圓形墊片沖壓成形工藝及模具設(shè)計(jì)【長(zhǎng)圓孔墊片】【沖孔落料級(jí)進(jìn)?！?/h1>

圓形墊片沖壓成形工藝及模具設(shè)計(jì)【長(zhǎng)圓孔墊片】【沖孔落料級(jí)進(jìn)?！?長(zhǎng)圓孔墊片,沖孔落料級(jí)進(jìn)模,圓形墊片沖壓成形工藝及模具設(shè)計(jì)【長(zhǎng)圓孔墊片】【沖孔落料級(jí)進(jìn)?！?圓形,墊片,沖壓,成形,工藝,模具設(shè)計(jì),圓孔,沖孔,落料級(jí)進(jìn)模 機(jī) 械 加 工 工 藝 過(guò) 程 卡 零件號(hào) 零 件 名 稱 06 沖圓孔凸模 工序號(hào) 工 序 名 稱 設(shè) 備 夾 具 刀 具 量 具 工 時(shí) 名 稱 型 號(hào) 名 稱 規(guī) 格 名 稱 規(guī) 格 名 稱 規(guī) 格 1 備料：鋸切下料￠21mm×52mm 鋸床 臺(tái)虎鉗 鋸條 游標(biāo)卡尺 0~100mm 2 鍛造：￠18mm×51mm 空氣錘 臺(tái)虎鉗 游標(biāo)卡尺 0~100mm 3 熱處理：去應(yīng)力退火 熱處理爐 4 車：車端面見(jiàn)光，車外圓至￠46mm 車床 三抓卡盤(pán) 140 端銑刀或刨刀 游標(biāo)卡尺 0~100mm 5 數(shù)控銑： 1.裝夾找正，粗精銑臺(tái)階至尺寸 2.粗精銑內(nèi)孔至圖紙尺寸，銑澆口并去毛刺 3.翻轉(zhuǎn)180°裝夾找正，粗精銑內(nèi)孔并去毛刺 數(shù)控銑床 FANUC-0i 臺(tái)虎鉗 140 立銑刀 鍵槽刀 ￠8 ￠3 ￠10 外徑千分尺 內(nèi)徑千分尺 25~50mm 0~25mm 6 熱處理：調(diào)質(zhì)58~62HRC 熱處理爐 7 電加工：電火花精打凹模型腔 電火花成型機(jī) NH7135B 電磁吸盤(pán) Pmc195 工具電極 塞規(guī) 8 鉗工：精修澆口、研磨、拋光 9 檢驗(yàn)：復(fù)檢以上各部尺寸 編制 校對(duì) 審核 批準(zhǔn) 機(jī) 械 加 工 工 序 卡 工序名稱 銑 工序號(hào) 5 零件名稱 沖圓孔凸模 零件號(hào) 06 零件重量 同時(shí)加工零件數(shù) 1 材 料 毛 坯 牌 號(hào) 硬 度 型 號(hào) 重 量 Cr12MoV 58HRC Φ21×52mm 設(shè) 備 夾 具 名 稱 輔 助 工 具 名 稱 型 號(hào) 數(shù)控銑床 0i 虎鉗 安 裝 工 步 安裝及工步說(shuō)明 刀 具 量 具 走 刀 長(zhǎng) 度 mm 走 刀 次 數(shù) 切 削 深 度 mm 進(jìn)給量 mm/min 主 軸 轉(zhuǎn) 速 r/min 切 削 速 度 基 本 工 時(shí) 找正 1 粗加工 立銑刀 游標(biāo)卡尺 0.5 800 2500 找正 2 側(cè)壁精加工 鍵槽刀 外徑千分尺 10 300 3000 找正 3 精加工底面 鍵槽刀 深度尺 0.2 300 3000 找正 4 精加工曲面 立銑刀 塞規(guī) 0.2 600 3000 設(shè) 計(jì) 者 指 導(dǎo) 教 師 共 1 頁(yè) 第 1 頁(yè) 機(jī) 械 加 工 工 序 卡 工序名稱 粗銑 工序號(hào) 30 零件名稱 落料凸模 零件號(hào) 04 零件重量 同時(shí)加工零件數(shù) 1 材 料 毛 坯 牌 號(hào) 硬 度 型 號(hào) 重 量 Cr12MoV 58-62HRC Φ62×52mm 設(shè) 備 夾 具 名 稱 輔 助 工 具 名 稱 型 號(hào) 銑床 虎鉗 游標(biāo)卡尺 安 裝 工 步 安裝及工步說(shuō)明 刀 具 量 具 走 刀 長(zhǎng) 度 走 刀 次 數(shù) 切 削 深 度 進(jìn)給量 主 軸 轉(zhuǎn) 速 切 削 速 度 基 本 工 時(shí) 一次 1 銑上平面 25面銑刀 游標(biāo)卡尺 140 4 2 200㎜/ min 3000r/min 一次 1 銑下平面 25面銑刀 游標(biāo)卡尺 140 4 2 200㎜/ min 3000r/min 一次 2 銑兩端面 20立銑刀 游標(biāo)卡尺 130 3 2 60㎜/ min1 3000r/mi 一次 2 銑兩端面 20立銑刀 游標(biāo)卡尺 140 3 2 60㎜/ min1 3000r/mi 設(shè) 計(jì) 者 指 導(dǎo) 教 師 共 1 頁(yè) 第 1 頁(yè) 機(jī) 械 加 工 工 藝 過(guò) 程 卡 零件號(hào) 零 件 名 稱 04 落料凸模 工序號(hào) 工 序 名 稱 設(shè) 備 夾 具 刀 具 量 具 工 時(shí) 名 稱 型 號(hào) 名 稱 規(guī) 格 名 稱 規(guī) 格 名 稱 規(guī) 格 1 備料：鋸切下料￠60mm×52mm 鋸床 臺(tái)虎鉗 鋸條 游標(biāo)卡尺 0~100mm 2 鍛造：￠52mm×51mm 空氣錘 臺(tái)虎鉗 游標(biāo)卡尺 0~100mm 3 熱處理：去應(yīng)力退火 熱處理爐 4 車：車端面見(jiàn)光，車外圓至￠50mm 臥式車床 三抓卡盤(pán) 140 端銑刀或刨刀 游標(biāo)卡尺 0~100mm 5 數(shù)控銑： 1.裝夾找正，粗精銑臺(tái)階至尺寸 2.粗精銑內(nèi)腔至圖紙尺寸并去毛刺 數(shù)控銑床 FANUC-0i 臺(tái)虎鉗 140 立銑刀 鍵槽刀 ￠6 ￠10 外徑千分尺 內(nèi)徑千分尺 25~50mm 25mm~50 mm 6 熱處理：調(diào)質(zhì)58HRC~62HRC 熱處理爐 7 鉗工：精修澆口、研磨 8 檢驗(yàn)：復(fù)檢以上各部尺寸 編制 校對(duì) 審核 批準(zhǔn) 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(guó)立臺(tái)灣大學(xué)機(jī)械工程部門(mén) 在沖壓過(guò)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(méi)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(guò)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(guò)增加沖壓力來(lái)被抑制。在研究帶有階梯的矩形杯子沖壓過(guò)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(wú)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(guò)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(guò)增加沖壓力來(lái)防止起皺，但是過(guò)度的拉力會(huì)通過(guò)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)?，一塊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(kāi)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(wèn)題，通過(guò)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(guò)一個(gè)有錐度的模具畫(huà)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(wèn)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(wèn)題成為可能。在當(dāng)前的研究中，三維有限元分析法被用來(lái)分析在沖壓一個(gè)帶有階梯的矩形部分的過(guò)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(guò)程中，側(cè)壁上的金屬板料相對(duì)沒(méi)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(guò)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(guò)使用有限元分析法和用適宜的模具設(shè)計(jì)來(lái)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(guò)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(lái)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(lái)為以上工具生產(chǎn)網(wǎng)眼系統(tǒng)。對(duì)于有限元模擬來(lái)說(shuō)，工具被認(rèn)為是剛硬的，而且對(duì)應(yīng)的網(wǎng)眼被用來(lái)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(lái)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(lái)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(lái)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(lái)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(kù)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(méi)被支撐的金屬板料的寬度取決于沖模間隙，起皺假想通過(guò)增加沖壓力來(lái)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(lái)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(lái)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(shuō)明在沖壓過(guò)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(lái)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(lái)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(huà)出。