概論1.1引言日常生產(chǎn)、生活中所使用到的各種工具和產(chǎn)品，大到機(jī)床的底座、機(jī)身外殼，小到一個胚頭螺絲、紐扣以及各種家用電器的外殼，無不與模具有著密切的關(guān)系。模具的形狀決定著這些產(chǎn)品的外形，模具的加工質(zhì)量與精度也就決定著這些產(chǎn)品的質(zhì)量。因為各種產(chǎn)品的材質(zhì)、外觀、規(guī)格及用途的不同，模具分為了鑄造模、鍛造模、壓鑄模、沖壓模等非塑膠模具，以及塑膠模具。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和工業(yè)生產(chǎn)的迅速開展，沖壓加工技術(shù)的應(yīng)用愈來愈廣泛，模具成形已成為當(dāng)代工業(yè)生產(chǎn)的重要手段。1.2沖壓模地位及我國沖壓技術(shù)沖壓模相關(guān)介紹冷沖壓:是在常溫下利用沖模在壓力機(jī)上對材料施加壓力，使其產(chǎn)生別離或變形，從而獲得一定形狀、尺寸和性能的零件的加工方法。沖壓可分為五個根本工序：沖裁、彎曲、拉深、成形和立體壓制。沖壓模具:在冷沖壓加工中，將材料〔金屬或非金屬〕加工成零件〔或半成品〕的一種特殊工藝裝備，稱為冷沖壓模具〔俗稱冷沖?！?。沖壓模按照工序組合分為三類：單工序模、復(fù)合模和級進(jìn)模。復(fù)合模與單工序模相比減少了沖壓工藝，其結(jié)構(gòu)緊湊，面積較小；沖出的制件精度高，工件外表較平直，特別是孔與制件的外形同步精度容易保證；適于沖薄料，可充分利用短料和邊角余料；適合大批量生產(chǎn)，生產(chǎn)率高，所以得到廣泛應(yīng)用，但模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難。沖壓模具是沖壓生產(chǎn)必不可少的工藝裝備，是技術(shù)密集型產(chǎn)品。沖壓件的質(zhì)量、生產(chǎn)效率以及生產(chǎn)本錢等，與模具設(shè)計和制造有直接關(guān)系。模具設(shè)計與制造技術(shù)水平的上下，是衡量一個國家產(chǎn)品制造水平上下的重要標(biāo)志之一，在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。沖模在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的地位在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，沖模約占模具工業(yè)的50%，，在國民經(jīng)濟(jì)各個部門，特別是汽車、航空航天、儀器儀表、機(jī)械制造、家用電器、石油化工、輕工日用品等工業(yè)部門得到極其廣泛的應(yīng)用。據(jù)統(tǒng)計，利用沖模制造的零件，在飛機(jī)、汽車、電機(jī)電器、儀器儀表等機(jī)電產(chǎn)品中占60%~70%，在電視機(jī)、錄音機(jī)、計算機(jī)等電子產(chǎn)品中占80%以上，在自行車、手表、洗衣機(jī)、電冰箱、電風(fēng)扇等輕工產(chǎn)品中占85%以上。在各種類型的汽車中，平均一個車型需要沖壓模具2000套，其中大中型覆蓋件模具300套。我國沖壓模具市場情況我國沖壓模具無論在數(shù)量上，還是在質(zhì)量、技術(shù)和能力等方面都已有了很大開展，但與國發(fā)經(jīng)濟(jì)需求和世界先進(jìn)水平相比，差距仍很大，一些大型、精度、復(fù)雜、長壽命的高檔模具每年仍大量進(jìn)口，特別是中高檔轎車的覆蓋件模具，目前仍主要依靠進(jìn)口。一些低檔次的簡單沖模，已趨供過于求，市場竟?fàn)巹×?。?jù)中國模具工業(yè)協(xié)會發(fā)布的統(tǒng)計材料，2004年我國沖壓模具總產(chǎn)出約為220億元，其中出口0.75億美元,約合6.2億元.根據(jù)我國海關(guān)統(tǒng)計資料,2004年我國共進(jìn)口沖壓模具5.61億美聯(lián)社元,約合46.6億元.從上述數(shù)字可以得出2004年我國沖壓模具市場總規(guī)模約為266.6億元.