墊片的沖孔落料復(fù)合模具設(shè)計【墊板沖壓模具設(shè)計】【說明書+CAD+UG】
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畢 業(yè) 設(shè) 計
墊片的沖孔落料復(fù)合模具設(shè)計
完成時間 2016年 11月 22日至2017年 4 月 22 日
目 錄
引言………………………………………………………………………………1
第1章 沖裁件工藝分析………………………………………………………2
1.1 沖裁件的工藝分析…………………………………………………………2
1.2 沖裁件的精度………………………………………………………………3
1.3 確定工藝方案和模具結(jié)構(gòu)…………………………………………………3
1.4 模架類型以及精度…………………………………………………………3
第2章 沖裁件的工藝計算……………………………………………………4
2.1 排樣的原則以及搭邊值計算………………………………………………4
2.2 沖裁力、推件力、卸料力的計算…………………………………………4
2.3 沖裁件的壓力中心…………………………………………………………5
2.4 降低沖裁力的方法…………………………………………………………6
第3章 壓力機的選擇…………………………………………………………7
第4章 沖壓凸凹模零件設(shè)計…………………………………………………9
4.1 沖裁模的類型及特點………………………………………………………9
4.2 沖裁模的間隙………………………………………………………………9
4.3 凸凹模刃口的尺寸…………………………………………………………9
4.4 凹模的設(shè)計…………………………………………………………………12
4.5 凸模的設(shè)計…………………………………………………………………13
4.6 凸凹模的設(shè)計………………………………………………………………13
第5章 模具總裝圖……………………………………………………………15
結(jié)束語……………………………………………………………………………16
參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………………17
引言
模具設(shè)計是學(xué)習(xí)模具設(shè)計與制造這門專業(yè)的重要內(nèi)容之一，也是在畢業(yè)之前對我們所學(xué)的知識的一次檢查。
本套模具選用了黃銅為原料的復(fù)合沖裁模具。選擇這套模具是因為這類模具具有廣泛的應(yīng)用性，且結(jié)構(gòu)緊湊，可以比較全面的檢查自己所學(xué)的專業(yè)知識和技能，熟悉掌握模具設(shè)計的一般步驟和方法，知道怎樣檢查，和獲取有關(guān)資料，怎樣選取標(biāo)準(zhǔn)件等等。由于該沖裁件尺寸較小，所以模具體積也不大，屬于小型的復(fù)合模具。這次模具設(shè)計是畢業(yè)前走向工作崗位的一次鍛煉，對以后從事該職業(yè)崗位是十分有利的。
這套模具的主要優(yōu)點是，沖出的沖裁件具有較好的一致性，表面質(zhì)量也很好。主要的技術(shù)難點是，怎樣合理安排模具結(jié)構(gòu)，使用簡單可靠的模具結(jié)構(gòu)，沖出最好的工件，以及確保模具具有較久的壽命。且在正常溫度下，壓力機通過模具對所選材料進(jìn)行壓合，然后材料變形，或分離掉落，從而得到所需要的尺寸和性能的零件。因沖壓大多是在常規(guī)室溫下進(jìn)行加工，不需要進(jìn)行預(yù)熱，加熱，所以又叫做冷沖壓。目前國內(nèi)沖壓設(shè)備多為傳統(tǒng)的設(shè)備，主要由機械壓力機，液壓機等。沖壓所用的原材料多為金屬材料，主要有板料，管材，線材，帶料等，其中板料所用最多。相對機械加工而言，沖壓加工的材料利用率相對較高，耗能較少，成本比較低，生產(chǎn)效率遠(yuǎn)超機械加工，操作更加方便，所生產(chǎn)得產(chǎn)品尺寸精度更加符合標(biāo)準(zhǔn)，不易變形，并且可以加工出其他方法不易加工或加工不了的零件。
第1章 沖裁件工藝分析
1.1 沖裁件的工藝分析
該沖裁件是典型的落料沖孔模具，經(jīng)過正確的設(shè)計計算，合理的確立各個部分的結(jié)果，采用國內(nèi)先進(jìn)技術(shù)和結(jié)果，可以確定該模具為沖孔落料復(fù)合型模具。該沖裁件如下圖所示：
圖1.1
材料：45鋼
板厚：1.2mm
工件精度：IT14級
分析該零件的材料是45號鋼片，是優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。零件的加工涉及到了沖孔和落料兩道加工工序，圖中尺寸都未標(biāo)注公差，參考下表5-19可知，沖裁件的經(jīng)濟(jì)精度為IT14級，符合沖裁工藝要求。按照設(shè)計要求，沖孔有尺寸為8mm，參考下表可知最小沖孔尺寸為d=0.35t，d=0.35X1.2=0.42＜8，所以滿足工藝要求。如下表：
表1.1
材料厚度
t/mm
內(nèi)孔與外形
孔中心距、孔邊距
普級
精級
普級
精級
≤1
IT13
IT10
IT13
IT11
>1-4
IT14
IT11
IT14
IT13
材料
圓形孔（d）
方形孔（a）
硬鋼
0.5t
0.4t
軟鋼及黃銅
0.35t
0.3t
鋁、鋅
0.3t
0.28t
1.2 沖裁件的精度
圖紙上零件的尺寸均未標(biāo)注尺寸公差，是自由尺寸，可按照IT14級確定制件尺寸公差。通過查【6】表5-14的標(biāo)準(zhǔn)公差數(shù)值，即可得出未標(biāo)注的尺寸公差。查出的尺寸公差是：
表1.2
外形尺寸
內(nèi)形尺寸
中心距尺寸
一般情況下，沖裁件的經(jīng)濟(jì)公差等級不高于IT11級，落料公差一般最好低于IT10級，沖孔件公差最好低于IT9級，由參考【2】表2-8得，一般精度的沖裁所能達(dá)到的落料和沖孔公差分別為0.30和0.18，所以用一般精度沖裁就可達(dá)到要求。
1.3 確定工藝方案和模具結(jié)構(gòu)
