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沖壓純凈的鈦板料的可鍛模性 機(jī)械工程學(xué)，臺灣國立大學(xué)，臺北10764，羅克克(1964年提出的厘米·克·秒制電導(dǎo)率單位) 2003 年10月20 日標(biāo)準(zhǔn)；2005 年4月12 日接受以修改過的形式；2005 年5月4 日公證 摘要 由于六角close-packed (HCP) 晶體結(jié)構(gòu), 商業(yè)純凈的鈦(CP 鈦) 在室溫顯示低延展性, 并且要求熱量活化作用增加它的延展性和可模鍛性。在本研究中, 由實(shí)驗(yàn)性方法學(xué)習(xí)了CP 鈦板料在vanous 溫度的可模鍛性. 拉伸測試第一次進(jìn)行調(diào)查CP 鈦板料在各種各樣的溫度下的機(jī)械行為。形成極限測試，V 彎曲測試,和拉伸試驗(yàn)測試沖壓CP 鈦板料在各種各樣的溫度下的可模鍛性。實(shí)驗(yàn)性結(jié)果表明, 雖然可模鍛性被限制以冷形成，但CP 鈦板料在室溫能形成薄元件。另外, V 彎曲測試表明，在拉拔成型溫度可以減少回彈。試驗(yàn)結(jié)果獲得在本研究中可以幫助設(shè)計(jì)CP 鈦板料沖壓模。 2005 年Elsevier B.V 版權(quán)所有。 關(guān)鍵字：純鈦板；可成形性；成型極限；V彎曲；回彈 1. 介紹 由于它的重量和高強(qiáng)度系數(shù)，工業(yè)純凈的鈦(CP 鈦) 是一潛在構(gòu)件, 并且最近受到電子產(chǎn)業(yè)注意。因?yàn)樗母偁幜蛢?yōu)越表現(xiàn)，CP 鈦的主要分解的過程是壓制形成。在制造工藝的壓制成形之中，沖壓CP 鈦板料是特別重要為生產(chǎn)薄壁結(jié)構(gòu)組分被使用在電子產(chǎn)品, 譬如筆記本蓋子, 移動電話 等。CP 鈦板料由于它六角close-packed (HCP) 結(jié)構(gòu)在室溫通常顯示有限的延展性。雖然可成形性可以在高溫下改善，但是一個制造過程總希望在室溫下進(jìn)行。但是, CP 鈦多數(shù)研究集中于微結(jié)構(gòu) [ 1-4 ], 并且關(guān)于CP 鈦板料沖壓的可模鍛性文學(xué)研究不是很深入。 在本研究中, 使用實(shí)驗(yàn)性方法調(diào)查了CP 鈦板料沖壓的可模鍛性。從實(shí)驗(yàn)獲得的關(guān)于CP 鈦板料在各種各樣的溫度范圍從室溫到300攝氏度的機(jī)械性能的結(jié)果。另外,CP 鈦板料的重要形成的特征, 譬如形成極限, 回彈,和極限拉延比，都要被檢測。 2. 在各種各樣溫度下的機(jī)械性能測試 應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系是根本信息為金屬板的可模鍛性的研究。依照以上提到, 在室溫CP 鈦板料的可模鍛性是有限的,可以在拉伸成型溫度改善。為了審查品CP 鈦物產(chǎn)覆蓋在不同的溫度的機(jī)械性能，拉伸測試執(zhí)行了在各種各樣的溫度范圍從室溫對300 0C 和在0.1, 0.01, 0.001, 和0.0001/s 之下的不同的張力率, 各自地。拉伸測試標(biāo)本由JIS 等級1 CP 0.5 毫米制成鈦板料厚度準(zhǔn)備了根據(jù)ASTM 標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)本被削減沿平面剖面與輾壓方向(00), 和在角度450 和900 對輾壓方向。標(biāo)本裁減毛刺沿導(dǎo)線邊緣。 拉伸測試進(jìn)行了使用MTS 810 測試機(jī)器。因?yàn)樵诟邷販y試、熱化熔爐接通MTS810 測試機(jī)器。標(biāo)本在拉伸測試之前先加熱到100, 200, 和300 0C。在測試期間, 溫度標(biāo)本被保持恒定直到樣品拉伸到故障。 在本研究中, 工程學(xué)應(yīng)力關(guān)系第一次從實(shí)驗(yàn)性數(shù)據(jù)獲得，然后是轉(zhuǎn)換成真實(shí)的應(yīng)力聯(lián)系根據(jù)a一Qo(1 +e) 和 e=ln(1十e), a 和s 是真實(shí)的重力和真正的張力、Qo 和a 是工程應(yīng)力, 和工程應(yīng)變的張力, 各自地。在室溫下從樣品獲得CP 鈦真實(shí)的應(yīng)力關(guān)系，被削減三個不同取向被顯示在圖l 。非均質(zhì)性的行為被觀察在圖1 。它被看見圖1, 00 標(biāo)本有更高的出產(chǎn)量和a 更大的伸長比標(biāo)本在其它二個方向, 在伸長上的區(qū)別是更加重大的。并且觀察它, 0度 樣本顯示重大工作硬化的產(chǎn)物在標(biāo)本之中在三個方向。這個結(jié)果一致于那獲得Ishiyama 等[ 5 ] 。在起點(diǎn)階段測試他們發(fā)現(xiàn)了滑動變形發(fā)生在00 個和900 個方向。在進(jìn)一步變形階段期間, 孿生變形快速地增加在00 方向和生產(chǎn)更高的抵抗反對脫臼滑動, 收效按更大的價值在出產(chǎn)量, 工作硬化, 和伸長。CP 的平均屈服應(yīng)力和伸長鈦板料在室溫是大約352 MPa 和28%, 各自地?？墒悄铅抵登?yīng)力和伸長的值CP 鈦板料在室溫下不是良好的在一深拉處理比擬碳鋼的、他們是可行的因?yàn)橄鄬\的模具產(chǎn)品從那可成形性觀點(diǎn)。 圖2 顯示原物和被扭屈的標(biāo)本在三個方向。它被注意在圖2, 00 標(biāo)本進(jìn)行一致的變形在破裂之前, 當(dāng)900 標(biāo)本顯示一次明顯的頸, 和變形 450標(biāo)本方向在那些其它二個方式之間 為了審查張力率的作用在CP 鈦板料的變形, 拉伸測試并且執(zhí)行在室溫在不同的滑塊速度之下, 造成不同的張力率的0.1, 0.01, 0.001, 和0.0001,各自地。真實(shí)的應(yīng)力關(guān)系在各種各樣的張力率為00 標(biāo)本被顯示在圖3 。重要的微量在應(yīng)力曲線從張力率0.1 到0.001 是注意在圖3, 和應(yīng)力曲線變得接近互相之后。同樣觀察在拉伸測試趨向?yàn)?50 個和900 個樣本。它表明CP 鈦板料穩(wěn)定的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系可能是在張力率更小比0.001 之下獲得。 CP 鈦的真實(shí)的應(yīng)力聯(lián)系覆蓋在各種各樣的溫度范圍從室溫對300 0C 為標(biāo)本00 方向被顯示在圖4。測試執(zhí)行在張力率的0.001顯示在圖4。在圖4,上CP 鈦板料在高溫下有更好的可鍛性。測試更低溫度的增量得到應(yīng)力曲線比例。注意在圖4 依照樣本的伸長不增加從室溫對100 0C被觀測, 相反, 伸長得到更小當(dāng)樣本被加熱 100 0C 。 Fig. 3. True stress-strain relations at various strain-rates (1/s) for 00 speci men at room temperature. 但是, 在測試的溫度比100 0C更高時伸長變大。更大的伸長在室溫是相當(dāng)異常的。但這種現(xiàn)象唯一發(fā)生在00 樣本。45度和90度樣本,當(dāng)在測試的溫度伸長連續(xù)被增加, 顯示在圖5和圖6上, 各自地。在室溫發(fā)生了更大的伸長在 00 樣本也許歸結(jié)于在室溫孿生變形的快速的增量在00 方向, 導(dǎo)致更高的抵抗阻止脫臼滑動, 并且造成更大的伸長。各向異性現(xiàn)象其它索引是塑料張力比率, 即。 r 價值, 被定義作為塑料張力比率在到那的橫向方向在厚度方向在a 單軸的拉伸測試。 