【正文】 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。 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。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。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。 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。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。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。所以板料越厚，所需的沖裁力也越大，與薄板相比，大沖裁力是厚板精沖的一個(gè)顯著的特點(diǎn)。3 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 零件的質(zhì)量要求主要包括尺寸精度、形狀精度、位置精度、表面質(zhì)量四方面的內(nèi)容。 圖31精沖件的質(zhì)量特征 精沖工藝和模具的影響因素板厚及材質(zhì)的影響板厚的影響 板厚越大，沖裁難度越大，工藝性也越差。 模具間隙的影響及確定厚板沖裁間隙必須盡可能的小，以便得到完全光亮的剪切或較大程度的光亮剪切。因?yàn)椋鐚?duì)落料，處于凹模刃口處的材料局部變形隨沖裁行程的增加而增大，較厚的材料變形程度較高。在不同的壓邊力和反壓力下的各種形狀的壓邊圈對(duì)光潔面的影響不一樣。但模具的加工和維修困難。V形齒的距離，不能過于靠近刃口，否則凸模磨損快，模具壽命縮短。齒圈尺寸的確定齒圈輪廓齒圈壓板的分布齒圈壓板的分布與凹模型孔的形狀一樣，但等距離放大一圈。2） 對(duì)落料件來說，采用平面壓板的沖裁面優(yōu)于采用齒圈壓板的沖裁面，因?yàn)椴捎闷矫鎵喊鍟r(shí)可不出現(xiàn)附加的彎曲拉應(yīng)力，在不大的壓邊力下就可以產(chǎn)生必要的靜水壓力。 （3）反壓力和壓邊力對(duì)塌角的影響1） 提高反壓力對(duì)塌角有負(fù)作用，隨反壓力的提高塌角寬度和塌角高度變大。根據(jù)匹配的壓力機(jī)可分為：精沖壓力機(jī)精沖模和普通壓力機(jī)精沖模兩種。3） 內(nèi)孔較多的零件。搭邊的目的是補(bǔ)償送料誤差，以保證沖出合格的工件；保持送料的剛度利于送料，避免廢料絲進(jìn)入模具間隙損壞模具。（2）整塊板料總的材料利用率： 式中 n——一張板料上的沖裁件總數(shù)目； B——板料寬度，mm； L——板料長度，mm。以下以圖37中的定位塊為例進(jìn)行精沖力的計(jì)算。下面采用解析法為例，計(jì)算圖37所示零件的壓力中心。對(duì)于根據(jù)精沖件質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，允許剪切面有一定缺陷的零件，間隙可以選取稍大一些。 圖311 精沖零件的尺寸查表可得：如圖311，A類尺寸模具的刃口尺寸為：B類尺寸模具的刃口尺寸為：C類尺寸模具的刃口尺寸為： 所以，此定位塊零件的模具尺寸就按以上計(jì)算數(shù)據(jù)制造。圖312 凹模凹模內(nèi)形根據(jù)零件外形及零件、模具制造公差決定。如圖315所示。所以得設(shè)計(jì)排氣、冷卻、潤滑裝置，以改善工作狀況。國內(nèi)外常用精沖模具鋼為Crl2MoV、W6Mo5Cr4V2，所以，凸模剛性相比較更小，選用耐熱性好的W6Mo5Cr4V2鋼，其它模芯材料都選用優(yōu)質(zhì)合金鋼Crl2MoV。并對(duì)厚板精沖和普通沖裁進(jìn)行了比較。在圖形顯示窗口,右鍵激活的下拉式窗口通常與目前使用功能. 在提示窗口中,右鍵激活的下拉式窗口的字體大小. 用戶可以選擇一個(gè)價(jià)值界定字體顯示在提示窗口. 局部坐標(biāo)系統(tǒng) DYNAFORM PC是依據(jù)局部或整體坐標(biāo)系來進(jìn)行平移、旋轉(zhuǎn)、鏡像、復(fù)制以及產(chǎn)生點(diǎn)、線和節(jié)點(diǎn)。 對(duì)于一個(gè)兩點(diǎn)的參考選擇，結(jié)束選擇在選項(xiàng)欄里應(yīng)該在第二個(gè)節(jié)點(diǎn)定義以后才能選擇。擴(kuò)展名舉例如下： PC機(jī)數(shù)據(jù)庫文件名： PC機(jī)幾何學(xué)數(shù)據(jù)文件名： 幾何數(shù)據(jù)文件名： PC 模型二進(jìn)制文件名： 輸入格式文件名： 輸入格式文件名： 模型文件名： 輸入文件名： PC 二進(jìn)制的結(jié)果文件： 曲面數(shù)據(jù)文件： 例如：例如：當(dāng)讀取line 數(shù)據(jù)文件時(shí)，DYNAFORM PC 會(huì)提示輸入line 數(shù)據(jù)文件名（ 的都列在選擇區(qū)域），用戶可以選擇適當(dāng)?shù)奈募?。