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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?！?2 圖5-3 固定擋料銷…………………………………………………………………23 圖5-4 始用導料銷…………………………………………………………………24 圖5-5 始用導料銷彈簧芯柱………………………………………………………24 圖5-6 導料板………………………………………………………………………25 圖5-7 導正銷………………………………………………………………………25 圖5-9 卸料板………………………………………………………………………26 圖5-10 模柄……………………………………………………………………… 27 沖壓模具設計中側壁起皺的分析 F.-k. Chen and Y.-C. Liao 臺灣 臺北市國立臺灣大學機械工程部門 在沖壓過程中，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。這兩種起皺類型的共同特征是起皺都發(fā)生在相對沒有支撐的側壁。在沖壓一個有錐度的方形杯子時，當發(fā)生起皺時，比如沖模間隙和沖壓毛壞的壓力大小等參數的影響通過有限元模擬方法被檢查到。模擬結果顯示沖模間隙越大，起皺的就越明顯，而且起皺不能通過增加沖壓力來被抑制。在研究帶有階梯的矩形杯子沖壓過程的起皺時，發(fā)現(xiàn)了一個有相似幾何類型的實際部分。在側壁被發(fā)現(xiàn)的起皺是因為介于沖頭和階梯邊緣的金屬板料不平衡伸展造成的。為減少起皺，一個最適宜的沖模設計方法就是利用有限元分析法。在無起皺產品中介于模擬結果和實測結果的好協(xié)議使有限元分析法生效，而且證實了利用有限元分析法去設計沖模的優(yōu)勢。 關鍵詞：側壁起皺；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，在產品中起皺往往不能被接受。在金屬板料成形過程中，有三種形式的起皺頻繁的發(fā)生：邊緣起皺，側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。在沖壓一個復雜形狀零件的操作時，側壁起皺意味著沖模腔中的起皺。由于側壁區(qū)域的金屬板料相對于其它區(qū)域的金屬板料不被工具所保征質量，側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，而且在實際操作中也可以通過增加沖壓力來防止起皺，但是過度的拉力會通過裂痕導致失敗。因此，沖壓力必須處于一個狹小的范圍，一方面，要高于抑制起皺的力，另一方面，要低于產生破裂的力。沖壓力的狹小范圍很難計算。對于沖壓一個復雜形狀的零件，當起皺發(fā)生在中心區(qū)域時，有意義的沖壓力范圍甚至不存在。 為了檢查起皺的形成結構，Yoshida et al.發(fā)明了一種測試，在這種測試里，一塊薄板料不是均勻的沿著它的斜度被拉伸。他們也計劃一個近似的理論模型，在這種模型里面，起皺的開始取決于在壓力不均勻區(qū)域中有壓縮的側部力的彈性灣曲。Yu et al.從實驗性和分析性上研究起皺問題，通過理論分析，他發(fā)現(xiàn)帶有兩個圓周波的起皺可能發(fā)生，然而，實驗結果顯示是四到六個。當通過一個有錐度的模具畫出金屬板料時，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單形狀零件關聯(lián)的起皺問題上，例如：一個圓形的杯子。在90年代早期，金屬板料成形中三維動態(tài)軟件和有限元方法的成功運用使得分析包括在沖壓一個復雜形狀零件的起皺問題成為可能。在當前的研究中，三維有限元分析法被用來分析在沖壓一個帶有階梯的矩形部分的過程中，產生起皺的金屬流動制造參數上。 一個帶有階梯的方形杯子，在杯子的每一邊都有一個傾斜的側壁，在帶有錐度的杯子也相應的存在傾斜的側壁。在沖壓過程中，側壁上的金屬板料相對沒被支撐，因此，這個部位更容易起皺。在當前的研究中，起皺過程中的各種不同的制造參數的影響都在被研究。在沖壓一個帶有階梯的方形杯子時，就像圖1B顯示的一樣，可以觀測到另一種形式的起皺。為了評估分析的效力，在當前的研究中，一個確切階梯幾何形狀的物體被檢測。通過使用有限元分析法和用適宜的模具設計來減少起皺，起皺的原因被確定。在觀測一個實際產品成形時，通過有限元分析法得到的模具設計方法得到證實。 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是用CAD或PRO/E軟件來設計的。同樣用CAD軟件，三節(jié)點和四節(jié)點的外形元素被采用用來為以上工具生產網眼系統(tǒng)。對于有限元模擬來說，工具被認為是剛硬的，而且對應的網眼被用來定義工具幾何學而不是壓力分析。同樣CAD軟件使用四節(jié)點外形元素來為板形壞料構造網眼。圖2顯示工具的完整布置的網眼系統(tǒng)和用來沖壓帶有階梯方形杯子的板形壞料。由于對稱條件，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上，沖模向下移動，逆著壓力機夾緊板形壞料。然后沖模上升使得板形壞料按著模腔成形。 圖2 有限元網眼 為了表演一個精確的有限元分析法，金屬板料的真實應力應變曲線被要求是輸入數據的一部分。在當前的研究中，拉深成形的金屬板料也被用來模擬。為在飛機上切割下的樣本測試被進行，它們依次從0度的旋轉方向到45度的旋轉方向，再到90度的旋轉方向進行著。平均的流動力σ，計算方程為σ=（σ0+2σ45+σ90）/4，因為每一個方法真實應變通常用來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據的設置，沖頭的速度一般設置在10m/s，庫侖摩擦系數設置在0.1。 圖3 金屬板料的應力應變關系 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錐度方形杯子的尺寸，方形沖頭每一面的長度（2WP）、模腔的尺寸（2Wd）和高度(H)被認為是影響起皺的至關重要尺寸。在當前研究中，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。相關的在側壁沒被支撐的金屬板料的寬度取決于沖模間隙，起皺假想通過增加沖壓力來被抑制。相對于沖壓一個錐度方形杯子，沖模間隙和沖壓力兩方面的影響在接下來的部分被研究。 3.1沖模間隙的影響 為了檢查沖模間隙對起皺的影響，在沖壓一個錐度方形杯子時，分別用20mm，30mm，50mm大小的沖模間隙進行模擬沖壓。