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1 前言
近年來(lái)，沖壓成形工藝有很多新的進(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，沖壓見(jiàn)件的精度日趨精確，生產(chǎn)率也有極大提高，正在把沖壓加工提高到高品質(zhì)的、新的發(fā)展水平。前幾年的精密沖壓主要市是指對(duì)平板零件進(jìn)行精密沖裁，而現(xiàn)在，除了精密沖裁外還可兼有精密彎曲、拉伸、壓印等，可以進(jìn)行復(fù)雜零件的立體精密成形。過(guò)去的精密沖裁只能對(duì)厚度為5-8mm以下的中板或薄板進(jìn)行加工，而現(xiàn)在可以對(duì)厚度達(dá)25mm 的厚板實(shí)現(xiàn)精密沖裁，并可對(duì)σb >900MPa的高強(qiáng)度合金材料進(jìn)行精沖。
由于引入了CAE，沖壓成形已從原來(lái)的對(duì)應(yīng)力應(yīng)變進(jìn)行有限元等分析而逐步發(fā)展到采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行工藝過(guò)程的模擬與分析，以實(shí)現(xiàn)沖壓過(guò)程的優(yōu)化設(shè)計(jì)。在沖壓毛坯設(shè)計(jì)方面也開(kāi)展了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，可以對(duì)排樣或拉伸毛坯進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。
此外，對(duì)沖壓成形性能和成形極限的研究，沖壓件成形難度的判定以及成形預(yù)報(bào)等技術(shù)的發(fā)展，均標(biāo)志著沖壓成形以從原來(lái)的經(jīng)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)分析階段開(kāi)始走上由沖壓理論指導(dǎo)的科學(xué)階段，使沖壓成形走向計(jì)算機(jī)輔助工程化和智能化的發(fā)展道路。
為了適應(yīng)大批量、高效率生產(chǎn)的需要，在沖壓模具和設(shè)備上廣泛應(yīng)用了各種自動(dòng)化的進(jìn)、出料機(jī)構(gòu)。對(duì)于大型沖壓件，例如汽車覆蓋件，專門配置了機(jī)械手或機(jī)器人，這不僅大大提高了沖壓件的生制件質(zhì)和生產(chǎn)率，而且也增加了沖壓工作和沖壓工人的安全性。在中小件的大批量生產(chǎn)方面，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用多工位級(jí)進(jìn)模、多工位壓力機(jī)或高速壓力機(jī)。在小批量多品種生產(chǎn)方面，正在發(fā)展柔性制造系統(tǒng)（FMS），為了適應(yīng)多品種生產(chǎn)時(shí)不斷更換模具的需要，已經(jīng)成功地發(fā)展了一種快速換模系統(tǒng)，現(xiàn)在，換一副大型的沖壓模具，僅需6-8分鐘即可完成。此外，近年來(lái)，集成制造系統(tǒng)（CIMS）也正被引入沖壓加工系統(tǒng)，出現(xiàn)了沖壓加工中心，并且使設(shè)計(jì)、沖壓生產(chǎn)、零件運(yùn)輸、倉(cāng)儲(chǔ)、品質(zhì)檢驗(yàn)以及生產(chǎn)管理等全面實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。
發(fā)展了一些新的成形工藝(如高能成形和旋壓等)、簡(jiǎn)易模具（如軟模和低熔點(diǎn)合金模等）、通用組合模具和數(shù)控沖壓設(shè)備等。這樣，就使沖壓生產(chǎn)既適合大量生產(chǎn)，也同樣適用于小批生產(chǎn)。例如，研制高強(qiáng)度鋼板，用來(lái)生產(chǎn)汽車覆蓋件，以減輕零件重量和提高其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度.