其中國內(nèi)市場需求為260.4億元,總供給約為213.8億元,市場滿足率為82%.在上述供求總體情況中,有幾個具體情況必須說明:一是進(jìn)口模具大局部是技術(shù)含量高的大型精密模具,而出口模具大局部是技術(shù)含量較低中的中低檔模具,因此技術(shù)含量高的中高檔模具市場滿足率低于沖壓模具總體滿足率,這些模具的開展已滯后于沖壓件生產(chǎn),而技術(shù)含量低的中低檔模具市場滿足率要高于沖壓模具市場總體滿足率;二是由于我國的模具價格要比國際市場低格低許多,具有一定的竟?fàn)幜?因此其在國際市場前景看好,2005年沖壓模具出口到達(dá)1.46億美元,比2004年增長94.7%就可說明這一點;三是近年來港資、臺資、外資企業(yè)在我國開展迅速，這些企業(yè)中大量的自產(chǎn)自用的沖壓模具無確切的統(tǒng)計資料，因此未能計入上述數(shù)字之中。我國沖模工業(yè)不能滿足國內(nèi)經(jīng)濟(jì)需要的原因主要有：1.專業(yè)化和標(biāo)準(zhǔn)化程度低。2.模具品種少，效率低，經(jīng)濟(jì)效益也差。3.制造周期長，模具精度不高，制造技術(shù)較落后。4.模具壽命短，新材料使用量不到10%。力量分散，管理落后。但改革開放以來，在國家產(chǎn)業(yè)政策和與之配套的一系列國家經(jīng)濟(jì)政策的支持和引導(dǎo)下，尤其是國民經(jīng)濟(jì)的高速開展，大大地提高了模具的商品化程度，推動了模具技術(shù)和模具工業(yè)的迅速開展，在CAD/CAM/CAE的運用、加工工藝手段、沖壓件質(zhì)量及模具性能方面，均已到達(dá)或接近國際水平。沖壓模具水平狀況近年來，我國沖壓模具水平已有很大提高。大型沖壓模具已能生產(chǎn)單套重量達(dá)50多噸的模具。為中檔轎車配套的覆蓋件模具內(nèi)也能生產(chǎn)了。精度到達(dá)1~2μm，壽命2億次左右的多工位級進(jìn)模國內(nèi)已有多家企業(yè)能夠生產(chǎn)。外表粗糙度到達(dá)Ra≤1.5μm的精沖模，大尺寸〔φ≥300mm〕精沖模及中厚板精沖模國內(nèi)也已到達(dá)相當(dāng)高的水平。1.模具CAD/CAM技術(shù)狀況我國模具CAD/CAM技術(shù)的開展已有20多年歷史。由原華中工學(xué)院和武漢733廠于1984年共同完成的精神模CAD/CAM系統(tǒng)是我國第一個自行開發(fā)的模具CAD/CAM系統(tǒng)。由華中工學(xué)院和北京模具廠等于1986年共同完成的冷沖模CAD/CAM系統(tǒng)是我國自行開發(fā)的第一個沖裁模CAD/CAM系統(tǒng)。上海交通大學(xué)開發(fā)的冷沖模CAD/CAM系統(tǒng)也于同年完成。20世紀(jì)90年代以來，國內(nèi)汽車行業(yè)的模具設(shè)計制造中開始采用CAD/CAM技術(shù)。國家科委863方案將東風(fēng)汽車公司作為CIMS應(yīng)用示范工廠，由華中理工大學(xué)作為技術(shù)依托單位，開發(fā)的汽車車身與覆蓋模具CAD/CAPP/CAM集成系統(tǒng)于1996年初通過鑒定。在此期間，一汽和成飛汽車模具中心引進(jìn)了工作站和CAD/CAM軟件系統(tǒng)，并在模具設(shè)計制造中實際應(yīng)用，取得了顯著效益。1997年一汽引進(jìn)了板料成型過程計算機(jī)模擬CAE軟件并開始用于生產(chǎn)。21世紀(jì)開始CAD/CAM技術(shù)逐漸普及，現(xiàn)在具有一定生產(chǎn)能力的沖壓模具企業(yè)根本都有了CAD/CAM技術(shù)。其中局部骨干重點企業(yè)還具備各CAE能力。模具CAD/CAM技術(shù)能顯著縮短模具設(shè)計與制造周期，降低生產(chǎn)本錢，提高產(chǎn)品質(zhì)量，已成為人們的共識。在“八五〞、九五“期間，已有一大批模具企業(yè)推廣普及了計算機(jī)繪圖技術(shù)，數(shù)控加工的使用率也越來越高，并陸續(xù)引進(jìn)了相當(dāng)數(shù)量CAD/CAM系統(tǒng)。