汽車消音器的沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)【落料拉深沖孔翻邊復(fù)合模具】

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總的來看，我國技術(shù)含量低的模具已供過于求，市場利潤空間狹小，而技術(shù)含量較高的中、高檔模具還遠(yuǎn)不能適應(yīng)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，精密、復(fù)雜的沖壓模具和塑料模具、轎車覆蓋件模具、電子接插件等電子產(chǎn)品模具等高檔模具仍有很大一部分依靠進(jìn)口。 近五年來，我國平均每年進(jìn)口模具約11.2億美元，2003年就進(jìn)口了近13.7億美元的模具，這還未包括隨設(shè)備和生產(chǎn)線作為附件帶進(jìn)來的模具。中國現(xiàn)有模具企業(yè)超過2萬家，從業(yè)人數(shù)50多萬人。中國的模具生產(chǎn)目前主要集中在華南和華東，大約占了全國模具制造業(yè)產(chǎn)值和銷售額的三分之二，每年平均增長在20%左右。 在國外方面, 我國模具生產(chǎn)廠中多數(shù)是自產(chǎn)自配的工模具車間（分廠），自產(chǎn)自配比例高達(dá)60%左右，而國外模具超過70%屬商品模具。專業(yè)模具廠大多是“大而全”、“小而全”的組織形式，而國外大多是“小而?！?、“小而精”。國內(nèi)大型、精密、復(fù)雜、長壽命的模具占總量比例不足30%，而國外在50%以上。2004年，模具進(jìn)出口之比為3.7﹕1，進(jìn)出口相抵后的凈進(jìn)口額達(dá)13.2億美元，為世界模具凈進(jìn)口量最大的國家。 1.2本設(shè)計(jì)的基本工序 本設(shè)計(jì)是汽車消音器的拉深翻邊復(fù)合模冷沖模主要由以下幾部分構(gòu)成: 工作部分：其功能是完成材料的分離。零件質(zhì)量及尺寸精度主要靠該部分來保證。 定位及擋料部分：其功能是確定條料在沖模中的正確位置。 卸料及推件裝置：其功能是把箍在凸凹模外圍的條料卸下來，把梗塞在凹模內(nèi)的零件推出來，保證沖壓繼續(xù)正常進(jìn)行。 導(dǎo)向裝置：其功能是保證上、下模正常運(yùn)行，使之不產(chǎn)生位置偏移。 連接固定部分：其功能是連接和緊固各零部件，使之成為一完整的整體。 本設(shè)計(jì)是護(hù)汽車消音器落料、拉深、沖孔、翻邊復(fù)合模，所謂復(fù)合模是指壓力機(jī)一次行程中，在模具的一個(gè)工位上，同時(shí)完成幾道不同工序的模具。它屬于多工序模。工作部分除凹、凸模外還有凸凹模。落料凹模在上模部分的稱為倒裝復(fù)合模，落料凹模在下模的稱為正裝復(fù)合模。 模具設(shè)計(jì)，即設(shè)計(jì)一副能夠生產(chǎn)所給汽車消音器的模具，并且結(jié)構(gòu)合理、能保證制品的精度、表面質(zhì)量。在設(shè)計(jì)中能熟練使用PRO/E?、AUTOCAD?等機(jī)械、模具相關(guān)繪圖軟件。 2 零件的工藝性 2.1 工件資料 圖2-1所示為汽車消音器零件，材料為08F鋼，厚度為t=1 mm，大批量生產(chǎn)。 圖2-1 汽車消音器零件 圖2-2 汽車消音器零件三維圖 2.2 零件材料及其沖壓工藝性分析 2.2.1 零件材料的分析 冷沖壓模具包括沖裁、彎曲、拉深、成形等各種單工序模和由這些基本工序組成的復(fù)合模、級進(jìn)模等各種模具。設(shè)計(jì)這些模具時(shí)，首先要了解被加工材料的力學(xué)性能。材料的力學(xué)性能是進(jìn)行模具設(shè)計(jì)時(shí)各種計(jì)算的主要依據(jù)。故在分析零件沖壓成形工藝，設(shè)計(jì)沖壓模具前，必須要了解和掌握材料的一些力學(xué)性能，以便設(shè)計(jì)。現(xiàn)將汽車消音器零件材料為08F鋼的力學(xué)性能主要參數(shù)及其概念敘述如下： （1）應(yīng)力：材料單位面積上所受的內(nèi)力，單位是N/mm2，用Pa表示。10Pa=1MPa；1MPa = 1N/mm；10Pa = 1GPa。 （2）屈服點(diǎn)σs：材料開始產(chǎn)生塑性變形時(shí)的應(yīng)力值，單位是N/mm2。彎曲、拉深、成形等工序中，材料都是在達(dá)到屈服強(qiáng)度時(shí)進(jìn)行塑性變形而完成該工序的成形的。經(jīng)查表取σs =180 MPa。 （3）抗拉強(qiáng)度σb。材料受到拉深作用，開始產(chǎn)生斷裂時(shí)的應(yīng)力值，單位是MPa。