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沖壓模具設計中側(cè)壁起皺的分析 F.-k. Chen and Y.-C. Liao 臺灣 臺北市國立臺灣大學機械工程部門 在沖壓過程中，起皺一般發(fā)生在有錐度的方形杯子和帶有階梯的矩形杯子成形時。這兩種起皺類型的共同特征是起皺都發(fā)生在相對沒有支撐的側(cè)壁。在沖壓一個有錐度的方形杯子時，當發(fā)生起皺時，比如沖模間隙和沖壓毛壞的壓力大小等參數(shù)的影響通過有限元模擬方法被檢查到。模擬結果顯示沖模間隙越大，起皺的就越明顯，而且起皺不能通過增加沖壓力來被抑制。在研究帶有階梯的矩形杯子沖壓過程的起皺時，發(fā)現(xiàn)了一個有相似幾何類型的實際部分。在側(cè)壁被發(fā)現(xiàn)的起皺是因為介于沖頭和階梯邊緣的金屬板料不平衡伸展造成的。為減少起皺，一個最適宜的沖模設計方法就是利用有限元分析法。在無起皺產(chǎn)品中介于模擬結果和實測結果的好協(xié)議使有限元分析法生效，而且證實了利用有限元分析法去設計沖模的優(yōu)勢。 關鍵詞：側(cè)壁起皺；沖模；階梯的矩形杯子；帶有錐度的主形杯子 1． 介紹 起皺是在金屬板料成形中主要的缺陷之一。由于性能和視察的原因，在產(chǎn)品中起皺往往不能被接受。在金屬板料成形過程中，有三種形式的起皺頻繁的發(fā)生：邊緣起皺，側(cè)壁起皺和由于殘余的彈性壓力引起的未變形區(qū)域的彈性彎曲。在沖壓一個復雜形狀零件的操作時，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，而且在實際操作中也可以通過增加沖壓力來防止起皺，但是過度的拉力會通過裂痕導致失敗。因此，沖壓力必須處于一個狹小的范圍，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算。對于沖壓一個復雜形狀的零件，當起皺發(fā)生在中心區(qū)域時，有意義的沖壓力范圍甚至不存在。 為了檢查起皺的形成結構，Yoshida et al.發(fā)明了一種測試，在這種測試里，一塊薄板料不是均勻的沿著它的斜度被拉伸。他們也計劃一個近似的理論模型，在這種模型里面，起皺的開始取決于在壓力不均勻區(qū)域中有壓縮的側(cè)部力的彈性灣曲。Yu et al.從實驗性和分析性上研究起皺問題，通過理論分析，他發(fā)現(xiàn)帶有兩個圓周波的起皺可能發(fā)生，然而，實驗結果顯示是四到六個。當通過一個有錐度的模具畫出金屬板料時，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單形狀零件關聯(lián)的起皺問題上，例如：一個圓形的杯子。在90年代早期，金屬板料成形中三維動態(tài)軟件和有限元方法的成功運用使得分析包括在沖壓一個復雜形狀零件的起皺問題成為可能。在當前的研究中，三維有限元分析法被用來分析在沖壓一個帶有階梯的矩形部分的過程中，產(chǎn)生起皺的金屬流動制造參數(shù)上。 一個帶有階梯的方形杯子，在杯子的每一邊都有一個傾斜的側(cè)壁，在帶有錐度的杯子也相應的存在傾斜的側(cè)壁。在沖壓過程中，側(cè)壁上的金屬板料相對沒被支撐，因此，這個部位更容易起皺。在當前的研究中，起皺過程中的各種不同的制造參數(shù)的影響都在被研究。在沖壓一個帶有階梯的方形杯子時，就像圖1B顯示的一樣，可以觀測到另一種形式的起皺。為了評估分析的效力，在當前的研究中，一個確切階梯幾何形狀的物體被檢測。通過使用有限元分析法和用適宜的模具設計來減少起皺，起皺的原因被確定。在觀測一個實際產(chǎn)品成形時，通過有限元分析法得到的模具設計方法得到證實。 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是用CAD或PRO/E軟件來設計的。同樣用CAD軟件，三節(jié)點和四節(jié)點的外形元素被采用用來為以上工具生產(chǎn)網(wǎng)眼系統(tǒng)。對于有限元模擬來說，工具被認為是剛硬的，而且對應的網(wǎng)眼被用來定義工具幾何學而不是壓力分析。同樣CAD軟件使用四節(jié)點外形元素來為板形壞料構造網(wǎng)眼。圖2顯示工具的完整布置的網(wǎng)眼系統(tǒng)和用來沖壓帶有階梯方形杯子的板形壞料。由于對稱條件，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上，沖模向下移動，逆著壓力機夾緊板形壞料。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 為了表演一個精確的有限元分析法，金屬板料的真實應力應變曲線被要求是輸入數(shù)據(jù)的一部分。在當前的研究中，拉深成形的金屬板料也被用來模擬。為在飛機上切割下的樣本測試被進行，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)方向進行著。平均的流動力σ，計算方程為σ=（σ0+2σ45+σ90）/4，因為每一個方法真實應變通常用來模擬帶錐度方形杯子和帶階梯矩形的沖壓，就如圖3顯示的那樣。 當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)的設置，沖頭的速度一般設置在10m/s，庫侖摩擦系數(shù)設置在0.1。 圖3 金屬板料的應力應變關系 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錐度方形杯子的尺寸，方形沖頭每一面的長度（2WP）、模腔的尺寸（2Wd）和高度(H)被認為是影響起皺的至關重要尺寸。在當前研究中，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。相關的在側(cè)壁沒被支撐的金屬板料的寬度取決于沖模間隙，起皺假想通過增加沖壓力來被抑制。相對于沖壓一個錐度方形杯子，沖模間隙和沖壓力兩方面的影響在接下來的部分被研究。 3.1沖模間隙的影響 為了檢查沖模間隙對起皺的影響，在沖壓一個錐度方形杯子時，分別用20mm，30mm，50mm大小的沖模間隙進行模擬沖壓。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，金屬的應力應變曲線如圖3所示。 圖4 G=50mm的帶有錐度的方形杯子 模擬結果顯示三次模擬中都發(fā)生起皺現(xiàn)象，沖模間隙為50mm沖壓出來的杯子模擬形狀如圖4。從圖4中可以看出，起皺分布在側(cè)壁，側(cè)壁拐角尤其明顯。這就說明在沖壓過程中，起皺是由于在側(cè)壁有大面積區(qū)域不被支撐，同樣，由于沖模間隙不一樣，沖頭各邊的長度和模腔尺寸也不一樣。由于橫向壓力的存大，在沖頭和模腔中拉深成形的金屬板料越來越不牢固。在壓縮下，側(cè)壁金屬板料不受限制的拉伸是起皺的主要原因。為了比較三種不同間隙沖壓出來的產(chǎn)品，兩個主要的應變比率β被介紹，β=εmin/εmax，這里的εmin和εmax分別是主要的和次要的應變。