【正文】 用單工序模生產(chǎn)。 方案三：落料 — 沖孔一次沖壓成型，采用復合模生產(chǎn)。方案二是生產(chǎn)效率可大大提高，但模具的結(jié)構(gòu)復雜，制造難度大，成本較高。 排樣的設計及計算 在沖壓工藝和模具設計中，沖裁件在條料、帶料、板料上的布置方法叫排樣。 排樣方法 在沖壓生產(chǎn)實際中，由于零件的形狀、尺寸、精度要求、批量大小和原材料供應等方面的不同，不可能提供一種固定不變的合理排樣方案。 特點 類型 單工序 模 復合模 級進模 結(jié)構(gòu) 簡單 較復雜 復雜 成本、周期 小、短 小、短 高、長 制造精度 低 較高 高 材料利用率 高 高 低 生產(chǎn)效率 低 低 高 維修 不方便 不方便 方便 產(chǎn)品精度 高 高 低 品質(zhì) 低 低 高 安全性 不安全 不安全 安全 自動化 —— —— 易于自動化 沖床性能要求 低 低 高 應用 小批量生產(chǎn) 大、中型零件的沖壓試制 大批量生產(chǎn) 內(nèi)外形精度要求高 大批量生產(chǎn) 中、小零件沖壓 7 在沖裁件的成本中材料費用一般占 60％以上，可見材料利用率是一項很重要的經(jīng)濟指標。 要提高材料利用率，主要應從減少工藝廢料著手。 根據(jù)材料的合理利用情況，條料排樣方法可分為三種，如圖 所示。沿沖件全部外形沖裁，沖件與沖件之間、沖件與條料之間都存在有搭邊廢料。 少廢料排樣 如圖 所示。因受剪裁條 料質(zhì)量和定位誤差的影響，其沖件質(zhì)量稍差，同時邊緣毛刺被凸模帶入間隙也影響模具壽命，但材料利用率稍高，沖模結(jié)構(gòu)簡單。沖件與沖件之間或沖件與條料側(cè)邊之間均無搭邊，沿直線或曲線切斷條料而獲得沖件。另外，如圖 所示，當送進步距為兩倍零件寬度時，一次切斷便能獲得兩個沖件，有利于提高勞動生產(chǎn)率。b) 圖 排樣方法分類 a) c) 8 但是，因條料本身的公差以及條料導向與定位所產(chǎn)生的誤差影響，沖裁件公差等級低。為此，排樣時必須統(tǒng)籌兼顧、全面考慮。 9 對于形狀復雜的沖件，通常用紙片剪成 3～ 5 個樣件，然后擺出各種不同的排樣方法，經(jīng)過分析和計算，決定出合理的排樣方案。 表 有廢 料排樣和少、無廢料排樣主要形式的分類 10 搭邊值 排 樣時沖裁件之間以及沖裁件與條料側(cè)邊之間留下的工藝廢料叫搭邊。 搭邊值對沖裁過程及沖裁件質(zhì)量有很大的影響，因此一定要合理確定搭邊數(shù)值。根據(jù)生產(chǎn)的統(tǒng)計，正常搭邊比無搭邊沖裁時的模 具壽命高 50％以上。 (2）材料厚度：材料越厚，搭邊值也越大。 (4）送料及擋料方式：用手工送料，有側(cè)壓裝置的搭邊值可以小一些；用側(cè)刃定距比用擋料銷定距的搭邊小一些。 搭邊值是由經(jīng)驗確定的。 11 零件毛坯尺寸計算 查表 ，確定搭邊值： 兩工件間的搭邊值： a1= 工件邊緣的搭邊值： a= 步距為： S= 條料寬度： 0B?? = 02a)(Dmax ??? = )2(65 ???? = ? 式中 Dmax —— 條料寬度方向沖裁件的最大尺寸； 表 最小搭邊值 12 a —— 側(cè)搭邊值，可參考表 ； △ —— 條料寬度的單向（負向）偏差，表 、表 ； 表 ? (mm) 條料寬度 B/mm 材料厚度 t/mm ～ 1 1～ 2 2～ 3 3～ 5 ～ 50 50～ 100 100～ 150 150～ 220 220～ 300 表 ? (mm) 條料寬度 B/mm 材料厚度 t/mm ～ ﹥ ～ 1 ﹥ 1～ 2 ～ 20 ﹥ 20～ 30 ﹥ 30～ 50 材料利用率的計算 確定后排樣圖如下圖 ： 圖 排樣圖 13 查板材標準，宜選取 850? 1500mm 的軋制薄鋼板，厚度允許偏差為 ? 。 