現(xiàn)在是多品種、少批量生產(chǎn)的時(shí)代，到下一個(gè)世紀(jì)，這種生產(chǎn)方式占工業(yè)生產(chǎn)的比例 將達(dá)75%以上。一方面是制品使用周期短，品種更新快，另一方面制品的花樣變化頻繁，均 要求模具的生產(chǎn)周期越快越好。因此，開(kāi)發(fā)快速經(jīng)濟(jì)具越來(lái)越引起人們的重視。例如，研制 各種超塑性材料(環(huán)氧、聚脂等)制作或其中填充金屬粉末、玻璃纖維等的簡(jiǎn)易模具：中、低 熔點(diǎn)合金模具、噴涂成型模具、快速電鑄模、陶瓷型精鑄模、陶瓷型吸塑模、疊層模及快速 原型制造模具等快速經(jīng)濟(jì)模具將進(jìn)一步發(fā)展?？鞊Q模架、快換沖頭等也將日益發(fā)展。另外， 采用計(jì)算機(jī)控制和機(jī)械手操作的快速換模裝置、快速試模技術(shù)也會(huì)得到發(fā)展和提高。
模具標(biāo)準(zhǔn)件的應(yīng)用將日漸廣泛。使用模具標(biāo)準(zhǔn)件不但能縮短模具制造周期，而且能提高模具質(zhì)量和降低模具制造成本。 因此，模具標(biāo)準(zhǔn)件的應(yīng)用必將日漸廣泛。為此，首先要制訂統(tǒng)一的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，并嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn) 生產(chǎn)；其次要逐步形成規(guī)模生產(chǎn)，提高標(biāo)準(zhǔn)件質(zhì)量、降低成本；再次是要進(jìn)一步增加標(biāo)準(zhǔn)件 規(guī)格品種，發(fā)展和完善聯(lián)銷網(wǎng)，保證供貨迅速。
模具使用優(yōu)質(zhì)材料及應(yīng)用先進(jìn)的表面處理技術(shù)將進(jìn)一步受重視。在整個(gè)模具價(jià)格構(gòu)成中，材料所占比重不大，一般在20%～30%之間，因此選用優(yōu)質(zhì)鋼 材和應(yīng)用的表面處理技術(shù)來(lái)提高模具的壽命就顯得十分必要。對(duì)于模具鋼來(lái)說(shuō)，要采用電渣 重熔工藝，努力提高鋼的純凈度、等向性、致密度和均勻性及研制更高性能或有特殊性能的 模具鋼。如采用粉末冶金工藝制作的粉末高速鋼等。粉末高速鋼解決了原來(lái)高速鋼冶煉過(guò)程 中產(chǎn)生的一次碳化物粗大和偏析，從而影響材質(zhì)的問(wèn)題。其碳化物微細(xì)，組織均勻，沒(méi)有材 料方向性，因此它具有韌性高、磨削工藝性好、耐磨性高、長(zhǎng)年使用尺寸穩(wěn)定等特點(diǎn)，是一 種很有發(fā)展前途的鋼材。特別對(duì)形狀復(fù)雜的沖件及高速?zèng)_壓的模具，其優(yōu)越性更加突出。這 種鋼材還適用于注射成型漆加玻璃纖維或金屬粉末的增強(qiáng)塑料的模具，如型腔、形芯、澆口 等主要部件。另外，模具鋼品種規(guī)格多樣化、產(chǎn)品精料化、制品化，盡量縮短供貨時(shí)間亦是 重要方向。
模具熱處理和表面處理是能否充分發(fā)揮模具鋼材性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。模具熱處理的發(fā)展 方向是采用真空熱處理。模具表面處理除完善普及常用表面處理方法，即擴(kuò)滲如：滲碳、滲 氮、滲硼、滲鉻、滲釩外，應(yīng)發(fā)展設(shè)備昴貴、工藝先進(jìn)的氣相沉積(TiN、TiC等)、等離子 噴涂等技術(shù)。
2.分析工件零件圖及總體沖壓生產(chǎn)工藝
2.1分析工件圖
圖2-1 擋油盤零件圖
A.工件的整體工藝分析
該工件為汽車底盤發(fā)動(dòng)機(jī)底殼上的擋油盤，要求內(nèi)形，孔尺寸，沒(méi)有厚度不變要求。此工件的形狀滿足工件的拉伸工藝，可用拉伸工序加工。根據(jù)工件的形狀和技術(shù)要求可以認(rèn)為該工件為帶凸緣的圓筒形工件，且工件的相對(duì)凸緣直徑、相對(duì)凸緣高度較為適宜，拉伸工藝較好。而圓角半徑R1mm,R2mm偏小些，但拉伸高度較小（H=9.5mm）,故還是可以滿足拉伸對(duì)圓角半徑的要求。φ86的尺寸精度較高一些。按公差表查的為IT14級(jí)，滿足拉伸工序?qū)ぜ畹囊笥捎谟?×SR2的小凸包，所以若在拉伸時(shí)直接壓包，會(huì)引起工件凸緣邊上產(chǎn)生嚴(yán)重的皺折且無(wú)法消除。
底部φ86的孔有兩種加工方案
a.拉伸成階梯形再?zèng)_底孔。
b.拉伸成階梯形再車去底部。
在上述的兩種加工方案，采用第一種加工方案，工件的質(zhì)量較高，但零件的生產(chǎn)效率教低，而且費(fèi)料。由于工件的高度較小，裝夾教困難。采用第二種加工方案，零件的生產(chǎn)效率高，省料，減少浪費(fèi)，而且質(zhì)量易保證。按工件的使用情況，此工藝完全可以保證工件的技術(shù)要求。根據(jù)上面的工藝分析，知道無(wú)法用一副模具完成工件的加工，必須設(shè)計(jì)兩副模具。單工序拉伸模和沖孔模。
B.沖壓件的工藝性分析
沖壓件的工藝性體現(xiàn)在零件的形狀特點(diǎn)，尺寸大小，設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，精度和粗糙度，位置誤差要求，材料厚度及成型后允許變薄量，材料的機(jī)械性能等方面。本次沖壓的零件是擋油盤。材料是Q235鋼。易于沖壓。擋由盤邊緣有規(guī)則的孔和凸包，因此選用模具的冷沖壓成型來(lái)進(jìn)行生產(chǎn)。沖壓成型后不必采用特殊的控制變形措施，工藝過(guò)程簡(jiǎn)單，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，操作方便。
