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課程設計說明書 目 錄 1 緒 論 1 1 1 模具在現(xiàn)代 工業(yè)生產(chǎn)中作用 1 2 落料 沖孔工藝及模具設計 2 2 1 沖裁件的工藝性分析 2 2 2 確定工藝方案 2 2 3 沖裁件的排樣和搭邊 3 2 3 1 計算零件展開尺寸 3 2 3 2 排樣 4 2 3 3 搭邊 4 2 3 4 條料寬度和導尺間距離的計算 4 2 4 沖裁工藝力 5 2 4 1 凸 凹模間隙值的確定 5 2 4 2 凸 凹模刃口尺寸的確定 5 2 4 3 沖裁力的計算 7 2 4 4 卸料力 脹形力計算 8 2 4 5 模具壓力中心的確定 8 2 4 6 初步選定沖壓設備 9 2 4 7 模具閉合高度 9 2 5 落料 沖孔及脹形模主要零部件的結構設計 11 2 5 1 凸模 凹模的結構設計 11 2 5 2 凸凹模的結構設計 12 2 5 3 定位零件的設計與標準 12 2 5 4 卸料與推件零件的設計 13 2 5 5 導向零件設計與標準 14 2 5 6 緊固零件的設計與標準 15 2 5 7 橡膠墊的計算 15 2 5 8 沖模模架的型號與選擇 16 2 6 模具結構圖 18 參考文獻 19 課程設計說明書 0 1 緒 論 1 1 模具在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中作用 汽車這種交通工具在我們的生活中處處可見 是我們現(xiàn)代生活必不可少的代步 工具 此次課題為汽車油管支架沖壓工藝分析及模具設計 要求綜合運用所學的專 業(yè)知識完成本次設計 通過畢業(yè)設計 要掌握設計零件的基本方法和流程 將所學 知識與實際相結合 充分 靈活的應用所學的專業(yè)知識 為今后的工作打下良好的 基礎 沖壓工藝是一種先進的金屬加工方法 它是建立在金屬塑性變形的基礎上 利 用模具和沖壓設備對板料金屬進行加工以獲得所需零件的形狀和尺寸 沖壓件與鑄 件 鍛件相比 具有薄 勻 輕 強的特點 沖壓可制出其他方法難以制造的帶有 加強筋 肋 起伏或翻邊的工件 以提高其剛性 沖壓和切削加工相比 具有生產(chǎn) 率高 加工成本低 材料利用率高 產(chǎn)品尺寸精度穩(wěn)定 操作簡單 容易實現(xiàn)機械 化和自動化等一系列優(yōu)點 特別適合于大量生產(chǎn) 在現(xiàn)今國內(nèi)的市場 隨著國民經(jīng)濟發(fā)展和生活水平的提高 有越來越多的人成 為有車一族 這就要求汽車行業(yè)生產(chǎn)具有與之相應的速度 因此對生產(chǎn)各種零件的 模具需求量很大 同時也要求國產(chǎn)模具必須在質量 交貨期等方面滿足用戶的需求 另外 隨著近年來工業(yè)發(fā)達國家的人工費用增加 其模具生產(chǎn)正向發(fā)展中國家特別 是東南亞國家轉移 因此 只要國產(chǎn)模具的質量和交貨期能夠保證 模具行業(yè)的前 景是十分樂觀的 有專家認為 伴隨著世界經(jīng)濟的一體化浪潮 全球制造業(yè)加速向 中國大陸地區(qū)轉移已是大勢所趨 中國也將逐步發(fā)展成為世界級的模具制造業(yè)基地 模具行業(yè)的發(fā)展 直接帶動了汽車 信息電子 家電 農(nóng)用機械 食品 機械 建 筑等等相關行業(yè)的發(fā)展 從我們的日常生活中就可以看出 模具制品在機械 電子 交通 國防 建筑 農(nóng)業(yè)等各行各業(yè)都有廣泛應用 隨著對模具制品需求量的日益 增加 使得模具行業(yè)在國民經(jīng)濟中的重要性也日漸凸顯出來 模具作為一種高附加 值和技術密集型產(chǎn)品 其技術水平的高低已經(jīng)衡量成為一個國家制造業(yè)水平高低的 重要標志之一 我們必須意識到 對模具進行研究設計能夠使我們更好地認識模具 工業(yè)在國民經(jīng)濟地位中的重要性 要使國家制造業(yè)高速發(fā)展 以加速實現(xiàn)社會主義 四個現(xiàn)代化 模具工業(yè)將發(fā)揮巨大的作用 課程設計說明書 1 2 落料 沖孔模工藝及模具設計 2 1 沖裁件的工藝性分析 如圖 2 1 所示工件為葉片零件 材料為 Q345 抗拉強度 b MPa 345 斷后伸長率 5 28 料厚為 t 2mm 生產(chǎn)性質屬大批量生產(chǎn) 圖 2 1 零件圖 零件的經(jīng)濟性分析 該零件結構比較復雜 零件要承受外力 對強度 剛度 有一定的要求 零件尺寸公差無特殊要求 按 IT11 級選取 利用普通沖裁方式可達 到圖樣要求 適合沖裁加工 見表 2 1 所示內(nèi)容 表 2 1 沖裁件的結構工藝性 工藝性質 沖壓件工藝項 目 工藝性允許值 工藝性評價 落料外形1 形狀 沖孔圓孔 40mm 符合工藝性 課程設計說明書 2 2 孔徑 40 16 4 15 8 1 3t 符合工藝性 3 孔邊距 30mm 2t 符合工藝性 2 2 確定工藝方案 從零件的結構形狀可知 零件所需的沖壓基本工序為 落料 沖孔 根據(jù)零件 特點和工藝要求 可能有的沖壓工藝方案如下 方案一 先落料 在沖孔兩套模具 方案二 落料 沖孔復合需要一套復合模具 方案三 合并工序 采用級進模 方案一采用單工序模具結構簡單 制造周期短 制造費用低 但是需要多付模 具 生產(chǎn)成本高 工序復合程度低 生產(chǎn)效率也較低 適于中小批量的生產(chǎn) 方案二采用復合模 雖然復合模生產(chǎn)效率高 沖裁件的內(nèi)孔與外緣的相對位置 精度高 沖模的輪廓尺寸較小 但是復合模結果復雜 制造精度要求高 成本高 適于大批量生產(chǎn)高精度制件 方案三采用了級進模 級進模生產(chǎn)效率高 便于操作和實現(xiàn)生產(chǎn)自動化 對于 特別復雜或孔邊距較小的沖壓件 用簡單?