【正文】 也難以達(dá)到較小的表面粗糙度。對于型孔周長比較長、多型孔加工時(shí)，電火花加工比較有利，例如電機(jī)定、轉(zhuǎn)子硅鋼片沖模的加工，大多數(shù)工廠采用電火花加工的方法。 凹模型孔電火花加工有直接法、間接法、混合法和二次電極法。 （ 1）直接加工法是指將 凸模直接作為電極加工凹模型孔的工藝方法。凹模加工后，再將加長的電極部分去掉。此方法不需要另做電極，工藝簡單，但是，剛電極的電加工性能很差，電火花機(jī)床的脈沖電源能適應(yīng)鋼電極的加工要求。 盧 高：沖壓模具的 發(fā)展 現(xiàn)狀及應(yīng)用 12 （ 2）間接加工法是指凸模與加工凹模的電極分開制造。此方法的優(yōu)點(diǎn)是電極材料不受凸模材料的限制，可以選擇電加工性能好的電極材料，而且配合間隙不受放電間隙的限制。 冷沖模結(jié)構(gòu)的工藝性 在考慮模具結(jié)構(gòu)工藝性時(shí)，要特別注意簡化其成形表面的加工，以提高模具的精度和壽命。例如：某種結(jié)構(gòu)的模具零件用傳統(tǒng)的加工方法時(shí)工藝性是好的，但對新的加工工藝（如電火花加工）來說，其結(jié)構(gòu)就不一定合理。即要全面考慮沖壓工藝、模具結(jié)構(gòu)以及制造工藝方法、設(shè)備工具等問題。因此模具設(shè)計(jì)人員不僅要掌握模具設(shè)計(jì)知識，而且必須具有較強(qiáng)的模具制造工藝基本理論和實(shí)踐知識。在保證使用要求的情況下，盡可能減少不必要的零件，使模具結(jié)構(gòu)盡量簡單。 （ 3）盡可能采用標(biāo)準(zhǔn)化零部件。如選擇加工性能較好的材料，合理設(shè)計(jì)零件的精度和表面粗糙度，使零件便于加工，有利于提高模具的精度和壽命。 冷沖模中的凸模、凹?；蛘咄拱寄＃?dāng)采用鉗工壓印銼修或者仿行刨或成形磨削等方法加工時(shí)，為了提高模具結(jié)構(gòu)的工藝性，凸模、凹?；蛲拱寄３３ＴO(shè)計(jì)成鑲拼結(jié)構(gòu)。對于大型沖裁模的凹模， 由于其尺寸大，難以鍛造大鋼料，并且熱處理引起變形，可采用鑲拼結(jié)構(gòu)。 （ 3）便于更換和維修。 冷沖模的凹模，當(dāng)采用電火花加工時(shí)，凹模結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)如下： （ 1）采用整體結(jié)構(gòu)。這是由于凹模上的小孔、尖角和窄槽等對機(jī)械加工來說十分困難的，甚至難以加工，而對于電火花加工來說并不困難。 （ 2）可減薄模板厚度。 （ b）電火花加工后的嗎、凹模型孔，刃口平直，間隙均勻，耐磨性能好，使用壽命長，減少了刃磨次數(shù)。 （ d）可以節(jié)省貴重的模具材料。采用電火花加工凹模時(shí)，凹模型孔的尖角在無特殊要求的情況下最好改為小圓角。除此之外，小圓角有利于減少應(yīng)力集中，提高模具強(qiáng)度。電火花加工的落料模型孔的刃口斜度較小。為了便于凸模和電磁配套成形磨削，在圖樣上，應(yīng)標(biāo)注出凸模的名義尺寸和公差。電火花加工后的凹模刃口表面存在一層變質(zhì)層。對于要求耐磨性為主的凹模，應(yīng)保留變質(zhì)層；對于承受很大沖擊力的凹模，電火花加工后，必須進(jìn)一步進(jìn)行磨削和研磨加工，以便去掉變質(zhì)層，降低表面粗糙度，延長其疲勞壽命。 （ 1）選擇淬透性好、熱處理變形小的材料。若采用碳素工具鋼制造模具，由于其淬透性差，線切割加工所得的凸?