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，金屬的應力應變曲線如圖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沖壓出來的杯子模擬形狀如圖4。從圖4中可以看出，起皺分布在側壁，側壁拐角尤其明顯。這就說明在沖壓過程中，起皺是由于在側壁有大面積區(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越不牢固。在壓縮下，側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的產品，兩個主要的應變比率β被介紹，β=εmin/εmax，這里的εmin和εmax分別是主要的和次要的應變。Hosford和Caddell已經展示了β的實際值比β的評論值大，假設當起皺發(fā)生時，β的實際值越大，起皺的可能性就越大。 在三個沖模間隙不同的沖壓中，同一側壁高度，沿著橫截面M-N的β值在圖4中標記出，在圖5中畫出。圖5中說明嚴重的起皺一般發(fā)生在拐角處，而對三個沖模間隙不同的沖壓，在側壁中心很少發(fā)生起皺。還說明了沖模間隙越大，β的實際值就越大。因此，增加沖模間隙將增加在錐度方形杯子側壁處發(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模擬了。沖壓從100KN增加到600KN，這兩個力分別產生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也被用來模擬。 模擬結果顯示沖壓力的增加并沒有幫助消除發(fā)生在側壁的起皺。在圖4中已標出沿著橫截面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標出的那樣，側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，兩個外殼的波浪形橫截面是相似的。這就說明在沖壓帶有錐度的方形杯子時，沖壓力不影響起皺的發(fā)生，這是因為起皺的原因主要是由于在有橫向壓力存在的側壁處有大面積區(qū)域不被支撐。沖壓力對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 在沖壓一個階梯矩形杯子時，起皺發(fā)生在側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，側壁C沿臺階D-E而行。在近期的研究中，在一個實際的產品中檢查到了這種幾何形狀。這種產品使用的原材料的厚度是0.7mm，從拉力測試中獲得的應力應變關系如圖3所示。 這種沖壓部分產品的程序包括通過清理焊縫的深拉。在這種深拉過程中，沒有焊縫被用在沖模表面來幫助幫助金屬的流動。但是，由于沖頭拐角處的半徑過小和其復雜的幾何形狀，如圖7顯示的那樣，在沖頭邊緣上部經常發(fā)生拉裂，在真實產品的側壁處經常發(fā)生起皺。從圖7中可以看出，皺紋發(fā)分布在側壁上，但是在階梯邊緣拐角處最為嚴重，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。 為了進一步的了解沖壓過程中板料的變形，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計中。部分的模擬形狀如圖8所示。從圖8中可以看出，零件上部邊緣的網眼被拉深，皺紋分布在側壁上，類似真實零件中的那樣。 圖6 從圖a的100KN到圖b的600KN不同側壁高度的橫截面線條 圖7 產品零件中的拉裂和起皺 圖8 產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，這被認為是拉裂的最主要原因。但是，根據有限元分析的結果，拉裂可以通過增加以半徑來避免。這種理念在現(xiàn)實產品中通過增加半徑得到證實。 個別的嘗試也被用來消除起皺。第一，沖壓力加到原來的2倍。但是，就像在拉深帶有錐度的杯子中得到的結果一樣，沖壓力對消除起皺現(xiàn)象沒有起有很大的效果。通過增加摩擦和毛坯尺寸也得到同樣的結論。于是我們推測，這種起皺不能通過增加沖壓力來得到抑制。 由于在金屬屈服于過大壓力的區(qū)域，往往會因為大量的金屬流動而起皺，一種通過在起皺區(qū)域增加掛鉤用于消除起皺的簡單方法被用來吸收多余的材料。為了多余的金屬能有效的被吸收，掛鉤應該平衡的加在起皺位置。基于這種理念，兩個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。這說明在側壁處需要更多的掛鉤來吸收所有過量的材料，但是這在模具設計中是不允許的。 利用有限元分析法分析沖壓工序的一個優(yōu)勢是沖壓過程中板料的變形形狀可以被監(jiān)測，而這在真實的產品沖壓過程中是不可能的。對沖壓過程中金屬流動的精密監(jiān)測顯示板料最開始通過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 加到側壁的起皺 圖10顯示的那樣。這就為模具設計的改進提供了有價值的信息。 圖10 當板料接觸臺階邊緣的起皺形成 圖11 切除了的臺階拐角 對于起皺的發(fā)生，最初的一個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，這樣就允許通過增加階梯邊緣有更多的拉伸被應用到如圖11所示，從而使得模具設計的改進得到發(fā)展。但是，杯子側壁處仍然有起皺，這就意味著起皺是因為整個沖頭邊緣和整個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。為了證實這種說法，兩種改進過了的模具設計被用來實驗：為了描述想象中的形狀用兩種拉深操作，一種是切去整個階梯，而另一種是增加更多的拉深操作。前一個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，通過兩步拉深工序可以造出沒有起皺的階梯矩形杯子，同時也說明在兩步拉深工序中，如果相應的順序被應用，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，因為金屬不容易通過較低的階梯進入模具型腔。 圖12改善模具設計的模擬形狀 圖13 兩個操作步驟中的a第一步操作 b第二步操作 有限元分析法說明用簡單的拉深操作來設計理想產品的沖壓模具設計是很難完成的。但是，由于額外的模具費用和操作費用，兩個操作的制造費用是很高的。為了保持較低的制造費用，零件的設計師對形狀做出了合適的改變，而且通過有限元模擬分析法結果去切除較低的臺階來改善模具設計，如圖12所示。隨著設計方法的改進，產品真實的沖壓模具被制造出來，而且零件還沒有起皺，如圖14所示。