；驈秃夏_制有困難時 可用級進模逐 步?jīng)_出 但級進模輪廓尺寸較大 制造復雜 成本高 適于大批量生產(chǎn) 由于制件尺寸大 壁厚小 強度會受到影響 在考慮生產(chǎn)效率 勞動強度 模 具壽命 和生產(chǎn)成本 及考慮大批量生產(chǎn)的要求 選擇方案二 2 3 沖裁件的排樣和搭邊 2 3 1 計算零件尺寸 應用 CAD 軟件進行計算 坯料總尺寸 L 切斷 491mm L 沖孔 49 4 125 6 51 5 226 5mm 課程設計說明書 3 2 3 2 排樣 為了節(jié)約金屬和減少廢料 考慮到坯料形狀為矩形 采用單排最適宜 具體排 布如圖 2 3 所示 圖 2 3 排樣圖 2 3 3 搭邊 為了補償定位誤差 保證沖出合格的沖件 以及保證材料有一定剛度 便于送料 取搭邊沿邊 a 2 5 工件間 a1 2 5 2 3 4 條料寬度和導尺間距離的計算 在設計中采用無側壓裝置的模具 條料送進時可能因條料的擺動而使搭邊不能 保證 為了保證側搭邊 條料寬度應增加一個可能的擺動量 如圖 2 4 所示 條料 寬度 B 按下式計算 其中 Z0 0 5 0 5 查表 4 得剪切條料寬度公差與導料板之間 的間隙如表 4 和表 5 所示 B L 2a Z 0 0 2 1 200 2 2 5 0 5 0 0 5 205 50 0 5 導尺間距離 A 按下式計算 即 A B Z0 2 2 205 50 0 5 0 5 課程設計說明書 4 2060 0 5 式中 B 條料寬度 mm L 沖裁件垂直于送料方向的尺寸 mm a 搭邊 mm 條料寬度公差 mm Z0 條料與導尺間的間隙 mm 圖 2 4 條料寬度的確定 2 4 沖裁工藝力 2 4 1 凸 凹模間隙值的確定 凸 凹模間隙時沖裁過程最重要的工藝參數(shù) 它對沖裁件質量 模具壽命 沖 裁力和卸料力等都有很大的影響 因此 設計模具時 一定要選擇一個合理的間隙 使沖裁件的斷面質量好 尺寸精度高 模具壽命長 所需沖裁力小 通過查表選取 法 選擇 Zmin 0 2mm Z max 0 24mm 查 4 表得沖裁模刃口雙面間隙 Z 機電行業(yè) 用 2 4 2 凸 凹模刃口尺寸的確定 凸 凹模刃口尺寸的計算原則 設計基準 落料以凹模為設計基準 間隙取在凸模上 沖孔以凸模為基準 間隙取在凹模上 設計時間隙一律采用最小合理間隙值 Zmin 刃口尺寸的制造偏差方向 單向注入實體內(nèi)部 即磨損后 凸 凹模刃口尺寸 課程設計說明書 5 變大取 磨損后凸 凹模刃口尺寸變小的取 刃口尺寸制造偏差的大小 簡單形狀 按 IT6 IT7 取值 復雜形狀 取 0 25 磨損后尺寸無變化 取 0 125 加工方法 簡單形狀 分別加工 復雜形狀 配合加工 1 沖孔凸 凹模 dt dmin x 1 0 t 2 3 da dmin x 1 Zmin a0 2 4 凹模型孔中心距 La L min 0 75 2 0 125 2 mm 2 5 以上各式中 d t 沖孔凸模刃口尺寸 da 沖孔凹模刃口尺寸 dmin 沖孔件孔的最小極限尺寸 mm x 系數(shù) 查表 x 0 75 1 工件孔徑公差 mm 1 0 11mm t 凸模刃口尺寸制造偏差 mm 查表 t 0 02mm a 凹模刃口尺寸制造偏差 mm 查表 a 0 02mm Zmin 凸 凹模最小初始雙面間隙 mm 查表 Zmin 0 2mm Lmin 工件孔件最小極限偏差 mm L min 0 24mm 2 工件兩孔中心距公差 mm 2 0 11mm 所以 d t dmin x 1 0 t 40 0 75 0 11 0 0 02 40 0825 0 0 02 mm da dmin x 1 Zmin a0 40 0 75 0 11 0 20 0 020 40 28250 020 mm 校核 因為 t a 0 04 Zmax Zmin 0 03 Z max 是凸 凹模最大許用雙面間隙 查表 Zmax 0 18 滿足 t a Zmax Zmin 0 18 0 15 0 03 所以沖孔凸 凹模刃口尺寸 dt 40 0825 0 0 02 da 40 28250 020 課程設計說明書 6 2 落料 零件應以凹模為基準件 然后配作凸模 刃口尺寸變化有增大 減小 不變?nèi)N情況 因此凹模刃口尺寸應按不同情況 分別計算 凹模磨損后尺寸變大 圖中 A 類 計算這類尺寸 先把工件圖尺寸化為 A0 再按落料凹模公式進行計算 Ad Amax x 0 d 2 6 凹模磨損后尺寸變小 圖中 B 類 計算這類尺寸 先把工件圖尺寸化為 B 0 再按沖孔凸模公式進行計算 Bd Bmin x 0 d 2 7 凹模磨損后尺寸不變 圖中 C 類 計算這類尺寸 則按下述三種情況計 算 制件尺寸為 C 0 Cd Cmin 0 5 0 5 d 2 8 制件尺寸為 C0 Cd Cmin 0 5 0 5 d 2 9 制件尺寸為 C Cd Cmin 0 5 d 2 10 式中 Ad Bd Cd 凹模刃口尺寸 mm A B C 工件標稱尺寸 mm 工件公差 mm d 凹模制造公差 d 4 工件偏差 對稱偏差時 2 根據(jù)零件形狀 凹模磨損后其尺寸變化有三種情況 凹模磨損后 尺寸 A1 由查表 4 得 X 1 X2 0 75 由公式 2 8 得 A1d 200 0 11 00 25 0 11 199 89 00 02mm A2d 80 0 11 00 25 0 11 79 89 00 02mm 課程設計說明書 7 由表 4 查得 Zmin 0 20mm Z max 0 24mm 該零件凸模刃口各部分尺寸按上述凹模的相應尺寸配置 保證雙面間隙值 Zmin Zmax 0 20 0 24mm 2 4 3 沖裁力的計算 一般情況下 材料的 b 1 3 b 345MPa 為計算方便 可用下列計算沖裁 力 F N F Lt b 2 11 717 5 2 345 495075N 式中 L 沖裁件周邊長度 mm t 材料厚度 mm b 材料的抗拉強度 MPa 2 4 4 卸料力 脹形力計算 在設計過程中 采用彈性卸料裝置和下出料方式 凹模刃口直臂高度 h 6mm 卸料力 由表 4 查得 K 卸 0 04 F 卸 K 卸 F 2 12 0 04 495075 19803 N 頂件力 由表 2 2 查的 F 頂 0 06 n h t F 頂 n K 頂 F 2 13 3 0 06 495075 89113 5 N 沖壓力 F 總 F F 卸 F 頂 2 14 495075 89113 5 19803 603 KN 式中 F 沖裁力 N K 卸 卸料力系數(shù) 見表 4 課程設計說明書 8 n 同時卡在凹模中的工件 或廢料 數(shù)目 n h t h 為凹模腔口高度 mm t 為材料厚度 mm F 卸 卸料力 N 2 