裝配圖沖孔落料復合模設計及三維造型設計,裝配,沖孔,復合,設計,三維,造型 目錄 前言 2 第一章 中國模具工業(yè)和技術的發(fā)展 3 ㈠中國模具工業(yè)的發(fā)展現狀 3 ㈡中國模具技術的進步 4 ㈢模具行業(yè)發(fā)展前景和趨勢分析 7 第二章 沖壓的基本工藝及過程 12 ㈠ 冷沖壓的概念 12 第三章 沖模結構設計 14 ㈠沖模結構類型和應用 14 ㈡沖模設計程序與要點 14 第四章 沖壓常用材料 17 ㈠沖模材料的選用原則 18 第五章 沖壓設備的選用 23 第六章 沖裁間隙 25 ㈠理論間隙（設計間隙） 25 ㈡靜態(tài)間隙（裝配間隙） 25 ㈢動態(tài)間隙（實際間隙） 25 ㈣沖裁間隙的影響 26 ㈤間隙的確定 26 ㈥間隙的選取原則 27 第七章沖裁 29 第八章模具加工 31 (一)模具零件的毛坯選擇 31 （二）模具零件的機械加工 32 (三）模具零件的電加工 34 (四）模具零件常用精加工方法比較 37 前言 這次實習是我們參與實踐活動的很重要的一部分，也是大學里最后一次實習。在李章東、趙否峰、朱福順、冀國良幾位老師的帶領下我們實地參觀了焦作模具廠，可以說我們在這次實習中學到了很多在課堂沒學到的知識，受益匪淺。實實在在的接觸到了真實的模具及其加工的全過程。 這次畢業(yè)實習是我們材控專業(yè)知識結構中不可缺少的組成部分，并作為一個獨立的項目列入專業(yè)教學計劃中的。其目的在于通過實習使學生獲得基本生產的感性知識，理論聯(lián)系實際，擴大知識面；同時專業(yè)實習又是鍛煉和培養(yǎng)學生業(yè)務能力及素質的重要渠道，培養(yǎng)當代大學生具有吃苦耐勞的精神，也是學生接觸社會、了解產業(yè)狀況、了解國情的一個重要途徑，逐步實現由學生到社會的轉變，培養(yǎng)我們初步擔任技術工作的能力、初步了解企業(yè)管理的基本方法和技能；體驗企業(yè)工作的內容和方法。這些實際知識，對我們學習后面的課程乃至以后的工作，都是十分必要的基礎。 第一章 中國模具工業(yè)和技術的發(fā)展 ㈠中國模具工業(yè)的發(fā)展現狀 整體來看，中國塑料模具無論是在數量上，還是在質量、技術和能力等方面都有了很大進步，但與國民經濟發(fā)展的需求、世界先進水平相比，差距仍很大。一些大型、精密、復雜、長壽命的中高檔塑料模具仍需大量進口。在總量供不應求的同時，一些低檔塑料模具卻供過于求，市場競爭激烈，還有一些技術含量不太高的中檔塑料模具也有供過于求的趨勢。加入WTO，給塑料模具產業(yè)帶來了巨大的挑戰(zhàn)，同時帶來更多的機會。由于中國塑料模具以 中低檔產品為主，產品價格優(yōu)勢明顯，有些甚至只有國外產品價格的1/5～1/3，加入WTO后，國外同類產品對國內沖擊不大，而中國中低檔模具的出口量則加大；在高精模具方面，加入WTO前本來就主要依靠進口，加入WTO后，不僅為高精尖產品的進口帶來了更多的便利，同時還促使更多外資來中國建廠，帶來國外先進的模具技術和管理經驗，對培養(yǎng)中國的專業(yè)模具人才起到了推動作用。 2007年，中國塑料模具總產值約300多億元人民幣，其中出口額約58億元人民幣。根據海關統(tǒng)計資料，2007年中國共進口塑料模具約10億美元，約合83億元人民幣。由此可以得出，除自產自用外，市場銷售方面，2007年中國塑料模具總需求約為313億元人民幣，國產模具總供給約為230億元人民幣，市場滿足率為73.5％。進口的塑料模具中，最多的是為汽車配套的各種裝飾件模具、為家電配套的各種塑殼模具、為通信及辦公設備配套的各種注塑模具、為建材配套的擠塑模具以及為電子工業(yè)配套的各種塑封模具等。出口的塑料模具以中低檔產品居多。由于中國塑料模具價格較低，在國際市場中有較強的競爭力，所以進一步擴大出口的前景很好，近幾年出口年均增長50％以上就是一個很好的證明。 雖然近幾年模具出口增幅大于進口增幅，但所增加的絕對量仍是進口大于出口，致使模具外貿逆差逐年增大。這一狀況在2007年已得到改善，逆差略有減少。模具外貿逆差增大主要有兩方面原因：一是國民經濟持續(xù)高速發(fā)展，特別是汽車產業(yè)的高速發(fā)展帶來了對模具旺盛需求，有些高檔模具國內的確生產不了，只好進口；但也確實有一些模具國內可以生產，也在進口。這與中國現行的關稅政策及項目審批制度有關。二是對模具出口鼓勵不夠。現在模具與其它機電產品一樣，出口退稅率只有13％，而未達17％。 從市場情況來看，塑料模具生產企業(yè)應重點發(fā)展那些技術含量高的大型、精密、復雜、長壽命模具，并大力開發(fā)國際市場，發(fā)展出口模具。隨著中國塑料工業(yè)，特別是工程塑料的高速發(fā)展，可以預見，中國塑料模具的發(fā)展速度仍將繼續(xù)高于模具工業(yè)的整體發(fā)展速度，未來幾年年增長率仍將保持20％左右的水平。 近年來，港資、臺資、外資企業(yè)在中國大陸發(fā)展迅速，這些企業(yè)中大量自產自用塑料模具無確切的統(tǒng)計資料，因此未能計入上述數字之中。 ㈡中國模具技術的進步 在中國，人們已經越來越認識到模具在制造中的重要基礎地位，認識到模具技術水平的高低，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品質量、效益和新產品的開發(fā)能力。?許多模具企業(yè)十分重視技術發(fā)展，加大了用于技術進步的投資力度，將技術進步視為企業(yè)發(fā)展的重要動力。此外，許多研究機構和大專院校開展模具技術的研究和開發(fā)。目前，從事模具技術研究的機構和院校已達30余家，從事模具技術教育的培訓的院校已超過50余家。其中，獲得國家重點資助建設的有華中理工大學模具技術國家重點實驗室，上海交通大學CAD國家工程研究中心、北京機電研究所精沖技術國家工程研究中心和鄭州工業(yè)大學橡塑模具國家工程研究中心等。經過多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技術、模具的電加工和數控加工技術、快速成型與快速制模技術、新型模具材料等方面取得了顯著進步；在提高模具質量和縮短模具設計制造周期等方面做出了貢獻。 ? ? (1)沖模技術?以汽車覆蓋件模具為代表的大型沖壓模具的制造技術已取得很大進步，東風汽車公司模具廠、一汽模具中心等模具廠家已能生產部分轎車覆蓋件模具。在設計制造方法和技術手段方面不斷改善，在轎車模具國產化方面邁出了可喜的步伐。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。目前，國內已可制造具有自動沖切、疊壓、鉚合、計數、分組、轉子鐵芯扭斜和安全保護等功能的鐵芯精密自動疊片多功能模具。生產的電機定轉子雙回轉疊片硬質合金級進模的步距精度可達20μm，壽命達到1億次以上。其他的多工位級進模，如用于集成電路引線框架的20～30工位的級進模，用于電子槍零件的硬質合金級進模和空調器散熱片的級進模，也已達到較高的水平。? ?? (2)塑料模具技術?近年來，塑料模具發(fā)展很快，在國內模具工業(yè)產值中塑料模具所占比例不斷擴大。電視機、空調、洗衣機等家用電器所需的塑料模具基本上可立足于國內生產。重量達10～20噸的汽車保險杠和整體儀表板等塑料模具和多達600腔的塑封模具已可自行生產。在精度方面，塑料尺寸精度可達IT6-7級，型面的粗糙度達到Ra0.05-0.025μm，塑料模使用壽命達100萬次以上。在塑料模具的設計制造中，CAD/CAM技術得到較快的普及，CAE軟件已經在部分廠家應用。熱流道技術得到廣泛應用，氣輔注射技術和高效多色注射技術也開始成功應用。? ?? (3)CAD/CAE/CAM技術?目前，國內模具企業(yè)中已有相當多的廠家普及了計算機繪圖，并陸續(xù)引進了高檔CAD/CAE/CAM，UG、Pro/Engineer、I-DEAS、Euclid-IS等著名軟件在中國模具工業(yè)應用已相當廣泛。一些廠家還引進了Moldflow、C-Flow、DYNAFORM、Optris和MAGMASOFT等CAE軟件，并成功應用于塑料模、沖壓模和壓鑄模的設計中。 ?? 近年來，我國自主開發(fā)CAD/CAE/CAM系統(tǒng)有很大發(fā)展。例如，華中理工大學模具技術國家重點實驗室開發(fā)的注塑模、汽車覆蓋件模具和級進模CAD/CAE/CAM軟件，上海交通大學模具CAD國家工程研究中心開發(fā)的冷沖模和精沖研究中心開發(fā)的冷沖模和精沖模CAD軟件，北京機電研究所開發(fā)的鍛模CAD/CAE/CAM軟件，北航華正軟件工程研究所開發(fā)CAXA軟件，吉林汽車覆蓋件成型技術所獨立研制的商品化覆蓋件沖壓成型分析KMAS軟件等在國內模具行業(yè)擁有不少的用戶。? ?? (4)快速成形/快速制模技術?快速成形/快速制模技術在我國得到重視和發(fā)展，許多研究機構致力于這方面的研究開發(fā)，并不斷取得新成果。清華大學、華中理工大學、西安交通大學和隆源自動成形系統(tǒng)公司等單位都自主研究開發(fā)了快速成形技術與設備，生產出分層物體(LOM)、立體光固化(SLA)、熔融沉積(FDM)和選擇性燒結(SLS)等類型的快速成形設備。這些設備已在國內應用于新產品開發(fā)、精密鑄造和快速制模等方面。 ? ?快速制模技術也在國內多家單位開展研究，目前研究較多的有電弧噴涂成形模具技術和等離子噴涂制模技術。中、低熔點合金模和樹脂沖壓模制造技術已獲得成功應用，硅橡膠模也應用于新產品的開發(fā)中。? ?? (5)其他相關技術?近年來，國內一些鋼鐵企業(yè)相繼引進和裝備了一些先進的工藝設備，使模具鋼的品種規(guī)格和質量都有較大的改善。在模具制造中已較廣泛地采用新的鋼材，如冷作模具鋼D2、D3、A1、A2、LD、65Nb等；熱作模具鋼H10、H13、H21、4Cr5MoVSi、45Cr2NiMoVSi等；塑料模具鋼P20、3Cr2Mo、PMS、SMI、SMII等。這些模具材料的應用在提高質量和使用壽命方面取得了較好的效果。?國內一些單位對多種模具拋光方法開展研究，并開發(fā)出專用拋光工具和機械?；y蝕刻技術和工藝水平提高較快，在模具飾紋的制作中廣泛應用。 ?? 高速銑削加工是近年來發(fā)展很快的模具加工技術。國內已有一些公司引進了高速銑床，并開始應用。