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沖壓模具設(shè)計(jì)中側(cè)壁起皺的分析
F.-k. Chen and Y.-C. Liao
臺(tái)灣 臺(tái)北市國(guó)立臺(tái)灣大學(xué)機(jī)械工程部門
在沖壓過(guò)程中，起皺一般發(fā)生在有錐度的方形杯子和帶有階梯的矩形杯子成形時(shí)。這兩種起皺類型的共同特征是起皺都發(fā)生在相對(duì)沒有支撐的側(cè)壁。在沖壓一個(gè)有錐度的方形杯子時(shí)，當(dāng)發(fā)生起皺時(shí)，比如沖模間隙和沖壓毛壞的壓力大小等參數(shù)的影響通過(guò)有限元模擬方法被檢查到。模擬結(jié)果顯示沖模間隙越大，起皺的就越明顯，而且起皺不能通過(guò)增加沖壓力來(lái)被抑制。在研究帶有階梯的矩形杯子沖壓過(guò)程的起皺時(shí)，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)有相似幾何類型的實(shí)際部分。在側(cè)壁被發(fā)現(xiàn)的起皺是因?yàn)榻橛跊_頭和階梯邊緣的金屬板料不平衡伸展造成的。為減少起皺，一個(gè)最適宜的沖模設(shè)計(jì)方法就是利用有限元分析法。在無(wú)起皺產(chǎn)品中介于模擬結(jié)果和實(shí)測(cè)結(jié)果的好協(xié)議使有限元分析法生效，而且證實(shí)了利用有限元分析法去設(shè)計(jì)沖模的優(yōu)勢(shì)。
關(guān)鍵詞：側(cè)壁起皺；沖模；階梯的矩形杯子；帶有錐度的主形杯子
1． 介紹
起皺是在金屬板料成形中主要的缺陷之一。由于性能和視察的原因，在產(chǎn)品中起皺往往不能被接受。在金屬板料成形過(guò)程中，有三種形式的起皺頻繁的發(fā)生：邊緣起皺，側(cè)壁起皺和由于殘余的彈性壓力引起的未變形區(qū)域的彈性彎曲。在沖壓一個(gè)復(fù)雜形狀零件的操作時(shí)，側(cè)壁起皺意味著沖模腔中的起皺。由于側(cè)壁區(qū)域的金屬板料相對(duì)于其它區(qū)域的金屬板料不被工具所保征質(zhì)量，側(cè)壁起皺的消除比邊緣起皺的抑制更難。很明顯，在未被加固的側(cè)壁區(qū)域中的金屬材料的額外拉伸可能防止起皺，而且在實(shí)際操作中也可以通過(guò)增加沖壓力來(lái)防止起皺，但是過(guò)度的拉力會(huì)通過(guò)裂痕導(dǎo)致失敗。因此，沖壓力必須處于一個(gè)狹小的范圍，一方面，要高于抑制起皺的力，另一方面，要低于產(chǎn)生破裂的力。沖壓力的狹小范圍很難計(jì)算。對(duì)于沖壓一個(gè)復(fù)雜形狀的零件，當(dāng)起皺發(fā)生在中心區(qū)域時(shí)，有意義的沖壓力范圍甚至不存在。
為了檢查起皺的形成結(jié)構(gòu)，Yoshida et al.發(fā)明了一種測(cè)試，在這種測(cè)試?yán)?，一塊薄板料不是均勻的沿著它的斜度被拉伸。他們也計(jì)劃一個(gè)近似的理論模型，在這種模型里面，起皺的開始取決于在壓力不均勻區(qū)域中有壓縮的側(cè)部力的彈性灣曲。Yu et al.從實(shí)驗(yàn)性和分析性上研究起皺問(wèn)題，通過(guò)理論分析，他發(fā)現(xiàn)帶有兩個(gè)圓周波的起皺可能發(fā)生，然而，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示是四到六個(gè)。當(dāng)通過(guò)一個(gè)有錐度的模具畫出金屬板料時(shí)，Narayanasamy和sowerby用平底的沖頭和半球狀的沖頭檢查金屬板料的起皺。他們也試圖去把可以抑制起皺的道具分類。
那些努力都被聚中于和簡(jiǎn)單形狀零件關(guān)聯(lián)的起皺問(wèn)題上，例如：一個(gè)圓形的杯子。在90年代早期，金屬板料成形中三維動(dòng)態(tài)軟件和有限元方法的成功運(yùn)用使得分析包括在沖壓一個(gè)復(fù)雜形狀零件的起皺問(wèn)題成為可能。在當(dāng)前的研究中，三維有限元分析法被用來(lái)分析在沖壓一個(gè)帶有階梯的矩形部分的過(guò)程中，產(chǎn)生起皺的金屬流動(dòng)制造參數(shù)上。
一個(gè)帶有階梯的方形杯子，在杯子的每一邊都有一個(gè)傾斜的側(cè)壁，在帶有錐度的杯子也相應(yīng)的存在傾斜的側(cè)壁。在沖壓過(guò)程中，側(cè)壁上的金屬板料相對(duì)沒被支撐，因此，這個(gè)部位更容易起皺。在當(dāng)前的研究中，起皺過(guò)程中的各種不同的制造參數(shù)的影響都在被研究。在沖壓一個(gè)帶有階梯的方形杯子時(shí)，就像圖1B顯示的一樣，可以觀測(cè)到另一種形式的起皺。為了評(píng)估分析的效力，在當(dāng)前的研究中，一個(gè)確切階梯幾何形狀的物體被檢測(cè)。通過(guò)使用有限元分析法和用適宜的模具設(shè)計(jì)來(lái)減少起皺，起皺的原因被確定。在觀測(cè)一個(gè)實(shí)際產(chǎn)品成形時(shí)，通過(guò)有限元分析法得到的模具設(shè)計(jì)方法得到證實(shí)。
圖1帶有錐度方形杯子的拉伸（a）和帶有階梯的矩形杯子的拉伸（b）
2有限元模型
包括沖頭、模具和毛壞固定器等工具幾何學(xué)是用CAD或PRO/E軟件來(lái)設(shè)計(jì)的。同樣用CAD軟件，三節(jié)點(diǎn)和四節(jié)點(diǎn)的外形元素被采用用來(lái)為以上工具生產(chǎn)網(wǎng)眼系統(tǒng)。對(duì)于有限元模擬來(lái)說(shuō)，工具被認(rèn)為是剛硬的，而且對(duì)應(yīng)的網(wǎng)眼被用來(lái)定義工具幾何學(xué)而不是壓力分析。同樣CAD軟件使用四節(jié)點(diǎn)外形元素來(lái)為板形壞料構(gòu)造網(wǎng)眼。圖2顯示工具的完整布置的網(wǎng)眼系統(tǒng)和用來(lái)沖壓帶有階梯方形杯子的板形壞料。由于對(duì)稱條件，方形杯子的四分之一被分析。在模擬中，板形壞料放在壓力機(jī)上，沖模向下移動(dòng)，逆著壓力機(jī)夾緊板形壞料。然后沖模上升使得板形壞料按著模腔成形。
圖2 有限元網(wǎng)眼
為了表演一個(gè)精確的有限元分析法，金屬板料的真實(shí)應(yīng)力應(yīng)變曲線被要求是輸入數(shù)據(jù)的一部分。在當(dāng)前的研究中，拉深成形的金屬板料也被用來(lái)模擬。為在飛機(jī)上切割下的樣本測(cè)試被進(jìn)行，它們依次從0度的旋轉(zhuǎn)方向到45度的旋轉(zhuǎn)方向，再到90度的旋轉(zhuǎn)方向進(jìn)行著。平均的流動(dòng)力σ，計(jì)算方程為σ=（σ0+2σ45+σ90）/4，因?yàn)槊恳粋€(gè)方法真實(shí)應(yīng)變通常用來(lái)模擬帶錐度方形杯子和帶階梯矩形的沖壓，就如圖3顯示的那樣。
當(dāng)前研究中所有的模擬利用有限元程序PAM-STAMP涉及SGI Indigo2工作站。為了完成模似所需輸入數(shù)據(jù)的設(shè)置，沖頭的速度一般設(shè)置在10m/s，庫(kù)侖摩擦系數(shù)設(shè)置在0.1。
圖3 金屬板料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系
3 錐度方形杯中的起皺
正像圖1a顯示的那樣，草圖暗示著一些有關(guān)錐度方形杯子的尺寸，方形沖頭每一面的長(zhǎng)度（2WP）、模腔的尺寸（2Wd）和高度(H)被認(rèn)為是影響起皺的至關(guān)重要尺寸。在當(dāng)前研究中，模腔尺寸和沖頭尺寸的差距的一半稱作沖模間隙（記作G），G= Wd- WP。相關(guān)的在側(cè)壁沒被支撐的金屬板料的寬度取決于沖模間隙，起皺假想通過(guò)增加沖壓力來(lái)被抑制。相對(duì)于沖壓一個(gè)錐度方形杯子，沖模間隙和沖壓力兩方面的影響在接下來(lái)的部分被研究。
3.1沖模間隙的影響
為了檢查沖模間隙對(duì)起皺的影響，在沖壓一個(gè)錐度方形杯子時(shí)，分別用20mm，30mm，50mm大小的沖模間隙進(jìn)行模擬沖壓。在每次模擬沖壓中，模腔的尺寸都是固定在200mm，而且杯子拉深的高度都是100mm。三次模擬中使用的金屬板料都是380X380的方形尺寸，厚度也都是0.7mm，金屬的應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖3所示。
圖4 G=50mm的帶有錐度的方形杯子
模擬結(jié)果顯示三次模擬中都發(fā)生起皺現(xiàn)象，沖模間隙為50mm沖壓出來(lái)的杯子模擬形狀如圖4。從圖4中可以看出，起皺分布在側(cè)壁，側(cè)壁拐角尤其明顯。這就說(shuō)明在沖壓過(guò)程中，起皺是由于在側(cè)壁有大面積區(qū)域不被支撐，同樣，由于沖模間隙不一樣，沖頭各邊的長(zhǎng)度和模腔尺寸也不一樣。由于橫向壓力的存大，在沖頭和模腔中拉深成形的金屬板料越來(lái)越不牢固。在壓縮下，側(cè)壁金屬板料不受限制的拉伸是起皺的主要原因。為了比較三種不同間隙沖壓出來(lái)的產(chǎn)品，兩個(gè)主要的應(yīng)變比率β被介紹，β=εmin/εmax，這里的εmin和εmax分別是主要的和次要的應(yīng)變。Hosford和Caddell已經(jīng)展示了β的實(shí)際值比β的評(píng)論值大，假設(shè)當(dāng)起皺發(fā)生時(shí)，β的實(shí)際值越大，起皺的可能性就越大。
在三個(gè)沖模間隙不同的沖壓中，同一側(cè)壁高度，沿著橫截面M-N的β值在圖4中標(biāo)記出，在圖5中畫出。圖5中說(shuō)明嚴(yán)重的起皺一般發(fā)生在拐角處，而對(duì)三個(gè)沖模間隙不同的沖壓，在側(cè)壁中心很少發(fā)生起皺。還說(shuō)明了沖模間隙越大，β的實(shí)際值就越大。因此，增加沖模間隙將增加在錐度方形杯子側(cè)壁處發(fā)生起皺的可能性。
3.2沖壓力的影響
眾所周知，在沖壓過(guò)程中，增加沖壓力可以幫助排除起皺。為了研究增加沖壓力的影響，沖模間隙為50mm與起皺是有關(guān)聯(lián)的，用沖模間隙為50mm的模具沖壓帶有錐度方形杯子被用不同的沖壓力來(lái)模擬了。沖壓從100KN增加到600KN，這兩個(gè)力分別產(chǎn)生0.33Mpa和1.98Mpa。在上述部分，剩下的模擬條件與給定的是一樣的。處于中間的300KN也被用來(lái)模擬。
