沖壓模課程設(shè)計(jì)

1、1.沖壓模具的工藝分析1.1 沖壓件工藝分析 該彎曲件尺寸如圖所示，材料為10鋼，板料厚度t=4mm，成批生產(chǎn)。1.2 總工藝方案的確定 該零件是某汽車底盤上的支撐件，彎曲半徑r=6mm，大于0.8t，故彎曲時(shí)不會(huì)產(chǎn)生裂紋。兩個(gè)小孔的邊距彎曲中心線為12mm,，大于2t=8mm，故可以采用先落料和沖孔，再?gòu)澢尚偷墓に?，這樣孔在彎曲時(shí)不僅不會(huì)產(chǎn)生變形，而且還可以利用兩個(gè)14孔作為定位孔。兩壁35孔與芯軸配合，有公差要求，表面粗糙度Ra為12.5um。如果在彎曲前沖出兩個(gè)35孔，不僅表面粗糙度難以達(dá)到要求，而且孔因孔邊距彎曲中心線太近，彎曲時(shí)孔會(huì)發(fā)生變形，故應(yīng)在彎曲后通過(guò)機(jī)加工達(dá)到兩個(gè)孔的技術(shù)要

2、求。根據(jù)以上分析，較合理的工藝方案為：落料、沖兩個(gè)14孔復(fù)合工序；彎曲成形；機(jī)加工兩個(gè)35孔。2沖裁模具的工藝分析2.1沖裁件工藝分析 由于本零件形狀為上下左右對(duì)稱，選用的沖壓材料為10鋼，厚4mm，進(jìn)行大批量生產(chǎn)。2.2 工藝方案的確定 該零件形狀簡(jiǎn)單，對(duì)稱，是由圓弧和直線組成的。由表查得，沖裁件內(nèi)外所能達(dá)到的經(jīng)濟(jì)精度為IT14，孔中心與邊緣距離公差為0.2mm，未注公差都按IT14標(biāo)注，則該零件的尺寸標(biāo)注、生產(chǎn)批量等情況，均符合沖裁的工藝要求，故采用沖孔落料模進(jìn)行加工。 方案一 采用復(fù)合模進(jìn)行加工，復(fù)合模雖然結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造精度要求高，成本高。但復(fù)合模主要特點(diǎn)是生產(chǎn)率高，沖裁件的內(nèi)孔與外緣的

3、相對(duì)位置精度高，沖模的輪廓尺寸較小，用于生產(chǎn)批量大，精度要求高的沖裁件。 方案二 采用級(jí)進(jìn)模進(jìn)行加工。級(jí)進(jìn)模比單工序模生產(chǎn)率高，減小了模具與設(shè)備的數(shù)量，工件精度較高，便于操作和實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化，對(duì)于特別復(fù)雜和孔邊距較小的沖裁件，可用級(jí)進(jìn)模進(jìn)行加工。但級(jí)進(jìn)模輪廓尺寸較大，制造復(fù)雜，成本高，一般適用于大批量生產(chǎn)的小型沖壓件。 比較方案一與方案二，此零件更適合用復(fù)合模進(jìn)行生產(chǎn)加工。2.3 沖裁變形過(guò)程 1）當(dāng)凸凹模間隙正常時(shí)，其沖裁過(guò)程大致分為三個(gè)階段：彈性變形階段、塑性變形階段、斷裂分離階段。 2）對(duì)于普通沖裁零件的斷面做進(jìn)一步分析，我們可以發(fā)現(xiàn)這樣的規(guī)律：零件的斷面與零件的表面并非完全垂直，而是帶

