【正文】 排樣設(shè)計 沖裁件在條料或板料上的布置方法叫排樣，排樣是沖裁模設(shè)計中的一項極其重要的工作。 排樣原則 對于沖裁來說，由于產(chǎn)量大，沖裁件的生產(chǎn)率高，材料費用占沖壓總成本的 60%以上。要提高材料的材料利用率，就要減少廢料。結(jié)構(gòu)廢料是由工件形狀決定的，而工藝廢料是由沖壓方式和排樣方式?jīng)Q定的。 第一工位安排局部外形沖切和沖導(dǎo)正孔，第二工位設(shè)置導(dǎo)正銷對條料導(dǎo)正，在以后的工位中，對易發(fā)生竄動的工位設(shè)置導(dǎo)正銷，也可以在以后的工位中沒隔 23個工位設(shè)置導(dǎo)正銷，本設(shè)計中 在模具的主要工位分別設(shè)置有 6對導(dǎo)正銷 ， 沖壓件上孔的位置相隔太近時，可以分布在不同的工位上沖出，但孔的位置不能因后續(xù)成型工序而影響變 11 形。 搭邊及其作用 搭邊是指沖裁件之間以及沖裁件與條料側(cè)邊之間留下的余料。第二，保持條料的剛性，方便送進(jìn)，提高勞動生產(chǎn)率，第三避免沖裁時條料邊緣的毛刺被帶入模具間隙，從而可以提高模具壽命。一般來說，過小的搭邊，使 條料剛性降低，從而使條料容易產(chǎn)生變形，進(jìn)而影響到條料的正確送進(jìn)，而在沖制非金屬材料或脆性材料時，搭邊量過小，極容易造成角部開裂。 搭邊值的確定 搭邊值得確定可以參考表，同時考慮一下因素對搭邊值的影響：材料的力學(xué)性能，硬材料的搭邊比軟材料、脆性材料小一些；沖裁件的形狀和尺寸，沖裁件大或有尖突的復(fù)雜形狀時，搭邊值大一些；材料厚度，料厚時搭邊值大；送料方式與擋料方式，用手工送料，有側(cè)壓裝置的其值?。恍读戏绞剑瑥椥孕读媳葎傂孕读系男?。 條料寬度和送料步距的確定 因為工件尺寸較小，為確保各工序間的工作零件互不干涉，工序間需增設(shè)一些必要的空工步。載體的形式主要有雙側(cè)載體、單側(cè)載體和中間載體三種。 圖 2 工步排樣圖 Fig 2 step layout 通過上述一系列的工作，最后得到： 料寬 33mm， 步距 26mm，共 13個工位：工位 (1)為沖導(dǎo)正銷孔和局部外形沖切；工位 (2)為局部外形沖切；工位 (3)為空工步；工位 (4)為首次拉深；工位 (5)為空工步；工位 (6)為二次拉深；工位 (7)為空工步；工位 (8)為沖底部孔；工位 (9)、 (10)、 (11)、 (12)為空工步；工位 (13)擠壓切邊，工件與載體分離。 沖壓力的計算和沖壓設(shè)備的選擇 計算沖壓力的目的是為了選擇合適的壓力機，設(shè)計和檢驗?zāi)＞叩膹姸取? 拉深力的計算 由于影響拉深力的因素比較復(fù)雜，按實際受力和變形情況精確計算拉深力是比較困難的，所以，實際生產(chǎn)中通常是以危險斷面的拉應(yīng)力不超過其材料的抗拉強度為依據(jù)，采用經(jīng)驗公式進(jìn)行計算，對于圓筒形件第一次拉深力： F=K1 π btd?1 =****320=7466N (14) 式中 d 各次拉深工序件的直徑； t板料厚度； b? 拉深件材料的抗拉強度； K1 修正系數(shù)，與拉深系數(shù)有關(guān)； 同理第二次拉深力 F=6131N。壓料力的大小應(yīng)當(dāng)合適，當(dāng)壓力力過小時，防皺效果不好；壓料力過大時，則會增大傳離去危險斷面上的拉應(yīng)力，從而引起嚴(yán)重變薄甚至拉裂。在模具設(shè)計時，第一次拉深的壓料力可以按下列經(jīng)驗公式計算： FY =π [D2 （ d1 +2r1d )2 ]p/4 (15) =[232 (+2*)2 ]同理第二次拉深壓料力 FY =31N 沖裁力的計算 沖裁時，凸模給材料施加壓力，同時，材料也對凸模產(chǎn)生反作用力，通常我們把這種作用力稱為抗力，材料對凸模的最大抗力就是沖裁力。 （二）設(shè)備規(guī)格的選擇：備規(guī)格的主要參數(shù)有以下幾個方面： 行程。裝配模具的相關(guān)尺寸。沖床的閉合高度是指滑塊處于下死點時，滑塊下平面至工作臺上平面間的開擋空間尺寸，顯然，沖床的閉合高度要與模具的閉合高度相適應(yīng)。初選壓力機為開式雙柱可傾式（ JC2335型）壓力機的技術(shù)參數(shù)如下表所示 表 1 開式雙柱可傾式（ JC2335型）壓力機的技術(shù)參數(shù) Table 1 Open type double column tilting type (JC2335 type) technical parameters of the press 項目 參數(shù) 公稱壓力 /KN 350 滑塊行程 /mm 80 滑塊行程次數(shù) /min 50 最大閉合高度 /mm 280 閉合高度調(diào)節(jié)量 /mm 60 滑塊中心至床身距離 205 立柱間距 300 工作臺尺寸 前后 380 左右 610 工作臺孔尺寸 前后 200 左右 290 直徑 260 墊板尺寸 厚度 60 直徑 150 模柄孔尺寸 直徑 50 深度 70 滑塊底面尺寸 前后 190 左右 210 床身最大可傾角 30? 15 壓力中心計算 模具設(shè)計時，應(yīng)使模具壓力中心與壓力機滑塊中心軸線相重合，以避免沖壓時產(chǎn)生偏心載荷，加劇模具及壓力機滑塊與導(dǎo)軌之間的磨損，影響模具壓力機的使用壽命和工件質(zhì)量，多工位級進(jìn)模的壓力中心與壓力機滑塊中心軸線偏離不應(yīng)超過 L/6（凹模板長度方向）和 B/6（凹模板寬度方向），由于工件的沖裁和成形工序較多，每道工序外形復(fù)雜，因此可以考慮用解析法進(jìn)行計算，先分別算出每個工位的壓 力中心，然后計算出總的壓力中心。廢料切刀通常在大型成型件切邊模中使用，用于將廢料切開而卸料。出件方式設(shè)計采用模具結(jié)構(gòu)不同，出件方式也不同。卸料、出件方式確定后，再對卸料、出件裝置的主要構(gòu)件，如卸料板、推（頂）件塊（板 ）的形狀結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，采用彈性裝置還涉及彈性元件的選擇和計算。 正裝倒裝結(jié)構(gòu) 為簡化模具結(jié)構(gòu)，使模板加工制造方便，拉深和切斷工位采用倒裝式結(jié)構(gòu)，凸模設(shè)計在下模部分，凹模設(shè)計在上模部分。 導(dǎo)向方式 模具采用何種導(dǎo)向裝置要視工序性質(zhì)、批量大小和工件精度來確定，一般來說級進(jìn)模均應(yīng)采用導(dǎo)向裝置，有導(dǎo)向的模具提高了工件質(zhì)量，也提高了模具壽命，并且安裝調(diào)試方便，所以在生產(chǎn)中大量使用有導(dǎo)向的模具。連續(xù)工位用前一工位拉深坯件定 位，卸料系統(tǒng)必須順暢。凸模與卸料板之間的雙面間隙為 mm， 內(nèi)導(dǎo)柱與卸料板的配合間隙為 mm。由自動送料機構(gòu)作粗定距， 導(dǎo)正銷 作精定距，實現(xiàn)連續(xù)、自 動沖壓的精確定距，送料精度可達(dá)177。本模具的導(dǎo)正銷孔設(shè)計為 3 mm， 導(dǎo)正銷安裝在固定板 (件 8)上，與固定板配合為 H7／ n6，材料與沖孔凸模相同，淬火硬度為 58～ 62 HRC。 