【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 模具標(biāo)準(zhǔn)化是組織模具專業(yè)化生產(chǎn)的前提，模具專業(yè)化生產(chǎn)是提高模具質(zhì)量、縮短模具制造周期、降低成本的關(guān)鍵（先進(jìn)國(guó)家模具標(biāo)準(zhǔn)化已達(dá)到70～80%）。（3）沖壓設(shè)備及沖壓自動(dòng)化方面性能良好的沖壓設(shè)備是提高沖壓生產(chǎn)技術(shù)水平的基本條件。高效率、高精度、長(zhǎng)壽命的沖模需要高精度、高自動(dòng)化的沖壓設(shè)備與之相匹配；為了滿足新產(chǎn)品小批量生產(chǎn)的需要，沖壓設(shè)備朝多功能、數(shù)控方向發(fā)展；為了提高生產(chǎn)效率和安全生產(chǎn)，應(yīng)用各種自動(dòng)化裝置、機(jī)械手乃至機(jī)器人的沖壓自動(dòng)生產(chǎn)線和高速壓力機(jī)紛紛投入使用。（4）沖壓基本原理的研究沖壓工藝、沖模設(shè)計(jì)與制造方面的發(fā)展，均與沖壓變形基本原理的研究進(jìn)展密不可分。例如，板料沖壓工藝性能的研究，沖壓成形過(guò)程應(yīng)力應(yīng)變分析和計(jì)算機(jī)模擬，板料變形規(guī)律的研究，從坯料變形規(guī)律出發(fā)進(jìn)行坯料與沖模之間相互作用的研究，在沖壓變形條件下的摩擦、潤(rùn)滑機(jī)理方面的研究等，這都為逐步建立起緊密結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際的先進(jìn)沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)方法打下了基礎(chǔ)。 沖壓模具的設(shè)計(jì)步驟沖壓模具的設(shè)計(jì)實(shí)質(zhì)上是沖件工藝方案的制定和模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。和般步驟可歸納為以下幾點(diǎn)。 取得必要的資料充分研究設(shè)計(jì)任務(wù)書，取得注明具體技術(shù)要求的產(chǎn)品零件圖樣。根據(jù)相關(guān)資料分析工件的沖壓工藝性，對(duì)工件進(jìn)行工藝審核及標(biāo)準(zhǔn)化審核。了解產(chǎn)品用途，并進(jìn)行沖壓件的工藝性及尺寸公差等級(jí)分析，對(duì)于一些沖壓件結(jié)構(gòu)不合理或工藝性不好的，必須征詢指導(dǎo)教師的意見(jiàn)后進(jìn)行改進(jìn)。在初步明確設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)上進(jìn)行沖壓總體方案的論證。另外，設(shè)計(jì)開始前必須預(yù)先準(zhǔn)備好《冷沖模國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)》、《模具設(shè)計(jì)與制造簡(jiǎn)明手冊(cè)》、《冷沖壓模具結(jié)構(gòu)圖冊(cè)》等技術(shù)資料，及圖板、圖紙、繪圖儀器等工具。也可將課程設(shè)計(jì)全部或部分工作安排在計(jì)算機(jī)上用Auto CAD、 pro/E等軟件來(lái)完成，相應(yīng)地需事前調(diào)試設(shè)備及軟件、準(zhǔn)備好打印用紙及墨盒等材料。 確定工藝方案及模具結(jié)構(gòu)形式通過(guò)工藝性分析，結(jié)合工藝計(jì)算，并經(jīng)分析比較確定最佳方案，是沖壓工藝過(guò)程設(shè)計(jì)中十分重要的環(huán)節(jié)。它包括：（1）根據(jù)工件的形狀特征、尺寸精度及表面的質(zhì)量的要求，進(jìn)行工藝分判斷出它的主要屬性，確定基本工序的性質(zhì)。即落料、沖孔、彎曲、拉伸、翻邊和脹形等基本工序。列出沖壓所需的全部單工序，一般情況可從產(chǎn)品圖樣要求直接確定。（2）根據(jù)工藝計(jì)算，確定工序數(shù)目。