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1 沖壓變形 沖壓變形工藝可完成多種工序，其基本工序可分為分離工序和變形工序兩 大類。 分離工序是使坯料的一部分與另一部分相互分離的工藝方法，主要有落料、 沖孔、切邊、剖切、修整等。其中有以沖孔、落料應(yīng)用最廣。變形工序是使坯 料的一部分相對另一部分產(chǎn)生位移而不破裂的工藝方法，主要有拉深、彎曲、 局部成形、脹形、翻邊、縮徑、校形、旋壓等。 從本質(zhì)上看，沖壓成形就是毛坯的變形區(qū)在外力的作用下產(chǎn)生相應(yīng)的塑性 變形，所以變形區(qū)的應(yīng)力狀態(tài)和變形性質(zhì)是決定沖壓成形性質(zhì)的基本因素。因 此，根據(jù)變形區(qū)應(yīng)力狀態(tài)和變形特點(diǎn)進(jìn)行的沖壓成形分類， 可以把成形性質(zhì)相 同的成形方法概括成同一個類型并進(jìn)行系統(tǒng)化的研究。 絕大多數(shù)沖壓成形時毛坯變形區(qū)均處于平面應(yīng)力狀態(tài)。通常認(rèn)為在板材表面上 不受外力的作用，即使有外力作用，其數(shù)值也是較小的，所以可以認(rèn)為垂直于 板面方向的應(yīng)力為零，使板材毛坯產(chǎn)生塑性變形的是作用于板面方向上相互垂 直的兩個主應(yīng)力。由于板厚較小，通常都近似地認(rèn)為這兩個主應(yīng)力在厚度方向 上是均勻分布的?；谶@樣的分析，可以把各種形式?jīng)_壓成形中的毛坯變形區(qū) 的受力狀態(tài)與變形特點(diǎn)，在平面應(yīng)力的應(yīng)力坐標(biāo)系中 (沖壓應(yīng)力圖 )與相應(yīng)的兩 向應(yīng)變坐標(biāo)系中 (沖壓應(yīng)變圖 )以應(yīng)力與 應(yīng)變坐標(biāo)決定的位置來表示。也就是說， 沖壓 應(yīng)力圖與沖壓應(yīng)變圖中的不同位置都代表著不同的受力情況與變形特點(diǎn) (1)沖壓毛坯變形區(qū)受兩向拉應(yīng)力作用時，可以分為兩種情況：即 0 t=0 和 0， t=0。再這兩種情況下，絕對值最大的應(yīng)力都是拉應(yīng)力。以下 對這兩種情況進(jìn)行分析。 1)當(dāng) 0且 t=0時，安全量理論可以寫出如下應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系式： (1-1) /（ - m） = /（ - m） = t/（ t - m） =k 式中 ， ， t 分 別 是 軸對稱沖壓 成 形時 的 徑向 主 應(yīng)變 、切向主 應(yīng) 變 和厚度方向上的主 應(yīng)變 ； ， ， t 分 別 是 軸對稱沖壓 成 形時 的 徑向 主 應(yīng) 力、切向主 應(yīng) 力和厚度 方向上的主 應(yīng) 力； m 平均 應(yīng) 力， m=（ + + t） /3； k 常數(shù) 。在平面 應(yīng) 力 狀態(tài) ，式（ 1 1）具有如下形式： 3 /（ 2 - ） =3 /（ 2 - t） =3 t/-（ t+ ） =k （ 1 2） 因?yàn)?0，所以必定有 2 - 0 與 0。 這個結(jié) 果表明：在 兩向 2 拉應(yīng) 力的平面 應(yīng) 力 狀態(tài)時 ，如果 絕對 值 最大 拉應(yīng) 力是 ，則在這個方向上的主 應(yīng)變一定是正應(yīng)變，即是伸長變形。 又因?yàn)?0，所以必定有 -（ t+ ） 0 與 t2 時， 0；當(dāng) 0。 的變化范圍是 = =0 。在雙向等拉力狀態(tài)時， = ，有 式（ 1 2）得 = 0 及 t 0 且 t=0 時，有式（ 1 2）可知：因?yàn)?0，所以 1） 定有 2 0 與 0。這個結(jié)果表明：對于兩向拉應(yīng)力的平面應(yīng)力狀 態(tài)，當(dāng) 的絕對值最大時，則在這個方向上的應(yīng)變一定時正的，即一定是 伸長變形。 又因?yàn)?0，所以必定有 -（ t+ ） 0 與 t ， 0；當(dāng) 0。 的變化范圍是 = =0 。當(dāng) = 時， = 0， 也就是 在 雙向等拉 力 狀態(tài)下 ，在 兩個拉應(yīng) 力方向 上產(chǎn) 生 數(shù) 值相同的伸 長變形 ；在受 單 向拉應(yīng) 力 狀態(tài)時 ， 當(dāng) =0 時， =- /2，也就是說， 在受 單向拉應(yīng) 力 狀態(tài) 下 其 變形 性 質(zhì) 與一般的 簡單 拉伸是完全一 樣 的 。 這種變形與受力情況，處于沖壓應(yīng)變圖中的 AOC 范圍內(nèi)（見圖 1 1）；而 在沖壓應(yīng)力圖中則處于 AOH 范圍內(nèi)（見圖 1 2）。 上述兩種沖壓情況，僅在最大應(yīng)力的方向上不同，而兩個應(yīng)力的性質(zhì)以及 它們引起的變形都是一樣的。因此，對于各向同性的均質(zhì)材料，這兩種變形是 完全相同的。 (1)沖壓毛坯變形區(qū)受兩向壓應(yīng)力的作用，這種變形也分兩種情況分析，即 t=0 和 0， t=0。 1）當(dāng) 0 且 t=0 時，有式（ 1 2）可知：因 為 0，一定有 2 - 0 與 0。 這個結(jié) 果表明：在 兩向壓應(yīng) 力的平面 應(yīng) 力 狀態(tài)時 ，如果 3 絕對 值最大 拉應(yīng) 力是 0，則在這個方向上的主應(yīng)變一定是負(fù)應(yīng)變，即是壓 縮變形。 又因?yàn)?0 與 t0，即在板料厚度方 向上的 應(yīng)變 是正的，板料增厚。 在 方向上的變形取決于 與 的數(shù)值：當(dāng) =2 時， =0；當(dāng) 2 時， 0；當(dāng) 0。 這時 的變化范圍是 與 0 之間 。當(dāng) = 時，是雙向等 壓 力狀態(tài) 時，故有 = 0；當(dāng) =0 時 ，是受 單 向 壓應(yīng) 力 狀態(tài) ，所以 =- /2。 這種變形情況處于沖壓應(yīng)變圖中的 EOG 范圍內(nèi)（見圖 1 1）；而在沖壓應(yīng)力圖 中則處于 COD 范圍內(nèi)（見圖 1 2）。 2) 當(dāng) 0 且 t=0 時，有式（ 1 2）可知：因?yàn)?0，所以 一定有 2 0 與 0。這個結(jié)果表明：對于兩向 壓 應(yīng)力的平面應(yīng)力狀 態(tài)，如果絕對值最大是 ，則在這個方向上的應(yīng)變一定時負(fù)的，即一定是壓 縮變形。 又因?yàn)?0 與 t0，即在板料厚度方 向上的 應(yīng)變 是正的，即 為壓縮變形 ，板厚增大。 在 方向上的變形取決于 與 的數(shù)值：當(dāng) =2 時， =0；當(dāng) 2 ， 0；當(dāng) 0。 這時， 的數(shù)值只能在 = =0 之間變化。當(dāng) = 時， 是 雙向 等壓力狀態(tài) ，所以 = 0。這種變形與受力情況，處于沖壓應(yīng)變圖中的 GOL 范圍內(nèi)（見圖 1 1）；而在沖壓應(yīng)力圖中則處于 DOE 范圍內(nèi)（見圖 1 2）。 (1)沖壓毛坯變形區(qū)受兩個異號應(yīng)力的作用，而且拉應(yīng)力的絕對值大于壓應(yīng) 力的絕對 值。這種變形共有兩種情況，分別作如下分析。 1）當(dāng) 0， | |時，由式（ 1 2）可知：因 為 0， | |，所以一定 有 2 - 0 及 0。 這個結(jié) 果表明：在異 號 的 平面 應(yīng) 力 狀態(tài)時 ，如果 絕對 值最大 應(yīng) 力是 拉應(yīng) 力 ，則在這個絕對值最大的拉應(yīng) 力方向上應(yīng)變一定是正應(yīng)變，即是伸長變形。 又因?yàn)?0， | |，所以必定有 0 0， 0， | |時，由式（ 1 2）可知： 用與前 項(xiàng)相同的方法分析可得 0。 即在異 號應(yīng) 力作用的平面 應(yīng) 力 狀態(tài)下 ，如果 絕 對 值最大 應(yīng) 力是 拉應(yīng) 力 ，則在這個方向上的應(yīng)變是正的，是伸長變形；而在 壓應(yīng)力 方向上的應(yīng)變是負(fù)的（ 0， 0， 0， | |時，由式（ 1 2）可知：因 為 0， | |，所以一定有 2 - 0 及 0， 0，必定有 2 - 0， 即在 拉應(yīng) 力方向上 的 應(yīng)變 是正的， 是伸長變形。 這時 的變化范圍只能在 =- 與 =0 的范圍內(nèi) 。