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目錄
緒論…………………………………………………………………………………
沖裁模設(shè)計題目…………………………………………………………………
（一）沖裁件工藝分析………………………………………………….……
（二） 確定工藝方案及模具結(jié)構(gòu)形式……………….………………
（三） 模具設(shè)計計算………………………………………….……..……
1．排樣 計算條料寬度及確定步距………………………….……..….
2利用率計算…………………………………………………….…..……
3．計算總沖壓力……………………………………….. …….. ………..
4．確定壓力中心……………………………………….. ………. ……..
5．沖模刃口尺寸及公差的計算……………………. .. ………. ……...
6. 確定各主要零件結(jié)構(gòu)尺寸……………….............. .. ………… ……..
（1）凹模外形尺寸的確定……………………….. .. …….. ………..
（2）凸模長度L1的確定……………………………….. …………..
（3）設(shè)計并繪制總圖、選取標準件…………….. .... .. …………….
（五）繪制非標準零件圖………………………………... .. ..………..
(六) 模具主要零件加工工藝規(guī)程的制……………………………...
總裝工藝………………………………………………. ………. ….…...
墊板的加工工藝…………………………………………. ……. ….…...
凸模固定板的加工工藝………………………………. …. ………. ....
落料凸模的加工工藝………………………………….. …. ……….. ...
導(dǎo)正銷的加工工藝……………………………………. …. ……….. ...
沖孔凸模的加工工藝………………………………. …. …. ………. ....
卸料板加工工藝……………………………………. …. ….……….. ...
凹模加工工藝…………………………………………. …. ……….. ...
導(dǎo)料板加工工藝…………………………………... …. …. …….…. ...
始沖擋料銷的加工工藝…………………………. …. …. …….….. ...
體會…. …. ………. ... …. …. ……. ………. ... …. …. ………. …………...
參考文獻. …. ………. ... …. …. ……. ………. ... …. …. ……….……. ...
附圖紙. …. ………. ... …. …. ……. ………. ... …. …. ……….……. .......
緒論
一：沖壓的概念，特點與發(fā)展
沖壓是利用安裝在沖壓設(shè)備（主要是壓力機）上的模具對材料施加壓力，使其產(chǎn)生分離或塑性變形，從而獲得所需零件（俗稱沖壓或沖壓件）的一種壓力加工方法。沖壓通常是在常溫下對材料進行冷變形加工，且主要采用板料來加工成所需零件，所以也叫冷沖壓或板料沖壓。沖壓是材料壓力加工或塑性加工的主要方法之一，隸屬于材料成型工程術(shù)。
沖壓所使用的模具稱為沖壓模具，簡稱沖模。沖模是將材料（金屬或非金屬）批量加工成所需沖件的專用工具。沖模在沖壓中至關(guān)重要，沒有符合要求的沖模，批量沖壓生產(chǎn)就難以進行；沒有先進的沖模，先進的沖壓工藝就無法實現(xiàn)。沖壓工藝與模具、沖壓設(shè)備和沖壓材料構(gòu)成沖壓加工的三要素，只有它們相互結(jié)合才能得出沖壓件。
與機械加工及塑性加工的其它方法相比，沖壓加工無論在技術(shù)方面還是經(jīng)濟方面都具有許多獨特的優(yōu)點。主要表現(xiàn)如下。
(1) 沖壓加工的生產(chǎn)效率高，且操作方便，易于實現(xiàn)機械化與自動化。這是因為沖壓是依靠沖模和沖壓設(shè)備來完成加工，普通壓力機的行程次數(shù)為每分鐘可達幾十次，高速壓力要每分鐘可達數(shù)百次甚至千次以上，而且每次沖壓行程就可能得到一個沖件。
（2）沖壓時由于模具保證了沖壓件的尺寸與形狀精度，且一般不破壞沖壓件的表面質(zhì)量,而模具的壽命一般較長,所以沖壓的質(zhì)量穩(wěn)定,互換性好,具有“一模一樣”的特征。
（3）沖壓可加工出尺寸范圍較大、形狀較復(fù)雜的零件，如小到鐘表的秒表，大到汽車縱梁、覆蓋件等，加上沖壓時材料的冷變形硬化效應(yīng)，沖壓的強度和剛度均較高。
（4）沖壓一般沒有切屑碎料生成，材料的消耗較少，且不需其它加熱設(shè)備，因而是一種省料，節(jié)能的加工方法，沖壓件的成本較低。
但是，沖壓加工所使用的模具一般具有專用性，有時一個復(fù)雜零件需要數(shù)套模具才能加工成形，且模具 制造的精度高，技術(shù)要求高，是技術(shù)密集形產(chǎn)品。所以，只有在沖壓件生產(chǎn)批量較大的情況下，沖壓加工的優(yōu)點才能充分體現(xiàn)，從而獲得較好的經(jīng)濟效益。
沖壓地、在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，尤其是大批量生產(chǎn)中應(yīng)用十分廣泛。相當多的工業(yè)部門越來越多地采用沖壓法加工產(chǎn)品零部件，如汽車、農(nóng)機、儀器、儀表、電子、航空、航天、家電及輕工等行業(yè)。在這些工業(yè)部門中，沖壓件所占的比重都相當?shù)拇?，少則60%以上，多則90%以上。不少過去用鍛造=鑄造和切削加工方法制造的零件，現(xiàn)在大多數(shù)也被質(zhì)量輕、剛度好的沖壓件所代替。因此可以說，如果生產(chǎn)中不諒采用沖壓工藝，許多工業(yè)部門要提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本、快速進行產(chǎn)品更新?lián)Q代等都是難以實現(xiàn) 的。
1.2 沖壓的基本工序及模具
