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沖壓模具設(shè)計(jì)中側(cè)壁起皺的分析 F.-k. Chen and Y.-C. Liao 臺(tái)灣 臺(tái)北市國立臺(tái)灣大學(xué)機(jī)械工程部門 在沖壓過程中，起皺一般發(fā)生在有錐度的方形杯子和帶有階梯的矩形杯子成形時(shí)。這兩種起皺類型的共同特征是起皺都發(fā)生在相對(duì)沒有支撐的側(cè)壁。在沖壓一個(gè)有錐度的方形杯子時(shí)，當(dāng)發(fā)生起皺時(shí)，比如沖模間隙和沖壓毛壞的壓力大小等參數(shù)的影響通過有限元模擬方法被檢查到。模擬結(jié)果顯示沖模間隙越大，起皺的就越明顯，而且起皺不能通過增加沖壓力來被抑制。在研究帶有階梯的矩形杯子沖壓過程的起皺時(shí)，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)有相似幾何類型的實(shí)際部分。在側(cè)壁被發(fā)現(xiàn)的起皺是因?yàn)榻橛跊_頭和階梯邊緣的金屬板料不平衡伸展造成的。為減少起皺，一個(gè)最適宜的沖模設(shè)計(jì)方法就是利用有限元分析法。在無起皺產(chǎn)品中介于模擬結(jié)果和實(shí)測(cè)結(jié)果的好協(xié)議使有限元分析法生效，而且證實(shí)了利用有限元分析法去設(shè)計(jì)沖模的優(yōu)勢(shì)。 關(guān)鍵詞：側(cè)壁起皺；沖模；階梯的矩形杯子；帶有錐度的主形杯子 1． 介紹 起皺是在金屬板料成形中主要的缺陷之一。由于性能和視察的原因，在產(chǎn)品中起皺往往不能被接受。在金屬板料成形過程中，有三種形式的起皺頻繁的發(fā)生：邊緣起皺，側(cè)壁起皺和由于殘余的彈性壓力引起的未變形區(qū)域的彈性彎曲。在沖壓一個(gè)復(fù)雜形狀零件的操作時(shí)，側(cè)壁起皺意味著沖模腔中的起皺。由于側(cè)壁區(qū)域的金屬板料相對(duì)于其它區(qū)域的金屬板料不被工具所保征質(zhì)量，側(cè)壁起皺的消除比邊緣起皺的抑制更難。很明顯，在未被加固的側(cè)壁區(qū)域中的金屬材料的額外拉伸可能防止起皺，而且在實(shí)際操作中也可以通過增加沖壓力來防止起皺，但是過度的拉力會(huì)通過裂痕導(dǎo)致失敗。因此，沖壓力必須處于一個(gè)狹小的范圍，一方面，要高于抑制起皺的力，另一方面，要低于產(chǎn)生破裂的力。沖壓力的狹小范圍很難計(jì)算。對(duì)于沖壓一個(gè)復(fù)雜形狀的零件，當(dāng)起皺發(fā)生在中心區(qū)域時(shí)，有意義的沖壓力范圍甚至不存在。 為了檢查起皺的形成結(jié)構(gòu)，Yoshida et al.發(fā)明了一種測(cè)試，在這種測(cè)試?yán)铮粔K薄板料不是均勻的沿著它的斜度被拉伸。他們也計(jì)劃一個(gè)近似的理論模型，在這種模型里面，起皺的開始取決于在壓力不均勻區(qū)域中有壓縮的側(cè)部力的彈性灣曲。Yu et al.從實(shí)驗(yàn)性和分析性上研究起皺問題，通過理論分析，他發(fā)現(xiàn)帶有兩個(gè)圓周波的起皺可能發(fā)生，然而，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示是四到六個(gè)。當(dāng)通過一個(gè)有錐度的模具畫出金屬板料時(shí)，Narayanasamy和sowerby用平底的沖頭和半球狀的沖頭檢查金屬板料的起皺。他們也試圖去把可以抑制起皺的道具分類。 那些努力都被聚中于和簡(jiǎn)單形狀零件關(guān)聯(lián)的起皺問題上，例如：一個(gè)圓形的杯子。在90年代早期，金屬板料成形中三維動(dòng)態(tài)軟件和有限元方法的成功運(yùn)用使得分析包括在沖壓一個(gè)復(fù)雜形狀零件的起皺問題成為可能。在當(dāng)前的研究中，三維有限元分析法被用來分析在沖壓一個(gè)帶有階梯的矩形部分的過程中，產(chǎn)生起皺的金屬流動(dòng)制造參數(shù)上。 一個(gè)帶有階梯的方形杯子，在杯子的每一邊都有一個(gè)傾斜的側(cè)壁，在帶有錐度的杯子也相應(yīng)的存在傾斜的側(cè)壁。在沖壓過程中，側(cè)壁上的金屬板料相對(duì)沒被支撐，因此，這個(gè)部位更容易起皺。在當(dāng)前的研究中，起皺過程中的各種不同的制造參數(shù)的影響都在被研究。在沖壓一個(gè)帶有階梯的方形杯子時(shí)，就像圖1B顯示的一樣，可以觀測(cè)到另一種形式的起皺。為了評(píng)估分析的效力，在當(dāng)前的研究中，一個(gè)確切階梯幾何形狀的物體被檢測(cè)。通過使用有限元分析法和用適宜的模具設(shè)計(jì)來減少起皺，起皺的原因被確定。在觀測(cè)一個(gè)實(shí)際產(chǎn)品成形時(shí)，通過有限元分析法得到的模具設(shè)計(jì)方法得到證實(shí)。 圖1帶有錐度方形杯子的拉伸（a）和帶有階梯的矩形杯子的拉伸（b） 2有限元模型 包括沖頭、模具和毛壞固定器等工具幾何學(xué)是用CAD或PRO/E軟件來設(shè)計(jì)的。同樣用CAD軟件，三節(jié)點(diǎn)和四節(jié)點(diǎn)的外形元素被采用用來為以上工具生產(chǎn)網(wǎng)眼系統(tǒng)。對(duì)于有限元模擬來說，工具被認(rèn)為是剛硬的，而且對(duì)應(yīng)的網(wǎng)眼被用來定義工具幾何學(xué)而不是壓力分析。同樣CAD軟件使用四節(jié)點(diǎn)外形元素來為板形壞料構(gòu)造網(wǎng)眼。圖2顯示工具的完整布置的網(wǎng)眼系統(tǒng)和用來沖壓帶有階梯方形杯子的板形壞料。由于對(duì)稱條件，方形杯子的四分之一被分析。在模擬中，板形壞料放在壓力機(jī)上，沖模向下移動(dòng)，逆著壓力機(jī)夾緊板形壞料。然后沖模上升使得板形壞料按著模腔成形。 圖2 有限元網(wǎng)眼 為了表演一個(gè)精確的有限元分析法，金屬板料的真實(shí)應(yīng)力應(yīng)變曲線被要求是輸入數(shù)據(jù)的一部分。在當(dāng)前的研究中，拉深成形的金屬板料也被用來模擬。為在飛機(jī)上切割下的樣本測(cè)試被進(jìn)行，它們依次從0度的旋轉(zhuǎn)方向到45度的旋轉(zhuǎn)方向，再到90度的旋轉(zhuǎn)方向進(jìn)行著。平均的流動(dòng)力σ，計(jì)算方程為σ=（σ0+2σ45+σ90）/4，因?yàn)槊恳粋€(gè)方法真實(shí)應(yīng)變通常用來模擬帶錐度方形杯子和帶階梯矩形的沖壓，就如圖3顯示的那樣。 當(dāng)前研究中所有的模擬利用有限元程序PAM-STAMP涉及SGI Indigo2工作站。為了完成模似所需輸入數(shù)據(jù)的設(shè)置，沖頭的速度一般設(shè)置在10m/s，庫侖摩擦系數(shù)設(shè)置在0.1。 圖3 金屬板料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系 3 錐度方形杯中的起皺 正像圖1a顯示的那樣，草圖暗示著一些有關(guān)錐度方形杯子的尺寸，方形沖頭每一面的長(zhǎng)度（2WP）、模腔的尺寸（2Wd）和高度(H)被認(rèn)為是影響起皺的至關(guān)重要尺寸。在當(dāng)前研究中，模腔尺寸和沖頭尺寸的差距的一半稱作沖模間隙（記作G），G= Wd- WP。相關(guān)的在側(cè)壁沒被支撐的金屬板料的寬度取決于沖模間隙，起皺假想通過增加沖壓力來被抑制。相對(duì)于沖壓一個(gè)錐度方形杯子，沖模間隙和沖壓力兩方面的影響在接下來的部分被研究。 3.1沖模間隙的影響 為了檢查沖模間隙對(duì)起皺的影響，在沖壓一個(gè)錐度方形杯子時(shí)，分別用20mm，30mm，50mm大小的沖模間隙進(jìn)行模擬沖壓。在每次模擬沖壓中，模腔的尺寸都是固定在200mm，而且杯子拉深的高度都是100mm。三次模擬中使用的金屬板料都是380X380的方形尺寸，厚度也都是0.7mm，金屬的應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖3所示。 圖4 G=50mm的帶有錐度的方形杯子 模擬結(jié)果顯示三次模擬中都發(fā)生起皺現(xiàn)象，沖模間隙為50mm沖壓出來的杯子模擬形狀如圖4。從圖4中可以看出，起皺分布在側(cè)壁，側(cè)壁拐角尤其明顯。這就說明在沖壓過程中，起皺是由于在側(cè)壁有大面積區(qū)域不被支撐，同樣，由于沖模間隙不一樣，沖頭各邊的長(zhǎng)度和模腔尺寸也不一樣。由于橫向壓力的存大，在沖頭和模腔中拉深成形的金屬板料越來越不牢固。