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1 目錄 外文翻譯 ..........................................................................2 緒論 ..............................................................................7 自行車支撐架的設計 ...............................................................10 1.1 沖裁件的工藝性分析 ...........................................................................................................................10 1.1.1 沖裁件的材料 .............................................................................................................................10 1.1.2 沖裁件的尺寸精度和表面粗糙度 .............................................................................................11 1.1.3 沖裁件的形狀和尺寸 .................................................................................................................11 1.2 零件沖裁工藝方案分析確定 ...............................................................................................................11 1.3 排樣的設計與計算 ...............................................................................................................................12 1.3.1 沖裁件展開尺寸的計算 .............................................................................................................12 1.3.2 沖裁件的排樣 .............................................................................................................................13 1.3.3 排樣圖的設計 .............................................................................................................................13 1.3.4 材料的利用率 .............................................................................................................................18 1.4 沖裁力和彎曲力的計算 .......................................................................................................................19 1.4.1 沖裁力計算 .................................................................................................................................19 1.4.2 彎曲力的計算 .............................................................................................................................20 1.5 壓力機設備的選用 ...............................................................................................................................20 1.6 主要工作部分尺寸計算 .......................................................................................................................21 1.6.1 凸、凹模間隙值的確定 .............................................................................................................21 1.6.2 凸、凹模刃口尺寸計算 .............................................................................................................21 