【正文】 湖南文理學(xué)院芙蓉 7 良好的沖壓工藝能保證材料消耗少、工序次數(shù)少、模具結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、壽命長、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定等等。從某種意義上講，沖壓工藝的質(zhì)量就決定了模具的質(zhì)量，因此，制定合理的沖壓工藝方案是至關(guān)重要的。由零件圖可知，零件的形狀簡單，便于實現(xiàn)少廢料排樣；在各直線或曲線的連接處，都采用了圓角過渡；零件 的精度和斷面粗糙度等都符合沖裁工藝的要求。 沖裁工藝方案的主要內(nèi)容包括沖壓性質(zhì)、沖壓工序數(shù)、沖壓順序和工序組合方式、模具結(jié)構(gòu)型式、沖模壓力中心和沖裁閉合高度等。 根據(jù)以上對零件的工藝分析，并且考慮到現(xiàn)有設(shè)備的情況。加工本零件需要三道工序；根據(jù)沖裁件的結(jié)構(gòu)形狀、尺寸大小和精度要求可知沖裁順序為先落料再鉚接，最后成形；送料方式采用手工操作。 沖裁模的結(jié)構(gòu)形式多種多樣，如果按工序的組合分類，可分為單工序模、級進(jìn)模（連續(xù)?；蛱侥＃?fù)合模等。各種沖裁模的構(gòu)成大體相同，主要由工作零件、定位 零件、卸料與推料零件、導(dǎo)向零件、聯(lián)接與固定零件等組成。 根據(jù)小撥叉的尺寸精度要求及生產(chǎn)批量，綜合考慮經(jīng)濟(jì)效益，本工序組合方式為單工序模，由于單工序模的制造和調(diào)整都比較容易，有時幾副單工序模的制造成本可能會比復(fù)合模（或連續(xù)模）還要低。在多工位壓力機(jī)上使用多個單工序模，不但可以獲得與連續(xù)模相同的生產(chǎn)率，而且沖壓過程中還可以隨意改變毛坯的沖壓方向，單工序模的主要特點：沖壓精度一般較低；對原材料的要求不高；比較容易實現(xiàn)操作機(jī)械化自動化；結(jié)構(gòu)簡單，制造周期短，價格低；生產(chǎn)通用性好，而且適合于中批量生產(chǎn)。 3 沖裁模設(shè)計 湖南文理學(xué)院芙蓉 8 毛坯尺寸計算 板料鉚接時，中性層長度是不變的，因此根據(jù)變形前后中性層長度不變的原則來確定鉚接件毛坯展開的長度和尺寸。鉚接件分為直邊和鉚接兩部分，以其中性層長度之和可求得鉚接件展開長度，但鉚接部分的中性層要考慮位移。 鉚接件展開長度： iwL L L?? ?? 當(dāng) ? ≤ 180176。時 ? ?180wL r xt????? 當(dāng) 180176。﹤ ? ≤ 360176。時 ? ?2360wL d xt ???? ? 式中： iL ─ 鉚接件直邊部分長度； wL ─ 鉚接部分中性層長度； x ─ 中性層位移系數(shù)（見表 31） 根據(jù)王芳主編《冷沖壓模具設(shè)計設(shè)計指導(dǎo)》表 36。如圖 31 所示 小撥叉鉚接展開長度： ? ?? ? ? ?2694 2 .1 5 4 0 .0 2 6 2 0 .4 13607 3 4 42 0 .3 8 1180L ? ? ?? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ?? =103 ㎜ 表 31 中性層的位移系數(shù) x 值 湖南文理學(xué)院芙蓉 9 沖壓件的展開圖如圖 31所示 圖 31鉚接件展開圖 沖裁工藝分析 沖裁件的工藝性，是指沖裁件對沖裁工藝的適應(yīng)性。