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沖壓純凈的鈦板料的可鍛模性
機(jī)械工程學(xué)，臺(tái)灣國立大學(xué)，臺(tái)北10764，羅克克(1964年提出的厘米·克·秒制電導(dǎo)率單位)
2003 年10月20 日標(biāo)準(zhǔn)；2005 年4月12 日接受以修改過的形式；2005 年5月4 日公證
摘要
由于六角close-packed (HCP) 晶體結(jié)構(gòu), 商業(yè)純凈的鈦(CP 鈦) 在室溫顯示低延展性, 并且要求熱量活化作用增加它的延展性和可模鍛性。在本研究中, 由實(shí)驗(yàn)性方法學(xué)習(xí)了CP 鈦板料在vanous 溫度的可模鍛性. 拉伸測(cè)試第一次進(jìn)行調(diào)查CP 鈦板料在各種各樣的溫度下的機(jī)械行為。形成極限測(cè)試，V 彎曲測(cè)試,和拉伸試驗(yàn)測(cè)試沖壓CP 鈦板料在各種各樣的溫度下的可模鍛性。實(shí)驗(yàn)性結(jié)果表明, 雖然可模鍛性被限制以冷形成，但CP 鈦板料在室溫能形成薄元件。另外, V 彎曲測(cè)試表明，在拉拔成型溫度可以減少回彈。試驗(yàn)結(jié)果獲得在本研究中可以幫助設(shè)計(jì)CP 鈦板料沖壓模。
2005 年Elsevier B.V 版權(quán)所有。
關(guān)鍵字：純鈦板；可成形性；成型極限；V彎曲；回彈
1. 介紹
由于它的重量和高強(qiáng)度系數(shù)，工業(yè)純凈的鈦(CP 鈦) 是一潛在構(gòu)件, 并且最近受到電子產(chǎn)業(yè)注意。因?yàn)樗母?jìng)爭(zhēng)力和優(yōu)越表現(xiàn)，CP 鈦的主要分解的過程是壓制形成。在制造工藝的壓制成形之中，沖壓CP 鈦板料是特別重要為生產(chǎn)薄壁結(jié)構(gòu)組分被使用在電子產(chǎn)品, 譬如筆記本蓋子, 移動(dòng)電話 等。CP 鈦板料由于它六角close-packed (HCP) 結(jié)構(gòu)在室溫通常顯示有限的延展性。雖然可成形性可以在高溫下改善，但是一個(gè)制造過程總希望在室溫下進(jìn)行。但是, CP 鈦多數(shù)研究集中于微結(jié)構(gòu) [ 1-4 ], 并且關(guān)于CP 鈦板料沖壓的可模鍛性文學(xué)研究不是很深入。
在本研究中, 使用實(shí)驗(yàn)性方法調(diào)查了CP 鈦板料沖壓的可模鍛性。從實(shí)驗(yàn)獲得的關(guān)于CP 鈦板料在各種各樣的溫度范圍從室溫到300攝氏度的機(jī)械性能的結(jié)果。另外,CP 鈦板料的重要形成的特征, 譬如形成極限, 回彈,和極限拉延比，都要被檢測(cè)。
2. 在各種各樣溫度下的機(jī)械性能測(cè)試
應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系是根本信息為金屬板的可模鍛性的研究。依照以上提到, 在室溫CP 鈦板料的可模鍛性是有限的,可以在拉伸成型溫度改善。為了審查品CP 鈦物產(chǎn)覆蓋在不同的溫度的機(jī)械性能，拉伸測(cè)試執(zhí)行了在各種各樣的溫度范圍從室溫對(duì)300 0C 和在0.1, 0.01, 0.001, 和0.0001/s 之下的不同的張力率, 各自地。拉伸測(cè)試標(biāo)本由JIS 等級(jí)1 CP 0.5 毫米制成鈦板料厚度準(zhǔn)備了根據(jù)ASTM 標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)本被削減沿平面剖面與輾壓方向(00), 和在角度450 和900 對(duì)輾壓方向。標(biāo)本裁減毛刺沿導(dǎo)線邊緣。
拉伸測(cè)試進(jìn)行了使用MTS 810 測(cè)試機(jī)器。因?yàn)樵诟邷販y(cè)試、熱化熔爐接通MTS810 測(cè)試機(jī)器。標(biāo)本在拉伸測(cè)試之前先加熱到100, 200, 和300 0C。在測(cè)試期間, 溫度標(biāo)本被保持恒定直到樣品拉伸到故障。
在本研究中, 工程學(xué)應(yīng)力關(guān)系第一次從實(shí)驗(yàn)性數(shù)據(jù)獲得，然后是轉(zhuǎn)換成真實(shí)的應(yīng)力聯(lián)系根據(jù)a一Qo(1 +e) 和 e=ln(1十e), a 和s 是真實(shí)的重力和真正的張力、Qo 和a 是工程應(yīng)力, 和工程應(yīng)變的張力, 各自地。在室溫下從樣品獲得CP 鈦真實(shí)的應(yīng)力關(guān)系，被削減三個(gè)不同取向被顯示在圖l 。非均質(zhì)性的行為被觀察在圖1 。它被看見圖1, 00 標(biāo)本有更高的出產(chǎn)量和a 更大的伸長(zhǎng)比標(biāo)本在其它二個(gè)方向, 在伸長(zhǎng)上的區(qū)別是更加重大的。并且觀察它, 0度 樣本顯示重大工作硬化的產(chǎn)物在標(biāo)本之中在三個(gè)方向。這個(gè)結(jié)果一致于那獲得Ishiyama 等[ 5 ] 。在起點(diǎn)階段測(cè)試他們發(fā)現(xiàn)了滑動(dòng)變形發(fā)生在00 個(gè)和900 個(gè)方向。在進(jìn)一步變形階段期間, 孿生變形快速地增加在00 方向和生產(chǎn)更高的抵抗反對(duì)脫臼滑動(dòng), 收效按更大的價(jià)值在出產(chǎn)量, 工作硬化, 和伸長(zhǎng)。CP 的平均屈服應(yīng)力和伸長(zhǎng)鈦板料在室溫是大約352 MPa 和28%, 各自地?？墒悄铅抵登?yīng)力和伸長(zhǎng)的值CP 鈦板料在室溫下不是良好的在一深拉處理比擬碳鋼的、他們是可行的因?yàn)橄鄬?duì)淺的模具產(chǎn)品從那可成形性觀點(diǎn)。
圖2 顯示原物和被扭屈的標(biāo)本在三個(gè)方向。它被注意在圖2, 00 標(biāo)本進(jìn)行一致的變形在破裂之前, 當(dāng)900 標(biāo)本顯示一次明顯的頸, 和變形 450標(biāo)本方向在那些其它二個(gè)方式之間
為了審查張力率的作用在CP 鈦板料的變形, 拉伸測(cè)試并且執(zhí)行在室溫在不同的滑塊速度之下, 造成不同的張力率的0.1, 0.01, 0.001, 和0.0001,各自地。真實(shí)的應(yīng)力關(guān)系在各種各樣的張力率為00 標(biāo)本被顯示在圖3 。重要的微量在應(yīng)力曲線從張力率0.1 到0.001 是注意在圖3, 和應(yīng)力曲線變得接近互相之后。同樣觀察在拉伸測(cè)試趨向?yàn)?50 個(gè)和900 個(gè)樣本。它表明CP 鈦板料穩(wěn)定的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系可能是在張力率更小比0.001 之下獲得。
CP 鈦的真實(shí)的應(yīng)力聯(lián)系覆蓋在各種各樣的溫度范圍從室溫對(duì)300 0C 為標(biāo)本00 方向被顯示在圖4。測(cè)試執(zhí)行在張力率的0.001顯示在圖4。在圖4,上CP 鈦板料在高溫下有更好的可鍛性。測(cè)試更低溫度的增量得到應(yīng)力曲線比例。注意在圖4 依照樣本的伸長(zhǎng)不增加從室溫對(duì)100 0C被觀測(cè), 相反, 伸長(zhǎng)得到更小當(dāng)樣本被加熱 100 0C 。
Fig. 3. True stress-strain relations at various strain-rates (1/s) for 00 speci
men at room temperature.
