【正文】 產(chǎn)品零件廣泛采用沖壓、鍛壓成形、壓鑄成形、擠壓成形，塑料注射或其它成形加工方法，與成形模具相配套，是坯料成形加工成符合產(chǎn)品要求的零件，如汽車覆蓋件、發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸、洗衣機(jī)內(nèi)桶的制造，都離不開(kāi)模具。其中,獲得國(guó)家重點(diǎn)資助建設(shè)的有華中理工大學(xué)冷沖壓模具技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海交通大學(xué)CAD國(guó)家工程研究中心、北京機(jī)電研究所精沖技術(shù)國(guó)家工程研究中心和鄭州工業(yè)大學(xué)橡塑冷沖壓模具國(guó)家工程研究中心等。自二十世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)模具工業(yè)已經(jīng)走過(guò)了半個(gè)多世紀(jì)。至2012年，我國(guó)模具銷售額達(dá)610億元，同比增長(zhǎng)25%，已躍居世界第三，僅次于日本和美國(guó)。模具行業(yè)是技術(shù)密集、資金密集的產(chǎn)業(yè)，隨著時(shí)代的進(jìn)步和技術(shù)的發(fā)展，能掌握和運(yùn)用新技術(shù)的人異常短缺。（2）企業(yè)組織結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、技術(shù)結(jié)構(gòu)不合理我國(guó)模具生產(chǎn)許多是在各主機(jī)廠的模具分廠或車間內(nèi)，其中一半以上是自產(chǎn)自用，模具的商品化程度低，而國(guó)外70%以上都是專業(yè)模具廠，且走的是“小而精”的道路。產(chǎn)品水平低主要表現(xiàn)在尺寸精度、型腔表面粗糙度、壽命及模具的復(fù)雜程度上，這幾項(xiàng)指標(biāo)與國(guó)外先進(jìn)水平相比差距十分明顯。1 課題資料收集 論文的選題背景和意義隨著我國(guó)汽車集團(tuán)的快速發(fā)展，圍繞主機(jī)廠的汽車零部件產(chǎn)業(yè)集群也得以快速發(fā)展。國(guó)內(nèi)一批科技含量高、效益好、規(guī)模大的汽車及零部件企業(yè)逐步成長(zhǎng)起來(lái)。下游整車行業(yè)目前產(chǎn)能過(guò)剩，雖然2010年在國(guó)家的各項(xiàng)刺激政策下出現(xiàn)了非常規(guī)的高速增長(zhǎng)，但2011年產(chǎn)銷增速放緩、產(chǎn)能過(guò)剩壓力加大，受其影響，零部件行業(yè)下半年可能會(huì)承受較大利潤(rùn)的壓力。汽車零部件產(chǎn)業(yè)集群化，使信息更精細(xì)、更專業(yè)化、更容易實(shí)現(xiàn)規(guī)?；?jīng)濟(jì)效益明顯提高。文章從模具的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，到排樣設(shè)計(jì)、卸料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，詳細(xì)探討了實(shí)際設(shè)計(jì)制造的方法和關(guān)鍵點(diǎn)，以及實(shí)際生產(chǎn)中制件可能出現(xiàn)缺陷的原因和解決方案。在實(shí)際生產(chǎn)中,常常是多種工序綜合應(yīng)用于一個(gè)工件。（2）沖壓件質(zhì)量穩(wěn)定，尺寸精度高。