；虬寄Ｈ锌诘拇阌矊虞^淺，經(jīng)過數(shù)次修磨后，硬度顯著下降，模具使用壽命縮短。 合金工具鋼的淬透性好，線切割加工不會使凸?；蛘甙寄５闹娈a(chǎn)生變形，而且凸?；虬寄５?刃口表面基本上全部淬硬，經(jīng)多次修磨后，刃口的硬度不會降低，故采用合金工具鋼做模具材料能夠提高線切割模具的加工精度和使用壽命。 盧 高：沖壓模具的 發(fā)展 現(xiàn)狀及應(yīng)用 14 第三章 沖壓 模具 CAD 沖壓模具的 CAD 系統(tǒng)的特點(diǎn) 根據(jù)冷沖壓模具的分類，彎曲模及大部分沖裁?？梢詺w屬到二維 CAD范疇 ； 軸對稱類型的拉深模、擠壓模、翻邊模等可歸屬到二維半 CAD范疇 。三維半是指其加工零件的變形是空間三維形式， 但是該 變形可以用徑向和軸向兩個(gè)參數(shù) 進(jìn)行數(shù)學(xué)描述 。二維 CAD和三維 CAD存在較大的差異。 DCAD沖裁模系統(tǒng)以通用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件AutoCAD為基礎(chǔ)軟件，采用 AutoCAD內(nèi)嵌語言 AutoLISP進(jìn)行開發(fā) 。可以運(yùn)行 DCAD沖裁模系統(tǒng)的計(jì)算 機(jī)包括了大多數(shù)個(gè)人電腦和 CAD工作站 。同樣， DCAD沖裁模系統(tǒng)可以采用的計(jì)算機(jī)外部設(shè)備的種類和品種也非常豐富，如各種型號的鼠標(biāo) 器、數(shù)字化儀、打印機(jī)、繪圖儀等。 DCAD 沖裁模系統(tǒng)是一個(gè)能夠不斷開發(fā) 和完善、提高系統(tǒng)性能的冷沖壓模具 設(shè)計(jì)系統(tǒng)。 根據(jù)冷沖壓模具的分類，彎曲模及大部分沖裁模可以歸屬到二維 CAD范疇 。其他模具 均可歸入三維 CAD范疇。 二維半可以簡化成三維 CAD進(jìn) 行處理。 DCAD沖裁模系統(tǒng)是一個(gè)可用于教學(xué)的冷沖壓模具計(jì)算機(jī)輔助設(shè)汁和輔助制造系統(tǒng)，目前主要用在沖裁模具的設(shè)計(jì)和制造。 由于 DCAD系統(tǒng)采用了通用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件 AutoCAD作為基礎(chǔ)軟件，因 此在計(jì)算機(jī)硬件平臺方面的選擇余地相當(dāng)大。美國蘋果電腦公司的個(gè)人電腦以及一 些專用的 CAD圖形工作站也是通用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件 AutoCAD的運(yùn)行平臺， 因此在這些計(jì)算機(jī)硬件平臺也可以運(yùn)行 DCAD沖裁模系統(tǒng)。硬件設(shè)備的靈活配置為 DCAD沖裁模系統(tǒng)的 靈活配置帶來了極大的便利，工廠企業(yè)可以根據(jù)資金情況進(jìn)行恰當(dāng)?shù)挠布渲茫? 也可以分階段添置硬件設(shè)備，或者對計(jì)算機(jī)實(shí)行升級，提高系統(tǒng)的綜合性能。目前 DCAD沖裁模系統(tǒng)已經(jīng)建成的部分能夠完成沖裁件簡單模、復(fù)合 模以及連續(xù)模的大部分設(shè)計(jì)，另有少量設(shè)計(jì)可以通過人機(jī)交互方式在計(jì)算機(jī)完成或進(jìn)行修改在系統(tǒng)的發(fā)展過程中，也可以派生出一些專門系統(tǒng)，如大規(guī)模集 成電路引線框架精密級進(jìn)模 CAD系統(tǒng)、數(shù)控沖床 CAM系統(tǒng)等。 