模擬結(jié)果顯示沖壓力的增加并沒有幫助消除發(fā)生在側(cè)壁的起皺。在圖4中已標(biāo)出沿著橫截面M-N的β值與沖壓力為100KN和600KN的β值作比較。模擬結(jié)果指出兩種情況下，沿著橫截面M-N的β值是一樣的。為了檢查兩種不同沖壓力的起皺形狀，正如圖4和圖6標(biāo)出的那樣，側(cè)壁上從底部向上有五處不同位置的橫截面。從圖6可以看出，兩個(gè)外殼的波浪形橫截面是相似的。這就說(shuō)明在沖壓帶有錐度的方形杯子時(shí)，沖壓力不影響起皺的發(fā)生，這是因?yàn)槠鸢櫟脑蛑饕怯捎谠谟袡M向壓力存在的側(cè)壁處有大面積區(qū)域不被支撐。沖壓力對(duì)沖頭和模腔之間材料不穩(wěn)定的模式并沒有影響。
圖5 沿著橫截面M-N不同沖模間隙的β值
4階梯矩形杯子
在沖壓一個(gè)階梯矩形杯子時(shí)，起皺發(fā)生在側(cè)壁即使沖模間隙并不是那么重要。輪廓1顯示沖壓階梯矩形杯子的沖頭草圖，在這張草圖中，側(cè)壁C沿臺(tái)階D-E而行。在近期的研究中，在一個(gè)實(shí)際的產(chǎn)品中檢查到了這種幾何形狀。這種產(chǎn)品使用的原材料的厚度是0.7mm，從拉力測(cè)試中獲得的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系如圖3所示。
這種沖壓部分產(chǎn)品的程序包括通過(guò)清理焊縫的深拉。在這種深拉過(guò)程中，沒有焊縫被用在沖模表面來(lái)幫助幫助金屬的流動(dòng)。但是，由于沖頭拐角處的半徑過(guò)小和其復(fù)雜的幾何形狀，如圖7顯示的那樣，在沖頭邊緣上部經(jīng)常發(fā)生拉裂，在真實(shí)產(chǎn)品的側(cè)壁處經(jīng)常發(fā)生起皺。從圖7中可以看出，皺紋發(fā)分布在側(cè)壁上，但是在階梯邊緣拐角處最為嚴(yán)重，就像圖1（b）中A-D，B-E顯示的那樣。在沖頭的上部邊緣，金屬往往被拉裂，就像圖7所示。
為了進(jìn)一步的了解沖壓過(guò)程中板料的變形，誕生了一種有限元的方法。這種有限元模擬方法被在最初的設(shè)計(jì)中。部分的模擬形狀如圖8所示。從圖8中可以看出，零件上部邊緣的網(wǎng)眼被拉深，皺紋分布在側(cè)壁上，類似真實(shí)零件中的那樣。
圖6 從圖a的100KN到圖b的600KN不同側(cè)壁高度的橫截面線條
圖7 產(chǎn)品零件中的拉裂和起皺
圖8 產(chǎn)品拉裂和起皺的模擬形狀
如圖1（b）就像A-B邊緣半徑和沖孔拐角處A的半徑一樣，沖孔的半徑也很小，這被認(rèn)為是拉裂的最主要原因。但是，根據(jù)有限元分析的結(jié)果，拉裂可以通過(guò)增加以半徑來(lái)避免。這種理念在現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品中通過(guò)增加半徑得到證實(shí)。
個(gè)別的嘗試也被用來(lái)消除起皺。第一，沖壓力加到原來(lái)的2倍。但是，就像在拉深帶有錐度的杯子中得到的結(jié)果一樣，沖壓力對(duì)消除起皺現(xiàn)象沒有起有很大的效果。通過(guò)增加摩擦和毛坯尺寸也得到同樣的結(jié)論。于是我們推測(cè)，這種起皺不能通過(guò)增加沖壓力來(lái)得到抑制。
由于在金屬屈服于過(guò)大壓力的區(qū)域，往往會(huì)因?yàn)榇罅康慕饘倭鲃?dòng)而起皺，一種通過(guò)在起皺區(qū)域增加掛鉤用于消除起皺的簡(jiǎn)單方法被用來(lái)吸收多余的材料。為了多余的金屬能有效的被吸收，掛鉤應(yīng)該平衡的加在起皺位置?；谶@種理念，兩個(gè)掛鉤被加在鄰近在壁上吸收多余的材料，如圖9如示。模擬結(jié)果顯示，階梯拐角處的起皺正如想象的那樣被吸收，但是，一些起皺仍然沒被吸收。這說(shuō)明在側(cè)壁處需要更多的掛鉤來(lái)吸收所有過(guò)量的材料，但是這在模具設(shè)計(jì)中是不允許的。
利用有限元分析法分析沖壓工序的一個(gè)優(yōu)勢(shì)是沖壓過(guò)程中板料的變形形狀可以被監(jiān)測(cè)，而這在真實(shí)的產(chǎn)品沖壓過(guò)程中是不可能的。對(duì)沖壓過(guò)程中金屬流動(dòng)的精密監(jiān)測(cè)顯示板料最開始通過(guò)沖頭的力按模腔的形狀成形，直到板料接觸到如圖1（b）階梯D-E邊緣才形成起皺。起皺的形狀如
圖9 加到側(cè)壁的起皺
圖10顯示的那樣。這就為模具設(shè)計(jì)的改進(jìn)提供了有價(jià)值的信息。
圖10 當(dāng)板料接觸臺(tái)階邊緣的起皺形成
圖11 切除了的臺(tái)階拐角
對(duì)于起皺的發(fā)生，最初的一個(gè)猜想是沖頭拐角處范圍A和階梯拐角處范圍D之間的金屬板料處于不平坦的拉深，就如圖1（b）所示。階梯拐角處被切主要是為了改善拉深條件，這樣就允許通過(guò)增加階梯邊緣有更多的拉伸被應(yīng)用到如圖11所示，從而使得模具設(shè)計(jì)的改進(jìn)得到發(fā)展。但是，杯子側(cè)壁處仍然有起皺，這就意味著起皺是因?yàn)檎麄€(gè)沖頭邊緣和整個(gè)階梯邊緣的不平坦引起的，不僅僅是沖頭拐角處和階梯拐角處之間的不平坦。為了證實(shí)這種說(shuō)法，兩種改進(jìn)過(guò)了的模具設(shè)計(jì)被用來(lái)實(shí)驗(yàn)：為了描述想象中的形狀用兩種拉深操作，一種是切去整個(gè)階梯，而另一種是增加更多的拉深操作。前一個(gè)方法的模擬形狀所圖12所示。自從更低的階梯被切去后，拉深工序與圖12中的矩形杯子拉深工序性很相似。從圖12中可以看出起皺現(xiàn)象已被消除。
在這兩種操作的拉深工序中，板料最初是被拉到很深的階梯處，如圖13（a）所示，然后，較低的階梯在第二步拉深操作中成形，同是，如圖13（b）所示的想象形狀也得到了。從圖13（b）可以清晰的看出，通過(guò)兩步拉深工序可以造出沒有起皺的階梯矩形杯子，同時(shí)也說(shuō)明在兩步拉深工序中，如果相應(yīng)的順序被應(yīng)用，則更低一些的階梯處的成形是伴隨更深階梯處成形和最深階梯邊緣處成形的最早成形，如圖1(b)中的A-B，因?yàn)榻饘俨蝗菀淄ㄟ^(guò)較低的階梯進(jìn)入模具型腔。
圖12改善模具設(shè)計(jì)的模擬形狀
圖13 兩個(gè)操作步驟中的a第一步操作 b第二步操作
有限元分析法說(shuō)明用簡(jiǎn)單的拉深操作來(lái)設(shè)計(jì)理想產(chǎn)品的沖壓模具設(shè)計(jì)是很難完成的。但是，由于額外的模具費(fèi)用和操作費(fèi)用，兩個(gè)操作的制造費(fèi)用是很高的。為了保持較低的制造費(fèi)用，零件的設(shè)計(jì)師對(duì)形狀做出了合適的改變，而且通過(guò)有限元模擬分析法結(jié)果去切除較低的臺(tái)階來(lái)改善模具設(shè)計(jì)，如圖12所示。隨著設(shè)計(jì)方法的改進(jìn)，產(chǎn)品真實(shí)的沖壓模具被制造出來(lái)，而且零件還沒有起皺，如圖14所示。通過(guò)有限元模擬分析法得到的零件也沒有起皺。
為了進(jìn)一步驗(yàn)證有限元模擬分析法的結(jié)果，有限元模擬分析法得到的沿橫截面G-H的厚度分布如圖14所示，這與產(chǎn)品的尺寸做了比較，比較的結(jié)果顯示在圖15。從圖15可以看出有限元模擬分析法得到的預(yù)想的厚度分布和產(chǎn)品得到的厚度分布是相符合的。這種吻合證實(shí)了有限元模擬分析法的效率。
圖14 無(wú)缺陷產(chǎn)品零件
圖15 G-H處模擬和測(cè)量厚度
5概要和結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)有限元模擬分析法研究了兩種在沖壓過(guò)程中的起皺，而且還檢查了其起皺的原因和消除起皺的方法。
第一種形式的起皺發(fā)生在沖壓帶有錐度的方形杯子的側(cè)壁上，這種起皺的原因是因?yàn)闆_模間隙過(guò)大（沖模間隙就是模腔的尺寸和沖頭的尺寸的差距）。當(dāng)金屬被拉至模腔中，在沖頭和型腔中有一有害的拉深時(shí)，大的沖模間隙導(dǎo)致金屬板料的大面積區(qū)域不被支撐，因此大面積區(qū)域不被支撐導(dǎo)致起皺。有限元模擬分析法顯示這種起皺不能通過(guò)增加沖壓力的方法來(lái)得到抑制。
另一種形式的起皺發(fā)生在有階梯矩形的幾何形狀物體沖壓過(guò)程中。起皺往往發(fā)生在臺(tái)階以上的側(cè)壁，甚至沖模的間隙不是足夠的大。通過(guò)有限元模擬法得知，這種起皺主要是由于在沖頭和臺(tái)階邊緣存在不平坦的拉伸。在模具設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)有限元模擬分析法單獨(dú)的嘗試被用來(lái)消除起皺，切除了臺(tái)階的模具被建立。通過(guò)無(wú)缺陷的零件證實(shí)了這種模具設(shè)計(jì)方法對(duì)消除起皺的作用。有限元模擬分析法得到的結(jié)果和真實(shí)產(chǎn)品中看到的結(jié)果相吻合說(shuō)明了有限元模擬分析法的準(zhǔn)確性，還證實(shí)了用有限元分析法代替真實(shí)的模具制造方法的效力。
感謝
作者希望感謝中國(guó)人民共和國(guó)民族科學(xué)委員會(huì)授于NSC-86-2212-E002-028編號(hào)才使得這個(gè)項(xiàng)目得到發(fā)展。他們也希望感謝KYM提供了產(chǎn)品零件。
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河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校
學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)中期檢查表
學(xué)生姓名
金猛
學(xué) 號(hào)
061304523
指導(dǎo)教師
原紅玲
選題情況
課題名稱
焊片沖壓復(fù)合模設(shè)計(jì)
難易程度
偏難
適中
偏易
工作量
較大
合理
較小
符合規(guī)范化的要求
任務(wù)書
有
無(wú)
開題報(bào)告
有
無(wú)
外文翻譯質(zhì)量
優(yōu)
良
中
差
學(xué)習(xí)態(tài)度、出勤情況
好
一般
差
工作進(jìn)度
快
按計(jì)劃進(jìn)行
慢
中期工作匯報(bào)及解答問(wèn)題情況
優(yōu)
良
中
差
中期成績(jī)?cè)u(píng)定：
所在專業(yè)意見：
負(fù)責(zé)人：
年 月 日
河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校
畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書
系 部： 材 料 工 程 系
專 業(yè)：
