746 空氣濾清器殼正、反拉深、沖孔復合模設計（有cad圖+文獻翻譯）

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4．2 計算反拉深次數(shù) .....................................................9 5 各部分工藝力計算 .....................................................10 5．1 落料、正拉深力過程 .................................................10 5.2 反拉深過程 ..........................................................11 5.3 拉深功的計算 .......................................................12 6．1 反拉深凸、凹模刃口尺寸及公差的計算 .................................13 6．2 沖孔凸、凹模刃口尺寸及公差的計算 ...................................13 6.3沖孔凸模的設計 ......................................................14 6.4拉深凹模的設計 ......................................................16 6.5凸凹模（拉深凸模和沖孔凹模）設計 ....................................18 7.壓力設備選擇 ..........................................................20 8.1模具結構的設計 ......................................................22 8.2模具的閉合高度 ......................................................22 9 模具其它零件設計及計算 ...............................................23 9.2模架的類型及應用 ....................................................24 9.3定位裝置 ............................................................26 9.4卸料裝置 ............................................................26 9.5推件裝置的設計 ......................................................27 9.6模柄的類型及選擇 ....................................................28 9.7凸模固定板 ..........................................................29 9.8墊板 ................................................................30 9.9緊固件 ..............................................................30 9.10定位銷 .............................................................30 10.模具的裝配 ...........................................................31 10.1復合模的裝配 .......................................................31 10.2凸、凹模間隙的調整 .................................................31 11. 模具零件 ............................................................32 續(xù)表 ....................................................................33 12.凸凹模制造的工藝過程 .................................................34 13.設計總結 .............................................................36 .參考文獻 ...............................................................39 .致謝 ...................................................................40 1 1 前言 1．1 沖壓技術概述 沖壓是靠壓力機和模具對板材、帶材、管材和型材等施加外力，使之產生塑性變 形或分離，從而獲得所需形狀和尺寸的工件(沖壓件)的成形加工方法。沖壓和鍛造同 屬塑性加工(或稱壓力加工)，合稱鍛壓。沖壓的坯料主要是熱軋和冷軋的鋼板和鋼帶。 