由于沖壓加工的零件種類繁多，各類零件的形狀、尺寸和精度要求又各不相同，因而生產(chǎn)中采用的沖壓工藝方法也是多種多樣的。概括起來，可分為分離工序和成形工序兩大類；分離工序是指使坯料沿一定的輪廓線分離而獲得一定形狀、尺寸和斷面質(zhì)量的沖壓（俗稱沖裁件）的工序；成形工序是指使坯料在不破裂的條件下產(chǎn)生塑性變形而獲得一定形狀和尺寸的沖壓件的工序。
上述兩類工序，按基本變形方式不同又可分為沖裁、彎曲、拉深和成形四種基本工序，每種基本工序還包含有多種單一工序。
在實際生產(chǎn)中，當沖壓件的生產(chǎn)批量較大、尺寸較少而公差要求較小時，若用分散的單一工序來沖壓是不經(jīng)濟甚至難于達到要求。這時在工藝上多采用集中的方案，即把兩種或兩種以上的單一工序集中在一副模具內(nèi)完成，稱為組合的方法不同，又可將其分為復(fù)合-級進和復(fù)合-級進三種組合方式。
復(fù)合沖壓——在壓力機的一次工作行程中，在模具的同一工位上同時完成兩種或兩種以上不同單一工序的一種組合方法式。
級進沖壓——在壓力機上的一次工作行程中，按照一定的順序在同一模具的不同工位上完面兩種或兩種以上不同單一工序的一種組合方式。
復(fù)合-級進——在一副沖模上包含復(fù)合和級進兩種方式的組合工序。
沖模的結(jié)構(gòu)類型也很多。通常按工序性質(zhì)可分為沖裁模、彎曲模、拉深模和成形模等；按工序的組合方式可分為單工序模、復(fù)合模和級進模等。但不論何種類型的沖模，都可看成是由上模和下模兩部分
組成，上模被固定在壓力機工作臺或墊板上，是沖模的固定部分。工作時，坯料在下模面上通過定位零件定位，壓力機滑塊帶動上模下壓，在模具工作零件（即凸模、凹模）的作用下坯料便產(chǎn)生分離或塑性變形，從而獲得所需形狀與尺寸的沖件。上?；厣龝r，模具的卸料與出件裝置將沖件或廢料從凸、凹模上卸下或推、頂出來，以便進行下一次沖壓循環(huán)。
1.3 沖壓技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展方向
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步和工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，許多新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備、新材料不斷涌現(xiàn)，因而促進了沖壓技術(shù)的不斷革新和發(fā)展。其主要表現(xiàn)和發(fā)展方向如下。
(1).沖壓成形理論及沖壓工藝方面
沖壓成形理論的研究是提高沖壓技術(shù)的基礎(chǔ)。目前，國內(nèi)外對沖壓成形理論的研究非常重視，在材料沖壓性能研究、沖壓成形過程應(yīng)力應(yīng)變分析、板料變形規(guī)律研究及坯料與模具之間的相互作用研究等方面均取得了較大的進展。特別是隨著計算機技術(shù)的飛躍發(fā)展和塑性變形理論的進一步完善，近年來國內(nèi)外已開始應(yīng)用塑性成形過程的計算機模擬技術(shù)，即利用有限元（FEM）等有值分析方法模擬金屬的塑性成形過程，根據(jù)分析結(jié)果，設(shè)計人員可預(yù)測某一工藝方案成形的可行性及可能出現(xiàn)的質(zhì)量問題，并通過在計算機上選擇修改相關(guān)參數(shù)，可實現(xiàn)工藝及模具的優(yōu)化設(shè)計。這樣既節(jié)省了昂貴的試模費用，也縮短了制模具周期。
研究推廣能提高生產(chǎn)率及產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本和擴大沖壓工藝應(yīng)用范圍的各種壓新工藝，也是沖壓技術(shù)的發(fā)展方向之一。目前，國內(nèi)外相繼涌現(xiàn)出精密沖壓工藝、軟模成形工藝、高能高速成形工藝及無模多點成形工藝等精密、高效、經(jīng)濟的沖壓新工藝。其中，精密沖裁是提高沖裁件質(zhì)量的有效方法，它擴大了沖壓加工范圍，目前精密沖裁加工零件的厚度可達25mm，精度可達IT16~17級；用液體、橡膠、聚氨酯等作柔性凸模或凹模的軟模成形工藝，能加工出用普通加工方法難以加工的材料和復(fù)雜形狀的零件，在特定生產(chǎn)條件下具有明顯的經(jīng)濟效果；采用爆炸等高能效成形方法對于加工各種尺寸在、形狀復(fù)雜、批量小、強度高和精度要求較高的板料零件，具有很重要的實用意義；利用金屬材料的超塑性進行超塑成形，可以用一次成形代替多道普通的沖壓成形工序，這對于加工形狀復(fù)雜和大型板料零件具有突出的優(yōu)越性；無模多點成形工序是用高度可調(diào)的凸模群體代替?zhèn)鹘y(tǒng)模具進行板料曲面成形的一種先進技術(shù)，我國已自主設(shè)計制造了具有國際領(lǐng)先水平的無模多點成形設(shè)備，解決了多點壓機成形法，從而可隨意改變變形路徑與受力狀態(tài)，提高了材料的成形極限，同時利用反復(fù)成形技術(shù)可消除材料內(nèi)殘余應(yīng)力，實現(xiàn)無回彈成形。無模多點成形系統(tǒng)以CAD/CAM/CAE技術(shù)為主要手段，能快速經(jīng)濟地實現(xiàn)三維曲面的自動化成形。
(2.)沖模是實現(xiàn)沖壓生產(chǎn)的基本條件.在沖模的設(shè)計制造上,目前正朝著以下兩方面發(fā)展:一方面,為了適應(yīng)高速、自動、精密、安全等大批量現(xiàn)代生產(chǎn)的需要，沖模正向高效率、高精度、高壽命及多工位、多功能方向發(fā)展，與此相比適應(yīng)的新型模具材料及其熱處理技術(shù)，各種高效、精密、數(shù)控自動化的模具加工機床和檢測設(shè)備以及模具CAD/CAM技術(shù)也在迅速發(fā)展；另一方面，為了適應(yīng)產(chǎn)品更新?lián)Q代和試制或小批量生產(chǎn)的需要，鋅基合金沖模、聚氨酯橡膠沖模、薄板沖模、鋼帶沖模、組合沖模等各種簡易沖模及其制造技術(shù)也得到了迅速發(fā)展。