當(dāng) =- 時， 0 0， 0， | |時，由式（ 1 2）可知： 用與前 項(xiàng)相同的方法分析可得 0， 0， 0, 0 AON GOH + + 伸長類 AOC AOH + + 伸長類 雙向受壓 0, 0 EOG COD 壓縮類 0, | | MON FOG + + 伸長 類 | | | LOM EOF 壓縮類 異號應(yīng)力 0, | | COD AOB + + 伸長類 | | | | DOE BOC 壓縮類 7 變形區(qū)質(zhì)量問題的表 現(xiàn)形式 變形程度過大引起變形區(qū) 產(chǎn)生破裂現(xiàn)象 壓力作用下失穩(wěn)起皺 成形極限 1 主要取決于板材的塑 性， 與厚度無關(guān) 2 可用伸長率及成形極 限 DLF 判斷 1 主要取決于傳力區(qū)的 承載能力 2 取決于抗失穩(wěn)能力 3 與板厚有關(guān) 變形區(qū)板厚的變化 減薄 增厚 提高成形極限的方法 1 改善板材塑性 2 使變形均勻化，降低局 部變形程度 3 工序間熱處理 1 采用多道工序成形 2 改變傳力區(qū)與變形區(qū) 的力學(xué)關(guān)系 3 采用防起皺措施 伸 長 類 成 形 脹 形 拉 深 翻 邊 壓 縮 類 成 形 壓 縮 類 成 形 擴(kuò) 口 拉 深 脹 形 伸 長 類 成 形 縮 口 縮 口 擴(kuò)口 + - - + /4 /4 翻 邊 - + + - 圖 1 3 沖壓應(yīng)變圖 8 沖壓成形 極限 變形區(qū)的 成形極限 傳動區(qū)的 成形極限 伸長類 變 形 壓縮類 變 形 強(qiáng) 度 抗拉與抗壓 縮失衡能力 塑 性 抗縮頸 能 力 變形均 化與擴(kuò) 展能力 塑 性 抗起皺 能 力 變形力及 其 變 化 各向異性 值 硬化性能 變形抗力 化學(xué)成分 組 織 變形條件 硬化性能 應(yīng)力狀態(tài) 應(yīng)變梯度 硬化性能 模具狀態(tài) 力學(xué)性能 值與 值 相對厚度 化學(xué)成分 組 織 變形條件 圖 1 3 體系化研究方法舉例 9 Categories of stamping forming Many deformation processes can be done by stamping, the basic processes of the stamping can be divided into two kinds: cutting and forming. Cutting is a shearing process that one part of the blank is cut form the other .It mainly includes blanking, punching, trimming, parting and shaving, where punching and blanking are the most widely used. Forming is a process that one part of the blank has some displacement form the other. It mainly includes deep drawing, bending, local forming, bulging, flanging, necking, sizing and spinning. In substance, stamping forming is such that the plastic deformation occurs in the deformation zone of the stamping blank caused by the external force. The stress state and deformation characteristic of the deformation zone are the basic factors to decide the properties of the stamping forming. Based on the stress state and deformation characteristics of the deformation zone, the forming methods can be divided into several categories with the same forming properties and to be studied systematically. The deformation zone in almost all types of stamping forming is in the plane stress state. Usually there is no force or only small force applied on the blank surface. When it is assumed that the stress perpendicular to the blank surface equal to zero, two principal stresses perpendicular to each other and act on the blank surface produce the plastic deformation of the material. Due to the small thickness of the blank, it is assumed approximately that the two principal stresses distribute uniformly along the thickness direction. Based on this analysis, the stress state and 10 the deformation characteristics of the deformation zone in all kind of stamping forming can be denoted by the point in the coordinates of the plane princ ipal stress(diagram of the stamping stress) and the coordinates of the corresponding plane principal stains (diagram of the stamping strain). The different points in the figures of the stamping stress and strain possess different stress state and deformation characteristics. (1)When the deformation zone of the stamping blank is subjected toplanetensile stresses, it can be divided into two cases, that is 0,t=0and 0,t=0.In both cases, the stress with the maximum absolute value is always a tensile stress. These two cases are analyzed respectively as follows. 2)In the case that 0andt=0, according to the integral theory, the relationships between stresses and strains are: /（ -m） =/（ -m） =t/（ t -m） =k 1.1 where, ， ， t are the principal strains of the radial, tangential and thickness directions of the axial symmetrical stamping forming; ， and tare the principal stresses of the radial, tangential and thickness directions of the axial symmetrical stamping forming;m is the average stress,m=（ +t） /3; k is a constant. In plane stress state, Equation 1.1 3/（ 2-） =3/（ 2-t） =3t/-（ t+） =k 1.2 Since 0,so 2-0 and 0.It indicates that in plane stress state with two axial tensile stresses, if the tensile stress with the maximum absolute value is , the principal strain in this direction must be positive, that is, the deformation belongs 11 to tensile forming. In addition, because 0， therefore -（ t+） 0 and t2,0； and when 0. The range of is =0 . In the equibiaxial tensile stress state = ， according to Equation 1.2,=0 and t 0 and t=0, according to Equation 1.2 , 2 0 and 0,This result shows that for the plane stress state with two tensile stresses, when the absoluste value of is the strain in this direction must be positive, that is, it must be in the state of tensile forming. Also because0， therefore -（ t+） 0 and t,0;and when 0. 12 The range of is = =0 .When =,=0, that is, in equibiaxial tensile stress state, the tensile deformation with the same values occurs in the two tensile stress directions; when =0, =- /2, that is, in uniaxial tensile stress state, the deformation characteristic in this case is the same as that of the ordinary uniaxial tensile. This kind of deformation is in the region AON of the diagram of the stamping strain (see Fig.1.1), and in the region GOH of the diagram of the stamping stress (see Fig.1.2). Between above two cases of stamping deformation, the properties ofand, and the deformation caused by them are the same, only the direction of the maximum stress is different. These two deformations are same for isotropic homogeneous material. (1)When the deformation zone of stamping blank is subjected to two compressive stressesand(t=0), it can also be divided into two cases, which are 0,t=0 and 0,t=0. 