全世界的鋼材中，有 60～70%是板材，其中大部分是經(jīng)過沖壓制成成品。汽車的 車身、底盤、油箱、散熱器片，鍋爐的汽包、容器的殼體、電機、電器的鐵芯硅鋼片 等都是沖壓加工的。儀器儀表、家用電器、自行車、辦公機械、生活器皿等產品中， 也有大量沖壓件。 沖壓件與鑄件、鍛件相比，具有薄、勻、輕、強的特點。沖壓可制出其他方法難 于制造的帶有加強筋、肋、起伏或翻邊的工件，以提高其剛性。由于采用精密模具， 工件精度可達微米級，且重復精度高、規(guī)格一致，可以沖壓出孔窩、凸臺等。 冷沖壓件一般不再經(jīng)切削加工，或僅需要少量的切削加工。熱沖壓件精度和表面 狀態(tài)低于冷沖壓件，但仍優(yōu)于鑄件、鍛件，切削加工量少。 沖壓是高效的生產方法，采用復合模，尤其是多工位級進模，可在一臺壓力機上 完成多道沖壓工序，實現(xiàn)由帶料開卷、矯平、沖裁到成形、精整的全自動生產。生產 效率高，勞動條件好，生產成本低，一般每分鐘可生產數(shù)百件。 沖壓主要是按工藝分類，可分為分離工序和成形工序兩大類。分離工序也稱沖裁， 其目的是使沖壓件沿一定輪廓線從板料上分離，同時保證分離斷面的質量要求。成形 工序的目的是使板料在不破坯的條件下發(fā)生塑性變形，制成所需形狀和尺寸的工件。 在實際生產中，常常是多種工序綜合應用于一個工件。沖裁、彎曲、剪切、拉深、脹 形、旋壓、矯正是幾種主要的沖壓工藝。 沖壓用板料的表面和內在性能對沖壓成品的質量影響很大，要求沖壓材料厚度精 確、均勻；表面光潔，無斑、無疤、無擦傷、無表面裂紋等；屈服強度均勻，無明顯 方向性；均勻延伸率高；屈強比低；加工硬化性低。 在實際生產中，常用與沖壓過程近似的工藝性試驗，如拉深性能試驗、脹形性能 試驗等檢驗材料的沖壓性能，以保證成品質量和高的合格率。 模具的精度和結構直接影響沖壓件的成形和精度。模具制造成本和壽命則是影響 沖壓件成本和質量的重要因素。模具設計和制造需要較多的時間，這就延長了新沖壓 件的生產準備時間。 模座、模架、導向件的標準化和發(fā)展簡易模具(供小批量生產)、復合模、多工位 2 級進模(供大量生產) ，以及研制快速換模裝置，可減少沖壓生產準備工作量和縮短準 備時間，能使適用于減少沖壓生產準備工作量和縮短準備時間，能使適用于大批量生 產的先進沖壓技術合理地應用于小批量多品種生產。 沖壓設備除了厚板用水壓機成形外，一般都采用機械壓力機。以現(xiàn)代高速多工位 機械壓力機為中心，配置開卷、矯平、成品收集、輸送等機械以及模具庫和快速換模 裝置，并利用計算機程序控制，可組成高生產率的自動沖壓生產線。 在每分鐘生產數(shù)十、數(shù)百件沖壓件的情況下，在短暫時間內完成送料、沖壓、出 件、排廢料等工序，常常發(fā)生人身、設備和質量事故。因此，沖壓中的安全生產是一 個非常重要的問題。 1．2 沖壓技術的發(fā)展趨勢 進入 90 年代以來，高新技術全面促進了傳統(tǒng)成形技術的改造及先進成形技術的 形成和發(fā)展。21 世紀的沖壓技術將以更快的速度持續(xù)發(fā)展，發(fā)展的方向將更加突出 “精、省、凈”的需求。 沖壓成形技術將更加科學化、數(shù)字化、可控化?？茖W化主要體現(xiàn)在對成形過程、 產品質量、成本、效益的預測和可控程度。成形過程的數(shù)值模擬技術將在實用化方面 取得很大發(fā)展，并與數(shù)字化制造系統(tǒng)很好地集成。人工智能技術、智能化控制將從簡 單形狀零件成形發(fā)展到覆蓋件等復雜形狀零件成形，從而真正進入實用階段。 注重產品制造全過程，最大程度地實現(xiàn)多目標全局綜合優(yōu)化。優(yōu)化將從傳統(tǒng)的單 一成形環(huán)節(jié)向產品制造全過程及全生命期的系統(tǒng)整體發(fā)展。 對產品可制造性和成形工藝的快速分析與評估能力將有大的發(fā)展。以便從產品初 步設計甚至構思時起，就能針對零件的可成形性及所需性能的保證度，作出快速分析 評估。 沖壓技術將具有更大的靈活性或柔性，以適應未來小指量多品種混流生產模式及 市場多樣化、個性化需求的發(fā)展趨勢，加強企業(yè)對市場變化的快速響應能力。 重視復合化成形技術的發(fā)展。以復合工藝為基礎的先進成形技術不僅正在從制造 毛坯向直接制造零件方向發(fā)展，也正在從制造單個零件向直接制造結構整體的方向發(fā) 展。 深入研究沖壓變形的基本規(guī)律、各種沖壓工藝的變形理論、失穩(wěn)理論與極限變形 程度等；應用有限元、邊界元等技術，對沖壓過程進行數(shù)字模擬分析，以預測某一工 藝過程中坯料對沖壓的適應性及可能出現(xiàn)的質量問題，從而優(yōu)化沖壓工藝方案，使塑 性變形理論逐步起到對生產過程的直接指導作用。 制造沖壓件用的傳統(tǒng)金屬材料，正逐步被高強鋼板、涂敷鍍層鋼板、塑料夾層鋼 板和其他復合材料或高分子材料替代。隨著材料科學的發(fā)展，加強研究各種新材料的 沖壓成形性能，不斷發(fā)展和改善沖壓成形技術。 3 在模具設計與制造中，開發(fā)并應用計算機輔助設計和制造系統(tǒng)（CAD/CAM） ， 發(fā)展高精度、高壽命模具和簡易模具（軟模、低熔點金模具等）制造技術以及通用組 合模具、成組模具、快速換模裝置等，以適應沖壓產品的更新?lián)Q代和各種生產批量的 要求。 推廣應用數(shù)控沖壓設備、沖壓柔性加工系統(tǒng)（FMS） 、多工位高速自動沖壓機以 及智能機器人送料取件，進行機械化與自動化的流水線沖壓生產。 精沖與半精沖、液壓成形、旋壓成形、爆炸成形、電水成形、電磁成形、超塑成 形等技術得到不斷發(fā)展和應用，某些傳統(tǒng)的沖壓加工方法將被它們所取代，產品的沖 壓加工趨于更合理、更經(jīng)濟。 