精密、高效的多工位及多功能級進模和大型復(fù)雜的汽車覆蓋件沖模代表了現(xiàn)代沖模的技術(shù)水平。目前，50個工位以上的級進模進距精度可達到2微米，多功能級進模不僅可以完成沖壓全過程，還可完成焊接、裝配等工序。我國已能自行設(shè)計制造出達到國際水平的精度達2?~5微米，進距精度2~3微米，總壽命達1億次。我國主要汽車模具企業(yè)，已能生產(chǎn)成套轎車覆蓋件模具，在設(shè)計制造方法、手段方面已基本達到了國際水平，但在制造方法手段方面已基本達到了國際水平，模具結(jié)構(gòu)、功能方面也接近國際水平，但在制造質(zhì)量、精度、制造周期和成本方面與國外相比還存在一定差距。
模具制造技術(shù)現(xiàn)代化是模具工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)。計算機技術(shù)、信息技術(shù)、自動化技術(shù)等先進技術(shù)正在不斷向傳統(tǒng)制造技術(shù)滲透、交叉、融合形成了現(xiàn)代模具制造技術(shù)。其中高速銑削加工、電火花銑削加工、慢走絲切割加工、精密磨削及拋光技術(shù)、數(shù)控測量等代表了現(xiàn)代沖模制造的技術(shù)水平。高速銑削加工不但具有加工速度高以及良好的加工精度和表面質(zhì)量（主軸轉(zhuǎn)速一般為15000~40000r/min）,加工精度一般可達10微米，最好的表面粗糙度Ra≤1微米），而且與傳統(tǒng)切削加工相比具有溫升低（工件只升高3攝氏度）、切削力小，因而可加工熱敏材料和剛性差的零件，合理選擇刀具和切削用量還可實現(xiàn)硬材料（60HRC）加工；電火花銑削加工（又稱電火花創(chuàng)成加工）是以高速旋轉(zhuǎn)的簡單管狀電極作三維或二維輪廓加工（像數(shù)控銑一樣），因此不再需要制造昂貴的成形電極，如日本三菱公司生產(chǎn)的EDSCAN8E電火花銑削加工機床，配置有電極損耗自動補償系統(tǒng)、CAD/CAM集成系統(tǒng)、在線自動測量系統(tǒng)和動態(tài)仿真系統(tǒng)，體現(xiàn)了當今電火花加工機床的技術(shù)水平；慢走絲線切割技術(shù)的發(fā)展水平已相當高，功能也相當完善，自動化程度已達到無人看管運行的程度，目前切割速度已達到300mm/min,加工精度可達±1.5微米，表面粗糙度達Ra=01~0.2微米;精度磨削及拋光已開始使用數(shù)控成形磨床、數(shù)控光學(xué)曲線磨床、數(shù)控連續(xù)軌跡坐標磨床及自動拋光等先進設(shè)備和技術(shù);模具加工過程中的檢測技術(shù)也取得了很大的發(fā)展,現(xiàn)在三坐標測量機除了能高精度地測量復(fù)雜曲面的數(shù)據(jù)外,其良好的溫度補償裝置、可靠的抗振保護能力、嚴密的除塵措施及簡單操作步驟，使得現(xiàn)場自動化檢測成為可能。此外，激光快速成形技術(shù)（RPM）與樹脂澆注技術(shù)在快速經(jīng)濟制模技術(shù)中得到了成功的應(yīng)用。利用RPM技術(shù)快速成形三維原型后，通過陶瓷精鑄、電弧涂噴、消失模、熔模等技術(shù)可快速制造各種成形模。如清華大學(xué)開發(fā)研制的“M-RPMS-Ⅱ型多功能快速原型制造系統(tǒng)”是我國自主知識產(chǎn)權(quán)的世界惟一擁有兩種快速成形工藝（分層實體制造SSM和熔融擠壓成形MEM）的系統(tǒng)，它基于“模塊化技術(shù)集成”之概念而設(shè)計和制造，具有較好的價格性能比。一汽模具制造公司在以CAD/CAM加工的主模型為基礎(chǔ)，采用瑞士汽巴精化的高強度樹脂澆注成形的樹脂沖模應(yīng)用在國產(chǎn)轎車試制和小批量生產(chǎn)開辟了新的途徑。
(3) 沖壓設(shè)備和沖壓生產(chǎn)自動化方面
性能良好的沖壓設(shè)備是提高沖壓生產(chǎn)技術(shù)水平的基本條件，高精度、高壽命、高效率的沖模需要高精度、高自動化的沖壓設(shè)備相匹配。為了滿足大批量高速生產(chǎn)的需要，目前沖壓設(shè)備也由單工位、單功能、低速壓力機朝著多工位、多功能、高速和數(shù)控方向發(fā)展，加之機械乃至機器人的大量使用，使沖壓生產(chǎn)效率得到大幅度提高，各式各樣的沖壓自動線和高速自動壓力機紛紛投入使用。如在數(shù)控四邊折彎機中送入板料毛坯后，在計算機程序控制下便可依次完成四邊彎曲，從而大幅度提高精度和生產(chǎn)率；在高速自動壓力機上沖壓電機定轉(zhuǎn)子沖片時，一分鐘可沖幾百片，并能自動疊成定、轉(zhuǎn)子鐵芯，生產(chǎn)效率比普通壓力機提高幾十倍，材料利用率高達97%；公稱壓力為250KN的高速壓力機的滑塊行程次數(shù)已達2000次/min以上。在多功能壓力機方面，日本田公司生產(chǎn)的2000KN“沖壓中心”采用CNC控制，只需5min時間就可完成自動換模、換料和調(diào)整工藝參數(shù)等工作；美國惠特尼公司生產(chǎn)的CNC金屬板材加工中心，在相同的時間內(nèi)，加工沖壓件的數(shù)量為普通壓力機的4~10倍，并能進行沖孔、分段沖裁、彎曲和拉深等多種作業(yè)。
近年來，為了適應(yīng)市場的激烈競爭，對產(chǎn)品質(zhì)量的要求越來越高，且其更新?lián)Q代的周期大為縮短。沖壓生產(chǎn)為適應(yīng)這一新的要求，開發(fā)了多種適合不同批量生產(chǎn)的工藝、設(shè)備和模具。其中，無需設(shè)計專用模具、性能先進的轉(zhuǎn)塔數(shù)控多工位壓力機、激光切割和成形機、CNC萬能折彎機等新設(shè)備已投入使用。特別是近幾年來在國外已經(jīng)發(fā)展起來、國內(nèi)亦開始使用的沖壓柔性制造單元（FMC）和沖壓柔性制造系統(tǒng)（FMS）代表了沖壓生產(chǎn)新的發(fā)展趨勢。FMS系統(tǒng)以數(shù)控沖壓設(shè)備為主體，包括板料、模具、沖壓件分類存放系統(tǒng)、自動上料與下料系統(tǒng)，生產(chǎn)過程完全由計算機控制，車間實現(xiàn)24小時無人控制生產(chǎn)。同時，根據(jù)不同使用要求，可以完成各種沖壓工序，甚至焊接、裝配等工序，更換新產(chǎn)品方便迅速，沖壓件精度也高。
(4)沖壓標準化及專業(yè)化生產(chǎn)方面
