【正文】 目錄1 緒論 精沖技術(shù)的概述 11. 2 精沖的應(yīng)用范圍及適用對(duì)象 1 國內(nèi)外精沖技術(shù)的現(xiàn)狀 2 厚板精沖研究的必要性 32 精沖原理分析 精密沖裁與普通沖裁的比較 5 精沖變形機(jī)理與應(yīng)力分析 6 變形機(jī)理 6 變形區(qū)的應(yīng)力分析 8 厚板精沖的特點(diǎn) 113 厚板定位塊的精沖工藝及模具設(shè)計(jì) 影響精沖工藝和模具的主要因素 13 13 精沖工藝和模具的影響因素 14 精沖模具結(jié)構(gòu) 19 沖裁件的排樣與搭邊 22 精沖工藝力與壓力中心的計(jì)算 24 精沖力的計(jì)算 24 壓力中心的計(jì)算 26 凸、凹模間隙 27 凸模和凹模的尺寸 28 30總結(jié) 38致謝 40參考文獻(xiàn) 41附錄附錄A： 42附錄B： 51附錄C: 63641 緒論 精沖技術(shù)的概述，1923年他通過實(shí)驗(yàn)研究發(fā)明強(qiáng)力壓邊精沖并獲得專利。經(jīng)過不斷的改進(jìn)，特別是模具制造技術(shù)的進(jìn)步，精沖工藝到50年代在西歐進(jìn)入實(shí)用階段，精沖設(shè)備進(jìn)入研制階段。在70年代以后強(qiáng)力壓邊精密沖裁（以下簡稱精沖）由于具有顯著優(yōu)于其他工藝的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果而被廣泛采用，在生產(chǎn)中逐漸占有主導(dǎo)地位。精沖屬于材料分離加工，是指通過一次沖壓行程就可獲得切口斷面光潔、輪廓尺寸精度高的沖裁零件的工藝方法。精沖加工的零件可直接裝配使用，具有很高的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，是沖壓領(lǐng)域的先進(jìn)精密加工技術(shù)之一。在厚板精沖領(lǐng)域，精沖技術(shù)已經(jīng)成為重要的成形途徑。精沖是在專用三動(dòng)壓力機(jī)上，使用特殊結(jié)構(gòu)的精沖模，并伴之適宜的精沖材料和潤滑劑進(jìn)行的；由于在沖裁剪切區(qū)內(nèi)的金屬處于三向應(yīng)力狀態(tài)，因而有良好的塑性。精沖可以獲得尺寸精度高、沖裁面光潔、翹曲小且互換性好的優(yōu)質(zhì)零件，并可以減少甚至取消校平、磨削等后續(xù)加工工序，以較低的成本達(dá)到產(chǎn)品質(zhì)量的改善與生產(chǎn)效率的提高。在工業(yè)化國家，精沖技術(shù)已廣泛應(yīng)用于汽車制造、航空器制造及通用機(jī)械等各工業(yè)部門精沖技術(shù)進(jìn)入中國已經(jīng)40多年，經(jīng)過幾代工程技術(shù)人員的不懈努力，已經(jīng)具備了一定的研究和開發(fā)能力，形成了如中航精機(jī)、東風(fēng)精沖等幾個(gè)有影響的生產(chǎn)基地。無庸質(zhì)疑，我國的精沖技術(shù)研究、開發(fā)與世界先進(jìn)水平相比，差距仍然是巨大的，所以，需要更多的工程技術(shù)人員為之作出更大的貢獻(xiàn)。1. 2 精沖的應(yīng)用范圍及適用對(duì)象精沖技術(shù)在強(qiáng)力壓邊精沖的基礎(chǔ)上先后又發(fā)明了對(duì)向凹模精沖、平面壓邊精沖和往復(fù)成形精沖。沖裁板厚也由最初的薄板沖裁發(fā)展到厚板沖裁。而其應(yīng)用范圍由最初只限于鐘表、照相機(jī)和計(jì)量儀器的小型精密零件擴(kuò)展到汽車、拖拉機(jī)、農(nóng)機(jī)、運(yùn)輸機(jī)械、起重機(jī)械、紡織機(jī)械、輕工機(jī)械、軍械、航空器等制造部門。