C.沖壓生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)分析
批量生沖壓生產(chǎn)的優(yōu)越性主要體現(xiàn)在大量。零件采用沖壓方法是否較為經(jīng)濟(jì)合理，主要決定于零件的生產(chǎn)批量和零件的結(jié)構(gòu)形狀、尺寸等因素。Q235鋼是優(yōu)質(zhì)碳素鋼,具有良好的沖壓性能。初步可以認(rèn)為此工件是階梯裝的有凸緣的圓桶形件。拉伸高度相對(duì)較小，易于成型。除φ86所有尺寸都未注公差，均按IT14級(jí)制造。零件尺寸精度對(duì)沖壓工藝過(guò)程的要求 零件尺寸精度要求也是確定工藝方案、工序數(shù)量和順序的重要依據(jù)。在沖壓成型過(guò)程中，當(dāng)[坯料的強(qiáng)區(qū)和弱區(qū)對(duì)比不明顯時(shí)，沖壓件不可能得到穩(wěn)定而準(zhǔn)確的尺寸。在這種情況下，對(duì)零件有公差要求的部位，應(yīng)在成形后沖出。凡是孔的尺寸和位置會(huì)受到成型工序的影響，而且公差要求較高時(shí)，必須在有關(guān)的成型工序之后沖出。但是，只要孔的尺寸和位置不受后續(xù)成型工序影響，后孔的尺寸和位置要求不高時(shí)，可在成型工序之前的平板坯料上沖出，以便簡(jiǎn)化模具，提高生產(chǎn)力。由于材料性能的方向性、模具結(jié)構(gòu)及壓料力不均勻等原因，都會(huì)造成拉伸件的外邊緣或孔翻邊的內(nèi)邊緣形狀不規(guī)則。所以一般情況下，在拉伸或孔翻邊工序之后應(yīng)進(jìn)行切邊或修邊。但是如果拉伸件或翻邊件高度不大，周邊有關(guān)尺寸又沒(méi)有嚴(yán)格公差要求，也可不切邊或修邊。
對(duì)零件上幾何形狀和尺寸公差要求較高而成型工序又達(dá)不到要求的部位，應(yīng)加整形工序。整形工序一般安排在成型工序之后。有些零件對(duì)變薄量有要求，其工藝方案予以保證。
2.2確定總體沖壓生產(chǎn)方案
根據(jù)對(duì)SR2的小凸包分析可知，小凸包雖小但在拉伸時(shí)還是會(huì)在工件的凸緣部分形成無(wú)法消除的皺折，嚴(yán)重影響工件的質(zhì)量。所以無(wú)法將兩套模具設(shè)計(jì)為一套級(jí)進(jìn)模，故不用條料排樣。用圓形的毛胚料手工送料，用專用工具送、取料，以避免對(duì)工人的危險(xiǎn)。
3.拉伸模具的設(shè)計(jì)
3.1工藝分析
拉伸是利用模具將平板毛坯或半成品毛坯拉伸成開(kāi)口空心件的一種冷沖壓工藝。拉伸工藝可制成的制品形狀有：圓筒形、階梯形、球形、錐形、矩形及其它各種不規(guī)則的開(kāi)口空心零件。
拉伸工藝與其它沖壓工藝結(jié)合，可制造形狀復(fù)雜的零件，如落料工藝與拉伸工藝組合在一起的落料拉伸復(fù)合模。
日常生活中常見(jiàn)的拉伸制品有：
旋轉(zhuǎn)體零件：如搪瓷臉盆，鋁鍋。
方形零件：如飯盒，汽車油箱
復(fù)雜零件：如汽車覆蓋件。
此零件的基本結(jié)構(gòu)為階梯形圓桶件的拉伸，所以要對(duì)工件的拉伸次數(shù)、拉伸高度進(jìn)行分析，具體過(guò)程在下面計(jì)算過(guò)程中體現(xiàn)。
3.1.1計(jì)算毛坯直徑
本工件采用Q235鋼，拉伸性能較好。在計(jì)算毛胚前，需要先確定拉伸、沖孔前的半成品的形狀和尺寸。具體計(jì)算過(guò)程如下:
計(jì)算毛胚直徑D:如零件圖所示。H=9.5mm，h=(9.5-0.5-0.5)mm=8.5mm,d=90mm，d凸=160.d凸/d=1.777。根據(jù)凸緣的相對(duì)直徑從表4-4《沖模設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)例》中查得有凸緣件的修邊余量△h=4mm。
從《模具設(shè)計(jì)大典》中查得此類階梯形旋轉(zhuǎn)體的毛胚計(jì)算公式為：
(3-1)
將d3=169,d1=91,h1=4,d2=114,h2=4.5,代入上式，即得毛胚直徑為：
D= 179.0754mm
所以毛胚直徑D=180mm。
3.1.2判斷拉伸次數(shù)
判斷拉伸次數(shù) ： 工件的總拉伸因數(shù)為h/dmin=8.5/91=0.104
查表5-14《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)》
t/d×100=1/180×100=0.56
df/d=(160+9)/91=1.857
查表1.8～2.0對(duì)應(yīng)的是0.32～0.38
0.104＜0.32～0.38
故可一次拉伸成型。
3.2確定工藝方案
從該工件的零件圖可以看出中間的φ86的孔為IT10級(jí)加工精度，其他尺寸未標(biāo)注公差查《沖壓設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)例》附錄D。所以拉伸工件按平常加工精度加工。
3.3拉伸工序必要的計(jì)算
3.3.1計(jì)算壓邊力，拉伸力，壓力機(jī)公稱壓力
查表5-10《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)》
拉伸力的計(jì)算：
F=πd1σbk1 (3-2)
Q235的σb取460
查表5-6《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)》，k1取0.75
將σb=460，k1=0.75代入上式
F=3.14×φ114×1×460×0.75
