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1 云 母 片 沖 壓 工 藝 及 模 具 設(shè) 計(jì) 摘 要 本設(shè)計(jì)的題目為云母片沖壓工藝及模具設(shè)計(jì) 體現(xiàn)了薄板類沖裁零件的要求 內(nèi)容及方向 有一定的設(shè)計(jì)意義 通過(guò)對(duì)該零件模具的設(shè)計(jì) 進(jìn)一步加強(qiáng)了本人沖壓 模設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí) 為設(shè)計(jì)更復(fù)雜的沖壓模具做好了鋪墊和吸取更深刻的經(jīng)驗(yàn) 本設(shè)計(jì)運(yùn)用沖壓成形工藝及模具設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí) 首先分析了沖裁件的沖壓工藝 性 為確定沖裁工藝方案做好了準(zhǔn)備 然后計(jì)算沖裁力和模具刃口尺寸 便于選取壓 力機(jī)及確定工作零件的尺寸和結(jié)構(gòu) 最后分析了制件的特征 確定模具的設(shè)計(jì)參數(shù) 設(shè)計(jì)要點(diǎn)及推件裝置的選取 本沖裁件為不規(guī)則形狀 為了便于凸模的加工 所以在設(shè)計(jì)時(shí)把凸模設(shè)計(jì)成直通式 然后 將其鉚接在凸模固定板上 此外 該制件的尺寸較小 為保證凹模的加工精度 在設(shè) 計(jì)時(shí)應(yīng)將其設(shè)計(jì)成整體式凹模 同時(shí) 為了簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu)采用彈性推件裝置 關(guān)鍵詞 沖壓模 整體式凹模 彈性推件 2 Laminated mica die stamping design the basis of design Abstract The design was entitled laminated mica blanking die design reflectsthe thin parts like punching the request the contents and direction of a certain design significance Parts of the mold through the design has further strengthened my stamping die design of the basic knowledge for the design of more complex stamping die to pave the way and the lessons more profound experience The use of the design process and die stamping forming the basis of design knowledge and analysis of the first blanking of the stamping process to determine blanking of the programme prepared for and then calculating punching power and size Die Cutting Edge For selected press and determine the size and structure of parts of the last parts of the characteristics of the design parameters established mold design features and pushing the select pieces of equipment Blanking of the rules on the shape of the non hole hole in order to facilitate the processing punch punch in the design of the punch designed as a straight through processing and then riveting in its punch fixed board In addition the smaller the size of the parts to ensure the accuracy of processing die the design should be designed to solid die at the same time in order to simplify the structure adopt a flexible mold push pieces of equipment Keywords stamping die solid die flexible pieces of pushing 目 錄 1 緒論 1 1 1 國(guó)內(nèi)模具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 1 3 1 1 1 國(guó)內(nèi)模具現(xiàn)狀 1 1 1 2 國(guó)內(nèi)模具的發(fā)展趨勢(shì) 2 1 2 國(guó)外模具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 3 1 3 云母片模具設(shè)計(jì)與制造方 4 1 3 1 云母片模具設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)思路 4 1 3 2 云母片沖壓模具設(shè)計(jì)的進(jìn)度 4 2 云母片的沖壓工藝性分析 6 3 分析比較和確定工藝方案 8 4 主要工藝計(jì)算 9 4 1 排樣設(shè)計(jì)及毛坯尺寸計(jì)算 9 4 1 1 確定零件的排樣方案 9 4 1 2 沖壓力的計(jì)算 10 4 1 3 初選壓力機(jī) 11 4 1 4 壓力中心的計(jì)算 11 4 2 計(jì)算零件刃口尺寸 13 5 計(jì)算各主要零部件的尺寸 19 5 1 凹模厚度 19 5 2 凸模固定板厚度 19 5 3 墊板的采用與厚度 19 5 4 彈壓卸料板 19 5 5 卸料橡膠的設(shè)計(jì) 19 6 模具總體設(shè)計(jì) 22 6 1 模具類型的選擇 22 6 2 定位方式的選擇 22 6 3 卸料方式的選擇 22 6 4 導(dǎo)向方式的選擇 22 7 主要零部件設(shè)計(jì) 23 7 1 工作零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 23 7 1 1 凸模的設(shè)計(jì) 23 7 1 2 凹模的設(shè)計(jì) 24 7 2 定位零件的設(shè)計(jì)與選用 25 4 7 2 1 擋料銷的選用 25 7 2 2 卸料零件的選用 25 7 3 導(dǎo)向零件的選用 26 7 4 固定零件的選用 26 7 5 模架的選用 26 7 6 模柄的選用 27 8 模具總裝圖 28 8 1 模具總裝圖 28 8 2 沖壓設(shè)備的選定 29 9 結(jié)束語(yǔ) 30 致謝 31 參考文獻(xiàn) 32 5 6 插 圖 清 單 圖 1 6 圖 2 9 圖 3 12 圖 4 18 圖 5 18 圖 6 24 圖 7 25 圖 8 28 7 表 格 清 單 表 1 10 表 2 11 表 3 20 8 1 緒 論 目前 我國(guó)沖壓技術(shù)與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比還相當(dāng)?shù)穆浜?主要原因是我國(guó)在沖壓 基礎(chǔ)理論及成形工藝 模具標(biāo)準(zhǔn)化 模具設(shè)計(jì) 模具制造工藝及設(shè)備等方面與工業(yè)發(fā) 達(dá)的國(guó)家尚有相當(dāng)大的差距 導(dǎo)致我國(guó)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(dá)國(guó)家的模具相比差距相當(dāng)大 1 1 國(guó)內(nèi)模具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 1 1 1 國(guó)內(nèi)模具的現(xiàn)狀 我國(guó)模具近年來(lái)發(fā)展很快 據(jù)不完全統(tǒng)計(jì) 2003 年我國(guó)模具生產(chǎn)廠點(diǎn)約有 2 萬(wàn)多 家 從業(yè)人員約 50 多萬(wàn)人 2004 年模具行業(yè)的發(fā)展保持良好勢(shì)頭 模具企業(yè)總體上訂 單充足 任務(wù)飽滿 2004 年模具產(chǎn)值 530 億元 進(jìn)口模具 18 13 億 美元 出口模具 4 91 億美元 分別比 2003 年增長(zhǎng) 18 32 4 和 45 9 進(jìn)出口之比 2004 年為 3 69 1 進(jìn)出口相抵后的進(jìn)凈口達(dá) 13 2 億美元 為凈進(jìn)口量較大的國(guó)家 在 2 萬(wàn)多家生產(chǎn)廠點(diǎn)中 有一半以上是自產(chǎn)自用的 在模具企業(yè)中 產(chǎn)值過(guò)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(lái) 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(fù)雜 長(zhǎng)壽命中高檔模具 及模具標(biāo)準(zhǔn)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(yíng)企業(yè)發(fā)展迅速 國(guó)企股份制改造步伐加快等 雖然說(shuō)我國(guó)模具業(yè)發(fā)展迅速 但遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要 我國(guó)尚存在 以下幾方面的不足 第一 體制不順 基礎(chǔ)薄弱 三資 企業(yè)雖然已經(jīng)對(duì)中國(guó)模具工業(yè)的發(fā)展起了 積極的推動(dòng)作用 私營(yíng)企業(yè)近年來(lái)發(fā)展較快 