壓料裝置 壓料裝置分為剛性壓料裝置和彈性壓料裝置，本設(shè)計采用彈簧式的彈性壓料裝置，由彈簧，頂桿，壓邊圈組成，壓邊圈是壓料裝置的關(guān)鍵零件，結(jié)構(gòu)形式采用平面形壓料圈， 兩次拉深均使用單獨的強力壓邊圈，保證兩次 拉深都能達(dá)到理想的變形程度；沖壓結(jié)束，上模回升，帶料在壓邊圈的作用下將料抬起，離開凸模表面，使條料得以順利地繼續(xù)送進(jìn) 。凹模板尺寸是其他相關(guān)模板尺寸確定和模架尺寸選擇的依據(jù)。在整個沖裁過程中，一共 9個步距，每個步距的長度是26mm，則總的長度 L1 =26*9=234mm，為了保證強度，長度方向單邊必須留出 20mm 以上的余量，模板的長度必須大于 274mm（ 234+20*2=274mm）；為了保證模板強度又不與周邊配件相干涉，在初始端加入 20mm 余量，數(shù)據(jù)經(jīng)過整理為 294mm， 最后確定凹模板的規(guī)格如下（單位： mm x mm x mm） 315x200x40，則固定板為 315x200x32,上下墊板為315x200x10，卸料板 315x200x20，卸料版墊板 315x200x8。 第二塊凹模板寬度和長度的確定方法同上，最后選擇凹模板規(guī)格為 125x125x32，則切邊凹模固定板 125x125x20,下墊板 125x125x8,切邊凸模固定板 125x125x21,卸料板 125x125x16。 模具閉合高度 模具的閉合高度 =上模座高度 +下模座高度 +上墊板 +上固定板 +卸料板 +卸料板墊板+下固定板 +卸料板墊板 +安全距離，即 H=50+65+10+32+20+10+40+8+5=240m，模具的最大閉合高度是 280mm，閉合高度的調(diào)節(jié)量為 60mm，即最小閉合高度為 220mm。 8 模具主要零部件設(shè)計 工作零件是模具中的關(guān)鍵零件，凸、凹模在模具中直接承擔(dān)沖壓工作。因此，在級進(jìn)模設(shè)計中，對凸、 18 凹模的材料、熱處理及制造精度要求較高，工作零件應(yīng)選用硬度高、耐磨、熱穩(wěn)定性好的材料。由于所有凸模尺寸較小， 所以結(jié)構(gòu)設(shè)計中 采用臺階式固定， 以便增加剛度， 與凸模固定板配合精度為 H7／ n6。由于異形凸模的形狀復(fù)雜，故所有異形凸模材料均選用 DC53，熱處理硬度為 59～ 61 HRC。線切割加工后的殘余應(yīng)力較小，經(jīng)高溫回火減少了殘余應(yīng)力，用 DC53 制造的工具很少出現(xiàn)裂紋和開裂，線切割加工后的裂紋和變形得到抑制。 局部沖切和沖孔凸模的長度 H=H1 +H2 +H3 + 1H? + 2H? =32+8+20+1+5=66mm 式中 H 沖孔凸模的高度； H1 固定板的厚度； H2 卸料板墊板厚度； H3 卸料板厚度； 1H? 沖裁中凸模進(jìn)入凹模的深度； 2H? 沖裁時固定板和卸料板墊板制件的最小安全距離。鑲塊的外形各邊的交界處要設(shè)置 R角，通常取 R=2mm，以方便修磨和安裝，鑲塊四個 R 角的大小至少有一個和其他三個不一樣，或有一處為倒角，以起到防止鑲塊裝反的作用，即設(shè)計為具有防錯性。為了減小模板尺寸，凹模鑲塊可適當(dāng)集成。本設(shè)計中的 凹模全部采用鑲拼結(jié)構(gòu)，由 1個凹模鑲塊、 4 19 個凹模鑲套等組成，淬火硬度為 60～ 62 HRC。固定板的材料為 Crl2MoV，凹模鑲套、凹模鑲塊材料選用 DC53。 