【正文】 ......................................................................................................................... 52 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................................. 53 致謝 .......................................................................................................................................... 54 1 1 緒論 沖壓是利用安裝在沖壓設(shè)備（主要是壓力機(jī)）上的模具對材料施加壓力，使其產(chǎn)生分離或塑性變形，從而獲得所需零件（俗稱沖壓或沖壓件）的一種壓力加工方法。沖壓是材料壓力加工或塑性加工的主要方法之一，隸屬于材料成型工程術(shù)。沖模是將材料（金屬或非金屬）批量加工成所需沖件 的專用工具。沖壓工藝與模具、沖壓設(shè)備和沖壓材料構(gòu)成沖壓加工的三要素，只有它們相互結(jié)合才能得出沖壓件。由于沖壓加工工藝的實(shí)現(xiàn)是通過沖壓模具、沖壓設(shè)備而完成的，而普通壓力機(jī)每分鐘的行程量可達(dá) 到幾十次，若是高速的壓力機(jī)每分鐘的行程量則可為上百至千次，并且壓力機(jī)的每次行程都有可能獲取一個(gè)沖件，從而使其加工工藝的生產(chǎn)效率得到了大大的提高。這是因?yàn)樵谶M(jìn)行沖壓加工時(shí)，沖壓模具使其沖壓件的形狀尺寸的精度得到了良好的保證，沖壓件的表面質(zhì)量通常都會(huì)受到較好的保護(hù) ，再加之所使用的沖壓模具的使用壽命較長，從而使得同一沖壓模具制成的沖壓件具有一模一樣的特點(diǎn)。 四是沖壓加工工藝是一種省料、節(jié)能的加工方法，在其沖壓加工過程中幾乎沒有碎料的產(chǎn)生 ，使得材料的利用率較高，并且在此過程中無需外來其他的加熱設(shè)備 ，因而所得沖壓件的成本也較低。 沖壓成形的主要方法 沖壓成形工序按照材料的變形特點(diǎn)可分為：分離工序、變形工序。變形工序是指沖壓成形時(shí)，變形材料內(nèi)部的應(yīng)力超過屈服極限 σs，使材料產(chǎn)生塑性變形，從而形成零件（如彎曲、拉深、成形、冷擠壓）。 單工序模是指 在 壓力機(jī) 的一次行程中，只完成一道沖壓工序的模具。 根據(jù)其特點(diǎn)，單工序模適合于生產(chǎn)一 些對精度要求不高，生產(chǎn)批量不大的工件，它能滿足研制周期短，開發(fā)速度快，制造成本低的發(fā)展要求，所以顯得非常實(shí)用。 由于是在沖床的一次行程內(nèi)，完成數(shù)道沖壓工序，因而不存在累積定位誤差，使沖出的制件內(nèi)外形相對位置及各件的尺寸一致性非常好，制件平直，適宜沖制薄料和脆性或軟質(zhì)材料，且生產(chǎn)效率高，模具 結(jié)構(gòu)緊湊，面積較小。根據(jù)其特點(diǎn)，復(fù)合模一般只有在當(dāng)制件精度要求高，生產(chǎn)批量大，表面要求平整時(shí)才選用。其工序件自動(dòng)送料，可以自動(dòng)排除沖件，生產(chǎn)率高，沖裁結(jié)構(gòu)較簡單的零件時(shí)的工作量和成本比復(fù)合模低。根據(jù)其特點(diǎn)，級進(jìn)模適用于生 產(chǎn)精度要求不高，需要大批量生產(chǎn)的情況下。 分離工序的變形局限于切口區(qū)，以剪切變形為主，伴隨著撕裂 (由于間隙的存在 )，總之是以板料分離為主要目的，如果出現(xiàn)整體變形，則認(rèn)為是缺陷或廢品。變形工序的變形量較大 (有的分布于整個(gè)制件 )，如果出現(xiàn)斷裂，則認(rèn)為是廢品。以下是對幾種常見沖壓件的成形缺陷分析。毛刺是由于金屬件表面的余屑，沖裁間隙過大、過小或不均勻，刃口鈍或模具結(jié)構(gòu)不當(dāng)造成的。 