窗體頂端 在本研究中, r 價值是樣本在室溫拉伸測試獲得0度, 45度, 和 90度方向。測量r 價值從標(biāo)本被舒展到20% 是4.2, 2.2, 和2.1 為 00, 450, 和900 個標(biāo)本, 各自地。從更高的r- 價值表明更好的回火性, 它表示, CP 鈦覆蓋陳列更好的深圖畫質(zhì)量在輾壓方向比其它二個方向。并且CP 鈦各向異性現(xiàn)象板料再被證實(shí)了從重大區(qū)別 r 價值。 3. 沖壓CP 鈦板料的可鍛性 除基本的機(jī)械性能之外, 審查了CP 鈦板料的沖壓的可模鍛性。在本研究,形成極限測試在室溫, 并且V 彎曲測試和圓杯子圖畫測試在各種各樣溫度執(zhí)行了。測試結(jié)果被談?wù)摿伺cCP 相關(guān)形成的物產(chǎn)鈦覆蓋在印記過程中。 3.1. 成型極限測試 因?yàn)镵eeler 和Backofen [ 6 ] 介紹了概念形成極限圖(FLD), 1963 年這是 廣泛被接受的標(biāo)準(zhǔn)為破裂預(yù)言以金屬片 形成。確定FLD, 舒展測試是執(zhí)行為不同的寬度薄鋼板樣品使用半球型沖床。標(biāo)本是第一電化學(xué)上銘刻以會是的圓柵格扭屈入橢圓在被舒展以后。 工程學(xué)張力測量了沿少校和較小軸橢圓被命名少校和較小張力, 各自地。并且他們主要是測量飛機(jī)上的張力。 在本研究中, 長方形標(biāo)本有同樣長度的100mm, 但以另外寬度排列從10 到100 毫米在10 毫米的增加, 被測試了。相似與拉伸測試, CP 鈦板料被切開了在三個取向?qū)殙悍较? 即, 00, 450, 和900, 為各標(biāo)本的大小。在測試期間, 標(biāo)本夾緊了在周圍被舒展了對失敗在78 毫米半成品沖床。工程學(xué)少校和較小張力測量在地點(diǎn)最接近破裂為每個標(biāo)本被記錄了。少校和較小張力是密謀反對互相以主要張力作為縱坐標(biāo), 和曲線適合入張力點(diǎn)被定義了形成的極限曲線。圖顯示這形成極限曲線稱形成的極限圖。FLD 是一個非常有用的標(biāo)準(zhǔn)為發(fā)生的破裂在一個沖壓的過程中。 根據(jù)早先分析, CP 鈦板料能被形成在室溫。為了進(jìn)一步證實(shí)它的可行性, 形成的極限測試執(zhí)行了在室溫度。測試結(jié)果看出圖7 顯示形成的極限曲線?？匆娫趫D7, 主要張力在曲線的最低的點(diǎn), 并且是平面張力變形方式, 是0.34 。比較被冷軋的鋼或不銹鋼, 這數(shù)值更低。但是, 為沖壓薄產(chǎn)品, 圖7顯示形成的極限曲線表明CP 鈦板料在室溫形成的更大的可能性。這有可能在室溫用CP 鈦板料能制造電子材料。 3.2. V 彎曲測試 因?yàn)镃P 鈦彈性模數(shù)比鋼要低,回彈是重要的彎曲處理。在本研究, V 彎測試執(zhí)行了審查CP 鈦板料在各種各樣溫度回彈形成的物產(chǎn)。V 彎測試結(jié)果用圖8顯示 。圖8能看見在下模有一個開頭角度90度。環(huán)烷驅(qū)研究那效果的沖頭半徑接通彈性后效，工具以沖壓半徑從0.5 到5.0 毫米, 在0.5 毫米的增加, 準(zhǔn)備了。CP 鈦板料的樣本以0.5 毫米的厚度, 長度 60 毫米, 和寬度15 毫米。為增加測試的溫度,標(biāo)本被附寄了在熱化熔爐。V 彎測試不使用潤滑劑因?yàn)槟Σ燎闆r有對回彈的無意義作用發(fā)生了在V 彎曲測試。彎曲的測試進(jìn)行了在室溫, 100, 200, 和3000C, 各自地。在彎曲的測試以后, 彎的標(biāo)本角度由CMM 測量了, 和回彈角度被計(jì)算了 。 Fig. 8. Tooling used in the V-bend tests 圖9 和10 顯示關(guān)系在回彈之間并且沖壓半徑在室溫和300 0C, 各自地?？匆陨蟽蓚€圖, 不管溫度變化回彈減少為更小的沖壓半徑。在彎曲時更小的沖壓半徑導(dǎo)致更大的塑料變形,因此要減小回彈的作用。在圖9 和10負(fù)值的彈性后效發(fā)生在較小沖頭半徑的時候。這是因?yàn)槟前辶显赩 形狀的平直的邊被扭屈入形成弧光在彎曲的過程開始, 和裝載被應(yīng)用鋪平弧在彎曲處理結(jié)果的結(jié)尾復(fù)合應(yīng)力分配導(dǎo)致負(fù)值的彈性后效 [ 7 ] 。比較兩個圖,觀察, 回彈減少當(dāng)形成的溫度增加不管沖頭半徑尺寸。它表明那 CP 鈦板料不僅有更好的可鍛性而且體驗(yàn)較少回彈在形成的高溫。我們知道, 回彈是由彈性模數(shù)和材料的屈服應(yīng)力影響的。彈性模數(shù)不會隨溫度變化而變化。而且溫度升高CP 鈦板料的屈服應(yīng)力減少，高溫是形成回彈減退是因?yàn)樵诟偷臏囟菴P 鈦的屈服應(yīng)力更低。 Fig. 10. Relations between springback and punch radius at 300 "C for spec- imens of three directions. Fig. 11. Punch and die used in circular cup drawing tests. Fig. 12. Drawn cups at various forming temperatures 3.3盤狀拉深試驗(yàn) 限制的圖畫比率(LDR), 被定義作為圓直徑的比(Dp) 與沖壓直徑(Dp) 在一張成功的圓盤拉深處理, 是一個普遍的索引使用描述可模鍛性金屬板。LDR 的更大的價值暗示更大的圖畫深度, 即,更好的可鍛性 。在本研究中, 沖壓和沖模被顯示在圖11 使用了圓盤拉深測試。測試執(zhí)行了在室temperatore, 100, 和200 0C, 各自地。在高溫下為了進(jìn)行拉深測試使用加熱器。為了獲得一個成功的拉深過程。那坯料尺寸和空白座力適當(dāng)調(diào)節(jié)除去些缺點(diǎn)比如斷裂和皺紋，如果在拉深測試破裂出現(xiàn), 斷開軸心力對更小的價值會被調(diào)整直到破裂被消除到?jīng)]有皺痕發(fā)生。當(dāng)斷裂力量的調(diào)整沒有消除破裂, 減少斷裂的方法會被嘗試同時避免破裂。拉深試驗(yàn)采取壓制皺痕，但是, 在LDR 測試, 空白的大小是并且作為參量確定LDR 的價值除對上述調(diào)整的用途之外。從拳打直徑是35 毫米, 空白的直徑被增加在3.5 毫米的增加從70 毫米對最大的可能的直徑為計(jì)算價值方便起見 LDR 。MoS2 被使用了作為潤滑劑在所有圓杯子圖畫測試進(jìn)行在本研究中, 和圖畫速度是0.2 mm/s 。 圖12 顯示拉長的杯子在各種各樣的溫度。 圖12清楚的顯示,當(dāng)形成溫度增加時拉拔深度增加。表明這個圖形那自動測試設(shè)備畫的形狀拉深成形的在多樣的溫度是相當(dāng)不同的。自動測試設(shè)備現(xiàn)象變成重要的在較高的成型溫度。LDR 、畫的深度, 和相關(guān)的處理參量的價值被列出在表1 為測試進(jìn)行在各種各樣的溫度。它被注意在表1, 所有價值增加當(dāng)形成的溫度增量。但是, 增量 LDR 和圖畫深度不是那么重大的在范圍從室溫對100 0C, 但得到大從100 2000C 。注意在表1一大的斷裂紋是需要的大的坯料尺寸到是成功地從中提取一較高的溫度是。在室溫CP 鈦板料LDR 的價值是2.2, 與可比較的碳鋼, 表明, 沖壓CP 鈦覆蓋在室溫是可行的。 4. 結(jié)束語 在本研究中調(diào)查了由做各種各樣的試驗(yàn)。在各種各樣的溫度CP 鈦板料沖壓的可鍛性的形成。機(jī)械性能 CP 鈦板料在各種各樣的溫度第一次被審查了, 并且應(yīng)力聯(lián)系被獲得從實(shí)驗(yàn)表明, CP 鈦板料有更高的屈服應(yīng)力和更小的伸長在室溫, 但當(dāng)板料被加熱到300 0C比例減少由屈服應(yīng)力的增加決定。