通過有限元模擬分析法得到的零件也沒有起皺。 為了進一步驗證有限元模擬分析法的結果，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，這與產品的尺寸做了比較，比較的結果顯示在圖15。從圖15可以看出有限元模擬分析法得到的預想的厚度分布和產品得到的厚度分布是相符合的。這種吻合證實了有限元模擬分析法的效率。 圖14 無缺陷產品零件 圖15 G-H處模擬和測量厚度 5概要和結束語 通過有限元模擬分析法研究了兩種在沖壓過程中的起皺，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壁上，這種起皺的原因是因為沖模間隙過大（沖模間隙就是模腔的尺寸和沖頭的尺寸的差距）。當金屬被拉至模腔中，在沖頭和型腔中有一有害的拉深時，大的沖模間隙導致金屬板料的大面積區(qū)域不被支撐，因此大面積區(qū)域不被支撐導致起皺。有限元模擬分析法顯示這種起皺不能通過增加沖壓力的方法來得到抑制。 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程中。起皺往往發(fā)生在臺階以上的側壁，甚至沖模的間隙不是足夠的大。通過有限元模擬法得知，這種起皺主要是由于在沖頭和臺階邊緣存在不平坦的拉伸。在模具設計過程中，通過有限元模擬分析法單獨的嘗試被用來消除起皺，切除了臺階的模具被建立。通過無缺陷的零件證實了這種模具設計方法對消除起皺的作用。有限元模擬分析法得到的結果和真實產品中看到的結果相吻合說明了有限元模擬分析法的準確性，還證實了用有限元分析法代替真實的模具制造方法的效力。 感謝 作者希望感謝中國人民共和國民族科學委員會授于NSC-86-2212-E002-028編號才使得這個項目得到發(fā)展。他們也希望感謝KYM提供了產品零件。 參考文獻 1. K. Yoshida， H. Hayashi， K. Miyauchi， Y. Yamato， K. Abe， M. Usuda， R. Ishida and Y. Oike，在金屬板料，皺紋機械工具的效果取決于不均勻的拉深 2. T.X.Yu，W.Johnson 和 W.J.Stronge， “圓形碟子在半球形模具中的沖壓成形”，機械學雜志，26，pp.131-148，1984 3. W.J.stronge，M.P.F.Sutcliffe和T.X.Yu，在沖壓期間，圓形碟子的塑性起皺。實驗的技巧，pp.345-353，1986. 4. R.Narayanasamy和R.Sowerby，“當用一種圓錐形的沖模成形時的金屬板料起皺”，材料處理技術雜志，41，pp.275-290，1994. 5. W.F.Hosford 和 R.M.Caddell，金屬成形:機械和冶金，1993年第二季。 河南機電高等?？茖W校 學生畢業(yè)設計中期檢查表 學生姓名 金猛 學 號 061304523 指導教師 原紅玲 選題情況 課題名稱 焊片沖壓復合模設計 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 任務書 有 無 開題報告 有 無 外文翻譯質量 優(yōu) 良 中 差 學習態(tài)度、出勤情況 好 一般 差 工作進度 快 按計劃進行 慢 中期工作匯報及解答問題情況 優(yōu) 良 中 差 中期成績評定： 所在專業(yè)意見： 負責人： 年 月 日 河南機電高等?？茖W校 畢業(yè)設計任務書 系 部： 材 料 工 程 系 專 業(yè)： 學生姓名: 學 號: 設計題目 ： 焊片沖壓成形工藝及模具設計 起迄日期 : 指導教師 : 2009 年3月11日 河南機電高等專科學校 畢業(yè)設計說明書 畢業(yè)設計題目：焊片沖壓成形工藝及模具設計 系 部 材料工程系 專 業(yè) 模具設計與制造 班 級 模具065班 學生姓名 金猛 學 號 061304523 指導教師 原紅玲 2009年3月12日 插表清單 表1 機械加工工藝過程卡……………………………………………………………附表一 表2 機械加工工序卡…………………………………………………………………附表二 焊片沖壓成形工藝及模具設計 摘要：本設計題目為復合模具設計，體現(xiàn)了典型復合模具設計的要求，內容與方向。通過工藝分析，工藝方案的確定，確定了模具設計的方向， 對毛坯尺寸的確定，計算沖裁力，來計算壓力中心，選擇壓力機和壓力機的噸位。復合模是指沖床在一次行程中，完成落料、沖孔等多個工序的一種模具結構。相對其他冷沖壓模具結構而言，它具有以下一些優(yōu)點：①工件同軸度較好，表面平直，尺寸精度較高； ②生產效率高，受條料外形尺寸的精度限制較小。但需考慮的問題是：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。 本設計運用了沖裁工藝及模具設計的基礎知識。首先，分析了板材的性能要求，為選去模具的類型做了準備，同時，也為凸，凹模的材料有了依據。后分析沖裁件的特征，確定了模具設計參數，選擇其他零件及卸料裝置。也為凸，凹模尺寸的計算有了根據。還有零件的加工工藝。 關鍵詞: 復合模 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 械 加 工 工 序 卡 工序名稱 粗銑 工序號 02 零件名稱 凹模板 零件號 01-06 零件重量 同時加工零件數 1 材 料 毛 坯 牌 號 硬 度 型 號 重 量 Cr12 58-62 HRC 設 備 夾 具 名 稱 輔 助 工 具 名 稱 型 號 銑床 CA6140 虎鉗 游標卡尺 安 裝 工 步 安裝及工步說明 刀 具 量 具 走 刀 長 度 走 刀 次 數 切 削 深 度 進給量 主 軸 轉 速 切 削 速 度 基 本 工 時 一次 1 銑上平面 75面銑刀 游標卡尺 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 游標卡尺 0.5 1 1 60㎜/ min1 300r/mi 0.03m/s 0.3h 設 計 者 金 猛 指 導 教 師 原 紅 玲 共 1 頁 第 1 頁 機 械 加 工 工 藝 過 程 卡 零件號 零 件 名 稱 01-06 凹模板 工序號 工 序 名 稱 設 備 夾 具 刀 具 量 具 工 時 名 稱 型 號 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 標準 鋸條 直尺 150mm 0.2 02 粗銑六面 銑床 虎鉗 標準 面銑刀 游標卡尺 100mm 0.3 03 磨削 磨床 M1432-A 磁力夾具、虎鉗 標準 砂輪 游標卡尺 100mm 0.2 04 鉗工 鉆床 虎鉗 標準 鉆刀、鉸刀、攻絲刀 高度尺、游標卡尺 100mm 0.4 05 熱處理（淬火、回火） 電熱爐 火鉗 標準 0～100mm 1 06 磨削 磨床 M1432-A 磁力夾具、虎鉗 標準 砂輪 游標卡尺 100mm 0.2 07 線切割 線切割機床 復式支撐夾具 標準 銅絲 游標卡尺 0.3 08 鉗工 研磨工具 游標卡尺 編制 金猛 校對 審核 原 紅 玲 批準 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計說明書 1 緒論 1.1沖壓的概念、特點及應用 沖壓是利用安裝在沖壓設備（主要是壓力機）上的模具對材料施加壓力，使其產生分離或塑性變形，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材料進行冷變形加工，且主要采用板料來加工成所需零件，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。 