對(duì)于拉探件，還應(yīng)計(jì)算拉深次數(shù)。而彎曲件、沖裁件等也應(yīng)根據(jù)其形狀、尺寸及精度要求等，確定是一次還是幾次加工。（3）根據(jù)工序的變形特點(diǎn)、尺寸精度要求及操作方便性等要求，確定工序排列的先后順序。如采用先沖孔后彎曲、還是先彎曲再?zèng)_孔等。（4）根據(jù)生產(chǎn)批量、尺寸大小、精度要求以及模具制造水平、設(shè)備能力等多種因素，將已初步依次而排的單工序予以可能的工序組合。如復(fù)合沖壓工序、連續(xù)沖壓工序等。通常，厚料、低精度、小批量、大尺寸的沖件宜采用單工序生產(chǎn)，選用簡(jiǎn)單模；薄料、小尺寸、大批量的沖件宜采用級(jí)模連續(xù)生產(chǎn)；而形位精度高的沖件，則宜采用復(fù)合模進(jìn)行沖壓。在確定工序的性質(zhì)、順序及工序的組合后，即確定了沖壓的工藝方案。也即決定了各工序模具的結(jié)構(gòu)形式。 進(jìn)行必要的工藝計(jì)算（1）工藝方案確定后，對(duì)各道沖壓工序進(jìn)行工藝計(jì)算：（2）計(jì)算胚尺寸；（3）排樣及計(jì)算材料消耗定額；（4）計(jì)算沖壓所需的力、所消耗的功；（5）計(jì)算模具的壓力中心；（6）決定凸、凹模的間隙，計(jì)算凸、凹模工作部分尺寸；（7）對(duì)于拉深工序，需決定拉深的方式（壓邊或不壓邊），計(jì)算拉深次數(shù)及中間工序的半成品的尺寸。對(duì)于某些工藝，如連續(xù)拉深等，則需要進(jìn)行專門的工藝計(jì)算。 模具的總體設(shè)計(jì)在上述分析計(jì)算的基礎(chǔ)上，進(jìn)行模具結(jié)構(gòu)的總體設(shè)計(jì)并初步計(jì)算出模具的閉合高度，概略地定出模具的外形尺寸。根據(jù)確定的工藝方案和沖壓件形狀特點(diǎn)、精度要求、生產(chǎn)批量、模具加工條件、操作方便與安全等要求，選定沖模類型及結(jié)構(gòu)形式。 模具主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模具主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括：工作部分零件，如凸模、凹模、凸凹模等結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計(jì)及固定形式的選擇；定位零件，如固定擋料銷、活動(dòng)擋料銷及定距側(cè)刃的選用及設(shè)計(jì)；卸料和推件裝置，的選用和計(jì)算；導(dǎo)向零件，如導(dǎo)柱、導(dǎo)套等的設(shè)計(jì)；支持及夾持零件、堅(jiān)固零件，如模柄、上下模座的結(jié)構(gòu)形式的選擇等。 選定沖壓設(shè)備沖壓設(shè)備的選擇是工序設(shè)計(jì)和模具設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重要的內(nèi)容。合理的選用設(shè)備對(duì)工件質(zhì)量的保證、生產(chǎn)效率的提高、操作時(shí)的安全性等都有重要的影響，也為模具的設(shè)計(jì)帶來(lái)方便。沖壓設(shè)備的選擇主要決定其類型和規(guī)格，選定時(shí)主要取決于工藝要求和生產(chǎn)批量。 繪制模具總圖模具總圖（包括零件工作圖）的繪制應(yīng)嚴(yán)格按照制圖標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行。同時(shí)在實(shí)際生產(chǎn)中，結(jié)合模具的工作特點(diǎn)和安裝、調(diào)整的需要，其圖面的布置已形成一定的習(xí)慣。總裝圖的內(nèi)容包括：一、主視圖。一般情況下，其中一半繪制沖壓開始以前毛胚置入的情況；另一半繪制沖壓結(jié)束后、工件已成形（或已分離）、沖床滑塊在下止點(diǎn)位置的狀態(tài)。二、俯視圖。通常情況下，一半繪制下半部分俯視圖，另一半繪制上半部分的俯視圖。三、列出零件明細(xì)表，注明材質(zhì)及數(shù)量。