應(yīng)盡量小些，所選模具的閉合模具為153mm。8.4模具的具體設(shè)計為了防止沖裁時凸模折斷或壓彎，沖孔的尺寸不能太小。加工件的材料為Q235，t=0.8mm,τ=320MPa<400MPa。由文獻(xiàn)[14]表3-1知：dmin=t，即最小沖孔尺寸為dmin=0.8mm8.4.1凸、凹模間隙由文獻(xiàn)[14]表3-17查得Zmin=0.07mm,Zmax8.4.2凸、凹模工作部分的尺寸及制造公差沖孔模具應(yīng)以凸模為準(zhǔn)，查文獻(xiàn)[14]表3-11得：δ凸=0.01mm，δ凹=0.02mm。滿足公式（工件為IT10，則d0=20+0.07mm。并查得x=0.5，?=0.07mm，Zmin=0.07mm，代入公式（12）得：d凸=2.035-0.010mm，d凹8.4.3凸模設(shè)計初選凸模長度為16mm，材料：Cr12MoV。將P=12.87/4=3.218KN，Amin=3.14代入公式（9）中得：δ=1.024×103MPa<[失穩(wěn)彎曲應(yīng)力的校核：P=3.218KN，J=1.4×10代入公式（10）得：l<28.75mm，實際l=16mm，所以凸模合格。8.4.4模具其他主要零件的設(shè)計本套模具利用側(cè)楔，驅(qū)動楔在上模，工作楔部分在下模?；瑝K通過斜楔作用產(chǎn)生沖裁力，回程通過橡膠。裝配圖如圖15所示：圖15沖側(cè)邊孔模具1，起重軸銷2，上模座3，導(dǎo)套4，導(dǎo)柱5，斜楔固定板6，內(nèi)六角螺釘7，斜楔8，彈性體9，擋板10，主導(dǎo)軌11，滑塊擋板固定板12，滑塊13，墊板14，凸模15，滑塊擋板16，內(nèi)六角螺釘17，內(nèi)六角螺釘18，下模座8.5模具材料的選擇本套模具為沖側(cè)邊四個小孔的模具，利用斜楔結(jié)構(gòu)完成。1）凹模、凸模均采用Cr12MoV；2）導(dǎo)柱、導(dǎo)套采用20鋼；3）起重軸銷采用Q235鋼；4）螺釘、定位銷、斜楔固定板、滑塊擋板固定板、墊板、主導(dǎo)軌、擋板均采用45鋼；5）上、下模座均采用HT250；6）斜楔、滑塊采用20Cr；7）彈性體采用聚氨酯。綜述，本套模具采用斜楔將壓力機(jī)的垂直的力轉(zhuǎn)換成水平方向的力。當(dāng)斜楔下降時，兩個滑塊同時運動，在滑塊上面有凸模，從而沖出小孔。利用滑塊擋板限定滑塊的沖孔行程的位移，當(dāng)斜楔上升時，滑塊通過橡膠的動力回程，并通過輔助導(dǎo)軌準(zhǔn)確回程，在輔助導(dǎo)軌上面通過螺母限位，滑塊通過三個導(dǎo)軌導(dǎo)向，能夠保障良好的方向性。本套模具沒有凹模，靠工件本身與凸模來完成沖孔工序，在墊板上面的定位銷安裝卡料板，保證工件不會發(fā)生翻轉(zhuǎn)，沖孔的精度等級要求不高，廢料從廢料孔排出，所以本套模具能夠達(dá)到要求。9沖前側(cè)孔模具設(shè)計9.1力的計算此處為沖前側(cè)孔模具。其中k=1，L=28.38mm，t=0.8mm，τ=320MPa代入公式（7）得：P=4.45KN9.2壓力中心的確定本套模具利用斜楔結(jié)構(gòu)，前側(cè)孔是對稱的，且利用水平力沖裁，所以壓力中心在其中心線上。9.3壓力機(jī)及模具閉合尺寸的確定壓力機(jī)的公稱壓力應(yīng)大于1.3倍的總壓力，即F>1.3P代入數(shù)據(jù)得：F>5.785KN所選壓力機(jī)為JA31—160B，所選模具的閉合模具為153mm。9.4模具的具體設(shè)計9.4.1凸、凹模間隙由文獻(xiàn)[14]表3-17查得Zmin=0.07mm,Z9.4.2凸、凹模工作部分的尺寸及制造公差查文獻(xiàn)[14]表3-11得：δ凸=0.01mm,δ凹=0.02mm，滿足條件。工件為IT10，在長度方向尺寸為11.50+0.07查得x=0.5，?=0.07mm，Zmin=0.07mm，δ凸=0.01mm,δ凹在長度方向上，L凸=11.535-0.010mm，L凹在寬度方向上，L凸=6.435-0.010mm，L凹9.4.3凸模設(shè)計初選凸模長度為20mm，材料：Cr12MoV。將P=4.45KN，Amin=73.6代入公式（9）中得：δ=0.06×103MPa<[失穩(wěn)彎曲應(yīng)力的校核：P=4.45KN，J=2×10代入公式（10）得：l<330.45mm，實際l=20mm，所以凸模合格。9.4.4模具其他主要零件的設(shè)計本套模具的裝配圖如16所示：圖16沖前側(cè)孔模具1，起重軸銷2，上模座3，導(dǎo)套4，導(dǎo)柱5，斜楔固定板6，內(nèi)六角螺釘7，內(nèi)六角螺釘8，彈簧9，壓圈10，下模座11，內(nèi)六角螺釘12，內(nèi)六角螺釘13，凹模14，凸模15，滑塊擋板16，斜楔17，墊板綜述，本套模具利用斜楔沖前側(cè)孔，滑塊靠斜楔運動，并且依靠墊板上面的導(dǎo)軌限制滑塊的上下運動，保證其運動精度。

