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文檔簡介

1、西南大學(xué)本科畢業(yè)論文(設(shè)計)墊片冷沖壓工藝及模具設(shè)計馮浪西南大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院,重慶 400716摘要:模具是高效率、高質(zhì)量的產(chǎn)品生產(chǎn)工具,模具開發(fā)周期是整個產(chǎn)品開發(fā)周期的重要部分。在目前激烈的市場競爭中,產(chǎn)品投入市場的遲早常常是成敗的關(guān)鍵,所以客戶對模具開發(fā)周期的要求越來越短,如何在控制成本、保證質(zhì)量的前提下加工模具是值得認(rèn)真考慮的問題。模具加工工藝是一項先進(jìn)的制造工藝,已成為重要發(fā)展方向,在航空航天、汽車、機械等各行業(yè)得到越來越廣泛的應(yīng)用。模具加工技術(shù),可以提高制造業(yè)的綜合效益和競爭力。在此次設(shè)計中分析了墊片的結(jié)構(gòu)及工藝性,通過對零件的工藝分析,確定了合理的沖壓工藝方案。采用冷沖壓落料零件的

2、生產(chǎn),詳細(xì)討論了該零件以大批量生產(chǎn)為主的生產(chǎn)條件下從毛坯到成品的沖壓加工過程,分析其加工性質(zhì),制定合理的工藝方案和合適的沖壓工序,設(shè)計合理的模具結(jié)構(gòu),選擇合適的沖壓設(shè)備,以便提高生產(chǎn)率,降低成本。關(guān)鍵詞:墊片;冷沖壓;落料;模具 The cold punching craft and molding designs of padFenglangCollege of Engineering Technology, Southwest University, Chongqing 400716, ChinaAbstract: Mold is high efficiency, high quality

3、 products production tools, mould development cycle is the important part of product development cycle. At present the fierce competition in the market, products put on the market is often the key of success or failure sooner or later, so the client of the development cycle for mould require more sh

4、ort, how to control the cost, the guarantee quality moulds is the premise of deserve serious consideration. Mould processing technology is an advanced manufacture craft, have become an important development direction, in aerospace, automotive, machinery, and other industries are increasingly applied

5、. Mould processing technology, can improve the comprehensive benefit and competitive manufacturing. In the design of the structure and analyzed gaskets for parts, through the technology process analysis and a reasonable set of stamping process program. By cold stamping blanking parts production, the

6、 part is discussed in detail in mass production primarily production conditions from blank to finished products stamping processing process, and analyses its processing properties, formulate rational process scheme and the right punching process, design reasonable die structure, and choose the right

7、 punching equipment, so as to improve productivity and reduce the cost. Key words: gaskets;punch;blanking;mold 0 文獻(xiàn)綜述0.1沖壓成形在工業(yè)生產(chǎn)中的地位沖壓成形是一個涉及領(lǐng)域極其廣泛的行業(yè),深入到制造業(yè)的方方面面,在國外,沖壓被稱為板料成形。沖壓成形加工是通過沖壓模具來實現(xiàn)的。沖壓模具是大批量生產(chǎn)同形產(chǎn)品的工具,是沖壓成形的主要工藝裝備。采用沖壓模具生產(chǎn)零部件,具有生產(chǎn)效率高、質(zhì)量好、成本低、節(jié)約能源和原材料等一系列優(yōu)點,其生產(chǎn)的制件所具備的高精度、高復(fù)雜程度、高一致性、高生產(chǎn)效率

8、和低消耗,是其他加工制造方法所不能比擬的,它已成為當(dāng)代工業(yè)生產(chǎn)的重要手段和工藝發(fā)展方向。而整個模具工業(yè)已經(jīng)很大程度上決定著現(xiàn)代工業(yè)品的發(fā)展和技術(shù)水平的提高。因此模具工業(yè)對國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展起著舉足輕重的作用1。據(jù)統(tǒng)計,在玩具、家電行業(yè)中,有將近90%的零件是利用模具生產(chǎn)的;在汽車、農(nóng)用機器、飛機和無線電行業(yè),這個比例也超過60%。從產(chǎn)值看,自20世紀(jì)80年代以來,日本、美國等工業(yè)發(fā)達(dá)國家的模具行業(yè)產(chǎn)值已經(jīng)超過機床行業(yè),而且還有繼續(xù)增長的趨勢。據(jù)國際生產(chǎn)技術(shù)協(xié)會預(yù)測,到2011年,產(chǎn)品零件精加工的55%、粗加工的75%都將會由模具完成,另外,80%以上的塑料、65%以上的金屬板材都將由模具制造為

9、成品。沖壓是一種建立在材料塑性變形基礎(chǔ)上的先進(jìn)的材料加工方法,它是利用模具和沖壓設(shè)備對板料進(jìn)行加工,從而獲得要求的零件形狀,尺寸及精度。沖壓模具是指在沖壓加工中,將材料(金屬或非金屬)加工成零件(或半成品)的一種特殊工藝裝備,稱為沖壓模具,由于沖壓加工一般是在常溫下進(jìn)行的,所以沖壓模具俗稱冷沖模2。沖壓加工在批量生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用,在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中占有十分重要的地位,其特點如下:(1)在生產(chǎn)過程中,應(yīng)用了自動化的機械設(shè)備及多工位自動化送料裝置,故生產(chǎn)效率高。(2)在沖壓加工中,廢料比其他加工少,且廢料也可制成其他小零件,故材料利用率高。(3)在沖床的簡單沖壓下,可得到形狀復(fù)雜、強度高、精度

10、高、一致性好的零件。(4)隨生產(chǎn)批量增大,零件的制造成本降低。(5)縮短工時,節(jié)省勞力,操作簡單。(6)同一模具制造出來的產(chǎn)品,具有相同的尺寸與形狀,有良好的互換性。(7)沖壓加工所使用的模具是技術(shù)密集型產(chǎn)品,精度高、成本高(占產(chǎn)品成本的10%30%),所以只有生產(chǎn)批量大時,沖壓加工的優(yōu)點才能充分體現(xiàn)3。 如果沖壓加工制件的尺寸、形狀和精度不同,那么所采用的工序也不相同??梢砸罁?jù)材料的變形特點將冷沖壓工序分為分離工序和成形工序兩類。分離工序是指板料在沖壓力的作用下,變形部分的應(yīng)力達(dá)到強度極限以后,使坯料發(fā)生斷裂而產(chǎn)生分離。分離工序所加工的板料可以是平面的也可以是立體的,當(dāng)然也可以加工型材、棒材

