【文章內容簡介】 中的中低檔模具 ,因此技術含 量高的中高檔模具市場滿足率低于沖壓模具總體滿足率 ,這些模具的發(fā)展已滯后于沖壓件生產 ,而技術含量低的中低檔模具市場滿足率要高于沖壓模具市場總體滿足率 。二是由于我國的模具價格要比國際市場低格低許多 ,具有一定的竟爭力 ,因此其在國際市場前景看好 ,2021 年沖壓模具出口達到 億美元 ,比 2021 年增長 %就可說明這一點 。三是近年來港資、臺資、外資企業(yè)在我國發(fā)展迅速，這些企業(yè)中大量的自產自用的沖壓模具無確切的統計資料，因此未能計入上述數字之中。 未來沖壓模具制造技術發(fā)展趨勢 雖然中國模具工業(yè)在過去十多 年中取得了令人矚目的發(fā)展，但許多方面與業(yè)發(fā)達國家相比仍有較大的差距。例如，精密加工設備在模具加工設備中的比重比較低 CAD／CAE／ CAM 技術的普及率不高；許多先進的模具技術應用不夠廣泛等等，致使相當一部分大型、精密、復雜和長壽命模具依賴進口。 模具技術的發(fā)展應該為適應模具產品“交貨期短”、“精度高”、“質量好”、 “價格低”的要求服務。達到這一要求急需發(fā)展如下幾項： （１）全面推廣 CAD／ CAM／ CAM 技術 模具 CAD／ CAM／ CAE 技術是模具設計制造的發(fā)展方向。隨著微機軟件的發(fā)展和進步，普及 CAD／ CAM／ CAE 技術的條件已基本成熟。計算機和網絡的發(fā)展正使 CAD／ CAM／ CAE 技術跨地區(qū)、跨企業(yè)、跨院所地在整個行業(yè)中推廣成為可能，實現技術資源的重新整合，使虛擬制造成為可能。 （２）高速銑削加工 國外近年來發(fā)展的高速銑削加工，大幅度提高了加工效率，并可獲得極高的表面光潔度。另外，還可加工高硬度模塊，還具有溫升低、熱變形小等優(yōu)點。 （３）模具掃描及數字化系統 高速掃描機和模具掃描系統提供了從模型或實物掃描到加工出期望的模型所需的諸多功能，大大縮短了模具的在研制制造周期。有些快速掃描系統，可快速安裝在已有的數控 銑床及加工中心上，實現快速數據采集、自動生成各種不同數控系統的加工程序、不同格式的 CAD 數據，用于模具制造業(yè)的“逆向工程”。 （４）電火花銑削加工 電火花銑削加工技術也稱為電火花創(chuàng)成加工技術，這是一種替代傳統的用成型電極加工型腔的新技術，它是有高速旋轉的簡單的管狀電極作三維或二維輪廓加工（像數控 7 銑一樣），因此不再需要制造復雜的成型電極，這顯然是電火花成形加工領域的重大發(fā)展。 （５）提高模具標準化程度 我國模具標準化程度正在不斷提高，估計目前我國模具標準件使用覆蓋率已達到３０％左右。國外發(fā)達國家一般為８０ ％左右。 （６）優(yōu)質材料及先進表面處理技術 選用優(yōu)質鋼材和應用相應的表面處理技術來提高模具的壽命就顯得十分必要。模具熱處理和表面處理是否能充分發(fā)揮模具鋼材料性能的關鍵環(huán)節(jié)。模具熱處理的發(fā)展方向是采用真空熱處理。模具表面處理除完善應發(fā)展工藝先進的氣相沉積（ TiN、 TiC 等）、等離子噴涂等技術。 （７）模具研磨拋光將自動化、智能化 模具表面的質量對模具使用壽命、制件外觀質量等方面均有較大的影響，研究自動化、智能化的研磨與拋光方法替代現有手工操作，以提高模具表面質量是重要的發(fā)展趨勢。 （８）模具自動加工系統的 發(fā)展 這是我國長遠發(fā)展的目標。模具自動加工系統應有多臺機床合理組合；配有隨行定位夾具或定位盤；有完整的機具、刀具數控庫；有完整的數控柔性同步系統；有質量監(jiān)測控制系統第 二 章 沖裁件工藝性分析及沖裁方案的確定 8 第二章 沖裁件工藝性分析及沖裁方案的確定 沖裁件的工藝性，是指沖裁件對沖裁工藝的適應性 ,即沖裁件的形狀結構、尺寸大小、尺寸偏差、形位公差與尺寸基準等是否符合沖裁工藝的要求。沖裁件的工藝性對沖裁工件的質量、材料利用率、生產率、模具制造難易、模具壽命、操作方式及沖壓設備的選用等都有很大的影響。一般情況下，對沖裁件工藝性影響最大是幾何形狀、尺寸 、精度要求。良好的沖裁件工藝性能滿足材料省、工序少、產品質量穩(wěn)定、模具較易加工、操作方便且壽命較高等要求，從而顯著降低沖裁件的制造成本。 