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防止活塞銷冷擠壓工藝中出現(xiàn)流動(dòng)缺陷的新方法 D.J.Lee ,D.J.Kim, B.M.Kim 精密機(jī)械工程系，研究生院，釜山國(guó)家大學(xué)，釜山，韓國(guó) 機(jī)械設(shè)計(jì)工程部門，研究生院，釜山國(guó)家大學(xué)，釜山，韓國(guó) 機(jī)械工程系，工程研究中心，釜山國(guó)家大學(xué)，釜山，韓國(guó)編號(hào)3 Janjeon-董，Kumjeong-顧，釜山609-735，韓國(guó) 摘要： 這份報(bào)告主要研究的是作為汽車零部件之一的活塞銷的流動(dòng)缺陷。在聯(lián)合冷擠壓制活塞銷的工藝中，起皺就是一種流動(dòng)缺陷，它是由死金屬區(qū)引起的。具有這種缺陷的部件帶有很明顯的外部特征，特征是被一微小而且厚的塊狀物嵌入材料中，這種缺陷對(duì)保證尺寸精度和降低材料損失是不利的，活塞銷的這種缺陷對(duì)于其強(qiáng)度和疲勞壽命也有不利的影響。因此，在工藝設(shè)計(jì)的早期預(yù)測(cè)并防止這種缺陷是非常重要的。防止其產(chǎn)生的最好方法就是通過(guò)控制材料流動(dòng)來(lái)限制或減少死金屬區(qū)。有限元模擬分析方法被應(yīng)用于流動(dòng)缺陷研究分析當(dāng)中，這份研究報(bào)告提出了通過(guò)去除死金屬區(qū)防止產(chǎn)生流動(dòng)缺陷的新工藝方法——有限元分析法。將有限元分析的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果做比較，結(jié)果表明有限元分析的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符合。 關(guān)鍵詞： 流動(dòng)缺陷；活塞銷釘；材料流動(dòng)控制；前后雙向冷擠壓；死金屬區(qū)；有限元分析 1、序言 冷加工是一種及其重要而且經(jīng)濟(jì)的加工方法，尤其對(duì)于大批量制件的加工，其優(yōu)點(diǎn)更為突出。由于冷加工具有高的成品率、精確的尺寸精度、良好的表面光潔度，優(yōu)良的機(jī)械加工性和冶金工藝性等優(yōu)點(diǎn)，因此冷加工是工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中應(yīng)用最為廣泛的零件加工工藝。 冷鍛制件廣泛應(yīng)用于飛機(jī)制造、摩托車、螺母和螺栓等生產(chǎn)制造。但是，冷鍛制件也有可能產(chǎn)生缺陷，這主要取決于金屬材料的變形過(guò)程、成形加工的外部條件和材料的流動(dòng)方式等?？裳由斓牧鸭y缺陷是由材料的引應(yīng)力狀態(tài)和變形過(guò)程引起的；流動(dòng)缺陷是由不穩(wěn)定的材料流動(dòng)引起的；低的尺寸精度是由低的模具尺寸精度和摩擦情況引起的，總之，鍛壓制件的缺陷主要包括兩類，分別是內(nèi)部缺陷和外部缺陷。 這些缺陷危害到產(chǎn)品的質(zhì)量和制造成本，因此，在工藝設(shè)計(jì)中的早期預(yù)防是非常重要的。利用有限元分析法中的不同可用標(biāo)準(zhǔn)來(lái)研究大型鍛件的可延伸裂紋缺陷。KIM和KIM對(duì)兩道加強(qiáng)筋進(jìn)行冷擠壓件的內(nèi)部和外部缺陷研究，并還在進(jìn)行一種防止產(chǎn)生這些缺陷的加工工藝設(shè)計(jì)。 這份報(bào)告是一份關(guān)于汽車活塞銷產(chǎn)生的缺陷的測(cè)試報(bào)告，而這種活塞銷是采用前后雙向聯(lián)合擠壓的方式支撐的。這份報(bào)告中也提出了新的工藝方法可在工藝設(shè)計(jì)的早期防止產(chǎn)生流動(dòng)缺陷，而這些新工藝方案是通過(guò)有限元分析研究得出的，實(shí)驗(yàn)證明，這些新工藝方案是可行的。 2、成形工藝與缺陷形成分析 2.1、成形工藝 活塞銷是汽車零部件當(dāng)中用來(lái)連接活塞與曲軸的并傳遞動(dòng)力的部件，當(dāng)采用冷沖壓制活塞銷時(shí)，設(shè)計(jì)要求必須保證前后雙向沖壓時(shí)具有相同的高度并且不能出現(xiàn)鍛壓缺陷，因?yàn)榛钊N在周期性大載荷作用下工作。制作活塞銷的材料是AISI-4135H合金鋼，它具有如下材料流動(dòng)性 σ＝768.06*ε0.139 ，潤(rùn)滑措施是采用潤(rùn)滑油類的磷鍍?cè)诨钊N表面進(jìn)行潤(rùn)滑，經(jīng)試驗(yàn)測(cè)試摩擦系數(shù)M為0.1。 加工活塞銷釘以前用的是多步驟加工法（如圖3所示），前兩步通過(guò)導(dǎo)圓角和沖出非圓形的基準(zhǔn)孔等預(yù)處理工序來(lái)減少缺陷的產(chǎn)生，從而可以提高尺寸精度和模具壽命，第三步和第四步相同，分別是從前后雙向沖出圓形的腹板，最后一步是修整工序，從而得到活塞銷的形狀，然而，用普通加工方法加工的結(jié)果顯示：第三步的早期會(huì)在腹板部位形成缺陷，更嚴(yán)重的是在缺陷產(chǎn)生的部位出現(xiàn)了一種不一致的流動(dòng)形式，這種形式是一種非常壞的流動(dòng)形式的延伸 圖1 活塞銷釘?shù)男螤詈统叽? 圖2 活塞銷釘?shù)牧鲃?dòng)缺陷 圖3活塞銷釘傳統(tǒng)的形成過(guò)程 2.2用有限元分析預(yù)測(cè)缺陷的產(chǎn)生 塑性變形組織分布和有效應(yīng)力對(duì)比圖的應(yīng)用，暗示著有限元精密塑造程序在成形與缺陷分析領(lǐng)域中的商業(yè)價(jià)值。最初的坯料直徑為30mm，深度為61mm，最終成品的體積為43.118，這種成形工藝看上去類似于普通加工結(jié)果。 最大的裂縫值可以結(jié)算出斷裂缺陷產(chǎn)生的可能性，在這個(gè)沖壓過(guò)程中，其大小只有0.08mm，而且分布在坯料和沖床活塞沖頭接觸的端部。因此，可以避免流動(dòng)缺陷的產(chǎn)生，因此這種缺陷并不能產(chǎn)生可延展的裂紋。金屬流動(dòng)的流線圖是由Altan和Knoerr提出的，他們正在從事這種缺陷的分析研究，隨著沖頭沖壓深度的增加，劇烈變動(dòng)的流線出現(xiàn)了不同的流動(dòng)速度，從而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)中缺陷的產(chǎn)生（如圖5所示）。 所以金屬流動(dòng)只出現(xiàn)在第四步的反向沖壓而不出現(xiàn)在正向沖壓，并且在靠近腹板處的金屬被拔起形成一條筋，很像是重疊缺陷，因此，活塞銷的流動(dòng)缺陷產(chǎn)生并發(fā)展的原因是：正反沖壓時(shí)由于死金屬區(qū)域產(chǎn)生而造成的金屬流動(dòng)速度的不同，這種現(xiàn)象在像活塞銷這種薄壁件沖出尺寸精度高，材料損耗少的孔的制件中是非常明顯的。對(duì)于活塞銷這類工作溫度高，載荷大而且為交變載荷的零件來(lái)說(shuō)，這種流動(dòng)缺陷的產(chǎn)生會(huì)對(duì)其強(qiáng)度和疲勞壽命產(chǎn)生有害的影響。因此，有必要研究一種新工藝來(lái)防止產(chǎn)生流動(dòng)缺陷。 圖4有效的負(fù)荷和裂縫價(jià)值的關(guān)系 圖5金屬流動(dòng)和速度的關(guān)系 3.防止缺陷的工藝分析與設(shè)計(jì) 流動(dòng)缺陷產(chǎn)生的原因是金屬限制死金屬區(qū)域的流動(dòng)。為了在傳統(tǒng)工藝中早期的沖壓部位(第三步)消除死金屬區(qū)，正沖壓或反沖壓工藝被改為聯(lián)合正反沖壓工藝，這種工藝在兩個(gè)完全相反的方向上同時(shí)進(jìn)行同樣地動(dòng)作。由于正反兩向不同的沖壓率和沖壓長(zhǎng)度，要使兩個(gè)方向上同時(shí)完成材料流動(dòng)是很困難的，因此在提前完成材料流動(dòng)就會(huì)出現(xiàn)傳統(tǒng)工藝一樣出現(xiàn)的死金屬區(qū)。 因此，在活塞銷成形這種情況下，兩個(gè)方向的沖壓率和沖壓長(zhǎng)度都是1.89和51mm。目前，一項(xiàng)關(guān)于活塞銷的沖壓長(zhǎng)度的調(diào)查研究正在進(jìn)行開模正反沖壓工藝的分析，兩個(gè)方向上的沖壓長(zhǎng)度是不同的，正向沖壓長(zhǎng)度長(zhǎng)為24.9mm，反向沖壓長(zhǎng)度如圖6所示要比正向的短。 反向金屬流動(dòng)必須強(qiáng)制性的被限制才能滿足設(shè)計(jì)要求，而這就意為著死金屬區(qū)會(huì)產(chǎn)生。因此，要想在兩個(gè)方向上得到相同的沖壓長(zhǎng)度，提出了三種控制金屬流動(dòng)的方法，這三種方法都不同程度的強(qiáng)制限制金屬流動(dòng)。 圖6反向沖壓長(zhǎng)度 3.1 改變初加工的形狀 在正反雙向沖壓之前，為了保證從腹板中心處起正反兩個(gè)方向的沖壓長(zhǎng)度相等，就得要求初加工要將反向沖壓筋的長(zhǎng)度設(shè)計(jì)與雙向沖壓長(zhǎng)度24.9mm有所不同。圖7展示了這種改進(jìn)的工藝的結(jié)果，圖8展示了在這種情況下采用正反雙向沖壓工藝時(shí)最后一步中金屬的流動(dòng)。從模擬實(shí)驗(yàn)的結(jié)果可以得出，兩個(gè)方向的沖壓筋的長(zhǎng)度都是51mm，這恰好滿足設(shè)計(jì)要求和活塞銷的尺寸要求。另外，死金屬區(qū)的金屬流動(dòng)形式相同，而不像采用普通加工時(shí)會(huì)產(chǎn)生流動(dòng)缺陷，而且在兩個(gè)方向上的流動(dòng)速度也是連續(xù)變化的，這就意為著金屬流動(dòng)在整個(gè)過(guò)程中是一致的，不會(huì)出現(xiàn)限制其流動(dòng)的死金屬區(qū)。 圖七 多級(jí)樣板的修改過(guò)程 圖八金屬網(wǎng)的流動(dòng) 3.2 驅(qū)動(dòng)沖壓模膛 驅(qū)動(dòng)模膛工藝被用來(lái)控制金屬流動(dòng)從而滿足設(shè)計(jì)要求，這種設(shè)備采用向相反方向運(yùn)動(dòng)的模膛先與已經(jīng)沖壓成形的一側(cè)接觸（如圖9所示），這樣就有助于加快后沖壓方向上的金屬流動(dòng)而減慢先沖壓方向上的金屬流動(dòng)速度，采用這種工藝制作的活塞銷，由于反方向沖壓提前完成，而此時(shí)活塞正沿著這個(gè)方向移動(dòng)從而增加了金屬沿著這個(gè)方向的流動(dòng)，這個(gè)工藝的首要變化因素是沖頭與活塞的相對(duì)速率和金屬材料與活塞之間的摩擦條件。 在這個(gè)研究中，由于摩擦系數(shù)m＝0.1（在毛胚材料和模膛之間），模擬實(shí)驗(yàn)只與相對(duì)速率這一變量有關(guān)。如果相對(duì)速率小于滿足同時(shí)成型最合適的速率，則在反向方向上的沖壓過(guò)程就會(huì)比正向沖壓提前完成，這樣的話就會(huì)像采用普通加工一樣在相同部位產(chǎn)生流動(dòng)缺陷，相反，如果相對(duì)速率大于最適宜的速率，則正向沖壓過(guò)程就會(huì)比反向沖壓過(guò)程提前完成，這樣就會(huì)在相反地部位產(chǎn)生缺陷。 