11、、管材等。分離工序包括落料、沖孔、剪切、剪斷、切槽、切口、切邊等幾大類,這是以被加工材料的形態(tài)及受力狀態(tài)為劃分依據(jù)。其所用的沖??梢酝ǚQ為沖裁模。其中有代表性的為落料模、沖孔模、切邊模以及包含多道工序的連續(xù)模和復(fù)合模。成形工序是指坯料在沖壓力的作用下,變形部分的應(yīng)力達(dá)到屈服極限,但未超出抗拉強度極限,使材料產(chǎn)生塑形變形,成為具有一定形狀、尺寸與精度制件的加工工序。0.2 沖壓行業(yè)技術(shù)結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀目前,我國沖壓模具工業(yè)技術(shù)水平的發(fā)展不均衡,分布差異性較大。在采用CAD/CAM/CAE/CAPP等技術(shù)設(shè)計與制造模具方面,無論是應(yīng)用的廣泛性,還是技術(shù)水平上都存在很大的差距。從總體上來講,與發(fā)達(dá)工業(yè)國家先

12、進(jìn)水平相比,還有較大的差距。在應(yīng)用CAM技術(shù)制造模具方面,一是現(xiàn)有的工藝裝備聯(lián)網(wǎng)率較低,二是缺乏先進(jìn)適用的制造裝備,只有15%左右的模具制造設(shè)備近年來才開展這項工作;在應(yīng)用CAD技術(shù)設(shè)計模具方面,僅有大約20%的模具在設(shè)計中采用了CAD,距離不用繪圖板設(shè)計還有較長的一段路要走。我國大部分模具廠、車間的模具加工精度差、效率低、設(shè)備陳舊、在役期長,至今仍在使用普通的鍛、車、銑、刨、鉆、磨設(shè)備加工模具,熱處理加工仍在使用箱式爐、鹽浴,操作憑工人的經(jīng)驗,設(shè)備簡陋,能耗高。隨著工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量的不斷提高,沖壓模具正向精密、高效、長壽命、大型化方向發(fā)展,沖壓產(chǎn)品正呈現(xiàn)大型、精密、多品種、少批量、復(fù)雜、更新?lián)Q代

13、的速度很快的特點。為了適應(yīng)市場變化,得益于制造技術(shù)和計算機技術(shù)的快速發(fā)展,沖壓模具設(shè)計與制造技術(shù)正在由過分依靠人工經(jīng)驗、手工設(shè)計和常規(guī)機械加工技術(shù)向以數(shù)控電加工、數(shù)控切削加工、計算機輔助設(shè)計為核心的計算機輔助設(shè)計與制造技術(shù)轉(zhuǎn)變4。0.3 沖壓行業(yè)發(fā)展趨勢隨著需求的個性化和制造的信息化、全球化,企業(yè)內(nèi)部和外部環(huán)境的變化,以及生產(chǎn)技術(shù)先進(jìn)化,沖壓模具行業(yè)生產(chǎn)組織的方式和傳統(tǒng)生產(chǎn)觀念都已經(jīng)發(fā)生了很多變化,出現(xiàn)了一些新的設(shè)計、生產(chǎn)、管理理念和模式。 具體是:從工作方式的轉(zhuǎn)變,由順序工作方式向并行工作方式轉(zhuǎn)變,提高快速應(yīng)變能力的并行工程、網(wǎng)絡(luò)化制造、虛擬制造、敏捷制造等新的生產(chǎn)理念;以技術(shù)為中心向以人為

14、本的轉(zhuǎn)變,強調(diào)團(tuán)隊協(xié)作能力,以適應(yīng)模具單件生產(chǎn)特點的柔性制造技術(shù);廣泛采用通用件、標(biāo)準(zhǔn)件的分工協(xié)作生產(chǎn)模式;適應(yīng)可持續(xù)發(fā)展的綠色設(shè)計與制造等。在二十一世紀(jì),全球化經(jīng)濟(jì)已經(jīng)越來越明顯,資本、技術(shù)和勞動力市場將重新整合,中國的裝備制造業(yè)也將成為世界的裝備制造業(yè)基地。在現(xiàn)代制造業(yè)中,工程設(shè)備在許多行業(yè)中越來越多地采用由模具業(yè)提供的產(chǎn)品。模具工業(yè)正廣泛應(yīng)用現(xiàn)代先進(jìn)制造技術(shù),加快模具行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步,以滿足用戶對模具制造的高精度、低成本、短交貨期的迫切要求,滿足各行各業(yè)對模具這一基礎(chǔ)工藝裝備的迫切需求5。 1引言 畢業(yè)設(shè)計對一個大學(xué)生來說是非常重要的,是一個大學(xué)生向社會成員的角色轉(zhuǎn)換的重要的過渡環(huán)節(jié),為我

15、以后踏上工作崗位打下堅實的基礎(chǔ)。也是對一個合格的大學(xué)生的一次綜合考核。通過這一個重要環(huán)節(jié),更重要的是使我們大學(xué)四年學(xué)習(xí)的知識得到了綜合的應(yīng)用,使我們的思維能力得到了全面的拓展。本設(shè)計為一個落料模,是冷沖壓工藝的一個典型模具的設(shè)計。日常生活中人們使用的很多用具是用沖壓方法制造的,比如搪瓷面盆,它是用一塊圓形金屬板料,在沖床上利用模具對板料加壓力而沖出來的。如圖0-1所示。利用凸模和凹模對直徑為D的圓板料加一壓力F就沖出人們需要的面盆。由此可知,冷沖壓是一種金屬壓力加工方法,它是在常溫狀態(tài)下,利用沖模在沖床上對金屬(或非金屬)板料施加壓力使其分離或變形,從而得到一定形狀零件的加工方法。它是建立在金