圖5中說(shuō)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(shuō)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(guò)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(lái)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(lái)模擬。 模擬結(jié)果顯示沖壓力的增加并沒(méi)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(shuō)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(méi)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(guò)清理焊縫的深拉。在這種深拉過(guò)程中，沒(méi)有焊縫被用在沖模表面來(lái)幫助幫助金屬的流動(dòng)。但是，由于沖頭拐角處的半徑過(guò)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(guò)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(guò)增加以半徑來(lái)避免。這種理念在現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品中通過(guò)增加半徑得到證實(shí)。 個(gè)別的嘗試也被用來(lái)消除起皺。第一，沖壓力加到原來(lái)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(méi)有起有很大的效果。通過(guò)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(guò)增加沖壓力來(lái)得到抑制。 由于在金屬屈服于過(guò)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(guò)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(lái)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?；谶@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(méi)被吸收。這說(shuō)明在側(cè)壁處需要更多的掛鉤來(lái)吸收所有過(guò)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(guò)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(guò)程中是不可能的。對(duì)沖壓過(guò)程中金屬流動(dòng)的精密監(jiān)測(cè)顯示板料最開(kāi)始通過(guò)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(guò)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(shuō)法，兩種改進(jìn)過(guò)了的模具設(shè)計(jì)被用來(lái)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(guò)兩步拉深工序可以造出沒(méi)有起皺的階梯矩形杯子，同時(shí)也說(shuō)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^(guò)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(shuō)明用簡(jiǎn)單的拉深操作來(lái)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(guò)有限元模擬分析法結(jié)果去切除較低的臺(tái)階來(lái)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(lái)，而且零件還沒(méi)有起皺，如圖14所示。通過(guò)有限元模擬分析法得到的零件也沒(méi)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(wú)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(yǔ) 通過(guò)有限元模擬分析法研究了兩種在沖壓過(guò)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(guò)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(guò)增加沖壓力的方法來(lái)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(guò)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(guò)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(guò)程中，通過(guò)有限元模擬分析法單獨(dú)的嘗試被用來(lái)消除起皺，切除了臺(tái)階的模具被建立。通過(guò)無(wú)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(shuō)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(guó)人民共和國(guó)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。 中期檢查表 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 0 指導(dǎo)教師 選題情況 課題名稱 圓形墊片沖壓成形工藝及模具設(shè)計(jì) 難易程度 偏難 適中 偏易 工作量 較大 合理 較小 符合規(guī)范化的要求 任務(wù)書(shū) 有 無(wú) 開(kāi)題報(bào)告 有 無(wú) 外文翻譯質(zhì)量 優(yōu) 良 中 差 學(xué)習(xí)態(tài)度、出勤情況 好 一般 差 工作進(jìn)度 快 按計(jì)劃進(jìn)行 慢 中期工作匯報(bào)及解答問(wèn)題情況 優(yōu) 良 中 差 中期成績(jī)?cè)u(píng)定： 所在專業(yè)意見(jiàn)： 負(fù)責(zé)人： 2014 年3 月10 日 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校 畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 系 部： 專 業(yè)： 學(xué)生姓名: 學(xué) 號(hào): 設(shè)計(jì)(論文)題目： 圓形墊片沖壓成形工藝及模具設(shè)計(jì) 起 迄 日 期: 指 導(dǎo) 教 師: 年 月 日 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書(shū) 1．本畢業(yè)設(shè)計(jì)課題來(lái)源及應(yīng)達(dá)到的目的： 設(shè)計(jì)項(xiàng)目為圓形墊片的模具設(shè)計(jì)，制件厚度為1mm，采用三個(gè)工位，第一個(gè)工位沖孔，第二個(gè)工位為空工位，第三個(gè)工位為落料的級(jí)進(jìn)模。通過(guò)設(shè)計(jì)達(dá)到更深的對(duì)沖壓的認(rèn)識(shí)，了解其原理及其各項(xiàng)選材應(yīng)達(dá)到的強(qiáng)度、配合指標(biāo)。除此鞏固“沖壓模具設(shè)計(jì)與制造”等課程所學(xué)的內(nèi)容，掌握模具設(shè)計(jì)的方法和步驟；掌握沖壓模具設(shè)計(jì)與基本技能，如模具相關(guān)尺寸計(jì)算、繪圖、查閱設(shè)計(jì)資料和手冊(cè)，熟悉標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范等 2．本畢業(yè)設(shè)計(jì)課題任務(wù)的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）： 名稱：長(zhǎng)圓孔墊片 材料：08鋼 材料厚度：1mm 生產(chǎn)批量：大批量生產(chǎn) 工作要求: (1)完成模具的設(shè)計(jì),編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份； (2)繪制模具裝配圖以及全套的模具零件圖； (3)編寫(xiě)主要零件的加工工藝卡。 