沖裁力和壓力中心的計算 沖裁力 在沖 裁 過程中，沖裁力是隨凸模進入材料的深度（凸模行程）而變化的。雖然由于凸模擠入材料使承受沖裁力的材料面積減小，但只要材料加工硬化的影響超過受剪面積減小的影響，沖裁力就 繼續(xù)上升，當兩者達到相等影響的瞬間，沖裁力達最大值，即圖中的 B點。 凸模繼續(xù)下壓，材料內(nèi)部的微裂紋迅速擴張，沖裁力急劇下降，如圖 BC 段所示，此為沖裁的斷裂階段。通常所說的沖裁力是指沖裁力的最大值，它是選用壓力機和設計模具的重要依據(jù)之一。壓力機的噸位必須大于所計算的沖裁力，以適應沖裁的需求。 當查不到抗剪強度 b? 時，可用抗拉強度 b? 代替 b? ，而取 K＝ 1 的近似計算法計算。 當上模完成一次沖裁后，沖入凹模內(nèi)的制件或廢料因彈性擴張而梗塞在凹模內(nèi)，模面上的材料因彈性收縮而緊箍在凸模上。從凸模上刮下材料所需的力，稱為卸料力；從凹模內(nèi)向 下推出制件或廢料所需的力，稱為推料力；從凹模內(nèi)向上頂出制件需的力，稱為頂件力 (圖 )。在實際生產(chǎn)中常采用經(jīng)驗公式計算： 卸料力 FKF XQ ? （ 23） 推料力 FKF TQ1 n? （ 24） 頂件力 FKF DQ2? （ 25） 表 部分常用材料的力學性能 16 式中 F—— 沖裁力 (N)； XK —— 卸料力系數(shù)，其值為 見表 (薄料取大值，厚料取小值 )； TK —— 推料力系數(shù)，其值為 見表 (薄料取大值，厚料取小值 )； DK —— 頂件力系數(shù)，其值為 見表 (薄料取大值，厚料取小值 )； n—— 梗塞在凹模內(nèi)的制件或廢料數(shù)量 (n＝ h/t)。卸料力和頂件力還是設計卸料裝置和彈頂裝置中彈性元件的依據(jù)。 沖裁力的計算 由于該沖裁件是 落料、沖孔倒裝復合模 ，只受沖裁力、卸料力、推件力，其沖裁力由公式（ 21）計算。 壓力機公稱壓力的選取 沖裁時，壓力機的公稱壓力必須大于或等于沖裁各工藝力的總和。 因為本次設計 采用 的是 彈壓卸料裝置和下出件的模具 ，所以根據(jù)公式 （ 26）計算 壓力機的公稱壓力 ： 壓力機的公稱壓力 1總 FFFF ??? ??? ? ?? 壓力中心的確定 沖壓力合力的作用點 稱謂 模具壓力中心。否則，會使沖裁模和壓力機滑塊產(chǎn)生偏心載荷，使滑塊和導軌間產(chǎn)生過大的磨損，模具導向零件加速磨損，降低模具和壓力機的使用壽命。 ，沖模的壓力中心與零件的對稱中心相重合 。 另外還可以用作圖法、懸掛法等。求出合力作用點的座標位置O0(x0,y0)，即為所求模具的壓力中心 (如 圖 )。 b）多凸模沖壓壓力中心 20 由于該零件 x 方向?qū)ΨQ，如圖 所示 ， 根據(jù)公式 (210)計算，故 壓力中心x0= in1iiin1i0LΣYLΣy??? 821882211 LLL YLYLYL ??? ???? ? ? ? ? ?? 式中 :L1=24mm Y1=12mm L2=60mm Y2=0mm L3=24mm Y3=12mm L4= Y4=12mm L5= Y5= L6= Y6=24mm L7= Y7=12mm (210) 21 L8= Y8=12mm 計算時，忽略邊緣 4179。由以上計算可知 沖裁 件的 壓力中心 的坐標為（ ， 13） 。根據(jù)總沖壓力 F=,模具閉合高度，沖床工作臺面尺寸等，并結(jié)合現(xiàn)有設備，選用 J2363 雙柱開式可傾壓力機。左右 )： 480mm179。 降低沖裁力的措施 22 當采用平刃沖裁壓力過大時，或因現(xiàn)有設備無法滿足沖 裁需要時，可采用斜刃進行沖裁以降低沖裁力。斜刃一般做成中間凹進的形狀。 （如圖 ） 凸模階梯布置由于各凸模工作端面不在一個平面，各凸模沖裁力的最大值不同時出現(xiàn)，從而達到降低沖裁力的目的。凸模的階梯布置會給刃 磨造成一定困難，僅在小批量生產(chǎn)采用。