如美國EDS的UG，美國ParametricTechnology公司Pro/Engineer，美國CV公司的CADSS，英國DELCAM公司的DOCT5，日本HZS公司的CRADE及space-E,以色列公司的Cimatron還引進(jìn)了AutoCADCATIA等軟件及法國Marta-Daravision公司用于汽車及覆蓋件模具的Euclid-IS等專用軟件。國內(nèi)汽車覆蓋件模具生產(chǎn)企業(yè)普遍采用了CAD/CAM技術(shù)/DL圖的設(shè)計和模具結(jié)構(gòu)圖的設(shè)計均已實現(xiàn)二維CAD，多數(shù)企業(yè)已經(jīng)向三維過渡，總圖生產(chǎn)逐步代替零件圖生產(chǎn)。且模具的參數(shù)化設(shè)計也開始走向少數(shù)模具廠家技術(shù)開發(fā)的領(lǐng)域。在沖壓成型CAE軟件方面，除了引進(jìn)的軟件外，華中科技術(shù)大學(xué)、吉林大學(xué)、湖南大學(xué)等都已研發(fā)了較高水平的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的軟件，并已在生實踐中得到成功應(yīng)用，產(chǎn)生了良好的效益?？焖僭汀睷P〕傳統(tǒng)的快速經(jīng)濟(jì)模具相結(jié)合，快速制造大型汽車覆蓋件模具，解決了原來低熔點合金模具靠樣件澆鑄模具，模具精度低、制件精度低，樣樣制作難等問題，實現(xiàn)了以三維CAD模型作為制模依據(jù)的快速模具制造，它標(biāo)志著RPM應(yīng)用于汽車身大型覆蓋件試制模具已取得了成功。圍繞著汽車車身試制、大型覆蓋件模具的快速制造，近年來也涌現(xiàn)出一些新的快速成型方法，例如目前已開始在生產(chǎn)中應(yīng)用的無模多點成型及激光沖擊和電磁成型等技術(shù)。它們都表現(xiàn)出了降低本錢、提高效率等優(yōu)點。2.模具設(shè)計與制造能力狀況在國家產(chǎn)業(yè)政策的正確引導(dǎo)下，經(jīng)過幾十年努力，現(xiàn)在我國沖壓模具的設(shè)計與制造能力已到達(dá)較高水平，包括信息工程和虛擬技術(shù)等許多現(xiàn)代設(shè)計制造技術(shù)已在很多模具企業(yè)得到應(yīng)用。雖然如此，我國的沖壓模具設(shè)計制造能力與市場需要和國際先進(jìn)水平相比仍有較大差距。這一些主要表現(xiàn)在高檔轎車和大中型汽車覆蓋件模具及高精度沖模方面，無論在設(shè)計還是加工工藝和能力方面，都有較大差距。轎車覆蓋件模具，具有設(shè)計和制造難度大，質(zhì)量和精度要求高的特點，可代表覆蓋件模具的水平。雖然在設(shè)計制造方法和手段方面根本到達(dá)了國際水平，模具結(jié)構(gòu)周期等方面，與國外相比還存在一定的差距。標(biāo)志沖模技術(shù)先進(jìn)水平的多工位級進(jìn)模和多功能模具，是我國重點開展的精密模具品種。有代表性的是集機(jī)電一體化的鐵芯精密自動閥片多功能模具，已根本到達(dá)國際水平。但總體上和國外多工位級進(jìn)模相比，在制造精度、使用壽命、模具結(jié)構(gòu)和功能上，仍存在一定差距。汽車覆蓋件模具制造技術(shù)正在不斷地提高和完美，高精度、高效益加工設(shè)備的使用越來越廣泛。高性能的五軸高速銑床和三軸的高速銑床的應(yīng)用已越來越多。NC、DNC技術(shù)的應(yīng)用越來越成熟，可以進(jìn)行傾角加工超精加工。這些都提高了模具面加工精度，提高了模具的質(zhì)量，縮短了模具的制造周期。模具外表強(qiáng)化技術(shù)也得到廣泛應(yīng)用。工藝成熟、無污染、本錢適中的離子滲氮技術(shù)越來越被認(rèn)可，碳化物被覆處理〔TD處理〕及許多鍍〔涂〕層技術(shù)在沖壓模具上的應(yīng)用日益增多。真空處理技術(shù)、實型鑄造技術(shù)、刃口堆焊技術(shù)等日趨成熟。激光切割和激光焊技術(shù)也得到了應(yīng)用。