4 5 模具壓力中心的確定 沖模壓力中心應盡可能和模柄軸線以及壓力機滑塊中心線重合 以使沖模平穩(wěn) 地工作 減少導向件的磨損 提高模具及壓力機壽命 因該零件為圓形 則壓力中 心位于其對稱中心線的交點 2 4 6 初步選定沖壓設備 沖壓設備的選擇主要是根據(jù)沖壓工藝性質 生產(chǎn)批量大小 沖壓件的幾何形狀 尺寸及精度要求等因素來確定的 參照 參照表 1 常見沖壓設備與應用 初步選 擇開式壓力機 表 2 8 常見沖壓設備的類型與應用 類型 特點 應用 開式壓力機 價格便宜 具有三面敞 開的操作空間 操作方 面 容易安裝機械化上 料 取件裝置 在中小型的沖裁件 彎 曲件貨淺拉伸件的沖壓 成產(chǎn)中 主要選用開式 壓力機 確定沖壓設備的主要技術參數(shù) 通常選用沖壓設備注意以下因素 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 沖壓設備的壓力和功率是否滿足應完成工序的需要 沖壓設備的裝模高度 工作臺面尺寸 行程等是否適合應完成工序所用的模具 沖壓設備的行程次數(shù)時候滿足生產(chǎn)率的要求等 通過以上計算分析 F 總 603KN 綜合考慮之后選擇 1000KN 的開式壓力機 相關數(shù)據(jù) 參照表 1 開式可傾工作臺壓力機的主要參數(shù) 如下 表 2 9 開式可傾工作臺壓力機的主要參數(shù) tf 100標稱壓力 KN 1000 課程設計說明書 9 滑塊行程 mm 60 行程次數(shù) 次 Min 1 1Q345 最大封閉高度 固定臺和可傾式 mm 280 封閉高度調(diào)節(jié)量 mm 80 模柄孔尺寸 直徑 深度 mm 30 55 2 4 7 模具閉合高度 沖模設計時 必須使沖模的閉合高度與壓力機的閉合高度相適應 圖 2 6 通 常滿足下列關系式 H max 5 H H min 10 2 15 式中 Hmax 壓力機的最大閉合高度 mm Hmin 壓力機的最小閉合高度 mm H 沖模的閉合高度 mm 圖 2 6 沖模閉合高度 在沖模結構中 計算沖模的閉合高度時 對于沖裁類沖模 不需考慮沖裁料厚 與料厚無關 但要考慮刃口進入量 凸模刃口進入凹模刃口的深度 mm 對于普通沖裁模取 1 圖 2 7 H h1 h2 h3 h4 2 16 284mm 式中 H 沖模的閉合高度 mm h1 上模板的厚度 mm 課程設計說明書 10 h2 下模板的厚度 mm h3 凸凹模的厚度 mm h4 凸模的長度 mm 凸模刃口進入凹模刃口的深度 mm 對于普通沖裁模取 1 對 于精密沖裁模取 0 2 5 沖裁模主要零部件的結構設計 2 5 1 凸模 凹模的結構設計 落料凹模的結構設計 凹模的外形一般有矩形和圓形兩種 根據(jù)模具形狀 這里 選擇矩形 如圖 2 9 所示 因采用公式計算和查表的方法都不準 誤差較大 經(jīng)常 用經(jīng)驗公式法確定 根據(jù)被沖材料的厚度和沖件的最大外形尺寸確定 這里系數(shù) K 根據(jù)表 2 24 3 查得 K 0 32 凹模厚度 H Kb 2 17 0 32 312 90mm 在這里我們?nèi)?70mm 為了增加刃磨量 凹模壁厚 C 1 5 2 H 2 1 8 75mm 凹模長度和寬度 L B L 300mm B 220mm 式中 b 沖裁件的最大外形尺寸 K 系數(shù) 根據(jù)板料厚度的影響 可參照表 3 根據(jù)國家標準 GB2863 4 81 及 GB2863 5 81 凹模采用材料 Cr12 熱處 理硬度為 58 62HRC 注意 凹模高度的要求 a 凹模最小高度為 7 5mm b 凹模表面積在 3200mm 以上時 H 最小值為 10 5mm c 凹模高度還應加上刃口重磨量 d 凹模刃口周長超過 50mm 且材料為合金工具鋼時 凹模高度應乘以表 1 中的修正 系數(shù) 如為碳素工具鋼 凹模高度應再增加 30 則 H 總 1 25H 25mm 課程設計說明書 11 根據(jù)凹模刃口輪廓不同 凹模壁厚 C 與凹模高度 H 的關系也可按下式確定 輪廓線具有復雜形狀或尖角時 C 2H 凹模上螺釘孔道凹模外緣的距離一般取 1 7 2 0 d 最小允許尺寸見表 1 螺釘?shù)桨寄？?螺釘?shù)戒N釘?shù)木嚯x一般取 b 2d 當凹?？诪閳A弧時 其最 小 尺寸見表 1 凹模上螺釘大小及間距的確定 根據(jù)表 1 和表 1 確定 2 5 2 凸凹模的結構設計 凸凹模的內(nèi)外緣均為刃口 內(nèi)外緣之間的壁厚決定于沖裁件的尺寸 凸凹模的 最小壁厚受模具結構影響 對于正裝復合模 由于凸凹模裝于上模 內(nèi)孔不會積存 廢料 脹力小 最小壁厚可小些 對于倒裝復合模 因孔內(nèi)會積存廢料 所以最小 壁厚要大些 凸凹模相關尺寸 凸凹模的最小壁厚值 一般由經(jīng)驗數(shù)據(jù)決定 倒裝復合模 的最小壁厚 對于黑色金屬和硬材料約為工件料厚的 1 5 倍 因此這里確定該凸凹 模的最小壁厚 a 3mm 同時根據(jù)國標 GB2863 5 81 選擇凸凹模的材料為 Cr12 硬度為 58 62HRC 取漏料孔 8mm 刃口直邊高度設計存四片料 高為 6mm 凸凹模長度確定 凸凹模長度 Hta Hta H0 F0 FX 1 20 25 2 19 80mm 式中 H0 彈簧的自由長度 mm F0 橡膠壓縮量 mm FX 卸料板厚度 mm 2 5 3 定位零件的設計與標準 沖模的定位裝置用以保證材料的正確送進及在沖模中的正確位置 設計中為保 證條料送進導向的零件 采用導料板 保證條料進距的零件 采用擋料銷 課程設計說明書 12 導料銷 導料板有與卸料板分離和聯(lián)成整體的兩種結構 考慮經(jīng)濟性 加工 難易程度原則 這里采用聯(lián)成整體的結構 為使條料順利通過 導料板間的距離應 等于條料的最大寬度加上一間隙值 一般大于 0 5mm L 50 98 2 53mm 擋料銷 在設計中 采用固定擋料銷 固定擋料銷分圓形和鉤形兩種 圓形 擋料銷 如圖 2 10 所示 結構簡單 制造容易 但銷孔離凹模刃口較近 會削弱凹 模強度 為防止不對稱的鉤頭轉動 需加定向銷 因此增加了制造的工作量 從經(jīng) 濟性原則考慮 采用圓形固定銷相關數(shù)據(jù)如查表 