【文章內容簡介】 成形法，從而可隨意改變變形路徑與受力狀態(tài)，提高了材料的成形極限，同時利用反復成形技術可消除材料內殘余應力，實現(xiàn)無回彈成形。無模多點成形系統(tǒng)以CAD/CAM/CAE技術為主要手段，能快速經濟地實現(xiàn)三維曲面的自動化成形。目前正朝著以下兩方面發(fā)展:一方面,為了適應高速、自動、精密、安全等大批量現(xiàn)代生產的需要，沖模正向高效率、高精度、高壽命及多工位、多功能方向發(fā)展，與此相比適應的新型模具材料及其熱處理技術，各種高效、精密、數控自動化的模具加工機床和檢測設備以及模具CAD/CAM技術也在迅速發(fā)展；另一方面，為了適應產品更新?lián)Q代和試制或小批量生產的需要，鋅基合金沖模、聚氨酯橡膠沖模、薄板沖模、鋼帶沖模、組合沖模等各種簡易沖模及其制造技術也得到了迅速發(fā)展。精密、高效的多工位及多功能級進模和大型復雜的汽車覆蓋件沖模代表了現(xiàn)代沖模的技術水平。目前，50個工位以上的級進模進距精度可達到2微米，多功能級進模不僅可以完成沖壓全過程，還可完成焊接、裝配等工序。我國已能自行設計制造出達到國際水平的精度達2 ~5微米，進距精度2~3微米，總壽命達1億次。我國主要汽車模具企業(yè)，已能生產成套轎車覆蓋件模具，在設計制造方法、手段方面已基本達到了國際水平，但在制造方法手段方面已基本達到了國際水平，模具結構、功能方面也接近國際水平，但在制造質量、精度、制造周期和成本方面與國外相比還存在一定差距。模具制造技術現(xiàn)代化是模具工業(yè)發(fā)展的基礎。計算機技術、信息技術、自動化技術等先進技術正在不斷向傳統(tǒng)制造技術滲透、交叉、融合形成了現(xiàn)代模具制造技術。其中高速銑削加工、電火花銑削加工、慢走絲切割加工、精密磨削及拋光技術、數控測量等代表了現(xiàn)代沖模制造的技術水平。高速銑削加工不但具有加工速度高以及良好的加工精度和表面質量（主軸轉速一般為15000~40000r/min）,加工精度一般可達10微米，最好的表面粗糙度Ra≤1微米），而且與傳統(tǒng)切削加工相比具有溫升低（工件只升高3攝氏度）、切削力小，因而可加工熱敏材料和剛性差的零件，合理選擇刀具和切削用量還可實現(xiàn)硬材料（60HRC）加工；電火花銑削加工（又稱電火花創(chuàng)成加工）是以高速旋轉的簡單管狀電極作三維或二維輪廓加工（像數控銑一樣），因此不再需要制造昂貴的成形電極，如日本三菱公司生產的EDSCAN8E電火花銑削加工機床，配置有電極損耗自動補償系統(tǒng)、CAD/CAM集成系統(tǒng)、在線自動測量系統(tǒng)和動態(tài)仿真系統(tǒng)，體現(xiàn)了當今電火花加工機床的技術水平；慢走絲線切割技術的發(fā)展水平已相當高，功能也相當完善，自動化程度已達到無人看管運行的程度，目前切割速度已達到300mm /min,加工精度可達177。，表面粗糙度達Ra=01~。精度磨削及拋光已開始使用數控成形磨床、數控光學曲線磨床、數控連續(xù)軌跡坐標磨床及自動拋光等先進設備和技術。模具加工過程中的檢測技術也取得了很大的發(fā)展,現(xiàn)在三坐標測量機除了能高精度地測量復雜曲面的數據外,其良好的溫度補償裝置、可靠的抗振保護能力、嚴密的除塵措施及簡單操作步驟，使得現(xiàn)場自動化檢測成為可能。