【正文】 形。 氣缸蓋罩沖壓組合模具設(shè)計(jì) 14 圖 22 復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的屈服表面 （三）應(yīng)變狀態(tài) 一點(diǎn)的應(yīng)變狀態(tài)也是通過微元體的變形來表示的。一種應(yīng)變狀態(tài)只有一組主應(yīng)變，可分解成兩部分。第二部分是以各向主應(yīng)變與 m? 的差值為應(yīng)變值構(gòu)成的應(yīng)變 狀態(tài)，表示了微元體形狀的變化。在材料的應(yīng)變狀態(tài)中，壓應(yīng)變的成分越多，拉應(yīng)變的成分越少，越有利于材料塑性的發(fā)揮；反之．越不利于材料塑性的發(fā)揮。 第二章 沖壓工藝與沖壓設(shè)備 15 塑性變形時(shí)應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系 物體彈性變形時(shí)，其變形是可以恢復(fù)的，變形過程是可逆的，與變形物體的加載過程無關(guān)，應(yīng)力和應(yīng)變之間 的關(guān)系可以通過廣義虎克定律來表示。在單向受拉或單向受壓時(shí)的應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系可以用硬化曲線或用硬化曲線的數(shù)學(xué)表達(dá)式來表示。 冷沖壓成形中的硬化現(xiàn)象 （一）硬化現(xiàn)象 一般常用的金屬材料，在冷塑性變形時(shí)會(huì)引起材料性能的變化。材料加工硬化不僅使所需的變形抗力增加， 而且對(duì)沖壓成形有較大的影響。因此，在對(duì)變形坯料進(jìn)行力學(xué)分析，確定各種工藝參數(shù)和處理生產(chǎn)實(shí)際問題時(shí)，必須了解材料的硬化現(xiàn)象及其規(guī)律。硬化曲線可以通過拉深、壓縮或板料的液壓脹形試驗(yàn)等多種方法求得。假象應(yīng)力是各加載瞬間之載荷 F除以變形前按試樣的原始截面積 0A 計(jì)算的，而沒有考慮變形過程中試樣截面積的變化，在塑性加工中，為了真實(shí)反映硬化規(guī)律，應(yīng)力以各加載瞬間之載荷可以與該瞬間試件的截面面積 A之比 F／ A表示，應(yīng)變以相對(duì)應(yīng)變 (δ或ψ )或?qū)嶋H應(yīng)變(ε )表示，這類曲線稱之為實(shí)際應(yīng)力曲線或真實(shí)應(yīng)力曲線 (又叫硬化曲線或變形抗力曲線 )。 氣缸蓋罩沖壓組合模具設(shè)計(jì) 16 圖 24 金屬的應(yīng)力 應(yīng)變圖 1真實(shí)應(yīng)力曲線， 2假象應(yīng)力曲線 從圖 2— 4中可以看出塑性變形階段的三個(gè)特征點(diǎn)： 到塑性變形的轉(zhuǎn)折點(diǎn)； 。因此，屈服點(diǎn)、細(xì)頸點(diǎn)和斷裂點(diǎn)對(duì)于板料沖壓工作來說，具有重要的實(shí)際意義。在塑性力學(xué)中經(jīng)常采用直線指數(shù)曲線來近似代替實(shí)際硬化曲線。 常用的壓力機(jī)類型 ⒈專用臥式擠壓機(jī)：這類壓力機(jī)在滑塊的工作行程中，具有很大的能量，剛性好，工作行程時(shí)滑塊速度變化較平穩(wěn)； ⒉曲軸或偏心式壓力機(jī)：即為通常沖壓加工用的壓力機(jī)，為各有關(guān)廠具有的通用設(shè)備。 以現(xiàn)代高速多工位機(jī)械壓力機(jī)為中心，配置開卷、矯平、成品收集、輸送等機(jī)械以及模具庫和快速換模裝置，并利用計(jì)算機(jī)程序控制，可組成高生產(chǎn)率的自動(dòng)沖壓生產(chǎn)線 。因此，沖壓中的安全生產(chǎn)是 一個(gè)非常重要的問題。理想的擠壓速度是當(dāng)凸模與毛坯料接觸時(shí)速度要低，擠壓時(shí)速度要均勻，滑塊速度 (經(jīng)驗(yàn)得知，以12— 24mm/min為好 )； ⒍壓力機(jī)應(yīng)具有超載保險(xiǎn)裝置，以避免由于坯料磷化層脫落成材料成分不均勻等一些未能預(yù)料的原因，使壓力機(jī)工作超載導(dǎo)至 損壞。