沒有其它的類型。參考DYNAFORMPC 應(yīng)用手冊(cè)撥類型的描述。這將會(huì)顯示“打開一個(gè)數(shù)據(jù)庫文件”的窗口，這也是在開始程序里自動(dòng)打開。如果選擇了正確的文件類型，DYNAFORMPC 會(huì)打開文件。 If a database file has been opened and modified in DYNAFORMPC before,there will be a warning message notifying the user to save the opened file beforecreating a new one. 打開文件這個(gè)功能允許用戶打開一個(gè)數(shù)據(jù)庫或者其它文件。 創(chuàng)建一個(gè)新的數(shù)據(jù)庫 文件類型允許用戶指定要打開/保存的文件的類型。DYNAFORMPC 將會(huì)自動(dòng)打開這些文件如果擴(kuò)展名被認(rèn)出并且提示用戶主要參數(shù)。 3. 從單元下拉菜單中選擇單元類型。 3. 用戶只要提供CADIGES數(shù)據(jù)和VDA數(shù)據(jù)。對(duì)于一個(gè)參考點(diǎn)的系統(tǒng)，用戶選擇一個(gè)點(diǎn)或者節(jié)點(diǎn)作為本地起點(diǎn)，然后從整體坐標(biāo)軸中選擇X,Y或Z中的一個(gè)來定義W軸。對(duì)于一個(gè)三點(diǎn)系統(tǒng)第二個(gè)節(jié)點(diǎn)與第一個(gè)節(jié)點(diǎn)的延長線定義為U軸。基于以上，本厚板精沖模有以下特點(diǎn)：——模具設(shè)計(jì)了很小的沖裁間隙；——刃口采取倒圓措施；——采用雙面齒圈；——設(shè)計(jì)了排氣、冷卻、潤滑裝置；——工作零件采取了較高的熱處理要求措施；——采用了高強(qiáng)度、大剛度、滾動(dòng)精導(dǎo)向模架；——設(shè)計(jì)了閉鎖銷。然而，厚板精沖的難度比較大，也是我國汽車工業(yè)和航空工業(yè)等領(lǐng)域急待解決的問題。小間隙使凸、凹模之間，產(chǎn)生強(qiáng)烈摩擦，引起局部高溫。為了提高凸凹模薄壁處刃口的強(qiáng)度，所以，凸凹模的內(nèi)形設(shè)計(jì)成如圖316所示的結(jié)構(gòu)。 圖313 齒圈壓板上圖為所設(shè)計(jì)的齒圈壓板按10：1放大后的形狀圖。 凹模 根據(jù)Feintool和Schmid質(zhì)料，當(dāng)精沖機(jī)在250t以下時(shí)，凹模厚度H=45mm，所以，凹模的厚度為45mm。落料尺寸（A類：尺寸增大）落料時(shí)，精沖件的外形尺寸取決于凹模，因此間隙應(yīng)取在凸模上，即精沖的刃口尺寸：凸模尺寸按凹模實(shí)際尺寸配做，并保證雙邊間隙值。除V形環(huán)以外，小間隙也是精沖模的餓主要特征。封閉高度為300380㎜，工作臺(tái)面下模為600600㎜。 精沖工藝力與壓力中心的計(jì)算 精沖力的計(jì)算精沖工藝過程是在壓邊力，反壓力和沖裁力三者同時(shí)作用下進(jìn)行的，如圖39a沖裁結(jié)束卸料將廢料從凸模上卸下，頂件力將工件從凹模內(nèi)頂出，如圖39b模具復(fù)位完成整個(gè)工藝過程。由表33可以查得定位塊（圖37）的最小塔邊為。圖37 定位塊零件圖 此零件的厚度為6mm，材料為Q235，屬于厚板精沖零件，沖裁力比較大（見沖裁力的計(jì)算），零件的外形只關(guān)于軸線對(duì)稱，比較復(fù)雜。（2）固定凸模式精沖模 如圖36所示，這種模具結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是：凸模固定在模座上，壓邊圈通過傳力桿和模座、凸模保持相對(duì)運(yùn)動(dòng)。 精沖模具結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和普通形式的復(fù)合模相比較,精沖模具有以下特點(diǎn):有V形環(huán)壓邊圈，材料在壓邊圈和凹模，反壓板和凸模的夾持下實(shí)現(xiàn)沖裁，工藝要求壓邊力和反壓力大于卸料力和頂件力，以滿足在變形區(qū)建立三向不均勻壓應(yīng)力狀態(tài)的要求，因此精沖模具受力比普通沖模大，剛性要求更高。在落料時(shí)，反壓力可使零件有很小的撓曲；對(duì)于沖孔，提高反壓力不利于孔的尺寸和形狀精度的改善。V形齒圈的尺寸取決于料厚，料厚4mm以下的V形齒圈的尺寸如表31所示。4） 齒形距離對(duì)經(jīng)濟(jì)性的影響。不同齒形距離與不同的壓邊力和反壓力作用下，齒形距離大的比小的光潔面大。齒圈形狀不同，搭邊寬度各異，對(duì)光潔面影響較大，但在寬搭邊時(shí)，臺(tái)階和圓錐形壓板的效果比V形齒圈要好。（3）對(duì)較厚且中等變形能力的材料，落料凹模刃口半徑，沖孔時(shí)凸模圓角半徑比上述值可小些。