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1、汽車備輪架加固板的模具設計 第一章 緒論 1.1 中國沖壓模具現(xiàn)狀 根據(jù)考古發(fā)現(xiàn)，早在2000多年前，我國已有沖壓模具被用于制造銅器，證明了中國古代沖壓成型和沖壓模具方面的成就在世界領先。1953年，長春第一汽車制造廠在中國首次建立了沖模車間，該廠于1958年開始制造汽車覆蓋件模具。我國于20世紀60年代開始生產(chǎn)精沖模具。在走過了漫長的發(fā)展道路之后，目前我國已形成了300多億元（未包括港、澳、臺的統(tǒng)計數(shù)字，下同。）各類沖壓模具的生產(chǎn)能力。 近年來，我國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50多噸的模具。為中檔轎車配套的覆蓋件模具國內(nèi)也能生產(chǎn)了。精度達到1~2μ

2、m，壽命2億次左右的多工位級進模國內(nèi)已有多家企業(yè)能夠生產(chǎn)。表面粗糙度達到Ra≦1.5μm的精沖模，大尺寸（Φ≧300mm）精沖模及中厚板精沖模國內(nèi)也已達到相當高的水平。 1.1.1 模具CAD/CAM技術狀況 我國模具CAD/CAM技術的發(fā)展已有20多年歷史。由原華中工學院和武漢733廠于1984年共同完成的精沖模CAD/CAM系統(tǒng)是我國第一個自行開發(fā)的模具CAD/CAM系統(tǒng)。由華中工學院和北京模具廠等于1986年共同完成的冷沖模CAD/CAM系統(tǒng)是我國自行開發(fā)的第一個沖裁模CAD/CAM系統(tǒng)。上海交通大學開發(fā)的冷沖模CAD/CAM系統(tǒng)也于同年完成。20世紀90年代以來，國內(nèi)汽車

3、行業(yè)的模具設計制造中開始采用CAD/CAM技術。國家科委863計劃將東風汽車公司作為CIMS應用示范工廠，由華中理工大學作為技術依托單位，開發(fā)的汽車車身與覆蓋件模具CAD/CAPP/CAM集成系統(tǒng)于1996年初通過鑒定。在此期間，一汽和成飛汽車模具中心引進了工作站和CAD/CAM軟件系統(tǒng)，并在模具設計制造中實際應用，取得了顯著效益。1997年一汽引進了板料成型過程計算機模擬CAE軟件并開始用于生產(chǎn)。 模具CAD/CAM技術能顯著縮短模具設計與制造周期，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量，已成為人們的共識。在“八五”、“九五”期間，已有一大批模具企業(yè)推廣普及了計算機繪圖技術，數(shù)控加工的使用率也

4、越來越高，并陸續(xù)引進了相當數(shù)量的CAD/CAM系統(tǒng)。如美國EDS的UG，美國Parametric Technology公司的Pro/Engineer，美國CV公司的CADS5，英國DELCAM公司的DOCT5，日本HZS公司的CRADE及space-E，以色列公司的Cimatron，還引進了AutoCAD、CATIA等軟件及法國Marta-Daravision公司用于汽車及覆蓋件模具的Euclid-IS等專用軟件。國內(nèi)汽車覆蓋件模具生產(chǎn)企業(yè)普遍采用了CAD/CAM技術。DL圖的設計和模具結構圖的設計均已實現(xiàn)二維CAD，多數(shù)企業(yè)已經(jīng)向三維過渡，總圖生產(chǎn)逐步代替零件圖生產(chǎn)。且模具的參數(shù)化設計也開始

5、走向少數(shù)模具廠家技術開發(fā)的領域。在沖壓成型CAE軟件方面，除了引進的軟件外，華中科技大學、吉林大學、湖南大學等都已研發(fā)了較高水平的具有自主知識產(chǎn)權的軟件，并已在生產(chǎn)實踐中得到成功應用，產(chǎn)生了良好的效益。 快速原型(RP)與傳統(tǒng)的快速經(jīng)濟模具相結合，快速制造大型汽車覆蓋件模具，解決了原來低熔點合金模具靠樣件澆鑄模具，模具精度低、制件精度低，樣件制作難等問題，實現(xiàn)了以三維CAD模型作為制模依據(jù)的快速模具制造，并且保證了制件的精度，為汽車行業(yè)新車型的開發(fā)、車身快速試制提供了覆蓋件制作的保證，它標志著RPM應用于汽車車身大型覆蓋件試制模具已取得了成功。 圍繞著汽車車身試制、大型覆蓋

6、件模具的快速制造，近年來也涌現(xiàn)出一些新的快速成型方法，例如目前已開始在生產(chǎn)中應用的無模多點成型及激光沖擊和電磁成型等技術。它們都表現(xiàn)出了降低成本、提高效率等優(yōu)點。 1.1.2 模具設計與制造能力狀況 在國家產(chǎn)業(yè)政策的正確引導下，經(jīng)過幾十年努力，現(xiàn)在我國沖壓模具的設計與制造能力已達到較高水平，包括信息工程和虛擬技術等許多現(xiàn)代設計制造技術已在很多模具企業(yè)得到應用。 雖然如此，我國的沖壓模具設計制造能力與市場需要和國際先進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，無論在設計還是加工工藝和能力方面，都有較大差距。轎車覆蓋件模具，具有設計和制造

7、難度大，質(zhì)量和精度要求高的特點，可代表覆蓋件模具的水平。雖然在設計制造方法和手段方面已基本達到了國際水平，模具結構功能方面也接近國際水平，在轎車模具國產(chǎn)化進程中前進了一大步，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。 標志沖模技術先進水平的多工位級進模和多功能模具，是我國重點發(fā)展的精密模具品種。有代表性的是集機電一體化的鐵芯精密自動閥片多功能模具，已基本達到國際水平。但總體上和國外多工位級進模相比，在制造精度、使用壽命、模具結構和功能上，仍存在一定差距。 汽車覆蓋件模具制造技術正在不斷地提高和完善，高精度、高效益加工設備的使用越來越廣泛。高性能的五軸高速銑床