該沖裁件尺寸不大，形狀簡單，且精度要求不高，只有沖孔落料兩道加工工序，材料厚度適中，所以可大批量生產(chǎn)，為確保生產(chǎn)效率，可選用一次成形的沖孔落料復(fù)合的沖裁的方案，大批量生產(chǎn)該零件，生產(chǎn)時可采用手工送料方式，這樣也能降低生產(chǎn)成本，所以采用手工送料生產(chǎn)方式。零件尺寸較小，厚度比較薄，為確?？椎亩ㄎ缓途?，應(yīng)該采用導(dǎo)柱導(dǎo)套導(dǎo)向，并且采用活動擋料銷對零件的定位，彈性卸料及下面出料的倒裝復(fù)合沖裁模具結(jié)構(gòu)形式。
1.4模架類型以及精度
沖壓模具的種類很多，沖壓模具選用必須綜合考慮沖壓件的數(shù)量，尺寸，精度要求，形狀和生產(chǎn)條件等多方面的因素。由于零件厚度比較薄，零件尺寸較小，沖裁間隙較小，且是復(fù)合沖壓模具，所以采用導(dǎo)向平穩(wěn)的后置導(dǎo)柱模架，考慮到零件精度要求IT14級，沖裁間隙也比較小，所以采用Ⅰ級模架精度。
第2章 沖裁件的工藝計算
2.1排樣的原則以及搭邊值計算
排樣方法根據(jù)材料經(jīng)濟(jì)利用程度，排樣的方法可分為有廢料；少廢料和無廢料三種排樣。根據(jù)制作在條料上的布置形式，排樣又可分為直排；斜排；對排；混合排；多排等多種形式。
據(jù)圖分析該沖裁件特點是：有廢料排樣，排樣方式可選擇直排。且毛坯尺寸較小，并且考慮到操作方便與模具結(jié)構(gòu)尺寸等因素，所以決定采用直排，參考下表2-8，最小工藝搭邊值為1.5mm，最小工藝邊距搭邊值為1.8mm，取為2mm，送料步距確定為31.5mm。
該零件的排樣圖以及搭邊值：
圖2.1
2.2沖裁力、推件力、卸料力的計算
由于這個模具采用了彈性卸料機下方出料的方式可知，總壓力由沖裁力F，卸料力F卸，推件力F推組成，其中沖裁力包含了落料沖裁力和沖孔的沖孔力兩個部分。
落料，沖孔力。材料45鋼的抗剪強度是τ=432~549MP，取平均值τ=500MP，料厚t=1.2mm，取K=1.3，零件周邊長度L≈ 330.72,根據(jù)公式得：
=1.3×330.72×500×1.2
=257.9616（KN）
推件力：
由參考文獻(xiàn)【2】，可以根據(jù)材料厚度取凹模刃口的柱形部分高度h，當(dāng)t≤0.5mm時，高度h=3~5mm；當(dāng)t=0.5~5mm時，高度h=5~10mm。為了修復(fù)模具時能保證模具仍具有足夠強度，所以直壁的高度取值h=6mm，因此n=h/t=6/1.2=5mm。由表中文獻(xiàn)，即下表：
表2.1
-卸料力系數(shù)，其值為0.02-0.06（薄料取大值，厚料取小值）
-推料力系數(shù)，其值為0.03-0.07（薄料取大值，厚料取小值）
-頂件力系數(shù)，其值為0.04-0.08（薄料取大值，厚料取小值）
-梗塞在凹模內(nèi)的制件或廢料數(shù)量（）
取的=0.05，根據(jù)公式=n得：
=n=5×0.05×257.9616
=64.4904（KN）
卸料力：
由上表文獻(xiàn)，取的=0.04，根據(jù)公式=n得：
=n=5×0.04×257.9616
=51.59232（KN）
=++
=257.9616+64.4904+51.59232
=374.04432（KN）
2.3 沖裁件的壓力中心
模具的壓力中心指的是沖裁力合力的作用點，為了保證沖壓模具平衡的工作，沖壓模具的壓力中心應(yīng)該通過模柄的軸線，并且與壓力機的滑塊的中心線相重合，否則，會使沖壓模具和壓力機滑塊產(chǎn)生偏心載荷，使得滑塊和導(dǎo)軌間的產(chǎn)生過大的磨損，導(dǎo)致模具導(dǎo)向零件加速磨損，合理的間隙得不到保證，刃口迅速變鈍，從而降低沖壓件，模具和壓力機的使用壽命。甚至?xí)p壞模具發(fā)生沖壓事故。因此，設(shè)計沖壓模具時，應(yīng)該正確的計算出沖裁是的壓力中心，并且要使壓力中心與模柄的軸線重合，對于外形尺寸的過大的，形狀復(fù)雜的，多凸模的沖裁模具和連續(xù)模具，正確確定沖壓件的壓力中心是極為重要的。若是因為沖壓件的形狀過于特殊，不能從模具的結(jié)構(gòu)方面來確定其壓力中心與模柄軸心線來重合，也要盡量注意其壓力中心的偏離不能超過所選用的壓力機模柄的孔的投影面積的范圍。
沖裁件的壓力中心與沖裁件的重心是不相同的，沖裁件的壓力中心指的是沖裁力的合力的作用中心，和沖裁力的作用位置和大小有關(guān)。而制件的重心取決在制件的形狀和它的質(zhì)量分布。只要當(dāng)制件具備了中心對稱的形狀時，它的壓力中心才可以與重心相重合。
經(jīng)過分析此沖裁件的壓力中心和它的沖裁件的重心相重合，此時的壓力中心在工件的輪廓的幾何中心上，圖中O點即為壓力中心。見下圖知：
圖2.2
2.4 降低沖裁力的方法
為了實現(xiàn)小設(shè)備沖裁大尺寸零件，或者使沖裁過程中平穩(wěn)以減少壓力機振動，可以使用以下方法來降低沖裁力。
階梯凸模沖裁法：
在多凸模的沖壓模具中，將凸模設(shè)計成不同的長度，使得工作端面呈現(xiàn)階梯式布置，如下圖所示，這樣各凸模沖裁力的最大峰值就不會同時出現(xiàn)，從而就能達(dá)到降低沖裁力的目的了。在幾個凸模直徑相差比較大的情況下，相距又是比較近的時候，為了能避免小直徑凸模要承受材料流動的側(cè)面壓力時產(chǎn)生的折斷或者傾斜的現(xiàn)象時，就應(yīng)該采用階梯式的布置，就是將小凸模做短一些。凸模間的高度差H與厚度t有關(guān)系，即：
t<3mm，H=t t>3mm，H=0.5t
階梯狀凸模沖裁的沖裁力，一般只能按產(chǎn)生最大沖裁力的那個階梯來進(jìn)行計算。
斜刃沖裁：
使用平刃口模具沖裁的時候，沿刃口的整個周邊是同時沖切材料的，所以沖裁力比較大。若是將凸?；蛘甙寄５娜锌谄矫嬷谱鞒珊退S線傾斜一個角度的斜刃，那么沖裁時的刃口就不會全部同時切入，逐步的將材料進(jìn)行切離，這樣就相當(dāng)于把制件的整個周邊長分成若干個的小段來進(jìn)行了剪切分離，所以能夠顯著的降低了沖裁力。
加熱沖裁：
將金屬加熱到一定的溫度后，它的抗剪強度就會降低，加熱沖裁就能降低沖裁力。但是加熱沖裁容易破壞工件的表面的質(zhì)量，還會產(chǎn)生熱變形，精度下降，所以應(yīng)用的比較少。