4、有一定的錐度。除光亮帶以外，其余均粗糙，并帶有毛刺和塌角。而較高質(zhì)量的沖裁件斷面應(yīng)該是：光亮帶較寬，約占整個(gè)斷面的1/3以上，塌角、斷裂帶、毛刺和錐度都很小，整個(gè)沖裁件表面無(wú)折彎現(xiàn)象。沖裁斷面質(zhì)量隨不同材料的性能不同而變化。一般塑形較差的材料，斷裂傾向嚴(yán)重。光亮帶、塌角及毛刺均較小，且斷面大部分是斷裂帶。塑形較好的材料與其相反，其光亮帶所占比例較大，塌角、毛刺均較小。對(duì)于同一種材料而言，光亮帶、斷裂帶、塌角及毛刺四部分在斷面上所占比例也不是固定的，與材料本身的厚度，沖裁間隙，模具結(jié)構(gòu)，沖裁速度及刃口鋒利程度等因素有關(guān)，其中影響最大的是沖裁間隙。2.4 沖裁間隙 1）沖裁間隙是指沖裁的凸模與凹模

5、刃口之間的距離，凸模與凹模每一側(cè)的間隙稱為單邊間隙，兩側(cè)間隙之和稱為雙邊間隙。沖裁間隙的數(shù)值等于凹模刃口尺寸與凸模刃口尺寸之差。 2）當(dāng)間隙適當(dāng)時(shí)，在沖裁過(guò)程中板料的變形區(qū)在比較純的剪切作用下被分離，使落料件的尺寸等于凹模尺寸，沖孔件尺寸等于凹模尺寸。 當(dāng)間隙過(guò)大時(shí)，板料在沖裁過(guò)程中除受剪切外還產(chǎn)生較大的拉伸與彎曲變形，沖裁后制件會(huì)發(fā)生與拉伸彎曲方向相反的彈性恢復(fù)。對(duì)于落料件，其尺寸會(huì)小于凹模尺寸。對(duì)于沖孔件，其尺寸會(huì)大于凸模尺寸。 當(dāng)間隙過(guò)小時(shí)，板料在沖裁過(guò)程中除受到剪切外還會(huì)受到較大的側(cè)壓作用，沖裁后板料發(fā)生與側(cè)壓方向相反的彈性恢復(fù)。對(duì)于落料件，其尺寸會(huì)大于凹模尺寸。對(duì)于沖孔件，其尺寸會(huì)小

6、于凸模尺寸。 此外，沖裁間隙會(huì)對(duì)沖裁件尺寸，沖壓力，模具壽命都有影響。間隙選取原則 除了沖裁間隙之外，在沖裁工程中，凸凹模的刃口尺寸及制造公差直接影響沖裁件尺寸精度，并且合理的沖裁間隙也要依靠凸凹模刃口尺寸來(lái)保證。在確定刃口尺寸及制造公差時(shí)應(yīng)遵循一下原則：1）落料尺寸取決于凹模尺寸，沖孔尺寸取決于凸模尺寸。2）根據(jù)磨損規(guī)律，設(shè)計(jì)落料模時(shí)，凹?；境叽鐟?yīng)取制件尺寸公差范圍內(nèi)的最小值；設(shè)計(jì)沖孔模時(shí)，凸?；境叽鐒t應(yīng)取制件尺寸公差范圍內(nèi)的最大值。3）不管是落料還是沖孔，在初始設(shè)計(jì)模具時(shí)，沖裁間隙一般采用最小合理間隙值。 4）沖裁模刃口尺寸的制造偏差方向，原則上是入體原則，即凹模刃口尺寸制造偏差取正值

7、，凸模刃口尺寸制造偏差去負(fù)值。 5）根據(jù)加工方法不同，可分為單獨(dú)加工和配合加工。3.沖裁模具的設(shè)計(jì)計(jì)算3.1 排樣沖裁件在條料上的布置方法稱為排樣，排樣的設(shè)計(jì)工作的主要內(nèi)容包括選擇排樣方法，確定搭邊數(shù)值，計(jì)算條料寬度及步距，畫出排樣圖。沖裁件的排樣與材料的利用率有密切關(guān)系，對(duì)零件的成本很大，因此應(yīng)設(shè)法在有限的材料面積上沖出最多數(shù)量的制件。沖裁排樣有以下分類： 1）從廢料角度來(lái)分可分為有廢料排樣，少?gòu)U料排樣和無(wú)廢料排樣。2）按制件在板料上的排樣方式來(lái)分，可分為直排、斜排、對(duì)排、混合排、多樣排和沖裁搭邊排。 根據(jù)制件的形狀特點(diǎn)，故采用直排的排樣方案，如下圖：3.2 搭邊值的確定： 排樣中相鄰兩沖裁