此外，激光快速成形技術（RPM）與樹脂澆注技術在快速經濟制模技術中得到了成功的應用。利用RPM技術快速成形三維原型后，通過陶瓷精鑄、電弧涂噴、消失模、熔模等技術可快速制造各種成形模。如清華大學開發(fā)研制的“MRPMSⅡ型多功能快速原型制造系統(tǒng)”是我國自主知識產權的世界惟一擁有兩種快速成形工藝（分層實體制造SSM和熔融擠壓成形MEM）的系統(tǒng)，它基于“模塊化技術集成”之概念而設計和制造，具有較好的價格性能比。一汽模具制造公司在以CAD/CAM加工的主模型為基礎，采用瑞士汽巴精化的高強度樹脂澆注成形的樹脂沖模應用在國產轎車試制和小批量生產開辟了新的途徑。 沖壓設備和沖壓生產自動化方面性能良好的沖壓設備是提高沖壓生產技術水平的基本條件，高精度、高壽命、高效率的沖模需要高精度、高自動化的沖壓設備相匹配。為了滿足大批量高速生產的需要，目前沖壓設備也由單工位、單功能、低速壓力機朝著多工位、多功能、高速和數控方向發(fā)展，加之機械乃至機器人的大量使用，使沖壓生產效率得到大幅度提高，各式各樣的沖壓自動線和高速自動壓力機紛紛投入使用。如在數控四邊折彎機中送入板料毛坯后，在計算機程序控制下便可依次完成四邊彎曲，從而大幅度提高精度和生產率；在高速自動壓力機上沖壓電機定轉子沖片時，一分鐘可沖幾百片，并能自動疊成定、轉子鐵芯，生產效率比普通壓力機提高幾十倍，材料利用率高達97%；公稱壓力為250kN的高速壓力機的滑塊行程次數已達2000次/min以上。在多功能壓力機方面，日本田公司生產的2000kN“沖壓中心”采用CNC控制，只需5min時間就可完成自動換模、換料和調整工藝參數等工作；美國惠特尼公司生產的CNC金屬板材加工中心，在相同的時間內，加工沖壓件的數量為普通壓力機的4~10倍，并能進行沖孔、分段沖裁、彎曲和拉深等多種作業(yè)。近年來，為了適應市場的激烈競爭，對產品質量的要求越來越高，且其更新?lián)Q代的周期大為縮短。沖壓生產為適應這一新的要求，開發(fā)了多種適合不同批量生產的工藝、設備和模具。其中，無需設計專用模具、性能先進的轉塔數控多工位壓力機、激光切割和成形機、CNC萬能折彎機等新設備已投入使用。特別是近幾年來在國外已經發(fā)展起來、國內亦開始使用的沖壓柔性制造單元（FMC）和沖壓柔性制造系統(tǒng)（FMS）代表了沖壓生產新的發(fā)展趨勢。FMS系統(tǒng)以數控沖壓設備為主體，包括板料、模具、沖壓件分類存放系統(tǒng)、自動上料與下料系統(tǒng)，生產過程完全由計算機控制，車間實現(xiàn)24小時無人控制生產。同時，根據不同使用要求，可以完成各種沖壓工序，甚至焊接、裝配等工序，更換新產品方便迅速，沖壓件精度也高。模具的標準化及專業(yè)化生產，已得到模具行業(yè)和廣泛重視。因為沖模屬單件小批量生產，沖模零件既具的一定的復雜性和精密性，又具有一定的結構典型性。因此，只有實現(xiàn)了沖模的標準化，才能使沖模和沖模零件的生產實現(xiàn)專業(yè)化、商品化，從而降低模具的成本，提高模具的質量和縮短制造周期。目前，國外先進工業(yè)國家模具標準化生產程度已達70%~80%，模具廠只需設計制造工作零件，大部分模具零件均從標準件廠購買，使生產率大幅度提高。模具制造廠專業(yè)化程度越不定期越高，分工越來越細，如目前有模架廠、頂桿廠、熱處理廠等，甚至某些模具廠僅專業(yè)化制造某類產品的沖裁?；驈澢?