【文章內(nèi)容簡介】 支座沖壓模具及工藝設(shè)計 5 2 工藝分析、排樣設(shè)計及方案對比確定 沖裁工藝設(shè)計主要包括沖裁件的工藝分析和沖裁工藝方案的確定兩方面的內(nèi)容。良好的工藝性和合理的工藝方案，可以用最小的材料消耗，最少的工序數(shù)量和工時，穩(wěn)定地獲得符合要求的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，并使模具結(jié) 構(gòu)簡單，壽命高，因而可以減少勞動量和沖裁成本。本次設(shè)計工件圖如 圖 21，零件三維圖如圖 22： 圖 21 零件圖 圖 22 零件三維圖 側(cè)彎支座沖壓模具及工藝設(shè)計 6 沖裁件工藝性分析 沖裁件的工藝性，是指沖裁件對沖裁工藝的適應性，在沖裁加工 中的難易程度。一般情況下，對沖裁工藝性影響最大的是制件的結(jié)構(gòu)形狀、精度要求、行為公差及技術(shù)要求等。沖裁件的工藝性合理與否，影響到?jīng)_裁件的質(zhì)量、模具壽命、材料消耗、生產(chǎn)效率等。 分析工件的技術(shù)要求 （ 1） 加工表面的尺寸精度及尺寸 基準 工 件中對標有尺寸精度的尺寸按照零件圖的精度進行設(shè)計，對其他未標尺寸 按一般精度設(shè)計，即按國標對非圓形工件精度等級取 IT14 級設(shè)計，對圓形工件精度等級取 IT10級設(shè)計 。 沖裁件的尺寸基準應盡可能和制模時的定位基準重合，以避免產(chǎn)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或線上，切不要與參加變形的 部分聯(lián)系起來。 （ 2） 主要加工表面的形位公差精度 通過分析零件圖，零件的主要形位公差精度未標注，形位公差精度按一般的精度要求處理即可滿足工藝要求。 （ 3） 表面質(zhì)量要求 工件未標有表面質(zhì)量精度要求，按照一般要求處理即可滿足工藝要求，即表面粗糙度 Ra=。 零件材料的選用 工件材料為 2A12M，即 硬鋁 。 硬鋁（含 — ％ Cu、 — ％ Mg、 — %Mn、少量的硅，其余是鋁），有良好的機械性能、強度大又便于加工，而 且密度小，可作輕型結(jié)構(gòu)材料。 一般的硬鋁中，鎂不超過 2%。錳可提高強度和耐蝕性，但一般限制錳小于 1%，加入少量的鈦可細化晶粒，鐵與硅均限制在小于 %，并希望鐵硅比值大于等于一。 硬鋁的缺點主要有： （ 1） 耐蝕性不良，因此不得不在硬鋁板材表面用軋制方法包一層工業(yè)純鋁（純鋁厚度占板材厚度 35%）成為包鋁硬鋁。有包鋁層時強度有所下降。 （ 2） 固溶處理溫度范圍窄，小于此溫度不能發(fā)揮最大強化效果，而超出上限溫度，又有產(chǎn)生晶界 “ 過 ” 的可能使晶粒聚集受到破壞。 （ 3） 焊接裂紋傾向大，用熔焊法有困難。 零件的結(jié)構(gòu)工藝性分析 側(cè)彎支座沖壓模具及工藝設(shè)計 7 此零件為側(cè)彎支座，材料為 2A12M，厚度為 mm1 ，生產(chǎn)批量為 100 萬件。對制件技術(shù)要求是表面不得有劃痕，無毛刺等，而 2A12M 材料表面容易劃痕，因此要求沖件間隙合理，工作面表面粗糙度值要小。采用級進模生產(chǎn) ，選用連續(xù)彎曲方式，以適應大批量生產(chǎn)的需求 。 零件結(jié)構(gòu)對稱，形狀不復雜， 但成形工藝復雜，包括沖裁和多次彎曲，但 沒有違反沖裁的工藝性原則，零件能滿足沖壓工藝要求，可以進行下一步的設(shè)計。 沖裁件的形狀應盡可能簡單、對稱、避免復雜形狀的曲線，在許 可的情況下，把沖裁件設(shè)計成少、無廢料排樣的形狀，以減少廢料。矩形孔兩端宜用原弧連接，以利于模具加工。 沖裁件各直線或曲線的連接處，盡量避免銳角，嚴禁尖角。除在少、無廢料排樣或采用鑲拼模結(jié)構(gòu)時，都應有適當?shù)膱A角相連，以利于模具制造和提高模具壽命 。 沖孔件上孔和孔、孔與邊緣之間的距離不能過小 ，以避免工件變形、模壁過薄或因材料易被拉入凹模而影響模具壽命。 沖裁工藝方案的對比及確定 沖裁工序的組合 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，在模具的不同位置同時完成兩個或兩個以上的工序，除最初幾個沖程外，每次沖程都可完成一個沖裁件。 