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1 前言 近年來(lái),沖壓成形工藝有很多新的進(jìn)展,特別是精密沖裁、精密成形、精密剪 切、復(fù)合材料成形、超塑性成形、軟模成形以及電磁成形等新工藝日新月異,沖壓 見(jiàn)件的精度日趨精確,生產(chǎn)率也有極大提高,正在把沖壓加工提高到高品質(zhì)的、新 的發(fā)展水平。前幾年的精密沖壓主要市是指對(duì)平板零件進(jìn)行精密沖裁,而現(xiàn)在,除 了精密沖裁外還可兼有精密彎曲、拉伸、壓印等,可以進(jìn)行復(fù)雜零件的立體精密成 形。過(guò)去的精密沖裁只能對(duì)厚度為 5-8mm 以下的中板或薄板進(jìn)行加工,而現(xiàn)在可以 對(duì)厚度達(dá) 25mm 的厚板實(shí)現(xiàn)精密沖裁,并可對(duì) b 900MPa 的高強(qiáng)度合金材料進(jìn)行 精沖。 由于引入了 CAE,沖壓成形已從原來(lái)的對(duì)應(yīng)力應(yīng)變進(jìn)行有限元等分析而逐步發(fā) 展到采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行工藝過(guò)程的模擬與分析,以實(shí)現(xiàn)沖壓過(guò)程的優(yōu)化設(shè)計(jì)。在沖壓 毛坯設(shè)計(jì)方面也開(kāi)展了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì),可以對(duì)排樣或拉伸毛坯進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。 此外,對(duì)沖壓成形性能和成形極限的研究,沖壓件成形難度的判定以及成形預(yù) 報(bào)等技術(shù)的發(fā)展,均標(biāo)志著沖壓成形以從原來(lái)的經(jīng)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)分析階段開(kāi)始走上由沖 壓理論指導(dǎo)的科學(xué)階段,使沖壓成形走向計(jì)算機(jī)輔助工程化和智能化的發(fā)展道路。 為了適應(yīng)大批量、高效率生產(chǎn)的需要,在沖壓模具和設(shè)備上廣泛應(yīng)用了各種自 動(dòng)化的進(jìn)、出料機(jī)構(gòu)。對(duì)于大型沖壓件,例如汽車(chē)覆蓋件,專門(mén)配置了機(jī)械手或機(jī) 器人,這不僅大大提高了沖壓件的生制件質(zhì)和生產(chǎn)率,而且也增加了沖壓工作和沖 壓工人的安全性。在中小件的大批量生產(chǎn)方面,現(xiàn)已廣泛應(yīng)用多工位級(jí)進(jìn)模、多工 位壓力機(jī)或高速壓力機(jī)。在小批量多品種生產(chǎn)方面,正在發(fā)展柔性制造系統(tǒng)(FMS) , 為了適應(yīng)多品種生產(chǎn)時(shí)不斷更換模具的需要,已經(jīng)成功地發(fā)展了一種快速換模系統(tǒng), 現(xiàn)在,換一副大型的沖壓模具,僅需 6-8 分鐘即可完成。此外,近年來(lái),集成制造 系統(tǒng)(CIMS)也正被引入沖壓加工系統(tǒng),出現(xiàn)了沖壓加工中心,并且使設(shè)計(jì)、沖壓 生產(chǎn)、零件運(yùn)輸、倉(cāng)儲(chǔ)、品質(zhì)檢驗(yàn)以及生產(chǎn)管理等全面實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。 發(fā)展了一些新的成形工藝(如高能成形和旋壓等)、簡(jiǎn)易模具(如軟模和低熔點(diǎn) 合金模等) 、通用組合模具和數(shù)控沖壓設(shè)備等。這樣,就使沖壓生產(chǎn)既適合大量生 產(chǎn),也同樣適用于小批生產(chǎn)。例如,研制高強(qiáng)度鋼板,用來(lái)生產(chǎn)汽車(chē)覆蓋件,以減 輕零件重量和提高其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度. 現(xiàn)在是多品種、少批量生產(chǎn)的時(shí)代,到下一個(gè)世紀(jì),這種生產(chǎn)方式占工業(yè)生產(chǎn) 的比例 將達(dá) 75%以上。一方面是制品使用周期短,品種更新快,另一方面制品的花 樣變化頻繁,均 要求模具的生產(chǎn)周期越快越好。因此,開(kāi)發(fā)快速經(jīng)濟(jì)具越來(lái)越引 起人們的重視。例如,研制 各種超塑性材料(環(huán)氧、聚脂等)制作或其中填充金屬 粉末、玻璃纖維等的簡(jiǎn)易模具:中、低 熔點(diǎn)合金模具、噴涂成型模具、快速電鑄 模、陶瓷型精鑄模、陶瓷型吸塑模、疊層模及快速 原型制造模具等快速經(jīng)濟(jì)模具 將進(jìn)一步發(fā)展??鞊Q模架、快換沖頭等也將日益發(fā)展。另外, 采用計(jì)算機(jī)控制和 機(jī)械手操作的快速換模裝置、快速試模技術(shù)也會(huì)得到發(fā)展和提高。 模具標(biāo)準(zhǔn)件的應(yīng)用將日漸廣泛。使用模具標(biāo)準(zhǔn)件不但能縮短模具制造周期,而且能 提高模具質(zhì)量和降低模具制造成本。 因此,模具標(biāo)準(zhǔn)件的應(yīng)用必將日漸廣泛。目 1 錄 1 前言 .........................................................................................................................................................................0 2.1 分析工件圖 ..........................................................2 2.2 確定總體沖壓生產(chǎn)方案 ................................................3 3.