【正文】 5 沖壓加工的優(yōu)點(diǎn) 沖壓成型的零件在形狀和尺寸精度方面的互換性較好，一般情況下，可以直接滿足裝配和使用要求。另外，在沖壓加工過程中由于材料經(jīng)過塑性變形，金屬內(nèi)部組織得到改善，機(jī)械強(qiáng)度有所 提高，所以，沖壓件具有質(zhì)量輕、剛度好、精度高和表面光滑、美觀等特點(diǎn)。 沖壓加工是一種高生產(chǎn)率的加工方法，由于沖壓加工的毛坯是板材或卷材，而且一般在冷態(tài)下加工，因此比較容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化生產(chǎn)。另外，沖壓加工還具有節(jié)能、節(jié)材等優(yōu)點(diǎn)，這些優(yōu)點(diǎn)在大批量生產(chǎn)時(shí)更為突出。也正是由于這些優(yōu)點(diǎn)，使沖壓技術(shù)在大批量生產(chǎn)的汽車零件生產(chǎn)中占有了舉足輕重的地位 [1] 。 沖壓技術(shù)的發(fā)展方向 目前，沖壓技術(shù)正向著精密化、自動(dòng)化、無(wú)人化的方向發(fā)展。其中，精密化是針對(duì)沖壓產(chǎn) 品特別是小型零件要求而發(fā)展的相應(yīng)生產(chǎn)技術(shù)；而自動(dòng)化和無(wú)人化能達(dá)到快速、高效、安全的生產(chǎn)要求，更適合大批量的生產(chǎn)。而計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，加快了沖壓技術(shù)向著這些方向的發(fā)展 [2] 。 模具 CAD/CAM 技術(shù) CAD 和 CAM 就是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)輔助制造，而模具是機(jī)械行業(yè)中較早采用 CAD/CAM 技術(shù)的行業(yè)。國(guó)外自 50 年代初就已經(jīng)開始在汽車模具開發(fā)中采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和制造。近 20 年來(lái)，模具 CAD/CAM 技術(shù)得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用 [3] 。本次設(shè)計(jì)也應(yīng)用到了 CAD 技術(shù)。 2 收放機(jī)架安裝支架工藝分析 零件工作狀況分析 收放機(jī)架安裝支架是汽車上的一個(gè)聯(lián)接件，其形狀如圖 1所示，其作用是將收放機(jī)架安裝到汽車車身上。零件材料采用熱軋軟鋼板，其牌號(hào)為 SPHC，厚度為 。此種鋼板含 C量小于 % 、含 P量小于 % 、含 Mn量小于 % 、含 S 量小于 %，可以保證工作中的強(qiáng)度和剛度要求。 6 圖 1 零件圖 Fig1 Part drawing 零件工藝方案的分析和確定 毛坯尺寸的計(jì)算 由圖 1 可知，此零件為一個(gè)彎曲件，故零件毛坯尺寸按照彎曲件的毛坯尺寸來(lái)計(jì)算，即根據(jù)應(yīng)變中性層在彎曲前后不變的原則。 根據(jù)圖 1，將零件毛坯的長(zhǎng)度分成 1L 、 2L 兩段計(jì)算，總長(zhǎng) L = 1L +2L ，其中1L 的計(jì)算公式為： 1 1 2 l l t? ? ? （ 1） 將 1l = +2+4+3+2+=26 mm , t= mm 2l = = mm 帶入公式（ 1）有， 1L = 26++ = mm 而 2L 計(jì)算公式為： 2L = 03 ()180r x tl ? ?? α （ 2） 查表 3— 1[1] 有 0x = ， 將 3l = mm , r = 23 mm ,t = , α= 53176。 , 0x = 帶入公式（ 22）中有， 2L = ( 23 ) 180? ? ? ?? = mm 于是，總長(zhǎng) L=1L + 2L =+=64 mm 零件毛坯寬度的計(jì)算公式為： B=1b +2b +3b + （ 3） 7 將 1b =3b =7－ = mm , 2b =－ 3= mm ,t= 帶入公式（ 3）有 ， B=+++ =61mm 工藝方案的確定 通過對(duì)零件圖（如圖 1）的初步分析可知，生產(chǎn)此零件需要經(jīng)過以下幾個(gè)基本工序：落料、沖孔、彎曲。