材料分析、工藝性 汽車支架材料為 H62，查文獻 [1] ： P3196 表 3214 有色金屬，該材料為黃銅，其銅的含量為百分數是 %～ ％，抗拉強度σ b=290Mpa，延伸率不小于 35％，具有良好的力學性能，用于各種深引伸和彎拆制受力零件。 沖裁件的結構形狀應盡可能簡單、對稱、避免復雜形狀的曲線，在許可的情況下，把沖裁件設計成少、無廢料排樣的形 狀，以減少廢料，矩形孔兩端宜用圓弧連接，以利于模具加工。該工件結構簡單，也無復雜形狀的曲線。 沖裁件各直線或曲線的連接處，盡量避免銳角，嚴禁尖角如圖 21。除在少、無廢料排樣或采用鑲拼模結構時，都應有適當的圓角相連，以利于模具制造和提高模具壽命。該工件直線連接處是直角，并非圓角。故在此擬采用鑲拼模結構，以利于模具制造和提 高壽命。 沖裁件凸出或凹進的部分不能太窄，盡可能避免 9 過長的懸臂和窄槽，如圖 22 所示。最小寬度 b 一般不小于 ，若沖裁材料為高碳鋼，b≥ 2t, max 5Lb? ，當材料厚度 t1mm 時，按 1mm 計算。該工件凸出部分的寬度為 7mm和 。最小寬度 b=()mm=≥ = =。滿足條件。 圖 22 沖裁件凸出的懸臂和凹槽 沖裁件的孔徑因受沖孔凸模和剛度的現在，不宜太小，否則容易折斷和壓彎，沖孔的最小尺寸取決于沖壓材料的力學性能，凸模強度和模具結構。該沖裁件的孔徑d=≥ = =，查文 獻 [2]： P75 表 218，用無保護套凸模沖孔。 沖孔件上孔與孔、孔與邊緣間的距離不能過小，以避免工件變形、模壁過薄或材料易被拉入凹模而影響模具壽命。一般孔邊距?。簩A孔為（ 1～ ） t。對矩形孔為（ ～2） t，如圖 23。該工件所需沖的 4 個孔中上面 2 孔的孔邊距為 ，大于（ 1～ ）t=～ ，下面兩孔的空邊距為 ，同樣大于 ～ 。上面一對孔的孔間距為 ，遠大于文獻 [2]P76 表 提供的最小孔間距 = =，下面一 對孔的孔間距為 31mm，也滿足條件。 第 二 章 沖裁件工藝性分析及沖裁方案的確定 10 圖 23 最小孔邊距離的確定 表 21最小孔間距 孔 形 圓 孔 方 孔 厚料 t（ mm） 最小孔距（ mm） 2t 2t 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，孔壁與工件直壁之間應保持一定距離，如圖 24 示使 L≥ R+。 圖 24 彎曲件或拉深件沖孔位置 表 22 沖裁件孔中心距公差 （ mm） 材料厚度 t 普通沖孔公差 高級沖孔公差 孔距中心尺寸 ≤ 50 50~150 150~300 ≤ 50 50~150 150~300 ≤ 1 177。 177。 177。 177。 177。 177。 1~2 177。 177。 177。 177。 177。 177。 2~4 177。 177。 177。 177。 177。 177。 4~6 177。 177。 177。 177。 177。 177。 上表引自文獻 [2]P77 表 222。沖裁件的精度要求，應在經濟精度的范圍內，對于普通沖裁件，其經濟精度不高于 IT11 級，沖孔件比落料件高一級。沖裁外形與內孔尺寸工差有一定的要求。查文獻 [2]P76 表 211：落料外形公差為 ，內孔公差為 ，該工件并無外形和內孔公差，故普通沖裁應該能滿足要求。由表 22 查 得：沖裁件能獲得的孔中心距的公差為177。 ，該工件要求的孔心距的公差為177。 。因此該要求普通沖裁可以滿足。另外，沖裁件的斷面的表面粗糙度和容許的毛刺高度都沒有具體要求。 11 沖裁件的尺寸基準應盡可能和制模具時的定位基準重合，以避免產生基準不重合誤差?？孜怀叽缁鶞蕬M量選擇在沖裁過程中始終不參加變形的面上，切不要與參加變形 的部位聯系起來。如圖， a)圖尺寸不合理，圖 b)的標注，兩孔的孔心距才不會受磨損的影響，比較合理。本次設計的工件圖標注符合這點要求，所以尺寸基準合理。 沖裁件經濟性分析 所謂經濟性，就是以盡可能少的生產消費獲得盡可能大的經濟效益，在進行沖壓工藝設計時，應該運用經濟分析的方法找到降低成本，取得優(yōu)異經濟效果的工藝途徑。