746 空氣濾清器殼正、反拉深、沖孔復(fù)合模設(shè)計（有cad圖+文獻(xiàn)翻譯）,746,空氣濾清器殼正、反拉深、沖孔復(fù)合模設(shè)計（有cad圖+文獻(xiàn)翻譯）,空氣濾清器,反拉深,沖孔,復(fù)合,設(shè)計,cad,文獻(xiàn),翻譯 AZ31和 AZ61鎂合金的等溫板料成形 李士永 陳韻琿 王建怡 機械工業(yè)出版社 2001/1/18 摘要 在工業(yè)上已經(jīng)有關(guān)于鎂合金板料成形的報道，但這些報道很有可能是研究AZ31 和AZ61鎂合金板料在不同的高溫下成形的第一份正式的報道。結(jié)果表明，制造出厚度為0.5mm、1.3mm、1.7mm和2mm的擠壓制品是可行的。當(dāng)前成形出厚度為0.5mm的板料被看為是工業(yè)上取得的技術(shù)成就。可采用兩種模具，凸模和凹模，凹模的設(shè)置似乎利用受壓的氣體將板料壓入凹模型腔。這種技術(shù)從來沒有在鎂合金領(lǐng)域應(yīng)用過，并且在工業(yè)制造上有很大的潛力。由于這種伸展性能已經(jīng)在氣壓成形中體現(xiàn)出來，所以沖壓成形應(yīng)該可以實現(xiàn)，許多沖壓實驗已經(jīng)證明了這一點。如2002年注冊的B.V科學(xué)。 關(guān)鍵詞：AZ31；沖壓；等溫板料成形 1.簡介 鎂合金是用于結(jié)構(gòu)成形的最輕的合金，在以前，將鎂合金作為機構(gòu)材料的不多，這是因為商業(yè)需求和執(zhí)照方法的限制。現(xiàn)在，鎂合金壓鑄成形在自動化領(lǐng)域變得流行起來，包括在筆記本電腦和蜂狀電話領(lǐng)域。然而，這種加工方法并不適合于制造薄壁的鎂合金結(jié)構(gòu)，因為這樣會造成大量的廢料。大家都知道，由于鎂晶體機構(gòu)是密排六方，所以鎂在室溫下的成形能力較差，然而鎂合金的加工性能可以隨著加工溫度的提高得到明顯的改善，如加工溫度提高的300℃以上。在這份報道中研究的是AZ31 和 AZ61在不同的高溫下的板料成形，為的是能夠?qū)崿F(xiàn)從擠壓板料中獲得產(chǎn)品?？刹捎脙煞N方法，沖壓成形和氣壓成形，如圖1所示。氣壓成形模的設(shè)計是利用受壓的氣體講板料壓入凹模型腔。這種方法有利于減少工件和沖模之間的摩擦力，所以材料的伸展性能能更好的展現(xiàn)出來。首先研究制品在不同部位上的應(yīng)力分布，其實是描繪和構(gòu)建出材料的流線結(jié)構(gòu)。在另一方面，利用凸模沖壓的方法不僅材料的延伸性能不好，而且應(yīng)力分布不均勻，所以材料的失效形式和氣壓成形完全不同。 圖 1 (a)氣壓成形矩形模；（b）矩形凸凹模；（c）圓柱形凸凹模 2. 材料和實驗過程 板料成形所采用的合金是AZ31和AZ61鎂合金，AZ31和AZ61的第一個數(shù)字分別表示各自的含鋁量為3%和6%，最后一個數(shù)字表示含鋅量為1%。板料成形的材料是通過將203 mm×762 mm的胚料通過開口為0.5, 1.3, 1.7和2mm的模具擠壓而成。AZ31的工作溫度為250℃，AZ61的工作溫度為280℃。實驗的基本工具是壓力機，該壓力機有一個熔爐可以提供一個等溫的條件。對于氣壓成形，只需一個，寬40mm，長120mm，深度為20mm的模具，但是可以通過插入一個擠壓墊成形厚度為8mm, 12mm和16mm的板料。將已經(jīng)成形好的板料放置在模具上，具有壓邊圈的蓋板下放并夾緊工件，然后室腔被密封，使受壓的氣體將板料壓到凹模底部。在成形過程中，根據(jù)材料的形狀不同所需要輸入的氣壓也不同。有些板料標(biāo)有明顯的格子，以使可以通過測量格子的變形程度來確定該處的應(yīng)力狀態(tài)。對于沖壓成形加工，矩形狀的板料所用的模具也是矩形的，和氣壓成形的一樣，但是凸模與凹模之間有2mm的間隙。對于圓形狀的板料也是一樣，模具直徑為20mm，凸凹模之間有2mm的間隙。 3.結(jié)果和分析 3.1.氣壓成形1.7mm厚的AZ31鎂合金（模具為矩形） 3.1.1.氣體增壓速率的成形性能 為了研究板料在不同的綜合條件下（如成形厚度，溫度，壓力和加壓時間）的成形能力，通過氣壓成形技術(shù)得到許多樣品。在410℃成形的兩個厚度為8mm樣品的p–t圖如圖2所示。和其他變形大的工件相比，這種變形小的工件只需要在較高壓力下保壓90s。對于進(jìn)一步拉深深度為12mm的板料在同一溫度下的p–t曲線如圖3所示。對于這個深度，成形溫度在310℃以下也能成形，但是由于材料具有很大的流動應(yīng)力，所以所需的壓力更大，保壓時間更長。對于成形深度為16mm的工件，進(jìn)行里兩組成形實驗，一組成功了，一組失敗了，這是由于所加的壓力和保壓時間都不同，如圖4所示。如圖5所示，嘗試?yán)钌疃葹?0mm，由于拉深深度從來沒有高于16mm過，所以這注定要失敗。以上兩種失敗的樣品的照片如圖6所示，失效的是從模具入口的的長邊中間開始的。對于這些成形工藝，氣壓隨著時間的延長而增加，因為成形的板料是球殼表面的一部分，瞬時的外形和厚度構(gòu)成一個時間函數(shù)，然后應(yīng)用這個方程式計算屈服應(yīng)力值Ie=pr/2t。p表示氣壓，r表示彎曲半徑，t表示厚度。這個公式可以大致的計算出以上實驗的增壓速率。一種先進(jìn)的壓力分析和精準(zhǔn)的建?？梢岳L制出一個理想的p–t曲線。 圖 2 圖 3 圖 4 圖 5 圖 2 410℃下成形出8mm深的矩形盒p-t圖 圖 3 410℃和310℃下成形深度為12mm深的矩形盒子的成功案例的p-t圖 圖 4 410℃下兩組輸入不同的壓力-時間成形深度為16mm的板料，一個成功，一個失敗 圖 5 410℃下成形矩形盒（20mm深）的p-t關(guān)系 圖 6氣壓成形拉深1.7mm的板料16mm和20mm的失敗案例 3.1.2.材料的應(yīng)力分析和流動軌跡 在7種氣壓成形件中，有些工件有明顯的網(wǎng)格，以便測量其應(yīng)力分布，最初，網(wǎng)格都是相同的直徑為2.5mm的圓，將其在成形之前印在板料表面?？梢詮淖冃蔚木W(wǎng)格中看出：最大拉伸應(yīng)力位于上部彎曲長邊的中間位置。（圖7）如果板料承受不利的增壓速率和溫度，失效就會從這里開始。從第一個實驗測量的應(yīng)力表明，大家認(rèn)為的長邊中間在平面應(yīng)力狀態(tài)下所得到的p–t曲線不一定完全正確。值得注意的是，在壓邊圈下的材料并沒有被完全固定好，而是有滑動的趨勢，如圖8所示。在高溫下，板料被軟化，蓋板上的壓邊圈使板料向內(nèi)縮進(jìn)，在壓力的作用下形成一個槽。最初槽里面和外面的界限是平行的，但是內(nèi)邊界的一部分向里面移動，這表明，壓邊圈上的材料即使在夾緊的情況下仍然被拉伸了。這種機制在成功應(yīng)用氣壓成形技術(shù)中很重要。 圖 7放大成形工件不同部位變形的格子，（上圖）12mm深，測量凹進(jìn)去的那部分尺寸；（下圖）16mm深，格子位于凸起的那部分，e1表示最大表面應(yīng)力，e2表示與之垂直的方向。 圖 8氣壓成形中材料的流線 3.2. 氣壓成形0.5mm厚的AZ31鎂合金（矩形形狀） 完成了成形厚度為1.7mm厚的板料，更具挑戰(zhàn)的是成形0.5mm厚的板料。他的實現(xiàn)可以被認(rèn)為是工業(yè)上的一次技術(shù)成就。實驗了三個工件，其中型腔的深度分別為12mm，16mm,20mm。工作溫度在可行的范圍（310~410℃）內(nèi)接近330℃。開始的增壓速率設(shè)定在5 kgf/cm2 (490 kN/m2)，考慮到板料的厚度相對于原材料會減小三分之二。圖像顯示出來所采用成形工藝的增壓速率是可行的。（圖9）對于型腔是12mm和16mm，氣體成形工藝是可行的。只是和先前的工藝相比，需要更多的時間。對于型腔是20mm的實驗，成形工藝沒有取得成功。板料從周邊軌跡處開始失效。由于夾緊使加壓氣體密封是材料凹陷，所以失效開始的地方很薄。這種失效的形式和厚度為1.7mm的不同，他的失效出現(xiàn)在沖模的入口可以知道的是當(dāng)彎曲更薄的板料時其沖模所受的壓力更大。 圖 9 330℃下從0.5mm厚的板料成形不同深度的矩形盒的p-t關(guān)系圖（a）12mm;(b)16mm（c）20mm 3.3. 沖壓成形厚度為1.3mm厚的矩形狀A(yù)Z31鎂合金 對于沖壓成形厚度為1.3mm厚的AZ31鎂合金這類范疇中，在室溫下對九個工件進(jìn)行了測試（329℃5件、435℃3件）。正如所預(yù)測的那樣，在室溫下沖壓成形并沒有取得成功，在435℃的高溫下，3個樣品都能成形。在中低溫度下，除了那五個工件外，只有一個可以完成成形。這就表明，當(dāng)溫度不是唯一的決定因數(shù)時，其他的因數(shù)，如潤滑、沖壓速度、和凸凹摸之間的間隙值對成形也有影響。這類失效的位置主要出現(xiàn)在轉(zhuǎn)角處（圖10）。在轉(zhuǎn)角處沖模給板料施加一個集中的應(yīng)力。這正式氣體成形所能避免的。 圖 10 典型沖壓失效的模型樣品 3.4.矩形沖頭沖壓成形2mm厚的AZ61鎂合金 普遍認(rèn)為，AZ61鎂合金比AZ31更難成形，這是以為前者的含鋁量比后者多，兩個2mm厚的板料在295℃下拉深16mm，只有一個成功了。