所在專業(yè)審查意見(jiàn)： 負(fù)責(zé)人： 年 月 日 系部意見(jiàn)： 系領(lǐng)導(dǎo)： 年 月 日 評(píng)語(yǔ) 學(xué)生姓名： 班級(jí): 學(xué)號(hào)： 題 目：圓形墊片沖壓成形工藝及模具設(shè)計(jì) 綜合成績(jī)： 指導(dǎo)者評(píng)語(yǔ)： 1）該同學(xué)工作態(tài)度認(rèn)真，能按質(zhì)按量較好的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)； 2）該同學(xué)查閱了國(guó)內(nèi)有關(guān)沖壓模具設(shè)計(jì)與制造方面的大量資料，制訂出了較合理的沖壓成形工藝及模具結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)中基本不存在創(chuàng)新； 3）設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)內(nèi)容完整，計(jì)算正確，格式規(guī)范； 4）該同學(xué)裝配圖、零件圖設(shè)計(jì)合理，圖紙問(wèn)題較少，質(zhì)量較高； 5）建議該同學(xué)成績(jī)?cè)u(píng)定：優(yōu)秀； 6）可以提交答辯。 指導(dǎo)者(簽字)： 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)評(píng)語(yǔ) 評(píng)閱者評(píng)語(yǔ)： 該同學(xué)設(shè)計(jì)題目來(lái)源于生產(chǎn)實(shí)踐，能較好的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)；工作態(tài)度較認(rèn)真；裝配圖、零件圖設(shè)計(jì)合理，視圖表達(dá)存在細(xì)節(jié)錯(cuò)誤；設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)內(nèi)容完整，計(jì)算正確，格式規(guī)范。 建議該同學(xué)成績(jī)?cè)u(píng)定：優(yōu)秀。 可以提交答辯。 評(píng)閱者(簽字)： 年 月 日 答辯委員會(huì)（小組）評(píng)語(yǔ)： 答辯委員會(huì)（小組）負(fù)責(zé)人(簽字)： 年 月 日 說(shuō)明書(shū) 畢業(yè)設(shè)計(jì)題目：圓形墊片沖壓成形工藝及模具設(shè)計(jì) 系 部： 專 業(yè)： 班 級(jí)： 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 2014年 4 月 16 日 圓形墊片沖孔落料級(jí)進(jìn)模 摘 要：沖壓摸具是實(shí)現(xiàn)沖壓工藝的主要工藝裝備，它直接影響到機(jī)電產(chǎn)品的質(zhì)量、生產(chǎn)成本、更新周期及市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的重要地位，已經(jīng)越來(lái)越受到重視。 此課題主要對(duì)加工長(zhǎng)圓孔墊片的沖壓級(jí)進(jìn)模進(jìn)行設(shè)計(jì)，借助Auto CAD根據(jù)零件圖的技術(shù)要求進(jìn)行二維零件、裝配圖繪制，通過(guò)UG進(jìn)行三維實(shí)體建模，實(shí)體裝配以及生成爆炸圖。 長(zhǎng)圓孔墊片的加工分為沖孔和落料兩道工序。根據(jù)零件的尺寸、材料、批量生產(chǎn)等要求，主要設(shè)計(jì)內(nèi)容為長(zhǎng)圓孔墊片的沖裁工藝性分析；工件的排樣與搭邊計(jì)算；沖壓力及沖壓中心的計(jì)算；模具主要零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；對(duì)部件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的選用；對(duì)模具及主要零部件進(jìn)行了詳細(xì)的繪圖。 目前，模具零件大多已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，設(shè)計(jì)時(shí)選用標(biāo)準(zhǔn)件，如模架，導(dǎo)柱、導(dǎo)套、上下模座等給設(shè)計(jì)帶來(lái)很大的便利。重點(diǎn)是對(duì)凸模和凹模工作部分尺寸的計(jì)算，結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì)。最后選擇合適的壓力機(jī)，保證必要的沖壓力和合適的模具閉合高度。明確了設(shè)計(jì)思路，確定了沖壓成型工藝過(guò)程，鞏固和深化了所學(xué)知識(shí)。整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中結(jié)合所學(xué)專業(yè)知識(shí)，同時(shí)查閱了大量文獻(xiàn)資料，最終完成本次畢業(yè)設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞： 沖壓工藝，級(jí)進(jìn)模，設(shè)計(jì) CIRCULAR GASKET PUNCHING BLANKING PROGRESSIVE DIE ABSTRACT：Stamping die stamping process technology and equipment，it directly affects the quality of the mechanical products，production costs，the update cycle and market competitiveness。An important position in the national economy，more and more attention. This subject，mainly on the processing of long hole circle gasket stamping progressive die design，with the help of Auto CAD According to the technical requirements of the part drawing two-dimensional parts ,assembly drawings 3D solid modeling，entity through UG assembly and generate exploded diagram. Long hole circle gasket processing is divided into punching and blanking the two process。According to the requirements of part dimensions，materials，mass production，the main design elements of the long hole circle gasket blanking process analysis，nesting of the work piece and take the side of computing，red pressure and stamping centric computing；mold part of the structure design：the selection of standardized components；a detailed drawing mold and part. At present，the mold part are mostly standardized, the design and selection criteria，such as mold，guide post ,guide sleeve ,the upper and lower mold base，etc。to design a great deal of convenience。Focus on the calculation on the part of the size of the punch and die work，the design of the structure size。Finally，choose a suitable press ,to ensure the necessary punch pressure and the mold shut height。Clear design ideas，and to determine the metal forming process，consolidate and deepen the knowledge。Throughout the design process combined with professional knowledge，access to the large number of documents the carful guidance of the final completion of the graduation project. KEY WORDS：Stamping process, Progressive die, design 目 錄 1 緒 論 1 1.1 課題的背景及意義 1 1.2 冷沖壓模具在工業(yè)生產(chǎn)中的地位 1 1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 2 1.3.1 模具的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2 1.3.2 模具未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì) 3 2 沖裁件的工藝分析 5 2.1 沖裁件的結(jié)構(gòu)形狀 5 2.2 沖裁件的工藝性 6 2.3 確定工藝方案 6 3 沖壓工藝計(jì)算 10 3.1 沖裁件的排樣與搭邊 10 3.1.1 條料寬度和導(dǎo)尺寬度 10 3.1.2 確定步距 11 3.1.3 排樣 11 3.2 沖壓力的計(jì)算 12 3.3 壓力中心的計(jì)算 14 3.4 凸模凹模刃口尺寸及公差 17 3.4.1 凸模凹模間隙 17 3.4.2 凸模凹模刃口尺寸及公差 17 4 模具主要零部件設(shè)計(jì) 19 4.1 凹模設(shè)計(jì) 19 4.2 凸模設(shè)計(jì) 22 4.2.1 沖孔圓形凸模 22 4.2.2 沖長(zhǎng)形孔凸模 23 4.2.3 落料凸模 23 4.2.4 凸模的校核 24 5 模具結(jié)構(gòu)形式的選擇 25 5.1 模具類型的選擇 25 5.2 卸料裝置 26 5.3 定位零件 26 5.4 模座的選擇 28 5.5 凸模固定板的設(shè)計(jì) 28 5.6 墊板的設(shè)計(jì) 28 5.7 導(dǎo)向裝置 30 5.8 模具閉合高度的計(jì)算 30 5.8.1 計(jì)算模具閉合高度 30 5.8.2 壓力機(jī)設(shè)備的選擇 30 5.8.3 校核模具閉合高度 31 5.9 模柄的選擇 31 6 模具總裝圖 32 6.1 繪制模具總裝圖 32 6.2 模具工作過(guò)程 33 結(jié) 論 34 致 謝 34 參考文獻(xiàn) 35 35 圓形墊片沖壓模成形工藝及模具設(shè)計(jì) 1 緒 論 1.1 課題的背景及意義 沖壓是通過(guò)模具使板料產(chǎn)生分離或塑性變形，從而獲得所需要制件的一種加工方法。 