在壓縮下，側(cè)壁金屬板料不受限制的拉伸是起皺的主要原因。為了比較三種不同間隙沖壓出來的產(chǎn)品，兩個(gè)主要的應(yīng)變比率β被介紹，β=εmin/εmax，這里的εmin和εmax分別是主要的和次要的應(yīng)變。Hosford和Caddell已經(jīng)展示了β的實(shí)際值比β的評(píng)論值大，假設(shè)當(dāng)起皺發(fā)生時(shí)，β的實(shí)際值越大，起皺的可能性就越大。 在三個(gè)沖模間隙不同的沖壓中，同一側(cè)壁高度，沿著橫截面M-N的β值在圖4中標(biāo)記出，在圖5中畫出。圖5中說明嚴(yán)重的起皺一般發(fā)生在拐角處，而對(duì)三個(gè)沖模間隙不同的沖壓，在側(cè)壁中心很少發(fā)生起皺。還說明了沖模間隙越大，β的實(shí)際值就越大。因此，增加沖模間隙將增加在錐度方形杯子側(cè)壁處發(fā)生起皺的可能性。 3.2沖壓力的影響 眾所周知，在沖壓過程中，增加沖壓力可以幫助排除起皺。為了研究增加沖壓力的影響，沖模間隙為50mm與起皺是有關(guān)聯(lián)的，用沖模間隙為50mm的模具沖壓帶有錐度方形杯子被用不同的沖壓力來模擬了。沖壓從100KN增加到600KN，這兩個(gè)力分別產(chǎn)生0.33Mpa和1.98Mpa。在上述部分，剩下的模擬條件與給定的是一樣的。處于中間的300KN也被用來模擬。 模擬結(jié)果顯示沖壓力的增加并沒有幫助消除發(fā)生在側(cè)壁的起皺。在圖4中已標(biāo)出沿著橫截面M-N的β值與沖壓力為100KN和600KN的β值作比較。模擬結(jié)果指出兩種情況下，沿著橫截面M-N的β值是一樣的。為了檢查兩種不同沖壓力的起皺形狀，正如圖4和圖6標(biāo)出的那樣，側(cè)壁上從底部向上有五處不同位置的橫截面。從圖6可以看出，兩個(gè)外殼的波浪形橫截面是相似的。這就說明在沖壓帶有錐度的方形杯子時(shí)，沖壓力不影響起皺的發(fā)生，這是因?yàn)槠鸢櫟脑蛑饕怯捎谠谟袡M向壓力存在的側(cè)壁處有大面積區(qū)域不被支撐。沖壓力對(duì)沖頭和模腔之間材料不穩(wěn)定的模式并沒有影響。 圖5 沿著橫截面M-N不同沖模間隙的β值 4階梯矩形杯子 在沖壓一個(gè)階梯矩形杯子時(shí)，起皺發(fā)生在側(cè)壁即使沖模間隙并不是那么重要。輪廓1顯示沖壓階梯矩形杯子的沖頭草圖，在這張草圖中，側(cè)壁C沿臺(tái)階D-E而行。在近期的研究中，在一個(gè)實(shí)際的產(chǎn)品中檢查到了這種幾何形狀。這種產(chǎn)品使用的原材料的厚度是0.7mm，從拉力測(cè)試中獲得的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系如圖3所示。 這種沖壓部分產(chǎn)品的程序包括通過清理焊縫的深拉。在這種深拉過程中，沒有焊縫被用在沖模表面來幫助幫助金屬的流動(dòng)。但是，由于沖頭拐角處的半徑過小和其復(fù)雜的幾何形狀，如圖7顯示的那樣，在沖頭邊緣上部經(jīng)常發(fā)生拉裂，在真實(shí)產(chǎn)品的側(cè)壁處經(jīng)常發(fā)生起皺。從圖7中可以看出，皺紋發(fā)分布在側(cè)壁上，但是在階梯邊緣拐角處最為嚴(yán)重，就像圖1（b）中A-D，B-E顯示的那樣。在沖頭的上部邊緣，金屬往往被拉裂，就像圖7所示。 為了進(jìn)一步的了解沖壓過程中板料的變形，誕生了一種有限元的方法。這種有限元模擬方法被在最初的設(shè)計(jì)中。部分的模擬形狀如圖8所示。從圖8中可以看出，零件上部邊緣的網(wǎng)眼被拉深，皺紋分布在側(cè)壁上，類似真實(shí)零件中的那樣。 圖6 從圖a的100KN到圖b的600KN不同側(cè)壁高度的橫截面線條 圖7 產(chǎn)品零件中的拉裂和起皺 圖8 產(chǎn)品拉裂和起皺的模擬形狀 如圖1（b）就像A-B邊緣半徑和沖孔拐角處A的半徑一樣，沖孔的半徑也很小，這被認(rèn)為是拉裂的最主要原因。但是，根據(jù)有限元分析的結(jié)果，拉裂可以通過增加以半徑來避免。這種理念在現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品中通過增加半徑得到證實(shí)。 個(gè)別的嘗試也被用來消除起皺。第一，沖壓力加到原來的2倍。但是，就像在拉深帶有錐度的杯子中得到的結(jié)果一樣，沖壓力對(duì)消除起皺現(xiàn)象沒有起有很大的效果。通過增加摩擦和毛坯尺寸也得到同樣的結(jié)論。于是我們推測(cè)，這種起皺不能通過增加沖壓力來得到抑制。 由于在金屬屈服于過大壓力的區(qū)域，往往會(huì)因?yàn)榇罅康慕饘倭鲃?dòng)而起皺，一種通過在起皺區(qū)域增加掛鉤用于消除起皺的簡(jiǎn)單方法被用來吸收多余的材料。為了多余的金屬能有效的被吸收，掛鉤應(yīng)該平衡的加在起皺位置。基于這種理念，兩個(gè)掛鉤被加在鄰近在壁上吸收多余的材料，如圖9如示。模擬結(jié)果顯示，階梯拐角處的起皺正如想象的那樣被吸收，但是，一些起皺仍然沒被吸收。這說明在側(cè)壁處需要更多的掛鉤來吸收所有過量的材料，但是這在模具設(shè)計(jì)中是不允許的。 利用有限元分析法分析沖壓工序的一個(gè)優(yōu)勢(shì)是沖壓過程中板料的變形形狀可以被監(jiān)測(cè)，而這在真實(shí)的產(chǎn)品沖壓過程中是不可能的。對(duì)沖壓過程中金屬流動(dòng)的精密監(jiān)測(cè)顯示板料最開始通過沖頭的力按模腔的形狀成形，直到板料接觸到如圖1（b）階梯D-E邊緣才形成起皺。起皺的形狀如 圖9 加到側(cè)壁的起皺 圖10顯示的那樣。這就為模具設(shè)計(jì)的改進(jìn)提供了有價(jià)值的信息。 圖10 當(dāng)板料接觸臺(tái)階邊緣的起皺形成 圖11 切除了的臺(tái)階拐角 對(duì)于起皺的發(fā)生，最初的一個(gè)猜想是沖頭拐角處范圍A和階梯拐角處范圍D之間的金屬板料處于不平坦的拉深，就如圖1（b）所示。階梯拐角處被切主要是為了改善拉深條件，這樣就允許通過增加階梯邊緣有更多的拉伸被應(yīng)用到如圖11所示，從而使得模具設(shè)計(jì)的改進(jìn)得到發(fā)展。但是，杯子側(cè)壁處仍然有起皺，這就意味著起皺是因?yàn)檎麄€(gè)沖頭邊緣和整個(gè)階梯邊緣的不平坦引起的，不僅僅是沖頭拐角處和階梯拐角處之間的不平坦。為了證實(shí)這種說法，兩種改進(jìn)過了的模具設(shè)計(jì)被用來實(shí)驗(yàn)：為了描述想象中的形狀用兩種拉深操作，一種是切去整個(gè)階梯，而另一種是增加更多的拉深操作。前一個(gè)方法的模擬形狀所圖12所示。自從更低的階梯被切去后，拉深工序與圖12中的矩形杯子拉深工序性很相似。從圖12中可以看出起皺現(xiàn)象已被消除。 在這兩種操作的拉深工序中，板料最初是被拉到很深的階梯處，如圖13（a）所示，然后，較低的階梯在第二步拉深操作中成形，同是，如圖13（b）所示的想象形狀也得到了。從圖13（b）可以清晰的看出，通過兩步拉深工序可以造出沒有起皺的階梯矩形杯子，同時(shí)也說明在兩步拉深工序中，如果相應(yīng)的順序被應(yīng)用，則更低一些的階梯處的成形是伴隨更深階梯處成形和最深階梯邊緣處成形的最早成形，如圖1(b)中的A-B，因?yàn)榻饘俨蝗菀淄ㄟ^較低的階梯進(jìn)入模具型腔。 圖12改善模具設(shè)計(jì)的模擬形狀 圖13 兩個(gè)操作步驟中的a第一步操作 b第二步操作 有限元分析法說明用簡(jiǎn)單的拉深操作來設(shè)計(jì)理想產(chǎn)品的沖壓模具設(shè)計(jì)是很難完成的。但是，由于額外的模具費(fèi)用和操作費(fèi)用，兩個(gè)操作的制造費(fèi)用是很高的。為了保持較低的制造費(fèi)用，零件的設(shè)計(jì)師對(duì)形狀做出了合適的改變，而且通過有限元模擬分析法結(jié)果去切除較低的臺(tái)階來改善模具設(shè)計(jì)，如圖12所示。隨著設(shè)計(jì)方法的改進(jìn)，產(chǎn)品真實(shí)的沖壓模具被制造出來，而且零件還沒有起皺，如圖14所示。通過有限元模擬分析法得到的零件也沒有起皺。 為了進(jìn)一步驗(yàn)證有限元模擬分析法的結(jié)果，有限元模擬分析法得到的沿橫截面G-H的厚度分布如圖14所示，這與產(chǎn)品的尺寸做了比較，比較的結(jié)果顯示在圖15。從圖15可以看出有限元模擬分析法得到的預(yù)想的厚度分布和產(chǎn)品得到的厚度分布是相符合的。這種吻合證實(shí)了有限元模擬分析法的效率。 圖14 無缺陷產(chǎn)品零件 圖15 G-H處模擬和測(cè)量厚度 5概要和結(jié)束語 通過有限元模擬分析法研究了兩種在沖壓過程中的起皺，而且還檢查了其起皺的原因和消除起皺的方法。 