因此，為了滿足設(shè)計(jì)要求，采用半分法可以找出最佳的相對(duì)速率，從結(jié)果來(lái)看，最佳的相對(duì)速率是0.48，圖10和11顯示了相對(duì)速率分別為0.1 、0.48、1.0時(shí)采用一次沖壓變形過(guò)程和金屬流動(dòng)情況。圖11（c）顯示了當(dāng)采用最佳相對(duì)速率0.48時(shí)的金屬流動(dòng)形式，它記錄了一個(gè)可以防止缺陷產(chǎn)生的流動(dòng)形式。 圖9軸向移動(dòng)的箱體示意圖 圖10根據(jù)相對(duì)速度比率變化的活塞銷釘形態(tài) 圖11根據(jù)相對(duì)速度比率比較的金屬 3.3 修改模具結(jié)構(gòu) 這種被提出的修改模具結(jié)構(gòu)的工藝可以限制金屬在反方向上的流動(dòng)，而在這個(gè)方向上容易提前完成變形，從而可以實(shí)現(xiàn)在兩個(gè)方向上同時(shí)完成變形，采用這種工藝時(shí)，為了能在兩個(gè)方向上同時(shí)完成變形過(guò)程而得到相同的變形長(zhǎng)度，卸料器又被設(shè)計(jì)者重新采用，它是一種使沖頭從制件中抽出的裝置。如果采用普通加工工藝中的固定式卸料器，則由于材料流動(dòng)受到限制，會(huì)出現(xiàn)死金屬區(qū)，而此時(shí)產(chǎn)生的部位與采用雙向沖壓時(shí)產(chǎn)生在中間位置不同。 因此，一種利用彈簧彈力的結(jié)構(gòu)可以推遲金屬材料沿反方向的流動(dòng)。圖12顯示了這種模具結(jié)構(gòu)，采用這種方法，選用合適的彈簧彈力對(duì)于滿足變形同時(shí)完成的要求來(lái)講是很重要的，因而有限元模擬可以計(jì)算出這種必要地彈力。從模擬結(jié)果來(lái)看，需要給卸料器施加5噸的彈力。圖13展示了這種工藝下金屬流動(dòng)形式，與其它改進(jìn)的工藝方法相比，這種工藝在死金屬區(qū)沒(méi)有出現(xiàn)不連續(xù)的流動(dòng)速度，此處的金屬流動(dòng)形式是相同的。 圖12使用沖壓模板的凹模模子結(jié)構(gòu)示意圖 圖13使用沖壓模板的金屬流動(dòng) 4.結(jié)果和實(shí)驗(yàn) 通過(guò)有限元分析法分析出的三種方法中是適合防止金屬的流動(dòng)缺陷。每個(gè)方法的情況如下。第一種方法是初步加工的產(chǎn)品需要三級(jí)過(guò)程(預(yù)制， 正反壓擠，穿孔)并且有一個(gè)簡(jiǎn)單的模具結(jié)構(gòu)；第二方法是使用沿軸方向移動(dòng)的沖孔模板；第三種方法是軸向移動(dòng)的箱體需要二級(jí)過(guò)程(前后壓擠，穿孔)并且有一個(gè)復(fù)雜的模具結(jié)構(gòu)。關(guān)于在里面形成的負(fù)荷，這三個(gè)方法都非常相似。 特別是在沿軸方向移動(dòng)的大約10噸的箱體情況下形成最大的負(fù)荷比其他方法小，因?yàn)樵诖┛走^(guò)程中沿軸方向移動(dòng)的箱體會(huì)增加材料的流動(dòng)。通過(guò)表1分析出的方法為形成做出了比較。在這項(xiàng)研究過(guò)程中，一個(gè)用在初步加工產(chǎn)品的實(shí)驗(yàn)被進(jìn)行，并且為了證實(shí)模擬結(jié)果所以使用一個(gè)250噸能力的多級(jí)樣板。在穿孔之前，為了金屬的觀察蝕刻流動(dòng)能夠正常被進(jìn)行，所以必須為活塞銷做一個(gè)流動(dòng)缺陷檢查。圖14就是表示這個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，這種方法改變了初步加工的產(chǎn)品。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了在缺陷區(qū)域內(nèi)金屬流動(dòng)的缺陷是相同的，并且滿足形成同時(shí)完成和在兩個(gè)擠壓方向長(zhǎng)度相同。這種過(guò)程和模擬的結(jié)果相符。 傳統(tǒng)方法 初步加工的產(chǎn)品的使用 沖壓模板的使用 移動(dòng)箱體的用途 最大負(fù)荷（噸） 97.2 96.3 96.1 84.0 擠壓的過(guò)程 2個(gè)階段 2個(gè)階段 1個(gè)階段 1個(gè)階段 缺陷 存在 不存在 不存在 不存在 表1 各個(gè)方法的比較 圖14 對(duì)流動(dòng)缺陷的消除 5.結(jié)論 在這項(xiàng)研究過(guò)程中，流動(dòng)缺陷過(guò)程和預(yù)防缺陷的過(guò)程都已經(jīng)被有限元分析重新設(shè)計(jì)。，缺陷的原因已經(jīng)被分析，并且通過(guò)分析已經(jīng)模擬出了結(jié)果。從模擬結(jié)果中可以看出，有限元分析方法是可以防止流動(dòng)缺陷并且滿足生產(chǎn)過(guò)程中控制材料的流動(dòng)狀態(tài)。通過(guò)有限元分析的結(jié)果和實(shí)驗(yàn)的結(jié)果做比較，可以得出以下幾個(gè)結(jié)論： （1）活塞銷里存在流動(dòng)缺陷的原因是材料限制死金屬區(qū)域的流動(dòng)。消除這個(gè)區(qū)域最重要的是控制材料的流動(dòng)。 （2）初步加工的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和改變模具結(jié)構(gòu)是使用軸向運(yùn)動(dòng)的擠壓箱來(lái)消除擠壓過(guò)程中出現(xiàn)的流動(dòng)缺陷。 （3）被提出的方法滿足了工藝的要求，向前擠壓的長(zhǎng)度部分和落后的部分都是相同的，這些已經(jīng)由實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。 參考文獻(xiàn)： [1] T.Altan，S.I.Oh，L.Gegel，Metal forming，ASM(1983). 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Technol. 71 (1997) 105–112. 10 摘要 沖壓制品已在工業(yè)，農(nóng)業(yè)，國(guó)防和日常生活中的方面得到廣泛應(yīng)用,特別是在機(jī)械業(yè)中則為突出。機(jī)械產(chǎn)品的外殼大部分是沖壓制品，產(chǎn)品性能的提高要求高素質(zhì)的沖壓模具和沖壓性能，成型工藝和制品的設(shè)計(jì)。 沖壓制品的成型方法很多。其主要用于是沖孔，落料，彎曲，拉伸等。而沖壓模，約占成型總數(shù)的60%以上。當(dāng)然如利用電氣控制，可實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)化或自動(dòng)化作業(yè)。 冷沖沖裁模主要用于金屬制品的成型，它是沖壓制品生產(chǎn)中十分重要的工藝裝置。沖壓模的基本組成是：上下模座、下模墊板、下模固定板、凹模鑲塊、抬料釘、導(dǎo)料板、卸料板,導(dǎo)柱導(dǎo)套、卸料板彈釘、卸料板等。 沖裁模成型的廣泛適用，正是我這個(gè)設(shè)計(jì)的根本出發(fā)點(diǎn)。 關(guān)鍵詞：沖孔、落料 Abstract Stamping products has been extensively applied in the industry, agriculture, national defense and in the daily lives of area, especially in the machinery industry. Mechanical products is the most pressing housing products, and the improvement of product performance requires of high-quality performance stamping molds ,stamping,process and product design. There are many ways of molding products of stamping. Piercing is mainly used for blanking, bending, stretching, etc. And Stamping molds almost form more than 60 percent of the total number. For example ,Electrical Control can be realized as semi-automatic or automatic operation. Cold-metal stamping die mainly used for the molding products, and it is very important in the production of stamping technology devices. The basic component of stamping molds is block model from top to bottom, mould plate, fixed-plate of mould plate, die inserts, raising nails, I. plate , plate unloading I. Introduction sets column, unloading bombs nail plate, plate Discharge and so on. The widely application of blanking moulding is exactly the basic perpose of my design. Key words: Piercing、Blanking 目 錄 1 緒論 1 1.1 沖壓的概念、特點(diǎn)及應(yīng)用 1 1.2 沖壓的基本工序及模具 2 1.3 沖壓技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展方向 3 1.3.1 沖壓成形理論及沖壓工藝方面 3 1.3.2 沖模是實(shí)現(xiàn)沖壓生產(chǎn)的基本條件 4 1.3.3 沖壓設(shè)備和沖壓生產(chǎn)自動(dòng)化方面 5 1.3.4 沖壓標(biāo)準(zhǔn)化及專業(yè)化生產(chǎn)方面 6 1.4 設(shè)計(jì)要求 7 2 沖裁工藝設(shè)計(jì) 8 2.1 沖裁件的工藝分析 8 2.1.1 材料特性分析 8 2.1.2 沖裁件的結(jié)構(gòu)工藝性分析 8 2.2 沖壓工藝方案的確定 9 3 排樣設(shè)計(jì)及材料利用率計(jì)算 11 3.1 排樣方案的確定 11 3.2 搭邊的選取 11 3.3 送料步距、條料寬度及導(dǎo)料銷與條料間距計(jì)算 12 3.4 材料利用率的計(jì)算 13 4 沖裁工藝計(jì)算 14 4.1 沖裁力和壓力中心的計(jì)算 14 4.1.1 沖裁力的計(jì)算 14 4.1.2 卸料力、推料力和頂件力的計(jì)算 15 4.1.3 壓力中心的計(jì)算 16 4.1.4壓力機(jī)的選擇 17 4.1.5 曲柄壓力機(jī)的主要技術(shù)參數(shù) 18 4.1.6曲柄壓力機(jī)的選用 19 4.2 凸凹模刃口尺寸的計(jì)算 19 4.2.1 落料刃口尺寸的計(jì)算 21 4.2.2 沖孔刃口尺寸計(jì)算 22 5 模具主要零部件結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì) 24 5.1 卸料裝置 24 5.1.1 橡膠的選用 25 5.2 出件裝置 28 5.3 定位零件 28 5.4 凹模的設(shè)計(jì) 29 5.5 凸凹模的設(shè)計(jì) 31 5.6 凸模的設(shè)計(jì) 31 5.7 模架 32 5.7.1 模板 32 5.7.2 導(dǎo)向零件 33 5.8 聯(lián)接與固定零件 34 5.8.1 模柄 34 5.8.2 凸模固定板與墊板 34 5.8.3 螺紋緊固件 34 5.8.4 圓柱銷 35 6 確定裝配基準(zhǔn) 37 7 總結(jié) 38 致謝 39 參考文獻(xiàn) 40 1 緒論 1.1 沖壓的概念、特點(diǎn)及應(yīng)用 沖壓是利用安裝在沖壓設(shè)備（主要是壓力機(jī)）上的模具對(duì)材料施加壓力，使其產(chǎn)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(duì)材料進(jìn)行冷變形加工，且主要采用板料來(lái)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(shù)。 