1） When 0 and t=0, according to Equation 1.2, 2-0 與 =0.This result shows that in the plane stress state with two compressive stresses, if the stress with the maximum absolute value is 0, the strain in this direction must be negative, that is, in the state of compressive forming. Also because 0 and t0.The strain in the thickness direction of the blankt is positive, and the thickness increases. The deformation condition in the tangential direction depends on the values 13 of and .When =2,=0;when 2,0;and when 0. The range of is 0.When =,it is in equibiaxial tensile stress state, hence=0; when =0,it is in uniaxial tensile stress state, hence =-/2.This kind of deformation condition is in the region EOG of the diagram of the stamping strain (see Fig.1.1), and in the region COD of the diagram of the stamping stress (see Fig.1.2). 2） When 0and t=0, according to Equation 1.2,2- 0 and 0. This result shows that in the plane stress state with two compressive stresses, if the stress with the maximum absolute value is , the strain in this direction must be negative, that is, in the state of compressive forming. Also because 0 and t0.The strain in the thickness direction of the blankt is positive, and the thickness increases. The deformation condition in the radial direction depends on the values of and . When =2, =0; when 2,0; and when 0. The range of is = =0 . When = , it is in equibiaxial tensile stress state, hence =0.This kind of deformation is in the region GOL of the diagram of the stamping strain (see Fig.1.1), and in the region DOE of the diagram of the stamping stress (see Fig.1.2). (3) The deformation zone of the stamping blank is subjected to two stresses with opposite signs, and the absolute value of the tensile stress is larger than that of the compressive stress. There exist two cases to be analyzed as follow: 14 1)When 0, |, according to Equation 1.2, 2-0 and 0.This result shows that in the plane stress state with opposite signs, if the stress with the maximum absolute value is tensile, the strain in the maximum stress direction is positive, that is, in the state of tensile forming. Also because 0, |, therefore =-. When =-, then 0,0,0, |, according to Equation 1.2, by means of the same analysis mentioned above, 0, that is, the deformation zone is in the plane stress state with opposite signs. If the stress with the maximum absolute value is tensile stress , the strain in this direction is positive, that is, in the state of tensile forming. The strain in the radial direction is negative （ =-. When =-, then 0, 0, 0,|, according to Equation 1.2, 2- 0 and 0 and 0, therefore 2- 0. The strain in the tensile stress direction is positive, or in the state of tensile forming. The range of is 0=-.When =-, then 0,0,0, |, according to Equation 1.2 and by means of the same analysis mentioned above,=-.When =-, then 0, 0, 0,0 AON GOH + + Tensile AOC AOH + + Tensile Biaxial compressive stress state 0,0 EOG COD Compress ive 0,| MON FOG + + Tensile | LOM EOF Compress ive State of stress with opposite signs 0,| COD AOB + + Tensile | | DOE BOC Compress ive 20 Table 1.2 Comparison between tensile and compressive forming Item Tensile forming Compressive forming Representation of the quality problem in the deformation zone Fracture in the deformation zone due to excessive deformation Instability wrinkle caused by compressive stress Forming limit 3 Mainly depends on the plasticity of the material, and is irrelevant to the thickness 4 Can be estimated by extensibility or the forming limit DLF 4 Mainly depends on the loading capability in the force transferring zone 5 Depends on the anti-instability capability 6 Has certain relationship to the blank thickness Variation of the blank thickness in the deformation zone Thinning Thickening Methods to improve forming limit 4 Improve the plasticity of the material 5 Decrease local 4 Adopt multi-pass forming process 5 Change the mechanics 21 deformation, and increase deformation uniformity 6 Adopt an intermediate heat treatment process relationship between the force