它的加工溫度比實際所需的溫度相對要低一些。結(jié)果進(jìn)一步說明了還有除了溫度之外的影響因數(shù)。 3.5.圓柱型沖頭沖壓成形2mm厚的AZ61鎂合金 用圓柱形沖頭沖壓成形深度為16mm深的18個工件中，在溫度范圍內(nèi)達(dá)到屈服的如下所示： Temperature range (8C) No. of test Yield 248–411 5 0 420–435 3 2 450–460 8 5 497–498 2 2 成功和失敗的結(jié)果從溫度中就可以很清楚的知道，但是有一個轉(zhuǎn)變區(qū)域溫度不是唯一的決定因數(shù)，潤滑作用，材料的預(yù)處理，凸凹模之間的間隙值等等都有可能成為影響因數(shù)。 4. 結(jié)論 AZ31和AZ61鎂合金板料成形在較高溫度下可以通過沖壓成形和氣壓成形兩種方法。溫度是決定成形是否成功的主要因數(shù)，也有第二影響因數(shù)，如潤滑，材料的預(yù)處理，沖壓速度，凸凹模間隙等等。氣壓成形技術(shù)從未應(yīng)用于鎂合金，但是很有運用的潛力，運用這項技術(shù)，控制氣壓是最重要的技術(shù)。成形深度較淺的工件所需要的氣壓的量和氣壓速率都比成形深度較大的工件要小，氣壓成形失效的模具主要出現(xiàn)在模具入口的中間相對較薄處，而沖壓成形的失效主要是出現(xiàn)在沖壓的邊緣部分。 文獻(xiàn) [1] N.A. El-Mahallawy, M.A. Taha, E. Pokora, F. Klein, On the influence of process variables on the thermal conditions and properties of high pressure die-cast magnesium alloys, J. Mater. Process. Technol. 73 (1998) 125–138. [2] A. Mwembela, E.B. Konopleva, H.J. McQueen, Microstructural development in Mg alloy AZ31 during hot working, Scripta Mater. 37 (11) (1997) 1789–1795. [3] H. Takuda, T. Yoshii, N. Hatta, Finite-element analysis of the formability of a magnesium-based alloy AZ31 sheet, J. Mater. Process. Technol. 89–90 (1999) 135–140. [4] H. Takuda, H. Fujimoto, N. Hatta, Modelling on flow stress of Mg–Al–Zn alloys at elevated temperatures, J. Mater. Process. Technol. 80–81 (1998) 513–516. 實習(xí)總結(jié) 2009年11月我到金工實習(xí)工廠實習(xí)，實習(xí)目的是通過理論聯(lián)系實際，鞏固所學(xué)的知識，提高處理實際問題的能力，為畢業(yè)設(shè)計的順利進(jìn)行做好充分的準(zhǔn)備，并為自己能順利與社會環(huán)境接軌做好準(zhǔn)備。下面是本人對這次畢業(yè)實習(xí)的總結(jié)： 首先，在工作中要有良好的學(xué)習(xí)能力，要有一套學(xué)習(xí)知識的系統(tǒng)，遇到問題自己能通過相關(guān)途徑自行解決能力。 因為在工作中遇到問題各種各樣，并不是每一種情況都能把握。在這個時候要想把工作做好一定要有良好的學(xué)習(xí)能力，通過不斷的學(xué)習(xí)從而掌握相應(yīng)技術(shù)，來解決工來中遇到的每一個問題。這樣的學(xué)習(xí)能力，一方面來自向師傅們的學(xué)習(xí)，向工作經(jīng)驗豐富的人學(xué)習(xí)。另一方面就是自學(xué)的能力，在沒有另人幫助的情況下自己也能通過努力，尋找相關(guān)途徑來解決問題。 其次、良好的人際關(guān)系是我們順利工作的保障。在工作之中不只是同技術(shù)、同設(shè)備打交道，更重要的是同人的交往。所以一定要掌握好同事之間的交往原則和社交禮儀。這也是我們平時要注意的。我在這方面得益于在學(xué)校學(xué)生會的長期的鍛煉，使我有一個比較和諧的人際關(guān)系，為順利工作創(chuàng)造了良好的人際氛圍。 另外在工作之中自己也有很多不足的地方。例如：缺乏實踐經(jīng)驗，缺乏對相關(guān)行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)掌握等。所在我常提醒自己一定不要怕苦怕累，在掌握扎實的理論知識的同時加強實踐，做到理論聯(lián)系實際。另一方面要不斷的加強學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)新知識、新技術(shù)更好的為人民服務(wù)。 通過這次畢業(yè)實習(xí)，把自己在學(xué)校學(xué)習(xí)的到理論知識運用到社會的實踐中去。一方面鞏固所學(xué)知識，提高處理實際問題的能力。另一方面為順利進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計做好準(zhǔn)備，并為自己能順利與社會接軌做好準(zhǔn)備。畢業(yè)實習(xí)是我們從學(xué)校走向社會的一個過渡，它為我們順利的走出校園，走向社會為國家、為人民更好服務(wù)做好了準(zhǔn)備。 湖南工學(xué)院2011屆畢業(yè)設(shè)計（論文）課題任務(wù)書 系： 機械工程系 專業(yè)：材料成型及控制工程 指導(dǎo)教師 劉春林 學(xué)生姓名 李政 課題名稱 空氣濾清器殼正、反拉深、沖孔復(fù)合模設(shè)計 內(nèi)容及任務(wù) 根據(jù)所給定的沖壓零件產(chǎn)品，設(shè)計出沖壓模具。主要內(nèi)容如下： 1、繪制產(chǎn)品零件圖。 2、繪制模具裝配圖。 3、繪制整套模具零件圖，標(biāo)準(zhǔn)件除外。 4、編寫設(shè)計說明書。 5、自選一個重要模具零件編制加工工藝路線，進(jìn)行相關(guān)的計算，并編制加工工藝卡和工序卡。 擬達(dá)到的要求或技術(shù)指標(biāo) 按照“湖南工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）工作管理規(guī)定”，本課題設(shè)計要求及技術(shù)指標(biāo)如下： （一）模具 1、保證規(guī)定的生產(chǎn)率和高質(zhì)量產(chǎn)品的同時，力求成本低、壽命長。 2、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，工藝性好，具有一定的創(chuàng)新性。 3、操作安全、方便，易于維修，便于管理。 4、在保證模具強度前提下，注意外形美觀，各部分比例協(xié)調(diào)。 （二）設(shè)計圖紙 1、模具繪圖布局合理，視圖完整、清晰，各項內(nèi)容符合標(biāo)準(zhǔn)要求。 2、設(shè)計圖紙應(yīng)符合學(xué)校的要求，不少于3張零號圖紙的結(jié)構(gòu)設(shè)計圖、裝配圖和零件圖，其中應(yīng)包含一張以上用計算機繪制的具有中等難度的1號圖紙，同時至少有折合1號圖幅以上的圖紙用手工繪制。 （三）設(shè)計說明書 1、資料數(shù)據(jù)充分，并標(biāo)明數(shù)據(jù)出處。 2、計算過程詳細(xì)、完全。 3、公式的字母含義應(yīng)標(biāo)明，有時還應(yīng)標(biāo)注公式的出處。 4、內(nèi)容條理清楚，按步驟書寫。 5、說明書按照學(xué)校的有關(guān)規(guī)定，編寫不少于12000字的設(shè)計說明書，同時上交電子文檔。 （四）其他要求 1、查閱到10篇以上與題目相關(guān)的文獻(xiàn) 2、翻譯一篇本專業(yè)外文文獻(xiàn)（10000個以上印刷符號），并附譯文。 進(jìn)度安排 起止日期 工作內(nèi)容 備注 4月2號至4月15號 4月15號至4月25號 4月25號至4月30號 5月2號至5月10號 5月10號至5月15號 5月15至25號 5月25至5月30號 6月1號至10號 英文文獻(xiàn)翻譯 收集資料 分析零件的工藝性 確定工藝方案 計算主要的工藝參數(shù) 模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計 編寫畢業(yè)設(shè)計說明書 繪制機械結(jié)構(gòu)零件圖及裝配圖 整理畢業(yè)設(shè)計 上交畢業(yè)設(shè)計 準(zhǔn)備畢業(yè)答辯 主要參考資料 [1]劉心治主編 冷沖壓工藝及模具設(shè)計 重慶大學(xué)出版社 2006 [2]《模具制造手冊》編寫組 模具制造手冊 機械工業(yè)出版社 1990 [3]吳宗澤主編 機械設(shè)計手冊（上冊 下冊） 機械工業(yè)出版社1998 [4]肖景容主編 沖壓工藝學(xué) 機械工業(yè)出版社 [5]模具制造手冊 機械工業(yè)出版社 1992 [6]鄭家賢主編 沖壓工藝與模具設(shè)計實用技術(shù) 機械工業(yè)出版社 2005 [7]鄭家賢.