沖壓因高生產(chǎn)率、高精度、高材料利用率和低成本、低能耗，而且產(chǎn)品一致性好，有利于裝配互換等，因而在汽車、家電、機(jī)械、電子、通信、軍工、航天航空、輕工、建材等領(lǐng)域的產(chǎn)品制造中廣泛應(yīng)用。 隨著模具工業(yè)的迅猛發(fā)展，模具設(shè)計(jì)與制造已成為一個(gè)行業(yè)，越來(lái)越引起人民的重視，沖壓模具目前居于九大類模具（沖壓、鍛造、鑄造、精鑄、壓鑄、塑料、橡膠、玻璃、陶瓷模具）之首，約占全部模具總量的30%，因此設(shè)計(jì)沖壓模具具有較大的現(xiàn)實(shí)意義。因此畢業(yè)設(shè)計(jì)選擇沖壓模具設(shè)計(jì)，主要為加工長(zhǎng)孔圓形墊片的級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)。 沖孔圓墊片不適于機(jī)加工，而且在要求大批量的情況下更難到達(dá)生產(chǎn)要求。采用冷沖壓制造該類零件，不僅可以大大提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，而且極大地提高了零件之間的互換性。 1.2 冷沖壓模具在工業(yè)生產(chǎn)中的地位 模具是大批量生產(chǎn)同形產(chǎn)品的工具，是工業(yè)生產(chǎn)的主要工藝裝備。模具工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)工業(yè)。 模具可保證沖壓產(chǎn)品的尺寸精度，使產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，而且在加工中不破壞產(chǎn)品表面。用模具生產(chǎn)零部件可以采用冶金廠大量生產(chǎn)的廉價(jià)的軋制鋼板或鋼板為坯料，且在生產(chǎn)中不需要加熱，具有生產(chǎn)效率高、質(zhì)量好、重量輕、成本低且節(jié)約能源和原材料等一系列優(yōu)點(diǎn)，是其他加工方法所不能比擬的。使用模具已成為當(dāng)代工業(yè)生產(chǎn)的重要手段和工藝發(fā)展方向?，F(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展和技術(shù)水平的提高，很大程度上取決于模具工業(yè)的發(fā)展。 目前，工業(yè)生產(chǎn)中普遍采用模具成型工藝方法，以提高產(chǎn)品的生產(chǎn)率和質(zhì)量。一般壓力機(jī)加工，一臺(tái)普通壓力機(jī)設(shè)備每分鐘可以生產(chǎn)零件幾件到幾十件，高速壓力機(jī)的生 產(chǎn)率已達(dá)到每分鐘數(shù)百件甚至上千件。根據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，飛機(jī)、汽車、拖拉機(jī)、電機(jī)、電器、儀表等產(chǎn)品，有60%左右的零件是用模具加工出來(lái)的；而自行車、手表、洗衣機(jī)、電冰箱及電風(fēng)扇等輕工業(yè)產(chǎn)品，有90%左右的零件是用模具加工出來(lái)的；至于日用五金、餐具等物品的大批量生產(chǎn)基本上完全靠模具來(lái)進(jìn)行。顯而易見(jiàn)，模具作為一種專業(yè)的工藝裝備，在生產(chǎn)中的決定性作用和重要地位逐漸為人們所共識(shí)。 1.3國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 1.3.1 模具的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 沖壓是一種先進(jìn)的金屬加工方法，它具有生產(chǎn)效率高、加工成本低、材料利用率低、制件尺寸精度穩(wěn)定、操作簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化等一系列優(yōu)點(diǎn)，因而在機(jī)電產(chǎn)品制造業(yè)中獲得了廣泛應(yīng)用。沖壓模具是保證實(shí)現(xiàn)沖壓工藝的主要工藝裝備，它直接影響到機(jī)電產(chǎn)品的質(zhì)量、生產(chǎn)成本、更新周期及市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的重要地位，已越來(lái)越受到重視。 模具制造技術(shù)水平的高低已成為衡量一個(gè)國(guó)家產(chǎn)品制造水平的保準(zhǔn)。國(guó)外將模具比喻為“金鑰匙”、“進(jìn)入富裕社會(huì)的原動(dòng)力”等。從20世紀(jì)80年代開(kāi)始，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的模具工業(yè)，已從機(jī)床工業(yè)中分離出來(lái)，并發(fā)展成為一個(gè)獨(dú)立的工業(yè)部門(mén)，而且其產(chǎn)值已超過(guò)機(jī)床工業(yè)產(chǎn)值。我國(guó)從20世紀(jì)80年代以來(lái)十分重視模具工業(yè)。1989年在國(guó)務(wù)院《關(guān)于當(dāng)前產(chǎn)品政策要點(diǎn)的決定》中，將模具列為機(jī)械工業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)改造序列的第一位。 據(jù)中國(guó)模具工業(yè)協(xié)會(huì)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，1995年我國(guó)模具工業(yè)產(chǎn)值約為145億元，2001年為320億元，2002年為360億元，2003年為450億元，2004年為530億元，2005年為610億元，2006年的銷售額為720億元。在2001年至2006年的六年間，模具工業(yè)產(chǎn)值的年平均增長(zhǎng)率為18%。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，到2006年年底全國(guó)共有模具生產(chǎn)廠點(diǎn)約6萬(wàn)多家，大多為中小型企業(yè)，從業(yè)人員約100萬(wàn)人，產(chǎn)值1億元以上的模具企業(yè)只有40多家，超過(guò)3000萬(wàn)元的企業(yè)約為200多家。 近年來(lái)，我國(guó)沖壓模具水平已有很大提高。大型沖壓模具已能生產(chǎn)單套重量達(dá)50多噸的模具。為中檔轎車配套的覆蓋件模具國(guó)內(nèi)外也能生產(chǎn)了。精度達(dá)到1~2μm，壽命2億次左右的多工位級(jí)進(jìn)模國(guó)內(nèi)已有多家企業(yè)能夠生產(chǎn)。表面粗糙度達(dá)到Ra≤1.5μm的精沖模，大尺寸（Φ≥300mm）精沖模及中厚板精沖模國(guó)內(nèi)也已達(dá)到相當(dāng)高的水平。 目前中國(guó)模具年生產(chǎn)總量?jī)H次于日本、美國(guó)，位居世界第三，其中，沖壓模占模具總量的40%以上，但在整個(gè)模具設(shè)計(jì)制造水平和標(biāo)準(zhǔn)化程度上，與德國(guó)、美國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家相比還存在相當(dāng)大的差距。在設(shè)計(jì)制造方法、手段上已基本達(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，在轎車模具國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程中前進(jìn)了一大步。但在制造質(zhì)量、精度、制造周期和成本方面，與國(guó)外相比還存在一定的差距。在2006年第十一屆中國(guó)國(guó)際模具展覽中已展出了不少已達(dá)到國(guó)際水平的高質(zhì)量、高效率、高壽命的大型、復(fù)雜、精密模具，但與國(guó)外模具企業(yè)相比，我國(guó)模具企業(yè)在生產(chǎn)設(shè)備水平與先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用，尤其在人員素質(zhì)和人才培養(yǎng)方面，仍有很大差異。 隨著模具工業(yè)人才素養(yǎng)的不斷提高，技術(shù)的不斷創(chuàng)新以及各行各業(yè)對(duì)于模具的重視，這對(duì)于加快我國(guó)模具技術(shù)發(fā)展、產(chǎn)品的創(chuàng)新，對(duì)于我國(guó)模具企業(yè)走向世界、面向參與國(guó)際合作與競(jìng)爭(zhēng)，都有深遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義和現(xiàn)實(shí)意義。 