《模具設(shè)計(jì)與制造李集仁》課件-第2章

第2章沖裁工藝及沖裁模設(shè)計(jì)2.1沖裁變形機(jī)理2.2沖裁間隙2.3凹、凸模刃口尺寸的計(jì)算2.4沖裁力2.5排樣與搭邊2.6沖裁件的工藝性2.7整修和精密沖裁2.8沖裁?；绢?lèi)型及典型結(jié)構(gòu)2.9沖模的部件及零件2.10沖裁模設(shè)計(jì)要點(diǎn)沖裁是利用沖裁模使板料產(chǎn)生分離的沖壓工序。從廣義上說(shuō),沖裁是分離工序的總稱(chēng),包括落料、沖孔、切口、切邊、剖切等多種工序。但一般說(shuō)來(lái),沖裁主要是指沖孔和落料。沖裁可以直接沖出成品零件,也可為其它成形工序制備毛料。從板料上沖下所需形狀的零件(或毛料)叫落料;在工件上沖出所需形狀的孔(沖去部分為廢料)叫沖孔。例如沖制一個(gè)平板墊圈,沖其外形稱(chēng)為落料,沖其內(nèi)孔稱(chēng)為沖孔。落料與沖孔的變形性質(zhì)相同,但在進(jìn)行模具工作部分設(shè)計(jì)時(shí),工藝計(jì)算是不一樣的。圖2－1沖裁工作示意圖圖2－1所示為沖裁工作示意圖。凸模通過(guò)壓力機(jī)滑塊的帶動(dòng)能上下往復(fù)運(yùn)動(dòng),凹模固定不動(dòng),板料置于凹模面上。當(dāng)凸模向下運(yùn)動(dòng)時(shí),由于凸模和凹模刃口的作用,使板料受剪分離,沖下的部分從凹?？茁┫?當(dāng)凸模回程向上運(yùn)動(dòng)時(shí),由于卸料板的作用,將箍在凸模上的材料卸下。凸模刃口和凹模刃口之間存在一定的間隙Z,單面間隙值為Z/2。 2.1沖裁變形機(jī)理

2.1.1沖裁變形過(guò)程

常用金屬材料的沖裁過(guò)程如圖2－2所示,模具間隙正常時(shí),大致可分成三個(gè)階段。圖2－2沖裁變形過(guò)程

(a)彈性變形階段;(b)塑性變形階段;(c)斷裂分離階段

1.彈性變形階段

凸模接觸板料后,開(kāi)始?jí)嚎s材料,變形區(qū)內(nèi)產(chǎn)生彈性壓縮、拉伸與彎曲等變形。這時(shí)凸模略為擠入材料,材料的另一側(cè)也略為擠入凹模洞口。隨著凸模繼續(xù)壓入,變形區(qū)內(nèi)的應(yīng)力達(dá)到彈性極限。此時(shí),凸模下的材料略有彎曲,凹模上的材料則向上翹。間隙越大,彎曲和上翹現(xiàn)象越嚴(yán)重。

2.塑性變形階段

當(dāng)凸模繼續(xù)壓入,壓力增加,變形區(qū)內(nèi)的應(yīng)力滿足屈服條件時(shí),便進(jìn)入塑性變形階段。這時(shí),凸模將部分材料擠入凹模洞口,產(chǎn)生塑剪變形,形成光亮的剪切斷面。隨著塑性變形的發(fā)生,變形區(qū)材料硬化加劇,沖裁變形力不斷增大,當(dāng)刃口附近的材料由于拉應(yīng)力的作用出現(xiàn)微裂紋時(shí),沖裁變形力達(dá)到最大值。材料出現(xiàn)微裂紋,標(biāo)志著塑性變形階段的結(jié)束。由于凸模和凹模之間存在間隙,這個(gè)階段除剪切變形外,沖裁區(qū)還產(chǎn)生彎曲和拉伸,顯然,間隙越大,彎曲和拉伸也越大。

3.斷裂分離階段

凸模繼續(xù)下壓,已經(jīng)形成的上、下微裂紋逐漸擴(kuò)大并向材料內(nèi)延伸,當(dāng)上、下兩裂紋相遇重合時(shí),材料便被剪斷分離。

沖裁過(guò)程的變形是很復(fù)雜的,除了剪切變形外,還存在拉伸、彎曲、橫向擠壓等變形。所以,沖裁件及廢料的平面不平整,常有翹曲現(xiàn)象。2.1.2沖裁件的斷面特征

沖裁件的斷面具有明顯的區(qū)域性特征,在斷面上可明顯地區(qū)分為圓角帶、光亮帶、斷裂帶和毛刺四個(gè)部分,如圖2－3所示。圓角帶是沖裁過(guò)程中由于纖維的彎曲與拉伸而形成的,軟材料比硬材料的圓角大。光亮帶是塑剪變形時(shí),在毛料一部分相對(duì)另一部分移動(dòng)的過(guò)程中,凸、凹模側(cè)壓力將毛料壓平而形成的光亮垂直的斷面,通常光亮帶在整個(gè)斷面上所占的比例小于1/3。斷裂帶是由刃口處的微裂紋在拉應(yīng)力作用下不斷擴(kuò)展而形成的撕裂面,使沖裁件斷面粗糙不光滑,且有斜度。毛刺是因?yàn)槲⒘鸭y產(chǎn)生的位置不是正對(duì)刃口,而是在刃口附近的側(cè)面上,加之凸、凹模之間的間隙以及刃口不鋒利等原因,使金屬拉斷形成毛刺而殘留在沖裁件上。凸模及凹模磨鈍后,在刃口處形成圓角,會(huì)使毛刺增大。凸模刃口磨鈍,在沖裁件邊緣產(chǎn)生較大毛刺;凹模刃口磨鈍,孔口邊緣會(huì)產(chǎn)生較大毛刺;凸模和凹模刃口都變鈍時(shí),在沖裁件邊緣與孔口邊緣均產(chǎn)生較大毛刺。間隙不均勻,往往使沖裁件產(chǎn)生局部毛刺。圖2－3沖裁零件的斷面圓角帶、光亮帶、斷裂帶、毛刺等四個(gè)部分在沖裁件整個(gè)斷面上所占的比例不是固定的,隨材料的機(jī)械性能、凸模和凹模之間的間隙、模具結(jié)構(gòu)等不同而變化。增加光亮帶寬度的關(guān)鍵是延長(zhǎng)塑性變形階段,推遲裂紋的產(chǎn)生,可通過(guò)增加金屬的塑性和減少凹模刃口附近的應(yīng)力集中來(lái)實(shí)現(xiàn)。 2.2沖裁間隙

沖裁模凸、凹模之間的間隙稱(chēng)為沖裁間隙。凸模與凹模間每側(cè)的間隙,稱(chēng)為單邊間隙;兩側(cè)間隙之和,稱(chēng)為雙邊間隙。沖裁間隙對(duì)沖裁件質(zhì)量、沖裁力、模具壽命都有很大的影響,是沖裁工藝與沖裁模設(shè)計(jì)中至關(guān)重要的參數(shù)。2.2.1間隙對(duì)沖裁件質(zhì)量的影響

1.間隙對(duì)沖裁件斷面質(zhì)量的影響

當(dāng)間隙合理時(shí),凸、凹模刃口處產(chǎn)生的裂紋將相互重合,沖出的沖裁件(或孔)斷面呈一定的斜度,但比較平直、光潔、毛刺小,如圖2－4(b)所示。

間隙過(guò)大或過(guò)小都會(huì)使上、下兩方的裂紋不能重合。

間隙過(guò)小時(shí),凸模刃口附近的裂紋比正常間隙時(shí)向外錯(cuò)開(kāi)一段距離,這樣,上、下兩裂紋中間的材料隨著沖裁過(guò)程的進(jìn)行將產(chǎn)生二次剪切,在斷面上形成二次光亮帶。因此,斷面的特征是中間留下撕裂面,兩頭呈光亮帶,并在端面出現(xiàn)擠長(zhǎng)的毛刺,如圖2－4(a)所示。此時(shí),毛刺雖有所增長(zhǎng),但易去除,且沖裁件穹彎小,斷面垂直,故只要中間撕裂不是很深,仍可應(yīng)用。

1—斷裂帶;2—光亮帶;3—圓角帶

圖2－4間隙大小對(duì)沖裁件斷面質(zhì)量的影響

(a)間隙過(guò)小;(b)間隙合適;(c)間隙過(guò)大間隙過(guò)大時(shí),凸模刃口附近的裂紋較正常間隙時(shí)向里錯(cuò)開(kāi)一段距離,材料的彎曲與拉伸增大,拉應(yīng)力增大,材料易被撕裂,沖裁件的光亮帶減小,圓角帶與斷裂帶斜度都增大,毛刺大而且厚,難以去除。其斷面情況如圖2－4(c)所示。

2.間隙對(duì)尺寸精度的影響

當(dāng)沖裁間隙較大時(shí),材料所受拉伸作用增大,沖裁完后因材料的彈性回復(fù)使落料件尺寸小于凹模尺寸,沖孔尺寸大于凸模尺寸。當(dāng)間隙較小時(shí),由于材料受凸、凹模擠壓作用大,沖裁完后,材料的彈性回復(fù)使落料件尺寸增大,沖孔尺寸減小。尺寸變化量的大小與材料性質(zhì)、厚度、板材軋制方向等因素有關(guān)。材料性質(zhì)直接決定了材料在沖裁過(guò)程中的彈性變形量。軟鋼的彈性變形量較小,沖裁后的彈性回復(fù)量也較小,硬鋼的彈性回復(fù)量則增大。2.2.2間隙對(duì)沖裁力的影響

間隙很小時(shí),沖裁力必然較大。隨著間隙的增大,沖裁力將降低。當(dāng)間隙值合理時(shí),沖裁力較低,這是因?yàn)樯舷铝鸭y重合之故。但是當(dāng)單面間隙介于材料厚度的5%~20%范圍時(shí),沖裁力降低不多,不超過(guò)5%~10%。故在正常情況下,間隙對(duì)沖裁力的影響不甚嚴(yán)重。

但是,間隙對(duì)卸料力、推件力及頂件力的影響比較顯著。間隙增大后,從凸模上卸料或從凹模中推出工件均會(huì)省力。一般單面間隙增大到材料厚度的15%~20%左右時(shí),卸料力幾乎減為零。2.2.3間隙對(duì)模具壽命的影響