6 固定擋料銷 表 2 12 固定擋料銷 d h11 d1 m6 基本尺寸 極限偏差 基本尺寸 極限偏差 H L 10 0 0 075 6 0 008 0 002 5 10 圖 2 10 固定擋料銷 2 5 4 卸料與推件零件的設計 卸料裝置的型式較多 它包括固定卸料板 活動卸料板 彈壓卸料板和廢料切 刀等幾種 卸料板除把板料從凸模上卸下外 有時也起壓料或為凸模導向的作用 在設計中 采用彈性卸料板 如圖 2 11 所示 此卸料板常用于復合沖裁模 其彈力 來源為彈簧或橡膠 用后者使模具裝較更方便 設計時注意以下事項 卸料力一般取 5 20 沖裁力 卸料板應有足夠的剛度 卸料板要求耐磨 材料一般選 Q345 鋼 淬火 磨削 粗糙度 Ra0 4 0 8 m 課程設計說明書 13 卸料板安裝尺寸 計算中要考慮凸模有 4 6mm 刃磨量 卸料板課根據(jù)工件形狀制作成圓形或舉行 型孔與凸模的配合為 H7 h6 或 H8 f7 綜合考慮 1 采用彈性卸料板 彈性卸料板除了在沖裁后卸料外 還可以沖裁前壓住材料 使沖制的工件平整度好 如果采用固定卸料板會給送料 定位增加難度 視線不好 所以采用彈壓卸料板 卸料板孔和凸模的單邊間隙 Z 2 0 1 0 5t t 為材料厚度 mm 硬材料的單邊間隙取大值 軟材料取小值 卸料板孔與凸模的單邊間隙值從 表 1 中選取 表 2 13 卸料板孔與凸模的單邊間隙 料厚 t mm 1 單邊間隙 z 2 0 15 為了可靠卸料 彈壓卸料板應高出凸模 0 2 0 5mm 2 卸料板的尺寸 外形 彈壓卸料板的外形與同方向上的固定板的外形一致 厚度 查表 1 得彈性卸料板的厚度 H 表 2 14 彈性卸料板的厚度 H 卸料板寬度 B mm 80 125 沖件料厚 t mm h0 0 8 10 在工廠的實際生產(chǎn)中 沖壓單個毛坯時直接采用橡膠緊箍在凸模上進行卸料 這樣可以使模具設計 加工以及維修簡單化 縮短周期 降低成本 2 5 5 導向零件設計與標準 導向裝置可提高模具精度 壽命以及工件的質量 而且還能節(jié)省調(diào)試模具的時 間 導向裝置設計的注意事項 導柱與導套應在凸模工作前或壓料板接觸到工件前充分閉合 且此時應保 課程設計說明書 14 證導柱上端距上模座上平面留有 10 15mm 導柱 導套與上 下模板裝配后 應保證導柱與下模座的下平面 導套上 端與上模座的上平面均留 2 3mm 的間隙 對于對稱件的工件 為避免合模安裝時引起的方向錯誤 兩側導柱直徑或 位置應有所不同 當沖模有較大的側向壓力時 模座上應裝設止推墊 避免導套 導柱承受 側向力 導套應開排氣孔以排除空氣 在設計中 采用滑動式導柱導套結構 這種結構加工裝配方便 易于標準化 但承 受側壓能力差 導柱導套的間隙值應小于沖模中凸模 凹模間隙 滑動導柱的型式 和尺寸見表 6 滑動導套的形式和尺寸見表 6 2 5 6 緊固零件的設計與標準 卸料板螺釘孔深度的確定見圖 2 12 所示 H h1 h2 1 h3 L 2 20 40mm 并且 H h h4 3 5 式中 h 螺釘頭部高度 mm h1 模板高度 mm h2 凸凹模高度 mm h3 卸料板厚度 mm h4 刃口修磨量 mm L 卸料螺釘長度 mm 課程設計說明書 15 圖 2 12 卸料板螺釘沉孔深度 2 5 7 橡膠墊的計算 由于橡膠墊允許承受的負荷較大 而且安裝調(diào)整比較靈活方便 因此 它常用 做沖模中彈性卸料 頂件及壓邊裝置的彈性元件 橡膠墊的選用原則如下 為保證橡膠墊不過早失去彈性而損壞 其允許的最大壓縮量不得超過自由 高度的 Q345 一般取 h 總 0 35 0 Q345 h 自由 由工作行程可計算出橡膠墊高度 h 自由 h 工作 0 25 0 35 2 21 式中 h 自由 橡膠墊自由狀態(tài)下的高度 mm h 工作 所需工作行程 mm 橡膠墊產(chǎn)生的力 F Sp 2 22 式中 F 壓力 N S 橡膠墊橫截面積 mm P 與橡膠墊壓縮量有關的單位壓力 MPa 由表 15 6 3 查得 核算橡膠墊的高度和直徑 0 5 h d 1 5 2 23 式中 d 橡膠墊直徑 mm 課程設計說明書 16 根據(jù)工件材料厚度為 2mm 沖裁時凸模進入凹模深度取 1mm 考慮模具維修時刃磨 留量 2mm 在考慮開啟時卸料高出凸模 1mm 則總的工作形成 h 工作 6mm 根據(jù)式 2 22 橡膠墊的自由高度 h 自由 h 工作 0 25 0 35 17 24mm 取 h 自由 20mm 模具在組裝時橡皮的預壓縮量為 h 預 h 自由 10 15 2 3mm 取 h 預 2mm 由此可算出模具安裝橡皮的空間高度尺寸為 32mm 2 5 9 沖模模架的型號與選擇 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 材料送進 方向 導柱受力狀態(tài) 操作是否方便等方面進行綜合考慮 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凹 模大 30 40mm 模板厚度一般等于凹模厚度的 1 1 5 倍 選擇模架時還要注意到模 架與壓力機的安裝關系 通常中小型沖模常采用后側式 對角式或對稱式的導柱型模架 設計中采用 對稱式導柱模架 GB T2851 3 90 相關數(shù)據(jù)參照表 6 得 表 2 16 模架相關數(shù)據(jù) 零件件號 名稱及標準編號 1 2 3 4 上模座 GB2855 5 下模座 GB2855 5 導柱 GB2861 1 導套 GB2861 6 凹模周邊 閉合高度 參 考 H 數(shù)量 1 1 2 2L B 最小 最大 規(guī)格 300 250 200 330 400 400 60 400 400 55 40 210 40 50 11 5 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凹 模大 30 40mm 模板厚度一般等于凹模厚度的 1 1 5 倍 選擇模架時還要注意到模 課程設計說明書 17 架與壓力機的安裝關系 采用后側導柱模架 這種模架前面和左右不受限制 送料和操作方便 但導柱 安裝在后側 工作時偏心距會造成導柱 導套單邊磨損 一般用在小型沖模中 2 6 模具結構圖 課程設計說明書 18 圖 2 15 落料 