彎曲件 成形常見缺主要有陷有 :回彈 (跳 )，尺寸和形狀偏差，彎曲裂紋，表面擦傷，撓曲和扭曲及偏移等。彎曲裂紋是由于彎曲開裂產(chǎn)生在彎曲變形區(qū)的外緣，是在 拉應(yīng)力作用下產(chǎn)生的。 扭曲是指彎曲制件沿寬向發(fā)生扭轉(zhuǎn)，使兩端面投影不能重合。 杯筒類拉深件的成型常見 缺陷主要有：起皺、破裂與裂紋、回彈。破裂與裂紋的產(chǎn) 生和徑向拉應(yīng)力超過材料頸縮失穩(wěn)點(diǎn)有關(guān)，所以一切增大徑向拉應(yīng)力的因素都會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)該類廢品。箱壁剛度不足是由于箱壁在拉深過程中，壓邊圈下的法蘭邊周向壓應(yīng)力為零，料流進(jìn)模阻力很小，徑向拉應(yīng)力也不大，故該處材料應(yīng)變量很小，不能產(chǎn)生加工強(qiáng)化，成形后該處在很小外力作用下也會(huì)產(chǎn)生大面積彈性變形，有人稱此現(xiàn)象為 “油壹 ”的效應(yīng)。 沖壓成形的設(shè)備 沖壓成形中的設(shè)備主要包括有：沖壓加工設(shè)備、沖壓加工模具。 沖壓加工設(shè)備 沖壓工作是將沖壓模具安裝在沖壓設(shè)備上進(jìn)行的，因而模具的設(shè)計(jì)要與沖壓設(shè)備的類型和主要規(guī)格相匹配，否則不能工作。 沖壓設(shè)備類型主要根據(jù)所要完成的沖壓工藝性質(zhì)、生產(chǎn)批量、沖壓件的尺寸大小和及精度要求等來選擇。另外，在中小型沖壓件生產(chǎn)中，若采用導(dǎo)板?；蚬ぷ鲿r(shí)要求導(dǎo)柱、導(dǎo)套不脫離的模具，應(yīng)選用行程較小的偏心壓力機(jī)。其中，薄板沖裁或精密沖裁時(shí)應(yīng)選用精度和剛度較高的精 密壓力機(jī)；在大型復(fù)雜拉深件的生產(chǎn)中，應(yīng)盡量選用雙動(dòng)或三動(dòng)拉伸壓力機(jī)，因而可使所用模具結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整方便。液壓機(jī)沒有固定的行程，不會(huì)因?yàn)榘辶虾穸茸兓d，而且在需要很大的施力行程加工時(shí)，與機(jī)械壓力機(jī)相比具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，因而特別適應(yīng)大型厚板沖壓件的生產(chǎn)。但摩擦壓力機(jī)的行程次數(shù)小，生產(chǎn)效率低，而且操作 不太方便。 如表 所示是各種沖壓加工設(shè)備工作的原理及特點(diǎn)。 結(jié)構(gòu)簡單，飛輪輪緣磨損大，生產(chǎn)率低。 曲柄壓力機(jī) 利用曲柄連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行工作，電機(jī)通過皮帶輪及齒輪帶動(dòng)曲軸傳動(dòng)，經(jīng)連桿使滑塊作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。 高速?zèng)_床 工作原理與曲柄壓力機(jī)相同，但其剛度、精度、行程次數(shù)都比較高。 液 壓 機(jī) 油壓機(jī) 水壓機(jī) 利用帕斯卡原理，以水或油為工作介質(zhì)，采用靜壓力傳遞進(jìn)行工作，使滑塊上、下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。適用于拉深、擠壓等成形工序。沖壓設(shè)備規(guī)格主要由以下參數(shù)確定：公稱壓力、滑塊行程長度、行程次數(shù)、工 作臺面尺寸、滑塊模柄孔尺寸、閉合高度。對應(yīng)于相應(yīng)的成形工序有：單工序模、復(fù)合模和級進(jìn)?！，F(xiàn)今，模具設(shè)計(jì)的主要研究方向歸結(jié)于以下幾個(gè)方面： 5 第一，模具設(shè)計(jì)更加注重計(jì)算機(jī)技術(shù)與模具技術(shù)的結(jié)合。 