在沖壓模具的制造和加工方面，沖裁模系統(tǒng)能夠完成二軸數(shù)控機(jī)床加工指令的自動編制，如生成數(shù)控線切割機(jī)床的 3B或 4B加工指令，坐標(biāo)磨床或數(shù)控銑床的 ISO標(biāo)準(zhǔn)數(shù)控加工指令。另外一些模具零件可以經(jīng)過少量的人機(jī)對話方式繪制出工程圖樣，這樣的模具零件有上模座、 下 模座、凸模、凹模、凸模固定板、卸料板、 (復(fù)合模 )下墊板、 (復(fù)合模 )空心墊板、 (復(fù)合模 )凸凹模等。 在沖裁模系統(tǒng)中，將沖裁件零件圖樣輸入計(jì)算機(jī)并不是一項(xiàng)復(fù)雜的工作，其輸入方法簡便，容易學(xué)習(xí)和掌握，在輸入過程中可以隨時(shí)糾正輸入操作的錯(cuò)誤。 除了基礎(chǔ)軟件以外，整個(gè)沖裁模系統(tǒng)的 軟件部分由程序庫、數(shù)據(jù)庫、圖形庫和副資驚庫構(gòu)成。程序庫中的程序從數(shù)據(jù)庫內(nèi)調(diào)用需要的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果 從數(shù)據(jù)庫 中調(diào) 用圖形 .繪制圖樣。在系統(tǒng)程序運(yùn)行過程中，數(shù)據(jù)庫提供一切必要的數(shù)據(jù)。 沖壓模具設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計(jì)資料中包含的數(shù)據(jù)主要以表格的形式出現(xiàn)，在人工設(shè)計(jì)模具時(shí)，需要大量地查找表格來獲得必要的數(shù)據(jù)。 沖裁模系統(tǒng)中圖形庫由一系列圖形構(gòu)成，其中包含一些標(biāo)準(zhǔn)模具零件啞圖和基本圖元。利用啞圖輸出工程圖樣的缺點(diǎn)是，圖形與標(biāo)注尺寸不成比例，因此沖裁模系統(tǒng)中只對一些簡單的零件（如圓凸模、頂桿等）采用啞圖方法。對于模板類零件，采用啞圖方案則不夠理想，在讀圖可能會引起誤解。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是圖樣直觀，比例準(zhǔn)確，能夠避免產(chǎn)生設(shè)計(jì)和加工中可能出現(xiàn)的誤解。 沖裁模系統(tǒng)中的副資源庫由各類磁盤文件組成，它們可以提供各項(xiàng)支援工作。 沖裁模系統(tǒng)是一個(gè)靈活的 CAD/CAM 系統(tǒng)，它的程序庫由六個(gè)功能模塊組成 。各個(gè)功能模塊中都使用大量 LISP 函數(shù)來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的各項(xiàng)功能。圖 31 中，第一個(gè)模塊主要解決沖裁件尺寸輸入問題，該模塊輸出根據(jù)計(jì)算得到的沖裁模刃口尺寸以及模具的沖裁間隙，然后通過AutoCAD 輸入沖裁模刃口圖形，隨后第二、第三、第四和第五個(gè)模塊處于并行的地位。