中國(guó)模具CAD/CAM技術(shù)從20世紀(jì)80年代起步，所有軟件為進(jìn)口的圖形軟件、數(shù)據(jù)庫(kù)軟件、NC軟件等，自主開(kāi)發(fā)的軟件缺乏通用性，商品化價(jià)值不高，對(duì)許多引進(jìn)的CAD/CAM系統(tǒng)缺乏二次開(kāi)發(fā)，經(jīng)濟(jì)效益不顯著。針對(duì)上述情況，國(guó)家制定了許多相關(guān)的政策和措施。隨著中國(guó)模具工業(yè)的迅速發(fā)展，模具行業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)有了很大改善，模具商業(yè)化水平大幅度提高，中高檔模具占模具總量的比例也明顯提高，模具進(jìn)出口比例逐漸趨于合理化。 1.3.2模具未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì) 模具未來(lái)的發(fā)展方向應(yīng)該為適應(yīng)模具產(chǎn)品“交貨期短、精度高、質(zhì)量好、價(jià)格低”的要求服務(wù)。達(dá)到這一要求急需發(fā)展如下幾項(xiàng)：全面推廣CAD/CAM技術(shù)、高速銑削加工、模具掃描及數(shù)字化系統(tǒng)、電火花銑削加工、提高模具標(biāo)準(zhǔn)化程度、優(yōu)質(zhì)材料及先進(jìn)表面處理技術(shù)、模具研磨拋光將自動(dòng)化、智能化、模具自動(dòng)加工系統(tǒng)的發(fā)展。以上幾項(xiàng)的實(shí)現(xiàn)將縮短新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期和產(chǎn)品的更新期，使得開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品達(dá)到“高質(zhì)量、低成本、上市快”的目標(biāo)成為可能。 沖壓模具發(fā)展重點(diǎn)的選取應(yīng)根據(jù)市場(chǎng)需求、發(fā)展趨勢(shì)和目前狀況來(lái)確定?，F(xiàn)階段應(yīng)以汽車覆蓋件模具，多功能、多工位級(jí)進(jìn)模和精沖模為沖壓模具產(chǎn)品發(fā)展重點(diǎn)。這些模具現(xiàn)在產(chǎn)需矛盾大，發(fā)展前景好。汽車覆蓋件模具中發(fā)展重點(diǎn)是技術(shù)要求高的中高檔轎車大中型覆蓋件模具，尤其是外覆蓋件模具。高強(qiáng)度板和不等厚板的沖壓模具及大型多工位級(jí)進(jìn)模、連續(xù)模今后將會(huì)有較大的發(fā)展。多功能、多工位級(jí)進(jìn)模中發(fā)展重點(diǎn)是高精度、高效率和大型、高壽命的級(jí)進(jìn)模。精沖模中發(fā)展重點(diǎn)是厚板精沖大型精沖模，并不斷提高其精度。 模具表面的各種強(qiáng)化超硬處理等技術(shù)也是發(fā)展重點(diǎn)。主要是為了提高沖壓模具的壽命。對(duì)于模具數(shù)字化制造、系統(tǒng)集成、逆向工程、快速原型/模具制造及計(jì)算機(jī)輔助應(yīng)用技術(shù)等方面形成全方位解決方案，提供模具開(kāi)發(fā)與工程服務(wù)，全面提高企業(yè)水平和模具質(zhì)量，這更是沖壓模具技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)。 其他發(fā)展重點(diǎn)及展望的內(nèi)涵十分豐富，其中專業(yè)化與標(biāo)準(zhǔn)化尤為重要。由于歷史和體制上的原因，我國(guó)模具專業(yè)化和標(biāo)準(zhǔn)化水平一直很低，其中沖壓模具的專業(yè)化比塑料模和壓鑄模更低。這在一定程度上妨礙了沖壓模具的發(fā)展，根據(jù)國(guó)內(nèi)外模具專業(yè)化情況來(lái)看，專業(yè)化可以有多層意思： 1. 模具生產(chǎn)于其他產(chǎn)品生產(chǎn)，專業(yè)生產(chǎn)模具外供； 2. 按模具種類劃分，專門(mén)從事某一模具生產(chǎn)； 3. 在某一類模具中，按其服務(wù)對(duì)象或模具工藝及尺寸大小，選取該類模具中的某種模具（例如汽車覆蓋件模具、多工位級(jí)進(jìn)模、精沖模具等等）進(jìn)行專業(yè)化生產(chǎn)； 4. 專業(yè)生產(chǎn)模具中的某一些零件（如模架、沖頭、彈性元件等）供給模具生產(chǎn)企業(yè)； 5.按工序開(kāi)展專業(yè)化協(xié)作。目前社會(huì)上專門(mén)從事模具設(shè)計(jì)的公司、專門(mén)進(jìn)行型腔加工或電加工協(xié)作的企業(yè)、專門(mén)接收測(cè)量或熱處理委托業(yè)務(wù)的企業(yè)及專業(yè)從事拋光業(yè)務(wù)的企業(yè)等等，這種多層次的專業(yè)化促進(jìn)了模具行業(yè)的發(fā)展。但專業(yè)化的路途仍舊遙遠(yuǎn)，必須加快進(jìn)程才能適應(yīng)形勢(shì)。因此，這也是發(fā)展重點(diǎn)； 在信息化帶動(dòng)工業(yè)化發(fā)展的今天，在經(jīng)濟(jì)全球化趨向日漸加速的情況下，我國(guó)沖壓模具必須盡快提高水平。通過(guò)與發(fā)展，采取各種有效措施。在沖壓模具行業(yè)全體職工的共同努力下，我國(guó)沖壓模具也一定會(huì)不斷提高水平，逐漸縮小與世界先進(jìn)水平的差距?！笆晃濉逼陂g，在科學(xué)發(fā)展觀指導(dǎo)下，不斷提高自主開(kāi)發(fā)能力、重視創(chuàng)新、走新型工業(yè)化道路，將速度效益型的增長(zhǎng)模式逐步轉(zhuǎn)變到質(zhì)量和水平效益型軌道上來(lái)，我國(guó)的沖壓模具的水平也必然會(huì)有一個(gè)質(zhì)的飛躍。 2 沖裁件的工藝分析 2.1 沖裁件的結(jié)構(gòu)形狀 圖2-1 工件圖 名稱：長(zhǎng)圓孔墊片 材料：08鋼 材料厚度：1mm 生產(chǎn)批量：大批量生產(chǎn) 2.2 沖裁件的工藝性 零件的沖壓工藝性是指從沖壓工藝的角度來(lái)衡量零件的設(shè)計(jì)（包括選材、形狀結(jié)構(gòu)等）是否合理。即在滿足零件使用要求的前提下，能否用最簡(jiǎn)單的、最經(jīng)濟(jì)的沖壓加工方法將零件制成。零件的工藝性好壞直接關(guān)系到其質(zhì)量、生產(chǎn)率、材料利用率和生產(chǎn)成本等。 如圖2-1所示，零件為長(zhǎng)孔圓形墊片，材料為 ，具有良好的沖壓性能，零件厚度為1mm，生產(chǎn)綱領(lǐng)為大批量生產(chǎn)。零件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，結(jié)合工件實(shí)際尺寸，零件內(nèi)外形所能達(dá)到的經(jīng)濟(jì)精度為IT 級(jí)，要完成該制件的生產(chǎn)，需要經(jīng)過(guò)沖孔、落料兩道工序，適合沖裁。沖裁件的表面粗糙度數(shù)值一般在6.3μm以下。 材料厚度在0~1之間時(shí)，表面粗糙度選3.2μm，材料厚度在1~2之間時(shí)，選6.3μm；在2~3之間時(shí)，選取12.5μm；在3~4之間時(shí)，選取25μm；在4~5之間時(shí)，表面粗糙度選取50μm。 2.3 確定工藝方案 該工件包括落料、沖孔兩道工序，零件如圖所示，其加工的工藝方案分為以下3種。 1. 方案： 采用單工序逐步加工。 （1） 沖孔、落料單工序模。工序簡(jiǎn)圖如圖2-2所示。 沖孔 落料 圖2-2 沖孔、落料單工序模 （2） 落料、沖孔單工序模。工序簡(jiǎn)圖如圖2-3所示。 圖2-3 落料、沖孔單工序模 特點(diǎn)：由于采用單工序模，模具制造簡(jiǎn)單，維修方便，但生產(chǎn)效率低，工件精度低，不適合大批量生產(chǎn)。 2. 方案：采用復(fù)合模加工成形，工序簡(jiǎn)圖如圖2-4所示 圖2-4 沖孔、落料復(fù)合工序模 特點(diǎn)：生產(chǎn)效率高，工件精度高（IT9級(jí)以下），但凸凹模壁厚（工件內(nèi)形與外形之間、內(nèi)形與內(nèi)形之間的尺寸）受限。尺寸不能太小，否則影響模具強(qiáng)度。 3. 第3種方案：采用級(jí)進(jìn)模加工成形。 工序簡(jiǎn)圖如圖2-5所示。 圖2-5 沖孔、落料級(jí)進(jìn)模 特點(diǎn)：生產(chǎn)效率高，便于操作和實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化，但模具制造復(fù)雜，成本高。 工藝方案的比較： 方案一，模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，但需要兩道工序，兩副模具，成本相對(duì)較高，生產(chǎn)效率低，且更重要的是在第一道工序完成后，進(jìn)入第二道工序必然會(huì)增大誤差，使工件精度、質(zhì)量大打折扣，達(dá)不到所需的要求，難以滿足生產(chǎn)要求。故而不選此方案。所以不能選擇方案一。由于工件中心孔與其余三個(gè)內(nèi)孔間距為8.5mm，由課本65頁(yè)表2.23（凸凹模最小壁厚）知，當(dāng)材料厚度為1mm時(shí)，最小壁厚需要2.7mm，所以復(fù)合模受到壁厚的限制，不能選用方案二。最終選用方案三，級(jí)進(jìn)模加工。 3 沖壓工藝計(jì)算 3.1沖裁件的排樣與搭邊 3.1.1 條料寬度和導(dǎo)尺寬度 根據(jù)工件工藝性，工件加工時(shí)采用導(dǎo)尺導(dǎo)正，無(wú)側(cè)壓裝置。 