汽車消音器的沖壓工藝及模具設(shè)計【落料拉深沖孔翻邊復(fù)合模具】,落料拉深沖孔翻邊復(fù)合模具,汽車消音器的沖壓工藝及模具設(shè)計【落料拉深沖孔翻邊復(fù)合模具】,汽車,消音器,沖壓,工藝,模具設(shè)計,落料拉深,沖孔,復(fù)合,模具 汽車消音器的沖壓工藝及模具設(shè)計 1 緒 論 1.1現(xiàn)代模具的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 模具被稱為工業(yè)產(chǎn)品之母。所以工業(yè)的高速發(fā)展也離不開模具工業(yè)的不斷進步。中國模具巿場規(guī)模巨大，隨著國內(nèi)模具工業(yè)高速發(fā)展，技術(shù)也獲得了較大的飛躍，但是，仍然面對高檔模具以進口為主的尷尬局面。提升技術(shù)實力，乃是中國模具工業(yè)發(fā)展的前途所在。隨著沖壓金屬制品在機械、電子、交通、國防、建筑、農(nóng)業(yè)等各行業(yè)的廣泛應(yīng)用，對冷沖壓模具的需求日益增加，沖壓模在國民經(jīng)濟中的重要性也日益突出。模具作為一種高附加值和技術(shù)密集型產(chǎn)品，其技術(shù)水平的高低已經(jīng)成為一個國家制造業(yè)水平的重要標(biāo)志之一。 在國內(nèi)方面,由于近年市場需求的強大拉動，中國模具工業(yè)高速發(fā)展，市場廣闊，產(chǎn)銷兩旺。2003年我國模具產(chǎn)值達到450億元人民幣以上，約折合50多億美元，按模具總量排名，中國緊隨日本、美國其后，位居世界第三。中國模具已涵蓋了各種用于金屬和非金屬成形的特殊裝備，被分為10大類、46小類。1996年至2002年間，中國模具制造業(yè)的產(chǎn)值年平均增長14%左右，2003年增長25%左右，廣東、江蘇、浙江、山東等模具發(fā)達地區(qū)的增長在25%以上。近兩年，我國的模具技術(shù)有了很大的提高，生產(chǎn)的模具有些已接近或達到國際水平。2003年模具出口3.368億美元，比上年增長在33.5%，形勢喜人。 總的來看，我國技術(shù)含量低的模具已供過于求，市場利潤空間狹小，而技術(shù)含量較高的中、高檔模具還遠不能適應(yīng)國民經(jīng)濟發(fā)展的需要，精密、復(fù)雜的沖壓模具和塑料模具、轎車覆蓋件模具、電子接插件等電子產(chǎn)品模具等高檔模具仍有很大一部分依靠進口。 近五年來，我國平均每年進口模具約11.2億美元，2003年就進口了近13.7億美元的模具，這還未包括隨設(shè)備和生產(chǎn)線作為附件帶進來的模具。中國現(xiàn)有模具企業(yè)超過2萬家，從業(yè)人數(shù)50多萬人。中國的模具生產(chǎn)目前主要集中在華南和華東，大約占了全國模具制造業(yè)產(chǎn)值和銷售額的三分之二，每年平均增長在20%左右。 在國外方面, 我國模具生產(chǎn)廠中多數(shù)是自產(chǎn)自配的工模具車間（分廠），自產(chǎn)自配比例高達60%左右，而國外模具超過70%屬商品模具。專業(yè)模具廠大多是“大而全”、“小而全”的組織形式，而國外大多是“小而專”、“小而精”。國內(nèi)大型、精密、復(fù)雜、長壽命的模具占總量比例不足30%，而國外在50%以上。2004年，模具進出口之比為3.7﹕1，進出口相抵后的凈進口額達13.2億美元，為世界模具凈進口量最大的國家。 1.2本設(shè)計的基本工序 本設(shè)計是汽車消音器的拉深翻邊復(fù)合模冷沖模主要由以下幾部分構(gòu)成: 工作部分：其功能是完成材料的分離。零件質(zhì)量及尺寸精度主要靠該部分來保證。 定位及擋料部分：其功能是確定條料在沖模中的正確位置。 卸料及推件裝置：其功能是把箍在凸凹模外圍的條料卸下來，把梗塞在凹模內(nèi)的零件推出來，保證沖壓繼續(xù)正常進行。 導(dǎo)向裝置：其功能是保證上、下模正常運行，使之不產(chǎn)生位置偏移。 連接固定部分：其功能是連接和緊固各零部件，使之成為一完整的整體。 本設(shè)計是護汽車消音器落料、拉深、沖孔、翻邊復(fù)合模，所謂復(fù)合模是指壓力機一次行程中，在模具的一個工位上，同時完成幾道不同工序的模具。它屬于多工序模。工作部分除凹、凸模外還有凸凹模。落料凹模在上模部分的稱為倒裝復(fù)合模，落料凹模在下模的稱為正裝復(fù)合模。 