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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(jié)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(jié)果和實測結(jié)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(jié)構(gòu)，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(jié)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(gòu)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(jié)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(jié)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(jié)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(jié)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(jié)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(jié)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(jié)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(jié)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(jié)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(jié)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(jié)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(jié)果和真實產(chǎn)品中看到的結(jié)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. K. Yoshida， H. Hayashi， K. Miyauchi， Y. Yamato， K. Abe， M. Usuda， R. Ishida and Y. Oike，在金屬板料，皺紋機械工具的效果取決于不均勻的拉深 2. T.X.Yu，W.Johnson 和 W.J.Stronge， “圓形碟子在半球形模具中的沖壓成形”，機械學雜志，26，pp.131-148，1984 3. W.J.stronge，M.P.F.Sutcliffe和T.X.Yu，在沖壓期間，圓形碟子的塑性起皺。實驗的技巧，pp.345-353，1986. 4. R.Narayanasamy和R.Sowerby，“當用一種圓錐形的沖模成形時的金屬板料起皺”，材料處理技術(shù)雜志，41，pp.275-290，1994. 5. 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 學生畢業(yè)設計（論文）中期檢查表 學生姓名 高 聰 學 號 061307110 指導教師 于智宏 選題情況 課題名稱 墊片沖壓成形工藝及模具設計 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： 2009 年 04 月 10 日 河南機電高等?？茖W校 畢業(yè)設計任務書 系 部： 材料工程系 專 業(yè)： 模具設計與制造 學生姓名: 高 聰 學 號: 061307110 設計題目： 墊片沖壓成形工藝及模具設計 起 迄 日 期: 2009年 3月 11 日 ~ 5 月20 日 指 導 教 師: 于 智 宏 2009年3月12日 畢 業(yè) 設 計 任 務 書 1．本畢業(yè)設計課題來源及應達到的目的： 本設計題目為鋼板沖孔落料模與彎曲模設計，通過設計，應對沖壓工藝生產(chǎn)較為熟悉，能熟練使用相關設計手冊，獨立完成一套模具的設計及模具工作零件加工工藝的編制。并且能夠運用模具設計軟件完成模具裝配圖及零件圖的繪制。 2．本畢業(yè)設計課題任務的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)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）分析鋼板的成形工藝并確定其工藝方案； （3）模具主要設計計算； （4）繪制模具總裝圖，并繪制零件圖； （5）模具的裝配及調(diào)試； （6）得出設計結(jié)論。 