國內機床廠陸續(xù)開發(fā)出一些準高速的銑床，并正開發(fā)高速加工機床。但是，高速銑削的應用面在國內尚不廣泛。 ㈢模具行業(yè)發(fā)展前景和趨勢分析 ①模具行業(yè)發(fā)展前景分析 1、國際模具市場的廣闊前景為我國模具行業(yè)提供了較大的發(fā)展空間 模具應用領域的不斷擴大、已應用領域對模具提出的更多和更高要求，使模具工業(yè)發(fā)展速度快于其他制造業(yè)的發(fā)展速度已成為普遍規(guī)律，目前世界模具市場供不應求，近幾年，市場總量一直在600～650億美元之間，而我國模具出口尚不到8％，“十一五”期間完全可以擴大這個份額，同時隨著經濟全球化發(fā)展趨勢日趨明顯，模具制造業(yè)逐漸向我國轉移以及跨國集團到我國進行模具采購趨向日趨明顯，外資和民營資本繼續(xù)看好我國模具行業(yè)，因此加入WTO后，我國模具行業(yè)機遇大于挑戰(zhàn)，“十一五”期間，國際模具市場前景廣闊，我國模具仍有較大發(fā)展空間。 2、我國面臨發(fā)達國家的技術優(yōu)勢和發(fā)展中國家價格優(yōu)勢的雙重壓力 工業(yè)發(fā)達國家模具企業(yè)憑借其技術優(yōu)勢和實力，在中高檔模具方面具有競爭優(yōu)勢，隨著他們逐步進入我國，對我國的模具工業(yè)形成了巨大挑戰(zhàn)；印度、泰國及東歐一些國家，近年來模具工業(yè)發(fā)展也很快，而且其模具的價格也具有很強的競爭優(yōu)勢，我國模具行業(yè)的成本和價格優(yōu)勢會逐步削弱并最終消失。因此，我們必須在技術、管理和人才培訓方面下功夫，積極引進國外先進的模具制造技術，提升高端模具產品開發(fā)能力，調整模具產品結構，不斷提高我國模具產品的國際競爭力。 3、我國經濟的高速增長為模具行業(yè)的發(fā)展提供了宏觀支持 我國國民經濟在“十一五”期間將繼續(xù)保持較快的發(fā)展速度，給模具行業(yè)的發(fā)展提供了可靠的宏觀支持。汽車、電子信息、家電、辦公設備、機械和建材行業(yè)、航天航空、電動工具都是模具需求大戶，僅以家電和電子信息行業(yè)為例一臺電冰箱需用模具生產的零件約150個，共需模具約350套；一臺全自動洗衣機需要模具150多套；一臺空調器，僅塑料模就需20套；每個型號計算機約需模具30多套，加上與其配套的打印機，單臺需模具20多副；還有筆記本電腦、網絡機頂盒將有幾千萬臺的市場。目前由于機型多為國外開發(fā)，模具進口較多，隨著我國自行開發(fā)能力的提高，這方面的模具需求量也將大幅度增加。可以預見“十一五”期間中國模具行業(yè)將在良好的宏觀環(huán)境下得到快速發(fā)展。 4、寧波模具行業(yè)機遇和挑戰(zhàn)并存 一方面國際國內形勢為寧波模具發(fā)展提供了前所未有的發(fā)展空間，而另一方面寧波模具也將面臨更加激烈的競爭挑戰(zhàn)，除了國際競爭外，在國內，蕭山、上海、深圳等地都將大力發(fā)展模具工業(yè)，如蕭山友成模具公司的年銷售收入達到了2億元，是日本專業(yè)模具廠友成機工的獨資企業(yè)，主要從事汽車及家電用模具的生產，目前正在蕭山市政府支持下計劃在香港創(chuàng)業(yè)板上市；黃巖模具行業(yè)在管理、設備、技術上也已經走在全省前列；模具年產值30多億元的溫州市，正在醞釀模具工業(yè)的進一步發(fā)展，由5家模具龍頭企業(yè)聯(lián)合組建的恒田模具公司，投資2億元建成設模具技術中心，獲得政府的重點支持；曾是全國模具行業(yè)龍頭老大的上海，欲重振昔日雄風，由市經委主抓的上海市模具中心正緊鑼密鼓地建設，一個占地面積1500畝、現代化的模具工業(yè)園區(qū)不久也將展現在人們面前；蘇州提出在高新區(qū)建設一個高水準的與國際接軌的現代化模具產業(yè)基地的構思，占地面積達2000畝；華南理工大學與廣東方達集團簽署協(xié)議，準備將東莞市模具重鎮(zhèn)長安鎮(zhèn)打造成華南地區(qū)重要的模具研發(fā)基地；深圳市在產業(yè)結構調整中，明確將模具列為先進制造業(yè)之首，投資約60億元建模具工業(yè)園；重慶市投資50億元，打造中國最大、標準最高的汽車、摩托車模具產業(yè)園，計劃三五年后，年產值達30億元；汕頭塑料機械模具總年產值超100億元，目前約有塑料、機械及相關的模具企業(yè)共3000家，大部分企業(yè)全套引進德國、法國、意大利以及臺灣地區(qū)最新的數控模具加工設備，大大提高了產品技術性能和質量檔次。國內還有其他不少省市（江西南昌、陜西西安、遼寧大連、山東煙臺、河北泊頭）紛紛抓住我國正在成為“世界工廠”的大好機遇，創(chuàng)建模具園區(qū)，醞釀模具工業(yè)進一步升級。 ②發(fā)展趨勢分析 1、模具市場全球化，模具生產周期進一步縮短 模具市場全球化是當今模具工業(yè)最主要的特征之一，模具的購買者和生產商遍布全世界，模具工業(yè)的全球化發(fā)展使生產工藝簡單、精度低的模具加工企業(yè)向技術相對落后、生產率較低的國家遷移，發(fā)達國家的模具生產企業(yè)則定位在生產高水準的模具上，模具生產企業(yè)必須面對全球化的市場競爭，同時模具生產廠家不得不千方百計地加快生產進度，努力簡化和廢除不必要的生產工序，模具的生產周期將進一步縮短。 