參考文獻(xiàn) 19 第三章 氣缸蓋罩沖壓模具 的設(shè)計(jì) 柴油機(jī)的氣缸蓋罩位于整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的最上端，圖 31為氣缸蓋罩拉深成型零件的三維線框圖和實(shí)體圖。該零件的沖壓過程包括拉深 成形、整形、沖孔、切邊、翻邊等工序。為提高氣缸蓋罩拉深成型件的強(qiáng)度和剛性，其螺孔及標(biāo)牌周圍增加了很多凹凸圓弧形的加強(qiáng)筋，頂面角度為 12176。 （二）拉深件的圓角半徑 如圖 32所示，拉深件底部圓角半徑應(yīng)滿足 tr1? ，為使拉深順利進(jìn)行，一般取t53r1 ）（? ，此處取 1r =20mm。 拉深件與側(cè)壁間的圓角半徑一般取 ?3r （ 48） t，此處取 18mm。 表 31 有凸緣拉深件高度的極限偏差 ? 注：本表為未經(jīng)整形所能達(dá)到的數(shù)值。 沖壓工藝方案制定 （一）工藝計(jì)算 ⑴切邊余量的確定 在拉深過程中，由于材料力學(xué)性能的方向性，模具間隙的不均勻，摩擦不均勻以及定位不準(zhǔn)確等原因，會(huì)使拉深件邊緣不齊，因此拉伸后 一般需要切邊，要切邊的拉深件在計(jì)算坯料應(yīng)加上切邊余量。 參考文獻(xiàn) 21 表 32 帶凸緣拉深件的切邊余量 ? （ mm） 注：本表適用于有凸緣筒形件和盒形件。 ⑵拉深次數(shù)的確定 ⒈根據(jù)相對(duì)高度 H／ B進(jìn)行校核：一次拉探所能拉出的盒形件最大相對(duì)高度11/BH 見 [2]表 1416。 ⒉根據(jù)角部的拉深系數(shù)進(jìn)行校核：對(duì)于低盒形件，由于因角處變形最大，故變形程度可以用圓角處的假想拉深系數(shù)來表示： m=r/R=18/22= （ 31） 式中 r：盒形件角部的圓角半徑； R：盒形體角部的坯料半徑。若 m? 1m ，則可一次拉成；若 m 1m ，則需多次拉成。 ⑶坯料尺寸的確定 坯料尺寸根據(jù)坯料面積與拉深件表面積 (包括切邊余量 )相等的原則求出，拉深件毛坯的形狀一般與工件的橫截面相似。因相對(duì)轉(zhuǎn)角半徑 r/B=10/=，相對(duì)高度 H/r=。一次拉深成型 r=pr ，毛坯尺寸計(jì)算方法為： 0D = ）（ )( 2 ???? HHBB （ 32） = ）（）（ 3 241 3 2 ?????????? =(取 272mm)。 切去的弓形高度 h,由 00 d/h =,查 [2]圖 7118a,得 。材料為上海寶鋼 ST14拉深板，抗拉強(qiáng)度 b? =350MPa。 參考文獻(xiàn) 23 表 33 采用或不采用壓邊圈的條件 注： t 為材料厚度， D為坯料直徑， m為拉深系數(shù) 由表 33可得氣壓缸蓋 的兩次拉深均需要對(duì)毛坯進(jìn)行壓邊。 根據(jù) [1]表 2411，取 q＝ ，得出壓邊力為 176kN。 ⒋拉深功的計(jì)算 拉深功在拉伸過程中是變化的，拉深功的計(jì)算公式為： 3m ax 10hc ?? PA =?189000?90? 310? =（ J） （ 37） 氣缸蓋罩沖壓組合模具設(shè)計(jì) 24 式中 maxP ：最大拉深力 (N)； h：拉深深度（ mm）； c：系數(shù)，取 。 （三）沖壓設(shè)備的選擇 設(shè)備類型的選擇主要取決于沖壓工藝要求和生產(chǎn)批量，在精拉深工序中 一般選用雙動(dòng)拉深壓力機(jī)。 式中 F ：壓力機(jī)的公稱壓力（ N）； 1F ：內(nèi)滑塊公稱壓力（ N）； 2F ：外滑塊公稱壓力（ N）； LF ：拉深力（ N）； yF ：壓邊力（ N）。本工序中選用閉式上傳動(dòng)拉深壓力機(jī)，型號(hào)為： JA45200，其參數(shù)為： 總公稱壓力： 3250kN； 內(nèi)滑塊公稱壓力： 2020 kN； 參考文獻(xiàn) 25 外滑塊公稱壓力： 1250 kN； 內(nèi)滑塊行程： 670mm； 外滑塊行程： 425mm。 （二）定位方式 在拉伸的準(zhǔn)備工作中，合理選擇定位基準(zhǔn)和定位方法是保證沖壓件質(zhì)量和尺寸精度的基本條件，也直接影響沖壓工藝過程的穩(wěn)定、影響操作和生產(chǎn)安全。 （三）卸料、出件方式的選擇 根據(jù)零件加工的特點(diǎn)及質(zhì)量要求，拉深模具中采用剛性卸料的方式，通過使用推桿將壓邊圈與雙動(dòng)液壓機(jī)的滑塊進(jìn)行連接，依靠液壓機(jī)將零件推出。 為了避免拉深完成后零件附在上模的凹模中，特在上模中設(shè)計(jì)了一個(gè)彈性卸料裝置對(duì)此種情況進(jìn)行卸料。 （五）確定模具壓力中心 模具設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)使模具壓力中心與壓 力機(jī)滑塊中心軸線重合，以避免沖壓時(shí)產(chǎn)生偏心載荷，加劇模具及壓力機(jī)滑塊與導(dǎo)軌間的磨損，影響模具及壓力機(jī)的壽命和沖壓質(zhì)量。對(duì)于本副模具來說，壓力中心就在矩形對(duì)角線處。拉伸開始時(shí)，壓料圈 6壓料，拉伸完成后推件，在凹凸模的作用下完成拉伸成型。 ⑴凹凸模的圓角 一般說來，大的凹凸模半徑可以增加極限拉深系數(shù)，而且還可以提高拉深件的質(zhì)量。因此，凹模圓角半徑大小要適當(dāng)。如果凸模圓角參考文獻(xiàn) 27 半徑過大，會(huì)使在拉深初始階段不與模具表面接觸的毛坯寬度加大，因而這部分毛坯容易起皺 (稱此為內(nèi)皺 )。 ⒉精拉深的圓角半徑： ii ）（? （ i=2,3， ⒊首次拉深凸模的圓角半徑： pr =（ ） dr （ 39） 故取 pr =22mm； ⒋精拉深凹模的圓角半徑： pr =（ ri dd 2t） /2 （ 310） 故取 pr =18mm。它影響拉探件質(zhì)量、拉深力的大小以及模具的壽命。因此，間隙一般比毛坯厚度略大一些。 氣缸蓋罩沖壓組合模具設(shè)計(jì) 28 （ a） （ b） 圖 35 圓角 部分間隙取法 （ a） 內(nèi)形尺寸 （ b）外形尺寸 表 35 有壓邊圈拉深的單邊間隙值 （ mm） 注： ，去材料允許偏差的中間值； ，對(duì)最后一次拉深間隙取 Z/2=t。 ⑶凸、凹模工作部分設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)凸模和凹模工作部分尺寸時(shí)，應(yīng)考慮模具的磨損 和拉深件的回彈，其尺寸公差只在最后一道工序考慮。 精拉深凹、凸模設(shè)計(jì)效果分別如圖 36，圖 37： 圖 36 精拉深凹模 圖 37 精拉深凸模 ⑷凸模、凹模 工作表面的技術(shù)要求 在拉深過程中，凸緣變形區(qū)的變形程度最大，與凹模接觸的面積也最大。凹凸模圓角處，筒壁和凸模完全脫離．接觸面最小。 為了提高成形質(zhì)量和成形極限、盡量降低筒壁傳力區(qū)的最大拉力，或提高危險(xiǎn)斷面的承載能力，在模具設(shè)計(jì)和制造中，除了對(duì)凹凸模的尺才公差嚴(yán)格要求外，對(duì)其表面質(zhì)量還應(yīng)有以下要求： ⒈凸、凹模加工后的表面，不 允許有影響使用的砂眼、縮孔、裂紋和機(jī)械損傷等缺陷； 氣缸蓋罩沖壓組合模具設(shè)計(jì) 30 ⒉凹模工作表面和型腔表面的粗糙度應(yīng)達(dá)到及 aR ．而凹模圓角處的表面粗糙度數(shù)值一般要求為 aR ，目的是降低徑向拉應(yīng)力，保證拉深順利進(jìn)行； ⒊在拉深過程中，凸模的工作表面特別是凸模的圓角處材料的摩擦阻力有利予抵制材料的變薄。 （二 ）壓邊裝置的設(shè)計(jì) 為了防止毛坯凸緣變形部分在拉深過程中起皺，通常使用的拉深模均設(shè)有壓邊裝置。剛性壓邊圈主要用于大型拉深件的拉深模，安裝在雙動(dòng)壓力機(jī)的外滑塊上。由于氣缸蓋罩屬于大型拉深件，故采用剛性壓邊圈對(duì)其進(jìn)行壓邊，圖 38所示為氣墊壓邊裝置。因此，壓邊圈與凸模的間隙不能太大。