【文章內容簡介】 進模，電子電器行業(yè)用的 50 余位的硬質合金多工位自動級進模等，都達到了國際同類模具產品的技術水平。 自 20 世紀 70 年代以來，隨著計算機技術的口益發(fā)展，數(shù)控加工技術的廣泛應用，出現(xiàn)了 CAD / CAM 的全新技術。 CAD / CAM 技術應用到模具領域后，出現(xiàn)了模具的計算機輔助設計 (CAD)、計算機輔助制造 (CAM)。模具 CAD/CAM 技術實質是模具設計與制造的綜合計算機化。在 CAD/CAM 系統(tǒng)中，產品的幾何模型是關于產品的最基本核心數(shù)據(jù)， 3 并作為整個設計、計算、分析過程中最原始的數(shù)據(jù)，其結果可運用數(shù)據(jù)庫和網絡技術將其存儲和直接傳送到生產制造環(huán)節(jié)的各有關方面，從而實現(xiàn)設計和制造的一體化。 模具 CAD / CAM 技術從根本上改變了設計模具、制造模具時用手工繪圖，憑圖組織整個生產的技術管理方式，將它變?yōu)樵?圖形工作站上交叉設計，用數(shù)據(jù)文件發(fā)展產品，在統(tǒng)一的數(shù)字化產品模型下進行產品的設計打樣、分析計算、工藝設計、工藝裝備、數(shù)控加工、質量控制、編印產品維護手冊等。 自 20 世紀 5 0 年代末期，國外一些科研院便開始研究開發(fā)冷沖模 CAD /CAM系統(tǒng)。 1971 年，美國 DieComp 公司成功地開發(fā)了級進模 CAD 系統(tǒng) PDDC,應用該系統(tǒng)可以完成冷沖模設計的全部過程。 1977 年，捷克金屬加工工業(yè)研究院研制成功 AKT 系統(tǒng)，它可以用于簡單、復合和連續(xù)沖裁模的設計和制造。 20 世紀70 年代末期，口本機械工程實驗室和口本旭光工業(yè)公司分 別開發(fā)的連續(xù)模設計系統(tǒng) MEL 和沖孔彎曲模系統(tǒng) PENTAX, 1982 年口立公司研制了沖裁模系統(tǒng)。使用這些系統(tǒng)進行模具設計制造，大大縮短了模具開發(fā)周期，降低了生產成本，提高了生產效率。 沖壓設計的基本內容 沖壓設計包括工藝設計和模具設計兩方面內容。 沖壓工藝設計是針對給定的產品圖樣，根據(jù)其生產批量的大小、沖壓設備的類型規(guī)格、模具制造能力及工人技術水平等具體生產條件，從對產品零件圖的沖壓工藝分析入手，經過必要的工藝計算，制定出合理的工藝方案，最后編寫出沖壓工藝卡片的綜合性的分析、計算、設計過程。 沖壓模具 設計則是依據(jù)制定的沖壓工藝規(guī)程，在認真考慮毛坯的定位、出件、廢料排除諸問題以及模具的制造維修方便、操作安全可靠等因素后，構思出與沖壓設備相適應的模具總體結構，然后繪制出模具總體裝配圖和所有非 標準零件圖的整個繪圖設計過程。 沖壓設計的一般工作程序 在實際生產中，沖壓件的形狀、尺寸及其精度要求各異，且具體生產條件也不盡相同，這常給開始從事沖壓設計的人員帶來一定困難。從另一方面看，只要遵循沖壓變形的基本規(guī)律，搞清楚沖壓基本工序的各自變形特點，盡管沖壓件的形狀、尺寸及精度要求不同，沖壓設計的基本原則與方法還是 大同小異的，一般情況下按以下工作程序進行： (1) 搜集沖壓設計必要的原始資料； (2) 分析產品零件圖的沖壓工藝性； (3) 確定沖壓工藝方案； 4 (4) 確定模具類型； (5) 選擇沖壓設備； (6) 編寫沖壓工藝過程卡； (7) 重新審查產品零件圖和沖壓工藝規(guī)程卡； (8) 進行模具的總體設計； (9) 進行模具的主要零部件設計； (10)繪制模具總裝配圖和零件圖； (11)編寫模具設計計算說明書。 