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1、 止 動 板 沖 裁 模 設(shè) 計 摘 要 本文介紹了止動件的冷沖壓模具設(shè)計,文章介紹了冷沖壓模具設(shè)計的全過程。對冷沖壓模具的設(shè)計進(jìn)行了全面的介紹和分析,并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了模具的設(shè)計,設(shè)計包括分析工藝性、擬定零件的工藝方案及模具結(jié)構(gòu)、排樣裁板、計算工具壓力選取壓力機(jī)及確定壓力中心、確定模具結(jié)構(gòu)和繪制模具總裝草圖,沖裁刃口尺寸及公差的計算、沖模刃口尺寸及公差的計算、確定各主要的零件結(jié)構(gòu)尺寸、設(shè)計并繪制總圖和選取標(biāo)準(zhǔn)件、繪制出部分非標(biāo)零件圖等一系列的工作。 關(guān)鍵詞:冷沖壓 止動件 模具設(shè)計 THE STAMPING AND P

2、UNCHING MOLD DESIGN FOR STOPPER PLATE ABSTRACT This paper describes the stop moving pieces of cold stamping mould design, this paper introduces the whole process of cold stamping mould design. On cold stamping mould design a comprehensive introduction and analysis, and on this basis the die desi

3、gn, the design includes analysis of the technology of technological scheme, drew up parts die structure, arrangement and cutting board, computational tool pressure pressure center and confirming the selected press mould structure and rendering, identify sketch, punching mould assembly blade dimensio

4、ns and tolerances of calculation, punching the blade dimensions and tolerances of computing, confirm the main parts structure size, design and drawing layout, and select the standard parts, and draw the part of non-standard parts graph, and a series of work

5、 Keywords: cold stamping, stop moving parts, mold design 目 錄 前言…………………………………………………………………………1 第一章：引言…………………………………………………………………2 1.1 模具行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及市場前景……………………………………2 1.2 沖壓工藝介紹……………………………………………………………3 1.3 沖壓工藝的種類…………………………………………………4 1.4冷沖壓模具發(fā)展簡介……………………………………………5 1.4.1 冷沖模工業(yè)在歷

6、史上的背景………………………………………5 1.4.2冷沖模工業(yè)現(xiàn)狀…………………………………………………5 1.4.3冷沖模的發(fā)展方向…………………………………………………7 1.5沖壓行業(yè)阻力和障礙與突破…………………………………………9 1.6相關(guān)研究的最新成果及動態(tài)…………………………………………12 1.7 畢業(yè)設(shè)計的意義…………………………………………………………14 第二章：必備理論知識……………………………………………………17 2.1沖裁變形過程……………………………………………………………..17 2.2沖裁件的質(zhì)量

7、……………………………………………………18 2.3沖裁間隙……………………………………………………………….19 2.4凸凹模尺寸計算…………………………………………………………21 2.5沖壓力的計算……………………………………………………………26 2.6壓力中心的計算…………………………………………………………27 2.7沖裁排樣設(shè)計……………………………………………………………28 第三章止動件的設(shè)計…………………………………………………………31 3.1 設(shè)計題目一止動板………………………………………………31 3.2沖壓件工藝分析……

8、…………………………………………………32 3.2.1材料性能……………………………………………………………….32 3.2.2沖裁件的形狀和尺寸…………………………………………32 3.2.3沖裁件的尺寸精度……………………………………………………..32 3.2.4尺寸標(biāo)注………………………………………………………33 3.3 方案及模具結(jié)構(gòu)類型…………………………………………………33 3.3.1工藝方案分析……………………………………………………33 3.3.2模具結(jié)構(gòu)類型的選定…………………………………………………33 3.4 排樣計算…………………………………………

9、……………………....35 3.4.1材料利用率…………………………………………………37 3.4.2排樣方式…………………………………………………38 3.4.3搭邊……………………………………………………38 3.5壓力計算……………………………………………………………… .38 3.5.1沖裁力的計算………………………………………………………..38 3.5.2卸料力和推件力的計算……………………………………………39 3.6 模具壓力中心計算……………………………………………………40 3.7 零件刃口尺寸計算………………………………………………41 3.7.

10、1計算原則………………………………………………41 3.7.2沖孔刃口計算………………………………………………42 3.7.3落料刃口計算…………………………………………………43 3.8凸凹模刃口尺寸計算…………………………………………45 3.8.1刃口尺寸計算…………………………………………………45 3.8.2落料凹模板尺寸…………………………………………………45 3.8.3凸凹模尺寸……………………………………………………46 3.8.4沖孔凸模尺寸……………………………………………………46 3.8.5沖孔刃口尺寸計算…………………………………………………47

11、 3.9彈性元件的設(shè)計計算…………………………………………………47 3.10其它模具零件結(jié)構(gòu)尺寸………………………………………………48 3.10.1模架的選擇……………………………………………………48 3.10.2閉合高度………………………………………………………..48 3.11 模具的零件設(shè)計與計算……………………………………………49 3.11.1凸模的外形尺寸……………………………………………………49 3.11.2凹模尺寸結(jié)構(gòu)……………………………………………………….50 3.11.3卸料設(shè)計與計算……………………………………………………51 3.11.4卸

12、料螺釘……………………………………………………51 3.11.5卸料螺釘尺寸關(guān)系…………………………………………………51 3.12 沖床選用………………………………………………………………52 3.12.1沖壓設(shè)備的選擇依據(jù)…………………………………………52 3.12.2壓力機(jī)的選擇……………………………………………………53 致…………………………………………………………………………………54 參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………55 設(shè)計總結(jié)…………………………………………………………………………56 附錄…………………………………………………

13、………………………..57 附表…………………………………………………………………………57 沖壓工藝制作……………………………………………………………60 57 / 64 前 言 冷沖模模具設(shè)計是為模具設(shè)計與制造專業(yè)學(xué)生在學(xué)完基礎(chǔ)理論課、技術(shù)基礎(chǔ)和專業(yè)課的基礎(chǔ)上,所設(shè)置的一個重要的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。其目的是：具體應(yīng)用和鞏固本課程及有關(guān)修課的理論知識、生產(chǎn)知識,了解沖壓模模具設(shè)計的一般設(shè)計方法和步驟；培養(yǎng)設(shè)計能力,為以后進(jìn)行設(shè)計工作打下基礎(chǔ)；結(jié)合生產(chǎn)和使用等條件,獨(dú)立地完成模具總體結(jié)構(gòu)及其零部件的設(shè)計。熟練掌握徒手測繪的能力和AutoCAD繪圖軟件的應(yīng)用能力,

14、熟悉和運(yùn)用參考文獻(xiàn)、設(shè)計手冊、了解有關(guān)國家〔部頒〕標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)等,加強(qiáng)對模具設(shè)計的認(rèn)識,培養(yǎng)獨(dú)立分析問題和解決問題的能力。 由于個人設(shè)計水平有限,本設(shè)計定存在許多錯誤和不妥之處,請各位指導(dǎo) 老師批評和雅正,懇請老師不吝賜教,同學(xué)提出寶貴的意見和建議,在此表示衷心的感！ 第一章 引 言 1.1 模具行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及市場前景 模具是機(jī)械制造業(yè)術(shù)先進(jìn)、影響深遠(yuǎn)的重要工藝裝備,具有生產(chǎn)效率高、材料利用率高、制件質(zhì)量優(yōu)良、工藝適應(yīng)性好等特點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于汽車、機(jī)械、航天、航空、輕工、電子、電器、儀表等行業(yè)。20XX中國模具工業(yè)產(chǎn)值達(dá)