沖壓所使用的模具稱為沖壓模具，簡(jiǎn)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(guān)重要，沒(méi)有符合要求的沖模，批量沖壓生產(chǎn)就難以進(jìn)行；沒(méi)有先進(jìn)的沖模，先進(jìn)的沖壓工藝就無(wú)法實(shí)現(xiàn)。沖壓工藝與模具、沖壓設(shè)備和沖壓材料構(gòu)成沖壓加工的三要素，只有它們相互結(jié)合才能得出沖壓件。 與機(jī)械加工及塑性加工的其它方法相比，沖壓加工無(wú)論在技術(shù)方面還是經(jīng)濟(jì)方面都具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。主要表現(xiàn)如下: (1) 沖壓加工的生產(chǎn)效率高，且操作方便，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化與自動(dòng)化。這是因?yàn)闆_壓是依靠沖模和沖壓設(shè)備來(lái)完成加工，普通壓力機(jī)的行程次數(shù)為每分鐘可達(dá)幾十次，高速壓力要每分鐘可達(dá)數(shù)百次甚至千次以上，而且每次沖壓行程就可能得到一個(gè)沖件。 （2）沖壓時(shí)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(zhì)量,而模具的壽命一般較長(zhǎng),所以沖壓的質(zhì)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(fù)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(shí)材料的冷變形硬化效應(yīng)，沖壓的強(qiáng)度和剛度均較高。 （4）沖壓一般沒(méi)有切屑碎料生成，材料的消耗較少，且不需其它加熱設(shè)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(shí)一個(gè)復(fù)雜零件需要數(shù)套模具才能加工成形，且模具 制造的精度高，技術(shù)要求高，是技術(shù)密集形產(chǎn)品。所以，只有在沖壓件生產(chǎn)批量較大的情況下，沖壓加工的優(yōu)點(diǎn)才能充分體現(xiàn)，從而獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益。 沖壓地、在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，尤其是大批量生產(chǎn)中應(yīng)用十分廣泛。相當(dāng)多的工業(yè)部門越來(lái)越多地采用沖壓法加工產(chǎn)品零部件，如汽車、農(nóng)機(jī)、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(dāng)?shù)拇?，少則60%以上，多則90%以上。不少過(guò)去用鍛造=鑄造和切削加工方法制造的零件，現(xiàn)在大多數(shù)也被質(zhì)量輕、剛度好的沖壓件所代替。因此可以說(shuō)，如果生產(chǎn)中不諒采用沖壓工藝，許多工業(yè)部門要提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本、快速進(jìn)行產(chǎn)品更新?lián)Q代等都是難以實(shí)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(chǎn)中采用的沖壓工藝方法也是多種多樣的。概括起來(lái)，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(zhì)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(chǎn)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(shí)際生產(chǎn)中，當(dāng)沖壓件的生產(chǎn)批量較大、尺寸較少而公差要求較小時(shí)，若用分散的單一工序來(lái)沖壓是不經(jīng)濟(jì)甚至難于達(dá)到要求。這時(shí)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(nèi)完成，稱為組合的方法不同，又可將其分為復(fù)合-級(jí)進(jìn)和復(fù)合-級(jí)進(jìn)三種組合方式。 復(fù)合沖壓——在壓力機(jī)的一次工作行程中，在模具的同一工位上同時(shí)完成兩種或兩種以上不同單一工序的一種組合方法式。 級(jí)進(jìn)沖壓——在壓力機(jī)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(fù)合-級(jí)進(jìn)——在一副沖模上包含復(fù)合和級(jí)進(jìn)兩種方式的組合工序。 沖模的結(jié)構(gòu)類型也很多。通常按工序性質(zhì)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(fù)合模和級(jí)進(jìn)模等。但不論何種類型的沖模，都可 JIANGXI AGRICULTURAL UNIVERSITY 本 科 畢 業(yè) 論 文（設(shè) 計(jì)） 題目： 墊片落料沖孔復(fù)合模設(shè)計(jì) 學(xué) 院： 工 學(xué) 院 姓 名： 駱 龍 敏 學(xué) 號(hào)： 20100976 專 業(yè)： 農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動(dòng)化 年 級(jí)： 1 0 級(jí) 指導(dǎo)教師： 樊十全 職 稱：副教授 二0一四 年 五 月 摘要 沖壓制品已在工業(yè)，農(nóng)業(yè)，國(guó)防和日常生活中的方面得到廣泛應(yīng)用,特別是在機(jī)械業(yè)中則為突出。機(jī)械產(chǎn)品的外殼大部分是沖壓制品，產(chǎn)品性能的提高要求高素質(zhì)的沖壓模具和沖壓性能，成型工藝和制品的設(shè)計(jì)。 沖壓制品的成型方法很多。其主要用于是沖孔，落料，彎曲，拉伸等。而沖壓模，約占成型總數(shù)的60%以上。當(dāng)然如利用電氣控制，可實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)化或自動(dòng)化作業(yè)。 冷沖沖裁模主要用于金屬制品的成型，它是沖壓制品生產(chǎn)中十分重要的工藝裝置。沖壓模的基本組成是：上下模座、下模墊板、下模固定板、凹模鑲塊、抬料釘、導(dǎo)料板、卸料板,導(dǎo)柱導(dǎo)套、卸料板彈釘、卸料板等。 沖裁模成型的廣泛適用，正是我這個(gè)設(shè)計(jì)的根本出發(fā)點(diǎn)。 關(guān)鍵詞：沖孔、落料 Abstract Stamping products has been extensively applied in the industry, agriculture, national defense and in the daily lives of area, especially in the machinery industry. Mechanical products is the most pressing housing products, and the improvement of product performance requires of high-quality performance stamping molds ,stamping,process and product design. There are many ways of molding products of stamping. Piercing is mainly used for blanking, bending, stretching, etc. And Stamping molds almost form more than 60 percent of the total number. For example ,Electrical Control can be realized as semi-automatic or automatic operation. Cold-metal stamping die mainly used for the molding products, and it is very important in the production of stamping technology devices. The basic component of stamping molds is block model from top to bottom, mould plate, fixed-plate of mould plate, die inserts, raising nails, I. plate , plate unloading I. Introduction sets column, unloading bombs nail plate, plate Discharge and so on. The widely application of blanking moulding is exactly the basic perpose of my design. Key words: Piercing、Blanking 目 錄 1 緒論 1 1.1 沖壓的概念、特點(diǎn)及應(yīng)用 1 1.2 沖壓的基本工序及模具 2 1.3 沖壓技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展方向 