16、屬材料塑性基礎(chǔ)上的一種工藝。圖 0-1 沖壓過程簡圖Fig.0-1 The diagram of ramming process落料模是很多沖壓工藝中的第一道工序,也有可能是最后的成型工序,很多簡單的零件就只有落料工序。冷沖壓是一種先進(jìn)的金屬加工方法,與其它加工方法比較,有以下特點:(1)它是無屑加工 被加工的金屬在再結(jié)晶溫度以下產(chǎn)生塑性變形,不產(chǎn)生切屑,變形中金屬產(chǎn)生加工硬化。(2) 所用的工具是各種形式的沖模 沖模對材料塑性變形加以約束,并直接使材料變成所需的零件。(3) 所用設(shè)備是沖床 沖床供給變形所需的力。(4) 所用的原材料多為金屬和非金屬的板料。2 零件分析2.1 零件圖、排樣圖以

17、及分析說明圖 2-1 排樣圖和零件圖Fig.2-1 The diagram of ranging specimen and part零件尺寸小,在板料上排樣進(jìn)行加工,實用于大、中批量的生產(chǎn)。制定合理的工藝方案和合適的沖壓工序,選擇合適的沖壓設(shè)備,設(shè)計合理的模具結(jié)構(gòu),以便提高生產(chǎn)率,降低成本。2.2 選擇冷沖壓的原因加工圖2-1所示的零件可以用很多的加工方法來完成,考慮提高生產(chǎn)率與降低成本的原因,所以選擇最經(jīng)濟(jì)的冷沖壓方法進(jìn)行加工。冷沖壓與其它加工方法比較,在技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)上有許多優(yōu)點:在沖床簡單沖壓下,可以得到形狀復(fù)雜的零件,如果用其它的方法是不可能或者很難得到的。例如汽車駕駛室的車門、頂蓋和翼

18、子板等具有流線型的零件。制得的零件一般不需要進(jìn)一步加工,可以直接用來裝配,而且有一定的精度,具有互換性。材料利用率較高,一般為70%86%。在耗料不大的情況下,也能得到強度高,足夠剛性而且重量輕、外表光滑美觀的零件。生產(chǎn)率高,沖床沖一次一般可得一個零件,而沖床一分鐘的行程少則幾次,多則幾百次。同時,毛坯和零件形狀規(guī)則,便于實現(xiàn)機械化和自動化。沖壓零件的質(zhì)量重要靠沖模保證,所以操作方便,要求的工人等級不高,便于組織生產(chǎn)。在大量生產(chǎn)的條件下,產(chǎn)品的成本低。冷沖壓方法也有不少的缺點:制造復(fù)雜、對模具要求高、制造費用昂貴、周期長,所以在小批量生產(chǎn)中受到限制。另外,沖壓件的精度決定于模具精度,如果零件的

19、要求過高,那么用冷沖壓生產(chǎn)就難以達(dá)到7。冷沖壓制得的零件,具有表面質(zhì)量好、成本低、重量輕的優(yōu)點,是一種經(jīng)濟(jì)的加工方法,是其它加工方法不能與之競爭的,因此冷沖壓工藝在機器制造業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。2.3 塑性變形是冷沖壓方法的特點沖壓成型時,外力通過模具或其他工具作用在板料上,使板料內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力,并且發(fā)生塑性變形。由于板料的尺寸、外力的作用狀態(tài)與模具的形狀千差萬別,從而引起板料內(nèi)部各點的應(yīng)力和應(yīng)變也各不相同。由于應(yīng)力和應(yīng)變是影響產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵,所以要在變形階段合理的控制應(yīng)力和應(yīng)變對零件的影響8。2.4 沖裁沖裁是指使板料沿封閉曲線相互分離的工序。沖裁包括落料、沖孔、切口、剖切、修邊等。但一般說來

20、,沖裁主要是指沖孔和落料工序。沖裁時,材料的變形是由其受力狀態(tài)所決定的。如圖2-2(a)所示,以上、下刃尖連線為中心的紡錘形區(qū)域是主要變形區(qū),從模具刃尖向材料中心變形區(qū)逐步擴(kuò)大。當(dāng)凸模擠入材料后,新形成的紡錘變形區(qū)被以前已經(jīng)變形而冷作硬化了的區(qū)域所包圍,如圖2-2(b)所示。圖 2-2 沖壓變形區(qū)Fig.2-2 The area of ramming deformation1- 凸模 2-材料 3-凹模 4-紡錘形變形區(qū) 5-已變形區(qū) 6-新紡錘形變形區(qū)從凸模接觸材料到材料被一分為二的過程,經(jīng)歷了彈性變形階段塑性變形階段斷裂分離階段,材料的這一沖裁變形過程,是在瞬間完成的。 彈性變形階段由于受

21、到凸模壓力,材料會產(chǎn)生彈性壓縮、拉伸和彎曲等變形,凹模上的板料則也因收到壓力而向上翹起,間隙越大,上翹和彎曲越嚴(yán)重。同時,凸模稍許擠入板料上部,板料的下部會略微擠入凹模洞口,但材料內(nèi)的應(yīng)力沒有超過材料的彈性極限。 塑性變形階段凸模沿寬度為b的環(huán)形帶繼續(xù)加壓,當(dāng)材料內(nèi)的應(yīng)力達(dá)到屈服強度時便開始進(jìn)入塑形剪切變形階段。凸模擠入板料上部,同時板料下部擠入凹模洞口,形成光亮的塑性剪切斷面。隨凹模擠入板料深度的增加,變形區(qū)材料硬化加劇,塑性變形成都增大,沖裁變形抗力不斷上升,直到刃口附近側(cè)面的材料由于拉應(yīng)力的作用出現(xiàn)微裂紋時,塑性變形階段結(jié)束,此時沖裁變形抗力達(dá)到最大值,因為凸、凹模間有間隙,所以在這個階