第3章 壓力機的選擇
根據(jù)公式≥（1.1~1.3）得：
≥（1.1~1.3）×
≥1.2×374.04432
≥448.853184（KN）
所以可以選擇壓力機的型號是JB23-63的開式雙柱可傾斜壓力機。
查下表：
表3.1 開式雙柱可傾斜壓力機主要技術(shù)規(guī)格
型 號
J23-3.15
J23-6.3
J23-10
J23-16
J23-25
J23-40
J23-63
J23-100
公稱壓力 噸
3.15
6.3
10
16
25
40
63
100
滑塊行程 毫米
25
35
45
55
65
100
130
130
滑塊行程次數(shù) 次/分
200
170
145
120
105
45
50
38
最大閉合高度 毫米
120
150
180
220
270
330
360
480
連桿調(diào)節(jié)長度 毫米
25
30
35
45
55
65
80
100
滑塊中心線至床身距離 毫米
90
110
130
160
200
250
260
380
床身兩立柱間距離 毫米
120
150
180
220
270
340
350
450
工作臺尺寸：前后 毫米
160
200
240
300
370
460
480
710
左右 毫米
250
310
370
450
560
700
710
1080
墊板尺寸：厚度 毫米
25
30
35
40
50
65
80
100
孔徑 毫米
110
140
170
210
200
220
250
250
模柄孔尺寸：直徑 毫米
25
30
30
40
40
50
50
60
深度 毫米
45
50
55
60
60
70
80
75
最大傾斜角 度
45
45
35
35
30
30
30
30
電動機功率 千瓦
0.55
0.75
4.1
1.5
2.2
5.5
5.5
10
機床外型尺寸：前后 毫米
675
776
895
1130
1335
1685
1700
2472
左右 毫米
478
550
651
921
1112
1325
1373
1736
高低 毫米
1310
1488
1673
1890
2120
2470
2750
3312
機床總重量 公斤
194
400
576
1055
1780
3540
4800
10000
可以確定該壓力機的主要參數(shù)：
表3.2
公稱壓力
630KN
閉合厚度調(diào)節(jié)量
80mm
滑塊行程
100mm
模柄孔直徑
最大閉合高度
400mm
墊板厚度
80mm
第4章 沖壓凸凹模零件設(shè)計
4.1 沖裁模的類型及特點
因為沖裁模具的結(jié)構(gòu)形式多種多樣，為了研究方便，可以對沖裁模具的不同特征進(jìn)行下面六種分類：
（1） 按照工序的性質(zhì)分為落料模具，沖孔模具，切斷模具，切口模具，切邊模具，剖切模具等。
（2） 按照工序的組合方式可以分為單工序模具，復(fù)合模具，級進(jìn)模具。
（3） 按照上模，下模的導(dǎo)向方式可以分為無導(dǎo)向的開式模具，有導(dǎo)向的導(dǎo)板模具，導(dǎo)柱模具，導(dǎo)筒模具等等。
（4） 按照凸模，凹模的結(jié)構(gòu)和布置方法可以分為整體模具和鑲拼模具，正裝模具和倒裝模具。
（5） 按照凸模，凹模的材料可以分為硬質(zhì)合金沖壓模具，鋼皮沖壓模具，鋅基合金沖壓模具，聚氨酯沖壓模具等。
（6） 按照自動化程度可以分為手工操作模具，半自動模具，自動模具。
經(jīng)過上面沖裁模具分類可得到該沖裁件采用的是沖孔落料復(fù)合模具，復(fù)合模具的特點是它的生產(chǎn)率高，沖裁件的內(nèi)孔和外緣的相對位置的精度高，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制作的精度要求高，且成本也高。復(fù)合模具主要用與生產(chǎn)批量大的精度要求較高的沖裁件。
4.2 沖裁模的間隙
沖裁間隙Z指的是沖裁模具中的凹模刃口尺寸與凸模刃口尺寸的差值，即是：Z=-
通過查【6】表2-4和【6】圖2-9法所提取到的經(jīng)驗數(shù)據(jù)為落料，沖孔模具的初始間隙，可以用于一般的沖裁。表格中的初始間隙的最小值是最小的合理間隙，而初始間隙的最大值是在考慮到的凸模與凹模的制造的公差。在使用的過程中，因為模具工作部件的磨損，間隙就會逐漸增加，因為間隙的最大值可能超過表中所舉出的數(shù)值，因此當(dāng)材料厚度t=1.2mm時，查表得，該零件的間隙最小值=0.132mm，最大值=0.180mm。
4.3 凸凹模刃口的尺寸
用互換加工的方法來計算凸凹模刃口的尺寸
從圖中可以看得出，基準(zhǔn)模具的刃口尺寸必須位于制件尺寸的范圍之內(nèi)，為了確保初始間隙值小于最大的合理間隙，加工時得滿足下面的條件即：
-
或取：=0.4（-） =0.6（-）
通過計算得到：
=0.4（-） =0.6（-）
=0.4（0.180-0.132） =0.6（0.180-0.132）
=0.0192 =0.0288
磨損系數(shù)X，它的值在0.5~1之間，可查表2-5，也可以根據(jù)制件的制造精度進(jìn)行選擇，工件精度IT10級以上時，X=1，工件精度IT11~IT13級時，X=0.75，工件精度IT14級時，X=0.5。所以磨損系數(shù)X=0.5。
沖孔凸凹模刃口計算：
沖孔的刃口計算：
8的孔：
=（8+0.5×0.36mm
=8.18mm
（+=（++
=（8.18+0.132mm
=8.312mm
10的孔：
=（10+0.5×0.36mm
=10.18mm
（+=（++
=（10.18+0.132mm
=10.312mm
校核 -
0.0192mm+0.00288mm≤0.18mm-0.132mm
0.02208mm＜0.048mm滿足間隙公差條件
孔距的刃口尺寸計算：
240.02：
=L=（240.125×0.04）mm=（240.005）mm
500.04：
=L=（500.125×0.08）mm=（500.01）mm
落料的刃口尺寸計算：
：
=(-X
=（80-0.5×0.74mm
=79.63mm
=(-
=(79.63-0.132mm
=79.498mm
：
=(-X
=（30-0.5×0.52mm
=29.74mm
=(-