1.7 模具結構的設計 ...................................................................................................................................22 1.7.1 凸模、凹模結構的設計 .............................................................................................................22 1.7.2 卸料裝置的設計 .........................................................................................................................25 1.8 導料系統(tǒng)的設計 ...................................................................................................................................27 1.8.1 導正釘 .........................................................................................................................................28 1.8.2 托料裝置 .....................................................................................................................................29 1.9 限位裝置 ...............................................................................................................................................29 設計小結 .........................................................................30 參考文獻 .........................................................................32 2 外文翻譯 冷沖模具使用壽命的影響 冷沖模具的使用壽命是以沖制出的工件數(shù)量來計算的。影響冷沖模 壽命的因素很多。主要有模具結構設計、制造模具所用凸模和凹模的材 料、模具的熱處理質量與表面強化、沖模零件的制造精度和冷沖壓材料 的選取。除此之外，還有沖模的安裝、調整、使用以及維修等。 1．模具設計對壽命的影響 (1)排樣設計的影響排樣方法與搭邊值對模具壽命的影響很大，過 小的搭邊值，往往是造成模具急劇磨損和凸、凹?？袀闹匾?。從 節(jié)約材料出發(fā)，搭邊值愈小愈好，但搭邊值小于一定數(shù)值后，對模具壽 命和剪切表面質量不利。在沖裁中有可能被拉人模具問隙中，使零件產 生毛刺，甚至損壞模具刃口，降低模具壽命。因此，在考慮提高材料利 用率的同時，必須根據零件產量、質量和壽命，確定排樣方法和搭邊值。 (2)凹模結構的影響對容易產生應力集中而開裂的凹模結構，可以 采用組合結構或鑲拼結構，以及預應力結構，從而提高模具使用壽命。 (3)間隙的影響當間隙過小時，壓縮擠壓利害，摩擦力增大，磨損 增大，側面的磨損加劇，沖裁后卸料和推件時，材料與凸、凹模之間的 摩擦還將造成刃口側面的磨損比端面的磨大大，同時也容易造成凸、凹 模溫度很高，把金屬碎屑吸附在刃口側面，形成金屬瘤，使凸、凹模出 現(xiàn)崩刃或脹裂現(xiàn)象。因此，過小的間隙對模具壽命極為不利。間隙太大， 3 會增加凸模與凹模端面邊緣的集中應力，致使壓應力急劇增加，于是刃 口邊很快屈服變形而失去棱角。因此又增加了沖裁力，進而使刃口邊更 快磨損，降低模具壽命。但為了減小凸、凹模的磨損，延長模具使用壽 命，在保證沖裁件質量的前提下，設計時適當采用較大間隙是十分必要 的。 (4)模具導向結構對壽命的影響可靠的導向對于減小工作零件的磨 損，避免凸、凹?？袀欠浅Ｓ行У摹Ｌ貏e對無問隙或小問隙沖裁模、 復合模和多工位級進模更為重要。為提高模具壽命，必須根據工序和零 件精度要求，正確選擇導向形式和導向精度，所選擇導向精度應高于凸、 凹模的配合精度。 (5)冷沖壓材料選取的影響冷沖壓材料應滿足制件的設計要求和沖 壓工藝要求，否則容易損傷模具，降低模具使用壽命。冷沖壓材料表面 質量不好，沖壓時制件易破裂，也易擦傷模具。冷沖壓材料塑性不好， 變形量小，沖壓時制件易破裂，也易擦傷模具。另外，材料的厚度公差 應符合國家標準。因為一副沖模適用于一定材料的厚度，成形、彎曲、 翻邊、引伸模具的凸、凹模結構間隙是直接根據材料厚度來確定的。所 以材料厚度不均勻，會導致廢品產生和模具損壞。 2．模具材料對模具壽命的影響 模具材料對模具壽命的影響是模具材料性質、化學成分、組織結構、 硬度和冶金質量等的綜合反映。其中，材料性質和熱處理質量影響最為 明顯。模具材料性質對模具壽命的影響是很大的。如將同一種工件，使 用不同的模具材料做彎曲試驗，試驗結果：用 9Mn2V 材料，其壽命為 5 4 萬次；用 Crl2MoV 滲氮，其壽命可達 40 萬次。因此，在選用材料時， 應根據制件的批量大小，合理選用模具材料。模具工作零件的硬度對模 具壽命的影響也很大。但并不是硬度愈高、模具壽命愈長。這是因為硬 度與強度、韌性及耐磨性等有密切的關系。