設計題目：沖孔落料復合模與彎曲模設計 材料：20鋼 料厚：1mm 產(chǎn)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)設計說明書 1 緒 論 近幾年來，我國模具技術(shù)有了很大發(fā)展，模具設計與制造水平有了較大提高，大型、精密、復雜高效和長壽命模具的需求量大幅度增加，模具質(zhì)量、模具壽命明顯提高，模具交貨期較前縮短，模具CAD/CAM技術(shù)也得到了相當廣泛的應用。 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 國內(nèi)現(xiàn)在的模具情況不容樂觀，主要是受到金融危機的影響。模具專業(yè)知識也不是特別的全面，模具專業(yè)方面的資料也不好找，原因是我國的模具水平較國外比較落后，還需要進一步的發(fā)展。 沖壓技術(shù)廣泛應用于航空、汽車、電機、家電和通信等行業(yè)零部件的成形。由于沖壓工藝具有生產(chǎn)率高，能成形復雜零件，適合大批量生產(chǎn)等優(yōu)點，在某些領域已經(jīng)取代機械加工，并正逐步擴大其應用范圍。據(jù)國際生產(chǎn)技術(shù)協(xié)會預測到本世紀中，機械零部件中60%的粗加工，80%的精加工要由模具來完成。因此沖壓技術(shù)對發(fā)展生產(chǎn)、增加效益、更新產(chǎn)品等方面具有重要作用。 經(jīng)調(diào)查，全國模具行業(yè)從業(yè)人員的崗位分布情況大致如下：從事模具設計，模具工藝過程實施，產(chǎn)品質(zhì)量檢驗和監(jiān)督工作的人員占總數(shù)的42%；其次是具體生產(chǎn)設備的操作，模具的制造、調(diào)試和維修，從事這類工作的是智能型操作人員，占總數(shù)的26%；三是從事生產(chǎn)組織，技術(shù)指導和技術(shù)管理工作的人員，占總數(shù)的14%；四是從事模具營銷工作和售后技術(shù)服務的人員，占總數(shù)的9%；五是個體、行政管理人員，占總數(shù)的9%。 從20世紀80年代初開始，工業(yè)發(fā)達國家的模具工業(yè)，已從機床工業(yè)中分離出來，并發(fā)展成為一個獨立的工業(yè)部門，而且其產(chǎn)值已超過機床工業(yè)的產(chǎn)值。改革開放以來，中國的模具工業(yè)發(fā)展十分迅速；近年來，一直以每年15%左右的增長速度快速發(fā)展。目前，中國約有17000多個模具制造廠點，從業(yè)人數(shù)60多萬；2001年中國模具工業(yè)總產(chǎn)值達320億元人民幣，中國模具工業(yè)的技術(shù)水平取得了長足的進步。國民經(jīng)濟的高速發(fā)展對模具工業(yè)提出了越來越多且越來越高的要求巨大的市場需求推動著中國模具工業(yè)更快地發(fā)展。2001年中國大陸制造業(yè)對模具的市場需求量約為430億元人民幣；今后幾年仍將以每年10%以上的速度增長。對于大型、精密、復雜高效和長壽命模具需求的增長將遠超過每年10%的增幅。 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?！叭Y”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(shù)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(shù)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(shù)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(shù)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(shù)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(shù)；?? ? 3） 模具掃描及數(shù)字化系統(tǒng)；??? ? 4） 在塑料模具中推廣應用熱流道技術(shù)、氣輔注射成型和高壓注射成型技術(shù)；? ?? 5） 提高模具標準化水平和模具標準件的使用率；??? 6） 發(fā)展優(yōu)質(zhì)模具材料和先進的表面處理技術(shù)；??? 7） 模具的精度將越來越高；? ? 8） 模具研磨拋光將自動化、智能化；?? ?? 