但是, 在測(cè)試的溫度比100 0C更高時(shí)伸長(zhǎng)變大。更大的伸長(zhǎng)在室溫是相當(dāng)異常的。但這種現(xiàn)象唯一發(fā)生在00 樣本。45度和90度樣本,當(dāng)在測(cè)試的溫度伸長(zhǎng)連續(xù)被增加, 顯示在圖5和圖6上, 各自地。在室溫發(fā)生了更大的伸長(zhǎng)在 00 樣本也許歸結(jié)于在室溫孿生變形的快速的增量在00 方向, 導(dǎo)致更高的抵抗阻止脫臼滑動(dòng), 并且造成更大的伸長(zhǎng)。各向異性現(xiàn)象其它索引是塑料張力比率, 即。 r 價(jià)值, 被定義作為塑料張力比率在到那的橫向方向在厚度方向在a 單軸的拉伸測(cè)試。
窗體頂端
在本研究中, r 價(jià)值是樣本在室溫拉伸測(cè)試獲得0度, 45度, 和 90度方向。測(cè)量r 價(jià)值從標(biāo)本被舒展到20% 是4.2, 2.2, 和2.1 為 00, 450, 和900 個(gè)標(biāo)本, 各自地。從更高的r- 價(jià)值表明更好的回火性, 它表示, CP 鈦覆蓋陳列更好的深圖畫質(zhì)量在輾壓方向比其它二個(gè)方向。并且CP 鈦各向異性現(xiàn)象板料再被證實(shí)了從重大區(qū)別 r 價(jià)值。
3. 沖壓CP 鈦板料的可鍛性
除基本的機(jī)械性能之外, 審查了CP 鈦板料的沖壓的可模鍛性。在本研究,形成極限測(cè)試在室溫, 并且V 彎曲測(cè)試和圓杯子圖畫測(cè)試在各種各樣溫度執(zhí)行了。測(cè)試結(jié)果被談?wù)摿伺cCP 相關(guān)形成的物產(chǎn)鈦覆蓋在印記過程中。
3.1. 成型極限測(cè)試
因?yàn)镵eeler 和Backofen [ 6 ] 介紹了概念形成極限圖(FLD), 1963 年這是 廣泛被接受的標(biāo)準(zhǔn)為破裂預(yù)言以金屬片 形成。確定FLD, 舒展測(cè)試是執(zhí)行為不同的寬度薄鋼板樣品使用半球型沖床。標(biāo)本是第一電化學(xué)上銘刻以會(huì)是的圓柵格扭屈入橢圓在被舒展以后。
工程學(xué)張力測(cè)量了沿少校和較小軸橢圓被命名少校和較小張力, 各自地。并且他們主要是測(cè)量飛機(jī)上的張力。
在本研究中, 長(zhǎng)方形標(biāo)本有同樣長(zhǎng)度的100mm, 但以另外寬度排列從10 到100 毫米在10 毫米的增加, 被測(cè)試了。相似與拉伸測(cè)試, CP 鈦板料被切開了在三個(gè)取向?qū)殙悍较? 即, 00, 450, 和900, 為各標(biāo)本的大小。在測(cè)試期間, 標(biāo)本夾緊了在周圍被舒展了對(duì)失敗在78 毫米半成品沖床。工程學(xué)少校和較小張力測(cè)量在地點(diǎn)最接近破裂為每個(gè)標(biāo)本被記錄了。少校和較小張力是密謀反對(duì)互相以主要張力作為縱坐標(biāo), 和曲線適合入張力點(diǎn)被定義了形成的極限曲線。圖顯示這形成極限曲線稱形成的極限圖。FLD 是一個(gè)非常有用的標(biāo)準(zhǔn)為發(fā)生的破裂在一個(gè)沖壓的過程中。
根據(jù)早先分析, CP 鈦板料能被形成在室溫。為了進(jìn)一步證實(shí)它的可行性, 形成的極限測(cè)試執(zhí)行了在室溫度。測(cè)試結(jié)果看出圖7 顯示形成的極限曲線?？匆娫趫D7, 主要張力在曲線的最低的點(diǎn), 并且是平面張力變形方式, 是0.34 。比較被冷軋的鋼或不銹鋼, 這數(shù)值更低。但是, 為沖壓薄產(chǎn)品, 圖7顯示形成的極限曲線表明CP 鈦板料在室溫形成的更大的可能性。這有可能在室溫用CP 鈦板料能制造電子材料。
3.2. V 彎曲測(cè)試
因?yàn)镃P 鈦彈性模數(shù)比鋼要低,回彈是重要的彎曲處理。在本研究, V 彎測(cè)試執(zhí)行了審查CP 鈦板料在各種各樣溫度回彈形成的物產(chǎn)。V 彎測(cè)試結(jié)果用圖8顯示 。圖8能看見在下模有一個(gè)開頭角度90度。環(huán)烷驅(qū)研究那效果的沖頭半徑接通彈性后效，工具以沖壓半徑從0.5 到5.0 毫米, 在0.5 毫米的增加, 準(zhǔn)備了。CP 鈦板料的樣本以0.5 毫米的厚度, 長(zhǎng)度 60 毫米, 和寬度15 毫米。為增加測(cè)試的溫度,標(biāo)本被附寄了在熱化熔爐。V 彎測(cè)試不使用潤(rùn)滑劑因?yàn)槟Σ燎闆r有對(duì)回彈的無意義作用發(fā)生了在V 彎曲測(cè)試。彎曲的測(cè)試進(jìn)行了在室溫, 100, 200, 和3000C, 各自地。在彎曲的測(cè)試以后, 彎的標(biāo)本角度由CMM 測(cè)量了, 和回彈角度被計(jì)算了 。
Fig. 8. Tooling used in the V-bend tests
圖9 和10 顯示關(guān)系在回彈之間并且沖壓半徑在室溫和300 0C, 各自地?？匆陨蟽蓚€(gè)圖, 不管溫度變化回彈減少為更小的沖壓半徑。在彎曲時(shí)更小的沖壓半徑導(dǎo)致更大的塑料變形,因此要減小回彈的作用。在圖9 和10負(fù)值的彈性后效發(fā)生在較小沖頭半徑的時(shí)候。這是因?yàn)槟前辶显赩 形狀的平直的邊被扭屈入形成弧光在彎曲的過程開始, 和裝載被應(yīng)用鋪平弧在彎曲處理結(jié)果的結(jié)尾復(fù)合應(yīng)力分配導(dǎo)致負(fù)值的彈性后效 [ 7 ] 。比較兩個(gè)圖,觀察, 回彈減少當(dāng)形成的溫度增加不管沖頭半徑尺寸。它表明那 CP 鈦板料不僅有更好的可鍛性而且體驗(yàn)較少回彈在形成的高溫。我們知道, 回彈是由彈性模數(shù)和材料的屈服應(yīng)力影響的。彈性模數(shù)不會(huì)隨溫度變化而變化。而且溫度升高CP 鈦板料的屈服應(yīng)力減少，高溫是形成回彈減退是因?yàn)樵诟偷臏囟菴P 鈦的屈服應(yīng)力更低。
Fig. 10. Relations between springback and punch radius at 300 "C for spec-
imens of three directions.
Fig. 11. Punch and die used in circular cup drawing tests.