學(xué)生姓名:
學(xué) 號(hào):
設(shè)計(jì)題目 ： 焊片沖壓成形工藝及模具設(shè)計(jì)
起迄日期 :
指導(dǎo)教師 :
2009 年3月11日
河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校
畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書
畢業(yè)設(shè)計(jì)題目：焊片沖壓成形工藝及模具設(shè)計(jì)
系 部 材料工程系
專 業(yè) 模具設(shè)計(jì)與制造
班 級(jí) 模具065班
學(xué)生姓名 金猛
學(xué) 號(hào) 061304523
指導(dǎo)教師 原紅玲
2009年3月12日
插圖清單
圖1-1 工件圖……………………………………………………………………… 7
圖4-1 排樣圖………………………………………………………………………11
圖4-2 壓力中心……………………………………………………………………14
圖5-1 凹模 ………………………………………………………………………19
圖5-2 凸模…………………………………………………………………………22
圖5-3 固定擋料銷…………………………………………………………………23
圖5-4 始用導(dǎo)料銷…………………………………………………………………24
圖5-5 始用導(dǎo)料銷彈簧芯柱………………………………………………………24
圖5-6 導(dǎo)料板………………………………………………………………………25
圖5-7 導(dǎo)正銷………………………………………………………………………25
圖5-9 卸料板………………………………………………………………………26
圖5-10 模柄……………………………………………………………………… 27
插表清單
表1 機(jī)械加工工藝過(guò)程卡……………………………………………………………附表一
表2 機(jī)械加工工序卡…………………………………………………………………附表二
焊片沖壓成形工藝及模具設(shè)計(jì)
摘要：本設(shè)計(jì)題目為復(fù)合模具設(shè)計(jì)，體現(xiàn)了典型復(fù)合模具設(shè)計(jì)的要求，內(nèi)容與方向。通過(guò)工藝分析，工藝方案的確定，確定了模具設(shè)計(jì)的方向， 對(duì)毛坯尺寸的確定，計(jì)算沖裁力，來(lái)計(jì)算壓力中心，選擇壓力機(jī)和壓力機(jī)的噸位。復(fù)合模是指沖床在一次行程中，完成落料、沖孔等多個(gè)工序的一種模具結(jié)構(gòu)。相對(duì)其他冷沖壓模具結(jié)構(gòu)而言，它具有以下一些優(yōu)點(diǎn)：①工件同軸度較好，表面平直，尺寸精度較高； ②生產(chǎn)效率高，受條料外形尺寸的精度限制較小。但需考慮的問(wèn)題是：模具零部件加工制造比較困難，成本較高，并且凸凹模容易受到最小壁厚的限制。
本設(shè)計(jì)運(yùn)用了沖裁工藝及模具設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)。首先，分析了板材的性能要求，為選去模具的類型做了準(zhǔn)備，同時(shí)，也為凸，凹模的材料有了依據(jù)。后分析沖裁件的特征，確定了模具設(shè)計(jì)參數(shù)，選擇其他零件及卸料裝置。也為凸，凹模尺寸的計(jì)算有了根據(jù)。還有零件的加工工藝。
關(guān)鍵詞: 復(fù)合模 工藝性能 凸凹模 模具制造
Soldering lug ramming superposable die design
Abstract: This design topic designs for The piercing die design of the dunnage backup plate, body now typical model The piercing die design of request, contents and direction.Pass the craft analysis, the craft project really settles, making sure the direction of The piercing die design, really settling to the blank product size, computing to the blanking pressure, compute the pressure center, choose the tonnage of the pressure machine and the pressure machine. The compound mold mean the punching machine is in a route of travel, completing to fall to anticipate, a kind of molding tool structure of several work prefaces of etc. of blunt bore.Opposite and other cold hurtle to press the molding tool structure but speeches, it has following some advantageses:The ① work piece is together the stalk degree is better, the surface is straight and even, the size accuracy is higher; The ② produces the efficiency high, be subjected to the anticipates the shape size of accuracy limit smaller.But need the problem of the consideration is:The molding tool zero partses process the manufacturing more difficulty, the cost is higher, and the convex and cave mold is subjected to the thick restrict of minimum wall easily.
This design made use of to hurtle foundation knowledge of blanking craft and The piercing die design. First, Analyzed the function request of the plank material, did preparation for the type that chooses to the die, is also convex, in the meantime, the material of punch and cavitydie had a basis.Analyze to hurtle a characteristic of cut the piece behind, make sure the molding tool design parameter, choose other spare partses and unload to anticipate device.Is also convex, the calculation of the cave mold size had a basis.Still there is spare parts to process a craft.
Keywords:Compound mold craft function The convex and cave mold molding tool manufacturing
機(jī) 械 加 工 工 序 卡
工序名稱
粗銑
工序號(hào)
02
零件名稱
凹模板
零件號(hào)
01-06
零件重量
同時(shí)加工零件數(shù)
1
材 料
毛 坯
牌 號(hào)
硬 度
型 號(hào)
重 量
Cr12
58-62 HRC
設(shè) 備
夾 具
名 稱
輔 助
工 具
名 稱
型 號(hào)
銑床
CA6140
虎鉗
游標(biāo)卡尺
安 裝
工 步
安裝及工步說(shuō)明
刀 具
量 具
走 刀
長(zhǎng) 度
走 刀
次 數(shù)
切 削 深 度
進(jìn)給量
主 軸
轉(zhuǎn) 速
切 削
速 度
基 本
工 時(shí)
一次
1
銑上平面
75面銑刀
游標(biāo)卡尺
0.5
2
1
200㎜/ min
800r/min
0.05m/s
0.4h
一次
1
銑下平面
75面銑刀
游標(biāo)卡尺
0.5
2
1
200㎜/ min
800r/min
0.04m/s
0.5h
一次
2
銑兩端面
20立銑刀
游標(biāo)卡尺
0.5
1
1
60㎜/ min1
300r/mi
0.05m/s
0.3h
一次
2
銑兩端面
20立銑刀
游標(biāo)卡尺
0.5
1
1
60㎜/ min1
300r/mi
0.03m/s
0.3h
設(shè) 計(jì) 者
金 猛
指 導(dǎo) 教 師
原 紅 玲
共 1 頁(yè)
第 1 頁(yè)
機(jī) 械 加 工 工 藝 過(guò) 程 卡
零件號(hào)
零 件 名 稱
01-06
凹模板
工序號(hào)
工 序 名 稱
設(shè) 備
夾 具
刀 具
量 具
工 時(shí)
名 稱
型 號(hào)
名 稱
規(guī) 格
名 稱
規(guī) 格
名 稱
規(guī) 格
01
下料(110×100×40)
鋸床
G7116
虎鉗
標(biāo)準(zhǔn)
鋸條
直尺
150mm
0.2
02
粗銑六面
銑床
虎鉗
標(biāo)準(zhǔn)
面銑刀
游標(biāo)卡尺
100mm
0.3
03
磨削
磨床
M1432-A
磁力夾具、虎鉗
標(biāo)準(zhǔn)
砂輪
游標(biāo)卡尺
100mm
0.2
04
鉗工
鉆床
虎鉗
標(biāo)準(zhǔn)
鉆刀、鉸刀、攻絲刀
高度尺、游標(biāo)卡尺
100mm
0.4
05
熱處理（淬火、回火）
電熱爐
火鉗
標(biāo)準(zhǔn)
0～100mm
1
06
磨削
磨床
M1432-A
磁力夾具、虎鉗
標(biāo)準(zhǔn)
砂輪
游標(biāo)卡尺
100mm
0.2
07
線切割
線切割機(jī)床
復(fù)式支撐夾具
標(biāo)準(zhǔn)
銅絲
游標(biāo)卡尺
0.3
08
鉗工
研磨工具
游標(biāo)卡尺
編制 金猛 校對(duì) 審核 原 紅 玲 批準(zhǔn)
河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書