凡標(biāo)準(zhǔn)件都要選定規(guī)格。四、技術(shù)要求及說(shuō)明。技術(shù)要求包括沖壓力、所選用的設(shè)備型號(hào)、模具總體的形位公差及裝配、安裝、調(diào)度、模具閉合高度、模具間隙及其他技術(shù)要求。 繪制各非零件的零件圖零件圖上應(yīng)注明全部尺寸、公差及配合、形位公差、表面粗糙度、所用材料及熱處理要求，以及其他各項(xiàng)技術(shù)要求。 填寫模具記錄卡和編寫沖壓工藝文件對(duì)于小批量生產(chǎn)時(shí)，應(yīng)填寫工藝路線明細(xì)表；而在大量生產(chǎn)時(shí)，則需要對(duì)每個(gè)零件制定工藝過(guò)程卡和工序卡。2 沖壓工藝設(shè)計(jì)沖壓工藝設(shè)計(jì)主要包括沖壓件工藝性分析和沖裁工藝方案確定兩方面的內(nèi)容。沖壓工藝的優(yōu)劣，決定了沖壓件的質(zhì)量和成本，所以是一項(xiàng)十分重要的工作。圖21 工件圖 沖壓件的工藝性分析沖壓件工藝性，即是指沖壓件對(duì)沖裁工藝的適用性，是判斷沖裁件能不能達(dá)到規(guī)定的技術(shù)要求、裁定該沖壓件加工難易程度、裁定是否需要采取特殊工藝措施及預(yù)測(cè)可能出現(xiàn)的問(wèn)題。良好的沖壓工藝性應(yīng)能滿足材料省、工序少、模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工容易、壽命較長(zhǎng)、操作安全方便、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定等要求。一般情況下，對(duì)沖壓工藝性影響最大的是幾何形狀、尺寸和精度要求。若存在沖壓工藝性不好、沖壓加工困難，則應(yīng)在不影響其使用性能的前提下提出修改意見(jiàn)，經(jīng)與產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員協(xié)商同意后對(duì)沖壓件圖樣作出適合工藝性的修改。 結(jié)構(gòu)工藝性為了降低加工費(fèi)用，提高加工效率，普通沖裁件應(yīng)滿足以下幾個(gè)方面的結(jié)構(gòu)工藝性要求：（1）應(yīng)盡量避免應(yīng)力集中的結(jié)構(gòu)。沖裁件各直線或曲線連接處應(yīng)盡可能避免出現(xiàn)尖銳的交角。除少?gòu)U料排樣、無(wú)廢料排樣、裁搭邊排樣或凹模使用鑲拼模結(jié)構(gòu)外，都應(yīng)有適當(dāng)?shù)膱A角相連，這樣，避免沖壓零件和模具成型零件產(chǎn)生應(yīng)力集中，及模具熱處理開裂。（2）沖裁件應(yīng)避免有過(guò)長(zhǎng)的懸臂和窄槽，以利于凸、凹模的加工，提高凸、凹模的強(qiáng)度，防止崩刃。一般材料取b≥, 高碳鋼應(yīng)同時(shí)滿足b≥2t ，L≤5b；當(dāng)b≤，當(dāng)t≤，前述要求按 t=。（3）沖裁件上孔與孔、孔與邊之間的距離不宜過(guò)小，以避免制件變形或因材料易拉入凹模而影響沖裁質(zhì)量，凹模強(qiáng)度和模具壽命也受影響（當(dāng)t，按t= 計(jì)算）。一般當(dāng)沖孔邊緣與沖裁件的外形邊緣不平行時(shí)（a 1）不小于t，平行時(shí)（a）。(4)因受凸模剛度的限制，沖裁件的孔徑不宜太小。沖孔最小尺寸取決于沖壓材料的力學(xué)性能與凸模強(qiáng)度和模具結(jié)構(gòu)。（5）在彎曲件或拉深件上沖孔時(shí)，為避免凸模受水平推力而折斷?？妆谂c制件直壁之間應(yīng)保持一定距離。使L≥R+。圖21所示為本設(shè)計(jì)中的沖壓零件，材料為08F，厚度為 1mm，屬于大批量生產(chǎn)。由零件圖可見(jiàn)，該沖壓件呈Z字形，零件工藝結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；彎曲半徑較大，沒(méi)有應(yīng)力集中的結(jié)構(gòu)；孔的直徑遠(yuǎn)大于材料的厚度，孔與零件邊沿的距離符合要求。