沖壓工藝模具設(shè)計實用技術(shù)[M].北京:機械工業(yè)出版社,2005. [8]沖模設(shè)計手冊編寫組.沖模設(shè)計手冊[M].北京:機械工業(yè)版社,2007 [9]周兆元主編 互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ) 機械工業(yè)出版社 2005 [10]王新華 袁聯(lián)富 編 沖模結(jié)構(gòu)圖冊 機械工業(yè)出版社 2003 教研室 意見 年 月 日 系主管領(lǐng)導(dǎo)意見 年 月 日 空氣濾清器殼正、反拉深、沖孔復(fù)合模設(shè)計 1 摘 要 模具是制造業(yè)的重要工藝基礎(chǔ)，在我國模具制造屬于專用設(shè)備制造業(yè)。本設(shè)計是 空氣濾清器殼反拉深、沖孔復(fù)合模設(shè)計，沖模的結(jié)構(gòu)性能直接反映了沖壓技術(shù)水平的 高低。選用材料時應(yīng)考慮模具的工作特性，受力情況，沖壓件材料性能，沖壓件的精 度，生產(chǎn)批量以及模具材料的加工工藝性能和工廠現(xiàn)有條件等因素。沖床的選用主要 是確定沖床的類型和噸位。板料冷沖壓加工是機械加工的一個重要組成部分。它應(yīng)用 十分廣泛。但由于傳統(tǒng)的加工存在著沖壓工藝方案選擇不合理、沖壓間隙選擇過大， 壓力機不相匹配等問題。本文就以空氣濾清器殼反拉深、沖孔復(fù)合模設(shè)計主要介紹了 沖壓模具設(shè)計的全過程： 1. 經(jīng)工藝分析工藝計算，間隙值的選擇，確定了該設(shè)計工藝流程及沖模結(jié)構(gòu)形 式。 2. 同時對所設(shè)計的模具分別進(jìn)行了分析說明， 3. 對壓力機做出了合理的選擇， 4. 整個過程采用 AutoCAD 軟件繪制模具的二維裝配圖和個別零件圖。 關(guān)鍵字：沖壓模；沖裁間隙；沖壓工藝 2 Abstract Board material cold to press , it processes to be machined one important component. It is very extensive that it employs . But because the choice with unreasonable choice and pressing the interval that traditional processing is pressing the craft scheme is too big, question of matching of the press. etc. This text presses The automobile rim falls the materal drawing compound mold with the main introduction of mold design to the clutch housing: 1. Calculate by analysis , craft by craft, interval choice of value, confirm this design technological process and structural form of trimming die. 2. Analyzed separately to moulds designed that explain at the same time , 3. Having made the rational choice to the press, 4. The whole course adopts AutoCAD software to draw the two-dimentional installation diagrams and specific part pictures of the mould . Key word: press the mould； the interval of blanking；press the craft 3 目 錄 1 前言 ..................................................................4 1．1 沖壓技術(shù)概述 .......................................................5 1．2 沖壓技術(shù)的發(fā)展趨勢 .................................................6 2 沖壓工藝分析 ..........................................................7 2．1 零件材料的分析 ......................................................7 2.2 零件工藝性的分析 .....................................................8 2.3 確定工藝方案和模具形式 ...............................................8 2．4 沖壓工序數(shù)確定 .....................................................10 2．5 模具類型的確定 .....................................................10 2．6 工藝方案分析 .......................................................11 3 模具結(jié)構(gòu)型式的確定 ....................................................11 4 部分工藝參數(shù)計算 .....................................................11 4．1 毛坯尺寸計算： .....................................................12 4．2 計算反拉深次數(shù) ....................................................12 5 各部分工藝力計算 .....................................................12 5．1 落料、正拉深力過程 .................................................12 5.2 反拉深過程 ..........................................................14 5.3 拉深功的計算 .......................................................14 6 凸、凹模結(jié)構(gòu)及工作部分主要尺寸計算 ...................................15 6．1 反拉深凸、凹模刃口尺寸及公差的計算 .................................15 6．2 沖孔凸、凹模刃口尺寸及公差的計算 ...................................15 6.3 沖孔凸模的設(shè)計 ......................................................16 6.4 拉深凹模的設(shè)計 ......................................................18 6.5 凸凹模（拉深凸模和沖孔凹模）設(shè)計 ....................................20 8.