一般情況下，對一沖裁件工藝性影響最大的是制件的結(jié)構(gòu)形狀、精度要求、形位公差及技術(shù)要求等。良好的結(jié)構(gòu)工藝性應(yīng)保證材料消耗少，工序數(shù)目少，模具結(jié)構(gòu)簡單而壽命高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，操作簡單等。通常對沖裁件的工藝性影響最大的是幾何形狀尺寸和精度要求。 由鉚接件展開圖 31可知：沖裁件的形狀簡單、對稱沒有復(fù)雜的曲線，沖裁件的內(nèi)、外轉(zhuǎn)角處要用圓角過渡。而且本沖裁件沒有凸出懸臂、凹槽和孔等。一般沖裁件的經(jīng)濟(jì)精度不高于 IT11 級，最高可達(dá) IT8～ IT10 級，沖孔比落料的精度約高 1 級。本沖裁件的經(jīng)濟(jì)精度為 IT14。 因此采用單工序、后側(cè)導(dǎo)柱導(dǎo)向式?jīng)_裁模進(jìn)行加工，以方便工人操作，并且保證制件尺寸精度。 排樣 沖裁件在板料、條料或帶料上的布置方式，稱為排樣。排樣是沖裁模設(shè)計中的一項極其重要的工作。其目的在于減少材料的耗損，降 低零件成本，提高生產(chǎn)率，延長模具壽命。 1. 材料的利用率 材料利用率主要取決于排樣，是衡量排樣方案合理性的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。排樣的目的是為了在保證 制件質(zhì)量的前提下，合理利用原材料。 根據(jù)牟林、胡建華主編《沖壓工藝與模具設(shè)計》中（ ）式和（ ）式 一個進(jìn)距的材料利用率η的計算如下： 湖南文理學(xué)院芙蓉 10 η =nAbh 100% 式中： A —— 沖裁件面積（包括內(nèi)形結(jié)構(gòu)廢料），（ mm2）； n —— 一個進(jìn)距內(nèi)沖裁件數(shù)目； b —— 條料寬度，（ mm）； h —— 進(jìn)距 ,（ mm）。 一張板料上總的材料利用率η 總 的計算如下： η 總 =（ ALBn總 ） 100% 式中 n 總 —— 一張板料上沖裁件總數(shù)目； L —— 板料長，（ mm）； B —— 板料寬，（ mm）。 根據(jù)材料的利用情況，排樣可分為有廢料排樣、少廢料排樣和無廢料排樣三種。有廢料排樣為沿工件的全部 外形沖裁，工件與工件之間，工件與條料側(cè)邊之間都有工藝余料（搭邊）存在，沖裁后搭邊成為廢料；少廢料排樣為沿部分外形輪廓切斷或沖裁，只在工件之間或工件與條料側(cè)邊之間有搭邊存在； 無廢料排樣為工件與工件之間、工件與條料側(cè)邊之間均無搭邊存在，條料沿直線或曲線切斷而得工件。 本課題為單工位形式，一模一工件 圖 32 排樣圖 搭邊 在條料上沖裁時，工件之間以及工件和條料側(cè)邊之間的余料稱為搭邊。搭邊的作用是：補償送料誤差，以保證沖出合格工件；保持條料剛度利于送料，避免廢料絲進(jìn)湖南文理學(xué)院芙蓉 11 入模具間隙損壞模具。搭邊值要合理確定，從節(jié)省材料出發(fā)搭邊值越小越好，但搭邊值小于一定數(shù)值后，對模具壽命和剪切表面質(zhì)量不利。為了使作用在毛坯側(cè)表面上的應(yīng)力沿被沖壓件周長軍均勻分 布，必須使搭邊的最小寬度大于塑變區(qū)的寬度，而塑變區(qū)寬度與材料性質(zhì)和厚度有關(guān)，一般約等于 ，搭邊的最小寬度的最大值約等于毛坯的厚度。若搭邊值小于材料厚度，在沖裁中還可能被拉入模具間隙中，使零件產(chǎn)生毛刺，甚至損壞模具刃口，降低模具壽命。