15、到610億元,增長率保持在25%的高水平,行業(yè)的生產(chǎn)能力約占世界總量的10%,僅次于日本、美國而位列世界第三[2]。當(dāng)前,我國模具制造方面與工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比,差距較大主要表現(xiàn)在[3]： 〔1〕標(biāo)準(zhǔn)化程度低。 〔2〕模具制造精度低、周期長[3]。 提高勞動生產(chǎn)率、產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本、擴(kuò)大沖壓工藝應(yīng)用圍；提高沖壓零件精度、減少制造周期、提高模具壽命；模具的標(biāo)準(zhǔn)化及專業(yè)化、管理的統(tǒng)一化及等級化；提高專業(yè)人員的技術(shù)水平。 沖壓是利用安裝在沖壓設(shè)備上的模具對材料施加壓力,使其產(chǎn)生分離或塑性變形,從而獲得所需零件的一種壓力加工方法[5]。由于沖壓加工具有許多突出的優(yōu)點(diǎn),因此在工業(yè)生產(chǎn)中,尤

16、其是大批量生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。從精細(xì)的電子元件、儀表指針到汽車的覆蓋件、高壓容器封頭以及航空航天器的蒙皮、機(jī)身等均需沖壓加工。隨著工業(yè)產(chǎn)品的不斷發(fā)展和生產(chǎn)技術(shù)水平不斷提高,不少過去用鑄造、鍛造、切削加工方法制造的零件,已被質(zhì)量輕、剛度好的沖壓件所代替[6]。 我國沖壓模具無論在數(shù)量上,還是在質(zhì)量、技術(shù)和能力等方面都已有了很大發(fā)展,但與國民經(jīng)濟(jì)需求和世界先進(jìn)水平相比,差距仍很大,一些大型精密、復(fù)雜、長壽命的高檔模具每年仍大量進(jìn)口,特別是中高檔轎車的覆蓋件模具,目前仍主要依靠進(jìn)口。一些低檔次的簡單沖模,已

17、趨供過于求,市場競爭激烈[7]。我國沖壓模具產(chǎn)品質(zhì)量水平低主要表現(xiàn)在精度、表面粗糙度、壽命及模具的復(fù)雜程度上；生產(chǎn)工藝水平低則主要表現(xiàn)在加工工藝、加工裝備等方面[8]。 現(xiàn)代模具工業(yè)有"不衰亡工業(yè)"之稱。世界模具市場總體上供不應(yīng)求,市場需求量維持在600億至650億美元,同時,我國的模具產(chǎn)業(yè)也迎來了新一輪的發(fā)展機(jī)遇。近幾年,我國模具產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值保持13%的年增長率〔據(jù)不完全統(tǒng)計,20XX國模具進(jìn)口總值達(dá)到600多億,同時,有近200個億的出口〕。目前,中國17000多個模具生產(chǎn)廠點(diǎn),從業(yè)人數(shù)約50多萬。 工業(yè)總產(chǎn)值中企業(yè)自產(chǎn)自用的約占三分之二,作為商品銷售的約占三分之一。在模具工業(yè)的總產(chǎn)值中

18、,沖壓模具約占50%,塑料模具約占33%,壓鑄模具約占6%,其它各類模具約占11% 雖然近年來我國模具行業(yè)發(fā)展迅速,但是離國的需要和國際水平還有很大的差距。制造產(chǎn)業(yè)是一個國家的綜合國力及技術(shù)水平的體現(xiàn),而模具行業(yè)的發(fā)展是制造產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵。針對這種情況,國家出臺了相應(yīng)的政策,正積極發(fā)展模具制造產(chǎn)業(yè)。 1.2 沖壓工藝介紹[6] 沖壓是靠壓力機(jī)和模具對板材、帶材、管材和型材等施加外力,使之產(chǎn)生塑性變形或分離,從而獲得所需形狀和尺寸的工件<沖壓件>的成形加工方法。沖壓和鍛造同屬塑性加 工<或稱壓力加工>,合稱鍛壓。沖壓的坯料主要是熱軋和冷軋的鋼板和鋼帶。 全世界的鋼材中,有 60～70%是板

19、材,其部分是經(jīng)過沖壓制成成品。汽車的車身、底盤、油箱、散熱器片,鍋爐的汽包、容器的殼體、電機(jī)、電器的鐵芯硅鋼片等都是沖壓加工的。儀器儀表、家用電器、自行車、辦公機(jī)械、生活器皿等產(chǎn)品中,也有大量沖壓件。 壓件與鑄件、鍛件相比,具有薄、勻、輕、強(qiáng)的特點(diǎn)。沖壓可制出其他方法難于制造的帶有加強(qiáng)筋、肋、起伏或翻邊的工件,以提高其剛性。由于采用精密模具,工件精度可達(dá)微米級,且重復(fù)精度高、規(guī)格一致,可以沖壓出孔、凸臺等。 冷沖壓件一般不再經(jīng)切削加工,或僅需要少量的切削加工。熱沖壓件精度和表面狀態(tài)低于冷沖壓件,但仍優(yōu)于鑄件、鍛件,切削加工量少。 沖壓是高效的生產(chǎn)方法,采用復(fù)合模,尤其是多工位級進(jìn)模,可在

20、一臺壓力機(jī)上完成多道沖壓工序,實(shí)現(xiàn)由帶料開卷、矯平、沖裁到成形、精整的全自動生產(chǎn)。生產(chǎn)效率高,勞動條件好,生產(chǎn)成本低,一般每分鐘可生產(chǎn)數(shù)百件[2]。 1.3 沖壓工藝的種類[3] 沖壓主要是按工藝分類,可分為分離工序和成形工序兩大類。分離工序也稱沖裁,其目的是使沖壓件沿一定輪廓線從板料上分離,同時保證分離斷面的質(zhì)量要求。成形工序的目的是使板料在不破坯的條件下發(fā)生塑性變形,制成所需形狀和尺寸的工件。在實(shí)際生產(chǎn)中,常常是多種工序綜合應(yīng)用于一個工件。沖裁、彎曲、剪切、拉深、脹形、旋壓、矯正是幾種主要的沖壓工藝。 沖壓用板料的表面和在性能對沖壓成品的質(zhì)量影響很大,要求沖壓材料厚度精確、均勻；表面

21、光潔,無斑、無疤、無擦傷、無表面裂紋等；屈服強(qiáng)度均勻,無明顯方向性； 均勻延伸率高；屈強(qiáng)比低；加工硬化性低。 在實(shí)際生產(chǎn)中,常用與沖壓過程近似的工藝性試驗(yàn),如拉深性能試驗(yàn)、脹形性能試驗(yàn)等檢驗(yàn)材料的沖壓性能,以保證成品質(zhì)量和高的合格率。 模具的精度和結(jié)構(gòu)直接影響沖壓件的成形和精度。 模具制造成本和壽命則是影響沖壓件成本和質(zhì)量的重要因素。模具設(shè)計和制造需要較多的時間,這就延長了新沖壓件的生產(chǎn)準(zhǔn)備時間。 模座、模架、導(dǎo)向件的標(biāo)準(zhǔn)化和發(fā)展簡易模具<供小批量生產(chǎn)>、復(fù)合模、多工位級進(jìn)模<供大量生產(chǎn)>,以及研制快速換模裝置,可減少沖壓生產(chǎn)準(zhǔn)備工作量和縮短準(zhǔn)備時間,能使適用于減少沖壓生產(chǎn)準(zhǔn)備工作量和縮

22、短準(zhǔn)備時間,能使適用于大批量生產(chǎn)的先進(jìn)沖壓技術(shù)合理地應(yīng)用于小批量多品種生產(chǎn)。 沖壓設(shè)備除了厚板用水壓機(jī)成形外,一般都采用機(jī)械壓力機(jī)。以現(xiàn)代高速多工位機(jī)械壓力機(jī)為中心,配置開卷、矯平、成品收集、輸送等機(jī)械以及模具庫和快速換模裝置,并利用計算機(jī)程序控制,可組成高生產(chǎn)率的自動沖壓生產(chǎn)線。 在每分鐘生產(chǎn)數(shù)十、 數(shù)百件沖壓件的情況下, 在短暫時間完成送料、 沖壓、 出件、排廢料等工序,常常發(fā)生人身、設(shè)備和質(zhì)量事故。因此,沖壓中的安全生產(chǎn)是一個非常重要的問題。 1.4冷沖壓模具發(fā)展簡介[5] 1.4.1冷沖模具工業(yè)在歷史上的背景 冷沖壓加工工藝,在我國已有悠久的歷史。據(jù)文獻(xiàn)記載：我國勞動人民遠(yuǎn)