特別是在汽車的制造業(yè)中大量采用精沖技術(shù)，據(jù)統(tǒng)計(jì)，一輛轎車的精沖件有80多種，成為汽車制造業(yè)降低成本增加產(chǎn)量的重要技術(shù)措施之一。精沖工藝方面，目前我國已累計(jì)生產(chǎn)了近千種精沖件。其中有一定難度的汽車坐椅調(diào)角器總成，汽車、坦克、飛機(jī)制動(dòng)摩擦片，汽車變速箱撥叉，~6mm的各種齒輪，摩托車主、從動(dòng)鏈輪，空壓機(jī)閥板等均能大批量生產(chǎn)。材料的強(qiáng)度越高、厚度越厚、尺寸越大；零件的內(nèi)、外形廓尺寸越??；零件形狀越復(fù)雜、需要采用的精沖復(fù)合工藝越多、零件空間尺寸精度要求越高；則精沖工藝的難度越大。目前我國最大的精沖件為T154飛機(jī)起落架用摩擦片。如圖11所示，外徑?３７５mm，厚度為8mm，材料30CrSiMoV。表征精沖模刃口部分的受力強(qiáng)度系數(shù)，屬于難精沖零件。國內(nèi)現(xiàn)有精沖件大部分值均在3以下，國外技術(shù)規(guī)范中值一般均在5以下。精沖適宜加工高精度、輪廓形狀復(fù)雜、沖切面要求平直、光潔的、批量大的金屬板類零件。圖11 T154飛機(jī)起落架用磨檫片 國內(nèi)外精沖技術(shù)的現(xiàn)狀全世界約有精沖件8000多種，集中在瑞士、德國、蘇聯(lián)和意大利等國。目前精沖件正向大、厚、硬、精方向發(fā)展。在國外20世紀(jì)50年代進(jìn)入實(shí)用階段；60年代大發(fā)展，生產(chǎn)精沖壓力機(jī)的廠家驟增到10家；70年代中期進(jìn)入大型精沖件的普及期；強(qiáng)力壓邊精沖在生產(chǎn)中已經(jīng)歷了半個(gè)多世紀(jì)，在國外已經(jīng)發(fā)展成為成熟的工藝。我國精沖技術(shù)起步很早，但阿邁步很晚。一開始就是引進(jìn)和自主開發(fā)同步進(jìn)行。一方面從國外引進(jìn)，以蘇州東風(fēng)精沖模具公司和廣州精沖零件公司為代表，采用的精沖壓力機(jī)和精沖模具主要加工設(shè)備均從國外進(jìn)口；一方面自主開發(fā)，以北京機(jī)電研究所、重慶九五所和杭州武林長為代表，采用國產(chǎn)精沖設(shè)備。上述兩種類型的精沖生產(chǎn)單位，經(jīng)過長期的生產(chǎn)錘煉和成長，進(jìn)入新世紀(jì)以來，均能長期穩(wěn)定的組織精沖件大批量生產(chǎn)，在質(zhì)量上達(dá)到了外資企業(yè)的技術(shù)要求，產(chǎn)品進(jìn)入國際市場。這充分表明，我國在精沖技術(shù)領(lǐng)域，基本上消化吸收了引進(jìn)的國外技術(shù)，逐步完善了自主開發(fā)的技術(shù)，精沖技術(shù)開始向日益成熟，更適合國情的方向發(fā)展。精沖技術(shù)的開發(fā)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，涉及零件設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)、零件材料、模具材料、精沖設(shè)備、潤滑等諸多因素。我國目前已經(jīng)具備了一定的精沖模具開發(fā)能力，特別是在模具加工設(shè)備方面，已具備精沖模具開發(fā)所必須的精密加工、檢測設(shè)備、模具材料和圖層技術(shù)。