2、模具CAD/CAM向集成化、智能化和網絡化發(fā)展 軟件的功能模塊越來越齊全，同時各功能模塊采用同一數據模型，實現信息的綜合管理與共享，支持模具設計、制造、裝配、檢驗、測試及生產管理的全過程。有的系列化軟件包括了曲面/實體幾何造型、復雜形體工程制圖、工業(yè)設計高級渲染、模具設計專家系統(tǒng)、復雜形體CAM、藝術造型及雕刻自動編程系統(tǒng)、逆向工程系統(tǒng)及復雜形體在線測量系統(tǒng)等；模具設計、分析、制造的三維化、無紙化使新一代模具軟件以立體的、直觀的感覺來設計模具，所采用的三維數字化模型能方便地用于產品結構的CAE分析、模具可制造性評價和數控加工、成形過程模擬及信息的管理與共享；同時，隨著競爭、合作、生產和管理等方面的全球化、國際化，以及計算機軟硬件技術的迅速發(fā)展，網絡使得在模具行業(yè)應用虛擬設計、敏捷制造技術既有必要，也有可能。 3、高速加工、硬銑削和復合加工技術將對模具生產產生重大影響 隨著模具向精密化和大型化方向發(fā)展，加工精度超過1μm的超精加工技術和集電、化學、超聲波、激光等技術綜合在一起的復合加工在今后的模具制造中將有廣闊的前景。高速加工使工件獲得光滑表面，節(jié)省加工時間，典型的步進距僅有0.0254mm，而尖點只有0.001mm高，經過高速加工的工件表面大多數都非常光潔，無需鉗工的進一步加工。目前，機加工工具制造商都熱衷于生產為高速加工而專門設計的加工中心，在美國采用高速加工技術以減少或省去鉗工工序是一種效益相當可觀的措施，這種技術在歐洲和日本也頗受歡迎。另外，用充分硬化的材料加工模具的型腔是模具加工業(yè)發(fā)展的另一個重要趨勢。高主軸轉速及小的刀具半徑所進行的輕度切削形成了足夠的轉矩，可以用來加工硬度高達64HRC的金屬材料，由于不需要再進行熱處理，常規(guī)熱處理后的回火以及抵消由熱處理引起的幾何變形所進行的磨削加工也都不需要了，該技術在日本倍受青睞，如今在美國也受到了廣泛的關注并正向歐洲傳播。 隨著各種新技術的迅速發(fā)展，國外已出現了模具自動加工系統(tǒng)，該系統(tǒng)由多臺機床合理組合，配有隨行定位夾具或定位盤，有完整的機具、刀具數控庫和數控柔性同步系統(tǒng)，具有實時質量監(jiān)測控制系統(tǒng)。 4、我國的模具產品將向大型、精密、標準化方向發(fā)展 一方面模具成型零件日漸大型化和為提高生產效率開發(fā)的“一模多腔”造成了模具日趨大型化，另一方面電子信息產業(yè)、醫(yī)學的迅猛發(fā)展帶來了零件微型化及精密化，有些模具的加工精度公差就要求在１μｍ以下。另外多功能復合模具將得到進一步發(fā)展，新型多功能復合模具除了沖壓成型零件外，還擔負疊壓、攻絲、鉚接和鎖緊等組裝任務，生產效率進一步提高。 國外發(fā)達國家模具標準件使用覆蓋率一般為80％左右，隨著我國模具工業(yè)的發(fā)展，模具標準化工作必將加強，模具標準化程度將進一步提高，模具標準件的應用和生產在“十一五”期間必將得到較大的發(fā)展。 5、熱流道、氣輔模具及適應高壓注塑成型工藝將得到進一步發(fā)展 采用熱流道技術的模具可提高制件的生產率和質量，并能大幅度節(jié)約制作的原材料，國外許多塑料模具廠所生產的塑料模具50%以上采用了熱流道技術，有的已經達到80％以上，效果十分明顯；氣體輔助注射成形具有注射壓力低、制品翹曲變形小、表面質量好以及易于成形壁厚差異較大的制品等優(yōu)點，可在保證產品質量的前提下，大幅度降低成本；高壓注射成形可強制樹脂收縮率，增加塑料件尺寸的穩(wěn)定性；另外注射壓縮成形技術，可使成形件局部內應變小，能得到縮孔少的厚壁成形件，而對于塑件狹窄的部件也可注入樹脂，并可用小注射力能得到優(yōu)良制品，這些技術正在逐步推廣使用。 6、快速經濟模具的前景十分廣闊 多品種小批量生產時代的到來，人們要求模具的生產周期越短越好，因此快速經濟模具將有廣闊的發(fā)展前景。預計21世紀，用各種超塑性材料來制作模具、用環(huán)氧、聚酯或在其中填充金屬、玻璃等增強物制作簡易模具等生產方式占工業(yè)生產的比例將達到75%以上。快速經濟模具主要包括快速原型制造技術、表面成形制模技術、澆鑄成形制模技術、冷擠壓及超塑成形制模技術、無模多點成形技術、KEVRON鋼帶沖裁落料制模技術、模具毛坯快速制造技術等。 7、優(yōu)質模具材料及先進表面處理技術將進一步受到重視 因選材和用材不當，致使模具過早失效，大約占失效模具的45％以上，因此選用優(yōu)質鋼材和應用相應的表面處理技術來提高模具的壽命顯得十分重要，提高鋼的純凈度、等向性、致密度和均勻性及研制更高性能或具特殊性能的模具鋼，開發(fā)模具鋼品種規(guī)格，擴大其他優(yōu)質模具材料如硬質合金、陶瓷材料、復合材料等的應用范圍是主要研究熱點；用鋁合金作模具材料以縮短制模周期、降低模具成本，將在快速經濟模具中得到較快發(fā)展。 