國(guó)企改革也在進(jìn)行之中 但總體來(lái)看 體制和機(jī)制尚不適應(yīng)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì) 再加上國(guó)內(nèi)模具工業(yè)基礎(chǔ)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(kāi)發(fā)能力較差 經(jīng)濟(jì)效益欠佳 我國(guó)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(kāi)發(fā) 在市場(chǎng)中經(jīng)常處于被動(dòng)地位 我國(guó)每個(gè)模具職工平均年創(chuàng)造產(chǎn)值 約合 1 萬(wàn)美元 國(guó)外模具工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家大多是 15 20 萬(wàn)美元 有的高達(dá) 25 30 萬(wàn)美 元 與之相對(duì)的是我國(guó)相當(dāng)一部分模具企業(yè)還沿用過(guò)去作坊式管理 真正實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化 企業(yè)管理的企業(yè)較少 9 第三 工藝裝備水平低 且配套性不好 利用率低 雖然國(guó)內(nèi)許多企業(yè)采用了先 進(jìn)的加工設(shè)備 但總的來(lái)看裝備水平仍比國(guó)外企業(yè)落后許多 特別是設(shè)備數(shù)控化率和 CAD CAM 應(yīng)用覆蓋率要比國(guó)外企業(yè)低得多 由于體制和資金等原因 引進(jìn)設(shè)備不配套 設(shè)備與附配件不配套現(xiàn)象十分普遍 設(shè)備利用率低的問(wèn)題長(zhǎng)期得不到較好解決 裝備 水平低 帶來(lái)中國(guó)模具企業(yè)鉗工比例過(guò)高等問(wèn)題 第四 專業(yè)化 標(biāo)準(zhǔn)化 商品化的程度低 協(xié)作差 由于長(zhǎng)期以來(lái)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(xì) 商品化程度也低 目前國(guó)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(wù) 與國(guó)際水平相 比要落后許多 模具標(biāo)準(zhǔn)化水平低 標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率低也對(duì)模具質(zhì)量 成本有較大 影響 對(duì)模具制造周期影響尤甚 第五 模具材料及模具相關(guān)技術(shù)落后 模具材料性能 質(zhì)量和品種往往會(huì)影響模 具質(zhì)量 壽命及成本 國(guó)產(chǎn)模具鋼與國(guó)外進(jìn)口鋼相比 無(wú)論是質(zhì)量還是品種規(guī)格 都 有較大差距 塑料 板材 設(shè)備等性能差 也直接影響模具水平的提高 1 1 2 國(guó)內(nèi)模具的發(fā)展趨勢(shì) 巨大的市場(chǎng)需求將推動(dòng)中國(guó)模具的工業(yè)調(diào)整發(fā)展 雖然我國(guó)的模具工業(yè)和技術(shù)在 過(guò)去的十多年得到了快速發(fā)展 但與國(guó)外工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍存在較大差距 尚不能 完全滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的需求 未來(lái)的十年 中國(guó)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(shè)計(jì)制造中廣泛應(yīng)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(yīng)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(biāo)準(zhǔn)化水平和模具標(biāo)準(zhǔn)件的使用率 6 發(fā)展優(yōu)質(zhì)模具材料和先進(jìn)的表面處理技術(shù) 7 模具的精度將越來(lái)越高 8 模具研磨拋光將自動(dòng)化 智能化 10 9 研究和應(yīng)用模具的高速測(cè)量技術(shù)與逆向工程 10 開(kāi)發(fā)新的成形工藝和模具 1 2 國(guó)外模具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 模具是工業(yè)生產(chǎn)關(guān)鍵的工藝裝備 在電子 建材 汽車 電機(jī) 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(wú)法替代的 模具生產(chǎn)技術(shù)水平的高低 已成為衡量一個(gè)國(guó)家制造業(yè)水平高低的 重要標(biāo)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(kāi)發(fā)能力 近幾年 全球模具市場(chǎng)呈現(xiàn)供不應(yīng)求的局面 世界模具市場(chǎng)年交易總額為 600 650 億美元左右 美國(guó) 日本 法國(guó) 瑞士等國(guó)家年出口模具量約占本國(guó)模具年總產(chǎn)值的三分之一 國(guó)外模具總量中 大型 精密 復(fù)雜 長(zhǎng)壽命模具的比例占到 50 以上 國(guó)外模具 企業(yè)的組織形式是 大而專 大而精 2004 年中國(guó)模協(xié)在德國(guó)訪問(wèn)時(shí) 從德國(guó)工 模具行業(yè)組織 德國(guó)機(jī)械制造商聯(lián)合會(huì) VDMA 工模具協(xié)會(huì)了解到 德國(guó)有模具企業(yè) 約 5000 家 2003 年德國(guó)模具產(chǎn)值達(dá) 48 億歐元 其中 VDMA 會(huì)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(guó)模具產(chǎn)值的 90 可見(jiàn)其規(guī)模效益 隨著時(shí)代的進(jìn)步和技術(shù)的發(fā)展 國(guó)外的一些掌握和能運(yùn)用新技術(shù)的人才如模具結(jié) 構(gòu)設(shè)計(jì) 模具工藝設(shè)計(jì) 高級(jí)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(guó)每個(gè)職工平均每年創(chuàng)造模具產(chǎn)值約合 1 萬(wàn)美元左右 而國(guó)外模具工 業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家大多 15 20 萬(wàn)美元 有的達(dá)到 25 30 萬(wàn)美元 國(guó)外先進(jìn)國(guó)家模具標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率達(dá) 70 以上 而我國(guó)才達(dá)到 45 1 3 云母片模具設(shè)計(jì)與制造方面 1 3 1 云母片模具設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)思路 沖裁是沖壓工藝的最基本工序之一 它是利用模具使板料沿著一定的輪廓形狀產(chǎn) 生分離的一種沖壓工序 它包括落料 沖孔 切邊 修邊 切舌 剖切等工序 其中 落料和沖孔是最常見(jiàn)的兩種工序 沖裁在沖壓加工中應(yīng)用極廣 它既可直接沖出成品 零件 還可以對(duì)已成形的工件進(jìn)行再加工 普通沖裁加工出來(lái)的制件的精度不高 一 般情況下 沖裁件的尺寸精度應(yīng)在 IT12 級(jí) 以下 不宜高于 IT10 級(jí) 11 只有加強(qiáng)沖裁變形基礎(chǔ)理論的研究 才能提供更加準(zhǔn)確 實(shí)用 方便的計(jì)算方法 才能正確地確定沖裁工藝參數(shù)和模具工作部分的幾何形狀與尺寸 解決沖裁變形中出 現(xiàn)的各種實(shí)際問(wèn)題 從而 進(jìn)一步提高制件質(zhì)量 云母片是典型的沖壓件 該模具工作過(guò)程很簡(jiǎn)單就是落料 根據(jù)零件圖的結(jié)構(gòu)和 尺寸精度以及材料的性能確定完成該沖件所需要的模具類型 因此 綜合考慮各種因素 后不采用復(fù)合模 根據(jù)計(jì)算的結(jié)果和選用的標(biāo)準(zhǔn)模架 判斷此次沖裁能不能采用標(biāo)準(zhǔn) 的模架 為了保證制件的順利加工和順利取件 模具必須有足夠高度 要改變模具的 高度 只有從改變導(dǎo)柱和導(dǎo)套的高度 改變導(dǎo)柱和導(dǎo)套的高度的同時(shí) 還要注意保證導(dǎo) 柱和導(dǎo)套的強(qiáng)度 導(dǎo)柱和導(dǎo)套的高度可根據(jù)沖裁凸凹模與落料凹模工作配合長(zhǎng)度決 定 設(shè)計(jì)時(shí)可能高度出現(xiàn)誤差 應(yīng)當(dāng)邊試沖邊修改高度 1 3 2 云母片沖壓模具設(shè)計(jì)的進(jìn)度 1 了解目前國(guó)內(nèi)外沖壓模具的發(fā)展現(xiàn)狀 所用時(shí)間 10 天 2 確定加工方案 所用時(shí)間 5 天 3 模具的設(shè)計(jì) 所用時(shí)間 30 天 4 模具的調(diào)試 所用時(shí)間 5 天 12 2 云母片的沖壓工藝性分析 零件名稱 云母片 生產(chǎn)批量 大批量 材 料 云母板 厚 度 0 8mm 工件圖 如圖 1 圖 1 零件圖 云母板具有易分剝成很薄 平坦的 光滑的和具有彈性的薄片的特性 此外 還具有高的抗電性能和極高的耐熱性 化學(xué)穩(wěn)定好 機(jī)械強(qiáng)度高 收縮率小 不易燃 不吸潮等 是一種很好的電絕緣材料 1 此工件只有落料工序 材料為云母板 具有良好的沖壓性能 適合沖裁 工件 外形復(fù)雜程度一般 工件的尺寸精度要求一般 邊緣與邊緣之間的距離遠(yuǎn)大于凸凹模 允許的最小壁厚 故不考慮采用復(fù)合模 普通沖裁完全能滿足要求 綜上分析可知 圖 1 零件具有較好的沖壓工藝性 適合沖壓生產(chǎn) 13 3 分析比較和確定工藝方案 云母片零件所需的基本沖壓工序?yàn)槁淞?