22、段中板料還會出現(xiàn)拉伸變形和彎曲。如果間隙變大,拉伸變形和彎曲也變大。 斷裂分離階段材料內(nèi)裂紋首先產(chǎn)生于凹模刃口附近的側(cè)面,緊接著才在凹模刃口附近的側(cè)面產(chǎn)生。已經(jīng)形成的上下微裂紋會隨著凸模繼續(xù)壓入,沿著最大切應(yīng)力的方向不斷向材料內(nèi)部擴(kuò)展,當(dāng)上下裂紋發(fā)生重合時,板料便會被拉斷分離。隨后,凸模將分離的材料推入凹模洞口,沖裁過程到此結(jié)束9。2.4.1 沖裁的斷面分析沖裁斷面由圓角帶、光亮帶、斷裂帶和毛刺4部分組成,如圖2-3所示。圓角帶a是光滑的圓弧帶,該區(qū)域的形成是當(dāng)凹模刃口壓入材料時,刃口附近的材料產(chǎn)生彎曲和深入變形,材料被拉入間隙的結(jié)果。光亮帶b是緊挨圓角帶并且與板平面垂直的光亮部分,通常它占整

23、個斷面的1/21/3,它是在塑性變形過程中凸模(或凹模)擠壓切入材料,使其受到擠壓應(yīng)力和剪應(yīng)力的作用,在材料的一部分相對另一部分移動過程中,將材料壓平形成的斷面。斷裂帶c是在斷裂階段形成,是由刃口附近的微裂紋由于受到拉應(yīng)力而不斷地擴(kuò)展而形成的撕裂面,它的特點是斷面比較粗糙,具有一定的金屬本色,而且?guī)в幸欢ǖ男倍?。毛刺區(qū)d則發(fā)生在塑性變形階段的后期,當(dāng)凸、凹模的刃口切入到被加工板料一定深度時,刃口正面的材料會被壓縮,刃尖部分由于受到高靜水壓應(yīng)力,所以微裂紋的起點不會在刃尖出發(fā)生,在拉應(yīng)力的作用下,材料斷裂而產(chǎn)生毛刺。在普通沖裁中毛刺的產(chǎn)生是不可避免的。圖 2-3 沖裁區(qū)應(yīng)力、變形情況Fig.2-

24、3 The situation of stress and distortion in bcanfing areaa 圓角帶 b 光亮帶 c 斷裂帶 d 毛刺 正應(yīng)力 切應(yīng)力在四個特征區(qū)中,光亮帶剪切面的質(zhì)量最佳,是沖裁件的測量部位。光亮帶越寬,斷面質(zhì)量越好。但四個特征區(qū)域的大小和斷面上所占的比例大小并非一成不變,而是隨著材料的性能、厚度、模具沖裁間隙、刃口狀態(tài)及摩擦等條件的不同而變化。2.4.2 影響斷面質(zhì)量的因素 沖裁件質(zhì)量是指斷面質(zhì)量、尺寸精度及形狀誤差。斷面的斷裂帶越窄、光亮帶越寬、圓角及毛刺越小,沖裁件質(zhì)量就越好。 材料性能的影響塑性好的材料,沖裁次數(shù)時裂紋出現(xiàn)得較遲,板料被剪切的深

25、度較大,光亮帶所占比例大,毛刺、圓角和穹彎也較大,而斷裂帶則窄一些。塑性差的材料與上述現(xiàn)象相反。 模具間隙的影響 如圖2-4所示。在影響沖裁件質(zhì)量的諸多因素中,間隙是主要因素。因為斷面質(zhì)量與裂紋的走向有關(guān),而裂紋走向與間隙有關(guān)。間隙大小關(guān)系剪切時附加變化的大小,也決定著在凸、凹模刃口附近板料產(chǎn)生的上、下裂紋是否重合。只有當(dāng)凸、凹模間隙適當(dāng)時,裂紋才重合,此時零件斷面斜度很小,并且毛刺小、比較平直光滑,無裂紋分層,稍不平坦,斷面質(zhì)量比較滿意。當(dāng)間隙過大時,凸模刃口處的裂紋較正常間隙向里錯開一段距離,上、下裂紋也不重合,而裂紋之間的材料產(chǎn)生第二次拉裂,零件斷面出現(xiàn)兩個斜度,這時材料的彎曲與拉深大,

26、拉應(yīng)力大,材料的塑性變形階段結(jié)束較早,致使光亮帶較窄,圓角與斜度較大,穹彎厲害,毛刺大。這時如果料厚,則形成的圓角較大。料薄,將形成很大的拉長毛刺。當(dāng)間隙過小時,凸模刃口附近的裂紋比正常的間隙時向外錯開了一段距離,上、下裂紋產(chǎn)生后,各自進(jìn)入凸、凹模端面的壓應(yīng)力區(qū)而停止發(fā)展,不重合。并且上、下裂紋之間的材料隨凸模繼續(xù)下壓將產(chǎn)生第二次剪切,出現(xiàn)第二次光亮帶。在兩個光亮帶之間產(chǎn)生斷裂帶,或者呈現(xiàn)斷續(xù)的小光斑,在沖裁件端面出現(xiàn)擠長的毛刺,但容易去除,由于間隙小,彎曲、拉深小,裂紋產(chǎn)生晚,光亮帶變寬,而且零件穹彎小,斷面斜度和圓角小,只要中間撕裂不是很深,仍可應(yīng)用。圖2-4 間隙大小對制件斷面質(zhì)量的影響

27、Fig.2-4 The infcuence of whieh the size of gap offeets the cross-sectiona)間隙過小 b)間隙合適 c)間隙過大1-凸模 2-材料 3-凹模 4-斷裂帶 5-光亮帶 6-圓角帶當(dāng)模具間隙不均勻時,在間隙不合理處將出現(xiàn)毛刺,斷面質(zhì)量差。因此模具設(shè)計制造與安裝時必須保證間隙均勻。 模具和設(shè)備的情況模具導(dǎo)向裝置具有較高精度,壓力機滑塊導(dǎo)向精度可靠,則可保證 沖裁時間隙合理,沖裁件斷面質(zhì)量就好。 模具刃口鈍利情況的影響當(dāng)模具刃口磨損成圓角變鈍時,刃口與材料接觸的面積增加,應(yīng)力集中效應(yīng)減輕,擠壓作用大,光亮帶寬,但裂紋發(fā)生點要由刃口