=(29.74-0.132mm
=29.608mm
：
=(-X
=（10-0.5×0.36mm
=9.9352mm
=(-
=(9.9352-0.132mm
=9.8032mm
校核 -
0.0192mm+0.00288mm≤0.18mm-0.132mm
0.02208mm＜0.048mm滿足間隙公差條件
4.4 凹模的設(shè)計
凹模的外形尺寸。主要包括凹模的長度L，凹模的寬度B，凹模的壁厚C，凹模的厚度H。凹模壁厚C就是從凹模刃口到外邊緣的距離。對于這個刃口凹模，壓力中心就是在凹模的中心上。
凹模厚度：參考【1】表2-15，凹模的厚度系數(shù)K=0.25，根據(jù)公式：
H=KL=0.25×80=20mm 為了增加強度和模具使用的壽命H取36mm
凹模壁厚：C=（1.5~2）H=40mm 為了增加強度和模具使用的壽命H取50mm
凹模寬度：B=步距+沖裁寬度+2C=12+30+100=142mm
凹模長度：L=b+2c=80+2×50=180mm
根據(jù)計算凹模的周界尺寸等，確立了凹模的外形尺寸為200mm×160mm，擇實際模具凹模工作界限為160mm×160mm，因模具整體結(jié)構(gòu)需要，為了便于連接桿的安排和推件塊的推出，所以凹模的設(shè)計要打孔，見下圖：
圖4.1
4.5 凸模的設(shè)計
凸模的長度：根據(jù)模具的結(jié)構(gòu)，凸模的長度是由凸模固定板和凹模的寬度的材料厚度，和凸模進(jìn)入到凹模洞口的長度來確定的。參考【6】表2-54，當(dāng)采用彈性卸料板的時候，凸模的長度根據(jù)下面的公式計算：
L=h1+h2+h=32+36+2=70mm
（h1是凸模固定板的厚度為32mm，h2是凹模寬度為36mm，h是凸模修磨量和凸模進(jìn)入凹模的深度為2mm）。凸模材料選用Cr12。
4.6 凸凹模的設(shè)計
根據(jù)模具結(jié)構(gòu)的具體情況，凸凹模的厚度的尺寸選擇為62mm，凸凹模刃口尺寸可以按照配做法來配做，保證它的間隙在0.07mm~0.035mm，凸凹模上的孔距，孔的邊緣距應(yīng)該比圖紙所示的精度要高出3~4各等級，即它的公差為0.02mm，如下圖所示：
圖4.2
第5章 模具總裝圖
結(jié)束語
經(jīng)過本次畢業(yè)設(shè)計，在理論的指導(dǎo)下，結(jié)合了實訓(xùn)生產(chǎn)過程中所獲得的實戰(zhàn)經(jīng)驗，仔細(xì)且獨立的完成了本次設(shè)計。在這次的設(shè)計的過程中，自己通過實際的操作計算，讓我對以前所學(xué)習(xí)的知識有了更近一步的了解，在設(shè)計中也讓我認(rèn)識到了自己的一些不足之處，讓我有了深刻的體會，以前學(xué)習(xí)的知識都是很有用的，而且這些都是模具設(shè)計的基礎(chǔ)，也是最根本的知識。
本次設(shè)計花費了一個月之久，從最初領(lǐng)會畢業(yè)設(shè)計的要求，到自己沖壓件的分析計算，對要進(jìn)行設(shè)計的沖裁件有了個較全面的認(rèn)識后，在綜合了生產(chǎn)中的各個因素，最終確定了本次的畢業(yè)設(shè)計的方案。雖然在這個過程中有很多困難我們不知道如何解決，但是通過我們的努力還是可以克服，希望以后我們能得到更多的這類機會，來鍛煉我們自己，提高我們自己的設(shè)計能力，因為我們只是停留在書本知識中，缺少實踐經(jīng)驗，并且我們的水平有限，很多的困難是由同學(xué)們和老師一起共同努力才得以解決的，我們經(jīng)常需要借用學(xué)校的圖書館中的書本和網(wǎng)絡(luò)查詢來解決疑惑，但是依舊很難避免所有的錯誤，還需要老師和同學(xué)們一起檢查分析。
參考文獻(xiàn)
[1]張榮清.模具設(shè)計與制造.高等教育出版社.2003.8
[2]楊關(guān)全.冷沖模設(shè)計資料與指導(dǎo).大連理工大學(xué)出版社.2007.8
[3]鄧明.實用模具設(shè)計簡明手冊.機械工業(yè)出版社.2009.1
[4]張正修.沖壓技術(shù)實用數(shù)據(jù)速查手冊.機械工業(yè)出版社.2009.1
[5]鄭展.沖壓工藝與模具設(shè)計.機械工業(yè)出版社.2009.1
[6]王樹勛.冷沖壓工藝與模具設(shè)計.電子工業(yè)出版社.2009.12
[7]楊海鵬.模具設(shè)計與制造實訓(xùn)教程.清華大學(xué)出版社.2011.5
[8]史鐵梁.模具設(shè)計指導(dǎo).機械工業(yè)出版社.2011.6
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零件
排樣圖
凹模
凸凹模
上墊板
下墊板
凸模固定板
凸凹模固定板
模柄
擋料銷
推件塊
推板
卸料板
橡膠
上模座
下模座
上模組裝
下模組裝
模具總裝圖
沖壓成形與板材沖壓
1． 概述
通過模具使板材產(chǎn)生塑性變形而獲得成品零件的一次成形工藝方法叫做沖壓。由于沖壓通常在冷態(tài)下進(jìn)行，因此也稱為冷沖壓。只有當(dāng)板材厚度超過8~100mm時，才采用熱沖壓。沖壓加工的原材料一般為板材或帶材，故也稱板材沖壓。某些非金屬板材（如膠木板、云母片、石棉、皮革等）亦可采用沖壓成形工藝進(jìn)行加工。
沖壓廣泛應(yīng)用于金屬制品各行業(yè)中，尤其在汽車、儀表、軍工、家用電器等工業(yè)中占有極其重要的地位。沖壓成形需研究工藝設(shè)備和模具三類基本問題。
? 板材沖壓具有下列特點：
（1）．高的材料利用率。
（2）．可加工薄壁、形狀復(fù)雜的零件。
（3）．沖壓件在形狀和尺寸方面的互換性好。
（4）．能獲得質(zhì)量輕而強度高、剛性好的零件。
（5）．生產(chǎn)率高，操作簡單，容易實現(xiàn)機械化和自動化。
沖壓模具制作成本高，因此適合大批量生產(chǎn)。對于小批量、多品種生產(chǎn)，常采用簡易沖模，同時引進(jìn)沖壓加工中心等新型設(shè)備，以滿足市場求新求變的需求。板材沖壓常用的金屬材料有低碳鋼、銅、鋁、鎂合金及高塑性的合金剛等。如前所述，材料形狀有板材和帶材。
沖壓生產(chǎn)設(shè)備有剪床和沖床。剪床是用來將板材剪切成具有一定寬度的條料，以供后續(xù)沖壓工序使用，沖床可用于剪切及成形。