模具的損壞形式主要是磨鈍和崩刃。沖裁時(shí),由于材料產(chǎn)生彎曲變形,使凸、凹模端面與材料接觸的寬度限制在刃口附近,垂直作用的沖裁力主要集中在刃口部分。如果間隙小,沖裁力及摩擦力都增大,使刃口所受應(yīng)力增大,造成刃口變形與端面磨損加劇,甚至崩刃。而側(cè)向力也隨間隙的減小而增大,使凸、凹模側(cè)面磨損嚴(yán)重,間隙過(guò)小時(shí)的二次剪切產(chǎn)生的金屬碎屑因摩擦發(fā)熱粘附在凸、凹模上,造成熔敷現(xiàn)象,又加劇磨損。卸料與推件時(shí)模具與板料之間的滑動(dòng)摩擦也造成凸、凹模的側(cè)面磨損。因此,為減小凸、凹模摩損,延長(zhǎng)模具使用壽命,需要采用較大的沖裁間隙,但過(guò)大的沖裁間隙也將因彎矩及拉應(yīng)力的增大而導(dǎo)致刃口損壞,故不能無(wú)限制地取大間隙。此外,在實(shí)際生產(chǎn)中,模具受到制造誤差和裝配精度的限制,凸模不可能絕對(duì)垂于凹模平面,而且間隙也不會(huì)是完全均勻分布的。所以過(guò)小的間隙對(duì)模具壽命極為不利,而較大的間隙可使凸模與凹模側(cè)面及材料間摩擦減小,并減緩間隙不均勻的不利影響,從而提高模具壽命。2.2.4間隙值的確定

由以上分析可見(jiàn),凸、凹模之間的間隙對(duì)沖裁件質(zhì)量、沖裁力、模具壽命等都有很大影響,但影響的規(guī)律均不相同。因此,并不存在一個(gè)絕對(duì)的合理間隙值,能同時(shí)滿足沖裁件斷面質(zhì)量最佳、尺寸精度最高、沖模壽命最長(zhǎng)、沖裁力最小等各方面的要求。在沖壓的實(shí)際生產(chǎn)中,間隙的選用應(yīng)主要考慮沖裁件斷面質(zhì)量和模具壽命這兩個(gè)主要因素。許多研究結(jié)果和實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)都已證明,能夠保證良好的沖裁件斷面質(zhì)量的間隙值和可以獲得較高模具壽命的間隙值也不是一致的?？紤]到模具制造中的偏差及使用中的磨損,生產(chǎn)中通常是選擇一個(gè)適當(dāng)?shù)姆秶鳛楹侠黹g隙,只要間隙在這個(gè)范圍內(nèi),就可以沖出良好的零件。這個(gè)范圍的最小值稱(chēng)為最小合理間隙Zmin,最大值稱(chēng)為最大合理間隙Zmax?？紤]到模具在使用過(guò)程中的磨損使間隙增大,因此設(shè)計(jì)與制造新模具時(shí)要采用最小合理間隙Zmin。確定合理間隙的方法有理論確定法與經(jīng)驗(yàn)確定法兩種。圖2－5沖裁過(guò)程中產(chǎn)生裂紋的瞬時(shí)狀態(tài)

1.理論確定法

理論確定法的主要依據(jù)是保證上、下裂紋重合,以便獲得良好的斷面。圖2－5所示為沖裁過(guò)程中開(kāi)始產(chǎn)生裂紋的瞬時(shí)狀態(tài)。

由圖中的幾何關(guān)系可得(2－1)式中:h0——?jiǎng)偖a(chǎn)生裂紋時(shí)凸模壓入材料的深度;

β——裂紋與垂線間的夾角,對(duì)軟鋼β=5°~6°,中碳鋼β=4°~5°,硬鋼β=4°;

t——板料厚度。由上式可以看出,合理間隙取決于t、h0/t、β三個(gè)因素,而h0與β又與材料性質(zhì)有關(guān),因此,影響間隙值的主要因素是材料性質(zhì)和厚度。材料厚度t越大,合理間隙值也相應(yīng)地增大,反之亦然;材料塑性愈好,h0愈大,合理間隙值就愈小,反之,硬脆材料的h0較小,合理間隙值就要大些?？傊?材料厚度愈大,塑性愈差,其合理間隙值就愈大。

間隙的理論計(jì)算,僅用來(lái)說(shuō)明上述幾個(gè)因素與間隙的相互關(guān)系,并無(wú)多大實(shí)用價(jià)值,在生產(chǎn)中廣泛采用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)確定凸、凹模間隙。

2.經(jīng)驗(yàn)確定法

表2－1和表2－2是國(guó)內(nèi)工廠常用的間隙值。表2－1適用于電器儀表行業(yè),表2－2適用于機(jī)電行業(yè)。 2.3凹、凸模刃口尺寸的計(jì)算

2.3.1尺寸計(jì)算原則

實(shí)踐證明,落料件尺寸和沖孔時(shí)孔的尺寸都是以光亮帶尺寸為準(zhǔn)的,而落料件上光亮帶的尺寸等于凹模刃口尺寸,沖孔時(shí)孔的光亮帶尺寸等于凸模刃口尺寸。因此,計(jì)算刃口尺寸時(shí),應(yīng)按落料和沖孔兩種情況分別處理,其原則如下:

(1)設(shè)計(jì)落料模時(shí),因落料件尺寸等于凹模刃口尺寸,故應(yīng)先確定凹模刃口尺寸,間隙取在凸模上;考慮到?jīng)_裁中模具的磨損,凹模刃口尺寸越磨越大,因此,凹模刃口的基本尺寸應(yīng)取工件尺寸公差范圍內(nèi)的較小尺寸,以保證凹模磨損到一定程度時(shí),仍能沖出合格零件;凸、凹模之間的間隙則取最小合理間隙值,以保證模具磨損到一定程度時(shí),間隙仍然在合理間隙范圍以?xún)?nèi)。

(2)設(shè)計(jì)沖孔模時(shí),因孔的尺寸等于凸模刃口尺寸,故應(yīng)先確定凸模刃口尺寸,間隙取在凹模上,考慮到?jīng)_裁中模具的磨損,凸模刃口尺寸越磨越小,因此,凸模刃口的基本尺寸應(yīng)取工件尺寸公差范圍內(nèi)的較大尺寸,以保證凸模磨損到一定程度時(shí),仍可使用;凸、凹模之間的間隙取最小合理間隙值。

(3)凸模和凹模的制造公差,應(yīng)考慮工件的公差要求。如果對(duì)刃口精度要求過(guò)高,勢(shì)必使模具制造困難,成本增加,生產(chǎn)周期延長(zhǎng);如果對(duì)刃口精度要求過(guò)低,則生產(chǎn)出來(lái)的零件可能不合格,或使模具壽命降低。零件精度與模具制造精度的關(guān)系見(jiàn)表2－3。若零件沒(méi)有標(biāo)注公差,則對(duì)于非圓形件按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《非配合尺寸的公差數(shù)值》IT14精度來(lái)處理,沖模則可按IT11精度制造;對(duì)于圓形件,一般可按IT6~IT7精度制造模具。2.3.2尺寸計(jì)算方法

凸、凹模刃口尺寸按加工方法的不同,可分兩種情況分別進(jìn)行計(jì)算。

1.凸模與凹模分開(kāi)加工

采用這種方法時(shí),要分別標(biāo)注凸模和凹模刃口尺寸及其制造公差。這種方法適用于圓形沖裁件。

1)沖孔

設(shè)工件孔的尺寸為d+Δ,根據(jù)上述設(shè)計(jì)原則,沖孔模應(yīng)先確定凸模刃口尺寸,凸模刃口基本尺寸接近或等于工件孔的最大尺寸,再增大凹模刃口尺寸以保證最小合理間隙Zmin。凸模制造偏差取負(fù)偏差,凹模制造偏差取正偏差。其計(jì)算公式如下:(2－2)各部分的公差帶見(jiàn)圖2－6(a)。圖2－6沖孔及落料時(shí)各部分分配位置

(a)沖孔;(b)落料

2)落料

設(shè)落料件尺寸為D-Δ,根據(jù)上述設(shè)計(jì)原則,落料模應(yīng)先確定凹模刃口尺寸,其基本尺寸接近或等于工件輪廓的最小極限尺寸,再減小凸模刃口尺寸以保證最小合理間隙Zmin。其計(jì)算公式如下:(2－3)

2.凸模與凹模配合加工

這種方法適用于形狀復(fù)雜或薄板料的沖裁件,其基本的做法是:先按制件的尺寸和公差加工凸、凹模中的一件(落料時(shí)加工凹模,沖孔時(shí)加工凸模),再以此為基準(zhǔn)件加工另一件,使它們之間保證一定的間隙。因此,只在基準(zhǔn)件上標(biāo)注尺寸和制造公差,配作的另一件只需標(biāo)注基本尺寸,同時(shí)注明配作所留間隙即可。這樣,凸、凹模的制造公差δp和δd不再受間隙的限制,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)一般取Δ/4。顯然,這種方法的優(yōu)點(diǎn)是既容易保證凸、凹模之間的間隙,又可放大模具的制造公差,使制造容易,故目前一般工廠對(duì)非圓沖件都采用這種方法。在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)件的刃口尺寸時(shí),必須對(duì)沖裁件的有關(guān)尺寸進(jìn)行具體分析,根據(jù)沖裁件結(jié)構(gòu)尺寸的不同類(lèi)型,分別加以對(duì)待。具體的計(jì)算方法如下:

1)落料

圖2－7(a)為沖裁件圖,圖2－7(b)為沖制該沖裁件的凹模圖。

落料時(shí)應(yīng)以凹模為基準(zhǔn)件來(lái)配作凸模,并按凹模磨損后尺寸變大、變小、不變的規(guī)律分三種類(lèi)型進(jìn)行計(jì)算。由圖2－7(b)中可知:

第一類(lèi):當(dāng)凹模磨損后變大的尺寸,即圖中A1d、A2d、A3d、A4d,這些尺寸按一般落料凹模尺寸計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算。即Ad=(A–xΔ)+δd

(2－4)

第二類(lèi):當(dāng)凹模磨損后變小的尺寸,即圖中B1d、B2d,按一般沖孔凸模尺寸計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算。即Bd=(B+xΔ)-δd