4 2 沖壓工藝分析 2．1 零件材料的分析 冷沖壓模具包括沖裁、彎曲、拉深、成形等各種單工序模和由這些基本工序組 成的復合模、級進模等各種模具。設計這些模具時，首先要了解被加工材料的力學性 能。材料的力學性能是進行模具設計時各種計算的主要依據(jù)。故在分析零件沖壓成形 工藝，設計沖壓模具前，必須要了解和掌握材料的一些力學性能，以便設計?，F(xiàn)將空 氣濾清器殼零件材料為 10 號鋼的力學性能主要參數(shù)及其概念敘述如下： （1）應力：材料單位面積上所受的內力，單位是 N/mm ，用 Pa 表示。 2 10 Pa=1MPa；1MPa = 1N/mm ；10 Pa = 1GPa。 6 2 9 （2）屈服強度 σs：材料開始產生塑性變形時的應力值，單位是 N/mm 。彎曲、拉深、 2 成形等工序中，材料都是在達到屈服強度時進行塑性變形而完成該工序的成形的。經(jīng) 查表取 σs = 210 MPa。 （3）抗拉強度 σb。材料受到拉深作用，開始產生斷裂時的應力值，單位是 MPa。σb = 340MPa。 （4）抗剪強度 τb。材料受到剪切作用，開始產生斷裂時的應力值，單位是 MPa。取 τb = 255～333MPa。 （5）彈性模量 E。材料在彈性范圍內，表示受力與變形的指標，彈性模量大，表示 材料受力后變形較小，或者說，產生一定的變形需要較大的力。E = 194 x 10 MPa。 3 （6）屈服比 σs/σb。是材料的屈服強度與抗拉強度之比，其值越小，表示材料允 許的塑性變形區(qū)越大，在拉深工序中，材料的屈服比較小時，所需的壓邊力和所需克 服的摩擦力相應的減小，有利于提高成形極限。 （7）伸長率 δ。在材料性能實驗時，試件由拉伸試驗機拉斷后，對接起來測量長度， 其伸長量與原長度之比稱為伸長率，其數(shù)值用“％”表示，其數(shù)值越大表示材料的塑 性越好。經(jīng)查表可得，材料為 10 號鋼的伸長率 δ=31％。 綜上所述，對空氣濾清器殼零件材料 10 號鋼的力學性能分析，主要是為了便于 模具設計中各參數(shù)的計算，故在后序的模具設計中各參數(shù)的計算均以上面所取的數(shù)值 進行計算。 2.2零件工藝性的分析 沖壓件工藝性是指沖壓零件在沖壓加工過程中加工的難易程度。雖然沖壓加工工 5 藝過程包括備料—沖壓加工工序—必要的輔助工序—質量檢驗—組合、包裝的全過程， 但分析工藝性的重點要在沖壓加工工序這一過程里。而沖壓加工工序很多，各種工序 中的工藝性又不盡相同。即使同一個零件，由于生產單位的生產條件、工藝裝備情況 及生產的傳統(tǒng)習慣等不同，其工藝性的涵義也不完全一樣。這里我們重點分析零件的 結構工藝性。 該零件為空氣濾清器殼，結構簡單，對稱，是典型的沖壓件。在沖壓過程中要注 意控制沖載程度，加工時，根據(jù)零件的結構，形狀等一些技術要求，應考慮以下幾點： （1）凸、凹模間隙的確定：對于斷面垂直度、尺寸精度要求不高的零件，在保證零 件要求的前提下，應以降低沖載力，提高模具壽命為主，采用大間隙；對于斷面垂直 度、尺寸精度要求較高的零件，應選用較小的間隙值。間隙 Z=2t(1-h/t)tanβ。 （2）考慮模具刃口鈍利情況：當模具刃口磨損成圓角變鈍時，刃口與材料接觸面積 增加，應力集中效應減輕，擠壓作用大，延緩了裂紋的產生，制件圓角大，光亮帶寬， 但裂紋發(fā)生點要由刃口側面向上移動，毛刺高度加大，即使間隙合理，也仍會產生毛 刺。 根據(jù)零件圖，初步分析可以知道空氣濾清器殼零件的沖壓成形需要多道工序才能 完成，進行反拉深，形成外形尺寸形狀，其次沖孔。 綜上所述，空氣濾清器殼由原始毛坯沖壓成形應包括的基本工序有：反拉深，沖 孔復合模等。 2.3 確定工藝方案和模具形式 在沖壓分析的基礎上，找出工藝與模具設計的特點與難點，根據(jù)實際情況提出各 種可能的沖壓工藝方案，內容包括工序性質，工序數(shù)目，工序順序及組合方式等，有 時同一種沖壓零件也可能存在多個可行的方案，通常每種方案各有優(yōu)缺點，應從產品 質量生產效率，設備占用情況，模具制造的難易程度和模具的使用壽命的高低，生產 成本，操作方便與安全程度等方面進行綜合分析、比較，確定出適合于現(xiàn)有生產條件 的最佳方案，故在一定的條件下，以最簡單的方法，最快的速度，最少的勞動量，最 少的費用，可靠的加工出符合圖樣各項要求的零件，在保證加工質量的前提下，選擇 經(jīng)濟合理的工藝方案。 確定工藝方案及模具形式： 1、根據(jù)對沖壓零件的形狀、尺寸、精度及表面質量要求的分析結果，確定沖壓 所需的基本的工序，反拉深，沖孔復合。 2、根據(jù)初步工藝計算，確定工藝數(shù)目，如沖壓次數(shù)等。 3、根據(jù)個別工序的變形特點、質量要求等確定工序順序。 6 一般可按照下列原則進行： 1） 、對沖帶孔的或有缺口的沖裁件，如選用簡單模，一般先落料，再沖孔或切口， 使用級進模，則先沖空孔或切口后落料 2） 、對于到孔的拉深件，一般先拉深，后沖孔，但孔的位置在零件底部且孔徑尺 寸要求不高時，也可先沖孔后拉深。 3） 、對于形狀復雜的拉深件，為便于材料變形和流動，應先形成內部形狀，再拉 深外部形狀。 4） 、整形或校平工序，應在沖壓件基本成型以后進行。 4、根據(jù)生產批量和條件（沖壓加工條件和模具制造條件）確定工序組合。生產 批量大時，沖壓工序應盡可能組合在一起，用復合模具；小批量生產用單工序簡單 模。 由于離合器沖壓成形需要的多道工序完成，因此選擇合理的成形工藝方案十分重 要，考慮到生產批量大，應在生產合格零件的基礎上盡量提高生產效率，降低生產成 本。 