拉伸模具的設(shè)計(jì) .....................................................................................................................................................4 3.1 工藝分析 ............................................................4 3.1.1 計(jì)算毛坯直徑 ..........................................................................................................................................4 3.1.2 判斷拉伸次數(shù) ..........................................................................................................................................4 3.2 確定工藝方案 ........................................................4 3.3 拉伸工序必要的計(jì)算 ..................................................5 3.3.1 計(jì)算壓邊力,拉伸力,壓力機(jī)公稱壓力 ..............................................................................................5 3.3.2 模具工作部分尺寸的計(jì)算 ......................................................................................................................5 3.4 模具的總體設(shè)計(jì) ......................................................6 4.沖孔模模具的設(shè)計(jì) .................................................................................................................................................8 4.1 沖壓件的工藝分析 ....................................................8 4.2 計(jì)算沖壓力 .........................................................8 4.2.1 沖裁力的計(jì)算 ..........................................................................................................................................8 4.2.2 卸料力的計(jì)算 .........................................................................................................................................9 4.2.3 確定壓力中心 .........................................................................................................................................9 4.2.4 計(jì)算凸凹模的刃口尺寸 ..........................................................................................................................9 4.3 模具總體設(shè)計(jì)及主要零、部件設(shè)計(jì) ....................................12 4.3.1 凸凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ...............................................................................................................................12 4.3.2 凸模與凹模的固定 ................................................................................................................................13 4.4 卸料板的形式 ......................................................13 4.4.1 卸料板一般分為剛性卸料板和彈性卸料板兩種形式。 ....................................................................13 4.4.2 剛性卸料板的安裝事項(xiàng) ........................................................................................................................13 4.4.3 彈性卸料板的結(jié)構(gòu) ................................................................................................................................13 4.4.4 卸料板常用零件 ....................................................................................................................................13 彈簧和橡膠 .......................................................................................................................................................13 4.5 沖壓設(shè)備的選擇 ....................................................14 5 三維造型及數(shù)控編程 ...........................................................................................................................................16 5.1 三維造型 ...........................................................16 5.2 數(shù)控加工 ...........................................................17 圖 5-3 拉伸模凸模刀軌 ..........................................................................................................................................17 6.結(jié)論 .......................................................................................................................................................................19 參 考 文 獻(xiàn) .............................................................................................................................................................20 2 3 為此,首先要制訂統(tǒng)一的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),并嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn) 生產(chǎn);其次要逐步形成規(guī) 模生產(chǎn),提高標(biāo)準(zhǔn)件質(zhì)量、降低成本;再次是要進(jìn)一步增加標(biāo)準(zhǔn)件 規(guī)格品種,發(fā) 展和完善聯(lián)銷(xiāo)網(wǎng),保證供貨迅速。 模具使用優(yōu)質(zhì)材料及應(yīng)用先進(jìn)的表面處理技術(shù)將進(jìn)一步受重視。在整個(gè)模具價(jià) 格構(gòu)成中,材料所占比重不大,一般在 20%30%之間,因此選用優(yōu)質(zhì)鋼 材和應(yīng)用 的表面處理技術(shù)來(lái)提高模具的壽命就顯得十分必要。對(duì)于模具鋼來(lái)說(shuō),要采用電渣 重熔工藝,努力提高鋼的純凈度、等向性、致密度和均勻性及研制更高性能或有特 殊性能的 模具鋼。如采用粉末冶金工藝制作的粉末高速鋼等。粉末高速鋼解決了 原來(lái)高速鋼冶煉過(guò)程 中產(chǎn)生的一次碳化物粗大和偏析,從而影響材質(zhì)的問(wèn)題。其 碳化物微細(xì),組織均勻,沒(méi)有材 料方向性,因此它具有韌性高、磨削工藝性好、 耐磨性高、長(zhǎng)年使用尺寸穩(wěn)定等特點(diǎn),是一 種很有發(fā)展前途的鋼材。特別對(duì)形狀 復(fù)雜的沖件及高速?zèng)_壓的模具,其優(yōu)越性更加突出。這 種鋼材還適用于注射成型 漆加玻璃纖維或金屬粉末的增強(qiáng)塑料的模具,如型腔、形芯、澆口 等主要部件。 另外,模具鋼品種規(guī)格多樣化、產(chǎn)品精料化、制品化,盡量縮短供貨時(shí)間亦是 重 要方向。 模具熱處理和表面處理是能否充分發(fā)揮模具鋼材性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。模具熱處理 的發(fā)展 方向是采用真空熱處理。模具表面處理除完善普及常用表面處理方法,即 擴(kuò)滲如:滲碳、滲 氮、滲硼、滲鉻、滲釩外,應(yīng)發(fā)展設(shè)備昴貴、工藝先進(jìn)的氣相 沉積(TiN、TiC 等)、等離子 噴涂等技術(shù)。 4 2.分析工件零件圖及總體沖壓生產(chǎn)工藝 2.1 分析工件圖 Q235 1:DYP07鹽 城 工 學(xué) 院擋 油 盤(pán) 圖 2-1 擋油盤(pán)零件圖 A.工件的整體工藝分析 該工件為汽車(chē)底盤(pán)發(fā)動(dòng)機(jī)底殼上的擋油盤(pán),要求內(nèi)形,孔尺寸,沒(méi)有厚度不變 要求。此工件的形狀滿足工件的拉伸工藝,可用拉伸工序加工。根據(jù)工件的形狀和 技術(shù)要求可以認(rèn)為該工件為帶凸緣的圓筒形工件,且工件的相對(duì)凸緣直徑、相對(duì)凸 緣高度較為適宜,拉伸工藝較好。而圓角半徑 R1mm,R2mm 偏小些,但拉伸高度較小 (H=9.5mm),故還是可以滿足拉伸對(duì)圓角半徑的要求。86 的尺寸精度較高一0.1 些。按公差表查的為 IT14 級(jí),滿足拉伸工序?qū)ぜ畹囊笥捎谟?6SR2 的小 凸包,所以若在拉伸時(shí)直接壓包,會(huì)引起工件凸緣邊上產(chǎn)生嚴(yán)重的皺折且無(wú)法消除。 底部 86 的孔有兩種加工方案 a.