包括沖孔、落料和彎曲三個(gè)基本工序，有良好的沖壓性能，沒(méi)有違反沖裁、彎曲件的工藝性規(guī)定，適合于沖裁。 尺寸精度與粗糙度沖裁件的尺寸精度要求，應(yīng)在經(jīng)濟(jì)精度范圍以內(nèi)。對(duì)于普通沖裁件一般可達(dá)IT11級(jí)，較高精度可達(dá)IT8 級(jí)，沖孔比落料的精度約高一級(jí)。沖裁件的斷面粗糙度一般為Ra~50μm，最高可達(dá) 。在滿足使用要求的情況下應(yīng)盡量取較低的精度等級(jí)和較大的粗糙度值，以提高加工經(jīng)濟(jì)性。本設(shè)計(jì)中的零件尺寸精度為IT8級(jí)，因此一般沖裁可以達(dá)到要求。零件圖上的尺寸除了 4的孔徑及其定位尺寸標(biāo)有偏差外，其他的形狀尺寸均未標(biāo)注公差，屬自由尺寸?，可按IT13級(jí)確定工件的公差。由于沖裁件沒(méi)有斷面粗糙度的要求，不必考慮，這樣，模具結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，又降低設(shè)計(jì)和制造成本。 沖裁件的材料該沖壓件的材料為08F 。08F的屈服強(qiáng)度抗剪強(qiáng)度τ =216~304Mpa，伸長(zhǎng)率32%，此材料具有良好的塑性及較高的彈性，沖裁性較好，可以沖裁加工，并且價(jià)格低廉，容易得到，符合經(jīng)濟(jì)性要求。 工藝方案的確定確定工藝方案就是確定沖裁件的工藝路線。確定工藝方案包括：確定工序數(shù)目、確定工序組合、工序順序安排。在工藝分析的基礎(chǔ)上制定幾種可能方案；再根據(jù)沖裁件的生產(chǎn)批量、再根據(jù)沖裁件的生產(chǎn)批量、形狀復(fù)雜程度、尺寸大小、材料厚薄、模具制造和維修條件及沖壓設(shè)備條件等多方面的因素，擬訂出多種可能的不同工藝方案，進(jìn)行分析比較，選取一個(gè)較為合理的方案。根據(jù)制件的工藝分析，其基本工序有落料、沖孔、彎曲，共三道工序，按其先后順序組合，可得如下幾種方案；(1) 落料——沖孔——彎曲：?jiǎn)喂ば蚰_壓；(2) 沖孔——落料——彎曲：復(fù)合模沖壓；(3) 沖孔、沖外輪廓——切斷、彎曲：連續(xù)模沖壓。方案（1）屬于單工序模沖裁工序沖裁模，指在壓力機(jī)一次行程內(nèi)完成一個(gè)沖壓工序的沖裁模。考慮到此制件屬大批量生產(chǎn)，因此采用單工序須要模具數(shù)量較多，費(fèi)用高，生產(chǎn)率低，操作也不安全，勞動(dòng)強(qiáng)度大，不合理，故不宜采用。方案（2）屬于復(fù)合沖裁模，復(fù)合沖裁模是指在一次工作行程中，在模具同一部位同時(shí)完成數(shù)道沖壓工序的模具。若采用復(fù)合沖，可以得出沖件的精度和平直度較好，生產(chǎn)率較高，但因后為落料凸模同時(shí)也是彎曲上模，落料刃口結(jié)構(gòu)難以設(shè)計(jì)，所以此方案也不適用。方案（3）屬于連續(xù)模，是指壓力機(jī)在一次行程中，依次在模具幾個(gè)不同的位置上同時(shí)完成多道沖壓工序的模具。由于制件的結(jié)構(gòu)尺寸小，厚度小，用級(jí)進(jìn)模沖裁時(shí)，可以使用自動(dòng)送料裝置，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)率，操作方便，通過(guò)合理設(shè)計(jì)可以達(dá)到較好的零件質(zhì)量和較高的精度，最為合適。根據(jù)以上分析，該零件采用級(jí)進(jìn)沖裁工藝方案。3 沖壓模具總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)沖壓模具總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要包括選擇模具的類型、確定操作與定位方式、確定卸料與出件方式和選擇模架類型及精度等。 模具類型擇模具類型時(shí)應(yīng)根據(jù)確定的工藝方案和沖壓件形狀特點(diǎn)、精度要求、生產(chǎn)批量、模具加工條件、操作方便與安全等要求，選定沖模類型及結(jié)構(gòu)形式。