transferring and deformation zones 6 Adopt anti-wrinkle measures Fig.1.1 Diagram of stamping strain tensile forming bulging deep drawing flanging compressive forming compressive forming expanding deep drawing bulging tensile forming necking necking expanding + - - + /4 /4 flanging - + + - Fig.1.2 Diagram of stamping stress 22 Ten sile for ming Com pres sion for ming St re ngth Cap abil ity of an ti -w rinkle und er t he t ensi le and com pres sive st re sses Plasticity Cap abil ity of an ti -n ecking Def orma tion uniformit y an d ex te nsion ca pa bility Pl as ticity Cap abil ity of an ti -w rinkle Def orma tion for ce a nd i ts Ani sotr opy valu e of r Har deni ng c hara cter isti cs Deformation r es is ta nc e Che mist ry c ompo nent Str uctu re Deformation c on di ti on s Har deni ng c hara cter isti cs Sta te o f st ress Gradient of s tr ai n Har deni ng c hara cter isti cs Die sha pe Mechanical pr oe rt y The value of t he n a nd r Relative th ic kn es s Che mist ry c ompo nent Str uctu re Deformation c on di ti on s Fig.1.3 Examples for systematic research methods XXXX學(xué)院 說明書 題目：普通簧片沖孔彎曲級進(jìn)模具設(shè)計 系 部 現(xiàn)代制造工程系 專 業(yè) 名 稱 模具設(shè)計與制造 班 級 模具 11302 姓 名 學(xué) 號 指 導(dǎo) 教 師 2015 年 9 月 20 日 普通簧片沖孔彎曲級進(jìn)模具設(shè)計 摘 要 設(shè)計是對我們大學(xué)學(xué)習(xí)的一個重要的總結(jié)。在本設(shè)計中，我的題目是彎曲 片的沖壓模具設(shè)計。通過分析我們發(fā)現(xiàn)，彎曲片是一個落料沖孔彎曲相結(jié)合的 彎曲件，上面有 1 個圓孔孔和窄形槽孔。外形依靠落料完成，沖孔依靠沖孔工 序來完成，還有 1 次彎曲工序。通過這個模具的設(shè)計，將是對我大學(xué)學(xué)習(xí)的一 個重要的考核。 設(shè)計過程中，首先我們要對彎曲片的結(jié)構(gòu)性、材料進(jìn)行分析，選擇合適的 方式進(jìn)行生產(chǎn)。材料的分析來確定工件是否適合生產(chǎn)。之后要通過工件的厚度 來確定工件排樣圖的搭邊，然后計算排樣圖的材料利用率。 接下來就是進(jìn)行沖壓力的計算，通過計算沖壓力選擇合適的沖壓設(shè)備。模 具刃口的計算也有其的重要，只有選擇合適的刃口才能夠確保模具的壽命，提 高模具的使用率。 模具刃口計算后，就是模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計，先進(jìn)行凹模外形尺寸的計算的通 過凹模的外形尺寸來得到模具中其他固定板 卸料板等的尺寸，最后選擇模架等 一系列標(biāo)準(zhǔn)件，最終完成模具的設(shè)計。 關(guān)鍵詞：級進(jìn)模，沖壓工藝，模具設(shè) I 目 錄 1 緒論 .1 1.1 沖壓工藝與模具的發(fā)展方向 .1 1.2 我國模具技術(shù)的發(fā)展趨勢 .1 2 彎曲片工藝分析 .5 2.1 材料分析 .5 2.2 零件結(jié)構(gòu) .5 2.3 尺寸精度 .6 2.4 毛坯尺寸展開 .6 3 沖裁方案的確定 .8 3.1 沖裁工藝方案的確定 .8 3.2 沖裁工藝方法的選擇 .8 4 模具總體結(jié)構(gòu)的確定 .10 4.1 模具類型的選擇 .10 4.2 送料方式的選擇 .10 4.3 定位方式的選擇 .10 4.4 卸料、出件方式的選擇 .10 4.5 導(dǎo)向方式的選擇 .11 5 工藝參數(shù)計算 .12 5.1 排樣方式的選擇 .12 5.1.1 排樣及搭邊值的計算 .13 5.1.2 步距的計算 .14 5.1.3 條料寬度的確定 .14 5.1.4 材料利用率的計算 .14 5.2 沖壓力的計算 .15 5.2.1 沖裁力的計算 .15 5.2.2 彎曲力的計算 .16 5.2.3 卸料力與推件力的計算 .16 5.2.4 總沖壓力的計算 .17 II 5.3 壓力機(jī)噸位選擇 .17 6 刃口尺寸計算 .18 6.1 沖裁間隙的確定 .18 6.2 刃口尺寸的計算及依據(jù)與法則 .18 6.3 彎曲刃口尺寸計算 .19 7 模具主要零部件設(shè)計 .21 7.1 凹模設(shè)計 .21 7.1.1 凹模外形 的確定 .21 7.1.2 凹模刃口結(jié)構(gòu)形式的選擇 .22 7.1.3 凹模精度與材料的確定 .22 7.2 凸模的設(shè)計 .23 7.2.1 凸模結(jié)構(gòu)的確定 .23 7.2.2 凸模高度的確定 .23 7.2.3 凸模材料的確定 .23 7.2.4 凸模精度的確定 .23 7.2.5 凸模的強(qiáng)度校核 .25 7.3 卸料板的設(shè)計 .26 7.3.1 卸料板外型設(shè)計 .26 7.3.2 卸料板材料的選擇 .27 7.3.3 卸料板整體精度的確定 .27 7.4 固定板的設(shè)計 .27 7.5 墊板的設(shè)計 .28 7.6 上下模座、模柄的選用 .29 7.6.1 上下模座的選用 .29 7.6.2 模柄的選用 .30 8 沖壓設(shè)備的校核與選定 .31 8.1 沖壓設(shè)備的校核 .31 8.2 沖壓設(shè)備的選用 .31 結(jié)論 .32 參考文獻(xiàn) .33 III 致謝 .34 1 1 緒論 1.1 沖壓工藝與模具的發(fā)展方向 (1) 成形工藝與理論的研究 近年來，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、拉深、壓印等，可以進(jìn)行復(fù) 雜零件的立體精密成形。過去的精密沖裁只能對厚度為 58mm 以下的中板或薄 板進(jìn)行加工，而現(xiàn)在可以對厚度達(dá) 25mm 的厚板實(shí)現(xiàn)精密沖裁，并可對 b 900MPa 的高強(qiáng)度合金材料進(jìn)行精沖。 由于引入了 CAE，沖壓成形已從原來的對應(yīng)力應(yīng)變進(jìn)行有限元等分析而逐 步發(fā)展到采用計算機(jī)進(jìn)行工藝過程的模擬與分析，以實(shí)現(xiàn)沖壓過程的優(yōu)化設(shè)計。 在沖壓毛坯設(shè)計方面也開展了計算機(jī)輔助設(shè)計，可以對排樣或拉深毛坯進(jìn)行優(yōu) 化設(shè)計。 此外，對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)報等技術(shù)的發(fā)展，均標(biāo)志著沖壓成形以從原來的經(jīng)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)分析階段開始 走上由沖壓理論指導(dǎo)的科學(xué)階段，使沖壓成形走向計算機(jī)輔助工程化和智能化 的發(fā)展道路。 (2) 為了滿足制件更新?lián)Q代快和生產(chǎn)批量小的發(fā)展趨勢 發(fā)展了一些新的成形工藝(如高能成形和旋壓等)、簡易模具（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)。不斷改進(jìn)板料性能，以提高其成形能力和使 用效果，例如研制高強(qiáng)度鋼板，用來生產(chǎn)汽車覆蓋件，以減輕零件重量和提高 其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。 1.2 我國模具技術(shù)的發(fā)展趨勢 當(dāng)前，我國工業(yè)生產(chǎn)的特點(diǎn)是產(chǎn)品品種多、更新快和市場競爭激烈。在這 種情況下， 用戶對模具制造的要求是交貨期短、精度高、質(zhì)理好、價格低。因 此，模具工業(yè)的發(fā)展的趨勢是非常明顯的。 (1) 模具產(chǎn)品將日趨高精度化、大型化、復(fù)雜化 2 模具產(chǎn)品成形零件的日漸大型化，以及由于高效率生產(chǎn)要求的一模多腔(塑 封模已達(dá)到一模幾百腔)使模具日趨大型化。 隨著零件微型化，以及模具結(jié)構(gòu)發(fā)展的要求(如多工位復(fù)合模工位數(shù)的增加， 其步距精度的提高)精密模具精度已由原來的 5m 提高到 23m ，今后有些 模具加工精度公差要求在 1m 以下，這就要求發(fā)展超精加工。 (2) 多功能復(fù)合模具將進(jìn)一步發(fā)展 新型多功能復(fù)合具是在多工位復(fù)合?；A(chǔ)上開發(fā)出來的。一套多功能模具 除了沖壓成形零件外，還可擔(dān)負(fù)轉(zhuǎn)位、疊壓、攻絲、鉚接、鎖緊等組裝任務(wù)。 