拉伸成階梯形再?zèng)_底孔。 b.拉伸成階梯形再車(chē)去底部。 在上述的兩種加工方案,采用第一種加工方案,工件的質(zhì)量較高,但零件的生 產(chǎn)效率教低,而且費(fèi)料。由于工件的高度較小,裝夾教困難。采用第二種加工方案, 零件的生產(chǎn)效率高,省料,減少浪費(fèi),而且質(zhì)量易保證。按工件的使用情況,此工 藝完全可以保證工件的技術(shù)要求。根據(jù)上面的工藝分析,知道無(wú)法用一副模具完成 工件的加工,必須設(shè)計(jì)兩副模具。單工序拉伸模和沖孔模。 B.沖壓件的工藝性分析 沖壓件的工藝性體現(xiàn)在零件的形狀特點(diǎn),尺寸大小,設(shè)計(jì)基準(zhǔn),精度和粗糙度, 位置誤差要求,材料厚度及成型后允許變薄量,材料的機(jī)械性能等方面。本次沖壓 的零件是擋油盤(pán)。材料是 Q235 鋼。易于沖壓。擋由盤(pán)邊緣有規(guī)則的孔和凸包,因 此選用模具的冷沖壓成型來(lái)進(jìn)行生產(chǎn)。沖壓成型后不必采用特殊的控制變形措施, 工藝過(guò)程簡(jiǎn)單,產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定,操作方便。 C.沖壓生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)分析 5 批量生沖壓生產(chǎn)的優(yōu)越性主要體現(xiàn)在大量。零件采用沖壓方法是否較為經(jīng)濟(jì)合 理,主要決定于零件的生產(chǎn)批量和零件的結(jié)構(gòu)形狀、尺寸等因素。Q235 鋼是優(yōu)質(zhì)碳 素鋼,具有良好的沖壓性能。初步可以認(rèn)為此工件是階梯裝的有凸緣的圓桶形件。 拉伸高度相對(duì)較小,易于成型。除 86 所有尺寸都未注公差,均按 IT14 級(jí)制造。 零件尺寸精度對(duì)沖壓工藝過(guò)程的要求 零件尺寸精度要求也是確定工藝方案、工序 數(shù)量和順序的重要依據(jù)。在沖壓成型過(guò)程中,當(dāng)坯料的強(qiáng)區(qū)和弱區(qū)對(duì)比不明顯時(shí), 沖壓件不可能得到穩(wěn)定而準(zhǔn)確的尺寸。在這種情況下,對(duì)零件有公差要求的部位, 應(yīng)在成形后沖出。凡是孔的尺寸和位置會(huì)受到成型工序的影響,而且公差要求較高 時(shí),必須在有關(guān)的成型工序之后沖出。但是,只要孔的尺寸和位置不受后續(xù)成型工 序影響,后孔的尺寸和位置要求不高時(shí),可在成型工序之前的平板坯料上沖出,以 便簡(jiǎn)化模具,提高生產(chǎn)力。由于材料性能的方向性、模具結(jié)構(gòu)及壓料力不均勻等原 因,都會(huì)造成拉伸件的外邊緣或孔翻邊的內(nèi)邊緣形狀不規(guī)則。所以一般情況下,在 拉伸或孔翻邊工序之后應(yīng)進(jìn)行切邊或修邊。但是如果拉伸件或翻邊件高度不大,周 邊有關(guān)尺寸又沒(méi)有嚴(yán)格公差要求,也可不切邊或修邊。 對(duì)零件上幾何形狀和尺寸公差要求較高而成型工序又達(dá)不到要求的部位,應(yīng)加整形 工序。整形工序一般安排在成型工序之后。有些零件對(duì)變薄量有要求,其工藝方案 予以保證。 2.2 確定總體沖壓生產(chǎn)方案 根據(jù)對(duì) SR2 的小凸包分析可知,小凸包雖小但在拉伸時(shí)還是會(huì)在工件的凸 緣部分形成無(wú)法消除的皺折,嚴(yán)重影響工件的質(zhì)量。所以無(wú)法將兩套模具設(shè)計(jì)為 一套級(jí)進(jìn)模,故不用條料排樣。用圓形的毛胚料手工送料,用專用工具送、取料, 以避免對(duì)工人的危險(xiǎn)。 6 3.拉伸模具的設(shè)計(jì) 3.1 工藝分析 拉伸是利用模具將平板毛坯或半成品毛坯拉伸成開(kāi)口空心件的一種冷沖壓工藝。 拉伸工藝可制成的制品形狀有:圓筒形、階梯形、球形、錐形、矩形及其它各種不 規(guī)則的開(kāi)口空心零件。 拉伸工藝與其它沖壓工藝結(jié)合,可制造形狀復(fù)雜的零件,如落料工藝與拉伸工 藝組合在一起的落料拉伸復(fù)合模。 日常生活中常見(jiàn)的拉伸制品有: 旋轉(zhuǎn)體零件:如搪瓷臉盆,鋁鍋。 方形零件:如飯盒,汽車(chē)油箱 復(fù)雜零件:如汽車(chē)覆蓋件。 此零件的基本結(jié)構(gòu)為階梯形圓桶件的拉伸,所以要對(duì)工件的拉伸次數(shù)、拉伸高 度進(jìn)行分析,具體過(guò)程在下面計(jì)算過(guò)程中體現(xiàn)。 3.1.1 計(jì)算毛坯直徑 本工件采用 Q235 鋼,拉伸性能較好。在計(jì)算毛胚前,需要先確定拉伸、沖孔 前的半成品的形狀和尺寸。具體計(jì)算過(guò)程如下: 計(jì)算毛胚直徑 D:如零件圖所示。H=9.5mm,h=(9.5-0.5-0.5) mm=8.5mm,d=90mm,d 凸 =160.d 凸 /d=1.777。根據(jù)凸緣的相對(duì)直徑從表 4-4沖 模設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)例中查得有凸緣件的修邊余量h=4mm。 從模具設(shè)計(jì)大典中查得此類階梯形旋轉(zhuǎn)體的毛胚計(jì)算公式為: (3-1)23124()Ddhd 將 d3=169,d1=91,h1=4,d2=114,h2=4.5,代入上式,即得毛胚直徑為:694(.5) D= 179.0754mm 所以毛胚直徑 D=180mm。 3.1.2 判斷拉伸次數(shù) 判斷拉伸次數(shù) : 工件的總拉伸因數(shù)為 h/dmin=8.5/91=0.104 查表 5-14沖壓工藝與模具設(shè)計(jì) t/d100=1/180100=0.56 df/d=(160+9)/91=1.857 查表 1.82.0 對(duì)應(yīng)的是 0.320.38 0.1040.320.38 故可一次拉伸成型。 3.2 確定工藝方案 7 從該工件的零件圖可以看出中間的 86 的孔為 IT10 級(jí)加工精度,其他尺寸未標(biāo)注公 差查沖壓設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)例附錄 D。