第二，開發(fā)簡易制模工藝。 第三，實(shí)現(xiàn)模具的標(biāo)準(zhǔn)化。 沖壓模具的發(fā)展趨勢 在信息化社會(huì)和經(jīng)濟(jì)全球化不斷發(fā)展的進(jìn)程中，模具產(chǎn)品向以大型、精密、復(fù)雜、長壽命模具為代表的，方向發(fā)展；模具生產(chǎn)向管理信息化、技術(shù)集成化、設(shè)備精良化、制造數(shù)字化、精細(xì)化、加工高速化及自動(dòng)化和智能控制及綠色制造方向發(fā)展。以下這些模具產(chǎn)業(yè)技術(shù)前景廣闊，經(jīng)過努力可以取得成果并可以產(chǎn)業(yè)化和廣泛推廣應(yīng)用的一些關(guān)鍵技術(shù)作為模具產(chǎn)業(yè)技術(shù) [1]。該技術(shù)是國際上公認(rèn)的提高模具行業(yè)整體水平的有效技術(shù)手段，能夠極大地提高模具生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，并提升企業(yè)的綜合水平 和效益。差距主要表現(xiàn)在精度、壽命、制造周期及使用穩(wěn)定性和可靠性等方面，模具數(shù)字化設(shè)計(jì)制造技術(shù)的落后是造成產(chǎn)品落后的最主要原因之一。模具大型化和精密化一直是重要發(fā)展趨勢，高強(qiáng)度板和不等厚激光焊接板的沖壓成形技術(shù)應(yīng)用已越來越普遍，高強(qiáng)度鋼板熱沖壓成形和大型鋁合金板沖壓成形技術(shù)在汽車生產(chǎn)中的應(yīng)用也日益增多；由于高速?zèng)_床的運(yùn)行速度越來越高，集成電路腳距越來越細(xì)密，接插件精度越來越高且體積越來越小，因此超精密加工在 進(jìn)一步發(fā)展。 第三，高檔模具標(biāo)準(zhǔn)件生產(chǎn)技術(shù)。目前我國模具標(biāo)準(zhǔn)件生產(chǎn)落后于模具生產(chǎn)，這里只選取對模具生產(chǎn)影響最大的兩種模具標(biāo)準(zhǔn)件作為突破口先行突破，這就是模具用高壓氮?dú)飧缀蜏乜啬苓_(dá)到 177。此外，斜鍥機(jī)構(gòu)在沖壓模中具有十分重要的作用，無油潤滑推桿推管在精密塑料模 具中也非常重要，也屬于應(yīng)予大力發(fā)展的高檔模具標(biāo)準(zhǔn)件。 6 2 設(shè)計(jì)課題及分析 設(shè)計(jì)課題 如圖 所示 盒形零件 ，大批量生產(chǎn)， 材料 08 鋼，料厚 。 圖 盒形件的三視圖 工藝性分析 如圖 所示為盒形零件的三視圖，針對該零件各部分的材料屬性、精度公差、形狀尺寸作如下工藝性分析。 表 08 鋼力學(xué)性能指標(biāo) 材料 抗拉強(qiáng)度σb(MPa) 屈服強(qiáng)度 σs(MPa) 伸長率 δ (％ ) 斷面收縮率 ψ (％ ) 08 鋼 ≥325 ≥195 ≥33 ≥60 此制件用 08 鋼 340 210 35 62 精度和表面粗糙度分析 除特殊標(biāo)出的公差尺寸，制件的公差尺寸為 IT14 級，制 件壁厚公差沒有特殊要求，一般沖壓成形設(shè)備即可滿足。 該制件對表面粗糙度無特殊要求，因而在保證必要的表面質(zhì)量前提下，允許內(nèi)、外表面在拉深過程中產(chǎn)生痕跡。 對于拉深工藝，此制件的兩次拉深工藝均可一次拉深完成，零件的工藝性較好；在保證裝配要求的前提下，允許拉深側(cè)壁有一定的斜度。 對于盒底的圓筒形拉深，由圖 知制件底與壁圓角 rd=，凸緣與壁圓角r=，尺寸不滿足 rd≥2t， R≥2t 的工藝條件，拉深后要進(jìn)行整形；且 08 鋼的流動(dòng)性強(qiáng)，拉深時(shí)凸緣部分（即盒形件的底部）存在較大的金屬流動(dòng)，若先沖孔后拉深會(huì)導(dǎo)致孔變形，因而不適合采用先沖孔后拉深的工藝方法，應(yīng)該 先進(jìn)行圓筒形拉深再?zèng)_孔。 