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