模具設(shè)計 ..............................................................23 8.1 模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計 ......................................................23 8.2 模具的閉合高度 ......................................................24 4 9 模具其它零件設(shè)計及計算 ...............................................24 9.1 沖模的導(dǎo)向裝置 ......................................................25 9.2 模架的類型及應(yīng)用 ....................................................26 9.3 定位裝置 ............................................................28 9.4 卸料裝置 ............................................................28 9.5 推件裝置的設(shè)計 ......................................................28 9.6 模柄的類型及選擇 ....................................................30 9.7 凸模固定板 ..........................................................31 9.8 墊板 ................................................................31 9.9 緊固件 ..............................................................32 9.10 定位銷 .............................................................32 10.模具的裝配 ...........................................................32 10.1 復(fù)合模的裝配 .......................................................32 10.2 凸、凹模間隙的調(diào)整 .................................................32 11. 模具零件 ............................................................33 12.凸凹模制造的工藝過程 .................................................34 13.設(shè)計總結(jié) .............................................................37 .參考文獻(xiàn) ...............................................................37 .致謝 ...................................................................38 5 1 前言 1．1 沖壓技術(shù)概述 沖壓是靠壓力機和模具對板材、帶材、管材和型材等施加外力，使之產(chǎn)生塑性變 形或分離，從而獲得所需形狀和尺寸的工件(沖壓件)的成形加工方法。沖壓和鍛造同 屬塑性加工(或稱壓力加工)，合稱鍛壓。沖壓的坯料主要是熱軋和冷軋的鋼板和鋼帶。 全世界的鋼材中，有 60～70%是板材，其中大部分是經(jīng)過沖壓制成成品。汽車的 車身、底盤、油箱、散熱器片，鍋爐的汽包、容器的殼體、電機、電器的鐵芯硅鋼片 等都是沖壓加工的。儀器儀表、家用電器、自行車、辦公機械、生活器皿等產(chǎn)品中， 也有大量沖壓件。 沖壓件與鑄件、鍛件相比，具有薄、勻、輕、強的特點。沖壓可制出其他方法難 于制造的帶有加強筋、肋、起伏或翻邊的工件，以提高其剛性。由于采用精密模具， 工件精度可達(dá)微米級，且重復(fù)精度高、規(guī)格一致，可以沖壓出孔窩、凸臺等。 冷沖壓件一般不再經(jīng)切削加工，或僅需要少量的切削加工。熱沖壓件精度和表面 狀態(tài)低于冷沖壓件，但仍優(yōu)于鑄件、鍛件，切削加工量少。 沖壓是高效的生產(chǎn)方法，采用復(fù)合模，尤其是多工位級進(jìn)模，可在一臺壓力機上 完成多道沖壓工序，實現(xiàn)由帶料開卷、矯平、沖裁到成形、精整的全自動生產(chǎn)。生產(chǎn) 效率高，勞動條件好，生產(chǎn)成本低，一般每分鐘可生產(chǎn)數(shù)百件。 沖壓主要是按工藝分類，可分為分離工序和成形工序兩大類。分離工序也稱沖裁， 其目的是使沖壓件沿一定輪廓線從板料上分離，同時保證分離斷面的質(zhì)量要求。成形 工序的目的是使板料在不破坯的條件下發(fā)生塑性變形，制成所需形狀和尺寸的工件。 在實際生產(chǎn)中，常常是多種工序綜合應(yīng)用于一個工件。沖裁、彎曲、剪切、拉深、脹 形、旋壓、矯正是幾種主要的沖壓工藝。 沖壓用板料的表面和內(nèi)在性能對沖壓成品的質(zhì)量影響很大，要求沖壓材料厚度精 確、均勻；表面光潔，無斑、無疤、無擦傷、無表面裂紋等；屈服強度均勻，無明顯 方向性；均勻延伸率高；屈強比低；加工硬化性低。 在實際生產(chǎn)中，常用與沖壓過程近似的工藝性試驗，如拉深性能試驗、脹形性能 試驗等檢驗材料的沖壓性能，以保證成品質(zhì)量和高的合格率。 模具的精度和結(jié)構(gòu)直接影響沖壓件的成形和精度。模具制造成本和壽命則是影響 沖壓件成本和質(zhì)量的重要因素。模具設(shè)計和制造需要較多的時間，這就延長了新沖壓 件的生產(chǎn)準(zhǔn)備時間。 模座、模架、導(dǎo)向件的標(biāo)準(zhǔn)化和發(fā)展簡易模具(供小批量生產(chǎn))、復(fù)合模、多工位 6 級進(jìn)模(供大量生產(chǎn)) ，以及研制快速換模裝置，可減少沖壓生產(chǎn)準(zhǔn)備工作量和縮短準(zhǔn) 備時間，能使適用于減少沖壓生產(chǎn)準(zhǔn)備工作量和縮短準(zhǔn)備時間，能使適用于大批量生 產(chǎn)的先進(jìn)沖壓技術(shù)合理地應(yīng)用于小批量多品種生產(chǎn)。 沖壓設(shè)備除了厚板用水壓機成形外，一般都采用機械壓力機。以現(xiàn)代高速多工位 機械壓力機為中心，配置開卷、矯平、成品收集、輸送等機械以及模具庫和快速換模 裝置，并利用計算機程序控制，可組成高生產(chǎn)率的自動沖壓生產(chǎn)線。 在每分鐘生產(chǎn)數(shù)十、數(shù)百件沖壓件的情況下，在短暫時間內(nèi)完成送料、沖壓、出 件、排廢料等工序，常常發(fā)生人身、設(shè)備和質(zhì)量事故。因此，沖壓中的安全生產(chǎn)是一 個非常重要的問題。 1．2 沖壓技術(shù)的發(fā)展趨勢 進(jìn)入 90 年代以來，高新技術(shù)全面促進(jìn)了傳統(tǒng)成形技術(shù)的改造及先進(jìn)成形技術(shù)的 形成和發(fā)展。21 世紀(jì)的沖壓技術(shù)將以更快的速度持續(xù)發(fā)展，發(fā)展的方向?qū)⒏油怀?“精、省、凈”的需求。 沖壓成形技術(shù)將更加科學(xué)化、數(shù)字化、可控化。科學(xué)化主要體現(xiàn)在對成形過程、 產(chǎn)品質(zhì)量、成本、效益的預(yù)測和可控程度。成形過程的數(shù)值模擬技術(shù)將在實用化方面 取得很大發(fā)展，并與數(shù)字化制造系統(tǒng)很好地集成。人工智能技術(shù)、智能化控制將從簡 單形狀零件成形發(fā)展到覆蓋件等復(fù)雜形狀零件成形，從而真正進(jìn)入實用階段。 注重產(chǎn)品制造全過程，最大程度地實現(xiàn)多目標(biāo)全局綜合優(yōu)化。優(yōu)化將從傳統(tǒng)的單 一成形環(huán)節(jié)向產(chǎn)品制造全過程及全生命期的系統(tǒng)整體發(fā)展。 對產(chǎn)品可制造性和成形工藝的快速分析與評估能力將有大的發(fā)展。以便從產(chǎn)品初 步設(shè)計甚至構(gòu)思時起，就能針對零件的可成形性及所需性能的保證度，作出快速分析 評估。 沖壓技術(shù)將具有更大的靈活性或柔性，以適應(yīng)未來小指量多品種混流生產(chǎn)模式及 市場多樣化、個性化需求的發(fā)展趨勢，加強企業(yè)對市場變化的快速響應(yīng)能力。 重視復(fù)合化成形技術(shù)的發(fā)展。以復(fù)合工藝為基礎(chǔ)的先進(jìn)成形技術(shù)不僅正在從制造 毛坯向直接制造零件方向發(fā)展，也正在從制造單個零件向直接制造結(jié)構(gòu)整體的方向發(fā) 展。 深入研究沖壓變形的基本規(guī)律、各種沖壓工藝的變形理論、失穩(wěn)理論與極限變形 程度等；應(yīng)用有限元、邊界元等技術(shù)，對沖壓過程進(jìn)行數(shù)字模擬分析，以預(yù)測某一工 藝過程中坯料對沖壓的適應(yīng)性及可能出現(xiàn)的質(zhì)量問題，從而優(yōu)化沖壓工藝方案，使塑 性變形理論逐步起到對生產(chǎn)過程的直接指導(dǎo)作用。 制造沖壓件用的傳統(tǒng)金屬材料，正逐步被高強鋼板、涂敷鍍層鋼板、塑料夾層鋼 板和其他復(fù)合材料或高分子材料替代。隨著材料科學(xué)的發(fā)展，加強研究各種新材料的 沖壓成形性能，不斷發(fā)展和改善沖壓成形技術(shù)。 