要提高生產成本，應該盡量選擇合理的工藝方案，選擇復合能復合的工序，但復 合程度太高，模具的結構復雜，安裝調試困難，模具成本高，同時可能降低模具的強 度，縮短模具壽命。 根據(jù)零件形狀確定沖壓工序類型和選擇工序順序，為了提高生產率，保證模具結 構簡單，沖壓件尺寸穩(wěn)定、精度高，沖壓該零件的基本工序為反拉深，沖孔復合模。 圖 1.1 所示為空氣濾清器殼零件，材料為 10 號鋼，厚度為 t=2mm，大批量生產。 而冷沖壓是一種先進的金屬加工方法，這是建立在金屬塑性變形的基礎上，利用模具 與沖壓設備對板料金屬進行加工，以獲得所需要的零件形狀和尺寸。冷沖壓和切削加 工相比較，具有生產率高，加工成本低，材料利用率高，產品尺寸精度穩(wěn)定，操作簡 單，容易實現(xiàn)機械化和自動化等一系列優(yōu)點，特別適合大批量生產，因此，此零件的 生產選用沖壓加工較為經(jīng)濟合理。 7 圖 1 空氣濾清器殼 2．4 沖壓工序數(shù)確定 由零件圖（1.1） ，沖壓開始，毛坯材料應先進行落料工序，通過計算初步確定毛 坯的外形尺寸，落料件為圓形，壓力中心在圓心上，為典型的落料；落料之后包括了 正拉深、反拉深、沖孔、等工序；進行拉深時，須用經(jīng)驗公式計算拉深系數(shù) m，判斷 是否可以一次拉深成形，通過驗算可知此零件可以一次拉深成形；然后在沖中心孔， 綜上可知，沖壓此零件主要有以下幾個基本工序： （1） 落料； （2） 正拉深； （3） 反拉深； （4） 沖中間孔； 2．5 模具類型的確定 沖壓生產的模具制造費用比較高，占沖壓件總成本的 10%~30%，甚至更高，所以 采用沖壓加工的生產方式，必須視生產批量決定采用何種模具形式，由表 2-8[2]： 生產批量與模具形式之間的關系，參考知，此工件為大批量生產，如果采用單工序模， 雖然單工序模具有結構簡單，操作安全方便，模具使用壽命高，成本低等優(yōu)點，但最 主要是工序數(shù)較大，生產批量大，形狀較為復雜，采用單工序模很難達到精度要求， 且生產率低，位置誤差較大，故不采用單工序模；所以模具形式采用級進模與復合模 較為合理，顯然此工件滿足沖壓工藝的要求，成形時包括了落料、反拉深、沖孔、壓 筋等工序，整形與車邊采用專用模具與車床進行，且工件體積較大，拉深與壓筋都比 較容易實現(xiàn)，但由此工件的形狀分析知不適合采用級進模。通過表 2-9[2]單工序模、 級進模與復合模的比較，綜合考慮各種生產成本和經(jīng)濟性，確定此工件的沖壓成形模 具采用復合模具。 2．6 工藝方案分析 采用落料拉深沖孔復合模,把三個工序集中在一副復合模中完成，沒有中間取放件 過程，一次沖壓成形，能保證加工要求，且精度較高。 8 3 模具結構型式的確定 通過以上工藝分析與工藝方案的確定，選定模具種類：落料模，拉深模，沖孔模 等，而落料與正拉深復合，反拉深與沖孔復合，整形為一套模具，總共為二套模具， 綜合上面的分析，畫出模具的結構草圖： 圖 2 總裝配圖 9 4 部分工藝參數(shù)計算 4．1 毛坯尺寸計算： 由于拉深時材料厚度不均勻，機械性能有方向性，模具的間隙不均勻以及毛坯定 位不準確等原因，拉深后工件的口部是不平齊的。為使工件整齊，應切去不平的部分。 因而計算毛坯時應在工件高度方向上加一修邊量 δ。根據(jù)零件的尺寸取修邊余量的 值為 2mm。查表 5—7， 《沖壓工藝與模具設計實用技術》 在拉深時，雖然拉深件的各部分厚度會發(fā)生一些變化，但如果采用適當?shù)墓に嚧?施，則其厚度的變化量還是并不太大。在設計工藝過程時，可以不考慮毛坯厚度的變 化，為了便于計算把零件和毛坯分解成若干個簡單幾何體，分別求出其面積后相加。 毛坯的外徑與零件的外徑相等，都為 225，根據(jù)面積相等法可以算出平板材料第 一次正拉深之后毛坯的高度 h 為 54.27，寬度為 102. 4．2 計算反拉深次數(shù) 在考慮拉深的變形程度時，必需保證使毛坯在變形過程中的應力既不超過材料的 變形極限，同時還能充分利用材料的塑性。也就是說，對于每道拉深工序，應在毛坯 側壁強度允許的條件下，采用最大的變形程度，即極限變形程度。 極限拉深系數(shù)值可以用理論計算的方法確定。即使得在傳力區(qū)的最大拉應力與在 危險斷面上的抗拉強度相等，便可求出最小拉深系數(shù)的理論值，此值即為極限拉深系 數(shù)。但在實際生產過程中，極限拉深系數(shù)值一般是在一定的拉深條件下用實驗的方法 得出的，我們可以通過查表來取值。 該工件反拉深為工件第 2 次拉伸，因此可以計算其拉深系數(shù)來確定拉深次數(shù)。 其反拉深系數(shù)為： 83.01//??Ddm 查表 4-1，m =0.72~0.74 之間，而 m> m ,所以反拉深過程可以一次拉深成功。2 2 10 5 各部分工藝力計算 5．1 落料、正拉深力過程 5.1.1 落料力 平刃凸模落料力的計算公式為 ………………………………………（1） ?kLtP? 式中 P— 沖裁力（N） L— 沖件的周邊長度（mm） t— 板料厚度（mm） —材料的抗沖剪強度（MPa）? K— 修正系數(shù)。它與沖裁間隙、沖件形狀、沖裁速度、板料厚度、潤 滑情況等多種因素有關。其影響范圍的最小值和最大值在 （1.0～1.3）P 的范圍內，一般 k 取為 1.25～1.3。 在實際應用中，抗沖剪強度 的值一般取材料抗拉強度 的 0.7~0.85。為便于?b? 估算，通常取抗沖剪強度等于該材料抗拉強度 的 80%。即b ……………………………………………（2）b?8.0? 因此，該沖件的落料力的計算公式為 …………………………………………（3）bLtF??.31落 N3905.14. ? N706? 