23、在青銅時期就發(fā)現(xiàn)了金屬具有錘擊變形的性能；到了戰(zhàn)國時代〔公元前403-221年〕已經(jīng)能煉劍淬火?？梢钥隙?我們的祖先,在2300年前已掌握了錘擊金屬制造兵器和各種日用品技術(shù)。在漫長的封建社會時期,我國勞動在金、銀、銅裝飾品和日用品的制作中,顯示出精巧的工藝技術(shù)和高超的藝術(shù)水平[9]。 1.4.2 冷沖模具工業(yè)的現(xiàn)狀 由于沖壓工藝具有生產(chǎn)率、生產(chǎn)成本低、材料利用率高、能成形復(fù)雜零件、適合大批量生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn),在某些領(lǐng)域已取代機(jī)械加工,并正逐步擴(kuò)大其應(yīng)用圍。據(jù)國際生產(chǎn)技術(shù)協(xié)會預(yù)測,到本世紀(jì)中,機(jī)械零部件中60%的粗加工、80%的精加工要由模具來完成。因此,沖壓技術(shù)對發(fā)展生產(chǎn)、增加效益、更新產(chǎn)品

24、等方面具有重要作用[10]。在近半個世紀(jì)以來,我國的冷沖壓工藝和其它生產(chǎn)工藝一樣,得到了迅速的發(fā)展。在一些工廠中,建立了具有現(xiàn)代規(guī)模和技術(shù)先進(jìn)的冷沖壓生產(chǎn)車間,并建立了專門研究冷沖壓技術(shù)的科研機(jī)構(gòu)及專業(yè)性工廠,培養(yǎng)了大批從事冷沖壓生產(chǎn)的科技人員,廣泛地開展了冷沖壓生產(chǎn)的科技及學(xué)術(shù)活動,編輯出版了各種冷沖壓技術(shù)資料,從而使冷沖壓生產(chǎn)技術(shù)得到了迅速發(fā)展。在冷沖壓生產(chǎn)中,出現(xiàn)了很多可喜的高科技成果。沖壓加工的工藝和設(shè)備正在不斷地發(fā)展,例如精密沖裁、冷擠壓、多工位自動沖壓、高速成形、液壓成形、超塑沖壓等,把冷沖壓生產(chǎn)技術(shù)提高到了新的水平。為了適應(yīng)冷沖壓工藝水平的提高,我國對沖模的研制也在不斷加強(qiáng)。近年

25、來,出現(xiàn)了很多制造周期短、使用壽命長的新型沖模結(jié)構(gòu)。并且,模具加工工藝及模具材料也相應(yīng)地在不斷革新,例如采用鋼結(jié)硬質(zhì)合金、硬質(zhì)合金或低熔點(diǎn)合金澆注模具、采用電加工技術(shù)及計算機(jī)制造沖模等以適用于不同的生產(chǎn)條件。從而使沖壓生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量、勞動生產(chǎn)率大大提高,成本也大幅度下降,有利地推動了我國社會主義經(jīng)濟(jì)建設(shè)和發(fā)展[11]。 我國的模具工業(yè)的發(fā)展,日益受到人們的重視和關(guān)注,在電子、汽車、電機(jī)、電器、儀器、儀表、家電和通信等產(chǎn)品中,60%-80%的零部件都要依靠模具成形〔型〕。用模具生產(chǎn)制件所具備的高精度、高復(fù)雜程度、高一致性、高生產(chǎn)率和代消耗,是其它加工制造方法所不能比擬的。近幾年,我國模具工業(yè)

26、一直以每年15%左右的增長速度發(fā)展,20XX,我國模具總產(chǎn)值超過400億元人民幣[12]。模具工業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步,在很大程度上取決于模具加工設(shè)備、軟件及切削刀具的制造水平。如今,人們對手機(jī)、電腦、汽車、手表、數(shù)碼電子等商品的要求一點(diǎn)也不低于發(fā)達(dá)國家。但另一方面,我國生產(chǎn)這些商品所需模具的工作母機(jī)即模具加工設(shè)備的制造水準(zhǔn),從總體上來說還是比較低的。這就出現(xiàn)了一個奇怪的現(xiàn)象,這些年我國模具生產(chǎn)所需的先進(jìn)加工設(shè)備、制造軟件及切削刀具進(jìn)口越來越多。去年,我國機(jī)床進(jìn)口約60億美元,其中用于模具生產(chǎn)的就占十分之一；去年我國模具生產(chǎn)所需超硬質(zhì)合金和瓷等超硬刀具銷售額約12億元,其中90%依賴進(jìn)口[13]。 隨

27、著計算機(jī)軟件的發(fā)展和進(jìn)步,CAD/CAE/CAM 技術(shù)也日臻成熟,其現(xiàn)代模具中的應(yīng)用將越來越廣泛。可以預(yù)料不久的將來,模具制造業(yè)將從機(jī)械制造業(yè)中分離出來,而獨(dú)立成為國民經(jīng)濟(jì)中不可缺少的支柱產(chǎn)業(yè),與此同時,也進(jìn)一步促進(jìn)了模具制造技術(shù)向集成化、智能化、益人化、高效化方向發(fā)展。因此,大力發(fā)展模具工業(yè)可以促進(jìn)我國更快的走向工業(yè)化國家。 1.4.3 冷沖模具的發(fā)展方向 發(fā)展模具工業(yè)的關(guān)鍵是制造模具的技術(shù)和相關(guān)人才以及模具材料。 模具技術(shù)的發(fā)展應(yīng)該為適應(yīng)模具產(chǎn)品"交貨期短"、"精度高"、"質(zhì)量好"、"價格低"的要求服務(wù)。達(dá)到這一要求急需發(fā)展如下幾項[14]： <1> 全面推廣CAD/CAM

28、/CAE技術(shù)：模具CAD/CAM/CAE技術(shù)是模具設(shè)計制造的發(fā)展方向。隨著微機(jī)軟件發(fā)展和進(jìn)步,普及CAD/CAM/CAE技術(shù)的條件已基本成熟,各企業(yè)將加大CAD/CAM技術(shù)培訓(xùn)和技術(shù)服務(wù)的力度；進(jìn)一步擴(kuò)大CAE技術(shù)的應(yīng)用圍。計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展正使CAD/CAM/CAE技術(shù)跨地區(qū)、跨企業(yè)、跨院所地在整個行業(yè)中推廣成為可能,實(shí)現(xiàn)技術(shù)資源重新整合,使虛擬制造成為可能[15]。 <2> 高速銑削加工：國外近年來發(fā)展的高速銑削加工,大幅度提高了加工效率,并可獲得極高的表面光潔度[16]。 <3> 模具掃描及數(shù)字化系統(tǒng)：高速掃描機(jī)和模具掃描系統(tǒng)提供了從模型或?qū)嵨飹呙璧郊庸こ銎谕哪Ｐ退璧闹T多功能

29、,大大縮短了模具的在研制制造周期。有些快速掃描系統(tǒng),可快速安裝在已有的數(shù)控銑床及加工中心上,實(shí)現(xiàn)快速數(shù)據(jù)采集、自動生成各種不同數(shù)控系統(tǒng)的加工程序、不同格式的CAD數(shù)據(jù),用于模具制造業(yè)的"逆向工程"[17]。? <4> 電火花銑削加工。 5> 提高模具標(biāo)準(zhǔn)化程度：我國模具標(biāo)準(zhǔn)化程度正在不斷提高,估計目前我國模具標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率已達(dá)到30%左右。國外發(fā)達(dá)國家一般為80%左右。 <6> 優(yōu)質(zhì)材料及先進(jìn)表面處理技術(shù)：選用優(yōu)質(zhì)鋼材和應(yīng)用相應(yīng)的表面處理技術(shù)來提高模具的壽命就顯得十分必要。 <7> 模具研磨拋光將自動化、智能化：模具表面的質(zhì)量對模具使用壽命、制件外觀質(zhì)量等方面均有較大