8、件之間的余料或沖裁件與條料邊緣間的余料稱為搭邊。答辯的作用是補(bǔ)償定位誤差和保持條料有一定的強(qiáng)度和剛度，防止由于條料的寬度誤差，送進(jìn)步距誤差，送料歪斜等原因而沖裁出殘缺的廢品，保證送料的順利進(jìn)行，從而保證制件質(zhì)量。 搭邊值的大小要合適，過(guò)大會(huì)造成材料利用率低，過(guò)小則不能發(fā)揮搭邊的作用，在沖裁過(guò)程中會(huì)被拉斷，造成送料困難，使沖裁產(chǎn)生毛刺，有時(shí)還會(huì)被拉入凸凹模之間的間隙，損壞模具的刃口，降低模具的壽命。一般來(lái)說(shuō)，搭邊值是由經(jīng)驗(yàn)值確定的，影響搭邊值的因素有材料的力學(xué)性能，材料的厚度，工件的形狀和尺寸，排樣的形式及送料、擋料的方式。以下為搭邊數(shù)值表：板料厚度 手送料 自動(dòng)送料 圓形 非圓形 往復(fù)送料aa

9、1aa1aa1aa111.51.521.5322.521221.52.523.52.532232.52333.53.53.533432.53.544443454345555456545666656865677776876788887 根據(jù)零件形狀取搭邊值，a=3.5 a1=3 ,則進(jìn)距h=151.36+3=154.36mm3.3 條料寬度的確定 條料是由板料（或帶料）剪裁下料而得，為保證送料順利，規(guī)定條料寬度B的上極限偏差為0，下極限偏差為負(fù)值。條料在模具上送進(jìn)時(shí)常用導(dǎo)尺導(dǎo)向，使用導(dǎo)尺導(dǎo)向又分為側(cè)壓導(dǎo)向和無(wú)側(cè)壓導(dǎo)向兩種情況。兩種情況下條料寬度計(jì)算不同，但目的是一致的，要求既能保證條料順利送進(jìn)，

10、又能保證沖裁件與條料側(cè)邊之間有不低于規(guī)定的搭邊值。 由表查得條料寬的公差=2mm，則 B=（90+3.52+2）=99mm則，最終的排樣如下圖所示：3.4 材料利用率的計(jì)算 一個(gè)步距內(nèi)制件的實(shí)際面積，如圖，一個(gè)步距內(nèi)含一個(gè)制件，由軟件測(cè)得其面積為 A1=2397.27mm 一個(gè)步距的材料利用率為=A1/Bh100%則=100=44.84A1一個(gè)步距內(nèi)制件的實(shí)際面積h送料步距B條料寬度3.5 沖壓力計(jì)算3.5.1 沖裁力 沖裁力是沖裁過(guò)程中凸模對(duì)板料施加的壓力，它是隨凸模進(jìn)入板料的深度而變化的。通常說(shuō)的沖裁力是指沖裁力的最大值，它是選用壓力機(jī)和設(shè)計(jì)模具的重要依據(jù)之一。 用普通平刃口模具沖裁時(shí)，其

11、沖裁力F一般按下式計(jì)算： F=KLt式中 F沖裁力 L沖裁周邊長(zhǎng)度 t板料厚度 材料抗剪強(qiáng)度 K系數(shù)，考慮沖擊載荷等因素，通常取1.3 由于材料的抗拉強(qiáng)度1.3.為計(jì)算方便，也可按照下式估算沖裁力 FLt 查表可得10剛抗拉強(qiáng)度=300Mpa，根據(jù)工件尺寸可得t=4mm，落料力 零件外輪廓線長(zhǎng)度L=252.8mm，則 F1= Lt=252.8300N=303.4KN沖孔力 內(nèi)孔輪廓線長(zhǎng)度L=109.9mm，則 F2=Lt=109.94300N=131.9KN沖裁力F沖=F1+F2=435.3KN3.5.2 沖裁時(shí)的卸料力、推件力、頂件力 卸料力、推件力和頂件力是由壓力機(jī)和模具卸料裝置或頂件裝置