我國沖模今后開展趨勢根據(jù)我國沖模技術(shù)的開展現(xiàn)狀及存在的問題，今后應(yīng)朝著如下幾個方面開展：1.開發(fā)、開展精密、復(fù)雜、大型、長壽命模具。2.加速模具標(biāo)準(zhǔn)化和商品化，以提高模具質(zhì)量，縮短模具制造周期。3.大力開發(fā)和推廣應(yīng)用模具CAD/CAM技術(shù)，提高模具制造過程的自動化程度。4.積極開發(fā)模具新品種、新工藝、新技術(shù)和新材料。5.開展模具加工成套設(shè)備，以滿足高速開展的模具工業(yè)需要。1.3總結(jié)沖壓加工作為一個行業(yè)，在國民經(jīng)濟(jì)的加工工業(yè)中占有重要的地位。近年來，沖壓成型工藝有了很多新的進(jìn)展，特別是精密沖裁、精密成形、精密剪切、復(fù)合材料成形、超塑性成形、軟模成形以及電磁成形等新工藝日新月異，沖壓件的成形精度日趨精確，生產(chǎn)率有了極大的提高，正把沖壓加工提高到高品質(zhì)、新的開展水平。由于引入了計算機(jī)輔助工程〔CAE〕沖壓成形已從原來對應(yīng)力應(yīng)變進(jìn)行有限元分析而逐步開展到采用計算機(jī)進(jìn)行工藝過程的模擬與分析，以實現(xiàn)沖壓過程的優(yōu)化分析設(shè)計。計算機(jī)在模具領(lǐng)域，包括設(shè)計、制造、管理等領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。第二章工件工藝性分析及方案確定2.1工件工藝性分析沖裁工藝性圖2-1零件圖由零件簡圖2-1可見，該工件的加工涉及到落料、沖孔、翻邊或拉深等工序成形。該零件的外徑為Φ54mm查《冷沖壓模具設(shè)計與制造》表2.3沖壓件內(nèi)、外形所能到達(dá)的經(jīng)濟(jì)精度，因制件形狀簡單、對稱，沖裁件內(nèi)外形所能到達(dá)的經(jīng)濟(jì)精度為IT12-IT13。查表2.5孔中心與邊緣距離尺寸公差為±0.5mm查表2.7一般剪切斷面外表粗糙度為3.2μm.查《冷沖模設(shè)計》表2—3，得材料10號鋼的力學(xué)性能如下表：表2-110號鋼的性能抗剪強(qiáng)度τ255～333MPa抗拉強(qiáng)度σb294～432MPa屈服點σs206MPa伸長率δ29%材料10鋼，其沖壓性能較好，孔與外緣的壁厚較大，復(fù)合模中的凸凹模壁厚局部具有足夠的強(qiáng)度。翻邊工藝性翻邊工件邊緣與平面的圓角半徑r=(2～3)t翻邊的高度h=8≥1.5r=1.5翻邊的相對厚度d/t=15.16>(1.7～2),所以翻邊后有良好的圓筒壁沖孔毛刺面與翻邊方向相反，翻邊后工件質(zhì)量沒大影響。查《中國模具設(shè)計大典》第3卷，第35頁，K.W.I擴(kuò)孔實驗，預(yù)加工孔Φ15.16可擴(kuò)孔到Φ45左右，而制件為Φ28，即滿足翻邊性能。總體看來：該制件均滿足沖裁工藝性和翻邊工藝性，適于沖裁加工。判斷能否一次性翻邊成形由預(yù)沖孔公式可以得到翻邊高度H的表達(dá)式：H=D-d2+0.43r+0.72t(2-1或H=D2(1-d=D2假設(shè)將Kmin帶入上式，那么可得到許可的最大翻邊高度HmaxHmax=D2〔1-Kmin其中D—翻邊后的中經(jīng)(mm)Kmin—極限翻邊系數(shù)r—翻邊圓角半徑(mm)t—材料厚度(mm)查《冷沖模設(shè)計》，表7-1低碳鋼圓孔極限翻邊系數(shù)這里凸模采用圓柱形平底型式孔的加工方式為沖孔因相對厚度d/t=15.16得Kmin=0.55于是Hmax=282〔1-0.55〕+0.43×2+0.72×=8.0(mm)因工件高度H=Hmax，所以在平板上能一次性翻邊成形2.2工藝方案確定根據(jù)工件形狀，初步確定采用落料、沖孔和翻邊等工序，現(xiàn)確定以下方案：方案一：一套落料、沖孔、翻邊復(fù)合模方案二：一套落料、沖孔、翻邊單工序模方案三：一套落料、沖孔、翻邊連續(xù)模單工序模、連續(xù)模和復(fù)合模的相互比擬見表2-2表2-2單工序模、連續(xù)模和復(fù)合模的性能比擬工程單工序模連續(xù)模復(fù)合模工作情況尺寸精度精度較高可達(dá)IT13～10級可達(dá)IT9～8級