【正文】 常是在優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的基礎(chǔ)上加入一些合金元素面形成的鋼種，合金元素加入量不大 ,合金結(jié)構(gòu)鋼屬低、中合金鋼。 首先我們分析一下產(chǎn)品零件的材料成分與特性，零件材料： 20δ 名稱為碳素結(jié)構(gòu)鋼，材料牌號： 20，相關(guān)機(jī)械性能在《金屬材料學(xué)》中可以查閱。 第 2 章 工藝方案分析及確定 產(chǎn)品零件的材料成分與特性分析 L87110411是飛機(jī)上一個標(biāo)準(zhǔn)件上的重要零件（見圖 1），它是一個對稱帶腰圓形孔的十字形墊片，上面開了一個半徑 R6的大型腰圓孔、三個φ 、兩個φ 2 3的方孔。各個部分在整個斷面上所占的比例，隨材料的性能、厚度、模具沖裁間隙、刃口狀態(tài)及摩擦等條件的不同而變化。沖裁件正常的斷面特征如下圖 a、 b: 斷面通常有圓角帶、光亮帶、斷裂帶和 毛刺四個特征區(qū)組成。當(dāng)凸模再下行，凸模將沖落部分全部擠入凹模洞口沖裁過程到此結(jié)束。 3．?dāng)嗔逊蛛x階段 中國最大的管理資源中心 (大量免費(fèi)資源共享 ) 第 3 頁 共 27 頁 裂紋產(chǎn)生后，此時凸模仍然不斷地壓入材料，已形成的微裂紋沿最大剪應(yīng)變方向向材料內(nèi)延伸，向楔形那樣發(fā)展，若間隙合理，上下裂紋則相遇重合，板料就被拉斷分離。同時，因凸、凹模間存在間隙，故伴隨著彎曲和拉伸變形（間隙越大，變形亦越大）。 2．塑性變形階段 當(dāng)凸模繼續(xù)壓入，板料內(nèi)的應(yīng)力達(dá)到屈服極限時，板料開始產(chǎn)生塑性剪切變形。間隙越大，拱彎和上翹越嚴(yán)重。 1．彈性變形階段 由于凸模加壓于板料，使板料產(chǎn)生彈性壓縮、彎曲和拉伸等變形，板料底面相應(yīng)部分材料略擠入凹模洞口內(nèi)。 沖裁作為分離工序的一種。 沖裁以后，板料分成兩部分，即落料部分和沖孔部分。 沖裁工作包括落料、沖孔、切斷（切邊、剖邊）、切口、整修等工作。沖裁工作生產(chǎn)效率高、成本低、材料利用率高、產(chǎn)品尺寸穩(wěn)定、操作簡便、容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動化，特別適用于大批量生產(chǎn)。分離工序又分為落料、沖孔、剪切、和沖裁，目的是在沖壓過程中沖壓件和板料沿一定的輪廓線相互分離；成形工序可分為彎曲、拉深、翻孔、翻邊、脹形、縮口等，目的是使沖壓毛坯在不破壞的條件下發(fā)生塑性變形，并轉(zhuǎn)化成所要求制件形狀。 6．與材料科學(xué)結(jié)合，不斷改進(jìn)板料性能，以提高其成形能力和使用效 果。發(fā)展適宜于小批量生產(chǎn)的各種簡易模具、經(jīng)濟(jì)模具和標(biāo)準(zhǔn)化且容易變換的模具系統(tǒng)。目前已逐漸向無人化生產(chǎn)形成的柔性沖壓加工中心發(fā)展。現(xiàn)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了利用高速沖床和多工位精密 級進(jìn)模實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動，沖壓的速度可達(dá)每分鐘幾百上千次。 中國最大的管理資源中心 (大量免費(fèi)資源共享 ) 第 2 頁 共 27 頁 3．沖壓生產(chǎn)的自動化。這種設(shè)計(jì)方法是將傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)升華為優(yōu)化設(shè)計(jì)，縮短了模具設(shè)計(jì)和制造周期，節(jié)省了昂貴的模具試模費(fèi)用等。