30、的影響,研究自動化、智能化的研磨與拋光方法替代現(xiàn)有手工操作,以提高模具表面質(zhì)量是重要的發(fā)展趨勢[18]。 <8> 模具自動加工系統(tǒng)的發(fā)展 。然近年來我國模具行業(yè)職工隊伍發(fā)展迅速,估計目前已達(dá)近百萬人,但由于模具企業(yè)數(shù)量的急劇膨脹、傳統(tǒng)教育的力不從心以及模具技師的老齡化,模具人才遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上行業(yè)的發(fā)展需求,主要表現(xiàn)在 〔1〕總量不足。對中國的模具企業(yè)來說,如何更好地管理人才,如何留住人才,如何為人才提供足夠的平臺和發(fā)展空間是擺在眼前的一個嚴(yán)峻的、迫切需要解決的課題,否則,人才緊缺問題將成為中國模具工業(yè)繼續(xù)高速發(fā)展的一個重要障礙[19]?！?〕 因選材和用材不當(dāng),致使模具過早失效,大

31、約占失效模具的45%以上。在整個模具價格構(gòu)成中,材料所占比重不大,一般在20% ～30% 。因此,選用優(yōu)質(zhì)鋼材和應(yīng)用表面處理技術(shù)來提高模具的壽命就顯得十分必要。對于模具鋼來說,要采用電渣重熔工藝,如采用粉末冶金工藝制造的粉末高速鋼等。<3>模具鋼品種規(guī)格多樣化、產(chǎn)品精細(xì)化、制品化,盡量縮短供貨時間亦是重要發(fā)展趨勢。 這只是發(fā)展模具工業(yè)的三個重要部分,要向使模具工業(yè)在我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)中發(fā)揮更大的作用,需要國家更大的關(guān)注與投入,帶動相關(guān)人員研究和發(fā)展 1.5 沖壓行業(yè)阻力和障礙與突破[3] 阻力一：機(jī)械化、自動化程度低 美國680條沖壓線中有70%為多工位壓力機(jī),日本國250條生產(chǎn)線有32%為

32、多工位壓力機(jī),而這種代表當(dāng)今國際水平的大型多工位壓力機(jī)在我國的應(yīng)用卻為數(shù)不多；中小企業(yè)設(shè)備普遍較落后,耗能耗材高,環(huán)境污染嚴(yán)重；封頭成形設(shè)備簡陋,手工操作比重大；精沖機(jī)價格昂貴,是普通壓力機(jī)的5~10倍,多數(shù)企業(yè)無力投資阻礙了精沖技術(shù)在我國的推廣應(yīng)用；液壓成形,尤其是高壓成形,設(shè)備投資大,國難以起步。 突破點(diǎn)：加速技術(shù)改造 要改變當(dāng)前大部分還是手工上下料的落后局面,結(jié)合具體情況,采取新工藝,提高機(jī)械化、自動化程度。汽車車身覆蓋件沖壓應(yīng)向單機(jī)連線自動化、機(jī)器人沖壓生產(chǎn)線,特別是大型多工位壓力機(jī)方向發(fā)展。爭取加大投資力度,加速沖壓生產(chǎn)線的技術(shù)改造,使盡早達(dá)到當(dāng)今國際水平。而隨著微電子技術(shù)和通訊

33、技術(shù)的發(fā)展使板材成形裝備自動化、柔性化有了技術(shù)基礎(chǔ)。應(yīng)加速發(fā)展數(shù)字化柔性成形技術(shù)、液壓成形技術(shù)、高精度復(fù)合化成形技術(shù)以及適應(yīng)新一代輕量化車身結(jié)構(gòu)的型材彎曲成形技術(shù)及相關(guān)設(shè)備。同時改造國舊設(shè)備,使其發(fā)揮新的生產(chǎn)能力。 阻力二：生產(chǎn)集中度低 許多汽車集團(tuán)大而全,形成封閉部配套,導(dǎo)致各企業(yè)的沖壓件種類多,生產(chǎn)集中度低,規(guī)模小,易造成低水平的重復(fù)建設(shè),難以滿足專業(yè)化分工生產(chǎn),市場競爭力弱；摩托車沖壓行業(yè)面臨激烈的市場競爭,處于"優(yōu)而不勝,劣而不汰"的狀態(tài)；封頭制造企業(yè)小而散,集中度僅39.2%。 突破點(diǎn)：走專業(yè)化道路 迅速改變目前"大而全"、"散亂差"的格局,盡快從汽車集團(tuán)中把沖壓零部件分離出

34、來,按沖壓件的大、中、小分門別類,成立幾個大型的沖壓零部件制造供應(yīng)中心及幾十個小而專的零部件工廠。通過專業(yè)化道路,才能把沖壓零部件做大做強(qiáng),成為國際上有競爭實(shí)力的沖壓零部件供應(yīng)商。 阻力三：沖壓板材自給率不足,品種規(guī)格不配套 目前,我國汽車薄板只能滿足60%左右,而高檔轎車用鋼板,如高強(qiáng)度板、合金化鍍鋅板、超寬板<1650mm以上>等都依賴進(jìn)口。 突破點(diǎn)：所用的材料應(yīng)與行業(yè)協(xié)調(diào)發(fā)展 汽車用鋼板的品種應(yīng)更趨向合理,朝著高強(qiáng)、高耐蝕和各種規(guī)格的薄鋼板方向發(fā)展,并改善沖壓性能。鋁、鎂合金已成為汽車輕量化的理性材料,擴(kuò)大應(yīng)用已勢在必行。 阻力四：科技成果轉(zhuǎn)化慢先進(jìn)工藝推廣慢 在我國,許多沖

35、壓新技術(shù)起步并不晚,有些還達(dá)到了國際先進(jìn)水平,但常常很難形成生產(chǎn)力。先進(jìn)沖壓工藝應(yīng)用不多,有的僅處于試用階段,吸收、轉(zhuǎn)化、推廣速度慢。技術(shù)開發(fā)費(fèi)用投入少,導(dǎo)致企業(yè)對先進(jìn)技術(shù)的掌握應(yīng)用慢,開發(fā)創(chuàng)新能力不足,中小企業(yè)在這方面的差距更甚。目前,國企業(yè)大部分仍采用傳統(tǒng)沖壓技術(shù),對下一代輕量化汽車結(jié)構(gòu)和用材所需的成形技術(shù)缺少研究與技術(shù)儲備。 突破點(diǎn)：提升信息化、標(biāo)準(zhǔn)化水平 必須用信息化技術(shù)改造模具企業(yè),發(fā)展重點(diǎn)在于大力推廣CAD/CAM/CAE一體化技術(shù),特別是成形過程的計算機(jī)模擬分析和優(yōu)化技術(shù)。加速我國模具標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程,提高精度和互換率。力爭20XX模具標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率達(dá)到60%,20XX

36、達(dá)到70%以上基本滿足市場需求。 阻力五：大、精模具依賴進(jìn)口 當(dāng)前,沖壓模具的材料、設(shè)計、制作均滿足不了國汽車發(fā)展的需要,而且標(biāo)準(zhǔn)化程度尚低,大約為40%～45%,而國際上一般在70%左右。 突破點(diǎn)：走產(chǎn)、學(xué)、研聯(lián)合之路 我國與歐、美、日等相比,存在的最大的差距就是還沒有一個產(chǎn)、學(xué)研聯(lián)合體,科研難以做大,成果不能盡快轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。所以應(yīng)圍繞大型開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化項目,以高校和科研單位為技術(shù)支持,企業(yè)為應(yīng)用基地,形成產(chǎn)品、設(shè)備、材料、技術(shù)的企業(yè)聯(lián)合實(shí)體,形成既能開發(fā)創(chuàng)新,又能迅速產(chǎn)業(yè)化的良性循環(huán)。 阻力五：大、精模具依賴進(jìn)口。當(dāng)前,沖壓模具的材料、設(shè)計、制作均滿足不了國汽車發(fā)展的需要,而且標(biāo)