(2－5)

第三類(lèi):當(dāng)凹模磨損后沒(méi)有變化的尺寸,即圖中Cd,可分為三種情況:

(1)沖裁件尺寸標(biāo)注為C+Δ時(shí):Cd=(C+0.5Δ)±δd(2－6)(2)沖裁件尺寸標(biāo)注為C-Δ時(shí):Cd=(C-0.5Δ)±δd(2－7)(3)沖裁件尺寸標(biāo)注為C±Δ′時(shí):Cd=C±δd(2－8)式(2－4)~式(2－8)各式中,各符號(hào)的意義如下:

Ad、Bd、Cd——凹模尺寸(mm);

A、B、C——相應(yīng)的沖裁件基本尺寸(mm);

Δ——沖裁件的公差(mm);

Δ′——沖裁件偏差,對(duì)稱(chēng)偏差時(shí)Δ=2Δ′(mm);

δd——凹模制造偏差(mm)。當(dāng)標(biāo)注形式為+δd或-δd時(shí),δd=Δ/4;當(dāng)標(biāo)注形式為±δd時(shí),δd=Δ′/4=Δ/8。以上是落料時(shí)凹模尺寸的計(jì)算方法,相應(yīng)的凸模尺寸按凹模尺寸配制,并保證最小間隙Zmin。此時(shí)在圖紙技術(shù)要求上應(yīng)注明“凸模尺寸按凹模實(shí)際尺寸配制,保證雙邊間隙值Zmin~Zmax”。

2)沖孔

圖2－8(a)為沖裁件孔的尺寸,圖2－8(b)為沖孔凸模。圖2－8沖孔時(shí)的沖裁件和凸模(a)沖裁件圖;(b)凸模沖孔時(shí)應(yīng)以凸模為基準(zhǔn)件來(lái)配作凹模,凸模刃口尺寸的確定,同樣要考慮不同的磨損情況,分下列三種類(lèi)型進(jìn)行計(jì)算。

第一類(lèi):凸模磨損后變小的尺寸,即圖2－8(b)中的A1p、A2p、A3p、A4p,按一般沖孔凸模尺寸計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算:

Ap

=(A+xΔ)-δp

(2－9)第二類(lèi):凸模磨損后變大的尺寸,即圖2－8(b)中的B1p、B2p,按一般落料凹模尺寸計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算:Bp=(B-xΔ)+δp

(2－10)

第三類(lèi):凸模磨損后沒(méi)有變化的尺寸,即圖2－8(b)中的Cd,又可分為下列三種情況:

(1)孔尺寸的標(biāo)注為C+Δ時(shí):

Cp=(C+0.5Δ)±δp(2－11)(2)孔尺寸的標(biāo)注為C-Δ時(shí):Cp=(C-0.5Δ)±δp

(2－12)(3)孔尺寸的標(biāo)注為C±Δ′時(shí):Cp=C±δp

(2－13)以上是沖孔時(shí)凸模刃口尺寸的計(jì)算方法,相應(yīng)的凹模尺寸根據(jù)凸模實(shí)際尺寸及最小合理間隙Zmin配制。此時(shí)要在圖紙技術(shù)要求上注明“凹模尺寸按凸模實(shí)際尺寸配制,保證雙邊間隙值Zmin~Zmax”。 2.4沖裁力

沖裁力是指沖裁時(shí),材料對(duì)凸模的最大抵抗力,它是選擇沖壓設(shè)備和校核模具強(qiáng)度的重要依據(jù)。

2.4.1沖裁力的計(jì)算

用平刃沖裁模沖裁時(shí),其沖裁力可按下式進(jìn)行計(jì)算F=KLtτ

(2－14)式中:F——沖裁力(N);

L——沖裁件的周長(zhǎng)(mm);

t——板料厚度(mm);

τ——材料的抗剪強(qiáng)度(N/mm2);

K——系數(shù)。這一公式是對(duì)沖裁區(qū)的變形進(jìn)行簡(jiǎn)化,認(rèn)為是純剪變形而得到的。變形區(qū)的實(shí)際變形情況比較復(fù)雜,因此,采用系數(shù)K加以修正,一般可取K=1.3。

抗剪強(qiáng)度τ的數(shù)值,取決于材料的種類(lèi)和狀態(tài),可取τ=0.8σb。

為了計(jì)算方便,也可以用下式估算沖裁力:F=Ltσb(2－15)式中:σb——材料的抗拉強(qiáng)度(N/mm2)。圖2－9卸料力、推件力和頂件力為繼續(xù)下一步的沖裁工作,必須將箍在凸模上的板料卸下,將卡在凹模洞口的板料推出,從凸模上卸下緊箍著的板料叫卸料,所需的力叫卸料力;順著沖裁方向?qū)⒖ㄔ诎寄６纯趦?nèi)的板料推出叫推件,所需的力叫推件力;有時(shí)需將卡在凹模洞口內(nèi)的板料逆著沖裁方向頂出,這就叫頂件,頂件所需的力叫頂件力,如圖2－9所示。

卸料力、推件力和頂件力是從沖床、卸料裝置或頂件器獲得的,所以,選擇設(shè)備噸位或設(shè)計(jì)沖模的卸料裝置及頂件器時(shí),都需要對(duì)卸料力、推件力和頂件力進(jìn)行計(jì)算。影響卸料力、推件力和頂件力的因素很多,主要有材料的機(jī)械性能、材料厚度、模具間隙、零件的形狀和尺寸以及潤(rùn)滑條件等。大間隙沖裁時(shí),由于板料所受拉伸變形大,故沖裁后的彈性回復(fù)使落料件比凹模尺寸小,而沖下的孔比凸模尺寸大,因此卸料力和推件力都有顯著下降。要準(zhǔn)確地計(jì)算這些力是困難的,生產(chǎn)中常用以下經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算:推件力(2－16)頂件力F2=K2

F

(2-17)卸料力F3=K3

F

(2-18)這些力在選擇壓力機(jī)時(shí)是否考慮進(jìn)去,要根據(jù)不同的模具結(jié)構(gòu)區(qū)別對(duì)待。采用彈性卸料裝置和上出件方式時(shí),總沖裁力為F0=F+F2+F3采用彈性卸料裝置和下出件方式時(shí),總沖裁力為F0=F+F1+F3采用剛性卸料裝置和下出件方式時(shí),總沖裁力為F0=F+F12.4.3降低沖裁力的方法

在沖裁高強(qiáng)度材料或厚度大、周邊長(zhǎng)的工件時(shí),所需沖裁力如果超過(guò)現(xiàn)有壓力機(jī)噸位,就必須采取措施降低沖裁力。

一般采用如下幾種方法:

(1)材料加熱紅沖。材料加熱后抗剪強(qiáng)度可以大大地降低,從而降低沖裁力。但材料加熱后產(chǎn)生氧化皮,故此法一般只適用于厚板或工件表面質(zhì)量及精度要求不高的零件。

(2)在多凸模沖模中,將凸模作階梯形布置,即將凸模刃口制成不同高度,使各凸模沖裁力的最大值不同時(shí)出現(xiàn),這樣就能降低總的沖裁力。

(3)用斜刃口模具沖裁。用普通的平刃口模具沖裁時(shí),其整個(gè)刃口平面都同時(shí)壓入材料中,故在沖裁大型或厚板工件時(shí),沖裁力往往很大,若將凸模(或凹模)刃口平面做成與其軸線傾斜一個(gè)角度,沖裁時(shí)刃口就不是全部同時(shí)切入,而是逐步?jīng)_切材料,這就等于減少了剪切斷面積,因而能降低沖裁力。

斜刃沖模雖降低了沖裁力,但增加了模具制造和修磨的困難,刃口也容易磨損,故一般情況下盡量不用,只用于大型工件沖裁及厚板沖裁。 2.5排樣與搭邊

2.5.1排樣

沖裁件在條料或板料上的布置方法叫排樣。排樣的合理與否直接關(guān)系到材料利用率的高低,而沖壓零件的成本中,材料費(fèi)用一般占60%以上,因此,合理排樣對(duì)提高材料利用率,降低成本具有十分重要的意義,也是沖裁模設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。

排樣的方法可分為如下三種。

1.有廢料排樣

如圖2－10(a)所示,沿工件全部外形沖裁,工件四周都留有搭邊。因有搭邊,可由搭邊來(lái)補(bǔ)償誤差,因而能保證沖裁件精度和質(zhì)量,沖模壽命也較高,但材料利用率低。

圖2－10排樣方法對(duì)比

2.少?gòu)U料排樣

如圖2－10(b)所示,沿工件部分外形沖裁,局部有搭邊和余料。

3.無(wú)廢料排樣

如圖2－10(c)所示,工件由條料順次切下,直接獲得零件,無(wú)任何搭邊。

采用少、無(wú)廢料排樣,對(duì)節(jié)省材料具有重要意義。同時(shí),因沖切周邊減小,可降低沖壓力并簡(jiǎn)化沖模結(jié)構(gòu)。但采用少、無(wú)廢料排樣也存在一些缺點(diǎn),如工件所能達(dá)到的質(zhì)量與精度都較差,同時(shí)模具壽命也較低。此外,少無(wú)廢料排樣中,工件的毛刺也不在同一方向。

無(wú)論是有廢料、少?gòu)U料或無(wú)廢料排樣,其排樣的型式均可分為直排、斜排、直對(duì)排、斜對(duì)排、混合排和多行排等,如表2－6所示。2.5.2搭邊

排樣時(shí)工件之間以及工件與條料側(cè)邊之間留下的余料叫搭邊。搭邊雖然形成廢料,但在工藝上卻有很大的作用。搭邊的作用是補(bǔ)償定位誤差,保證沖出合格的零件。搭邊還可以保證條料有一定的剛度,利于送進(jìn)。

搭邊值要合理確定。搭邊值過(guò)大,材料利用率低;搭邊值過(guò)小,在沖裁中有可能被拉斷,使零件產(chǎn)生毛刺,嚴(yán)重時(shí)會(huì)拉入凸模與凹模間隙之中,損壞模具刃口。搭邊值的大小通常與材料的機(jī)械性能、工件的形狀和尺寸、材料厚度以及送料和擋料方式等因素有關(guān)。硬材料的搭邊值比軟材料的搭邊值可小一些;工件尺寸大或是有尖突的復(fù)雜形狀時(shí),搭邊值取大些,厚材料的搭邊值應(yīng)取大些;用手工送料,有側(cè)壓裝置時(shí),搭邊值可取小一些。表2－7搭邊a和a1的數(shù)值(低碳鋼)2.5.3條料寬度的確定