條料寬度B： B-Δ0=[D+2(a +Δ)] -Δ0 （3-1） 導(dǎo)尺間距離A: A=B+2Z （3-2） 式中 A————導(dǎo)尺距離，mm； B————條料寬度的基本尺寸，mm； D————沖裁件垂直于送料方向的最大尺寸，mm； a————搭邊值，mm； Δ————條料寬度的單位極限偏差，mm；Δ=0.5mm； Z————條料與導(dǎo)尺間的最小間隙，mm；Z=0.5mm； B-Δ0=[D+2(a +Δ)] -Δ0=[50+2×（1+0.5）] -0.50=53-0.50mm A= B+2Z=53-0.50+2×0.5=54-0.50mm 即，條料寬度B=53-0.50mm,導(dǎo)尺間距離A=54-0.50mm. 3.1.2 確定步距 級(jí)進(jìn)模送料步距S S=+a1 （3-3） 式中 S————送料步距，mm； ————平行于條料送料方向沖裁件最大尺寸，mm； a1————————沖裁件之間的搭邊值，mm； S=50+0.8=50.8mm 步距S=50.8mm。 3.1.3 排樣 排樣分為有搭邊、少搭邊和無(wú)搭邊三種：按工件的外形特征又可分為直排、斜排、直對(duì)排、斜對(duì)排、多排、混合排及沖裁搭邊等形式。根據(jù)零件外形以及各種排樣方式特點(diǎn)，最終選擇有搭邊直排。為了保證模具有足夠強(qiáng)度，確保模具的使用壽命，在級(jí)進(jìn)模排樣時(shí)增加1個(gè)空位。排樣如圖3-1所示： 圖3-1 排樣圖 3.2 沖壓力的計(jì)算 沖壓力是指在沖裁時(shí)，壓力機(jī)應(yīng)具有的最小壓力。沖壓力是選擇沖床噸位，進(jìn)行模具強(qiáng)度，剛度校核依據(jù)。 本模具采用固定卸料板和下出料方式。 用平刃沖裁時(shí)，其沖裁力F一般按下式計(jì)算： F=L t τ （3-4） 式中 F————沖裁力，N； L————沖裁周邊長(zhǎng)度，mm； t————材料厚度，mm； τ————材料抗剪強(qiáng)度，； 選擇設(shè)備噸位時(shí)，考慮刃口磨損和材料厚度及力學(xué)性能波動(dòng)等因素，實(shí)際沖裁力可能增大，所以應(yīng)取 F=1.3 L t τ ≈L t σ b （3-5）式中 σb————————材料的抗拉強(qiáng)度，；材料08的抗拉強(qiáng)度為300~440MPa 材料08的抗剪強(qiáng)度為260~340Mpa,取σ b= 370Mpa 1. 沖孔力計(jì)算 沖孔周長(zhǎng) L1=18π+3 × [5π+ × (35π+45π)] =18×3.14+3 × [5×3.14+× (35×3.14+45×3.14)] ≈200mm 所以沖孔力 F1= L1tσ b=200×1×370=7.4×104KN 2. 落料力計(jì)算 落料周長(zhǎng) L2=50π=50×3.14=157mm 所以落料力 F2= L2tσ b=157×1×370=58090=5.809×104 KN 3. 卸料力計(jì)算 F卸=（F1+F2）K卸 （3-6） 式中 F卸————卸料力，N; F1 ————沖孔力，N; F2————落料力，N; K卸————卸料力系數(shù)，取K卸=0.03. F卸=(7.4×104KN+5.8095.809×104)×0.03 =3962.7 =39.627×102 N 4. 推件力計(jì)算 F推= （3-7） 式中 F推————推件力，N; n————卡在凹模洞里的零件（或廢料）數(shù)目，n=h/t。h為圓柱形凹模腔口高度，取h=4mm，則n=4個(gè) F————沖裁力，N; h————凹模洞口的直刃壁高度； K推————推件力系數(shù)，取K推=0.04. 沖口部分推料力 F推1=nF1K推=4×7.4×104×0.04=1.184×104N 落料部分推件力 F推2=nF2K推=4×5.809×104×0.04=9.29×103N 5. 總沖裁力 因?yàn)閺椥孕读涎b置沖壓時(shí)兼起壓料作用，沖裁件質(zhì)量較好，多用于沖裁薄料及表面平面度要求較高的零件。所以設(shè)計(jì)時(shí)采用彈性卸料裝置。此時(shí)總沖裁力為 F總=F1+F2+F推1 +F推2+ F卸 =7.4×104+5.809×104+1.184×104+9.29×103+39.627×102 =153.2×103N+39.627×102N =157.18×103N 3.3 壓力中心的計(jì)算 壓力中心即工件內(nèi)外周邊上沖裁力的合力中心。應(yīng)盡可能的使沖裁力的壓力中心和壓力機(jī)滑塊的壓力中心一致，否則會(huì)產(chǎn)生一個(gè)附加力矩，使模具產(chǎn)生偏斜、間隙不均勻，導(dǎo)致滑塊導(dǎo)軌和模具導(dǎo)向部分不正常的磨損，還會(huì)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。 壓力中心的計(jì)算方法有解析法、圖解法兩種。解析法就是利用各分力對(duì)坐標(biāo)軸的力矩代數(shù)和等于諸力的合力對(duì)該坐標(biāo)軸的力矩。 x0== y0== 計(jì)算時(shí)因?yàn)闆_裁力與沖裁周邊長(zhǎng)度成正比，所以式中的各沖裁力F1、F2、F3 .......Fn可分別用各沖裁周邊長(zhǎng)度L1、L2、L3......L n ，代替即， x0== y0== 先用解析法計(jì)算復(fù)雜沖孔部分壓力中心，畫(huà)出工件沖孔部分形狀，把沖裁邊分成基本線段，并選定坐標(biāo)系，壓力中心分析圖如圖3-2所示。 圖3-2 壓力中心分析圖 其中（單位為mm）r=2.5mm，R=20mm,R1=17.5mm，R2=22.5mm，R3=9mm。尺寸如圖3-3所示。 圖3-3 尺寸圖 圖形關(guān)于x軸對(duì)稱，則y0=0，計(jì)算時(shí)只需x0即可 x0= =-0.5 （3-8） L1=7.85 mm ; L2=18mm;L3=7.85mm;L4=14mm;L5=7.85mm; L6=18mm;L7=7.85mm L8=14mm; L9=7.85mm; L10=18mm;L11=7.85mm; L12=14mm; L13=15.7mm 經(jīng)計(jì)算復(fù)雜沖孔部分壓力中心偏離原點(diǎn)較小，幾乎與原點(diǎn)重合，考慮到零件精度不是太高和沖壓力不是很大，為方便模具設(shè)計(jì)、加工和安裝，沖孔部分壓力中心取在原點(diǎn)上。體壓力中心分析圖如圖3-4所示。 圖3-4 壓力中心分析圖 由壓力分析圖可以看出L1和L2的壓力中心都在圖形幾何中心上，所以沖模壓力中心在O1O2的中心。 3.4 凸模凹模刃口尺寸及公差 3.4.1 凸模凹模間隙 根據(jù)工件材料為08鋼，材料厚度為1mm選取的落料模及沖孔模刃口始用間隙為=0.100mm,=0,140mm。 3.4.2 凸模凹模刃口尺寸及公差 模具工作時(shí)共有沖孔落料兩道工序，設(shè)計(jì)凸凹模刃口尺寸時(shí)要分別按沖孔模和落料模設(shè)計(jì)。 1. 沖圓孔 設(shè)計(jì)沖孔模時(shí)，因工件的尺寸等于凸模刃口公稱尺寸，所以應(yīng)先確定凸模尺寸，間隙取在凹模上。 對(duì)沖Φ18mm圓孔，采用凸凹模分開(kāi)加工方法，刃口尺寸計(jì)算如下 d凸=（+）0-δ凸 （3-9） d凹=（d凸+）=(++)+ δ凹0 （3-10） 式中 d凸，d凹————分別為沖孔凸、凹模的基本尺寸，mm； ————沖孔件的最小極限尺寸，mm； δ凸δ凹————分別為凸模、凹模的制造公差，凸模公差取下偏差絕對(duì)值，凹模公差取上偏差絕對(duì)值，一般按零件公差的1/3~1/4來(lái)選取。當(dāng)尺寸為Φ18mm時(shí)，δ凸=0.020mm、δ凹=0.020mm； Δ————沖裁件的制造公差，當(dāng)尺寸為Φ18mm時(shí)，Δ=0.11mm； X————磨損系數(shù)，其值在0.5~1之間，與沖裁件精度有關(guān)，x=0.75； d凸=（18+0.75×0.11）0-0.02=18.080-0.02mm d凹=（18.08+0.10）0+0.02=18.180+0.02mm 為保證新模具的間隙小于最大合理間隙（）,凸模和凹模的制造公差必須滿足下列條件： -≥δ凸+δ凹 校核 =0.140-0.010=0.040mm δ凸+δ凹=0.02+0.02=0.04mm 滿足 ≥δ凸+δ凹 2. 沖長(zhǎng)圓孔 沖長(zhǎng)圓孔模具采用凸凹模分開(kāi)加工法，凸凹模刃口部分尺寸計(jì)算如下： d凸=（+）0-δ凸 =（5+0.75×0.11）0-0.02 =5.08 0-0.02 d凹=（d凸+）=(++)+ δ凹0 =(5.08+0.10) 0+0.02 =5.180+0.02mm 3. 落料模 切外輪廓相當(dāng)于落料，根據(jù)沖裁模刃口尺寸原則，落料應(yīng)先確定凹模刃口尺寸，間隙取在凸模上，靠減小其尺寸獲得，計(jì)算如下 D凹=（D-）+ δ凹0 （3-11） D凸=（D凹-）0-δ凸 （3-12） 式中 D凹、D凸————分別為落料凸、凹模的基本尺寸，mm； D————落料件外徑的基本尺寸，mm； δ凸δ凹————分別為凸模、凹模的制造公差，凸模公差取下偏差絕對(duì)值，凹模公差取上偏差絕對(duì)值，一般按零件公差的1/3~1/4來(lái)選取。δ凸=0.020mm、δ凹=0.030mm； Δ————沖裁件的制造公差，當(dāng)尺寸為Φ50mm時(shí)，Δ=0.19mm； X————磨損系數(shù)，其值在0.5~1之間，與沖裁件精度有關(guān)，x=0. 5； D凹=（50-0.5×0.19）+0.030 =49.905+0.030mm D凸=（49.905-0.10）-0.020 =49.805-0.020mm 4 模具主要零部件設(shè)計(jì) 4.1 凹模設(shè)計(jì) 在工位不多的小型級(jí)進(jìn)模具中通常選用整體式結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)緊湊、設(shè)計(jì)、加工簡(jiǎn)單，制造裝配方便，根據(jù)零件形狀特征和工位數(shù)，凹模外形設(shè)計(jì)成矩形，采用銷釘和螺釘固定在下模座上。 1. 凹模型孔結(jié)構(gòu)類型 凹模型孔分為階梯形直壁型、喇叭形直壁式、直通形斜壁式和階梯形斜壁式5種類型，根據(jù)各類型特點(diǎn)以及工件特點(diǎn)凹模型孔采用階梯形直壁式。