對(duì)基本工序進(jìn)行不同的組合，可以初步擬定以下四種工藝方案： 方案一：擬定采用兩副模具完成零件的生產(chǎn)。首先采用落料 — 沖孔復(fù)合模， 完成落料的同時(shí)，沖出兩個(gè)圓孔和一個(gè)長(zhǎng)圓孔；然后采用一模兩件的彎曲模，彎曲成圖 21 中所示的形狀。 方案二：擬定采用三副模具來(lái)完成零件的生產(chǎn)。首先采用落料 — 沖孔復(fù)合模，落料的同時(shí)，沖出兩個(gè)小圓孔；然后采用一模兩件的彎曲模，彎曲后成為圖 1 中所示的形狀；最后采用斜楔沖孔模，一模兩件，沖出長(zhǎng)圓孔。 方案三：擬定采用四副模具來(lái)完成零件的生產(chǎn)，并且都采用一模兩件的形式。首先采用沖孔落料連續(xù)模，先沖出兩個(gè)圓孔，再落料；其次采用一模兩件的彎曲模；再次采用斜楔沖孔模，一模兩件，沖出曲面上的長(zhǎng)圓孔；最后采用一模一件的彎曲模，完 成兩邊的彎曲。 方案四：擬定采用四副模具來(lái)完成零件的生產(chǎn)。首先采用落料 — 沖孔復(fù)合模，落料的同時(shí)，沖出兩個(gè)小圓孔；然后采用方案三中的兩個(gè)彎曲模和斜楔沖孔模最終成型零件。 分析比較四種工藝方案，可以看出： 方案一最簡(jiǎn)單，但是由于長(zhǎng)圓孔在曲面上，若先沖出長(zhǎng)圓孔再進(jìn)行彎曲，可能會(huì)造成長(zhǎng)圓孔的變形和位置的移動(dòng)，因此不宜采用。 方案二與方案一比較，增加了一副模具，彎曲后再?zèng)_長(zhǎng)圓孔，避免了方案一中的缺點(diǎn)；但是此方案采用一副模具來(lái)完成長(zhǎng)圓孔所在的曲面的彎曲和兩邊的彎曲，若兩步彎曲同時(shí)進(jìn)行，零件的定位就比較困難，而且最終 也很難保證零件的形狀。 方案三和方案四中采用四副模具，前面兩種方案相比，復(fù)合程度低，但是避免了上述的缺點(diǎn)，能夠很好地保證零件質(zhì)量。而方案三中的沖孔落料連續(xù)模與方案四中采用的落料 — 沖孔復(fù)合模相比，結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，制造模具的時(shí)間更長(zhǎng)，模具生產(chǎn)的費(fèi)用更高。 綜上所述，方案四是最佳的工藝方案。 8 3 落料 —— 沖孔復(fù)合模的設(shè)計(jì) 沖裁件的排樣 沖裁件在板、條等材料上的布置方法稱為排樣。排樣是否合理，不但影響到材料的經(jīng)濟(jì)利用率，而且還會(huì)影響到模具結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)率、制件質(zhì)量、生產(chǎn)操作方便與安全等。因此，排樣 是沖裁工藝與模具設(shè)計(jì)中一項(xiàng)很重要的工作。根據(jù)材料的利用情況，可以將排樣分為有廢料排樣、少?gòu)U料排樣和無(wú)廢料排樣三種。本設(shè)計(jì)中采用有廢料排樣，排樣方式采用表 2— 12[1] 中的直樣，具體排樣圖如圖 2所示。 圖 2 排樣圖 Fig2 Stock layout 搭邊值的選取 排樣中相臨兩個(gè)工件之間的余料或工件與條料邊緣間的余料稱為搭 邊。搭邊的作用是補(bǔ)償定位誤差，防止由于條料的寬度誤差、送料步距誤差、送料歪斜誤差等原因而沖裁出缺陷的廢品。此外，還可保持條料有一定的剛度和強(qiáng)度，保證送料的順利進(jìn)行，從而提高制件質(zhì)量，使凸、凹模刃口沿整個(gè)封閉輪廓沖裁，使受力平衡，提高模具壽命和工件斷面質(zhì)量。 搭邊值要合理確定。如果搭邊值過大，則材料利用率低。如果搭邊值過小，雖然材料利用率高，但是過小則不能發(fā)揮搭邊值的作用，在沖裁過程中會(huì)被拉斷，造成送料困難，使工件產(chǎn)生毛刺，有時(shí)還會(huì)被拉入凹模和凸模間隙，損壞模具刃口，降低模具壽命。本設(shè)計(jì)中的搭邊值按 表 2— 13[1] 選取，取工件間搭邊值 a= , 工件與條料邊緣間搭邊值 1a = ，如圖 2 所示。 沖裁力、卸料力、推件力的計(jì)算 9 圖 3 落料沖孔后的零件圖形 Fig3 Blanking and punching pound die 沖裁力的計(jì)算 計(jì)算沖裁力的目的是為了合理地選擇壓力機(jī)和設(shè)計(jì)模具，壓力機(jī)的噸位必須大于所計(jì)算的沖裁力，以適應(yīng)沖裁的要求。 