【文章內(nèi)容簡介】 模具標準化是組織模具專業(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、降低成本的關鍵（先進國家模具標準化已達到70～80%）。（3）沖壓設備及沖壓自動化方面性能良好的沖壓設備是提高沖壓生產(chǎn)技術水平的基本條件。高效率、高精度、長壽命的沖模需要高精度、高自動化的沖壓設備與之相匹配；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)，應用各種自動化裝置、機械手乃至機器人的沖壓自動生產(chǎn)線和高速壓力機紛紛投入使用。（4）沖壓基本原理的研究沖壓工藝、沖模設計與制造方面的發(fā)展，均與沖壓變形基本原理的研究進展密不可分。例如，板料沖壓工藝性能的研究，沖壓成形過程應力應變分析和計算機模擬，板料變形規(guī)律的研究，從坯料變形規(guī)律出發(fā)進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、潤滑機理方面的研究等，這都為逐步建立起緊密結合生產(chǎn)實際的先進沖壓工藝及模具設計方法打下了基礎。 沖壓模具的設計步驟沖壓模具的設計實質(zhì)上是沖件工藝方案的制定和模具結構的設計。和般步驟可歸納為以下幾點。 取得必要的資料充分研究設計任務書，取得注明具體技術要求的產(chǎn)品零件圖樣。根據(jù)相關資料分析工件的沖壓工藝性，對工件進行工藝審核及標準化審核。了解產(chǎn)品用途，并進行沖壓件的工藝性及尺寸公差等級分析，對于一些沖壓件結構不合理或工藝性不好的，必須征詢指導教師的意見后進行改進。在初步明確設計要求的基礎上進行沖壓總體方案的論證。另外，設計開始前必須預先準備好《冷沖模國家標準》、《模具設計與制造簡明手冊》、《冷沖壓模具結構圖冊》等技術資料，及圖板、圖紙、繪圖儀器等工具。也可將課程設計全部或部分工作安排在計算機上用Auto CAD、 pro/E等軟件來完成，相應地需事前調(diào)試設備及軟件、準備好打印用紙及墨盒等材料。 確定工藝方案及模具結構形式通過工藝性分析，結合工藝計算，并經(jīng)分析比較確定最佳方案，是沖壓工藝過程設計中十分重要的環(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)工藝計算，確定工序數(shù)目。對于拉探件，還應計算拉深次數(shù)。而彎曲件、沖裁件等也應根據(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、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、還是先彎曲再沖孔等。（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)，選用簡單模；薄料、小尺寸、大批量的沖件宜采用級模連續(xù)生產(chǎn)；而形位精度高的沖件，則宜采用復合模進行沖壓。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構形式。 進行必要的工藝計算（1）工藝方案確定后，對各道沖壓工序進行工藝計算：（2）計算胚尺寸；（3）排樣及計算材料消耗定額；（4）計算沖壓所需的力、所消耗的功；（5）計算模具的壓力中心；（6）決定凸、凹模的間隙，計算凸、凹模工作部分尺寸；（7）對于拉深工序，需決定拉深的方式（壓邊或不壓邊），計算拉深次數(shù)及中間工序的半成品的尺寸。對于某些工藝，如連續(xù)拉深等，則需要進行專門的工藝計算。 模具的總體設計在上述分析計算的基礎上，進行模具結構的總體設計并初步計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、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，選定沖模類型及結構形式。 模具主要零部件的結構設計模具主要零部件的結構設計包括：工作部分零件，如凸模、凹模、凸凹模等結構形式的設計及固定形式的選擇；定位零件，如固定擋料銷、活動擋料銷及定距側刃的選用及設計；卸料和推件裝置，的選用和計算；導向零件，如導柱、導套等的設計；支持及夾持零件、堅固零件，如模柄、上下模座的結構形式的選擇等。 選定沖壓設備沖壓設備的選擇是工序設計和模具設計的一項重要的內(nèi)容。合理的選用設備對工件質(zhì)量的保證、生產(chǎn)效率的提高、操作時的安全性等都有重要的影響，也為模具的設計帶來方便。沖壓設備的選擇主要決定其類型和規(guī)格，選定時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）的繪制應嚴格按照制圖標準來進行。