37、準(zhǔn)化程度尚低,大約為40%～45%,而國際上一般在70%左右。 阻力六：專業(yè)人才缺乏 業(yè)掌握先進(jìn)設(shè)計分析技術(shù)和數(shù)字化技術(shù)的高素質(zhì)人才遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足沖壓行業(yè)飛速發(fā)展的需要,尤其是摩托車行業(yè)中具備沖壓知識和技術(shù)和技能的專業(yè)人才更為缺乏且大量外流。另外,眾多合資公司由外方進(jìn)行工程設(shè)計,掌握設(shè)計權(quán)、投資權(quán),我方?jīng)_壓技術(shù)人員難以真正掌握沖壓工藝的真諦。 突破點(diǎn)：提高行業(yè)人員素質(zhì) 這是一項迫在眉睫的任務(wù),又是一項長期而系統(tǒng)的任務(wù)。振興我國沖壓行業(yè)需要大批高水平的科技人才,大批熟悉國外市場、具有現(xiàn)代管理知識和能力的企業(yè)家,大批掌握先進(jìn)技術(shù)、工藝的高級技能人才。要舍得花大力氣,有計劃、分層次地培養(yǎng)。

38、1.6 相關(guān)研究的最新成果及動態(tài)[3] 模具的出現(xiàn)可以追溯到幾千年以前的瓷燒制和青銅器鑄造,但其大規(guī)模應(yīng)用確是隨著現(xiàn)代工業(yè)的崛起而發(fā)展起來的。從世界圍看,當(dāng)時美國的沖壓技術(shù)走在最前列,而瑞士的精沖、德國的冷擠壓技術(shù)、聯(lián)對塑性加工的研究也處于世界先進(jìn)行列。20世紀(jì)50年代以前模具設(shè)計多憑經(jīng)驗(yàn),參考已有的圖紙和感性認(rèn)識,根據(jù)用戶的要求,制作能滿足產(chǎn)品要求的模具,但對所設(shè)計模具零件的機(jī)械性能缺乏了解。從1955年到1965年,人們通過對模具主要零件的機(jī)械性能和受力狀況進(jìn)行數(shù)學(xué)分析,對金屬塑性加工工藝及原理進(jìn)行深入探討,使得沖壓技術(shù)得到迅猛發(fā)展。在這期間歸納出的設(shè)計原則使得壓力機(jī)械、沖壓材料、加工方

39、法、模具結(jié)構(gòu)、模具材料、模具制造方法、自動化裝置等領(lǐng)域面貌一新,并向?qū)嵱没姆较蛲七M(jìn)。進(jìn)入20世紀(jì)70年代,不斷涌現(xiàn)出各種高效率、高精度、高壽命的多功能的自動模具。從20世紀(jì)70年代至今,計算機(jī)逐漸進(jìn)入了模具生產(chǎn)的設(shè)計、制造、管理等各個領(lǐng)域；輔助進(jìn)行零件圖形輸入、毛胚展開、調(diào)料排樣、確定模具尺寸和標(biāo)準(zhǔn)、繪制裝配圖和零件圖、輸出NC程序等工作,使得模具設(shè)計、加工精度與復(fù)雜性不斷提高,模具制造周期不斷縮短。當(dāng)前國際上計算機(jī)〔CAD〕和計算機(jī)輔助制造〔CAM〕的發(fā)展趨勢是：繼續(xù)發(fā)展幾何圖形系統(tǒng)以滿足復(fù)雜零件和模具的要求；在CAD和CAM的基礎(chǔ)上建立生產(chǎn)集成系統(tǒng)〔CIMS〕；開展塑性成形模擬技術(shù)的研究

40、,以提高工藝分析和模具CAD的理論水平和實(shí)用性；開發(fā)智能數(shù)據(jù)庫和分布式數(shù)據(jù)庫,開發(fā)專家系統(tǒng)和智能CAD等[4]。 隨著工業(yè)技術(shù)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和快速適應(yīng)工業(yè)產(chǎn)品更新?lián)Q代和提高質(zhì)量的要求,發(fā)達(dá)國家從20世紀(jì)50年代就開始了模具CAD/CAM技術(shù)的研究。如美國通用汽車公司早在20世紀(jì)50年代就將CAD/CAM技術(shù)應(yīng)用于汽車覆蓋件的設(shè)計與制造；20世紀(jì)70年代日本機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)室和日本旭光學(xué)工業(yè)公司分別開發(fā)了連續(xù)模設(shè)計系統(tǒng)MEL和沖空彎曲模系統(tǒng)PENTAX；1982年,日立公司研制了沖裁模CAD系統(tǒng)。到20世紀(jì)80年代,模具CAD/CAM技術(shù)已廣泛應(yīng)用于冷沖模具的設(shè)計與制造[5]。 冷沖壓的加

41、工工藝在我國的具有悠久的歷史。半個世紀(jì)以來,我國的冷沖壓工藝和其他生產(chǎn)工藝一樣得到了迅速的發(fā)展。冷沖壓加工的工藝和設(shè)備正在不斷的發(fā)展〔包括沖壓模具技術(shù)的發(fā)展〕,把冷沖壓技術(shù)提高到了新的水平。為適應(yīng)冷沖壓工藝水平的提高,我國對沖模的研制也在不斷加強(qiáng)。但是總體上說,我國模具工業(yè)起步較晚、基礎(chǔ)差,就總量來看,大型、精密、浮渣、長壽名命模具產(chǎn)需矛盾仍然十分突出。雖然在模具的制造方法、手段方面達(dá)到了國際水平,模具結(jié)構(gòu)、功能方面也接近國際水平,但是在制造的質(zhì)量、精度、制造周期和成本方面和國外還存在一定的差距。我國模具CAD/CAM技術(shù)從20世紀(jì)80年代才起步,長期處于低水平重復(fù)開發(fā)階段,許多軟件依賴于進(jìn)口

42、,對許多引進(jìn)的CAD/CAM系統(tǒng)缺乏二次開發(fā)。以下是我國近年來模具產(chǎn)值模具進(jìn)出口情況表[6]： 表1 20XX以來中國歷年模具產(chǎn)值表/〔億元人民幣〕 年份 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 產(chǎn)值 280 316 360 450 530 660 850 1020 1220 1080 表2 20XX以來中國歷年模具進(jìn)出口情況表/〔萬美元〕 年份 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 進(jìn)口 8

43、1100 91799 63000 66348 88274 97700 111174 127200 136930 181300 出口 4941 7000 9428 9591 13280 17374 18775 25234 33680 49100 從表一我們可以看出模具行業(yè)的發(fā)展是迅速的,其產(chǎn)值正在一年比一年提高。從表二看出我國模具的進(jìn)出口重量保持上升勢頭,由于在大型、精密、浮渣、長壽命模具缺乏的情況下,高技術(shù)的模具依賴于進(jìn)口。所以研究和提高冷沖壓模具,并把CAD/CAM技術(shù)運(yùn)用于模具設(shè)計的實(shí)際中去對于我國模具的發(fā)展具有十分重要的意義。 1.7目前沖壓