σb = 280~390MPa。 （4）抗剪強(qiáng)度τb。材料受到剪切作用，開始產(chǎn)生斷裂時(shí)的應(yīng)力值，單位是MPa。取τb = 255～333MPa。 （5）彈性模量E。材料在彈性范圍內(nèi)，表示受力與變形的指標(biāo)，彈性模量大，表示材料受力后變形較小，或者說，產(chǎn)生一定的變形需要較大的力。E = 194 x 10MPa。 （6）屈服比σs/σb。是材料的屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度之比，其值越小，表示材料允許的塑性變形區(qū)越大，在拉深工序中，材料的屈服比較小時(shí)，所需的壓邊力和所需克服的摩擦力相應(yīng)的減小，有利于提高成形極限。 （7）伸長率δ。在材料性能實(shí)驗(yàn)時(shí)，試件由拉伸試驗(yàn)機(jī)拉斷后，對接起來測量長度，其伸長量與原長度之比稱為伸長率，其數(shù)值用“％”表示，其數(shù)值越大表示材料的塑性越好。經(jīng)查表可得，材料為08F鋼的伸長率δ=32％。 綜上所述，對電機(jī)端蓋零件材料08F鋼的力學(xué)性能分析，主要是為了便于模具設(shè)計(jì)中各參數(shù)的計(jì)算，故在后序的模具設(shè)計(jì)中各參數(shù)的計(jì)算均以上面所取的數(shù)值進(jìn)行計(jì)算。 2.2.2 零件工藝性的分析 沖壓件工藝性是指沖壓零件在沖壓加工過程中加工的難易程度。雖然沖壓加工工藝過程包括備料—沖壓加工工序—必要的輔助工序—質(zhì)量檢驗(yàn)—組合、包裝的全過程，但分析工藝性的重點(diǎn)要在沖壓加工工序這一過程里。而沖壓加工工序很多，各種工序中的工藝性又不盡相同。即使同一個(gè)零件，由于生產(chǎn)單位的生產(chǎn)條件、工藝裝備情況及生產(chǎn)的傳統(tǒng)習(xí)慣等不同，其工藝性的涵義也不完全一樣。這里我們重點(diǎn)分析零件的結(jié)構(gòu)工藝性。 該零件為電機(jī)端蓋，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成軸對稱，是典型的拉深，沖孔，翻邊工件。在拉深過程中要注意控制拉深程度，加工時(shí)，根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)，形狀等一些技術(shù)要求，應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)： （1）拉深件圓角半徑：拉深件的圓角半徑要適合，應(yīng)盡量大些，以便于成形和減少拉深次數(shù)，避免在拉深過程中出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象即拉裂。拉深件底與壁的圓角半徑應(yīng)滿足r1≥t。而在此設(shè)計(jì)中圓角半徑R4＞t=1，故滿足設(shè)計(jì)要求。 （2）考慮拉深件厚度不均勻的現(xiàn)象：在拉深過程中，一般為不變薄拉深，從理論分析上說是不符合的，在拉深過程中壁厚應(yīng)有少量的變化，如果在拉深件精度要求不高時(shí)，一般可以忽略不計(jì)。 （3）拉深件的孔位布置：根據(jù)示圖所示，該零件的孔位布置合理，處于中心部位。在沖孔、翻邊時(shí)，要注意孔與拉深件的同心度的問題，孔到拉深底部邊緣的距離d≤d1-2r1-t。 根據(jù)零件圖，初步分析可以知道電機(jī)端蓋零件的沖壓成形需要多道工序才能完成，首先進(jìn)行落料拉深，形成外形尺寸形狀，其次底部要翻邊成型。 綜上所述，電機(jī)端蓋由平板毛坯沖壓成形應(yīng)包括的基本工序有：拉深和翻邊。 2.3 確定工藝方案和模具形式 在沖壓分析的基礎(chǔ)上，找出工藝與模具設(shè)計(jì)的特點(diǎn)與難點(diǎn)，根據(jù)實(shí)際情況提出各種可能的沖壓工藝方案，內(nèi)容包括工序性質(zhì)，工序數(shù)目，工序順序及組合方式等，有時(shí)同一種沖壓零件也可能存在多個(gè)可行的方案，通常每種方案各有優(yōu)缺點(diǎn)，應(yīng)從產(chǎn)品質(zhì)量生產(chǎn)效率，設(shè)備占用情況，模具制造的難易程度和模具的使用壽命的高低，生產(chǎn)成本，操作方便與安全程度等方面進(jìn)行綜合分析、比較，確定出適合于現(xiàn)有生產(chǎn)條件的最佳方案，故在一定的條件下，以最簡單的方法，最快的速度，最少的勞動量，最少的費(fèi)用，可靠的加工出符合圖樣各項(xiàng)要求的零件，在保證加工質(zhì)量的前提下，選擇經(jīng)濟(jì)合理的工藝方案。 