Fig. 12. Drawn cups at various forming temperatures
3.3盤狀拉深試驗(yàn)
限制的圖畫比率(LDR), 被定義作為圓直徑的比(Dp) 與沖壓直徑(Dp) 在一張成功的圓盤拉深處理, 是一個(gè)普遍的索引使用描述可模鍛性金屬板。LDR 的更大的價(jià)值暗示更大的圖畫深度, 即,更好的可鍛性 。在本研究中, 沖壓和沖模被顯示在圖11 使用了圓盤拉深測(cè)試。測(cè)試執(zhí)行了在室temperatore, 100, 和200 0C, 各自地。在高溫下為了進(jìn)行拉深測(cè)試使用加熱器。為了獲得一個(gè)成功的拉深過程。那坯料尺寸和空白座力適當(dāng)調(diào)節(jié)除去些缺點(diǎn)比如斷裂和皺紋，如果在拉深測(cè)試破裂出現(xiàn), 斷開軸心力對(duì)更小的價(jià)值會(huì)被調(diào)整直到破裂被消除到?jīng)]有皺痕發(fā)生。當(dāng)斷裂力量的調(diào)整沒有消除破裂, 減少斷裂的方法會(huì)被嘗試同時(shí)避免破裂。拉深試驗(yàn)采取壓制皺痕，但是, 在LDR 測(cè)試, 空白的大小是并且作為參量確定LDR 的價(jià)值除對(duì)上述調(diào)整的用途之外。從拳打直徑是35 毫米, 空白的直徑被增加在3.5 毫米的增加從70 毫米對(duì)最大的可能的直徑為計(jì)算價(jià)值方便起見 LDR 。MoS2 被使用了作為潤(rùn)滑劑在所有圓杯子圖畫測(cè)試進(jìn)行在本研究中, 和圖畫速度是0.2 mm/s
。
圖12 顯示拉長(zhǎng)的杯子在各種各樣的溫度。
圖12清楚的顯示,當(dāng)形成溫度增加時(shí)拉拔深度增加。表明這個(gè)圖形那自動(dòng)測(cè)試設(shè)備畫的形狀拉深成形的在多樣的溫度是相當(dāng)不同的。自動(dòng)測(cè)試設(shè)備現(xiàn)象變成重要的在較高的成型溫度。LDR 、畫的深度, 和相關(guān)的處理參量的價(jià)值被列出在表1 為測(cè)試進(jìn)行在各種各樣的溫度。它被注意在表1, 所有價(jià)值增加當(dāng)形成的溫度增量。但是, 增量 LDR 和圖畫深度不是那么重大的在范圍從室溫對(duì)100 0C, 但得到大從100 2000C 。注意在表1一大的斷裂紋是需要的大的坯料尺寸到是成功地從中提取一較高的溫度是。在室溫CP 鈦板料LDR 的價(jià)值是2.2, 與可比較的碳鋼, 表明, 沖壓CP 鈦覆蓋在室溫是可行的。
4. 結(jié)束語
在本研究中調(diào)查了由做各種各樣的試驗(yàn)。在各種各樣的溫度CP 鈦板料沖壓的可鍛性的形成。機(jī)械性能 CP 鈦板料在各種各樣的溫度第一次被審查了, 并且應(yīng)力聯(lián)系被獲得從實(shí)驗(yàn)表明, CP 鈦板料有更高的屈服應(yīng)力和更小的伸長(zhǎng)在室溫, 但當(dāng)板料被加熱到300 0C比例減少由屈服應(yīng)力的增加決定。它是被注意應(yīng)力聯(lián)系獲得從拉伸測(cè)試在室溫表明CP 鈦板料能被形成入淺組分在室溫, 雖然屈服應(yīng)力是一少許更高的。形成限制CP 鈦板料的圖被獲得在室溫不是那么高的作為那些被冷軋的鋼, 而是極小值主要張力0.34 并且提供一種最宜的可能性為 CP 鈦板料被形成在室溫。圓形拉深測(cè)試顯露, 在室溫CP 鈦板料有 LDR 價(jià)值的2.2, 和成功地拉長(zhǎng)的以20 毫米的深度證實(shí)CP 鈦板料可能被形成入淺組分在室溫。但是, 露出的現(xiàn)象顯示表明, CP 鈦板料負(fù)擔(dān)重要的 各向異性現(xiàn)象在能并且影響可鍛性的平面圓形拉深。
調(diào)查了在室溫度應(yīng)力聯(lián)系對(duì)張力率的作用。實(shí)驗(yàn)性結(jié)果表示, 應(yīng)力聯(lián)系變得穩(wěn)定當(dāng)張力率比0.001 小。在V 彎測(cè)試, 實(shí)驗(yàn)性結(jié)果顯露重要信息回彈可能被減少在被舉起的形成的溫度。彈性后效可以是減少如果使用一較小沖頭半徑 。實(shí)驗(yàn)性結(jié)果表明本研究提供根本性形成CP 鈦板料模具設(shè)計(jì)。
鳴謝
作者會(huì)想感謝全國科學(xué)中華民國的委員會(huì)為財(cái)政支持這研究根據(jù)合同第NSC 89-2212-E-002-147,使實(shí)驗(yàn)工作成為可能。
參考文獻(xiàn)
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15
目錄
摘要 1
前言 2
1. 工件的工藝性分析 3
1.1 沖壓件的工藝性分析 3
1.2 拉深件的工藝性分析 3
1.3 材料的工藝性分析 4
1.4 拉深變形過程的分析 4
2. 沖壓工藝方案的確定 7
3. 模具的技術(shù)要求及材料選用 9
4. 主要設(shè)計(jì)尺寸的計(jì)算 11
4.1 毛坯尺寸的確定 11
4.2 沖壓力的計(jì)算 12
4.3 拉深間隙的確定 13
4.4 沖裁件的排樣 14
5. 工作部分尺寸計(jì)算 17
5.1 拉深凸凹尺寸的確定 17
5.2 圓角半徑的確定 18
6. 模具的總體設(shè)計(jì) 20
6.1 模具的類型及定位方式的選擇 20
6.2 推件零件的設(shè)計(jì) 21
7. 主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 23
7.1 工作零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 23
7.2 其他零部件的設(shè)計(jì)與選用 24
8. 模具的總裝圖 27
9. 模具的裝配 28
結(jié)束語 29
致 謝 30
參考文獻(xiàn) 31
摘要
我設(shè)計(jì)的是一個(gè)落料拉深復(fù)合沖裁模，在本次設(shè)計(jì)中我參考了大量有關(guān)冷沖模模具設(shè)計(jì)實(shí)例等方面的資料。再結(jié)合老師布置的題（設(shè)計(jì)一個(gè)工件為盒形件的復(fù)合沖裁模），我充分運(yùn)用了資料上所有設(shè)計(jì)模具中通用的表、手冊(cè)等，如修邊余量的確定、拉深件毛坯直徑的計(jì)算公式、盒形件用壓邊圈拉深系數(shù)、盒形件角部的第一次拉深系數(shù)等，然后再集結(jié)了自己平時(shí)的所學(xué)，還有通過對(duì)工件的零件、模具工作部分（凸凹模、拉深凸模、落料凹模）、模具裝配圖的繪制，我的繪圖功底也有了一定程度地提高。
本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容：工件的工藝性分析；沖壓工藝方案的確定；模具的技術(shù)要求及材料選用；主要設(shè)計(jì)尺寸的計(jì)算；工作部分尺寸計(jì)算；模具的總體設(shè)計(jì)；主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；模具的總裝圖；模具的裝配等。
我覺得通過本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，達(dá)到了這樣的目的：
1.綜合運(yùn)用本專業(yè)所學(xué)課程的理論和生產(chǎn)實(shí)際知識(shí)，進(jìn)行一次冷沖壓模具（落料拉深沖裁模）設(shè)計(jì)工作的實(shí)際訓(xùn)練，從而培養(yǎng)和提高我們獨(dú)立工作的能力。
2.鞏固與擴(kuò)充所學(xué)有關(guān)冷沖模具設(shè)計(jì)課程的內(nèi)容，掌握冷沖壓模具設(shè)計(jì)的方法和步驟。
3.掌握冷沖壓模具設(shè)計(jì)的基本技能，如計(jì)算、繪圖、查閱設(shè)計(jì)資料和手冊(cè)，熟悉標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范等。
關(guān)鍵詞：冷沖壓 落料 拉深
前言
沖壓是使板料經(jīng)分離或成形而得到制件的加工方法。沖壓利用沖壓模具對(duì)板料進(jìn)行加工。常溫下進(jìn)行的板料沖壓加工稱為冷沖壓。冷沖壓模具在工業(yè)生產(chǎn)中的地位：是大批生產(chǎn)同形產(chǎn)品的工具，同時(shí)也是工業(yè)生產(chǎn)的主要工藝裝備。模具工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)工業(yè)。