在排樣方式和搭邊值確定之后,就可以確定條料的寬度了。為了保證送料順利,必須考慮條料的單向(負(fù)向)公差,其計(jì)算公式為B=D+2a+Δ

(2－19)式中:B——條料寬度的基本尺寸(mm);

D——工件在寬度方向的尺寸(mm);

a——側(cè)搭邊的最小值(mm);

Δ——條料寬度的單向(負(fù)向)公差(mm)。 2.6沖裁件的工藝性

2.6.1沖裁件的精度等級(jí)

沖裁件精度一般可達(dá)IT10~IT12級(jí),高精度可達(dá)IT8~IT10級(jí),沖孔比落料的精度約高一級(jí)。具體數(shù)值可查有關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)。如果工件要求更高精度時(shí),沖裁后需通過(guò)整修或輔以切削加工,或者采用精密沖裁。2.6.2沖裁件的結(jié)構(gòu)工藝性

(1)沖裁件的形狀應(yīng)盡量簡(jiǎn)單,最好是規(guī)則的幾何形狀或由規(guī)則的幾何形狀所組成。同時(shí)應(yīng)避免沖裁件上過(guò)長(zhǎng)的懸臂與凹槽,它們的寬度要大于料厚的(1.5~2.0)倍,即b≥(1.5~2.0)t,如圖2－11(a)所示。

(2)一般情況下,沖裁件的外形和內(nèi)孔應(yīng)避免尖角,采用R＞0.5t的圓角。當(dāng)需要沖制不帶圓角的工件時(shí),可以用分段沖切的辦法沖制,但模具壽命顯著降低。圖2－11沖裁件的結(jié)構(gòu)工藝性

(3)沖孔時(shí),因受凸模強(qiáng)度限制,孔的尺寸不宜過(guò)小。用一般沖模沖圓孔時(shí),對(duì)硬鋼,直徑d≥1.3t;對(duì)軟鋼及黃銅,d≥1.0t;對(duì)鋁及鋅,d≥0.8t。沖方孔時(shí),對(duì)硬鋼,邊長(zhǎng)a≥1.0t;對(duì)軟鋼及黃銅,a≥0.7t;對(duì)鋁和鋅,a≥0.5t。

(4)孔與孔之間的距離或孔與零件邊緣之間的距離a(如圖2－11(b)、(c)),因受模具強(qiáng)度和沖裁件質(zhì)量的限制,其值不能過(guò)小,一般應(yīng)取a≥2t(＞3~4mm)。如用級(jí)進(jìn)模,而且對(duì)零件精度要求不高時(shí),a可適當(dāng)減小,但也不宜小于板厚。

(5)在彎曲件或拉深件上沖孔時(shí),其孔壁與工件直壁之間的距離不宜過(guò)小,否則,會(huì)使凸模受側(cè)向力作用,同時(shí),會(huì)影響彎曲件或拉深件的已成形區(qū)域。 2.7整修和精密沖裁

2.7.1整修

整修工藝如圖2－12所示。整修是利用整修模沿沖裁件外緣或內(nèi)孔壁刮去一層切屑,以除去普通沖裁時(shí)在斷面上留下的圓角帶、斜度、毛刺和斷裂帶,從而得到光滑而垂直的斷面和準(zhǔn)確尺寸的零件。一般經(jīng)整修后的零件,其精度可達(dá)IT6~IT7級(jí),粗糙度可達(dá)Ra=0.8~0.4μm。

圖2－12(a)為整修沖裁件的外形,稱(chēng)為外緣整修;圖(b)為整修沖裁件孔的內(nèi)形,稱(chēng)為內(nèi)緣整修。顯然,整修的機(jī)理與普通沖裁完全不同,而與切削加工相似。圖2－12整修工藝

(a)外緣整修;(b)內(nèi)緣整修整修時(shí)應(yīng)合理確定整修余量?？偟恼蘖亢土慵牟牧稀⒑穸?、形狀等有關(guān),也和整修前的加工情況有關(guān)。如整修前采用大間隙落料,為了切去斷面上較大錐度的斷裂帶,整修余量就應(yīng)該大些,其單邊數(shù)值往往大于材料厚度的10%;而采用小間隙落料時(shí),為了切去二次剪切所形成的中間粗糙帶及潛伏裂紋,所需的整修余量并不是很大,其單邊數(shù)值約為材料厚度的8%以下。此外,材料厚度大于3mm時(shí),沖裁件斷面的斜度和斷裂帶的數(shù)值也相應(yīng)增大,一般需多次整修。內(nèi)孔整修時(shí),若為鉆孔坯件,則整修余量比沖孔坯件小一些,如果整修孔的同時(shí),孔間距的精度也有要求,則整修量應(yīng)加大。整修次數(shù)越少越好,可能時(shí)盡量采用一次整修。但是一次整修量不可能太大,整修量過(guò)大,會(huì)出現(xiàn)類(lèi)似于沖裁時(shí)的剪裂情況。一次可切除的單邊整修量,一般小于材料厚度的10%。

整修時(shí)要考慮零件在通過(guò)模具時(shí)的彈性變形量,外緣整修時(shí),零件略有增大,但在刃口鋒利的情況下,增大的數(shù)值很小,一般小于0.05mm;內(nèi)孔整修時(shí),孔徑也有回彈,鋁約為0.0051~0.01mm,軟鋼約為0.08~0.015mm。整修時(shí)對(duì)零件的定位要求較高,整修工藝的效率不高,但不需要專(zhuān)用設(shè)備。

除了上述采用切削原理的整修外,在生產(chǎn)中還采用擠光原理的整修,如圖2－13所示。即對(duì)沖裁件的斷面采用表面塑性變形的辦法來(lái)提高零件的精度和降低表面粗糙度。此時(shí),凹模采用錐形孔口的型式,擠光余量單邊小于0.04~0.06mm。這種工藝一般只適用于軟材料,其質(zhì)量低于精密沖裁和切削整修工藝。圖2－13擠光整修2.7.2精密沖裁

普通沖裁獲得的沖裁件,由于公差大,斷面質(zhì)量較差,只能滿足一般產(chǎn)品的使用要求。利用整修工藝可以提高沖裁件質(zhì)量,但生產(chǎn)率低,不能適應(yīng)大批量生產(chǎn)的要求。在生產(chǎn)中采用精密沖裁工藝,可以直接從板料上獲得精密零件,生產(chǎn)率高,可以滿足精密零件批量生產(chǎn)的要求。

精密沖裁簡(jiǎn)稱(chēng)精沖,其基本出發(fā)點(diǎn)是改變沖裁條件,以增大變形區(qū)的靜水壓力,抑制材料裂紋的產(chǎn)生,使塑性剪切變形延續(xù)到剪切的全過(guò)程,在材料不出現(xiàn)剪裂紋的沖裁條件下實(shí)現(xiàn)材料的分離,從而得到斷面光滑而垂直的精密零件。

精密沖裁根據(jù)其沖裁機(jī)理的差異,可分為小間隙圓角刃口沖裁、負(fù)間隙沖裁等半精沖和齒圈壓板精沖兩大類(lèi)。

1.半精沖

半精沖的機(jī)理雖然與普通沖裁差異不大,但因增強(qiáng)了沖裁變形區(qū)的靜水壓作用,所以斷面質(zhì)量明顯提高,光亮帶在整個(gè)斷面上的比例增大。雖然沖裁件的質(zhì)量介于普通沖裁與精沖之間,但模具和設(shè)備卻比精沖簡(jiǎn)單得多。

1)小間隙圓角刃口沖裁

小間隙圓角刃口沖裁(見(jiàn)圖2－14)與普通沖裁相比,其差別僅在于加強(qiáng)了沖裁變形區(qū)的靜水壓,起到了抑制裂紋產(chǎn)生的作用。這是由于采用了小圓角刃口和極小間隙的結(jié)果。

落料時(shí),凹模帶有小圓角刃口,如圖2－14(a)所示,沖孔時(shí),凸模帶有小圓角刃口,如圖2－14(b)所示。小圓角半徑的數(shù)值,一般可取材料厚度的10%,模具間隙可取0.01~0.02mm。圖2－14小間隙圓角刃口沖裁(a)落料;(b)沖孔這種方法適用于塑性較好的材料,如軟鋁、紫銅、軟黃銅和08F等。沖裁件精度可達(dá)IT11~IT8級(jí),粗糙度可達(dá)Ra=1.6~0.4μm。沖裁件從凹?？淄瞥龊?其尺寸因回彈而增大0.02~0.05mm,在設(shè)計(jì)凹模時(shí)應(yīng)預(yù)先加以考慮。沖孔時(shí),則與此相反。

小圓角凹模落料時(shí),其沖裁力約比普通沖裁力大50%左右。本方法比其它精沖法簡(jiǎn)單,不需要特殊設(shè)備,常用于沖裁冷擠壓毛料或軟材料工件。

2)負(fù)間隙沖裁

負(fù)間隙沖裁的機(jī)理與小間隙圓角刃口沖裁基本相同。負(fù)間隙沖裁(見(jiàn)圖2－15)的凹模也帶有小圓角刃口,其半徑可取材料厚度的5%~10%,而凸模刃口則可保持鋒利。由于采用了凸模比凹模大的負(fù)間隙和小圓角刃口凹模,所以靜水壓作用更強(qiáng)。但沖裁時(shí),凸模工作端面在下死點(diǎn)位置時(shí)不能與凹模面接觸,而應(yīng)保持0.1~0.2mm的距離,工件雖未全部擠入凹模,但可借助下一個(gè)工件沖裁時(shí)將它全部擠入并推出凹模。因此沖裁力比普通沖裁時(shí)大得多(沖鋁件時(shí),大30%~60%;沖軟黃銅時(shí),大2.25~2.8倍),凹模也容易開(kāi)裂。采用多層組合凹模并保持良好的潤(rùn)滑,可以延長(zhǎng)模具壽命。圖2－15負(fù)間隙沖裁采用負(fù)間隙沖裁時(shí),其單邊負(fù)間隙值的分布是很重要的。對(duì)于圓形零件,單邊負(fù)間隙的分布是均勻的,其值可取0.1t;對(duì)于復(fù)雜形狀的零件,單邊負(fù)間隙的分布是不均勻的,直邊部分可取0.1t,突出部分可取0.2t,凹進(jìn)部分應(yīng)取0.05t。