5.1.2 卸料力 一般情況下，沖裁件從板料切下以后受彈性變形及收縮影響。會使落料件梗塞在 凹模內，而沖裁后剩下的板料則箍緊在凸模上。從凸模上將沖件或廢料卸下來所需的 力稱卸料力。影響這個力的因素較多，主要有材料力學性能、模具間隙、材料厚度、 零件形狀尺寸以及潤滑情況等。所以要精確地計算這些力是困難的，一般用下列經(jīng)驗 公式計算： 卸料力 ……………………………………（4）FK1?卸 式中 F—— 沖裁力(N) ——頂件力及卸料力系數(shù)，其值可查表。 1K 11 這里取 為 0.04。1K 因此 NF4825?卸 5.1.3 拉深力 帶凸緣圓筒形零件的拉深力近似計算公式為 ………………………………………（5）tKdFbp??拉 式中 —圓筒形零件的凸模直徑（mm）pd —系數(shù)，這里取 1.0。FK —材料的抗拉強度（MPa）b? 因此 N18460?拉 5.1.4 壓邊力 壓邊力的大小對拉深件的質量是有一定影響的，如果過大，就要增加拉深力，因 而會使制件拉裂，而壓邊圈的壓力過小就會使工件的邊壁或凸緣起皺，所以壓邊圈的 壓力必須適當。合適的壓邊力范圍一般應以沖件既不起皺、又使得沖件的側壁和口部 不致產生顯著的變薄為原則。壓邊力的大小和很多因素有關，所以在實際生產中，可 以根據(jù)近似的經(jīng)驗公式進行計算。 ……………………………………（6）qdDQ)(420??? 式中 D—毛坯直徑（mm） d—沖件的外徑（mm） q—單位壓邊力（MPa） 這里 q 的值取 2.5。 所以 ……………………（7）??NQ54039.2).10(1942????? 5.2 反拉深過程 5.2.1反拉深力 通常反拉深力要比正常拉深力大 20%。 即 ………………………………………（8）拉反 F2.1? 所以有 ………………………………………（9）2.Ktdb??反 5.039.5743?? 12 N87620? 5.2.2 頂料力 逆著沖裁方向頂出卡在凹模里的料所需要的力叫頂料力，頂料力的經(jīng)驗計算公式 為： ………………………………………（10）FKD?頂 式中 F—沖裁力（N） —頂料力系數(shù)，這里查表取 0.04。DK 所以有 1482?頂 5.3 拉深功的計算 拉深所需的功可按下式計算 …………………………………………（11）10maxhCPW? 式中 —最大拉深力（N）maxP h —拉深深度（mm） W—拉深功（N·m） C—修正系數(shù)，一般取為 C=0.6~0.8。 所以 N·m…………………………（1267941084.??? ） 13 6 凸、凹模結構及工作部分主要尺寸計算 6．1 反拉深凸、凹模刃口尺寸及公差的計算： 由式 ……………………………（13） dDd?????0)75.( ……………………（14）2pCp?? 依據(jù)（P54， 《沖壓工藝模具學》 ） 以上各式中，查表可知 分別為+0.025、-0.035。間隙 C 查表（表 2—10） ，pd?、 《沖壓工藝模具學》 ） 有 …………………………（15）mtC2)(0.1?2.0)75.8(????dDm12.0? 08.)6.(?p 08.1?? 6．2 沖孔凸、凹模刃口尺寸及公差的計算 對于圓行或-簡單規(guī)則形狀的沖裁件,采用凸凹模分別加工的方法,沖孔時,由于零 件孔尺寸為 16,根據(jù)沖孔時間隙取在凹模上,則首先確定基準件凸模刃口尺寸 ,再pd 加上 便是凹模刃口尺寸。 minZ …………………（16）0)(pdp?????? ……………………（17）dZd0min 式中 ——沖孔凸、凹模刃口尺寸pd d —零件孔徑公稱尺寸（mm） ——零件制造公差(mm) = - =0??d?p 14 ——最小合理間隙(mm) =0.120mm =0.016mmminZminZaxZ 、 —凹、凸模制造偏差,查《沖壓工藝學》表 2-6 其值分別為d?p +0.020、0.020 帶入數(shù)值可以算出 =16 =16.12 p02.?d02.? 采用凸凹模分別加工法,需要分別標注凸凹模刃口尺寸及公差,為了保證合理間隙, 必 須滿足下列條件: | |+| | 。帶入數(shù)值校核間隙可知滿足要求.p?d?minaxZ 6.3沖孔凸模的設計 6.3.1凸模的結構設計的三原則 為了保證凸模能夠正常工作，設計任何結構形式的凸模都滿足如下三原則。 ① 精確定位 凸模安裝到固定板上以后，在工作過程中其軸線或母線不允許發(fā)生任何方向的移 位否則將造成沖裁間隙不均勻，降低模具壽命，嚴重時可造成啃模。 ② 防止拔出 回程時，卸料力對凸模產生拉伸作用。凸模的結構應能防止凸模從固定板中拔出 來。 ③ 防止轉動 對于工作段截面為圓形的凸模，當然不存在防轉的問題?？墒菍τ谝恍┙孛姹容^ 簡單的凸模，例如長圓形、半圓形、矩形等，為了使凸模固定板上安裝凸模的型孔加 工容易，常常將凸模固定段簡化為圓形。這時就必須保證凸模在工作過程中不發(fā)生轉 動，否則將啃模。 以上三條原則主要是從凸模安裝固定方法考慮的。在設計各種凸模的時，應注 意都要滿足這三條原則。 6.3.2 凸模的尺寸計算 凸模工作部分的尺寸計算，參見前面的主要工藝參數(shù)的計算。其他部分結構寸的計 算如下： （1）凸模長度 L 凸模長度 L 應根據(jù)模具的結構確定。采用固定卸料板和導尺時，凸模長度應該 為： L=h +h +h +h123 式中 h ---固定板厚度（mm） h ---卸料板厚度（mm）2 h ---導尺厚度（mm）3 15 h---附加長度（mm） h 主要考慮凸模進入凹模的深度，模具閉合狀態(tài)下，卸料板到凸模固定板間的安 全距離（15~20mm）以及總修磨量（4~6mm）等因素后確定。