模具可保證沖壓產(chǎn)品的尺寸精度和質(zhì)量穩(wěn)定，而且在加工中不破壞產(chǎn)品表面。用模具生產(chǎn)零件可以采用冶金廠大量生產(chǎn)的廉價(jià)的軋制鋼板或鋼帶為坯料，且在生產(chǎn)中不需要加熱，具有生產(chǎn)效率高、質(zhì)量好、重量輕、成本低且節(jié)約能源和原材料等一系列優(yōu)點(diǎn)，是其它加工方法所不能比擬的。使用模具已成為當(dāng)代工業(yè)生產(chǎn)的重要手段和工藝發(fā)展方向?，F(xiàn)代制造工業(yè)的發(fā)展和技術(shù)水平地提高，在很大程度上取決于模具工業(yè)的發(fā)展。
目前，工業(yè)生產(chǎn)中普遍采用模具成形工藝方法，以提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率和質(zhì)量。一般采用壓力機(jī)進(jìn)行零件加工，一臺(tái)普通壓力機(jī)每分鐘可生產(chǎn)零件幾件到幾十件，而高速壓力機(jī)的生產(chǎn)效率已達(dá)到每分鐘數(shù)百件甚至上千件。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，飛機(jī)、汽車、拖拉機(jī)、電機(jī)、電器、儀器、儀表等產(chǎn)品，有60﹪左右的零件是利用模具加工出來的；而自行車、手表、洗衣機(jī)、電冰箱及電風(fēng)扇等輕工業(yè)產(chǎn)品，90﹪左右的零件是利用模具生產(chǎn)出來的；至于日常生活所用的五金、餐具等的大批量生產(chǎn)基本上也是靠模具來進(jìn)行生產(chǎn)的。顯而易見，模具作為一種專用的工藝裝備，在生產(chǎn)中的作用和地位正日趨上升。
1. 工件的工藝性分析
1.1 沖壓件的工藝性分析
沖壓件的工藝性是指沖壓件對(duì)沖壓工藝的適應(yīng)性。在一般情況下，對(duì)沖壓件工藝性影響最大的是它的幾何形狀尺寸和精度要求。良好的沖壓工藝性應(yīng)能滿足材料較省、工序較少、模具加工較容易、壽命較高、操作方便及產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定等要求。
1. 沖裁件的形狀應(yīng)能符合材料合理排樣，減少廢料。
2. 沖裁各直線或曲線的連接處，宜有適當(dāng)?shù)膱A角。
3. 沖裁件凸出或凹入部分寬度不宜太小，并應(yīng)避免過長(zhǎng)的懸臂與窄槽。
4. 腰圓形沖裁件，如允許圓弧半徑，則R應(yīng)大于料寬的一半，即能采用少廢料排樣；如限定圓弧半徑等于工件寬度之半，就不能采用少廢料排樣，否則會(huì)有臺(tái)肩產(chǎn)生。
5. 沖孔時(shí)，由于受到凸模強(qiáng)度的限制，孔的尺寸不宜過小。
6. 沖裁件的孔與孔之間，孔與邊緣之間的距離，受到模具強(qiáng)度的限制，不能太小。
7. 在彎曲件或拉深件上沖孔時(shí)，其孔壁與工件之間的距離不能過小。
1.2 拉深件的工藝性分析
拉深零件的結(jié)構(gòu)工藝性是指拉深零件采用拉深成形工藝的難易程度。良好的工藝性是指坯料消耗少、工序少，模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工容易，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、廢料少和操作簡(jiǎn)單方便等。在設(shè)計(jì)拉深零件時(shí)，應(yīng)根據(jù)材料拉深時(shí)的變形特點(diǎn)和規(guī)律，提出滿足工藝性的要求。
1. 對(duì)拉深材料的要求
拉深件的材料應(yīng)具有良好的塑性、低的屈強(qiáng)比、大的板厚方向性系數(shù)和小的板平面方向性。
2. 對(duì)拉深零件形狀和尺寸的要求
(1)拉深件的高度盡可能小，以便能通過1—2次拉深工序成形。
(2)拉深件的形狀盡可能簡(jiǎn)單、對(duì)稱，以保證變形均勻。對(duì)于半敞開的非對(duì)稱件，可成雙拉深后再剖成兩件。
(3)有凸緣的拉深件，最好滿足d凸≥d+12t，而求外輪廓與直壁斷面最好形狀相似，否則，拉深困難，切邊余量大。
(4)為了使拉深件順利進(jìn)行，凸緣圓角半徑r≥2t。當(dāng)r＜0.5mm時(shí)，應(yīng)增加整形工序。
3． 對(duì)拉深零件精度的要求。
(1)由于拉深件各個(gè)部位的料厚有較大的變化，所以對(duì)零件圖上的尺寸應(yīng)明確標(biāo)注是外壁還是內(nèi)壁。
(2)由于拉深件有回彈，所以零件橫截面的尺寸公差，一般都在IT12級(jí)以下，如零件高于T12級(jí)，應(yīng)增加整形工序。
(3)多次拉深的零件對(duì)外表面或凸緣的表面，允許有拉深過程中所產(chǎn)生的印痕和口部的回彈變形，但必須保證精度在公差允許范圍之內(nèi)。
1.3 材料的工藝性分析
在本次設(shè)計(jì)中，選用的拉深材料為鍍鋅鐵皮。選擇拉深材料時(shí)，首先應(yīng)滿足拉深件的使用要求。由于該拉深件為另一零件的蓋，不屬于易損工件，對(duì)材料的耐磨度要求不高，還應(yīng)滿足沖壓工藝對(duì)材料的要求，保證沖壓過程順利完成，即材料應(yīng)具有良好的塑性和表面質(zhì)量，以及板料厚度公差應(yīng)符合規(guī)定，鍍鋅鐵皮為一種優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼，該結(jié)構(gòu)鋼已退火，而退火的目的消除鋼的內(nèi)應(yīng)力，降低硬度提高塑性細(xì)化組織均勻化學(xué)成分，而且其抗剪和抗拉強(qiáng)度均不高（抗剪強(qiáng)度220～310 MPa，抗拉強(qiáng)度280～390 MPa）屈服強(qiáng)度亦不大（約為180 MPa）伸長(zhǎng)率約32％，所以綜合其所有的力學(xué)性能，鍍鋅鐵皮具有良好的拉深性能，適合拉深。
拉深是把一定形狀的平板毛坯或空心件通過拉深模制成各種空心零件的工序。在沖壓生產(chǎn)中拉深是一種廣泛使用的工序，用拉深工序可得到的制件一般可分為三類：
1. 旋轉(zhuǎn)體零件：如搪瓷臉盆、鋁鍋等。
2. 方行零件：如飯盒、汽車油箱等。
3. 復(fù)雜形狀零件：如汽車覆蓋件等。
1.4 拉深變形過程的分析
拉深變形過程大致是直徑為D的圓形平板毛坯被凸模拉入凸凹模的間隙里，形成直徑為d，高為H 的空心圓柱。在這一過程中，板料金屬是如何流動(dòng)的呢？
把直徑為D的圓板料分成兩部分：一部分是直徑為d的圓板，另一部分直徑為（D—d）的圓環(huán)部分，把這塊料拉深成直徑為d的空心圓筒。在這個(gè)拉深實(shí)驗(yàn)完成后，發(fā)現(xiàn)板料的第一部分變化不大，即直徑為d的圓板仍然保持原形狀作為空心圓筒的底，板料的圓環(huán)部分變化相當(dāng)大，變成了圓柱的筒壁，這一部分的金屬發(fā)生了流動(dòng)。
扇形chef是從板料圓環(huán)上截取的單元，經(jīng)過拉深后變成了矩形chef。扇形單元體變形是切線方向受壓縮，徑向受拉深，材料向凹?？诹鲃?dòng)，多余的材料由于流動(dòng)添補(bǔ)了雙點(diǎn)劃線部分。設(shè)扇形面積為，拉深后矩形面積為，由于拉深使厚度變化很小，可認(rèn)為拉深前后面積相等，即所以，
綜合起來看，平板毛坯的環(huán)形區(qū)的金屬在凸模壓力的作用下，要受到拉應(yīng)力和壓應(yīng)力的作用，徑向伸長(zhǎng)、切向縮短，依次流入凸、凹模的間隙里成為筒壁，最后使平板毛坯完全變成圓筒形工件。
拉伸時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)和形變情況。拉伸的變形區(qū)比較大，金屬流動(dòng)性比較大，拉深過程容易起皺、拉裂而失敗。因此，有必要分析拉深時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)和變形特點(diǎn)，找出發(fā)生起皺、拉裂的根本原因，在制定工藝和設(shè)計(jì)模具時(shí)注意它，以提高拉深件的質(zhì)量。
設(shè)在拉深件的某一時(shí)刻，分析各部分的應(yīng)力狀態(tài)。