9） 研究和應用模具的高速測量技術(shù)與逆向工程；?? ?10）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(shù)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(shù)的發(fā)展，國外的一些掌握和能運用新技術(shù)的人才如模具結(jié)構(gòu)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(shù)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％ 沖壓技術(shù)的發(fā)展主要反映在以下5個方面： （1）模具的計算機輔助能力設計和輔助制造技術(shù) 采用該技術(shù)，模具設計和制造效率一般可提高2-3倍，模具生產(chǎn)周期可縮短1/2-1/3。目前，已達到CAD/CAM一體化，模具圖紙只是作為檢驗模具之用。 （2）工藝分析中的板料成形模擬仿真技術(shù) （沖壓CAE） （3）快速模具制造技術(shù)的發(fā)展 將快速成形（RPM）技術(shù)與各種常規(guī)的鑄造、粉末燒結(jié)工藝相結(jié)合而發(fā)展起來的快速模具制造技術(shù)以及低熔點合金模具，樹脂模具都可用于冷沖壓成形。?? （4）采用沖壓新工藝 精密沖裁、液壓成形、沖壓焊接復合工藝等特種沖壓工藝的采用，使沖壓工藝的應用范圍進一步擴大，沖壓制件的質(zhì)量和效率大大提高，從而使生產(chǎn)成本進一步降低。 （5）冷沖壓生產(chǎn)的機械化和自動化 為了滿足大批量生產(chǎn)的需要，沖壓設備已由單工位的低速壓力機發(fā)展到多工位的高速壓力機；在高速壓力機上采用多工位的級進模進行沖壓加工，使冷沖壓生產(chǎn)達到高度自動化；汽車覆蓋件可采用自動送料、自動取件、自動傳送的流水線生產(chǎn)。 1.3 沖壓加工特點 沖壓加工與其它加工方法相比,無論在技術(shù)方面,還是在經(jīng)濟方面,都具有許多獨特的優(yōu)點.如:沖壓在少,無切屑加工方法之一,是一種省能,低耗,高效的加工方法,因而制品的成本較低。 沖壓件的尺寸公差由模具保證,具有一模一樣的特征,所以產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定,沖壓可以壁薄,重量輕,形狀復雜,表面質(zhì)量好,剛性好的工件。冷沖壓生產(chǎn)靠壓力機和模具完成加工過程,其生產(chǎn)效率高,操作方便,易于機械化與自動化,用普通壓力機進行沖壓加工,每分鐘可達幾十件,用高速壓力機生產(chǎn),每分鐘可達數(shù)百件或千件以上。 1.4 沖壓加工和沖模在生產(chǎn)中的地位 由于冷沖壓加工具有上述突出的優(yōu)點,因此在批量生產(chǎn)中得到廣泛的應用,在汽車,拖拉機,電機,電器儀表和日用品的生產(chǎn)中,已占據(jù)十分重要的地位,特別是在電子工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)中,已成為不可缺少的,主要加工方法之一.沖模在實現(xiàn)冷沖壓加工是必不可少的工藝設備,沒有先進的模具技術(shù),先進的沖壓工藝就無法實現(xiàn),眾所周知,產(chǎn)品要具有況爭能力,除了應具有的先進模具技術(shù),穩(wěn)定的使用性能,結(jié)構(gòu)新穎,更新?lián)Q代快等特點外,還必須具有價格競爭優(yōu)勢,這就需要采用先進,高效的生產(chǎn)手段,不斷降低成本,要達到上述目的,途徑是多方面的,模具就是其中的重要因素之一,它的重要性早已為國內(nèi)外所重視,并為工業(yè)發(fā)達國家的發(fā)展過程所證實,在美國,日本等工業(yè)發(fā)達國家,模具工業(yè)年產(chǎn)值,早已超過了機床工業(yè),在模具工業(yè)中沖模占的比例很大,由此可以看出冷沖壓與沖模在國內(nèi)外生產(chǎn)中的重要地位. 隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展進步和工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展,沖壓及模具技術(shù)也在為斷革新與發(fā)展,主要表現(xiàn)以下方面:工藝分析計算方法現(xiàn)代化,近幾年來,國外開始采用有限變形的彈塑性有限元法,對復雜成形件的成形過程進行應力應變分析和計算機模擬,以預測某一工藝方案對零件成形的可能性和會發(fā)生的問題,將結(jié)果顯示在圖形終端上,供設計人員進行修改和選擇,這樣,不但可以節(jié)省模具試用制費用,縮短新產(chǎn)品的試制周期,而且可以逐步建立一套能結(jié)合生產(chǎn)實際的先進設計方法,既促進了沖壓工藝的發(fā)展,也將使塑性成形理論逐步達到對生產(chǎn)實際的指導作用。 