沖裁件的制造成本 C 總＝Ｃ材＋Ｃ工＋Ｃ模 式中 C 材：材料費； C 工∶加工費 (工人工資、設備折舊費、管理費等 )； C 模：模具費。 上述成本中，模具費、設備折舊費一般與產量無關，加工費中的工人工資和其它經費只要在一定時間內，基本上也是不變的，因此，叫做固定費用 。 而材料費、外購件費等，將隨生產量大小而變化，屬可變費用。 這樣，產品 制造成本由固定費用和可變費用兩部分組成。設法降低固定費用或可變費用，都能使成本降低、利潤增加并積累資金。 本設計所用的工件材料是 10 鋼 ,屬于常見鋼種 ,價格便宜。由此，可變費用將得到有效降低。 結論：沖裁件的經濟性比較好。 工藝方案的內容是確定沖裁件的工藝路線，主要包括確定工序數、工序的組合和工序的順序安排等，應在工藝分析的基礎上制定幾種可能的方案，再根據工件的批量、形狀、尺寸等多方面的因素，全面考慮、綜合分析，選取一個較為合理的方案。 沖裁工序按工序的組合程度可分為單工序沖裁、復合沖裁 和級進沖裁。 復合沖裁是在壓力機的一次行程中，在模具的同一位置同時完成兩個或兩個以上的第 二 章 沖裁件工藝性分析及沖裁方案的確定 12 工序；級進沖裁是把一個沖裁件的幾個工序，排列成一定順序，組成級進模，在壓力機的一次行程中，模具的不同位置同時完成兩個或兩個以上的工序，除最初幾次沖程外，每次沖程都可完成一個沖裁件。該工件包括落料、沖孔、拆彎三個基本工序，可以有以下五種工藝方案： 方案一：先落料、再沖孔、后拆彎。采用單工序模生產。 方案二：先落料、再沖孔、后拆彎復合沖壓。采用正裝復合模生產。 方案三：先落料、再沖孔、后拆彎復合沖壓。采用倒裝復合模生產。 方案 四：先落料、再沖孔、后拆彎級進沖壓。采用級進模生產。 方案五：先沖孔、再落料、后拆彎級進沖壓。采用級進模生產。 方案一結構簡單，但需三道工序、三副模具才能完成，成品率低，浪費了人力、物力、財力，勞動強度大，難以滿足大批量的生產要求。 方案二采用正裝復合模具生產，適合大批量生產。制件質量由于壓料沖裁同時得到校平，制件平正不彎曲，且有較好的剪切斷面，但是，制件相對位置精度低。 方案三采用倒裝復合模生產，與方案二相比，倒裝復合模具把凸凹模放在下模，雖然模具結構較方案二簡單，可沖工件的孔邊距也較大，工人清掃廢料是不 安全，而且工件的精度性較方案五差。 方案四采用落沖孔、拆彎級進模具生產，也只需要一副模具，制造精度高，先落料后沖孔，但是不能保證零件的相對位置精度。 方案五 采用 沖孔、落料、拆彎 級進模沖壓 模具生產 提高生產率、降低成本、提高質量和實現沖壓自動化等方面有著非?，F實的意義．它可以對各種沖壓件進行沖裁、彎曲、拉深、成形等加工。對一些形狀特別復雜，或者孔邊距較小的沖壓件，若采用單工序模或復合模沖制有困難時，則可用級進模對沖壓件采取分段的方法逐步沖出。在現代沖壓技術中，發(fā)展級進模占有重要地位，特別是對大批量生產的沖壓件 尤其應當采用多工位的級進模 適合于 復雜沖壓件的大批量生產 通過上述五種方案的分析比較，該工件的沖壓生產采用方案五為佳。 13 第三章 排樣圖的設計及材料利用率的計算 沖裁件在板、條等材料上的布置方法稱為排樣。排樣的合理與否，影響到材料的經濟利用率，還會影響到模具結構、生產率、制件質量、生產操作方便與安全等，因此，排樣是沖裁工藝與模具設計中一項很重要的工作。 沖壓件大批量生產成本中，毛坯材料費用占 60%以上，排樣的目的就在于合理利用原材料。衡量排樣經濟性、合理性的指標是材料利用率。要提高材料利 用率，就必須減少廢料面積，沖裁過程中所產生的廢料，可分為兩種情況。如圖 31 所示。 圖 31 廢料種類 1料頭（搭邊） 2側搭邊 3搭邊 4結構廢料 1． 結構廢料 由于工件結構形狀的需要，如工件內孔的存在而產生的廢料稱為結構廢料，它取決于工件的形狀，一般不能夠改變。 2． 工藝廢料 工件之間和工件與條料邊緣之間存在的搭邊，定位需要切去的料邊與定位孔，不可避免的料頭和料尾廢料稱為工藝廢料，它決定于沖壓方式和排樣方式。 因此，提高材料利用率要從減少工藝廢料著手，同一個工件，可以有幾種不同的排樣方法。 根據 材料的利用情況，排樣的方法可以有三種： （一）有廢料排樣 沿工件的全部外形沖裁，工件與工件之間，工件與條料側邊之間都有工藝余料（搭邊）存在，沖裁后搭邊成為廢料，如圖 32a 所示。 第 三 章 排樣圖的