沖壓所使用的模具稱為沖壓模具，簡稱沖模。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。沖模在沖壓中至關重要，沒有符合要求的沖模，批量沖壓生產就難以進行；沒有先進的沖模，先進的沖壓工藝就無法實現(xiàn)。沖壓工藝與模具、沖壓設備和沖壓材料構成沖壓加工的三要素，只有它們相互結合才能得出沖壓件。 與機械加工及塑性加工的其它方法相比，沖壓加工無論在技術方面還是經濟方面都具有許多獨特的優(yōu)點。主要表現(xiàn)如下。 (1) 沖壓加工的生產效率高，且操作方便，易于實現(xiàn)機械化與自動化。這是因為沖壓是依靠沖模和沖壓設備來完成加工，普通壓力機的行程次數為每分鐘可達幾十次，高速壓力要每分鐘可達數百次甚至千次以上，而且每次沖壓行程就可能得到一個沖件。 （2）沖壓時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量,而模具的壽命一般較長,所以沖壓的質量穩(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，加上沖壓時材料的冷變形硬化效應，沖壓的強度和剛度均較高。 （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，有時一個復雜零件需要數套模具才能加工成形，且模具制造的精度高，技術要求高，是技術密集形產品。所以，只有在沖壓件生產批量較大的情況下，沖壓加工的優(yōu)點才能充分體現(xiàn)，從而獲得較好的經濟效益。 沖壓地、在現(xiàn)代工業(yè)生產中，尤其是大批量生產中應用十分廣泛。相當多的工業(yè)部門越來越多地采用沖壓法加工產品零部件，如汽車、農機、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的大，少則60%以上，多則90%以上。不少過去用鍛造=鑄造和切削加工方法制造的零件，現(xiàn)在大多數也被質量輕、剛度好的沖壓件所代替。因此可以說，如果生產中不諒采用沖壓工藝，許多工業(yè)部門要提高生產效率和產品質量、降低生產成本、快速進行產品更新?lián)Q代等都是難以實現(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，因而生產中采用的沖壓工藝方法也是多種多樣的。概括起來，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。 在實際生產中，當沖壓件的生產批量較大、尺寸較少而公差要求較小時，若用分散的單一工序來沖壓是不經濟甚至難于達到要求。這時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完成，稱為組合的方法不同，又可將其分為復合-級進和復合-級進三種組合方式。 復合沖壓——在壓力機的一次工作行程中，在模具的同一工位上同時完成兩種或兩種以上不同單一工序的一種組合方法式。 級進沖壓——在壓力機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。 復合-級進——在一副沖模上包含復合和級進兩種方式的組合工序。 沖模的結構類型也很多。通常按工序性質可分為沖裁模、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、復合模和級進模等。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工作臺或墊板上，是沖模的固定部分。工作時，坯料在下模面上通過定位零件定位，壓力機滑塊帶動上模下壓，在模具工作零件（即凸模、凹模）的作用下坯料便產生分離或塑性變形，從而獲得所需形狀與尺寸的沖件。上模回升時，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，以便進行下一次沖壓循環(huán)。 1.3 沖壓技術的現(xiàn)狀及發(fā)展方向 隨著科學技術的不斷進步和工業(yè)生產的迅速發(fā)展，許多新技術、新工藝、新設備、新材料不斷涌現(xiàn)，因而促進了沖壓技術的不斷革新和發(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的基礎。目前，國內外對沖壓成形理論的研究非常重視，在材料沖壓性能研究、沖壓成形過程應力應變分析、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展。特別是隨著計算機技術的飛躍發(fā)展和塑性變形理論的進一步完善，近年來國內外已開始應用塑性成形過程的計算機模擬技術，即利用有限元（FEM）等有值分析方法模擬金屬的塑性成形過程，根據分析結果，設計人員可預測某一工藝方案成形的可行性及可能出現(xiàn)的質量問題，并通過在計算機上選擇修改相關參數，可實現(xiàn)工藝及模具的優(yōu)化設計。這樣既節(jié)省了昂貴的試模費用，也縮短了制模具周期。 研究推廣能提高生產率及產品質量、降低成本和擴大沖壓工藝應用范圍的各種壓新工藝，也是沖壓技術的發(fā)展方向之一。目前，國內外相繼涌現(xiàn)出精密沖壓工藝、軟模成形工藝、高能高速成形工藝及無模多點成形工藝等精密、高效、經濟的沖壓新工藝。其中，精密沖裁是提高沖裁件質量的有效方法，它擴大了沖壓加工范圍，目前精密沖裁加工零件的厚度可達25mm，精度可達IT16~17級；用液體、橡膠、聚氨酯等作柔性凸?；虬寄５能浤３尚喂に?