模具設(shè)計，即設(shè)計一副能夠生產(chǎn)所給汽車消音器的模具，并且結(jié)構(gòu)合理、能保證制品的精度、表面質(zhì)量。在設(shè)計中能熟練使用PRO/E?、AUTOCAD?等機械、模具相關(guān)繪圖軟件。 2 零件的工藝性 2.1 工件資料 圖2-1所示為汽車消音器零件，材料為08F鋼，厚度為t=1 mm，大批量生產(chǎn)。 圖2-1 汽車消音器零件 圖2-2 汽車消音器零件三維圖 2.2 零件材料及其沖壓工藝性分析 2.2.1 零件材料的分析 冷沖壓模具包括沖裁、彎曲、拉深、成形等各種單工序模和由這些基本工序組成的復(fù)合模、級進模等各種模具。設(shè)計這些模具時，首先要了解被加工材料的力學(xué)性能。材料的力學(xué)性能是進行模具設(shè)計時各種計算的主要依據(jù)。故在分析零件沖壓成形工藝，設(shè)計沖壓模具前，必須要了解和掌握材料的一些力學(xué)性能，以便設(shè)計?，F(xiàn)將汽車消音器零件材料為08F鋼的力學(xué)性能主要參數(shù)及其概念敘述如下： （1）應(yīng)力：材料單位面積上所受的內(nèi)力，單位是N/mm2，用Pa表示。10Pa=1MPa；1MPa = 1N/mm；10Pa = 1GPa。 （2）屈服點σs：材料開始產(chǎn)生塑性變形時的應(yīng)力值，單位是N/mm2。彎曲、拉深、成形等工序中，材料都是在達到屈服強度時進行塑性變形而完成該工序的成形的。經(jīng)查表取σs =180 MPa。 （3）抗拉強度σb。材料受到拉深作用，開始產(chǎn)生斷裂時的應(yīng)力值，單位是MPa。σb = 280~390MPa。 （4）抗剪強度τb。材料受到剪切作用，開始產(chǎn)生斷裂時的應(yīng)力值，單位是MPa。取τb = 255～333MPa。 （5）彈性模量E。材料在彈性范圍內(nèi)，表示受力與變形的指標(biāo)，彈性模量大，表示材料受力后變形較小，或者說，產(chǎn)生一定的變形需要較大的力。E = 194 x 10MPa。 （6）屈服比σs/σb。是材料的屈服強度與抗拉強度之比，其值越小，表示材料允許的塑性變形區(qū)越大，在拉深工序中，材料的屈服比較小時，所需的壓邊力和所需克服的摩擦力相應(yīng)的減小，有利于提高成形極限。 （7）伸長率δ。在材料性能實驗時，試件由拉伸試驗機拉斷后，對接起來測量長度，其伸長量與原長度之比稱為伸長率，其數(shù)值用“％”表示，其數(shù)值越大表示材料的塑性越好。經(jīng)查表可得，材料為08F鋼的伸長率δ=32％。 綜上所述，對電機端蓋零件材料08F鋼的力學(xué)性能分析，主要是為了便于模具設(shè)計中各參數(shù)的計算，故在后序的模具設(shè)計中各參數(shù)的計算均以上面所取的數(shù)值進行計算。 2.2.2 零件工藝性的分析 沖壓件工藝性是指沖壓零件在沖壓加工過程中加工的難易程度。雖然沖壓加工工藝過程包括備料—沖壓加工工序—必要的輔助工序—質(zhì)量檢驗—組合、包裝的全過程，但分析工藝性的重點要在沖壓加工工序這一過程里。而沖壓加工工序很多，各種工序中的工藝性又不盡相同。即使同一個零件，由于生產(chǎn)單位的生產(chǎn)條件、工藝裝備情況及生產(chǎn)的傳統(tǒng)習(xí)慣等不同，其工藝性的涵義也不完全一樣。這里我們重點分析零件的結(jié)構(gòu)工藝性。 該零件為電機端蓋，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成軸對稱，是典型的拉深，沖孔，翻邊工件。在拉深過程中要注意控制拉深程度，加工時，根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)，形狀等一些技術(shù)要求，應(yīng)考慮以下幾點： （1）拉深件圓角半徑：拉深件的圓角半徑要適合，應(yīng)盡量大些，以便于成形和減少拉深次數(shù)，避免在拉深過程中出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象即拉裂。拉深件底與壁的圓角半徑應(yīng)滿足r1≥t。而在此設(shè)計中圓角半徑R4＞t=1，故滿足設(shè)計要求。 （2）考慮拉深件厚度不均勻的現(xiàn)象：在拉深過程中，一般為不變薄拉深，從理論分析上說是不符合的，在拉深過程中壁厚應(yīng)有少量的變化，如果在拉深件精度要求不高時，一般可以忽略不計。 （3）拉深件的孔位布置：根據(jù)示圖所示，該零件的孔位布置合理，處于中心部位。在沖孔、翻邊時，要注意孔與拉深件的同心度的問題，孔到拉深底部邊緣的距離d≤d1-2r1-t。 根據(jù)零件圖，初步分析可以知道電機端蓋零件的沖壓成形需要多道工序才能完成，首先進行落料拉深，形成外形尺寸形狀，其次底部要翻邊成型。 綜上所述，電機端蓋由平板毛坯沖壓成形應(yīng)包括的基本工序有：拉深和翻邊。 2.3 確定工藝方案和模具形式 在沖壓分析的基礎(chǔ)上，找出工藝與模具設(shè)計的特點與難點，根據(jù)實際情況提出各種可能的沖壓工藝方案，內(nèi)容包括工序性質(zhì)，工序數(shù)目，工序順序及組合方式等，有時同一種沖壓零件也可能存在多個可行的方案，通常每種方案各有優(yōu)缺點，應(yīng)從產(chǎn)品質(zhì)量生產(chǎn)效率，設(shè)備占用情況，模具制造的難易程度和模具的使用壽命的高低，生產(chǎn)成本，操作方便與安全程度等方面進行綜合分析、比較，確定出適合于現(xiàn)有生產(chǎn)條件的最佳方案，故在一定的條件下，以最簡單的方法，最快的速度，最少的勞動量，最少的費用，可靠的加工出符合圖樣各項要求的零件，在保證加工質(zhì)量的前提下，選擇經(jīng)濟合理的工藝方案。 確定工藝方案及模具形式： 1、根據(jù)對沖壓零件的形狀、尺寸、精度及表面質(zhì)量要求的分析結(jié)果，確定沖壓所需的基本的工序，如落料、沖孔、翻邊、拉深、整形等。 2、根據(jù)初步工藝計算，確定工藝數(shù)目，如沖壓次數(shù)、拉深次數(shù)等。 3、根據(jù)各個工序的變形特點、質(zhì)量要求等確定工序順序。 4、根據(jù)生產(chǎn)批量和條件（沖壓加工條件和模具制造條件）確定工序組合。 生產(chǎn)批量大時，沖壓工序應(yīng)盡可能組合在一起，用復(fù)合模具；小批量生產(chǎn)用單工序簡單模。要提高生產(chǎn)成本，應(yīng)該盡量選擇合理的工藝方案，選擇復(fù)合能復(fù)合的工序，為提高生產(chǎn)率，綜合分析，可以采用翻邊拉深復(fù)合模具完成。 3 主要工藝參數(shù)的計算 3.1毛坯尺寸的計算 由于板料在軋壓或退火時所產(chǎn)生的聚合組織而使材料引起殘存的方向性，反映到拉深過程中，就使桶形拉深件的口部形成明顯的突耳。此外，如果板料本身的金屬結(jié)構(gòu)組織不均勻、模具間隙不均勻、潤滑的不均勻等等，也都會引起沖件口高低不齊的現(xiàn)象，因此就必需在拉深厚的零件口部和外緣進行修邊處理。這樣在計算毛坯尺寸的時候就必需加上修邊余量然后再進行毛坯的展開尺寸計算。 根據(jù)零件的尺寸取修邊余量的值為3mm。查表5—7，《沖壓工藝與模具設(shè)計實用技術(shù)》： 在拉深時，雖然拉深件的各部分厚度要求發(fā)生一些變化，但如果采用適當(dāng)?shù)墓に嚧胧瑒t其厚度的變化量還是并不太大。在設(shè)計工藝過程時，可以不考慮毛坯厚度的變化。 由于毛坯圓弧部分中心不在一條直線上，因此按照等面積的原則進行毛坯初始直徑的求解。 毛坯尺寸按公式(等面積原則)： 3.1 所以： 3.2計算拉深次數(shù) 在考慮拉深的變形程度時，必需保證使毛坯在變形過程中的應(yīng)力既不超過材料的變形極限，同時還能充分利用材料的塑性。也就是說，對于每道拉深工序，應(yīng)在毛坯側(cè)壁強度允許的條件下，采用最大的變形程度，即極限變形程度。 極限拉深系數(shù)值可以用理論計算的方法確定。即使得在傳力區(qū)的最大拉應(yīng)力與在危險斷面上的抗拉強度相等，便可求出最小拉深系數(shù)的理論值，此值即為極限拉深系數(shù)。但在實際生產(chǎn)過程中，極限拉深系數(shù)值一般是在一定的拉深條件下用實驗的方法得出的，我們可以通過查表來取值。 該工件拉深一個過程，因此可以計算其拉深系數(shù)來確定拉深次數(shù)。 其實際拉深系數(shù)為： m=d/D=26/61=0.426 3.5 材料的相對厚度為： t/D 3.6 凸緣的相對高度為： 3.7 由《沖壓工藝與模具設(shè)計實用手冊》可以查出 ，，《沖壓工藝與模具設(shè)計實用手冊》可以查出 因為凸緣的相對高度0.247小于最大相對高度0.63，且實際拉深系數(shù)0.51大于最小極限拉深系數(shù)0.47，所以拉深過程可以一次拉深成功。 