28、側(cè)面想上移動,毛刺高度加大,即使間隙合理,也會產(chǎn)生毛刺。凸模磨鈍,落料件產(chǎn)生毛刺;凹模磨鈍,沖孔件產(chǎn)生毛刺。如果凸、凹模都鈍,則落料件和孔都出現(xiàn)毛刺13。2.4.3 影響尺寸精度的因素沖裁件的尺寸精度,是指沖裁件實際尺寸的差值(),差值越小,則沖裁件精度高。這個差值包括兩方面:一是沖裁件相對于凸、凹模尺寸的偏差;一是模具本身的制造、磨損引起的偏差。引起零件尺寸產(chǎn)生誤差的因素主要是沖裁后材料的彈性回復(fù),凸、凹模的制造精度,以及操作的偶然因素(如定位不準(zhǔn)、材料性能不穩(wěn)定等)。 模具的制造精度由于沖孔件等于凸模尺寸,落料件尺寸等于凹模尺寸,因此模具的尺寸、公差必須根據(jù)零件的尺寸要求來定,否則得不到所

29、要求的零件。如果模具的制造精度高,在其他條件相同時,沖裁件的精度也高。沖裁模具制造與沖壓件精度的關(guān)系如表2-1所示。一般模具精度要比零件精度高24級。表2-1 模具精度與沖裁件精度關(guān)系表Tab.2-1 The relations of mold precision and blanking precision模具的彈性變形和磨損對沖裁件的尺寸精度也有影響,且影響到模具間隙及材料的應(yīng)力狀態(tài)。因此模具變形量及磨損對零件的質(zhì)量起綜合性影響。沖裁次數(shù)及落料件尺寸變化的關(guān)系如圖2-5所示。模具開始使用時,由于磨損的劇增,零件尺寸變化比較劇烈。以后隨沖裁次數(shù)增加,磨損穩(wěn)定,零件尺寸逐漸變大。而對于沖孔件,

30、在經(jīng)過模具磨損穩(wěn)定階段后零件尺寸將逐漸變小。計算模具刃口時應(yīng)考慮模具磨損及彈性變形對沖裁件尺寸精度的影響。沖裁中要注意及時返修模具。圖2-5 沖裁件尺寸與沖裁次數(shù)的關(guān)系Fig.2-5 The relations of bcanting size and bcanking times 模具制造精度一定時,影響尺寸精度的因素模具制造精度一定時,落料件的尺寸不會與凹??壮叽缤耆嗟龋瑳_出的孔也不會與凸模刃口尺寸完全相同,因沖裁后材料的擠壓、拉深、穹彎變形都要產(chǎn)生恢復(fù),從而引起誤差,這時的偏差值為:落料 = 零件外形實際尺寸 - 凹模尺寸沖孔 = 零件孔實際尺寸 凸模尺寸偏差值可能是正的,也可能是負(fù)的

31、。影響這個偏差值的因素有凸、凹模的間隙、材料性質(zhì)、零件形狀與尺寸等,其中間隙值起主導(dǎo)作用。2.4.4 沖壓工藝對被加工材料的要求 用于沖壓加工的材料,除了要滿足產(chǎn)品對材料所要求的性能之外,還必須滿足沖壓加工對材料的要求。否則,沖壓工藝不能順利完成。沖壓工藝對材料的要求主要有:材料的尺寸精度及表面質(zhì)量;材料的沖壓加工性等。 材料的尺寸精度主要是材料的厚度尺寸公差。沖壓板材的厚度公差必須控制在一定范圍,因為沖壓模具設(shè)計時,材料厚度往往是一個重要的基本參數(shù)。如果實際生產(chǎn)時材料的厚度波動太大,有可能使加工力劇增或者工件破裂,沖壓工業(yè)不能順利進(jìn)行,還可能損壞模具或機床,所以必須通過檢驗控制材料厚度公差。

32、 材料的表面狀態(tài)被加工材料的表面也影響沖壓加工的模具壽命及成型極限。通常要求沖壓材料表面無損傷、無缺陷、無氧化皮等。而且由于板材的表面粗糙度也影響拉深工藝等的成型。所以要根據(jù)不同的要求選擇表面狀態(tài)適當(dāng)?shù)牟牧稀?材料的沖壓加工性材料的沖壓加工性是指材料必須具有適合于沖壓加工的性能。板料的沖壓加工性包括沖剪性、成型性和定形性等方面。沖剪性是指板料適應(yīng)各種分離加工的能力;成型性是指板料適應(yīng)各種成型加工過程的能力;定型性是指板料成型加工結(jié)束,外載荷卸去以后,能保持其獲得的形狀的能力。2.4.5 對沖壓件工藝性的基本要求沖壓件的尺寸精度等級可以達(dá)到IT6(或IT7)級,精度等級越低其沖壓加工越困難。除了

33、尺寸精度要求合理外,要求沖壓件的結(jié)構(gòu)工藝性好。沖壓件的結(jié)構(gòu)的幾何形狀。顯然,其幾何形狀越簡單、越容易沖壓出來,則其結(jié)構(gòu)工藝性越好。因此要求:原材料的選定不僅要能滿足沖壓件的剛度與強度要求,還應(yīng)該要有良好的沖壓性能。這是由于每一種板材都有自己的機械性能、化學(xué)成分以及與沖壓性能密切相關(guān)的特征性能。在生產(chǎn)實際中經(jīng)常出現(xiàn)這種情況,一個沖壓件的加工能否高質(zhì)量的完成,直接取決于板材的沖壓性能。所以,有必要根據(jù)沖壓變形的要求與特點,正確地選用原材料。壓力加工是一種冷變形加工方法,它與熱變形加工方法最本質(zhì)的區(qū)別是:有冷變形加工硬化效應(yīng)。因此,應(yīng)該成分利用這個特征,盡量選擇軟而塑性好的,避免過厚的金屬材料。 當(dāng)