8、和三軸的高速銑床的應用已越來越多。NC、DNC技術的應用越來越成熟，可以進行傾角加工和超精加工。這些都提高了模具型面加工精度，提高了模具的質(zhì)量，縮短了模具的制造周期。 模具表面強化技術也得到廣泛應用。工藝成熟、無污染、成本適中的離子滲氮技術越來越被認可，碳化物被覆處理（TD處理）及許多鍍（涂）層技術在沖壓模具上的應用日益增多。真空處理技術、實型鑄造技術、刃口堆焊技術等日趨成熟。激光切割和激光焊接技術也得到了應用。 1.2 沖壓模具的發(fā)展重點與展望 發(fā)展重點的選取應根據(jù)市場需求、發(fā)展趨勢和目前狀況來確定?？煞譃楫a(chǎn)品重點、技術重點兩個方面來研究。 1.2.1沖壓模具產(chǎn)品

9、發(fā)展重點。 沖壓模具共有7小類，并有一些按其服務對象來稱呼的一些種類。目前急需發(fā)展的是汽車覆蓋件模具，多功能、多工位級進模和精沖模。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)展重點是技術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。高強度板和不等厚板的沖壓模具及大型多工位級進模、連續(xù)模今后將會有較快的發(fā)展。多功能、多工位級進模中發(fā)展重點是高精度、高效率和大型、高壽命的級進模。精沖模中發(fā)展重點是厚板精沖模大型精沖模，并不斷提高其精度 1.2.2 沖壓模具技術發(fā)展重點。 模具技術未來發(fā)展趨勢主要是朝信息化、高速化生產(chǎn)與高精度化發(fā)展。因此從設計技術來說，

10、發(fā)展重點在于大力推廣CAD/CAE/CAM技術的應用，并持續(xù)提高效率，特別是板材成型過程的計算機模擬分析技術。模具CAD、CAM技術應向宜人化、集成化、智能化和網(wǎng)絡化方向發(fā)展，并提高模具CAD、CAM系統(tǒng)專用化程度。 為了提高CAD、CAE、CAM技術的應用水平，建立完整的模具資料庫及開發(fā)專家系統(tǒng)和提高軟件的實用性十分重要。從加工技術來說，發(fā)展重點在于高速加工和高精度加工。高速加工目前主要是發(fā)展高速銑削、高速研拋和高速電加工及快速制模技術。高精度加工目前主要是發(fā)展模具零件精度1μm以下和表面粗糙度Ra≦0.1μm的各種精密加工。提高模具標準化程度，搞好模具標準件生產(chǎn)供應也是沖壓模具技術發(fā)展

11、重點之一。為了提高沖壓模具的壽命，模具表面的各種強化超硬處理等技術也是發(fā)展重點。 對于模具數(shù)字化制造、系統(tǒng)集成、逆向工程、快速原型/模具制造及計算機輔助應用技術等方面形成全方位解決方案，提供模具開發(fā)與工程服務，全面提高企業(yè)水平和模具質(zhì)量，這更是沖壓模具技術發(fā)展的重點。 1.3中國沖壓模具發(fā)展趨勢 根據(jù)國內(nèi)和國際模具市場的發(fā)展狀況，以及未來我國的模具行業(yè)做出調(diào)整后，將呈現(xiàn)出十大發(fā)展趨勢：一是模具日趨大型化；二是模具的精度將越來越高；三是多功能復合模具將進一步發(fā)展；四是熱流道模具在塑料模具中的比重將逐漸提高；五是氣輔模具及適應高壓注射成型等工藝的模具將有較大發(fā)展；六是模具標準化和標準件的應用將

12、日漸廣泛；七是快速經(jīng)濟模具的前景十分廣闊；八是壓鑄模具的比例將不斷提高；九是塑料模具的比例將不斷增大；十是模具技術含量將不斷提高，中高檔模具比例將不斷增大。這就是我國模具行業(yè)未來的發(fā)展趨勢。 第二章 沖孔落料復合模設計與計算 2.1.概述 沖壓工藝是塑性加工的基本加工方法之一。它主要用于加工板料零件，所以有時也叫板料沖壓。沖壓加工時，板料在模具的作用下，于其內(nèi)部產(chǎn)生使之變形的內(nèi)力。當內(nèi)力的作用達到一定程度時，板料毛坯或毛坯的某個部位便會產(chǎn)生與內(nèi)力的作用性質(zhì)相對應的變形，從而獲得一定的形狀. 尺寸和性能的零件。沖壓通常在冷態(tài)下進行，因此也稱為冷沖壓。 板材沖壓具有下列特點： （1）

13、材料利用率高。 （2） 可加工薄壁、形狀復雜的零件。 （3） 沖壓件在形狀和尺寸精度方面的互換性好。 （4） 能獲得質(zhì)量輕而強度高、鋼性好的零件。 （5） 生產(chǎn)率高，操作簡單，容易實現(xiàn)機械化和自動化。 因此，沖壓工藝是一種產(chǎn)品質(zhì)量較好而且成本低的加工工藝。用它生產(chǎn)的產(chǎn)品一般還具有重量輕且剛性好的特點。板材沖壓常用的金屬材料有低碳鋼、銅、鋁、鎂合金及高塑性的合金鋼等。 沖壓工藝在汽車，電機，儀器等各種民用輕工產(chǎn)品以及航空和兵工等的生產(chǎn)方面占據(jù)十分重要的地位?，F(xiàn)代各先進工業(yè)化國家的沖壓生產(chǎn)都是十分發(fā)達的。在我國的現(xiàn)代化建設進程中，沖壓生產(chǎn)占有重要的地位。 2.2設計任務

14、 零件名稱：汽車備輪架加固板 　 材料：08鋼板 厚度：4mm 生產(chǎn)批量：大量生產(chǎn) 　 要求編制工藝方案。 圖2-1 汽車備輪架加固板零件圖 圖2-2 汽車備輪架加固板實體圖 2.3沖壓件的工藝分析 該零件為備輪架加固板，材料較厚，其主要作用是增加汽車備輪架強度。零件外形對稱，無尖角、凹陷或其他形狀突變，系典型的板料沖壓件。零件外形尺寸無公差要求，壁部圓角半徑， 相對圓角半徑為1.25，大于表相關資料所示的最小彎曲半徑值，因此可以彎曲成形。的八個小孔和兩個腰圓孔分別均