=123496.2
M=114/180=0.63
查表5-8《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)》
軟鋼t＞0.5
所以取2.0～2.5
查表5-8《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)》
軟鋼t<0.5
壓邊力
根據(jù)上面的計(jì)算結(jié)果選用J23-16，公稱壓力為160KN
3.3.2模具工作部分尺寸的計(jì)算
a)拉伸模間隙的確定
拉伸間隙對(duì)拉伸件筒形直壁部分有校正作用：間隙大，則校正作用減小，效果不明顯，形成口大底小的錐形；間隙減小，則拉伸力增大，易造成拉破的現(xiàn)象，而且模具的磨損快。
考慮到拉伸中外緣的變厚，除最后一次拉伸間隙取等于或略小于板料厚度以外（以保證工件精度），其余拉伸都應(yīng)把間隙取為稍大于材料厚度。對(duì)于不用壓邊圈的拉伸，Z=(1～1.1)Zmax，未次拉伸用小值，中間拉伸用大值。
由于本工件為旋轉(zhuǎn)體工件，而且是一次拉伸成型，所以按最后一次拉伸成型取凹凸模間隙
因?yàn)槭褂脡哼吶?，所以單邊間隙值見(jiàn)表4-12《沖模設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)例》
單邊間隙（1～1.1）t
所以取單邊間隙為1t=1mm。
拉伸模工作部分的尺寸與公差
b)拉伸模具的凹凸模圓角半徑的確定
凹模圓角半徑對(duì)拉伸件影響更大，凹模圓角不能小，但太大，易造成壓邊面積小而起皺，而且拉伸過(guò)程中，凸緣較早離開(kāi)壓邊圈，亦會(huì)引起起起皺現(xiàn)象。
凸模圓角小，圓角材料變薄嚴(yán)重，易拉裂：
ran=(0.6～0.9)tan-1
rt=(0.6～1)ra
最后工序rt=r工件>(1 ～２)t
由此可見(jiàn)本旋轉(zhuǎn)體拉伸模凹凸模的拉伸圓角半徑可以取工件的圓角半徑。
c)通氣孔的確定
拉伸模的凸模上必須要設(shè)計(jì)通氣孔，因?yàn)闆](méi)有通氣孔工件將吸附在凸模上，給工件的取出帶來(lái)了極大的困難。
通過(guò)查表4-14《沖壓設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)例》
取通氣孔的直徑為8mm。
3.4模具的總體設(shè)計(jì)
模具的總裝配圖見(jiàn)拉伸模裝配圖
圖3-1拉伸模裝配圖
拉伸模是在單動(dòng)壓力機(jī)上拉伸，壓邊圈采用平面式的，胚料用壓邊圈的凹槽定位，凹槽的厚度必須小于1mm，因?yàn)榇笥诘扔?mm對(duì)壓料會(huì)產(chǎn)生很大的影響，這里凹槽的伸度取0.5mm以便于壓料。壓邊力用彈性元件控制。模具采用倒裝結(jié)構(gòu)，以便在下部空間較大的位置安裝和調(diào)節(jié)壓邊裝置。工件出件時(shí)用推件器靠彈簧的彈力將工件推出。（推件器一定要有通氣孔，還有推件與凹模之間的安裝必須可無(wú)阻力的活動(dòng)。）
由于此拉伸模為非標(biāo)準(zhǔn)形式，需計(jì)算模具的閉合高度。其中各模柄、上模座、下模座極其配件均取自國(guó)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)件。
模具的閉合高度為：取H=（55+48.5+40+60+1）=204.5mm
4.沖孔模模具的設(shè)計(jì)
4.1沖壓件的工藝分析
底部φ86的孔有兩種加工方案
a)拉伸成階梯形再?zèng)_底孔。
b)拉伸成階梯形再車去底部。
在上述的兩種加工方案，采用第一種加工方案，工件的質(zhì)量較高，但零件的生產(chǎn)效率教低，而且費(fèi)料。由于工件的高度較小，裝夾教困難。采用第二種加工方案，零件的生產(chǎn)效率高，省料，減少浪費(fèi)，而且質(zhì)量易保證。按工件的使用情況，此工藝完全可以保證工件的技術(shù)要求。根據(jù)上面的工藝分析，知道使用 孔模比較好。另外6×SR2的凹包拉伸時(shí)材料的進(jìn)給量很小，而且在計(jì)算毛胚的時(shí)候加入了修邊余量所以可以在沖孔的同時(shí)拉伸出來(lái)。工件的其他尺寸按照沖裁的加工公差查詢。
4.2 計(jì)算沖壓力
4.2.1沖裁力的計(jì)算
為降低沖裁力，提高模具壽命，將沖φ86與φ13.2的多凸模作階梯行布置，小孔6×φ13.3的小凸模做短一些，6×φ86的大凸模做長(zhǎng)些。其小孔層與大孔層相差1mm。
查書的沖裁力公式：
F=Ltτ （4-1）
式中 F---沖裁力（N）
L---沖裁件的周長(zhǎng)（mm）
T---材料的厚度（mm）
τ---材料抗剪強(qiáng)度（MPa）,
見(jiàn)《沖壓設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)例》書末附錄A得Q235的材料抗剪強(qiáng)度為310～380（MPa）
小孔層的沖裁力計(jì)算：
= tτ= nπtτ （4-2）
由零件圖可得n=6, =13.2mm，t=1mm，τ=380MPa。
將上面的數(shù)值帶入式中得
=6×13.2mm×3.14×1mm×380MPa
=94501.44(N)
大孔層：公式
（4-3）
通過(guò)工件尺寸可知：=86mm,n=1, =380MPa
將數(shù)據(jù)代入上式可得
=1×3.14×86mm×380MPa=102615.2N=102.6KN
由于小凸包在此拉伸工序中壓成，故要計(jì)算拉伸力。
查公式4-35計(jì)算工件拉伸力，
（4-4）
由表4-18中查得，K=1
將K=1，d=5mm，t=1mm, =380MPa代入上式得
=35.796KN
因?yàn)?