搭邊值大小與下列因素有關(guān)。 （ 1） 材料的力學(xué)性能：硬材料的搭邊值可小一些，軟材料、脆材料的搭邊值要大一些； （ 2） 零件的形狀與尺寸：零件尺寸大或有尖角和突出等復(fù)雜形狀時，搭邊值應(yīng)大一些； （ 3） 材料厚度：厚度大的材料搭邊值取大一些； （ 4） 送料及擋料方式：手工送料時，有側(cè)壓板導(dǎo)向的搭邊值可以小一些 。 根據(jù)牟林、胡建華主編《沖壓工藝與模具設(shè)計》表 312 可知搭邊 a和 a1數(shù)值：a = mm , a1 = 2 mm 沖裁件面積：通過 CAD軟件測繪可知 A= 條料寬度： b =103+2a =103+2 =108mm 進(jìn)距 ： h=25+1a =25+2=27mm 一個進(jìn)距的材料利用率： 1 7 2 4 . 2 4 11 0 0 % 1 0 0 % 5 9 . 2 %1 0 8 2 7nAbh? ??? ? ? ? ? 沖裁間隙是指沖裁 凸模和凹模刃口之間的尺寸之差。單邊用間隙用 C表示，雙邊用 Z 表示。 圓形沖裁模雙邊間隙為 Z=D 凹 D 凸 式中 D 凹 —— 沖裁模凹模直徑尺寸（ mm） D 凸 —— 沖裁模凸模直徑尺寸（ mm） 沖裁間隙是沖裁過程中一個重要的工藝參數(shù)，間隙的選取是否合理直接影響到?jīng)_裁件質(zhì)量、沖裁力、沖模的使用壽命和卸料力等。因此設(shè)計模具時一定要選擇一個合理的間隙，考慮到模具制造中的偏差及使用中的磨損，生產(chǎn)中通常是選擇一個合適的范圍作為合理的間隙，這個范圍的最小值稱為最小合理間隙 Zmin ，最大值稱為最大合理間隙 Zmax ，由于模具在使用過程中會逐步磨損，設(shè)計和制造新模具時應(yīng)采用最小合理間隙。 湖南文理學(xué)院芙蓉 12 沖裁間隙的選取 沖裁間隙的大小主要與材料的性質(zhì)及厚度有關(guān)，材料越硬，厚度越大，則間隙值應(yīng)越大。選取間隙值時應(yīng)結(jié)合沖裁件的具體要求和實際的生產(chǎn)條件來考慮。其總的原則應(yīng)該是在保證滿足沖裁件剪斷面質(zhì)量和尺寸精度的前提下，使模具壽命最長。確定凸、凹模合理間隙有理論去頂法和查表確定法，在設(shè)計時一般采取查表法確定，在沖模制造時，也可按材料厚度的百分比估算。查表 32（ 根據(jù)牟林、胡建華主編《沖壓工藝與模具設(shè)計》表 32）選得間隙值為 Zmin=、 Zmax=（ mm）。 表 32 沖裁模刃口始用間隙 材料名稱 08F、 3 09Mn、Q23 B2 Q234 50 厚度t 初始間隙 Z Zmin Zmax Zmin Zmax Zmin Zmax 為了使模具能在較長時間內(nèi)沖制出合格的零件，提高模具的利用率，一般設(shè)計模具時取 Zmin 作為初始間隙。 沖裁力是設(shè)計模具、選擇壓力機(jī)的重要參數(shù)。計算沖裁力的目的是為了合理地選擇沖壓設(shè)備和設(shè)計模具。選用沖壓設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)壓力必須大于所計算的沖裁力，所設(shè)計的模具必須能傳遞和承受所計算的沖裁力，以適應(yīng)沖裁的要求。沖裁力計算包括沖裁力、卸料力、推件力、頂件力的計算。 沖裁力計算 沖裁力是凸模與凹模相對運動使工件與板料分離所需要的力，它與材料性質(zhì)、厚湖南文理學(xué)院芙蓉 13 度、沖裁件周長、模具間隙大小及刃口鋒利程度 有關(guān)。 