綜上所述，該盒形零件存在一些工藝性較差的部位，在我們模具設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該注意避免盒形件產(chǎn)生成形缺陷及損壞成型設(shè)備。 方案 1：落料 矩形盒拉深 反向圓筒形拉深 沖孔復(fù)合模，切邊 整形 方案 2：落料拉深復(fù)合模，拉深沖孔復(fù)合模，切邊 整形 方案 3：落料 矩形盒拉深 反向圓筒形拉深復(fù)合模，沖孔模，切邊 整形 方案 4：落料拉深復(fù)合模，反向圓筒形拉深模，沖孔模，切邊 整形 方案 1 將所有沖壓工序通過一個(gè)復(fù)合模來完成，其模具的制造及維護(hù)極其困難，容錯(cuò)率低并 不適用于大批量生產(chǎn)；方案 2 相比于方案 1 簡化了模具結(jié)構(gòu)，增加了模具的使用壽命，且更利于設(shè)計(jì)壓邊和卸料裝置，提高制件尺寸精度，但是通過前面的工藝性分析我們得知，最后一道沖孔工序的工藝性不好，需要經(jīng)常更換沖孔凸模，而拉深沖孔復(fù)合模中沖孔凸模更換不便，影響生產(chǎn)效率；方案 3 相比于方案 2 克服了凸模更換的難題，但是模具一的結(jié)構(gòu)變復(fù)雜了，模具使用壽命有所降低，且壓邊和卸料裝置設(shè)計(jì)難度大，不容易保證零件質(zhì)量；方案 4 相比于方案 3 簡化了模具結(jié)構(gòu)，模具使用壽命高，制件尺寸精度也較高，雖增加了模具數(shù)量，但足以滿足大批量生產(chǎn)的要求。 圖 方案 4 成形工藝流程 3 工藝計(jì)算 沖壓工藝計(jì)算是模具設(shè)計(jì)的準(zhǔn)備階段，以下主要從毛坯尺寸計(jì)算、材料利用率計(jì)算、沖壓工藝力計(jì)算和壓力機(jī)的預(yù)選等幾個(gè)方面著手計(jì)算。 修邊余量 的確定 該盒形零件相對高度 (h/r)=10/=4，查表 知，修邊余量 Δh=(~)h0，取Δh==10=，故計(jì)入修邊余量的工件高度 H=h0+Δh=10+=[2] 表 無凸緣盒形件的修邊余量 工件的相對高度 h0/r ~6 7~17 18~44 45~100 修邊余量 Δh （ ~）h0 （ ~）h0 （ ~）h0 （ ~）h0 毛坯尺寸的確 定 盒形件坯料流動(dòng)情況較復(fù)雜，圖 盒形件不同拉深情況分區(qū)圖中，不同區(qū)域的盒形件，具有不同的毛坯和工藝計(jì)算方法，因此毛坯尺寸計(jì)算前應(yīng)先確定該盒形件屬于哪一分區(qū)。又 r/(BH)=25/()=，查圖 知，該盒形件拉深成形屬于 Ⅱ c區(qū) [3]。 可由假想方盒件拉深的圓形毛坯直徑，推算矩形盒拉深長圓形毛坯尺寸，當(dāng) prr?時(shí)，假想方盒件拉深的圓形毛坯直徑 D 按式 計(jì)算 )(4)()( 2 rrrrHrrHBBD ppp ??????? () 式中 D——假想方盒件拉深 的圓形毛坯直徑 B——盒形件的寬度， B=16mm H——盒形件加修邊余量的高度， H= rp——盒形件底角半徑， rp=1mm r——盒形件轉(zhuǎn)角半徑， r= 即假想方盒件拉深的圓形毛坯直徑 D= 故長圓形毛坯的假想圓弧半徑 Rb=D/2=，圓弧中心離短邊距離為 B/2=8mm，則長圓形毛坯長度 L=2Rb+(B1B)=D+(B1B)=+(3016)=，長圓形毛坯的寬度按式 計(jì)算 rB BBrHBrBDK 2 ))]((2[)2( 1 1? ?????? () 式中 B1——盒形件的長度， B1=30mm 10 即長圓形毛坯的寬度 K= 根據(jù)如上所計(jì)算出的數(shù)據(jù)結(jié)果，可知該盒形零件長圓形毛坯尺寸如下：長L=、寬 K=、長圓形毛坯半徑 R=、半圓弧中心距 C=，盒形零件毛坯尺寸如圖 所示。 矩形盒拉深 (1)校核最大相對高度 該矩形盒拉深，根據(jù)前述數(shù)據(jù)可得：毛坯相對高度 (H/B)=、相對厚度(t/D)100=、角部相對轉(zhuǎn)角半徑 (r/B)=。 表 矩形盒一次拉 深的最大相對高度 H/B0 相對轉(zhuǎn)角半徑r/B 相對厚度 (t/D)100 ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~