因負(fù)間隙沖裁法所得的落料件帶有擠壓特征,所以沖裁斷面光滑,其粗糙度可達(dá)Ra=0.8~0.4μm,尺寸精度可達(dá)IT11~IT8,但僅適用于塑性較好的軟鋁、紫銅、軟黃銅和軟鋼。工件從凹模推出后,其尺寸回彈增大量為0.02~0.05mm。

2.精沖

精沖一般是指齒圈壓板精沖法。圖2－16是齒圈壓板精沖示意圖。由圖可知,它和普通沖裁的彈頂落料模相似,但是,壓板帶有齒形凸臺(tái)(齒圈),凹模帶有小圓角,間隙極小,壓邊力與反頂壓力較大,所以它能使材料的沖裁區(qū)在三向應(yīng)力狀態(tài)下進(jìn)行純剪切,形成精沖的必要條件,達(dá)到精沖的目的。

精沖可獲得斷面垂直、表面平整、精度高(可達(dá)IT8~IT6)、粗糙度小(可達(dá)Ra=0.8~0.4μm)的精密零件。適用的材料、零件厚度和形狀的范圍較廣,且能一道工序即完成零件的加工,因此應(yīng)用較廣。但是,一般需要專(zhuān)用的精沖壓力機(jī),模具要求也高,因此成本較高。圖2－16齒圈壓板精沖示意圖

1)精沖力

精沖時(shí)各工藝力的計(jì)算如下:

沖裁力F=(1.3~1.5)Ltτ=(1~1.2)Ltσb(N)(2－20)式中:L——沖裁件周邊總長(zhǎng)(mm);

t——材料厚度(mm);

τ——材料抗剪強(qiáng)度(MPa);

σb——材料的強(qiáng)度極限(MPa)。壓邊力Q=(0.2~0.4)F(N)頂板反壓力Q1=(0.1~0.15)F(N)齒圈壓邊力Q和頂板反壓力Q1的大小,對(duì)模具壽命和沖裁件質(zhì)量均有影響,使用時(shí)均需經(jīng)試沖調(diào)整,要在滿足精沖要求的條件下,盡量選取最小值,以提高模具的使用壽命。精沖總壓力為F0=F+Q+Q1

2)凸、凹模間隙

為了減小沖裁區(qū)的拉應(yīng)力成分,增強(qiáng)靜水壓作用,間隙應(yīng)越小越好。但間隙過(guò)小,模具壽命則有所降低。為了兩者兼顧,一般取材料厚度的1%作為雙邊間隙值。

3)凸、凹模圓角

為了加強(qiáng)靜水壓作用,落料凹模和沖孔凸模的刃口略帶圓角。落料凹模刃口的圓角半徑一般取0.01~0.03mm,沖孔凸模刃口的圓角半徑取0.01mm以下。試沖時(shí)應(yīng)先采用較小的圓角半徑,當(dāng)斷面上出現(xiàn)剪裂帶而增大壓邊力又不能解決時(shí),才逐步增大刃口的圓角半徑。

4)齒圈壓板

齒圈壓板就是在壓板上離沖裁周邊一定距離的部位作出“V”形凸埂。其作用是將“V”形凸埂壓入材料后,限制沖裁時(shí)沖裁變形區(qū)外圍材料隨凸模下降而向外擴(kuò)展,以形成三向壓應(yīng)力狀態(tài),從而避免剪裂的發(fā)生。精沖小孔時(shí),由于凸模刃口外圍的材料對(duì)沖裁變形區(qū)有較大的約束作用,材料向外擴(kuò)展困難,所以不必采用齒圈。當(dāng)沖孔直徑達(dá)30~40mm以上時(shí),應(yīng)在壓板上做出齒圈。當(dāng)落料件厚度t＞4mm時(shí),應(yīng)在壓板和凹模雙方均做出齒圈,但上、下齒應(yīng)略微錯(cuò)開(kāi)。齒圈的平面布置情況應(yīng)根據(jù)加工條件和零件形狀來(lái)分布,簡(jiǎn)單形狀的零件,齒圈可與零件周邊一致,復(fù)雜形狀的零件,可在有特殊要求的部位做出與零件外形相似的齒圈,其余部位則可簡(jiǎn)化。齒形的幾何參數(shù)如圖2－17所示,一般取

g≥0.05~0.01(mm)

當(dāng)t=1~4mm時(shí),取h=0.2t，a=0.7t

當(dāng)t＞4mm時(shí),取h=0.17t，a=0.6t

式中:t——材料厚度(mm)。

2.8沖裁模基本類(lèi)型及典型結(jié)構(gòu)

2.8.1沖裁模的分類(lèi)

沖模是沖壓生產(chǎn)中必不可缺的工藝裝備,是實(shí)現(xiàn)沖壓變形的專(zhuān)用工具。沖模的結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足沖壓生產(chǎn)的要求,不僅要沖制出合格的零件和適應(yīng)生產(chǎn)批量的要求,而且要考慮制造容易、使用方便、操作安全、成本低廉等各方面的要求。隨著沖壓技術(shù)的發(fā)展和新型模具材料的出現(xiàn),對(duì)模具的結(jié)構(gòu)及模具的制造、裝配和調(diào)整等都產(chǎn)生了一定的影響。沖壓生產(chǎn)機(jī)械化、自動(dòng)化和高速化的出現(xiàn),也要求模具結(jié)構(gòu)有相應(yīng)的發(fā)展,同時(shí),與模具配套的送料裝置、出件裝置、快換模具裝置、各種檢測(cè)裝置及各種機(jī)械手,也應(yīng)具有相當(dāng)?shù)乃健?/p>

1.按工序性質(zhì)分

(1)落料模:沿封閉的輪廓將工件與板料分離,沖下來(lái)的部分為工件。

(2)沖孔模:沿封閉的輪廓將廢料與工件分離,沖下的部分為廢料。

(3)切斷模:沿敞開(kāi)的輪廓將材料分離。

(4)切口模:沿敞開(kāi)的輪廓將零件局部切開(kāi)但不完全分離。

(5)切邊模:將工件多余的邊緣切掉。

(6)剖切模:將一個(gè)工件切成兩個(gè)或多個(gè)工件。

2.按工序的組合分

(1)簡(jiǎn)單模:壓力機(jī)一次沖程中只完成一種沖裁工序的模具。根據(jù)凸模的多少,簡(jiǎn)單模又可分為一個(gè)凸模一個(gè)凹模的簡(jiǎn)單模和多個(gè)凸模及多孔凹模的復(fù)式模。

(2)級(jí)進(jìn)模:壓力機(jī)一次沖程中,在模具的不同位置上同時(shí)完成兩道或多道工序的模具。級(jí)進(jìn)模所完成的沖壓工序依次分布在條料送進(jìn)的方向上,壓力機(jī)每次沖程條料送進(jìn)一個(gè)步距,同時(shí)沖出相應(yīng)的工序。條料送到最后工位時(shí),完成全部沖壓工序,至此,每次沖程沖出一個(gè)工件。

(3)復(fù)合模:壓力機(jī)一次沖程中,在模具的同一位置上完成幾個(gè)不同工序的模具,復(fù)合模中具有能完成兩種工序的凸凹模。

此外,還有按導(dǎo)向形式、送料方式、卸料與出件方式來(lái)分類(lèi)的,這里不再一一列舉。2.8.2典型沖裁模結(jié)構(gòu)

1.簡(jiǎn)單模

1)無(wú)導(dǎo)向簡(jiǎn)單沖裁模

圖2－18為無(wú)導(dǎo)向簡(jiǎn)單沖裁模。模具分為兩部分:上部分由模柄1和凸模2組成,通過(guò)模柄安裝在壓力機(jī)滑塊上,能隨滑塊上、下往復(fù)運(yùn)動(dòng),稱(chēng)為活動(dòng)部分;下部分由卸料板3、導(dǎo)尺4、凹模5、下模板6和定位塊7組成,通過(guò)下模板安裝在壓力機(jī)工作臺(tái)上,稱(chēng)為固定部分。模具的上、下兩部分之間沒(méi)有直接導(dǎo)向關(guān)系。圖2－18無(wú)導(dǎo)向簡(jiǎn)單沖裁模無(wú)導(dǎo)向簡(jiǎn)單沖裁模的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,尺寸較小,重量較輕,模具制造簡(jiǎn)單,成本低廉。模具依靠壓力機(jī)導(dǎo)軌導(dǎo)向,模具的安裝調(diào)整麻煩,很難保證上、下部分對(duì)正,從而也難以保證凸、凹模之間間隙均勻,沖裁件精度差,模具壽命低,操作也不安全。

無(wú)導(dǎo)向簡(jiǎn)單沖裁模適用于精度要求不高,形狀簡(jiǎn)單,批量小或試制的沖裁件。

2)導(dǎo)板式簡(jiǎn)單沖裁模

圖2－19是導(dǎo)板式簡(jiǎn)單沖裁模。模具的上模部分主要由模柄1、上模板2、墊板3、凸模固定板4和凸模5組成,全部上模部分零件通過(guò)螺釘聯(lián)接緊固在上模板2上,再通過(guò)模柄與壓力機(jī)滑塊相連。下模部分主要由下模板9、凹模8、導(dǎo)尺14、導(dǎo)板7、活動(dòng)擋料銷(xiāo)6和托料板13組成,全部下模零件通過(guò)螺釘和銷(xiāo)釘聯(lián)接緊固在下模板上,再通過(guò)下模板緊固在壓力機(jī)工作臺(tái)上。圖2－19導(dǎo)板式簡(jiǎn)單沖裁模這種模具的動(dòng)作是條料沿托料板和導(dǎo)尺從右向左送進(jìn),條料搭邊越過(guò)活動(dòng)擋料銷(xiāo)后,再反向向右拉拽條料,使擋料銷(xiāo)后端面抵住搭邊進(jìn)行定位,凸模下行實(shí)現(xiàn)沖裁。由于擋料銷(xiāo)對(duì)第一次沖裁起不到定位作用,為此采用了臨時(shí)擋料銷(xiāo)10。在沖第一件前用手壓入臨時(shí)擋料銷(xiāo)限定條料位置,在以后的各次沖裁工作中,臨時(shí)擋料銷(xiāo)被彈簧彈出,不再起作用。