沖孔復合模 參考文獻 1 郝濱海 沖壓模具簡明設計手冊 M 北京 化學工業(yè)出版社 2004 11 2 周玲 沖模設計實例詳解 M 北京 化學工業(yè)出版社 2007 1 3 王新華 陳登 簡明沖模設計手冊 M 北京 機械工業(yè)出版社 2008 7 4 姜奎華 沖壓工藝與模具設計 M 北京 機械工業(yè)出版社 1998 5 課程設計說明書 19 5 黃毅宏 模具制造工藝 M 北京 機械工業(yè)出版社 1999 6 6 王芳 冷沖壓模具設計指導 M 北京 機械工業(yè)出版社 1999 10 7 胡鳳蘭 互換性與技術測量基礎 M 北京 高等教育出版社 2005 2 8 俞漢清 陳金德 金屬塑性成形原理 M 北京 機械工業(yè)出版社 1999 8 9 彭建聲 冷沖壓技術回答 M 北京 機械工業(yè)出版社 1988 10 劉京華 模具識圖與制圖 M 北京 化學工業(yè)出版社 2007 1 11 閆文平 肖亞慧 模具工識圖 M 北京 化學工業(yè)出版社 2007 7 12 鄭家賢 沖壓模具設計手冊 M 北京 機械工業(yè)出版社 2007 7 13 薛啓翔 沖壓模具與制造 M 北京 化學工業(yè)出版社 2004 3 14 朱旭霞 沖壓工藝及模具設計 M 北京 機械工業(yè)出版社 2008 15 李素麗 劉偉 彎曲件成形工藝分析與模具設計 J 模具工業(yè) 2011 37 3 47 49 沖壓成形與板材沖壓
1． 概述
通過模具使板材產(chǎn)生塑性變形而獲得成品零件的一次成形工藝方法叫做沖壓。由于沖壓通常在冷態(tài)下進行，因此也稱為冷沖壓。只有當板材厚度超過8~100mm時，才采用熱沖壓。沖壓加工的原材料一般為板材或帶材，故也稱板材沖壓。某些非金屬板材（如膠木板、云母片、石棉、皮革等）亦可采用沖壓成形工藝進行加工。
沖壓廣泛應用于金屬制品各行業(yè)中，尤其在汽車、儀表、軍工、家用電器等工業(yè)中占有極其重要的地位。沖壓成形需研究工藝設備和模具三類基本問題。
? 板材沖壓具有下列特點：
（1）．高的材料利用率。
（2）．可加工薄壁、形狀復雜的零件。
（3）．沖壓件在形狀和尺寸方面的互換性好。
（4）．能獲得質量輕而強度高、剛性好的零件。
（5）．生產(chǎn)率高，操作簡單，容易實現(xiàn)機械化和自動化。
沖壓模具制作成本高，因此適合大批量生產(chǎn)。對于小批量、多品種生產(chǎn)，常采用簡易沖模，同時引進沖壓加工中心等新型設備，以滿足市場求新求變的需求。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剛等。如前所述，材料形狀有板材和帶材。
沖壓生產(chǎn)設備有剪床和沖床。剪床是用來將板材剪切成具有一定寬度的條料，以供后續(xù)沖壓工序使用，沖床可用于剪切及成形。
2． 沖壓成形的特點
生產(chǎn)時間中所采用的沖壓成形工藝方法有很多，具有多種形式餓名稱，但塑性變形本質是相同的。沖壓成形具有如下幾個非常突出的特點。
（1）．垂直于板面方向的單位面積上的壓力，其數(shù)值不大便足以在板面方向上使??板材產(chǎn)生塑性變形。由于垂直于板面方向上的單位面積上壓力的素質遠小于板面方向上的內(nèi)應力，所以大多數(shù)的沖壓變形都可以近似地當作平面應力狀態(tài)來處理，使其變形力學的分析和工藝參數(shù)的計算大呢感工作都得到很大的簡化。
（2）．由于沖壓成形用的板材毛胚的相對厚度很小，在壓應力作用下的抗失穩(wěn)能力也很差，所以在沒有抗失穩(wěn)裝置（如壓邊圈等）的條件下，很難在自由狀態(tài)下順利地完成沖壓成形過程。因此，以拉應力作用為主的伸長類沖壓成形過程多于以壓應力作用為主的壓縮類成形過程。
（3）．沖壓成形時，板材毛胚內(nèi)應力的數(shù)值等于或小于材料的屈服應力。在這一點上，沖壓成形與體積成形的差別很大。因此，在沖壓成形時變形區(qū)應力狀態(tài)中的靜水壓力成分對成形極限與變形抗力的影響，已失去其在體積成形時的重要程度，有些情況下，甚至可以完全不予考慮，即使有必要考慮時，其處理方法也不相同。
（4）．在沖壓成形時，模具對板材毛胚作用力所形成的約束作用較輕，不像體積成形（如模鍛）是靠與制件形狀完全相同的型腔對毛胚進行全面接觸而實現(xiàn)的強制成形。在沖壓成形中，大多數(shù)情況下，板材毛胚都有某種程度的自由度，常常是只有一個表面與模具接觸，甚至有時存在板材兩側表面都有于模具接觸的變形部分。在這種情況下，這部分毛胚的變形是靠模具對其相鄰部分施加的外力實現(xiàn)其控制作用的。例如，球面和錐面零件成形時的懸空部分和管胚端部的卷邊成形都屬這種情況。
? ?由于沖壓成形具有上述一些在變形與力學方面的特點，致使沖壓技術也形成了一些與體積成形不同的特點。由于不需要在板材毛的表面施加很大的單位壓力即可使其成形，所以在沖壓技術中關于模具強度與剛度的研究并不十分重要，相反卻發(fā)展了學多簡易模具技術。
由于相同原因，也促使靠氣體或液體壓力成形的工藝方法得以發(fā)展。因沖壓成形時的平面應力狀態(tài)或更為單純的應變狀態(tài)（與體積成形相比），當前對沖壓成形匯中毛胚的變形與 力能參數(shù)方面的研究較為深入，有條件運用合理的科學方法進行沖壓加工。借助于電子計算機與先進的測試手段，在對板材性能與沖壓變形參數(shù)進行實時測量與分析基礎上，實現(xiàn)沖壓過程智能化控制的研究工作也在開展。人們在對沖壓成形過程有離開較為深入的了解后，已經(jīng)認識到?jīng)_壓成型與原材料有十分密切的關系。所以，對板材沖壓性能即成形性與形狀穩(wěn)定性的研究，目前已成為沖壓技術的一個重要內(nèi)容。對板材沖壓性能的研究工作不僅是沖壓技術發(fā)展的需要，而且也促進了鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)技術的發(fā)展，為其提高板材的質量提供了一個可靠的基礎與依據(jù)。
3．沖壓變形的分類
? ?沖壓變形工藝可完成多種工序，其基本工序可分為分離工序和變形工序兩大類。分離工序是使胚料的一部分與另一部分相互分離的工藝方法，主要有落料、沖孔、切邊、剖切、修整等。其中又以沖孔、落料應用最廣。變形工序是使胚料的一部分相對于另一部分產(chǎn)生位移而不破裂的工藝方法，主要有拉深、彎曲、局部成形、脹形、翻邊、縮徑、校形、旋壓等。