它是被注意應(yīng)力聯(lián)系獲得從拉伸測試在室溫表明CP 鈦板料能被形成入淺組分在室溫, 雖然屈服應(yīng)力是一少許更高的。形成限制CP 鈦板料的圖被獲得在室溫不是那么高的作為那些被冷軋的鋼, 而是極小值主要張力0.34 并且提供一種最宜的可能性為 CP 鈦板料被形成在室溫。圓形拉深測試顯露, 在室溫CP 鈦板料有 LDR 價值的2.2, 和成功地拉長的以20 毫米的深度證實(shí)CP 鈦板料可能被形成入淺組分在室溫。但是, 露出的現(xiàn)象顯示表明, CP 鈦板料負(fù)擔(dān)重要的 各向異性現(xiàn)象在能并且影響可鍛性的平面圓形拉深。 調(diào)查了在室溫度應(yīng)力聯(lián)系對張力率的作用。實(shí)驗(yàn)性結(jié)果表示, 應(yīng)力聯(lián)系變得穩(wěn)定當(dāng)張力率比0.001 小。在V 彎測試, 實(shí)驗(yàn)性結(jié)果顯露重要信息回彈可能被減少在被舉起的形成的溫度。彈性后效可以是減少如果使用一較小沖頭半徑 。實(shí)驗(yàn)性結(jié)果表明本研究提供根本性形成CP 鈦板料模具設(shè)計(jì)。 鳴謝 作者會想感謝全國科學(xué)中華民國的委員會為財(cái)政支持這研究根據(jù)合同第NSC 89-2212-E-002-147,使實(shí)驗(yàn)工作成為可能。 參考文獻(xiàn) [I] P. Jones, W.B. Hutchison, Stress-state dependence of slip in titanium6A1-4V and other H.C.P. metals, Acta Metall. 29 (1981) 951-968. [2] G. Haicheng, Orientation dependence of slip and twinning in HCP metals, Scripts Mater. 36 (12) (1997) 1383-1386. [3] M.H. Yoo, Twinning and mechanical behavior of titanium aluminides and other intermetallics, Intermetallics 6 (1998) 597巧02. [4] J.W. Christian, 5. Mahajan, Deformation twimung, Prog. Mater. Sci.39 (1995) 1-157. [5] S. Ishiyama, S. Hanada, O. Izumi, Orientation dependence of twinping in commercially pure titanium, J.扣n. Inst. Met. 54 (9) (1990) 976-984. [6] S.P. Keeler, W.A. Backofen, Plastic instability and fracture in sheets stretched over rigid punches, Traps. Am. Soc. Met. 56 (1963) 25-48. [7] L. Forcellese, F. Fratini, Gabriella, F. Micari, The evaluation of springback in 3D stamping and coining processes, J. Mater. Process. Technol. 80-81 (1998) 108-112. Fig. 15 設(shè)計(jì)任務(wù)書 設(shè)計(jì)題目： 密封墊片沖裁模設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)要求： 1、設(shè)計(jì)思路明確，合理布置設(shè)計(jì)的先后次序 2、正確全面的分析沖件的工藝性 3、根據(jù)沖件的工藝性和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)確定模具的類型與結(jié)構(gòu) 4、根據(jù)實(shí)際沖裁要求正確的計(jì)算出有關(guān)數(shù)據(jù) 5、認(rèn)真分析并確定主要零件的結(jié)構(gòu)尺寸 6、正確的選取有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)件 7、根據(jù)機(jī)械制圖的要求正確的繪制出主要的零件圖和總裝配圖 設(shè)計(jì)進(jìn)度： 11周----12周 興華模具廠生產(chǎn)實(shí)習(xí) 13周----14周 興華模具廠模具裝配實(shí)習(xí) 15周----16周 查閱有關(guān)資料進(jìn)行模具設(shè)計(jì) 17周-------- 進(jìn)行有關(guān)圖形的繪制和整理 指導(dǎo)教師（簽名）： 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 題目 塑料閘瓦鋼背彎曲模設(shè)計(jì) 系別 機(jī)電系 專業(yè) 模具設(shè)計(jì)與制造 班級 模具0401 姓名 楊魯坤 學(xué)號 200412049 指導(dǎo)教師 李秀副 日期 2006年12月 設(shè)計(jì)任務(wù)書 設(shè)計(jì)題目： 塑料閘瓦鋼背彎曲模設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)要求： 1. 塑料閘瓦鋼背工藝性分析及沖裁方案的確定。 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)度要求： 1. 11月27號—12月2號 搜集資料和前期準(zhǔn)備工作。 2. 12月3號—12月10號 整套模具的計(jì)算部分。 3. 12月11號—12月20號 模具的總體設(shè)計(jì)。 4. 12月20號—12月25號 校核、修改、成文和定稿。 5. 12月25號—12月30號 畢業(yè)答辯。 指導(dǎo)教師（簽名）： 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 專 業(yè) 班 級 答辯時間 答辯地點(diǎn) 設(shè)計(jì)題目 有色金屬沖裁模的設(shè)計(jì) 1.什么是配制配合？ 答：配制配合是以一個零件的實(shí)際尺寸為基數(shù)，來配制另一個零件的一種工藝措施。適用于尺寸較大，公差等級較高，單件小批量生產(chǎn)的零件，也可以用于中，小零件生產(chǎn)中，公差等級較高的場合。配制配合的代號為MF。 2.什么是一般公差？ 答：一般公差是在車間普通工藝條件下，機(jī)床設(shè)備一般加工能力可保證的公差。在正常維護(hù)和操作的情況下，它代表經(jīng)濟(jì)加工精度。一般公差適用于功能上無特別要的要求。采用一般公差的尺寸在該尺寸后不注出極限公差。 3.確定搭邊值的因素有哪些？ 答：1）.沖件的尺寸和形狀； 2）.材料的硬度和厚度； 3）.排樣的形式（直排、斜排、對排）； 4）.條料的送進(jìn)方式（是否有側(cè)壓板）； 5）.擋料裝置的形式（擋料銷、導(dǎo)料銷、定距側(cè)刃）； 4.卸料裝置的形式和作用？ 答：卸料裝置的形式包括固定卸料板、活動卸料板、彈壓卸料板和廢料切刀等。卸料板除了把料從凸模上卸下外，有時也起壓料或?yàn)橥鼓?dǎo)向的作用。 5.落料和沖孔的區(qū)別？ 答：落料件的尺寸取決于凹模，因此落料模應(yīng)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(yīng)先決定凸模尺寸，用增大凹模尺寸來保證合理間隙。 