1 緒論
1.1沖壓的概念、特點(diǎn)及應(yīng)用
沖壓是利用安裝在沖壓設(shè)備（主要是壓力機(jī)）上的模具對(duì)材料施加壓力，使其產(chǎn)生分離或塑性變形，從而獲得所需零件（俗稱沖壓或沖壓件）的一種壓力加工方法。沖壓通常是在常溫下對(duì)材料進(jìn)行冷變形加工，且主要采用板料來(lái)加工成所需零件，所以也叫冷沖壓或板料沖壓。沖壓是材料壓力加工或塑性加工的主要方法之一，隸屬于材料成型工程術(shù)。
沖壓所使用的模具稱為沖壓模具，簡(jiǎn)稱沖模。沖模是將材料（金屬或非金屬）批量加工成所需沖件的專用工具。沖模在沖壓中至關(guān)重要，沒有符合要求的沖模，批量沖壓生產(chǎn)就難以進(jìn)行；沒有先進(jìn)的沖模，先進(jìn)的沖壓工藝就無(wú)法實(shí)現(xiàn)。沖壓工藝與模具、沖壓設(shè)備和沖壓材料構(gòu)成沖壓加工的三要素，只有它們相互結(jié)合才能得出沖壓件。
與機(jī)械加工及塑性加工的其它方法相比，沖壓加工無(wú)論在技術(shù)方面還是經(jīng)濟(jì)方面都具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。主要表現(xiàn)如下。
(1) 沖壓加工的生產(chǎn)效率高，且操作方便，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化與自動(dòng)化。這是因?yàn)闆_壓是依靠沖模和沖壓設(shè)備來(lái)完成加工，普通壓力機(jī)的行程次數(shù)為每分鐘可達(dá)幾十次，高速壓力要每分鐘可達(dá)數(shù)百次甚至千次以上，而且每次沖壓行程就可能得到一個(gè)沖件。
（2）沖壓時(shí)由于模具保證了沖壓件的尺寸與形狀精度，且一般不破壞沖壓件的表面質(zhì)量,而模具的壽命一般較長(zhǎng),所以沖壓的質(zhì)量穩(wěn)定,互換性好,具有“一模一樣”的特征。
（3）沖壓可加工出尺寸范圍較大、形狀較復(fù)雜的零件，如小到鐘表的秒表，大到汽車縱梁、覆蓋件等，加上沖壓時(shí)材料的冷變形硬化效應(yīng)，沖壓的強(qiáng)度和剛度均較高。
（4）沖壓一般沒有切屑碎料生成，材料的消耗較少，且不需其它加熱設(shè)備，因而是一種省料，節(jié)能的加工方法，沖壓件的成本較低。
但是，沖壓加工所使用的模具一般具有專用性，有時(shí)一個(gè)復(fù)雜零件需要數(shù)套模具才能加工成形，且模具制造的精度高，技術(shù)要求高，是技術(shù)密集形產(chǎn)品。所以，只有在沖壓件生產(chǎn)批量較大的情況下，沖壓加工的優(yōu)點(diǎn)才能充分體現(xiàn)，從而獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益。
沖壓地、在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，尤其是大批量生產(chǎn)中應(yīng)用十分廣泛。相當(dāng)多的工業(yè)部門越來(lái)越多地采用沖壓法加工產(chǎn)品零部件，如汽車、農(nóng)機(jī)、儀器、儀表、電子、航空、航天、家電及輕工等行業(yè)。在這些工業(yè)部門中，沖壓件所占的比重都相當(dāng)?shù)拇?，少則60%以上，多則90%以上。不少過(guò)去用鍛造=鑄造和切削加工方法制造的零件，現(xiàn)在大多數(shù)也被質(zhì)量輕、剛度好的沖壓件所代替。因此可以說(shuō)，如果生產(chǎn)中不諒采用沖壓工藝，許多工業(yè)部門要提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本、快速進(jìn)行產(chǎn)品更新?lián)Q代等都是難以實(shí)現(xiàn)的。
1.2 沖壓的基本工序及模具
由于沖壓加工的零件種類繁多，各類零件的形狀、尺寸和精度要求又各不相同，因而生產(chǎn)中采用的沖壓工藝方法也是多種多樣的。概括起來(lái)，可分為分離工序和成形工序兩大類；分離工序是指使坯料沿一定的輪廓線分離而獲得一定形狀、尺寸和斷面質(zhì)量的沖壓（俗稱沖裁件）的工序；成形工序是指使坯料在不破裂的條件下產(chǎn)生塑性變形而獲得一定形狀和尺寸的沖壓件的工序。
上述兩類工序，按基本變形方式不同又可分為沖裁、彎曲、拉深和成形四種基本工序，每種基本工序還包含有多種單一工序。
在實(shí)際生產(chǎn)中，當(dāng)沖壓件的生產(chǎn)批量較大、尺寸較少而公差要求較小時(shí)，若用分散的單一工序來(lái)沖壓是不經(jīng)濟(jì)甚至難于達(dá)到要求。這時(shí)在工藝上多采用集中的方案，即把兩種或兩種以上的單一工序集中在一副模具內(nèi)完成，稱為組合的方法不同，又可將其分為復(fù)合-級(jí)進(jìn)和復(fù)合-級(jí)進(jìn)三種組合方式。
復(fù)合沖壓——在壓力機(jī)的一次工作行程中，在模具的同一工位上同時(shí)完成兩種或兩種以上不同單一工序的一種組合方法式。
級(jí)進(jìn)沖壓——在壓力機(jī)上的一次工作行程中，按照一定的順序在同一模具的不同工位上完面兩種或兩種以上不同單一工序的一種組合方式。
復(fù)合-級(jí)進(jìn)——在一副沖模上包含復(fù)合和級(jí)進(jìn)兩種方式的組合工序。
沖模的結(jié)構(gòu)類型也很多。通常按工序性質(zhì)可分為沖裁模、彎曲模、拉深模和成形模等；按工序的組合方式可分為單工序模、復(fù)合模和級(jí)進(jìn)模等。但不論何種類型的沖模，都可看成是由上模和下模兩部分組成，上模被固定在壓力機(jī)工作臺(tái)或墊板上，是沖模的固定部分。工作時(shí)，坯料在下模面上通過(guò)定位零件定位，壓力機(jī)滑塊帶動(dòng)上模下壓，在模具工作零件（即凸模、凹模）的作用下坯料便產(chǎn)生分離或塑性變形，從而獲得所需形狀與尺寸的沖件。上模回升時(shí)，模具的卸料與出件裝置將沖件或廢料從凸、凹模上卸下或推、頂出來(lái)，以便進(jìn)行下一次沖壓循環(huán)。
1.3 沖壓技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展方向
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，許多新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備、新材料不斷涌現(xiàn)，因而促進(jìn)了沖壓技術(shù)的不斷革新和發(fā)展。其主要表現(xiàn)和發(fā)展方向如下。
(1).沖壓成形理論及沖壓工藝方面
沖壓成形理論的研究是提高沖壓技術(shù)的基礎(chǔ)。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)沖壓成形理論的研究非常重視，在材料沖壓性能研究、沖壓成形過(guò)程應(yīng)力應(yīng)變分析、板料變形規(guī)律研究及坯料與模具之間的相互作用研究等方面均取得了較大的進(jìn)展。特別是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛躍發(fā)展和塑性變形理論的進(jìn)一步完善，近年來(lái)國(guó)內(nèi)外已開始應(yīng)用塑性成形過(guò)程的計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)，即利用有限元（FEM）等有值分析方法模擬金屬的塑性成形過(guò)程，根據(jù)分析結(jié)果，設(shè)計(jì)人員可預(yù)測(cè)某一工藝方案成形的可行性及可能出現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)題，并通過(guò)在計(jì)算機(jī)上選擇修改相關(guān)參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)工藝及模具的優(yōu)化設(shè)計(jì)。這樣既節(jié)省了昂貴的試模費(fèi)用，也縮短了制模具周期。
研究推廣能提高生產(chǎn)率及產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本和擴(kuò)大沖壓工藝應(yīng)用范圍的各種壓新工藝，也是沖壓技術(shù)的發(fā)展方向之一。目前，國(guó)內(nèi)外相繼涌現(xiàn)出精密沖壓工藝、軟模成形工藝、高能高速成形工藝及無(wú)模多點(diǎn)成形工藝等精密、高效、經(jīng)濟(jì)的沖壓新工藝。其中，精密沖裁是提高沖裁件質(zhì)量的有效方法，它擴(kuò)大了沖壓加工范圍，目前精密沖裁加工零件的厚度可達(dá)25mm，精度可達(dá)IT16~17級(jí)；用液體、橡膠、聚氨酯等作柔性凸?；虬寄５能浤３尚喂に嚕芗庸こ鲇闷胀庸し椒y以加工的材料和復(fù)雜形狀的零件，在特定生產(chǎn)條件下具有明顯的經(jīng)濟(jì)效果；采用爆炸等高能效成形方法對(duì)于加工各種尺寸在、形狀復(fù)雜、批量小、強(qiáng)度高和精度要求較高的板料零件，具有很重要的實(shí)用意義；利用金屬材料的超塑性進(jìn)行超塑成形，可以用一次成形代替多道普通的沖壓成形工序，這對(duì)于加工形狀復(fù)雜和大型板料零件具有突出的優(yōu)越性；無(wú)模多點(diǎn)成形工序是用高度可調(diào)的凸模群體代替?zhèn)鹘y(tǒng)模具進(jìn)行板料曲面成形的一種先進(jìn)技術(shù)，我國(guó)已自主設(shè)計(jì)制造了具有國(guó)際領(lǐng)先水平的無(wú)模多點(diǎn)成形設(shè)備，解決了多點(diǎn)壓機(jī)成形法，從而可隨意改變變形路徑與受力狀態(tài)，提高了材料的成形極限，同時(shí)利用反復(fù)成形技術(shù)可消除材料內(nèi)殘余應(yīng)力，實(shí)現(xiàn)無(wú)回彈成形。無(wú)模多點(diǎn)成形系統(tǒng)以CAD/CAM/CAE技術(shù)為主要手段，能快速經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)三維曲面的自動(dòng)化成形。