所以拉伸工件按平常加工精度加工。 3.3 拉伸工序必要的計(jì)算 3.3.1 計(jì)算壓邊力,拉伸力,壓力機(jī)公稱壓力 查表 5-10沖壓工藝與模具設(shè)計(jì) 拉伸力的計(jì)算: F=d 1 bk1 (3-2) Q235 的 b取 460 查表 5-6沖壓工藝與模具設(shè)計(jì) ,k 1取 0.75 將 b=460,k 1=0.75 代入上式 F=3.1411414600.75 =123496.2 M=114/180=0.63 查表 5-8沖壓工藝與模具設(shè)計(jì) 軟鋼 t0.5 所以取 2.02.5 查表 5-8沖壓工藝與模具設(shè)計(jì) 軟鋼 t(1 )t 由此可見(jiàn)本旋轉(zhuǎn)體拉伸模凹凸模的拉伸圓角半徑可以取工件的圓角半徑。 c)通氣孔的確定 拉伸模的凸模上必須要設(shè)計(jì)通氣孔,因?yàn)闆](méi)有通氣孔工件將吸附在凸模上, 給工件的取出帶來(lái)了極大的困難。 通過(guò)查表 4-14沖壓設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)例 取通氣孔的直徑為 8mm。 3.4 模具的總體設(shè)計(jì) 模具的總裝配圖見(jiàn)拉伸模裝配圖 圖 3-1 拉伸模裝配圖 拉伸模是在單動(dòng)壓力機(jī)上拉伸,壓邊圈采用平面式的,胚料用壓邊圈的 凹槽定位,凹槽的厚度必須小于 1mm,因?yàn)榇笥诘扔?1mm 對(duì)壓料會(huì)產(chǎn)生很大的 影響,這里凹槽的伸度取 0.5mm 以便于壓料。壓邊力用彈性元件控制。模具 采用倒裝結(jié)構(gòu),以便在下部空間較大的位置安裝和調(diào)節(jié)壓邊裝置。工件出件 時(shí)用推件器靠彈簧的彈力將工件推出。 (推件器一定要有通氣孔,還有推件與 9 凹模之間的安裝必須可無(wú)阻力的活動(dòng)。 ) 由于此拉伸模為非標(biāo)準(zhǔn)形式,需計(jì)算模具的閉合高度。其中各模柄、上 模座、下模座極其配件均取自國(guó)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)件。 模具的閉合高度為:取 H=(55+48.5+40+60+1)=204.5mm 10 4.沖孔模模具的設(shè)計(jì) 4.1 沖壓件的工藝分析 底部 86 的孔有兩種加工方案0.1 a)拉伸成階梯形再?zèng)_底孔。 b)拉伸成階梯形再車(chē)去底部。 在上述的兩種加工方案,采用第一種加工方案,工件的質(zhì)量較高,但零件的生 產(chǎn)效率教低,而且費(fèi)料。由于工件的高度較小,裝夾教困難。采用第二種加工方案, 零件的生產(chǎn)效率高,省料,減少浪費(fèi),而且質(zhì)量易保證。按工件的使用情況,此工 藝完全可以保證工件的技術(shù)要求。根據(jù)上面的工藝分析,知道使用 孔模比較好。 另外 6SR2 的凹包拉伸時(shí)材料的進(jìn)給量很小,而且在計(jì)算毛胚的時(shí)候加入了修邊 余量所以可以在沖孔的同時(shí)拉伸出來(lái)。工件的其他尺寸按照沖裁的加工公差查詢。 4.2 計(jì)算沖壓力 4.2.1 沖裁力的計(jì)算 為降低沖裁力,提高模具壽命,將沖 86 與 13.2 的多凸模作階梯行布置, 小孔 613.3 的小凸模做短一些,686 的大凸模做長(zhǎng)些。其小孔層與大孔層 相差 1mm。 查書(shū)的沖裁力公式: F=Lt (4-1) 式中 F---沖裁力(N) L---沖裁件的周長(zhǎng)(mm) T---材料的厚度(mm) ---材料抗剪強(qiáng)度(MPa), 見(jiàn)沖壓設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)例書(shū)末附錄 A 得 Q235 的材料抗剪強(qiáng)度為 310380(MPa) 小孔層的沖裁力計(jì)算: = t= n t (4-1FL1d 2) 由零件圖可得 n=6, =13.2mm,t=1mm,=380MPa。1d 將上面的數(shù)值帶入式中得 =613.2mm3.141mm380MPa =94501.44(N) 大孔層:公式 (4-3)22bbFLtnd 通過(guò)工件尺寸可知: =86mm,n=1, =380MPa2d 將數(shù)據(jù)代入上式可得 11 =13.1486mm380MPa=102615.2N=102.6KN2F 由于小凸包在此拉伸工序中壓成,故要計(jì)算拉伸力。 查公式 4-35 計(jì)算工件拉伸力, (4-4) bFKdt 由表 4-18 中查得,K=1 將 K=1,d=5mm,t=1mm, =380MPa 代入上式得b =35.796KN3F 因?yàn)?213 所以選擇沖床時(shí)的沖裁力為 。2F 4.2.2 卸料力的計(jì)算 卸料力公式查書(shū)沖壓設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)例得: (4-5)K卸 卸 查表 2-15,取 =0.03K卸 由上面計(jì)算沖裁力可知,取最大力 =102.6KN2F 將數(shù)據(jù)代入上式, =0.03, =102.6KN卸 =0.03 =0.03102.6KN=3.078KNF卸 2 推件力的計(jì)算 查參考文獻(xiàn)得推件力計(jì)算公式 (4-6)FnK推 推 式中 沖裁力(N); n卡在凹模洞口中的工件(或廢料)數(shù)目; 通過(guò)分析工件可知 n=1 查參考文獻(xiàn) =0.05K推 將數(shù)據(jù)代入上式可得 =10.05102.6KN=5.13KNF推 選擇沖床時(shí)的總壓力 =102.6KN+35.796KN+3.078KN+5.13KN=146.596KN23F總 卸 推 4.2.3 確定壓力中心 通過(guò)對(duì)工件的形狀分析可知: 該工件的基本形狀為原形,沖裁的 幾個(gè)孔都為中心對(duì)稱,所以該模613.286、 具的壓力中心為模具中心。 4.2.4 計(jì)算凸凹模的刃口尺寸 a)模具間隙: 模具問(wèn)題系指凸、凹模刃口間縫隙的距離,并用 C 表示,則是單面間隙。而雙 面間隙則用 Z 表示。