Hosford和Caddell已經(jīng)展示了β的實際值比β的評論值大，假設當起皺發(fā)生時，β的實際值越大，起皺的可能性就越大。 在三個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中標記出，在圖5中畫出。圖5中說明嚴重的起皺一般發(fā)生在拐角處，而對三個沖模間隙不同的沖壓，在側(cè)壁中心很少發(fā)生起皺。還說明了沖模間隙越大，β的實際值就越大。因此，增加沖模間隙將增加在錐度方形杯子側(cè)壁處發(fā)生起皺的可能性。 3.2沖壓力的影響 眾所周知，在沖壓過程中，增加沖壓力可以幫助排除起皺。為了研究增加沖壓力的影響，沖模間隙為50mm與起皺是有關聯(lián)的，用沖模間隙為50mm的模具沖壓帶有錐度方形杯子被用不同的沖壓力來模擬了。沖壓從100KN增加到600KN，這兩個力分別產(chǎn)生0.33Mpa和1.98Mpa。在上述部分，剩下的模擬條件與給定的是一樣的。處于中間的300KN也被用來模擬。 模擬結果顯示沖壓力的增加并沒有幫助消除發(fā)生在側(cè)壁的起皺。在圖4中已標出沿著橫截面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，兩個外殼的波浪形橫截面是相似的。這就說明在沖壓帶有錐度的方形杯子時，沖壓力不影響起皺的發(fā)生，這是因為起皺的原因主要是由于在有橫向壓力存在的側(cè)壁處有大面積區(qū)域不被支撐。沖壓力對沖頭和模腔之間材料不穩(wěn)定的模式并沒有影響。 圖5 沿著橫截面M-N不同沖模間隙的β值 4階梯矩形杯子 在沖壓一個階梯矩形杯子時，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沿臺階D-E而行。在近期的研究中，在一個實際的產(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，從拉力測試中獲得的應力應變關系如圖3所示。 這種沖壓部分產(chǎn)品的程序包括通過清理焊縫的深拉。在這種深拉過程中，沒有焊縫被用在沖模表面來幫助幫助金屬的流動。但是，由于沖頭拐角處的半徑過小和其復雜的幾何形狀，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。 為了進一步的了解沖壓過程中板料的變形，誕生了一種有限元的方法。這種有限元模擬方法被在最初的設計中。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，這被認為是拉裂的最主要原因。但是，根據(jù)有限元分析的結果，拉裂可以通過增加以半徑來避免。這種理念在現(xiàn)實產(chǎn)品中通過增加半徑得到證實。 個別的嘗試也被用來消除起皺。第一，沖壓力加到原來的2倍。但是，就像在拉深帶有錐度的杯子中得到的結果一樣，沖壓力對消除起皺現(xiàn)象沒有起有很大的效果。通過增加摩擦和毛坯尺寸也得到同樣的結論。于是我們推測，這種起皺不能通過增加沖壓力來得到抑制。 由于在金屬屈服于過大壓力的區(qū)域，往往會因為大量的金屬流動而起皺，一種通過在起皺區(qū)域增加掛鉤用于消除起皺的簡單方法被用來吸收多余的材料。為了多余的金屬能有效的被吸收，掛鉤應該平衡的加在起皺位置?；谶@種理念，兩個掛鉤被加在鄰近在壁上吸收多余的材料，如圖9如示。模擬結果顯示，階梯拐角處的起皺正如想象的那樣被吸收，但是，一些起皺仍然沒被吸收。這說明在側(cè)壁處需要更多的掛鉤來吸收所有過量的材料，但是這在模具設計中是不允許的。 利用有限元分析法分析沖壓工序的一個優(yōu)勢是沖壓過程中板料的變形形狀可以被監(jiān)測，而這在真實的產(chǎn)品沖壓過程中是不可能的。對沖壓過程中金屬流動的精密監(jiān)測顯示板料最開始通過沖頭的力按模腔的形狀成形，直到板料接觸到如圖1（b）階梯D-E邊緣才形成起皺。起皺的形狀如 圖9 加到側(cè)壁的起皺 圖10顯示的那樣。這就為模具設計的改進提供了有價值的信息。 圖10 當板料接觸臺階邊緣的起皺形成 圖11 切除了的臺階拐角 對于起皺的發(fā)生，最初的一個猜想是沖頭拐角處范圍A和階梯拐角處范圍D之間的金屬板料處于不平坦的拉深，就如圖1（b）所示。階梯拐角處被切主要是為了改善拉深條件，這樣就允許通過增加階梯邊緣有更多的拉伸被應用到如圖11所示，從而使得模具設計的改進得到發(fā)展。但是，杯子側(cè)壁處仍然有起皺，這就意味著起皺是因為整個沖頭邊緣和整個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。為了證實這種說法，兩種改進過了的模具設計被用來實驗：為了描述想象中的形狀用兩種拉深操作，一種是切去整個階梯，而另一種是增加更多的拉深操作。前一個方法的模擬形狀所圖12所示。自從更低的階梯被切去后，拉深工序與圖12中的矩形杯子拉深工序性很相似。從圖12中可以看出起皺現(xiàn)象已被消除。 在這兩種操作的拉深工序中，板料最初是被拉到很深的階梯處，如圖13（a）所示，然后，較低的階梯在第二步拉深操作中成形，同是，如圖13（b）所示的想象形狀也得到了。從圖13（b）可以清晰的看出，通過兩步拉深工序可以造出沒有起皺的階梯矩形杯子，同時也說明在兩步拉深工序中，如果相應的順序被應用，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，因為金屬不容易通過較低的階梯進入模具型腔。 圖12改善模具設計的模擬形狀 圖13 兩個操作步驟中的a第一步操作 b第二步操作 有限元分析法說明用簡單的拉深操作來設計理想產(chǎn)品的沖壓模具設計是很難完成的。但是，由于額外的模具費用和操作費用，兩個操作的制造費用是很高的。為了保持較低的制造費用，零件的設計師對形狀做出了合適的改變，而且通過有限元模擬分析法結果去切除較低的臺階來改善模具設計，如圖12所示。隨著設計方法的改進，產(chǎn)品真實的沖壓模具被制造出來，而且零件還沒有起皺，如圖14所示。通過有限元模擬分析法得到的零件也沒有起皺。 為了進一步驗證有限元模擬分析法的結果，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。這種吻合證實了有限元模擬分析法的效率。 圖14 無缺陷產(chǎn)品零件 圖15 G-H處模擬和測量厚度 5概要和結束語 通過有限元模擬分析法研究了兩種在沖壓過程中的起皺，而且還檢查了其起皺的原因和消除起皺的方法。 第一種形式的起皺發(fā)生在沖壓帶有錐度的方形杯子的側(cè)壁上，這種起皺的原因是因為沖模間隙過大（沖模間隙就是模腔的尺寸和沖頭的尺寸的差距）。當金屬被拉至模腔中，在沖頭和型腔中有一有害的拉深時，大的沖模間隙導致金屬板料的大面積區(qū)域不被支撐，因此大面積區(qū)域不被支撐導致起皺。有限元模擬分析法顯示這種起皺不能通過增加沖壓力的方法來得到抑制。 另一種形式的起皺發(fā)生在有階梯矩形的幾何形狀物體沖壓過程中。起皺往往發(fā)生在臺階以上的側(cè)壁，甚至沖模的間隙不是足夠的大。