44、技術(shù)的發(fā)展方向[7]： 〔1〕精密沖裁：普通沖裁件斷面粗糙、精度低,而精密沖裁可以使零件有光潔的斷面和高的精度。目前已有的相當(dāng)一部分過去用切割加工的零件改為精密沖裁,精密沖裁工件的厚度可達(dá)到2mm。因此,精密沖裁以無切屑加工代替了大量切削加工,從而大大降低了生產(chǎn)成本。 〔2〕應(yīng)用先進(jìn)工藝：氣體、液體、橡膠、超塑性成型等先進(jìn)工藝,對某些復(fù)雜零件的成型有明顯的效果,要深入研究其變形機(jī)理,確定合理工藝參數(shù),提高成型效能和實(shí)用性。 〔3〕沖壓生產(chǎn)機(jī)械化、自動化：研制自動送、退料裝置,多工位自動壓力機(jī),自動生產(chǎn)線,帶自動保護(hù)的監(jiān)視和檢測裝置等,這是提高勞動生產(chǎn)率、減輕勞動強(qiáng)度和保證操作安全的

45、有效措施。 〔4〕模具標(biāo)準(zhǔn)化：不僅要有各種規(guī)格和精度的模架標(biāo)準(zhǔn),還要發(fā)展典型模具結(jié)構(gòu)和零部件的標(biāo)準(zhǔn)化工作,降低模具設(shè)計復(fù)雜程度,降低模具制造技術(shù),縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期。 〔5〕發(fā)展具的計算機(jī)輔助設(shè)計與輔助制造：計算機(jī)輔助設(shè)計,就是用電子計算機(jī)作為信息處理手段,進(jìn)行最佳判斷、計算,實(shí)現(xiàn)綜合設(shè)計。計算機(jī)輔助制造,就是生產(chǎn)人員借助計算機(jī)對模具制造實(shí)行監(jiān)督、控制和管理。將模具設(shè)計與制造聯(lián)成一個統(tǒng)一的計算機(jī)控制系統(tǒng),是向自動化發(fā)展的有效途徑,對提高模具設(shè)計與制造質(zhì)量、簡化模具設(shè)計和生產(chǎn)管理將起巨大的作用 1.7畢業(yè)設(shè)計的意義 畢業(yè)設(shè)計是大學(xué)四年的綜合性實(shí)踐環(huán)節(jié),目的是通過課題的設(shè)計研究,培養(yǎng)綜合

46、運(yùn)用各門課程知識的能力,培養(yǎng)獨(dú)立分析問題和解決問題的能力。但是,雖然是作為本科學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計,但設(shè)計過程中應(yīng)密切與生產(chǎn)實(shí)際相結(jié)合,應(yīng)與培養(yǎng)職業(yè)能力相結(jié)合,應(yīng)體現(xiàn)與實(shí)際貼切的特點(diǎn)。 在指導(dǎo)教師周密安排和精心指導(dǎo)下,這次畢業(yè)設(shè)計從確定設(shè)計課題、擬定設(shè)計方案、設(shè)計過程到畢業(yè)答辯都按照畢業(yè)設(shè)計工作計劃進(jìn)行。 第一,充分調(diào)研,確定應(yīng)用型畢業(yè)設(shè)計課題。 選好畢業(yè)設(shè)計題目是實(shí)現(xiàn)畢業(yè)設(shè)計目標(biāo)、保證畢業(yè)設(shè)計質(zhì)量的前提,我的畢業(yè)設(shè)計的課題取自企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際。這個課題能較全面地應(yīng)用所學(xué)專業(yè)知識或者將來工作所需的專業(yè)技術(shù),達(dá)到綜合運(yùn)用的目的,既能夠解決企業(yè)急需解決的生產(chǎn)技術(shù)問題,又能夠培養(yǎng)自己的職業(yè)崗位能力,難度

47、不是很大,符合我們本科生的專業(yè)理論知識水平和實(shí)際設(shè)計能力,工作量恰當(dāng),能夠在規(guī)定時間完成。 但是該課題是真題真做,雖然難度不是很大,但要使設(shè)計圖紙能真接用于生產(chǎn),去造出零件,并能滿足使用要求,也是不容易的。 第二,反復(fù)論證,確定產(chǎn)品設(shè)計方案。 明確課題的性質(zhì)、意義、設(shè)計容、設(shè)計要達(dá)到的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和完成時間,并確定好正確合理的設(shè)計方案是完成設(shè)計任務(wù)的保證,指導(dǎo)教師、企業(yè)技術(shù)員讓我參與設(shè)計方案的討論,使我對課題設(shè)計方案心中有數(shù)。 第三,虛心求教,仔細(xì)認(rèn)真地進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計。 我們本科學(xué)生基礎(chǔ)理論知識充分,但設(shè)計能力與實(shí)際生產(chǎn)所需仍有不小距離。為了使我很快地進(jìn)入工作狀態(tài),指導(dǎo)教師耐心向我們介

48、紹機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計方法、一般步驟和設(shè)計過程中應(yīng)注意的事項。單位領(lǐng)導(dǎo)給我們足夠的空間到機(jī)加工生產(chǎn)車間,熟悉零件加工對設(shè)計的要求,使設(shè)計能用于生產(chǎn)。在設(shè)計中能主動請教指導(dǎo)老師,培養(yǎng)綜合運(yùn)用機(jī)械制圖、工程材料與熱處理、公差配合、計算機(jī)繪圖、機(jī)械制造工藝等專業(yè)知識的能力,培養(yǎng)查閱技術(shù)資料和其它專業(yè)文獻(xiàn)的能力,培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度和踏實(shí)的工作作風(fēng),明確必須有高度責(zé)任心、嚴(yán)肅認(rèn)真的工作習(xí)慣,才能做好設(shè)計工作,減少工作失誤,避免給企業(yè)生產(chǎn)造成損失。充分發(fā)揮主觀能動性,積極思考,大膽創(chuàng)新。 第四,完善設(shè)計,準(zhǔn)備畢業(yè)設(shè)計答辯。 完整的設(shè)計包括設(shè)計圖紙和設(shè)計說明書等技術(shù)文件。根據(jù)設(shè)計任務(wù)書要求,全面檢查設(shè)計技術(shù)資料

49、,按照指導(dǎo)教師的批改,認(rèn)真修改圖紙錯誤,認(rèn)真修改設(shè)計說明書. 應(yīng)該說,在指導(dǎo)教師的認(rèn)真指導(dǎo)下,我基本完成了這套沖裁模的設(shè)計工作,通過這次設(shè)計,學(xué)到了很多知識和技術(shù)。 由于本人設(shè)計水平有限,必然在設(shè)計中仍有很多缺點(diǎn)和錯誤,敬請老師們批評指正。 第二章． 必備理論知識 2.1沖裁變形過程[12] 沖裁變形過程。如果模具間隙正常,沖裁變形過程大致可分為如下三個階段。 2.1.1 彈性變形階段<圖2.2.2Ⅰ> 在凸模壓力下,材料產(chǎn)生彈性壓縮、拉伸和彎曲變形,凹模上的板料則向上翹曲,間隙越大,彎曲和上翹越嚴(yán)重。 2.1.2 塑性變形階段<圖2.2.2Ⅱ>??隨凸模擠入板料深度的

50、增大,塑性變形程度增大,變形區(qū)材料硬化加劇,沖裁變形抗力不斷增大,直到刃口附近側(cè)面的材料由于拉應(yīng)力的作用出現(xiàn)微裂紋時,塑性變形階段便告終,此時沖裁變形抗力達(dá)到最大值。由于凸、凹模間存在有間隙,故在這個階段中板料還伴隨著彎曲和拉伸變形。間隙越大,彎曲和拉伸變形也越大。 2.1.3 斷裂分離階段<圖2.2.2Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ>??裂紋首先在凹模刃口附近的側(cè)面產(chǎn)生,緊接著才在凸模刃口附近的側(cè)面產(chǎn)生。已形成的上下微裂紋隨凸模繼續(xù)壓入沿最大切應(yīng)力方向不斷向材料部擴(kuò)展,當(dāng)上下裂紋重合時,板料便被剪斷分離。 2.2.3所示沖裁力-凸模行程曲線可明顯看出沖裁變形過程的三個階段。圖中OA段是沖裁的彈性變形階段；