可擬定以下二種工藝方案 方案一 采用單工序模分一次工序進(jìn)行沖壓 方案二 采用級(jí)進(jìn)模生產(chǎn) 各個(gè)方案優(yōu)缺點(diǎn)的分析比較 方案一 模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度一般 能滿足該零件的產(chǎn)量要求 方案二 生產(chǎn)率很高 但是級(jí)進(jìn)模較難保證內(nèi) 外形相對(duì)位置的一致性 模具制 造安裝復(fù)雜 綜合以上二種方案比較 該件采用方案一即單工序模最佳 14 4 主要工藝計(jì)算 4 1 排樣設(shè)計(jì)及毛坯尺寸計(jì)算 4 1 1 確定零件的排樣方案 設(shè)計(jì)模具時(shí) 條料的排樣方案很重要 合理的排樣應(yīng)是在保證制件質(zhì)量 有利于 簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu)的前提下 以最少的材料消耗 沖出最多的合格制件 為提高模具的使 用壽命 保證沖裁件的質(zhì)量 降低生產(chǎn)成本 該云母片 采用有廢料直排的排樣方法 排樣方案如圖 2 所示 圖 2 排樣圖 由表 2 5 2 2 查得最小搭邊值工件間 a1 1 5 a 1 8 但是查 3 得本表只適用 低碳鋼 對(duì)于其他材料 應(yīng)當(dāng)表中數(shù)值乘以下列系數(shù) 非金屬 1 50 2 0 取系數(shù) 2 0 得到 a 1 3 0 a 3 6 條料寬度為 44 2mm 步距為 49 mm 一個(gè)步距的材料利用率 50 6 計(jì)算見(jiàn)表一 4 1 2 沖壓力的計(jì)算 該模具采用單工序模 試選擇彈性卸料 下出料 沖壓力相關(guān)計(jì)算見(jiàn)表一 15 表一 條料及沖壓力的相關(guān)計(jì)算 項(xiàng) 目 分 類 項(xiàng) 目 公 式 結(jié) 果 備 注 沖裁力面積 A A 687 85 375 324 585 1096 96 mm2 條料寬度 B B 36 5 2 3 6 0 5 44 2mm 步距 S S 46 3 49mm 排 樣 一個(gè)步距的 材料利用率 10 BsnA 50 6 492 610 50 6 查表 2 18 3 得 a 3 6mm a1 3mm 采用無(wú) 側(cè)壓裝置 條料與導(dǎo)料板 間間隙 Cmin 0 5mm 沖裁力 F1 F1 KLt b 1 3 196 96 0 8 80 16387N L 196 96mm b 80Mpa 卸料力 Fx FX Kx 0 05 16387 819 4N 查表 3 KX 0 05 沖 壓 力 推件力 FT FT NKTF2 10 0 055 1 6387 9012 9N KT 0 055 n h t 8 0 8 10 16 沖壓工藝總 力 FZ FZ F1 F2 FX FZ 16387 819 4 9012 9 26219 3N 彈性卸料 下出料 4 1 3 初選壓力機(jī) 查文獻(xiàn) 4 開(kāi)式可傾壓力機(jī)參數(shù)初選壓力機(jī)型號(hào)為 J23 3 15 和 23 10 見(jiàn)表二 表二 所選壓力機(jī)的相關(guān)參數(shù) 型號(hào) 公稱 壓力 kN 滑塊行 程 mm 最大封 閉高度 mm 封閉高 度調(diào)節(jié) 量 mm 工作臺(tái) 尺寸 mm 滑塊底面尺 寸 mm J23 3 15 31 5 25 120 25 160 25 0 90 100 J23 10 100 45 180 35 240 37 0 180 200 4 1 4 壓力中心的計(jì)算 模具的壓力中心就是沖壓力合力的作用點(diǎn) 為了保證壓力機(jī)和模具的正常工作 應(yīng)使模具的壓力中心與壓力機(jī)的中心滑塊中心線重合 否則 沖壓時(shí)滑塊就會(huì)承受偏 心載荷 導(dǎo)致滑塊導(dǎo)軌與模具的導(dǎo)向部分不正常的磨損 還會(huì)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 17 1 此為凸模模具的壓力中心 首先計(jì)算凸模的壓力中心 圖 3 壓力中心的計(jì)算 計(jì)算其壓力中心的步驟 如下 按比例畫(huà)出凸模的工作部分剖面圖 在任意距離處作 x x 軸 y y 軸 分別計(jì)算出各線段和圓弧的重心到 x x 軸的距離 y1 y2 y3 y4 y5 y6 y7 和到 y y 軸的距離 x1 x2 x3 x4 x5 x6 x7 凸模的壓力中心到坐標(biāo)軸的距離下式確定 到 y y 軸的距離 x0 Lxlxlxll 7654321 96 1 16 5 7 14 23 0 89 6 5 4 17 18 2 44mm 到 x x 軸的距離 y0 Lylylyll 7654321 96 1 5 2 1420 95 3617 14 3mm 4 2 計(jì)算零件刃口尺寸 該零件是非金屬材料 非金屬材料沖裁刃口尺寸計(jì)算與金屬?zèng)_裁模刃口尺寸計(jì) 算方法在計(jì)算原理上相同 但除云母片外 其他非金屬材料在沖裁后的彈性回復(fù)較大 故計(jì)算時(shí)要考慮其回彈值 由于該沖裁件的形狀復(fù)雜一般 板料相對(duì)較薄 若采用分 開(kāi)加工法時(shí) 為了保證凸凹模一定的間隙值 必須嚴(yán)格限制沖模制造公差 增加沖模 制造困難 加大了模具的生產(chǎn)周期及制造成本 而采用凸模與凹模配合加工法 則是 先做好其中一件 凸?；虬寄?作為基準(zhǔn)件 然后以此為基準(zhǔn)加工另一件 使它們之 間保持一定的間隙 這種方法不僅容易保證凸凹模間隙很小 而且還可以放大基準(zhǔn)件 的制造公差 使模具制造容易 綜上 采用配合加工法 該沖裁件屬落料件 選凹模為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)件 只需要計(jì)算落料凹模刃口尺寸制造 公差 凸模刃口尺寸由凹模實(shí)際尺寸按間隙要求配作 設(shè)計(jì)時(shí) 基準(zhǔn)件和刃口尺寸及制 造公差應(yīng)詳細(xì)標(biāo)注 而配作件只標(biāo)注公稱尺寸 不注公差 由于該工件形狀復(fù)雜 其各 部分尺寸性質(zhì)不同 所以 基準(zhǔn)件的刃口尺寸應(yīng)根據(jù)凹模磨損后輪廓變化情況進(jìn)行分 別計(jì)算 凹模磨損情況有三類 3 a 凹模磨損后會(huì)增大的尺寸 第一類尺寸 A 第一類尺寸 Aj Amax x 0 0 25 b 凹模磨損后會(huì)減小的尺寸 第二類尺寸 B 第二類尺寸 Bj Bmin x 0 0 25 19 c 凹模磨損后會(huì)保持不變的尺寸 第三類尺寸 C 第三類尺寸 Cj Cmin 0 5 0 125 式中 Aj Bj Cj 模具基準(zhǔn)件尺寸 mm Amax Bmin Cmin 工件極限尺寸 mm 工件公差 mm X 磨損系數(shù) 查表 1 22 5 線性尺寸公差 46 0 5 0 1mm 17 0 1mm 36 5 0 1mm 16 5 0 1mm 16 0 1mm 11 0 1mm 11 0 1mm 9 0 1mm 14 0 1mm 24 5 0 1mm 查表1 63 5 得倒圓半徑尺寸的極限偏差 2 5 0 1mm 4 5 0 1mm 查表 19 1 10 6 得磨損系數(shù) x 為 0 75mm 和 0 5mm 落料凹模的刃口尺寸計(jì)算如下 第一類尺寸 磨損后增大的尺寸 A1 Amax x 0 0 25 17 1 0 2 0 75 0 0 25 0 2 16 950 0 05mm A2 Amax x 0 0 25 20 36 6 0 2 0 75 0 0 25 0 2 36 450 0 05mm A3 Amax x 0 0 25 9 1 0 75 0 2 0 0 25 0 2 8 950 0 05mm A4 Amax x 0 0 25 24 6 0 75 0 2 0 0 25 0 2 24 450 0 05mm A5 Amax x 0 0 125 46 5 0 6 0 5 0 0 25 0 6 46 20 015mm 第二類尺寸 凹模磨損后會(huì)減小的尺寸 B1 Bmin x 0 0 25 15 9 0 75 0 2 0 0 25 0 2 16 050 0 05mm B2 Bmin x 0 0 25 2 4 0 75 0 2 0 0 25 0 2 2 550 0 05mm B3 Bmin x 0 0 25 21 4 4 0 75 0 2 0 0 25 0 2 4 550 0 05mm 第三類尺寸 凹模磨損后會(huì)保持不變的尺寸 C1 Cmin 0 5 0 125 16 4 1 2 0 2 0 125 0 2 16 5 0 025 C2 Cmin 0 5 0 125 10 9 1 2 0 2 0 125 0 2 11 0 025 C1 Cmin 0 5 0 125 10 9 1 2 0 2 0 125 0 2 11 0 025 C1 Cmin 0 5 0 125 13 9 1 2 0 2 0 125 0 2 14 0 025 凸模的刃口尺寸 由于落料凸凹模采用的是配作法 所以 落料凸模的基本尺寸與凹模相同 分別 22 是 16 95mm 36 45mm 8 95mm 24 45mm 46 2mm 16 05mm 16 5mm 11mm 11mm 14m m 2 5mm 4 5mm 不必標(biāo)注公差 但要在技術(shù)條件中注明 凸模實(shí)際刃口尺寸與落料 凹模配制 保證最小雙面合理間隙值 Zmin 查表 6 得 Zmin 0mm 凸模 凹模的刃口尺寸簡(jiǎn)圖分別見(jiàn)圖 4 5 圖 4 凹模刃口尺寸 23 圖 5 凸模刃口尺寸 5 計(jì)算各主要零部件的尺寸 5 1 凹模厚度 按式 2 19 7 其中 b 46 5mm k 按表 2 24 7 查得 k 0 35 故 H kb 46 5 0 35 16 275mm 凹模的厚度應(yīng)適當(dāng)增加故取 H 20mm 按式 2 20 7 凹模壁厚 C 1 5 2 H 40mm 5 2 凸模固定板厚度 H1 0 7H 20 0 7 14 近似數(shù)取 H1 20mm 5 3 墊板的采用與厚度 24 是否采用墊板以承壓面較小的凸模進(jìn)行計(jì)算 凸模承壓面的尺寸按式 2 10 