沖孔切邊沖壓成型工藝及模具設計說明書

PAGEPAGE221緒論目前，我國沖壓技術與工業(yè)發(fā)達國家相比還相當?shù)穆浜?，主要原因是我國在沖壓基礎理論及成形工藝、模具標準化、模具設計、模具制造工藝及設備等方面與工業(yè)發(fā)達的國家尚有相當大的差距，導致我國模具在壽命、效率、加工精度、生產(chǎn)周期等方面與工業(yè)發(fā)達國家的模具相比差距相當大。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)狀我國模具近年來發(fā)展很快，據(jù)不完全統(tǒng)計，2003年我國模具生產(chǎn)廠點約有2萬多家，從業(yè)人員約50多萬人，2004年模具行業(yè)的發(fā)展保持良好勢頭，模具企業(yè)總體上訂單充足，任務飽滿，2004年模具產(chǎn)值530億元。進口模具18.13億

美元，出口模具4.91億美元，分別比2003年增長18%、32.4%和45.9%。進出口之比2004年為3.69:1，進出口相抵后的進凈口達13.2億美元，為凈進口量較大的國家。在2萬多家生產(chǎn)廠點中，有一半以上是自產(chǎn)自用的。在模具企業(yè)中，產(chǎn)值過億元的模具企業(yè)只有20多家，中型企業(yè)幾十家，其余都是小型企業(yè)。

近年來，

模具行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和體制改革步伐加快，主要表現(xiàn)為：大型、精密、復雜、長壽命中高檔模具及模具標準件發(fā)展速度快于一般模具產(chǎn)品；專業(yè)模具廠數(shù)量增加，能力提高較快；"三資"及私營企業(yè)發(fā)展迅速；國企股份制改造步伐加快等。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；