2． 沖壓成形的特點
生產(chǎn)時間中所采用的沖壓成形工藝方法有很多，具有多種形式餓名稱，但塑性變形本質(zhì)是相同的。沖壓成形具有如下幾個非常突出的特點。
（1）．垂直于板面方向的單位面積上的壓力，其數(shù)值不大便足以在板面方向上使??板材產(chǎn)生塑性變形。由于垂直于板面方向上的單位面積上壓力的素質(zhì)遠(yuǎn)小于板面方向上的內(nèi)應(yīng)力，所以大多數(shù)的沖壓變形都可以近似地當(dāng)作平面應(yīng)力狀態(tài)來處理，使其變形力學(xué)的分析和工藝參數(shù)的計算大呢感工作都得到很大的簡化。
（2）．由于沖壓成形用的板材毛胚的相對厚度很小，在壓應(yīng)力作用下的抗失穩(wěn)能力也很差，所以在沒有抗失穩(wěn)裝置（如壓邊圈等）的條件下，很難在自由狀態(tài)下順利地完成沖壓成形過程。因此，以拉應(yīng)力作用為主的伸長類沖壓成形過程多于以壓應(yīng)力作用為主的壓縮類成形過程。
（3）．沖壓成形時，板材毛胚內(nèi)應(yīng)力的數(shù)值等于或小于材料的屈服應(yīng)力。在這一點上，沖壓成形與體積成形的差別很大。因此，在沖壓成形時變形區(qū)應(yīng)力狀態(tài)中的靜水壓力成分對成形極限與變形抗力的影響，已失去其在體積成形時的重要程度，有些情況下，甚至可以完全不予考慮，即使有必要考慮時，其處理方法也不相同。
（4）．在沖壓成形時，模具對板材毛胚作用力所形成的約束作用較輕，不像體積成形（如模鍛）是靠與制件形狀完全相同的型腔對毛胚進(jìn)行全面接觸而實現(xiàn)的強制成形。在沖壓成形中，大多數(shù)情況下，板材毛胚都有某種程度的自由度，常常是只有一個表面與模具接觸，甚至有時存在板材兩側(cè)表面都有于模具接觸的變形部分。在這種情況下，這部分毛胚的變形是靠模具對其相鄰部分施加的外力實現(xiàn)其控制作用的。例如，球面和錐面零件成形時的懸空部分和管胚端部的卷邊成形都屬這種情況。
? ?由于沖壓成形具有上述一些在變形與力學(xué)方面的特點，致使沖壓技術(shù)也形成了一些與體積成形不同的特點。由于不需要在板材毛的表面施加很大的單位壓力即可使其成形，所以在沖壓技術(shù)中關(guān)于模具強度與剛度的研究并不十分重要，相反卻發(fā)展了學(xué)多簡易模具技術(shù)。
由于相同原因，也促使靠氣體或液體壓力成形的工藝方法得以發(fā)展。因沖壓成形時的平面應(yīng)力狀態(tài)或更為單純的應(yīng)變狀態(tài)（與體積成形相比），當(dāng)前對沖壓成形匯中毛胚的變形與 力能參數(shù)方面的研究較為深入，有條件運用合理的科學(xué)方法進(jìn)行沖壓加工。借助于電子計算機與先進(jìn)的測試手段，在對板材性能與沖壓變形參數(shù)進(jìn)行實時測量與分析基礎(chǔ)上，實現(xiàn)沖壓過程智能化控制的研究工作也在開展。人們在對沖壓成形過程有離開較為深入的了解后，已經(jīng)認(rèn)識到?jīng)_壓成型與原材料有十分密切的關(guān)系。所以，對板材沖壓性能即成形性與形狀穩(wěn)定性的研究，目前已成為沖壓技術(shù)的一個重要內(nèi)容。對板材沖壓性能的研究工作不僅是沖壓技術(shù)發(fā)展的需要，而且也促進(jìn)了鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，為其提高板材的質(zhì)量提供了一個可靠的基礎(chǔ)與依據(jù)。
3．沖壓變形的分類
? ?沖壓變形工藝可完成多種工序，其基本工序可分為分離工序和變形工序兩大類。分離工序是使胚料的一部分與另一部分相互分離的工藝方法，主要有落料、沖孔、切邊、剖切、修整等。其中又以沖孔、落料應(yīng)用最廣。變形工序是使胚料的一部分相對于另一部分產(chǎn)生位移而不破裂的工藝方法，主要有拉深、彎曲、局部成形、脹形、翻邊、縮徑、校形、旋壓等。
從本質(zhì)上看，沖壓成形就是毛胚的變形區(qū)在外力的作用下產(chǎn)生相應(yīng)的塑性變形，所以變形區(qū)內(nèi)的應(yīng)力狀態(tài)和變形特點景象的沖壓成形分類，可以把成形性質(zhì)相同的成形方法概括成同一個類型并進(jìn)行體系化的研究。
絕大多數(shù)沖壓成形時毛胚變形區(qū)均處于平面應(yīng)力狀態(tài)。通常認(rèn)為在板材表面上不受外力的作用，即使有外力作用，其數(shù)值也是較小的，所以可以認(rèn)為垂直于板面方向上的應(yīng)力為零，使板材毛胚產(chǎn)生塑性變形的是作用于板面方向上相互的兩個主應(yīng)力。由于板厚較小，通常都近似地認(rèn)為這兩個主應(yīng)力在厚度方向上是均勻分布的?；谶@樣的分析，可以把各種形式?jīng)_壓成型中的毛陪變形區(qū)的受力狀態(tài)與變形特點，在平面應(yīng)力的應(yīng)力坐標(biāo)系中與相應(yīng)的兩向應(yīng)變坐標(biāo)系中以應(yīng)力與應(yīng)變坐標(biāo)決定的位置來表示。
4.沖壓用原材料
? ?沖壓加工用原材料有很多種，它們的性能也有很大的差別，所以必須根據(jù)原材料的性能與特點，采用不同的沖壓成形方法、工藝參數(shù)和模具結(jié)構(gòu)，才能達(dá)到?jīng)_壓加工的目的。由于人們對沖壓成形過程板材毛胚的變形行為有了較為深入的認(rèn)識，已經(jīng)相當(dāng)清楚的建立了由原材料的化學(xué)成分、組織等因素所決定的材料性能與沖壓成形之間的關(guān)系，這就使原材料生產(chǎn)部門不但按照沖壓件的工作條件與使用要求進(jìn)行原材料的設(shè)計工作，而且也根據(jù)沖壓件加工過程對板材性能的要求進(jìn)行新型材料的開發(fā)工作，這是沖壓技術(shù)在原材料研究方面的一個重要方向。對沖壓用原材料沖壓性能方面的研究工作有
（1）原材料沖壓性能的含義。
（2）判斷原材料沖壓性能的科學(xué)方法，確定可以確切反映材料沖壓性能的參數(shù)，建立沖壓性能的參數(shù)與實際沖壓成形間的關(guān)系，以及沖壓性能參數(shù)的測試方法等。