所以選擇沖床時(shí)的沖裁力為。
4.2.2 卸料力的計(jì)算
卸料力公式查書《沖壓設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)例》得：
（4-5）
查表2-15，取=0.03
由上面計(jì)算沖裁力可知，取最大力=102.6KN
將數(shù)據(jù)代入上式，=0.03，=102.6KN
=0.03×=0.03×102.6KN=3.078KN
推件力的計(jì)算
查參考文獻(xiàn)得推件力計(jì)算公式
（4-6）
式中 ——沖裁力（N）;
n——卡在凹模洞口中的工件（或廢料）數(shù)目；
通過(guò)分析工件可知n=1
查參考文獻(xiàn)=0.05
將數(shù)據(jù)代入上式可得
=1×0.05×102.6KN=5.13KN
選擇沖床時(shí)的總壓力
=102.6KN+35.796KN+3.078KN+5.13KN=146.596KN
4.2.3 確定壓力中心
通過(guò)對(duì)工件的形狀分析可知：
該工件的基本形狀為原形，沖裁的幾個(gè)孔都為中心對(duì)稱，所以該模具的壓力中心為模具中心。
4.2.4計(jì)算凸凹模的刃口尺寸
a)模具間隙：
模具問(wèn)題系指凸、凹模刃口間縫隙的距離，并用C表示，則是單面間隙。而雙面間隙則用Z表示。間隙對(duì)沖裁件質(zhì)量、沖裁力、模具壽命影響很大，是沖裁工藝與模具設(shè)計(jì)中的一個(gè)極其重要的問(wèn)題。
間隙對(duì)沖裁件質(zhì)量的影響：
沖裁件質(zhì)量是指斷面質(zhì)量、尺寸精度及形狀誤差。切斷面應(yīng)平直、光潔，即無(wú)裂紋、撕裂、夾層、毛刺的缺陷。零件表面應(yīng)盡可能平整，即穹彎小。尺寸應(yīng)保證不超出圖樣規(guī)定的公差范圍。影響沖裁件質(zhì)量的因素有：凸凹模間隙大小及分布的均解剖學(xué)性、模具刃口狀態(tài)、模具結(jié)構(gòu)與制造精度、材料性質(zhì)等，其中間隙值大小與均勻程度是主要因素。
間隙對(duì)沖裁件切斷面質(zhì)量的影響：
沖裁時(shí)，裂紋不一定從兩刃口同時(shí)發(fā)生，上下裂紋是否重合與凸、凹模間隙值的大小有關(guān)。當(dāng)把凸、凹模間隙控制在一定的合理值范圍內(nèi)時(shí)，由凸、凹模刃口沿最大刀應(yīng)力方向產(chǎn)生的裂紋將互相重合。此時(shí)沖出的制件斷面雖有一定的斜度，但比較平直、光潔、毛刺很小。且
間隙過(guò)小時(shí)，由凹模刃口處產(chǎn)生的裂紋進(jìn)入凸膜下面的壓應(yīng)力區(qū)后停止發(fā)展。當(dāng)凸膜繼續(xù)下壓力時(shí)，在上、下裂紋中間將產(chǎn)生二次剪切，制件斷面的中部留下撕裂面，而兩端光亮帶，在端面出現(xiàn)擠長(zhǎng)的毛刺。毛刺雖有所增長(zhǎng)，但易去除，且制件穹彎小，斷面垂直，故只要中間撕裂不是很深，仍可使用。
間隙過(guò)大時(shí)，材料的彎曲與拉伸增大，拉應(yīng)力增大，材料易被撕裂，且裂紋在離開(kāi)刃口稍遠(yuǎn)的側(cè)面上產(chǎn)生，致使制件光亮帶減少，塌角與斷裂斜度都增大，毛刺大而厚，難以去除。所以，隨著間隙的增大，制件斷裂面的傾斜庫(kù)與塌角增大。毛刺增高。
b)間隙對(duì)尺寸精度的影響
沖裁件的尺寸精度是指仲裁件的實(shí)際尺寸與基本尺寸的差值，差值越小，則精度越高，這個(gè)差值包括兩方面的偏差，一是沖裁件相對(duì)于凸?；虬寄５钠?，一是模具本身的制造偏差。沖裁件相對(duì)于凸、凹模尺寸的偏差，主要是工件脫離模具時(shí)，材料在沖裁所受的擠壓變形，纖維伸長(zhǎng)，穹彎都要產(chǎn)生彈恢復(fù)造成的。差值可能為正，也可能為負(fù)值。當(dāng)間隙較大時(shí)，材料所受拉伸作用增大，沖裁完后因材料的彈性恢復(fù)使落料尺寸小于凹模尺寸，沖孔尺寸大小于凸模尺寸。在間隙較小時(shí)，由于材料離占、凹模擠壓力大，故仲裁完后，材料的彈性恢復(fù)使落料尺寸增大，沖孔孔徑變小。此外，尺寸變化量的大小還與材料性質(zhì)、厚度、軋制方向等因素有關(guān)。軟鋼的彈性變形量小，沖裁的彈性恢復(fù)也很小，硬鋼的彈性恢復(fù)量較大。
c) 尺寸計(jì)算原則:
A 落料件的尺寸取決于凹模尺寸，沖裁件的尺寸取決于凸模尺寸。