第一種形式的起皺發(fā)生在沖壓帶有錐度的方形杯子的側(cè)壁上，這種起皺的原因是因?yàn)闆_模間隙過大（沖模間隙就是模腔的尺寸和沖頭的尺寸的差距）。當(dāng)金屬被拉至模腔中，在沖頭和型腔中有一有害的拉深時(shí)，大的沖模間隙導(dǎo)致金屬板料的大面積區(qū)域不被支撐，因此大面積區(qū)域不被支撐導(dǎo)致起皺。有限元模擬分析法顯示這種起皺不能通過增加沖壓力的方法來得到抑制。 另一種形式的起皺發(fā)生在有階梯矩形的幾何形狀物體沖壓過程中。起皺往往發(fā)生在臺(tái)階以上的側(cè)壁，甚至沖模的間隙不是足夠的大。通過有限元模擬法得知，這種起皺主要是由于在沖頭和臺(tái)階邊緣存在不平坦的拉伸。在模具設(shè)計(jì)過程中，通過有限元模擬分析法單獨(dú)的嘗試被用來消除起皺，切除了臺(tái)階的模具被建立。通過無缺陷的零件證實(shí)了這種模具設(shè)計(jì)方法對(duì)消除起皺的作用。有限元模擬分析法得到的結(jié)果和真實(shí)產(chǎn)品中看到的結(jié)果相吻合說明了有限元模擬分析法的準(zhǔn)確性，還證實(shí)了用有限元分析法代替真實(shí)的模具制造方法的效力。 感謝 作者希望感謝中國人民共和國民族科學(xué)委員會(huì)授于NSC-86-2212-E002-028編號(hào)才使得這個(gè)項(xiàng)目得到發(fā)展。他們也希望感謝KYM提供了產(chǎn)品零件。 參考文獻(xiàn) 1. K. Yoshida， H. Hayashi， K. Miyauchi， Y. Yamato， K. Abe， M. Usuda， R. Ishida and Y. Oike，在金屬板料，皺紋機(jī)械工具的效果取決于不均勻的拉深 2. T.X.Yu，W.Johnson 和 W.J.Stronge， “圓形碟子在半球形模具中的沖壓成形”，機(jī)械學(xué)雜志，26，pp.131-148，1984 3. W.J.stronge，M.P.F.Sutcliffe和T.X.Yu，在沖壓期間，圓形碟子的塑性起皺。實(shí)驗(yàn)的技巧，pp.345-353，1986. 4. R.Narayanasamy和R.Sowerby，“當(dāng)用一種圓錐形的沖模成形時(shí)的金屬板料起皺”，材料處理技術(shù)雜志，41，pp.275-290，1994. 5. W.F.Hosford 和 R.M.Caddell，金屬成形:機(jī)械和冶金，1993年第二季。 濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 題目 卡板落料模的設(shè)計(jì)與制造 系別 專業(yè) 　　　　 　　　　　　　　 班級(jí) 姓名 學(xué)號(hào) 指導(dǎo)教師 日期 設(shè)計(jì)任務(wù)書 設(shè)計(jì)題目： 卡板落料模的設(shè)計(jì)與制造 設(shè)計(jì)要求： 1.確定沖壓件的排樣方式。 2.有關(guān)計(jì)算及模具設(shè)計(jì)。 3.模具制造工藝編制與裝配。 設(shè)計(jì)進(jìn)度： 1．11月26日－11月30日 查閱收集資料 2．12月1日－12月5日 主要設(shè)計(jì)計(jì)算 3．12月6日－12月14日 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4．12月15日－12月22日 模具的整體設(shè)計(jì) 5．12月23日－12月25日 校核、修改、上交論文 6．12月26日－12月31日 論文答辯 指導(dǎo)教師（簽名）： 濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電系2007屆畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯記錄 姓 名 扶清森 專 業(yè) 模具設(shè)計(jì)與制造 班 級(jí) 0401 答辯時(shí)間 答辯地點(diǎn) 設(shè)計(jì)題目 卡板落料模設(shè)計(jì)與制造 1.試述沖裁模刃口尺寸計(jì)算原則？ 答：①落料件尺寸取決于凹模尺寸，沖孔件的尺寸取決于凸模尺寸。 ②考慮刃口的磨損對(duì)沖裁件尺寸的影響。 ③考慮沖裁件精度與模具精度間的關(guān)系。 2．從工藝角度考慮沖裁凸模的分類有哪幾種？ 答：由于沖裁凸模的刃口形狀種類繁多，從工藝角度考慮，可將其分為圓形和非圓形兩種。 3．確定加工余量的方法有哪幾種？ 答：①查表法 ②分析計(jì)算法 ③經(jīng)驗(yàn)估計(jì)法 4.模具設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是什么？ 答：①拉深工藝計(jì)算要求有較高的準(zhǔn)確性，拉深凸模長(zhǎng)度的決定必須滿足工件拉深高度的要求，且拉深凸模上必須設(shè)計(jì)通氣孔。 ②在有凸緣的拉深工序過程中，工件的高度取決于上模的行程，使用中為便于模具調(diào)整，最好在模具上設(shè)計(jì)限位柱，當(dāng)壓力機(jī)滑塊在下死點(diǎn)位置時(shí)，模具應(yīng)在限程的位置閉合。 ③拉深時(shí)由于工作行程較大，故對(duì)控制壓邊力用的彈性元件的壓縮量應(yīng)認(rèn)真計(jì)算。 ④壓邊圈與毛坯接觸的一面要平整，不應(yīng)有孔或槽，否則拉深時(shí)毛坯起皺會(huì)陷到孔或槽里，引起拉裂。 5．模具常用的裝配方法有哪幾種？ 答：①互換裝配法 ②分組互換裝配法 ③修配裝配法 ④調(diào)整裝配法 記錄教師（簽名）： 1 濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 目 錄 摘要 ...........................................................................1 前言 ...........................................................................2 1 沖壓件的工藝分析 .............................................................3 1.1 排樣方法的確定 ...........................................................4 1.2 搭邊值的采用 .............................................................5 2 沖壓力的計(jì)算 .................................................................6 2.1 沖裁力 ...................................................................6 2.2 卸料力 ...................................................................6 2.3 頂出力 ...................................................................6 3 壓力中心的確定 ...............................................................8 4 計(jì)算凸、凹模的刃口尺寸 .......................................................9 5 模具總體設(shè)計(jì)及主要零部件設(shè)計(jì) ................................................13 6 沖壓設(shè)備的選擇 ..............................................................15 7 模具總體設(shè)計(jì) ................................................................17 7.1 模具類型的選擇和定位方式的選擇 ..........................................17 7.2 卸料﹑出件方式的選擇 ....................................................17 7.3 導(dǎo)向方式的選擇 ..........................................................18 8 模具材料的選用及其他零部件的設(shè)計(jì) ............................................19 9 模具零件加工工藝 ............................................................21 10 模具的裝配和沖裁模具的試沖 .................................................22 10.1 模具的裝配 .............................................................22 10.2 沖裁模具的試沖 .........................................................23 總結(jié) ..........................................................................25 致謝 ..........................................................................26 參考文獻(xiàn) ......................................................................27 濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 摘要 模具生產(chǎn)的工藝水平及科技含量的高低，已成為衡量一個(gè)國家科技與產(chǎn)品制造水平的重 要標(biāo)志，它在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益、新產(chǎn)品的開發(fā)能力，決定著一個(gè)國家制 造業(yè)的國際競(jìng)爭(zhēng)力，因此這次我們的畢業(yè)設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一個(gè)模具以便檢驗(yàn)自己所學(xué)模具有關(guān) 方面的知識(shí)是否牢固。 在這次設(shè)計(jì)中根據(jù)所給題目的要求，我首先對(duì)沖壓件進(jìn)行了分析，分析該零件的尺寸精 度得出用一般精度的模具即可滿足零件精度的要求，再從零件的形狀、尺寸標(biāo)注及生產(chǎn)批量 等情況看，我選擇了以下方案。 根據(jù)對(duì)零件的綜合分析，在本人這次設(shè)計(jì)中我設(shè)計(jì)的模具是卡板落料模，主要介紹的是 模具的沖裁，沖壓生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的工序之一。材料為 30 鋼板，厚度 t=0.3mm。傳統(tǒng)的 加工方法為落料。我的加工方法比較簡(jiǎn)單。由于材料和厚度的原因，我采用的加工方法為： 采用單工序落料模進(jìn)行加工。 關(guān)鍵詞：落料模 沖裁 沖壓模具 濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 前言 隨著經(jīng)濟(jì)總量和工業(yè)產(chǎn)品技術(shù)的不斷發(fā)展，各行各業(yè)對(duì)模具的需求量越來越大，技術(shù)要 求也越來越高。業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為，雖然模具種類繁多，但在“十一五”期間其發(fā)展重點(diǎn)應(yīng)該是 既能滿足大量需要，又具有較高的技術(shù)含量，特別是目前國內(nèi)尚不能自給、需大量進(jìn)口的模 具和能代表發(fā)展方向的大型、精密、復(fù)雜、長(zhǎng)壽命模具。又由于模具標(biāo)準(zhǔn)件的種類、數(shù)量、 水平、生產(chǎn)集中度等對(duì)整個(gè)模具行業(yè)的發(fā)展有重大影響。因此，一些重要的模具標(biāo)準(zhǔn)件也必 須重點(diǎn)發(fā)展，而且其發(fā)展速度應(yīng)快于模具的發(fā)展速度，這樣才能不斷提高我國的模具標(biāo)準(zhǔn)化 水平，從而提高模具質(zhì)量，縮短模具生產(chǎn)周期及降低成本。由于我國的模具產(chǎn)品在國際市場(chǎng) 上占有較大的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，因此對(duì)于出口前景好的模具產(chǎn)品也應(yīng)作為重點(diǎn)來發(fā)展。而且應(yīng)該是 目前已有一定基礎(chǔ)，有條件、有可能發(fā)展起來的產(chǎn)品。如： 1.大型精密塑料模具 塑料模具占我國模具總量的比例正逐年上升，發(fā)展?jié)摿薮蟆?目前雖然已有相當(dāng)技術(shù)基礎(chǔ)并正在快速發(fā)展，但技術(shù)水平與國外仍有較大差距，總量也供不 應(yīng)求，每年進(jìn)口幾億美元。 2.主要模具標(biāo)準(zhǔn)件 目前國內(nèi)已有較大產(chǎn)量的模具標(biāo)準(zhǔn)件主要是模架、導(dǎo)向件、推桿 推管、彈性元件等。這些產(chǎn)品不但國內(nèi)配套大量需要，出口前景也很好，應(yīng)繼續(xù)大力發(fā)展。 雖然如此，我國的沖壓模具設(shè)計(jì)制造能力與市場(chǎng)需要和國際先進(jìn)水平相比仍有較大差距。 這些主要表現(xiàn)在高檔轎車和大中型汽車覆蓋件模具及高精度沖模方面，無論在設(shè)計(jì)還是加工 工藝和能力方面，都有較大差距。轎車覆蓋件模具，具有設(shè)計(jì)和制造難度大，質(zhì)量和精度要 求高的特點(diǎn)，可代表覆蓋件模具的水平。雖然在設(shè)計(jì)制造方法和手段方面已基本達(dá)到了國際 水平，模具結(jié)構(gòu)功能方面也接近國際水平，在轎車模具國產(chǎn)化進(jìn)程中前進(jìn)了一大步，但在制 造質(zhì)量、精度、制造周期等方面，與國外相比還存在一定的差距。 標(biāo)志沖模技術(shù)先進(jìn)水平的多工位級(jí)進(jìn)模和多功能模具，是我國重點(diǎn)發(fā)展的精密模具品種。 有代表性的是集機(jī)電一體化的鐵芯精密自動(dòng)閥片多功能模具，已基本達(dá)到國際水平。 濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 1 沖壓件的工藝分析 生產(chǎn)批量：大批量 材料： 鋼30 材料厚度： m. 圖 1 卡板 表 1.1 兩孔中心距離公差 一般精度（模具） 較高精度（模具） 孔距基本尺寸 材料厚度 ??t50?150~350?150~301?.?.2.?..?8.2~12.0.3.004.6.01.45..5..8.2.62.0?3.40.?.10.?5. 分析該零件的尺寸精度，查表 1.1 其兩孔中心距的尺寸及公差為 ，用一般精m2.8 度的模具可達(dá)到的兩孔中心距離公差為 ，即可滿足零件的精度要求。從零件的形m15.0 狀、尺寸標(biāo)注及生產(chǎn)批量等情況看，也均符合沖裁的工藝要求，并且只需一次落料即可，故 濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 采用單工序落料模進(jìn)行加工。 1.1 排樣方法的確定 常用的排樣方法有三種： （1）有廢料排樣：指沿工件全部外形沖裁，工件與工件、工件與條料邊緣都留有搭邊， 此種排樣的缺點(diǎn)是材料利用率低，但有了搭邊就能保證沖裁件的質(zhì)量，模具壽命也高。 （2）少廢料排樣：指模具只沿著工件部分外形輪廓沖裁，只有局部搭邊的存在。 （3）無廢料排樣：指工件與工件之間及工件與條料側(cè)邊之間均無搭邊的存在，模具刃口 沿條料順序切下，直接獲得工件。 少、無廢料排樣的缺點(diǎn)是工件質(zhì)量差，模具壽命不高，但這兩種排樣可以節(jié)省材料，還 具有簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu)、降低沖裁力和提高生產(chǎn)率等優(yōu)點(diǎn)。并且工件須具有一定的形狀才能采用 少、無廢料排樣。上述三類排樣方法，按工件的外形特征主要分為直排、斜排、直對(duì)排、斜 對(duì)排、混合排、多行排等形式。 根據(jù)本零件的特點(diǎn)，適合采用有廢料直排的方式,這樣不僅使沖出的零件達(dá)到要求，有 可以盡可能大的提高材料的利用率。 