工件形狀易加工簡單件可加工復(fù)雜零件，如寬度極小的異形件、特殊形件形狀與尺寸要受模具結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度的限制孔與外形的位置精度較高較差較高工件平整性推板上落料，平整較差，易彎曲推板上落料，平整工件尺寸一般不受限制宜較小零件可加工較大零件工件料厚一般不受限制0.6～6mm0.05～3mm工藝性能操作性能方便方便不方便，要手動進(jìn)行卸料平安性比擬平安比擬平安不太平安生產(chǎn)率低，壓力機(jī)一次行程只能完成一道工序，但在多工位壓力機(jī)使用多副模具時，生產(chǎn)率高高，壓力機(jī)一次行程內(nèi)可完成多道工序較高，壓力機(jī)一次行程內(nèi)能完成兩道以上工序條料寬度要求不嚴(yán)格要求嚴(yán)格要求不嚴(yán)格模具制造結(jié)構(gòu)簡單，制造周期短結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造和調(diào)整難度大結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造難度大總的看來：方案一：生產(chǎn)效率高，因為滑塊下行一次既完成落料、沖孔和翻邊等工序，不存在定位誤差，同軸度高，因此沖壓出來的制件精度也較高；但模具結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，因此模具制造難度大。方案二：生產(chǎn)效率不高，由于要多機(jī)床或多道工序完成，致使生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益都降低；但模具制造周期短。方案三：生產(chǎn)效率較高，完成落料、沖孔的連續(xù)模生產(chǎn)效率較高，和方案二一樣，由于第二道翻邊單工序的存在，降低了生產(chǎn)效率不說，精度也難保證。因此綜合考慮采用方案一，再來確定采用正裝復(fù)合模還是采用倒裝復(fù)合模。正裝復(fù)合模和倒裝復(fù)合模的比擬見下表2-3表2-3正裝復(fù)合模和倒裝復(fù)合模的比擬序號正裝倒裝1對于薄沖件能到達(dá)平整要求不能到達(dá)平整要求2操作不方便，不平安，孔的廢料由打棒打出操作方便，能裝自動拔料裝置，能提高生產(chǎn)效率又能保證平安生產(chǎn)，孔的廢料通過凸凹模的孔往下漏掉3廢料不會在凸凹?？變?nèi)積聚，每次由打棒打出，可減少孔內(nèi)廢料的脹力，有利于凸凹模減少最小壁厚廢料在凸凹模孔內(nèi)積聚，凸凹模要求有較大的壁厚以增加強(qiáng)度4裝凹模的面積較大，有利于復(fù)雜制件拼快結(jié)構(gòu)如凸凹模較大，可直接將凸凹模固定在底座上省去固定板從表2-3中可以看出：正裝對于薄沖件能到達(dá)平整要求，且廢料不會在凸凹?？變?nèi)積聚，有利于凸凹模減少最小壁厚。而倒裝不能到達(dá)平整要求，而且廢料在凸凹模孔內(nèi)積聚，凸凹模要求有較大的壁厚以增加強(qiáng)度。從保證沖裁件質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)性和平安性前提下，綜合考慮采用正裝復(fù)合模，即模具結(jié)構(gòu)為落料、沖孔、翻邊正裝復(fù)合模。第三章排樣及計算材料利用率3.1計算預(yù)沖孔大小圖3-1零件圖該制件是在沖孔后的平板毛坯上翻邊成形，在翻邊時，同心圓之間的距離變化不顯著，預(yù)制孔直徑可以用彎曲展開的方法近似計算：查《冷沖模設(shè)計》第215頁預(yù)沖孔直徑公式d=D1-2[π2r+t2+h]因D1=D+t+2rh=H-r-t代入上式，并簡化得：d=D-2(H-0.43r-0.72t)式中D—翻邊后的中經(jīng)(mm)H—翻邊高度(mm)r—翻邊圓角半徑(mm)t—材料厚度(mm)這里D=28mmH=8mmr=2mm所以d=28-2〔8-0.43×2-0.72×1〕=15.16(mm)同可得：相對厚度d/t=15.16/1=15.16翻邊系數(shù)d/D=15.16/28=0.543.2確定排樣方式采用有廢料和少廢料排樣，排樣圖分別如圖3-2和圖3-3圖3-2有廢料排樣圖3-3無廢料排樣少廢料排樣雖然材料利用率有所提高，但由于條料本身的寬度公差，以及條料導(dǎo)向與定位所產(chǎn)生的誤差會直接影響沖裁件尺寸而使沖裁件的精度降低，也降低了模具壽命，結(jié)合各自的優(yōu)缺點，綜合考慮采用有廢料排樣法。