5 第 2 章 沖壓成型工藝設計 產品沖壓工藝分析： 制件介紹 ： 名稱：不銹鋼水杯 材料：不銹鋼 批量：大批量 圖 21 不銹鋼水杯三維模型圖 產品尺寸： 壁厚 t= 中間直徑 d=60mm 杯高 h=70mm 頂部卷邊半徑 r1=，底部圓角半徑 r2=4mm。 產品材料分析： 本設計的產品材料為不銹鋼。其力學性能是強度、硬度和塑性比較好，適合沖裁加工。另外產品對與厚度與表面質量沒有嚴格要求，所以盡量采用國家標準的板材，其沖裁出的產品表面質量和厚度公差就可以保證。 產品的材料性能符合冷沖壓加工要求。 沖壓工藝方案的確定 工 序性質和數(shù)量 (1)工序性質的確定 在沖壓加工中，工序性質是指沖壓件所需的工序種類，剪裁，落料，拉深等使材料產生分離的工序。 沖壓工序性質的確定主要取決于沖壓件的形狀尺寸和精度要求。同時還應考慮沖壓變形規(guī)律及某些具體條件的限制。通常在確定工序性質時應考慮以下幾個方面： 1)從零件圖上直觀的確定工序性質，平板件沖壓加工時常采用剪裁，落料等沖裁工序。當平面度要求較高時采用較平的工序進行精壓，當零件的斷面質量尺寸精度要求較高時，需增加修整工序或采用精密沖裁工藝進行加工。 6 2)對零件圖進行計算分析，比較后確定工序性 質。 3)為改善沖壓變形條件，方便工序定位，增加附加工序。提高成型質量。 根據(jù)零件圖分析沖壓加工時需用落料，拉深等工序。 (2)工序數(shù)量的確定 確定工序數(shù)量的基本原則是：在保證工件質量，生產率和經濟要求的前提下，工序數(shù)量應盡可能的減少。 該零件的加工采用復合模。 沖壓方案： 完成此工件需落料、 首次 拉深、 二次拉深、 切 邊。 (1)方案一，單工序模生產： 落料 首次 拉深 二次拉深 切 邊 ； (2)方案二 ，復合模生產 ：落料、 首次 拉深復合 二次拉深 切 邊 ； (3)方案三，復合模生產：落料、首次拉深、二次拉深、切 邊復合； (4)方案 四 ，連續(xù)模生產：落料 拉深 拉深 連續(xù)、切邊 。 各方案特點分析： 方案一的單工序模，模具結構 簡單， 但需要兩道工序才能完成， 生產效率低，工件精度低，不適合大批量 生產。 方案二同一副模具完成兩道不同的工序，大大減小了模具規(guī)模，降低了模具成本，提高生產效率，操作簡單、方便。 方案三同一副模具完成四道不同的工序，生產效率高，但結構太復雜，成本高，維修起來不方便。 方案 四 同一副模具不同工位完成兩道不同的工序，生產效率高，模具規(guī)模相對第二種方案要大一些，模具成本要高；兩道工位之間的定位要求非 常高。 工藝方案的確定 結合本課題要求，決定采用方案二，其生產效率高，適用于大批量生產。 零件沖壓工藝計算 零件毛坯尺寸計算 取厚度為 的不銹鋼材料。 拉深件的制造精度包括直徑方向的和高度方向的精度兩個方面，一般情況下，拉深件的尺寸精度應在 IT13 級以下，且查《新編實用沖壓模具設計手冊》表 4 44 知： 直徑： 177。 高度： 177。 (1)確定零件修邊余量 查《新編實用沖壓模具設計手冊》表 47，取余量 Δh= (2)確定坯料尺寸 7 查《新編實用沖壓 模具設計手冊》表 410，取毛坯直徑 D= h4d122 ?d = 取毛坯直徑為 146mm。 確定拉深次數(shù) 每次拉深后的直徑與拉深前毛坯（或半成品）的直徑之比稱為拉深系數(shù)。拉深系數(shù)用來表示拉深過程中的變形程度。拉深系數(shù)越小，說明拉深前后直徑差別越大，即變形程度越大；拉伸系數(shù)越大，則變形程度越小，且其值總是小于 1。 