，這樣更有利于制造水平的提高和制造周期的縮短。我國沖模標準化與專業(yè)化生產近年來也有較大發(fā)展，除反映在標準件專業(yè)化生產廠家有較多增加外，標準件品種也有擴展，精度亦有提高。但總體情況還滿足不了模具工業(yè)發(fā)展的要求，主要體現(xiàn)在標準化程度還不高（一般在40%以下），標準件的品種和規(guī)格較少，大多數標準件廠家未形成規(guī)?；a，標準件質量也還存在較多問題。另外，標準件生產的銷售、供貨、服務等都還有待于進一步提高。由于薄板沖模的凸、凹模刃口的形狀、硬度與常規(guī)鋼沖模相同，都屬于間隙裁，所以薄板沖模與常規(guī)鋼沖模一樣，沖壓過程也基于“雙向裂紋擴展相迎分離理論”，即第一階段為彈性變形階段，即當睛模接觸沖壓毛坯后，就不斷對毛坯加壓，使毛坯產生彈性變形、彈性拉伸和彎曲變形，并稍稍擠入凹?？卓?，這時，毛坯內由于凸模下行施壓所產生的內壓力，還沒有超過它本身的強度極限，當凸模繼續(xù)下行對毛坯加壓，毛坯的內應力達到其屈服極限時，部分金屬被擠入凹?？卓趦?，產生塑性變形，成為第二個階段——塑性變形階段。此時的表征毛坯被彎曲和拉伸，內應力不斷增大，使得毛坯在凸、凹模刃口處產生應力集中，沁內應力超過毛坯的抗剪強度時，此處便產生裂紋，當凸模再下行加壓，在凸、凹模刃口處的材料的裂紋便向材料內部延伸擴展，毛坯隨即被拉斷，成為第三階段——撕裂階段。沖裁過程中的受力分析：圖所示為無壓緊裝置沖裁時材料的受力情況。當凸模對鈑料進行沖裁時，由于凸、凹模作用于鈑料上的力呈不均勻分布狀態(tài)，主要集中在凸、凹模刃口處，材料同時受到：圖3—1 沖裁過程中鈑材受力圖（1）——分別為凸模和凹模對材料產生的垂直作用力；（2）——分別為凸模和凹模對材料產生的側壓力；（3）——分別為凸模和凹模端面對材料產生的摩擦力；（4）——分別為凸模和凹模側面對材料產生的摩擦力；由于凸、凹模之間有間隙，作用與不在同一直線上，便形成彎曲扭矩，使凸凹模刃中附近的材料產生彎曲變形；側壓力和也不在同一直線上，兩者的距離隨凸模下降切入材料的深度變化為，同樣產生力矩與彎曲扭矩時刻保持平衡，即而側壓力和會使鈑料產生徑向應力，由上式可知： （3—1）式中 —凸凹模之間的單向間隙，單位為； —剪切應力，單位為； —側向應力，單位為； —鈑料開始分離時凸模壓入的深度，單位為； —鈑料的厚度，單位為； —被沖鈑料的抗剪強度，單位為； —沖裁切口周長，單位為。圖3－2 沖裁過程中模具刃口受力圖從圖3－2可知塑性變形階段，凸、凹模刃口附近處材料內A、B、C、D 4個點的應力狀態(tài)分析：A點： 為凸模側向擠壓力與材料彎曲引起的徑向壓應力； 為材料彎曲引起的壓應力與側面擠壓力引起的拉應力合成的切向拉應力； 為因凸模下降產生的軸向拉應力。B點：由于凸模下壓及材料彎曲引起3個方向同時受壓力。C點： 和為材料彎曲引起的徑向拉應力和切向拉應力，為凹模擠壓材料產生的壓應力。D點： 和分別為徑向應力和切向應力，為材料彎曲時產生的拉應力與凹模側面擠壓力引起的壓應力的合成力，一般為拉應力；為凸模下行壓材料引起的軸向拉應力。綜合分析A、B、C、D 4點的應力狀態(tài)可知：B點和C點（即凸模與凹模端面）的壓力高于A點和D點（凸、凹模側面），又因鈑料彎曲，凸模一側材料受雙向壓縮，凹模一側材料受到雙向拉伸，所以凸模刃口附近的材料所受的壓應力又比凹模刃口附近材料所受的壓應力要大。