通過有限元模擬法得知，這種起皺主要是由于在沖頭和臺階邊緣存在不平坦的拉伸。在模具設計過程中，通過有限元模擬分析法單獨的嘗試被用來消除起皺，切除了臺階的模具被建立。通過無缺陷的零件證實了這種模具設計方法對消除起皺的作用。有限元模擬分析法得到的結果和真實產(chǎn)品中看到的結果相吻合說明了有限元模擬分析法的準確性，還證實了用有限元分析法代替真實的模具制造方法的效力。 感謝 作者希望感謝中國人民共和國民族科學委員會授于NSC-86-2212-E002-028編號才使得這個項目得到發(fā)展。他們也希望感謝KYM提供了產(chǎn)品零件。 參考文獻 1. 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W.F.Hosford 和 R.M.Caddell，金屬成形:機械和冶金，1993年第二季。 河南機電高等?？茖W校 畢業(yè)設計說明書 畢業(yè)設計題目：焊片沖壓工藝及模具設計 系 部 專 業(yè) 班 級 學生姓名 學 號 指導教師 2007年5 月 20 日 河南機電高等?？茖W校 畢業(yè)設計（論文）任務書 系 部： 材料工程系 專 業(yè)： 模具設計與制造 學生姓名: 學 號: 設計(論文)題目： 焊片沖壓工藝與模具設計 起 迄 日 期: 2007年 03 月 20日~ 06月 18 日 指 導 教 師: 2007 年 03 月 20 畢 業(yè) 設 計（論 文）任 務 書 1．本畢業(yè)設計（論文）課題來源及應達到的目的： 本設計是來源于實際生產(chǎn)，達到能夠獨立的完成一個沖壓模具的過程，在設計期間，能夠獨立的查閱有關資料，并熟悉設計為以后設計跟復雜的模具積累一定的經(jīng)驗。 2．本畢業(yè)設計（論文）課題任務的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術要求、工作要求等）： （1）了解目前國內(nèi)外沖壓模具的發(fā)展現(xiàn)狀； （2）沖壓件的結構工藝分析； （3）焊片模具設計，并編寫設計說明書一份； （4）繪制模具總裝圖一張，并畫出非標準零件的所有零件圖； 原始資料：零件件圖及其尺寸見說明書， 材料：黃銅 生產(chǎn)批量：大批量 所在專業(yè)審查意見： 負責人： 年 月 日 系部意見： 系領導： 年 月 日 河南機電高等?？茖W校 畢業(yè)設計評語 學生姓名： 班級: 學號： 題 目： 焊片模具設計及其制造 綜合成績： 指導者評語： 指導者(簽字)： 年 月 日 畢業(yè)設計評語 評閱者評語： 評閱者(簽字)： 年 月 日 答辯委員會（小組）評語： 答辯委員會（小組）負責人(簽字)： 年 月 日 河南機電高等?？茖W校 學生畢業(yè)設計（論文）中期檢查表 學生姓名 學 號 指導教師 選題情況 課題名稱 焊片沖壓工藝與模具設計 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 任務書 有 無 開題報告 有 無 外文翻譯質(zhì)量 優(yōu) 良 中 差 學習態(tài)度、出勤情況 好 一般 差 工作進度 快 按計劃進行 慢 中期工作匯報及解答問題情況 優(yōu) 良 中 差 中期成績評定： 所在專業(yè)意見： 負責人： 年 月 日 機械加工工藝過程卡 （模具專業(yè)沖壓模具課題適用） 機械加工工藝過程卡片 產(chǎn)品型號 零（部）件圖號 04 產(chǎn)品名稱 零（部）件名稱 凹模 材料牌號 Cr12MoV 毛坯 種類 棒料 毛坯外型尺寸 200x170x28 備注 工序號 工序名稱 工 序 內(nèi) 容 車間 工段 設備 工 藝 裝 備 工時 準終 單件 1 下料 210x180x32 金工 2 鍛造 201x171x29 金工 3 退火 消除鍛造后的內(nèi)應力，改善其加工性能 金工 4 刨（銑） 厚度留余量0.5～0.8 金工 5 平磨 磨平上下兩個平面 金工 6 劃線 按形孔及其它安裝孔劃線 金工 7 鉗工 鉆出穿絲孔 金工 8 插（銑） 金工 9 鉗工 加工螺孔 金工 10 熱處理 淬火 回火 54～58HRC 金工 11 平磨 磨平上下兩平面，表面粗糙度值應小于Ra1.6 金工 12 電火花切割 按圖樣編制切割程序，并將程序輸入計算機 金工 設計日期 審核日期 標準化日期 會簽 日期 13 研光 使工作表面光潔 金工 標記 記數(shù) 更改文 件號 簽字 日期 標記 處數(shù) 更該文件號 沖壓課程設計說明書 第 1 頁 緒 論 目前，我國沖壓技術與工業(yè)發(fā)達國家相比還相當?shù)穆浜?，主要原因是我國在沖壓 基礎理論及成形工藝、模具標準化、模具設計、模具制造工藝及設備等方面與工業(yè)發(fā) 達的國家尚有相當大的差距，導致我國模具在壽命、效率、加工精度、生產(chǎn)周期等方 面與工業(yè)發(fā)達國家的模具相比差距相當大。 1.1 國內(nèi)模具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 1.1.1 國內(nèi)模具的現(xiàn)狀 我國模具近年來發(fā)展很快，據(jù)不完全統(tǒng)計，2003 年我國模具生產(chǎn)廠點約有 2 萬多 家，從業(yè)人員約 50 多萬人，2004 年模具行業(yè)的發(fā)展保持良好勢頭，模具企業(yè)總體上訂 單充足，任務飽滿，2004 年模具產(chǎn)值 530 億元。進口模具 18.13 億 美元，出口模具 4.91 億美元，分別比 2003 年增長 18%、32.4%和 45.9%。進出口之比 2004 年為 3.69:1，進出口相抵后的進凈口達 13.2 億美元，為凈進口量較大的國家。 在 2 萬多家生產(chǎn)廠點中，有一半以上是自產(chǎn)自用的。在模具企業(yè)中，產(chǎn)值過億元 的模具企業(yè)只有 20 多家，中型企業(yè)幾十家，其余都是小型企業(yè)。 近年來， 模具行業(yè) 結構調(diào)整和體制改革步伐加快，主要表現(xiàn)為：大型、精密、復雜、長壽命中高檔模具 及模具標準件發(fā)展速度快于一般模具產(chǎn)品；專業(yè)模具廠數(shù)量增加，能力提高較快；"三 資"及私營企業(yè)發(fā)展迅速；國企股份制改造步伐加快等。 雖然說我國模具業(yè)發(fā)展迅速，但遠遠不能適應國民經(jīng)濟發(fā)展的需要。我國尚存在 以下幾方面的不足: 第一，體制不順，基礎薄弱。 “三資”企業(yè)雖然已經(jīng)對中國模具工業(yè)的發(fā)展起了 積極的推動作用，私營企業(yè)近年來發(fā)展較快，國企改革也在進行之中，但總體來看， 體制和機制尚不適應市場經(jīng)濟，再加上國內(nèi)模具工業(yè)基礎薄弱，因此，行業(yè)發(fā)展還不 盡如人意，特別是總體水平和高新技術方面。 第二，開發(fā)能力較差，經(jīng)濟效益欠佳.我國模具企業(yè)技術人員比例低，水平較低， 且不重視產(chǎn)品開發(fā)，在市場中經(jīng)常處于被動地位。