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、氣輔注射成型和高壓注射成型技術；

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；

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的發(fā)展，國外的一些掌握和能運用新技術的人才如模具結(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％．2U形件工藝性分析名稱：凸圓U形件材料：08鋼厚度：1mm生產(chǎn)批量：大批圖1工件圖2.1沖壓零件的工藝性分析圖示零件材料為08號鋼板，能夠進行一般的沖壓加工，市場上也容易得到這種材料，價格適中。外形切邊的工藝性：U形件屬于中等尺寸零件，料厚1mm，外形復雜程度一般，尺寸精度要求一般，因此可采用落料工藝獲得。沖孔的工藝性：φ14的孔，尺寸精度要求一般，可采用沖孔。此工件只有外形切邊和沖孔兩個工序。圖示零件尺寸均為未注公差的一般尺寸，按慣例取IT14級，符合一般級進沖壓的經(jīng)濟精度要求，模具精度取IT9級即可。由以上分析可知，圖示零件具有比較好的沖壓工藝性，適合沖壓生產(chǎn)。2.2沖壓工藝方案的選擇根據(jù)制件的形狀分析其沖壓工藝方案可以采用以下三種方案：第一：先切邊，后沖孔。第二：先沖孔，后切邊。第三：同時進行切邊，沖孔。方案對比：方案一與方案二的設計增加了一套模具，同時制件的精度不高，并且成本也大大增加。方案三不僅一副模具可以完成，也提高了制件的精度，同時也大大降低了制造模具的成本。綜合以上分析，采用第三種方案進行沖壓生產(chǎn)。3模具結(jié)構(gòu)形式的選擇與確定3.1模具結(jié)構(gòu)形式的選擇1）正倒裝結(jié)構(gòu)：根據(jù)上述分析，本零件的沖壓包括切邊和落料兩個工序，由于制件的形狀要求，采用正裝結(jié)構(gòu)，即沖孔凹模和落料凹模都安排在下模。2）定位裝置：本工件在復合模中尺寸是較小的，又是大批量生產(chǎn)，制件的精度要求不是太高，又由于制件的特殊性，只須凸凹模與沖孔凸模同時定位就符合要求了。3）導向方式：為確保零件的質(zhì)量及穩(wěn)定性，選用導柱、導套導向。由于已經(jīng)采用了手工送料方式，為了提高開敞性和導向均勻性，采用對角導柱模架。4）卸料方式：本模具采用正裝結(jié)構(gòu)，沖孔廢料和工件留在凹?？锥粗校瑸榱撕喕＞呓Y(jié)構(gòu)，可以在下模座中開有通槽，使廢料和工件從孔洞中落下。工件厚度為1mm，料厚比較薄，為了簡化模具結(jié)構(gòu)和達到可靠的卸料力，選用打料快卸料和廢料切刀。3.2沖壓力與壓力中心的計算，初選壓力機3.2.1沖裁工序總力的計算 由工件結(jié)構(gòu)和前面所定的沖壓方案可知，本工件的沖裁力包括以下部分。沖φ35mm孔的力P1、沖φ14mm孔的力P2，考慮到模具刃部被磨損、凸凹模間隙不均勻和波動、材料力學性能及材料厚度偏差等因素的影響，實際計算沖裁力時按下面公式：P=KLtτ式中P—沖裁力（kN）L—沖裁件剪切周邊長度（mm）t—沖裁件材料厚度（mm）τ—被沖材料的抗剪強度(MPa)K—系數(shù)，一般取1.3。上式中抗剪強度τ與材料種類和坯料的原始狀態(tài)有關，可在手冊中查詢。為方便計算，可取材料的τ=0.8σb,故沖裁力表達式又可表示為：P=1.3Ltτ≈Ltσb式中σb—被沖材料抗拉強度(MPa)。查手冊表得10鋼的σb=335MPaP1=2×17..5π×1×335=41.76kNP2=2π×7×2.2×335=16.7kN工序總力P總=P1+P2=41.76+16.76=58.52kN3.2.2初選壓力機（1）壓力機類型的選定。其依據(jù)是所要完成工序的工藝性質(zhì)，批量大小，工件的幾何尺寸和精度。通用壓力機適合完成沖裁，彎曲，淺拉深等工藝。