10切邊及翻邊模具設(shè)計10.1力的計算翻邊又稱淺拉深，近似按照盒形件淺拉深計算。A=67.2mm，B=26.4mm。代入公式（6）得：P=12.8KN10.2壓力機(jī)的選擇和閉合高度的確定所選壓力機(jī)為JA31—160B，所選模具的閉合模具為162mm。10.3模具其他主要零件的設(shè)計切邊主要是對加工件的邊切除，以提高零件的質(zhì)量。其裝配圖如圖17所示：圖17切邊模具1，起重軸銷2，上模座3，導(dǎo)套4，導(dǎo)柱5，凹模6，內(nèi)六角螺釘7，卸料板8，彈簧9，內(nèi)六角螺釘10，下模座11，銷12，內(nèi)六角螺釘13，凸模14，墊板翻邊模具與切邊相似，只是凸、凹模的尺寸不同，其結(jié)構(gòu)特征如圖17所示。

11結(jié)論經(jīng)過這段時間的畢業(yè)設(shè)計，至此基本完成了任務(wù)書上的任務(wù)。本次設(shè)計設(shè)計的課程多，且要把涉及的知識綜合運用。通過畢業(yè)設(shè)計回顧了四年來的專業(yè)知識，對模具的設(shè)計及其前景有了更深的了解。鉸鏈底座的模具設(shè)計涉及不規(guī)則零件的沖裁，在沖裁時需要近似計算，沖裁工藝的確定要考慮很多方面，主要考慮零件的工藝性。模具的設(shè)計要考慮模具的加工工藝、結(jié)構(gòu)形式等方面。本次設(shè)計是我在大學(xué)生涯中的最后一次設(shè)計，是對我的四年大學(xué)生活的總結(jié)，也是走向社會的一個過渡。本次設(shè)計查閱了大量的資料，得到了老師的悉心教導(dǎo)，從中不僅學(xué)到了專業(yè)知識和前沿知識，更重要的是學(xué)到了做人做事的態(tài)度。

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目錄TOC\o"1-2"\h\z\u1緒論 11.1選題背景及其意義 11.2國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展歷史 31.3研究內(nèi)容 52工業(yè)機(jī)械手的總體設(shè)計方案 62.1機(jī)械手基本形式的選擇 62.2驅(qū)動機(jī)構(gòu)的選擇 72.3機(jī)械手的主要部件及運動 82.4機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)列表 83機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計 93.1手部設(shè)計基本要求 93.2典型的手部結(jié)構(gòu) 94臂部的設(shè)計及有關(guān)計算 144.1伸縮手臂的設(shè)計要求 144.2手臂的典型運動機(jī)構(gòu) 154.3手臂直線運動的驅(qū)動力計算 16HYPERLINK"H:\\準(zhǔn)備修改傳百度文檔\\zcj2017.10.31\\新建文件夾(6)\\自動搬運機(jī)