模具表面處理的主要趨勢是：由滲入單一元素向多元素共滲、復合滲發(fā)展，由一般擴散向CVD、PVD、PCVD、離子滲入、離子注入等方向發(fā)展，可采用的鍍膜有：TiC、TiN、TiCN、TiAlN、CrN、Cr7C3、W2C等，同時熱處理手段由大氣熱處理向真空熱處理發(fā)展。目前激光強化、輝光離子氮化及電鍍（刷鍍）防腐強化等技術也日益受到重視。 第二章 沖壓的基本工藝及過程 ㈠ 冷沖壓的概念 冷沖壓是在常溫下，利用沖壓模在壓力機上對板料或熱料施加壓力，使其產生塑性變形或分離，以而獲得防需形狀和尺寸的另件的一種壓力加工方法。 ㈡冷沖壓的基本工序 分離工序：沖壓工件與板料沿要求的輪廓線相互分離。 成形工序：毛在不被壞的條件下發(fā)生塑性變形，獲得防需形狀，尺寸和精度的加工方法。 第三章 沖模結構設計 ㈠沖模結構類型和應用 沖壓件的品種、式樣繁多，因此沖壓模的種類很多。沖模一般按下列方法進行分類： 1）按沖壓工序性質 可分為落料模、沖孔模、切口模、剖切模、整修模、切邊模、精沖模、壓彎、卷圓模、扭曲模、拉深模、翻邊模、脹形模、縮口模、冷擠模。 2）按工序組合程度 可分為單工序模（簡單模）、復合模、級進模等。 ①單工序模：在沖床的一次行程內只能完成一個沖壓工序。 ②復合模：在一次沖壓行程內，在模具的同一位置上完成兩個或兩個以上的沖壓工序。 ③級進模：又稱級進模、跳步模。是指在沖床的一次行程中，在模具的不同位置同時完成兩個或兩個以上的沖壓工序。 3）按導向形式 可分為無導向模（敞開模）、導板模、導筒模等。 此外還可以按送料方式、出料方式 與排除廢料方式等進行分類。 ㈡沖模設計程序與要點 1）確定沖壓工藝方案和模具結構形式 工藝方案的制定是沖壓生產中非常重要的一項工作，對于產品質量、勞動生產率、制件成本、減輕勞動強度和保證安全生產都有重要影響。制定工藝方案時，應以產品圖樣、現有生產條件為出發(fā)點，盡量采用國內外先進技術，并對各種可能采用的加工方案進行分析、比較，以制定出最合理的工藝方案。制定工藝方案的內容和步驟如下： ①分析制件的沖壓工藝性 在確定工藝方案前，應根據產品圖樣，對沖壓件的形狀特點、尺寸大小、技術要求、所用材料等是否符合沖壓工藝要求進行分析，必要時可對產品設計提出合理的修改意見。 ②分析比較和確定工藝方案 根據制件的結構形狀，按各工序的變形性質和應用范圍確定工序的性質。在一般情況下，可以從零件圖上直接看出所需工序的性質，有時還需通過計算才能確定。在此基礎上充分考慮各類工序有無合并的可能性，以確定工序的數目，并根據材料的變形規(guī)律、制件的精度要求合理安排工序的順序，要注意前后工序不應互相妨礙，以保證制件的質量要求。 ③確定沖模類型及結構形式 根據確定的工藝方案及生產批量、生產條件、制件的形狀特點等確定模具的類型及結構形式。 ④選擇沖壓設備 根據制件的工藝性質和采用的方案，選擇沖壓設備的類型，并按照沖壓加工所需的總沖壓力和零件尺寸，選定沖壓設備的噸位。 2）工藝計算 在確定工藝方案的過程中，應對毛坯展開尺寸、排樣方法、材料利用率、各種沖壓力、模具壓力中心、凸、凹模的工作部分尺寸等進行計算，以合理確定模具的結構形式，并對某些模具進行必要的特殊工藝計算。 3）模具總體設計 在完成上述計算的基礎上，進行模具結構的總體設計。在設計時應考慮到凸、凹模的結構形式、制件的定位方式、送料方式、卸料通訊頂件機結構，模具的導向方式等，并結合確定沖壓設備、模具的閉合高度和模具的安裝方式。綜合上述設計結果繪制出模具總裝圖。總裝圖應有足夠說明模具構造的投影圖及必要的剖面圖、剖視圖。主要包括： ①主視圖 繪制模具在工作位置（也可在開起狀態(tài)）的剖視圖，表達各零件間的相互關系。 ②俯視圖 一般是繪制上模從上到下（包括下模）的投影視圖，另一半只繪制下模投影視圖。 ③側視圖 、仰視圖、局部剖視圖 這些視圖只有在主、俯視圖未表達清楚時才繪制。 ④制件圖 在繪制模具總裝圖時，一般在其右上角繪制制件圖（或本工序的工序圖），應標明尺寸、公差、材料、厚度及要求，以便試模時檢查制件。 ⑤排樣圖 對于落料模，尤其是級進模應繪制排樣圖。排樣圖一般繪制在制件圖旁邊或下面。 在模具裝配圖中必須注明必要的尺寸，如模具閉合高度、輪廓尺寸、壓力中心及靠裝配保證的有關尺寸和精度、模具間隙等，說明所選用的沖壓設備型號，填寫詳細的零件明細表和技術要求。 4）非標準零件設計 在模具總體方案確定以后，就要進行有關非標準零件的設計。主要有凸模、凹模的設計，卸料彈簧的選擇，推桿長度、卸料螺釘長度和卸料螺釘窩的尺寸確定，墊板、凸模固定板等零件的尺寸計算等。在確定這些尺寸時，要注意使模具的閉合高度與所選的壓力機的閉合高度相符。 5）沖模標準模架和零件 ①模架已有國家標準，一般不用自行設計，只要選用即可。 ②模柄雖有國家標準，但在實際中選用的卻不夠多，一般需自行設計。 第四章 沖壓常用材料 ㈠沖模材料的選用原則 不同沖壓方法，其模具類型不同，模具工作條件有差異，對模具材料的要求也有所不同。表1.4.1是不同模具工作條件及對模具工作零件材料的性能要求。 ? 模具材料的選用，不僅關系到模具的使用壽命，而且也直接影響到模具的制造成本，因此是模具設計中的一項重要工作。在沖壓過程中，模具承受沖擊負荷且連續(xù)工作,使凸、凹模受到強大壓力和劇烈磨擦，工作條件極其惡劣。因此選擇模具材料應遵循如下原則： ?? ?