，能加工出用普通加工方法難以加工的材料和復雜形狀的零件，在特定生產條件下具有明顯的經濟效果；采用爆炸等高能效成形方法對于加工各種尺寸在、形狀復雜、批量小、強度高和精度要求較高的板料零件，具有很重要的實用意義；利用金屬材料的超塑性進行超塑成形，可以用一次成形代替多道普通的沖壓成形工序，這對于加工形狀復雜和大型板料零件具有突出的優(yōu)越性；無模多點成形工序是用高度可調的凸模群體代替?zhèn)鹘y(tǒng)模具進行板料曲面成形的一種先進技術，我國已自主設計制造了具有國際領先水平的無模多點成形設備，解決了多點壓機成形法，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，同時利用反復成形技術可消除材料內殘余應力，實現(xiàn)無回彈成形。無模多點成形系統(tǒng)以CAD/CAM/CAE技術為主要手段，能快速經濟地實現(xiàn)三維曲面的自動化成形。 (2.)沖模是實現(xiàn)沖壓生產的基本條件.在沖模的設計制造上,目前正朝著以下兩方面發(fā)展:一方面,為了適應高速、自動、精密、安全等大批量現(xiàn)代生產的需要，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，與此相比適應的新型模具材料及其熱處理技術，各種高效、精密、數控自動化的模具加工機床和檢測設備以及模具CAD/CAM技術也在迅速發(fā)展；另一方面，為了適應產品更新?lián)Q代和試制或小批量生產的需要，鋅基合金沖模、聚氨酯橡膠沖模、薄板沖模、鋼帶沖模、組合沖模等各種簡易沖模及其制造技術也得到了迅速發(fā)展。 精密、高效的多工位及多功能級進模和大型復雜的汽車覆蓋件沖模代表了現(xiàn)代沖模的技術水平。目前，50個工位以上的級進模進距精度可達到2微米，多功能級進模不僅可以完成沖壓全過程，還可完成焊接、裝配等工序。我國已能自行設計制造出達到國際水平的精度達2~5微米，進距精度2~3微米，總壽命達1億次。我國主要汽車模具企業(yè)，已能生產成套轎車覆蓋件模具，在設計制造方法、手段方面已基本達到了國際水平，但在制造方法手段方面已基本達到了國際水平，模具結構、功能方面也接近國際水平，但在制造質量、精度、制造周期和成本方面與國外相比還存在一定差距。 模具制造技術現(xiàn)代化是模具工業(yè)發(fā)展的基礎。計算機技術、信息技術、自動化技術等先進技術正在不斷向傳統(tǒng)制造技術滲透、交叉、融合形成了現(xiàn)代模具制造技術。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、數控測量等代表了現(xiàn)代沖模制造的技術水平。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量（主軸轉速一般為15000~40000r/min）,加工精度一般可達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）是以高速旋轉的簡單管狀電極作三維或二維輪廓加工（像數控銑一樣），因此不再需要制造昂貴的成形電極，如日本三菱公司生產的EDSCAN8E電火花銑削加工機床，配置有電極損耗自動補償系統(tǒng)、CAD/CAM集成系統(tǒng)、在線自動測量系統(tǒng)和動態(tài)仿真系統(tǒng)，體現(xiàn)了當今電火花加工機床的技術水平；慢走絲線切割技術的發(fā)展水平已相當高，功能也相當完善，自動化程度已達到無人看管運行的程度，目前切割速度已達到300mm/min,加工精度可達±1.5微米，表面粗糙度達Ra=01~0.2微米;精度磨削及拋光已開始使用數控成形磨床、數控光學曲線磨床、數控連續(xù)軌跡坐標磨床及自動拋光等先進設備和技術;模具加工過程中的檢測技術也取得了很大的發(fā)展,現(xiàn)在三坐標測量機除了能高精度地測量復雜曲面的數據外,其良好的溫度補償裝置、可靠的抗振保護能力、嚴密的除塵措施及簡單操作步驟，使得現(xiàn)場自動化檢測成為可能。此外，激光快速成形技術（RPM）與樹脂澆注技術在快速經濟制模技術中得到了成功的應用。利用RPM技術快速成形三維原型后，通過陶瓷精鑄、電弧涂噴、消失模、熔模等技術可快速制造各種成形模。如清華大學開發(fā)研制的“M-RPMS-Ⅱ型多功能快速原型制造系統(tǒng)”是我國自主知識產權的世界惟一擁有兩種快速成形工藝（分層實體制造SSM和熔融擠壓成形MEM）的系統(tǒng)，它基于“模塊化技術集成”之概念而設計和制造，具有較好的價格性能比。一汽模具制造公司在以CAD/CAM加工的主模型為基礎，采用瑞士汽巴精化的高強度樹脂澆注成形的樹脂沖模應用在國產轎車試制和小批量生產開辟了新的途徑。 (3) 沖壓設備和沖壓生產自動化方面 性能良好的沖壓設備是提高沖壓生產技術水平的基本條件，高精度、高壽命、高效率的沖模需要高精度、高自動化的沖壓設備相匹配。為了滿足大批量高速生產的需要，目前沖壓設備也由單工位、單功能、低速壓力機朝著多工位、多功能、高速和數控方向發(fā)展，加之機械乃至機器人的大量使用，使沖壓生產效率得到大幅度提高，各式各樣的沖壓自動線和高速自動壓力機紛紛投入使用。如在數控四邊折彎機中送入板料毛坯后，在計算機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率；在高速自動壓力機上沖壓電機定轉子沖片時，一分鐘可沖幾百片，并能自動疊成定、轉子鐵芯，生產效率比普通壓力機提高幾十倍，材料利用率高達97%；公稱壓力為250KN的高速壓力機的滑塊行程次數已達2000次/min以上。在多功能壓力機方面，日本田公司生產的2000KN“沖壓中心”采用CNC控制，只需5min時間就可完成自動換模、換料和調整工藝參數等工作；美國惠特尼公司生產的CNC金屬板材加工中心，在相同的時間內，加工沖壓件的數量為普通壓力機的4~10倍，并能進行沖孔、分段沖裁、彎曲和拉深等多種作業(yè)。 近年來，為了適應市場的激烈競爭，對產品質量的要求越來越高，且其更新?lián)Q代的周期大為縮短。沖壓生產為適應這一新的要求，開發(fā)了多種適合不同批量生產的工藝、設備和模具。其中，無需設計專用模具、性能先進的轉塔數控多工位壓力機、激光切割和成形機、CNC萬能折彎機等新設備已投入使用。特別是近幾年來在國外已經發(fā)展起來、國內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）代表了沖壓生產新的發(fā)展趨勢。FMS系統(tǒng)以數控沖壓設備為主體，包括板料、模具、沖壓件分類存放系統(tǒng)、自動上料與下料系統(tǒng)，生產過程完全由計算機控制，車間實現(xiàn)24小時無人控制生產。同時，根據不同使用要求，可以完成各種沖壓工序，甚至焊接、裝配等工序，更換新產品方便迅速，沖壓件精度也高。 (4)沖壓標準化及專業(yè)化生產方面 模具的標準化及專業(yè)化生產，已得到模具行業(yè)和廣泛重視。因為沖模屬單件小批量生產，沖模零件既具的一定的復雜性和精密性，又具有一定的結構典型性。