通過這種多勸能模具生產(chǎn)出來的不再是單個零件，而是成批的組件。如觸頭與 支座的組件，各種小型電機(jī)、電器及儀表的鐵芯組件等。 (3) 熱流道模具在塑料模具中的比重將逐步提高 由于采用熱流道技術(shù)的模具可提高制作的生產(chǎn)率和質(zhì)量，并能大幅度節(jié)省 制作的原材料和節(jié)約能源，所以廣泛應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)是塑料模具的一大變革。國 外熱流道模具已有一半用上了熱流道技術(shù)，有的廠甚至已達(dá) 80%以上，效果十 分明顯。國內(nèi)近幾年已開始推廣應(yīng)用，但總體 還達(dá)不到 10%，個別企業(yè)已達(dá)到 20%-30%。制訂熱流道元器件的國家標(biāo)準(zhǔn)，積極生產(chǎn)價廉高 質(zhì)量的元器件，是 發(fā)展熱流道模具的關(guān)鍵。 (4) 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。為此，首先要制訂統(tǒng)一 的國家標(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)銷網(wǎng)，保證供 貨迅速。 (5) 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 在整個模具價格構(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)來提高模具的壽命就顯得十分必要。對 于模具鋼來說，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高速鋼冶煉過程 中產(chǎn)生的一次碳化物粗 大和偏析，從而影響材質(zhì)的問題。其碳化物微細(xì)，組織均勻，沒有材料方向性， 3 因此它具有韌性高、磨削工藝性好、耐磨性高、長年使用尺寸穩(wěn)定等特點(diǎn)，是 一種很有發(fā)展前途的鋼材。特別對形狀復(fù)雜的沖件及高速沖壓的模具，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)。 (6) 在模具設(shè)計制造中將全面推廣 CAD/CAM/CAE 技術(shù) 模具 CAD/CAM/CAE 技術(shù)是模具技術(shù)發(fā)展的一個重要里程碑。實(shí)踐證明， 模具 CAD/CAM/CAE 技術(shù)是模具設(shè)計制造的發(fā)展方向?，F(xiàn)在，全面普及 CAD/CAM/CAE 技術(shù)已基本成熟。由于模具 CAD/CAM 技術(shù)已發(fā)展成為一項(xiàng)比較 成熟的共性技術(shù)，近年來模具 CAD/CAM 技術(shù)的硬件與軟件 價格已降低到中 小企業(yè)普遍可以接受的程度，特別是微機(jī)的普及應(yīng)用，更為廣大模具企業(yè)普 及 模具 CAD/CAM 技術(shù)創(chuàng)造了良好的條伯。隨著微機(jī)軟件的發(fā)展和進(jìn)步，技術(shù)培 訓(xùn)工作也日趨 簡化。在普及推廣模具 CAD/CAM 技術(shù)的過程中，應(yīng)抓住機(jī)遇， 重點(diǎn)扶持國產(chǎn)模具軟件的開發(fā)和應(yīng)用。 加大技術(shù)培訓(xùn)和技術(shù)服務(wù)的力度。應(yīng)時一步擴(kuò)大 CAE 技術(shù)的應(yīng)用范圍。對 于已普及了 模具 CAD/CAM 技術(shù)的一批以家電行業(yè)代表的企業(yè)來說，應(yīng)積極做好 模具 CAD/CAM 技術(shù)的深化 應(yīng)用工作，即開展企業(yè)信息化工程，可從 CAPP,PDM、CIMS,VR，逐步深化和提高。 (7) 快速原型制造 (RPM)技術(shù)得到更好的發(fā)展 快速原型制造(RPM)技術(shù)是美國首先推出的。它是伴隨著計算機(jī)技術(shù)、激光 成形技術(shù)和 新材料技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的，是一種全新的制造技術(shù)，是基于新穎 的離散/堆積(即材料累加)成形思想，根據(jù)零件 CAD 模型、快速自動完成復(fù)雜 的三維實(shí)體(原型)制造。RPM 技術(shù)是集精密機(jī)械制造、計算機(jī)、NC 技術(shù)、激光 成形技術(shù)和材料科學(xué)最新發(fā)展的高科技技術(shù)，被公認(rèn)為是繼 NC 技術(shù)之后的一次 技術(shù)革命。 RPM 技術(shù)可直接或間接用于模具制造。首先是通過立體光固化(SLA )疊層 4 實(shí)體制造(LOM) 激光選區(qū)燒結(jié)(SLS)、三維打印 (3D-P)熔融沉積成形(FDM )等 不同方法得到制件原型。然后通過一些傳統(tǒng)的快速制模方法，獲得長壽命的金 屬模具或非金屬的低壽命模具。主要有精密鑄造、粉末冶金、電鑄和熔射(熱噴 涂)等方法。這種方法制模，具有技術(shù)先進(jìn)、成本較低、設(shè)計制造周期短、精度 適中等特點(diǎn)。從模具的概念設(shè)計到制造完成僅為傳統(tǒng)加工方法所需時間的 1/3 和成本的 1/4 左右。因此，快速制模技術(shù)與快速原型制造技術(shù)的結(jié)合，將是傳 統(tǒng)快速制模技術(shù)，進(jìn)一步深入發(fā)展的方向。 RPM 技術(shù)還可以解決石墨電極壓力振動 (研磨)成形法中母模(電極研具)制造 困難問題，使該法獲得新生。青島海爾模具有限公司還構(gòu)建了基于 RE(逆向工 程技術(shù))/RPM 的模具并行開發(fā)系統(tǒng)，具有開發(fā)質(zhì)量高、開發(fā)成本低及開發(fā)周期 短等優(yōu)點(diǎn)。 5 2 彎曲片工藝分析 圖 2-1 零件簡圖 生產(chǎn)批量：大批量； 材料：Q235； 材料厚度：1mm； 未注公差：IT14。 2.1 材料分析 工件材料碳素鋼 Q235，q235 有良好的焊接性，可經(jīng)冷、熱塑性加工制成各 種半成品和成品。沖壓性能良好，即使沖壓要求比較高的零件，也能夠滿足生 產(chǎn)的需要，通過綜合分析，該工件的沖裁性能良好。 2.2 零件結(jié)構(gòu) 彎曲片的結(jié)構(gòu)相對比較簡化，外形為直線和曲線結(jié)合，主要有落料工序、 沖孔工序以及彎曲工序組成。其中彎曲屬于起伏彎曲，孔的直徑的最小尺寸為 4 毫米，孔距離板料的邊緣的的最小距離約為 2mm。通過綜合的分析，該零件進(jìn) 行沖裁生產(chǎn)能夠滿足實(shí)際的需要。 6 2.3 尺寸精度 該零件大部分的尺寸都屬于未注公差，在計算的時候，我們需要按實(shí)際的 表格進(jìn)行查表選取，所以尺寸公差由公差等級表查得：關(guān)于未注公差尺寸，屬 于自由尺寸，按 IT14 查表 2-1 獲得。 落料尺寸： 、 、0.62450.25R0.368 沖孔尺寸： .3 距離尺寸： 1 表 2-1 常見零件公差等級表 公差等級 IT4 IT5 IT6 IT7 IT8 IT9 IT10 IT11 IT12 IT13 IT14 基本尺寸 /mm /m /mm 3 36 610 1018 1830 3050 5080 80120 120180 180250 250315 315400 400500 3 4 4 5 6 7 8 10 12 14 16 18 20 4 5 6 8 9 11 13 15 18 20 23 25 27 6 8 9 9 13 16 19 22 25 29 32 36 40 10 12 15 18 21 25 30 35 40 46 52 57 63 14 18 22 27 33 39 46 54 63 72 81 89 97 25 30 36 43 52 62 74 87 100 115 130 140 155 40 48 58 70 84 100 120 140 160 185 210 230 250 60 75 90 110 130 160 190 220 250 290 320 360 400 0.10 0.12 0.15 0.18 0.21 0.25 0.30 0.35 0.40 0.46 0.52 0.57 0.63 0.14 0.18 0.22 0.27 0.33 0.39 0.46 0.54 0.63 0.72 0.81 0.89 0.97 0.25 0.30 0.36 0.43 0.52 0.62 0.74 0.87 1.00 1.15 1.30 1.40 1.55 2.4 毛坯尺寸展開 彎曲部分的尺寸計算分析如圖 2-2，由于工件未注彎曲部分的倒角，在此 確定為彎曲部分的內(nèi)倒角為 R=0.5mm。 7 圖 2-2 中性層 由表可知中性層的位以系數(shù)為 0.35。 可知中中性層的倒角為 0.53.67R 如圖 2-2 中，中間的雙點(diǎn)劃線為中性層，中性層的長度即為工件的展開長 度。 利用 cad 中測量工件，測得中性層的長度為 49， 即：工件的展開長度：L=49mm。 毛坯圖如 2-3 所示： 圖 2-3 毛坯展開圖 8 3 沖裁方案的確定 3.1 沖裁工藝方案的確定 在沖裁工藝分析和技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)沖裁件的特點(diǎn)確定工藝方 案。工藝方案分為沖裁工序的組合和沖裁順序的安排。 3.2 沖裁工藝方法的選擇 沖裁工序分為單工序沖裁、復(fù)合沖裁和級進(jìn)沖裁三種。 方案一：先落料，后沖孔。單工序沖裁是在壓力機(jī)一次行程內(nèi)只完成一個 沖壓工序的沖裁模。 方案二：落料沖孔復(fù)合沖壓，采用復(fù)合模生產(chǎn)。復(fù)合沖裁是在壓力機(jī)一次 行程內(nèi)，在模具的同一位置同時完成兩個或兩個以上的沖壓工序。 方案三：級進(jìn)沖裁是把沖裁件的若干個沖壓工序，排列成一定的順序，在 壓力機(jī)的一次行程中條料在沖模的不同位置上，分別完成工件所要求的工序。 