修改和選擇,這樣,不但可以節(jié)省模具試用制費用,縮短新產(chǎn)品的試制周期,而且可以逐步建立一套能結(jié)合生產(chǎn)實際的先進設計方法,既促進了沖壓工藝的發(fā)展,也將使塑性成形理論逐步達到對生產(chǎn)實際的指導作用. 在校學生設計是對手工設計的一種練習，也是為自己以后獨立設計的一種演練，在這個基礎階段，必須把一些基本的方法、步驟、公式、表格查法的掌握，才能為以后的設計服務。 本次設計的任務是使同學們了解沖壓成型的基本原理；熟悉沖壓用材料、模具用材料以及沖壓用設備等；掌握各種沖壓工藝的成型方法，并具有初步解決生產(chǎn)中常出現(xiàn)的工藝問題的能力；掌握各種沖壓模具的設計方法，并具有設計中等復雜程度沖壓模具能力。 1.5 U形彎曲模具設計的進度 1.了解目前國內(nèi)外沖壓模具的發(fā)展現(xiàn)狀，所用時間20天； 2.確定加工方案，所用時間5天； 3.模具的設計，所用時間30天； 4．模具的調(diào)試．所用時間5天 2 沖壓工藝的分析 2.1 工件圖及要求 材料：20鋼 厚度：1mm 工件簡圖如下：（沖裁之后由尺寸10mm處進行U形彎曲） 2.2 工件的工藝分析 該工件形狀簡單、對稱，是由圓弧和直線組成的。工件內(nèi)外形所能達到的經(jīng) 濟精度為IT11－IT14。此工件是典型的U形彎曲，零件圖中的尺寸公差為未注公差，在處理這類零件公差等級時均按IT14級要求。 2.3 確定工藝方案 該零件進行沖壓加工的基本工序為沖孔，落料，和彎曲。其中沖孔和落料屬于簡單的分離工序，彎曲成形的工藝方案可以為如下圖 該制件上的Φ5孔的邊與彎曲中心的距離為10mm，大于1.0t（1.0mm），彎曲不會引起孔變形，因此Φ5孔可以在壓彎前沖出，沖出的Φ5孔可以做后續(xù)工序定位孔用。 完成該制件的成形，可能的工藝方案有以下幾種： 方案一： 落料和沖Φ5孔復合，然后進行U形彎曲。 方案二： 沖Φ5孔，落料及U形彎曲。 方案三： 全部工序組合采用帶料連續(xù)沖壓。 分析沖壓工藝方案如下： 方案一： 模具結(jié)構(gòu)簡單，模具壽命長，制造周期短，投產(chǎn)快；工件的回彈容易控制，尺寸和形狀精確，表面質(zhì)量高；各工序（除第一道工序外）都能利用Φ5孔和一個側(cè)面定位，定位基準一致且與設計基準重合，操作也比較簡單方便但是工序比較分散，需用壓床，模具及操作人員多，勞動量大。 方案二： 工序比較集中，但模具結(jié)構(gòu)較為復雜。 方案三： 工序集中，用一副模具完成全部工序，由于它實質(zhì)上是把方案一的各工序分別布置到級進模的各工位上，所以它具有方案一的各項優(yōu)點。但是模具結(jié)構(gòu)復雜，安裝、調(diào)試、維修困難，制造周期長。 綜上所述，考慮到該零件的批量不大，為保證各項技術(shù)要求，選用方案一。其工序如下：落料和沖Φ5孔；U形彎曲。 2.4 工藝計算 2.41 計算毛坯長度 毛坯的總展開長度： L0 = L1 + 2L2 由毛坯圖得： L1 = 25mm L2 = 5mm L0 = L1 + 2L2 = 25 + 2×5 = 35mm（取35+0.8 +0.3） 2.42 排樣及材料利用率 由于毛坯尺寸較大，并考慮操作方便與模具結(jié)構(gòu)尺寸，決定采用單排。 查表，取搭邊ａ=1.0, ａ1=0.8 則送料進距 ｈ=10+0.8=10.8mm 條料寬度 B=35+2×1.0=37mm 為防止彎曲件開裂，彎曲線要與板料的纖維線垂直，所以只能采用橫裁，則 每板的條數(shù)：ｎ1=1800/37=48條余24mm 每條的工件數(shù)：ｎ2=900/10.8=83件余3.6mm 每板的工件數(shù)：ｎ=ｎ1ｎ2=48×83=3984個 利用率：η=3984×35×10/（900×1800）×100%=86.07% 2.43 計算凸、凹模刃口尺寸 查《沖壓工藝與模具設計》表2.4得間隙值Z=0.100mm ，Z=0.140mm 。 1. 沖孔Φ5mm凸、凹模刃口尺寸的計算。 由于制件結(jié)構(gòu)簡單，精度要求不高，所以采用凸模和凹模分開加工的方法制作凸、凹模。其凸、凹模刃口尺寸計算如下： 查《沖壓工藝與模具設計》表2.5得凸、凹模制造公差： δ凸=0.020mm δ凹=0.020mm 校核： Z- Z =0.140 – 0.100 =0.040mm 而 δ凸 + δ凹 =0.020 + 0.020 =0.040mm 滿足 Z- Z≥δ凸 +δ凹的條件 查《沖壓工藝與模具設計》表2.6得：IT14級時磨損系數(shù) ｘ=0.5 按式（2.5）ｄ凸=（ｄ+ｘΔ） 0 +δ凸 = (5 + 0.5×0.24) 0 -0.02mm = 5.12 0 -0.02mm ｄ凹=（ｄ凸 + Z）+δ凹 0 =（5.12 + 0.100）+0.02 0mm = 5.22+0.02 0mm 2. 外形落料凸、凹模刃口尺寸的計算。 