這種模具的特點(diǎn)是模具上、下兩部分依靠凸模與導(dǎo)板的間隙配合導(dǎo)向。導(dǎo)板兼作卸料板,工作時(shí)凸模始終不脫離導(dǎo)板,以保證模具導(dǎo)向精度,為此,一般要求導(dǎo)板的厚度大,大于所使用沖壓設(shè)備的行程。導(dǎo)板一般是不進(jìn)行熱處理的,以避免熱處理變形影響導(dǎo)向精度,因此,沖壓生產(chǎn)中導(dǎo)板磨損較快。導(dǎo)板模比無(wú)導(dǎo)向模的精度高,使用安裝容易,能較好地保證凸、凹模之間的間隙均勻,產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定,操作安全,但制造較復(fù)雜。尤其是對(duì)形狀復(fù)雜的零件,按凸模配作形狀復(fù)雜的導(dǎo)板孔形困難很大。一般適用于形狀較簡(jiǎn)單、尺寸不大的沖裁件。

3)導(dǎo)柱式簡(jiǎn)單沖裁模

圖2－20是導(dǎo)柱式簡(jiǎn)單沖裁模。模具的上、下兩部分利用導(dǎo)柱1和導(dǎo)套2的間隙配合導(dǎo)向。安裝導(dǎo)柱導(dǎo)套會(huì)加大模具的輪廓尺寸,使模具笨重,制造工藝復(fù)雜,模具成本高。但是,導(dǎo)柱導(dǎo)套導(dǎo)向比導(dǎo)板可靠,導(dǎo)向精度高,沖制的工件尺寸穩(wěn)定,互換性好,模具不容易損壞,壽命長(zhǎng),使用安裝方便,操作安全,所以,在大量和成批生產(chǎn)中廣泛采用導(dǎo)柱式?jīng)_模。圖2－20導(dǎo)柱式簡(jiǎn)單沖裁模

2.級(jí)進(jìn)模

級(jí)進(jìn)模是多工序沖模,在一副模具上能完成多道工序,因此,使用級(jí)進(jìn)?？梢詼p少模具和設(shè)備數(shù)量,提高生產(chǎn)效率。例如沖制環(huán)形墊圈,如用簡(jiǎn)單模,需要落料、沖孔兩套模具,而改用級(jí)進(jìn)模則可把落料沖孔兩道工序合并,在一套模具上完成。級(jí)進(jìn)模上還容易實(shí)現(xiàn)沖壓生產(chǎn)自動(dòng)化。但是,級(jí)進(jìn)模比簡(jiǎn)單模結(jié)構(gòu)復(fù)雜,制造麻煩,成本增加。級(jí)進(jìn)模上著重要解決的是條料準(zhǔn)確定位的問(wèn)題,根據(jù)定位零件的特征,常見(jiàn)的典型級(jí)進(jìn)模結(jié)構(gòu)有如下幾種型式:

1)有固定擋料銷(xiāo)及導(dǎo)正銷(xiāo)的級(jí)進(jìn)模

圖2－21是沖制墊圈的級(jí)進(jìn)模。該模具由導(dǎo)板3導(dǎo)向,條料由右向左送進(jìn),工作時(shí)用手按入臨時(shí)擋料銷(xiāo)限定條料的初始位置,進(jìn)行沖孔,沖孔后臨時(shí)擋料銷(xiāo)復(fù)位,不再起作用。條料再向左送進(jìn)一個(gè)步距,先用固定擋料銷(xiāo)初步定位,再在落料時(shí)用裝于落料凸模端面上的導(dǎo)正銷(xiāo)導(dǎo)正,以保證條料的正確定位。模具的導(dǎo)板兼作卸料板。導(dǎo)正銷(xiāo)的作用是保證沖孔和落料的輪廓具有正確的相對(duì)位置。圖2－21有固定擋料銷(xiāo)及導(dǎo)正銷(xiāo)的級(jí)進(jìn)沖裁模

2)側(cè)刃定位的級(jí)進(jìn)模

圖2－22是側(cè)刃定位的級(jí)進(jìn)模。其主要特點(diǎn)是裝有控制條料送進(jìn)距離的側(cè)刃3,側(cè)刃一般安裝在沖模相應(yīng)于條料側(cè)邊的位置上,側(cè)刃橫截面的長(zhǎng)度等于條料送進(jìn)的步距。側(cè)刃前后的導(dǎo)尺寬度不等,當(dāng)側(cè)刃從條料的側(cè)邊沖去長(zhǎng)度等于步距的料邊后,條料才能向前送進(jìn)一個(gè)步距。

側(cè)刃定位的級(jí)進(jìn)模定位準(zhǔn)確,送料方便,生產(chǎn)效率高,但材料的消耗增加,沖裁力增大。級(jí)進(jìn)模的工步安排是很靈活的,但不論其排樣如何,必須遵循一條規(guī)律:為了保證送料的連續(xù)性,工件與條料的完全分離(落料或切斷)必須安排在最后的工步位置。每一工位可以安排一種或多種工序,也可以特意安排一個(gè)或多個(gè)空位,以增加凹模的壁厚,加大凹模的外形尺寸,提高凹模強(qiáng)度,或避免模具零件過(guò)于緊湊,造成加工和安裝的困難。圖2－22側(cè)刃定位的級(jí)進(jìn)模

3.復(fù)合模

復(fù)合模也是多工序沖模,在一副模具中一次送料定位可以同時(shí)完成幾個(gè)工序。和級(jí)進(jìn)模相比,沖裁件的內(nèi)孔和外緣具有較高的位置精度,條料的定位精度要求較低,沖模輪廓尺寸較小,復(fù)合模的生產(chǎn)效率較高,結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,制造精度要求高。復(fù)合模適合于生產(chǎn)批量大、精度要求高的沖裁件。

復(fù)合模的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)主要表現(xiàn)在具有復(fù)合型式的凸凹模,它既起落料凸模作用,又起沖孔凹模的作用。圖2－23和圖2－24均為落料沖孔復(fù)合模。圖2－23倒裝復(fù)合模圖2－24正裝復(fù)合模兩副模具的結(jié)構(gòu)不同點(diǎn)表現(xiàn)在:

圖2－23的凸凹模2裝在下模,落料凹模1裝在上模,稱(chēng)為倒裝復(fù)合模。倒裝復(fù)合模打料出件,由打桿4、推板5、推桿6、推塊7組成的推件裝置將工件推出。這種結(jié)構(gòu)對(duì)工件不起壓平作用。沖孔廢料由凸凹?？紫侣?使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,操作方便,但凸凹?？變?nèi)由于積存廢料,所受脹力大,當(dāng)凸凹模壁厚小、強(qiáng)度不足時(shí)易破裂。卸料裝置在下模,卸料彈簧15裝于下模板上,受空間位置限制。條料的導(dǎo)向與定位采用活動(dòng)銷(xiāo)(11與12)結(jié)構(gòu),在凹模1的對(duì)應(yīng)位置上不需鉆出避讓孔。活動(dòng)銷(xiāo)由彈簧片13抬起,可以在卸料板16內(nèi)伸縮。圖2－24的凸凹模7裝在上模,落料凹模2裝在下模,稱(chēng)為正裝復(fù)合模。落料凹模2凸出的小半圓由凹模鑲塊15單獨(dú)做出。正裝復(fù)合模向上出件,頂件裝置由頂塊12、頂板13、頂桿14組成。安裝好的彈性頂件裝置中,頂塊12應(yīng)高出凹模少許,條料在壓緊的情況下沖裁,沖出的工件平直度較高。這種反向頂出工件的彈性頂件裝置,只適于薄料沖裁。頂件裝置的彈性元件裝在下模板下面,不受模具空間位置限制,可獲得較大的彈力,且力的大小可以調(diào)節(jié)。沖孔廢料由上模的打料裝置(零件8、9、10)推出,凸凹模孔內(nèi)不積存廢料,所受脹力小,不易脹裂,但沖孔廢料落在沖模工作面上,不易排除。 2.9沖模的部件及零件

模具的零部件,有很大一部分已實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化,這對(duì)于簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)工作、穩(wěn)定模具質(zhì)量、簡(jiǎn)化模具的制造維修等,都具有重大的意義。在設(shè)計(jì)模具時(shí),對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)化的零、部件,例如模架,只需在標(biāo)準(zhǔn)化的資料中正確地選擇,大量的設(shè)計(jì)工作是對(duì)非標(biāo)準(zhǔn)件的設(shè)計(jì)。沖模零、部件的分類(lèi)可綜合如下:

工作零件:有凸模和凹模,在復(fù)合模中有凸凹模。

定位零件:有擋料銷(xiāo)、導(dǎo)正銷(xiāo)、定位銷(xiāo)(定位板)、導(dǎo)尺、導(dǎo)料銷(xiāo)、側(cè)壓板、側(cè)刃等。

卸料與推件零、部件:有卸料板、壓料板、頂件器、推件器等。

導(dǎo)向零件:有導(dǎo)板、導(dǎo)柱、導(dǎo)套、導(dǎo)筒。

聯(lián)接固定零件:有上模板、下模板、模柄、凸模固定板、凹模固定板、墊板、限制器、螺釘、銷(xiāo)釘、鍵、斜楔等。

此外,對(duì)于自動(dòng)化生產(chǎn)的模具,還有自動(dòng)送料裝置、自動(dòng)出件裝置和快換模裝置等。2.9.1工作零件

1.凸模

常見(jiàn)的凸模結(jié)構(gòu)型式如圖2－25所示。圖(a)是圓形斷面標(biāo)準(zhǔn)凸模,為避免應(yīng)力集中和保證強(qiáng)度與剛度的要求,做成圓滑過(guò)渡的階梯形,適用于直徑1mm~25mm的情況。圖(b)是沖制直徑8mm~30mm的凸模結(jié)構(gòu)型式。為了改善凸模強(qiáng)度,可以在圖(b)型式的中部增加過(guò)渡階梯,如圖(c)。圖(d)是沖制小孔所用凸模的一種型式,采用護(hù)套結(jié)構(gòu)既可以提高抗縱向彎曲的能力,又能節(jié)省模具材料。圖(e)是沖制大件常用的結(jié)構(gòu)型式。圖2－25常見(jiàn)凸模結(jié)構(gòu)型式凸模的固定一般可采用圖2－25所示的凸模固定板固定,凸模和固定板之間采用過(guò)渡配合,凸模裝入固定板后,端面進(jìn)行配磨。