有的沖模要求硬度高，壽命 長。如采用 T10 鋼制造沖模，硬度為 54～58HRC，只沖幾千次，制件毛 刺就很大。如果將硬度提高到 60～64HRC，則刃磨壽命可達 2～3 萬次。 但如果繼續(xù)提高硬度，則會出現(xiàn)早期斷裂。有的沖模硬度不宜過高，如 采用 Crl2MoV 制造凹模硬度為 58～62HRC 時，一般壽命為 2—3 萬件， 失效形式是崩刃和開裂以及如果將硬度降到 54～58HRC，壽命提高到 5～6 萬件，但硬度降低到 50～53HRC 會出現(xiàn)凹模刃口易磨鈍現(xiàn)象。由此 可見，模具硬度必須根據材料性質和失效形式而定。應使硬度、強度、 韌性及耐磨性、耐疲勞強度等達到特定沖壓工序所需要的最佳配合。 3．模具的熱處理質量與表面強化對壽命的影響 模具的熱處理質量對模具的性質與使用壽命影響很大。實踐證明， 模具工作零件的淬火變形與開裂，使用過程中早期斷裂，雖然與材料的 冶金質量、鍛造質量、模具結構及加工有關，但與模具的熱處理關系更 大。根據模具失效原因的分析統(tǒng)計，熱處理不當引起的失效占 50％ 以 上。實踐證明，高級的模具材料必須配以正確的熱處理工藝，才能真正 發(fā)揮材料的潛力。模具工作零件表面強化處理的目的，是獲得外硬內韌 的效果，從而得到硬度、耐磨性、韌性、耐疲勞強度的良好配合。模具 表面強化處理方法很多，表面處理的新技術工藝發(fā)展很快。除氮碳共滲 和離子氮化、滲硼、滲鈮、滲釩、表面鍍硬鉻和電火花強化外，化學氣 5 相沉積(CVD)和物理氣相沉積(PVD)已逐步采用。經 CVD 和 PVD 處理后， 模具表面覆蓋一層超硬物質，如 TiC、TiN 等。硬度極高、耐磨性、耐 蝕性、抗黏合性很好，可提高模具壽命幾倍到幾十倍。 Die Life of cold stamping die and influence Die with the life of the workpiece by punching out the number of terms. Many factors affect the life Die. There are die structure design, manufacture molds used in the punch and die materials, die quality and surface hardening heat treatment, precision die manufacturing parts and cold stamping materials selection. In addition, there are die installation, adjustment, use and maintenance. 1. Die Design on Life (1) Layout design of layout methods and take the boundary value a great impact on the die life, too small to take the boundary value, often causing rapid wear and convex mold, die bite wounds on the. Starting from material savings, take the boundary value smaller the better, but take the edge is less than some value, the cut surface of the mold and the quality of life adversely. There will be left behind in the blanking die Q-gap were to produce spare parts glitch, or even damage the die edge, reduce die life. Therefore, consider increasing the material utilization of the same time, parts must yield, quality and life expectancy to determine the layout methods and take the boundary. (2) die structure prone to stress concentration on the cracking of the die structure, composite structure can be used or mosaic structure, and prestressed structure to enhance the mold life. (3) the impact of clearance when the gap is too small, compressed extrusion of interest, increased friction, increased wear, the wear side of aggravated discharge and push pieces after blanking time, materials and convex, the friction between die will cause wear and tear than the end edge on the side of the grinding much, but also easily lead to convex, concave mold temperature is high, the adsorption of metal debris in the side edge to form a metal tumor, so that male and female