3.3計算材料利用率1.計算制件的面積A制件面積A的計算公式：A=π4〔D2-d2〕(3-2=π4〔542-15.162=2108.6469(mm2)式中D—毛坯外徑(mm)d—沖孔直徑(mm)2.確定搭邊a與a1的值查《冷沖模設(shè)計》表3-10搭邊a與a1數(shù)值取a=0.8mma1=1.0mm于是條料寬度:b=54+2a1=進(jìn)距:l=54+a=54.8mm3.材料利用率計算查《中國模具設(shè)計大典》第3卷沖壓模具設(shè)計。表18.3-24軋制薄鋼板的尺寸〔GB/T708-1988〕板料規(guī)格選用1.0mm×750mm×1500mm(tmm×Bmm×Lmm)1〕假設(shè)采用縱裁：裁板條數(shù)n1=B/b=750/56=13條余22mm每條個數(shù)n2=A-al=1500-每板總個數(shù)n總=n1×n2=13×27=351(個)材料利用率η總=n總π(D2-d2)4L×BQUOTE=351×=65.79%2〕假設(shè)采用橫裁：裁板條數(shù)n1=L/b=1500/56=26條余44mm每條個數(shù)n2=B-al=750-0每板總個數(shù)n總=n1×n2=26×13=338(個)材料利用率η總=n總π(D2-d2=338×2108=63.35%顯然縱裁的材料利用率要高些，因此選用縱裁。4.計算零件的凈重GG=F.t.ρ(3-5)式中G—工件重量〔g〕F—工件面積〔cm2〕t—材料厚度〔cm〕ρ—材料密度〔g/cm3〕10號鋼屬于低炭鋼，在這里密度取ρ=7.85g那么G=F.t.ρ=2108.6469×10-2×1.0×10-1×7.85=16.55第四章沖裁力及壓力中心計算4.1.落料力F落查《冷沖模設(shè)計》第54頁，落料力F落公式為F落=KLtτ(4-1)式中F落—落料力〔N〕L—沖裁件周長(mm)t—材料厚度(mm)τ—材料的抗剪強(qiáng)度〔MPa〕K—系數(shù)，常取K=1.3這里L(fēng)=π×54mmt=1mm取τ那么F落=1.3×π×54×1×300=66128.4〔N〕4.2卸料力F卸查《冷沖模設(shè)計》表3-8卸料力、推件力和頂件力系數(shù)取K卸=0.035F卸=K卸.F落(4-2)=0.035×66128.4=2314.494〔N〕4.3沖孔力F沖查《冷沖模設(shè)計》第54頁，落料力F沖公式為F沖=KLtτ(4-3)式中F沖—落料力〔N〕L—沖裁件周長(mm)t—材料厚度(mm)τ—材料的抗剪強(qiáng)度〔MPa〕K—系數(shù)，常取K=1.3這里L(fēng)=π×27mmt=1mm取τ于是F沖=1.3×π×27×1×300=33064.2〔N〕4.4頂件力F頂查《冷沖模設(shè)計》表3-8卸料力、推件力和頂件力系數(shù)取K頂=0.06F頂=K頂.F沖(4-4)=0.06×33064.2=1983.852〔N〕4.5翻邊力F翻查《冷沖模設(shè)計》，第216頁，翻邊力公式為F翻=1.1π(D-d)tσs(4-5)其中F翻—翻邊力(N)D—翻邊后中經(jīng)(mm)d—翻邊預(yù)沖孔直徑(mm)t—材料厚度(mm)σs—材料的屈服點(MPa)這里D=28mm，d=15.16mm,t=1mm,于是F翻=1.1×3.14(28-15.16)×1×206=9135.9682(N)4.6總沖壓力F總F總=F落+F沖+F卸+F頂+F翻(4-6)=66128.4＋33064.2＋2314.494＋1157.247+1983.852+9135.9682=112626.91〔N〕4.7計算壓力中心計算壓力中心的目的是使模柄軸線和壓力機(jī)滑塊的中心線重合，防止滑塊受偏心載荷的影響而導(dǎo)致滑塊軌道和模具的不正常磨損，降低模具壽命甚至損壞模具。