從本質上看，沖壓成形就是毛胚的變形區(qū)在外力的作用下產(chǎn)生相應的塑性變形，所以變形區(qū)內(nèi)的應力狀態(tài)和變形特點景象的沖壓成形分類，可以把成形性質相同的成形方法概括成同一個類型并進行體系化的研究。
絕大多數(shù)沖壓成形時毛胚變形區(qū)均處于平面應力狀態(tài)。通常認為在板材表面上不受外力的作用，即使有外力作用，其數(shù)值也是較小的，所以可以認為垂直于板面方向上的應力為零，使板材毛胚產(chǎn)生塑性變形的是作用于板面方向上相互的兩個主應力。由于板厚較小，通常都近似地認為這兩個主應力在厚度方向上是均勻分布的?；谶@樣的分析，可以把各種形式?jīng)_壓成型中的毛陪變形區(qū)的受力狀態(tài)與變形特點，在平面應力的應力坐標系中與相應的兩向應變坐標系中以應力與應變坐標決定的位置來表示。
4.沖壓用原材料
? ?沖壓加工用原材料有很多種，它們的性能也有很大的差別，所以必須根據(jù)原材料的性能與特點，采用不同的沖壓成形方法、工藝參數(shù)和模具結構，才能達到?jīng)_壓加工的目的。由于人們對沖壓成形過程板材毛胚的變形行為有了較為深入的認識，已經(jīng)相當清楚的建立了由原材料的化學成分、組織等因素所決定的材料性能與沖壓成形之間的關系，這就使原材料生產(chǎn)部門不但按照沖壓件的工作條件與使用要求進行原材料的設計工作，而且也根據(jù)沖壓件加工過程對板材性能的要求進行新型材料的開發(fā)工作，這是沖壓技術在原材料研究方面的一個重要方向。對沖壓用原材料沖壓性能方面的研究工作有
（1）原材料沖壓性能的含義。
（2）判斷原材料沖壓性能的科學方法，確定可以確切反映材料沖壓性能的參數(shù)，建立沖壓性能的參數(shù)與實際沖壓成形間的關系，以及沖壓性能參數(shù)的測試方法等。
（3）建立原材料的化學成分、組織和制造過程與沖壓性能之間的關系。沖壓用原材料主要是各種金屬與非金屬板材。金屬板材包括各種黑色技術和有色金屬板材。雖然在沖壓生產(chǎn)中所用金屬板材的種類很多，但最多的原材料蛀牙是鋼板、不銹鋼板、鋁合金板及各種復合金屬板。
5．板材沖壓性能及其鑒定方法
? ? 板材是指對沖壓加工的適應能力。對板材沖壓性能的研究具有飛行重要的意義。為了能夠運用最科學與最經(jīng)濟合理的沖壓工藝過程與工藝參數(shù)制造出沖壓零件，必須對作為加工對象的板材的性能具有十分清楚的了解，這樣才有可能充分地利用板材在加工方面的潛在能力。另一方面，為了能夠依據(jù)沖壓件的形狀與尺寸特點及其所需的成形工藝等基本因素，正確、合理地選用板材，也必須對板材的沖壓性能有一個科學的認識與正確的判斷。評定板材沖壓性能的方法有直接試驗法與間接試驗法。
? ?實物沖壓試驗是最直接的板材沖壓性能的評定方法。利用實際生產(chǎn)設備與模具，在與生產(chǎn)完全相同的條件下進行實際沖壓零件的性能評定，當然能夠的最可靠的結果。但是，這種評定方法不具有普遍意義，不能作為行業(yè)之間的通用標準進行信息的交流。
? ?模擬試驗是把生產(chǎn)中實際存在的沖壓成形方法進行歸納與簡單化處理，消除許多過于復雜的因素，利用軸對稱的簡化了的成形方法，在保證試驗中板材的變形性質與應力狀態(tài)都與實際沖壓成形相同的條件下進行的沖壓性能的評定工作。為了保證模擬試驗結果的可靠性與通用性，規(guī)定了私分具體的關于試驗用工具的幾何形狀與尺寸、毛胚的尺寸、試驗條件（沖壓速度、潤滑方法、壓邊力等）。
? ?間接試驗法也叫做基礎試驗法。間接試驗法的特點是：在對板材在塑性變形過程中所表現(xiàn)出的基本性質與規(guī)律進行分析與研究的基礎上，進一步把它和具體的沖壓成形中板材的塑性變形參數(shù)聯(lián)系起來，建立間接試驗結果（間接試驗值）與具體的沖壓成形性能（工藝參數(shù)）之間的相關性。由于間接試驗時所用試件的形狀與尺寸以及加載的方式等都不同于具體的沖壓成形過程，所以它的變形性質和應力狀態(tài)也不同于沖壓變形。因此間接試驗所得的結果（試驗值）并不是沖壓成形的工藝參數(shù)，而是可以用來表示板材沖壓性能的基礎性參數(shù)。
Characteristics and Sheet Metal Forming
1． The article overview
Stamping is a kind of plastic forming process in which a part is produced by means of the plastic forming the material under the action of a die. Stamping is usually carried out under cold state, so it is also called stamping. Heat stamping is used only when the blank thickness is greater than 8~100mm. The blank material for stamping is usually in the form of sheet or strip, and therefore it is also called sheet metal forming. Some non-metal sheets (such as plywood, mica sheet, asbestos, leather)can also be formed by stamping.
?? Stamping is widely used in various fields of the metalworking industry, and it plays a crucial role in the industries for manufacturing automobiles, instruments, military parts and household electrical appliances, etc.
? ?The process, equipment and die are the three foundational problems that needed to be studied in stamping.