凹模刃口高度取6mm。 2. 凹模厚度H 當(dāng)沖裁輪廓尺寸≥50mm時(shí)按下式計(jì)算 H=K （4-1） 式中 H————凹模厚度，mm； F————最大沖裁力，N; K————修正系數(shù)，取K=1.12 H=1.12×=32.42mm 但該工件上還需沖一些孔，且都在同一個(gè)凹模上進(jìn)行，所以取H= 28 mm。 3. 凹模壁厚c 凹模壁厚公式如下： C=（1.5~2）H 式中 c————凹模壁厚，mm； H————凹模厚度，mm； C=（1.5~2）×28 =42~56mm 考慮到螺釘孔和銷釘孔的安排，取c= 50 mm。 4. 螺孔到凹模外緣距離 由于凹模采用整體式，所以需要用螺栓將凹模固定在下模座上。 螺孔到凹模外緣距離a a=1.25d 式中 a————螺孔到凹模外緣距離，mm； d————螺孔尺寸，mm； 螺孔到凹?？?、銷釘孔最小距離 =1.3d 式中 ————螺孔到凹?？住N釘孔最小距離，mm； 當(dāng)凹模厚度H≥25~32時(shí)，螺釘規(guī)格可選為M6或M10.因此H=28mm時(shí)，螺孔大小為M10。 當(dāng)螺孔為M10時(shí)，螺孔間距最小距離為60mm,最大距離為115mm。 綜上所述螺孔到凹模邊緣距離a=1.25d=1.25×10=12.5mm。螺孔到凹?？住N釘孔的最小距離=1.3d=1.3×10=13mm。根據(jù)工件尺寸及實(shí)際設(shè)計(jì)情況，選取最接近的標(biāo)準(zhǔn)凹模輪廓尺寸L×B×H=315mm×200mm×28mm。凹模材料選用熱處理變形小、尺寸穩(wěn)定向好的合金工具鋼Cr12MoV。凹模如圖4-1所示。 圖4-1 凹模 4.2 凸模設(shè)計(jì) 4.2.1 沖孔圓形凸模 凸模長(zhǎng)度一般根據(jù)模具結(jié)構(gòu)需要而確定，純沖裁級(jí)進(jìn)模的上模，只需安裝有沖裁凸模，其余長(zhǎng)度基本一致，并且符合標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度。凸模材料選用熱處理變形小、尺寸穩(wěn)定向好的合金工具鋼Cr12MoV.凸模如圖4-2所示。 圖4-2 沖圓孔凸模 本套模具采用彈性卸料裝置卸料，其長(zhǎng)度應(yīng)該為： L=H1+H2+H+t 式中 L————凸模長(zhǎng)度，mm； H1————凸模固定板厚度，mm；H1=0.7H凹=19.6mm；取H1=20mm； H2————卸料板厚度，mm；取H2=10mm； H————附加長(zhǎng)度，主要考慮凸模進(jìn)入凹模的深度（0.5～1mm）及模具閉合狀態(tài)下卸料板到凸模固定板間的安全距離（15～20mm）等因素。綜上論述取H=19mm. t————料厚度，mm； L=H1+H2+H+t=20+10+19+1=50mm 4.2.2沖長(zhǎng)形孔凸模 沖長(zhǎng)形孔凸模長(zhǎng)度、材料同沖圓形孔凸模。沖長(zhǎng)形孔凸模尺寸較小，所以采用鉚接凸模。 4.2.3落料凸模 落料凸模其長(zhǎng)度、材料同沖圓形孔凸模，落料凸模采用臺(tái)肩式。落料凸模如圖4-3所示。 圖4-3 沖圓孔凸模 4.2.4 凸模的校核 在所有凸模中需要對(duì)直徑較小的長(zhǎng)孔凸模進(jìn)行強(qiáng)度和穩(wěn)定性校核，具體包括壓應(yīng)力和彎曲應(yīng)力的校核。 1. 壓應(yīng)力的校核 凸模上承受的最大壓應(yīng)力不超過(guò)凸模材料的許用壓應(yīng)力，這樣的凸模才安全，壓應(yīng)力按下式校核 ≤[σ壓] F————最大沖裁力，N; A————凸模刃口斷面積，mm2； [σ壓]————凸模材料淬火后的許用壓應(yīng)力，Cr12MoV淬火硬度為56~62HRC時(shí)取1000~1800MPa = = =177＜1000MPa 所以沖長(zhǎng)孔凸模在強(qiáng)度上滿足要求。 2. 彎曲應(yīng)力的校核 設(shè)計(jì)時(shí)凸模不帶導(dǎo)向，所以按下式進(jìn)行校核 ≤ 式中 ————凸模允許的最大自由長(zhǎng)度，mm； d————凸模最小直徑，mm； F————沖裁力，mm； ≤ =18mm 在設(shè)計(jì)過(guò)程中凸模自由長(zhǎng)度為13mm，小于18mm所以凸模強(qiáng)度滿足要求。 5 模具結(jié)構(gòu)形式的選擇 沖裁模一般由六部分組成，即工作零件，定位零件，導(dǎo)向裝置，支撐零件，壓料、卸料、出料裝置及緊固零件。其中沖裁模的工作零件包括凸模和凹模，這是沖裁模設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容，這部分內(nèi)容將在下章具體介紹。定位零件、導(dǎo)向裝置、支撐零件和緊固零件大多已標(biāo)準(zhǔn)化、商品化設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)需要選用。 5.1 模具類型的選擇 沖裁模常見(jiàn)類型分為單工序模、復(fù)合模和級(jí)進(jìn)模三種。 1.沖裁精度比較：?jiǎn)喂ば蚰］^低，復(fù)合模較高，級(jí)進(jìn)模一般。 2.沖壓生產(chǎn)率比較：?jiǎn)喂ば蚰Ｉa(chǎn)率低，級(jí)進(jìn)模較復(fù)合模高。 3.實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化、的可能性比較：?jiǎn)喂ば蚰］^易，尤其適合于在多工位壓力機(jī)上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化；復(fù)合模較難，制件和廢料排除較復(fù)雜，可實(shí)現(xiàn)部分機(jī)械化；級(jí)進(jìn)模容易，尤其在單機(jī)上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。 4.沖模制造的復(fù)雜性和價(jià)格：?jiǎn)喂ば蚰＝Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造周期短、價(jià)格低；復(fù)合模復(fù)雜性和價(jià)格較高；級(jí)進(jìn)模低于復(fù)合模。 確定模具類型時(shí)，要根據(jù)沖裁精度要求、生產(chǎn)批量、模具加工等條件來(lái)確定。根據(jù)各模具特點(diǎn)以及工藝方案，選擇級(jí)進(jìn)模進(jìn)行加工。 級(jí)進(jìn)模是在壓力機(jī)一次沖裁過(guò)程中，在模具不同部位上同時(shí)完成數(shù)道沖裁工序的模具。 5.2 卸料裝置 為把材料從凸模上卸下，應(yīng)使用卸料裝置，卸料裝置有固定卸料裝置和彈性卸料裝置兩種，在多工位級(jí)進(jìn)模中，大多采用彈性卸料裝置，只有在料厚t≥3mm的沖裁件沖制時(shí)才采用固定卸料裝置。因此設(shè)計(jì)時(shí)采用彈性卸料板，材料為橡膠塊，卸料板的尺寸與凹模周界尺寸相同，即L×B=315mm×200mm。其厚度取H=10mm，卸料板與凸模單邊間隙Z/2=0.3mm 。由于安裝使用檔料銷，為方便安裝及整體設(shè)計(jì)，固定擋料板如圖5-1所示 圖5-1 固定擋料板 5.3 定位零件 為限制被沖材料的進(jìn)給步距和正確的將工件安放在沖模上完成下一步的沖壓工藝，必須采用各種形式的定位裝置，用于沖壓的定位零件主要有導(dǎo)料銷、導(dǎo)料板、擋料銷、定位板、導(dǎo)正銷、定距側(cè)刃等。側(cè)刃定距一般用于連續(xù)沖制窄長(zhǎng)形零件（步距小于6~8mm）或薄料（厚度0.5mm一下）沖裁，根據(jù)本次設(shè)計(jì)的具體情況，采用導(dǎo)料板導(dǎo)向，導(dǎo)正銷導(dǎo)正，始用擋料銷和固定擋料銷相結(jié)合來(lái)定距。導(dǎo)正銷示意圖如圖5-2所示。 圖5-2 導(dǎo)正銷示意圖 始用擋料銷如圖5-3所示 圖5-3 始用擋料銷 5.4 模座的選擇 模座有后側(cè)導(dǎo)柱模座、對(duì)角導(dǎo)柱模座、中間導(dǎo)柱模座以及四角導(dǎo)柱模座。因?yàn)榧庸さ牧慵皇呛艽?，可以選擇后側(cè)導(dǎo)柱模架，有可以三面送料，操作方便，視野開(kāi)闊的特點(diǎn)。根據(jù)凹模周界尺寸，選擇標(biāo)準(zhǔn)上模座L×B×H=315mm×200mm×35mm和選擇標(biāo)準(zhǔn)下模座L×B×H=315mm×200mm×50mm。 5.5 凸模固定板的設(shè)計(jì) 對(duì)于小型凸、凹模零件，一般通過(guò)固定板間接安裝在模座上，以節(jié)省貴重的模具鋼，設(shè)計(jì)時(shí)采用45鋼，壓裝配合面粗糙度Ra1.6μm。 為使凸模固定牢靠并有良好的垂直度，固定板必須有足夠的厚度，凸模固定板的厚度按下式計(jì)算 H=0.7H凹 式中 H————凸模固定板厚度，mm； H凹————凹模厚度，mm； H=0.7H凹=0.7×28=20mm 取H=20mm 凸模固定板的外形尺寸與凹模周界相同，即L×B=315mm×200mm。凸模與凹模固定板采用H7/m6，采用M10螺釘和Φ8銷釘將其固定在上模座上。 5.6 墊板的設(shè)計(jì) 墊板主要用于分散凸模傳遞的壓力和防止凸模尾端壓損上模座。是否采用墊板，以其承壓面較小的凸模進(jìn)行計(jì)算，沖長(zhǎng)孔的凸模承壓面的尺寸如圖5-4所示 圖5-4 沖長(zhǎng)孔凸模端面示意圖 其工程壓力按下式計(jì)算 σ= 式中 σ————凸模斷面承受的壓應(yīng)力，N; F————作用在凸模斷面上的總壓力，N; S————凸模端面面積，mm2； σ== = ×1×370 =177.6MPa 上模座材料為HT200，其許用壓力為100MPa。故大于許用壓力。為了分散凸模傳遞的壓力和防止凸模尾端壓損 上模座，因此在上模座和凸模固定板之間安裝淬硬磨平的墊板，采用墊板外形尺寸與凸模固定板尺寸相同L×B=315mm×200mm，厚度為10mm，為了便于安裝，銷釘通孔直徑較銷釘直徑大0.3~0.5mm。