模具的標準化及專業(yè)化生產(chǎn)，已得到模具行業(yè)和廣泛重視。因為沖模屬單件小批量生產(chǎn)，沖模零件既具的一定的復(fù)雜性和精密性，又具有一定的結(jié)構(gòu)典型性。因此，只有實現(xiàn)了沖模的標準化，才能使沖模和沖模零件的生產(chǎn)實現(xiàn)專業(yè)化、商品化，從而降低模具的成本，提高模具的質(zhì)量和縮短制造周期。目前，國外先進工業(yè)國家模具標準化生產(chǎn)程度已達70%~80%，模具廠只需設(shè)計制造工作零件，大部分模具零件均從標準件廠購買，使生產(chǎn)率大幅度提高。模具制造廠專業(yè)化程度越不定期越高，分工越來越細，如目前有模架廠、頂桿廠、熱處理廠等，甚至某些模具廠僅專業(yè)化制造某類產(chǎn)品的沖裁?；驈澢?，這樣更有利于制造水平的提高和制造周期的縮短。我國沖模標準化與專業(yè)化生產(chǎn)近年來也有較大發(fā)展，除反映在標準件專業(yè)化生產(chǎn)廠家有較多增加外，標準件品種也有擴展，精度亦有提高。但總體情況還滿足不了模具工業(yè)發(fā)展的要求，主要體現(xiàn)在標準化程度還不高（一般在40%以下），標準件的品種和規(guī)格較少，大多數(shù)標準件廠家未形成規(guī)?；a(chǎn)，標準件質(zhì)量也還存在較多問題。另外，標準件生產(chǎn)的銷售、供貨、服務(wù)等都還有待于進一步提高。
沖裁模設(shè)計題目
如圖1所示零件：托扳
生產(chǎn)批量：大批量
材料：08F t=2mm
設(shè)計該零件的沖壓工藝與模具
圖1 托板零件圖
（一）沖裁件工藝分析
1. 材料：08F鋼板是優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，具有良好的可沖壓性能。
2. 工件結(jié)構(gòu)形狀：沖裁件內(nèi)、外形應(yīng)盡量避免有尖銳清角，為提高模具壽命，建議將所有90°清角改為R1的圓角。
3凸模最小尺寸校核 ：查〈〈冷沖壓技術(shù)〉〉表3-9無導(dǎo)向凸模沖孔的 最小尺寸；d=0.9t
=0.9*2
=1.8
小于3.5可以沖裁
4. 尺寸精度：零件圖上所有尺寸均未標注公差，屬自由尺寸，可按IT14級確定工件尺寸的公差。經(jīng)查〈〈公差配合與技術(shù)測量〉〉表2-4得，各尺寸公差為：
54-0.74、34-0.62、30-0.52、16-0.44、17±0.22、Ф3.5+0.3
結(jié)論：可以沖裁
（二） 確定工藝方案及模具結(jié)構(gòu)形式
經(jīng)分析，工件尺寸精度要求不高，形狀不大，但工件產(chǎn)量較大，根據(jù)材料較厚（2mm）的特點，為保證孔位精度，沖模有較高的生產(chǎn)率，通過比較，決定實行工序集中的工藝方案，采取利用導(dǎo)正釘進行定位、剛性卸料裝置、自然漏料方式的連續(xù)沖裁模結(jié)構(gòu)形式。
（三） 模具設(shè)計計算
1．排樣 計算條料寬度及確定步距
首先查〈〈冷沖壓技術(shù)〉表確定搭邊值。根據(jù)零件形狀，兩工件間按矩形取搭邊值b=2,側(cè)邊按圓形取搭邊值a=2。
連續(xù)模進料步距為32mm。
條料寬度按相應(yīng)的公式計算：查〈〈冷沖壓技術(shù)〉公式3-21
B=(D+2a)-⊿ 查表3.15得條料寬度誤差 ⊿=0.6
B=(54+2×2)-0.6
=58-0.6
畫出排樣圖，圖2
2利用率計算；
查〈〈冷沖壓技術(shù)〉公式3-19得
n=A/SB*100%
=34*30+4*30+200.96-21/58*32
=71.1%
所以用剪扳機剪取58*1000的條料
圖2 排樣圖
2．計算總沖壓力
由于沖模采用剛性卸裝置和自然漏料方式，故總的沖壓力為：由〈〈冷沖壓技術(shù)〉公式3-35得
P0=P+Pt
P=P1+P2
而式中 P1--------落料時的沖裁力
P2--------沖孔時的沖裁力
按推料力公式計算沖裁力：
查〈〈冷沖壓技術(shù)〉得公式
P1=KLtτ 查〈〈冷沖壓技術(shù)〉表2-23得抗剪強度τ=300MPa
=1.3[2（58-16）+2（30-16）+16π+2*4]*2*300/10000
=12.03 (t)
P2=1.3*4π*3.5*2*300/10000
=3.4(t)
按推料力公式計算推料力Pt：查〈〈冷沖壓技術(shù)〉公式3-31得
Pt=nKtP
取n=h/t=6/2=3，
查表3-19得，Kt=0.055
Pt=3*0.055*(12.6+3.4)=2.541(t)
計算總沖壓力PZ：
PZ=P1+P2+Pt
=12.03+3.4+2.541
=17.941(t)
3．確定壓力中心：
根據(jù)圖3分析，因為工件圖形對稱，故落料時P1的壓力中心在O1上；沖孔時P2的壓力中心在O2上。
設(shè)沖模壓力中心離O1點的距離為X，根據(jù)力矩平衡原理得：
P1X=(32-X)P
圖3 壓力中心
由此算得X=7m
4．沖模刃口尺寸及公差的計算
刃口尺寸計算方法及演算過程不再贅述，僅將計算結(jié)果列于表1 中。
在沖模刃尺寸計算時需要注意：在計算工件外形落料時，應(yīng)以凹模為基準，凸模尺寸按相應(yīng)的凹模實際尺寸配制，保證雙面間隙為0.25~0.36mm。為了保證R8與尺寸為16的輪廓線相切，R8的凹模尺寸，取16的凹模尺寸的一半，公差也取一半。
在計算沖孔模刃口尺寸時，應(yīng)以凸模為基準，凹模尺寸按凸模實際尺寸配制，查〈〈公差配合與技術(shù)測量〉〉表3-5得保證雙面間隙為0.25~0.36mm。
表1 沖模刃口尺寸
*X在〈〈從冷沖壓技術(shù)〉〉中查表3-7得
沖裁性質(zhì)
工作尺寸
計算公式
凹模尺寸注法
凸模尺寸注法
落料
58-0.74
38-0.62
30-0.52
16-0.44
R8
磨損后變大的 公式；
Amax- x⊿）+⊿
《〈從冷沖壓技術(shù)〉》中公式得
57.6+0.18
37.7+0.16
29.7+0.13
16.8+0.11
R7.9+0.06
凸模尺寸按實際尺寸配置，保證雙邊間隙 0.25~0.36mm
沖孔
φ3.5+0.3
磨損后變小的公式；
（bmin+x⊿）-⊿/4
〈〈從冷沖壓技術(shù)〉〉得公式3-14
凹模尺寸按凹模實際尺寸配置，保證雙邊間隙0.25~0.36mm