沖裁力的大小主要與材料力學(xué)性能、厚度和沖裁件分離的輪廓長(zhǎng)度有關(guān)。本設(shè)計(jì)中采用平刃口沖裁，沖裁力的計(jì)算公式為： F=KLtτ （ 4） 式中 L —— 沖裁件周邊長(zhǎng)度 （ mm） t —— 材料厚度 (mm) K —— 系數(shù) τ —— 材料抗剪強(qiáng)度 (Mpa) 考慮到模具刃口的磨損，模具間隙的波動(dòng)，材料力學(xué)性能的變化以及材料厚度偏差等因素，一般取 K=，材料厚度 t= mm ,由表 2— 3 [4] 查得熱軋軟鋼板的抗剪強(qiáng)度 τ =320～ 400 Mpa , 取τ =360 Mpa ， 落料沖孔后的尺寸如圖 3 所示，近似計(jì)算得落料周邊長(zhǎng)度 1L =（ 61+64+ 2+10－ 18） 2=252 mm 而兩個(gè)圓孔的周長(zhǎng) 2L =2π d=12π =38 mm 則落料力 F落 =K1L tτ = 252 360=176904 N 沖孔力 F沖 =K 2L tτ = 38 360=26676 N 卸料力的計(jì)算 F卸 =K卸 F落 （ 5） 查表 2— 2[4] 得 K卸 = ，帶入公式（ 5）有， F卸 =K卸 F落 = 176904= N 10 推件力的計(jì)算 F推 =nK推 F沖 （ 6） 查表 2— 2[4] 得 K推 = , 根據(jù)表 2— 38[5] 取凹模刃口高度 h = 8 mm ， 故在凹模刃口內(nèi)可以同時(shí)存放的沖孔廢料的個(gè)數(shù) n = h/t = 8/ = 5 個(gè) 將 K推 = 、 n=5 、 F沖 =26676 N 帶入公式（ 6）有， F推 =nK推 F沖 =5 26676 = N 總的沖裁力的計(jì)算 本設(shè)計(jì)中的落料 — 沖孔復(fù)合模采取倒裝的形式，并且采用 彈性卸料 裝置和上 出料的方式，故總的沖裁力的計(jì)算公式為： F總 =F落 +F沖 +F卸 +F推 （ 7） 將 F落 =176904 N 、 F沖 =26676 N 、 F推 = N 、 F卸 = 帶入公式（ 7）有 F總 =176904+26676++= N= 凸、凹模設(shè)計(jì)原則 沖裁件的尺寸精度主要決定于模具刃口的尺寸精度，合理的間隙數(shù)值也必須依靠模具刃口尺寸來(lái) 保證。因此，正確確定模具刃口尺寸及其公差，是設(shè)計(jì)沖裁模的主要任務(wù)之一。 確定凸、凹模刃口尺寸時(shí)，必須遵循的原則是落料模先確定凹模刃口尺寸，其標(biāo)稱尺寸應(yīng)取接近或等于制件的最小極限尺寸；而沖孔模先確定凸模刃口尺寸，使其標(biāo)稱尺寸接近或等于制件的最大極限尺寸。選取模具刃口制造公差時(shí)，一般沖模精度較工件精度高 2～ 3 級(jí)。本設(shè)計(jì)中的零件未標(biāo)注公差，而且屬于非圓形件，按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)非配合尺寸的 IT14 級(jí)精度來(lái)處理，工件尺寸公差按“入體”原則標(biāo)注為單向公差。 工作零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 凸凹模的結(jié)構(gòu)類型 沖裁中小型零 件使用的凸模，一般都設(shè)計(jì)成整體式。整體式凸模的基本結(jié)構(gòu)形式 為階梯式和直通式兩類。該沖孔凸模采用階梯式的設(shè)計(jì) ，用固定板固定 。 用于沖孔落料的凹模，通常皆選用整體式的結(jié)構(gòu) .根據(jù)零件的形狀特征和工位數(shù)，用銷釘和螺栓緊固在下模座上 . 沖孔模刃口尺寸公差及凸、凹模間隙 凸凹模間隙值的大小對(duì)沖裁件質(zhì)量、模具壽命和沖裁力的影響很大，它也是沖 11 裁工藝與模具設(shè)計(jì)中的一個(gè)極其重要的工藝參數(shù)。 查表 2— 5[1] 得凸、凹模雙面間隙為： minZ ～ maxZ = ～ 查表 2— 10[1] 得凸模偏差 p? = ，凹模偏差 d? = maxZ – minZ =(– )mm = mm 而 p? + d? =(+ ) mm= mm 滿足凸、凹模分開加工的要求： p? + d? ≤ maxZ – minZ 故沖孔的凸模與凹模可以采取分開加