(2.)沖模是實(shí)現(xiàn)沖壓生產(chǎn)的基本條件.在沖模的設(shè)計(jì)制造上,目前正朝著以下兩方面發(fā)展:一方面,為了適應(yīng)高速、自動(dòng)、精密、安全等大批量現(xiàn)代生產(chǎn)的需要，沖模正向高效率、高精度、高壽命及多工位、多功能方向發(fā)展，與此相比適應(yīng)的新型模具材料及其熱處理技術(shù)，各種高效、精密、數(shù)控自動(dòng)化的模具加工機(jī)床和檢測(cè)設(shè)備以及模具CAD/CAM技術(shù)也在迅速發(fā)展；另一方面，為了適應(yīng)產(chǎn)品更新?lián)Q代和試制或小批量生產(chǎn)的需要，鋅基合金沖模、聚氨酯橡膠沖模、薄板沖模、鋼帶沖模、組合沖模等各種簡(jiǎn)易沖模及其制造技術(shù)也得到了迅速發(fā)展。
精密、高效的多工位及多功能級(jí)進(jìn)模和大型復(fù)雜的汽車覆蓋件沖模代表了現(xiàn)代沖模的技術(shù)水平。目前，50個(gè)工位以上的級(jí)進(jìn)模進(jìn)距精度可達(dá)到2微米，多功能級(jí)進(jìn)模不僅可以完成沖壓全過(guò)程，還可完成焊接、裝配等工序。我國(guó)已能自行設(shè)計(jì)制造出達(dá)到國(guó)際水平的精度達(dá)2~5微米，進(jìn)距精度2~3微米，總壽命達(dá)1億次。我國(guó)主要汽車模具企業(yè)，已能生產(chǎn)成套轎車覆蓋件模具，在設(shè)計(jì)制造方法、手段方面已基本達(dá)到了國(guó)際水平，但在制造方法手段方面已基本達(dá)到了國(guó)際水平，模具結(jié)構(gòu)、功能方面也接近國(guó)際水平，但在制造質(zhì)量、精度、制造周期和成本方面與國(guó)外相比還存在一定差距。
模具制造技術(shù)現(xiàn)代化是模具工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)。計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)正在不斷向傳統(tǒng)制造技術(shù)滲透、交叉、融合形成了現(xiàn)代模具制造技術(shù)。其中高速銑削加工、電火花銑削加工、慢走絲切割加工、精密磨削及拋光技術(shù)、數(shù)控測(cè)量等代表了現(xiàn)代沖模制造的技術(shù)水平。高速銑削加工不但具有加工速度高以及良好的加工精度和表面質(zhì)量（主軸轉(zhuǎn)速一般為15000~40000r/min）,加工精度一般可達(dá)10微米，最好的表面粗糙度Ra≤1微米），而且與傳統(tǒng)切削加工相比具有溫升低（工件只升高3攝氏度）、切削力小，因而可加工熱敏材料和剛性差的零件，合理選擇刀具和切削用量還可實(shí)現(xiàn)硬材料（60HRC）加工；電火花銑削加工（又稱電火花創(chuàng)成加工）是以高速旋轉(zhuǎn)的簡(jiǎn)單管狀電極作三維或二維輪廓加工（像數(shù)控銑一樣），因此不再需要制造昂貴的成形電極，如日本三菱公司生產(chǎn)的EDSCAN8E電火花銑削加工機(jī)床，配置有電極損耗自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)、CAD/CAM集成系統(tǒng)、在線自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)和動(dòng)態(tài)仿真系統(tǒng)，體現(xiàn)了當(dāng)今電火花加工機(jī)床的技術(shù)水平；慢走絲線切割技術(shù)的發(fā)展水平已相當(dāng)高，功能也相當(dāng)完善，自動(dòng)化程度已達(dá)到無(wú)人看管運(yùn)行的程度，目前切割速度已達(dá)到300mm/min,加工精度可達(dá)±1.5微米，表面粗糙度達(dá)Ra=01~0.2微米;精度磨削及拋光已開始使用數(shù)控成形磨床、數(shù)控光學(xué)曲線磨床、數(shù)控連續(xù)軌跡坐標(biāo)磨床及自動(dòng)拋光等先進(jìn)設(shè)備和技術(shù);模具加工過(guò)程中的檢測(cè)技術(shù)也取得了很大的發(fā)展,現(xiàn)在三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)除了能高精度地測(cè)量復(fù)雜曲面的數(shù)據(jù)外,其良好的溫度補(bǔ)償裝置、可靠的抗振保護(hù)能力、嚴(yán)密的除塵措施及簡(jiǎn)單操作步驟，使得現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化檢測(cè)成為可能。此外，激光快速成形技術(shù)（RPM）與樹脂澆注技術(shù)在快速經(jīng)濟(jì)制模技術(shù)中得到了成功的應(yīng)用。利用RPM技術(shù)快速成形三維原型后，通過(guò)陶瓷精鑄、電弧涂噴、消失模、熔模等技術(shù)可快速制造各種成形模。如清華大學(xué)開發(fā)研制的“M-RPMS-Ⅱ型多功能快速原型制造系統(tǒng)”是我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的世界惟一擁有兩種快速成形工藝（分層實(shí)體制造SSM和熔融擠壓成形MEM）的系統(tǒng)，它基于“模塊化技術(shù)集成”之概念而設(shè)計(jì)和制造，具有較好的價(jià)格性能比。一汽模具制造公司在以CAD/CAM加工的主模型為基礎(chǔ)，采用瑞士汽巴精化的高強(qiáng)度樹脂澆注成形的樹脂沖模應(yīng)用在國(guó)產(chǎn)轎車試制和小批量生產(chǎn)開辟了新的途徑。
(3) 沖壓設(shè)備和沖壓生產(chǎn)自動(dòng)化方面
性能良好的沖壓設(shè)備是提高沖壓生產(chǎn)技術(shù)水平的基本條件，高精度、高壽命、高效率的沖模需要高精度、高自動(dòng)化的沖壓設(shè)備相匹配。為了滿足大批量高速生產(chǎn)的需要，目前沖壓設(shè)備也由單工位、單功能、低速壓力機(jī)朝著多工位、多功能、高速和數(shù)控方向發(fā)展，加之機(jī)械乃至機(jī)器人的大量使用，使沖壓生產(chǎn)效率得到大幅度提高，各式各樣的沖壓自動(dòng)線和高速自動(dòng)壓力機(jī)紛紛投入使用。如在數(shù)控四邊折彎?rùn)C(jī)中送入板料毛坯后，在計(jì)算機(jī)程序控制下便可依次完成四邊彎曲，從而大幅度提高精度和生產(chǎn)率；在高速自動(dòng)壓力機(jī)上沖壓電機(jī)定轉(zhuǎn)子沖片時(shí)，一分鐘可沖幾百片，并能自動(dòng)疊成定、轉(zhuǎn)子鐵芯，生產(chǎn)效率比普通壓力機(jī)提高幾十倍，材料利用率高達(dá)97%；公稱壓力為250KN的高速壓力機(jī)的滑塊行程次數(shù)已達(dá)2000次/min以上。在多功能壓力機(jī)方面，日本田公司生產(chǎn)的2000KN“沖壓中心”采用CNC控制，只需5min時(shí)間就可完成自動(dòng)換模、換料和調(diào)整工藝參數(shù)等工作；美國(guó)惠特尼公司生產(chǎn)的CNC金屬板材加工中心，在相同的時(shí)間內(nèi)，加工沖壓件的數(shù)量為普通壓力機(jī)的4~10倍，并能進(jìn)行沖孔、分段沖裁、彎曲和拉深等多種作業(yè)。
近年來(lái)，為了適應(yīng)市場(chǎng)的激烈競(jìng)爭(zhēng)，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的要求越來(lái)越高，且其更新?lián)Q代的周期大為縮短。沖壓生產(chǎn)為適應(yīng)這一新的要求，開發(fā)了多種適合不同批量生產(chǎn)的工藝、設(shè)備和模具。其中，無(wú)需設(shè)計(jì)專用模具、性能先進(jìn)的轉(zhuǎn)塔數(shù)控多工位壓力機(jī)、激光切割和成形機(jī)、CNC萬(wàn)能折彎?rùn)C(jī)等新設(shè)備已投入使用。特別是近幾年來(lái)在國(guó)外已經(jīng)發(fā)展起來(lái)、國(guó)內(nèi)亦開始使用的沖壓柔性制造單元（FMC）和沖壓柔性制造系統(tǒng)（FMS）代表了沖壓生產(chǎn)新的發(fā)展趨勢(shì)。FMS系統(tǒng)以數(shù)控沖壓設(shè)備為主體，包括板料、模具、沖壓件分類存放系統(tǒng)、自動(dòng)上料與下料系統(tǒng)，生產(chǎn)過(guò)程完全由計(jì)算機(jī)控制，車間實(shí)現(xiàn)24小時(shí)無(wú)人控制生產(chǎn)。同時(shí)，根據(jù)不同使用要求，可以完成各種沖壓工序，甚至焊接、裝配等工序，更換新產(chǎn)品方便迅速，沖壓件精度也高。
(4)沖壓標(biāo)準(zhǔn)化及專業(yè)化生產(chǎn)方面
模具的標(biāo)準(zhǔn)化及專業(yè)化生產(chǎn)，已得到模具行業(yè)和廣泛重視。因?yàn)闆_模屬單件小批量生產(chǎn)，沖模零件既具的一定的復(fù)雜性和精密性，又具有一定的結(jié)構(gòu)典型性。因此，只有實(shí)現(xiàn)了沖模的標(biāo)準(zhǔn)化，才能使沖模和沖模零件的生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)專業(yè)化、商品化，從而降低模具的成本，提高模具的質(zhì)量和縮短制造周期。目前，國(guó)外先進(jìn)工業(yè)國(guó)家模具標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)程度已達(dá)70%~80%，模具廠只需設(shè)計(jì)制造工作零件，大部分模具零件均從標(biāo)準(zhǔn)件廠購(gòu)買，使生產(chǎn)率大幅度提高。模具制造廠專業(yè)化程度越不定期越高，分工越來(lái)越細(xì)，如目前有模架廠、頂桿廠、熱處理廠等，甚至某些模具廠僅專業(yè)化制造某類產(chǎn)品的沖裁模或彎曲模，這樣更有利于制造水平的提高和制造周期的縮短。我國(guó)沖模標(biāo)準(zhǔn)化與專業(yè)化生產(chǎn)近年來(lái)也有較大發(fā)展，除反映在標(biāo)準(zhǔn)件專業(yè)化生產(chǎn)廠家有較多增加外，標(biāo)準(zhǔn)件品種也有擴(kuò)展，精度亦有提高。但總體情況還滿足不了模具工業(yè)發(fā)展的要求，主要體現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)化程度還不高（一般在40%以下），標(biāo)準(zhǔn)件的品種和規(guī)格較少，大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)件廠家未形成規(guī)?；a(chǎn)，標(biāo)準(zhǔn)件質(zhì)量也還存在較多問(wèn)題。另外，標(biāo)準(zhǔn)件生產(chǎn)的銷售、供貨、服務(wù)等都還有待于進(jìn)一步提高。
2 零件的工藝性分析.