(1）根據模具種類及其工作條件，選用材料要滿足使用要求，應具有較高的強度、硬度、耐磨性、耐沖擊、耐疲勞性等； ?? ?(2）根據沖壓材料和沖壓件生產批量選用材料； ?? ?(3）滿足加工要求，應具有良好的加工工藝性能，便于切削加工，淬透性好、熱處理變形?。? (4）滿足經濟性要求。 模具材料的種類很多，應用也極為廣泛。沖壓模具所用材料主要有碳鋼、合金鋼、鑄鐵、鑄鋼、硬質合金、鋼結硬質合金以及鋅基合金、低熔點合金、環(huán)氧樹脂、聚氨酯橡膠等。沖壓模具中凸、凹模等工作零件所用的材料主要是模具鋼，常用的模具鋼包括碳素工具鋼、合金工具鋼、軸承鋼、高速工具鋼、基體鋼、硬質合金和鋼結硬質合金等（可參見GB/T699—1999、GB/T1298—1986、GB/T1299—2000、JB/T5826—1991、JB/T5825—1981、JB/T5827—1991等）。 ??? 常用模具鋼的性能比較見表1.4.2 表1.4.3是常用冷作模具鋼國內、外牌號對照 模具工作零件的常用材料及熱處理要求見表1.4.4 模具一般零件的常用材料及熱處理要求見表1.4.5 模具零件加工常見熱處理方法有退火、調質、淬火、回火、滲碳、氮化等，見表1.4.6? 凸模和凹模加工過程中熱處理工序安排，見表1.4.7 第五章 沖壓設備的選用 根據所要完成的沖壓工藝的性質，生產批量的大小，沖壓件的幾何尺寸和精度要求等來選擇設備的類型。 對于中小型的沖裁件，彎曲件或拉深件的生產，主要應采用開式機械壓力機。雖然開式沖床的剛度差，在沖壓力的作用下床身的變形能夠破壞沖裁模的間隙分布，降低模具的壽命或沖裁件的表面質量?？墒?，由于它提供了極為方便的操作條件和非常容易安裝機械化附屬裝置的特點，使它成為目前中、小型沖壓設備的主要形式。 對于大中型沖壓件的生產，多采用閉式結構形式的機械壓力機，其中有一般用途的通用壓力機，也有臺面較小而剛度大的專用擠壓壓力機、精壓機等。在大型拉深件的生產中，應盡量選用雙動拉深壓力機，因其可使所用模具結構簡單，調整方便。 在小批量生產當中，尤其是大型厚板沖壓件的生產多采用液壓機。液壓機沒有固定的行程，不會因為板料厚度變化而超載，而且在需要很大的施力行程加工時，與機械壓力機相比具有明顯的優(yōu)點。但是，液壓機的速度小，生產效率低，而且零件的尺寸精度有是因受到操作規(guī)程因素的影響而不十分穩(wěn)定。 磨擦壓力機具有結構簡單，造價低廉，不易發(fā)生超負荷損壞等特點，所以在小批量生產中常用來完成彎曲，成形等沖壓工作。但是，磨擦壓力機的行程次數較少，生產效率低，而且操作也不太方便。 在大批量生產或形狀復雜零件的大量生產中，應盡量選用高速壓力機或多工位自動壓力機。 在沖壓設備的類型選定之后，應該進一步根據沖壓件的尺寸，模具的尺寸和沖壓力來確定設備的規(guī)格。 ⑴所選壓力機的公稱壓力必須大于沖壓所需的總沖壓力，即： ⑵壓力機的行程大小應適當。由于壓力機的行程影響到模具的張開度，因此對于沖裁、彎曲等模具，其行程不宜過大，以免發(fā)生凸模與導板分離或滾珠導向裝置脫開的不良后果。對于拉深模，壓力機的行程至少應大于成品零件高度的兩倍以上，以保證毛坯的度進和成形零件的取出。 ⑶所選壓力機的閉合高度應與模具的閉合高度相適應。即滿足：沖模的閉合高度介于壓力機的最大閉合高度和最小閉合高度之間的要求。 ⑷壓力機工作臺面的尺寸必須大于模具下模座的外形尺寸，并還要留有安裝固定的余地。但在過大的工作臺面上安裝過小尺寸的沖模時，對工作臺的受力條件也是不利的。 第六章 沖裁間隙 所謂沖裁間隙，即指沖載凸模和凹模刃口之間的距離，也就是凸模工作部分和凹模工作部分之間的尺寸差。但是，對于模具設計、加工和實際沖裁時，沖裁間隙所反映的含義是不相同的。在不同的場合，沖裁間隙的概念將有不同的定義。 ㈠理論間隙（設計間隙） 當沖裁模具間隙值不同時，其沖裁件的質量及其整個的沖裁效果都是各不相同的。由于生產條件的多樣性，以及實際的沖壓生產對于沖件提出了各種不同的切口表面粗糙度與不同的尺寸精度要求，或是考慮到不同變形的力學特征，在設計模具時，就需要考慮到包括模具工作部分制造公差在內所給定的按不同沖裁件質量要求所指定的理論間隙值。 這時的沖裁間隙即為凹模與凸模相應工作部分之間的尺寸差。它是設計過程中主要的理論依據。 ㈡靜態(tài)間隙（裝配間隙） 模具在裝配過程中凹模與凸模相對應的刃口之間的距離。它是制造和裝調模具時所反映的具體數值。 ㈢動態(tài)間隙（實際間隙） 在實際的沖裁過程中，模具間隙所反映的實質也正是在沖裁的具體過程之中，它所起到作用時，亦即是發(fā)生在沖裁受力狀態(tài)下的某一運動瞬間。由于在沖裁過程中，受力后的壓力機滑塊和模具等都可能要產生一定的偏移，而此偏移量最后又恰好完全反映在模具工作時各部分間隙值的某些變化。因此，當發(fā)生最大沖裁力的瞬間直至材料分離階段，模具的間隙值發(fā)生了某些偏移和變化后的間隙（即模具的動態(tài)間隙）才是沖裁在工作過程中反映真實情況的實際間隙值。 對于一般沖裁來說，沖裁間隙是一個極其重要的工藝參數。它對沖裁件的斷面質量、模具壽命、卸料力、推件力、沖裁力以及沖載件的尺寸精度等都有一定的影響。 ㈣沖裁間隙的影響 沖裁間隙的大小對沖載件質量、模具壽命、沖裁力的影響很大，它是沖裁工藝與模具設計中的一個重要的工藝參數。沖裁是，產隙合適，可使上下裂紋與最大切應力方向重合，此時產生的沖裁斷面比較平直、光潔、毛刺較小，制件的斷面質量較好。間隙過小或過大將導致上、下裂紋不重合。當間隙過小時，上下裂紋中間部分被第二次剪切，在斷面上產生撕裂面，并形成第二個光亮帶，在端面出現擠長毛刺。 一般認為，增大間隙可以降低沖裁力，而小間隙則使沖裁力增大。當間隙合理時，上下裂紋重合，最大剪切力較小。而小間隙地，材料所受力矩和拉應力減小，壓應力增大，材料不易產生撕裂，上下裂紋不重合又產生第二次剪切，使沖裁力、沖裁功有所增大；增大間隙時材料所受力矩與拉應力增大，材料易于剪裂分離，故最大沖裁力有所減小，為降低沖裁力，減少模具磨損，傾向于取偏大的沖裁間隙。 ㈤間隙的確定 沖裁間隙對沖裁件質量、沖裁力、模具壽命等都有很大的影響，設計模具時應選用合理的間隙值。但分別符合這些要求的合理間隙值并不相同，只是彼此接近。生產中通常是選擇一個適當的范圍作為合理的間隙。這個范圍的最小值稱為最小合理間隙，最大值稱最大合理間隙?？紤]到生產過程中的磨損使間隙變大，故設計與制造模具時，通常采用最小合理間隙值。 ㈥間隙的選取原則 由于生產條件的多樣性，以及實際沖壓生產對于零件提出各種不同的切口表面粗糙度與不同的尺寸精度要求，或是考慮到不同的變形及力學物性，因此不可能建立一個統(tǒng)一的合理間隙值來同時滿足沖裁件斷面質量最佳、尺寸精度最高、模具壽命最長、沖裁力、卸料力、推件力最小等各方面的要求。 沖裁間隙對沖件切口斷面的質量、毛刺大小、模具壽命、沖裁力、卸料力、推件力以及沖裁件尺寸精度的影響規(guī)律均不相同。 因此，沖裁間隙的選取應該是根據生產實際的不同使用要求“按件取隙”合理地選取沖裁件的實用間隙。在設計和加工模具時，按照“分檔歸類”的原則從沖裁間隙對沖裁件質量的影響、對沖模壽命的影響、對力能消耗的影響等各方面的因素全面衡量和比較，將沖裁間隙分為：小間隙，較小間隙，中等間隙，較大間隙和大間隙等五類。初步確定間隙值范圍，然后將實用間隙值范圍作“酌情增減”，以適當調整。 按件取隙的方法： 根據沖裁時力能消耗來確定間隙 對于沖裁時要求以沖裁力、沖裁功、推件力、卸料力等因素來考慮沖裁間隙時，應該采用中等間隙為宜。 根據最佳的剪切面質量來確定間隙 有些沖裁件，如作為裝配軸銷的孔，要求具有最整齊的平行于孔中心線的剪切表面，這時就應該選用小間隙來進行沖裁。 根據剪切面邊緣殘余應力的大小及性質來確定間隙 當要求有最小的殘余應力以便獲得最滿意的再加工效果，如對于小圓角壓彎零件的下料時，應該選擇中等的沖裁間隙。 而當需要進行彎曲或拉深的落料件切口邊緣要求經受拉伸應力時，其沖裁所得的半成品切口邊緣應具有壓縮殘余應力，這時就要選擇較小的或小的沖裁間隙；反之，對于在再變形時將要經承壓縮應力的毛坯邊緣，在沖裁時，就應該使其邊緣具有拉伸殘余應力，這時就要選擇較大的或大沖裁間隙。 根據最小毛刺來確定間隙 試驗表明，當沖裁間隙從較小范圍增加一倍值時，沖模的壽命就可以增加2~3倍，且對沖裁件質量無明顯的影響。因此，為提高模具的壽命，這時可以采用較大的沖裁間隙。 根據最高的加工經濟性來確定間隙 為了提高沖模加工的經濟性，則應該盡可能地采用大的沖裁間隙。特別是當生產批量較大時，大間隙沖裁的優(yōu)越性則更為顯著。 第七章沖裁 沖裁是利用模具使板料沿著一定的輪廓形狀產生分離的一種沖壓工序。它包括落料、沖孔、切斷、修邊、切舌、剖切等工序，其中落料和沖孔是最常見的二種工序。 ??? 落料-----若使材料沿封閉曲線相互分離，封閉曲線以內的部分作為沖裁件時，稱為落料； ??? 沖孔-----若使材料沿封閉曲線相互分離，封閉曲線以外的部分作為沖裁件時，稱為沖孔。圖2.1.1所示的墊圈即由落料和沖孔二道工序完成。 圖2.1.1 墊圈的落料與沖孔 沖裁是沖壓工藝的最基本工序之一。在沖壓加工中應用極廣。它既可直接沖出成品零件也可以為彎曲、拉深和擠壓等其它工序準備坯料，還可以在已成形的工件進再加工（切邊、切舌、沖孔等工序）。 沖裁所使用的模具叫沖裁模，它是沖裁過程必不可少的工藝裝備。圖2.1.2為一副典型的落料沖孔復合模，沖模開始工作時，將條料放在卸料板19上，并由三個定位銷２２定位。沖裁開始時，凹模７和推件塊８首先接觸條料。當壓力機滑塊下行時，凸凹模１８的外形與凹模7共同作用沖出制件外形。與此同時，沖孔凸模１７與凸凹模18的內孔共同作用沖出制件內孔。沖裁變形完成后，滑塊回升時，在打桿１５作用下，打下推件塊８，將制件排除凹模７外。而卸料板１９在橡膠反彈力作用下，將條料刮出凸凹模，從而完成沖裁全部過程。 ?根據沖裁變形機理的不同，沖裁工藝可以分為普通沖裁和精密沖裁兩大類。 圖2.1.2 落料沖孔復合模 1－下模板 2－卸料螺釘 3－導柱 4－固定板 5－橡膠 6－導料銷 7－落料凹模 8－推件塊 9－固定板 10－導套 11－墊板 12、20－銷釘 13－上模板 14－模柄 15－打桿 16、21－螺釘 17－沖孔凸模 18－凸凹模 19－卸料板 22－擋料銷 第八章模具加工 模具材料的選用，不僅關系到模具的使用壽命，而且也直接影響到模具的制造成本，因此是模具設計中的一項重要工作。