3 1.3.1 沖壓成形理論及沖壓工藝方面 3 1.3.2 沖模是實(shí)現(xiàn)沖壓生產(chǎn)的基本條件 4 1.3.3 沖壓設(shè)備和沖壓生產(chǎn)自動(dòng)化方面 5 1.3.4 沖壓標(biāo)準(zhǔn)化及專業(yè)化生產(chǎn)方面 6 1.4 設(shè)計(jì)要求 7 2 沖裁工藝設(shè)計(jì) 8 2.1 沖裁件的工藝分析 8 2.1.1 材料特性分析 8 2.1.2 沖裁件的結(jié)構(gòu)工藝性分析 8 2.2 沖壓工藝方案的確定 9 3 排樣設(shè)計(jì)及材料利用率計(jì)算 11 3.1 排樣方案的確定 11 3.2 搭邊的選取 11 3.3 送料步距、條料寬度及導(dǎo)料銷與條料間距計(jì)算 12 3.4 材料利用率的計(jì)算 13 4 沖裁工藝計(jì)算 14 4.1 沖裁力和壓力中心的計(jì)算 14 4.1.1 沖裁力的計(jì)算 14 4.1.2 卸料力、推料力和頂件力的計(jì)算 15 4.1.3 壓力中心的計(jì)算 16 4.1.4壓力機(jī)的選擇 17 4.1.5 曲柄壓力機(jī)的主要技術(shù)參數(shù) 18 4.1.6曲柄壓力機(jī)的選用 19 4.2 凸凹模刃口尺寸的計(jì)算 19 4.2.1 落料刃口尺寸的計(jì)算 21 4.2.2 沖孔刃口尺寸計(jì)算 22 5 模具主要零部件結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì) 24 5.1 卸料裝置 24 5.1.1 橡膠的選用 25 5.2 出件裝置 28 5.3 定位零件 28 5.4 凹模的設(shè)計(jì) 29 5.5 凸凹模的設(shè)計(jì) 31 5.6 凸模的設(shè)計(jì) 31 5.7 模架 32 5.7.1 模板 32 5.7.2 導(dǎo)向零件 33 5.8 聯(lián)接與固定零件 34 5.8.1 模柄 34 5.8.2 凸模固定板與墊板 34 5.8.3 螺紋緊固件 34 5.8.4 圓柱銷 35 6 確定裝配基準(zhǔn) 37 7 總結(jié) 38 致謝 39 參考文獻(xiàn) 40 1 緒論 1.1 沖壓的概念、特點(diǎn)及應(yīng)用 沖壓是利用安裝在沖壓設(shè)備（主要是壓力機(jī)）上的模具對(duì)材料施加壓力，使其產(chǎn)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(duì)材料進(jìn)行冷變形加工，且主要采用板料來(lái)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(shù)。 沖壓所使用的模具稱為沖壓模具，簡(jiǎn)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(guān)重要，沒(méi)有符合要求的沖模，批量沖壓生產(chǎn)就難以進(jìn)行；沒(méi)有先進(jìn)的沖模，先進(jìn)的沖壓工藝就無(wú)法實(shí)現(xiàn)。沖壓工藝與模具、沖壓設(shè)備和沖壓材料構(gòu)成沖壓加工的三要素，只有它們相互結(jié)合才能得出沖壓件。 與機(jī)械加工及塑性加工的其它方法相比，沖壓加工無(wú)論在技術(shù)方面還是經(jīng)濟(jì)方面都具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。主要表現(xiàn)如下: (1) 沖壓加工的生產(chǎn)效率高，且操作方便，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化與自動(dòng)化。這是因?yàn)闆_壓是依靠沖模和沖壓設(shè)備來(lái)完成加工，普通壓力機(jī)的行程次數(shù)為每分鐘可達(dá)幾十次，高速壓力要每分鐘可達(dá)數(shù)百次甚至千次以上，而且每次沖壓行程就可能得到一個(gè)沖件。 （2）沖壓時(shí)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(zhì)量,而模具的壽命一般較長(zhǎng),所以沖壓的質(zhì)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(fù)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(shí)材料的冷變形硬化效應(yīng)，沖壓的強(qiáng)度和剛度均較高。 （4）沖壓一般沒(méi)有切屑碎料生成，材料的消耗較少，且不需其它加熱設(shè)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(shí)一個(gè)復(fù)雜零件需要數(shù)套模具才能加工成形，且模具 制造的精度高，技術(shù)要求高，是技術(shù)密集形產(chǎn)品。所以，只有在沖壓件生產(chǎn)批量較大的情況下，沖壓加工的優(yōu)點(diǎn)才能充分體現(xiàn)，從而獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益。 沖壓地、在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，尤其是大批量生產(chǎn)中應(yīng)用十分廣泛。相當(dāng)多的工業(yè)部門越來(lái)越多地采用沖壓法加工產(chǎn)品零部件，如汽車、農(nóng)機(jī)、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(dāng)?shù)拇螅賱t60%以上，多則90%以上。不少過(guò)去用鍛造=鑄造和切削加工方法制造的零件，現(xiàn)在大多數(shù)也被質(zhì)量輕、剛度好的沖壓件所代替。因此可以說(shuō)，如果生產(chǎn)中不諒采用沖壓工藝，許多工業(yè)部門要提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本、快速進(jìn)行產(chǎn)品更新?lián)Q代等都是難以實(shí)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(chǎn)中采用的沖壓工藝方法也是多種多樣的。概括起來(lái)，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(zhì)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(chǎn)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(shí)際生產(chǎn)中，當(dāng)沖壓件的生產(chǎn)批量較大、尺寸較少而公差要求較小時(shí)，若用分散的單一工序來(lái)沖壓是不經(jīng)濟(jì)甚至難于達(dá)到要求。這時(shí)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(nèi)完成，稱為組合的方法不同，又可將其分為復(fù)合-級(jí)進(jìn)和復(fù)合-級(jí)進(jìn)三種組合方式。 復(fù)合沖壓——在壓力機(jī)的一次工作行程中，在模具的同一工位上同時(shí)完成兩種或兩種以上不同單一工序的一種組合方法式。 級(jí)進(jìn)沖壓——在壓力機(jī)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(fù)合-級(jí)進(jìn)——在一副沖模上包含復(fù)合和級(jí)進(jìn)兩種方式的組合工序。 沖模的結(jié)構(gòu)類型也很多。通常按工序性質(zhì)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(fù)合模和級(jí)進(jìn)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(jī)工作臺(tái)或墊板上，是沖模的固定部分。工作時(shí)，坯料在下模面上通過(guò)定位零件定位，壓力機(jī)滑塊帶動(dòng)上模下壓，在模具工作零件（即凸模、凹模）的作用下坯料便產(chǎn)生分離或塑性變形，從而獲得所需形狀與尺寸的沖件。上?；厣龝r(shí)，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(lái)，以便進(jìn)行下一次沖壓循環(huán)。 1.3 沖壓技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展方向 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，許多新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備、新材料不斷涌現(xiàn)，因而促進(jìn)了沖壓技術(shù)的不斷革新和發(fā)展。其主要表現(xiàn)和發(fā)展方向如下。 1.3.1 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(shù)的基礎(chǔ)。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)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(guò)程應(yīng)力應(yīng)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(jìn)展。特別是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛躍發(fā)展和塑性變形理論的進(jìn)一步完善，近年來(lái)國(guó)內(nèi)外已開始應(yīng)用塑性成形過(guò)程的計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)，即利用有限元（FEM）等有值分析方法模擬金屬的塑性成形過(guò)程，根據(jù)分析結(jié)果，設(shè)計(jì)人員可預(yù)測(cè)某一工藝方案成形的可行性及可能出現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)題，并通過(guò)在計(jì)算機(jī)上選擇修改相關(guān)參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)工藝及模具的優(yōu)化設(shè)計(jì)。這樣既節(jié)省了昂貴的試模費(fèi)用，也縮短了制模具周期。 研究推廣能提高生產(chǎn)率及產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本和擴(kuò)大沖壓工藝應(yīng)用范圍的各種壓新工藝，也是沖壓技術(shù)的發(fā)展方向之一。目前，國(guó)內(nèi)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(wú)模多點(diǎn)成形工藝等精密、高效、經(jīng)濟(jì)的沖壓新工藝。