2.1 零件的工藝性分析
原始資料：如圖1-1所示
材料:H62
材料厚度:0.7mm
生產(chǎn)批量:大批量
未注公差:按IT14級(jí)確定.
圖1-1
該零件材料為H62(黃銅)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,形狀對(duì)稱,是由圓弧和直線組成的。沖孔時(shí)有尺寸為φ6.3 根據(jù)課本知沖孔時(shí),因受凸模強(qiáng)度的限制,孔的尺寸不應(yīng)太小.沖孔的最小尺寸取決于材料性能,凸模的強(qiáng)度和模具結(jié)構(gòu)等.根據(jù)表3-3可查得圓形孔最小值得d=0.9t=0.9×0.7=0.63mm<φ6.3所以滿足工藝性要求.
沖裁件孔與孔之間:孔與邊緣之間的距離受模具的強(qiáng)度和沖裁件質(zhì)量的制約,其值不應(yīng)過(guò)小,一般要求C≥(1～1.5)t,C′>(1.5～2)t所以經(jīng)分析計(jì)算可知孔與孔之間距離滿足工藝性要求，可以用沖裁進(jìn)行加工。
2.2 沖裁件的精度與粗糙度
沖裁件的經(jīng)濟(jì)公差等級(jí)不高于IT14級(jí),一般落料公差等級(jí)最好低于IT10級(jí),沖孔件公差等級(jí)最好低于IT9級(jí),由表3-5可得落料公差,沖孔公差分別為0.40,0.08.而沖件落料公差,最高精度沖孔公差分別為0.5,0.15由表3-6得孔中心距公差 ±0.15而沖件孔中心距最高精度公差為±0.25,因此可用于一般精度的沖裁,普通沖裁可以達(dá)到要求.
由于沖裁件沒有的尺寸公差為自由公差，所以使用沖裁加工可以滿足該工件要求。
2.3沖裁件的材料
由表1-3可得,H62(黃銅),抗剪強(qiáng)度τ=255Mpa,斷后伸長(zhǎng)率35%,此材料具有良好的塑性級(jí)較高的彈性,沖裁性較好,可以沖裁加工.
2.4 確定工藝方案.
墊板零件所需的基本沖壓工序?yàn)槁淞虾蜎_孔，可擬訂出以下三種工藝方案。
方案一：用簡(jiǎn)單模分兩次加工，即先落料,后沖孔。采用單工序模生產(chǎn)。
方案二：落料——沖孔復(fù)合模。采用復(fù)合模生產(chǎn)。
方案三：沖孔——落料級(jí)進(jìn)模。采用級(jí)進(jìn)模生產(chǎn)。
分析各方案的優(yōu)缺點(diǎn)：
方案一：生產(chǎn)率低，工件的累計(jì)誤差大，操作不方便，由于該工件為大批量生產(chǎn)，方案二和方案三更具有優(yōu)越性。
方案二：沖壓生產(chǎn)率較高，壓力機(jī)一次行程內(nèi)可完成兩個(gè)以上工序，實(shí)現(xiàn)操作機(jī)械化，自動(dòng)化難，制件和廢料排除較復(fù)雜，另外復(fù)合模制造的復(fù)雜性和價(jià)格較高。
方案三：只需要一副模具，生產(chǎn)率高，壓力機(jī)一次行程內(nèi)可完成多個(gè)工序，實(shí)現(xiàn)操作機(jī)械化自動(dòng)化容易，尤其適應(yīng)于單機(jī)上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，沖模的制造復(fù)雜性和價(jià)格低于復(fù)合模，精度也可也得到保證。
通過(guò)上述三個(gè)方案的比較，該件的沖壓生產(chǎn)采用方案三更佳。
3 沖壓模具總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.1模具類型
由沖壓工藝分析可知，采用級(jí)進(jìn)方式?jīng)_壓，所以模具類型為級(jí)進(jìn)模，本零件的沖壓包括沖孔和落料兩個(gè)工序，為方便小孔廢料和成形工件的落下，采用正裝結(jié)構(gòu)，即沖孔凹模和落料凹模都安排在下模。
3.2 操作與定位方式
零件大批量生產(chǎn),安排生產(chǎn)可采用手工送料方式能夠達(dá)到批量生產(chǎn),且能降低模具成本,因此采用手工送料方式.零件尺寸較大，厚度較高，保證孔的精度及較好的定位，宜采用導(dǎo)料板導(dǎo)向，導(dǎo)正銷導(dǎo)正，為了提高材料利用率采用始用擋料銷和固定擋料銷。
3.3 卸料與出件方式
考慮零件尺寸和厚度，以及模具結(jié)構(gòu)，采用固定卸料方式，為了便于操作，提高生產(chǎn)率，沖件和廢料采用凸模直接從凹模洞口推下的下出件方式。
3.4 模架類型及精度
經(jīng)過(guò)對(duì)制件的分析可知，該制件的尺寸較小，厚度較薄，又是級(jí)進(jìn)模為了提高開敞性和導(dǎo)向均勻性，因此采用導(dǎo)向平穩(wěn)的對(duì)角導(dǎo)柱模架，考慮零件精度要求不是很高，沖裁間隙較小，因此采用Ⅰ級(jí)模架精度。
4 沖壓模具工藝與設(shè)計(jì)計(jì)算
4.1 排樣設(shè)計(jì)與計(jì)算
排樣圖是排樣設(shè)計(jì)的最終表達(dá)式，是編制沖壓工藝和設(shè)計(jì)模具的重要工銀文件。它應(yīng)繪在沖壓工藝規(guī)程卡片上和沖裁?？傃b圖的右上角。
畫排樣圖時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)：
按選定的排樣方案畫出排樣圖，按照模具類型和沖裁順序畫上剖面線要能從排樣圖的剖面線上看出是單工序模，還是級(jí)進(jìn)?；驈?fù)合模。
采用斜排方法排樣時(shí)，應(yīng)注明傾斜角度的大小。對(duì)有纖維方向的排樣圖，應(yīng)用箭頭表示出纖維方向。
級(jí)進(jìn)模的排樣要反映出沖壓的順序、空工位、定距方式等。側(cè)刃定距時(shí)要畫出側(cè)刃沖切條料的位置。
排樣的原則：a提高材料利用率；b便于工人操作，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度；c使模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，模具壽命提高；d排樣應(yīng)保證沖裁件質(zhì)量，不能只考慮材料的利用率，而不考慮沖裁件的性能。
由于該零件具有T形的特點(diǎn)，直排列時(shí)材料的利用率較低，采用直對(duì)排的排樣方案可以提高材料的利用率，減少?gòu)U料。
搭邊的作用和影響因素
作用：a補(bǔ)償誤差；b是凸凹模雙邊受力；c增加條料剛度，方便條料送進(jìn)。
影響因素：a材料的力學(xué)性能；b材料厚度；c沖裁件的形狀和尺寸；d送料及擋料方式；e卸料方式。
搭邊和搭肩值一般是由經(jīng)驗(yàn)確定的。查表2.9取得搭邊值為1.2mm和1.0mm。排樣圖如圖4—1所示：
圖4-1排樣圖
計(jì)算條料寬度：
B=（Dmax+2a+z）=24+2*1.2+5=31.4 mm
進(jìn)距為:s=12+a1=12+1=13mm
根據(jù)3-14，導(dǎo)板間距為：
B0=B+C= 31.4+5=36.4mm
由零件圖在CAD用計(jì)算機(jī)算得一個(gè)零件的面積為346.81mm
一個(gè)步距內(nèi)的坯料面積:
B×S=34.1×13=443.3 mm,
因此材料利用率為:
η=(S1 /BS)×100%
式中S1—一個(gè)步距內(nèi)零件的實(shí)際的面積，mm;
B—一個(gè)步距內(nèi)板料寬度，mm;
L—一個(gè)步距內(nèi)板料長(zhǎng)度， mm
所以材料的利用率為
η=(346.81/（34.1×13）)×100%
=78.23%
4.2 設(shè)計(jì)沖壓力與壓力中心,初選壓力機(jī).
沖裁模設(shè)計(jì)時(shí)，為了合理的設(shè)計(jì)模具和選用沖壓設(shè)備，必須合理的計(jì)算沖裁工藝力。壓力機(jī)的噸位必須大于所計(jì)算的沖裁工藝力，以適應(yīng)沖裁間隙的要求。沖裁工藝力主要包括沖裁力F、卸料力F、推件力F和頂件力F。
裁力的大小隨凸模進(jìn)入材料的深度（凸模行程）而變化，本模具采用普通平刃口模具沖裁，其沖裁力F按下式計(jì)算：
4.2.1沖裁力
根據(jù)零件圖,用CAD可計(jì)算出沖一次零件內(nèi)外周邊之和L=88.6mm(首次沖裁除外),又因?yàn)棣?255Mpa,t=0.7mm,取K=1.3,則根據(jù)式2-18可知,F=KLtτ
式中 F—沖裁力；
L—沖裁周邊長(zhǎng)度；
t—材料厚度；
τ—材料抗剪強(qiáng)度；
K –系數(shù)；系數(shù)K是考慮到實(shí)際生產(chǎn)中，模具間隙值的波動(dòng)和不均勻、刃口的磨損、板料的力學(xué)性能和厚度的波動(dòng)等因素的影響而給出的修正系數(shù)，一般K=1.3.