由于拉深的高度與其直徑的比值不同，有的拉深件可以用一次拉深完成，而有的高 度大的拉深件，則需要多次拉深才能完成。在多次拉深工藝計算中，只要知道每道工序的拉伸系數(shù)值，就可以計算出各道工序中工件的尺寸，各次拉深系數(shù)可表示如下 ： 第 1 次拉深系數(shù) m1=d1/D 第 2 次拉深系數(shù) m2=d2/d1 …… 第 n 次拉深系數(shù) mn=dn/dn1 式中 m m ……m n各次拉深系數(shù) d d ……d n各次半成品（或工件）的直徑， mm 工序件直徑，從前面介紹中已知，各次工序件直徑可依據(jù)各次的拉深系數(shù)算出，即 d1=m1D,d2=m2d1 , d3=m3d2…d n=mndn1。此時計算所得的最后一次拉深直徑dn 必須是零件直徑 d，如果計算所得的 dn 小于零件直徑 d，應調整各次拉伸系數(shù)，使 dn =d，所以上式中的是在查表所得的基礎上調整后的實際拉深系數(shù)，調整時依照的原則為：實際拉深系數(shù)大于查表所得的極限拉深系數(shù)并且后繼拉深系數(shù)應逐次。 根據(jù)《新編實用沖壓模具設計手冊》表 41 41 416 確定拉深系數(shù) m1=d1/D= d1=90mm m2=d2/d1= d2=60mm 工件圓角 r=拉深凸模圓角 rp+t/2 工序件的拉深高度 在設計和制造拉深模具及選用合適的壓力機時，還必須知道各次工序的拉深高度，因此，在工藝計算中尚應包括高度計算一項。 查表 418，知各次工序件的高度 8 h1=（ Dk1d1） +(d1+)/d1 = h2=(Dk1k2d2)+(d2+)/d2 = 式中： D毛坯直徑， mm； d d2—第 2 工序拉深的工件直徑， mm； k k2—第 2 工序拉深的拉深比 （ k1=1/m1,k2=1/m2）； r r2—第 2 工序拉深件底部圓角半徑， mm； h h2—第 2 工序拉深的拉深高度， mm。 排樣及相關計算 (1)排樣方法 沖裁件在板料，帶料或條料上的不知方法稱為拍樣。合理的拍樣是將低成本和保證沖件質量及模具壽命的有效措施。應考慮以下原則： 1）提高材料的使用率（不影響沖件的使用性能的前提下可適當改變沖件形狀）。 2） 合理排樣可使操作方便，勞動強度低。 3）模具結構簡單壽命長。 4）保證沖壓質量和沖件對板料纖維方向的要求。 選用少廢料排樣，直排排樣。 (2)搭邊與料寬 搭邊 排樣中相鄰兩個零件之 間的余量或零件與條料邊緣件的余量稱為搭邊。其作用是補償定位誤差，保持條料有一定的剛度，以保證零件質量和送料方便。 如圖 22，取搭邊值 a=b= a 為側面搭邊值 b 為沖件之間的搭邊值 2）送料步距和條料寬度的確定 條料在模具上每次送進的距離稱為送料步距（簡稱步距或進距），其大小應為條料上兩個對應沖裁件的對應點之間的距離。 條料寬度的確定原則：最小條料寬度要保證沖裁件零件周圍有足夠的搭邊值。最大條料寬度要能在沖裁時順利在導料板之間送行并與導料板之間有一定的間隙。 送料進距： S=D+b =146+ = 9 條料寬度： B=D+2a =146+ =149mm 排樣方式如下圖： 圖 22 排樣 10 第 3 章 沖壓模具設計 確定沖模類型機結構形式 采取的復合模結構相對簡單，操作方便，可直接利用壓力機的打桿裝置進行推桿，卸件可靠、便于操作，所以模具類型為少廢料復合模。 計算工序壓力，選擇壓力機 落料與首次拉深 在沖裁模設計中，沖壓力是指落料力、卸料力、拉深力、壓邊力、沖孔力、切邊力和推件力的總稱。它是沖裁時選擇壓力機，進行模具設計校核強度 和剛度的重要依據(jù)。 模具為落料拉深復合模，動作順序是先落料后拉深，現(xiàn)分別計算： 1） 落料 力 F 落 =K