12、傳遞的，所以在選擇設(shè)備的公稱壓力或設(shè)計(jì)沖模時(shí)，應(yīng)分別予以考慮。影響這些力的因素較多，主要有材料的力學(xué)性能、材料的厚度、模具間隙、凹模洞口的結(jié)構(gòu)、搭邊大小、潤(rùn)滑情況、制件的形狀和尺寸等。所以，要準(zhǔn)確的計(jì)算這些力是困難的，生產(chǎn)中常用下列經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算： F卸=K卸F F推=nK推F F頂=K頂F 式中 F卸、F推、F頂卸料力、推件力、頂件力 K卸、K推、K頂卸料力、推件力、頂料力系數(shù)，見(jiàn)下表 F沖裁力 n 同時(shí)卡在凹模內(nèi)的沖裁件數(shù) h凹模洞口的刃壁高度 材料厚度/mm K卸 K推 K頂 鋼0.10.0650.0750.10.140.10.50.0450.0550.0630.080.52.50.0

13、40.050.0550.062.56.50.030.040.0450.056.50.020.030.0250.03鋁、鋁合金0.0250.080.060.04紫銅、黃銅0.020.060.080.05落料時(shí)的卸料力 查表得 K卸=0.04，則 F卸=K卸F=0.04303.4KN=12.1KN推件力 取凹模刃口直壁高度h=8mm ，n=2,由表查得推件力系數(shù)K推=0.045則 F推=nK推F=2131.90.045KN=11.9KN 選擇沖床時(shí)的總壓力為 F總=F沖+F卸+F推=459.3KN3.6 確定模具壓力中心 按比例畫出零件形狀，選定坐標(biāo)系，如下圖所示。該零件上下對(duì)稱，左右對(duì)稱，故壓力

14、中心為 : x=0，Y=03.7 沖模刃口尺寸及公差3.7.1 沖孔部分 查表可得雙面間隙Zmin=0.640,Zmax=0.880 沖孔部分形狀簡(jiǎn)單，采用凸凹模分開(kāi)加工方法，由下表可查得凸凹模制造偏差分別為 p=-0.020,d=+0.030基本尺寸pd基本尺寸pd18-0.020.02180260-0.030.0451830-0.020.025260360-0.0350.053080-0.020.03360500-0.040.0680120-0.0250.035500-0.050.07120180-0.030.04 滿足 的條件查上表可得磨損系數(shù)X=1.03.7.2落料部分外廓的落料，由于

15、形狀較復(fù)雜，采用配合加工方法。圖中未注尺寸公差，按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，GB/T1800.2-2009IT14級(jí)選取，則 以凹模為基準(zhǔn)件時(shí)，凹模磨損后，刃口部分尺寸都增大，因此外輪廓均屬A類尺寸。根據(jù)上表，當(dāng)4mm r=2t 另外，凹模兩邊的圓角半徑應(yīng)一致，否則在彎曲時(shí)坯料會(huì)發(fā)生偏移。 則凹模的圓角半徑為2.5t=15mm3.凹模深度 凹模深度要適當(dāng)，若過(guò)小，則坯料兩端未受壓部分太多，彎曲件回彈大且不平直，影響其質(zhì)量；若過(guò)大，則浪費(fèi)模具材料并需要較大工作行程的壓力機(jī)。 U形件彎曲模中，對(duì)于直邊高度不大或者要求兩邊平直的U形件，凹模深度應(yīng)大于彎曲件的高度，均可通過(guò)查表得出。 查的凹模深度應(yīng)為30 mm4.凸