1.平面凸緣部分------主變形區(qū) 由于凸模向下壓，迫使板料進(jìn)入凹模，故在凸緣產(chǎn)生徑向拉應(yīng)力，小單元體互相擠壓產(chǎn)生切向壓應(yīng)力，由于壓邊圈提供的壓邊力產(chǎn)生法向壓應(yīng)力，在這3個(gè)主應(yīng)力中的絕對(duì)值比、絕對(duì)值小得多，凸緣上、是變化的，由凸緣外到內(nèi)，是由小變大，而的絕對(duì)值是由大變小的，凸緣最外緣的壓應(yīng)力是最大的，則材料在切向上必然是壓縮變形。如果被拉深的材料厚度較薄壓邊力太小，就有可能使凸緣部分的材料失穩(wěn)而產(chǎn)生起皺現(xiàn)象。
2.筒壁部分------傳力區(qū) 該部分受到凸模傳來的拉應(yīng)力和凸模阻礙材料切向自由壓縮而產(chǎn)生的拉應(yīng)力，顯然的絕對(duì)值大，徑向是拉深變形，徑向的拉深是靠壁厚的變薄來實(shí)現(xiàn)的，故筒壁上厚下薄。
3.底部圓角部分------過渡區(qū) 該部分受到徑向拉應(yīng)力和切向拉應(yīng)力的作用，厚度方向上受到凸模的彎曲作用而產(chǎn)生壓應(yīng)力。材料變形為平面應(yīng)變狀態(tài)，徑向拉深變形，是靠壁厚變薄來實(shí)現(xiàn)的，這部分材料變薄最為嚴(yán)重，最容易出現(xiàn)拉裂，此處稱為危險(xiǎn)斷面。
4.圓筒的底部----不變形區(qū) 這部分材料一開始就被拉入凹模中，始終保持平面狀態(tài)，它受兩向拉應(yīng)力和的作用。變形是三向的，是拉深，是壓縮。由于拉深變形受到凸模摩擦力的阻止，故變薄很小，可忽略不計(jì)。
拉深是材料發(fā)生塑性變形，所以必然伴隨著加工硬化，如果工件需多次拉深才能成形，或工件是硬化效應(yīng)強(qiáng)的金屬，則應(yīng)合理安排退火工序以恢復(fù)材料的塑性，降低其硬度和強(qiáng)度。
總之，了解拉深工藝的特點(diǎn)后，在制定工藝設(shè)計(jì)模具時(shí)，應(yīng)考慮如何在保證最大變形程度下避免毛坯起皺和工件被拉裂。
2. 沖壓工藝方案的確定
沖壓工藝方案的確定，可依據(jù)表2.1確定
表2.1 沖壓工藝方案
項(xiàng)目
單工序模
級(jí)進(jìn)模
復(fù)合模
無導(dǎo)柱
有導(dǎo)柱
沖壓精度
低
較低
較高，相當(dāng)于IT10～I(xiàn)T13
高，相當(dāng)于IT8～I(xiàn)T11
制件平整程度
不平整
一般
不平整，有時(shí)要校平
因壓料較好，制件平整
制件最大尺寸和材料厚度
不受限制
300mm以下厚度達(dá)6mm
尺寸〈250mm厚度在0.1～6之間
尺寸〈300mm厚度常在0.05m～3mm
沖模制造的難度程度及價(jià)格
容易、價(jià)格低
導(dǎo)柱、導(dǎo)套的裝配采用先進(jìn)工藝后不難
簡(jiǎn)單形狀制件的級(jí)進(jìn)模比復(fù)合模具制造難度低，價(jià)格亦較低
形狀復(fù)雜的制件用復(fù)合模比級(jí)進(jìn)模制造難度低，相對(duì)價(jià)格低
生產(chǎn)率
低
較低
可用自動(dòng)送料出料裝置，效率較高
工序組合后效率高
使用高速?zèng)_床的可能性
只能單沖不能連沖
有自動(dòng)送料裝置可以連沖，但速度不能太高
使用于高速?zèng)_床高達(dá)400次/分以上
由于有彈性緩沖器，不宜用高速，不宜連沖
材料要求
可用邊角料
條料要求不嚴(yán)格
條料或卷料要求嚴(yán)格
除用條料外，小件可用邊角料，但生產(chǎn)率低
生產(chǎn)安全性
不安全
手在沖模過程區(qū)不安全
比較安全
手在沖模工作區(qū)不安全，要有安全裝置
沖模安裝調(diào)整與操作
調(diào)整麻煩操作不便
安裝、調(diào)整較容易、操作方便
安裝、調(diào)整較容易，操作簡(jiǎn)單
安裝、調(diào)整比級(jí)進(jìn)模更容易，操作簡(jiǎn)單
分析表2.1，采用：?jiǎn)喂ば蚰＞呓Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但需要兩道工序兩副模具才能完成，且生產(chǎn)效率低難以滿足該工件大量生產(chǎn)的要求。復(fù)合模需一副模具，生產(chǎn)率較高，盡管模具結(jié)構(gòu)較單工序模復(fù)雜，但由于零件的幾何零件形狀簡(jiǎn)單對(duì)稱，模具制造并不困難。雖然級(jí)進(jìn)模也需一副模具，且生產(chǎn)率較高，但模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，送進(jìn)料不方便，加之工件尺寸偏大。通過分析對(duì)上述三種模具的比較，該件若能一次成形，則采用復(fù)合模最佳。
3. 模具的技術(shù)要求及材料選用
利用模具生產(chǎn)制品零件，其模具質(zhì)量的好壞，壽命的長(zhǎng)短，直接關(guān)系到產(chǎn)品制造精度、性能和成本，是提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、降低消耗、創(chuàng)造效益，盡快使產(chǎn)品占領(lǐng)市場(chǎng)的重要性條件。而模具的質(zhì)量、使用壽命、制造精度及合格率很大程度上取決于設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)模具材料的選用、熱處理工藝要求、模具零件配合精度及公差等級(jí)的選擇和表面質(zhì)量要求。
一、冷沖模材料的性能
冷沖模包括沖裁模、彎曲模、拉深模、成形模和冷擠壓模等。冷沖模在工作中承受沖擊、拉深、壓縮彎曲、疲勞磨擦等機(jī)械的作用。模具常常發(fā)生脆斷、堆塌、磨損、啃傷和軟化等形成的失效。因此，作為冷沖模主要材料的鋼材，應(yīng)具有以下幾個(gè)方面的性能：
1. 應(yīng)具有較高的變形抗力：主要抗力指標(biāo)包括淬火、回火抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度等。其中硬度是模具重要的抗力指標(biāo)，高的硬度是保持模具耐磨性的必要條件。工作零件熱處理后的硬度在60HRC，強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度才能保證，模具才會(huì)具有較高的變形能力。
2. 應(yīng)具有較高的斷裂抗力：主要抗力指標(biāo)有材料的抗沖擊性能、抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、 斷裂抗力等。沖擊載荷下抵抗模具產(chǎn)生裂紋的性質(zhì)也是作為防止斷裂的一個(gè)重要依據(jù)，模具材料基體中碳含量越高，沖擊韌性越高。故載荷較大的冷沖鐓及剪切模易受偏心彎曲載荷的細(xì)長(zhǎng)凸?；蛴袘?yīng)力集中的模具，都需要有較高的韌性。
3. 應(yīng)具有較高的耐磨性和抗疲勞性能：對(duì)于在一定條件下工作的模具鋼，為了提高耐磨性，可在硬度高的材料表面上均勻涂抹大量細(xì)小硬的碳化物。在相同硬度下提高鋼的耐磨性可減小模具在交變應(yīng)力條件下產(chǎn)生的疲勞破壞，如模具長(zhǎng)期使用刮痕凹槽等。
4. 應(yīng)具有較好的冷、熱加工工藝性：鋼材的加工工藝性能包括可鍛性、可加工性、淬透性、淬硬性較小的脫碳敏感性和較小變形傾向等，以方便模具的加工，易于成形及防止熱處理后變形等。
二、冷沖模材料的選擇原則
1. 要選擇滿足模具零件工作要求的最佳綜合性能的材料。
2. 要針對(duì)模具失效形式選用鋼材：鋼材的失效是影響模具壽命的主要因素，包括：
(1)為防模具開裂，要選用韌性好的材料
(2)為防磨損，應(yīng)選用合金元素高的材料
(3)對(duì)于大型沖模應(yīng)選用淬透性好的材料
(4)為保持鋼材硬度性能，要選用耐回火性高的含鉻、鉬合金鋼
(5)為防熱處理變形，對(duì)于形雜的零件應(yīng)選用含碳量高、淬透性好的高合金材料
3. 要根據(jù)制品批量大小，以最低成本的選材原則選用：
對(duì)于需沖壓數(shù)量較多模具，一般采用優(yōu)質(zhì)合金鋼，而數(shù)量少的則采用碳素鋼，以降低成本。
4. 要根據(jù)沖模零件的作用選擇：
凸、凹模模具應(yīng)選用優(yōu)質(zhì)的鋼材制作，對(duì)于數(shù)量不多或厚度不大的可采用有色金屬或黑色金屬。而對(duì)于支撐板、卸料零件、導(dǎo)向件應(yīng)選用一般鋼材。
5. 要根據(jù)沖模精密程度選用：