7 在模具設(shè)計與制造中，開發(fā)并應(yīng)用計算機輔助設(shè)計和制造系統(tǒng)（CAD/CAM） ， 發(fā)展高精度、高壽命模具和簡易模具（軟模、低熔點金模具等）制造技術(shù)以及通用組 合模具、成組模具、快速換模裝置等，以適應(yīng)沖壓產(chǎn)品的更新?lián)Q代和各種生產(chǎn)批量的 要求。 推廣應(yīng)用數(shù)控沖壓設(shè)備、沖壓柔性加工系統(tǒng)（FMS） 、多工位高速自動沖壓機以 及智能機器人送料取件，進(jìn)行機械化與自動化的流水線沖壓生產(chǎn)。 精沖與半精沖、液壓成形、旋壓成形、爆炸成形、電水成形、電磁成形、超塑成 形等技術(shù)得到不斷發(fā)展和應(yīng)用，某些傳統(tǒng)的沖壓加工方法將被它們所取代，產(chǎn)品的沖 壓加工趨于更合理、更經(jīng)濟。 2 沖壓工藝分析 2．1 零件材料的分析 冷沖壓模具包括沖裁、彎曲、拉深、成形等各種單工序模和由這些基本工序組 成的復(fù)合模、級進(jìn)模等各種模具。設(shè)計這些模具時，首先要了解被加工材料的力學(xué)性 能。材料的力學(xué)性能是進(jìn)行模具設(shè)計時各種計算的主要依據(jù)。故在分析零件沖壓成形 工藝，設(shè)計沖壓模具前，必須要了解和掌握材料的一些力學(xué)性能，以便設(shè)計?，F(xiàn)將空 氣濾清器殼零件材料為 10 號鋼的力學(xué)性能主要參數(shù)及其概念敘述如下： （1）應(yīng)力：材料單位面積上所受的內(nèi)力，單位是 N/mm ，用 Pa 表示。 2 10 Pa=1MPa；1MPa = 1N/mm ；10 Pa = 1GPa。 6 2 9 （2）屈服強度 σs：材料開始產(chǎn)生塑性變形時的應(yīng)力值，單位是 N/mm 。彎曲、拉深、 2 成形等工序中，材料都是在達(dá)到屈服強度時進(jìn)行塑性變形而完成該工序的成形的。經(jīng) 查表取 σs = 210 MPa。 （3）抗拉強度 σb。材料受到拉深作用，開始產(chǎn)生斷裂時的應(yīng)力值，單位是 MPa。σb = 340MPa。 （4）抗剪強度 τb。材料受到剪切作用，開始產(chǎn)生斷裂時的應(yīng)力值，單位是 MPa。取 τb = 255～333MPa。 （5）彈性模量 E。材料在彈性范圍內(nèi)，表示受力與變形的指標(biāo)，彈性模量大，表示 材料受力后變形較小，或者說，產(chǎn)生一定的變形需要較大的力。E = 194 x 10 MPa。 3 （6）屈服比 σs/σb。是材料的屈服強度與抗拉強度之比，其值越小，表示材料允 許的塑性變形區(qū)越大，在拉深工序中，材料的屈服比較小時，所需的壓邊力和所需克 服的摩擦力相應(yīng)的減小，有利于提高成形極限。 （7）伸長率 δ。在材料性能實驗時，試件由拉伸試驗機拉斷后，對接起來測量長度， 8 其伸長量與原長度之比稱為伸長率，其數(shù)值用“％”表示，其數(shù)值越大表示材料的塑 性越好。經(jīng)查表可得，材料為 10 號鋼的伸長率 δ=31％。 綜上所述，對空氣濾清器殼零件材料 10 號鋼的力學(xué)性能分析，主要是為了便于 模具設(shè)計中各參數(shù)的計算，故在后序的模具設(shè)計中各參數(shù)的計算均以上面所取的數(shù)值 進(jìn)行計算。 2.2 零件工藝性的分析 沖壓件工藝性是指沖壓零件在沖壓加工過程中加工的難易程度。雖然沖壓加工工 藝過程包括備料—沖壓加工工序—必要的輔助工序—質(zhì)量檢驗—組合、包裝的全過程， 但分析工藝性的重點要在沖壓加工工序這一過程里。而沖壓加工工序很多，各種工序 中的工藝性又不盡相同。即使同一個零件，由于生產(chǎn)單位的生產(chǎn)條件、工藝裝備情況 及生產(chǎn)的傳統(tǒng)習(xí)慣等不同，其工藝性的涵義也不完全一樣。這里我們重點分析零件的 結(jié)構(gòu)工藝性。 該零件為空氣濾清器殼，結(jié)構(gòu)簡單，對稱，是典型的沖壓件。在沖壓過程中要注 意控制沖載程度，加工時，根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)，形狀等一些技術(shù)要求，應(yīng)考慮以下幾點： （1）凸、凹模間隙的確定：對于斷面垂直度、尺寸精度要求不高的零件，在保證零 件要求的前提下，應(yīng)以降低沖載力，提高模具壽命為主，采用大間隙；對于斷面垂直 度、尺寸精度要求較高的零件，應(yīng)選用較小的間隙值。間隙 Z=2t(1-h/t)tanβ。 （2）考慮模具刃口鈍利情況：當(dāng)模具刃口磨損成圓角變鈍時，刃口與材料接觸面積 增加，應(yīng)力集中效應(yīng)減輕，擠壓作用大，延緩了裂紋的產(chǎn)生，制件圓角大，光亮帶寬， 但裂紋發(fā)生點要由刃口側(cè)面向上移動，毛刺高度加大，即使間隙合理，也仍會產(chǎn)生毛 刺。 根據(jù)零件圖，初步分析可以知道空氣濾清器殼零件的沖壓成形需要多道工序才能 完成，進(jìn)行反拉深，形成外形尺寸形狀，其次沖孔。 綜上所述，空氣濾清器殼由原始毛坯沖壓成形應(yīng)包括的基本工序有：反拉深，沖 孔復(fù)合模等。 2.3 確定工藝方案和模具形式 在沖壓分析的基礎(chǔ)上，找出工藝與模具設(shè)計的特點與難點，根據(jù)實際情況提出各 種可能的沖壓工藝方案，內(nèi)容包括工序性質(zhì)，工序數(shù)目，工序順序及組合方式等，有 時同一種沖壓零件也可能存在多個可行的方案，通常每種方案各有優(yōu)缺點，應(yīng)從產(chǎn)品 質(zhì)量生產(chǎn)效率，設(shè)備占用情況，模具制造的難易程度和模具的使用壽命的高低，生產(chǎn) 成本，操作方便與安全程度等方面進(jìn)行綜合分析、比較，確定出適合于現(xiàn)有生產(chǎn)條件 的最佳方案，故在一定的條件下，以最簡單的方法，最快的速度，最少的勞動量，最 9 少的費用，可靠的加工出符合圖樣各項要求的零件，在保證加工質(zhì)量的前提下，選擇 經(jīng)濟合理的工藝方案。 確定工藝方案及模具形式： 1、根據(jù)對沖壓零件的形狀、尺寸、精度及表面質(zhì)量要求的分析結(jié)果，確定沖壓 所需的基本的工序，反拉深，沖孔復(fù)合。 2、根據(jù)初步工藝計算，確定工藝數(shù)目，如沖壓次數(shù)等。 3、根據(jù)個別工序的變形特點、質(zhì)量要求等確定工序順序。 一般可按照下列原則進(jìn)行： 1） 、對沖帶孔的或有缺口的沖裁件，如選用簡單模，一般先落料，再沖孔或切口， 使用級進(jìn)模，則先沖空孔或切口后落料 2） 、對于到孔的拉深件，一般先拉深，后沖孔，但孔的位置在零件底部且孔徑尺 寸要求不高時，也可先沖孔后拉深。 3） 、對于形狀復(fù)雜的拉深件，為便于材料變形和流動，應(yīng)先形成內(nèi)部形狀，再拉 深外部形狀。 4） 、整形或校平工序，應(yīng)在沖壓件基本成型以后進(jìn)行。 4、根據(jù)生產(chǎn)批量和條件（沖壓加工條件和模具制造條件）確定工序組合。生產(chǎn) 批量大時，沖壓工序應(yīng)盡可能組合在一起，用復(fù)合模具；小批量生產(chǎn)用單工序簡單 模。 由于離合器沖壓成形需要的多道工序完成，因此選擇合理的成形工藝方案十分重 要，考慮到生產(chǎn)批量大，應(yīng)在生產(chǎn)合格零件的基礎(chǔ)上盡量提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成 本。 要提高生產(chǎn)成本，應(yīng)該盡量選擇合理的工藝方案，選擇復(fù)合能復(fù)合的工序，但復(fù) 合程度太高，模具的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，安裝調(diào)試?yán)щy，模具成本高，同時可能降低模具的強 度，縮短模具壽命。 根據(jù)零件形狀確定沖壓工序類型和選擇工序順序，為了提高生產(chǎn)率，保證模具結(jié) 構(gòu)簡單，沖壓件尺寸穩(wěn)定、精度高，沖壓該零件的基本工序為反拉深，沖孔復(fù)合模。 圖 1.1 所示為空氣濾清器殼零件，材料為 10 號鋼，厚度為 t=2mm，大批量生產(chǎn)。 而冷沖壓是一種先進(jìn)的金屬加工方法，這是建立在金屬塑性變形的基礎(chǔ)上，利用模具 與沖壓設(shè)備對板料金屬進(jìn)行加工，以獲得所需要的零件形狀和尺寸。冷沖壓和切削加 工相比較，具有生產(chǎn)率高，加工成本低，材料利用率高，產(chǎn)品尺寸精度穩(wěn)定，操作簡 單，容易實現(xiàn)機械化和自動化等一系列優(yōu)點，特別適合大批量生產(chǎn)，因此，此零件的 生產(chǎn)選用沖壓加工較為經(jīng)濟合理。 10 圖 1 空氣濾清器殼 2．