從零件精度方面考慮，復(fù)合模沖出的制件精度高于級(jí)進(jìn)模，級(jí)進(jìn)模又高于單工序模。用單工序模沖壓多工序的沖壓件時(shí)，要經(jīng)過(guò)多次定位和變形，產(chǎn)生積累誤差大，沖壓件精度較低。復(fù)合模是在同一位置一次沖出，不存在定位誤差。厚料、低精度、小批量、大尺寸的沖壓件宜單工序生產(chǎn)，用簡(jiǎn)單模；薄料、小尺寸、大批量的產(chǎn)品宜用級(jí)進(jìn)模連續(xù)生產(chǎn)；形位精度高的產(chǎn)品，可用復(fù)合模加工相關(guān)尺寸。根據(jù)零件的沖壓工藝方案分析，本設(shè)計(jì)采用級(jí)進(jìn)模。 操作與定位方式確定操作與定位方式時(shí)，就綜合考慮工人操作是否安全，是否符合操作習(xí)慣，定位是否準(zhǔn)確、可靠等。對(duì)于一些形狀復(fù)雜、需要進(jìn)行多道工序沖壓的小型件，如果用單工序模分步?jīng)_壓，需用手鉗放置或取出坯料/工序件 /制件，多次進(jìn)出危險(xiǎn)區(qū)域，很不安全，應(yīng)盡量減少手進(jìn)入工作區(qū)的次。有時(shí)即使批量不大，也采用比較安全的級(jí)進(jìn)模進(jìn)行沖壓。設(shè)計(jì)中的零件屬大批量生產(chǎn)，安排生產(chǎn)宜采用自動(dòng)送料方式，由自動(dòng)送料裝置進(jìn)行粗定位，再用導(dǎo)正銷導(dǎo)正。這種方式直接減少了人力投入，生產(chǎn)更加安全，成本得到了控制；并且減少了人為因素引起的送料誤差，制件精度得到了保證。 卸料與出件方式卸料與出件方式包括卸料、推件和頂件裝置。其作用是當(dāng)沖模完成一次沖壓之后，把制件/廢料從模具工作零件上卸下來(lái)，以便沖壓工作繼續(xù)進(jìn)行。通常，卸料是指把制件/ 廢料從凸模上卸下來(lái)；推件是指把制件/廢料從凹模中推出來(lái)；而頂料是把制件/廢料從凹模中頂出來(lái)。卸料裝置的結(jié)構(gòu)形式有：固定(剛性)式、彈壓式、廢料切刀。固定(剛性)式裝置的卸料力大，卸料可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，用于沖裁板料較厚(t＞)、卸料力較大、沖裁件平直度要求不很高時(shí)的場(chǎng)合。彈壓卸料裝置的優(yōu)點(diǎn)是沖裁件平直度較高，質(zhì)量較好，用于質(zhì)量要求較高的沖裁件或薄板沖裁。對(duì)于落料或成形件的切邊，如果制件大或板料厚，卸料力大，往往采用廢料切刀代替卸料板，將廢料切開而卸料。推件與頂件的目的都是從凹模中卸下制件或廢料。一般把裝在上模內(nèi)的稱為推件；裝在下模內(nèi)的稱為頂件。推件裝置一般是剛性的，其特點(diǎn)是推件力大，工作可靠，所以應(yīng)用廣泛。彈性推件裝置用于板料較薄且平直度要求較高的沖裁件，其特點(diǎn)是容易疲勞，彈力不夠，制件易嵌入邊料中。該沖壓零件對(duì)平整度沒(méi)有特殊的要求，為降低設(shè)計(jì)成本、簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu)，本設(shè)計(jì)采用固定卸料方式。為了便于操作，提高生產(chǎn)率，廢料采用凸模直接從凹模洞口推下的下出件方式；沖壓件則通過(guò)浮動(dòng)彎曲凸模頂出凹模面，然后用壓縮空氣吹出。 模架類型及精度常用的標(biāo)準(zhǔn)模架是由上、下模座及導(dǎo)柱、導(dǎo)套組成。模架的組成零件已標(biāo)準(zhǔn)化，設(shè)計(jì)中可直接選用標(biāo)準(zhǔn)模架。模架的形式有：后側(cè)導(dǎo)柱模架、中間導(dǎo)柱模架、對(duì)角導(dǎo)柱模架、四角導(dǎo)柱模架。后側(cè)導(dǎo)柱的模架，送料及操作比較方便，但由于導(dǎo)柱裝在同一側(cè)，容易偏斜，影響模具壽命，適用于沖制中等復(fù)雜程度及精度要求一般的制件，如落料、沖孔、引伸等。對(duì)角導(dǎo)柱、中間導(dǎo)柱及四角導(dǎo)柱模架的共同特點(diǎn)