我國每個模具職工平均年創(chuàng)造產(chǎn)值 沖壓課程設計說明書 第 2 頁 約合 1 萬美元，國外模具工業(yè)發(fā)達國家大多是 15～20 萬美元，有的高達 25～30 萬美 元，與之相對的是我國相當一部分模具企業(yè)還沿用過去作坊式管理，真正實現(xiàn)現(xiàn)代化 企業(yè)管理的企業(yè)較少。 第三，工藝裝備水平低，且配套性不好，利用率低．雖然國內(nèi)許多企業(yè)采用了先 進的加工設備，但總的來看裝備水平仍比國外企業(yè)落后許多，特別是設備數(shù)控化率和 CAD/CAM 應用覆蓋率要比國外企業(yè)低得多。由于體制和資金等原因，引進設備不配套， 設備與附配件不配套現(xiàn)象十分普遍，設備利用率低的問題長期得不到較好解決。裝備 水平低，帶來中國模具企業(yè)鉗工比例過高等問題。 第四，專業(yè)化、標準化、商品化的程度低、協(xié)作差． 由于長期以來受“大而全” “小而全”影響，許多模具企業(yè)觀念落后，模具企業(yè)專業(yè)化生產(chǎn)水平低，專業(yè)化分工 不細，商品化程度也低。目前國內(nèi)每年生產(chǎn)的模具，商品模具只占 45%左右，其馀為自 產(chǎn)自用。模具企業(yè)之間協(xié)作不好，難以完成較大規(guī)模的模具成套任務，與國際水平相 比要落后許多。模具標準化水平低，標準件使用覆蓋率低也對模具質(zhì)量、成本有較大 影響，對模具制造周期影響尤甚。 第五，模具材料及模具相關技術落后．模具材料性能、質(zhì)量和品種往往會影響模 具質(zhì)量、壽命及成本，國產(chǎn)模具鋼與國外進口鋼相比，無論是質(zhì)量還是品種規(guī)格，都 有較大差距。塑料、板材、設備等性能差，也直接影響模具水平的提高。 1.1.2 國內(nèi)模具的發(fā)展趨勢 巨大的市場需求將推動中國模具的工業(yè)調(diào)整發(fā)展。雖然我國的模具工業(yè)和技術在 過去的十多年得到了快速發(fā)展，但與國外工業(yè)發(fā)達國家相比仍存在較大差距，尚不能 完全滿足國民經(jīng)濟高速發(fā)展的需求。未來的十年，中國模具工業(yè)和技術的主要發(fā)展方 向包括以下幾方面: 1） 模具日趨大型化； 2）在模具設計制造中廣泛應用 CAD/CAE/CAM 技術； 3）模具掃描及數(shù)字化系統(tǒng)； 4）提高模具標準化水平和模具標準件的使用率； 5）發(fā)展優(yōu)質(zhì)模具材料和先進的表面處理技術； 沖壓課程設計說明書 第 3 頁 6）模具的精度將越來越高； 7）模具研磨拋光將自動化、智能化； 8）研究和應用模具的高速測量技術與逆向工程； 9）開發(fā)新的成形工藝和模具。 1.2 國外模具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 模具是工業(yè)生產(chǎn)關鍵的工藝裝備，在電子、建材、汽車、電機、電器、儀器儀表、 家電和通訊器材等產(chǎn)品中，60％－80％的零部件都要依靠模具成型。用模具生產(chǎn)制作 表現(xiàn)出的高效率、低成本、高精度、高一致性和清潔環(huán)保的特性，是其他加工制造方 法所無法替代的。模具生產(chǎn)技術水平的高低，已成為衡量一個國家制造業(yè)水平高低的 重要標志，并在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。近幾年， 全球模具市場呈現(xiàn)供不應求的局面，世界模具市場年交易總額為 600～650 億美元左右。 美國、日本、法國、瑞士等國家年出口模具量約占本國模具年總產(chǎn)值的三分之一。 國外模具總量中,大型、精密、復雜、長壽命模具的比例占到 50%以上；國外模具 企業(yè)的組織形式是"大而專"、"大而精"。2004 年中國模協(xié)在德國訪問時，從德國工、 模具行業(yè)組織--德國機械制造商聯(lián)合會（VDMA）工模具協(xié)會了解到，德國有模具企業(yè) 約 5000 家。2003 年德國模具產(chǎn)值達 48 億歐元。其中（VDMA）會員模具企業(yè)有 90 家， 這 90 家骨干模具企業(yè)的產(chǎn)值就占德國模具產(chǎn)值的 90%，可見其規(guī)模效益。 隨著時代的進步和技術的發(fā)展，國外的一些掌握和能運用新技術的人才如模具結 構設計、模具工藝設計、高級鉗工及企業(yè)管理人才，他們的技術水平比較高．故人均 產(chǎn)值也較高．我國每個職工平均每年創(chuàng)造模具產(chǎn)值約合 1 萬美元左右，而國外模具工 業(yè)發(fā)達國家大多 15～20 萬美元，有的達到 25～30 萬美元。 國外先進國家模具標準件使用覆蓋率達 70%以上，而我國才達到 45％． 沖壓課程設計說明書 第 4 頁 目 錄 緒論………………………………………………………………………………1 1.1 國內(nèi)模具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢………………………………………………1 1.1.1 國內(nèi)模具的現(xiàn)狀……………………………………………………………… 1.1.2 國內(nèi)模具的發(fā)展趨勢……………………………………………………… 1.2 國外模具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢………………………………………………3 第一章制件的工藝性分析……………………………………………………4 2.1 分析零件的沖壓工藝性………………………………………………………4 2.2 制件的外形分析 ……………………………………………………………… 5 第二章工藝方案的確定………………………………………………………5 第三章主要工藝參數(shù)計算 …………………………………………………………………… 3.1 排樣的設計與計算…………………………………………………………………… 5 3.2 沖壓力的計算并初步選取壓力機的噸位…………………………………………6 3.3 沖裁力的計算………………………………………………………………6 3.4 沖壓設備的確定………………………………………………………………8 3.5 壓力中心的確定及相關計算…………………………………………………8 3.6 工作零件忍口尺寸計算………………………………………………………………9 第四章模具總體設計………………………………………………………………………14 4.1 模具的類型選擇………………………………………………………………14 4.2 主要零部件的設計……………………………………………………………………14 4.3 模柄的設計…………………………………………………………………………21 4.4 固定板的設計……………………………………………………………………………22 4.5 墊板的設計………………………………………………………………………………22 4.6 卸料板的設計……………………………………………………………………………23 4.7 螺釘或銷釘?shù)脑O計………………………………………………………………………24 4.8 模架及其他零部件的設計………………………………………………………………24 沖壓課程設計說明書 第 5 頁 第五章.