4 沖壓工序數(shù)確定 由零件圖（1.1） ，沖壓開始，毛坯材料應(yīng)先進(jìn)行落料工序，通過計算初步確定毛 坯的外形尺寸，落料件為圓形，壓力中心在圓心上，為典型的落料；落料之后包括了 正拉深、反拉深、沖孔、等工序；進(jìn)行拉深時，須用經(jīng)驗公式計算拉深系數(shù) m，判斷 是否可以一次拉深成形，通過驗算可知此零件可以一次拉深成形；然后在沖中心孔， 綜上可知，沖壓此零件主要有以下幾個基本工序： （1） 落料； （2） 正拉深； （3） 反拉深； （4） 沖中間孔； 2．5 模具類型的確定 沖壓生產(chǎn)的模具制造費用比較高，占沖壓件總成本的 10%~30%，甚至更高，所以 采用沖壓加工的生產(chǎn)方式，必須視生產(chǎn)批量決定采用何種模具形式，由表 2-8[2]： 生產(chǎn)批量與模具形式之間的關(guān)系，參考知，此工件為大批量生產(chǎn)，如果采用單工序模， 雖然單工序模具有結(jié)構(gòu)簡單，操作安全方便，模具使用壽命高，成本低等優(yōu)點，但最 主要是工序數(shù)較大，生產(chǎn)批量大，形狀較為復(fù)雜，采用單工序模很難達(dá)到精度要求， 且生產(chǎn)率低，位置誤差較大，故不采用單工序模；所以模具形式采用級進(jìn)模與復(fù)合模 較為合理，顯然此工件滿足沖壓工藝的要求，成形時包括了落料、反拉深、沖孔、壓 筋等工序，整形與車邊采用專用模具與車床進(jìn)行，且工件體積較大，拉深與壓筋都比 較容易實現(xiàn)，但由此工件的形狀分析知不適合采用級進(jìn)模。通過表 2-9[2]單工序模、 級進(jìn)模與復(fù)合模的比較，綜合考慮各種生產(chǎn)成本和經(jīng)濟性，確定此工件的沖壓成形模 具采用復(fù)合模具。 11 2．6 工藝方案分析 采用落料拉深沖孔復(fù)合模,把三個工序集中在一副復(fù)合模中完成，沒有中間取放件 過程，一次沖壓成形，能保證加工要求，且精度較高。 3 模具結(jié)構(gòu)型式的確定 通過以上工藝分析與工藝方案的確定，選定模具種類：落料模，拉深模，沖孔模 等，而落料與正拉深復(fù)合，反拉深與沖孔復(fù)合，整形為一套模具，總共為二套模具， 綜合上面的分析，畫出模具的結(jié)構(gòu)草圖： 圖 2 總裝配圖 4 部分工藝參數(shù)計算 12 4．1 毛坯尺寸計算： 由于拉深時材料厚度不均勻，機械性能有方向性，模具的間隙不均勻以及毛坯定 位不準(zhǔn)確等原因，拉深后工件的口部是不平齊的。為使工件整齊，應(yīng)切去不平的部分。 因而計算毛坯時應(yīng)在工件高度方向上加一修邊量 δ。根據(jù)零件的尺寸取修邊余量的 值為 2mm。查表 5—7， 《沖壓工藝與模具設(shè)計實用技術(shù)》 在拉深時，雖然拉深件的各部分厚度會發(fā)生一些變化，但如果采用適當(dāng)?shù)墓に嚧?施，則其厚度的變化量還是并不太大。在設(shè)計工藝過程時，可以不考慮毛坯厚度的變 化，為了便于計算把零件和毛坯分解成若干個簡單幾何體，分別求出其面積后相加。 毛坯的外徑與零件的外徑相等，都為 225，根據(jù)面積相等法可以算出平板材料第 一次正拉深之后毛坯的高度 h 為 54.27，寬度為 102. 4．2 計算反拉深次數(shù) 在考慮拉深的變形程度時，必需保證使毛坯在變形過程中的應(yīng)力既不超過材料的 變形極限，同時還能充分利用材料的塑性。也就是說，對于每道拉深工序，應(yīng)在毛坯 側(cè)壁強度允許的條件下，采用最大的變形程度，即極限變形程度。 極限拉深系數(shù)值可以用理論計算的方法確定。即使得在傳力區(qū)的最大拉應(yīng)力與在 危險斷面上的抗拉強度相等，便可求出最小拉深系數(shù)的理論值，此值即為極限拉深系 數(shù)。但在實際生產(chǎn)過程中，極限拉深系數(shù)值一般是在一定的拉深條件下用實驗的方法 得出的，我們可以通過查表來取值。 該工件反拉深為工件第 2 次拉伸，因此可以計算其拉深系數(shù)來確定拉深次數(shù)。 其反拉深系數(shù)為： 83.01//??Ddm 查表 4-1，m =0.72~0.74 之間，而 m> m ,所以反拉深過程可以一次拉深成功。2 2 5 各部分工藝力計算 5．1 落料、正拉深力過程 5.1.1 落料力 平刃凸模落料力的計算公式為 …………………………………………（1） ?kLtP? 式中 P— 沖裁力（N） L— 沖件的周邊長度（mm） t— 板料厚度（mm） 13 —材料的抗沖剪強度（MPa）? K— 修正系數(shù)。它與沖裁間隙、沖件形狀、沖裁速度、板料厚度、潤 滑情況等多種因素有關(guān)。其影響范圍的最小值和最大值在 （1.0～1.3）P 的范圍內(nèi)，一般 k 取為 1.25～1.3。 在實際應(yīng)用中，抗沖剪強度 的值一般取材料抗拉強度 的 0.7~0.85。為便于?b? 估算，通常取抗沖剪強度等于該材料抗拉強度 的 80%。即b ……………………………………………（2）b?8.0? 因此，該沖件的落料力的計算公式為 …………………………………………（3）bLtF??.31落 N3905.14? N706? 5.1.2 卸料力 一般情況下，沖裁件從板料切下以后受彈性變形及收縮影響。會使落料件梗塞在 凹模內(nèi)，而沖裁后剩下的板料則箍緊在凸模上。從凸模上將沖件或廢料卸下來所需的 力稱卸料力。影響這個力的因素較多，主要有材料力學(xué)性能、模具間隙、材料厚度、 零件形狀尺寸以及潤滑情況等。所以要精確地計算這些力是困難的，一般用下列經(jīng)驗 公式計算： 卸料力 ……………………………………（4）FK1?卸 式中 F—— 沖裁力(N) ——頂件力及卸料力系數(shù)，其值可查表。 1K 這里取 為 0.04。1 因此 NF4825?卸 5.1.3 拉深力 帶凸緣圓筒形零件的拉深力近似計算公式為 ………………………………………（5）tKdFbp??拉 式中 —圓筒形零件的凸模直徑（mm）pd —系數(shù)，這里取 1.0。FK —材料的抗拉強度（MPa）b? 因此 N18460?拉 5.1.4 壓邊力 14 壓邊力的大小對拉深件的質(zhì)量是有一定影響的，如果過大，就要增加拉深力，因 而會使制件拉裂，而壓邊圈的壓力過小就會使工件的邊壁或凸緣起皺，所以壓邊圈的 壓力必須適當(dāng)。合適的壓邊力范圍一般應(yīng)以沖件既不起皺、又使得沖件的側(cè)壁和口部 不致產(chǎn)生顯著的變薄為原則。壓邊力的大小和很多因素有關(guān)，所以在實際生產(chǎn)中，可 以根據(jù)近似的經(jīng)驗公式進(jìn)行計算。 ……………………………………（6）qdDQ)(420??? 式中 D—毛坯直徑（mm） d—沖件的外徑（mm） q—單位壓邊力（MPa） 這里 q 的值取 2.5。 所以 ……………………（7）??NQ54039.2).10(1942????? 5.2 反拉深過程 5.2.1 反拉深力 通常反拉深力要比正常拉深力大 20%。 即 ………………………………………（8）拉反 F2.1? 所以有 ………………………………………（9）2.KtdFb??反 5.039.5743?? N87620? 5.2.2 頂料力 逆著沖裁方向頂出卡在凹模里的料所需要的力叫頂料力，頂料力的經(jīng)驗計算公式 為： ………………………………………（10）FKD?頂 式中 F—沖裁力（N） —頂料力系數(shù)，這里查表取 0.04。D 所以有 1482?頂 5.3 拉深功的計算 拉深所需的功可按下式計算 15 …………………………………………（11）10maxhCPW? 式中 —最大拉深力（N）max h —拉深深度（mm） W—拉深功（N·m） C—修正系數(shù)，一般取為 C=0.6~0.8。 所以 N·m…………………………（1267941084.??? ） 6 凸、凹模結(jié)構(gòu)及工作部分主要尺寸計算 6．1 反拉深凸、凹模刃口尺寸及公差的計算： 由式 ……………………………（13） dDd?????0)75.( ……………………（14）2pCp?? 依據(jù)（P54， 《沖壓工藝模具學(xué)》 ） 以上各式中，查表可知 分別為+0.025、-0.035。間隙 C 查表（表 2—10） ，pd?、 《沖壓工藝模具學(xué)》 ） 有 …………………………（15）mtC2)(0.1?12.0)75.8???dD12.0? 08.)6.(??p 08.1? 6．2 沖孔凸、凹模刃口尺寸及公差的計算 對于圓行或-簡單規(guī)則形狀的沖裁件,采用凸凹模分別加工的方法,沖孔時,由于零 件孔尺寸為 16,根據(jù)沖孔時間隙取在凹模上,則首先確定基準(zhǔn)件凸模刃口尺寸 ,再pd 16 加上 便是凹模刃口尺寸。 minZ …………………（16）0)(pdp?????? ……………………（17）dZ0min 式中 ——沖孔凸、凹模刃口尺寸pd d —零件孔徑公稱尺寸（mm） ——零件制造公差(mm) = - =0??d?p ——最小合理間隙(mm) =0.120mm =0.016mmminZminZaxZ 、 —凹、凸模制造偏差,查《沖壓工藝學(xué)》表 2-6 其值分別為d?p +0.020、0.020 帶入數(shù)值可以算出 =16 =16.12 p02.?d02.? 采用凸凹模分別加工法,需要分別標(biāo)注凸凹模刃口尺寸及公差,為了保證合理間隙, 必 須滿足下列條件: | |+| | 。