如前所述，由于刃口端面的壓應力高于刃口側面，而在凹模刃口凹側面，因而材料最早產生裂紋處不在刃口端面，而在凹模刃口側面，然后在凸模刃口產生，隨著凸模的下行，壓力不斷加大，裂紋逐步發(fā)展，最后鈑料在拉伸、彎曲、剪切這三種力的作用下斷裂分離。 凸凹模設計1. 材料: 鋼板2. 材料厚度: 3. 生產批量:中批量4. 未注公差:按IT10級確定。 圖3－3模具圖形在沖裁過程中，沖孔件尺寸決定于凸模刃口尺寸，落料件尺寸決定于凹模尺寸。因此，確定沖裁模刃口尺寸時應遵循以下原則：①落料模先確定凹模刃口尺寸，其公稱尺寸應取接近或等于制件的最小極限尺寸，凸模刃口公稱尺寸比凹模小一個最小合理間隙；②沖孔模先確定凸模刃口尺寸，其公稱尺寸應取接近或等于制件的最大極限尺寸，凹模刃口公稱尺寸比凸模大一個最小合理間隙；③在選擇模具刃口制造公差時，要考慮制件精度與模具精度的關系，既要保證制件的精度要求，以要保證有合理的間隙值，一般沖模精度較制件精度高2～3級。計算圖2—3 （1）的工藝尺寸確定凸凹模間隙及制造公差：表3－18，凸凹模間隙凸凹模制造公差按IT8精度選取，由附表D查得：對落料尺寸。由于凸、凹模均滿足條件，故可采用凸凹模分開加工法。（2）確定凸、凹模工作部分尺寸：沖裁： （3—2） （3—3） 式中：—分別為沖孔凹、凸刃口公稱尺寸，單位為；—沖孔件公稱尺寸，單位為；—制件的制造公差，單位為，；—磨損系數，查表3－17?；境叽纾?0㎜）： （3—4） （3—5）式中：—分別為凹、凸模刃口公稱尺寸，單位為；—制件公稱尺寸，單位為；—制件的制造公差，單位為，查附表D，；—磨損系數，沖裁力為： （3—6） 式中：—為沖裁輪廓的長度，單位為；—為板材的厚度，單位為；—為板材的抗剪應力，單位為。 式中查附表A，取。卸料力 為： （3—7）式中：—為卸料力系數。式中查表2—11。則沖壓總工藝力為： （3—8） 上、下模座的設計模座分上模座和下模座，整個模具的各個零件都直接或間接地固定在上、下模座上，因此它是整個模具的基礎。上模座通過模柄安裝在沖床滑塊上，下模座用壓板和螺栓固定在工作臺上。由于本模具不帶導套，所以其尺寸通過下式確定式中 ： —圓形模座的直徑，單位為；—圓形凹模直徑，單位為。由于設計的模具最大加工尺寸，所以在此取。模座的厚度尺寸確定如下：普通沖模： 式中： —模座厚度，單位為；—凹模厚度，單位為。第4章 液壓定位支承銷設計 液壓定位支撐銷作用由于上、下轉盤主軸互相分離，以便板材通過，這就帶來了凸凹模的同軸度問題，因為齒輪傳動免不了游隙。為保證同軸，采用液壓定位銷。同時由于在沖壓過程中有很大的沖栽力，沖栽力會使上、下轉盤的主軸產生很大的彎矩，使為變形或損壞。這里用有一個液壓銷來支承轉盤，使在工作時產生一個于沖壓相反的彎矩。在這里就設計一個液壓定位支承銷。 液壓定位支撐銷的組成液壓定位支撐銷的結構基本上可以分為缸筒、缸蓋、活塞、活塞桿、密封裝置緩沖裝置和排氣裝置五部分。在設計過程中，采用何種連接方式主要取決于液壓缸的工作壓力缸筒的材料和具體工作條件。當工作壓力時使用鑄鐵缸筒，它的連接方式多用法蘭邊接，這種結構易于加工和裝拆，但外形尺寸大。當壓力時使用無縫鋼管，時使用鑄鋼或鍛鋼。1．活塞和活塞桿活塞和活塞桿的連接方式很多，但無論采用何種連接方式，都必須保證連接可靠。螺紋式連接結構簡單，裝拆方便，但在高壓大負載下需要備有螺母防松裝置。半環(huán)式邊接結構較較復雜，裝拆不便，但工作較可靠。此外活