墊板材料可選用45鋼，淬火硬度43~48HRC. 5.7 導(dǎo)向裝置 對(duì)于生產(chǎn)批量大、要求模具壽命和制件精度較高的沖模，一般采用導(dǎo)向裝置來(lái)保證上、下模的精度導(dǎo)向。上下模導(dǎo)向，在凸模開(kāi)始閉合前或壓料板接觸制件前就應(yīng)充分合上，小型模具通常選擇導(dǎo)柱、導(dǎo)套來(lái)導(dǎo)向。原則上導(dǎo)柱應(yīng)安裝在下模座上。 導(dǎo)向裝置具體包括滑動(dòng)式導(dǎo)柱導(dǎo)套結(jié)構(gòu)和滾動(dòng)式導(dǎo)柱導(dǎo)套結(jié)構(gòu)，滾動(dòng)式導(dǎo)柱導(dǎo)套結(jié)構(gòu)主要用于沖裁薄料（t＜0.1mm）或精密沖模、硬質(zhì)合金模和高速?zèng)_模等要求無(wú)間隙導(dǎo)向的設(shè)備。其中滑動(dòng)式導(dǎo)柱導(dǎo)套的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)是最常用的形式，這種結(jié)構(gòu)加工裝配方便，易于標(biāo)準(zhǔn)化，并且能夠保證導(dǎo)向精度。因此采用滑動(dòng)式導(dǎo)柱導(dǎo)套。 5.8 模具閉合高度的計(jì)算 5.8.1 計(jì)算模具閉合高度 模具的閉合高度是指滑塊在下止點(diǎn)即模具在最低工作位置時(shí)，上模座上表面與下模座下表面之間的距離。 經(jīng)過(guò)以上各部件的計(jì)算及確定可以計(jì)算出模具閉合高度。模具閉合高度H計(jì)算公式如下 H=上模座厚度+上墊板厚度+凸模長(zhǎng)度+凹模厚度+下模座厚度 H=35+10+55+28+50=178mm 5.8.2 壓力機(jī)設(shè)備的選擇 該模具的總沖壓力F總=157.18×103N.本模具屬于小型沖裁模具，選擇開(kāi)式壓力機(jī)。一般情況下所選壓力機(jī)的工程壓力大于或等于工藝力總和的1.3倍，即 F工程壓力≥157.18×103×1.3=204×103N 根據(jù)計(jì)算初選JH21-60開(kāi)式壓力機(jī)。 根據(jù)凹模周界選用的模架最大閉合高度200mm，最小閉合高度150mm。初選的JH21-60開(kāi)式壓力機(jī)的最大閉合高度為300mm，滿足使用要求。 5.8.3 校核模具閉合高度 為了保模具正常工作，應(yīng)對(duì)模具閉合高度進(jìn)行校核。根據(jù)選擇的后側(cè)導(dǎo)柱模架的最大閉合高度為200，最小閉合高度為150mm，JH21-60型壓力機(jī)的最大閉合高度為300mm，滿足使用要求。 5.9 模柄的選擇 模柄主要有壓入式模柄、旋入式模柄、凸緣模柄，其中凸緣模柄適用于較大型模具，旋入式模柄垂直精度差，壓入式模柄可以保證較高的同軸度和垂直度，適用于各種小型模具，因此使用壓入式模柄，它與模座安裝孔采用H7/n6配合。 根據(jù)開(kāi)式壓力機(jī)JH21-60技術(shù)參數(shù)提供模柄直徑50mm，深度60mm。如圖5-5所示。 圖5-5 模柄 6 模具總裝圖 6.1 繪制模具總裝圖 1-凹模；2-固定導(dǎo)料銷；3-導(dǎo)正銷；4-開(kāi)槽圓柱形螺釘；5-導(dǎo)套；6-墊板；7-上模座；8-卸料螺釘；9-落料凸模；10-模柄；11-止轉(zhuǎn)銷；12-沖圓孔凸模；13-銷釘；14-沖長(zhǎng)圓孔凸模；15-凸模固定板；16-固定卸料板；17-導(dǎo)柱；18-下模板 圖6-1 模具總裝圖 模具總裝圖是使用Auto CAD繪制而成，在機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域，CAD應(yīng)用非常廣泛，Auto CAD美國(guó)Auto desk公司從1982年12月開(kāi)始推出計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件，CAD的出現(xiàn)以及在機(jī)械行業(yè)的廣泛應(yīng)用使得開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品達(dá)到“高質(zhì)量、低成本、上市快”的目標(biāo)成為可能。 模具三維爆炸圖是使用三維繪圖軟件UG繪制而成，UG是美國(guó)EDS公司（現(xiàn)已經(jīng)被西門(mén)子公司收購(gòu)）的集CAD/CAM/CAE功能于一體的軟件集成系統(tǒng)。UG以其建模的靈活性、協(xié)同化裝配建模、直觀的二維繪圖、先進(jìn)的數(shù)控加工、領(lǐng)先的鈑金件制造等優(yōu)點(diǎn)在航空、汽車、通用機(jī)械、工業(yè)設(shè)備、醫(yī)療器械以及其它高科技應(yīng)用領(lǐng)域的機(jī)械設(shè)計(jì)和模具加工自動(dòng)化的市場(chǎng)上得到了廣泛的應(yīng)用。 6.2 模具工作過(guò)程 本模具采用始用檔料銷和固定擋料銷擋料，條料從右往左送料，開(kāi)始三次行程用第一、第二、第三始用擋料銷擋料，第四次行程后即由固定擋料銷擋料。 凹模采用整體式凹模，直接用內(nèi)六角螺釘和銷釘將凹模固定在下模座上。沖孔凸模和落料凸模用固定板固定在上模座上。在落料凸模中裝有導(dǎo)正銷，利用零件Φ18mm的孔進(jìn)行導(dǎo)正，提高工件精度。沖裁完成后，條料包裹在凸模上隨凸模上升，最終固定卸料板將其卸下，此時(shí)開(kāi)始送料，利用固定擋料銷擋在落料廢孔上進(jìn)行擋料，如此往復(fù)完成沖壓過(guò)程。 結(jié) 論 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)歷時(shí)近五個(gè)月，設(shè)計(jì)內(nèi)容為長(zhǎng)孔圓墊片沖壓工藝分析與模具設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)過(guò)程中查閱了大量的文獻(xiàn)資料，對(duì)沖壓模具主要零部件進(jìn)行設(shè)計(jì)和選擇，同時(shí)對(duì)主要零部件進(jìn)行校核。 由于模具行業(yè)的快速發(fā)展，沖壓模具很多零部件已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化和商業(yè)化，對(duì)于這部分只是進(jìn)行了合理的選擇，并未進(jìn)行深入地設(shè)計(jì)。本次設(shè)計(jì)主要對(duì)模具工作部分和未能選擇標(biāo)準(zhǔn)的零部件進(jìn)行設(shè)計(jì)。 這次設(shè)計(jì)不僅是對(duì)所學(xué)專業(yè)知識(shí)和掌握情況的真實(shí)檢驗(yàn)，也是熟悉設(shè)計(jì)工程，培養(yǎng)設(shè)計(jì)能力、創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力的一個(gè)良好機(jī)會(huì)，它讓我熟悉了沖壓模具的設(shè)計(jì)流程，鞏固了大學(xué)所學(xué)的專業(yè)知識(shí)，將零散的獨(dú)立的知識(shí)有機(jī)的結(jié)合在一起，解決了設(shè)計(jì)中的一個(gè)個(gè)難題，同時(shí)也為我設(shè)計(jì)提供了依據(jù)，同時(shí)提升了駕馭知識(shí)的能力。模具作為現(xiàn)代制造業(yè)中的特殊工藝裝備，越來(lái)越廣泛地被應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域中。畢業(yè)設(shè)計(jì)是培養(yǎng)目標(biāo)要求的重要培養(yǎng)階段，也是我們?cè)诖髮W(xué)期間的最后學(xué)習(xí)階段。這對(duì)提升我個(gè)人發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力和進(jìn)行科研的能力以及論文撰寫(xiě)技巧。在設(shè)計(jì)過(guò)程中養(yǎng)成的嚴(yán)謹(jǐn)、認(rèn)真、求實(shí)的態(tài)度將伴隨我的一生。 致 謝 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的圓滿完成，首先要感謝原國(guó)森老師在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，給予我悉心指導(dǎo)，原國(guó)森老師在邊教學(xué)邊科研的情況下，還要對(duì)畢業(yè)生進(jìn)行畢業(yè)指導(dǎo)。原國(guó)森老師不僅在設(shè)計(jì)上給予我們指導(dǎo)，同時(shí)在做人方面也給予我們極大地幫助，要求我們要嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實(shí)，要積極上進(jìn)。他具有的責(zé)任心和敬業(yè)精神都將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。同時(shí)感謝設(shè)計(jì)過(guò)程中給予我?guī)椭睦蠋熀屯瑢W(xué)，在這里請(qǐng)接受我誠(chéng)摯的謝意！ 最后還要感謝大學(xué)三年來(lái)所有的老師，是您為我打下了扎實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)：同時(shí)還要感謝所有關(guān)心我支持我的幫助過(guò)我的老師及同學(xué)，是你們無(wú)私的幫助，讓我度過(guò)大學(xué)最美好的時(shí)光，謝謝！ 參考文獻(xiàn) [1]孫籍.AutoCAD2010基礎(chǔ)與應(yīng)用技術(shù)[M].北京：高等教育出版社，2010:29-272. 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