15、布在零件的三個平面上，孔距有位置要求，但孔徑無公差配合。 圓孔精度不高，彎曲角為，也無公差要求。 通過工藝分析，可以看出該零件為普通的厚板彎曲件，尺寸精度要求不高，主要是輪廓成形問題，又屬大量生產(chǎn)，因此可以用沖壓方法生產(chǎn)。 2.4確定工藝方案 2.4.1 計算毛坯尺寸 該零件的毛坯展開尺寸可按式下式計算： 2-1 上式中 圓角半徑； 板料厚度; 為中性層系數(shù)，由表查得； ，為直邊尺寸，由圖2-3可知: 2-2

16、 2-3 將這些數(shù)值代入，得毛坯寬度方向的計算尺寸 2-4 考慮到彎曲時板料纖維的伸長，經(jīng)過試壓修正，實際毛坯尺寸取,同理，可計算出其他部位尺寸，最后得出如圖2-3所示的彎曲毛坯的形狀和尺寸。 2.4.2 沖壓工序性質(zhì)和工藝方案的選擇 沖壓該零件，需要的基本工序和次數(shù)有：（a） 落料；（b） 沖孔6個；（c）沖底部孔2個；（d）沖孔；（e） 沖2個腰圓孔；（f）首次彎曲成形；（g）二次彎曲成形。 根據(jù)以上這些工序，可以作出下列各種組合方案。 方案一：落料——首次彎曲——二次彎曲——沖孔。

17、 方案二：沖孔——落料——首次彎曲——二次彎曲。 方案三：沖孔，落料（連續(xù)模）——首次彎曲——二次彎曲。 方案四：沖孔，落料（復合模）——首次彎曲——二次彎曲。 對以上三種方案進行比較，可以看出： 方案一：全部沖孔工序安排在彎曲成形后進行，缺點是成形后沖孔，模具結構復雜，刃磨和修理比較困難，上、下料操作也不方便。 方案二：單工序模，先沖孔再落料保證一定的精度，但主要適用于生產(chǎn)量較小或單件生產(chǎn)，生產(chǎn)率較低，且多了一模具，生產(chǎn)周期長。 方案三：從生產(chǎn)效率、模具結構和壽命方面考慮，將落料和零件上的孔組合在三套模具上沖壓，有利于降低沖裁力和提高模具壽命，同時模具結構比較簡單，操作也較方便

18、。但是連續(xù)模的結構復雜，對制造精度的要求高，制造成本高。 方案四：落料和零件上的孔采用復合模組合沖壓，優(yōu)點是節(jié)省了工序和設備，而且有利于降低零件的生產(chǎn)成本，可以提高生產(chǎn)效率。 通過以上的方案分析，選用方案四比較合理。 2.4.3 確定排樣方式和計算材料利用率 2.4.3.1排樣的意義 沖裁件在條料、帶料或板料上的布置方法叫排樣 排樣合理就能降低材料消耗。大批量生產(chǎn)時，材料的經(jīng)濟利用是一個重要問題，特別對貴重的有色金屬。排樣的合理與否將影響到材料的經(jīng)濟利用、模具結構與壽命、生產(chǎn)率、沖裁質(zhì)量、生產(chǎn)操作方便與安全等。 2.4.3.2材料的利用率 排樣是否合理，經(jīng)濟性是否好，可用材料利

19、用率來衡量。 利用率用下式來衡量： 2-8 M成------一個成品的重量，kg H-------一個零件的消耗定額,kg; M-------沖壓原料的重量，kg ; n-------原材料上排樣所得零件的數(shù)量，個 確定條料的利用率[6]：（取板料的規(guī)格為3655001.4） 工件的有效面積：S0=255500mm2 條料的寬度：B=365mm 搭邊值a=4mm,a1=5mm 2.4.3.3 確定排樣方式 圖2-3的毛坯形狀和尺寸較大，為便于手工

20、送料，選用單排沖壓。有三種排樣方式，見圖2-4a、b、c。由表查得沿送料進方向的搭邊，側向搭邊，因此，三種單排樣方式產(chǎn)材料利用率分別為64％、64％和70％。第三種排樣方式，雖然材料利用率最高，但是落料時需二次送料而且模具結構復雜。為此，本設計選用第二種排樣方法。 圖2-3 沖壓件展開圖 a）材料利用率64% b）材料利用率64% c）材料利用率70% 圖2-4 排樣方式 2. 4 .3. 4 利用率的計算 條料的寬度為450mm，則條料上可沖壓工件的個數(shù)為： n1==33 取n=33 假如條料的寬度為900mm,則條

21、料上可沖壓的零件個數(shù)為： n2==66 取n= 66 當條料的長為500mm時的利用率: ==0.70 ==0.70 即條料的利用率為：η=70％ 2.5.沖裁工藝性分析及間隙的選擇 沖裁件的工藝性分析是指沖裁件對沖裁的適應性，即沖裁件的形狀結構、尺寸的大小及偏差等是否符合加工的工藝要求。沖裁件的工藝性是否合理對沖裁件的質(zhì)量、模具的壽命和生產(chǎn)率有很大影響。 2.5.1沖裁間隙的選擇 沖裁間隙指凸、凹模刃口間隙的距離。沖裁間隙是沖壓工藝和模具設計中的重要參數(shù)，它直接影響沖

22、裁件的質(zhì)量、模具壽命和力能的消耗，應根據(jù)實際情況和需要合理的選用。沖裁間隙有單面間隙和雙面間隙之分。根據(jù)沖裁件尺寸精度、剪切質(zhì)量、模具壽命和力能消耗等主要因素，將金屬材料沖裁間隙分成三種類型[3]：Ⅰ類（小間隙），Ⅱ類（中等間隙），Ⅲ類（大間隙）。 2.5.2沖裁間隙對沖裁件的影響 1、間隙過小時，由凹模刃口處產(chǎn)生的裂紋在繼續(xù)加壓的情況下將產(chǎn)生二次剪切，繼而被擠入凹模。這樣，制件端面中部留下撕裂面，而兩頭出現(xiàn)光亮帶，在端面出現(xiàn)擠長的毛刺。毛刺雖長單易去除，只要中間撕裂不是很深，仍可用。 2、間隙過大時，材料的彎曲與拉伸增大，拉伸應力增大，材料容易被撕裂，使制件的光亮代減小，圓角與斷裂都增