確定工藝方案及模具形式： 1、根據(jù)對沖壓零件的形狀、尺寸、精度及表面質(zhì)量要求的分析結(jié)果，確定沖壓所需的基本的工序，如落料、沖孔、翻邊、拉深、整形等。 2、根據(jù)初步工藝計(jì)算，確定工藝數(shù)目，如沖壓次數(shù)、拉深次數(shù)等。 3、根據(jù)各個(gè)工序的變形特點(diǎn)、質(zhì)量要求等確定工序順序。 4、根據(jù)生產(chǎn)批量和條件（沖壓加工條件和模具制造條件）確定工序組合。 生產(chǎn)批量大時(shí)，沖壓工序應(yīng)盡可能組合在一起，用復(fù)合模具；小批量生產(chǎn)用單工序簡單模。要提高生產(chǎn)成本，應(yīng)該盡量選擇合理的工藝方案，選擇復(fù)合能復(fù)合的工序，為提高生產(chǎn)率，綜合分析，可以采用翻邊拉深復(fù)合模具完成。 3 主要工藝參數(shù)的計(jì)算 3.1毛坯尺寸的計(jì)算 由于板料在軋壓或退火時(shí)所產(chǎn)生的聚合組織而使材料引起殘存的方向性，反映到拉深過程中，就使桶形拉深件的口部形成明顯的突耳。此外，如果板料本身的金屬結(jié)構(gòu)組織不均勻、模具間隙不均勻、潤滑的不均勻等等，也都會引起沖件口高低不齊的現(xiàn)象，因此就必需在拉深厚的零件口部和外緣進(jìn)行修邊處理。這樣在計(jì)算毛坯尺寸的時(shí)候就必需加上修邊余量然后再進(jìn)行毛坯的展開尺寸計(jì)算。 根據(jù)零件的尺寸取修邊余量的值為3mm。查表5—7，《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)實(shí)用技術(shù)》： 在拉深時(shí)，雖然拉深件的各部分厚度要求發(fā)生一些變化，但如果采用適當(dāng)?shù)墓に嚧胧?，則其厚度的變化量還是并不太大。在設(shè)計(jì)工藝過程時(shí)，可以不考慮毛坯厚度的變化。 由于毛坯圓弧部分中心不在一條直線上，因此按照等面積的原則進(jìn)行毛坯初始直徑的求解。 毛坯尺寸按公式(等面積原則)： 3.1 所以： 3.2計(jì)算拉深次數(shù) 在考慮拉深的變形程度時(shí)，必需保證使毛坯在變形過程中的應(yīng)力既不超過材料的變形極限，同時(shí)還能充分利用材料的塑性。也就是說，對于每道拉深工序，應(yīng)在毛坯側(cè)壁強(qiáng)度允許的條件下，采用最大的變形程度，即極限變形程度。 極限拉深系數(shù)值可以用理論計(jì)算的方法確定。即使得在傳力區(qū)的最大拉應(yīng)力與在危險(xiǎn)斷面上的抗拉強(qiáng)度相等，便可求出最小拉深系數(shù)的理論值，此值即為極限拉深系數(shù)。但在實(shí)際生產(chǎn)過程中，極限拉深系數(shù)值一般是在一定的拉深條件下用實(shí)驗(yàn)的方法得出的，我們可以通過查表來取值。 該工件拉深一個(gè)過程，因此可以計(jì)算其拉深系數(shù)來確定拉深次數(shù)。 其實(shí)際拉深系數(shù)為： m=d/D=26/61=0.426 3.5 材料的相對厚度為： t/D 3.6 凸緣的相對高度為： 3.7 由《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)實(shí)用手冊》可以查出 ，，《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)實(shí)用手冊》可以查出 因?yàn)橥咕壍南鄬Ω叨?.247小于最大相對高度0.63，且實(shí)際拉深系數(shù)0.51大于最小極限拉深系數(shù)0.47，所以拉深過程可以一次拉深成功。 3.3拉深力和翻邊力的計(jì)算 3.3.1拉深過程 （1）拉深力 3.8 式中 —圓筒形零件的凸模直徑（mm） —系數(shù)，查（表5—3，《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)實(shí)用手冊》）取0.4 —材料的抗拉強(qiáng)度（MPa） 因此 （3）頂件力 頂件力的計(jì)算公式可按下式：（P340，《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)實(shí)用手冊》） = 3.13 式中 ——頂件力（N）； ——頂件力系數(shù)；查表2-8 = 0.06 = 3.3.2沖孔、翻邊過程 3.16 式中，D ——翻邊后直徑(按中線算)，mm； d ——坯料預(yù)制孔直徑，mm； t ——材料厚度，mm； --板料抗拉強(qiáng)度 3.3.3總力計(jì)算 第一幅落料拉深模具： 3.16 3.4 沖壓設(shè)備的選擇 為安全起見，防止設(shè)備的超載，對于沖裁工序，壓力機(jī)的公稱壓力P應(yīng)大于或等于沖裁時(shí)總沖壓力的1.1～1.3倍。 