從制件的形狀可以看出，該制件是回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)，形狀對稱，故模具壓力中心就在圓心部位，即無須再來計算了。第五章主要工作局部尺寸計算5.1落料刃口尺寸查《冷沖模設(shè)計》表3-3沖裁模初始雙面間隙Z取Zmin=0.1mm Zmax=0.14mm對零件圖中未注公差的尺寸，沖壓件一般保證精度IT14，因制件形狀簡單且對稱，在這里保證精度IT13。查《互換性與測量技術(shù)根底》表3-6簡單形狀沖裁時凸凹模的制造偏差δ凹=+0.03mmδ凸=-0.02因此：|δ凹|+|δ凸|=0.03+0.02mm=0.0Zmax-Zmin=0.14-0.1mm=0.0|δ凹|+|δ凸|>Zmax–Zmin因此在這里采用單配方法加工。對于落料，先做凹模，并以它作為基準(zhǔn)配做凸模查《互換性與測量技術(shù)根底》表2-4查出其極限偏差為：Φ54查《冷沖模設(shè)計》表3-5磨損系數(shù)取X=0.5那么D凹=（D-X△）0+=(54=53.770落料凸模的尺寸按凹模尺寸配制，其雙面間隙為0.10～0.14mm5.2沖孔刃口尺寸沖孔局部：δ凹=+0.02mmδ凸=-0.02|δ凹|+|δ凸|=0.02+0.02mm=0.04|δ凹|+|δ凸|=Zmax–Zmin對于采用分別加工時，應(yīng)保證下述關(guān)系：|δ凹|+|δ凸|≤Zmax–Zmin(5-2)但對于形狀復(fù)雜或料薄的工件，為了保證凸、凹模間一定的隙值，必須采用配合加工。因此在這里采用還是采用單配方法加工對于沖孔，先做凸模，并以它作為基準(zhǔn)配做凹模查《互換性與測量技術(shù)根底》表2-4查出其極限偏差為：Φ15.16查《冷沖模設(shè)計》表3-5磨損系數(shù)取X=0.5那么d凸=（d+X△）-（==15.3沖孔凹模的尺寸按凸模尺寸配制，其雙面間隙為0.10～0.14mm5.3翻邊工作刃口尺寸翻邊間隙如圖5-1，由于在翻邊過程中，材料沿切向伸長，因此其端面的材料變薄非常嚴(yán)重，根據(jù)材料的統(tǒng)一變形情況，翻邊凹模與翻邊凸模之間的間隙應(yīng)小于原來的材料厚度。圖5-1翻邊間隙查《冷沖壓模具設(shè)計與制造》，表5-5平板毛坯翻邊時凸凹模之間的間隙得Z/2=0.85翻邊刃口尺寸1.翻邊凸模的刃口尺寸計算查《互換性與測量技術(shù)根底》表2-4查出其極限偏差為：Φ27查《冷沖模設(shè)計》表3-5磨損系數(shù)取X=0.5那么d凸=（d+X△）-（==27.1652.翻邊凹模的刃口尺寸計算根據(jù)翻邊間隙和翻邊凸模的刃口尺寸來確定翻邊凹模的刃口尺寸D凹=（d凸+2×2Z）0+（14）△QUOTE（27+2×2=（=28.8650第六章凸模、凹模及凸凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計及校核6.1落料凹模結(jié)構(gòu)設(shè)計最小壁厚沖孔落料復(fù)合模的凸凹模．其刃口平面與工件尺寸相同，這就產(chǎn)生了復(fù)合模的“最小壁厚〞問題。沖孔落料復(fù)合模許用最小壁厚可按表6-1選取，形式如圖6-1表示，表值為經(jīng)驗數(shù)據(jù)。表6-1凸凹模最小壁厚a數(shù)值〔單位：mm〕局部如下材料厚度1.2最小壁厚3.2最小直徑1518圖6—1最小壁厚為了增加凸凹模的強(qiáng)度和減少孔內(nèi)廢料的漲力，可以采用對凸凹模有效刃口以下增加壁厚或?qū)U料反向頂出的方法．如圖6—1所示。6.1.從眾多模具材料中選出9Mn2V鋼，該模具鋼是一種綜合力學(xué)性能比碳素工具鋼好的低合金工具鋼，它具有較高的硬度和耐磨性，淬火時變形較小，淬透性很好。由于鋼中含有一定量的釩，細(xì)化了晶粒，減小了鋼的過熱敏感性，同時碳化物較細(xì)小和分布較均勻。9Mn2V鋼的化學(xué)成分和物理性能分別如表6-2和表6-3所示表6-29Mn2V鋼化學(xué)成分〔GB/T1299—2000〕W%CSiMnVPS0.85～0.95≤0.401.70～2.000.10～0.25≤0.030≤0.030表6-3臨界溫度臨界點Ac1AcmAr1Ar3溫度〔近似值〕/730760655690表6-4綜合性能耐磨性耐沖擊性淬火不變形性淬硬深度中等中等好淺紅硬性脫碳敏感性切削加工性差較大較好所以這里不管是凸模、凹模還是凸凹模，材料都選用9Mn2V鋼這里的落料凹模的熱處理硬度為60～62HRC6.1.