對外輪廓的落料，由于間隙較小，故采用配作方法，這種方法有利于獲得最小的合理間隙，放寬對模具的加工設備的精度要求，其凸、凹模刃口部分尺寸計算如下： 當以凹模為基準件時，凹模磨損后，刃口部分尺寸都增大，因此均屬于A類尺寸。 工件圖中未標注公差的尺寸，查《互換性與測量技術(shù)》得出其極限偏差：35 0 -0.62 mm，R5 0 -0.30mm。 查《沖壓工藝與模具設計》表2.6磨損系數(shù)ｘ為： 當Δ≥0.36時，×=0.5 當＜0.36時，×=0.75 按式（2.8）：Aj=(A-ｘΔ) +Δ/4 0 35凹=（35 – 0.5×0.62）+0.124 0mm=34.69+0.124 0mm R5凹= （5 – 0.75×0.3）+0.060 0mm=4.775+0.060 0mm 落料凸模的基本尺寸與凹模相同，分別是34.69mm，4.775mm，不必標注公差，但要在技術(shù)條件中注明：凸模實際刃口尺寸與落料凹模配制，保證最小雙面合理間隙值Z=0.100mm（落料凹模刃口部分尺寸見下圖） 3. 彎曲工作部分尺寸計算 ① 凸模圓角半徑 當彎曲件的相對彎曲半徑r/t較小時，取凸模等于或略小于彎曲件內(nèi)側(cè)的圓角半徑r但不能小于表3.1所列的最小彎曲半徑r min。若彎曲件的相對彎曲半徑r/t小于最小彎曲半徑r min，則彎曲時應取r凸 > r min ,然后增加一道整形工序，使整形模的凸模圓角半徑r凸 = 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r凸進行修正。 由于此工件的R/t=2/1=2較小，且R為2mm大于最小彎曲半徑（r min =0.6t=0.6×1mm=0.6mm），故凸模圓角半徑為r凸=R=2mm。 ②凹模圓角半徑 凹模圓角半徑r凹的大小對彎曲件的質(zhì)量均有影響。過小會使彎矩的彎曲力臂減小，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。凹模兩邊的圓角半徑應一致，否則在彎曲時毛坯會發(fā)生偏移。 實際生產(chǎn)中，凹模圓角半徑r凹一般按材料厚度t來選取，因為材料厚度為1mm，所以r凹 = （2－3）t，故凹模圓角半徑取r凹= 4mm 。 ③凹模工作部分深度的設計計算 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。 凹模工作部分的深度將決定板料的進模深度，同時也影響到彎曲件直邊的平直度，對工件的尺寸精度造成一定的影響。此彎曲件：直邊高度為17.5mm，板厚1mm，查表3.12得凹模的底部最小厚度為h0=3mm，因此，凹模工作部分深度 h凹=（17.5+3）mm=20.5mm。 ④凸凹模間隙 當工件精度要求不高或校正彎曲時，生產(chǎn)中常采取調(diào)整凸凹模間隙的方法來解決工件回彈問題。設計彎曲模結(jié)構(gòu)時，把凹模做成可調(diào)式，本例即采用了此方法。由于凹模設計為可調(diào)式，故也可將模具的凸凹模間隙值Z/2初選為材料厚度t，即Z/2=1mm。 ⑤凸凹模橫向尺寸及公差 （1） 彎曲件標注外形尺寸應以凹模為基準，先確定凹模尺寸，然后再減去間隙值確定凸模尺寸。 當彎曲件為雙向?qū)ΨQ偏差時，凹模尺寸為 L凹 = （L - 0.75△） 凸模尺寸為 L凸 = （L凹 -Z） 或者凸模尺寸按凹模實際尺寸配制，保證單面間隙值Z/2。 （2） 彎曲件標注內(nèi)形尺寸 應以凸模為基準件，先確定凸模尺寸，然后再增加間隙值確定凹模尺寸。 當彎曲件為雙向?qū)ΨQ偏差時，凸模尺寸為 L凸 = （L + 0.5△） 當彎曲件為單向偏差時，凸模尺寸為 L凸 = （L + 0.75△） 凹模尺寸為 L凹 = （L凸 + Z） 或者凹模尺寸按凸模實際尺寸配制，保證單面間隙值Z/2。 工件標注外形尺寸時，以凹模為基準進行計算，間隙取在凸模上。查表2.5得δ凸= 0.020mm，δ凹=0.030mm。 凹模橫向尺寸 L凹=（L-0.75Δ） +δ凹 0 =（10-0.75×0.6）+0.030 0 mm =9.55+0.030 0 mm 凹模橫向尺寸 L凸=（L凹-Z） 0 -δ凸 =（9.55 - 1） 0 -0.020mm =8.55 0 -0.020mm 4. 彎曲件回彈值的計算 小變形程度（r/t≥10）時，回彈大，先計算凸模圓角半徑，再計算凸模角度;大變形程度（r/t＜5）時，卸載后圓角半徑變化小，僅考慮彎曲中心角的回彈變化。彎曲時，回彈中心角為90o，因此，查相關手冊，取回彈角為3o。 