【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 化方向發(fā)展 模具設(shè)計(jì)中常用的繪圖軟件有 CAD、 CAXA 電子圖板，常用的三維造型和加工軟件有 PRO/E、 UG、 CAXA 機(jī)械制造工程師、 MOSTERCAM。 用于模具設(shè)計(jì)制造的計(jì)算機(jī)軟件日趨完善，并向智能化、集成化方向發(fā)展，能減少設(shè)計(jì)人員的重復(fù)勞動(dòng)，提高效率。運(yùn)用三維造型和加工軟件，可生成刀 6 具軌跡并輸出加工程序代碼，通過(guò)仿真進(jìn)行加工精度檢查和干涉檢查，從而保證設(shè)計(jì)和工藝的合理性。 7 第 2 章 薄板槽型零件工業(yè)性分析和工藝方案的擬定 薄板槽型零件工藝性分析 所需加工的工件名稱：薄板槽型零件 零件的生產(chǎn)批量：大批量生產(chǎn)（ 150 萬(wàn)件 /年） 零件的材料： 10 鋼，厚 1mm 預(yù)計(jì)薄板槽型零件的日產(chǎn)量約為 6000 件 /天 薄板槽型零件的工件圖如圖 和圖 所示： 圖 零件三維圖 圖 零件二維圖 8 工件的工藝性分析是根據(jù)工件的圖樣，分析沖壓件的形狀、尺寸、表面質(zhì)量等是否符合沖壓工藝要求。沖壓工藝一般具有生產(chǎn)效率高、質(zhì)量穩(wěn)定、成本低以及可加工復(fù)雜形狀工件等一系列優(yōu)點(diǎn)。 薄板沖槽模具 薄板槽形落料成形模。根據(jù)零件進(jìn)行復(fù) 合模設(shè)計(jì)，圖 為零件三維圖，圖 為薄板槽型零件圖。零件材料為 10 鋼，厚度 t=1mm。材料 10 號(hào)鋼塑性、韌性很好，易冷熱加工成形，正火或冷加工后 切削加工性能 好，焊接 性優(yōu)良，無(wú)回火脆性，淬透性和淬硬性均差。 制造要求受力不大、韌性高的零件，如汽車車身、貯器、深沖壓器皿、管子、墊片等，可用作冷軋、冷沖、冷鐓、冷彎、熱軋等工藝成形，也可用作心部強(qiáng)度不高的滲碳件、碳氮共滲件 等。 薄板槽型零件沖壓工藝方案擬定 工藝方案確定是在對(duì)沖壓件的工藝性分析之后應(yīng)進(jìn)行的重要環(huán)節(jié)。確定工藝方案主要是確定各次沖壓加工的工序性質(zhì)、工序數(shù)量、工序順序、工序的組合方式等。沖壓工藝方案的確定要考慮多方面的因素，有時(shí)還要進(jìn)行必要的工藝計(jì)算，因此實(shí)際中通常提出幾種可能的方案，進(jìn)行分析比較后確定最佳方案。 沖壓工藝設(shè)計(jì)基本內(nèi)容 工藝類型 工藝類型是指成型沖壓件所需要的沖壓工序種類，如落料、沖孔、切邊、拉伸、翻孔、脹形、整形都是沖壓加工常見的工序。結(jié)合本設(shè)計(jì)來(lái)看的話則有落料和沖孔兩種類型。 工序數(shù)量 工序數(shù)量是指不同性質(zhì)進(jìn)行相同次數(shù)的工序重復(fù)進(jìn)行的數(shù)量。工序數(shù)量的確定主要取決于幾何形狀的復(fù)雜程度、尺寸大小和精度材料沖壓成型性能、模具強(qiáng)度等，并與沖壓工序性質(zhì)有關(guān)。 工序順序 工序順序是指各工序的先后順序 ,主要取決于沖壓變形規(guī)律和零件質(zhì)量要求 ,如果工序順序的變更不影響托板質(zhì)量 ,則應(yīng)當(dāng)根據(jù)操作、定位及模具結(jié)構(gòu)等 9 結(jié)構(gòu)因素確定。 組合方式 一個(gè)沖壓件往往需要經(jīng)過(guò)多道工序才能完成，因此制定工藝方案時(shí)，必須考慮采用單工序模分散沖壓還是將工序組合起來(lái)采用復(fù)合?；蚣?jí)進(jìn)模沖壓。 沖壓工藝方 案分析和確定 方案 1：?jiǎn)喂ば蚰！淞?+沖槽； 方案 2：?jiǎn)喂ば蚰！鷽_槽 +落料； 方案 3：復(fù)合?！