die chipping or expansion occurs crack phenomenon. Therefore, the gap is too small to Die Life very bad. Gap is too large will increase the punch and the die face the edge of the concentration of stress, resulting in a sharp increase in stress, so blade edge quickly lose angular yield deformation. Therefore, addition of blanking force, thereby enabling faster edge edge wear, reduce die life. But in order to reduce the male and female die wear, extending mold life, while ensuring quality of stamping pieces under the premise that larger space designed properly it is necessary. (4) Die-oriented structure of the life of a reliable guide for the 6 working parts reduce wear, prevent male and female die bite wound is very effective. In particular, non-small-Q gap Q gap or Die, compound die and multi-position progressive die even more important. To improve the die life, must be based on processes and the demand of precision, the correct choice-oriented form and orientation accuracy, the choice should be higher than the accuracy-oriented convex, concave mold with precision. (5) the impact of cold stamping materials, cold stamping materials selected should meet the design requirements of workpieces and stamping process requirements, or easy to mold damage and reduce mold life. Poor surface quality of cold stamping, punching, cracking when the workpiece is also easy to scratch mold. Bad cold stamping plastic materials, deformation is small, easy to press when the workpiece rupture, but also easy to scratch mold. In addition, the material thickness tolerances shall comply with national standards. Die because of a certain thickness of material suitable for forming, bending, flanging, drawing die of the male and female die structure gap is directly determined by the thickness of the material. Therefore, uneven thickness, will result in waste generation and mold damage. 2. Die Die Life of Die Die Life of a mold material properties, chemical composition, structure, hardness and comprehensive reflection of metallurgical quality. Among them, the material properties and heat treatment affect the quality of the most obvious. Mold material properties on the impact of die life is great. If the same workpiece, using a different mold material of the bending test, the test results: The 9Mn2V material, the life of 5 million; with Crl2MoV nitriding, the life of up to 40 million. Therefore, the choice of materials, the batch size should be based on workpiece, rational use of mold materials. The hardness of the die parts to Die Life a great impact. But