2.44 計算壓力 類 別 計算公式 結(jié) 論 備 注 落料和沖孔 復合工序 沖裁力：P=（L+l）σb×t L=2×(35+2×5) =90mm l=2×5 =31.4mm t=1.0mm σb =400MPa 故P =(90+31.4)×400×1.0 =48560(N) P=48560(N) ≈48.6(kN) 選用75KN沖床 卸料力：Px=K0P =0.04×48560 =1942.4（N） Px=1.9(kN) 推件力：Pt=nKtP =4×0.055×48560 =10683.2（N） Pt=10683.2（N） ≈10.7（kN） 總沖壓力：P0=P+Px+Pt =48.6+1.9+10.7 =61.2（kN） P0=61.2（kN） 彎曲工序 自由彎曲力： PU自=0.7KBt2σb /(r+t) = =1516.7（N） PU自=1516.7（N） ≈1.52（kN） （校正彎曲時，校正彎曲力最大值在壓力機工作到下止點的位置，且校正力遠遠大于自由彎曲力，而在彎曲工作過程中，二者又不是同時存在，因此，查表3.7得p=40MPa） 選用10kN的沖床 頂件力： 頂件力P頂可近似自由彎曲力的30%～80%，即 P頂 =（0.3～0.8）PU自 =（0.3～0.8）×1.52 =(0.456～1.216)kN 取P頂=1kN P頂=1kN 校正彎曲力： P校=Ap =（12.5×10）×40 =5kN P校=5kN 壓力機的公稱壓力： P壓力≥（1.2～1.3）（P校+P頂） =（1.2～1.3）×（5+1） =（7.2～7.8）kN P壓力 =（7.2～7.8）kN 2.5 模具總體設計 該模具的上模主要上模座﹑凸模等零件組成；下模主要由凹模﹑定位板﹑頂板﹑螺釘﹑凹模墊板﹑下模座等零件組成。彎曲工件由彈頂裝置頂出。 2.6 模具主要零件及結(jié)構(gòu)設計 2.61. 模柄 模柄的作用是固定上模座于壓力機滑塊上時使模具的壓力中心與壓力機的壓力中心保證一致,所以,模柄的長度不得大于壓力機滑塊里模柄的孔的深度,模柄直徑應與模柄孔一致. 根據(jù)模具的總體特點,選用凸緣式模柄,此模柄用螺釘,銷釘與上模座緊固在一起,如下圖所示: 2.62. 固定板 將凸?；虬寄０匆欢ǖ南鄬ξ恢脡喝牍潭ê?作為一個整體安裝在上模座或下模座上,模具中最常見的是凸模固定板,固定板分為圓形和矩形的兩種,主用于固定小型的凸模和凹模,此模具凸模尺寸較小,所以知形固定板適合于此模具. 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,但還應考慮緊固螺釘及銷釘?shù)奈恢?固定板的凸模安裝孔與凸模采用過渡配合,壓裝后將凸模端面與固定板一起磨平 2.63. 凸模固定板 由于凸模的尺寸形狀已定,根據(jù)凸模的形狀來定凸模固定板的形狀尺寸,為使凸?；虬寄９潭ɡ喂炭坎⒂辛己玫拇怪倍?固定板必須有足夠的厚度,根據(jù)凸模的的形狀定固定板的厚度為40mm.其結(jié)構(gòu)設計如下圖所示: 2.64. 橡膠 橡膠允許承受的載荷較大,且安裝調(diào)整方便,是沖壓模具中廣泛使用的彈性元件,根據(jù)所設計的模具的特點,所選取用的形式為圓柱形 2.65. 螺釘與銷釘 螺釘和銷假釘都是標準件,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,常用圓柱銷釘.螺釘，銷釘規(guī)格應根據(jù)沖壓大小，凹模厚度等確定． 坯料的定位采用限位釘前方定位和定位塊左右定位，限位釘與凸模頂孔采用H7 / n6配合固定,定位塊采用銷釘定位,螺桿固定在下模座上。 限位釘?shù)慕Y(jié)構(gòu)草圖如下所示: 由于限位釘只起限位作用,基本上不受過大的力作用,所以限位釘尺寸設計如下即可滿足使用要求: = 5 mm D = 8 mm h = 5 mm 2.66. 導柱、導套 對于生產(chǎn)批量大、要求模具壽命高的模具，一般采用導柱、導套來保證上、下模的導向精度。導柱、導套在模具中主要起導向作用。導柱與導套之間采用間隙配合。根據(jù)沖壓工序性質(zhì)、沖壓的精度及材料厚度等的不同，其配合間隙也稍微不同。因為本制件的厚度為2mm，所以采用H7/f6。 2.67. 模架及其它零部件的設計 該模具采用中后側(cè)導柱模架，這種模架的導柱在模具后側(cè)位置，模具較敞開。以凹模周界尺寸為依據(jù)，選擇模架規(guī)格。根據(jù)模具周界的具體尺寸，查[2]P273得采用中間導柱模架最適合具體規(guī)準是： 上模座200×190×30 GB/T2855.9—81 下模座200×190×35 GB/T2855.10—81的標準模架，材料為HT200。 上模座厚度H上模取30mm，上模墊板的厚度H墊取8mm，凸模固定板的厚度為14mm，空心墊板厚度為10mm，凹模厚度為14mm，凸凹模厚度為42mm，下墊板厚度為6mm，下模座的厚度35mm，那么，該模具的閉合高度: H閉= H上座+ H下座 + H上墊 + H下墊+ H空心墊板+ H固 +H凸凹模+ H凹模- h2 =30+35+8+6+10+14+42+14-1=158mm 式中: H上座——上模座厚度 H下座——下模座厚度 H上墊——上墊板厚度 H下墊——下墊板厚度 H空心墊板——空心墊板厚度 H固——凸模固定板厚度 H凸凹?！拱寄５拈L度 H凹?！