3.3拉深力和翻邊力的計算 3.3.1拉深過程 （1）拉深力 3.8 式中 —圓筒形零件的凸模直徑（mm） —系數(shù)，查（表5—3，《沖壓工藝與模具設(shè)計實用手冊》）取0.4 —材料的抗拉強度（MPa） 因此 （3）頂件力 頂件力的計算公式可按下式：（P340，《沖壓工藝與模具設(shè)計實用手冊》） = 3.13 式中 ——頂件力（N）； ——頂件力系數(shù)；查表2-8 = 0.06 = 3.3.2沖孔、翻邊過程 3.16 式中，D ——翻邊后直徑(按中線算)，mm； d ——坯料預(yù)制孔直徑，mm； t ——材料厚度，mm； --板料抗拉強度 3.3.3總力計算 第一幅落料拉深模具： 3.16 3.4 沖壓設(shè)備的選擇 為安全起見，防止設(shè)備的超載，對于沖裁工序，壓力機的公稱壓力P應(yīng)大于或等于沖裁時總沖壓力的1.1～1.3倍。 即： P≥ （1.1～1.3）Fmax 3.17 取 P = 1.3 Fmax P = 1.3 Fmax=104KN 所以可以選擇噸位為100KN以上的壓力機，考慮到拉深成形的行程比較大，選定壓力機還應(yīng)參考壓力機說明書所給出的允許工作負荷曲線。 擬選用J23-16開式可傾壓力機。 4 模具總體設(shè)計 4.1 模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計 4.1.1定位方式的選擇 定位零件基本上都已標(biāo)準(zhǔn)化，可根據(jù)坯料和工序件形狀、尺寸、精度及模具的結(jié)構(gòu)形式與生產(chǎn)效率要求等選用相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。圓形毛坯工件一般采用定位板定位。 4.1.2 卸料﹑出件方式的選擇 卸料與出件裝置的作用是當(dāng)沖模完成一次沖壓之后，把沖件或廢料從模具工作零件上卸下來，以便沖壓工作繼續(xù)進行。通常，把沖件或廢料從凸模上卸下來稱為卸料。 出件裝置的作用是從凹模內(nèi)卸下沖件或廢料。我們通常把裝在上模內(nèi)的出件裝置稱為推件裝置；把裝在下模內(nèi)的稱為頂件裝置。 綜合考慮該模具的結(jié)構(gòu)和使用方便，以及工件料厚為1.2mm，相對較薄，卸料力也比較小，又因為是復(fù)合模生產(chǎn)，所以采用在凹模安裝頂件裝置來頂出件，比較便于操作與提高生產(chǎn)效率，同時又可以提高工件的平整度。 4.1.3 導(dǎo)向方式的選擇 在沖壓過程中，導(dǎo)向結(jié)構(gòu)一般情況下直接與模架聯(lián)系在一起，該模具采用后側(cè)導(dǎo)柱的導(dǎo)向方式，提高模具壽命和工件質(zhì)量，方便安裝調(diào)整 9 汽車消音器的成形工藝及模具設(shè)計 4.2 模具的閉合高度 根據(jù)以上落料、拉深和成型復(fù)合模結(jié)構(gòu)圖可知，模具的閉合高度h為： Hm=下模板厚度+上模板厚度+墊板厚度+凸凹模長度+凹模高度+凸模固定板-凸凹模進人凹模的深度 H1=171mm H2=123mm 查所選設(shè)備的參數(shù)模具的裝模高度應(yīng)該滿足下式要求： Hmax-5 > hm Hmin+10 4.1 故滿足設(shè)計要求。 4.3 模具工作部分尺寸及公差計算 由模具結(jié)構(gòu)圖便知，該模具工作部分尺寸及公差計算，主要包括落料凸、凹模刃口尺寸及公差計算、拉深模和成型模工作部分尺寸的計算。 4.3.3翻邊凸、凹模刃口的尺寸及公差的計算 4.6 4.7 沖孔、翻邊件精度取IT14級，凹模為IT7級，凸模取IT6級 —沖孔、翻邊凸模直徑（mm） —沖孔、翻邊凹模直徑（mm） D —工件外徑的公稱尺寸（mm） — 沖裁工件要求的公差 X —系數(shù)，為避免多數(shù)沖裁件尺寸都偏向于極限尺寸，此處可取X=0.5。 、—凹、凸模制造偏差。 5 沖模零件的設(shè)計 5.1 落料凹模的設(shè)計 5.1.1 凹模的尺寸計算 凹模工作部分的尺寸計算，參見前面的主要工藝參數(shù)的計算。其他部分結(jié)構(gòu)寸的計算如下： （1）凹模壁厚C 凹模壁厚C是指凹模刃口到凹模外邊緣的最短距離。凹模壁厚將直接影響凹模板的外形尺寸，即長度與寬度（L x B）。故在設(shè)計過程中應(yīng)選擇合適的凹模壁厚C。 