（4）生產(chǎn)率高。在某些情況下，邊角余料也可以充分利用。用網(wǎng)格法分析彎曲變形的特點(diǎn)，彎曲變形前后：（1）圓角部分的正方形網(wǎng)格變成扇形，而遠(yuǎn)離圓角的兩直邊處的網(wǎng)格沒(méi)有變化，緊鄰區(qū)域略受影響，彎曲變形主要發(fā)生在彎曲角中心ψ范圍內(nèi)。（4）板料彎曲時(shí)，分寬板和窄板兩種情況，寬板的橫截面幾乎保持不變，而窄板的橫截面則變成扇形。該制件的材料選用Q235，是一種鋼材的材質(zhì)。零件的生產(chǎn)對(duì)沖壓加工的經(jīng)濟(jì)性起著決定性的作用，該Z形彎曲件采用模具沖壓成形加工，其生產(chǎn)批量為大批量生產(chǎn)。該材料具有較高的彈性和良好的塑性，其可成形性性能較好。一般彎曲件的長(zhǎng)度精度尺寸公差等級(jí)在IT13級(jí)以下，角度公差大于15180。ψ8177。一般要求r/t＞rmin/t。滿足h＞r+2t的工藝要求?？梢灶A(yù)防彎裂、減少?gòu)澢幕貜?，彎曲件的工藝達(dá)到最佳。通過(guò)對(duì)沖壓件的工藝分析，確定了工件的沖壓加工的工序種類和工序數(shù)目。 確定最佳工藝方案方案一模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但需四道工序、三套模具才能完成零件的加工，生產(chǎn)效率較低，難以滿足零件大批量生產(chǎn)的需要。方案三采用沖孔、落料、彎曲級(jí)進(jìn)模，生產(chǎn)效率高，但是材料利用率低，模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，修模困難，模具制造成本高，且安裝調(diào)試周期長(zhǎng)。模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)必須考慮到所加工零件的質(zhì)量和技術(shù)要求，同時(shí)也要考慮到設(shè)備的條件和其生產(chǎn)批量的要求，并且要考慮成本。由于確定沖壓工藝方案時(shí)已經(jīng)考慮了確定模具類型所需要的因素，因此模具類型確定只需與沖壓工藝方案相適應(yīng)就可以了。所以，在實(shí)際試產(chǎn)過(guò)程中采用人工操作。沖壓件的厚度為2mm，其工序性質(zhì)為沖孔、落料，采用的模具類型為倒裝式復(fù)合模，故采用彈性卸料方式和剛性推件的出料方式。導(dǎo)柱模又分為中間導(dǎo)柱模、對(duì)角導(dǎo)柱模、后側(cè)導(dǎo)柱模。由于確定沖壓工藝方案時(shí)已經(jīng)考慮了確定模具類型所需要的因素，因此模具類型確定只需與沖壓工藝方案相適應(yīng)就可以了。在前序中，坯料完成沖孔落料工序，且坯料上的孔不在變形區(qū)內(nèi)，彎曲件可以用這兩個(gè)孔來(lái)定位。其工序性質(zhì)為彎曲，根據(jù)彎曲件的尺寸形狀，采用的模具類型為單工序彎曲模，方式和彈性頂件的出料方式。導(dǎo)柱模又分為中間導(dǎo)柱模、對(duì)角導(dǎo)柱模、后側(cè)導(dǎo)柱模。表2 中性層系數(shù)χ的值r/t χ該彎曲件的彎曲半徑r=，坯料厚度t=，可知r/t=，； 2D圖，可知=19=6929=40mm，==10mm。屬于IT11級(jí)精度，由上表3可以確定各尺寸公差為：零件外形：mm,mm，mm，mm，mm零件內(nèi)形：mm孔中心距：mm 排樣設(shè)計(jì)計(jì)算 沖裁件在條料上的布置方法稱為排樣。