采用直排有廢料排樣方式所示： 圖 2 排樣方式 計(jì)算沖裁件的面積 :A 濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 ?? 22 2 319071471826 mA ??????? ??????? 1.2 搭邊值的采用 表 1.2 沖裁金屬材料的搭邊值 手送料 圓形 非圓形 往復(fù)送料 自動(dòng)送料 料厚 a1a1a1a1 ~1 1.5 1.5 2 1.5 3 2 >1~2 2 1.5 2.5 2 3.5 2.5 3 2 >2~3 2.5 2 3 2.5 4 3.5 >3~4 3 2.5 3.5 3 5 4 4 3 >4~5 4 3 5 4 6 5 5 4 >5~6 5 4 6 5 7 6 6 5 >6~8 6 5 7 6 8 7 7 6 8 以 上 7 6 8 7 9 8 8 7 查表 1.2 的最小搭邊值： , ma2?5.1 條料寬度： b120? 進(jìn)距： mh5.3.34? 一個(gè)進(jìn)距的材料利用率： %75105.31209%2????mbhnA? 濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 2 沖壓力的計(jì)算 2.1 沖裁力 該模具采用彈性卸料和上出料方式，采用平刃口凸模和凹模沖裁時(shí)，其沖裁力的計(jì)算式 如下： bLtF????N 其中 ??m34.69721684216?????? mt3.0? abMP5? 故 NF3104.5.4.369??? 2.2 卸料力 從凸模上卸下緊箍著的材料所需的力稱為卸料力，影響卸料力的因素很多如材料的種類， 材料的厚度，沖裁間隙，零件的尺寸以及潤(rùn)滑情況等。這些力通常采用經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算如： FK卸卸 ? 查表 3.3 得 05.卸 N33107.214.???卸 2.3 頂出力 FK頂頂 ? 表 2.1 卸料力、推件力和頂出力因數(shù) 沖裁材料 K 卸 K 推 K 頂 純銅、黃銅 0.02~0.06 0.03~0.09 鋁、鋁合金 0.025~0.08 0.03~0.07 ~0.1 0.06~0.075 0.1 0.14 >0.1~0.5 0.045~0.055 0.065 0.08 >0.5~2.5 0.04~0.05 0.050 0.06鋼 材料 厚度 mm >2.5~6.5 0.03~0.04 0.040 0.05 濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 >6.5 0.02~0.03 0.025 0.03 查卸料力、推件力和頂出力因數(shù)表 3.3 得 08.?頂K NF331421.508. ???頂 選擇沖床時(shí)的總沖壓力：KNF6.2??推頂總 濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 3 壓力中心的確定 沖裁模的壓力中心就是沖裁力合力的作用點(diǎn)。沖壓時(shí)，模具的壓力中心一定要與沖床滑 塊的中心線重合。否則滑塊就會(huì)承受偏心載荷，使模具歪斜，間隙不均勻，從而導(dǎo)致沖床滑 塊與導(dǎo)軌和模具的不正常磨損，降低沖床和模具的壽命。所以在模具設(shè)計(jì)時(shí)，必須要確定模 具的壓力中心，并使其通過模柄的軸線，從而保證模具壓力中心與沖床滑塊中心重合。 對(duì)稱形狀的 工件，其壓力中心位于輪廓圖形的幾何中心 O 點(diǎn)壓力中心圖 3.1 確定模具壓力中心 按比例畫出工件形狀，將工件輪廓線分成 基本線段，并選定坐521.l、 標(biāo)系 ，如圖 3 所示，因工件左右對(duì)稱，其壓力中心一定在對(duì)稱軸 上，即 。計(jì)算xOy y0?x.0 圖 3 壓力中心 ;814261 mml ????01?y ??0732 ??m5.8742??? ;43l???y4.21sin13???mmy 69.274cosin174?? ;5324l???;85l?y345?lllyyy4.16543210?? 濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 4 計(jì)算凸、凹模的刃口尺寸 表 4.1 落料、沖孔模刃口使用間隙 材料名 稱 45??退 火8,7T 磷青銅（硬） 鈹青銅（硬） 10、15、20 冷軋鋼帶 30 鋼板 硅鋼板 、235Q1 鋼板 08、10、15 鋼板 銅母線 鋁母線 防銹鋁 軟鋁 L2~L6 力學(xué)性 能 MPa HBSb6019??MPaHBSb60~419??MPaHBSb40~317??PaHBSb307?? 初始間隙 Z 厚度 t minZaxminZaxminaxminZax 0.1 0.015 0.035 0.01 0.03 * — * — 0.2 0.025 0.045 0.015 0.035 0.01 0.03 * — 0.3 0.04 0.06 0.03 0.05 0.02 0.04 0.01 0.03 0.5 0.08 0.10 0.06 0.08 0.04 0.06 0.025 0.045 0.8 0.13 0.16 0.10 0.13 0.07 0.10 0.045 0.075 1.0 0.17 0.20 0.13 0.16 0.10 0.13 0.065 0.095 1.2 0.21 0.24 0.16 0.19 0.13 0.16 0.075 0.105 1.5 0.27 0.31 0.21 0.25 0.15 0.19 0.10 0.14 1.8 0.34 0.38 0.27 0.31 0.20 0.24 0.13 0.17 2.0 0.38 0.42 0.30 0.34 0.22 0.26 0.14 0.18 2.5 0.49 0.55 0.39 0.45 0.29 0.35 0.18 0.24 3.0 0.62 0.68 0.49 0.55 0.36 0.42 0.23 0.29 3.5 0.73 0.81 0.58 0.66 0.43 0.51 0.27 0.35 4.0 0.86 0.94 0.68 0.76 0.50 0.58 0.32 0.40 濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 4.5 1.00 1.08 0.78 0.86 0.58 0.66 0.37 0.45 5.0 1.13 1.23 0.90 1.00 0.65 0.75 0.42 0.52 6.0 1.40 1.5 1.10 1.20 0.82 0.92 0.53 0.63 8.0 2.00 2.12 1.60 1.72 1.17 1.29 0.76 0.88 10 2.60 2.72 2.10 2.22 1.56 1.68 1.02 1.04 12 3.30 3.42 2.60 2.72 1.97 2.09 1.30 1.42 查落料、沖孔模的初始間隙經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)表 4.1 得間隙值 ,03.min?Z.05max?Z 表 4.2 因數(shù) x 非圓形 x 值 圓形 X 值 1 0.75 0.5 0.75 0.5 材料厚度 mt 工件公差 m ? 1 <0.16 0.17~0.35 ≥0.36 <0.16 ≥0.16 1~2 <0.20 0.21~0.41 ≥0.42 <0.20 ≥0.20 2~4 <0.24 0.25~0.49 ≥0.50 4 <0.30 0.21~0.59 ≥0.60 <0.30 ≥0.30 查表得因數(shù) 5.0?x 表 4.3 沖裁和拉深件未注公差尺寸的極限偏差 ??m 尺寸的類型 基本尺寸 包容表面 被包容表面 孔中心距 ≤３ +0.25 -0.25 3～6 +0.30 -0.30 15.0? 6～10 +0.36 -0.36 10～18 +0.43 -0.43 2. 18～30 +0.52 -0.52 30～50 +0.62 -0.62 31.0? 濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 50～80 +0.74 -0.74 80～120 +0.87 -0.87 435.0? 120～180 +1.00 -1.00 7. 對(duì)零件圖中未注公差的尺寸，查表 4.3 查出其極限偏差 , ， 。 m087.16?43.0?m062.?043.17? 本零件因形狀比較復(fù)雜，且為薄材料，為了保證凸、凹模間的間隙值，必須采用凸、凹 模配合加工的方法?，F(xiàn)以凹模磨損后的尺寸變化情況，將零件圖中各尺寸進(jìn)行分類： A 類尺寸： ， ， B 類尺寸：087.16?062.34?043.17? 43.01? C 類尺寸： 2? 凹模刃口尺寸計(jì)算如下： ??40max ????Aj? m2.487.0515.16????