B 計(jì)算尺寸時(shí)要考慮磨損情況，落料時(shí)，凹模取最小的尺寸，沖孔時(shí)凸模取 最大尺寸。
C 確定刀口制造公差時(shí)，要保證工件的精度要求又能保證有合理的間隙，一般模具到造精度要比工件精度高3～4級(jí)，如沒(méi)有注明公差。要查表。
d) 計(jì)算凸凹模刃口尺寸
查表2-10《沖壓設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)例》
查得間隙值，
據(jù)表2-12《沖壓設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)例》查得凹凸模的制造公差
:
:
校核
不滿足的條件
不可采用凸凹模分開(kāi)加工的方法
校核
不滿足的條件，不可采用凸凹模分開(kāi)加工的方法。
e)通過(guò)以上的分析可知，必須采用凸模與凹模配合加工的方法，這種加工方法的特點(diǎn)是:
A 模具間隙是在配制中保證的，因此不需要校核，所以加工B 基準(zhǔn)件時(shí)可以適當(dāng)放寬公差，使其加工容易。
尺寸標(biāo)注簡(jiǎn)單，只需在基準(zhǔn)件上標(biāo)注尺寸和公差，配制件僅標(biāo)注基本尺寸并注明配做所留間隙值。
因此，目前一般工廠大多采用這種方法，但用此方法制造的凸、凹模是不能互換的。
由于復(fù)雜形狀工件，其各部分尺寸性質(zhì)不同，凸模與凹模磨損情況也不同，所以，基準(zhǔn)件的刃口需要按不同方法計(jì)算。
第一類是凹模磨損后增大的尺寸；
第二類是凹模磨損后減小的尺寸；
第一類是凹模磨損后沒(méi)有增減的尺寸。
同理，對(duì)于沖孔件，應(yīng)以凸模為基準(zhǔn)件，可根據(jù)凸模的磨損情況，分成A、B、C
三類。當(dāng)凸模磨損后，其尺寸的情況也是增大、減小、不變這一同樣的規(guī)律。因此對(duì)于復(fù)雜形狀的落料或沖孔件，其模具基準(zhǔn)件的刃口尺寸均可按式計(jì)算。
A類
B類
C類
式中 、、————— 基準(zhǔn)件尺寸（mm）
、、 ——— 工件極限尺寸（mm）
△ ———————工件公差（mm）
對(duì)于與基準(zhǔn)件相配合的非基準(zhǔn)件凸?；虬寄５娜锌诔叽缗c公差一般不在圖樣上標(biāo)注，而是僅標(biāo)注基本尺寸，并注明其公差按基準(zhǔn)件凹模或凸模的實(shí)際尺寸配做，并保證應(yīng)留的間隙值。
另外，如果由于加工需要，希望對(duì)落料件以凸模為基準(zhǔn)件，對(duì)沖孔件以凹模為基準(zhǔn)件，則模具的刃口尺寸可按下式計(jì)算
A類
B類
C類
4.3 模具總體設(shè)計(jì)及主要零、部件設(shè)計(jì)
導(dǎo)柱式簡(jiǎn)單沖裁模由于這模具準(zhǔn)確可靠,能保證沖裁間隙的均勻,沖裁的工件精度較高、模具使用壽命長(zhǎng)而且在沖床上安裝使用方便，因此導(dǎo)柱式?jīng)_裁模是應(yīng)用最廣泛的一種沖模,適合大批量生產(chǎn)。
4.3.1 凸凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
a)凸模設(shè)計(jì)
圓形凸模的結(jié)構(gòu)，有以下幾種型式：
沖小圓孔凸模：為了增加凸模的強(qiáng)度與剛度，凸模非工作部分直徑應(yīng)做成逐漸增大的多級(jí)型式。
第一種適用于d=1-8mm, d=1-15mm的小孔。
第二種適用于沖中型圓孔的凸模：適用于d=8-30mm。
以上兩種凸模都有標(biāo)準(zhǔn)尺寸。
第三種為沖大圓孔或落料用的凸模，一般用3-4個(gè)螺釘緊固，為減少磨削加工面積，凸模外圓直徑要車小，端面要加工成凹坑型式。如采用鑲塊式凸模，其工作部分用工具鋼制造并進(jìn)行熱處理，非工作部分采用一般的結(jié)構(gòu)鋼，為減少凸模的磨削面積，故將中部挖成空心。
經(jīng)過(guò)對(duì)工件圖的分析，沖φ86的孔用第三種類型的大凸模如圖4-1，沖φ13.2的孔用第一種小凸模，具體結(jié)構(gòu)見(jiàn)零件圖。
圖4-1 凸模
b)凹模外形尺寸
凹模的外形尺寸常用下列經(jīng)驗(yàn)公式確定：
凹模厚度 H=Kb （4-7）
凹模壁厚 c=(1.5-2)H （4-8）
式中： H—凹模厚度，mm，其值不應(yīng)于15mm；
K—系數(shù).