在沖壓過程中，模具承受沖擊負荷且連續(xù)工作,使凸、凹模受到強大壓力和劇烈磨擦，工作條件極其惡劣。因此選擇模具材料應遵循如下原則： ?? ?(1）根據模具種類及其工作條件，選用材料要滿足使用要求，應具有較高的強度、硬度、耐磨性、耐沖擊、耐疲勞性等； ?? ?(2）根據沖壓材料和沖壓件生產批量選用材料； (3）滿足加工要求，應具有良好的加工工藝性能，便于切削加工，淬透性好、熱處理變形?。? ??? (4）滿足經濟性要求。 在模具制造中，通常按照零件結構和加工工藝過程的相似性，可將各種模具零件大致分為工作型面零件、板類零件、軸類零件、套類零件等。其加工方法主要有機械加工、特種加工二大類，機械加工方法主要包括各類金屬切削機床的切削加工，采用普通及數控切削機床進行車、銑、刨、鏜、鉆、磨加工可以完成大部分模具零件加工，再配以鉗工操作，可實現整套模具的制造。機械加工方法是模具零件的主要加工方法，即使是模具的工作零件采用特種加工方法加工，也需要用機械加工的方法進行預加工。 ?? ?隨著模具質量要求的不斷提高，高強度、高硬度、高韌性等特殊性能的模具材料不斷出現和復雜型面、型孔的不斷增多，傳統(tǒng)的機械加工方法已難以滿足模具加工的要求。因而，直接利用電能、熱能、光能、化學能、電化學能、聲能等特種加工的工藝方法相繼得到了很快的發(fā)展，目前以電加工為主的特種加工方法在現代模具制造中已得到了廣泛應用，它是對機械加工方法的重要補充。 ?(一)模具零件的毛坯選擇 ?? ?模具零件的毛坯主要有鍛件、鑄件和型材（如熱軋板、圓棒等）上的切割件等。毛坯類型的選擇主要根據模具零件質量要求、結構尺寸和生產批量等因素來決定，通常凸、凹模等工作零件的毛坯采用鍛件，模座、大型模具零件的毛坯采用鑄件，墊板、固定板等零件的毛坯則采用型材上的切割件。不同方法得到的毛坯，其加工余量不同，必須合理確定毛坯的加工余量，加工余量過大，浪費材料和工時，而加工余量過小，則不能保證消除毛坯的表面缺陷，甚至造成廢品。關于毛坯的加工余量可查閱相關工藝設計手冊。 （二）模具零件的機械加工 ?? ?用機械加工方法加工模具零件，要充分考慮模具零件的材料、結構形狀、尺寸、精度和使用壽命等方面的不同要求，采用合理的加工方法和工藝路線。盡可能通過加工設備來保證模具零件的加工質量，減少鉗工修配工作量，提高生產效率和降低成本。 常用機械加工方法在模具零件加工中的應用如表1.5.1所示。 ? 常用機械加工方法可能達到的尺寸精度和表面粗糙度如表1.5.2～表1.5.3所示。 (三）模具零件的電加工 ?? ?1．電火花加工 ?? ?電火花加工是在一定的介質中，通過工具電極和工件電極之間脈沖放電的電腐蝕作用，對工件進行加工的一種工藝方法，它是不斷放電蝕除金屬的過程。其加工原理、特點及應用如表1.5.7所示。 電火花加工質量主要受電極制造精度、脈沖放電參數（電規(guī)準）、放電間隙、電極損耗的影響，其中電極的設計與制造是關鍵。 (1）電極材料 ?? ?常用電極材料的種類和性能見表1.5.8所示。選擇時應根據加工對象、工藝方法和加工設備條件等因素綜合考慮，對大中型腔可采用石墨材料電極；中小型腔、窄槽等可采用純銅電極。 ?(2）電極設計與制造 ?? ?電極必須根據模具結構和精度要求，考慮電極損耗和放電間隙等因素進行設計。電極結構可分為整體式電極、組合式電極和鑲拼電極三種，應根據電極大小與復雜程度、電極的結構工藝性等因素進行選擇。 通常電極精度至少應達到IT7、Ra1.6μm。電極加工主要采用切削加工，必要時可再采用電加工。 盡管電火花加工有許多優(yōu)點，但仍有一定的局限性：①需要制作成形電極；②只能用于加工金屬等導電材料；③加工速度一般較慢，為了提高加工速度，一般要事先用機械加工方法對零件進行預加工；④存在電極損耗，影響加工精度；⑤最小角部半徑有限制，一般電火花加工加工能得到的最小角部半徑等于放電間隙。 ?? ?2．電火花線切割加工 ?? ?電火花線切割加工和電火花成形加工的原理是一樣的，都是基于工具電極和工件之間脈沖放電時的腐蝕現象使金屬熔化或氣化，從而實現對各種形狀金屬零件的加工。不過在線切割加工時，是用連續(xù)移動的電極絲作為工具電極代替電火花加工中的成形電極，其加工原理、特點及應用如表1.5.11所示 電火花線切割加工的工藝過程如表1.5.12所示。 ?需要特別指出，電火花線切割加工時要注意工件內部殘余應力對加工的影響，防止變形。對熱處理后的毛坯進行電火花線切割加工時，由于大面積去除金屬和切斷加工，會使材料內部殘余應力的相對平衡受到破壞從而產生變形，破壞了加工精度。在線切割過程中，由于內應力的作用，工件可能會突然開裂。為減少這些情況，應選擇鍛造性能好，淬透性好，熱處理變形小的材料，如以線切割為主要加工工藝的冷沖模，應盡量選用CrWMn、Cr12MoV、GCr15等合金鋼制造凸、凹模，并嚴格熱處理規(guī)范；另一方面，也要合理安排電火花線切割工藝，如選擇合理的線切割路線等。必要時切割孔類工件為減小變形，可采用二次切割法。 (四）模具零件常用精加工方法比較 ?? ?模具制造技術是技術密集的綜合加工技術，是先進制造技術的重要體現?，F代模具制造一般要涉及多種先進加工方法，模具零件常用精加工方法比較如表1.5.13所示。 38