按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB2863·1—81,GB2863·2—81),凸模材料用T10A、Cr6WV、9Mn2V、Cr12、Cr12MoV。前兩種材料熱處理硬度為56~60HRC,后三種為58~62HRC,尾部回火至40~50HRC。

凸模長(zhǎng)度L應(yīng)根據(jù)模具的具體結(jié)構(gòu)確定。例如,采用固定卸料板和導(dǎo)尺的沖裁模(圖2－26),凸模長(zhǎng)度應(yīng)為L(zhǎng)=H1+H2+H3+H(2－21)式中:H1——固定板厚度(mm);

H2——卸料板厚度(mm);

H3——導(dǎo)尺厚度(mm);

H——附加長(zhǎng)度(mm),主要考慮凸模進(jìn)入凹模的深度(0.5~1mm)、總修磨量(10~15mm)及模具閉合狀態(tài)下卸料板到凸模固定板之間的安全距離(15~20mm)等因素。圖2－26凸模長(zhǎng)度尺寸的確定在一般情況下,凸模的強(qiáng)度是足夠的,所以沒(méi)有必要進(jìn)行強(qiáng)度校驗(yàn)。但對(duì)于特別細(xì)長(zhǎng)的凸?；蛐⊥鼓_裁厚且硬的材料時(shí),必須進(jìn)行凸模承壓能力和抗縱向彎曲失穩(wěn)能力的校驗(yàn)。

1)承壓能力校驗(yàn)

沖裁時(shí)凸模承受的壓力σp,應(yīng)該小于凸模材料的許用壓應(yīng)力［σp］,即(2－22)式中:σp——沖裁時(shí)凸模承受的壓應(yīng)力(N/mm2);

F——沖裁力(N);

A——凸模的最小斷面面積(mm2);［σp］——凸模材料的許用壓應(yīng)力(N/mm2)。

2)抗縱向彎曲失穩(wěn)能力校驗(yàn)

凸模沖裁時(shí)穩(wěn)定性校驗(yàn)的依據(jù)是桿件受軸向壓力時(shí)的歐拉公式。

對(duì)于導(dǎo)板導(dǎo)向的沖裁模,凸模的受力相當(dāng)于一端固定另一端鉸支的壓桿,依據(jù)歐拉公式,失穩(wěn)時(shí)的臨界作用力為設(shè)安全系數(shù)為n,則凸模所受沖裁力必須滿足即(2－23)式中：Fij——凸模產(chǎn)生彎曲失穩(wěn)的臨界力(N)；

F——沖裁為(N)；

E——凸模材料的彈性模量，一般模具鋼為2.2×105N/mm2；

J——凸模最小橫斷面的慣性矩(mm4);

n——安全系數(shù)，淬火鋼可取n=2~3;

l——凸模長(zhǎng)度(mm)。將E、n值代入式(2－23),得導(dǎo)板導(dǎo)向的一般形狀凸模不發(fā)生失穩(wěn)彎曲的凸模長(zhǎng)度為(2－24)

對(duì)于圓形凸模,J=πd4/64,代入式(2－24)得,導(dǎo)板導(dǎo)向的圓形凸模不發(fā)生失穩(wěn)彎曲的長(zhǎng)度為(2－25)對(duì)于無(wú)導(dǎo)板導(dǎo)向的沖裁模,凸模的受力情況相當(dāng)于一端固定另一端自由的壓桿,依據(jù)歐拉公式,失穩(wěn)時(shí)的臨界作用力為

同樣按照上述的推導(dǎo)可得,無(wú)導(dǎo)板導(dǎo)向的一般形狀凸模不發(fā)生失穩(wěn)彎曲的長(zhǎng)度為(2－26)無(wú)導(dǎo)板導(dǎo)向的圓形凸模不發(fā)生失穩(wěn)彎曲的長(zhǎng)度為(2－27)

2.凹模

圖2－27是沖裁模常用的幾種凹?？卓谛褪?。其中:

圖(a)為錐形孔口凹模,孔內(nèi)不易積存工件或廢料,孔壁所受的摩擦力及脹力小,所以凹模的磨損及每次的修磨量小,但刃口強(qiáng)度較低,孔口尺寸在修磨后有所增大。這種型式的凹模一般用于精度要求不高、形狀簡(jiǎn)單、材料厚度較薄的工件的沖裁。

圖(b)為柱形孔口錐形凹模,刃口強(qiáng)度高,修磨后孔口尺寸不變,但在孔口內(nèi)可能積存工件或廢料,增加沖裁力和孔壁的磨損,磨損后每次的修磨量較大,凹模的總壽命較低。此外,磨損后可能形成孔口的倒錐形狀,使沖成的工件從孔口反跳到凹模表面上,造成操作上的困難。這種型式的凹模適用于形狀復(fù)雜、精度要求較高的工件的沖裁。

圖(c)為柱形或錐形孔口的筒形凹模,其加工制造較為容易。圖2－27凹模孔口型式表2－8凹?？卓谥饕獏?shù)凹模的輪廓尺寸,因其結(jié)構(gòu)型式不一,受力狀態(tài)各不相同,目前還不能用理論計(jì)算方法確定,在生產(chǎn)中,通常根據(jù)沖裁件尺寸和板料厚度,憑經(jīng)驗(yàn)概略地加以計(jì)算。如圖2－28所示,凹模厚度H=Kb(≥15mm)凹模壁厚

c=(1.5~2.0)H(≥30~40mm)式中:b——沖裁件最大外形尺寸;

K——系數(shù),考慮坯料厚度的影響,其值可查表2－9。圖2－28凹模尺寸上述方法適用于確定普通工具鋼經(jīng)過(guò)正常熱處理,并在平面支撐條件下工作的凹模尺寸。沖裁件形狀簡(jiǎn)單時(shí),壁厚系數(shù)取偏小值,形狀復(fù)雜時(shí)取偏大值。用于大批量生產(chǎn)條件下的凹模,其厚度應(yīng)在計(jì)算結(jié)果中增加總的修磨量。表2－9系數(shù)K值

3.凸凹模

凸凹模存在于復(fù)合模中。凸凹模的內(nèi)外緣均為刃口,內(nèi)外緣之間的壁厚決定于沖裁件的尺寸,不像凹模那樣可以將外緣輪廓尺寸擴(kuò)大,所以從強(qiáng)度考慮,壁厚受最小值限制。凸凹模的最小壁厚受沖模結(jié)構(gòu)影響。凸凹模裝于上模(正裝復(fù)合模)時(shí),內(nèi)孔不積存廢料,脹力小,最小壁厚可以小些;凸凹模裝于下模(倒裝復(fù)合模)時(shí),如果是柱形孔口,則內(nèi)孔積存廢料,脹力大,最小壁厚要大些。凸凹模的最小壁厚值,可參考表2－10選用。2.9.2定位零件

沖模的定位裝置及零件,其作用是保證材料的正確送進(jìn)及在沖模中的正確位置,以保證沖壓件的質(zhì)量及沖壓生產(chǎn)的順利進(jìn)行。使用條料時(shí),條料在模具中的定位有兩個(gè)內(nèi)容:一是在送料方向上的定位,用來(lái)控制送料的進(jìn)距,通常稱(chēng)為擋料(圖2－29中的銷(xiāo)a),擋料零件有擋料銷(xiāo)、定距側(cè)刃等;二是在與送料方向垂直的方向上的定位,通常稱(chēng)為送進(jìn)導(dǎo)向(圖2－29中的銷(xiāo)b、c),送進(jìn)導(dǎo)向的零件有導(dǎo)料銷(xiāo)、導(dǎo)尺等。在級(jí)進(jìn)模中保證工件孔與外形相對(duì)位置時(shí)使用導(dǎo)正銷(xiāo)。單個(gè)毛料定位時(shí)多采用定位板或定位銷(xiāo)。圖2－29條料的定位

1.條料的擋料方式與零件

常見(jiàn)的限定條料送進(jìn)距離的方式有擋料銷(xiāo)擋料和側(cè)刃定距。

1)擋料銷(xiāo)

擋料銷(xiāo)可分為固定擋料銷(xiāo)和活動(dòng)擋料銷(xiāo)。

固定擋料銷(xiāo)又分為圓頭擋料銷(xiāo)和鉤形擋料銷(xiāo)兩種(如圖2－30),一般裝在凹模上。圓頭擋料銷(xiāo)應(yīng)用較多。當(dāng)定位銷(xiāo)孔離凹?？卓谔鼤r(shí),為保證凹模有足夠的強(qiáng)度,宜采用鉤形擋料銷(xiāo)。固定擋料銷(xiāo)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,制造容易,應(yīng)用廣泛。圖2－31是活動(dòng)擋料銷(xiāo)的一種。銷(xiāo)頭的一邊做成斜面,送料時(shí),條料靠斜面使擋料銷(xiāo)抬起,當(dāng)搭邊越過(guò)后,彈簧將擋料銷(xiāo)恢復(fù)原位,條料回拉,使搭邊抵住擋料銷(xiāo)而定位。圖2－30固定擋料銷(xiāo)

(a)圓頭擋料銷(xiāo);(b)鉤形擋料銷(xiāo)圖2－31活動(dòng)擋料銷(xiāo)2)定距側(cè)刃

圖2－32所示為定距側(cè)刃常見(jiàn)的三種形式。圖2－32側(cè)刃形式(a)長(zhǎng)方形側(cè)刃;(b)成形側(cè)刃;(c)尖角形側(cè)刃;(d)側(cè)刃磨損形成的毛刺長(zhǎng)方形側(cè)刃(圖2－32(a))制造和使用都很簡(jiǎn)單,但當(dāng)刃口尖角磨損后,在條料側(cè)邊形成的毛刺(圖2－32(d))會(huì)影響定位和送進(jìn)。為了解決這個(gè)問(wèn)題,在生產(chǎn)中常采用圖(b)所示的側(cè)刃形狀。這時(shí)由于側(cè)刃尖角磨損而形成的毛刺不會(huì)影響條料的送進(jìn),但必須增大切邊的寬度,因而造成原材料過(guò)多的消耗。尖角形側(cè)刃(圖(c))需與彈簧擋銷(xiāo)配合使用,先在條料邊緣沖切尖角缺口,條料送進(jìn),當(dāng)缺口滑過(guò)彈簧擋銷(xiāo)后,反向后拉條料至擋銷(xiāo)卡住缺口而定距。尖角形側(cè)刃廢料少,但操作麻煩,生產(chǎn)效率低。側(cè)刃定距準(zhǔn)確可靠,生產(chǎn)效率高,但會(huì)增大總的沖壓力并增加材料消耗。一般用于級(jí)進(jìn)模沖制窄長(zhǎng)形零件(步距小于6~8mm)或薄料(0.5mm以下)沖裁。