但是如果沖裁件比較簡單時(shí)，往往無需進(jìn)行沖裁件 工藝性判別，那么就可以跳過工藝性判別模塊 (ii) ，直接運(yùn)行后面的模塊；如果沖裁件 為規(guī)則形狀，不需要在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行排樣，那么就可以跳過排樣模塊 (iii)；如果模具不需要采用計(jì)算機(jī)輔助制造 (CAM)技術(shù)，那么就可以跳過 CAM 模塊（ iv），直接進(jìn)行模具設(shè)計(jì) (模塊v)工作。 下圖所示各模塊之間的關(guān)系 圖 31 DCAD沖裁模程序模塊結(jié)構(gòu)示意圖 在沖裁模系統(tǒng)的六個(gè)功能模塊中，排樣模塊 (iii)和 CAM 模塊 (iv)具有相對獨(dú)立性，它們既可以融合于整個(gè)系統(tǒng)中為系統(tǒng)增添功能，也可以作為具備單一功能的軟件包進(jìn)行沖裁銅陵學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 零件的排樣或者完成計(jì)算機(jī)輔助制造工作。 沖裁模系 統(tǒng)中的程序均采用模塊結(jié)構(gòu)組成，這樣可以應(yīng)免修改程序中的某一部分而影響到系統(tǒng)中的其他部分。例如，通過在系統(tǒng)中添加 1 個(gè)模具報(bào)價(jià)模塊，可以使系統(tǒng)具備模具報(bào)價(jià)功能，從而使模具制造者能夠在模具市場競爭中處于有利地位。 沖裁零件的輸入和計(jì)算機(jī)處理 沖裁裁件同樣是進(jìn)行沖壓模具設(shè)計(jì)的原始依據(jù)。在沖裁件圖樣中，實(shí)際包含了兩部分信息 :符號信息和圖形信息。 AutoLISP 中的輸人函數(shù)和輸入對話框可以被用來方便地輸入文字或數(shù)字。傳統(tǒng)的手工繪圖方式不可能繪制出精確的圖形。而在數(shù)控機(jī)床加工時(shí)，機(jī)床的加工則是嚴(yán)格按照加工指令進(jìn)行的，數(shù)控機(jī)床的加工指令在沖裁模系統(tǒng)中是直接根據(jù)計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的圖形生成的。為了繪制準(zhǔn)確的模具刃口形狀，在繪制模具刃口之前必須計(jì)算出模具的刃口尺寸和模具刃口間隙。 根據(jù)沖壓加工工藝知識，沖裁件中落料件的尺寸取決于 凹模，而沖孔件的尺寸取決于凸模。繪制圖形時(shí)只需繪制出基準(zhǔn)模刃口圖形，然后調(diào)用AutoCAD 圖形軟件的實(shí)用命令，建立偏距等于模具最小單邊間隙的等距曲線，即得到了配合模的刃口圖形。 關(guān)于沖裁件零件尺寸類型，沖裁模系統(tǒng)中將其分成三大類。定位A 類尺寸。第二類尺寸是孔類尺寸，定位 B 類尺寸。第三類尺寸是長度類尺寸 ，定位 C 類尺寸。 對于沖裁件不同類型的尺寸，基準(zhǔn)模具刃口尺寸的計(jì)算公式也是不同的?；鶞?zhǔn)模具刃口尺寸計(jì)算公式為 ))(1(( lulj TTXTDD ????? 式中： Dj— 基準(zhǔn)模刃口尺寸； 盧 高：沖壓模具的 發(fā)展 現(xiàn)狀及應(yīng)用 18 D— 沖裁件基本尺寸； Tu— 沖裁件上偏差； Tl— 沖裁件下偏差； X— 沖模磨損系數(shù)； 制造上偏差為 ? ， 下偏差為 0?；鶞?zhǔn)模具刃口尺寸計(jì)算公式為 ))(1(( TuTXTuDDj l ????? 式中符號含義同前，制造上偏差為 0，下偏差為 ?? 。 沖裁零件的工藝性判別 沖裁件的工藝性是指沖裁件對沖壓工藝的適應(yīng)性。 