定位零件的設(shè)計 導(dǎo)正銷的設(shè)計 在級進(jìn)模的沖壓過程中，導(dǎo)正銷在其他定位機構(gòu)的配合下，先于凸模插入條料已沖制的導(dǎo)正孔中，對條料進(jìn)行精確定位，一般緊挨導(dǎo)正孔工位后就應(yīng)進(jìn)行導(dǎo)正，導(dǎo)正銷有多種形式，本設(shè)計采用 B型導(dǎo)正銷的頭部由圓錐形的導(dǎo)入部分和圓柱形的導(dǎo)正部分組成，導(dǎo)正部分的直徑和高度尺寸及公差很重要，導(dǎo)正銷的基本尺寸可按下式計算： d=dp a== 式中 d 導(dǎo)正銷的基本尺寸； dp 沖孔凸模直徑； A導(dǎo)正銷與沖孔凸模直徑的差值，查表得 ； 導(dǎo)正銷圓柱部分直徑按 h6h9級制造，具體尺寸規(guī)格見零件圖。導(dǎo)料板厚度取決于擋料方式和板料厚度，導(dǎo)料板長度選用 315mm，寬度為 36mm，高度取 8mm，規(guī)格為 315x36x8JB/— 2021。卸料螺釘是上模座與卸料板之間主要鏈接零件，要承擔(dān)卸料板和卸料板墊板的重力與彈簧少量的預(yù)壓縮力。 卸料彈簧的選用 在選用時應(yīng)根據(jù)需要選用合適的彈簧強度，彈簧長度根據(jù)卸料板壓縮量選擇，根據(jù)模板結(jié)構(gòu)及平面尺寸選用。模具閉合高度 240mm，由此可計算出彈簧的最終壓縮量為 18mm,單根彈簧的實際產(chǎn)生的壓縮力大于單根彈簧理論上所需要的卸料力，符合設(shè)計要求。當(dāng)導(dǎo)柱直徑為 35 時，下模座板要比導(dǎo)柱周邊放大 35左右，在設(shè)計中，模座平面尺寸是 625x350mm，四個外導(dǎo)柱的配置尺寸為 625x270mm，對稱布置在模具的四個角上。 內(nèi)導(dǎo)柱的設(shè)計 內(nèi)導(dǎo)柱的長度通常應(yīng)該保證在裝配后高出卸料板 ,為了保證模具導(dǎo)向的精度，以及模具整體結(jié)構(gòu)的強度和均勻性，設(shè)計時初步確定選用 6個內(nèi)導(dǎo)柱，直徑均為 20mm， 導(dǎo)柱與固定板之間的配合間隙采用 H6/n6，導(dǎo)柱與導(dǎo)卸料板之間的配合間隙為 。 緊固螺釘和定位銷的設(shè)計 用內(nèi)六角圓柱頭螺釘固定上模座，固定板，上墊板；用內(nèi)六角螺釘固定卸料板和卸料板墊板；用內(nèi)六角螺釘固定凹模板、下墊板、下模座。 螺釘數(shù)量及大小的確定 在設(shè)計中第一塊模板選用 6個 M12的緊固螺釘即可滿足設(shè)計要求，第二塊模板選用 4個 M10 的螺釘即可滿足要求，均勻分布在模板上，在發(fā)生干涉的地方適當(dāng)調(diào)整位置。 定位銷數(shù)量及大小的確定 第一塊模板選用 2個 12的定位銷，第二塊模板選用 2 個 10 的定位銷。 9 結(jié)論 批量生產(chǎn)試制表明，當(dāng)鍛件幾何形狀復(fù)雜，溫擠溫度低于 850℃時，模具材料不易采用 3Cr2W8V 和 4Cr5MoSiV 熱作模具鋼；在批量較小時，可以使用高速鋼 w18Cr4V 制作模具；當(dāng)大批量生產(chǎn)時，應(yīng)選用 65Cr4W3M02VNb(簡稱 65Nb)等基體鋼制作模具，基體鋼 65Nb 等綜合性能高于 W18Cr4V 高速鋼，更遠(yuǎn)高于一般的 3Cr2W8V 等熱作模具鋼。模具工作零件鑲塊材料全部采用了高硬度、高韌性、高耐磨，線切割加工性能優(yōu)越的 DC53 冷作模具鋼，有效地減少了加工工序，提高模具工作零件加工質(zhì)量。模具使用壽命 25％左右。在閉式擠壓工藝中，下料尺寸必需精確，嚴(yán)格控制坯料體 積，也是提高模具壽命和鍛件質(zhì)量的主要工藝手段，一般情況下，體積質(zhì)量公差應(yīng)控制在 1． 5％～ 2％范圍。試制初期，使用的是自制油基石墨潤滑劑，汽缸油和石墨混合比為 3： 1?，F(xiàn)溫擠用水基石墨潤滑劑在國內(nèi)各生產(chǎn)廠家已形成了系列化產(chǎn)品，價格合理。朗格，海因茨18