根據(jù)牟林、胡建華主編《沖壓工藝與模具設(shè)計》第 49頁 一般平刃口模具沖裁時，其沖裁力 F 可按下式計算： F=K L tτ b 式中： F —— 沖裁力 , N； L —— 沖裁件的周長 , mm； t —— 板料厚度， mm； τ b—— 材料的抗剪強(qiáng)度 , Mpa； K —— 系數(shù)?？紤]到凸模、凹模間隙波動，材料力學(xué)性能變化及材料厚度偏差等因素而增加的安全系數(shù)，常取 K=。 有時也可用材料的抗拉強(qiáng)度進(jìn)行計算： F=L t b? 式中： b? —— 為材料的抗拉強(qiáng)度， Mpa 在沖裁高強(qiáng)度材料或厚度大，周邊長的工件時，需要很大的沖裁力。當(dāng)工廠設(shè)備的噸位不能適應(yīng)時，為不影響生產(chǎn)，可采取一定的措施降低沖裁力，常用的方法有階梯沖裁、斜刃沖裁和加熱沖裁等。 沖裁力： 沖裁件周長（用 CAD 測繪） L= 板料厚度 t =1mm 材 料抗剪強(qiáng)度τ =345MPa 系數(shù) K= F=K L tτ = 1 345=115982N 卸料力、推件力和頂件力計算 由于沖裁時材料的彈性變形及摩擦，在一般沖裁條件下，沖裁后材料將發(fā)生彈性恢復(fù)，使落料或廢料梗塞在凹模內(nèi)，而板料則緊箍在凸模上，為了使沖裁工作繼續(xù)進(jìn)行，必須將箍在凸模上的板料卸下，將卡在凹模內(nèi)的工件或廢料向下推出或向上頂出。將緊箍在凸模上料卸下所需的力稱為卸料力，將卡在凹模中的料推出所需的力叫推件力；將卡在凹模中的料逆著沖裁力方向頂出所需的力叫頂件力。 根據(jù)牟林、胡 建華主編《沖壓工藝與模具設(shè)計》第 50頁 卸料力、推件力和頂出力通常采用經(jīng)驗公式進(jìn)行計算， 卸料力 ： F 卸 =K 卸 F 落 湖南文理學(xué)院芙蓉 14 推件力： F 推 =n K 推 F 孔 頂件力： F 頂 =K 頂 F 落 式中： K 卸 、 K 推 、 K 頂 —— 分別為卸料力、推件力系數(shù) ,其值見表 33； n—— 同時卡在凹模內(nèi)的零件數(shù)； h—— 凹模直壁洞口的高度。 表 3 3 推件力、頂件力、卸料力系數(shù) 料厚 /（ mm） K 推 K 頂 K 卸 鋼 ≤ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ 卸料力： F 卸 =K 卸 F 落 = 115982 = 推件力： F 推 =n K 推 F 孔 =5 115982 = （ n=h／ t=5mm／ 1mm = 5 個） F 總 = F＋ F 卸 ＋ F 推 =＋ ＋ = 沖模對工件施加的沖壓力合力的中心稱為模具的沖壓壓力中心。要使沖壓模具正常工作，模具 的壓力中心必須通過模柄曲線和壓力機(jī)的滑塊中心線重合。否則，沖裁過程中壓力機(jī)滑塊和沖模將會承受偏心載荷，使滑塊導(dǎo)軌和沖模導(dǎo)向部分產(chǎn)生不正常磨損，合理間隙得不到保證，刃口迅速變鈍，從而降低沖件質(zhì)量和模具壽命甚至損壞模具發(fā)生沖壓事故。因此，設(shè)計沖模時，應(yīng)正確計算出沖裁時的壓力中心，并使壓力中心與模柄軸心線重合，對于制件外形尺寸大、形狀復(fù)雜，多凸模的沖裁模和連續(xù)模，正確確定其壓力中心就顯得更為重要。若因沖件的形狀特殊，從模具結(jié)構(gòu)方面考慮不宜使壓力中心與模柄軸心線相重合，也應(yīng)注意盡量使壓力中心的偏離不超出所選壓力機(jī)模 柄孔投影面積的范圍。壓力中心的確定