23、大，毛刺大而厚，難去除。所以隨著間隙的增大，制件的斷裂面的傾斜度的增大，毛刺增高。 2.5.3 間隙對尺寸精度的影響 沖裁件的尺寸精度是指沖裁件的實際尺寸與公差尺寸的差值。這個差值包含兩個方面的偏差，一是沖裁件相對于凸模或凹模尺寸的偏差，一是模具本身的制造偏差。其中凸、凹模間隙是影響凸?；虬寄３叽绲钠畹闹饕蛩?。 當凸、凹模的間隙較大時，材料所受拉伸作用增大。沖裁完后，材料的彈性恢復使落料尺寸小于凹模尺寸，沖孔孔徑大于凸模直徑。此時穹彎的彈性恢復方向與其相反，鼓薄板沖裁時制件尺寸偏差減小。在間隙較小時，由于材料受凸、凹模擠壓力大，故沖裁完后，材料的彈性恢復使落料件尺寸增大，沖孔孔徑減

24、小。 2.5.4 間隙對沖裁力的影響 隨著間隙的增大，材料所受的拉力增大，材料容易斷裂分離，因此沖裁力減小。但是繼續(xù)增大間隙時，會因從凸、凹模刃口處產(chǎn)生的裂紋不重合，沖裁力減小。 由于間隙的增大，使沖裁件的光亮面變小，落料尺寸小于凹模尺寸，沖孔尺寸大于凸模尺寸，因而使卸料力、推件力或頂件力也隨之減小。但是，間隙繼續(xù)增大時，因為毛刺增大，引起卸料力、頂件力也迅速增大。 2.5.5 間隙對模具壽命的影響 沖裁模具的壽命通常以保證獲得合格產(chǎn)品時的沖裁次數(shù)來表示。沖裁過程中模具的失效形式一般有：磨損、變形、崩刃和凹模刃口漲裂四種。 間隙增大時可使沖裁力、卸料力等減小，因而模具的磨損也

25、減??；但當間隙繼續(xù)增大時，卸料力增加，又影響模具磨損，一般間隙為（10%--15%）t時磨損最小模具壽命較高。間隙小時，落料件梗塞在凹模洞口的漲裂力也大。 2.5.6 確定合理間隙的理論依據(jù) 由以上分析可見，凸、凹模對沖裁件質(zhì)量、沖裁力、模具壽命等都有很大的影響。因此，在設計和制造模具時有一個合理的間隙值，以保證沖裁件的斷面質(zhì)量好，尺寸精度高，所需沖裁力小，模具壽命高。生產(chǎn)中常選用一個適當?shù)姆秶鳛楹侠黹g隙。這個范圍的最小值稱為最小合理間隙,最大值稱為最大合理間隙。設計與制造新模具時采用最小合理間隙值。 確定合理間隙的理論根據(jù)是以凸、凹模刃口處產(chǎn)生的裂紋相重合為依據(jù)?？梢杂嬎愕玫胶侠黹g

26、隙值，計算公式如下： Z=2t(1- )tanβ 2-5 由上式可看出，間隙z與材料厚度t、相對切入深度/t及破裂角β有關。對硬而脆的材料， /t有較小值時，則合理間隙值較大。對軟而韌的材料，/t有較大值，則合理間隙值較小。板厚越大，合理間隙越大。 由于理論計算在生產(chǎn)中不便使用，故目前廣泛使用的是經(jīng)驗數(shù)據(jù)。 2.5.7合理間隙的選擇 表2-1沖裁模較大單面間隙 材料 厚度 08、10、35、09Mn、Q235、B3 Q235 40、50 65Mn 最小值 最大值 最小值

27、 最大值 最小值 最大值 最小值 最大值 0.5 0.020 0.030 0.020 0.030 0.020 0.030 0.020 0.030 0.6 0.024 0.036 0.024 0.036 0.024 0.036 0.024 0.036 0.8 0.036 0.052 0.036 0.052 0.036 0.052 0.036 0.052 0.9 0.045 0.063 0.045 0.063 0.045 0.063 0.045 0.063 1.0 0.050 0.070 0.050 0.07

28、0 0.050 0.070 0.0450 0.063 1.2 0.063 0.090 0.066 0.090 0.066 0.090 1.5 0.066 0.120 0.085 0.120 0.085 0.120 2.0 0.123 0.180 0.130 0.190 0.130 0.190 間隙的選擇可以按照如下原則：對于斷面垂直度與尺寸公差要求較高的工件，選擇較小的合理間隙值。這時沖裁力與模具壽命作為次要因素來考慮。對于斷面垂直度與尺寸公差要求的前提下，應以降低沖裁力、提高模具壽命為主，采用較大的合理間隙值。 部分

29、沖裁件的單面間隙值見表2-1。 由表格可知，此復合模的最小單面間隙為=0.082 mm，最大單面間隙=0.11mm。 2.6 沖裁力、卸料力、頂件力的計算及壓力機的確定和選擇 2.6.1沖裁力的計算 計算沖裁力的目的是為了選用合適的壓力機、設計模具和檢驗模具強度。壓力機的噸位必須大于沖裁力。 一般平刃口模具沖裁時，沖裁力可按下式計算： 2-6 P—— 沖裁力，N； F—— 沖切斷面積，mm2； L—— 沖裁周邊長度，mm; t—— 材料厚度，mm； —— 材料抗剪強

30、度，Mpa； K—— 安全系數(shù)，一般取K＝1.3，考慮到模具刃口的磨損，凸凹模間隙的波動，材料機械性能的變化，材料厚度及偏差等因素,剛08的抗剪強度為210--300Mpa，取=260 Mpa[4]。 2.6.2降低沖裁力的方法 在沖裁高強度材料或厚度大、周邊長的工件時，所需的沖裁力較大。如果超過現(xiàn)有壓力機噸位，就必須采取措施降低沖裁力，主要有斜刃模具沖裁、階梯模具沖裁和加熱模具沖裁幾種方法。本次設計采用斜刃模具沖裁以降低沖裁力。 2.6.3落料沖裁力的計算 （1）平刃口模具沖裁時，落料力按下式計算：