記錄教師（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 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 題目 密封墊片沖裁模設(shè)計(jì) 系別 專業(yè) 班級 姓名 學(xué)號 指導(dǎo)教師 日期 目 錄 摘 要 2 前 言 3 1材料分析和模具結(jié)構(gòu)的確定 4 1.1工藝分析 4 1.2工藝方案的確定 4 1.3毛坯形狀，尺寸和下料方式的確定 5 1.4排樣和材料的利用率 6 1.5沖模結(jié)構(gòu)的確定 7 2主要數(shù)據(jù)的計(jì)算 9 2.1各部分工藝力計(jì)算 9 2.2主工作部分尺寸計(jì)算 11 2.3凸模的長度計(jì)算 14 2.4凸模能力的效核 14 3主要工作部分的形式選擇 16 3.1凸模固定形式的選擇 16 3.2凹模的選擇 16 3.3凸、凹模的選擇 18 4沖裁設(shè)備的選擇與驗(yàn)算 19 4.1沖裁設(shè)備的選擇 19 4.2 沖裁功的驗(yàn)算 19 4.3壓力中心的確定 20 4.4閉模高度的計(jì)算 20 5其它零件的設(shè)計(jì)與選擇 21 5.1彈性元件的計(jì)算 21 5.2定位零件的設(shè)計(jì) 22 5.3卸料裝置的設(shè)計(jì) 22 5.4推件裝置的設(shè)計(jì) 23 5.5凸凹模固定板的設(shè)計(jì) 23 5.6墊板選用 24 5.7導(dǎo)柱導(dǎo)套的布置和選用 25 5.8模柄的選用 26 5.9模具主要零件的材料的選用 26 6模架選擇及模具的動作過程 28 結(jié)束語 29 致 謝 30 參考文獻(xiàn) 31 摘 要 在工業(yè)生產(chǎn)高度發(fā)展的現(xiàn)代社會里，利用模具加工是一種重要的加工方法，在一些國家里模具甚至被稱為是“黃金”，“金屬加工業(yè)中的帝王”，“磁力工業(yè)”，等。這些都足以看出模具在工業(yè)中的重要地位。 在本設(shè)計(jì)中是針對復(fù)合沖裁模具的設(shè)計(jì)，從第一章開始，先是對沖裁件的結(jié)構(gòu)工藝性進(jìn)行分析，然后依次確定模具的類型、總體結(jié)構(gòu)，最后是沖裁力和主要的尺寸計(jì)算、標(biāo)準(zhǔn)件的選用、零件圖和裝配圖的繪制。本套模具的設(shè)計(jì)不是以復(fù)雜模具的設(shè)計(jì)為主，而主要是對模具設(shè)計(jì)知識的系統(tǒng)學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)的練習(xí)，以達(dá)到掌握知識和設(shè)計(jì)方法的目的。 這一套模具是密封墊片的沖裁模，結(jié)構(gòu)緊湊簡單。材料為黃銅H68，厚度t=2mm。按一般的的加工工序?yàn)槁淞?、沖孔、翻邊、修整。而考慮到?jīng)_裁件的具體結(jié)構(gòu)和工藝性，我采用的加工工序?yàn)椋郝淞?、無預(yù)制孔直接沖孔翻邊、擠切修邊。從而完成工件的加工。 實(shí)踐證明，模具的設(shè)計(jì)和制造只有一些理論知識是不行的，任何模具的設(shè)計(jì)都要有一定的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)才可以設(shè)計(jì)出更合理的模具。 關(guān)鍵詞：落料、沖孔、翻邊、修邊 前 言 模具設(shè)計(jì)是學(xué)習(xí)模具設(shè)計(jì)與制造專業(yè)的重要內(nèi)容之一，也是畢業(yè)前對所學(xué)知識的一次大檢查。 本套模具是以軟金屬黃銅為坯料的復(fù)合沖裁模。選擇這樣一套模具的主要是因?yàn)榭紤]到做這種模具的應(yīng)用性廣泛，結(jié)構(gòu)緊湊，可以較全面的檢查一下自己的專業(yè)知識和專業(yè)技能，熟悉并撐握模具設(shè)計(jì)的一般方法和步驟，知道如何查，查取有關(guān)資料，如何選取標(biāo)準(zhǔn)件，等。由于工件較小，故模具的體積不大，屬于小型復(fù)合沖裁模具。這一次的完整模具設(shè)計(jì)也可以看成是畢業(yè)前走向工作崗位的一次煅煉，對以后自己從事模具的設(shè)計(jì)和制造工作都是十分有利的。 本套模具的主要優(yōu)點(diǎn)是，沖出的工件一致性較好，表面質(zhì)量也較好。主要技術(shù)難點(diǎn)在于，如何合理安排模具結(jié)構(gòu)，使用最簡單、可靠的模具結(jié)構(gòu)，沖裁出最好的工件，以及如何使模具的使用壽命符合要求，甚至更長。 在本套模具的設(shè)計(jì)過程中，得到了指導(dǎo)老師和同學(xué)們的很多幫助，在這里一并表示由衷的感謝。由于本人缺乏設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，在其中難免有不足之處，懇望老師和同學(xué)們的批評指正。 1材料分析和模具結(jié)構(gòu)的確定 圖1 零件圖 工件名稱：密封墊片 生產(chǎn)批量：大批生產(chǎn) 材 料：黃銅H68 材料厚度：2mm 1.1工藝分析 該零件是圓形的軸對稱工件，且是變薄翻邊，總體上結(jié)構(gòu)簡單。主要尺寸是內(nèi)徑大于黃銅要求的最小沖孔直徑，即，最大外徑，精度要求一般，主要保證內(nèi)孔尺寸即可，精度等級可取為級。材料用塑性較好的黃銅，厚度，翻邊的高度為6mm，圓角半徑大于黃銅沖孔時的最小圓角半徑，即,孔邊距,其工件的加工工藝性較好，即沖裁性較好. 1.2工藝方案的確定 方案一：采用單工序模具，即先落料后沖孔，再翻邊，需兩套模具; 方案二：采用復(fù)合模具，即一次安成落料沖孔翻邊工序，只需要一套模具; 方案三：采用級進(jìn)模具，即先沖孔落料在翻邊，只需要一套模具; 三種方案的比較見表1。 表1 三種方案的比較 模具種類 比較項(xiàng)目 單工序模 復(fù)合模 連續(xù)模 沖件精度 較低 高 一般 生產(chǎn)效率 較低 較高 高 生產(chǎn)批量 適合大、中、小批量 適合大批量 適合大批量 模具復(fù)雜程度 較易 較復(fù)雜 復(fù)雜 模具成本 較低 較高 高 模具制作精度 較低 較高 高 模具制造周期 較快 較長 長 模具外形尺寸 較小 中等 較大 沖壓設(shè)備能力 較小 中等 較大 工作條件 一般 較好 好 由于這樣一個工件按單工序模具來加工，則需兩個工序，即需要兩套模具，兩臺設(shè)備，模具制造費(fèi)用大，生產(chǎn)效率低，且不容易保證尺寸精度，操作不便，也不夠安全。所以方案一不合理。若采用模具級進(jìn)則模具制造難度加大，工件的尺寸也不容易保證。生產(chǎn)效率也不高，所以方案三也不合理。而采用復(fù)合模制沖件時，由于這個工件的結(jié)構(gòu)不太復(fù)雜而且軸對稱，復(fù)合模的成本不是太高，制造的難度也不大，容易保證尺寸的精度，操作也方便，安全性好，生產(chǎn)效率高。所以綜合考慮，對以上三種模具特點(diǎn)的比較后，方案二比較合理。所以采用方案二的復(fù)合模。 1.3毛坯形狀，尺寸和下料方式的確定 由于該工件是圓形的墊片，最大外徑是落料的直徑，且生產(chǎn)批量大，所以為了送料方便快速，坯料可以用條料，寬度應(yīng)比工件的最大直徑大兩個單邊搭邊值，兩沖裁件也應(yīng)留一個最小的搭邊值，以保證沖裁出完整的工件，避免殘缺工件的產(chǎn)生。提高坯料的利用率，提高生產(chǎn)效率和工件質(zhì)量。 