間隙對(duì)沖裁件質(zhì)量、沖裁力、模具壽命影響很大,是沖裁工藝 與模具設(shè)計(jì)中的一個(gè)極其重要的問(wèn)題。 間隙對(duì)沖裁件質(zhì)量的影響: 12 沖裁件質(zhì)量是指斷面質(zhì)量、尺寸精度及形狀誤差。切斷面應(yīng)平直、光潔,即無(wú)裂紋、 撕裂、夾層、毛刺的缺陷。零件表面應(yīng)盡可能平整,即穹彎小。尺寸應(yīng)保證不超出 圖樣規(guī)定的公差范圍。影響沖裁件質(zhì)量的因素有:凸凹模間隙大小及分布的均解剖 學(xué)性、模具刃口狀態(tài)、模具結(jié)構(gòu)與制造精度、材料性質(zhì)等,其中間隙值大小與均勻 程度是主要因素。 間隙對(duì)沖裁件切斷面質(zhì)量的影響: 沖裁時(shí),裂紋不一定從兩刃口同時(shí)發(fā)生,上下裂紋是否重合與凸、凹模間隙值的大 小有關(guān)。當(dāng)把凸、凹模間隙控制在一定的合理值范圍內(nèi)時(shí),由凸、凹模刃口沿最大 刀應(yīng)力方向產(chǎn)生的裂紋將互相重合。此時(shí)沖出的制件斷面雖有一定的斜度,但比較 平直、光潔、毛刺很小。且 間隙過(guò)小時(shí),由凹模刃口處產(chǎn)生的裂紋進(jìn)入凸膜下面的壓應(yīng)力區(qū)后停止發(fā)展。當(dāng)凸 膜繼續(xù)下壓力時(shí),在上、下裂紋中間將產(chǎn)生二次剪切,制件斷面的中部留下撕裂面, 而兩端光亮帶,在端面出現(xiàn)擠長(zhǎng)的毛刺。毛刺雖有所增長(zhǎng),但易去除,且制件穹彎 小,斷面垂直,故只要中間撕裂不是很深,仍可使用。 間隙過(guò)大時(shí),材料的彎曲與拉伸增大,拉應(yīng)力增大,材料易被撕裂,且裂紋在離開(kāi) 刃口稍遠(yuǎn)的側(cè)面上產(chǎn)生,致使制件光亮帶減少,塌角與斷裂斜度都增大,毛刺大而 厚,難以去除。所以,隨著間隙的增大,制件斷裂面的傾斜庫(kù)與塌角增大。毛刺增 高。 b)間隙對(duì)尺寸精度的影響 沖裁件的尺寸精度是指仲裁件的實(shí)際尺寸與基本尺寸的差值,差值越小,則精 度越高,這個(gè)差值包括兩方面的偏差,一是沖裁件相對(duì)于凸模或凹模的偏差,一是 模具本身的制造偏差。沖裁件相對(duì)于凸、凹模尺寸的偏差,主要是工件脫離模具時(shí), 材料在沖裁所受的擠壓變形,纖維伸長(zhǎng),穹彎都要產(chǎn)生彈恢復(fù)造成的。差值可能為 正,也可能為負(fù)值。當(dāng)間隙較大時(shí),材料所受拉伸作用增大,沖裁完后因材料的彈 性恢復(fù)使落料尺寸小于凹模尺寸,沖孔尺寸大小于凸模尺寸。在間隙較小時(shí),由于 材料離占、凹模擠壓力大,故仲裁完后,材料的彈性恢復(fù)使落料尺寸增大,沖孔孔 徑變小。此外,尺寸變化量的大小還與材料性質(zhì)、厚度、軋制方向等因素有關(guān)。軟 鋼的彈性變形量小,沖裁的彈性恢復(fù)也很小,硬鋼的彈性恢復(fù)量較大。 c) 尺寸計(jì)算原則: A 落料件的尺寸取決于凹模尺寸,沖裁件的尺寸取決于凸模尺寸。 B 計(jì)算尺寸時(shí)要考慮磨損情況,落料時(shí),凹模取最小的尺寸,沖孔時(shí)凸模取 最大尺寸。 C 確定刀口制造公差時(shí),要保證工件的精度要求又能保證有合理的間隙,一般 模具到造精度要比工件精度高 34 級(jí),如沒(méi)有注明公差。要查表。 d) 計(jì)算凸凹模刃口尺寸 查表 2-10沖壓設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)例 查得間隙值 ,minZ0.1maxZ0.1 據(jù)表 2-12沖壓設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)例查得凹凸模的制造公差 13 : 860.25m凸 0.35m凹 : 13.2凸 2凹 校核 axin.1..Z. 6凸 凹 不滿足 的條件mai凸 凹 不可采用凸凹模分開(kāi)加工的方法 校核 13.2axmin0.13.0.3Zm 24凸 凹 不滿足 的條件,不可采用凸凹模分開(kāi)加工的方法。maxin凸 凹 e)通過(guò)以上的分析可知,必須采用凸模與凹模配合加工的方法,這種加工方法 的特點(diǎn)是: A 模具間隙是在配制中保證的,因此不需要校核 ,所以加maxinZ凸 凹 工 B 基準(zhǔn)件時(shí)可以適當(dāng)放寬公差,使其加工容易。 尺寸標(biāo)注簡(jiǎn)單,只需在基準(zhǔn)件上標(biāo)注尺寸和公差,配制件僅標(biāo)注基本尺寸并注 明配做所留間隙值。 因此,目前一般工廠大多采用這種方法,但用此方法制造的凸、凹模是不 能互換的。 由于復(fù)雜形狀工件,其各部分尺寸性質(zhì)不同,凸模與凹模磨損情況也不同, 所以,基準(zhǔn)件的刃口需要按不同方法計(jì)算。 第一類是凹模磨損后增大的尺寸; 第二類是凹模磨損后減小的尺寸; 第一類是凹模磨損后沒(méi)有增減的尺寸。 同理,對(duì)于沖孔件,應(yīng)以凸模為基準(zhǔn)件,可根據(jù)凸模的磨損情況,分成 A、B、C 三類。當(dāng)凸模磨損后,其尺寸的情況也是增大、減小、不變這一同樣的規(guī)律。 因此對(duì)于復(fù)雜形狀的落料或沖孔件,其模具基準(zhǔn)件的刃口尺寸均可按式計(jì)算。 A 類 4max0j B 類 jjA C 類 min.58j 式中 、 、 基準(zhǔn)件尺寸(mm)jjBjC 、 、 工件極限尺寸(mm)axini 工件公差(mm) 對(duì)于與基準(zhǔn)件相配合的非基準(zhǔn)件凸?;虬寄5娜锌诔叽缗c公差一般不在圖樣上標(biāo)注, 而是僅標(biāo)注基本尺寸,并注明其公差按基準(zhǔn)件凹?;蛲鼓5膶?shí)際尺寸配做,并保證 應(yīng)留的間隙值。 另外,如果由于加工需要,希望對(duì)落料件以凸模為基準(zhǔn)件,對(duì)沖孔件以凹模為基準(zhǔn) 14 件,則模具的刃口尺寸可按下式計(jì)算 A 類 4maxin0j Z B 類 inij C 類 mi.58j 4.3 模具總體設(shè)計(jì)及主要零、部件設(shè)計(jì) 導(dǎo)柱式簡(jiǎn)單沖裁模由于這模具準(zhǔn)確可靠,能保證沖裁間隙的均勻,沖裁的工件精 度較高、模具使用壽命長(zhǎng) 而且在沖床上安裝使用方便,因此導(dǎo)柱式?jīng)_裁模是應(yīng)用 最廣泛的一種沖模,適合大批量生產(chǎn)。 