而本沖孔凸模為下固定板 加上外出部分。 一般情況下，凸模的強度是足夠的，不必作強度效核，但是，在凸模特別細長 或凸模的斷面尺寸很小而坯料厚度較大的情況下，必須進行效核，對于本題的凸模， 凸模并不特別細長，所以不須進行強度效核。 凸模外形尺寸形狀如下圖所示: 圖 3凸模外形尺寸圖 凸模的外形尺寸已標準化，用以上方法求得的外形尺寸應向接近的標準尺寸靠攏。故凸模尺 寸、強度和剛度足夠，一般不再進行強度和剛度的核算。 6.3.3凸模的結構形式 當沖裁形狀復雜，公差等級高，尺寸大或尺寸較小的零件時，可以采用鑲拼式凹 模，但對于此零件的沖裁其凹模結構簡單，故采用整體式結構。其凸模結構圖如下圖 所示： 16 圖 4沖孔凸模結構形式圖 凸模的固定方法用過盈配合與下固定板固定，采用臺肩形式放入下固定板，且同時用 下模板頂住，具體的固定方法見裝配圖。 6.4拉深凹模的設計 計算拉深凹模的工作尺寸的計算參見前面的主要工藝參數(shù)計算?，F(xiàn)將其它參數(shù)的計算介紹如 下： 6.4.1拉深模的凹模圓角半徑 拉深時，材料只有經(jīng)過凹模圓角流入洞口內才能形成工件的筒壁，所以 r 的大小 對拉深工作的影響非常大。 R 小時，材料流過它就困難，彎曲變形阻力，摩擦力，反向彎曲的校直力都大， 從而使拉深力增加，工件筒壁容易刮傷，變薄嚴重，甚至在危險斷面處拉破，同時， 材料對凹模的壓力增加，磨損增大，使模具的壽命降低。這樣，材料變形受限制，必 須采用較大的拉深系數(shù)。在生產上一般應盡量避免采用過小的凹模圓角半徑。 R 太大時，拉深初期不與模具表面接觸的毛坯寬度加大，由于這部分材料不受壓 邊力作用，因而容易起皺。在拉深后期毛坯外緣也會早脫離壓邊作用而起皺，使拉深 件質量不好，在側壁下部和口部都形成皺折。尤其當毛坯的相對厚度小時，這個現(xiàn)象 更嚴重。 在不產生起皺的前提下，凹模圓角半徑越大越好?？砂聪旅婀接嬎?r 的最小值。 r =0.8 ……………………（18）dtdD)(? 式中 D---毛坯直徑或上道工序拉深件直徑； 17 d---本道工序拉深后的直徑； t---材料厚度。 以后各次拉深時，r 應逐步減小，其值可按關系式 r 確定dn1)8.0~6(??ndr 式中 ---前次拉深的凹模圓角半徑；1?nd ---本次拉深的凹模圓角半徑。 經(jīng)計算反拉深凹模圓角半徑為 8mm。 拉深凸模的圓角半徑 r 凸對拉深工作也有影響。當 r 凸過小時，則角部彎曲變形 大，危險斷面容易拉斷。當 r 凸過大時，則毛坯底部的承壓面積減小，懸空部分加大， 容易產生底部的局部變薄和內皺。 除最后一次拉深，凸模的圓角半徑 r 凸應比凹模半徑略小，即：r 凸 =（0.6～1）r 凹，最后一次拉深時，凸模的 r 凸應等于零件的內圓半徑，但不得小 于材料厚度。如工件的內圓角半徑要求小于料厚，則要有整形工序來完成。故在此設 計中取 r 凸=6mm。 6.4.2 拉深間隙 拉深間隙指拉深凸模與凹模之間的單面間隙，用 Z 表示。 （1） 模具間隙對拉深過程的影響 拉深模的凸模與凹模之間的單邊間隙 Z/2，影響拉深力與拉深件的質量。 拉深模的凸、凹模間隙 Z/2 大，則摩擦小，能減小拉深力。但如果間隙過大，拉 深件的精度將不易控制，拉深后零件的高度將小于所要求的高度，零件成桶形。 拉深模的凸、凹模間隙 Z/2 小，則摩擦大，將增加拉深力，造成許用拉深系數(shù) m 值的增大。如果凸、凹模間隙 Z/2 小于拉深件的材料厚度，則將產生變薄拉深的效果， 使得拉深件的精度降低。 （2）拉深模具間隙的取向 A）除最后一道工序外，間隙的取向不作規(guī)定。 B）對于最后一道工序，當工件外形尺寸要求一定時，以凹模為基準，凸模尺寸 按凹模減小以取得間隙。當工件內形尺寸要求一定時，以凸模為基準，凹模尺寸按凸 模放大以取得間隙。 C）淺拉深時，拉深間隙可取小些，深拉深時，則應取大些。這是因為變形程度 越大，板厚的增厚量也越大。 D）多次拉深時，前幾次拉深可取較大的拉深間隙，以便使拉深順利進行。最后 一次拉深則取較小的拉深間隙，以便獲得尺寸精度較高的拉深件。 E）在整形拉深時，如果要求工件的精度較高，例如 IT10～12 級，可取拉深間隙 稍小于板料厚度，常取 Z/2=（0.9～0.95）t。如果整形時只要求減小圓角半徑，拉 深間隙可稍大于板料厚度，例如取 Z/2=（1.05～1.1）t。 18 F）板料較軟時，可取較小的拉深間隙，因為軟料在凸模與凹模之間容易被擠薄， 可消除拉深過程已出現(xiàn)的微小皺折。相反，硬度則應取較大的拉深間隙。 G）實際供應的板料厚度可能與其公稱值相比較有較大的誤差，甚至超出板厚的 公差范圍。因此，如果成批生產拉深件的板料已經(jīng)購入，最好依據(jù)實測的板料厚度參 考上述原則確定合適的拉深間隙值。 （3） 拉深模具間隙的確定 根據(jù)以上對拉深間隙的取向原則和拉深間隙對拉深件的影響我們得知，拉深時， 不用壓邊圈拉深時，考慮到起皺的可能性，取間隙值為：Z=（1～1.1）t =3mm。max 6.5凸凹模（拉深凸模和沖孔凹模）設計 6.5.1凸模的結構設計 （1）凸模的結構設計的三原則 為了保證凸模能夠正常工作，設計任何結構形式的凸模都滿足如下三原則。 ① 精確定位 凸模安裝到固定板上以后，在工作過程中其軸線或母線不允許發(fā)生任何方向的移 位否則將造成沖裁間隙不均勻，降低模具壽命，嚴重時可造成啃模。 ② 防止拔出 回程時，卸料力對凸模產生拉伸作用。凸模的結構應能防止凸模從固定板中拔出 來。 ③ 防止轉動 對于工作段截面為圓形的凸模，當然不存在防轉的問題。可是對于一些截面比較 簡單的凸模，例如長圓形、半圓形、矩形等，為了使凸模固定板上安裝凸模的型孔加 工容易，常常將凸模固定段簡化為圓形。