（3）建立原材料的化學(xué)成分、組織和制造過程與沖壓性能之間的關(guān)系。沖壓用原材料主要是各種金屬與非金屬板材。金屬板材包括各種黑色技術(shù)和有色金屬板材。雖然在沖壓生產(chǎn)中所用金屬板材的種類很多，但最多的原材料蛀牙是鋼板、不銹鋼板、鋁合金板及各種復(fù)合金屬板。
5．板材沖壓性能及其鑒定方法
? ? 板材是指對沖壓加工的適應(yīng)能力。對板材沖壓性能的研究具有飛行重要的意義。為了能夠運用最科學(xué)與最經(jīng)濟(jì)合理的沖壓工藝過程與工藝參數(shù)制造出沖壓零件，必須對作為加工對象的板材的性能具有十分清楚的了解，這樣才有可能充分地利用板材在加工方面的潛在能力。另一方面，為了能夠依據(jù)沖壓件的形狀與尺寸特點及其所需的成形工藝等基本因素，正確、合理地選用板材，也必須對板材的沖壓性能有一個科學(xué)的認(rèn)識與正確的判斷。評定板材沖壓性能的方法有直接試驗法與間接試驗法。
? ?實物沖壓試驗是最直接的板材沖壓性能的評定方法。利用實際生產(chǎn)設(shè)備與模具，在與生產(chǎn)完全相同的條件下進(jìn)行實際沖壓零件的性能評定，當(dāng)然能夠的最可靠的結(jié)果。但是，這種評定方法不具有普遍意義，不能作為行業(yè)之間的通用標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行信息的交流。
? ?模擬試驗是把生產(chǎn)中實際存在的沖壓成形方法進(jìn)行歸納與簡單化處理，消除許多過于復(fù)雜的因素，利用軸對稱的簡化了的成形方法，在保證試驗中板材的變形性質(zhì)與應(yīng)力狀態(tài)都與實際沖壓成形相同的條件下進(jìn)行的沖壓性能的評定工作。為了保證模擬試驗結(jié)果的可靠性與通用性，規(guī)定了私分具體的關(guān)于試驗用工具的幾何形狀與尺寸、毛胚的尺寸、試驗條件（沖壓速度、潤滑方法、壓邊力等）。
? ?間接試驗法也叫做基礎(chǔ)試驗法。間接試驗法的特點是：在對板材在塑性變形過程中所表現(xiàn)出的基本性質(zhì)與規(guī)律進(jìn)行分析與研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步把它和具體的沖壓成形中板材的塑性變形參數(shù)聯(lián)系起來，建立間接試驗結(jié)果（間接試驗值）與具體的沖壓成形性能（工藝參數(shù)）之間的相關(guān)性。由于間接試驗時所用試件的形狀與尺寸以及加載的方式等都不同于具體的沖壓成形過程，所以它的變形性質(zhì)和應(yīng)力狀態(tài)也不同于沖壓變形。因此間接試驗所得的結(jié)果（試驗值）并不是沖壓成形的工藝參數(shù)，而是可以用來表示板材沖壓性能的基礎(chǔ)性參數(shù)。
Characteristics and Sheet Metal Forming
1． The article overview
Stamping is a kind of plastic forming process in which a part is produced by means of the plastic forming the material under the action of a die. Stamping is usually carried out under cold state, so it is also called stamping. Heat stamping is used only when the blank thickness is greater than 8~100mm. The blank material for stamping is usually in the form of sheet or strip, and therefore it is also called sheet metal forming. Some non-metal sheets (such as plywood, mica sheet, asbestos, leather)can also be formed by stamping.
?? Stamping is widely used in various fields of the metalworking industry, and it plays a crucial role in the industries for manufacturing automobiles, instruments, military parts and household electrical appliances, etc.
? ?The process, equipment and die are the three foundational problems that needed to be studied in stamping.
? ?The characteristics of the sheet metal forming are as follows:
(1)? ? High material utilization
(2)? ? Capacity to produce thin-walled parts of complex shape.
(3)? ? Good interchangeability between stamping parts due to precision in shape??
and dimension.
(4)? ? Parts with lightweight, high-strength and fine rigidity can be obtained.
(5)? ? High productivity, easy to operate and to realize mechanization and? ? automatization.