7 其承壓應(yīng)力 F A 25399 9 1096 9623 23 Mpa 查表 2 39 7 得鑄鐵模板的 p 為 90 140 Mpa 故 p 因此不須采用墊板 5 4 彈壓卸料板 由表 7 8 8 彈壓卸料板厚度 H 8mm 由表 7 9 8 查得卸料板孔與凸模的單邊間隙 c 值 Z1 2 0 10 5 5 卸料橡膠的設(shè)計(jì) 卸料橡膠的設(shè)計(jì)見(jiàn)表三 選用 4 塊橡膠的厚度務(wù)必一致 不然會(huì)造成受力不均勻 運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生歪斜 影響模具的正常工作 表三 卸料橡膠的設(shè)計(jì) 項(xiàng)目 公式 結(jié)果 備注 卸料板工作行程 h 工 h 工 h1 t h2 3 8mm h1 為凸模凹進(jìn)卸料板 的高度 1mm h2 為凸模沖裁后進(jìn)入 凹模的深度 2mm 橡膠工作行程 H 工 H 工 h 工 h 修 8 8mm h 修 為凸模修模量 取 5mm 25 橡膠的自由高度 H 自 由 H 自由 4 H 工 35 2mm 取 H 工 為 H 自由 的 25 橡膠的預(yù)壓縮量 H 預(yù) H 預(yù) 15 H 自由 5 28mm 一般 H 預(yù) 10 15 H 自由 每個(gè)橡膠承受的載荷 F1 F1 F 卸 4 204 85N 選用 4 個(gè)圓筒形橡 膠 橡膠的外徑 D D Pd 27 1 26mm 校核橡膠自由高度 H 自由 0 5 H 自由 D 1 5 滿足 D 為圓筒形橡膠的內(nèi) 徑 取 d 12 5mm P 0 5Mpa 橡膠的安裝高度 H 安 H 安 H 自由 H 預(yù) 29 92mm 聚氨酯橡膠 表 8 47 8 聚氨酯橡膠尺寸也可選標(biāo)準(zhǔn)件 D 45 d 12 5 H 40 由表 8 50 7 查得內(nèi)孔 d 與相應(yīng)的卸料螺釘尺寸 d 12 5 配用螺釘 d 12 GB2867 9 81 注螺釘長(zhǎng)度 L 需視模具結(jié)構(gòu)要求而定 26 6 模具總體設(shè)計(jì) 6 1 模具類型的選擇 根據(jù)上述分析 本零件的沖壓只有落料工序 采用單工序沖壓 所以模具類型 為單工序模 6 2 定位方式的選擇 因?yàn)槟＞卟捎檬菞l料 控制條料的送進(jìn)方向采用導(dǎo)料銷 無(wú)側(cè)壓裝置 控制條料 的送進(jìn)步距采用固定擋料銷定距 6 3 卸料方式的選擇 因工件的厚度為 0 8mm 相對(duì)較薄 卸料力也比較小 故可采用彈性卸料 6 4 導(dǎo)向方式的選擇 為了提高模具壽命和工件質(zhì)量 方便安裝調(diào)試 選用導(dǎo)柱導(dǎo)套導(dǎo)向 為了便于工人 的操作提高生產(chǎn)率 該模具采用后側(cè)導(dǎo)柱的導(dǎo)向方式 27 7 主要零部件設(shè)計(jì) 7 1 工作零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 7 1 1 凸模的設(shè)計(jì) 結(jié)合工件外形并考慮加工 對(duì)于采用線切割和成形磨削的非圓形凸模 則制成 沒(méi)有臺(tái)階的等斷面的形式 將凸模設(shè)計(jì)成直通式 見(jiàn)圖 6 凸模長(zhǎng)度一般是根據(jù)結(jié)構(gòu) 上的需要而確定的 其凸?？傞L(zhǎng)度 L 用下列公式計(jì)算 L h1 h2 h3 h 54 式中 L 凸模長(zhǎng)度 mm h1 凸模固定板高度 mm h2 卸料板高度 mm h3 導(dǎo)尺高度 mm h 附加高度 一般取 15 20mm 28 圖 6 凸模 7 1 2 凹模的設(shè)計(jì) 凹模采用整體式凹模 各沖裁的凹模均采用線切割機(jī)床加工 安排凹模在模架的位 置時(shí) 要計(jì)算壓力中心的數(shù)據(jù) 將壓力中心與模柄中心重合 其輪廓尺寸按下計(jì)算 按式 2 19 7 其中 b 46 5mm k 按表 2 24 7 查得 k 0 35 故 H kb 46 5 0 35 6 275mm 凹模的厚度應(yīng)適當(dāng)增加故取 H 20mm 按式 2 20 7 凹模壁厚 C 1 5 2 H 40mm 根據(jù)工件尺寸即可估算凹模的外形尺寸 凹模長(zhǎng)度 L l 2c 46 2 40 126 mm 送料方向 凹模寬度 B b 2c 36 5 2 40 116 5 mm 查表 3 71 10 標(biāo)準(zhǔn)凹模輪廓尺寸為 160 mm 125 mm 20 mm 由于凹模厚度為 20 mm 查表 2 46 10 和 2 47 11 查得螺孔選用 4 M6 的螺 釘固定在下模座 螺孔到凹模外緣的最小距離查表 2 44 11 a 10mm 螺孔 到銷孔的距離一般取 b 2d b 12mm 長(zhǎng)度 寬度為 160mm 125mm 結(jié)構(gòu)圖如圖 7 29 4 其 余四 周 圖 7 凹模 7 2 定位零件的設(shè)計(jì)與選用 7 2 1 擋料銷的選用 1 由上述可知 該模具采用的是固定擋料銷 查文獻(xiàn) 12 固定擋料銷選用 A10 JB 7649 10 2 導(dǎo)料銷的選用 查文獻(xiàn) 12 導(dǎo)料銷選用 GB 117 86 D8 30 7 2 2 卸料零件的選用 1 卸料板選用 卸料板的 周邊尺寸與凹模的周邊尺寸相同 厚度為 8 mm 即 160 mm 125 mm 8 mm 卸料板采用 45 鋼 淬火硬度為 40 45 HRC 2 卸料螺釘?shù)倪x用 查文獻(xiàn) 12 選用圓柱頭內(nèi)六角卸料螺釘 M10 80 JB T 7650 6 94 7 3 導(dǎo)向零件的選用 30 該沖裁件的形狀較為復(fù)雜 尺寸較大 若采用導(dǎo)板導(dǎo)向裝置 則導(dǎo)板孔加工困 難 為了避免熱處理變形 時(shí)常不進(jìn)行熱處理 所以 其耐磨性差 實(shí)際上很難達(dá)到 和保持穩(wěn)定的導(dǎo)向精度 因此 生產(chǎn)中廣泛地采用導(dǎo)柱導(dǎo)套導(dǎo)向 由于該沖裁件為一 般的沖壓加工 采用滑動(dòng)導(dǎo)柱導(dǎo)套能夠保障導(dǎo)向精度 即該模具采用滑動(dòng)導(dǎo)柱導(dǎo)套形 式 查文獻(xiàn) 12 導(dǎo)柱選用 A25 h5 130 GB T2861 1 查文獻(xiàn) 12 導(dǎo)套選用 A25 H6 85 33 GB T2861 6 7 4 固定零件的選用 查文獻(xiàn) 12 固定板選用 160 125 20 JB T 7643 2 螺釘選用 M6 50 GB T 70 銷釘選用 D4 30 GB119 7 5 模架的選用 該模具采用后側(cè)導(dǎo)柱模具架 以凹模固界為依據(jù) 選擇模架規(guī)格 凹模固界 L 160 B 125 上模座 GB T2855 5 160 125 35 下模座 GB T2855 6 160 125 40 導(dǎo)柱 GB T 2861 1 d mm l mm d mm l mm mm 130mm25 28mm 130mm 導(dǎo)套 GB T2861 6 導(dǎo)套 d mm l mm D mm 分別為 25 85 33 28 85 33 上模座厚度 H 上模取 35mm 固定板厚度取 20mm 下模座厚度取 40mm 那 么該模具的閉合高度 31 H 閉 H 上 L H H 下 h2 35 54 20 40 2 147mm 式中 L 凸模長(zhǎng)度 l 54mm H 凹模厚度 H 20mm h2 凸模沖裁后進(jìn)入凹模的深度 h2 2mm 可見(jiàn)該模具閉合高度小于所選壓力機(jī) J23 10 的最大裝模高度 180mm 可以使用 7 6 模柄的選用 查文獻(xiàn) 12 模柄選用 A25 70 JB T 7646 1 32 8 模具總裝圖 8 1 模具總裝圖 圖 8 裝配圖 由以上設(shè)計(jì) 可得到模具的總裝圖 其工作過(guò)程是 上模部分通過(guò)模柄安裝在壓 力機(jī)滑塊上 下模部分通過(guò)螺栓壓板安裝在壓力機(jī)工作臺(tái)面上 導(dǎo)料銷和擋料銷固定在 凹模上 條料沿導(dǎo)料銷送進(jìn) 由定位裝置控制其送進(jìn)步距 壓力機(jī)行程一次沖壓一次 沖裁完畢 壓力機(jī)滑塊回程 帶動(dòng)上模部分上行 卡在凸模外的料由卸料板卸下 卡在凹 模內(nèi)的制件由推件裝置卸出 完成一次沖壓 8 2 沖壓設(shè)備的確定 33 通過(guò)校核 選擇開(kāi)式可傾壓力機(jī) J23 10 能滿足使用要求 公稱壓力 100KN 滑塊行程 45 最大閉合高度 180 連桿調(diào)節(jié)長(zhǎng)度 35 工作臺(tái)尺寸 前后 左右 240mm 370mm 墊板厚度尺寸 50 模柄孔尺寸 30 50 最大傾斜角度 30 34 9 結(jié) 束 語(yǔ) 云母片屬于典型的沖裁件 分析其工藝性 并確定工藝方案 根據(jù)計(jì)算確定該制 件的沖裁力及模具刃口尺寸 然后選取相應(yīng)的壓力機(jī) 本設(shè)計(jì)主要是落料凸 凹模及 沖孔凸 凹模的設(shè)計(jì) 需要計(jì)算凸凹模的間隙 工作零件的尺寸和公差 此外 還需要 確定模具工藝零件和結(jié)構(gòu)零件以及模具的總體尺寸 然后根據(jù)上面的設(shè)計(jì)繪出模具的 總裝圖 由于在零件制造前進(jìn)行了預(yù)測(cè) 分析了制件在生產(chǎn)過(guò)程中可能出現(xiàn)的缺陷 采取 了相應(yīng)的工藝措施 因此 模具在生產(chǎn)零件的時(shí)候才可以減少?gòu)U品的產(chǎn)生 云母片沖裁件的形狀結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單 但是其尺寸相對(duì)不大適合選用標(biāo)準(zhǔn)模架 要 保證零件的順利加工和取件 模具必須有足夠的長(zhǎng)度 因此需要改變上 下模座的長(zhǎng) 度 以達(dá)到要求 模具工作零件的結(jié)構(gòu)也較為簡(jiǎn)單 它可以相應(yīng)的簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu) 便 于以后的操作 調(diào)整和維護(hù) 云母片落料模具的設(shè)計(jì) 是理論知識(shí)與實(shí)踐有機(jī)的結(jié)合 