同時在實際生產(chǎn)中，結合模具的工作特點和安裝、調(diào)整的需要，其圖面的布置已形成一定的習慣。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；另一半繪制沖壓結束后、工件已成形（或已分離）、沖床滑塊在下止點位置的狀態(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、列出零件明細表，注明材質(zhì)及數(shù)量。凡標準件都要選定規(guī)格。四、技術要求及說明。技術要求包括沖壓力、所選用的設備型號、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要求。 繪制各非零件的零件圖零件圖上應注明全部尺寸、公差及配合、形位公差、表面粗糙度、所用材料及熱處理要求，以及其他各項技術要求。 填寫模具記錄卡和編寫沖壓工藝文件對于小批量生產(chǎn)時，應填寫工藝路線明細表；而在大量生產(chǎn)時，則需要對每個零件制定工藝過程卡和工序卡。2 沖壓工藝設計沖壓工藝設計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，即是指沖壓件對沖裁工藝的適用性，是判斷沖裁件能不能達到規(guī)定的技術要求、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測可能出現(xiàn)的問題。良好的沖壓工藝性應能滿足材料省、工序少、模具結構簡單、加工容易、壽命較長、操作安全方便、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定等要求。一般情況下，對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，則應在不影響其使用性能的前提下提出修改意見，經(jīng)與產(chǎn)品設計人員協(xié)商同意后對沖壓件圖樣作出適合工藝性的修改。 結構工藝性為了降低加工費用，提高加工效率，普通沖裁件應滿足以下幾個方面的結構工藝性要求：（1）應盡量避免應力集中的結構。沖裁件各直線或曲線連接處應盡可能避免出現(xiàn)尖銳的交角。除少廢料排樣、無廢料排樣、裁搭邊排樣或凹模使用鑲拼模結構外，都應有適當?shù)膱A角相連，這樣，避免沖壓零件和模具成型零件產(chǎn)生應力集中，及模具熱處理開裂。（2）沖裁件應避免有過長的懸臂和窄槽，以利于凸、凹模的加工，提高凸、凹模的強度，防止崩刃。一般材料取b≥, 高碳鋼應同時滿足b≥2t ，L≤5b；當b≤，當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，凹模強度和模具壽命也受影響（當t，按t= 計算）。一般當沖孔邊緣與沖裁件的外形邊緣不平行時（a 1）不小于t，平行時（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性能與凸模強度和模具結構。（5）在彎曲件或拉深件上沖孔時，為避免凸模受水平推力而折斷。孔壁與制件直壁之間應保持一定距離。使L≥R+。圖21所示為本設計中的沖壓零件，材料為08F，厚度為 1mm，屬于大批量生產(chǎn)。由零件圖可見，該沖壓件呈Z字形，零件工藝結構簡單；彎曲半徑較大，沒有應力集中的結構；孔的直徑遠大于材料的厚度，孔與零件邊沿的距離符合要求。包括沖孔、落料和彎曲三個基本工序，有良好的沖壓性能，沒有違反沖裁、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，應在經(jīng)濟精度范圍以內(nèi)。對于普通沖裁件一般可達IT11級，較高精度可達IT8 級，沖孔比落料的精度約高一級。沖裁件的斷面粗糙度一般為Ra~50μm，最高可達 。在滿足使用要求的情況下應盡量取較低的精度等級和較大的粗糙度值，以提高加工經(jīng)濟性。本設計中的零件尺寸精度為IT8級，因此一般沖裁可以達到要求。零件圖上的尺寸除了 4的孔徑及其定位尺寸標有偏差外，其他的形狀尺寸均未標注公差，屬自由尺寸?，可按IT13級確定工件的公差。由于沖裁件沒有斷面粗糙度的要求，不必考慮，這樣，模具結構更簡單，又降低設計和制造成本。 沖裁件的材料該沖壓件的材料為08F 。08F的屈服強度抗剪強度τ =216~304Mpa，伸長率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，并且價格低廉，容易得到，符合經(jīng)濟性要求。 