對于大型，較復雜的拉深件多采用拉深壓力機。對于批量小，厚板沖壓或工藝力的施力行程較大者多采用液壓機。對于精度要求不大高的中小型沖壓機，盡量選用開式壓力機。這是因為開式壓力機具有三面敞開的操縱空間，使用方便，容易實現(xiàn)機械化，成本低。1.制品工序性質(zhì)2.生產(chǎn)綱領3.工件幾何尺寸4.制件精度5.工廠條件由以上可知，該模具選用開式壓力機。（2）壓力機噸位的選定。對于一般的沖孔，落料和壓印工藝，工作行程較短，不會出現(xiàn)標稱壓力行程和許用能量不足的問題，在選用壓力機噸位時，可以只考慮標稱壓力的選擇。在實際工作中，從模具壽命，加工精度，壓力機疲勞強度，維修等方面考慮，通常所選用壓力機的標稱壓力不小于總工藝力的1.25—1.35倍?？蛇x的壓力機為及可以滿足壓力的要求：J23—3.15具體的參數(shù)如下表：表1壓力機的參數(shù)表J23—10壓力機參數(shù)表公稱壓力100KN滑塊行程60mm滑塊行程次數(shù)135次/min最大閉合高度180mm最大閉合高度120mm封閉高度調(diào)節(jié)量50mm滑塊的中心線至床身的距離130mm立柱距離：180mm連桿調(diào)節(jié)長度25mm墊板尺寸（厚度）50mm工作臺尺寸前后360mm工作臺孔尺寸前后90mm左右240mm左右×孔徑180mm×130mm模柄孔尺寸30mm×40mm最大傾斜角度30°（3）最大裝模高度的選擇所選用壓力機的最大裝模高度應大于沖模的閉合高度，一般至少要大于5mm。由于希望以縮短的連桿工作，并考慮到以后模具的修模會使模具高度減少，可以選擇最大裝模高度模具閉合高度相近的壓力機。如果壓力機裝模高度過高，當然可以在壓力機工作臺面上加墊板。3.2.3壓力中心的計算模具的壓力中心就是沖壓力合力的作用點。為了保證壓力機和模具的正常工作，應使模具的壓力中心與壓力機的中心滑塊中心線重合。否則，沖壓時滑塊就會承受偏心載荷，導致滑塊導軌與模具的導向部分不正常的磨損，還會使合理的間隙得不著保證，從而影響制件的質(zhì)量和降低模具的壽命，甚至損壞模具。由于此工件為中心對稱的圓形工件，所以壓力中心與工件的中心重合。4模具工作零件的計算圖示零件尺寸均為未注公差的一般尺寸，按慣例取IT14級，符合一般級進沖壓的經(jīng)濟精度要求，模具精度取IT9級即可。查有關手冊得：沖孔時，間隙取在凹模上，則：凸模尺寸dap=（d+x△）-δp0凹模尺寸dd=(d+x△+Zmin)0+δ式中DdDp——落料凹模和凸模的刃口尺寸，mmdpdd——沖孔凹模和凸模的刃口尺寸，mmx——磨損系數(shù)，由手冊﹝1﹞查表2-30得：IT14級時x=0.5。Zmin——雙面間隙，mm△——工件公差，mmδ——凸模和凹模的制造公差，mm落料時，間隙取在凹模上，則：凸模尺寸凹模尺寸式中DdDp——落料凹模和凸模的刃口尺寸，mmdpdd——沖孔凹模和凸模的刃口尺寸，mmx——磨損系數(shù)，由手冊﹝1﹞查表2-30得：IT14級時x=0.5。Zmin——雙面間隙，mm△——工件公差，mmδ——凸模和凹模的制造公差，mm查沖裁模初始雙面間隙值為7.0—10.0mm,落料：符合要求。沖孔：，5模具工作零件的設計5.1凸模設計沖圓孔的凸模，為了增加凸模的強度與剛度，凸模非工作部分直徑應作成逐漸增大的多級形式如圖6所示：圖2沖孔凸模的結(jié)構(gòu)形式凸模長度一般是根據(jù)結(jié)構(gòu)上的需要而確定的，其凸模長度用下列公式計算：L=h1+h2+h3+h式中L—凸模長度，mmh1—凸模固定板高度，mmh2—工件高度，mmh3—導尺高度，mmh—附加高度，一般取15~20mm①沖裁φ14mm孔凸模、凹模各尺寸及其組件確定和標準化（包括外形尺寸和厚度）凸模長度L=25+26+22+1=74mm由小凸模刃口d=14.23mm查手冊﹝2﹞表2.54可知h=3mm,D=21mm,L=74凸模強度校核：要使凸模正常工作，必須使凸模最小斷面的壓應力不超過凸模材料的許用壓應力，即對于圓形凸模dmin≥式中dmin—圓形凸模最小截面直徑，mmt—沖裁材料厚度，mm—沖裁材料的抗剪強度，MPa—凸模材料許用強度，取（1.0~1.6）×103MPadmin≥==1.34mm所以承壓能力足夠?？