帶入數(shù)值校核間隙可知滿足要求.p?d?minaxZ 6.3 沖孔凸模的設(shè)計 6.3.1 凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計的三原則 為了保證凸模能夠正常工作，設(shè)計任何結(jié)構(gòu)形式的凸模都滿足如下三原則。 ① 精確定位 凸模安裝到固定板上以后，在工作過程中其軸線或母線不允許發(fā)生任何方向的移 位否則將造成沖裁間隙不均勻，降低模具壽命，嚴(yán)重時可造成啃模。 ② 防止拔出 回程時，卸料力對凸模產(chǎn)生拉伸作用。凸模的結(jié)構(gòu)應(yīng)能防止凸模從固定板中拔出 來。 ③ 防止轉(zhuǎn)動 對于工作段截面為圓形的凸模，當(dāng)然不存在防轉(zhuǎn)的問題?？墒菍τ谝恍┙孛姹容^ 簡單的凸模，例如長圓形、半圓形、矩形等，為了使凸模固定板上安裝凸模的型孔加 工容易，常常將凸模固定段簡化為圓形。這時就必須保證凸模在工作過程中不發(fā)生轉(zhuǎn) 動，否則將啃模。 以上三條原則主要是從凸模安裝固定方法考慮的。在設(shè)計各種凸模的時，應(yīng)注 意都要滿足這三條原則。 6.3.2 凸模的尺寸計算 凸模工作部分的尺寸計算，參見前面的主要工藝參數(shù)的計算。其他部分結(jié)構(gòu)寸的計 算如下： 17 （1）凸模長度 L 凸模長度 L 應(yīng)根據(jù)模具的結(jié)構(gòu)確定。采用固定卸料板和導(dǎo)尺時，凸模長度應(yīng)該 為： L=h +h +h +h123 式中 h ---固定板厚度（mm） h ---卸料板厚度（mm）2 h ---導(dǎo)尺厚度（mm）3 h---附加長度（mm） h 主要考慮凸模進(jìn)入凹模的深度，模具閉合狀態(tài)下，卸料板到凸模固定板間的安 全距離（15~20mm）以及總修磨量（4~6mm）等因素后確定。而本沖孔凸模為下固定板 加上外出部分。 一般情況下，凸模的強度是足夠的，不必作強度效核，但是，在凸模特別細(xì)長 或凸模的斷面尺寸很小而坯料厚度較大的情況下，必須進(jìn)行效核，對于本題的凸模， 凸模并不特別細(xì)長，所以不須進(jìn)行強度效核。 凸模外形尺寸形狀如下圖所示: 圖 3 凸模外形尺寸圖 凸模的外形尺寸已標(biāo)準(zhǔn)化，用以上方法求得的外形尺寸應(yīng)向接近的標(biāo)準(zhǔn)尺寸靠攏。故凸模尺 寸、強度和剛度足夠，一般不再進(jìn)行強度和剛度的核算。 6.3.3 凸模的結(jié)構(gòu)形式 當(dāng)沖裁形狀復(fù)雜，公差等級高，尺寸大或尺寸較小的零件時，可以采用鑲拼式凹 模，但對于此零件的沖裁其凹模結(jié)構(gòu)簡單，故采用整體式結(jié)構(gòu)。其凸模結(jié)構(gòu)圖如下圖 18 所示： 圖 4 沖孔凸模結(jié)構(gòu)形式圖 凸模的固定方法用過盈配合與下固定板固定，采用臺肩形式放入下固定板，且同時用 下模板頂住，具體的固定方法見裝配圖。 6.4 拉深凹模的設(shè)計 計算拉深凹模的工作尺寸的計算參見前面的主要工藝參數(shù)計算?，F(xiàn)將其它參數(shù)的計算介紹如 下： 6.4.1 拉深模的凹模圓角半徑 拉深時，材料只有經(jīng)過凹模圓角流入洞口內(nèi)才能形成工件的筒壁，所以 r 的大小 對拉深工作的影響非常大。 R 小時，材料流過它就困難，彎曲變形阻力，摩擦力，反向彎曲的校直力都大， 從而使拉深力增加，工件筒壁容易刮傷，變薄嚴(yán)重，甚至在危險斷面處拉破，同時， 材料對凹模的壓力增加，磨損增大，使模具的壽命降低。這樣，材料變形受限制，必 須采用較大的拉深系數(shù)。在生產(chǎn)上一般應(yīng)盡量避免采用過小的凹模圓角半徑。 R 太大時，拉深初期不與模具表面接觸的毛坯寬度加大，由于這部分材料不受壓 邊力作用，因而容易起皺。在拉深后期毛坯外緣也會早脫離壓邊作用而起皺，使拉深 件質(zhì)量不好，在側(cè)壁下部和口部都形成皺折。尤其當(dāng)毛坯的相對厚度小時，這個現(xiàn)象 更嚴(yán)重。 在不產(chǎn)生起皺的前提下，凹模圓角半徑越大越好。可按下面公式計算 r 的最小值。 r =0.8dtdD)(? 19 式中 D---毛坯直徑或上道工序拉深件直徑； d---本道工序拉深后的直徑； t---材料厚度。 以后各次拉深時，r 應(yīng)逐步減小，其值可按關(guān)系式 r 確定dn1)8.0~6(??ndr 式中 ---前次拉深的凹模圓角半徑；1?nd ---本次拉深的凹模圓角半徑。 經(jīng)計算反拉深凹模圓角半徑為 8mm。 拉深凸模的圓角半徑 r 凸對拉深工作也有影響。當(dāng) r 凸過小時，則角部彎曲變形 大，危險斷面容易拉斷。當(dāng) r 凸過大時，則毛坯底部的承壓面積減小，懸空部分加大， 容易產(chǎn)生底部的局部變薄和內(nèi)皺。 除最后一次拉深，凸模的圓角半徑 r 凸應(yīng)比凹模半徑略小，即：r 凸 =（0.6～1）r 凹，最后一次拉深時，凸模的 r 凸應(yīng)等于零件的內(nèi)圓半徑，但不得小 于材料厚度。如工件的內(nèi)圓角半徑要求小于料厚，則要有整形工序來完成。故在此設(shè) 計中取 r 凸=6mm。 6.4.2 拉深間隙 拉深間隙指拉深凸模與凹模之間的單面間隙，用 Z 表示。 （1） 模具間隙對拉深過程的影響 拉深模的凸模與凹模之間的單邊間隙 Z/2，影響拉深力與拉深件的質(zhì)量。 拉深模的凸、凹模間隙 Z/2 大，則摩擦小，能減小拉深力。但如果間隙過大，拉 深件的精度將不易控制，拉深后零件的高度將小于所要求的高度，零件成桶形。 拉深模的凸、凹模間隙 Z/2 小，則摩擦大，將增加拉深力，造成許用拉深系數(shù) m 值的增大。如果凸、凹模間隙 Z/2 小于拉深件的材料厚度，則將產(chǎn)生變薄拉深的效果， 使得拉深件的精度降低。 （2）拉深模具間隙的取向 A）除最后一道工序外，間隙的取向不作規(guī)定。 B）對于最后一道工序，當(dāng)工件外形尺寸要求一定時，以凹模為基準(zhǔn)，凸模尺寸 按凹模減小以取得間隙。當(dāng)工件內(nèi)形尺寸要求一定時，以凸模為基準(zhǔn)，凹模尺寸按凸 模放大以取得間隙。 C）淺拉深時，拉深間隙可取小些，深拉深時，則應(yīng)取大些。這是因為變形程度 越大，板厚的增厚量也越大。 D）多次拉深時，前幾次拉深可取較大的拉深間隙，以便使拉深順利進(jìn)行。最后 一次拉深則取較小的拉深間隙，以便獲得尺寸精度較高的拉深件。 E）在整形拉深時，如果要求工件的精度較高，例如 IT10～12 級，可取拉深間隙 稍小于板料厚度，常取 Z/2=（0.9～0.95）t。如果整形時只要求減小圓角半徑，拉 20 深間隙可稍大于板料厚度，例如取 Z/2=（1.05～1.1）t。 F）板料較軟時，可取較小的拉深間隙，因為軟料在凸模與凹模之間容易被擠薄， 可消除拉深過程已出現(xiàn)的微小皺折。相反，硬度則應(yīng)取較大的拉深間隙。 G）實際供應(yīng)的板料厚度可能與其公稱值相比較有較大的誤差，甚至超出板厚的 公差范圍。因此，如果成批生產(chǎn)拉深件的板料已經(jīng)購入，最好依據(jù)實測的板料厚度參 考上述原則確定合適的拉深間隙值。 （3） 拉深模具間隙的確定 根據(jù)以上對拉深間隙的取向原則和拉深間隙對拉深件的影響我們得知，拉深時， 不用壓邊圈拉深時，考慮到起皺的可能性，取間隙值為：Z=（1～1.1）t =3mm。max 6.5 凸凹模（拉深凸模和沖孔凹模）設(shè)計 6.5.1 凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計 （1）凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計的三原則 為了保證凸模能夠正常工作，設(shè)計任何結(jié)構(gòu)形式的凸模都滿足如下三原則。 ① 精確定位 凸模安裝到固定板上以后，在工作過程中其軸線或母線不允許發(fā)生任何方向的移 位否則將造成沖裁間隙不均勻，降低模具壽命，嚴(yán)重時可造成啃模。 ② 防止拔出 回程時，卸料力對凸模產(chǎn)生拉伸作用。凸模的結(jié)構(gòu)應(yīng)能防止凸模從固定板中拔出 來。 ③ 防止轉(zhuǎn)動 對于工作段截面為圓形的凸模，當(dāng)然不存在防轉(zhuǎn)的問題?？墒菍τ谝恍┙孛姹容^ 簡單的凸模，例如長圓形、半圓形、矩形等，為了使凸模固定板上安裝凸模的型孔加 工容易，常常將凸模固定段簡化為圓形。這時就必須保證凸模在工作過程中不發(fā)生轉(zhuǎn) 動，否則將啃模。 以上三條原則主要是從凸模安裝固定方法考慮的。在設(shè)計各種凸模的時，應(yīng)注 意都要滿足這三條原則。 6.5.2 拉深凸模結(jié)構(gòu) 根據(jù)以上凸模設(shè)計的三個原則，在設(shè)計拉深凸模時應(yīng)滿足這三個原則。在學(xué)習(xí)拉 深成形這一章節(jié)時我們知道，拉深凸模結(jié)構(gòu)比較簡單，可參見設(shè)計模具裝配圖，在此 僅就其結(jié)構(gòu)設(shè)計的一些要點作一簡要的介紹。