3.65-0.08
在計算模具中心距尺寸時，制造偏差值取工件公差的1/8。據(jù)此，沖孔凹模和凸模固定板孔中心距的制造尺寸為：
L17=17±0.44/8=17±0.055
5. 確定各主要零件結(jié)構(gòu)尺寸
（1）凹模外形尺寸的確定
凹模厚度H的確定：
根據(jù)經(jīng)驗公式得： H= P取總壓力=17941N
H==26mm
凹模長度L的確定； W1=2.1H=31；
工件b=58 L=b+2W1=58+2*31=120mm
凹模寬度B的確定； B= 步距+工件寬+2W2
?。翰骄?32；工件=30；W2=1.5H
B2=32+30+2*39
=140mm
根據(jù)上述數(shù)據(jù)查《〈模具設(shè)計與制造簡明手冊〉》表1-282選用標準凹摸板160*125*28
（2）凸模長度L1的確定
凸模長度計算為：
L1=h1+h2+h3+Y
其中 導(dǎo)料板厚h1=8；卸料板厚h2=12；凸模固定板厚h3=18; 凸模修磨量Y=18則
L1=8+12+18+18=56m
選用沖床的公稱壓力，應(yīng)大于計算出的總壓力P0=17.941t;最大閉合高度應(yīng)大于沖模閉合高度+5mm;工作臺臺面尺寸應(yīng)能滿足模具的正確安裝。按上述要求，查《〈模具設(shè)計與制造簡明手冊〉》表1-82得，可選用J23-25開式雙柱可傾壓力機。并需在工作臺面上配備墊塊，墊塊實際尺寸可配制。其基本參數(shù)如下：
最大閉合高度 270
閉合高度調(diào)節(jié)量 55
工作臺尺寸 前后370 左右560
工作臺孔尺寸 前后200 左右290
墊板尺寸 50
模柄尺寸 直徑40 深度60
傾角 30
（3）設(shè)計并繪制總圖、選取標準件
模板 卸料板 導(dǎo)料板 墊板 導(dǎo)柱 導(dǎo)套
模架 模柄都是從《〈模具設(shè)計與制造簡明手冊〉》有的是把標準件買回來加工，螺釘 銷 在《〈機械制圖〉》中選用標準件 ，
模架選用標準中間導(dǎo)柱模架 標準是 GB/T2851.3-90 根據(jù)《〈 模具技術(shù)標準應(yīng)用〉》
參數(shù)如下：
周界是 160*125
最大閉合高度 190
最小閉合高度 160
上模座厚度 35
下模座厚度 40
模具的閉合高度校核：40+35+28+56+10=170
該模具符合要求
按已確定的模具形式及參數(shù)
繪制模具總裝圖。
如圖4，單排沖孔落料連續(xù)模。
圖四總裝圖
技術(shù)要求
1采用標準模架后側(cè)導(dǎo)柱模架，標準是GB/T2851.1-90
2沖模零件不 允許有裂痕，工作表面不允許有劃痕，機械損傷，銹蝕等表面缺陷，
3沖模凹模工作孔不允許有 倒錐度
4沖裁的凸凹模刃口及側(cè)刃等必須鋒利不允許有崩刃和機械損傷，
5零件圖上未標明的倒角尺寸，除刃口外所有的銳邊都倒角1X45度或道圓角，
表2 零件明細表
（五）繪制非標準零件圖，（略）
看零件圖
(六) 模具主要零件加工工藝規(guī)程的編制
總裝工藝
1備料
2將模柄裝入9上模座后磨平，然后用手槍鉆直徑6mm的齊縫銷孔配鉸大 入12銷
3將13導(dǎo)正銷裝入14落料凸模中，把再把落料凸模組和7沖孔凸模裝入到6凸模固定板中然后鉚緊磨平
4用等高塊把9上模座支起，將8墊板，6固定板，調(diào)整后用4螺釘固定，配鉸直徑8mm的孔，大入10銷
5把9上模座放下到一定高度，保證模架的 移動平穩(wěn)，靈活，無瀉止現(xiàn)象，讓凸模刃口在凹模刃口下，調(diào)整間隙，保證圖紙設(shè)計要求，用螺釘緊固，15卸料板，16導(dǎo)料板，19始沖檔料銷及17凹模。再用3螺釘緊固17凹模和1下模座然后配餃銷孔大入銷，
6試模
7調(diào)整到合格
8入庫
墊板的加工工藝
1備料（外購標準模塊160x125x10）
2按圖紙要求畫線，
3在鉆洗床上加工
4檢驗
5入庫
凸模固定板的加工工藝
1備料（外購標準模塊160x125x18）
2按圖紙要求畫線，
3在鉆洗床上加工四個凸?？缀蛢蓚€銷孔四個螺釘通孔
4攻4*M8螺紋孔
5在電火花滿走絲上加工落料凸?？?
6檢驗
7入庫
落料凸模的加工工藝
1備料
2鍛造成62*35*60的模塊
3在刨床上先刨一平面
4以該面為基準按圖紙要求畫線
5在數(shù)控銑床上銑出圖紙上的外形
6在鉆銑床上鉆出導(dǎo)正銷的孔
7按圖紙要求做熱處理
8檢驗
9入庫
導(dǎo)正銷的加工工藝
1備料
2鍛造成直徑8*60的胚料
3在數(shù)控車床上加工零件按圖紙要求
4按圖紙要求熱處理
5檢驗
6入庫
沖孔凸模的加工工藝
1備料
2鍛造成直徑為14*60的胚料
3在數(shù)控車床上加工零件按圖紙要求
4按圖紙要求熱處理
5檢驗
6入庫
卸料板加工工藝
1備料（外購標準模塊100x125x12）
2按圖紙要求畫線，
3在鉆洗床上加工四螺釘通孔和兩個銷孔及四個通過凸模的孔
4在銑床上加工剩余的部分
5檢驗
6入庫
凹模加工工藝
1備料（外購標準模塊160x125x28）
2按圖紙要求畫線，
3在鉆洗床上加工兩銷孔和四螺紋孔
4攻絲
5用點火花加工工作刃口
6按圖紙要求做熱處理
7檢驗
8入庫
導(dǎo)料板加工工藝
1備料（外購標準模塊120x125x8）在 標準模塊上切割成兩塊120*35*8
2按圖紙要求畫線，
3在刨床上把不平整的邊刨床平及始沖擋料銷的槽，在插床上加工始沖擋料銷的剩余部分
4在鉆銑床上加工兩銷孔和四個螺紋通孔
5攻螺紋絲4*M8
6檢驗
7入庫
始沖擋料銷的加工工藝
1備料
2鍛造成55*5*10的胚料
3在刨床上先刨一平面做基準
4在基準上劃線
5在銑床上加工出零件圖的樣子
6按圖紙要求做相應(yīng)的熱處理
7檢驗
8入庫
體會
俗話說“凡事必親躬”,唯有自己親自去做的事，才懂得其過程的艱辛。通過做這次大作業(yè)，我著實遇到了不少的困難，構(gòu)思、定數(shù)據(jù)、畫圖、寫論文等都得自己去做。每天泡在圖書館，找例證、查資料，個中自有不少困難，而這些難題都是課本中所不曾提到過的。開始時，由于書本上沒有任何提示，我甚至不知道從何入手，只能與同學(xué)們相互切磋，這樣我慢慢地入了門，進而也可以自己搞定了。這其中有一個習(xí)慣問題最需要克服。眾所周知，課堂、書本給我們的都是一種確切的數(shù)據(jù)，但實際上你去做的時候就會發(fā)現(xiàn)它們都是經(jīng)驗性的，也就是說需要你根據(jù)從資料上查得的范圍靠經(jīng)驗自己去定，這就給習(xí)慣于接受確切數(shù)字的我?guī)砹撕艽蟮奶魬?zhàn)。幸而，最終我還是學(xué)會了怎樣去查找自己想要的資料，這應(yīng)該是這次作業(yè)的一大收獲吧。