凹 ??16.046.093.3???凹 .0.077凹 4min???xBj??m01.03.245.14????凹 8.min?Cj ??05.82.045182??凹 凸模的刃口尺寸按凹模的實(shí)際尺寸配制，并保證雙面間隙 。m05.~3. 凹模的外形尺寸：參考式取凹模厚度 ，凹模的壁厚 。mH?c4? 凹模的零件圖見圖 4。 濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 圖 4 凹模 濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 5 模具總體設(shè)計(jì)及主要零部件設(shè)計(jì) 如圖 5 所示的模具總圖。 19876543120987654321 圖 5 總裝圖 該模具為癥狀下頂出單工序落料模，條料的送進(jìn)，由兩個(gè)導(dǎo)料銷 1 控制其方向，由固定 擋料銷 12 控制其進(jìn)距。卸料采用彈性卸料裝置，將廢料從凸模上卸下。同時(shí)有裝在模座之 下的頂出裝置實(shí)現(xiàn)上出件，通過調(diào)整螺母 19 壓縮橡膠 17，可調(diào)整頂出力。由于該彈性頂出 裝置在沖裁時(shí)能壓住工件，并及時(shí)地將工件從凹模內(nèi)頂出，因此可使沖出的工件表面平整。 適用于厚度較薄的中、小工件的沖裁。 卸料彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算： 1.根據(jù)模具結(jié)構(gòu)初定 6 根彈簧，每根彈簧分擔(dān)的卸料力為：NnF4027?卸 2.根據(jù)預(yù)壓力 和模具的結(jié)構(gòu)尺寸，選出序號(hào) 57～61 的彈簧，其最大工作負(fù)荷???預(yù) 為 ,且大于 。106 3.效驗(yàn)是否滿足 。經(jīng)過計(jì)算可得下列數(shù)據(jù)如表 5.1總s1 濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 表 5.1 效驗(yàn)數(shù)據(jù)表 序號(hào) 0H110Hs????NFs460?預(yù)預(yù) 修 磨工 作預(yù)總 ss??5742.38.4 3.1786932090.5.717.413523638.2.4630.7 注： msmts 6,.10????修 磨工 作 由上述表中數(shù)據(jù)可知，序號(hào) 59～61 的彈簧均滿足 ，根據(jù)模具結(jié)構(gòu)確定使用總s?1 59 號(hào)彈簧。該彈簧規(guī)格為： 外經(jīng)： 鋼絲直徑：D36?d0.5? 自由高度： mH80 裝配高度： ms63172?預(yù) 模具選用后側(cè)導(dǎo)柱標(biāo)準(zhǔn)模架： 上模座： 4520/// ???BL 下模座： Hm 導(dǎo)柱： 1632//d 導(dǎo)套： 4305/???D 模架的閉合高度： ~70 墊板厚度： m1 凸模固定板厚度： 6 彈簧露出高度： ??m4103?為 卸料板厚度： 14 模具的閉合高度： ?mH185021365????模 6 沖壓設(shè)備的選擇 沖壓設(shè)備類型的選擇：根據(jù)所要完成的沖壓工藝的性質(zhì)，生產(chǎn)批量的大小，沖壓件的幾 濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 何尺寸和精度要求等來選擇設(shè)備的類型。 對(duì)于中小型的沖栽件，彎曲件或拉深件的生產(chǎn)，主要應(yīng)用開式機(jī)械壓力機(jī)，雖然開式?jīng)_ 床的剛性差，在沖壓力的作用下床身的變形能夠破壞沖裁間隙分布，降低模具的壽命或沖裁 件的質(zhì)量?？墒?，由于它提供了極其方便的操作條件和非常容易安裝機(jī)械化附屬裝置的特點(diǎn)， 使它成為目前中、小型沖壓設(shè)備的主要形式。 對(duì)于大、中型沖壓件的生產(chǎn)，多采用閉式結(jié)構(gòu)形式的機(jī)械壓力機(jī)，其中有一般用途的通 用壓力機(jī)，也有臺(tái)面較小而剛度大的擠壓壓力機(jī)、精度機(jī)等。在大型拉深件的生產(chǎn)中，應(yīng)盡 量選用雙動(dòng)拉深壓力機(jī)，因其可使所用模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)整方便。 在小批量生產(chǎn)中，尤其是是大型沖壓件的生產(chǎn)多采用液壓機(jī)。液壓機(jī)沒有固定的行程， 不會(huì)因?yàn)榘辶虾穸茸兓d，而且在需要很大的施力行程加工時(shí)，與機(jī)械壓力機(jī)相比具有 明顯的優(yōu)點(diǎn)。但是，液壓機(jī)的速度小，生產(chǎn)率低，而且零件的尺寸精度有時(shí)因受到操作因素 的影響而不十分穩(wěn)定。 磨擦壓力機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、不易發(fā)生超負(fù)荷損壞等特點(diǎn)，所以在小批量生產(chǎn) 中常用來完成彎曲、成形等沖壓工序。但是，摩擦壓力機(jī)的行程次數(shù)少，生產(chǎn)率低，而且操 作不太方便。 在大批量或形狀復(fù)雜零件的大量生產(chǎn)中，應(yīng)盡量選用高速壓力機(jī)或多工位自動(dòng)壓力機(jī)。 沖壓設(shè)備規(guī)格的確定。 在沖壓設(shè)備的類型選定以后，應(yīng)該進(jìn)一步根據(jù)沖壓件的尺寸、模具的尺寸和沖壓力來確 定設(shè)備的規(guī)格。 所選壓力機(jī)的公稱壓力必須大于沖壓所需的總沖壓力，即： Fl總壓 機(jī) ? 1．壓力機(jī)的行程應(yīng)適當(dāng)。由于壓力機(jī)的行程影響到模具的張開高度，因此對(duì)于沖裁、 彎曲等模具，其行程不宜過大，以免發(fā)生凸模與導(dǎo)板分離（導(dǎo)板模）或滾珠導(dǎo)向裝置脫開的 不良后果。對(duì)于拉深模，壓力機(jī)的行程至少應(yīng)大于成品零件高度的兩倍以上，以保證毛坯的 放進(jìn)和成形零件的取出。 2．所選壓力機(jī)的閉合高度應(yīng)與沖模與沖模的閉合高度相適應(yīng)。即滿足：沖模的閉合高 度介于壓力機(jī)的最大閉合高度和最小閉合高度之間。 3．壓力機(jī)的工作臺(tái)面的尺寸必須大于模具下模座的外形尺寸，并且還要留有安裝固定 的余地。但在過大的臺(tái)面上安裝過小尺寸的沖模時(shí)，對(duì)工作臺(tái)的受力條件也是不利的。 選用開式雙柱可傾壓力機(jī) ： 1623?J 濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 公稱壓力： KN160 滑塊行程： m5 最大閉合高度： 2 閉合高度調(diào)節(jié)量： 4 滑塊中心線至床身距離： 160 工作臺(tái)尺寸： m530? 墊板厚度： 4 模柄孔尺寸： 6? 濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 7 模具總體設(shè)計(jì) 7.1 模具類型的選擇和定位方式的選擇 模具類型分為三種分別是：?jiǎn)喂ば蚰?、?fù)合模和級(jí)進(jìn)模。 單工序模又稱簡(jiǎn)單沖裁模，是指在壓力機(jī)一次行程內(nèi)只完成一種沖裁工序的模具，如落 料模、沖孔模、切斷模切口模等。 復(fù)合模是指在一次壓力機(jī)的行程中在模具的同一工位上同時(shí)完成兩道或兩到以上不同沖 裁工序的模具。復(fù)合模是一種多工序沖裁模，它在結(jié)構(gòu)上的主要特征是有一個(gè)或幾個(gè)具有雙 重作用的工作零件——凸凹模，如落料沖孔復(fù)合模中有一個(gè)既能作落料凸模又能作沖孔凹模 的凸凹模。 由沖壓工藝分析可知，該模具采用級(jí)進(jìn)沖壓，所以模具類型為級(jí)進(jìn)模。 定位方式的選擇通俗的說既是選擇定位零件。定位零件的作用是使坯料或工序件在模具 上有正確的位置，定位零件的結(jié)構(gòu)形式很多，用于對(duì)條料進(jìn)行定位的定位零件有擋料銷、導(dǎo) 料銷、導(dǎo)料板、側(cè)壓裝置、導(dǎo)正銷、側(cè)刃等，用于對(duì)工序進(jìn)行定位的定位零件有定位銷、定 位板等。 定位零件基本上都已標(biāo)準(zhǔn)化，可根據(jù)坯料和工序件形狀、尺寸、精度及模具的結(jié)構(gòu)形式 與生產(chǎn)效率要求等選用相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。 