not the higher hardness, longer die life. This is because the hardness and strength, toughness and abrasion resistance are closely related. Some die demands of high hardness, long life. Such as the use of T10 steel dies, hardness 54 ~ 58HRC, only washed thousands of times a burr on the workpiece great. If the hardness to 60 ~ 64HRC, the grinding life of up to 2 to 3 million. However, if continue to improve hardness, fracture occurs earlier. Some die hardness should not be too high, as the die manufacturing using Crl2MoV 58 ~ 62HRC hardness, the general life of 2-3 million, invalid form of chipping and cracking, and if the hardness down to 54 ~ 58HRC, life expectancy increased to 5 ~ 60 000, but decreased to 50 ~ 53HRC hardness appears easy to blunt the die edge phenomenon. Thus, mold hardness must be based on material properties and failure modes may be. Should enable the hardness, strength, toughness and wear resistance, resistance to fatigue strength needed to achieve a particular stamping process the best match. 3. The surface of the mold heat treatment to strengthen the quality and 7 impact on life Mold heat treatment the nature and quality of life of the mold a great impact. Practice shows that the die parts of the quenching distortion and cracking, early fracture during use, while the metallurgical and materials quality, forging quality, mold structure and process related, but related more to die of heat treatment. According to statistical analysis of failure causes of mold, heat treatment failure due to improper accounting for more than 50%. Practice shows that the mold material must be accompanied by high heat treatment process properly, can really play a material's potential. Parts surface hardening mold work purpose is to obtain the effect of external hard tough inside, so be hardness, wear resistance, toughness, good resistance to fatigue with. Many ways to die surface hardening, surface treatment technology of new technologies developed rapidly. In addition to Nitrocarburizing and ion nitride, boride, seepage niobium, vanadium permeability, hard chrome plated and spark strengthening, the chemical vapor deposition (CVD) and physical vapor deposition (PVD) has been gradually adopted. By CVD and PVD treatment, the mold surface covered with super-hard material, such as TiC, TiN, etc.. High hardness, wear resistance, corrosion resistance, adhesion is very good, can improve the die life several times to several times. 8 緒論 （1）模具行業(yè)發(fā)展前景分析 模具作為產品制造的基礎工藝裝備，又是集精密制造、計算機技術、 智能控制和綠色制造等高新技術為一體的高新技術產品，以及在制造業(yè) 中的重要地位和作用，在全國人大通過的《國民經濟和社會發(fā)展第十二 五個五年規(guī)劃綱要》的第三篇“轉型升級提高產業(yè)核心競爭力”中明確 “提升模具等基礎零部件水平”作為制造業(yè)發(fā)展重點方向。