因此，只有實現(xiàn)了沖模的標準化，才能使沖模和沖模零件的生產實現(xiàn)專業(yè)化、商品化，從而降低模具的成本，提高模具的質量和縮短制造周期。目前，國外先進工業(yè)國家模具標準化生產程度已達70%~80%，模具廠只需設計制造工作零件，大部分模具零件均從標準件廠購買，使生產率大幅度提高。模具制造廠專業(yè)化程度越不定期越高，分工越來越細，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)化制造某類產品的沖裁?；驈澢＃@樣更有利于制造水平的提高和制造周期的縮短。我國沖模標準化與專業(yè)化生產近年來也有較大發(fā)展，除反映在標準件專業(yè)化生產廠家有較多增加外，標準件品種也有擴展，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)在標準化程度還不高（一般在40%以下），標準件的品種和規(guī)格較少，大多數標準件廠家未形成規(guī)模化生產，標準件質量也還存在較多問題。另外，標準件生產的銷售、供貨、服務等都還有待于進一步提高。 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 生產批量:大批量 未注公差:按IT14級確定. 圖1-1 該零件材料為H62(黃銅)結構簡單,形狀對稱,是由圓弧和直線組成的。沖孔時有尺寸為φ6.3 根據課本知沖孔時,因受凸模強度的限制,孔的尺寸不應太小.沖孔的最小尺寸取決于材料性能,凸模的強度和模具結構等.根據表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度和沖裁件質量的制約,其值不應過小,一般要求C≥(1～1.5)t,C′>(1.5～2)t所以經分析計算可知孔與孔之間距離滿足工藝性要求，可以用沖裁進行加工。 2.2 沖裁件的精度與粗糙度 沖裁件的經濟公差等級不高于IT14級,一般落料公差等級最好低于IT10級,沖孔件公差等級最好低于IT9級,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),抗剪強度τ=255Mpa,斷后伸長率35%,此材料具有良好的塑性級較高的彈性,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為落料和沖孔，可擬訂出以下三種工藝方案。 方案一：用簡單模分兩次加工，即先落料,后沖孔。采用單工序模生產。 方案二：落料——沖孔復合模。采用復合模生產。 方案三：沖孔——落料級進模。采用級進模生產。 分析各方案的優(yōu)缺點： 方案一：生產率低，工件的累計誤差大，操作不方便，由于該工件為大批量生產，方案二和方案三更具有優(yōu)越性。 方案二：沖壓生產率較高，壓力機一次行程內可完成兩個以上工序，實現(xiàn)操作機械化，自動化難，制件和廢料排除較復雜，另外復合模制造的復雜性和價格較高。 方案三：只需要一副模具，生產率高，壓力機一次行程內可完成多個工序，實現(xiàn)操作機械化自動化容易，尤其適應于單機上實現(xiàn)自動化，沖模的制造復雜性和價格低于復合模，精度也可也得到保證。 通過上述三個方案的比較，該件的沖壓生產采用方案三更佳。 3 沖壓模具總體結構設計 3.1模具類型 由沖壓工藝分析可知，采用級進方式沖壓，所以模具類型為級進模，本零件的沖壓包括沖孔和落料兩個工序，為方便小孔廢料和成形工件的落下，采用正裝結構，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,安排生產可采用手工送料方式能夠達到批量生產,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，宜采用導料板導向，導正銷導正，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，以及模具結構，采用固定卸料方式，為了便于操作，提高生產率，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 經過對制件的分析可知，該制件的尺寸較小，厚度較薄，又是級進模為了提高開敞性和導向均勻性，因此采用導向平穩(wěn)的對角導柱模架，考慮零件精度要求不是很高，沖裁間隙較小，因此采用Ⅰ級模架精度。 4 沖壓模具工藝與設計計算 4.1 排樣設計與計算 排樣圖是排樣設計的最終表達式，是編制沖壓工藝和設計模具的重要工銀文件。它應繪在沖壓工藝規(guī)程卡片上和沖裁?？傃b圖的右上角。 畫排樣圖時應注意的事項： 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，還是級進?；驈秃夏?。 采用斜排方法排樣時，應注明傾斜角度的大小。對有纖維方向的排樣圖，應用箭頭表示出纖維方向。 級進模的排樣要反映出沖壓的順序、空工位、定距方式等。側刃定距時要畫出側刃沖切條料的位置。 排樣的原則：a提高材料利用率；b便于工人操作，減輕工人勞動強度；c使模具結構簡單，模具壽命提高；d排樣應保證沖裁件質量，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，直排列時材料的利用率較低，采用直對排的排樣方案可以提高材料的利用率，減少廢料。 搭邊的作用和影響因素 作用：a補償誤差；b是凸凹模雙邊受力；c增加條料剛度，方便條料送進。 影響因素：a材料的力學性能；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驗確定的。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 計算條料寬度： B=（Dmax+2a+z）=24+2*1.2+5=31.4 mm 進距為:s=12+a1=12+1=13mm 根據3-14，導板間距為： B0=B+C= 31.4+5=36.4mm 由零件圖在CAD用計算機算得一個零件的面積為346.81mm 一個步距內的坯料面積: B×S=34.1×13=443.3 mm, 因此材料利用率為: η=(S1 /BS)×100% 式中S1—一個步距內零件的實際的面積，mm; B—一個步距內板料寬度，mm; L—一個步距內板料長度， mm 所以材料的利用率為 η=(346.81/（34.1×13）)×100% =78.23% 4.2 設計沖壓力與壓力中心,初選壓力機. 沖裁模設計時，為了合理的設計模具和選用沖壓設備，必須合理的計算沖裁工藝力。壓力機的噸位必須大于所計算的沖裁工藝力，以適應沖裁間隙的要求。