其中，精密沖裁是提高沖裁件質(zhì)量的有效方法，它擴(kuò)大了沖壓加工范圍，目前精密沖裁加工零件的厚度可達(dá)25mm，精度可達(dá)IT16~17級(jí)；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(fù)雜形狀的零件，在特定生產(chǎn)條件下具有明顯的經(jīng)濟(jì)效果；采用爆炸等高能效成形方法對(duì)于加工各種尺寸在、形狀復(fù)雜、批量小、強(qiáng)度高和精度要求較高的板料零件，具有很重要的實(shí)用意義；利用金屬材料的超塑性進(jìn)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(duì)于加工形狀復(fù)雜和大型板料零件具有突出的優(yōu)越性；無(wú)模多點(diǎn)成形工序是用高度可調(diào)的凸模群體代替?zhèn)鹘y(tǒng)模具進(jìn)行板料曲面成形的一種先進(jìn)技術(shù)，我國(guó)已自主設(shè)計(jì)制造了具有國(guó)際領(lǐng)先水平的無(wú)模多點(diǎn)成形設(shè)備，解決了多點(diǎn)壓機(jī)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(shí)利用反復(fù)成形技術(shù)可消除材料內(nèi)殘余應(yīng)力，實(shí)現(xiàn)無(wú)回彈成形。無(wú)模多點(diǎn)成形系統(tǒng)以CAD/CAM/CAE技術(shù)為主要手段，能快速經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)三維曲面的自動(dòng)化成形。 1.3.2 沖模是實(shí)現(xiàn)沖壓生產(chǎn)的基本條件 在沖模的設(shè)計(jì)制造上,目前正朝著以下兩方面發(fā)展:一方面,為了適應(yīng)高速、自動(dòng)、精密、安全等大批量現(xiàn)代生產(chǎn)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(yīng)的新型模具材料及其熱處理技術(shù)，各種高效、精密、數(shù)控自動(dòng)化的模具加工機(jī)床和檢測(cè)設(shè)備以及模具CAD/CAM技術(shù)也在迅速發(fā)展；另一方面，為了適應(yīng)產(chǎn)品更新?lián)Q代和試制或小批量生產(chǎn)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(jiǎn)易沖模及其制造技術(shù)也得到了迅速發(fā)展。 精密、高效的多工位及多功能級(jí)進(jìn)模和大型復(fù)雜的汽車覆蓋件沖模代表了現(xiàn)代沖模的技術(shù)水平。目前，50個(gè)工位以上的級(jí)進(jìn)模進(jìn)距精度可達(dá)到2微米，多功能級(jí)進(jìn)模不僅可以完成沖壓全過(guò)程，還可完成焊接、裝配等工序。我國(guó)已能自行設(shè)計(jì)制造出達(dá)到國(guó)際水平的精度達(dá)2~5微米，進(jìn)距精度2~3微米，總壽命達(dá)1億次。我國(guó)主要汽車模具企業(yè)，已能生產(chǎn)成套轎車覆蓋件模具，在設(shè)計(jì)制造方法、手段方面已基本達(dá)到了國(guó)際水平，但在制造方法手段方面已基本達(dá)到了國(guó)際水平，模具結(jié)構(gòu)、功能方面也接近國(guó)際水平，但在制造質(zhì)量、精度、制造周期和成本方面與國(guó)外相比還存在一定差距。 模具制造技術(shù)現(xiàn)代化是模具工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)。計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)正在不斷向傳統(tǒng)制造技術(shù)滲透、交叉、融合形成了現(xiàn)代模具制造技術(shù)。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(shù)、數(shù)控測(cè)量等代表了現(xiàn)代沖模制造的技術(shù)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(zhì)量（主軸轉(zhuǎn)速一般為15000~40000r/min）,加工精度一般可達(dá)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(shí)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(zhuǎn)的簡(jiǎn)單管狀電極作三維或二維輪廓加工（像數(shù)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(chǎn)的EDSCAN8E電火花銑削加工機(jī)床，配置有電極損耗自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)、CAD/CAM集成系統(tǒng)、在線自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)和動(dòng)態(tài)仿真系統(tǒng)，體現(xiàn)了當(dāng)今電火花加工機(jī)床的技術(shù)水平；慢走絲線切割技術(shù)的發(fā)展水平已相當(dāng)高，功能也相當(dāng)完善，自動(dòng)化程度已達(dá)到無(wú)人看管運(yùn)行的程度，目前切割速度已達(dá)到300mm/min,加工精度可達(dá)±1.5微米，表面粗糙度達(dá)Ra=01~0.2微米;精度磨削及拋光已開始使用數(shù)控成形磨床、數(shù)控光學(xué)曲線磨床、數(shù)控連續(xù)軌跡坐標(biāo)磨床及自動(dòng)拋光等先進(jìn)設(shè)備和技術(shù);模具加工過(guò)程中的檢測(cè)技術(shù)也取得了很大的發(fā)展,現(xiàn)在三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)除了能高精度地測(cè)量復(fù)雜曲面的數(shù)據(jù)外,其良好的溫度補(bǔ)償裝置、可靠的抗振保護(hù)能力、嚴(yán)密的除塵措施及簡(jiǎn)單操作步驟，使得現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化檢測(cè)成為可能。此外，激光快速成形技術(shù)（RPM）與樹脂澆注技術(shù)在快速經(jīng)濟(jì)制模技術(shù)中得到了成功的應(yīng)用。利用RPM技術(shù)快速成形三維原型后，通過(guò)陶瓷精鑄、電弧涂噴、消失模、熔模等技術(shù)可快速制造各種成形模。如清華大學(xué)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(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的世界惟一擁有兩種快速成形工藝（分層實(shí)體制造SSM和熔融擠壓成形MEM）的系統(tǒng)，它基于“模塊化技術(shù)集成”之概念而設(shè)計(jì)和制造，具有較好的價(jià)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(chǔ)，采用瑞士汽巴精化的高強(qiáng)度樹脂澆注成形的樹脂沖模應(yīng)用在國(guó)產(chǎn)轎車試制和小批量生產(chǎn)開辟了新的途徑。 1.3.3 沖壓設(shè)備和沖壓生產(chǎn)自動(dòng)化方面 性能良好的沖壓設(shè)備是提高沖壓生產(chǎn)技術(shù)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(dòng)化的沖壓設(shè)備相匹配。為了滿足大批量高速生產(chǎn)的需要，目前沖壓設(shè)備也由單工位、單功能、低速壓力機(jī)朝著多工位、多功能、高速和數(shù)控方向發(fā)展，加之機(jī)械乃至機(jī)器人的大量使用，使沖壓生產(chǎn)效率得到大幅度提高，各式各樣的沖壓自動(dòng)線和高速自動(dòng)壓力機(jī)紛紛投入使用。如在數(shù)控四邊折彎?rùn)C(jī)中送入板料毛坯后，在計(jì)算機(jī)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(chǎn)率；在高速自動(dòng)壓力機(jī)上沖壓電機(jī)定轉(zhuǎn)子沖片時(shí)，一分鐘可沖幾百片，并能自動(dòng)疊成定、轉(zhuǎn)子鐵芯，生產(chǎn)效率比普通壓力機(jī)提高幾十倍，材料利用率高達(dá)97%；公稱壓力為250KN的高速壓力機(jī)的滑塊行程次數(shù)已達(dá)2000次/min以上。在多功能壓力機(jī)方面，日本田公司生產(chǎn)的2000KN“沖壓中心”采用CNC控制，只需5min時(shí)間就可完成自動(dòng)換模、換料和調(diào)整工藝參數(shù)等工作；美國(guó)惠特尼公司生產(chǎn)的CNC金屬板材加工中心，在相同的時(shí)間內(nèi)，加工沖壓件的數(shù)量為普通壓力機(jī)的4~10倍，并能進(jìn)行沖孔、分段沖裁、彎曲和拉深等多種作業(yè)。 近年來(lái)，為了適應(yīng)市場(chǎng)的激烈競(jìng)爭(zhēng)，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的要求越來(lái)越高，且其更新?lián)Q代的周期大為縮短。沖壓生產(chǎn)為適應(yīng)這一新的要求，開發(fā)了多種適合不同批量生產(chǎn)的工藝、設(shè)備和模具。其中，無(wú)需設(shè)計(jì)專用模具、性能先進(jìn)的轉(zhuǎn)塔數(shù)控多工位壓力機(jī)、激光切割和成形機(jī)、CNC萬(wàn)能折彎?rùn)C(jī)等新設(shè)備已投入使用。特別是近幾年來(lái)在國(guó)外已經(jīng)發(fā)展起來(lái)、國(guó)內(nèi)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(chǎn)新的發(fā)展趨勢(shì)。FMS系統(tǒng)以數(shù)控沖壓設(shè)備為主體，包括板料、模具、沖壓件分類存放系統(tǒng)、自動(dòng)上料與下料系統(tǒng)，生產(chǎn)過(guò)程完全由計(jì)算機(jī)控制，車間實(shí)現(xiàn)24小時(shí)無(wú)人控制生產(chǎn)。同時(shí)，根據(jù)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(chǎn)品方便迅速，沖壓件精度也高。 1.3.4 沖壓標(biāo)準(zhǔn)化及專業(yè)化生產(chǎn)方面 模具的標(biāo)準(zhǔn)化及專業(yè)化生產(chǎn)，已得到模具行業(yè)和廣泛重視。因?yàn)闆_模屬單件小批量生產(chǎn)，沖模零件既具的一定的復(fù)雜性和精密性，又具有一定的結(jié)構(gòu)典型性。