在我國，重 工業(yè)發(fā)展是經濟發(fā)展的一大組成部分，其中，模具產業(yè)又是重工業(yè)中的 重中之重，因此，模具產業(yè)的發(fā)展對我國經濟的發(fā)展有這非凡的意義。 9 由于各種產品的材質、外觀、規(guī)格及用途的不同，模具分為鑄造模、 鍛造模、壓鑄模、沖壓模等非塑膠模具，以及塑膠模具等。我國工業(yè)的 迅速發(fā)展，特別是汽車制造業(yè)和 IT 制造業(yè)的發(fā)展，拉動了我國模具行 業(yè)的迅速壯大，模具檔次的提高，精良的模具制造裝備為我國模具行業(yè) 的技術水平提升提供了保障. 近年來，我國模具企業(yè)加工水平得到很大提高，出口創(chuàng)匯能力大大 增強，既在國內市場抵抗住境外廠商的擠壓，又在國際市場上表現(xiàn)出較 強的競爭力。但與此同時，國內模具企業(yè)在發(fā)展過程中也曝露出一些問 題，一是規(guī)模偏小，二是技術偏低，三是涉及領域狹窄，四是對相關行 業(yè)影響帶動能力不大。綜合以上因素，國內模具制造業(yè)總體效益還沒有 發(fā)揮出最好水平，其在國名經濟中的基礎性作用尚不明顯。為了扭轉以 上情況，國內模具制造也要想在國際市場發(fā)揮更大影響，必須加強. 專家分析，從 1997 年開始，隨著汽車、裝備制造業(yè)、家用電器的 高速增長，中國國內模具市場的需求開始顯著增長。雖然到 2006 年中 國模具工業(yè)總產值已達 516 億元，但屬“大路貨”的沖壓模具、壓鑄模 具等約占總量的 80％。已經進入中國的少量外資模具企業(yè)開始生產各種 高精大多功能模具，但目前仍供不應求。 目前中國汽車模具潛在市場十分巨大。質量好的沖壓模具在汽車整 車等行業(yè)供不應求；壓鑄模具在汽車零部件、裝備制造業(yè)等行業(yè)需求激 增；注塑模具在家用電器等行業(yè)發(fā)展?jié)摿σ埠艽蟆Ａ硗?，特種模具也有 較大的發(fā)展前景。 （2）發(fā)展趨勢分析 10 隨著新興學科的出現(xiàn)及材料加工學科與相關學科的交叉，必將促進 板材成形技術更快的發(fā)展，對于板材，其總的發(fā)展趨勢如下 1．節(jié)能 節(jié)省能源已是新時期經濟發(fā)展的一個重要課題，也是板材成形的發(fā) 展方向。其主要途徑一個是在傳統(tǒng)能源利用中，通過減低拘束系數(shù)、降 低流動應力和減少接觸面積等方法減少成形力；另一個途徑就是新能源 的開發(fā)利用。 2．精密 “近凈成形”技術可有效地減少后續(xù)加工，節(jié)省原材料，降低生產 成本，已成為材料加工中的重點發(fā)展方向。 3．柔性 為了滿足未來社會產品多樣化的需求和不確定的市場環(huán)境，柔性化 成形技術將是一個重要的發(fā)展方向。柔性成形技術對產品變化有很強的 適應性，可高效、低耗地滿足多種產品的需求。 4．綠色 隨著制造業(yè)的發(fā)展，綠色環(huán)保將是材料成形技術面臨的重要課題。 減少和消除成形過程中對環(huán)境的污染是綠色制造的主要內容之一。 5．信息化、智能化 現(xiàn)代計算機技術、信息技術不但促進傳統(tǒng)成形技術的發(fā)展，而且不 斷產生新的特種成形技術。計算機模擬仿真技術、 CAD/CAM/CAE/CAPP/PDM 技術在成形技術中的大量應用已經使工藝設計、 模具設計與制造更加科學化、自動化。變形預測、組織預測已經成為可 11 能。成形技術已從“經驗型”逐漸走向科學化、信息化和智能化。 網上相關報道較少，由于影響板料彎曲的因素多而復雜，因素之間 還存在耦合關系，再加之產品品種繁多，因此理論解析十分困難，長期 依靠設計者的經驗和反復試制。對板料彎曲的計算機輔助設計尚處于初 級階段，大多僅僅是經驗公式計算機化的工作，可靠性低。而將有限元 法這種解決工程技術問題的可靠工具引入板料彎曲的研究，可以高效且 準確的分析成型過程、檢驗工模具、設計結果，大大降低工模具設計成 本和風險。因此，采用有限元法模擬板料彎曲成形過程，并與計算機輔 助工藝相結合構筑基于理論、經驗和數(shù)值模擬的穩(wěn)健計算機輔助專家系 統(tǒng)是板料彎曲研究發(fā)展的趨勢。 自行車支撐架的設計 12 1.1 沖裁件的工藝性分析 1.1.1 沖裁件的材料 該產品零件選用的材料為 Q235 碳素結構鋼的一種，其價格低廉， 工藝性能（如焊接性和冷成形性）優(yōu)良，主要用于一般的工程結構件和 普通的機械零件。 1.1.2 沖裁件的尺寸精度和表面粗糙度 從產品圖可以看出，所有尺寸及表面粗糙度均沒有特殊要求，故未 注公差為 IT14 級. 1.1.3 沖裁件的形狀和尺寸 零件外形對稱，結構簡單，由圖可知，產品零件孔與孔之間的距離 c 大于 1.5t（3） ，孔與零件邊緣之間的壁厚 c1大于 t(2)皆滿足沖裁條 件。 1.2 零件沖裁工藝方案分析確定 該零件包括沖孔，彎曲和落料三個基本工序，從工序可能的集中與 分散，工序間的組合來看可以有以下幾種方案： ⑴先落料，再沖孔，后彎曲采用單工序模生產 ⑵落料-沖孔復合沖壓，再彎曲采用復合模生產 ⑶沖孔，彎曲再落料（或切斷）采用級進模生產 13 方案⑴模具結構簡單，但需要三道工序，三套模具才能完成零件的 加工，生產效率較低，難以滿足零件大批量生產的需求。如果使用單工 序模則會使模具制造周期增長，不利于提高生產效率；為了提高生產效 率，主要采用復合沖裁和級進沖裁方式。由于該產品有折彎要求，方案 ⑵不能一次性保證孔與折彎邊緣的距離。因此，采用方案⑶既能滿足尺 寸精度又能高效生產。 綜上所述，采用方案⑶一套級進模生產，可連續(xù)完成切邊，沖孔， 彎曲等工序。生產效率高，易于實現(xiàn)自動化，操作安全方便，適宜大批 量生產，工件的精度也能滿足要求。