在制造小型精密模具而又復(fù)雜時(shí)，可選用優(yōu)質(zhì)合金鋼制作，而對(duì)于比較簡(jiǎn)單，形狀、精度要求不高的模具應(yīng)選用比較便宜的碳鋼或低合金鋼。
4. 主要設(shè)計(jì)尺寸的計(jì)算
4.1 毛坯尺寸的確定
根據(jù)毛坯尺寸的確定原則可知有兩種方法來計(jì)算毛坯的計(jì)算原則：
1.面積相等原則：由于拉深前和拉深后材料的體積不變，對(duì)于不變薄拉深，假設(shè)材料厚度拉深前后不變，拉深毛坯的尺寸按“拉深前后的表面積相等”來確定。
2.形狀相似原則：拉深毛坯的形狀一般與拉深件橫截面的形狀相似，即當(dāng)零件的形狀是圓形或橢圓形時(shí)，其拉深前毛坯的展開形狀也基本上是圓形或橢圓形。
根據(jù)本零件的特點(diǎn)：為簡(jiǎn)單形狀的旋轉(zhuǎn)體，可以采用面積相等的原則來確定。
先確定修邊余量△h：根據(jù) ,取 按如圖4.1所示。
圖4.1 零件圖
4.2 沖壓力的計(jì)算
4.2.1落料力的計(jì)算
落料力
式中，為材料抗剪強(qiáng)度，；
L為沖裁周邊總長(zhǎng)，；
t為材料厚度，；
系數(shù)是考慮到?jīng)_裁模刃口的磨損；凸模與凹模間隙的波動(dòng)（數(shù)值的變化或分布不均），潤(rùn)滑情況、材料力學(xué)性能與厚度公差的變化等因數(shù)而設(shè)置的安全系數(shù)，一般取1.3。當(dāng)查不出材料抗剪強(qiáng)度時(shí)，可用抗拉強(qiáng)度代替，此時(shí)。
4.2.2拉深力的計(jì)算
采用壓邊圈的圓筒形件
式中，拉深件的直徑；
材料厚度??；
——材料的強(qiáng)度極限；
拉深力；
修正因數(shù)；
4.2.3壓邊力的計(jì)算
毛坯的相對(duì)厚度：
用式由表可查得無凸緣圓筒件用壓邊圈時(shí)的拉深因數(shù)，得。
確定是否使用壓邊圈：
如果滿足時(shí)，
上式不等式不成立
則在拉深模設(shè)計(jì)壓邊裝置。
式中，單邊壓邊力；
平板毛坯直徑；
第1～n次拉深直徑；
r凹--拉深凸模圓角半徑；
得
4.2.4沖壓工藝總力的計(jì)算
沖壓工藝總力
4.3 拉深間隙的確定
拉深間隙是指凸凹模橫向尺寸的差值，雙邊間隙用Z表示。間隙過小，工件質(zhì)量較好，但拉深力大工件容易拉斷，模具磨損嚴(yán)重，壽命低。間隙過大，拉深力小模具壽命提高了，但工件易起皺變厚，側(cè)壁不直，口部邊線不齊，有回彈，質(zhì)量不能保證。
因此，確定間隙的原則是：既要考慮到板料公差的影響，又要考慮毛坯口部增厚現(xiàn)象，故間隙值一般應(yīng)比毛坯厚度略大一些，其值按下式計(jì)算；
單面間隙：
式中，板料的最大厚度，；
板料的厚度；
板料的正偏差；
間隙系數(shù)，考慮到板料增厚現(xiàn)象；
由表可知有壓邊圈拉深時(shí)，模具的間隙值：
4.4 沖裁件的排樣
在沖壓生產(chǎn)中，節(jié)約和減少廢料具有重要的意義。在模具設(shè)計(jì)中，排樣設(shè)計(jì)是一項(xiàng)極為重要的、技術(shù)性很強(qiáng)的設(shè)計(jì)工作，排樣的合理與否直接影響到材料的利用率、制件質(zhì)量、生產(chǎn)率與成本以及模具壽命等。所以排樣工作的好壞是左右沖裁經(jīng)濟(jì)效益的重要因素之一。
沖裁所產(chǎn)生的廢料分為兩種：一是工件的各種內(nèi)孔產(chǎn)生的廢料，它取決于工件的形狀，一般不能改變，稱為設(shè)計(jì)廢料；二是由于工件之間的搭邊和工件與條料側(cè)面的搭邊、板料的料頭、料尾產(chǎn)生的廢料，它取決于沖壓方式和排樣方式，稱為工藝廢料。
提高材料利用率最主要的途徑是合理排樣，使工藝廢料盡量小。另外在滿足工件使用要求的前提下，適當(dāng)?shù)馗淖児ぜ慕Y(jié)構(gòu)形狀也可以提高材料的利用率。
1.搭邊
排樣時(shí)，工件及工件與條料側(cè)邊之間的余料叫搭邊。搭邊的作用是補(bǔ)償定位誤差和保持條料有一定的剛度，以保證沖壓件質(zhì)量和送料方便。搭邊太寬，浪費(fèi)材料；搭邊太窄會(huì)引起搭邊斷裂或翹曲，可能出現(xiàn)“啃刀”現(xiàn)象或沖裁時(shí)被拉斷，有時(shí)還會(huì)拉入模具間隙中，損壞模具刃口，從而影響模具壽命。
搭邊值的大小與下列因素有關(guān)：
(1)材料的力學(xué)性能 硬材料可小些，軟材料的搭邊可要大些。
(2)工件的形狀與尺寸 尺寸大或帶有突尖的復(fù)雜形狀時(shí)，搭邊要取得大些。
(3)材料厚度 薄材料的搭邊應(yīng)取得大些。
(4)送料方式及擋料方式 用手工送料、有側(cè)壓板導(dǎo)向的搭邊值可以取小些。
由上可知
2.排樣方法
常用的排樣方法有三種：
(1)廢料排樣：指沿工件全部外形沖裁，工件與工件、工件與條料邊緣都留有搭邊，此種排樣的缺點(diǎn)是材料利用率低，但有了搭邊就能保證沖裁件的質(zhì)量，模具壽命也高。
(2)少廢料排樣：指模具只沿著工件部分外形輪廓沖裁，只有局部搭邊的存在。
(3)無廢料排樣：指工件與工件之間及工件與條料側(cè)邊之間均無搭邊的存在，模具刃口沿條料順序切下，直接獲得工件。
少、無廢料排樣的缺點(diǎn)是工件質(zhì)量差，模具壽命不高。但這兩種排樣可以節(jié)省材料，還具有簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu)、降低沖裁力和提高生產(chǎn)率等優(yōu)點(diǎn)，并且工件須具有一定的形狀，才能采用少、無廢料排樣。上述三類排樣方法，按工件的外形特征主要分為直排、斜排、直對(duì)排、斜對(duì)排、混合排、多行排等形式。
根據(jù)本零件的特點(diǎn)，適合采用廢料直排的方式,這樣不僅使沖出的零件達(dá)到質(zhì)量要求，還可以在一定程度上提高材料的利用率。
3.條料寬度的確定
在排樣方式和搭邊值確定以后，就可以確定條料的寬度。
查表得條料與導(dǎo)料板的最小間隙 。
根據(jù)板材的標(biāo)準(zhǔn)，查板材的標(biāo)準(zhǔn)可知，宜采用750mm×1000mm的冷軋鋼板，每張鋼板可以剪裁為8張條料（93mm×1000mm），每張鋼板可以沖出10個(gè)工件。
4.材料的利用率
排樣的目的在于節(jié)約原材料盡可能降低成本，利用率是衡量排樣經(jīng)濟(jì)性的指標(biāo)，一般以一個(gè)進(jìn)距內(nèi)的材料利用率η來表示，也可以用一張板料的總利用率η∑來表示。
式中，沖裁件的面積（包括沖出的小孔在內(nèi)）；
一個(gè)步距內(nèi)的沖件數(shù)；
條料的寬度；
進(jìn)距；
一張板料上的沖件數(shù)；
板料長(zhǎng)度；
板料的寬度；
由上述公式可知：η越大，材料廢料越少，材料的利用率就越高。
沖裁件的面積：
步距：
一個(gè)步距材料的利用（n=1）：
每張鋼板的材料利用率：
5. 工作部分尺寸計(jì)算
5.1 拉深凸凹尺寸的確定
因?yàn)樵摴ぜ笈c另一工件配合,所以在設(shè)計(jì)時(shí)可將其尺寸做小些,即拉深模尺寸取拉深凸模尺寸取。工件底部尺寸因?yàn)閷儆谶^渡尺寸，要求不高，為簡(jiǎn)單方便，實(shí)際生產(chǎn)中直接按工件尺寸作拉深凸、凹模為該處尺寸。
落料凸、凹模工作部分尺寸的確定：因?yàn)闉槁淞霞?，所以以凹模為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)。
查表5.1初始雙面間隙可知，，。 因?yàn)楣ぜ闹圃旃顬樽杂晒睿匀T14級(jí)，工件的公差為0.87。
表5.1 初始雙面間隙Zmax、Zmin
材料厚度t/mm
08、10、35
09M2、Q235
Q345
40、50
65Mn
Zmax
Zmin
Zmax
Zmin
Zmax
Zmin
Zmax
Zmin
小于0.5
極小間隙
0.5
0.040
0.060
0.040
0.060
0.040
0.060
0.040
0.060
0.6
0.0.048
0.072
0.048
0.072
0.048
0.072
0.048
0.072
0.7
0.064
0.092
0.064
0.092
0.064
0.092
0.064
0.092
0.8
0.072
0.104
0.072
0.104
0.072
0.104
0.064
0.092
0.9
0.090
0.116
0.090
0.126
0.090
0.126
0.090
0.126
1.0
0.180
0.120
0.100
0.140
0.100
0.140
0.090
0.126
1.2
0.126
0.180