31、 2-7 將加固板毛坯的周長，厚度以及08鋼材料的抗剪強度代入上式，得 為了降低落料力，改用斜刃口模具，落料力: 上式中，為模具斜刃口部分長度。考慮到落料時條料容易安置和定位，模具的部分刃口可以設計成平口的。因此，表示刃口部分的長度（如果模具刃口全部做成斜口的，則），如圖3-16所示。圖中 平刃口長度 ， 斜刃口長度 ， 取 則 (2) 推件力: 2-8 設同時梗塞在凹模內(nèi)的零件數(shù)，查表系數(shù)，代入上式，得 （3）選用沖

32、壓設備 這一工序的落料力，推件力，因此，工序所需的總壓力 2 .6. 4 沖孔力的計算 (1) 沖壓8個孔，沖孔力 F1=44600N (2) 沖壓底部圓孔，沖孔力 (3) 腰圓孔沖孔力 (4) 選用沖壓設備 工序總的沖孔力 故可選用1000kN壓力機。 2.6.5頂件力、卸料力、推件力的計算 沖裁結束后，由于彈性變形的恢復，會使工件卡緊在凸?；虬寄Ｉ?，必須施加外力，將其取下。 卸料力：將緊箍在凸模上的料卸下所需的力 推件力和頂件力：將卡在凹模中的工件推出或頂出所需的力 表2-2 卸料力、推件

33、力及頂件力的因數(shù) 沖裁材料 K卸 K推 K頂 紫銅黃銅 0.02～0.06 0.03～0.09 鋁、鋁合金 0.025～0.08 0.03～0.07 鋼 材 料 厚 度 mm ～0.1 ＞0.1～0.5 ＞0.5～2.5 ＞2.5～6.5 ＞6.5 0.06～0.075 0.045～0.055 0.04～0.05 0.03～0.04 0.02～0.03 0.10 0.065 0.050 0.045 0.025 0.14 0.08 0.06 0.05 0.03

34、 2-9 2-10 2-11 K卸、K頂、K推—— 卸料因數(shù)、推料因數(shù)、頂件因數(shù)， 其值見表2-2； P ——沖裁力， N ； n —— 卡在凹?？變?nèi)的工件數(shù)，n＝h/t(h為凹 模刃口直高度，t為工件材料厚度)。 落料： P卸落=K頂P =884.2KN 沖孔： P1=K頂P=44.6KN

35、 P2=NK推P=89.2KN P3=K頂P=519KN P總=700KN 切口： P卸切=K頂P=0.0410.48=0.42KN P推切=NK推P=20.0510.48=1.048KN 則總沖壓力為： P總=P落料+P沖孔+P切口=955.7KN 2. 6. 6沖壓設備的選擇 2.6.6.1 壓力機參數(shù)的選擇 沖壓設備的正確選擇及合理使用將決定沖壓生產(chǎn)能否順利進行，并與產(chǎn)品、模具壽命、生產(chǎn)效率、產(chǎn)品成本等密切相關[5]。

36、 沖壓類型與應用 1.開式壓力機：在中、小型的沖裁件、彎曲件或拉深件的沖壓生產(chǎn)中，主要選用 開式壓力機。 2．閉式壓力機：在大、中和精度高的沖壓生產(chǎn)中，主要選用閉式壓力機。 3．液壓機：在小批量和大型拉深、彎曲和成型件的生產(chǎn)中多選用液壓機。打算內(nèi)液壓機一般不適于沖裁工作。 4．高速壓力機：用于大批量生產(chǎn)。通常于連續(xù)模和自動送料裝置配套使用。 5．精壓機：用于精壓和體積精壓等工藝。 6．精沖壓力機：用于精沖工藝，采用專用精沖模具，也可在普通壓力機上實現(xiàn)精沖。 2.6.6.2 沖壓設備的選用原則 沖壓設備的選擇主要是根據(jù)沖壓工藝性質(zhì)、生產(chǎn)批量大小、沖壓件的形狀、尺寸及精度要求等

37、因素來決定的。沖壓生產(chǎn)中常用的設備種類很多，選用設備時主要應考慮下述因素： 1.沖壓設備的類型和工作形式是否適用于應完成的工序，是否符合安全生產(chǎn)和環(huán)保的要求。 2.沖壓設備的壓力和功率是否滿足應完成任務工序的要求。 3.沖壓設備裝模高度、工作臺尺寸、行程等是否適合應完成工序所所使用的模具。 4.沖壓設備的行程次數(shù)是否滿足生產(chǎn)率的要求等。 2.6.6.3沖壓設備的選用 一般情況下所選壓力機的標稱壓力大于或等于成型工藝力和輔助工藝力總和的1.3倍，對于工作行程小于標稱壓力行程的工序也可直按壓力機的標稱壓力選擇設備。 故壓力機的標稱壓力應大于（955.71.3）kN=1242.4kN。

38、 棕上所述，選用閉式雙柱壓力機J31-160A,技術參數(shù)如表2-3所示。 表2-3 J31-160A壓力機的技術參數(shù) 公稱壓力//////kN 最大裝模高度/mm 滑快行程/mm 行程次數(shù)/次min-1 最大閉和高度/mm 1600 375 160 32 480 連桿調(diào)節(jié)長度/mm 工作臺尺寸/mm 滑塊中心線至床身距離/mm 模柄孔尺寸/mm 電動機功率/kW 左右/mm 前后/mm 直徑 深度 120 790 710 375 84 145 10 2.6.6.4沖壓機能量的校核 此工序為沖裁，沖裁所需的功A A≈0.

39、5Pt 2-6 A----成形的過程的功，Nm P---成形工藝力和輔助工藝力之和,N t----沖裁料厚度，mm A=0.5298.5741.4=209N 電機的功率： N=2.89～496kW 所選的電動機的功率符合要求。 由壓力機的技術參數(shù)可知，壓力機的封閉高度: Hmax=480mm Hmin=375mm 模具的封閉高度: (Hmax-5)mm H (Hmin+10)mm 275mm H 385mm 由后面的模架選擇可知，模具的封閉高度過小，可在壓力

40、機臺面上加放墊板補償。 2.7模架的選擇 由以上的計算，在初步對凸凹模尺寸的確定以后，可以對模架進行選取 模架選取原則可根據(jù)《簡明設計手冊》P418表15.2進行選取。 其基本原則是： 選擇模架結構時要根據(jù)工件的受力變形特點，坯件定位，出件方式，材料的送進方向，導柱受力狀態(tài)，操作是否方便等方進行綜合考慮。 選擇模架尺寸時要根據(jù)凹模的輪廓尺寸考慮，一般在長度上及寬度上都應比凸模大30——40mm摩板厚度一般等于凹模厚度的1——1.5倍。選擇模架時還應注意到模架與壓力機的安裝關系，比如模座的寬度應比壓力機工作臺孔的孔徑?jīng)]每邊大40——50mm。沖壓模具的閉合高度應大于壓力機的最小裝模高