同時，采用自動送料裝置，保證步 距準確，提高效率。 1.3 排樣的設計與計算 1.3.1 沖裁件展開尺寸的計算 該沖裁件的展開圖如圖所示 14 按彎曲件毛坯展開長度計算公式 r>0.5t(1) 查《沖壓工藝與模具設計》表 3.3.3 得 x=0.42 12?tr??mxtrlL 5.16458.16??? ? 1.3.2 沖裁件的排樣 設計多工位級進模時，首先要設計條料排樣圖，這是設計多工位級 進模的主要依據。條料的排樣圖一旦確定了，也就確定了以下幾方面： ⑴被沖制零件各部分在模具中的沖制順序 ⑵模具的工位數(shù)，及其作業(yè)內容 ⑶確定了被沖零件的式樣﹙單排、雙排、多排﹚方位﹙正排、斜排﹚ 等。并反應出材料的利用率 ⑷確定了模具步距的公稱尺寸和定距方式 15 ⑸條料的寬度，條料紋向與送料方向的關系 ⑹條料載體的設計形式 ⑺基本上確定了模具的結構 多工位級進模條料設計得好壞，對模具設計的影響是很大的。排樣 圖設計錯誤，會導致制造出的模具無法沖制零件。 一般在設計多工位級進模條料排樣圖時，要拿出多種排樣方案，加 以比較、歸納、綜合、最后得出一個最佳方案。多工位級進模條料排樣 圖設計是否是最佳方案，首先要看工位分布是否合理；條料是否在連續(xù) 沖壓過程中暢通無阻；是否便于使用、制造、維修和刃磨；是否經濟合 理。 1.3.3 排樣圖的設計 條料排樣圖直接關系到級進模設計，因此在設計排樣圖時，主要需 考慮到以下幾個因素。 ⑴送料方式：高速沖壓的多工位級進模，用自動送料機構送料，用 導正釘精確定距；手工送料則多用側刃粗定距，用導正釘精確定距 ⑵沖壓零件形狀分析：每一個沖壓零件都有它的一些特點，因而在 設計條料排樣時，必須對這些特點加以分析、研究。 ⑶模具的具體結構和加工工藝性：在設計條料排樣圖的同時，必須 考慮模具的具體結構，要把每一個環(huán)節(jié)，每一個具體部分的裝配關系， 裝配順序，以至對每部分的加工方案等都要考慮全面。這樣，設計出來 的條料排樣圖才能夠指導模具設計。 16 ⑷被加工材料：多工位級進模對被加工材料的要求都是很嚴格的。 在設計排樣圖時，對材料的供料狀態(tài)、被加工材料的機械性能、材料的 厚度、條料寬度與材料紋向、材料利用率等都要給予全面考慮。 ⑸正確安排側刃孔與導正釘孔：導正釘孔與導正釘?shù)奈恢玫陌才艑?于多工位級進模的精確定位是很關鍵的。 ⑹分段沖切過程零件形狀連接方式的選擇：多工位級進模的分段切 除的排樣圖，其連接方式基本上可以分為三種：即搭接、平接和切接。 搭接最有利于保證沖件的連接質量，因此在分段切除過程中絕大部分都 采用搭接連接方式。 ⑺載體：條料載體是條料在送料過程中，經過不斷的沖切余料，條 料內連接沖壓零件運載前進的這部分材料稱為條料載體。條料載體分為： 雙側載體、單側載體和中間載體三個基本形式。 ⑻工位的確定與空位工位：在劃分工位時，對零件要求比較高的部 位，應盡量集中在一個工位一次沖壓完成為好，以避免步距誤差影響精 度要求。對于一個零件的兩個彎曲部分有尺寸精度要求時，則彎曲部分 也應當在同一工位一次加工成形。這樣不僅保證了尺寸精度，并且能夠 準確地保持成批零件加工后的一致性。在排樣圖中，增設空工位的目的 是為了保證模具有足夠的強度，確保模具的使用壽命，或是為了便于模 具設置特殊結構。 ⑼各種沖壓工序在條料排樣圖設計中的順序原則：在一般冷沖模設 計中，各種沖壓工序之間的順序關系已形成一定規(guī)律。但是在多工位級 進模連續(xù)沖壓時，常有一些不同之處，如果在設計條料排樣圖時，沒有 17 很好的掌握這些特點和內在關系，會使模具的設計與制造走彎路，甚至 影響模具順利沖制和沖壓零件的質量。在本設計屬于沖裁彎曲多工位級 進模，應先沖切掉孔和彎曲部分的外形余料，在進行彎曲。 條料排樣的主要內容： 1.將各工序內容進行優(yōu)化組合形成一系列工序組，并對工序組排序； 2.確定工位數(shù)和每一工位的加工工序內容； 3.確定載體類型； 4.毛坯定位方式； 5.設計導正孔直徑和導正銷的數(shù)量； 6.繪制工序排樣圖。 排樣設計應遵循的原則 多工位級進模的排樣，除了遵守普通沖模的排樣原則外，還應考慮 如下幾點： 1)可制作沖壓件展開毛坯樣板(3～5 個)，在圖面上反復試排，待初 步方案確定后，在排樣圖的開始端安排沖孔、切口、切廢料等分離工位， 再向另一端依次安排成形工位，最后安排制件和載體分離。在安排工位 時，要盡量避免沖小半孔，以防凸模受力不均而折斷。 2)第一工位一般安排沖孔和沖工藝導正孔。第二工位設置導正銷對 帶料導正，在以后的工位中，視其工位數(shù)和易發(fā)生竄動的工位設置導正 銷，也可在以后的工位中每隔 2～3 個工位設置導正銷。第三工位根據 沖壓條料的定位精度，可設置送料步距的誤送檢測裝置。 18 3)沖壓件上孔的數(shù)量較多，且孔的位置太近時，可分布在不同工位 上沖出孔，但孔不能因后續(xù)成形工序的影響而變形。對相對位置精度有 較高要求的多孔，應考慮同步沖出，因模具強度的限制不能同步沖出時， 后續(xù)沖孔應采取保證孔相對位置精度要求的措施。復雜的型孔，可分解 為若干簡單型孔分步沖出。 4)為提高凹模鑲塊、卸料板和固定板的強度和保證各成形零件安裝 位置不發(fā)生干涉，可在排樣中設置空工位，空工位的數(shù)量根據模具結構 的要求而定。 5)成形方向的選擇(向上或向下)要有利于模具的設計和制造，有利 于送料的順暢。若有不同于沖床滑塊沖程方向的沖壓成形動作，可采用 斜滑塊、杠桿和擺塊等機構來轉換成形方向。 6)對彎曲和拉深成形件，每一工位變形程度不宜過大，變形程度較 大的沖壓件可分幾次成形。這樣既有利于質量的保證，又有利于模具的 調試修整。對精度要求較高的成形件，應設置整形工位。 7)為避免 U 形彎曲件變形區(qū)材料的拉伸，應考慮先彎成 45°，再彎 成 90°。 8)在級進拉深排樣中，可應用拉深前切口、切槽等技術，以便材料 的流動。 9)壓筋一般安排在沖孔前，在凸包的中央有孔時，可先沖一小孔， 壓凸后再沖到要求的孔徑，這樣有利于材料的流動。 