側(cè)刃的數(shù)量可以是一個(gè),或者是兩個(gè)。兩個(gè)側(cè)刃可以并列布置,也可按對(duì)角布置,對(duì)角布置能夠保證料尾的充分利用。

2.條料的送進(jìn)導(dǎo)向方式與零件

條料的送進(jìn)導(dǎo)向方式有導(dǎo)銷(xiāo)式和導(dǎo)尺式。

導(dǎo)銷(xiāo)式送進(jìn)導(dǎo)向時(shí),在條料的一側(cè)有兩個(gè)導(dǎo)料銷(xiāo),條料靠緊導(dǎo)料銷(xiāo)送進(jìn),如圖2－29所示。這種方式在復(fù)合模中應(yīng)用較多。

導(dǎo)尺式常用于有導(dǎo)板的簡(jiǎn)單模和級(jí)進(jìn)模。導(dǎo)尺式送進(jìn)導(dǎo)向時(shí),送進(jìn)導(dǎo)向的零件是導(dǎo)尺。導(dǎo)尺的形式如圖2－33所示。導(dǎo)尺與卸料板做成整體為整體式(圖2－33(b)),導(dǎo)尺與卸料板分開(kāi)為分離式(圖2－33(a))。兩導(dǎo)尺之間的距離等于條料寬度加上0.2~1.0mm的間隙。間隙的作用是保證在條料寬度不均勻時(shí)也能在導(dǎo)尺間順利通過(guò)。如果條料的寬度公差太大或搭邊太小,須在一邊的導(dǎo)尺上裝側(cè)壓裝置(如圖2－34所示),以保證準(zhǔn)確定位。圖2－33導(dǎo)尺(a)分離式;(b)整體式圖2－34側(cè)壓裝置

3.導(dǎo)正銷(xiāo)

為了保證級(jí)進(jìn)模沖裁件內(nèi)孔與外緣的相對(duì)位置精度,可采用如圖2－35所示的導(dǎo)正銷(xiāo)。導(dǎo)正銷(xiāo)安裝在落料凸模工作端面上,落料前導(dǎo)正銷(xiāo)先插入已沖好的孔中,確定內(nèi)孔與外緣的相對(duì)位置,消除送料和導(dǎo)向造成的誤差。圖2－35擋料銷(xiāo)及其位置的確定設(shè)計(jì)有導(dǎo)正銷(xiāo)的級(jí)進(jìn)模時(shí),擋料銷(xiāo)的位置,應(yīng)該保證導(dǎo)正銷(xiāo)導(dǎo)正條料過(guò)程中條料活動(dòng)的可能。擋料銷(xiāo)位置e(見(jiàn)圖2－35)為式中:e——步距;

c——兩工件中心距；

D——落料凸模直徑;

d——擋料銷(xiāo)頭部直徑。

4.塊料毛料及半成品件的定位

對(duì)于塊料毛料及半成品件的定位,一般采用定位板或定位銷(xiāo),如圖2－36所示,以保證前后工序相對(duì)位置的精度或?qū)ぜ?nèi)孔與外緣的位置精度的要求。圖2－36定位板與定位銷(xiāo)2.9.3卸料裝置與出件裝置

1.卸料裝置

卸料裝置分為剛性卸料裝置和彈性卸料裝置兩種形式,視模具的結(jié)構(gòu)要求選擇。

圖2－37是常用的剛性卸料裝置,圖(a)為封閉式,圖(b)為懸臂式。剛性卸料裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,工作可靠,卸料力大,適用于平整度要求不高或厚板零件的卸料。圖2－37剛性卸料裝置(a)封閉式;(b)懸臂式圖2－38為常見(jiàn)的彈性卸料裝置,圖(a)是用橡皮作彈性元件,圖(b)是用彈簧作彈性元件。彈性卸料裝置在各類(lèi)沖床中廣泛應(yīng)用,特別是材料較薄、制件要求平整的復(fù)合模最適宜。彈性卸料板根據(jù)需要可裝在上模,也可裝在下模。彈性卸料裝置有敞開(kāi)的工作空間,操作方便,工件質(zhì)量也較好,但沖壓力會(huì)增加。圖2－38彈性卸料裝置

(a)橡皮卸料裝置;(b)彈簧卸料裝置

2.出件裝置

出件裝置有剛性和彈性?xún)煞N。

彈性出件裝置一般裝于下模,如圖2－39所示。頂件力由裝在下模板底部的彈性緩沖器提供,由彈性元件(橡皮或彈簧)推動(dòng)推板,再推動(dòng)頂桿,頂桿推動(dòng)頂塊而出件。這種裝置除有頂出工件的作用外,還可壓平工件。這種結(jié)構(gòu)也常用于卸料。

剛性出件裝置一般裝在上模,如圖2－40所示。這種裝置的推件力大而可靠。如推件力需通過(guò)推板和幾個(gè)推桿傳遞給推塊時(shí),推桿長(zhǎng)短要求一致,布置合理。推板的形狀要按推下工件的形狀相應(yīng)設(shè)計(jì)。圖2－39彈性出件裝置圖2－40剛性出件裝置

3.彈簧的選用與計(jì)算

彈性卸料與彈性出件裝置中的彈性元件常使用彈簧。沖模使用的彈簧已形成標(biāo)準(zhǔn)(JB425—62)。選用彈簧時(shí)必須滿足沖壓工藝(力與行程)的要求和沖模結(jié)構(gòu)的要求。

彈簧選用的原則與步驟如下:

(1)計(jì)算卸料力或推件力Q,該力要等于彈簧在預(yù)壓縮量S0下的預(yù)壓力F0。按沖模結(jié)構(gòu)初定彈簧個(gè)數(shù)n,并求出分配在每個(gè)彈簧上的力Q/n。

(2)計(jì)算彈簧總壓縮量

S=S0+S′+S′′式中:S0——彈簧預(yù)壓縮量;

S′——卸料板(或推件板)的工作行程;

S″——凸模的總修磨量,一般為4~10mm;

S——彈簧的總壓縮量。根據(jù)彈簧壓力與其壓縮量成正比的特性(見(jiàn)圖2－41),有(2－29)式中:F0——與預(yù)壓縮量S0對(duì)應(yīng)的預(yù)壓力;

F——與總壓縮量S對(duì)應(yīng)的總壓力。圖2－41彈簧壓縮特性曲線

(3)根據(jù)彈簧的預(yù)壓力F0和總壓縮量S預(yù)選彈簧。選用的彈簧必須滿足:

①?gòu)椈傻淖畲笤S可壓縮量S1應(yīng)大于彈簧在工作中的總壓縮量S,即S1≥S

(2－30)彈簧的最大許可壓縮量S1由彈簧的自由長(zhǎng)度H與最大工作負(fù)荷時(shí)的長(zhǎng)度H1之差求得S1=H-H1

(2－31)②彈簧的最大工作負(fù)荷F1應(yīng)大于彈簧在總壓縮量S時(shí)的彈簧總壓力F,即(2－32)計(jì)算舉例:已知沖裁件料厚t=1mm,卸料力為1730kN,根據(jù)沖模結(jié)構(gòu)要求安放6個(gè)彈簧,則每個(gè)彈簧承擔(dān)的卸料力即該彈簧的預(yù)壓力F0為選用最大工作負(fù)荷F1=390kN(大于F0),直徑D=25mm的一組彈簧(JB425—62)。彈簧規(guī)格如表2－11所示。根據(jù)預(yù)壓力(F0=290kN)及式(2－28)~式(2－31)計(jì)算彈簧最大壓縮量S1、預(yù)壓量S0以及彈簧工作總壓縮量S和總壓力F,其中預(yù)壓量為總壓縮量為S=S0+S′+S′′=S0+2+4=S0+6(mm)式中取工作行程S′=2mm,凸模總修磨量S″=4mm。利用表2－11的數(shù)據(jù),將計(jì)算結(jié)果列于表2－12。

表2－11彈簧規(guī)格 單位:mm

2.9.4模架

模柄及上、下模板中間聯(lián)以導(dǎo)向裝置的總體稱(chēng)為模架。模架已有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),模具設(shè)計(jì)時(shí),通常都是按標(biāo)準(zhǔn)選定。只有在不能使用標(biāo)準(zhǔn)模架的特殊情況下,才單獨(dú)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

1.模板

在上、下模板上安裝全部模具零件,構(gòu)成模具的總體和傳遞壓力。模板不僅應(yīng)該具有足夠的強(qiáng)度,而且還要有足夠的剛度。剛度問(wèn)題往往容易被忽視,如果剛性不足,工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的彈性變形而導(dǎo)致模具零件迅速磨損或破壞。模板設(shè)計(jì)時(shí),圓形模板的外徑應(yīng)比圓形凹模直徑大30~70mm,以便安裝和固定。同樣,矩形模板的長(zhǎng)度應(yīng)比凹模長(zhǎng)度大40~70mm,而寬度取與凹模寬度相同或稍大的尺寸。模板輪廓尺寸應(yīng)比沖床工作臺(tái)漏料孔至少大40~50mm。模板厚度可參照凹模厚度估算,通常為凹模厚度的1~1.5倍。

2.導(dǎo)向零件

導(dǎo)向零件是指上、下模的導(dǎo)向裝置零件。有導(dǎo)向裝置的沖模,沖制的工件質(zhì)量穩(wěn)定。精度高,凸模和凹模之間的間隙能始終保持均勻一致,工件有較好的互換性,同時(shí),模具使用方便,容易調(diào)整,細(xì)小凸模也不易折斷,模具壽命高。