41、度，小于壓力機的最小裝模高度等。通常中小型沖模常采用后側式。 由以上原則，對模架進行選取。選擇模架的型號如下： ① 模 架： 480380275～385 ② 上模座： 58838090 (GB/T 2855.5) ③ 下模座： 588380100 (GB/T 2855.6) ④ 導 柱： 64470 (GB/T 2861.1) ⑤ 導 套： 9420066 （GB/T 2861.6） （單位：mm） 其結構如沖孔落料裝配圖。 選擇 模架周界：L=480mm B=380mm 閉合高度275～38

42、5mm,I級精度的后側導柱形模架; 2.7.1模架各部分零件的設計與選擇 （1）上下模板的選擇：（由《簡明設計手冊》P426表15.21） 其基本尺寸如表2-4 表2-4 凹模周界 H h L1 S A1 A2 R l D（H7） L B 基本偏差差差 極限偏差 250 160 45 — 260 250 110 195 45 100 45 +0.05 -0.025 0 -0.025 -0.05 250 160 50 40 260 250 110

43、 195 45 100 32 （其外形尺寸見裝配圖） （2）導柱的選擇 由模架選擇的結果可得： 見《簡明手冊》P448表15.26，導柱為C型。 其尺寸公差與外形如表2-5： 尺寸如表2-5： 表2-5 基本尺寸 極限偏差 L 64 0 -0.011 470 注： 1 摘自GB/T2861.3——90。） 2 材料：G Cr15. 3 熱處理：硬度62～66HRC （3）導套的選擇 導套與導柱形成間隙配合，保證相對滑動順暢。通過模架已選定。 由《簡明手冊》P439表15.21得： 圖2-5 （注：1摘自GB/T2861

44、.3——90。 2材料：20鋼。 3熱處理：滲碳深度0.8～1.2mm，硬度58～62HRC。） （4）模柄的選擇 因為用導柱式?jīng)_模，且為了便于安裝，因此選用壓入式模柄。（見課本P93） 模柄的選擇暫放在壓力機后 （5）固定板與墊板的選用 固定板的選用 其基本原則是：用凸模固定板將凸模固定在模座上，其平面輪廓尺寸除應保證凸模安裝孔外，還要考慮螺釘與銷釘?shù)脑O置。形式有圓形與矩形兩種。一般取其厚度等于凹模厚度的60%～80%。固定板孔與凸模采用過度配合（H7/m6），壓裝后端面要磨平，以保證沖模的垂直度。尺寸應與凹模相配合。 根據(jù)以上原則，選擇 L=320mm

45、B=290mm H=40mm （見參考文獻2 P94，參考文獻1 P475表15.57） 圖2-6 （注：材料 45鋼） （6）墊板的選用：與固定板相類似 見參考文獻P94 墊板的作用是直接承受和擴散凸模傳遞的壓力，以降低模座所承受的單位壓力，保護模座以免被凸模端面壓陷。沖裁凸模是否加墊板，根據(jù)模座承壓的大小進行判斷。凸模支承端面對模座的壓力為 = 2.7 P——沖裁力，N

46、 F——凸模支承端面積， 如果凸模支承端面單位壓力大于模座材料的御用應力。則需加經(jīng)淬硬磨平的墊板；反之則不加。墊板厚度一般取4～12mm，材料選用45鋼，T硬度按受力情況設計是自定。 模板許用應力如下經(jīng)過計算： ≈113.65Mpa 因此選用墊板輪廓尺寸為： L=200 mm B=125 mm H=10 mm 2.7.2 卸料裝置的設計 卸料板的主要作用是把材料從凸模上卸下，有時也可以作壓料板以防止材料變形，并幫助送料導向和保護凸模等。設計時應注意以下及方面。 （1）卸料力一般取5%—20%沖裁力、 （2） 卸

47、料板應有足夠剛度，其厚度可按下式計算，即 H=（0.8～1.0）Hd 式中 H——卸料板厚度，mm Hd——凹板厚度，mm （3）卸料要求耐磨，材料一般選45鋼，淬火，磨削， （4） 卸料板安裝尺寸，計算中要考慮凸模有4～6mm的刃磨量。 （5） 卸料板可根據(jù)工件之車圓形或矩形 2.7.2.1 初步選用該模具的卸料彈性元件采用橡膠 已知 P卸=33.39KN 又根據(jù)沖模結構，該模具需安裝四個橡膠 P1= ==8.35KN 式2.8 P1——單個彈性元件承受壓力 由《沖壓模具簡明手冊》P

48、459選取尺寸。 其外形大小如圖2-9： 圖2-7聚酰胺橡膠 由以上計算可得： 選取橡膠尺寸為 4512.525 2.7.2.2 卸料板：選用彈性卸料板 其厚度由《簡明手冊》P450表15.27得： =32mm 其輪廓尺寸為：320 26032 （單位：mm） 2.7.2.3 下推件頂件裝置的設計與選用 對于落料件可在下模板設計安裝一個由頂桿，頂板，頂塊組成的下頂出機構，由彈簧裝置驅(qū)動。落料后將工件頂出。其尺寸可由參考文獻4表4.12根據(jù)實際情況選定。 2. 8 凹凸模的設計

49、 2.8.1落料凹模 凹模的刃口形式有直壁刃口凹模(如圖2-7a、b)和錐形刃口凹模（如圖2-7c、d）。 直辟刃口凹模刃口強度較高，刃口修磨后工作部分尺寸不變，制造方便，適用于沖裁形狀復雜或公差等級要求較高的工件。但是在刃口孔內(nèi)易于聚集廢料或工件，增大了凹模的脹裂力、推件力和孔壁的磨損。磨損后刃口形成倒錐形狀，可能使沖成的工件從孔口反跳到凹模表面上造成操作困難。 a)型一般適用于非圓形工件。 b)型適于圓形工件、需將工件或廢料頂出的模具或復合沖裁模。 錐形刃口凹模刃口強度較低，刃口尺寸在修磨后有所增大，但一般對工件尺寸和凹模壽命影響不大。工件或廢料很容易從凹?？變?nèi)落下，孔內(nèi)不易積