? ?The characteristics of the sheet metal forming are as follows:
(1)? ? High material utilization
(2)? ? Capacity to produce thin-walled parts of complex shape.
(3)? ? Good interchangeability between stamping parts due to precision in shape??
and dimension.
(4)? ? Parts with lightweight, high-strength and fine rigidity can be obtained.
(5)? ? High productivity, easy to operate and to realize mechanization and? ? automatization.
? ? The manufacture of the stamping die is costly, and therefore it only fits to mass production. For the manufacture of products in small batch and rich variety, the simple stamping die and the new equipment such as a stamping machining center, are usually adopted to meet the market demands. The materials for sheet metal stamping include mild steel, copper, aluminum, magnesium alloy and high-plasticity alloy-steel, etc.??
Stamping equipment includes plate shear punching press. The former shears plate into strips with a definite width, which would be pressed later. The later can be used both in shearing and forming.
2．Characteristics of stamping forming
There are various processes of stamping forming with different working patterns and names. But these processes are similar to each other in plastic deformation. There are following conspicuous characteristics in stamping:
（1）．The force per unit area perpendicular to the blank surface is not large but is enough to cause the material plastic deformation. It is much less than the inner stresses on the plate plane directions. In most cases stamping forming can be treated approximately as that of the plane stress state to simplify vastly the theoretical analysis and the calculation of the process parameters.
（2）．Due to the small relative thickness, the anti-instability capability of the blank is weak under compressive stress. As a result, the stamping process is difficult to proceed successfully without using the anti-instability device (such as blank holder). Therefore the varieties of the stamping processes dominated by tensile stress are more than dominated by compressive stress.
（3）．During stamping forming, the inner stress of the blank is equal to or sometimes less than the yield stress of the material. In this point, the stamping is different from the bulk forming. During stamping forming, the influence of the hydrostatic pressure of the stress state in the deformation zone to the forming limit and the deformation resistance is not so important as to the bulk forming. In some circumstances, such influence may be neglected. Even in the case when this influence should be considered, the treating method is also different from that of bulk forming.