16、、凹模間隙 彎曲U形彎曲件時(shí)，設(shè)計(jì)模具必須確定合理的凸、凹模間隙值。間隙過(guò)小會(huì)增加摩擦，加大彎曲力，使工件厚度減薄或出現(xiàn)劃痕，同時(shí)還會(huì)降低模具使用壽命；間隙過(guò)大，則回彈增加，從而降低彎曲件精度。生產(chǎn)中U形件彎曲模的凸、凹模單邊間隙C一般選取如下： 彎曲有色金屬時(shí)取 C=(1-1.1)t 彎曲黑色金屬時(shí)取 C=（1.05-1.15）t則凸、凹模間隙 C=1.1t=4.4mm5.凸、凹模的寬度尺寸及公差 彎曲件是內(nèi)形尺寸標(biāo)注，應(yīng)以凸模為基準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算。 P174 由表查出，=0.62mm(按IT14級(jí)精度選取)，d=0.062mm(按IT9級(jí)精度選取)，計(jì)算凹模寬度尺寸如下： 取凸、凹模單邊間隙4.

17、4mm,凹模工作部分尺寸按凸模實(shí)際尺寸配置，保證雙邊間隙2C，凹模圓角半徑2t=8mm。5、 模具材料選取 模具材料應(yīng)根據(jù)模具的工作特性、受力情況、沖壓件材料性能、沖壓件精度以及生產(chǎn)批量等因素合理選用。具材料應(yīng)考慮工件生產(chǎn)的批量，若批量不大就沒(méi)有必要選擇高壽命的模具材料；還應(yīng)考慮被沖工件的材質(zhì)，不同材質(zhì)適用的模具材料亦有所不同。對(duì)于沖裁模具，耐磨性是決定模具壽命的重要因素，鋼材的耐磨性取決于碳化物等硬質(zhì)點(diǎn)相的狀況和基體的硬度，兩者的硬度越高，碳化物的數(shù)量越多，則耐磨性越好。常用沖壓模具鋼材耐磨性的劣優(yōu)依次 為碳素工具鋼合金工具鋼基體鋼高碳高鉻鋼高速鋼鋼結(jié)硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金。 此外還必須考慮工件的

18、厚度、形狀、尺寸大小、精度要求等因素對(duì)模具材料選擇的影響。1.傳統(tǒng)模具用鋼 長(zhǎng)期以來(lái)，國(guó)內(nèi)薄板沖裁模用鋼為T10A、CrWMn、9Mn2V、Cr12和Cr12MoV等。 其中T10A為碳素工具鋼，有一定強(qiáng)度和韌性。但耐磨性不高，淬火容易變形及開(kāi)裂，淬透性差，只適用于工件形狀簡(jiǎn)單、尺寸小、數(shù)量少的沖裁模具。 T10A碳素工具鋼的熱處理工藝為：760810 水或油 淬，160180 回火，硬度5962HRC。 CrWMn、9Mn2V是高碳低合金鋼種，淬火操作簡(jiǎn)便，淬透性優(yōu)于碳素工具鋼，變形易控制。但耐磨性和韌性仍較低，應(yīng)用于中等批量、工件形狀較復(fù)雜的沖裁模具。CrWMn鋼的熱處理工藝為：淬火溫度8

19、20840 油冷 ，回火溫度200 ，硬度6062HRC。9Mn2V鋼的熱處理工藝為：淬火溫度780820 油冷 ，回火溫度150200 ，空冷，硬度6062HRC。注意回火溫度在200300 范圍有回火脆性和顯著體積膨脹，應(yīng)予避開(kāi)。 Cr12和Cr12MoV為高碳高鉻鋼，耐磨性較高，淬火時(shí)變形很小，淬透性好，可用于大批量生產(chǎn)的模具，如硅鋼片沖裁模。但該類鋼種存在碳化物不均勻性，易產(chǎn)生碳化物偏析，沖裁時(shí)容易出現(xiàn)崩刃 或斷裂。其中，Cr12含碳量較高，碳化物分布不均比Cr12MoV嚴(yán)重，脆性更大一些。 Cr12型鋼的熱處理工藝選擇取決于模具的使用要求，當(dāng)模具要求比較小的變形和一定韌性時(shí)，可采用低