凹模壁厚C值主要考慮布置連接螺釘孔和銷釘孔的需要，同時也能保證凹模強度和剛度，在選擇凹模壁厚時，還應(yīng)注意以下幾點：工件落料時取表中較小值，反之取較大值；型孔為圓弧時取小值、為直邊時取中值、為尖角時取大值；當(dāng)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)模具或雖然設(shè)計非標(biāo)準(zhǔn)模具，但凹模板毛坯需要外購時，應(yīng)將計算的凹模外形尺寸L X B按模具國家標(biāo)準(zhǔn)中凹模板的系列尺寸進行修正，取較大規(guī)格的尺寸。第一幅模具初定凹模壁厚C為15mm。 （2）凹模的結(jié)構(gòu)形式 凹模板的厚度H主要不是從強度需要考慮的，而是從連接螺釘旋入深度與凹模剛度的需要考慮的。凹模板的厚度一般應(yīng)不小于10mm，特別小型的模具可取8mm。隨著凹模板外形尺寸的增大，凹模板的厚度也應(yīng)相應(yīng)的增大。凹模厚度H=45mm ?。? 凹模直徑為180mm 凹模外形尺寸形狀如下圖所示: 圖5-1凹模結(jié)構(gòu)圖 凹模的外形尺寸已標(biāo)準(zhǔn)化，用以上方法求得的外形尺寸應(yīng)向接近的標(biāo)準(zhǔn)尺寸靠攏。故凹模尺寸、強度和剛度足夠，一般不再進行強度和剛度的核算。 當(dāng)沖裁形狀復(fù)雜，公差等級高，尺寸大或尺寸較小的零件時，可以采用鑲拼式凹模，但對于此零件的沖裁其凹模結(jié)構(gòu)簡單，故采用整體式結(jié)構(gòu)。其凹模結(jié)構(gòu)圖如下圖所示： 圖5-2凹模結(jié)構(gòu)形式圖 凹模的固定方法用螺釘固定，具體的固定方法見裝配圖。 5.2拉深翻邊凸凹模的設(shè)計 5.2.1 凸凹模的尺寸計算 拉深凸模的工作尺寸的計算參見前面的主要工藝參數(shù)計算?，F(xiàn)將其它參數(shù)的計算介紹如下： （1）拉深模的凸模圓角半徑 拉深凸模的圓角半徑r凸對拉深工作也有影響。當(dāng)r凸過小時，則角部彎曲變形大，危險斷面容易拉斷。當(dāng)r凸過大時，則毛坯底部的承壓面積減小，懸空部分加大，容易產(chǎn)生底部的局部變薄和內(nèi)皺。 除最后一次拉深，凸模的圓角半徑r凸應(yīng)比板厚略大，即：r，最后一次拉深時，凸模的r應(yīng)等于零件的內(nèi)圓半徑，但不得小于材料厚度。如工件的內(nèi)圓角半徑要求小于料厚，則要有整形工序來完成。故在此設(shè)計中取r凸=4mm。 （2）拉深間隙 拉深間隙指拉深凸模與凹模之間的單面間隙，用Z表示。 ① 模具間隙對拉深過程的影響 拉深模的凸模與凹模之間的單邊間隙Z/2，影響拉深力與拉深件的質(zhì)量。 拉深模的凸、凹模間隙Z/2大，則摩擦小，能減小拉深力。但如果間隙過大，拉深件的精度將不易控制，拉深后零件的高度將小于所要求的高度，零件成桶形。 拉深模的凸、凹模間隙Z/2小，則摩擦大，將增加拉深力，造成許用拉深系數(shù)m值的增大。如果凸、凹模間隙Z/2小于拉深件的材料厚度，則將產(chǎn)生變薄拉深的效果，使得拉深件的精度降低。 ② 拉深模具間隙的取向 A）除最后一道工序外，間隙的取向不作規(guī)定。 B）對于最后一道工序，當(dāng)工件外形尺寸要求一定時，以凹模為基準(zhǔn)，凸模尺寸按凹模減小以取得間隙。當(dāng)工件內(nèi)形尺寸要求一定時，以凸模為基準(zhǔn)，凹模尺寸按凸模放大以取得間隙。 C）淺拉深時，拉深間隙可取小些，深拉深時，則應(yīng)取大些。這是因為變形程度越大，板厚的增厚量也越大。 D）多次拉深時，前幾次拉深可取較大的拉深間隙，以便使拉深順利進行。最后一次拉深則取較小的拉深間隙，以便獲得尺寸精度較高的拉深件。 E）在整形拉深時，如果要求工件的精度較高，例如IT10～12級，可取拉深間隙稍小于板料厚度，常取Z/2=（0.9～0.95）t。如果整形時只要求減小圓角半徑，拉深間隙可稍大于板料厚度，例如取Z/2=（1.05～1.1）t。 F）板料較軟時，可取較小的拉深間隙，因為軟料在凸模與凹模之間容易被擠薄，可消除拉深過程已出現(xiàn)的微小皺折。相反，硬度則應(yīng)取較大的拉深間隙。 G）實際供應(yīng)的板料厚度可能與其公稱值相比較有較大的誤差，甚至超出板厚的公差范圍。因此，如果成批生產(chǎn)拉深件的板料已經(jīng)購入，最好依據(jù)實測的板料厚度參考上述原則確定合適的拉深間隙值。