其三種工序的性能見表 3-1。 表 3-1 單工序沖裁、級進(jìn)沖裁和復(fù)合沖裁性能 1 比較項(xiàng)目 單工序模 復(fù)合模 級進(jìn)模 生產(chǎn)批量 小批量 中批量和大批量 中批量和大批量 沖壓精度 較低 較高 較高 沖壓生產(chǎn)率 低，壓力機(jī)一次行程內(nèi)只能完成一個工序 較高，壓力機(jī)一次 行程內(nèi)可完成二個 以上工序 高，壓力機(jī)在一次行 程內(nèi)能完成多個工序 實(shí)現(xiàn)操作機(jī)械化 自動化的可能性 較易，尤其適合于多 工位壓力機(jī)上實(shí)現(xiàn)自 動化 制件和廢料排除較 復(fù)雜，只能在單機(jī) 上實(shí)現(xiàn)部分機(jī)械操 作 容易，尤其適應(yīng)于單 機(jī)上實(shí)現(xiàn)自動化 生產(chǎn)通用性 通用性好，適合于中 小批量生產(chǎn)及大型零 件的大量生產(chǎn) 通用性較差，僅適 合于大批量生產(chǎn) 通用性較差，僅適合 于中小型零件的大批 量生產(chǎn) 沖模制造的復(fù)雜 性和價格 結(jié)構(gòu)簡單，制造周期 短，價格低 沖裁較復(fù)雜零件時， 比級進(jìn)模低 沖裁較簡單零件時低 于復(fù)合模 通過對工件的分析，發(fā)現(xiàn)工件具有落料、沖孔、彎曲三個主要工序，其中 彎曲又多次彎曲，所以我們制定了一下三個生產(chǎn)方案。 9 方案一：采用單工序模，首先進(jìn)行落料，然后沖孔，最后彎曲，彎曲又分 為多處彎曲，需要三個彎曲模具完成。 方案二：工件中的落料和沖孔工序依靠沖孔落料復(fù)合膜來完成，后面的彎 曲工序需要采用三個單工序的彎曲模來完成。 方案三：使用級進(jìn)模生產(chǎn)，采用側(cè)刃定距可以保證工件的精度，首先完成 沖孔切邊，最后可以分別分步進(jìn)行沖壓彎曲。 方案對比： 方案一：模具結(jié)構(gòu)數(shù)量有多個，而且來回更換模具，導(dǎo)致工件的精度難易 保證。 方案二：和方案一一樣，由于彎曲需要分為多次，所以工件的精度和定位 都不太方便，而且模具數(shù)量較多，成本較高，也不能實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)。 方案三：采用一副模具完成，級進(jìn)模可以包含多個工序，能夠順利完成， 滿足工件的生產(chǎn)要求。 所以，綜上所述，使用級進(jìn)模的方案最好，不但可以滿足實(shí)際生產(chǎn)的需要， 同時可以實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)。初步確定工件的生產(chǎn)工序?yàn)椋簜?cè)刃定距沖孔、切邊、 切邊、彎曲、切斷。中間可以根據(jù)實(shí)際情況增加空工位。 10 4 模具總體結(jié)構(gòu)的確定 4.1 模具類型的選擇 通過工件的工藝分析，以及各個生產(chǎn)方案的對比，決定采用級進(jìn)模完成工 件的生產(chǎn)。 4.2 送料方式的選擇 為了實(shí)現(xiàn)工件的自動化生產(chǎn)，工件的送料方式的選擇十分重要，在本次設(shè) 計中，采用自動送料機(jī)構(gòu)，能夠滿足工件的自動化生產(chǎn)。 4.3 定位方式的選擇 模具采用的是帶料，我們設(shè)計中采用導(dǎo)料板來控制板料的送進(jìn)，沒有設(shè)置 無側(cè)壓，靠自動送料機(jī)構(gòu)壓緊?？刂泼鞑季值氖莻?cè)刃，并在送料過程中使用 導(dǎo)正銷來完成定位。 4.4 卸料、出件方式的選擇 剛性卸料是采用固定卸料板結(jié)構(gòu)，常用于較硬、較厚且精度要求不高的工 件沖裁后卸料。當(dāng)卸料版只起卸料作用時與凸模間隙隨材料厚度的增大而增加， 單邊間隙?。?.20.5）t。當(dāng)固定卸料板還要起到對凸模的導(dǎo)向作用時卸料板 與凸模的配合間隙應(yīng)該小于沖裁間隙，此時要求凸模卸料時不能完全脫離卸料 板。主要用于卸料力較大，材料厚度大于 2mm 的材料。 彈性卸料具有卸料與壓料的雙重作用，主要用在沖料厚在 2mm 及以下厚度 的板料，卸料板與凸模之間的單邊間隙選擇（0.10.2）t，若彈性卸料板還要 起對凸模導(dǎo)向作用時，二者的配合間隙性小于沖裁間隙，常用作落料模、沖孔 模、癥狀復(fù)合模的卸料裝置。由于有壓料作用，沖裁件比較平整。彈壓卸料板 與彈性元件、卸料螺釘組成彈壓裝置。 工件平直度較高，料厚為 1mm 相對較薄，卸料力不大，由于彈性卸料模具 比剛性卸料模具方便，操作者可以看見條料在模具中的送進(jìn)狀態(tài)，且彈性卸料 板對工件施加的柔性力，不會損傷工件表面，故可采用彈性卸料。 11 4.5 導(dǎo)向方式的選擇 （a） （b） （c） （d） 圖 4-1 導(dǎo)柱模架 （a）中間導(dǎo)柱 （b）后側(cè)導(dǎo)柱 （c）對角導(dǎo)柱 （d）四導(dǎo)柱 首先分析工件，由于工件尺寸適中，并且生產(chǎn)具有較高的要求，后側(cè)導(dǎo)柱 的尺寸能夠滿足尺寸的要求，所以在設(shè)計中我們采用導(dǎo)向精度滿足要求的后側(cè) 導(dǎo)柱導(dǎo)向模架。后側(cè)導(dǎo)柱主要采用左右送料，也可以采用前后送料，采用后側(cè) 導(dǎo)柱模架，不但能保證工件的正常生產(chǎn)，同時也能保證精度，所以選擇第 2 個 方案最佳。 12 5 工藝參數(shù)計算 5.1 排樣方式的選擇 排樣的合理與否，影響到材料的經(jīng)濟(jì)利用率，還會影響到模具結(jié)構(gòu)、生產(chǎn) 率、制件質(zhì)量、生產(chǎn)操作方便與安全等。因此，排樣是沖裁工藝與模具設(shè)計中 一項(xiàng)很重要的工作。 沖壓件大批量生產(chǎn)成本中，毛坯材料費(fèi)用占 60%以上，排樣的目的就在于 合理利用原材料。衡量排樣經(jīng)濟(jì)性、合理性的指標(biāo)是材料的利用率。其計算公 式如下： 一個進(jìn)距內(nèi)的材料利用率 為 10%nABh 式中：A沖裁件面積（包括沖出的小孔在內(nèi)） （mm2 ） ； n一個進(jìn)距內(nèi)沖件數(shù)目； B條料寬度（mm） ； h進(jìn)距（mm） ； 一張板料上總的材料利用率 為： 10%NABL 式中：N一張板料上沖件總數(shù)目； L板料長度（mm） 。 （1）結(jié)構(gòu)廢料 由于工件結(jié)構(gòu)形狀的需要，如工件內(nèi)孔的存在而產(chǎn)生的廢 料，稱為結(jié)構(gòu)廢料，它決定于工件的形狀，一般不能改變。 （2）工藝廢料 工件之間和工件與條料邊緣之間存在的搭邊，定位需要切 去的料邊與定位孔，不可避免的料頭和料尾廢料，稱為工藝廢料，它決定于沖 壓方式和排樣方式，是可以改變的，我們提高材料的利用率，主要就是減少工 藝廢料，優(yōu)化排樣方式。 根據(jù)材料的利用情況，排樣的方法分三種： 13 圖 5-1 排樣方法 有廢料排樣 沿工件的全部外形沖裁工件與工件之間，工件與條料側(cè)邊之間都有工藝余 料（搭邊） 存在，沖裁后搭邊成為廢料，如圖 5-1（a）所示。 少廢料排樣 沿工件的部分外形輪廓切斷或沖裁，只在工件之間或是工件與條料側(cè)邊之 間有搭邊存在，如圖 5-1（b）所示。 無廢料排樣 工件與工件之間，工件與條料側(cè)邊之間均無搭邊存在，條料沿直線或曲線 切斷而得到工件。如圖 5-1（c）所示。 有廢料排樣法的材料利用率較低，但制件的質(zhì)量和沖模壽命較高，常用于 工件形狀復(fù)雜、尺寸精度要求較高的排樣。 少、無廢料排樣法的材料利用率較高，同時，少、無廢料排樣法有利于一 次沖裁多個工件，可以提高生產(chǎn)率。由于這兩種排樣法沖切周邊減少，所以還 可以簡化模具結(jié)構(gòu)，降低沖裁力。但它們的應(yīng)用范圍有一定局限性，受工件形 狀的限制，且由于條料本身的寬度公差，條料導(dǎo)向與定位所產(chǎn)生的誤差，會直 接影響工件尺寸而使工件精度降低。同時也會降低沖模的壽命，并會影響到工 件的斷面質(zhì)量，所以少、無廢料排樣常用于精度要求不高的工件排樣。 常用的工件的排樣的樣式式一般分為三種，第一種是有廢料的排樣，第二 種少廢料排樣，最后一種是無廢料排樣，但是因?yàn)槠囬W光器支架精度要求不 算低，根據(jù)實(shí)際的需要可以采用有廢料的排樣方式。采用級進(jìn)模生產(chǎn)的方式， 工件采用單直排樣方式。 5.1.1 排樣及搭邊值的計算 此次設(shè)計采用的是彈性卸料裝置，根據(jù)查表確定工件的最小搭邊值為 14 1.8mm、2mm。 5.1.2 步距的計算 沖壓過程中每次送料的時候，工件進(jìn)給的距離我們可以稱之為布局，步距 的大小計算方式，我們可以選擇汽車閃光器直接的一個標(biāo)記點(diǎn)，然后送一個布 局后，測量相鄰的工件之間的距離是多少。這個距離就是步距的數(shù)值。 步距可定義為： S=L+b (5-1) 式中：S沖裁步距； L先選擇送料的方向，工件在送料方向上的最大尺寸，毛坯尺寸的 最大值； b沿送進(jìn)方向的搭邊值 在和送料相同的方向上，工件板料的外形的最大距離約為 L=8 毫米, 有上 節(jié)可知，送料方向的搭邊可知 b=1.8 毫米，所以我們確定步距 S=L+b =8+1.8 =9.8mm 5.1.3 條料寬度的確定 寬度計算公式如下 ：5 (5-2)0)2(aDB 式中：B 彎曲片所需條料的寬度； D工件在寬度方向的尺寸； a側(cè)搭邊最小值。 寬度偏差 條料的寬度確定公式如下： 0.5(42)B = mm0.59 5.1.4 材料利用率的計算 材料利用率定義為： =A/BS100% (5-3) 式中：材料利用率 15 A工件的面積。 B條料寬度 S沖裁步距 25.1370%53.149.8m 按此排樣方式材料利用率為 74.2%。 圖 5-2 零件排樣圖 5.2 沖壓力的計算 5.2.1 沖裁力的計算 沖裁力公式： 或 (5-4)FKLtbt 式中： 彎曲片周邊長度（mm） ；L 材料厚度（mm）;t 材料抗減強(qiáng)度（ ） ；MPa 系數(shù)。