所以沖裁力為：F=KLtτ=1.3×88.6×0.7×255=11.8 KN
沖裁時(shí)，材料分離前存在著彈性變形，在沖裁結(jié)束時(shí)，由于材料的彈性回復(fù)及摩擦的存在，將落料件或沖孔廢料梗塞在凹模內(nèi)，而沖裁剩下的材料則緊箍在凸模上。為使沖裁工作繼續(xù)進(jìn)行，必須將箍在凸模上的料卸下，將梗塞在凹模內(nèi)的料推出。卸料力是將廢料或工件從凸凹模上刮下的力。而推件力是將梗塞在凹模內(nèi)的料順沖裁方向推出所需的力。頂件力逆沖裁方向?qū)⒘蠌陌寄?nèi)頂出所需的力。卸料力、推件力和頂件力是由壓力機(jī)和模具卸料裝置或頂件裝置傳遞的，所以在選擇設(shè)備公稱壓力或設(shè)計(jì)沖裁的時(shí)候應(yīng)分別予以考慮，影響這些力的因素較多，主要有材料的力學(xué)性能、厚度、模具間隙、凹模洞口結(jié)構(gòu)、搭邊大小、潤(rùn)滑情況、制件的形狀和尺寸等?，F(xiàn)在按照下面的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：
卸料力Px
Px＝ P落
式中Px—卸料力—卸料系數(shù)，查表2.7?。?.025～0.06，?。?.06
所以Px＝0.06×11.8＝0.71KN
推料力
＝P孔n
式中—推料系數(shù),查表2.7取=0.09
n—同時(shí)卡在凹模洞孔內(nèi)的件數(shù)
取直筒形刃口的凹模刃口形式，由表2.21查得，h=5mm，則n=h/t=5mm/0.7=7個(gè)
所以=0.09×0.71×7=0.45KN
由于采用固定卸料和下出件方式,所以
F∑= F+ FT=11.8+0.45=12.25 KN
為了保證沖壓力足夠，一般沖裁時(shí)壓力機(jī)的噸位應(yīng)比計(jì)算的沖壓力大30%左右，即
F∑′=1.3×F∑=1.3×12.25=16.0KN
初選開式可傾壓力機(jī)參數(shù)壓力機(jī)型號(hào)為JB23-3.15
查手冊(cè)選擇壓力機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)如下：
公稱壓力為：31.5KN
滑塊行程 ：25mm
最大閉合高度：120 mm
閉合高度調(diào)節(jié)量：25mm
(標(biāo)準(zhǔn)型)工作臺(tái)尺寸(左右×前后)：160mm×250mm
(標(biāo)準(zhǔn)型)工作臺(tái)孔尺寸(左右×前后)： 90mm×120mm ×Φ 110mm
(標(biāo)準(zhǔn)型)立柱間距離(不小于)： 120mm
模柄孔尺寸(直徑×深度)： Ф25mm×40mm
床身最大可傾角（°）：45°
墊板尺寸：30mm
4.2.2壓力中心
模具的壓力中心就是沖壓力合力的作用點(diǎn)。為了保證壓力機(jī)和模具的正常工作，應(yīng)使模具的壓力中心和壓力機(jī)滑塊的中心線相重合。否則沖壓時(shí)滑塊會(huì)承受偏心載荷，導(dǎo)致滑塊的滑軌和模具的導(dǎo)向部分不正常磨損，還會(huì)使合理間隙得不到保證，從而影響制件的質(zhì)量降低模具壽命甚至損壞模具。
根據(jù)排樣,我們可以在CAD里使用查詢便能得出沖孔的壓力中心,如圖4-2所示。
圖4—2 壓力中心
因工件左右對(duì)稱，即Xc=0.故只需計(jì)算Yc。
經(jīng)查尋可知制件的壓力中心為：Yc=10.142mm
4.2.3計(jì)算凸凹模刃口尺寸及公差
該零件屬于無(wú)特殊要求的一般沖孔落料件，外形尺寸由落料獲得，而中間的小孔尺寸則是由沖孔得到。
查表2.3得間隙值：Zmin = 0.035mm，Zmax = 0.049mm
沖孔Φ6.3mmΦ2mm，凸，凹模刃口尺寸的計(jì)算
由于制件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，精度要求不高，所以采用凸模和凹模分開加工的方法制造凸模和凹模。
1）凸，凹模刃口尺寸計(jì)算如下：
查表2.5得凸，凹模制造偏差：
δ凸=0.020， δ凹=0.020
校核：Zmax –Zmin =（ 0.049-0.035）mm=0.014mm，而δ凸+δ凹=0.040
滿足Zmax –Zmin≥δ凸+δ凹的條件。
查表2.6得：IT14級(jí)時(shí)磨損系數(shù)x=0.5
沖孔時(shí)，間隙取在凹模上，則：
凸模尺寸 =(d+χ△)
凹模尺寸 =( + Zmin)
式中：---沖孔凸模刃口尺寸
---沖孔凹模刃口尺寸
d---沖孔件孔的最小極限尺寸，mm,
Zmin——雙面間隙，mm
△——工件公差，mm，
x——磨損系數(shù)，
δ——凸模和凹模的制造公差，mm,
d凸1 =（dmin+x△）=（6.3+0.5×0.36）=6.48mm
d凹1=（d凸 + Zmin）=（6.48+0.035）=6.515mm
d凸2 =（dmin+x△）=（2+0.5×0.25）=2.125mm
d凹2=（d凸 + Zmin）=（2.125+0.035）=2.16mm
2）落料凸、凹模刃口的計(jì)算
因此落料件為一般復(fù)雜的制件，所以利用凸凹模配合法，這種方法有利于獲得最小的合理間隙，放寬對(duì)模具的加工設(shè)備的精度要求。
采用配作法，計(jì)算凹模的刃口尺寸，首先是根據(jù)凹模磨損后輪廓變化情況正確判斷出模具刃口各個(gè)尺寸在磨損過(guò)程中是變大還是變小，還是不變這三種情況，然后分別按不同的計(jì)算公式計(jì)算。
a、凹模磨損后會(huì)增大的尺寸-------第一類尺寸A
第一類尺寸：Aj=(Amax-x△)0+0.25△
b、凹模磨損后會(huì)減小的尺寸-------第二類尺寸B
第二類尺寸：Bj=(Bmax+x△)0-0.25△
c、凹模磨損后會(huì)保持不變的尺寸 第三類尺寸C
第三類尺寸：Cj=(Cmin+0.5△)60.125△
工件圖中未標(biāo)注公差的尺寸，差相關(guān)資料得出其極限偏差：Φ12，Φ4.5，4.5
查表2.6地磨損系數(shù)為：當(dāng)△≥0.16時(shí)，X=0.5
當(dāng)△＜0.16時(shí)，X=0.75
第一類尺寸：磨損后增大的尺寸：
A1=(Amax－x△) 0+0.25△=（12－0.5×0.43）=Φ11.79mm
A2=(Amax－x△) 0+0.25△=(4.5-0.5×0.30)= Φ4.35mm
A3=(Amax－x△) 0+0.25△=(4.5-0.5×0.30)= 4.35mm
落料凸模的基本尺寸與凹模相同，分別是11.79mm，4.35mm，4.35mm，必標(biāo)注公差，但要在技術(shù)條件中注明：凸模實(shí)際刃口尺寸與落料凹模配制，保證最小雙面合理間隙值Zmin=0.035 。
3）磨損后保持不變的尺寸
孔心距屬于磨損后基本不變的尺寸，在同一工步中，在工件上沖出孔距為L(zhǎng)±1/2△兩個(gè)孔時(shí)，其凹模型孔中心距Ld可按下式確定：
Ld=L±1/8△
Ld=1±1/8*0.25=1±0.03mm
5 模具的總裝圖與零件圖
5.1 根據(jù)前面的設(shè)計(jì)與分析,我們可以得出如級(jí)進(jìn)模具的總裝圖如附圖所示
5.2 沖壓模具的零件圖
5.2.1凹模設(shè)計(jì)
凹模采用矩形板狀結(jié)構(gòu)和直接通過(guò)螺釘和銷釘將凹模直接固定在支撐件上,凹模刃口為直壁式 ,凹模采用銷釘和螺釘固定時(shí)要保證螺釘(或沉孔)間、螺孔與銷孔間及螺孔與凹模刃壁間的距離不能太近,否則會(huì)影響模具的壽命。凹模采用整體式凹模，各沖裁的凹?？拙捎镁€切割加工，安排凹模在模架上的位置時(shí)，要依據(jù)計(jì)算的壓力中心的數(shù)據(jù)，使壓力中心與模柄中心重合。
整體式凹模裝于下模座上，由于下模座孔口較大因而使工作時(shí)承受彎曲力矩，若凹模高度H及模壁厚度C不足時(shí)，會(huì)使凹模產(chǎn)生較大變形，甚至破壞。但由于凹模受力復(fù)雜，凹模高度可按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，即
凹模輪廓尺寸的確定凹模輪廓輪廓尺寸包括凹模板的平面尺寸L×B(長(zhǎng)×寬)及厚度尺寸H.從凹模外邊緣的最短距離稱為凹模壁厚c.