但目前國內(nèi)企業(yè)在復(fù)雜精沖模具，特別是精沖復(fù)合成形模具的開發(fā)方面仍缺乏經(jīng)驗(yàn)，有些企業(yè)對(duì)某些特定產(chǎn)品具備了一定的技術(shù)積累，但總體上與國外先進(jìn)水平仍有很大的差距。制約我國精沖行業(yè)發(fā)展的瓶頸不是昂貴的設(shè)備，而是合格國產(chǎn)精沖材料的匱乏。由于精沖的光潔剪切面要求，以及精沖壓力機(jī)和模具的特殊要求，精沖材料在滲碳體球化率、材料公差、平面度公稱以及抗拉強(qiáng)度等方面有著極高的要求。普通熱軋鋼板必須經(jīng)過特殊的冷精軋和球化退火處理才能滿足要求。由于目前國內(nèi)精沖行業(yè)仍然處于模具發(fā)展階段，材料需求品種多、批量小，因此，國內(nèi)主要鋼廠都不生產(chǎn)精沖專用鋼。精沖材料的開發(fā)需要一定的研究投入，但總體上是一項(xiàng)成熟技術(shù)，可以說精沖材料的開發(fā)是市場而非技術(shù)問題。由于精沖的材料利用率較普通沖裁低（一般約50%），因此使用進(jìn)口鋼材對(duì)降低生產(chǎn)成本非常不利，嚴(yán)重制約了我國精沖技術(shù)的發(fā)展。此外，質(zhì)量要求高的零件一般應(yīng)采用冷軋鋼，但是目前國內(nèi)大量使用熱軋材料代替冷軋材料,影響產(chǎn)品質(zhì)量。因此，解決精沖材料問題是我國的精沖行業(yè)上臺(tái)階的核心環(huán)節(jié)。 厚板精沖研究的必要性精沖技術(shù)是從制造較薄的低強(qiáng)度的小而精密的零件開始的，其經(jīng)驗(yàn)已日臻豐富。自70年代中期以來，板料厚、強(qiáng)度高且大型而復(fù)雜的零件的精沖引起了世界各國精沖專家的深入研究，受到精沖企業(yè)界的普遍關(guān)注，并以它獨(dú)特的質(zhì)量保證和經(jīng)濟(jì)效益而進(jìn)一步開拓精沖技術(shù)市場，如汽車及大型結(jié)構(gòu)件等領(lǐng)域。根據(jù)德國工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DIN1543,將鋼材按厚度分為三類： 薄板 中板 厚板 根據(jù)中國工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，鋼材按厚度可分為：薄板 中板 厚板 隨著制造工業(yè)的不斷發(fā)展，特別是對(duì)厚度為6～12mm的精沖鈑金件的需求量大大增加。然而厚板精沖工藝的難度比較大，所以對(duì)各工藝參數(shù)進(jìn)行研究，了解和掌握影響厚板精沖件質(zhì)量的主要因素，有針對(duì)的改善厚板精沖工藝參數(shù)，從而獲得各項(xiàng)指標(biāo)合格的厚板精沖件就顯得非常有必要。本文擬在研究厚板強(qiáng)力壓邊精沖工藝及模具設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，對(duì)Q235鋼、厚度為6 mm的定位塊厚板零件，進(jìn)行精沖工藝及模具技術(shù)參數(shù)研究和設(shè)計(jì)。2 精沖原理分析 精密沖裁與普通沖裁的比較精密沖裁是在普通沖裁工藝上發(fā)展起來的，其所以可貴，是由于它針對(duì)普通沖裁工藝存在的缺點(diǎn)加以改善。首先，來看看普通沖裁與精密沖裁工藝原理和沖裁面的對(duì)比，如圖21。 圖21 普通沖裁與精密沖裁的對(duì)比在普通沖裁時(shí)沖裁面上的光亮區(qū)只占板厚的1/3，其余為斷裂區(qū)。而在極佳的精沖沖裁面上則無斷裂區(qū),精沖的沖裁面是完全光亮的和無裂紋的。