【文章內容簡介】 發(fā)展 模具設計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 機械制造工程師、 MOSTERCAM。 用于模具設計制造的計算機軟件日趨完善，并向智能化、集成化方向發(fā)展，能減少設計人員的重復勞動，提高效率。運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，通過仿真進行加工精度檢查和干涉檢查，從而保證設計和工藝的合理性。 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 零件的生產批量：大批量生產（ 150 萬件 /年） 零件的材料： 10 鋼，厚 1mm 預計薄板槽型零件的日產量約為 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工件的圖樣，分析沖壓件的形狀、尺寸、表面質量等是否符合沖壓工藝要求。沖壓工藝一般具有生產效率高、質量穩(wěn)定、成本低以及可加工復雜形狀工件等一系列優(yōu)點。 薄板沖槽模具 薄板槽形落料成形模。根據零件進行復 合模設計，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沖壓件的工藝性分析之后應進行的重要環(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、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，有時還要進行必要的工藝計算，因此實際中通常提出幾種可能的方案，進行分析比較后確定最佳方案。 沖壓工藝設計基本內容 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。結合本設計來看的話則有落料和沖孔兩種類型。 工序數(shù)量 工序數(shù)量是指不同性質進行相同次數(shù)的工序重復進行的數(shù)量。工序數(shù)量的確定主要取決于幾何形狀的復雜程度、尺寸大小和精度材料沖壓成型性能、模具強度等，并與沖壓工序性質有關。 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)律和零件質量要求 ,如果工序順序的變更不影響托板質量 ,則應當根據操作、定位及模具結構等 9 結構因素確定。 組合方式 一個沖壓件往往需要經過多道工序才能完成，因此制定工藝方案時，必須考慮采用單工序模分散沖壓還是將工序組合起來采用復合?；蚣夁M模沖壓。 沖壓工藝方 案分析和確定 方案 1：單工序?！淞?+沖槽； 方案 2：單工序?！鷽_槽 +落料； 方案 3：復合?！淞?+沖槽； 方案 4：復合?！鷽_槽 +落料； 方案 5：級進?！淞?+沖槽； 方案 6：級進模→沖槽 +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，用此方案生產零件尺寸和厚度不受限制，生產設備維護成本低，且生產操作較為方便。但是，這個方案的缺點有沖件精度低、沖件平整度差、生產率低，適合中小批量生產，并且不安全，需采取安全措施。結合本設計來看，本設計為大批量 生產的薄板槽型零件，而方案 1 生產率低，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，結合本設計生產大批量薄板槽型零件的條件可知，本方案不適合生產托板。 （ 3）方案 5：本方案為級進模，工序順序為先落料后沖槽。本方案生產產品的優(yōu)點有工序間可自動送料，故生產率高，可以使用高速壓力機，沖件小時多排沖壓法應用較多，模具制造的工作量和成型較復合模低，適合沖件大批量生產，而且安全性高。 級進模生產的缺點有沖件精度為 IT13~IT10 級，精度較低，且沖件平整度較差，質量要求高 時需要校平。 結合本設計要求看，可以查出本設計精度要求為 IT7 級，故方案 5 的精度達不到要求，所以排除方案 5。 10 （ 4）方案 6：本方案和方案 5 都是級進模，只是工序順序相反。因本設計的精度要求為為 IT7 級，故方案 6 也被排除。 上面分析了方案 方案 方案 5 和方案 6，即單工序模和級進模都不滿足該薄板槽型零件的生產要求。下面繼續(xù)分析方案 3 和方案 4： （ 5）方案 3：本方案是復合模生產，工序順序是先落料后沖槽。本方案生產優(yōu)點有沖件精度高，為 IT10~IT7 級；沖件平整，適合大批量生產。 方案 3 的生產缺 點有：操作時出件較為困難，速度不宜太高；安全性較差需采取安全措施。 結合本設計的要求即厚度 t=1mm，材料為 10 鋼，生產批量為大批量生產，精度要求為 IT7 級的薄板槽型零件，本方案滿足其生產要求，故暫時保留方案 3。 （ 6）方案 4：本方案和方案 3 都是復合模生產，具有相似的優(yōu)點和缺點，所以也滿足本設計的要求。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。 針對方案 3 和方案 4 的復合模生產，因為都滿足本設計的要求，本著最優(yōu)原則對它們進行比較。由于它們唯一的區(qū)別是工序順序相反。 因為一般多工序沖壓時，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 即復合?！淞?+沖槽。 11 第 3 章 工藝參數(shù)的計算 毛坯尺寸的計算 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?shù)拇钸呏?