沖裁中的廢料可以分為結(jié)構(gòu)廢料和工藝廢料兩種，結(jié)構(gòu)廢料是由制件的形狀尺寸而決定的，工藝廢料則是由沖裁排樣方式?jīng)Q定。 （3）在不影響使用性能的前提下，可以適當(dāng)?shù)男薷闹萍螤詈统叽纾蕴岣卟牧系睦寐?，同時(shí)是模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作安全方便。少、無(wú)廢料排樣法材料利用率高，且模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所需沖裁力小，但是應(yīng)用范圍具有很大定位局限性，模具刃口單面受力，磨損較快，斷面質(zhì)量下降。綜上所述，制件采用有廢料直排的排樣方法。搭邊的合理數(shù)值主要取決于板料的厚度t、材料種類、沖裁件大小以及沖裁件的輪廓形狀等。每個(gè)步距可以沖出一個(gè)制件，也可以沖出幾個(gè)制件。為了準(zhǔn)確送進(jìn)，模具上一般設(shè)有導(dǎo)向裝置。表5 剪板機(jī)下料精度 mm板料厚度 t寬度＜5050～100100～150150～220220～300＜11～22～33～5根據(jù)板料厚度為2mm與寬度50～100的條件，代入公式得： 排樣圖是排樣設(shè)計(jì)最終表達(dá)形式，也是編制沖壓工藝與設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。但是在手工送料時(shí)，橫裁的材料利用率明顯高于縱裁時(shí)，所以采用橫裁的方法下料。由于沖壓加工的復(fù)雜性和變形過(guò)程的瞬間性，使得建立十分精確的沖裁力理論公式相當(dāng)困難，通常所說(shuō)的沖裁力是指作用在凸模上的最大抗力。代入公式得：NKN查文獻(xiàn)【8】頂件力計(jì)算公式： 式中： —頂件力（N）；—頂件力系數(shù)。由于彎曲力受到材料性能、制件形狀、彎曲方法、模具結(jié)構(gòu)等多種因素的影響，因此很難有理論分析方法進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算，一般來(lái)講校正彎曲力比自由彎曲力大。NKN總彎曲力為： NKN 沖裁時(shí)的合力作用點(diǎn)或多工序模各工序沖壓力的合力作用點(diǎn)，稱為模具壓力中心（x0, y0）。分析該制件形狀結(jié)構(gòu)，可知該制件形狀成中心對(duì)稱結(jié)構(gòu)，工序沖壓力的合力作用點(diǎn)落在x軸和y軸上，即坐標(biāo)。（1）理論計(jì)算法理論計(jì)算法確定沖裁間隙的依據(jù)是：在合理間隙情況下，沖裁時(shí)板料在凸、凹模刃口處產(chǎn)生的裂紋成直線會(huì)合，由文獻(xiàn)【8】計(jì)算合理間隙的公式為：式中：—合理沖裁間隙值；—板料厚度；—凸模切入深度；—裂紋方向角；由上式可知，合理沖裁間隙取決于板料厚度、相對(duì)切入深度、裂紋方向角三個(gè)因素。迄今為止，理論計(jì)算法尚不能在實(shí)際工作中發(fā)揮實(shí)用價(jià)值，但對(duì)影響合理沖裁間隙值的各因素作定性分析還是很有意義的。由于是沖孔落料復(fù)合模沖裁，所以采用單配加工法計(jì)算沖孔凸模、落料凹模。一般沖裁凸模的形狀是由產(chǎn)品的形狀決定的，它可以采用直身結(jié)構(gòu)也可采用加強(qiáng)型結(jié)構(gòu)。：凸模以過(guò)渡配合H7/m6固緊在凸模固定板上，頂端形成臺(tái)肩，以便固定，并保證在工作時(shí)不被拉出，安全可靠。