b—凹?？椎淖畲髮挾龋琺m；
c—凹模壁厚，mm；
H=0.2×86=17.2mm
4.3.2凸模與凹模的固定
機(jī)械固定凸模和凹模，最常用的方法是采用固定板固定，凸模和凹模與固定板采用H7/h6配合，上面留有臺(tái)階。對(duì)于形狀簡(jiǎn)單的大、中型凸模和凹模可以采用直接固定在模座上。
小凸模可以采用鉚接的方法固定。對(duì)于經(jīng)常更換的凸模可以采用快速更換凸模結(jié)構(gòu)。
4.4 卸料板的形式
4.4.1卸料板一般分為剛性卸料板和彈性卸料板兩種形式。
剛性卸料板：
a）為固定式剛性卸料板，適用于沖壓厚度在0.5mm以上的條料；
b）為懸臂式剛性卸料板，適用于窄而長(zhǎng)的沖壓件卸料；
c）為鉤形剛性卸料板，適用于在底部沖孔時(shí)卸空心工件，還可用于簡(jiǎn)單的彎曲模和拉伸模。
4.4.2剛性卸料板的安裝事項(xiàng)
剛性卸料板用螺釘和銷釘固定在下模上，能承受的卸料力較大，常用于較厚板材沖壓件的卸料。其卸料可靠、安全；但操作不便，生產(chǎn)效率不高。剛性卸料板和凸模的單邊間隙一般取0.1mm～0.5mm。剛性卸料板的厚度與卸料力的大小及卸料尺寸等有關(guān)，一般取5mm～15mm。
4.4.3彈性卸料板的結(jié)構(gòu)
采用彈性卸料板有敞開(kāi)的工作空間，操作方便，生產(chǎn)效率高。彈性卸料板在沖壓前對(duì)毛坯有預(yù)壓作用，沖壓后也可使沖壓件平穩(wěn)卸料。但由于受彈簧、橡膠等零件的限制，卸料力較小，并且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠性與安全笥不如剛性卸料板，常用于較薄板材的卸料。彈性卸料板與凸模的單邊間隙一般取0.2mm～0.5mm，對(duì)于中小件卸料，彈性卸料板的厚度取5mm～15mm。
4.4.4卸料板常用零件
彈簧和橡膠
彈簧和橡膠是模具中廣泛應(yīng)用的彈性零件，主要用于卸料、推件和壓力等工作。
a）圓鋼絲、螺旋壓縮彈簧
模具設(shè)計(jì)時(shí)，彈簧一般是按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)選用的，表8-2為沖模中常用的圓柱螺旋壓縮彈簧國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。彈簧的選用包括以下內(nèi)容：
選擇彈簧壓力，即
F卸
n
F預(yù)≥ （4-9）
式中：F預(yù)——彈簧的預(yù)壓力，N；
F預(yù)——卸料力，N；
n——彈簧根數(shù)。
選擇彈簧壓縮量，即
hj≥h總=h預(yù)+h工作+h修磨 （4-10）
式中 hj ———彈簧允許的最大壓縮量（mm）；
h總 ——彈簧需要的總壓縮量（mm）；
h預(yù) ——彈簧的預(yù)壓縮量（mm）；
h工作 ——卸料板的工作行程（mm），對(duì)于沖裁模取（板料厚度+1）（mm）；
h修磨 ——模具的修磨量或調(diào)整量（mm），一般取4mm～6mm。
壓縮彈簧的選擇要符合模具結(jié)構(gòu)空間的要求。因?yàn)槟＞唛]合高度的大小限定了彈簧在預(yù)壓狀態(tài)下的長(zhǎng)度；上、下模座的尺寸限定了卸料板的面積，也就限定了允許彈簧占用的面積，所以選取彈簧的根數(shù)、直徑和長(zhǎng)度，必須符合模具結(jié)構(gòu)空間的要求。
b）選擇彈簧的步驟
根據(jù)模具結(jié)構(gòu)初步確定彈簧根數(shù)n，并計(jì)算出每根彈簧分別承擔(dān)的卸料力F卸/n。
根據(jù)預(yù)壓力F預(yù)和模具結(jié)構(gòu)尺寸，由彈簧標(biāo)準(zhǔn)中選出若干個(gè)彈簧，這些彈簧均需滿足最大工作負(fù)荷Fj＞F預(yù)的條件。
h1 ——模板厚度（mm）；
h2 ——凸模高度（mm）；
h3 ——刃口修磨量（mm）；
h4 ——卸料板厚度（mm）；
L ———卸料螺釘長(zhǎng)度（mm）。
4.5 沖壓設(shè)備的選擇
a)壓力機(jī)的行程大小，應(yīng)該能保證成行零件的取出與毛坯的放進(jìn)，例如拉伸所用壓力機(jī)的行程，至少應(yīng)大于成品零件高度的兩倍以上。
b)壓力機(jī)工作臺(tái)面的尺寸應(yīng)大于沖模的平面尺寸，且還須留有安裝固定的余地，但是過(guò)大的工作平面上安裝小尺寸的沖模對(duì)工作臺(tái)的受力是不利的。壓力機(jī)工作臺(tái)面的尺寸大于壓力機(jī)滑塊底面積, 壓力機(jī)滑塊底面積必須大于模具的尺寸,所以只須考慮壓力機(jī)滑塊底面積的大小.