第二大收獲就是學(xué)會了做一次設(shè)計項目的具體流程。從策劃構(gòu)思、總體設(shè)計到各個模塊的的具體設(shè)計及其組合，再到編寫需要提交的論文，這一切如今仍歷歷在目。我想，這種對整體設(shè)計流程的把握應(yīng)該是以后走上工作崗位所必需的技能，而這種技能卻只能通過自己的親身實踐才能獲得。這也是為什么我認為機械設(shè)計大作業(yè)這種教學(xué)實踐模式值得推廣的原因。
畢業(yè)設(shè)計是我在大學(xué)生涯完成的最后一項內(nèi)容,此時此刻，我感覺自己有很多想要說的話，有很多需要感謝的人。首先感謝指導(dǎo)老師給予的支持與指導(dǎo),但由于工作的原因和條件的限制,我在外面所做的畢業(yè)設(shè)計并不完善。自從回校之后,向老師們請教和指導(dǎo),他們都在百忙之中給予了我悉心的指導(dǎo)和幫助。師生之情無法言表，在此，謹向恩師們深表謝意！
也許，我的學(xué)生生涯從此就會結(jié)束，但是學(xué)習(xí)的道路卻還將持續(xù)下去，未來的人生路途中難免會遇到各種各樣的困難和挫折，使我始終能夠勇敢的迎接新的挑戰(zhàn)。
參考文獻
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3；機械制圖 李澄 聞百橋 吳天生主編 北京高等教育出版社2003..8
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5；模具技術(shù)標準應(yīng)用 全國模具標準技術(shù)委員會秘書處四川省模具工業(yè)協(xié)會印 1992.8
21
沖壓模具設(shè)計中側(cè)壁起皺的分析
F.-k. Chen and Y.-C. Liao
臺灣 臺北市國立臺灣大學(xué)機械工程部門
在沖壓過程中，起皺一般發(fā)生在有錐度的方形杯子和帶有階梯的矩形杯子成形時。這兩種起皺類型的共同特征是起皺都發(fā)生在相對沒有支撐的側(cè)壁。在沖壓一個有錐度的方形杯子時，當發(fā)生起皺時，比如沖模間隙和沖壓毛壞的壓力大小等參數(shù)的影響通過有限元模擬方法被檢查到。模擬結(jié)果顯示沖模間隙越大，起皺的就越明顯，而且起皺不能通過增加沖壓力來被抑制。在研究帶有階梯的矩形杯子沖壓過程的起皺時，發(fā)現(xiàn)了一個有相似幾何類型的實際部分。在側(cè)壁被發(fā)現(xiàn)的起皺是因為介于沖頭和階梯邊緣的金屬板料不平衡伸展造成的。為減少起皺，一個最適宜的沖模設(shè)計方法就是利用有限元分析法。在無起皺產(chǎn)品中介于模擬結(jié)果和實測結(jié)果的好協(xié)議使有限元分析法生效，而且證實了利用有限元分析法去設(shè)計沖模的優(yōu)勢。
關(guān)鍵詞：側(cè)壁起皺；沖模；階梯的矩形杯子；帶有錐度的主形杯子
1． 介紹
起皺是在金屬板料成形中主要的缺陷之一。由于性能和視察的原因，在產(chǎn)品中起皺往往不能被接受。在金屬板料成形過程中，有三種形式的起皺頻繁的發(fā)生：邊緣起皺，側(cè)壁起皺和由于殘余的彈性壓力引起的未變形區(qū)域的彈性彎曲。在沖壓一個復(fù)雜形狀零件的操作時，側(cè)壁起皺意味著沖模腔中的起皺。由于側(cè)壁區(qū)域的金屬板料相對于其它區(qū)域的金屬板料不被工具所保征質(zhì)量，側(cè)壁起皺的消除比邊緣起皺的抑制更難。很明顯，在未被加固的側(cè)壁區(qū)域中的金屬材料的額外拉伸可能防止起皺，而且在實際操作中也可以通過增加沖壓力來防止起皺，但是過度的拉力會通過裂痕導(dǎo)致失敗。因此，沖壓力必須處于一個狹小的范圍，一方面，要高于抑制起皺的力，另一方面，要低于產(chǎn)生破裂的力。沖壓力的狹小范圍很難計算。對于沖壓一個復(fù)雜形狀的零件，當起皺發(fā)生在中心區(qū)域時，有意義的沖壓力范圍甚至不存在。
為了檢查起皺的形成結(jié)構(gòu)，Yoshida et al.發(fā)明了一種測試，在這種測試里，一塊薄板料不是均勻的沿著它的斜度被拉伸。他們也計劃一個近似的理論模型，在這種模型里面，起皺的開始取決于在壓力不均勻區(qū)域中有壓縮的側(cè)部力的彈性灣曲。Yu et al.從實驗性和分析性上研究起皺問題，通過理論分析，他發(fā)現(xiàn)帶有兩個圓周波的起皺可能發(fā)生，然而，實驗結(jié)果顯示是四到六個。當通過一個有錐度的模具畫出金屬板料時，Narayanasamy和sowerby用平底的沖頭和半球狀的沖頭檢查金屬板料的起皺。他們也試圖去把可以抑制起皺的道具分類。
那些努力都被聚中于和簡單形狀零件關(guān)聯(lián)的起皺問題上，例如：一個圓形的杯子。在90年代早期，金屬板料成形中三維動態(tài)軟件和有限元方法的成功運用使得分析包括在沖壓一個復(fù)雜形狀零件的起皺問題成為可能。在當前的研究中，三維有限元分析法被用來分析在沖壓一個帶有階梯的矩形部分的過程中，產(chǎn)生起皺的金屬流動制造參數(shù)上。
一個帶有階梯的方形杯子，在杯子的每一邊都有一個傾斜的側(cè)壁，在帶有錐度的杯子也相應(yīng)的存在傾斜的側(cè)壁。在沖壓過程中，側(cè)壁上的金屬板料相對沒被支撐，因此，這個部位更容易起皺。在當前的研究中，起皺過程中的各種不同的制造參數(shù)的影響都在被研究。在沖壓一個帶有階梯的方形杯子時，就像圖1B顯示的一樣，可以觀測到另一種形式的起皺。為了評估分析的效力，在當前的研究中，一個確切階梯幾何形狀的物體被檢測。通過使用有限元分析法和用適宜的模具設(shè)計來減少起皺，起皺的原因被確定。在觀測一個實際產(chǎn)品成形時，通過有限元分析法得到的模具設(shè)計方法得到證實。
圖1帶有錐度方形杯子的拉伸（a）和帶有階梯的矩形杯子的拉伸（b）
2有限元模型