根據(jù)模具設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)形式，查文獻(xiàn)【3】凸模的長(zhǎng)度為：凹模材料與凸模相同，選用T10A鋼，淬火硬度HRC6064。在一般情況下，凸模的強(qiáng)度是足夠的，因此沒(méi)有必要作強(qiáng)度的校核。（2）失穩(wěn)彎曲應(yīng)力的校核凸模在中心軸向壓力的作用下，保持穩(wěn)定（不產(chǎn)生彎曲）的最大長(zhǎng)度與導(dǎo)向方式有關(guān)，由卸料板導(dǎo)向凸模最大允許長(zhǎng)度查文獻(xiàn)【2】按式計(jì)算： 式中：—凸模最大允許長(zhǎng)度（mm）；—凸模材料彈性模量，對(duì)于鋼材可?。弧鼓；驔_孔直徑（mm）；—沖件材料厚度（mm）；—沖件材料抗剪強(qiáng)度（），這里對(duì)于Q235材料，取335。材料選用Cr12，熱處理：62～64HRC。：（2）推件裝置推件裝置一般是彈性的，其基本零件有頂桿、彈簧、連接推桿和推件塊等組成。1）凹模半徑凹模圓角半徑不能過(guò)小，否則彎矩的力臂減小，坯料沿凹模圓角滑進(jìn)時(shí)阻力增加，從而增加彎曲力，并使坯料表面擦傷，對(duì)稱彎曲件兩邊應(yīng)一致，否則會(huì)產(chǎn)生偏移。由于該Z形彎曲件類似于U形件，所以凹模深度，可以按照彎曲U形件凹模深度的標(biāo)準(zhǔn)選取，又因?yàn)樵搹澢边吀叨炔淮?，兩邊平直，則凹模的深度應(yīng)大于制件的高度，高于制件高度，查文獻(xiàn)【8】該彎曲件直如下表10所示： 表10 彎曲U形件凹模底部最小厚度值 板料厚t≤11～22～33～44～55～66～7345681015根據(jù)板料的厚度t=1mm，由上表可以確定的值為4mm。由文獻(xiàn)【8】彎曲件間隙系數(shù)如下表11所示：表11 彎曲件間隙系數(shù)彎曲件高度H板料厚度t/mm＜～2 2～4＜～22～410203550由該制件板料厚度=2mm，彎曲件的寬度=30mm，彎曲件的高度=6mm，可以確定彎曲件間隙系數(shù)=，代入公式得：mm。，代入公式得：mm （3）凸模橫向尺寸計(jì)算 查文獻(xiàn)【8】凸模橫向尺寸計(jì)算公式為： 式中：—凸模的橫向尺寸（mm）；—凹模的橫向尺寸（mm）；—活動(dòng)凸模、凹模單面間隙（mm）；—活動(dòng)凸模橫向尺寸（mm）；—板料厚度（mm）；—凸模制造公差。 單個(gè)沖件的沖壓一般采用定位銷結(jié)果來(lái)對(duì)外輪廓或內(nèi)孔定位，以保證前后工序相對(duì)位置的精度要求。在彈性元件中的圓鋼絲圓柱螺旋彈簧（普通彈簧）、扁鋼絲圓柱螺旋彈簧（強(qiáng)力彈簧）、橡膠和聚氨酯橡膠是級(jí)進(jìn)模中廣泛應(yīng)用的彈性元件，它們?cè)谀＞咧斜挥糜谛读?、壓料、推件和壓邊等工作。它們的材料多?5Mn或60Si2Mn鋼繞制而成，經(jīng)熱處理淬硬為40～48HRC。即：P預(yù)≥ （參考文獻(xiàn)[11] 209頁(yè)） （236）式中：P預(yù)一個(gè)彈簧的預(yù)壓力，N； P卸 總的卸料力或推料力、壓邊力，N； n 彈簧的個(gè)數(shù)。一般取F工作 =t（料厚）+（1～2）mm； F預(yù)彈簧的預(yù)壓縮量，mm； h修磨凸模的修磨量或調(diào)整量，mm。所以所選的彈簧個(gè)數(shù)、直徑、高度，必須符合模具結(jié)構(gòu)空間的要求。按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定設(shè)計(jì)制造的彈簧性能最好。