因此，只有實(shí)現(xiàn)了沖模的標(biāo)準(zhǔn)化，才能使沖模和沖模零件的生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)專業(yè)化、商品化，從而降低模具的成本，提高模具的質(zhì)量和縮短制造周期。目前，國(guó)外先進(jìn)工業(yè)國(guó)家模具標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)程度已達(dá)70%~80%，模具廠只需設(shè)計(jì)制造工作零件，大部分模具零件均從標(biāo)準(zhǔn)件廠購(gòu)買，使生產(chǎn)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(lái)越細(xì)，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(chǎn)品的沖裁?；驈澢?，這樣更有利于制造水平的提高和制造周期的縮短。我國(guó)沖模標(biāo)準(zhǔn)化與專業(yè)化生產(chǎn)近年來(lái)也有較大發(fā)展，除反映在標(biāo)準(zhǔn)件專業(yè)化生產(chǎn)廠家有較多增加外，標(biāo)準(zhǔn)件品種也有擴(kuò)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(biāo)準(zhǔn)化程度還不高（一般在40%以下），標(biāo)準(zhǔn)件的品種和規(guī)格較少，大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)件廠家未形成規(guī)?；a(chǎn)，標(biāo)準(zhǔn)件質(zhì)量也還存在較多問(wèn)題。另外，標(biāo)準(zhǔn)件生產(chǎn)的銷售、供貨、服務(wù)等都還有待于進(jìn)一步提高。 1.4 設(shè)計(jì)要求 制件如圖1-1所示，材料為08F，材料厚度為0.8mm，制件尺寸精度按圖紙要求，大批量生產(chǎn)。 圖1-1  2 沖裁工藝設(shè)計(jì) 2.1 沖裁件的工藝分析 沖裁件的的工藝性是指沖裁件對(duì)沖壓工藝的適應(yīng)性，即沖裁件在沖壓加工中的難易程度。沖裁件的工藝是否合理，對(duì)沖裁件的質(zhì)量、模具壽命和生產(chǎn)率有很大的影響，一般情況下對(duì)沖壓件工藝性影響最大的是幾何尺寸和精度要求。 2.1.1 材料特性分析 沖壓所用的材料，不僅要滿足工件的技術(shù)要求，同時(shí)也必須滿足沖壓工藝要求：（1）應(yīng)有良好的塑性。在成形工序中，塑性好的材料，其容許的變形程度大。在分離工序中，良好的塑性才能獲得理想的斷面質(zhì)量。 （2） 應(yīng)具有光潔平整且無(wú)缺陷損傷的表面狀態(tài)。表面狀態(tài)好的材料，加工時(shí)不易破裂，也不容易擦傷模具，制成的零件也有良好的表面狀態(tài)。 （3） 材料的厚度公差應(yīng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。因?yàn)橐欢ǖ哪＞唛g隙，適應(yīng)于一定厚度的材料。 本零件采用08F鋼，08F鋼屬于優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，其中含C量為0.05%~0.11%，抗拉強(qiáng)度，屈服強(qiáng)度。其韌性好，強(qiáng)度適中吻合加工的要求。 2.1.2 沖裁件的結(jié)構(gòu)工藝性分析 （1） 沖裁件的形狀應(yīng)盡量簡(jiǎn)單，最好是規(guī)則的幾何形狀或由規(guī)則的幾何形狀所組成。同時(shí)應(yīng)避免沖裁件上過(guò)長(zhǎng)的懸臂與凹槽，它們的寬度要大于料厚的（1.5到2）倍，該零件外形上接近于矩形，沒(méi)有懸臂和凹槽，沖裁件的最小尺寸為8mm大于1.5t。 （2） 一般情況下，沖裁件的外形和內(nèi)孔應(yīng)避免尖角，采用的圓角。此零件設(shè)有R3的倒角。 （3） 沖孔時(shí)，因受凸模強(qiáng)度限制，孔的尺寸不宜過(guò)小。用一般沖模沖圓孔時(shí)，對(duì)硬鋼，直徑；對(duì)軟鋼和黃銅，；對(duì)鋁及鋅，。沖方孔時(shí)，對(duì)硬鋼，邊長(zhǎng)；對(duì)軟鋼及黃銅，；對(duì)鋁和鋅，。由于08F鋼屬于軟鋼。而。所以該條件也滿足。 （4） 孔與孔之間的距離或孔與零件邊緣之間的距離a，因受模具強(qiáng)度和沖裁件質(zhì)量的限制，其值不能過(guò)小，一般應(yīng)取a.>2t(3-4mm),如使用級(jí)進(jìn)模，而且對(duì)零件精度要求不高時(shí)，a可適當(dāng)減小，但也不宜于小于板厚?？着c零件邊緣的最短距離為11.5mm。 （5） 沖裁件的精度一般可達(dá)IT10-IT12,高精度可達(dá)IT8-IT10級(jí)，沖孔比落料的精度約高一級(jí)。該零件沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)公差，則對(duì)于非圓形件按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《非配合尺寸的公差數(shù)值》精度來(lái)處理，沖模則可按精度制造。 2.2 沖壓工藝方案的確定 該工件有兩道加工工序：沖孔、落料。可以有以下三種方案： 方案一：先落料后沖孔，采用簡(jiǎn)單模生產(chǎn)； 方案二：落料和沖孔連續(xù)加工，采用級(jí)進(jìn)模生產(chǎn)； 方案三：落料和沖孔復(fù)合加工，采用復(fù)合模生產(chǎn)。 三種方案比較見(jiàn)表1-1 表1-1 三種方案的比較 模 具 種 類 比 較 項(xiàng) 目 簡(jiǎn)單模 級(jí)進(jìn)模 復(fù)合模 沖裁件精度 較低 高 一般 生產(chǎn)效率 低 較高 高 生產(chǎn)批量 批量小或試制沖裁件 大批量 大批量 模具復(fù)雜程度 簡(jiǎn)單 較復(fù)雜 復(fù)雜 模具制造成本 較低 較高 高 模具的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單安裝容易 結(jié)構(gòu)較復(fù)雜制造麻煩 結(jié)構(gòu)較復(fù)雜 模具的制造精度 較低 較高 高 模具制造周期 較快 較長(zhǎng) 長(zhǎng) 沖壓設(shè)備能力 較小 中等 較大 工作條件 一般 較好 好 方案一雖然模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸較小，重量較輕，模具制造簡(jiǎn)單，成本低廉。模具依靠壓力機(jī)導(dǎo)軌導(dǎo)向，模具的安裝調(diào)整麻煩，很難保證上、下部分對(duì)正，從而難以保證凸、凹模之間的間隙均勻，沖裁件精度差，模具壽命低，操作也不安全，需要兩套模具，生產(chǎn)率較低而且不適合大批量生產(chǎn)。方案二級(jí)進(jìn)模是多工序沖模，在一副模具上能完成多道工序，使用級(jí)進(jìn)?？梢詼p少模具和設(shè)備數(shù)量，提高生產(chǎn)效率。級(jí)進(jìn)模容易實(shí)現(xiàn)沖壓生產(chǎn)自動(dòng)化。但是，級(jí)進(jìn)模比簡(jiǎn)單模結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造麻煩，成本增加。級(jí)進(jìn)模的條料的準(zhǔn)確定位的問(wèn)題不好解決。方案三復(fù)合模也是多工序沖模，在一副模具中一次送料定位可以同時(shí)完成幾個(gè)工序。和級(jí)進(jìn)模相比，沖裁件的內(nèi)孔和外緣具有較高的位置精度，條料的定位精度要求較低，沖模輪廓尺寸較小，復(fù)合模適合于生產(chǎn)批量大、精度要求高的沖裁件，且零件的形位精度容易保證，條料的定位精度要求較低，生產(chǎn)效率較高。綜上分析應(yīng)該選擇第三方案進(jìn)行加工。  3 排樣設(shè)計(jì)及材料利用率計(jì)算 3.1 排樣方案的確定 沖裁件在條料或板料上的布置方法叫排樣。排樣的合理與否直接關(guān)系到材料利用率的高低，而沖壓件的成本中，材料費(fèi)用一般占60%以上，因此合理排樣對(duì)提高材料利用率降低成本具有十分重要的意義。 根據(jù)材料的合理利用情況，條料的排樣方法可以分為三種： （一）有廢料排樣：沿工件全部外形沖裁，工件四周都留有搭邊?？捎纱钸呇a(bǔ)償誤差，因而能保證沖裁件的精度和質(zhì)量，沖模壽命也較高，但材料利用率低。 （二）少?gòu)U料排樣：沿工件部分外形沖裁，局部有搭邊和余料。因受剪裁條料質(zhì)量和定位誤差的影響，其沖件質(zhì)量稍差就會(huì)影響模具的壽命，但材料利用率高，沖模結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。 （三）無(wú)廢料排樣：工件由條料順次切下，直接獲得零件，無(wú)任何搭邊。沖件的質(zhì)量較差，模具壽命低，但材料利用率高。 采用少、無(wú)廢料排樣，對(duì)節(jié)省材料有重要意義。同時(shí)，因沖切周邊減小，可降低沖壓力并簡(jiǎn)化沖模結(jié)構(gòu)。但采用少、無(wú)廢料排樣也存在一些缺點(diǎn)，如工件所能達(dá)到的質(zhì)量與精度都較差，同時(shí)模具壽命也較低。此外，少無(wú)廢料排樣中，工件的毛刺也不在同一方向。 無(wú)論是有廢料、少?gòu)U料或無(wú)廢料排樣，其排樣的型式均可分為直排、斜排、直對(duì)排、斜對(duì)排、混合排和多行排等。 綜上分析，根據(jù)零件的形狀、尺寸、材料，選取有廢料排樣，采用直排的形式。 3.2 搭邊的選取 排樣時(shí)工件之間以及工件與條料側(cè)邊之間留下的余料叫搭邊。搭邊雖然形成廢料，但在工藝上卻有很大的作用。搭邊的作用是補(bǔ)償定位誤差，保證沖出合格的零件。搭邊還可以保證條料有一定的剛度，利于送進(jìn)。 搭邊值要合理確定。搭邊值過(guò)大，材料利用率低；搭邊值過(guò)小，在沖裁中有可能被拉斷，使零件產(chǎn)生毛刺，嚴(yán)重時(shí)會(huì)拉入凸模與凹模間隙之中，損壞模具刃口。搭邊值的大小通常與材料的機(jī)械性能、工件的形狀和尺寸、材料厚度以及送料和擋料方式等因素有關(guān)。硬材料的搭邊值比軟材料的搭邊值可小一些；工件尺寸大或是有尖突的復(fù)雜形狀時(shí)，搭邊值取大些，厚材料的搭邊值應(yīng)取大些；用手工送料，有側(cè)壓裝置，搭邊值可取小些。 目前搭邊值的大小是由經(jīng)驗(yàn)確定的。表3-1是常用以確定搭邊值的參考數(shù)表。 表3-1 搭邊a和a1的數(shù)值 材料厚度t\mm 圓件及圓角r>2t 矩形件邊長(zhǎng)L≤50mm 矩形邊長(zhǎng)L≥50mm或圓角r≤2t 工件間a1 沿邊a 工件間a1 沿邊a 工件間a1 沿邊a 0.25以下 1.8 2.0 2.2 2.5 2.8 3.0 0.25~0.50 1.2 1.5 1.8 2.0 2.2 2.5 0.5~0.8 1.0 1.2 1.5 1.8 1.8 2.0 0.8~1.2 0.8 1.0 1.2 1.5 1.5 1.8 根據(jù)零件矩形形狀最長(zhǎng)邊長(zhǎng)為50mm，厚度為0.8mm,所以a1=1.5mm,沿邊a=1.8mm。 