確定凹模外形尺寸的方法有多種，通常都是根據(jù)零件的材料厚度和排樣圖所確定的凹模型孔壁間最大距離為依據(jù)，來求凹模的外形尺寸。凹模的刃口形式，考慮到本例生產(chǎn)批量較大，所以采用刃口強(qiáng)度較高的凹模，故采用階梯形直壁式。凹模的外形一般有矩形與圓形兩種，凹模的外形尺寸應(yīng)保證凹模有足夠的強(qiáng)度與剛度，凹模的厚度還應(yīng)考慮修模量。凹模的外形尺寸一般根據(jù)沖材料的厚度和沖裁件的最大外形尺寸來確定。查《冷沖模設(shè)計》，第101頁，凹模厚度和壁厚公式為凹模厚度H=Kb(≥15mm)(6-1式中K—系數(shù)，考慮板料厚度的影響b—沖裁件的最大外形尺寸凹模壁厚C=(1.5～2)H(≥30～40mm)(6-2)查《冷沖模設(shè)計》，表4-3系數(shù)K值因b=54故H=0.22×54=11.88C=1.5×22=33mm考慮到翻邊高度8mm和保證H≥15mm凹模形狀簡圖如圖6-2圖6-2落料凹模6.1.4查《中國模具設(shè)計大典》，第三卷，表20.1-18凹模強(qiáng)度計算公式Hmin=1.5Fσ式中Hmin—凹模的最小厚度〔mm〕F—沖壓力〔N〕σwp—許用彎曲應(yīng)力〔MPa〕d、do—凹模刃口與支承口直徑〔mm〕這里F=F落=66128.4〔N〕σwp=500MPad=53.77mmdo=64mmHmin=1.5×=9.34mm而真實的凹模厚度為22mm6.2落料、翻邊凸凹模外形尺寸1.落料、翻邊凸凹模的高度落料、翻邊凸凹模的高度滿足翻邊高度和凸、凹模之間平安距離外，還考慮翻邊間隙，保證強(qiáng)度要求，即凸凹模壁厚大于最小壁厚。這里落料、翻邊凸凹模的高度為30mm。2.落料、翻邊凸凹模的強(qiáng)度校核Lmax≤π16Ed3tτE—沖孔凸模材料的彈性模量〔MPa〕d—凸?；驔_孔直徑〔mm〕τ—沖件材料的抗剪強(qiáng)度〔MPa〕t—沖件材料的厚度〔mm〕這里E=2.2×105MPad=53.77mmt=1mm于是Lmax≤π16Ed3=2095.4而實際的沖孔、翻邊凸凹模厚度為30材料同樣選用9Mn2V鋼，其熱處理硬度為58～60HRC落料、翻邊凸凹模簡圖如圖6-3圖6-3落料、翻邊凸凹模6.3沖孔、翻邊凸凹模外形尺寸沖孔、翻邊凸凹模的功能是完成沖孔、翻邊，重要性大，其熱處理硬度也相比照落料凸模大，其材料選用9Mn2V鋼，熱處理硬度為60～62HRC沖孔、翻邊凸凹模的高度沖孔、翻邊凸凹模的高度=沖孔、翻邊凸凹模固定板的厚度+落料凹模的厚度=12mm+22mm=34mm2.沖孔、翻邊凸凹模的強(qiáng)度校核1〕沖孔凹模的強(qiáng)度校核查《中國模具設(shè)計大典》，第三卷，表20.1-18凹模強(qiáng)度計算公式Hmin=1.5Fσwp(1-式中Hmin—沖孔、翻邊凸凹模的最小厚度〔mm〕F—沖壓力〔N〕σwp—許用彎曲應(yīng)力〔MPa〕d、do—沖孔、翻邊凸凹模刃口與支承口直徑〔mm〕這里F=F沖=33064.2Nσwp=500MPad=15.3mmdo=16.3mmHmin=QUOTE1.5×66128.4500（1-=6.1mm2〕翻邊凸模穩(wěn)定能力的校核Lmax≤π16Ed式中Lmax—沖孔凸模許用的最大自由長度〔mm〕E—沖孔凸模材料的彈性模量〔MPa〕d—凸模或沖孔直徑〔mm〕τ—沖件材料的抗剪強(qiáng)度〔MPa〕t—沖件材料的厚度〔mm〕這里E=2.2×105MPad=27mmt=1mm于是Lmax≤π16Ed3=745.6而實際的沖孔、翻邊凸凹模厚度為34mm，所以強(qiáng)度完全沖孔、翻邊凸凹模的簡圖如圖6-4圖6-4沖孔、翻邊凸凹模6.4沖孔凸模外形尺寸1.沖孔凸模的形式采用類似直通式的形式，少了階梯形式的復(fù)雜，主要受上頂桿孔和凸模孔的影響，防止出現(xiàn)最小壁厚。2.沖孔凸模的長度沖孔凸模的長度=沖孔凸模固定板的厚度+落料、翻邊凸凹模的高度+超出落料、翻邊凸凹模的2mm那么沖孔凸模的長度=12mm+30mm+2mm=44mm沖孔凸