在整個(gè)沖裁過程中都會(huì)出現(xiàn)光亮區(qū)和塌角，這是當(dāng)凸模沖壓板料時(shí)，由于材料的塑性流動(dòng)而產(chǎn)生的?；诓牧系睦渥饔不?，變形能力隨沖裁行程的增加而減小，便以致裂紋的形成，裂紋相接進(jìn)而形成典型的斷裂表面。精沖時(shí)，材料的塑性流動(dòng)必須擴(kuò)展到整個(gè)板厚，因此沖裁面是完全光亮的。當(dāng)沖裁凸模完全沖透材料時(shí)，材料因斷裂而分離。這里所需要的專用模具與常用的普通沖模的區(qū)別由圖21可以看出有以下幾點(diǎn)：——帶齒圈的壓板——頂件器——很小的沖裁間隙精沖之所以能具有經(jīng)濟(jì)意義，是因?yàn)榫珱_可以在一道工序中制造出尺寸和形狀精確的光潔的沖裁零件。在開始時(shí)首先生產(chǎn)大批量的由軟材料制作的薄精沖件。與此相反，今天的趨勢(shì)則是加大板厚和使用高強(qiáng)度的材料。由于上述兩個(gè)因素而增加了精沖的難度，因此必須提高工藝的規(guī)律性，它關(guān)系到精沖零件，模具結(jié)構(gòu)，機(jī)床調(diào)整參數(shù)和生產(chǎn)結(jié)果以及新的精沖過程的布局。 精沖變形機(jī)理與應(yīng)力分析 變形機(jī)理精沖工藝全過程圖22精沖過程為精沖工藝的全過程。(a)模具初始位置；(b)齒圈壓入；(c)沖裁；(d)沖裁過程結(jié)束；(e)模具開啟； (f)頂出沖孔廢料；(g)頂出零件及卸出帶料；(h)排出零件和廢料，向前送料。 圖22 精沖過程 PR一壓邊力；PC一反壓力；PS一沖裁力。1一齒圈壓板 2一凹模 3—凸凹模 4一頂板 5一材料 6一零件 7一沖孔廢料。精沖工藝力能—行程圖—行程圖。虛線表示普通沖裁的沖裁力—行程曲線，可以看出，普通沖裁凸模進(jìn)入材料的1/3厚度時(shí)，工件就已經(jīng)和材料分離，結(jié)束了沖裁過程，而精沖力曲線則顯示，精沖是塑性變形的過程，沖裁結(jié)束時(shí)工件才和材料。圖23 精沖工藝力能一行程圖1—精密沖裁力曲線 2—壓邊力曲線 3—反壓力曲線精沖變形模式根據(jù)對(duì)精沖塑性變形過程的測試，觀察和分析提出了精沖的變形模式，如圖24所示。 圖24 精沖變形區(qū)域及變形過程在圖24中，A、B二點(diǎn)分別表示凸模和凹模的刃口，AB連線將間隙區(qū)分為2兩個(gè)部分，塑性變形主要集中在間隙區(qū)，即2為塑性變形區(qū)，間隙兩側(cè)為剛性平移的傳力區(qū)，它分為兩部分，即靠近2區(qū)的塑性變形影響區(qū)3和彈性變形區(qū)4。精沖的塑性變形始終在以AB為對(duì)角線的矩形中進(jìn)行，例如當(dāng)凸模進(jìn)入材料一定深度x時(shí)，A點(diǎn)以上的部分和B點(diǎn)以下的部分均已完成變形，精沖繼續(xù)進(jìn)行時(shí)，塑性變形將在縮短了的AB為對(duì)角線的矩形中進(jìn)行。凸凹模刃口連線AB還將塑性變形區(qū)分成2兩個(gè)區(qū)間，在精沖過程中1區(qū)間的材料將被凸模逐漸擠壓到條料上；2區(qū)間的材料將被凹模逐漸擠壓到工件上。隨著精沖過程的進(jìn)行，AB距離和矩形變形區(qū)逐漸縮短，一部分材料將轉(zhuǎn)移到AB以外的已變形區(qū)，當(dāng)AB距離達(dá)到最小值時(shí)，材料全部轉(zhuǎn)移，精沖過程完畢。精沖時(shí)的變形是在三向應(yīng)力狀態(tài)下的塑性變形，主應(yīng)變?yōu)槠矫鎽?yīng)變狀態(tài)，ε1 = ε2，ε3=0，即將精沖過程視為純剪切變形過程。 變形區(qū)的應(yīng)力分析精沖時(shí)作用于材料的外力，如圖25所示。