3.3 送料步距、條料寬度及導(dǎo)料銷與條料間距計(jì)算 1. 送料步距：兩次沖裁間板料在送料方向移動(dòng)的距離L，其值等于沖裁件相應(yīng)部分的寬度加上工件間搭邊值a,即 （3-1） 2. 條料寬度及導(dǎo)料銷與條料間距的計(jì)算條料寬度的計(jì)算 （3-2） 查得.所以排樣圖如圖3-1: 圖 3-1 3.4 材料利用率的計(jì)算 查板材標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)選900mm×1000mm的鋼板，每個(gè)鋼板可剪裁成18個(gè)條料（53.6mm×900mm）,每張條料可加工27個(gè)零件，則材料的利用率為 （3-3） n--------一張板料上沖件的數(shù)量 A-------零件的實(shí)際面積 B-------板料的寬度 L-------板料的長(zhǎng)度 即每張板材的材料利用率為63% 4 沖裁工藝計(jì)算 4.1 沖裁力和壓力中心的計(jì)算 4.1.1 沖裁力的計(jì)算 沖裁力是指沖裁時(shí)，材料對(duì)凸模的最大抵抗力，它是選擇沖壓設(shè)備和校核模具強(qiáng)度的重要依據(jù)。 用平刃沖裁模沖裁時(shí)，其沖裁力的計(jì)算公式為 （4-1） ------沖裁力（N） --------沖裁件的周長(zhǎng)（mm） --------板料的厚度(mm) ---------材料的抗剪強(qiáng)度（2） --------系數(shù)。 這一公式是對(duì)沖裁區(qū)的變形進(jìn)行簡(jiǎn)化，認(rèn)為是純剪變形得到的。變形區(qū)的實(shí)際變形情況比較復(fù)雜，因此，采用系數(shù)加以修正，一般可取=1.3。 抗剪強(qiáng)度的數(shù)值，取決于材料的種類和狀態(tài)，可取。 為了計(jì)算方便，也可以用下式估算沖裁力： （4-2） 式中：----------材料的抗拉強(qiáng)度 經(jīng)查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得08F鋼的抗拉強(qiáng)度σb=295MPa.由此可以得出： 4.1.2 卸料力、推料力和頂件力的計(jì)算 沖模過(guò)程中，材料由于彈性變形和摩擦使帶孔部分的板料緊箍在凸模上，而沖落部分的板料緊卡在凹模洞口內(nèi)。為了繼續(xù)下一步的沖裁工作，必須將箍在凸模上的板料卸下，將卡在凹模洞口的板料推出，從凸模上卸下緊箍著的板料叫卸料，所需的力叫卸料力；順著沖裁方向?qū)⒖ㄔ诎寄６纯趦?nèi)的板料推出叫推件，所需的力叫推件力；；有時(shí)需要將卡在凹模洞口內(nèi)的板料逆著沖裁方向頂出，這就叫頂件，頂件所需的力叫頂件力。 影響卸料力、推件力和頂件力的因素有很多，主要有材料的機(jī)械性能、材料厚度、模具間隙、零件的形狀和尺寸以及潤(rùn)滑條件等。要準(zhǔn)確計(jì)算這些力是很難的，生產(chǎn)中常用以下經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算： 推件力 （4-3） 頂件力 （4-4） 卸料力 （4-5） 式中：n---------同時(shí)卡在凹模洞口內(nèi)的零件數(shù) --------沖裁力（N） 、、----------推件力、頂件力和卸料力系數(shù)，其值見(jiàn)下表、 表4-1 推件力系數(shù)、頂件力系數(shù)和卸料力系數(shù) 料 厚 K1 K2 K3 鋼 ≤0.1 >0.1~0.5 >0.5~2.5 >2.5~6.5 >6.5 0.1 0.063 0.055 0.045 0.025 0.14 0.08 0.06 0.05 0.03 0.065~0.075 0.045~0.055 0.04~0.05 0.03~0.04 0.02~0.03 鋁、鋁合金 紫銅、黃銅 0.03~0.07 0.03~0.09 0.025~0.08 0.02~0.06 注：卸料力系數(shù)在沖多孔和輪廓復(fù)雜沖裁件時(shí)取上限。 查表可有：, =0.14，=0.075 總沖壓力總沖壓力是各種沖壓工藝的總和，由于本模具采用彈性卸料裝置，則： 在沖裁高強(qiáng)度材料或厚度大、周邊長(zhǎng)的工件時(shí)，所需沖裁力如果超過(guò)現(xiàn)有壓力機(jī)噸位，就必須采取降低沖裁力。 一般采用如下幾種方法： （1）材料加熱紅腫。材料加熱后抗剪強(qiáng)度可以大大降低，從而降低沖裁力。但材料加熱后產(chǎn)生氧化皮，故此法一般只適用于厚板或工件表面質(zhì)量及精度要求不高的零件。 （2）在多凸模沖模中，將凸模作階梯形布置，即將凸模刃口制成不同高度，使各凸模沖裁力的最大值不同時(shí)出現(xiàn)，這樣就能降低總的沖裁力。 （3）用斜刃口模具沖裁。用普通的平刃口模具沖裁時(shí)，其整個(gè)刃口平面都同時(shí)壓入材料中，故在沖裁大型或厚板工件時(shí)，沖裁力往往很大，若將凸模刃口平面做成與其軸線傾斜一個(gè)角度，沖裁時(shí)刃口就不是全部同時(shí)切入，而是逐步?jīng)_切材料，這就等于減少了剪切斷面積，因而能降低沖裁力。 斜刃沖模雖然降低了沖裁力，但增加了模具制造和修磨的困難，刃口也容易磨損，故一般情況下盡量不用，只用于大型工件沖裁及厚板沖裁。 4.1.3 壓力中心的計(jì)算 沖裁力合力的作用點(diǎn)稱為沖模壓力中心。為保證沖模正確平衡地工作，沖模壓力中心必須通過(guò)模柄軸線而和壓力機(jī)滑塊的中心線相重合，以免滑塊受偏心載荷，從而減少?zèng)_模和壓力機(jī)導(dǎo)軌的不正常磨損，提高模具壽命，避免沖壓事故。 沖模壓力中心的計(jì)算，是采用空間平行力系合力作用線的求解方法，即根據(jù)“合力對(duì)某軸之力矩等于各分力對(duì)同軸力矩之和”的力學(xué)原理求得。 對(duì)于任何形狀，不論單個(gè)圖形（敞開或封閉的輪廓）或多個(gè)圖形（如多凸模、復(fù)合模和級(jí)進(jìn)模）沖裁，其計(jì)算方法相同。 首先將組成圖形的輪廓線劃分為若干基本線段，分別計(jì)算其沖裁力（對(duì)于多凸模，分別計(jì)算各凸模圖形的沖裁力），這些即為分力，由各分力之和算出合力。然后，任意選定直角坐標(biāo)系,確定各線段或各圖形的重心坐標(biāo)，按上述定理列式，即可求出壓力中心的坐標(biāo)。 由于線段的長(zhǎng)度或圖形的輪廓周長(zhǎng)與沖裁力成正比，所以可以用線段的長(zhǎng)度或圖形輪廓的周長(zhǎng)代替，這時(shí)壓力中心坐標(biāo)公式如下： （4-6） （4-7） 由此可算得 所以壓力中心為（0,10.22） 4.1.4壓力機(jī)的選擇 沖壓工作是在沖壓設(shè)備上進(jìn)行的，目前應(yīng)用較多的有曲柄壓力機(jī)、摩擦壓力機(jī)和液壓機(jī)。曲柄壓力機(jī)可用于各類沖模，其中偏心機(jī)床尤其適用于導(dǎo)柱、導(dǎo)套不脫開的模具（如導(dǎo)板模），摩擦壓力機(jī)和液壓機(jī)主要用于校正模、壓鑄模等，同時(shí)也適用于擠壓模。這里簡(jiǎn)單介紹一下生產(chǎn)中最普遍適用的壓力機(jī)。 曲柄壓力機(jī)包括各種結(jié)構(gòu)的偏心沖床和曲柄沖床，其基本工作機(jī)構(gòu)都是曲柄連桿機(jī)構(gòu)。 偏心沖床也稱開式曲柄壓力機(jī)，啟動(dòng)后，電動(dòng)機(jī)通過(guò)小齒輪和大齒輪及離合器將動(dòng)力傳給偏心軸，偏心軸在軸承中作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。連桿把偏心軸的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榛瑝K的直線運(yùn)動(dòng)，滑塊在床身的導(dǎo)軌作上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。模具的上模固定于滑塊上，模具的下模固定在工作臺(tái)上。 為了控制滑塊的運(yùn)動(dòng)和位置設(shè)有離合器和制動(dòng)器。 離合器的作用是：電動(dòng)機(jī)在飛輪不停的運(yùn)轉(zhuǎn)下，使曲柄機(jī)構(gòu)開動(dòng)或停止。工作時(shí)，主要踩下腳踏開關(guān)，離合器嚙合，偏心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，即可帶動(dòng)滑塊作上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行沖壓。 制動(dòng)器的動(dòng)作與離合器的動(dòng)作密切配合，在離合器脫開后，制動(dòng)器同時(shí)將曲柄連桿機(jī)構(gòu)停止在一定的位置上。 床身是所有運(yùn)動(dòng)部分的支承體，并將壓力機(jī)的全部機(jī)構(gòu)聯(lián)接成一個(gè)整體。 4.1.5 曲柄壓力機(jī)的主要技術(shù)參數(shù) 曲柄壓力機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)是反映一臺(tái)壓力機(jī)工作能力、所能加工零件的尺寸范圍以及有關(guān)生產(chǎn)率的指標(biāo)，分述如下。 （1）公稱壓力 曲柄壓力機(jī)的公稱壓力，是指曲柄旋轉(zhuǎn)到下死點(diǎn)前某一特定角度（此角度稱為公稱壓力角，約為30度）時(shí)，滑塊所能容許的承受的最大作用力。它是反映壓力機(jī)工作能力的重要指標(biāo)，生產(chǎn)中不容許沖壓力大于公稱壓力。 （2）滑塊行程 滑塊行程是指滑塊從上死點(diǎn)到下死點(diǎn)所走的距離，它為曲柄半徑的兩倍。 （3）閉合高度 閉合高度又稱裝模高度，是指滑塊在下死點(diǎn)位置時(shí)，滑塊下表面到工作臺(tái)墊板上表面的距離。當(dāng)閉合高度調(diào)節(jié)裝置將滑塊調(diào)整到最上位置時(shí)，閉合高度達(dá)到最大值，稱為最大閉合高度； 當(dāng)閉合高度調(diào)節(jié)裝置將滑塊調(diào)整到最下位置時(shí)，閉合高度達(dá)到最小值，稱為最小閉合高度。 （4）滑塊行程次數(shù) 滑塊行程次數(shù)是指滑塊每分鐘從上死點(diǎn)到下死點(diǎn)，然后再回到上死點(diǎn)所往復(fù)的次數(shù)。 4.1.6曲柄壓力機(jī)的選用 確定壓力機(jī)的規(guī)格時(shí)，一般應(yīng)遵循以下原則。 （1） 壓力機(jī)的公稱壓力不小于沖壓工序所需的壓力。 （2） 壓力機(jī)滑塊行程應(yīng)滿足工件在高度上能獲得所需的尺寸，并在沖壓后能順利地從模具上取出工件。 （3） 壓力機(jī)的閉合高度、工作臺(tái)尺寸和滑塊尺寸等應(yīng)能滿足模具的正確安裝。 