4.3.1 凸凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) a)凸模設(shè)計(jì) 圓形凸模的結(jié)構(gòu),有以下幾種型式: 沖小圓孔凸模:為了增加凸模的強(qiáng)度與剛度,凸模非工作部分直徑應(yīng)做成逐漸 增大的多級(jí)型式。 第一種適用于 d=1-8mm, d=1-15mm 的小孔。 第二種適用于沖中型圓孔的凸模:適用于 d=8-30mm。 以上兩種凸模都有標(biāo)準(zhǔn)尺寸。 第三種為沖大圓孔或落料用的凸模,一般用 3-4 個(gè)螺釘緊固,為減少磨削加工 面積,凸模外圓直徑要車(chē)小,端面要加工成凹坑型式。如采用鑲塊式凸模,其工作 部分用工具鋼制造并進(jìn)行熱處理,非工作部分采用一般的結(jié)構(gòu)鋼,為減少凸模的磨 削面積,故將中部挖成空心。 經(jīng)過(guò)對(duì)工件圖的分析,沖 86 的孔用第三種類型的大凸模如圖 4-1,沖 13.2 的孔用第一種小凸模,具體結(jié)構(gòu)見(jiàn)零件圖。 15 圖 4-1 凸模 b)凹模外形尺寸 凹模的外形尺寸常用下列經(jīng)驗(yàn)公式確定: 凹模厚度 H=Kb (4-7) 凹模壁厚 c=(1.5-2)H (4-8) 式中: H凹模厚度,mm,其值不應(yīng)于 15mm; K系數(shù). b凹模孔的最大寬度,mm; c凹模壁厚,mm; H=0.286=17.2mm 4.3.2 凸模與凹模的固定 機(jī)械固定凸模和凹模,最常用的方法是采用固定板固定,凸模和凹模與固定板 采用 H7/h6 配合,上面留有臺(tái)階。對(duì)于形狀簡(jiǎn)單的大、中型凸模和凹??梢圆捎弥?接固定在模座上。 小凸??梢圆捎勉T接的方法固定。對(duì)于經(jīng)常更換的凸??梢圆捎每焖俑鼡Q凸模 結(jié)構(gòu)。 4.4 卸料板的形式 4.4.1 卸料板一般分為剛性卸料板和彈性卸料板兩種形式。 剛性卸料板: a)為固定式剛性卸料板,適用于沖壓厚度在 0.5mm 以上的條料; b)為懸臂式剛性卸料板,適用于窄而長(zhǎng)的沖壓件卸料; c)為鉤形剛性卸料板,適用于在底部沖孔時(shí)卸空心工件,還可用于簡(jiǎn)單的彎 曲模和拉伸模。 4.4.2 剛性卸料板的安裝事項(xiàng) 剛性卸料板用螺釘和銷(xiāo)釘固定在下模上,能承受的卸料力較大,常用于較厚板 材沖壓件的卸料。其卸料可靠、安全;但操作不便,生產(chǎn)效率不高。剛性卸料板和 凸模的單邊間隙一般取 0.1mm0.5mm。剛性卸料板的厚度與卸料力的大小及卸料尺 寸等有關(guān),一般取 5mm15mm。 4.4.3 彈性卸料板的結(jié)構(gòu) 采用彈性卸料板有敞開(kāi)的工作空間,操作方便,生產(chǎn)效率高。彈性卸料板在沖 壓前對(duì)毛坯有預(yù)壓作用,沖壓后也可使沖壓件平穩(wěn)卸料。但由于受彈簧、橡膠等零 件的限制,卸料力較小,并且結(jié)構(gòu)復(fù)雜,可靠性與安全笥不如剛性卸料板,常用于 較薄板材的卸料。彈性卸料板與凸模的單邊間隙一般取 0.2mm0.5mm,對(duì)于中小件 卸料,彈性卸料板的厚度取 5mm15mm。 16 4.4.4 卸料板常用零件 彈簧和橡膠 彈簧和橡膠是模具中廣泛應(yīng)用的彈性零件,主要用于卸料、推件和壓力等工作。 a)圓鋼絲、螺旋壓縮彈簧 模具設(shè)計(jì)時(shí),彈簧一般是按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)選用的,表 8-2 為沖模中常用的圓柱螺 旋壓縮彈簧國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。彈簧的選用包括以下內(nèi)容: 選擇彈簧壓力,即 F 預(yù) (4- 9) 式中:F 預(yù) 彈簧的預(yù)壓力,N; F 預(yù) 卸料力,N; n彈簧根數(shù)。 選擇彈簧壓縮量,即 hjh 總=h 預(yù)+h 工作+h 修磨 (4- 10) 式中 hj 彈簧允許的最大壓縮量(mm) ; h 總 彈簧需要的總壓縮量(mm) ; h 預(yù) 彈簧的預(yù)壓縮量(mm) ; h 工作 卸料板的工作行程(mm) ,對(duì)于沖裁模?。ò辶虾穸?1) (mm) ; h 修磨 模具的修磨量或調(diào)整量(mm) ,一般取 4mm6mm。 壓縮彈簧的選擇要符合模具結(jié)構(gòu)空間的要求。因?yàn)槟>唛]合高度的大小限定了 彈簧在預(yù)壓狀態(tài)下的長(zhǎng)度;上、下模座的尺寸限定了卸料板的面積,也就限定了允 許彈簧占用的面積,所以選取彈簧的根數(shù)、直徑和長(zhǎng)度,必須符合模具結(jié)構(gòu)空間的 要求。 b)選擇彈簧的步驟 根據(jù)模具結(jié)構(gòu)初步確定彈簧根數(shù) n,并計(jì)算出每根彈簧分別承擔(dān)的卸料力 F 卸 /n。 根據(jù)預(yù)壓力 F 預(yù)和模具結(jié)構(gòu)尺寸,由彈簧標(biāo)準(zhǔn)中選出若干個(gè)彈簧,這些彈簧均 需滿足最大工作負(fù)荷 FjF 預(yù)的條件。 h1 模板厚度(mm) ; h2 凸模高度(mm) ; h3 刃口修磨量(mm) ; h4 卸料板厚度(mm) ; L 卸料螺釘長(zhǎng)度(mm) 。 F 卸 n 17 4.5 沖壓設(shè)備的選擇 a)壓力機(jī)的行程大小,應(yīng)該能保證成行零件的取出與毛坯的放進(jìn),例如拉伸所 用壓力機(jī)的行程,至少應(yīng)大于成品零件高度的兩倍以上。 b)壓力機(jī)工作臺(tái)面的尺寸應(yīng)大于沖模的平面尺寸,且還須留有安裝固定的余地, 但是過(guò)大的工作平面上安裝小尺寸的沖模對(duì)工作臺(tái)的受力是不利的。壓力機(jī)工作臺(tái) 面的尺寸大于壓力機(jī)滑塊底面積, 壓力機(jī)滑塊底面積必須大于模具的尺寸,所以只 須考慮壓力機(jī)滑塊底面積的大小. c)所選的壓力機(jī)的封閉高度應(yīng)與沖模的封閉高度相適用。 