包括沖頭、模具和毛壞固定器等工具幾何學(xué)是用CAD或PRO/E軟件來設(shè)計的。同樣用CAD軟件，三節(jié)點和四節(jié)點的外形元素被采用用來為以上工具生產(chǎn)網(wǎng)眼系統(tǒng)。對于有限元模擬來說，工具被認為是剛硬的，而且對應(yīng)的網(wǎng)眼被用來定義工具幾何學(xué)而不是壓力分析。同樣CAD軟件使用四節(jié)點外形元素來為板形壞料構(gòu)造網(wǎng)眼。圖2顯示工具的完整布置的網(wǎng)眼系統(tǒng)和用來沖壓帶有階梯方形杯子的板形壞料。由于對稱條件，方形杯子的四分之一被分析。在模擬中，板形壞料放在壓力機上，沖模向下移動，逆著壓力機夾緊板形壞料。然后沖模上升使得板形壞料按著模腔成形。
圖2 有限元網(wǎng)眼
為了表演一個精確的有限元分析法，金屬板料的真實應(yīng)力應(yīng)變曲線被要求是輸入數(shù)據(jù)的一部分。在當前的研究中，拉深成形的金屬板料也被用來模擬。為在飛機上切割下的樣本測試被進行，它們依次從0度的旋轉(zhuǎn)方向到45度的旋轉(zhuǎn)方向，再到90度的旋轉(zhuǎn)方向進行著。平均的流動力σ，計算方程為σ=（σ0+2σ45+σ90）/4，因為每一個方法真實應(yīng)變通常用來模擬帶錐度方形杯子和帶階梯矩形的沖壓，就如圖3顯示的那樣。
當前研究中所有的模擬利用有限元程序PAM-STAMP涉及SGI Indigo2工作站。為了完成模似所需輸入數(shù)據(jù)的設(shè)置，沖頭的速度一般設(shè)置在10m/s，庫侖摩擦系數(shù)設(shè)置在0.1。
圖3 金屬板料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系
3 錐度方形杯中的起皺
正像圖1a顯示的那樣，草圖暗示著一些有關(guān)錐度方形杯子的尺寸，方形沖頭每一面的長度（2WP）、模腔的尺寸（2Wd）和高度(H)被認為是影響起皺的至關(guān)重要尺寸。在當前研究中，模腔尺寸和沖頭尺寸的差距的一半稱作沖模間隙（記作G），G= Wd- WP。相關(guān)的在側(cè)壁沒被支撐的金屬板料的寬度取決于沖模間隙，起皺假想通過增加沖壓力來被抑制。相對于沖壓一個錐度方形杯子，沖模間隙和沖壓力兩方面的影響在接下來的部分被研究。
3.1沖模間隙的影響
為了檢查沖模間隙對起皺的影響，在沖壓一個錐度方形杯子時，分別用20mm，30mm，50mm大小的沖模間隙進行模擬沖壓。在每次模擬沖壓中，模腔的尺寸都是固定在200mm，而且杯子拉深的高度都是100mm。三次模擬中使用的金屬板料都是380X380的方形尺寸，厚度也都是0.7mm，金屬的應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖3所示。
圖4 G=50mm的帶有錐度的方形杯子
模擬結(jié)果顯示三次模擬中都發(fā)生起皺現(xiàn)象，沖模間隙為50mm沖壓出來的杯子模擬形狀如圖4。從圖4中可以看出，起皺分布在側(cè)壁，側(cè)壁拐角尤其明顯。這就說明在沖壓過程中，起皺是由于在側(cè)壁有大面積區(qū)域不被支撐，同樣，由于沖模間隙不一樣，沖頭各邊的長度和模腔尺寸也不一樣。由于橫向壓力的存大，在沖頭和模腔中拉深成形的金屬板料越來越不牢固。在壓縮下，側(cè)壁金屬板料不受限制的拉伸是起皺的主要原因。為了比較三種不同間隙沖壓出來的產(chǎn)品，兩個主要的應(yīng)變比率β被介紹，β=εmin/εmax，這里的εmin和εmax分別是主要的和次要的應(yīng)變。Hosford和Caddell已經(jīng)展示了β的實際值比β的評論值大，假設(shè)當起皺發(fā)生時，β的實際值越大，起皺的可能性就越大。
在三個沖模間隙不同的沖壓中，同一側(cè)壁高度，沿著橫截面M-N的β值在圖4中標記出，在圖5中畫出。圖5中說明嚴重的起皺一般發(fā)生在拐角處，而對三個沖模間隙不同的沖壓，在側(cè)壁中心很少發(fā)生起皺。還說明了沖模間隙越大，β的實際值就越大。因此，增加沖模間隙將增加在錐度方形杯子側(cè)壁處發(fā)生起皺的可能性。
3.2沖壓力的影響
眾所周知，在沖壓過程中，增加沖壓力可以幫助排除起皺。為了研究增加沖壓力的影響，沖模間隙為50mm與起皺是有關(guān)聯(lián)的，用沖模間隙為50mm的模具沖壓帶有錐度方形杯子被用不同的沖壓力來模擬了。沖壓從100KN增加到600KN，這兩個力分別產(chǎn)生0.33Mpa和1.98Mpa。在上述部分，剩下的模擬條件與給定的是一樣的。處于中間的300KN也被用來模擬。
模擬結(jié)果顯示沖壓力的增加并沒有幫助消除發(fā)生在側(cè)壁的起皺。在圖4中已標出沿著橫截面M-N的β值與沖壓力為100KN和600KN的β值作比較。模擬結(jié)果指出兩種情況下，沿著橫截面M-N的β值是一樣的。為了檢查兩種不同沖壓力的起皺形狀，正如圖4和圖6標出的那樣，側(cè)壁上從底部向上有五處不同位置的橫截面。從圖6可以看出，兩個外殼的波浪形橫截面是相似的。這就說明在沖壓帶有錐度的方形杯子時，沖壓力不影響起皺的發(fā)生，這是因為起皺的原因主要是由于在有橫向壓力存在的側(cè)壁處有大面積區(qū)域不被支撐。沖壓力對沖頭和模腔之間材料不穩(wěn)定的模式并沒有影響。
圖5 沿著橫截面M-N不同沖模間隙的β值
4階梯矩形杯子
在沖壓一個階梯矩形杯子時，起皺發(fā)生在側(cè)壁即使沖模間隙并不是那么重要。輪廓1顯示沖壓階梯矩形杯子的沖頭草圖，在這張草圖中，側(cè)壁C沿臺階D-E而行。在近期的研究中，在一個實際的產(chǎn)品中檢查到了這種幾何形狀。這種產(chǎn)品使用的原材料的厚度是0.7mm，從拉力測試中獲得的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系如圖3所示。
這種沖壓部分產(chǎn)品的程序包括通過清理焊縫的深拉。在這種深拉過程中，沒有焊縫被用在沖模表面來幫助幫助金屬的流動。但是，由于沖頭拐角處的半徑過小和其復(fù)雜的幾何形狀，如圖7顯示的那樣，在沖頭邊緣上部經(jīng)常發(fā)生拉裂，在真實產(chǎn)品的側(cè)壁處經(jīng)常發(fā)生起皺。從圖7中可以看出，皺紋發(fā)分布在側(cè)壁上，但是在階梯邊緣拐角處最為嚴重，就像圖1（b）中A-D，B-E顯示的那樣。在沖頭的上部邊緣，金屬往往被拉裂，就像圖7所示。