模具總裝圖及工作原理……………………………………………………………26 第六章模具總裝與調(diào)試……………………………………………………………………27 第七章結束語………………………………………………………………………………28 致謝 …………………………………………………………………………………28 參考文獻 ……………………………………………………………………………29 沖壓課程設計說明書 第 6 頁 第一章制件的工藝性分析 1.1分析零件的沖壓工藝性 零件圖 （1）材料： 黃銅板，具有良好的沖壓性能。 （2）工件結構：該零件的形狀相對比較簡單，為避免工件變形和保證模具強度， 孔邊距不能過小，其最小許可值當?。篊≥0.8 t 根據(jù)已知工件的尺寸可得： C1=2.8 t=3 所以工件的尺寸符合上述要求。 沖孔時因受凸模強度限制孔的尺寸不應太小，否則凸模易折斷或壓彎，查模具 制造手冊而知 2.7.2 表制件上孔的直徑當大于或等于 0.35 倍的料厚，即 d≥0.35t，由任務書零件圖易于看出工件尺寸符合要求 （3）尺寸精度：沖裁件上的未注公差等級定為 IT14 級，沖裁件的斷面粗糙度值與 材料塑性、厚度，沖裁間隙，刃口銳鈍及沖模結構相關，工件厚度為 3mm，其斷面粗糙 沖壓課程設計說明書 第 7 頁 度值為 12.5μm （4）結論：可以沖裁。 2.2 制件的外形分析 （1）沖裁件的外形轉(zhuǎn)角：沖裁件的外形無尖銳角，均圓弧過渡，查模具制造手 冊 2.7.1 知此圓角過度有利于模具加工，不會引起熱處理開裂和沖裁時尖角處的崩 刃和過快磨損的現(xiàn)象。 （2）在沖裁件的形狀和尺寸方面：此工件只有落料和沖孔兩個工序。材料為黃銅 板 9，厚度 3mm，適合沖裁。由零件圖可以知道：零件的結構簡單。這樣可以使的排樣 廢料最少。外形/內(nèi)孔避免了尖銳的清角， 。最小孔徑適宜，孔邊距未超過極限值。 沖壓課程設計說明書 第 8 頁 第二章沖壓工藝方案的確定 該工件包括落料、沖孔兩個基本工序，可以有三種工藝方案： 方案一：先落料，后沖孔。采用單工序模生產(chǎn)。 方案二：落料-沖孔復合沖壓。采用復合模生產(chǎn)。 方案三：落料-沖孔級進沖壓。采用級進模生產(chǎn)。 方案一模具結構簡單，但需兩道工序兩副模具，成本高而生產(chǎn)效率低，難以滿足 該零件的年產(chǎn)量需求，當然更難以滿足顧客的要求。 方案二只需一副模具，沖壓件的形位精度和尺寸精度容易保證，工件的精度及生 產(chǎn)效率都較高，但模具強度不足，無法沖出合格工件，模具易損壞，并且沖壓后成品 留在模具上，在清理模具上的物料時會影響沖壓速度，操作不方便。 方案三也只需一副模具，可以減少模具和設備的數(shù)量，提高生產(chǎn)率。并且操作安 全，便于實現(xiàn)沖壓生產(chǎn)自動化，在大批量生產(chǎn)中效果顯著，工件精度也能滿足要求。 通過對上述三種方案的分析比較，該工件的沖壓生產(chǎn)采用方案三為佳。 沖壓課程設計說明書 第 9 頁 第三章主要工藝參數(shù)計算 3.1 排樣的設計與計算 A 排樣圖的確定：合理的排樣是提高材料利用率、降低成本，保證沖件 質(zhì)量及模具壽命的有效措施。 設計級進模，首先要設計排樣圖。由于零件的外形，參考《沖壓手冊》 表 2-16 確定其排樣方式為直對排或者是直排。其排樣圖如圖所示： A 排樣方案圖 B 搭邊值的確定：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。 查表 2-18 得：最小工藝搭邊值 a(沿邊)=2.2mm a 1(工件間)= 2.5 mm C 沖壓材料規(guī)格的確定：查 P506 表 8-12，宜選用 390mm×600mm 的黃銅板。 D 材料利用率的確定：沖裁件的實際面積與所用板料面積的百分比叫材料 利用率。 如上圖所確定的排樣方案，該方案條料寬度為 39mm，步距為 30mm。每張鋼板 可裁 10 張條料，一個步距的材料利用率分別為 68％。每張條料可沖 20 個工件， 沖壓課程設計說明書 第 10 頁 每張鋼板總的材料利用率為 70％。 3.2 沖壓力的計算并初步選取壓力機噸位 （1）沖裁力的計算 沖裁力的大小隨凸模進入材料的深度（凸模行程）而變化，本模具采用普通平刃 口模具沖裁，其沖裁力 F 按下式計算： F= KLtτ b 該模具采用級進模，沖裁好的工件由落料孔落下，所以采用下出件。沖壓力的 相關計算見下表 1。根據(jù)結果沖壓設備擬選用 J23-10。 表 1 條料及沖壓力的相關計算 項目 公式 結果 沖裁件的面 積 A A=62×π- 3.22×π+7×6 +4×14+7×2- 1/2×2π×1 2+ 4×24-5×2×2 265.476mm2 條料寬度 B B=34.1+2× 2.2+0.5 39mm 步距 S S=13+2 15mm 排 樣 一個步距的 材料利用率 η η= %10?BSnA 68% 查表 2.5.2，最小搭邊 值 a=1.5mm,a1=1.2mm； 采用無側(cè)壓裝置 沖 壓 力 沖裁力 F=KLtτ b =1.3×600× 3×200 468000N 沖壓課程設計說明書 第 11 頁 （2）沖壓設備的確定 通過校核，選擇開式雙柱可傾壓力機 J23-50 能滿足使用要求。其主要技術參 數(shù)如下表。 公稱壓力/KN 500 發(fā)生公稱壓力時滑塊離下極點距離/mm 4 滑塊固定行程/mm 60 滑塊調(diào)節(jié)行程/mm 60/8 標準行程次數(shù)(不小于)(次/min) 135 (快速型)發(fā)生公稱壓力時滑塊離下極點距離/mm 1.5 (快速型)滑塊行程/mm 30 (快速型)行程次數(shù)(不小于)(次/min) 300 (最大閉合高度)固定臺和可傾/mm 180 閉合高度調(diào)節(jié)量/mm 50 (標準型)滑塊中心到機身距離(吼深)/mm 130 (標準型)工作臺尺寸(左右×前后)/mm 360×240 (標準型)工作臺孔尺寸(左右×前后)/mm 180×90 (標準型)工作臺孔尺寸(直徑)/mm 130 (標準型)立柱間距離(不小于)/mm 180 模柄孔尺寸(直徑×深度)/mm Ф34×84 工作臺板厚度/mm 50 傾斜角(不小于)(°) 30 3.3 壓力中心的確定及相關計算 為保證壓力機和模具正常工作，必須使沖模的壓力中心與壓力機的滑塊中心 相重合。否則在沖壓時會使沖模與壓力機的滑塊歪斜，引起凸、凹模間隙不均勻 和導向零件加速磨損，造成刃口和其他零件的損壞，甚至會引起壓力機導軌的磨 損。影響壓力機的精度，對于形狀簡單而對稱的工件如矩形、圓形、正多邊形， 其沖裁的壓力中心與工件的幾何中心重合。 