更加系統(tǒng)地對(duì)理論知識(shí) 做了更深切貼實(shí)的闡述 也使我認(rèn)識(shí)到 要想做為一名合格的模具設(shè)計(jì)人員 必須要 有扎實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ) 并不斷學(xué)習(xí)新知識(shí)新技術(shù) 樹(shù)立終身學(xué)習(xí)的觀念 把理論知識(shí)應(yīng) 用到實(shí)踐中去 并堅(jiān)持科學(xué) 嚴(yán)謹(jǐn) 求實(shí)的精神 大膽創(chuàng)新 突破新技術(shù) 為國(guó)民經(jīng) 濟(jì)的騰飛做出應(yīng)有的貢獻(xiàn) 35 參 考 文 獻(xiàn) 1 肖祥芷 王孝培主編 中國(guó)模具工程大典第 4 卷 北京 電子工業(yè)出版社 2007 3 2 劉建超 張寶忠主編 沖壓模具設(shè)計(jì)與制造 北京 高等教育出版社 2004 6 3 中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì) 中國(guó)模具設(shè)計(jì)大典編委會(huì) 中國(guó)模具設(shè)計(jì)大典 南昌 江西 科學(xué)技術(shù)出版社 2003 1 4 最新機(jī)械產(chǎn)品目錄 編寫(xiě)組編 最新機(jī)械產(chǎn)品目錄 北京 兵器工業(yè)出版社 1994 9 5 李柱主編 互換性與測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ) 北京 計(jì)量出版社出版 1984 10 6 陳錫棟 周小玉主編 實(shí)用模具技術(shù)手冊(cè) 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2001 7 7 王芳主編 冷沖壓模具設(shè)計(jì)指導(dǎo) 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 1999 10 8 高軍 李熹平 修大鵬等編著 沖壓模具標(biāo)準(zhǔn)件選用與設(shè)計(jì)指南 北京 化學(xué)工 業(yè)出版社 2007 7 9 楊玉英主編 實(shí)用沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)手冊(cè) 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2004 7 10 郝濱海編著 沖壓模具簡(jiǎn)明設(shè)計(jì)手冊(cè) 北京 化學(xué)工業(yè)出版社 2004 11 11 王孝培主編 沖壓手冊(cè) 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2000 10 12 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社 全國(guó)模具標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)編 中國(guó)機(jī)械工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)匯編 北京 中 國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社 1998 12 沖壓成形與板材沖壓 1 概述 通過(guò)模具使板材產(chǎn)生塑性變形而獲得成品零件的一次成形工藝方法叫做 沖壓 由于沖壓通常在冷態(tài)下進(jìn)行 因此也稱為冷沖壓 只有當(dāng)板材厚度超 過(guò) 8 100mm 時(shí) 才采用熱沖壓 沖壓加工的原材料一般為板材或帶材 故也 稱板材沖壓 某些非金屬板材 如膠木板 云母片 石棉 皮革等 亦可采 用沖壓成形工藝進(jìn)行加工 沖壓廣泛應(yīng)用于金屬制品各行業(yè)中 尤其在汽車 儀表 軍工 家用電 器等工業(yè)中占有極其重要的地位 沖壓成形需研究工藝設(shè)備和模具三類基本 問(wèn)題 板材沖壓具有下列特點(diǎn) 1 高的材料利用率 2 可加工薄壁 形狀復(fù)雜的零件 3 沖壓件在形狀和尺寸方面的互換性好 4 能獲得質(zhì)量輕而強(qiáng)度高 剛性好的零件 5 生產(chǎn)率高 操作簡(jiǎn)單 容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化 沖壓模具制作成本高 因此適合大批量生產(chǎn) 對(duì)于小批量 多品種生產(chǎn) 常采用簡(jiǎn)易沖模 同時(shí)引進(jìn)沖壓加工中心等新型設(shè)備 以滿足市場(chǎng)求新求變 的需求 板材沖壓常用的金屬材料有低碳鋼 銅 鋁 鎂合金及高塑性的合 金剛等 如前所述 材料形狀有板材和帶材 沖壓生產(chǎn)設(shè)備有剪床和沖床 剪床是用來(lái)將板材剪切成具有一定寬度的 條料 以供后續(xù)沖壓工序使用 沖床可用于剪切及成形 2 沖壓成形的特點(diǎn) 生產(chǎn)時(shí)間中所采用的沖壓成形工藝方法有很多 具有多種形式餓名稱 但塑性變形本質(zhì)是相同的 沖壓成形具有如下幾個(gè)非常突出的特點(diǎn) 1 垂直于板面方向的單位面積上的壓力 其數(shù)值不大便足以在板面方 向上使 板材產(chǎn)生塑性變形 由于垂直于板面方向上的單位面積上壓力的素 質(zhì)遠(yuǎn)小于板面方向上的內(nèi)應(yīng)力 所以大多數(shù)的沖壓變形都可以近似地當(dāng)作平 面應(yīng)力狀態(tài)來(lái)處理 使其變形力學(xué)的分析和工藝參數(shù)的計(jì)算大呢感工作都得 到很大的簡(jiǎn)化 2 由于沖壓成形用的板材毛胚的相對(duì)厚度很小 在壓應(yīng)力作用下的抗 失穩(wěn)能力也很差 所以在沒(méi)有抗失穩(wěn)裝置 如壓邊圈等 的條件下 很難在 自由狀態(tài)下順利地完成沖壓成形過(guò)程 因此 以拉應(yīng)力作用為主的伸長(zhǎng)類沖 壓成形過(guò)程多于以壓應(yīng)力作用為主的壓縮類成形過(guò)程 3 沖壓成形時(shí) 板材毛胚內(nèi)應(yīng)力的數(shù)值等于或小于材料的屈服應(yīng)力 在這一點(diǎn)上 沖壓成形與體積成形的差別很大 因此 在沖壓成形時(shí)變形區(qū) 應(yīng)力狀態(tài)中的靜水壓力成分對(duì)成形極限與變形抗力的影響 已失去其在體積 成形時(shí)的重要程度 有些情況下 甚至可以完全不予考慮 即使有必要考慮 時(shí) 其處理方法也不相同 4 在沖壓成形時(shí) 模具對(duì)板材毛胚作用力所形成的約束作用較輕 不 像體積成形 如模鍛 是靠與制件形狀完全相同的型腔對(duì)毛胚進(jìn)行全面接觸 而實(shí)現(xiàn)的強(qiáng)制成形 在沖壓成形中 大多數(shù)情況下 板材毛胚都有某種程度 的自由度 常常是只有一個(gè)表面與模具接觸 甚至有時(shí)存在板材兩側(cè)表面都 有于模具接觸的變形部分 在這種情況下 這部分毛胚的變形是靠模具對(duì)其 相鄰部分施加的外力實(shí)現(xiàn)其控制作用的 例如 球面和錐面零件成形時(shí)的懸 空部分和管胚端部的卷邊成形都屬這種情況 由于沖壓成形具有上述一些在變形與力學(xué)方面的特點(diǎn) 致使沖壓技術(shù)也 形成了一些與體積成形不同的特點(diǎn) 由于不需要在板材毛的表面施加很大的 單位壓力即可使其成形 所以在沖壓技術(shù)中關(guān)于模具強(qiáng)度與剛度的研究并不 十分重要 相反卻發(fā)展了學(xué)多簡(jiǎn)易模具技術(shù) 由于相同原因 也促使靠氣體或液體壓力成形的工藝方法得以發(fā)展 因 沖壓成形時(shí)的平面應(yīng)力狀態(tài)或更為單純的應(yīng)變狀態(tài) 與體積成形相比 當(dāng) 前對(duì)沖壓成形匯中毛胚的變形與 力能參數(shù)方面的研究較為深入 有條件運(yùn) 用合理的科學(xué)方法進(jìn)行沖壓加工 借助于電子計(jì)算機(jī)與先進(jìn)的測(cè)試手段 在 對(duì)板材性能與沖壓變形參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量與分析基礎(chǔ)上 實(shí)現(xiàn)沖壓過(guò)程智能 化控制的研究工作也在開(kāi)展 人們?cè)趯?duì)沖壓成形過(guò)程有離開(kāi)較為深入的了解 后 已經(jīng)認(rèn)識(shí)到?jīng)_壓成型與原材料有十分密切的關(guān)系 所以 對(duì)板材沖壓性 能即成形性與形狀穩(wěn)定性的研究 目前已成為沖壓技術(shù)的一個(gè)重要內(nèi)容 對(duì) 板材沖壓性能的研究工作不僅是沖壓技術(shù)發(fā)展的需要 而且也促進(jìn)了鋼鐵工 業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展 為其提高板材的質(zhì)量提供了一個(gè)可靠的基礎(chǔ)與依據(jù) 3 沖壓變形的分類 沖壓變形工藝可完成多種工序 其基本工序可分為分離工序和變形工序 兩大類 分離工序是使胚料的一部分與另一部分相互分離的工藝方法 主要 有落料 沖孔 切邊 剖切 修整等 其中又以沖孔 落料應(yīng)用最廣 變形 工序是使胚料的一部分相對(duì)于另一部分產(chǎn)生位移而不破裂的工藝方法 主要 有拉深 彎曲 局部成形 脹形 翻邊 縮徑 校形 旋壓等 從本質(zhì)上看 沖壓成形就是毛胚的變形區(qū)在外力的作用下產(chǎn)生相應(yīng)的塑 性變形 所以變形區(qū)內(nèi)的應(yīng)力狀態(tài)和變形特點(diǎn)景象的沖壓成形分類 可以把 成形性質(zhì)相同的成形方法概括成同一個(gè)類型并進(jìn)行體系化的研究 絕大多數(shù)沖壓成形時(shí)毛胚變形區(qū)均處于平面應(yīng)力狀態(tài) 通常認(rèn)為在板材 表面上不受外力的作用 即使有外力作用 其數(shù)值也是較小的 所以可以認(rèn) 為垂直于板面方向上的應(yīng)力為零 使板材毛胚產(chǎn)生塑性變形的是作用于板面 方向上相互的兩個(gè)主應(yīng)力 由于板厚較小 