沖壓加工技術(shù)在 21世紀(jì)發(fā)展方向和動向，主要有以下幾個方面： 1．分析技術(shù)的現(xiàn)代化。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，這兩種公害一定會得到解決。 當(dāng)然，沖壓也存在一些缺點(diǎn)，主要表現(xiàn)在沖壓加工時的噪聲、振動兩種公害。 4．對于普通壓 力機(jī)每分鐘可生產(chǎn)幾十件，而高速壓力機(jī)每分鐘可生產(chǎn) 幾百上千件。 2．由于利用模具加工，所以可獲得其他加工方法所不能或難以制造的薄壁、重量輕、表面質(zhì)量高、形狀復(fù)雜的零件。 在各種模具中，沖壓模具是比較常見的。據(jù)統(tǒng)計(jì)，利用模具制造的零件，在飛機(jī)、汽車、拖拉機(jī)、電機(jī)、電器、儀器儀表等機(jī)電產(chǎn)品中占 60%～ 70%；在電視機(jī)、錄音機(jī)、計(jì)算 機(jī)等電子產(chǎn)品中占 80%以上；在自行車、手表、洗衣機(jī)、電冰箱、電風(fēng)扇等輕工產(chǎn)品中占 85%以上。利用模具加工零件的方法，是一種少切屑、無切屑和多工序重合的先進(jìn)生產(chǎn)方法。 中國最大的管理資源中心 (大量免費(fèi)資源共享 ) 第 1 頁 共 27 頁 小型孔的沖孔落料連續(xù)模的設(shè)計(jì) 第 1 章 緒 論 模具是工業(yè)生產(chǎn)中用來制作具有一定形狀和尺寸的零件或制品的重要工藝裝備。根據(jù)其使用的場合不同，可分為冷沖模、塑料模、鍛造模、壓鑄模、橡膠模、陶瓷模、玻璃模、粉末冶金模等。廣泛用于汽車、電器、儀表、玩具和日常用品等產(chǎn)品的加工中，在國民經(jīng)濟(jì)各部門的發(fā)展中占有重要的地位。因此，模具是現(xiàn)代工業(yè)的基礎(chǔ)工藝裝備。沖壓生產(chǎn)靠模具和壓力機(jī)完成加工過程，與其他加工方法相比有如下特點(diǎn)： 1．沖壓件的尺寸精度由模具來保證，所以質(zhì)量穩(wěn)定，互換性好。 3．沖壓加工一般不需要加熱毛坯也不像切削加工那樣，大量切削金屬， 所以它不但節(jié)能，而且節(jié)約金屬。所以它是一種高效率的加工方法。這些問題并不完全是沖壓工藝及模具本身帶來的，而主要是由于傳統(tǒng)的沖壓設(shè)備落后所造成的。 隨著工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，沖壓工藝和沖模技術(shù)在不斷地革新和發(fā)展。沖壓技術(shù)和現(xiàn)代科學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)聯(lián)姻，對復(fù) 雜曲面零件（像覆蓋件）進(jìn)行計(jì)算機(jī) 模擬和有限元分析，達(dá)到預(yù)測某一工藝方案對零件成形的可能性與成形過程中將會發(fā)生的問題，供設(shè)計(jì)人員進(jìn)行修改和選擇。 2．模具計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、制造與分析（ CAD/CAM/CAE）的研究和應(yīng) 用，將極大地提高模具制造效率，提高模具的質(zhì)量，使模具設(shè)計(jì)與制造技術(shù)實(shí)現(xiàn) CAD/CAE/CAM 一體化。為了滿足大量生產(chǎn)的需要，沖壓生產(chǎn)已經(jīng)開始 向自動化，無人化方向發(fā)展。大型零件的生產(chǎn)已實(shí)現(xiàn)了多機(jī)聯(lián)合生產(chǎn)線，從板料的送進(jìn)到?jīng)_壓加工、最后檢驗(yàn)可全由計(jì)算機(jī)控制，極大地減輕了工人的勞動強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)率。 