在形狀和尺寸方面，沖裁件的外形或者內(nèi)孔應(yīng)該避免尖銳的清角，在各條直線或曲線的連接處宜有適當(dāng)?shù)膱A角半徑。沖孔時(shí)孔的直徑也不宜過小。沖孔件在孔與孔之見、 孔與沖裁件邊緣之間的距離不應(yīng)過小。沖裁件的斷面粗糙度一般在 25181。在前節(jié)敘述如何處理零件輸入尺寸時(shí)，已經(jīng)看到輸出的處理結(jié)果給出了沖裁件的尺寸精度，從而可以直接做出這方面的工藝性判斷。例如一個(gè)沖裁件不具有小孔時(shí)就不需要進(jìn)行最小沖孔直徑的判別。判 別沖裁件工藝性的過程采用人機(jī)交互方式，大大簡化了程序結(jié)構(gòu)。 銅陵學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 第四章 沖壓模具材料的選擇 根據(jù)調(diào)查，在所有的模具失效因素中，模具的材料和熱處理約 占 70%的比例，成為影響模具壽命的主要因素。 沖壓模具工作零件材料的要求 沖壓模具工作時(shí)要承受沖擊、振動、摩擦、高壓和拉伸、彎扭等負(fù)荷，甚至在較高的溫 度下工作（如冷擠壓），工作條件復(fù)雜，易發(fā)生磨損、疲勞、斷裂、變形等現(xiàn)象。 由于各類沖壓模具的工作條件不同，所以對模具工作零件材料的要求也有所差異。 2. 拉深模材料的要求 要求模具工作零件材料具有良好的抗粘附性（抗咬合性）、高的耐磨性和硬度、一定的 強(qiáng)韌性以及較好的切削加工性能，而且熱處理時(shí)變形要小。由于擠壓時(shí)會產(chǎn)生較大的升溫，所以還應(yīng)具有一定的耐熱疲勞性和熱硬性 沖壓模具 材料的種類和特性 制造沖壓模具的材料有鋼材、硬質(zhì)合金、鋼結(jié)硬質(zhì)合金 、鋅基合金、低熔點(diǎn)合金、鋁青銅、高分子材料等等。 1. 碳素工具鋼 在模具中應(yīng)用較多的碳素工具鋼為 T8A、 T10A 等，優(yōu)點(diǎn)為加工性能好，價(jià)格便宜。 2. 低合金工具鋼 低合金工具鋼是在碳素工具鋼的基礎(chǔ)上加入了適量的合金元素。用于 制造模具的合金鋼有 CrWMn、 9Mn2V、 7CrSiMnMoV(代號 CH1)、 6CrNiSiMnMoV(代號 GD)等。但碳化物偏析嚴(yán)重 ，必須進(jìn)行反復(fù)鐓拔（軸向鐓、徑向拔）改鍛 ，以降低碳化物的不均勻性，提高使用性能。與碳化物偏析相對較嚴(yán)重的高碳高鉻鋼相比，性能有所改善 。模具中常用的有 W18Cr4V（代號 841）和含鎢量較少的 W6Mo5 、 Cr4V2（代號 6542，美國牌號為 M2）以及為提高韌性開發(fā)的 降碳降釩 高速鋼 6W6Mo5Cr4V（代號 6W6 或稱低碳 高速鋼也需要改鍛 ，以改善其碳化物分布。這樣的鋼種統(tǒng)稱基體鋼。模具中常用的基體鋼有 6Cr4W3Mo2VNb（代號 65Nb）、 7Cr7Mo2V2Si（代號 LD）、 5Cr4Mo3SiMnVAL（代號 012AL）等。用作模具的硬質(zhì)合金是 鎢鈷類 ，對沖擊性小而耐磨性要求高的模具，可選用 含鈷量較低 的硬質(zhì)合金。 鋼結(jié)硬質(zhì)合金是以鐵粉加入少量的合金元素 粉末（如鉻、鉬 、鎢、釩等）做粘合劑，以碳化鈦或碳化鎢為硬質(zhì)相 ，用粉末冶金方法燒結(jié)而成。 鋼結(jié)硬質(zhì)合金含有大量的碳化物，雖然硬度和耐磨性低于硬質(zhì)合金，但仍高于其它鋼種，經(jīng)淬火、回火后硬度可達(dá) 6873HRC。對于沖裁模具，耐磨性是決定模具壽命的重要因素，鋼材的耐磨性取決于碳