即： P≥ （1.1～1.3）Fmax 3.17 取 P = 1.3 Fmax P = 1.3 Fmax=104KN 所以可以選擇噸位為100KN以上的壓力機(jī)，考慮到拉深成形的行程比較大，選定壓力機(jī)還應(yīng)參考壓力機(jī)說明書所給出的允許工作負(fù)荷曲線。 擬選用J23-16開式可傾壓力機(jī)。 4 模具總體設(shè)計(jì) 4.1 模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 4.1.1定位方式的選擇 定位零件基本上都已標(biāo)準(zhǔn)化，可根據(jù)坯料和工序件形狀、尺寸、精度及模具的結(jié)構(gòu)形式與生產(chǎn)效率要求等選用相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。圓形毛坯工件一般采用定位板定位。 4.1.2 卸料﹑出件方式的選擇 卸料與出件裝置的作用是當(dāng)沖模完成一次沖壓之后，把沖件或廢料從模具工作零件上卸下來，以便沖壓工作繼續(xù)進(jìn)行。通常，把沖件或廢料從凸模上卸下來稱為卸料。 出件裝置的作用是從凹模內(nèi)卸下沖件或廢料。我們通常把裝在上模內(nèi)的出件裝置稱為推件裝置；把裝在下模內(nèi)的稱為頂件裝置。 綜合考慮該模具的結(jié)構(gòu)和使用方便，以及工件料厚為1.2mm，相對較薄，卸料力也比較小，又因?yàn)槭菑?fù)合模生產(chǎn)，所以采用在凹模安裝頂件裝置來頂出件，比較便于操作與提高生產(chǎn)效率，同時(shí)又可以提高工件的平整度。 4.1.3 導(dǎo)向方式的選擇 在沖壓過程中，導(dǎo)向結(jié)構(gòu)一般情況下直接與模架聯(lián)系在一起，該模具采用后側(cè)導(dǎo)柱的導(dǎo)向方式，提高模具壽命和工件質(zhì)量，方便安裝調(diào)整 9 汽車消音器的成形工藝及模具設(shè)計(jì) 4.2 模具的閉合高度 根據(jù)以上落料、拉深和成型復(fù)合模結(jié)構(gòu)圖可知，模具的閉合高度h為： Hm=下模板厚度+上模板厚度+墊板厚度+凸凹模長度+凹模高度+凸模固定板-凸凹模進(jìn)人凹模的深度 H1=171mm H2=123mm 查所選設(shè)備的參數(shù)模具的裝模高度應(yīng)該滿足下式要求： Hmax-5 > hm Hmin+10 4.1 故滿足設(shè)計(jì)要求。 4.3 模具工作部分尺寸及公差計(jì)算 由模具結(jié)構(gòu)圖便知，該模具工作部分尺寸及公差計(jì)算，主要包括落料凸、凹模刃口尺寸及公差計(jì)算、拉深模和成型模工作部分尺寸的計(jì)算。 4.3.3翻邊凸、凹模刃口的尺寸及公差的計(jì)算 4.6 4.7 沖孔、翻邊件精度取IT14級，凹模為IT7級，凸模取IT6級 —沖孔、翻邊凸模直徑（mm） —沖孔、翻邊凹模直徑（mm） D —工件外徑的公稱尺寸（mm） — 沖裁工件要求的公差 X —系數(shù)，為避免多數(shù)沖裁件尺寸都偏向于極限尺寸，此處可取X=0.5。 、—凹、凸模制造偏差。 5 沖模零件的設(shè)計(jì) 5.1 落料凹模的設(shè)計(jì) 5.1.1 凹模的尺寸計(jì)算 凹模工作部分的尺寸計(jì)算，參見前面的主要工藝參數(shù)的計(jì)算。其他部分結(jié)構(gòu)寸的計(jì)算如下： （1）凹模壁厚C 凹模壁厚C是指凹模刃口到凹模外邊緣的最短距離。凹模壁厚將直接影響凹模板的外形尺寸，即長度與寬度（L x B）。故在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)選擇合適的凹模壁厚C。 凹模壁厚C值主要考慮布置連接螺釘孔和銷釘孔的需要，同時(shí)也能保證凹模強(qiáng)度和剛度，在選擇凹模壁厚時(shí)，還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：工件落料時(shí)取表中較小值，反之取較大值；型孔為圓弧時(shí)取小值、為直邊時(shí)取中值、為尖角時(shí)取大值；當(dāng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)模具或雖然設(shè)計(jì)非標(biāo)準(zhǔn)模具，但凹模板毛坯需要外購時(shí)，應(yīng)將計(jì)算的凹模外形尺寸L X B按模具國家標(biāo)準(zhǔn)中凹模板的系列尺寸進(jìn)行修正，取較大規(guī)格的尺寸。