拉深翻邊凸凹莫如圖所示 圖5-2凸凹模結(jié)構(gòu)圖 5.2.2 凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計 （1）凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計的三原則 為了保證凸模能夠正常工作，設(shè)計任何結(jié)構(gòu)形式的凸模都滿足如下三原則。 ① 精確定位 凸模安裝到固定板上以后，在工作過程中其軸線或母線不允許發(fā)生任何方向的移位否則將造成沖裁間隙不均勻，降低模具壽命，嚴重時可造成啃模。 ② 防止拔出 回程時，卸料力對凸模產(chǎn)生拉伸作用。凸模的結(jié)構(gòu)應(yīng)能防止凸模從固定板中拔出來。 ③ 轉(zhuǎn)動 對于工作段截面為圓形的凸模，當(dāng)然不存在防轉(zhuǎn)的問題。 以上三條原則主要是從凸模安裝固定方法考慮的。在設(shè)計各種凸模的時，應(yīng)注意都要滿足這三條原則。 其凸模結(jié)構(gòu)圖如下所示： 圖5-3翻邊凸模結(jié)構(gòu)圖 5.3 沖模的導(dǎo)向裝置 5.3.1 模架的導(dǎo)向 （1）模架導(dǎo)向的特點 普通模架由導(dǎo)柱、導(dǎo)套、上模座和下模座組成。從安全考慮，通常導(dǎo)柱安裝在下模座，導(dǎo)套安裝在上模座。導(dǎo)柱與導(dǎo)套的配合面取圓柱面，以便容易加工成小間隙配合，使模架的導(dǎo)向精度高于壓力機滑塊的導(dǎo)向精度。 采用模架進行導(dǎo)向，不僅能保證上、下模的導(dǎo)向精度，而且能提高模具的剛性、延長模具的使用壽命、使沖裁件的質(zhì)量比較穩(wěn)定、使模具的安裝調(diào)整比較容易。因此在中小型沖模上廣泛采用模架作為上、下模的導(dǎo)向裝置。 模具可視為模具的一個部件，并且早已高度標(biāo)準(zhǔn)化與商品化。在沖模設(shè)計時，特別是中小型沖模設(shè)計時，應(yīng)盡量選擇專業(yè)生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)模架，對提高模具質(zhì)量、縮短制模周期有著十分重要的意義。 圖5-5導(dǎo)套導(dǎo)柱示意圖 （2）模架的類型及應(yīng)用 落料拉深沖孔模具設(shè)計中為方便卸料版安裝，采用后側(cè)導(dǎo)柱模架； 第二幅模具由于采用圓形定位板定位，因此采用中間圓形導(dǎo)柱模架。 導(dǎo)柱分布在矩形凹模的對稱中心線上，兩個導(dǎo)柱的直徑不同，可避免上模與下模裝錯而發(fā)生啃模事故。適用于單工序模和工位少的級進模。 裝配良好的模架，應(yīng)能用兩手輕輕抬起上模座而下模座不動，但這樣的效果很難達到， 因為導(dǎo)柱與模座為過盈配合，壓入導(dǎo)柱導(dǎo)套時難以保證垂直度。所以在裝配時，導(dǎo)柱、導(dǎo)套與模座可以較松的過渡配合H7/m6代替過盈配合，容易保證導(dǎo)柱和導(dǎo)套的軸線垂直于模座平面，使模架的導(dǎo)向精度只決定于加工精度，而容易制成精密模架。 對于沖裁模，導(dǎo)柱導(dǎo)套的配合間隙應(yīng)小于單面間隙。當(dāng)雙面沖裁間隙不超過0.03時，相當(dāng)于板料厚度小于0.5mm，可選用一級模架。雙面沖裁間隙超過0.03mm時，可選用二級模架。 為了保證使用中的安全和可靠性，設(shè)計與裝配模具時，還應(yīng)注意下列事項： 當(dāng)模具處于閉合位置時，導(dǎo)柱的上端面與上模座的上平面應(yīng)留10～15mm的距離；導(dǎo)柱下端面與下模座下平面應(yīng)留2～5mm的距離。導(dǎo)套與上模座上平面應(yīng)留不小于3mm 5.4 定位裝置 沖壓加工時，條料或坯料在沖模內(nèi)處于正確的位置，稱為定位。 定位的基本形式有如下三種類型： （1）導(dǎo)向定位 （2）接觸定位 （3）形狀定位 在此設(shè)計模具選用定位板定位。 圖5-7 導(dǎo)料板定位圖 6其它沖模零件設(shè)計 6.1 模柄的類型及選擇 中小型模具一般都用模柄將上模與壓力機滑塊相連接。設(shè)計模具時，選擇模柄的類型要考慮模具結(jié)構(gòu)的特點和使用要求，模柄工作段的直徑應(yīng)與所選定的壓力機滑塊孔的直徑相一致。下面分別介紹幾種常見的標(biāo)準(zhǔn)模柄形式，可供設(shè)計時選用。 （1）旋入式模柄 旋入式模柄，通過螺紋與上模座連接，上端兩平行面供搬手旋緊用。騎縫螺釘用于防止模柄轉(zhuǎn)動。 （2）壓入式模柄 壓入式模柄，固定段與上模座孔采用H7/h6過渡配合，并加騎縫銷防止轉(zhuǎn)動。裝配后模柄軸線與上模座垂直度比旋入式模柄好。 （3）凸緣式模柄 凸緣模柄，在上模座加工出容納模柄大凸緣的沉孔，與凸緣為H7/h6配合，并用3個或4個內(nèi)六角螺釘進行固定。由于沉孔底面的表面粗糙度較差，與上模座的平行度也較差，所以裝配后模柄的垂直度遠不如壓入式的模柄。因此在能應(yīng)用壓入式模柄時，不應(yīng)采用凸緣模柄。這種模柄的優(yōu)點在于凸緣的厚度一般不到模座厚度的一半，模座凸緣以下部分仍可加工出形孔，以便容納推件裝置的頂板采用螺紋模柄的小型模具也可以這樣應(yīng)用，但螺紋連接段的長度要比上模座厚度小些。 （4）浮動模柄 模柄與上模座不是剛性連接，允許模柄在工作過程中產(chǎn)生少許傾斜。采用浮動模柄，可避免壓力機滑塊由于導(dǎo)向精度不高對模具導(dǎo)向裝置產(chǎn)生不利影響，減少對模具導(dǎo)向件的磨損，延長其使用壽命，使模具導(dǎo)向裝置長期保持良好的導(dǎo)向精度。浮動模柄主要用于滾動導(dǎo)向模架，在壓力機導(dǎo)向精度不高時，選用一級精度滑動導(dǎo)向模架也可采用。但選用浮動模柄的模具必須使用行程可調(diào)沖床，保證在工作過程中導(dǎo)柱和導(dǎo)套不脫離。否則，在回程上模有可能與浮動模柄移位，嚴重時甚至可將上模甩出去，輕者損壞模具，重者可能造成人生事故。 （5）通用模柄 將快換凸模插入模柄孔內(nèi)，再用螺釘從模柄側(cè)面將其固緊，防止卸料時拔出，就組成了通用沖孔、翻邊模的上模。 根據(jù)以上模具的比較，在此設(shè)計中選用壓入式的模柄。其結(jié)構(gòu)如下圖所示： 6.2 凸模固定板 凸模固定板的外形與尺寸通常與凹模板相同，厚度為凹模板厚度的0.8～1倍。 固定凸模的型孔決定于凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計，對于圓凸模，取凸模固定端的直徑按H7精度加工；對于用螺釘?shù)跹b的直通式凸模，要求型孔按凸模實際尺寸配作成H7/h6；對于用低熔點合金、環(huán)氧樹脂及膠粘法固定的凸模，則型孔尺寸按相應(yīng)凸模尺寸適當(dāng)放大周邊間隙來確定。取凸模固定板的厚度為12mm。 6.3 墊板 在凸模固定板與上模座之間加一塊淬硬的墊板，可避免硬度較低的模座因局部受凸模較大的沖壓力而出現(xiàn)凹陷，致使凸模松動。有些模具在凹模與下模座之間也加墊板，目的是為了提高模具使用壽命。 墊板的平面形狀與尺寸和固定板相同，其厚度一般取6～10mm。此處取10 mm。在墊板上穿過連接螺釘、卸料螺釘和定位銷出要鉆通孔，其直徑應(yīng)比相應(yīng)件的直徑增大0.5～1mm。穿銷孔是在裝模具時調(diào)整好沖裁間隙后，連同模座和固定板一起經(jīng)鉆孔、絞孔加工出來的，墊板淬火前應(yīng)將穿銷孔擴大，以免墊板淬火變形后難以打入銷釘。 圖6-2 墊板 6.4 緊固件 沖模上的緊固件包括連接螺釘和定位銷釘。受力較大的連接螺釘一般都采用內(nèi)六角螺釘，其特點是用45號鋼制造，并淬火達35～40HRC，因此可承受較大的拉應(yīng)力。受力不大的小螺釘可以采用普通圓柱頭螺釘，但一般不用半球頭螺釘或沉頭螺釘。前者一字槽容易擰壞，后者裝配時不變便調(diào)整。 6.5 定位銷 定位銷釘采用普通圓柱銷，可以承受一定的切應(yīng)力。 定位銷采用的過渡配合，以保證裝配精度。 7 模具的裝配 7.1 復(fù)合模的裝配 復(fù)合模一般以凸凹模作為裝配基件。其裝配順序為：①裝配模架；②裝配凸凹模組件（凸凹模及其固定板）和凸模組件（凸模及其固定板）；③將凸凹模組件用螺釘和銷釘安裝固定在指定模座（正裝式復(fù)合模為上模座，倒裝式復(fù)合模為下模座）的相應(yīng)位置上；④以凸凹模為基準(zhǔn)，將凸模組件及凹模初步固定在另一模座上，調(diào)整凸模組件及凹模的位置，使凸模刃口和凹模刃口分別與凸凹模的內(nèi)、外刃口配合，并保證配合間隙均勻后固緊凸模組件與凹模；⑤試沖檢查合格后，將凸模組件、凹模和相應(yīng)模座一起鉆鉸銷孔；⑥卸開上、下模，安裝相應(yīng)的定位、卸料、推件或頂出零件，再重新組裝上、下模，并用螺釘和定位銷緊固。 7.2 凸、凹模間隙的調(diào)整 沖模中凸、凹模之間的間隙大小及其均勻程度是直接影響沖件質(zhì)量和模具使用壽命的主要因素之一，因此，在制造沖模時，必須要保證凸、凹模間隙的大小及均勻一致性。