寄：穸? h2——凸凹模沖裁后進入凹模的深度，此處取1mm. 可見該模具閉合高度小于所選壓力機J31—250B,最大裝模高度490mm,可以使用。 根據(jù)設計出來的最大閉合高度設計導柱和導套，有模座上的導柱和導套的尺寸確定選擇的尺寸查[2]p280和p284得： 導柱A22h5×150 GB/T2861.1—81 導套A22H6×80×35 GB/T2861.6—81 模柄的設計 根據(jù)壓力的相關參數(shù)，由[2]288選擇模柄為壓入式模柄其參數(shù)為50×120 GB/T2862.1—81Q235。 2.7 沖孔落料總裝圖 2.8 彎曲總裝圖 3 模具的安裝與調(diào)試 沖模裝配原則是將模具的主要工作零件如凹模,凸模和定位板等選用裝配的基準件,裝配順序如下:選擇裝配基準件,按基準件裝有關零件,控制調(diào)整沖裁間隙,然后試沖. 導板模常選導板作裝配基準件,將凸模穿過導板進入凹模,調(diào)整好間隙和側(cè)面導板位置后,先裝下模,后裝上模,經(jīng)試沖紙片合格后,用銷釘定位緊固,裝配鑲拼凹模時，先將凹模拼塊壓入凹?？蛱祝缓蠼M裝下模，再以凹模做定位，將凸模裝于固定板中，調(diào)整與凹模的間隙均勻后，組裝上模，該裝配順序有利于調(diào)整準確步距，能使步距累積誤差趨向于零值。 3.1 模具的裝配 模具裝配適合于采用集中裝配，在裝配工藝上多采用修配法和調(diào)整裝配法來保證裝配模具，從而實現(xiàn)能用精度不高的組成零件，達到較高的裝配精度，降低零件的加工要求。 對裝配有如下要求： 1. 模架精度應符合標準JB/T8050-1999《沖模模架技術(shù)要求》，JB/T8071-1995《沖模模架精度檢查》規(guī)定，模具的閉合高度應符合圖紙規(guī)定要求。 2. 裝配好的沖模、上模沿導柱上、下滑動應平穩(wěn)可靠。 3. 凸凹模間的間隙應符合圖紙規(guī)定的要求，分布均勻。 4. 斜楔和滑塊的相對位置應符合設計要求，超量應在許用規(guī)定范圍的，工作面不允許有傾斜或單邊偏擺。 5. 緊固件裝配應可靠，螺紋、螺柱旋入長度在剛件連接時應不小于1.5倍螺紋直徑，螺紋和銷釘端面應不露出上、下模座零件表面。 6. 落料孔或出料槽應暢通無阻，保證制件或廢料能自由排出。 7. 標準件應能互換，緊固螺釘和定位銷釘與其孔的配合應正常良好。 8. 模具應在生產(chǎn)的條件下進行試驗，沖出的制件應符合設計要求。 本模具的裝配選凸、凹模為基準件，先裝上模、再裝下模，裝模后應保證間隙均勻。 3.2 模架的裝配 模架裝配的主要技術(shù)要求如下： （1）組成模架的各零件均應符合相應的技術(shù)標準和技術(shù)條件，其中特別重要的是，每對導柱，導套間的配合間隙應符合要求。 （2）裝配成套的模架，三項技術(shù)指標，上模座上平面對下模座下平面的平行度，導柱軸線對下模座的平面的垂直度和導套孔軸心線對上模座上平面的垂直度，應符合相應精度等級要求。 （3）裝配后的模架，上模座沿導柱上，下移動應平穩(wěn)，無阻滯現(xiàn)象。 （4）壓入上，下模座的導套，導柱，離其安裝表面應有1～2mm，的距離，壓入后牢固，不可松動。 （5）裝配成套的模架，各零件的工作表面不應有碰傷，裂紋以及其它機械損傷。 模架裝配主要是指導柱，導套的裝配，目前大多數(shù)模架的導柱，導套與模座之間采用過盈配合，但也有少數(shù)采用粘接工藝的，即將上，下模座的孔擴大，降低其它加工要求，同時，將導柱，導套的安裝面制成有利于粘接的形狀，并降低其加工要求。裝配時，先將模架的各零件安放在適當?shù)奈恢蒙希缓?，在模座孔與導柱，導套之間注入黏結(jié)劑即可使導柱，導套固定。 3.3 總裝與調(diào)試問題的預測 根據(jù)模具裝配圖的技術(shù)要求，完成模具的模架，凸模部分，凹模部分等分裝之后，即可進行總裝配。 總裝時，應根據(jù)上，下模零件在裝配和調(diào)整中所受限制情況來決定先裝上模還是下模一般是以受限制的最大的部分此模具應先把凸模固定在凸模固定板上，然后以安裝固定在滑塊上，再固定座塊在下模板上，以已裝好的滑塊為基準固定復位裝置座板和橡膠，通過螺釘來固定起來。 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，對模具進行適當調(diào)整和修理，直到模具正常工作沖出合格的制件為止。 沖裁模具以試沖合格后，應在模具模板正面打刻編號，沖模圖號，制品，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。 3.4 沖裁模試沖時常見的故障，原因及調(diào)整方法 送料不暢通或料被卡死 產(chǎn)生原因：凸模與卸料板之間的間隙過大，使搭邊翻扭. 刃口相咬 產(chǎn)生原因:上模座,下模座,固定板,凹模,墊板等零件安裝面不平行.凸模,導柱等零件安裝不垂直.導柱與導套間隙過大,使導向不準. 