沖裁組合方式的選擇由以下幾個方面來綜合考慮 ： （ 1） 生產(chǎn)批量 模具費用在制件成本中占很大比例，因此生產(chǎn)批量在很大程度上決定所用模具結(jié)構(gòu)。一般說來，新產(chǎn)品試制與小批量生產(chǎn)，模具結(jié)構(gòu)簡單，力求制造快，成本低，采用單工序沖裁，對于中批和大批量生產(chǎn)，模具結(jié)構(gòu)力求完善，要求效率高、壽命長，采用復合沖裁或級 進沖裁。 （ 2） 沖裁件尺寸精度 復合沖裁所得的工件公差等級高，內(nèi)、外形同軸度一般可達177。 ~,因為它避免了多次沖壓的定位誤差，并且在沖裁過程中可以進行壓料，工件較平整，不翹曲。級進沖裁所得的工件的尺寸公差等級較復合沖裁低，工件有拱彎、不夠平整。單工序沖裁的工件精度最底。 （ 3） 對工件尺寸、形狀的適應性 復合沖裁可用于各種尺寸的工件。材料厚度一般在 3mm以下。但工件上孔與孔間和孔與邊緣之間的距離不能過小?？走吘嘈∮谧钚『侠碇禃r。若采用復合沖裁，則該部位的凸凹模的壁厚因小于最小極限值，易因強度 不足而破裂。此時也不宜采用單工序沖裁，因孔邊距過小，落料后沖孔時，這些部位會發(fā)生外側(cè)彎支座沖壓模具及工藝設(shè)計 8 脹和歪扭變形，得不到合格的產(chǎn)品，這時宜采用級進沖裁，這樣可避免這些缺陷。級進沖裁可以加工形狀復雜、寬度很小的異形零件，且可沖裁的材料厚度比復合沖裁要大。但級進沖裁受壓力機臺面尺寸與工序數(shù)的限制，沖裁工件一般為中、小型件。為提高生產(chǎn)效率和材料利用率常采用多排沖壓。級進沖裁時廣泛采用多排沖壓，但復合沖裁則很少使用。 （ 4） 模具制造、安裝調(diào)整和成本 對復雜形狀的工件，采用復合沖裁與采用連續(xù)沖裁相比，模具制造，安裝調(diào)整較易，成本較底 。尺寸中等的工件，由于制造多副單工序比復合模昂貴、也宜采用復合沖裁。對簡單形狀、精度要求不高的零件，采用級進沖裁，模具結(jié)構(gòu)較之復合模簡單，易于制造。 （ 5） 操作方便與安全 復合沖裁工件不能漏下，出件或清除廢料較困難，工作安全性較差， 級進模沖裁時操作者不必將手伸入模具的危險區(qū)域。對大量生產(chǎn)，還采用自動 送料機構(gòu)，模具內(nèi)裝有安全檢測裝置 。 沖裁順序的安排 級進沖裁和多工序沖裁的工序順序安排可參考以下原則： （ 1） 級進沖裁的順序安排 先沖孔（缺口或工件的結(jié)構(gòu)廢料），最后落料或切斷，將工件與調(diào)料分離 。首先沖出的孔一般作后續(xù)工序定位用。若定位要求較高，則要沖出專供定位用的工藝孔 。 （ 2） 多工序工件用單工序沖裁時的順序安排 先落料使毛坯與條料分離，然后以外輪廓定位進行其他沖裁。后續(xù)各沖裁工序的定位基準要一致，以避免定位誤差和尺寸鏈換算。 沖裁大小不同、相距較近的孔時，為減少孔的變形，應先沖大孔，后沖小孔。 工藝方案的比較 根據(jù)以上情況，結(jié)合工件的外形尺寸和形狀，確定工件包括落料、沖孔 、彎曲等 工序，可以有以下三種工藝方案： 方案一：采用單工序模生產(chǎn)。單工序模結(jié)構(gòu)簡單，制作周期短，制作成本低廉；但生 產(chǎn)效率低，沖出的制件精度不高，且工人勞動強度大，不適合大批量的生產(chǎn)。 方案二：采用復合模生產(chǎn)。復合模結(jié)構(gòu)緊湊，沖出的制件精度較高，適合大批量生產(chǎn)，特別是孔與制件外形的同心度容易保證。但模具結(jié)構(gòu)復雜，模具制造較困難，制造成本高，制造周期長等。 方案三：采用級進模生產(chǎn)。在一副級進模上可對形狀十分復雜的沖壓件進行沖裁、彎曲、拉深成形等工序，故生產(chǎn)率高，便于實現(xiàn)機械化和自動化，適于大批量生產(chǎn)。由于采用條料（或帶料）進行連續(xù)沖壓，所以操作方便安全。級進模的主要缺點是結(jié)構(gòu)復雜，制造精度高，周期較長，成本高。 若采用方案 一，需 五 副模具才能完成，一副沖 外形 ，一副 沖孔 ， 三 副 彎曲 。生產(chǎn)效側(cè)彎支座沖壓模具及工藝設(shè)計 9 率低，生產(chǎn)過程復雜，浪費了人力、物力、財力，從經(jīng)濟性的角度考慮，難以滿足工件要求的大批量生產(chǎn)的生產(chǎn)要求。 