為了進一步的了解沖壓過程中板料的變形，誕生了一種有限元的方法。這種有限元模擬方法被在最初的設(shè)計中。部分的模擬形狀如圖8所示。從圖8中可以看出，零件上部邊緣的網(wǎng)眼被拉深，皺紋分布在側(cè)壁上，類似真實零件中的那樣。
圖6 從圖a的100KN到圖b的600KN不同側(cè)壁高度的橫截面線條
圖7 產(chǎn)品零件中的拉裂和起皺
圖8 產(chǎn)品拉裂和起皺的模擬形狀
如圖1（b）就像A-B邊緣半徑和沖孔拐角處A的半徑一樣，沖孔的半徑也很小，這被認為是拉裂的最主要原因。但是，根據(jù)有限元分析的結(jié)果，拉裂可以通過增加以半徑來避免。這種理念在現(xiàn)實產(chǎn)品中通過增加半徑得到證實。
個別的嘗試也被用來消除起皺。第一，沖壓力加到原來的2倍。但是，就像在拉深帶有錐度的杯子中得到的結(jié)果一樣，沖壓力對消除起皺現(xiàn)象沒有起有很大的效果。通過增加摩擦和毛坯尺寸也得到同樣的結(jié)論。于是我們推測，這種起皺不能通過增加沖壓力來得到抑制。
由于在金屬屈服于過大壓力的區(qū)域，往往會因為大量的金屬流動而起皺，一種通過在起皺區(qū)域增加掛鉤用于消除起皺的簡單方法被用來吸收多余的材料。為了多余的金屬能有效的被吸收，掛鉤應(yīng)該平衡的加在起皺位置?；谶@種理念，兩個掛鉤被加在鄰近在壁上吸收多余的材料，如圖9如示。模擬結(jié)果顯示，階梯拐角處的起皺正如想象的那樣被吸收，但是，一些起皺仍然沒被吸收。這說明在側(cè)壁處需要更多的掛鉤來吸收所有過量的材料，但是這在模具設(shè)計中是不允許的。
利用有限元分析法分析沖壓工序的一個優(yōu)勢是沖壓過程中板料的變形形狀可以被監(jiān)測，而這在真實的產(chǎn)品沖壓過程中是不可能的。對沖壓過程中金屬流動的精密監(jiān)測顯示板料最開始通過沖頭的力按模腔的形狀成形，直到板料接觸到如圖1（b）階梯D-E邊緣才形成起皺。起皺的形狀如
圖9 加到側(cè)壁的起皺
圖10顯示的那樣。這就為模具設(shè)計的改進提供了有價值的信息。
圖10 當板料接觸臺階邊緣的起皺形成
圖11 切除了的臺階拐角
對于起皺的發(fā)生，最初的一個猜想是沖頭拐角處范圍A和階梯拐角處范圍D之間的金屬板料處于不平坦的拉深，就如圖1（b）所示。階梯拐角處被切主要是為了改善拉深條件，這樣就允許通過增加階梯邊緣有更多的拉伸被應(yīng)用到如圖11所示，從而使得模具設(shè)計的改進得到發(fā)展。但是，杯子側(cè)壁處仍然有起皺，這就意味著起皺是因為整個沖頭邊緣和整個階梯邊緣的不平坦引起的，不僅僅是沖頭拐角處和階梯拐角處之間的不平坦。為了證實這種說法，兩種改進過了的模具設(shè)計被用來實驗：為了描述想象中的形狀用兩種拉深操作，一種是切去整個階梯，而另一種是增加更多的拉深操作。前一個方法的模擬形狀所圖12所示。自從更低的階梯被切去后，拉深工序與圖12中的矩形杯子拉深工序性很相似。從圖12中可以看出起皺現(xiàn)象已被消除。
在這兩種操作的拉深工序中，板料最初是被拉到很深的階梯處，如圖13（a）所示，然后，較低的階梯在第二步拉深操作中成形，同是，如圖13（b）所示的想象形狀也得到了。從圖13（b）可以清晰的看出，通過兩步拉深工序可以造出沒有起皺的階梯矩形杯子，同時也說明在兩步拉深工序中，如果相應(yīng)的順序被應(yīng)用，則更低一些的階梯處的成形是伴隨更深階梯處成形和最深階梯邊緣處成形的最早成形，如圖1(b)中的A-B，因為金屬不容易通過較低的階梯進入模具型腔。
圖12改善模具設(shè)計的模擬形狀
圖13 兩個操作步驟中的a第一步操作 b第二步操作
有限元分析法說明用簡單的拉深操作來設(shè)計理想產(chǎn)品的沖壓模具設(shè)計是很難完成的。但是，由于額外的模具費用和操作費用，兩個操作的制造費用是很高的。為了保持較低的制造費用，零件的設(shè)計師對形狀做出了合適的改變，而且通過有限元模擬分析法結(jié)果去切除較低的臺階來改善模具設(shè)計，如圖12所示。隨著設(shè)計方法的改進，產(chǎn)品真實的沖壓模具被制造出來，而且零件還沒有起皺，如圖14所示。通過有限元模擬分析法得到的零件也沒有起皺。
為了進一步驗證有限元模擬分析法的結(jié)果，有限元模擬分析法得到的沿橫截面G-H的厚度分布如圖14所示，這與產(chǎn)品的尺寸做了比較，比較的結(jié)果顯示在圖15。從圖15可以看出有限元模擬分析法得到的預(yù)想的厚度分布和產(chǎn)品得到的厚度分布是相符合的。這種吻合證實了有限元模擬分析法的效率。
圖14 無缺陷產(chǎn)品零件
圖15 G-H處模擬和測量厚度
5概要和結(jié)束語
通過有限元模擬分析法研究了兩種在沖壓過程中的起皺，而且還檢查了其起皺的原因和消除起皺的方法。
第一種形式的起皺發(fā)生在沖壓帶有錐度的方形杯子的側(cè)壁上，這種起皺的原因是因為沖模間隙過大（沖模間隙就是模腔的尺寸和沖頭的尺寸的差距）。當金屬被拉至模腔中，在沖頭和型腔中有一有害的拉深時，大的沖模間隙導(dǎo)致金屬板料的大面積區(qū)域不被支撐，因此大面積區(qū)域不被支撐導(dǎo)致起皺。有限元模擬分析法顯示這種起皺不能通過增加沖壓力的方法來得到抑制。
另一種形式的起皺發(fā)生在有階梯矩形的幾何形狀物體沖壓過程中。起皺往往發(fā)生在臺階以上的側(cè)壁，甚至沖模的間隙不是足夠的大。通過有限元模擬法得知，這種起皺主要是由于在沖頭和臺階邊緣存在不平坦的拉伸。在模具設(shè)計過程中，通過有限元模擬分析法單獨的嘗試被用來消除起皺，切除了臺階的模具被建立。通過無缺陷的零件證實了這種模具設(shè)計方法對消除起皺的作用。有限元模擬分析法得到的結(jié)果和真實產(chǎn)品中看到的結(jié)果相吻合說明了有限元模擬分析法的準確性，還證實了用有限元分析法代替真實的模具制造方法的效力。
感謝
作者希望感謝中國人民共和國民族科學(xué)委員會授于NSC-86-2212-E002-028編號才使得這個項目得到發(fā)展。他們也希望感謝KYM提供了產(chǎn)品零件。
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