這時就必須保證凸模在工作過程中不發(fā)生轉 動，否則將啃模。 以上三條原則主要是從凸模安裝固定方法考慮的。在設計各種凸模的時，應注 意都要滿足這三條原則。 6.5.2拉深凸模結構 根據(jù)以上凸模設計的三個原則，在設計拉深凸模時應滿足這三個原則。在學習拉 深成形這一章節(jié)時我們知道，拉深凸模結構比較簡單，可參見設計模具裝配圖，在此 僅就其結構設計的一些要點作一簡要的介紹。首先每個拉深凸模需鉆一通氣孔，以防 當工件脫離凸模時在凸模端頭與工件底之間的空間形成真空，增加額外的卸件力，嚴 重時會將工件底部抽癟。通氣孔直徑一般可在 3～8mm 之間選取，本設計取 6.5mm。 受鉆頭長度限制，一般很難從凸模工件端鉆通至固定端，這時可自工作端先鉆一深孔， 19 再從凸模側壁鉆孔與之相通，側孔中心線到凸模工作端只要稍大于拉深工序件的高度 就可達到通氣的目的。 其次要確定拉深凸模的固定方法，以便確定其固定端的結構形式。對于順裝順出 件簡單拉深模，如果工件直徑與模柄直徑相差不大，常將凸模與模柄制成一體。如果 兩者直徑相差較大，或者拉深模有壓邊裝置，可將凸模固定板設計成凸緣式的，借助 固定板與上模板進行連接。許多設計者喜歡采用下述方法固定拉深凸模：凸模固定端 不帶凸緣，以過渡配合直接嵌入到模座內一定深度，并用螺釘聯(lián)接防止拔出。其優(yōu)點 是模具結構比較的簡單，可省去銷釘和凸模固定板。但拉深凸模與模座的垂直度比凸 緣式凸模較差，因此不適用于較精密的拉深模。有利于較大的拉深凸模，從節(jié)省模具 鋼與便于熱處理考慮，可采用組合式的結構。 凸凹模即拉深時為拉深凸模、沖孔時為沖孔凹模。在設計過程中綜合考慮。其一 些設計要點在這里不在敘述，凸凹模結構圖如下所示： 圖 5拉深凸模沖孔凹模結構圖 20 7.壓力設備選擇 壓力機噸位的大小的選擇，首先要以沖壓工藝所需的變形力為前提。要求設備的 名義壓力要大于所需的變形力，而且還要有一定的力量儲備，以防萬一。從提高設備 的工作剛度、沖壓零件的精度及延長設備的壽命的觀點出發(fā)，要求設備容量有較大的 剩余。最新的觀點認為，我們只需要使用設備的 60%-70%的容量，甚至 50%，即取工 藝變形力的 2 倍。 上述設備噸位的選擇原則，對于沖裁、彎曲等工序已不存在什么問題。但對于本 設計所使用的拉深，可能還不保險。因為拉深與沖裁不同，最大變形力不是發(fā)生在沖 床名義壓力的位置，而是發(fā)生在拉深成型的中前期，這時雖然最大變形力小于壓力機 的名義壓力，但最大變形力發(fā)生的位置遠離名義壓力的位置而不保險。于是就需要用 到壓力機的許用力行程曲線。本次設計的工藝力行程曲線圖如圖 3.3 所示。 圖 6 圖中零點為滑塊的下死點，滑塊在距下死點 86mm 處開始沖壓零件。曲線 1 為落 21 料力的負荷曲線，曲線 2 為正拉深力的負荷曲線，曲線 3 為壓邊力的負荷曲線，曲線 4 為反拉深力的負荷曲線。曲線 5 為 1250KN 壓力機的許用力—行程曲線，P 點處為壓 力機到達公稱壓力的位置。其余卸料力和頂料力由于力不大，可以放在壓力機預留力 中考慮。 從圖中我們可以看出沖壓的最大總壓力，出現(xiàn)在離下死點 86mm 后就需達到，對 于這種落料拉深復合工序，選擇設備噸位尺寸時．既不能把以上幾個力加起來(再乘 個系數(shù)值)作為設備的噸位、也不能僅把落料力或拉深力加起來(再乘個系數(shù))作為設 備噸位。而應該根據(jù)壓力機說明書中所給出的允許工作負荷曲線作出判斷和選擇。 對于本次設計的復合模，根據(jù)工藝力的大小和出現(xiàn)的位置，查表初選噸位為 1250KN。查表選擇壓力機，其主要具體參數(shù)如下 表 1 名稱 量值 公稱壓力 1600KN 滑塊行程 160mm 行程次數(shù) 40/次·1min? 最大封閉高度 450mm 封閉高度調節(jié)量 工作臺尺寸 柄孔尺寸 工作臺板厚 電動機功率 350mm 1120 710mm? 70×80mm? 130mm 15KW 22 8.模具設計 8.1模具結構的設計 模具結構形式的選擇采用反拉深、沖孔復合模，首先要考慮落料凸模（兼拉深凹 模）的 壁厚是否過薄。能夠保證足夠的強度，故采用復合模。 如前所述，模具設計包括模具結構形式的選擇和設計，模具結構參數(shù)計算，模具 圖的繪制等內容?，F(xiàn)對反拉深、沖孔復合模設計步驟如下： 模具結構如圖 7 所示 圖 7 正反拉深、沖孔復合模 如圖 7 所示，已經(jīng)正拉深過的材料送進來后，壓力機加壓，滑塊夾著模柄帶動凸 23 凹模向下運動，準備反拉深，當?shù)竭_滑塊行程下死點之前 2mm 時，開始沖孔，沖孔凸 模不動，凸凹模繼續(xù)下走到達死點完成反拉深沖孔復合，至此零件加工成型。 8.2模具的閉合高度 根據(jù)以上反拉深和沖孔復合模結構圖可知，模具的閉合高度 hm 為： Hm=下模板厚度+上模板厚度+凸凹模長度+墊板+沖孔凸模高度-公共長度 =50+65+88+10+74-37 =250mm 查所選設備的參數(shù)；壓力機的最大的閉合高度為 360mm，最小閉合高度為 180 mm，則模具的裝模高度應該滿足下式要求： Hmax-5 > hm Hmin+10………………………（19）? 即： 355> 250 190 故滿足設計要求。 9 模具其它零件設計及計算 9.1沖模的導向裝置 沖模工作時，除了由壓力機滑塊對上模與下模進行導向以外，還可單獨設置導向 裝置進行導向，其主要作用如下： 1.模具在壓力機上安裝調整比較的方便。 2.沖制的工件質量穩(wěn)定，沖裁間隙始終保持一致而不易發(fā)生變化，因此工件有較 好的互換性。 3.