因?yàn)樵撃＞卟捎檬菞l料，控制條料的送進(jìn)方向采用導(dǎo)料板，無側(cè)壓裝置?？刂茥l料的送 進(jìn)步距采用擋料銷初定距，導(dǎo)正銷精定距。而第一件的沖壓位置因?yàn)闂l料長(zhǎng)度有一定余量， 可以靠操作工目測(cè)定。 7.2 卸料﹑出件方式的選擇 卸料與出件裝置的作用是當(dāng)沖模完成一次沖壓之后，把沖件或廢料從模具工作零件上卸 下來，以便沖壓工作繼續(xù)進(jìn)行。通常，把沖件或廢料從凸模上卸下來稱為卸料。 卸料裝置按卸料的方式分為固定卸料裝置﹑彈性卸料裝置和廢料切刀三種。固定卸料裝 置，固定卸料裝置僅由固定卸料板構(gòu)成，一般安裝在下模的凹模上；彈性卸料裝置由卸料板、 卸料螺釘和彈性元件（彈簧或橡膠）組成；彈性卸料裝置可安裝于上?；蛳履?，依靠彈簧或 橡膠的彈力來卸料，卸料力不太大但沖壓時(shí)可兼起壓料作用，故多用于沖裁料薄及平面度要 求較高的沖件；廢料切刀是在沖裁過程中沖裁廢料切斷成數(shù)塊，從而實(shí)現(xiàn)卸料的一種卸料零 濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 件。 出件裝置的作用是從凹模內(nèi)卸下沖件或廢料。我們通常把裝在上模內(nèi)的出件裝置稱為推 件裝置；把裝在下模內(nèi)的稱為頂件裝置。 綜合考慮該模具的結(jié)構(gòu)和使用方便，以及工件料厚為 1.2mm，相對(duì)較薄，卸料力也比較 小，故可采用彈性卸料。 又因?yàn)槭羌?jí)進(jìn)模生產(chǎn)。所以采用下出件比較便于操作與提高生產(chǎn)效率。 7.3 導(dǎo)向方式的選擇 在沖壓過程中，導(dǎo)向結(jié)構(gòu)一般情況下直接與模架聯(lián)系在一起，該模具采用中間導(dǎo)柱的導(dǎo) 向方式，提高模具壽命和工件質(zhì)量，方便安裝調(diào)整，故該級(jí)進(jìn)模采用中間導(dǎo)柱的導(dǎo)向方式。 濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 8 模具材料的選用及其他零部件的設(shè)計(jì) 模具材料的選用 冷沖模用鋼應(yīng)具有的力學(xué)性能： 1.應(yīng)具有較高的變形抗力； 2.應(yīng)具有較高的斷裂抗力； 3.應(yīng)具有較高的耐磨性及抗疲勞性能； 4.應(yīng)具有較高的冷熱加工工藝性。 冷沖模零件材料選用原則： 1.要選擇能滿足模具工作要求的最佳綜合性能的材料； 2.要針對(duì)模具失效形式選用鋼材； 3.要根據(jù)制品的批量大小，以最低成本的選材原則選材； 4.要根據(jù)沖模零件的作用選擇材料； 5.要根據(jù)沖模精度程度選擇鋼材。 綜合各種材料進(jìn)行比較及材料的用途查下列表 8.1 和 8.2 可選擇 GrWMn 為冷沖模工作零 件所用的鋼材。 表 8.1 冷沖模工作零件材料的選用 零件名稱 使用條件 選用材料 形狀簡(jiǎn)單，沖裁材料厚 度 t 小于等于 3mm，中小 批量生產(chǎn)的沖裁 T8、T8A、T10、T10A 沖裁件厚度 t 小于等于 3mm，形狀復(fù)雜，或沖裁 厚度 t 大于 3mm 的中小 批量沖裁 Gr12、GrWMn、GGr15、G r12MoV 要求批量較大，使用壽 命較長(zhǎng)的沖裁模 W18Gr4V、Gr4W2MoV、W6 Mo5GrV2、YG15、YG20 凸模，凹模，凸凹模， 凸、凹模鑲塊，連續(xù)模， 側(cè)刃凸模 需要加熱沖裁模 3Gr2W8V、5GrNiMo、6Gr 4Mo3NiWV 濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 選擇說明：在選擇沖裁凸模、凹模材料時(shí)，應(yīng)根據(jù)模具的工作條件和失效特點(diǎn)，量材而 用。如形狀簡(jiǎn)單、尺寸較小、受力較小的凸、凹模，只需要熱處理工藝適當(dāng)。性能可以滿足 使用，生產(chǎn)批量不大時(shí)，可選用碳素工具鋼，這樣可以降低成本；反之，就應(yīng)該選用變形較 小，耐磨性高的合金工具鋼。對(duì)于大、中型沖裁模，其材料成本與模具總成本 10%~18%左右， 故應(yīng)選用變形小、耐磨性高的合金工具鋼較適宜。 表 8.2 冷沖模輔助材料 零件名稱 選用材料 熱處理 硬度 HRC 上模座、下模座 HT20~40HT25~47、 ZG25、 ZG35A3、A 5 模柄 A3、A5 凸模固定板、凸、 凹模固定板 A3、A5 側(cè)面導(dǎo)板 45 淬火 43~48 導(dǎo)柱 20 滲碳 0.8~1 58~62 導(dǎo)套 20 淬火 58~60 導(dǎo)正銷、定位銷 T7、T8 淬火 52~56 擋料銷、擋料板 45 淬火 45~48 墊板、定位板 45、T7A 淬火 43~48 螺母、墊圈 A3 固定螺栓、螺釘 A3、45 銷釘 45 淬火 45~48 頂桿、推桿 45 淬火 43~48 濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 9 模具零件加工工藝 本副沖裁模，模具零件加工的關(guān)鍵在工作零件，固定板以及卸料板，若采用線切割 加工技術(shù)，這些零件的加工就變得相對(duì)簡(jiǎn)單，具體內(nèi)容見表 9.1。 表 9.1 落料凸模的加工工藝過程 工序號(hào) 工序名稱 工序內(nèi)容 1 備料 將毛坯鍛成長(zhǎng)方體 128×38×72 2 熱處理 退火 3 刨 刨 6 面，互為直角留單邊余量 0.5mm 4 熱處理 調(diào)質(zhì) 5 磨平面 磨 6 面，互成直角 6 鉗工劃線 劃出各孔位置線 7 加工螺釘孔、安 裝孔及穿絲孔 按位置加工螺釘孔、銷釘孔及穿絲孔 等 8 熱處理 按熱處理工藝，淬火回火達(dá)到 58～62HRC 9 磨平面 精磨上、下平面 10 線切割 按圖線切割，輪廓達(dá)到尺寸要求 11 鉗工精修 全面達(dá)到設(shè)計(jì)要求 12 檢驗(yàn) 凹模、固定板以及卸料板都屬于板類零件，其加工工藝比較規(guī)范。凹模的加工過程與落 料凸模的加工過程完全類似，見表 9.1，在此不再重復(fù)。 濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 10 模具的裝配和沖裁模具的試沖 10.1 模具的裝配 根據(jù)級(jí)進(jìn)模裝配要點(diǎn)，選凹模作為裝配基準(zhǔn)件，先裝下模，再裝上模，并調(diào)整間隙、試 沖、返修，具體裝配見表 10.1。 表 10.1 級(jí)進(jìn)模的裝配 序號(hào) 工序 工藝說明 1 凸、凹模 預(yù)配 （1）裝配前仔細(xì)檢查各凸模形狀以及凹模形孔，是否符合圖紙要求尺 寸精度、形狀。 （2）將各凸模分別與相應(yīng)的凹?？紫嗯洌瑱z查其間隙是否加工均勻。 不合適者應(yīng)重新修磨或更換。 2 凸模裝配 以凹?？锥ㄎ唬瑢⒏魍鼓７謩e壓入凸模固定板 7 的形孔中，并擰緊牢 固 3 裝配下模 （1） 在下模座 1 上劃中心線，按中心預(yù)裝凹模 2、導(dǎo)料板 3； （2） 在下模座 1、導(dǎo)料 3 上，用已加工好的凹模分別確定其螺孔位 置，并分別鉆孔，攻絲 （3） 將下模座 1、導(dǎo)料板 3、凹模 2、活動(dòng)擋料銷 13、彈簧 14 裝在 一起，并用螺釘緊固，打入銷釘 4 裝配上模 （1） 在已裝好的下模上放等高墊鐵，再在凹模中放入 0.12mm 片，然 后將凸模與固定板的組合裝入凹模； （2） 預(yù)裝上模座，劃出與凸模固定板相應(yīng)螺孔。銷孔位置并鉆絞螺 孔、銷孔； （3） 用螺釘將固定板組合、墊板 8、上模座連接在一起，但不要擰 緊； （4） 將卸料板 5 套裝在已裝入固定板的凸模上，裝上橡膠 9 和卸料 螺釘 6，并調(diào)節(jié)橡膠的預(yù)壓量，使卸料板高出凸模下端約 1mm； （5） 復(fù)查凸、凹模間隙并調(diào)整合適后，緊固螺釘； （6） 安裝導(dǎo)正銷 4、承料板 15； 切紙檢查，合適后打入銷釘。 濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 5 試沖調(diào)整 裝機(jī)試沖并根據(jù)試沖結(jié)果作相應(yīng)調(diào)整 10.2 沖裁模具的試沖 模具裝配以后，必須在生產(chǎn)條件下進(jìn)行試沖。通過試沖可以發(fā)現(xiàn)模具設(shè)計(jì)和制造的不 足，并找出原因給與糾正。