因?yàn)閺椈稍谒鼜椥宰冃畏秶松扉L(zhǎng)或壓縮量和所受壓力成正比，則有：則單個(gè)彈簧的預(yù)壓縮量： F預(yù)＝mm=則有：F總 = F預(yù) + F工作 + h修磨 =++4 =＜F允許 =25mm故所選彈簧合適。 最常用的導(dǎo)向裝置時(shí)導(dǎo)柱導(dǎo)套結(jié)構(gòu)形式，導(dǎo)柱導(dǎo)套結(jié)構(gòu)又分為光滑的圓柱導(dǎo)向和滾珠導(dǎo)向裝置兩種，導(dǎo)柱和導(dǎo)套目前已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化（GB/T2861—1990），在使用時(shí)可以根據(jù)需要選取。沖壓模具的全部零件都安裝在模架上。由于本次設(shè)計(jì)的零件條料長(zhǎng)度方向遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其寬度方向，而且工位并不是很多，所以選擇后側(cè)導(dǎo)柱窄形模架，為了有利于提高沖壓速度和保證制件的質(zhì)量，采用滾動(dòng)導(dǎo)向型。選取模架應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：多工位級(jí)進(jìn)模應(yīng)滿足剛性高和精度高的要求。根據(jù)之前選用的凹模周界710160mm,閉合高度最小Hmin =275mm，最大閉合高度Hmax =320mm。常用的模柄形式如下：整體式模柄：模柄與上模座做成整體，用于小型模具上。浮動(dòng)式模柄：主要特點(diǎn)是壓力機(jī)通過(guò)凹模面模柄和凸球面墊塊傳遞到上模，以消除壓力機(jī)導(dǎo)向誤差對(duì)模具導(dǎo)向精度的影響，主要用于硬質(zhì)合金模等精密導(dǎo)柱模。注意取出控件時(shí)，不能與模發(fā)生干涉。根據(jù)沖壓力F=，由于旋切部分豎直高度較大，所以選定JFC21系列開(kāi)式高速高精密壓力機(jī)。對(duì)于單件生產(chǎn)的棋具或沖制復(fù)雜零件的模具，凸、凹模常常采用配合加工，這鐘方法是先按工件的尺寸及公差加工凸模(或凹模)，以此為基準(zhǔn)件再加工凹模(或凸模)。熱處理前可采用鉆、鉸（鏜）等方法進(jìn)行粗加工和半精加工。)銑床7型孔精加工鉗工銼修型8孔加工螺釘安裝孔、鉆孔、鉸孔9熱處理淬火、回火、保證HRC58～6210平磨磨厚度及側(cè)基面見(jiàn)光達(dá)圖紙要求平面磨床11型孔精修鉗工研磨型孔達(dá)圖紙要求磨床12檢驗(yàn) 固定板加工工藝過(guò)程 固定板的加工要求保證安裝凸模的精度，： 落料凸模固定板加工工藝卡工序號(hào)工序名稱工序內(nèi)容設(shè)備1備料鍛成相應(yīng)尺寸的毛坯2熱處理退火3銑銑上、下表面和圓周面，～銑床4平磨平磨上、下面及側(cè)基面平面磨床5劃線劃各型孔、螺孔、銷孔位置線6孔加工加工銷孔及螺釘安裝孔、鉆孔、鉸孔鉆床7線切割按圖切割各安裝孔要求線切割機(jī)床8鉗工在各安裝孔處倒圓角R29檢驗(yàn)?zāi)＜苡赡Ｗ?、?dǎo)套、導(dǎo)柱及模柄等主要零件組成，是整個(gè)模具的基礎(chǔ)。非標(biāo)準(zhǔn)的模架才要求自己設(shè)計(jì)和制造。導(dǎo)柱、導(dǎo)套的加工導(dǎo)柱安裝在下模座上，導(dǎo)套安裝在上模座上，導(dǎo)柱和導(dǎo)套滑動(dòng)配合，以保證凸模、凹模工作時(shí)具有正確的間隙。而后在坐標(biāo)鏜床、坐標(biāo)銑床或雙軸錢孔機(jī)上加工導(dǎo)柱孔(下模座)和導(dǎo)套孔(上模座)，最后加工定位銷孔及螺釘孔等