? ? The manufacture of the stamping die is costly, and therefore it only fits to mass production. For the manufacture of products in small batch and rich variety, the simple stamping die and the new equipment such as a stamping machining center, are usually adopted to meet the market demands. The materials for sheet metal stamping include mild steel, copper, aluminum, magnesium alloy and high-plasticity alloy-steel, etc.??
Stamping equipment includes plate shear punching press. The former shears plate into strips with a definite width, which would be pressed later. The later can be used both in shearing and forming.
2．Characteristics of stamping forming
There are various processes of stamping forming with different working patterns and names. But these processes are similar to each other in plastic deformation. There are following conspicuous characteristics in stamping:
（1）．The force per unit area perpendicular to the blank surface is not large but is enough to cause the material plastic deformation. It is much less than the inner stresses on the plate plane directions. In most cases stamping forming can be treated approximately as that of the plane stress state to simplify vastly the theoretical analysis and the calculation of the process parameters.
（2）．Due to the small relative thickness, the anti-instability capability of the blank is weak under compressive stress. As a result, the stamping process is difficult to proceed successfully without using the anti-instability device (such as blank holder). Therefore the varieties of the stamping processes dominated by tensile stress are more than dominated by compressive stress.
（3）．During stamping forming, the inner stress of the blank is equal to or sometimes less than the yield stress of the material. In this point, the stamping is different from the bulk forming. During stamping forming, the influence of the hydrostatic pressure of the stress state in the deformation zone to the forming limit and the deformation resistance is not so important as to the bulk forming. In some circumstances, such influence may be neglected. Even in the case when this influence should be considered, the treating method is also different from that of bulk forming.
（4）．In stamping forming, the restrain action of the die to the blank is not severs as in the case of the bulk forming (such as die forging). In bulk forming, the constraint forming is proceeded by the die with exactly the same shape of the part. Whereas in stamping, in most cases, the blank has a certain degree of freedom, only one surface of the blank contacts with the die. In some extra cases, such as the forming of the blank on the deforming zone contact with the die. The deformation in these regions are caused and controlled by the die applying an external force to its adjacent area.