K 一般和模具刃口的磨損有關(guān)系，其他對這個因素有影響的因素還包括模具 16 間隙的波動，材料力學(xué)性能等，在一般設(shè)計的過程中我們?nèi)?=1.3。K 材料的抗拉強(qiáng)度（ ） ，一般情況下，材料的 ，取bMPa1.3b 。470b 計算結(jié)果如下： 第一工位：側(cè)刃切邊（沖裁周長為 22.8mm） 12.83509FmPaN 第二工位：沖圓孔和切口形（周長位 L=7.85+30.8+42.4=81.5mm） 2.51483.75M 第四工位：切斷（周長 18mm） 41830FPaN 總的沖裁力： 39.751234總 5.2.2 彎曲力的計算 由于零件的是起伏彎曲彎曲，計算的時候按照以下公式進(jìn)行。 U 形工件計算如下，帶入數(shù)據(jù)得出： (5-5) 2b10.6BtFrK2.381450.7.5N 5.2.3 卸料力與推件力的計算 選擇什么材料、以及毛坯的厚度和種類，沖裁時候選擇間隙的尺寸都會影 響卸料力、推件力以及頂出力的計算，另外還要考慮潤滑等因素。我們正常都 是通過經(jīng)驗(yàn)公式來計算，計算的時候選取如下公式計算： (5-6)FK卸 卸推 推 式中： 沖裁力（ ） ；FN 、 、 分別為卸料力、推件力、頂件力系數(shù)，其K卸 推 頂 值可參考文獻(xiàn) 4第 52 頁表 2-2。 該模具采用的是彈性卸料板，廢料通過下方的漏料孔落下，推件力計算的 17 時候按一次卡住 10 個工件，帶入數(shù)據(jù)進(jìn)行計算得： (5-7)F總 沖 卸 推 通過查表得 0.45K卸推 通過計算得出卸料力和退料力： 0.4521396041728FN卸推 5.2.4 總沖壓力的計算 各個工位的總沖壓力如下： 模具總沖壓力為模具各個工步的沖壓力總和； 21349601728.534890FNNN總 5.3 壓力機(jī)噸位選擇 本模具在沖裁過程中總的沖壓力 ，初步我們開始選擇壓力機(jī)總 型號為 J23-10 壓力機(jī)，其技術(shù)參數(shù)主要如下： 表 5-1 開式壓力機(jī)規(guī)格及參數(shù) 型號 J23-10 J23-25 J23-35 J23-40 J23-63 公稱壓力 /KN 100 250 350 400 630 滑塊行程/mm 50 65 100 100 130 最大閉合高度 /mm 220 270 290 330 360 閉合高度調(diào)節(jié) /mm 45 55 60 65 80 滑塊中心線至床身 距離/mm 180 200 200 250 260 工作臺板厚度 /mm 40 50 55 65 80 直徑 30 40 40 50 50模柄孔尺 寸 /mm 深度 50 60 60 70 80 18 6 刃口尺寸計算 6.1 沖裁間隙的確定 根據(jù)實(shí)用間隙表 6-1 查得材料間隙為 0.04，0.06。 表 6-1 沖裁模初始雙邊間隙值 mm 材料 厚度 08、10、20、35 、 09Mn、Q235 16Mn 40、50 65Mn Zmin Zmax Zmin Zmax Zmin Zmax Zmin Zmax 小于 0.5 極小間隙（或無間隙） 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.2 1.5 1.75 2.0 2.1 2.5 2.75 3.0 0.040 0.048 0.064 0.072 0.092 0.100 0.126 0.132 0.220 0.246 0.260 0.260 0.400 0.460 0.060 0.072 0.092 0.104 0.126 0.140 0.180 0.240 0.320 0.360 0.380 0.500 0.560 0.640 0.040 0.048 0.064 0.072 0.090 0.100 0.132 0.170 0.220 0.260 0.280 0.380 0.420 0.480 0.060 0.072 0.092 0.104 0.126 0.140 0.180 0.240 0.320 0.380 0.400 0.540 0.600 0.660 0.040 0.048 0.064 0.072 0.090 0.100 0.132 0.170 0.220 0.260 0.280 0.380 0.420 0.480 0.060 0.072 0.092 0.104 0.126 0.140 0.180 0.240 0.320 0.380 0.400 0.540 0.600 0.660 0.040 0.048 0.064 0.064 0.090 0.090 0.060 0.072 0.092 0.092 0.126 0.126 6.2 刃口尺寸的計算及依據(jù)與法則 模具凸模和凹模一般容易磨損，所以我們要通過計算，還求出合理的凸凹 模的尺寸公差和偏差，有兩種計算方法，第一種計算方式是凸模與凹模圖樣分 別加工法計算；另一種方法，就是采用配合法，就是計算出一個凸?；蛘甙寄?的尺寸，然后通過配合來加工另外的對應(yīng)的尺寸。 使用第二種算法，是凸凹模的加工變的簡單，降低模具的生產(chǎn)成本：所以 采用凸凹模配合加工的方法。 （1）凸凹?；蛘咄鼓Ｔ谀＞吖ぷ鬟^程中尺寸會不斷增大-第一類尺寸 A 19 Aj=(Amax-x) 410 （2）凹模或者凸模在模具工作過程中尺寸會不斷減少-第一類尺寸 B Bj=(Bmin+x) 041 （3）凹?；蛘咄鼓Ｔ谀＞吖ぷ鬟^程中尺寸會不變化-第一類尺寸 C Cj=(Cmin+ )28 其中，x 為磨損系數(shù)。 查表得： 工件精度 IT10 級以上 x=1 工件精度 IT1-IT13 x=0.75 工件精度 IT14 x=0.5 因?yàn)楸竟ぜ叽缇鶠榛境叽纾拾?IT14 級精度，x=0.5。 在所有的尺寸中， 落料尺寸： 、 、0.62450.25R0.368 沖孔尺寸： 、.13. 距離尺寸： 具體計算如表 6-2。 表 6-2 工作零件刃口尺寸計算 6.3 彎曲刃口尺寸計算 彎曲模的刃口尺寸計算 尺寸類型 公稱尺寸 公式 計算后尺寸0.6245 0.15469.R .38R 落料 0.368 )4/1(0max(Aj 0.972.15 .45 沖孔 0.3640)4/1(in(xBj 0.918 中心距離 12.Cj=(Cmin+ )282.6 20 彎曲時，V 形件的彎曲，確定間隙是個重要的問題，因?yàn)槿绻x擇的間隙 太小，摩擦力比較大，就會導(dǎo)致彎曲力比較大，如果間隙過大，會導(dǎo)致工件的 回彈比較明顯，而導(dǎo)致工件的精度得不到保障。 彎曲時，帶入數(shù)據(jù)得出間隙。 （6-1）)1(2ntZ 式中： 彎曲片彎曲模凸模和凹模的單面間隙；2Z t材料的公稱厚度； n系數(shù)，與彎曲片的彎曲高度以及彎曲線長度來決定，查表， 取 0.05。 代入公式可得： 。(1)0.5=.22Ztn 有工件的尺寸可一直，彎曲件的尺寸為工件的外形尺寸，所以我們計算的 時候應(yīng)以凹模未注，然后凸模進(jìn)行配作。 取彎曲凸、凹模的制造公差為 IT17、IT18 ，查表得： 021.凸03.凹 21 7 模具主要零部件設(shè)計 7.1 凹模設(shè)計 7.1.1 凹模外形的確定 凹模的形狀一般和沖壓件的材質(zhì)以及厚度有關(guān)，其主要決定因素的為工件 的厚度。所以我們一般通過工件的厚度來計算凹模的外形尺寸。 凹模的外形計算的經(jīng)驗(yàn)公式如下所示： 凹模板厚度尺寸 H=Kb1 （7- 1） 凹模板型孔和邊的距離尺寸 c1.5H （7- 2） 最終凹模的邊長 L=b1+2c （7- 3） 最終凹模的寬帶 B=b2+2c （7- 4） 式中：b 1-彎曲片的長度方向的最大尺寸； b2-彎曲片件的寬帶方向最大外形尺寸； K-系數(shù)，主要受到彎曲片厚度的影響，查表7-1。 表 7-1 系數(shù) K 值 材料厚度 t/mm 材料料寬 s/mm 1 13 36 50 0.300.40 0.350.50 0.450.60 50100 0.200.30 0.220.35 0.300.45 100200 0.150.20 0.180.22 0.220.30 200 0.100.15 0.120.18 0.150.22 查表7-1得：K=0.3。 根據(jù)公式（7-1）可計算落料凹模板的尺寸： 凹模厚度： H=Kb2 =0.350 =15（mm） 22 根據(jù)公式（7-2）可計算凹模邊壁厚： c1.5H =1.515 =22.5（mm） 取凹模邊壁厚為23mm。 根據(jù)凹模厚度和邊壁厚可確定凹模板的長、寬的尺寸。 結(jié)合模具結(jié)構(gòu)取整后?。篖BH=100mm100mm25mm 凹模如圖7-1 所示。 圖7-1 凹模 7.1.2 凹模刃口結(jié)構(gòu)形式的選擇 該模具生產(chǎn)的工件尺寸精度比較高，工件的生產(chǎn)綱領(lǐng)為大批量生產(chǎn)，所以 23 我們選擇直通式的刃口最為合適。這種類型的刃口強(qiáng)度也十分的足夠，經(jīng)過修 模后仍然可以很好的工作。 7.1.3 凹模精度與材料的確定 凹模在模具設(shè)計中是模具設(shè)計的核心零件，而且也要靠凹模來保證工件的 精度和表面光滑度，所以它精度和表面粗糙度一定不能太低，否則會降低工件 的成品率，常用的材料我們可以使用選擇 Cr12，平行度一般選擇 0.02，內(nèi)型腔 的的精度為 IT7 級。 7.2 凸模的設(shè)計 7.2.1 凸模結(jié)構(gòu)的確定 凸模結(jié)構(gòu)我們設(shè)計為直柱形的，依靠臺階進(jìn)行固定。 7.2.2 凸模高度的確定 凸模高度的固定要根據(jù)模具的實(shí)際情況，凸模的結(jié)構(gòu)尺寸計算示意圖如下 所示，如圖7-2所示。 圖7-2 凸模高度尺寸 凸模高度為： L=h1+h2+H (7-5) 式中: h1-凸模固定板厚度，可得：h1=15mm； h2-卸料板厚度，橡膠或彈簧的高度， ，可得：h2=29mm； H-附加長度。附加長度包括凸模的修磨量，凸模進(jìn)入凸凹模的深度。 