箍v向彎曲力校核對于圓形凸模（有導向裝置）Ｌｍａｘ≤270d2/式中Lmax——允許的凸模最大自由長度，mmF——沖模力,Nｄ——凸模最小截面的直徑，mmLmax≤270d2/=270×14.232/=66.5mm所以長度適宜。凸模固定端面的壓力q=<式中q—凸模固定端面的壓力，MPaF—落料或沖孔的沖裁力，N—模座材料許用壓應力，MPaq==175.79MPa凸模固定板端面壓力超過了80～90ＭＰa，為此應在凸模頂端與模座之間加一個淬硬的墊板。矩形墊板材料可用45鋼，結(jié)構(gòu)形式和尺寸規(guī)格見手冊﹝２﹞表15.60，查得125×100×85.2凹模的設計整體式凹模如圖7裝于上模座上，若凹模高度H及模壁厚度C不足時，會使凹模產(chǎn)生較大變形，甚至破壞。但由于凹模受力復雜，凹模高度可按經(jīng)驗公式計算，即凹模高度H=KB凹模壁厚C=(1.5~2)H式中B凹?？椎淖畲髮挾?，mm但B不小于15mmC凹模壁厚，mm指刃口至凹模外形邊緣的距離；K=系數(shù)，取0.20凹模高度H=KB=0.20×34.69=6.94mm按表取標準值25mm凹模壁厚C=1.5H=1.2×25=30mm圖（3）整體式凹模的局部結(jié)構(gòu)凹模上螺孔到凹模外緣的距離一般?。?.7~2.0）d。圖（4）凹模上的螺孔設計與選用d為螺孔的距離，由于凹模厚度為25mm，所以根據(jù)表2.46﹝2﹞查得螺孔選用4×M8的螺釘固定在上模座。故選用如圖8：螺孔到凹模外緣的最小距離a2=1.5d=1.5×8=12mma3=1.13d≈9mm凹模上螺孔間距由表2.47查得最小間距為40mm，最大間距為90mm。螺孔到銷孔的距離一般取b>2d,所以b應大于１６。根據(jù)上述方法確定凹模外形尺寸須選用矩形凹模板125×100×25（JB/T7643.1）如圖：圖（5）凹模外形落料凹模的長度選取要考慮以下因素：a)保證有足夠的安裝剛性卸料板的位置。b)便于導尺發(fā)揮作用，保證送料粗定位精度。選取凹模邊界為125mm×100mm。凹模材料選用Cr12制造，熱處理硬度為58～62HRC。由于采用整體式凹模，所以由外形落料凹模確定其凹模板厚度，其凹模刃口高度由表2.40查得h=6mm，β=5.3凸凹模的設計沖孔，落料復合模、凹模各尺寸及其組件確定和標準化（包括外形尺寸和厚度）凸凹模長度L=27+10+1.50=38由凸模刃口d=34.69mm查得D=45mm,h=7.5mm,L=38mm。圖（6）凸凹模凸凹模固定板端面壓力超過了80～90ＭＰa，為此應在凸模頂端與模座之間加一個淬硬的墊板。矩形墊板材料可用45鋼，結(jié)構(gòu)形式和尺寸規(guī)格見手冊﹝２﹞表15.60，查得125×100×86模具標準件和零件的選取6.1模具標準件模架墊板凸模固定板凸凹模固定板上模座下模座導柱導柱導套導套6.2標準件固定螺釘固定螺釘固定螺釘6.3模柄圖（7）模柄6.4廢料切刀d=6mm,h=10mm,L=12mm,B=5mm,H=15mm圖（8）廢料切刀7模具總裝圖及工作原理7.1模具總裝圖1.固定螺釘2.導柱3.墊板4.凸凹模5.工件6.廢料切刀7.推件塊8.導套9.上模座10.固定螺釘11.推桿12.固定螺釘13.推桿14.導桿15.模柄16.銷釘17.墊板18.凸模固定板19.凸模20.凹模21.凸凹模22.銷釘23.下模座圖（9）裝配圖7.2沖孔.邊復合模的工作原理上模部分通過模柄安裝在壓力機滑塊上，下模部分通過螺栓，壓板安裝在壓力機工作臺面上。壓力機行程一次，完成落料，沖孔一次，壓力機滑塊回程，帶動上模部分上行，卡在凸模外的工件有推件塊推出，卡在凸凹模內(nèi)的廢料從下模部分的落料孔中落出，落料外的廢料有廢料切刀切成兩部分，有工人取出。完成一次沖