由于工件只須內(nèi)孔翻邊，則落料件的尺寸與工件的外徑相等，查最小搭邊值得出，則： 調(diào)料寬度的尺寸計(jì)算還與條料送進(jìn)時模具上有無側(cè)壓裝置及是否有側(cè)刃有關(guān)，本套模具中沒有側(cè)壓和側(cè)刃裝置，則條料寬度的計(jì)算按下式: (1－1) 式中 ----條料的寬度（mm）; ----工件的最大外徑（mm）; ----沖裁時留的最小搭喧值(mm); 則： 條料的送料步距按下式： (1－2) 式中 ----送料步距（mm）; ----最小搭邊值（mm）; 則： 1.4排樣和材料的利用率 排樣的方法有：有廢料排樣，少廢料排樣和無廢料排樣三種，一般的沖裁時產(chǎn)生的廢料分兩種，一種是沖孔的廢料和材料尾部余料，這種廢料的產(chǎn)生與排樣無關(guān)，而只與零件的結(jié)構(gòu)有關(guān)，稱之為結(jié)構(gòu)廢料；另一種是料頭、前、中、側(cè)面的搭邊，與搭邊選用及工藝方法有關(guān)，稱之為工藝廢料。所以要提高材料的利用率就要合理排樣，盡可能地減少工藝廢料。工件的排樣如下圖。 圖2 排樣圖 由于工件的形狀和結(jié)構(gòu)的限制這里采用有廢料排樣的方法，排樣時為保證工件的質(zhì)量要求而留有搭邊值，其值在前面已經(jīng)查出。那么材料的利用率按式： （1－3） ----條料的材料利用率； n---- 條料上沖件總數(shù)，此取n＝40； F1---- 工件實(shí)際面積(mm); A---- 條料長度(mm)此取A＝1061.5mm; B---- 條料寬度 (mm) B＝28mm; 則： 1.5沖模結(jié)構(gòu)的確定 首先從上面我們已經(jīng)確定這是一套復(fù)合模，分析這個沖件可知，它是一個簡單的圓形且是軸向?qū)ΨQ的沖件，而且最大直徑可直接通過落料得到，內(nèi)部需要同心沖孔和翻邊，而內(nèi)孔的沖裁又會產(chǎn)生廢料，所以總體上應(yīng)將落料的凹模固定在上模座上，而沖孔的凹模固定在下模座上，這樣先完成落料，再隨著模具的繼續(xù)動作完成沖孔和翻邊，而沖孔和翻邊產(chǎn)生的廢料可以通過與沖孔凹模相通的通孔直接排出模具外。又由于條料只有2mm，較薄，而且沖壓件較小，質(zhì)量要求一般，屬于普通沖裁，所以可以用彈性卸料裝置進(jìn)行卸料，同時可以利用彈性裝置來實(shí)現(xiàn)沖裁前凸凹模與卸料板的壓力來完成壓料動作，以保證工件的平整度。又由于毛坯以條料的形式送進(jìn)模具，生產(chǎn)量又大，所以可用兩個導(dǎo)料銷和一個擋料銷來完成條料送進(jìn)時的正確定位和均勻正確的送料步距，同時由于沖件結(jié)構(gòu)較簡單，沖件又小，所以用手動送料即可。在上下模座的導(dǎo)向方式上，考慮到?jīng)_件的結(jié)構(gòu)較簡單，尺寸精度要求較一般，而且是大量的生產(chǎn)，應(yīng)盡量能提高模具的使用壽命，可以用導(dǎo)柱和導(dǎo)套配合的形式來完成上下模正確的沖裁定位。再根據(jù)下面的倒、順裝復(fù)合模的比較,最后確定,整套模具采用倒裝的形式。 具體特點(diǎn)的比較如下表。 表2 倒、順裝復(fù)合模的比較 比較項(xiàng)目 倒裝復(fù)合模 順裝復(fù)合模 工作零件 裝配位置 凸模 在上模部分 在下模部分 凹模 在上模部分 在下模部分 凸凹模 在下模部分 在上模部分 出件方式 采用頂桿、頂桿自上模（凹模）內(nèi)推出，下落到模具工作面上 采用彈頂器自下模（凹模）內(nèi)頂出至模具工作面上 沖裁件的平整度 較差 較好 廢料排除 廢料凸模內(nèi)積聚到一定程度后，便從下模部分的漏料孔或排出槽排出 廢料不在凸凹模積聚。壓力機(jī)回程時及從凸凹模內(nèi)推出 凸凹模的強(qiáng)度和壽命 凸凹模承受的漲力太大，凸凹模的最小壁厚應(yīng)嚴(yán)格控制，否則會漲裂 受力情況比倒裝復(fù)合模好，但凸凹模的內(nèi)形尺寸易磨損增大，壁厚可比倒裝的薄 生產(chǎn)操作 廢料自漏料孔中排出，有利于清理模具的工作面，生產(chǎn)操作較安全 廢料自上而下?lián)袈?，和工件一起匯聚在模具工作面上，對生產(chǎn)操作不利 適應(yīng)性 沖裁件平整要求不高，凸凹模強(qiáng)度足夠時采用。凸凹模尺寸較大時，可直接固定要下模上，不用固定板 適用于薄料的生產(chǎn)，平整度要求較高，以及壁厚較小，強(qiáng)度較差的凸凹模 2主要數(shù)據(jù)的計(jì)算 2.1各部分工藝力計(jì)算 由于本工件的材料較薄，且工件的尺寸較小，所需的沖裁力不大，一般沖裁設(shè)備即可滿足所用的力，不需要采取降低沖裁力的措施，采用平刃沖裁即可。以下沖裁力的計(jì)算按平刃沖裁時的式子進(jìn)行計(jì)算。 2.1.1落料力的計(jì)算 落料力計(jì)算 按式2－1： （2－1） 式中 F落――落料力（N）； L――工件外輪廓周長（mm）； T――材料厚度（mm），t=1mm； τ――材料抗剪強(qiáng)度（MPa）。由查表，。 則 2.1.2卸料力計(jì)算 卸料力 按式2－2： （2－2） 式中 ――卸料力因數(shù)，其值由表2-15查得，。 則 2.1.3翻邊力的計(jì)算 此模具翻邊凸模的工作部分為圓錐形，且翻邊時無預(yù)制孔。因此。 按式2－3翻邊力為： （2－3） 式中 ――翻邊力; ――材料的屈服強(qiáng)度，查表得，; ――翻邊直徑（按中線計(jì)），; ――毛坯預(yù)制孔直徑 ; ――材料厚度（mm）; 無預(yù)制孔的翻邊力比有預(yù)制孔的翻邊力大倍，此處取1.3， 則 2.1.4切邊力的計(jì)算 切邊力 按式2－4： （2－4） 式中 ――切邊力（）； ――工件外輪廓周長（mm）； ――材料厚度（mm），； ――材料抗剪強(qiáng)度（）。由查表，。 則 2.1.5卸料力的計(jì)算 卸料力 按式2－5： （2－5） 式中 ---卸料力因數(shù)，其值由表2-15查得，K卸=0.02; 則 2.1.6推件力的計(jì)算 推件力 按式2－6： （2－6） 式中 ――推件力因數(shù)，其值由表2-15查得; n――工件在凹模內(nèi)的個數(shù)，取; 則 當(dāng)采用剛性卸料和下出件的模具（如剛性卸料的單工序?；蚣夁M(jìn)模等）時： 　 （2—7） 當(dāng)采用彈壓卸料和下出件的模具（如彈壓卸料的單工序模、級進(jìn)模或上模剛性推料的倒裝復(fù)合模等）時： （2—8） 用倒裝復(fù)合模沖裁時，與落料有關(guān)，與沖孔有關(guān)。 當(dāng)采用彈壓卸料和上出件的模具（如上模彈壓卸料、下模彈頂出件的單工序或上模剛性推料的正裝復(fù)合模等）時： （2—9） 此時，與落料有關(guān)，單工序模的與落料力有關(guān)，正裝復(fù)合模中與沖孔力及落料力都有關(guān)。 而本零件則采用彈壓卸料和上出件的模具，則采用式2－9; 故總的沖裁力 2.2 工作部分尺寸計(jì)算 2.2.1落料刃口尺寸計(jì)算 落料模設(shè)計(jì)時，以落料凹模刃口尺寸與沖件尺寸基本一致，作為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)尺寸，凸、凹模間隙靠減小凸模刃口尺寸得到。由于模具在沖裁過程中不斷被磨損，致使凹模刃口尺寸逐漸增大，故設(shè)計(jì)時，應(yīng)選用接近或等于工件的最小極限尺寸作為凹模刃口尺寸。 在選擇凸、凹模刃口尺寸公差時，應(yīng)依照沖件的精度要求，以經(jīng)濟(jì)合理為原則。一般模具精度應(yīng)比沖件精度要求至少高兩個級別。 按表查得沖裁模刃口雙面間隙，。 工件的未注公差尺寸按IT14級計(jì)算，查書附錄得落料件直徑為。 落料凸、凹模的制造公差由文獻(xiàn)查得，。磨損因數(shù)由表查得。 校核： （2－10） 則，落料凸、凹模采用配合加工方法按式2－11： （2－11） 式中： ――凹模尺寸; ――工件的基本尺寸 （mm）; ――磨損系數(shù)，當(dāng)工件尺寸公差等級為IT11～13時取x=0.75; ――工件公差 （mm）; ――凹模制造公差 （mm）; 則凹模尺寸 凸模的尺寸按凹模的尺寸配制，其雙面間隙為。 