若采用方案二， 由于有 3次彎曲，需三副以上模具才可完成 。根據(jù)復合模的特點，制件的精度和批量都能滿足，但用 三 副 以上 模具，使生產(chǎn)效率大大下降，且提高了生產(chǎn)成本。 若采用方案三，只需一副模具即可成型，能滿足生產(chǎn)所需的精度和批量，操作安全方便，且生產(chǎn)效率高。雖然級進模結(jié)構(gòu)復雜、周期長、成本高，但只需一副模具，總的周期和成本也比單工序模和復合模低。 通過 上述三種方案的分析比較，沖壓方法采用方案三為佳，即采用級進模生產(chǎn)。由于工件的 彎曲較 多，在級進模的結(jié)構(gòu)設(shè)計和加工制造上都有一定的困難，且級進模是單件生產(chǎn)，試模失敗后很難修改，因此要精心設(shè)計，各種問題都應該考慮周全。 沖裁件排樣設(shè)計 排樣方法 根據(jù)材料的利用情況，排樣的方法分三種： （ 1）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(cè)邊之間都有工藝余料（搭邊）存在，沖裁后搭邊成為廢料。 （ 2）少廢料排樣 沿工件的部分外形輪廓切斷或沖裁，只在工件之間或是工件與條料側(cè)邊之間有搭邊存 在。 （ 3）無廢料排樣 工件與工件之間，工件與條料側(cè)邊之間均無搭邊存在，條料沿直線或曲線切斷而得到工件所示。 有廢料排樣法的材料利用率較低，但制件的質(zhì)量和沖模壽命較高，常用于工件形狀復雜、尺寸精度要求較高的排樣。 少、無廢料排樣法的材料利用率較高，同時，少、無廢料排樣法有利于一次沖裁多個工件，可以提高生產(chǎn)率。由于這兩種排樣法沖切周邊減少，所以還可以簡化模具結(jié)構(gòu)，降低沖裁力。但它們的應用范圍有一定局限性，受工件形狀的限制，且由于條料本身的寬度公差，條料導向與定位所產(chǎn)生的誤差，會直接影響工件尺寸而使工件精度降低 。同時也會降低沖模的壽命，并會影響到工件的斷面質(zhì)量，所以少、無廢料排樣常用于精度要求不高的工件排樣。 本設(shè)計采用單排直排方式，原因如下： （ 1）零件展開毛坯最大尺寸 60mm,屬中尺寸零件，基本形狀為矩形，多工位沖壓時選用單排方式可大大降低模具的制造成本。 側(cè)彎支座沖壓模具及工藝設(shè)計 10 （ 2）零件在兩個方向都有彎曲線，而鋁合金材料的方向性不明顯，采用直排方式不會影響兩個不同方向的彎曲質(zhì)量，還是模具加工難度大大降低。 成形此零件包括沖裁、彎曲、 沖孔 等工序。為使材料很好定位，在最初安排了側(cè)刃和沖導正銷孔，在每一成形工位前，應先沖掉周圍妨礙成 形的廢料。在彎曲工位中，為了使 3次彎曲不發(fā)生干涉及簡化模具設(shè)計及制造成本，選擇具體工位如下： 8 7 6 5 4 3 2 1 （ 1） 側(cè)刃和沖導正銷孔 （ 2） 異型沖裁 （ 3） 沖切 （ 4） 分隔沖孔 （ 5） 向下彎曲 （ 6） 向上彎曲 （ 7） 側(cè)向彎曲 （ 8） 切斷沖裁 搭邊值的選用 搭邊的作用是補償定位誤差，防止由于條料的寬度誤差、送料步距誤差、送料歪斜誤差等原因而沖裁出殘缺的廢品。此外，還應保持條料有一定的強度和剛度，保證送料的 順利進行，從而提高制件質(zhì)量，使凸、凹模刃口沿整個封閉輪廓線沖裁，使受力平衡，提高模具壽命和工件斷面質(zhì)量。另外，還可以防止沖裁時條料邊緣的毛刺拉入模具中損壞模具。 搭邊值要合理確定。過大，材料利用率低；過小，材料利用率高，但是過小時不能發(fā)揮搭邊的作用，在沖裁過程中會被拉斷，造成送料困難，使工件產(chǎn)生毛刺，有時還會被拉入凸模和凹模之間，損壞模具刃口，降低模具壽命。 影響搭邊值大小的因素主要有： （ 1）材料的力學性能 塑性好的材料，搭邊值要大些，硬度高與強度大的材料，搭邊值可小一些。 （ 2）材料的厚度 材料越厚 ，搭邊值也越大。 （ 3）工件的形狀和尺寸 工件外形越復雜，圓角半徑越小，搭邊值越大。 側(cè)彎支座沖壓模具及工藝設(shè)計 11 （ 4）排樣的形式 對排的搭邊值大于直排的搭邊。 （ 5）送料及檔料方式 用手工送料，有側(cè)壓板導向的搭邊值可小一些。 圖 23 搭邊值 沖壓件展開長 54mm，非圓形，查 圖 23，搭邊值 a=~,a1=~ 取 a=2mm,a1=2mm 條料寬度的確定 側(cè)彎支座沖壓模具及工藝設(shè)計