34、對產(chǎn)品零件要求重量輕而強度、剛度高時,可采用加強筋形式及翻邊、卷圓等工序來達(dá)到要求。 合理排樣,盡量做到無廢料或少廢料,有時還應(yīng)考慮一種工件的廢料能為另一種工件所利用,在排樣下料時稱為“套裁”。 盡量用廉價材料代替貴重材料。 盡量滿足沖壓加工中各種工序的相應(yīng)結(jié)構(gòu)要求。 須統(tǒng)一并減少所用材料的牌號、規(guī)格和厚度,且提倡用國產(chǎn)板材。2.5 沖裁工作的排樣2.5.1 排樣的意義和材料的利用率沖裁件在條料、帶料或板料上的布置方法叫排樣。同一零件可采用不同的排樣形式。排樣的方式不同,材料的利用程度不同。排樣合理就能用同樣的材料沖出更多的零件來,降低材料消耗。材料的經(jīng)濟(jì)利用是一個重要問題,特別對貴重的有色金

35、屬。大批量生產(chǎn)時,在沖裁件的成本中,材料費用一般占60%以上。因此,排樣的合理與否將影響到材料的經(jīng)濟(jì)利用、生產(chǎn)率、模具結(jié)構(gòu)與壽命、沖裁質(zhì)量、生產(chǎn)操作方便與安全等。排樣的意義就在于保證用最高的勞動生產(chǎn)率和最低的材料消耗得到合格的零件16。排樣是否合理,經(jīng)濟(jì)性是否好,可用材料利用率來衡量。材料利用率是指零件的實際面積A0與所用材料面積A的百分比。材料面積A包括零件實際面積與廢料面積。提高材料利用率的途徑是減少廢料面積。由零件的形狀特點產(chǎn)生的廢料叫結(jié)構(gòu)廢料。一般不能改變,但可利用大尺寸的結(jié)構(gòu)廢料沖制小尺寸的零件。而由料頭、料尾所產(chǎn)生的廢料,以及零件之間和零件與條料側(cè)邊之間的廢料叫工藝廢料。要提高材料

36、利用率,主要應(yīng)從減少工藝廢料著手,即設(shè)計合適的板料規(guī)格及合理的裁料法(減少料頭、料尾),利用廢料沖制小件。在不影響設(shè)計要求的情況下,改善零件的結(jié)構(gòu)。2.5.2 排樣形式的確定排樣按材料利用情況分為有廢料排樣、少廢料排樣和無廢料排樣。按沖裁件在條料上的布置方式,排樣可分為:直排、單行排、多行排、斜排、對頭斜排、對頭直排等。一種沖裁件,可有多種排樣形式。排樣時必須選擇一個合理的排樣形式。影響排樣形式的因素如下: 零件的形狀 零件的合理排樣與其形狀有密切關(guān)系。 零件的斷面質(zhì)量、精度要求 當(dāng)零件的斷面質(zhì)量和尺寸精度要求較高且形狀復(fù)雜時,應(yīng)采用有廢料排樣的形式。 沖模結(jié)構(gòu) 有廢料排樣的沖模結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。

37、少、無廢料排樣沖裁多用連續(xù)模、導(dǎo)板模,當(dāng)零件孔與外形相對位置公差很緊時,可用復(fù)合模。在無廢料沖裁中,多數(shù)凸模單向切割,受到很大的側(cè)向力,為此,凸模后面要有支撐,它與凸模固定在一起,同時有起擋料作用,如圖2-6所示。為了保證尺寸精度,要有長的導(dǎo)料板和至少一個彈簧側(cè)壓裝置。 操作的方便與安全 有廢料排樣模具的零部件較為齊全,操作方便、安全。少、無廢料排樣的模具結(jié)構(gòu)簡單,操作時往往欠方便與安全。 模具壽命 有廢料排樣模具全部刃口參與沖裁,受力均勻,模具壽命高。少、無廢料排樣凸模單面切割,有時毛刺會被凸模帶入間隙,致使模具壽命較短。 生產(chǎn)率 有的少、無廢料排樣模具一次沖裁可獲得兩個以上的零件,有利于提

38、高生產(chǎn)率。圖 2-6 無廢料排樣沖裁模簡圖Fig.2-6 The diagram of non-waste row of specimen on blanking die1-導(dǎo)尺 2-凹模 3-條料 4-導(dǎo)板 5-凸模 6-后支撐2.6 疲勞失效的形式?jīng)_壓模具在反復(fù)交變應(yīng)力作用下,特別是在有應(yīng)力集中的地方會出現(xiàn)疲勞裂紋。如果不能及時發(fā)現(xiàn)疲勞裂紋,就很有可能導(dǎo)致模具發(fā)生疲勞破壞,從而急劇降低模具的壽命,很大程度上影響了產(chǎn)品的質(zhì)量。如果應(yīng)力比較小,需要重復(fù)工作很多次才引起的疲勞裂紋被稱為低應(yīng)力疲勞裂紋。當(dāng)模具材料以及模具形狀的缺陷所造成的局部應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于材料的疲勞強度,那么工作次數(shù)比較少也會引起一

39、條或數(shù)條的疲勞裂紋,則稱為高應(yīng)力疲勞裂紋。疲勞破壞時的斷口一般可以分為兩部分,一部分為突然斷裂部分,其表面凸凹不平而且非常粗糙;另一部分是疲勞破壞部份,這一部分常常會在表面上形成貝殼狀裂紋。如果作用力很大且應(yīng)力集中很嚴(yán)重時,斷裂面會產(chǎn)生非常多的裂紋,各裂紋會使疲勞破壞部分發(fā)生重合,從而導(dǎo)致整個疲勞破壞部分變得凹凸不平,貝殼狀也因此會變得沒那么明顯。2.7 疲勞失效的預(yù)防措施 模具刃口的幾何尺寸要設(shè)計合理通過實踐發(fā)現(xiàn)即使模具刃口發(fā)生比較小的變化也會對模具產(chǎn)生比較大的疲勞破壞。通??梢赃x取凹模刃口的直壁高度為h=0.10.2mm,斜壁傾斜角 。這方法可以大大降低應(yīng)力集中程度有利于預(yù)防疲勞破壞,從而