2.2.2切邊刃口尺寸計(jì)算 沖壓工件切邊部分尺寸為,尺寸精度為級。 切邊間隙對切邊質(zhì)量和模具壽命影響較大，雙邊間隙Z過小則模架導(dǎo)向精度高，模具壽命低；Z過大則制件口部的毛刺大，取為宜。查得切邊刃口雙面間隙，。 查表得凸、凹模的制造公差。磨損因數(shù)由表2-13得。 校核： 則切邊凸、凹模采用配合加工方法。按式2－12: （2－12） 式中 ――凸模尺寸； B――工件的基本尺寸（mm）; X――磨損系數(shù)，當(dāng)工件尺寸公差等級為IT11～13時,x=0.75; △――工件公差（mm）; ――凸模制造公差（mm）; 則凸模尺寸 凹模的尺寸按凸模尺寸配制，其雙面間隙為。 2.2.3翻邊的工作部分尺寸計(jì)算 由于是內(nèi)孔翻邊且有尺寸精度要求，尺寸精度由凸模保證。故設(shè)計(jì)基準(zhǔn)尺寸應(yīng)以凸模為基準(zhǔn)，凸、凹模間隙靠加大凹模刃口尺寸得到。凸模在工作過程中也會不斷的磨損，故設(shè)計(jì)時，應(yīng)選用接近或等于工件的最大極限尺寸作為凸模刃口的尺寸。 翻邊過程中一般對坯料加工有預(yù)制孔，但這樣會使孔口表面形成硬化層、毛剌、撕裂告等缺陷，導(dǎo)致極限翻邊系數(shù)變大，而本工件的材料塑性較好，且工件屬于小形件，故坯料不必加工預(yù)制孔。 由于工件是屬于變薄翻邊，為了保證工件在翻邊過程中不產(chǎn)生破裂，應(yīng)先根據(jù)工件材料的最大翻邊高度和工件的要求翻邊高度來確定翻邊的次數(shù)，則：工件的最大翻邊高度按下式（2－13）計(jì)算： （2－13） ――工件最大翻邊高度（mm）; ――工件凸圓部分的中間直徑（mm）; ――翻邊系數(shù)，黃銅t=（0.5～5）mm時， ; ――翻邊圓角; ――材料的厚度; 則： 工件的要求高度為：h=6mm,即,工件通過一次翻邊即可達(dá)到高度要求，且不會產(chǎn)生破裂。 為了避免彈性卸料和推件裝置的行程過大，翻邊凸模端部設(shè)計(jì)為圓錐形凸模，其錐角取90°。推件塊還有壓邊的作用，故翻邊凸模不需要臺肩。 由于翻邊凸模在下行中，還進(jìn)行擠切修邊： 則，翻邊凸模的直徑。 考慮到工件翻邊變薄的情況，平毛坯翻邊凸凹模之間單邊間隙可小于材料的厚度，一般單邊間隙按進(jìn)行計(jì)算，即.翻邊凹模圓角半徑對翻邊成形影響不大，取值一般為零件的圓角半徑即可。 翻邊凹模尺寸 （2－14） 翻邊凸模凸圓與落料凹模的配合部分采用壓入式過盈配合，配合取H7/p6，則翻邊凸模的凸圓部分的極限偏差查標(biāo)準(zhǔn)公差表得： , 再查孔的基本偏差數(shù)值表得的基本偏差是下偏差： 則 翻邊凸模與落料凹模配合部分的基本偏差為下偏差，則極限偏差分別為： 下偏差： 上偏差： 2.3凸模的長度計(jì)算 凸模的長度應(yīng)根據(jù)具體的模具結(jié)構(gòu)形式確定，本模具中按下式計(jì)算： (2－15) 式中 ----凸模的長度（mm）; ----落料凹模的長度（mm）; 則 2.4凸模能力的效核 2.4.1凸模承壓能力的效核 要使凸模正常工作，必須使凸模最小斷面的壓應(yīng)力不超過凸模材料的許用壓應(yīng)力，按下式2－16計(jì)算： 對于圓形凸模 （2－16） 式中 ——凸模最小斷面的壓應(yīng)力； ——圓形凸模最小截面的直徑 ｔ——沖裁材料厚度； ——沖裁材料抗剪強(qiáng)度； ——凸模材料的許用壓應(yīng)力，對于T8A、T10A、Cr12MoV、GCr15等工具鋼，淬火硬度為HRC58～62時，可取凸模有特殊導(dǎo)向時，可取; 則 即，滿足要求，所以符合凸模設(shè)計(jì)要求。 2.4.2抗縱向彎曲應(yīng)力的效核 凸模沖裁時，可視為壓桿。當(dāng)凸模細(xì)長時，必須根據(jù)歐拉公式進(jìn)行縱向彎曲應(yīng)力的效核。對于圓形凸模按下式2－17計(jì)算： 　　　　　　　　 （2－17） 式中　　 ——允許的凸模最大自由長度； 　　　　　 Ｆ——沖裁力； 　　　　　 Ｉ——凸模最小截面的慣性矩； 　　　　　 ｄ——凸模最小截面的直徑； 則: 　　　　　　　　 即，,滿足要求，所以符合凸模的長度設(shè)計(jì)要求。 3主要工作部分的形式選擇 3.1凸模固定形式的選擇 凸模的固定形式有：采用凸模固定板固定、與上模板直接固定和采用低溶點(diǎn)合金或環(huán)氧樹脂澆注固定三種，各自的特點(diǎn)的比較如下表。 表3 固定形式的特點(diǎn)比較 固定形式 固定方法 特點(diǎn) 凸模固定板固定 一般采用H7/p6過渡配合，圓形凸模則采用凸肩固定 定位精度高，牢靠，但固定孔精度高，加工困難 與上模板直接連接 采用螺釘，銷釘直接把凸模固定在上模板上 適用于大型凸模的固定 低熔點(diǎn)合金澆注固定 或 環(huán)氧樹脂澆注固定 使低熔點(diǎn)合金或氧樹脂溶化，像粘結(jié)劑一樣固定在凸模上 適用于沖裁0.3～2mm的板料 由于本工件是大批量的生產(chǎn)，且內(nèi)孔有一定的精度要求，模具采用的是復(fù)合模，則從上表的比較中可選用凸模固定板固定的形式固定凸模，而這里的固定板又是與落料凹模一體的，即凸模的凸肩與落料凹模的上端以H7/p6過渡配合。具體的尺寸見附圖。 3.2凹模的選擇 3.2.1凹模結(jié)構(gòu)形式的選擇 凹模的結(jié)構(gòu)形式有整體式和組體式兩種，兩種結(jié)構(gòu)形式的比較如下表。 表4 凹模兩種結(jié)構(gòu)形式的比較 結(jié)構(gòu)形式 制作方法 固定方法 特點(diǎn) 整體式凹模 其外形按毛坯和工件的形狀制作 采用螺釘和銷釘直接固定在模板上 制造簡單，但工作部分與非工作部分都由優(yōu)質(zhì)鋼制造，損壞后全部更換，浪費(fèi)材料，成本高 組合式凹模 凹模工作部分與非工作部分開制造，非工作部分用普通鋼制造，凹模以過渡配合壓裝在凹模固定板內(nèi) 采用螺釘和銷釘把凹模固定板緊固在模板上 節(jié)約貴重的模具材料，且當(dāng)凹模損壞后是易維修更換，適用于沖制大、中型工件上的小孔 由于工件是大批量的生產(chǎn)，而且整體尺寸較小，則根據(jù)上面的比較表可選用整體式的凹模結(jié)構(gòu)。 3.2.2凹模刃口形式的選擇 凹模的刃口形式有直壁形、錐形和凸臺式三種，這幾種形式比較如下表。 表5 凹模刃口形式的比較 刃口形式 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 直壁形 刃口強(qiáng)度高且刃磨后孔中尺寸不隨修磨而變化，制造方便 孔內(nèi)易積工件或廢料，增大了凹模的脹力，推件力，孔壁易磨損 錐形 凹模加工容易，不易積存工件或廢料，對孔壁摩擦力和壓力小 刃口強(qiáng)度較差且刃磨以后孔口尺寸隨修磨變大 凸臺式 可以用錘敲打凸臺斜面以調(diào)整模具間隙，直到試出滿意的沖件 僅適用于沖0.3mm以下的軟金屬與非金屬材料，凹模的硬度一般不高于HRC35～38 在本套復(fù)合模中，采用的是倒裝的形式，而且凹模內(nèi)有推件塊，所以凹模內(nèi)不會積存工件，而錐形的又不利于工件的推出和間化模具的結(jié)構(gòu)，則根據(jù)上面的比較表選用直壁形的刃口形式。具體的尺寸見附圖。 3.3凸、凹模的選擇 凸、凹模的結(jié)構(gòu)大到分為整體式和鑲拼式的兩種，鑲拼式結(jié)構(gòu)適合于大，中型和形狀復(fù)雜，局部容易損壞的整體凸模式或凹模，而此處所需的凸凹模形狀較簡單，所以選用整體式來加工凸凹模。為了滿足凸凹模的強(qiáng)度要求，應(yīng)滿足凸凹模的最小壁厚 即 （3－1） m——最小壁厚值（mm）; t——材料的厚度（mm）; 則: 而工件內(nèi)孔邊緣與外邊緣相差，所以凸凹模強(qiáng)度滿足要求。