51、AB段是塑性變形階段,B點(diǎn)為沖裁力的最大值,在此點(diǎn)材料開始剪裂,BC段為微裂紋擴(kuò)展直至材料分離的斷裂階段,CD段主要是用于克服摩擦力將沖件推出凹?？卓跁r所需的力。 圖2.2.2 沖裁變形過程圖2.2.3沖裁力曲線 2.2沖裁件質(zhì)量 沖裁件質(zhì)量是指斷面狀況、尺寸精度和形狀誤差。斷面狀況盡可能垂直、光潔、毛刺小。尺寸精度應(yīng)該保證在圖紙規(guī)定的公差圍之。零件外形應(yīng)該滿足圖紙要求；表面盡可能平直,即拱彎小。 2.2.1．沖裁件斷面質(zhì)量[6]??由于沖裁變形的特點(diǎn),沖裁件的斷面明顯地分成四個特征區(qū),即圓角帶a、光亮帶b、斷裂帶c與毛刺區(qū)d,如圖2.2.4所示。 圓角帶

52、a ：該區(qū)域的形成是當(dāng)凸模刃口壓入材料時,刃口附近的材料產(chǎn)生彎曲和伸長變形,材料被拉入間隙的結(jié)果； ??光亮帶b ：該區(qū)域發(fā)生在塑形變形階段,當(dāng)刃口切入材料后,材料與凸、凹模切刃的側(cè)表面擠壓而形成的光亮垂直的斷面。通常占全斷面的1/2-1/3； ??斷裂帶c ：該區(qū)域是在斷裂階段形成。是由刃口附近的微裂紋在拉應(yīng)力作用下不斷擴(kuò)展而形成的撕裂面,其斷面粗糙,具有金屬本色,且略帶有斜度。 ??毛刺區(qū)d ：毛刺的形成是由于在塑性變形階段后期,凸模和凹模的刃口切入被加工板料一定深度時,刃口正面材料被壓縮,在應(yīng)力的作用下,裂紋加長,材料斷裂而產(chǎn)生毛刺。 a〕沖孔件

53、b〕落料件 2.3 沖裁間隙[14] 2．3．1.沖裁間隙Z 沖裁間隙是指沖裁模中凹模刃口橫向尺寸DA與凸模刃口橫向尺寸dT的差值,如圖2.3.1所示。Z表示雙面間隙,單面間隙用Z/2表示,如無特殊說明,沖裁間隙就是指雙面間隙。Z值可為正,也可為負(fù),但在普通沖裁中,均為正值。 圖2.3.1 沖裁模間隙 2.3.2沖裁間隙的確定方法[13] 在沖壓實(shí)際生產(chǎn)中,主要根據(jù)沖裁件斷面質(zhì)量、尺寸精度和模具壽命這三個因素綜合考慮,給間隙規(guī)定一個圍值。只要間隙在這個圍,就能得到質(zhì)量合格的沖裁件和較長的模具壽命。這個間隙圍就稱為合理間隙,這個圍的最小值稱為最小合理間隙〔Zm

54、in〕,最大值稱為最大合理間隙〔Zmax〕?？紤]到在生產(chǎn)過程中的磨損使間隙變大,故設(shè)計與制造新模具時應(yīng)采用最小合理間隙Zmin。確定合理間隙值有理論法和經(jīng)驗(yàn)確定法兩種。 〔1〕理論法 主要是根據(jù)凸、凹模刃口產(chǎn)生的裂紋相互重合的原則進(jìn)行計算。圖2.3.2所示為沖裁過程中開始產(chǎn)生裂紋的瞬時狀態(tài),根據(jù)圖中幾何關(guān)系可求得合理間隙Z為 圖 2.3.2沖裁產(chǎn)生裂紋的瞬時狀況 上式可看出,合理間隙Z與材料厚度t、凸模相對擠入材料深度 、裂紋角 有關(guān),而h0/t及β又與材料塑性有關(guān),見表2.3.1。因此,影響間隙值的主要因素是材料性質(zhì)和厚度。

55、材料厚度越大,塑性越低的硬脆材料,則所需間隙Z值就越大；材料厚度越薄,塑性越好的材料,則所需間隙Z值就越小。由于理論計算法在生產(chǎn)中使用不方便,故目前廣泛采用的是經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。 <2>．經(jīng)驗(yàn)確定法 根據(jù)研究與實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn),間隙值可按要求分類查表確定。對于尺寸精度、斷面質(zhì)量要求高的沖裁件應(yīng)選用較小間隙值〔表2.3.2〕,這時沖裁力與模具壽命作為次要因素考慮。對于尺寸精度和斷面質(zhì)量要求不高的沖裁件,在滿足沖裁件要求的前提下,應(yīng)以降低沖裁力、提高模具壽命為主,選用較大的雙面間隙值〔表2.3.3〕?？稍斠奊B/T16743-1997。 2.4凸凹模尺寸計算[10] 凸模和凹模的刃口尺寸和

56、公差,直接影響沖裁件的尺寸精度。模具的合理間隙值也靠凸、凹模刃口尺寸及其公差來保證。因此,正確確定凸、凹模刃口尺寸和公差,是沖裁模設(shè)計中的一項重要工作。 2.4.1.凸凹模尺寸計算原則 由于凸、凹模之間存在著間隙,所以沖裁件斷面都帶有錐度。但在沖裁件尺寸的測量和使用中,則是以光亮帶的尺寸為基準(zhǔn)。 落料件的光亮帶處于大端尺寸,其光亮帶是因凹模刃口擠切材料產(chǎn)生的,且落料件的大端〔光面〕尺寸等于凹模尺寸。 沖孔件的光亮帶處于小端尺寸,其光亮帶是凸模刃口擠切材料產(chǎn)生的,且沖孔件的小端〔光面〕尺寸等于凸模尺寸[2]。 沖裁過程中,凸、凹模要與沖裁零件或廢料發(fā)生摩擦,凸模輪廓越磨越小,凹模輪廓越

57、磨越大,結(jié)果使間隙越用越大。因此,確定凸、凹模刃口尺寸應(yīng)區(qū)分落料和沖孔工序,并遵循如下原則[4]： ???? 〔１〕．設(shè)計落料模先確定凹模刃口尺寸。以凹模為基準(zhǔn),間隙取在凸模上,即沖裁間隙通過減小凸模刃口尺寸來取得。設(shè)計沖孔模先確定凸模刃口尺寸。以凸模為基準(zhǔn),間隙取在凹模上,沖裁間隙通過增大凹模刃口尺寸來取得。 〔２〕．根據(jù)沖模在使用過程中的磨損規(guī)律,設(shè)計落料模時,凹?；境叽鐟?yīng)取接近或等于工件的最小極限尺寸；設(shè)計沖孔模時,凸?；境叽鐒t取接近或等于工件孔的最大極限尺寸。這樣,凸、凹在磨損到一定程度時,仍能沖出合格的零件。 ???? 模具磨損預(yù)留量與工件制造精度有關(guān)。用x、Δ表示,其

58、中Δ為工件的公差值,x為磨損系數(shù),????其值在0.5～1之間,根據(jù)工件制造精度進(jìn)行選?。? ????工件精度IT10以上 X=1 ????工件精度IT11～I(xiàn)T13 X=0.75 ????工件精度IT14 X=0.5 ???? 〔３〕．不管落料還是沖孔,沖裁間隙一般選用最小合理間隙值〔Zmin〕。 ???? 〔４〕．選擇模具刃口制造公差時,要考慮工件精度與模具精度的關(guān)系,即要保證工件的精度要求,又要保證有合理的間隙值。一般沖模精度較工件精度高2～4級。對于形狀簡單的圓形、方形刃口,其制造偏差值可按ＩＴ６～ＩＴ７級來選??；對于形狀復(fù)雜的刃口制造偏差可按工件相應(yīng)部位公差值的1/4來選取；