通常都近似地認(rèn)為這兩個(gè)主應(yīng)力 在厚度方向上是均勻分布的 基于這樣的分析 可以把各種形式?jīng)_壓成型中 的毛陪變形區(qū)的受力狀態(tài)與變形特點(diǎn) 在平面應(yīng)力的應(yīng)力坐標(biāo)系中與相應(yīng)的 兩向應(yīng)變坐標(biāo)系中以應(yīng)力與應(yīng)變坐標(biāo)決定的位置來(lái)表示 4 沖壓用原材料 沖壓加工用原材料有很多種 它們的性能也有很大的差別 所以必須根 據(jù)原材料的性能與特點(diǎn) 采用不同的沖壓成形方法 工藝參數(shù)和模具結(jié)構(gòu) 才能達(dá)到?jīng)_壓加工的目的 由于人們對(duì)沖壓成形過(guò)程板材毛胚的變形行為有 了較為深入的認(rèn)識(shí) 已經(jīng)相當(dāng)清楚的建立了由原材料的化學(xué)成分 組織等因 素所決定的材料性能與沖壓成形之間的關(guān)系 這就使原材料生產(chǎn)部門(mén)不但按 照沖壓件的工作條件與使用要求進(jìn)行原材料的設(shè)計(jì)工作 而且也根據(jù)沖壓件 加工過(guò)程對(duì)板材性能的要求進(jìn)行新型材料的開(kāi)發(fā)工作 這是沖壓技術(shù)在原材 料研究方面的一個(gè)重要方向 對(duì)沖壓用原材料沖壓性能方面的研究工作有 1 原材料沖壓性能的含義 2 判斷原材料沖壓性能的科學(xué)方法 確定可以確切反映材料沖壓性能的 參數(shù) 建立沖壓性能的參數(shù)與實(shí)際沖壓成形間的關(guān)系 以及沖壓性能參數(shù)的 測(cè)試方法等 3 建立原材料的化學(xué)成分 組織和制造過(guò)程與沖壓性能之間的關(guān)系 沖 壓用原材料主要是各種金屬與非金屬板材 金屬板材包括各種黑色技術(shù)和有 色金屬板材 雖然在沖壓生產(chǎn)中所用金屬板材的種類很多 但最多的原材料 蛀牙是鋼板 不銹鋼板 鋁合金板及各種復(fù)合金屬板 5 板材沖壓性能及其鑒定方法 板材是指對(duì)沖壓加工的適應(yīng)能力 對(duì)板材沖壓性能的研究具有飛行重要 的意義 為了能夠運(yùn)用最科學(xué)與最經(jīng)濟(jì)合理的沖壓工藝過(guò)程與工藝參數(shù)制造 出沖壓零件 必須對(duì)作為加工對(duì)象的板材的性能具有十分清楚的了解 這樣 才有可能充分地利用板材在加工方面的潛在能力 另一方面 為了能夠依據(jù) 沖壓件的形狀與尺寸特點(diǎn)及其所需的成形工藝等基本因素 正確 合理地選 用板材 也必須對(duì)板材的沖壓性能有一個(gè)科學(xué)的認(rèn)識(shí)與正確的判斷 評(píng)定板 材沖壓性能的方法有直接試驗(yàn)法與間接試驗(yàn)法 實(shí)物沖壓試驗(yàn)是最直接的板材沖壓性能的評(píng)定方法 利用實(shí)際生產(chǎn)設(shè)備 與模具 在與生產(chǎn)完全相同的條件下進(jìn)行實(shí)際沖壓零件的性能評(píng)定 當(dāng)然能 夠的最可靠的結(jié)果 但是 這種評(píng)定方法不具有普遍意義 不能作為行業(yè)之 間的通用標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行信息的交流 模擬試驗(yàn)是把生產(chǎn)中實(shí)際存在的沖壓成形方法進(jìn)行歸納與簡(jiǎn)單化處理 消除許多過(guò)于復(fù)雜的因素 利用軸對(duì)稱的簡(jiǎn)化了的成形方法 在保證試驗(yàn)中 板材的變形性質(zhì)與應(yīng)力狀態(tài)都與實(shí)際沖壓成形相同的條件下進(jìn)行的沖壓性能 的評(píng)定工作 為了保證模擬試驗(yàn)結(jié)果的可靠性與通用性 規(guī)定了私分具體的 關(guān)于試驗(yàn)用工具的幾何形狀與尺寸 毛胚的尺寸 試驗(yàn)條件 沖壓速度 潤(rùn) 滑方法 壓邊力等 間接試驗(yàn)法也叫做基礎(chǔ)試驗(yàn)法 間接試驗(yàn)法的特點(diǎn)是 在對(duì)板材在塑性 變形過(guò)程中所表現(xiàn)出的基本性質(zhì)與規(guī)律進(jìn)行分析與研究的基礎(chǔ)上 進(jìn)一步把 它和具體的沖壓成形中板材的塑性變形參數(shù)聯(lián)系起來(lái) 建立間接試驗(yàn)結(jié)果 間接試驗(yàn)值 與具體的沖壓成形性能 工藝參數(shù) 之間的相關(guān)性 由于間 接試驗(yàn)時(shí)所用試件的形狀與尺寸以及加載的方式等都不同于具體的沖壓成形 過(guò)程 所以它的變形性質(zhì)和應(yīng)力狀態(tài)也不同于沖壓變形 因此間接試驗(yàn)所得 的結(jié)果 試驗(yàn)值 并不是沖壓成形的工藝參數(shù) 而是可以用來(lái)表示板材沖壓 性能的基礎(chǔ)性參數(shù) Characteristics and Sheet Metal Forming 1 The article overview Stamping is a kind of plastic forming process in which a part is produced by means of the plastic forming the material under the action of a die Stamping is usually carried out under cold state so it is also called stamping Heat stamping is used only when the blank thickness is greater than 8 100mm The blank material for stamping is usually in the form of sheet or strip and therefore it is also called sheet metal forming Some non metal sheets such as plywood mica sheet asbestos leather can also be formed by stamping Stamping is widely used in various fields of the metalworking industry and it plays a crucial role in the industries for manufacturing automobiles instruments military parts and household electrical appliances etc The process equipment and die are the three foundational problems that needed to be studied in stamping The characteristics of the sheet metal forming are as follows 1 High material utilization 2 Capacity to produce thin walled parts of complex shape 3 Good interchangeability between stamping parts due to precision in shape and dimension 4 Parts with lightweight high strength and fine rigidity can be obtained 5 High productivity easy to operate and to realize mechanization and automatization The manufacture of the stamping die is costly and therefore it only fits to mass production For the manufacture of products in small batch and rich variety the simple stamping die and the new equipment such as a stamping machining center are usually adopted to meet the market demands The materials for sheet metal stamping include mild steel copper aluminum magnesium alloy and high plasticity alloy steel etc Stamping equipment includes plate shear punching press The former shears plate into strips with a definite width which would be pressed later The later can be used both in shearing and forming 2 Characteristics of stamping forming There are various processes of stamping forming with different working patterns and names But these processes are similar to each other in plastic deformation There are following conspicuous characteristics in stamping 1 The force per unit area perpendicular to the blank surface is not large but is enough to cause the material plastic deformation It is much less than the inner stresses on the plate plane directions In most cases stamping forming can be treated approximately as that of the plane stress state to simplify vastly the theoretical analysis