結合零件圖，該零件圖上部是圓其壓力中心位于其圓心，下部是直線段其壓力中 心位于直線段的中線，沖裁件的壓力中心即為工件的幾何中心。該工件的沖裁力不大， 為便于模具的加工和裝配，模具中心選在工件的幾何中心。若選用 J23-50，工件的幾 沖壓課程設計說明書 第 12 頁 何中心仍在壓力機模柄孔投影面積范圍內(nèi)，滿足要求。 3.4 工作刃口的計算 在確定工作零件刃口尺寸計算方法之前，首先要考慮工作零件的加工方法及 模具的裝配方法。結合該模具的特點，工作零件的形狀相對簡單，適宜采用線切割 機床分別加工沖孔凸模、凸凹模、凸模固定板以及卸料板，這種加工方法可以保證 這些零件各個孔的同軸度，使裝配工作簡化。因此工作零件刃口尺寸計算就按分開 加工的方法來計算，具體計算見下表 2。 表 2 工作零件刃口尺寸計算 尺寸及分類 尺寸轉(zhuǎn)換 計算公式 計算結果 備 注 DT= 0.2418? φ12 φ 0.621? DA= 0.369? 6 0.62? D A= 0.15? 4 0.42? D A= 0.15369? 14 0.341? D A= 0.85? 19 0.429? D A= 0.1579? 24 0.34? D A= 0.342?落料 2 DT=??minmaxZ??? DA=????max 磨損系數(shù) X=0.5，模 具按 IT8 級制造。校 核滿足 δ T+δ A ≤（Z max-Zmin） 沖壓課程設計說明書 第 13 頁 0.42? D A= 0.1579? 28 0.369? D A= 0.928? 沖孔 LA=7 0.0775?DT=?????mindDA= iZ凹 磨損系數(shù)為 X=0.75 DT= 0.246?? DA= +0.367 孔心 距 7 0.317??L A= 8?? LA=7 0.0755? 該零件在彎曲前屬于無特殊要求的一般沖孔落料件，外形尺寸由落料 獲得，而中 間的小孔尺寸則是由沖孔得到。 查表 2.3.3 而知：Zmin = 0.210mm Zmax = 0.270mm Zmax –Zmin = 0.114mm 設凸、凹模分別按 IT9、 IT10 級精度制造，分別計算 Dt. DA如下 （1）沖 φ6.4mm 的小孔 ??maxin0.4TZ?????maxin0.6AZ??? d = 0i+T??? = 0.246.751?? = 0.249? d =A??0minATZ?? = .3606.1 沖壓課程設計說明書 第 14 頁 = 0.367? 校核：|δT|+|δA|≤ Zmax-Zmin 0.024+0.036≤0.270-0.210 0.06 =0.06 滿足公差間隙條件 （2）沖孔距尺寸 Ld=L1±1/8Δ=7±0.125 ×2×0.31=7±0.0755 （3）落料計算： 沖壓課程設計說明書 第 15 頁 工件尺寸圖 落料時采用凸模與凹模配做法，以落料凹模為基準件以下尺寸屬于 A 類尺寸。 L = A??0max AD???? = .03612.54? = 0.3678? D =A?? /40maxX?? = .85.2?? = 0.8537? E =A?? /40max?? .62.??? 0.6? F =A?? /40maxDX??? .72.58?? 0.76? G =A?? /40max??? 沖壓課程設計說明書 第 16 頁 ??0.924.536????0.98? H =A /40maxDX?? ??.151.2??? 0.15879? J =A /40max?? ??.085.3??? 0.751? 落料時采用凸模與凹模配做法，以落料凹模為基準件以下尺寸屬于 B 類尺寸。??0/4maxACD??0.52.2???0.5? 沖壓課程設計說明書 第 17 頁 第四章模具總體設計 4.1 模具的類型選擇 （1）由沖壓工藝分析可知，采用級進模，所以模具類型為級進模。 定位方法的選擇 （2）因為該模具采用的是條料，控制條料的送進方向采用導料銷，導料板。 控制條料的送進步距采用擋料銷定距，因為零件的尺寸精度的要求不是很嚴格，此 定位方法完全可以滿足要求。 卸料、出件方式的選擇 （3）因為工件的厚度為 3mm，相對較薄，卸料力也不是很大 ，可采用卸料板 卸料，又因為是級進模生產(chǎn)，所以采用下出件的方式比較便于操作與生產(chǎn)率的提高。 導向方式的選擇 （4）為提高模具壽命和工件質(zhì)量，方便安裝調(diào)整及送料的方便，該模具采用 后側(cè)導柱的導向方式。 4.2 主要零部件設計 （1）工作零件的結構設計 ① 落料凸模 沖壓課程設計說明書 第 18 頁 落料凸模草圖 結合工件外形并考慮加工，將落料凸模設計成臺階式，采用線切割機床加工，4 個 M12 的螺釘固定在墊板上，其與凸模固定板的配合為 ，其總長為 60 mm，經(jīng)56mH 校核計算凸模的強度足夠。 ② 沖孔凸模 因為所沖的孔為圓形，而且不屬于需要特別保護的小凸模，所以沖孔凸模采用 臺階式，一方面加工簡單，另一方面由便于裝配與更換。其中 φ6.4mm，可選用標 準件 A 型式（尺寸為 6.4×84mm） 。沖 φ6.4mm 孔的凸模結構可參考零件圖。 沖壓課程設計說明書 第 19 頁 沖孔凸模草圖 凸模長度的校核計算： F= F=1.3×Т×t×L=468000N 經(jīng)校核計算凸模的強度足夠。 ③ 凹模的設計 在本模具中采用螺釘和銷釘將凹模直接固定在下模座上,凹模刃口為直壁式 , 凹模采用銷釘和螺釘固定時要保證螺釘(或沉孔)間、螺孔與銷孔間及螺孔與凹模刃壁 間的距離不能太近,否則會影響模具的壽命。壁厚 40 查表 2.9.4 確定凹模厚度為 40 mm 凹模采用整體式結構，各沖裁的凹模孔均采用電火花線切割加工，安排凹模在模架 上的位置時，要依據(jù)計算壓力中心的數(shù)據(jù)，將壓力中心與模柄中心重合。其輪廓尺 寸可按公式 2.9.3、2.9.4 計算： 凹模厚度 H=kb=0.35×34=22mm 凹模壁厚 c=（1.5∽2）H=33∽44mm 沖壓課程設計說明書 第 20 頁 取凹模厚度 H=28mm 凹模壁厚度 c=40mm 凹模寬度 B=170 mm 凹模長度 L 取 200（送料方向） 凹模輪廓尺寸為 200×170 mm×40mm，草圖如下： 凹模草圖 （2）定位零件的設計 沖模的定位零件是用來保證條料的正確送進及在模具中的正確位置。 在本模具中采用的是條料，所以選用導料板和固定擋料銷來實現(xiàn)對沖裁條料的定位。 導料銷一般設兩個，并位于條料的同一側(cè)。從左向右送料時，導料銷裝在右側(cè)，從前 先后送料時導料銷裝在左側(cè)。導料銷在本模具中直接 安裝在凹模板上。在裝配圖中很 容易看到。 固定擋料銷同樣起定位的作用，用它擋住搭邊或沖件輪廓，以限定條料的送進距離。 在本模具中試用固定擋料銷，其結構簡單、制造容易，在模具中廣泛應用作定距；但 沖壓課程設計說明書 第 21 頁 其存在著缺點：銷孔距離凹模刃壁較近，削弱了凹模的強度。 固定擋料銷草圖 在首件沖裁之前，用手將始用擋料塊壓入以限定條料的位置，在以后各次沖裁中， 放開始用擋料塊，始用擋料塊被彈簧彈出，不再起擋料作用，而靠固定擋料銷對條料 定位。 