59、對于刃口尺寸磨損后無變化的制造偏差值可取工件相應(yīng)部位公差值的1/8并冠以〔±〕。 ??? 〔５〕．工件尺寸公差與沖模刃口尺寸的制造偏差原則上都應(yīng)按"入體"原則標(biāo)注為單向公差,所謂"入體"原則是指標(biāo)注工件尺寸公差時應(yīng)向材料實(shí)體方向單向標(biāo)注。但對于磨損后無變化的尺寸,一般標(biāo)注雙向偏差[3]。 2.4.2．凸凹模刃口計算方法[14] 由于沖模加工方法不同,刃口尺寸的計算方法也不同,基本上可分為兩類。 〔1〕．按凸模與凹模圖樣分別加工法 圖2.4.1 沖模刃口與工件尺寸及公差分布 這種方法主要適用于圓形或簡單規(guī)則形狀的工件,因沖裁此類工件的凸、凹模制造相對簡單,精度容易保證,所以采用

60、分別加工,設(shè)計時,需在圖紙上分別標(biāo)注凸模和凹模刃口尺寸及制造公差。 凸、凹模分別加工法的優(yōu)點(diǎn)是,凸、凹模具有互換性,制造周期短,便于成批制造。其缺點(diǎn)是,為了保證初始間隙在合理圍,需要采用較小的凸、凹模具制造公差才能滿足δT+δA≤ Zmax-Zmin的要求,所以模具制造成本相對較高。 ?沖模刃口與工件尺寸及公差分布情況如圖2.4.1所示。其計算公式如下： 落料 沖孔 孔心距 〔2〕．凸模與凹模配作法[3] 對于沖制薄材料〔因Zmax與Zmin的差值很小〕的沖模,或沖制復(fù)雜形狀工件的沖模,或單件生產(chǎn)的沖模,常常采用凸模與凹模配作的加工方法。 ??配作法就是先按設(shè)

61、計尺寸制出一個基準(zhǔn)件〔凸模或凹?！?然后根據(jù)基準(zhǔn)件的實(shí)際尺寸再按最小合理間隙配制另一件。這種加工方法的特點(diǎn)是模具的間隙由配制保證,工藝比較簡單,不必校核δT+δA≤ Zmax-Zmin的條件,并且還可放大基準(zhǔn)件的制造公差,使制造容易。設(shè)計時,基準(zhǔn)件的刃口尺寸及制造公差應(yīng)詳細(xì)標(biāo)注,而配作件上只標(biāo)注公稱尺寸,不注公差,但在圖紙上注明："凸〔凹〕模刃口按凹〔凸〕模實(shí)際刃口尺寸配制,保證最小雙面合理間隙值Zmin"。 ??采用配作法,計算凸?；虬寄Ｈ锌诔叽?首先是根據(jù)凸?；虬寄Ｄp后輪廓變化情況,正確判斷出模具刃口各個尺寸在磨損過程中是變大,變小還是不變這三種情況,然后分別按不同的公式計算[14]。

62、 ?1〕凸?；虬寄Ｄp后會增大的尺寸——第一類尺寸A ??落料凹模或沖孔凸模磨損后將會增大的尺寸,相當(dāng)于簡單形狀的落料凹模尺寸,所以它的基本尺寸及制造公差的確定方法與公式〔2.4.1〕相同 第一類尺寸： 2〕凸?；虬寄Ｄp后會減小的尺寸——第二類尺寸B 沖孔凸?；蚵淞习寄Ｄp后將會減小的尺寸,相當(dāng)于簡單形狀的沖孔凸模尺寸,所以它的基本尺寸及制造公差的確定方法與公式〔2.4.3〕相同。 第二類尺寸： 3〕凸?；虬寄Ｄp后會基本不變的尺寸——第三類尺寸C??凸?；虬寄Ｔ谀p后基本不變的尺寸,不必考慮磨損的影響,相當(dāng)于簡單形狀的孔心距尺寸,所以它的基本尺寸及制造公差的確定方法與公式〔2

63、.4.5〕計算。 第三類尺寸： 2.5沖壓力的計算[18] 2. 2.5.2．頂件力、推件力、卸料力計算[12] 2.5.3.壓力機(jī)公稱壓力的計算[12] 壓 2.6壓力中心的計算[14] 模具的壓力中心就是沖壓力合力的作用點(diǎn)。為了保證壓力機(jī)和模具的正常工作,應(yīng)使模具的壓力中心與壓力機(jī)滑塊的中心線相重合。否則,沖壓時滑塊就會承受偏心載荷,導(dǎo)致滑塊導(dǎo)軌和模具導(dǎo)向部分不正常的磨損,還會使合理間隙得不到保證,從而影響制件質(zhì)量和降低模具壽命甚至損壞模具。 2.7沖裁排樣設(shè)計[17] 沖裁件在條料、帶料或板料上的布置方法叫排樣。合理的排樣是提高材料利用率、降低成本,保證沖件質(zhì)

64、量及模具壽命的有效措施。 2.7.1．材料利用率 沖裁件的實(shí)際面積與所用板料面積的百分比叫材料利用率,它是衡量合理利用材料的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。一個步距的材料利用率 <圖2.5.1>可用下式表示 η=A/BSx100%式中： A----一個步距沖裁件的實(shí)際面積 B----條料寬度 S-----步距 2.5.1 廢料的種類圖 若考慮到料頭、料尾和邊余料的材料消耗,則一板料<或帶料、條料>上總的材料的利用率η總為η總=x100% 式中 n----一板料〔或帶料、條料〕上沖裁件的總數(shù)目

65、 A1---一個沖裁件的實(shí)際面積 L----板料長度 B----板料寬度 可見材料利用率是一項很重要的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)[5]。 2.7.2．排樣方法[17] 根據(jù)材料的合理利用情況,條料排樣方法可分為三種,如圖2.5.3所示。 圖2.5.3 排樣方法分類 〔1〕有廢料排樣 如圖2.5.3a所示。沿沖件全部外形沖裁,沖件與沖件之間、沖件與條料之間都存在有搭邊廢料。沖件尺寸完全由沖模來保證,因此精度高,模具壽命也高,但材料利用率低。 〔2〕．少廢料排樣 如圖2.5.3b所示。沿沖件部分外形切斷或沖裁,只在沖件與沖件之間或沖件與條料側(cè)邊之間留有搭邊。因受剪裁條料質(zhì)量和定位

66、誤差的影響,其沖件質(zhì)量稍差,同時邊緣毛刺被凸模帶入間隙也影響模具壽命,但材料利用率稍高,沖模結(jié)構(gòu)簡單。 ?? <3>．無廢料排樣 如圖2.5.3c所示。沖件與沖件之間或沖件與條料側(cè)邊之間均無搭邊,沿直線或曲線切斷條料而獲得沖件。沖件的質(zhì)量和模具壽命更差一些,但材料利用率最高。另外,如圖2.5.3c所示,當(dāng)送進(jìn)步距為兩倍零件寬度時,一次切斷便能獲得兩個沖件,有利于提高勞動生產(chǎn)率。?但是,因條料本身的公差以及條料導(dǎo)向與定位所產(chǎn)生的誤差影響,沖裁件公差等級低。同時,由于模具單邊受力〔單邊切斷時〕,不但會加劇模具磨損,降低模具壽命,而且也直接影響沖裁件的斷面質(zhì)量。為此,排樣時必須統(tǒng)籌兼顧、全面考慮[4]。 2.7.3 搭邊[19] 排樣時沖裁件之間以及沖裁件與條料側(cè)邊之間留下的工藝廢料叫搭邊。 搭邊的作用 一是補(bǔ)償定位誤差和剪板誤差,確保沖出合格零件；二是增加條料剛度,方便條料送進(jìn),提高勞動生產(chǎn)率；同時,搭邊還可以避免沖裁時條料邊緣的毛刺被拉人模具間隙,從而提高模具壽命。 搭邊值對沖裁過程及沖裁件質(zhì)量有很大的影響,因此一定要合理確定搭邊數(shù)值。搭邊過大,材料利用率低；搭邊過小時,搭邊