淞?+沖槽； 方案 4：復(fù)合?！鷽_槽 +落料； 方案 5：級(jí)進(jìn)?！淞?+沖槽； 方案 6：級(jí)進(jìn)?！鷽_槽 +落料。 分析比較上述 6 種方案，可以看出： （ 1）方案 1：此方案為單工序模，用此方案生產(chǎn)零件尺寸和厚度不受限制，生產(chǎn)設(shè)備維護(hù)成本低，且生產(chǎn)操作較為方便。但是，這個(gè)方案的缺點(diǎn)有沖件精度低、沖件平整度差、生產(chǎn)率低，適合中小批量生產(chǎn)，并且不安全，需采取安全措施。結(jié)合本設(shè)計(jì)來(lái)看，本設(shè)計(jì)為大批量 生產(chǎn)的薄板槽型零件，而方案 1 生產(chǎn)率低，故排除方案 1。 （ 2）方案 2：同方案 1 都為單工序模，唯一不同的就是工序的順序相反。因此，結(jié)合本設(shè)計(jì)生產(chǎn)大批量薄板槽型零件的條件可知，本方案不適合生產(chǎn)托板。 （ 3）方案 5：本方案為級(jí)進(jìn)模，工序順序?yàn)橄嚷淞虾鬀_槽。本方案生產(chǎn)產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)有工序間可自動(dòng)送料，故生產(chǎn)率高，可以使用高速壓力機(jī)，沖件小時(shí)多排沖壓法應(yīng)用較多，模具制造的工作量和成型較復(fù)合模低，適合沖件大批量生產(chǎn)，而且安全性高。 級(jí)進(jìn)模生產(chǎn)的缺點(diǎn)有沖件精度為 IT13~IT10 級(jí)，精度較低，且沖件平整度較差，質(zhì)量要求高 時(shí)需要校平。 結(jié)合本設(shè)計(jì)要求看，可以查出本設(shè)計(jì)精度要求為 IT7 級(jí)，故方案 5 的精度達(dá)不到要求，所以排除方案 5。 10 （ 4）方案 6：本方案和方案 5 都是級(jí)進(jìn)模，只是工序順序相反。因本設(shè)計(jì)的精度要求為為 IT7 級(jí)，故方案 6 也被排除。 上面分析了方案 方案 方案 5 和方案 6，即單工序模和級(jí)進(jìn)模都不滿足該薄板槽型零件的生產(chǎn)要求。下面繼續(xù)分析方案 3 和方案 4： （ 5）方案 3：本方案是復(fù)合模生產(chǎn)，工序順序是先落料后沖槽。本方案生產(chǎn)優(yōu)點(diǎn)有沖件精度高，為 IT10~IT7 級(jí)；沖件平整，適合大批量生產(chǎn)。 方案 3 的生產(chǎn)缺 點(diǎn)有：操作時(shí)出件較為困難，速度不宜太高；安全性較差需采取安全措施。 結(jié)合本設(shè)計(jì)的要求即厚度 t=1mm，材料為 10 鋼，生產(chǎn)批量為大批量生產(chǎn)，精度要求為 IT7 級(jí)的薄板槽型零件，本方案滿足其生產(chǎn)要求，故暫時(shí)保留方案 3。 （ 6）方案 4：本方案和方案 3 都是復(fù)合模生產(chǎn)，具有相似的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，所以也滿足本設(shè)計(jì)的要求。但是，它們唯一的區(qū)別就是工序相反，本方案為先沖槽后落料。 針對(duì)方案 3 和方案 4 的復(fù)合模生產(chǎn)，因?yàn)槎紳M足本設(shè)計(jì)的要求，本著最優(yōu)原則對(duì)它們進(jìn)行比較。由于它們唯一的區(qū)別是工序順序相反。 因?yàn)橐话愣喙ば驔_壓時(shí)，有 落料和沖槽，則先落料后沖槽能夠減少定位誤差和避免換算尺寸。 綜上所述，故選擇方案 3 即復(fù)合?！淞?+沖槽。 11 第 3 章 工藝參數(shù)的計(jì)算 毛坯尺寸的計(jì)算 排樣 排樣是指沖裁件在條料、帶料或板料上的布置方法。合理的排樣和選擇適當(dāng)?shù)拇钸呏?