0.132
0.180
0.132
0.180
1.5
0.132
0.240
0.170
0.240
0.170
0.240
1.75
0.220
0.320
0.220
0.320
0.220
0.320
2.0
0.246
0.360
0.260
0.380
0.260
0.380
凸凹模的制造公差為；。
因?yàn)?.035+0.025=0.18-0.12，
故,所以，將以上各值代入公式
式中，凸模的尺寸；
凹模的尺寸；
工件的公差；
凸凹模的制造公差，此處選取IT14級(jí)；
拉深凸、凹模工作部分尺寸的確定：
工件的公差為；凸凹模具的制造公差為和。
因?yàn)楣ぜ榕c另一件配合的蓋，所以外形的尺寸要求較高，應(yīng)以凹模為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)：
式中，為工件外形的工稱尺寸；
-工件的公差；
凸凹模的制造公差；
5.2 圓角半徑的確定
1. 圓角半徑對(duì)拉深過程的影響
拉深力是通過凸模圓角傳遞到被拉深工件上的，位于凸模圓角處的工件材料是最容易破裂的，“危險(xiǎn)斷面”凸模圓角半徑r增大，則該處拉深件材料因厚度變薄量減小而強(qiáng)度增大，所傳遞的極限拉深力F也增大，因而可以減小拉深系數(shù)m。
拉深模的凹模圓角半徑要取得適當(dāng)，如果增大凹模圓角半徑ra則材料拉入凹模時(shí)的阻力減小，拉深系數(shù)m也減小，但當(dāng)如果當(dāng)ra取得過大，則有更多的材料未被壓料圈壓住，而容易起皺。在拉深工件時(shí)，對(duì)于變形量較大處，就需要用較大的ra，由于在矩形件拉深時(shí)，角部的變形量最大，為了使金屬的流動(dòng)性較為均勻，角部的凹模圓角半徑應(yīng)比直邊處的凹模圓角半徑大。
3. 圓角半徑數(shù)值
一般應(yīng)按經(jīng)驗(yàn)公式取得凹模的最小圓角半徑；
式中，毛坯或上道工序的拉深直徑；
本道工序的拉深直徑；
材料厚度；
6. 模具的總體設(shè)計(jì)
6.1 模具的類型及定位方式的選擇
6.1.1模具類型的選擇
由沖壓工藝分析可知，采用復(fù)合沖壓，所以模具類型為落料——拉深復(fù)合模。
6.1.2定位方式的選擇
為保證條料的正確送進(jìn)和毛坯在模具中的正確位置，沖裁出外形完整的合格零件，模具設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮條料或毛坯的定位。正確位置是依靠定位零件來保證的。由于毛坯形式和模具結(jié)構(gòu)不同，所以定位零件的種類很多。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)毛坯形式、模具結(jié)構(gòu)、零件公差大小、生產(chǎn)效率等進(jìn)行選擇。定位包含控制送料步距的擋料和垂直方向的導(dǎo)料等。
1.擋料銷
擋料銷的作用是擋住條料搭邊或沖壓輪廓以限制條料的送進(jìn)距離。國家標(biāo)準(zhǔn)中常見的擋料銷有三種形式：固定擋料銷、活動(dòng)擋料銷和始用擋料銷。固定擋料銷安裝在凹模上，用來控制條料的進(jìn)距，特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便。由于安裝在凹模上，安裝孔可能會(huì)造成凹模強(qiáng)度的削弱，常用的結(jié)構(gòu)有圓形和鉤形擋料銷?；顒?dòng)擋料銷常有于倒裝復(fù)合模中。始用擋料銷用于級(jí)進(jìn)模中開始定位。
2.導(dǎo)正銷
在級(jí)進(jìn)模中導(dǎo)正銷通常與擋料銷配合使用，以減少定位誤差，保證孔與外形的相對(duì)位置尺寸精度要求。當(dāng)零件上沒有適宜于導(dǎo)正銷導(dǎo)正用的孔時(shí)，對(duì)于工步數(shù)較多、零件精度要求較高的級(jí)進(jìn)模，應(yīng)在條料兩側(cè)的空位處設(shè)置工藝孔，以供導(dǎo)正銷導(dǎo)正條料使用。此時(shí)，導(dǎo)正銷固定在凸模固定板或彈壓卸料板上。
3.側(cè)刃
在級(jí)進(jìn)模中，常采用側(cè)刃控制條料步距，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的。側(cè)刃實(shí)質(zhì)上是裁切邊料凸模，通過側(cè)刃的兩側(cè)刃口，切除條料兩側(cè)邊緣部分材料，形成一臺(tái)階。條料切去部分邊料后，寬度才能夠繼續(xù)送入到凹模，送進(jìn)的距離為切去的長(zhǎng)度。當(dāng)材料送到切料后形成的臺(tái)階時(shí)，側(cè)刃擋塊阻止了材料繼續(xù)送進(jìn)，只有通過模具下一次地工作，新的送料步長(zhǎng)才能形成。
4.定位板和定位釘
定位板和定位釘是為單個(gè)毛坯定位用的元件，以保證前后工序相對(duì)位置精度或工件的內(nèi)孔與外輪廓的位置精度要求。
5.送料方向的控制
條料的送料方向是條料靠著一側(cè)導(dǎo)料板，沿著設(shè)計(jì)的送料方向?qū)蛩土?，為使條料靠緊一側(cè)的導(dǎo)料板，保證送料的精度，可采用側(cè)壓裝置。
因?yàn)樵撃＞呤褂玫氖菞l料，所以導(dǎo)料采用導(dǎo)料板（本副模具中固定卸料板與導(dǎo)料板為一體），采用擋料銷控制送進(jìn)距。
6.2 推件零件的設(shè)計(jì)
6.2.1卸料零件的設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)卸料零件的目的，是將沖裁后卡在凸模上或凸凹模上，或凸模上的制件或廢料卸掉，保證下次沖壓時(shí)能正常進(jìn)行，常用的卸料方式有以下幾種：
（1）剛性卸料
剛性卸料是采用固定卸料板卸料，常用于較硬、較厚且精度要求不高的工件沖裁后卸料。當(dāng)卸料板只起卸料作用時(shí)，與凸模的間隙隨著材料厚度的增加而增大，單面間隙??；當(dāng)固定卸料板還要起到對(duì)凸模的導(dǎo)向作用時(shí)，卸料板與凸模的配合間隙應(yīng)小于沖裁間隙。此時(shí)要求卸料后凸模不能完全脫離卸料板，保證凸模與卸料板配合大于。
常用的固定卸料板有幾種：卸料與導(dǎo)料為一體的整體式卸料板；卸料板與導(dǎo)料板分開的組合式卸料板（在沖裁中應(yīng)用最廣泛）；用于窄長(zhǎng)零件的沖孔或切口卸件的懸臂式卸料板；在沖孔底部用來卸空心件或彎曲的拱形卸料板。
（2）彈性卸料板
彈性卸料板具有卸料和壓料的雙重作用，主要用于沖裁料厚在以下的板料。由于有壓料作用，沖裁比較平整。彈壓卸料與彈性元件、卸料螺釘組成彈性卸料裝置，卸料板與凸模配合的單邊間隙選擇，若彈壓卸料板還要起到對(duì)凸模的導(dǎo)向作用，二者的配合應(yīng)小于沖裁間隙。彈性元件的選擇應(yīng)滿足卸料力和沖模結(jié)構(gòu)要求。
6.2.2 頂件裝置的確定
推件和頂件的作用是將制件從凹模中推出來（凹模在上模）或頂出（凹模在寫模）。推件力是通過壓力機(jī)的橫梁作用在一些傳力元件上，使推件力傳遞到推件板上將制品（或廢料）推出凹模。推板的形狀和推桿的位置應(yīng)根據(jù)被推材料的尺寸和形狀來確定。設(shè)計(jì)在下模的彈性頂件裝置，通過凸模下壓使彈性元件在沖壓時(shí)儲(chǔ)存能量，模具回程時(shí)頂件器的彈性元件釋放能量，頂件塊將廢料從凹模中頂出。
模具采用固定卸料，剛性打件，并利用裝在壓力機(jī)工作臺(tái)下的標(biāo)準(zhǔn)緩沖器提供壓邊力。
6.2.3導(dǎo)向方式的選擇
常用的模架有：滑動(dòng)式導(dǎo)柱導(dǎo)套模架、滾動(dòng)式導(dǎo)柱導(dǎo)套模架。模架有上、下模座和導(dǎo)向零件組成，是整副模具的骨架，模具的全部零件都固定在它的上面，并承受沖壓全過程的全部載荷。模具上模座和下模座分別與沖壓設(shè)備的滑塊和工作臺(tái)固定。上、下模間的精度由導(dǎo)柱、導(dǎo)套的導(dǎo)向來實(shí)現(xiàn)。主要模架形式有：
對(duì)角模架：由于導(dǎo)柱安裝在模具的中心對(duì)稱的對(duì)角線上，所以上模座在導(dǎo)柱上滑動(dòng)平穩(wěn)，常用于橫向送料級(jí)進(jìn)?；蚩v向送料的落料模、復(fù)合模。
后側(cè)導(dǎo)柱模架：由于前面和左右不受限制，送料和操作比較方便，因?qū)е惭b在后側(cè)，工作時(shí)偏心距會(huì)造成導(dǎo)柱導(dǎo)套單邊磨損，并且不能用浮動(dòng)模柄結(jié)構(gòu)。