50、聚工件或廢料，孔壁所受的摩擦力及脹裂力小，所以凹模的磨損及每次修磨量小。錐形刃口凹模適用于形狀簡單、公差等級要求不高、材料較薄的工件。 沖孔落料復合模凹模采用錐形刃口形式。 圖2-8 凹模的刃口形式 2.8.2凹模的輪廓尺寸的計算 凹模的輪廓尺寸應保證有足夠的強度和剛度。目前還不能用理論公式計算來確定，一般情況凹模的輪廓尺寸可按如下的經(jīng)驗公式確定[7]。 凹模厚度： H=kb 2-11 凹模壁厚： C≥1.2)H (輪廓為光滑的曲線

51、時) C≥1.5H（輪廓與凹模邊緣平行時） C≥ 2H（輪廓線具有較復雜的形式或具有尖角時） b——沖裁件的最大外形尺寸,mm k——系數(shù),查表2-6。 根據(jù)表2-6,k取0.244 凹模的厚度H=84mm b/mm 材料厚度/mm 0.5 1 2 3 >3 <50 0.3 0.35 0.42 0.5 0.6 50～100 0.2 0.22 0.28 0.35 0.42 2.8.3凹模強度的校核 凹模強度的校核主要是檢查其高度H。凹模在沖裁力的作用下會產(chǎn)生彎曲，如果凹模的高度

52、不夠，就會產(chǎn)生較大的彎曲變形甚至會斷裂。 矩形凹模的校核公式： Hmin= 2-12 P——沖裁力，N ——許用彎曲應力；對于淬火硬度58～62HRC的T8A、T10A Gr12MoV和GGr15, =（300～500）MPa;淬火鋼為未淬火鋼的1.5～3倍, Hmin——凹模的最小壁厚，mm a,b——下模座的方形孔尺寸，mm。 根據(jù)經(jīng)驗取a=640mm,b=500mm，則Hmin=76～110mm。取H=84mm。 綜上所述，凹模板選擇64050084 通過校

53、核，可知凸凹模的壁厚有足夠的強度。根據(jù)下卸料彈簧和下卸料板的厚度及模具結構,可選取凹模的高度為84mm 其結構如圖2-9所示： 圖2-9 落料凹模 2.8.4沖孔凸模的設計 (1)圓形孔凸模的長度計算 L=H1+H2+H+H3 2-13 H1—卸料板的高度，mm; H2—凸模的高度,mm; H3—凸模固定板的高度,mm。 H—附加長度 L=32+1

54、40+20+1=193 mm (2)凸模承載能力及失穩(wěn)彎曲應力檢驗 凸模承載能力檢驗 壓=<[σ壓] 2-14 P——沖裁力，N F——凸模最小端面積，mm2 壓==93 Mpa 查模座的許用應力：[σ壓]=981～1569MPa 壓<[σ壓]，符合要求。 復合模有導向裝置，不發(fā)生失穩(wěn)的允許凸模的長度： lmax =270 2-15 lmax——允許的凸模的最大長度,mm; P——沖裁力，N; d—

55、—凸模最小截面的直徑，mm. lmax ==158 mm (3)凸模固定端面的應力計算 根據(jù)計算式2-14計算凸模端面的應力： (4)沖非圓形孔凸模的設計 非原形孔的長度和圓形孔的長度取相同的值，根據(jù)非圓形孔的設計不需要進行強度的檢驗。 通過校核，可知凸模的壁厚有足夠的強度。根據(jù)下卸料彈簧和下卸料板的厚度及模具結構, 其結構如圖2-10所示： 圖2-10 沖孔落料凸模 2.9 模具的動作過程 該模具是沖孔落料復合模，先沖孔然后落料，這樣就保證了沖孔是對稱的。 復合模的

56、動作過程是：首先模柄下行推動打板下移，帶動打桿下移沖孔，上模繼續(xù)下降推動凸模下移壓縮橡膠，當凹凸模接觸時通過刃口切割材料，使其落料。上模回升時落料由卸料板推出，零件由推桿推出，為再次沖壓作準備。 圖2-9 沖孔落料復合模 第三章 彎曲模設計 3.1 概述 彎曲是使材料產(chǎn)生塑性變形，形成有一定角度形狀零件的沖壓工序。彎曲變形有很多種形式，如壓彎、折彎、滾彎、拉彎、繞彎等等。工件彎曲過后，會出現(xiàn)回彈現(xiàn)象，回彈的角度可以估算，并可采取措施消除回彈。彎曲分自由彎曲和校正彎曲。所謂自由彎曲是指當彎曲終了時，凸模，毛坯和凹模三者吻合后凸模不再下壓。而校正彎曲是指在上述基礎上凸模在往下壓

57、，對彎曲件起校正作用，從而使工件產(chǎn)生進一步的塑性變形。此次彎曲是自由彎曲。 典型彎曲模結構:1.V 形件彎曲模;2.U 形件彎曲模;3.Z 形件彎曲模;4.四角形件彎曲模;5.圓筒形件彎曲模;6.對于圓筒直徑 d 為 10 ~ 40mm 、材料厚度大約1 mm 的圓筒形件.可以采用擺動式凹模結構的彎曲模一次彎成;7.鉸鏈彎曲模. 彎曲模結構設計應注意的問題 ,進行彎曲模的結構設計時，應注意以下幾點： （1）毛坯放置在模具上必須保證有正確可靠的定位。當工件上有 孔而且 允許用其作為定位孔時，應盡量利用工件上的孔定位,若工件上無孔但允許在毛坯上沖制工藝孔時，可以考慮在毛坯上設計出定位工藝孔

58、。當工件上不允許有工藝孔時，應考慮用定位板對毛坯外形定位。同時應設置壓料裝置壓緊毛坯以防止彎曲過程中毛坯的偏移。 （2）當采用多道工序彎曲時，各工序盡可能采用同一定位基準。 （3）設計模具結構應注意放入和取出工件的操作要安全、迅速和方便。 （4）彎曲凸 、凹模的定位要準確，結構要牢靠，不允許有相對轉動、位移。 （5）對于對稱彎曲件，彎曲模的凸模圓角半徑和凹模圓角半徑應保證兩側對稱相等，以免彎曲時毛坯發(fā)生滑動、偏移。 （6）彈性材料的準確回彈 值需要 通過試模對凸、凹模進行修正確定，因此模具結構設計要便于拆卸。 （7）由于 U 形彎曲件校正力大時會貼附凸模，所以在這種情況