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按下式計算： 4.2.1沖裁力 根據零件圖,用CAD可計算出沖一次零件內外周邊之和L=88.6mm(首次沖裁除外),又因為τ=255Mpa,t=0.7mm,取K=1.3,則根據式2-18可知,F=KLtτ 式中 F—沖裁力； L—沖裁周邊長度； t—材料厚度； τ—材料抗剪強度； K –系數；系數K是考慮到實際生產中，模具間隙值的波動和不均勻、刃口的磨損、板料的力學性能和厚度的波動等因素的影響而給出的修正系數，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，材料分離前存在著彈性變形，在沖裁結束時，由于材料的彈性回復及摩擦的存在，將落料件或沖孔廢料梗塞在凹模內，而沖裁剩下的材料則緊箍在凸模上。為使沖裁工作繼續(xù)進行，必須將箍在凸模上的料卸下，將梗塞在凹模內的料推出。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的料順沖裁方向推出所需的力。頂件力逆沖裁方向將料從凹模內頂出所需的力。卸料力、推件力和頂件力是由壓力機和模具卸料裝置或頂件裝置傳遞的，所以在選擇設備公稱壓力或設計沖裁的時候應分別予以考慮，影響這些力的因素較多，主要有材料的力學性能、厚度、模具間隙、凹模洞口結構、搭邊大小、潤滑情況、制件的形狀和尺寸等?，F(xiàn)在按照下面的經驗公式計算： 卸料力Px Px＝ P落 式中Px—卸料力—卸料系數，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,查表2.7取=0.09 n—同時卡在凹模洞孔內的件數 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 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，一般沖裁時壓力機的噸位應比計算的沖壓力大30%左右，即 F∑′=1.3×F∑=1.3×12.25=16.0KN 初選開式可傾壓力機參數壓力機型號為JB23-3.15 查手冊選擇壓力機的主要技術參數如下： 公稱壓力為：31.5KN 滑塊行程 ：25mm 最大閉合高度：120 mm 閉合高度調節(jié)量：25mm (標準型)工作臺尺寸(左右×前后)：160mm×250mm (標準型)工作臺孔尺寸(左右×前后)： 90mm×120mm ×Φ 110mm (標準型)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。為了保證壓力機和模具的正常工作，應使模具的壓力中心和壓力機滑塊的中心線相重合。否則沖壓時滑塊會承受偏心載荷，導致滑塊的滑軌和模具的導向部分不正常磨損，還會使合理間隙得不到保證，從而影響制件的質量降低模具壽命甚至損壞模具。 根據排樣,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 因工件左右對稱，即Xc=0.故只需計算Yc。 經查尋可知制件的壓力中心為：Yc=10.142mm 4.2.3計算凸凹模刃口尺寸及公差 該零件屬于無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，凹模刃口尺寸的計算 由于制件結構簡單，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級時磨損系數x=0.5 沖孔時，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， 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、凹模刃口的計算 因此落料件為一般復雜的制件，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，放寬對模具的加工設備的精度要求。 采用配作法，計算凹模的刃口尺寸，首先是根據凹模磨損后輪廓變化情況正確判斷出模具刃口各個尺寸在磨損過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算公式計算。 a、凹模磨損后會增大的尺寸-------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△ 工件圖中未標注公差的尺寸，差相關資料得出其極限偏差：Φ12，Φ4.5，4.5 查表2.6地磨損系數為：當△≥0.16時，X=0.5 當△＜0.16時，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，必標注公差，但要在技術條件中注明：凸模實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±1/2△兩個孔時，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 根據前面的設計與分析,我們可以得出如級進模具的總裝圖如附圖所示 5.2 沖壓模具的零件圖 5.2.1凹模設計 凹模采用矩形板狀結構和直接通過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,否則會影響模具的壽命。凹模采用整體式凹模，各沖裁的凹模孔均采用線切割加工，安排凹模在模架上的位置時，要依據計算的壓力中心的數據，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承受彎曲力矩，若凹模高度H及模壁厚度C不足時，會使凹模產生較大變形，甚至破壞。但由于凹模受力復雜，凹模高度可按經驗公式計算，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×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的需要，同時也要保證凹模的強度和剛度。 凹模厚度H=K1K2 F—沖裁力，N; K1—凹模材料修正系數，合金工具鋼取K1=1,碳素工具鋼K1=1.3; K2—凹模刃口周邊長度修正系數，經查相關資料得K2=1； 由以代入數據經計算得H=11.7mm，經查表確定凹模厚度，H=20mm 凹模外形尺寸的確定： t=0.7mm，沖件b=24mm，c=26mm 凹模外形長度：凹模的長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,查有關國家標準,因此選L×B×H為標準尺寸,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。