（3） 塑性較差的材料，其相對(duì)沖裁間隙也要減小。因?yàn)?，厚板精沖是靠材料的塑性變形，但到了沖裁的后期，材料變薄，沖裁間隙(Sp/S)相對(duì)增大，此時(shí)容易產(chǎn)生加工硬化，從而導(dǎo)致材料的拉裂，使沖裁面不光潔。（2） 沖裁面粗糙度。但在厚板精沖的后期，由于材料的變形程度的增大，沖裁間隙就相對(duì)減小，材料的塑性就受到限制，材料的硬度也逐漸達(dá)到最大，所以板料越厚得到完整的光潔面的難度越大。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。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。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。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。當(dāng)沖裁凸模完全沖透材料時(shí)，材料因斷裂而分離。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)。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(chǎng)而非技術(shù)問題。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。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。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。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。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。如圖11所示，外徑?３７５mm，厚度為8mm，材料30CrSiMoV。一開始就是引進(jìn)和自主開發(fā)同步進(jìn)行。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。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(chǎng)，如汽車及大型結(jié)構(gòu)件等領(lǐng)域。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。 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。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。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。（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。沖裁間隙沖裁間隙是影響剪切面光亮程度的主要因素。通過精沖生產(chǎn)出來的零件尺寸精度高，沖裁面光潔，翹曲小且互換性好。所以，精沖的厚板零件的內(nèi)、外形沖裁輪廓其幾何形狀都不宜太復(fù)雜。 （1） 厚板沖裁的相對(duì)沖裁間隙Sp/%，對(duì)沖孔在一定條（軟材料，較大的壓邊力和反壓力）Sp/S可小于1%。帶有較大的圓角半徑的刃口會(huì)使材料的局部變形程度減小，而不致出現(xiàn)落料件沖裁面的斷裂或撕裂。在較大的壓邊力和反壓力下，以齒距稍大的V形齒圈和臺(tái)階形壓邊圈對(duì)光潔面的效果最好。所以，一般在壓板上設(shè)置齒圈，而當(dāng)沖裁材料的板厚，則在壓板和凹模上同時(shí)設(shè)置齒圈，以增加壓力和反壓力，提高沖裁面。如圖33所示，材料SCr22,料厚度S=。當(dāng)星孔形狀復(fù)雜時(shí)，可簡化為相似形狀，精沖件局部需要精沖，也可以只在所需精沖部分加工出齒圈。3） 采用齒圈壓板時(shí)，隨壓力增加光潔面所占比例增大。使用平面壓板時(shí)其值大于帶齒圈的壓板，使用齒圈時(shí)的塌角最小。根據(jù)凸模和模座的相對(duì)關(guān)系可分為：動(dòng)凸模式精沖模（如圖35）和固定凸模式精沖模（如圖36）。4） 沖壓力較大的厚零件。精沖由于采用了V形換壓邊，搭邊的寬度比普通沖裁大。下面利用第一種算法來計(jì)算圖38中四種排樣對(duì)材料的利用率。零件材料為Q235，抗拉強(qiáng)度=450N/mm2，=，=，材料厚度為t=6mm。如圖310建立坐標(biāo)系，設(shè)坐標(biāo)為X和Y，沖裁合力中心為S，則每段線段重心的距離可以由圖37中給出的數(shù)據(jù)計(jì)算得出。間隙大意味著模具的壽命長，便于加工。精沖模具有模架和模芯兩大部分，模架及其零件已系列化，可根據(jù)精沖零件的尺寸和模芯結(jié)構(gòu)直接選用，故現(xiàn)只需考