，是提高材料利用率、降低成本和保證沖件質(zhì)量及模具壽命的有效措施。 排樣的方式 排樣的方式有多種多樣。有直排、斜排、直對(duì)排和混合排的廢料排樣，模具沿工件全部外形進(jìn)行沖裁，工件周邊都留有搭邊。這種排樣能保證沖裁件的質(zhì)量，沖模壽命也長(zhǎng)，但材料 利用率低。有少?gòu)U料和無(wú)廢料排樣，這兩種排樣方式對(duì)節(jié)省材料具有重要意義，并有利下一次沖裁多個(gè)工件，故可以提高生產(chǎn)率。同時(shí)因沖裁周邊減少，又可簡(jiǎn)化沖模結(jié)構(gòu)和降低沖裁力。但采用少?gòu)U料和無(wú)廢料排樣時(shí)，由于條料寬度的公差以及條料導(dǎo)向與定位所產(chǎn)生的誤差，使工件的質(zhì)量和精度較低。 考慮到操作方便及使模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，故該零件采用直排的有廢料排樣。這種排樣方式能保證沖裁件的質(zhì)量，沖模壽命也長(zhǎng)，但材料利用率相對(duì)較低。如下圖 所示。 搭邊 搭邊是指排樣時(shí)沖裁件之間以及沖裁件與條料側(cè)邊之間留下的工藝廢料。搭邊的作 用是補(bǔ)償條料的定位誤差和剪板誤差，確保沖壓出合格零件。搭邊還可以保持條料有一定的剛度，便于送料。搭邊是廢料，從節(jié)省材料出發(fā)，搭邊值應(yīng)愈小愈好。搭邊過(guò)大，材料利用率低；但過(guò)小的搭邊，容易造成搭邊的強(qiáng)度和剛度不夠，沖裁時(shí)容易翹曲或被拉斷，不僅會(huì)增加沖裁件毛刺，有時(shí)甚至單邊拉入模具間隙，造成沖裁力不均勻，損壞模具刃口擠近凹模。一般來(lái)說(shuō)，搭邊值是由經(jīng)驗(yàn)確定的。可參照《沖模設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)例》中表 216 列出了沖裁時(shí)常用的最小搭邊值。 12 按《沖模設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)例》表 216 查得最小搭邊值： mma 2? ， mma ? 條料寬度： mmb 79? 步距： 0 0 6h ??? mm 材料的利用率 沖裁件的實(shí)際面積與所用板料面積的百分比叫材料利用率，它是衡量合理利用材料的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。排樣時(shí)，在保證工件質(zhì)量的前提下，主要考慮如何提高材料的利用率。材料利用率的計(jì)算公式如下： 計(jì)算沖裁件的面積 A： ? ?? ? 222 mm7 8 6 4mm1055861025586 ?????? ?＋＋＋A 一個(gè)步距的材料利用率 : %100bhn ?? A? (31) 式中： A—— 一個(gè)步距內(nèi)沖裁件的實(shí)際面積 n—— 一個(gè)步距內(nèi)沖裁件數(shù)目 b—— 條料寬度 h—— 步距 所以該零件的一個(gè)步距的材料利用率： 9 2 . 6 %%1 0 0 7 mm7 8 6 41%1 0 0bhn 2 ??????? A? 圖 排樣圖 13 各部分工藝力的計(jì)算 工藝力主要包括沖裁力、卸料力、推件力、頂出力、翻邊力等。 沖裁力是凸模與凹模相對(duì)運(yùn)動(dòng)使工件與板料相分離所需要的力。從凸模上將工件或廢料取下來(lái)所需的力稱為卸料力。從凹模內(nèi)將工件或廢料順著沖裁方向推出的力稱推件力 。從凹模內(nèi)將工件或廢料逆著沖裁方向頂出的力稱頂件力 沖裁力的計(jì)算 沖裁力是凸模與凹模相對(duì)運(yùn)動(dòng)使工件與板料相分離所需要的力。 按式（ 31）： Lt??