由公式(7-5)得： L=15+29+1.5=45.5(mm) 7.2.3 凸模材料的確定 本模具需要有比較高的耐磨性和較長的壽命，并且在沖壓過程中，要持續(xù) 的受到?jīng)_壓力，所以我們需要選擇強(qiáng)度和韌性都比較好的材料。所以我們選擇 24 Cr12，能很好的滿足彎曲片生產(chǎn)的需要，模具材料熱處理為 HRC5862HRC。 7.2.4 凸模精度的確定 凸模作為工作零件，直接決定了工件的精度，根據(jù)實(shí)際需要，我們選擇使 用 IT7 級，表面粗糙度為 Ra1.6um。 沖孔凸模和切斷凸模如下圖 7-3、7-4 所示。 圖7-3 沖孔凸模 25 圖7-4 切斷凸模 7.2.5 凸模的強(qiáng)度校核 a)壓應(yīng)力校核計算 對于圓形凸模 (7-6)壓td5min 非圓形斷面凸模 (7-7)壓PFmin 式中： 凸模最小直徑，mm；mind 凸模最小斷面面積iF t材料厚度，mm； 材料的抗剪強(qiáng)度， MPa； 26 凸模材料的許用應(yīng)力，MPa。壓 由公式(7-6)、 （7-7）可得： 45.0236.5mind17.81inF 經(jīng)校核滿足要求設(shè)計合理。 b）壓應(yīng)力校核計算 主要校核切斷凸模。 （7-壓PFmin 8） 式中： 凸模最小截斷面面積， ；minF2 沖裁力， N；P 凸模材料的許用應(yīng)力，MPa。壓 由公式(7-8)可得： 6.28057minF 經(jīng)校核滿足要求設(shè)計合理。 7.3 卸料板的設(shè)計 7.3.1 卸料板外型設(shè)計 在模具設(shè)計過程中，通過分析，我們選擇彈性卸料結(jié)構(gòu)，彈性卸料板不僅 具有卸荷作用，同時也完成了凸模導(dǎo)向，尤其是模具設(shè)計過程中，沖頭直徑較 小，但也更高，因此采用彈性卸料更好的。推板的邊界的邊緣的形狀和大小相 同的凹模。 。卸料板與凸凹模的間隙值取 0.1mm。 卸料板的尺寸要和凹模的一致，所以我們計算出凹模的外形，也就確定了 27 卸料板的長以及寬度，卸料板的厚度我們設(shè)計為 14mm，根據(jù)凹模的尺寸，從而 可以確定卸料板的尺寸 100mm100mm14mm。卸料板如圖 7-5 所示。 圖7-5 卸料板 7.3.2 卸料板材料的選擇 卸料板主要的功能是卸料，同時還有對凸模保護(hù)的作用，所以強(qiáng)度和硬度 都有具有較高的要求，所以我們一般情況下都選擇 45 號鋼。45 鋼是常用的優(yōu) 質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，它的質(zhì)量非常的好，含碳量（0.45%）波動小，性能較穩(wěn)定。設(shè) 計成零件后，再經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理，具有良好的綜合力學(xué)性能，即具有較高的強(qiáng)度、 硬度，又具有較好的塑性、韌性。 7.3.3 卸料板整體精度的確定 外輪廓精度要求推板不高，所以使用 IT14 級，表面粗糙度 Ra3.2；和內(nèi)輪 廓精度的要求要高于要求的外輪廓，因此使用 IT11 級，表面粗糙度為 Ra1.6； 一二螺釘孔和銷，導(dǎo)向銷定位功能，所以 IT7 級精度要求高，表面粗糙度 Ra3.2。 28 7.4 固定板的設(shè)計 凸模固定板主要是固定凸模，保證凸模有足夠的強(qiáng)度，使凸模與落料凹模、 上模座、墊板更好的定位。凸模與凸模固定板的配合按 H7/m6。 則凸模固定板的厚度： H凸固=（0.60.8）H凹 （7-9） 式中：H凸固-凸模固定板厚度； H凹-凹模厚度。 根據(jù)公式（7-9）得凸模固定板厚度為： H凸固=（0.60.8）H 凹 =（0.60.8）H 凹 =（0.60.8）20 = 1216（mm） 根據(jù)模具需要選擇凸模固定板厚度15mm。凸模固定板如圖7-6所示。 29 圖7-6 凸模固定板 7.5 墊板的設(shè)計 參考模具的凹模的尺寸，選擇墊板厚度為8mm，選擇墊板尺寸為 100mm100 mm8mm。墊板如圖7-7所示。 圖7-7 墊板 7.6 上下模座、模柄的選用 7.6.1 上下模座的選用 模具采用四角導(dǎo)柱模架，導(dǎo)向比較平穩(wěn)，而且由于工件屬于大尺寸大批量 的生產(chǎn)，所以采用四角導(dǎo)柱模架比較合理。模具和導(dǎo)柱具體尺寸規(guī)格如下表 7- 2 所示。 表 7-2 模架組合 名 稱 數(shù) 量 材 料 規(guī) 格 標(biāo) 準(zhǔn) 上模座 1 20HT1025m/285.1GBT 30 下模架 1 20HT1025m/285.GBT 導(dǎo) 柱 11 20 161 導(dǎo) 套 11 20 2035/28. 7.6.2 模柄的選用 本次設(shè)計采用級進(jìn)模生產(chǎn)，使用壓入式模柄比較合適。模柄設(shè)計的原則， 除了和壓力機(jī)的直徑一致，同時還要保證長度不能大于沖床滑塊內(nèi)的孔的深度。 根據(jù)壓力我們選擇直徑為 30mm 的模柄。國標(biāo)型號：A30 JB/T7646.3-1994 31 8 沖壓設(shè)備的校核與選定 8.1 沖壓設(shè)備的校核 模具閉合高度可以通過圖紙，將各個板的厚度或者高度相加求得。 該模具閉合高度： H 閉=H 上+H 下+H 墊+L+H-h （8-1） 式中：L-沖孔凸模長度； H-凹模厚度； h-沖孔凸模沖裁后進(jìn)入凹模的深度 h=1mm。 根據(jù)公式（8-1）得模具的閉合高度為： H 閉=H 上+H 下+H 墊+L+H-h =132.5mm 可見該模具的閉合高度在所選模具閉合高度之間，則該模架可以使用，該 模具的閉合高度小于所選壓力機(jī)型號為 J23-10 的最大閉合高度為 220mm，添 加墊板后可以使用。 8.2 沖壓設(shè)備的選用 根據(jù)模具閉合高度、沖裁力等，壓力機(jī)型號為 J23-10，能滿足各項(xiàng)要求， 因此選取 J23-10 號壓力機(jī)。 32 結(jié) 論 本次設(shè)計的我完成的主要任務(wù)是彈簧片級進(jìn)模的設(shè)計。在模具設(shè)計的過程 當(dāng)中，首先需要夠用 cad 進(jìn)行分析和總體設(shè)計，然后對模具的整體結(jié)構(gòu)一個設(shè) 計，然后進(jìn)行零部件的設(shè)計。整個的設(shè)計過程中我完成了一下內(nèi)容： 第一：彈簧片沖壓工藝，其中包含沖壓工藝分析，機(jī)構(gòu)分析，材料分析同 時結(jié)合以上內(nèi)容進(jìn)行工藝制定。 第二：排樣圖的設(shè)計，本次設(shè)計中我們采用了少廢料的連續(xù)模。 第三，模具沖壓力的計算和壓力設(shè)備的選擇。 第四：計算模具的刃口，通過刃口的計算來提供模具的壽命，不合適的刃 口，會大大降低模具的壽命。 第五：通過計算和分析，來選擇合適的標(biāo)準(zhǔn)件，可以實(shí)現(xiàn)互換性以及大批 量的生產(chǎn)。 本設(shè)計的優(yōu)點(diǎn)是利用級進(jìn)模，自動化的生產(chǎn)方式，提高了模具的生產(chǎn)下來， 同時提高了材料的利用率大大節(jié)省了成本。 但是本次設(shè)計仍然有需要改進(jìn)的地方，需要我們再今后的生產(chǎn)使用的過程 中，進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，爭取更好的投入到生產(chǎn)中。 33 參考文獻(xiàn) 1 沖壓手冊 （第二版）M.機(jī)械工業(yè)出版社，2010. 2 魏春雷. 沖壓工藝與模具設(shè)計M. 北京理工大學(xué)出版社. 2009，8. 3 傳寶編冷沖壓及塑料成型工藝與模具設(shè)計M北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010 4 何健編防空落料沖孔翻邊成形復(fù)合模M桂林：模具工業(yè) ，2011 5 互換性與技術(shù)測量M.西安電子科技大學(xué)出版社，2009. 6 張鼎承等編沖模設(shè)計手冊M機(jī)械工業(yè)出版社 2012 7 許發(fā)樾主編. 實(shí)用模具設(shè)計與制造手冊M. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.2. 8 姜奎華主編. 沖壓工藝與模具設(shè)計M. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.6. 9 謝建.杜東福.沖壓工藝及模具設(shè)計技術(shù)問答.上海M.上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，20013. 10 付宏生.冷沖壓成形工藝與模具設(shè)計制造M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，20013. 34 致 謝 時光荏苒，大學(xué)生活一轉(zhuǎn)眼就要結(jié)束了，我要感謝我的指導(dǎo)老師郭蓉老師， 在她的指導(dǎo)下我完成了我的設(shè)計。我牢牢記著父母和老師對我的期望，同時也 努力學(xué)習(xí)，不辜負(fù)他們對我的期望。 畢業(yè)在即，老師們因?yàn)槲覀兊漠厴I(yè)費(fèi)勁了心血，同學(xué)們都再一一的為畢業(yè) 論文做準(zhǔn)備，由于自己的貪玩，專業(yè)上的知識很是欠缺，常常為自己的畢業(yè)迷 茫，老師們不辭辛苦的為我補(bǔ)習(xí)為我解答我所不知道的知識，在他的幫助下我 明白了本專業(yè)在日常生活的應(yīng)用，我懂得了理論和實(shí)踐的巧妙接合和運(yùn)用，自 己的專業(yè)知識有了很大的提高，學(xué)會了在社會上要嚴(yán)謹(jǐn)?shù)牡驼{(diào)的生存，老師那 忘我的精神深深的震撼了我，她不厭其煩的一次一次的修改，讓我知道了自己 的錯誤從而很好地改正，在她的幫助下我的論文有了很大的提高。