c)所選的壓力機(jī)的封閉高度應(yīng)與沖模的封閉高度相適用。
模具的閉合高度H0是指上模在最低的工作位置時(shí)，下模板的底面到上模板的頂面的距離。壓力機(jī)的閉合高度H是指滑塊在下死點(diǎn)時(shí)，工作臺(tái)面到滑塊下端面的距離。大多數(shù)壓力機(jī)，其連桿長(zhǎng)短能調(diào)節(jié)，也即壓力機(jī)的閉合高度可以調(diào)整，故壓力機(jī)有最大閉合高度Hmax和最小閉合高度Hmin。設(shè)計(jì)模具時(shí)，模具閉合高度H0得數(shù)值應(yīng)滿足下式
Hmax-5mm≥H0≥Hmin+10mm （4-11）
無(wú)特殊情況H0應(yīng)取上限值，即最好取在：H0≥Hmin+1/3L，這是為了連桿調(diào)節(jié)過(guò)長(zhǎng)，羅紋接觸面積過(guò)小而被壓壞。如果模具閉合高度實(shí)在太小，可以在壓床臺(tái)面上加墊板。
導(dǎo)柱式簡(jiǎn)單沖裁模由于這模具準(zhǔn)確可靠,能保證沖裁間隙的均勻,沖裁的工件精度較高、模具使用壽命長(zhǎng)而且在沖床上安裝使用方便，因此導(dǎo)柱式?jīng)_裁模是應(yīng)用最廣泛的一種沖模,適合大批量生產(chǎn)。模柄，模架均選用標(biāo)準(zhǔn)模架
經(jīng)過(guò)比較分析選擇導(dǎo)柱式簡(jiǎn)單沖裁模。
5 三維造型及數(shù)控編程
5.1三維造型
a)拉伸模凹模
圖5-1拉伸模凹模
b)拉伸模凸模
圖5-2拉伸模凸模
本設(shè)計(jì)的所有三維造型都在三維圖集中列出。
5.2數(shù)控加工
拉伸模凹模數(shù)控編程刀軌示意圖及部分程序，全部程序見(jiàn)附件。
圖5-3 拉伸模凸模刀軌
拉伸模凹模數(shù)控程序：
%
N0010 G40 G17 G90 G70
N0020 G91 G28 Z0.0
:0030 T00 M06
N0040 G0 G90 X37.3101 Y-90.2953 S0 M03
N0050 G43 Z26. H00
N0060 Z23.
N0070 G1 Z20. F250. M08
N0080 X28.5454
N0090 X-28.5454
N0100 G0 X-37.3101
N0110 Z23.
N0120 Z26.
N0130 X46.5626 Y-85.8907
N0140 Z23.
N0150 G1 Z20.
N0160 X39.8858
N0170 X-39.8858
N0180 G0 X-46.5626
N0190 Z23.
N0200 Z26.
N0210 X53.901 Y-81.486
N0220 Z23.
N0230 G1 Z20.
N0240 X48.2505
N0250 X-48.2505
N0260 G0 X-53.901
N0270 Z23.
N0280 Z26.
N0290 X60.0312 Y-77.0814
N0300 Z23.
N0310 G1 Z20.
N0320 X55.0141
N0330 X-55.0141
N0340 G0 X-60.0312
N0350 Z23.
N0360 Z26.
N0370 X65.2946 Y-72.6767
N0380 Z23.
N0390 G1 Z20.
N0400 X60.7139
N0410 X-60.7139
N0420 G0 X-65.2946
N0430 Z23.
N0440 Z26.
N0450 X69.8871 Y-68.2721
N0460 Z23.
N0470 G1 Z20.
N0480 X65.6278
N0490 X-65.6278
6.結(jié)論
這次設(shè)計(jì)擋油盤拉伸及沖孔模具嚴(yán)格按照沖壓模的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，按照經(jīng)濟(jì)方便的設(shè)計(jì)理念去進(jìn)行設(shè)計(jì)，此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)于50000件的生產(chǎn)量來(lái)說(shuō)比較合理 。經(jīng)初步校核計(jì)算完全達(dá)到技術(shù)要求。
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