第一幅模具初定凹模壁厚C為15mm。 （2）凹模的結(jié)構(gòu)形式 凹模板的厚度H主要不是從強(qiáng)度需要考慮的，而是從連接螺釘旋入深度與凹模剛度的需要考慮的。凹模板的厚度一般應(yīng)不小于10mm，特別小型的模具可取8mm。隨著凹模板外形尺寸的增大，凹模板的厚度也應(yīng)相應(yīng)的增大。凹模厚度H=45mm ?。? 凹模直徑為180mm 凹模外形尺寸形狀如下圖所示: 圖5-1凹模結(jié)構(gòu)圖 凹模的外形尺寸已標(biāo)準(zhǔn)化，用以上方法求得的外形尺寸應(yīng)向接近的標(biāo)準(zhǔn)尺寸靠攏。故凹模尺寸、強(qiáng)度和剛度足夠，一般不再進(jìn)行強(qiáng)度和剛度的核算。 當(dāng)沖裁形狀復(fù)雜，公差等級高，尺寸大或尺寸較小的零件時(shí)，可以采用鑲拼式凹模，但對于此零件的沖裁其凹模結(jié)構(gòu)簡單，故采用整體式結(jié)構(gòu)。其凹模結(jié)構(gòu)圖如下圖所示： 圖5-2凹模結(jié)構(gòu)形式圖 凹模的固定方法用螺釘固定，具體的固定方法見裝配圖。 5.2拉深翻邊凸凹模的設(shè)計(jì) 5.2.1 凸凹模的尺寸計(jì)算 拉深凸模的工作尺寸的計(jì)算參見前面的主要工藝參數(shù)計(jì)算?，F(xiàn)將其它參數(shù)的計(jì)算介紹如下： （1）拉深模的凸模圓角半徑 拉深凸模的圓角半徑r凸對拉深工作也有影響。當(dāng)r凸過小時(shí)，則角部彎曲變形大，危險(xiǎn)斷面容易拉斷。當(dāng)r凸過大時(shí)，則毛坯底部的承壓面積減小，懸空部分加大，容易產(chǎn)生底部的局部變薄和內(nèi)皺。 除最后一次拉深，凸模的圓角半徑r凸應(yīng)比板厚略大，即：r，最后一次拉深時(shí)，凸模的r應(yīng)等于零件的內(nèi)圓半徑，但不得小于材料厚度。如工件的內(nèi)圓角半徑要求小于料厚，則要有整形工序來完成。故在此設(shè)計(jì)中取r凸=4mm。 （2）拉深間隙 拉深間隙指拉深凸模與凹模之間的單面間隙，用Z表示。 ① 模具間隙對拉深過程的影響 拉深模的凸模與凹模之間的單邊間隙Z/2，影響拉深力與拉深件的質(zhì)量。 拉深模的凸、凹模間隙Z/2大，則摩擦小，能減小拉深力。但如果間隙過大，拉深件的精度將不易控制，拉深后零件的高度將小于所要求的高度，零件成桶形。 拉深模的凸、凹模間隙Z/2小，則摩擦大，將增加拉深力，造成許用拉深系數(shù)m值的增大。如果凸、凹模間隙Z/2小于拉深件的材料厚度，則將產(chǎn)生變薄拉深的效果，使得拉深件的精度降低。 ② 拉深模具間隙的取向 A）除最后一道工序外，間隙的取向不作規(guī)定。 B）對于最后一道工序，當(dāng)工件外形尺寸要求一定時(shí)，以凹模為基準(zhǔn)，凸模尺寸按凹模減小以取得間隙。當(dāng)工件內(nèi)形尺寸要求一定時(shí)，以凸模為基準(zhǔn)，凹模尺寸按凸模放大以取得間隙。 C）淺拉深時(shí)，拉深間隙可取小些，深拉深時(shí)，則應(yīng)取大些。這是因?yàn)樽冃纬潭仍酱螅搴竦脑龊窳恳苍酱蟆? D）多次拉深時(shí)，前幾次拉深可取較大的拉深間隙，以便使拉深順利進(jìn)行。最后一次拉深則取較小的拉深間隙，以便獲得尺寸精度較高的拉深件。 E）在整形拉深時(shí)，如果要求工件的精度較高，例如IT10～12級，可取拉深間隙稍小于板料厚度，常取Z/2=（0.9～0.95）t。如果整形時(shí)只要求減小圓角半徑，拉深間隙可稍大于板料厚度，例如取Z/2=（1.05～1.1）t。 F）板料較軟時(shí)，可取較小的拉深間隙，因?yàn)檐浟显谕鼓Ｅc凹模之間容易被擠薄，可消除拉深過程已出現(xiàn)的微小皺折。相反，硬度則應(yīng)取較大的拉深間隙。 G）實(shí)際供應(yīng)的板料厚度可能與其公稱值相比較有較大的誤差，甚至超出板厚的公差范圍。因此，如果成批生產(chǎn)拉深件的板料已經(jīng)購入，最好依據(jù)實(shí)測的板料厚度參考上述原則確定合適的拉深間隙值。拉深翻邊凸凹莫如圖所示 圖5-2凸凹模結(jié)構(gòu)圖 5.2.2 凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) （1）凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的三原則 為了保證凸模能夠正常工作，設(shè)計(jì)任何結(jié)構(gòu)形式的凸模都滿足如下三原則。 ① 精確定位 凸模安裝到固定板上以后，在工作過程中其軸線或母線不允許發(fā)生任何方向的移位否則將造成沖裁間隙不均勻，降低模具壽命，嚴(yán)重時(shí)可造成啃模。 ② 防止拔出 回程時(shí)，卸料力對凸模產(chǎn)生拉伸作用。凸模的結(jié)構(gòu)應(yīng)能防止凸模從固定板中拔出來。 ③ 轉(zhuǎn)動 對于工作段截面為圓形的凸模，當(dāng)然不存在防轉(zhuǎn)的問題。 以上三條原則主要是從凸模安裝固定方法考慮的。在設(shè)計(jì)各種凸模的時(shí)，應(yīng)注意都要滿足這三條原則。 其凸模結(jié)構(gòu)圖如下所示： 圖5-3翻邊凸模結(jié)構(gòu)圖 5.3 沖模的導(dǎo)向裝置 5.3.1 模架的導(dǎo)向 （1）模架導(dǎo)向的特點(diǎn) 普通模架由導(dǎo)柱、導(dǎo)套、上模座和下模座組成。從安全考慮，通常導(dǎo)柱安裝在下模座，導(dǎo)套安裝在上模座。導(dǎo)柱與導(dǎo)套的配合面取圓柱面，以便容易加工成小間隙配合，使模架的導(dǎo)向精度高于壓力機(jī)滑塊的導(dǎo)向精度。 采用模架進(jìn)行導(dǎo)向，不僅能保證上、下模的導(dǎo)向精度，而且能提高模具的剛性、延長模具的使用壽命、使沖裁件的質(zhì)量比較穩(wěn)定、使模具的安裝調(diào)整比較容易。因此在中小型沖模上廣泛采用模架作為上、下模的導(dǎo)向裝置。 模具可視為模具的一個(gè)部件，并且早已高度標(biāo)準(zhǔn)化與商品化。在沖模設(shè)計(jì)時(shí)，特別是中小型沖模設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量選擇專業(yè)生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)模架，對提高模具質(zhì)量、縮短制模周期有著十分重要的意義。 圖5-5導(dǎo)套導(dǎo)柱示意圖 （2）模架的類型及應(yīng)用 落料拉深沖孔模具設(shè)計(jì)中為方便卸料版安裝，采用后側(cè)導(dǎo)柱模架； 第二幅模具由于采用圓形定位板定位，因此采用中間圓形導(dǎo)柱模架。 導(dǎo)柱分布在矩形凹模的對稱中心線上，兩個(gè)導(dǎo)柱的直徑不同，可避免上模與下模裝錯(cuò)而發(fā)生啃模事故。適用于單工序模和工位少的級進(jìn)模。 裝配良好的模架，應(yīng)能用兩手輕輕抬起上模座而下模座不動，但這樣的效果很難達(dá)到， 因?yàn)閷?dǎo)柱與模座為過盈配合，壓入導(dǎo)柱導(dǎo)套時(shí)難以保證垂直度。所以在裝配時(shí)，導(dǎo)柱、導(dǎo)套與模座可以較松的過渡配合H7/m6代替過盈配合，容易保證導(dǎo)柱和導(dǎo)套的軸線垂直于模座平面，使模架的導(dǎo)向精度只決定于加工精度，而容易制成精密模架。 對于沖裁模，導(dǎo)柱導(dǎo)套的配合間隙應(yīng)小于單面間隙。當(dāng)雙面沖裁間隙不超過0.03時(shí)，相當(dāng)于板料厚度小于0.5mm，可選用一級模架。雙面沖裁間隙超過0.03mm時(shí)，可選用二級模架。 為了保證使用中的安全和可靠性，設(shè)計(jì)與裝配模具時(shí)，還應(yīng)注意下列事項(xiàng)： 當(dāng)模具處于閉合位置時(shí)，導(dǎo)柱的上端面與上模座的上平面應(yīng)留10～15mm的距離；導(dǎo)柱下端面與下模座下平面應(yīng)留2～5mm的距離。導(dǎo)套與上模座上平面應(yīng)留不小于3mm 5.4 定位裝置 沖壓加工時(shí)，條料或坯料在沖模內(nèi)處于正確的位置，稱為定位。 定位的基本形式有如下三種類型： （1）導(dǎo)向定位 （2）接觸定位 （3）形狀定位 在此設(shè)計(jì)模具選用定位板定位。 圖5-7 導(dǎo)料板定位圖 6其它沖模零件設(shè)計(jì) 6.1 模柄的類型及選擇 中小型模具一般都用模柄將上模與壓力機(jī)滑塊相連接。設(shè)計(jì)模具時(shí)，選擇模柄的類型要考慮模具結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和使用要求，模柄工作段的直徑應(yīng)與所選定的壓力機(jī)滑塊孔的直徑相一致。下面分別介紹幾種常見的標(biāo)準(zhǔn)模柄形式，可供設(shè)計(jì)時(shí)選用。 （1）旋入式模柄 旋入式模柄，通過螺紋與上模座連接，上端兩平行面供搬手旋緊用。騎縫螺釘用于防止模柄轉(zhuǎn)動。 （2）壓入式模柄 壓入式模柄，固定段與上模座孔采用H7/h6過渡配合，并加騎縫銷防止轉(zhuǎn)動。裝配后模柄軸線與上模座垂直度比旋入式模柄好。 （3）凸緣式模柄 凸緣模柄，在上模座加工出容納模柄大凸緣的沉孔，與凸緣為H7/h6配合，并用3個(gè)或4個(gè)內(nèi)六角螺釘進(jìn)行固定。由于沉孔底面的表面粗糙度較差，與上模座的平行度也較差，所以裝配后模柄的垂直度遠(yuǎn)不如壓入式的模柄。因此在能應(yīng)用壓入式模柄時(shí)，不應(yīng)采用凸緣模柄。這種模柄的優(yōu)點(diǎn)在于凸緣的厚度一般不到模座厚度的一半，模座凸緣以下部分仍可加工出形孔，以便容納推件裝置的頂板采用螺紋模柄的小型模具也可以這樣應(yīng)用，但螺紋連接段的長度要比上模座厚度小些。 （4）浮動模柄 模柄與上模座不是剛性連接，允許模柄在工作過程中產(chǎn)生少許傾斜。采用浮動模柄，可避免壓力機(jī)滑塊由于導(dǎo)向精度不高對模具導(dǎo)向裝置產(chǎn)生不利影響，減少對模具導(dǎo)向件的磨損，延長其使用壽命，使模具導(dǎo)向裝置長期保持良好的導(dǎo)向精度。浮動模柄主要用于滾動導(dǎo)向模架，在壓力機(jī)導(dǎo)向精度不高時(shí)，選用一級精度滑動導(dǎo)向模架也可采用。但選用浮動模柄的模具必須使用行程可調(diào)沖床，保證在工作過程中導(dǎo)柱和導(dǎo)套不脫離。否則，在回程上模有可能與浮動模柄移位，嚴(yán)重時(shí)甚至可將上模甩出去，輕者損壞模具，重者可能造成人生事故。 （5）通用模柄 將快換凸模插入模柄孔內(nèi)，再用螺釘從模柄側(cè)面將其固緊，防止卸料時(shí)拔出，就組成了通用沖孔、翻邊模的上模。 根據(jù)以上模具的比較，在此設(shè)計(jì)中選用壓入式的模柄。其結(jié)構(gòu)如下圖所示： 6.2 凸模固定板 凸模固定板的外形與尺寸通常與凹模板相同，厚度為凹模板厚度的0.8～1倍。 固定凸模的型孔決定于凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對于圓凸模，取凸模固定端的直徑按H7精度加工；對于用螺釘?shù)跹b的直通式凸模，要求型孔按凸模實(shí)際尺寸配作成H7/h6；對于用低熔點(diǎn)合金、環(huán)氧樹脂及膠粘法固定的凸模，則型孔尺寸按相應(yīng)凸模尺寸適當(dāng)放大周邊間隙來確定。取凸模固定板的厚度為12mm。 6.3 墊板 在凸模固定板與上模座之間加一塊淬硬的墊板，可避免硬度較低的模座因局部受凸模較大的沖壓力而出現(xiàn)凹陷，致使凸模松動。有些模具在凹模與下模座之間也加墊板，目的是為了提高模具使用壽命。 墊板的平面形狀與尺寸和固定板相同，其厚度一般取6～10mm。此處取10 mm。在墊板上穿過連接螺釘、卸料螺釘和定位銷出要鉆通孔，其直徑應(yīng)比相應(yīng)件的直徑增大0.5～1mm。穿銷孔是在裝模具時(shí)調(diào)整好沖裁間隙后，連同模座和固定板一起經(jīng)鉆孔、絞孔加工出來的，墊板淬火前應(yīng)將穿銷孔擴(kuò)大，以免墊板淬火變形后難以打入銷釘。 圖6-2 墊板 6.4 緊固件 沖模上的緊固件包括連接螺釘和定位銷釘。受力較大的連接螺釘一般都采用內(nèi)六角螺釘，其特點(diǎn)是用45號鋼制造，并淬火達(dá)35～40HRC，因此可承受較大的拉應(yīng)力。受力不大的小螺釘可以采用普通圓柱頭螺釘，但一般不用半球頭螺釘或沉頭螺釘。前者一字槽容易擰壞，后者裝配時(shí)不變便調(diào)整。 6.5 定位銷 定位銷釘采用普通圓柱銷，可以承受一定的切應(yīng)力。 定位銷采用的過渡配合，以保證裝配精度。 7 模具的裝配 7.1 復(fù)合模的裝配 復(fù)合模一般以凸凹模作為裝配基件。其裝配順序?yàn)椋孩傺b配模架；②裝配凸凹模組件（凸凹模及其固定板）和凸模組件（凸模及其固定板）；③將凸凹模組件用螺釘和銷釘安裝固定在指定模座（正裝式復(fù)合模為上模座，倒裝式復(fù)合模為下模座）的相應(yīng)位置上；④以凸凹模為基準(zhǔn)，將凸模組件及凹模初步固定在另一模座上，調(diào)整凸模組件及凹模的位置，使凸模刃口和凹模刃口分別與凸凹模的內(nèi)、外刃口配合，并保證配合間隙均勻后固緊凸模組件與凹模；⑤試沖檢查合格后，將凸模組件、凹模和相應(yīng)模座一起鉆鉸銷孔；⑥卸開上、下模，安裝相應(yīng)的定位、卸料、推件或頂出零件，再重新組裝上、下模，并用螺釘和定位銷緊固。 7.2 凸、凹模間隙的調(diào)整 沖模中凸、凹模之間的間隙大小及其均勻程度是直接影響沖件質(zhì)量和模具使用壽命的主要因素之一，因此，在制造沖模時(shí)，必須要保證凸、凹模間隙的大小及均勻一致性。