沖 (31) 式中： 沖F —— 沖裁力（ N） L—— 工件外輪廓周長(zhǎng)（ mm）， t—— 材料厚度（㎜）， ? ? —— 材料的抗剪強(qiáng)度（ MPa）。由表 11 查得 a300MP?? 工件外輪廓周長(zhǎng)： ? ? 4 42022020751 0 6 ??? ?＋－－＋L 則沖裁力為： a4 7 3 4a3 0 4 MPMPF ?????沖 卸料力的計(jì)算 從凸模上卸下緊箍著的材料所需的力稱為卸料力。 按式（ 32）： 落卸卸 FKF ? （ 32） 式中： 卸K —— 卸料力因數(shù)，其值由表 查得 ?卸K 14 表 卸料力、推料力和頂料力因數(shù) 料厚 /mm 卸K 推K 頂K 鋼 ≤ ～ ＞ ～ ～ ＞ ～ ～ ＞ ～ ～ ＞ ～ 鋁、鋁合金 ～ ～ 純銅、黃銅 ～ ～ 則卸料力為： KNKNF 7 0 7 3 40 3 ???卸 頂件力的計(jì)算 把落料件從凹模洞口順著沖裁方向推出去的力稱為推件力。 按式（ 33）： 沖頂頂 FKF ? （ 33） 式中： 頂F —— 推件力（ N） 頂K —— 頂件力因數(shù)，其值由表 31 查得 ?頂K 則頂件力為： KNKNF ???頂 推件力的計(jì)算 把落料件從凹模洞口順著沖裁方向推出去的力稱為推件力。 按式（ 34）： 沖推推 FKF n? （ 34） 式中： 15 推F —— 推件力（ N） 推K —— 推件力因數(shù)，其值由表 31 查得 ?推K n—— 工件卡在凹模內(nèi)的個(gè)數(shù)，取 1n? 則推件力為： KNKNF 7 2 7 3 ????推 總的沖裁力計(jì)算 KNKNKNKNFFFF 2 4 4 70 6 0 7 3 4 ??? ＋＋＋＋ 頂卸沖總 壓力中心的確定 沖裁模的壓力中心就是沖裁力合力的作用點(diǎn)。沖壓時(shí)，模具的壓力中心一定要與沖床滑塊的中心線重合。否則滑塊就會(huì)承受偏心載荷，使模具歪斜，間隙不均，從而導(dǎo)致沖床滑塊與導(dǎo)軌和模具的不正常磨損，降低沖床和模具的壽命。所以在設(shè)計(jì)模具時(shí)，必須要確定模具的壓力中心，并使其通過(guò)模柄的軸線，從而保證模具壓力中心與沖床滑塊中心重合。 由于該工件為對(duì)稱的沖壓件，所以其壓力中心在于輪廓圖形的幾何中心 O點(diǎn)。 沖壓設(shè)備的選用 沖壓設(shè)備選擇的要求： （ 1） 所選壓力機(jī)的公稱壓力必須大于沖壓所需的總沖壓力，即： 總壓力機(jī) ＞ FF （ 2） 壓力機(jī)的行程大小應(yīng)適當(dāng)。由于壓力機(jī)的行程影響到模具的張開高度，因此對(duì)于沖裁、彎曲等模具，其行程不宜過(guò)大，以免發(fā)生凸模與導(dǎo)板分離（導(dǎo)板模）或滾珠導(dǎo)向裝置脫開的不良后果。對(duì)于拉深模，壓力機(jī)的行程至少應(yīng)大于成品零件高度的兩倍以上，以保證毛坯的放進(jìn)和成形零件的取出。 （ 3）所選壓力機(jī)的閉合高度應(yīng)與沖模的閉合高度相適應(yīng)。即滿足：沖模的 16 閉合高度介于壓力機(jī)的最大閉合高度和最小高度之間的要求。 （ 4）壓力機(jī)工作臺(tái)面的尺寸必須大于模具下模座的外形尺寸，并還要留有安裝固定的余地。但過(guò)大的工作臺(tái) 面上安裝過(guò)小尺寸的沖模時(shí)，對(duì)工作臺(tái)面的受力條件也是不利的。 由復(fù)合模的特點(diǎn)，為了安全起見，防止設(shè)備超載，可按公稱壓力? ? 總壓 ～ FF ? 的原則選用壓力機(jī)。參照《沖模設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)例》書末附錄 B3，可選取公稱壓力為 250KN 的開式雙柱可傾壓力機(jī)。其與模具設(shè)計(jì)的有關(guān)參數(shù)為： 公稱壓力： 250KN 滑塊行程： 65mm 最大閉合高度； 270mm 連桿