20、溫淬火、回火（Cr12為950980 淬火，150200 回火；Cr12MoV為10201050 淬火，180200 回火）。 若要提高模具的使用溫度，改善其淬透性和紅硬性，可采用高溫淬火、回火 （Cr12為10001100 淬火，480500 回火；Cr12MoV為11101140 淬火，500520 回火 ）。 高鉻鋼在275375 區(qū)域有回火脆性，應(yīng)予避免。2.常用模具新鋼種 為了彌補(bǔ)傳統(tǒng)模具鋼種性能的不足，國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)或引進(jìn)了以下性能較好的沖壓模具用鋼： （1）Cr12Mo1V1（代號(hào)D2）鋼 為仿美國(guó)ASTM標(biāo)準(zhǔn)中的D2鋼引進(jìn) 的鋼種，屬Cr12型鋼。由于D2鋼中Mo、V含量增加，細(xì)化了

21、晶粒，改善了碳化物的分布狀況，因此D2鋼的強(qiáng)韌性（沖擊韌度、抗彎強(qiáng)度、撓度）比Cr12MoV鋼有所提高，耐磨性和抗回火穩(wěn)定性也比Cr12MoV更高?？捎蒙罾涮幚?，提高硬度并改善尺寸穩(wěn)定性。用D2鋼制作的沖裁模具壽命要高于Cr12MoV鋼模具。 D2鋼的鍛造性能和熱塑成形性比Cr12MoV鋼略差，機(jī)械加工性能和熱處理工藝與Cr12型鋼相似。 （2）Cr6WV鋼 為高 耐磨微 變形高碳中鉻鋼，碳、鉻含量均低于Cr12型鋼，碳化物的分布狀態(tài)較Cr12MoV均勻，具有良好的淬透性。熱處理變形小，機(jī)械加工性能較好?？箯潖?qiáng)度、沖擊韌度優(yōu)于Cr12MoV， 只是耐磨性略低于Cr12型鋼。用于承受較大沖擊力的

22、高硬度、高耐磨板料沖裁模，其效果好于Cr12型鋼。 鋼的常用熱處理工藝為：淬火溫度9701 000，一般可熱油或硝鹽分級(jí)淬火冷卻，尺寸不大的部件可采取空冷。淬火后應(yīng)立即回火，回火溫度160210 ，硬度58 62HRC。 （3）Cr4W2MoV鋼 也是高 耐磨微 變形高碳中鉻鋼，替代Cr12型鋼而研制的鋼種，碳化物均勻性好，耐磨性高于Cr12MoV，適于制作形狀復(fù)雜、尺寸精度要求高的沖壓模具，可用于硅鋼片沖裁模。 Cr4W2MoV鋼的熱處理工藝：要求強(qiáng)度、韌性較高時(shí)，采用低溫淬火、低溫回火工藝：淬火溫度960980 ，回火溫度280320 ，硬度6062HRC。要求熱硬性和耐磨性較高時(shí)，采用高

23、溫淬火、高溫回火工藝：淬火溫度10201040 ，回火溫度50 0540 ，硬度6062HRC。 （4）7CrSiMnMoV(代號(hào)CH-1)鋼 為 空淬微變形 低合金鋼、火焰淬火鋼，可以利用火焰進(jìn)行局部淬火，淬硬模具刃口部分。淬火溫度（8001000 ），具有良好的淬透性和淬硬性 （可達(dá)60 HRC以上），強(qiáng)度和韌性較高，崩 刃 后能補(bǔ)焊?？纱鍯rWMn、Cr12MoV鋼，制作形狀復(fù)雜的沖裁模。CH-1鋼的推薦熱處理工藝：淬火溫度900920 ， 油冷 ，190200 回火13小時(shí)，硬度5862 HRC。 （5）6CrNiSiMnMoV(代號(hào)GD)鋼 為高韌性低合金鋼，淬透性好，空淬變形小，耐磨性較高。其強(qiáng)韌性顯著高于CrWMn和Cr12MoV鋼，不易崩刃或斷裂。尤其適用于細(xì)長(zhǎng)、薄片狀 凸模及 大型、形狀復(fù)雜、薄壁凸凹模。 GD鋼的推薦熱處理工藝