Due to the characteristics of stamping deformation and mechanics mentioned above, the stamping technique is different form the bulk metal forming: The importance or the strength and rigidity of the die in stamping forming is less than that in bulk forming because the blank can be formed without applying large pressure per unit area on its surface. Instead, the techniques of the simple die and the pneumatic and hydraulic forming are developed.
Due to the plane stress or simple strain state in comparison with bulk forming, more research on deformation or force and power parameters has been done. Stamping forming can be performed by more reasonable scientific methods. Based on the real time measurement and analysis on the sheet metal properties and stamping parameters, by means of computer and some modern testing apparatus, research on the intellectualized control of stamping process is also in proceeding. It is shown that there is a close relationship between stamping forming and raw material. The research on the properties of the stamping forming, that is, forming ability and shape stability, has become a key point in stamping technology development, but also enhances the manufacturing technique of iron and steel industry, and provides a reliable foundation for increasing sheet metal quality.
3．Categories of stamping forming
? ? Many deformation processes can be done by stamping, the basic processes of the stamping can be divided into two kinds: cutting and forming.Cutting is a shearing process that one part of the blank is cut from the other. It mainly includes blanking, punching, trimming, parting and shaving, where punching and blanking are the most widely used. Forming is a process that one part of the blank has some displacement from the other. It mainly includes deep drawing, bending, local forming, bulging, flanging, necking, sizing and spinning.
In substance, stamping forming is such that the plastic deformation occurs in the deformation zone of the stamping blank caused by the external force. The stress state and deformation characteristic of the deformation zone are the basic factors to decide the properties of the stamping forming. Based on the stress state and deformation characteristics of the deformation zone, the forming methods can be divided into several categories with the same forming properties and be studied systematically.
??The deformation zone in almost all types of stamping forming is in the plane stress state. Usually there is no force or only small force applied on the blank surface. When is assumed that the stress perpendicular to the blank surface equals to zero, two principal stresses perpendicular to each other and act on the blank surface produce the plastic deformation of the material. Due to the small thickness of the blank, it is assumed approximately the two principal stresses distribute uniformly along the thickness direction. Based on this analysis, the stress state and the deformation characteristics of the deformation zone in all kinds of stamping forming can be denoted by the points in the coordinates of the plane principal stresses and the coordinates of the corresponding plane principal strains.
4．Raw materials for stamping forming
There are a lot of raw materials used in stamping forming, and the properties of these materials may have large difference. The stamping forming can be succeeded only by determining the stamping method, the forming parameters and the die structures according to the properties and characteristics of the raw materials. The deformation of the blank during stamping forming has been investigated quite thoroughly. The relationships between the material properties decided by the chemistry component and structure of the material and the stamping forming has been established clearly. Not only the proper material can be selected based on the working condition and usage demand, but also the new material can be developed according to the demands of the blank properties during processing the stamping part. This is an important domain in stamping forming research. The research on the material properties for stamping forming is as follows:
（1）．Definition of the stamping property of the material.
（2）．Method to judge the stamping property of the material, find parameters to express the definitely material property of the stamping forming, establish the relationship between the property parameters and the practical stamping forming, and investigate the testing methods of the property parameters.
（3）．Establish the relationship among the chemical component, structure, manufacturing process and stamping property.
?? The raw materials for stamping forming mainly include various metals and nonmetal plate. Sheet metal includes both ferrous and nonferrous metals. Although a lot of sheet metals are used in stamping forming, the most widely used materials are steel, stainless steel, aluminum alloy and various composite metal plates.
5．Stamping forming property of sheet metal and its assessing method
The stamping forming property of the sheet metal is the adaptation capability of the sheet metal to stamping forming. It has crucial meaning to the investigation of the stamping forming property of the sheet metal. In order to produce stamping forming parts with most scientific, economic and rational stamping forming process and forming parameters, it is necessary to understand clearly the properties of the sheet metal, so as to utilize the potential of the sheet metal fully in the production. On the other hand, to select plate material accurately and rationally in accordance with the characteristics of the shape and dimension of the stamping forming part and its forming technique is also necessary so that a scientific understanding and accurate judgment to the stamping forming properties of the sheet metal may be achieved.
There are direct and indirect testing methods to assess the stamping property of the sheet metal?.Practicality stamping test is the most direct method to assess stamping forming property of the sheet metal. This test is done exactly in the same condition as actual production by using the practical equipment and dies. Surely, this test result is most reliable. But this kind of assessing method is not comprehensively applicable, and cannot be shared as a commonly used standard between factories.
? ? The simulation test is a kind of assessing method that after simplifying and summing up actual stamping forming methods, as well as eliminating many trivial factors, the stamping properties of the sheet metal are assessed, based on simplified axial-symmetric forming method under the same deformation and stress states between the testing plate and the actual forming states. In order to guarantee the reliability and generality of simulation results, a lot of factors are regulated in detail, such as the shape and dimension of tools for test, blank dimension and testing conditions(stamping velocity, lubrication method and blank holding force, etc).???Indirect testing method is also called basic testing method its characteristic is to connect analysis and research on fundamental property and principle of the sheet metal during plastic deformation, and with the plastic deformation parameters of the sheet metal in actual stamping forming, and then to establish the relationship between the indirect testing results(indirect testing value) and the actual stamping forming property (forming parameters). Because the shape and dimension of the specimen and the loading pattern of the indirect testing are different from the actual stamping forming, the deformation characteristics and stress states of the indirect test are different from those of the actual one. So, the results obtained form the indirect test are not the stamping forming parameters, but are the fundamental parameters that can be used to represent the stamping forming property of the sheet metal.
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