圖25 精沖時(shí)作用于變形區(qū)的外力圖中：P=Ps+ PG+ PR式中P——總沖壓力； Ps——沖裁力； PG——反壓力； PR——壓邊力； N一側(cè)壓力； R——支反力； FX，F(xiàn)Y，F(xiàn)X/，F(xiàn)Y/——摩擦力。變形區(qū)內(nèi)任一點(diǎn)的應(yīng)力張量在變形區(qū)內(nèi)任一點(diǎn)O取坐標(biāo)系XYZ，在該處取一基元六面體，其上作用的應(yīng)力示于圖26。系由而引起的正應(yīng)力，、分別由在X方向的分量和Y方向的分量引起的正應(yīng)力，為側(cè)向N引起的正應(yīng)力，為模具等對(duì)材料的約束作用而引起的正應(yīng)力，剪應(yīng)力由外摩擦力而引起。圖26 變形區(qū)承受的應(yīng)力 O點(diǎn)的應(yīng)力張量以表示 式中 ——球形應(yīng)力張量； ——應(yīng)力偏量。球形應(yīng)力張量系O點(diǎn)所受的靜水壓，它影響該點(diǎn)材料的塑性。 應(yīng)力偏量包括一對(duì)剪應(yīng)力、和由，構(gòu)成的二對(duì)剪應(yīng)力，應(yīng)力偏量使材料在精沖過程中產(chǎn)生塑性變形。關(guān)于提高變形區(qū)靜水壓力的分析精沖時(shí)變形區(qū)的球形應(yīng)力張量為是該區(qū)所受的靜壓力。而因此從上式可以知道影響變形區(qū)靜水壓力的因素，從而找到提高靜水壓的途徑：（1）增大，系沖裁力所引起的正應(yīng)力，在材料一定時(shí)為一定值，系頂桿反力所引起的正應(yīng)力，因此增加只能通過增加來實(shí)現(xiàn)，就是說增大頂件反力是提高精沖變形區(qū)靜水壓的途徑之一。（2）增大為側(cè)向力引起的正應(yīng)力，它與凸凹模間隙及刃口的圓角密切相關(guān)，間隙偏大將降低，因此小間隙是實(shí)現(xiàn)精沖的關(guān)鍵因素。當(dāng)然采用小間隙的目的不僅是為了提高。在生產(chǎn)當(dāng)中或在精沖試模時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)工件某局部出現(xiàn)撕裂采取措施仍不能克服時(shí)，可將相應(yīng)部位的凹模刃口倒圓，借增加來提高靜水壓，作為消除局部撕裂的一種辦法。（3）增大因?yàn)?，顯然增大可通過增大來實(shí)現(xiàn)，就是說增大壓邊力是提高精沖變形區(qū)靜水壓的途徑之一。（4）采用最佳壓邊圈齒形內(nèi)角當(dāng)壓邊力一定時(shí)，還存在著壓邊圈齒形內(nèi)角取何值時(shí)有最大值的問題。由于為引起的應(yīng)力，所以的極值問題，可以歸結(jié)為求的極值問題。由圖26知：取極值： 得因壓邊力為一定，為定值，故： 以上結(jié)果表明，齒形內(nèi)角時(shí)，或有極大值，此時(shí)精沖變形區(qū)內(nèi)材料所受的靜水壓力最大。（5）關(guān)于的分析從靜水壓的關(guān)系式中知增加也可提高靜水壓，但為模具等對(duì)材料約束而引起的應(yīng)力，它取決于工件的形廓，在工件輪廓內(nèi)凹的部分值比較大，這些部分壓邊圈的齒形不必沿工件輪廓線分布，就能使變形區(qū)有足夠大的靜水壓，從而使精沖過程獲得完美的結(jié)果。 厚板精沖的特點(diǎn)與薄板精沖相比，厚板精沖有許多自身的特點(diǎn)。沖裁力由沖裁力公式，可得出對(duì)于材料相同的同一零件的沖裁，板厚t是沖裁力唯一決定因素。所以板料越厚，所需的沖裁力也越大，與薄板相比，