59、下彎曲 模需設計 卸料裝置。 （8）結構設計應考慮當壓力機滑塊到達下極點時，使工件彎曲部分在與模具相接觸的工作部分間得到校 （9）設計制造彎曲模具時，可以先將凸模圓角半徑做成最小允許尺寸，以便試模后根據(jù)需要修整放大。 （10）為了盡量減少工件在彎曲過程中的拉長、變薄和劃傷等現(xiàn)象，彎曲模的凹模圓角半徑應光滑，凸 、凹模間隙要適當，不宜過小。 （11）當彎曲過程中有較大的水平側向力作用于模具上時，應設計側向力平 3.2 彎曲件工藝分析 汽車備輪架加固板三維視圖如圖3-1所示： 圖3-1 零件三維圖 該工件由兩次直角

60、型彎組成，即直角彎曲。簡單工藝，但在工序的安排與組合上卻直接決定該工件成型的正確性與可行性，若考慮安排不當，將導致彎曲工藝的錯誤?？梢猿醪脚袛嘁淮螐澢茈y成型；應考慮采用兩次彎曲結構。 下面就兩種工序安排進行分析比較： （1） 先進行壁部兩側的直角彎曲，然后進行四個小角的彎曲：該方案工藝簡單，但首次彎曲后工件底部與小角部成90度，無法設計模具的二次彎曲，因此會造成零件無法成型。 （2） 首先進行四個小角部分的直角彎曲，然后使用完全嵌入式凸模進行二次彎曲。 由以上分析可看出此次設計為U型件彎曲選擇第二種方案可行，便于大規(guī)模生產(chǎn)。 3.3 模具工作部分結構參數(shù)的設計 3.3.1 凸

61、模圓角半徑 當彎曲件的相對彎曲半徑 r / t 較小時，取凸模圓角半徑等于或略小于工件內(nèi)側的圓角半徑 r ，但不能小于材料所允許的最小彎曲半徑 r min 。若彎曲件的 r / t 小于最小相對彎曲半徑，則應取凸模圓角半徑 r t >rmin，然后增加一道整形工序，使整形模的凸模圓角半徑 r t = r 當彎曲件的相對彎曲半徑 r / t 較大（ r / t > 10 ），精度要求較高時，必須考慮回彈的影響，根據(jù)回彈值的大小對凸模圓角半徑進行修正。 3.3.2 凹模圓角半徑 凹模入口處圓角半徑 r a 的大小對彎曲力以及彎曲件的質(zhì)量均有影響，過小的凹模圓角半徑會使彎矩的彎曲力

62、臂減小，毛坯沿凹模圓角滑入時的阻力增大，彎曲 力增加 ，并易使工件表面擦傷甚至出現(xiàn)壓痕。 在生產(chǎn)中，通常根據(jù)材料的厚度選取凹模圓角半徑： 當 t ≤ 2 mm ， r a = (3 ～ 6) t t ＝ 2 ～ 4 mm ， r a = (2 ～ 3) t t ＞ 4 mm ， r a = 2 t 對于 U形彎曲件凹模，其底部圓角半徑可依據(jù)彎曲變形區(qū)坯料變薄的特點取 r a= (3～6) t=4t=4.5mm 3.3.3 彎曲凹模深度 凹模深度要適當，若過小則彎曲件兩端自由部分太長，工件回彈大,不平直；若深度過大則凹模增高，多耗模具材料并需要較大的壓力機工作行程

63、。 圖3-2 對于 U 形彎曲件，若直邊高度不大或要求兩邊平直，則凹模深度應大于工件的深度。如果彎曲件直邊較長，而且對平直度要求不高，凹模深度可以小于工件的高度，見圖 3c ，凹模深h0 值查參考文獻2 P137表 4.12。 表3-1是彎曲 U 形件凹模 的 h 0 值 (mm) 板料厚度 t ≤ 1 1～2 2～3 3～4 4～5 5～6 6～7 7～8 8～10 h 0 3 4 5 6 8 10 15 20 25 表3-1 表3-2是彎曲U形件的凹模深度(mm) 彎曲件邊

64、長 l 板 料 厚 度 t ＜ 1 ＞ 1 ~2 ＞ 2~4 ＞ 4~6 ＞ 6~10 ＜ 50 15 20 25 30 35 50~75 20 25 30 35 40 75~100 25 30 35 40 40 100~150 30 35 40 50 50 表3-2 因此選擇 h0=40mm （4）凹模深度h要適當 若凹模深度h過小，則工件兩端的自由部分太多，彎曲件回彈大，不平直，影響零件質(zhì)量。 若凹模深度過大，會使凹模高度增大，增加了模具鋼的用量，

65、且需要壓力機有較大的工作行程。 彎曲模的凹模和凸模尺寸要選擇適當， ①盡量減少回彈，平直，保證質(zhì)量。 ②減少模具鋼用量。降低成本。 ③降低壓力機行程。增加效率。 （5）彎曲凸 、凹模的間隙 V 形件彎曲 時， 凸 、凹模的間隙是靠調(diào)整壓力機的閉合高度來控制的。但在模具設計中，必須考慮到模具閉合時使模具工作部分與工件能緊密貼合，以保證彎曲質(zhì)量。 對于 U 形件彎曲，必須合理確定凸 、凹模之間的間隙，間隙過大則回彈大，工件的形狀和尺寸誤差增大。間隙過小會加大彎曲力，使工件厚度減薄，增加摩擦，擦傷工件并降低模具壽命。 U 形件凸、凹模的單面間隙 值一般 可按式3.2計算： 彎曲黑色金屬: 3-1 33 式中： —— 凸 、凹模的單面間隙( mm, 如圖3-69a所示 )； tmax——板料的最大厚度( mm )； t——板料厚度的基本尺寸( mm )； C—— 間隙系數(shù)，其值按表3.4.5選取。 下表是表間隙系數(shù)C值 （ mm） 彎曲件 高度 h b/h ≤ 2 b/h