首先每個拉深凸模需鉆一通氣孔，以防 當(dāng)工件脫離凸模時在凸模端頭與工件底之間的空間形成真空，增加額外的卸件力，嚴(yán) 重時會將工件底部抽癟。通氣孔直徑一般可在 3～8mm 之間選取，本設(shè)計取 6.5mm。 21 受鉆頭長度限制，一般很難從凸模工件端鉆通至固定端，這時可自工作端先鉆一深孔， 再從凸模側(cè)壁鉆孔與之相通，側(cè)孔中心線到凸模工作端只要稍大于拉深工序件的高度 就可達(dá)到通氣的目的。 其次要確定拉深凸模的固定方法，以便確定其固定端的結(jié)構(gòu)形式。對于順裝順出 件簡單拉深模，如果工件直徑與模柄直徑相差不大，常將凸模與模柄制成一體。如果 兩者直徑相差較大，或者拉深模有壓邊裝置，可將凸模固定板設(shè)計成凸緣式的，借助 固定板與上模板進(jìn)行連接。許多設(shè)計者喜歡采用下述方法固定拉深凸模：凸模固定端 不帶凸緣，以過渡配合直接嵌入到模座內(nèi)一定深度，并用螺釘聯(lián)接防止拔出。其優(yōu)點 是模具結(jié)構(gòu)比較的簡單，可省去銷釘和凸模固定板。但拉深凸模與模座的垂直度比凸 緣式凸模較差，因此不適用于較精密的拉深模。有利于較大的拉深凸模，從節(jié)省模具 鋼與便于熱處理考慮，可采用組合式的結(jié)構(gòu)。 凸凹模即拉深時為拉深凸模、沖孔時為沖孔凹模。在設(shè)計過程中綜合考慮。其一 些設(shè)計要點在這里不在敘述，凸凹模結(jié)構(gòu)圖如下所示： 圖 5 拉深凸模沖孔凹模結(jié)構(gòu)圖 7.壓力設(shè)備選擇 22 壓力機噸位的大小的選擇，首先要以沖壓工藝所需的變形力為前提。要求設(shè)備的 名義壓力要大于所需的變形力，而且還要有一定的力量儲備，以防萬一。從提高設(shè)備 的工作剛度、沖壓零件的精度及延長設(shè)備的壽命的觀點出發(fā)，要求設(shè)備容量有較大的 剩余。最新的觀點認(rèn)為，我們只需要使用設(shè)備的 60%-70%的容量，甚至 50%，即取工 藝變形力的 2 倍。 上述設(shè)備噸位的選擇原則，對于沖裁、彎曲等工序已不存在什么問題。但對于本 設(shè)計所使用的拉深，可能還不保險。因為拉深與沖裁不同，最大變形力不是發(fā)生在沖 床名義壓力的位置，而是發(fā)生在拉深成型的中前期，這時雖然最大變形力小于壓力機 的名義壓力，但最大變形力發(fā)生的位置遠(yuǎn)離名義壓力的位置而不保險。于是就需要用 到壓力機的許用力行程曲線。本次設(shè)計的工藝力行程曲線圖如圖 3.3 所示。 圖 6 圖中零點為滑塊的下死點，滑塊在距下死點 86mm 處開始沖壓零件。曲線 1 為落 料力的負(fù)荷曲線，曲線 2 為正拉深力的負(fù)荷曲線，曲線 3 為壓邊力的負(fù)荷曲線，曲線 4 為反拉深力的負(fù)荷曲線。曲線 5 為 1250KN 壓力機的許用力—行程曲線，P 點處為壓 23 力機到達(dá)公稱壓力的位置。其余卸料力和頂料力由于力不大，可以放在壓力機預(yù)留力 中考慮。 從圖中我們可以看出沖壓的最大總壓力，出現(xiàn)在離下死點 86mm 后就需達(dá)到，對 于這種落料拉深復(fù)合工序，選擇設(shè)備噸位尺寸時．既不能把以上幾個力加起來(再乘 個系數(shù)值)作為設(shè)備的噸位、也不能僅把落料力或拉深力加起來(再乘個系數(shù))作為設(shè) 備噸位。而應(yīng)該根據(jù)壓力機說明書中所給出的允許工作負(fù)荷曲線作出判斷和選擇。 對于本次設(shè)計的復(fù)合模，根據(jù)工藝力的大小和出現(xiàn)的位置，查表初選噸位為 1250KN。查表選擇壓力機，其主要具體參數(shù)如下 表 1 名稱 量值 公稱壓力 1600KN 滑塊行程 160mm 行程次數(shù) 40/次·1min? 最大封閉高度 450mm 封閉高度調(diào)節(jié)量 工作臺尺寸 柄孔尺寸 工作臺板厚 電動機功率 350mm 1120 710mm? 70×80mm? 130mm 15KW 8.模具設(shè)計 8.1 模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計 模具結(jié)構(gòu)形式的選擇采用反拉深、沖孔復(fù)合模，首先要考慮落料凸模（兼拉深凹 模）的 壁厚是否過薄。能夠保證足夠的強度，故采用復(fù)合模。 如前所述，模具設(shè)計包括模具結(jié)構(gòu)形式的選擇和設(shè)計，模具結(jié)構(gòu)參數(shù)計算，模具 圖的繪制等內(nèi)容?，F(xiàn)對反拉深、沖孔復(fù)合模設(shè)計步驟如下： 模具結(jié)構(gòu)如圖 7 所示 24 圖 7 正反拉深、沖孔復(fù)合模 如圖 7 所示，已經(jīng)正拉深過的材料送進(jìn)來后，壓力機加壓，滑塊夾著模柄帶動凸 凹模向下運動，準(zhǔn)備反拉深，當(dāng)?shù)竭_(dá)滑塊行程下死點之前 2mm 時，開始沖孔，沖孔凸 模不動，凸凹模繼續(xù)下走到達(dá)死點完成反拉深沖孔復(fù)合，至此零件加工成型。 8.2 模具的閉合高度 根據(jù)以上反拉深和沖孔復(fù)合模結(jié)構(gòu)圖可知，模具的閉合高度 hm 為： Hm=下模板厚度+上模板厚度+凸凹模長度+墊板+沖孔凸模高度-公共長度 =50+65+88+10+74-37 =250mm 查所選設(shè)備的參數(shù)；壓力機的最大的閉合高度為 360mm，最小閉合高度為 180 mm，則模具的裝模高度應(yīng)該滿足下式要求： Hmax-5 > hm Hmin+10………………………（12）? 即： 355> 250 190 故滿足設(shè)計要求。 9 模具其它零件設(shè)計及計算 25 9.1 沖模的導(dǎo)向裝置 沖模工作時，除了由壓力機滑塊對上模與下模進(jìn)行導(dǎo)向以外，還可單獨設(shè)置導(dǎo)向 裝置進(jìn)行導(dǎo)向，其主要作用如下： 1.模具在壓力機上安裝調(diào)整比較的方便。 2.沖制的工件質(zhì)量穩(wěn)定，沖裁間隙始終保持一致而不易發(fā)生變化，因此工件有較 好的互換性。 3.沖模不易損壞，故模具的壽命比無導(dǎo)向沖模高。 9.1.1 無導(dǎo)向沖裁 （1）無導(dǎo)向沖裁的條件 無導(dǎo)向沖裁是指沖裁模本身無導(dǎo)向裝置。沖裁時，壓力機滑塊的導(dǎo)向精度，即滑 塊橫向偏擺的最大距離將直接影響沖裁間隙的均勻程度。 無導(dǎo)向沖裁不啃模的條件是：在凸模與凹模單面間隙調(diào)整均勻的條件下，其值 應(yīng)不小于壓力機滑塊的導(dǎo)向精度。如果從保證沖裁件斷面質(zhì)量考慮，則單面沖裁間隙 允許的波動值，應(yīng)不小于壓力機滑塊的導(dǎo)向精度。 （2）無導(dǎo)向沖裁的應(yīng)用 無導(dǎo)向沖裁模的優(yōu)點是模具結(jié)構(gòu)簡單，裝配容易，成本降低。其缺點是沖裁過程 中沖裁間隙的波動將造成工件的質(zhì)量不穩(wěn)定，精度較低，并加速模具刃口的磨損，調(diào) 模間隙不好控制，會造成啃模事故。因此，無導(dǎo)向沖裁模的安全性較差。綜上所述， 在板料厚度大于 0.8～1mm。精度要求不高、生產(chǎn)批量較小的落料、沖孔等單工序生 產(chǎn)中，可以采用無導(dǎo)向裝置。 9.1.2 導(dǎo)板導(dǎo)向 （1）導(dǎo)板導(dǎo)向的特點 將固定卸料板式模具的固定卸料板與凸模制成小間隙配合，一般為 H7/h6，稱為 導(dǎo)板。導(dǎo)板的型孔按凸模刃口尺寸配作。導(dǎo)板的功用有兩個：一是在沖裁時起上模與 下模之間的導(dǎo)向作用；二是在回程時起卸料作用。 導(dǎo)板導(dǎo)向式?jīng)_裁模突出的優(yōu)點是使用時非常安全，可以說是所有沖裁中最安全的。 因為在使用過程中，始終不允許凸模與導(dǎo)板脫離。 （2）導(dǎo)板導(dǎo)向的應(yīng)用 導(dǎo)板式導(dǎo)向的應(yīng)用仍有很大的局限性。首先，由于凸模要兼作導(dǎo)向件，其截面 尺寸不能太小，以免受側(cè)向力而折斷，其截面也不應(yīng)太復(fù)雜。其次，由于使用中不允 許凸模與導(dǎo)板脫離，選用壓力機也受到了限制，只能使用行程可調(diào)沖床。而且導(dǎo)板導(dǎo) 向式?jīng)_裁模仍屬于固定卸料方式，也不適宜沖裁薄料。但對于板料厚度大于 0.8mm、 26 形狀較簡單的落料加工，采用導(dǎo)板導(dǎo)向式?jīng)_裁模，還是很適合的。 9.1.3 模架的導(dǎo)向 （1）模架導(dǎo)向的特點 普通模架由導(dǎo)柱、導(dǎo)套、上模座和下模座組成。從安全考慮，通常導(dǎo)柱安裝在 下模座，導(dǎo)套安裝在上模座。導(dǎo)柱與導(dǎo)套的配合面取圓柱面，以便容易加工成小間隙 配合，使模架的導(dǎo)向精度高于壓力機滑塊的導(dǎo)向精度。 采用模架進(jìn)行導(dǎo)向，不僅能保證上、下模的導(dǎo)向精度，而且能提高模具的剛性、 延長模具的使用壽命、使沖裁件的質(zhì)量比較穩(wěn)定、使模具的安裝調(diào)整比較容易。因此 在中小型沖模上廣泛采用