具體的結(jié)構(gòu)尺寸見附圖。 4沖裁設(shè)備的選擇與驗(yàn)算 4.1沖裁設(shè)備的選擇 壓力機(jī)的精度低，會造成模具壽命低，工件精度低等不良后果。壓力機(jī)的精度分子負(fù)荷狀態(tài)的靜精度和負(fù)荷狀態(tài)下的動精度兩種。對沖壓加工來說，實(shí)際需要的是動精度。 平行度不好，彎曲加工時造成彎曲角的波動，拉深加工時造成壓邊力不均勻和凸、凹模間隙不均勻等后果。垂直度不好，需要長加工距離的彎曲拉深加工，在加工行程的各點(diǎn)造成凸、凹模中心錯移。綜合間隙過大會助長過沖現(xiàn)象發(fā)生，因此希望其為必要的最小限度。 為安全起見，防止設(shè)備超載，可按公稱壓力的原則選取壓力機(jī)。由于該工件屬于小件，沖裁精度一般而且是大批量生產(chǎn)，在考慮壓力機(jī)是應(yīng)以機(jī)械壓力機(jī)為主，而機(jī)械壓力機(jī)加工速度比液壓壓力機(jī)快的多，高的生產(chǎn)效率是其絕對的優(yōu)勢，所以確定在機(jī)械壓力機(jī)內(nèi)選擇。而沖裁的行程又比較短，所以又以曲柄結(jié)構(gòu)有利。參照附錄，可選取公稱壓力為的單曲柄壓力機(jī)，其技術(shù)參數(shù)為： 公稱壓力： 滑塊行程： 最大封閉高度： 封閉高度調(diào)節(jié)量： 滑塊中心線至床身距離： 電動機(jī)功率：2.2KW 最大傾斜角度：30° 工作臺尺寸：前后；左右 工作臺孔徑：前后：左右：直徑 模柄孔尺寸： 機(jī)床總質(zhì)量： 4.2 沖裁功的驗(yàn)算 為了使壓力機(jī)的每次行程功不超過額定數(shù)值，從而保證壓力機(jī)飛輪的轉(zhuǎn)速及保證電動機(jī)不超載，必須進(jìn)行沖裁功的驗(yàn)算: 分析工件的結(jié)構(gòu)及要求可知，易采用平刃沖裁： 即 （4－1） A――平刃沖裁功 (N·m); P――平刃沖裁時的總沖裁力 (N); t――材料厚度 (mm); 　 m――系數(shù)，一般取值m=0.63 則 即，壓力機(jī)符合要求。 4.3壓力中心的確定 對于對稱的工件，其壓力中心位于輪廓圖形的幾何中心。則，本工件的壓力中心就在其圓心的位置。 4.4閉模高度的計(jì)算 為了保證模具和壓力機(jī)相適應(yīng)，沖模的閉合高度應(yīng)介于壓力機(jī)的最大裝模高度和最小裝模高度之間，其關(guān)系式為4－2。 （4－2） 式中 H——沖模的閉模高度; 　　　 ——最大裝模高度; 　　　 ——最小裝模高度; 則： 而 則，所選的壓力機(jī)符合要求。 5其它零件的設(shè)計(jì)與選擇 5.1彈性元件的計(jì)算 5.1.1卸料橡膠的計(jì)算 卸料裝置采用橡膠作為彈性元件。計(jì)算橡膠的自由高度為5－1。 （5－1） 式中： －－工作行程與模具修磨量或調(diào)整量之和。 則 取 橡膠的裝配高度 取。 橡膠的斷面面積，在模具裝配時，根據(jù)模具空間大小確定。 5.1.2彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算 推件塊用于沖壓件的上卸料，且兼作壓料板，是使工件保持平整的關(guān)鍵零件，故選擇彈簧時，其工作壓力應(yīng)再加大一些。 根據(jù)結(jié)構(gòu)初選為1根彈簧，卸料力。按預(yù)壓力和模具結(jié)構(gòu)的尺寸，由查表可選序號的彈簧，其負(fù)荷。 檢驗(yàn)是否滿足。 其中，查表及負(fù)荷一行程曲線可得下列有關(guān)數(shù)據(jù)如下表6。 表6 彈簧的數(shù)據(jù)比較 彈簧序號 H H1 S1=H－Ｈ１ Ｓ預(yù) Ｓ總＝Ｓ工作+Ｓ預(yù)+Ｓ修磨（=6mm） 51 40 30.1 9.9 9.2 22.2 52 50 37.0 13 16.5 29.5 53 60 44.2 15.8 14.5 27.5 54 70 51.2 18.8 17.5 30.5 55 80 58.2 21.8 20 33 56 90 65.3 24.7 24.5 37.5 故選取55號彈簧，外徑，鋼絲直徑，自由狀態(tài)下高度 。則，彈簧裝配高度。 5.2定位零件的設(shè)計(jì) 定位零件分兩類：一類是在送料方向垂直方向的定位，即送進(jìn)導(dǎo)向，另一類是要送料方向上定位用來控制送料進(jìn)距。在本套模具中，導(dǎo)料裝置和擋料裝置均采用銷釘?shù)男问剑踩齻€，其中兩個作為導(dǎo)料銷壓裝在凸凹模的一側(cè)另外一個作為擋料銷壓裝在凸凹模上與送料方面一致的前方，其銷頭的高度為,即3mm。 5.3卸料裝置的設(shè)計(jì) 卸料板的型式較多，本套模具采用彈壓卸料板的形式，它的作用是除了把板料從凸凹模上卸下外， 還起到壓料的作用。卸料板與凸凹模的單邊間隙一般取（0.2～0.5）mm,厚度一般?。?～15）mm。 卸料板的厚度查表?。汉穸?。 卸料板孔與凸模的單邊間隙查表?。? 卸料板底面高出凸模底面的尺寸： 這里取; 卸料螺釘按標(biāo)準(zhǔn)件選取，卸料板的具體結(jié)構(gòu)尺寸如下圖。 圖3 卸料板的結(jié)構(gòu)尺寸圖 5.4推件裝置的設(shè)計(jì) 推件裝置有鋼性推件裝置和彈性推件裝置兩種，在本套模具中采用彈性推件裝置。推件塊與凸模的配合不起導(dǎo)向作用，所以此處的單面間隙?。╰為材料厚度）具體結(jié)構(gòu)尺寸如下圖4。 圖4 推件塊的結(jié)構(gòu)尺寸圖 5.5凸凹模固定板的設(shè)計(jì) 一般凸凹模固定板的厚度按取值,此處取45mm，具體結(jié)構(gòu)尺寸如下圖5。 圖5 凸凹模固定板的結(jié)構(gòu)尺寸圖 5.6墊板選用 墊板的功能主要是保護(hù)上模板，具體的結(jié)構(gòu)尺寸如下圖6。 圖6 墊板的結(jié)構(gòu)尺寸圖 5.7導(dǎo)柱導(dǎo)套的布置和選用 本工件的生產(chǎn)是大批量，要求模具壽命長，因此采有導(dǎo)柱導(dǎo)套的標(biāo)準(zhǔn)件。由于沖件是一個對稱的圓形件，為了保證上下模有一個精確的位置關(guān)系，避免兩個裝錯時影響沖裁精度，兩個導(dǎo)柱選用不同的直徑，直徑相差一般為2～3mm。普通沖裁采用滑動導(dǎo)柱導(dǎo)套即可滿足沖裁要求。具體的導(dǎo)柱、導(dǎo)套的布置根據(jù)下面的比較表選用后側(cè)布置。 表7 導(dǎo)柱、導(dǎo)套的布置比較 布置形式 特點(diǎn) 適用場合 后側(cè)布置 導(dǎo)柱、導(dǎo)套受力不平衡，影響導(dǎo)向精度，但它各個方向敞開，送料操作方便，容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，自動化 對導(dǎo)向要求不太嚴(yán)格，且沖壓偏移國不在時，廣泛采用這種布置方式 中間兩側(cè)布置 受力平衡，但只能一個方向送料 多用于彎曲模和拉深模 對角布置 受力平衡，使用時可兩個方向送料，操作方便 一般用于中、小型的模具 四角布置 受力均勻，導(dǎo)向精度高，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜 僅用于大型沖?；蚬ぜ纫筇貏e高的情況 導(dǎo)柱、導(dǎo)套的配合間隙根據(jù)凸、凹模之間的精度確定，一般當(dāng)工件材料厚度大于0.8mm時，導(dǎo)柱、導(dǎo)套按H7/h6配合，而導(dǎo)柱、導(dǎo)套與上、下模的配合為H7/r6。 選擇導(dǎo)柱、導(dǎo)套長度時，應(yīng)考慮模具閉合時導(dǎo)柱上端面與上模板上平面距離不小于10～5mm，而導(dǎo)柱下端和下模板下平面的距離不小于2～5mm，導(dǎo)套的上端面與上模板上平面的距離要大于3mm，用以排氣和出油?？