L=l+2c
B=b+步距+2c
l—沿凹模長(zhǎng)度方向刃口型孔的最大距離，mm；
b—沿凹模寬度方向刃口型孔的最大距離，mm；
c—凹模壁厚，mm，主要考慮布置螺釘與銷釘?shù)男枰?，同時(shí)也要保證凹模的強(qiáng)度和剛度。
凹模厚度H=K1K2
F—沖裁力，N;
K1—凹模材料修正系數(shù)，合金工具鋼取K1=1,碳素工具鋼K1=1.3;
K2—凹模刃口周邊長(zhǎng)度修正系數(shù)，經(jīng)查相關(guān)資料得K2=1；
由以代入數(shù)據(jù)經(jīng)計(jì)算得H=11.7mm，經(jīng)查表確定凹模厚度，H=20mm
凹模外形尺寸的確定：
t=0.7mm，沖件b=24mm，c=26mm
凹模外形長(zhǎng)度：凹模的長(zhǎng)度選取要考慮以下因素：
a)保證有足夠的安裝彈性卸料板的位置。
b)便于導(dǎo)尺發(fā)揮作用，保證送料粗定位精度
L=(24+2×26)mm=76mm
凹模外形寬度：B=（12+13+2×26）mm=77mm
上算得凹模輪廓尺寸L×B =76mm×77mm×20mm,查有關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),因此選L×B×H為標(biāo)準(zhǔn)尺寸,得L×B =100mm×80mm×20mm. 熱處理硬度為58～62HRC。
凹材料的選用:材料選用Cr12。凹模的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖5-1所示：
圖5-1 凹模
5.2.2凸模設(shè)計(jì)
凸模的結(jié)構(gòu)形式主要取決于沖裁件的形狀和尺寸沖模的加工以及裝配工藝等實(shí)際條件不同，所以在實(shí)際生產(chǎn)中，使用的凸模結(jié)構(gòu)形式很多，常見的整體式凸模有：圓形凸模、非圓形凸模，大、中型凸模和沖小孔凸模等結(jié)構(gòu)形式。
由于該工件的孔一個(gè)為圓形，一個(gè)為非圓形，所以凸模的結(jié)構(gòu)形式根據(jù)需要選擇。圓形凸模選為臺(tái)階式的凸模，臺(tái)階式的凸模強(qiáng)度剛性較好，裝配修模方便，其工作部分的尺寸由計(jì)算而得，與凸模固定板的配合部分按過(guò)渡配合（H7/m6或H7/n6）制造；非圓形凸模，凸模截面是非圓形，又稱為異型凸模，為使凸模加工方便，異形凸模做成等斷面，稱為直通式凸模，其固定方式采用N7/h6、P7/h6鉚接固定。
凸模長(zhǎng)度一般是根據(jù)結(jié)構(gòu)上的需要而確定的，設(shè)計(jì)該模具為沖孔落料級(jí)進(jìn)模，采用剛性卸料板，其凸模長(zhǎng)度用下列公式計(jì)算：
L=h1+h2+h3+h
式中 L—凸模長(zhǎng)度， mm
h1—凸模固定板高度，mm，經(jīng)查可知h1=12mm
h2—卸料板高度，mm，經(jīng)查可知h2=10mm
h3—導(dǎo)料板厚度，mm，經(jīng)查可知h3=4mm
h—附加高度，一般取15~20mm
沖裁φ6.3mm孔凸模、凹模各尺寸及其組件確定和標(biāo)準(zhǔn)化（包括外形尺寸和厚度）
小凸模長(zhǎng)度 L=12+10+4+18=44mm
小凸模強(qiáng)度校核 要使凸模正常工作，必須使凸模最小斷面的壓應(yīng)力不超過(guò)凸模材料的許用壓應(yīng)力，即
校核公式為 ≤
式中P孔—沖孔沖裁力,N, P孔=4590N
Fmin—凸模最小斷面積，, Fmin=/4=31.1
---凸模材料的許用壓力，Mpa,如凸模材料選用Cr12，查手冊(cè)=（1000～160）Mpa,取=1200 Mpa
因?yàn)?=147 Mpa＜
所以凸模強(qiáng)度符合要求。
沖裁3mm孔凸模、凹模各尺寸及其組件確定和標(biāo)準(zhǔn)化（包括外形尺寸和厚度）
凸模長(zhǎng)度 L=12+10+4+18=44mm
凸模強(qiáng)度校核 要使凸模正常工作，必須使凸模最小斷面的壓應(yīng)力不超過(guò)凸模材料的許用壓應(yīng)力，即
校核公式為 ≤
式中P孔—沖孔沖裁力,N, P孔=1921N
Fmin—凸模最小斷面積，, Fmin=1+/4=4.14
---凸模材料的許用壓力，Mpa,如凸模材料選用Cr12，查手冊(cè)=（1000～160）Mpa,取=1200 Mpa
因?yàn)?=464 Mpa＜
所以凸模強(qiáng)度符合要求。
外形落料凸模、凹模各尺寸及其組件的確定和標(biāo)準(zhǔn)化（包括外形尺寸和厚度）
外形凸模的設(shè)計(jì)：外形凸模用線切割機(jī)床加工成直通式凸模，用兩個(gè)M8的螺釘固定在墊板上，由于采用彈性卸料板，凸模按下式計(jì)算
L=h1+h2+t+h
其中： h1為固定板厚度（12 mm），h2為卸料板厚度（10mm），t為材料的厚度（0.7 mm），h為附加長(zhǎng)度，主要考慮凸模進(jìn)入凹模的深度（1mm）及模具閉合狀態(tài)下 卸料板到凸模固定板間的安全距離（15mm～20mm）等因素
所以：L=12+10+0.7+1+18=41.7 mm
凸模材料：參照沖壓模具設(shè)計(jì)與制造選用Cr12，熱處理硬度為56~60HRC.對(duì)凸模的說(shuō)明：
(1).反鉚反磨平是為了裝配的要求;
(2).裝配的尺寸為H7/m6,可得φ6.3, 3的上下偏差;
(3).圓形凸模要有同軸度的要求,參照ISO標(biāo)準(zhǔn)得出;
(4).刃口尺寸由前面計(jì)算可得;
(5).淬硬58~62HRC是為了提高模具的壽命;
(6).工件表面粗糙度要求較高,取0.8,其余的可取6.3;
(7).保持刃口鋒利,為了減小毛刺.
(8). 材料為Cr12.
沖孔凸模1 落料凸模 沖孔凸模2
圖5-2凸模
5.2.3選擇堅(jiān)固件及定位零件
螺釘規(guī)格的選用:
經(jīng)查表,由凹模板的厚度可選用M6,在根據(jù)實(shí)際要求,查標(biāo)準(zhǔn)選用GB 70-85 M6×70,據(jù)查表,選取材料為45鋼.
銷釘規(guī)格的選用:
銷釘?shù)墓Q直徑可取與螺釘大徑相同或小一個(gè)規(guī)格,因此根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)選用GB 119-86 A6×70,據(jù)查表,選取材料為45鋼.根據(jù)定位方式及坯料的形狀與尺寸,選用合適的標(biāo)準(zhǔn)定位零件.
擋料銷:
固定擋料銷 經(jīng)查表可知,擋料銷高度h=5, 根據(jù)表,選取材料為45鋼,數(shù)量為2,查標(biāo)準(zhǔn)GB2866.11-81,如圖5-8固定擋料銷所示:
X0.5
其余
圖 5-3 固定擋料銷
始用擋料銷:
根據(jù)導(dǎo)料板間距36.4及凹模L=100,可得導(dǎo)料板寬度=(100-36.4)/2=31.8mm,在根據(jù)表,由t=0.7mm,可得導(dǎo)料板厚度為12mm.根據(jù)GB2866.1-81選取始用擋料銷規(guī)格長(zhǎng)L=70mm,厚度H=12的始用擋料銷裝置,規(guī)格為:
始用擋料銷: 塊—70×12 GB2866.1-81
彈簧—1.0×10×20 GB2089-81
彈簧芯柱—8×18 GB2866.2-81
材料:塊—根據(jù)表8-3,選取材料為45鋼,彈簧芯柱—根據(jù)GB700-79為A3. 熱處理: 塊—硬度HRC43~48.
導(dǎo)料板:
根據(jù)凹模L×B=100mm×80mm,始用導(dǎo)料銷70mm×12mm查標(biāo)準(zhǔn)GB2865.5-81,選規(guī)格為:長(zhǎng)度L=100mm,寬度B=32mm,厚度H=4mm,材料為A3的導(dǎo)料板,即導(dǎo)料板:100mm×32mm×4mm GB2865.5-81/A3,熱處理HRC28~32.如圖5-6所示:
圖5-6 導(dǎo)料板
導(dǎo)正銷:
使用導(dǎo)正銷的目的是消除送料時(shí)用擋料銷和導(dǎo)料板等定位零件作粗定位時(shí)的誤差,保證沖件在不同工位上沖出的內(nèi)形與外形之間的相對(duì)位置公差要求.導(dǎo)正銷主要用于級(jí)進(jìn)模,也可用于單工序模.導(dǎo)正銷通常設(shè)在落料凸模上,與擋料銷配合使用,因此我們采用導(dǎo)正銷,其中A型用于導(dǎo)正d=2~12mm的孔,安裝處按H7/n6配合查表，根據(jù)GB 2864.1-81A 型導(dǎo)正銷可得出導(dǎo)正銷,如圖5-7,5-8所示:
5.2.4設(shè)計(jì)和選用卸料與出件零件
卸料以固定板卸料,出件是以凸模往下沖即可,因此不用設(shè)計(jì)出件零件.固定卸料板的平面外形尺寸一般與凹模板相同,其厚度可取凹模厚度的0.8~1倍,所以卸料板的L×B×H=100mm×80mm×30mm,卸料板在此僅起卸料作用,凸模與卸料板間的雙邊間隙一般取0.2~0.5mm,這里取0.5mm,據(jù)表,材料為Q275.由以上根據(jù)凸模和凹模可設(shè)計(jì)出卸料板如圖5-9
圖5-9 卸料板
5.2.5選擇模架及其它模具零件
選擇模架:
根據(jù)GB/T 2851.5-90,由凹模周界100mm×80mm,及安裝要求,選取
凹模周界:L×B=125mm×100mm,閉合高度:H=160mm~190mm,上模座:125mm×100mm×35mm
下模座:125mm×100mm×45mm,導(dǎo)柱:22mm×150mm,25mm×150mm,
導(dǎo)套:22mm×80mm×33mm,25mm×80mm×33mm.
模柄:
由壓力機(jī)的型號(hào)JB23—3.15.可查得模柄孔的直徑為25mm,深度為40mm,由裝配要求,模柄與模柄孔配合為H7/m6并加銷釘防轉(zhuǎn),模柄長(zhǎng)度比模柄孔深度小5~10mm,由于采用固定卸料，上模座回程時(shí)受力較大，因此選用壓入式模柄較合理，所以根據(jù)GB2862.1-81得圖5-10所示:
墊板:
墊板的作用是承受并擴(kuò)散凸模傳遞的壓力,以防止模座被擠壓損傷,因此在與模座接觸面之間加上一塊淬硬磨平的墊板.墊板的外形尺寸與凸模固定板相同,厚度可取3~10mm,這里設(shè)計(jì)時(shí),由于壓力較大,根據(jù)GB2865.2-81選取規(guī)格為L(zhǎng)×B×H=100mm×80mm×6mm.
凸模固定板:
圖5-10 模柄
凸模固定板的外形尺寸與凹模的外形尺寸一致,厚度為凹模的0.6~0.8h,h為凹模的厚度,這里取0.6h,即0.8×26=20.8mm,根據(jù)核準(zhǔn)選取板的規(guī)格為L(zhǎng)×B×H=100mm×80mm×24mm;凸模與凸模固定板的配合為H7/n6,裝配可通過(guò)2個(gè)銷釘定位,4個(gè)螺釘與上模座連接固定,各形孔的位置尺寸與凹模的保持一致,頂部與凸模鉚接,因此必須倒角。
5.3壓力機(jī)的校核
(1).公稱壓力 根據(jù)公稱壓力的選取壓力機(jī)型號(hào)為JB23-3.15,它的壓力為31.5>16,所以壓力得以校核;
(2).滑塊行程 滑塊行程應(yīng)保證坯料能順利地放入模具和沖壓能順利地從模具中取出.這里只是材料的厚度t=0.7mm,導(dǎo)料板的厚度H=4mm及凸模沖入凹模的最大深度1mm,即S1=0.7+4+1=5.7mm
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