并能夠?qū)δ＞哌M(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整和修理，直到模具正常工作中沖出 合格的制件為止。 沖裁模具經(jīng)試沖合格后，應(yīng)在模具模座正面打上編號(hào)、沖模圖號(hào)、制件號(hào)、使用壓力 機(jī)型號(hào)、制造日期等。并涂油防銹后經(jīng)檢驗(yàn)合格入庫。 沖裁模具試沖時(shí)常見的缺陷、產(chǎn)生原因和調(diào)整方法見表 10.2。 表 10.2 試沖時(shí)常見的缺陷、產(chǎn)生原因和調(diào)整方法 缺陷 產(chǎn)生原因 調(diào)整方法 沖件毛刺過大 1.刃口不鋒利或淬火硬度不 夠 2．間隙過大或過小，間隙不 均勻 1．修磨刃口使其鋒利 2．重新調(diào)整間隙，使其均勻 沖件不平整 1．凸模有倒錐，沖件從孔中 通過時(shí)被呀彎 2．頂出件與頂出器接觸零件 面積大小 1．修磨凹?？?，去除導(dǎo)錐現(xiàn) 象 2．更換頂出桿，加大與零件 的接觸面積 尺寸超差和形狀不準(zhǔn)確 凸模、凹模形狀及尺寸精度 差 修整凸模、凹模形狀及尺寸， 使其達(dá)到形狀及尺寸精度要 求 凸模折斷 1．沖裁時(shí)產(chǎn)生側(cè)壓力 2．卸料板傾斜 1．在模具上設(shè)置擋塊抵消側(cè) 向力 2．修整卸料板或使凸模增加 導(dǎo)向裝置 濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 凹模被脹裂 1．凹模孔有倒錐度形象 2．凹?？變?nèi)卡住廢料 1．修磨凹模孔，消除倒錐現(xiàn) 象 2．修抵凹?？赘叨?凸、凹模刃口相咬 1.上、下模座，固定板、凹 模、墊板等零件安裝基面不 平行 2.凸、凹模錯(cuò)位 3.凸模、導(dǎo)柱、導(dǎo)套與安裝 基面不垂直 4．導(dǎo)向精度差，導(dǎo)柱、導(dǎo)套 配合間隙過大 1．調(diào)整有關(guān)兩件重新安裝 2．重新安裝凸、凹模，使之 對(duì)正 3．調(diào)整其垂直度重新安裝 4．更換導(dǎo)柱、導(dǎo)套 濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 總結(jié) 經(jīng)過整整一個(gè)月的搜集整理資料和在指導(dǎo)老師的精心幫助下，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)終于成功 定稿了。 在這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我發(fā)現(xiàn)了在模具方面我還有很多的薄弱環(huán)節(jié)需要我的鞏固學(xué)習(xí)， 尤其是在計(jì)算凸、凹模的刃口尺寸方面我還應(yīng)該多學(xué)習(xí)一些，模具的難題是間隙如果配合不 好不但影響工件的尺寸精度而且對(duì)模具的使用壽命還有很大的危害，所以在這方面我還要多 問老師多查找資料，以便提高自己模具方面的專業(yè)知識(shí)。 這次我非常慶幸的戰(zhàn)勝了我自己，說實(shí)在話剛一看到自己的設(shè)計(jì)題目時(shí)，我真是非常的 想往后退縮，不過又一想不還是有指導(dǎo)老師和同學(xué)們的幫助嗎/于是自己強(qiáng)制說服了自己， 投入到了設(shè)計(jì)之中，現(xiàn)在回頭看一下自己曾經(jīng)的位置，心里有一種一覽眾山小的感覺，我知 道自己的付出得到了回報(bào)，我戰(zhàn)勝了自己，我又增加了新的立足社會(huì)的資本。 通過這次的設(shè)計(jì)，我不但學(xué)到了很多知識(shí)，而且我也領(lǐng)悟到了許多做人的大道理，感 謝學(xué)校給的這次機(jī)會(huì)，感謝幫我助我的各位老師和同學(xué)們。 濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 致謝 伴著晨鐘迎著暮鼓外加幾個(gè)不眠之夜，終于看到了勝利的曙光聽到了成功的歌聲，畢業(yè) 設(shè)計(jì)審核通過定稿了。 回頭曲頸看一看從接到題目到現(xiàn)在成功定稿的這一段路程，我不禁感慨萬千，因?yàn)檫@一 段看似短暫但是走上去坎坷萬千的路，不僅滴滿了我的心血而且還灑滿了我的指導(dǎo)老師和同 學(xué)們的汗水，沒有他們無私的幫助，我就無法揚(yáng)起順利的帆，成功及時(shí)的靠岸，摘去這勝利 的果實(shí)。 張九強(qiáng)老師是我這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的指導(dǎo)老師，在我取得這次的成功中起到了不可估量的作 用，他為了我的畢業(yè)設(shè)計(jì)，放下了手頭上的一切事務(wù)，給我提供了大量的幫助，其中的一幕 將會(huì)永遠(yuǎn)留在我的記憶中，時(shí)時(shí)刻刻的感動(dòng)著我，那是一天的下午我去找張老師請(qǐng)教設(shè)計(jì)上 的問題，他不停的為我講解著，時(shí)間在不知不覺一分一秒的過去了，張老師突然猛地一抬頭 記起了他那年齡還尚小的孩子，還在學(xué)校，恰巧那幾天師娘去外地出差了，他充滿歉意的說 讓我先等一下去把小孩接回他的辦公室之后，又開始為我耐心的講解起來，直到七點(diǎn)多鐘了 才算解決完所有問題，而他懂事的孩子卻還一直餓著肚子始終未吭一聲，因師娘不在家，我 想那天晚上張老師肯定很晚才休息。每每到這我的鼻尖都不禁發(fā)酸，眼淚直想往下掉。在這 里我要真誠的說一聲：張老師您辛苦了。 在這次的設(shè)計(jì)中，還有我的同組成員以及其他組的一些同學(xué)和老師也都為我的這次的成 功無私的付出了愛心，在此我一并向他們表示感謝。 “做人不能忘本，做人不能忘恩”我將永遠(yuǎn)記著那些曾經(jīng)在我低谷的時(shí)候拉了我一把的 人，并將他們這種無私的行動(dòng)當(dāng)作愛的接力棒一直傳遞下去。 扶清森 2006.12.25 濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 28 參考文獻(xiàn) ［1］ 張超英.沖壓模具與制造.北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2003.6 ［2］ 羅學(xué)科.模具識(shí)圖與制圖.北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2003.6 ［3］ 韓洪濤.機(jī)械制造技術(shù).北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2003.7 ［4］ 萬本善.實(shí)用沖模結(jié)構(gòu)圖解與沖壓新工藝詳圖及常用數(shù)據(jù)速查速用手冊(cè).北京：科大 電子出版社,2004.8 ［5］ 李銘杰.沖模設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)例.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2003.8 ［6］ 王立剛.沖模設(shè)計(jì)手冊(cè).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2002.5 ［7］ 郭書彬.最新沖壓新工藝新技術(shù)與沖模設(shè)計(jì)圖集及典型疑難實(shí)例應(yīng)用手冊(cè).北京:機(jī)械工業(yè)出版社， 2003.9 [8] 王芳.冷沖壓模具設(shè)計(jì)指導(dǎo).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1998.10 [9] 羅德春.沖模設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)例.北京:機(jī)械出版社,1999.5 [10] 王秀鳳 萬良輝 .冷沖壓模具設(shè)計(jì)與制造.北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2005.4 [11] 成虹.沖壓工藝與模具設(shè)計(jì).北京:高等教育出版社,2006.7 [12] 楊玉英.崔令江.實(shí)用沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)手冊(cè).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005.1 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