表4-2 開式壓力機(jī)的主要結(jié)構(gòu)參數(shù) 公稱壓力（KN） 63 160 400 630 滑塊離下死點(diǎn)的距離 3.5 5 7 8 滑塊的行程 50 70 100 120 行程次數(shù) 160 115 80 70 最大封閉高度（mm） 固定式和可傾式 170 220 300 360 活動(dòng)臺(tái)位置 最低 300 400 460 最高 160 200 220 封閉高度調(diào)節(jié)量（mm） 40 60 80 90 滑塊中心到床身的距離（mm） 110 160 220 300 左右（工作臺(tái)尺寸）(mm) 315 450 630 710 前后（工作臺(tái)尺寸）(mm) 200 300 420 480 前后（工作臺(tái)孔尺寸）（mm） 70 110 150 180 直徑（工作臺(tái)孔尺寸）（mm） 110 160 200 230 立柱間的距離（mm） 150 220 300 340 模柄孔尺寸(mm) 30 50 50 工作臺(tái)板厚度（mm） 40 60 80 90 傾角（。） 30 30 30 30 該模具的行程為7mm所以選用JB 23-6.3型壓力機(jī)。 4.2 凸凹模刃口尺寸的計(jì)算 模具刃口尺寸及其公差是影響沖裁件精度的首要因素，模具的合理間隙也要靠模具刃口尺寸及其公差來(lái)保證。因此，正確確定沖裁模凸模和凹模刃口的尺寸及其公差，是沖裁模具設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。凸模和凹模刃口尺寸及其公差的確定，必須考慮到?jīng)_裁變形的規(guī)律、沖裁件的精度要求、沖模的磨損和制造特點(diǎn)等多方面的情況。 實(shí)踐證明，落料件的尺寸和沖孔時(shí)孔的尺寸都是以光亮帶尺寸為準(zhǔn)的，而落料件上光亮帶的尺寸等于凹模刃口尺寸，沖孔時(shí)孔的光亮帶尺寸等于凸模刃口尺寸。因此，計(jì)算刃口尺寸時(shí)，應(yīng)按落料和沖孔兩種情況分別處理，其原則如下： （1）設(shè)計(jì)落料模時(shí)，因落料尺寸等于凹模刃口尺寸，故應(yīng)先確定凹模刃口尺寸，間隙取在凸模上；考慮到?jīng)_裁中模具的磨損，凹模刃口尺寸越磨越大，因此，凹模刃口的基本尺寸應(yīng)取工件尺寸公差范圍內(nèi)較小的尺寸，以保證凹模磨損到一定程度時(shí)，仍能沖出合格零件；凸、凹模之間的間隙則取最小合理間隙值，以保證模具磨損到一定程度時(shí)，間隙仍在合理間隙范圍內(nèi)。 （2）設(shè)計(jì)沖孔模時(shí)，因孔的尺寸等于凸模刃口尺寸，故應(yīng)先確定凸模刃口尺寸，間隙取在凹模上，考慮到考慮到?jīng)_裁中模具的磨損，凸模刃口尺寸越磨越小，因此，凸模刃口的基本尺寸應(yīng)取工件尺寸公差范圍內(nèi)較大的尺寸，以保證凸模磨損到一定程度時(shí)，仍可使用；凸、凹模之間的間隙取最小合理間隙值。 （3）凸模和凹模的制造公差，應(yīng)考慮工件的公差要求。如果對(duì)刃口精度要求過(guò)高，勢(shì)必使模具制造困難，成本增加，生產(chǎn)周期延長(zhǎng)；如果對(duì)刃口精度要求過(guò)低，則生產(chǎn)出來(lái)的零件可能不合格，或使模具壽命降低。零件精度與模具制造精度的關(guān)系見(jiàn)表4-2。若零件沒(méi)有標(biāo)注公差，則對(duì)于非圓形件按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《非配合尺寸的公差數(shù)值》IT14精度來(lái)處理，沖模則可按IT11精度制造；對(duì)于圓形件，一般可按IT6到IT7精度制造模具。 凸、凹模刃口尺寸按加工方法的不同，可分兩種情況分別計(jì)算：一種是凸模和凹模分開加工采用這種方法時(shí)，要分別標(biāo)注凸模和凹模刃口尺寸及其制造公差。這種方法適用于圓形沖裁件；一種是凸模和凹模配合加工，這種方法適用用形狀復(fù)雜或薄板料的沖裁件，其基本的做法是：先按制件的尺寸和公差加工凸、凹模中的一件再以此為基準(zhǔn)件加工另一個(gè)件。使它們之間保證一定的間隙。因此，只在基準(zhǔn)件上標(biāo)注尺寸和制造公差，配作的另一個(gè)件只需標(biāo)注基本尺寸，同時(shí)標(biāo)明所留的間隙即可。這樣，凸、凹模的制造公差和不再受間隙的限制，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)一般取。 其中落料部分以凹模為基準(zhǔn)，落料凸模按間隙值配合。沖孔部分以凸模為基準(zhǔn)，沖孔凹模按間隙值配合。 所給零件的尺寸公差根據(jù)下表可得 表4-3 標(biāo)準(zhǔn)公差數(shù)值 基本尺寸（mm） 公差等級(jí) IT5 IT6 IT7 IT8 IT9 IT10 IT11 μm >0~3 4 6 10 14 25 40 60 >3~5 5 8 12 18 30 48 75 >6~10 6 9 15 22 36 58 90 >10~18 8 11 18 27 43 70 110 >18~30 9 13 21 33 52 84 130 >30~50 11 16 25 39 62 100 160 由于沖模的制造等級(jí)為IT11所以選擇零件的主要尺寸及公差分別為 4.2.1 落料刃口尺寸的計(jì)算 沖裁間隙的選擇見(jiàn)表4-4 表4-4 沖裁模刃口雙面間隙Z 材料厚度t T8、45 Q215A、Q235A 08F、10、15 Z min Z max Z min Z max Z min Z max 0.35 0.03 0.05 0.02 0.05 0.01 0.03 0.5 0.04 0.08 0.03 0.07 0.02 0.04 0.8 0.09 0.12 0.06 0.10 0.03 0.07 所以沖裁間隙： 磨損系數(shù)，與制造精度有關(guān)，可按下列關(guān)系取值： 工件精度以下 =1.0 工件精度IT11-IT13 =0.75 工件精度 =0.5 若零件沒(méi)有標(biāo)注公差，則對(duì)于非圓形件按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《非配合尺寸的公差數(shù)值》IT14精度來(lái)處理，沖模則可以按IT11精度制造，所以磨損系數(shù)為0.5. 表4-5 凹模刃口尺寸計(jì)算過(guò)程 基本尺寸 磨損系數(shù) 計(jì)算公式 制造公 差 計(jì)算結(jié)果 0.5 0.04 凸模尺寸按凹模尺寸配合保證雙邊間隙在0.03mm到0.07mm之間 0.5 0.0325 凸模尺寸按凹模尺寸配合保證雙邊間隙在0.03mm到0.07mm之間 0.5 0.0325 凸模尺寸按凹模尺寸配合保證雙邊間隙在0.03mm到0.07mm之間 0,5 0.0275 凸模尺寸按凹模尺寸配合保證雙邊間隙在0.03mm到0.07mm之間 0.5 0.0275 凸模尺寸按凹模尺寸配合保證雙邊間隙在0.03mm到0.07mm之間 0.5 0.015 凸模尺寸按凹模尺寸配合保證雙邊間隙在0.03mm到0.07mm之間 4.2.2 沖孔刃口尺寸計(jì)算 表4-6 凸模刃口尺寸計(jì)算過(guò)程 基本尺寸 磨損系數(shù) 計(jì)算公式 制造公差 計(jì)算結(jié)果 0.5 0.03 凹模尺寸按凸模尺寸配合保證雙邊間隙在0.03mm到0.07mm之間 由于在計(jì)算出凹模尺寸時(shí)，凸模尺寸按凹模尺寸配合保證雙邊間隙在0.03mm到0.07mm之間，在計(jì)算出凸模尺寸時(shí)凹模尺寸按凹模尺寸配合保證雙邊間隙在0.03mm到0.07mm之間所以滿足凸凹模的制造公差之和小于最大與最小合理間隙的的差。  5 模具主要零部件結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì) 模具的零部件，有很大一部分已實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化，這對(duì)于簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)工作、穩(wěn)定模具質(zhì)量、簡(jiǎn)化模具的制造維修等，都具有重大的意義。在設(shè)計(jì)模具時(shí)，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)化的零、部件，例如模架，只需在標(biāo)準(zhǔn)化的資料中正確的選擇，大量的設(shè)計(jì)工作是對(duì)非標(biāo)準(zhǔn)件的設(shè)計(jì)。 沖模零、部件的分類可綜合如下： 工作零件：有凸模和凹模，在復(fù)合模中有凸凹模。 定位零件：有擋料銷、導(dǎo)正銷、定位銷、導(dǎo)尺、導(dǎo)料銷、側(cè)壓板、側(cè)刃等。 卸料與推件零、部件：有卸料板、壓料板、推件器等。 導(dǎo)向零件：有導(dǎo)板、導(dǎo)柱、導(dǎo)套、導(dǎo)筒。 聯(lián)接固定零件：有上模板、下模板、模柄、凸模固定板、凹模固定板、墊板、限制器、螺釘、銷釘、鍵等。 此外，對(duì)于自動(dòng)化生產(chǎn)的模具，還有自動(dòng)送料裝置、自動(dòng)出件裝置和快速換模裝置等。 5.1 卸料裝置 卸料裝置分為剛性卸料裝置和彈性卸料裝置兩種形式，視模具的結(jié)構(gòu)要求的選擇。 剛性卸料裝置分為兩種：封閉式卸料裝置和懸臂式卸料裝置。剛性卸料裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，卸料力大，適用于平整度要求不高或厚板零件的卸料。 彈性卸料裝置分為兩種:一種是用橡膠作彈性元件，一種是用彈簧作彈性元件。彈性卸料裝置在各類沖床中廣泛應(yīng)用，特別是材料較薄、制件要求平整的復(fù)合模最適宜。彈性卸料板根據(jù)需要可裝在上模，也可裝在下模。彈性卸料裝置有敞開的工作空間，操作方便，工件質(zhì)量也較好，但是沖壓力會(huì)增加。其中橡膠的選用為設(shè)計(jì)的一個(gè)重點(diǎn)。 5.1.1 橡膠的選用 橡膠允許承受的載荷較彈簧大，并且安裝調(diào)整方便，所以在沖裁模中應(yīng)用最多。沖裁模中用于卸料的橡膠有合成橡膠和聚氨酯橡膠（PUR），其中聚氨酯橡膠的性能比合成橡膠優(yōu)異，是常用的卸料彈性元件。沖模標(biāo)準(zhǔn)中專門規(guī)定了聚氨酯橡膠的規(guī)格與尺寸，選用很方便。橡膠常見(jiàn)的形狀為矩形、圓筒形、圓柱形。 （1）橡膠選擇的原則 為保證卸料正常工作，應(yīng)使橡膠的預(yù)壓力大于或等于，即 （5-1） 橡膠的壓力與壓縮量之間不是線性關(guān)系，橡膠壓縮時(shí)產(chǎn)生的壓力按下式計(jì)算 （5-2） 式中---------橡膠的橫截面積（與卸料板貼合的面積），； ---------橡膠的單位壓力，?？蓮谋?—1中選取。 表5-1 橡膠壓縮量與單位壓力 壓縮量\(%) 10 15 20 25 30 35 單位壓力 聚氨酯橡膠 1.1 2.5 4.2 5.6 合成橡膠 0.26 0.50 0.70 1.06 1.52 2.10 橡膠極限壓縮量應(yīng)大于或等于橡膠工作時(shí)的總壓縮量，即 (5-3) 式中：----------橡膠極限壓縮量，保證橡膠經(jīng)久耐用，聚氨酯橡膠取，為橡膠的自由高度，mm; ---------橡膠工作時(shí)的總壓縮量，mm; ---------橡膠預(yù)壓縮量，一般合成橡膠選取hy=(0.1-0.5)ho，聚氨酯橡膠選取 ，mm; --------卸料板的工作行程，一般取，t為板料厚度，mm;