調(diào)整方法:修整有關零件,重裝上?；蛳履?重裝凸?；?qū)е?更換導柱或?qū)? 卸料不正常 產(chǎn)生原因:由于裝配不正確,卸料機構(gòu)不能動作,如卸料板與凸模配合過緊,或因卸料板傾斜而卡緊.橡膠的彈力不足,凹模和下模座的漏料孔沒有對正,料不能排出,凹模有倒錐度造成工件堵塞. 調(diào)整方法:更換彈簧或橡皮,修整漏料孔,修整凹模. 沖件質(zhì)量不好 有毛刺 沖件不平 落料外形和內(nèi)孔位置不正,成偏位現(xiàn)象 產(chǎn)生原因:刃口不鋒利或淬火硬度低,配合間隙過大或過小 間隙不均勻,使沖件一邊有顯著帶斜角毛刺.凹模有倒錐度 調(diào)整方法:合理調(diào)整凸模和凹模的間隙及修磨工作部分的刃口.修整凹模,修磨或更換側(cè)刃 4 總結(jié) 本課程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)陙硭鶎W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)設計使我從新系統(tǒng)的復習了所學專業(yè)知識同時也鞏固了先前學到了的知識，同時感觸最深刻的是：所學知識只有在應用中才能在更深刻理解和長時間記憶。對一些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(shù)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。 在設計的過程中通過沖壓手冊、模具制造簡明手冊、模具標準應用手冊等隊要設計的問題進行查詢，我了解了通過更多的途徑去了解我要做的設計，使設計更具合理性。也使我學會了設計過程中對資料的查詢和運用。通過這次設計，我更加深入地學習了冷沖壓技術(shù)工作設計的內(nèi)容。冷沖壓技術(shù)工作設計的內(nèi)容包括冷沖壓工藝設計、模具設計及沖模制造三方面內(nèi)容，盡管三者的工作內(nèi)容不同，但三者之間存在著相互滲透、相互補充、相互依存的關系。 冷沖壓工藝設計是針對給定的產(chǎn)品圖樣，根據(jù)其生產(chǎn)批量的大小、沖壓設備的類型規(guī)格、模具制造能力及工人技術(shù)水平等具體生產(chǎn)條件，從對產(chǎn)品零件圖的沖壓工藝性分析入手經(jīng)過必要的工藝計算，制定出合理的工藝方案，最后編寫沖壓工藝卡的一個綜合分析、計算、設計過程。沖壓工藝方案的確定包括工序性質(zhì)、數(shù)量的確定，工序順序的安排，工序組合方式及工序定位方式的確定等內(nèi)容。 沖壓模具設計則是依據(jù)制定的沖壓工藝規(guī)程，在認真考慮毛坯的定位、出件、廢料排出諸問題以及模具的制造維修方便、操作安全可靠等因素后，設計計算并構(gòu)思出與沖壓設備相適應的模具總體結(jié)構(gòu)，然后繪制出模具總裝圖和所有非標準零件圖的整個設計繪圖過程。 歷經(jīng)近三個月的畢業(yè)設計即將結(jié)束，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。 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。 致謝 經(jīng)過一段時間的緊張工作，今日終于順利完成畢業(yè)設計。在這里，我要忠心地感謝一些在我的設計工作中給予我很大的幫助。 首先：我要感謝我的指導老師于智宏老師，特別感謝于智宏老師的近段設計期間對我的指導和幫助，特別是在離校期間的關心。 其次：我要感謝的是我的同學們，在設計過程中遇到技術(shù)問題，通過與他們的商討和幫助，查閱資料，一一攻破難關，助我順利地完成設計。 最后：我還要深深地感謝在做畢業(yè)設計期間同學們對我的幫助，在進行畢業(yè)設計期間，他們給予我各方面上的鼓勵和指導。 參考文獻 [1]王孝培主編.沖壓手冊.北京：機械工業(yè)出版社，1990 [2]李紹林主編.實用模具技術(shù)手冊[M].上海科學技術(shù)出版社，1998 [3]陳錫棟、主編.實用模具技術(shù)手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2001 [4]模具實用技術(shù)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 [5]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 [6]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 [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 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