，是提高材料利用率、降低成本和保證沖件質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、直對排和混合排的廢料排樣，模具沿工件全部外形進行沖裁，工件周邊都留有搭邊。這種排樣能保證沖裁件的質量，沖模壽命也長，但材料 利用率低。有少廢料和無廢料排樣，這兩種排樣方式對節(jié)省材料具有重要意義，并有利下一次沖裁多個工件，故可以提高生產率。同時因沖裁周邊減少，又可簡化沖模結構和降低沖裁力。但采用少廢料和無廢料排樣時，由于條料寬度的公差以及條料導向與定位所產生的誤差，使工件的質量和精度較低。 考慮到操作方便及使模具結構簡單，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量，沖模壽命也長，但材料利用率相對較低。如下圖 所示。 搭邊 搭邊是指排樣時沖裁件之間以及沖裁件與條料側邊之間留下的工藝廢料。搭邊的作 用是補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)，搭邊值應愈小愈好。搭邊過大，材料利用率低；但過小的搭邊，容易造成搭邊的強度和剛度不夠，沖裁時容易翹曲或被拉斷，不僅會增加沖裁件毛刺，有時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。一般來說，搭邊值是由經驗確定的?？蓞⒄铡稕_模設計應用實例》中表 216 列出了沖裁時常用的最小搭邊值。 12 按《沖模設計應用實例》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濟性指標。排樣時，在保證工件質量的前提下，主要考慮如何提高材料的利用率。材料利用率的計算公式如下： 計算沖裁件的面積 A： ? ?? ? 222 mm7 8 6 4mm1055861025586 ?????? ?＋＋＋A 一個步距的材料利用率 : %100bhn ?? A? (31) 式中： A—— 一個步距內沖裁件的實際面積 n—— 一個步距內沖裁件數(shù)目 b—— 條料寬度 h—— 步距 所以該零件的一個步距的材料利用率： 9 2 . 6 %% mm7 8 6 41%100bhn 2 ??????? A? 圖 排樣圖 13 各部分工藝力的計算 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運動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所需的力稱為卸料力。從凹模內將工件或廢料順著沖裁方向推出的力稱推件力 。從凹模內將工件或廢料逆著沖裁方向頂出的力稱頂件力 沖裁力的計算 沖裁力是凸模與凹模相對運動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（ mm）， t—— 材料厚度（㎜）， ? ? —— 材料的抗剪強度（ MPa）。由表 11 查得 a300MP?? 工件外輪廓周長： ? ? ??? ?＋－－＋L 則沖裁力為： MPMPF ?????沖 卸料力的計算 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 0 6 7 3 ???頂 推件力的計算 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—— 工件卡在凹模內的個數(shù)，取 1n? 則推件力為： KNKNF 7 2 7 3 ????推 總的沖裁力計算 KNKNKNKNFFFF ??? ＋＋＋＋ 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。沖壓時，模具的壓力中心一定要與沖床滑塊的中心線重合。否則滑塊就會承受偏心載荷，使模具歪斜，間隙不均，從而導致沖床滑塊與導軌和模具的不正常磨損，降低沖床和模具的壽命。所以在設計模具時，必須要確定模具的壓力中心，并使其通過模柄的軸線，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。 沖壓設備的選用 沖壓設備選擇的要求： （ 1） 所選壓力機的公稱壓力必須大于沖壓所需的總沖壓力，即： 總壓力機 ＞ FF （ 2） 壓力機的行程大小應適當。由于壓力機的行程影響到模具的張開高度，因此對于沖裁、彎曲等模具，其行程不宜過大，以免發(fā)生凸模與導板分離（導板模）或滾珠導向裝置脫開的不良后果。對于拉深模，壓力機的行程至少應大于成品零件高度的兩倍以上，以保證毛坯的放進和成形零件的取出。 （ 3）所選壓力機的閉合高度應與沖模的閉合高度相適應。即滿足：沖模的 16 閉合高度介于壓力機的最大閉合高度和最小高度之間的要求。 （ 4）壓力機工作臺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。但過大的工作臺 面上安裝過小尺寸的沖模時，對工作臺面的受力條件也是不利的。 由復合模的特點，為了安全起見，防止設備超載，可按公稱壓力? ? 總壓 ～ FF ? 的原則選用壓力機。參照《沖模設計應用實例》書末附錄 B3，可選取公稱壓力為 250KN 的開式雙柱可傾壓力機。其與模具設計的有關參數(shù)為： 公稱壓力： 250KN 滑塊行程： 65mm 最大閉合高度； 270mm 連桿調節(jié)量： 55mm 工作臺尺寸：（前后 mm左右 mm）： 370 560 墊板尺寸（厚度 mm孔徑 mm）：