凹模的結構簡圖如圖5-1所示： 圖5-1 凹模 5.2.2凸模設計 凸模的結構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際條件不同，所以在實際生產中，使用的凸模結構形式很多，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構形式。 由于該工件的孔一個為圓形，一個為非圓形，所以凸模的結構形式根據需要選擇。圓形凸模選為臺階式的凸模，臺階式的凸模強度剛性較好，裝配修模方便，其工作部分的尺寸由計算而得，與凸模固定板的配合部分按過渡配合（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。 凸模長度一般是根據結構上的需要而確定的，設計該模具為沖孔落料級進模，采用剛性卸料板，其凸模長度用下列公式計算： L=h1+h2+h3+h 式中 L—凸模長度， mm h1—凸模固定板高度，mm，經查可知h1=12mm h2—卸料板高度，mm，經查可知h2=10mm h3—導料板厚度，mm，經查可知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準化（包括外形尺寸和厚度） 小凸模長度 L=12+10+4+18=44mm 小凸模強度校核 要使凸模正常工作，必須使凸模最小斷面的壓應力不超過凸模材料的許用壓應力，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=（1000～160）Mpa,取=1200 Mpa 因為==147 Mpa＜ 所以凸模強度符合要求。 沖裁3mm孔凸模、凹模各尺寸及其組件確定和標準化（包括外形尺寸和厚度） 凸模長度 L=12+10+4+18=44mm 凸模強度校核 要使凸模正常工作，必須使凸模最小斷面的壓應力不超過凸模材料的許用壓應力，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=（1000～160）Mpa,取=1200 Mpa 因為==464 Mpa＜ 所以凸模強度符合要求。 外形落料凸模、凹模各尺寸及其組件的確定和標準化（包括外形尺寸和厚度） 外形凸模的設計：外形凸模用線切割機床加工成直通式凸模，用兩個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為附加長度，主要考慮凸模進入凹模的深度（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：參照沖壓模具設計與制造選用Cr12，熱處理硬度為56~60HRC.對凸模的說明： (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標準得出; (4).刃口尺寸由前面計算可得; (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選擇堅固件及定位零件 螺釘規(guī)格的選用: 經查表,由凹模板的厚度可選用M6,在根據實際要求,查標準選用GB 70-85 M6×70,據查表,選取材料為45鋼. 銷釘規(guī)格的選用: 銷釘的公稱直徑可取與螺釘大徑相同或小一個規(guī)格,因此根據標準選用GB 119-86 A6×70,據查表,選取材料為45鋼.根據定位方式及坯料的形狀與尺寸,選用合適的標準定位零件. 擋料銷: 固定擋料銷 經查表可知,擋料銷高度h=5, 根據表,選取材料為45鋼,數量為2,查標準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: 根據導料板間距36.4及凹模L=100,可得導料板寬度=(100-36.4)/2=31.8mm,在根據表,由t=0.7mm,可得導料板厚度為12mm.根據GB2866.1-81選取始用擋料銷規(guī)格長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—根據表8-3,選取材料為45鋼,彈簧芯柱—根據GB700-79為A3. 熱處理: 塊—硬度HRC43~48. 導料板: 根據凹模L×B=100mm×80mm,始用導料銷70mm×12mm查標準GB2865.5-81,選規(guī)格為:長度L=100mm,寬度B=32mm,厚度H=4mm,材料為A3的導料板,即導料板:100mm×32mm×4mm GB2865.5-81/A3,熱處理HRC28~32.如圖5-6所示: 圖5-6 導料板 導正銷: 使用導正銷的目的是消除送料時用擋料銷和導料板等定位零件作粗定位時的誤差,保證沖件在不同工位上沖出的內形與外形之間的相對位置公差要求.導正銷主要用于級進模,也可用于單工序模.導正銷通常設在落料凸模上,與擋料銷配合使用,因此我們采用導正銷,其中A型用于導正d=2~12mm的孔,安裝處按H7/n6配合查表，根據GB 2864.1-81A 型導正銷可得出導正銷,如圖5-7,5-8所示: 5.2.4設計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,因此不用設計出件零件.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,據表,材料為Q275.由以上根據凸模和凹?？稍O計出卸料板如圖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,導柱:22mm×150mm,25mm×150mm, 導套:22mm×80mm×33mm,25mm×80mm×33mm. 模柄: 由壓力機的型號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,模柄長度比模柄孔深度小5~10mm,由于采用固定卸料，上模座回程時受力較大，因此選用壓入式模柄較合理，所以根據GB2862.1-81得圖5-10所示: 墊板: 墊板的作用是承受并擴散凸模傳遞的壓力,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,這里設計時,由于壓力較大,根據GB2865.2-81選取規(guī)格為L×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,根據核準選取板的規(guī)格為L×B×H=100mm×80mm×24mm;凸模與凸模固定板的配合為H7/n6,裝配可通過2個銷釘定位,4個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壓力機的校核 (1).公稱壓力 根據公稱壓力的選取壓力機型號為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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