沖模不易損壞，故模具的壽命比無導向沖模高。 9.1.1無導向沖裁 （1）無導向沖裁的條件 無導向沖裁是指沖裁模本身無導向裝置。沖裁時，壓力機滑塊的導向精度，即滑 塊橫向偏擺的最大距離將直接影響沖裁間隙的均勻程度。 無導向沖裁不啃模的條件是：在凸模與凹模單面間隙調整均勻的條件下，其值 應不小于壓力機滑塊的導向精度。如果從保證沖裁件斷面質量考慮，則單面沖裁間隙 允許的波動值，應不小于壓力機滑塊的導向精度。 24 （2）無導向沖裁的應用 無導向沖裁模的優(yōu)點是模具結構簡單，裝配容易，成本降低。其缺點是沖裁過程 中沖裁間隙的波動將造成工件的質量不穩(wěn)定，精度較低，并加速模具刃口的磨損，調 模間隙不好控制，會造成啃模事故。因此，無導向沖裁模的安全性較差。綜上所述， 在板料厚度大于 0.8～1mm。精度要求不高、生產批量較小的落料、沖孔等單工序生 產中，可以采用無導向裝置。 9.1.2導板導向 （1）導板導向的特點 將固定卸料板式模具的固定卸料板與凸模制成小間隙配合，一般為 H7/h6，稱為 導板。導板的型孔按凸模刃口尺寸配作。導板的功用有兩個：一是在沖裁時起上模與 下模之間的導向作用；二是在回程時起卸料作用。 導板導向式?jīng)_裁模突出的優(yōu)點是使用時非常安全，可以說是所有沖裁中最安全的。 因為在使用過程中，始終不允許凸模與導板脫離。 （2）導板導向的應用 導板式導向的應用仍有很大的局限性。首先，由于凸模要兼作導向件，其截面 尺寸不能太小，以免受側向力而折斷，其截面也不應太復雜。其次，由于使用中不允 許凸模與導板脫離，選用壓力機也受到了限制，只能使用行程可調沖床。而且導板導 向式?jīng)_裁模仍屬于固定卸料方式，也不適宜沖裁薄料。但對于板料厚度大于 0.8mm、 形狀較簡單的落料加工，采用導板導向式?jīng)_裁模，還是很適合的。 9.1.3模架的導向 （1）模架導向的特點 普通模架由導柱、導套、上模座和下模座組成。從安全考慮，通常導柱安裝在 下模座，導套安裝在上模座。導柱與導套的配合面取圓柱面，以便容易加工成小間隙 配合，使模架的導向精度高于壓力機滑塊的導向精度。 采用模架進行導向，不僅能保證上、下模的導向精度，而且能提高模具的剛性、 延長模具的使用壽命、使沖裁件的質量比較穩(wěn)定、使模具的安裝調整比較容易。因此 在中小型沖模上廣泛采用模架作為上、下模的導向裝置。 模架可視為模具的一個部件，并且早已高度標準化與商品化。在沖模設計時， 特別是中小型沖模設計時，應盡量選擇專業(yè)生產的標準模架，對提高模具質量、縮短 制模周期有著十分重要的意義。 9.2模架的類型及應用 按導柱不同的位置，分為如下四種模架： 中間導柱模架 導柱分布在矩形凹模的對稱中心線上，兩個導柱的直徑不同， 25 可避免上模與下模裝錯而發(fā)生啃模事故。適用于單工序模和工位少的級進模。 后側導柱模架 后側導柱模架導柱分布在模座的一側且直徑相同，只適用橫向 送料。其優(yōu)點是工作面開敞，是適于在大件邊緣沖裁。其缺點是剛性與安全性最差， 工作不夠平穩(wěn)、 ，應盡量少用。 對角導柱模架 導柱分布在矩形凹模的對角線方向上，既可以橫向送料，又可以 縱向送料。由于導柱間的誤差方向與送料方向傾斜，因此一般認為導向精度高于前兩 種模架。適于各種沖裁模使用，特別適于級進沖裁模的使用。為避免上、下模的方向 裝錯，兩導柱直徑制成一大一小。 四導柱模架 4 個導柱分布在矩形凹模的兩對角線方向上。模架的剛性很好，導 向非常平穩(wěn)，但價格較高，一般的沖壓加工不需要四導柱模架。只要要求模具剛性與 精度都很高的精密沖裁模，以及同時要求模具壽命很高的多工位自動級進模才采用。 彈壓導板式模架 彈壓導板除具有彈壓卸料板壓料及卸料功能外，還能對凸模進 行導向。 按導柱導套配合性質的不同，有如下兩種形式： 導柱導套滑動導向模架 將導柱與導套制成小間隙配合，為 H6/h5 時稱為一級 模架，為 H7/h6 時稱為二級模架。在加工時，導柱導套與模座均為 H7/r6 過盈配合。 為避免導套壓入模座因變形而影響與導柱的配合，將導套壓入段的內孔直徑加大 1mm，不與導柱相配合。 裝配良好的模架，應能用兩手輕輕抬起上模座而下模座不動，但這樣的效果很難 達到， 因為導柱與模座為過盈配合，壓入導柱導套時難以保證垂直度。所以在裝配 時，導柱、導套與模座可以較松的過渡配合 H7/m6 代替過盈配合，容易保證導柱和導 套的軸線垂直于模座平面，使模架的導向精度只決定于加工精度，而容易制成精密模 架。 對于沖裁模，導柱導套的配合間隙應小于單面間隙。當雙面沖裁間隙不超過 0.03 時，相當于板料厚度小于 0.5mm，可選用一級模架。雙面沖裁間隙超過 0.03mm 時，可選用二級模架。 為了保證使用中的安全和可靠性，設計與裝配模具時，還應注意下列事項： 當模具處于閉合位置時，導柱的上端面與上模座的上平面應留 10～15mm 的距離； 導柱下端面與下模座下平面應留 2～5mm 的距離。導套與上模座上平面應留不小于 3mm 的距離，同時上模座開橫槽，以便排氣。 導柱導套滾動導向模架 在導柱與導套之間加多排鋼球，組成滾動導向裝置滾 動導向的突出特點是：鋼球與導柱、導套之間不但沒有間隙，而且有 0.01～0.02mm 的過盈量，成為無間隙導向。因此其導向精度非常高。 為了減少磨損，鋼球沿導柱與導套工作面的滾動軌跡應不重合。為此，鋼球在保 26 持圈內的排列；橫向應當錯開，縱向連線與導柱軸線成 8 度角。 為了防止保持圈在工作時下沉、脫離導套而減少配合長度，可在導柱上另加一個 支承彈簧。 滾動導向裝置屬于無間隙導向，精度高，壽命長。使用于高速沖模、薄料（t 小 于 0.5mm）無間隙沖裁、精密沖裁、硬質合金模及其它精密沖裁， 標準模架 標準模架是指