40、挺高模具的使用壽命,現(xiàn)在已經(jīng)有很多的工廠采用這種方法,效果很好,可以使模具壽命提高2倍左右。適當(dāng)減小凹模刃口斜壁傾斜角值和直壁高度值,能一定程度上避免凹模刃口幾何形狀發(fā)生突變,可以降低應(yīng)力集中,從而起到預(yù)防疲勞破壞的作用。凸模和凹模經(jīng)常進(jìn)行去除應(yīng)力退火由于疲勞破壞是積累引起的,因此凸模在使用一段時間要進(jìn)行1601802小時的去除應(yīng)力退火,這對于防止疲勞破壞,提高模具壽命有利。除了凸模之外,也需要對凹模進(jìn)行去除應(yīng)力退火,否則由于內(nèi)應(yīng)力的存在會導(dǎo)致模具自行崩裂或稍加外力后便會崩裂。使模具表面保留殘余壓應(yīng)力模具疲勞破壞,很多時候都是由于受到反復(fù)作用的應(yīng)力而引起的,所以保留適當(dāng)?shù)臍堄鄩簯?yīng)力在模具的表面

41、,將會有利于防止疲勞破壞。有以下幾種措施:滾壓表面。就是對模具的表面進(jìn)行滾壓,如果通過滾壓將表面粗糙度提高到Ra0025時,疲勞強度將會明顯增加。對模具表面進(jìn)行高額淬火使表面具有一定的壓縮應(yīng)力。噴丸硬化。是指在正規(guī)的淬火回火以后,先對粗加工后的表面進(jìn)行噴丸硬化處理,然后進(jìn)行磨光17。3 凸、凹模刃口尺寸的計算凸、凹模刃口尺寸精度決定得合理與否,直接影響沖裁件的尺寸精度及合理間隙值能否保證,也關(guān)系模具的加工成本和壽命。3.1 凸、凹模刃口尺寸計算原則計算沖裁凸、凹模刃口尺寸的依據(jù)為: 沖裁變形規(guī)律,即落料件尺寸與凹模尺寸相等,沖孔尺寸與模尺寸相同。 零件的尺寸精度。 合理的間隙值。 沖模的加工制

42、造方法。因而在計算刃口尺寸時應(yīng)按上述原則進(jìn)行。 磨損規(guī)律。即凹模尺寸磨損后變大,凸模尺寸磨損后變小,間隙磨損后變大。(1)保證沖出合格的零件根據(jù)沖裁變形規(guī)律,沖孔尺寸等于凸模尺寸,落料尺寸等于凹模尺寸,因而沖孔時,應(yīng)以凸模為基準(zhǔn)件。落料時應(yīng)以凹模為基準(zhǔn)件?;鶞?zhǔn)件的尺寸應(yīng)在零件的公差范圍內(nèi)。沖孔時間隙取在凹模上,落料時間隙取在凸模上。(2)考慮沖模制造修理方便、將低成本為使新模具的間隙值不小于最小合理間隙,一般凹模公差標(biāo)注成,凸模公差標(biāo)注成。模具的制造公差大,可采用經(jīng)濟(jì)加工法,則制造方便,加工成本低,在零件的精度及合理間隙能保證的條件下不要把制造公差訂得太緊若沖裁件沒有標(biāo)注公差,對于非圓形件按國

43、家標(biāo)準(zhǔn)“非配合尺寸的公差數(shù)值”IT14精度處理,沖裁則按IT11精度制造。對于圓形件,一般按IT67精度制造模具。(3)保證模具有一定的壽命新模具的壽命間隙應(yīng)是最小的合理間隙,磨損后到最大合理間隙。落料時凹模尺寸應(yīng)該等于或者接近零件的最小尺寸,而落料凸模的尺寸,則應(yīng)為凹模刃口尺寸減去最小合理間隙。沖孔的時候,凸模的尺寸應(yīng)該等于或者接近于孔的最大尺寸。而沖孔凹模尺寸則應(yīng)該為凸模刃口尺寸加上最小合理間隙18。3.2 間隙對沖裁工作的影響間隙值關(guān)系到?jīng)_裁時彎曲、拉深、擠壓等附加變形的大小,因而對沖裁工序影響大,主要有以下幾個方面:間隙對沖裁力的影響間隙增大,材料所受的拉應(yīng)力增大,材料容易斷裂分離,沖

44、裁力有一定程度的降低,繼續(xù)增大間隙值,會因從凸、凹模刃口處產(chǎn)生的裂紋不相重合的影響,沖裁力下降變緩。但單向間隙介于料厚的520%時,沖裁力的降低并不顯著(不超過510%)。間隙減小,材料所受拉應(yīng)力減小,壓應(yīng)力增大,材料不易產(chǎn)生撕裂,使沖裁力增大,在間隙合理的情況下,沖裁力最小。間隙對零件質(zhì)量的影響模具間隙是影響斷面質(zhì)量的主要因素,提高斷面質(zhì)量的關(guān)鍵在于推遲裂紋的產(chǎn)生,以增大光亮帶寬度,其主要途徑就是減小間隙。影響尺寸精度的因素有:模具的制造精度、材料性能、零件形狀與尺寸以及凸、凹模間隙,其中影響的主要因素是間隙,因此間隙是影響零件質(zhì)量的主要因素。間隙對卸料力、推件力或頂件力的影響比較顯著。間隙

45、增大后,從凸模上卸料或從凹??字型屏隙际×ΑR话銌蜗蜷g隙增大到料厚的1525%時,卸料力幾乎為零,但當(dāng)間隙繼續(xù)增加時,因毛刺增大等因素,會引起卸料力,推件力迅速增大20。綜上所述,凸、凹模之間的間隙對零件質(zhì)量、沖裁力和模具壽命都有很大的影響,它是沖裁工作與模具設(shè)計中的一個主要工藝參數(shù)。3.3 尺寸計算制造沖模的關(guān)鍵主要是控制凸、凹模刃口尺寸及其間隙合理。由于模具加工方法不同,凸、凹模刃口尺寸的計算公式和公差標(biāo)注也不同。在本次設(shè)計中,采用凸、凹模分別加工的方法,具體計算方法如下:沖模刃口與零件尺寸及公差分布情況如圖3-1所示。圖3-1 沖裁模刃口尺寸與公差分布Fig.3-1 The contri