and the calculation of the process parameters 2 Due to the small relative thickness the anti instability capability of the blank is weak under compressive stress As a result the stamping process is difficult to proceed successfully without using the anti instability device such as blank holder Therefore the varieties of the stamping processes dominated by tensile stress are more than dominated by compressive stress 3 During stamping forming the inner stress of the blank is equal to or sometimes less than the yield stress of the material In this point the stamping is different from the bulk forming During stamping forming the influence of the hydrostatic pressure of the stress state in the deformation zone to the forming limit and the deformation resistance is not so important as to the bulk forming In some circumstances such influence may be neglected Even in the case when this influence should be considered the treating method is also different from that of bulk forming 4 In stamping forming the restrain action of the die to the blank is not severs as in the case of the bulk forming such as die forging In bulk forming the constraint forming is proceeded by the die with exactly the same shape of the part Whereas in stamping in most cases the blank has a certain degree of freedom only one surface of the blank contacts with the die In some extra cases such as the forming of the blank on the deforming zone contact with the die The deformation in these regions are caused and controlled by the die applying an external force to its adjacent area Due to the characteristics of stamping deformation and mechanics mentioned above the stamping technique is different form the bulk metal forming The importance or the strength and rigidity of the die in stamping forming is less than that in bulk forming because the blank can be formed without applying large pressure per unit area on its surface Instead the techniques of the simple die and the pneumatic and hydraulic forming are developed Due to the plane stress or simple strain state in comparison with bulk forming more research on deformation or force and power parameters has been done Stamping forming can be performed by more reasonable scientific methods Based on the real time measurement and analysis on the sheet metal properties and stamping parameters by means of computer and some modern testing apparatus research on the intellectualized control of stamping process is also in proceeding It is shown that there is a close relationship between stamping forming and raw material The research on the properties of the stamping forming that is forming ability and shape stability has become a key point in stamping technology development but also enhances the manufacturing technique of iron and steel industry and provides a reliable foundation for increasing sheet metal quality 3 Categories of stamping forming Many deformation processes can be done by stamping the basic processes of the stamping can be divided into two kinds cutting and forming Cutting is a shearing process that one part of the blank is cut from the other It mainly includes blanking punching trimming parting and shaving where punching and blanking are the most widely used Forming is a process that one part of the blank has some displacement from the other It mainly includes deep drawing bending local forming bulging flanging necking sizing and spinning In substance stamping forming is such that the plastic deformation occurs in the deformation zone of the stamping blank caused by the external force The stress state and deformation characteristic of the deformation zone are the basic factors to decide the properties of the stamping forming Based on the stress state and deformation characteristics of the deformation zone the forming methods can be divided into several categories with the same forming properties and be studied systematically The deformation zone in almost all types of stamping forming is in the plane stress state Usually there is no force or only small force applied on the blank surface When is assumed that the stress perpendicular to the blank surface equals to zero two principal stresses perpendicular to each other and act on the blank surface produce the plastic deformation of the material Due to the small thickness of the blank it is assumed approximately the two principal stresses distribute uniformly along the thickness direction Based on this analysis the stress state and the deformation characteristics of the deformation zone in all kinds of stamping forming can be denoted by the points in the coordinates of the plane principal stresses and the coordinates of the corresponding plane