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、形狀復雜程度、尺寸大小、材料厚薄、模具制造和維修條件及沖壓設備條件等多方面的因素，擬訂出多種可能的不同工藝方案，進行分析比較，選取一個較為合理的方案。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：單工序模沖壓；(2) 沖孔——落料——彎曲：復合模沖壓；(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，指在壓力機一次行程內(nèi)完成一個沖壓工序的沖裁模?？紤]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，費用高，生產(chǎn)率低，操作也不安全，勞動強度大，不合理，故不宜采用。方案（2）屬于復合沖裁模，復合沖裁模是指在一次工作行程中，在模具同一部位同時完成數(shù)道沖壓工序的模具。若采用復合沖，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也是彎曲上模，落料刃口結構難以設計，所以此方案也不適用。方案（3）屬于連續(xù)模，是指壓力機在一次行程中，依次在模具幾個不同的位置上同時完成多道沖壓工序的模具。由于制件的結構尺寸小，厚度小，用級進模沖裁時，可以使用自動送料裝置，降低勞動強度，提高生產(chǎn)率，操作方便，通過合理設計可以達到較好的零件質(zhì)量和較高的精度，最為合適。根據(jù)以上分析，該零件采用級進沖裁工藝方案。3 沖壓模具總體結構設計沖壓模具總體結構設計的內(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應根據(jù)確定的工藝方案和沖壓件形狀特點、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，選定沖模類型及結構形式。從零件精度方面考慮，復合模沖出的制件精度高于級進模，級進模又高于單工序模。用單工序模沖壓多工序的沖壓件時，要經(jīng)過多次定位和變形，產(chǎn)生積累誤差大，沖壓件精度較低。復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)，用簡單模；薄料、小尺寸、大批量的產(chǎn)品宜用級進模連續(xù)生產(chǎn)；形位精度高的產(chǎn)品，可用復合模加工相關尺寸。根據(jù)零件的沖壓工藝方案分析，本設計采用級進模。 操作與定位方式確定操作與定位方式時，就綜合考慮工人操作是否安全，是否符合操作習慣，定位是否準確、可靠等。對于一些形狀復雜、需要進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，多次進出危險區(qū)域，很不安全，應盡量減少手進入工作區(qū)的次。有時即使批量不大，也采用比較安全的級進模進行沖壓。設計中的零件屬大批量生產(chǎn)，安排生產(chǎn)宜采用自動送料方式，由自動送料裝置進行粗定位，再用導正銷導正。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，以便沖壓工作繼續(xù)進行。通常，卸料是指把制件/ 廢料從凸模上卸下來；推件是指把制件/廢料從凹模中推出來；而頂料是把制件/廢料從凹模中頂出來。卸料裝置的結構形式有：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，結構簡單，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的場合。彈壓卸料裝置的優(yōu)點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，其特點是推件力大，工作可靠，所以應用廣泛。彈性推件裝置用于板料較薄且平直度要求較高的沖裁件，其特點是容易疲勞，彈力不夠，制件易嵌入邊料中。該沖壓零件對平整度沒有特殊的要求，為降低設計成本、簡化模具結構，本設計采用固定卸料方式。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；沖壓件則通過浮動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準模架是由上、下模座及導柱、導套組成。模架的組成零件已標準化，設計中可直接選用標準模架。模架的形式有：后側導柱模架、中間導柱模架、對角導柱模架、四角導柱模架。后側導柱的模架，送料及操作比較方便，但由于導柱裝在同一側，容易偏斜，影響模具壽命，適用于沖制中等復雜程度及精度要求一般的制件，如落料、沖孔、引伸等。對角導柱、中間導柱及四角導柱模架的共同特點