46、buthon of edge site and tolerances of blanking diea)沖孔 b)落料1-凸模、凹模制造公差 2-零件公差板料落料的排樣圖如下圖所示。圖2-1 排樣圖和零件圖Fig.2-1 The diagram of ranging specimen and part根據(jù)沖裁變形規(guī)律:落料尺寸等于凹模尺寸,所以落料時以凹模為基準(zhǔn)件。注意:基準(zhǔn)件的尺寸應(yīng)在零件的公差范圍內(nèi)。分析零件為大半圓形,所以采用凸凹模分別加工的方法。落料直徑為 22mm圓的弦線如排樣圖到圓的最遠(yuǎn)點距離為 19mm精度取IT14級落料 ; ; ; ; ; 。 校核間隙: (3-1) (3-2

47、)凹模: (3-3) 凸模: (3-4) 最小合理間隙 最大合理間隙 凸模公差 凹模公差 磨損量 凹模刃口尺寸 凸模刃口尺寸據(jù)上述計算可以確定弦線與最遠(yuǎn)點距離為 凹模 凸模 3.4 沖裁力的計算沖裁力是指沖裁過程中凸模對材料的壓力。它會隨著凸模行程的變化而變化。平時所說的沖裁力是指沖裁力的最大值。選擇壓力機時,為了充分發(fā)揮壓力機的潛力,避免因超載而損壞壓力機,沖裁力的計算是非常必要的。它是模具設(shè)計、強度校核以及選壓力機的重要依據(jù)。沖裁是一個剪切過程,在實際生產(chǎn)中,材料機械性能及厚度的波動、刃口的磨損、模具間隙的波動及均勻性、潤滑情況等因素對沖裁力的值都有影響。可用材料的強度來計算沖裁力 (3-

48、5)F 沖裁力L 零件周長t 材料厚度 回彈有兩種情況,一是徑向,二是穹彎的恢復(fù)。沖裁恢復(fù)時,通常因彈性恢復(fù),落下的料在徑向回脹大,板料上的孔在徑向會產(chǎn)生彈性收縮,同時板料力圖恢復(fù)成原來的平直狀態(tài),導(dǎo)致板料上的孔緊卡在凸模上,而板料的落下板料緊卡在凹模內(nèi)為使沖裁繼續(xù)進(jìn)行,應(yīng)將卡在凸模上的部分卸下,將卡在凹模內(nèi)的部分順著沖裁方向推出。將材料從凹模內(nèi)推出的力稱為推件力;將材料從凸模上脫下所需之力稱為卸料力。反向頂件所需力稱為頂件力。這三種力是從壓力機、卸料機構(gòu)、推出機構(gòu)、頂出機構(gòu)獲得的。故設(shè)計以上機構(gòu)或選擇壓力機的噸位時,都虛對三種力計算,影響這些力的因素較多,不可能準(zhǔn)確的計算的出來,一般用下列公

49、式計算,如下所示:根據(jù)材料厚度選?。?落料 卸料力 (3-6)推件力 (3-7)頂件力 (3-8)壓力機噸位必須大于或等于總沖裁力。本設(shè)計采用的彈性卸料,所以總沖裁力為 (3-9) 為了保證壓力足夠,所以選擇的壓力機壓力必須大于59KN。4 選擇壓力機 確定壓力機規(guī)格應(yīng)遵循的一些原則:壓力機的公稱壓力應(yīng)等于或稍大于沖壓力工序所需的壓力。當(dāng)進(jìn)行拉延或彎曲時,應(yīng)注意所選用的壓力機的許可壓力曲線在曲軸全程轉(zhuǎn)角內(nèi)高于沖壓變形力曲線。壓力機的閉合高度、工作臺臺面尺寸和滑塊尺寸等應(yīng)能滿足模具的正確安裝。壓力機滑塊行程應(yīng)滿足制件在高度上能獲得所需尺寸,并在沖壓后能順利地從模具上取出來,這對于彎曲、拉延工藝尤

50、其重要?;瑝K每分鐘的沖擊次數(shù),應(yīng)符合生產(chǎn)率和材料變形速度的要求。在一般情況下,可不必考慮功率,即在保證沖壓力的情況下,功率是足夠的。但在另外的情況下(如斜刃沖裁),將會發(fā)生壓力足夠而功率超載的現(xiàn)象,這時必須使電動機的功率大于沖壓時所需的功率。壓力機的技術(shù)參數(shù)反映了壓力機的工藝能力,加工零件的尺寸范圍及有關(guān)生產(chǎn)效率等指標(biāo)?;诒驹O(shè)計的綜合考慮,選擇壓力機:JB23-6.3基本參數(shù)如下: 公稱壓力 63KN 滑塊調(diào)整行程 860mm 標(biāo)準(zhǔn)行程次數(shù) 160次/min 封閉高度調(diào)節(jié)量 50mm模具的閉合高度一般通過下式確定模具有4根圓鋼絲卸料彈簧,材料厚度為2mm,卸料力。彈簧裝于模具后的預(yù)壓力為。 (4-1)有查表,選擇19號彈簧。具體可以參選開式壓力機技術(shù)參數(shù)表,模具詳細(xì)結(jié)構(gòu)見圖紙。5 結(jié)束語本次畢業(yè)設(shè)計所設(shè)計的零件,基本的應(yīng)用到了沖壓模具行業(yè)的知識,設(shè)計過程參考了大量教科書,但某些書中講述的計算方法不一致,所以不同的計算方法可能會得出的結(jié)果稍有差異,模具設(shè)計圖是多種多樣的,始終圍繞著結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、應(yīng)用面廣、安全可靠、保證精度、經(jīng)濟(jì)實用等而展開思路,盡量保證了模具的合理性、尺寸要求、精度要求

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