模具的閉合高度 H0 是指上模在最低的工作位置時(shí),下模板的底面到上模板的 頂面的距離。壓力機(jī)的閉合高度 H 是指滑塊在下死點(diǎn)時(shí),工作臺(tái)面到滑塊下端面的 距離。大多數(shù)壓力機(jī),其連桿長(zhǎng)短能調(diào)節(jié),也即壓力機(jī)的閉合高度可以調(diào)整,故壓 力機(jī)有最大閉合高度 Hmax 和最小閉合高度 Hmin。設(shè)計(jì)模具時(shí),模具閉合高度 H0 得 數(shù)值應(yīng)滿足下式 Hmax-5mmH0Hmin+10mm (4-11) 無(wú)特殊情況 H0 應(yīng)取上限值,即最好取在:H0Hmin+1/3L,這是為了連桿調(diào)節(jié) 過(guò)長(zhǎng),羅紋接觸面積過(guò)小而被壓壞。如果模具閉合高度實(shí)在太小,可以在壓床臺(tái)面 上加墊板。 導(dǎo)柱式簡(jiǎn)單沖裁模由于這模具準(zhǔn)確可靠,能保證沖裁間隙的均勻,沖裁的工件精 度較高、模具使用壽命長(zhǎng) 而且在沖床上安裝使用方便,因此導(dǎo)柱式?jīng)_裁模是應(yīng)用 最廣泛的一種沖模,適合大批量生產(chǎn)。模柄,模架均選用標(biāo)準(zhǔn)模架 經(jīng)過(guò)比較分析選擇導(dǎo)柱式簡(jiǎn)單沖裁模。 18 5 三維造型及數(shù)控編程 5.1 三維造型 a)拉伸模凹模 圖 5-1 拉伸模凹模 b)拉伸模凸模 圖 5-2 拉伸模凸模 19 本設(shè)計(jì)的所有三維造型都在三維圖集中列出。 5.2 數(shù)控加工 拉伸模凹模數(shù)控編程刀軌示意圖及部分程序,全部程序見(jiàn)附件。 圖 5-3 拉伸模凸模刀軌 拉伸模凹模數(shù)控程序: % N0010 G40 G17 G90 G70 N0020 G91 G28 Z0.0 :0030 T00 M06 N0040 G0 G90 X37.3101 Y-90.2953 S0 M03 N0050 G43 Z26. H00 N0060 Z23. N0070 G1 Z20. F250. M08 N0080 X28.5454 N0090 X-28.5454 N0100 G0 X-37.3101 N0110 Z23. N0120 Z26. 20 N0130 X46.5626 Y-85.8907 N0140 Z23. N0150 G1 Z20. N0160 X39.8858 N0170 X-39.8858 N0180 G0 X-46.5626 N0190 Z23. N0200 Z26. N0210 X53.901 Y-81.486 N0220 Z23. N0230 G1 Z20. N0240 X48.2505 N0250 X-48.2505 N0260 G0 X-53.901 N0270 Z23. N0280 Z26. N0290 X60.0312 Y-77.0814 N0300 Z23. N0310 G1 Z20. N0320 X55.0141 N0330 X-55.0141 N0340 G0 X-60.0312 N0350 Z23. N0360 Z26. N0370 X65.2946 Y-72.6767 N0380 Z23. N0390 G1 Z20. N0400 X60.7139 N0410 X-60.7139 N0420 G0 X-65.2946 N0430 Z23. N0440 Z26. N0450 X69.8871 Y-68.2721 N0460 Z23. N0470 G1 Z20. N0480 X65.6278 N0490 X-65.6278 21 6.結(jié)論 這次設(shè)計(jì)擋油盤(pán)拉伸及沖孔模具嚴(yán)格按照沖壓模的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),按照經(jīng)濟(jì)方 便的設(shè)計(jì)理念去進(jìn)行設(shè)計(jì),此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)于 50000 件的生產(chǎn)量來(lái)說(shuō)比較合理 。經(jīng) 初步校核計(jì)算完全達(dá)到技術(shù)要求。 22 參 考 文 獻(xiàn) 1許發(fā)樾.實(shí)用模具設(shè)計(jì)與制造手冊(cè)M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2001 2鄭大中,房金妹,譚平宇.模具結(jié)構(gòu)圖冊(cè)M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1998 3王桂萍.模具的設(shè)計(jì)與制造問(wèn)答M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1996 4孟少農(nóng).機(jī)械加工工藝手冊(cè)M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1991 5模具制造手冊(cè)編寫(xiě)組M.模具制造手冊(cè).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1982 6馮炳堯,韓泰榮,蔣文森.模具設(shè)計(jì)與制造簡(jiǎn)明手冊(cè)M.上海:上??茖W(xué)技術(shù)出 版社,1988 7洪如瑾,陳焱.UG NX2 CAD 快速入門(mén)指導(dǎo)M.北京:清華大學(xué)出版社,2004 8彭建聲.簡(jiǎn)明模具工實(shí)用技術(shù)手冊(cè)M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1993 9成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)M.第四版.北京:化學(xué)出版社,2002 10薛彥成.數(shù)控原理與編程M. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1994 11卓迪仕.數(shù)控技術(shù)及應(yīng)用M.北京:國(guó)防工業(yè)出版社,1997