10)當級進成形工位數(shù)不是很多，制件的精度要求較高時，可采用壓回 條料的技術，即將凸模切入料厚的 20～35%后，模具中的機構將被切制 19 件反向壓入條料內，再送到下一工位加工，但不能將制件完全脫離帶料 后再壓入。 查《沖壓工藝與模具設計》表 2.5.2 確定搭邊值： 兩工件間的搭邊 工件與邊緣的搭邊m0.2a1? m2.a? 為保證沖模剛度，工件間搭邊值 ，工件與邊緣的搭邊m4a1?0.3a? 則： 送料步距： H740?? 條料的寬度: mDB5.1a2 20 1.3.4 材料的利用率 在沖壓零件的成本中，材料的費用約占 60%以上，因此材料的經濟 利用具有非常重要的意義。沖壓件在條料或板料上的布置方法為排樣。 不合理的排樣會浪費材料，衡量排樣經濟性的指標是材料的利用率，可 用下式計算： 式中%1010??ABSS? —材料利用率? S—工件的實際面積 S0—所用材料面積，包括工件面積和廢料面積 一個步距內材料的利用率是： %615.4723901%10????ABSS? 板料規(guī)格擬選用 2.0mm×900mm×1800mm 若用縱裁：裁板條數(shù) 每條個數(shù)247180b1??n ????65.1490a12 ????hBn 每板個數(shù) 若用橫裁：裁板條數(shù)1461??nz 每條個數(shù)5.41A????27a12 21 每板個數(shù) ，142212???nz 因為 ，所以材料的總利用率：1zn?%5.8108906.34%SAz ???? 1.4 沖裁力和彎曲力的計算 1.4.1 沖裁力計算 計算沖裁力的目的是為了合理的選用沖壓設備，設計模具和檢驗模 具的強度。壓力機的噸位必須大于所計算的沖裁力，以適應沖裁的需求。 采用平刃沖裁模，其沖裁力 按下式計算 pF?tLKFp? 為材料抗剪切強度， ； 為沖裁周邊總長， ； 為材料厚?aMPLmt 度， ； 系數(shù) 是考慮到沖裁模刃口的磨損、凸模與凹模間隙的波mpK 動、潤滑情況、材料力學性能與厚度公差的變化等因素而設置的安全系 數(shù)，一般取 1.3。當查不到材料抗剪切強度 時，可用抗拉強度 代替 ，?b?? 此時 1?pKKNtLF10364.7085.3???? 卸料力計算： K—卸料力系數(shù)，其值為 0.02-0.06（薄料取pQF 大值，厚料取小值） p2.012.0 1.4.2 彎曲力的計算 彎曲力是設計彎曲模和選擇壓力機噸位的重要依據，特別是在彎曲 板料較厚、彎曲變形程度較大，材料強度較大時，必須對彎曲力進行計 22 算。由于影響彎曲力的因素較多，如材料的性能、零件形狀、彎曲方法、 模具結構、模具間隙和模具工作表面質量等。因此，用理論分析的方法 很難準確計算彎曲力。生產中常用經驗公式概略計算彎曲力，作為設計 彎曲工藝過程和選擇沖壓設備的依據。 trKBFbZ???27.0 Fz為沖壓行程結束時的自由彎曲力，N K 為安全系數(shù)，一般取 1.3; b 為彎曲件的寬度,mm; t 為彎曲材料的厚度,mm; r 為彎曲件的內彎曲半 徑,mm; 為材料的強度極限，MPab?KNtrKFZ 2.185.137207.7.02 ???? 綜上所述，總的壓力為： tFZQP 1096.4.32.0?? 1.5 壓力機設備的選用 由于級進模的特點，為防止設備超載，可按公稱壓力的原則選取壓 力機。根據以上數(shù)據，查《沖壓模具設計手冊》選定壓力機為： 壓力機的型號：JD21-100 公稱壓力/KN：1000 滑塊固定行程 /mm：10-120 工作臺尺寸 /mm：600×1000 行程次數(shù)﹙次/mm﹚：75 最大閉合高度/mm：400 封閉高度調節(jié)量/mm：75 1.6 主要工作部分尺寸計算 1.6.1 凸、凹模間隙值的確定 凸模、凹模間間隙對沖裁件質量、沖裁工藝力、模具壽命都有很大 23 的影響。因此，設計模具時一定要選擇一個合理的間隙，以保證沖裁件 的斷面質量、尺寸精度滿足產品的要求，所需沖裁力小，模具壽命高。 但分別從質量、沖裁力、模具壽命等方面的要求確定合理的間隙并不是 同一個數(shù)值，只是彼此接近?？紤]到模具制造中的偏差及使用中的磨損， 生產中通常只選擇一個適當?shù)姆秶鳛楹侠黹g隙，只要間隙在這個范圍 內就可沖出良好制件，這個范圍的最小值為最小合理間隙 ，最大值minC 為最大合理間隙 ?？紤]到模具在使用過程中的磨損使間隙增大，故maxC 設計與制造新模具時要采用最小合理間隙值 。根據材料的厚度查表min 2.2.3 得，沖裁模初始雙面間隙 Z246.0min?Zax360.? 1.6.2 凸、凹模刃口尺寸計算 沖裁件的尺寸精度主要取決于模具刃口的尺寸精度，模具的合理間 隙值也要靠模具刃口尺寸及制造精度來保證。正確確定模具刃口尺寸及 其制造公差，是設計沖裁模的主要依據之一。 確定凸、凹模刃口尺寸的原則： ⑴考慮落料和沖孔的區(qū)別，落料件的尺寸取決于凹模，因此落料模 應先決定凹模尺寸，用減小凸模尺寸來保證合理間隙；沖孔件的尺寸取 決于凸模，因此沖孔模應先決定凸模尺寸，用增大凹模尺寸來保證合理 間隙。 ⑵考慮刃口的磨損對沖件尺寸的影響；刃口磨損后尺寸變大，其刃 口的基本尺寸應接近或等于沖件的最小極限尺寸；刃口磨損后尺寸減小， 其刃口的基本尺寸應接近或等于沖件的最大極限尺寸。 24 ⑶考慮沖件精度與模具精度間的關系，在選擇模具制造公差時，既 要保證沖件的精度要求，又要保證有合理的間隙值。 在本設計中，由于凸模除了標準的圓形凸模以外，均為直通式和臺 肩式的異形凸模。故為了設計的簡便起見，凸凹模的刃口尺寸計算部分 忽略。設計中的刃口尺寸按照：凸模尺寸按板料的各孔的尺寸來確定， 凹模尺寸按對應凸模的尺寸加上一個單邊間隙 0.1mm 來確定。 1.7 模具結構的設計 1.7.1 凸模、凹模結構的設計 凸模和凹模直接擔負著沖壓工作。由于加工性質的不同，凸模與凹 模的形狀、結構也不同。多工位級進模一般含有兩種或兩種以上的沖壓 工藝，凸模和凹模數(shù)量之多是可想而知的。要使之能夠