4．為適應(yīng)市場經(jīng)濟(jì)需求，大批量與多品種小批量共存。 5．推廣和發(fā)展沖壓新工藝和新技術(shù)，如精密沖裁、液壓拉深、電磁成形、超塑性成形等。沖 壓工藝中，概括起來可分為分離工序和成形工序。 本論文中主要涉及沖裁模的設(shè)計(jì)與制造。 在飛機(jī)制造業(yè)中，沖裁工作約占整個飛機(jī)制造工作量的 4%～ 5%，但在汽車、家電、日用五金等行業(yè)中所占比重 很高。但一般所說的沖裁工藝只要是指落料和沖孔工序。若沖裁的目的是為了制取一定外形的沖落部分，則這種沖裁工序稱為落料；若是為了制取內(nèi)孔，則稱為沖孔。當(dāng)凸模、凹模之間的間隙正常時，工件受力后必然從彈性變形開始，進(jìn)入塑性變形，最后以斷裂分離告終。此時，凸模下的板 料略有拱彎，凹模上的板料略有上翹。在這一階段，若板料內(nèi)部的應(yīng)力沒有超過彈性極限時，當(dāng)凸模卸載后，板料立即恢復(fù)原狀。凸模切入板料并將下部板料擠入凹?？變?nèi)，形成光亮的剪切斷面。隨著凸模的不斷壓入，材料的變形程度便不斷增加，同時硬化加劇，變形抗力也不斷上升，最后在凸模和凹模的刃口附近，達(dá)到極限應(yīng)變與應(yīng)力值時，材料就產(chǎn)生微小 裂紋，這就意味著破壞開始，塑性變形結(jié)束。由于拉斷的結(jié)果，端面上形成一個粗糙的區(qū)域。 這三個階段相互聯(lián)系，逐一進(jìn)行，不過所作用的時間非常短，肉眼無法分辨，只能通過斷面特征來分析。四個特征區(qū)中，光亮剪切面的質(zhì)量最佳。從所給材料的厚度來看，它屬于超薄材料，模具的沖裁間隙模具的影響很大，這將在后面章節(jié)中作詳細(xì)的討論。零 件材料為 20號鋼，材料厚度為 。該零件材料屬于優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。 合金結(jié)構(gòu)鋼的牌號表示方法由三部分組成 ,數(shù)字 +元素符合 +數(shù)字 .前面兩位數(shù)表示平均碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的萬倍 。合金元素符合后面的數(shù)字表示合金元素質(zhì)量數(shù)字的百倍 ,當(dāng)中平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)＜ ,牌號中一般只標(biāo)出元素符合 ,而不標(biāo)明數(shù)字 ,當(dāng)其平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥ %,≥ %≥ %時 ,則在元素符合后相應(yīng)標(biāo)出2,3,4,…… .。 圖 1 產(chǎn)品圖 合金結(jié)構(gòu)鋼都是優(yōu)質(zhì)鋼 ,高級優(yōu)質(zhì)鋼 (牌號后加 A字 )或特能優(yōu)質(zhì)鋼 (牌號后加 E字 ).按其用途及工藝特點(diǎn)可分為滲碳用鋼、調(diào)質(zhì)用鋼。一般用于制造受載荷較低、形狀簡單、不太重要的、但要求耐磨的小型零件。 沖裁變形過程的分析 使板料分離的沖壓工藝為沖裁，沖裁工藝的種類很多 ,常用的有切斷、落料、沖孔、切邊、切口、剖切等 ,所以沖裁是分離工序的總稱 ,其中以落料、沖孔應(yīng)用最多。落料和沖孔的變形性質(zhì)完全相同 ,但在進(jìn)行模具工作部分設(shè)計(jì)時 ,要分開加以考慮。 沖裁過程，凸模與凹模有與工件輪廓一樣的刃口，凸、凹模之間存在一定的間隙，當(dāng)壓力機(jī)滑塊把凸模推下時 ,便將放在凸、凹模中間的板料沖裁成所需的工件。它有三個變形階 段：彈性變形階段、塑性變形階段、剪裂階段。