中間導(dǎo)柱模架：導(dǎo)柱安裝在模具的對(duì)稱線上，導(dǎo)向平穩(wěn)，準(zhǔn)確，但只能在一個(gè)方向送料。
四導(dǎo)柱模架：具有平穩(wěn)、導(dǎo)向準(zhǔn)確可靠、剛性好等優(yōu)點(diǎn)，常用于沖壓尺寸較大或精度較高的沖壓件。
滾動(dòng)式導(dǎo)柱導(dǎo)套模架的導(dǎo)向精度高，使用壽命長(zhǎng)。主要用于高精度、高壽命的精密模具及薄材料的沖裁模具。
根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)模架的選擇，為了提高模具壽命和工件質(zhì)量，方便安裝調(diào)整，該復(fù)合模采用中間導(dǎo)柱的導(dǎo)向方式。
7. 主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
7.1 工作零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
由于工件形狀簡(jiǎn)單對(duì)稱，所以模具的工作零件均采用整體結(jié)構(gòu)，拉深凸
模、落料凹模的結(jié)構(gòu)如下圖：圖7.1為拉深凸模，圖7.2為落料凹模。
圖7.1 拉深凸模
圖7.2 落料凹模
為了實(shí)現(xiàn)先落料后拉深，模具裝配后，應(yīng)使拉深凸模的端面比落料凹模端面低。所以圖7.1所示拉深凸模，其長(zhǎng)度L可按下式計(jì)算：
式中 凸模固定板的厚度，
凹模的厚度，；
裝配后，拉深凸模的端面低于落料凹模端面的高度，根據(jù)板厚大小，決定
7.2 其他零部件的設(shè)計(jì)與選用
7.2.1 彈性元件的選用
該模具中的彈性元件主要采用彈簧,頂件塊在成形過程中一方面起壓邊力作用，另一方面還可將成形后包在拉深凸模上的工件卸下。其壓邊力由標(biāo)準(zhǔn)緩沖器提供。
7.2.2 模架的選用
模具選用中間導(dǎo)柱標(biāo)準(zhǔn)模架，可承受較大的沖壓力。為防止裝模時(shí)，上無轉(zhuǎn)裝配，將模架中兩對(duì)導(dǎo)柱與導(dǎo)套制作成粗細(xì)不等：
導(dǎo)柱分別為；
導(dǎo)套分別為
上模座厚度取，即；
上模墊板厚度取，即；
固定卸料板厚度，即
下固定板厚度取，即
下模墊板厚度取，即
下模座厚度取，即
模具閉合高度
式中凸、凹模的高度,；
凹模的厚度，；
凸、凹模進(jìn)入落料凹模的深度
可見該模具閉合高度小于所選壓力機(jī)J23-25的最大裝模高度（220mm），可以使用。
7.2.3 模具輔助零件的材料選用及熱處理
模具輔助零件的材料選用及熱處理，見表7.1。
表7.1 模具輔助零件的材料選用及熱處理
零件名稱
選用材料
熱處理
硬度HRC
上模座、下模座
HT20～40HT25～47、ZG25、ZG35A3、A5
模柄
A3、A5
凸模固定板、凸凹模固定板
A3、A5
側(cè)面導(dǎo)板
45
淬火
43～48
導(dǎo)柱
20
滲碳0.8~1
58～62
導(dǎo)套
20
淬火
58～60
導(dǎo)正銷、定位銷
T7、T8
淬火
52～56
擋料銷、擋料板
45
淬火
45～48
墊板、定位板
45、T7A
淬火
43～48
螺母、墊圈
A3
固定螺栓、螺釘
A3、45
銷釘
45
淬火
45～48
頂桿、推桿
45
淬火
43～48
8. 模具的總裝圖
由以上設(shè)計(jì)可得如圖8.1所示的模具總裝圖。
為了實(shí)現(xiàn)先落料，后拉深，應(yīng)保證模具裝配后，拉深凸模的端面比落料凹模端面低。
圖8.1 模具的總裝圖
模具工作過程：將條料送入剛性卸料板下長(zhǎng)條形槽中，平放在凹模面上，并靠槽的一側(cè)，壓力機(jī)滑塊帶著上模下行，凸凹模下表面首先接觸條料，并與頂件塊一起壓住條料，先落料后拉深；當(dāng)拉深結(jié)束后，上?；爻?，落料后的條料由剛性卸料板從凸凹模上卸下，拉深成形的工件由壓力機(jī)上活動(dòng)橫梁通過推件塊從凸凹模中剛性打下，手工將工件取走后，將條料往前送進(jìn)一個(gè)步距，進(jìn)行下一個(gè)工件生產(chǎn)。
9. 模具的裝配
復(fù)合模是指在沖床一次行程中沖制產(chǎn)品兩道或兩道以上工序的沖模，這種模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，裝配要求高，但由于模具生產(chǎn)率高，各內(nèi)、外型面間的相對(duì)位置精度高，故廣泛應(yīng)用于精密零件的加工。本模具為落料—拉深復(fù)合模，其裝配一般按下面的步驟進(jìn)行：
1.裝配壓入式模柄，垂直上模座端面，裝后同磨大端面齊平。
2.將拉深凸模裝在下模座上，并相對(duì)下模座底面垂直。同磨端面平齊后，作止動(dòng)螺釘孔，并安裝止動(dòng)螺釘。
3.以頂件塊定心，將凹模裝在下模座上，經(jīng)調(diào)整與拉深凸模同軸后，用平行夾板夾緊，做螺釘孔和銷釘，并擰緊螺釘，配入適當(dāng)過盈的定位銷。
4.將凸凹模裝在固定板上，并保持垂直，同磨大的端面齊平。
5.用平行夾板將凸凹模上的固定板與上模座加緊后合模，使導(dǎo)柱緩慢進(jìn)入導(dǎo)套。在凸凹模的外圓對(duì)正凹模后，配作螺釘和螺釘過孔，并擰入螺釘?shù)灰o。用輕輕敲打固定板的方法進(jìn)行細(xì)致地調(diào)整，待凸凹模和凹模的間隙均勻后，配作凸凹模固定板和上模座的銷孔，并配入相應(yīng)過盈量的銷釘。
6.加工頂件塊時(shí)，外圓按凹模的孔實(shí)配，內(nèi)孔按拉深凸模的外圓實(shí)配，保持要求的間隙。裝配后，頂件塊的頂面須高于凹模而拉伸凸模的頂面不得高于凹模。
7.安裝固定擋料銷和卸料板，按凹模板上的孔套在凸凹模外圓上應(yīng)于凹模中心保持一致。在用平行夾板夾緊的情況下，按凹模上的螺孔引作卸料板上的螺釘過孔，并以螺釘固緊，其它零件的裝配均符合要求后打標(biāo)記。
結(jié)束語
經(jīng)過近兩個(gè)月忙碌又緊張地設(shè)計(jì)，我終于完成了老師布置的題目：盒形落料拉深件的設(shè)計(jì)。
在設(shè)計(jì)的過程中，我遇到了許多的困難。首先是計(jì)算的復(fù)雜，計(jì)算毛坯直徑時(shí)，涉及的尺寸很多而且還帶根號(hào)，計(jì)算量很大；還有計(jì)算拉深力、壓邊力時(shí)得查閱大量的表。其次是知識(shí)的完美結(jié)合，在設(shè)計(jì)模具時(shí)，很多知識(shí)以前都沒有學(xué)過，這就需要我查閱手冊(cè)、資料，然后與我們平常所學(xué)結(jié)合到一塊，做到融會(huì)貫通。對(duì)于盒形件，還得校核角部的拉深系數(shù)。同時(shí)在設(shè)計(jì)中，我也總結(jié)了許多：
1.選擇模具結(jié)構(gòu)（根據(jù)零件圖樣及計(jì)算要求，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際情況，提出模具結(jié)構(gòu)方案分析比較，選擇最佳結(jié)構(gòu)）
2.采用標(biāo)準(zhǔn)零部件（應(yīng)盡量選用國家標(biāo)準(zhǔn)及工廠沖模標(biāo)準(zhǔn)件，便模具設(shè)計(jì)典型化及制造簡(jiǎn)單化，縮短設(shè)計(jì)制造周期，降低成本）
3.其它
（1）定位銷 沖模中的定位銷常選用圓柱銷，其直徑與螺釘直徑相近，不能太細(xì)，每個(gè)模具上只需兩個(gè)銷釘，其長(zhǎng)度勿太長(zhǎng)，其進(jìn)入模體長(zhǎng)度是直徑長(zhǎng)度的2～3倍
（2）螺釘 固定螺釘擰入模體的深度勿太深，如擰入鑄鐵件，深度是螺釘直徑的2～2.5倍
（3）導(dǎo)柱、導(dǎo)套 模具完全對(duì)稱時(shí)兩導(dǎo)柱的導(dǎo)向直徑不易設(shè)計(jì)得相等，避免合模時(shí)誤裝方向而損壞模具刃口，導(dǎo)套長(zhǎng)度的選取應(yīng)保證開始工作時(shí)導(dǎo)柱進(jìn)入導(dǎo)套10mm～15mm
（4）模具行程 設(shè)計(jì)拉深模時(shí)，所選設(shè)備的行程應(yīng)是拉深深度（即拉深件高度）的2～2.5倍。
致 謝
轉(zhuǎn)眼間，將近一個(gè)月的時(shí)間過去了。
趙林
2006年12月
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