沖壓課程設計說明書 第 22 頁 始用擋料塊草圖 落料凸模下部設置 1 個導正銷，使用擋料銷可以消除送進導向和送料定距或定位板 等粗定位的誤差，沖裁中，導正銷先進入沖孔中，導正條料位置，保證孔與外形相對 位置公差的要求，次導正銷借用工件上 φ6.4mm 的孔作導正孔。導正應在卸料板壓緊 板料之前完成導正，考慮料厚和裝配后卸料板下平面超出凸模端面 1mm，所以導正銷直 線部分的長度為 1.8mm。導正銷采用 安裝在落料凸模端面，導正銷導正部分與導67rH 正孔采用 配合。其中此零件可以采用標準件 A 型（具體結構及尺寸可查表67hH 2.9.7） 。 沖壓課程設計說明書 第 23 頁 導正銷草圖 （3）導料板的設計 沖壓課程設計說明書 第 24 頁 導料板草圖 導料板的內(nèi)側(cè)與條料接觸，外側(cè)與凹模齊平，導料板與條料之間的間隙取 1mm,這 樣就可確定了導料板的寬度，導料板的厚度按表 2.9.7 選擇。導料板采用 45 鋼制 作，熱處理硬度為 40∽45HRC，用螺釘和銷釘固定在凹模上。導料板的進料端安裝 有承料板。 4.3 模柄的設計 沖壓課程設計說明書 第 25 頁 模柄草圖 本模具采用模柄將上模固定在壓力機的滑塊上。模柄是作為上模與壓力機滑塊連接 的零件。對它的基本要求是:一要與壓力機滑塊上的模柄孔正確配合,安裝可靠；二要 與上模正確而可靠的連接。 在本模具中選用壓入式模柄，通過螺紋與上模座連接并加螺絲防止轉(zhuǎn)動。這種模柄 可較好的保證軸線與上模座軸線垂直。 模柄材料通常采用 Q235 或 Q275 鋼,在此選用 Q235 鋼.其支撐面應垂直于模柄的軸 線(垂直度不應超過 0.02:100)。 模柄在本模具選用標準尺寸，并根據(jù)前文壓力機的參數(shù)確定模柄的直徑和長度?，F(xiàn) 制草圖如下并標明其具體尺寸： 4.4 固定板的設計 將凸模或凹模按一定相對的位置壓入固定后，作為一個整體安裝在上模座上。在 本模具中只有凸模需要由固定板來固定。 沖壓課程設計說明書 第 26 頁 固定板的厚度一般取凹模厚度的 0.6～0.8 倍,其平面尺寸可與凹模、卸料板外形尺 寸相同,需考慮緊固螺釘及銷釘?shù)奈恢?。固定板的凸凹模安裝孔與凸凹模采用過渡配合 H7/m6、H7/n6，壓裝后將凸凹模端面和固定板一起磨平?，F(xiàn)選用標準凸模固定板尺寸 為:200mm×170mm×20mm 固定板草圖 4.5 墊板的設計 墊板的作用是直接承受凸模的壓力，以降低模座承受的單位壓力，防止模座被 局部壓陷，影響凸模的正常工作。墊板的外形尺寸和模板相同，厚度取 8mm 沖壓課程設計說明書 第 27 頁 墊板草圖 4.6 卸料板的設計 卸料板用在卡在凸模上的沖裁件或廢料，卸料板的周界尺寸與凸凹模的周界 尺寸相同，厚度為 16mm。卸料板采用 45 鋼制造，淬火硬度為 23∽28HRC。 沖壓課程設計說明書 第 28 頁 卸料板草圖 4.7 螺釘或銷釘?shù)脑O計 螺釘和銷釘都是標準件，設計模具時按標準選用即可。螺釘用于固定模具零件， 一般選用內(nèi)六角螺釘，銷釘起定位作用。螺釘、銷釘規(guī)格應根據(jù)沖壓力大小、凹模 厚度等確定。 4.8 模架及其他零部件的設計 該模具采用后側(cè)導柱模架，這種模架的導柱在模具后側(cè)位置，以凸凹模周界尺 寸為依據(jù)，選擇模架規(guī)格。 導柱 d/mm×L/mm 分別為 φ25×180，φ32×160；導套 d/mm×L/mm×D/mm 分 別為 φ25×50×20，φ32×60×24。 沖壓課程設計說明書 第 29 頁 模架草圖 上模座的厚度 H 上模 取 20mm，上模座墊板的厚度 H 墊 取 6mm，固定板的厚度取 10mm，下模座的厚度 H 下模 取 25mm，那么，該模具的閉合高度： H 閉 =H 上模 +H 墊 +H 下模 +H+L-h2 =（20+6+25+25-2+55）=129mm 式中：L-沖孔凸模長度，L=55mm； H-凹模厚度，H=25mm； h2-凸模沖裁進入凹模的深度，h 2=2mm。 可見該模具閉合厚度小于所選壓力機 J23-10 的最大裝模高度（250mm） ，可 以使用。 10.模具強度校核 ① 沖孔凸模 查表 2.9.2 可得強度校核公式 L≤270 ；壓應力的校核公式 d≥ 。其Fd 2 ??凹??t4 中 d=6.4mm，t=3mm，F(xiàn)=468000N，τ=200Mpa，[σ 壓 ]=700Mpa。將上述數(shù)據(jù)帶入上 面公式可得以下結論：該沖孔模具的強度以及壓應力均符合要求。 ② 落料凹模 對于其結構及尺寸的設計，均按生產(chǎn)經(jīng)驗公式設計。這樣就可以完全落料凹模 符合強度的要求。 沖壓課程設計說明書 第 30 頁 ③ 落料凸模 由于采用級進模，為避免沖孔廢料的積聚。所以，對于凹模采用錐形刃口。這 樣可以保證模具的壁厚符合最小壁厚（0.7mm）的要求。而對于其尺寸的設計確定， 則參考了沖孔凸模的設計。查表 2.9.2 的強度校核公式 L≤1180 ，d≥ 。FJ??凹? 其中 F=468000N，[σ 壓 ]=700Mpa，J=7mm 4。將上述數(shù)據(jù)帶入上面公式可得以下結論： 該凸凹模的強度以及壓應力均符合要求。 11.模具總裝圖及工作原理 通過以上設計，可得到這套模具的總裝圖。模具的上模部分主要有上模板、墊 板、落料凸模、沖孔凸模、凸模固定板等組成。下部分由下模座、凹模、凹模固定 板、卸料板等組成。卸料方式采用固定卸料，以橡膠為彈性元件。沖孔廢件從漏料 孔中漏出，工件從凹模中落下。 模具總裝圖 工作原理:條料送進時采用固定擋料銷進行定位，而有導料銷和導料板保證送 料沿正確的方向送進。當條料送到指定位置時，上模在壓力機的作用下進行沖壓。 沖壓課程設計說明書 第 31 頁 當沖壓完成時，上模上行回程，卡在落料凸模上的廢料由彈性卸料板卸下，工件從 凹模中落下。然后，再開始下一個行程。 12.模具的總裝與試沖 模具裝配，就是把組成模具的零部件按照圖紙的要求連接或固定起來，使之成為滿 足一定成形工藝要求的專用工藝裝備。 模具裝配圖及驗收技術條件是模具 裝配的依據(jù)，構成模具的所有零件，包括標準 件、通用件及成形零件等符合技術要求是模具裝配的基礎，但是，并不是有了合格的 零件，就一定能裝配出符合設計要求的模具，合理的裝配工藝及裝配經(jīng)驗也很重要。 模具裝配過程是模具制造工藝全過程的關鍵環(huán)節(jié)，包括裝配、調(diào)整、檢驗和試模。 在裝配時，零件或相鄰裝配單元的配合和連接均需按裝配工藝確定的裝配基準進行 定位與固定，以保證它們之間的配合精度和位置精度，從而保證模具凸模與凹模精密 均勻的配合、模具開合運動及其他輔助機構（如卸料、送料等）運動的精確性，進而 保證制件的精度和質(zhì)量，保證模具的使用性能和壽命。 模具的裝配精度一般由設計人員根據(jù)產(chǎn)品零件的技術要求、生產(chǎn)批量等因素確定。 對于沖模而言，主要有凸凹模間隙，上下模座底面的平行度，導柱導套配合精度等。 