當(dāng)板料的應(yīng)力達(dá)到抗剪強(qiáng)度后 ,凸模再向下壓 ,則在板料與凸模和凹模的刃口接觸處分別產(chǎn)生裂紋 ,隨著凸模下壓 ,裂紋逐漸擴(kuò)大并向材料內(nèi)延伸，當(dāng)上、下裂紋重合時 ,板料便被分離，凸模再下壓 ,將已分離的材料克服摩擦阻力從板料中推出 ,完成沖裁過程。 材料在沖裁時其變形區(qū)的應(yīng)力與變形 ,b段是沖裁件的光亮部分，由于在變形過程中 ,此部分主要受切應(yīng)力τ和壓應(yīng)力σ的作用 ,是在塑性狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)剪切變形的 ,因而能獲得較光潔 ,平整的光亮部分， c段由于凸、凹模間隙的影響 ,除了受切應(yīng)力τ和作用以外 ,還有正向拉應(yīng)力σ ,這種應(yīng)力狀態(tài)促使沖裁變形區(qū)的塑性下降 ,最終必然產(chǎn)生裂紋而在分離面上形成粗糙的斷裂部分，裂紋產(chǎn)生的位置并非對著刃口 ,而是在離刃口不遠(yuǎn)的側(cè)面上，這是因?yàn)槟＞叩娜锌诓豢赡苁墙^對鋒利的，從沖裁原理上說 ,沖裁件必然有一定的毛刺存在，間隙合 適時 ,毛刺的高度很小。 1是塌角 ,產(chǎn)生在板料不與凸?；虬寄Ｏ嘟佑|的一面 ,是由于板料受彎曲、拉伸作用面形成的，材料塑性愈好 ,凸、凹模之間間隙愈大 ,形成的塌角也就愈大。光亮帶高度約占整個斷面的 1/3—1/2左右，光亮帶垂直于底面，材料塑性愈好 ,凸模和凹模之間的間隙愈小 ,光亮帶的高度愈高。 4是毛剌 ,是由于裂紋的產(chǎn)生不是正對著凸模和凹模的刃口而是在靠近刃口的側(cè)面。 、凹模間隙值的確定 沖裁件的斷面不很整齊 ,僅短短的一段光亮帶是柱體，若不計(jì)彈性變形的影響，則板料孔的光亮柱體部分尺寸 ,近似等于凸模尺寸 。對于落料件 ,決定與孔類零件配合性質(zhì)的是它的最大尺寸，于是 ,可以得出如下重要關(guān)系式 落料尺寸 =凹模尺寸 沖孔尺寸 =凸模尺寸 沖裁間隙是指沖裁凸模和凹模之間工作部分的尺寸之差。 凸、凹模間隙值的影響因素 本設(shè)計(jì)中的零件的厚度只有 ，在沖裁過程中間隙就表現(xiàn)得猶為重要。 從沖裁機(jī)理分析中得知，沖裁時上、下剪裂紋是否相向擴(kuò)展并最后重合與間隙大小有關(guān)。斷面較光潔，毛刺較少，較小。當(dāng)凸模繼續(xù)下壓時，上、下剪裂紋的中間部分將產(chǎn)生二次拉裂。間隙過大時，上、下裂紋也不重合。差值越小精度越高。通常在落料加工中，讓凹模洞口尺寸等于工件外徑尺寸；在沖孔加工中，讓凸模外徑尺寸等于工件孔的內(nèi)徑尺寸。如果間隙過小材料受壓縮變形，沖裁后的彈性恢復(fù)將使孔的尺寸縮小，而使落料的尺寸增大。其原因是間隙減 小時，材料所受彎矩減小，從而使拉伸應(yīng)力降低，擠壓應(yīng)力增加，材料不易撕裂，故沖裁力增大。材質(zhì)不同，此合理間隙范圍也不同，但通常都在（ 10～ 30） %t范圍內(nèi)。 間隙的大小主要影響到?jīng)_裁模具的磨損和凹模的脹裂，是影響模具壽命的重要因素。增大間隙可以使沖裁力和卸料力減小，因而模具的磨損也變小。一般來說，間隙為（ 10～ 15） %t時磨損最小，模具壽命較高。從表 。考慮到模具制造中的偏差及使用的磨損，生產(chǎn)實(shí)際中通常只選擇一個范圍作為合理間隙，只要在間隙這個范圍內(nèi)，就可以沖制出良好的零件。表 一種經(jīng)驗(yàn)確定法來計(jì)算模具間隙。當(dāng)料厚為 ～ 時，各類間隙比值取下限，故： 單 面間隙比值 : C/t 100%= C= 不過在實(shí)際應(yīng)用中還要根據(jù)沖裁件幾何形狀、模具材料、制造方法以及沖裁速度和模具結(jié)構(gòu)等因素綜合考慮。 %～ 2%。 綜合以上原則