通常，凸、凹模間隙的大小是根據(jù)設(shè)計要求在凸、凹模加工時保證，而凸、凹模之間間隙的均勻性則是在模具裝配時保證的。 沖模裝配時調(diào)整凸、凹模間隙的方法很多，需根據(jù)沖模的結(jié)構(gòu)特點、間隙值的大小和裝配條件來確定。這里用墊片法來調(diào)整。 墊片法是利用厚度與凸、凹模單面間隙相等的墊片來調(diào)整間隙方法如下： ①按圖樣要求組裝上模與下模，其中一般上模只用螺釘稍微擰緊，下模用螺釘和銷釘緊固。 ②在凹模刃口四周墊入厚薄均勻、厚度等于凸、凹模單面間隙的墊片（金屬片或紙片），再將上、下模合模，使凸模進入響應(yīng)的凹?？變?nèi)，并用等高墊鐵墊起。 ③觀察凸模能否順利進入凹模，并與墊片能否有良好的接觸。若在某方向上與墊片接觸的松緊程度相差較大，表明間隙不均勻，這時可用手錘輕輕敲打凸模固定板，使之調(diào)整到凸模在各方向與凹?？變?nèi)碘片的松緊程度一致為止。 ④調(diào)整合適后，在將上模用螺釘緊固，并配裝銷釘孔，打入定位銷。 8 主要零件加工工藝卡編制 8.1 凹模的選材、加工及熱處理工藝過程 凹模承受較大的拉應(yīng)力，凸模承受較大的壓應(yīng)力。凸、凹模正常失效一般是由于刃口部位的磨損。因為這類磨具，特別是工件批量、加工板料強度高的模具，要求模具材料必須具有較高的強度和耐磨性。根據(jù)沖壓的板料和批量情況表，選取落料凹模的材料為Cr12MoV。其加工工藝過程卡如表8-1所示： 表 8-1 凹模加工 工序號 工序名稱 工序內(nèi)容 1 備料 將毛坯鍛成平行圓柱體。 2 熱處理 退火 3 銑（刨）平面 銑（刨）各 平 面 ，厚度留磨削余量0.6mm，側(cè)面留磨削余量0.4mm 4 磨平面 磨上下平面，留磨削余量0.3~0.4mm磨相鄰兩側(cè)面保證垂直 5 鉗工劃線 劃出對稱中心線，固定孔及銷孔線 6 型孔粗加工 在仿銑床上加工型孔，留單邊加工余量0.15mm及銷孔 7 加工余孔 加工固定孔及銷孔 8 熱處理 按熱處理工藝保證60~64HRC 9 磨平面 磨上下面及其基準(zhǔn)面達要求 10 型孔精加工 在坐標(biāo)磨床上磨型孔，留研磨余量0.01mm 11 研磨型孔 鉗工研磨型孔達規(guī)定技術(shù)要求 8.2 凸凹模的選材、熱處理及加工工藝過程 上凸凹模的結(jié)構(gòu)是落料凸模和拉深凹模。考慮到上凸凹模有階梯結(jié)構(gòu)，所以不能采用線切割方法加工，外表面屬凸模加工，采用成形磨削，內(nèi)表面屬凹模加工，采用電火花成形加工。選取凸凹模的材料為Gr5Mo1V，其加工工藝過程為： （1） 外表面加工工藝過程：準(zhǔn)備毛坯－車削外形－熱處理（硬度要求達到58～62HRC）－成形磨削－精修。 （2）內(nèi)表面加工工藝過程：準(zhǔn)備毛坯－粗車內(nèi)形面－熱處理（硬度要求達到58～62HRC）退磁處理－電火花加工型孔。 8.3 卸料板的選材、熱處理及加工工藝過程 卸料板使用45#材料。 8.4 凸模的選材、熱處理及加工工藝過程 翻邊凸模必須具有良好的韌性，以防止由于承受較強的彎曲和沖擊載荷造成折斷、崩刃而早起失效。更加應(yīng)該重視模具材料的淬透性，形狀復(fù)雜的模具應(yīng)重視其熱處理變形性、可加工性和磨削性。查表選凸模的材料為Cr12MoV，加工工藝過程如表8-2所示： 表 8-2 翻邊凸模加工過程 工序號 工序名稱 工序內(nèi)容 1 備料 將毛坯鍛成圓柱面體。 2 熱處理 退火。 3 粗加工 車削外圓，留余量。 4 熱處理 按熱處理工藝保證凸模硬度60~64HRC。 5 磨削 外圓磨床上精磨。 6 拋光 工作部分拋光，精加工使外圓面達到 =0.4um。 7 鉗工研磨 鉗工研磨刃口。 8 檢驗 按工藝技術(shù)要求檢驗凸模是否合格。 結(jié)束語 通過對汽車消音器的落料拉深沖孔、翻邊復(fù)合模的設(shè)計，復(fù)合模有如下優(yōu)點，其中一種最明顯的就是復(fù)合模加工工件效率高，一次就可以把工件沖壓成型，復(fù)合模適合于形狀比較簡單對稱的沖壓零件的加工，例如圓形零件的落料，沖孔、翻邊，圓筒形零件的拉深。而相對而言級進模適合于沖一些零件形狀不太規(guī)則的零件，或者是帶有直槽零件的加工沖孔、翻邊及落料，拉深一般采用復(fù)合?；蛘邌喂ば蚰?。 該復(fù)合模效率高，精度高，使用壽命長，結(jié)構(gòu)緊湊，機械化程度高，使用安全。 29