（4）．In stamping forming, the restrain action of the die to the blank is not severs as in the case of the bulk forming (such as die forging). In bulk forming, the constraint forming is proceeded by the die with exactly the same shape of the part. Whereas in stamping, in most cases, the blank has a certain degree of freedom, only one surface of the blank contacts with the die. In some extra cases, such as the forming of the blank on the deforming zone contact with the die. The deformation in these regions are caused and controlled by the die applying an external force to its adjacent area.
Due to the characteristics of stamping deformation and mechanics mentioned above, the stamping technique is different form the bulk metal forming: The importance or the strength and rigidity of the die in stamping forming is less than that in bulk forming because the blank can be formed without applying large pressure per unit area on its surface. Instead, the techniques of the simple die and the pneumatic and hydraulic forming are developed.
Due to the plane stress or simple strain state in comparison with bulk forming, more research on deformation or force and power parameters has been done. Stamping forming can be performed by more reasonable scientific methods. Based on the real time measurement and analysis on the sheet metal properties and stamping parameters, by means of computer and some modern testing apparatus, research on the intellectualized control of stamping process is also in proceeding. It is shown that there is a close relationship between stamping forming and raw material. The research on the properties of the stamping forming, that is, forming ability and shape stability, has become a key point in stamping technology development, but also enhances the manufacturing technique of iron and steel industry, and provides a reliable foundation for increasing sheet metal quality.
3．Categories of stamping forming
? ? Many deformation processes can be done by stamping, the basic processes of the stamping can be divided into two kinds: cutting and forming.Cutting is a shearing process that one part of the blank is cut from the other. It mainly includes blanking, punching, trimming, parting and shaving, where punching and blanking are the most widely used. Forming is a process that one part of the blank has some displacement from the other. It mainly includes deep drawing, bending, local forming, bulging, flanging, necking, sizing and spinning.
In substance, stamping forming is such that the plastic deformation occurs in the deformation zone of the stamping blank caused by the external force. The stress state and deformation characteristic of the deformation zone are the basic factors to decide the properties of the stamping forming. Based on the stress state and deformation characteristics of the deformation zone, the forming methods can be divided into several categories with the same forming properties and be studied systematically.
??The deformation zone in almost all types of stamping forming is in the plane stress state. Usually there is no force or only small force applied on the blank surface. When is assumed that the stress perpendicular to the blank surface equals to zero, two principal stresses perpendicular to each other and act on the blank surface produce the plastic deformation of the material. Due to the small thickness of the blank, it is assumed approximately the two principal stresses distribute uniformly along the thickness direction. Based on this analysis, the stress state and the deformation characteristics of the deformation zone in all kinds of stamping forming can be denoted by the points in the coordinates of the plane principal stresses and the coordinates of the corresponding plane principal strains.
4．Raw materials for stamping forming
There are a lot of raw materials used in stamping forming, and the properties of these materials may have large difference. The stamping forming can be succeeded only by determining the stamping method, the forming parameters and the die structures according to the properties and characteristics of the raw materials. The deformation of the blank during stamping forming has been investigated quite thoroughly. The relationships between the material properties decided by the chemistry component and structure of the material and the stamping forming has been established clearly. Not only the proper material can be selected based on the working condition and usage demand, but also the new material can be developed according to the demands of the blank properties during processing the stamping part. This is an important domain in stamping forming research. The research on the material properties for stamping forming is as follows:
（1）．Definition of the stamping property of the material.
（2）．Method to judge the stamping property of the material, find parameters to express the definitely material property of the stamping forming, establish the relationship between the property parameters and the practical stamping forming, and investigate the testing methods of the property parameters.
（3）．Establish the relationship among the chemical component, structure, manufacturing process and stamping property.
?? The raw materials for stamping forming mainly include various metals and nonmetal plate. Sheet metal includes both ferrous and nonferrous metals. Although a lot of sheet metals are used in stamping forming, the most widely used materials are steel, stainless steel, aluminum alloy and various composite metal plates.
5．Stamping forming property of sheet metal and its assessing method
The stamping forming property of the sheet metal is the adaptation capability of the sheet metal to stamping forming. It has crucial meaning to the investigation of the stamping forming property of the sheet metal. In order to produce stamping forming parts with most scientific, economic and rational stamping forming process and forming parameters, it is necessary to understand clearly the properties of the sheet metal, so as to utilize the potential of the sheet metal fully in the production. On the other hand, to select plate material accurately and rationally in accordance with the characteristics of the shape and dimension of the stamping forming part and its forming technique is also necessary so that a scientific understanding and accurate judgment to the stamping forming properties of the sheet metal may be achieved.
There are direct and indirect testing methods to assess the stamping property of the sheet metal?.Practicality stamping test is the most direct method to assess stamping forming property of the sheet metal. This test is done exactly in the same condition as actual production by using the practical equipment and dies. Surely, this test result is most reliable. But this kind of assessing method is not comprehensively applicable, and cannot be shared as a commonly used standard between factories.
? ? The simulation test is a kind of assessing method that after simplifying and summing up actual stamping forming methods, as well as eliminating many trivial factors, the stamping properties of the sheet metal are assessed, based on simplified axial-symmetric forming method under the same deformation and stress states between the testing plate and the actual forming states. In order to guarantee the reliability and generality of simulation results, a lot of factors are regulated in detail, such as the shape and dimension of tools for test, blank dimension and testing conditions(stamping velocity, lubrication method and blank holding force, etc).???Indirect testing method is also called basic testing method its characteristic is to connect analysis and research on fundamental property and principle of the sheet metal during plastic deformation, and with the plastic deformation parameters of the sheet metal in actual stamping forming, and then to establish the relationship between the indirect testing results(indirect testing value) and the actual stamping forming property (forming parameters). Because the shape and dimension of the specimen and the loading pattern of the indirect testing are different from the actual stamping forming, the deformation characteristics and stress states of the indirect test are different from those of the actual one. So, the results obtained form the indirect test are not the stamping forming parameters, but are the fundamental parameters that can be used to represent the stamping forming property of the sheet metal.