為了能得到較平整的工件，落料時斜刃做在凹模上；沖孔時斜刃做在凸模上。 圖 圖 斜刃沖裁 （ a）、（ b）落料凹模為斜刃；（ c） 、（ d）、（ e）沖孔凸模為斜刃；（ f）用于切口或切斷的單邊斜刃 23 3 止動件的模具設計 與標準選用 由沖壓工藝分析可知，采用復合沖壓 模具 ， 復合沖壓 模具 有倒裝和順裝之分，倒裝 復合 模 在結(jié)構(gòu)上比順裝簡單，少一套排除沖 孔廢料的打料裝置，因此優(yōu)先選用倒裝 復合 模 。工藝零件是在完成沖壓工序時，與材料或制件直接發(fā)生接觸的零件；結(jié)構(gòu)零件是在模具的制造和使用中起裝配、安裝、定位作用的零件，以及制造和使用中起導向作用的零件冷沖壓模具零件的詳細分類如下表 ： 模具零件的分類結(jié)構(gòu)零件 工藝零件緊固件及其他零件導向零件支撐固定零件卸料及壓料零件定位零件成形零件凸模凹模凸凹模擋料銷始用擋料裝置導正銷凸、凹模固定板定位釘、定位板導料板、導向銷側(cè)壓板側(cè)刃、側(cè)刃擋塊承料板卸料板頂件器壓料板上模座、下模座模柄凸、凹模固定板墊板導板導柱導套導筒螺釘銷釘彈簧其他零件 模具標準化的意義 模具標準化，就是將模具的許多零件的形狀和尺寸以及各種典型組合 和典型結(jié)構(gòu)按統(tǒng)一結(jié)構(gòu)形式及尺寸，實行標準系列并組織專業(yè)化生產(chǎn)，以充分滿足用戶選用，象普通工具一樣在市場上銷售和選購。國家標準總局制訂了 GB2851～ 2875～90 冷沖模國家標準。每一種典型組合中，又規(guī)定了多種凹模周界尺寸 (長 24 寬 )以及相配合的凹模厚度、凸模高度、模架類型和尺寸及固定板、卸料板、墊板、導料板等具體尺寸，還規(guī)定了選用標準件的種類、規(guī)格、 數(shù)量、位置及有關(guān)的尺寸。簡化了模具設計，縮短了設計周期，為模具的計算機輔助設計奠定了基礎。一類是鑲拼式，圖 ，另一類為整體式。直通式凸模的工作部分和固定部分的形狀與尺寸做成一樣，這類凸模一般采用線切割方法進行加工。對于圓形凸模 , GB2863— 81 的冷沖模標準已制訂出這類的凸模的標準結(jié)構(gòu)形式與尺寸規(guī)格 (圖 )。 圖 鑲拼式凸模圖 圖 整體式凸模 25 (二 )凸模長度的確定 (圖 ) 凸模長度應根據(jù)模具結(jié)構(gòu)的需要來確定。 15～ 20mm 為附加長度，包括凸模的修磨量，凸模進入凹模的深度及凸模固定板與卸料板間的安全距離。因此應有高的硬度與適當?shù)捻g性。 (四 )凸模強度和剛度 在一般情況下，凸模的強度是足夠的，不必進行強度計算。 1．凸模承載能力校核凸模最小斷面承受的壓應力 σ，必須小于凸模材料強度允許的壓力［ σ］，即： 圖 標準圓形凸模 圖 凸模長度的確定 26 σ＝ P/Fmin ≤ ［ σ］ 故非圓凸模 Fmin ≥ P/［ σ］ (3— 2) 對圓形凸模 dmin ≥ 4tτ/［ σ］ (3— 3) 式中 σ —— 凸模最小斷面的壓應力 (MPa)； P —— 凸?？v向總壓力 (N)； Fmin —— 凸模最小斷面積 ( 2mm )； dmin —— 凸模最小直徑 (mm)； t—— 沖裁材料厚度 (mm) τ—— 沖裁材料抗剪強度 (MPa)； ［ σ］ —— 凸模材料的許用壓應力 (MPa)。根據(jù)模具結(jié)構(gòu)的特點，可分為無導向裝置和有導向裝置的凸模 (圖)進行校驗。 據(jù)上述公式可知，凸模彎曲不失穩(wěn)時的最大長度 Lmax ，與凸模截面尺寸、沖截力的大小、材料機械性能等因素有關(guān)。為防止小凸模的折斷，常采用如圖 所示的結(jié)構(gòu)進行保護。圖 a 所示護套 凸模 2 均用鉚接固定。 c 所示護套 1 固定在卸料板 (或?qū)О?)4上，護套 1 與上模