總裝時，根據(jù)模具裝配圖的技術要求，完成模具的模架、凹模部分、凸模部分等分 裝之后，即可進行總裝配。首先應根據(jù)主要零件的相互依賴關系，以及裝配方便和易 于保證裝配精度要求來確定裝配基準件，例如復合模一般以凸凹模作為裝配基準件， 級進模以凹模作為裝配基準件；其次，應確定裝配順序，根據(jù)各個零件與裝配基準件 的依賴關系和遠近程度確定裝配順序。裝配結束后，要進行試沖，通過試沖發(fā)現(xiàn)問題， 并及時調(diào)整和修理直至模具沖出合格零件為止。 1.通讀設計圖樣，了解級進模的結構特點。 本模具的裝配工藝要點是：在一付模具中有規(guī)律的安排 2 個工序進行連續(xù)沖壓， 同時保證落料和沖孔用凸、凹模間隙的均勻；導正銷工作可靠，且卸料板能及時卸下 工件 2. 查對各零件已完成裝配前的加工工序，并經(jīng)檢驗合格。 3.確定裝配方法和裝配順序。 經(jīng)查對認定模具零件已加工完成，可采用直接裝配方法。 結合模具結構特點，對凹模、凸模先進行分組裝配，再進行總裝配。選用以凹模為基 準件，先裝配上模，再裝配下模及輔助零件，步驟如下： （1） 模架的裝配 模架的裝配主要是指導柱和導套的裝配，導柱與導套之間采用過盈配合，導柱壓 入下模座，導套壓入上模座，裝配后的模架，上模座沿導柱上、下移動應平穩(wěn)，無阻 礙現(xiàn)象。 沖壓課程設計說明書 第 32 頁 壓入上、下模座的導套、導柱，離其安裝面應有 1-2mm 的距離，壓入后應牢固， 不可松動。 （2） 下模的裝配 凹模裝在下模座上，對正中心。 （3） 上模裝配 以凹模為基準，按沖裁間隙，均勻找正凸模位置，將凸模與固定板、墊板裝合， 保證，間隙均勻。 （4）裝卸料板、承料板和條料導向、定位銷等。 試沖 模具裝配以后，必須在生產(chǎn)條件下進行試沖。通過試沖可以發(fā)現(xiàn)模具設計和制造的不 足，并找出原因，對模具進行適當?shù)恼{(diào)整和修理，知道模具正常工作沖出合格制件為 止。 沖裁模具經(jīng)試沖合格后，應在模具模板正面打刻編號、沖模圖號、制件號、使用壓力 機型號、裝配鉗工工號、制造日期等，并涂油防銹后經(jīng)檢驗合格入庫。 13.設計總結 通過沖壓課程設計，我進一步鞏固了沖裁理論知識。并且也加深了相關理論知 識的認識。同時熟練掌握了專業(yè)工具書的使用方法。在整個過程中，增強了自己的 動手能力及獨立思考解決問題的能力。當然，由于本人水平有限及缺乏生產(chǎn)實際經(jīng) 驗，該設計難免存在不足之處。希望老師對此提出批評意見，在此表示萬分的感謝。 沖壓課程設計說明書 第 33 頁 致謝 感謝我的指導老師于老師，她對仔細審閱了本文的全部內(nèi)容并對我的畢業(yè)設計內(nèi) 容提出了許多建設性建議。于智宏老師淵博的知識，誠懇的為人，使我受益匪淺，在 畢業(yè)設計的過程中，特別是遇到困難時，她給了我鼓勵和幫助，在這里我向她表示真 誠的感謝！ 感謝母?！幽蠙C電高等專科學校的辛勤培育之恩！感謝材料工程系給我提供 的良好學習及實踐環(huán)境，使我學到了許多新的知識，掌握了一定的操作技能。 畢業(yè)設計是我們進行完了三年的模具設計與制造專業(yè)課程后進行的，它是對我們?nèi)?年來所學課程的又一次深入、系統(tǒng)的綜合性的復習，也是一次理論聯(lián)系實踐的訓練。 它在我們的學習中占有重要的地位。 通過這次畢業(yè)設計使我在溫習學過的知識的同時又學習了許多新知識，對一原來一 知半解的理論也有了進一步的的認識。特別是原來所學的一些專業(yè)基礎課：如機械制 圖、模具材料、公差配合與技術測量、冷沖模具設計與制造等有了更深刻的理解，使 我進一步的了解了怎樣將這些知識運用到實際的設計中。同時還使我更清楚了模具設 計過程中要考慮的問題，如怎樣使制造的模具既能滿足使用要求又不浪費材料，保證 工件的經(jīng)濟性，加工工藝的合理性。 在學校中，我們主要學的是理論性的知識，而實踐性很欠缺，而畢業(yè)設計就相當于 實戰(zhàn)前的一次演練。通過畢業(yè)設計可是把我們以前學的專業(yè)知識系統(tǒng)的連貫起來，使 我們在溫習舊知識的同時也可以學習到很多新的知識；這不但提高了我們解決問題的 能力，開闊了我們的視野，在一定程度上彌補我們實踐經(jīng)驗的不足，為以后的工作打 下堅實的基礎。 通過對焊片冷沖模的設計，我對沖裁模有了更為深刻的認識，特別是這種沖孔落料 模具的設計。在模具的設計過程中也遇到了一些難以處理的問題，雖然設計中對它們 做出了解決 ，但還是感覺這些方案中還是不能盡如人意，如壓力計算時的公式的選用、 凸、凹模間隙的計算、卸件機構選用、工作零件距離的調(diào)整，都可以進行進一步的完 善，使生產(chǎn)效率提高。 歷經(jīng)近二個月的畢業(yè)設計即將結束，敬請各位老師對我的設計過程作最后檢查。在 這次畢業(yè)設計中通過參考、查閱各種有關模具方面的資料，請教各位老師有關模具方 面的問題，并且和同學的探討，模具設計在實際中可能遇到的具體問題，使我在這短 暫的時間里，對模具的認識有了一個質(zhì)的飛躍。 沖壓課程設計說明書 第 34 頁 從陌生到開始接觸，從了解到熟悉，這是每個人學習事物所必經(jīng)的一般過程，我對 模具的認識過程亦是如此。經(jīng)過近三個月的努力，我相信這次畢業(yè)設計一定能為三年 的大學生涯劃上一個圓滿的句號，為將來的事業(yè)奠定堅實的基礎。 在這次設計過程中得到了老師以及許多同學的幫助，我受益匪淺。在此，再次感謝 各位老師特別是我的指導老師于智宏老師在這一段時間給予無私的幫助和指導，并向 他們致于深深的敬意，對關心和指導過我各位老師表示衷心的感謝! 沖壓課程設計說明書 第 35 頁 參考文獻 [1]陳錫棟、周小玉主編.實用模具技術手冊[ M].北京：機械工業(yè)出版社，2001 [2]李紹林、馬長福主編.實用模具技術手冊[ M].上?？茖W技術出版社，1998 [3]許發(fā)樾主編.實用模具設計與制造手冊[ M].北京：機械工業(yè)出版社，2000 [4]楊玉英主編.實用沖壓工藝及模具設計手冊[ M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2004 [5]模具實用技術叢書編委會.沖壓設計應用實例[ M].北京：機械工業(yè)出版社.1999 [6]翟德梅主編.模具制造技術[ M].河南機電高等專科學校 [7]王芳主編.冷沖壓模具設計指導[ M]. 北京：機械工業(yè)出版社，1998 [8]任嘉卉主編.公差與配合手冊[ M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2000 [9]李易、于成功、聞小芝主編.現(xiàn)代模具設計、制造、調(diào)試與維修實用手冊[ M].北京： 金版電子出版公司，2003 [10]彭建聲、秦曉剛編著.模具技術問答[ M]. 北京：機械工業(yè)出版社，1996 [11] Williams. 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