蓞⒄障旅娴年P(guān)系圖，如下圖7。 1－上模板 2－導(dǎo)套 3－導(dǎo)柱 4－下模 圖7 導(dǎo)柱、導(dǎo)套裝模關(guān)系圖 5.8模柄的選用 本模具屬于小形沖模，采用壓入式標(biāo)準(zhǔn)核模柄，上模座與孔采用H7/m6的過渡配合，并加銷釘防轉(zhuǎn)。 5.9模具主要零件的材料的選用 模具中各零件的材料選取和要求可參照下表進(jìn)行選用如下表8。 表8 模具材料選用一覽 零件名稱 選用材料 熱處理HRC 上、下模座 HT20-40 導(dǎo)柱 20 滲碳60～64 導(dǎo)套 20 滲碳58～62 凸模 78A/T10A 58～62 凹模 78A/T10A 58～62 模柄 A3 擋料銷 45 42～48 彈簧 65Mn 43～48 銷、螺釘、螺栓 45 43～48 固定、墊板、確定 A3/A5 淬火 6模架選擇及模具的動作過程 該模具主要由上、下模座落料凹模、凸凹翻邊凹模、凸凹模固定板、卸料板、推件塊等零件構(gòu)成。 根據(jù)落料凹模的外形尺寸及橡膠尺寸，參照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，可選擇I級精 后側(cè)導(dǎo)柱模架 上模座： HT300 下模座： HT300 導(dǎo) 柱： 20鋼 導(dǎo) 套： 20鋼 工作時，條料由卸料板上面送入，依靠導(dǎo)料銷和擋料銷來對條料進(jìn)行正確的定位，上模下行卸料板與推件塊壓緊板料，然后凸凹模與落料完成落料工作，同時端部呈錐形的翻孔凸模進(jìn)行沖穿孔。上模繼續(xù)下行，工件要推件塊的壓緊狀態(tài)下進(jìn)行翻孔。當(dāng)翻孔結(jié)束時，翻孔凸模與凸凹模進(jìn)行擠切修邊。上模回升時，由卸料板及推件塊完成卸料，擠切修邊廢料從凸凹?？卓趦?nèi)落下，至此整個沖壓工序完畢。 結(jié)束語 這是一套復(fù)合沖裁模的設(shè)計(jì)，雖然結(jié)構(gòu)簡單，但這是我對模具設(shè)計(jì)的第一次嘗試。 在剛開始做這套模具的時候，不知道從何處下手，從各類資料的得到的答案也各不相同。這曾讓我不知該如何是好，但是要做好一套模具就必須要有一個好的開頭和好的設(shè)計(jì)思路，于是，我把各種方法做了一個比較，發(fā)現(xiàn)它們有一個共同的地方，那就是根據(jù)具體的工件要求制定具體的設(shè)計(jì)方案。這樣我明確了設(shè)計(jì)方法之后，首先把設(shè)計(jì)的思路定了下來，然后在根據(jù)這個思路一步一步的做下去。在具體做設(shè)計(jì)的過程中，又碰到了許多的問題，有許多都涉及到了新的知識，對于這些問題，有些通過請教老師得到解決，有些則是和同學(xué)討論后查資料得到解決的。 通過這次沖裁模的設(shè)計(jì)，可以說是我畢業(yè)前參加工作的預(yù)練，也可以說是對我所學(xué)知識的一次大檢查，使我在做設(shè)計(jì)的過程中得到鍛煉，并且熟悉和掌握了模具設(shè)計(jì)的一般步驟和方法。同時也擴(kuò)展了自己的知識面，及時的發(fā)現(xiàn)和填補(bǔ)自己知識的漏洞，讓我在以后參加工作時可以更快的融入其中，更好的做好自己的工作。 總而言之，通過這次模具的設(shè)計(jì)，讓我增加知識的同時，也讓我感到了老師對我們的關(guān)心，同學(xué)之間的團(tuán)結(jié)與友愛。在這里，我感謝老師對我們的認(rèn)真指導(dǎo)，也感謝同學(xué)們的幫助！ 因水平有限，設(shè)計(jì)中必然有許多不足之處，還望老師批評指正。 致 謝 大學(xué)三年的學(xué)習(xí)生活很快就過去了，在外求學(xué)經(jīng)歷的坎坷使我慢慢成熟，對在過去的日子里曾給予過我鼓勵、幫助的人們我滿懷感激，時刻沒有忘記。所經(jīng)歷的一切將讓我倍加珍惜未來的生活。 一個月左右的時間我們的畢業(yè)設(shè)計(jì)作品終于完成了。 此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的順利完成,我要大力感謝我們的指導(dǎo)老師——李秀副老師，他嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致治學(xué)態(tài)度、一絲不茍的工作作風(fēng)、淵博的學(xué)術(shù)知識、和藹大度的學(xué)者風(fēng)范一直是我工作、學(xué)習(xí)中的榜樣；他循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪。我們對李老師耐心細(xì)致的講解、給我們提供相關(guān)的材料表示大力的感謝?？梢哉f,沒有李老師這位負(fù)責(zé)的指導(dǎo)老師,我們的畢業(yè)設(shè)計(jì)也不可能這樣順利的完成。 李老師不僅從一開始就非常關(guān)注我們的設(shè)計(jì),而且在他很忙的情況下還幫我們指導(dǎo),我們對此衷心的感謝!同時還要感謝三年當(dāng)中對我進(jìn)行教育的各位老師,沒有他們的培養(yǎng)也不可能有今天的我們順利完成。通過三年課程的認(rèn)真學(xué)習(xí)，使我們在此基礎(chǔ)上利用所學(xué)東西順利進(jìn)行并完成了設(shè)計(jì)。在此，對李老師以及三年當(dāng)中對我進(jìn)行教育的各位老師，表示我最真誠的尊敬和最誠摯的感謝。 在此，感謝我們的指導(dǎo)老師——李秀副老師在百忙之中給予我們作品的悉心指點(diǎn)與幫助。感謝他為我們指點(diǎn)迷律、出謀劃策。同時，也感謝我們的這組的成員在這次設(shè)計(jì)中給予我的幫助！謝謝！ 并向本文所參考的文獻(xiàn)的作者們表示我最真誠的謝意。 向在百忙之中評閱本方案并提出寶貴意見的各位評委老師表示最誠摯的謝意，同時向所有關(guān)心、幫助和支持我的老師和同學(xué)表示衷心的感謝，祝他們工作順利，萬事如意！ 由于本人的學(xué)識水平、時間和精力有限，文中肯定有許多不盡人意和不完善之處，我將在以后的工作、學(xué)習(xí)中不斷以思考和完善。 最后向三年來教過我、幫助我的所有老師和關(guān)心我的同學(xué)表示我最真誠的謝意！ 張延濤 2006.12.5 參考文獻(xiàn) [1] 第一機(jī)械工業(yè)部工人技術(shù)培訓(xùn)教材編審組．沖壓工藝學(xué)．北京：科學(xué)普及出版社，1982 [2] 許發(fā)樾．模具標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用手冊．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1984 [3] 黃毅宏．模具制造工藝．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1987 [4] 李天又．沖模圖冊．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1988 [5] 張鼎承．沖模設(shè)計(jì)手冊．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1988 [6] 萬勝戰(zhàn)．沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)．北京：中國鐵道出版社，1995 [7] 肖景容．沖壓工藝學(xué)．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1992 [8] 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