通常，凸、凹模間隙的大小是根據(jù)設(shè)計(jì)要求在凸、凹模加工時(shí)保證，而凸、凹模之間間隙的均勻性則是在模具裝配時(shí)保證的。 沖模裝配時(shí)調(diào)整凸、凹模間隙的方法很多，需根據(jù)沖模的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、間隙值的大小和裝配條件來確定。這里用墊片法來調(diào)整。 墊片法是利用厚度與凸、凹模單面間隙相等的墊片來調(diào)整間隙方法如下： ①按圖樣要求組裝上模與下模，其中一般上模只用螺釘稍微擰緊，下模用螺釘和銷釘緊固。 ②在凹模刃口四周墊入厚薄均勻、厚度等于凸、凹模單面間隙的墊片（金屬片或紙片），再將上、下模合模，使凸模進(jìn)入響應(yīng)的凹?？變?nèi)，并用等高墊鐵墊起。 ③觀察凸模能否順利進(jìn)入凹模，并與墊片能否有良好的接觸。若在某方向上與墊片接觸的松緊程度相差較大，表明間隙不均勻，這時(shí)可用手錘輕輕敲打凸模固定板，使之調(diào)整到凸模在各方向與凹?？變?nèi)碘片的松緊程度一致為止。 ④調(diào)整合適后，在將上模用螺釘緊固，并配裝銷釘孔，打入定位銷。 8 主要零件加工工藝卡編制 8.1 凹模的選材、加工及熱處理工藝過程 凹模承受較大的拉應(yīng)力，凸模承受較大的壓應(yīng)力。凸、凹模正常失效一般是由于刃口部位的磨損。因?yàn)檫@類磨具，特別是工件批量、加工板料強(qiáng)度高的模具，要求模具材料必須具有較高的強(qiáng)度和耐磨性。根據(jù)沖壓的板料和批量情況表，選取落料凹模的材料為Cr12MoV。其加工工藝過程卡如表8-1所示： 表 8-1 凹模加工 工序號 工序名稱 工序內(nèi)容 1 備料 將毛坯鍛成平行圓柱體。 2 熱處理 退火 3 銑（刨）平面 銑（刨）各 平 面 ，厚度留磨削余量0.6mm，側(cè)面留磨削余量0.4mm 4 磨平面 磨上下平面，留磨削余量0.3~0.4mm磨相鄰兩側(cè)面保證垂直 5 鉗工劃線 劃出對稱中心線，固定孔及銷孔線 6 型孔粗加工 在仿銑床上加工型孔，留單邊加工余量0.15mm及銷孔 7 加工余孔 加工固定孔及銷孔 8 熱處理 按熱處理工藝保證60~64HRC 9 磨平面 磨上下面及其基準(zhǔn)面達(dá)要求 10 型孔精加工 在坐標(biāo)磨床上磨型孔，留研磨余量0.01mm 11 研磨型孔 鉗工研磨型孔達(dá)規(guī)定技術(shù)要求 8.2 凸凹模的選材、熱處理及加工工藝過程 上凸凹模的結(jié)構(gòu)是落料凸模和拉深凹模?？紤]到上凸凹模有階梯結(jié)構(gòu)，所以不能采用線切割方法加工，外表面屬凸模加工，采用成形磨削，內(nèi)表面屬凹模加工，采用電火花成形加工。選取凸凹模的材料為Gr5Mo1V，其加工工藝過程為： （1） 外表面加工工藝過程：準(zhǔn)備毛坯－車削外形－熱處理（硬度要求達(dá)到58～62HRC）－成形磨削－精修。 （2）內(nèi)表面加工工藝過程：準(zhǔn)備毛坯－粗車內(nèi)形面－熱處理（硬度要求達(dá)到58～62HRC）退磁處理－電火花加工型孔。 8.3 卸料板的選材、熱處理及加工工藝過程 卸料板使用45#材料。 8.4 凸模的選材、熱處理及加工工藝過程 翻邊凸模必須具有良好的韌性，以防止由于承受較強(qiáng)的彎曲和沖擊載荷造成折斷、崩刃而早起失效。更加應(yīng)該重視模具材料的淬透性，形狀復(fù)雜的模具應(yīng)重視其熱處理變形性、可加工性和磨削性。查表選凸模的材料為Cr12MoV，加工工藝過程如表8-2所示： 表 8-2 翻邊凸模加工過程 工序號 工序名稱 工序內(nèi)容 1 備料 將毛坯鍛成圓柱面體。 2 熱處理 退火。 3 粗加工 車削外圓，留余量。 4 熱處理 按熱處理工藝保證凸模硬度60~64HRC。 5 磨削 外圓磨床上精磨。 6 拋光 工作部分拋光，精加工使外圓面達(dá)到 =0.4um。 7 鉗工研磨 鉗工研磨刃口。 8 檢驗(yàn) 按工藝技術(shù)要求檢驗(yàn)凸模是否合格。 結(jié)束語 通過對汽車消音器的落料拉深沖孔、翻邊復(fù)合模的設(shè)計(jì)，復(fù)合模有如下優(yōu)點(diǎn)，其中一種最明顯的就是復(fù)合模加工工件效率高，一次就可以把工件沖壓成型，復(fù)合模適合于形狀比較簡單對稱的沖壓零件的加工，例如圓形零件的落料，沖孔、翻邊，圓筒形零件的拉深。而相對而言級進(jìn)模適合于沖一些零件形狀不太規(guī)則的零件，或者是帶有直槽零件的加工沖孔、翻邊及落料，拉深一般采用復(fù)合?；蛘邌喂ば蚰！? 該復(fù)合模效率高，精度高，使用壽命長，結(jié)構(gòu)緊湊，機(jī)械化程度高，使用安全。 29