principal strains 4 Raw materials for stamping forming There are a lot of raw materials used in stamping forming and the properties of these materials may have large difference The stamping forming can be succeeded only by determining the stamping method the forming parameters and the die structures according to the properties and characteristics of the raw materials The deformation of the blank during stamping forming has been investigated quite thoroughly The relationships between the material properties decided by the chemistry component and structure of the material and the stamping forming has been established clearly Not only the proper material can be selected based on the working condition and usage demand but also the new material can be developed according to the demands of the blank properties during processing the stamping part This is an important domain in stamping forming research The research on the material properties for stamping forming is as follows 1 Definition of the stamping property of the material 2 Method to judge the stamping property of the material find parameters to express the definitely material property of the stamping forming establish the relationship between the property parameters and the practical stamping forming and investigate the testing methods of the property parameters 3 Establish the relationship among the chemical component structure manufacturing process and stamping property The raw materials for stamping forming mainly include various metals and nonmetal plate Sheet metal includes both ferrous and nonferrous metals Although a lot of sheet metals are used in stamping forming the most widely used materials are steel stainless steel aluminum alloy and various composite metal plates 5 Stamping forming property of sheet metal and its assessing method The stamping forming property of the sheet metal is the adaptation capability of the sheet metal to stamping forming It has crucial meaning to the investigation of the stamping forming property of the sheet metal In order to produce stamping forming parts with most scientific economic and rational stamping forming process and forming parameters it is necessary to understand clearly the properties of the sheet metal so as to utilize the potential of the sheet metal fully in the production On the other hand to select plate material accurately and rationally in accordance with the characteristics of the shape and dimension of the stamping forming part and its forming technique is also necessary so that a scientific understanding and accurate judgment to the stamping forming properties of the sheet metal may be achieved There are direct and indirect testing methods to assess the stamping property of the sheet metal Practicality stamping test is the most direct method to assess stamping forming property of the sheet metal This test is done exactly in the same condition as actual production by using the practical equipment and dies Surely this test result is most reliable But this kind of assessing method is not comprehensively applicable and cannot be shared as a commonly used standard between factories The simulation test is a kind of assessing method that after simplifying and summing up actual stamping forming methods as well as eliminating many trivial factors the stamping properties of the sheet metal are assessed based on simplified axial symmetric forming method under the same deformation and stress states between the testing plate and the actual forming states In order to guarantee the reliability and generality of simulation results a lot of factors are regulated in detail such as the shape and dimension of tools for test blank dimension and testing conditions stamping velocity lubrication method and blank holding force etc Indirect testing method is also called basic testing method its characteristic is to connect analysis and research on fundamental property and principle of the sheet metal during plastic deformation and with the plastic deformation parameters of the sheet metal in actual stamping forming and then to establish the relationship between the indirect testing results indirect testing value and the actual stamping forming property forming parameters Because the shape and dimension of the specimen and the loading pattern of the indirect testing are different from the actual stamping forming the deformation characteristics and stress states of the indirect test are different from those of the actual one So the results obtained form the indirect test are not the stamping forming parameters but are the fundamental parameters that can be used to represent the stamping forming property of the sheet metal